JP2014149603A

JP2014149603A - 移動体

Info

Publication number: JP2014149603A
Application number: JP2013016938A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ogura; 崇小倉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2014-08-21
Anticipated expiration: 2033-01-31
Also published as: JP5900368B2

Abstract

【課題】人と移動体の衝突や躓きを防止する。
【解決手段】移動体１は、自律走行を行う移動体であって、周囲の三次元情報を取得し、環境を認識する環境認識部１１と、環境認識部１１により認識された環境情報に基づき、環境内に人が存在していると想定し、移動体１自身が想定された人からの死角の位置にある可能性が高いか否かを判定する判定部１２と、判定部１２により、移動体１自身が想定された人の死角の位置にある可能性が高いと判定された場合に、想定された人からの見えにくさを改善する改善行動を移動体１自身に実行させる制御部１３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動体に関する。

近年、オフィスロボット、ペットロボットなど、人の生活空間内で利用されるロボット（移動体）の開発が行われている。これらの移動体は、自身の周囲の環境を認識して自律走行を行う。一般にこれらの移動体は、センサを用いて障害物を検知し、衝突を回避するように設計されている。

特許文献１には、人やロボットが行き交う環境下で使用され、飛び出しによる衝突を回避しながらも、迅速な移動が可能な自律移動ロボット装置とそのための飛び出し衝突回避方法が開示されている。

特開２０１０−０５５４９８号公報

しかしながら、生活空間に自律走行を行う移動体が導入されるにあたり、人間から移動体が見えない場合には、人間と移動体が衝突する可能性を高める要因となる。特に、高さが低い移動体は、机や棚などの陰に入った場合に人から見えにくくなり、人が移動体の存在に気付かない場合に、躓きや衝突の原因となり得る。特許文献１には、移動体からの視点で、障害物の陰に人が存在しているか否かを考慮した衝突回避の方法が開示されているが、障害物の陰にいる人から移動体が見えているか否かを考慮していない。

さらに、移動体と人との間にある障害物の種類に基づき、移動体が僅かに動作することによって人から移動体を容易に視認できる場合と、移動体の挙動に関わらず、人から移動体を全く視認できない場合がある。そのため移動体は、周囲の人の視界を基準として、どのような死角に移動体が入っているかに基づいて、衝突回避の行動をするかを決定するのが望ましい。言い換えると、移動体と人との間にある障害物が低い机であって人から移動体が見える場合と、障害物が壁であって人から移動体が見えない場合とでは、考慮すべき安全の質が異なる。したがって、テーブルや椅子などの障害物が存在する環境において、人からの移動体に対する視認性を高め、躓きや衝突を防止することが望まれていた。

本発明にかかる移動体は、自律走行を行う移動体であって、周囲の三次元情報を取得し、環境を認識する環境認識部と、前記環境認識部により認識された環境情報に基づき、前記環境内に人が存在していると想定し、移動体自身が想定された人からの死角の位置にある可能性が高いか否かを判定する判定部と、前記判定部により、移動体自身が想定された人の死角の位置にある可能性が高いと判定された場合に、想定された人からの見えにくさを改善する改善行動を移動体自身に実行させる制御部と、を備える。
これにより、障害物が存在する環境において、人からの移動体に対する視認性を高めることができる。

人と移動体の衝突や躓きを防止することができる。

実施の形態１にかかる移動体の構成を示す図である。実施の形態１にかかる移動体の横から見たセンサ観測イメージの図である。実施の形態１にかかる移動体の上方から見たセンサ観測イメージの図である。実施の形態１にかかる移動体の動作フローチャートである。実施の形態１にかかる移動体と周囲の障害物の状態を示す図である。実施の形態１にかかる移動体から仰角最大の障害物位置を算出する方法を示す図である。実施の形態１にかかる移動体の伸縮部動作前の想定人の視界を横から見た図である。実施の形態１にかかる移動体の伸縮部動作前の状態を想定人の視点で表した図である。実施の形態１にかかる移動体の伸縮部動作後の想定人の視界を横から見た図である。実施の形態１にかかる移動体の伸縮部動作後の状態を想定人の視点で表した図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は移動体１の構成を示す図である。移動体１は、環境認識部１１と、判定部１２と、制御部１３と、伸縮部１４と、駆動部１５と、音響発生部１６を備える。

