JP2015083927A - 案内用ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで、自律歩行が困難な歩行者に進むべき方向を案内することができる案内用ロボットを提供する。
【解決手段】自走体２が走行するエリアの地図情報（フロア形状図）を格納しておき、自走体２が有する車輪の回転量と、格納した地図情報とに基づいて、自走体２の現在位置を推定する。そして、推定した現在位置から歩行者が指定した目的地までの目標進行方向を、格納した地図情報をもとに決定し、決定した目標進行方向を音声で案内する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、自律歩行が困難な歩行者に進行方向を案内する案内用ロボットに関する。

従来の案内用ロボットとしては、例えば特許文献１に記載の技術がある。この技術は、建屋内に設置したビーコン等が発する信号をもとに自己位置の特定を行い、操作者を目的地まで誘導するものである。
また、他の案内用ロボットとしては、特許文献２に記載の技術がある。この技術は、ＧＰＳ信号を用いて現在位置を特定し、操作者を目的地まで誘導するものである。

特開２００８−１４５３８３号公報 特開２００７−１３９７１０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術にあっては、建屋内にビーコンを設置するなどの支援設備が必要となり、コストが嵩む。
また、上記特許文献２に記載の技術にあっては、ＧＰＳ信号を用いたナビゲーションシステムであるため高価であると共に、屋内ではＧＰＳ信号を受信しにくく、操作者を適切に誘導することができない。
そこで、本発明は、低コストで、自律歩行が困難な歩行者に進行方向を案内することができる案内用ロボットを提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る案内用ロボットの一態様は、歩行者が把持して移動方向を入力する操作入力部と、車輪によって任意の方向に走行可能な自走体と、前記操作入力部で入力された移動方向に基づいて、前記自走体の走行を制御する走行制御部と、前記歩行者が指定した目的地を取得する目的地取得部と、前記自走体が走行するエリアの地図情報を格納する地図情報格納部と、前記車輪の回転情報を検出する回転情報検出部と、前記回転情報検出部で検出した車輪の回転情報と、前記地図情報格納部に格納した地図情報とに基づいて、前記自走体の現在位置を推定する自己位置推定部と、前記自己位置推定部で推定した現在位置から前記目的地取得部で取得した目的地までの目標進行方向を、前記地図情報格納部に格納した地図情報をもとに決定する目標進行方向決定部と、前記目標進行方向決定部で決定した目標進行方向を音声で案内する進行方向案内部と、を備えることを特徴としている。

このように、自走体が有する車輪の回転情報と自走体が走行するエリアの地図情報とに基づいて、自走体の現在位置を推定するので、建屋内にビーコン等を設置することなく、屋内で適切に自己位置を推定することができる。そのため、目が不自由な人など自律走行が困難な歩行者に対して、進むべき方向を適切に音声で指示することができ、歩行者を指定された目的地へ案内することができる。

また、上記の案内用ロボットにおいて、前記自走体の周囲の障害物を検出する障害物検出部と、前記障害物検出部で障害物を検出したとき、前記自走体が前記障害物に接近していることを音声で案内する障害物接近案内部と、を備えることが好ましい。これにより、歩行者は障害物に接近していることを適切に認識することができる。

さらに、上記の案内用ロボットにおいて、前記目的地取得部は、前記歩行者に複数の目的地候補を順番に音声で案内する目的地候補案内部を備え、前記目的地候補案内部で１つの目的地候補を音声で案内した後、所定時間内に前記歩行者の目的地選択動作を検出したとき、音声で案内した目的地候補を前記歩行者が指定した目的地として取得することが好ましい。
このように、複数の目的地候補を１つずつ順番に音声により案内するので、目の不自由な歩行者が被案内者の場合にも、当該歩行者は適切に目的地を指定することができる。

本発明の案内用ロボットでは、自走体が有する車輪の回転情報と、予め記憶している自走体が走行するエリアの地図情報とに基づいてナビゲーションが可能であるため、建物側に付加的な設備が必要なく、低コストでナビゲーション機能を実現することができる。

本実施形態に係る案内用ロボットを示す斜視図である。 図１の正面図である。 図１の右側面図である。 図１の底面図である。 走行制御装置を示すブロック図である。 走行制御部の機能ブロック図である。 音声案内部の機能ブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（構成）
図１は、本実施形態に係る案内用ロボットを示す斜視図、図２は正面図、図３は右側面図、図４は底面図である。
案内用ロボット１は、任意の方向に走行する自走体２を有する。この自走体２は、底面から見て前端部が尖った流線形状に形成され、且つ例えば案内用ロボット１の操作者（歩行者）の膝程度の高さを有する基台３を備えている。この基台３は、その後端面側の幅が操作者の肩幅以上に形成され、且つ後端面に前方側に凹む操作者の下肢を収容する凹部４が形成されている。

