特許 7551091 自動走行システムおよび自動走行方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-06

(45)【発行日】2024-09-17

(54)【発明の名称】自動走行システムおよび自動走行方法

(51)【国際特許分類】

   G05D 1/244 20240101AFI20240909BHJP

   G05D 1/43 20240101ALI20240909BHJP

   G05D 1/228 20240101ALI20240909BHJP

   A01B 69/00 20060101ALI20240909BHJP

   G05D 1/246 20240101ALN20240909BHJP

【ＦＩ】

G05D1/244

G05D1/43

G05D1/228

A01B69/00 303L

G05D1/246

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2024085197

(22)【出願日】2024-05-24

【審査請求日】2024-05-24

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】524050970

【氏名又は名称】株式会社トクイテン

(74)【代理人】

【識別番号】100166785

【弁理士】

【氏名又は名称】大川 智也

(74)【代理人】

【識別番号】100165593

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 淳也

(72)【発明者】

【氏名】豊吉 隆一郎

(72)【発明者】

【氏名】森 裕紀

(72)【発明者】

【氏名】野々山 昭太

(72)【発明者】

【氏名】奥野 福実夫

(72)【発明者】

【氏名】菅 佑樹

(72)【発明者】

【氏名】尾形 邦裕

【審査官】尾形 元

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－２１１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２２－５４０６４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１３７３１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平８－２２１１２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｄ １／００－ １／８７

Ａ０１Ｂ ６９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

通路を走行する走行装置と、前記走行装置の走行を制御する制御部とを備え、既知である前記通路に沿って前記走行装置を自動走行させる自動走行システムであって、
前記通路における複数の所定位置の各々に、矩形の二次元領域内に特定の幾何学的形状が描画されたＡＲマーカーが配置されており、
前記走行装置は、
本体の進行方向を可変可能であり、且つ、前記進行方向に前記本体を走行させる走行駆動部と、
前記本体に設けられ、前記通路に配置された前記ＡＲマーカーを撮影可能な２Ｄカメラと、
を備え、
前記制御部は、
前記２Ｄカメラによって撮影された画像を処理することで、前記画像に含まれる少なくともいずれかの前記ＡＲマーカーを特定し、特定した前記ＡＲマーカーに対する前記走行装置の距離および方向を相対位置として取得する相対位置取得ステップと、
前記通路のマップにおける、複数の前記ＡＲマーカーの各々の配置を示すマップデータと、特定された前記ＡＲマーカーに対する前記走行装置の相対位置に基づいて、前記通路のマップ内における前記走行装置の現在位置を取得する現在位置取得ステップと、
前記現在位置取得ステップにおいて取得された前記走行装置の現在位置に基づいて前記走行駆動部の駆動を制御することで、前記走行装置を前記通路に沿って自動走行させる走行制御ステップと、
を実行し、
前記走行装置と複数の前記ＡＲマーカーを上方から見た場合に、
二次元である前記ＡＲマーカーの法線方向が、前記通路が延びる方向に対して所定の角度範囲内となるように、複数の前記ＡＲマーカーの各々が前記通路に配置されており、
前記走行装置が前記通路に沿って直進している際の、前記走行装置に設けられた前記２Ｄカメラの撮影光軸の方向と、前記走行装置が直進している前記通路に配置された前記ＡＲマーカーの法線方向が成す角度が、２５度～６５度の範囲内であることを特徴とする自動走行システム。

【請求項2】

請求項１に記載の自動走行システムであって、
前記ＡＲマーカーの法線方向が、前記通路が延びる方向に対して８０度～１００度の範囲内となるように、複数の前記ＡＲマーカーが前記通路に配置されており、
前記走行装置に設けられている前記２Ｄカメラの撮影光軸の方向が、前記走行装置から前後に延びる直進方向に対して、２５度～６５度の範囲内で傾いていることを特徴とする自動走行システム。

【請求項3】

請求項２に記載の自動走行システムであって、
前記走行装置に設けられている１つまたは複数の前記２Ｄカメラの撮影光軸の方向が、前記走行装置から前後に延びる直進方向に対して、左方および右方のいずれか一方に２５度～６５度の範囲内で傾いていることを特徴とする自動走行システム。

【請求項4】

請求項３に記載の自動走行システムであって、
前記走行装置の本体には２つの前記２Ｄカメラが設けられており、
前記走行装置から前後に延びる直進方向に対して、左方および右方の一方を撮影方向とした場合に、
一方の前記２Ｄカメラの撮影光軸の方向が、前記直進方向の前方に対して前記撮影方向側に２５度～６５度の範囲内で傾いており、
他方の前記２Ｄカメラの撮影光軸の方向が、前記直進方向の後方に対して前記撮影方向側に２５度～６５度の範囲内で傾いていることを特徴とする自動走行システム。

【請求項5】

請求項１に記載の自動走行システムであって、
前記制御部は、
前記２Ｄカメラによって撮影された画像に写る前記ＡＲマーカーの状態に基づいて、前記ＡＲマーカーに基づいて取得される前記相対位置の信頼度を算出する信頼度算出ステップをさらに実行することを特徴とする自動走行システム。

【請求項6】

請求項５に記載の自動走行システムであって、
前記制御部は、前記信頼度算出ステップにおいて、前記２Ｄカメラによって撮影された画像に写る前記ＡＲマーカーの形状が、前記２Ｄカメラの撮影光軸を前記ＡＲマーカーの法線方向に一致させた状態で撮影される形状に近い程、低い信頼度を算出することを特徴とする自動走行システム。

【請求項7】

請求項５に記載の自動走行システムであって、
二次元である前記ＡＲマーカーのうち、幾何学的特徴が形成される領域の外形が長方形状に形成されており、
前記制御部は、前記信頼度算出ステップにおいて、前記２Ｄカメラによって撮影された画像に写る前記ＡＲマーカーの前記外形の形状が平行四辺形に近い程、前記外形の形状が台形である場合に比べて低い信頼度を算出することを特徴とする自動走行システム。

【請求項8】

請求項５に記載の自動走行システムであって、
前記制御部は、前記現在位置取得ステップにおいて、
前記２Ｄカメラによって撮影された画像に含まれる前記ＡＲマーカーのうち、前記信頼度が基準を満たさない前記ＡＲマーカーに基づいて取得される情報を用いずに、前記走行装置の現在位置を取得することを特徴とする自動走行システム。

【請求項9】

請求項８に記載の自動走行システムであって、
前記制御部は、前記現在位置取得ステップにおいて、
前記２Ｄカメラによって撮影された画像に、前記信頼度が基準を満たす前記ＡＲマーカーが存在しない場合に、前記走行駆動部の駆動結果に基づいて前記走行装置の現在位置を取得することを特徴とする自動走行システム。

【請求項10】

請求項１に記載の自動走行システムであって、
前記制御部は、前記現在位置取得ステップにおいて、
複数の前記ＡＲマーカーに対して、前記走行装置の相対位置が複数取得されている場合に、取得された前記複数の相対位置に基づいて前記走行装置の現在位置を取得することを特徴とする自動走行システム。

【請求項11】

通路を走行する走行装置と、前記走行装置の走行を制御する制御部とを備え、既知である前記通路に沿って前記走行装置を自動走行させる自動走行システムによって実行される自動走行方法であって、
前記通路における複数の所定位置の各々に、矩形の二次元領域内に特定の幾何学的形状が描画されたＡＲマーカーが配置されており、
前記走行装置は、
本体の進行方向を可変可能であり、且つ、前記進行方向に前記本体を走行させる走行駆動部と、
前記本体に設けられ、前記通路に配置された前記ＡＲマーカーを撮影可能な２Ｄカメラと、
を備え、
前記自動走行方法は、
前記２Ｄカメラによって撮影された画像を処理することで、前記画像に含まれる少なくともいずれかの前記ＡＲマーカーを特定し、特定した前記ＡＲマーカーに対する前記走行装置の距離および方向を相対位置として取得する相対位置取得ステップと、
前記通路のマップにおける、複数の前記ＡＲマーカーの各々の配置を示すマップデータと、特定された前記ＡＲマーカーに対する前記走行装置の相対位置に基づいて、前記通路のマップ内における前記走行装置の現在位置を取得する現在位置取得ステップと、
前記現在位置取得ステップにおいて取得された前記走行装置の現在位置に基づいて前記走行駆動部の駆動を制御することで、前記走行装置を前記通路に沿って自動走行させる走行制御ステップと、
を含み、
前記走行装置と複数の前記ＡＲマーカーを上方から見た場合に、
二次元である前記ＡＲマーカーの法線方向が、前記通路が延びる方向に対して所定の角度範囲内となるように、複数の前記ＡＲマーカーの各々が前記通路に配置されており、
前記走行装置が前記通路に沿って直進している際の、前記走行装置に設けられた前記２Ｄカメラの撮影光軸の方向と、前記走行装置が直進している前記通路に配置された前記ＡＲマーカーの法線方向が成す角度が、２５度～６５度の範囲内であることを特徴とする自動走行方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、既知である通路に沿って走行装置を自動走行させる自動走行システム、および、自動走行システムにおいて実行される自動走行方法に関する。

