JP2017146945A

JP2017146945A - 先導ロボット

Info

Publication number: JP2017146945A
Application number: JP2016030526A
Authority: JP
Inventors: 貴訓小林; Takakuni Kobayashi; 義徳久野; Yoshinori Kuno
Original assignee: Saitama University NUC
Current assignee: Saitama University NUC
Priority date: 2016-02-21
Filing date: 2016-02-21
Publication date: 2017-08-24

Abstract

【課題】歩行者や自律移動ロボットの搭乗者が、自律移動ロボットの挙動を余裕を持って認識できる先導ロボットを提供する。【解決手段】移動中の自律移動ロボット２０を先導する先導ロボット３０であって、自律移動ロボット２０が先導ロボット３０の軌跡を追尾できるように、自律移動ロボット２０に先導ロボット３０の自己位置情報を順次伝えながら自律移動ロボット２０を先導する。自律移動ロボット２０が先導ロボット３０の軌跡を忠実に追尾することにより、周囲の歩行者は、自律移動ロボット２０と先導ロボット３０との関係を認識し、自律移動ロボット２０を余裕を持って避けることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、自律移動ロボットを先導する先導ロボットに関し、自律移動ロボットの挙動を周囲の歩行者等に予期させて自律移動ロボットの円滑な移動を可能にするものである。

近年、自律移動ロボットの開発が各方面で進められている。それに伴い、自律移動ロボットとヒトとが同一空間に共存する機会が増えている。
ロボット自身で移動を制御する自律移動ロボットは、移動中にヒトと接触したり衝突したりする危険性を有している。
そうした危険を避けるため、自律移動ロボットの挙動をヒトに如何に予測させるか、と言うことが自律移動ロボットの一つの課題になっている。
例えば、自律走行車両の開発が進められている自動車では、従来から、進路方向の変更をヒトに知らせるために、光の明滅で方向を示すウインカーが用いられている。しかし、ウインカーでは「曲がる方向」は分かっても「曲がる大きさ」は分からないため、他の自律移動ロボットに適用した場合、効果が得られか疑問である。
本発明者等は、先に、自律ロボット車椅子を提案している（下記特許文献１）。この車椅子は、他の歩行者と混在する環境で比較的自由に動き回るため、ウインカーで提示できる情報だけでは、自律ロボット車椅子の挙動を十分に周囲に伝えることができない。
下記特許文献２には、プロジェクタを用いて移動ロボットの前方に矢印などを表示して進路を示す方法が提案されている。
また、下記特許文献３では、光線を用いて移動ロボットの予定経路を走行面上に描画する方法が提案されている。

特開２０１０−１７２５４８号公報特開２０１１−２０４１４５号公報特開２００７−３１０５６３号公報

しかし、プロジェクタや光線による路面上への方向表示は、暗い色の路面や外光下で見にくいと言う不便がある。また、この方式では、曲がり角の先に、移動ロボットに先んじて進行方向を提示することができない。
本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、歩行者や自律移動ロボットの搭乗者が、自律移動ロボットの挙動を余裕を持って認識することができる先導ロボットを提供することを目的としている。

本発明は、移動中の自律移動ロボットを先導する先導ロボットであって、自律移動ロボットが先導ロボットの軌跡を追尾できるように、自律移動ロボットに先導ロボットの自己位置情報を順次伝えながら自律移動ロボットを先導することを特徴とする。
自律移動ロボットが先導ロボットの軌跡を忠実に追尾することで、周囲の歩行者は、自律移動ロボットと先導ロボットとの関係を認識し、自律移動ロボットの進行を余裕を持って避けることができる。また、万が一先導ロボットが障害物や歩行者に接触した場合でも、接触したことを自律移動ロボットに伝達することで自律移動ロボット本体の事故を防ぐことができる。また，先導ロボットを小型で軽量なものにしておけば、周囲の歩行者と接触した場合でも歩行者の被害は少ない。

また、本発明の先導ロボットは、移動経路を算出する経路算出手段と、所定時間ｔ０が経過するごとに自己位置を同定する自己位置同定手段と、自己位置が同定された時刻を計時する時計と、自己位置と時刻とを自律移動ロボットに送信し、自律移動ロボットから自律移動ロボットが同定した移動体自己位置と、移動体自己位置が同定された時刻とを受信する通信手段と、自律移動ロボットから受信した移動体自己位置及び時刻を用いて自律移動ロボットの所定時間ｔ０内の移動量を算出し、その移動量に基づいて次に所定時間ｔ０が経過したときに到達する移動経路上の中途目標位置を設定する中途目標位置算出手段と、移動経路を辿って中途目標位置への移動を順次実行する移動手段と、を備える。
中途目標位置を自律移動ロボットの移動量に基づいて決めているため、自律移動ロボットと先導ロボットとの距離が離れ過ぎたり（この場合、自律移動ロボットが先導ロボットの軌跡より近道して先導ロボットに追い付く虞がある）、自律移動ロボットと先導ロボットとの距離が近付き過ぎたり（この場合、自律移動ロボットと先導ロボットとが接触する虞がある）する事態が回避できる。

