JP2008149399A - 移動ロボットおよび移動速度推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一緒に移動する人間にとって適切な速度で移動するロボット及び移動速度推定方法を提供する。
【解決手段】移動ロボット１０は、車輪２２およびレーザレンジセンサ３０を含み、人間と一緒に移動しながらのコミュニケーションを実行する。移動ロボット１０は、人間と一緒に移動し始めると、車輪２２の回転を制御し、自身の移動速度を変更する。そして、レーザレンジセンサ３０の出力に基づいて、各移動速度における人間との進行方向の距離を算出し、移動速度と距離との関係に基づいて、一緒に移動する人間にとって適切な移動速度（希望速度）を推定する。具体的には、移動速度の変化に対する距離の変化度が所定値以下のとき、当該変化度が所定値以下の区間の平均速度を希望速度とする。希望速度を推定した後は、その希望速度で人間と一緒に移動する。
【選択図】図１

Description

この発明は移動ロボットおよび移動速度推定方法に関し、特にたとえば、人間と一緒に移動する、移動ロボットおよび移動速度推定方法に関する。

従来のこの種の移動ロボットの一例が特許文献１に開示される。特許文献１の案内ロボットは、被案内者の歩行状態に応じた案内を行う。具体的には、この案内ロボットは、被案内者の歩行速度および移動方向、すなわち歩行速度ベクトルを被案内者の歩行状態として検出する。そして、自身の走行速度ベクトルと被案内者の歩行速度ベクトルとを監視し、被案内者との距離が所定距離以上離れると、自身の速度を落とす速度制御を実行する。
特開２００３−３４０７６４ ［Ｂ２５Ｊ １３／００］

たとえば、ロボットが人間を案内する場合、ロボットの移動速度が人間にとって追跡可能な速度であれば、人間は、ロボットの移動速度に合わせて移動する。つまり、人間が無理をしてロボットの移動速度に合わせる可能性があるが、特許文献１の技術では、被案内者が無理をしてついてきている状態であっても、被案内者が案内ロボットに所定距離以上離れずについてくれば、速度制御を実行しない。つまり、特許文献１の技術は、被案内者にとって追跡可能な速度まで歩行速度を調節する技術であって、被案内者にとって適切な速度で移動できる技術ではないと言える。また、特許文献１の技術では、案内ロボットが被案内者を案内するので、案内ロボットの後ろを被案内者がついてくる状態を想定しており、ロボットと人間とが横に並んで移動する状態を想定していない。

それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、移動ロボットおよび移動速度推定方法を提供することである。

この発明の他の目的は、一緒に移動する人間にとって適切な速度で移動できる、移動ロボットおよび移動速度推定方法を提供することである。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号および補足説明などは、本発明の理解を助けるために後述する実施の形態との対応関係を示したものであって、本発明を何ら限定するものではない。

請求項１の発明は、人間と一緒に移動する移動ロボットであって、人間と一緒に移動しているときに移動速度を変更する移動速度変更手段、移動速度変更手段によって変更された移動速度毎に人間の動作に関する情報を検出する動作検出手段、および動作検出手段によって検出された人間の動作に関する情報に基づいて当該人間に適した移動速度を推定する希望速度推定手段、および希望速度推定手段によって推定された人間に適した移動速度で移動する移動手段を備える、移動ロボットである。

請求項１の発明では、移動ロボット（１０）は、人間社会の様々な場所に配置され、人間と一緒に移動する。移動速度変更手段（２２，２６，６２，Ｓ３，Ｓ２３）は、人間と一緒に移動しているときに、移動速度を変更する。つまり、複数の移動速度を人間に対して試す。動作検出手段（３０，６２）は、移動速度変更手段によって変更された移動速度毎に、人間の動作に関する情報、たとえば人間との距離や人間の加速度などを検出する。希望速度推定手段（６２，Ｓ９，Ｓ２５）は、移動速度を変更することによって変化する人間の動作に関する情報に基づいて、一緒に移動する人間に適した移動速度、つまり一緒に移動する人間が希望する移動速度（希望速度）を推定する。そして、希望速度を推定した後は、移動手段（２２，２６，６２，Ｓ１１，Ｓ２９）によって、その推定した希望速度で人間と一緒に移動する。

請求項１の発明によれば、移動速度を変更することによって、一緒に移動する人間に適した移動速度を推定するので、その人間にとって適切な速度で移動できる。

請求項２の発明は、請求項１の発明に従属し、動作検出手段は人間との距離を検出する距離検出手段を含み、希望速度推定手段は人間との距離に基づいて当該人間に適した移動速度を推定する。

請求項２の発明では、距離検出手段（３０，６２）は、人間との距離を検出する。つまり、人間の動作に関する情報として、人間との距離を検出する。人間と一緒に移動する場合において重要な要素は、移動速度および人間との距離である。そこで、希望速度推定手段（６２，Ｓ９，Ｓ２５）は、移動速度を変更することによって変化する人間との距離に基づいて、一緒に移動する人間の希望速度を推定する。

請求項２の発明によれば、人間と一緒に移動するときに重要な要素となる人間との距離に基づいて、一緒に移動する人間に適した速度を推定するので、その人間に適した移動速度をより正確に推測でき、その人間にとってより適切な速度で移動できる。

請求項３の発明は、請求項２の発明に従属し、人間との距離は進行方向における距離であって、希望速度推定手段は移動速度の変化に対する距離の変化度が所定値以下の区間の移動速度を人間に適した移動速度とする。

請求項３の発明では、距離検出手段（３０，６２，Ｓ３，Ｓ２３）は、人間との距離として、進行方向における人間との距離を検出する。２者が横に並んで歩く場合の移動速度および進行方向における人間との距離には、本願発明者等が提案する仮説が成り立つ。その仮説には、たとえば、人間がちょうどよいと感じる移動速度（好ましい移動速度）には或る程度の幅があり、その希望速度の範囲内では人間は他者との進行方向における距離を一定に保つ、というものを含む。そこで、希望速度推定手段（６２，Ｓ９，Ｓ２５）は、移動速度の変化に対する距離の変化度が所定値以下の区間の移動速度、すなわち移動速度が変化しても人間との距離が一定ないしほぼ一定となる移動速度の範囲を、一緒に移動する人間にとって好ましい移動速度の範囲と推定し、たとえばその平均値を希望速度と推定する。

