JP2019179285A - 移動体 - Google Patents

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Abstract

【課題】停止時における挙動の安定とその後のスムーズな随行移動を実現できる移動体を提供すること。【解決手段】移動体1は、測距センサに基づいて移動体1の移動目標DPが算出され、移動目標DPへ向けて移動される。移動体1が移動目標DPを含む目標範囲A内に位置すると、移動体1の移動が停止される。移動体1が目標範囲A内に位置し且つユーザHが停止している場合に目標範囲Aが拡大される。よって、ユーザHの僅かな動きがされた場合でも、移動体1は目標範囲A内に位置するので、その挙動を安定させることができる。また、拡大された目標範囲A内に移動体1が位置する状態で、ユーザHの向きDuが変化すると移動体1は向きDuに合わせて、その場で回転する。よって、移動体1はユーザHと連動して方向転換でき、ユーザHの向き変更後に移動し始めても、スムーズに随行して移動できる。【選択図】図4

Description

本発明は、移動体に関し、特に、停止時における挙動の安定を実現できる移動体に関するものである。
特許文献1には、人200がロボット装置1に対する不感帯220(目標領域)から外れた場合には、その不感帯220よりも狭い特定領域内に人200が位置するようにロボット装置1を移動することで、人200が僅かな動作をした場合にも、人200がロボット装置1に対する不感帯220から外れないようにして、ロボット装置1の不自然な動きを防止する技術が開示されている。
これに対し、対象者と同方向を向きながら対象者との相対位置関係を保って随行移動する随行型ロボットがある。該ロボットは、例えば対象者の位置や向きに基づいて常時目標位置を算出し、対象者に随行しつつ目標位置へ向かって移動する。対象者が移動を停止し、該ロボットが目標位置を含む目標領域内に到達すると、該ロボットは停止する。
特開2008−268991号公報
該ロボットが停止した状態で、対象者に僅かな動きや向きの変更があると、該ロボットの目標位置は変化する。すると、その目標位置の変化に伴って該ロボットの目標領域も変化する。その結果、該ロボットが目標領域内から外れると、該ロボットは目標領域内へ入ろうとして移動を開始する。しかし、該ロボットは目標領域内に入ると直ぐに移動を停止するので、目標領域の境界付近で小刻みで不自然な動作を繰り返してしまう。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、停止時における挙動の安定を実現できる移動体を提供することを目的としている。
この目的を達成するために本発明の移動体は、対象者に随行して移動するものであり、移動手段と、前記対象者を検出する検出手段と、その検出手段による検出結果に基づいて前記対象者に対する当該移動体の移動目標を算出する移動目標算出手段と、その移動目標算出手段により算出された移動目標へ当該移動体が移動するように前記移動手段を制御する移動制御手段とを備え、更に、前記移動目標算出手段は、前記検出手段により検出された前記対象者の位置と向きとに基づいて前記移動目標を算出するものであり、前記移動制御手段は、前記対象者が移動を停止した状態において当該移動体が前記移動目標を含む目標範囲内に位置する場合に当該移動体の移動を停止する移動停止手段と、その移動停止手段により当該移動体の移動が停止されている場合に所定条件に基づいて前記目標範囲を拡大する目標範囲拡大手段とを備え、その目標範囲拡大手段により拡大された拡大目標範囲内に当該移動体が位置する状態において前記対象者の移動の停止中に前記対象者の向きの変更を検出した場合であっても、当該移動体の移動を停止し続けるものである。
本発明の移動体によれば、対象者が移動を停止した状態において当該移動体が移動目標を含む目標範囲内に位置すると当該移動体の移動が停止され、かかる場合に所定条件に基づいて目標範囲が拡大される。この拡大された拡大目標範囲内に当該移動体が位置する状態において、対象者の移動の停止中に対象者の向きの変更が検出されても、当該移動体は移動を停止し続ける。即ち、対象者の位置と向きとに基づいて算出された移動目標へ移動するように制御される移動体において、対象者の移動の停止中に、対象者に僅かな向きの変更があったとしても、当該移動体の移動を停止し続ける。従って、移動目標範囲の境界付近で小刻みで不自然な動作を繰り返すことなく、その挙動を安定させることができる。
移動体の外観図である。 移動体の電気的構成を示すブロック図である。 移動体のフローチャートである。 (a)は、ユーザが移動している場合の移動体と目標範囲とを示す図であり、(b)は、ユーザHが停止している場合の移動体と目標範囲とを示す図であり、(c)は、ユーザが停止してからの経過時間と目標範囲の半径の変化とを示すグラフである。 (a)は、停止中のユーザがその場で回転する様子を表す図であり、(b)は、停止中のユーザの回転に伴って、移動体が回転移動する様子を表す図である。
