JP6123370B2 - 障害物までの距離を計測して移動する自律式移動装置 - Google Patents
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Description
図2の(3)は、移動装置が備えている方位別距離計測装置によって計測された方位別距離の計測結果群から計算された障害物位置群を模式的に示している。図中Vは、距離計測用のレーザビームであり、図示のW方向に走査される。方位別距離計測装置は、レーザビームVが反射した点までの距離を計測する。所定時間おきに距離を計測すると、所定角度ごとに障害物までの距離を計測することができる。方位別距離計測装置は、障害物までの距離と方位を計測する装置ということができる。距離の計測結果には誤差が含まれており、実際の障害物Uまでの距離よりも短い距離を計測することもあれば、長い距離を計測することもある。U1は、短く計測した場合を例示しており、実際の障害物Uよりも手前側の位置に障害物があることを示す計算結果となる。U2は、長く計測した場合を例示しており、実際の障害物Uよりも奥側の位置に障害物あることを示す計算結果となる。
例えば、真値よりも短い距離が計測されれば真の位置Pよりも手前側(S側)の位置が計算され、真値よりも長い距離が計測されれば真の位置Pよりも奥側(R側)の位置が計算される。計測結果から計算された位置Pa,Pb・・・は、真の位置Pの前後に分散する。矢印Gは誤差範囲を示し、参照符号E1,E2は誤差の大きさを示している。 計測装置の特性によって、E1とE2は等しい場合もあれば相違する場合もある。
ている。
上記の論理に従って障害物非存在範囲を特定すると、移動装置と障害物が計測誤差に起因して接触してしまう事態の発生を防止することができる。安全性が向上する。
しかしながら、計測結果群から計算された計算位置群から障害物非存在範囲を特定する技術と組み合わせて用いると、距離を長い側に補正することが意味を持つ。図3(3)に例示するように、距離の計測結果群を長く補正してから障害物の位置を計算し、計算された位置結果群から障害物非存在範囲を特定すると、従来技術による場合より、実際の障害物範囲に近い線を輪郭とする障害物非存在範囲を特定することができる。図2の(3)に例示する場合も、距離の計測結果群を長く補正してから障害物の位置を計算し、計測された位置群を包含する多角形を特定し、その多角形の手前側の辺を特定し、その辺よりも手前側を障害物非存在範囲とし、その辺よりも奥側を障害物存在範囲とすると、障害物非存在範囲と障害物存在範囲の境界が、障害物Uの前面によく一致する。距離の計測結果群を長く補正してから障害物の位置を計算し、計算された位置結果群から障害物非存在範囲を特定すると、実際には移動可能な障害物非存在範囲があるにも係らず、移動不能と誤判断してしまう事態の発生頻度を低下させられる障害物非存在範囲を特定することになる。
例えば、真の距離が10mである場合に規則的に10.1mと計測する場合には、+0.1mの規則的誤差が含まれている旨を記憶しておき、計測結果を規則的誤差の値で補正し、さらに不規則誤差の大きさで補正する。あるいは、真の距離が10mである場合に規則的に9.8mと計測する場合には、−0.2mの記憶的誤差が含まれている旨を記憶しておき、計測結果を規則的誤差の値で補正し、さらに不規則誤差の大きさで補正する。規則的な誤差については規則的誤差の値のプラスマイナスよって補正方向を切り換える。不規則誤差については常に計測結果より長く補正する。
(特徴1)距離の計測結果がσあるいは3σの範囲外となる計測結果を除外して障害物非存在範囲を特定する。
(特徴2)障害物からの反射光の受光時間で距離を計測する。
(特長3)不規則誤差記憶装置は、反射強度に対応付けて不規則誤差の大きさを記憶している。
(特定4)距離・方位計測装置は、超音波レーダー、ミリ波レーダー、レーザーレーダー、能動ステレオ法(光切断法、空間コード化法)で計測する装置、または受動ステレオ法で計測する装置である。