【背景技術】

【0002】

走行装置を通路に沿って自動走行させるための技術が知られている。例えば、特許文献１に記載の自動走行装置は、走行案内線の隣接箇所に予め付されているマークを撮影画像に基づいて検出し、検出結果に基づいて、走行案内線に沿って走行する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１１１５５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本願発明の発明者は、既知である通路に沿って、簡易な処理で適切に走行装置を自動走行させるための技術について誠意検討を行った。まず、既知である通路のマップのデータのみに基づいて、走行装置を走行させる距離および方向を制御することで、走行装置を自動走行させる方法が考えられる。しかし、この場合、通路が設置されている環境が僅かに変化しただけでも適切な自動走行を実現できない可能性が高くなる。例えば、農作物の栽培場に設置された通路に沿って走行装置を自動走行させる場合等には、農作物の生育、収穫、土壌の変化等に伴って環境が変化するので、通路のマップだけを用いても適切な自動走行は困難である。従って、走行装置の現在位置が適切に把握されることが望ましい。

【0005】

ここで、ＧＰＳ等を利用すると、特に狭い領域内で走行装置を自動走行させる場合等に、現在位置の正確性が低下し易い。また、建物内およびビニールハウス内等、ＧＰＳ等を利用できない場所も存在する。そこで、本願発明の発明者は、通路における所定位置にマーカーを設置し、設置されたマーカーに対する走行装置の相対位置を計測することで、走行装置の現在位置を把握する方法について検討した。走行装置に３Ｄカメラ（三次元カメラ）を設置し、３Ｄカメラによるマーカーの撮影画像を処理すれば、マーカーに対する走行装置の相対位置を計測することは可能である。しかし、３Ｄカメラは高価であり、且つ、３Ｄカメラによる撮影画像を処理するためには莫大な処理負担がかかる。よって、処理負担等の増加を抑制するためには、２Ｄカメラを用いることが望ましい。一方で、単にマーカーと２Ｄカメラを用いるのみでは、マーカーに対する走行装置の相対位置の計測精度が低下してしまうことが新たに判明した。

【0006】

本開示の典型的な目的は、既知である通路に沿って、簡易な処理で適切に走行装置を自動走行させることが可能な自動走行システムおよび自動走行方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示における典型的な実施形態が提供する自動走行システムは、通路を走行する走行装置と、前記走行装置の走行を制御する制御部とを備え、既知である前記通路に沿って前記走行装置を自動走行させる自動走行システムであって、前記通路における複数の所定位置の各々に、矩形の二次元領域内に特定の幾何学的形状が描画されたＡＲマーカーが配置されており、前記走行装置は、本体の進行方向を可変可能であり、且つ、前記進行方向に前記本体を走行させる走行駆動部と、前記本体に設けられ、前記通路に配置された前記ＡＲマーカーを撮影可能な２Ｄカメラと、を備え、前記制御部は、前記２Ｄカメラによって撮影された画像を処理することで、前記画像に含まれる少なくともいずれかの前記ＡＲマーカーを特定し、特定した前記ＡＲマーカーに対する前記走行装置の距離および方向を相対位置として取得する相対位置取得ステップと、前記通路のマップにおける、複数の前記ＡＲマーカーの各々の配置を示すマップデータと、特定された前記ＡＲマーカーに対する前記走行装置の相対位置に基づいて、前記通路のマップ内における前記走行装置の現在位置を取得する現在位置取得ステップと、前記現在位置取得ステップにおいて取得された前記走行装置の現在位置に基づいて前記走行駆動部の駆動を制御することで、前記走行装置を前記通路に沿って自動走行させる走行制御ステップと、を実行し、前記走行装置と複数の前記ＡＲマーカーを上方から見た場合に、二次元である前記ＡＲマーカーの法線方向が、前記通路が延びる方向に対して所定の角度範囲内となるように、複数の前記ＡＲマーカーの各々が前記通路に配置されており、前記走行装置が前記通路に沿って直進している際の、前記走行装置に設けられた前記２Ｄカメラの撮影光軸の方向と、前記走行装置が直進している前記通路に配置された前記ＡＲマーカーの法線方向が成す角度が、２５度～６５度の範囲内である。

【0008】

本開示における典型的な実施形態が提供する自動走行方法は、通路を走行する走行装置と、前記走行装置の走行を制御する制御部とを備え、既知である前記通路に沿って前記走行装置を自動走行させる自動走行システムによって実行される自動走行方法であって、前記通路における複数の所定位置の各々に、矩形の二次元領域内に特定の幾何学的形状が描画されたＡＲマーカーが配置されており、前記走行装置は、本体の進行方向を可変可能であり、且つ、前記進行方向に前記本体を走行させる走行駆動部と、前記本体に設けられ、前記通路に配置された前記ＡＲマーカーを撮影可能な２Ｄカメラと、を備え、前記自動走行方法は、前記２Ｄカメラによって撮影された画像を処理することで、前記画像に含まれる少なくともいずれかの前記ＡＲマーカーを特定し、特定した前記ＡＲマーカーに対する前記走行装置の距離および方向を相対位置として取得する相対位置取得ステップと、前記通路のマップにおける、複数の前記ＡＲマーカーの各々の配置を示すマップデータと、特定された前記ＡＲマーカーに対する前記走行装置の相対位置に基づいて、前記通路のマップ内における前記走行装置の現在位置を取得する現在位置取得ステップと、前記現在位置取得ステップにおいて取得された前記走行装置の現在位置に基づいて前記走行駆動部の駆動を制御することで、前記走行装置を前記通路に沿って自動走行させる走行制御ステップと、を含み、前記走行装置と複数の前記ＡＲマーカーを上方から見た場合に、二次元である前記ＡＲマーカーの法線方向が、前記通路が延びる方向に対して所定の角度範囲内となるように、複数の前記ＡＲマーカーの各々が前記通路に配置されており、前記走行装置が前記通路に沿って直進している際の、前記走行装置に設けられた前記２Ｄカメラの撮影光軸の方向と、前記走行装置が直進している前記通路に配置された前記ＡＲマーカーの法線方向が成す角度が、２５度～６５度の範囲内である。

【0009】

本開示に係る自動走行システムおよび自動走行方法によると、既知である通路に沿って、簡易な処理で適切に走行装置が自動走行される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】走行装置１を左斜め上方から見た斜視図である。

【図2】自動走行システム１０の電気的構成を示すブロック図である。

【図3】マーカー３０が設置された既知の通路１００を、走行装置１が自動走行している状態を上方から見た模式図である。

【図4】二次元のマーカー３０の１つを正面（法線方向）から見た図である。

【図5】図４に示すマーカー３０を左斜め前方から見た場合の模式図である。

【図6】メイン通路１０１から分岐通路１０２に侵入する直前の走行装置１を上方から見た模式図である。

【図7】メイン通路１０１から分岐通路１０２への侵入を開始した走行装置１を上方から見た模式図である。

【図8】メイン通路１０１から分岐通路１０２に侵入した後の走行装置１を上方から見た模式図である。

【図9】マーカー３０を法線方向ＮＤに対して直交する水平方向からマーカー３０を見た場合の、法線方向ＮＤと２Ｄカメラ５の撮影光軸Ｏの関係を模式的に示す図である。

【図10】自動走行システム１０の制御部が実行する自動走行制御処理のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

