誘導装置
【課題】生物の認知地図のメカニズムを模倣して、移動体を誘導する誘導装置を提供する。
【解決手段】進行方向及び速度を含む移動指示に基づいて移動する移動体を誘導する誘導装置であって、移動体の周囲の地形特徴を検知する画像認識部１０１と、移動目標となる地形特徴の選択を受け付ける移動目標セレクタ１５と、移動目標が選択されていない時に進行方向及び速度を時間経過に応じて変化させて移動指示を出力する固有移動指示部１０３と、移動目標が選択されていない時に移動指示の時間変化の履歴と移動中に検知された画像認識部１０１の検知結果とを関連付けて認知記憶情報として記録する空間−時間情報生成部１１１と、移動目標が選択されている時に認知記憶情報に基づいて、移動体を移動目標へ誘導する移動指示を出力する誘導移動指示部１１３とを備える。
【解決手段】進行方向及び速度を含む移動指示に基づいて移動する移動体を誘導する誘導装置であって、移動体の周囲の地形特徴を検知する画像認識部１０１と、移動目標となる地形特徴の選択を受け付ける移動目標セレクタ１５と、移動目標が選択されていない時に進行方向及び速度を時間経過に応じて変化させて移動指示を出力する固有移動指示部１０３と、移動目標が選択されていない時に移動指示の時間変化の履歴と移動中に検知された画像認識部１０１の検知結果とを関連付けて認知記憶情報として記録する空間−時間情報生成部１１１と、移動目標が選択されている時に認知記憶情報に基づいて、移動体を移動目標へ誘導する移動指示を出力する誘導移動指示部１１３とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体を移動目標へ誘導する誘導装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘導装置は、航空機、船舶、自動車等の移動体のナビゲーションに利用されている。これらの用途の従来の誘導装置は、実空間を直交座標系にモデル化した座標地図を用いたナビゲーションを行う。座標地図を用いたナビゲーションとは、具体的には、移動体が位置する座標を座標地図上で逐次特定し、座標地図上で移動目標の座標への経路を選択するというものである。
【非特許文献１】Juan Liu、「Temporal coding of spatial knowledge for mobile robot navigation」、ROBOTICS AND MACHINE PERCEPTION、SPIE International Technical Group Newsletter、September 2003、vol.12、No.2、p.3,11
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、技術の進歩にともないロボットの利用分野が拡大しているが、利用分野によっては、これまでにない視点での機能が要求されることがある。例えばペット用、玩具用の用途では、生物的な振る舞いが重要視されている。そこでペット用、玩具用等のロボットには、ナビゲーションについても生物の能力を模倣した機能が求められる。
しかしながら、座標地図を用いたナビゲーションは、実空間において人間を始めとする生物が移動目標への経路を決定する能力の基礎となる唯一のメカニズムではない。むしろ、人間等の生物が移動目標への経路を直感的に決定する際には、認知地図に基づくメカニズムが重要であると考えられている。
【０００４】
認知地図とは、人間が実空間を移動するとき、視聴覚等により連続的に知覚した周囲の状況と、自らの移動動作とを対応づけることで、実世界の空間構造を経験的に把握したものである。
本発明はかかる点に着目し、生物の認知地図のメカニズムを模倣して、移動体を誘導する誘導装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係る移動体は、進行方向及び速度を含む移動指示に基づいて移動する移動体を誘導する誘導装置であって、移動体の周囲の地形特徴を検知する検知手段と、移動目標となる地形特徴の選択を受け付ける選択受付手段と、移動目標が選択されていないときに、進行方向及び速度を時間経過に応じて変化させて移動指示を出力する徘徊移動指示手段と、移動目標が選択されていないときに、前記移動指示の時間変化の履歴と移動中に検知された前記検知手段の検知結果とを関連付け、認知記憶情報として記録する記憶手段と、移動目標が選択されているときに、前記検知手段により検知される地形特徴と前記認知記憶情報とに基づいて、移動体を移動目標へ誘導する移動指示を出力する誘導移動指示手段とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
上記の構成により、本発明に係る誘導装置は、センサ等の検知手段の検知結果と移動の時間的な対応付けにより空間知識を認知記憶情報として蓄積し、蓄積した認知記憶情報に基づいて移動体を移動目標へ誘導することができる。従って、生物が直感的な経路決定に用いる認知地図のメカニズムを模倣した移動体の誘導が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施形態）
図１は、本発明に係る移動体１の使用形態を示す図である。移動体１は、複数のランドマークが平面上に配置された探索空間で、車輪を駆動させて移動する玩具である。本実施形態では、青、赤、緑、黄の４色に塗り分けられたコーンＢ、Ｒ、Ｇ、Ｙがランドマークとして配置されている。
【０００８】
移動体１には、カメラ１１、センサー１２、探索指示ボタン１３、リセットボタン１４、移動目標セレクタ１５が設けられており、カメラ１１及びセンサー１２により移動体１の周囲の地形特徴を検知しつつ、探索指示ボタン１３、リセットボタン１４、及び移動目標セレクタ１５に対するユーザ操作に応じて、探索空間の探索と移動目標への移動とを行う。
【０００９】
図２は、移動体１において探索空間の探索と移動目標への移動とを実現する構成を示す図である。
移動体１は、内部に画像認識部１０１、障害物検出部１０２、固有移動指示部１０３、障害物回避指示部１０４、時系列処理部１０５、切替部１０６、運転部１０７、方位センサ１０８を備える。
【００１０】
画像認識部１０１は、カメラ１１からの画像データを解析し、画像データにランドマークが写っている場合にランドマークの色を示す検知信号を出力する。
障害物検出部１０２は、センサー１２により障害物との接触が検知された場合に障害物検知信号を出力する。
固有移動指示部１０３は、探索指示ボタン１３が押下されたＯＮ状態にある時（以下、徘徊モード）に移動指示を時系列処理部１０５へ出力する。本実施形態において移動指示とは、移動体１の方向転換、及び直進を指示する情報であって、固有移動指示部１０３は、ランダムに進行方向α、及び速度ｖを決定して方向転換、及び直進を交互に指示する。
【００１１】
障害物回避指示部１０４は、障害物検出部１０２からの障害物が検知されたことを示す障害物検知信号に応じて、障害物を回避するように進行方向α、速度ｖを設定した移動指示を出力する。具体的には、現在の進路から１８０°向きを変えた進行方向αを設定した方向転換の指示の出力後、所定速度を設定した直進の指示を所定時間出力する。
時系列処理部１０５は、平面上を移動したことにより移動体周囲の地形特徴を経験的に得られる認知記憶情報を蓄積し、蓄積した情報に基づいて空間を認知、誘導する機構を再現する機能ブロックである。
この時系列処理部１０５は、図３に示すように、内部に空間−時間情報生成部１１１、空間−時間情報保持部１１２、誘導移動指示部１１３、及び選択部１１４を含み、空間−時間情報の蓄積と、空間−時間情報に基づいたナビゲーションを制御する。
【００１２】
空間−時間情報生成部１１１は、認知記憶情報である空間−時間情報を生成する機能ブロックであり、画像認識部１０１からの検知信号と固有移動指示部１０３からの入力に基づいて、あるランドマークから移動を開始してから、他のランドマークが検知されるまでの移動指示の履歴を、空間−時間情報として空間−時間情報保持部１１２に記録させる。
この空間−時間情報保持部１１２は、具体的にはＨＤ等の記録装置であり、空間−時間情報生成部１１１が生成した空間−時間情報が記録される。空間−時間情報保持部１１２では、複数の空間−時間情報が記録される場合には、空間−時間情報生成部１１１により生成された順番と対応付けて管理される。また、空間−時間情報保持部１１２に記録されている空間−時間情報は、リセットボタン１４が押下された場合に消去される。
