JP2003200377A

JP2003200377A - ロボット，ロボットによる測距方法

Info

Publication number: JP2003200377A
Application number: JP2001395279A
Authority: JP
Inventors: Gen Endo; 玄遠藤; Takeshi Igarashi; 健五十嵐; Takeshi Ohashi; 武史大橋
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2003-07-15

Abstract

(57)【要約】【課題】視線間ラインと略平行な測距対象の測距が高
精度で可能なロボットを提供すること。【解決手段】頭部に撮像装置を搭載したロボットであ
って，胴部から繋がる首部と，外界を撮像する左撮像装
置と右撮像装置と，両撮像装置が設置される撮像装置基
台と，首部に対して撮像装置基台を傾斜させる傾斜装置
と，両撮像装置から得られる画像情報を処理し，撮像さ
れた測距対象から両撮像装置までの距離を計算する画像
処理部と，を具備し，両撮像装置の視線の中心とを結ん
だ直線を視線間ラインとすると，画像処理部で測距対象
が視線間ラインと略平行であると判定した際には，傾斜
装置を動作させて撮像装置基台を傾斜させ，再度撮像
し，再度撮像された画像情報に基づいて測距対象から両
撮像装置までの距離を計算することを特徴とする，ロボ
ットが提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，ロボットおよびロ
ボットによる測距方法にかかり，特に，撮像装置を頭部
に搭載したロボットおよび当該ロボットによる測距方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来，撮像装置であるカメラを頭部に搭
載し，撮像した画像情報を処理して，周辺環境を視覚的
に認識可能なロボットが提案されている。さらに，２つ
のカメラにより測距対象を撮像し，いわゆるステレオビ
ューによって，ロボットから測距対象までの距離計測
（測距）を行うロボットも提案されている。

【０００３】このステレオビューとは，例えば２つのカ
メラを有するステレオカメラで撮像した一対の画像の相
関を求めて，測距対象の対応点を特定し，両カメラにお
いて撮像された画像の座標のずれ（以下では，視差とい
う）から，三角測量を応用して測距対象までの距離を算
出する手法である。

【０００４】かかるステレオビューでは，両カメラで撮
像した測距対象が，それぞれのカメラの撮像範囲にその
全長が含まれるものであれば測距可能であるが，撮像し
た測距対象が，例えば棒状体であったり，大きな台であ
ったりした場合に，測距に支障が生ずることがある。即
ち，両カメラにより撮像した画像上で，測距対象が，例
えば単なる直線となっていて切れ目がなく，さらに両カ
メラの視線間ラインと略平行に伸びるものである場合に
は，視差を演算するための基礎情報を得られず，結果と
して測距不能となる。

【０００５】従って，上記ロボットでは，かかる測距不
能となる測距対象に対応するため，カメラごとに視線を
移動可能にする機構が具備されているものもあった。即
ち，各カメラは，ロボット本体に対して回動自在に取り
付けられるとともに，アクチュエータによりそれぞれ回
動可能に構成されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上記従
来のロボットでは，各カメラがアクチュエータにより移
動されるため，安定性に欠けるので，測距精度の向上が
図れないという問題があった。また，撮像された画像上
で視線間ラインと略平行となる測距対象を測距するため
には，両カメラの視線間ラインをずらす必要があるが，
この際にもアクチュエータを用いてカメラを移動させな
ければならないので，精度向上が図れない。また，単に
両カメラの視線を固定しても，双方をともに傾斜させる
には，大きな駆動機構が必要となるという問題があっ
た。

【０００７】本発明は，従来のロボットが有する上記問
題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，視
線間ラインと略平行な測距対象の測距が可能であり，撮
像装置が搭載された頭部の傾斜動作をより迅速かつ精確
に行い，測距精度を向上することの可能な，新規かつ改
良されたロボットを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め，本発明の第１の観点によれば，頭部に撮像装置を搭
載したロボットであって，胴部から繋がる首部と，外界
を撮像する左撮像装置と右撮像装置と，左撮像装置と右
撮像装置が設置される撮像装置基台と，首部に対して撮
像装置基台を傾斜させる傾斜装置と，左撮像装置と右撮
像装置から得られる画像情報を処理し，撮像された測距
対象から左撮像装置および右撮像装置までの距離を計算
する画像処理部と，を具備し，左撮像装置の視線と右撮
像装置の視線とを結んだ直線を視線間ラインとすると，
画像処理部が，左撮像装置および右撮像装置により撮像
された画像上において測距対象は視線間ラインと略平行
であると判定した際には，傾斜装置を動作させて撮像装
置基台を傾斜させ，再度撮像し，再度撮像された画像情
報に基づいて測距対象から左撮像装置および右撮像装置
までの距離を計算することを特徴とする，ロボットが提
供される。

【０００９】ここで，頭部は，動物・人間の頭のごとき
意匠を施した部分であって，操作者等がそのロボットと
のコミュニケーションをとるにあたって，注意をする部
分としての違和感がなくなるよう作用する。また，胴部
は，動物・人間の胴のごとき意匠を施した部分であっ
て，前記頭部を設置する基台となるように作用する。さ
らに，左および右撮像装置は，外部環境にかかり画像認
識，測距演算等の処理がされる画像情報を取得するよう
作用し，それぞれ動物・人間の目に該当する位置に配さ
れる部分である。また，撮像装置基台は，首部にリンク
され上記左および右撮像装置を共に固定する基台として
作用する。さらに，傾斜装置は，上記撮像装置基台に設
置された左および右撮像装置を共に傾斜させるよう作用
する。このため，測距対象が例えば棒状体や大きな台等
であって視線間ラインと略平行である場合でも，頭部の
撮像装置基台を傾斜させることにより，撮像された画像
上において測距対象を視線間ラインと非平行にできる。

【００１０】また，上記傾斜装置は，撮像装置基台と首
部とをリンクして，ロール軸方向に回動する第１の回動
軸を中心に撮像装置基台を回動させる第１のリンク機構
である，如く構成すれば，第１のリンク機構を動作させ
て撮像装置基台を回動させることにより，容易かつ円滑
に頭部を傾斜できる。また，撮像装置基台はロール軸方
向に回動できるので，頭部を正面に対して左右に傾ける
ことができる。さらに，かかる第１のリンク機構により
首部の関節を構成することも可能である。

【００１１】なお，撮像装置の視線とは，撮像装置の入
像口（例えばカメラのレンズ）の略中心から撮像方向に
延びる直線であり，例えば，撮像装置がレンズを備えた
カメラである場合には，視線はカメラの光軸となる。

【００１２】さらに，上記第１のリンク機構は，首部に
その基底部分を取り付けたモータと，モータの基底部分
の他端から出された駆動軸に連接され，入力軸と出力軸
が対向して設けられた減速機とを具備し，撮像装置基台
は，減速機の出力軸に固設されるとともに，首部に回動
可能に軸支される，如く構成すれば，第１のリンク機構
を，カメラ基台の略直下に配置でき，頭部の回動を高精
度で制御できる。また，かかる第１のリンク機構は，比
較的簡単な構造であり，設置スペースも小さくて済む。

【００１３】さらに，上記左撮像装置および右撮像装置
は，双方の視線の中点が，第１の回動軸の略中心または
その近傍にあるように配される，如く構成すれば，両撮
像装置の視線の中点は，頭部を回動させて元の位置から
ほとんど移動しない。このため，両撮像装置をオフセッ
トがないように回動させて測距対象を撮像できるため，
画像処理と測距演算が容易となり，迅速かつ正確な測距
が可能となる。

【００１４】また，上記第１の回動軸は，頭部の質量中
心またはその近傍を通るように配される，如く構成すれ
ば，第１の回動軸を中心として頭部を回動する際に，頭
部のイナーシャ（慣性モーメント）を低く保ち，かかる
回動に要する駆動力（負荷）を低減できる。このため，
頭部の傾斜動作をより迅速・俊敏に行うことができる。

【００１５】また，上記首部は，撮像装置基台が第１の
回動軸を中心に所定角度以上回動することを制限するス
トッパを具備する，如く構成すれば，頭部が所定角度回
動した状態で頭部を安定的に固定しやすい。これによ
り，測距のために頭部を傾斜させて撮像する際に，撮像
精度が向上する。

【００１６】さらに，上記ストッパは，撮像装置基台の
回動が所定角度に達したことを検出するリミッタスイッ
チを具備する，如く構成すれば，撮像装置基台の回動が
所定角度に達した場合に，傾斜装置の動作を停止させる
ことができる。