基台３の底面には、前端側にキャスター５が旋回自在に配置され、後方端側の左右位置に駆動輪（車輪）６Ｌ及び６Ｒが回転自在に支持されている。これら駆動輪６Ｌ及び６Ｒの夫々は、車軸７Ｌ及び７Ｒの内側にプーリ８Ｌ及び８Ｒが固定されている。
そして、これらプーリ８Ｌ及び８Ｒと、各駆動輪６Ｌ及び６Ｒの前方側に配置した電動モータ９Ｌ及び９Ｒの回転軸に固定したプーリ１０Ｌ及び１０Ｒとの間に無端のタイミングベルト１１Ｌ及び１１Ｒが巻回されて、電動モータ９Ｌ及び９Ｒの回転軸の回転速度と同一回転速度で駆動輪６Ｌ及び６Ｒが回転駆動される。ここで、各電動モータ９Ｌ及び９Ｒには、無励磁状態でブレーキが作動する無励磁作動形ブレーキ１２Ｌ及び１２Ｒが設けられている。

このとき、電動モータ９Ｌ及び９Ｒの回転軸の回転速度を等しくすると、回転軸の回転方向に応じて基台３が前後方向に移動し、左側の駆動輪６Ｌの回転速度を右側の駆動輪６Ｒの回転速度より遅い回転加速度（又は速い回転速度）で駆動すると基台３が左旋回（又は右旋回する。
また、左側の駆動輪６Ｌ（又は右側の駆動輪６Ｒ）を停止させた状態で、右側の駆動輪６Ｒ（又は左側の駆動輪６Ｌ）を正回転駆動すると信地左（又は右）旋回状態となる。

さらに、左側の駆動輪６Ｌ（又は右側の駆動輪６Ｒ）を逆回転駆動し、右側の駆動輪６Ｒ（又は左側の駆動輪６Ｌ）を正回転駆動する超信地左（又は右）旋回状態となる。
このように、左右の駆動輪６Ｌ及び６Ｒの回転速度を制御することにより、基台３を任意の方向に走行させることができる。
基台３には、その上面における前端側から後方側に傾斜延長する支持腕１５が固定されている。この支持腕１５の上端部には、基台３と平行に後方に基台３の凹部４の近傍位置まで延長する水平腕１６が形成されている。

この水平腕１６の上面における後端側には、走行方向を入力する操作入力部１７が配置されている。操作入力部１７は、操作者が一方の手指で把持することが可能なグリップ１８と、このグリップ１８を連結支持して、グリップ１８に加えられたＸＹＺ軸方向の入力を検出する六軸力センサ１９とを備える。
また、水平腕１６の上面における中央部には、操作者が目的地を選択するための目的地選択部２０が配置されている。目的地選択部２０は、操作者が手指で押下することが可能な選択ボタン２０ａと、この選択ボタン２０ａを連結支持して、選択ボタン２０ａに加えられたＺ軸方向の力を検出する圧力センサ等で構成される力入力センサ２０ｂとで備える。

基台３の先端側の側面には、例えば３００度の角度範囲に渡って帯状の開口部２１が形成されている。そして、この開口部２１の先端部に対応する内側には、障害物検出センサとしてのスキャナ式レンジセンサ２２が設けられている。このスキャナ式レンジセンサ２２は、水平方向に後方側の９０度の角度範囲を除く２７０度の角度範囲でレーザ光を使用して、障害物までの距離を計測するものである。

また、水平腕１６の前端側には、障害物センサとしてのスキャナ式レンジセンサ２３が設けられている。このスキャナ式レンジセンサ２３も、スキャナ式レンジセンサ２２と同様に、水平方向に後方側の９０度の角度範囲を除く２７０度の角度範囲でレーザ光を使用して障害物までの距離を計測するものである。
また、支持腕１５の上端側における裏面側には、障害物センサとしてのスキャナ式レンジセンサ２４が設けられている。このスキャナ式レンジセンサ２４は、例えば上方側の１２０度の角範囲を除く２４０度の角度範囲で斜め下側の障害物までの距離を計測するものである。

