JP2004042148A - 移動ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】障害物を回避して移動ロボットを目的地へ移動させる。
【解決手段】移動ロボット１に自己位置方位検出手段８、移動手段１０及び障害物検出手段１１を搭載し、移動ロボット１の外部装置に環境地図記憶手段７及び経路計画手段９を組み込み、移動ロボット１と外部装置間の通信２５により、環境地図１３を参照した自己位置１６から移動目的地１５までの経路探索、計画経路１７に沿った移動ロボット１の移動、環境地図１３上に無い未知障害物１８に対する回避運動、計画経路１７から逸脱した後の新たな自己位置２０から移動目的地１５までの再度の経路探索、再計画経路２１に沿った移動を行う。
【選択図】　　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に一般家庭やビル内、工場などを作業空間としてバッテリ駆動により自律的に移動する移動ロボット全般について、障害物が既知、未知にかかわず、障害物を回避してロボットが目的地へ移動する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２００１−１２５６４１号公報に、下記（１）　〜（９）　に示す手法によりロボットを充電ステーションへ移動させる技術が開示されている。
（１）　充電ステーションの所定部に視認性識別データを設置し、ロボットに撮像手段を搭載して、撮像手段による撮像画像に基づき、演算手段によりロボットから充電ステーションまでの距離・方向を算出する。この算出結果に基づき、探索手段によりロボットが充電ステーションに向かう経路を探索させる。
（２）　更に、通信手段を有し、ロボットと充電ステーション間でデータ交換を行う。
（３）　視認性識別データには、種々形状の印刷媒体、立体媒体、表示装置に画像出力された表示データを用い、作業空間に埋没しないように動的に用いることもあり得る。
（４）　ロボットと充電ステーションとの距離に応じて表示データの切り替えを行う。
（５）　視認性識別データには、色、模様を組み合わせたパターンを用いる。
（６）　視認性識別データには、２次元バーコードを用いる。
（７）　視認性識別データを高所に設ける。
（８）　充電ステーションに、光、赤外線、音波、超音波、電波、磁場の発信手段を設け、ロボットに設けた受信手段及び／または撮像手段から距離・方向を算出する。
（９）　充電ステーションに２種類以上の発信手段を備えておき、ロボットは充電ステーションからの距離に応じて受信信号波を切り替える。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術（特開２００１−１２５６４１号公報）には、以下に示す問題点（ｉ）　〜（ｉｉｉ）　がある。
（ｉ）　上述したようなロボットの作業空間としては、例えば一般家庭の屋内環境がある。このような環境下では障害物が必ず存在する。
（ｉｉ）しかし、探索した経路には障害物の情報が一切含まれていない。この理由は、充電ステーションに対するロボットの位置及び方向（方位）だけを種々のセンサを用いて演算し、この情報のみから充電ステーションへの経路を探索しているからである。
（ｉｉｉ）　このため、探索した経路にロボットを誘導しても、途中の探索経路における障害物の情報がロボットには与えられていないため、ロボットが障害物に衝突し、充電ステーションに到達できる確率は極めて低くなる。
【０００４】
本発明は、上記従来の技術に鑑み、障害物を回避して移動ロボットを目的地へ移動させることができる技術を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１発明は上記課題を解決する移動ロボットであり、移動環境をバッテリ駆動により自律的に移動する移動ロボットにおいて、
既知障害物が記載された移動環境の地図（以下、環境地図）を記憶する環境地図記憶手段と、自己位置及び方位を検出する自己位置方位検出手段と、未知障害物を検出する障害物検出手段と、移動指令を受けたときは移動指令に従って移動ロボットを移動させ、回避指令を受けたとき障害物検出手段が未知障害物を検出しなくなるまで移動ロボットを移動させる移動手段と、前記自己位置方位検出手段が検出した自己位置から移動目的地までの前記既知障害物を回避した経路を前記環境地図を参照して計画し、計画した経路を移動指令として前記移動手段に与え、障害物検出手段が未知障害物を検出したときは回避指令を前記移動手段に与え、障害物検出手段が未知障害物を検出しなくなったときは、そのときの自己位置方位検出手段が検出した自己位置及び姿勢から移動目的地までの経路を前記環境地図を参照して再計画し、再計画した経路を移動指令として前記移動手段に与える経路計画手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
