JP2009123045A - 移動ロボット及び移動ロボットの危険範囲の表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】移動ロボットの動作内容の変化に伴って変動する危険範囲を人に視覚的に認識させる。
【解決手段】移動ロボット１は、移動ロボット１の動作を制御する動作制御手段（動作計画部１００及び動作制御部１０１）と、移動ロボット１の動作に伴って移動ロボット１の周囲に生じる危険範囲６０の形状を、動作制御手段の制御に基づく移動ロボット１の動作内容の変更に応じて変化させながら視覚的に表示する表示手段（表示制御部１０６及びプロジェクタ１０７）を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動ロボットに関し、特に、移動ロボットの動作に伴って移動ロボットの周囲に生じる危険範囲を視覚的に表示する技術に関する。

二足歩行を行うヒューマノイドロボット及び車輪により走行する走行ロボット等の移動可能なロボット（以下、移動ロボットと呼ぶ）が知られている。このような移動ロボットは、人を目的地まで誘導する案内ロボットとしての用途、人の指示に応じて又は人と協力して目的物の探索や物体の把持・運搬等を行う用途等への適用が期待されている。このような、移動ロボットは、共生型ロボット又はパートナーロボット等と呼ばれる。

共生型ロボットは、人間と共通の活動空間において移動し、動作するものである。このため、共生型ロボットの移動ロボットの場合、固定的に設置される産業用ロボットに対して行なわれていたように、ロボットの活動空間と人間の活動空間とを安全柵等によって物理的に隔てることはできない。このため、共生型の移動ロボットの動作中に、移動ロボットの動作範囲、つまり移動ロボットの動作に伴って生じる危険範囲に誤って人が侵入してしまう可能性がある。

特許文献１には、移動ロボットの活動空間内又は移動ロボット自身に設置されたプロジェクタにより、移動ロボットの移動経路を表示する技術が開示されている。また、特許文献１には、移動ロボットの移動経路を予め表示することによって、人が移動ロボットと干渉して怪我をすることを回避できると記載されている。

特許文献２には、主人である人間に追随して移動し、主人に危険を知らせる動作（特許文献２では、危険回避動作）を実行する移動ロボットが開示されている。例えば、特許文献２に開示された移動ロボットは、自転車、障害物、車両等が主人に近づいており衝突の危険があるときに、回避方向を示すマーク、停止を示すマーク等をプロジェクタで路面に投影する。

特許文献３には、工作機械の保安領域として予め設定された領域に人が入ったことを光電子工学的なセンサにより検知し、工作機械の動作を停止させる等の保安関連機能を作動させる技術が開示されている。さらに、特許文献３には、保安関連機能を作動させる保安領域の範囲、大きさを、保安対象である人間の位置、移動方向、移動速度に応じて設定することが記載されている。

特許文献４には、クレーンにより搬送する部材の下方の危険範囲（特許文献４では危険領域）に円錐形上の有色レーザ光幕を形成し、危険範囲の目視による視認を可能とすることが開示されている。
国際公開第２００５／０１５４６６号パンフレット（図１８Ａ〜Ｄ、図１２Ａ、第１０７〜１０９及び１５２段落） 特開２００７−１０２４８８号公報（図８、図９、第４１段落） 特開２００３−２２２２９５号公報（図１〜３、第２９、３０、３２及び３３） 特開平５−２２９７８４号公報（図１、図２、第２０段落）

上述したように、共生型の移動ロボットの動作中に、移動ロボットの動作に伴って移動ロボットの周囲に生じる危険範囲（以下、単に移動ロボットの危険範囲と呼ぶ）に誤って人が侵入してしまう可能性がある。また、移動ロボットの危険範囲は、移動ロボットの移動速度や動作内容の変化に伴って刻々と変化する。このため、共生型の移動ロボットは、人と干渉する可能性が高いという問題がある

