JP2007286740A - 自律移動体 - Google Patents
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Abstract
【課題】 特定人物の周囲の状況に応じて、特定人物の案内をすることができる自律移動体を提供する。
【解決手段】 モビルロボットRは、特定人物Mが建物内に入った際に、走行装置1により建物内を走行し、三次元情報を検出して、建物内の三次元地図を作成する。三次元地図を作成した後は、特定人物Mの追従をする一方で、建物内における特定人物Mの案内をする。また、火災などの非常事態が生じた際には、非常口までの最短経路を生成するとともに、この最短経路に沿って特定人物Mを非常口まで誘導する。
【選択図】 図4
【解決手段】 モビルロボットRは、特定人物Mが建物内に入った際に、走行装置1により建物内を走行し、三次元情報を検出して、建物内の三次元地図を作成する。三次元地図を作成した後は、特定人物Mの追従をする一方で、建物内における特定人物Mの案内をする。また、火災などの非常事態が生じた際には、非常口までの最短経路を生成するとともに、この最短経路に沿って特定人物Mを非常口まで誘導する。
【選択図】 図4
Description
本発明は、特定人物とともに移動する自律移動体に関する。
近年、走行装置や歩行装置などの移動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、各種の自律移動体が提案されている。このような自律移動体として、たとえば、特許文献1(特開2001−287183号公報)に開示された案内ロボットがある。この案内ロボットは、案内先までの経路を生成するとともに、案内対象となる被案内者の歩行状態を検出して、被案内者の歩行状態に応じて走行速度を変化させながら、被案内者を案内するというものである。
特開2001−287183号公報
しかし、上記特許文献1に開示された案内ロボットは、単に被案内者を案内先まで案内する機能を有しているに過ぎなかった。このため、たとえば案内先が特定されない場合には、被案内者を案内することができず、単に被案内者(特定人物)に追従するしかないという問題があった。
そこで、本発明の課題は、特定人物の周囲の状況に応じて、特定人物の案内をすることができる自律移動体を提供することにある。
上記課題を解決した本発明に係る自律移動体は、特定人物を含む周辺状況を検出する周辺状況検出手段と、周辺状況検出手段で検出された周辺状況に基づいて、特定人物と所定の位置関係を保ちながら移動する移動手段と、特定人物が建物内にいることを検出する自己位置検出手段と、特定人物が建物内にいることを自己位置検出手段が検出した際に、移動手段を駆動させて建物内の経路情報を収集する経路情報収集手段と、を備えるものである。
本発明に係る自律移動体は、特定人物を含む周辺状況を検出する周辺状況検出手段と、周辺状況に基づいて移動する移動手段と、を備えている。また、特定人物が建物内にいることを自己位置検出手段が検出した際に、移動手段を駆動させて建物内の経路情報を収集する経路情報収集手段を備えている。このため、建物内に特定人物がいる際に、建物内の経路情報を収集して、この経路情報に基づいての特定人物の誘導を行うことができる。したがって、特定人物の周囲の状況に応じて、特定人物の案内をすることができる。
ここで、経路情報が、非常時の避難経路であり、建物内に発生した非常事態を検出する非常事態検出手段を備え、前記非常事態検出手段が前記建物内に発生した非常事態を検出した際に、前記避難経路に沿って前記特定人物を誘導する態様とすることができる。経路情報が、非常時の避難経路であることにより、建物に火災などの非常事態が生じた場合でも、特定人物を確実に避難路などに誘導することができる。
本発明に係る自律移動体によれば、特定人物の周囲の状況に応じて、特定人物の案内をすることができる。
以下、図面を参照して本発明に係る自律移動体および情報表示システムの実施形態を説明する。なお、同一の部材、要素については、その説明を省略することがある。
図1は本発明の第一の実施形態に係る自律移動型体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はモビルロボットの構造を示す側面図、図3はモビルロボットにおける制御装置の構成を示すブロック図、図4は制御装置における移動経路作成部の構成を示すブロック図である。