【００１３】
図４は、空間−時間情報のデータ構造を示す図である。空間−時間情報は、始点及び終点のランドマークを示す情報と、移動指示の履歴とからなる。各空間−時間情報に含まれる移動指示の数は、始点のランドマークから終点のランドマークまで移動体が移動する間に、固有移動指示部１０３が進行方向α、速度ｖを変更した回数と同数である。ここで進行方向αは、北を０°として時計回りに値を増加させた方位角を用いる。移動指示のうち前進を指示したものは、速度ｖと、一定の値の速度ｖが継続して空間−時間情報生成部１１１に入力された時間とを対応付けて記録される。
【００１４】
誘導移動指示部１１３は、探索指示ボタン１３がＯＦＦ状態にある時（以下、誘導モード）に、移動目標セレクタ１５により選択された移動目標のランドマークまで移動体１を誘導するように進行方向α、速度ｖを設定した移動指示を出力する。
選択部１１４は、徘徊モード時には固有移動指示部１０３が出力する移動指示を、誘導モード時には誘導移動指示部１１３が出力する移動指示を運転部１０７へ出力する。
【００１５】
図２の切替部１０６は、タイマ及び単極単投スイッチからなり、障害物検出部１０２から障害物検知信号が出力された場合に、運転部１０７へ入力する進行方向α、速度ｖを、タイマＴに設定されている所定時間の間、時系列処理部１０５が出力されるものから、障害物回避指示部１０４が出力するものへ切り替える。
運転部１０７は、障害物検出部１０２、または時系列処理部１０５から出力される移動指示に基づいて、車輪を駆動させ移動体を移動させる機能ブロックである。
【００１６】
方位センサ１０８は磁気コンパスであり、移動体１の進路の方位を取得する。
以上が移動体１の構成についての説明である。
次に、上述のように構成された移動体１の動作について説明する。先ず、徘徊モードにおける各機能ブロックの動作を説明する。
図５は、徘徊モードにおける固有移動指示部１０３の処理の流れを示すフローチャートである。
【００１７】
固有移動指示部１０３は、徘徊モードが設定されている期間（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１〜ステップＳ１５のループ処理を繰り返し実行する。
ステップＳ１２の処理では、固有移動指示部１０３は進行方向αを決定し、方向転換を指示する移動指示を出力する。続いて継続時間ｔを決定した後（ステップＳ１３）、速度ｖを決定して前進を指示する移動指示を出力する（ステップＳ１４）。その後、ステップＳ１３で決定した継続時間ｔが経過するか、画像認識部１０１から何れかのランドマークが検知された検知信号が出力されるまで、前進を指示する移動指示の出力を継続し、継続時間ｔが経過、若しくは、検知信号が出力された場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１から処理を繰り返す。以上の処理により、徘徊モードでは、固有移動指示部１０３から方向転換と前進とを指示する移動指示が交互に出力される。
【００１８】
図６は、徘徊モードにおける空間−時間情報生成部１１１の処理の流れを示すフローチャートである。
空間−時間情報生成部１１１は、徘徊モードが設定されている期間（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、ステップＳ２１〜ステップＳ２７のループ処理を繰り返し実行する。
空間−時間情報生成部１１１は、先ず、ステップＳ２２にて画像認識部１０１から何れかのランドマークが検知された検知信号が出力されるのを待ち受け、検知信号が出力されると（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、受け付けた検知信号により示されるランドマークを始点に登録した空間−時間情報を生成する（ステップＳ２３）。
【００１９】
その後、次のランドマークが検知されたことを示す検知信号を画像認識部１０１から受けうけるまで、ステップＳ２４〜ステップＳ２６のループ処理を繰り返して、その期間中に固有移動指示部１０３から出力される移動指示を、空間−時間情報へ順に登録する（ステップＳ２４、２５）。
次のランドマークが検知された検知信号が出力されると（ステップＳ２６：Ｙｅｓ）、空間−時間情報生成部１１１は、この検知されたランドマークを空間−時間情報の終点に登録し、この空間−時間情報を空間−時間情報保持部１１２へ記録する（ステップＳ２７）。以上の処理により、移動体１が２つのランドマーク間を移動する間に出力された移動指示の履歴が空間−時間情報として蓄積される。
【００２０】
次に、誘導モードにおける誘導移動指示部１１３の動作を説明する。
図７は、誘導移動指示部１１３の処理の流れを示すフローチャートである。
誘導移動指示部１１３は、誘導モードが設定されると（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）、画像認識部１０１からの検知信号に基づいて、現在何れかのランドマークが検知されているか否かを判定する（ステップＳ３２）。
【００２１】
現在何れのランドマークも検知されていない場合には（ステップＳ３２：Ｎｏ）、固有移動指示部１０３に移動指示を出力させる（ステップＳ３３）。その後、何らかのランドマークが検知されるまで、ステップＳ３１〜ステップＳ３３の処理が繰り返し実行される。
ステップＳ３２の判定で、現在何れかのランドマークが検知されていると判定された場合には（ステップＳ３２：Ｙｅｓ）、空間−時間情報保持部１１２に蓄積されている複数の空間−時間情報のうち、始点及び終点の何れかが、移動目標セレクタ１５により選択されているランドマーク（以下、移動目標という）と一致するものを選択する（ステップＳ３４）。
【００２２】
次に、空間−時間情報保持部１１２に記録されている空間−時間情報のうち、ステップＳ３４で選択したものより前、もしくは後に記録された空間−時間情報に、始点及び終点の何れかが現在検知されているランドマークと一致するものがあるか否かを判定する（ステップＳ３５、ステップＳ３６）。
ステップＳ３４で選択したものより前に、始点及び終点の何れかが現在検知されているランドマークと一致する空間−時間情報が記録されていた場合には（ステップＳ３５：Ｙｅｓ）、ステップＳ３７及びステップＳ３８の処理が実行される。
【００２３】
ステップＳ３７の処理では、ステップＳ３５で検出された現在位置のランドマークを含む空間−時間情報からステップＳ３４で選択した移動目標を含む空間−時間情報までの間に記録されている空間−時間情報のうち、移動経路が重複している区間に相当する空間−時間情報を除外したものを読み出し対象に選択する。ステップＳ３８の処理では、重複区間を除外した後の読み出し対象の空間−時間情報を、空間−時間情報保持部１１２に記録されている順に読出し、それぞれの空間−時間情報に登録されている移動指示を、空間−時間情報に登録されている順に運転部１０７へ出力する。このとき、前進を指示する移動指示については、空間−時間情報に記録されている速度ｖの値を、空間−時間情報に記録されている時間ｔの期間、出力する。
【００２４】
ステップＳ３４で選択したものより後に、始点及び終点の何れかが現在検知されているランドマークと一致する空間−時間情報が記録されていた場合には（ステップＳ３６：Ｙｅｓ）、ステップＳ３９及びステップＳ４０の処理が実行される。
ステップＳ３９の処理では、ステップＳ３４で選択した移動目標を含む空間−時間情報からステップＳ３６で検出された現在位置のランドマークを含む空間−時間情報までの間に記録されている空間−時間情報のうち、移動経路が重複している区間に相当する空間−時間情報を除外したものを読み出し対象に選択する。ステップＳ４０の処理では、重複区間を除外した後の読み出し対象の空間−時間情報を、空間−時間情報保持部１１２に記録されている順と逆の順番で読出し、読み出した空間−時間情報に登録されている移動指示を、移動経路を遡るように運転部１０７へ出力する。
【００２５】