第２発明は、第１発明の移動ロボットにおいて、
前記環境地図記憶手段及び前記経路計画手段をロボット外部に備え、ロボット外部の前記経路計画手段と移動ロボット側の前記自己位置検出手段、障害物検出手段及び移動手段とが無線通信媒体を用いた通信手段で接続されていることを特徴とする。
【０００７】
第３発明は、第１発明または第２発明の移動ロボットにおいて、
前記移動ロボットは一般家庭内でユーザの生活を補助・支援・介護するロボットであることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【０００９】
［第１実施例］
本発明の第１実施例を図１、図２及び図３により説明する。図１は移動ロボットの構成を示し、図２は移動経路の計画、未知障害物の回避及び移動経路の再計画を模式的に示し、図３は障害物を回避して移動ロボットを目的地へ移動させるための各手段相互の関係を示す。
【００１０】
図１に示す移動ロボット１は、頭部２と胴体部３と左右の腕部４と台車部５とを有する人間を模したロボットであり、頭部２と腕部４は図示しない駆動機構により回動可能であるとともに、台車部５に装備された左右の走行用車輪６は図示しない駆動機構により操舵及び走行可能であって、作業空間をバッテリ駆動により自律的に移動するように構成されている。この移動ロボット１は、一般家庭等の屋内を作業空間として人間と共存し、例えば、一般家庭内でユーザの生活を補助・支援・介護するために用いられる。そのため、移動ロボット１は、内蔵のＣＰＵ（コンピュータ）及び各種のセンサにより、ユーザと会話したり、ユーザの行動を見守ったり、ユーザの行動を補助したり、ユーザと一緒に行動したりする機能を備えている。移動ロボット１の形状としては、愛玩用に動物を模したものなど、種々考えられる。
【００１１】
本発明の説明に先立ち、図示しないが、移動ロボット１が人間との共存のため備えるハードウェア及び機能の種々の例を以下に示す。即ち、
（１）　移動ロボット１にはＣＰＵを用いた制御部があり、頭部２に２つのカメラと２つのマイクロホンが装着され、胴体部３の中央部に音量・音源方向センサと焦電型赤外線センサからなる人検知センサ、画像ディスプレイ、キーボード及びタッチセンサ等が装着され、左右にスピーカが装着され、台車部５に超音波式障害物センサやレーザ式障害物センサが装着されている。カメラはユーザや屋内を撮影してその画像を制御部に出力し、マイクロホンはユーザの音声や電話のベル、呼び鈴、テレビの音などの生活音を取り込んで制御部に出力し、人検知センサはユーザの有無を検出して制御部に出力する。スピーカはマイクロホンとともにユーザとの会話に用いられ、画像ディスプレイはユーザに対する情報提供に用いられ、キーボードやタッチセンサはユーザ用のデータ入力機器であり、ユーザの生活パターンデータを入力したり、ユーザの意思を入力するために用いられる。スピーカはユーザに対する情報提供にも用いられる。制御部には、所定期間にわたるカレンダ及び現在の年月日及び時刻を計時するカレンダクロックが備えられている。
（２）　制御部には、キーボード等のデータ入力機器と、カメラ、マイクロホン、人検知センサ及び障害物センサ等のユーザの生活パターンを常時モニタする外界センサと、カレンダクロックとにより、移動ロボット１の自己位置・方位に関する情報と、ユーザの位置に関する情報と、ユーザの行動に関する情報とが入力される。
（３）　制御部は、自己位置・方位認識部と、ユーザ認識部と、データ蓄積部（データベース）と、生活パターンデータ処理部と、駆動制御部とを有している。
（４）　自己位置・方位認識部は、カメラが撮影した画像情報に基づいて移動ロボット１自身の位置及び方位（向き、姿勢）を認識する。
（５）　ユーザ認識部は、マイクロホンで取り込んだ音声からユーザの発言内容の認識（音声認識）を行うとともに、カメラで撮影した画像情報とマイクロホンで取り込んだ音声とからユーザ個人の認識を行い、また、カメラと人検知センサの検出結果からユーザの位置、向き、姿勢、活動量を認識する。
（６）　データ蓄積部は、ユーザとの会話用やユーザへの話し掛け用の音声データ、ユーザとの会話時やユーザへの話し掛け時の身振り動作のデータ、ユーザの生活情報（ユーザの居住に関する部屋の間取りや家具の配置、ユーザ個人の日常の生活パターン、ユーザの趣味、健康状態など）を記憶している。ユーザの生活情報には、必要に応じて文字列や映像、音声などのキーワードが付される。生活パターンのデータとしては、起床、就寝、食事、薬服用、散歩、自由時間、入浴などの行動に関するイベントが上げられ、これらのイベントが時間データとともにタイムスケジュールとして記憶される。
