JP2005242409A - 自律移動ロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】自律移動ロボットシステムにおいて、不安全状況を引き起こす危険を未然に防止し、危険な場所を回避しながら目的地への移動を可能とする。
【解決手段】自律移動ロボットシステムは、移動環境に設けられた標識を検出する標識検出手段１０と、周囲に存在する物体までの距離情報を得る距離計測手段１２と、移動環境の地図情報を記憶した地図記憶手段１５と、得られた距離情報と記憶された地図情報を照合して自己位置を推定する自己位置演算手段１６と、目的地までの移動経路を生成する経路生成手段１７とを備え、自己位置演算手段１６によって自己位置を推定しながら移動経路に沿って移動し、得られた自己位置の正誤を判定する判定手段１８は、予め定められた位置に設置されている標識２を標識検出手段１０が検出したとき、得られた自己位置が間違っていると判定し、ロボット本体の移動を一旦停止して危険個所を回避する。
【選択図】図２

Description

本発明は、自律移動ロボットシステムに関し、特に、病院、オフィス、及び公共施設といった建物内で、かつ一般の人々が利用する施設において、危険な場所を回避しながら移動する自律移動ロボットシステムに関する。

従来から、所定の移動領域内で自律移動するロボットを物品の搬送や清掃などの作業システムに組み込んだ自律移動ロボットシステムがある。このようなシステムにおいて、ロボットが目的地に自律移動する際に、意図しない領域に出てしまい、階段から転落するなどの不安全な状況が想定される。そこで、危険場所に設置した標識（バーコード）を認識し、作業領域境界を意味する標識を識別した場合に、一旦停止、又は作業領域内側方向へ走行制御をする動作を行い、境界を越えて領域外に出ないようにしながら作業を行うものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３２３９２５号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示されるようなロボットシステムは、移動環境内での自己位置認識を特に必要としないものである。例えば、壁位置などの環境情報を得ながら壁沿い移動や中塗り移動などの移動方法を用いて清掃作業を行うものである。一方、目的地まで物品を搬送する自律移動ロボット等においては、予め生成した移動経路に沿って、常に自己位置を推定しつつ、不安全な状況を回避しながら移動する必要がある。

本発明は、上記課題を解消するものであって、不安全状況を引き起こす危険を未然に防止し、危険な場所を回避しながら目的地に移動する自律移動ロボットシステムを提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、移動環境に設けられた標識を検出する標識検出手段と、周囲に存在する物体までの距離を測定する距離計測手段と、ロボット本体を移動するための駆動手段と、ロボット本体の移動方向を操舵する操舵手段と、移動環境の地図の情報を記憶した地図記憶手段と、前記距離計測手段で得られた距離情報と前記地図記憶手段で記憶された地図情報を照合して自己位置を推定する自己位置演算手段と、前記標識検出手段と自己位置演算手段からの信号に基づき目的地までの移動経路を生成する経路生成手段とを備え、ロボット本体が前記自己位置演算手段によって自己位置を推定しながら前記経路生成手段によって生成された移動経路に沿って移動する自律移動ロボットシステムであって、予め定められた位置に設置されている標識が前記標識検出手段によって検出されたとき、前記自己位置演算手段により得られた自己位置が間違っていると判定する判定手段を備え、この判定手段により自己位置が間違っていることが判定されたとき、ロボット本体の移動を一旦停止するものである。

請求項２の発明は、請求項１記載の自律移動ロボットシステムにおいて、前記標識が固有の情報を持ち、かつ、それらの情報が前記地図記憶手段に地図情報として記憶されており、前記判定手段は、前記標識検出手段によって検出した標識の固有情報と、前記記憶された地図情報と、前記自己位置演算手段によって推定された自己位置とに基づいて自己位置が間違えていると判定するものである。

請求項３の発明は、請求項１記載の自律移動ロボットシステムにおいて、前記標識検出手段として、ＣＣＤ及び／又はＣＭＯＳセンサからなる画像センサを備えているものである。

請求項４の発明は、請求項３記載の自律移動ロボットシステムにおいて、標識が、異なる色を組合せたマークを互いの近傍に配置したものであり、ロボット本体の移動環境内での位置・方向を示すものである。

請求項５の発明は、請求項３記載の自律移動ロボットシステムにおいて、標識が、同色複数のマークをパターン配置したものであり、ロボット本体の移動環境内での位置・方向を示すものである。

請求項６の発明は、請求項３記載の自律移動ロボットシステムにおいて、標識が、異なる形状のマークを配置したものであり、ロボット本体の移動環境内での位置・方向を示すものである。