電動モータ９Ｌ及び９Ｒは、図５に示すように、走行制御装置３０によって、駆動制御される。
この走行制御装置３０は、図５に示すように、自走体２に内蔵するバッテリによって駆動される、例えばマイクロコンピュータ等の演算処理装置３１を備えている。演算処理装置３１は、センサ信号入力Ｉ／Ｆ６１と、速度指令値出力Ｉ／Ｆ６２と、回転角度位置入力Ｉ／Ｆ６３と、音声出力Ｉ／Ｆ６４とを備える。また、この演算処理装置３１は、走行制御部５１と、音声案内部５２とを備える。

センサ信号入力Ｉ／Ｆ６１には、操作入力部１７の六軸力センサ１９と、力入力センサ２０ｂと、各スキャナ式レンジセンサ２２〜２４とが接続されている。そして、センサ信号入力Ｉ／Ｆ６１は、六軸力センサ１９から出力されるＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向に付与される力Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚと、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の３軸回りのモーメントＭｘ、Ｍｙ及びＭｚとを読込む。また、センサ信号入力Ｉ／Ｆ６１は、力入力センサ２０ｂから出力される選択情報を読込むと共に、スキャナ式レンジセンサ２２〜２４から出力される障害物位置情報を読込む。センサ信号入力Ｉ／Ｆ６１は、読込んだ各種情報を走行制御部５１及び音声案内部５２へ出力する。

速度指令値出力Ｉ／Ｆ６２は、走行制御部５１で生成した速度指令値を、モータドライバ６５Ｌ及び６５Ｒに出力する。ここで、モータドライバ６５Ｌ及び６５Ｒは、自走体２に内蔵するバッテリから電力が供給され、電動モータ９Ｌ及び９Ｒを駆動するためのものである。
回転角度位置入力Ｉ／Ｆ６３は、電動モータ９Ｌ及び９Ｒの回転角度位置を検出するエンコーダ６６Ｌ及び６６Ｒから出力される回転角度位置情報を読込み、走行制御部５１及び音声案内部５２へ出力する。

音声出力Ｉ／Ｆ６４は、走行制御部５１及び音声案内部５２で生成した音声案内情報をスピーカ６７へ出力する。ここで、音声案内情報とは、操作者が進むべき方向（目標進行方向）や障害物の接近を知らせる情報などを含む。
以下、走行制御部５１及び音声案内部５２について具体的に説明する。

（走行制御部５１の構成）
図６は、走行制御部５１の機能ブロック図である。
この図６に示すように、走行制御部５１は、走行方向算出部５１ａと、障害物検出部５１ｂと、走行方向補正部５１ｃと、モータ駆動制御部５１ｄとを備える。
この走行制御部５１は、操作者による操作入力部１７の操作に基づいて電動モータ９Ｌ及び９Ｒに対する速度指令値を生成し、これを出力することで自走体２を走行制御するものである。また、走行制御部５１は、自走体２の移動過程において、常時、周囲の障害物の有無を検出し、障害物を検出すると操作者に障害物が接近していることを音声で案内すると共に、操作者が操作入力部１７から指定した移動方向を、障害物を回避する方向に修正する障害物回避機能を有する。

先ず、走行方向算出部５１ａは、操作入力部１７の六軸力センサ１９から出力されるＸ，Ｙ，Ｚ軸に付与される力Ｆｘ，Ｆｙ及びＦｚと、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸回りのモーメントＭｘ，Ｍｙ及びＭｚを、操作入力情報として読込む。
次に走行方向算出部５１ａは、Ｚ軸方向の力Ｆｚと予め設定した閾値とを比較することで、操作者がグリップ１８を押下したか否かを検出する。このとき、操作者がグリップ１８を押下していない（Ｆｚ≦閾値）場合にはそのまま待機し、操作者がグリップ１８を押下すると（Ｆｚ＞閾値）、Ｙ軸方向の力ＦｙとＺ軸回りのモーメントＭｚとに基づいて、自走体２の前後進速度Ｖ₀［ｍ／ｓ］及び旋回速度ω₀［ｒａｄ／ｓ］を算出する。

ここで、前後進速度Ｖ₀は、自走体２の仮想質量をＭとしたとき、例えば次式をもとに算出する。
Ｖ₀＝∫（Ｆｙ／Ｍ）ｄｔ …………（１）
また、旋回速度ω₀は、自走体２のＺ軸回りの仮想慣性モーメントをＩｒｚとしたとき、例えば次式をもとに算出する。

