JP2006285547A - 移動ロボット及び移動ロボットによる監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】充電設備までに帰還に要するバッテリ量に基づきバッテリ減少を判定し、減少時の状況に応じた動作を可能とする。
【解決手段】遠隔の監視センタと通信する通信部と、各部に電源を供給するバッテリと、前記バッテリの残量を検出する残量検出部と、自己の現在位置を認識する位置認識部と、環境内に設定された基準位置を記憶した記憶部と、現在位置から前記基準位置までの移動経路を探索する経路探索部と、前記経路探索部が探索した経路の移動に要するバッテリ量を算出する移動バッテリ量算出部と、前記残量検出部が検出したバッテリ残量と前記基準位置までの移動に要するバッテリ量との差が所定しきい値以下になると前記通信部よりバッテリ警告信号を送信する残量警告部と、を備えたことを特徴とする移動ロボット。
【選択図】図２

Description

本発明は、移動ロボットに関し、特に、バッテリが消耗したとき、状況に応じた動作が可能となる移動ロボットに関する。

近年、自律的に移動する移動ロボットが供されてきている。このような移動ロボットとしては、駆動エネルギを供給するための電源手段として二次電池（バッテリ）を採用したものが知られるところである。

このような移動ロボットとして、特許文献１には、経路を走行しながら掃除を行うロボット掃除機に関して、特に、走行時に変化するバッテリの電圧レベルを検出する充電レベル検出手段を具備し、バッテリの電圧レベルが予め設定された所定レベル以下に低下するとバッテリを充電させることが記載されている。
このロボット掃除機は、バッテリの充電設備となる電源供給器の位置情報を記憶しておき、走行時に充電レベル検出手段により検出されたバッテリの電圧レベルが予め設定された所定レベル以下に低下すると、記憶した電源供給器に移動させてバッテリを充電するよう動作する。
特開平８−８３１２５号公報

しかしながら、特許文献１のロボット掃除機は、バッテリの充電要否を予め設定された所定レベルに基づき判定するために、バッテリを有効的に活用して効率的に作業することが考慮されていないという問題がある。
即ち、特許文献１のロボット掃除機は、ロボット掃除機の現在位置と充電設備との遠近に関係なく、所定のレベルに基づき充電要否を判定するために、ロボット掃除機が充電設備近傍に位置する場合には、まだ作業を継続できる電圧レベルであるにも拘らず充電設備に帰還させてしまい、作業効率が低下するという問題がある。
また、ロボット掃除機が充電設備の遠方に位置する場合には、所定レベルと比較して充電要と判断されたときの電圧レベルが、充電設備への帰還に要するレベルに満たないという問題が生じるおそれがある。

また更に、特許文献１のロボット掃除機は、バッテリ残量が所定レベル以下になると自律的に充電設備に帰還するために、バッテリ減少時の状況を鑑みた動作ができないという問題がある。
例えば、緊急事態が発生したときに作業するロボットや、緊急事態を未然に防止するために作業するロボットなどにおいては、バッテリ減少時であっても継続した作業が望まれる場合がある。
このように、バッテリが減少していてもロボットが自律的な判断で帰還することは好ましくない場合があるが、特許文献１のロボット掃除機では、このような要望を解決することができない。

そこで、本発明は、充電設備まで移動するために要するバッテリの消費量を算出して、バッテリが減少したときに、状況に応じた動作が可能となる移動ロボット及び移動ロボットによる監視システムの提供を目的とする。

上記目的を達成するために本発明よる移動ロボットは、移動手段を備えて所定の環境内で作業する移動ロボットであって、遠隔の監視センタと通信する通信部と、各部に電源を供給するバッテリと、前記バッテリの残量を検出する残量検出部と、自己の現在位置を認識する位置認識部と、前記環境内に設定される基準位置を記憶した記憶部と、現在位置から前記基準位置までの移動経路を探索する経路探索部と、前記経路探索部が探索した経路の移動に要するバッテリ量を算出する移動バッテリ量算出部と、前記残量検出部が検出したバッテリの残量と前記基準位置までの移動に要するバッテリ量との差が所定しきい値以下になると前記通信部よりバッテリ警告信号を送信する残量警告部と、を備えたことを特徴としている。

好ましくは、前記基準位置は、前記バッテリを充電する充電設備の位置であることを特徴としている。

また、好ましくは、前記経路探索部は、現在位置から前記基準位置までの移動経路として複数の経路を出力し、前記移動バッテリ量算出部は、前記複数の経路ごとに移動に要するバッテリ量を各々算出して該算出された複数のバッテリ量のうち最小となる最小バッテリ量を判別し、前記残量警告部は、前記バッテリ残量と前記最小バッテリ量との差が所定しきい値以下になると前記通信部よりバッテリ警告信号を送信することを特徴としている。

また、好ましくは、更に、前記環境内の警備情報を収集する警備情報収集部と、前記監視センタから基準位置移動信号を受信すると、前記警備情報収集部の作動を停止して前記経路探索部が探索した経路に基づいて前記基準位置まで移動するよう移動手段を制御する制御部とを備えたことを特徴としている。

その他、本発明は上述の移動ロボットに限定されない。本発明は、方法、プログラムまたはシステムの態様で表現及び特定されてもよい。例えば、本発明の別の態様は、上記の構成の動作を行う移動ロボットの制御方法である。また本発明の別の態様は、そのような方法をコンピュータに実行させるプログラムである。また、本発明の別の態様は移動ロボットと監視センタとが通信で接続されたシステムである。

