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JP2018092682A - Autonomous mobile apparatus, autonomous mobile method, and program - Google Patents

Autonomous mobile apparatus, autonomous mobile method, and program Download PDF

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JP2018092682A
JP2018092682A JP2018050705A JP2018050705A JP2018092682A JP 2018092682 A JP2018092682 A JP 2018092682A JP 2018050705 A JP2018050705 A JP 2018050705A JP 2018050705 A JP2018050705 A JP 2018050705A JP 2018092682 A JP2018092682 A JP 2018092682A
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autonomous mobile
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哲郎 成川
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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an autonomous mobile apparatus capable of swiftly recovering from a state that own position cannot be estimated.SOLUTION: An autonomous mobile apparatus 100 has a movement processing part 11 that executes a series of processing to move autonomously. The position estimation section 13 estimates own position. An estimation determination section 14 determines whether the estimation result of own position by the position estimation section 13 is stable at a point. When the estimation determination section 14 determines that the estimation result is not stable at one point, a movement processing control unit 15 controls the movement processing part 11 to move to a position whether the estimation result of the own position made by the position estimation section 13 gets stable.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、自律移動装置、自律移動方法及びプログラムに関する。   The present invention relates to an autonomous mobile device, an autonomous mobile method, and a program.

用途に応じて自律的に移動する自律移動装置が普及してきている。例えば、屋内の掃除のために自律的に移動する自律移動装置が知られている。一般的に、このような自律移動装置は、実空間の地図の作成と、実空間内での自機位置の推定を行う必要がある。   Autonomous mobile devices that move autonomously according to their use have become widespread. For example, an autonomous mobile device that moves autonomously for indoor cleaning is known. In general, such an autonomous mobile device needs to create a map of the real space and estimate its own position in the real space.

実空間の地図を作成するための手法としては、例えばSLAM(Simultaneous Localization And Mapping)法が知られている。単眼カメラを用いたSLAM技術の基本的な原理は、非特許文献1に記載されており、カメラの撮影する動画像の複数フレームから、同一の特徴点を追跡することで、自機の3次元位置(カメラ位置)と特徴点の3次元位置(これが集まって地図の情報を構成する)とを交互に推定する処理を行っている。
また、実空間内で環境地図を作成して自律移動を行う自律移動装置がある(例えば、特許文献1、2参照)。
As a technique for creating a map of the real space, for example, a SLAM (Multiple Localization And Mapping) method is known. The basic principle of SLAM technology using a monocular camera is described in Non-Patent Document 1, and by tracking the same feature points from a plurality of frames of moving images taken by the camera, the three-dimensional A process of alternately estimating a position (camera position) and a three-dimensional position of feature points (which are collected to form map information) is performed.
In addition, there is an autonomous mobile device that creates an environmental map in real space and performs autonomous movement (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

Andrew J.Davison, “Real−Time Simultaneous Localization and Mapping with a Single Camera”, Proceedings of the 9th IEEE International Conference on Computer Vision Volume 2, 2003, pp.1403−1410Andrew J. Davison, “Real-Time Simulaneous Localization and Mapping with a Single Camera”, Proceedings of the 9th IEEE International Conference on Computer, Computer Viper. 1403-1410 Richard Hartley, Andrew Zisserman, “Multiple View Geometry in Computer Vision”, Second Edition, Cambridge. University Press, March 2004, chapter 9Richard Hartley, Andrew Zisserman, “Multiple View Geometry in Computer Vision”, Second Edition, Cambridge. University Press, March 2004, chapter 9

特開2015−146091号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-146091 特開2014−186694号公報JP 2014-186694 A

このような画像を用いた自機位置推定では、カメラの撮影する方向が大きく変わった場合や撮影した画像中に特徴点が少ない場合は、過去の画像との共通特徴点が得られず、自機位置の推定に失敗するという問題があった。
また、特許文献1には、移動量に基づいて自己位置の候補点を推定し、地図上に複数の測定点を定め、距離マップに基づき前記測定点から壁までの距離を評価距離とし、第1評価工程において、評価距離に基づいて一致する度合いを評価し、第2の評価工程において、外界センサから測定点を向く方向の単位ベクトルである測定方向ベクトルと、測定点の壁方向ベクトルとの内積を評価関数として評価し、第1の評価工程において一致が大きく、かつ前記第2の評価工程において評価関数が大きい候補点を、自己位置として推定する移動ロボットの自己位置推定方法が開示されている。
また、特許文献2には、起動されたときに、停止要因記憶手段に記憶されている停止要因に基づいて、現在の自己位置から継続して自律移動が可能であるか否かを判断し、自律移動が可能であると判断した場合には、自己位置記憶手段に記憶されている自己位置に基づいて自律移動を開始し、自律移動が不可能であると判断した場合には、停止状態を保持することを特徴とする自律移動式無人搬送車が開示されている。
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、自己位置推定の精度を上げることはできるが、自機位置の推定に失敗した場合、復帰ができないという課題があった。
また特許文献2に記載の技術では、やはり自律移動が不可能であると判断した場合、復帰ができないという課題があった。
In the self-position estimation using such an image, if the shooting direction of the camera changes significantly, or if there are few feature points in the captured image, common feature points with the past images cannot be obtained, and There was a problem that the estimation of the aircraft position failed.
Further, in Patent Document 1, a candidate point of the self-position is estimated based on the amount of movement, a plurality of measurement points are defined on the map, the distance from the measurement point to the wall is set as the evaluation distance based on the distance map, In one evaluation step, the degree of coincidence is evaluated based on the evaluation distance, and in the second evaluation step, a measurement direction vector that is a unit vector in a direction facing the measurement point from the external sensor and a wall direction vector of the measurement point Disclosed is a mobile robot self-position estimation method that evaluates an inner product as an evaluation function, and estimates a candidate point having a large match in the first evaluation step and a large evaluation function in the second evaluation step as a self-position. Yes.
Further, in Patent Document 2, when activated, it is determined whether or not autonomous movement can be continued from the current own position based on the stop factor stored in the stop factor storage means, When it is determined that autonomous movement is possible, it starts autonomous movement based on the self-position stored in the self-position storage means, and when it is determined that autonomous movement is impossible, the stop state is set. An autonomous mobile automatic guided vehicle characterized by holding is disclosed.
However, although the technique described in Patent Document 1 can increase the accuracy of self-position estimation, there is a problem that it cannot be restored if the self-position estimation fails.
Further, the technique described in Patent Document 2 has a problem that it cannot be restored when it is determined that autonomous movement is impossible.

そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、自機位置推定が不可能になった状態から素早く復帰することのできる自律移動装置等を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problem, and an object thereof is to provide an autonomous mobile device and the like that can quickly return from a state where it is impossible to estimate its own position.

上記目的を達成するため、本発明の自律移動装置は、
撮像部が撮影した複数の画像の情報に基づいて自律的に移動するように処理する移動処
理部と、
前記撮像部が撮影した複数の画像の情報を用いて自機位置を推定する位置推定部と、
前記位置推定部における自機位置の推定結果が一つに定まるか否かを判定する推定判定
部と、
前記推定判定部が、前記推定結果が一つに定まらないと判定した場合には、前記位置推
定部における自機位置の推定結果が一つに定まる位置に移動するように前記移動処理部を
制御する移動処理制御部と、
前記移動処理部により自機の位置を変化させるたびにその変化量を位置変化履歴記憶部
に登録する位置変化履歴登録部と、
前記推定判定部が前記推定結果が一つに定まると判定した場合に、その時点での位置の
情報を時刻情報と共に位置履歴記憶部に登録する位置履歴登録部と、
を備え、
前記移動処理制御部は、前記推定判定部が前記推定結果が一つに定まらないと判定した
場合には、前記位置履歴記憶部に登録されている位置に自機がいた時点まで遡りながら、
前記位置変化履歴記憶部に登録されている位置の変化量とは逆方向に移動するように前記
移動処理部を制御することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the autonomous mobile device of the present invention provides:
A movement processing unit for processing to move autonomously based on information of a plurality of images taken by the imaging unit;
A position estimation unit that estimates the position of the device using information of a plurality of images captured by the imaging unit;
An estimation determination unit that determines whether or not the estimation result of the own device position in the position estimation unit is determined as one;
When the estimation determination unit determines that the estimation result is not fixed to one, the movement processing unit is controlled so that the position estimation unit moves to a position where the estimation result of the own position is determined to be one. A movement processing control unit,
A position change history registration unit that registers the amount of change in the position change history storage unit each time the position of the own machine is changed by the movement processing unit;
When the estimation determination unit determines that the estimation result is determined as one, a position history registration unit that registers position information at that time together with time information in a position history storage unit;
With
In the case where the estimation determination unit determines that the estimation result is not fixed to one, the movement processing control unit goes back to the time when the device is at the position registered in the position history storage unit,
The movement processing unit is controlled to move in a direction opposite to a position change amount registered in the position change history storage unit.

本発明によれば、自機位置推定が不可能になった状態から素早く復帰することができる。   According to the present invention, it is possible to quickly return from a state where it is impossible to estimate its own position.

実施形態に係る自律移動装置の外観を示す図である。It is a figure which shows the external appearance of the autonomous mobile device which concerns on embodiment. 実施形態に係る自律移動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the autonomous mobile apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係る自律移動制御処理全体のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of the whole autonomous movement control process which concerns on embodiment. 実施形態に係る自律移動制御処理の中の自機位置推定スレッドの初期化処理のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of the initialization process of the own position estimation thread | sled in the autonomous movement control process which concerns on embodiment. 実施形態に係る自律移動制御処理の中の自機位置推定スレッドの初期化後のメイン処理のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of the main process after the initialization of the own position estimation thread | sled in the autonomous movement control process which concerns on embodiment. 実施形態に係る自律移動制御処理の中の地図作成スレッドの処理のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of the process of the map creation thread in the autonomous movement control process which concerns on embodiment. 実施形態に係る自律移動制御処理の中のループクロージングスレッドの処理のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of the process of the loop closing thread | sled in the autonomous movement control process which concerns on embodiment. 第一の実施形態に係る自律移動制御処理の中の移動処理制御の処理のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of the process of the movement process control in the autonomous movement control process which concerns on 1st embodiment. 第二の実施形態に係る自律移動制御処理の中の移動処理制御の処理のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of the process of the movement process control in the autonomous movement control process which concerns on 2nd embodiment. 第三の実施形態に係る自律移動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the autonomous mobile device which concerns on 3rd embodiment. 第三の実施形態に係る自律移動制御処理の中の移動処理制御の処理のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of the process of the movement process control in the autonomous movement control process which concerns on 3rd embodiment.

以下、図1を参照しながら、本発明の実施形態に係る自律移動装置について説明する。自律移動装置100は、用途に応じて自律的に移動する。この用途とは、例えば、警備監視用、屋内掃除用、ペット用、玩具用などである。   Hereinafter, an autonomous mobile device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The autonomous mobile device 100 moves autonomously according to the application. Examples of this use include security monitoring, indoor cleaning, pets, and toys.

自律移動装置100は、外観上、撮像部41、駆動部42を備える。   The autonomous mobile device 100 includes an imaging unit 41 and a drive unit 42 in appearance.

撮像部41は、単眼の撮像装置(カメラ)を備える。撮像部41は、例えば、30fpsで画像(フレーム)を取得する。自律移動装置100は、撮像部41が逐次取得した画像に基づいて、自機位置と周囲環境とをリアルタイムに認識しながら、自律移動を行う。   The imaging unit 41 includes a monocular imaging device (camera). The imaging unit 41 acquires an image (frame) at 30 fps, for example. The autonomous mobile device 100 performs autonomous movement while recognizing its own position and surrounding environment in real time based on images sequentially acquired by the imaging unit 41.

駆動部42は、独立2輪駆動型であって、車輪とモータとを備える移動手段である。自律移動装置100は、2つの車輪の同一方向駆動により前後の平行移動(並進移動)を、2つの車輪の逆方向駆動によりその場での回転(向き変更)を、2つの車輪のそれぞれ速度を変えた駆動により旋回移動(並進+回転(向き変更)移動)を、行うことができる。また、各々の車輪にはロータリエンコーダが備えられており、ロータリエンコーダで車輪の回転数を計測し、車輪の直径や車輪間の距離等の幾何学的関係を利用することで並進移動量及び回転量を計算できる。例えば、車輪の直径をD、回転数をR(ロータリエンコーダにより測定)とすると、その車輪の接地部分での並進移動量はπ・D・Rとなる。また、車輪の直径をD、車輪間の距離をI、右車輪の回転数をR、左車輪の回転数をRとすると、向き変更の回転量は(右回転を正とすると)360°×D×(R−R)/(2×I)となる。この並進移動量や回転量を逐次足し合わせていくことで、駆動部42は、いわゆるオドメトリとして機能し、自機位置(移動開始時の位置及び向きを基準とした位置及び向き)を計測することができる。 The drive unit 42 is an independent two-wheel drive type, and is a moving means including wheels and a motor. The autonomous mobile device 100 translates back and forth (translation) by driving the two wheels in the same direction, and rotates (changes direction) on the spot by driving the two wheels in the reverse direction. A swivel movement (translation + rotation (direction change) movement) can be performed by the changed drive. Each wheel is also equipped with a rotary encoder, which measures the rotational speed of the wheel with the rotary encoder and uses the geometric relationship such as the wheel diameter and the distance between the wheels to translate and move. The amount can be calculated. For example, if the wheel diameter is D and the rotation speed is R (measured by a rotary encoder), the translational movement amount at the ground contact portion of the wheel is π · D · R. Further, if the wheel diameter is D, the distance between the wheels is I, the rotation speed of the right wheel is R R , and the rotation speed of the left wheel is RL , the rotation amount of the direction change is 360 (when the right rotation is positive). ° × D × (R L −R R ) / (2 × I). By sequentially adding the translational movement amount and the rotation amount, the drive unit 42 functions as a so-called odometry, and measures its own position (position and orientation with reference to the position and orientation at the start of movement). Can do.

オドメトリから得られる自機の位置及び向きの精度は、車輪の摩耗やスリップ等により、低い精度になってしまうことが多い。特に誤差が累積していく関係上、時間経過と共に精度が悪化する。ただし、オドメトリの回転成分(向きの情報)に関しては、後述する角速度センサ情報を用いることで精度を向上させることができる。また、地磁気を検出して方位を特定する方位センサ(図示せず)を用いることで、オドメトリからの取得値とは関係なく、地磁気を利用した絶対的な向きの情報を取得することもできる。   The accuracy of the position and orientation of the own aircraft obtained from odometry often becomes low due to wheel wear or slip. In particular, due to the accumulation of errors, the accuracy deteriorates with time. However, the accuracy of the rotational component (direction information) of odometry can be improved by using angular velocity sensor information described later. In addition, by using an azimuth sensor (not shown) that detects geomagnetism and identifies the azimuth, information on the absolute direction using geomagnetism can be obtained regardless of the obtained value from the odometry.

なお、車輪の代わりにクローラを備えるようにしても良いし、複数(例えば二本)の足を備えて足で歩行することによって移動を行うようにしても良い。これらの場合も、二つのクローラの動きや、足の動きに基づいて、車輪の場合と同様に自機の位置や向きの計測が可能である。   In addition, you may make it provide a crawler instead of a wheel, and you may make it move by providing a plurality (for example, two) leg | foot and walking with a leg | foot. In these cases as well, the position and orientation of the subject aircraft can be measured based on the movements of the two crawlers and the movements of the feet as in the case of the wheels.

図2に示すように、自律移動装置100は、撮像部41、駆動部42に加えて、制御部10、記憶部20、センサ部30、入力部43、通信部44、電源45、を備える。   As shown in FIG. 2, the autonomous mobile device 100 includes a control unit 10, a storage unit 20, a sensor unit 30, an input unit 43, a communication unit 44, and a power supply 45 in addition to the imaging unit 41 and the drive unit 42.

制御部10は、CPU(Central Processing Unit)等で構成され、記憶部20に記憶されたプログラムを実行することにより、後述する各部(移動処理部11、地図作成部12、位置推定部13、推定判定部14、移動処理制御部15)の機能を実現する。   The control unit 10 is configured by a CPU (Central Processing Unit) or the like, and by executing a program stored in the storage unit 20, each unit (movement processing unit 11, map creation unit 12, position estimation unit 13, estimation unit) described later is executed. The functions of the determination unit 14 and the movement processing control unit 15) are realized.

記憶部20は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等で構成され、画像記憶部21、地図記憶部22、位置変化履歴記憶部23、位置履歴記憶部24を含む。ROMには制御部10のCPUが実行するプログラム(例えば、後述するSLAM法の演算や自律移動制御処理に係るプログラム)や、プログラムを実行する上で予め必要なデータが記憶されている。RAMには、プログラム実行中に作成されたり変更されたりするデータが記憶される。   The storage unit 20 includes a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like, and includes an image storage unit 21, a map storage unit 22, a position change history storage unit 23, and a position history storage unit 24. The ROM stores a program executed by the CPU of the control unit 10 (for example, a program related to an SLAM method calculation and an autonomous movement control process described later) and data necessary for executing the program in advance. The RAM stores data that is created or changed during program execution.

画像記憶部21には、撮像部41が撮影した画像が記憶される。ただし、記憶容量の節約のために、撮影したすべての画像を記憶しなくてもよく、また画像自体ではなく、画像の特徴量を記憶するようにしても良い。重要な画像(後述するキーフレーム)については、画像の情報と共に、その画像を撮影した時の自機位置(自機の位置及び向き)の情報が記憶される。   The image storage unit 21 stores an image captured by the imaging unit 41. However, in order to save the storage capacity, it is not necessary to store all captured images, and it is also possible to store the feature amount of the image instead of the image itself. For important images (key frames to be described later), information on the position of the own device (the position and orientation of the own device) when the image is taken is stored together with information on the image.

地図記憶部22には、後述するSLAM法や障害物センサ33からの情報に基づいて地図作成部12が作成した地図(特徴点や障害物の3次元位置の情報)が記憶される。   The map storage unit 22 stores a map (information of feature points and three-dimensional positions of obstacles) created by the map creation unit 12 based on information from the SLAM method and the obstacle sensor 33 described later.