＜概要＞
本開示で例示する自動走行システムは、通路を走行する走行装置と、走行装置の走行を制御する制御部とを備え、既知である通路に沿って走行装置を自動走行させる。本開示の自動走行方法は、自動走行システムによって実行される。通路における複数の所定位置の各々に、特定の幾何学的特徴を有する二次元のマーカーが予め配置されている。走行装置は、走行駆動部と２Ｄカメラ（例えば、単眼の二次元カメラ等）を備える。走行駆動部は、走行装置の本体の進行方向を可変可能であり、且つ、進行方向に本体を走行させる。２Ｄカメラは、走行装置の本体に設けられており、通路に配置されたマーカーを撮影することができる。制御部は、相対位置取得ステップ、現在位置取得ステップ、および自動走行ステップを実行する。相対位置取得ステップでは、制御部は、２Ｄカメラによって撮影された画像を処理することで、画像に含まれる少なくともいずれかのマーカーを特定し、特定したマーカーに対する走行装置の距離および方向を相対位置として取得する。現在位置取得ステップでは、制御部は、通路のマップにおける、複数のマーカーの各々の配置を示すマップデータと、特定されたマーカーに対する走行装置の相対位置に基づいて、通路のマップ内における走行装置の現在位置を取得する。走行制御ステップでは、制御部は、現在位置取得ステップにおいて取得された走行装置の現在位置に基づいて走行駆動部の駆動を制御することで、走行装置を通路に沿って自動走行させる。

【0012】

走行装置と複数のマーカーを上方から見た場合に、二次元であるマーカーの法線方向が、通路が延びる方向に対して所定の角度範囲内となるように、複数のマーカーの各々が通路に配置されている。走行装置が通路に沿って直進している際の、走行装置に設けられた２Ｄカメラの撮影光軸の方向と、走行装置が直進している通路に配置されたマーカーの法線方向が成す角度が、２５度～６５度の範囲内である。

【0013】

本開示の自動走行システムによると、通路の所定位置に配置されたマーカーが、走行装置に設置された２Ｄカメラによって撮影されることで、走行装置の現在位置が適切に取得される。取得された走行装置の現在位置に基づいて、走行装置が通路に沿って高い精度で自動走行される。よって、通路が設置されている環境の変化の影響を受けづらく、且つ、３Ｄカメラ等を用いる場合に比べて処理負担も増加し難い。さらに、本願発明者は、二次元であるマーカーの法線方向と、２Ｄカメラの撮影光軸が平行となっている場合（例えば、２Ｄカメラがマーカーを正面から撮影する場合等）には、マーカーに対する２Ｄカメラの相対位置（特に、方向）の計測精度が低下し易くなるという知見を得た。これは、マーカーの法線方向と２Ｄカメラの撮影光軸が平行となっていると、二次元の画像に基づいて検出されるマーカーの法線方向が、実際の法線方向とは真逆の方向として検出されてしまう現象が生じることが原因であると考えられる。本開示の自動走行システムでは、走行装置が通路に沿って直進している際に、走行装置の２Ｄカメラの撮影光軸の方向と、通路に配置されたマーカーの法線方向が成す角度が２５度～６５度の範囲内となるように、２Ｄカメラとマーカーが配置されている。その結果、マーカーの法線方向と、２Ｄカメラの撮影光軸が平行となる頻度が低下する。よって、マーカーに対する２Ｄカメラ（走行装置）の相対位置が、２Ｄカメラによって撮影された画像に基づいて、処理負担の増加を抑制しつつ高い精度で計測される。

【0014】

画像を処理することで、画像に含まれるマーカーに対する走行装置の相対位置を取得するための具体的な方法は、適宜選択できる。例えば、制御部は、２Ｄカメラによって撮影された画像においてマーカーが写る位置（例えば、画像の座標系におけるマーカーの位置等）と、画像に写るマーカーの向き（例えば、マーカーの形状等）に基づいて、マーカーに対する走行装置の方向（例えば、走行装置から見た場合のマーカーの方向等）を取得してもよい。また、制御部は、２Ｄカメラによって撮影された画像に写るマーカーの大きさに基づいて、マーカーに対する走行装置の距離（マーカーと走行装置の間の距離）を取得してもよい。

【0015】

マーカーには種々のマーカーを利用できる。例えば、矩形の二次元領域内に幾何学的形状が描画されたＡＲマーカーが、通路に配置されていてもよい。この場合、２Ｄカメラによって撮影された画像が処理されることで、ＡＲマーカーに対する２Ｄカメラの相対位置が適切に計測され易くなる。なお、複数のマーカーの各々に付されている幾何学的特徴は、マーカー毎に固有であってもよい。この場合、制御部は、２Ｄカメラによって撮影された画像に写るマーカーが、複数のマーカーのうちのいずれであるかを適切に特定することができる。

【0016】

制御部の構成も適宜選択できる。例えば、自動走行システムは、走行装置と制御装置（例えば、パーソナルコンピュータ、またはサーバ等）を備えていてもよい。走行装置と制御装置は、無線通信等によって通信接続されていてもよい。制御装置のコントローラが、走行装置の自動走行を制御するための相対位置取得ステップ、現在位置取得ステップ、および走行制御ステップを実行する制御部として機能してもよい。また、制御装置のコントローラと、走行装置のコントローラが協働して、相対位置取得ステップ、現在位置取得ステップ、および走行制御ステップを実行してもよい。この場合、走行装置のコントローラの処理能力を向上させなくても、制御の少なくとも一部が制御装置のコントローラによって実行されることで、走行装置が適切に自動走行される。また、走行装置のコントローラが単独で、相対位置取得ステップ、現在位置取得ステップ、および走行制御ステップを実行してもよい。この場合、自動走行システムは制御装置を備えていなくてもよい。

【0017】

マーカーの法線方向が、通路が延びる方向に対して８０度～１００度の範囲内となるように、複数のマーカーが通路に配置されていてもよい。走行装置に設けられている２Ｄカメラの撮影光軸の方向が、走行装置から前後に延びる直進方向に対して、２５度～６５度の範囲内で傾いていてもよい。

【0018】

この場合、二次元のマーカーの平面方向が、通路が延びる方向に沿うように（つまり、マーカーの法線方向が通路の中央に向けて直交するように）配置されればよいので、マーカーの設置が容易になる。さらに、マーカーの平面方向が、通路が延びる方向に対して傾いている場合とは異なり、走行装置の２Ｄカメラは、マーカーよりも進行方向の手前側からマーカーを撮影することもでき、且つ、マーカーよりも進行方向の奥側からマーカーを撮影することもできる。よって、マーカーに対する走行装置の相対位置が、より高い精度で取得され易くなる。

【0019】

なお、本開示における「直進方向」とは、走行装置が前方に直進する方向だけでなく、走行装置が後方に直進する方向も含む。つまり、本開示における「直進方向」は、走行装置が曲がらずに前後に直進する際の前後方向を示す。また、走行装置に複数の２Ｄカメラが設けられる場合、少なくとも１つの２Ｄカメラの撮影光軸が、直進方向に対して２５度～６５度の範囲内で傾いていれば、走行装置の現在位置は高い精度で計測される。

【0020】

走行装置に設けられている１つまたは複数の２Ｄカメラの撮影光軸の方向が、走行装置から前後に延びる直進方向に対して、左方および右方のいずれか一方に２５度～６５度の範囲内で傾いていてもよい。

【0021】

この場合、走行装置の左方および右方のうち、いずれか一方のマーカーが２Ｄカメラによって撮影される。本開示の自動走行システムによると、マーカーに対する走行装置の距離および方向（相対位置）に基づいて走行装置の現在位置が取得されるので、走行装置の左右両方のマーカーが２Ｄカメラによって撮影されなくても、走行装置の現在位置は適切に取得される。また、走行装置の左方および右方のうちの一方のみを撮影する場合には、左右両方を撮影する場合に比べて、走行装置に設置する２Ｄカメラの数を減らすことができる。よって、より簡易な構成および処理で走行装置の自動走行が実現される。

【0022】

走行装置の本体には、２つの２Ｄカメラが設けられていてもよい。ここで、走行装置から前後に延びる直進方向に対して、左方および右方の一方を撮影方向とする。一方の２Ｄカメラの撮影光軸の方向が、直進方向の前方に対して撮影方向側に２５度～６５度の範囲内で傾いていてもよい。他方の２Ｄカメラの撮影光軸の方向が、直進方向の後方に対して撮影方向側に２５度～６５度の範囲内で傾いていてもよい。