以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して説明する。まず、図1を参照して、本実施形態における移動体1の構成を説明する。図1は、移動体1の外観図である。移動体1は、ユーザHの前方にて、ユーザHに対し適切な位置に移動して、ユーザ(対象者)Hに随行できる装置として機能する。
図1に示す通り、移動体1は、主に略円柱状の外装2と、その外装2の内部に配設され移動体1の各部を制御する制御部10と、測距センサ16と、車輪17とを有する。測距センサ16は、外装2の上部に配置され、レーザ光を全方位(360度)に対して照射することで、測距センサ16と物体との距離を検知(測距)する装置である。測距センサ16は、任意の角度毎に検出された対象物との距離を、その角度に対応付けて制御部10へ送信する。また、測距センサ16は上下方向に移動可能に構成され、予め測距センサ16からのレーザ光がユーザHの肩周辺に照射されるよう、測距センサ16の上下方向の位置が適宜設定される。以下、測距センサ16から検知される距離および角度のことを「測距データ」と称す。
車輪17は、外装2の下部における左右両端にそれぞれ設けられる車輪である。左右の車輪17それぞれにはモータ(図示せず)が接続され、後述する駆動部18(図2参照)からの制御信号に基づいてモータを駆動させることで、移動体1が移動される。左右のモータを、同じ出力で正転および逆転させることで移動体1の前方移動および後方移動を行い、また、モータを差動させることで、移動体1の移動方向の変更を行う。即ち、移動体1は、かかる車輪17が配設される直交方向である前後方向には移動可能である一方で、左右方向には直接移動できないので、本実施形態における移動体1は、非ホロノミックな拘束条件を有する車輪17及び駆動部18(移動部)によって移動するものである。
移動体1は、測距データMPから算出されたユーザHの位置および向きに基づいて、ユーザHの右前方に移動目標DP(図5(a)参照)を設定し、その移動目標DPに向かって移動する。その際に、移動体1が移動目標DPを中心に設定される、円形の目標範囲A(図5(a)参照)に侵入した場合に、移動体1が移動目標DPに到達したと判断される。更に、本実施形態の移動体1は、ユーザHの移動を停止した場合に、停止してからの経過時間と共に目標範囲Aの半径が拡大され、目標範囲Aの領域が拡大される(図5(b)参照)。以下、ユーザHや移動体1の「移動」とは、ユーザHや移動体1の位置PuやPrの移動をいい、ユーザHや移動体1の向きDuやDrの変更は「移動」に含まれない。
次に、図2を参照して、移動体1の電気的構成について説明する。図2は、移動体1の電気的構成を示すブロック図である。移動体1は制御部10を有し、その制御部10はCPU11と、フラッシュROM12と、RAM13とを有し、これらはバスライン14を介して入出力ポート15にそれぞれ接続されている。入出力ポート15には、更に、測距センサ16と、駆動部18とが接続されている。
CPU11は、バスライン14により接続された各部を制御する演算装置である。フラッシュROM12は、CPU11により実行されるプログラムや固定値データ等を格納した書き換え可能な不揮発性の記憶装置であり、制御プログラム12aと、半径初期値データ12bとが記憶される。CPU11によって制御プログラム12aが実行されると、図3のメイン処理が実行される。半径初期値データ12bには、目標範囲Aの半径の初期値Rが記憶されるデータ領域である。本実施形態において、目標範囲Aの半径の初期値Rは「0.15m」が例示される。
RAM13は、CPU11が制御プログラム12aの実行時に各種のワークデータやフラグ等を書き換え可能に記憶するためのメモリであり、測距センサ16から測距された測距データMPが記憶される測距データメモリ13aと、ユーザHの位置Puが記憶されるユーザ位置メモリ13bと、ユーザHの向きDuが記憶されるユーザ向きメモリ13cと、移動体1の移動目標DPが記憶される目標位置メモリ13dと、目標範囲Aの半径が記憶される目標範囲半径メモリ13eと、移動目標DP及び目標範囲Aの半径に基づいて算出される、目標範囲Aの領域情報が記憶される目標範囲メモリ13fとがそれぞれ設けられる。
なお、本実施形態において、ユーザ位置メモリ13b,ユーザ向きメモリ13c,目標位置メモリ13d及び目標範囲メモリ13fの各値は、移動体1の位置Prを原点(0,0)とし、移動体1の向きDrを90度とした「移動体座標系」に基づく値とされる。