位置変化履歴記憶部23には、移動処理部11によって自機の位置がどのように変化したかの履歴が記憶される。   The position change history storage unit 23 stores a history of how the position of the own device has been changed by the movement processing unit 11.

位置履歴記憶部24には、位置推定部13によって推定された自機位置の履歴が記憶される。   The position history storage unit 24 stores a history of the own device position estimated by the position estimation unit 13.

センサ部30として、加速度センサ31、角速度センサ32、障害物センサ33を備える。加速度センサ31は、XYZ方向(3軸)の加速度を測定するセンサである。これらの値を時間積分することでXYZの各方向の速度を求めることができ、さらにこれら速度を時間積分することでXYZの各方向の位置の変化量(移動距離)を求めることができる(ただしセンサ値を二回積分するので、累積誤差はかなり大きくなる)。   As the sensor unit 30, an acceleration sensor 31, an angular velocity sensor 32, and an obstacle sensor 33 are provided. The acceleration sensor 31 is a sensor that measures acceleration in the XYZ directions (three axes). The speed in each direction of XYZ can be obtained by time integration of these values, and the change amount (movement distance) of the position in each direction of XYZ can be obtained by further time integration of these speeds (however, (Since the sensor value is integrated twice, the accumulated error is considerably larger).

角速度センサ32は角速度(単位時間あたりの角度移動量)を測定するセンサである。車輪の回転数に基づいて自機の向きを求めるよりも、角速度センサ32を用いて向きを求める方が精度が向上することが知られている。障害物センサ33は、走行中の障害物を検知するセンサであって、例えば、赤外線センサ、超音波センサである。なお、独立した障害物センサ33を搭載せずに、撮像部41を用いて障害物を検知するようにしても良い。また、他の物体に衝突したことを検知するバンパーセンサー(図示せず)を備えても良い。また、地磁気を検出して方位を特定する方位センサ(図示せず)を備えても良い。方位センサを用いることで、オドメトリからの取得値とは関係なく、地磁気を利用した絶対的な向きの情報を取得することができる。   The angular velocity sensor 32 is a sensor that measures an angular velocity (an angular movement amount per unit time). It is known that the accuracy is improved by obtaining the direction using the angular velocity sensor 32 rather than obtaining the direction of the own machine based on the rotation speed of the wheel. The obstacle sensor 33 is a sensor that detects an obstacle while traveling, and is, for example, an infrared sensor or an ultrasonic sensor. In addition, you may make it detect an obstruction using the imaging part 41, without mounting the independent obstruction sensor 33. FIG. Moreover, you may provide the bumper sensor (not shown) which detects having collided with the other object. Moreover, you may provide the azimuth | direction sensor (not shown) which detects geomagnetism and pinpoints an azimuth | direction. By using the azimuth sensor, it is possible to acquire information on the absolute direction using geomagnetism regardless of the acquired value from the odometry.

入力部43として、自律移動装置100を操作するための操作ボタンを備える。操作ボタンは、例えば、電源ボタン、モード切替ボタン(掃除モード、ペットモード等を切り替える)、初期化ボタン(地図の作成をやり直しさせる)などを含む。入力部43として、音の入力を行うマイク(図示せず)と、自律移動装置100への操作指示の音声を認識する音声認識部を備えても良い。   As the input unit 43, an operation button for operating the autonomous mobile device 100 is provided. The operation buttons include, for example, a power button, a mode switching button (switching between the cleaning mode, the pet mode, and the like), an initialization button (re-creating the map), and the like. As the input unit 43, a microphone (not shown) that inputs sound and a voice recognition unit that recognizes a voice of an operation instruction to the autonomous mobile device 100 may be provided.

通信部44は、外部装置と通信するためのモジュールであり、外部装置と無線通信する場合にはアンテナを含む無線モジュールである。例えば、通信部44は、Bluetooth(登録商標)に基づく近距離無線通信を行うための無線モジュールである。通信部44では、自律移動装置100と外部とのデータ受け渡し等を行う。   The communication unit 44 is a module for communicating with an external device, and is a wireless module including an antenna when performing wireless communication with the external device. For example, the communication unit 44 is a wireless module for performing short-range wireless communication based on Bluetooth (registered trademark). The communication unit 44 exchanges data between the autonomous mobile device 100 and the outside.

電源45は、自律移動装置100を動作させる電源であり、一般的には内蔵された充電池であるが、太陽電池であっても良いし、床面から無線で電力供給されるシステムであっても良い。電源45が充電池の場合は、充電ステーション(ホームベース)に自律移動装置100がドッキングすることで充電される。   The power source 45 is a power source for operating the autonomous mobile device 100, and is generally a built-in rechargeable battery, but may be a solar cell or a system that is wirelessly powered from the floor. Also good. When the power supply 45 is a rechargeable battery, the autonomous mobile device 100 is charged by being docked at a charging station (home base).

次に、制御部10の機能について説明する。制御部10は、移動処理部11、地図作成部12、位置推定部13、推定判定部14、移動処理制御部15を含み、後述するSLAM法の演算や自律移動装置100の移動指示等を行う。また、制御部10は、マルチスレッド機能に対応しており、複数のスレッド(異なる処理の流れ)を並行して進めることができる。   Next, functions of the control unit 10 will be described. The control unit 10 includes a movement processing unit 11, a map creation unit 12, a position estimation unit 13, an estimation determination unit 14, and a movement processing control unit 15. . The control unit 10 supports a multi-thread function, and can proceed with a plurality of threads (different processing flows) in parallel.

移動処理部11は、駆動部42を動かして自機を移動させる処理を行う。   The movement processing unit 11 performs processing for moving the own unit by moving the driving unit 42.

地図作成部12は、画像記憶部21に記憶されている画像の情報並びに該画像撮影時の自機の位置及び向きの情報に基づいてSLAM法を用いて推定された特徴点の3次元位置(Map点)や、障害物センサ33で障害物を検知したときの自機の位置及び向きの情報に基づいて得られた該障害物の3次元位置等を、地図の情報として地図記憶部22に記憶する。   The map creating unit 12 uses the information of the image stored in the image storage unit 21 and the information on the position and orientation of the own device at the time of capturing the image, and the three-dimensional position of the feature point estimated using the SLAM method ( (Map point) and the three-dimensional position of the obstacle obtained based on the position and orientation information of the aircraft when the obstacle sensor 33 detects the obstacle in the map storage unit 22 as map information. Remember.

位置推定部13は、後述するSLAM法に基づいて、ビジュアルオドメトリとして、自機の位置及び向きを推定する。   The position estimation unit 13 estimates the position and orientation of the own device as visual odometry based on the SLAM method described later.

推定判定部14は、現在取得できている情報に基づいて位置推定部13が自機位置を推定することが可能かどうかを判定する。より詳しくは、自機位置を推定するのに必要な情報が取得できており、それらの情報に基づいた自機位置の推定結果が一つに定まるなら推定可能と判定する。逆に、自機位置を推定するのに必要な情報が取得できていなかったり、取得できていてもそれらの情報に基づいた自機位置の推定結果が不定(複数の推定候補が生じてしまう等)になってしまったりしてしまう場合は推定不可能と判定する。   The estimation determination unit 14 determines whether or not the position estimation unit 13 can estimate its own position based on currently acquired information. More specifically, if the information necessary for estimating the position of the own device has been acquired and the estimation result of the position of the own device based on the information is determined as one, it is determined that the information can be estimated. On the other hand, information necessary for estimating the position of the aircraft cannot be acquired, or even if it can be acquired, the estimation result of the position of the aircraft based on the information is indefinite (a plurality of estimation candidates are generated, etc.) ), It is determined that estimation is impossible.

移動処理制御部15は、推定判定部14が推定不可能と判定した場合に、自機位置を推定可能な位置に自律的に移動するように移動処理部11を制御する。   The movement processing control unit 15 controls the movement processing unit 11 to autonomously move to the position where the own device position can be estimated when the estimation determining unit 14 determines that the estimation is not possible.

図3は、自律移動装置100のメインフローである。制御部10は、自機位置推定スレッド(ステップS101)、地図作成スレッド(ステップS102)、ループクロージングスレッド(ステップS103)の各スレッドを起動する。自機位置推定スレッドや地図作成スレッドが動作することで、SLAM法に基づいて、地図の情報及びビジュアルオドメトリ(地図と画像とを用いて推定した自機位置の情報)の生成が開始される。そして、制御部10は、位置変化履歴カウンタDC(位置変化履歴記憶部23への位置変化履歴の登録数を示す変数)を0クリアする(ステップS104)。その後、制御部10は、動作終了かどうかを判定し(ステップS105)、動作終了なら(ステップS105;Yes)動作を終了し、動作終了でなければ(ステップS105;No)地図作成部12が地図の情報の作成・更新を行う(ステップS106)。   FIG. 3 is a main flow of the autonomous mobile device 100. The control part 10 starts each thread | sled of an own machine position estimation thread | sled (step S101), a map creation thread | sled (step S102), and a loop closing thread | sled (step S103). Generation of map information and visual odometry (information of the own position estimated using the map and the image) is started based on the SLAM method by the operation of the own position estimation thread and the map creation thread. Then, the control unit 10 clears the position change history counter DC (a variable indicating the number of position change histories registered in the position change history storage unit 23) to 0 (step S104). Thereafter, the control unit 10 determines whether or not the operation is finished (step S105). If the operation is finished (step S105; Yes), the operation is finished, and if the operation is not finished (step S105; No), the map creating unit 12 displays the map. The information is created / updated (step S106).

次に制御部10は、推定状態変数ES(位置推定が可能な状態なのか否かを表す変数)の値が「位置推定不可能」であるかを判定する(ステップS107)。位置推定不可能なら(ステップS107;Yes)、位置推定可能な位置に自律的に移動するための処理である「移動処理制御」を行ってから(ステップS110)ステップS105に戻る。この「移動処理制御」が本実施形態の特徴的な機能を実現しており、詳細については後述する。   Next, the control unit 10 determines whether the value of the estimated state variable ES (a variable indicating whether or not position estimation is possible) is “position estimation impossible” (step S107). If position estimation is impossible (step S107; Yes), after performing "movement process control" which is a process for autonomously moving to a position capable of position estimation (step S110), the process returns to step S105. This “movement processing control” realizes the characteristic function of this embodiment, and details will be described later.

推定状態変数ESの値が「位置推定不可能」でないなら(ステップS107;No)位置変化履歴カウンタDCをインクリメントし(ステップS108)、自律移動するために移動処理部11が駆動部42に所望の動作を指示するとともに、その動作にともなう位置の変化量をタイムスタンプ(現在時刻など、位置履歴記憶部24のタイムスタンプと比較可能なものを用いる。)と共に位置変化履歴記憶部23のDC番目の項目に登録し(ステップS109)、ステップS105に戻る。このステップS109での位置の変化量の登録処理において、移動処理部11は位置変化履歴登録部に相当する。   If the value of the estimated state variable ES is not “position estimation impossible” (step S107; No), the position change history counter DC is incremented (step S108), and the movement processing unit 11 instructs the drive unit 42 to move autonomously. In addition to instructing the operation, the position change amount accompanying the operation is used together with the time stamp (the current time or the like that can be compared with the time stamp of the position history storage unit 24) and the DCth of the position change history storage unit 23. The item is registered (step S109), and the process returns to step S105. In the position change amount registration process in step S109, the movement processing unit 11 corresponds to a position change history registration unit.

ここで、位置の変化量は、ステップS109で移動処理部11が駆動部42に指示を出す前の位置から、駆動部42が指示に従って動作して自律移動装置100が移動した後の位置までの(ステップS109での移動処理の動作一回分の)変化量である。この変化量はオドメトリ情報を用いて取得しても良いし、加速度センサ31や角速度センサ32の値を用いて取得しても良い。通常はオドメトリ情報を用いた方が精度の高い位置変化量を取得できるが、人の手によって移動させられた場合等はオドメトリ情報は役に立たない(この場合でも加速度センサ31や角速度センサ32の値は役に立つ)。そこで、オドメトリ情報とセンサ情報を両方とも用いることで、車輪がスリップしたり、人の手によって移動させられてしまったりした場合等によるオドメトリ情報の誤差をセンサ情報によって補償するようにするのが望ましい。   Here, the amount of change in the position is from the position before the movement processing unit 11 gives an instruction to the driving unit 42 in step S109 to the position after the driving unit 42 operates according to the instruction and the autonomous mobile device 100 moves. This is the amount of change (for one movement operation in step S109). This amount of change may be acquired using odometry information, or may be acquired using the values of the acceleration sensor 31 and the angular velocity sensor 32. Normally, the odometry information can be used to obtain a more accurate position change amount, but the odometry information is not useful when it is moved by a human hand (the values of the acceleration sensor 31 and the angular velocity sensor 32 are still in this case). Useful). Therefore, it is desirable to use sensor information to compensate for errors in odometry information, such as when a wheel slips or is moved by a human hand, by using both odometry information and sensor information. .

典型的な例としては、自律移動装置100は最初、充電ステーションに置いてある状態で電源45を投入すると、障害物センサ33を頼りとして、家の各部屋をくまなく移動し、障害物センサ33によって壁等の障害物位置を特定し、障害物位置を含む地図の情報を作成することができる。地図がある程度作成されると、地図の情報がまだないが移動可能と考えられる領域を知ることができ、その領域に自律的に移動する等して、より広範囲の地図の作成を促すこともできるようになる。そして、移動可能なほぼ全域の地図の情報が作成されれば、地図の情報を利用した効率的な移動動作が可能になる。例えば部屋のどの位置からでも最短経路で充電ステーションに戻ったり、効率的に部屋の掃除をしたりすることが可能になる。   As a typical example, when the autonomous mobile device 100 is initially placed in the charging station and the power supply 45 is turned on, the autonomous mobile device 100 relies on the obstacle sensor 33 to move through the rooms in the house. The position of an obstacle such as a wall can be specified by and map information including the position of the obstacle can be created. When a map is created to some extent, it is possible to know an area that has no map information but is considered to be movable, and it is possible to encourage the creation of a wider map by moving autonomously to that area. It becomes like this. And if the information of the map of the almost movable whole area is created, the efficient movement operation | movement using the information of a map will be attained. For example, it is possible to return to the charging station through the shortest route from any position in the room or to efficiently clean the room.

自律移動装置100のメインフロー(図3)のステップS101で起動される自機位置推定スレッドについて、図4及び図5を用いて説明する。自機位置推定スレッドは、位置推定部13が、最初に図4に基づいて初期化処理を行い、その後図5に基づいて自機位置推定(撮像部41で取得した画像を用いてビジュアルオドメトリにより自機位置を推定する)を続ける処理である。   The self-device position estimation thread activated in step S101 of the main flow (FIG. 3) of the autonomous mobile device 100 will be described with reference to FIGS. In the own position estimation thread, the position estimation unit 13 first performs an initialization process based on FIG. 4, and then estimates the own position based on FIG. 5 (by visual odometry using the image acquired by the imaging unit 41). This is a process of continuing (estimating its own position).

まず図4を用いて自機位置推定スレッドの初期化処理を説明する。位置推定部13は、推定状態変数ESに「初期化中」をセットし、位置履歴登録カウンタHC(位置履歴記憶部24への位置履歴の登録数を示す変数)と位置履歴検索カウンタSC(位置履歴記憶部24から位置履歴を取得する際に用いる変数)をクリアする(ステップS201)。次にフレームカウンタN(撮像部41での画像の取得数を示す変数)に−1をセットする(ステップS202)。次に位置推定部13は、動作終了かを判定する(ステップS203)。動作終了なら(ステップS203;Yes)終了し、動作終了でないなら(ステップS203;No)、撮像部41で画像を取得する(ステップS204)。画像は例えば30fpsで取得することができる(取得した画像はフレームとも呼ばれる)。   First, the initialization process of the own position estimation thread will be described with reference to FIG. The position estimation unit 13 sets “in initialization” to the estimated state variable ES, and the position history registration counter HC (a variable indicating the number of position histories registered in the position history storage unit 24) and the position history search counter SC (position The variable used when acquiring the position history from the history storage unit 24 is cleared (step S201). Next, −1 is set to the frame counter N (a variable indicating the number of images acquired by the imaging unit 41) (step S202). Next, the position estimation unit 13 determines whether the operation is finished (step S203). If the operation ends (step S203; Yes), the operation ends. If the operation does not end (step S203; No), the imaging unit 41 acquires an image (step S204). The image can be acquired at 30 fps, for example (the acquired image is also called a frame).

次に、取得した画像内から2D特徴点を取得する(ステップS205)。2D特徴点とは画像中のエッジ部分など、画像内の特徴的な部分であり、SIFT(Scale−Invariant Future Transform)やSURF(Speed−Up Robust Features)等のアルゴリズムを用いて取得することができる。なお、2D特徴点を取得するのに他のアルゴリズムを使っても良い。   Next, 2D feature points are acquired from the acquired image (step S205). A 2D feature point is a characteristic part in an image, such as an edge part in the image, and can be obtained by using an algorithm such as SIFT (Scale-Invariant Future Transform) or SURF (Speed-Up Robust Features). . Note that other algorithms may be used to acquire 2D feature points.

取得した2D特徴点の個数が少ないと、後述するTwo−view Structure from Motion法での計算ができないため、位置推定部13はステップS206において、2D特徴点の取得数と基準値(例えば10個)とを比較し、基準値未満だった場合(ステップS206;No)はステップS203に戻り、基準値以上の2D特徴点数が得られるまで、画像の取得と2D特徴点の取得とを繰り返す。なお、この時点ではまだ地図の情報は作成できていないが、例えば上述した典型的な例では、障害物センサ33を頼りとして、家の各部屋をくまなく移動し始めているため、この初期化処理で画像取得と2D特徴点取得とを繰り返していれば、移動しながら画像取得を繰り返すことになるので、様々な画像が取得でき、いずれは2D特徴点数が多い画像を取得できることが期待できる。   If the number of acquired 2D feature points is small, calculation by the Two-view Structure from Motion method, which will be described later, cannot be performed. Therefore, in step S206, the position estimation unit 13 acquires the number of 2D feature points and a reference value (for example, 10). If it is less than the reference value (step S206; No), the process returns to step S203, and the acquisition of the image and the acquisition of the 2D feature point are repeated until the number of 2D feature points equal to or greater than the reference value is obtained. At this point, the map information has not yet been created. However, in the typical example described above, for example, since the obstacle sensor 33 has been relied on to start moving all rooms in the house, this initialization process is performed. If the image acquisition and the 2D feature point acquisition are repeated, the image acquisition is repeated while moving, so that various images can be acquired, and it can be expected that an image having a large number of 2D feature points will be acquired.