【0023】

この場合、走行装置の左方および右方のうちの一方のみを撮影することで、走行装置に設置する２Ｄカメラの数、および処理負担が増加することが、適切に抑制される。さらに、走行装置の左斜め前方と左斜め後方、もしくは、右斜め前方と右斜め後方が２Ｄカメラによって撮影されることで、通路に沿う方向における走行装置の現在位置が、より高い精度で取得される。よって、走行装置の自動走行がより適切に行われ易くなる。

【0024】

ただし、走行装置の本体に対する２Ｄカメラの具体的な設置方法を変更することも可能である。例えば、２つの２Ｄカメラを走行装置に設ける場合に、一方の２Ｄカメラの撮影光軸の方向を、進行方向に対して右側に２５度～６５度の範囲内で傾けると共に、他方の２Ｄカメラの撮影光軸の方向を、進行方向に対して左側に２５度～６５度の範囲内で傾けてもよい。この場合でも、２Ｄカメラによってマーカーが撮影されることで、走行装置の自動走行が適切に制御される。また、走行装置に設置する２Ｄカメラの数は、１つでもよいし３つ以上でもよい。

【0025】

また、通路に対するマーカーの設置角度と、走行装置に対する２Ｄカメラの設置角度を変更することも可能である。例えば、走行装置に設けられている２Ｄカメラの撮影光軸の方向が、走行装置から前後に延びる直進方向に対して平行、または９０度となっていてもよい。マーカーの法線方向が、通路が延びる方向に対して、２５度～６５度の範囲内で傾いていてもよい。この場合でも、マーカーの法線方向と、２Ｄカメラの撮影光軸が平行となる頻度が低下する。よって、マーカーに対する２Ｄカメラ（走行装置）の相対位置が、処理負担の増加を抑制しつつ高い精度で計測される。

【0026】

制御部は、２Ｄカメラによって撮影された画像に写るマーカーの状態に基づいて、マーカーに基づいて取得される相対位置の信頼度を算出する信頼度算出ステップをさらに実行してもよい。この場合、算出される信頼度に基づいて走行装置の現在位置が取得されることで、取得される現在位置の精度がさらに向上し易くなる。

【0027】

制御部は、信頼度算出ステップにおいて、２Ｄカメラによって撮影された画像に写るマーカーの形状が、２Ｄカメラの撮影光軸をマーカーの法線方向に一致させた状態（つまり、２Ｄカメラをマーカーに正対させた状態）で撮影される形状に近い程、低い信頼度を算出してもよい。

【0028】

前述したように、二次元であるマーカーの法線方向と、２Ｄカメラの撮影光軸が平行となっている場合には、マーカーに対する２Ｄカメラの相対位置の計測精度が低下し易くなる。従って、画像に写るマーカーの形状が、２Ｄカメラをマーカーに正対させた状態で撮影される形状に近い程、低い信頼度が算出されることで、信頼度が適切に算出され易くなる。

【0029】

二次元であるマーカーのうち、幾何学的特徴が形成される領域の外形が長方形状に形成されていてもよい。制御部は、信頼度算出ステップにおいて、２Ｄカメラによって撮影された画像に写るマーカーの外形の形状が平行四辺形に近い程、外形の形状が台形である場合に比べて低い信頼度を算出してもよい。

【0030】

本願発明者は、二次元の撮影画像に写るマーカーの外形の形状が平行四辺形に近い程、マーカーに対する２Ｄカメラの相対位置の計測精度が低下し易くなるという知見を得た。これは、二次元の画像に写るマーカーの外形形状が平行四辺形に近いと、検出されるマーカーの法線方向が、実際の法線方向とは真逆の方向として検出されてしまう現象が生じることが原因であると考えられる。従って、画像に写るマーカーの形状が平行四辺形に近い程、外形の形状が台形である場合に比べて低い信頼度が算出されることで、信頼度が適切に算出され易くなる。なお、平行四辺形には、内角が９０度ではない平行四辺形と、内角が９０度である長方形および正方形が共に含まれる。しかし、マーカーが平行四辺形であれば、二次元の撮影画像に写るマーカーの外形が、内角が９０度ではない平行四辺形である場合のみならず、内角が９０度である長方形および正方形である場合も、相対位置の計測制度は低下し易くなる。従って、制御部は、撮影画像に写るマーカーの外形が、内角が９０度ではない平行四辺形である場合にのみ低い信頼度を算出してもよいが、内角に関わらず、撮影画像に写るマーカーの外形が平行四辺形であれば低い信頼度を算出してもよい。

【0031】

制御部は、信頼度算出ステップにおいて、２Ｄカメラによって撮影された画像に写るマーカーの大きさが小さい程、低い信頼度を算出してもよい。画像に写るマーカーの大きさが小さいと、マーカーに対する２Ｄカメラの相対位置の計測精度が低下し易くなる。従って、画像に写るマーカーの大きさが小さい程、低い信頼度が算出されることで、信頼度が適切に算出され易くなる。

【0032】

本開示では、マーカーに基づいて取得される相対位置の信頼度を算出するための方法として、（１）二次元画像に写るマーカーが、２Ｄカメラを正対させた状態で撮影される形状に近い程、低い信頼度を算出する方法、（２）画像に写るマーカーの外形の形状が平行四辺形に近い程、低い信頼度を算出する方法、（３）画像に写るマーカーの大きさが小さい程、低い信頼度を算出する方法を例示する。制御部は、複数の方法を組み合わせることで信頼度を算出してもよい。例えば、制御部は、複数の方法の各々によって算出される信頼度に対して重み付けを行い、重みに基づいて複数の信頼度を統合することで、取得される相対位置の信頼度を算出してもよい。また、複数の方法の各々によって算出される信頼度のうち、最も低い信頼度が、相対位置の信頼度として採用されてもよい。

【0033】

制御部は、現在位置取得ステップにおいて、２Ｄカメラによって撮影された画像に含まれるマーカーのうち、信頼度が基準を満たさないマーカーに基づいて取得される情報を用いずに、走行装置の現在位置を取得してもよい。

【0034】

この場合、信頼度が基準を満たさないマーカーに対する相対位置が、走行装置の現在位置の取得に用いられないので、より高い精度で走行装置の現在位置が取得され易くなる。

【0035】

制御部は、現在位置取得ステップにおいて、２Ｄカメラによって撮影された画像に、信頼度が基準を満たすマーカーが存在しない場合に、走行駆動部の駆動結果に基づいて走行装置の現在位置を取得してもよい。

【0036】

この場合、信頼度が基準を満たすマーカーが画像に写り込んでいなくても、走行駆動部の駆動結果に基づいて、走行装置のある程度の現在位置が取得（推定）される。よって、通路に配置されているマーカーの数が少ない場合等でも、走行装置が適切に自動走行されやすくなる。

【0037】

制御部は、現在位置取得ステップにおいて、複数のマーカーに対して、走行装置の相対位置が複数取得されている場合に、取得された複数の相対位置に基づいて走行装置の現在位置を取得してもよい。

【0038】

この場合、１つのマーカーに対する走行装置の相対位置に基づいて走行装置の現在位置を取得するよりも、より高い精度で現在位置が取得され易くなる。

【0039】

例えば、制御部は、２Ｄカメラによって撮影された画像に、信頼度が基準を満たすマーカーが複数存在する場合に、信頼度が基準を満たす複数のマーカーの各々に対する走行装置の相対位置に基づいて、走行装置の現在位置を取得してもよい。この場合、信頼度が基準を満たすマーカーに対する相対位置が複数用いられるので、取得される現在位置の精度がさらに向上し易くなる。

【0040】

制御部は、複数のマーカーに対する複数の相対位置に基づいて走行装置の現在位置を取得する場合に、複数のマーカーの各々の信頼度を利用してもよい。例えば、制御部は、複数のマーカーの各々の信頼度に応じて、マーカーに対する相対位置の重み付けを行ってもよい。複数の相対位置の各々に基づいて算出される複数の走行装置の現在位置が相違する場合に、制御部は、相対位置の重みに応じて、最終的な現在位置を取得してもよい。