また、本発明に係る別の態様は、移動ロボットによる監視システムに関し、移動手段を備えて所定環境内の警備情報を収集する移動ロボットと、該移動ロボットと通信する監視センタとから構成される移動ロボットによる監視システムであって、前記移動ロボットは、前記環境内の警備情報を収集する警備情報収集部と、前記警備情報収集部が収集した警備情報を監視センタに送信する通信部と、各部に電源を供給するバッテリの残量を検出する残量検出部と、自己の現在位置を認識する位置認識部と、前記環境内に設定される基準位置を記憶した記憶部と、現在位置から前記基準位置までの移動経路を探索する経路探索部と、前記経路探索部が探索した経路の移動に要するバッテリ量を算出する移動バッテリ量算出部と、前記残量検出部が検出したバッテリの残量と前記基準位置までの移動に要するバッテリ量との差が所定しきい値以下になると前記通信部よりバッテリ警告信号を送信する残量警告部と、前記通信部を介して前記監視センタから基準位置移動信号を受信すると、前記警備情報収集部の作動を停止し、前記経路算出部が算出した経路に基づいて前記基準位置まで移動するよう移動手段を制御する制御部と、を備え、前記監視センタは、前記移動ロボットと通信する通信部と、前記移動ロボットが収集した警備情報及び移動ロボットから受信したバッテリ警告信号を表示する表示部と、前記移動ロボットを基準位置に移動させるか否かを入力する入力部と、前記入力部から移動ロボットの基準位置への移動が入力されると前記通信部を介して移動ロボットに基準位置移動信号を送信する制御部と、を備えたことを特徴としている。

本発明に係る移動ロボットによれば、移動ロボットが、基準位置への移動に必要となるバッテリ量を算出し、この値に基づきバッテリの減少を自律的に判断することが可能となり、バッテリを有効的に活用して効率的に作業することが可能となる。

また、移動ロボットは、バッテリの減少を監視センタに通知し、監視センタから基準位置移動信号を受信すると、現在行っている作業を中止して基準位置に移動するので、基準位置移動信号を受信した後の不用意なバッテリ減少を防止して、限られたバッテリ残量を有効的に活用できる。
さらに、移動ロボットを監視する監視センタにて逐一移動ロボットのバッテリ残量を監視する必要がなく、監視センタの負担が軽減できる。

また、バッテリ減少の判断に用いられる基準位置への移動に要するバッテリ量は、基準位置への複数の移動経路の中から、最も少ないバッテリ量で移動できる経路に基づくものであるため、バッテリの減少度合いを適切に判断できる。

さらに、バッテリが減少してもロボットが自律的な判断で作業を中止することがないため、バッテリ減少時の状況を鑑みた動作が可能となる。特に、移動ロボットが、警備情報の収集作業を行うものであるときには、バッテリ減少時に警備を中止して基準位置に帰還するか、継続して警備を行うかが選択可能となり、セキュリティ性の低下を防止して環境内の保全性が向上できる。

また、本発明に係る移動ロボットによる監視システムによれば、警備情報の収集作業を行う移動ロボットのバッテリが減少したことを、遠隔の監視センタにおいて把握することが可能となり、当該バッテリ減少時に基準位置に帰還するか、継続して警備を行うかを選択可能とすることで、セキュリティ性の低下を防止して環境内の保全性が向上できる。

以下、本発明による移動ロボットを用いた監視システムの実施形態を図面を用いて詳細に説明する。 図１は本発明に係る移動ロボットを用いた監視システムを示す構成図、図２は移動ロボット１の構成を示す図、図３は移動ロボットが使用される警備区域を示す図である。

本実施の形態においては、警備区域６となる所定の環境内を移動して、警備情報の収集作業を行う移動ロボットを例に説明する。警備情報の収集作業とは、例えば、警備区域内６を巡回して区域内の異常（物体の侵入や、消失、火災の発生）を検知する作業、警備区域内６の重要物の監視作業、侵入物体の追跡作業などである。
移動ロボット１は、侵入者や火災などの異常を検出する異常検出部や、周囲の状況を撮影する撮像ユニット、撮像画像から異常を検出する画像処理部などを警備情報収集部２５として機能させて警備情報を収集し、異常事態が発生したと判定すると遠隔の監視センタ２に異常信号を送信する。

また、移動ロボット１は、駆動エネルギを供給するための電源手段としてバッテリ２３を具備しており、当該バッテリ２３の残量を監視してバッテリ量の減少を判定すると遠隔の監視センタ２にバッテリ警告信号を送信する。

監視センタ２には、センタ装置３が設けられており、管制員が、通信網４及び無線基地局５を介して移動ロボット１から伝送される情報により警備区域６を監視している。センタ装置は、液晶モニタやＣＲＴなどで構成される表示部３１と、キーボードやジョイスティック、ポインティングデバイスなどで構成される入力部３２と、ＣＰＵ等を備えたコンピュータで構成されてセンタ装置を制御する制御部３３とを含んでいる。
表示部３１には、移動ロボット１の位置情報、移動ロボット１が撮影した画像、移動ロボット１が検出した異常の情報などが表示される。入力部３２は、管制員によって操作されて所定のコマンドや情報の入力が行われる。制御部３３は、移動ロボット１から受信した信号を伸張して表示部３１に表示するとともに、入力部３２から入力されたコマンドに基づき制御信号を移動ロボットに送信する。

監視センタ２では、移動ロボット１から異常信号を受信すると、異常の情報を管制員が確認し、異常の存在が認められると移動ロボット１に制御信号を送信して異常に対処させる。
また、監視センタ２は、移動ロボット１からバッテリ警告信号を受信すると、この情報をセンタ装置３の表示部３１に表示する。管制員は、移動ロボット１が従事している作業の内容や緊急性を鑑みて、移動ロボット１を充電設備まで帰還させるか、作業を継続するかを判断する。そして、充電設備まで帰還させる場合には入力部３２からコマンドを入力して移動ロボット１に基準位置帰還信号を送信する。

