JP2008087102A - 移動ロボット、並びに、移動ロボットの制御装置、移動ロボットの制御方法及び移動ロボットの制御プログラム - Google Patents

移動ロボット、並びに、移動ロボットの制御装置、移動ロボットの制御方法及び移動ロボットの制御プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】無線通信が切断される場所に移動した場合であっても、自律的に無線通信を復旧できる場所に移動することが可能な移動ロボットを提供する。
【解決手段】移動ロボットは、移動領域の地図データと、当該移動領域における無線環境に関連する複数の無線環境データで構成した総合無線環境データとを対応付けた無線環境マップを記憶した記憶部140と、移動領域内における自己位置を認識する位置認識部201と、無線環境の状態を監視する監視部202と、無線通信が切断された状態となった場合に、無線環境マップに基づいて、無線通信の接続が可能な復旧位置を探索する探索手段203と、自己位置から復旧位置までの移動を移動制御部130に指示する移動指示部204aと、を備える。
【選択図】図9

Description

本発明は、無線通信により親機から送信されるタスク指令に基づいて、自律移動する移動ロボット、並びに、移動ロボットの制御装置、移動ロボットの制御方法及び移動ロボットの制御プログラムに関する。
近年、無線通信により移動ロボットを遠隔操作する技術が種々提案されている。このような無線通信により遠隔操作される移動ロボットは、無線の電波が届かない場所に移動した場合、遠隔操作ができない状態となってしまう。この場合、遠隔操作を復旧させるには、人手を介して、移動ロボットを電波の届く場所まで戻す必要があった。
そこで、従来、このような問題に対して、移動ロボットが電波の届かない場所に移動した場合に、移動ロボットが、予め移動中に取得した電波強度に基づいて作成した電波強度マップを参照して、無線通信の可能な地点まで自律的に移動する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
また、移動ロボットが、他の移動ロボットを介して電波を中継することで、通信可能領域を拡大する技術も開示されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2004−260769号公報(段落0008〜段落0012、図4〜図6) 特開2005−25516号公報(段落0016、図9)
前記した従来技術において、特許文献1で開示された技術は、電波強度のみに基づいて復旧のための移動経路を選定している。しかし、無線通信は、電波強度以外のノイズ等、他の要因によって切断される場合もあるため、たとえ電波強度が強い場所に移動しても、無線環境によっては、無線通信が復旧しない場合があるという問題がある。
また、特許文献2で開示された技術は、他の移動ロボットを介して電波を中継することで通信可能領域を拡大させるため、1台の移動ロボットを動作させる場合では、移動ロボットが電波の届かない場所に移動すると、無線通信が復旧しないという問題がある。
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、無線通信が切断される場所に移動した場合であっても、自律的に無線通信を復旧できる場所に移動することが可能な移動ロボット、並びに、移動ロボットの制御装置、移動ロボットの制御方法及び移動ロボットの制御プログラムを提供することを目的とする。
本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、まず、請求項1に記載の移動ロボットは、無線通信により無線親機から送信されるタスク指令に基づいて、移動制御手段が脚部又は脚部に相当する移動機構を駆動制御することで、自律的に移動する移動ロボットにおいて、移動領域の地図データと、当該移動領域における無線環境に関連する複数の無線環境データで構成された総合無線環境データとを対応付けた無線環境マップを記憶した無線環境マップ記憶手段と、前記移動領域内における自己位置を認識する位置認識手段と、前記無線環境の状態を監視する監視手段と、この監視手段で監視された無線環境の状態が、前記無線通信が切断された状態となった場合に、前記無線環境マップに基づいて、前記無線通信の接続が可能な復旧位置を探索する探索手段と、前記認識された自己位置から、前記探索手段で探索された復旧位置までの移動を前記移動制御手段に指示する自己位置移動指示手段と、を備える構成とした。
かかる構成によれば、移動ロボットは、無線環境マップ記憶手段に、予め地図データと、無線環境に関連する複数の無線環境データで構成された総合無線環境データとを対応付けた無線環境マップを記憶しておく。これによって、移動ロボットは、移動領域内における無線環境を把握することができる。なお、総合無線環境データとして、複数の無線環境データ(例えば、無線強度、ノイズフロア、エラー回数、再送回数等)を用いることで、無線通信により無線親機と接続可能な位置をより精度よく表すことができる。
そして、移動ロボットは、位置認識手段によって、現在の位置(自己位置)を認識する。例えば、位置認識手段は、ジャイロセンサ、GPS(Global Positioning System)受信器等によって、移動ロボット自身の現在の位置を認識する。
さらに、移動ロボットは、監視手段によって、無線環境の状態を監視する。ここで、無線環境とは、電波により通信を行う際の電波状態や、通信状態をいう。例えば、電波状態は、無線強度、ノイズフロア等であり、通信状態は、エラー回数、再送回数等である。これらの無線環境によって、無線通信を行う際の無線状態の良否(例えば、無線通信が切断した状態であるか否か)を判定することが可能になる。
この無線状態の良否判定は、例えば、無線強度が予め定めた基準を下回った場合、再送回数が予め定めた回数を超過した場合等の各状態を数値化し、重み付けした数値により判定する。
そして、移動ロボットは、無線環境の状態が、無線通信が切断された状態となった場合に、探索手段によって、無線環境マップに含まれている無線環境データを参照することで、無線通信の接続が可能な位置(復旧位置)を探索する。
そして、移動ロボットは、自己位置移動指示手段によって、復旧位置までの移動を移動制御手段に指示することで、移動機構が駆動され、無線通信の接続が可能な位置まで移動することができる。
また、請求項2に記載の移動ロボットは、請求項1に記載の移動ロボットにおいて、前記無線環境マップには、さらに、複数の前記無線親機の位置情報と、前記無線親機ごとに対応した前記総合無線環境データとが対応付けられており、前記探索手段が、前記無線環境マップに基づいて、前記自己位置から予め定められた距離以内に位置する無線親機を探索する親機探索手段と、前記無線環境マップに基づいて、前記親機探索手段で探索された無線親機のうちで前記自己位置から近い無線親機の順に、当該無線親機に対応する総合無線環境データにおいて予め定めた基準を満たし、かつ、前記自己位置に最も近い位置を探索し、前記復旧位置とする復旧位置探索手段と、を備える構成とした。
かかる構成によれば、移動ロボットは、無線環境マップとして、複数の無線親機の位置情報と、無線親機ごとに対応した総合無線環境データとを併せて無線環境マップ記憶手段に記憶しておく。そして、移動ロボットは、探索手段において、無線通信が可能な位置を探索する際に、親機探索手段によって、予め定められた距離以内に位置する無線親機を探索する。これによって、通信対象とならない無線親機を探索対象から外すことができる。
そして、移動ロボットは、復旧位置探索手段によって、親機探索手段で探索された無線親機のうちで自己位置から近い無線親機の順に、当該無線親機に対応する総合無線環境データにおいて予め定めた基準を満たし、かつ、自己位置に最も近い位置を探索する。
また、請求項3に記載の移動ロボットは、請求項1又は請求項2に記載の移動ロボットにおいて、前記移動制御手段が、前記移動機構を含む駆動構造を制御することで、動作を制御するものであり、前記探索手段で前記復旧位置を探索できない場合に、無線の電波を送受信するアンテナ部の位置又は方向を変化させるように、予め定めた動作を前記移動制御手段に指示するアンテナ部移動指示手段を、さらに備える構成とした。
かかる構成によれば、移動ロボットは、アンテナ部移動指示手段によって、探索手段で復旧位置を探索できない場合に、アンテナ部の位置又は方向を変化させることで、アンテナ部の受信環境を変化させることが可能になり、無線通信可能なアンテナ部の位置又は方向を探索することが可能になる。
また、請求項4に記載の移動ロボットは、請求項1又は請求項2に記載の移動ロボットにおいて、当該移動ロボットの移動経路を示す移動履歴を記憶する移動履歴記憶手段と、前記探索手段で前記復旧位置を探索できない場合に、前記移動履歴に基づいて、予め定めた移動量だけ前記移動経路を逆に戻るように前記移動制御手段に指示する逆行指示手段とを、さらに備える構成とした。
かかる構成によれば、移動ロボットは、移動履歴記憶手段に当該移動ロボットの移動経路を示す移動履歴を記憶する。この移動履歴には、例えば、地図データに対応する位置情報を用いることができる。そして、移動ロボットは、探索手段で復旧位置を探索できない場合に、逆行指示手段の指示により、予め定めた移動量だけ移動経路を逆に戻ることで、無線通信の接続確率を高めることができる。
さらに、請求項5に記載の移動ロボットは、請求項1又は請求項2に記載の移動ロボットにおいて、前記探索手段で前記復旧位置を探索できない場合に、前記自己位置の移動を停止するように前記移動制御手段に指示する移動停止指示手段をさらに備える構成とした。