2D特徴点の取得数が基準値以上だった場合は(ステップS206;Yes)、位置推定部13はフレームカウンタNをインクリメントする(ステップS207)。そして、フレームカウンタNが0かどうかを判定する(ステップS208)。フレームカウンタNが0なら(ステップS208;Yes)画像をまだ一つしか取得していないということになるので、2枚目の画像を取得するためにステップS203に戻る。なお図4のフローチャートでは記載していないが、1枚目の画像を取得した時の自機の位置と2枚目の画像を取得する時の自機の位置とがある程度離れていた方が、これ以降の処理で推定する姿勢の精度が向上する。そこで、ステップS208からステップS203に戻る際に、メインフロー(図3)のステップS109での移動処理部11での動作指示によりオドメトリによる並進距離が所定の距離(例えば1m)以上となるまで待つ処理を追加しても良い。   If the number of 2D feature points acquired is equal to or greater than the reference value (step S206; Yes), the position estimation unit 13 increments the frame counter N (step S207). Then, it is determined whether or not the frame counter N is 0 (step S208). If the frame counter N is 0 (step S208; Yes), it means that only one image has been acquired yet, so the process returns to step S203 to acquire the second image. Although not described in the flowchart of FIG. 4, the position of the own machine when the first image is acquired and the position of the own machine when the second image are acquired are somewhat distant. The accuracy of the posture estimated in the subsequent processing is improved. Therefore, when returning from step S208 to step S203, a process of waiting until the translation distance by odometry becomes a predetermined distance (for example, 1 m) or more by an operation instruction in the movement processing unit 11 in step S109 of the main flow (FIG. 3). May be added.

フレームカウンタNが0でないなら(ステップS208;No)二つの画像を取得したということがわかるので、位置推定部13は、これら二つの画像間で2D特徴点の対応(実環境上の同一の点がそれぞれの画像中に存在し、その対応が取れるもの)を取得する(ステップS209)。このステップS209において、位置推定部13は対応特徴点取得部に相当する。ここで取得した特徴点の対応数が5未満であれば、後述する二つの画像間の姿勢の推定ができないため、推定判定部14は特徴点の対応数が5未満かどうかを判定する(ステップS210)。5未満であれば(ステップS210;Yes)初期画像を取得し直すために、ステップS202に戻る。特徴点の対応数が5点以上であれば(ステップS210;No)、Two−view Structure from Motion法を用いることで、二つの画像間の姿勢(それぞれの画像を取得した位置の差分(並進ベクトルt)及び向きの差分(回転行列R))を推定することができる(ステップS211)。   If the frame counter N is not 0 (step S208; No), it can be seen that two images have been acquired, so that the position estimation unit 13 matches the 2D feature points between these two images (the same point in the actual environment). Are present in each image and can be dealt with) (step S209). In step S209, the position estimation unit 13 corresponds to a corresponding feature point acquisition unit. If the correspondence number of the feature points acquired here is less than 5, it is impossible to estimate the posture between two images, which will be described later. Therefore, the estimation determination unit 14 determines whether the correspondence number of the feature points is less than 5 (step) S210). If it is less than 5 (step S210; Yes), the process returns to step S202 to reacquire the initial image. If the number of corresponding feature points is 5 or more (step S210; No), using the Two-view Structure from Motion method, the posture between the two images (the difference between the positions where each image was acquired (translation vector) t) and the difference in orientation (rotation matrix R)) can be estimated (step S211).

この推定は具体的には、対応する特徴点から基礎行列Eを求め、基礎行列Eを並進ベクトルtと回転行列Rとに分解することによって得られるが、詳細は非特許文献2で説明されているため、ここでは割愛する。なお、ここで得られる並進ベクトルt(3次元空間内で移動することを想定すると、最初の画像を取得した位置を原点として、X,Y,Zの3要素を持つ)の各要素の値は実環境上での値とは異なる(Two−view Structure from Motion法では実環境上の値自体を得ることはできず、実環境と相似する空間上での値を得ることになる。)ため、これらをSLAM空間上での値とみなし、以下ではSLAM空間上での座標(SLAM座標)を用いて説明する。   Specifically, this estimation is obtained by obtaining a basic matrix E from the corresponding feature points and decomposing the basic matrix E into a translation vector t and a rotation matrix R. The details are described in Non-Patent Document 2. I will omit it here. Note that the value of each element of the translation vector t obtained here (having three elements of X, Y, and Z with the position where the first image is acquired as the origin, assuming that it moves in a three-dimensional space) is Since it is different from the value in the real environment (the Two-view Structure from Motion method cannot obtain the value in the real environment itself, but obtains the value in a space similar to the real environment). These are regarded as values on the SLAM space, and will be described below using coordinates (SLAM coordinates) on the SLAM space.

なお、特徴点の対応数が5点以上あっても、二つの画像間の姿勢の推定値が一つに定まらない場合がある(条件が足らずに不定となってしまう場合や、最小二乗法で一つに定めようとしても確からしい推定値が一つに定まらずに複数になってしまう場合等がある)。位置推定部13が二つの画像間の姿勢(それぞれの画像を取得した位置の差分(並進ベクトルt)及び向きの差分(回転行列R))を推定する際に、推定値が一つに定まる場合は推定判定部14は推定可能と判定し、推定値が一つに定まらない場合は推定判定部14は推定不可能と判定する(ステップS212)。   Note that even if the number of corresponding feature points is 5 or more, there may be cases where the estimated value of the posture between the two images is not fixed to one (if the condition becomes indefinite and the least squares method is used). In some cases, there are cases where the estimated value is not limited to one, but becomes more than one. When the position estimation unit 13 estimates the posture between two images (the difference in position (translation vector t) and the difference in orientation (rotation matrix R) from which each image was acquired), and the estimated value is determined as one. The estimation determination unit 14 determines that estimation is possible, and if the estimation value is not fixed to one, the estimation determination unit 14 determines that estimation is impossible (step S212).

推定判定部14が推定不可能と判定した場合は(ステップS212;No)、ステップS202に戻って初期画像の取得からやり直す。推定判定部14が推定可能と判定した場合は(ステップS212;Yes)、二つの画像間の姿勢(並進ベクトルt及び回転行列R)が求まったということになるので、ステップS213へ進む。   If the estimation determination unit 14 determines that the estimation is impossible (step S212; No), the process returns to step S202 and starts again from the acquisition of the initial image. If the estimation determination unit 14 determines that the estimation is possible (step S212; Yes), it means that the posture (translation vector t and rotation matrix R) between the two images has been obtained, and the process proceeds to step S213.

二つの画像間の姿勢(並進ベクトルt及び回転行列R)が求まると、その値は、最初の画像を基準(最初の画像を取得した位置をSLAM座標の原点、並進ベクトルは0ベクトル、回転行列は単位行列Iとする。)にした場合の、二枚目の画像の姿勢(二つ目の画像を取得した時の自機の位置(並進ベクトルt)及び向き(回転行列R))となる。ここで、二つの画像それぞれの姿勢(該画像(フレーム)撮影時の自機の位置(並進ベクトルt)及び向き(回転行列R)で、フレーム姿勢とも言う。)が求まっている場合、その二つの画像間で対応が取れている2D特徴点(対応特徴点)のSLAM座標での3D位置を、以下の考え方に基づき、地図作成部12が求める(ステップS213)。   When the posture (translation vector t and rotation matrix R) between the two images is obtained, the values are based on the first image (the position where the first image was acquired is the origin of SLAM coordinates, the translation vector is the 0 vector, the rotation matrix) Is the unit matrix I.) The orientation of the second image (the position (translation vector t) and orientation (rotation matrix R) of the own machine when the second image is acquired)) . Here, when the postures of the two images (the position (translation vector t) and direction (rotation matrix R) of the own device at the time of photographing the image (frame) are also referred to as frame postures) are obtained. Based on the following concept, the map creation unit 12 obtains the 3D position in the SLAM coordinates of 2D feature points (corresponding feature points) that can be matched between two images (step S213).

2D特徴点の画像中の座標(フレーム座標:既知)を(u,v)とし、その2D特徴点のSLAM座標での3D位置(未知)を(X,Y,Z)とすると、これらを同次座標で表したときのこれらの関係は、透視投影行列Pを用いて下記の式(1)で表される。ここで、「〜」記号は「非零の定数倍を除いて等しい」(つまり、等しいか又は定数(非零)倍になっている)ことを表し、「’」記号は「転置」を表す。
(u v 1)’〜P(X Y Z 1)’…(1)
If the coordinates (frame coordinates: known) of the 2D feature point in the image are (u, v) and the 3D position (unknown) in the SLAM coordinate of the 2D feature point is (X, Y, Z), these are the same. These relationships when expressed in the next coordinates are expressed by the following formula (1) using the perspective projection matrix P. Here, the symbol “˜” represents “equal except for a non-zero constant multiple” (that is, equal or is a constant (non-zero) multiple), and the “′” symbol represents “transpose”. .
(U v 1) ′ to P (XY Y 1) ′ (1)

上記の式(1)において、Pは3×4の行列で、カメラの内部パラメータを示す3×3の行列Aと、その画像の姿勢(フレーム姿勢)を示す外部パラメータR及びtから以下の式(2)で表される。ここで、(R|t)は、回転行列Rの右に並進列ベクトルtを並べた行列を表す。
P=A(R|t)…(2)
In the above equation (1), P is a 3 × 4 matrix, and from the 3 × 3 matrix A indicating the internal parameters of the camera and the external parameters R and t indicating the posture (frame posture) of the image, the following equation It is represented by (2). Here, (R | t) represents a matrix in which the translation column vector t is arranged to the right of the rotation matrix R.
P = A (R | t) (2)

上記の式(2)において、R及びtは上述したようにそのフレーム姿勢として求められている。また、カメラの内部パラメータAは、焦点距離と撮像素子サイズにより決まるので、撮像部41を決めておけば定数となる。   In the above equation (2), R and t are obtained as the frame postures as described above. Further, since the internal parameter A of the camera is determined by the focal length and the image sensor size, it is a constant if the image capturing unit 41 is determined.

二つの画像間で対応が取れている2D特徴点のうちの一つが、一つ目の画像のフレーム座標(u,v)と、二つ目の画像のフレーム座標(u,v)に写っているとすると、以下の式(3)及び式(4)ができる。ここで、Iは単位行列、0はゼロベクトル、(L|r)は、行列Lの右に列ベクトルrを並べた行列を表す。
(u 1)’〜A(I|0)(X Y Z 1)’…(3)
(u 1)’〜A(R|t)(X Y Z 1)’…(4)
One of the 2D feature points corresponding to the two images is the frame coordinates (u 1 , v 1 ) of the first image and the frame coordinates (u 2 , v 2 ) of the second image. ), The following equations (3) and (4) can be obtained. Here, I is a unit matrix, 0 is a zero vector, and (L | r) is a matrix in which a column vector r is arranged to the right of the matrix L.
(U 1 v 1 1) ′ to A (I | 0) (XY Z 1) ′ (3)
(U 2 v 2 1) ′ to A (R | t) (XY Z 1) ′ (4)

上記の式(3)及び式(4)において、u,v,u,vそれぞれについての式ができるため、式は4つできるが、未知数はX,Y,Zの3つなので、X,Y,Zを求めることができ、これがその2D特徴点のSLAM座標における3D位置となる。なお、式の個数の方が未知数の個数よりも多いため、例えばu,v,uで求めたX,Y,Zとu,v,vで求めたX,Y,Zとが異なる場合がありうる。このような場合は、過剰条件の連立一次方程式となり、一般には解が存在しないが、地図作成部12は、最小二乗法を用いて、最も確からしいX,Y,Zを求める(ステップS213)。 In the above formulas (3) and (4), because there are formulas for u 1 , v 1 , u 2 , and v 2, there are four formulas, but there are three unknowns, X, Y, and Z. , X, Y, Z can be obtained, and this is the 3D position of the 2D feature point in the SLAM coordinates. Since the number of equations is larger than the number of unknowns, for example, X, Y, Z obtained from u 1 , v 1 , u 2 and X, Y, Z obtained from u 1 , v 1 , v 2 are used. May be different. In such a case, a simultaneous linear equation with an excess condition is obtained, and there is generally no solution, but the map creating unit 12 obtains the most probable X, Y, and Z by using the least square method (step S213).

2D特徴点のSLAM座標における3D位置(X,Y,Z)が求まったら、それをMap点として、地図作成部12がMap点データベース(Map点DB(Database)とも言い、地図記憶部22に格納される)に登録する(ステップS214)。Map点データベースに登録する要素としては、少なくとも、「2D特徴点のSLAM座標における3D位置であるX,Y,Z」と、「その2D特徴点の特徴量」(例えばSIFT等で得た特徴量)が必要である。また、「タイムスタンプ」(後述するキーフレームカウンタNKF(現在のキーフレーム番号を表す変数)のMap点データベースへの登録時点での値等)をMap点データベースへの登録要素に追加しておくと、Map点データベースを編集(過去の状態に戻す等)する際に便利である。   When the 3D position (X, Y, Z) of the 2D feature point in the SLAM coordinates is obtained, it is used as a Map point, and the map creation unit 12 is also referred to as a Map point database (Map point DB (Database), which is stored in the map storage unit 22. Registered) (step S214). As elements to be registered in the Map point database, at least “X, Y, Z which is a 3D position of a 2D feature point in SLAM coordinates” and “a feature amount of the 2D feature point” (for example, a feature amount obtained by SIFT or the like) )is necessary. Further, if a “time stamp” (a value at the time of registration in the Map point database of a key frame counter NKF (a variable representing the current key frame number) described later) is added to the registered elements in the Map point database. This is convenient when editing the Map point database (such as returning to the past state).

そして、地図作成部12は、二つの画像間で対応が取れている2D特徴点(対応特徴点)の全てをMap点データベースに登録したかを判定し(ステップS215)、まだ全ての登録ができていなかったら(ステップS215;No)ステップS213に戻り、全て登録できたら(ステップS215;Yes)ステップS216に進む。   Then, the map creation unit 12 determines whether all 2D feature points (corresponding feature points) corresponding to the two images have been registered in the Map point database (step S215), and all the registrations are still possible. If not (Step S215; No), the process returns to Step S213, and if all of them are registered (Step S215; Yes), the process proceeds to Step S216.

次に位置推定部13は、NKF(キーフレーム(後に続くスレッドでの処理対象となる画像を指す)のカウンタを表す変数)を0に初期化し(ステップS216)、二つ目の画像をキーフレームとしてフレームデータベース(フレームDB(Database)とも言い、画像記憶部21に格納される)に登録する(ステップS217)。   Next, the position estimation unit 13 initializes NKF (a variable representing a counter of a key frame (pointing to an image to be processed in a subsequent thread)) to 0 (step S216), and the second image is a key frame. Is registered in a frame database (also referred to as a frame DB (Database), which is stored in the image storage unit 21) (step S217).

フレームデータベースに登録する要素は、「キーフレーム番号」(登録時点でのキーフレームカウンタNKFの値)、「姿勢」(その画像撮影時の自機のSLAM座標内での位置(並進ベクトルt)及び向き(回転行列R))、「抽出した全ての2D特徴点」、「全ての2D特徴点の中でMap点として3D位置が既知の点」、「キーフレーム自体の特徴」、であるが、これらに加えて「オドメトリで計測した実環境上での姿勢」(実環境での駆動部42による移動距離に基づいて求められる自機の位置及び向き)も登録しても良い。   Elements to be registered in the frame database are “key frame number” (value of the key frame counter NKF at the time of registration), “posture” (position (translation vector t) in the SLAM coordinates of the own device at the time of image capture) Direction (rotation matrix R)), “all extracted 2D feature points”, “a point where 3D position is known as a Map point among all 2D feature points”, “feature of key frame itself”, In addition to these, the “posture in the actual environment measured by odometry” (the position and orientation of the own machine determined based on the movement distance by the drive unit 42 in the actual environment) may be registered.

上記中、「キーフレーム自体の特徴」とは、キーフレーム間の画像類似度を求める処理を効率化するためのデータであり、通常は画像中の2D特徴点のヒストグラム等を用いるのが良いが、画像自体を「キーフレーム自体の特徴」としても良い。また、「オドメトリで計測した実環境上での姿勢」は、並進ベクトルtと回転行列Rとで表すこともできるが、通常、本自律移動装置100は2次元平面上を動くので、2次元データに単純化して、移動開始時の位置(原点)及び向きを基準にした2次元座標(X,Y)及び向きφとして表しても良い。   Among the above, “features of the key frame itself” is data for improving the processing for obtaining the image similarity between the key frames, and it is usually preferable to use a histogram of 2D feature points in the image. The image itself may be a “characteristic of the key frame itself”. In addition, the “posture in the real environment measured by odometry” can be expressed by a translation vector t and a rotation matrix R. However, since the autonomous mobile device 100 normally moves on a two-dimensional plane, two-dimensional data Alternatively, it may be expressed as two-dimensional coordinates (X, Y) and direction φ with reference to the position (origin) and direction at the start of movement.

次に、位置推定部13は、キーフレームが生成された事を地図作成スレッドに知らせるために、地図作成スレッドのキーフレームキュー(キュー(Queue)は、先入れ先出しのデータ構造になっている)に、キーフレームカウンタNKFをセットする(ステップS218)。   Next, in order to notify the map creation thread that the key frame has been generated, the position estimation unit 13 enters the key frame queue of the map creation thread (the queue has a first-in first-out data structure). The key frame counter NKF is set (step S218).

そして、位置推定部13は、SLAM座標と実環境座標とのスケール対応を得るために、オドメトリによる並進距離(実環境での座標で求められる)を、上記の処理で推定したSLAM座標での並進距離dで除することによって、スケールSを求める(ステップS219)。   Then, in order to obtain the scale correspondence between the SLAM coordinates and the real environment coordinates, the position estimation unit 13 translates the translation distance (obtained by the coordinates in the real environment) by odometry in the SLAM coordinates estimated by the above processing. A scale S is obtained by dividing by the distance d (step S219).

