JP2006285548A - 移動ロボット及び遠隔操作システム - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットと遠隔の操作者側との間に伝送遅延が生じていてもロボットを安全に移動させる
【解決手段】遠隔操作により指示された方向に移動手段にて移動する移動ロボットであって、少なくとも移動方向前方の障害物を検出する検出部と、前記検出部が検出した障害物までの距離を算出する障害物判定部と、監視センタから移動方向を受信する通信部と、前記障害物までの距離に基づき該障害物に接触する前に停止可能な移動速度を算出する速度算出部と、を備えて、前記監視センタから受信した移動方向に前記速度算出部が算出した速度で移動することを特徴とした移動ロボット。
【選択図】図２

Description

本発明は、移動ロボットに関し、特に、遠隔から移動方向を指示されて移動す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、与えられたプログラムや学習した情報にしたがって、移動経路や速度、作業内容を自律的に判断して移動するものが知られるところである。
しかしながら、移動ロボットに完全な自律動作を行わせることは技術的に困難であり、このため、正確な動作が必要になる場合や、非常事態が発生した場合には、操作員により遠隔から操作して移動ロボットを移動させる遠隔操作システムが考えられている。

このような移動ロボットの遠隔操作システムとして、特許文献１には、ロボットと遠隔操作部との間で制御コマンドを伝送して遠隔からロボットの移動を操作するロボット遠隔制御システムが開示されている。このロボット遠隔制御システムでは、ロボットの移動方向前方に向けられたカメラで、ロボットの筐体の一部を含む画像を撮影し、オペレータがその画像をモニタで確認しながらロボットを遠隔操作している。
特開平１０−３４５７０号公報

上述した、特許文献１のロボット遠隔制御システムでは、操作者がモニタに表示された画像を見て障害物や人間に注意しながら操作子を操作してロボットを移動させており、このような遠隔操作のためには、遠隔からロボットの移動速度と移動方向を送信して操縦することが一般に用いられる。

しかしながら、特許文献１のロボット遠隔制御システムは、ロボットと遠隔操作部との間の伝送遅延がなんら考慮されておらず、障害物との接触を防止して安全に移動させるという点において問題がある。

即ち、ロボットと遠隔操作部との間の通信には、画像圧縮や通信処理の時間などにより遅延が発生するために、遅延した画像をもとに遠隔操作しても障害物を回避することは困難で、ロボットが障害物に接触する可能性がある。特に、ロボットの移動速度が高速である程に遅延時間あたりの移動距離が長くなるために、ロボットと遠隔操作部との間で伝送される情報のリアルタイム性が損なわれ、正確に移動させることができない。

そこで、本発明は、ロボットと遠隔の操作者側との間に伝送遅延が生じていても安全に移動させることができる移動ロボット及び遠隔操作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、遠隔操作により指示された方向に移動手段にて移動する移動ロボットであって、少なくとも移動方向前方の障害物を検出する検出部と、前記検出部が検出した障害物までの距離を算出する障害物判定部と、監視センタから移動方向を受信する通信部と、前記障害物までの距離に基づき該障害物に接触する前に停止可能な移動速度を算出する速度算出部と、を備えて、前記監視センタから受信した移動方向に前記速度算出部が算出した速度で移動することを特徴としている。

好ましくは、前記通信部は、前記監視センタから移動方向と指示速度とを受信し、前記速度算出部は、前記検出部が障害物を検出しなければ、前記受信した指示速度を移動速度として出力し、前記検出部が障害物を検出すると、該障害物までの距離に基づき該障害物に接触する前に停止可能な移動速度を前記指示速度以内で算出して出力することを特徴としている。