請求項７の発明は、請求項３記載の自律移動ロボットシステムにおいて、標識が、移動環境の天井に設置され、ロボット本体の移動環境内での絶対的な方向を示すものである。

請求項８の発明は、請求項３記載の自律移動ロボットシステムにおいて、標識が誤検出防止用の特定のマークを有するものである。

請求項９の発明は、請求項１記載の自律移動ロボットシステムにおいて、前記自己位置演算手段は、前記標識検出手段の出力をも含めて自己位置を認識するものである。

請求項１０の発明は、請求項１記載の自律移動ロボットシステムにおいて、前記標識検出手段はレーザ光の受光素子を含み、前記標識が移動環境側に設けた１つ以上のレーザ発光装置である。

請求項１の発明によれば、判定手段によって自己位置が間違っていると判定されたとき、ロボット本体の移動を一旦停止するので、不安全状況を引き起こす危険を未然に防止し、危険な場所を回避しながら目的地に移動することができる。

請求項２の発明によれば、地図情報として記憶した標識固有の情報を用いて自己位置の正誤判定を行うので、確実かつ容易にその判定ができ、例えば、危険場所に設置した標識により、危険回避と自己位置の修正とを同時に行うことができる。

請求項３の発明によれば、画像センサにより安価な検出手段を構成することができる。

請求項４の発明によれば、少ないパターン数で位置・方向を表示できる。画像センサのピントが多少合っていなくても色検出により安定して位置・方向を検出できる。

請求項５又は請求項６の発明によれば、単色マークにより位置・方向を表示できる。

請求項７の発明によれば、標識を天井に設置するので、壁に表示する場合と異なり移動平面内における絶対方向を表示できる。また、標識を床面や壁面に表示する場合に比べて、天井では標識検出に邪魔になる遮蔽物がなく照明条件も良いので安定した標識検出ができる。

請求項８の発明によれば、標識により移動環境内での位置・方向を示すと同時に、標識の誤検出防止ができる。

請求項９の発明によれば、標識検出手段の出力をも含めて自己位置を認識するので、自己位置を正しく認識できる。

請求項１０の発明によれば、標識検出に照明が不要であり、標識を危険場所に設置して自己位置推定の誤り検知と危険回避を行うことができる。

以下、本発明の一実施形態に係る自律移動ロボットシステムについて、図面を参照して説明する。図１は、自律移動ロボットシステムを示し、図２は、その制御ブロックを示す。自律移動ロボットシステムは、図１に示すように、移動環境に設けられた標識２を検出する標識検出手段１０と、周囲に存在する物体までの距離を測定する距離計測手段１２と、ロボット本体１を移動するための駆動手段１３と、ロボット本体１の移動方向を操舵する操舵手段１４と、移動環境の地図の情報を記憶した地図記憶手段１５と、距離計測手段１２で得られた距離情報と地図記憶手段１５で記憶された地図情報を照合して自己位置を推定する自己位置演算手段１６と、標識検出手段１０と自己位置演算手段１６からの信号に基づき目的地までの移動経路を生成する経路生成手段１７とを備え、自己位置演算手段１６によって自己位置を推定しながら経路生成手段１７によって生成された移動経路に沿って移動する。

標識２は、移動環境に設置した目印であり、後述するように、マークやパターン、超音波信号を発する超音波発信器、レーザ光を発するレーザ発光装置などが用いられる。標識検出手段１０は、ＣＣＤ及び／又はＣＭＯＳセンサからなる画像センサ、さらに、対応する標識の種類に応じて超音波受信器やレーザ光の受光素子によって構成される。距離計測手段１２は、ロボット本体１が移動する前方方向Ａに存在する物体の自己位置からの距離分布（距離情報）を測定するものであり、複数のレーザ距離センサ、レーザレーダ、複数の超音波センサ、超音波アレイセンサなどで構成される。移動環境には、柱や壁などのように移動環境に元々存在していて、移動環境における位置特定に有効な環境情報がある。距離計測手段１２で得られた距離情報は、これらの環境情報を与える。

駆動手段１３は、図示しないバッテリにより動作するモータなどの駆動源と、独立に回転制御される左右駆動輪と、前後の補助輪とからなる。操舵手段１４は、左右駆動輪の回転数の独立制御によりロボット本体１を操舵する。地図記憶手段１５は、移動環境にある柱や壁などの位置を示す環境情報や、ロボット本体の移動に必要な自律的に移動する範囲の地図情報を記憶している。

