JPS63134912A - 移動ロボツトにおける位置検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、工場内等をコンピュータコントロールによ
って自動的に移動する移動ロボットに係わり、特に、該
移動ロボットの現在位置を検出する位置検出方法に関ず
ろ。

「従来の技術」 フレキシブルな生産システムか強く要求されているＦ　
Ａ　（Ｆ　ａｃｔｏｒｙ　　Ａ　ｕｔｏｍａＬｉｏｎ）
においては、この種の移動ロボット（例えば、無人搬送
車）が物品の運搬に重要な役割を担っており、また、最
近は、この移動ロボットがホテルや事務所、病院等にお
いてら使用され始めている。

従来、この移動ロボットは、通常、次のいずれかの方式
によって誘導されていた。

（１）電磁誘導方式 走行路の床面に誘導用ケーブルを埋設して３〜１０ＫＪ
Ｉｚ程度の低周波電流を流し、無人搬送車の下面に取り
付けたピックアップコイルで低周波電流による磁界を検
出しながらステアリングを制°御する。この電磁誘導方
式には、次の問題がある。

■床面配線工事に手間が掛かり、コストも相対的に高い
。

■レイアウト変更に対する融通性が低く、ステーション
の位置変更だけでも大変である。

■コンクリートかぶり厚を５０〜６０１！１ｍ確保する
必要がある。

■床面が鉄板等の金属の場合に誘導が難しい。

（２）光学テープ反射方式 走行路面に反射テープを張り付け、無人搬送車の下面に
取り付けた投光器と受光器とでテープからの反射光をと
らえてステアリングを行う。

この方式の場合、上述した電磁誘導方式に比較し、テー
プの布設が容易であるという利点があるが、一方、テー
プの汚れ、破損が発生しやすく、また、明るい床、光沢
のある床の場合に、テープの識別が難しいという問題が
ある。また、走行の安全についても、テープの中心割り
出しを厳密に行えないので、適用場所によっては問題が
ある。

さらに、反射テープは根本的に誘導の役目しか果たさな
いので、ステーションには当然マークが必要となり、ま
た、複数台の合流制御が難しい。

「発明が解決しようとする問題点」 上述したように、従来の移動ロボットの誘導方式は、い
ずれら床面にケーブルまたはテープを布設するため種々
の問題が生じていた。したがって、このような問題点を
いずれも解決ずろには、床面にケーブル、テープ等を全
く布設する必要がない誘導方式を開発することが必要と
なる。この場合、移動ロボットの現在位置を逐次正確に
゛検出することができれば、床面にケーブル等を布設す
ることなく、移動ロボットを目的位置まで誘導すること
が可能となる。

この発明は上述した事情に鑑請てなされたもので、その
目的は、移動ロボットの現在位置を短時間で正確に検出
することができる移動ロボットの位置検出方法を提供す
ることにある。

「間１題点を解決するための手段」 この発明は、予め前記移動ロボットの移動軽囲における
複数の視覚上の特徴点をメモリ内に記憶°させておき、
位置検出時点において、前記移動ロボットに設置された
撮像装置によって周囲を撮像し、この撮像結果から４個
の視覚上の特徴点を検出し、これら４個の視覚上の特徴
点に対応する前記メモリ内の特徴点を求め、この求めた
特徴点の座標から前記移動ロボットの現在位置を検出す
ることを特徴としている。

「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の一実施例について説明
する。第１図はこの発明の一実施例による位置検出方法
を適用した無人搬送車（移動ロボット）の構成を示すブ
ロック図である。この図において、符号ｌはＣＯＤ等を
用いて構成されたテレビカメラであり、このテレビカメ
ラから出力されるビデオ信号はΔ／Ｄ（アナログ／ディ
ジタル）変換器２へ供給される。Ａ／Ｄ変換器２は、ビ
デオ信号を逐次ディジタルデータに変換し、画像データ
としてパスライン３へ出力する。４は中央コンピュータ
から無線で伝送される各種の指示および目的地データ等
を受信する受信装置であり、受信した各データをパスラ
イン３へ出力する。５はＣＰＵ（中央処理装置）、６は
ＣＰＵ５において用いられるプログラムおよび多数の特
徴点データが予め記憶されたＲＯＭである。ここで、特
徴点データとは、無人搬送車の走行範囲内における特徴
点のＸ−Ｙ座標であり、特徴点とは、この実施例では壁
、柱、窓枠等の縦線を上から見た点である。例えば、第
２図において符号Ｗは上から見た壁であり、この場合の
特徴点はｒ’ｌ−ｒ’４である。７はＥＩ　Ａ　Ｍであ
り、受信装置４から出力されるデータ等が記憶される一
時記憶エリアと、Ａ／Ｄ変換器２から出力されろ画像デ
ータが記憶される画像データエリアとが設けられている
。