請求項３の発明によれば、一緒に移動する人間に適した移動速度をより正確に推測でき、その人間にとってより適切な速度で移動できる。

請求項４の発明は、（ａ）人間と一緒に移動しているときに移動速度を変更し、（ｂ）移動速度毎に人間の動作に関する情報を検出し、そして（ｃ）人間の動作に関する情報に基づいて当該人間に適した移動速度を推定する、希望速度推定方法である。

請求項４の発明では、一緒に移動する人間にとって適切な移動速度を推定する。先ず、ステップ（ａ）では、人間と一緒に移動しているときに移動速度を変更する。つまり、一緒に移動している人間に対して複数の移動速度を試してみる。ステップ（ｂ）では、変更した移動速度毎に、人間の動作に関する情報を検出する。そして、ステップ（ｃ）では、ステップ（ｂ）で検出した人間の動作に関する情報に基づいて、当該人間に適した移動速度を推定する。

請求項４の発明によれば、一緒に移動する人間にとって適切な移動速度を推定できるので、これをロボットの制御に利用すれば、その人間にとって適切な速度で移動できるロボットを提供することができる。

この発明によれば、一緒に移動する人間に適した移動速度を推定できるので、その人間にとって適切な速度で移動できる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

図１を参照して、この実施例の移動ロボット１０は、主として人間のようなコミュニケーションの対象とコミュニケーションを実行することが可能な、相互作用指向のコミュニケーションロボットであり、身振り手振りのような身体動作および音声を用いてコミュニケーションを実行する機能を備えている。

移動ロボット１０は、人間社会の様々な場所に配置され、たとえば人間同士の友達のように、人間と会話をしながら一緒に散歩したり、美術館などにおいて、人間にその展示を案内しながら人間を誘導したりする。つまり、移動ロボット１０は、人間と一緒に移動することが可能なロボットであり、さらには、歩きながらの対話などのコミュニケーションが可能なロボットである。そして、人間と一緒に移動するとき、たとえば人間と横に並んで移動するときには、その人間に適した移動速度を推定し、その推定した適正な速度で移動する。

図２は移動ロボット１０の外観を示す正面図であり、この図２を参照して、移動ロボット１０のハードウェアの構成について説明する。移動ロボット１０は、台車２０を含み、この台車２０の下面には、移動ロボット１０を自律移動させる２つの車輪２２および１つの従輪２４が設けられる。２つの車輪２２は、車輪モータ２６（図３参照）によってそれぞれ独立に駆動され、台車２０すなわち移動ロボット１０を前後左右任意の方向に動かすことができる。また、従輪２４は、車輪２２を補助する補助輪である。

台車２０の上には、胴体２８が直立するように設けられる。この胴体２８の両側面下部のそれぞれには、レーザレンジセンサ３０が設けられる。レーザレンジセンサ３０は、主として一緒に移動する人間との距離を計測するものであり、レーザ光を高速に走査することによって広い範囲（たとえば、測距範囲２４０°）を短時間（たとえば、走査時間１００ｍｓ／ｓｃａｎ）で計測する。レーザレンジセンサ３０としては、たとえば、北陽電機株式会社製の光走査型距離センサであるＵＲＧシリーズ（知能ロボット用測域センサ）を用いることができる。

また、胴体２８の前方中央上部（胸に相当する位置）には、複数の赤外線距離センサ３２が設けられる。赤外線距離センサ３２は、移動ロボット１０の前方の主として人間との距離を計測する。

また、胴体２８には、その背面側上端部のほぼ中央から延びる支柱３６が設けられ、支柱３６の上には、全方位カメラ３４が設けられる。全方位カメラ３４は、移動ロボット１０の周囲を撮影するものであり、後述する眼カメラ６０とは区別される。この全方位カメラ３４としては、たとえばＣＣＤやＣＭＯＳのような固体撮像素子を用いるカメラを採用することができる。なお、これらレーザレンジセンサ３０、赤外線距離センサ３２および全方位カメラ３４の設置位置は、当該部位に限定されず適宜変更され得る。

胴体２８の両側面上端部（肩に相当する位置）には、それぞれ、肩関節３８Ｒおよび３８Ｌによって、上腕４０Ｒおよび４０Ｌが設けられる。図示は省略するが、肩関節３８Ｒおよび３８Ｌは、それぞれ、直交する３軸の自由度を有する。すなわち、肩関節３８Ｒは、直交する３軸のそれぞれの軸廻りにおいて上腕４０Ｒの角度を制御できる。肩関節３８Ｒの或る軸（ヨー軸）は、上腕４０Ｒの長手方向（または軸）に平行な軸であり、他の２軸（ピッチ軸、ロール軸）は、それにそれぞれ異なる方向から直交する軸である。同様に、肩関節３８Ｌは、直交する３軸のそれぞれの軸廻りにおいて上腕４０Ｌの角度を制御できる。肩関節３８Ｌの或る軸（ヨー軸）は、上腕４０Ｌの長手方向（または軸）に平行な軸であり、他の２軸（ピッチ軸、ロール軸）は、それにそれぞれ異なる方向から直交する軸である。

また、上腕４０Ｒおよび４０Ｌのそれぞれの先端には、肘関節４２Ｒおよび４２Ｌを介して、前腕４４Ｒおよび４４Ｌが設けられる。図示は省略するが、肘関節４２Ｒおよび４２Ｌは、それぞれ１軸の自由度を有し、この軸（ピッチ軸）の軸廻りにおいて前腕４４Ｒおよび４４Ｌの角度を制御できる。

前腕４４Ｒおよび４４Ｌのそれぞれの先端には、手に相当する球体４６Ｒおよび４６Ｌがそれぞれ固定的に設けられる。ただし、指や掌の機能が必要な場合には、人間の手の形をした「手」を用いることも可能である。

