JP2007035031A - 映像認識の可能な移動体とそれを含む移動体誘導システム - Google Patents

Abstract

【課題】充電台を特殊設計とすることなしに、移動体を充電台のドッキング位置に迅速、正確に誘導することができる映像認識可能な移動体誘導システムを提供する。
【解決手段】充電台１００の移動体２００とのドッキング位置に移動体２００を誘導するドッキング誘導パターンの中心点が電源端子と一直線上に位置するように前記ドッキング誘導パターンが印刷されている充電台１００と、カメラ２１０を介して撮影された前記ドッキング誘導パターンの中心点がカメラ２１０を介して撮影される撮影映像内の中心点と一致するようにホイール駆動を制御して、カメラ２１０を介して獲得されたドッキング誘導パターンの中心点に沿うようにホイールを駆動して、ドッキング位置に移動する移動体２００とを具備する。
【選択図】図５

Description

本発明は、移動体誘導システムに関するもので、特に映像認識の可能な移動体とそれを含む移動体誘導システムに関するものである。

ロボットは、産業用に開発され、工場自動化の一環として使用されたり、人間が耐えられない極限の環境で人間のかわりに情報を収集したり採集するのに使用されてきた。このようなロボット工学分野は、近来に入って最尖端宇宙開発産業に使用されながら発展を重ね、最近は人間と親和的な家庭用ロボットが開発されるに至った。

このような人間と親和的な家庭用移動ロボットは、移動性保障のための手段としてバッテリーが使われており、バッテリー充電電圧が設定レベル以下に落ちると、バッテリー充電のために充電台に自動復帰するようにプログラムされている。

図１と図２は、移動体の一例である従来の掃除用ロボットが充電台にドッキングするまでの過程を説明するための図面である。

図１及び図２を参照すると、掃除用ロボット１は、充電台５の誘導信号送出手段８から送出される誘導信号の案内を受けて充電台５の位置する場所まで復帰した後、下記のような方法によってドッキング位置（充電台の電源端子の位置）まで移動する。

つまり、従来の掃除ロボット本体１の外周面には、バッテリーを充電するための充電端子２が円弧状に形成されており、その充電端子２の両側には、掃除用ロボット１をドッキング位置まで誘導するための接触センサー４Ａ，４Ｂが同一形状で設置されている。また、充電台５の前面部には電源端子６が設置されており、その両側には湾曲した一対のガイド７が設置されている。

従って、掃除用ロボット１の移動を全般的に制御する制御部は、接触センサー４Ａ，４Ｂがガイド７と接触する時、駆動輪１Ａ，１Ｂを正方向または逆方向に回転させて掃除用ロボット１の充電端子２が充電台５の電源端子６に接触するように掃除用ロボット１の進行方向を調整する。

しかし、上述の従来の方法は、正確な数値情報を利用することなく、単純に接触センサー４Ａ，４Ｂとガイド７の接触有無だけによって掃除用ロボット１をドッキング位置に移動させるため、充電端子２と電源端子６のドッキング時、複数回にわたる移動を伴うという問題点が発生する。

また、掃除用ロボット１をドッキング位置まで誘導するためのガイド７を充電台５に設置しなければならないという関係上、充電台５の機構的構造が複雑になるのみならず、ガイド７の突出のため外部衝撃によって容易に破損される恐れが高い。

そこで、本発明の目的は、迅速かつ正確に充電台のドッキング位置に移動することのできる、映像認識の可能な移動体とそれを含む移動体誘導システムを提供することであり、
さらに、本発明のもう１つの目的は、充電台の特別な機械的変形設計あるいは機構物の支援なしでも、ドッキング位置に迅速、正確に移動することのできる移動体とそれを含む移動体誘導システムを提供することである。

