JPS61183716A - 誘導装置 - Google Patents
誘導装置Info
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- JPS61183716A JPS61183716A JP60021692A JP2169285A JPS61183716A JP S61183716 A JPS61183716 A JP S61183716A JP 60021692 A JP60021692 A JP 60021692A JP 2169285 A JP2169285 A JP 2169285A JP S61183716 A JPS61183716 A JP S61183716A
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- predicted
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- moving object
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
- G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
- G05D1/0231—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means
- G05D1/0246—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using a video camera in combination with image processing means
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明はロボット等の移動体のための誘導装置に係り、
特に周囲の状況を理解し、環境に適応して移動体を目的
地まで移動させることができる誘導装置に関する。
特に周囲の状況を理解し、環境に適応して移動体を目的
地まで移動させることができる誘導装置に関する。
現在、稼動しているロボットの大部分は工場等の整った
下で使用□されている。しかし、近年では整った環境以
外でも使用できる移動ロボットが要求されている。この
要求を実現するためにはロボットに自律移動機能を与え
ることが必要である。
下で使用□されている。しかし、近年では整った環境以
外でも使用できる移動ロボットが要求されている。この
要求を実現するためにはロボットに自律移動機能を与え
ることが必要である。
このような移動ロボットの例については１９８３年２月
２４日発行のＭｏｒａｖｅｃによるｒＴｈｅ ５ｔａｎ
ｆｏｒｄＣａｒｔ ａｎｄ Ｔｈｅ ＣＭＵ Ｒｏｖｅ
ｒ Ｊと題する文献に開示されている。この種の移動ロ
ボットはテレビカメラで得られた画像を処理して、画像
の特徴点を抽出し、その配置にもとづいて、方向、距離
の３次元的な物体配置を計算し、この結果にもとづいて
物体までの距離を求めた上で移動ロボットに誘導信号を
出力している。このような画像処理では、特微意の検出
並びに３次元情報の抽出に複雑な計算を要し、移動体を
高速で精度良く移動させることが難しいものであった。
２４日発行のＭｏｒａｖｅｃによるｒＴｈｅ ５ｔａｎ
ｆｏｒｄＣａｒｔ ａｎｄ Ｔｈｅ ＣＭＵ Ｒｏｖｅ
ｒ Ｊと題する文献に開示されている。この種の移動ロ
ボットはテレビカメラで得られた画像を処理して、画像
の特徴点を抽出し、その配置にもとづいて、方向、距離
の３次元的な物体配置を計算し、この結果にもとづいて
物体までの距離を求めた上で移動ロボットに誘導信号を
出力している。このような画像処理では、特微意の検出
並びに３次元情報の抽出に複雑な計算を要し、移動体を
高速で精度良く移動させることが難しいものであった。
本発明の目的は、移動体の誘導目標となる環境内構酸物
のパターンを選択入力し、画像処理の容易な誘導装置を
提供することにある。
のパターンを選択入力し、画像処理の容易な誘導装置を
提供することにある。
本発明は、実際の撮影画像から抽出する特徴パターンと
移動体の位置情報に関して予測される環境構成物の予測
パターンとを比較してその差を求め、その差を減少する
ように移動体を誘導制御するものにおいて、誘導目標と
なる環境構造物の選択ルールを操作者によって選択入力
し、この構成物の選択ルールに従って誘導目標のための
予測パターンを生成するようにしたものである。
移動体の位置情報に関して予測される環境構成物の予測
パターンとを比較してその差を求め、その差を減少する
ように移動体を誘導制御するものにおいて、誘導目標と
なる環境構造物の選択ルールを操作者によって選択入力
し、この構成物の選択ルールに従って誘導目標のための
予測パターンを生成するようにしたものである。
これにより、予め選定入力されたルールに従う構成物の
予測パターンと観測画像からの特徴パターンとの比較が
すみやかにかつ正確に行うことができるので、移動体の
自律誘導をより信頼性を高いものにすることができる。
予測パターンと観測画像からの特徴パターンとの比較が
すみやかにかつ正確に行うことができるので、移動体の
自律誘導をより信頼性を高いものにすることができる。
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明の装置の一実施例を示すもので。
この図において、１は移動ロボットで、この移動ロボッ
ト１は特定の環境領域内を走行するための走行装置ＩＡ
を備えている。この移動ロボット１の走行装置ＩＡは移
動制御装置２によって制御されると共にその移動量は移
動量検出器３によって検出される。移動ロボット１には
その周囲環境を撮影するためのテレビカメラ４が設置き