また、図示は省略するが、台車２０の前面、肩関節３８Ｒ，３８Ｌを含む肩に相当する部位、上腕４０Ｒ，４０Ｌ、前腕４４Ｒ，４４Ｌおよび球体４６Ｒ，４６Ｌには、それぞれ、接触センサ（図３で包括的に示す。：４８）が設けられている。台車２０の前面の接触センサ４８は、台車２０への人間や他の障害物の接触を検知する。したがって、移動ロボット１０の移動中に障害物との接触があると、それを検知し、直ちに車輪２２の駆動を停止して移動ロボット１０の移動を急停止させることができる。また、その他の接触センサ４８は、主に、人間が移動ロボット１０の当該各部位に触れたかどうかを検知する。なお、接触センサ４８の設置位置はこれらに限定されず、適宜な位置（胸、腹、脇、背中、腰など）に設けられてよい。

胴体２８の中央上部（首に相当する位置）には首関節５０が設けられ、さらにその上には頭部５２が設けられる。図示は省略するが、首関節５０は、３軸の自由度を有し、３軸の各軸廻りに角度制御可能である。或る軸（ヨー軸）は移動ロボット１０の真上（鉛直上向き）に向かう軸であり、他の２軸（ピッチ軸、ロール軸）は、それぞれ、それと異なる方向で直交する軸である。

頭部５２には、口に相当する位置に、スピーカ５４が設けられる。スピーカ５４は、移動ロボット１０が、それの周辺の人間に対して音声ないし音によってコミュニケーションを取るために用いられる。また、耳に相当する位置には、マイク５６Ｒおよび５６Ｌが設けられる。以下、右耳に相当するマイク５６Ｒと左耳に相当するマイク５６Ｌとをまとめてマイク５６ということがある。マイク５６は、周囲の音、とりわけコミュニケーションを実行する対象である人間の声を取り込む。さらに、目に相当する位置には、眼球部５８Ｒおよび５８Ｌが設けられる。眼球部５８Ｒおよび５８Ｌは、それぞれ眼カメラ６０Ｒおよび６０Ｌを含む。以下、右の眼球部５８Ｒと左の眼球部５８Ｌとをまとめて眼球部５８ということがあり、また、右の眼カメラ６０Ｒと左の眼カメラ６０Ｌとをまとめて眼カメラ６０ということがある。

眼カメラ６０は、移動ロボット１０に接近した人間の顔や他の部分ないし物体などを撮影して、それに対応する映像信号を取り込む。眼カメラ６０としては、上述した全方位カメラ３４と同様のカメラを用いることができる。たとえば、眼カメラ６０は眼球部５８内に固定され、眼球部５８は眼球支持部（図示せず）を介して頭部５２内の所定位置に取り付けられる。図示は省略するが、眼球支持部は、２軸の自由度を有し、それらの各軸廻りに角度制御可能である。たとえば、この２軸の一方は、頭部５２の上へ向かう方向の軸（ヨー軸）であり、他方は、一方の軸に直交しかつ頭部５２の正面側（顔）が向く方向に直交する方向の軸（ピッチ軸）である。眼球支持部がこの２軸の各軸廻りに回転されることによって、眼球部５８ないし眼カメラ６０の先端（正面）側が変位され、カメラ軸すなわち視線方向が移動される。なお、上述のスピーカ５４、マイク５６および眼カメラ６０の設置位置は、これらに限定されず、適宜な位置に設けてられてよい。

このように、この実施例の移動ロボット１０は、車輪２２の独立２輪駆動、肩関節３８の３自由度（左右で６自由度）、肘関節４２の１自由度（左右で２自由度）、首関節５０の３自由度および眼球支持部の２自由度（左右で４自由度）の合計１７自由度を有する。

図３は移動ロボット１０の電気的な構成を示すブロック図である。図３を参照して、移動ロボット１０は、ＣＰＵ６２を含む。ＣＰＵ６２は、マイクロコンピュータ或いはプロセッサとも呼ばれ、バス６４を介して、メモリ６６、モータ制御ボード６８、センサ入力／出力ボード７０および音声入力／出力ボード７２に接続される。

メモリ６６は、図示は省略するが、ＲＯＭやＨＤＤおよびＲＡＭを含む。ＲＯＭやＨＤＤには、移動ロボット１０の動作を制御するための制御プログラムが予め記憶される。たとえば、人間との間でコミュニケーションを実行するための行動制御プログラム、移動速度を変更するための速度変更プログラム、各センサからの検知情報を検出するための検出プログラム、および一緒に移動する人間に適した移動速度を推定するための適正速度推定プログラム等が記憶される。また、ＲＯＭやＨＤＤには、人間との間でコミュニケーションを実行する際に、スピーカ５４から発生すべき音声または声の音声データ（合成音声データ）および所定の身振りを提示するための各関節（モータ）の角度データ等も記憶される。また、ＲＡＭは、ワークメモリやバッファメモリとして用いられる。

モータ制御ボード６８は、たとえばＤＳＰで構成され、各腕や首関節５０および眼球部５８などの各軸モータの駆動を制御する。すなわち、モータ制御ボード６８は、ＣＰＵ６２からの制御データを受け、右眼球部５８Ｒの２軸のそれぞれの角度を制御する２つのモータ（図３では、まとめて「右眼球モータ」と示す。）７４の回転角度を制御する。同様に、モータ制御ボード６８は、ＣＰＵ６２からの制御データを受け、左眼球部５８Ｌの２軸のそれぞれの角度を制御する２つのモータ（図３では、まとめて「左眼球モータ」と示す。）７６の回転角度を制御する。

また、モータ制御ボード６８は、ＣＰＵ６２からの制御データを受け、右肩関節３８Ｒの直交する３軸のそれぞれの角度を制御する３つのモータと右肘関節４２Ｒの角度を制御する１つのモータとの計４つのモータ（図３では、まとめて「右腕モータ」と示す。）７８の回転角度を調節する。同様に、モータ制御ボード６８は、ＣＰＵ６２からの制御データを受け、左肩関節３８Ｌの直交する３軸のそれぞれの角度を制御する３つのモータと左肘関節４２Ｌの角度を制御する１つのモータとの計４つのモータ（図３では、まとめて「左腕モータ」と示す。）８０の回転角度を調節する。

さらに、モータ制御ボード６８は、ＣＰＵ６２からの制御データを受け、首関節５０の直交する３軸のそれぞれの角度を制御する３つのモータ（図３では、まとめて「頭部モータ」と示す。）８２の回転角度を制御する。さらにまた、モータ制御ボード６８は、ＣＰＵ６２からの制御データを受け、車輪２２を駆動する２つのモータ（図３では、まとめて「車輪モータ」と示す。）２６の回転角度を制御し、移動速度を制御する。