図1に示すように、モビルロボットRは、主人としての特定人物Mと所定の位置関係を保ちながら移動する移動体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、移動手段である走行装置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、報知、警報、案内などの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。
ディスプレイ2には、移動経路決定部17から避難経路が出力された際、避難経路に基づく表示がなされる。また、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、報知、警報、案内などの各種メッセージの音声を発声可能なスピーカ7とが設置されている。スピーカ7に移動経路決定部17から避難経路が出力された際、避難経路に基づく音声表示がスピーカ7から発生される。
また、ヘッドR2には、モビルロボットRの周囲の煙量を検出する煙量センサ9およびモビルロボットRの周りの温度を検出する温度センサ8が設けられている。さらに、ボディR1には、モビルロボットRが自己位置を検出する自己位置検出手段となる位置センサ10が設けられている。位置センサ10は、たとえばGPS装置からなり、衛星と通信などをすることによって、自己の位置を検出している。
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(Central ProcessingUnit)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においては、図3に示すように、画像生成部11、特定人物検出部12、ヘッド駆動モータ制御部13、走行障害物検出部14、ホイールインモータ制御部15、報知情報作成部16、および移動経路決定部17がソフトウェアとして構成されている。
CCDカメラ6A,6Bは、特定人物Mを含む周辺状況を撮影し、撮影データを計測時刻情報とともに画像生成部11に所定時間毎に出力する。画像生成部11は、左右のCCDカメラ6A,6Bから出力される左右の撮影データおよび計測時刻情報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ともに特定人物検出部12、走行障害物検出部14、および移動経路決定部17へ所定時間毎に繰り返して出力する。
特定人物検出部12は、画像生成部11から順次出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。特定人物検出部12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の三次元位置を三角測量の原理で所定時間毎に推測して特定人物Mの三次元データを検出する。特定人物検出部12は、検出した特定人物Mの三次元位置データをヘッド駆動モータ制御部13、ホイールインモータ制御部15、および報知情報作成部16に出力する。
ヘッド駆動モータ制御部13は、出力された特定人物Mの三次元位置データに基づき、特定人物Mがたと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14は、画像生成部11から所定時間毎に順次出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障害物(他の人物や動物、構造物、設置物、車両等)を検出する。走行障害物検出部14は、検出された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、障害物の三次元位置を三角測量の原理で所定時間毎に推測して障害物の三次元データを検出する。走行障害物検出部14は、検出した障害物の三次元位置データをホイールインモータ制御部15および報知情報作成部16に出力する。
ホイールインモータ制御部15は、出力された特定人物Mおよび障害物の三次元位置データに基づいて、モビルロボットRが特定人物Mの近傍において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。また、移動経路決定部17から避難経路や移動戦略が出力された場合には、これらの避難経路や移動戦略に基づいて移動制御する。
報知情報作成部16は、特定人物検出部12から出力された特定人物Mおよび走行障害物検出部14から出力された障害物の三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の近傍において障害物があるか否かを検出する。また、障害物が検出された場合には、スピーカ7に障害物がある旨を報知させるとともに、ディスプレイ2に表示させて、特定人物Mに障害物の存在を知らせる。