前記目的を達成するための本発明の実施例による映像認識の可能な移動体は、
ドッキング位置に誘導するドッキング誘導パターンを撮影するためのカメラと、
撮影された映像から前記ドッキング誘導パターンとその中心点とを抽出するドッキング誘導パターン抽出部と、
抽出されたドッキング誘導パターンの画素数と基準位置で撮影されたドッキング誘導パターンの画素数比によってドッキング位置までの距離情報を演算する距離情報算出部と、
抽出されたドッキング誘導パターンの中心点と、撮影映像内の中心点情報及び前記ドッキング位置までの距離情報を演算して、ドッキング位置からの移動体オフセット情報を算出するオフセット情報算出部と、
前記オフセット情報と距離情報とによって移動体のホイール駆動を制御するホイール駆動部とを具備していることを特徴とする。

さらに、本発明の他の実施例による移動体誘導システムは、
ドッキング位置に誘導するドッキング誘導パターンの中心点が電源端子と一直線上に位置するように前記ドッキング誘導パターンが印刷されている充電台と、
カメラを介して撮影された前記ドッキング誘導パターンの中心点が前記カメラを介して撮影される撮影映像内の中心点と一致するようにホイールの駆動を制御してドッキング位置に移動する移動体とを具備していることを特徴とする。

上述したような本発明の特徴によると、移動体は、カメラを介して獲得されたドッキング誘導パターンの中心点に沿うようにホイールを駆動するため、迅速かつ正確に充電台のドッキング位置に移動させることができ、
さらには、充電台に付着可能なドッキング誘導パターンを利用する関係上、充電台の特別な機械的変形設計あるいは機構物の支援なしでも、移動体をドッキング位置に迅速、正確に誘導することができるという長所がある。

以下に述べるように、本発明は、カメラを介して獲得されたドッキング誘導パターンの中心点に沿うようにホイールを駆動させるため、迅速かつ正確に充電台のドッキング位置に移動させることができるという長所があり、
さらには、充電台に付着されたドッキング誘導パターンを利用する関係上、充電台の特別な機械的変形設計あるいは機構物の支援なしでも、移動体をドッキング位置に迅速、正確に誘導することができるという長所がある。

以下、本発明の好ましい実施例を、添付図面を参照して詳細に説明する。本発明を説明するにおいて、関係する公知の機能あるいは構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不要に不明にすると判断される場合、それに関する詳細な説明は省略することにする。

以下、添付図面を参照すると、図３は、本発明の実施例による移動体誘導システムを構成する移動体２００と充電台１００とを示した図面で、図４は、移動体２００をドッキング位置に誘導するために充電台１００に印刷されるドッキング誘導パターン１１０，Ｂを説明するための図面で、図５は、本発明の実施例による移動体誘導システムのブロック構成図である。

まず、図３に示されているように、移動体誘導システムは、大きく分けて、バッテリーの充電レベルが許容する範囲内で所定の領域内を移動する移動体２００と、移動体２００のバッテリーを充電するための充電台１００とで構成されている。

移動体２００に電源を供給する充電台１００の電源端子とドッキング誘導パターンの中心点とが垂直一軸線上に位置するように、ドッキング誘導パターン１１０，Ｂが充電台１００に印刷されている。このドッキング誘導パターンＢの一例を図４（a）に示した。このドッキング誘導パターンＢは、後述する移動体２００をドッキング位置に誘導するための一つの補助材で、ドッキング誘導パターンＢとその中心点Ｃは、互い異なる輝度レベルを有するように彩色される。このように、ドッキング誘導パターンの中心点Ｃとそのドッキング誘導パターンＢとを互い異なる輝度レベルに彩色する理由は、前記中心点Ｃを利用して、移動体２００がドッキング位置からオフセットされている回転角を検出するためである。

本発明の上記の実施例では、前記ドッキング誘導パターンの中心点Ｃとそのドッキング誘導パターンＢとが互い異なる輝度レベルに彩色されるものと仮定したが、同じ輝度レベルを有するように彩色しても良い。この場合も、ドッキング誘導パターンの形状を抽出した後、その抽出形状から中心点を求めるアルゴリズムを採用することによって、移動体２００がドッキング位置からオフセットされている回転角を検出することができる。