なお、この実施例では、車輪モータ２６を除くモータは、制御を簡素化するために、ステッピングモータ或いはパルスモータを用いるようにしてある。ただし、車輪モータ２６と同様に、直流モータを用いるようにしてもよい。また、移動ロボット１０の身体部位を駆動するアクチュエータは、電力を駆動源とするモータに限られず適宜変更され、たとえば、他の実施例では、エアアクチュエータが適用されてもよい。

センサ入力／出力ボード７０もまた、同様に、ＤＳＰで構成され、各センサからの信号を取り込んでＣＰＵ６２に与える。すなわち、レーザレンジセンサ３０からのレーザ光の反射時間（照射光と反射光との位相のずれ）に関するデータが、一定周期毎にこのセンサ入力／出力ボード７０を通してＣＰＵ６２に入力される。赤外線距離センサ３２からの赤外線の反射時間に関するデータも、一定周期毎にこのセンサ入力／出力ボード７０を通してＣＰＵ６２に入力される。また、全方位カメラ３４からの映像信号が、必要に応じてこのセンサ入力／出力ボード７０で所定の処理を施された後、ＣＰＵ６２に入力される。眼カメラ６０からの映像信号も、同様にして、ＣＰＵ６２に入力される。また、上述した複数の接触センサ（図３では、まとめて「接触センサ４８」と示す。）からの信号が、センサ入力／出力ボード７０を介してＣＰＵ６２に与えられる。

音声入力／出力ボード７２もまた、同様に、ＤＳＰで構成され、ＣＰＵ６２から与えられる音声合成データに従った音声または声がスピーカ５４から出力される。また、マイク５６からの音声入力が、音声入力／出力ボード７２を介してＣＰＵ６２に取り込まれる。

また、ＣＰＵ６２は、バス６４を介して通信ＬＡＮボード８４に接続される。通信ＬＡＮボード８４は、ＤＳＰで構成され、ＣＰＵ６２から送られる送信データを無線通信装置８６に与え、無線通信装置８６から送信データを、たとえば、ＬＡＮのようなネットワークを介して外部コンピュータに送信する。また、通信ＬＡＮボード８４は、無線通信装置８６を介してデータを受信し、受信したデータをＣＰＵ６２に与える。つまり、この通信ＬＡＮボード８４および無線通信装置８６によって、移動ロボット１０は、外部コンピュータなどと無線通信を行うことができる。

上述のような構成の移動ロボット１０は、人間と一緒に移動するときには、その人間に適した、或いはその人間が希望する移動速度を推定し、その推定した適切な移動速度（希望速度）で移動する。つまり、移動ロボット１０は、移動ロボット１０にとって都合のよい速度で移動するのではなく、一緒に移動する人間にとって都合のよい速度で移動する。

本願発明者等は、各人間にとっての希望速度を推定するために、以下に示す仮説を立て、その仮説に基づく希望速度の推定法を提案する。検証実験では、その仮説および推定法の有意性が実証された。よって、移動ロボット１０は、その推定法を用いて、一緒に移動する人間の希望速度を推定する。

ここで、各人間についての希望速度を推定するための仮説について説明する。たとえば、２人の人間が横に並んで歩く場合に、その２者が合わせなければならないのは、主として、移動速度、進行方向における距離（つまり、前後方向の距離）、および進行方向の垂直方向における距離（つまり、左右方向の距離）である。また、移動速度が変化すると、２者間の距離、特に進行方向における距離に変化が見られることが予想される。

そこで、本願発明者等は、２人の人間Ａ，Ｂが会話をしながら横に並んで歩く場合において、一方の人間Ａが意図的に移動速度を変更したときの他方の人間Ｂの様子を観察し、以下の（１）から（３）、および図４に示す仮説を立てた。なお、図５には、２人の人間Ａ，Ｂが横に並んで一緒に歩く様子が示される。ただし、移動ロボット１０と人間とが並んで歩く場合を考えると、左右方向の距離は人間が容易に合わせられると考えられる。そこで、以下、距離とは、特に明記する場合を除き、図５に示すような、進行方向（前後方向）における２者間（ＡＢ間）の距離をいうことにする。

（１）人間Ｂは、一緒に移動している他者Ａの移動速度を遅いと感じるときには、他者Ａよりも前方を歩く。そのときの人間Ｂと他者Ａとの距離は、他者Ａの移動速度に応じて異なるものとなり、他者Ａの移動速度が速いほど小さくなる。

（２）人間Ｂがちょうどよいと感じる移動速度（希望速度）には、或る程度の幅があり、その希望速度の範囲内では、人間Ｂは他者Ａとの距離を一定（或いは、ほぼ一定）に保つ。言い換えると、人間Ｂには、ちょうどよいと感じる他者Ａとの距離（横に並んで歩く場合でも、必ずしも距離が０、すなわち真横になるとは限らない）があり、希望速度、つまり歩き易い速度の範囲内では、人間Ｂはそのちょうどよいと感じる他者Ａとの距離を保って歩く。

（３）人間Ｂは、一緒に移動している他者Ａの移動速度を速いと感じるときには、他者Ａよりも後方を歩く。そのときの人間Ｂと他者Ａとの距離は、他者Ａの移動速度に応じて異なるものとなり、他者Ａの移動速度が速いほど大きくなる。

すなわち、２人の人間がコミュニケーションを取りながら横に並んで移動する場合には、図４に示すような、移動速度と距離との関係が成り立つと考えられる。ただし、図４では、人間が他者よりも前にいるときの距離を「＋」とし、人間が他者よりも後ろにいるときの距離を「−」とし、２人の人間が真横に並ぶときの距離を「０」としている。また、一例として、好ましい距離（人間がちょうどよいと感じる距離）の範囲内を通るように、距離「０」を示す軸を示しているが、好ましい距離は人間によって異なり、真横より前方であったり、真横より後方であったりする場合もある。なお、一方の人間が移動速度を変更したときの、図４のような移動速度と距離との関係は、他方の人間の無意識的な動作によって現れるものであり、好ましい速度（人間がちょうどよいと感じる速度）の範囲および好ましい距離の範囲は人間によって異なる。

