JP2006072612A - 巡回ロボットおよび巡回方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空間を構成するサブ空間のセキュリティ評価を行い、最適化した巡回経路で巡回する巡回ロボットおよび巡回方法を得る。
【解決手段】巡回動作中に、サブ空間停留時間率評価部５に対して、侵入リスクを動的パラメータと固定パラメータによって入力し、動的パラメータの変化を検出して、サブ空間での停留時間率の再計算を行う。再計算された停留時間率に基づき、経路プランを再プランニングし、実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空間を巡回する巡回ロボットおよび巡回方法に係り、特に、セキュリティを高めた巡回ロボットおよび巡回方法に関する。

ロボット技術の向上に伴い、家庭や工場などの建物のセキュリティ向上を助けるセキュリティロボット技術が注目されている。セキュリティロボットは、移動ロボット機構と経路探索技術を前提とした巡回アルゴリズムを持ち、守るべき空間内を巡回し、侵入者や開放された窓などの異常の発見、異常の記録、セキュリティ管理会社への報告などを行う。

一方、空間内の巡回を含む移動ロボットの経路探索技術については、最短経路探索、通過点指定、速度域制限、プラン実行中の障害物の回避などの目標について、より高い達成度を目指し、研究が進んでいる（例えば、非特許文献１参照。）。

また、警備ロボットの巡回スケジュールの不正な変更を防止し、煩わしい修正作業を行なうことなく、警備ロボットを巡回のスケジュールの変更に対応させたロボット警備システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
太田順, ほか. 知能ロボット入門−動作計画問題の解放−. コロナ社. 2001. 特開２００３−２８８１１８公報

例えば、一般家庭が住宅に導入するセキュリティロボットにおいては、侵入者を撃退するような装置やセキュリティ管理会社との連携は、高価となるため受け入れにくく、必然的に住宅内の巡回による侵入リスクの低減が目標となる。しかし、この場合、単純な通過点指定最短経路探索による巡回では、侵入リスクの高い空間も低い空間も一律に処理されるため、住宅の持つ侵入リスクを適切に減少させたとは言えない。また、専門家の侵入リスク評価に基づいて、経路探索時の制約として速度域制限、指定箇所での停留、指定箇所通過頻度または回数などを設定した場合においても、上述した従来の警備ロボットでは、警備中に変化する侵入リスクに対応することはできなかった。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、巡回中のロボットが、空間内のあるサブ空間に関する侵入リスクの変化に応じ、巡回経路を変更して、侵入リスクを効果的に減少せしめることを可能とする巡回ロボットおよび巡回方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、巡回動作を行うための移動機構を有する巡回ロボットであって、巡回対象となる空間を構成する各サブ空間の被侵入リスク情報および／または価値情報を入力する手段と、前記被侵入リスク情報および／または価値情報の変動に応じて各サブ空間の必要停留時間率を決定する手段と、前記サブ空間の必要停留時間率と空間の地理情報に基づき移動経路をプラニングする手段と、この移動経路プラニング手段で得られた移動プランに応じて前記移動機構を制御する制御部を備えたことを特徴とする巡回ロボットが提供される。

また、本発明の別の一態様によれば、巡回動作を行うための移動機構を有する巡回ロボットの巡回方法であって、巡回対象となる空間を構成する各サブ空間の被侵入リスク情報および／または価値情報を入力するステップと、前記被侵入リスク情報および／または価値情報の変動に応じて各サブ空間の必要停留時間率を決定するステップと、前記サブ空間の必要停留時間率と空間の地理情報に基づき移動経路をプラニングするステップと、この移動経路をプラニングするステップで得られた移動プランに応じて前記移動機構を制御するステップとから成ることを特徴とする巡回ロボットの巡回方法が提供される。

本発明によれば、空間を構成する全てのサブ空間に対し侵入者が侵入するリスクに応じてセキュリティ評価を行い、最適化した巡回経路で巡回する巡回ロボットおよび巡回方法が提供される。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。

本発明の実施形態は、以下に説明する移動機構と入力手段を除き、コンピュータ上のソフトウェアとして実現することができる。また、各「部」は、実施形態の各機能に対応する概念的なもので、必ずしも特定のハードウェアやソフトウェア・ルーチンに１対１には対応するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る巡回ロボットシステムの全体構成を示したものである。

