JP2003330538A - 自律移動ロボットおよびその自律移動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 自律移動ロボットは２台のカメラを搭載し、
このカメラによって移動経路に沿って設置された行動
（直進、回転、停止等）を指令する所定形状のランドマ
ークを探索すると共に、このランドマークの形状等を認
識しながらその指令内容に応じて移動機構を制御するこ
とで移動経路に沿って自律移動できる。 【効果】 走行に必要な地図を不要とし移動経路に設置
されるランドマークを認識してその行動指令に応じて自
律移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は自律移動ロボットおよ
びその自律移動方法に関し、特にたとえば移動経路に沿
って設置されたランドマーク（誘導標識）の形状を認識
して自律移動する、新規な自律移動ロボットおよびその
自律移動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、少子・高齢化時代を迎え、人と共
存する生活支援型ロボットの必要性が期待されている。
このロボットに共通する技術的課題としては環境情報を
認識しながら自己位置を同定し、人や障害物等を回避し
ながら自律移動する環境認識技術が挙げられる。

【０００３】この環境認識技術は、従来から視覚認識の
応用分野として盛んに研究開発が行われているが、処理
の負荷が重くリアルタイム移動を実現するのは困難な状
況にある。また、ロボットが認識しやすい環境を設定す
る環境整備というアプローチ方法を用いて様々な自律移
動技術が開発、提案されている。

【０００４】例えば、特開平１１−２７２３２８号公報
［Ｇ０５Ｄ １／０２］には、複数の色の組合せに基づ
いて場所、位置等の情報や指令情報等を与えるための色
標識を利用した移動ロボットの誘導方法が開示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、その大
半が新たな環境にロボットを導入するには、ユーザが事
前に地図情報を準備してロボットに入力しなければなら
ないという問題がある。

【０００６】例えば、案内ロボットの場合、案内場所が
変更される都度その地図情報を準備してロボットに予め
地図データを入力する必要があり、移動場所を変更し難
いという問題が発生する。

【０００７】また、マーク間のリンク情報を地図として
予め準備、登録する先行技術（例えば、特開平１０−１
４３２４３号公報［Ｇ０５Ｄ １／０２］参照）も提案
されているが、リンク情報通りにマークを設置しなけれ
ばならないなど、マーク設定に制約条件が付加される。
更に、経路変更の際もマークの張替えと共に地図として
のリンク情報も更新する必要があり、ユーザに対する作
業負担は避けられないという問題点がある。

【０００８】さらに、特開平８−２６１８３０号公報
［Ｇ０５Ｄ １／０２］には、例えばロボット等におけ
る画像処理装置に使用できる、ブロック化部分空間法を
用いた識別対象の色と形状の同時識別方法が開示されて
いるが、ランドマークとしての図形に行動指令の意味を
持たせることについては何ら開示されていない。

【０００９】それゆえに、この発明の主たる目的は、走
行に必要な地図情報を不要とし、移動経路に、例えば、
簡単な２次元的幾何学図形を動作指令のランドマークと
して設置し、このランドマークを認識しつつ移動経路を
自律移動することができる、自律移動ロボットおよびそ
の自律移動方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、直進、回
転、停止などの基本動作を指令する所定形状のランドマ
ークを自律移動ロボットの移動経路に沿って設置し、こ
のランドマークの動作指令を認識し、そしてその動作指
令に応じて移動機構を制御する、自律移動ロボットの自
律移動方法である。

【００１１】第２の発明は、直進、回転、停止などの基
本動作を指令する所定形状のランドマークが配置された
移動経路を自律移動する自律移動ロボットであって、ラ
ンドマークを視認するカメラ、このカメラからの映像に
よってランドマークの動作指令を認識する認識手段、お
よび動作指令に応じて移動機構を制御する制御手段を備
える、自律移動ロボットである。

【００１２】

【作用】移動経路に設置されたランドマークの動作指令
を、例えばステレオカメラで認識して移動機構を制御す
ることで、あらかじめ地図情報を準備することなく自律
移動ロボットを移動経路に沿って自律移動させる（マッ
プレスナビゲーション）。

【００１３】

【発明の効果】この発明によれば、ランドマーク毎に次
のマークまでの行動が定義付けられているので、マーク
間のリンク情報（地図情報）は必要なく、継続的にラン
ドマークを認識できれば一連の自律移動が可能となる。

【００１４】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して以下に行う実施例の詳
細な説明により一層明らかとなろう。