れている。
ト１は特定の環境領域内を走行するための走行装置ＩＡ
を備えている。この移動ロボット１の走行装置ＩＡは移
動制御装置２によって制御されると共にその移動量は移
動量検出器３によって検出される。移動ロボット１には
その周囲環境を撮影するためのテレビカメラ４が設置き
れている。
このテレビカメラ４によって撮影された画像は表示装置
５に出力されると共にパターン検出＠６に出力される。
５に出力されると共にパターン検出＠６に出力される。
パターン検出器６は撮影画像の特徴パターンを検出する
。ルール記憶器７は環境構成物の選択ルールを記憶する
。構成記憶器８は所謂フレーム理論にもとづいて環境構
成物を記憶している。すなわち構成記憶装置８は例えば
第２図に示す部屋に対して第３図に示すようにこの部屋
のフレームを記憶している８要素記憶ｓ９は構成記憶器
８との関連において、第３ζ図に示すように部屋のフレ
ームに対して例えば床のフレーム、壁のフレーム等の構
成要素のフレームを記憶している。前述した構成記憶器
８は環境構成物のリストを表示装置５に出力する。入力
装置ｌＯは操作者によって選択入力される。移動体の誘
導目標となる環境構成物の情報を要素記憶器８に出力す
る。
。ルール記憶器７は環境構成物の選択ルールを記憶する
。構成記憶器８は所謂フレーム理論にもとづいて環境構
成物を記憶している。すなわち構成記憶装置８は例えば
第２図に示す部屋に対して第３図に示すようにこの部屋
のフレームを記憶している８要素記憶ｓ９は構成記憶器
８との関連において、第３ζ図に示すように部屋のフレ
ームに対して例えば床のフレーム、壁のフレーム等の構
成要素のフレームを記憶している。前述した構成記憶器
８は環境構成物のリストを表示装置５に出力する。入力
装置ｌＯは操作者によって選択入力される。移動体の誘
導目標となる環境構成物の情報を要素記憶器８に出力す
る。
パターン発生器１１は移動量検出器３からの移動ロボッ
トの位置情報にもとづいて環境領域内における選択され
た構成物およびその構成要素の情−報を構成記憶器８お
よび要素記憶器９から読み出し、その予測パターンを求
め、その予測パターンを表示装置５および移動制御装置
２に出力する。移動制御装置２はパターン検出器６から
の特徴パターンとパターン発生器１１からの予測パター
ンとにより、両パターンのずれを減少するように移動ロ
ボット１の走行装置ＩＡを制御するために、予測パター
ンと特徴パターンとの間に働くポテンシャルφ１の場合
を演算するポテンシャル場演算手段２Ａと、このポテン
シャルφ、の場によって得られる特徴パターンの予測パ
ターンに対する作用力Ｆ、の勾配ベクトルを演算しこれ
を誘導信号として出力する作用力演算手段２Ｂとを備え
ている。
トの位置情報にもとづいて環境領域内における選択され
た構成物およびその構成要素の情−報を構成記憶器８お
よび要素記憶器９から読み出し、その予測パターンを求
め、その予測パターンを表示装置５および移動制御装置
２に出力する。移動制御装置２はパターン検出器６から
の特徴パターンとパターン発生器１１からの予測パター
ンとにより、両パターンのずれを減少するように移動ロ
ボット１の走行装置ＩＡを制御するために、予測パター
ンと特徴パターンとの間に働くポテンシャルφ１の場合
を演算するポテンシャル場演算手段２Ａと、このポテン
シャルφ、の場によって得られる特徴パターンの予測パ
ターンに対する作用力Ｆ、の勾配ベクトルを演算しこれ
を誘導信号として出力する作用力演算手段２Ｂとを備え
ている。
次に上述したパターン間に働く相互作用のΦ１゜につい
て述べる。
て述べる。
以下、説明を単純化するために、第４図に示すように、
空間Ｓを画面とし、パターンＡ、Ｂを２値画像とする。
空間Ｓを画面とし、パターンＡ、Ｂを２値画像とする。
ここで、パターンＡは観測画像にもとづくパターンとし
、パターンＢは環境モデルＫによって生成された予測画
像にもとづくパターンとする。いま、パターンＡが与え
られたとき。
、パターンＢは環境モデルＫによって生成された予測画
像にもとづくパターンとする。いま、パターンＡが与え
られたとき。
パターンＢの位置をパターンＡに接近させる適応則を見
い出す必要がある。この適応則は空間Ｓ上にパターンＡ
により生成されるポテンシャルφ。
い出す必要がある。この適応則は空間Ｓ上にパターンＡ
により生成されるポテンシャルφ。
を導入することによって得られる。このポテンシャルφ
、は次の（１）式により求めることができる。
、は次の（１）式により求めることができる。
αφ、＋ｘ１±０ ・・・（１）
周索である。ただし、σヨ、σ、はポテンシャルφ１の
空間的法がりを表わすパラメータである。
周索である。ただし、σヨ、σ、はポテンシャルφ１の
空間的法がりを表わすパラメータである。
また、（１）式において、ｘｌはパターンＡを空間Ｓの
部分集合とみなしたときの定義関数である６次に上述し
た空間Ｓ上のパターンＡのポテンシャル−１場により、
パターンＢの受ける作用Ｆ。
部分集合とみなしたときの定義関数である６次に上述し
た空間Ｓ上のパターンＡのポテンシャル−１場により、
パターンＢの受ける作用Ｆ。
は、次の（２）式より求めることができる。ここでは説
明の便宜上、２次元平面内でのＸ軸およびｙ軸方向への
移動のみを対象としている。
明の便宜上、２次元平面内でのＸ軸およびｙ軸方向への
移動のみを対象としている。
Ｆ ＊ ＝ ＪＸ ｍ・Ｄφａｄｓ ・・
・（２）ただし、ｘ、はパターンＢを空間Ｓの部分集合
と同一視したときの定義関数であり、Ｄは勾配作微分作
用素を表している。
・（２）ただし、ｘ、はパターンＢを空間Ｓの部分集合
と同一視したときの定義関数であり、Ｄは勾配作微分作
用素を表している。
上述の（１）式および（２）式により、パターンＢをパ