【００１７】また，上記撮像装置基台は，左撮像装置お
よび右撮像装置の設置位置を調整するアジャスタ装置を
備える，如く構成すれば，傾斜装置等の組み立て寸法誤
差による測距に対する影響を校正することができる。こ
のため，ソフトウエア上での校正によって測距精度が向
上しない場合でも，測距精度の向上を図ることができ
る。

【００１８】また，上記撮像装置基台には，画像処理部
を具備する頭部電子基板が設置される，如く構成すれ
ば，撮像装置の近傍で画像情報処理等を行うことができ
るので，データ量が低減するとともに，迅速な画像認識
や測距が可能になる。また，画像情報データ伝達用の配
線等の各種装置を簡素化できる。

【００１９】また，首部は，第１の回動軸の下方に，ピ
ッチ軸方向に回動する第２の回動軸と，ヨー軸方向に回
動する第３の回動軸と，ピッチ軸方向に回動する第４の
回動軸と，を具備する，如く構成すれば，首部の関節は
４自由度を有するので，頭部を胴部に対して多様に駆動
させることができる。これにより，ロボットの表現力が
高まるとともに，撮像装置による撮像可能範囲も拡大す
る。

【００２０】さらに，上記第２〜４の回動軸は，頭部か
ら胴部にかけて，第２の回動軸，第３の回動軸，第４の
回動軸の順に配される，如く構成すれば，各回動軸が効
率的に配されて無駄なスペースを削減できるとともに，
首部の関節の機能性が高まり，ロボットの表現力が豊か
になる。

【００２１】また，上記左撮像装置および右撮像装置
は，ステレオカメラを構成する，如く構成すれば，ステ
レオビューにより測距が容易に可能になる。

【００２２】また，上記課題を解決するため，本発明の
別の観点によれば，頭部に左撮像装置と右撮像装置を搭
載したロボットによる測距方法であって，左撮像装置と
右撮像装置により測距対象を撮像する，第１の撮像工程
と，左撮像装置の視線の中心と右撮像装置の視線の中心
とを結んだ直線を視線間ラインとすると，左撮像装置お
よび右撮像装置により撮像された画像上において測距対
象が視線間ラインと略平行であるか否かを判定する，判
定工程と，判定工程において，測距対象が視線間ライン
と略平行であると判定された場合には，頭部を傾斜させ
る，頭部傾斜工程と，測距対象を再度撮像する，第２の
撮像工程と，再度撮像された画像情報に基づいて測距対
象から左撮像装置および右撮像装置までの距離を演算す
る，演算工程と，を含むことを特徴とする，ロボットに
よる測距方法が提供される。

【００２３】さらに，上記頭部傾斜工程は，左撮像装置
と右撮像装置が設置された撮像装置基台を，撮像装置基
台にリンクされロール軸方向に回動する第１の回動軸を
中心に，回動させる，如く構成してもよい。

【００２４】また，上記左撮像装置および右撮像装置
は，双方の視線の中点が，第１の回動軸の略中心または
その近傍にあるように配される，如く構成してもよい。

【００２５】また，上記第１の回動軸は，頭部の質量中
心またはその近傍を通るように配される，如く構成して
もよい。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照しながら，
本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。な
お，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構
成を有する構成要素については，同一の符号を付するこ
とにより重複説明を省略する。

【００２７】（第１の実施の形態）まず，本発明にかか
る第１の実施の形態について説明する。なお，以下で
は，本実施形態にかかるロボットとして，ヒューマノイ
ド・ロボットの例を挙げ，また，本実施形態にかかる撮
像装置として，カメラの例を挙げて説明するが，本発明
はかかる例に限定されない。

【００２８】まず，図１に基づいて，本実施形態にかか
るロボットの概要について説明する。なお，図１は，本
実施形態にかかるロボット１の全体構成を示す斜視図で
ある。

【００２９】図１に示すように，ロボット１は，２足歩
行が可能なヒューマノイド・ロボット（人間型脚式移動
ロボット）であり，全長が例えば５０〜６０ｃｍであ
る。かかるロボット１は，上端に配される頭部１０と，
全身の略中央部に位置する胴部２０と，頭部１０を胴部
２０とを連結する首部３０と，胴部１０の左右両側に設
けられた左腕部４０および右腕部５０と，胴部２０から
下方に延設され脚式移動を行う左脚部６０および右脚部
７０とを具備する。

【００３０】頭部１０は，首部３０の関節により胴部２
０に対して回動可能に連結される。かかる頭部１０は，
頭部外装１２に覆われた内部には，外界を撮像するカメ
ラ１４，外部からの音声等を収音するマイク１６が搭載
されており，首部３０との間に電子音声等を発音するス
ピーカ１８を具備する。

【００３１】胴部２０は，胸部２１と，腰部２２と，胸
部２１と腰部２２を連結する胴関節２３とから構成され
る。かかる胴部２０は，内部に比較的大きな容積を確保
することができるので，電源部や後述する中央制御装置
（図示せず）などが配置される。電源部は，後述するア
クチュエータ，制御装置およびカメラ１４などの各部が
消費する電力を供給するバッテリであり，例えばニッケ
ル水素電池などである。さらに，胴部２０には，ロボッ
ト１の姿勢を制御するための姿勢制御用センサ（図示せ
ず）が設けられる。この姿勢制御用センサは，ロボット
１の加速度や回転運動の角速度を検出することができ，
例えばジャイロセンサなどである。なお，かかる姿勢制
御用センサは，頭部１０など胴部２０以外の箇所に設置
することも可能である。

【００３２】左腕部４０および右腕部５０は，肩関節４
１，５１と，上腕４２，５２と，肘関節４３，５３と，
下腕４４，５４と，手首関節４５，５５と，手先部４
６，５６とから構成され，肩関節４１，５１によって胴
部２０の上部の両側に連結されている。

【００３３】左脚部６０および右脚部７０は，股関節６
１，７１と，大腿部６２，７２と，膝関節６３，７３
と，脛部６４，７４と，足首関節６５，７５と，足平部
６６，７６とから構成され，股関節６１，７１によって
胴部２０の下部に連結されている。さらに，両脚部６
０，７０の足平部６６，７６には，地面の状態やそこか
ら受ける圧力を検出するセンサとして例えば圧力センサ
（図示せず）が設けられている。また，かかる圧力セン
サを手先部４６，５６などのロボット１が外部と接触し
うる箇所に設けて，各部における接触状態を検出できる
ようにしてもよい。

【００３４】以上のように，ロボット１は，各部に複数
の関節（リンク機構）を有しており，回動軸を中心に各
関節を好適な角度だけ回動させることで，２足歩行や各
種の動作が可能である。かかる各関節は，１または２以
上のアクチュエータから構成されている。アクチュエー
タは，例えば減速機を備えたサーボモータなどからな
り，中央制御装置からの指示信号に基づいて，関節を所
定の回動速度で回動させ，所定の回動角度で維持するこ
とができる。サーボモータは，例えば小型のＡＣサーボ
モータまたはＤＣサーボモータなどであり，モータの駆
動を的確にフィードバック制御することができる。さら
に，かかるサーボモータには，その回転角度，角速度，
角加速度などを検出するためのセンサとして，例えばロ
ータリエンコーダが設けられている。また，減速機は，
サーボモータから大きなトルクを取り出すための機構で
あり，例えばハーモニック減速機等が用いられる。

【００３５】各関節は，例えば設置されるアクチュエー
タおよび回動軸等の数に応じて所定の自由度を有してお
り，例えば，図１に示したロボット１では，肩関節４
１，５１および股関節６１，７１が３自由度，足首関節
６５，７５および胴関節２３が２自由度，手首関節４
５，５５，肘関節４３，５３および膝関節６３，７３が
１自由度を有する。

【００３６】次に，図２に基づいて，本実施形態の特徴
である頭部と首部をリンクする第１のリンク機構の構成
について説明する。なお，図２は，本実施形態にかかる
第１のリンク機構８０の周辺各部を分解して示した分解
組立図である。

【００３７】図２に示すように，第１のリンク機構８０
は，首部３０の上端で，頭部１０のカメラ基台１００と
首部３０の首上ハウジング３２０をリンクして，第１の
回動軸３１を中心にカメラ基台１００を回動させる関節
である。なお，第１の回動軸３１とは，減速器３２１，
第１のサーボモータＭ１および第２のベアリング３２２
の各駆動軸若しくは回動軸３１ａ〜３１ｄから構成さ
れ，これら各部材の配列方向によりロール軸方向に回動
することができる。以下に，第１のリンク機構８０を構
成する各部材について，それぞれ説明する。