充電台１００は、図５に示されているように、移動体２００のバッテリーに充電電源を供給するための電源供給部１３０と、充電台１００の動作を全般的に制御する充電台制御部１２０とを含み、移動体２００のドッキングを迅速かつ正確に誘導するための補助手段として、ドッキング誘導信号（赤外線あるいは超音波）を送信する誘導信号送信機１４０を更に含むことができる。

一方、前記ドッキング誘導パターンを撮影するためのカメラ２１０が、移動体２００である掃除ロボット本体の外部に装着されるか、本体内に収納されるが、この場合、カメラ２１０は、充電台１００の電源端子と移動体２００の充電端子とが一直線上にあり、充電台１００から既設定された距離だけ離隔された基準位置でカメラ２１０を介して得られる撮影映像内の中心点｛図４（a）のＡ点｝と、前記ドッキング誘導パターンＢの中心点Ｃとが一致するように、本体の外部に装着、または本体内に収納される。これは既に言及したように、ドッキング誘導パターン内の中心点Ｃの検出を介して移動体２００のオフセット情報を検出するためである。

参考のために、前記基準位置は、ドッキング位置までの距離を計算するために必要な情報で、基準位置で得られるドッキング誘導パターンの画素数を予め移動体２００内のメモリーに登録しておくと、その後、その登録画素数と新しく抽出されたドッキング誘導パターンの画素数比から基準位置までの距離を演算することができる。例えば、充電台１００の電源端子と移動体２００の充電端子とが結合される位置を基準位置に設定することもできる。

また、移動体２００の移動体制御部２４０は、図５に示されているように、カメラ２１０を介して撮影された映像からドッキング誘導パターンＢとその中心点Ｃとを抽出するドッキング誘導パターン抽出部２４１と、前記抽出されたドッキング誘導パターンＢの画素数と基準位置で撮影されたドッキング誘導パターン画素数比によってドッキング位置までの距離情報を演算する距離情報算出部２４３と、抽出された前記ドッキング誘導パターンＢの中心点Ｃと撮影映像内の中心点Ａ情報及び前記ドッキング位置までの距離情報の演算に基づいて、ドッキング位置からの移動体オフセット情報を算出するオフセット情報算出部２４５と、前記オフセット情報と距離情報とによって移動体のホイールの駆動を制御するホイール駆動部２４７とを含む。

また、移動体２００は、ドッキングを迅速かつ正確に誘導するために、充電台１００の誘導信号送信機１４０から送信されるドッキング誘導信号（赤外線あるいは超音波）を受信するための誘導信号受信機２３０を更に含むことができる。

図５に示された移動体２００の構成要素のうち、未説明の参照符合２２０は、移動体２００の駆動源を提供するバッテリーと、そのバッテリーに充電電圧を供給するための充電部を、２５０は、移動体制御部２４０から印加される駆動制御信号によってホイールモーター２６０を駆動するホイールモーター駆動部を、また２７０は、左輪と右輪のホイール各々に連結されたエンコーダで左輪及び右輪のホイールの回転量を感知し、それらに相応する回転数データを移動体制御部２４０にフィードバックする回転量感知部２７０を示したもので、このような構成は一般的な掃除用ロボットの構成と同様であるので、これに関する付加説明は省略する。

以下、上述した構成を有する移動体誘導システムの動作を、添付の図６を参照して説明する。

図６は、本発明の実施例による移動体２００がドッキング位置に移動するまでの過程を説明するための図を示したものである。

バッテリー充電電圧が設定レベル以下に落ちると、移動体２００のカメラ２１０は、移動体制御部２４０の制御によって充電台１００に印刷（あるいは付着）されているドッキング誘導パターンＢを撮影（Ｓ１段階）する。この場合、ドッキング誘導パターン抽出部２４１は、上記の撮影映像から周期的にドッキング誘導パターンＢとその中心点Ｃとを抽出（Ｓ２，Ｓ３段階）する。