（７）　生活情報処理部は、ユーザがデータ入力機器から直接入力した生活情報をキーワードを付してデータ蓄積部に蓄積したり、カメラやマイクロホン、人検知センサで取得した音声認識結果などユーザの各種情報を処理することで一つ一つの生活情報にキーワードやその日時を付してデータ蓄積部に蓄積する。更に、生活情報処理部は、ユーザからの指示や話し掛けに応じて、あるいは、時刻などに応じて、これに対応するデータをデータ蓄積部から選択し、選択したデータに応じた指定を駆動制御部に与えて制御する。
（８）　駆動制御部は、生活情報処理部からの指令に応じて、走行用車輪６を駆動して移動ロボット１の走行及び操舵を実行するとともに、頭部２や腕部４を駆動してそれの回動を実行し、また、スピーカや画像ディスプレイを駆動して会話を実行する。
【００１２】
本第１実施例では、移動ロボット１は障害物を回避して目的地へ移動するための手段として、図１に示すように、環境地図記憶手段７と自己位置方位検出手段８と経路計画手段９と移動手段１０と障害物検出手段１１とを自分自身に備えている。１２ａは通信手段である。本例では、環境地図記憶手段７と経路計画手段９は胴体部３に配置され、自己位置方位検出手段８は頭部２に配置され、移動手段１０と障害物検出手段１１は台車部５に配置され、通信手段１２ａは胴体部３の肩付近に配置されている。
【００１３】
環境地図記憶手段７は、移動ロボット１が移動する環境の地図（以下、環境地図）１３を記憶している。環境地図１３は、例えば、移動ロボット１の所有者などのユーザが生活する一般家庭での屋内の環境地図である。環境地図１３には、既知障害物１４と移動目的地１５とが含まれている。環境地図１３の座標系と基準方位（方位ゼロ）は任意に指定できるが、一旦決めれば変化させないようにする。なお、本例では、環境地図１３の角を原点とするＸＹ座標系を用い、Ｙ軸の正方向を基準方位としている。
【００１４】
既知障害物１４は屋内の家具など作業空間での既知の固定的な設置物であり、地図作成時または地図更新時に存在する設置物が環境地図１３に記載されている。
【００１５】
移動目的地１５は充電ステーション（移動ロボット１のバッテリ充電用設備）やトイレなど移動ロボット１の個々の移動先をそれぞれ示すデータであり、基本的には、移動先の位置方位（ｘ，ｙ，θ）を含むものである。（ｘ，ｙ）は移動先の位置であり、θはその位置（ｘ，ｙ）で移動ロボット１がとる方位（向き、姿勢）である。本例では、移動目的地１５は更に、移動ロボット１がその位置方位（ｘ，ｙ，θ）で何を行うかのラベルを含んでいる。言い換えれば、移動ロボット１が何のために位置方位（ｘ，ｙ，θ）に停止するのか、その意味を、位置方位（ｘ，ｙ，θ）のラベルとして環境地図１３に登録している。例えば、移動目的地１５が充電ステーションであれば、位置方位（ｘ，ｙ，θ）のラベルを”充電”とする如くである。
【００１６】
図１及び図２中で、１６は移動ロボット１の初期の自己位置、１７は自己位置１６から移動目的地１５までの最初の計画経路、１８は人間や玩具、後で追加された家具など環境地図１３に記載されていない未知障害物、１９は未知障害物１８に対する回避経路、２０は回避後の移動ロボット１の自己位置、２１は回避後の自己位置２０から移動目的地１５までの再計画経路である。
【００１７】
自己位置方位検出手段８は、移動ロボット１の自己位置及び方位を検出するものであり、座標系及び基準方位を環境地図１３と同じにしている。自己位置方位検出手段８としては、例えば、天井画像により自己位置と方位を検出するもの、ＧＰＳを用いて自己位置と方位を検出するもの、走行用車輪６の回転量と操舵角を積分して自己位置と方位を検出するもの、前述した図示しない２つのカメラを用いた自己位置・方位認識部など、種々の検出手段を用いることができる。また、上述の方法を組み合わせることも可能である。例えば、走行用車輪６の回転量と操舵角の積分値により、自己位置・方位を検出すると、走行用車輪６のスリップやロボットの初期位置設定などの誤差が累積するため、一般に、長い距離を走らせた場合には自己位置・方位の検出精度が悪くなる。そこで、所定の時間あるいは位置において、天井画像による自己位置・方位の検出結果によりその誤差量を補正してやる方法も考えられる。
【００１８】