以上で自機位置推定スレッドの初期化処理が完了したので、図5の自機位置推定(メイン処理)に進む(ステップS220)。   Since the initialization process of the own machine position estimation thread is completed as described above, the process proceeds to own machine position estimation (main process) in FIG. 5 (step S220).

次に図5を用いて自機位置推定スレッドのメイン処理を説明する。まず、位置推定部13は、推定状態変数ESに「位置推定可能」をセットする(ステップS231)。初期化処理において、自機位置の推定ができており、この時点では位置推定可能な状態であると言えるからである。次に位置推定部13は、動作終了かを判定する(ステップS232)。動作終了なら(ステップS232;Yes)終了し、動作終了でないなら(ステップS232;No)、撮像部41で画像を取得し(ステップS233)、フレームカウンタNをインクリメントする(ステップS234)。   Next, the main process of the own position estimation thread will be described with reference to FIG. First, the position estimation unit 13 sets “position estimation possible” to the estimated state variable ES (step S231). This is because in the initialization process, the position of the own aircraft has been estimated, and it can be said that the position can be estimated at this point. Next, the position estimation unit 13 determines whether the operation is finished (step S232). If the operation ends (step S232; Yes), the operation ends. If the operation does not end (step S232; No), an image is acquired by the imaging unit 41 (step S233), and the frame counter N is incremented (step S234).

次に、位置推定部13は、撮影した画像に含まれている2D特徴点を取得する(ステップS235)。そして、フレームデータベースに登録されている以前のキーフレーム(例えばキーフレーム番号がNKFである画像)の情報から、その画像の情報に含まれている2D特徴点のうち、3D位置が既知である(Map点データベースに登録されているMap点になっている)2D特徴点を取得し、今撮影した画像との間で対応が取れる2D特徴点(対応特徴点)を抽出する(ステップS236)。   Next, the position estimation unit 13 acquires 2D feature points included in the captured image (step S235). Then, from the information of the previous key frame (for example, the image whose key frame number is NKF) registered in the frame database, the 3D position is known among the 2D feature points included in the image information ( A 2D feature point (which is a Map point registered in the Map point database) is acquired, and a 2D feature point (corresponding feature point) that can be correlated with the currently captured image is extracted (step S236).

そして、推定判定部14は、対応特徴点の個数が所定の値(例えば5)未満かどうかを判定し(ステップS237)、所定の値未満の場合(ステップS237;Yes)は確からしい自機位置の推定が不可能なので、ステップS247に進む。ここで、すぐにステップS247に進むのではなく、ステップS236に戻って、フレームデータベースに登録されているキーフレームの中から対応特徴点の個数が所定の値以上のものを検索するようにしても良い。この場合は、フレームデータベースに登録されているキーフレームの中に対応特徴点の個数が所定の値以上のものが見つからなかった場合にステップS247に進む。   Then, the estimation determination unit 14 determines whether or not the number of corresponding feature points is less than a predetermined value (for example, 5) (step S237), and if it is less than the predetermined value (step S237; Yes), the own vehicle position is likely. Therefore, the process proceeds to step S247. Here, instead of proceeding immediately to step S247, the process returns to step S236 to search the key frame registered in the frame database for the number of corresponding feature points equal to or greater than a predetermined value. good. In this case, if no key feature registered in the frame database has a corresponding feature point greater than or equal to a predetermined value, the process proceeds to step S247.

所定の値以上の対応特徴点が抽出できたら(ステップS237;No)、位置推定部13は、対応特徴点それぞれの3D位置(X,Y,Z)をMap点データベースから取得する(ステップS238)。今撮影した画像に含まれている対応特徴点のフレーム座標を(u,v)とし、その対応特徴点の3D位置を(X,Y,Z)とする(iは1から対応特徴点数までの値を取る)と、各対応特徴点の3D位置(X,Y,Z)を以下の式(5)によってフレーム座標系に投影した値(ux,vx)とフレーム座標(u,v)とは理想的には一致するはずである。
(ux vx 1)’〜A(R|t)(X1)’…(5)
When the corresponding feature point of a predetermined value or more can be extracted (step S237; No), the position estimation unit 13 acquires the 3D position (X i , Y i , Z i ) of each corresponding feature point from the Map point database ( Step S238). The frame coordinates of the corresponding feature points included in the image that has just been taken are (u i , v i ), and the 3D positions of the corresponding feature points are (X i , Y i , Z i ) (i is from 1) Values corresponding to the number of corresponding feature points) and values (ux i , vx i ) obtained by projecting the 3D positions (X i , Y i , Z i ) of the corresponding feature points onto the frame coordinate system according to the following equation (5): And the frame coordinates (u i , v i ) should ideally match.
(Ux i vx i 1) ′ to A (R | t) (X i Y i Z i 1) ′ (5)

実際には(X,Y,Z)にも(u,v)にも誤差が含まれているため、(ux,vx)と(u,v)とが一致することはめったにない。そして、未知数はRとt(3次元空間ではそれぞれ3次元となり、3+3=6が未知数の個数である)だけなのに、数式は対応特徴点の個数の2倍存在する(対応特徴点一つに対して、フレーム座標のu,vそれぞれに対する式が存在するため)ことになるため、過剰条件の連立一次方程式になり、上述したように最小二乗法で求めることになる。具体的には、位置推定部13は、以下の式(6)のコスト関数E1を最小化する姿勢(並進ベクトルt及び回転行列R)を求めることになる。これがSLAM法で求めたSLAM座標での自機の姿勢(並進ベクトルt及び回転行列Rで表される自機の位置及び向き)となる。このようにして、位置推定部13は自機の姿勢を推定する(ステップS239)。

Figure 2018092682
Actually, since (X i , Y i , Z i ) and (u i , v i ) also contain errors, (ux i , vx i ) and (u i , v i ) match. I rarely do it. And the unknowns are only R and t (three-dimensional in the three-dimensional space, and 3 + 3 = 6 is the number of unknowns), but there are twice the number of corresponding feature points (for one corresponding feature point) Since there are equations for u and v of the frame coordinates), it becomes a simultaneous linear equation with an excess condition, and is obtained by the least square method as described above. Specifically, the position estimation unit 13 obtains an attitude (translation vector t and rotation matrix R) that minimizes the cost function E1 of the following equation (6). This is the attitude of the own machine in the SLAM coordinates obtained by the SLAM method (the position and orientation of the own machine represented by the translation vector t and the rotation matrix R). In this way, the position estimation unit 13 estimates the attitude of the own device (step S239).
Figure 2018092682

この自機位置の推定において、自機の姿勢の推定値が一つに定まらない場合がある(条件が足らずに不定となってしまう場合(例えば二つの画像での対応特徴点数が5点未満の場合)や、最小二乗法で一つに定めようとしても確からしい推定値が一つに定まらずに複数になってしまう場合(例えば式(6)で、最小値が所定の値よりも大きい場合や、極小値が複数存在し最小値(最も小さい極小値)を2番目に小さい極小値で割った値が所定の値よりも大きい場合)等がある)。位置推定部13が自機の姿勢(並進ベクトルt及び回転行列R)を推定する際に、推定値が一つに定まる場合は推定判定部14は推定可能と判定し、推定値が一つに定まらない場合は推定判定部14は推定不可能と判定する(ステップS240)。   In the estimation of the position of the own machine, there may be cases where the estimated value of the attitude of the own machine is not fixed to one (if the condition becomes indefinite due to insufficient conditions (for example, the number of corresponding feature points in two images is less than 5) ), Or when the estimated value is not determined as one but becomes plural even if it is determined to be one by the least square method (for example, when the minimum value is larger than a predetermined value in Equation (6)) Or a minimum value (the smallest minimum value) divided by the second smallest minimum value is greater than a predetermined value). When the position estimation unit 13 estimates the attitude (translation vector t and rotation matrix R) of the own aircraft, if the estimated value is determined to be one, the estimation determination unit 14 determines that the estimation is possible, and the estimated value is one. If not determined, the estimation determination unit 14 determines that estimation is impossible (step S240).

推定判定部14が推定不可能と判定した場合は(ステップS240;No)、ステップS247に進む。推定判定部14が推定可能と判定した場合は(ステップS240;Yes)、自機の姿勢(並進ベクトルt及び回転行列R)が求まったということになるので、ステップS241へ進む。   When the estimation determination unit 14 determines that the estimation is impossible (step S240; No), the process proceeds to step S247. If the estimation determination unit 14 determines that the estimation is possible (step S240; Yes), it means that the attitude (translation vector t and rotation matrix R) of the own device has been obtained, and the process proceeds to step S241.

SLAM座標での現在の自機の姿勢(並進ベクトルt及び回転行列R)が求められたので、制御部10は、位置履歴登録カウンタHCをインクリメントし、位置履歴記憶部24のHC番目の項目に、現在の自機の姿勢(並進ベクトルt及び回転行列R)をタイムスタンプ(現在時刻など、位置変化履歴記憶部23のタイムスタンプと比較可能なものを用いる)と共に登録し、位置履歴検索カウンタSCに位置履歴登録カウンタHCの値をセットする(ステップS241)。このステップS241において、制御部10は位置履歴登録部に相当する。そして、位置推定部13は、現在の自機の姿勢にスケールSを乗算することで、VO(ビジュアルオドメトリ)を求める(ステップS242)。VOは実環境での自機の位置及び向きとして利用できる。   Since the current attitude (translation vector t and rotation matrix R) in the SLAM coordinates is obtained, the control unit 10 increments the position history registration counter HC and sets the HC-th item in the position history storage unit 24. The current attitude (translation vector t and rotation matrix R) of the own machine is registered together with a time stamp (the current time etc. can be compared with the time stamp of the position change history storage unit 23), and the position history search counter SC The value of the position history registration counter HC is set to (Step S241). In step S241, the control unit 10 corresponds to a position history registration unit. Then, the position estimation unit 13 obtains VO (visual odometry) by multiplying the current attitude of the own device by the scale S (step S242). The VO can be used as the position and orientation of the aircraft in the real environment.

次に、位置推定部13は、フレームDBに登録されている直前のキーフレーム(キーフレーム番号がNKFである画像)を撮影した時の自機の位置から基準並進距離(例えば1m)以上移動しているかを判定し(ステップS243)、移動しているなら(ステップS243;Yes)キーフレームカウンタNKFをインクリメントしてから(ステップS244)、現フレームをキーフレームとしてフレームDBに登録する(ステップS245)。基準並進距離未満しか移動していないなら(ステップS243;No)ステップS232に戻る。   Next, the position estimation unit 13 moves more than a reference translational distance (for example, 1 m) from the position of the own device when the immediately preceding key frame registered in the frame DB (an image with a key frame number of NKF) is captured. (Step S243; Yes) After incrementing the key frame counter NKF (step S244), the current frame is registered as a key frame in the frame DB (step S245). . If it has moved less than the reference translation distance (step S243; No), the process returns to step S232.

ここで、基準並進距離と比較する自機の移動距離は、直前のキーフレームから現フレームまでの並進距離(両フレームの並進ベクトルの差のベクトルの絶対値(要素の二乗和の平方根))をオドメトリから取得しても良いし、上述したVO(ビジュアルオドメトリ)から求めても良い。フレームDBに登録する内容は上述したように、「キーフレーム番号」、「姿勢」、「抽出した全ての2D特徴点」、「全ての2D特徴点の中でMap点として3D位置が既知の点」、「キーフレーム自体の特徴」、である。   Here, the movement distance of the aircraft compared to the reference translation distance is the translation distance from the previous key frame to the current frame (the absolute value of the difference vector between the translation vectors of both frames (the square root of the sum of the squares of the elements)). It may be obtained from odometry, or may be obtained from VO (visual odometry) described above. As described above, the contents to be registered in the frame DB are “key frame number”, “posture”, “all extracted 2D feature points”, “a point where 3D position is known as a Map point among all 2D feature points” "," Characteristics of the key frame itself ".

そして、位置推定部13は、新たなキーフレームが発生したことを地図作成スレッドに知らせるために、地図作成スレッドのキーフレームキューにキーフレームカウンタNKFをセットする(ステップS246)。そして、ステップS232に戻る。なお、キーフレームカウンタNKF、スケールS、Map点DB、フレームDB、位置履歴記憶部24、位置変化履歴記憶部23、位置履歴登録カウンタHC、位置履歴検索カウンタSCは、位置変化履歴カウンタDCは、スレッドをまたいで値を参照することができるように記憶部20に記憶されている。   Then, the position estimation unit 13 sets the key frame counter NKF in the key frame queue of the map creation thread in order to inform the map creation thread that a new key frame has occurred (step S246). Then, the process returns to step S232. The key frame counter NKF, the scale S, the map point DB, the frame DB, the position history storage unit 24, the position change history storage unit 23, the position history registration counter HC, and the position history search counter SC are the position change history counter DC, The value is stored in the storage unit 20 so that the value can be referred to across threads.

次にステップS247以降を説明する。これは自機位置の推定ができなくなったときの処理である。まず、位置推定部13は、推定状態変数ESに「位置推定不可能」をセットする(ステップS247)。次に位置推定部13は、動作終了かを判定する(ステップS248)。動作終了なら(ステップS248;Yes)終了し、動作終了でないなら(ステップS248;No)、撮像部41で画像を取得する(ステップS249)。   Next, step S247 and subsequent steps will be described. This is a process when the position of the aircraft cannot be estimated. First, the position estimation unit 13 sets “position estimation impossible” to the estimated state variable ES (step S247). Next, the position estimation unit 13 determines whether the operation is finished (step S248). If the operation ends (step S248; Yes), the operation ends. If the operation does not end (step S248; No), the imaging unit 41 acquires an image (step S249).

そして制御部10は、取得画像との類似度が基準画像類似度(例えば0.9)以上になるキーフレームをフレームDBから検索する(ステップS250)。ここで、この類似度は、画像(キーフレーム)の特徴を特徴ベクトルで表している場合は、二つの画像の特徴ベクトルの絶対値(要素の二乗和の平方根)を1に正規化したもの同士の内積を、その二つの画像の類似度とすることができる。また、二つの画像の特徴ベクトル(絶対値を1に正規化したもの)の距離(各要素の差の二乗和の平方根)の逆数を類似度としても良い。   Then, the control unit 10 searches the frame DB for key frames whose similarity to the acquired image is equal to or higher than a reference image similarity (for example, 0.9) (step S250). Here, when the features of the images (key frames) are represented by feature vectors, this similarity is obtained by normalizing the absolute values of the feature vectors of the two images (the square root of the sum of squares of the elements) to 1. Can be the similarity between the two images. Also, the reciprocal of the distance (square root of the sum of squares of the differences between the elements) of the feature vectors of the two images (the absolute value normalized to 1) may be used as the similarity.

制御部10は、取得画像との類似度が基準画像類似度以上になるキーフレームをフレームDBから発見できたかを判定する(ステップS251)。発見できなかったら(ステップS251;No)ステップS248に戻る。発見できたら(ステップS251;Yes)取得画像の2D特徴点と、発見した類似画像の2D特徴点とをそれぞれ取得して(ステップS252)、これら二つの画像間で2D特徴点の対応を取得する(ステップS253)。   The control unit 10 determines whether a key frame whose similarity with the acquired image is equal to or higher than the reference image similarity is found from the frame DB (step S251). If not found (step S251; No), the process returns to step S248. If it is found (step S251; Yes), the 2D feature point of the acquired image and the 2D feature point of the found similar image are respectively acquired (step S252), and the correspondence of the 2D feature point is acquired between these two images. (Step S253).

そして、ステップS239と同様の方法で自機の姿勢を推定する(ステップS254)。この時、推定判定部14がステップS240と同様にして推定可能かを判定し(ステップS255)、推定不可能なら(ステップS255;No)ステップS248に戻り、推定可能なら(ステップS255;Yes)自機位置の推定ができるようになったということになるので、ステップS231に進む。   Then, the attitude of the aircraft is estimated by the same method as in step S239 (step S254). At this time, the estimation determination unit 14 determines whether or not estimation is possible in the same manner as in step S240 (step S255). If estimation is impossible (step S255; No), the process returns to step S248, and if estimation is possible (step S255; Yes) Since the machine position can be estimated, the process proceeds to step S231.

このように、自機位置推定スレッドの初期化終了後は、推定状態変数ESに「位置推定可能」か「位置推定不可能」かのどちらかがセットされるので、図3に示すメインフローにおいて、ESの値が「位置推定可能」であれば自律移動装置100は所望の動作を行い、ESの値が「位置推定不可能」であれば位置推定可能になるような位置を求めて移動処理制御を行うことができるようになる。   As described above, after the initialization of the own position estimation thread, either “position estimation possible” or “position estimation impossible” is set in the estimation state variable ES. Therefore, in the main flow shown in FIG. If the ES value is “position estimation is possible”, the autonomous mobile device 100 performs a desired operation. If the ES value is “position estimation is impossible”, the autonomous mobile device 100 obtains a position where position estimation is possible. Control can be performed.

次に、自律移動装置100のメインフロー(図3)のステップS102で起動される地図作成スレッドについて、図6を用いて説明する。このスレッドは地図作成部12が、キーフレーム中の対応特徴点の3D位置を計算して、地図の情報(Map点DB)を作成している。   Next, the map creation thread activated in step S102 of the main flow (FIG. 3) of the autonomous mobile device 100 will be described with reference to FIG. In this thread, the map creation unit 12 creates the map information (Map point DB) by calculating the 3D position of the corresponding feature point in the key frame.