以下、移動ロボット１について説明する。
図２に示すように、移動ロボット１は、移動手段１１、移動制御部１２、ガイド検出部１３、自己位置検出部１４、障害物検出部１５、警備情報収集部２５、通信部１９、記憶部２０、バッテリ管理部２１、これら各部を制御する制御部２２、および、各部に電力を供給するバッテリ２３より構成されている。

移動手段１１は、右輪１１１、左輪１１２と左右輪を独立に駆動するモータ１１３、１１４で構成されている。移動ロボット１は図１に示すように４つの車輪を有しており、それらのうち右輪１１１、左輪１１２の２つが駆動輪として機能する。これら駆動輪が回転して移動ロボット１が走行する。そして、左右輪１１１、１１２の回転速度により直進走行速度、旋回走行速度が制御され、旋回方向も制御される。この左右輪１１１、１１２の回転速度は移動制御部１２により制御される。
なお、左右独立に制御する代わりに舵角を制御して旋回速度を制御する方式が採用されてもよい。また、車輪駆動でなく、左右のクローラを独立に制御する方式が採用されてもよい。

ガイド検出部１３は、移動ロボット１の巡回経路を指示するガイド手段を検出する。ガイド手段は図３に示されている。予め設定された移動ロボット１が巡回する巡回経路には、図示のように、経路の全長にわたってガイド手段としての白線テープ７が固定的に設けられている。また、巡回経路中の所定の地点には、白線テープ７とともに、地点指示手段としての指示マーカ８が固定的に設けられている。指示マーカ８は、巡回経路中の複数地点に設けられて、巡回経路中に設定された区間の境界や重要監視位置、基準位置を移動ロボットに教示する白色矩形のマークである。指示マーカ８が設置された位置の情報は、予め記憶部２０の経路情報２０１に記憶される。移動ロボット１は、この指示マーカ８を検出して、巡回経路中に設定された区間、及び重要監視位置、基準位置などを認識する。

ここで、区間の境界とは、例えば直線からカーブに移る地点およびその逆の地点や、経路が分岐する地点である。また、重要監視位置とは、予め設定された重要な監視対象物が存在する位置であり、巡回中に移動ロボット１が所定時間停止して周囲を監視する位置である。

また、警備区域６内には、バッテリ２３を充電する充電設備を備えて移動ロボット１の基地となる基準位置９が設定されている。基準位置９は白線テープ７により巡回経路と接続されている。移動ロボット１は、基準位置９から巡回を開始して、巡回が終了すると基準位置９へと帰還する。本実施形態では、図３に示すように、基準位置９への経路と巡回経路との合流地点で白線テープ７が分岐して設けられ、基準位置９と巡回経路が接続されている。

ガイド検出部１３は、白線検出カメラ１３１と路面情報抽出部１３２とから成る。白線検出カメラ１３１は、路面を撮影可能に移動ロボット１の底面に設置されている。路面情報抽出部１３２は、エッジ抽出やハフ変換などの処理により、白線検出カメラ１３１の撮影画像から、移動ロボット１の経路を誘導すべき白線テープ７、及び指示マーカ８を検出して制御部２２に出力する。制御部２２は、路面情報抽出部１３２から入力された指示マーカ８の検出情報に基づき、巡回経路の各区間の始点と終点を検出する。すなわち、指示マーカ８の検知回数を計数し、この検知回数と経路情報２０１に基づいて現在の区間を判別する。また、このとき、経路情報２０１に基づいて、検出された指示マーカ８の属性情報（重要監視位置、基準位置）を検出する。

なお、ガイド検出部１３は、磁気センサ、電磁誘導センサ、などで構成されても良く、それぞれ巡回経路に設置されたガイド手段や地点指示手段としての磁気ガイド、電磁誘導ガイドやタグを検出するようにすることもできる。ガイド手段及びガイド検出部１３は設置する環境により選択できるようすることが好ましい。

移動制御部１２は、移動手段１１のモータ１１３，１１４を制御するための手段である。移動制御部１２は、ガイド検出部１３による白線テープ７の検知出力に応じて、例えば周知のＰＩＤ制御などにより、白線テープ７に沿って移動するようモータ１１３，１１４を制御する。
また、移動制御部１２は、制御部２２による走行区間の検出に応じて、予め設定された経路情報２０１に基づき移動速度を制御する。移動速度は予め区間毎に設定され経路情報２０１の一部として記憶されている。また、移動制御部１２は、移動ロボット１が経路を巡回しているときに制御部２２による指示マーカ８の属性情報の検出により、重要監視位置や基準位置に到達したことを検知すると、移動手段１１の駆動を停止する。

さらに、移動制御部１２は、制御部２２からの出力により、移動ロボット１の状態に応じて経路上の分岐における走行方向を制御する。例えば、巡回中においては経路上の分岐にさしかかると、予め設定された巡回の順路となる方向に移動する。巡回中における分岐通過の設定例としては、一回目の通過では直進方向に、２回目の通過時はカーブ方向に移動する、などである。経路上に設定された分岐とその通過順路の設定は予め経路情報２０１の一部として記憶されている。また、バッテリ２３の低下時など、基準位置移動信号により基準位置９に移動する場合は、経路上の分岐を基準位置９への移動経路となる方向に走行する。

自己位置検出部１４は、モータ１１３，１１４に設置されたレゾルバ１４１，１４２、位置算出部１４３からなる。レゾルバ１４１，１４２は、それぞれモータ１１３，１１４に設置されており、モータ回転軸の絶対位置をそれぞれ検出する。レゾルバ１４１，１４２は、回転量検出部の一形態であり、これに限定されるものではなく、ロータリーエンコーダなどで構成されていてもよい。

