自主移動體的製作方法

2023-09-13 18:28:40 2

本發明涉及由傳感器計測自身位置並控制移動單元來向目標場所自主移動的自主移動體。

背景技術：

以往，已提出能夠一邊通過各種傳感器來掌握自身位置一邊向目標場所自主移動的自主移動體。這樣的自主移動體在自身位置的取得失敗時無法到達預先設定的場所，無法進行目標作業。

例如，在專利文獻1中公開了如下自主飛行機器人：一邊使用預先存儲的包含建築物等障礙物的地圖信息和傳感器的計測結果來取得自身位置,一邊自主地進行移動。該自主飛行機器人在由於卡車等較大的障礙物出現而導致周圍的環境發生較大變化、不再能取得自身位置的情況下，通過提高飛行高度並再次取得自身位置來進行目標作業。

現有技術文獻

專利文獻1：日本特開2014-149622號公報

技術實現要素：

發明要解決的技術問題

然而，對於所述自身位置的再次取得技術，無法適用於在地上行駛的自主移動體，另外，在高空存在橋或電線的情況下，有時也難以提高高度。

另外，由於是在地圖信息和來自傳感器的信息變得不一致的情況下再次取得自身位置，因此無法應對因其他原因導致不再能取得自身位置的情況。

本發明是鑑於上述問題而完成的，提供一種不管自身位置取得的方式和迷失自身位置的原因如何，都能夠以高可靠度持續維持自身位置的自主移動體。

用於解決問題的技術方案

為了達成上述目的，本發明所涉及的自主移動體是由傳感器計測自身位置並控制移動單元來向目標場所自主移動的自主移動體，所述自主移動體具備：傳感器信息取得單元，其從所述傳感器取得與自身位置有關的傳感器信息；位置推定單元，其基於所述傳感器信息取得單元取得的傳感器信息來推定自身位置；可靠度算出單元，其算出由所述位置推定單元推定的自身位置的可靠度；位置可靠度記錄單元，其將由所述可靠度算出單元算出的可靠度與由所述位置推定單元推定出的自身位置關聯地進行記錄；以及可靠度恢復行動控制單元，其在所述可靠度算出單元算出的可靠度滿足預定條件的情況下，基於由所述位置可靠度記錄單元記錄的信息來控制所述移動單元以使得所述自主移動體移動到可靠度高的位置。

發明的效果

根據本發明，在掌握自身位置的可靠度而低於預定基準的情況下，能夠基於實際成果移動到能夠以高可靠度取得自身位置的位置，因此能夠一邊穩定地以高可靠度掌握自身位置一邊自主地進行移動。

附圖說明

圖1是表示實施方式1涉及的自主移動體的外觀的立體圖。

圖2是將控制單元所具備的功能部的一部分與機構部的一部分一起表示的框圖。

圖3是在視覺上示出存儲部所存儲的數據的一例的圖。

圖4是表示實施方式1涉及的可靠度恢復行動控制單元的處理的流程的流程圖。

圖5是以立體方式示出以自身位置為中心時的可靠度的位置分布的立體圖。

圖6是將實施方式2涉及的控制單元所具備的功能部的一部分與機構部的一部分一起表示的框圖。

圖7是表示在期待值算出單元算出期待值時所形成的區域的圖像的立體圖。

圖8是表示進行橋梁檢查作業的自主移動體的立體圖。

標號說明

100自主移動體

101移動單元

103傳感器

104控制裝置

111旋翼

112馬達

140存儲部

141傳感器信息取得單元

142位置推定單元

143可靠度算出單元

144位置可靠度記錄單元

145可靠度恢復行動控制單元

146期待值算出單元

200橋梁

210gps衛星

具體實施方式

接著，參照附圖對本發明涉及的自主移動體的實施方式進行說明。此外，以下的實施方式只不過示出本發明涉及的自主移動體的一例。因此，本發明是以以下的實施方式作為參考而通過權利要求書的記載劃定了保護範圍，而不是僅限定於以下的實施方式。由此，關於以下的實施方式中的構成要素中的未記載在表示本發明的最上位概念的獨立權利要求中的構成要素，不一定是為了解決本發明的問題而必須的，而是作為構成更優選的實施方式的構成要素進行說明。

