專利名稱：移動體系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及移動體系統(tǒng)。
背景技術：
在生產工廠等中，為了省力而在產品和部件的運送中利用了自動行進的移動體。 這種移動體的主流是沿著設置在地面上的反射帶、磁帶等導軌而行進的移動體。但是，在使用導軌時會產生如下等問題1)導軌的設置作業(yè)繁雜；2)不容易變更行進路徑3)導軌容易發(fā)生損壞或污染，導致移動體的引導精度降低；以及4)限制了移動體的行進自由度。為了消除這些問題，最近提出了不使用導軌的移動體，在日本特開2006-293975 號公報以及日本特開2009-052924號公報中記載了其具體的例子。日本特開2006-293975號公報中記載的移動體在行進中，根據(jù)移動方向前方的規(guī)定距離內存在的物體的位置及形狀與移動體的移動方向的關系，求出行進路徑通過點而計算移動預定路徑。日本特開2009-052924號公報中記載的移動體對配置在行進路徑的周圍的標記進行攝像，根據(jù)所存儲的標記的位置信息及方向信息，識別移動體的位置及姿勢。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提供一種移動體系統(tǒng)，其根據(jù)壁面與移動體的位置關系、或者攝像圖像與所存儲的圖像的對照結果，來確定移動體的行進方向。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種移動體系統(tǒng)，該移動體系統(tǒng)具有移動體，其安裝有拍攝外部環(huán)境的攝像裝置；圖像分析單元，其將所述攝像裝置拍攝的圖像與在所述移動體的行進路徑上預先拍攝的圖像進行對照；壁面檢測單元，其檢測所述移動體相對于沿著所述行進路徑配置的壁面的方向、以及該壁面與該移動體的距離；以及行進方向計算單元，其根據(jù)來自所述圖像分析單元或所述壁面檢測單元的輸出，檢測所述移動體相對于所述行進路徑的偏移量，計算用于使該移動體在所述行進路徑上行進的行進方向。


下面，將參照附圖對本發(fā)明進行更詳細的說明。圖IA是本發(fā)明的一個實施方式的移動體系統(tǒng)的移動體的側面圖，圖IB是該移動體系統(tǒng)的省略了一部分的框圖。圖2是該移動體系統(tǒng)的移動體的行進路徑的說明圖。圖3是表示該移動體系統(tǒng)的攝像裝置的攝像方向與移動體的位置之間的關系的說明圖。圖4A、圖4B是表示由攝像裝置拍攝的圖像中的位置與攝像方向之間的關系的說明圖。圖5A、圖5B是分別表示由該移動體系統(tǒng)的壁面檢測單元進行的壁面檢測的說明圖。圖6A、圖6B是分別表示由該移動體系統(tǒng)的壁面檢測單元進行的壁面檢測的說明圖。
具體實施例方式接著，參照附圖來說明本發(fā)明的具體化的實施方式，以供理解本發(fā)明。如圖1A、圖1B、圖2所示，本發(fā)明的一個實施方式的移動體系統(tǒng)10在工廠、辦公室、醫(yī)院或者商業(yè)結構等中使用，使移動體12沿著預定的行進路徑11移動。移動體系統(tǒng)10具有移動體12，其安裝有拍攝外部環(huán)境的攝像裝置13 ；圖像分析單元14，其將攝像裝置13拍攝的圖像與在移動體12的行進路徑11上預先拍攝的圖像進行對照。而且，移動體系統(tǒng)10還具有壁面檢測單元16，該壁面檢測單元16檢測移動體12 相對于沿著行進路徑11配置的壁面15、15a的方向、以及壁面15、15a與移動體12的距離。 以下進行詳細說明。如圖1A、圖1B、圖2所示，在行進路徑11上行進的移動體12具有主體部19，該主體部19在下部的一側(前側)及下部的另一側(后側)分別具有驅動輪17、17a及從動輪 18、18a。