位置算出部１４３はレゾルバ出力から得られるモータ回転軸の回転量から左右輪１１１，１１２それぞれの回転量を算出し、後述の環境地図２０２上の現在のロボット１の位置（X，Y）と姿勢（ロボットの向きθ)を算出する。この処理では、車輪回転量から走行距離と角度変化が求められ、これらの情報から各時点の位置と姿勢が捕捉される。また角度変化は左右車輪１１１，１１２の回転量の差と車輪間隔から算出される。このような位置検出は、デッドレコニング（自律航法）として一般に知られる手法である。
また、位置算出部１４３は、ガイド検出部１３による指示マーカ８の検知出力と、制御部２２による区間始点終点の判別に応じて、自己位置の補正などを行う。

障害物検出部１５は、障害物センサ１５１と障害物判定部１５２とから成る。
障害物センサ１５１は、障害物の相対位置を検出するためのセンサ手段である。障害物センサ１５１は、移動ロボット１の進行方向や周囲にレーザ光線や可視光線、超音波、赤外線などの探査信号を照射して、障害物からの反射回帰信号を検出信号として受信する。
障害物判定部１５２は、障害物センサ１５１の出力より障害物の相対位置を算出し、制御部２２に出力する。障害物判定部１５２は、障害物センサ１５１による探査信号の照射から反射回帰信号検出までの時間、及び、探査信号の照射角又は反射信号の入射角から障害物までの相対距離と相対角度を算出し、これらに基づき障害物の相対位置を算出して、制御部２２に出力する。制御部２２は、障害物の相対位置が入力されると、移動制御部１２を制御して、移動の停止や加減速、障害物の回避などの処理を行う。
なお、障害物検出部１５は、上記以外の手法によるものであってもよく、例えば、ミリ波レーダタイプのセンサにて障害物を検出するよう構成されていてもよい。

警備情報収集部２５は、警備区域６内の情報を収集して監視センタに通知する手段であって、撮像ユニット１６と、画像処理部１７と、異常検出部１８とを備えている。

撮像ユニット１６は、移動ロボット１に搭載されてロボットの周囲を撮像する手段である。撮像ユニット１６は、例えば図１に示すように、ロボット上部の六角柱型のハウジングに収納されている。ハウジングの中には、６つの撮像部が６方向に向けて収納されており、これにより水平方向の全視野がカバーされる。撮像ユニット１６にて撮像された画像は記憶部２０にバッファされて通信部１９から監視センタ２に送信される。

なお、撮像ユニット１６は、上記構成に限らず、例えば、撮像部となるカメラと、このカメラを水平軸および垂直軸に対して可動させる可動部と、可動部を制御する可動制御部とから構成されてもよい。このように構成された撮像ユニット１６は、少なくとも移動ロボット１の移動方向前方が撮像範囲内に収まるように可動部を介してカメラを設置し、可動制御部により可動部を制御してパン、チルトすることで、広範な視野を撮像できる。
また、ロボット上部に六角柱型のハウジングを設け、その中に撮像部を６方向に向けて収納することで水平方向の全視野をカバーする第一撮像ユニットと、水平軸および垂直軸に対して撮像部を可動させる可動部を介して移動ロボット１の所定箇所に設置される第二撮像ユニットとを具備する構成としてもよい。

画像処理部１７は、巡回経路中に設定された重要監視位置などで作動する手段であり、画像ユニット１６の撮像画像から異常物体を抽出する画像センシング手段である。移動ロボット１は、巡回中に重要監視位置に到達すると、走行を停止して予め設定された監視時間のあいだ画像処理部１７を作動させて監視対象物を監視する。そして、監視時間が経過すると、移動ロボット１は巡回経路の走行を再開する。
画像処理部１７は、画像ユニット１６から出力される画像より移動体を抽出し、抽出された移動体の大きさや移動速度などから移動体が侵入者などの異常物体であるか否かを判定する。異常物体と判定されると、制御部２２に異常信号を出力する。

異常検出部１８は、警備区域６内に侵入した物体や消失した物体、火災の発生などを検出して異常を判定する手段である。異常検出部１８は、異常の発生を検出すると制御部２２に異常信号を出力する。
異常検出部１８は、例えば、記憶部２０に記憶した警備区域６内の既設物の位置を示す既設物情報と障害物検出部１５の出力とを比較して異常を判定する。即ち、既設物体が存在しない位置において障害物検出部により物体が検出されると侵入物が存在しており異常が発生したと判定し、既設物体が障害物検出部１５により検出されなかったとき既設物体が消失する異常が発生したと判定する。
また、異常検出部１８は、火災が発生した時に生じる紫外線を検出する紫外線センサを具備し、センサの出力に基づき火災の発生を判定する。ここで、紫外線センサとしては、太陽光に含まれない波長１９０〜２６０ｎｍの紫外線のみを検知する太陽光ブラインドタイプのものが好ましい。

なお、異常検出部１８は、上述した構成に限られるものではなく、他の検出手段によるものであってもよい。例えば、周知の人体検出センサや火災センサなどにより、侵入者や火災を検出して異常を判定するものでもよい。また、画像処理部１８を移動ロボット１の移動中に常時作動させて、オプティカルフローを用いた物体の抽出処理により物体を抽出して異常を検出する構成としてもよい。

記憶部２０は、移動ロボット１の各種処理に使用される情報を記憶している。記憶部２０が記憶する情報には、巡回経路の情報を示した経路情報２０１と、警備区域６を二次元座標系で示した環境地図２０２と、位置算出部１４３により算出された移動ロボット１の位置と姿勢とを含む位置情報２０３と、バッテリ２３の残量を算出するための設定情報を示したバッテリ管理情報２０４が含まれる。

