JP2007229854A - 自律移動型ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】特定人物に随伴して移動する際、特定人物が歩行障害物につまずかないように警告することができる自律移動型ロボットを提供する。
【解決手段】モビルロボットは、特定人物を含む周辺状況をＣＣＤカメラ６Ａ，６Ｂにより撮影しつつ、駆動車輪のホイールインモータ１Ａ，１Ｂをホイールインモータ制御部５Ｅにより制御することで、特定人物に随伴して移動する。その際、足先位置検出部５Ｆが特定人物の歩行時の足先の位置を順次検出し、足先移動経路モデル構築部５Ｇが足先の移動経路モデルを構築することにより、足先移動経路予測部５Ｈが足先の移動経路を順次予測する。また、路面障害物検出部５Ｊが特定人物の前方の路面障害物を検出し、その路面障害物が足先の移動経路上に位置する場合には、歩行障害物警告部５Ｋが路面障害物を歩行障害物とみなしてその存在をスピーカ７およびプロジェクタ８により警告する。
【選択図】図３

Description

本発明は、特定人物に随伴して移動可能な自律移動型ロボットに関するものである。

近年、走行装置や歩行装置により自律的に移動して各種の作業を行うロボットの研究開発が盛んに行われており、その成果として各種の自律移動型ロボットが提案されている（例えば特許文献１、２参照）。

ここで、特許文献１には、特定の被案内者の歩行状態に応じて自律的に移動することで特定の被案内者を所定の案内先まで案内するロボットが提案されている。また、特許文献２には、駐車場内において車両の運転者に適切な情報を提供して車両を駐車区画へ誘導するロボットが提案されている。
特開２００３−３４０７６４号公報 特開２００５−２９０８１３号公報

ところで、特許文献１に記載された従来の自律移動型ロボットにおいては、特定の被案内者を所定の案内先まで案内することはできても、その特定人物が前方の歩行路面にある段差や突部などの歩行障害物につまずかないように警告することはできない。特許文献２に記載された自律移動型ロボットにおいても同様の問題がある。

そこで、本発明は、特定人物に随伴して移動する際、特定人物が歩行障害物につまずかないように警告することができる自律移動型ロボットを提供することを課題とする。

本発明に係る自律移動型ロボットは、特定人物を含む周辺状況を観測しつつその観測情報に基づき特定人物に随伴して移動可能な自律移動型ロボットにおいて、特定人物の歩行時の足先の位置を順次検出する足先位置検出手段と、足先位置検出手段により順次検出された足先の位置情報に基づいて足先の移動経路モデルを構築する足先移動経路モデル構築手段と、足先移動経路モデル構築手段により構築された足先の移動経路モデルおよび足先位置検出手段により順次検出される足先の位置情報に基づいて足先の移動経路を順次予測する足先移動経路予測手段と、特定人物の前方の路面障害物を検出する路面障害物検出手段と、路面障害物検出手段により検出された路面障害物が足先移動経路予測手段により予測された足先の移動経路上に位置する場合に路面障害物を歩行障害物としてその存在を警告する歩行障害物警告手段とを備えていることを特徴とする。

ここで、「足先」とは、足首よりも先の部分であって、つまずく可能性のある部分をいう。代表例は「爪先」であるが、これに限定されるものではない。

本発明に係る自律移動型ロボットでは、特定人物を含む周辺状況を観測しつつその観測情報に基づき特定人物に随伴して移動する際、足先位置検出手段が特定人物の歩行時の足先の位置を順次検出し、足先移動経路モデル構築手段が足先の移動経路モデルを構築することにより、足先移動経路予測手段が足先の移動経路を順次予測する。また、路面障害物検出手段が特定人物の前方の路面障害物を検出し、その路面障害物が足先の移動経路上に位置する場合には、歩行障害物警告手段が路面障害物を歩行障害物とみなしてその存在を警告する。

本発明に係る自律移動型ロボットでは、足先位置検出手段が特定人物の歩行時の足先の位置を順次検出し、足先移動経路モデル構築手段が足先の移動経路モデルを構築することにより、足先移動経路予測手段が足先の移動経路を順次予測する。また、路面障害物検出手段が特定人物の前方の路面障害物を検出し、その路面障害物が足先の移動経路上に位置する場合には、歩行障害物警告手段が路面障害物を歩行障害物とみなしてその存在を警告する。従って、本発明に係る自律移動型ロボットによれば、特定人物に随伴して移動する際、特定人物が歩行障害物につまずかないように警告することができる。