【００３８】首上ハウジング３２０は，首部３０の上部
に配された例えば略直方体形状を有するハウジングであ
る。

【００３９】カメラ基台１００は，本実施形態にかかる
撮像装置基台であり，頭部１０の例えば略中央部に配さ
れて各種装置が設置される例えば板状部材であって，ロ
ボット１の進行方向前方および後方にそれぞれ基台前面
部材１００ａと基台後面部材１００ｂを具備する。

【００４０】減速機３２１は，例えばハーモニックドラ
イブなどの減速機構であって，入力軸３１ｂの回動が減
速されて，出力軸３１ａの回動を招くような構造を有す
る。この減速機３２１の入力軸３１ｂは，第１のサーボ
モータＭ１の駆動軸３１ｃに軸着されており，出力軸３
１ａは，カメラ基台１００の基台後面部材１００ｂに固
着されている。また，減速機３２１は，入力軸３１ｂと
出力軸３１ａが同一軸方向に延長形成されている。かか
る構成により，減速機３２１として例えば遊星ギアなど
を用いることができ，より耐久性に優れた構造を実現で
きる。加えて，かかる遊星ギアなどの機構は，入手容易
かつ安価であるので，生産コストの低減を図ることもで
きる。

【００４１】第１のサーボモータＭ１は，上記のように
駆動軸３１ｃが減速機３２１の入力軸３１ｂに軸着され
ているので，その駆動力によって減速機３２１の出力軸
３１ａの回動を招くような構成である。また，第１のサ
ーボモータＭ１の基底部分Ｍ１ａは，首上ハウジング３
２０の例えば後面に固着されている。従って，第１のサ
ーボモータＭ１を駆動させることにより，減速機３２１
の出力軸３１ａを，首上ハウジング３２０を基準として
ロール軸方向に回動させることができる。

【００４２】第２のベアリング３２２は，ベアリング軸
受部３２２ａと，ベアリング軸受部３２２ａに対し回動
自在に付設されたベアリング軸３１ｄとを備えた軸受で
ある。このベアリング軸３１ｄは，上記減速機３２１の
出力軸３１ａと同一軸線（即ち，第１の回動軸３１）上
となるように配設されており，その一側端が首上ハウジ
ング３２０の前面に固着される。また，ベアリング軸受
部３２２ａは，カメラ基台１００の基台前面部材１００
ａに固着されている。かかる構成により，第２のベアリ
ング３２２は，カメラ基台１００を首上ハウジング３２
０に対しロール軸方向に回動自在に支持することができ
る。

【００４３】以上のような構成により，第１のリンク機
構８０は，カメラ基台１００を第１の回動軸３１を介し
て首上ハウジング３２０にリンクさせることができる。
また，第１のサーボモータＭ１を駆動することにより，
カメラ基台１００を第１の回動軸３１を中心にロール軸
方向に回動させ，首上ハウジング３２０に対して所定角
度傾けることができる。

【００４４】また，首上ハウジング３２０は，例えば両
側面の上端にメカニカルストッパ３２３ａ，３２３ｂ
（以下，メカニカルストッパ３２３という場合もあ
る。）が付設されている。かかるメカニカルストッパ３
２３は，首上ハウジング３２０とカメラ基台１００との
なす角度（即ち，カメラ基台１００の回動角度）が所定
範囲内に収まるように，カメラ基台１００の回動を物理
的に制限するストッパとしての機能を有する。さらに，
このメカニカルストッパ３２３は，カメラ基台１００の
接触の有無を検出するリミッタスイッチを兼ねているこ
とが好ましい。かかる構成により，カメラ基台１００が
メカニカルストッパ３２３ａ，３２３ｂのいずれか一方
と接触した際に，カメラ基台１００の回動角度が限界角
度に達したことを中央制御装置（図示せず）に対し通知
できる。

【００４５】次に，図３に基づいて，本実施形態の特徴
であるカメラを搭載した頭部の構成について説明する。
なお，図３は，本実施形態にかかる頭部１０を分解して
示した分解組立図である。

【００４６】図３に示すように，頭部１０は，主に，上
記のカメラ基台１００と，外界を撮像するカメラ１４
と，カメラ固定部１０４と，頭部外装１２とを有する。

【００４７】カメラ基台１００は，上記のように第１の
回動軸３１を介して首上ハウジング３２０に回動可能に
リンクされる板状部材である。このカメラ基台１００に
は，頭部１０を構成する各種装置が設置されており，カ
メラ基台１００がロール軸方向に回動することにより頭
部１０全体を左右に傾けることができる。また，カメラ
基台１００を回動させる第１のリンク機構８０は，カメ
ラ基台１００の下方に配されているので，カメラ基台１
００上のスペースを広く活用することができる。このた
め，本実施形態では，カメラ基台１００の例えば上面に
は，電子回路を形成する頭部電子基板４３０が搭載され
ている。

【００４８】カメラ１４は，例えばステレオカメラであ
り，ロボット１の左目に相当する左カメラ１４ａと，右
目に相当する右カメラ１４ｂの２つを有する。この左カ
メラ１４ａおよび右カメラ１４ｂは，例えばＣＣＤカメ
ラであり，外界を撮像して得た画像情報データを，頭部
電子基板４３０に送信する。また，かかる両カメラ１４
ａ，１４ｂが撮像した測距対象の画像情報データに基づ
いて，ロボット１は，本実施形態の特徴である測距を行
うことができるが，詳細については後述する。

【００４９】カメラ固定部１０４は，左カメラ１４ａお
よび右カメラ１４ｂを固定的に支持する例えば平板状の
部材であり，両カメラ１４ａ，１４ｂを設置する位置に
開口部１０４ａ，１０４ｂがそれぞれ設けられている。
かかる構成により，一枚板であるカメラ固定部１０４に
より，両カメラ１４ａ，１４ｂの視線を略同一の方向
（例えば前方）に合わせて安定的に固定できる。従っ
て，両カメラ１４ａ，１４ｂの視線を共に安定させるこ
とができ，予め両カメラ１４ａ，１４ｂの配置位置のず
れをキャリブレーションしておくことにより，撮像精度
ひいては測距精度が向上する。

【００５０】また，カメラ固定部１０４は，カメラ固定
部取付板１０６を介して，カメラ基台１００に例えばね
じ止めして固定される。かかる構成により，カメラ固定
部取付板１０６の大きさや形状を変更するだけで，カメ
ラ基台１００に対するカメラ１４の位置を容易に調整す
ることができる。このように，カメラ固定部取付板１０
６は，両カメラ１４ａ，１４ｂの設置位置を調整するア
ジャスタ装置として機能する。

【００５１】また，かかるカメラ固定部取付板１０６の
アジャスタ機能により，第１のリンク機構８０の組み立
て寸法誤差によるステレオ測距に対する影響を校正する
ことが可能である。よって，カメラ１４の画素が少なく
単にソフトウエア上で校正しても精度向上を図れない場
合であっても，その測距精度の向上を図ることができ
る。

【００５２】なお，上記カメラ固定部取付板１０６は，
必ずしも具備されなくともよく，例えば，図４に示すよ
うに，カメラ基台１００とカメラ固定部１０４を一体形
成してもよい。

【００５３】また，頭部外装１２は，例えばプラスチッ
ク等で形成され，上記のような頭部１０の各装置を覆う
ようにして配設される。この頭部外装１２は，例えば前
側には，左右のカメラ１４ａ，１４ｂに対応する位置に
カメラ孔１２ａ１２ｂが形成されており，また，例えば
両側には，マイク１６ａ，１６ｂが設置される。かかる
頭部外装１２は，カメラ基台１００に装着されており，
カメラ基台１００とともに例えば前後，左右等に回動す
ることができる。

【００５４】次に，図５に基づいて，本実施形態にかか
る第１の回動軸を中心として頭部を回動させるために要
する負荷について説明する。なお，図５は，本実施形態
にかかるカメラ基台１００の周辺各部を示す側面図であ
る。なお，図５では，頭部外装１２等は図示を省略して
ある。

【００５５】図５に示すように，第１のリンク機構８０
を構成する第２のベアリング３２２，第１のサーボモー
タＭおよび減速機３２１は，カメラ基台１０の例えば内
部に，第１の回動軸３１上に一列となって配置されてい
る。従って，第１の回動軸３１をカメラ基台１００の近
傍に配置することができる。

【００５６】また，上記のように，カメラ基台１００は
頭部１０全体の略中心部に配置されているとともに，頭
部１０の各装置は全て当該カメラ基台１００に連接され
ている。このため，頭部１０全体の質量中心（重心）
は，例えばカメラ基台１００の略近傍にあることとな
る。