ω₀＝∫（Ｍｚ／Ｉｒｚ）ｄｔ …………（２）
そして、走行方向算出部５１ａは、算出した前後進速度Ｖ₀及び旋回速度ω₀をＲＡＭ等に記憶すると共に、これらを障害物検出部５１ｂ及び走行方向補正部５１ｃに出力する。
障害物検出部５１ｂは、障害物位置情報として、スキャン式レンジセンサ２２及び２３で測定したスキャン角度及び距離検出値を読込み、障害物の位置及び障害物までの距離を算出する。ここで、障害物が複数存在する場合には、各障害物について位置及び障害物までの距離を算出する。

そして、障害物検出部５１ｂは、走行方向算出部５１ａで記憶した前後進速度Ｖ₀及び旋回速度ω₀と、検出した障害物の位置及び距離とに基づいて、自走体２が障害物に接触する可能性があるか否かを判定する。この判定結果は、走行方向補正部５１ｃに出力される。
また、障害物検出部５１ｂは、自走体２が障害物に接触する可能性があると判定すると、操作者に障害物が接近していることを知らせるための音声案内情報を生成し、その音声案内情報をもとにスピーカ６７から音声を出力する。

走行方向補正部５１ｃは、障害物検出部５１ｂで障害物に接触する可能性があると判定したとき、当該障害物を回避する方向に前後進速度Ｖ₀及び旋回速度ω₀を補正し、補正後の前後進速度Ｖ及び旋回速度ωをモータ駆動制御部５１ｄに出力する。また、走行方向補正部５１ｃは、障害物検出部５１ｄで障害物に接触する可能性はないと判定した場合には、前後進速度Ｖ₀及び旋回速度ω₀をそのまま前後進速度Ｖ及び旋回速度ωとしてモータ駆動制御部５１ｄに出力する。

モータ駆動制御部５１ｄは、前後進速度Ｖ及び旋回速度ωに基づいて、駆動輪６Ｌ及び６Ｒの車輪周速度Ｖ_Ｌ〔ｍ／ｓ〕及びＶ_Ｒ〔ｍ／ｓ〕を算出する。
Ｖ_Ｌ＝Ｖ＋Ｌｗ・ω／２ …………（３）
Ｖ_Ｒ＝Ｖ−Ｌｗ・ω／２ …………（４）

ここで、Ｌｗは、左右の駆動輪６Ｌ及び６Ｒの車輪間距離〔ｍ〕である。そして、モータ駆動制御部５１ｄは、上記（３）及び（４）をもとに算出した駆動輪６Ｌ及び６Ｒの車輪周速度Ｖ_Ｌ及びＶ_Ｒに基づいて、電動モータ９Ｌ及び９Ｒの速度指令値Ｖ_ＭＬ及びＶ_ＭＲを算出し、これらを速度指令値出力Ｉ／Ｆ６２を介してモータドライバ６５Ｌ及び６５Ｒに出力する。
なお、ここでは、走行制御部５１に障害物回避機能を設ける場合について説明したが、自走体２が障害物に接近していることを音声により操作者に知らせる障害物接近案内機能のみに止めてもよい。

（音声案内部５２の構成）
図７は、音声案内部５２の機能ブロック図である。
この図７に示すように、音声案内部５２は、目的地決定部５２ａと、自己位置推定部５２ｂと、自己位置補正部５２ｃと、ルート生成部５２ｄと、マップ格納部５２ｅと、音声出力部５２ｆとを備える。この音声案内部５２は、主に、操作者を音声により目的地へ案内するナビゲーション制御を実行するものである。

目的地決定部５２ａは、力入力センサ２０ｂから出力される選択情報を入力する。そして、図示しない始動スイッチがオン状態となった後、初めて選択ボタン２０ａが押されたと判断すると、目的地決定部５２ａは、予め記憶した目的地候補のリストから順番に１つずつ選択し、選択した目的地候補をスピーカ６７から音声で出力するための音声案内情報を音声出力部５２ｆに出力する。ここで、目的地決定部５２ａは、１つの目的地候補を音声出力した後、選択ボタン２０ａが押されたことを確認したら、次の目的地候補を音声出力するようにする。このとき、音声出力がリストの最後に達すると、リストの最初に戻って音声出力するものとする。

そして、目的地決定部５２ａは、１つの目的地候補を音声出力した後、予め設定した一定時間、選択ボタン２０ａが押されない状態が続いたとき、操作者による目的地選択動作が行われたと判断し、その時点で音声出力された目的地候補を案内すべき目的地として選択する。選択した目的地情報は、ルート生成部５２ｄに出力される。
なお、選択ボタン２０ａの近傍に決定ボタンを追加し、その決定ボタンが押されたときに操作者による目的地選択動作が行われたと判断し、その時点で音声出力された目的地候補を案内すべき目的地として選択するようにしてもよい。但し、本実施形態は、目の不自由な操作者を主な被案内者として想定しているため、操作者が操作するボタンは少ない方が望ましい。

