JP2024055331A - 自律移動ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザーの自然な動作に基づいて直感的に操作可能な自律走行ロボットを提供する。【解決手段】自律移動ロボット１は、ユーザーの移動を支援するロボットであって、自律走行機能を有するロボット本体１０と、ロボット本体１０に取り付けられ、ロボット本体１０の高さ方向に延びたハンドル２０と、ハンドル２０に加わる力の大きさと方向を検出する力覚センサ３０とを備える。また、自律移動ロボット１は、力覚センサ３０の検出情報に基づいて、ロボット本体１０の動作を制御する制御装置１５を備える。力覚センサ３０は、ハンドル２０の付け根に設けられている。【選択図】図５

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り ２０２２年６月２０日に清水建設株式会社のウェブサイト（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｓｈｉｍｚｔｅｃｈｎｏｎｅｗｓ．ｃｏｍ／ｈｏｔＴｏｐｉｃｓ／ｎｅｗｓ／２０２２／２０２２－０３．ｈｔｍｌ）において、清水建設株式会社が、木村駿介、内藤拡也、山本伶奈が発明した「視覚障がい者移動支援ロボット「ＡＩスーツケース」」について公開した。

本発明は、自律移動ロボットに関し、より詳しくは、ユーザーの移動を支援する自律移動ロボットに関する。

近年、ロボットに搭載されたセンサ等により周囲の環境を認識し、またロボット自身の位置情報を取得して、目的とする場所まで移動することが可能な自律移動ロボットが知られている。自律移動ロボットの一例として、視覚障害者等のユーザーを目的地まで誘導（案内）してユーザーの移動を支援するロボットも提案されている。例えば、特許文献１には、案内用ロボットと、案内用ロボットと別体に設けられたリモコンとを備える移動ロボットシステムが開示されている。

特許文献１の案内用ロボットは、ユーザーにより把持されるグリップを含む操作入力部と、目的地を設定するためのタッチパネルとを備え、設定された目的地まで自律走行するように構成されている。また、特許文献２には、ユーザーの移動を支援するロボットであって、ロボット本体と、ロボット本体から延びるハンドルとを備えたスーツケース型の自律移動ロボットが開示されている。

特開２０１７－９７５３８号公報 特開２０２２－７６６４８号公報

移動支援用ロボットの一般的な使用形態としては、ユーザーがハンドル等の把持部を掴んでロボットと共に移動する形態が挙げられるが、その際、ユーザーの自然な動作に基づいて直感的にロボットを操作したいというニーズがある。即ち、ロボットに対するユーザーの動きを的確に検出し、当該検出情報をロボットの制御に活用することが求められる。従来の技術は、このような観点について未だ改良の余地が大きい。

本発明に係る自律移動ロボットは、ユーザーの移動を支援する自律移動ロボットであって、自律走行機能を有するロボット本体と、ロボット本体に取り付けられ、ロボット本体の高さ方向に延びたハンドルと、ハンドルに加わる力の大きさと方向を検出するセンサと、センサの検出情報に基づいて、ロボット本体の動作を制御する制御装置とを備える。本発明に係る自律移動ロボットにおいて、センサは、ハンドルの付け根に設けられている。

本発明に係る自律移動ロボットによれば、ユーザーの自然な動作に基づいて直感的にロボットを操作することが可能である。本発明に係る自律移動ロボットでは、ハンドルに加わる力を検出するセンサがハンドルの付け根に設けられているため、ユーザーのハンドル操作によりハンドルに作用する力を的確に検出できる。そして、当該検出情報を用いてロボットを制御することにより、例えば、ボタン、スイッチ、或いはジョイスティックなどを用いたロボット操作と比べて、より直感的なロボット操作が可能となる。

実施形態の一例である自律移動ロボットの斜視図である。 自律移動ロボットの概略構成を示すブロック図である。 自律移動ロボットのハンドルの先端部分を斜め上方から見た図である。 自律移動ロボットのハンドルの先端部分を斜め下方から見た図である。 自律移動ロボットのハンドルの全体を示す斜視図である。 自律移動ロボットの使用方法を説明するための図である。 自律移動ロボットの制御手順の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る自律移動ロボットの実施形態について詳細に説明する。以下で説明する実施形態はあくまでも一例であって、本発明は以下の実施形態に限定されない。また、以下で説明する複数の実施形態および変形例の各構成要素を選択的に組み合わせてなる構成は本発明に含まれている。

図１は、本発明の実施形態の一例である自律移動ロボット１の斜視図である。図１に示すように、自律移動ロボット１は、ロボット本体１０と、ロボット本体１０に取り付けられたハンドル２０とを備える。自律移動ロボット１は、ユーザーの移動を支援するロボットであって、目的地までの経路に沿って磁気テープ等の誘導体を配置しなくても、搭載されたセンサ等により周囲の環境を認識して目的地まで移動することが可能である。ロボット本体１０は、自律走行機能を有し、目的地に向かって自律走行する自律走行モード、および走行状態を手動で制御可能な手動走行モードで走行可能に構成されている。

