JP2004303137A - 自律走行型ロボットの特定位置誘導装置及び自律走行型ロボットの特定位置誘導制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、自律移動型ロボットが滑らかな動作で任意の場所に、任意の方向から任意の向きで進入することができる自律移動型ロボットの特定位置誘導装置及び制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】自律移動可能な自律移動型ロボットにおいて、前記ロボットの周囲の状況を撮像する撮像装置と、前記撮像装置は、前記ロボットの最も高い部分に真上に向けて取り付けられていると共に該ロボットの周りを広く撮影することができる魚眼レンズを有しており、使用者が任意に設定した特定位置の上方で、前記自律移動型ロボットの位置、向きにかかわらず前記撮像装置にて撮像可能な高さに特定位置の場所を示すためのマーカを有している自律移動型ロボットの特定位置誘導装置。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自律走行型ロボットの特定位置誘導装置及び自律走行型ロボットの特定位置誘導制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多関節アームロボットや搬送ロボット等の産業用ロボットは古くから知られ工場等では多く用いられている。産業用ロボットはその使用目的が溶接、塗装、運搬等といったように限定されており、アームロボット等のように１箇所に固定されたものや、搬送ロボットのように決められたルートを決められた順序で移動するものがほとんどであった。
【０００３】
近年、自律移動型のロボットが発表されている。自律移動型ロボットは所定の空間内を自由に移動することができるものであり、人間の住環境下で人間と共存し、産業活動や生産活動等における単純作業や危険作業、難作業等の作業の手助けや、代行を行うことができる。例えば、前記作業としては原子力プラント、火力発電プラント等におけるメンテナンス作業、高層ビルにおける清掃作業、火災現場等の災害現場での救助活動等を挙げることができる。
【０００４】
また、自律移動型ロボットとして１人暮らしの高齢者の家等に設置され、部屋の掃除をしたり、住人の体調管理を行ったり、該住人が家を留守にしたときの留守中の屋内安全確認等の人間の生活に密着した生活支援型ロボットが発表されている。生活支援型ロボットは、一般家庭にも適用可能なロボットとして位置付けられる。
【０００５】
上述した自律移動型ロボットはいずれも動力として電気を使用する電動式のロボットであり、定期的に該ロボットに電力を供給する必要がある。
【０００６】
上述したアームロボットのような固定ロボットの場合、常時電源から電力を供給することが可能であり、搬送ロボットのように決められたルートを決められた順路で移動するロボットの場合、電源ケーブルを介して常時電力を供給してもよく、ルートの途中で電力供給装置を備えることで電力を供給することが可能である。
【０００７】
一方、自律移動型ロボットの場合、電源ケーブルを介して常時電力を供給することも可能であるが、電源ケーブルが引っ張られることで抜けたり、障害物に絡まったり、損傷したりする恐れがある。そこで、前記のような自律移動型ロボットでは、充電式バッテリを電源とする方式が一般的である。
【０００８】
ここで問題となってくるのが充電作業である。上述のような用途に用いられる自律移動型ロボットは、自動で動作し続けることで所定の作業をこなすものがほとんどであり、その観点からも、充電作業の自動化が実用化を図る上での問題となる。使用者が、充電のたびにバッテリを交換したり、都度、バッテリを充電器へ接続したりするのは、使用者を煩わせ、作業効率も落ちることになる。また、生活支援型ロボットの場合、住人や家の状況を常に確認する必要があり、特に留守番機能を利用する場合などでは、自動充電が必須の機能となる。
【０００９】
そこで、自律移動型ロボットのバッテリ充電を自動で行う方法として、いわゆる、充電装置を利用する方法が提案されている。充電装置とはロボットのバッテリを充電するための装置である。また、前記ロボットの中には待機中、充電装置に配置されるようになっているものもある。
【００１０】
前記自律移動型ロボットは、バッテリ残量、連続駆動時間、使用者よりの命令等所定の条件が合ったときに、現在進行中の作業を中断して充電装置に向かう。充電装置において、前記ロボットに予め備えられている充電端子と、前記充電装置に予め備えられている給電端子とを、正しく接続することで、該ロボットの内部に備えられている充電バッテリを充電するものである。
【００１１】
ここで、充電装置を用いて自動的に充電作業を行うためには、前記自律移動型ロボットを充電装置に対して正確に誘導するとともに、該ロボットは該充電装置の位置を検出し、該ロボットと該充電装置の間の位置決めを行い、該ロボットに備え付けられた充電端子と該充電装置に備え付けられた給電端子を正しく接続しなくてはならない。
【００１２】