ターンＡに対して変形させるための情報、すなわち移動
ロボットの誘導情報を得ることができる。しかし、この
演算における（１）式においては無限次元の連立方程式
を含んでいるため、つぎの近似式（３）を用いることが
よい。
ターンＡに対して変形させるための情報、すなわち移動
ロボットの誘導情報を得ることができる。しかし、この
演算における（１）式においては無限次元の連立方程式
を含んでいるため、つぎの近似式（３）を用いることが
よい。
ｔ
上記（３）式のポテンシャルφ、の解を用いて、パター
ンＢをパターンＡに移動操作するための操作機構Ｍ、の
出力Ｕ、は、次の（４）式によって求めることができる
。
ンＢをパターンＡに移動操作するための操作機構Ｍ、の
出力Ｕ、は、次の（４）式によって求めることができる
。
Ｕ、＝−７，ｘ、−Ｄ φａｄｓ ・（４）次
に上述した本発明の装置の実施例の動作を説明する。
に上述した本発明の装置の実施例の動作を説明する。
移動ロボット１の誘導開始に先立って、表示装置５には
、テレビカメラ４からの撮影画像と、構成記憶器８から
の構成物のリストとパターン発生器１１からの予測パタ
ーンとが表示される０次に、操作者が表示装置５に表示
された撮影画像と構成記憶器８からの構成物のリストと
パターン発生器１１からの予測パターンとを参照して移
動ロボット１の誘導目標となる構造物の情報の選択ルー
ルを、入力装置１０によってルール記憶器７に入力する
。この選択が完了すると、パターン発生器１１は構成記
憶器８および要素記憶器９からそれぞれ構成物の配置お
よび形状データを選択されたルールに従って読み出し、
その予測パターンを求める。この予測パターンは表示装
置５に入力される。これにより、操作者は表示装置５に
表示された撮影画像と予測パターンとを参照し、不適と
判断した場合には入力装置１０を操作して構成記憶器８
から他の構成物の予測パターンを生成し、表示装置５に
表示する。この予測パターンが適切であると判断した場
合には、操作者の入力装置１０の操作により、この予測
パターンは移動制御装置２に入力される。また、この移
動制御装置２にはパターン検出器６からの観測画像の特
徴パターンが入力される。このため、移動制御装置２は
特徴パターンと予測パターンとを比較して移動ロボット
１を誘導するための誘導信号を移動ロボット１の走行装
置ＩＡに出力する。これにより、移動ロボット１は目標
地点に誘導制御される。
、テレビカメラ４からの撮影画像と、構成記憶器８から
の構成物のリストとパターン発生器１１からの予測パタ
ーンとが表示される０次に、操作者が表示装置５に表示
された撮影画像と構成記憶器８からの構成物のリストと
パターン発生器１１からの予測パターンとを参照して移
動ロボット１の誘導目標となる構造物の情報の選択ルー
ルを、入力装置１０によってルール記憶器７に入力する
。この選択が完了すると、パターン発生器１１は構成記
憶器８および要素記憶器９からそれぞれ構成物の配置お
よび形状データを選択されたルールに従って読み出し、
その予測パターンを求める。この予測パターンは表示装
置５に入力される。これにより、操作者は表示装置５に
表示された撮影画像と予測パターンとを参照し、不適と
判断した場合には入力装置１０を操作して構成記憶器８
から他の構成物の予測パターンを生成し、表示装置５に
表示する。この予測パターンが適切であると判断した場
合には、操作者の入力装置１０の操作により、この予測
パターンは移動制御装置２に入力される。また、この移
動制御装置２にはパターン検出器６からの観測画像の特
徴パターンが入力される。このため、移動制御装置２は
特徴パターンと予測パターンとを比較して移動ロボット
１を誘導するための誘導信号を移動ロボット１の走行装
置ＩＡに出力する。これにより、移動ロボット１は目標
地点に誘導制御される。
以上述べたように、操作者は入力装置１０によって環境
構成物の選択ルールを入力し、また特徴パターン中のあ
る構成要素とに対応する構成要素の予測パターンを選択
することができる。これにより、特徴パターンと予測パ
ターンとの照合が適確に行なわれるので、移動ロボット
を高速で精度良く誘導することができる。
構成物の選択ルールを入力し、また特徴パターン中のあ
る構成要素とに対応する構成要素の予測パターンを選択
することができる。これにより、特徴パターンと予測パ
ターンとの照合が適確に行なわれるので、移動ロボット
を高速で精度良く誘導することができる。
なお上述の例においては移動ロボットを例にとって説明
したが、これに限られるものではない。
したが、これに限られるものではない。
以上述べたように、本発明によれば、撮影画像の特徴パ
ターンと比較される予測パターンをルール選択して入力
設定することができるので、従来のような画像処理のた
めに多大な時間を要しないものである。このため、移動
体を高速で精度良く誘導することができる。
ターンと比較される予測パターンをルール選択して入力
設定することができるので、従来のような画像処理のた
めに多大な時間を要しないものである。このため、移動
体を高速で精度良く誘導することができる。
第１図は本発明の装置の一実施例の構成を示す図、第２
図は本発明の装置によって誘導される移動体の誘導対象
の一例である部屋を示す図、第３図は本発明の装置を構
成する構成記憶器および要素記憶器に記憶された第２図
に示す部屋のフレーム内容を示す説明図、第４図は本発
明の装置を構成する移動制御装置に用いられるパターン
マツチング原理を示す説明図である。 １・・、・移動ロボット、２・・・移動制御装置、４・
・・テレビカメラ、５・・・表示装置、６・・・パター
ン検出器、７・・・ルール記憶装置、８・・・構成記憶