また、本発明の先導ロボットは、さらに、経路上の障害物を検出する障害物検出手段を有し、経路算出手段は、障害物が検出されたとき、障害物を回避する回避経路を算出する。
そのため、自律移動ロボットは、先導ロボットの軌跡を追尾することで障害物を避けることができる。

また、本発明の先導ロボットは、ヒト型ロボットであることが望ましい。
周囲の人は、先導するヒト型ロボットを直ぐに気付き、道を空けてくれる。また、ヒト型であることで、顔の方向などで先導ロボットの進路を分かり易く表示することができる。

また、本発明の先導ロボットは、自律移動するロボット車椅子を先導することができる。
ロボット車椅子の搭乗者も先導ロボットを見て移動方向を知ることができ、安心して乗ることができる。

本発明により、自律移動ロボットの周囲の歩行者等は、自律移動ロボットの挙動を余裕を持って認識することができ、自律移動ロボットの移動を妨げない対応を取ることができる。そのため、自律移動ロボットの円滑な移動が可能になる。

本発明の実施形態に係る先導ロボットがロボット車椅子を先導している様子を示す図先導ロボットの適切な先導状態（ａ）と、不適切な先導状態（ｂ）を示す図図１の先導ロボットの構成を示す機能ブロック図図１のロボット車椅子の構成を示す機能ブロック図先導ロボットの動作手順を示すフロー図ロボット車椅子の動作手順を示すフロー図先導ロボットの有無による歩行者の流れの違いを示す図

図１は、本発明の実施形態に係る先導ロボット３０が自律ロボット車椅子２０を先導している状態を示している。図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は平面図である。この先導ロボット３０はヒト型ロボットである。
図２（ａ）は、点線で示す先導ロボット３０の軌跡を忠実に追尾するロボット車椅子２０の様子を示している。
一方、図２（ｂ）は、比較のため、ロボット車椅子２０が先導ロボット３０の軌跡から外れて、近道して先導ロボット３０の追い付いた状態を示している。この場合、周囲の人は、ロボット車椅子２０が先導ロボット３０に追従している関係を認知し難い。また、先導ロボット３０が障害物を回避して進行しても、ロボット車椅子２０は障害物に接触してしまう可能性がある。
図２（ｂ）の状態は、先導ロボット３０とロボット車椅子２０との距離が空き過ぎた場合に生じる可能性が大きい。

図３は、先導ロボット３０の機能ブロックを示している。この先導ロボット３０は、先導ロボット３０の移動経路を算出する経路算出手段３１と、先導ロボット３０の自己位置を同定する自己位置同定手段３２と、自己位置を同定した時刻を計時する時計手段３８と、同定された自己位置及びその同定時刻、地図などを記憶する記憶手段３５と、移動経路上の障害物を検出する障害物検出手段３３と、移動経路上の当面の目標である中途目標位置を算出する中途目標位置算出手段３４と、ロボット車椅子２０と近距離無線通信での交信を行う通信手段３６と、先導ロボット３０の移動機構を駆動する駆動手段３７と、を備えている。

経路算出手段３１は、記憶手段３５から地図データを読出し、現在の自己位置から目的地までの移動経路を地図上で求める。現在の自己位置は自己位置同定手段３２により同定される。目的地は、ロボット車椅子２０の搭乗者がキー入力したり、音声入力したものを識別したり、目的地データを近距離通信で受信したりして設定される。
自己位置同定手段３２は、例えば、レーザ距離計やステレオカメラ等の距離センサで周囲の物体からの距離を取得して、記憶手段３５から読出した地図とマッチングを取ることにより自己位置を同定する。また、ＧＰＳデータや駆動輪の回転数情報などを自己位置の同定に利用することもできる。先導ロボット３０の自己位置同定手段３２は、先導中、ｔ０時間ごとに自己位置の同定を繰り返す。

障害物検出手段３３は、自己位置同定手段３２から現在の自己位置を取得し、距離センサで取得した周囲の物体からの距離データと自己位置から見た地図データとを比較して、地図に記載されていない障害物の位置を特定する。
中途目標位置算出手段３４は、経路算出手段３１が算出した移動経路上で、現在の自己位置から出発してｔ０時間が経過した時点で先導ロボット３０が到達する予定の中途目標位置を算出する。中途目標位置算出手段３４は、ｔ０時間内でのロボット車椅子２０の移動量に基づいて中途目標位置を算出する。
時計手段３８は、ハードウエアクロックやシステムクロックに基づいて現在時刻を計時する。