そこで、前記自律移動型ロボットが、前記自律移動型ロボットに対する充電装置の距離と方向を検知しその方向に向かって、該自律移動型ロボットを充電器装置に誘導させるものが示されている。前記自律移動型ロボットは充電装置に設けられた視認性識別データをカメラにて撮影して、その撮像画像をもとに、自らと充電装置の位置関係及び距離を算出するものである。前記自律移動型ロボットの形状及び（又は）前記充電装置の該自律移動型ロボットとの係合部との形状に特徴を持たせることで、前記自律移動型ロボットは前記充電装置に特定方向にのみ進入できるように構成されている。
【００１３】
また、上記の方法は前記自律移動型ロボットを任意の位置に、任意の方向からアクセスする必要がある場合も同様である。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００１−１２５６４１号公報
【特許文献２】
特開平７−１９１７５５号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
前記自律移動型ロボットは、自律移動をすることより障害物を避けて移動することができ、また、前記充電装置の位置を検知して、その位置に向かって移動することは容易にできる。しかしながら、前記自律移動型ロボットの充電端子と、前記充電装置の給電端子とを正しく接続しなくてはならず、前記自律移動型ロボットが前記充電装置への進入方向は限定されている。
【００１６】
上記の問題に対し、従来の発明では、該ロボットと該充電装置の相対的な距離と方位を示すだけであり、充電装置の特定方向からの進入を、該ロボットに対して指令することができない。
【００１７】
そこで本発明はこのような問題を鑑みて、自律移動型ロボットが滑らかな動作で任意の場所に、任意の方向から任意の向きで進入することができる自律移動型ロボットの特定位置誘導装置を提供することを目的とする。
【００１８】
また、本発明はこのような問題を鑑みて、自律移動型ロボットの充電時に、該自律移動型ロボットが充電装置に任意の方向から任意の向きでアクセスすることができる自律移動型ロボットの特定位置誘導装置を提供することを目的とする。
【００１９】
さらに、本発明はこのような問題を鑑みて、自律移動型ロボットが滑らかな動作で任意の場所に、任意の方向から任意の向きで進入することができる自律移動型ロボットの特定位置誘導制御方法を提供することを目的とする。
【００２０】
また、本発明はこのような問題を鑑みて、自律移動型ロボットの充電時に、該自律移動型ロボットが充電装置に任意の方向から任意の向きでアクセスすることができる自律移動型ロボットの特定位置誘導制御方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は自律移動可能な自律移動型ロボットにおいて、前記ロボットを移動させるための移動装置と、前記ロボットの周囲の状況を撮像する撮像装置と、前記撮像装置にて撮影された画像を処理する画像処理装置と、前記ロボットの動作を制御するための制御装置とを有しており、前記撮像装置は、前記ロボットの最も高い部分に真上に向けて取り付けられていると共に該ロボットの周りを広く撮影することができる魚眼レンズを有しており、使用者が任意に設定した特定位置の上方で、前記自律移動型ロボットの位置、向きにかかわらず前記撮像装置にて撮像可能な高さに特定位置の場所を示すためのマーカを有しており、前記画像処理装置は前記撮像装置にて撮影された画像をもとに、前記自律移動型ロボットと前記ロボットを誘導する位置の互いの位置関係、距離及び前記特定位置に対して該ロボットを通過させたい位置と進入方向を算出することを特徴とする自律移動型ロボットの特定位置誘導装置を提供する。
【００２２】
この構成によると自律移動型ロボットを進入方向及び進入姿勢方向を限定して特定位置に誘導することを容易に行うことが可能である。
【００２３】
前記マーカとして、複数の識別部材を有しており、前記複数の識別部材は撮像装置で撮影したときに異なる位置に写るように配置されているものを例示できる。
【００２４】
この構成によると自律移動型ロボットが撮像画像をもとに該ロボットと該ロボットが誘導される特定位置との間の相対方向、距離、姿勢方向を算出するとき、多くの情報をもとに算出するのでより制度の高いデータを得ることが可能であり、それだけより細かい誘導を行うことが可能である。
【００２５】
前記マーカとして、３個の識別部材を有しており、３個の識別部材のうち２個の識別部材は、該２個の識別部材を結ぶ線分が該マーカが示す前記特定位置の前記自律移動式ロボットが進入してくる方向と直角で床面と平行になるように配置されており、残りの識別部材は前記２個の識別部材を結ぶ線分の中点から該線分と垂直で該線分よりも高い部分に配置されるものを用いてもよい。
【００２６】
この構成によると自律移動型ロボットに備えられている魚眼レンズを通した画像であっても、各識別部材が干渉したり、隠れたりした画像にならず、それだけ、正確な誘導を行うことができる。
【００２７】