【0041】

ただし、走行装置の現在位置を取得するための具体的な方法を変更することも可能である。例えば、制御部は、２Ｄカメラによって撮影された画像に、マーカーが複数存在する場合に、画像に写る複数のマーカーのうち、信頼度が最も高い１つのマーカーに対する走行装置の相対位置に基づいて、走行装置の現在位置を取得してもよい。この場合、信頼度が最も高いマーカーに基づいて走行装置の現在位置が取得されるので、高い精度で現在位置が取得され易くなる。

【0042】

本開示の自動走行システムおよび自動走行方法は、農作物の栽培場に設置された通路に沿って走行装置を自動走行させるために用いられてもよい。農作物の栽培場では、農作物の生育、収穫、土壌の変化等によって環境が変化するので、通路のマップだけを用いても適切な自動走行は困難である。これに対し、本開示の自動走行システムおよび自動走行方法によると、通路の所定位置に複数のマーカーが設置されることで、構成および処理の複雑化を抑制しつつ適切に走行装置が自動走行される。

【0043】

＜実施形態＞
以下、本開示における典型的な実施形態の１つについて、図面を参照して説明する。一例として、本実施形態の自動走行システム１０（図２参照）は、農作物の栽培場に設置された通路に沿って走行装置１を自動走行させるために用いられる。ただし、他の通路（例えば、工場内または作業場内等に設けられた通路）に沿って走行装置１を自動走行させるために、本開示の自動走行システム１０を用いることも可能である。

【0044】

（走行装置）
図１を参照して、本実施形態の自動走行システム１０が備える走行装置１の概略構成について説明する。図１の紙面左下側を、走行装置１の前方とする。図１の紙面右上側を走行装置１の後方とする。図１の紙面左上側を、走行装置１の右方とする。図１の紙面右下側を、走行装置１の左方とする。図１の紙面上側を、走行装置１の上方とする。図１の紙面下側を、走行装置１の下方とする。なお、図１、図３、図６～図８では、走行装置１から前後に延びる方向を、直進方向ＳＤとして示している。走行装置１は、前方または後方に直進する際に、直進方向ＳＤに沿って走行する。

【0045】

図１に示すように、走行装置１は、各種構成を保持する本体２を備える。本実施形態では、本体２は略箱状であり、上面が平らになるように形成されている。本体２の上面には、作業者が乗ることも可能であり、種々の物体（例えば、収穫された農作物等）を載置することも可能である。

【0046】

本体２の右側には右車輪３Ｒが設けられており、本体２の左側には左車輪３Ｌが設けられている。本実施形態では、右車輪３Ｒおよび左車輪３Ｌの数はいずれも２つであるが、右車輪３Ｒおよび左車輪３Ｌの数を変更できることは言うまでもない。また、右車輪３Ｒおよび左車輪３Ｌの代わりに、走行装置１を走行させるための他の構成（例えば、ベルト状の履帯等）が採用されてもよい。

【0047】

本体２には、右車輪３Ｒおよび左車輪３Ｌを回転駆動させる走行駆動部４が設けられている。走行駆動部４は、走行装置１の本体２の進行方向を可変可能であり、且つ、進行方向に本体２を走行させる。一例として、本実施形態の走行駆動部４は、右車輪３Ｒと左車輪３Ｌの回転数および回転方向の少なくとも一方を変化させることで、走行装置１の進行方向を、直進方向ＳＤに対して曲げることができる。また、走行駆動部４は、右車輪３Ｒと左車輪３Ｌの回転数および回転方向を共に一致させることで、走行装置１を直進方向ＳＤに沿って前方または後方に直進させることができる。ただし、走行装置の進行方向を変えるための構成を変更することも可能である。例えば、走行駆動部は、走行装置の前輪の向きを変化させることで進行方向を変化させてもよい。

【0048】

本体２には、二次元の画像（本実施形態では動画像）を撮影する２Ｄカメラ５（５Ｆ，５Ｂ）が設けられている。２Ｄカメラ５は、通路１００に配置されたマーカー３０（図３～図９参照）を撮影することができる。本体２に設けられている２Ｄカメラ５の数、および撮影光軸の方向についての説明は後述する。

【0049】

本体２には、通信Ｉ／Ｆ６および制御部７が設けられている。通信Ｉ／Ｆ６は、走行装置１と制御装置２０（図２参照）を通信接続する。制御部７は、走行駆動部４の駆動制御、２Ｄカメラ５に関する各種制御、通信Ｉ／Ｆ６による通信の制御等を司る。

【0050】

（電気的構成）
図２を参照して、本実施形態の自動走行システム１０の電気的構成について概略的に説明する。一例として、本実施形態の自動走行システム１０は、走行装置１と制御装置２０を備える。走行装置１と制御装置２０は、無線通信によって接続される。本実施形態の自動走行システム１０では、制御装置２０のＣＰＵ２２が、後述する自動走行制御処理（図９参照）を実行することで、走行装置１の自動走行を制御する。ただし、走行装置１の自動走行を制御する方法を変更することも可能である。例えば、制御装置２０のＣＰＵ２２と、走行装置１のＣＰＵ８が、協働して自動走行制御処理を実行してもよい。また、走行装置１のＣＰＵ８が、単独で自動走行制御処理を実行してもよい。また、他のデバイスの制御部が、自動走行制御処理の一部を実行してもよい。

【0051】

走行装置１は、前述したように、走行駆動部４、２Ｄカメラ５（５Ｆ，５Ｂ）、通信Ｉ／Ｆ６、および制御部７を備える。制御部７は、制御を司るコントローラであるＣＰＵ８と、プログラムおよびデータ等を記憶することが可能な記憶装置９を備える。後述する自動走行制御処理（図１０参照）の少なくとも一部を走行装置１が実行する場合、記憶装置９には、自動走行制御処理を実行するための自動走行制御プログラムの少なくとも一部が記憶されていてもよい。通信Ｉ／Ｆ６は、走行装置１と制御装置２０と通信接続する。

【0052】

制御装置２０は、制御部２１、通信Ｉ／Ｆ２４、操作部２５、および表示部２６を備える。制御部２１は、制御を司るコントローラであるＣＰＵ２２と、プログラムおよびデータ等を記憶することが可能な記憶装置２３を備える。記憶装置２３には、後述する自動走行制御処理（図１０参照）を実行するための自動走行制御プログラムの少なくとも一部が記憶されている。また、記憶装置２３には、既知である通路１００と、通路１００に設置された複数のマーカー３０の各々の配置を示すマップデータが記憶されている。さらに、記憶装置２３には、走行装置１を自動走行させる順路を示す走行計画も記憶される。通信Ｉ／Ｆ２４は、制御装置２０と走行装置１を通信接続する。操作部２５は、ユーザが各種指示を制御装置２０に入力するために、ユーザによって操作される。操作部２５には、例えば、タッチパネル、各種ボタン、キーボード、マウス等の少なくともいずれかを使用できる。表示部２６は、各種画像を表示する。なお、制御装置２０が備える操作部２５および表示部２６の代わりに、制御装置２０に外部接続される操作部および表示部が用いられてもよい。

【0053】

（走行装置を自動走行させる通路）
図３を参照して、走行装置１を自動走行させる通路１００の一例について説明する。本実施形態の自動走行システム１０は、既知である通路１００に沿って走行装置１を自動走行させることができる。図３に例示する既知の通路１００には、メイン通路１０１と、メイン通路１０１から分岐する分岐通路１０２が含まれる。本実施形態では、通路１００の全体を構成する複数の通路（メイン通路１０１および分岐通路１０２）の各々は、カーブが無い直線状である。分岐通路１０２は、メイン通路１０１に対して交差（本実施形態では直角に交差）している。ただし、各々の通路はカーブしていてもよい。

【0054】

既知の通路１００における複数の所定位置の各々には、特定の幾何学的特徴を有する二次元のマーカー３０が配置されている。各々のマーカー３０は、二次元の幾何学的特徴が通路１００の内側を向くように配置されている。マーカー３０は、走行装置１に設けられた２Ｄカメラ５によって撮影される。走行装置１を自動走行させる場合、特に、複数の通路が分岐する分岐点（交差点）において正確に走行装置１の進行方向を制御する必要がある。従って、図３に示す例では、複数の分岐点の各々の近傍（本実施形態では、走行装置１が分岐点に侵入する直前と直後）に、マーカー３０が必ず設置されている。また、各々の通路の途中であっても、特に通路が長ければ、走行駆動部４の駆動結果（例えば、右車輪３Ｒおよび左車輪３Ｌの径および回転数等）のみによって走行装置１の現在位置を正確に取得することは難しくなる。従って、図３に示す例では、各々の通路の途中にもマーカー３０が配置されている場合がある。