移動経路決定部17は、図4に示すように、三次元配置検出部21、階段検出部22、非常口表示検出部23、および三次元地図保存部24を備えている。また、移動経路決定部17は、自己位置特定特徴抽出部25、自己位置特定部26、移動戦略策定部27、避難信号入力部28、避難経路生成部29、および避難経路選択部30を備えている。
三次元配置検出部21は、位置センサ10から建物内にいることを検出した検出信号が出力された際、画像生成部11から出力されるステレオ画像に基づいて、建物内に配置された棚や壁などの物体の三次元配置を検出する。また、走行装置1が走行することにより、建物内の三次元配置を経路情報として収集する。三次元配置検出部21は、検出した建物内の物体の三次元配置に基づいて、三次元基図を生成し、階段検出部22および三次元地図保存部24に出力する。
階段検出部22は、位置センサ10から建物内にいることを検出した検出信号が出力された際、画像生成部11から出力されるステレオ画像および三次元配置検出部21から出力される三次元基図に基づいて、建物の三次元配置における階段位置を検出する。階段検出部22は、走行装置1が走行することにより、建物内の階段の位置を経路情報として収集する。階段検出部22は、三次元配置における検出した階段位置を三次元地図保存部24に出力する。
非常口表示検出部23は、位置センサ10から建物内にいることを検出した検出信号が出力された際、画像生成部11から出力されるステレオ画像および三次元配置検出部21から出力される三次元基図に基づいて、建物の三次元配置における非常口表示位置を検出する。非常口表示検出部23は、走行装置1が走行することにより、建物内の非常口表示を経路情報として収集する。非常口表示検出部12は、三次元配置における検出した非常口表示位置を三次元地図保存部24に出力する。三次元配置検出部21、階段検出部22、および非常口表示検出部23は、建物内の経路情報を収集する経路情報収集手段を構成する。
三次元地図保存部24は、三次元配置検出部21から出力された三次元基図に、階段検出部22から出力された階段位置に階段を配置するとともに、非常口表示検出部23から出力された非常口表示位置に非常口表示を配置する。こうして、階段および非常口表示が配置された三次元地図を生成し、生成した三次元地図を保存する。また、三次元地図保存部24は、この三次元地図を自己位置特定部26および避難経路生成部29に出力する。
自己位置特定特徴抽出部25は、位置センサ10から建物内にいることを検出した検出信号が出力された際、画像生成部11から出力されるステレオ画像に基づいて、自己位置を特定するために特徴的な物体を自己位置特定特徴として抽出する。自己位置特定特徴としては、たとえば特徴的な形状(柱状体やブロック体など)を有する物体を挙げることができる。自己位置特定特徴抽出部25は、抽出した自己位置特定特徴を自己位置特定部26に出力する。
自己位置特定部26は、自己位置特定特徴抽出部25から出力される自己位置特定特徴および三次元地図保存部24から出力される三次元地図に基づいて、建物内における自己位置を特定する。自己位置特定部26は、特定した自己位置を移動戦略策定部27および避難経路生成部29に出力する。
移動戦略策定部27は、三次元配置検出部21から出力される三次元位置および自己位置特定部26から出力された自己位置に基づいて、自己の移動戦略を策定する。移動戦略策定部27は、策定した移動戦略を特定人物検出部12に出力するとともに、移動戦略に基づいてホイールインモータ制御部15を制御する。
避難信号入力部28は、建物の館内放送や避難警報など外部から出力される避難信号を入力する機能を有する。避難信号入力部28は、これらの避難信号を入力した際には、避難信号を避難経路生成部29に出力する。避難経路生成部29は、避難信号入力部28から避難信号が出力された際、三次元地図保存部24から出力される建物内の三次元地図および自己位置特定部26から出力される自己位置に基づいて、複数の避難経路を生成する。避難経路生成部29は、生成した複数の避難経路を避難経路選択部30に出力する。
避難経路選択部30は、避難経路生成部29から出力された複数の避難経路と、温度センサ8から出力される前方温度、煙量センサ9から出力される煙量に基づいて、避難経路を選択する。避難経路選択部30は、選択した避難経路に基づいて、ディスプレイ2に表示を行うとともに、スピーカ7から警告音を発生させ、さらには、ホイールインモータ制御部15を制御する。
以上の構成を有する本実施形態に係る自律移動体における制御手順について説明する。本実施形態に係る自律移動体では、建物内に特定人物Mが入った場合の制御と、建物内で火災などの非常事態が生じた場合の制御が行われる。まず、建物内に特定人物Mが入った場合の制御について説明する。図5は、建物内に特定人物が入った場合のモビルロボットの制御手順を示すフローチャートである。