かかる構成によれば、移動ロボットは、探索手段で復旧位置を探索できない場合に、移動停止指示手段の指示により、自己位置の移動を停止することで、無線通信ができなくなった場合に、不要な動作を制限することができる。
また、請求項6に記載の移動ロボットは、請求項1又は請求項2に記載の移動ロボットにおいて、前記監視手段で監視された無線環境の状態が、予め定めた基準より劣化した場合に、移動速度を減速するように前記移動制御手段に指示する減速指示手段をさらに備える構成とした。
かかる構成によれば、移動ロボットは、監視手段で監視された無線環境の状態が、予め定めた状態より劣化した場合に、減速指示手段の指示により、移動速度を減速することで、無線通信を接続するための接続時間を確保することができる。
さらに、請求項7に記載の移動ロボットの制御装置は、移動領域の地図データと、当該移動領域における無線環境に関連する複数の無線環境データで構成された総合無線環境データとを対応付けた無線環境マップを記憶した無線環境マップ記憶手段を備え、無線通信により無線親機から送信されるタスク指令に基づいて、移動制御手段が脚部又は脚部に相当する移動機構を駆動制御することで、自律的に移動する移動ロボットを制御する制御装置であって、前記移動領域内における自己位置を認識する位置認識手段と、前記無線環境の状態を監視する監視手段と、この監視手段で監視される状態が、前記無線通信が切断された状態となった場合に、前記無線環境マップに基づいて、前記無線通信の接続が可能な復旧位置を探索する探索手段と、前記認識された自己位置から、前記探索手段で探索された復旧位置までの移動を前記移動制御手段に指示する自己位置移動指示手段と、を備える構成とした。
かかる構成によれば、制御装置は、位置認識手段によって、現在の位置(自己位置)を認識する。例えば、位置認識手段は、ジャイロセンサ、GPS受信器等によって、移動ロボット自身の現在の位置を認識する。
さらに、制御装置は、監視手段によって、無線環境の状態を監視する。この無線環境には、無線強度、データの送受信のエラー回数、再送回数等を用いることができ、これらの無線環境によって、無線通信を行う際の無線状態の良否を判定することが可能になる。
そして、制御装置は、探索手段によって、無線環境の状態が、無線通信が切断された状態となった場合に、無線環境マップに含まれている無線環境データを参照することで、無線通信の接続が可能な位置(復旧位置)を探索する。
そして、制御装置は、自己位置移動指示手段によって、復旧位置までの移動を移動制御手段に指示することで、移動機構が駆動され、無線通信の接続が可能な位置まで移動ロボットを移動させることができる。
また、請求項8に記載の移動ロボットの制御方法は、移動領域の地図データと、当該移動領域における無線環境に関連する複数の無線環境データで構成された総合無線環境データとを対応付けた無線環境マップを記憶した無線環境マップ記憶手段を備え、無線通信により無線親機から送信されるタスク指令に基づいて、移動制御手段が脚部又は脚部に相当する移動機構を駆動制御することで、自律的に移動する移動ロボットの制御方法であって、位置認識手段により、前記移動領域内における自己位置を認識する位置認識ステップと、前記無線通信が切断された状態となった場合に、探索手段により、前記無線環境マップに基づいて、前記無線通信の接続が可能な復旧位置を探索する探索ステップと、移動指示手段により、前記認識された自己位置から、前記探索手段で探索された復旧位置までの移動を前記移動制御手段に指示する自己位置移動指示ステップと、を含んでいることを特徴とする。
さらに、請求項9に記載の移動ロボットの制御プログラムは、移動領域の地図データと、当該移動領域における無線環境に関連する複数の無線環境データで構成された総合無線環境データとを対応付けた無線環境マップを記憶した無線環境マップ記憶手段を備え、無線通信により無線親機から送信されるタスク指令に基づいて、移動制御手段が脚部又は脚部に相当する移動機構を駆動制御することで、自律的に移動する移動ロボットを制御するために、コンピュータを、前記移動領域内における自己位置を認識する位置認識手段、前記無線環境の状態を監視する監視手段、この監視手段で監視される状態が、前記無線通信が切断された状態となった場合に、前記無線環境マップに基づいて、前記無線通信の接続が可能な復旧位置を探索する探索手段、前記認識された自己位置から、前記探索手段で探索された復旧位置までの移動を前記移動制御手段に指示する移動指示手段、として機能させることを特徴とする。
本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
請求項1、請求項7、請求項8又は請求項9に記載の発明によれば、移動ロボットは、無線親機との通信が切断された場合であっても、無線環境マップによって、自律的に無線通信を復旧できる場所に移動することができる。また、本発明によれば、複数の無線環境データによって、無線環境の状態を把握することができるため、単一の無線環境データで復旧位置を選定する場合に比べて、より精度のよい復旧位置を選定することができる。
請求項2に記載の発明によれば、移動ロボットは、無線通信が切断された場合に、複数の無線親機が存在する場合であっても、最短距離で無線環境の良好な位置を探索して移動することができる。また、本発明によれば、移動ロボットは、無線親機が複数存在する場合に、予め距離によって探索する無線親機を限定するため、復旧位置を探索する際の時間を短縮することができる。
請求項3又は請求項4に記載の発明によれば、移動ロボットは、探索手段によって無線通信が復旧できる場所を探索できない場合であっても、周辺の無線環境を把握することができるため、無線通信の接続確率を高めることができる。
請求項5に記載の発明によれば、移動ロボットは、探索手段によって無線通信が復旧できる場所を探索できない場合に、移動を停止することで、人による復旧作業を容易にすることができる。
請求項6に記載の発明によれば、移動ロボットは、無線環境の状態が劣化した場合に、移動速度を減速するため、無線通信を接続するための接続時間を確保することができ、無線通信が切断されてしまう状態を事前に回避することが可能になる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[移動ロボット制御システム]
はじめに、本発明の実施形態に係る移動ロボット制御システムについて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る移動ロボット制御システムの構成を示すシステム構成図である。
図1に示すように、移動ロボット制御システムAは、タスクを実行する移動領域に配置された移動ロボットRと、この移動ロボットRと無線通信によって接続された無線親機1と、無線親機1にネットワーク4を介して接続された管理用コンピュータ3、記憶部5及び端末7とを備えている。なお、タスクを実行する移動領域に配置された移動ロボットR及び無線親機1の数は本実施形態に限定されるものではない。
移動ロボットRは、タスクを実行する移動領域内に配置されており、この移動領域内において自律移動を行い、実行命令信号(タスク指令)に基づいて、例えば、物品運搬や訪問者の道案内等のタスクを実行するものである。
なお、無線強度等の無線環境によっては、移動ロボットRと無線親機1との無線通信が切断されることがある。そこで、移動ロボットRは、無線通信が切断された場合、通信が復旧可能な位置に自律移動する。
無線親機1(1A,1B)は、管理用コンピュータ3が、移動ロボットRと通信するための通信手段であり、例えば、IEEE802.11b、IEEE802.11g又はIEEE802.11a等に準拠する規格の無線LANの基地局を用いることができる。
管理用コンピュータ3は、後記する端末7から入力されるタスクデータに基づいて、移動ロボットRにタスクを実行させるため、このタスクの内容を含む実行命令信号を生成し、移動ロボットRに出力するものである。このタスクデータは、移動ロボットRに実行させるタスクに関するデータであり、例えば、運搬する物品の依頼元や配達先等に関する情報、道案内する訪問者の訪問先や訪問者に関する情報等を含んでいる。
なお、管理用コンピュータ3としては、例えば、汎用のPC(Personal Computer)を用いることができる。
記憶部5は、移動ロボットRが移動する移動領域の地図データ(例えば、建物の各階ごとのフロアマップ等)と、移動領域における無線環境に関連する複数の無線環境データとを含んだ無線環境マップを記憶するための記憶装置である。この無線環境マップは、予め記憶部5に記憶されており、管理用コンピュータ3によって読み出されて、移動ロボットRに送信される。この無線環境マップの内容については、後記する。
なお、記憶部5としては、例えば、ハードディスク装置、光ディスク装置、半導体メモリ装置等を用いることができる。
端末7は、管理用コンピュータ3にタスクデータを入力するための入力装置であり、ノート型コンピュータ、PHS(Personal Handyphone System)端末等を用いることができる。また、端末7は、移動ロボットRから送信された無線環境マップを視認しやすい形式に変換して表示するための表示装置でもある。
なお、無線親機1と、管理用コンピュータ3と、記憶部5と、端末7とは、ネットワーク4を介して接続されるのではなく、そのすべて又は一部が一体化された構成でもよい。
[移動ロボットの外観]
次に、図2を参照して、本発明の実施形態に係る移動ロボットRの外観について説明する。以下の説明において、移動ロボットRの前後方向にX軸、左右方向にY軸、上下方向にZ軸をとる。