以下、図面を参照して本発明に係る自律移動型ロボットの実施形態を説明する。参照する図面において、図１は一実施形態に係る自律移動型ロボットとしてのモビルロボットおよびその主人としての特定人物を模式的に示す平面図、図２は図１に示したモビルロボットの構造を示す側面図、図３は図２に示した制御装置の構成を示すブロック図、図４は図３に示した制御装置による処理手順の一部を示すフローチャートである。

一実施形態に係る自律移動型ロボットは、図１に示すように、主人としての特定人物Ｍに随伴して移動可能なモビルロボットＲとして構成されている。このモビルロボットＲは、特定人物Ｍの近傍において、特定人物Ｍおよびその周辺状況を観測しつつその観測情報に基づいて特定人物Ｍを先導し、あるいは特定人物Ｍに追従する。

図２に示すように、モビルロボットＲは、走行装置１により移動可能なボディＲ１と、このボディＲ１に対して回転可能に接続されたヘッドＲ２とを備えており、ボディＲ１には、各種のメッセージを画像や文字により表示可能なディスプレイ２が設置されている。そして、このボディＲ１には、電源としてのバッテリ３、ヘッドＲ２を回転駆動するためのヘッド駆動モータ４の他、走行装置１、ディスプレイ２、ヘッド駆動モータ４などを制御するための制御装置５が内蔵されている。

一方、モビルロボットＲのヘッドＲ２の顔面に相当する部分には、特定人物Ｍおよびその周辺に存在する障害物（他の人物や動物、構造物、設置物、車両等）などを含む周辺状況をステレオ画像として観測するための左右一対のＣＣＤカメラ（または赤外線カメラ）６Ａ，６Ｂと、警告音や警告メッセージなどの各種の音声を発声可能なスピーカ７と、警告用の足型マークなどの各種の画像を投射可能なプロジェクタ８とが設置されている。

図１および図２に示すように、走行装置１は、例えば、ホイールインモータ１Ａ，１Ｂにより回転方向および回転速度が左右独立に制御される左右一対の駆動車輪１Ｃ，１Ｄと、３６０度の旋回が可能なキャスタ車輪１Ｅとを有する。

この走行装置１は、左右一対の駆動車輪１Ｃ，１Ｄが同方向に前転駆動または後転駆動されることでモビルロボットＲを前進または後退させる。その際、左右一対の駆動車輪１Ｃ，１Ｄの回転速度が同速度であればモビルロボットＲを直進させ、左右一対の駆動車輪１Ｃ，１Ｄの回転速度に差があれば駆動車輪１Ｃ，１Ｄのうち回転速度の遅い側にモビルロボットＲを旋回させる。そして、この走行装置１は、左右一対の駆動車輪１Ｃ，１Ｄが同速度で相互に逆方向に回転駆動されると、モビルロボットＲをその場で左右の何れかに回転させる。

ここで、制御装置５は、ＥＣＵ（Electric Control Unit）等のマイクロコンピュータのハードウェアおよびソフトウェアを利用して構成されている。この制御装置５は、ホイールインモータ１Ａ，１Ｂやヘッド駆動モータ４の駆動回路、ディスプレイ２、ＣＣＤカメラ６Ａ，６Ｂ、スピーカ７、プロジェクタ８等との間の入出力インターフェースＩ／ＯおよびＡ／Ｄコンバータの他、プログラムおよびデータを記憶したＲＯＭ（ReadOnly Memory）、入力データ等を一時記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、プログラムを実行するＣＰＵ（CentralProcessing Unit）等をハードウェアとして備えている。

そして、この制御装置５には、図３に示すように、画像生成部５Ａ、特定人物検出部５Ｂ、ヘッド駆動モータ制御部５Ｃ、走行障害物検出部５Ｄ、ホイールインモータ制御部５Ｅ、足先位置検出部５Ｆ、足先移動経路モデル構築部５Ｇ、足先移動経路予測部５Ｈ、路面障害物検出部５Ｊ、歩行障害物警告部５Ｋがソフトウェアとして構成されている。