另外，附圖是為了表達本發明而適當進行了強調、省略、比例調整的示意性的圖，有時不同於實際的形狀、位置關係、比例。

(實施方式1)

以下，作為自主移動體100的例子，使用自主飛行體即所謂的無人機(drone)對本發明的實施方式1進行說明。

圖1是表示本實施方式涉及的自主移動體的外觀的立體圖。

圖2是將控制單元所具備的功能部的一部分與機構部的一部分一起表示的框圖。

如這些圖所示，本實施方式中所利用的自主移動體100具備：作為移動單元101的多個旋翼111(螺旋槳)、分別單獨地驅動旋翼111的多個馬達112、用於取得自身位置的傳感器103、以及取得來自傳感器103的信號並控制馬達112來掌管自立移動的控制裝置104。

具備多個旋翼111的無人機式的自主移動體100通過對各個旋翼111的轉速進行單獨地控制，能夠進行自主移動體100向各種方向(例如，前後左右上下)的移動和/或姿勢的調節。在本實施方式的情況下，控制裝置104也從移動單元101取得基於旋翼111的轉速的控制狀態的信息來作為傳感器信息，並用作推定自身位置的信息之一。

傳感器103隻要是能夠通過計測來取得用於推定自身位置的信息的裝置，並沒有特別限定。具體而言，作為傳感器103，可以例示檢測3軸方向的角度和/或各速度以及3軸方向的加速度的慣性計測裝置(imu：inertialmeasurementunit)、壓力計(高度計)、流量計(風速計)、gps(globalpositioningsystem，全球定位系統)接收機、lrf(laserrangefinder，雷射測距機)、深度攝像頭等。另外，自主移動體100裝配有多種傳感器103中的一種或多種傳感器103。另外，所裝配的傳感器103根據自主移動體100的種類、移動目的、和/或移動場所來適當選擇。

如圖2所示，控制裝置104是基於從傳感器103等取得的信息控制移動單元101來使自主移動體100移動的裝置，是具備通過執行存儲部140等所存儲的程序來進行各種處理的所謂cpu等的計算機。控制裝置104具備傳感器信息取得單元141、位置推定單元142、可靠度算出單元143、位置可靠度記錄單元144和可靠度恢復行動控制單元145來作為通過程序執行的處理部。

存儲部140是rom(readonlymemory，只讀存儲器)、hdd(harddiskdrive，硬碟驅動器)等信息存儲裝置，存儲與各處理部對應的程序和/或自身位置等。另外，存儲部140也存儲示出目的地的位置信息、路線和/或障礙物等的地圖信息等。

傳感器信息取得單元141是取得傳感器103所計測到的信號來作為用於自身位置推定的傳感器信息的處理部。另外，傳感器信息取得單元141也取得從移動單元101獲得的信息、例如多個旋翼111各自的轉速等控制信息來作為傳感器信息。

位置推定單元142是基於傳感器信息來推定與自主移動體100當前的位置有關的自身位置的處理部。在本實施方式的情況下，位置推定單元142基於多個傳感器信息來算出實際上傳感器103測定出的結果即測定位置。接著，位置推定單元142對多個測定位置進行整合併進行推定自身位置的處理。推定自身位置的方法沒有特別限定，例如對於基於從gps衛星接收到的信號而算出的測定位置和基於來自慣性計測裝置的傳感器信息而算出的測定位置等，也可以通過卡爾曼濾波器來推定自身位置。另外，對於通過對來自深度攝像頭的傳感器信息與存儲在存儲部140中的地圖信息進行對照而算出的測定位置、和基於來自慣性計測裝置的傳感器信息而算出的測定位置等，也可以通過slam(simultaneouslocalizationandmapping，同步定位與地圖構建)來推定。

