JP5088875B2 - 移動ロボット及び移動ロボットの行動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、強力犯や武装勢力が潜む危険地帯において、前記強力犯や武装勢力を目標として接近して情報収集を行うのに好適な移動ロボット及び移動ロボットの行動制御方法に関するものである。

従来、上記した移動ロボットとしては、例えば、レーザレンジファインダやステレオカメラ等の外界計測手段と、ＧＰＳやオドメータ等の自己位置計測手段と、外界計測手段で得た環境データ及び自己位置計測手段で得た自己位置データを処理するデータ処理部を備えた自律走行式のものがある。
このような移動ロボットにおいて、目標まで自律走行する際には、搭載する外界計測手段や自己位置計測手段により得られる周囲の環境データに基づいて、障害物に対して一定の距離を保ちつつ移動（いわゆる壁沿い移動）したり、この壁沿い移動と直進移動とを組み合わせて移動したり、予め有する地図データベース上で選択した最良の経路上を移動したりするように制御され、これらの制御方法は、運用目的に応じて適宜選択されるものとなっている（例えば、特許文献１〜３参照）。
特開2006-309544号公報 特許第3536418号公報 特開2007-260822号公報

上記した移動ロボットの運用目的として、例えば、強力犯や武装勢力が潜む危険地帯における情報収集活動が挙げられるが、この情報収集活動には、目標である強力犯や武装勢力に対して極力見つからないようにして接近することが要求される。
ところが、上記した従来の移動ロボットに採用されている制御法では、目標に対する接近時にこの目標に身を晒す頻度が高いため、この情報収集活動には不向きである。

また、上記危険地帯が市街地である場合には、市民の日々の生活により周囲環境が頻繁に変化するため、予め有する地図データベースの情報に基づいて事前に行動を計画しておくといった対応の仕方では、環境の変化についていけないという問題を有しており、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。
本発明は、上述した従来の課題に着目してなされたもので、例えば、強力犯や武装勢力が潜む危険地帯における情報収集活動に用いる場合において、目標である強力犯や武装勢力に接近する際に発見される可能性を少なく抑えることができ、環境の変化に左右されることなく常にその場に即した移動が可能である移動ロボット及び移動ロボットの行動制御方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る移動ロボットは、駆動部と、自己位置を求める自己位置計測部と、自己位置から目標にかけて存在する遮蔽物の位置を計測する外界計測部と、前記自己位置計測部で得た自己位置データ及び前記外界計測部で得た環境データに基づいて目標を反映させた局所地図を作成する制御部を備え、前記制御部は、前記局所地図上において前記外界計測部により認識した遮蔽物を多角体に近似すると共に、この遮蔽物の近似多角体の複数の頂点に対して前記目標からそれぞれレイトレースして該遮蔽物の近似多角体による遮蔽領域を設定し、立体化した自己モデルが前記遮蔽領域に対して露出する割合を算出すると共に、この露出する割合が低い移動経路及び行動パターンを決定して、前記駆動部に指令信号を出力する構成としたことを特徴としており、この移動ロボットの構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。

この場合、自己位置から目標にかけて存在する遮蔽物の位置を計測する外界計測部としては、例えば、レーザレンジファインダやステレオカメラを用いることができる。
一方、自己位置を求めて上記外界計測部による計測地点を明確化する自己位置計測部としては、例えば、絶対位置精度が得られるＧＰＳや慣性計測装置を用いることができるほか、連続性がある計測が可能なオドメータを用いることができ、ＧＰＳ及びオドメータからそれぞれ得られる自己位置データを併用することが望ましい。