画像生成部５Ａには、ＣＣＤカメラ６Ａ，６Ｂから左右の撮影データが所定時間毎に計測時刻情報と共に入力される。この画像生成部５Ａは、所定時間毎に入力された左右の撮影データに基づいて各計測時刻におけるステレオ画像を順次生成し、その画像データを計測時刻情報と共に特定人物検出部５Ｂ、走行障害物検出部５Ｄ、足先位置検出部５Ｆおよび路面障害物検出部５Ｊへ所定時間毎に繰り返して出力する。

特定人物検出部５Ｂは、画像生成部５Ａから所定時間毎に順次入力される画像データに基づいて撮影画像のエッジ処理を行い、予め記憶されている特定人物Ｍの輪郭モデルとのマッチング処理により特定人物Ｍを検出する。そして、この特定人物検出部５Ｂは、検出された特定人物Ｍのステレオ画像をステレオマッチング処理することにより、特定人物Ｍの３次元位置を三角測量の原理で所定時間毎に推測する。

ヘッド駆動モータ制御部５Ｃには、特定人物検出部５Ｂから特定人物Ｍの３次元位置データが所定時間毎に入力される。このヘッド駆動モータ制御部５Ｃは、入力された特定人物Ｍの３次元位置データに基づき、特定人物Ｍが例えば画像中央に位置するようにヘッド駆動モータ４の回転を制御してモビルロボットＲのヘッドＲ２を回転させる。

走行障害物検出部５Ｄは、画像生成部５Ａから所定時間毎に順次入力された画像データに基づいて撮影画像のエッジ処理を行うことにより、撮影画像中に存在する走行障害物（モビルロボットＲの走行の障害となる他の人物や動物、構造物、設置物、車両等の）を検出する。そして、この走行障害物検出部５Ｄは、検出された走行障害物のステレオ画像をステレオマッチング処理することにより、走行障害物の３次元位置を三角測量の原理で所定時間毎に推測する。

ホイールインモータ制御部５Ｅには、特定人物検出部５Ｂから特定人物Ｍの３次元位置データが所定時間毎に入力されると共に、走行障害物検出部５Ｄから走行障害物の３次元位置データが所定時間毎に入力される。このホイールインモータ制御部５Ｅは、入力された特定人物Ｍおよび走行障害物の３次元位置データに基づき、モビルロボットＲが特定人物Ｍの近傍において走行障害物を避けつつ特定人物Ｍを先導し、あるいは特定人物Ｍに追従するように、ホイールインモータ１Ａ，１Ｂの回転を個別に制御して走行装置１の駆動車輪１Ｃ，１Ｄの回転方向および回転速度を個別に制御する。

足先位置検出部（本発明の足先位置検出手段）５Ｆは、画像生成部５Ａから所定時間毎に順次入力される画像データに基づいて撮影画像のエッジ処理を行うことにより、撮影画像中から特定人物Ｍの歩行時の足先（足首よりも先の部分であって、つまずく可能性のある部分）の画像を順次抽出する。そして、この足先位置検出部５Ｆは、抽出された特定人物Ｍの足先のステレオ画像をステレオマッチング処理することにより、特定人物Ｍの足先の３次元位置を三角測量の原理で所定時間毎に順次検出する。

足先移動経路モデル構築部（本発明の足先移動経路モデル構築手段）５Ｇには、足先位置検出部５Ｆから特定人物Ｍの足先の３次元位置の検出データが所定時間毎に入力される。この足先移動経路モデル構築部５Ｇは、所定時間毎に入力される特定人物Ｍの足先の３次元位置の検出データに基づき、例えばＨＭＭ（Hidden Markov Model）と略称される隠れマルコフモデルやその他の統計的学習手法により、特定人物Ｍの足先の移動経路モデルを構築する。

足先移動経路予測部（本発明の足先移動経路予測手段）５Ｈには、足先位置検出部５Ｆから特定人物Ｍの足先の３次元位置の検出データが所定時間毎に入力されると共に、足先移動経路モデル構築部５Ｇより構築された特定人物Ｍの足先の移動経路モデルのデータが入力される。この足先移動経路予測部５Ｈは、所定時間毎に順次入力される特定人物Ｍの足先の３次元位置データと、足先の移動経路モデルのデータとに基づき、特定人物Ｍの足先の現在位置に対して次の時刻以降の足先の位置がどのように移動するかを予測することにより、特定人物Ｍの足先の３次元の移動経路を順次予測する。