また、好ましくは、更に、前記監視センタから受信した移動方向に移動する遠隔操作モードまたは自律的に移動方向を判断して移動する自律移動モードを設定するモード設定部を備え、前記遠隔操作モードに設定されているときに前記監視センタとの通信が不能になると、移動を停止する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、遠隔操作システムに関し、遠隔操作により指示された方向に移動手段にて移動する移動ロボットと、該移動ロボットを遠隔操作により移動させる監視センタとから構成される遠隔操作システムであって、前記移動ロボットは、少なくとも移動方向前方の障害物を検出する検出部と、前記検出部が検出した障害物までの距離を算出する障害物判定部と、画像を撮影する撮像部と、監視センタから移動方向と指示速度とを受信する通信部と、前記検出部が障害物を検出しなければ、前記受信した指示速度を移動速度として出力し、前記検出部が障害物を検出すると、該障害物までの距離に基づき前記指示速度以内で該障害物に接触する前に停止可能な移動速度を算出して出力する速度算出部と、前記監視センタから受信した移動方向に前記速度算出部が出力した速度で移動するよう移動手段を駆動する移動制御部と、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撮影した画像を表示する表示部と、前記移動ロボットを移動させる移動方向と移動させる指示速度を入力する入力部と、前記入力部から入力された移動方向と指示速度を前記通信部を介して移動ロボットに送信する制御部と、を備える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、移動ロボットは、監視センタから指示された方向に移動し、この移動速度を、障害物との相対距離に応じて移動ロボットが自律的に算出するため、障害物との接触を防止し、遠隔操作時の安全性を確保することができる。このため、移動ロボットと監視センタとの間で遅延が発生していても、移動ロボットが自律的に速度制御するので安全性を向上させることができる。

また、移動ロボットは、監視センタから指示速度を受信して、障害物がなければ監視センタから指示された速度で移動し、障害物がある場合には指示された速度内で安全に停止できる速度を算出して減速するために、周囲の状況に応じて自律的に移動速度を算出して安全が確認されれば指示範囲内で高速移動することが可能となる。
さらに、監視センタから移動速度の上限を指示できるので、状況に応じて低速かつ精密な操作も可能となる。

また、移動ロボットは、監視センタから遠隔操作されるモードにおいては、監視センタとの通信が確保できないときは、自ら移動を停止するので、遠隔操作時の安全性をより向上させることができる。

さらに、本発明に係る遠隔操作システムによれば、監視センタにおいて移動方向と移動速度の上限を指示することで、移動ロボットが障害物との相対距離に応じて移動速度を算出して移動するので、遠隔操作時の安全性を確保することができる。このため、移動ロボットと監視センタとの間で通信などの遅延が発生していても、移動ロボットが自律的に速度制御するので安全性を向上させることができる。
また、監視センタにおいて逐一移動ロボットの周囲状況を確認しながら精密な移動操作を行う必要がなく、監視センタの負担が低減される。

以下、本発明による移動ロボットの遠隔操作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６内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６内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、警備区域６内に予め設定された巡回経路を自律的に走行し、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、撮影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として機能させて警備情報を収集し、巡回経路中の異常有無の監視や、重要物の監視を行う。このとき、移動ロボット１は、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。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を遠隔操作して異常に対処させる。

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３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操作部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。操作部３２は、本発明の入力部として機能し、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。操作部３２から入力されるコマンドとしては、遠隔操作モード移行コマンドや、自律移動モード移行コマンド、操作コマンドなどがある。操作コマンドは、移動方向と、指示速度の情報を含んでいる。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、操作部３２から入力されたコマンドを制御信号として移動ロボット１に送信する。

監視センタ２では、移動ロボット１から受信した異常信号により異常の存在が認められると、管制員が操作部３２からコマンド入力して、遠隔操作モード移行信号を送信して移動ロボット１を遠隔操作モードに設定し、操作信号を送信して遠隔操作する。操作信号は、管制員が入力した操作コマンドからなる信号で、移動方向と指示速度の情報を含んでいる。移動ロボット１は、遠隔操作モードに設定されると、受信した操作信号に含まれた移動方向に移動する。このとき、移動ロボット１の移動速度は、周囲の障害物有無に応じて、操作信号に含まれた指示速度以内で安全に走行できる速度を移動ロボット１が算出する。
監視センタ２は、操作信号を間欠的に送信して移動ロボット１を遠隔操作し、異常に対処させる。対処が終了すると、自律移動モード移行信号を送信して遠隔操作モードを終了する。

以下、移動ロボット１について説明する。
図２は、移動ロボット１の構成を示す図である。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、撮像ユニット１６、画像処理部１７、異常検出部１８、通信部１９、記憶部２０、モード設定部２１、操作信号処理部２２、これら各部を制御する制御部２３、および、各部に電力を供給するバッテリ２４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。図示のように、移動ロボット１が巡回する予め設定された巡回経路には、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、移動ロボット１が巡回中に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２４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２３に出力する。制御部２３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、移動ロボット１が経路を巡回しているときに制御部２３による巡回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。巡回時の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、制御部２３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２３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２４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。