ＣＩ’Ｕ５は一定時間が経過する毎に、Ａ　／　Ｉ）変
換器２から順次出力される１画面分の画像データをＩｔ
ΔＭ７内の画像データエリアに書き込み、次いでこの画
像データエリア内の６データに基づいて壁、柱、窓枠等
の縦線を検出する。この縦線は、周囲より輝度が低い点
（または高い点）が縦に連続していることにより検出す
ることができる。次にＣＰ　Ｕ　５は、検出した縦線の
中から任愈の４本を選び、この４本の線の画面上の位置
およびＴＩ　Ａ　Ｍ７内の前述した特徴点データに基づ
いて、後に説明する方法で現在位置を検出する。次にＣ
ＰＯ５は、この検出した現在位置およびｎ、　Ａ　Ｍ　
７の一時記憶エリア内に記憶されている目的位置データ
からステアリング制御用のデータを作成し、ステアリン
グ装置１８へ出力する。ステアリング装ｒ１１８は、供
給されたデータに基づいてかじ取車輪を駆動する。　次
に、この実施例による位置検出方法について詳述する。

（１）原理 まず、位置検出方法の原理を説明する。第２図において
、符号１はテレビカメラであり、このテレビカメラｌの
現在位置を検出する。点Ｏはレンズの中心点、Ｍは撮像
面、「は点０と撮像面Ｍとの間の距離（焦点距離）であ
る。また、Ｅ１〜Ｅ４は点ＰＩ−Ｐ４における縦線の像
、また、Ｘ３゜Ｘ４は各々テレビカメラ１の中心線とａ
Ｅ　３　、Ｅ４との距離である。

この場合、図に示す角度αは、距離ｒおよびＸ３、Ｘ４
から次のように求められる。

α　＝　α　１−　α　！ ＝　ｔａｎ−’（ｒ／　Ｘ　３　）　−ｔａｎ−’（ｒ
／　Ｘ　４　）−”（１）同様に、図に示す角度β、γ
も各々距離ｒと、像Ｅ　Ｉ　−Ｅ３の位置から求められ
ろ。

しかして、テレビカメラ１によって得られる情報は、上
記の角度α、β、γであり、以下、これらの角度に基づ
いてテレビカメラｌの位置、すなわち無人搬送車の位置
を検出する方法を説明する。

いま、特徴点Ｐ２〜Ｐ４が予め解っているとする。この
場合、第３図に示すように、点Ｐ３．Ｐ４を通り、点Ｐ
　３　、Ｐ　４を臨む円周角がαとなる円Ｇ１を描けば
、点０はこの円Ｇｉ上にある。同様に、点１’２．Ｐ３
を通り、点１’　２　、Ｐ　３を臨む円周角がβとなる
円Ｇ２を描けば、点０はこの日Ｇ２」二にある。すなわ
ち、テレビカメラ１によって撮影された像Ｅ２〜Ｅ４に
対応する点Ｐ２〜Ｐ４が予め解っているとすれば（点Ｐ
２〜Ｐ４のＸ−Ｙ座標が解っているとすれば）、点０は
、上述した円ＣＩ　、Ｇ　２の交点として求められる。

しかし、実際には、像Ｅ２〜Ｅ４に各々対応する特徴点
Ｐ２〜Ｉ）　４が、ｒｔＯＭ（ｉ内に記憶されているど
の特徴点であるかは全く解らない。そこで、次の手順に
よって点０を求める。