なお、特許文献１の技術は、移動ロボットの移動経路を固定的に示すものであり、移動ロボットの移動速度又は移動ロボットの動作変更に応じて表示範囲が変化するものではなく、プロジェクタによって投影される範囲は固定的である。このため、移動ロボットが自律的に移動を行なうものであって、予め移動経路が確定していない場合には、特許文献１の技術は適用できない。また、移動ロボットの動作内容が動的に変化する場合にも、特許文献１の技術では、移動ロボットの動作内容の変更に伴って刻々と変化する危険範囲を人に効果的に知らせることができない。

また、特許文献２に開示された移動ロボットは、主人及び追随ロボットが位置している活動空間から主人に対してもたらされる危険を主人に知らせるものである。つまり、特許文献２に開示された移動ロボットは、移動ロボット自身と主人との干渉によって主人に危険が及ぶ可能性のある危険範囲を知らせるものではない。したがって、当然に、特許文献２は、移動ロボットの移動速度又は移動ロボットの動作変更に応じて危険範囲の表示形状を変更することも何ら開示していない。

また、特許文献３は、移動ロボットを想定した技術ではなく、移動ロボットの移動速度や動作に応じて、移動ロボットの危険範囲（特許文献３では保安領域）を動的に変更することは開示されていない。つまり、特許文献２及び３は、移動ロボットと人との干渉によって人に危険が及ぶ可能性のある危険範囲を人に視覚的に認識させるものではなく、上述した問題点を解決する手段を開示するものではない。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたものであり、移動ロボットの動作内容の変化に伴って変動する危険範囲を人に視覚的に認識させることが可能な移動ロボット及び移動ロボットの危険範囲の表示方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様にかかる移動ロボットは、当該移動ロボットの動作を制御する動作制御手段と、当該移動ロボットの動作に伴って当該移動ロボットの周囲に生じる危険範囲の形状を、前記動作制御手段の制御に基づく当該移動ロボットの動作内容の変更に応じて変化させながら視覚的に表示する表示手段とを有する。なお、例えば、本態様の動作制御手段は、後述する発明の実施の形態１における動作計画部１００及び動作制御部１０１に相当する。また、例えば、本態様の動作制御手段は、後述する発明の実施の形態１における表示制御部１０６及びプロジェクタ１０７に相当する。

また、本発明の第２の態様は、移動ロボットの危険範囲を視覚的に表示する危険範囲の表示方法である。当該方法は、前記移動ロボットの動作に伴って前記移動ロボットの周囲に生じる危険範囲の形状を、前記移動ロボットの動作内容の変更に応じて変化させながら視覚的に表示することを特徴とする。

前記第１の態様にかかる移動ロボット及び前記第２の態様にかかる方法によれば、移動ロボットの動作内容の変化に伴って変動する危険範囲を人に視覚的に認識させることできるため、移動ロボットと人との不要な干渉を抑制できる。

なお、前記第１の態様にかかる移動ロボットにおいて、前記表示手段は、前記移動ロボットの移動速度が大きくなるにつれて、前記危険範囲の表示範囲を前記移動ロボットの移動方向に拡大してもよい。例えば、移動ロボットの移動方向の前方に位置している人は、移動ロボットの移動速度が大きくなるにしたがって、回避動作の遅れによる衝突等の危険性が大きくなる。上述した構成によれば、移動ロボットの移動速度が大きくなるにつれて、移動方向に危険範囲を広げて表示できる。このため、移動ロボットの移動速度の変化に伴う危険範囲の変化を効果的に人に認識させることができる。

また、前記第１の態様にかかる移動ロボットが、前記動作制御手段の制御に基づいて駆動される可動部を有する場合には、前記表示手段は、前記可動部の変位に応じて、前記可動部の位置が含まれるように前記危険範囲の表示範囲を変化させてもよい。ここで、可動部とは、例えば、複数のリンクが連結された多関節の腕部等である。例えば、移動ロボットが腕を広げるように可動部を動作させると、移動した可動部が周囲に位置する人と干渉するおそれがある。上述した構成によれば、移動ロボットが可動部を動作させるに際して、可動部の変位に応じて危険範囲の表示範囲を変更できる。このため、移動ロボットの可動部の動作に伴う危険範囲の変化を効果的に人に認識させることができる。