また、移動制御部１２は、移動ロボット１が遠隔操作モードに設定されているときは、監視センタ２から受信した操作信号に基づき制御部２３が出力する移動方向と移動速度とに従って移動ロボット１が移動するように、駆動モータ１１３，１１４を制御する。

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２３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、本発明の検出部として機能し、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２３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２３に出力する。

制御部２３は、移動ロボット１が自律移動モードに設定されているときに、障害物の相対位置が出力されると、移動制御部１２を制御して、移動の停止や減速、障害物の回避などの処理を行う。また、制御部２３は、移動ロボット１が遠隔操作モードに設定されているときに、障害物の相対位置が出力されると、障害物の位置を操作信号処理部２２に入力し、操作信号処理部２２が出力する移動速度と操作信号にて指示された移動方向に基づき移動制御部１２を制御して移動の停止や加減速、移動方向転換などの処理を行う。

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。
また、本実施例では、好適な態様として障害物検出部１５が移動ロボット１周囲の障害物を検出する例について説明したが、少なくとも移動ロボット１の移動方向前方の障害物が検出できればよく、全周囲の障害物を検出する例に限定されるものではない。

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、少なくとも移動ロボット１の移動方向前方を撮像範囲内に含んでいればよい。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、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２３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２３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の巡回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有無を判定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、移動ロボット１が停止するまでの制動距離に関する情報を示した制動距離情報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（自律移動時）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。

制動距離情報２０４は、移動制御部１２がモータ１１３，１１４を停止してから（ブレーキを作動させてから）移動ロボット１が停止するまでの制動距離に関する設定情報である。制動距離情報２０４には、警備区域６の路面の摩擦係数と、移動速度と摩擦係数から制動距離を算出するための情報が記憶されている。

モード設定部２１は、移動ロボットの動作モードを切り替える制御を行う。設定された動作モードは記憶部２０に記憶される。移動ロボット１は、通常、基準位置９にてバッテリ２４を充電した状態で待機モードに設定されている。このとき、モード設定部２１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、自律移動モードを設定する。移動ロボット１は自律移動モードに設定されると、上述した各部を作動させて経路情報２０１に基づき白線テープ７に沿って巡回経路の巡回を開始し、警備情報の収集作業を開始する。移動ロボットが基準位置９に帰還すると、モード設定部２１は待機モードを設定し、警備情報の収集作業を終了させて巡回を終了する。

また、モード設定部２１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２３は、監視センタ２から遠隔操作モード移行信号を受信すると、移動ロボット１の動作モードを遠隔操作モードに設定し、監視センタ２から自律移動モード移行信号を受信すると、移動ロボット１の動作モードを自律移動モードに設定する。また、監視センタ２から帰還モード移行信号を受信すると、移動ロボット１の動作モードを帰還モードに設定する。

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φｃと指示速度Ｖｃとが含まれる。移動ロボット１は、操作信号処理部２２にて指示された速度Ｖｃ以内で安全に走行できる移動速度Ｖｒを算出し、監視センタ２が指示した移動方向φｃ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Ｖｒ（＝Ｖｃ）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速度Ｖｒ（≦Ｖｃ）にて走行する。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。

また、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充電設備のある基準位置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（例えば警備情報を収集する警備情報収集部）の作動を停止して、自律走行する場合の電力である。この帰還モードは例えばバッテリ２４が減少した場合に利用される。

操作信号処理部２２は、速度算出部２２１を備える。操作信号処理部２２は、モード設定部２１が遠隔操作モードに設定されると作動する。
速度算出部２２１は、通信部１９を介して監視センタ２から操作信号として入力された指示速度Ｖｃと、障害物検出部１５にて検出された障害物の相対位置から移動速度Ｖｒを算出する。速度算出部２２は、移動ロボット１周囲の最も近傍に位置する障害物までの距離に基づき、記憶部２０に記憶された制動距離情報２０４から、移動ロボット１が当該障害物に接触する前に停止できる移動速度の範囲（Ｖ０〜Ｖｎ）を算出する。そして、この移動速度の範囲内において、指示速度Ｖｃ以下で最も高速となる速度を移動速度Ｖｒとして制御部２３に出力する。例えば、算出された移動速度の範囲が０Ｋｍ／ｈ〜４Ｋｍ／ｈであって、指示速度Ｖｃが５Ｋｍ／ｈであれば、移動速度Ｖｒとして４Ｋｍ／ｈを出力する。
速度算出部２２１が算出する、障害物への接触前に停止できる移動速度の範囲（Ｖ０〜Ｖｎ）は、障害物に近づくに従い減少し、最終的には移動不可能と判定して０Ｋｍ／ｈを算出することとなる。

