JP2007310563A - 予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】走行面上を移動できる移動ロボットの移動速度と移動方向を、音声や文字を使用しないで、単純でわかりやすく予告表示できる予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボットを提供することにある。
【解決手段】走行面上を移動できる移動ロボットにおいて、移動ロボットを移動させる駆動輪１０と１１を駆動する駆動輪駆動装置１２と、光線を用いて移動ロボットの予定経路を走行面上に描画する予告表示装置１４と、駆動輪駆動装置１２および予告表示装置１４を制御する制御用コンピュータ１３と、を備え、走行面上への描画は所定の時間間隔毎に行うことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、人と同じ生活空間・作業空間で動作する移動ロボットに関し、特に、移動する予定経路を前もって予告表示できる予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボットに関する。

近年、少子・高齢社会を迎え、高齢者・障害者の介護・介助支援だけでなく、人々の日常生活支援のためのロボティクス・メカトロニクス技術の応用や実用化が期待され、人と同じ生活空間で移動する人間共存型の移動ロボットが増加すると考えられる。このような移動ロボットでは人とロボットが接触や衝突をする危険性がある。

このような接触や衝突を回避するための手段をロボットに組み込む必要があるが、音声を用いてロボットの移動経路等を周囲の人々に予告する方法がある。音声を用いると周囲の人々すべてに容易に情報を伝達できるが、望まない人にも強制的に情報を伝達してしまいがちでる。このために、音声以外を用いて予告する方法が下記の特許文献１および２に開示されている。

特許文献１では、移動ロボットの外周面に複数面のディスプレイを備え、これらのディスプレイに文字を用いて予告もしくは要望を表示することを提案している。また、特許文献２では、ロボットのマニピュレータの手先部に画像投影装置が取り付けられており、ロボットが作業を行う前にその作業の対象物に光を投影することによって、ロボットが作業を行おうとする対象物を人間に直感的に明示する方法を提案している。
特開平０８−２２１１２６号公報 特開２００４−１２２３１３号公報

しかしながら、特許文献１に提案されている方法は多種多様な予告内容を表示できる半面、ディスプレイに表示される文字を読んでその予告内容を認識しなければならないと言う煩わしさがある。また、特許文献２に提案されている方法では、光を投影した対象物にどのような速度で、またどのような経路で近づいて行くかを予測することが難しい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、走行面上を移動できる移動ロボットの移動速度と移動方向を、音声や文字を使用しないで、単純でわかりやすく予告表示できる予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボットを提供することにある。

かかる目的を達成すべく、本願の第１の発明の移動予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボットは、周囲に人が介在する環境で走行面上を移動できる移動ロボットにおいて、駆動輪を駆動する駆動輪駆動手段と、移動する予定経路を光線を用いて該走行面上に描画する予告表示手段と、走行計画を時間経過と共に指令する走行指令情報に基づいて該駆動輪駆動手段を制御する駆動輪駆動制御手段と、該走行指令情報および予告表示の仕方を指令する予告指令情報に基づいて該予告表示手段を制御する予告表示制御手段と、で構成され、該走行面上への該描画は所定の時間間隔毎に行われることを特徴とする。

また、本願の第２の発明の予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボットは、第１の発明において、前記予告表示手段は、前記光線を発生させる光発生手段と、前記光線を反射させて前記走行面上に照射させる反射手段と、該反射手段の方向を変えるための反射方向回転手段と、で構成されることを特徴とする。

さらに、本願の第３の発明の予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボットは、第２の発明において、前記反射方向回転手段は、前記反射手段をパン方向に回転させるためのパン方向回転手段と、前記反射手段をチルト方向に回転させるためのチルト方向回転手段と、で構成されることを特徴とする。

さらに、本願の第４の発明の予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボットは、第１ないし３の発明において、前記所定の時間間隔内で複数の異なった所定時間後の移動位置を前記光線を用いて前記走行面上に照射することを特徴とする。

さらに、本願の第５の発明の予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボットは、第４の発明において、前記複数の異なった所定時間後の移動位置を照射する際に、前記所定時間の短い順で時系列的に移動位置を照射することを特徴とする。

さらに、本願の第６の発明の予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボットは、第４の発明において、前記複数の異なった所定時間後の移動位置を照射する際に、前記所定時間の短い順で時系列的に移動位置を照射し、引き続いて前記所定時間の長い順で時系列的に移動位置を照射することを特徴とする。

さらに、本願の第７の発明の予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボットは、第１ないし６の発明において、前記光線を複数本のレーザ光線を束ねて構成することを特徴とする。