位置センサ10によって特定人物MおよびモビルロボットRが建物内に入ったと判断された場合には、モビルロボットRは、特定人物Mから離れて建物内のフロアの全体を走行し、建物内の三次元地図を完成させる。この三次元地図が完成されるまでモビルロボットRは建物内を移動し、三次元地図が完成した後、特定人物Mへの追従を再開する。
図5に示すように、本実施形態に係る自律移動体では、特定人物MおよびモビルロボットRが建物内に入ったことを位置センサ10によって検出したら、最初に、画像生成部11において、左右のCCDカメラ6A,6Bから出力される左右の撮影データに基づくステレオ画像を取得する(S1)。画像生成部11は、取得したステレオ画像を移動経路決定部17における三次元配置検出部21に出力する。三次元配置検出部21では、画像生成部11から出力された三次元画像に基づいて、モビルロボットRの周囲における三次元配置を復元し(S2)、三次元基図を作成する。三次元配置検出部21は、作成した三次元基図を階段検出部22および三次元地図保存部24に出力する。
続いて、非常口表示の検出を行う(S3)。非常口表示の検出は、非常口表示検出部23において、画像生成部11から出力されるステレオ画像および三次元配置検出部21から出力される三次元基図に基づいて行われる。非常口表示検出部23は、非常口表示の検出が行ったら、検出した非常口表示を三次元地図保存部24に出力する。非常口の検出に続いて、階段検出部22において、建物内における階段を検出する(S4)。階段の検出は、画像生成部11から出力されるステレオ画像および三次元配置検出部21から出力される三次元基図に基づいて行われる。階段検出部22は、階段の検出を行ったら、建物の三次元配置における階段位置を三次元地図保存部24に出力する。
階段の検出に続いて、局所特徴検出を行う(S5)。局所特徴検出は、自己位置特定特徴抽出部25において、画像生成部11から出力されるステレオ画像から、柱状体などの特徴的な形状を有する局所特徴(自己位置特定特徴)を抽出することによって行われる。自己位置特定特徴抽出部25は、局所特徴を抽出したら、局所特徴を自己位置特定部26に出力する。
局所特徴の抽出に続いて、三次元地図の作成および保存を行う(S6)。三次元地図の作成は、三次元地図保存部24において、三次元配置検出部21から出力される三次元基図、階段検出部22から出力される階段位置、および非常口表示検出部23から出力される非常口表示位置に基づいて作成される。ここでは、三次元基図に階段位置および非常口表示位置を書き込むことで、三次元地図を作成する。
三次元地図を作成し、保存したら、モビルロボットRが現在いる位置である自己位置の特定を行う(S7)。自己位置の特定は、自己位置特定部26において、自己位置特定特徴抽出部25から出力された局所特徴および三次元地図保存部24から出力される三次元地図に基づいて行われる。自己位置特定部26は、特定した自己位置を移動戦略策定部27に出力する。
自己位置の特定が済んだら、建物内に未探索エリアがあるか否かを判断する(S8)。未探索エリアがあるか否かの判断は、移動戦略策定部27において、三次元配置検出部21から出力される三次元基図および自己位置特定部26から出力される自己位置に基づいて行われる。移動戦略策定部27では、三次元基図に自己位置を当てはめ、三次元配置された物体等がつながり、室内の全体像が形成されているかを判断する。ここで、全体がつながり、室内の全体像が形成されていれば、未探索エリアはないと判断する。また、全体がつながっておらず、室内の全体像が形成されていない場合には、つながっていない場所に未探索エリアがあると考えられることから、この未探索エリアに移動してステップS1から同様の処理を繰り返す。こうして、建物内の全体の三次元地図を完成させる。
三次元地図が完成し、ステップS7において未探索エリアがないと判断された場合には、特定人物Mの検出を行う(S10)。特定人物Mの検出は、三次元地図が完成した後、完成した三次元地図に沿ってランダムに走行し、CCDカメラ6A,6Bは、特定人物Mを含む周辺状況を撮影することによって行われる。特定人物Mを検出したら、その後は、特定人物Mへの追従を再開する(S11)。また、三次元地図が完成した後は、生成した三次元地図に基づいて、建物内で特定人物Mを案内することができる。
次に、建物内で火災などの非常事態が生じた場合の制御について説明する。図6は、建物内で火災などの非常事態が生じた場合のモビルロボットの制御手順を示すフローチャートである。