駆動部18は、移動体1を移動動作させるための装置であり、車輪17(図1参照)および車輪17の駆動源となるモータ(図示せず)等から構成される。制御部10から制御信号が駆動部18に入力されると、入力された制御信号に基づいてモータが回転し、該モータの回転が動力となって車輪17が駆動し、移動体1を動作させる。
次に、図3〜図5を参照して、移動体1のCPU11で実行されるメイン処理を説明する。図3は、移動体1のメイン処理のフローチャートである。メイン処理は移動体1の電源投入直後にされる。メイン処理はまず、目標範囲半径メモリ13eの初期化のため、目標範囲半径メモリ13eに半径初期値データ12bの値を設定する(S1)。S1の処理の後、測距センサ16から取得した測距データMPを測距データメモリ13aに保存する(S2)。
S2の処理の後、測距データメモリ13aの測距データMPに基づいて、ユーザHの位置Puと向きDuとを算出し、ユーザ位置メモリ13b及びユーザ向きメモリ13cに保存する(S3)。S3の処理の後、ユーザHの位置Pu及び向きDuに基づいて、移動体1の移動目標DPを算出し、目標位置メモリ13dに保存する(S4)。本実施形態において、移動体1の移動目標DPはユーザHの右前方とされ、具体的には、ユーザHの前側「0.6m」かつ右側「0.3m」の位置とされる。
S4の処理の後、目標位置メモリ13dの移動目標DPを中心として、目標範囲半径メモリ13eの半径の円形の領域(即ち目標範囲A)を算出し、その領域情報を目標範囲メモリ13fに保存する(S5)。S5の処理の後、ユーザHが停止しているかを確認する(S6)。ユーザHが停止しているかどうかは、ユーザ位置メモリ13bに記憶されているユーザHの位置Puが、前回S6の処理が行われた位置よりも変化しているかどうかで判断される。
S6の処理においてユーザHが停止している場合は(S6:Yes)、更に、移動体1の位置Prが目標範囲メモリ13fに記憶される目標範囲Aの範囲内に位置しているかを確認する(S7)。上述した通り、目標範囲メモリ13fには、移動体座標系に基づいた目標範囲Aの領域情報が記憶されているので、移動体1の位置Pr、即ち、原点(0,0)が目標範囲Aの範囲内に位置しているかを確認する。
S7の処理において、移動体1の位置Prが目標範囲Aの範囲内に位置している場合は(S7:Yes)、移動体1が移動目標DPに到達したと判断されるので、移動体1の移動を停止し(S8)、移動体1の位置Prが目標範囲半径メモリの値を拡大し(S9)、ユーザ向きメモリ13cに記憶されるユーザHの向きDuに基づいて、駆動部18を動作させて移動体1をその場で回転させる(S10)。かかるS5〜S10の処理の詳細について、図4,図5を参照して説明する。
図4(a)は、ユーザHが移動している場合の移動体1と目標範囲Aとを示す図であり、図4(b)は、ユーザHが停止している場合の移動体1と目標範囲Aとを示す図であり、図4(c)は、ユーザHが停止してからの経過時間と目標範囲Aの半径の変化とを示すグラフである。図4(a)に示すように、ユーザHが移動している場合は、ユーザHの位置Pu及び向きDuの右前方側に移動体1の移動目標DPが設定され、図3のS5の処理によって、該移動目標DPを中心に半径がRの目標範囲Aが算出される。
ところで、ユーザHが移動を停止し位置Puが変化しなくても、ユーザHの身体を捻ったり、ユーザHがその場で回転する等のユーザHの僅かな動きで、ユーザHの向きDuが変化する場合がある。この向きDuの変化に伴って目標範囲Aの位置が移動され、移動体1の位置Prが目標範囲Aの外側に外れてしまう虞がある。また、測距センサ16の誤検知によりユーザHの位置Puが正しく算出されなかった場合も、位置Prは目標範囲Aの外側に外れてしまう虞がある。かかるユーザHが停止中の僅かな動きや測距センサ16の誤検知によって位置Prが目標範囲Aの外側へ外れ、停止している移動体1が移動を開始すると、ユーザHは移動体1に対して違和感や不信感を持つ虞がある。
また、上述した通り、移動体1の車輪17及び駆動部18は非ホロノミックな拘束条件を持つので、特に、移動体1を左右方向へ移動させる場合は、一旦、移動体1を回転または旋回させた上で、前進または後退する必要がある。よって、ユーザHの停止中の移動体1の回転または旋回中に、ユーザHが移動を再開させた場合は、回転または旋回中の移動体1がユーザHの妨げとなったり、回転または旋回中の移動体1を移動目標DPに向かわせるために、急激な方向転換をすると、ユーザHに対する随行移動が顕著に遅れてしまう虞がある。
そこで本実施形態では、ユーザHが停止中の場合に目標範囲Aを拡大させる。即ち、図4(b)に示す通り、ユーザHが停止した場合に、目標範囲Aの半径が初期値のRからRの2倍、即ち2Rへ拡大される。具体的には、図4(c)のグラフに示す通り、目標範囲Aの半径が初期値のRから時間経過と共に徐々に拡大され、最終的には2Rへと拡大される。本実施形態では、かかる目標範囲Aの半径を「シグモイド曲線」に従って時間変化(拡大)させる。