前記マーカは２つの識別部材を有しており、一方の識別部材は長尺の部材であり、前記マーカが示す前記特定位置の前記自律移動式ロボットが進入してくる方向と直角で床面と平行になるように配置されており、他方の識別部材は前記一方の識別部材中点から該部材と垂直で該部材よりも高い部分に配置されるものを例示することができる。
【００２８】
この構成によると、３つの識別部材を有するものより構成要素を減らすことができより、簡単に、安価に製作することができる。
【００２９】
前記マーカの識別部材は発光体でありロボットの移動動作に合わせて所定のタイミングで発光してもよい。
【００３０】
前記マーカの３個の識別部材のうち下側の２個を結ぶ線分上に補助識別部材を配置しても良い。
【００３１】
前記自律移動型ロボットは前記マーカとの間で通信が可能であり、前記自律移動型ロボットより前記マーカに発光タイミング命令を出力することでマーカの識別部材の発光タイミングを制御するものを例示できる。また、タイミングのみでなく発光色も変化させることができる。
【００３２】
前記特定位置として、前記ロボット搭載の充電バッテリに充電するための充電装置を例示できる。
【００３３】
前記撮像装置の姿勢を傾けて撮像範囲を変えることができるものを挙げることができる。
【００３４】
前記撮像装置において魚眼レンズのかわりに全方位レンズを用いたものを例示することができる。
【００３５】
前記撮像装置は、例えば、撮像範囲の異なる複数台のカメラを有しており、その複数のカメラにて撮影された各画像を別途画像処理により画像を連結・結合し、魚眼レンズや全方位レンズを使用した画像と同等の画像を再構成するものするものを挙げることができる。
【００３６】
この構成によると、複数のカメラがそれぞれ予め定められた方向の画像を撮像しておりその画像を結合することでより精度の高い画像を得ることができ、それだけ正確に自律移動型ロボットを特定位置に誘導することができる。
【００３７】
本発明は自律移動型ロボットを使用者が任意に選択した特定位置に誘導する自律移動型ロボットの特定位置誘導制御方法であって、前記自律移動型ロボットを移動させる移動ステップと、前記自律移動型ロボットの周囲の状況を撮影する撮像ステップと、前記特定位置の上方に設けられたマーカを抽出するマーカ抽出ステップと、前記撮像ステップにて撮影された撮像画像をもとに前記特定位置の方向を算出する方向算出ステップと、前記撮像画像をもとに前記自律移動型ロボットと前記特定位置の間の距離を算出する距離算出ステップと、前記撮像画像をもとに前記自律移動型ロボットと前記特定位置の該ロボット進入する姿勢方向を算出する姿勢方向算出ステップと、を有しており、前記自律移動型ロボットを前記特定位置の特定の方向から進入させることを特徴とする自律移動型ロボットの特定位置誘導制御方法を提供することができる。
【００３８】
前記制御方法においてマーカ抽出ステップの後に、マーカ抽出のために撮像装置を傾ける撮像装置傾倒ステップを有しているものを例示することができる。
【００３９】
この構成によると、マーカが抽出できない場合でも該マーカの位置を見つけ出すことができる。
【００４０】
前記特定位置は前記自律移動型ロボットのバッテリに充電を行う充電装置であり、通常運転時に所定の条件を満たしたときに特定位置誘導制御を開始するものである特定位置誘導制御方法を例示することができる。
【００４１】
前記所定条件として例えば使用者から前記自律移動型ロボットに発行された充電装置での待機指示であるものを挙げることができる。
【００４２】
また、前記所定条件として例えば前記自律移動型ロボットの連続稼働時間が一定時間の超過をしたことを挙げることができる。
【００４３】
さらに、前記所定条件として前記自律移動型ロボットのバッテリ残量が所定量を下回ることを例示できる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１に自律移動型ロボットを本発明に係る自律移動型ロボットの特定位置誘導装置を用いて充電装置に誘導するものの１例の概略斜視図を示す。
図１に示す自律移動型ロボットＡは、人型ロボットであり頭部１と胴体部２と一対の腕部３と人間の足代わりの駆動部４とを有している。自律移動型ロボットＡは、それには限定されるものではないが、ここでは生活支援型ロボットであり、使用者と使用者の住環境にて共存している。ロボットＡは使用者の体調管理や生活の管理、留守の管理等、時には使用者の生活のパートナとして時には使用者を助けるヘルパーとして動作するものである。
【００４５】
頭部１には使用者を認識するための前方カメラ１１と、部屋の中での自分の位置を認識するための天井カメラ１２が搭載されている。天井カメラ１２は頭頂部１０に設けられており、魚眼レンズ１２１を備えている。魚眼レンズ１２１を備えていることで、１つの画像で部屋全体又は略部屋全体を認識することが可能である。また、カメラの代わりにＣＣＤ等の撮像手段を用いるものも例示することが可能である。
【００４６】