【００５７】以上のことから，本実施形態においては，
第１の回動軸３１を，頭部１０の質量中心に近い位置に
配置することができる。このため，第１の回動軸３１を
中心として頭部１０を回動する際には，頭部１０のイナ
ーシャ（慣性モーメント）が比較的小さくて済み，また
頭部を大きく振ることもないので，かかる回動に要する
駆動力を低減することができる。従って，第１のサーボ
モータＭ１は，迅速かつ低負荷でカメラ基台１００を回
動させることができるとともに，第１のサーボモータＭ
１として小型のモータを用いることも可能になる。

【００５８】次に，図６に基づいて，左カメラおよび右
カメラの設置位置についてより詳細に説明する。なお，
図６は，本実施形態にかかる左カメラ１４ａおよび右カ
メラ１４ｂの周辺各部を示す正面図である。なお，図６
では，頭部外装１２等は図示を省略してある。

【００５９】図６（ａ）に示すように，左カメラ１４ａ
と右カメラ１４ｂは，カメラ基台１００の例えば前方
に，左カメラ１４ａの視線と右カメラ１４ｂの視線の中
点Ｃが，第１の回動軸３１の略中心となるように配され
る。このため，図６（ｂ）に示すように，第１の回動軸
３１を中心にカメラ基台１００を回動させた場合にも，
当該両視線の中点Ｃは，第１の回動軸３１の略中心にあ
り，元の位置と比較してほとんどずれることがない。

【００６０】かかる構成により，後述するカメラ１４に
よる測距を行う際に，両カメラ１４ａ，１４ｂをオフセ
ットがないように回動させて測距対象を再撮像できるた
め，演算が容易となり，迅速かつ正確な測距が可能とな
る。また，ロボット１の頭部１０が両目（即ち両カメラ
１４ａ，１４ｂ）の中点を略中心として左右に回動する
ので，ロボット１の首を傾げる様相が，これを見る人間
にとってより自然に感じられ，親近感を抱かせることも
できる。

【００６１】なお，左カメラ１４ａと右カメラ１４ｂが
上記のような配置となるように，カメラ固定部１０４を
支持するカメラ固定部取付板１０６の形状や大きさが調
整される。

【００６２】次に，図７に基づいて，本実施形態にかか
る首部３０の関節自由度について説明する。なお，図７
は，本実施形態にかかる首部３０の回動軸の構成を模式
的に示す斜視図である。

【００６３】図７に示すように，本実施形態にかかる首
部３０の関節は，４つの回動軸を有しているので，首部
３０全体として４自由度を有する。具体的には，第１の
回動軸３１は，上記のように第１のリンク機構８０を構
成し，ロール軸方向に回動する。また，第２の回動軸３
２は，第１の回動軸３１の例えば直下に配置され，ピッ
チ軸方向に回動する。さらに，第３の回動軸３３は，第
２の回動軸３２の下方に配置され，ヨー軸方向に回動す
る。加えて，第４の回動軸３４は，第３の回動軸３３の
下方で首部３０の下部（即ち，胴部２０側）に配置さ
れ，ピッチ軸方向に回動する。このように，首部３０の
関節は，ピッチ軸方向に２自由度，ロール軸方向および
ヨー方向にそれぞれ１自由度という合計４自由度を有す
る。

【００６４】かかる構成により，首部３０の関節は，頭
部１０を胴部２０に対して３方向に駆動させることが可
能である。具体的には，首部３０の関節は，第１の回動
軸３１を用いて頭部１０を左右に傾けること（首を傾げ
る動作）ができる。また，第２の回動軸３２および第４
の回動軸３４を用いて，頭部１０を前後に傾けること
（頷く動作）ができる。さらに，第３の回動軸３３を用
いて，頭部１０を回動させること（首を横に振る動作）
ができる。また，首部３０の関節は，このような３方向
の駆動を複合的に組み合わせることにより，頭部３０に
多様な運動をさせることもできる。

【００６５】次に，図８に基づいて，以上のような４自
由度を有する関節を実現するための首部３０のリンク機
構について説明する。なお，図８（ａ）および図８
（ｂ）は，本実施形態にかかる首部３０の側面図および
正面図である。なお，図３では，首部３０と隣接する胴
部２０の胴部基台２００と，上記のカメラ基台１００も
示し，簡単のためスピーカボックスの図示は省略する。

【００６６】以下に，首部３０の主な構成要素と首部３
０が有する４つの回動軸の位置について説明する。図８
（ａ）および図８（ｂ）に示すように，首部３０は，主
に，首下ハウジング３００と，首中ハウジング３１０
と，首上ハウジング３２０とから構成されている。また
首部３０は，下端で胴部２０の胴部基台２００と，上端
で頭部１０のカメラ基台１００と接続されている。

【００６７】まず，第１の回動軸３１は，上記のよう
に，首部３０の略上端でロー軸（Ｘ軸）方向に延長され
た回動軸である。

【００６８】また，第２の回動軸３２は，ピッチ軸（Ｙ
軸）方向に延長された回動軸であり，首上ハウジング３
２０と首中ハウジング３１０をリンクしている。かかる
第２の回動軸３２は，第２のサーボモータＭ２の駆動に
より，首上ハウジング３２０から上部を首中ハウジング
３１０に対しピッチ軸方向に回動させることができる
（第２のリンク機構）。

【００６９】さらに，第３の回動軸３３は，ヨー軸（Ｚ
軸）方向に延長された回動軸であり，首中ハウジング３
１０と首下ハウジング３００をリンクしている。かかる
第３の回動軸３３は，第３のサーボモータＭ３の駆動に
より，首中ハウジング３１０から上部を首下ハウジング
３００に対しヨー軸方向に回動させることができる（第
３のリンク機構）。

【００７０】また，第４の回動軸３４は，ピッチ軸（Ｙ
軸）方向に延長された回動軸であり，首下ハウジング３
００と胴部基台２００をリンクしている。かかる第４の
回動軸３４は，第４のサーボモータＭ４の駆動により，
首下ハウジング３００から上部（即ち，首部３０および
頭部１０）を胴部基台２００に対しピッチ軸方向に回動
させることができる（第４のリンク機構）。

【００７１】次に，上記のような首部３０の構成要素と
それらを相互に連結させる態様について，図９に基づい
て，より詳細に説明する。図９は，本実施形態にかかる
首部３０を分解して示した分解組立図である。なお，第
１のリンク機構８０については，上記図２で説明したの
で，ここではその説明を省略する。

【００７２】図９に示すように，首下ハウジング３００
は，首部３０の下端に配されるハウジングであり，例え
ば，その中部から上部にかけては略中空円筒形状を有
し，下部が略半球面形状を有する。この首下ハウジング
３００の両側には，ピッチ軸方向に回動する第４の回動
軸３４が軸止され，その一側の先端には首プーリ３０１
が設けられる。かかる首下ハウジング３００は，胴部２
０の略上端に位置する胴部基台２００の上方に配置さ
れ，第４の回動軸３４を胴部基台２００にリンクさせる
ことにより，首部３０を胴部２０に対し回動可能に連結
する機能を有する。

【００７３】また，上記の胴部基台２００の内部には，
第４のサーボモータＭ４が設置されている。この第４の
サーボモータＭ４は，その駆動軸に胴プーリ２０１を備
えており，胴プーリ２０１を回動させる駆動力を発生す
る。さらに，この胴プーリ２０１と上記の首プーリ３０
１との間にはベルト３０２が懸架されており，第４のサ
ーボモータＭ４の駆動力を第４の回動軸３４に伝達する
ことができる。このため，第４のサーボモータＭ４を駆
動させると，第４の回動軸３４がピッチ軸方向に回動す
るので，首下ハウジング３００を第４の回動軸３４を中
心に回動させて前後に傾けることができる。この際，首
下ハウジング３００は，その下部が略半球面形状を有す
るので，胴部２０に干渉されることなく円滑に回動でき
る。なお，上記第４のサーボモータＭ４を例えば胴部基
台２００の上面に配設し，その駆動軸と第４の回動軸３
４を一体に形成して，首下ハウジング３００に駆動力を
直接伝達できるように構成してもよい。

【００７４】また，首下ハウジング３００の内部には第
３のサーボモータＭ３が固設される。この第３のサーボ
モータＭ３の駆動軸が第３の回動軸３３であり，かかる
第３の回動軸３３は，首中ハウジング３１０の下面に接
続されている。従って，第３のサーボモータＭ３は，首
中ハウジング３１０を首下ハウジング３００に対しヨー
軸方向に回動させるように，駆動力を発生させる。