在主體部19上搭載有控制驅動輪17、17a的角速度及方向的行進控制單元21。移動體12能夠根據(jù)行進控制單元21對驅動輪17、17a的控制，進行前進、后退或方向轉換等。攝像裝置13配置在主體部19的較高的位置處，使得移動體12不會進入到所拍攝的圖像中。攝像裝置13以攝像方向隨驅動輪17、17a的方向變化的方式安裝在移動體12 上，攝像裝置13對主體部19的行進方向的外部環(huán)境進行拍攝。圖像分析單元14搭載在主體部19上，當主體部19在行進路徑11上行進時，該圖像分析單元14能夠存儲由攝像裝置13拍攝的多個圖像。圖像分析單元14將攝像裝置13拍攝的當前圖像(以下，也稱為“實際圖像”)與預先在行進路徑11上攝像并存儲的多個圖像(以下，也稱為“存儲圖像”)進行對照(圖案匹配)。圖像分析單元14從實際圖像中提取能夠識別的特征點(由形狀、圖樣等構成)，根據(jù)該特征點，對照實際圖像與多個存儲圖像的相同性。圖像分析單元14選擇對照結果是判定為與實際圖像具有相同性的一個存儲圖像，將該選擇的存儲圖像中的特征點的位置與實際圖像中的特征點的位置進行比較，檢測實際圖像相對于所選擇的存儲圖像的偏移幅度。如圖3所示，設所選擇的存儲圖像為存儲圖像20、正在拍攝實際圖像的攝像裝置 13的當前的攝像方向為R1、用于從當前位置拍攝與存儲圖像20相同的圖像的攝像裝置13 的攝像方向為R2，圖像分析單元14根據(jù)實際圖像相對于存儲圖像20的偏移幅度，計算R2 相對于Rl的角度(角度差)R。以下，說明角度R的計算方法。如圖4A、圖4B所示，當前，如果在攝像裝置13的攝像范圍中存在特征點22，則該特征點22會映在實際圖像23中。俯視觀察時，當設實際圖像23中的攝像裝置13的攝像方向中心的角度位置為0度、實際圖像23的左端及右端的角度位置分別為S度及-S度、實際圖像23的左端及右端的水平像素位置分別為0像素及W像素、特征點22的角度位置及水平像素位置分別為TH度及X像素時，式1成立。tan (TH) = (1-2 X X/W) Xtan(S) (式 1)根據(jù)式1可知，可根據(jù)實際圖像23中的特征點22的水平圖像位置求出特征點22 的角度位置。式1也可以應用于存儲圖像。在圖4A、圖4B中，用“度(deg) ”表示角度位置的單位、用“像素(pixel)”表示像
素位置的單位。圖4B中描繪的縱向的實線及虛線分別表示角度位置及像素位置。圖像分析單元14針對映在實際圖像23和存儲圖像20中的相同的特征點22，檢測實際圖像23中的水平像素位置和存儲圖像20中的水平像素位置。圖像分析單元14能夠針對實際圖像23和存儲圖像20，分別使用式1，根據(jù)特征點22的水平像素位置，計算特征點22的角度位置，根據(jù)該角度位置的差分求出角度R。角度R為0 (零)度時，拍攝了實際圖像23的主體部19 (移動體12)位于拍攝存儲圖像20時主體部19的位置，主體部19在行進路徑11上行進。另一方面，如圖3所示，當角度R不是0度時，主體部19未在行進路徑11上行進。 在主體部19上搭載有導出主體部19的行進方向的行進方向計算單元24。行進方向計算單元M參照角度R的值，檢測主體部19是否在行進路徑11上行進。當角度R不是0度時，僅根據(jù)角度R的值，無法確定攝像裝置13相對于行進路徑 11的位置及攝像方向，對于主體部19相對于行進路徑11的位置及行進方向也同樣如此。 因此，行進方向計算單元M不能使用主體部19相對于行進路徑11的位置及行進方向來計算主體部19的行進方向。另一方面，當角度R為0度時，主體部19在行進路徑11上行進，因此可知，如果將主體部19的行進方向控制為角度R為0度的方向，則能使主體部19在行進路徑11上移動。