本発明の実施形態に係る移動ロボットRは、自律移動型の2足移動ロボットである。この移動ロボットRは、管理用コンピュータ3から送信された実行命令信号(タスク指令)に基づいて、タスクを実行するものである。
図2は、移動ロボットRの外観を模式的に示す側面図である。図2に示すように、移動ロボットRは、人間と同じように2本の脚部(移動機構)R1(1本のみ図示)により起立、移動(歩行、走行等)し、胴部R2、2本の腕部R3(1本のみ図示)及び頭部R4を備え、自律して移動する。また、移動ロボットRは、これら脚部R1、胴部R2、腕部R3及び頭部R4の動作を制御する制御装置搭載部R5を背負う形で背中(胴部R2の後部)に備えている。なお、頭部R4内には、無線通信を行うための電波を送受信するアンテナ部(図示せず)が備えられている。
[移動ロボットの駆動構造]
続いて、移動ロボットRの駆動構造について説明する。図3は、図2の移動ロボットの駆動構造を模式的に示す斜視図である。なお、図3における関節部は、当該関節部を駆動する電動モータにより示されている。
(脚部R1)
図3に示すように、左右それぞれの脚部R1は、6個の関節部11R(L)〜16R(L)を備えている。左右12個の関節は、股部(脚部R1と胴部R2との連結部分)の脚部回旋用(Z軸まわり)の股関節部11R,11L(右側をR、左側をLとする。また、R,Lを付さない場合もある。以下同じ。)、股部のピッチ軸(Y軸)まわりの股関節部12R,12L、股部のロール軸(X軸)まわりの股関節部13R,13L、膝部のピッチ軸(Y軸)まわりの膝関節部14R,14L、足首のピッチ軸(Y軸)まわりの足首関節部15R,15L、及び、足首のロール軸(X軸)まわりの足首関節部16R,16Lから構成されている。そして、脚部R1の下には足部17R,17Lが取り付けられている。
すなわち、脚部R1は、股関節部11R(L),12R(L),13R(L)、膝関節部14R(L)及び足首関節部15R(L),16R(L)を備えている。股関節部11R(L)〜13R(L)と膝関節部14R(L)とは大腿リンク51R,51Lで、膝関節部14R(L)と足首関節部15R(L),16R(L)とは下腿リンク52R,52Lで連結されている。
(胴部R2)
図3に示すように、胴部R2は、移動ロボットRの基体部分であり、脚部R1、腕部R3及び頭部R4と連結されている。すなわち、胴部R2(上体リンク53)は、股関節部11R(L)〜13R(L)を介して脚部R1と連結されている。また、胴部R2は、後記する肩関節部31R(L)〜33R(L)を介して腕部R3と連結されている。また、胴部R2は、後記する首関節部41,42を介して頭部R4と連結されている。
また、胴部R2は、上体回旋用(Z軸まわり)の関節部21を備えている。
(腕部R3)
図3に示すように、左右それぞれの腕部R3は、7個の関節部31R(L)〜37R(L)を備えている。左右14個の関節部は、肩部(腕部R3と胴部R2との連結部分)のピッチ軸(Y軸)まわりの肩関節部31R,31L、肩部のロール軸(X軸)まわりの肩関節部32R,32L、腕部回旋用(Z軸まわり)の肩関節部33R,33L、肘部のピッチ軸(Y軸)まわりの肘関節部34R,34L、手首回旋用(Z軸まわり)の腕関節部35R,35L、手首のピッチ軸(Y軸)まわりの手首関節部36R,36L、及び手首のロール軸(X軸)まわりの手首関節部37R,37Lから構成されている。そして、腕部R3の先端には把持部(ハンド)71R,71Lが取り付けられている。
すなわち、腕部R3は、肩関節部31R(L),32R(L),33R(L)、肘関節部34R(L)、腕関節部35R(L)及び手首関節部36R(L),37R(L)を備えている。肩関節部31R(L)〜33R(L)と肘関節部34R(L)とは、上腕リンク54R(L)で、肘関節部34R(L)と手首関節部36R(L),37R(L)とは前腕リンク55R(L)で連結されている。
(頭部R4)
図3に示すように、頭部R4は、首部(頭部R4と胴部R2との連結部分)のY軸まわりの首関節部41と、首部のZ軸まわりの首関節部42と、を備えている。首関節部41は頭部R4のチルト角を設定するためのものであり、首関節部42は頭部R4のパンを設定するためのものである。
このような構成により、左右の脚部R1は合計12の自由度を与えられ、移動中に12個の関節部11R(L)〜16R(L)を適宜な角度で駆動することで、脚部R1に所望の動きを与えることができ、移動ロボットRが任意に3次元空間を移動することができる。また、左右の腕部R3は合計14の自由度を与えられ、14個の関節部31R(L)〜37R(L)を適宜な角度で駆動することで、移動ロボットRが所望の作業を行うことができる。
また、足首関節部15R(L),16R(L)と足部17R(L)との間には、公知の6軸力センサ61R(L)が設けられている。6軸力センサ61R(L)は、床面から移動ロボットRに作用する床反力の3方向成分Fx,Fy,Fzと、モーメントの3方向成分Mx,My,Mzと、を検出する。
また、手首関節部36R(L),37R(L)と把持部71R(L)との間には、公知の6軸力センサ62R(L)が設けられている。6軸力センサ62R(L)は、移動ロボットRの把持部71R(L)に作用する反力の3方向成分Fx,Fy,Fzと、モーメントの3方向成分Mx,My,Mzと、を検出する。
また、胴部R2には、傾斜センサ63が設けられている。傾斜センサ63は、胴部R2の重力軸(Z軸)に対する傾きと、その角速度と、を検出する。
また、各関節部の電動モータは、その出力を減速・増力する減速機(図示せず)を介して前記した大腿リンク51R(L)、下腿リンク52R(L)等を相対変位させる。これら各関節部の角度は、関節角度検出手段(例えば、ロータリエンコーダ)によって検出される。
制御装置搭載部R5は、後記する移動制御部130、無線通信部150、主制御部200、バッテリ(図示せず)等を収納している。各センサ61〜63等の検出データは、制御装置搭載部R5内の各制御部に送られる。また、各電動モータは、各制御部からの駆動指示信号により駆動される。
なお、この2足歩行制御についての詳細は、例えば、特許第3672102号公報に開示されている。
[移動ロボットの構成]
次に、図4を参照して、移動ロボットの構成について説明する。図4は、本発明の実施形態に係る移動ロボットの構成を示したブロック図である。
図4に示すように、移動ロボットRは、前記した脚部R1、胴部R2、腕部R3及び頭部R4に加えて、カメラC,C、スピーカS、マイクMC、画像処理部110、音声処理部120、移動制御部130、記憶部140、無線通信部150及び主制御部200を備えている。
さらに、移動ロボットRは、自己位置を検出するため位置検出手段として、方向を認識するジャイロセンサSR1と、座標を認識するGPS受信器SR2とを備えている。
(カメラ)
カメラC,Cは、映像をデジタルデータとして取り込むものであり、例えばカラーCCD(Charge Coupled Device)カメラが使用される。カメラC,Cは、左右並列に配置され、撮影した画像は画像処理部110に出力される。このカメラC,Cは、頭部R4の内部に配設される。
(スピーカ)
スピーカSは、後記する音声合成部121により生成された音声を出力するものである。このスピーカSは、頭部R4の内部に配設される。
(画像処理部)
画像処理部110は、カメラC,Cが撮影した画像を処理して、撮影された画像から移動ロボットRの周囲の状況を把握するため、周囲の障害物や人物の認識を行うものである。この画像処理部110は、ステレオ処理部111、移動体抽出部112及び顔認識部113を含んで構成される。
ステレオ処理部111は、左右のカメラC,Cが撮影した2枚の画像の一方を基準としてパターンマッチングを行い、左右の画像中の対応する各画素の視差を計算して視差画像を生成するものである。この生成した視差画像及び元の画像(原画像)は移動体抽出部112に出力される。なお、この視差画像は、移動ロボットRから撮影された物体までの距離を表すものである。
移動体抽出部112は、ステレオ処理部111から出力されたデータに基づいて、撮影した画像中の移動体を抽出するものである。移動する物体(移動体)を抽出するのは、移動する物体は人物であると推定して、人物の認識をするためである。
移動体を抽出するために、移動体抽出部112は、過去の数フレーム(コマ)の画像を記憶しており、最も新しいフレーム(画像)と、過去のフレーム(画像)とを比較して、パターンマッチングを行い、各画素の移動量を計算する。そして、移動体抽出部112は、視差画像において、カメラC,Cから所定の距離範囲内で、移動量の多い画素を含んだ領域に人物がいると推定し、その所定距離範囲のみの領域を元の画像(原画像)から移動体の画像として抽出し、顔認識部113へ出力する。
顔認識部113は、抽出した移動体から肌色の領域を抽出して、その大きさ、形状等から顔の位置を認識するものである。なお、同様にして、肌色の領域と、大きさ、形状等から手の位置を認識することもできる。
この認識された顔の位置は、移動ロボットRが移動するときの情報として、また、その人とコミュニケーションを取るための情報として、主制御部200に出力される。さらに、人が認識された旨、あるいはその人の位置(顔の位置)は、無線通信部150に出力され、無線親機1を介して、管理用コンピュータ3に送信される。
(マイク)
マイクMCは、移動ロボットRの周囲の音を集音するものである。この集音された音は、後記する音声認識部122に音声信号として出力される。
(音声処理部)
音声処理部120は、音声合成部121と、音声認識部122とを備えている。