また、前記第１の態様にかかる移動ロボットにおいて、前記表示手段は、前記移動ロボットが位置する路面上に前記危険範囲を投影するプロジェクタを有してもよい。また、さらに、前記第１の態様にかかる移動ロボットは、前記プロジェクタによる前記危険範囲の表示の異常を検出する異常検出手段をさらに備えるとともに、前記動作制御手段は、前記異常が検出された場合に、前記移動ロボットに安全動作を実行させるよう構成されてもよい。ここで、安全動作とは、例えば、移動ロボットの動作停止、警告音の出力等である。このような構成により、危険範囲の表示機能が正常に動作していない場合に、危険範囲の表示機能に替わる代替的な安全動作の実行により、移動ロボットと人との不要な干渉を抑制できる。なお、前記異常検出手段は、例えば、前記プロジェクタによって投影された前記危険範囲を撮影するカメラと、前記カメラにより撮影された撮影画像に基づいて前記危険範囲の表示に関する異常を検出する異常検出部を備えて構成されてもよい。

本発明により、移動ロボットの動作内容の変化に伴って変動する危険範囲を人に視覚的に認識させることが可能な移動ロボット及び移動ロボットの危険範囲の表示方法を提供できる。

以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。

＜発明の実施の形態１＞
本実施の形態にかかる移動ロボット１は、複数のリンクが連結された多関節の腕部１０４を有し、路面上を車輪１０３で走行する移動ロボットである。なお、本実施の形態では、車輪によって走行する移動ロボットを例にとって具体的に説明するが、脚歩行型など他の移動ロボットも本発明に含まれることは勿論である。

危険範囲の表示に関連する移動ロボット１の制御系の構成を図１に示す。図１において、動作計画部１００は、予め保持している環境地図情報、予め決定された移動経路情報、視覚センサ（不図示）によって取得した外界情報などに基づいて、移動ロボット１の動作内容を決定する。より具体的に延べると、動作計画部１００は、移動ロボット１の移動経路、目標移動速度、目標加速度、腕部１０４の関節の目標角度軌道などを生成する。

動作制御部１０１は、動作計画部１００により決定された目標移動速度又は目標加速度などの制御目標値と、エンコーダ１０５Ａによって計測される車輪１０３の回転量を入力してフィードバック制御を実行し、車輪１０３を回転駆動するためのトルク制御値を算出する。

また、動作制御部１０１は、動作計画部１００により算出された各関節の目標角度軌道と、エンコーダ１０５Ｂによって計測される各関節の実角度とを入力してフィードバック制御を実行し、各関節を駆動するためのトルク制御値を算出する。動作制御部１０１によって算出されたトルク制御値に従って駆動部１０２Ｂが腕部１０４の各関節を駆動することにより、移動ロボット１の腕部１０４の動作が行われる。

表示制御部１０６は、動作計画部１００により決定された目標移動速度及び腕部１０４の関節の目標角度軌道などの制御目標値を入力し、これらの制御目標値を用いて危険範囲の表示範囲を決定する。

プロジェクタ１０７は、表示制御部１０６によって決定された危険範囲を移動ロボット１が走行する路面上に投影することによって、危険範囲を視覚的に表示する。なお、移動ロボット１に設けられるプロジェクタ１０７は複数でもよい。つまり、プロジェクタ１０７の数及びその配置は、移動ロボット１の周囲に危険範囲をどのように表示するかに応じて適宜決定すればよい。