図２に示すように、自己位置演算手段１６は、距離計測手段１２で得られた距離情報と地図記憶手段１５で記憶された地図情報と、さらに標識検出手段１０からの出力と、をも含めてこれらの情報を照合して自己位置を推定する。自己位置推定は、距離情報と地図情報を照合して行うこともできる。経路生成手段１７は、標識検出手段１０と自己位置演算手段１６からの信号に基づいて移動経路を生成する。すなわち、移動経路は、ロボット本体１の移動中に前記信号に基づいて修正、更新される。操舵手段１４は、生成された移動経路に沿って駆動手段１３を制御して目的地にロボット本体１を移動する。

さらに、自律移動ロボットシステムは、自己位置演算手段１６により得られた自己位置の正誤を判定する判定手段１８を備えている。判定手段１８は、予め定められた位置に設置されている標識２を標識検出手段１０が検出したとき、自己位置演算手段１６により得られた自己位置が間違っていると判定する。また、判定手段１８は、自己位置の正誤の判定に際し、標識検出手段１０によって検出した標識の固有情報に加え、地図記憶手段１５により予め地図情報として記憶した標識の固有情報をも参照することができる。判定手段１８による判定結果は、自己位置演算手段１６に渡され、さらに、操舵手段１４に伝達され、判定結果の内容に従い、ロボット本体１の一旦停止などの処理が行われる。

また、自律移動ロボットシステムは、一旦停止などのロボット本体１の移動状況や自己位置を無線により遠隔にある監視装置３２に通信する無線通信手段３１と、目的地の情報を入力操作し、また情報表示させるためのヒューマンインターフェイス３３とを備えている。上述の判定手段１８による判定結果は、自己位置演算手段１６を介して、無線通信手段３１、及びヒューマンインターフェイス３３に伝達され、それぞれにおいて、無線通信、画面表示の処理が行われる。

次に、図３により、自律移動ロボットシステムにおける自律移動の動作フローを説明する。なお、以下の説明において、図１及び図２を適宜参照する。ロボット本体１は、目的地に向って移動し（Ｓ１１）、移動中に自己位置演算手段１６が自己位置を推定する（Ｓ１２）。ロボット本体１が目的地に到着していれば自律移動は終了する（Ｓ１３でＹｅｓ）。ロボット本体１が目的地に到着していなければ（Ｓ１３でＮｏ）、標識検出手段１０の出力が検査され、標識が検出されていなければ（Ｓ１４でＮｏ）、ステップＳ１１に戻る。

標識が検出されていれば（Ｓ１４でＹｅｓ）、判定手段１８が、標識検出手段１０の出力と自己位置演算手段１６からの推定された自己位置を比較して、予め危険な場所に設置した標識を標識検出手段１０によって検出している場合、推定された自己位置を誤りとの判定し（Ｓ１５でＹｅｓ）、自律移動を停止する（Ｓ１６）。推定された自己位置が誤りでないと判定されたとき（Ｓ１５でＮｏ）、ステップＳ１１に戻り、システムにおける所定の制御間隔に従って、上記ステップが繰り返えされる。

このように、自律移動ロボットシステムにおいて、「目的地に物体を搬送する途中に、目的地に向うように設定された経路から外れた経路を移動しており、かつ、通常移動してはならない危険な場所を通行しようとしており、それまで推定していた自己位置が誤りである」ことが検出され、ロボット本体１が移動を一旦停止することにより危険を回避できる。また、ロボット本体１が、自己位置を失っている場合に、標識検出手段１０により標識を検出することで危険な場所にいることを検出し、危険を回避することができる。

次に、図４により、標識を用いた自己位置認識を説明する。自律移動ロボットシステムにおいて、標識検出手段１０によって検出される標識が固有の情報を持ち、かつ、それらの情報が地図記憶手段１５に地図情報として記憶されており、判定手段１８は、標識検出手段１０によって検出した標識の固有情報と、記憶された地図情報と、自己位置演算手段１６によって推定された自己位置とに基づいて自己位置が間違えていると判定する。