ここで、移動ロボット１周囲の障害物の中で最も近傍の障害物までの距離に基づいて、移動ロボット１が当該障害物に接触する前に停止できる移動速度Ｖｒを算出することにより、操作信号にて急に移動方向転換した場合であっても、移動ロボット１近傍の障害物への接触を防止でき、方向転換後の移動方向に存在する障害物への接触をも防止することができる。

なお、本実施例では、好適な態様として速度算出部２２１が移動ロボット１周囲の最も近傍に位置する障害物までの距離に基づき、移動速度Ｖｒを算出する例について説明したが、少なくとも移動ロボット１の移動方向前方において最も近傍の障害物までの距離に基づきこの障害物に接触する前に停止できる移動速度を算出できればよく、全周囲の障害物までの距離を要する例に限定されるものではない。

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２３に入力する。

制御部２３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、モード設定部２１、操作信号処理部２２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２３は、通信部１９を介して無線基地局５の電界強度を監視している。制御部は、通信部１９による受信電界強度が所定値以下になると、監視センタ２との通信が不通と判定する。制御部２３は、モード設定部２１が遠隔操作モードに設定されているときに監視センタ２との通信が不通になると、移動制御部１２を制御して移動ロボット１を停止させる。電界強度が所定値以上となり監視センタ２から制御信号を受信すると、制御部２３は、移動制御部１２を制御して移動を再開する。
これにより、遠隔操作により、通信圏外に移動したときの安全性を確保することができる。

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、遠隔操作による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２４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、自律移動モードに設定され、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移動速度が求められ、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を遠隔操作モードに設定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は自律移動モードにて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移動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を参照して遠隔操作に基づく動作制御の詳細を説明する。図４は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、モード設定部２１が自律移動モードを設定し、移動手段１１により巡回経路の移動を開始する（ＳＴ１）。そして、移動ロボット１は、巡回が終了するまで間、障害物検出部１８を作動させて周囲の障害物を検出するとともに、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、移動ロボット１は、巡回が終了するまで間、制御部２３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

移動ロボット１は、巡回経路を移動しながら、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２３及び自己位置検出部１４により現在位置と姿勢を検出し（ＳＴ３）、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）、監視センタ２から遠隔操作モード移行信号を受信したか否かを判定する（ＳＴ５）。

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表示部３１に移動ロボット１が検知した異常の内容や、画像、位置を表示する。管制員は、表示された情報を参照して異常の存在が認められると移動ロボット１を遠隔操作モードに移行させる。即ち、操作部３２から遠隔操作モード移行コマンドを入力し、移動ロボット１に遠隔操作モード移行信号を送信する。
また、監視センタ２の管制員は、遠隔操作が終了すると、操作部３２から自律移動モードコマンドを入力し、移動ロボット１に自律移動モード移行信号を送信する。

ここで、移動ロボット１が監視センタ２から遠隔操作モード移行信号を受信していなければ、自律移動モードにより巡回を継続して警備情報の収集作業を行う（ＳＴ５−Ｎｏ）。
他方、移動ロボット１が監視センタ２から遠隔操作モード移行信号を受信すると（ＳＴ５−Ｙｅｓ）、移動ロボット１は移動を停止して巡回経路の巡回を中断し、モード設定部２１が作動モードを遠隔操作モードに設定する（ＳＴ６）。そして、移動ロボット１は操作信号の受信を待ち受ける（ＳＴ７）。

監視センタ２の管制員は、移動ロボット１を遠隔操作モードに移行させると、表示部３１に表示された移動ロボット１の位置情報や撮影画像を参照して遠隔操作し、所望の方向に移動させる。即ち、操作部３２から操作コマンドを入力し、移動ロボット１に操作信号を送信する。ここで、操作部３２から入力される操作コマンドは、ジョイスティックやカーソルキーで入力される移動ロボット１の相対的な移動方向φｃと、キーボードやダイヤル、ポインティングデバイスなどで入力される移動ロボット１の移動速度の最大許容値（指示速度Ｖｃ）とである。管制員は、遠隔操作により対処すべき内容に応じて、例えば、急行すべき対処であれば高速に、精密に操作したい場合などは低速となるよう、移動速度の最大許容値を入力し、指示速度Ｖｃとして送信する。