プロジェクタ１０７の配置の一例を図２に示す。図２（ａ）は、移動ロボット１の左側面視図であり、図２（ｂ）は移動ロボット１の上面視図である。図２（ａ）及び（ｂ）に示す移動ロボット１は、右側の腕部１０４Ｒ及び左側の腕部１０４Ｌ並びに頭部１１が、体幹部１０に連結された構成を有する。図２（ａ）及び（ｂ）に示す移動ロボット１は、回転駆動される車輪１０３Ａ及び１０３Ｂによって走行する。また、路面５０に近い体幹部１０の下部はスカート部１２とされており、スカート部１２に４つのプロジェクタ１０７Ｆ、１０７Ｂ、１０７Ｒ及び１０７Ｌが固定されている。プロジェクタ１０７Ｆ、１０７Ｂ、１０７Ｒ及び１０７Ｌは、それぞれ移動ロボット１の前側、後ろ側、右側及び左側に配置されている。

図２（ｂ）は、４つのプロジェクタ１０７Ｆ、１０７Ｂ、１０７Ｒ及び１０７Ｌによって路面５０に投影される危険範囲６０の例を示している。なお、後述するように、危険範囲６０の範囲は、移動ロボット１の移動速度、移動方向、腕部１０４（１０４Ｒ及びＬ）の動作内容に応じて変更される。また、４つのプロジェクタ１０７Ｆ、１０７Ｂ、１０７Ｒ及び１０７Ｌを使用することは一例であって、移動ロボット１は、３つ以下あるいは５つ以上のプロジェクタを有してもよい。また、図２（ｂ）の例では、移動ロボット１の斜め前方及び斜め後方に危険範囲の非表示領域が存在するが、プロジェクタ１０７の投影角を調整したり、移動ロボット１に配置するプロジェクタ１０７の数を増やしたりすることによって、移動ロボットの周囲３６０度全体に危険範囲を投影してもよいことは勿論である。

続いて以下では、危険範囲６０の表示範囲を変更する動作について詳しく説明する。図３は、移動ロボット１の目標移動速度及び移動方向に応じた危険範囲の変更に関する表示制御部１０６の処理手順を示したフローチャートである。ステップＳ１１では、移動ロボット１の目標移動速度Ｖがゼロ、つまり、移動ロボット１が停止しているか否かを判定する。目標移動速度Ｖがゼロである場合、表示制御部１０６は、停止時の危険範囲として予め設定された範囲を表示させるように、プロジェクタ１０７に表示データを供給する（ステップＳ１１）。例えば、停止時の危険範囲６０は、図５Ａに示すように、移動ロボット１の体軸を中心とする円形状としてもよい。

一方、目標移動速度Ｖがゼロではなく、移動ロボット１が移動を行なう場合、表示制御部１０６は、目標移動速度Ｖの大きさに応じて、移動方向に拡大された危険範囲を表示させるように、プロジェクタ１０７に表示データを供給する（ステップＳ１２）。図５Ｂは、移動ロボット１が前方に移動する場合の危険範囲６０の一例を示している。図５Ｂに示すように、移動ロボット１が移動する場合には、その移動方向に危険範囲が拡大される。また、人と移動ロボット１との衝突の危険をより確実に回避するためには、図５Ｃに示すように、移動ロボット１の移動速度が大きくなるにつれて、その移動方向に危険範囲をさらに拡大するとよい。

図４は、移動ロボット１の腕部１０４（１０４Ｒ及びＬ）の動作に応じた危険範囲の変更に関する表示制御部１０６の処理手順を示したフローチャートである。ステップＳ２１では、腕部１０４Ｒ又は１０４Ｌの関節の目標角度軌道によって、腕部１０４Ｒ又は１０４Ｌの動作の発生を判定する。そして、腕部１０４Ｒ又は１０４Ｌの動作が行われる場合、表示制御部１０６は、変位後の腕部１０４Ｒ及びＬの位置がカバーされるように、プロジェクタ１０７による危険範囲の表示を変更させる。図４Ｄは、腕部１０４Ｌが移動ロボット１の左側方向に広げられたことに応じて、変更された危険範囲６０を示している。具体的には、腕部１０４Ｌの変位に応じて、追加的な危険範囲６０Ａが表示され、危険範囲６０Ａによって腕部１０４Ｌの位置がカバーされる。