在作為位置推定單元142採用了卡爾曼濾波器的情況下，自身位置表現為正態分布。正態分布的方差根據從最後觀測絕對位置起的經過時間或移動量而增加，通過觀測絕對位置而減小。也就是說，可靠度根據從最後觀測絕對位置起的經過時間或移動量而降低，通過觀測絕對位置而增加(恢復)。絕對位置的觀測通過基於gps的測位和/或位置已知的路標的觀測來進行。

可靠度算出單元143是基於進行計測的傳感器103自身的可靠度、歷時降低的可靠度、推定自身位置時已使用的傳感器信息的誤差等來算出自身位置的可靠度的處理部。例如，可靠度算出單元143使用在位置推定單元142推定自身位置時所使用的分布(例如正態分布)，將方差的倒數算出為可靠度。

位置可靠度記錄單元144是將由位置推定單元142推定出的自身位置與由可靠度算出單元143算出的可靠度關聯地記錄於存儲部140的處理部。在本實施方式的情況下，如圖3所示，位置可靠度記錄單元144對已關聯的自身位置和可靠度進一步關聯時刻信息並記錄於存儲部140。在此，時刻信息例如是表示由位置推定單元142推定了自身位置時的時刻的信息。此外，在圖3中，對於與可靠度以外的時刻和坐標有關的信息，記載有用於互相區分的識別記號，它們並沒有具體的含義。

可靠度恢復行動控制單元145是在可靠度算出單元143算出的可靠度滿足預定條件的情況下，基於由位置可靠度記錄單元144記錄的信息來控制移動單元101以使得移動到可靠度高的位置的處理部。

圖4是表示可靠度恢復行動控制單元的處理的流程的流程圖。

如該圖所示，可靠度恢復行動控制單元145判定可靠度是否滿足預定條件(s101)。在可靠度不滿足預定條件的情況下(s101：否)，維持通常作業。在此，通常作業例如是指自主移動體100向目標位置移動的作業、在目標位置進行檢查等作業。

以下列舉可靠度滿足預定條件的情況下的具體的判定方法的例子(pattern，模式)。

1-1.可靠度恢復行動控制單元145逐次取得由可靠度算出單元143算出的可靠度，在所取得的可靠度低於預先確定的第二閾值的情況下，視為可靠度低下而執行恢復控制(s103)。

1-2.可靠度恢復行動控制單元145在存儲部140所存儲的可靠度內對所回溯的預定期間的可靠度進行統計處理來逐次算出統計可靠度。然後，可靠度恢復行動控制單元145算出從可靠度算出單元143逐次取得的可靠度與所述統計可靠度的差分，在差分為第三閾值以上的情況下，視為可靠度急劇降低而執行恢復控制(s103)。

1-3.可靠度恢復行動控制單元145從當前開始回溯並調查存儲部140所存儲的可靠度，在可靠度持續降低的期間比預先確定的第四閾值長的情況下，視為可靠度低下而執行恢復控制(s103)。

接著，以下列舉用於恢復的具體的控制方法的例子(模式)。

2-1.可靠度恢復行動控制單元145基於存儲部140所記錄的可靠度，控制移動單元101以使得追尋存儲部140所記錄的自身位置進行逐次移動直到可靠度成為第一閾值以上為止。

具體基於圖3所示的數據進行說明。作為前提，當前時刻是6，第一閾值是0.8。可靠度恢復行動控制單元145控制移動單元101來使自主移動體100移動，以使得追尋當前位置g(可靠度0.3)→f(可靠度0.5)→e(可靠度0.6)→d(可靠度0.8)的坐標。也就是說，使自主移動體100沿著來的路線後退，直到可靠度為第四閾值以上的坐標為止。