【0055】

前述したように、自動走行システム１０では、既知である通路１００と、通路１００に設置された複数のマーカー３０の各々の配置を示すマップデータが記憶されている。従って、特定のマーカー３０に対する走行装置１の相対位置が判明すれば、判明した相対位置をマップデータ上に当てはめることで、通路１００上の走行装置１の現在位置が判明する。

【0056】

（マーカー）
図４および図５を参照して、自動走行システム１０において利用可能なマーカー３０の一例について説明する。図４に示すように、本実施形態では、矩形（本実施形態では正方形）の二次元領域内に幾何学的形状が描画されたＡＲマーカーが、通路１００に設置されるマーカー３０として用いられる。その結果、２Ｄカメラ５によって撮影された画像が処理されることで、画像に写るマーカー３０に対する２Ｄカメラ５（つまり、２Ｄカメラ５を備えた走行装置１）の相対位置（距離および方向）が適切に計測され易くなる。また、本実施形態では、通路１００に設置される複数のマーカー３０の各々に付されている幾何学的特徴は、マーカー３０毎に固有である。マップデータでは、通路１００内のどの位置に、どのマーカー３０が設置されているかが示される。自動走行システム１０（本実施形態では、制御装置２０のＣＰＵ２２）は、２Ｄカメラ５によって撮影された画像に写るマーカー３０が、複数のマーカー３０のうちのいずれであるかを、マーカー３０の幾何学的特徴に基づいて特定することができる。自動走行システム１０は、特定したマーカー３０に対する走行装置１の相対位置を、マップデータ上で当てはめることで、通路１００上の走行装置１の現在位置を取得する。

【0057】

マーカー３０に対する走行装置１の相対位置を取得する方法の一例について説明する。本実施形態の自動走行システム１０（本実施形態では、制御装置２０のＣＰＵ２２）は、２Ｄカメラ５によって撮影された画像においてマーカー３０が写る位置（本実施形態では、画像の座標系においてマーカー３０が写る位置）と、画像に写るマーカー３０の向き（本実施形態ではマーカー３０の形状）に基づいて、マーカー３０に対する走行装置１の方向（つまり、走行装置１から見たマーカー３０の方向）を取得する。また、自動走行システム１０は、２Ｄカメラ５によって撮影された画像に写るマーカー３０の大きさに基づいて、マーカー３０に対する走行装置１の距離（マーカー３０と走行装置１の間の距離）を取得する。

【0058】

ここで、図５に示すように、二次元のマーカー３０の法線方向ＮＤに対して斜めの方向からマーカー３０を撮影すると、画像に写るマーカー３０の形状は、法線方向ＮＤから撮影した場合の形状（本実施形態では正方形状）とは異なる形状（本実施形態では台形状）となる。この場合、画像に写るマーカー３０の形状に基づいて、マーカー３０の法線方向ＮＤが正確に検出され易い。これに対し、本願発明者が試行および検討を繰り返したところ、マーカー３０の法線方向ＮＤと、２Ｄカメラ５の撮影光軸が平行となっている場合（例えば、２Ｄカメラ５がマーカー３０を正面から撮影する場合等）には、マーカー３０に対する２Ｄカメラ５の相対位置（特に方向）の計測精度が低下し易くなった。これは、マーカー３０の法線方向ＮＤと２Ｄカメラ５の撮影光軸が平行となっていると、二次元の画像に基づいて検出されるマーカーの法線方向が、実際の法線方向ＮＤとは真逆の方向として検出されてしまう現象が生じることが原因であると考えられる。

【0059】

また、二次元の撮影画像に写るマーカー３０の外形の形状が平行四辺形に近い程、マーカー３０に対する２Ｄカメラ５の相対位置（特に方向）の計測精度が低下し易くなった。これは、二次元の画像に写るマーカー３０の外形形状が平行四辺形に近いと、検出されるマーカーの法線方向が、実際の法線方向とは真逆の方向として検出されてしまう現象が生じることが原因であると考えられる。

【0060】

以上の知見に基づいて、本実施形態の自動走行システム１０では、通路１００に対するマーカー３０の設置角度と、走行装置１に対する２Ｄカメラ５の設置角度の関係が調整されている。

【0061】

（マーカーと２Ｄカメラの設置角度）
図６～図９を参照して、本実施形態の自動走行システム１０における、マーカー３０の設置角度と、走行装置１の２Ｄカメラ５の設置角度の関係について説明する。図６および図８に示すように、本実施形態では、走行装置１とマーカー３０を上方から見た場合に、二次元であるマーカー３０の法線方向ＮＤが、通路１００が延びる方向に対して所定の角度範囲内となるように、複数のマーカー３０の各々が通路１００に配置されている。走行装置１が通路１００に沿って直進している際（図６および図８に示す状態）の、走行装置１に設けられた２Ｄカメラ５の撮影光軸Ｏ（ＯＦ，ＯＢ）の方向と、走行装置１が直進している通路（図６ではメイン通路１０１、図８では分岐通路１０２）に配置されたマーカー３０の法線方向が成す角度が、２５度～６５度の範囲内（本実施形態では約４５度）となっている。その結果、マーカー３０の法線方向ＮＤと、２Ｄカメラ５の撮影光軸Ｏ（ＯＦ，ＯＢ）が平行となる頻度が低下する。よって、マーカー３０に対する２Ｄカメラ５（走行装置１）の相対位置が、２Ｄカメラ５によって撮影された画像に基づいて、処理負担の増加を抑制しつつ高い精度で計測される。

【0062】

図６および図８に示すように、本実施形態では、マーカー３０の法線方向ＮＤが、通路１００が延びる方向に対して８０度～１００度の範囲内（本実施形態では約９０度）となるように、複数のマーカー３０が通路に配置されている。さらに、走行装置１に設けられている２Ｄカメラ５の撮影光軸Ｏ（ＯＦ，ＯＢ）の方向が、走行装置１から前後方向に延びる直進方向ＳＤに対して、２５度～６５度の範囲内（本実施形態では４５度）で傾いている。つまり、走行装置１に設けられている２Ｄカメラ５の撮影光軸Ｏ（ＯＦ，ＯＢ）の方向と、走行装置１の直進方向ＳＤが成す角θが、２５度～６５度の範囲内に調整されている。

【0063】

本実施形態では、二次元のマーカー３０の平面方向が、通路１００が延びる方向に沿うように（つまり、マーカー３０の法線方向ＮＤが通路１００の中央に向けて極力直交するように）配置されればよいので、マーカー３０の設置が容易になる。さらに、マーカー３０の平面方向が、通路１００が延びる方向に対して傾いている場合とは異なり、走行装置１の２Ｄカメラ５は、マーカー３０よりも進行方向の手前側からマーカー３０を撮影することもでき、且つ、マーカー３０よりも進行方向の奥側からマーカー３０を撮影することもできる。よって、マーカー３０に対する走行装置１の相対位置が、より高い精度で取得され易くなる。

【0064】

図６～図８を例示して、さらに具体的に説明する。図６は、メイン通路１０１から分岐通路１０２に侵入する直前の走行装置１を上方から見た模式図である。図６に示す状態では、走行装置１がメイン通路１０１を直進している。この場合、メイン通路１０１に配置されているマーカー３０の法線方向ＮＤと、走行装置１の２Ｄカメラ５の撮影光軸Ｏ（ＯＦ，ＯＢ）とが成す角度は、２５度～６５度の範囲内に収まりやすくなる。よって、マーカー３０に対する走行装置１の相対位置が、高い精度で計測され易くなる。なお、図６に示す例では、分岐通路１０２はメイン通路１０１から垂直に分岐している。従って、図６に示す状態では、分岐通路１０２に配置されているマーカー３０の法線方向ＮＤと、走行装置１の２Ｄカメラ５Ｆの撮影光軸ＯＦとが成す角度も、２５度～６５度の範囲内に収まっている。