器、９・・・要素第 １０ 箒 ２ 口 手続補正書（自発） １．事件の表示 昭和６０ 年特許願第 ２１６９２ 号２発明の名称 誘導・装置 ３、補正をする者 １市とのｊ朋 特許出願人 ？１ 称 ’５１０）株式会！Ｆ 日 立
製 作 所４、代 理 人 ５、補正ノ対象 明細書の発明の詳細な説明の欄６、
補正の内容 別紙のとおり （１）明細書の第２頁第１３行〜同頁第１４行の文章を
下記の通り補正する。 記 「２月２４日発行のモラベツク（Ｍｏｒａｖｅｃ ）に
よる「ザ スタンフォード カート アンドザ シーエ
ムニー ローバーＪ （Ｔｈｅ ５ｔａｎｆｏｒｄＣ
ａｒｔ ａｎｄ Ｔｈｅ ＣＭυＲｏｖｅｒ ）と題す
る文献に開示さ」 以上 手続補正書（自発） １．４１１件の表示 昭和６０年特許願第 ２１６９２ 号２発明の名称 誘導装置 ＆補正をする者 １淋との１唾 特許出願人 と１ ビ）、’５１０川式会用ト 日 立 装
作 所４、代 理 人 図面の簡単な説明の欄および図面 ６、補正の内容 全文訂正明細書 １、発明の名称 誘導装置 ２、特許請求の範囲 １、移動体を所定の環境内の径路に沿って誘導する誘導
装置において、前記環 内の構成物おれを表示すると共
に環境内の構成物画像および構成物の予測パターンを表
示する表示゛ と、豊久亙ことを特徴とする誘導装置
。 ２、特許請求の範囲第１項記載の誘導装置において、第
１の記憶手段は、環境内の構成物を階層的に記憶する構
成物記憶手段と、構成物の幾何学データを記憶する構成
物要素記憶手段とを備えたことを特徴とする誘導装置。 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明のロボット等の移動体のための誘導装置に係り、
特に周囲の状況を理解し、環境に適応して移動体を目的
地まで移動させることができる誘導装置に関する。 〔従来の技術〕 現在、稼動しているロボットの大部分は工場等の整った
環境下で使用されている。しかし、近年では整った環境
以外でも使用できる移動ロボットが要求されている。こ
の要求を実現するためにはロボットに自律移動機能を与
えることが必要である。 このような移動ロボットの例については１９８３年２月
２４日発行のモラベック（Ｎｏｒａｖｓｃ ）による［
ザ・スタンダード カート アンド シーエムニー ロ
ーバーＪ （Ｔｈｅ ５ｔａｎｆｏｒｄ Ｃａｒｔ
ａｎｄ ＴｈｅＣＭυＲｏｖｅｒ ）と題する文献に開
示されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 この種の移動ロボットはテレビカメラで得られた画像を
処理して１画像の特徴点を抽出し、その配置にもとづい
て、方向、距離の３次元的な物体、配置を計算し、この
結果にもとづいて物体までの距離を求めた上で移動ロボ
ットに誘導信号を出力している。このような画像処理で
は、特徴点の検出並びに３次元情報の抽出に複雑な計算
を要し、移動体を高速で精度良く移動させることが難し
いものであった。 本発明の目的は、移動体の誘導目標となる環境内構酸物
のパターンを選択入力し１画像処理の容易な誘導装置を
提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の上記の目的は実際の撮影画像から抽出する特徴
パターンと移動体の位置情報に関して予測される環境構
成物の予測パターンとを比較してその差を求め、その差
を減少するように移動体を誘導制御するに際して、誘導
目標となる環境構造物の選択順序ルールを操作者によっ
て選択入力し、この構成物の選択順序ルールに従って誘
導目標のための予測パターンを生成することにより達成
される。 〔作用〕 予測パターンと特徴パターンとの照合において。 その照合が不能な場合に、入力装置によって入力された
選択順序ルールに従って構成物の予測パターンを選定す
ることにより、この予測パターンと観測画像からの特徴
パターンとの比較がすみやかにかつ正確に行うことがで
きるので、移動体の自律誘導をより信頼性を高いものに
することができる。 〔実施例〕 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。 第１図は本発明の装置の一実施例を示すもので。 この図において、１は移動ロボットで、この移動ロボッ
ト１は特定の環境領域内を走行するための走行装置ＩＡ
を備えている。この移動ロボット１の走行装置ＩＡは移
動制御装置２によって制御されると共にその移動量は移
動量検出器３によって検出される。移動ロボットｌには
その周囲環境を撮影するためのテレビカメラ４が設置さ
れている。 このテレビカメラ４によって撮影された画像は表示装置
５に出力されると共に特徴パターン検出手段６に出力さ
れる。特徴パターン検出手段６は撮影画像の特徴パター
ンを検出する。第１の記憶手段７は環境構成物の選択順
序ルールを記憶する。 第２の記憶手段８は構成物記憶手段９と構成物要素記憶
手段１０とで構成されている。構成物記憶手段９は所謂
フレーム理論にもとづいて環境構成物を記憶している。 すなわち構成物記憶手段９は例えば第２図に示す部屋に
対して第３図に示すように部屋のフレーム、床のフレー
ム、壁のフレーム等を階層的に記憶している。構成物要
素記憶手段１０は構成物記憶手段９との関連において、
第３図に示すように例えば障害物のフレームに対してそ
の高さ、縦の長さ、横の長さ等の構成物要素を記憶して
いる。前述した構成物記憶手段９は環境構成物のリスト
を表示装置！５に出力する。入力装置１１は操作者によ
って選択入力される移動体の誘導目標となる環境構成物
の選択順序ルールを選択し入力する。予測パターン発生
手段１２は移動量検出器３からの移動ロボットの位置情
報にもとづいて環境領域内における選択された構成物お
よびその構成要素の情報を構成物記憶手段９および構成
物要素記憶手段１０から読み出し、その予測パターンを