まず、地図作成部12は、動作終了かを判定する(ステップS301)。動作終了なら(ステップS301;Yes)終了し、動作終了でないなら(ステップS301;No)、キーフレームキューが空かどうかを判定する(ステップS302)。キーフレームキューが空だったら(ステップS302;Yes)ステップS301に戻り、空でなければ(ステップS302;No)、キーフレームキューからデータを取り出してMKF(地図作成スレッドで処理するキーフレームのキーフレーム番号を表す変数)にセットする(ステップS303)。地図作成部12は、MKFが0より大きいか判定し(ステップS304)、MKFが0である場合は(ステップS304;No)ステップS301に戻ってキーフレームキューにデータが入るのを待つ。MKFが1以上の場合は(ステップS304;Yes)、以下の処理に進む。   First, the map creation unit 12 determines whether the operation is finished (step S301). If the operation ends (step S301; Yes), the operation ends. If the operation does not end (step S301; No), it is determined whether the key frame queue is empty (step S302). If the key frame queue is empty (step S302; Yes), the process returns to step S301. If the key frame queue is not empty (step S302; No), data is extracted from the key frame queue and is processed by the MKF (key frame processed by the map creation thread). (A variable representing a number) (step S303). The map creation unit 12 determines whether MKF is greater than 0 (step S304). If MKF is 0 (step S304; No), the map creation unit 12 returns to step S301 and waits for data to enter the key frame queue. When MKF is 1 or more (step S304; Yes), the process proceeds to the following process.

地図作成部12は、フレームDBを参照し、前キーフレーム(キーフレーム番号がMKF−1のキーフレーム)の2D特徴点と現キーフレーム(キーフレーム番号がMKFのキーフレーム)の2D特徴点とで対応が取れる2D特徴点(対応特徴点)を抽出する(ステップS305)。フレームDBにはそれぞれのキーフレームの姿勢(並進ベクトルtと回転行列R)も登録されているので、自機位置推定スレッドの初期化時の処理の時と同様の方法で対応特徴点の3D位置を計算できる。地図作成部12は、3D位置が計算できた対応特徴点をMap点としてMap点DBに登録する(ステップS306)。地図作成部12は、フレームDBに対しても今回3D位置を計算できた2D特徴点に対して3D位置を登録する(ステップS307)。   The map creation unit 12 refers to the frame DB, determines the 2D feature point of the previous key frame (key frame number MKF-1) and the 2D feature point of the current key frame (key frame number MKF) 2D feature points (corresponding feature points) that can be handled in step S305 are extracted. Since the posture (translation vector t and rotation matrix R) of each key frame is also registered in the frame DB, the 3D position of the corresponding feature point is processed in the same manner as in the process at the initialization of the own position estimation thread. Can be calculated. The map creation unit 12 registers the corresponding feature point for which the 3D position can be calculated as a Map point in the Map point DB (step S306). The map creation unit 12 registers the 3D position with respect to the 2D feature point for which the current 3D position can be calculated for the frame DB (step S307).

なお、地図作成部12が抽出した対応特徴点がすでにMap点DBに登録済だった場合は、3D位置計算をスキップして次の対応特徴点(Map点DBに未登録のもの)に対する処理に進んでも良いし、改めて3D位置計算を行って、Map点DBに登録済の3D位置や、フレームDB中の対応特徴点に対する3D位置を更新するようにしても良い。   If the corresponding feature point extracted by the map creation unit 12 has already been registered in the Map point DB, the 3D position calculation is skipped and processing for the next corresponding feature point (one not registered in the Map point DB) is performed. Alternatively, the 3D position may be calculated again, and the 3D position registered in the Map point DB or the 3D position for the corresponding feature point in the frame DB may be updated.

次に、地図作成部12は、キーフレームキューが空かどうかを判定する(ステップS308)。空であれば(ステップS308;Yes)、全キーフレームの姿勢と全Map点の3D位置に対して、バンドルアジャストメント処理を行って、精度向上を図ってから(ステップS309)ステップS310に進む。キーフレームキューが空でなければ(ステップS308;No)ステップS310に進む。次に地図作成部12は、ループクロージングスレッドのキーフレームキューにMKFをセットして(ステップS310)、ステップS301に戻る。   Next, the map creating unit 12 determines whether or not the key frame queue is empty (step S308). If it is empty (step S308; Yes), bundle adjustment processing is performed on the orientation of all key frames and the 3D positions of all map points to improve accuracy (step S309), and the process proceeds to step S310. If the key frame queue is not empty (step S308; No), the process proceeds to step S310. Next, the map creating unit 12 sets MKF in the key frame queue of the loop closing thread (step S310), and returns to step S301.

なお、バンドルアジャストメント処理とは、カメラ姿勢(キーフレーム姿勢)とMap点の3D位置とを同時に推定する非線形最適化法であり、Map点をキーフレーム上に投影させたときに発生する誤差が最小になるような最適化を行うものである。   The bundle adjustment process is a nonlinear optimization method that simultaneously estimates the camera posture (key frame posture) and the 3D position of the Map point, and an error that occurs when the Map point is projected onto the key frame. Optimization is performed so as to minimize it.

このバンドルアジャストメントの処理を行うことで、キーフレーム姿勢とMap点の3D位置の精度向上を図ることができる。しかし、この処理を行わなくても精度向上が図れないだけで特別問題が発生するわけではない。したがって、他の処理がない状態のとき(例えば、キーフレームキューが空の状態)であっても、この処理を毎回行う必要はない。   By performing the bundle adjustment process, it is possible to improve the accuracy of the 3D position of the key frame posture and the Map point. However, even if this process is not performed, the accuracy cannot be improved and a special problem does not occur. Therefore, even when there is no other process (for example, the key frame queue is empty), this process does not need to be performed every time.

また、バンドルアジャストメントの処理を行うと、キーフレーム上に投影させたときの誤差が所定の値よりも大きいMap点が見つかることがある。このような誤差の大きなMap点については、SLAM推定に悪影響を及ぼすため、Map点DB及びフレームDBから削除したり、誤差の大きな注意を要するMap点であることを識別するためのフラグを立てておいたりしても良い。なお、バンドルアジャストメントの処理は本実施形態においてはオプション的な扱いになるため、ここでは処理の詳細については省略する。   Further, when bundle adjustment processing is performed, a Map point may be found in which an error when projected onto a key frame is larger than a predetermined value. Such a Map point with a large error has an adverse effect on SLAM estimation. Therefore, a flag for identifying the Map point that requires a large error and is deleted from the Map point DB and the frame DB is set. You can put it. Note that the bundle adjustment process is treated as an option in the present embodiment, and the details of the process are omitted here.

次に自律移動装置100のメインフロー(図3)のステップS103で起動されるループクロージングスレッドについて、図7を用いて説明する。このスレッドでは制御部10は、ループクロージング処理ができるかどうかをチェックし続け、できる場合にはループクロージング処理を行っている。なお、ループクロージング処理とは、以前来たことのある同じ場所に戻ってきたことを認識した場合に、以前この同じ場所にいた時の姿勢の値と現在の姿勢の値とのずれを用いて、以前来た時から今までの軌跡中のキーフレームや、関連するMap点の3D位置を修正することを言う。   Next, the loop closing thread activated in step S103 of the main flow (FIG. 3) of the autonomous mobile device 100 will be described with reference to FIG. In this thread, the control unit 10 continues to check whether or not the loop closing process can be performed, and if possible, performs the loop closing process. Note that the loop closing process uses the difference between the posture value and the current posture value when you were in the same location before when you recognized that you have returned to the same location that you have been before. This refers to correcting the 3D position of the key frame and the related Map point in the trajectory from the previous time to the present.

まず、制御部10は、動作終了かを判定する(ステップS401)。動作終了なら(ステップS401;Yes)終了する。動作終了でないなら(ステップS401;No)キーフレームキューが空かどうかを判定する(ステップS402)。キーフレームキューが空なら(ステップS402;Yes)ステップS401に戻り、キーフレームキューが空でないなら(ステップS402;No)、キーフレームキューからデータを取り出してLKF(ループクロージングスレッドで処理するキーフレームのキーフレーム番号を表す変数)にセットする(ステップS403)。次に制御部10は、LKFが1より大きいかを判定する(ステップS404)。LKFが0又は1である場合(ステップS404;No)はステップS401に戻ってキーフレームキューにデータが入るのを待つ。そして、LKFが2以上の場合(ステップS404;Yes)は、以下の処理を行う。   First, the control unit 10 determines whether the operation is finished (step S401). If the operation ends (step S401; Yes), the process ends. If the operation is not finished (step S401; No), it is determined whether or not the key frame queue is empty (step S402). If the key frame queue is empty (step S402; Yes), the process returns to step S401. If the key frame queue is not empty (step S402; No), data is extracted from the key frame queue and processed by the LKF (loop closing thread). It is set to a variable representing a key frame number (step S403). Next, the control unit 10 determines whether LKF is greater than 1 (step S404). If LKF is 0 or 1 (step S404; No), the process returns to step S401 and waits for data to enter the key frame queue. When LKF is 2 or more (step S404; Yes), the following processing is performed.

制御部10は、フレームDBを参照し、現キーフレーム(キーフレーム番号がLKFのキーフレーム)と「キーフレーム自体の特徴」の類似度が基準画像類似度以上になるキーフレームをフレームDBから検索する(ステップS405)。   The control unit 10 refers to the frame DB, and searches the frame DB for key frames in which the similarity between the current key frame (key frame with the key frame number LKF) and the “characteristic of the key frame itself” is equal to or higher than the reference image similarity. (Step S405).

制御部10は、「キーフレーム自体の特徴」の類似度が基準画像類似度以上になるキーフレームが発見されたかどうかを判定し(ステップS406)、発見されなければ(ステップS406;No)ステップS401へ戻り、発見されたら(ステップS406;Yes)、発見されたキーフレームから現キーフレームまでの軌跡中のキーフレームの姿勢と、軌跡中のキーフレームに含まれるMap点の3D位置を修正する(ステップS407)。例えば、制御部10は、現キーフレームの姿勢を発見されたキーフレームの姿勢と同じ姿勢として修正する。そして、発見されたキーフレームの姿勢と現キーフレームの姿勢との差分を用いて、発見されたキーフレームから現キーフレームまでの軌跡中の各キーフレームの姿勢に線形的に補正を加える。さらにこれらの各キーフレームに含まれるMap点の3D位置についても各キーフレームの姿勢の補正量に応じて修正する。そして、ステップS401に戻る。   The control unit 10 determines whether or not a key frame having a similarity of “characteristic of the key frame itself” equal to or higher than the reference image similarity is found (step S406), and if not found (step S406; No), step S401. Returning to step S406 (Yes in step S406), the posture of the key frame in the locus from the found key frame to the current key frame and the 3D position of the Map point included in the key frame in the locus are corrected ( Step S407). For example, the control unit 10 corrects the posture of the current key frame as the same posture as the found key frame. Then, using the difference between the attitude of the found key frame and the attitude of the current key frame, linear correction is applied to the attitude of each key frame in the trajectory from the found key frame to the current key frame. Further, the 3D position of the Map point included in each key frame is also corrected according to the correction amount of the posture of each key frame. Then, the process returns to step S401.

次に自律移動装置100のメインフロー(図3)のステップS110の処理である移動処理制御について、図8を用いて説明する。まず、制御部10は、位置履歴検索カウンタSCの値が0かどうかを判定する(ステップS501)。SCが0なら、位置履歴記憶部24に記憶されている位置全てに対して戻る処理を試みたが位置推定可能状態にならなかったことを意味しており、この場合は(ステップS501;Yes)位置の推定ができていない状態で自律動作を行わせるためにメインフロー(図3)のステップS108、S109と同様の動作を行い(ステップS502、S503)、メインフロー(図3)のステップS105に戻る。   Next, the movement process control which is the process of step S110 of the main flow (FIG. 3) of the autonomous mobile device 100 will be described with reference to FIG. First, the control unit 10 determines whether or not the value of the position history search counter SC is 0 (step S501). If SC is 0, it means that the process of returning to all the positions stored in the position history storage unit 24 has been tried but the position estimation is not possible. In this case (step S501; Yes) In order to perform autonomous operation in a state where the position has not been estimated, the same operations as steps S108 and S109 of the main flow (FIG. 3) are performed (steps S502 and S503), and step S105 of the main flow (FIG. 3) is performed. Return.

SCが0でないなら(ステップS501;No)、位置履歴記憶部24に記憶されているSC番目の情報(自機の姿勢(位置)の情報及びその時の時刻)を取得する(ステップS504)。取得した情報のうち、自機の姿勢(位置)の情報はHP(位置履歴記憶部24から取得した自機の位置の情報を格納する変数)に、時刻はHT(位置履歴記憶部24から取得した時刻を格納する変数)に、それぞれ格納する。そして、位置変化履歴カウンタDCの値が0かどうかを判定する(ステップS505)。DCが0なら位置変化履歴記憶部23に記憶されている位置の変化を全て試みたが位置推定可能状態にならなかったことを意味しており、この場合は(ステップS505;Yes)位置の推定ができていない状態で自律動作を行わせるためにメインフロー(図3)のステップS108、S109と同様の動作を行い(ステップS502、S503)、メインフロー(図3)のステップS105に戻る。   If the SC is not 0 (step S501; No), the SC-th information (information on the attitude (position) of the own device and the time at that time) stored in the position history storage unit 24 is acquired (step S504). Among the acquired information, the information on the posture (position) of the own device is stored in HP (a variable for storing information on the position of the own device acquired from the position history storage unit 24), and the time is acquired from the HT (position history storage unit 24). Stored in each variable). Then, it is determined whether or not the value of the position change history counter DC is 0 (step S505). If DC is 0, it means that all the changes in the position stored in the position change history storage unit 23 have been tried, but the position cannot be estimated. In this case (step S505; Yes), the position is estimated. In order to perform an autonomous operation in a state where the operation has not been performed, operations similar to steps S108 and S109 of the main flow (FIG. 3) are performed (steps S502 and S503), and the process returns to step S105 of the main flow (FIG. 3).

DCが0でないなら(ステップS505;No)、位置変化履歴記憶部23に記憶されているDC番目の情報(位置変化量及びその時の時刻)を取得する(ステップS506)
。取得した情報のうち、位置変化量はDP(位置変化履歴記憶部23から取得した位置変化量を格納する変数)に、時刻はDT(位置変化履歴記憶部23から取得した時刻を格納する変数)に、それぞれ格納する。そして、位置履歴記憶部24から取得した時刻HTの方が位置変化履歴記憶部23から取得した時刻DTよりも過去の時刻か(小さい値か)を判定する(ステップS507)。
If DC is not 0 (step S505; No), DC-th information (position change amount and time at that time) stored in the position change history storage unit 23 is acquired (step S506).
. Of the acquired information, the position change amount is DP (a variable for storing the position change amount acquired from the position change history storage unit 23), and the time is DT (a variable for storing the time acquired from the position change history storage unit 23). Respectively. Then, it is determined whether the time HT acquired from the position history storage unit 24 is a past time (smaller value) than the time DT acquired from the position change history storage unit 23 (step S507).

HTの方がDTよりも過去なのであれば(ステップS507;Yes)、まだ位置履歴記憶部24から取得した過去のHPの位置まで自機は戻りきっていないので、ステップS508に進む。HTがDTと同時刻又はDTの方が過去なのであれば(ステップS507;No)移動処理制御での最後の移動処理を行うためにステップS510に進む。   If the HT is older than the DT (step S507; Yes), the own device has not yet returned to the past HP position acquired from the position history storage unit 24, and the process proceeds to step S508. If HT is the same time as DT or if DT is in the past (step S507; No), the process proceeds to step S510 to perform the last movement process in the movement process control.

ステップS508では、位置変化履歴記憶部23に登録されていた位置変化量DPに基づき、その変化量を打ち消す移動処理を移動処理制御部15が移動処理部11に行わせる(ステップS508)。例えばDPが「前方に10cm進んだ」であれば、ここでの移動処理は「後方に10cm戻る」処理となる。そして、位置変化履歴カウンタDCをデクリメントして(ステップS509)ステップS505に戻る。   In step S508, based on the position change amount DP registered in the position change history storage unit 23, the movement processing control unit 15 causes the movement processing unit 11 to perform a movement process that cancels the change amount (step S508). For example, if the DP is “advance 10 cm forward”, the moving process here is a process “return 10 cm backward”. Then, the position change history counter DC is decremented (step S509), and the process returns to step S505.

ステップS510もステップS508と同様に、位置変化履歴記憶部23に登録されていた位置変化量DPに基づき、その変化量を打ち消す移動処理を移動処理制御部15が移動処理部11に行わせる(ステップS510)。この移動処理により、(もし位置変化履歴記憶部23に記憶されている情報や移動処理部11の移動距離に誤差がなければ)自律移動装置100は過去に位置推定ができていた位置(HPで示される位置)に戻ることになるはずなので、自機位置推定スレッドでの自機位置推定が正しく行われるように、この最後の移動処理は速度を落として行うのが望ましい。特にステップS507での判定の際にHTとDTの値が等しかったのであれば、この移動によってHPで示される位置に戻るはずなので、ステップS510とステップS511との間に(自機位置推定スレッドでの自機位置推定が行われるのを待つために)所定の時間移動せずに停止する処理を追加しても良い。   Similarly to step S508, based on the position change amount DP registered in the position change history storage unit 23, the movement processing control unit 15 causes the movement processing control unit 15 to perform a movement process that cancels the change amount in step S510 (step S510). S510). By this movement processing, the autonomous mobile device 100 (if there is no error in the information stored in the position change history storage unit 23 and the movement distance of the movement processing unit 11) has been able to estimate the position (HP It is desirable to perform the last movement process at a reduced speed so that the own position estimation in the own position estimation thread is correctly performed. In particular, if the values of HT and DT are equal at the time of the determination in step S507, the movement should return to the position indicated by HP, so between step S510 and step S511 (with the own position estimation thread) A process of stopping without moving for a predetermined time may be added (in order to wait for the self position estimation).

次に、位置変化履歴カウンタDCをデクリメントし(ステップS511)、位置履歴検索カウンタSCをデクリメントして(ステップS512)、メインフローのステップS105に戻る。位置履歴検索カウンタSCをデクリメントするのは、今回の移動処理制御によっても自機位置推定スレッドで自機位置推定が可能にならなかった場合は、次回の移動処理制御では、さらに過去の位置に戻って自機位置推定を試みるためである。ただし、次回までの間に自機位置推定に成功すれば、図5のステップS241で位置履歴検索カウンタSCには位置履歴登録カウンタHCの値がセットされる。このような移動処理制御を行うことで、過去に自機位置推定ができていた位置に戻って、自機位置推定を可能にすることができる。   Next, the position change history counter DC is decremented (step S511), the position history search counter SC is decremented (step S512), and the process returns to step S105 of the main flow. The position history search counter SC is decremented if the current position estimation thread is not enabled by the current position estimation thread even in the current movement process control, and in the next movement process control, the position is further returned to the past position. This is to try to estimate the position of the aircraft. However, if the position estimation is successful until the next time, the value of the position history registration counter HC is set in the position history search counter SC in step S241 in FIG. By performing such movement processing control, it is possible to return to the position where the position of the own apparatus has been estimated in the past and enable the position of the own apparatus to be estimated.