自己位置推定部５２ｂは、エンコーダ６６Ｌ及び６６Ｒが出力する回転角度位置情報（回転情報）を入力し、その回転角度位置情報に基づいて、自走体２の移動方向とスタート地点からの移動距離とを算出する。すなわち、移動方向と移動距離とは、スタート地点から積算した左右の駆動輪６Ｌ，６Ｒの回転量に基づいて算出する。なお、スタート地点は予め決められた位置であり、マップ格納部５２ｅに格納したフロア形状図にその情報を含ませておく。

自己位置推定部５２ｂは、算出した移動方向及び移動距離を、自己位置補正部５２ｃに出力する。
自己位置補正部５２ｃは、自己位置推定部５２ｂで推定した自己位置情報と、スキャン式レンジセンサ２２及び２３が出力する障害物位置情報とを読込み、公知のパーティクルフィルタを用いて、自己位置推定部５２ｂで推定した自己位置を補正する。

この自己位置補正部５２ｃは、案内用ロボット１の移動中、常時、スキャン式レンジセンサ２２及び２３からスキャン角度及び距離検出値を読込み、案内用ロボット１の周囲に何らかの物体を検出したとき、その検出パターンを記憶する。同時に、案内用ロボット１の周囲にパーティクルをランダムに配置し、それぞれのパーティクルからその物体がどのように検出されるか、検出パターンを算出する。

そして、スキャン式レンジセンサ２２及び２３の検出パターンに最も近い検出パターンが得られたパーティクルを選定し、選定したパーティクルの位置と自己位置推定部５２ｂで推定した自己位置との差を位置誤差として、自己位置推定部５２ｂで推定した自己位置を補正する。
自走体２の走行距離が長くなると、自己位置推定部５２ｂで算出する積算値は誤差を含むようになるが、自己位置補正部５２ｃにより自己位置を補正することで、上記誤差を解消することができる。

ルート生成部５２ｄは、目的地決定部５２ａが出力する目的地情報と、自己位置補正部５２ｃが出力する自己位置情報とを入力し、マップ格納部５２ｅに格納したフロア形状図を用いて案内用ロボット１の進行ルートを生成する。ルート生成方法として、ここでは２種類の方法を説明する。

（第１のルート生成方法）
ルート生成部５２ｄは、ナビゲーション開始時には、目的地決定部５２ａが出力する目的地情報と、自己位置補正部５２ｃが出力する自己位置情報とをもとに、現在位置から目的地までの方向を決定する。ここでは、マップ格納部５２ｅに格納したフロア形状図をもとに、壁を考慮せずに現在位置から目的地までの方向を決定する。そして、決定した方向を操作者が進むべき方向（目標進行方向）とし、これを操作者に知らせるための音声案内情報を生成し、音声出力部５２ｆに出力する。

また、ルート生成部５２ｄは、スキャン式レンジセンサ２２及び２３が出力する障害物位置情報とマップ格納部５２ｅに格納したフロア形状図とに基づいて、目標進行方向に壁を検出すると、目標進行方向の修正を行う。ここでは、目的地までの方向に近く、且つ検出した壁に平行に進む方向を新たな目標進行方向として設定する。そして、その新たな目標進行方向を操作者に知らせるための音声案内情報を生成し、音声出力部５２ｆに出力する。

なお、スキャン式レンジセンサ２２及び２３で検出した物体が壁であるか否かは、フロア形状図の壁形状と自己位置との比較により判断する。すなわち、フロア形状図には無い物体を検出した場合には、それを障害物と見なす。
ナビゲーション制御中に障害物を検出した場合には、ルート生成部５２ｄは障害物に接近していることを操作者に知らせるための音声案内情報を生成し、音声出力部５２ｆに出力する。その後、障害物を検出しなくなったら、再度、壁を考慮せずにその地点から目的地までの方向を決定し、これを新たな目標進行方向として設定する。そして、設定した目標信号方向を操作者に知らせるための音声案内情報を生成し、音声出力部５２ｆに出力する。

また、ナビゲーション制御中に、案内用ロボット１が目的地までの適正なルートから逸脱した場合には、適正ルートから逸脱していることを操作者に知らせるための音声案内情報を生成し、音声出力部５２ｆに出力する。さらに、適正ルートに戻るための進行方向を決定し、これを操作者に知らせるための音声案内情報を生成し、音声出力部５２ｆに出力する。
この第１のルート生成方法を採用した場合、最短経路とならない場合があるが、目的地にはほぼ確実に到達することができる。