上述したように、本実施の形態にかかる移動ロボット１は、危険範囲６０をプロジェクタ１０７によって視覚的に表示するとともに、移動速度の変化、腕部１０４の変位といった移動ロボット１の動作内容の変化に応じて、危険範囲６０の表示範囲、表示形状を動的に変更することとした。これにより、移動ロボット１の動作内容の変化に伴って変動する危険範囲６０を人に視覚的に認識させることできるため、移動ロボット１と人との不要な干渉を抑制できる。

なお、本実施の形態では、腕部１０４Ｒ又は１０４Ｌの変位によって、危険範囲６０の表示範囲を変更する例を示した。しかしながら、移動ロボット１は、腕部１０４Ｒ及び１０４Ｌに代えて、又はこれらに加えて他の可動部（例えば、歩行のための脚部）を備えても良い。この場合、腕部１０４Ｒ及び１０４Ｌ以外の他の可動部の変位に応じて危険範囲の表示範囲、表示形状を変更してもよい。

なお、本実施の形態では、移動ロボット１の移動速度の変化による危険範囲の表示変更と、移動ロボット１が有する可動部の移動に伴う危険範囲の表示変更を組み合わせて行う例を示した。しかしながら、これらのうちの一方のみを行うよう構成された移動ロボットも本発明の実施形態の１つである。

＜発明の実施の形態２＞
本実施の形態にかかる移動ロボット２は、プロジェクタ１０７による危険範囲の投影が正常に行なわれているかを診断する自己診断機能を上述した移動ロボット１に追加したものである。危険範囲の表示に関連する移動ロボット２の制御系の構成を図６に示す。図６と上述した図１の相違点は、カメラ２０８、異常検出部２０９及び動作制御部２０１である。図６のその他の構成要素は、図１に示したものと同一であるため、図１と同一の符号を付すとともに、これらに関する詳細説明を省略する。

カメラ２０８は、プロジェクタ１０７によって路面５０に投影される危険範囲の像を撮影するためのカメラである。異常検出部２０９は、カメラ２０８によって撮影された撮影画像を参照し、プロジェクタ１０７による危険範囲の表示の異常を検出する。例えば、図７の概念図に示すように、異常検出部２０９は、プロジェクタ１０７によって投影されるべき画像（投影予定画像７０）と、実際の投影画像７１をカメラ２０８によって撮影して得られた撮影画像７２とを比較することによって、投影画像７１の異常を検出すればよい。これにより、移動ロボット２は、プロジェクタ１０７の表示異常、例えば、映像が未投影であること、投影された危険範囲の形状が投影予定のものと異なること等を検出できる。

図８のフローチャートは、移動ロボット２の危険範囲が正常に表示されていないことが検出された場合に、動作制御部２０１によって実行される処理を示したものである。図８に示すように、動作制御部２０１は、異常検出部２０９によりプロジェクタ１０７の表示異常が検出された場合に、移動ロボット２に安全動作を実行させる（ステップＳ３１及びＳ３２）。安全動作とは、例えば、移動ロボット２の動作停止、移動ロボット２の移動速度の低下、スピーカ（不図示）による警告音の出力等である。

本実施の形態にかかる移動ロボット２は、危険範囲６０の表示機能が正常に動作していない場合に、危険範囲の表示機能に替わる代替的な安全動作の実行によって、移動ロボット２と人との不要な干渉を抑制できる。これにより、移動ロボット２の安全性をより一層向上させることができる。

なお、上述した発明の実施の形態１及び２では、車輪走行型の移動ロボットについて具体的に説明した。しかしながら、本発明は、車輪走行型に限らず様々な移動ロボットに適用可能である。例えば、本発明は、球形の回転体の回転駆動によって走行する移動ロボット、脚部によって歩行する二足歩行型又は多足歩行型の移動ロボット等にも適用可能である。

さらに、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、既に述べた本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。