根據以上所述，在可靠度高的坐標位置再次推動自身位置，過渡到用於實施通常作業的行動。

這樣的恢復行動在自主移動體100在初次空間中移動和/或由於突然產生的風等導致可靠度急劇降低等情況下有效。

2-2.可靠度恢復行動控制單元145控制移動單元101，以使得移動到存儲部140所存儲的可靠度為第一閾值以上且與當前的自身位置最接近的位置。

具體而言，如圖5所示，從存儲部140中提取以可靠度滿足預定條件時(當前時刻6)的自主移動體100的自身位置為中心而位於其周圍(上下、前後、左右)且可靠度為第一閾值(0.8)以上的坐標(a、c、d)。進而，算出各坐標與當前的自身位置之間的歐幾裡得距離，控制移動單元101以使得向歐幾裡得距離最小的坐標(d)以直線方式移動，使自主移動體100移動到坐標d。

根據以上所述，能夠以較短的時間到達可靠度高的坐標位置，能夠在該坐標再次推定自身位置，以較短的時間過渡到用於實施通常作業的行動。

這樣的恢復行動在自主移動體100在狹窄的範圍內進行諸如檢查作業等情況下有效。

2-3.可靠度恢復行動控制單元145控制移動單元101，以使得移動到可靠度為第一閾值以上、且與最接近當前時刻的時刻信息關聯的位置。

具體基於圖3所示的數據進行說明。作為前提，當前時刻是6，第四閾值是0.8。可靠度恢復行動控制單元145按5(可靠度0.5)→4(可靠度0.6)→3(可靠度0.8)回溯時間並檢查可靠度，控制移動單元101以使得向可靠度為第四閾值以上的坐標即坐標(d)以直線方式移動，使自主移動體100移動到坐標d。

根據以上所述，能夠以較短的時間到達可靠度高的坐標位置，能夠在該坐標再次推定自身位置，以較短的時間過渡到用於實施通常作業的行動。

這樣的恢復行動在自主移動體100在障礙物少的寬闊空間內移動等情況下有效。

(實施方式2)

接著，對自主移動體100的其他實施方式進行說明。此外，對具有與所述實施方式1同樣的作用和/或功能、同樣的形狀、機構和/或構造的部分標註相同的標號，有時省略說明。另外，以下以與實施方式1不同之處為中心來進行說明，有時對相同的內容省略說明。

圖6是將本實施方式涉及的控制單元所具備的功能部的一部分與機構部的一部分一起表示的框圖。

本實施方式涉及的控制裝置104除了追加有期待值算出單元146之外，與實施方式1同樣。

期待值算出單元146是如下處理部：以自主移動體100的自身位置為中心對空間進行分割，基於存儲在存儲部140中的、且分割後的各區域所包含的可靠度，按區域來算出期待值。

具體而言，如圖7中的圖像所示，期待值算出單元146以可靠度滿足預定條件時的自主移動體100的自身位置為中心呈放射狀來分割區域，從存儲部140中提取各區域所包含的可靠度。然後，對各區域所包含的多個可靠度分別進行統計處理，按區域算出期待值。在本實施方式的情況下，對已關聯的自身位置和可靠度不一定需要關聯時刻。

在本實施方式的情況下，可靠度恢復行動控制單元145的具體的判定方法如下。

2-4.在可靠度滿足預定條件的情況下，可靠度恢復行動控制單元145從期待值算出單元146取得按區域的期待值。進而，進行期待值的比較，控制移動單元101以使得向期待值最大的區域的方向以直線方式移動，使自主移動體100移動到坐標d。另外，可靠度恢復行動控制單元145使自主移動體100移動，直到最靠近可靠度為第一閾值以上的坐標位置。

根據以上所述，能夠以高的概率到達可靠度高的坐標位置，能夠在該坐標再次推定自身位置，更切實地過渡到用於實施通常作業的行動。

這樣的恢復行動在自主移動體100大範圍地移動、長期地在同一區域內進行多次作業等情況下有效。

(實施例)