腕部３は人間のひじに当たる第１関節３１と人間の手首に当たる第２関節３２とを有しており、それぞれ、関節３１、３２を中心に回動可能に支持されている。また、第２関節３２から先には、物をつかむことができるチャック部３３が備えられており、数々の動作をこなすことができるようになっている。
【００４７】
駆動部４は、自律移動型ロボットＡが倒れたり姿勢を崩したりすることなく移動できるものを広く採用することができる。ここでは後述のモータ４２を用いて底面に設けられた車輪を回転させることで移動するものを採用している。
【００４８】
自律移動型ロボットＡは、充電装置ＣＨにて充電されるものであり、同じフロアＦＬの中に配置されており、充電装置ＣＨ進入する前に進入開始位置Ｓｐに到達しそこから、所定の姿勢方向（ここでは、前向き又は後ろ向きでロボットＡの現在の位置から向きやすい方）に向いて、充電装置ＣＨに直進あるいは後進して進入していく。
【００４９】
充電装置ＣＨの上方には、天井カメラ１２にて撮影した撮像画像をもとに自律移動型ロボットＡと充電装置ＣＨの進入口ＣＨ１とのそれぞれの相対的な姿勢方向と、互いの位置関係及び互いの距離を算出するために用いられるマーカＭＫを備えている。
【００５０】
マーカＭＫは自律移動型ロボットＡの身長、換言すれば、床面から魚眼レンズ１２１までの距離ｈよりも高い位置Ｈに取り付けられている。マーカＭＫの取り付け位置Ｈは自律移動型ロボットＡの位置にかかわらず、魚眼レンズ１２１を介した撮像画像にマーカＭＫが写る位置を広く採用できる。本実施例ではマーカＭＫは充電装置ＣＨに設けられた支持柱ＣＨ２に取り付けられているものを採用しているが、支持柱の形状、本数等は自律移動型ロボットＡが充電装置ＣＨに進入するときに邪魔にならないもの且つ撮像画像中でマーカＭＫの邪魔にならないものを広く採用することができる。
【００５１】
図２にマーカの拡大図を示す。図２に示すマーカＭＫは、それには限定されないが、ここでは、第１の識別部材ＭＫ１、第２の識別部材ＭＫ２及び第３の識別部材ＭＫ３の３つの識別部材を有している。各識別部材は例えばＬＥＤのように発光する部材である。図１に示す実施例中のマーカはマーカＭＫを用いるものとする。図２に示すマーカＭＫは第２の識別部材ＭＫ２と第３の識別部材ＭＫ３が第１の支持部材ＭＳ１にて連結支持されている。また、第１の支持部材ＭＳ１の中間部より平面視直角に仰角θで取り付けられた第２の支持部材ＭＳ２を介して、第１の識別部材ＭＫ１が支持されている。第１の支持部材ＭＳ１は、自律移動型ロボットＡの進入方向αと垂直に且つ床面と平行に配置される。また、第１の識別部材ＭＫ１は自律移動型ロボットＡが充電装置ＣＨの充電位置で停止したときに魚眼レンズ１２１の真上又は略真上になるように配置される。
【００５２】
この各識別部材ＭＫ１、ＭＫ２、ＭＫ３の配置方法によって自律移動型ロボットＡに備えられている天井カメラ１２を介して撮影しても、撮像画像中で各識別部材ＭＫ１、ＭＫ２、ＭＫ３が重なって表示されることはない。なぜなら、天井カメラ１２は魚眼レンズ１２１を搭載しており、魚眼レンズ１２１を介して撮影した場合、各識別部材ＭＫ１、ＭＫ２、ＭＫ３が床面と平行な平面状に配置されている場合、第１の識別部材ＭＫ１と第２又は第３の識別部材ＭＫ２、ＭＫ３が干渉して写る可能性があり、場合によっては完全に隠れてしまう。これを防ぐために第２の支持部材ＭＳ２は第１の支持部材ＭＳ１に仰角θで取り付けられており、仰角θは自律移動型ロボットＡの場所にかかわらず、各識別部材ＭＫ１、ＭＫ２、ＭＫ３が干渉して見えなくなることを防ぐことができる角度を広く採用することが可能である。
【００５３】
また、図３に図２に示すマーカの他の例の拡大図を示す。
図３に示すマーカＭＫ’は図２に示すマーカＭＫのうち、第２の識別部材ＭＫ２と第３の識別部材ＭＫ３が省略されているものである。その他の部分は同一の部材で構成されており、実質上同一の部分には同一の符号が付してある。マーカＭＫ’は第１の支持部材ＭＳ１の両端部ＭＳ１１、ＭＳ１２と第１の識別部材ＭＫ１の位置関係で、マーカＭＫと同じ効果を得ることができるものであり、第２の識別部材ＭＫ２、第３の識別部材ＭＫ３を省いた分だけ、構成が簡略化されその分軽量化、コスト低減に貢献するものである。
また、ＭＳ１をライン上のＬＥＤで構成することにより、該ＭＳ１の重心を割出して、ＭＫと同等の効果を得ることができ、この構成で画像取得上、ＬＥＤの面積が大きくなる分有利になる特徴がある。
【００５４】
上述の実施例においてはマーカとして３つの識別部材（ＭＫ１、ＭＫ２、ＭＫ３）を有するＭＫと２つの識別部材（ＭＫ１、ＭＳ１）を有するＭＫ’を用いて説明しているがそれに限定されるものではなく、天井カメラ１２にて撮影された撮像画像で、自律移動型ロボットＡと充電装置ＣＨとの相対関係を表す各種データを算出するための画像が得られるものを広く採用することができる。しかしながら本実施例では、識別部材が３つであるマーカＭＫを用いるものとする。
【００５５】
図４に図１に示す自律移動型ロボットの特定位置誘導制御装置の概略構成を表すブロック図を示す。