天井画像による自己位置方位検出手段として、例えば、天井方向に向けて移動ロボット１にカメラを設置し、このカメラで撮影した天井画像と予め天井を撮影して得たテンプレート画像とをマッチングすることで、最も類似度の高いテンプレート画像が取得された位置と方位を、移動ロボット１の自己位置と方位として検出することができる。その他、特開平６−４１２７号公報に開示された技術では、天井画像中の蛍光灯の位置を算出し、その位置を元に自己位置を算出する。特開平１０−１７７４１４号公報に開示された技術では、天井画像から直線成分のみを取り出すことで、進行すべき方向とそれの横方向との位置を算出し、更に、天井のマーカを検出することで、自己位置を算出する。
【００１９】
経路計画手段９は、移動目的地指令２２に対応する経路指令２３を移動手段１０に与えるとともに、障害物検出手段１１の検出結果に基づいて回避指令２４を移動手段１０に与えるものであり、以下に示す第１機能、第２機能及び第３機能を有している。
【００２０】
経路計画手段９の第１機能：経路計画手段９は、移動目的地指令２２が与えられると、環境地図記憶手段７に予め記憶された環境地図１３を参照して、移動目的地指令２２が示す移動目的地１５と自己位置方位検出手段８により検知されたその時の移動ロボット１の自己位置方位とから、自己位置１６から既知障害物１４を回避しながら移動目的地１５に到達するための移動経路（計画経路１７）を計画あるいは探索し、この計画経路１７を移動指令２３として移動手段１０に与える。経路計画に方位を用いるのは、自己位置１６での方位に依存して、移動ロボット１が移動する際の旋回量が異なり、従って、計画経路１７も異なってくるためである。例えば、計画経路１７は多数の点の位置方位（ｘ，ｙ，θ）で構成され、移動指令２３は、計画経路１７に沿った位置方位（ｘ，ｙ，θ）の集合として表現される。また、計画経路１７を構成する位置方位（ｘ，ｙ，θ）を連続した直線で結び、連続した直線の連続体として表現することも可能である。
【００２１】
経路計画手段９の第２機能：経路計画手段９は、障害物検出手段１１が未知障害物１８を検知した時点で、回避指令２４を移動手段１０に与える。
【００２２】
経路計画手段９の第３機能：経路計画手段９は、障害物検出手段１１が未知障害物１８を検知しなくなった回避運動完了時点で、自己位置方位検出手段８により検知されたその時の移動ロボット１の自己位置及び方位と移動目的地指令２２が示す移動目的地１５とから、新たな自己位置２０から既知障害物１４を回避しながら移動目的地１５に到達するための移動経路（再計画経路２１）を再度、環境地図１３を参照して計画あるいは探索し、この再計画経路２１を移動指令２３として設定し直して移動手段１０に与える。この場合も、自己位置２０での方位によって再計画経路２１も異なってくるため、経路再計画に方位が用いられている。移動指令２３は、例えば、再計画経路２１に沿った多数の点の位置方位（ｘ，ｙ，θ）の集合として、あるいは連続した直線の集合として表現される。
【００２３】
ここで、移動目的地指令２２は、移動目的地１５を指定する指令であり、本例では、移動目的地１５の位置方位（ｘ，ｙ，θ）に登録したラベルを指定することにしている。ラベルの指定は、移動ロボット１が備えるマイクロホンやキーボード、タッチパネル等の入力手段を用いてユーザが音声や文字データを入力することで実現できるようにされている。音声入力の場合は、前述したユーザ認識部の音声認識機能によりラベルが判定される。また、移動ロボット１が前述したデータ蓄積部に持つユーザの生活情報、例えば生活パターンのタイムスケジュールに従って、あるいは、移動ロボット１が自律的に行う動作に従って、移動ロボット１自身が自動的にラベルを指定できるようにされている。
【００２４】
例えば、移動目的地１５を充電ステーションとする移動目的地指令２２は、移動ロボット１自身がバッテリ残量の検出機能により充電すべきと判断した場合に”充電”というラベルを自動的に指定することで、経路計画手段９に移動目的地指令２２を与えることができ、あるいは、ユーザが”充電”を発声したりキーボード入力して指定することでも移動目的地指令２２を与えることができる。
【００２５】
移動手段１０は、経路計画手段９から経路指令２３を受けた場合に、経路指令２３が示す計画経路１７や再計画経路２１に沿って移動する機能と、経路計画手段９から回避指令２４を受けた場合に、障害物検出手段１１が未知障害物１８を検知しなくなるまで自発的に当該未知障害物１８を回避運動する機能とを有している。
【００２６】
本例では、移動手段１０は、走行用車輪６とこの走行用車輪６の駆動機構とこの駆動機構の制御機構（例えば、前述した図示省略の駆動制御部のうち、走行用車輪６を制御する部分）とで構成されている。