後記するように、距離の計測結果に規則的誤差が含まれている場合には、誤差範囲Gの中心位置Pcと真の位置Pがずれる。図2(1)は、規則的誤差が存在しない場合を例示しており、図2(2)は、規則的誤差Fが存在している場合を例示している。
規則的誤差Fの値とプラスマイナスは、予め計測しておくことができる。予め計測しておいた規則的誤差Fの値(プラスマイナスも判明している)によって、規則的誤差を補正することができる。不規則誤差については、事前に誤差の大きさEを計測しておくことはできるものの、計測値に含まれている不規則誤差のプラスマイナスはわからない。
距離・方位計測装置6の計測結果群に規則的誤差Fが含まれている場合には、規則的誤差を補正してから位置を計算する。例えば、距離・方位計測装置6が、0.1mだけ長く計測する規則的誤差を含でおり、その距離・方位計測装置6が10mと計測する場合には、その計測結果を9.9mと補正する。規則的誤差の値Fを補正した後に、不規則誤差の大きさEだけ補正する。不規則誤差については、常時に長く補正する。
E1、E2は、不規則誤差の大きさを図示している。不規則誤差は、プラス側になることもあればマイナス側になることもある。E1は、短く計測される場合の3σを示し、計測結果の99%以上はこれよりも長い距離となる。E2は、長く計測される場合の3σを示し、計測結果の99%以上はこれよりも短い距離となる。通常はE1=E2であるが、計測装置6の特性によってはE1とE2が不一致となることがある。不一致の場合には、短く計測する方の不規則誤差の大きさE1を、下記の補正に用いる。なおσないし3σの範囲内に入らない計測結果は異常値であり、以後の処理から排除する。正常な計測結果である範囲内の計測結果のみを採用して障害物非存在範囲を特定する。
ステップ2では、距離・方位計測装置6によって、移動装置4から障害物までの距離と方位を計測する。本実施例では、所定角度ごとに障害物までの距離を計測する。ステップS2で、複数個の距離データが得られる。後記するステップS2からステップS12までの処理は、各距離データごとに実施される。
ステップS4では、規則的誤差を補正する。規則的誤差は、図5(1)で例示したように、距離の関数であることが多い。規則的誤差モデル8は、距離と規則的誤差の値の関係を記憶している。規則的誤差モデル8は、事前に計測して事前に記憶しておくことができる。規則的誤差補正装置10は、規則的誤差モデル8に記述されている規則的誤差の値を利用して補正する。ここでは、規則的誤差モデル8に記述されている規則的誤差の値の正負に応じて補正する。
ステップS6では、不規則誤差の大きさだけ遠方に(距離が長い側に)を補正する。不規則誤差の大きさは、図5(2)で例示したように、距離の関数であることが多い。不規則誤差モデル12は、距離と不規則誤差の大きさの関係を記憶している。不規則誤差モデル12は、事前に計測して事前に記憶しておくことができる。不規則誤差補正装置14は、不規則誤差モデル12に記述されている不規則的誤差の大きさを利用して補正する。ここでは、常に遠方側に補正する。
ステップS8では、「規則的誤差で補正し、不規則誤差の大きさだけ長い側に補正した障害物までの距離」と「障害物の方位」によって、障害物の位置を計算する。ステップS8では、距離・方位計測装置6に固定されているセンサ座標系で、障害物の位置を計算する。
ステップS10では、自己位置・自己方位特定装置16によって、絶対座標系における移動装置4の位置と方位を特定する。これによって、センサ座標系と絶対座標系の関係が判明する。なお、ステップS2とステップS10の実行時間差は短く、その間における移動体の移動は無視できる。
ステップS12では、センサ座標系で計算された障害物の位置を絶対座標系での座標値に変換する。ステップS8とステップS10の処理は、障害物位置計算装置18が実行する。前記したように、ステップS12の処理は、全方位について実行される。ステップS12を実行すると、方位別の計測点位置が判明する。