空間−時間情報に登録されている移動指示を、移動経路を遡るように移動指示を出力するとは、具体的には、空間−時間情報に登録されている移動指示を、２ｎ−１番目、２ｎ番目、２ｎ−３番目、２ｎ−２番目、・・・３番目、４番目、１番目、２番目の順に移動指示を出力する。ここで、本実施形態において、空間−時間情報に奇数番目に登録されている移動指示は、方向転換を指示するものであり、偶数番目に登録されている移動履歴は、前進を指示するものである。また、このとき、誘導移動指示部１１３は、移動指示のうち方向転換を指示するものについては、空間−時間情報に登録されている進行方向αの向きを１８０°変えた値を設定して出力し、前進を指示するものについては、空間−時間情報に記録されている速度ｖのそのまま値を、空間−時間情報に記録されている時間ｔの期間、出力する。
【００２６】
以上の処理により、現在検知されているランドマークから、移動目標セレクタ１５により選択されているランドマークまで移動体１を誘導するように進行方向α、速度ｖを設定した移動指示が出力される。
以下に、上述のように構成された移動体１の動作例を、図８〜１０を用いて説明する。
先ず、徘徊モードが設定されると移動体１は、固有移動指示部１０３が値をランダムに設定して出力した移動指示に基づいて探索空間内を徘徊する。図８（ａ）は、徘徊モードが設定された移動体１の移動軌跡の一例を示す図である。図８（ａ）の例では、移動体１は、固有移動指示部１０３がランダムに出力する移動指示に基づいて“ＳＴＡＲＴ”の位置からＰ１、Ｐ２、Ｐ３、及びＰ４を経由して“ＳＴＯＰ”の位置まで移動する。
【００２７】
この移動中に、画像認識部１０１では、Ｐ１の位置で緑色（Ｇ）のランドマーク、Ｐ２及びＰ３の位置で青色（Ｂ）のランドマーク、Ｐ４の位置で黄色（Ｙ）のランドマークを検知して検知信号を出力する。この結果、図８（ａ）に示すように移動体１が移動する間に、空間−時間情報保持部１１２には、図９に示す空間−時間情報がｄ１〜ｄ３の順に記録される。ｄ１の空間−時間情報は、移動体１がＰ１の位置からＰ２の位置へ移動する間に生成される空間−時間情報であり、ｄ２は移動体１がＰ２からＰ３へ移動する間に生成されるものであり、ｄ３は移動体１がＰ３からＰ４へ移動する間に生成されるものである。これらｄ１〜ｄ３の空間−時間情報に含まれる移動指示の履歴には、始点のランドマークにおける方向転換を指示する移動指示が先頭に登録され、前進を指示する移動指示であって、この移動指示に基づく移動の結果、終点のランドマークが検知される位置に達するものが履歴の末尾に登録されている。また、移動体１が“ＳＴＯＰ”の位置にきた時点で、空間−時間情報生成部１１１では、ｄ４の状態の空間−時間情報が生成途中で保持されている。このｄ４の空間−時間情報は終点が未登録である。
【００２８】
次に、図８（ａ）の“ＳＴＯＰ”の位置にきたときに動作モードが徘徊モードから誘導モードに切り替えられた場合の移動体１の動作について説明する。
移動体１は、誘導モードに切り替えられると、移動目標セレクタ１５により設定された移動目標への移動を開始する。ただし、誘導モードに切り替えられた位置で、移動体１の周囲に何れのランドマークも検知されていない場合、移動体１は、誘導モードへの切換え後も固有移動指示部１０３が出力する移動指示に基づく移動を継続し、何れかのランドマークが検知された時点から、そのランドマークを起点として誘導移動指示部１１３による誘導に基づいた移動を開始する。
【００２９】
ここでは先ず、移動目標セレクタ１５により移動目標として黄色のランドマークが指定されている場合の動作について説明する。
図８（ｂ）は誘導モード時に移動目標として黄色のランドマークが指定された場合の移動軌跡の一例を示す図である。図８（ｂ）の例では、誘導モードへの切換え後、固有移動指示部１０３が出力するランダムな移動指示に基づくいて、誘導モードに切り替えられた位置から青色のランドマーク近傍のＰ５の位置へ移動する。
【００３０】
その後、Ｐ５の位置において誘導移動指示部１１３が空間−時間情報保持部１１２に記録されている空間−時間情報を検索し、現在位置で検知されている青色のランドマークから移動目標である黄色のランドマークへの移動の履歴であるｄ３の空間−時間情報を検出し、ｄ３の空間−時間情報に登録されている移動指示に従って、図１０（ａ）に示すように、移動指示を１〜４の順に出力する。この結果、移動体１は、Ｐ５の位置から黄色のランドマークの近傍まで移動する。
【００３１】
次に、図８（ａ）の“ＳＴＯＰ”の位置で、移動目標セレクタ１５により移動目標として緑色のランドマークが指定されている場合の動作について説明する。
図８（ｃ）は誘導モード時に移動目標として緑色のランドマークが指定された場合の移動軌跡の一例を示す図である。先ず、移動体１は、図８（ｂ）の例と同様に、固有移動指示部１０３が出力するランダムな移動指示に基づいて、誘導モードに切り替えられた位置から青色のランドマーク近傍のＰ５の位置へ移動する。
【００３２】
その後、Ｐ５の位置において誘導移動指示部１１３が空間−時間情報保持部１１２に記録されている空間−時間情報を検索し、移動目標である緑色のランドマークから現在位置で検知されている青色のランドマークへの移動の履歴であるｄ１の空間−時間情報を検出する。検出されたｄ１の空間−時間情報は、移動目標から現在位置への移動の経験に基づいて記録された情報であるため、誘導移動指示部１１３は、ｄ１の移動経路を遡るように、図１０（ｂ）の１〜４の順に移動指示を出力する。ここで、図１０（ｂ）の１の移動指示は、ｄ１に含まれる移動指示３の進行方向を１８０°逆に設定したものであり、図１０（ｂ）の２の移動指示は、ｄ１に含まれる移動指示４に基づいたものであり、図１０（ｂ）の３の移動指示は、ｄ１に含まれる移動指示１の進行方向を１８０°逆に設定したものであり、図１０（ｂ）の４の移動指示は、ｄ１に含まれる移動指示２に基づいたものである。これらの移動指示に基づいて、移動体１は、Ｐ５の位置から緑色のランドマークの近傍まで移動する。
【００３３】
以上、本実施形態によれば、人間が実空間における空間−時間的経験を、認知記憶情報に変換して記憶し、認知記憶情報に基づいて移動経路を決定するする能力を模擬的に再現することが出来る。
尚、本実施形態では、誘導モードで移動体の周囲にランドマークが検知されていない状態であれば、固有移動指示部１０３にランダムな移動指示を出力させて、何れかのランドマークが検知されるまで移動することで、誘導の起点となるランドマークへ移動するとした。このような構成によれば、空間−時間情報を蓄積した後の移動体を、誘導モードに設定して探索空間内の任意の位置に置いた場合にも、移動目標へ移動が可能であるという特徴がある。
【００３４】
しかし、徘徊モードでの移動の途中に探索指示ボタン１３、及び移動目標セレクタ１５を操作して誘導モードに切り替える場合には、徘徊モードでの移動により直前に通過したランドマークへ引き返すことで、固有移動指示部１０３が出力する移動指示に基づいたランダムな移動の必要が無く、より確実に移動目標へ移動することができる。
図８（ｄ）は、徘徊モードでの移動の途中で誘導モードに切り替えられた時に、周囲にランドマークが検知されない場合、直前に通過したランドマークへ引き返してから移動目標へ移動する変形例の移動軌跡を示す図である。ここでは、緑色のランドマークが移動目標に設定されているものとする。
【００３５】
このような変形例では、誘導モードに切り替えられた時に、移動体の周囲にランドマークが検知されていない状態であれば、誘導移動指示部１１３は、先ず、図９（ｄ）に示す空間−時間情報生成部１１１が生成中のｄ４の空間−時間情報に基づいて、ｄ４の移動経路を遡るように、図１０（ｃ）の１、２の移動指示を出力する。図１０（ｃ）の１の移動指示は、ｄ４に含まれる移動指示１の進行方向を１８０°逆に設定したものであり、図１０（ｃ）の２の移動指示は、ｄ４に含まれる移動指示２に基づいたものである。この２つの移動指示に基づいて、変形例に係る移動体は、黄色のランドマークの近傍へ移動することができる。
【００３６】
その後、黄色のランドマークの近傍位置において誘導移動指示部１１３が空間−時間情報保持部１１２に記録されている空間−時間情報を検索し、青色のランドマークから現在位置で検知されている黄色のランドマークへの移動の履歴であるｄ３の空間−時間情報、及び、移動目標である緑色のランドマークから青色のランドマークへの移動の履歴であるｄ１の空間−時間情報を順に読み出す。
【００３７】