路面障害物検出部（本発明の路面障害物検出手段）５Ｊは、画像生成部５Ａから所定時間毎に順次入力された画像データに基づいて撮影画像のエッジ処理を行うことにより、撮影画像中に存在する路面障害物（特定人物Ｍの前方の路面上にある段差や突部などの特定人物Ｍにとって歩行の障害となる恐れのあるもの）Ｏの存在を検出する。そして、この路面障害物検出部５Ｊは、検出された路面障害物Ｏのステレオ画像をステレオマッチング処理することにより、路面障害物Ｏの３次元位置を三角測量の原理で所定時間毎に検出する。

歩行障害物警告部（本発明の歩行障害物警告手段）５Ｋには、路面障害物検出部５Ｊから路面障害物Ｏの３次元位置の検出データが所定時間毎に入力されると共に、足先移動経路予測部５Ｈから特定人物Ｍの足先の移動経路の３次元の予測データが所定時間毎に順次入力される。この歩行障害物警告部５Ｋは、所定時間毎に入力される路面障害物Ｏの３次元位置データと、所定時間毎に順次入力される特定人物Ｍの足先の移動経路の３次元の予測データとに基づき、路面障害物Ｏが特定人物Ｍの足先の移動経路上に位置するか否かを判定する。

そして、この歩行障害物警告部５Ｋは、特定人物Ｍの足先の移動経路上に路面障害物Ｏが位置する場合には、路面障害物Ｏを歩行障害物とみなして特定人物Ｍの歩行経路上に歩行障害物が存在することをスピーカ７およびプロジェクタ８によって警告する。すなわち、歩行障害物警告部５Ｋは、スピーカ７に所定の音声信号を出力して警告音または警告メッセージを発声させると共に、プロジェクタ８に所定の画像信号を出力して警告用の足型マークなどの画像を特定人物Ｍの前方の路面に投射させる。

ここで、図３に示した制御装置５を構成する画像生成部５Ａ、足先位置検出部５Ｆ、足先移動経路モデル構築部５Ｇ、足先移動経路予測部５Ｈ、路面障害物検出部５Ｊおよび歩行障害物警告部５Ｋによる処理手順を図４に示すフローチャートに沿って説明する。

まず、ステップＳ１では、ＣＣＤカメラ６Ａ，６Ｂから所定時間毎に計測時刻情報と共に入力される左右の撮影データに基づき、各計測時刻における特定人物Ｍを含む周辺状況のステレオ画像を画像生成部５Ａが順次生成する。

つぎのステップＳ２では、画像生成部５Ａから所定時間毎に順次入力される画像データに基づき、特定人物Ｍの歩行時の足先の３次元位置を足先位置検出部５Ｆが所定時間毎に順次検出する。

続くステップＳ３では、足先位置検出部５Ｆから所定時間毎に入力される足先の３次元位置の検出データに基づき、足先移動経路モデル構築部５Ｇが特定人物Ｍの足先の移動経路モデルを構築する。

つぎのステップＳ４では、足先移動経路モデル構築部５Ｇから入力される足先の移動経路モデルおよび足先位置検出部５Ｆから所定時間毎に順次入力される特定人物Ｍの足先の３次元位置データに基づき、足先移動経路予測部５Ｈが特定人物Ｍの足先の３次元の移動経路を順次予測する。

続くステップＳ５では、画像生成部５Ａから所定時間毎に順次入力される画像データに基づき、特定人物Ｍの前方の路面上にある路面障害物Ｏの３次元位置を路面障害物検出部５Ｊが検出する。

つぎのステップＳ６では、路面障害物検出部５Ｊから入力される路面障害物Ｏの３次元位置データと、足先移動経路予測部５Ｈから所定時間毎に順次入力される特定人物Ｍの足先の移動経路の３次元の予測データとに基づき、路面障害物Ｏが特定人物Ｍの足先の移動経路上に位置するか否かを歩行障害物警告部５Ｋが判定する。

ここで、ステップＳ６の判定結果がＮＯでればステップＳ５の処理に戻るが、判定結果がＹＥＳであって特定人物Ｍの足先の移動経路上に路面障害物Ｏが位置する場合には、路面障害物Ｏを歩行障害物とみなして続くステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、歩行障害物警告部５Ｋがスピーカ７に所定の音声信号を出力して警告音または警告メッセージを発声させると共に、プロジェクタ８に所定の画像信号を出力して警告用の足型マークなどの画像を特定人物Ｍの前方の路面に投射させる。そして、このスピーカ７による警告音または警告メッセージと、プロジェクタ８による警告用の足型マークなどの投影により、特定人物Ｍの歩行経路上に歩行障害物が存在することを特定人物Ｍに警告する。