以上の仮定より、２人の人間が横に並んで歩く場合において、一方の人間が移動速度を変更しても、２人の人間の距離が一定（或いは、一定に近い）のときには、その変更した移動速度の範囲内は、他方の人間にとって容易に調節可能な速度、すなわち一緒に歩く人間にとって歩き易い速度であると言うことができる。言い換えると、移動速度を変更したときに、その移動速度の変化に対する２人の距離の変化度が所定値以下の区間の移動速度を検出できれば、つまり２人の距離が一定である速度範囲を検出できれば、その速度範囲を好ましい速度の範囲（希望速度範囲）とすることができる。また、２人の距離が一定の距離（範囲）は、他方の人間にとって好ましい距離、すなわち希望距離範囲であるとも言える。これらのことは、人間同士の場合だけではなく、移動ロボット１０と人間とが一緒に移動する場合にも同様であると考えられる。

そこで、この実施例では、移動ロボット１０は、以下に示す方法を用いて、一緒に移動する人間にとっての希望速度を推定する。先ず、移動ロボット１０は、人間と一緒に移動しながら、その移動速度ｖ_ｉをｎ通り（たとえば、５通りや８通り）変更する。つまり、ｎ通りの速度ｖ_ｉを、一緒に移動する人間に対して試してみる。そして、その移動速度ｖ_ｉ毎に当該人間との距離ｄ_ｉを測定する。移動速度ｖ_ｉの変更は、所定距離（たとえば、１０ｍ）移動する毎に行うようにしてもよいし、所定時間（たとえば、１０秒）移動する毎に行うようにしてもよい。

また、移動速度ｖ_ｉは、たとえば、２００、４００、６００、８００、１０００［ｍｍ／ｓ］というように等間隔に変化させてもよいし、３００、５００、６００、７００、１０００［ｍｍ／ｓ］というように非等間隔に変化させてもよいし、６００、４００、３００、４００、６００［ｍｍ／ｓ］というように上下させて変化させてもよい。また、低速から始めて高速へと変化させてもよいし、高速から始めて低速へと変化させてもよい。しかし、たとえば、最高速から最低速へと急激に移動速度を変更すると、一緒に移動している人間はその速度変化に戸惑ってしまう恐れがある。また、人間の感覚は相対的な比較に対して敏感であるため、段階的に速度を変更する方が距離への反応が大きく現れやすい。したがって、速度の変更は段階的に（徐々に）行うことが望ましい。

また、人間との距離ｄ_ｉは、たとえば、胴体２８の両側面下部に取り付けたレーザレンジセンサ３０の出力に基づいて検出する。この実施例では、人間との直線距離と、自身の真横方向、つまり進行方向の垂直方向を基準とする人間の方向（角度）とを検出し、これらの検出データに基づいて人間との距離ｄ_ｉを算出する。レーザレンジセンサ３０は、図２に示したように、床面に近い高さに設けられるため、人間の足の位置を検出することになる。そのため、人間の２本（左右）の足の位置をそれぞれ検出できるので、たとえば、その中間地点を人間の位置として、人間との距離ｄ_ｉを検出するとよい。なお、この実施例では、人間との距離ｄ_ｉは、移動速度ｖ_ｉで移動している間に計測されたものの平均値とする。ただし、他の実施例として、人間との距離ｄ_ｉは、移動速度ｖ_ｉで移動している間に計測されたものの代表値（たとえば、中央値や最大値）としてもよい。

このようにして、各移動速度ｖ_ｉにおける人間との距離ｄ_ｉを検出すると、次に、移動速度ｖ_ｉの変化に対する距離の勾配Δｄ_ｉを求める（数１）。ただし、ｖ_ｉ＜ｖ_ｉ＋１とする。
［数１］
Δｄ_ｉ＝（ｖ_ｉ＋１−ｖ_ｉ）／（ｄ_ｉ＋１−ｄ_ｉ）
そして、最も負の勾配が大きいΔｄ_ｊでΔｄ_ｉを正規化する（数２）。
［数２］
ΔＤ_ｉ＝Δｄ_ｉ／｜Δｄ_ｊ｜
この正規化したΔＤ_ｉが、たとえば以下の式（数３）を満たすとき、人間との距離が一定であると判断し、この距離が一定の区間の速度範囲を希望速度範囲とし、たとえばその平均速度を希望速度とする。
［数３］
−Ｔ＜ΔＤ_ｉ＜０
ここで、Ｔは、ΔＤ_ｉが０に近いかどうかを判断するための閾値であって、適宜な値（たとえば、Ｔ＝０．３）が用いられる。たとえば、「ΔＤ_ｉ−１≦−Ｔ，−Ｔ＜ΔＤ_ｉ＜０，ΔＤ_ｉ＋１≦−Ｔ」であれば、ΔＤ_ｉの区間の移動速度の平均値を希望速度と推定する。つまり、ΔＤ_ｉは、移動速度をｖ_ｉからｖ_ｉ＋１に変化させたときのものであるので、希望速度を、（ｖ_ｉ＋ｖ_ｉ＋１）／２と推定する。また、たとえば、「ΔＤ_ｉ−１≦−Ｔ，−Ｔ＜ΔＤ_ｉ＜０，−Ｔ＜ΔＤ_ｉ＋１＜０，ΔＤ_ｉ＋２≦−Ｔ」であれば、希望速度を、（ｖ_ｉ＋ｖ_ｉ＋２）／２や（ｖ_ｉ＋ｖ_ｉ＋１＋ｖ_ｉ＋２）／３と推定するとよい。

なお、この実施例では、ΔＤ_ｉが０に近い場合であっても、そのときの移動速度が低いときには、希望速度を推定しない。これは、移動速度が低いときには、人間は立ち止まって移動ロボット１０を待つ場合があるので、このような場合に誤って希望速度を推定することを防ぐためである。また、この希望速度の推定法を用いると、複数の希望速度が推定される場合がある。この場合には、たとえば、複数の希望速度の平均値を希望速度としてもよいし、複数の希望速度のうち、いずれか１つを希望速度として選択してもよい。