自律移動ロボット１は、さらに、ハンドル２０に加わる力の大きさと方向を検出するセンサとして力覚センサ３０（後述の図２等参照）を備える。詳しくは後述するが、力覚センサ３０は、ハンドル２０の付け根に設けられている。また、自律移動ロボット１は、力覚センサ３０の検出情報に基づいて、ロボット本体１０の動作を制御する制御装置１５（後述の図２参照）を備える。ハンドル２０の付け根に設けられた力覚センサ３０の機能により、ユーザーの自然な動作に基づく直感的なロボット操作を実現できる。

自律移動ロボット１は、ユーザーを所定の目的地まで誘導する移動支援ロボットであって、ロボットが単体で自律走行するものではない。このため、自律移動ロボット１は、ユーザーにより把持されるハンドル２０を備える。但し、自律移動ロボット１は、ユーザーを目的地まで誘導するナビゲーション機能を有していればよく、ロボット単体での自律走行が可能であってもよい。例えば、自律移動ロボット１は、ロボットの使用場所又は保管場所まで単体で自律走行してもよい。

自律移動ロボット１は、視覚障害者を目的地まで誘導する移動支援ロボットとして好適である。自律移動ロボット１は、視覚障害者であっても操作し易いように構成されている。但し、自律移動ロボット１のユーザーは、視覚障害者に限定されない。例えば、目的地の場所が分からない人など、視覚障害の無い人であっても、自律移動ロボット１のユーザー、即ち自律移動ロボット１により目的地まで誘導される被誘導者となり得る。

自律移動ロボット１は、特定の建物内で使用される。特定の建物の例としては、店舗、ショッピングモール等の商業施設、病院、空港、駅、役所、図書館、美術館、学校等の公共施設、オフィス、研究所、工場等の事業所などが挙げられる。なお、自律移動ロボット１の使用場所は、特定の建物内に限定されず、公園、動物園、テーマパーク等の屋外施設であってもよい。また、自律移動ロボット１は、例えば、視覚障害者が個人で所有していてもよく、任意の場所で使用可能であってもよい。

なお、本明細書では、説明の便宜上、図１に示す前後方向Ｘ、左右方向Ｙ、および高さ方向Ｚの方向を示す用語を使用する。これらの方向は、自律移動ロボット１の通常の使用状態における方向を意味する。具体的に、自律移動ロボット１およびロボットの各構成要素（ロボット本体１０、ハンドル２０等）の前方とは、ロボットが自律走行するときの進行方向を意味する。ロボットの後方は前方と反対の方向であり、左右方向Ｙは前後方向Ｘおよび高さ方向Ｚに対して直交する方向である。高さ方向Ｚとは、ロボットの載置面に対して垂直な方向を意味し、載置面が水平面である場合は鉛直方向と一致する。自律移動ロボット１は、後退可能である。即ち、前後方向Ｘがロボットの移動方向である。

ロボット本体１０は、自律走行機能を実現するための各種装置を備えた装置ユニットであって、ハウジング１１と、車輪１２とを有する。ハウジング１１は、当該各種装置を収容し、ロボット本体１０の外観を形成するケースである。ロボット本体１０の内部、即ちハウジング１１の内側には、バッテリ１４、制御装置１５（後述の図２参照）等が設けられている。ロボット本体１０は、ハウジング１１の外側に設置される、スピーカ等の出力装置、カメラ、センサなどを有していてもよい。

ロボット本体１０は、駆動装置１３（後述の図２参照）を有し、制御装置１５による制御の下、駆動装置１３が車輪１２のうち、駆動輪を駆動させることにより走行する。本実施形態では、ハウジング１１の下部に４つの車輪１２が設けられている。ハウジング１１は、高さ方向Ｚの長さ＞前後方向Ｘの長さ＞左右方向Ｙの長さの関係を満たす直方体形状を有するが、ハウジング１１の形状およびサイズはこれに限定されない。ロボット本体１０の高さ（高さ方向Ｚの長さ）の一例は、５０ｃｍ以上９０ｃｍ以下である。また、車輪１２の数、大きさ等は特に限定されない。ロボット本体１０を移動させるための手段は、車輪以外であってもよいが、ロボット本体１０の走行安定性等の観点から車輪が好ましい。

ハンドル２０は、ロボット本体１０に取り付けられ、高さ方向Ｚに延びている。ハンドル２０は、例えば、ロボット本体１０の上端から高さ方向Ｚに延びる。また、ハンドル２０は、ロボット本体１０の進行方向に向かって右側の端部において、前後方向中央部に取り付けられている。この場合、ユーザーは、ロボット本体１０の右側に立ち、左手でハンドル２０を掴んで自律移動ロボット１を操作し、ハンドル２０を掴んだ状態で自律移動ロボット１と共に目的地まで移動する。なお、ハンドル２０は、ユーザーが右手で自律移動ロボット１を操作し、ハンドル２０を掴んだ状態で自律移動ロボット１と共に移動する場合にあっては、ロボット本体１０の左側端部に設けられていてもよい。また、ハンドル２０の少なくとも一部が、ロボット本体１０に対して着脱自在であってもよい。