音声合成部121は、主制御部200が決定し、出力してきた文字情報を含んだ発話指令により、予め記憶している音声データと文字情報との対応関係に基づいて、文字情報から音声データを生成し、スピーカSに出力するものである。
音声認識部122は、マイクMCから音声データが入力され、予め記憶している音声データと文字情報との対応関係に基づいて、音声データから文字情報を生成し、主制御部200に出力するものである。
(移動制御部)
移動制御部130は、移動ロボットRを構成する構造(駆動構造)である脚部R1、胴部R2、腕部R3及び頭部R4を駆動制御するものであって、脚部制御部131、胴部制御部132、腕部制御部133及び頭部制御部134を備えている。
脚部制御部131は、主制御部200の指示に従い脚部R1を駆動し、胴部制御部132は、主制御部200の指示に従い胴部R2を駆動し、腕部制御部133は、主制御部200の指示に従い腕部R3を駆動し、頭部制御部134は、主制御部200の指示に従い頭部R4を駆動する。
(記憶部)
記憶部(無線環境マップ記憶手段、移動履歴記憶手段)140は、ハードディスク、半導体メモリ等の記憶装置であって、移動ロボットRが移動する移動領域の地図データと、この移動領域における無線環境に関連する複数の無線環境データとを含んだ無線環境マップを記憶するものである。また、記憶部140は、移動ロボットRの移動経路を示す移動履歴(例えば、地図データ上の位置座標等)を記憶するものでもある。
地図データは、移動ロボットRの移動領域の地図を特定する情報であって、例えば、移動領域であるフロア内に存在する受付、出入口、会議室等の位置を座標により特定した情報である。
無線環境マップは、地図データと、無線環境に関連する複数の無線環境データで構成された総合無線環境データとを対応付けたものである。この総合無線環境データは、無線通信における接続環境の良好度を示す情報である。
ここで、図5を参照して、総合無線環境データについて説明する。図5は、総合無線環境データの内容を説明するための説明図である。
図5に示すように、本実施形態では、総合的に無線環境の良好度を評価するために、無線環境データとして、無線強度と、ノイズフロアと、エラー回数と、再送回数と、通信速度とを用い、それぞれの無線環境データに重み付けして、総合無線環境データとしている。
まず、無線環境を最もよく示すデータとして、無線強度に80%の重み付けをする。本実施形態では、無線強度のデータをそのまま用いるのではなく、ノイズフロアとの比を用いることとした。すなわち、無線親機1から送信された無線波を移動ロボットRが受信した無線強度と、ノイズフロアとを、それぞれの強度に応じて、1〜100%に数値化する。ただし、100%が最も強い強度を示す。
そして、(無線強度/ノイズフロア)>1のときは、(無線強度/ノイズフロア)×0.8 を総合無線環境データへの寄与とする。すなわち、無線強度が100%で、ノイズフロアが1%の場合が、最も無線環境が良好なときであり、100/1×0.8=80(%)である。
また、(無線強度/ノイズフロア)≦1のときは、ノイズレベルが無線強度(信号レベル)よりも大きく、無線環境が極めて悪い状況であるとして、総合無線環境データへの寄与は“0”(%)とする。
エラー回数は、重み付けを5%とし、1秒当たりのエラー回数を最大1028回として、(1−(エラー回数/1028))×5(%)を総合無線環境データへの寄与とする。すなわち、エラー回数が0回に近いほど、寄与は5%に近くなり(無線環境が良好)、エラー回数が1028回に近いほど、寄与は0%に近くなる(無線環境が悪い)。
再送回数は、エラー回数と同様に、重み付けを5%とし、1秒当たりの再送回数を最大1028回として、(1−(再送回数/1028))×5(%)を総合無線環境データへの寄与とする。すなわち、再送回数が0回に近いほど、寄与は5%に近くなり(無線環境が良好)、再送回数が1028回に近いほど、寄与は0%に近くなる(無線環境が悪い)。
通信速度は、重み付けを10%とし、無線通信で用いる無線LANアダプタで選択された通信速度によって、予め決めた換算表を用いて、総合無線環境データへの寄与を算出する。
図5において、項目が「通信速度」の欄には、数値範囲が{1,2,5.5,11}[Mbps]の場合と、数値範囲が{6,9,12,18,24,36,48,54}[Mbps]の換算表が定められている。前者は、IEEE802.11bに準拠する規格の無線LANアダプタを用いた場合の換算表であり、後者は、IEEE802.11g又はIEEE802.11aに準拠する規格の無線LANアダプタを用いた場合の換算表である。
すなわち、速い通信速度で通信を確立することができるほど、良好な無線環境であり、高い数値が割り当てられている。
なお、他の規格や方式の通信手段を用いる場合は、適宜に通信速度に対応した換算式を決めるようにすればよい。
以上のようにして換算した4つの無線環境データを重み付け加算することで、100%から0%に正規化された総合無線環境データが算出される。
このように、無線強度以外の無線環境に関連するデータを含めた無線環境データに、重み付けして算出した総合無線環境データを用いることにより、より適切に無線環境を表すことができる。特に、エラー回数や再送回数は、通信が確立した状態で、そのときの無線環境の状態を評価することができるので、通信が確立できなくなる状態を適確に判断することができる。
次に、図6を参照して、総合無線環境データを地図データに対応付けた無線環境マップについて説明する。図6は、無線環境マップの内容を説明するための説明図であって、(a)は地図データの一例を視覚的に示したフロアマップ、(b)は地図データと総合無線環境データとを対応付けた無線環境マップの例を示す図である。
図6(a)に示した例では、移動ロボットRの移動領域内の地図データとして、受付、出入口、会議室A〜C、基地局である無線親機1等の位置を、予め定めた座標系にマッピングしている。
また、図6(b)に示した無線環境マップの例では、図6(a)で示した地図データ(フロアマップ)に、所定間隔のグリッドを設定し、グリッドの格子点ごとに、図5で説明した総合無線環境データを対応付けている。
このように地図データに総合無線環境データを対応付けることで、移動ロボットRは、どの場所が、無線環境が良好であるのかを認識することが可能になる。
なお、無線親機1が複数存在する場合は、その無線親機1ごとの無線環境マップで、総合無線環境データの値が大きいものを選択し、複数の無線環境マップを統合したマップとしてもよい。
例えば、図7に示すように、無線親機1が2台配置されている場合、図7(a)に示した無線親機1Aの無線環境マップと、図7(b)に示した無線親機1Bの無線環境マップとで、グリッドの各格子点において、総合無線環境データの値が大きい無線親機1を対応付けたマップ(無線親機マップ〔図7(c)〕)とする。また、この無線親機マップは、無線環境マップと同様、記憶部140に記憶しておく。
なお、無線親機1が複数存在する場合は、複数の無線環境マップと無線親機マップとを併せて無線環境マップと呼ぶこととする。
このように、複数の無線親機1が存在する場合、移動ロボットRは、通信状態が良好な無線親機1を選択することが可能になる。
図4に戻って、移動ロボットRの構成について説明を続ける。
(無線通信部)
無線通信部150は、無線親機1を介して、管理用コンピュータ3との間でデータ(タスク指令等)の送受信を行うものである。
ここで、図8を参照して無線通信部150の構成について説明する。図8は、無線通信部の構成を示す構成図である。
図8に示すように、無線通信部150は、無線インタフェース部151、プロトコル制御部152、無線環境検出部153と、アンテナ部Tとを備えている。なお、アンテナ部Tは、頭部R4の内部に配設されている。
無線インタフェース部151は、アンテナ部Tによって管理用コンピュータ3から無線親機1を介して送受信される無線波とデータとの物理変換を行うものである。この無線インタフェース部151は、受信時には、アンテナ部Tが受信した無線波をデータに変換し、プロトコル制御部152へ出力する。また、受信した無線波を無線環境検出部153の無線強度検出部153aに出力する。
また、送信時には、無線インタフェース部151は、プロトコル制御部152からデータを入力し、無線波に変換してアンテナ部Tを介して、無線親機1に送信する。
プロトコル制御部152は、例えば、IEEE802.3 等のLAN規定に基づき、管理用コンピュータ3と移動ロボットRの主制御部200との間のデータの通信を行うためのデータフレーミングや折衝を行うものである。このプロトコル制御部152は、受信時には、無線インタフェース部151によって変換された管理用コンピュータ3から送信される送信データから、移動ロボットRに割り当てられたアドレス宛のデータを選別し、例えば、TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)プロトコル等の所定の通信プロトコル方式に基づいて、TCP/IPパケット等のフレームからデータを抽出して主制御部200に出力する。
また、送信時には、プロトコル制御部152は、主制御部200から入力されたデータを、前記した所定の通信プロトコル方式に基づいて、TCP/IPパケット等のフレームを生成して無線インタフェース部151に出力する。
また、プロトコル制御部152における受信時のエラー回数、送信時の再送回数及び送受信時の通信速度が、それぞれ無線環境検出部153のエラー回数検出部153c、再送回数検出部153d及び通信速度検出部153bによって測定される。