自律移動型ロボットＡは、魚眼レンズ１２１を介して天井カメラ１２にて撮影された撮像画像を画像処理手段５に送信する。画像処理手段５では、撮像画像をもとに、マーカＭＫの位置を検出し、更にそのマーカＭＫの位置をもとに自律移動型ロボットＡと充電装置ＣＨの進入口ＣＨ１との相対的な姿勢方向、相対的な位置関係及び距離を算出する。また、自律移動型ロボットＡが充電装置ＣＨに進入を開始するときの進入開始位置Ｓｐの算出も行う。
【００５６】
画像処理手段５にて算出された各種データは制御装置Ｃｏｎｔに送信され、制御装置Ｃｏｎｔは送信されてきた各種データをもとに、駆動制御手段４１に駆動信号を出力し、駆動制御手段４１が駆動信号を受信したら駆動信号をもとに駆動部４のモータ４２を駆動させて自律移動型ロボットＡを充電装置ＣＨ進入開始位置Ｓｐまで誘導し、自律移動型ロボットＡを充電装置ＣＨに充電可能な姿勢方向を保って進入させる。
【００５７】
図５に図１に示す自律移動型ロボットを充電装置に誘導するときの誘導経路の平面図を示す。図中で矢印は自律移動型ロボットＡを示しており、矢印の向きはロボットＡの正面方向（姿勢方向）を示している。
自律移動型ロボットＡの位置はＰ１であり、充電装置ＣＨの位置はＲ１である。まず、自律移動型ロボットＡは、天井カメラ１２にて画像を撮影する。そのときの画像がＰｉｃ１である。画像Ｐｉｃ１は自律移動型ロボットＡの前方が図面内下方である。
【００５８】
このときの画像をもとに、自分の今の位置の座標、充電装置ＣＨの座標、進入開始位置Ｓｐの座標、自律移動型ロボットＡと充電装置ＣＨとの距離、自律移動型ロボットＡ及び充電装置ＣＨの進入口の姿勢方向を算出する。そのとき、現在地Ｐ１から進入開始位置Ｓｐを経て充電装置ＣＨまでの経路Ｌｉｎｅ１、Ｌｉｎｅ２を設定する。
【００５９】
自律移動型ロボットＡは設定された経路Ｌｉｎｅ１、Ｌｉｎｅ２にしたがって移動を開始する。このとき、自律移動型ロボットＡは姿勢方向を進入開始位置Ｓｐから充電装置ＣＨに進入するときの姿勢方向へ変化させながら経路Ｌｉｎｅ上を移動する。また経路Ｌｉｎｅ１を移動中に所定のタイミングで撮像画像を撮影し、その画像より、方向、距離、姿勢方向、経路を算出し、正しい経路で移動しているか調べながら進む。位置Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４での撮像画像がＰｉｃ２、Ｐｉｃ３、Ｐｉｃ４となる。
【００６０】
図６に自律移動型ロボットの通常運転から特定位置誘導装置が動作して自律移動型ロボットを特定位置に誘導する場合の一例である充電モードに突入する一例のフローチャートを示す。
自律移動型ロボットＡは上述のような与えられた所定の作業を行う通常運転動作をしている（ステップＳ１）。このときに、使用者から図示を省略したリモコン等から自律移動型ロボットＡに待機命令が出たかどうか判別する（ステップＳ２）。使用者より待機命令が出た場合（ステップＳ２でＹＥＳの場合）、充電モードに突入する（ステップＳ６）。使用者より待機命令が出ていない場合（ステップＳ２でＮＯの場合）通常運転時間内であるかどうか判別する（ステップＳ３）。ここで通常運転時間とは、使用者のライフサイクル及びロボットＡの作業に合わせてあらかじめ決められたロボットＡの作業時間帯のことである。
【００６１】
通常運転時間で無い場合（ステップＳ３でＮＯの場合）充電モードに入る（ステップＳ６）。通常運転時間内である場合（ステップＳ３でＹＥＳの場合）、自律移動型ロボットＡのバッテリの残量を検出する（ステップＳ４）。バッテリの残量が所定量以下の場合（ステップＳ４にてＮＯの場合）充電モードに入る（ステップＳ６）。バッテリ残量が所定量異常以上の場合（ステップ（Ｓ４でＹＥＳの場合）自律移動型ロボットＡの連続運転時間を検出する（ステップＳ５）。連続運転時間が所定の時間を超えた場合（ステップＳ５でＹＥＳの場合）充電モードに入る（ステップＳ６）。運転時間が所定の時間を超えていない場合（ステップＳ５にてＮＯの場合）通常運転に戻る（ステップＳ１）。
【００６２】
ステップＳ６にて充電モードに突入した後は、自律移動型ロボットＡはその時点で、充電装置ＣＨに向かう。充電が完了した後（ステップＳ７）、使用者よりの待機命令が解除されているかどうか判別する（ステップＳ８）。使用者よりの待機命令が解除されていない場合（ステップＳ８でＮＯの場合）、処理は終了する。また、待機命令が解除されている場合（ステップＳ８でＹＥＳの場合）通常運転時間内であるかどうか判別する（ステップＳ９）。通常運転時間内ではない場合（ステップＳ９にてＮＯの場合）ステップＳ９の前に戻り通常運転時間になるまで待機を続ける。また、通常運転時間内である場合（ステップＳ９にてＹＥＳの場合）ステップＳ１に戻り通常運転を再開する。
【００６３】
以上が、通常運転から充電モードに切り替わる動作手順である。充電モードに切り替わった時点で、自律移動型ロボットＡは、特定位置誘導装置にて充電装置ＣＨへ誘導される。図６に示すフローチャートの例では充電モードを例にとったがそれに限定されるものではなく、充電モードを他のオペレーションに置き換えることが可能である。また、通常運転から充電モードに切り替わる条件として、使用者よりの命令、運転時間、バッテリ残量、連続運転時間を用いたものを例示したが、これに限定されるものではなくこれら単独のもの、複数を組み合わせたもの、さらに他の条件を組み合わせるもの等、必要な条件を広く採用することが可能である。