巡回対象となる一般住宅内に設置されたカメラや赤外線センサなどの環境情報入力手段１と、この環境情報入力手段１から窓の開閉状態などを検出する動的パラメータ抽出部２、また固定パラメータ入力手段６は、ロボット制御コンピュータ３と通信可能な情報処理装置上、もしくはロボット制御コンピュータ３上に構成され、各種の固定パラメータを出力する。環境情報入力手段１が備えるカメラあるいはセンサ等としては、各種各様のものが適用できる。例えば、カメラとしては監視カメラ、ＷＥＢカメラの他にロボット自体に備えたカメラでもよい。また、センサとしては、音センサ、超音波センサやレーザレンジファインダー、ＰＳＤ等の距離センサ、人感センサ、窓センサを適宜、採用することができる。あるいは、セキュリティカードや電子錠の採用も好適である。さらに、センシング可能な情報としては、例えば、無線ダグ等のＲＦＩＤ、照明、リモート制御通信方式による家電機器がある。

各サブ空間の特徴を示す固定パラメータとしては、例えば部屋の価値、窓の大きさ、作り、面格子の有無、二重鍵の有無などの情報が好適である。

図１に示すように、ロボット制御コンピュータ３は、動的パラメータ保持・変更検出部４と、固定パラメータ保持部７と、サブ空間停留時間率評価部５と、空間情報保持部８と、移動経路プランナー９とを備えている。ここで、動的パラメータ保持・変更検出部４は、動的パラメータ抽出部２から受け取った動的パラメータを保持し、また既に保持しているパラメータを参照して変更を検出するものである。動的パラメータは、各サブ空間の変動する構成物の現在の状態を示すものであって、例えば窓の開閉状態、鍵の施錠状態等が好適である（詳しくは、後述する）。

固定パラメータ保持部７は、固定パラメータ入力手段６から得た固定パラメータを保持する。サブ空間停留時間率評価部５は、停留時間率評価式テーブルを持ち、入力された固定パラメータと動的パラメータからサブ空間ごとの必要停留時間率を出力するものである。

ここで、サブ空間は、例えば一般住宅の全体を空間としたときの各部屋および廊下等が相当する。また、評価とは、演算もしくは計算をも含めた意味として用いている。空間情報保持部８は、巡回ロボットが移動する空間の地理情報を保持している。

移動経路プランナー９は、サブ空間停留時間率評価部５から出力された必要停留時間率と空間の地理情報から、巡回ロボットの移動経路プランを立てる。プランへの制約の追加は自由である。例えば、一周に要する時間に制約を設け、３０分以内に一周させるように設定することもできる。あるいは、一周の間に特定のサブ空間を巡回する回数を設定することも好適である。尚、巡回ロボットが駆動源としてバッテリーを備えている場合には、バッテリーの残量に応じて移動できる時間を考慮することが望ましい。

巡回ロボットのロボット機構部１０は、ロボットが巡回動作を行うための移動機構１１を備えている。この移動機構１１は、移動経路プランナー９から移動経路プランを受け取り、これを実行するメカニズムと制御回路を有している。

移動機構１１以外は、巡回ロボットの外にあって、無線／有線通信手段等により、通信する形態を採ることができる。尚、有線の場合には、小型の追加計算機モジュールを巡回ロボットに物理的に搭載するものであってもよい。

次に、本発明の実施形態に係る巡回ロボットが認識する空間情報の一例を説明する。

図２に示すように、移動可能空間１２は、複数のサブ空間１３と、サブ空間同士の移動可能性や、移動手段情報（図示しない）や、移動コスト情報を含む移動可能経路情報１４とにより構成される。この移動可能経路情報１４によれば、サブ空間１３０からサブ空間１３１へ、直接の移動は出来ないことがわかる。尚、空間情報の構成は、移動経路プランナー９のアルゴリズムに関係するため、図２のようなグラフ構造以外の構造も取り得ることは勿論である。

次に、停留時間率評価式の概念を図３により説明する。停留時間率評価式は、部屋への侵入リスクを、巡回ロボットに期待される停留時間率として評価・計算する式で、固定パラメータc群と動的パラメータv群を受け取り、必要停留時間率tを出力するものである。例えば固定パラメータは、部屋の価値、窓の大きさ、作り、面格子の有無、二重鍵の有無などの情報である。また、動的パラメータは、窓の開閉状態、雨戸の開閉状態、カーテンの開閉状態、廊下と部屋を結ぶドアの開閉状態、鍵の施錠状態、照明の点灯状態、家電機器の稼働状態、家人の確率的な在室時間率などの情報である。