この無線インタフェース部151及びプロトコル制御部152は、一般的な無線LANアダプタを用いることができる。
無線環境検出部153は、無線強度検出部153aによって、無線インタフェース部151で変換する無線波の周波数の無線(電波)強度、ノイズフロアを検出すると共に、通信速度検出部153bによって、無線親機1との間の通信速度を検出するものである。また、エラー回数検出部153cによって、受信時のプロトコル制御部152でのエラー回数を測定し、送信時のプロトコル制御部152でのデータの再送回数を測定する。そして、これらの測定値を用いて、無線環境の良好度を示す総合無線環境データを算出し、主制御部200に出力する。
このように無線通信部150を構成することで、記憶部140に記憶されている無線環境マップを更新することが可能になる。なお、移動ロボットRにおいて、無線環境マップを更新しない場合は、無線環境検出部153を構成から省略することも可能である。
図4に戻って、移動ロボットの構成について説明を続ける。
(主制御部〔制御装置〕)
主制御部200は、移動ロボットR全体の動作を制御するものであって、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等を備えた、コンピュータである。
この主制御部200は、管理用コンピュータ3から送信されるタスク指令を解析し、そのタスク指令に基づいた動作を、移動制御部130に指示することで、一連のタスクを自律的に実行させる。なお、主制御部200は、タスクを実行することで移動した位置を、移動履歴として、記憶部140に記憶する。
また、主制御部200は、無線通信部150から出力される無線状態を監視し、無線状態が劣化した場合に、その復旧動作を行うための制御も行う。
ここで、図9を参照して、主制御部200の構成について説明する。図9は、主制御部の機能構成を示す機能ブロック図である。なお、ここでは、主に無線通信が切断した場合の復旧を行う機能を実現するための構成について説明する。
図9に示すように、主制御部200は、位置認識部201、監視部202、探索部203及び動作指示部204を備えている。
位置認識部(位置認識手段)201は、移動領域内における自己位置を認識するものである。ここでは、位置認識部201は、ジャイロセンサSR1やGPS受信器SR2から出力される方向や座標を取得し、地図データと対応させることで、現在の位置や向きを認識する。この位置認識部で認識された自己位置を示す位置情報は、探索部203に出力される。
監視部(監視手段)202は、無線通信部150における無線環境を監視するものである。ここでは、監視部202は、無線通信部150から出力される総合無線環境データの値に基づいて、無線環境が劣化した、あるいは、通信不可(切断状態)となったことを判定する。例えば、総合無線環境データの値が、70%以上の場合は「良好」状態、50%以上70%未満を無線環境が劣化した「低下」状態、50%未満を無線通信の切断の可能性がある「切断」状態と判定する。この監視結果は、探索部203に出力される。
なお、この基準(総合無線環境データの値)は、一例であって、例えば、無線通信の精度を高めたい場合には、基準値を高くする。
また、監視部202は、無線通信部150において、総合無線環境データを算出しない場合は、無線強度、データのエラー回数、再送回数等によって、無線通信の状態を判定することとしてもよい。
探索部(探索手段)203は、監視部202により無線通信が切断された状態であると判定された場合に、記憶部140に記憶されている無線環境マップに基づいて、無線通信の接続が可能な復旧位置を探索するものである。ここでは、探索部203は、親機探索部203aと、復旧位置探索部203bとを備えている。
親機探索部(親機探索手段)203aは、無線環境マップに基づいて、移動ロボットRの位置から予め定められた距離以内に位置する無線親機を探索するものである。具体的には、親機探索部203aは、記憶部140に記憶されている無線環境マップ(より詳細には、無線親機マップ〔図7(c)参照〕)を参照し、位置認識部201で認識された自己位置から所定距離(例えば、20m)以内の無線親機1を探索する。この探索された無線親機の種別(1A、1B)は、復旧位置探索部203bに出力される。なお、所定距離内に複数の無線親機が存在する場合は、親機リストとして、復旧位置探索部203bに出力される。
復旧位置探索部(復旧位置探索手段)203bは、親機探索部203aで探索された無線親機のうちで自己位置から近い無線親機の順に、当該無線親機に対応する総合無線環境データにおいて予め定めた基準を満たし、かつ、自己位置に最も近い位置を探索するものである。具体的には、復旧位置探索部203bは、記憶部140に記憶されている無線環境マップを参照し、自己位置から近い無線親機から順に、総合無線環境データ(図5参照)の値が所定値以上(例えば、70%以上)であって、位置認識部201で認識された自己位置からもっと近い位置を探索する。この復旧位置探索部203bで探索された復旧位置は、動作指示部204に出力される。
動作指示部204は、移動制御部130に対して、所定の動作を実行させる指示を通知するものである。なお、動作指示部204は、所定の動作を実行させる際に、音声処理部120の音声合成部121によって、動作内容を発話させることとしてもよい。
ここでは、動作指示部204は、自己位置移動指示部204a、アンテナ部移動指示部204b、逆行指示部204c、移動停止指示部204d、減速指示部204e及び手引き動作指示部204fを備えている。
自己位置移動指示部(自己位置移動指示手段)204aは、探索部203で探索された復旧位置までの移動を移動制御部130に指示するものである。この自己位置移動指示部204aからの指示に基づいて、移動制御部130が脚部R1等を駆動し、移動ロボットRが復旧位置まで移動する。このように、自己位置移動指示部204aは、移動ロボットRの位置を、無線環境マップにより探索された復旧位置まで移動させることで、無線通信を復旧させることが可能になる。
アンテナ部移動指示部(アンテナ部移動指示手段)204bは、アンテナ部Tの位置又は方向を変化させるように、予め定めた動作を移動制御部130に指示するものである。このアンテナ部移動指示部204bは、アンテナ部Tの位置や方向を変化させることで、無線強度等の無線環境を変化させる。このように、アンテナ部移動指示部204bは、無線通信の切断時に、その復旧を試みる一つの手段となる。なお、ここでは、主制御部200は、探索部203で復旧位置が探索できない場合にアンテナ部移動指示部204bを起動することとする。
ここで、図10を参照して、アンテナ部Tの位置又は方向を変化させる具体例について説明する。図10は、移動ロボットが、アンテナ部の位置や方向を変化させる動作の一例を示した模式図である。なお、図10においては、アンテナ部Tの状態を視覚化するため、アンテナ部Tを移動ロボットRの頭部頂上に備えているが、このアンテナ部Tは、頭部内部に組み込んで構成してもよいし、他の位置に備え付けられて構成することとしてもよい。
例えば、移動ロボットRは、図10(a)に示すように、頭部(あるいは体全体)を左右に振ることで、移動ロボットRの左右方向で無線環境の良好な場所を探索し、無線通信の復旧を試みる。また、例えば、移動ロボットRは、図10(b)に示すように、頭部を上下(あるいは体全体を前後)に振ることで、移動ロボットRの前後方向で無線環境の良好な場所を探索し、無線通信の復旧を試みる。
また、例えば、移動ロボットRは、図10(c)に示すように、その場で360°(度)回転することで、アンテナ部Tの方向で無線環境の良好な場所を探索し、無線通信の復旧を試みる。また、例えば、移動ロボットRは、図10(d)に示すように、その場から前後左右、あるいは、斜め前後の八方向に1歩ずつ移動することで、移動ロボットRの周辺位置で無線環境の良好な場所を探索し、無線通信の復旧を試みる。
図9に戻って、主制御部200の構成について説明を続ける。
逆行指示部(逆行指示手段)204cは、記憶部140に記憶されている移動履歴に基づいて、予め定めた移動量だけ移動経路を逆行するように移動制御部130に指示するものである。この逆行指示部204cは、移動ロボットRが移動してきた移動履歴を参照し、移動ロボットRを現在の位置から、例えば、1mだけ元の位置に戻す。このように、逆行指示部204cは、無線通信の切断時に、移動してきた方向に移動することで、無線通信の復旧の確率を高めることができる。
移動停止指示部(移動停止指示手段)204dは、探索部203で復旧位置を探索できない場合に、移動を停止するように移動制御部130に指示するものである。なお、ここでは、主制御部200は、アンテナ部移動指示部204b、逆行指示部204cによっても切断復旧がなされない場合に、移動停止指示部204dを起動することとする。
減速指示部(減速指示手段)204eは、監視部202で監視した接続状態において、無線環境の状態が予め定めた基準より劣化した場合に、移動速度を減速するように移動制御部130に指示するものである。
ここで、図11を参照(適宜図9参照)して、減速指示部204eが行う移動速度の減速例について説明する。図11は、無線親機からの距離と総合無線環境データの値との関係を示すグラフ図である。図11において、横軸に無線親機からの距離[m]、縦軸に総合無線環境データの値[%]を示している。なお、このグラフ図は一例であって、使用する無線親機の種類等によって、異なるものである。