誘導移動指示部１１３は、これら読み出した、空間−時間情報に基づいて、ｄ３の移動経路を遡るように、図１０（ｃ）の３〜６の順に移動指示を出力し、続いて、ｄ１の移動経路を遡るように、図１０（ｃ）の７〜１０の順に移動指示を出力する。これらの移動指示に基づいて、移動体１は、黄色のランドマークの近傍から緑色のランドマークの近傍まで移動する。
【００３８】
ここでｄ１の終点、及びｄ３の始点が共に青色のランドマークであるため、ｄ１及びｄ３の間に記録されている空間−時間情報、即ちｄ２の空間−時間情報は、移動経路が重複した区間に相当する空間−時間情報であるとして、誘導移動指示部１１３による読み出し対象から除外されている。
（その他の変形例）
本発明を上記の実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施形態に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。
【００３９】
（１）本発明は、各実施形態で説明したフローチャートの処理手順が開示するコンテンツの記録方法であるとしてもよい。また、前記処理手順でコンピュータを動作させるプログラムコードを含むコンピュータプログラムであるとしてもよいし、前記コンピュータプログラムからなるデジタル信号であるとしてもよい。
また、本発明は、前記コンピュータプログラム又は前記デジタル信号をコンピュータ読み取り可能な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）、半導体メモリなど、に記録したものとしてもよい。
【００４０】
また、本発明は、前記コンピュータプログラム又は前記デジタル信号を、電気通信回線、無線又は有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク等を経由して伝送するものとしてもよい。
また、前記コンピュータプログラム又は前記デジタル信号を前記記録媒体に記録して移送することにより、又は前記コンピュータプログラム又は前記デジタル信号を前記ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい。
【００４１】
（２）移動指示の時間変化に対応させて認知記憶情報に記録する地形特徴としては、コーン等のランドマークに限らず検知手段により検知される地形特徴であれば他のものを用いてもよい。例えば、検知手段としてカメラ及び画像認識部１０１に加えて重力センサ等を移動体に追加し、路面の傾斜角度を地形特徴としてとらえ、検知した傾斜角度の変化を移動履歴の時間変化に対応させて記録することで、本発明を適用することができる。
【００４２】
（３）検知手段の有効範囲は、移動体の大きさ及び速度から決定することができる。障害物の検知後に移動体が障害物に衝突することなくその移動を制動できる程度の距離を有効範囲とするとよい。ただし、有効範囲を広く取りすぎると、認知記憶情報として移動体からはなれたランドマークの検出も記録されるようになるため、これを用いて移動体を誘導する際に、誘導の精度が低下することになる。そこで、有効範囲の異なる複数のセンサを設け、有効範囲の広いものの検知結果を障害物の回避に用い、有効範囲の狭いものの検知結果を、認知記憶情報の蓄積及び移動体の誘導に用いるとしてもよい。これにより、障害物を適切に回避しつつ、誘導の精度を高めることができる。尚、ここで有効範囲とは、センサの検知距離、方向を示す。上記実施形態では、移動体正面に設けたカメラを認知記憶情報の蓄積及び誘導に用い、移動体側面を検知するセンサを障害物の回避に用いている。
【００４３】
（４）上記の実施形態では、移動指示の履歴はランドマークを検知した区間毎に空間−時間情報として分割して記録したが、移動指示の履歴は移動体の全ての行動を連続的に記録した１のレコードであってもよい。
（５）上記実施形態では、移動指示における進行方向の指定に、方位角を用いたが、進行方向の指定には、進行方向をそれまでの針路から変更する角度や操舵角を用いることも可能である。
【００４４】
（６）誘導モードにおける空間−時間情報の検索は移動目標側から開始しても現在位置側から開始してもよい。さらに、移動目標と現在位置との双方から空間−時間情報保持部１１２の記録内容を検索開始し、双方から同一の空間−時間情報へ達するルートを用いて移動体を誘導するとしてもよい。
（７）上記実施形態では、ランドマークが配置された平面上を水平移動する車両の誘導について説明したが、本発明は、車両に限らず、２速歩行、４速歩行等で平面上を移動する移動体に適用してもよい。更には、進行方向として水平方向及び上下方向の角度を指定する移動指示に基づいて、３次元空間内を移動する航空機等の誘導に、本発明を適用することもできる。
【００４５】
（８）上記実施形態、及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、移動体を移動目標へ誘導する技術として有用であり、特に、生物の認知地図のメカニズムを模倣して、移動体を誘導することにより、ペット用ロボット、玩具用ロボット等のナビゲーションに応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１実施形態に係る移動体１の使用形態を示す図
【図２】移動体１において探索空間の探索と移動目標への移動とを実現する構成を示す図
【図３】時系列処理部１０５の詳細な構成を示す図
【図４】空間−時間情報ＤＢのデータ構造をを示す図
【図５】固有移動指示部１０３の処理の流れを示すフローチャート
【図６】空間−時間情報生成部１１１の処理の流れを示すフローチャート
【図７】誘導移動指示部１１３の処理の流れを示すフローチャート
【図８】（ａ）は徘徊モード時の移動軌跡の一例を示す模式図 （ｂ）は誘導モード時に移動目標として黄色が指定された場合の移動軌跡の一例を示す模式図 （ｃ）は誘導モード時に移動目標として緑色が指定された場合の移動軌跡の一例を示す模式図 （ｄ）は誘導モード時に移動目標として緑色が指定された場合の変形例に係る移動軌跡を示す模式図
【図９】図８（ａ）に示す移動の結果生成される空間−時間情報を示す図
【図１０】（ａ）は移動目標として黄色が指定された場合に誘導移動指示部１１３が出力する移動指示を示す図 （ｂ）は移動目標として緑色が指定された場合に誘導移動指示部１１３が出力する移動指示を示す図 （ｃ）は移動目標として緑色が指定された場合に変形例に係る誘導移動指示部１１３が出力する移動指示を示す図
【符号の説明】
【００４８】
１ 移動体
１１ カメラ
１２ センサー
１３ 探索指示ボタン
１４ リセットボタン
１５ 移動目標セレクタ
１０１ 画像認識部
１０２ 障害物検出部
１０３ 固有移動指示部
１０４ 障害物回避指示部
１０５ 時系列処理部
１０６ 切替部
１０７ 運転部
１０８ 方位センサ
１１１ 空間−時間情報生成部
１１２ 空間−時間情報保持部
１１３ 誘導移動指示部
１１４ 選択部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体を移動目標へ誘導する誘導装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘導装置は、航空機、船舶、自動車等の移動体のナビゲーションに利用されている。これらの用途の従来の誘導装置は、実空間を直交座標系にモデル化した座標地図を用いたナビゲーションを行う。座標地図を用いたナビゲーションとは、具体的には、移動体が位置する座標を座標地図上で逐次特定し、座標地図上で移動目標の座標への経路を選択するというものである。
【非特許文献１】Juan Liu、「Temporal coding of spatial knowledge for mobile robot navigation」、ROBOTICS AND MACHINE PERCEPTION、SPIE International Technical Group Newsletter、September 2003、vol.12、No.2、p.3,11
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、技術の進歩にともないロボットの利用分野が拡大しているが、利用分野によっては、これまでにない視点での機能が要求されることがある。例えばペット用、玩具用の用途では、生物的な振る舞いが重要視されている。そこでペット用、玩具用等のロボットには、ナビゲーションについても生物の能力を模倣した機能が求められる。