例えば、場所によって色の異なる標識を設置する。図４に示すように、階段４１の位置を示す標識２１として赤色のマークを用い、段差４２の位置を示す標識２２として黄色のマークを用いる。この標識を検出することにより、ロボット本体１は、危険を回避すると同時に、改めて地図上での自己位置を得ることができる。すなわち、いずれの標識も検出されないはずの推定された自己位置Ｐ０において標識２１が検出されることにより、推定自己位置Ｐ０が誤りであると判定でき、危険を回避できるとともに、正しい自己位置Ｐ１を得て自己位置の修正をすることができる。なお、標識検出手段１０によって標識を検出できる範囲であれば、標識が検出されたということで、危険予知が可能であり、判定手段１８は、距離計測手段１２からの情報と組み合わせて、自己位置の正誤を判定することができる。

この場合のロボット本体の動作フローを、図５に示す。ステップＳ２１〜Ｓ２５は、前出の図３に示したフロー図におけるステップＳ１１〜Ｓ１５と同じである。判定手段１８が、ステップＳ２５において、推定された自己位置が誤りであるとの判定した場合（Ｓ２５でＹｅｓ）、判定手段１８は、標識検出手段１０によって検出した標識の固有情報と、記憶された地図情報とに基づいて自己位置を認識し（Ｓ２６）、その後、自律移動を停止する（Ｓ２６）。

次に、標識検出手段１０について説明する。標識検出手段１０として、ＣＣＤ及び／又はＣＭＯＳセンサからなる画像センサを用いることができる。画像センサは、カラー対応でも、濃淡対応でもよい。狭角のレンズを持つ画像センサを多数用いるか、広角のレンズを持つ画像センサを少数用いるか、いずれによっても広い視野を観測することができ、より確実に標識を検出できる。

次に、図６により、標識検出手段１０によって検出される標識が、異なる色を組合せたマークを互いの近傍に配置したものであり、この標識によりロボット本体１の移動環境内での位置・方向を示す例を説明する。例えば、階段４１の位置を示す標識２１として、丸い赤色のマーク２１ａと丸い緑色のマーク２１ｂの組合せを用い、段差４２の位置を示す標識２２として、丸いピンクのマーク２２ａと丸い青色のマーク２２ｂの組合せを用いる。マークの形は、丸い形が単純で好的であるが、特に限定されなく、四角形や三角形を適宜選択して用いることができる。これにより、簡単な画像処理で自己位置を認識することができる。また、非常出口の緑色の警告や消火器の赤い看板などが環境に存在することが予想されるが、異なる色を組み合わせることにより、誤検出を防ぐことができる。例えば、単に緑色のマークや、単に赤色のマーク検出しても、これらは危険場所を表示する標識ではないと判断でき、誤検出の可能性を減らすことができる。

次に、図７により、標識検出手段１０によって検出される標識が、同色複数のマークをパターン配置したものであり、この標識によりロボット本体１の移動環境内での位置・方向を示す例を説明する。例えば、階段４１の位置を示す標識２１として、４個の丸い赤色のマークを凸型に配置し、段差４２の位置を示す標識２２として、４個の丸い赤色のマークをＬ字型に配置して用いる。マークの形や色は、特に限定されない。これにより濃淡の画像処理であっても標識を検出でき、自己位置を認識することができる。

上述の、図６や図７を参照して説明した標識として、発光色の異なる発光素子を組み合わせたものや、同色の発光素子を配列パターンを変えて組み合わせたものを用いることができる。これにより、照明に影響されずに標識を検出することが可能となる。

次に、図８により、標識検出手段１０によって検出される標識が、異なる形状のマークを配置したものであり、この標識によりロボット本体１の移動環境内での位置・方向を示す例を説明する。例えば、階段４１の位置を示す標識２１として丸いマークを用い、段差４２の位置を示す標識２２として矢印を用いる。マークの形や色は、特に限定されない。異なる形状のマークにより、濃淡の画像処理であっても標識を検出して、自己位置を認識することができる。

次に、図９、図１０により、標識検出手段１０によって検出される標識が、移動環境の天井に設置され、この標識によりロボット本体１の移動環境内での絶対的な方向を示す例を説明する。例えば、図９に示すように、階段４１の位置を示す標識２１を階段の手前の天井に配置する。丸い赤いマーク２１ａを階段側に、また、丸い緑色のマーク２１ｂをマーク２１ａの手前に配置し、マークの並び方向によって階段の方向を示すことができる。天井に標識を設置した場合、遮蔽物が少ないので、安定した標識検出が可能となる。

また、ロボット本体１が、多層階の建物内を上下に移動する場合においても、移動環境は基本的に２次元平面の組合せであり、さらに、天井面は、通常、床面と１対１の対応をしているので、図１０に示すように、天井に設けた標識により移動環境内の絶対的な位置と方向を表すことができる。地図記憶手段１５は、天井の標識２１が有する移動環境内での絶対的な位置（Ｘｉ，Ｙｉ）、及びその指し示す危険方向Ｄ（角度θ）からなる固有情報を地図情報として記憶することができる。壁に標識を設置した場合は、右・左・真直ぐなど、相対的な方向しか示すことしかできない。