なお、指示速度Ｖｃは、操作部３２から数値を入力することで設定されてもよく、予め段階的に多段階で設定され記憶された速度レベルを指定することで設定されてもよい。多段階で設定される速度レベルは、監視センタ２と移動ロボット１とに速度レベルのテーブルを記憶しておくことで実現でき、管制員の操作が簡素化され操作性が向上する。

移動ロボット１は、操作信号を受信すると（ＳＴ７−Ｙｅｓ）、受信した移動方向φｃと指示速度Ｖｃとを制御部２３が抽出する（ＳＴ９）。
次に、操作信号処理部２２にて、周囲の障害物までの距離と移動ロボット１の制動距離から、障害物に接触する前に停止可能な移動速度の範囲（Ｖ０〜Ｖｎ）を算出する。そして、算出された移動速度範囲から、指示速度Ｖｃ以内で最大となる移動速度Ｖｒを出力する（ＳＴ１０）。
移動制御部１２は、操作信号処理部２２から出力される移動速度Ｖｒにて移動手段１１を駆動して、次に操作信号が入力されるまで、移動方向φｃに移動ロボット１を移動させる（ＳＴ１１）。

これにより、移動ロボット１は、監視センタ２から指示速度Ｖｃを受信して、障害物がなければ監視センタ２から指示された速度Ｖｃで移動し、障害物がある場合には指示された速度Ｖｃ以内で安全に停止できる速度Ｖｒ（≦Ｖｃ）を算出して減速するために、周囲の状況に応じて自律的に移動速度を算出でき、監視センタ２からの指示に遅延が発生している場合であっても安全に、かつ、可能な限り高速に移動させることができる。
さらに、監視センタから移動速度の最大許容値（上限）を指示できるので、状況に応じて低速走行させて精密な操作も可能となる。

移動ロボット１は、次に、操作信号を受信したかどうかを判定し（ＳＴ１２）、操作信号を受信すれば（ＳＴ１２−Ｙｅｓ）、ＳＴ９に戻り、移動方向φｃと指示速度Ｖｃを抽出する。また、操作信号を受信していなければ（ＳＴ１２−Ｎｏ）、自律移動モード移行信号を受信したか否かを判定する（ＳＴ１３）。自律移動モード移行信号を受信すれば（ＳＴ１３−Ｙｅｓ）遠隔操作モードを終了し、ＳＴ１に戻って、動作モードを自律移動モードに設定して巡回を再開する。このとき、移動ロボット１の現在位置が巡回経路（白線テープ７）上になければ、移動ロボット１は、環境地図２０２に基づき自律走行して巡回経路に復帰する。

自律移動モード移行信号を受信していなければ（ＳＴ１３−Ｎｏ）、通信部１９が受信する電界強度に基づき監視センタ２との通信が不通か否かを判定する（ＳＴ１４）。電界強度がしきい値以下で監視センタ２との通信が不通であると判定されると（ＳＴ１４−Ｙｅｓ）、移動制御部１２は移動手段１１の駆動を停止し、移動ロボット１を停止させる（ＳＴ１５）。
これにより、遠隔操作によって通信圏外に移動したときに、移動ロボット１が暴走することを防止して、安全性を確保することができる。

他方、監視センタ２との通信が確保されていれば（ＳＴ１４−Ｎｏ）、ＳＴ１０に戻り、最新に計測された障害物までの距離情報に基づいて、現在移動している移動方向φｃへの移動速度Ｖｒを再度算出して（ＳＴ１０）、移動手段１１を駆動する（ＳＴ１１）。このように、移動ロボット１は、遠隔操作モードにおいて、ＳＴ１０からＳＴ１４を繰り返して、障害物との距離に基づき速度Ｖｒを可変しながら移動する。そして、移動方向前方の障害物に近づくに従い移動速度Ｖｒは減少し、最終的には停止する。また、新たに操作信号を受信すれば、これに基づき移動方向φｃと移動速度Ｖｒを可変して移動制御する。