【００１５】

【実施例】図１において、自律移動ロボット１０は、ロ
ボット本体１２、このロボット本体１２の上部に搭載し
た外界の環境を視覚認識する２台のカメラ１４、１６お
よびロボット本体１２の底面に設けた３個の走行自在車
輪１８，２０、２２を含む。走行自在車輪１８〜２２
は、例えば全方向移動可能なオムニホイールである。な
お、２台のカメラ１４、１６はロボット本体１２に固定
されている。

【００１６】また、図３に示す様に、ロボット本体１２
には走行自在車輪１８〜２２を駆動するための駆動モー
タ２４、この駆動モータ２４の回転数を検出するエンコ
ーダ２６およびロボット本体１２の回転角度を計測する
３軸ジャイロ２８を搭載している。さらに、外界の環境
を視覚認識する２台のカメラ１４、１６および内界セン
サとしてのエンコーダ２６および３軸ジャイロ２８から
の各入力信号に基づいて移動ロボット１０の自律移動
（停止を含む）を制御する制御装置３０を備えている。
３軸ジャイロ２８は移動ロボット１０の姿勢を検知する
と同時に、ロボット本体１２に固定された２台のカメラ
１４、１６の向きを検知することができる。なお、ジャ
イロ２８は１軸のものであっても良い。

【００１７】制御装置３０は、画像処理部３２ａ、メモ
リ部３２ｂ、中央処理部３２ｃおよび制御部３２ｄ等を
含むコンピュータ３２で構成されている。メモリ部３２
ｂには移動ロボット１０の移動経路３４に配置されるラ
ンドマーク（標識）のマーク形状、その指令内容および
指令内容に基づくロボット１０の行動を関係付けた図４
に示す関係テーブル、エンコーダ２６および３軸ジャイ
ロ２８の基準データや制御プログラムなどが格納されて
いる。

【００１８】そして、マーク形状が円形の場合、その指
令内容は回転を意味し移動ロボット１０は所定の位置で
９０度回転を行う。また、円形の色で回転方向を指示す
るもので、例えば、青色の場合は所定の位置で右回り、
赤色の場合は所定の位置で左回り、をそれぞれ指示す
る。つぎに、マーク形状が三角形の場合、指令内容は直
進を意味し移動ロボット１０は２台のカメラ１４、１６
で検出したベクトルと平行に進む。さらに、マーク形状
が四角形の場合、指令内容は停止を意味し移動ロボット
１０はこのマーク正面１ｍの位置に停止する。

【００１９】次にこの移動ロボット１０が、図５に示す
移動経路３４に沿って配置された円形マーク３６，三角
形マーク３８、四角形マーク４０を２台のカメラ１４、
１６で視覚認識して自律移動するシミュレーションにつ
いて簡単に説明する。

【００２０】先ず、スタート地点で移動ロボット１０は
移動経路３４の壁面に貼付された各マークを２台のカメ
ラ１４、１６で撮影し、そのアナログ画像信号をＡ／Ｄ
変換器４２、４４でそれぞれデジタル信号に変換してコ
ンピュータ３２に入力し画像処理部３２ａで処理する。
画像処理部３２ａで処理された処理結果はメモリ部３２
ｂに格納されている図４に示すテーブルに基づいて中央
処理部３２ｃで演算処理され、２台のカメラ１４、１６
で視認されたマークの形状および色等を判断する。その
判断結果に基づいて視認されたマークの指令内容を制御
部３２ｄに出力し、制御部３２ｄから制御信号が駆動回
路４６に出力され駆動モータ２４が制御される。これに
より移動ロボット１０は視認されたマークの指令内容に
基づいて駆動回路４６、駆動モータ２４および自在走行
車輪１８〜２２等を含む移動機構を制御して自律移動す
る。そして、マーク間の移動（直進、回転、停止等）を
基本行動単位としこの行動単位を繰り返し実行すること
で移動ロボット１０はスタート地点から移動経路３４に
沿ってゴール地点に到達する。

【００２１】このように自律移動ロボット１０に対し
て、マーク形状および色等により、直進、回転、停止等
の基本動作を指定し、その組み合せにより複雑な経路移
動を実現できる。なお、内界センサであるエンコーダ２
６および３軸ジャイロ２８による位置決めでは誤差の蓄
積が問題になるので、ランドマークを基準として、２台
のカメラ１４、１６を用いたステレオ処理による距離計
測で、この誤差をキャンセルする自己位置補正を行う。