図６は、実際に移動ロボット１０と或る人間とが一緒に移動したときの移動速度と距離との関係を示す。このデータを取得する際には、移動ロボット１０と人間とが横に並んで移動する状況を一定の条件下で作り出すため、たとえば、移動ロボット１０と人間とが一緒に移動しながら、移動ロボット１０が計算問題を出し、人間がそれに答えることにした。ここで、「Ｓｔｅｐ ｉ」とは、移動ロボット１０が４秒毎に移動速度を１００［ｍｍ／ｓ］ずつ変化させたときの移動速度と距離との関係を示す。また、「Ｓｔｅｐ ii」とは、移動ロボット１０が２０ｍ毎に移動速度を３００，４００，６００，８００，１０００［ｍｍ／ｓ］というように変更したときの移動速度と距離との関係を示す。また、「Ｓｔｅｐ ii」を計測したときには、一緒に移動した人間に対して、その移動速度毎に、遅すぎたかどうか、速すぎたかどうか、およびちょうどよかったかどうかを質問した。図６には、人間が、遅すぎたと答えた移動速度を「Ｓｌｏｗ」として、速すぎたと答えた移動速度を「Ｆａｓｔ」として、ちょうどよかったと答えた移動速度を「Ｂｅｓｔ」として示す。

図６に示すように、本願発明者等が立てた仮説（図４参照）は、移動ロボット１０と人間とが横に並んで移動する場合にも成り立つことが分かる。また、移動ロボット１０と一緒に移動した人間がちょうどよかったと答えた移動速度（６００［ｍｍ／ｓ］）は、移動速度の変化に対して距離が一定となる（或いは、距離の変化が小さい）速度領域に存在している。すなわち、移動ロボット１０が推定する希望速度は、実際に人間が希望する移動速度と一致する（或いは、近い）ということが分かる。なお、図６を参照すると、この人間にとって、移動ロボット１０と一緒に歩くときの好ましい距離は、１００［ｍｍ］程度であることも分かる。また、他の人間についても同様に希望速度を推定したところ、各人間によって希望する移動速度が違うにもかかわらず、移動ロボット１０が推定した希望速度と実際に各人間が希望する移動速度とは一致、或いは近いことが確認された。

なお、このような希望速度の推定は、人間と一緒に移動し始めた初期段階において実行され、希望速度を推定した後は、移動ロボット１０は、その推定した希望速度で移動する。したがって、移動ロボット１０は、一緒に移動する人間にとって適切な速度で移動することができ、移動しながらの人間とのコミュニケーションを円滑に実行することができる。

以下に、移動ロボット１０が人間と一緒に移動するときに希望速度を推定する動作を、フロー図を用いて説明する。具体的には、図３に示したＣＰＵ６２が、図７に示すフロー図に従って希望速度推定処理を実行する。図７を参照して、ＣＰＵ６２は、希望速度推定処理を開始、たとえば人間と一緒に移動し始めると、ステップＳ１で、変数ｉを初期化する（ｉ＝１）。ここで、変数ｉは、移動ロボット１０が、一緒に移動している人間の希望速度を推定するために実行する、ｎ通りの移動速度のうちの１つを指定するための変数である。

次のステップＳ３では、ｔ秒間、速度ｖ_ｉで移動し、そのときの人間との距離ｄ_ｉを検出する。すなわち、車輪モータ２６の駆動を制御する信号を送り、移動速度を速度ｖ_ｉとする。そして、たとえば、１０秒間、その速度ｖ_ｉで移動し、その１０秒間にレーザレンジセンサ３０から出力される信号に基づいて人間との距離ｄ_ｉを検出し、メモリ６６等に記憶する。そして、次のステップＳ５で、変数ｉをインクリメント（ｉ＝ｉ＋１）して、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、変数ｉがｎよりも大きいかどうかを判断する。すなわち、予め設定したｎ通り（たとえば、５通り）の移動速度の全てを、一緒に移動している人間に対して試したかどうか判断する。ステップＳ７で“ＮＯ”の場合、すなわち変数ｉがｎ以下の場合には、ステップＳ３に戻る。一方、ステップＳ７で“ＹＥＳ”の場合、すなわち変数ｉがｎよりも大きい場合には、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、希望速度を推定する。すなわち、ステップＳ３の処理で取得した（メモリ６６等に記憶した）移動速度ｖ_ｉと距離ｄ_ｉとの関係に基づいて、一緒に移動する人間に適合した速度を推定する。具体的には、移動速度ｖ_ｉの変化に対する距離ｄ_ｉの勾配Δｄ_ｉ（数１）を正規化したΔＤ_ｉ（数２）が、閾値よりも０に近いとき（数３）、距離ｄ_ｉが一定であると判断して、距離ｄ_ｉが一定の区間の平均速度を希望速度とする。

次のステップＳ１１では、ステップＳ９で推定した希望速度に移動速度を変更する。すなわち、車輪モータ２６の駆動を制御する信号を送り、移動ロボット１０の移動速度を希望速度に変更する。ステップＳ１１の処理を終了すると、この希望速度推定処理を終了する。なお、この希望速度推定処理以降は、移動ロボット１０は、希望速度で移動しながら人間とのコミュニケーションを実行する。

この実施例によれば、人間と一緒に移動しながら移動速度を変更し、そのときに無意識的に現れる人間の動作、すなわち移動速度によって変化する移動ロボット１０と人間との距離に基づいて希望速度を推定するので、一緒に移動する人間に適した移動速度で移動することができる。したがって、移動ロボット１０は、移動速度に関する不満を人間に抱かせないので、一緒に移動する人間とのコミュニケーションを円滑に実行することができる。また、無意識的な人間の動作に基づいて希望速度を推定するので、人間からの意識的フィードバックは必要無く、予め個人毎に合わせた対応（移動速度）を記憶しておく必要も無い。

なお、上述の実施例では、移動速度をｎ通り変更した後、このｎ通りの移動速度の変更によって取得したデータを用いて希望速度を推定するようにしたが、これに限定されない。他の実施例では、たとえば、移動速度を変更する毎に希望速度の推定を試み、希望速度が推定できたときに、移動速度の変更を終了、すなわち希望速度推定処理を終了するようにしてもよい。この実施例では、図８に示すような希望速度推定処理によって、一緒に移動する人間にとっての希望速度を推定する。具体的には、図３に示したＣＰＵ６２が、図８に示すフロー図に従って希望速度推定処理を実行する。なお、図７に示す希望速度推定処理と説明が重複する場合には、その説明は簡略化して行う。