また、本発明に係る移動ロボットにおいて、請求項２として、前記制御部は、立体化した自己モデルが前記遮蔽領域に対して露出する割合を算出する段階において、立体都市モデル（都市を高い視点から描画した鳥瞰図的な３次元地図）などの補完手段を用いる構成としている。
そして、本発明の請求項３に係る移動ロボットの行動制御方法では、上記した移動ロボットの行動を制御するに際して、自己位置計測部により自己位置を認識すると共に、外界計測部により環境データを取得した後、制御部において、前記自己位置データ及び環境データに基づいて目標を反映させた局所地図を作成するのに続いて、この局所地図上で前記外界計測部により認識した遮蔽物を多角体に近似すると共に、この遮蔽物の近似多角体の複数の頂点に対して前記目標からそれぞれレイトレースして該遮蔽物の近似多角体による遮蔽領域を設定し、次いで、立体化した自己モデルが前記遮蔽領域に対して露出する割合を算出すると共に、この露出する割合が低い移動経路及び行動パターンを決定した後、駆動部に指令信号を出力する構成としている。

また、本発明に係る移動ロボットの行動制御方法では、請求項４として、前記制御部において、立体化した自己モデルが前記遮蔽領域に対して露出する割合を算出するに際して、立体都市モデルなどの補完手段を用いる構成としている。
本発明に係る移動ロボット及び移動ロボットの行動制御方法では、例えば、強力犯や武装勢力が潜む危険地帯における情報収集活動に用いる場合において、道路上に放置してある車両や道路脇の樹木などの点在する遮蔽物を外界計測部により計測し、これで認識し且つ設定した遮蔽物の近似多角体による遮蔽領域に基づいて自己モデルの露出する割合が低い移動経路及び行動パターンを決定し、これで決定された移動経路及び行動パターンにおいて、遮蔽領域では身を隠しながら普通速度で移動すると共に、遮蔽領域以外では高速度で移動するようにして、目標である強力犯や武装勢力に向けて接近するので、ほとんど発見されずに目標まで接近し得ることとなり、この際、外界計測部により常に周辺を計測しているので、環境変化に左右されずにその場に適した移動を行い得ることとなる。

本発明の請求項１に係る移動ロボット及び請求項３に係る移動ロボットの行動制御方法では、それぞれ上記した構成としたから、例えば、強力犯や武装勢力が潜む危険地帯における情報収集活動に用いる場合において、目標である強力犯や武装勢力に対してほとんど発見されずに接近することが可能であり、加えて、環境の変化に左右されることなく常にその場に適した移動を行うことができるという非常に優れた効果がもたらされる。

また、本発明の請求項２に係る移動ロボット及び請求項４に係る移動ロボットの行動制御方法では、それぞれ上記した構成としているので、搭載している計測手段では計測し得なかった部分、例えば、樹木で覆われた建物があったとしても、この建物を多角体に近似してこの建物による遮蔽領域をも設定することが可能であり、その結果、目標である強力犯や武装勢力に接近する際に発見される頻度をより一層少なく抑えることができるという非常に優れた効果がもたらされる。

以下、本発明に係る移動ロボット及び移動ロボットの行動制御方法を図面に基づいて説明する。
図１〜図５は、本発明に係る移動ロボットの一実施形態を示しており、この実施形態では、本発明に係る移動ロボットを武装勢力が潜む危険地帯における情報収集活動に用いる場合を例に挙げて説明する。

図１及び図２に示すように、この移動ロボット１は、駆動部２と、デッドレコニング用のホイルオドメータ，ヨーレートセンサ及びＧＰＳを具備して自己位置を求める自己位置計測部３と、レーザレンジファインダ，ステレオカメラ及び他のセンサ類を具備して自己位置から目標である武装勢力にかけて存在する遮蔽物の位置を計測する外界計測部４と、この外界計測部４で得た環境データ及び自己位置計測部３で得た自己位置データに基づいて目標を反映させた局所地図を作成する制御部５を備えている。