（第２のルート生成方法）
第２のルート生成方法を採用する場合、予めフロア形状図において、通路を「エッジ」、交差点を「ノード」に設定し、マップ格納部５２ｅに格納しておく。
ルート生成部５２ｄは、ナビゲーション開始時には、マップ格納部５２ｅに格納したフロア形状図と、自己位置補正部５２ｃが出力する自己位置情報とをもとに、現在位置に最も近いノードを選択し、そのノードの位置を仮の目的地として設定する。そして、設定した仮の目的地の方向を、上述した第１のルート生成方法に従って決定し、音声案内情報を生成して音声出力部５２ｆに出力する。

その後、仮の目的地であるノードに到着したことを検出すると、真の目的地（操作者が選択した目的地）に最も近いノードを選択し、現在位置から選択したノードの位置までの最適経路を探索する。ここで、経路探索方法としては、一般的なポテンシャル法や、ダイクストラ法、深さ優先探索あるいは幅優先探索などのアルゴリズムを用いる。
そして、得られた最適経路に従って、真の目的地に最も近いノードまでエッジ上を進むように目標進行方向を設定し、これを操作者に知らせるための音声案内情報を生成し、音声出力部５２ｆに出力する。

このナビゲーション制御中に、スキャン式レンジセンサ２２及び２３によって何らかの物体を検出すると、ナビゲーションの誤差によって壁に接近したか障害物に接近したと判断し、その地点をスタート地点として上述した第１のルート生成方向に切り替える。
また、ナビゲーション制御中に、案内用ロボット１が目的地までの適正なルートから逸脱した場合には、適正ルートから逸脱していることを操作者に知らせるための音声案内情報を生成し、音声出力部５２ｆに出力する。さらに、適正ルートに戻るための進行方向を決定し、これを操作者に知らせるための音声案内情報を生成し、音声出力部５２ｆに出力する。

この第２のルート生成方法を採用すれば、最短経路が得られる。但し、ナビゲーションの誤差によって壁に接近した場合には、第１のルート生成方法に切り替えざるを得ない。
図７の音声出力部５２ｆは、目的地決定部５２ａやルート生成部５２ｄが出力する音声案内情報を入力し、入力した音声案内情報に基づいてスピーカ６７から音声を出力する。
以上のように、案内用ロボット１は、ロボットがその動きで操作者を「誘導」するのではなく、目的地の方向や障害物への接近を音声で操作者に伝えるという「案内」を行うものである。

なお、エンコーダ６６Ｌ及び６６Ｒが回転情報検出部に対応し、スキャン式レンジセンサ２２及び２３が障害物検出部に対応している。また、図７において、目的地決定部５２ａが目的地取得部に対応し、自己位置推定部５２ｂ及び自己位置補正部５２が自己位置推定部に対応し、ルート生成部５２ｄが目標進行方向決定部に対応し、マップ格納部５２ｅが地図情報格納部に対応し、音声出力部５２ｆが進行方向案内部に対応している。

（動作）
次に、本実施形態の動作及び効果について説明する。
自律歩行が困難な歩行者が自走体２の後方側の凹部４に下肢収納するようにして自走体２の後方に立ち、図示しない始動スイッチをオン状態とすると、自走体２に内蔵するバッテリの電力が走行制御装置３０及びモータドライバ６５Ｌ及び６５Ｒに供給され、自走体２が走行可能状態となる。このとき、歩行者（操作者）が操作入力部１７のグリップ１８を把持していない場合には、自走体２は停止状態を維持する。

この停止状態で、歩行者が選択ボタン２０ａを押すと、音声案内部５２は、リストの最初の目的地候補をスピーカ６７から音声で出力する。そして、歩行者が選択ボタン２０ａを押すごとに、音声案内部５２はリスト内の次の目的地候補を音声で出力する（目的地候補案内部）。そして、音声出力の後、一定時間、選択ボタンが押されないことを検知したとき、その時点で音声出力した目的地候補を真の目的地として設定する。

目的地が決定すると、音声案内部５２はナビゲーション制御を開始する。先ず、音声案内部５２は、フロア形状図に基づいて現在位置から目的地までの方向を決定し、これを目標進行方向とする。このとき、フロア内の壁は考慮しない。そして、音声案内部５２は、決定した目標進行方向を歩行者に対して音声により指示する。
目標進行方向の指示を受けて、歩行者が操作入力部１７のグリップ１８を把持しながら進行方向へ押すと、走行制御部５１は、その操作入力情報（力Ｆｘ，Ｆｙ及びＦｚ、モーメントＭｘ，Ｍｙ及びＭｚ）を入力する。すると、走行制御部５１は、入力した操作入力情報に基づいて前後進速度Ｖ及び旋回速度ωを算出し、これらに基づいて電動モータ９Ｌ及び９Ｒを駆動するための速度指令値をモータドライバ６５Ｌ及び６４Ｒに出力する。