しかしながら、座標地図を用いたナビゲーションは、実空間において人間を始めとする生物が移動目標への経路を決定する能力の基礎となる唯一のメカニズムではない。むしろ、人間等の生物が移動目標への経路を直感的に決定する際には、認知地図に基づくメカニズムが重要であると考えられている。
【０００４】
認知地図とは、人間が実空間を移動するとき、視聴覚等により連続的に知覚した周囲の状況と、自らの移動動作とを対応づけることで、実世界の空間構造を経験的に把握したものである。
本発明はかかる点に着目し、生物の認知地図のメカニズムを模倣して、移動体を誘導する誘導装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係る移動体は、進行方向及び速度を含む移動指示に基づいて移動する移動体を誘導する誘導装置であって、移動体の周囲の地形特徴を検知する検知手段と、移動目標となる地形特徴の選択を受け付ける選択受付手段と、移動目標が選択されていないときに、進行方向及び速度を時間経過に応じて変化させて移動指示を出力する徘徊移動指示手段と、移動目標が選択されていないときに、前記移動指示の時間変化の履歴と移動中に検知された前記検知手段の検知結果とを関連付け、認知記憶情報として記録する記憶手段と、移動目標が選択されているときに、前記検知手段により検知される地形特徴と前記認知記憶情報とに基づいて、移動体を移動目標へ誘導する移動指示を出力する誘導移動指示手段とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
上記の構成により、本発明に係る誘導装置は、センサ等の検知手段の検知結果と移動の時間的な対応付けにより空間知識を認知記憶情報として蓄積し、蓄積した認知記憶情報に基づいて移動体を移動目標へ誘導することができる。従って、生物が直感的な経路決定に用いる認知地図のメカニズムを模倣した移動体の誘導が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施形態）
図１は、本発明に係る移動体１の使用形態を示す図である。移動体１は、複数のランドマークが平面上に配置された探索空間で、車輪を駆動させて移動する玩具である。本実施形態では、青、赤、緑、黄の４色に塗り分けられたコーンＢ、Ｒ、Ｇ、Ｙがランドマークとして配置されている。
【０００８】
移動体１には、カメラ１１、センサー１２、探索指示ボタン１３、リセットボタン１４、移動目標セレクタ１５が設けられており、カメラ１１及びセンサー１２により移動体１の周囲の地形特徴を検知しつつ、探索指示ボタン１３、リセットボタン１４、及び移動目標セレクタ１５に対するユーザ操作に応じて、探索空間の探索と移動目標への移動とを行う。
【０００９】
図２は、移動体１において探索空間の探索と移動目標への移動とを実現する構成を示す図である。
移動体１は、内部に画像認識部１０１、障害物検出部１０２、固有移動指示部１０３、障害物回避指示部１０４、時系列処理部１０５、切替部１０６、運転部１０７、方位センサ１０８を備える。
【００１０】
画像認識部１０１は、カメラ１１からの画像データを解析し、画像データにランドマークが写っている場合にランドマークの色を示す検知信号を出力する。
障害物検出部１０２は、センサー１２により障害物との接触が検知された場合に障害物検知信号を出力する。
固有移動指示部１０３は、探索指示ボタン１３が押下されたＯＮ状態にある時（以下、徘徊モード）に移動指示を時系列処理部１０５へ出力する。本実施形態において移動指示とは、移動体１の方向転換、及び直進を指示する情報であって、固有移動指示部１０３は、ランダムに進行方向α、及び速度ｖを決定して方向転換、及び直進を交互に指示する。
【００１１】
障害物回避指示部１０４は、障害物検出部１０２からの障害物が検知されたことを示す障害物検知信号に応じて、障害物を回避するように進行方向α、速度ｖを設定した移動指示を出力する。具体的には、現在の進路から１８０°向きを変えた進行方向αを設定した方向転換の指示の出力後、所定速度を設定した直進の指示を所定時間出力する。
時系列処理部１０５は、平面上を移動したことにより移動体周囲の地形特徴を経験的に得られる認知記憶情報を蓄積し、蓄積した情報に基づいて空間を認知、誘導する機構を再現する機能ブロックである。
この時系列処理部１０５は、図３に示すように、内部に空間−時間情報生成部１１１、空間−時間情報保持部１１２、誘導移動指示部１１３、及び選択部１１４を含み、空間−時間情報の蓄積と、空間−時間情報に基づいたナビゲーションを制御する。
【００１２】
空間−時間情報生成部１１１は、認知記憶情報である空間−時間情報を生成する機能ブロックであり、画像認識部１０１からの検知信号と固有移動指示部１０３からの入力に基づいて、あるランドマークから移動を開始してから、他のランドマークが検知されるまでの移動指示の履歴を、空間−時間情報として空間−時間情報保持部１１２に記録させる。
この空間−時間情報保持部１１２は、具体的にはＨＤ等の記録装置であり、空間−時間情報生成部１１１が生成した空間−時間情報が記録される。空間−時間情報保持部１１２では、複数の空間−時間情報が記録される場合には、空間−時間情報生成部１１１により生成された順番と対応付けて管理される。また、空間−時間情報保持部１１２に記録されている空間−時間情報は、リセットボタン１４が押下された場合に消去される。
【００１３】
図４は、空間−時間情報のデータ構造を示す図である。空間−時間情報は、始点及び終点のランドマークを示す情報と、移動指示の履歴とからなる。各空間−時間情報に含まれる移動指示の数は、始点のランドマークから終点のランドマークまで移動体が移動する間に、固有移動指示部１０３が進行方向α、速度ｖを変更した回数と同数である。ここで進行方向αは、北を０°として時計回りに値を増加させた方位角を用いる。移動指示のうち前進を指示したものは、速度ｖと、一定の値の速度ｖが継続して空間−時間情報生成部１１１に入力された時間とを対応付けて記録される。
【００１４】
誘導移動指示部１１３は、探索指示ボタン１３がＯＦＦ状態にある時（以下、誘導モード）に、移動目標セレクタ１５により選択された移動目標のランドマークまで移動体１を誘導するように進行方向α、速度ｖを設定した移動指示を出力する。
選択部１１４は、徘徊モード時には固有移動指示部１０３が出力する移動指示を、誘導モード時には誘導移動指示部１１３が出力する移動指示を運転部１０７へ出力する。
【００１５】
図２の切替部１０６は、タイマ及び単極単投スイッチからなり、障害物検出部１０２から障害物検知信号が出力された場合に、運転部１０７へ入力する進行方向α、速度ｖを、タイマＴに設定されている所定時間の間、時系列処理部１０５が出力されるものから、障害物回避指示部１０４が出力するものへ切り替える。
運転部１０７は、障害物検出部１０２、または時系列処理部１０５から出力される移動指示に基づいて、車輪を駆動させ移動体を移動させる機能ブロックである。
【００１６】
方位センサ１０８は磁気コンパスであり、移動体１の進路の方位を取得する。
以上が移動体１の構成についての説明である。
次に、上述のように構成された移動体１の動作について説明する。先ず、徘徊モードにおける各機能ブロックの動作を説明する。
図５は、徘徊モードにおける固有移動指示部１０３の処理の流れを示すフローチャートである。
【００１７】
固有移動指示部１０３は、徘徊モードが設定されている期間（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１〜ステップＳ１５のループ処理を繰り返し実行する。
ステップＳ１２の処理では、固有移動指示部１０３は進行方向αを決定し、方向転換を指示する移動指示を出力する。続いて継続時間ｔを決定した後（ステップＳ１３）、速度ｖを決定して前進を指示する移動指示を出力する（ステップＳ１４）。その後、ステップＳ１３で決定した継続時間ｔが経過するか、画像認識部１０１から何れかのランドマークが検知された検知信号が出力されるまで、前進を指示する移動指示の出力を継続し、継続時間ｔが経過、若しくは、検知信号が出力された場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１から処理を繰り返す。以上の処理により、徘徊モードでは、固有移動指示部１０３から方向転換と前進とを指示する移動指示が交互に出力される。