【００７５】また，首中ハウジング３１０は，例えば略
中空円筒形状を有し，その下面は第３の回動軸３３に接
続されている。また，上部には，前後２箇所に例えば略
方形のスピーカボックス用切込３１１が形成されてお
り，後述するスピーカボックス３３０が，このスピーカ
ボックス用切込３１１に収まるようになっている。

【００７６】また，首上ハウジング３２０は，上記のよ
うに第１のリンク機構８０によりカメラ基台１００とリ
ンクされており，頭部１０を搭載する部材として機能す
る。この首上ハウジング３２０は，例えば左右側面から
突出して配された第２の回動軸３２により，首中ハウジ
ング３１０に回動可能に軸着される。この第２の回動軸
３２は，一側端３２ａが第１のベアリング３２４を介し
て首中ハウジング３１０に回動自在に連結され，他側端
３２ｂが首中ハウジング３１０に固着される。さらに，
首上ハウジング３２０の内部には第２のサーボモータＭ
２が固設されており，この第２のサーボモータＭ２の駆
動軸は上記第２の回動軸３２の他側端３２ｂと一体形成
されている。このため，首上ハウジング３２０は，第２
のサーボモータＭ２の駆動によって，首中ハウジング３
１０に対しピッチ軸方向に回動できるようになってい
る。

【００７７】また，首上ハウジング３２０の下部には，
内部にスピーカ１８を備えるスピーカボックス３３０が
首中ハウジング３１０との間に挟まるようにして設置さ
れる。このスピーカボックス３３０は，例えば下面が略
曲面となるような例えば略半円筒形状を有しており，首
上ハウジング３２０の回動に伴いピッチ軸方向に円滑に
回動できる。

【００７８】次に，図１０に基づいて，本実施形態にか
かるロボットの制御システムについて説明する。なお，
図１０は，本実施形態にかかるロボット１の制御システ
ム４００の全体構成を示すブロック図である。

【００７９】図７に示すように，制御システム４００
は，ロボット１全体を統括的に制御する中央制御装置４
１０と，各関節のサーボモータＭに対応してそれぞれ設
けられた複数の関節制御回路４２０と，カメラ基台１０
０上に設けられ画像情報などを処理する頭部電子基板４
３０と，各種のセンサ（姿勢制御用センサ，圧力セン
サ，メカニカルストッパ３２３のリミッタスイッチな
ど）４４０とから構成される。

【００８０】中央制御装置４１０は，各関節の動作状況
（即ち，関節の回動角度等）や，カメラ１４により撮像
された画像情報等の外部情報データ，各センサ４４０の
検出信号，外部からのロボット動作の指令情報等に基づ
いて，ロボット１に歩行などの所定の動作を起こさせる
べく，各関節のサーボモータＭの駆動を指示するなど，
ロボット１全体を統括的に制御する機能を有し，例えば
胴部２０に設けられる。

【００８１】かかる中央制御装置４１０は，図１１に示
すように，上記のような各種の入力情報に基づいて演算
処理を行い，各関節の回動角度や回動速度を指示する信
号等の制御信号を作成する制御演算部４１１と，各種セ
ンサ４４０や関節制御回路４２０および頭部電子基板４
３０との間で各種のデータを送受信する内部入出力部４
１３と，有線または無線により接続したコントローラそ
の他の外部装置（図示せず）との間で通信処理を行う外
部通信部４１５と，頭部電子基板４３０から入力された
画像情報データの解析処理を行い，測距演算を行う画像
処理部４１７と，頭部電子基板４３０から入力された音
声情報データの解析処理を行う音声処理部４１９から構
成される。また，上記以外にも，中央制御装置４１０
は，例えば予め設定されたロボット１の動作パターン等
を格納しているハードディスクドライブなどの記憶装置
からなる記憶部（図示せず）を具備していてもよい。

【００８２】また，関節制御回路４２０は，ロボット１
の各関節が具備する複数のサーボモータＭに対応してそ
れぞれ配設されており，中央制御装置４１０から受信し
た指示信号に基づいて，サーボモータＭの回動角度や回
動速度を制御する機能を有する。サーボモータＭには，
上述のようにロータリエンコーダ４２１が設けられてお
り，サーボモータＭの実際の回動角度や回動速度を検出
できる。従って，関節制御回路４２０は，ロータリエン
コーダ４２１の検出値に基づいて，サーボモータＭをフ
ィードバック制御するとともに，かかる検出値を中央制
御装置４１０に送信することができる。

【００８３】また，頭部電子基板４３０は，上記のよう
にカメラ基台１００上に配される電子回路であり，例え
ばカメラ１４からの画像信号や，マイク１６からの音声
情報を入力するコネクタなどの各種電子部品も搭載され
ている。かかる頭部電子基板４３０は，例えばマイクロ
コンピュータなどからなる演算処理装置を具備してお
り，カメラ１４やマイク１６などにより得た外部情報デ
ータを一次的に処理して，データ量を減少させた上で，
中央制御装置４１０に送信することができる。また，頭
部電子基板４３０は，中央制御装置４１０からの制御信
号に基づいて，例えば音声系アンプにより増幅された所
定の音声信号などをスピーカ１８から発音するように制
御することもできる。

【００８４】以上のような構成の制御システム４００に
より，ロボット１の動作を好適に制御できる。例えば，
ロボット１が，障害物のある空間を歩行する場合を例に
あげて説明する。ロボット１の歩行中に，頭部１０に搭
載したカメラ１４が，進路上にある障害物を撮像する
と，撮像された障害物を含む画像情報は，頭部電子基板
４３０で一時的に処理された後，中央制御装置４１０の
画像処理部４１７に入力され，その障害物の大きさや距
離などが解析処理される。かかる障害物の解析データに
基づいて，制御演算部４１３はロボット１が障害物を回
避して歩行するように，各関節の回動角度の指示信号を
作成して，各関節制御回路４２０に送信する。かかる制
御信号に基づいて，各関節制御回路４２０が各サーボモ
ータＭを所定角度回動させることにより，ロボット１が
障害物を回避するように進路を変えて歩行する。以上の
ような工程を定期的に繰り返すことにより，ロボット１
は障害物に衝突することなく，歩行を続けることができ
る。

【００８５】次に，本実施形態の大きな特徴であるロボ
ット１による測距方法について説明する。

【００８６】ロボット１は，頭部１０搭載された左カメ
ラ１４ａ及び右カメラ１４ｂを用いて，一般的な測距方
法であるステレオビュー（ステレオ視またはステレオ法
ともいう）による測距を行うことができる。

【００８７】このステレオビューでは，撮像した一対の
画像において測距対象の対応点を特定し，その視差か
ら，三角測量を応用して測距対象までの距離を算出す
る。しかし，測距対象が，例えば棒状体や大きな台など
の場合には，撮像した画像上において，測距対象は，例
えば単なる直線となっていて切れ目がなく，かつ視線間
ラインと略平行となってしまう（いわゆるベースライン
となる）ことがあるので，視差を演算する対応点を特定
できず，結果として測距不能となる。

【００８８】そこで，本実施形態にかかるロボット１
は，かかる測距不能な測距対象に対処すべく，これらの
測距対象を撮像した場合には，頭部１０を回動させた上
で再撮像するという特徴を有する。以下に，図１２に基
づいて，本実施形態にかかるロボット１による測距方法
について詳細に説明する。図１２は，本実施形態にかか
るロボット１の測距動作フローを示すフローチャートで
ある。

【００８９】なお，以下では，上記のような測距不能な
測距対象としては，略直線状の物体の例を挙げ，カメラ
１４からかかる直線物体までの距離を測定する場合にお
ける，頭部１０の動作やそのアルゴリズムについて，主
に説明することとする。また，簡単のため，両カメラ１
４ａ，１４ｂの視線は，それぞれロボット１の歩行面と
略平行の状態になっており，かつ両カメラ１４ａ，１４
ｂ間の基線（中心視線間ベクトル）も同じく歩行面と略
平行の状態（即ち，ロボット１がまっすぐ正面を見てお
り，頭部が傾斜していない状態）になっているものとす
る。

【００９０】まず，ステップＳ２では，両カメラ１４
ａ，１４ｂにより，測距対象を撮像する（ステップＳ
２：第１の撮像工程）。かかる撮像により，当該測距対
象に関して，左カメラ１４ａによる左画像と，右カメラ
１４ｂによる右画像を得ることができる。左カメラ１４
ａと右カメラ１４ｂは所定の基線長だけ離れて配設され
ているので，当該右画像と左画像とでは，撮像された測
距対象の画像上の位置（座標）が所定距離ずれているこ
ととなる。かかる左画像および右画像の画像情報データ
は，頭部電子基板４３０を介して，中央制御装置４１０
の画像処理部４１９に入力される。