接著，說明自主移動體100的具體的實施例。

圖8是表示進行橋梁檢查作業的自主移動體的立體圖。

如該圖所示，在本實施例的情況下，自主移動體100是無人機。另外，自主移動體100要實施的作業是橋梁200下表面的檢查，是自主移動體100通過搭載於上部的檢查用攝像頭對橋梁200的下表面大範圍地進行拍攝的作業。此外，基於由自主移動體100拍攝到的影像和進行了拍攝的位置，進行構造部件的裂紋的檢測等。

在這樣的作業中，自主移動體100從預定的位置a開始飛行，在時刻3到達作為經過位置的位置d。位置d是能夠以高靈敏度接收來自gps衛星210的信號的位置，可靠度成為0.8。

接著，自主移動體100一邊基於來自imu或gps等傳感器103的傳感器信息使用卡爾曼濾波器來推定自身位置，一邊在時刻4到達橋梁200的下方即位置e並開始橋梁200的拍攝。對於橋梁200的下方，不容易接收到來自gps衛星210的信號，但可基於來自imu等傳感器103的傳感器信息推定自身位置，其可靠度成為0.6。

接著，一邊在橋梁200的下方移動一邊進行橋梁200的拍攝，從位置e前進到位置f，從位置f前進到位置g。在從位置e經過位置f朝向位置g的過程中，自主移動體100無法取得來自gps衛星210的信號，因此自身位置的可靠度隨著時間而不斷降低。

在到達了位置g的階段可靠度低於了預先確定的第二閾值(0.3)，因此可靠度恢復行動控制單元145控制移動單元101，以使得移動到存儲部140所存儲的可靠度為第一閾值(0.7)以上且與當前的自身位置g最接近的位置即位置d。

通過移動單元101的控制，以直線方式移動到位置d的自主移動體100，自身位置的可靠度得到了恢復，因此以直線方式返回到開始執行恢復行動的位置g，再次進行橋梁200的拍攝。

通過如上述那樣使自主移動體100移動，能夠一邊將自身位置的可靠度維持在高可靠度的狀態一邊高效地進行作業。

此外，本發明並不限定於上述實施方式。例如，可以對本說明書中記載的構成要素進行任意組合，另外也可以將除去幾個構成要素而實現的其他的實施方式作為本發明的實施方式。另外，在不脫離本發明的主旨即權利要求書中記載的語言所表示的意思的範圍內對上述實施方式實施本領域技術人員想到的各種變形而得到的變形例也包含在本發明中。

例如，在上述實施方式中，作為自主移動體100例示了能夠在三維方向自由移動的自主飛行體即所謂的能夠在空中飛行的無人機，但自主移動體100並不限定於此。作為自主移動體100，例如也可以列舉在地面行駛的自主行駛車、在水面航行的自主船等。

另外，傳感器103隻要能夠對有助於推定自身位置的信息進行測定，並不特別限定，包括已經列舉的傳感器以外的所有傳感器。

另外，設為了將所有的處理部由一個控制裝置104來實現，但也可以由多個控制單元來分擔各處理，並通過相互的通信來收發信息。

另外，期待值算出單元146在放射狀的區域中算出了期待值，但並不限定於此，也可以對圖5所示那樣的塊狀的區域算出期待值等任意地分割區域。

另外，結束恢復行動的條件也可以是：在恢復行動中也逐次算出自身位置和可靠度，通過獲得的可靠度高於預定值來結束恢復行動。另外，也可以在目的地與自身位置一致的情況下結束。

另外，在可靠度恢復之後，可以返回到開始恢復行動的地點，也可以從可靠度已恢復的位置直接去往目的地。

產業上的可利用性

本發明能夠利用於自主移動的車輛、火車、船舶、航空器、吸塵器等。