ハンドル２０は、ロボット本体１０を走行させるための第１操作部である第１操作ボタン２４と、ロボット本体１０のモードを切り替えるための第２操作部である第２操作ボタン２５（後述の図２等参照）とを有する。詳しくは後述するが、第１操作ボタン２４は、ハンドル２０の第１の領域に設けられ、第２操作ボタン２５は、当該第１の領域と異なる方向に向いたハンドル２０の第２の領域に設けられている。ハンドル２０は前後方向Ｘに延びた把持部２２を有し、各操作ボタンは把持部２２に設けられている。把持部２２は、ユーザーにより掴まれるグリップである。

自律移動ロボット１はユーザーを目的地まで誘導するロボットであるが、ユーザーが目的地に向かう途中で目標経路から外れた場所に立ち寄りたい場合や、ロボットの向きを変更したい場合も想定される。このため、自律移動ロボット１には、走行状態を手動で制御可能な手動走行モードが実装されている。例えば、目的地に向かう途中で知人と出会って会話する場合、ショッピングをする場合、ベンチに座って休憩する場合、或いは自由に寄り道をする場合において、手動走行モードを活用できる。

自律移動ロボット１は、自律走行の目的地を設定するための目的地設定モードを備える。自律移動ロボット１は、目的地設定モードにおいてユーザーにより目的地が設定された後、第１操作ボタン２４を押すことで当該目的地に向かって自律走行を開始する。なお、自律走行の開始後において目的地を変更したい場合も考えられる。このため、自律移動ロボット１が自律走行状態から停止した場合、ロボットの動作モードは目的地設定モードに遷移する。ユーザーは目的地設定モードにおいて新たな目的地を設定することで、目的地を変更できる。自律移動ロボット１が自律走行状態から停止した場合に、力覚センサ３０が左右方向Ｙの力を検知することを条件として、ロボットのモードを目的地設定モードに遷移させてもよい。

ハンドル２０は、さらに、ロボット本体１０から延びる支持部２１を有する。支持部２１は、高さ方向Ｚに延びるアーム２１Ａを含む。本実施形態において、アーム２１Ａは、前後方向Ｘに間隔をあけて２本配置されている。２本のアーム２１Ａの各々は、細長い棒状部材であって、互いに同じ形状、同じ長さを有する。把持部２２は、一対のアーム２１Ａの先端側（上部）において、一対のアーム２１Ａにわたって設けられている。把持部２２は、アーム２１Ａよりも長さが短い棒状部材であって、長さ方向両端部が２本のアーム２１Ａの上端にそれぞれ固定されている。

自律移動ロボット１は、全体として、スーツケースに類似した形状を有するスーツケース型の移動支援ロボットである。このため、ユーザーは、スーツケースを押し歩く場合と同様の感覚で自律移動ロボット１を扱うことができる。但し、本発明の自律移動ロボットは、スーツケース型のロボットに限定されるものではない。

図２は、自律移動ロボット１の概略構成を示すブロック図である。図２に示すように、自律移動ロボット１は、ハンドル２０に設けられた第１操作ボタン２４および第２操作ボタン２５の操作に基づいて、また力覚センサ３０の検出情報に基づいて、ロボット本体１０の動作を制御可能に構成されている。自律移動ロボット１は、各操作ボタンの操作信号および力覚センサ３０の検出情報に基づいて、ロボット本体１０の動作を制御する制御装置１５を備える。制御装置１５には、各操作ボタン、力覚センサ３０、および後述の各種センサが接続され、操作信号および検出信号が送信される。

詳しくは後述するが、制御装置１５は、ユーザーのハンドル操作による力が力覚センサ３０により検出されると、当該検出情報（検出信号）に基づいてロボット本体１０の動作を制御する。また、自律走行モードにおいて第１操作ボタン２４が操作されると、設定された目的地に向かってロボット本体１０を自律走行させ、ロボット本体１０の停止状態で第２操作ボタン２５が操作されると、ロボット本体１０の走行モードを手動走行モードに遷移させる。なお、ロボットの走行状態の説明において「ロボット本体１０」は「自律移動ロボット１」に読み替えることができる。例えば、「ロボット本体１０の停止状態」と「自律移動ロボット１の停止状態」は同義である。

ロボット本体１０は、車輪１２を駆動させる駆動装置１３と、電力を必要とする負荷に電力を供給するバッテリ１４とを有する。駆動装置１３は、例えば、バッテリ１４から電力の供給を受けて車輪１２を駆動させるモータを含む。駆動装置１３、バッテリ１４、および制御装置１５は、例えば、ロボット本体１０の骨格を形成するフレーム１９（後述の図５参照）に固定されている。

ロボット本体１０は、さらに、加速度センサ１６Ａ、距離センサ１６Ｂ、カメラ１７、通信装置１８等を有していてもよい。加速度センサ１６Ａは、例えば、自律移動ロボット１の加速度、走行速度、傾き等を検出する。距離センサ１６Ｂには、例えば、光学式、超音波式、又は電波式の距離センサ（測域センサ）を用いることができる。なお、距離センサ１６Ｂ、カメラ１７等は、ハウジング１１の外側に設けられていてもよい。

制御装置１５は、例えば、距離センサ１６Ｂ、カメラ１７等の各種センサの検出情報を用いて自己位置推定と環境地図作成を同時に行い、ロボット本体１０の自律走行を実現する。なお、ロボット本体１０の自律走行には、従来公知のＳＬＡＭ技術（Simultaneous Localization and Mapping）を適用できる。制御装置１５は、例えば、障害物との衝突回避のために、距離センサ１６Ｂにより計測される障害物との距離が一定距離以下とならないような状態制約と、使用感向上のための加速度制約とを同時に満たす制御則を実装している。