【００９１】次いで，ステップＳ４では，左画像と右画
像における測距対象の特徴をそれぞれ抽出する（ステッ
プＳ４）。画像処理部４１９では，左画像および右画像
に表れている測距対象の特徴をそれぞれ探索して抽出す
る処理が行われる。かかる抽出は，例えば，左右画像上
の水平走査線ごと，分割された複数の領域ごとまたは画
素ごとなどに行われる。

【００９２】さらに，ステップＳ６では，左画像と右画
像における対応点を特定できるか否かが判定される（ス
テップＳ６：判定工程）。ステップＳ４で抽出された左
画像と右画像の測距対象の特徴を互いに対照し，両画像
の特徴が一致する両画像上の位置（座標）である対応点
の特定を試みる。

【００９３】両画像上で視線間ラインと測距対象が非平
行であると判定された場合，即ち，対応点が特定できた
場合には，ステップＳ８に進み，両画像の対応点の視差
から，三角測量を応用した所定のアルゴリズムにより，
当該測距対象の位置を算出する通常の測距演算を行う。

【００９４】一方，両画像上で視線間ラインと測距対象
が非平行であると判定された場合，即ち，両画像の特徴
が全て略同一となってしまう等の原因で対応点が特定で
きない場合には，ステップＳ１０に進む。

【００９５】次いで，ステップＳ１０では，ロボット１
の頭部１０を傾ける（ステップＳ１０：頭部傾斜工
程）。図１３に示すように，第１の回動軸３１を中心と
して頭部１０を例えば左方向（若しくは右方向）に所定
角度βだけ回動させる。これにより，カメラ基台１００
に設置されている左カメラ１４ａおよび右カメラ１４ｂ
も，第１の回動軸３１を中心として所定角度βだけ回動
する。この際，上記のように，両カメラ１４ａ，１４ｂ
の視線の中点Ｃが第１の回動軸３１の中心にあるので，
両カメラ１４ａ，１４ｂの中心を結ぶ基線１４ｃは，回
動後も第１の回動軸３１の略中心を通ることとなる。

【００９６】また，カメラ基台１００が上記メカニカル
ストッパ３２３に接触してその回動を制限される角度ま
で回動させることが好ましい。これにより，測距のため
に頭部１０を傾ける場合には，常に略同一の傾斜角度が
得られ，演算が容易になるとともに，頭部１０が当該傾
斜角度を安定的に維持できるので，測距精度が向上す
る。

【００９７】さらに，ステップＳ１２では，頭部１０を
傾けた状態で，左カメラ１４ａおよび右カメラ１４ｂに
より，測距対象を再度撮像する（ステップＳ１２：第２
の撮像工程）。これにより，実際の空間では略水平であ
る測距対象は，再撮像された画像上において，例えば，
両カメラ１４ａ，１４ｂ間の基線に対して所定角度βを
有する斜線となって表れる。即ち，両画像上の測距対象
は，視線間ラインと略平行とはならない。

【００９８】ところで，ステレオピューで撮像した直線
が視線間ラインと非平行である場合に，カメラ１４から
当該直線までの距離を演算するには，様々なアルゴリズ
ムが提案されているが，本実施形態では幾何学的に簡単
に求めるアルゴリズムを採用し，以下のステップでその
詳細について説明する。

【００９９】その後，ステップＳ１４では，再撮像され
た左画像と右画像における測距対象の特徴点をそれぞれ
抽出する（ステップＳ１４）。既に，上記ステップＳ１
２で再撮像した測距対象が直線であることが判明してお
り，本ステップでは，この直線の特徴点を抽出すること
となる。そこで，本実施形態にかかる距離算出のための
アルゴリズムでは，例えば，各カメラ１４ａ，１４ｂの
視線中心からの最短点を当該再撮像された測距対象の特
徴点として，それぞれ抽出する。なお，視線中心とは，
撮像された画像上におけるカメラ１４の視線の位置を表
す点であり，左画像および右画像にそれぞれの視線中心
が存在する。また，視線中心からの最短点とは，左画像
および右画像において，視線中心を通る直線と当該再撮
像された直線とが直交する点をいうものとする。

【０１００】ここで，かかる特徴点の例について，図１
４に基づいて，より詳細に説明する。なお，図１４
（ａ）は左画像を示し，図１４（ｂ）右画像を示す。な
お，両画像において，視線中心Ｏａ，Ｏｂを中心とする
直径Ｐｆとなる円の内側にのみ撮像された画像情報が表
れているものとする。

【０１０１】まず，図１４（ａ）に示すように，左画像
においては，撮像された直線９０が，左カメラ１４ａの
視線中心Ｏａの上方に右下がりの斜線となって撮像され
ている。また，特徴点として抽出された最短点Ｔａは，
視線中心Ｏａを通る直線と直線９０とが直交する点であ
り，視線中心Ｏａを中心とする直交座標系（以下では，
左カメラ座標系という。）において，最短点Ｔａの座標
は（Ｐｘ_１，Ｐｙ_１）である。

【０１０２】また，図１４（ｂ）に示すように，右画像
においては，撮像された直線９０が，右カメラ１４ｂの
視線中心Ｏａの下方に右下がりの斜線となって撮像され
ている。また，上記と同様にして，最短点Ｔｂが特徴点
として抽出され，右カメラ座標系におけるその座標は
（Ｐｘ_２，Ｐｙ_２）である。

【０１０３】その後，ステップＳ１６では，本実施形態
にかかるアルゴリズムに従い数式演算して，測距対象ま
での距離を算出する（ステップＳ１６：演算工程）。本
ステップでは，画像処理部４１７で，ステップＳ１４で
抽出された両特徴点の座標（左または右カメラ座標系に
おける各座標）に基づいて，数式演算を行う。なお，以
下では，図１４に示したように，左画像では，最短点Ｔ
ａが第１象現に撮像され，右画像では，最短点Ｔｂが第
３象現に撮像された場合について説明するが，かかる例
に限定されない。なお，当該直線の最短点がその他の象
現で撮像されたとしても，本アルゴリズムの一部の正負
が相違する程度であり，本アルゴリズムから容易に想到
しうる。また，説明簡単のため，撮像される直線までの
距離とは，両カメラ１４ａ，１４ｂの視線が法線となる
平面上に当該直線があるものとして，カメラ１４からそ
の面までの距離をいうものとする。

【０１０４】このような条件付けにより，実空間におけ
る両カメラ１４ａ，１４ｂと測距対象である直線９０の
関係は，図１５に示すようになる。図１５において，Ｌ
は測定すべき距離，Ｆは両カメラ１４ａ，１４ｂからの
距離Ｌで撮像できる最大の視野位置と視線中心との距
離，αは両カメラ１４ａ，１４ｂの視野角，ｄは左カメ
ラ１４ａと右カメラ１４ｂの間の基線長を示す。なお，
平面Ｂは直線９０を含む平面であり，９１ａ，９１ｂは
両カメラ１４ａ，１４ｂの視線である。

【０１０５】このようにすると，Ｆ／Ｌ＝ｔａｎα ＜式１＞の関係が成り立つ。

【０１０６】さらに，距離Ｌ離れた実際の直線９０にお
ける上記の特徴点の座標は，平面Ｂにおける視点中心か
らの座標系において，（Ｐｘ・Ｆ／Ｐｆ，Ｐｙ・Ｆ／Ｐｆ）＜式２＞となる。ここで，Ｐｆは距離Ｌにおいて最大視野距離Ｆ
に相当するカメラ座標系での値，（Ｐｘ，Ｐｙ）はカメ
ラ座標系での最短点の座標である。なお，視点中心と
は，平面Ｂと視線９１ａ，９１ｂとの交点である。

【０１０７】このため，式２は，式１を用いて書き換え
ると，（Ｐｘ・Ｌｔａｎα／Ｐｆ，Ｐｙ・Ｌｔａｎα／Ｐｆ）＜式３＞と求めることができる。従って，例えば図１４に示した
ような，左および右カメラ座標系における最短点Ｔａ，
Ｔｂの座標（Ｐｘ_１，Ｐｙ_１），（Ｐｘ_２，Ｐｙ _２）を
用いて，図１６に示すような平面Ｂにおける左または右
視点中心からの座標系における，特徴点の座標Ｃ_１（ｘ
_１，ｙ_１），Ｃ_２（ｘ_２，ｙ_２）を，（Ｐｘ_１・Ｌｔａｎα／Ｐｆ，Ｐｙ_１・Ｌｔａｎα／Ｐｆ）＜式４＞（Ｐｘ_２・Ｌｔａｎα／Ｐｆ，Ｐｙ_２・Ｌｔａｎα／Ｐｆ）＜式５＞と表すことができる。ここで，Ｌ以外の数値は，全て既
知である。