図6に示すように、建物内において、三次元地図が完成した後は、特定人物Mへの追従を行っている(S21)。この状態で、避難信号が入力されたか否かを判断する(S22)。避難信号が入力されたか否かは、避難信号入力部28が避難信号を受信したか否かによって判断される。その結果、避難信号が入力されていないと判断した場合には、ステップS21に戻り、特定人物Mへの追従を継続する。
一方、避難信号が入力されたと判断した場合には、避難信号入力部28は、避難信号を避難経路生成部29に出力する。避難信号を出力された避難経路生成部29では、非常事態が生じていることを特定人物Mに報知するとともに、モビルロボットRが特定人物Mを誘導することを報知するために、スピーカ7から誘導音を発生させるとともに、ディスプレイ2に誘導光を発生させる(S23)。
避難経路生成部29では、誘導音および誘導光を発生させたら、自己位置特定部26から出力される自己位置を確認することにより、自己位置を特定する(S24)。続いて、特定した自己位置と、三次元地図保存部24から出力される三次元地図に基づいて、複数の避難経路を作成する(S25)。
避難経路の作成あたっては、三次元地図における自己位置と、三次元地図に配置されている非常口表示とを接続し、通路が形成されているもののすべてを避難経路として作成する。避難経路は、モビルロボットRまたは特定人物Mの現在の位置から、非常口表示または階段のある位置までのすべての経路を意味する。
避難経路を作成したら、作成した複数の避難経路から、最短避難経路を選択する(S26)。ここでの最短避難経路とは、モビルロボットRまたは特定人物Mの現在の位置から、もっとも近い非常口表示の位置までの経路を意味する。
最短避難経路を選択したら、温度センサ8でモビルロボットRの前方温度を検出するとともに、煙量センサ9でモビルロボットRの周囲の煙量を検出する(S27)。ここで検出されたモビルロボットRの前方の温度およびモビルロボットRの周囲の煙量に基づいて、モビルロボットRおよび特定人物Mが、最短経路で非常口表示がある位置または階段までたどり着くことができ、最短経路を選択することができるか否かを判断する(S28)。この判断は、所定の温度以上であるか否か、所定の煙量であるか否かなど適宜の基準によって行うことができる。
その結果、最短経路を選択することができないと判断した場合には、次に短い避難経路を最短経路として選択し(S29)、ステップS28に戻って前方温度および煙量を検出する。一方、最短経路を選択することができると判断した場合には、この最短避難経路に沿って特定人物Mを誘導するように、ホイールインモータ制御部15で走行装置の走行制御を行い、特定人物を避難経路に沿って誘導する(S30)。
このように、本実施形態に係るモビルロボットRでは、特定人物MおよびモビルロボットRが建物内に入った際、建物内の経路情報を収集し、三次元地図を作成している。このため、モビルロボットRは、建物内において、三次元地図を参照して特定人物Mの案内をすることができる。また、火災などの非常事態が生じた場合には、三次元地図に基づいて、特定人物Mが非常口にたどり着くまでの最適経路を探索することができるとともに、その最適経路で特定人物を非常口まで誘導することができる。
1…走行装置、2…ディスプレイ、5…制御装置、6A,6B…カメラ、7…スピーカ、8…温度センサ、9…煙量センサ、10…位置センサ、11…画像生成部、12…特定人物検出部、15…ホイールインモータ制御部、16…報知情報作成部、17…移動経路決定部、21…三次元配置検出部、22…階段検出部、23…非常口表示検出部、24…三次元地図保存部、25…自己位置特定特徴抽出部、26…自己位置特定部、27…移動戦略策定部、28…避難信号入力部、29…避難経路生成部、30…避難経路選択部、M…特定人物、R…モビルロボット。
Claims (2)
- 特定人物を含む周辺状況を検出する周辺状況検出手段と、
前記周辺状況検出手段で検出された周辺状況に基づいて、前記特定人物と所定の位置関係を保ちながら移動する移動手段と、
前記特定人物が建物内にいることを検出する自己位置検出手段と、
前記特定人物が建物内にいることを前記自己位置検出手段が検出した際に、前記移動手段を駆動させて前記建物内の経路情報を収集する経路情報収集手段と、
を備えることを特徴とする自律移動体。 - 前記経路情報が、非常時の避難経路であり、
前記建物内に発生した非常事態を検出する非常事態検出手段を備え、
前記非常事態検出手段が前記建物内に発生した非常事態を検出した際に、前記避難経路に沿って前記特定人物を誘導する請求項1に記載の自律移動体。
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2006
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