【００１８】
図６は、徘徊モードにおける空間−時間情報生成部１１１の処理の流れを示すフローチャートである。
空間−時間情報生成部１１１は、徘徊モードが設定されている期間（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、ステップＳ２１〜ステップＳ２７のループ処理を繰り返し実行する。
空間−時間情報生成部１１１は、先ず、ステップＳ２２にて画像認識部１０１から何れかのランドマークが検知された検知信号が出力されるのを待ち受け、検知信号が出力されると（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、受け付けた検知信号により示されるランドマークを始点に登録した空間−時間情報を生成する（ステップＳ２３）。
【００１９】
その後、次のランドマークが検知されたことを示す検知信号を画像認識部１０１から受けうけるまで、ステップＳ２４〜ステップＳ２６のループ処理を繰り返して、その期間中に固有移動指示部１０３から出力される移動指示を、空間−時間情報へ順に登録する（ステップＳ２４、２５）。
次のランドマークが検知された検知信号が出力されると（ステップＳ２６：Ｙｅｓ）、空間−時間情報生成部１１１は、この検知されたランドマークを空間−時間情報の終点に登録し、この空間−時間情報を空間−時間情報保持部１１２へ記録する（ステップＳ２７）。以上の処理により、移動体１が２つのランドマーク間を移動する間に出力された移動指示の履歴が空間−時間情報として蓄積される。
【００２０】
次に、誘導モードにおける誘導移動指示部１１３の動作を説明する。
図７は、誘導移動指示部１１３の処理の流れを示すフローチャートである。
誘導移動指示部１１３は、誘導モードが設定されると（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）、画像認識部１０１からの検知信号に基づいて、現在何れかのランドマークが検知されているか否かを判定する（ステップＳ３２）。
【００２１】
現在何れのランドマークも検知されていない場合には（ステップＳ３２：Ｎｏ）、固有移動指示部１０３に移動指示を出力させる（ステップＳ３３）。その後、何らかのランドマークが検知されるまで、ステップＳ３１〜ステップＳ３３の処理が繰り返し実行される。
ステップＳ３２の判定で、現在何れかのランドマークが検知されていると判定された場合には（ステップＳ３２：Ｙｅｓ）、空間−時間情報保持部１１２に蓄積されている複数の空間−時間情報のうち、始点及び終点の何れかが、移動目標セレクタ１５により選択されているランドマーク（以下、移動目標という）と一致するものを選択する（ステップＳ３４）。
【００２２】
次に、空間−時間情報保持部１１２に記録されている空間−時間情報のうち、ステップＳ３４で選択したものより前、もしくは後に記録された空間−時間情報に、始点及び終点の何れかが現在検知されているランドマークと一致するものがあるか否かを判定する（ステップＳ３５、ステップＳ３６）。
ステップＳ３４で選択したものより前に、始点及び終点の何れかが現在検知されているランドマークと一致する空間−時間情報が記録されていた場合には（ステップＳ３５：Ｙｅｓ）、ステップＳ３７及びステップＳ３８の処理が実行される。
【００２３】
ステップＳ３７の処理では、ステップＳ３５で検出された現在位置のランドマークを含む空間−時間情報からステップＳ３４で選択した移動目標を含む空間−時間情報までの間に記録されている空間−時間情報のうち、移動経路が重複している区間に相当する空間−時間情報を除外したものを読み出し対象に選択する。ステップＳ３８の処理では、重複区間を除外した後の読み出し対象の空間−時間情報を、空間−時間情報保持部１１２に記録されている順に読出し、それぞれの空間−時間情報に登録されている移動指示を、空間−時間情報に登録されている順に運転部１０７へ出力する。このとき、前進を指示する移動指示については、空間−時間情報に記録されている速度ｖの値を、空間−時間情報に記録されている時間ｔの期間、出力する。
【００２４】
ステップＳ３４で選択したものより後に、始点及び終点の何れかが現在検知されているランドマークと一致する空間−時間情報が記録されていた場合には（ステップＳ３６：Ｙｅｓ）、ステップＳ３９及びステップＳ４０の処理が実行される。
ステップＳ３９の処理では、ステップＳ３４で選択した移動目標を含む空間−時間情報からステップＳ３６で検出された現在位置のランドマークを含む空間−時間情報までの間に記録されている空間−時間情報のうち、移動経路が重複している区間に相当する空間−時間情報を除外したものを読み出し対象に選択する。ステップＳ４０の処理では、重複区間を除外した後の読み出し対象の空間−時間情報を、空間−時間情報保持部１１２に記録されている順と逆の順番で読出し、読み出した空間−時間情報に登録されている移動指示を、移動経路を遡るように運転部１０７へ出力する。
【００２５】
空間−時間情報に登録されている移動指示を、移動経路を遡るように移動指示を出力するとは、具体的には、空間−時間情報に登録されている移動指示を、２ｎ−１番目、２ｎ番目、２ｎ−３番目、２ｎ−２番目、・・・３番目、４番目、１番目、２番目の順に移動指示を出力する。ここで、本実施形態において、空間−時間情報に奇数番目に登録されている移動指示は、方向転換を指示するものであり、偶数番目に登録されている移動履歴は、前進を指示するものである。また、このとき、誘導移動指示部１１３は、移動指示のうち方向転換を指示するものについては、空間−時間情報に登録されている進行方向αの向きを１８０°変えた値を設定して出力し、前進を指示するものについては、空間−時間情報に記録されている速度ｖのそのまま値を、空間−時間情報に記録されている時間ｔの期間、出力する。
【００２６】
以上の処理により、現在検知されているランドマークから、移動目標セレクタ１５により選択されているランドマークまで移動体１を誘導するように進行方向α、速度ｖを設定した移動指示が出力される。
以下に、上述のように構成された移動体１の動作例を、図８〜１０を用いて説明する。
先ず、徘徊モードが設定されると移動体１は、固有移動指示部１０３が値をランダムに設定して出力した移動指示に基づいて探索空間内を徘徊する。図８（ａ）は、徘徊モードが設定された移動体１の移動軌跡の一例を示す図である。図８（ａ）の例では、移動体１は、固有移動指示部１０３がランダムに出力する移動指示に基づいて“ＳＴＡＲＴ”の位置からＰ１、Ｐ２、Ｐ３、及びＰ４を経由して“ＳＴＯＰ”の位置まで移動する。
【００２７】
この移動中に、画像認識部１０１では、Ｐ１の位置で緑色（Ｇ）のランドマーク、Ｐ２及びＰ３の位置で青色（Ｂ）のランドマーク、Ｐ４の位置で黄色（Ｙ）のランドマークを検知して検知信号を出力する。この結果、図８（ａ）に示すように移動体１が移動する間に、空間−時間情報保持部１１２には、図９に示す空間−時間情報がｄ１〜ｄ３の順に記録される。ｄ１の空間−時間情報は、移動体１がＰ１の位置からＰ２の位置へ移動する間に生成される空間−時間情報であり、ｄ２は移動体１がＰ２からＰ３へ移動する間に生成されるものであり、ｄ３は移動体１がＰ３からＰ４へ移動する間に生成されるものである。これらｄ１〜ｄ３の空間−時間情報に含まれる移動指示の履歴には、始点のランドマークにおける方向転換を指示する移動指示が先頭に登録され、前進を指示する移動指示であって、この移動指示に基づく移動の結果、終点のランドマークが検知される位置に達するものが履歴の末尾に登録されている。また、移動体１が“ＳＴＯＰ”の位置にきた時点で、空間−時間情報生成部１１１では、ｄ４の状態の空間−時間情報が生成途中で保持されている。このｄ４の空間−時間情報は終点が未登録である。
【００２８】
次に、図８（ａ）の“ＳＴＯＰ”の位置にきたときに動作モードが徘徊モードから誘導モードに切り替えられた場合の移動体１の動作について説明する。