【０１０８】一方，平面Ｂにおいて，（ａ）左カメラ１
４ａでの特徴点Ｃ_１，直線９０と視線間ラインＨとの交
点Ｋ，左カメラ１４ａの視線中心点Ｏ_１とで形成される
三角形と，（ｂ）右カメラ１４ｂでの特徴点Ｃ_２，直線
９０と視線間ラインＨとの交点Ｋ，右カメラ１４ｂの視
線中心点Ｏ_２とで形成される三角形と，について，両三
角形の斜辺長の合計は，基線長ｄとなっていることか
ら，ＳＱＲＴ（ｘ_１ ^２＋ｙ_１ ^２）／ｓｉｎβ十ＳＱＲＴ（ｘ_２ ^２＋ｙ_２ ^２）／ｓｉｎβ＝ｄ＜式６＞の関係が保たれる。

【０１０９】従って，式４および式５を，式６に代入す
ると，Ｌの値を求めることができる。なお，上記計算式
のうちβについては，傾けた頭部１０の回動角度に対応
するので，固定値としてもよいが，撮像した直線９０か
ら求めたものであってもよい。

【０１１０】従って，上記のようなアルゴリズムに基づ
いて，両カメラ１４ａ，１４ｂから測距対象である直線
９０までの距離を算出することができる。

【０１１１】以上のように，本実施形態にかかるロボッ
ト１は，左および右カメラ１４ａ，１４ｂで撮像した測
距対象が，画像上で視線間ラインＨと略平行な場合であ
っても，頭部１０を傾げて再撮像することにより，その
測距対象までの距離を測定することができる。

【０１１２】以上，添付図面を参照しながら本発明の好
適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に
限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載
された技術的思想の範疇内において各種の変更例または
修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについ
ても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解され
る。

【０１１３】例えば，上記実施形態では，ロボット１と
して二足歩行型ロボットの例を挙げて説明したが，本発
明はかかる例に限定されず，例えば，４足歩行型ロボッ
ト，多足（例えば６足）歩行型ロボットなど，任意の脚
数を有する脚式移動ロボットであってもよい。また，ロ
ボット１の移動態様としては，脚式移動に限定されず，
例えば，クローラ式，タイヤ式の移動機構などを設けて
もよい。さらに，移動を行わない固定型のロボットであ
ってもよい。

【０１１４】また，上記実施形態では，撮像装置として
カメラ，特にステレオカメラの例を挙げて説明したが，
本発明はかかる例に限定されるものではない。

【０１１５】また，上記実施形態では，傾斜装置として
第１のリンク機構８０の例をあげて説明したが，本発明
はかかる例に限定されず，撮像装置基台を傾斜可能なも
のであれば，例えば，油圧シリンダなどを用いて撮像装
置基台を持ち上げるような装置などであってもよい。

【０１１６】また，本発明にかかる撮像装置基台傾斜と
は，上記実施形態に示したような，撮像装置基台を略水
平状態から傾斜状態にすることに限定されず，傾斜状態
から略水平状態にすることも含むものとする。

【０１１７】また，上記実施形態では，撮像装置基台と
して略板状部材のカメラ基台１００の例を挙げて説明し
たが，本発明はかかる例に限定されず，傾斜装置の構造
などに応じて，撮像装置基台の設置位置や形状などを変
更してもよい。

【０１１８】また，上記実施形態では，中央制御装置４
１０は，胴部２０の内部に設置されていたが，かかる例
に限定されず，例えば，胴部２０の背面に露出して配設
されたり，胴部２０以外の頭部１０などに設置されても
よい。また，中央制御装置４１０をロボット１の外部に
設けて，有線または無線でロボット１と接続可能に構成
してもよい。この際，ロボット１には，外部と各種情報
を伝達するために，例えばケーブル接続用のインターフ
ェースや通信アンテナといった通信装置などを設けるこ
ともできる。また，電源部（バッテリ）も外部に設け
て，外部から例えばケーブル等でロボット１に電力を供
給してもよい。

【０１１９】また，中央制御装置４１０は，外部通信部
４１５，音声処理部４１９を必ずしも具備しなくともよ
く，また，上記実施形態以外にも，ロボット１の動作や
センサから入力される情報に応じて各種の処理を行う装
置を有してもよい。また，画像処理部４１７を頭部電子
基板４３０に設けて，全ての画像情報処理や測距演算等
を頭部電子基板４３０で行ってもよい。

【０１２０】また，上記実施形態では，頭部１００に頭
部電子基板４３０を設けて，所定の画像情報処理等を行
ったが，かかる例に限定されず，頭部電子基板４３０を
設けなくてもよく，また，頭部電子基板４３０に相当す
る電子回路を頭部１０以外の任意の場所に設けてもよ
い。

【０１２１】また，上記実施形態では，ロボット１の関
節を駆動させるアクチュエータとしてサーボモータＭを
用いたが，かかる例に限定されず，通常のモータ，油圧
・空圧シリンダ，形状記憶合金等を用いてもよい。ま
た，アクチュエータの駆動力を各関節に伝達する機構
は，上記実施形態の例に限定されず，例えばギヤ，ベル
ト，ワイヤ，チェーン等を介すなど，多様な態様でアク
チュエータの駆動力を伝達してもよい。

【０１２２】また，上記実施形態では，ロボット１は，
マイク１６，スピーカ１８や，各種センサ４４０を具備
していたが，これらを必ずしも具備する必要はない。ま
た，圧力センサの代わりに，足裏の設置状況を検出する
オン／オフ式センサや，脚部が地面から受ける圧力状態
を詳細に検出する６軸力センサを設けてもよい。

【０１２３】また，上記実施形態では，ロボット１は，
頭部１０，胴部２０，両腕部４０，５０，両脚部６０，
７０の各所に複数の関節を有しており，また，各関節が
１〜３の自由度を有していたが，本発明はかかる例に限
定されない。例えば，上記実施形態で示した場所以外に
も関節を設けてもよく，また，各関節の自由度は，ロボ
ット１の用途や設計条件などに応じて増減可能である。

【０１２４】また，本実施形態にかかるロボット１は，
首部３０の関節が４自由度を有していたが，かかる例に
限定されず，１〜３または５以上の任意の自由度を有し
てもよい。即ち，第２〜４の回動軸３２〜３４は，必ず
しも具備されなくともよく，また，首部３０に５以上の
回動軸を設けてもよい。

【０１２５】また，各回動軸の回動方向は上記実施形態
の例に限定されない。例えば，第１の回動軸をピッチ軸
方向に回動させてもよく，この場合には，左カメラおよ
び右カメラ１４ａ，１４ｂを側頭部に設けることが好ま
しい。かかる構成により，ロボット１の左右側にある測
距対象を撮像し，さらには測距することもできる。

【０１２６】また，首部３０を構成する３つのハウジン
グ３１０，３２０，３３０の形状および配置は，上記実
施形態に示す例に限定されず，ロボット１やアクチュエ
ータの種類，回動軸の配置などに応じて，ハウジングの
形状や配置を適宜変更したり，新たなハウジングを追加
したりしてもよい。

【０１２７】また，上記実施形態では，左カメラ１４ａ
と右カメラ１４ｂは，双方の視線の中点が第１の回動軸
３１の略中心となるよう配されたが，かかる例に限定さ
れず，頭部１０の任意の位置に配置されてもよい。例え
ば，双方の視線の中点が第１の回動軸３１の略中心以外
となるように，両カメラ１４ａ，１４ｂを配置すること
により，頭部１０を左右に傾げて両カメラ１４ａ，１４
ｂを回動させる際に，オフセットが生じる。これによ
り，例えば正面からは，障害物等の後ろに隠れて当初は
撮像できなかった物体が，頭部１０の回動により両カメ
ラ１４ａ，１４ｂの視野範囲に現れて，撮像することが
できるようになる場合もある。