環境認識部１１は、移動体１の周囲の環境情報を取得し認識する。典型的には、環境認識部１１は全周囲センサを有しており、移動体１の周囲に存在する物体の３次元情報を環境情報として取得する。例えば環境認識部１１は、複数の距離画像センサを有する。図２は、移動体１の横から見たセンサ観測イメージであり、図３は、移動体１の上方から見たセンサ観測イメージである。図２及び図３において、点線がセンサにより環境情報を取得する方向を示している。なお図２及び図３において、環境認識部１１が、８方向について環境情報を取得している状態を示しているが、取得する方向の個数はこれに限定されない。環境認識部１１は、移動体１の周囲の認識結果を、判定部１２に出力する。なお、環境認識部１１は、複数のレーザー送受信センサを内蔵したレーザーライダー・イメージングユニットや、円形にならべた縦向きの複数のレーザーレンジファインダ（ＲＬＦ）、または、ＲＬＦを縦方向につけて鉛直軸周りを回転させるものを用いても良い。環境認識部１１による環境認識の方法は、これら以外の方法であっても良い。

判定部１２は、環境認識部１１から入力された認識結果に基づいて、移動体１の周囲にいる人から、移動体１が観測されやすい位置にあるか否かを判定する。典型的には、判定部１２は演算装置である。具体的には判定部１２は、移動体１の周囲にある障害物の先に人がいることを想定し、想定した人（以下、想定人）からの障害物ごしの移動体１の見えにくさを定量化する。これにより判定部１２は、移動体１が観測されやすい位置にあるか否かを判定する。判定部１２による判定方法については、後に詳述する。判定部１２は、判定結果を制御部１３に出力する。

制御部１３は、判定部１２から入力された判定結果に基づいて、想定人から移動体１が観測されやすくなるように、移動体１の動作を制御する。例えば制御部１３は、判定部１２から入力された判定結果に基づいて、伸縮部１４、駆動部１５、音響発生部１６のそれぞれに対し、動作を制御するための制御信号を出力する。

伸縮部１４は、先端部にＬＥＤレーザーを発光する発光部を有するパイプである。伸縮部１４は、移動体１の上部に設けられている。伸縮部１４は、制御部１３から入力された制御信号に基づいて、直動軸に沿って伸縮する。より具体的には伸縮部１４は、移動体１が人から見えにくい位置にある場合に、伸縮部１４の先端部が想定人から観測されやすい位置になるように動作する。なお伸縮部１４は、ＬＥＤレーザーによる発光部を有するパイプに限られず、他の構成であっても良い。

駆動部１５は、移動体１に設けられたモーターである。駆動部１５は、制御部１３から入力された制御信号に基づいて駆動し、移動体１の下部に設けられた車輪を動作させることにより、移動体１を移動させる。

音響発生部１６は、例えば移動体１に設けられたスピーカーである。音響発生部１６は、制御部１３から入力された制御信号に基づいて、警告音を発生させる。

次に、移動体１の動作について説明する。図４は、移動体１の動作フローチャートである。図５は、移動体１と、移動体１の周囲に壁２１と、テーブル状の障害物２２と、想定人２３が存在する環境の一例を示した図である。ここで、移動体１の最大高さをＴ、想定人の視点高さをＨ、移動体１と想定人の接近距離をＬとする。最大高さＴは、移動体１の設計値である。想定人２３の視点高さＨは、あらかじめ定めた値とする。接近距離Ｌは、移動体１の位置と想定人２３の位置との関係により算出する。ここで、最大高さをＴ、視点高さをＨ、接近距離Ｌはそれぞれ定数であり、あらかじめ移動体１に記憶されている。また以下では、図５において移動体１は手前方向に走行しているものとし、手前−奥側の方向をＸ軸、移動体１の左右方向をＹ軸、高さ方向をＺ軸として説明する。

環境認識部１１は、周辺の環境を観測する（ステップＳ１１）。例えば環境認識部１１は、複数の距離画像センサにより、移動体１を基点として全方向について環境情報を取得する。図５に示した移動体１の現在位置において、環境認識部１１は、最寄りの障害物の高さｈ（θ）と、障害物までの距離ｌ（θ）の情報を取得する。より具体的には、環境認識部１１は、移動体１の正面方向を０度とし、移動体１を基点としてＺ軸周りの角度θごとに、障害物の高さｈ（θ）と、障害物までの距離ｌ（θ）の情報を取得する。