上述のいずれかのように、ロボット本体１が、標識検出手段１０によって標識を検出し、その標識によって位置認識ができた場合、経路生成手段１７は、自己位置演算手段１６からの出力に基づき、現在位置から目的地までの新たな移動経路を生成する。その後、ロボット本体１は、自動的に移動を再開し、新たに生成された移動経路に沿って目的地に向かって移動する。それによって、一旦、自己位置を見失って危険場所に向かったロボット本体１が自動的に目的地に向かうことができる。

次に、図１１により、標識検出手段１０によって検出される標識が、誤検出防止用の特定のマークを有する例を説明する。例えば、階段４１の位置を示す標識２１として、丸い赤色のマーク２１ａと丸い緑色のマーク２１ｂの組合せを用い、段差４２の位置を示す標識２２として、丸い赤色のマーク２２ａと丸い青色のマーク２２ｂの組合せを用いる。この例では、標識の最後（階段又は段差側）に、特定の丸い赤色のマークを配している。この特定のマーク配置により、危険な場所がある方向を示すことができる。また、特定の標識、又はマークを検出することによって誤検出を防ぐことが可能となる。

次に、図１２、図１３により、ロボット本体１が停止したときの処理を説明する。前述のように、推定された自己位置が誤りであると判定された場合、その判定結果に従い、ロボット本体１は移動を一旦停止し、ヒューマンインターフェイス３３の表示画面には、図１２に示すように、標識を検出して停止した旨表示される。

また、例えば階段４１の前で一旦停止した場合、図１３に示すように、ロボット本体１は、無線通信手段３１によって、遠隔にある通信機能を備えた監視装置３２と通信して停止した旨を表示する。自律移動ロボットシステムにおいて、係員Ｍがロボット本体１の状態を監視できるようにしている場合、係員Ｍは、ロボット本体１が一旦停止したことを知ることができる。そこで、係員Ｍがロボット本体１のところに赴き、ロボット本体１にヒューマンインターフェイス３３を用いて、ロボット本体１の現在位置を入力し、又は教示し、自律移動を再開させることができる。

次に、図１４、図１５により、自己位置演算手段１６が、標識検出手段１０の出力をも含めて参照して、自己位置を認識する手順について説明する。標識が天井に設けられているとすると、標識の座標は移動環境を表す地図情報の座標系により表現できる。そこで、図１４（ａ）（ｂ）に示すように、地図情報を表現する地図情報座標系Ｘ，Ｙを用いて、標識の情報、例えば、第０番めの標識では標識の種類ｎ０、標識の座標（Ｘ０，Ｙ０）、標識から見た危険場所の方向Ｄの角度α０のように定め、図１４（ｃ）に示すように、これらの標識の情報を全て地図記憶手段１５に地図情報のデータとして記憶する。

地図情報に対応する現実の移動空間を移動するロボット本体１は、前出の図１３に示すように、天井の標識を検出する標識検出手段１０として、画像センサを有するカメラをロボット本体１の頭部に備えている。従って、カメラの撮像画像の中心位置にロボット本体が位置することになる。標識２が、図１５に示すように、ロボット本体１と一体になって移動するカメラによって撮像されると、画像中のカメラ座標系ｘ，ｙにおける標識２の位置座標（ｘｃ，ｙｃ）、標識２の危険方向Ｄを表す角度θ、標識２の画像サイズから、標識２とロボット本体１との位置関係が分かる。これを説明する。

標識２の大きさは予め既知であると設定できるので、検出された標識２の画像上の大きさをもとに、天井の標識２とロボット本体１の頭部にあるカメラとの距離を求めて、ロボット本体１と標識２との位置関係が求められる。また、既知な値として天井の高さ、及びカメラ焦点距離が与えられると、これらに基づいて、計算により、ロボット本体１と標識２の位置関係を求めることもできる。

また、画像から、撮像された標識２の種類が求められる。そこで、標識検出手段１０が検出した標識２の候補を、地図情報に登録されている標識の中から抽出することができる。すなわち、地図情報座標系Ｘ，Ｙにおける標識２（の候補）の座標が分かる。ここで、地図情報座標系Ｘ，Ｙにおいて標識２は、位置座標（Ｘｉ，Ｙｉ）と角度φを有しているとする。