以上のように一実施形態の自律移動型ロボットとして構成されたモビルロボットＲ（図１、図２参照）は、特定人物Ｍを含む周辺状況をＣＣＤカメラ６Ａ，６Ｂにより撮影しつつ、その撮影画像のデータに基づき、走行装置１の左右の駆動車輪１Ｃ，１Ｄを左右独立に駆動するホイールインモータ１Ａ，１Ｂの回転方向および回転速度を制御装置５のホイールインモータ制御部５Ｅにより左右独立に制御することで、特定人物Ｍの近傍に随伴して走行障害物を避けつつ特定人物Ｍを先導し、あるいは特定人物Ｍに追従する。

その際、制御装置５では、足先位置検出部５Ｆが特定人物Ｍの歩行時の足先の位置を順次検出し、足先移動経路モデル構築部５Ｇが特定人物Ｍの足先の移動経路モデルを構築することにより、足先移動経路予測部５Ｈが特定人物Ｍの足先の移動経路を順次予測する。また、路面障害物検出部５Ｊが特定人物Ｍの前方の路面障害物Ｏを検出し、その路面障害物Ｏが特定人物Ｍの足先の移動経路上に位置する場合には、歩行障害物警告部５Ｋが路面障害物を歩行障害物とみなしてその存在をスピーカ７およびプロジェクタ８により警告する。

従って、一実施形態の自律移動型ロボットとして構成されたモビルロボットＲによれば、特定人物Ｍに随伴して移動する際、特定人物Ｍが歩行障害物につまずかないように警告することができる。

本発明に係る自律移動型ロボットは、前述した一実施形態に限定されるものではない。例えば、図２に示したモビルロボットＲのヘッドＲ２には、特定人物の周辺に存在する走行障害物や路面障害物までの距離、およびその表面の凹凸状態を検出するためのミリ波レーダ（またはレーザレーダ）を設置してもよい。

また、特定人物の周辺にいる他の人物や動物を観測するための赤外線センサ、特定人物の周辺の音を観測するための集音マイク、あるいは特定人物の周辺の温度を観測するための温度センサなどを設置してもよい。

本発明の一実施形態に係る自律移動型ロボットとしてのモビルロボットおよびその主人としての特定人物を模式的に示す平面図である。 図１に示したモビルロボットの構造を示す側面図である。 図２に示した制御装置の構成を示すブロック図である。 図３に示した制御装置による処理手順の一部を示すフローチャートである。

符号の説明

１…走行装置、２…ディスプレイ、３…バッテリ、４…ヘッド駆動モータ、５…制御装置、５Ａ…画像生成部、５Ｂ…特定人物検出部、５Ｃ…ヘッド駆動モータ制御部、５Ｄ…走行障害物検出部、５Ｅ…ホイールインモータ制御部、５Ｆ…足先位置検出部、５Ｇ…足先移動経路モデル構築部、５Ｈ…足先移動経路予測部、５Ｊ…路面障害物検出部、５Ｋ…歩行障害物警告部、６Ａ，６Ｂ…ＣＣＤカメラ、７…スピーカ、８…プロジェクタ、Ｒ…モビルロボット、Ｍ…特定人物。

Claims (1)

1. 特定人物を含む周辺状況を観測しつつその観測情報に基づき特定人物に随伴して移動可能な自律移動型ロボットにおいて、
   特定人物の歩行時の足先の位置を順次検出する足先位置検出手段と、
   足先位置検出手段により順次検出された足先の位置情報に基づいて足先の移動経路モデルを構築する足先移動経路モデル構築手段と、
   足先移動経路モデル構築手段により構築された足先の移動経路モデルおよび足先位置検出手段により順次検出される足先の位置情報に基づいて足先の移動経路を順次予測する足先移動経路予測手段と、
   特定人物の前方の路面障害物を検出する路面障害物検出手段と、
   路面障害物検出手段により検出された路面障害物が足先移動経路予測手段により予測された足先の移動経路上に位置する場合に前記路面障害物を歩行障害物とみなしてその存在を警告する歩行障害物警告手段とを備えていることを特徴とする自律移動型ロボット。

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