【0065】

図７は、メイン通路１０１から分岐通路１０２への侵入を開始した走行装置１を上方から見た模式図である。図７に示すように、走行装置１がカーブしている間は、マーカー３０の法線方向ＮＤに対して、２Ｄカメラ５の撮影光軸（図７では、２Ｄカメラ５Ｂの撮影光軸ＯＢ）が平行となってしまうタイミングがある。しかしながら、走行装置１が通路１００を曲がるために要する時間は、通路１００に沿って直進する時間に比べると僅かである。従って、図７に示す状態では、マーカー３０に対する走行装置１の相対位置を利用しなくても、走行駆動部４の駆動結果を参照することで、走行装置１の現在位置が高い精度で把握される。

【0066】

図７に示す状態から、走行装置１の分岐通路１０２への侵入が完了すると、図８に示す状態となる。図８に示す状態でも、走行装置１が分岐通路１０２を直進しているので、分岐通路１０２に配置されているマーカー３０の法線方向ＮＤと、走行装置１の２Ｄカメラ５の撮影光軸Ｏ（ＯＦ，ＯＢ）とが成す角度は、２５度～６５度の範囲内に収まりやすくなる。よって、マーカー３０に対する走行装置１の相対位置が、高い精度で計測され易くなる。

【0067】

図６～図８に示すように、本実施形態では、走行装置１に設けられている１つまたは複数の２Ｄカメラ５（本実施形態では２つの２Ｄカメラ５）の撮影光軸Ｏ（ＯＦ，ＯＢ）の方向が、走行装置１から前後に延びる直進方向ＳＤに対して、左方および右方のいずれか一方（本実施形態では左方のみ）に、２５度～６５度の範囲内で傾いている。その結果、本実施形態では、走行装置１の左方のマーカー３０が２Ｄカメラ５によって撮影される。本実施形態の自動走行システム１０によると、マーカー３０に対する走行装置１の距離および方向（相対位置）に基づいて走行装置１の現在位置が取得されるので、走行装置１の左右両方のマーカー３０が２Ｄカメラ５によって撮影されなくても、走行装置１の現在位置は適切に取得される。また、走行装置１の左方および右方のうちの一方のみを撮影する場合には、左右両方を撮影する場合に比べて、走行装置１に設置する２Ｄカメラ５の数を減らすことができる。よって、より簡易な構成および処理で走行装置１の自動走行が実現される。

【0068】

図６～図８に示すように、本実施形態の走行装置１の本体２には、２つの２Ｄカメラ５Ｆ，５Ｂが設けられている。ここで、走行装置１から前後に延びる直進方向ＳＤに対して、左方および右方の一方を撮影方向とする。本実施形態では、走行装置１の左方が撮影方向となる。一方の２Ｄカメラ５Ｆの撮影光軸ＯＦの方向が、直進方向ＳＤの前方に対して、撮影方向側（左側）に２５度～６５度の範囲内で傾いている。他方の２Ｄカメラ５Ｂの撮影光軸ＯＢの方向が、直進方向ＳＤの後方に対して撮影方向側（左側）に２５度～６５度の範囲内で傾いている。本実施形態によると、走行装置１の左方および右方のうちの一方のみを撮影することで、走行装置１に設置する２Ｄカメラ５の数、および、画像の処理負担が増加することが、適切に抑制される。さらに、走行装置１の左斜め前方と左斜め後方（右斜め前方と右斜め後方でもよい）が、２つの２Ｄカメラ５Ｆ，５Ｂによって撮影されることで、通路１００に沿う方向における走行装置１の現在位置が、より高い精度で取得される。よって、走行装置１の自動走行がより適切に行われ易くなる。

【0069】

また、前述したように、二次元の撮影画像に写るマーカー３０の外形の形状が平行四辺形に近い程、マーカー３０に対する２Ｄカメラ５の相対位置（特に方向）の計測精度が低下し易くなる。ここで、マーカー３０の法線方向ＮＤに対して、左右の斜め上方または斜め下方から２Ｄカメラ５でマーカー３０を撮影すると、撮影画像に写るマーカー３０の外形の形状が平行四辺形になり易い。従って、図９に示すように、本実施形態では、マーカー３０を法線方向ＮＤに対して直交する水平方向から見た場合に、マーカー３０の法線方向ＮＤと、２Ｄカメラ５の撮影光軸Ｏが成す角度Φが２０度以下、より望ましくは１０度以下となるように、マーカー３０の設置角度と、走行装置１に設けられる２Ｄカメラ５の設置角度が調整されている。つまり、マーカー３０の法線方向ＮＤと、２Ｄカメラ５の撮影光軸Ｏが極力平行になるように、マーカー３０の設置角度と、走行装置１に設けられる２Ｄカメラ５の設置角度が調整されている。その結果、マーカー３０に対する２Ｄカメラ５（走行装置１）の相対位置が、より高い精度で計測され易くなる。

【0070】

（自動走行制御処理）
図１０を参照して、本実施形態の自動走行システム１０が実行する自動走行制御処理について説明する。前述したように、本実施形態では、制御装置２０のＣＰＵ２２が自動走行制御処理を実行する。しかし、自動走行制御処理の少なくとも一部は、他のデバイスの制御部（例えば、走行装置１のＣＰＵ８等）によって実行されてもよい。制御装置２０のＣＰＵ２２は、記憶装置２３に記憶された自動走行制御プログラムに従って、図１０に例示する自動走行制御処理を実行する。

【0071】

まず、ＣＰＵ２２は、走行装置１の２Ｄカメラ５によって撮影された画像を取得する（Ｓ１）。本実施形態では、走行装置１の２Ｄカメラ５によって撮影された画像のデータが、無線通信によって制御装置２０に送信される。次いで、ＣＰＵ２２は、Ｓ１で取得した画像を処理することで、撮影された画像にマーカー３０が含まれているか否かを判断する（Ｓ２）。撮影された画像にマーカー３０が含まれていなければ（Ｓ２：ＮＯ）、ＣＰＵ２２は、記憶装置２３に記憶されているマップデータと、走行駆動部４の駆動結果（本実施形態では、右車輪３Ｒおよび左車輪３Ｌの径および回転数）に基づいて、走行装置１の現在位置を取得（推定）する（Ｓ１１）。例えば、ＣＰＵ２２は、マーカー３０等に基づいて過去に取得された走行装置１の正確且つ最新の位置と、走行駆動部４の駆動結果に基づいて取得される最新の位置からの走行経路を、マップデータ上に当てはめることで、走行装置の現在位置を取得してもよい。Ｓ１１の処理が行われることで、２Ｄカメラ５によって撮影された画像にマーカー３０が写り込んでいなくても、走行装置１のある程度の現在位置が取得（推定）される。

【0072】

Ｓ１で取得した画像にマーカー３０が含まれている場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２２は、画像に写るマーカー３０の状態に基づいて、そのマーカー３０に基づいて取得される走行装置１の相対位置（マーカー３０に対する走行装置１の距離および方向）の信頼度を算出する（Ｓ３）。

【0073】

本実施形態のＳ３では、ＣＰＵ２２は、２Ｄカメラ５によって撮影された画像に写るマーカー３０の形状が、２Ｄカメラ５の撮影光軸Ｏ（ＯＦ，ＯＢ）をマーカー３０の法線方向ＮＤに一致させた状態（つまり、２Ｄカメラ５をマーカー３０に正対させた状態）で撮影される形状に近い程、低い信頼度を算出する。本実施形態では、２Ｄカメラ５をマーカー３０に正対させて撮影すると、画像に写るマーカー３０の形状は正方形状となる。この場合、マーカー３０に対する２Ｄカメラ５の相対位置の計測精度が低下し易くなる。従って、画像に写るマーカー３０の形状が正方形状に近い程、低い信頼度が算出されることで、信頼度が適切に算出され易くなる。

【0074】

また、本実施形態のＳ３では、ＣＰＵ２２は、２Ｄカメラ５によって撮影された画像に写るマーカー３０の外形の形状が平行四辺形に近い程、外形の形状が台形である場合に比べて低い信頼度を算出する。前述したように、二次元の撮影画像に写るマーカー３０の外形の形状が平行四辺形に近い程、マーカー３０に対する２Ｄカメラ５の相対位置（特に方向）の計測精度が低下し易くなる。従って、画像に写るマーカー３０の形状が平行四辺形に近い程、低い信頼度が算出されることで、信頼度が適切に算出され易くなる。