経路情報２０１は、巡回経路中の各区間（ある指示マーカから次の指示マーカまでの区間）番号に対応して、各区間の走行速度、分岐の走行方向、予め測量した区間距離、区間の始点終点間の方位角の差（角度差）および、各指示マーカ８の属性情報（重要監視位置と監視時間、分岐の有無、基準位置）が記憶されている。経路情報２０１では、区間番号が、該当区間までに検出されるべき指示マーカ８の数（検出回数）と対応付けられている。巡回時の走行制御では、指示マーカ８の検出回数から区間番号や指示マーカ８の属性情報が特定され、そして、区間番号から各区間の走行速度等が特定されることとなる。

環境地図２０２は、警備区域６の地図情報である。環境地図２０２には、環境地図上での既設物体の位置情報である既設物情報が記憶されている。既設物情報は、環境地図２０２の座標により指定され記憶されており、これにより既設物体の位置が特定される。既設物情報は、実際に移動ロボット１を走行させることで取得されてもよいし、警備区域６の測量図面から予め入力されていてもよい。

なお、環境地図２０２を、所定距離ごとにグリッドで仕切り、各グリッドに識別番号を設定して構成してもよい。この場合、既設物情報は環境地図２０２の各グリッドの属性情報からなり、各グリッドの属性情報として既設物体の有無が登録されて、既設物体の位置が特定される。

位置情報２０３は、位置算出部１４３により算出された移動ロボット１の位置と姿勢である。移動ロボット１の位置は、環境地図２０２上の座標として位置情報２０３に記憶され、姿勢はロボット１の向きとなる角度情報で記憶される。

バッテリ管理情報２０４は、移動ロボット１の駆動電圧に基づき消費バッテリ量を算出するための設定情報である。バッテリ管理情報２０４には、使用するバッテリ２３に応じて、バッテリ容量、移動ロボット１の移動距離に基づく消費バッテリ量などが記憶されている。

バッテリ管理部２１は、バッテリ残量検出部２１１と、帰還経路探索部２１２と、帰還バッテリ量算出部２１３と、バッテリ警告部２１４とから成り、バッテリ２３の残量を監視して基準位置９までの移動に必要なバッテリ量が残っているか否かを判定する。
バッテリ残量検出部２１１は、本発明の残量検出部として機能し、バッテリ２３の電圧値を計測してバッテリ２３の残量Ｂｔを検出する。電圧値から残量を判定するための係数は、バッテリに応じて予め設定されバッテリ情報２０４に記憶されている。

帰還経路探索部２１２は、本発明の移動経路探索部として機能し、現在位置から基準位置９まで移動するため経路を探索し、探索された移動経路を出力する。帰還経路探索部２１２は、移動ロボット１の現在位置と現在の区間、及び経路情報に基づいて、警備区域６に設定された各基準位置９までの移動経路を探索する。
なお、帰還経路探索部２１２は、移動ロボット１の現在位置が巡回経路（白線テープ７）上にないときは、現在位置から最も近傍となる巡回経路上の地点までの経路と、この地点から基準位置９までの経路を移動経路として探索する。このとき、現在位置から最も近傍となる巡回経路上の地点とは、環境地図２０２の既設物情報に基づき既設物を迂回して巡回経路まで移動した場合に最短距離となる地点である。

帰還バッテリ量算出部２１３は、本発明の移動バッテリ量算出部として機能し、帰還経路探索部２１２より出力された経路を移動するのに必要となるバッテリ量を算出する。帰還バッテリ量算出部２１３は、帰還経路探索部２１２が出力した移動経路毎に、現在位置との経路情報２０１とに基づいて移動経路の距離を算出し、この経路の移動に要するバッテリ量Ｂｎを算出する。移動距離から消費バッテリを算定するための情報はバッテリ管理情報２０４に記憶されている。そして、帰還バッテリ量算出部２１３は、算出された各移動経路毎の必要バッテリ量Ｂｎに基づき、最も少ないバッテリ量Ｂｎｍｉｎ（最小バッテリ量）で移動できる経路Ｒを判定して、この移動経路Ｒと当該経路Ｒの移動に要するバッテリ量Ｂｎｍｉｎを出力する。出力された移動経路Ｒは記憶２０部に記憶される。このとき、記憶部２０では過去に記憶した移動経路Ｒを上書きして新しく入力された移動経路Ｒを記憶する。

なお、帰還バッテリ量算出部２１３は、帰還経路探索部２１２が出力した移動経路毎に、経路の距離や傾斜度を算出して、これら距離や傾斜度に基づいて経路の移動に要するバッテリ量Ｂｎを算出するようにしてもよい。この場合、予め、経路情報２０１に各区間の傾斜情報を記憶させて、バッテリ管理情報２０４に傾斜度と距離から消費バッテリ量を算定するための情報を記憶させておく。これにより、各移動経路毎の必要バッテリ量Ｂｎをより正確に算出することが可能となり、最も少ないバッテリ量Ｂｎｍｉｎで移動できる経路Ｒを判定する精度が向上する。

バッテリ警告部２１４は、本発明の残量警告部として機能し、バッテリ残量検出部２１４にて検出されたバッテリ残量Ｂｔと帰還バッテリ量算出部２１２から出力された基準位置までの移動に要するバッテリ量Ｂｎｍｉｎとを比較して、両者の差に基づいてバッテリ２３の残量が十分にあるか否かを判定する。バッテリ残量Ｂｔの値が基準位置９までの移動に要するバッテリ量Ｂｎｍｉｎの近傍になると、即ち、バッテリ残量Ｂｔと基準位置９までの移動に要するバッテリ量Ｂｎｍｉｎとの差が所定のしきい値Ｔｈ以下になると、バッテリ２３の残量は基準位置９への移動に要する程度であると判定して、バッテリ警告信号を出力する。バッテリ警告部２１４から出力されたバッテリ警告信号は、通信部１９から監視センタ２に送信される。