次に、上記とは異なる移動処理制御として、図9のフローチャートに示される移動処理制御を行う第二の実施形態について説明する。第二の実施形態は、移動処理制御のフローチャート以外は第一の実施形態と同じである。   Next, as a movement process control different from the above, a second embodiment for performing the movement process control shown in the flowchart of FIG. 9 will be described. The second embodiment is the same as the first embodiment except for the flowchart of movement processing control.

まず、制御部10は、位置履歴検索カウンタSCの値が0かどうかを判定する(ステップS601)。SCが0なら、位置履歴記憶部24に記憶されている位置全てに対して戻る処理を試みたが位置推定可能状態にならなかったことを意味しており、この場合は(ステップS601;Yes)位置の推定ができていない状態で自律動作を行わせるためにメインフロー(図3)のステップS108、S109と同様の動作を行い(ステップS602、S603)、メインフロー(図3)のステップS105に戻る。   First, the control unit 10 determines whether or not the value of the position history search counter SC is 0 (step S601). If SC is 0, it means that the process of returning to all the positions stored in the position history storage unit 24 has been attempted, but the position has not been estimated. In this case (step S601; Yes). In order to perform autonomous operation in a state where the position has not been estimated, operations similar to steps S108 and S109 of the main flow (FIG. 3) are performed (steps S602 and S603), and step S105 of the main flow (FIG. 3) is performed. Return.

SCが0でないなら(ステップS601;No)、位置履歴記憶部24に記憶されているSC番目の情報(自機の姿勢(並進ベクトルt及び回転行列R)の情報HP及びその時の時刻HT)を取得する(ステップS604)。そして、位置変化履歴カウンタDCの値を位置変化履歴ワークカウンタWC(位置変化履歴記憶部23から位置変化の履歴を取得する際に用いる変数)にセットし、位置変化履歴スタック(位置変化量を格納するスタック)を初期化する(ステップS605)。なお、スタックは、先入れ後出しのデータ構造になっている。   If SC is not 0 (step S601; No), the SC-th information stored in the position history storage unit 24 (information HP of the attitude (translation vector t and rotation matrix R) of the own device and the time HT at that time) is displayed. Obtain (step S604). Then, the value of the position change history counter DC is set in the position change history work counter WC (a variable used when acquiring the position change history from the position change history storage unit 23), and the position change history stack (stores the position change amount). Stack) to be initialized (step S605). The stack has a first-in last-out data structure.

そして、制御部10は、位置変化履歴ワークカウンタWCが0かどうかを判定する(ステップS606)。WCが0なら位置変化履歴記憶部23に記憶されている位置の変化を全て試みたが位置推定可能状態にならなかったことを意味しており、この場合は(ステップS606;Yes)位置の推定ができていない状態で自律動作を行わせるためにメインフロー(図3)のステップS108、S109と同様の動作を行い(ステップS602、S603)、メインフロー(図3)のステップS105に戻る。   Then, the control unit 10 determines whether or not the position change history work counter WC is 0 (step S606). If WC is 0, it means that all the changes in the position stored in the position change history storage unit 23 have been tried but the position cannot be estimated. In this case (step S606; Yes), the position is estimated. In order to perform an autonomous operation in a state in which it has not been performed, operations similar to steps S108 and S109 of the main flow (FIG. 3) are performed (steps S602 and S603), and the process returns to step S105 of the main flow (FIG. 3).

WCが0でないなら(ステップS606;No)、制御部10は位置変化履歴記憶部23に記憶されているWC番目の情報(位置変化量DP及びその時の時刻DT)を取得する(ステップS607)。そして、位置履歴記憶部24から取得した時刻HTの方が位置変化履歴記憶部23から取得した時刻DTよりも過去の時刻か(小さい値か)を判定する(ステップS608)。   If WC is not 0 (step S606; No), the control unit 10 acquires WC-th information (position change amount DP and time DT at that time) stored in the position change history storage unit 23 (step S607). Then, it is determined whether the time HT acquired from the position history storage unit 24 is a past time (smaller value) than the time DT acquired from the position change history storage unit 23 (step S608).

HTの方がDTよりも過去なのであれば(ステップS608;Yes)、まだ位置履歴記憶部24から取得した過去のHPの位置まで自機は戻りきっていないので、ステップS609に進む。HTがDTと同時刻又はDTの方が過去なのであれば(ステップS608;No)自機の位置を位置変化履歴から積算推定するためにステップS611に進む。   If the HT is older than the DT (step S608; Yes), the own apparatus has not yet returned to the past HP position acquired from the position history storage unit 24, and the process proceeds to step S609. If HT is the same time as DT or if DT is in the past (step S608; No), the process proceeds to step S611 to estimate the position of the own device from the position change history.

ステップS609では、制御部10は、位置変化履歴スタックに位置変化量DPの値をプッシュする。そして、位置変化履歴ワークカウンタWCをデクリメントして(ステップS610)ステップS606に戻る。これにより、位置変化履歴スタックにこれまでの位置変化が積まれていく。   In step S609, the control unit 10 pushes the value of the position change amount DP onto the position change history stack. Then, the position change history work counter WC is decremented (step S610), and the process returns to step S606. As a result, the position change so far is accumulated in the position change history stack.

ステップS611は、制御部10は、位置履歴記憶部24から取得した過去のHPの姿勢(並進ベクトルt及び回転行列R)を初期値としてMP(自機位置の推定値を求めるために用いる変数)にセットし、位置変化履歴スタックからデータ(DP)を取り出しては、MPに加算していく処理を、位置変化履歴スタックが空になるまで行う。これにより、MPには過去の自機位置推定ができる状態だったときの位置HPから、位置変化履歴DPを積算することによって得られた現在の自機位置の推定値が得られる。この処理において、制御部10は積算位置推定部に相当する。   In step S611, the control unit 10 sets the past HP posture (translation vector t and rotation matrix R) acquired from the position history storage unit 24 as an initial value MP (variable used for obtaining an estimated value of the own device position). The data (DP) is extracted from the position change history stack and added to MP until the position change history stack becomes empty. Thereby, the estimated value of the current own device position obtained by integrating the position change history DP is obtained from the position HP when the previous own device position can be estimated. In this process, the control unit 10 corresponds to an integrated position estimation unit.

次に、現在の自機位置の推定値MPから、過去の自機位置HPまで移動するように、移動処理制御部15は、移動処理部11を制御する(ステップS612)。具体的には、HPの並進ベクトルからMPの並進ベクトルを減算した分だけ並進移動を行い、HPの回転行列にMPの回転行列の逆行列を乗算して得られた回転行列で表される回転分だけ回転動作を行うように制御する。この移動処理制御により、(もし位置変化履歴記憶部23に記憶されている情報や移動処理部11の移動距離に誤差がなければ)自律移動装置100は過去に位置推定ができていた位置(HPで示される位置)に戻ることになるはずなので、ステップS612とステップS613との間に(自機位置推定スレッドでの自機位置推定が行われるのを待つために)所定の時間移動せずに停止する処理を追加しても良い。   Next, the movement processing control unit 15 controls the movement processing unit 11 so as to move from the estimated value MP of the current own device position to the past own device position HP (step S612). Specifically, translation is performed by subtracting the MP translation vector from the HP translation vector, and the rotation represented by the rotation matrix obtained by multiplying the HP rotation matrix by the inverse matrix of the MP rotation matrix. Control is performed so that the rotation is performed by the amount. By this movement processing control, the autonomous mobile device 100 (if there is no error in the information stored in the position change history storage unit 23 and the movement distance of the movement processing unit 11) has previously been able to estimate the position (HP The position is not moved for a predetermined time between steps S612 and S613 (waiting for the own position estimation in the own position estimation thread). Processing to stop may be added.

次に、位置履歴検索カウンタSCをデクリメントして(ステップS613)、メインフローのステップS105に戻る。位置履歴検索カウンタSCをデクリメントするのは、今回の移動処理制御によっても自機位置推定スレッドで自機位置推定が可能にならなかった場合は、次回の移動処理制御では、さらに過去の位置に戻って自機位置推定を試みるためである。ただし、次回までの間に自機位置推定に成功すれば、図5のステップS241で位置履歴検索カウンタSCには位置履歴登録カウンタHCの値がセットされる。このような移動処理制御を行うことで、過去自機位置推定ができていた位置に戻って、自機位置推定を可能にすることができる。   Next, the position history search counter SC is decremented (step S613), and the process returns to step S105 of the main flow. The position history search counter SC is decremented if the current position estimation thread is not enabled by the current position estimation thread even in the current movement process control, and in the next movement process control, the position is further returned to the past position. This is to try to estimate the position of the aircraft. However, if the position estimation is successful until the next time, the value of the position history registration counter HC is set in the position history search counter SC in step S241 in FIG. By performing such movement processing control, it is possible to return to the position where the position of the own apparatus has been estimated in the past and enable the position of the own apparatus to be estimated.

第二の実施形態は、第一の実施形態と比較すると、位置変化履歴記憶部23に記憶されている位置変化について一つ一つ移動処理するのではなく、まとめて移動処理するため、移動処理制御時の駆動部42の誤差が蓄積しにくいという利点がある。   Compared with the first embodiment, the second embodiment does not perform movement processing for each position change stored in the position change history storage unit 23 one by one, but performs movement processing collectively. There is an advantage that errors of the drive unit 42 during control are difficult to accumulate.

今まで説明した二つの実施形態は、いずれも過去に自機位置推定ができていた位置に戻る処理を行っていたが、これらは位置変化履歴記憶部23に記憶されている情報や移動処理部11による移動距離が正確でないと過去の正しい位置に戻れないという問題がある。   In the two embodiments described so far, both have performed processing for returning to the position where the own position has been estimated in the past, but these are information stored in the position change history storage unit 23 and the movement processing unit. There is a problem that if the moving distance by 11 is not accurate, it cannot return to the past correct position.

そこで、位置変化履歴記憶部23や位置履歴記憶部24を必要としない第三の実施形態について説明する。第三の実施形態の構成を図10に示す、第一や第二の実施形態と比較すると、制御部10の中に回転撮影部16が存在する点と、記憶部20の中に位置変化履歴記憶部23や位置履歴記憶部24は存在せず、特徴点記憶部25が存在する点が異なる。   Therefore, a third embodiment that does not require the position change history storage unit 23 and the position history storage unit 24 will be described. When the configuration of the third embodiment is compared with the first and second embodiments shown in FIG. 10, the point that the rotation photographing unit 16 exists in the control unit 10 and the position change history in the storage unit 20. The storage unit 23 and the position history storage unit 24 do not exist, and the feature point storage unit 25 is different.

図3〜図7の各フローについては、位置変化履歴カウンタDC、位置変化履歴記憶部23、位置履歴登録カウンタHC、位置履歴検索カウンタSCに関する処理を省略するだけで、第三の実施形態の処理フローと同じになる。移動処理制御の処理フローは第一や第二の実施形態と大きく異なるため、図11を用いて以下に説明する。   For each flow of FIGS. 3 to 7, the processing of the third embodiment is simply performed by omitting processing relating to the position change history counter DC, the position change history storage unit 23, the position history registration counter HC, and the position history search counter SC. Same as flow. Since the process flow of the movement process control is greatly different from that of the first and second embodiments, it will be described below with reference to FIG.

まず、回転撮影部16は、回転撮影フラグRF(現在回転撮影の処理中かどうかを示す変数)に1をセットし(ステップS701)、累積回転角φを0クリアする(ステップS702)。次に、撮像部41で画像を取得する(ステップS703)。次に、取得した画像内から2D特徴点を取得する(ステップS704)。そして、取得した2D特徴点の個数と累積回転角φとを特徴点記憶部25に登録する(ステップS705)。 First, the rotation photographing unit 16 sets 1 to the rotation photographing flag RF (variable that indicates whether the processing of the current rotation shooting) (step S701), cleared to zero the cumulative rotation angle phi S (step S702). Next, an image is acquired by the imaging unit 41 (step S703). Next, 2D feature points are acquired from the acquired image (step S704). Then, to register the number of the acquired 2D feature points and the accumulated rotation angle phi S to the feature point storage portion 25 (step S705).

次に回転撮影部16は、回転撮影フラグRFが2かどうかを判定する(ステップS706)。RFが2なら(ステップS706;Yes)1回転分の撮影が完了したことを意味するので、ステップS712に進む。RFが2でないなら(ステップS706;No)、累積回転角φ+回転角φが360°未満であるかを判定する(ステップS707)。ここで、回転角φは回転撮影部16による回転動作一回分の回転角であり、例えば30°である。周囲の環境からできるだけ多くの特徴点を撮影することができるように、φは撮像部41の視野角の半分以下の角度を設定するのが望ましい。 Next, the rotational imaging unit 16 determines whether or not the rotational imaging flag RF is 2 (step S706). If RF is 2 (step S706; Yes), it means that imaging for one rotation has been completed, and the process proceeds to step S712. If RF is not 2 (step S706; No), it is determined whether the cumulative rotation angle φ S + rotation angle φ 1 is less than 360 ° (step S707). The rotation angle phi 1 is the rotation angle of the rotary operation dose by rotating imaging unit 16, for example, 30 °. It is desirable to set φ 1 to an angle equal to or less than half of the viewing angle of the imaging unit 41 so that as many feature points as possible can be photographed from the surrounding environment.

回転撮影部16は、累積回転角φ+回転角φが360°未満である場合は(ステップS707;Yes)、駆動部42に回転角φの回転動作をするように指示を出し(ステップS708)、累積回転角φに回転角φを加算(ステップS709)してからステップS703に戻る。ここでの回転動作は、駆動部42の二つの車輪を逆方向に等速度で回転させる等によって、位置を移動せずに回転できるのであれば、位置を移動しない回転動作をするのが望ましい。二つの車輪を同じ方向にしか回転させられない場合には、できるだけ回転半径の小さい回転動作をするのが望ましい。 If the cumulative rotation angle φ S + rotation angle φ 1 is less than 360 ° (step S707; Yes), the rotation photographing unit 16 instructs the drive unit 42 to perform the rotation operation with the rotation angle φ 1 ( step S 708), then return is added to the rotational angle phi 1 to the cumulative rotation angle phi S (step S709) to step S703. The rotation operation here is preferably a rotation operation that does not move the position if the two wheels of the drive unit 42 can be rotated without moving the position by rotating them at the same speed in the opposite direction. When the two wheels can only be rotated in the same direction, it is desirable to perform a rotational operation with as small a rotation radius as possible.

回転撮影部16は、累積回転角φ+回転角φが360°以上である場合は(ステップS707;No)、駆動部42に回転角(360°−φ)の回転動作をするように指示を出し(ステップS710)、回転撮影フラグRFに2をセットしてから(ステップS711)ステップS703に戻る。 When the cumulative rotation angle φ S + rotation angle φ 1 is equal to or greater than 360 ° (step S707; No), the rotation imaging unit 16 causes the drive unit 42 to rotate at a rotation angle (360 ° −φ S ). (Step S710), the rotational shooting flag RF is set to 2 (step S711), and the process returns to step S703.

ステップS712では、移動処理制御部15は特徴点記憶部25に登録された2D特徴点の個数が最も多い時の累積回転角φを特徴点記憶部25から検索し、回転角φの回転動作をするように移動処理部11を制御する(ステップS713)。その後、移動処理制御部15は所定の距離(例えば基準並進距離の3倍)だけゆっくりと前方へ移動するように移動処理部11を制御する(ステップS714)。ゆっくりと移動することにより、自機位置推定スレッドで自機位置が推定できるタイミングを増やすことができる。 In step S712, the movement processing control unit 15 searches the feature point storage unit 25 for the accumulated rotation angle φ S when the number of 2D feature points registered in the feature point storage unit 25 is the largest, and rotates the rotation angle φ S. The movement processing unit 11 is controlled to operate (step S713). Thereafter, the movement processing control unit 15 controls the movement processing unit 11 so as to move slowly forward by a predetermined distance (for example, three times the reference translational distance) (step S714). By slowly moving, it is possible to increase the timing at which the own position can be estimated by the own position estimation thread.

その後、回転撮影部16は回転撮影フラグRFを0クリアし(ステップS715)、メインフローのステップS105に戻る。このような動作を行うことで、2D特徴点の個数の多い方向に移動を行うので、自機位置の推定が成功する可能性が高まることになる。なお、この実施形態では2D特徴点の個数のみに着目したが、個数だけでなく質にも着目して、2D特徴点の個数と質とで評価関数を定義し、ステップS712ではこの2D特徴点の評価関数が最も高くなる回転角φを検索する処理を行っても良い。 Thereafter, the rotational imaging unit 16 clears the rotational imaging flag RF to 0 (step S715), and returns to step S105 of the main flow. By performing such an operation, since the movement is performed in the direction in which the number of 2D feature points is large, the possibility that the position of the own device is successfully estimated increases. In this embodiment, attention is paid only to the number of 2D feature points. However, focusing on not only the number but also quality, an evaluation function is defined by the number and quality of 2D feature points. In step S712, the 2D feature points are defined. A process for searching for the rotation angle φ S at which the evaluation function becomes the highest may be performed.