図８を参照して、ＣＰＵ６２は、希望速度推定処理を開始、たとえば人間と一緒に移動し始めると、ステップＳ２１で、変数ｉを初期化する（ｉ＝１）。そして、ステップＳ２３で、ｔ秒間、速度ｖ_ｉで移動し、そのときの人間との距離ｄ_ｉを検出する。すなわち、速度ｖ_ｉにおける人間との距離ｄ_ｉを検出し、メモリ６６等に記憶する。

次のステップＳ２５では、希望速度を推定する。すなわち、速度ｖ_ｉにおいて検出した距離ｄ_ｉおよびその１つ前の速度ｖ_ｉ−１において検出した距離ｄ_ｉ−１を用いて、速度変化に対する距離の勾配Δｄ_ｉ−１を求め、その勾配Δｄ_ｉ−１が閾値よりも０に近いかどうかを判断する。たとえば、−Ｔ´＜Δｄ_ｉ−１＜０の式を満たすかどうかで判断する。ここで、Ｔ´は、Δｄ_ｉ−１が０に近いかどうかを判断するための閾値である。そして、速度変化に対する距離の勾配Δｄ_ｉ−１が閾値よりも０に近いときには、人間との距離が一定ないしほぼ一定であると判断し、希望速度を推定する。たとえば、希望速度を、（ｖ_ｉ−１＋ｖ_ｉ）／２と推定する。なお、この場合の距離の勾配Δｄ_ｉ−１については、上述の数２のような正規化は行わない。また、最初の速度ｖ_ｉ(つまり、速度ｖ_１)では、速度変化に対する距離の勾配Δｄ_ｉ−１を求めることができないので、希望速度は推定されないことになる。

次のステップＳ２７では、ステップＳ２５の処理において希望速度が推定されたかどうかを判断する。ステップＳ２７で“ＹＥＳ”の場合、すなわち希望速度が推定された場合には、ステップＳ２９に進む。ステップＳ２９では、ステップＳ２５で推定した希望速度に移動速度を変更する。ステップＳ２９の処理が終了すると、この希望速度推定処理を終了する。

一方、ステップＳ２７で“ＮＯ”の場合、すなわち距離が一定ないしほぼ一定と判断されず、希望速度が推定されなかった場合には、ステップＳ３１に進む。ステップＳ３１では、変数ｉをインクリメント（ｉ＝ｉ＋１）する。そして、次のステップＳ３３では、変数ｉがｎより大きいかどうかを判断する。すなわち、予め設定したｎ通りの移動速度の全てを、一緒に移動している人間に対して試したかどうか判断する。ステップＳ３３で“ＮＯ”の場合、すなわち変数ｉがｎ以下の場合には、ステップＳ２３に戻る。一方、ステップＳ３３で“ＹＥＳ”の場合、すなわち変数ｉがｎより大きい場合には、希望速度の推定に失敗した、つまり本願発明者等が提案した仮説はこの人間には適合しないと判断して、ステップＳ３５に進む。

ステップＳ３５では、移動速度を標準的な速度に変更する。たとえば、過去に推定した人間の希望速度を平均した速度に変更してもよいし、予め設定した標準速度（たとえば、６００［ｍｍ／ｓ］）に変更してもよい。ステップＳ３５の処理が終了すると、この希望速度推定処理を終了する。

このように、移動速度を変更する毎に希望速度の推定を試み、希望速度が推定された時点で、移動速度をその希望速度に変更するようにすれば、人間に対して試す移動速度を少なくすることができる。つまり、希望速度の推定に要する時間を短縮することができる。

なお、上述の各実施例では、図４の関係が完全に成り立つと仮定、つまりｖ_ｉ＜ｖ_ｉ＋１であれば、ｄ_ｉ＞ｄ_ｉ＋１であると仮定して、人間との距離が一定かどうかを判断した。しかし、実際には、図６のように、移動速度に対する距離の勾配Δｄ_ｉが正（＋）或いは０になる場合もある。そこで、たとえば、図７の実施例において、人間との距離が一定かどうかを判断する場合、つまり正規化した距離の勾配ΔＤ_ｉが０に近いかどうかを判断する場合には、ΔＤ_ｉの絶対値｜ΔＤ_ｉ｜を用いてもよい。すなわち、数３を用いる代わりに、０≦｜ΔＤ_ｉ｜＜Ｔの式が成り立つかどうかで判断するようにしてもよい。また、図８の実施例においても同様に、たとえば、０≦｜Δｄ_ｉ−１｜＜Ｔ´の式が成り立つかどうかで、人間との距離が一定かどうかを判断するようにしてもよい。なお、ΔＤ_ｉ（或いはΔｄ_ｉ−１）が閾値Ｔ（或いはＴ´）よりも０に近いときに、人間との距離が一定であると判断したが、ΔＤ_ｉが閾値Ｔと等しい場合にも人間との距離が一定であると判断するようにしてもよい（たとえば、０≦｜ΔＤ_ｉ｜≦Ｔの式が成り立つかどうかで判断するようにしてもよい）。

また、上述の各実施例では、人間との距離を検出するために、レーザレンジセンサ３０を用いるようにしたが、これに限定されない。たとえば、赤外線距離センサや超音波距離センサを用いるようにしてもよい。この場合には、レーザレンジセンサ３０に代えて、或いはレーザレンジセンサ３０と共に、移動ロボット１０に赤外線距離センサや超音波距離センサが設けられる。たとえば、移動ロボット１０の胴体２８の下部周囲に並べるように（アレイ状に）赤外線距離センサや超音波距離センサを設け、それらからの検出結果に基づいて人間との距離を検出するとよい。また、たとえば、全方位カメラ３４によって取得した画像データに基づいて、人間との距離を検出してもよい。この場合には、取得した画像データをイメージ処理することによって、人間の存在する方向（角度）がわかるので、たとえば、人間との左右方向の距離は一定であると仮定すれば、人間との距離（進行方向）を検出することができる。