行進方向計算單元M僅參照角度R，當角度R為0度以外的值時，檢測該角度R， 作為主體部19相對于行進路徑11的偏移量。行進方向計算單元M在檢測出角度R的偏移量時，計算使得角度R成為角度0的主體部19的行進方向，將該算出的值發(fā)送到行進控制單元21。行進控制單元21控制驅動輪17、17a，使得主體部19沿著行進方向計算單元M 計算出的行進方向行進。進行方向計算單元M還能夠根據(jù)主體部19相對于壁面15、lfe(參照圖幻的行進方向及壁面15、lfe與主體部19的距離，檢測主體部19相對于行進路徑11的偏移量。這是因為，移動體系統(tǒng)10中設置的壁面15、lfe以與行進路徑11隔開間隔的方式沿著行進路徑11進行配置。如圖1A、圖IB所示，在主體部19上設置有壁面檢測單元16。壁面檢測單元16具有距離傳感器25，其檢測位于離主體部19預定距離內的物體；以及掃描分析部沈，其根據(jù)距離傳感器25的輸出來檢測壁面15 (對于壁面1 也同樣如此)的存在。如圖5A、圖5B所示，俯視時，距離傳感器25在預定的角度范圍(角度O內，以預定的角度間隔照射激光。距離傳感器25接收由位于離主體部19 一定距離內的物體反射的激光(以下，也稱為“反射激光”)。距離傳感器25根據(jù)接收的反射激光，求出反射了激光的物體相對于距離傳感器25的位置，進而通過最小二乘法求出該物體的形狀。圖5B中描繪的多個點表示激光的反射部位。掃描分析部沈從距離傳感器25取得反射了激光的物體的形狀及位置的信息。當該物體的形狀具有俯視時為預定長度以上的直線部時(即，在檢測出反射激光中具有俯視時為預定長度以上的直線部的信息時)，檢測出該物體是壁面。掃描分析部沈根據(jù)反射了激光的物體的位置和形狀，求出距離傳感器25 (移動體 12)與壁面的距離X、以及主體部19相對于該壁面15的的行進方向的角度θ。行進方向計算單元M存儲有壁面15與行進路徑11之間的距離L。行進方向計算單元M從掃描分析部沈取得距離X的信息而求出距離X與距離L之間的差分Δ X，并且， 從掃描分析部26取得角度θ的信息。行進方向計算單元對計算使得ΔΧ及角度θ都成為0的主體部19的行進方向，以使在偏離于行進路徑11的位置行進的主體部19沿著壁面 15( S卩，在行進路徑11上)行進。行進控制單元21控制驅動輪17、17a，使得主體部19根據(jù)行進方向計算單元M的計算結果而行進。在壁面15中包括以下區(qū)域如圖5A所示，由俯視時與行進路徑11之間的距離恒定的直線部構成的區(qū)域；以及如圖6A所示，存在著突出的部位、有階差的部位等的區(qū)域。如圖6A、圖6B所示，Wl、W2及W3是掃描分析部沈根據(jù)反射激光的信息而判斷為是壁面的部分，S卩，Wl、W2及W3是具有俯視時為規(guī)定長度以上的長度的直線部。在圖6A中用m表示的區(qū)域中，壁面15被中斷。圖6A中用N2及N3表示的區(qū)域是由俯視時比規(guī)定的長度短的直線部構成的、被掃描分析部26判斷為不是壁面的部分。掃描分析部沈根據(jù)來自距離傳感器25的輸出，檢測在激光的照射范圍的Wl W3、N2及N3中存在物體的情況。掃描分析部沈從Wl W3、N2及N3中，僅提取判斷為是壁面的部分、即Wl W3。掃描分析部沈求出Wl及W2的各延長線與距離傳感器25之間的各個距離Yl及Y2、以及W3與距離傳感器25之間的距離Ti。當Yl TO不是相同的值時，掃描分析部沈檢測出在壁面15中存在離行進路徑 11的距離不同的區(qū)域Wl W3，計算Yl TO的平均值。掃描分析部沈導出Yl TO的平均值，作為壁面15與距離傳感器25的距離Y，發(fā)送到行進方向計算單元M。行進方向計算單元M計算距離Y與所存儲的距離L之間的差分ΔΥ。