記憶手段３５は、先導ロボット３０の機能を実現するプログラムが格納されたＲＯＭと、作業領域としてのＲＡＭとから成り、ＲＡＭには、自己位置同定手段３２が同定した自己位置、及び、時計手段３８が計時したその同定時刻や、受信したロボット車椅子２０の自己位置及びその同定時刻、地図データなどが記憶される。
通信手段３６は、ブルートゥース(登録商標)、無線ＬＡＮ、ＵＷＢ等の近距離無線通信によりロボット車椅子２０と通信する。
駆動手段３７は、先導ロボット３０の車輪を回転駆動する。

また、先導ロボット３０に先導されるロボット車椅子２０は、図４に示すように、自己位置同定手段２２、時計手段２８、記憶手段２５、通信手段２６及び駆動手段２７を備えている。それらの詳細は、先導ロボット３０のものと同様である。

図５のフロー図は、先導ロボット３０の動作手順を示し、図６のフロー図は、ロボット車椅子２０の動作手順を示している。
先導ロボット３０の経路算出手段３１は、ロボット車椅子２０を先導する目的地を設定し（ステップ１）、自己位置同定手段３２は、先導ロボット３０の現在位置を同定する(ステップ２)。
経路算出手段３１は、記憶手段３５から地図データを読出して、現在位置から目的地までの移動経路を算出する(ステップ３)。

移動経路が決まると、自己位置同定手段３２は、改めて先導ロボット３０の自己位置を同定し、その同定時刻を時計手段３８が計時する(ステップ４)。その同定した自己位置及び同定時刻は記憶手段３５に記録される（ステップ５）と共に、ロボット車椅子２０に送信される（ステップ６）。

一方、ロボット車椅子２０では、自己位置同定手段２２が独自にロボット車椅子２０の自己位置を測定し、時計手段２８が同定時刻を計時する(ステップ２１)。その自己位置及び同定時刻は記憶手段２５に記録される（ステップ２２）。
ロボット車椅子２０は、先導ロボット３０の自己位置及び同定時刻の情報を先導ロボット３０から受信すると(ステップ２３でＹｅｓ)、それを記憶手段２５に記録した後（ステップ２４）、記憶手段２５に記録されているロボット車椅子２０の自己位置及び同定時刻の情報を先導ロボット３０に送信する(ステップ２５)。

先導ロボット３０は、受信したロボット車椅子２０の自己位置及び同定時刻の情報を記憶手段３５に記録する(ステップ７)。
ロボット車椅子２０から自己位置及び同定時刻の情報を始めて受信したときは(ステップ８でＹｅｓ)、経路算出手段３１が設定した移動経路をｔ０時間が経過するまで移動する(ステップ１１)。この移動の間に障害物検出手段３３が障害物を検出すると(ステップ１２でＹｅｓ)、経路算出手段３１は、障害物を回避する回避経路を算出し(ステップ１３)、先導ロボット３０は、この回避経路を移動する(ステップ１４)。
ｔ０時間が経過すると（ステップ１５でＹｅｓ)、最終目的地に到着していない場合は（ステップ１６でＮｏ)、ステップ４に移行し、自己位置の同定と同定時刻の測定を行い(ステップ４)、自己位置及び同定時刻の情報を記憶手段３５に記録し(ステップ５)、その情報をロボット車椅子２０に送信する（ステップ６）。

一方、ロボット車椅子２０は、自身の自己位置及び同定時刻の情報を先導ロボット３０に送信すると(ステップ２５)、ステップ２４で記録した先導ロボット３０の自己位置に向けて移動する(ステップ２６)。移動の間にｔ０時間が経過すると(ステップ２７でＹｅｓ)、ステップ２１に移行し、ロボット車椅子２０の自己位置の同定と同定時刻の測定を行い(ステップ２１)、自己位置及び同定時刻の情報を記憶手段２５に記録する(ステップ２２)。そして、先導ロボット３０から自己位置及び同定時刻の情報を受信すると(ステップ２３でＹｅｓ)、それを記憶手段２５に記録した後（ステップ２４）、ステップ２２で記憶手段２５に記録したロボット車椅子２０の自己位置及び同定時刻の情報を先導ロボット３０に送信する(ステップ２５)。