【００２７】
本例の移動手段１０は、指定された位置（ｘ，ｙ）及び方位θに移動ロボット１を移動する機能を有しており、経路指令２３が与えられると、経路指令２３に従って走行用車輪６の回転及び操舵をそれの駆動機構を介して制御することで、計画経路１７や再計画経路２１に沿って移動ロボット１が移動する。
【００２８】
また、本例の移動手段１０は、位置（ｘ，ｙ）及び方位θの指定がなくても移動ロボット１を移動する機能を有しており、回避指令２４が与えられると、障害物検出手段１１が未知障害物１８を検知しなくなるように走行用車輪６の回転及び操舵をそれの駆動機構を介して制御することで、移動ロボット１が回避経路１９のように未知障害物１８を回避して移動する。
【００２９】
障害物検出手段１１は、超音波式障害物センサやレーザ式障害物センサ等の障害物センサを用いたものであり、障害物検出の結果を経路計画手段９及び移動手段１０に与える。障害物検出手段１１は既知障害物１４及び未知障害物１８の両方を検知可能であるが、移動ロボット１が基本的には既知障害物１４を回避する計画経路１７及び再計画経路２１に沿って移動することから、主たる目的は、未知障害物１８の検知である。
【００３０】
以下に、自己位置１６から移動目的地１５までの移動ロボット１の動作をまとめて説明する。
（１）　移動ロボット１の環境地図記憶手段７に予め環境地図１３を記憶させておく。
（２）　移動ロボット１　では、自己位置方位検出手段８により検出された移動環境内での自己位置１６及びそこでの方位と、予め記憶された環境地図１３における移動目的地１５とから、経路計画手段９により、既知障害物１４を回避しながら移動目的地１５に到達するための経路（計画経路１７）を計画する。
（３）　移動ロボット１では、計画経路１７を移動指令２３として、移動手段１０により移動を開始する。
（４）　移動ロボット１では、障害物検出手段１１により障害物を検知しながら移動する。
（５）　移動中、環境地図１３に無い未知障害物１８を障害物検出手段１１によって移動ロボット１が検出すると、障害物検出手段１１で未知障害物１８が検出されなくなるまで、移動手段１０によって移動ロボット１が回避運動を行い、回避経路１９を移動する。この結果、移動ロボット１は計画経路１７から逸脱する。
（６）　未知障害物１８が検出されなくなると、その時点での自己位置２０及びそこでの方位を自己位置方位検出手段８により検出し、これに基づいて経路計画手段９により自己位置２０から移動目的地１５への経路（再計画経路２１）を再度計画し、この再計画経路２１を経路指令２３として設定し直して、移動手段１０により移動ロボット１が移動する。つまり、未知障害物１８に対する回避運動で逸脱した経路が修正される。
（７）　上記（４）　（５）　（６）　の動作を移動ロボット１が移動目的地１５に到達するまで繰り返す。
【００３１】
以上のように、移動ロボット１に予め環境地図１３を組み込んでいるため、経路計画手段９により自己位置１６から既知障害物１４を含めた移動目的地１５までの経路探索を行うことが可能である。また、移動ロボット１と移動目的地１５との間で、自己位置検出手段８により自己位置方位の情報を取得し更新できるため、環境地図１３上に無い未知障害物１８に対して回避運動を行っても、経路計画手段９により新たな自己位置２０から既知障害物１４を含めた経路探索を再度行うことが可能である。従って、一般家庭のように未知障害物（人間や玩具、追加家具など）１８が多い移動環境においても、高い確率で移動ロボット１が移動目的地１５に到達することができる。
【００３２】
ところで、作業空間に固定的な設置物が存在しない場合もあり得る。このような場合の環境地図は既知障害物が記載されていないものとなるが、このような場合でも、計画経路１７の作成、未知障害物１８の検出及びそれに対する回避運動、回避運動後の再計画経路２１の作成は可能であるから、高い確率で移動ロボット１が移動目的地１５に到達することができる。
【００３３】
［第２実施例］
本発明の第２実施例を図４及び図５並びに図２を参照して説明する。図２は移動経路の計画、未知障害物の回避及び移動経路の再計画を模式的に示し、図４は移動ロボットの構成とロボット外部の装置構成を示し、図５は障害物を回避して移動ロボットを目的地へ移動させるための各手段相互の関係を示す。
【００３４】
図４に示す移動ロボット１は、第１実施例での説明と同様、一般家庭等の屋内を作業空間としてバッテリ駆動により自律的に移動でき、例えばユーザの生活を補助・支援・介護するために人間と共存するように構成されている。
【００３５】