さらに、本願の第８の発明の予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボットは、第７の発明において、前記複数本のレーザ光線を用いて前記予定経路を前記走行面上に描画する際に、点灯する前記レーザ光線の本数を移動速度に応じて変化させることを特徴とする。

本発明の予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボットを提供することにより、移動ロボットが移動する走行面上に前もって予定経路を所定の時間毎に描画できるために、つねに最新の予告表示ができると同時に、描画される予定経路の映像は移動ロボットの移動方向を直接あらわし、また、映像の長さで移動速度を予告表示することができる。これによって、最新で、かつ、単純でわかりやすい予告表示が可能となる。

また、本発明の予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボットを提供することにより、予定経路を描画する光線を複数本のレーザ光線を束ねて構成することで、予定経路の映像を明るくして見やすくすることができると同時に、点灯するレーザ光線の本数を移動速度に応じて変化させることができために、さらに単純でわかりやすい予告表示が可能となる。

以下，図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明する。図１は本発明の予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボットの全体構成を示す図である。図１において、本発明の移動ロボットは駆動輪１０と１１によって移動が可能であり、駆動輪１０と１１は駆動輪駆動装置１２によって駆動される。駆動輪駆動装置１２は制御用コンピュータ１３からの制御情報によって動作する。なお、駆動輪１０と１１の他に２つの従動輪（図示せず）があるものとする。

予告表示装置１４は移動ロボットが移動する予定経路を前もって予告表示する装置であり、移動ロボットが移動する走行面上に予定経路が描画される。この予告表示装置１４は制御用コンピュータ１３からの制御情報によって動作する。

そして、この予告表示装置１４は、レーザ光線２１と、レーザ光線２１を発生させるレーザ・ポインタ２０と、レーザ光線２１を反射させて移動ロボットが移動する走行面上に照射させる反射鏡２２と、反射鏡２２をパン方向（左右方向）に駆動させるためのパン方向駆動装置２３およびパン方向回転軸２５と、反射鏡２２をチルト方向（上下方向）に駆動させるためのチルト方向駆動装置２４およびチルト方向回転軸２６とで構成される。

なお、ここで、レーザ・ポインタ２０は反射鏡２２の真下に鉛直方向上向きに設定するものとする。また、反射鏡２２の向きを変えるパン方向回転軸２５は鉛直方向、チルト方向回転軸２６は水平方向とし、また、それらが一点で交わるように配置し、反射鏡２２の中心ができるだけその点に近づくように反射鏡２２を設置するものとする。さらに、レーザ・ポインタ２０の光軸（鉛直軸）とパン方向回転軸２５とを一致させることで、走行面上へのレーザ光線２１の照射位置の計算（後述）を簡単にするものとする。

図２は制御用コンピュータ１３の構成を示す図である。制御用コンピュータ１３は図２に示す様に、ＰＣ等の一般的なコンピュータと同様の構成をしており、中央演算処理装置３０、記憶装置３１、入力制御装置３２、出力制御装置３３で構成される。

そして、中央演算処理装置３０には、図１で示した駆動輪駆動装置１２と予告表示装置１４を制御するために、それぞれ駆動輪駆動制御プログラム４０と予告表示制御プログラム４１が搭載される。これらの制御プログラムは、外部から入力制御装置３２を介して中央演算処理装置３０に前もって搭載されるものとする。

また、移動ロボットの走行計画を時間経過と共に指令する走行指令情報４５、予定経路の予告表示の仕方を指令する予告指令情報４６が外部から入力制御装置３２を介して記憶装置３１に格納される。走行指令情報４５には、移動ロボットの移動方向、移動速度等の情報が含まれ、また、予告指令情報４６には、予告表示の開始・終了時刻、どの程度先まで予告表示するかの時間情報、予定経路の描画方法等の情報が含まれる。

なお、走行指令情報４５は前もって決められて記憶装置３１に格納されても良く、また、ジョイスティックなどの入力装置からリモートで逐次的に入力制御装置３２を介して記憶装置３１に格納されても良い。

駆動輪駆動制御プログラム４０は走行指令情報４５の情報に基づいて駆動輪駆動装置１２を制御するための処理を行なって制御情報を逐次出力するが、この制御情報は出力制御装置３３、信号線５０を介して駆動輪駆動装置１２に転送され、駆動輪１０および１１が制御される。

また、予告表示制御プログラム４１は走行指令情報４５および予告指令情報４６の情報に基づいて予告表示装置１４を制御するための処理を行って制御情報を逐次出力するが、この制御情報は出力制御装置３３、信号線５１を介して、パン方向駆動装置２３およびチルト方向駆動装置２４に転送され、反射鏡２２の回転角度が制御される。