【００２２】ここで、図７および図８に示すフローチャ
ートに基づいて自律移動ロボット１０の具体的な動作を
説明する。

【００２３】先ず、図７に示すマップレスナビゲーショ
ンによる自律移動ロボット１０の自律移動について説明
する。

【００２４】図７において、ステップＳ１で２台のカメ
ラ１４、１６で色抽出処理によりマークを視界内から探
索する。そして、ステップＳ３でマークあり？を判断
し、その結果が“ＮＯ”でマークが見つからない場合、
ステップＳ１に戻りマーク探索を行う。ステップＳ３で
“ＹＥＳ”でマークが見つかった場合、ステップＳ５に
進み、移動ロボット１０とマークとの距離をステレオ計
測し、移動目標位置（マーク手前１ｍ）を設定する。つ
ぎに、ステップＳ７で距離が近い？を判断し、その結果
が“ＹＥＳ”でマークまでの距離が近い、例えば２ｍ以
内の場合はステップＳ９に進み、“ＮＯ”の場合はステ
ップＳ１１で目標位置へ移動して改めてステップＳ５を
実行する。

【００２５】ステップＳ９ではコンピュータ３２により
マーク形状認識して次の行動を指定する指令内容を解析
する。そして、次のステップＳ１３では移動ロボット１
０が目標位置に到達した？を判断し、その結果が“ＹＥ
Ｓ”であれば、ステップＳ１５に進み目標位置に到達し
た時点で認識されたマーク形状によりその指令内容（例
えば、直進、回転、停止）を実行する。

【００２６】一方、ステップＳ１３における判断結果
が、“ＮＯ”で目標位置に到達していない場合、ステッ
プＳ１７で距離計測を行い目標位置へ到達するまで移動
を継続してステップＳ９でマーク形状認識と次の行動を
指定する指令内容を解析する。

【００２７】最後に、ステップＳ１９で視認されたマー
ク形状が停止？を判断し、その結果が“ＹＥＳ”で停止
の指令内容であれば処理を終了し、“ＮＯ”で停止以外
の指令内容であればステップＳ１に戻り次のマークを探
索し、移動を継続する。

【００２８】次に図８に示すフローチャートに基づいて
外形（アウター）と内形（インナー）が異なるマークあ
るいはアウターとインナーの色が異なるマーク、つまり
図６や図９に示すような複合マークを用いたマークリン
ケージによる自律移動ロボット１０の動作を説明する。
なお、図６においては、例えば、縁取りのある四角形状
のマークの外側領域を赤色、内側領域を青色とした場
合、縁取りのあるマークだけを認識対象とするの２台の
カメラ１４、16のうち、左側のカメラ１４は外側領域の
赤色を抽出し、右側のカメラ１６は内側領域の青色を抽
出することで画像処理における計算時間の短縮および対
応の軽減を図ることができる。また、図９は色によるマ
ークのリンケージ指定の実施例を示すもので、マーク自
体に次に見つけるべきマークを指定することができる。
この方法を用いれば、マークを見失うことによる移動経
路からのロボットの逸脱等を防止し、より複雑な移動経
路の指定が可能になる。

【００２９】先ず、ステップＳ２１でインナーマークの
色、あるいは形状で指定された指定マークを２台のカメ
ラ１４、１６で視野内から探索する。つぎに、ステップ
Ｓ２３ではコンピュータ３２によりマークあり？を判断
し、その結果が“ＹＥＳ”でマークが見つかればステッ
プＳ２５に進む。もし、ステップＳ２３の結果が、“Ｎ
Ｏ”であればステップＳ２１に戻り指定マークの探索を
行う。

【００３０】ステップＳ２５では、カメラ１４、１６に
より移動ロボット１０と指定マークの距離をステレオ計
測し、移動目標（マーク手前１ｍ）を設定する。そし
て、ステップＳ２７では移動ロボット１０との距離が近
い？を判断し、その結果“ＹＥＳ”でマークまでの距離
が十分近い、例えば、２ｍ以内の場合はステップＳ２９
に進み、“ＮＯ”で距離が近くない場合、ステップＳ３
１で目標位置へ移動して改めてステップＳ２５を実行す
る。

【００３１】ステップＳ２９では、アウターマークまた
はインナーマークの形状認識により移動ロボット１０に
対する次の行動を指定する指令内容を解析する。そし
て、ステップＳ３３で移動ロボット１０が目標位置到達
？を判断し、その結果“ＹＥＳ”であれば、ステップＳ
３５に進み、“ＮＯ”であればステップＳ３７で距離を
計測して目標位置に到達するまで移動を継続し目標位置
でステップＳ２９を実行する。

