JP2003330539A - 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、移動径路に沿って設置
された動作を指令するランドマークを２台のカメラによ
り視認し、このランドマークの動作指令に従って移動す
る自律移動ロボットであって、移動過程で障害物等によ
りランドマークを一時的に遮蔽された場合、最後（遮蔽
前）にカメラで視認されたマークの方向と距離になるよ
うにエンコーダとジャイロからのデータに基づいてコン
ピュータにより仮想目標（バーチャルターゲット：制御
量）を設定し、この仮想目標（制御量）に基づいて車輪
モータを制御して自律移動ロボットを目標位置へ移動さ
せる。 【効果】 スタートした後、次のランドマークを認識し
た時に障害物等でこのマークが一時的に遮断されても、
次のマークの所まではバーチャルターゲットに基づいて
移動できる。

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、特にたとえば移動径路に設
置された動作を指令するランドマークを検出し、このマ
ークの動作指令に従って自律移動する自律移動ロボット
およびその自律移動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、移動径路に設置した直進、回転等
の動作を指定したランドマーク等の標識をカメラで視認
しながら自律移動する案内ロボットのような自律移動ロ
ボットにおいては、このランドマークと自律移動ロボッ
トとの距離情報および方向情報等のビジュアルフィード
バックにより自律移動ロボットを移動制御している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、自律移
動ロボットの移動過程において、例えば障害物等により
ランドマークを見失った時点で自律移動ロボットは移動
不可に陥る可能性がある。このような場合、仮にランド
マークを検出なしに案内ロボットが自律移動を継続する
と、例えば、歩行中の人や停止物等の障害物に衝突して
却って危険を招くことになり、安全上に問題がある。

【０００４】それゆえに、この発明の主たる目的は、一
時的なランドマーク認識不可状態でも、不所望な移動停
止をしない、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。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、直進、回
転、停止などの動作を指令する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
を認識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って、自律ロボット
の移動過程で障害物等によりランドマークが遮蔽された
場合、遮蔽前に認識されたランドマークの方向と距離に
基づいて仮想目標を設定し、そしてこの仮想目標に応じ
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。

【０００６】第２の発明は、移動経路に設置された動作
を指令するランドマークを視認するカメラ、このカメラ
で視認された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、および動作指令に従って移動機構を制
御する制御手段を備える自律移動ロボットであって、ラ
ンドマークが遮蔽されたことを検知する検知手段、カメ
ラによって視認されたランドマークの方向と距離を計測
する計測手段、および検知手段によって遮蔽を検知した
とき計測手段で計測されたデータと前記ロボットに設け
た内界センサからの情報に基づいて仮想目標を設定する
設定手段を備え、制御手段は仮想目標に応じて移動機構
を制御するようにした、自律移動ロボットである。

【０００７】

【作用】例えば、自律移動ロボットがスタートした後、
次のランドマークを認識した時点で、このマークが人等
の障害物で遮断されても次のランドマークの所まではバ
ーチャルターゲット（仮想目標）に基づいて移動継続可
能となる。

【０００８】

【発明の効果】この発明によれば、障害物等による一時
的なランドマーク喪失状態でも、立ち往生することはな
く、目標位置へ自律移動が可能となる。

【０００９】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。

【００１０】

【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、例えば、全方向移動可能なオムニホイール１８，２
０、２２を含む。なお、この実施例においては、２台の
カメラ１４、１６はロボット本体１２に固定されてい
る。

【００１１】また、図３に示される様に、ロボット本体
１２にはオムニホイール１８〜２２を駆動する車輪モー
タ２４、この車輪モータ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を備えている。さらに、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と
３軸ジャイロ２８からの各入力信号に基づいて車輪モー
タ２４を制御する制御装置３０を備えている。３軸ジャ
イロ２８は自律移動ロボット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。

【００１２】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には自律移動ロボット１０の移動経路に配置されるラ
ンドマーク（標識）の形状、例えば、三角形、円形、四
角形と各形状の動作指令（例えば、直進、回転、停止
等）およびその指令内容に基づくロボット本体１２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２
６および３軸ジャイロ２８の基準データ、その他制御プ
ログラム等が格納されている。