つまり、既にドッキング誘導パターンの彩色情報を知っているため、そのような彩色を有する輝度レベルのエッジ検出技法によってドッキング誘導パターンＢの抽出が可能である。また、ドッキング誘導パターンＢの中心点Ｃも、ドッキング誘導パターンＢの輝度レベルとは異なる輝度レベルを有するので、そのパターンＢ内で中心点Ｃの抽出が可能である。

上記のような方法でドッキング誘導パターンＢとその中心点Ｃの抽出が完了したら、距離情報算出部２４３は、前記の抽出されたドッキング誘導パターンＢの画素数と基準位置で撮影されたドッキング誘導パターン画素数比によって実際のドッキング位置までの距離情報を演算（Ｓ４段階）する。そして、オフセット情報算出部２４５は、抽出された前記ドッキング誘導パターンＢの中心点Ｃと撮影映像Ｄ内の中心点Ａ情報及び前記ドッキング位置までの実際の距離情報の演算に基づいて、ドッキング位置Ｃからの移動体２００のオフセット情報を算出（Ｓ５段階）する。

より具体的には、例えば図４（ｂ）に示されているように、撮影映像Ｄ内右側上端にドッキング誘導パターンＢが位置するとすると、まず距離情報算出部２４３は、ドッキング誘導パターンＢ内の中心点Ｃからそのパターンのエッジまでの画素数を利用して、実際に撮影されたドッキング誘導パターンＢの画素数と基準位置で撮影されたドッキング誘導パターン画素数比によって、実際のドッキング位置までの距離情報を計算することができる。また、オフセット情報算出部２４５は、Ｓ３段階で抽出されたＣ点とＡ点の間の距離を距離情報算出部２４３で計算された距離情報で割ってアークタンジェント化することにより、移動体２００のオフセット情報を算出することができる。

距離情報算出部２４３とオフセット情報算出部２４５から各々求められた距離情報とオフセット情報とによってホイール駆動部２４７がホイールを駆動（Ｓ６段階）すると、移動体２００は、漸進的にドッキング位置Ｃと一直線上におかれ、ドッキング位置に移動することになり、このような動作を繰り返すことによって、仮にドッキング位置Ｃから移動体２００が離脱しても、再びドッキング位置Ｃと一直線上に移動体２００を位置させ、ドッキング位置に移動させる結果が得られることによって、移動体２００を充電台１００にドッキングさせることができる。

従って、本発明は、充電台の特別な機械的変形設計あるいは機構物の支援なしでも、ドッキング位置に迅速、正確に移動体を移動させることができるという結果をもたらすことになるのである。

移動体の一例である従来の掃除用ロボットが充電台にドッキングするまでの過程を説明するための図（その１）である。 移動体の一例である従来の掃除用ロボットが充電台にドッキングするまでの過程を説明するための図（その２）である。 本発明の実施例による移動体誘導システムを構成する移動体と充電台とを示した図である。 移動体をドッキングさせるために充電台に印刷されるドッキング誘導パターンを説明するための図である。 本発明の実施例による移動体誘導システムのブロック構成図である。 本発明の実施例による移動体が充電台にドッキングするまでの過程を説明するための図である。

符号の説明

１００ 充電台
１１０ ドッキング誘導パターン
１２０ 充電台制御部
１３０ 電源供給部
１４０ 誘導信号送信機
２００ 移動体
２１０ カメラ
２２０ バッテリー／充電部
２３０ 誘導信号受信機
２４０ 移動体制御部
２４１ ドッキング誘導パターン抽出部
２４３ 距離情報算出部
２４５ オフセット情報算出部
２４７ ホイール駆動部
２５０ ホイールモーター駆動部
２６０ ホイールモーター
２７０ 回転量感知部

Claims (14)