求め、その予測パターンを表示装置５および移動制御装
置２に出力する。移動制御装置２は特徴パターン検出手
段６からの特徴パターンと予測パターン発生手段１２か
らの予測パターンとの照合の可否を判定し、照合否の場
合に、照合不能信号を表示装置５に出力するパターン照
合判定手段２０と、パターン照合判定手段からの照合可
能信号にもとづいて濁パターンのずれを減少するように
移動ロボット１の走行袋！ＩＩＡを制御するために、予
測パターンと特徴パターンとの間に働くポテンシャルφ
＾の場合を演算するポテンシャル場演算手段２１と、こ
のポテンシャルφ＾の場によって得られる特徴パターン
の予測パターンに対する作用力ＦＢの勾配ベクトルを演
算しこれを誘導信号として出力する作用力演算手段２２
’とを備えている。 次に上述したパターン間に働く相互作用のφへＢについ
て述べる。 以下、説明を単純化するために、第４図に示すように、
空間Ｓを画面とし、パターン゛Ａ、Ｂを２値画像とする
。ここで、パターンＡは観測画像にもとづくパターンと
し、パターンＢは環境モデルＫによって生成された予測
画像にもとづくパターンとする。いま、パターンＡが与
えられたとき。 パターンＢの位置をパターンＡに接近させる適応則を見
い出す必要がある。この適応則は空間Ｓ上にパターンＡ
により生成されるポテンシャルφ＾を導入することによ
って得られる。このポテンシャルφ＾は次の（１）式に
より求めることができる。 αφ＾＋Ｘ＾＝０ ・・・ （１）
微分作用素である。ただし、σ買、σｙはポテンシャル
φ＾の空間的法がりを表わすパラメータである。また、
（１）式において、Ｘ＾はパターンＡを空間Ｓの部分集
合とみなしたときの定義関数である。 次に上述した空間Ｓ上のパターンＡのポテンシャルφ＾
場により、パターンＢの受ける作用Ｆａは、次の（２）
式により求めることができる。ここでは説明の便宜上、
２次元平面内でのＸ軸およびｙ軸方向への移動のみを対
象としている。 Ｆａ＝／、Ｘａ°Ｄφａｄｓ −（２）ただし
、ＸａはパターンＢを空間Ｓの部分集合と同一視したと
きの定義関数であり、Ｄは勾配作なる微分作用素を表し
ている。 上述の（１）式および（２）式により、パターンＢをパ
ターンＡに対して変形させるための情報、すなわち移動
ロボットの誘導情報を得ることができる。しかし、この
演算における（１）式においては無限次元の連立方程式
を含んでいるため、つぎの近似式（３）を用いることが
よい。 ａｔ 上記（３）式のポテンシャルφ＾の解を用いて、パター
ンＢをパターンＡに移動操作するための操作機構Ｍａの
出力Ｕａは、次の（４）式によって求めることができる
。 Ｕａ＝ −／５Ｘａ−Ｄφ＾ｄｓ −（４）次に
上述した本発明の装置の実施例の動作を説明する。 移動ロボット１の誘導開始に先立って、表示装置５には
、テレビカメラ４からの撮影画像と、構成物記憶手段９
からの構成物のリストと予測パターン発生手段１２から
の予測パターンとが表示される。一方、特徴パターン検
出手段６は撮影画像から特徴パターンを検出し、これを
パターン照合手段２ｏに出力する。また予測パターン発
生手段１２は移動量検出器３からの移動量によって予測
パターンをパターン照合手段２０に出力する。パターン
照合手段２０は両パターンの照合において、照合不能の
場合には照合不能信号を表示装置５に出力する。次に、
表示装置５に表示されたパターン照合不能表示にもとづ
き、操作者は表示装置５に表示された撮影画像と構成物
記憶手段９からの構成物のリストと予測パターン発生手
段１２からの予測パターンとを参照して移動ロボット１
の誘導目標となる構成物の情報の選択順序ルールを、入
力装置１１によって第１の記憶手段７に入力する。この
選択が完了すると、予測パターン発生手段１２は構成物
記憶手段９および構成物要素記憶手段１０からそれぞれ
構成物の配置および形状データを選択されたルールに従
って読み出し、その予測パターンを求める。この予測パ
ターンは表示装置５に入力される。これにより、操作者
は表示装置５に表示された撮影画像と予測パターンとを
参照し、不適と判断した場合には入力装置１１を操作し
て構成物記憶手段９から他の構成物の予測パターンを生
成し１表示装置５に表示する。この予測パターンが適切
であると判断した場合には、操作者の入力装置１１の操
作により、この予測パターンは移動制御装置２に入力さ
れる。また、この移動制御装置２には特徴パターン検出
手段６からの観測画像の特徴パターンが入力される。こ
のため、移動制御装置２は特徴パターンと予測パターン
とを比較して移動ロボット１を誘導するための誘導信号
を移動ロボット１の走行装置ＩＡに出力する。これによ
り、移動ロボット１は目標地点に誘導制御される。 以上述べたように、操作者は入力装置１１によって環境
構成物の選択順序ルールを入力し、また特徴パターン中
のある構成要素とに対応する構成要素の予測パターンを
選択することができる。これにより、特徴パターンと予
測パターンとの照合が適確に行われるので、移動ロボッ
トを高速で精度良く誘導することができる。 なお上述の例においては移動ロボットを例にとって説明
したが、これに限られるものではない。 〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、撮影画像の特徴パ
ターンと比較される予測パターンをルール選択して入力
設定することができるので、従来のような画像処理のた
めに多大な時間を要しないものである。このため、移動
体を高速で精度良く誘導することができる。 ４、図面の簡単な説明 第１図は本発明の装置の一実施例の構成を示す図、第２
図は本発明の装置によって誘導される移動体の誘導対象
の一例である部屋を示す図、第３図は本発明の装置を構
成する構成物記憶手段および構成物要素記憶手段に記憶