【００１３】そして、通常の移動環境では、自律移動ロ
ボット１０に搭載された２台のカメラ１４、１６により
常にランドマークを視界内に捕られるとは限らない。例
えば、障害物等による一時的なマーク喪失状態でも立ち
往生することなく、自律移動を継続させる必要がある。
そのためにこの自律移動ロボット１０えは、内界センサ
（エンコーダやジャイロ）のセンサ情報から、一時的に
見えなくなったランドマークを仮想ターゲット（バーチ
ャルターゲット：仮想目標）としてその位置を予測しな
がら移動し、マークを隠していた原因が解除された後、
直ちにこのマークを認識しながら移動するマークトラッ
キングを可能とする。

【００１４】次に、図５を参照して、この動作状態の概
要を説明する。

【００１５】先ず、図５は長方形状の室内空間の壁面に
沿って動作を指令するランドマーク、すなわち、三角形
マーク（直進マーク）３４、円形マーク（回転マーク）
３６および四角形マーク（停止マーク）３８を貼付け、
自律移動ロボット１０はこれらの各マークを２台のカメ
ラ１４、１６で視覚認識しながら移動経路を自律移動す
る。

【００１６】ここで、図３および図５を参照して、三角
形マーク３４をカメラ１４，１６で撮像されたアナログ
映像信号はＡ／Ｄ変換器４２、４４でデジタル信号に変
換され、さらにコンピュータ３２で必要な処理を行いこ
のマーク３４の指令内容を解析し駆動回路４６により車
輪モータ２４を制御して直進を開始する。その直後に、
例えば、障害物４０によりカメラ１４、１６の視界が遮
蔽されると、後述の仮想目標設定方法によりエンコーダ
２６、３軸ジャイロ２８の内界センサによるデータを元
にしてマーク位置を推定し、目標位置へ移動する。次
に、この障害物４０を回避した後、ステレオ計測したマ
ーク位置を基準に自己位置を補正し、目標位置を更新す
る。そして、マークトラッキング状態では、常にマーク
を視認した状態で確実な経路移動が可能になる。

【００１７】さて、コーナー部の手前では、円形マーク
３６とその色の視認により自律移動ロボット１０は９０
度の右回り回転を行い、その後、三角形マーク３４の視
認でさらに直進し、最後に、四角形マーク３８の視認に
より移動を停止する。

【００１８】ここで、図６に示すフローチャートに基づ
いてマップレスナビゲーションによる自律移動ロボット
１０の基本動作について説明する。

【００１９】この場合は障害物によるマークの遮蔽はな
く、自律移動ロボット１０に搭載された２台のカメラ１
４、１６により移動経路に沿って設置された直進の三角
形マーク３４、回転の円形マーク３６および停止の四角
形マーク３８を常に視界内に捕らえて自律移動するもの
とする。

【００２０】図６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ランドマークを視界内
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”でランドマークが見つから
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の判断結果が“ＹＥＳ”でランドマークが見つ
かった場合、ステップＳ５に進み、自律移動ロボット１
０とランドマークとの距離をステレオ計測して目標位置
（マーク手前１ｍ）を設定する。

【００２１】つぎに、ステップＳ７で自律移動ロボット
１０とランドマークの距離が近い？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ステップＳ５を実行
する。

【００２２】ステップＳ９ではコンピュータ３２により
ランドマークの形状を認識して次の行動を指令する指令
内容を解析する。そして、ステップＳ１３で自律移動ロ
ボット１０が目標位置に到達した？を判断し、その結果
が“ＹＥＳ”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ランドマークの形状により
その指令内容（直進、回転、停止等）を実行する。

【００２３】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Ｓ
１７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でランドマークの形状認識と次の行
動を指令する指令内容を解析する。

【００２４】最後に、ステップＳ１９で視認されたラン
ドマークの形状が停止？を判断し、その結果が“ＹＥ
Ｓ”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
のランドマークを探索し、移動を継続して以後一連の動
作を繰り返し実行する。