但し、図４に示す移動ロボット１は、障害物を回避して目的地へ移動するための手段として、自己位置方位検出手段８と移動手段１０と障害物検出手段１１と通信手段１２ａを自分自身に備えている。自己位置方位検出手段８は頭部２に、移動手段１０と障害物検出手段１１は台車部５に、通信手段１２ａは胴体部３の肩付近にそれぞれ配置されている。
【００３６】
これに対して、環境地図記憶手段７と経路計画手段９と通信手段１２ｂとは、移動ロボット１外部の任意の場所あるいは設備、例えば充電ステーションに配置されている。
【００３７】
そして、通信手段１２ａ、１２ｂを用いた通信２５により、移動ロボット１側の自己位置方位検出手段８、移動手段１０及び障害物検出手段１１と、ロボット外部の環境地図記憶手段７及び経路計画手段９とで、先に図１、図２及び図３を参照して説明した第１実施例と同様に移動ロボット１を自己位置１６から移動目的地１５へ移動させる。通信手段１２ａ、１２ｂの通信媒体は、電波や光、超音波などの無線通信媒体である。
【００３８】
つまり、本第２実施例は、第１実施例と比較すると、環境地図記憶手段７と経路計画手段９の配置場所を移動ロボット１からロボット外部に変更した点と、移動ロボット１とロボット外部との無線通信用に通信手段１２ａ、１２ｂを備えた点とが異なり、他は同じである。従って、図４及び図５中で、図１及び図３と同じ機能部材には同じ符号を付し、説明の重複を極力省く。
【００３９】
環境地図記憶手段７は環境地図１３を記憶している。環境地図１３には、ロボット移動環境における既知障害物１４と移動目的地１５とが含まれている。既知障害物１４は既知の固定的な設置物である。移動目的地１５は移動ロボット１の個々の移動先（充電ステーションやトイレなど）のデータであり、移動先の位置方位（ｘ，ｙ，θ）を含んでいる。また、”充電”など、移動ロボット１が移動目的地１５で何をするかの意味が位置方位（ｘ，ｙ，θ）のラベルとして環境地図１３に登録されている。
【００４０】
自己位置方位検出手段８は、移動ロボット１の自己位置及び方位を検出し、自己位置方位の検出結果を通信２５により経路計画手段９に与える。座標系及び基準方位は環境地図１３と同じにされている。
【００４１】
移動手段１０は、障害物検出手段１１から障害物検出の結果を受け取るとともに、通信２５により、経路計画手段９から経路指令２３及び回避指令２４を受け取る。経路指令２３を受けた場合は、経路指令２３に従って走行用車輪６の回転及び操舵をそれの駆動機構を介して制御することで、計画経路１７や再計画経路２１に沿って移動ロボット１が移動する。回避指令２４を受けた場合は、障害物検出手段１１が未知障害物１８を検知しなくなるように走行用車輪６の回転及び操舵をそれの駆動機構を介して制御することで、移動ロボット１が回避経路１９のように未知障害物１８を回避して移動する。
【００４２】
障害物検出手段１１は、障害物検出の結果を移動手段１０に与えるとともに、通信２５により経路計画手段９に与える。
【００４３】
経路計画手段９は、自己位置方位検出手段８の検出結果、障害物検出手段１１の検出結果及び移動目的地指令２２を通信２５により移動ロボット１側から受け取り、移動目的地指令２２に対応する経路指令２３を通信２５により移動手段１０に与えるとともに、障害物検出手段１１の検出結果に基づいて回避指令２４を通信２５により移動手段１０に与えるものであり、第１実施例と同様、以下に示す第１機能、第２機能及び第３機能を有している。
【００４４】
経路計画手段９の第１機能：経路計画手段９は、移動目的地指令２２が与えられると、環境地図記憶手段７に予め記憶された環境地図１３を参照して、移動目的地指令２２が示す移動目的地１５と自己位置方位検出手段８により検知されたその時の移動ロボット１の自己位置方位とから、自己位置１６から既知障害物１４を回避しながら移動目的地１５に到達するための移動経路（計画経路１７）を計画あるいは探索し、この計画経路１７を移動指令２３として移動手段１０に与える。
【００４５】
経路計画手段９の第２機能：経路計画手段９は、障害物検出手段１１が未知障害物１８を検知した時点で、回避指令２４を移動手段１０に与える。
【００４６】
経路計画手段９の第３機能：経路計画手段９は、障害物検出手段１１が未知障害物１８を検知しなくなった回避運動完了時点で、自己位置方位検出手段８により検知されたその時の移動ロボット１の自己位置及び方位と移動目的地指令２２が示す移動目的地１５とから、新たな自己位置２０から既知障害物１４を回避しながら移動目的地１５に到達するための移動経路（再計画経路２１）を再度、環境地図１３を参照して計画あるいは探索し、この再計画経路２１を移動指令２３として設定し直して移動手段１０に与える。
【００４７】