された第２図に示す部屋のフレーム内容を示す説明図、
第４図は本発明の装置を構成する移動制御装置に用いら
れるパターンマツチング原理を示す説明図である。 １・・・移動ロボット、２・・・移動制御装置、４・・
・テレビカメラ、５・・・表示装置、６・・・特徴パタ
ーン検出手段、７・・・第１の記憶手段、８・・・第２
の記憶手段、９・・・構成物記憶手段、１０・・・構成
物要素記憶手段、１１・・・入力装置、１２・・・予測
パターン発生手段。
図は本発明の装置によって誘導される移動体の誘導対象
の一例である部屋を示す図、第３図は本発明の装置を構
成する構成記憶器および要素記憶器に記憶された第２図
に示す部屋のフレーム内容を示す説明図、第４図は本発
明の装置を構成する移動制御装置に用いられるパターン
マツチング原理を示す説明図である。 １・・、・移動ロボット、２・・・移動制御装置、４・
・・テレビカメラ、５・・・表示装置、６・・・パター
ン検出器、７・・・ルール記憶装置、８・・・構成記憶
器、９・・・要素第 １０ 箒 ２ 口 手続補正書（自発） １．事件の表示 昭和６０ 年特許願第 ２１６９２ 号２発明の名称 誘導・装置 ３、補正をする者 １市とのｊ朋 特許出願人 ？１ 称 ’５１０）株式会！Ｆ 日 立
製 作 所４、代 理 人 ５、補正ノ対象 明細書の発明の詳細な説明の欄６、
補正の内容 別紙のとおり （１）明細書の第２頁第１３行〜同頁第１４行の文章を
下記の通り補正する。 記 「２月２４日発行のモラベツク（Ｍｏｒａｖｅｃ ）に
よる「ザ スタンフォード カート アンドザ シーエ
ムニー ローバーＪ （Ｔｈｅ ５ｔａｎｆｏｒｄＣ
ａｒｔ ａｎｄ Ｔｈｅ ＣＭυＲｏｖｅｒ ）と題す
る文献に開示さ」 以上 手続補正書（自発） １．４１１件の表示 昭和６０年特許願第 ２１６９２ 号２発明の名称 誘導装置 ＆補正をする者 １淋との１唾 特許出願人 と１ ビ）、’５１０川式会用ト 日 立 装
作 所４、代 理 人 図面の簡単な説明の欄および図面 ６、補正の内容 全文訂正明細書 １、発明の名称 誘導装置 ２、特許請求の範囲 １、移動体を所定の環境内の径路に沿って誘導する誘導
装置において、前記環 内の構成物おれを表示すると共
に環境内の構成物画像および構成物の予測パターンを表
示する表示゛ と、豊久亙ことを特徴とする誘導装置
。 ２、特許請求の範囲第１項記載の誘導装置において、第
１の記憶手段は、環境内の構成物を階層的に記憶する構
成物記憶手段と、構成物の幾何学データを記憶する構成
物要素記憶手段とを備えたことを特徴とする誘導装置。 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明のロボット等の移動体のための誘導装置に係り、
特に周囲の状況を理解し、環境に適応して移動体を目的
地まで移動させることができる誘導装置に関する。 〔従来の技術〕 現在、稼動しているロボットの大部分は工場等の整った
環境下で使用されている。しかし、近年では整った環境
以外でも使用できる移動ロボットが要求されている。こ
の要求を実現するためにはロボットに自律移動機能を与
えることが必要である。 このような移動ロボットの例については１９８３年２月
２４日発行のモラベック（Ｎｏｒａｖｓｃ ）による［
ザ・スタンダード カート アンド シーエムニー ロ
ーバーＪ （Ｔｈｅ ５ｔａｎｆｏｒｄ Ｃａｒｔ
ａｎｄ ＴｈｅＣＭυＲｏｖｅｒ ）と題する文献に開
示されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 この種の移動ロボットはテレビカメラで得られた画像を
処理して１画像の特徴点を抽出し、その配置にもとづい
て、方向、距離の３次元的な物体、配置を計算し、この
結果にもとづいて物体までの距離を求めた上で移動ロボ
ットに誘導信号を出力している。このような画像処理で
は、特徴点の検出並びに３次元情報の抽出に複雑な計算
を要し、移動体を高速で精度良く移動させることが難し
いものであった。 本発明の目的は、移動体の誘導目標となる環境内構酸物
のパターンを選択入力し１画像処理の容易な誘導装置を
提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の上記の目的は実際の撮影画像から抽出する特徴
パターンと移動体の位置情報に関して予測される環境構
成物の予測パターンとを比較してその差を求め、その差
を減少するように移動体を誘導制御するに際して、誘導
目標となる環境構造物の選択順序ルールを操作者によっ
て選択入力し、この構成物の選択順序ルールに従って誘
導目標のための予測パターンを生成することにより達成
される。 〔作用〕 予測パターンと特徴パターンとの照合において。 その照合が不能な場合に、入力装置によって入力された
選択順序ルールに従って構成物の予測パターンを選定す
ることにより、この予測パターンと観測画像からの特徴
パターンとの比較がすみやかにかつ正確に行うことがで
きるので、移動体の自律誘導をより信頼性を高いものに
することができる。 〔実施例〕 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。 第１図は本発明の装置の一実施例を示すもので。 この図において、１は移動ロボットで、この移動ロボッ
ト１は特定の環境領域内を走行するための走行装置ＩＡ
を備えている。この移動ロボット１の走行装置ＩＡは移
動制御装置２によって制御されると共にその移動量は移
動量検出器３によって検出される。移動ロボットｌには
その周囲環境を撮影するためのテレビカメラ４が設置さ
れている。 このテレビカメラ４によって撮影された画像は表示装置
５に出力されると共に特徴パターン検出手段６に出力さ