判定部１２は、環境認識部１１が取得したデータに基づき、最も視野をさえぎる点ｎを算出する（ステップＳ１２）。図６は、角度θにおいて、移動体１から仰角最大の障害物位置（ｈ、ｌ）を算出する方法を示した図である。なお図６において、丸印は環境認識部１１が認識した障害物の位置を示している。判定部１２は、障害物の位置を示す点のうち仰角φ（ｎ）の値が最大である点ｎを抽出し、移動体１を基点とした点ｎの鉛直方向座標ｈ（θ）と、水平方向座標ｌ（θ）を算出する。

判定部１２は、ステップＳ１２で検出された点ｎのｈ（θ）と、ｌ（θ）に基づいて、人間からの移動体１の見えにくさＩＶ（θ）を算出する（ステップＳ１３）。ＩＶ（θ）の値は、式（１）により算出する。

ここで式（１）において、障害物の高さｈが想定人２３の視線高さＨより高い場合には、ＩＶ（θ）の値を０とする。判定部１２は、障害物の高さｈが想定人２３の視線高さＨより高い場合には、検出物が壁であると判定することができ、想定人２３からの見えにくさを考慮する必要がないためである。また、移動体１と障害物までの水平距離ｌ（θ）が、移動体１と想定人２３の接近距離Ｌより大きい場合には、ＩＶ（θ）の値を０とする。判定部１２は、水平距離ｌ（θ）が接近距離Ｌより大きければ、障害物が移動体１から十分に離れた位置にあると判定することができ、想定人２３からの見えにくさを考慮する必要がないためである。

判定部１２は、すべての角度において、見えにくさＩＶ（θ）の算出が終了したか否かを判定する（ステップＳ１４）。すべての角度で計算が終了していれば（ステップＳ１４でＹｅｓ）、ステップＳ１５に進む。すべての角度で計算が終了していなければ（ステップＳ１４でＮｏ）、ステップＳ１２に戻り、角度θを変更して処理を繰り返す。

判定部１２は、すべての角度の見えにくさＩＶ（θ）の値の和を計算することにより、スコアを算出する（ステップＳ１５）。言い換えると、判定部１２は、式（２）によりスコアを算出する。

ここで式（２）のスコアを、移動体１の現在位置における、人からの移動体１の見えにくさとして定義する。すなわち判定部１２は、移動体１が、想定人２３の視界の死角に入っている可能性が高いか否かを、スコアとして算出する。ここで、判定部１２が算出したスコアが高ければ、移動体１は想定人２３の視野の死角の位置にある可能性が高く、スコアが低ければ、移動体１は想定人２３から見えやすい位置にある可能性が高いことを示す。

判定部１２は、スコアが目標値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。ここで典型的には、スコアの目標値は、あらかじめ定めた値を用いる。スコアが目標値より大きければ（ステップＳ１６でＮｏ）、ステップＳ１７に進む。スコアが目標値以下であれば（ステップＳ１６でＹｅｓ）、ステップＳ１８に進む。

制御部１３は、想定人２３からの移動体１の見えにくさが改善されるよう、移動体１の動作させる（ステップＳ１７）。例えば改善行動の１つとして、制御部１３は、スコアが目標値以内となるように、移動体１の動作を制御する。具体的には制御部１３は、伸縮部１４を伸長させることによって、移動体１の高さＴを変更し、移動体１が人から観測される状態にする。ここで、伸縮部１４を伸長させる量は、移動体１が想定した人から見えない条件を示した式（３）

に基づいて、必要な高さＴ'を算出することにより定める。言い換えると、制御部１３は、すべての方向θにおいて式（４）のＴ'を満たすように伸縮部１４の伸長を制御し、人から移動体１が見える状態を確保する。なお、式（４）は、式（３）を式変形したものである。