図11に示すように、ここでは、減速指示部204eは、無線環境を、「良好」、「低下」、「切断(の可能性あり)」の3つの状態で管理する。ここで、「良好」は、無線通信が正常に動作する安定状態を示している。また、「低下」は、無線通信は正常に行えるが、総合無線環境データの値が劣化してきている状態を示している。また、「切断(の可能性あり)」は、総合無線環境データの値が劣化し、無線通信が切断する可能性がある状態を示している。
ここで、例えば、移動ロボットRが無線親機から離れる方向に移動する場合、「良好」、「低下」、「切断の可能性あり」の状態に順次移行する可能性がある。この場合、無線環境が「切断(の可能性あり)」となる前に、無線親機と再接続することができれば、管理用コンピュータ3に対して、その旨の通知等を行うことが可能になる。これを実現するには、「低下」の状態から「切断の可能性あり」の状態に移行するまでに、再接続にかかる時間を確保すればよい。
図11では、「良好」状態から「低下」状態(総合無線環境データの値が70%未満)となった後、「切断(の可能性あり)」の状態(50%未満)となるまでの距離は、約3mである。ここで、無線親機との再接続にかかる時間を最長10秒であるとすると、この3mの距離を10秒で移動すればよいことになる。
すなわち、減速指示部204eは、移動制御部130に対して、時速1.08kmで移動を行うように指示する。
これにより、無線通信が切断される状態となる割合を減らすことができる。
図9に戻って、主制御部200の構成について説明を続ける。
手引き動作指示部(手引き動作指示手段)204fは、移動制御部130と協働して、移動ロボットRを人が誘導する方向に移動させるものである。これによって、移動ロボットRは、移動を人の誘導により行う「手引き誘導モード」に移行する。
より具体的には、手引き動作指示部204fは、図12に示すように、人Hが移動ロボットRの手(腕部R3の先端に設けられた把持部(ハンド)71R)を引いて誘導することで、無線通信が可能な位置に移動させる。
本実施形態における移動ロボットRは、図3に示したように、脚部R1の各関節部の電動モータを駆動制御することにより、歩行又は走行することができる。また、腕部R3の各関節部に設けられた電動モータを駆動制御することにより、人Hに対して手を差し出した人Hの手を握ることができるようになっている。さらに、腕部R3の先端に設けられた把持部71R(L)と、手首関節部36R(L),37R(L)との間に設けられた6軸力センサ62R(L)は、移動ロボットRの把持部71R(L)に作用する反力の3方向成分Fx,Fy,Fzと、モーメントの3方向成分Mx,My,Mzと、を検出することができるようになっている。
6軸力センサ62Rで検出した反力の3方向成分Fx,Fy,Fzは移動制御部130の腕部制御部133に伝達され、腕部制御部133は、これらの反力の3方向成分Fx,Fy,Fzに基づいて、図12に示したように、人Hが移動ロボットRの把持部71Rを引く方向と、その力の大きさを判断し、主制御部200の手引き動作指示部204fに伝達する。そして、手引き動作指示部204fは、人Hが移動ロボットRの把持部71Rを引く方向と、引く力の大きさとに基づいて、移動ロボットRが移動する方向と移動する速さとを決定し、脚部制御部131に伝達する。そして、脚部制御部131は、手引き動作指示部204fから指令された移動する方向と速さに従って、脚部R1の関節各部を駆動制御し、人Hに手を引かれた状態で移動することができる。
ここでは、主制御部200は、自己位置移動指示部204a、アンテナ部移動指示部204b及び逆行指示部204cによっても無線通信の復旧がなされない場合に、移動停止指示部204dによって、移動停止後、手引き動作指示部204fを起動し、「手引き誘導モード」に移行することとする。なお、図示を省略したスイッチ等の切換手段によって、動作指示部204は、自律的な無線復旧動作を行わず、手引き動作指示部204fのみを動作させることとしてもよい。
以上、主制御部200の機能構成について説明したが、主制御部200は、コンピュータを、前記した各手段として機能させる制御プログラムによって、動作させることができる。
[移動ロボットの動作]
次に、移動ロボットRの動作について説明する。なお、ここでは、主に移動ロボットが無線環境を監視し、無線通信の切断復旧を行う動作について説明する。
(全体動作)
最初に、図13を参照(適宜図4及び図9参照)して、移動ロボットRの無線環境の変化に伴う全体動作について説明する。図13は、本発明に係る移動ロボットの無線環境の変化に伴う全体動作を示すフローチャートである。
まず、移動ロボットRは、無線通信部150によって、管理用コンピュータ3から、無線親機1を介して送信されるタスク指令を受信する。そして、主制御部200が、そのタスク指令に基づいて、移動制御部130を介して脚部R1等を駆動することで、一連のタスクを実行する。そして、このタスク実行中、移動ロボットRは、主制御部200の位置認識部201によって、自己の位置を認識し、移動履歴を記憶部140に記憶すると共に、監視部202によって、無線通信部150における無線環境を監視する(ステップS1)。
そして、移動ロボットRは、監視部202によって、無線通信の状態を判定し(ステップS2)、「良好」状態と判定された場合、タスク動作が終了したか否かを判定する(ステップS3)。ここで、移動ロボットRは、タスクが終了した場合(ステップS3でYes)、動作を終了し、タスクが終了していない場合(ステップS3でNo)、ステップS1に戻って動作を継続する。
一方、ステップS2において、「低下」状態と判定された場合、移動ロボットRは、主制御部200の減速指示部204eから移動制御部130に指示を与えることで、移動速度を減速する(ステップS4)。
ここで、移動ロボットRは、監視部202によって、無線通信部150で算出された総合無線環境データの値が、無線環境マップにおける現在位置の総合無線環境データの値と同じであるか否かを判定し(ステップS5)、異なる場合(ステップS5でNo)は、無線環境マップを更新する(ステップS6)。
このとき、移動ロボットRは、減速を行った旨を管理用コンピュータ3に通知することとしてもよい。
その後、又は、無線通信部150で算出された総合無線環境データの値が、無線環境マップの値と同じである場合(ステップS5でYes)、移動ロボットRは、ステップS3の動作を実行する。
また、ステップS2において、「切断」状態と判定された場合、移動ロボットRは、音声合成部121によって、例えば、「無線切断により止まります」と発話し(ステップS7)、移動停止指示部204dから移動制御部130に対して停止の指示を与えることで、移動(歩行)を停止する(ステップS8)。
そして、移動ロボットRは、無線環境マップを使用して、無線切断復旧動作を行う(ステップS9)。なお、この無線環境マップを使用した無線切断復旧の動作については、図14を参照して、後で説明を行うこととする。
そして、移動ロボットRは、音声合成部121によって、例えば、「無線復旧しました」と発話する(ステップS10)。
このとき、移動ロボットRは、無線切断が復旧した旨を管理用コンピュータ3に通知することとしてもよい。その後、移動ロボットRは、ステップS3に進む。
以上の動作によって、移動ロボットRは、タスク動作実行中に、無線環境が劣化した位置に移動した場合であっても、無線通信を行うことが可能な位置に適宜移動することができる。
(無線環境マップを使用した無線切断復旧動作)
次に、図14を参照して、移動ロボットRが、無線環境マップを使用して行う無線切断復旧動作について説明する。図14は、本発明の実施形態に係る移動ロボットにおいて無線環境マップを使用して無線通信の切断復旧を行う動作を示すフローチャートである。なお、この動作は、図13で説明したステップS9の動作に相当する。
まず、移動ロボットRは、探索部203の親機探索部203aによって、移動ロボットRの位置から予め定めた距離(例えば、20m)以内に位置する無線親機を探索し、親機リストを生成する(ステップS20)。
そして、移動ロボットRは、復旧位置探索部203bによって、ステップS20で探索された無線親機に対応する無線環境において、予め定めた基準を満たし、かつ、最も近い位置を復旧位置として探索する。
具体的には、移動ロボットRは、復旧位置探索部203bによって、親機リストから移動ロボットRに最も近い無線親機を探索する(ステップS21)。なお、このとき、復旧位置探索部203bは、該当する無線親機を後の探索対象から除外するため、親機リストから削除しておく。
その後、移動ロボットRは、復旧位置探索部203bによって、ステップS21で探索した無線親機に対応する無線環境マップを参照し、総合無線環境データの値が所定値以上(例えば、70%以上)であって、移動ロボットRの現在位置から一番近い位置を探索する(ステップS22)。
さらに、移動ロボットRは、復旧位置探索部203bによって、ステップS22で探索した位置が、移動ロボットRの現在位置から予め定めた距離(例えば、5m)以内であるか否かを判定する(ステップS23)。
そして、探索した位置が予め定めた距離よりも遠い場合(ステップS23でNo)、移動ロボットRは、無線環境マップを使用した無線切断復旧ができないものと判定し、ステップS29に進む。
一方、探索した位置が予め定めた距離以内である場合(ステップS23でYes)、移動ロボットRは、当該探索位置を無線通信の復旧位置と決定する(ステップS24)。
その後、移動ロボットRは、音声合成部121によって、例えば、「無線復旧するため移動します」と発話し(ステップS25)、自己位置移動指示部204aから移動制御部130に対して復旧位置までの移動の指示を与えることで、当該復旧位置まで移動(歩行)する(ステップS26)。