れる。特徴パターン検出手段６は撮影画像の特徴パター
ンを検出する。第１の記憶手段７は環境構成物の選択順
序ルールを記憶する。 第２の記憶手段８は構成物記憶手段９と構成物要素記憶
手段１０とで構成されている。構成物記憶手段９は所謂
フレーム理論にもとづいて環境構成物を記憶している。 すなわち構成物記憶手段９は例えば第２図に示す部屋に
対して第３図に示すように部屋のフレーム、床のフレー
ム、壁のフレーム等を階層的に記憶している。構成物要
素記憶手段１０は構成物記憶手段９との関連において、
第３図に示すように例えば障害物のフレームに対してそ
の高さ、縦の長さ、横の長さ等の構成物要素を記憶して
いる。前述した構成物記憶手段９は環境構成物のリスト
を表示装置！５に出力する。入力装置１１は操作者によ
って選択入力される移動体の誘導目標となる環境構成物
の選択順序ルールを選択し入力する。予測パターン発生
手段１２は移動量検出器３からの移動ロボットの位置情
報にもとづいて環境領域内における選択された構成物お
よびその構成要素の情報を構成物記憶手段９および構成
物要素記憶手段１０から読み出し、その予測パターンを
求め、その予測パターンを表示装置５および移動制御装
置２に出力する。移動制御装置２は特徴パターン検出手
段６からの特徴パターンと予測パターン発生手段１２か
らの予測パターンとの照合の可否を判定し、照合否の場
合に、照合不能信号を表示装置５に出力するパターン照
合判定手段２０と、パターン照合判定手段からの照合可
能信号にもとづいて濁パターンのずれを減少するように
移動ロボット１の走行袋！ＩＩＡを制御するために、予
測パターンと特徴パターンとの間に働くポテンシャルφ
＾の場合を演算するポテンシャル場演算手段２１と、こ
のポテンシャルφ＾の場によって得られる特徴パターン
の予測パターンに対する作用力ＦＢの勾配ベクトルを演
算しこれを誘導信号として出力する作用力演算手段２２
’とを備えている。 次に上述したパターン間に働く相互作用のφへＢについ
て述べる。 以下、説明を単純化するために、第４図に示すように、
空間Ｓを画面とし、パターン゛Ａ、Ｂを２値画像とする
。ここで、パターンＡは観測画像にもとづくパターンと
し、パターンＢは環境モデルＫによって生成された予測
画像にもとづくパターンとする。いま、パターンＡが与
えられたとき。 パターンＢの位置をパターンＡに接近させる適応則を見
い出す必要がある。この適応則は空間Ｓ上にパターンＡ
により生成されるポテンシャルφ＾を導入することによ
って得られる。このポテンシャルφ＾は次の（１）式に
より求めることができる。 αφ＾＋Ｘ＾＝０ ・・・ （１）
微分作用素である。ただし、σ買、σｙはポテンシャル
φ＾の空間的法がりを表わすパラメータである。また、
（１）式において、Ｘ＾はパターンＡを空間Ｓの部分集
合とみなしたときの定義関数である。 次に上述した空間Ｓ上のパターンＡのポテンシャルφ＾
場により、パターンＢの受ける作用Ｆａは、次の（２）
式により求めることができる。ここでは説明の便宜上、
２次元平面内でのＸ軸およびｙ軸方向への移動のみを対
象としている。 Ｆａ＝／、Ｘａ°Ｄφａｄｓ −（２）ただし
、ＸａはパターンＢを空間Ｓの部分集合と同一視したと
きの定義関数であり、Ｄは勾配作なる微分作用素を表し
ている。 上述の（１）式および（２）式により、パターンＢをパ
ターンＡに対して変形させるための情報、すなわち移動
ロボットの誘導情報を得ることができる。しかし、この
演算における（１）式においては無限次元の連立方程式
を含んでいるため、つぎの近似式（３）を用いることが
よい。 ａｔ 上記（３）式のポテンシャルφ＾の解を用いて、パター
ンＢをパターンＡに移動操作するための操作機構Ｍａの
出力Ｕａは、次の（４）式によって求めることができる
。 Ｕａ＝ −／５Ｘａ−Ｄφ＾ｄｓ −（４）次に
上述した本発明の装置の実施例の動作を説明する。 移動ロボット１の誘導開始に先立って、表示装置５には
、テレビカメラ４からの撮影画像と、構成物記憶手段９
からの構成物のリストと予測パターン発生手段１２から
の予測パターンとが表示される。一方、特徴パターン検
出手段６は撮影画像から特徴パターンを検出し、これを
パターン照合手段２ｏに出力する。また予測パターン発
生手段１２は移動量検出器３からの移動量によって予測
パターンをパターン照合手段２０に出力する。パターン
照合手段２０は両パターンの照合において、照合不能の
場合には照合不能信号を表示装置５に出力する。次に、
表示装置５に表示されたパターン照合不能表示にもとづ
き、操作者は表示装置５に表示された撮影画像と構成物
記憶手段９からの構成物のリストと予測パターン発生手
段１２からの予測パターンとを参照して移動ロボット１
の誘導目標となる構成物の情報の選択順序ルールを、入
力装置１１によって第１の記憶手段７に入力する。この
選択が完了すると、予測パターン発生手段１２は構成物
記憶手段９および構成物要素記憶手段１０からそれぞれ
構成物の配置および形状データを選択されたルールに従
って読み出し、その予測パターンを求める。この予測パ
ターンは表示装置５に入力される。これにより、操作者
は表示装置５に表示された撮影画像と予測パターンとを
参照し、不適と判断した場合には入力装置１１を操作し
て構成物記憶手段９から他の構成物の予測パターンを生
成し１表示装置５に表示する。この予測パターンが適切
であると判断した場合には、操作者の入力装置１１の操
作により、この予測パターンは移動制御装置２に入力さ
れる。また、この移動制御装置２には特徴パターン検出
手段６からの観測画像の特徴パターンが入力される。こ
のため、移動制御装置２は特徴パターンと予測パターン
とを比較して移動ロボット１を誘導するための誘導信号
を移動ロボット１の走行装置ＩＡに出力する。これによ