必要停留時間率ｔは、巡回ロボットが一単位移動経路中でそのサブ空間に留まるべき割合を示している。例えば、ｔ＝1のとき、そのサブ空間に巡回ロボットは常駐しなければならないことを表す。ｔ＞１のとき、巡回ロボットは、理論的にはそのサブ空間に一単位時間以上留まらなければならないことを表し、物理的には達成できないため、室内等の照明のＯＮ／ＯＦＦ等、後述するあたかも家人が在室しているかのように見せかけるための操作を必要とする。また、ｔ＝０のときは、そのサブ空間には家人が在室しているため、巡回の必要がないことを示している。

図４に、サブ空間停留時間率評価部５が備える、停留時間率評価式テーブルの一例を示す。停留時間率評価式テーブルは、サブ空間とそのサブ空間の必要停留時間率の評価式を対応づけて格納するものである。例えば、サブ空間１３０は、１個の固定パラメータｃ０と3個の動的パラメータｖ０，ｖ１，ｖ２から必要停留時間率が決定され、サブ空間１３２は、１個の固定パラメータｃ２と２個の動的パラメータｖ４，ｖ５から必要停留時間率が決定される。

次に、本発明の実施例を示し詳細に説明する。この実施例は、一般住宅のセキュリティ用として、巡回ロボットとその巡回方法を例示するものである。

まず、巡回ロボットは予め、住宅内の巡回対象となる全空間を移動可能空間１２として認識し、そのうちの各部屋、および廊下などをサブ空間１３として認識する。また、各サブ空間の間の移動可能性と移動手段を、移動可能経路情報１４として認識する。認識したこれらの情報を、ロボット制御コンピュータ３内の空間情報保持部８に保持する。

図５は、アパートなどにおける空間情報の構成例を示している。玄関、寝室、廊下、リビング、ダイニングがサブ空間として認識され、お互いの移動経路が保持されている。この例では、寝室からリビングへは直接移動することはできない。また、寝室からダイニングへは廊下を通って移動することを示している。

また、巡回ロボットは予め、サブ空間毎の停留時間率評価式を保持する。サブ空間に適した評価式の選定、センサからの動的パラメータ抽出方法の選定は、経験則などにより、予め行われるものとする。例えば部屋の価値は、部屋の大きさではなく金品等の保管の有無により決めることもできる。

以上の初期設定により、巡回ロボットの巡回動作が可能となる。

まず、ユーザは、固定パラメータ入力手段６により、必要な固定パラメータを全て入力する。入力された固定パラメータは、固定パラメータ保持部７が保持する。

次に、巡回ロボットは、図示されない任意の手段により、動的パラメータの初期値を生成する。初期値は、停留時間率評価式の定義に含まれる場合や、全サブ空間を一巡するシンプルな経路プランを立て、実行することにより、動的パラメータ抽出部２を用いて取得する場合などがある。生成された初期値は、動的パラメータ保持・変更検出部４によって保持される。得られた固定パラメータと動的パラメータから、サブ空間停留時間率評価部５は、各サブ空間の必要停留時間率を出力する。

図６は、算出されたサブ空間毎の必要停留時間率を空間情報に対応させた例を示している。ここでは、寝室が最も停留しなければならないサブ空間となっている。次いで、玄関が停留時間率の大きなサブ空間となっている。また、必要停留時間率の総和は0.85であり、サブ空間間の移動にかかる時間を無視すれば、これを満たす巡回が可能であることが推測される。

移動経路プランナー９は、算出された必要停留時間率をできるだけ満たすような移動経路プランを、空間情報保持部８が持つ空間情報に基づいてプランニングし、出力する。また、移動経路プランは、単に停留時間率の操作だけでなく、照明の点灯／消灯、家電機器の電源のＯＮ／ＯＦＦ動作、録音済みの話し声を再生するなど、あたかも家人が在室しているかの如き状況として、動的パラメータを変更し、被侵入リスクを低減させるような振る舞いを含むこともできる。