そして、移動ロボットRは、監視部202によって、無線環境が切断状態から復旧したかどうかを判定する(ステップS27)。ここで、切断状態から復旧した場合(ステップS27でYes)、移動ロボットRは、無線切断復旧動作を終了し、ステップS10(図13参照)の動作を実行する。
一方、切断状態から復旧していない場合(ステップS27でNo)、移動ロボットRは、復旧位置探索部203bによって、親機リストから探索対象となる無線親機を探索し(ステップS28)、探索対象となる無線親機が存在する(親機リストが「空」でない)場合(ステップS28でYes)、ステップS21に戻って動作を継続する。
一方、探索対象となる無線親機が存在しない(親機リストが「空」である)場合(ステップS28でNo)、移動ロボットRは、無線環境マップを使用した無線切断復旧ができないものと判定し、アンテナ部の位置又は方向を変化させることで復旧を試みる動作(アンテナ部移動による無線切断復旧動作)を行う(ステップS29)。なお、このアンテナ部移動による無線切断復旧の動作については、図15を参照して、後で説明を行うこととする。
以上説明したように、移動ロボットRは、無線環境が劣化し、管理用コンピュータ3からのタスク指令が通知されなくなった場合であっても、無線環境マップを使用して、無線通信可能な位置に自律的に移動することができる。
(アンテナ部移動による無線切断復旧動作)
次に、図15を参照して、移動ロボットRが、アンテナ部Tを移動させることで行う無線切断復旧動作について説明する。図15は、本発明の実施形態に係る移動ロボットにおいてアンテナ部を移動させることで無線通信の切断復旧を行う動作を示すフローチャートである。なお、この動作は、図14で説明したステップS29の動作に相当する。
まず、移動ロボットRは、アンテナ部Tを移動させることを周囲に告知するため、音声合成部121によって、例えば、「無線復旧するため動きます」と発話する(ステップS40)。
そして、アンテナ部移動指示部204bは、アンテナ部Tを備えている頭部を左右方向に振る旨を、移動制御部130に指示することで、移動ロボットRの頭部を左右に振らせる(ステップS41)。そして、監視部202が、無線環境が切断状態から復旧したかどうかを判定する(ステップS42)。なお、この復旧判定は、頭部が左に振られた状態と、右に振られた状態でそれぞれ判定する。
この段階で、切断状態から復旧した場合(ステップS42でYes)、移動ロボットRは、無線切断復旧動作を終了する。
一方、切断状態から復旧していない場合(ステップS42でNo)、アンテナ部移動指示部204bは、頭部を上下方向に振る旨を、移動制御部130に指示することで、移動ロボットRの頭部を上下に振らせる(ステップS43)。そして、監視部202が、無線環境が切断状態から復旧したかどうかを判定する(ステップS44)。なお、この復旧判定は、頭部が上に振られた状態と、下に振られた状態でそれぞれ判定する。
この段階で、切断状態から復旧した場合(ステップS44でYes)、移動ロボットRは、無線切断復旧動作を終了する。
一方、切断状態から復旧していない場合(ステップS44でNo)、アンテナ部移動指示部204bは、その場で360度回転する旨を、移動制御部130に指示することで、移動ロボットRを回転させる(ステップS45)。そして、監視部202が、無線環境が切断状態から復旧したかどうかを判定する(ステップS46)。なお、この復旧判定は、移動ロボットRの回転中予め定めた時間間隔で判定する。
この段階で、切断状態から復旧した場合(ステップS46でYes)、移動ロボットRは、無線切断復旧動作を終了する。
一方、切断状態から復旧していない場合(ステップS46でNo)、アンテナ部移動指示部204bは、その場から前後左右、あるいは、斜め前後の八方向に1歩ずつ移動する旨を、移動制御部130に指示することで、移動ロボットRをその場から八方向へ1歩ずつ移動させる(ステップS47)。そして、監視部202は、無線環境が切断状態から復旧したかどうかを判定する(ステップS48)。なお、この復旧判定は、移動ロボットRが、1歩ずつ移動した段階ごとに判定する。
この段階で、切断状態から復旧した場合(ステップS48でYes)、移動ロボットRは、無線切断復旧動作を終了する。
一方、切断状態から復旧していない場合(ステップS48でNo)、移動ロボットRは、アンテナ部Tを移動させることでは無線切断復旧ができないものと判定し、移動履歴により移動した方向の逆方向に戻ることで復旧を試みる動作(移動履歴を使用した無線切断復旧動作)を行う(ステップS49)。なお、この移動履歴を使用した無線切断復旧の動作については、図16を参照して、後で説明を行うこととする。
以上の動作によって復旧した場合、移動ロボットRは、その旨を管理用コンピュータ3に通知し、次のタスク指令を待つことが望ましい。
以上説明したように、移動ロボットRは、アンテナ部Tを移動させることで、無線通信の復旧を試みることができ、無線環境マップを使用した無線切断復旧を補完することができる。
(移動履歴を使用した無線切断復旧動作)
次に、図16を参照して、移動ロボットRが、移動履歴を使用して行う無線切断復旧動作について説明する。図16は、本発明の実施形態に係る移動ロボットにおいて移動履歴を使用して無線通信の切断復旧を行う動作を示すフローチャートである。なお、この動作は、図15で説明したステップS49の動作に相当する。
まず、移動ロボットRは、逆行指示部204cによって、記憶部140に記憶されている移動履歴に基づいて、予め定めた移動量(例えば、1m)分だけ、移動経路を戻った位置を求める(ステップS60)。
そして、移動ロボットRは、移動経路を戻ることを周囲に告知するため、音声合成部121によって、例えば、「無線復旧するため1mバックします」と発話する(ステップS61)。
そして、逆行指示部204cは、ステップS60で求めた位置に移動する旨を、移動制御部130に指示することで、移動ロボットRを、移動経路を戻った位置に移動させる(ステップS62)。
その後、監視部202は、無線環境が切断状態から復旧したかどうかを判定する(ステップS63)。
そして、切断状態から復旧した場合(ステップS63でYes)、移動ロボットRは、無線切断復旧動作を終了する。一方、切断状態から復旧していない場合(ステップS63でNo)、移動ロボットRは、移動履歴を使用して移動経路を戻っても無線切断復旧ができないものと判定し、人に誘導されることで復旧可能な位置まで戻る動作(手引き誘導モードによる無線切断復旧動作)を行う(ステップS64)。なお、手引き誘導モードによる無線切断復旧の動作については、図17を参照して、後で説明を行うこととする。
以上の動作によって復旧した場合、移動ロボットRは、その旨を管理用コンピュータ3に通知し、次のタスク指令を待つことが望ましい。
以上説明したように、移動ロボットRは、移動経路を戻ることで、無線通信の復旧を試みることができ、無線環境マップを使用した無線切断復旧を補完することができる。
(手引き誘導モードによる無線切断復旧動作)
次に、図17を参照して、移動ロボットRが、人に誘導されることで復旧可能な位置まで戻る動作について説明する。図17は、本発明の実施形態に係る移動ロボットにおいて手引き誘導により無線通信の切断復旧を行う動作を示すフローチャートである。なお、この動作は、図16で説明したステップS64の動作に相当する。
まず、移動ロボットRは、無線復旧ができない旨を周囲に告知するため、音声合成部121によって、例えば、「無線復旧できないので、手を引いてください」と発話する(ステップS80)。
そして、手引き動作指示部204fは、移動ロボットRの手(腕部R3の先端に設けられた把持部(ハンド)71R)を前方に差し出す旨を、移動制御部130に指示することで、移動ロボットRの手を前方に差し出させる(ステップS81)。
その後、移動ロボットRは、移動制御部130によって、手を引かれた方向及び力の大きさに基づいて、移動歩行と速度を決定し移動する(ステップS82)。
その後、監視部202は、無線環境が切断状態から復旧したかどうかを判定する(ステップS83)。
そして、切断状態から復旧した場合(ステップS83でYes)、移動ロボットRは、無線切断復旧動作を終了する。一方、切断状態から復旧していない場合(ステップS83でNo)、移動ロボットRは、ステップS80に戻って動作を継続する。
以上説明したように、移動ロボットRは、人により移動を補助されることで、無線通信の復旧を行うことができる。このように、移動ロボットR自身の脚部等の移動手段を介して、移動ロボットRを移動させることができるため、一人の補助操作のみで、移動ロボットを無線通信可能な位置まで移動させることができる。
なお、この手引き誘導モードによる無線切断復旧動作は、移動ロボットRに備えられたスイッチ(図示せず)により、任意の状態で切り換えて動作させることとしてもよい。この場合、スイッチにより手引き誘導モードに移行した段階で、前記ステップS80における発話内容を、例えば、「スイッチが押されました、手を引いてください」とする。以降の動作については、ステップS81〜S83と同様である。
これによって、緊急時には、人が、移動ロボットRの動作を待つことなく、任意の位置に移動させることができる。
以上説明したように、移動ロボットRは、無線通信が切断される場所に移動した場合であっても、適切に無線通信を復旧できる場所に移動することができる。
なお、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。ここでは、移動ロボットRは、無線環境マップを参照して復旧位置に移動しても無線通信が接続できない場合、順次、アンテナ部の移動、移動履歴に基づく逆行、手引き誘導モードによる移動の各動作を行うこととしたが、この順番は入れ替えることも可能であるし、省略することとしてもよい。