先導ロボット３０は、受信したロボット車椅子２０の自己位置及び同定時刻の情報を記憶手段３５に記録する(ステップ７)。そして、この受信が複数回目の受信であるときは（ステップ８でＮｏ）、中途目標位置算出手段３４が、その自己位置及び時刻の差分からｔ０時間内のロボット車椅子２０の移動量を算出し(ステップ９)、次のｔ０時間後に到達する移動経路上の目標位置（中途目標位置）を、算出したロボット車椅子２０の移動量に基づいて設定する（ステップ１０）
例えば、算出したロボット車椅子２０の移動量をＬ１、ロボット車椅子２０と先導ロボット３０との適正距離をＬ２とするとき、移動経路上でロボット車椅子２０の現在位置から（Ｌ１＋Ｌ２）距離だけ離れ地点を中途目標位置として設定する。
そして、ｔ０時間後に中途目標位置に到達するように駆動手段３７を制御しながら移動を続け、ステップ１１〜ステップ１５、ステップ４〜ステップ７、ステップ９、ステップ１０の動作を繰り返す。

一方、ロボット車椅子２０は、ステップ２１〜ステップ２７の動作を繰り返し、先導ロボット３０から送られてくる中途目標位置に向けての移動を繰り返す（ステップ２６）。
先導ロボット３０が最終目的地に到達すると（ステップ１６でＹｅｓ）、先導ロボット３０の動作は終了する。そのため、先導ロボット３０からロボット車椅子２０への情報送信が停止し、ステップ２３がＮｏとなってロボット車椅子２０の動作も停止する。
こうした動作により、ロボット車椅子２０は、先導ロボット３０との間に適正位置を保ちながら、先導ロボット３０の軌跡を忠実に追尾することができる。

図７は、ロボット車椅子２０とすれ違う歩行者を矢印の流線で示し、先導ロボット３０がロボット車椅子２０を先導する場合（ａ）と、先導しない場合（ｂ）との流線の違いを示している。先導ロボット３０がロボット車椅子２０を先導するときは、すれ違う歩行者が早めに気付いて避けるため、歩行者とロボット車椅子２０との衝突の危険性が減少し、搭乗者は安心感を持つことができる。

なお、ここでは、先導ロボットをヒト型ロボットとしたが、先導ロボットの意匠は、それに限らない。ボールのような球形のロボットでも良い。
また、先導ロボットに回転灯などを搭載して、周囲に警戒を促してもよい。
また、先導ロボットが先導する自律型移動ロボットは、ロボット車椅子に限らない。商品搬送ロボット、オフィスや病院でのサービスロボット、エンターテイメントロボット等であっても良い。

本発明の先導ロボットは、自律ロボット車椅子を始めとして、各種の自律移動ロボットの先導役を果たすことができ、幅広い分野で利用することができる。

２０ロボット車椅子
２２自己位置同定手段
２５記憶手段
２６通信手段
２７駆動手段
２８時計手段
３０先導ロボット
３１経路算出手段
３２自己位置同定手段
３３障害物検出手段
３４中途目標位置算出手段
３５記憶手段
３６通信手段
３７駆動手段
３８時計手段

Claims

移動中の自律移動ロボットを先導する先導ロボットであって、
前記自律移動ロボットが前記先導ロボットの軌跡を追尾できるように、前記自律移動ロボットに前記先導ロボットの自己位置情報を順次伝えながら前記自律移動ロボットを先導することを特徴とする先導ロボット。
請求項１に記載の先導ロボットであって、
移動経路を算出する経路算出手段と、
所定時間ｔ０が経過するごとに自己位置を同定する自己位置同定手段と、
前記自己位置が同定された時刻を計時する時計と、
前記自己位置と前記時刻とを前記自律移動ロボットに送信し、前記自律移動ロボットから該自律移動ロボットが同定した移動体自己位置と、該移動体自己位置が同定された時刻とを受信する通信手段と、
前記自律移動ロボットから受信した前記移動体自己位置及び時刻を用いて該自律移動ロボットの所定時間ｔ０内の移動量を算出し、前記移動量に基づいて次に所定時間ｔ０が経過したときに到達する移動経路上の中途目標位置を設定する中途目標位置算出手段と、
前記移動経路を辿って前記中途目標位置への移動を順次実行する移動手段と、
を備えることを特徴とする先導ロボット。
請求項２に記載の先導ロボットであって、さらに、経路上の障害物を検出する障害物検出手段を有し、前記経路算出手段は、前記障害物が検出されたとき、該障害物を回避する回避経路を算出することを特徴とする先導ロボット。
請求項１から３のいずれかに記載の先導ロボットであって、前記先導ロボットがヒト型ロボットであることを特徴とする先導ロボット。
請求項１から４のいずれかに記載の先導ロボットであって、前記自律移動ロボットが自律移動するロボット車椅子であることを特徴とする先導ロボット。