移動目的地指令２２は、第１実施例で説明したように、移動目的地１５を指定する指令であり、本例では、移動目的地１５の位置方位（ｘ，ｙ，θ）に登録したラベル（例えば”充電”）をユーザが音声や文字データで入力したり、移動ロボット１自身が自動的に指定することで、移動目的地１５を指定することができる。
【００４８】
以下に、自己位置１６から移動目的地１５までの動作をまとめて説明する。
（１）　ロボット外部の環境地図記憶手段７に予め環境地図１３を記憶させておく。（２）　移動ロボット１からロボット外部の経路計画手段９へ、通信手段１２ａ、１２ｂを用いた通信２５により、移動目的地指令２２を送信する。例えば、充電ステーションを移動先とする場合、”充電”というラベルに相当する「充電要求」信号を経路計画手段９へ送信する。
（３）　移動ロボット１からロボット外部の経路計画手段９へ、通信２５により、自己位置方位検出手段８が検出した移動ロボット１の自己位置及び方位を送信する。
（４）　経路計画手段９は、受信した移動目的地指令２３と自己位置方位とを用いて環境地図１３を参照し、自己位置１６から既知障害物１４を回避しながら移動目的地指令２２に対応する移動目的地１５に到達するための経路（計画経路１７）を計画し、計画経路１７を移動指令２３として通信２５により移動ロボット１の移動手段１０へ送信する。
（５）　移動ロボット１では、移動手段１０により計画経路１７に沿った移動を開始する。
（６）　移動ロボット１では、障害物検出手段１１により障害物を検知しながら移動する。
（７）　移動ロボット１では、移動中、環境地図１３に無い未知障害物１８を障害物検出手段１１によって移動ロボット１が検出すると、障害物検出手段１１で未知障害物１８が検出されなくなるまで、移動手段１０によって移動ロボット１が回避運動を行い、回避経路１９を移動する。この結果、移動ロボット１は計画経路１７から逸脱する。
（８）　移動ロボット１では、未知障害物１８が検出されなくなると、移動ロボット１からロボット外部の経路計画手段９へ通信２５により、その時点で自己位置方位検出手段８により検出した自己位置方位を、「経路逸脱」信号として送信する。
（９）　経路計画手段９は、受信した自己位置方位に基づいて新たな自己位置２０から移動目的地１５への経路（再計画経路２１）を再度計画し、この再計画経路２１を経路指令２３として設定し直して、通信２５により移動手段１０に送信する。つまり、未知障害物１８に対する回避運動で逸脱した経路を修正する。
（１０）移動ロボット１では、移動手段１０により再計画経路２１に沿った移動を開始する。
（１１）上記（６）　〜　（１０）　の動作を移動ロボット１が移動目的地１５に到達するまで繰り返す。
【００４９】
以上のように、移動ロボット１の外部装置に環境地図記憶手段７と経路計画手段９を組み込んでおいても、通信手段１２ａ、１２ｂを用いた移動ロボット１と外部装置間の通信２５により、第１実施例と同様、環境地図１３を参照した自己位置１６から移動目的地１５までの経路探索、計画経路１７に沿った移動手段１０による移動ロボット１の移動、環境地図１３上に無い未知障害物１８に対する回避運動、計画経路１７から逸脱した後の新たな自己位置２０から移動目的地１５までの再度の経路探索、再計画経路２１に沿った移動ロボット１の移動が可能である。従って、未知障害物１８が多い移動環境においても、高い確率で移動ロボット１を移動目的地１５に到達させることができる。
【００５０】
また、本第２実施例では、環境地図記憶手段７と経路計画手段９を移動ロボット１に搭載する必要がないため、その分、移動ロボット１における演算負荷を抑制し、移動ロボット１の動きを円滑にできるとともに、消費電力を抑制することができる。また、本第２実施例の移動ロボット１に用いるＣＰＵ等の演算処理能力を第１実施例の移動ロボット１と同等にすれば、第１実施例の移動ロボット１より円滑な動きが実現する。
【００５１】
本第２実施例では、環境地図記憶手段７と経路計画手段９の両方を移動ロボット１の外部に配置したが、環境地図記憶手段７だけ、あるいは、経路計画手段９だけを移動ロボット１の外部に配置しても良い。
【００５２】
更に、本第２実施例及び先の第１実施例とも、移動ロボット１は人間と共存して一般家庭等の屋内でユーザの生活を補助・支援・介護するために用いられるロボットであるとしたが、これに限らず、掃除など特定の作業に特化した移動ロボットであってもよく、一般家庭やビル内、工場などを作業空間としてバッテリ駆動により自律的に移動する移動ロボットであれば本発明を適用することができる。
【００５３】
【発明の効果】