本発明の実施の形態１にかかる移動ロボットの制御系を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１にかかる移動ロボットの外観図である。 本発明の実施の形態１にかかる移動ロボットにおける危険範囲の表示制御手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１にかかる移動ロボットにおける危険範囲の表示制御手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１にかかる移動ロボットにおける危険範囲の表示制御を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかる移動ロボットにおける危険範囲の表示制御を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかる移動ロボットにおける危険範囲の表示制御を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかる移動ロボットにおける危険範囲の表示制御を説明するための図である。 本発明の実施の形態２にかかる移動ロボットの制御系を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２にかかる移動ロボットにおける危険範囲の表示異常の検出動作を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態２にかかる移動ロボットにおける危険範囲の表示異常の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１、２ 移動ロボット
１０ 体幹部
１１ 頭部
１２ スカート部
１００ 動作計画部
１０１、２０１ 動作制御部
１０２Ａ、１０２Ｂ 駆動部
１０３、１０３Ａ、１０３Ｂ 車輪
１０４、１０４Ｒ、１０４Ｌ 腕部
１０５Ａ、１０５Ｂ エンコーダ
１０６ 表示制御部
１０７、１０７Ｆ、１０７Ｂ、１０７Ｒ、１０７Ｌ プロジェクタ
２０８ カメラ
２０９ 異常検出部
５０ 路面
６０、６０Ａ 危険範囲

Claims (11)

1. 移動ロボットであって、
   当該移動ロボットの動作を制御する動作制御手段と、
   当該移動ロボットの動作に伴って当該移動ロボットの周囲に生じる危険範囲の形状を、前記動作制御手段の制御に基づく当該移動ロボットの動作内容の変更に応じて変化させながら視覚的に表示する表示手段と、
   を備える移動ロボット。
2. 前記表示手段は、前記移動ロボットの移動速度が大きくなるにつれて、前記危険範囲の表示範囲を前記移動ロボットの移動方向に拡大する、請求項１に記載の移動ロボット。
3. 前記動作制御手段の制御に基づいて駆動される可動部をさらに備え、
   前記表示手段は、前記可動部の変位に応じて、前記可動部の位置が含まれるように前記危険範囲の表示範囲を変化させる、請求項１又は２に記載の移動ロボット。
4. 前記表示手段は、前記移動ロボットが位置する路面上に前記危険範囲を投影するプロジェクタを有する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の移動ロボット。
5. 前記プロジェクタによる前記危険範囲の表示の異常を検出する異常検出手段をさらに備え、
   前記動作制御手段は、前記異常が検出された場合に、前記移動ロボットに安全動作を実行させることを特徴とする、請求項４に記載の移動ロボット。
6. 前記異常検出手段は、
   前記プロジェクタによって投影された前記危険範囲を撮影するカメラと、
   前記カメラにより撮影された撮影画像に基づいて前記異常を検出する異常検出部と、
   を含む請求項５に記載の移動ロボット。
7. 移動ロボットの危険範囲を視覚的に表示する危険範囲の表示方法であって、
   前記移動ロボットの動作に伴って前記移動ロボットの周囲に生じる危険範囲の形状を、前記移動ロボットの動作内容の変更に応じて変化させながら視覚的に表示することを特徴とする、移動ロボットの危険範囲の表示方法。
8. 前記移動ロボットの移動速度が大きくなるにつれて、前記危険範囲の表示範囲を前記移動ロボットの移動方向に拡大することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記移動ロボットは少なくとも１つの可動部を有し、
   前記可動部の変位に応じて、前記可動部の位置が含まれるように前記危険範囲の表示範囲を変化させることを特徴とする、請求項６又は７に記載の方法。
10. 前記危険範囲は、前記移動ロボットに設けられたプロジェクタによって、前記移動ロボットが位置する路面上に投影される、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記プロジェクタによって投影された前記危険範囲をカメラによって撮影し、
    前記カメラにより撮影された撮影画像に基づいて前記危険範囲の表示の異常を検出し、
    前記異常が検出された場合に、前記移動ロボットに安全動作を実行させる、請求項１０に記載の方法。

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