【００６４】
図７に充電モード時の自律移動型ロボットの動作手順の一例のフローチャートを示す。
まず自律移動型ロボットＡの頭部１に設けられた天井カメラ１２にて自律移動型ロボットＡの周囲の画像を撮影し撮像画像を取得する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１にて撮像した撮像画像中のマーカＭＫを抽出する（ステップＳ１２）。マーカＭＫの配置、色等より第１、第２、第３の識別部材ＭＫ１、ＭＫ２、ＭＫ３を識別する（ステップＳ１３）。識別したマーカＭＫをもとに自律移動型ロボットＡと充電装置ＣＨの相対方向、相対距離及び自律移動型ロボットＡと充電装置ＣＨの進入口の姿勢方向を算出する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４にて算出されたデータを基に進入開始位置の座標を算出する（ステップＳ１５）。
【００６５】
自己位置の座標をオドメトリなどを用いて測定する（ステップＳ１６）。進入開始位置Ｓｐと自己位置との距離を算出する（ステップＳ１７）。制御装置が達成するべき目標（ここでは自律移動型ロボットＡが進入開始位置Ｓｐに到達したかどうか）が達成されたかどうか判定する（ステップＳ１８）。目標が達成されていない場合（ステップＳ１８にてＮＯの場合）コマンド（ここでは自律移動型ロボットＡの駆動制御手段４１に進入開始位置Ｓｐに移動するための駆動命令）を発行する（ステップＳ１１０）。その後、移動し（ステップＳ１１１）、再度ステップＳ１１に戻り画像の取得から繰り返す。また、目標が達成された場合（ステップＳ１８でＹＥＳの場合）次の目標（ここでは、進入開始位置Ｓｐから充電装置ＣＨへの進入）があるかどうか判別する（ステップＳ１９）。次の目標がない場合（ステップＳ１９でＮＯの場合）は処理を終了し、次の目標がある場合（ステップＳ１９でＹＥＳの場合）、ステップＳ１１に戻り画像の取得から繰り返す。以上を繰り返すことで自律移動型ロボットＡを充電装置ＣＨに誘導することができる。
【００６６】
図８に本発明に係る自律移動型ロボットの特定位置誘導制御装置の他の例を備えた自律移動型ロボットの概略斜視図を、また図９に図８に示す自律移動型ロボットの概略構成のブロック図を示す。
図８において、自律移動型ロボットＢは頭部１’を傾倒することができる構造を有している。それ以外の部分は図１に示す自律移動型ロボットＡと同一の構造を有しており、同一の部分には同一の符号を付してある。
【００６７】
図８に示す自律移動型ロボットＢは、頭部１’に備えられた天井カメラ１２の画像中にマーカＭＫが認識できなかったり、認識できたとしても認識しにくかったりする場合、例えば図８のＰｉｃＡに示すような画像の場合、頭部１’を傾けることでカメラ１２が撮影することができる範囲を変更し、マーカＭＫを画像内に捉える（画像ＰｉｃＢ）ことができるようにするものである。
【００６８】
自律移動型ロボットＢの概略構成は自律移動型ロボットＡと略同一であるが、頭部傾倒制御手段１３と傾倒用モータ１３１とを備えている。カメラ１２にて撮影された撮像画像を基に画像処理手段５にてマーカＭＫを抽出するときに、マーカＭＫが抽出されなかった場合は、制御装置Ｃｏｎｔは頭部傾倒制御手段１３に頭部１’を傾倒するための傾倒信号を出力する。傾倒信号を受信した頭部傾倒制御手段１３は、モータ１３１を駆動して頭部１’を傾倒する。
【００６９】
図１０に自律移動型ロボットの他の例の充電モード時の自律移動型ロボットの動作手順の他の例のフローチャートを示す。
自律移動型ロボットＢが通常運転から充電モードに入る手順は図６のフローチャートに示す手順と同じである。
【００７０】
まず自律移動型ロボットＢの頭部１’に設けられた天井カメラ１２にて自律移動型ロボットＢの周囲の画像を撮影し撮像画像を取得する（ステップＳ２１）。
ステップＳ２１にて撮像した撮像画像中のマーカＭＫを抽出する（ステップＳ２２）。マーカＭＫが抽出できたかどうか判別する（ステップＳ２３）。マーカＭＫが抽出できなかった場合、頭部１’を傾倒し撮像範囲を変更する（ステップＳ２４）。その後。再度ステップＳ２１に戻って画像の取得をやり直す。またマーカＭＫを抽出することができた場合、マーカＭＫの配置、色等より第１、第２、第３の識別部材ＭＫ１、ＭＫ２、ＭＫ３を識別する（ステップＳ２５）。識別したマーカＭＫをもとに自律移動型ロボットＢと充電装置ＣＨの相対方向、相対距離及び自律移動型ロボットＢと充電装置ＣＨの進入口の姿勢方向を算出する（ステップＳ２６）。ステップＳ２６にて算出されたデータを基に進入開始位置の座標を算出する（ステップＳ２７）。
【００７１】