続いて、前述のカメラ座標系ｘ，ｙにおける標識２とロボット本体１との位置関係を、地図情報座標系における抽出された標識とロボット本体１との関係に置き直すことにより、移動環境内におけるロボット本体１の自己位置が求められる。画像上で標識２の方向は、θ＝ａｔａｎ（ｙｃ／Ｒ）と求められる。ここで、ａｔａｎ（＊）は、ｔａｎ（θ）の逆関数であり、Ｒ＝ｒｏｏｔ（ｘｃ×ｘｃ＋ｙｃ×ｙｃ）であり、ｒｏｏｔ（＊）は、＊の平方根である。Ｒは、カメラ座標系ｘ，ｙにおける原点Ｏと標識２との距離である。なお、ロボット本体１は、カメラ座標ｘ，ｙの原点に位置している。

また、ロボット本体１（すなわち自己位置）と標識２との距離ｍｃは、ｍｃ＝Ｋ×Ｒで与えられる。ここで、Ｋは、画像サイズを現実空間（移動環境空間）のサイズに変換するための変換係数である。以上により、ロボット本体１の地図情報座標系Ｘ，Ｙにおける位置座標Ｐと方向Θ、すなわちロボット本体１の推定された自己位置は、
Ｐ＝（Ｘｉ−ｍｃ×ｓｉｎ（θ），Ｙｉ−ｍｃ×ｃｏｓ（θ））
Θ＝φ−θ
と求められる。

続いて、上述の推定された自己位置を確定することについて説明する。自律移動ロボットシステムにおいて、自己位置の推定を行った後、ロボット本体１に備えた環境情報を取得する手段（距離計測手段１２）により取得した壁や柱などの環境固定物の位置測定結果からなる環境情報と、地図情報に予め記憶している環境情報と、を照合して有意の一致が見られた場合、前記の推定された自己位置に照合による補正を行い、補正された自己位置により自己位置が確定して位置認識が成功したと結論する。

上述の照合において、有意の一致が得られなかった場合、自己位置の推定に用いた上述の地図情報座標系Ｘ，Ｙにおける標識２の候補が誤りである可能性を調べる。すなわち、画像中のカメラ座標系ｘ，ｙにおける位置座標（ｘｃ，ｙｃ）に検出された標識２と標識種類が同一の他の標識を、地図情報の中から第２の候補として選び、再度、その標識をもとに推定された自己位置を求め、さらに、地図情報と環境情報との照合を行う。このような手順を、同じ標識種類の標識について、環境情報と地図情報が照合できるまで、すなわち有意の一致が得られるまで繰り返す。所定回数の照合の後、照合が不成功の場合には、照合できなかったことをヒューマンインターフェイス３３に表示し、ロボット本体１は、移動を停止する。照合回数の上限を決める方法として、推定された自己位置から所定の距離以内の標識についてのみ、照合を行うようにしてもよい。

なお、上述のように、同じ標識種類の標識について、照合を繰り返すようにすれば、位置を認識するために標識として全てを異なるものにする必要はなく、環境情報が異なる場所では同じ標識を使うことができる。

次に、図１６により、環境情報が取得と自己位置認識ができない場合のロボット本体１の移動について説明する。ここで示すロボット本体１は、危険回避のため単に移動停止状態を継続するのではなく、より自律性を持って移動するロボット本体１である。ロボット本体１が移動中に、危険場所を示す標識２を検出したが、環境情報や自己位置認識が不可能な場合、一旦停止を続けることなく移動を再開するには、標識２が示す危険方向Ｄから離れる方向に移動する。すなわち、ロボット本体１は、マーク２ａ，２ｂより形成される線よりも前方の領域Ｄ１を危険領域と判断し、少なくとも領域Ｄ１とは反対側の領域Ｄ２に向けて移動する。そして、ロボット本体１は、なんらかの障害物に到達して移動不可能になるか、又は、環境情報を取得できるようになるまで移動し、環境情報が取得できた時点で位置認識を行う。

次に、図１７、図１８により、標識検出手段１０に関するいくつかの説明をする。自律移動ロボットシステムにおいて、ロボット本体１が、移動開始前に、所定位置に予め定めた標識を試験検出することにより標識検出手段１０の故障検出のための自己診断を行う。例えば、図１７（ａ）に示すような危険位置に設けたマーク２１ａ，２１ｂから成る標識２１と同じ形と配列であるが、図１７（ｂ）に示すように、色違いのマーク２３ａ，２３ｂから成る標識２３を所定の位置に設けておく。色違いであるので、標識２３を検出した場合、危険位置とは誤認せずに、センサの故障診断を行うことができる。