り、移動ロボット１は目標地点に誘導制御される。 以上述べたように、操作者は入力装置１１によって環境
構成物の選択順序ルールを入力し、また特徴パターン中
のある構成要素とに対応する構成要素の予測パターンを
選択することができる。これにより、特徴パターンと予
測パターンとの照合が適確に行われるので、移動ロボッ
トを高速で精度良く誘導することができる。 なお上述の例においては移動ロボットを例にとって説明
したが、これに限られるものではない。 〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、撮影画像の特徴パ
ターンと比較される予測パターンをルール選択して入力
設定することができるので、従来のような画像処理のた
めに多大な時間を要しないものである。このため、移動
体を高速で精度良く誘導することができる。 ４、図面の簡単な説明 第１図は本発明の装置の一実施例の構成を示す図、第２
図は本発明の装置によって誘導される移動体の誘導対象
の一例である部屋を示す図、第３図は本発明の装置を構
成する構成物記憶手段および構成物要素記憶手段に記憶
された第２図に示す部屋のフレーム内容を示す説明図、
第４図は本発明の装置を構成する移動制御装置に用いら
れるパターンマツチング原理を示す説明図である。 １・・・移動ロボット、２・・・移動制御装置、４・・
・テレビカメラ、５・・・表示装置、６・・・特徴パタ
ーン検出手段、７・・・第１の記憶手段、８・・・第２
の記憶手段、９・・・構成物記憶手段、１０・・・構成
物要素記憶手段、１１・・・入力装置、１２・・・予測
パターン発生手段。
Claims (1)
- １、移動体を所定の環境内の経路に沿つて誘導する誘導
装置において、上記環境内の構成物の選択ルールを記憶
するルール記憶器と、前記構成物を記憶する構成記憶器
と、この構成記憶器内の構成物の幾何学データを記憶す
る要素記憶器と、移動体の位置情報にもとづいてこれに
関する構成物の幾何学データを要素記憶器から取込みそ
の予測パターンを求めるパターン発生器と、移動体に装
着したカメラからの画像から特徴パターンを抽出するパ
ターン検出器と、予測パターンと特徴パターンとを比較
しこれらの差が減少するように移動体を制御する制御装
置と、撮影画像、環境内の構成物およびその予測パター
ンを操作者に表示する表示装置と、構成物の選択ルール
をルール記憶器に設定入力する入力装置を備えたことを
特徴とする誘導装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60021692A JPS61183716A (ja) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | 誘導装置 |
| US06/825,976 US4652803A (en) | 1985-02-08 | 1986-02-04 | Guidance system |
| EP86101467A EP0190742B1 (en) | 1985-02-08 | 1986-02-05 | Guidance system for a mobile robot |
| DE8686101467T DE3683508D1 (de) | 1985-02-08 | 1986-02-05 | Wegfuehrungssystem fuer einen beweglichen automaten. |
| CA000501281A CA1238103A (en) | 1985-02-08 | 1986-02-06 | Guidance system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60021692A JPS61183716A (ja) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | 誘導装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61183716A true JPS61183716A (ja) | 1986-08-16 |
Family
ID=12062119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60021692A Pending JPS61183716A (ja) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | 誘導装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4652803A (ja) |
| EP (1) | EP0190742B1 (ja) |
| JP (1) | JPS61183716A (ja) |
| CA (1) | CA1238103A (ja) |
| DE (1) | DE3683508D1 (ja) |
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| CN107203211A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-09-26 | 上海名护机器人有限公司 | 一种机器人交互运动的方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0190742A2 (en) | 1986-08-13 |
| DE3683508D1 (de) | 1992-03-05 |
| EP0190742B1 (en) | 1992-01-22 |
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