【００３２】そして、ステップＳ３５では目標位置に到
達した時点で認識されたマークの指令内容（例えば、直
進、回転、停止等）を実行し、ステップＳ３９で停止？
を判断する。その結果、“ＹＥＳ”でマークが停止の指
令内容であれば処理を終了し、“ＮＯ”でそれ以外の指
令内容であればステップＳ２１に戻り、インナーマーク
で指定される次のマークを探索し、移動を継続する。

【００３３】このように、所定形状、例えば三角形のラ
ンドマークを２色仕様とし、内側の色（インナーカラ
ー）で次に認識すべきランドマークの外側の色（アウタ
ーカラー）を指定することにより、移動ロボット１０に
マーク間リンクという地図情報を持たせる必要はなく、
マーク自体に次に見つけるべきランドマークを指定する
ことも可能となり、ランドマークを見失うことによる移
動経路からの逸脱等を防止し、かつ複雑な経路指定が可
能となる。

【００３４】また、複数の経路がある場合、分岐点にお
ける三角形のランドマークのインナーマークの色を他の
色のものに張替えるだけで対応が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明が適用可能な自律移動ロボットの一実
施例を示す概略側面図である。

【図２】図１に示す自律移動ロボットの平面的な概略説
明図である。

【図３】この自律移動ロボットに搭載された制御装置の
回路ブロック図である。

【図４】移動経路に設置されるランドマークの形状とそ
の指令内容およびロボットの行動の関係を示す関係テー
ブルである。

【図５】移動経路に設置されたランドマークを認識しな
がら自律移動ロボットが自律移動するシミュレーション
の一例を示す説明図である。

【図６】（ａ）は内側と外側の色を異にするランドマー
ク形状の平面図、（ｂ）および（ｃ）はこのランドマー
クを２台のカメラで撮影された際の左画像と右画像を示
す説明図である。

【図７】実施例の自律移動ロボットのマップレスナビゲ
ーション動作を示すフローチャートである。

【図８】この自律移動ロボットがマークリンケージに基
づいて動作する場合のフローチャートである。

【図９】２色仕様によるランドマークのリンケージ指定
の実施例を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ ・・・自律移動ロボット １２ ・・・ロボット本体 １４、１６ ・・・カメラ １８〜２２ ・・・走行自在車輪（オムニホイール） ２４ ・・・駆動モータ ３０ ・・・制御装置 ３２ ・・・コンピュータ ３４ ・・・移動経路 ３６〜４０ ・・・ランドマーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C007 AS34 CS08 KS07 KS08 KT03 KT04 LT06 WA16 5H301 AA01 AA09 BB14 DD01 FF15 FF16 FF18 FF23 FF27 GG09 GG12 GG17 GG29 HH01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直進、回転、停止などの基本動作を指令す
   る所定形状のランドマークを自律移動ロボットの移動経
   路に沿って設置し、 前記ランドマークの動作指令を認識し、そして前記動作
   指令に応じて移動機構を制御する、自律移動ロボットの
   自律移動方法。
2. 【請求項２】前記ランドマーク間の移動を基本行動単位
   とし、前記基本行動単位を繰り返すように前記移動機構
   を制御する、請求項１記載の自律移動ロボットの自律移
   動方法。
3. 【請求項３】前記ランドマークの認識はステレオカメラ
   で行う、請求項１または２記載の自律移動ロボットの自
   律移動方法。
4. 【請求項４】前記ランドマークはアウターマークとイン
   ナーマークの２色仕様とし、前記アウターマークを行動
   指定のメインマーク、前記インナーマークを次の行動を
   指定するリンク指定のサブマークとする、請求項１ない
   し３のいずれかに記載の自律移動ロボットの自律移動方
   法。
5. 【請求項５】前記ランドマークは、直進を指令する三角
   形、回転を指令する円形、および停止を指令する四角形
   を含む、請求項１ないし４のいずれかに記載の自律移動
   ロボットの自律移動方法。
6. 【請求項６】直進、回転、停止などの基本動作を指令す
   る所定形状のランドマークが配置された移動経路を自律
   移動する自律移動ロボットであって、 前記ランドマークを視認するカメラ、 前記カメラからの映像によって前記ランドマークの動作
   指令を認識する認識手段、および前記動作指令に応じて
   移動機構を制御する制御手段を備える、自律移動ロボッ
   ト。