移動体１は、誘導モードに切り替えられると、移動目標セレクタ１５により設定された移動目標への移動を開始する。ただし、誘導モードに切り替えられた位置で、移動体１の周囲に何れのランドマークも検知されていない場合、移動体１は、誘導モードへの切換え後も固有移動指示部１０３が出力する移動指示に基づく移動を継続し、何れかのランドマークが検知された時点から、そのランドマークを起点として誘導移動指示部１１３による誘導に基づいた移動を開始する。
【００２９】
ここでは先ず、移動目標セレクタ１５により移動目標として黄色のランドマークが指定されている場合の動作について説明する。
図８（ｂ）は誘導モード時に移動目標として黄色のランドマークが指定された場合の移動軌跡の一例を示す図である。図８（ｂ）の例では、誘導モードへの切換え後、固有移動指示部１０３が出力するランダムな移動指示に基づくいて、誘導モードに切り替えられた位置から青色のランドマーク近傍のＰ５の位置へ移動する。
【００３０】
その後、Ｐ５の位置において誘導移動指示部１１３が空間−時間情報保持部１１２に記録されている空間−時間情報を検索し、現在位置で検知されている青色のランドマークから移動目標である黄色のランドマークへの移動の履歴であるｄ３の空間−時間情報を検出し、ｄ３の空間−時間情報に登録されている移動指示に従って、図１０（ａ）に示すように、移動指示を１〜４の順に出力する。この結果、移動体１は、Ｐ５の位置から黄色のランドマークの近傍まで移動する。
【００３１】
次に、図８（ａ）の“ＳＴＯＰ”の位置で、移動目標セレクタ１５により移動目標として緑色のランドマークが指定されている場合の動作について説明する。
図８（ｃ）は誘導モード時に移動目標として緑色のランドマークが指定された場合の移動軌跡の一例を示す図である。先ず、移動体１は、図８（ｂ）の例と同様に、固有移動指示部１０３が出力するランダムな移動指示に基づいて、誘導モードに切り替えられた位置から青色のランドマーク近傍のＰ５の位置へ移動する。
【００３２】
その後、Ｐ５の位置において誘導移動指示部１１３が空間−時間情報保持部１１２に記録されている空間−時間情報を検索し、移動目標である緑色のランドマークから現在位置で検知されている青色のランドマークへの移動の履歴であるｄ１の空間−時間情報を検出する。検出されたｄ１の空間−時間情報は、移動目標から現在位置への移動の経験に基づいて記録された情報であるため、誘導移動指示部１１３は、ｄ１の移動経路を遡るように、図１０（ｂ）の１〜４の順に移動指示を出力する。ここで、図１０（ｂ）の１の移動指示は、ｄ１に含まれる移動指示３の進行方向を１８０°逆に設定したものであり、図１０（ｂ）の２の移動指示は、ｄ１に含まれる移動指示４に基づいたものであり、図１０（ｂ）の３の移動指示は、ｄ１に含まれる移動指示１の進行方向を１８０°逆に設定したものであり、図１０（ｂ）の４の移動指示は、ｄ１に含まれる移動指示２に基づいたものである。これらの移動指示に基づいて、移動体１は、Ｐ５の位置から緑色のランドマークの近傍まで移動する。
【００３３】
以上、本実施形態によれば、人間が実空間における空間−時間的経験を、認知記憶情報に変換して記憶し、認知記憶情報に基づいて移動経路を決定するする能力を模擬的に再現することが出来る。
尚、本実施形態では、誘導モードで移動体の周囲にランドマークが検知されていない状態であれば、固有移動指示部１０３にランダムな移動指示を出力させて、何れかのランドマークが検知されるまで移動することで、誘導の起点となるランドマークへ移動するとした。このような構成によれば、空間−時間情報を蓄積した後の移動体を、誘導モードに設定して探索空間内の任意の位置に置いた場合にも、移動目標へ移動が可能であるという特徴がある。
【００３４】
しかし、徘徊モードでの移動の途中に探索指示ボタン１３、及び移動目標セレクタ１５を操作して誘導モードに切り替える場合には、徘徊モードでの移動により直前に通過したランドマークへ引き返すことで、固有移動指示部１０３が出力する移動指示に基づいたランダムな移動の必要が無く、より確実に移動目標へ移動することができる。
図８（ｄ）は、徘徊モードでの移動の途中で誘導モードに切り替えられた時に、周囲にランドマークが検知されない場合、直前に通過したランドマークへ引き返してから移動目標へ移動する変形例の移動軌跡を示す図である。ここでは、緑色のランドマークが移動目標に設定されているものとする。
【００３５】
このような変形例では、誘導モードに切り替えられた時に、移動体の周囲にランドマークが検知されていない状態であれば、誘導移動指示部１１３は、先ず、図９（ｄ）に示す空間−時間情報生成部１１１が生成中のｄ４の空間−時間情報に基づいて、ｄ４の移動経路を遡るように、図１０（ｃ）の１、２の移動指示を出力する。図１０（ｃ）の１の移動指示は、ｄ４に含まれる移動指示１の進行方向を１８０°逆に設定したものであり、図１０（ｃ）の２の移動指示は、ｄ４に含まれる移動指示２に基づいたものである。この２つの移動指示に基づいて、変形例に係る移動体は、黄色のランドマークの近傍へ移動することができる。
【００３６】
その後、黄色のランドマークの近傍位置において誘導移動指示部１１３が空間−時間情報保持部１１２に記録されている空間−時間情報を検索し、青色のランドマークから現在位置で検知されている黄色のランドマークへの移動の履歴であるｄ３の空間−時間情報、及び、移動目標である緑色のランドマークから青色のランドマークへの移動の履歴であるｄ１の空間−時間情報を順に読み出す。
【００３７】
誘導移動指示部１１３は、これら読み出した、空間−時間情報に基づいて、ｄ３の移動経路を遡るように、図１０（ｃ）の３〜６の順に移動指示を出力し、続いて、ｄ１の移動経路を遡るように、図１０（ｃ）の７〜１０の順に移動指示を出力する。これらの移動指示に基づいて、移動体１は、黄色のランドマークの近傍から緑色のランドマークの近傍まで移動する。
【００３８】
ここでｄ１の終点、及びｄ３の始点が共に青色のランドマークであるため、ｄ１及びｄ３の間に記録されている空間−時間情報、即ちｄ２の空間−時間情報は、移動経路が重複した区間に相当する空間−時間情報であるとして、誘導移動指示部１１３による読み出し対象から除外されている。
（その他の変形例）
本発明を上記の実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施形態に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。
【００３９】
（１）本発明は、各実施形態で説明したフローチャートの処理手順が開示するコンテンツの記録方法であるとしてもよい。また、前記処理手順でコンピュータを動作させるプログラムコードを含むコンピュータプログラムであるとしてもよいし、前記コンピュータプログラムからなるデジタル信号であるとしてもよい。
また、本発明は、前記コンピュータプログラム又は前記デジタル信号をコンピュータ読み取り可能な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）、半導体メモリなど、に記録したものとしてもよい。
【００４０】
また、本発明は、前記コンピュータプログラム又は前記デジタル信号を、電気通信回線、無線又は有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク等を経由して伝送するものとしてもよい。
また、前記コンピュータプログラム又は前記デジタル信号を前記記録媒体に記録して移送することにより、又は前記コンピュータプログラム又は前記デジタル信号を前記ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい。
【００４１】
（２）移動指示の時間変化に対応させて認知記憶情報に記録する地形特徴としては、コーン等のランドマークに限らず検知手段により検知される地形特徴であれば他のものを用いてもよい。例えば、検知手段としてカメラ及び画像認識部１０１に加えて重力センサ等を移動体に追加し、路面の傾斜角度を地形特徴としてとらえ、検知した傾斜角度の変化を移動履歴の時間変化に対応させて記録することで、本発明を適用することができる。
【００４２】