另外，在壁面15中，如包含圖6A所示的Wl W3的部位那樣，存在離行進路徑11的距離不是恒定的部位，針對這樣的部位，根據(jù)行進路徑11與Wl W3之間的各個距離的平均值，計算存儲在行進方向計算單元M中的距離L。掃描分析部沈根據(jù)Wl W2的位置及形狀的信息，分別求出主體部19的行進方向相對于Wl W3的角度Φ 1 Φ 3，計算角度Φ 1 Φ 3的平均角度Φ，將該角度Φ的信息發(fā)送到行進方向計算單元對。行進方向計算單元M控制主體部19的行進，使得ΔΥ及角度φ成為0，從而使主體部19在行進路徑11上行進。角度φ為角度Φ1 Φ 3的平均角，即使角度Φ為0度時，嚴格來說主體部19 也可能未在行進路徑11上行進。但是，通過將主體部19的行進控制為使得角度Φ成為0 度，由此，主體部19實際上是在行進路徑11上行進。圖像分析單元14、行進控制單元21、行進方向計算單元M及掃描分析部沈例如由搭載在微計算機中的程序等構成，該微計算機內置在主體部19中。
接著，對主體部19 (移動體12)在連接圖2所示的A地點、B地點、C地點及D地點的行進路徑11上自動行進的步驟進行說明。壁面15與行進路徑11隔開間隔而沿著行進路徑11的A地點 B地點的區(qū)間配置，壁面15a與行進路徑11隔開間隔而沿著行進路徑11的B地點 D地點的區(qū)間配置。作為用于使主體部19自動行進的事前準備，操作員通過手動操作等，使主體部19 在行進路徑11上移動，同時在行進路徑11上的多個位置，進行攝像裝置13的攝像。由攝像裝置13拍攝的圖像被存儲到圖像分析單元14，從而完成事前準備。在A地點 B地點及C地點 D地點的各區(qū)間中，行進方向計算單元M原則上根據(jù)來自圖像分析單元14的輸出值計算主體部19的行進方向。僅在圖像分析單元14未能選擇出與實際圖像對應的存儲圖像的狀態(tài)時，行進方向計算單元M才使用掃描分析部26 的輸出值作為用于計算主體部19的行進方向的輸入。圖像分析單元14未能選擇出與實際圖像對應的存儲圖像的狀態(tài)例如是由于太陽光的影響，因從相同的位置拍攝的圖像隨時間發(fā)生了變化等而產生的。當主體部19在A地點 B地點及C地點 D地點的各個區(qū)間中行進時，在圖像分析單元14未能選擇出與實際圖像對應的存儲圖像的情況下，圖像分析單元14向行進方向計算單元M發(fā)送不能進行圖像對照的信號。行進方向計算單元M在從圖像分析單元14 接收到不能進行圖像對照的信號時，將用于計算主體部19的行進方向的輸出信號接收源切換到掃描分析部26。當成為圖像分析單元14能夠選擇出與實際圖像對應的存儲圖像的狀態(tài)時，行進方向計算單元M的輸出信號接收源回到圖像分析單元14。B地點 C地點的區(qū)間是這樣的場所在行進方向上成為特征的物體少，行進方向沿著呈直線延伸的路徑，因此，即使主體部19行進，由攝像裝置13拍攝的圖像也基本沒有變化。由于攝像裝置13拍攝的圖像中的變化少，因此行進方向計算單元M很難判定自身是位于B地點 C地點的區(qū)間中的哪個地點。因此，行進方向計算單元M被預先設定為在B地點 C地點的區(qū)間中，僅參照掃描分析部沈的輸出而計算主體部19的行進方向，使其沿著壁面15a。在事前準備的階段中，拍攝從B地點及C地點觀察到的外部環(huán)境，該拍攝的圖像被存儲到圖像分析單元14中。壁面15在C地點發(fā)生中斷，因而在到達C地點的前后，在攝像裝置13拍攝的圖像中產生很大的變化。行進方向計算單元M在通過圖像分析單元14的實際圖像與存儲圖像之間的比較而檢測出主體部19通過B地點或C地點時，將用于計算主體部19的行進方向的輸出信號接收源從圖像分析單元14切換到壁面檢測單元16、或者從壁面檢測單元16切換到圖像分析單元14。根據(jù)本實施方式，在圖像分析單元14無法進行圖像對照的地方，能夠參照壁面來計算移動體的行進方向。