制御装置１５は、自律走行の目的地、最大走行速度、動作モード等の情報、制御プログラムなどを記憶する記憶部と、制御プログラムなどを読み出して実行することによりロボット本体１０の動作を制御する演算部とを備えたコンピュータで構成されている。目的地の候補は、記憶部に予め登録されていてもよく、ユーザーにより記憶部に登録可能であってもよい。演算部には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが含まれる。

なお、制御装置１５を構成するコンピュータの構成は、ロボット本体１０の動作を制御可能なものであればよく、特に限定されない。制御装置１５は、通信装置１８の機能によりＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）信号等の情報を受信し、当該情報をロボット本体１０の自律走行の制御に使用してもよい。

自律移動ロボット１は、上記の通り、ハンドル２０に加わる力の大きさと方向を検出する力覚センサ３０を備える。制御装置１５は、力覚センサ３０の検出情報に基づいて、ロボット本体１０の動作を制御する。制御装置１５は、例えば、力覚センサ３０の検出情報に基づいて、手動走行モードにおけるロボット本体１０の走行状態が制御される。力覚センサ３０の機能により、ユーザーは直感的にロボットを操作することが可能となる。また、力覚センサ３０を利用して、自律走行の目的地等の設定が実行されてもよい。

図３～図５を参照しながら、ハンドル２０および力覚センサ３０について、さらに詳説する。図３および図４は、ハンドル２０の先端部分を拡大して示す。図５は、ハンドル２０の全体を示し、ハンドル２０の付け根を覆うハウジング１１を取り外した状態を示す。

図３～図５に示すように、ハンドル２０は、アーム２１Ａを含む支持部２１と、アーム２１Ａの先端側に設けられた把持部２２とで構成されている。本実施形態において、支持部２１は、一対のアーム２１Ａと、一対のアーム２１Ａの付け根がそれぞれ固定された取り付け板２１Ｂとを含む。上記のように、一対のアーム２１Ａは高さ方向Ｚに延び、前後方向Ｘに間隔をあけて前後方向Ｘに並んで配置されている。また、把持部２２は、２本のアーム２１Ａを連結するように前後方向Ｘに沿って配置されている。ハンドル２０は、２本のアーム２１Ａと、把持部２２とにより、逆Ｕ字状に形成されている。なお、アーム２１Ａと把持部２２は一体成形されていてもよい。

アーム２１Ａは、例えば、把持部２２の高さが、概ねユーザーの腰から肘の高さとなるような長さを有する。本実施形態では、一対のアーム２１Ａがロボット本体１０の上端から延出し、高さ方向Ｚに沿って互いに平行に真っ直ぐに延びている。アーム２１Ａは、高さ方向Ｚに沿って溝が形成された角柱形状を有するが、その形状は特に限定されない。また、アーム２１Ａは、伸縮自在な構造を有していてもよく、ロボット本体１０の上端から延びる長さを調整可能であってもよい。この場合、把持部２２が操作し易い高さとなるように、ユーザーの好みに応じてアーム２１Ａの長さを変更できる。なお、アーム２１Ａの幅（前後方向Ｘの長さ）の一例は、２ｃｍ以上５ｃｍ以下である。

把持部２２は、前後方向Ｘに沿って真っ直ぐに延び、アーム２１Ａと干渉することなく把持部２２を掴むことが可能な長さを有することが好ましい。換言すると、把持部２２を掴んだときに手がアーム２１Ａと干渉しないようにアーム２１Ａ同士の間隔が設定される。把持部２２の好適な長さの一例は、１２ｃｍ以上２０ｃｍ以下である。把持部２２は、長さ方向に直交する方向の断面形状が、真円形状、楕円形状、又は半円形状等であってもよいが、本実施形態では四角形状を有する。四角形の角は、把持性を考慮して丸みを帯びている。

把持部２２は、高さ方向Ｚの上側を向いた上面２２Ａ、高さ方向Ｚの下側を向いた下面２２Ｂ、および側面２２Ｃ，２２Ｄを含む。なお、自律移動ロボット１の載置面が水平面である場合、把持部２２の上面２２Ａは鉛直上方を向く。側面２２Ｃ，２２Ｄは、水平方向を向いた面であって、側面２２Ｃが進行方向左側を向き、側面２２Ｄが進行方向右側を向く。把持部２２は、さらに、ロボット本体１０の前方を向いた側面（前面）および後方を向いた側面（後面）を含む。

把持部２２は、振動ロータ２３を有していてもよい。振動ロータ２３は、振動によりユーザーにロボットから情報を報知可能な出力装置である。振動ロータ２３を用いて、例えば、目的地が設定されたこと、目的地に到着したこと、障害物の存在など、種々の情報がユーザーに報知される。ハンドル２０には、把持部２２の下面２２Ｂに振動ロータ２３が設けられている。振動ロータ２３は、複数設けられていてもよいが、本実施形態では１つである。