ステップS14では、障害物位置計算装置18が計算した障害物の位置の結果群から、それらの位置を包絡する多角形を特定し、移動装置に近い側に位置する多角形の辺を特定し、その辺よりも移動装置側の範囲を障害物非存在範囲(移動可能範囲)とし、それよりも遠方側を障害物存在範囲とする。その計算は、障害物非存在範囲特定装置20が実施する。
ステップS16では、障害物非存在範囲内を移動して目標位置に至る経路を探索する。移動経路は、経路探索装置22が探索する。経路が探索されない場合には、ステップS18で、探索不能と判断され、探索がフェールしたときの措置を実施する(ステップS26)。本実施例では、障害物非存在範囲を狭く認識することが防止されているので、ステップS18で探索不能と判断される機会が少なくなっている。
ステップS20では、探索された経路に従って移動するための速度と方位を計算して移動制御装置26に指令する。自律式移動装置2は、探索された経路に沿って移動する。
ステップS22では、目標位置に目標姿勢で到着したかを判断する。目標位置に目標姿勢で到着するまで、上記の処理を繰り返す。
図5では、距離に対して規則的誤差の値と不規則誤差の大きさが一意に決まる場合を例示した。実際には、場合によって規則的誤差の値と不規則誤差の大きさが変化することがある。例えば、特定方位に向けて射出した光が障害物で反射して戻ってくるまでの時間を計測することで、距離と方位を計測する場合、反射光強度によって誤差の値ないし誤差の大きさが変化する場合がある。例えば障害物の反射率が高い場合には、真値より短い距離を計測する傾向にあり、検出結果のばらつきが小さいのに対し、障害物の反射率が低い場合には、真値より長い距離を計測する傾向にあり、検出結果のばらつきが大きいといった場合がある。反射光強度によって規則的誤差の値と不規則誤差の大きさが変化する場合には、図5に示した規則的誤差の値と不規則誤差の大きさを示すグラフを反射光強度に対応付けて記憶しておいたほうがよい場合が生じる。
4:移動装置
6:距離・方位計測装置
Claims (3)
- 移動装置と、
移動装置の位置と方位を特定する装置と、
移動装置に搭載されており、移動装置の移動を妨げる障害物までの距離と方位を計測する距離・方位計測装置と、
移動装置の位置と方位の特定結果と、障害物までの距離と方位の計測結果群から、計測された位置群を包含する多角形を特定し、その多角形の手前側の辺を特定し、その辺よりも手前側を障害物の非存在範囲として特定する障害物非存在範囲特定装置と、
障害物の非存在範囲内を移動する経路を探索する経路探索装置、
を備えている自律式移動装置であり、
距離・方位計測装置による距離の計測結果に含まれる不規則誤差の大きさを記憶している不規則誤差記憶装置と、
距離・方位計測装置による距離の計測結果を、不規則誤差記憶装置が記憶している不規則誤差の大きさだけ長く補正する不規則誤差補正装置が付加されており、
障害物非存在範囲特定装置が、不規則誤差補正装置によって長く補正された距離を利用して障害物非存在範囲を特定することを特徴とする自律式移動装置。 - 距離・方位計測装置による距離の計測結果に含まれる規則的誤差の値を記憶している規則的誤差記憶装置と、
距離・方位計測装置による距離の計測結果を、規則的誤差記憶装置が記憶している規則的誤差の値だけ補正する規則的誤差補正装置が付加されており、
障害物非存在範囲特定装置が、規則的誤差補正装置で補正され、さらに不規則誤差補正装置で長く補正された距離を利用して障害物非存在範囲を特定することを特徴とする請求項1の自律式移動装置。 - 不規則誤差記憶装置が、距離に対応付けて誤差の大きさを記憶しており、
規則的誤差記憶装置が、距離に対応付けて誤差の値を記憶していることを特徴とする請求項2の自律式移動装置。
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