自己位置の座標をオドメトリ等を用いて測定する（ステップＳ２８）。進入開始位置Ｓｐと自己位置との距離を算出する（ステップＳ２９）。制御装置が達成するべき目標（ここでは自律移動型ロボットＢが進入開始位置Ｓｐに到達したかどうか）が達成されたかどうか判定する（ステップＳ２１０）。目標が達成されていない場合（ステップＳ２１０にてＮＯの場合）コマンド（ここでは自律移動型ロボットＢの駆動制御手段４１に進入開始位置に移動するための駆動命令）を発行する（ステップＳ２１２）。その後、自律移動型ロボットＢは移動し（ステップＳ２１３）、再度ステップＳ２１に戻り画像の取得から繰り返す。また、目標が達成された場合（ステップＳ２１０でＹＥＳの場合）次の目標（ここでは、進入開始位置Ｓｐから充電装置ＣＨへの進入）があるかどうか判別する（ステップＳ２１１）。次の目標がない場合（ステップＳ２１１でＮＯの場合）は処理を終了し、次の目標がある場合（ステップＳ２１１でＹＥＳの場合）、ステップＳ２１に戻り画像の取得から繰り返す。以上を繰り返すことで自律移動型ロボットＢを充電装置ＣＨに誘導することができる。
【００７２】
上述の実施例において、マーカＭＫの識別部材として発光するものを用いて説明をしたがそれに限定されるものではなく、色分け、異なる大きさ等各識別部材を別物として認識することができるものを広く採用することができる。
また、マーカＭＫの各識別部材ＭＫ１、ＭＫ２、ＭＫ３は自律移動型ロボットＡ（Ｂ）からの指示に従って、発光色を変えたり、発光の順番を決定するものであってもよい。
【００７３】
また、上述の実施例において、撮像手段として設けられた天井カメラのレンズとして魚眼レンズを用いているが、それに限定されるものではなく、例えば、全方位レンズのように部屋全体を１つの画像で撮影することができるレンズを広く採用することができる。
【００７４】
また、上述の実施例において、撮像手段として設けられた天井カメラの撮像範囲を変える方法として、ロボットの頭部を傾ける方法を示しているが、これに限定されるものではなく、ロボット全体を傾けるもの、及びそれに加えて頭部も傾けるもの、天井カメラだけを傾けるもの等、撮像範囲を変えることができるものを広く採用することができる。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によると、自律移動型ロボットが滑らかな動作で任意の場所に、任意の方向から任意の向きで進入することができる自律移動型ロボットの特定位置誘導装置を提供することができる。
【００７６】
また、本発明によると、自律移動型ロボットの充電時に、該自律移動型ロボットが充電装置に充電装置に任意の方向から任意の向きでアクセスすることができる自立移動型ロボットの特定位置誘導装置を提供することができる。
【００７７】
さらに本発明によると、自律移動型ロボットが滑らかな動作で任意の場所に、任意の方向から任意の向きで進入することができる自律移動型ロボットの特定位置誘導制御方法を提供することができる。
【００７８】
また本発明によると、自律移動型ロボットの充電時に、該自律移動型ロボットが充電装置に充電装置に任意の方向から任意の向きでアクセスすることができる自立移動型ロボットの特定位置誘導制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】自律移動型ロボットを本発明に係る自律移動型ロボットの特定位置誘導装置を用いて充電装置に誘導するものの１例の概略斜視図である。
【図２】図１で用いられるマーカの拡大図である。
【図３】図２に示すマーカの他の例の拡大図である。
【図４】図１に示す自律移動型ロボットの特定位置誘導装置の概略構成を表すブロック図である。
【図５】図１に示す自律移動型ロボットを充電装置に誘導するときの誘導経路の平面図である。
【図６】自律移動型ロボットの通常運転から特定位置誘導装置が動作して自律移動型ロボットを特定位置に誘導する場合の一例である充電モードに突入する一例のフローチャートである。
【図７】充電モード時の自律移動型ロボットの動作手順の一例のフローチャートである。
【図８】本発明に係る自律移動型ロボットの特定位置誘導装置の他の例を備えた自律移動型ロボットお概略斜視図である。
【図９】図８に示す自律移動型ロボットの概略高せいを表すブロック図である。
【図１０】自律移動型ロボットの他の例の充電モード時の自律移動型ロボットの動作手順の他の例のフローチャートである。
【符号の説明】
Ａ 自律移動型ロボット
１ 頭部
１１ 前方カメラ
１２ 天井カメラ
１２１ 魚眼レンズ
１３ 頭部傾倒制御手段
１３１ 頭部傾倒用モータ
２ 胴体部
３ 腕部
３１ 第１関節
３２ 第２関節
３３ チャック
４ 駆動部
４１ 駆動制御手段
４２ モータ
５ 画像処理手段
ＣＨ 充電装置
ＭＫ マーカ

Claims (17)

1. 自律移動可能な自律移動型ロボットにおいて、
   前記ロボットを移動させるための移動装置と、
   前記ロボットの周囲の状況を撮像する撮像装置と、
   前記撮像装置にて撮影された画像を処理する画像処理装置と、
   前記ロボットの動作を制御するための制御装置とを有しており、
   前記撮像装置は、前記ロボットの最も高い部分に真上に向けて取り付けられていると共に該ロボットの周りを広く撮影することができる魚眼レンズを有しており、