この場合、駆動部２は車体Ｃの中央部に搭載されており、自己位置計測部３は制御部５とともに車体Ｃの後端部（図１右端部）に搭載され、一方、外界計測部４は車体Ｃの前端部（図１左端部）に搭載されているほか、通信機器６及び電源７が車体Ｃに内蔵されていて、車体Ｃの後端部にはＧＰＳ用のアンテナ８が配置してある。
前記制御部５は、図３及び図４にも示すように、局所地図上において外界計測部４により認識した遮蔽物としての車両Ａや樹木Ｂを多角体（この実施形態では直方体）に近似すると共に、この遮蔽物の近似多角体Ａ１，Ｂ１の複数の頂点に対して目標Ｔからそれぞれレイトレースしてこれらの近似多角体Ａ１，Ｂ１による遮蔽領域Ａ２，Ｂ２を設定し、立体化した自己モデル（移動ロボット１自体のモデル）がこれらの遮蔽領域Ａ２，Ｂ２に対して露出する割合を算出すると共に、この露出する割合が低い移動経路及び行動パターンを決定して、駆動部２に指令信号を出力するものとなっている。

この実施形態において、制御部５は、立体化した自己モデルの遮蔽領域Ａ２，Ｂ２に対する露出度を算出する段階において、補完手段として立体都市モデルを用いるようにしている。
次に、武装勢力が潜む危険地帯において情報収集活動を行う際の上記移動ロボット１の移動要領を説明する。

まず、図５に示すように、ステップＳ１において自己位置計測部３により自己位置を認識するのに続いて、ステップＳ２において外界計測部４により自己位置から目標Ｔにかけて存在する遮蔽物Ａ，Ｂの位置を含めた環境の３次元計測を行う。
次いで、ステップＳ３において制御部５が外界計測部４で得た環境データ及び自己位置計測部３で得た自己位置データに基づいて局所地図を作成すると共に、ステップＳ４においてこの局所地図に目標Ｔを反映させ、次いで、ステップＳ５において同じく制御部５が局所地図上において外界計測部４により認識した遮蔽物としての車両Ａや樹木Ｂを多角体に近似すると共に、ステップＳ６においてこの遮蔽物の近似多角体Ａ１，Ｂ１の複数の頂点に対して目標Ｔからそれぞれレイトレースしてこれらの近似多角体Ａ１，Ｂ１による遮蔽領域Ａ２，Ｂ２を設定する。

そして、ステップＳ７において制御部５では立体化した自己モデル（移動ロボット１自体のモデル）がこれらの遮蔽領域Ａ２，Ｂ２に対して露出する割合を算出すると共に、ステップＳ８，９においてこの露出する割合が低い移動経路及び行動パターンを決定し、最後に、ステップＳ１０において駆動部２に指令信号を出力すると、移動ロボット１は、遮蔽物の近似多角体Ａ１，Ｂ１による遮蔽領域Ａ２，Ｂ２において、図３における薄い矢印に沿って普通の速度で移動し、一方、遮蔽物の近似多角体Ａ１，Ｂ１による遮蔽領域Ａ２，Ｂ２以外の領域では、図３における濃い矢印に沿って高速で移動することとなる。

上記ステップＳ６で立体化した自己モデルが遮蔽領域Ａ２，Ｂ２に対して露出する割合を算出するに際して、補完手段として立体都市モデルを用いることができ、この場合には、搭載している計測手段４では計測し得なかった部分、例えば、樹木で覆われた建物があったとしても、ステップＳ１１，１２においてこの建物を多角体に近似してこの建物による遮蔽領域をも設定することができる。

上記したように、この移動ロボット１では、武装勢力が潜む危険地帯において情報収集活動を行う場合、道路上に放置してある車両Ａや道路脇の樹木Ｂなどの点在する遮蔽物を外界計測部４により計測し、これで認識して設定した遮蔽物の近似多角体Ａ１，Ｂ１による遮蔽領域Ａ２，Ｂ２に基づいて移動ロボット１自体の露出する割合が低い移動経路及び行動パターンを決定し、これで決定された移動経路及び行動パターンにおいて、遮蔽領域Ａ２，Ｂ２では身を隠しながら普通速度で移動すると共に、遮蔽領域Ａ２，Ｂ２以外では高速度で移動するようにして、目標である武装勢力に向けて接近するので、ほとんど発見されずに目標まで接近し得ることとなり、この際、外界計測部４により常に周辺を計測しているので、環境変化に左右されずにその場に適した移動を行い得ることとなる。