通信部１９は、無線基地局５及び通信網４を介して監視センタ２と信号を送受信する無線通信手段である。通信部１９は、撮像ユニット１６が撮影した画像を圧縮して、自己位置検出部１４が検出する位置情報とともに監視センタ２に送信する。また通信部１９は、画像処理部１７または異常検出部１８が異常を検出した場合、監視センタ２に異常信号を送信する。また、通信部１９は、監視センタ２から受信した制御信号を復調して制御部２２に入力する。

制御部２２は、移動ロボット１の各部構成を制御する手段であり、ＣＰＵ等を備えたコンピュータで構成される。なお、上述した各部構成で、コンピュータ処理可能なものも同コンピュータで実現されてよい。例えば、路面情報抽出部１３２や、移動制御部１２、位置算出部１４３、障害物判定部１５２、画像処理部１７、バッテリ管理部２１などは同コンピュータで実現されてよい。また、記憶部２０は、同コンピュータのメモリおよび外部記憶装置などで実現されてよい。

また、制御部２２は、監視センタ２から受信した制御信号に基づき、移動ロボット１の動作モードを切り替える制御を行う。制御部２２は、監視センタ２から基準位置移動信号を受信すると、移動ロボット１の動作モードを帰還モードに設定し、監視センタ２から遠隔操作信号を受信すると、移動ロボット１の動作モードを遠隔操作モードに設定する。

移動ロボット１は、帰還モードに設定されると、基準位置９に移動するための最低限の電力にて駆動して基準位置９へと移動する。最低限の電力とは、基準位置９への自律走行に不要となる部位の作動を停止し、自律走行するために必要となる部位を作動させた場合の電力である。

また、移動ロボット１は、遠隔操作モードに設定されると、監視センタ２が送信する操作信号にて操作される状態となる。監視センタ２が送信する操作信号には、移動方向と速度指示値とが含まれる。移動ロボット１は、指示された速度指示値以下で安全に走行できる移動速度を自律的に算出し、監視センタ２が指示した移動方向に走行する。即ち、障害物検出部１５にて障害物が検出されなければ指示された速度指示値となる移動速度で走行し、障害物が検出されると、障害物に接触する前に安全に停止できるよう障害物との距離に応じて減速して走行する。これにより、移動ロボット１は、監視センタ２から遠隔操作されて侵入者の追跡や異常の対処を行う。

次に、本実施の形態に係る移動ロボット１の動作を説明する。ここでは、まず、移動ロボット１の全体的な動作の概要を説明し、それから、バッテリ２３の残量に基づく動作制御の詳細を説明する。

移動ロボット１は、通常、基準位置９にてバッテリ２３を充電した状態で待機モードに設定されている。移動ロボット１は、図示しない計時手段によって予め設定された巡回開始時刻の到来を検知したときや、監視センタ２からの制御信号を受信することにより、巡回モードに設定され、移動制御部１２により移動手段１１を制御してガイド手段である白線テープ７に沿って移動を開始して、巡回を開始する。白線テープ７が白線検出カメラ１３１の画像から検出され、白線テープ７が常に画像の所定位置で所定角度を向くように移動制御部１２が両モータ１１３，１１４の回転を独立して制御する。また、指示マーカ８の検出に基づき、記憶部２０の経路情報２０１を参照して現在の巡回区間と走行速度が求められ、モータ回転が制御される。

移動ロボット１は、巡回を開始すると、巡回経路を移動して警備情報の収集作業を行い、異常検出部１８または画像処理部１７により異常の発生を検出すると異常信号を監視センタ２に送信する。監視センタ２は、移動ロボット１から異常信号を受信すると、異常の情報を管制員が確認し、異常の存在が認められると移動ロボット１を遠隔操作するなどして異常に対処させる。異常が認められなければ、または異常の対処が終了すると、移動ロボット１は巡回経路を移動して巡回を続ける。そして、設定された巡回経路の走行が終了して基準位置９まで帰還すると、巡回を終了して待機モードに移行し、警備情報の収集作業を終了する。

次に、図４を参照してバッテリ残量に基づく動作制御の詳細を説明する。図４はバッテリ残量に応じた移動ロボットの動作制御を示すフローチャートである。

移動ロボット１は、巡回を開始すると移動手段１１により巡回経路を移動するとともに、障害物検出部１８を作動させて周囲の障害物を検出する。また、移動ロボット１は、巡回を開始すると、警備情報収集部２５となる撮像ユニット１６と異常検出部１８とを作動させる（ＳＴ１）。

移動ロボット１は、巡回経路を移動しながら、撮像ユニット１６にて周囲の画像を撮影し、監視センタ２に撮影画像を送信する。また、異常検出部１８により異常の有無を監視する（ＳＴ２）。
また、移動ロボット１は、指示マーカ８の検出により、巡回経路中の重要監視位置に到達したことを検出すると、移動を停止して予め設定された監視時間のあいだ画像処理部１７を作動させて監視対象物の周囲を監視する。所定の監視時間が経過すると、移動手段１１を駆動して巡回経路の移動を再開する。移動ロボット１は、上記のような処理により巡回経路を巡回して警備情報を収集し、異常検出部１８または画像処理部１７により異常の発生を検出すると異常信号を監視センタ２に送信する。このように、移動ロボット１は、巡回経路を自律的に移動して警備情報の収集作業を行う。

また、移動ロボット１は、制御部２２及び自己位置検出部１４により現在位置と姿勢を算出して監視センタ２に現在の位置情報を送信する（ＳＴ３）。検出された現在位置より、設定された巡回経路の走行終了が判定されれば（ＳＴ４−Ｙｅｓ）、巡回を終了して待機モードに移行し、警備情報の収集作業を終了する。他方、巡回経路の走行が終了していなければ（ＳＴ４−Ｎｏ）、バッテリ管理部２１によりバッテリ２３の残量が検証される。