■ＲＯＭ６から任意の３点Ｐｇ、Ｐｙ、ＰｚのＸ−Ｙ座
標を続み出ず。

■点ＰＸ、ＰＶを通り、円周角βの円の方程式を求める
。

■点ｐｙ、Ｐｚを通り、円周角αの円の方程式を求める
。

■上記の方程式を連立方程式として解くことにより、点
ＯのＸ−Ｙ座標を求める。

ここで求められたＸ−Ｙ座標が実際の点Ｏの座標である
か否かは解らない。そこで、次の手・順により実際の点
Ｏの座標であるか否かをチェックする。

■上記■の過程により求められたＸ−Ｙ座標と角度γか
ら第２図に示す直線「ｌの方程式を求める。

■ｒｔＯＭＧ内に記憶されている特徴点のいずれかが上
記破線「ｌを通るか否かを調べる。そして、破線「！を
通る特徴点が発見された場合は、■の過程によって求め
られたＸ−Ｙ座標を実際の点０の座標として認識する。

しかして、１１０Ｍ６内に記憶されている特徴点から選
択した。３点の組み合わせの全てについて上記■〜■の
処理を行って点Ｏの座標を求める。

（２）実施例による位置検出方法 以下に説明する方法は、原理的には上記の方法と同じで
あり、また、角度α〜γおよびＲＯＭＧ内の特徴点デー
タから点０の位置（Ｘ　−Ｙ座標）を求めることら上記
の方法と同じである。しかし、処理過程は異なっている
。以下、その処理過程を順次説明する。

０１０Ｍ６から任意の２点ｒ’ｉ、Ｐｊ（７）Ｘ−Ｙ座
標を読み出す。

■第４図に示すように、点ｒ’ｉ、Ｐｊを通り、点Ｐｉ
。

Ｐｊを臨む円周角がＯ（第２図墾照）となる円Ｇ３を求
める。具体的には、円Ｇ３の方程式を求める。

０円Ｇ３上に任意に一点Ｐｏをとり、この点Ｐｏから図
に示す直線（ｒ２　）、（ｒ３　）を引き、直１（ｒ２
）、（ｒ３）と円Ｇ３との交点Ｐａ、Ｐｂを求める。す
なわち、角Ｐ　ａＰ　ｏＰ　ｉ＝　７ 角Ｐ　ｂＰ　ｏＰ　ｊ＝α となるように直線（ｒ２　）、（ｒ３　）を引いて、点
Ｐａ。

Ｐｂを求める。具体的には、直線（ｒ２　）、（ｒ３　
）の方程式を求め、該方程式と円Ｇ３の方程式との連立
方程式を解くことにより点Ｐａ、ＰｂのＸ−Ｙ座標を求
める。

以上の処理過程において、点ＰｉＪ’ｊが各々第２図に
示す実際の点ＰＩ、Ｐ４に対応しているとずれば、点Ｏ
は円Ｇ３上にある。また、第２図に示す直線ｒ３は、点
Ｏが円Ｇ３上のどの位置にあっても必ず点ｒｂを通る。

このことは、第４図に゛示す角Ｐ　ｊＰ　ｏＰ　ｂと角
ＰｊＰｏ’Ｐｂとが等しいことから明らかであろう。同
様に、第２図に示す直線「２は、点０が円Ｇ３上のどの
位置にあっても必ず点Ｐ　ａを通る。以上の結果、第２
図に示す点Ｐ２は第５図にハツチングを付して示す範囲
内に存在し、また、第２図に示す点Ｐ３は第６図にハツ
チングを付して示す範囲内に存在することになる。

そこで、次の■の処理を行う。なお、第５図において直
線Ｌｌは点ＰａとＰｊを結んだ直線、直線Ｌ２は点Ｐａ
とＰｔを結んだ直線である。また、第６図において、直
線Ｌ３は点Ｐｂと点Ｐｊとを結んだ直線、直線Ｌ　４は
点ＰｂとＰｉとを結んだ直線である。