これにより、監視センタ２から指示された方向φｃに移動するときの移動速度Ｖｒを、障害物との相対距離に応じて移動ロボット１が自律的に算出するため、障害物との接触を防止して遠隔操作時の安全性を確保することができる。このため、移動ロボット１と監視センタ２との間で遅延が発生し、遅延した情報に基づいて監視センタ２が移動ロボット１を操作する場合であっても、移動ロボット１が自律的に速度制御して接触を防止するので安全性を向上させることができる。

このように、本実施形態によれば、遠隔操作時に移動ロボット１が障害物に接触することを防止して安全性を向上させることができる。
また、監視センタ２においては、移動ロボット１の周囲状況を逐一確認しながら精密な移動操作を行う必要がなく、移動させたい方向と速度の最大許容値を入力するだけでよいため、監視センタの負担が低減される。

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、遠隔から操作されて移動する移動体であれば、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、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、移動ロボット１は、監視センタ２から移動方向φｃと指示速度Ｖｃを操作信号として受信する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、監視センタ２は、移動ロボット１を遠隔操作する場合に、操作部３２から移動方向φｃのみを入力して移動ロボット１に送信し、移動ロボット１を移動方向φｃに移動させるよう遠隔操作する。この場合、移動ロボット１は、速度算出部２２１にて、周囲の障害物までの距離と移動ロボット１の制動距離から、障害物に接触する前に停止可能な移動速度の範囲（Ｖ０〜Ｖｎ）を算出し、算出された移動速度範囲で最大となる移動速度Ｖｒ（＝Ｖｎ）を出力するよう構成する。そして、移動ロボット１は、受信した移動方向φｃに速度Ｖｒで移動するよう移動手段１１を駆動する。
このように構成することで、監視センタ２では、移動ロボット１の位置情報や撮影画像を参照して移動方向を指示するだけでよく、移動ロボット１が障害物との相対距離に応じて速度を自律的に算出するため、監視センタ２の操作が簡素化され利便性が向上するとともに、障害物への接触を防止して安全性を確保することができる。

本発明の実施の形態に係る移動ロボットの遠隔操作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 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

Claims (4)

1. 遠隔操作により指示された方向に移動手段にて移動する移動ロボットであって、
   少なくとも移動方向前方の障害物を検出する検出部と、
   前記検出部が検出した障害物までの距離を算出する障害物判定部と、
   監視センタから移動方向を受信する通信部と、
   前記障害物までの距離に基づき該障害物に接触する前に停止可能な移動速度を算出する速度算出部と、
   を備えて、
   前記監視センタから受信した移動方向に前記速度算出部が算出した速度で移動することを特徴とした移動ロボット。
   
   
2. 前記通信部は、前記監視センタから移動方向と指示速度とを受信し、
   前記速度算出部は、前記検出部が障害物を検出しなければ、前記受信した指示速度を移動速度として出力し、前記検出部が障害物を検出すると、該障害物までの距離に基づき該障害物に接触する前に停止可能な移動速度を前記指示速度以内で算出して出力する請求項１記載の移動ロボット。
   
   
3. 更に、前記監視センタから受信した移動方向に移動する遠隔操作モードまたは自律的に移動方向を判断して移動する自律移動モードを設定するモード設定部を備え、
   前記遠隔操作モードに設定されているときに前記監視センタとの通信が不能になると、移動を停止する請求項１または２に記載の移動ロボット。
   
   
4. 遠隔操作により指示された方向に移動手段にて移動する移動ロボットと、該移動ロボットを遠隔操作により移動させる監視センタとから構成される遠隔操作システムであって、
   前記移動ロボットは、
   少なくとも移動方向前方の障害物を検出する検出部と、
   前記検出部が検出した障害物までの距離を算出する障害物判定部と、
   画像を撮影する撮像部と、
   監視センタから移動方向と指示速度とを受信する通信部と、
   前記検出部が障害物を検出しなければ、前記受信した指示速度を移動速度として出力し、前記検出部が障害物を検出すると、該障害物までの距離に基づき前記指示速度以内で該障害物に接触する前に停止可能な移動速度を算出して出力する速度算出部と、
   前記監視センタから受信した移動方向に前記速度算出部が出力した速度で移動するよう移動手段を駆動する移動制御部と
   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撮影した画像を表示する表示部と、
   前記移動ロボットを移動させる移動方向と移動させる指示速度を入力する入力部と、
   前記入力部から入力された移動方向と指示速度を前記通信部を介して移動ロボットに送信する制御部と、
   を備えたことを特徴とする移動ロボットによる遠隔操作システム。
   
   
   
   

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