これにより、自走体２は歩行者が指示した方向に走行する。すなわち、案内用ロボット１は、歩行者の明示的な操作があって初めて走行するようになっている。
移動の過程で目的地までの適正ルートから逸脱した場合、走行制御部５１は自動で適正ルートに戻る処理は行わない。代わりに、音声案内部５２が歩行者に対して適正ルートから逸脱していることを音声で知らせると共に、適正ルートに戻るための進行方向を音声で指示する。

このようにして、歩行者が目的地に到達するまで音声で案内する。
この案内の途中で、スキャン式レンジセンサ２２及び２３によって何らかの物体を検出した場合、それがフロア形状図に存在しない物体であれば、音声案内部５２は、検出した物体を障害物と見なして歩行者に障害物の接近を音声で知らせる（障害物接近案内部）。そして、音声案内部５２はナビゲーション制御を中断する。

このとき、走行制御部５１は、歩行者が入力指示した進行方向を示す操作入力情報に基づいて算出した前後進速度Ｖ₀及び旋回速度ω₀を、障害物を回避する方向に補正し、それを最終的な前後進速度Ｖ及び旋回速度ωとして算出する。そして、算出した前後進速度Ｖ及び旋回速度ωに基づいて電動モータ９Ｌ及び９Ｒを駆動するための速度指令値を算出し、これをモータドライバ６５Ｌ及び６４Ｒに出力する。これにより、自走体２は、歩行者が指示した走行方向を、障害物を回避する方向に変更して走行する。

そして、障害物を検出しない状態に復帰すると、音声案内部５２は、その地点からナビゲーション制御を再開する。すなわち、その地点から目的地までの方向を求め、これを新たな目標進行方向として歩行者に音声で指示する。
また、案内の途中で操作入力部１７のグリップ１８へのＺ軸方向の力Ｆｚが無くなる（Ｆｚ≦閾値）と、走行制御部５１は、歩行者がグリップ１８から手を放したと判断し、自走体２を停止する。これにより、案内用ロボット１が常に歩行者の手の届く範囲にいるようにすることができる。

このように、本実施形態では、自走体２が走行するエリアの地図情報であるフロア形状図を予め記憶しておき、フロア内の自己位置の特定と目的地までの目標進行方向の決定とを自動で行いつつ、その目標進行方向を操作者（歩行者）に音声で案内する。
このとき、自走体２が有する車輪の回転量と自走体が走行するエリアの地図情報とに基づいて、自走体２の現在位置を推定する。そのため、建屋内にビーコンを設置したりＧＰＳ信号を受信したりすることなく、屋内で適切に自己位置を推定することができる。したがって、低コストでのナビゲーションが可能となる。

また、歩行者が進むべき方向を音声で案内するので、目が不自由な人など自律走行が困難な歩行者を、当該歩行者が指定した目的地へ適切に案内することができる。
さらに、自走体２の周囲に障害物を検出した場合には、自走体２が障害物に接近していることを音声で案内するので、歩行者は障害物に接近していることを適切に認識することができる。

また、ナビゲーションの開始に先立って、複数の目的地候補を１つずつ順番に音声で案内するので、目の不自由な歩行者が被案内者の場合にも、当該歩行者は適切に目的地を指定することができる。
このとき、１つの目的地候補を音声案内した後、被案内者が選択ボタン２０ａを押すごとに次の目的地候補を音声案内するようにする。そして、１つの目的地候補を音声案内した後、所定時間、選択ボタン２０ａが押されないとき、被案内者による目的地選択動作が行われたと判断して、そのとき音声案内した目的地候補を目的地に設定する。そのため、ボタン１つで次の目的地候補の案内開始の指示と目的地の確定とを行うことができる。すなわち、極力、被案内者が操作するボタンを少なくすることができ、目の不自由な歩行者が被案内者の場合に望ましい構造とすることができる。

（変形例）
上記実施形態においては、障害物センサとしてスキャン式レンジセンサ２２，２３を適用した場合について説明したが、超音波式センサ等の他の測距センサを適用することもできる。また、スキャン式レンジセンサに代えて、１方向にレーザ光を出射する測距センサをＺ軸方向に回動させて走査するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、力入力センサ２０ｂとして圧力センサを用いた場合について説明したが、圧力センサに代えて、タッチセンサや単なるスイッチを用いることもできる。