另外，如果存在俯視時為預定的長度以上的直線部的信息時，作為用于確定移動體的行進方向的輸入，能夠將不應參照的壁面以外的物體從參照信息中排除。另外，在檢測出壁面中存在俯視時離行進路徑的距離不同的區(qū)域時，導出該區(qū)域或該區(qū)域的延長線與移動體之間的平均距離作為壁面與移動體的距離，在該情況下，壁面檢測單元根據(jù)離行進路徑的距離不同的壁面，能夠導出計算移動體的行進方向所需的壁面與移動體之間的距離。以上對本發(fā)明的實施方式進行了說明，但本發(fā)明不限于上述方式，不脫離主旨的條件的變更等全部屬于本發(fā)明的適用范圍。例如，圖像分析單元及行進方向計算單元可以不設置在移動體上，而是設置在能夠與移動體進行數(shù)據(jù)通信的裝置上。例如，也可以構成為，在從實施方式的B地點到C地點中，根據(jù)掃描分析部的輸出來檢測壁面發(fā)生中斷的情況，由此判斷為到達了 C地點。另外，也可以構成為，檢測移動體的前方的壁面的長度而將其與預先輸入的信息進行對照，由此判定到達C地點的情況。
權利要求
1.一種移動體系統(tǒng)，該移動體系統(tǒng)包括移動體，其安裝有拍攝外部環(huán)境的攝像裝置；圖像分析單元，其將所述攝像裝置拍攝的圖像與在所述移動體的行進路徑上預先拍攝的圖像進行對照；壁面檢測單元，其檢測所述移動體相對于沿著所述行進路徑配置的壁面的方向、以及該壁面與該移動體的距離；以及行進方向計算單元，其根據(jù)來自所述圖像分析單元或所述壁面檢測單元的輸出，檢測所述移動體相對于所述行進路徑的偏移量，計算用于使該移動體在所述行進路徑上行進的行進方向。
2.根據(jù)權利要求1所述的移動體系統(tǒng)，其中，所述圖像分析單元在不能將所述攝像裝置拍攝的圖像與在所述行進路徑上預先拍攝的圖像進行對照的情況下，向所述行進方向計算單元發(fā)送不能進行圖像對照的信號，將該行進方向計算單元的輸出信號接收源從該圖像分析單元切換到所述壁面檢測單元。
3.根據(jù)權利要求1所述的移動體系統(tǒng)，其中，所述壁面檢測單元從所述移動體照射激光，根據(jù)所反射的反射激光檢測所述壁面的位置。
4.根據(jù)權利要求3所述的移動體系統(tǒng)，其中，所述壁面檢測單元檢測所述反射激光中存在俯視時為預定長度以上的直線部的信息的情況，由此檢測所述壁面。
5.根據(jù)權利要求3所述的移動體系統(tǒng)，其中，所述壁面檢測單元在檢測出所述壁面中存在俯視時離所述行進路徑的距離不同的區(qū)域時，導出該區(qū)域或該區(qū)域的延長線與所述移動體的平均距離，作為所述壁面與該移動體的距離。
全文摘要
本發(fā)明提供移動體系統(tǒng)，該移動體系統(tǒng)具有移動體(12)，其安裝有拍攝外部環(huán)境的攝像裝置(13)；圖像分析單元(14)，其將攝像裝置(13)拍攝的圖像與在移動體(12)的行進路徑(11)上預先拍攝的圖像進行對照；壁面檢測單元(16)，其檢測移動體(12)相對于沿著行進路徑(11)配置的壁面(15、15a)的方向、以及壁面(15、15a)與移動體(12)的距離；以及行進方向計算單元(24)，其根據(jù)來自圖像分析單元(14)或壁面檢測單元(16)的輸出，檢測移動體(12)相對于行進路徑(11)的偏移量，計算用于使移動體(12)在行進路徑(11)上行進的行進方向。
文檔編號G06T7/20GK102314689SQ20111009241
公開日2012年1月11日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權日2010年6月10日
發(fā)明者河野大, 泉哲郎 申請人:株式會社安川電機