【００２５】次に、図７に基づいて移動過程で障害物等
によりランドマークが一時的に遮蔽された場合の全方向
移動可能な自律移動ロボット１０の仮想目標設定方法に
ついて説明する。

【００２６】図７において、マーク座標系をＸ−Ｙと
し、ロボット座標系をｘ−ｙとすると、三角形状のスタ
ートマーク３４はＹ軸上に位置し、自律移動ロボット１
０に固定された目に相当する２台のカメラ１４、１６は
ｙ軸方向に向いている。

【００２７】初期状態では、自律移動ロボット１０はマ
ーク座標系の原点に位置して円形の経路指定マーク３５
の方向に向いている。

【００２８】ここで、自律移動ロボット１０に対する制
御出力を以下の通り定義する。

【００２９】移動方位角α：全方向移動時の移動方向角
度であってロボット座標系の相対角度で表示される。

【００３０】姿勢方位角θ：マーク座標系に対するロボ
ット座標系の相対角度である。

【００３１】移動距離 ：目標位置までの到達距離で
ある。

【００３２】位置補正量ΔＲ：マーク基準に対する距離
的なズレ量である。

【００３３】そして、自律移動ロボット１０の行動目標
は、経路指定マーク３６からＤconstの距離にある目標
位置に到達することである。

【００３４】また、初期状態では経路指定マーク３５ま
でのステレオ距離計測値をＲinitとすると、移動方位角
αは、計算により、α＝Ａrcsin（Ｄconst／Ｒinit）と
なる。

【００３５】さらに、ステレオ計測によるロボット１０
の中間位置から経路指定マーク３５までの距離Ｒv、こ
の指定マーク３５の方位角θv、エンコーダ２６による
走行距離をＬ、ジャイロ２８の出力値をθとすると、上
述で定義された各制御出力は、ビジュアルフィードバッ
ク時とバーチャルターゲット時では、図８の表で示され
る。

【００３６】つまり、図８に示されるバーチャルターゲ
ット時の各制御出力の値は、外界センサであるカメラ１
４，１６による移動方位角αと経路指定マーク３５まで
の距離Ｒv、および内界センサであるエンコーダ２６と
３軸ジャイロ２８による走行距離Ｌと姿勢方位角θの各
測定データに基づいて制御装置３０のコンピュータ３２
で自動的に計算され、この計算値に基づいて仮想目標が
設定され、この仮想目標に従って自律移動ロボット１０
は目標位置まで自律移動することができる。

【００３７】次に図９に示すフローチャートに従って移
動過程でランドマーク（径路指定マーク）が障害物で遮
蔽された場合のバーチャルターゲットに基づく自律移動
ロボット１０の動作を説明する。

【００３８】先ず、スタートしてステップＳ２１で、経
路指定マーク３５をカメラ１４、１６で最初に認識した
時点でのステレオ計測結果、すなわち、距離Ｒ、移動方
位角αをコンピュータ３２のメモリ部３２ｂにパラメー
タ初期値として保存すると共に、ジャイロデータθをリ
セットし、以降の移動における姿勢角変化量をセンシン
グする。

【００３９】つぎに、ステップＳ２３で、車輪モータ２
４の駆動により自律移動ロボット１０は経路指定マーク
３５により指定された目標位置に向かって移動を開始す
る。移動中は常に経路指定マーク３５の方向へカメラ１
４、１６が向くようにジャイロ２８により自律移動ロボ
ット１０の姿勢制御を行う。そして、ステップＳ２５
で、目標位置への移動に伴う移動距離データＬはエンコ
ーダ２６より、また、姿勢方位角データβはジャイロ２
８より獲得する。

【００４０】ステップＳ２７では、コンピュータ３２の
中央処理部３２ｃによりマークトラッキングＯＫ？、つ
まり、自律移動ロボット１０は常にマークを捕らえたま
ま移動することが可能か否かを判断し、その結果“ＹＥ
Ｓ”であれば、ステップＳ２９に進む。