ロボット本体１０又はハンドル２０には、音声を出力するスピーカ等の他の出力装置が設けられていてもよい。或いは、自律移動ロボット１は、ロボット本体１０およびハンドル２０と別体の出力装置を備えていてもよい。別体の出力装置の例としては、イヤホン、骨伝導スピーカなどが挙げられる。また、ユーザーが所持するスマートフォン等の端末装置を出力装置として使用することも可能である。

第１操作ボタン２４および第２操作ボタン２５は、上記の通り、把持部２２に設けられている。この場合、操作部が支持部２１、ロボット本体１０、或いは別体のリモコン等に設けられる場合と比べて、良好な操作性が得られる。一方、各操作ボタンが適当に配置されていると、ボタンの押し間違え等の誤操作が発生し易くなる。そこで、ハンドル２０では、第１操作ボタン２４が把持部２２の第１の領域に配置され、第２操作ボタン２５が第１の領域と異なる方向を向いた把持部２２の第２の領域に配置されている。これにより、良好な操作性を確保しつつ、誤操作を効果的に抑制できる。

第１操作ボタン２４は、把持部２２の下面２２Ｂ又は側面に配置されてもよいが、好ましくは上面２２Ａに配置される。第１操作ボタン２４は、ロボット本体１０を走行させる際に使用される操作部であって、第２操作ボタン２５と比較して使用頻度および使用時間が長いため、最も操作し易い上面２２Ａに配置されることが好ましい。他方、第２操作ボタン２５は、側面２２Ｃ又は側面２２Ｄに配置されることが好ましく、本実施形態では側面２２Ｄに配置されている。即ち、本実施形態では、ハンドル２０の上記第１の領域が把持部２２の上面２２Ａであり、上記第２の領域が把持部２２の側面２２Ｄであり、各操作ボタンの操作面の向きが９０°異なっている。

第１操作ボタン２４および第２操作ボタン２５には、従来公知の押しボタン（タッチボタン）を適用できる。以下、第１操作ボタン２４および第２操作ボタン２５は、押しボタンであるものとして説明する。このため、第１操作ボタン２４および第２操作ボタン２５を操作した状態とは、第１操作ボタン２４および第２操作ボタン２５を押している状態であり、第１操作ボタン２４および第２操作ボタン２５を操作しない状態とは、第１操作ボタン２４および第２操作ボタン２５を押していない状態である。各操作ボタンは、ユーザーが簡単に操作でき誤作動が発生し難い操作部であればよく、その構造は特に限定されない。各操作ボタンは、近接センサ等を用いた非接触式のボタンであってもよい。また、各操作ボタンの形状は特に限定されない。各操作ボタンには、図３に例示するような操作面が円形状のボタンを適用できる。

第１操作ボタン２４は、把持部２２の上面２２Ａにおいて、長さ方向の中央位置よりもハンドル２０の前方に配置されている。第１操作ボタン２４は、上面２２Ａの長さ方向の中央位置よりも把持部２２の前端位置の近くに配置されることが好ましい。この場合、ユーザーが把持部２２を掴んだ状態で第１操作ボタン２４を親指で操作することが容易になる。第１操作ボタン２４は、例えば、自律移動ロボット１（ロボット本体１０）の側面視において、ボタンの一部が前方側のアーム２１Ａと高さ方向Ｚに重なるように配置されている。

第２操作ボタン２５は、把持部２２の側面２２Ｄにおいて、第１操作ボタン２４と同様に、側面２２Ｄの長さ方向の中央位置よりもハンドル２０の前方に配置されている。第２操作ボタン２５は、ハンドル２０の後方に配置されてもよいが、第１操作ボタン２４の近くに配置することで、視覚障害者であっても第１操作ボタン２４を操作する指（親指）で第２操作ボタン２５を探すことが容易になり操作性が向上する。２つの操作ボタンが近くに配置されると、誤操作の発生が懸念されるが、本実施形態では、第２操作ボタン２５が側面２２Ｄに配置されるため、誤操作が十分に抑制される。

第２操作ボタン２５は、第１操作ボタン２４よりも把持部２２の前端側に配置されている。この場合、第２操作ボタン２５が第１操作ボタン２４よりも後方に配置される場合と比べて、把持部２２を握った際に第２操作ボタン２５を誤って押してしまうことが抑制され、誤操作を防止することができる。第２操作ボタン２５は、例えば、前後方向Ｘにおいて、ハンドル２０の前端と第１操作ボタン２４の前端との間に配置されている。つまり、第２操作ボタン２５は、自律移動ロボット１の側面視において、第１操作ボタン２４と高さ方向Ｚに重ならない位置に設けられてもよい。

第２操作ボタン２５は、さらに、自律移動ロボット１の側面視において、前方側のアーム２１Ａと高さ方向Ｚに重なる位置に設けられている。換言すると、第２操作ボタン２５は、自律移動ロボット１の側面視において、前方側のアーム２１Ａの延長線上に設けられている。本実施形態では、第２操作ボタン２５の全体が、アーム２１Ａと高さ方向Ｚに重なっている。把持部２２を掴んだユーザーの手は、通常、一対のアーム２１Ａの間に位置する。即ち、アーム２１Ａが手に干渉するため、側面２２Ｄのうち、アーム２１Ａの後端よりもハンドル２０の前方に位置する部分には手が触れ難くなる。このため、第２操作ボタン２５の当該配置によれば、第２操作ボタン２５の誤操作をより効果的に抑制できる。