（３）検知手段の有効範囲は、移動体の大きさ及び速度から決定することができる。障害物の検知後に移動体が障害物に衝突することなくその移動を制動できる程度の距離を有効範囲とするとよい。ただし、有効範囲を広く取りすぎると、認知記憶情報として移動体からはなれたランドマークの検出も記録されるようになるため、これを用いて移動体を誘導する際に、誘導の精度が低下することになる。そこで、有効範囲の異なる複数のセンサを設け、有効範囲の広いものの検知結果を障害物の回避に用い、有効範囲の狭いものの検知結果を、認知記憶情報の蓄積及び移動体の誘導に用いるとしてもよい。これにより、障害物を適切に回避しつつ、誘導の精度を高めることができる。尚、ここで有効範囲とは、センサの検知距離、方向を示す。上記実施形態では、移動体正面に設けたカメラを認知記憶情報の蓄積及び誘導に用い、移動体側面を検知するセンサを障害物の回避に用いている。
【００４３】
（４）上記の実施形態では、移動指示の履歴はランドマークを検知した区間毎に空間−時間情報として分割して記録したが、移動指示の履歴は移動体の全ての行動を連続的に記録した１のレコードであってもよい。
（５）上記実施形態では、移動指示における進行方向の指定に、方位角を用いたが、進行方向の指定には、進行方向をそれまでの針路から変更する角度や操舵角を用いることも可能である。
【００４４】
（６）誘導モードにおける空間−時間情報の検索は移動目標側から開始しても現在位置側から開始してもよい。さらに、移動目標と現在位置との双方から空間−時間情報保持部１１２の記録内容を検索開始し、双方から同一の空間−時間情報へ達するルートを用いて移動体を誘導するとしてもよい。
（７）上記実施形態では、ランドマークが配置された平面上を水平移動する車両の誘導について説明したが、本発明は、車両に限らず、２速歩行、４速歩行等で平面上を移動する移動体に適用してもよい。更には、進行方向として水平方向及び上下方向の角度を指定する移動指示に基づいて、３次元空間内を移動する航空機等の誘導に、本発明を適用することもできる。
【００４５】
（８）上記実施形態、及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、移動体を移動目標へ誘導する技術として有用であり、特に、生物の認知地図のメカニズムを模倣して、移動体を誘導することにより、ペット用ロボット、玩具用ロボット等のナビゲーションに応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１実施形態に係る移動体１の使用形態を示す図
【図２】移動体１において探索空間の探索と移動目標への移動とを実現する構成を示す図
【図３】時系列処理部１０５の詳細な構成を示す図
【図４】空間−時間情報ＤＢのデータ構造をを示す図
【図５】固有移動指示部１０３の処理の流れを示すフローチャート
【図６】空間−時間情報生成部１１１の処理の流れを示すフローチャート
【図７】誘導移動指示部１１３の処理の流れを示すフローチャート
【図８】（ａ）は徘徊モード時の移動軌跡の一例を示す模式図 （ｂ）は誘導モード時に移動目標として黄色が指定された場合の移動軌跡の一例を示す模式図 （ｃ）は誘導モード時に移動目標として緑色が指定された場合の移動軌跡の一例を示す模式図 （ｄ）は誘導モード時に移動目標として緑色が指定された場合の変形例に係る移動軌跡を示す模式図
【図９】図８（ａ）に示す移動の結果生成される空間−時間情報を示す図
【図１０】（ａ）は移動目標として黄色が指定された場合に誘導移動指示部１１３が出力する移動指示を示す図 （ｂ）は移動目標として緑色が指定された場合に誘導移動指示部１１３が出力する移動指示を示す図 （ｃ）は移動目標として緑色が指定された場合に変形例に係る誘導移動指示部１１３が出力する移動指示を示す図
【符号の説明】
【００４８】
１ 移動体
１１ カメラ
１２ センサー
１３ 探索指示ボタン
１４ リセットボタン
１５ 移動目標セレクタ
１０１ 画像認識部
１０２ 障害物検出部
１０３ 固有移動指示部
１０４ 障害物回避指示部
１０５ 時系列処理部
１０６ 切替部
１０７ 運転部
１０８ 方位センサ
１１１ 空間−時間情報生成部
１１２ 空間−時間情報保持部
１１３ 誘導移動指示部
１１４ 選択部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
進行方向及び速度を含む移動指示に基づいて移動する移動体を誘導する誘導装置であって、
移動体の周囲の地形特徴を検知する検知手段と、
移動目標となる地形特徴の選択を受け付ける選択受付手段と、
移動目標が選択されていないときに、進行方向及び速度を時間経過に応じて変化させて移動指示を出力する徘徊移動指示手段と、
移動目標が選択されていないときに、前記移動指示の時間変化の履歴と移動中に検知された前記検知手段の検知結果とを関連付け、認知記憶情報として記録する記憶手段と、
移動目標が選択されているときに、前記検知手段により検知される地形特徴と前記認知記憶情報とに基づいて、移動体を移動目標へ誘導する移動指示を出力する誘導移動指示手段とを備えることを特徴とする誘導装置。
【請求項２】
前記誘導移動指示手段は、現在位置で検知される地形特徴と一致する地形特徴が検知された地点から前記移動目標である地形特徴が検知された地点までの区間の移動指示の履歴を、認知記憶情報から取得し、取得した履歴に示される移動指示を、当該履歴の順に出力することを特徴とする請求項１に記載の誘導装置。
【請求項３】
前記誘導移動指示手段は、前記移動目標である地形特徴が検知された地点から現在位置で検知される地形特徴と一致する地形特徴が検知された地点までの区間の移動指示の履歴を、認知記憶情報から取得し、取得した履歴に示される移動指示と進行方向が逆方向である移動指示を、当該履歴と逆の順に出力することを特徴とする請求項１に記載の誘導装置。
【請求項１】
進行方向及び速度を含む移動指示に基づいて移動する移動体を誘導する誘導装置であって、
移動体の周囲の地形特徴を検知する検知手段と、
移動目標となる地形特徴の選択を受け付ける選択受付手段と、
移動目標が選択されていないときに、進行方向及び速度を時間経過に応じて変化させて移動指示を出力する徘徊移動指示手段と、
移動目標が選択されていないときに、前記移動指示の時間変化の履歴と移動中に検知された前記検知手段の検知結果とを関連付け、認知記憶情報として記録する記憶手段と、
移動目標が選択されているときに、前記検知手段により検知される地形特徴と前記認知記憶情報とに基づいて、移動体を移動目標へ誘導する移動指示を出力する誘導移動指示手段とを備えることを特徴とする誘導装置。
【請求項２】
前記誘導移動指示手段は、現在位置で検知される地形特徴と一致する地形特徴が検知された地点から前記移動目標である地形特徴が検知された地点までの区間の移動指示の履歴を、認知記憶情報から取得し、取得した履歴に示される移動指示を、当該履歴の順に出力することを特徴とする請求項１に記載の誘導装置。
【請求項３】
前記誘導移動指示手段は、前記移動目標である地形特徴が検知された地点から現在位置で検知される地形特徴と一致する地形特徴が検知された地点までの区間の移動指示の履歴を、認知記憶情報から取得し、取得した履歴に示される移動指示と進行方向が逆方向である移動指示を、当該履歴と逆の順に出力することを特徴とする請求項１に記載の誘導装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−２１３２９３（Ｐ２００７−２１３２９３Ａ）
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２０６２（Ｐ２００６−３２０６２）
【出願日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度独立行政法人情報通信研究機構、研究テーマ「人間情報コミュニケーションの研究開発」に関する委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３９３０３１５８６）株式会社国際電気通信基礎技術研究所 (905)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度独立行政法人情報通信研究機構、研究テーマ「人間情報コミュニケーションの研究開発」に関する委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３９３０３１５８６）株式会社国際電気通信基礎技術研究所 (905)
【Ｆターム（参考）】
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