【0075】

さらに、本実施形態のＳ３では、ＣＰＵ２２は、２Ｄカメラ５によって撮影された画像に写るマーカー３０の大きさが小さい程、低い信頼度を算出する。画像に写るマーカー３０の大きさが小さいと、マーカー３０に対する２Ｄカメラ５の相対位置の計測精度が低下し易くなる。従って、画像に写るマーカー３０の大きさが小さい程、低い信頼度が算出されることで、信頼度が適切に算出され易くなる。

【0076】

なお、ＣＰＵ２２は、以上説明した３つの信頼度算出方法の２つ以上を組み合わせることで信頼度を算出してもよい。例えば、ＣＰＵ２２は、複数の方法の各々によって算出される信頼度に対して重み付けを行い、重みに基づいて複数の信頼度を統合することで、取得される相対位置の信頼度を算出してもよい。また、複数の方法の各々によって算出される信頼度のうち、最も低い信頼度が、マーカー３０に基づいて取得される相対位置の信頼度として採用されてもよい。

【0077】

次いで、ＣＰＵ２２は、Ｓ１で取得された画像に写る１つまたは複数のマーカー３０の中に、Ｓ３で算出された信頼度が基準を満たす（例えば、信頼度が閾値以上である）マーカー３０が存在するか否かを判断する（Ｓ５）。信頼度が基準を満たすマーカー３０が画像に写っていなければ（Ｓ５：ＮＯ）、ＣＰＵ２２は、記憶装置２３に記憶されているマップデータと、走行駆動部４の駆動結果に基づいて、走行装置１の現在位置を取得する（Ｓ１１）。従って、信頼度が基準を満たすマーカー３０が画像に写り込んでいなくても、走行駆動部４の駆動結果に基づいて、走行装置１のある程度の現在位置が取得（推定）される。よって、通路に配置されているマーカー３０の数が少ない場合等でも、走行装置１が適切に自動走行されやすくなる。

【0078】

信頼度が基準を満たすマーカー３０が、Ｓ１で取得された画像に存在する場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２２は、Ｓ１で取得された画像に写る１つまたは複数のマーカー３０の中から、信頼度が基準を満たすマーカー３０のみを特定する（Ｓ６）。以後行われるＳ７，Ｓ８の処理では、Ｓ１で取得された画像に含まれるマーカー３０のうち、信頼度が基準を満たさないマーカー３０に基づく情報を用いずに、信頼度が基準を満たすマーカー３０の上方のみが用いられて、走行装置１の現在位置が取得される。その結果、より高い精度で走行装置１の現在位置が取得される。

【0079】

ＣＰＵ２２は、Ｓ１で取得された画像に写るマーカー３０のうち、Ｓ６で特定したマーカー３０（つまり、信頼度が基準を満たすマーカー３０）に対する、走行装置１（２Ｄカメラ５）の相対位置を取得する（Ｓ７）。マーカー３０に対する走行装置１の相対位置の取得方法は、前述した通りである。ＣＰＵ２２は、記憶装置２３に記憶されているマップデータにおける複数のマーカー３０の位置のうち、Ｓ６で特定されたマーカー３０の位置と、Ｓ７で取得されたマーカー３０に対する相対位置を、マップデータ上で当てはめることで、走行装置１の現在位置を取得する（Ｓ８）。その結果、通路１００が設置されている環境の変化等に関わらず、走行装置１の現在位置が高い精度で取得される。

【0080】

なお、Ｓ６～Ｓ８の処理では、ＣＰＵ２２は、複数のマーカー３０に対して、走行装置１の相対位置が複数取得された場合（つまり、本実施形態では、信頼度が基準を満たすマーカー３０が画像の中に複数存在していた場合）に、取得された複数の相対位置に基づいて、走行装置１の現在位置を取得してもよい。例えば、ＣＰＵ２２は、Ｓ６で特定された複数のマーカー３０の各々の信頼度に応じて、マーカー３０に対する相対位置の重み付けを行ってもよい。複数の相対位置の各々に基づいて算出される複数の走行装置１の現在位置が相違する場合に、ＣＰＵ２２は、相対位置の重みに応じて、最終的な現在位置を取得してもよい。

【0081】

また、Ｓ６～Ｓ８の処理では、ＣＰＵ２２は、画像に写る複数のマーカー３０のうち、信頼度が最も高い１つのマーカー３０に対する走行装置１の相対位置に基づいて、走行装置１の現在位置を取得してもよい。この場合、信頼度が最も高いマーカー３０に基づいて走行装置１の現在位置が取得されるので、高い精度で現在位置が取得され易くなる。

【0082】

ＣＰＵ２２は、Ｓ８またはＳ１１で取得された走行装置１の現在位置と、記憶装置２３に記憶された走行計画に基づいて走行駆動部４の駆動を制御することで、走行装置１を通路１００に沿って自動走行させる（Ｓ１２）。処理を終了させるトリガが入力されていなければ（Ｓ１４：ＮＯ）、処理はＳ１へ戻り、Ｓ１～Ｓ１４の処理が繰り返される。その結果、走行装置１が走行計画に基づいて自動走行される。処理を終了させるトリガが入力されると、自動走行制御処理は終了する。

【0083】

上記実施形態で開示された技術は一例に過ぎない。従って、上記実施形態で例示された技術を変更することも可能である。例えば、上記実施形態で例示された技術の一部のみを実行することも可能である。例えば、マーカー３０の法線方向ＮＤと、２Ｄカメラ５の撮影光軸Ｏが極力平行になるように、マーカー３０の設置角度と、走行装置１に設けられる２Ｄカメラ５の設置角度が調整されれば、２Ｄカメラ５によって撮影されたマーカー３０の形状は平行四辺形になり難い。この場合、画像に写るマーカー３０の信頼度を算出する処理（Ｓ３）では、画像に写るマーカー３０の形状が平行四辺形に近いか否かを判断しなくてもよい。

【0084】

また、上記実施形態では、マーカー３０の法線方向ＮＤが、通路１００が延びる方向に対して８０度～１００度の範囲内（本実施形態では約９０度）となるように、複数のマーカー３０が通路に配置されている。また、走行装置１に設けられている２Ｄカメラ５の撮影光軸Ｏ（ＯＦ，ＯＢ）の方向が、走行装置１から前後方向に延びる直進方向ＳＤに対して、２５度～６５度の範囲内（本実施形態では４５度）で傾いている。その結果、マーカー３０の法線方向ＮＤと、２Ｄカメラ５の撮影光軸Ｏ（ＯＦ，ＯＢ）の角度が調整されている。しかし、通路１００に対するマーカー３０の設置角度と、走行装置１に対する２Ｄカメラ５の設置角度を変更することも可能である。例えば、走行装置１に設けられている２Ｄカメラ５の撮影光軸Ｏの方向が、走行装置１から前後に延びる直進方向ＳＤに対して平行、または９０度となっていてもよい。通路１００に設置されるマーカー３０の法線方向ＮＤが、通路１００が延びる方向に対して、２５度～６５度の範囲内で傾いていてもよい。この場合でも、マーカー３０の法線方向ＮＤと、２Ｄカメラ５の撮影光軸Ｏが平行となる頻度が低下する。よって、マーカー３０に対する２Ｄカメラ５（走行装置１）の相対位置が、処理負担の増加を抑制しつつ高い精度で計測される。

【符号の説明】

【0085】

１ 走行装置
２ 本体
４ 走行駆動部
５（５Ｆ，５Ｂ） ２Ｄカメラ
１０ 自動走行システム
２０ 制御装置
２２ ＣＰＵ
２３ 記憶装置
３０ マーカー
１００ 経路
ＳＤ 直進方向
ＮＤ 法線方向

【要約】

【課題】既知である通路に沿って、簡易な処理で適切に走行装置を自動走行させることが可能な自動走行システムおよび自動走行方法を提供する。
【解決手段】走行装置１と複数のマーカー３０を上方から見た場合に、二次元であるマーカー３０の法線方向ＮＤが、通路１００が延びる方向に対して所定の角度範囲内となるように、複数のマーカー３０の各々が通路１００に配置されている。走行装置１が通路１００に沿って直進している際の、走行装置１に設けられた２Ｄカメラ５Ｆ，５Ｂの撮影光軸ＯＦ，ＯＢの方向と、走行装置１が直進している通路１０１に配置されたマーカー３０の法線方向ＮＤが成す角度が、２５度～６５度の範囲内である。
【選択図】図６

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】