また、第一、第二、第三の各実施形態の移動処理制御を適宜切り替えて行っても良い。例えば、最初に第一の実施形態の移動処理制御を行いそれでも自機位置推定が可能にならなければ第三の実施形態の移動処理制御を行う実施形態、最初に第二の実施形態の移動処理制御を行いそれでも自機位置推定が可能にならなければ第三の実施形態の移動処理制御を行う実施形態、最初に第一の実施形態の移動処理制御を行いそれでも自機位置推定が可能にならなければ第二の実施形態の移動処理制御を行いそれでも自機位置推定が可能にならなければ第三の実施形態の移動処理制御を行う実施形態等が考えられる。   Further, the movement processing control of each of the first, second, and third embodiments may be switched as appropriate. For example, the movement processing control of the first embodiment is performed first, and if the position estimation of the device itself is not possible, the movement processing control of the third embodiment is performed first. The movement processing of the second embodiment is first performed. If control does not make it possible to estimate the position of the aircraft, the embodiment that performs the movement processing control of the third embodiment, the movement processing control of the first embodiment is performed first and the position of the aircraft itself can still be estimated. If not, the movement processing control of the second embodiment is performed, and if the position estimation of the device itself is not possible, the embodiment of performing the movement processing control of the third embodiment is conceivable.

なお、上述の各実施形態では、基準並進距離として「例えば1m」としたが、自律移動装置自体の大きさや速度、自律移動する環境や移動範囲等に応じて、最適な基準並進距離は変わるので、基準並進距離の設定方法について補足しておく。   In each of the above-described embodiments, the reference translation distance is set to “1 m”, for example. However, the optimum reference translation distance varies depending on the size and speed of the autonomous mobile device itself, the environment in which it moves autonomously, the movement range, and the like. A supplementary description will be given of the method for setting the reference translation distance.

基準並進距離の設定方法として、キーフレーム上の全てのMap点(3D位置が既知の2D特徴点)の3D位置から自機位置までの距離を平均した値(=キーフレームで観察される全てのMap点までの奥行きの平均距離)と並進距離との比で設定しても良い(例えば、Map点までの奥行きの平均距離の5%の距離を基準並進距離とする等)。ここで用いる「全てのMap点」は制御部10がMap点DBを参照することで抽出でき、この処理において制御部10は位置推定可能特徴点抽出部に相当する。また、実環境上での並進距離の大きさに応じて、例えばテーブルの上を動くなら10cm、部屋を動き回るなら1m、屋外の広場等を動き回るなら10m等を基準並進距離に設定しても良いし、駆動部42の車輪の直径に応じた値(例えば車輪の直径の10倍)を基準並進距離に設定しても良い。   As a method for setting the reference translation distance, a value obtained by averaging the distances from the 3D position of all Map points on the key frame (2D feature points whose 3D position is known) to the own position (= all the points observed in the key frame) It may be set by a ratio of the average distance of the depth to the Map point) and the translation distance (for example, a distance of 5% of the average distance of the depth to the Map point is set as the reference translation distance). The “all Map points” used here can be extracted by the control unit 10 referring to the Map point DB. In this process, the control unit 10 corresponds to a position estimable feature point extraction unit. Further, according to the size of the translation distance in the actual environment, for example, 10 cm may be set as the reference translation distance if moving on the table, 1 m if moving around the room, 10 m if moving around the open space, etc. Then, a value corresponding to the wheel diameter of the drive unit 42 (for example, 10 times the wheel diameter) may be set as the reference translational distance.

基準並進距離として実環境上の距離で設定する場合は、SLAM座標での並進距離にはスケールSを乗算して実環境上の距離に変換してから比較を行う(この逆も同様であり、基準並進距離としてSLAM座標での距離を設定する場合は、実環境上の距離はスケールSで除算してSLAM座標での距離に変換してから比較を行う)。   When the reference translation distance is set as a distance in the actual environment, the translation distance in the SLAM coordinates is multiplied by the scale S and converted into the distance in the actual environment (the reverse is also true, When setting the distance in the SLAM coordinates as the reference translation distance, the distance in the real environment is divided by the scale S and converted into the distance in the SLAM coordinates for comparison.

また、この発明の自律移動装置100の各機能は、通常のPC(Personal Computer)等のコンピュータによっても実施することができる。具体的には、上記実施形態では、自律移動装置100が行う自律移動制御処理のプログラムが、記憶部20のROMに予め記憶されているものとして説明した。しかし、プログラムを、フレキシブルディスク、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disc)及びMO(Magneto−Optical Disc)等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、そのプログラムをコンピュータに読み込んでインストールすることにより、上述の各機能を実現することができるコンピュータを構成してもよい。   Each function of the autonomous mobile device 100 of the present invention can also be implemented by a computer such as a normal PC (Personal Computer). Specifically, in the above embodiment, the autonomous movement control processing program performed by the autonomous mobile device 100 has been described as being stored in advance in the ROM of the storage unit 20. However, the program is stored and distributed on a computer-readable recording medium such as a flexible disk, CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), DVD (Digital Versatile Disc), and MO (Magneto-Optical Disc). A computer capable of realizing each of the functions described above may be configured by reading and installing the program on a computer.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明には、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲が含まれる。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the specific embodiment which concerns, This invention includes the invention described in the claim, and its equivalent range It is. Hereinafter, the invention described in the scope of claims of the present application will be appended.

(付記1)
撮像部が撮影した複数の画像の情報に基づいて自律的に移動するように処理する移動処理部と、
前記撮像部が撮影した複数の画像の情報を用いて自機位置を推定する位置推定部と、
前記位置推定部における自機位置の推定結果が一つに定まるか否かを判定する推定判定部と、
前記推定判定部が、前記推定結果が一つに定まらないと判定した場合には、前記位置推定部における自機位置の推定結果が一つに定まる位置に移動するように前記移動処理部を制御する移動処理制御部と、
を備える自律移動装置。
(Appendix 1)
A movement processing unit for processing to move autonomously based on information of a plurality of images taken by the imaging unit;
A position estimation unit that estimates the position of the device using information of a plurality of images captured by the imaging unit;
An estimation determination unit that determines whether or not the estimation result of the own device position in the position estimation unit is determined as one;
When the estimation determination unit determines that the estimation result is not fixed to one, the movement processing unit is controlled so that the position estimation unit moves to a position where the estimation result of the own position is determined to be one. A movement processing control unit,
An autonomous mobile device comprising:

(付記2)
前記自律移動装置は、さらに、複数の画像から対応する特徴点を抽出する対応特徴点取得部を備え、
前記推定判定部は、前記位置推定部が用いる複数の画像から前記対応特徴点取得部が抽出した対応する特徴点の数が所定の数未満の場合に、前記推定結果が一つに定まらないと判定する、
付記1に記載の自律移動装置。
(Appendix 2)
The autonomous mobile device further includes a corresponding feature point acquisition unit that extracts corresponding feature points from a plurality of images,
When the number of corresponding feature points extracted by the corresponding feature point acquisition unit from a plurality of images used by the position estimation unit is less than a predetermined number, the estimation determination unit is not limited to one estimation result. judge,
The autonomous mobile device according to attachment 1.

(付記3)
前記自律移動装置は、さらに、複数の画像から対応する特徴点を抽出する対応特徴点取得部を備え、
前記位置推定部は、前記対応特徴点取得部が抽出した特徴点の前記画像中の座標に基づいて定義したコスト関数を最小化することによって自機位置を推定し、
前記推定判定部は、前記コスト関数の最小値が所定の値よりも大きい場合に、前記推定結果が一つに定まらないと判定する、
付記1に記載の自律移動装置。
(Appendix 3)
The autonomous mobile device further includes a corresponding feature point acquisition unit that extracts corresponding feature points from a plurality of images,
The position estimation unit estimates the own device position by minimizing a cost function defined based on the coordinates in the image of the feature points extracted by the corresponding feature point acquisition unit,
The estimation determination unit determines that the estimation result is not fixed to one when the minimum value of the cost function is larger than a predetermined value.
The autonomous mobile device according to attachment 1.

(付記4)
前記自律移動装置は、さらに、複数の画像から対応する特徴点を抽出する対応特徴点取得部を備え、
前記位置推定部は、前記対応特徴点取得部が抽出した特徴点の前記画像中の座標に基づいて定義したコスト関数を最小化することによって自機位置を推定し、
前記推定判定部は、前記コスト関数が複数の極小値を持ち、最小の極小値を2番目に小さい極小値で割った値が所定の値よりも大きい場合に、前記推定結果が一つに定まらないと判定する、
付記1に記載の自律移動装置。
(Appendix 4)
The autonomous mobile device further includes a corresponding feature point acquisition unit that extracts corresponding feature points from a plurality of images,
The position estimation unit estimates the own device position by minimizing a cost function defined based on the coordinates in the image of the feature points extracted by the corresponding feature point acquisition unit,
The estimation determination unit determines the estimation result as one when the cost function has a plurality of minimum values and a value obtained by dividing the minimum minimum value by the second smallest minimum value is larger than a predetermined value. It is determined that
The autonomous mobile device according to attachment 1.

(付記5)
前記自律移動装置は、さらに、前記移動処理部により自機の位置を変化させるたびにその変化量を位置変化履歴記憶部に登録する位置変化履歴登録部と、
前記推定判定部が前記推定結果が一つに定まると判定した場合に、その時点での位置の情報を時刻情報と共に位置履歴記憶部に登録する位置履歴登録部と、
を備え、
前記移動処理制御部は、前記推定判定部が前記推定結果が一つに定まらないと判定した場合には、前記位置履歴記憶部に登録されている位置に自機がいた時点まで遡りながら、前記位置変化履歴記憶部に登録されている位置の変化量とは逆方向に移動するように前記移動処理部を制御する、
付記1から4のいずれか一つに記載の自律移動装置。
(Appendix 5)
The autonomous mobile device further includes a position change history registration unit that registers the amount of change in the position change history storage unit each time the position of the own machine is changed by the movement processing unit;
When the estimation determination unit determines that the estimation result is determined as one, a position history registration unit that registers position information at that time together with time information in a position history storage unit;
With
When the estimation determination unit determines that the estimation result is not fixed to one, the movement processing control unit traces back to the time when the device is at the position registered in the position history storage unit, Controlling the movement processing unit to move in the direction opposite to the amount of change in position registered in the position change history storage unit;
The autonomous mobile device according to any one of appendices 1 to 4.

(付記6)
前記自律移動装置は、さらに、前記移動処理部により自機の位置を変化させるたびにその変化量を位置変化履歴記憶部に登録する位置変化履歴登録部と、
前記推定判定部が前記推定結果が一つに定まると判定した場合に、その時点での位置の情報を時刻情報と共に位置履歴記憶部に登録する位置履歴登録部と、
前記推定判定部が前記推定結果が一つに定まらないと判定した場合に、前記位置履歴記憶部に登録されている位置に、該位置に対応する時刻から現在時刻まで前記位置変化履歴記憶部に登録されている位置の変化量を積算することで現在の自機の位置を推定する積算位置推定部と、
を備え、
前記移動処理制御部は、前記推定判定部が前記推定結果が一つに定まらないと判定した場合には、前記積算位置推定部が推定した位置から前記位置履歴記憶部に登録されている位置に向かって移動するように前記移動処理部を制御する、
付記1から4のいずれか一つに記載の自律移動装置。
(Appendix 6)
The autonomous mobile device further includes a position change history registration unit that registers the amount of change in the position change history storage unit each time the position of the own machine is changed by the movement processing unit;
When the estimation determination unit determines that the estimation result is determined as one, a position history registration unit that registers position information at that time together with time information in a position history storage unit;
When the estimation determination unit determines that the estimation result is not fixed to one, the position change history storage unit stores the position registered in the position history storage unit from the time corresponding to the position to the current time. An integrated position estimation unit that estimates the current position of the own aircraft by integrating the amount of change in the registered position;
With
When the estimation determination unit determines that the estimation result is not fixed to one, the movement processing control unit changes the position registered in the position history storage unit from the position estimated by the integrated position estimation unit. Controlling the movement processing unit to move toward
The autonomous mobile device according to any one of appendices 1 to 4.

(付記7)
前記自律移動装置は、さらに、回転動作を行いながら画像を撮影する回転撮影部を備え、
前記移動処理制御部は、前記推定判定部が前記推定結果が一つに定まらないと判定した場合には、前記回転撮影部が撮影した画像の中で、前記位置推定部が推定に用いる情報が最も多い前記画像を撮影した時の方向に向かって移動するように前記移動処理部を制御する、
付記1から4のいずれか一つに記載の自律移動装置。
(Appendix 7)
The autonomous mobile device further includes a rotational imaging unit that captures an image while performing a rotational operation,
When the estimation determination unit determines that the estimation result is not fixed to one, the movement processing control unit includes information used by the position estimation unit for estimation in an image captured by the rotational imaging unit. Controlling the movement processing unit to move in the direction when the most images were taken;
The autonomous mobile device according to any one of appendices 1 to 4.

(付記8)
前記回転撮影部が行う回転動作の一回分の回転角は、前記撮像部の視野角の半分以下の角度である、
付記7に記載の自律移動装置。
(Appendix 8)
The rotation angle of one rotation operation performed by the rotational imaging unit is an angle that is half or less of the viewing angle of the imaging unit.
The autonomous mobile device according to appendix 7.

(付記9)
前記自律移動装置は、さらに、基準並進距離を移動する度に、前記撮像部が撮影した画像の情報を記憶する画像記憶部を備え、
前記位置推定部は、前記画像記憶部に記憶されている複数の画像の情報を用いて自機位置を推定する、
付記1から8のいずれか一つに記載の自律移動装置。
(Appendix 9)
The autonomous mobile device further includes an image storage unit that stores information of an image captured by the imaging unit each time the reference translation distance is moved,
The position estimating unit estimates the position of the device using information of a plurality of images stored in the image storage unit;
The autonomous mobile device according to any one of appendices 1 to 8.

(付記10)
駆動部の車輪の直径に所定の値を乗算した値を前記基準並進距離に設定する、
付記9に記載の自律移動装置。
(Appendix 10)
A value obtained by multiplying the diameter of the wheel of the drive unit by a predetermined value is set as the reference translational distance.
The autonomous mobile device according to attachment 9.

(付記11)
前記自律移動装置は、さらに、複数の画像から位置を推定可能な特徴点を抽出する位置推定可能特徴点抽出部を備え、
前記位置推定可能特徴点抽出部が抽出した全ての特徴点と自機位置との距離の平均値を所定の値で除算した値を前記基準並進距離に設定する、
付記9に記載の自律移動装置。
(Appendix 11)
The autonomous mobile device further includes a position estimable feature point extraction unit that extracts a feature point whose position can be estimated from a plurality of images.
A value obtained by dividing the average value of the distances between all the feature points extracted by the position estimable feature point extraction unit and the own machine position by a predetermined value is set as the reference translation distance.
The autonomous mobile device according to attachment 9.

(付記12)
撮像部が撮影した複数の画像の情報に基づいて自律的に移動する自律移動方法であって、
前記撮像部が撮影した複数の画像の情報に基づく自機位置の推定結果が一つに定まらない場合には、前記推定結果が一つに定まる位置を探して移動する、
自律移動方法。
(Appendix 12)
An autonomous movement method for autonomously moving based on information of a plurality of images taken by an imaging unit,
When the estimation result of the position of the own device based on information of a plurality of images taken by the imaging unit is not fixed to one, move to search for a position where the estimation result is fixed to one,
Autonomous movement method.

(付記13)
撮像部が撮影した複数の画像の情報に基づいて自律的に移動するように処理する移動処理ステップと、
前記撮像部が撮影した複数の画像の情報に基づいて自機位置を推定する位置推定ステップと、
前記位置推定ステップにおける自機位置の推定結果が一つに定まるか否かを判定する推定判定ステップと、
前記推定判定ステップで、前記推定結果が一つに定まらないと判定された場合には、前記位置推定ステップにおける自機位置の推定結果が一つに定まる位置に移動するように前記移動処理ステップでの処理を制御する移動処理制御ステップと、
を備える自律移動方法。
(Appendix 13)
A movement processing step for processing to move autonomously based on information of a plurality of images captured by the imaging unit;
A position estimation step of estimating the position of the own device based on information of a plurality of images captured by the imaging unit;
An estimation determination step for determining whether or not the estimation result of the own device position in the position estimation step is determined as one;
If it is determined in the estimation determination step that the estimation result is not fixed to one, the movement processing step is performed so that the estimation result of the own position in the position estimation step is moved to a single position. A movement processing control step for controlling the processing of
An autonomous movement method comprising:

(付記14)
コンピュータに、
撮像部が撮影した複数の画像の情報に基づいて自律的に移動するように処理する移動処理ステップ、
前記撮像部が撮影した複数の画像の情報に基づいて自機位置を推定する位置推定ステップ、
前記位置推定ステップにおける自機位置の推定結果が一つに定まるか否かを判定する推定判定ステップ、
前記推定判定ステップで、前記推定結果が一つに定まらないと判定された場合には、前記位置推定ステップにおける自機位置の推定結果が一つに定まる位置に移動するように前記移動処理ステップでの処理を制御する移動処理制御ステップ、
を実行させるためのプログラム。
(Appendix 14)
On the computer,
A movement processing step for processing to move autonomously based on information of a plurality of images captured by the imaging unit;
A position estimation step of estimating the position of the own device based on information of a plurality of images captured by the imaging unit;
An estimation determination step for determining whether or not the estimation result of the own device position in the position estimation step is determined as one;
If it is determined in the estimation determination step that the estimation result is not fixed to one, the movement processing step is performed so that the estimation result of the own position in the position estimation step is moved to a single position. A movement process control step for controlling the process of
A program for running

100…自律移動装置、10…制御部、11…移動処理部、12…地図作成部、13…位置推定部、14…推定判定部、15…移動処理制御部、16…回転撮影部、20…記憶部、21…画像記憶部、22…地図記憶部、23…位置変化履歴記憶部、24…位置履歴記憶部、25…特徴点記憶部、30…センサ部、31…加速度センサ、32…角速度センサ、33…障害物センサ、41…撮像部、42…駆動部、43…入力部、44…通信部、45…電源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Autonomous mobile device, 10 ... Control part, 11 ... Movement process part, 12 ... Map preparation part, 13 ... Position estimation part, 14 ... Estimation determination part, 15 ... Movement process control part, 16 ... Rotation imaging part, 20 ... Storage unit, 21 ... Image storage unit, 22 ... Map storage unit, 23 ... Position change history storage unit, 24 ... Position history storage unit, 25 ... Feature point storage unit, 30 ... Sensor unit, 31 ... Acceleration sensor, 32 ... Angular velocity Sensor, 33 ... Obstacle sensor, 41 ... Imaging unit, 42 ... Drive unit, 43 ... Input unit, 44 ... Communication unit, 45 ... Power source

上記目的を達成するため、本発明の自律移動装置は、
撮像部が撮影した複数の画像の情報に基づいて自律的に移動するように処理する移動処理部と、
前記撮像部が撮影した複数の画像の情報を用いて自機位置を推定する位置推定部と、
前記位置推定部における自機位置の推定結果が一つに定まるか否かを判定する推定判定部と、
前記推定判定部が、前記推定結果が一つに定まらないと判定した場合には、前記位置推定部における自機位置の推定結果が一つに定まる位置に移動するように前記移動処理部を制御する移動処理制御部と、
前記移動処理部により自機の位置を変化させるたびにその変化量を位置変化履歴記憶部に登録する位置変化履歴登録部と
備え、
前記移動処理制御部は、前記推定判定部が前記推定結果が一つに定まらないと判定した場合には、前記位置変化履歴記憶部に登録されている位置の変化量とは逆方向に移動するように前記移動処理部を制御することを特徴とする。


In order to achieve the above object, the autonomous mobile device of the present invention provides:
A movement processing unit for processing to move autonomously based on information of a plurality of images taken by the imaging unit;
A position estimation unit that estimates the position of the device using information of a plurality of images captured by the imaging unit;
An estimation determination unit that determines whether or not the estimation result of the own device position in the position estimation unit is determined as one;
When the estimation determination unit determines that the estimation result is not fixed to one, the movement processing unit is controlled so that the position estimation unit moves to a position where the estimation result of the own position is determined to be one. A movement processing control unit,
A position change history registration unit that registers the amount of change in the position change history storage unit each time the position of the own machine is changed by the movement processing unit ;
With
The movement processing control unit, when the estimated determination section determines that the estimation result is not determined to one, move in the opposite direction to the previous SL position change history change amount of the position registered in the storage unit The movement processing unit is controlled as described above.