レーザ光線２１を用いて移動ロボットの予定経路を走行面上に描画するには、反射鏡２２の回転角度を制御して移動ロボットの移動位置にレーザ光線２１を正確に照射する必要がある。ここで、レーザ・ポインタ２０の光軸とパン方向回転軸２５とがつくる鉛直軸と走行面（水平面）との交点を原点とするロボット座標系を図３に示すように設定する。

図３において、Ｘ軸とＹ軸で構成する走行面から反射鏡２２の反射面までの高さ（Ｚ軸方向）をｈ［ｍ］、レーザ光線２１を走行面上に照射する座標位置を（ｘ，ｙ）、照射する座標位置と原点を結ぶ線とＹ軸がなす角をω［ｒａｄ］、反射鏡２２での反射角をθ［ｒａｄ］とすれば、（ｘ，ｙ）と（ω，θ）の関係は三角関数を用いて以下に示す式で表される。

また、反射鏡２２を駆動するためのパン方向回転軸２５の回転角度をα［ｒａｄ］（図示せず）、チルト方向回転軸２６の回転角度をβ［ｒａｄ］（図示せず）とすれば、αはωと等しく、また、βは光の反射の法則（入射角＝反射角）からθの半分となる。したがって、反射鏡２２の回転角度（α，β）は、走行面上に照射する座標位置（ｘ，ｙ）が決まれば、以下に示す式で求めることができる。このようにして、移動ロボットの移動位置が決まれば、この移動位置にレーザ光線２１を照射するように反射鏡２２の回転角度を算出し、設定することができる。

なお、反射鏡２２を使用しないで、レーザ・ポインタ等の光源の方向を直接変化させて走行面上に照射する方法も考えられるが、反射鏡を用いる方法は、光源を直接振るよりも駆動トルクを小さくでき、装置全体を軽量化できる効果がある。

つぎに、図４を用いて、移動ロボットの予定経路を走行面上に描画するための処理手順を説明する。これらの処理は、図２で示した予告表示制御プログラム４１が中央演算処理装置３０で動作することによって、また、記憶装置３１に格納された走行指令情報４５および予告指令情報４６の情報に基づいて行われる。また、予告表示制御プログラム４１から出力される制御情報は、出力制御装置３３、信号線５１を介してパン方向駆動装置２３およびチルト方向駆動装置２４に転送され、そして、反射鏡２２の回転角度が制御されてレーザ光線２１が走行面上の所定の移動位置に照射される。

なお、図４の実施例では、初期状態（移動ロボットの真下に向けて照射）、移動ロボットの１秒後、２秒後、３秒後の移動位置に次々と照射し、引き続いて、２秒後、１秒後の移動位置に照射して初期状態に戻る、という反射鏡２２の往復動作を繰り返すことで、移動ロボットの予定経路を描画する場合を示している。

最初に初期設定を行う（Ｓ１００）。この初期設定では、反射鏡２２の回転角度を移動ロボットの真下に向けて照射するように初期状態に設定する。そして、移動ロボットの１秒後、２秒後、３秒後の位置情報を取得する。なお、これらの位置情報は記憶装置３１に格納される走行指令情報４５に基づいて取得される。

つぎに、移動ロボットの１秒後の移動位置を照射する（Ｓ１０１）。Ｓ１００で取得した１秒後の位置情報をもとに反射鏡２２の回転角度を前述したように計算し、反射鏡２２をこの回転角度になるように駆動して１秒後の移動位置を照射する。

つぎに、移動ロボットの２秒後の移動位置を照射する（Ｓ１０２）。Ｓ１０１を処理している間に移動ロボットは移動するので、この移動分を考慮して２秒後の移動位置に照射できるように反射鏡２２の回転角度を計算するものとする。即ち、移動ロボットの現在の位置情報とＳ１００で取得した２秒後の位置情報から相対位置情報を算出し、この相対位置情報により反射鏡２２の回転角度を計算し、反射鏡２２をこの回転角度になるように駆動して２秒後の移動位置を照射する。なお、移動ロボットの現在位置情報は、中央演算処理装置３０に搭載されて動作し、駆動輪駆動装置１２を制御する駆動輪起動制御プログラム４１から取得するものとする。

さらに、移動ロボットの３秒後の移動位置を照射（Ｓ１０３）、２秒後の移動位置を照射（Ｓ１０４）、１秒後の移動位置を照射（１０５）を次々と行う。これらの処理はＳ１０２の処理で説明したのと同様に、移動ロボットの移動分を考慮して反射鏡２２の回転角度を計算するものとする。そして、最後に、反射鏡２２の回転角度を初期状態に戻して一連の処理を終了する。