第２操作ボタン２５は、第１操作ボタン２４より小さいことが好ましい。この場合、第２操作ボタン２５の誤操作をより効果的に抑制できる。より詳しくは、ユーザーの指が触れる操作面の面積が、第１操作ボタン２４と比べて第２操作ボタン２５の方が小さいことが好ましい。各操作ボタンの操作面が真円形状である場合、第２操作ボタン２５の直径は、第１操作ボタン２４の直径の５０％以下であることが好ましく、例えば、第１操作ボタン２４の直径の２０％以上４０％以下である。第２操作ボタン２５は、その配置と大きさを上記のようにすることで、第１操作ボタン２４と比べて操作し難くなっている。

ハンドル２０には、ユーザーにより操作される操作部として、第１操作ボタン２４と第２操作ボタン２５のみが設けられている。ハンドルには第３、第４の操作部を設けることも可能であるが、ハンドルに多くの操作部を設けた場合、操作が煩雑になると共に、誤操作の増加も懸念される。本実施形態のハンドル２０は、把持部２２に設けられた操作部が２つだけであるため、視覚障害者であっても簡単に操作でき、ユーザビリティに優れる。また、ハンドル２０は、例えば、シンプルでスタイリッシュなデザインとなり、デザイン面からも自律移動ロボット１の商品価値を向上させることができる。

図５に示すように、力覚センサ３０は、ハンドル２０の支持部２１の付け根に設けられている。把持部２２から離れた支持部２１の付け根に力覚センサ３０を設けることで、ハンドル２０に加わる力を検出することが容易になり、ユーザーの自然な動作に基づきロボットを直感的に操作することが可能となる。力覚センサ３０の機能により、ユーザーは、例えば、手動走行モードにおいてハンドル２０に左右方向Ｙの力を加えることでロボットの進行方向を自由に変更でき、スーツケースを押し歩く場合と同様の感覚でロボットを扱うことができる。

力覚センサ３０には、一方向の力を検出可能な１軸力覚センサ（一般的に、荷重センサ又はロードセルとも呼ばれる）が用いられてもよいが、好ましくは、少なくとも前後方向Ｘおよび左右方向Ｙの力を検出可能な２軸力覚センサが用いられる。２軸力覚センサを用いることで、ハンドル２０を捻るような力も検出できる。なお、力覚センサ３０には、３軸力覚センサ又は６軸力覚センサが用いられてもよい。力覚センサ３０の検出方式は特に限定されず、歪みゲージ式、圧電式、光学式、又は静電容量式のいずれであってもよい。

力覚センサ３０は、例えば、ハウジング１１の内側において、ロボット本体１０のフレーム１９に固定されている。支持部２１はハウジング１１を貫通し、支持部２１の付け根および力覚センサ３０はハウジング１１に覆われている。この場合、力覚センサ３０はハウジング１１によって保護され、力覚センサ３０にはハンドル２０に加わる力のみが入力される。支持部２１は、上記のように、一対のアーム２１Ａと取り付け板２１Ｂとで構成されている。ハンドル２０に加わる力は、把持部２２からアーム２１Ａおよび取り付け板２１Ｂを介して力覚センサ３０に伝達される。

本実施形態において、力覚センサ３０は、取り付け板２１Ｂの直下に配置されている。ここで、取り付け板２１Ｂの直下とは、取り付け板２１Ｂの真下であって、力覚センサ３０に近接する位置を意味する。取り付け板２１Ｂは力覚センサ３０上に直接固定されていてもよく、力覚センサ３０に入力する力を実質的に減衰させない程度の薄肉部材が、取り付け板２１Ｂと力覚センサ３０の間に介在していてもよい。力覚センサ３０によりハンドル２０に加わる力が的確に検出されるように、アーム２１Ａおよび取り付け板２１Ｂは、ハウジング１１およびフレーム１９と接触しないように配置されている。

制御装置１５は、上記のように、力覚センサ３０の検出情報に基づいてロボット本体１０の制御を実行する。制御装置１５は、例えば、ロボット本体１０の走行モードが手動走行モードである場合に、力覚センサ３０により検出されたハンドル２０に加わる力の大きさと方向に基づき、ロボット本体１０の進行方向を制御し、またロボット本体１０の速度を制御する。ハンドル２０の付け根に設けられた力覚センサ３０の検出情報に基づいてロボット本体１０の動作を制御することにより、ユーザーはロボットを直感的に操作することができる。

制御装置１５は、さらに、力覚センサ３０により検出される力の方向に基づいて、ロボット本体１０の走行に必要な情報の設定を可能としている。ロボット本体１０の走行に必要な情報としては、自律走行の目的地やロボット本体１０の走行速度などが挙げられる。力覚センサ３０の検出情報、即ちハンドル２０自体の操作に基づいて目的地設定等を可能とすることで、ハンドル２０に設置する操作部を減らすことができ、より簡便な操作を実現できる。

表１に、第１操作ボタン２４、第２操作ボタン２５、および力覚センサ３０による自律移動ロボット１の操作項目を示す。自律移動ロボット１は、自立走行モードと、目的地設定モードと、手動走行モードとを備える。各操作ボタンおよび力覚センサ３０による操作項目は、ロボットの動作モードによって異なる。