加えて、この実施形態では、立体化した自己モデルの遮蔽領域Ａ２，Ｂ２に対する露出度を算出する段階において、制御部５が補完手段として立体都市モデルを用いるようにしているので、搭載している計測手段４では計測し得なかった部分、例えば、樹木で覆われた建物があったとしても、この建物を多角体に近似してこの建物による遮蔽領域をも設定することができるので、武装勢力に接近する際に発見される頻度をより一層少なく抑え得ることとなる。

上記した一実施形態では、移動ロボット１が車両タイプのロボットである場合を示したが、これに限定されるものではない。
また、上記した一実施形態では、本発明に係る移動ロボットを武装勢力が潜む危険地帯における情報収集活動に用いる場合を例に挙げて説明したが、本発明に係る移動ロボットの運用形態はこれに限定されるものではなく、本発明に係る移動ロボットを遮蔽領域外において故意に目立つように移動させるようになせば、警備行動として運用することができる。

本発明に係る移動ロボットの一実施形態を示す側面説明図である。 図１における移動ロボットの構成ブロック図である。 図１における移動ロボットの行動制御を説明する俯瞰図である。 図１における移動ロボットの行動制御を説明する平面説明図（ａ）及び移動ロボットからの俯瞰図（ｂ）である。 図１における移動ロボットの行動制御を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ 移動ロボット
２ 駆動部
３ 自己位置計測部
４ 外界計測部
５ 制御部
Ａ 車両（遮蔽物）
Ａ１ 車両の近似多角体
Ａ２ 車両の近似多角体による遮蔽領域
Ｂ 樹木（遮蔽物）
Ｂ１ 樹木の近似多角体
Ｂ２ 樹木の近似多角体による遮蔽領域
Ｔ 目標

Claims (4)

1. 駆動部と、
   自己位置を求める自己位置計測部と、
   自己位置から目標にかけて存在する遮蔽物の位置を計測する外界計測部と、
   前記自己位置計測部で得た自己位置データ及び前記外界計測部で得た環境データに基づいて目標を反映させた局所地図を作成する制御部を備え、
   前記制御部は、前記局所地図上において前記外界計測部により認識した遮蔽物を多角体に近似すると共に、この遮蔽物の近似多角体の複数の頂点に対して前記目標からそれぞれレイトレースして該遮蔽物の近似多角体による遮蔽領域を設定し、立体化した自己モデルが前記遮蔽領域に対して露出する割合を算出すると共に、この露出する割合が低い移動経路及び行動パターンを決定して、前記駆動部に指令信号を出力する
   ことを特徴とする移動ロボット。
2. 前記制御部は、立体化した自己モデルが前記遮蔽領域に対して露出する割合を算出する段階において、立体都市モデルなどの補完手段を用いる請求項１に記載の移動ロボット。
3. 請求項１に記載の移動ロボットの行動制御方法であって、
   自己位置計測部により自己位置を認識すると共に、外界計測部により環境データを取得した後、
   制御部において、前記自己位置データ及び環境データに基づいて目標を反映させた局所地図を作成するのに続いて、この局所地図上で前記外界計測部により認識した遮蔽物を多角体に近似すると共に、この遮蔽物の近似多角体の複数の頂点に対して前記目標からそれぞれレイトレースして該遮蔽物の近似多角体による遮蔽領域を設定し、次いで、立体化した自己モデルが前記遮蔽領域に対して露出する割合を算出すると共に、この露出する割合が低い移動経路及び行動パターンを決定した後、駆動部に指令信号を出力する
   ことを特徴とする移動ロボットの行動制御方法。
4. 前記制御部において、立体化した自己モデルが前記遮蔽領域に対して露出する割合を算出するに際して、立体都市モデルなどの補完手段を用いる請求項３に記載の移動ロボットの行動制御方法。

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