ＳＴ４がＮｏであれば、バッテリ残量検出部２１１によりバッテリ残量Ｂｔを検出する（ＳＴ５）。
次に、帰還経路探索部２１２により、移動ロボット１の現在位置から警備区域６に設定されている基準位置９までの移動経路を探索する（ＳＴ６）。このとき、帰還経路探索部２１２は、警備区域６内に複数の基準位置９が設定されていれば、現在位置から各基準位置９までの移動経路を各々探索して出力する。また、一つの基準位置９に対して複数の移動経路が探索された場合は、各移動経路を出力する。

次に、帰還バッテリ量算出部２１３により、帰還経路探索部２１２から出力された経路を移動するのに必要となるバッテリ量Ｂｎを算出する（ＳＴ７）。このとき、帰還経路探索部２１２にて複数の移動経路が探索され出力されていれば、帰還バッテリ量算出部２１３は、各移動経路ごとに必要となるバッテリ量Ｂｎを算出する。

そして、帰還バッテリ量算出部２１３は、算出された各移動経路毎の必要バッテリ量Ｂｎに基づき、最も少ないバッテリ量Ｂｎｍｉｎで移動できる経路Ｒを判定して、この移動経路Ｒと当該経路Ｒの移動に要するバッテリ量Ｂｎｍｉｎを出力する（ＳＴ８）。出力された移動経路Ｒは記憶部２０に記憶される。

次に、バッテリ警告部２１４は、バッテリ残量Ｂｔと移動経路Ｒの移動に要するバッテリ量Ｂｎｍｉｎとの差がしきい値Ｔｈ以下であるか否かを判定する（ＳＴ９）。ここで、しきい値Ｔｈは、通信部１９を作動して監視センタ２との通信に必要となるバッテリ量、及び基準位置９への移動に要するバッテリ量の誤差を考慮して設定された成分である。

バッテリ残量Ｂｔと移動経路Ｒの移動に要するバッテリ量Ｂｎｍｉｎとの差がしきい値Ｔｈより大きければ（ＳＴ９−Ｎｏ）、巡回を継続するバッテリ残量があると判定してＳＴ２に戻り警備情報の収集作業を行う。
他方、バッテリ残量Ｂｔと移動経路Ｒの移動に要するバッテリ量Ｂｎｍｉｎとの差がしきい値Ｔｈ以下であれば（ＳＴ９−Ｙｅｓ）、バッテリ残量が、基準位置９への移動に必要となる量程度であると判定して、通信部１９から監視センタ２にバッテリ警告信号を送信する（ＳＴ１０）。

これにより、バッテリ２３の減少度合いを、移動に要するバッテリ量から移動ロボット１が自律的に判断するので、バッテリ２３を有効的に使用することができ、予め決められた値に基づき減少度合いを判断する場合に比べ、作業の効率化を図ることができる。また、移動ロボット１を監視する監視センタ２にて逐一移動ロボット１のバッテリ残量を監視する必要がなく、監視センタ２の負担が軽減できる。

移動ロボット１は、バッテリ警告信号を送信すると、監視センタ２から基準位置移動信号を受信するまで、警備情報を収集して巡回を継続する（ＳＴ１１、ＳＴ１２、ＳＴ１３）。この警備情報を収集して巡回する処理は、ＳＴ２，ＳＴ３，ＳＴ４と同様であり説明を省略する。
これにより、移動ロボット１が自律的にバッテリ２３の減少を判断した場合であっても、警備情報の収集作業を継続することにより、セキュリティ性の低下を防止して警備区域の保全性を向上させることができる。

監視センタ２から基準位置移動信号を受信すると（ＳＴ１４−Ｙｅｓ）、移動ロボット１は帰還モードに設定され、警備情報収集部２５となる異常検出部１８、カメラユニット１６、画像処理部１７の作動を停止して、警備情報の収集作業を中止する（ＳＴ１５）。
これにより、監視センタ２が基準位置９に移動すべきと判定した後の、不用意なバッテリ消費を防止して、残量が低下したバッテリ２３を有効的に活用できる。また、移動ロボット１は、基準位置移動信号により警備情報の収集作業を中止するので、警備情報の収集作業の中止判断を監視センタ２で行うことができ、バッテリ２３が減少すると自動的に帰還する場合に比べ、セキュリティ性を向上させることができる。

そして、移動ロボット１は、記憶部２０に記憶された移動経路Ｒに基づき巡回経路を移動して基準位置９に移動する（ＳＴ１６）。帰還モードにおいては、移動経路Ｒ中に重要監視位置が存在していても、移動制御部１２は移動手段１１を停止させることなく移動制御する。移動ロボット１は、基準位置９に到達すると、待機モードに移行して処理を終了する。
これにより、移動ロボット１は、基準位置９への自律走行に不要となる部位の作動を停止し、安全走行に必要となる最低限の部位を作動させて、最もバッテリ消費の少ない効率的な移動経路を走行して基準位置に移動することができ、残量が低下したバッテリ２３を有効的に活用できる。

以上に本発明の好適な実施の形態について説明した。上述した実施の形態では、移動ロボットが巡回経路を移動して警備情報の収集作業を行う例について説明したが、これに限定されるものではない。即ち、バッテリ駆動により作業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、搬送車や、移動式監視カメラや、搬送ロボットや、掃除ロボット、案内ロボットなどであってもよい。

また、上述した実施の形態では、基準位置としてバッテリの充電設備を例に説明したが、これに限定されるものではなく、警備区域において拠点として設定される位置であれば如何様な場所であってもよい。