■ｌ　ＯＭ　Ｇ内の各特徴点の中から第５図にハツチン
グを付して示す範囲に含まれろ点を選び出し、選び出し
た各点について次の処理を行う。

（ｉ）その点と点Ｐａとを結ぶ直線Ｌ５（第５図参照）
を求め、この直線と円Ｇ３との交点Ｐｄを求める。

（ｉｉ）次に、第６図に示すように、上記の交点１）　
ｄと点り　ｂを結ぶ直線し６を求める。

（ｉｉｉ）次に、１１０Ｍ６内の各特徴点の中から、第
６図に示す範囲に含まれろものを選び出し、選び出した
各点が直線ＬＧ上にあるか否かを調べる。そして、直線
Ｌ　６上にある点が検出された場合に、点１）　ｄを第
２図の点Ｏであると認識する。

以上述べた■〜■の処理を、ｒＺＯＭＧ内の特徴点の総
ての組み合わＵ゛について行って点０の位置を求める。

しかして、第１図の構成によれば、床面に誘導ケーブル
等を布設する必要がなく、したがって、安価でしかもフ
レキシビリティに富む無人搬送システムを構成すること
が可能となる。また、位置計算の画像データとして、垂
直な線を利用しているので、画像処理時間が少なくてず
み、高速で移動するロボットにも適用することができる
。

なお、上記■の処理は次のような処理でらよい。

（ｉ）第５図に示す直線Ｌ２を、点Ｐａを中心に矢印Ｙ
１方向へ回転させ、該直線と最初に交わる特徴点ｒｅ（
第５図参照）を求める。

（ｉｉ）同様に、第６図に示す直線Ｌ４を、点ｐｂを中
心に矢印Ｙ２方向へ回転させ、該直線と最初に交わる点
ｒｓｒを求める。

（ｉｉｉ）次に直線ＰｅＰａと直線ＰｆＰｂの交点Ｐｇ
を求める。

（ｉｖ）次に、この交点Ｐｇが円Ｇ３上にあるか否かを
調べる。そして、円Ｇ３上にあれば、交点Ｐｇを点Ｏで
あると認識する。

（Ｖ）円Ｇ３上にない場合は、直線Ｌ　２　、Ｌ　４を
各々さらに回転さけて次の特徴点との交点を求め、そし
て、上記（ｉｉｉ）、（ｉｖ）の処理を行う。

また、上記実施例においては、壁等のだての線を検出す
るようにしたが、検出用のマークを描いた紙等を壁に貼
ってもよい。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、予め前記移動
ロボットの移動範囲における複数の視覚上の特徴点をメ
モリ内に記憶させておき、位置検出時点において、前記
移動ロボットに設置された撮像装置によって周囲を撮像
し、この撮像結果から４個の視覚上の特徴点を横１し、
これら４個の視覚上の特徴点に対応する前記メモリ内の
特徴点を求め、この求めた特徴点の座標から前記移動ロ
ボットの現在位置を検出するようにしたので、移動ロボ
ットの現在位置を、短時間で正確に検出することができ
る効果が得られる。そして、この発明を適用すれば、床
面にテープ等を布設することなく、移動ロボットを目的
位置まで誘導することが可能になり、この結果、従来の
移動ロボットの各種の問題点を全て解決することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による位置検出方法を適用
した無人搬送車の構成を示すブロック図、第２図はテレ
ビカメラ１と壁Ｗとの位置関係の一例を示す図、第３図
は同実施例による位置検出方法の原理を説明するための
説明図、第４図〜第６図は同実施例による位置検出方法
を説明するための説明図である。 ！・・・・・・テレビカメラ菫、５・・・・・・ＣＩ’
Ｕ、６・・・・・・ＲＯＭ１７・・・・・・ｎ　Ａ　Ｍ
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 移動ロボットの現在位置を検出する位置検出方法におい
   て、予め前記移動ロボットの移動範囲における複数の視
   覚上の特徴点をメモリ内に記憶させておき、位置検出時
   点において、前記移動ロボットに設置された撮像装置に
   よって周囲を撮像し、この撮像結果から４個の視覚上の
   特徴点を検出し、これら４個の視覚上の特徴点に対応す
   る前記メモリ内の特徴点を求め、この求めた特徴点の座
   標から前記移動ロボットの現在位置を検出することを特
   徴とする移動ロボットにおける位置検出方法。