このような一連の処理によって、初期状態から移動ロボットの１秒後、２秒後、３秒後の移動位置に次々と照射し、引き続いて、２秒後、１秒後の移動位置に照射して初期状態に戻るという往復動作を行うことで移動ロボットの予定経路を描画することが可能となる場合を示しているが、描画方法はこの限りではなく、移動ロボットの移動速度等を考慮し、予告指令情報４６によって多様な描画方法が指定きるものとする。例えば、０．５秒後、１秒後、１．５秒後、２秒後の移動位置を次々と照射し、その後すぐに初期状態に戻るようにすることも可能である。

つぎに、図５を用いて、指令情報の入力と予告表示制御および駆動輪駆動制御との関係を時間経過とともに説明する。なお、図５において、移動ロボットの予定経路の描画方法は、図４で説明した方法と同じであるものとする。すなわち、移動ロボットの初期状態（移動ロボットの真下に向けて照射）、移動ロボットの１秒後、２秒後、３秒後の移動位置に次々と照射し、引き続いて、２秒後、１秒後の移動位置に照射して初期状態に戻る、という反射鏡２２の往復動作を繰り返すことで、移動ロボットの予定経路を描画するものとする。そして、この反射鏡２２の往復動作をＴｎ秒で開始し、往復運動を２回繰り返してＴｎ＋１秒で終了するものとする（Ｓ２０２、Ｓ２０３）。なお、開始時刻、終了時刻、往復運動の回数等は、予告表示を行う時の状況に応じて予告指令情報４６により任意に指定できるものとする。

移動ロボットが各往復運動の開始時点から３秒後までの予定経路を予告表示しながら移動するようにするために、ある指令情報が入力されてからその指令情報が実行されるまで３秒遅れになるように制御するものとする。したがって、例えば、図５において、駆動輪駆動制御Ｓ２０４の中で、Ｔｎ秒で駆動輪１０と１１を駆動するための指令情報は、指令情報入力Ｓ２０１の中でＴｎ−３秒で入力された指令情報が使用される。

また、反射鏡２２の往復運動Ｓ２０２において、開始時点Ｔｎから１秒後の移動ロボットの移動位置の情報は、指令情報入力Ｓ２０１の中でＴｎ−２秒で入力された指令情報が使用される。開始時点Ｔｎから２秒後、３秒後の移動ロボットの移動位置の情報は、指令情報入力Ｓ２０１の中で、それぞれ、Ｔｎ−１秒、Ｔｎ秒で入力された指令情報が使用される。

このように、ある指令情報が入力されてからその指令情報が実行されるまで３秒遅れとするために、指令情報の最新の３秒間分の情報をバッファして蓄積し、必要に応じて取り出すこととする。図２で示した記憶装置３１上の走行指令情報４５と予告指令情報４６がこのバッファとなり、指令情報が所定の周期で逐次蓄積される。なお、図５の実施例においては、５０ミリ秒毎に指令情報を取り込むとしているが、この限りではなく、移動ロボットの動きの速さ等を考慮して任意に設定できるものとする。

それから、反射鏡２２の往復運動Ｓ２０２において、図４で説明したように、反射鏡鏡２２の回転角度を計算する際に移動ロボットの移動分を考慮するために移動ロボットのその時点の位置情報を取得する必要があるが、この位置情報は図５の駆動輪駆動制御Ｓ２０４の中から対応する時点の位置情報が取得されるものとする。駆動輪駆動制御Ｓ２０４からは駆動輪１０と１１を駆動するための制御情報が所定の周期で逐次出力されるが、指令情報の入力と同様の周期で、５０ミリ秒毎に出力されるものとする。

したがって、図１から図５の実施例で説明したように、本発明の予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボットを提供することによって、移動ロボットが移動する走行面上に前もって予定経路を所定の時間毎に描画できるために、つねに最新の予告表示ができると同時に、この描画される予定経路の映像は移動ロボットの移動方向を直接あらわし、また、映像の長さで移動速度を予告表示することができる。これによって、最新で、かつ、単純でわかりやすい予告表示が可能となる。

つぎに、レーザ・ポインタ２０の構成例を説明する。レーザ・ポインタ２０を１本のレーザ・ポインタのみで構成することが考えられるが、複数本のレーザ・ポインタを束ねて構成する方法も考えられる。これによって、予定経路の映像を明るくすることができ、さらにわかりやすい予告表示が可能となる。