Claims (14)

撮像部が撮影した複数の画像の情報に基づいて自律的に移動するように処理する移動処
理部と、
前記撮像部が撮影した複数の画像の情報を用いて自機位置を推定する位置推定部と、
前記位置推定部における自機位置の推定結果が一つに定まるか否かを判定する推定判定
部と、
前記推定判定部が、前記推定結果が一つに定まらないと判定した場合には、前記位置推
定部における自機位置の推定結果が一つに定まる位置に移動するように前記移動処理部を
制御する移動処理制御部と、
前記移動処理部により自機の位置を変化させるたびにその変化量を位置変化履歴記憶部
に登録する位置変化履歴登録部と、
前記推定判定部が前記推定結果が一つに定まると判定した場合に、その時点での位置の
情報を時刻情報と共に位置履歴記憶部に登録する位置履歴登録部と、
を備え、
前記移動処理制御部は、前記推定判定部が前記推定結果が一つに定まらないと判定した
場合には、前記位置履歴記憶部に登録されている位置に自機がいた時点まで遡りながら、
前記位置変化履歴記憶部に登録されている位置の変化量とは逆方向に移動するように前記
移動処理部を制御する、
自律移動装置。
A movement processing unit for processing to move autonomously based on information of a plurality of images taken by the imaging unit;
A position estimation unit that estimates the position of the device using information of a plurality of images captured by the imaging unit;
An estimation determination unit that determines whether or not the estimation result of the own device position in the position estimation unit is determined as one;
When the estimation determination unit determines that the estimation result is not fixed to one, the movement processing unit is controlled so that the position estimation unit moves to a position where the estimation result of the own position is determined to be one. A movement processing control unit,
A position change history registration unit that registers the amount of change in the position change history storage unit each time the position of the own machine is changed by the movement processing unit;
When the estimation determination unit determines that the estimation result is determined as one, a position history registration unit that registers position information at that time together with time information in a position history storage unit;
With
In the case where the estimation determination unit determines that the estimation result is not fixed to one, the movement processing control unit goes back to the time when the device is at the position registered in the position history storage unit,
Controlling the movement processing unit to move in a direction opposite to the amount of change in position registered in the position change history storage unit;
Autonomous mobile device.
撮像部が撮影した複数の画像の情報に基づいて自律的に移動するように処理する移動処
理部と、
前記撮像部が撮影した複数の画像の情報を用いて自機位置を推定する位置推定部と、
前記位置推定部における自機位置の推定結果が一つに定まるか否かを判定する推定判定
部と、
前記推定判定部が、前記推定結果が一つに定まらないと判定した場合には、前記位置推
定部における自機位置の推定結果が一つに定まる位置に移動するように前記移動処理部を
制御する移動処理制御部と、
前記移動処理部により自機の位置を変化させるたびにその変化量を位置変化履歴記憶部
に登録する位置変化履歴登録部と、
前記推定判定部が前記推定結果が一つに定まると判定した場合に、その時点での位置の
情報を時刻情報と共に位置履歴記憶部に登録する位置履歴登録部と、
前記推定判定部が前記推定結果が一つに定まらないと判定した場合に、前記位置履歴記
憶部に登録されている位置に、該位置に対応する時刻から現在時刻まで前記位置変化履歴
記憶部に登録されている位置の変化量を積算することで現在の自機の位置を推定する積算
位置推定部と、
を備え、
前記移動処理制御部は、前記推定判定部が前記推定結果が一つに定まらないと判定した
場合には、前記積算位置推定部が推定した位置から前記位置履歴記憶部に登録されている
位置に向かって移動するように前記移動処理部を制御する、
自律移動装置。
A movement processing unit for processing to move autonomously based on information of a plurality of images taken by the imaging unit;
A position estimation unit that estimates the position of the device using information of a plurality of images captured by the imaging unit;
An estimation determination unit that determines whether or not the estimation result of the own device position in the position estimation unit is determined as one;
When the estimation determination unit determines that the estimation result is not fixed to one, the movement processing unit is controlled so that the position estimation unit moves to a position where the estimation result of the own position is determined to be one. A movement processing control unit,
A position change history registration unit that registers the amount of change in the position change history storage unit each time the position of the own machine is changed by the movement processing unit;
When the estimation determination unit determines that the estimation result is determined as one, a position history registration unit that registers position information at that time together with time information in a position history storage unit;
When the estimation determination unit determines that the estimation result is not fixed to one, the position change history storage unit stores the position registered in the position history storage unit from the time corresponding to the position to the current time. An integrated position estimation unit that estimates the current position of the own aircraft by integrating the amount of change in the registered position;
With
When the estimation determination unit determines that the estimation result is not fixed to one, the movement processing control unit changes the position registered in the position history storage unit from the position estimated by the integrated position estimation unit. Controlling the movement processing unit to move toward
Autonomous mobile device.
前記自律移動装置は、さらに、複数の画像から対応する特徴点を抽出する対応特徴点取
得部を備え、
前記推定判定部は、前記位置推定部が用いる複数の画像から前記対応特徴点取得部が抽
出した対応する特徴点の数が所定の数未満の場合に、前記推定結果が一つに定まらないと
判定する、
請求項1または2に記載の自律移動装置。
The autonomous mobile device further includes a corresponding feature point acquisition unit that extracts corresponding feature points from a plurality of images,
When the number of corresponding feature points extracted by the corresponding feature point acquisition unit from a plurality of images used by the position estimation unit is less than a predetermined number, the estimation determination unit is not limited to one estimation result. judge,
The autonomous mobile device according to claim 1 or 2.
前記自律移動装置は、さらに、複数の画像から対応する特徴点を抽出する対応特徴点取
得部を備え、
前記位置推定部は、前記対応特徴点取得部が抽出した特徴点の前記画像中の座標に基づ
いて定義したコスト関数を最小化することによって自機位置を推定し、
前記推定判定部は、前記コスト関数の最小値が所定の値よりも大きい場合に、前記推定
結果が一つに定まらないと判定する、
請求項1または2に記載の自律移動装置。
The autonomous mobile device further includes a corresponding feature point acquisition unit that extracts corresponding feature points from a plurality of images,
The position estimation unit estimates the own device position by minimizing a cost function defined based on the coordinates in the image of the feature points extracted by the corresponding feature point acquisition unit,
The estimation determination unit determines that the estimation result is not fixed to one when the minimum value of the cost function is larger than a predetermined value.
The autonomous mobile device according to claim 1 or 2.
前記自律移動装置は、さらに、複数の画像から対応する特徴点を抽出する対応特徴点取
得部を備え、
前記位置推定部は、前記対応特徴点取得部が抽出した特徴点の前記画像中の座標に基づ
いて定義したコスト関数を最小化することによって自機位置を推定し、
前記推定判定部は、前記コスト関数が複数の極小値を持ち、最小の極小値を2番目に小
さい極小値で割った値が所定の値よりも大きい場合に、前記推定結果が一つに定まらない
と判定する、
請求項1または2に記載の自律移動装置。
The autonomous mobile device further includes a corresponding feature point acquisition unit that extracts corresponding feature points from a plurality of images,
The position estimation unit estimates the own device position by minimizing a cost function defined based on the coordinates in the image of the feature points extracted by the corresponding feature point acquisition unit,
The estimation determination unit determines the estimation result as one when the cost function has a plurality of minimum values and a value obtained by dividing the minimum minimum value by the second smallest minimum value is larger than a predetermined value. It is determined that
The autonomous mobile device according to claim 1 or 2.
初期値からの累積回転角をφ、一回分の回転角をφとして回転動作を行いながら画
像を撮影する回転撮影部と、
前記回転撮影部が撮影した画像から特徴点を取得して、該特徴点の数と前記累積回転角
(φ)とを合わせて記憶する特徴点記憶部と、
を備え、
前記移動処理制御部は、前記推定判定部が、前記推定結果が一つに定まらないと判定し
た場合には、前記特徴点記憶部に記憶された特徴点の数が最も多い時の前記累積回転角(
φ)を検索し、前記回転撮影部に、前記検索した累積回転角(φ)に基づいた回転動
作をさせる、
請求項1または2に記載の自律移動装置。
A rotational imaging unit that captures an image while performing a rotational operation with the cumulative rotation angle from the initial value as φ S and the rotation angle for one rotation as φ 1 ;
A feature point storage unit that acquires feature points from an image captured by the rotation imaging unit and stores the number of the feature points and the cumulative rotation angle (φ S ) together;
With
The movement processing control unit, when the estimation determination unit determines that the estimation result is not fixed to one, the cumulative rotation when the number of feature points stored in the feature point storage unit is the largest. Corner (
S ) is retrieved, and the rotational imaging unit is caused to perform a rotational operation based on the retrieved cumulative rotational angle (φ S ).
The autonomous mobile device according to claim 1 or 2.
前記移動処理制御部は、前記回転撮影部に、前記累積回転角φ+前記一回分の回転角
φが360°未満である場合は、前記一回分の回転角φの回転動作をさせ、前記累積
回転角φ+前記一回分の回転角φが360°以上である場合は、回転角(360°−
φ)の回転動作をさせる、請求項6に記載の自律移動装置。
The movement processing control unit, the rotating imaging unit, wherein when the accumulated rotation angle phi S + rotation angle phi 1 of the dose is less than 360 ° causes the rotational movement of the rotation angle phi 1 of the dose When the cumulative rotation angle φ S + the one rotation angle φ 1 is 360 ° or more, the rotation angle (360 ° −
The autonomous mobile device according to claim 6, wherein a rotational movement of φ S ) is performed.
前記回転撮影部が行う回転動作の一回分の回転角は、前記撮像部の視野角の半分以下の
角度である、
請求項6に記載の自律移動装置。
The rotation angle of one rotation operation performed by the rotational imaging unit is an angle that is half or less of the viewing angle of the imaging unit.
The autonomous mobile device according to claim 6.
前記自律移動装置は、さらに、基準並進距離を移動する度に、前記撮像部が撮影した画
像の情報を記憶する画像記憶部を備え、
前記位置推定部は、前記画像記憶部に記憶されている複数の画像の情報を用いて自機位
置を推定する、
請求項1から8のいずれか一項に記載の自律移動装置。
The autonomous mobile device further includes an image storage unit that stores information of an image captured by the imaging unit each time the reference translation distance is moved,
The position estimating unit estimates the position of the device using information of a plurality of images stored in the image storage unit;
The autonomous mobile device according to any one of claims 1 to 8.
駆動部の車輪の直径に所定の値を乗算した値を前記基準並進距離に設定する、
請求項9に記載の自律移動装置。
A value obtained by multiplying the diameter of the wheel of the drive unit by a predetermined value is set as the reference translational distance.
The autonomous mobile device according to claim 9.
前記自律移動装置は、さらに、複数の画像から位置を推定可能な特徴点を抽出する位置
推定可能特徴点抽出部を備え、
前記位置推定可能特徴点抽出部が抽出した全ての特徴点と自機位置との距離の平均値を
所定の値で除算した値を前記基準並進距離に設定する、
請求項9に記載の自律移動装置。
The autonomous mobile device further includes a position estimable feature point extraction unit that extracts a feature point whose position can be estimated from a plurality of images.
A value obtained by dividing the average value of the distances between all the feature points extracted by the position estimable feature point extraction unit and the own machine position by a predetermined value is set as the reference translation distance.
The autonomous mobile device according to claim 9.
撮影した複数の画像の情報に基づいて自律的に移動するように処理する移動処理ステッ
プと、
前記撮影した複数の画像の情報に基づいて自機位置を推定する位置推定ステップと、
前記位置推定ステップにおける自機位置の推定結果が一つに定まるか否かを判定する推
定判定ステップと、
前記推定判定ステップで、前記推定結果が一つに定まらないと判定された場合には、前
記位置推定ステップにおける自機位置の推定結果が一つに定まる位置に移動するように前
記移動処理ステップでの処理を制御する移動処理制御ステップと、
前記移動処理ステップで自機の位置を変化させるたびにその変化量を位置変化履歴記憶
部に登録する位置変化履歴登録ステップと、
前記推定判定ステップで前記推定結果が一つに定まると判定された場合に、その時点で
の位置の情報を時刻情報と共に位置履歴記憶部に登録する位置履歴登録ステップと、
を備え、
前記移動処理制御ステップでは、前記推定判定ステップで前記推定結果が一つに定まら
ないと判定された場合には、前記位置履歴記憶部に登録されている位置に自機がいた時点
まで遡りながら、前記位置変化履歴記憶部に登録されている位置の変化量とは逆方向に移
動するように前記移動処理ステップでの処理を制御する、
自律移動方法。
A movement processing step for processing to move autonomously based on information of a plurality of captured images;
A position estimation step for estimating the position of the device based on information of the plurality of captured images;
An estimation determination step for determining whether or not the estimation result of the own device position in the position estimation step is determined as one;
If it is determined in the estimation determination step that the estimation result is not fixed to one, the movement processing step is performed so that the estimation result of the own position in the position estimation step is moved to a single position. A movement processing control step for controlling the processing of
A position change history registration step of registering the amount of change in the position change history storage unit each time the position of the own machine is changed in the movement processing step;
When it is determined that the estimation result is determined as one in the estimation determination step, the position history registration step of registering the position information at that time together with time information in the position history storage unit;
With
In the movement processing control step, when it is determined that the estimation result is not fixed to one in the estimation determination step, while going back to the time when the own device was at the position registered in the position history storage unit, Controlling the processing in the movement processing step so as to move in the direction opposite to the amount of change in position registered in the position change history storage unit;
Autonomous movement method.
撮影した複数の画像の情報に基づいて自律的に移動するように処理する移動処理ステッ
プと、
前記撮影した複数の画像の情報に基づいて自機位置を推定する位置推定ステップと、
前記位置推定ステップにおける自機位置の推定結果が一つに定まるか否かを判定する推
定判定ステップと、
前記推定判定ステップで、前記推定結果が一つに定まらないと判定された場合には、前
記位置推定ステップにおける自機位置の推定結果が一つに定まる位置に移動するように前
記移動処理ステップでの処理を制御する移動処理制御ステップと、
前記移動処理ステップで自機の位置を変化させるたびにその変化量を位置変化履歴記憶
部に登録する位置変化履歴登録ステップと、
前記推定判定ステップで前記推定結果が一つに定まると判定された場合に、その時点で
の位置の情報を時刻情報と共に位置履歴記憶部に登録する位置履歴登録ステップと、
前記推定判定ステップで前記推定結果が一つに定まらないと判定された場合に、前記位
置履歴記憶部に登録されている位置に、該位置に対応する時刻から現在時刻まで前記位置
変化履歴記憶部に登録されている位置の変化量を積算することで現在の自機の位置を推定
する積算位置推定ステップと、
を備え、
前記移動処理制御ステップでは、前記推定判定ステップで前記推定結果が一つに定まら
ないと判定された場合には、前記積算位置推定ステップで推定された位置から前記位置変
化履歴記憶部に登録されている位置に向かって移動するように前記移動処理ステップでの
処理を制御する、
自律移動方法。
A movement processing step for processing to move autonomously based on information of a plurality of captured images;
A position estimation step for estimating the position of the device based on information of the plurality of captured images;
An estimation determination step for determining whether or not the estimation result of the own device position in the position estimation step is determined as one;
If it is determined in the estimation determination step that the estimation result is not fixed to one, the movement processing step is performed so that the estimation result of the own position in the position estimation step is moved to a single position. A movement processing control step for controlling the processing of
A position change history registration step of registering the amount of change in the position change history storage unit each time the position of the own machine is changed in the movement processing step;
When it is determined that the estimation result is determined as one in the estimation determination step, the position history registration step of registering the position information at that time together with time information in the position history storage unit;
When it is determined in the estimation determination step that the estimation result is not fixed to one, the position change history storage unit from the time corresponding to the position to the current time is registered at the position registered in the position history storage unit. An integrated position estimation step for estimating the current position of the own aircraft by integrating the amount of change in the position registered in
With
In the movement process control step, when it is determined in the estimation determination step that the estimation result is not fixed to one, it is registered in the position change history storage unit from the position estimated in the integrated position estimation step. Controlling the processing in the movement processing step so as to move toward the position where
Autonomous movement method.
コンピュータに、請求項12または13に記載の自律移動方法を実行させるためのプロ
グラム。
A program for causing a computer to execute the autonomous movement method according to claim 12 or 13.
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