また、標識検出手段１０は、この故障診断時に、例えばレンズ機構を有する画像センサの場合、標識２３を用いてピント調節の必要性の診断をすることができる。ピントが合っていない場合、ピントが合うように調節を指示する表示を、自己位置演算手段１６を介して、ヒューマンインターフェイス３３に表示することにより、高さの異なる天井に設けられた標識の検出に対応することが可能となる。

また、標識検出手段１０は、暗くて標識を検出できない場合、標識が見えるように照明の調整を指示する表示を上述同様に行い、これにより、係員に明るさの調節を促すことで、故障確認用の標識２３を安定した条件で認識することができる。

また、標識検出手段１０は、画像センサを用いている場合、画像情報が正常に得られているかどうか常時チェックし、画像情報が得られなくなった場合、自己位置演算手段１６を介して、操舵手段１４を制御し、ロボット本体１の移動を停止する。画像センサの出力は、図１８（ａ）に示すように、センサに絞り機能がついている場合、暗い場所で撮影しても画素値が全て０になることはなく、また、図１８（ｂ）に示すように、センサ故障により画像が得られない場合には画素値が全て０になるので、画像センサの故障を検知することができる。これにより、暗い場合と画像が得られない場合を明確に区別し、画像センサ（カメラ）交換を催促することが可能になる。また、画像情報が使えないまま移動し、危険場所に迷い込むことを防ぐことが可能となる。

次に、図１９、図２０により、超音波を用いた標識とその検出について説明する。移動環境側、例えば図１９に示すように、天井に標識として下向きに送信ホーンを有する超音波発信器２６を設け、標識検出手段としてロボット本体１の上部に、上向けに受信用ホーンを有する超音波センサ６０を設ける。これにより、危険場所に設置した標識すなわち超音波発信器２６からの超音波を、標識検出手段すなわち超音波センサ６０により検出して、推定された自己位置の正誤の判定と危険回避を同時に行うことができる。なお、超音波を用いているので、標識検出に照明が不要である。

また、以下に示すようにして超音波の誤受信を防ぐことができる。標識となっている超音波発信器２６から、図２０（ａ）に示すように、予め定めた所定周期Ｔのパルス超音波を発信し、ロボット本体１側の超音波センサ６０で超音波を受信した際に、受信した超音波の周期が、所定周期と一致するか否かを判定することで、意図する標識を検出しているか、ノイズなどによって標識を誤検出しているか判断される。図２０（ｂ）に示す受信超音波の例は、周期が所定周期Ｔと異なる周期Ｔ２を含んでおり、誤検出を示す。このように、標識の誤検出を防止しながら、推定された自己位置の正誤の判定と危険回避を同時に行うことが可能となる。

次に、図２１（ａ）（ｂ）により、レーザ光を用いる標識とその検出について説明する。例えば、図２１（ａ）に示すように、ロボット本体１が移動する前方方向Ａの両側にある壁面Ｗ１，Ｗ２に標識としてレーザ発光装置２７を設け、標識検出手段として、ロボット本体１の左右両側表面にレーザ光の受光素子７０を設ける。図２１（ｂ）に示すように、それぞれ１つ乃至複数個設け、ロボット本体１側でレーザ光を受光することで標識の検出を行う。通路両側にレーザ発光装置を設置することで、確実に標識を検出することができる。また、複数個以上設けておくことで、位置の情報を表すことが可能になる。これにより、危険場所に設置した標識により、推定された自己位置の正誤の判定と危険回避を同時に行うことが可能になる。

上述の、複数のレーザ発光装置２７を用いた標識の場合、１つの標識における複数組のレーザ発光装置と、ロボット本体１側の受光素子７０の組の内、１組を他の組のレーザ光が正確に受光されているか否かの判断に用いるようにする。これにより、何らかの原因でレーザ光が遮光され、正しく標識が認識できなかったことの検出が可能となる。なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。