移動機構１１は、移動経路プランを読み込み、巡回ロボットが備える車輪などを駆動・制御することで、巡回ロボットの移動を実行する。

移動機構１１が巡回ロボットの移動を実行中であっても、環境情報入力手段１と動的パラメータ抽出部２は動作している。カメラによりリビングから寝室に家人が移動したことを発見した場合や、窓センサによりダイニングの窓が開いたことを検出した場合、また、人通りが少ない時間帯になった場合などに、動的パラメータは変化する。動的パラメータ保持・変更検出部４は、保持しているパラメータと、入力されたパラメータが異なっていた場合、新たなパラメータを保持し、サブ空間停留時間率評価部５に、再評価を指令する。

サブ空間停留時間率評価部５は、再評価指令に従い、新しい動的パラメータを用いて必要停留時間率を再計算し、移動経路プランナー９の再実行を指令する。移動経路プランナー９は、再実行命令により、移動経路プランを再度プランニングする。移動機構１１が、移動途中の経路変更が可能である場合、移動経路プランナー９は、現在地を起点としたプランを生成する。そうではない場合、現在の移動プランと同一の起点でプランを生成し、現在のプランが終了次第、生成したプランの実行を開始する。

以上のように、本実施の形態においては、巡回中のロボットが、移動空間内のあるサブ空間に関する被侵入リスクの変化に応じ、巡回経路を変更して、その被侵入リスクを減少せしめることができる。

他の変形例としては、更に時間帯を考慮してサブ空間停留時間率を求めるようにする。通常、時間帯により部屋への侵入リスクや部屋の価値は変わるので、時間帯を考慮してサブ空間停留時間率を求めることにより、時間帯にも応じ適応したサブ空間停留時間率を求めることができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施形態に係る巡回ロボットシステムの全体構成を示すブロック図。 本発明の実施形態に係る巡回ロボットが認識する空間情報の一例を示す説明図。 停留時間率評価式の概念を示す説明図。 停留時間率評価式テーブルの一例を示す説明図。 アパートなどにおける空間情報の構成例を示す説明図。 サブ空間ごとの必要停留時間率を空間情報に対応させた例を示す説明図。

符号の説明

１・・・環境情報入力手段、２・・・動的パラメータ抽出部、３・・・ロボット制御コンピュータ、４・・・動的パラメータ保持・変更検出部、５・・・サブ空間停留時間率評価部、６・・・固定パラメータ入力手段、７・・・固定パラメータ保持部、８・・・空間情報保持部、９・・・移動経路プランナー、１０・・・巡回ロボット機構部、１１・・・移動機構。

Claims (6)

1. 巡回動作を行うための移動機構を有する巡回ロボットであって、
   巡回対象となる空間を構成する各サブ空間の被侵入リスク情報および／または価値情報を入力する手段と、
   前記被侵入リスク情報および／または価値情報の変動に応じて各サブ空間の必要停留時間率を決定する手段と、
   前記サブ空間の必要停留時間率と空間の地理情報に基づき移動経路をプラニングする手段と、
   この移動経路プラニング手段で得られた移動プランに応じて前記移動機構を制御する制御部を備えたことを特徴とする巡回ロボット。
2. 前記被侵入リスク情報は、各サブ空間の特徴を示す固定パラメータと各サブ空間の構成物の変化の前後を示す動的パラメータとから成ることを特徴とする請求項１記載の巡回ロボット。
3. 前記各サブ空間の必要停留時間率は、巡回ロボットが移動経路中にそのサブ空間に留まるべき割合であることを特徴とする請求項１記載の巡回ロボット。
4. 前記移動経路プラニング手段は、前記被侵入リスク情報に基づいて、前記サブ空間での被侵入リスクを減少する確率の高い振る舞いとして、巡回時間全体に対するこのサブ空間での必要停留時間の比率を高める、あるいは家人が前記サブ空間にあたかも在室しているかの如き演出を実行することを特徴とする請求項１記載の巡回ロボット。
5. 前記被侵入リスク情報に基づいて、この被侵入リスクを減少させるための機器の操作を家人に促す提示手段を、さらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の巡回ロボット。
6. 巡回動作を行うための移動機構を有する巡回ロボットの巡回方法であって、
   巡回対象となる空間を構成する各サブ空間の被侵入リスク情報および／または価値情報を入力するステップと、
   前記被侵入リスク情報および／または価値情報の変動に応じて各サブ空間の必要停留時間率を決定するステップと、
   前記サブ空間の必要停留時間率と空間の地理情報に基づき移動経路をプラニングするステップと、
   この移動経路をプラニングするステップで得られた移動プランに応じて前記移動機構を制御するステップと
   から成ることを特徴とする巡回ロボットの巡回方法。

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