これにより、拡大される前の半径がRの目標範囲Abと比較しても、目標範囲Aの範囲が拡大されるので、該拡大された目標範囲A(拡大目標範囲)によって、ユーザHが停止中の僅かな動きや測距センサ16の誤検知によって、移動体1の位置Prが目標範囲Aの外側となることを抑制できる。
また、図4(c)に示すように、ユーザHが停止してからの経過時間が約1秒間、即ちユーザHが停止した直後は、目標範囲Aの半径はRのままとされる。これは、ユーザHが停止したと判断される直後は、再び移動し始める場合や、そもそもユーザHの停止を誤検知した場合もあり得るからである。そこで、ユーザHが停止してから約1秒間は、目標範囲Aの半径をRのままとすることで、再び移動し始めた場合やユーザHの停止を誤検出した場合に対する、移動体1の随行遅れを抑制することができる。
更に、ユーザHが停止してから約1秒後から約2秒後にかけて、徐々に目標範囲Aの半径が拡大されるので、ユーザHの無意識のうちに目標範囲Aを広げることができる。よって、停止中にユーザHが無意識に行う僅かな動作によって、移動体1が移動するのを、ユーザHの無意識のうちに適切に抑制できる。なお、図3のS9の処理による目標範囲Aの半径(即ち、目標範囲半径メモリの値)の拡大は、図4(c)のシグモイド曲線に従って拡大され、かかる半径が2Rに到達した以後は、半径は2Rのまま維持される。
ここで、ユーザHが停止中にその場で回転した場合について、図5を参照して説明する。図5(a)は、停止中のユーザHがその場で回転する様子を表す図であり、図5(b)は、停止中のユーザHの回転に伴って、移動体1が回転移動する様子を表す図である。なお、図5(a),図5(b)においては、ユーザHが停止してから十分時間が経過し(例えば、ユーザHが停止してから5秒後)、移動体1の移動も停止した場合を表す。
図5(a)に示すように、ユーザHがその位置Puを固定したまま、その場で角度θu回転するとユーザHの向きDuが変化し、これに伴って目標範囲Aは移動される。ここで、同一の移動目標DPによる拡大される前の目標範囲Abでは、移動体1の位置Prは、目標範囲Abの外側に位置する。一方、拡大後の目標範囲Aでは、位置Prは目標範囲Aの範囲内に位置する。これにより、ユーザHがその場で回転しても、位置Prは目標範囲Aの外側となるのを抑制することができる。よって、ユーザHがその場回転に伴って、停止している移動体1が、目標範囲Aの境界付近で回転または旋回等の小刻みな動作を繰り返すことが抑制されるので、その挙動を安定させることができる。
また、図5(b)に示すように、ユーザHのその場で回転したことよるユーザHの向きDuの変化に伴って、停止している移動体1もその場で回転される。具体的には、図3のS10の処理によって、ユーザHの向きDuと、移動体1の向きPrとが略一致するように、移動体1が回転するための角度θrが算出される。そして、該角度θrに応じた制御信号を駆動部18に出力することで、駆動部18によって左右の車輪17のモータが作動され、移動体1が角度θrだけその場で回転される。
これにより、ユーザHのその場で回転したことによる向きDuの変化に合わせて(連動して)、移動体1の向きDrも方向転換できる。よって、ユーザHのその場回転に移動し始めたとしても、その時点では、既に停止している移動体1の向きPrとユーザHの向きDuとは略一致しているので、移動体1は改めて方向転換する必要がなく、ユーザHにスムーズに随行して移動できる。
図3に戻る。S6の処理において、ユーザHが移動している場合は(S6:No)、目標範囲半径メモリ13eに、半径初期値データ12bの値を設定し(S11)、移動体1をユーザHに随行移動させる(S12)。ユーザHが移動している場合は、目標範囲Aを拡大する必要がないので、目標範囲半径メモリ13eに半径初期値データ12bの値、即ち半径の初期値Rを設定し、目標範囲Aの大きさを元に戻す。
S7の処理において、移動体1の位置Prが目標範囲Aの範囲内に位置していない場合は(S7:No)、目標位置メモリ13dの目標位置DPに向けて移動体1を移動させる(S13)。そして、S10,S12,S13の処理の後、S2以下の処理を繰り返す。
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能であることは容易に推察できるものである。
上記実施形態では、ユーザHの位置Puおよび向きDuを測距センサ16の測距データに基づいて算出した。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、測距センサ16の代わりにカメラを搭載し、該カメラで取得された画像に基づいて、ユーザHの位置Puおよび向きDuを算出する構成としても良い。