表１に示すように、自律移動ロボット１は、自律走行モードおよび手動走行モードにおいて、第１操作ボタン２４が操作されている間だけ走行し、第１操作ボタン２４が操作されていないときには停止する。自律移動ロボット１が自律走行状態から目的地に到着して停止すると、ロボットの動作モードは目的地を変更可能な目的地設定モードに遷移する。ロボットが目的地に到着して自律走行状態から停止した場合に、目的地設定モードに自動的に遷移するのではなく、第２操作ボタン２５が操作されたこと、又は力覚センサ３０により左右方向Ｙの力が検出されたこと等を条件として、目的地設定モードに遷移するようにしてもよい。

制御装置１５は、自律移動ロボット１が停止し、目的地設定モードに設定された状態で第２操作ボタン２５が操作された場合、ロボット本体１０の走行モードを手動走行モードに遷移させる。また、制御装置１５は、手動走行モードにおいて、自律移動ロボット１が停止した状態、即ち第１操作ボタン２４が操作されていない状態で第２操作ボタン２５が操作された場合、手動走行モードから目的地設定モードに遷移させる。即ち、自律移動ロボット１が停止した状態で第２操作ボタン２５が操作されると、目的地設定モードと手動走行モードとの間でロボットの動作モードが切り替えられる。なお、自律移動ロボット１の走行中において、第２操作ボタン２５の操作は無効とされる。

目的地設定モードでは、例えば、目的地を建物や建物のフロア、又は施設のジャンル毎に目的地リストとされた、制御装置１５の記憶部に記憶された目的地の候補からハンドル２０に対して加えられた力を検知可能な力覚センサ３０の出力に基づき、選択するものとした。具体的には、力覚センサ３０で前後方向Ｘの力を検出した場合、複数の目的地リストから任意の目的地リストを選択し、力覚センサ３０で左右方向Ｙの力を検出した場合、選択されている目的地リストの目的地の候補から任意の目的地を選択するものとした。例えば、力覚センサ３０が後方向の力を検出すると、選択している目的地リストの次の目的地リストを選択し、力覚センサ３０が前方向の力を検出すると、選択している目的地リストの前の目的地リストを選択する。そして、任意の目的地リストが選択された状態で、力覚センサ３０が左方向の力を検出すると、この目的地リストの次の項目（次の目的地）を選択し、力覚センサ３０が右方向の力を検出すると、この目的地リストの前の項目（前の目的地）を選択する。即ち、力覚センサ３０の検出情報に基づいて特定の目的地を抽出し、選択中の目的地としてユーザーに提示する。選択中の目的地リストや目的地は、例えば、スピーカ等の出力装置によりユーザーに報知される。

目的地の決定には、第１操作ボタン２４を使用できる。目的地設定モードにおいて、第１操作ボタン２４が操作された場合、選択中の目的地が新規目的地として設定される。この場合、目的地の設定と同時にロボットが自律走行を開始しないように、例えば、再度のボタン操作、即ち第１操作ボタン２４から指を離して再度操作、つまり押下することを自律走行開始の条件としてもよい。一方、目的地が選択されていない場合、例えば、自律移動ロボット１が自律走行状態から一旦停止しただけで目的地の変更操作（ハンドル２０の左右方向Ｙの操作）がなされていない場合に、第１操作ボタン２４が操作されると、ロボットは自律走行を再開する。

自律移動ロボット１は、手動走行モードで走行中にハンドル２０が左右方向Ｙに操作されると、その力が作用する方向に旋回する。また、ロボット本体１０の最大前進速度は、走行中にハンドル２０に対して前後方向Ｘに力を加えることで増減できる。手動走行モードでは、第１操作ボタン２４が操作されていない停止状態でハンドル２０に対して所定の閾値を超える後向きの力を加えると、ロボットを後退させることができる。ハンドル２０の操作に基づくこれらの動作は、力覚センサ３０の機能により実現できる。

自律走行モードでは、手動走行モードの場合と同様に、第１操作ボタン２４が操作された状態、つまり走行中に、ハンドル２０に対して前後方向Ｘに力を加えることで最大前進速度を増減できる。一方、自律走行モードでは、走行中にハンドル２０に対して左右方向Ｙに力を加えてもロボットを旋回させることはできない。即ち、走行中における力覚センサ３０により検出される左右方向Ｙの力に基づく操作は無効とされている。一方、自律走行モードでは、自律移動ロボット１が停止した状態、即ち第１操作ボタン２４が操作されていない状態において、ハンドル２０に対して左右方向Ｙに力を加えると、目的地設定モードに遷移する。これにより、目的地の変更の他、さらに手動走行モードへの切り替えが可能となる。自律移動ロボット１が目的地に到着すると、目的地設定モードに遷移する。このとき、制御装置１５は、ユーザーに対し、スピーカ等の出力装置を用いて次の目的地を設定するように促してもよい。