また、ロボット自身に設けたセンサによって人間との距離を検出する必要は無く、当該距離を外部から取得してもよい。たとえば、外部コンピュータが管理する、環境に設置したセンサ（床センサ、天井カメラ、或いはレーザレンジセンサ等）によって、人間との距離を検出し、その検出結果を外部コンピュータから移動ロボット１０に与えるようにしてもよい。もちろん、外部コンピュータから移動ロボット１０に与える情報は、人間との距離だけに限定されず、移動ロボット１０の移動速度および人間との距離の関係から、外部コンピュータが希望速度を推定し、その希望速度の情報を外部コンピュータから移動ロボット１０に与えるようにしてもよい。

さらに、上述の各実施例では、人間の足の位置（２本の足の中心）を基準として人間との距離を検出したが、人間の足の位置の代わりに、腹や胸或いは背中などの適宜な位置を基準として人間との距離を検出してもよい。

また、上述の各実施例では、人間との距離として、進行方向における人間との距離を検出したが、この人間との距離は、移動ロボット１０と人間との直線距離でもよい。これは、移動ロボット１０と人間とが横に並んで歩く場合には、左右方向の距離はほぼ一定であるため、人間との直線距離は、人間との進行方向における距離に応じた長さとなり、図４に示した移動速度と距離との関係が、人間との距離を直線距離とした場合にも成り立つからである。

また、上述の各実施例では、人間と一緒に移動し始めた初期段階で希望速度を推定し、それ以降はその推定した希望速度で移動するようにしたが、これに限定されない。たとえば、人間と一緒に長時間歩くような場合には、定期的に希望速度を推定するようにしてもよい。また、希望速度を推定する際には、希望距離範囲も推定されるので、移動中に人間との距離を定期的に検出するようにして、人間がその希望距離範囲から外れたときに、希望速度を再度推定するようにしてもよい。これは、同じ人間でも場合（疲れや時間の余裕など）によって、希望する速度が異なる可能性があるからである。これによって、人間にとってより適切な速度で移動することが可能となる。

また、上述の各実施例では、移動ロボット１０と一緒に移動する人間は１人であったが、移動ロボット１０は、複数の人間と一緒に移動することもできる。たとえば、２人の人間と一緒に移動する場合には、各人間について希望速度をそれぞれ推定して、その平均速度で移動するようにしてもよいし、遅いほうの希望速度で移動するようにしてもよい。また、２人の人間の希望速度範囲に重複する範囲があるときには、その重複する希望速度範囲の平均速度で移動するようにしてもよい。ただし、多くの人間と一緒に移動する場合に、各人間の希望速度の平均速度で移動すると、各人間に適した移動速度で移動できるという、この発明の効果が失われるので、移動ロボット１０と一緒に移動する人間は１人が望ましい。

また、上述の各実施例では、移動ロボット１０として人型のコミュニケーションロボットを用いたが、これに限定されず、移動ロボット１０は、人と一緒に移動することが想定されるロボットであればよい。たとえば、人間を介護する介護ロボット、人間の代わりに荷物を運ぶ搬送ロボット、および人間と一緒に散歩するペットロボット（たとえば、犬型ロボット）等であってよい。

また、上述の各実施例では、移動ロボット１０の移動速度を変更することによって変化する人間との距離に基づいて、希望速度を推定したが、これに限定されない。たとえば、移動ロボット１０の移動速度を変更する毎に、人間の動作に関する情報として当該人間の加速度を検出し、この検出した加速度に基づいて希望速度を推定するようにしてもよい。この際には、たとえば、レーザレンジセンサ３０からの距離情報に基づいて人間の加速度を検出するようにしてもよいし、人間に無線加速度センサユニットを取り付けて、その無線加速度センサユニットからの情報に基づいて人間の加速度を検出するようにしてもよい。適切な移動速度では、人間は滑らかな身体動作で移動することができるので、人間の加速度には大きな影響は見られない。しかし、移動速度が速すぎたり遅すぎたりするような不適切な移動速度では、人間は滑らかな身体動作で移動することができなかったり、不自然な加速や減速を行ったりするので、その影響が人間の加速度に現れる。したがって、人間の加速度に基づいても希望速度を推定することができる。

この発明の一実施例の移動ロボットが人間と一緒に移動している様子を示す図解図である。 図１の移動ロボットの外観を正面から見た図解図である。 図１の移動ロボットの電気的な構成を示すブロック図である。 本願発明者等が提案する仮説を示す図解図である。 ２者間の距離を説明するための図解図である。 移動ロボットと人間とが一緒に移動するときの移動速度と距離との関係を示す図解図である。 図３のＣＰＵが実行する希望速度推定処理の動作の一例を示すフロー図である。 図３のＣＰＵが実行する希望速度推定処理の動作の他の一例を示すフロー図である。

符号の説明

１０ …移動ロボット
２２ …車輪
２６ …車輪モータ
３０ …レーザレンジセンサ
６２ …ＣＰＵ
６６ …メモリ

Claims (4)

1. 人間と一緒に移動する移動ロボットであって、
   前記人間と一緒に移動しているときに移動速度を変更する移動速度変更手段、
   前記移動速度変更手段によって変更された移動速度毎に、前記人間の動作に関する情報を検出する動作検出手段、
   前記動作検出手段によって検出された前記人間の動作に関する情報に基づいて、当該人間に適した移動速度を推定する希望速度推定手段、および
   前記希望速度推定手段によって推定された前記人間に適した移動速度で移動する移動手段を備える、移動ロボット。
2. 前記動作検出手段は、前記人間との距離を検出する距離検出手段を含み、
   前記希望速度推定手段は、前記人間との距離に基づいて当該人間に適した移動速度を推定する、請求項１記載の移動ロボット。
3. 前記人間との距離は進行方向における距離であって、
   前記希望速度推定手段は、前記移動速度の変化に対する前記距離の変化度が所定値以下の区間の移動速度を前記人間に適した移動速度とする、請求項２記載の移動ロボット。
4. （ａ）人間と一緒に移動しているときに移動速度を変更し、
   （ｂ）前記移動速度毎に前記人間の動作に関する情報を検出し、そして
   （ｃ）前記人間の動作に関する情報に基づいて、当該人間に適した移動速度を推定する、希望速度推定方法。

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