上記実施形態では、目標範囲Aの半径をシグモイド曲線に従って時間変化させる構成とした。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、ガウス曲線等、他の形状の曲線に基づいて時間変化させる構成としても良い。また、ユーザHが停止してから約1秒後に、目標範囲Aの半径をRから2Rへ変化させるステップ関数に従って時間変化させる構成としても良い。
上記実施形態では、移動体1の目標範囲Aを円形とする構成とした。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、目標範囲Aを楕円とする構成としても良いし、三角形や矩形等の多角形や他の形状とする構成しても良い。
上記実施形態に挙げた数値は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。
1 移動体
H ユーザ(対象者)
16 測距センサ(検出手段)
17 車輪(移動手段、移動部の一部)
18 駆動部(移動手段、移動部の一部)
A 目標範囲(目標範囲、拡大目標範囲)
DP 移動目標
S4 移動目標算出手段
S9 目標範囲拡大手段
S8 移動制御手段、移動停止手段
S10 移動制御手段、その場回転手段
S11 目標範囲復帰手段
S12,S13 移動制御手段

Claims (8)

  1. 対象者に随行して移動する移動体において、
    移動手段と、前記対象者を検出する検出手段と、その検出手段による検出結果に基づいて前記対象者に対する当該移動体の移動目標を算出する移動目標算出手段と、その移動目標算出手段により算出された移動目標へ当該移動体が移動するように前記移動手段を制御する移動制御手段とを備え、更に、
    前記移動目標算出手段は、前記検出手段により検出された前記対象者の位置と向きとに基づいて前記移動目標を算出するものであり、
    前記移動制御手段は、
    前記対象者が移動を停止した状態において当該移動体が前記移動目標を含む目標範囲内に位置する場合に当該移動体の移動を停止する移動停止手段と、
    その移動停止手段により当該移動体の移動が停止されている場合に所定条件に基づいて前記目標範囲を拡大する目標範囲拡大手段とを備え、
    その目標範囲拡大手段により拡大された拡大目標範囲内に当該移動体が位置する状態において前記対象者の移動の停止中に前記対象者の向きの変更を検出した場合であっても、当該移動体の移動を停止し続けるものであることを特徴とする移動体。
  2. 前記移動制御手段は、前記目標範囲拡大手段により拡大された拡大目標範囲内に当該移動体が位置する状態において前記対象者の移動の停止中に前記対象者の向きの変更を検出した場合であって、前記対象者の変更後の向きによって算出された前記移動目標を含む前記拡大目標範囲に当該移動体が位置する場合に、当該移動体の移動を停止し続けるものであることを特徴とする請求項1記載の移動体。
  3. 前記移動制御手段は、前記目標範囲拡大手段により拡大された拡大目標範囲内に当該移動体が位置する状態において前記対象者の移動の停止中に前記対象者の向きの変更を検出した場合に、その対象者の変更された向きに合わせて当該移動体をその場にて回転するその場回転手段を備えていることを特徴とする請求項1又は2記載の移動体。
  4. 前記目標範囲拡大手段は、当該移動体が前記目標範囲内に位置し且つ前記対象者が移動を停止している状態が所定時間継続した場合に前記目標範囲の拡大を開始するものであることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の移動体。
  5. 前記目標範囲拡大手段は、時間の経過に応じて前記目標範囲を拡大するものであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の移動体。
  6. 前記移動制御手段は、前記目標範囲が前記拡大目標範囲に拡大されている場合において、前記対象者の向きの変更によって当該移動体が前記拡大目標範囲の外に位置した場合あるいは前記対象者の移動を検出した場合に前記拡大目標範囲を前記目標範囲に戻す目標範囲復帰手段を備えていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の移動体。
  7. 前記移動制御手段は、当該移動体を前記対象者の前方において随行移動させるものであることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の移動体。
  8. 前記移動手段は、非ホロノミック系の移動部を介して当該移動体を移動するものであることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の移動体。
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