例えば、想定人２３の位置をＬ＝２[ｍ]、想定人２３の目線Ｈ=１．７[ｍ]とし、移動体１による測定結果からｈ（θ）＝１．５[ｍ]、ｌ（θ）＝０．８[ｍ]とすると、

となる。したがって判定部１２は、角度θにおいて、移動体１は、１．３７ｍ以上の高さが必要であると算出する。判定部１２は、式（４）を用い、すべての角度θについて同様にＴ'を算出する。制御部１３は、算出した複数のＴ'のうち、最も大きいＴ'よりも高さＴが大きくなるように、伸縮部１４を伸長させるよう制御する。

図７は、伸縮部１４を伸長させる前の状態を示す図である。具体的には、図７Ａは移動体１等の位置関係を示した図であり、点線は想定人２３からの視線の方向を表している。図７Ｂは、想定人２３の視界を示した図である。すなわち図７Ａ及び図７Ｂに示した状態は、テーブル２２の陰に移動体１があるため、想定人２３からは移動体１を視認できないことを示している。

図８は、伸縮部１４を伸長させた後の状態を示す図ある。図８Ａは、移動体１等の位置関係を示した図であり、想定人２３から、伸長させた伸縮部１４が視認できる状態を示している。図８Ｂは、想定人２３の視界を示した図であり、テーブル２２の陰から伸縮部１４の先端を視界に捉える事ができる状態を示している。これにより想定人２３は、障害物であるテーブル２２の陰に、移動体１があることを認識することができる。

また制御部１３は、想定人２３からの移動体１の見えにくさを改善するために、移動体１の位置や経路を変更するよう、駆動部１５の動作を制御してもよい。移動体１の位置や経路の変更により、ｈ（θ）、ｌ（θ）の値が変化するため、式（４）を用いて算出される必要な高さＴ'が変化し、想定人２３からの移動体１の見えにくさが改善する。

また制御部１３は、音響発生部１６から警告音を発生させるよう、音響発生部１６の動作を制御してもよい。音響発生部１６が警告音の発生することにより、スコアは変更されないが、人に移動体１の存在を知らせることができる。

制御部１３の制御による、想定人２３からの移動体１の見えにくさの改善行動後、ステップＳ１８に進む。

制御部１３は、通常のロボット動作を行う（ステップＳ１８）。例えば制御部１３は、目的位置まで走行を行うよう駆動部１５の動作を制御し、移動体１を移動させる。その後ステップＳ１１に戻り、移動体１は、移動後の位置において同様の処理を繰り返し実行する。

これにより移動体は、人からの視点を考慮し、必要最低限の目立ち方によって移動体が認識されやすい状態とすることができる。したがって移動体は、人と移動体の衝突や躓きを防止することができる。
より具体的には、移動体は周囲の環境情報を取得し、想定人の視野において自身が死角になっている可能性が高いか否かを判定する。このとき移動体は、自身が想定人の視野の死角の位置にある可能性が高いか否かを、スコアとして算出して定量化する。なお移動体は、３Ｄセンサを用いて周囲の環境を取得することで、障害物が壁であるか、テーブル等であるかを区別した上で、スコアを算出することができる。移動体は、壁以外の障害物によって自身が想定人の視野の死角の位置にある可能性が高い場合には、伸縮部を伸長させることや、移動経路を変更すること、警告音を発生させることを実行し、人から認識されやすい状態となるように動作する。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えばステップＳ１７において、制御部１３は、想定人からの移動体１の見えにくさを改善するために、伸縮部１４の動作制御と、駆動部１５の動作制御と、音響発生部１６の動作制御の、いずれか１つを実行しても良く、複数を実行しても良い。また制御部１３が、想定人からの移動体１の見えにくさを改善するために、移動体を制御して実行させる動作は、上記のものに限られない。

１移動体
１１環境認識部
１２判定部
１３制御部
１４伸縮部
１５駆動部
１６音響発生部
２１壁
２２テーブル（障害物）
２３想定人

Claims

自律走行を行う移動体であって、
周囲の三次元情報を取得し、環境を認識する環境認識部と、
前記環境認識部により認識された環境情報に基づき、前記環境内に人が存在していると想定し、移動体自身が想定された人からの死角の位置にある可能性が高いか否かを判定する判定部と、
前記判定部により、移動体自身が想定された人の死角の位置にある可能性が高いと判定された場合に、想定された人からの見えにくさを改善する改善行動を移動体自身に実行させる制御部と、を備える移動体。