また、ここでは、移動ロボットとして、脚部により移動する2速移動ロボットを例に説明したが、移動機構としては、脚部のみならず、脚部に相当する移動機構、例えば、車輪、無限軌道等であっても構わない。
本発明の実施形態に係る移動ロボット制御システムの構成を示すシステム構成図である。 本発明の実施形態に係る移動ロボットの外観を模式的に示す側面図である。 本発明の実施形態に係る移動ロボットの駆動構造を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る移動ロボットの構成を示したブロック図である。 総合無線環境データの内容を説明するための説明図である。 無線環境マップの内容を説明するための説明図であって、(a)は地図データの一例を視覚的に示したフロアマップ、(b)は地図データと無線環境情報とを対応付けた無線環境マップの例を示す図である。 無線親機が2台配置されている場合の無線環境マップの例を示す図である。 無線通信部の構成を示すブロック図である。 主制御部の機能構成を示す機能ブロック図である。 移動ロボットが、アンテナ部の位置や方向を変化させる動作の一例を示した模式図である。 無線親機からの距離と総合無線環境データの値との関係を示すグラフ図である。 人がロボットの手を引いて誘導する様子を示す図である。 本発明の実施形態に係る移動ロボットの無線環境の変化に伴う全体動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る移動ロボットにおいて無線環境マップを使用して無線通信の切断復旧を行う動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る移動ロボットにおいてアンテナ部を移動させることで無線通信の切断復旧を行う動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る移動ロボットにおいて移動履歴を使用して無線通信の切断復旧を行う動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る移動ロボットにおいて手引き誘導により無線通信の切断復旧を行う動作を示すフローチャートである。
符号の説明
1、1A、1B 無線親機(無線基地局)
3 管理用コンピュータ
5 記憶部
7 端末
110 画像処理部
120 音声処理部
130 移動制御部(移動制御手段)
140 記憶部(無線環境マップ記憶手段、移動履歴記憶手段)
150 無線通信部
200 主制御部(制御装置)
201 位置認識部(位置認識手段)
202 監視部(監視手段)
203 探索部(探索手段)
203a 親機探索部(親機探索手段)
203b 復旧位置探索部(復旧位置探索手段)
204 動作指示部
204a 自己位置移動指示部(自己位置移動指示手段)
204b アンテナ部移動指示部(アンテナ部移動指示手段)
204c 逆行指示部(逆行指示手段)
204d 移動停止指示部(移動停止指示手段)
204e 減速指示部(減速指示手段)
204f 手引き動作指示部(手引き動作指示手段)
A 移動ロボット制御システム
R 移動ロボット
R1 脚部(移動機構)
T アンテナ部

Claims (9)

  1. 無線通信により無線親機から送信されるタスク指令に基づいて、移動制御手段が脚部又は脚部に相当する移動機構を駆動制御することで、自律的に移動する移動ロボットにおいて、
    移動領域の地図データと、当該移動領域における無線環境に関連する複数の無線環境データで構成された総合無線環境データとを対応付けた無線環境マップを記憶した無線環境マップ記憶手段と、
    前記移動領域内における自己位置を認識する位置認識手段と、
    前記無線環境の状態を監視する監視手段と、
    この監視手段で監視された無線環境の状態が、前記無線通信が切断された状態となった場合に、前記無線環境マップに基づいて、前記無線通信の接続が可能な復旧位置を探索する探索手段と、
    前記認識された自己位置から、前記探索手段で探索された復旧位置までの移動を前記移動制御手段に指示する自己位置移動指示手段と、
    を備えていることを特徴とする移動ロボット。
  2. 前記無線環境マップには、さらに、複数の前記無線親機の位置情報と、前記無線親機ごとに対応した前記総合無線環境データとが対応付けられており、
    前記探索手段が、
    前記無線環境マップに基づいて、前記自己位置から予め定められた距離以内に位置する無線親機を探索する親機探索手段と、
    前記無線環境マップに基づいて、前記親機探索手段で探索された無線親機のうちで前記自己位置から近い無線親機の順に、当該無線親機に対応する総合無線環境データにおいて予め定めた基準を満たし、かつ、前記自己位置に最も近い位置を探索し、前記復旧位置とする復旧位置探索手段と、
    を備えていることを特徴とする請求項1に記載の移動ロボット。
  3. 前記移動制御手段は、前記移動機構を含む駆動構造を制御することで、動作を制御するものであり、
    前記探索手段で前記復旧位置を探索できない場合に、無線の電波を送受信するアンテナ部の位置又は方向を変化させるように、予め定めた動作を前記移動制御手段に指示するアンテナ部移動指示手段をさらに備えていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の移動ロボット。
  4. 当該移動ロボットの移動経路を示す移動履歴を記憶する移動履歴記憶手段と、
    前記探索手段で前記復旧位置を探索できない場合に、前記移動履歴に基づいて、予め定めた移動量だけ前記移動経路を逆に戻るように前記移動制御手段に指示する逆行指示手段と、
    をさらに備えていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の移動ロボット。
  5. 前記探索手段で前記復旧位置を探索できない場合に、前記自己位置の移動を停止するように前記移動制御手段に指示する移動停止指示手段をさらに備えていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の移動ロボット。
  6. 前記監視手段で監視された無線環境の状態が、予め定めた基準より劣化した場合に、移動速度を減速するように前記移動制御手段に指示する減速指示手段をさらに備えていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の移動ロボット。
  7. 移動領域の地図データと、当該移動領域における無線環境に関連する複数の無線環境データで構成された総合無線環境データとを対応付けた無線環境マップを記憶した無線環境マップ記憶手段を備え、無線通信により無線親機から送信されるタスク指令に基づいて、移動制御手段が脚部又は脚部に相当する移動機構を駆動制御することで、自律的に移動する移動ロボットを制御する制御装置であって、
    前記移動領域内における自己位置を認識する位置認識手段と、
    前記無線環境の状態を監視する監視手段と、
    この監視手段で監視される状態が、前記無線通信が切断された状態となった場合に、前記無線環境マップに基づいて、前記無線通信の接続が可能な復旧位置を探索する探索手段と、
    前記認識された自己位置から、前記探索手段で探索された復旧位置までの移動を前記移動制御手段に指示する自己位置移動指示手段と、
    を備えていることを特徴とする移動ロボットの制御装置。
  8. 移動領域の地図データと、当該移動領域における無線環境に関連する複数の無線環境データで構成された総合無線環境データとを対応付けた無線環境マップを記憶した無線環境マップ記憶手段を備え、無線通信により無線親機から送信されるタスク指令に基づいて、移動制御手段が脚部又は脚部に相当する移動機構を駆動制御することで、自律的に移動する移動ロボットの制御方法であって、
    位置認識手段により、前記移動領域内における自己位置を認識する位置認識ステップと、
    前記無線通信が切断された状態となった場合に、探索手段により、前記無線環境マップに基づいて、前記無線通信の接続が可能な復旧位置を探索する探索ステップと、
    移動指示手段により、前記認識された自己位置から、前記探索手段で探索された復旧位置までの移動を前記移動制御手段に指示する自己位置移動指示ステップと、
    を含んでいることを特徴とする移動ロボットの制御方法。
  9. 移動領域の地図データと、当該移動領域における無線環境に関連する複数の無線環境データで構成された総合無線環境データとを対応付けた無線環境マップを記憶した無線環境マップ記憶手段を備え、無線通信により無線親機から送信されるタスク指令に基づいて、移動制御手段が脚部又は脚部に相当する移動機構を駆動制御することで、自律的に移動する移動ロボットを制御するために、コンピュータを、
    前記移動領域内における自己位置を認識する位置認識手段、
    前記無線環境の状態を監視する監視手段、
    この監視手段で監視される状態が、前記無線通信が切断された状態となった場合に、前記無線環境マップに基づいて、前記無線通信の接続が可能な復旧位置を探索する探索手段、
    前記認識された自己位置から、前記探索手段で探索された復旧位置までの移動を前記移動制御手段に指示する移動指示手段、
    として機能させることを特徴とする移動ロボットの制御プログラム。
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