本発明の予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボットは、人と同じ生活空間・作業空間で動作し、例えば、高齢者・障害者の介護・介助支援への利用を想定している。このため、利用者や周辺にいる人々の目を保護する必要があり、光量の大きなレーザ・ポインタを利用することは制限されている。このためにも、複数本のレーザ・ポインタを束ねて構成することで予定経路の映像を明るくすることが重要と考えられる。

図６は、７本のレーザ・ポインタを束ねて構成して点灯する本数を移動速度に応じて変化させて走行面上にレーザ光線を照射する場合の映像のイメージを示す図である。図６において、色の濃い２重丸のみが点灯していることを示しており、図中、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、移動ロボットが、それぞれ、低速度、中速度、高速度で移動することを予告表示している。

このように、複数本のレーザ・ポインタを束ねて構成し、点灯する本数を移動速度に応じて変化させて走行面上にレーザ光線を照射することによって、描画される予定経路の映像の明るさの度合いによって移動速度が把握できる。これによって、移動速度をさらに単純でわかりやすく予告表示することが可能となる。

本発明の予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボットは、移動する走行面上に予定経路を所定時間毎に描画することで、移動速度と移動方向を単純でわかりやすく予告表示できる機能を内蔵する移動ロボットであって、人と同じ生活空間・作業空間で動作する高齢者・障害者の介護・介助支援等のための産業用移動ロボットなどへの活用が考えられる。

本発明の予定経路予告表示機能を内蔵した移動ロボットの全体構成を示す図である。 制御用コンピュータの構成を示す図である。 移動ロボットの移動位置の位置関係を設定するロボット座標系を示す図である。 移動ロボットの予定経路を描画するための処理手順を示すフローチャートである。 指令情報の入力と予告表示制御および駆動輪駆動制御との関係を時間経過とともに説明するための図である。 ７本のレーザ・ポインタを束ねて構成して点灯する本数を移動速度に応じて変化させて走行面上に照射した場合の映像のイメージを示す図である。

符号の説明

１０、１１ 駆動輪
１２ 駆動輪駆動装置
１３ 制御用コンピュータ
１４ 予告表示装置
２０ レーザ・ポインタ
２１ レーザ光線
２２ 反射鏡
２３ パン方向駆動装置
２４ チルト方向駆動装置
２５ パン方向回転軸
２６ チルト方向回転軸
３０ 中央演算処理装置
３１ 記憶装置
３２ 入力制御装置
３３ 出力制御装置
４０ 駆動輪駆動制御プログラム
４１ 予告表示制御プログラム
４５ 走行指令情報
４６ 予告指令情報

Claims (8)

1. 周囲に人が介在する環境で走行面上を移動できる移動ロボットにおいて、駆動輪を駆動する駆動輪駆動手段と、移動する予定経路を光線を用いて該走行面上に描画する予告表示手段と、該移動ロボットの走行計画を時間経過と共に指令する走行指令情報に基づいて該駆動輪駆動手段を制御する駆動輪駆動制御手段と、該走行指令情報および予告表示の仕方を指令する予告指令情報とに基づいて該予告表示手段を制御する予告表示制御手段と、で構成され、該走行面上への該描画は所定の時間間隔毎に行われることを特徴とする予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボット。
2. 前記予告表示手段は、前記光線を発生させる光発生手段と、前記光線を反射させて前記走行面上に照射させる反射手段と、該反射手段の方向を変えるための反射方向回転手段と、で構成される請求項１に記載の予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボット。
3. 前記反射方向回転手段は、さらに、前記反射手段をパン方向に回転させるためのパン方向回転手段と、前記反射手段をチルト方向に回転させるためのチルト方向回転手段と、で構成される請求項２に記載の予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボット。
4. 前記所定の時間間隔内で複数の異なった所定時間後の移動位置を前記光線を用いて前記走行面上に照射することを特徴とする請求項１ないし３に記載の予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボット。
5. 前記複数の異なった所定時間後の移動位置を照射する際に、前記所定時間の短い順で時系列的に移動位置を照射することを特徴とする請求項４に記載の予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボット。
6. 前記複数の異なった所定時間後の移動位置を照射する際に、前記所定時間の短い順で時系列的に移動位置を照射し、引き続いて前記所定時間の長い順で時系列的に移動位置を照射することを特徴とする請求項４に記載の予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボット。
7. 前記光線を複数本のレーザ光線を束ねて構成することを特徴とする請求項１ないし６に記載の予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボット。
8. 前記複数本のレーザ光線を用いて前記予定経路を前記走行面上に描画する際に、点灯する前記レーザ光線の本数を移動速度に応じて変化させることを特徴とする請求項７に記載の予定経路予告表示機能を内蔵する移動ロボット。