さらに、上記実施形態においては、選択した目的地を取り消す機能を設けてもよい。例えば、目的地選択部２０に選択ボタン２０ａしか設けられていない場合には、案内開始後に操作者が選択ボタン２０ａを押したことを検出したら、案内を中止する旨の音声を出力して案内を中止し、その後の操作者の選択を待つようにする。また、選択ボタン２０ａの近傍に選択取り消しボタンを追加するようにしてもよい。この場合、案内開始後に操作者が選択取り消しボタンを押したことを検出したら、案内を中止する旨の音声を出力して案内を中止し、その後の操作者の選択を待つようにする。但し、本実施形態は、目の不自由な操作者を主な被案内者として想定しているため、操作者が操作するボタンは少ない方が望ましい。

また、上記実施形態においては、自走体２として、前側にキャスター５を設置し、後輪側に駆動輪６Ｌ及び６Ｒを設ける場合について説明したが、前側の左右位置に駆動輪を配置し、後輪側にキャスターを配置するようにしてもよい。
さらに、上記実施形態においては、自走体２を２輪駆動する場合について説明したが、自動車のように前後に２輪ずつ配置し、前後の一方を転舵輪とすることにより、走行方向を制御するようにしてもよい。この場合でも転舵輪の転舵量及び転舵角に基づいて走行軌跡を算出することができるので、自己位置の推定が可能となる。

１…案内用ロボット、２…自走体、３…基台、４…凹部、５…キャスター、６Ｌ，６Ｒ…駆動輪、９Ｌ，９Ｒ…電動モータ、１１Ｌ，１１Ｒ…タイミングベルト、１２Ｌ，１２Ｒ…無励磁作動形ブレーキ、１５…支持腕、１６…水平腕、１７…操作入力部、１８…グリップ、１９…六軸力センサ、２０…目的地選択部、２０ａ…選択ボタン、２０ｂ…力入力センサ、２２〜２４…スキャン式レンジセンサ、３０…走行制御装置、５１…走行制御部、５１ａ…障害物検出部、５１ｂ…走行方向算出部、５１ｃ…走行方向補正部、５１ｄ…モータ駆動制御部、５２…音声案内部、５２ａ…目的地決定部、５２ｂ…自己位置推定部、５２ｃ…自己位置補正部、５２ｄ…ルート生成部、５２ｅ…マップ格納部、５２ｆ…音声出力部、６１…センサ信号入力Ｉ／Ｆ、６２…速度指令値出力Ｉ／Ｆ、６３…回転速度位置入力Ｉ／Ｆ、６４…音声出力Ｉ／Ｆ、６５Ｌ，６５Ｒ…モータドライバ、６６Ｌ，６６Ｒ…エンコーダ、６７…スピーカ

Claims (3)

1. 歩行者が把持して移動方向を入力する操作入力部と、
   車輪によって任意の方向に走行可能な自走体と、
   前記操作入力部で入力された移動方向に基づいて、前記自走体の走行を制御する走行制御部と、
   前記歩行者が指定した目的地を取得する目的地取得部と、
   前記自走体が走行するエリアの地図情報を格納する地図情報格納部と、
   前記車輪の回転情報を検出する回転情報検出部と、
   前記回転情報検出部で検出した車輪の回転情報と、前記地図情報格納部に格納した地図情報とに基づいて、前記自走体の現在位置を推定する自己位置推定部と、
   前記自己位置推定部で推定した現在位置から前記目的地取得部で取得した目的地までの目標進行方向を、前記地図情報格納部に格納した地図情報をもとに決定する目標進行方向決定部と、
   前記目標進行方向決定部で決定した目標進行方向を音声で案内する進行方向案内部と、を備えることを特徴とする案内用ロボット。
2. 前記自走体の周囲の障害物を検出する障害物検出部と、
   前記障害物検出部で障害物を検出したとき、前記自走体が前記障害物に接近していることを音声で案内する障害物接近案内部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の案内用ロボット。
3. 前記目的地取得部は、
   前記歩行者に複数の目的地候補を順番に音声で案内する目的地候補案内部を備え、
   前記目的地候補案内部で１つの目的地候補を音声で案内した後、所定時間内に前記歩行者の目的地選択動作を検出したとき、音声で案内した目的地候補を前記歩行者が指定した目的地として取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の案内用ロボット。

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