【０１２８】また，左カメラ１４ａおよび右カメラ１４
ｂの設置位置を調整するアジャスタ装置は，上記のカメ
ラ固定部取付板１０６には限定されない。

【０１２９】また，測距時に数式演算するアルゴリズム
としては，上記の例に限定されることはない。また，測
距対象としても上記実施形態における直線９０に限定さ
れず，例えば，平面Ｂ上にない直線や，略棒状の物体，
大きな台等といったカメラ１４の視野に測距対象の全体
を納めることができないような物体などであってもよ
い。また，通常のステレオビューにより測距可能な測距
対象（即ち，撮像時にベースライン状とならない物体）
であってもよいことは勿論である。

【０１３０】

【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
ロボットの頭部に搭載された撮像装置を用いて，視線間
ラインと略平行である測距対象であっても測距すること
ができる。また，撮像装置を安定的に固定できるととも
に，頭部の傾斜に要する負荷を低減することができるの
で，頭部の傾斜動作を迅速にし，撮像精度および測距精
度向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は，第１の実施形態にかかるロボットの全
体構成を示す斜視図である。

【図２】図２は，第１の実施形態にかかる第１のリンク
機構の周辺各部を分解して示した分解組立図である。

【図３】図３は，第１の実施形態にかかる頭部を分解し
て示した分解組立図である。

【図４】図４は，カメラ基台の別の態様を示す斜視図で
ある。

【図５】図５は，第１の実施形態にかかるカメラ基台の
周辺各部を示す側面図である。

【図６】図６は，第１の実施形態にかかる左カメラおよ
び右カメラの周辺各部を示す正面図である。

【図７】図７は，第１の実施形態にかかる首部の回動軸
の構成を模式的に示す斜視図である。

【図８】図８（ａ）は，第１の実施形態にかかる首部の
側面図である。図８（ｂ）は，第１の実施形態にかかる
首部の正面図である。

【図９】図９は，第１の実施形態にかかる首部３０を分
解して示した分解組立図である。

【図１０】図１０は，第１の実施形態にかかるロボット
の制御システムの全体構成を示すブロック図である。

【図１１】図１１は，第１の実施形態にかかる中央制御
装置の構成を示すブロック図である。

【図１２】図１２は，第１の実施形態にかかるロボット
の測距動作フローを示すフローチャートである。

【図１３】図１３は，第１の実施形態にかかるロボット
による測距方法の頭部傾斜工程を説明するための頭部の
正面図である。

【図１４】図１４は，第１の実施形態にかかる左および
右カメラによって撮像された左画像および右画像を示す
説明図である。

【図１５】図１５は，第１の実施形態にかかる左および
右カメラと測距対象である直線との関係を示す説明図で
ある。

【図１６】図１１は，測距対象である直線を含む平面に
おける特徴点の座標を示す説明図である。

【符号の説明】

１：ロボット１０：頭部１４：カメラ１４ａ：左カメラ１４ｂ：右カメラ２０：胴部３０：首部３１：第１の回動軸３２：第２の回動軸３３：第３の回動軸３４：第４の回動軸８０：第１のリンク機構１００：カメラ基台１０４：カメラ固定部１０６：カメラ固定部取付板３００：首下ハウジング３１０：首中ハウジング３２０：首上ハウジング４００：制御システム４１０：中央制御装置４２０：関節制御回路４３０：頭部電子基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大橋武史東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 2F065 AA06 CC00 DD06 FF05 FF09 FF63 FF64 FF65 JJ03 JJ05 JJ26 NN20 PP05 PP25 QQ24 QQ26 QQ27 QQ29 QQ31 2F112 AC06 BA03 BA05 CA04 DA28 FA19 FA35 FA45 3C007 AS36 CS08 HS27 KS03 KS36 KT03 KT04 KT11 MS10 MT04 WA03 WA13 WC25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】頭部に撮像装置を搭載したロボットであ
って，胴部から繋がる首部と，外界を撮像する左撮像装
置と右撮像装置と，前記左撮像装置と右撮像装置が設置
される撮像装置基台と，前記首部に対して前記撮像装置
基台を傾斜させる傾斜装置と，前記左撮像装置と右撮像
装置から得られる画像情報を処理し，撮像された測距対
象から前記左撮像装置および右撮像装置までの距離を計
算する画像処理部と，を具備し，前記左撮像装置の視線
と前記右撮像装置の視線とを結んだ直線を視線間ライン
とすると，前記画像処理部が，前記左撮像装置および右
撮像装置により撮像された画像上において前記測距対象
は前記視線間ラインと略平行であると判定した際には，
前記傾斜装置を動作させて前記撮像装置基台を傾斜さ
せ，再度撮像し，再度撮像された画像情報に基づいて前
記測距対象から前記左撮像装置および右撮像装置までの
距離を計算することを特徴とする，ロボット。
【請求項２】前記傾斜装置は，前記撮像装置基台と前
記首部とをリンクして，ロール軸方向に回動する第１の
回動軸を中心に前記撮像装置基台を回動させる第１のリ
ンク機構であることを特徴とする，請求項１に記載のロ
ボット。
【請求項３】前記第１のリンク機構は，前記首部にそ
の基底部分を取り付けたモータと，前記モータの基底部
分の他端から出された駆動軸に連接され，入力軸と出力
軸が対向して設けられた減速機とを具備し，前記撮像装
置基台は，前記減速機の出力軸に固設されるとともに，
前記首部に回動可能に軸支されることを特徴とする，請
求項２に記載のロボット。
【請求項４】前記左撮像装置および右撮像装置は，双
方の視線の中点が，前記第１の回動軸の略中心またはそ
の近傍にあるように配されることを特徴とする，請求項
２に記載のロボット。
【請求項５】前記第１の回動軸は，前記頭部の質量中
心またはその近傍を通るように配されることを特徴とす
る，請求項２に記載のロボット。
【請求項６】前記首部は，前記撮像装置基台が前記第
１の回動軸を中心に所定角度以上回動することを制限す
るストッパを具備することを特徴とする，請求項２に記
載のロボット。
【請求項７】前記ストッパは，前記撮像装置基台の回
動が所定角度に達したことを検出するリミッタスイッチ
を具備する，ことを特徴とする，請求項７に記載のロボ
ット。
【請求項８】前記撮像装置基台は，前記左撮像装置お
よび右撮像装置の設置位置を調整するアジャスタ装置を
備えることを特徴とする，請求項１に記載のロボット。
【請求項９】前記撮像装置基台には，前記画像処理部
を具備する頭部電子基板が設置されることを特徴とす
る，請求項１に記載のロボット。
【請求項１０】前記首部は，前記第１の回動軸の下方
に，ピッチ軸方向に回動する第２の回動軸と，ヨー軸方
向に回動する第３の回動軸と，ピッチ軸方向に回動する
第４の回動軸と，を具備することを特徴とする，請求項
２に記載のロボット。
【請求項１１】前記第２〜４の回動軸は，前記頭部か
ら前記胴部にかけて，前記第２の回動軸，前記第３の回
動軸，前記第４の回動軸の順に配されることを特徴とす
る，請求項１０に記載のロボット。
【請求項１２】前記左撮像装置および右撮像装置は，
ステレオカメラを構成することを特徴とする，請求項１
に記載のロボット。
【請求項１３】頭部に左撮像装置と右撮像装置を搭載
したロボットによる測距方法であって，前記左撮像装置
と右撮像装置により測距対象を撮像する，第１の撮像工
程と，前記左撮像装置の視線と前記右撮像装置の視線と
を結んだ直線を視線間ラインとすると，前記左撮像装置
および右撮像装置により撮像された画像上において前記
測距対象が前記視線間ラインと略平行であるか否かを判
定する，判定工程と，前記判定工程において，前記測距
対象が前記視線間ラインと略平行であると判定された場
合には，前記頭部を傾斜させる，頭部傾斜工程と，前記
測距対象を再度撮像する，第２の撮像工程と，前記第２
の撮像工程で撮像された画像情報に基づいて前記測距対
象から前記左撮像装置および右撮像装置までの距離を演
算する，演算工程と，を含むことを特徴とする，ロボッ
トによる測距方法。
【請求項１４】前記頭部傾斜工程は，前記左撮像装置
と右撮像装置が設置された撮像装置基台を，前記撮像装
置基台にリンクされロール軸方向に回動する第１の回動
軸を中心に，回動させることを特徴とする，請求項１３
に記載のロボットによる測距方法。
【請求項１５】前記左撮像装置および右撮像装置は，
双方の視線の中点が，前記第１の回動軸の略中心となる
ように配されることを特徴とする，請求項２に記載のロ
ボットによる測距方法。
【請求項１６】前記第１の回動軸は，前記頭部の質量
中心またはその近傍を通るように配されることを特徴と
する，請求項１３に記載のロボットによる測距方法。