第１発明の移動ロボットは、既知障害物が記載された移動環境の地図（以下、環境地図）を記憶する環境地図記憶手段と、自己位置及び方位を検出する自己位置方位検出手段と、未知障害物を検出する障害物検出手段と、移動指令を受けたときは移動指令に従って移動ロボットを移動させ、回避指令を受けたとき障害物検出手段が未知障害物を検出しなくなるまで移動ロボットを移動させる移動手段と、自己位置方位検出手段が検出した自己位置から移動目的地までの前記既知障害物を回避した経路を前記環境地図を参照して計画し、計画した経路を移動指令として前記移動手段に与え、障害物検出手段が未知障害物を検出したときは回避指令を前記移動手段に与え、障害物検出手段が未知障害物を検出しなくなったときは、そのときの自己位置方位検出手段が検出した自己位置から移動目的地までの前記既知障害物を回避した経路を前記環境地図を参照して再計画し、再計画した経路を移動指令として前記移動手段に与える経路計画手段とを備えるので、従って、既知か未知かにかかわらず障害物が多い移動環境においても、高い確率で移動ロボットを移動目的地に到達することができる。
【００５４】
第２発明は、ロボット外部の前記経路計画手段と移動ロボット側の前記自己位置検出手段、障害物検出手段及び移動手段とが無線通信媒体を用いた通信手段で接続されているので、第１発明と同様既知か未知かにかかわらず障害物が多い移動環境においても、高い確率で移動ロボットを移動目的地に到達することができるとともに、環境地図記憶手段及び経路計画手段を移動ロボットに搭載する必要がなく、その分、移動ロボットにおける演算負荷を抑制し、移動ロボットの動きを円滑にでき、また、消費電力を抑制することができる。
【００５５】
第３発明によれば、一般家庭内でユーザの生活を補助・支援・介護する移動ロボットが既知か未知かにかかわらず障害物が多い一般家庭環境において、高い確率で移動目的地に到達することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例における移動ロボットの構成を示す図。
【図２】移動経路の計画、障害物回避及び移動経路の再計画を模式的に示す図。
【図３】本発明の第１実施例において障害物を回避して移動ロボットを目的地へ移動させるための各手段相互の関係を示す図。
【図４】本発明の第２実施例における移動ロボット及びロボット外部の装置構成を示す図。
【図５】本発明の第２実施例において障害物を回避して移動ロボットを目的地へ移動させるための各手段相互の関係を示す図。
【符号の説明】
１　移動ロボット
２　頭部
３　胴体部
４　腕部
５　台車部
６　車輪
７　環境地図記憶手段
８　自己位置方位検出手段
９　経路計画手段
１０　移動手段
１１　障害物検出手段
１２ａ、１２ｂ　通信手段
１３　屋内環境地図
１４　障害物
１５　移動目的地
１６　自己位置
１７　計画経路
１８　未知障害物
１９　回避経路
２０　障害物回避後の自己位置
２１　再計画経路
２２　移動目的地指令
２３　経路指令
２４　回避指令
２５　通信

Claims (3)

1. 移動環境をバッテリ駆動により自律的に移動する移動ロボットにおいて、
   既知障害物が記載された移動環境の地図（以下、環境地図）を記憶する環境地図記憶手段と、自己位置及び方位を検出する自己位置方位検出手段と、未知障害物を検出する障害物検出手段と、移動指令を受けたときは移動指令に従って移動ロボットを移動させ、回避指令を受けたとき障害物検出手段が未知障害物を検出しなくなるまで移動ロボットを移動させる移動手段と、自己位置方位検出手段が検出した自己位置から移動目的地までの前記既知障害物を回避した経路を前記環境地図を参照して計画し、計画した経路を移動指令として前記移動手段に与え、障害物検出手段が未知障害物を検出したときは回避指令を前記移動手段に与え、障害物検出手段が未知障害物を検出しなくなったときは、そのときの自己位置方位検出手段が検出した自己位置から移動目的地までの前記既知障害物を回避した経路を前記環境地図を参照して再計画し、再計画した経路を移動指令として前記移動手段に与える経路計画手段とを備えることを特徴とする移動ロボット。
2. 請求項１に記載の移動ロボットにおいて、
   前記環境地図記憶手段及び前記経路計画手段をロボット外部に備え、ロボット外部の前記経路計画手段と移動ロボット側の前記自己位置検出手段、障害物検出手段及び移動手段とが無線通信媒体を用いた通信手段で接続されていることを特徴とする移動ロボット。
3. 請求項１または２に記載の移動ロボットにおいて、
   前記移動ロボットは一般家庭内でユーザの生活を補助・支援・介護するロボットであることを特徴とする移動ロボット。

Images