本発明の自律移動ロボットシステムの模式図。 同上自律移動ロボットシステムの制御ブロック図。 同上自律移動ロボットシステムの動作フロー図。 同上自律移動ロボットシステムにおける自己位置認識の説明図。 同上自律移動ロボットシステムの動作フロー図。 同上自律移動ロボットシステムで用いられる標識の説明図。 同上自律移動ロボットシステムで用いられる標識の説明図。 同上自律移動ロボットシステムで用いられる標識の説明図。 同上自律移動ロボットシステムの斜視図。 同上自律移動ロボットシステムで用いられる地図情報と標識の説明図。 同上自律移動ロボットシステムで用いられる標識の説明図。 同上自律移動ロボットシステムにおける表示出力の図。 同上自律移動ロボットシステムの斜視図。 （ａ）（ｂ）は同上自律移動ロボットシステムで用いられる地図情報と標識の説明図、（ｃ）は同地図情報のデータ説明図。 同上自律移動ロボットシステムにおける標識の位置に基づく自己位置認識の説明図。 同上自律移動ロボットシステムにおける危険場所方向の説明図。 （ａ）（ｂ）は同上自律移動ロボットシステムの斜視図。 （ａ）（ｂ）は同上自律移動ロボットシステムで用いられる画像センサの画素値の図。 同上自律移動ロボットシステムにおける標識検出手段を説明する側面図。 （ａ）（ｂ）は図１９で示した標識検出手段の信号強度の時間変化図。 （ａ）は同上自律移動ロボットシステムにおける標識検出手段の説明平面図、（ｂ）は同斜視図。

符号の説明

１ ロボット本体
２ 標識
１０ 標識検出手段
１２ 距離計測手段
１３ 駆動手段
１４ 操舵手段
１５ 地図記憶手段
１６ 自己位置演算手段
１７ 経路生成手段
１８ 判定手段
２６ 超音波発信器（標識）
２７ レーザ発光装置（標識）
６０ 超音波センサ（標識検出手段）
７０ 受光素子（標識検出手段）

Claims (10)

1. 移動環境に設けられた標識を検出する標識検出手段と、周囲に存在する物体までの距離を測定する距離計測手段と、ロボット本体を移動するための駆動手段と、ロボット本体の移動方向を操舵する操舵手段と、移動環境の地図の情報を記憶した地図記憶手段と、前記距離計測手段で得られた距離情報と前記地図記憶手段で記憶された地図情報を照合して自己位置を推定する自己位置演算手段と、前記標識検出手段と自己位置演算手段からの信号に基づき目的地までの移動経路を生成する経路生成手段とを備え、ロボット本体が前記自己位置演算手段によって自己位置を推定しながら前記経路生成手段によって生成された移動経路に沿って移動する自律移動ロボットシステムであって、
   予め定められた位置に設置されている標識が前記標識検出手段によって検出されたとき、前記自己位置演算手段により得られた自己位置が間違っていると判定する判定手段を備え、この判定手段により自己位置が間違っていることが判定されたとき、ロボット本体の移動を一旦停止することを特徴とする自律移動ロボットシステム。
2. 前記標識が固有の情報を持ち、かつ、それらの情報が前記地図記憶手段に地図情報として記憶されており、
   前記判定手段は、前記標識検出手段によって検出した標識の固有情報と、前記記憶された地図情報と、前記自己位置演算手段によって推定された自己位置とに基づいて自己位置が間違えていると判定することを特徴とする請求項１記載の自律移動ロボットシステム。
3. 前記標識検出手段として、ＣＣＤ及び／又はＣＭＯＳセンサからなる画像センサを備えていることを特徴とする請求項１記載の自律移動ロボットシステム。
4. 標識が、異なる色を組合せたマークを互いの近傍に配置したものであり、ロボット本体の移動環境内での位置・方向を示すことを特徴とする請求項３記載の自律移動ロボットシステム。
5. 標識が、同色複数のマークをパターン配置したものであり、ロボット本体の移動環境内での位置・方向を示すことを特徴とする請求項３記載の自律移動ロボットシステム。
6. 標識が、異なる形状のマークを配置したものであり、ロボット本体の移動環境内での位置・方向を示すことを特徴とする請求項３記載の自律移動ロボットシステム。
7. 標識が、移動環境の天井に設置され、ロボット本体の移動環境内での絶対的な方向を示すことを特徴とする請求項３記載の自律移動ロボットシステム
8. 標識が誤検出防止用の特定のマークを有することを特徴とする請求項３記載の自律移動ロボットシステム。
9. 前記自己位置演算手段は、前記標識検出手段の出力をも含めて自己位置を認識することを特徴とする請求項１記載の自律移動ロボットシステム。
10. 前記標識検出手段はレーザ光の受光素子を含み、前記標識が移動環境側に設けた１つ以上のレーザ発光装置であることを特徴とする請求項１記載の自律移動ロボットシステム。

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