   使用者が任意に設定した特定位置の上方で、前記自律移動型ロボットの位置、向きにかかわらず前記撮像装置にて撮像可能な高さに特定位置の場所を示すためのマーカを有しており、
   前記画像処理装置は前記撮像装置にて撮影された画像をもとに、前記自律移動型ロボットと前記ロボットを誘導する位置の互いの位置関係、距離及び前記特定位置に対して該ロボットを通過させたい位置と進入方向を算出することを特徴とする自律移動型ロボットの特定位置誘導装置。
2. 前記マーカは複数の識別部材を有しており、
   前記複数の識別部材は撮像装置で撮影したときに異なる位置に写るように配置されていることを特徴とする請求項１記載の自律移動型ロボットの特定位置誘導装置。
3. 前記マーカは、３個の識別部材を有しており、
   ３個の識別部材のうち２個の識別部材は、該２個の識別部材を結ぶ線分が該マーカが示す前記特定位置の前記自律移動式ロボットが進入してくる方向と直角で床面と平行になるように配置されており、
   残りの識別部材は前記２個の識別部材を結ぶ線分の中点から該線分と垂直で該線分よりも高い部分に配置されることを特徴とする請求項２に記載の自律移動型ロボットの特定位置誘導装置。
4. 前記マーカは２つの識別部材を有しており、
   一方の識別部材は長尺の部材であり、前記マーカが示す前記特定位置の前記自律移動式ロボットが進入してくる方向と直角で床面と平行になるように配置されており
   他方の識別部材は前記一方の識別部材中点から該部材と垂直で該部材よりも高い部分に配置されることを特徴とする請求項２に記載の自律移動型ロボットの特定位置誘導装置。
5. 前記マーカは発光体でありロボットの移動動作に合わせて所定のタイミングで発光することを特徴とする請求項１から請求項４いずれかに記載の自律移動型ロボットの特定位置誘導装置。
6. 前記自律移動型ロボットは前記マーカとの間で通信が可能であり、前記自律移動型ロボットより前記マーカに発光タイミング命令を出力することを特徴とする請求項５に記載の自律移動型ロボットの特定位置誘導装置。
7. 前記特定位置を、前記ロボット搭載の充電用バッテリに充電するための充電装置としたことを特徴とする、請求項１から請求項６いずれかに記載の自律移動型ロボットの特定位置誘導装置。
8. 前記撮像装置の撮像範囲を変えることを特徴とする請求項１から請求項７いずれかに記載の自律移動型ロボットの特定位置誘導装置。
9. 前記撮像装置の撮像範囲を変えるものとして該撮像装置の姿勢を傾けることを特徴とする請求項８に記載の自律移動型ロボットの特定位置誘導装置。
10. 前記撮像装置において魚眼レンズのかわりに全方位レンズを用いたことを特徴とする請求項１から請求項９いずれかに記載の自律移動型ロボットの特定位置誘導装置。
11. 前記撮像装置は魚眼レンズを搭載したもののかわりに撮像範囲の異なる複数台のカメラを有しており、
    前記画像処理装置はその複数のカメラにて撮影された各画像を連結、結合することを特徴とする請求項１から請求項９いずれかに記載の自律移動型ロボットの特定位置誘導装置。
12. 自律移動型ロボットを使用者が任意に選択した特定位置に誘導する自律移動型ロボットの特定位置誘導制御方法であって、
    前記自律移動型ロボットを移動させる移動ステップと、
    前記自律移動型ロボットの周囲の状況を撮影する撮像ステップと、
    前記特定位置の上方に設けられたマーカを抽出するマーカ抽出ステップと、
    前記撮像ステップにて撮影された撮像画像をもとに前記特定位置の方向を算出する方向算出ステップと、
    前記撮像画像をもとに前記自律移動型ロボットと前記特定位置の間の距離を算出する距離算出ステップと、
    前記撮像画像をもとに前記自律移動型ロボットと前記特定位置の該ロボット進入する姿勢方向を算出する姿勢方向算出ステップと、を有しており、
    前記自律移動型ロボットを前記特定位置の特定の方向から進入させることを特徴とする自律移動型ロボットの特定位置誘導制御方法。
13. 前記制御方法において、マーカ抽出のために撮像装置を傾ける撮像装置傾倒ステップを有していることを特徴とする請求項１２記載の自律移動型ロボットの特定位置誘導制御方法。
14. 前記特定位置は前記自律移動型ロボットのバッテリに充電を行う充電装置であり、通常運転時に所定条件を満たしたときに特定位置誘導制御を開始するものである請求項１２又は請求項１３に記載の自律移動型ロボットの特定位置誘導制御方法。
15. 前記所定条件の一つは、使用者から前記自律移動型ロボットに発行される充電装置での待機指示である請求項１４に記載の自律移動型ロボットの特定位置誘導制御方法。
16. 前記所定条件の一つは、前記自律移動型ロボットの連続稼働時間が一定時間を超過したことである請求項１４又は請求項１５に記載の自律移動型ロボットの特定位置誘導制御方法。
17. 前記所定条件の一つは、前記自律移動型ロボットのバッテリ残量が所定量を下回ることである請求項１４、請求項１５及び請求項１６のうちいずれかに記載の自律移動型ロボットの特定位置誘導制御方法。

Images