1. ドッキング位置に誘導するドッキング誘導パターンを撮影するためのカメラと、
   撮影された映像から前記ドッキング誘導パターンとその中心点とを抽出するドッキング誘導パターン抽出部と、
   前記の抽出されたドッキング誘導パターンの画素数と基準位置で撮影されたドッキング誘導パターンの画素数比によって前記ドッキング位置までの距離情報を演算する距離情報算出部と、
   前記の抽出されたドッキング誘導パターンの中心点と、撮影映像内の中心点情報及び前記ドッキング位置までの距離情報を演算して、前記ドッキング位置からの移動体オフセット情報を算出するオフセット情報算出部と、
   前記オフセット情報と距離情報とによって移動体のホイール駆動を制御するホイール駆動部と、を具備していることを特徴とする映像認識の可能な移動体。
2. 前記カメラは、基準位置で撮影された映像の中心点とドッキング誘導パターンの中心点とが一致するように移動体に装着されていることを特徴とする請求項１に記載の映像認識の可能な移動体。
3. 前記ドッキング誘導パターン抽出部は、ドッキング誘導パターンの彩色情報に対応する輝度レベルのエッジ検出によってドッキング誘導パターンを抽出することを特徴とする請求項１に記載の映像認識の可能な移動体。
4. 前記ドッキング誘導パターン抽出部は、ドッキング誘導パターンの彩色情報とはちがう輝度レベルの検出によってドッキング誘導パターンの中心点を抽出することを特徴とする請求項３に記載の映像認識の可能な移動体。
5. 前記オフセット情報算出部は、抽出されたドッキング誘導パターンの中心点と撮影映像内の中心点間の距離を前記ドッキング位置までの距離情報で割ってアークタンジェント化して算出することを特徴とする請求項１に記載の映像認識の可能な移動体。
6. ドッキング誘導信号を受信するための誘導信号受信機を更に含んでいることを特徴とする請求項１に記載の映像認識の可能な移動体。
7. 前記移動体は掃除ロボットであることを特徴とする請求項１に記載の映像認識の可能な移動体。
8. ドッキング位置に誘導するドッキング誘導パターンの中心点が電源端子と一直線上に位置するように前記ドッキング誘導パターンが印刷されている充電台と、
   カメラを介して撮影された前記ドッキング誘導パターンの中心点が前記カメラを介して撮影される撮影映像内の中心点と一致するようにホイール駆動を制御してドッキング位置に移動する移動体と、を具備していることを特徴とする映像認識の可能な移動体誘導システム。
9. 前記移動体は、
   前記ドッキング誘導パターンを撮影するためのカメラと、
   撮影された映像から前記ドッキング誘導パターンとその中心点とを抽出するドッキング誘導パターン抽出部と、
   前記の抽出されたドッキング誘導パターンの画素数と基準位置で撮影されたドッキング誘導パターンの画素数比によってドッキング位置までの距離情報を演算する距離情報算出部と、
   前記抽出されたドッキング誘導パターンの中心点と、撮影映像内の中心点情報及び前記ドッキング位置までの距離情報を演算して、前記ドッキング位置からの移動体オフセット情報を算出するオフセット情報算出部と、
   前記オフセット情報と距離情報とによって移動体のホイール駆動を制御するホイール駆動部と、を具備していることを特徴とする請求項８に記載の映像認識の可能な移動体誘導システム。
10. 前記カメラは、基準位置で撮影された映像の中心点とドッキング誘導パターンの中心点とが一致するように移動体に装着されていることを特徴とする請求項９に記載の映像認識の可能な移動体誘導システム。
11. 前記オフセット情報算出部は、前記抽出されたドッキング誘導パターンの中心点と撮影映像内の中心点間の距離を前記ドッキング位置までの距離情報で割ってアークタンジェント化して算出することを特徴とする請求項９に記載の映像認識の可能な移動体誘導システム。
12. 前記充電台と移動体は、各々ドッキング誘導信号を送信するための誘導信号送信機と、そのドッキング誘導信号を受信するための誘導信号受信機を更に含んでいることを特徴とする請求項８に記載の映像認識の可能な移動体誘導システム。
13. 前記ドッキング誘導パターンとその中心点とは、互い異なる輝度レベルを有するように彩色されていることを特徴とする請求項８に記載の映像認識の可能な移動体誘導システム。
14. 前記移動体は掃除用ロボットであることを特徴とする請求項８に記載の映像認識の可能な移動体誘導システム。

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