また、上述した実施の形態では、警備情報収集部として異常検出部、カメラユニット、画像処理部を要する構成について説明したが、これに限定されるものではない。即ち、警備情報収集部としては、警備区域内の異常を検出する手段として、少なくとも異常検出部を備えていればよく、異常検出部をもって警備情報収集部として機能させるように構成してもよい。この場合、カメラユニットを警備情報収集部とは独立して制御し、基準位置移動信号の受信によってＯＦＦ制御しないようにする。これにより、基準位置移動信号によって基準位置に移動しているときの状況をカメラユニットで撮影して監視センタで確認することができ、基準位置移動信号の受信により警備情報収集部となる異常検出部をＯＦＦすることで不用意なバッテリ消費を防止することができる。

このように、本実施形態によれば、移動ロボットが作業を遂行しているときに、現在位置から充電設備を備えた基準位置への移動に要するバッテリ量に基づきバッテリの減少度合いを判断するので、バッテリを有効的に使用することができ、予め決められた値に基づき減少度合いを判断する場合に比べ、作業の効率化を図ることができる。また、バッテリの減少度合いの判断に用いられる基準位置への移動に要するバッテリ量は、基準位置への複数の移動経路の中から、最も少ないバッテリ量で移動できる経路に基づくものであるため、バッテリの減少度合いを適切に判断できる。

また、移動ロボットは、バッテリ残量の低下を判断しても、監視センタから基準位置移動信号を受信するまで作業を継続するので、監視センタにて移動ロボットの状態や現在の作業内容を考慮した上で、作業を中止して基準位置に帰還するか、継続して作業を行うかが選択可能となり、作業の重要性と状況に応じた動作が可能となる。

さらに、移動ロボットは、監視センタから基準位置移動信号を受信すると、作業を中止して基準位置への自律走行に不要となる部位の作動を停止し、安全走行に必要となる最低限の部位を作動させて、最もバッテリ消費の少ない効率的な移動経路を走行して基準位置に移動することができ、残量が低下したバッテリを有効的に活用できる。

本発明の実施の形態に係る移動ロボットを用いた監視システムを示す構成図 移動ロボットの機能ブロックを示す図 移動ロボットが使用される警備区域を示す図 バッテリ残量に応じた移動ロボットの動作制御を示すフローチャート

符号の説明

１ 移動ロボット
２ 監視センタ
３ センタ装置
４ 通信網
５ 無線基地局
６ 警備区域
７ 白線テープ
８ 指示マーカ
９ 基準位置

Claims (5)

1. 移動手段を備えて所定の環境内で作業する移動ロボットであって、
   遠隔の監視センタと通信する通信部と、
   各部に電源を供給するバッテリと、
   前記バッテリの残量を検出する残量検出部と、
   自己の現在位置を認識する位置認識部と、
   前記環境内に設定される基準位置を記憶した記憶部と、
   現在位置から前記基準位置までの移動経路を探索する経路探索部と、
   前記経路探索部が探索した経路の移動に要するバッテリ量を算出する移動バッテリ量算出部と、
   前記残量検出部が検出したバッテリの残量と前記基準位置までの移動に要するバッテリ量との差が所定しきい値以下になると前記通信部よりバッテリ警告信号を送信する残量警告部と、
   を備えたことを特徴とする移動ロボット。
   
2. 前記基準位置は、前記バッテリを充電する充電設備の位置である請求項１に記載の移動ロボット。
   
3. 前記経路探索部は、現在位置から前記基準位置までの移動経路として複数の経路を出力し、
   前記移動バッテリ量算出部は、前記複数の経路ごとに移動に要するバッテリ量を各々算出して該算出された複数のバッテリ量のうち最小となる最小バッテリ量を判別し、
   前記残量警告部は、前記バッテリ残量と前記最小バッテリ量との差が所定しきい値以下になると前記通信部よりバッテリ警告信号を送信することを特徴とした請求項１または２に記載の移動ロボット。
   
   
4. 更に、前記環境内の警備情報を収集する警備情報収集部と、
   前記監視センタから基準位置移動信号を受信すると、前記警備情報収集部の作動を停止して前記経路探索部が探索した経路に基づいて前記基準位置まで移動するよう移動手段を制御する制御部とを備えた請求項１乃至３何れかに記載の移動ロボット。
   
5. 移動手段を備えて所定環境内の警備情報を収集する移動ロボットと、該移動ロボットと通信する監視センタとから構成される移動ロボットによる監視システムであって、
   前記移動ロボットは、
   前記環境内の警備情報を収集する警備情報収集部と、
   前記警備情報収集部が収集した警備情報を監視センタに送信する通信部と、
   各部に電源を供給するバッテリの残量を検出する残量検出部と、
   自己の現在位置を認識する位置認識部と、
   前記環境内に設定される基準位置を記憶した記憶部と、
   現在位置から前記基準位置までの移動経路を探索する経路探索部と、
   前記経路探索部が探索した経路の移動に要するバッテリ量を算出する移動バッテリ量算出部と、
   前記残量検出部が検出したバッテリの残量と前記基準位置までの移動に要するバッテリ量との差が所定しきい値以下になると前記通信部よりバッテリ警告信号を送信する残量警告部と、
   前記通信部を介して前記監視センタから基準位置移動信号を受信すると、前記警備情報収集部の作動を停止し、前記経路算出部が算出した経路に基づいて前記基準位置まで移動するよう移動手段を制御する制御部と、を備え、
   前記監視センタは、
   前記移動ロボットと通信する通信部と、
   前記移動ロボットが収集した警備情報及び移動ロボットから受信したバッテリ警告信号を表示する表示部と、
   前記移動ロボットを基準位置に移動させるか否かを入力する入力部と、
   前記入力部から移動ロボットの基準位置への移動が入力されると前記通信部を介して移動ロボットに基準位置移動信号を送信する制御部と、
   を備えたことを特徴とする移動ロボットによる監視システム。
   
   
   
   

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