【００４１】一方、ステップＳ２７で障害物４０等の一
時的な要因でマークを認識できない“ＮＯ”の場合、ス
テップＳ３１で、仮想目標を設定し、この仮想目標に基
づいて移動を継続する。すなわち、最後にマークを認識
した時点での方向と距離のデータを元にコンピュータ３
２で制御量を計算し、この制御量をモータ制御部３２ｄ
に出力して自律移動ロボット１０の移動を継続させ、ス
テップＳ２５でジャイロデータβと移動距離データＬを
獲得する。

【００４２】ステップＳ２９では、ステレオ計測によ
り、経路指定マーク３５までの距離を計測し、保存距離
データＲを更新する。

【００４３】そして、ステップＳ３３で、ステレオ計測
により、目標位置に達している？を判断し、その結果が
“ＹＥＳ”で目標位置に達している場合は処理を終了す
る。

【００４４】ステップＳ３３における判断結果が“Ｎ
Ｏ”で目標位置に未到達の場合、ステップＳ３５でコン
ピュータ３２により制御量を計算し、この制御量をモー
タ制御部３２ｄへ出力して自律移動ロボット１０の移動
を継続し、ステップＳ２５で目標位置への移動に伴う移
動距離データＬおよび姿勢方位角データβをそれぞれ獲
得する。

【００４５】このように障害物等による一時的なマーク
喪失状態でも、内界センサであるエンコーダとジャイロ
のセンサ情報から一時的に見えなくなったマーク位置を
推測し、このマークを隠していた原因が解除された後、
直ちに正常なマークトラッキングを可能とするものであ
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
施例を示す外観側面図である。

【図２】図１に示す自律移動ロボットの平面的な説明図
である。

【図３】この自律移動ロボットの制御装置の回路ブロッ
ク図である。

【図４】自律移動ロボットの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
関係を示すテーブルである。

【図５】実施例の自律移動ロボットがランドマークを視
認しつつ障害物を回避して室内空間を自律移動する状態
を示す説明図である。

【図６】この自律移動ロボットが常にカメラでランドマ
ークを認識しながら移動する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７】この自律移動ロボットの仮想目標設定方法を説
明するための説明図である。

【図８】自律移動ロボットのビジュアルフィードバック
時とバーチャルターゲット時における各制御出力の値を
示す図表である。

【図９】バーチャルターゲット（仮想目標）に基づく自
律移動ロボットの動作を示すフローチャートである。

【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 １８，２０、２２ ・・・オムニホイール ２４ ・・・車輪モータ ２６ ・・・エンコーダ ２８ ・・・３軸ジャイロ ３０ ・・・制御装置 ３２ ・・・コンピュータ ３４，３６、３８ ・・・ランドマーク ４０ ・・・障害物

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直進、回転、停止などの動作を指令するラ
   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、前記ランドマークを認識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
   あって、 前記自律移動ロボットの移動過程で障害物等により前記
   ランドマークが遮蔽された場合、 遮蔽前に認識された前記ランドマークの方向および距離
   に基づいて仮想目標を設定し、そして前記仮想目標に応
   じて前記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】前記仮想目標は、前記自律移動ロボットに
   設けた内界センサからの情報に基づいて設定される、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】移動経路に設置された動作を指令するラン
   ドマークを視認するカメラ、前記カメラで視認された映
   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従っ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って、 前記ランドマークが遮蔽されたことを検知する検知手
   段、 前記カメラによって視認された前記ランドマークの方向
   と距離を計測する計測手段、および前記検知手段によっ
   て遮蔽を検知したとき前記計測手段で計測されたデータ
   と前記ロボットに設けた内界センサからの情報に基づい
   て仮想目標を設定する設定手段を備え、 前記制御手段は前記仮想目標に応じて移動機構を制御す
   るようにした、自律移動ロボット。
4. 【請求項４】前記カメラはステレオカメラを含む、請求
   項３記載の自律移動ロボット。
5. 【請求項５】前記設定手段は前記計測手段の計測データ
   と車輪モータの回転数を検出するエンコーダおよび前記
   自律移動ロボットの姿勢方位角を検出するジャイロから
   のデータに基づいて前記仮想目標となる制御量を演算す
   る演算手段を含む、請求項３または４記載の自律移動ロ
   ボット。