以下、図６および図７を参照しながら、上記構成を備えた自律移動ロボット１の使用形態の一例について詳説する。

図６は、自律移動ロボット１と共にユーザーが移動する様子を示す図である。図６に示すように、自律移動ロボット１は、ユーザーがハンドル２０の把持部２２を掴み、上面２２Ａに設けられた第１操作ボタン２４を操作することにより、目的地に向かって自律走行し、ユーザーを目的地まで誘導する。把持部２２は自律移動ロボット１の進行方向と同じ方向に延びているため、ロボットの走行中は自然とユーザーがロボットの真横や斜め右後方に並んだ状態となる。この場合、ロボットの後ろを歩く場合と比較して、ユーザーはロボットの進行方向を認識し易く、移動中にロボットを蹴るようなことも起こり難い。

自律移動ロボット１は、第１操作ボタン２４が操作されているときだけ走行するため、ユーザーは任意のタイミングでロボットの走行および停止を操作できる。第１操作ボタン２４は、例えば、左手の親指で操作される。第１操作ボタン２４は、把持部２２の上面２２Ａにおいてハンドル２０の前方に配置されているため、操作性が良好である。把持部２２を掴む左手の人差し指、中指、薬指、および小指の少なくともいずれかは、振動ロータ２３に触れた状態となる。自律走行モードでは、数メートル後に方向転換すること、床材の変化などの情報が、振動ロータ２３又は音声によりユーザーに伝達されてもよい。

自律移動ロボット１は、スーツケースを押し歩く場合と同様の感覚で扱うことができる。特に手動走行モードでは、ハンドル２０に左右方向Ｙの力を加えることで、ハンドル２０の付け根に設けられた力覚センサ３０によりその力の大きさと方向が検出され、ロボットの進行方向を容易に変更できる。また、ハンドル２０は、操作ボタンが２つだけというシンプルな構造であるため、視覚障害者であっても簡単に操作できる。

図７は、ユーザーの操作に基づく自律移動ロボット１の制御手順の一例を示すフローチャートである。図７では、自律移動ロボット１が自律走行状態から一旦停止して目的地設定モードに遷移した後、再び自律走行を行い目的地に到着するまでの制御手順の一例を示す。自律走行の目的地が既に設定されている場合、ユーザーにより第１操作ボタン２４が操作されると、自律移動ロボット１は自律走行を開始する（ステップＳ１０）。制御装置１５は、第１操作ボタン２４の操作信号を受信すると、駆動装置１３により車輪１２の駆動輪を駆動させてロボットの自律走行を実行する。

自律移動ロボット１の自律走行中に第１操作ボタン２４の操作が停止されると（ステップＳ１１のＹｅｓ）、ロボットは停止して自律走行を中断し、動作モードが目的地設定モードに遷移する（ステップＳ１２）。制御装置１５は、第１操作ボタン２４の操作信号が受信されなくなると、ロボットを停止させると共に、ロボットの動作モードを目的地設定モードに遷移させる。このとき、ハンドル２０が左右方向Ｙに操作され、力覚センサ３０により当該力が検出されたことを条件として、自律走行モードから目的地設定モードに遷移させてもよい。一方、第１操作ボタン２４の操作信号を受信している間は自律走行を継続する（ステップＳ１１のＮｏ，Ｓ１０）。

目的地設定モードにおいて、ハンドル２０が左右方向Ｙに操作され、力覚センサ３０により当該力が検出されると（ステップＳ１３のＹｅｓ）、例えば、目的地リストから目的地の候補が随時選択されてユーザーに提示される（ステップＳ１４）。制御装置１５は、目的地設定モードにおいて、力覚センサ３０により左右方向Ｙの力が検出されると、当該検出情報に基づいて記憶部に予め登録された目的地の情報を抽出し、スピーカ等の出力装置を用いて選択中の目的地をユーザーに知らせる。このとき、第１操作ボタン２４が操作されると、選択中の目的地が新規目的地として設定される。

ユーザーは、目的地を変更したい場合、ハンドル２０を左右方向Ｙに操作して新規目的地を選択し、第１操作ボタン２４の操作で選択中の目的地を新規目的地に設定できる。一方、目的地の変更および手動走行モードへの切り替えを行わない場合（ステップＳ１３のＮｏ，Ｓ１５のＮｏ）は、現在の目的地が維持され、第１操作ボタン２４の操作によりロボットの自動走行が再開される（ステップＳ２２のＹｅｓ，Ｓ２３）。なお、新規目的地が選択された状態で所定時間が経過した場合は、その選択がキャンセルされてもよい。

目的地設定モードにおいて、第２操作ボタン２５が操作された場合（ステップＳ１５のＹｅｓ）、ロボット本体１０の走行モードが手動走行モードに遷移する（ステップＳ１６）。制御装置１５は、目的地設定モードにおいて第２操作ボタン２５の操作信号を受信すると、走行モードを切り替えて手動走行モードに遷移させる。一方、第２操作ボタン２５が操作されることなく、第１操作ボタン２４が操作された場合は、上記のように、目的地に向かって自律走行を再開する。なお、いずれの操作ボタンも操作されない場合は、目的地設定モードが継続される。

ロボット本体１０の走行モードが手動走行モードに遷移した場合、第１操作ボタン２４が操作されると（ステップＳ１７のＹｅｓ）、自律移動ロボット１はユーザーのハンドル操作に従った手動走行を開始する（ステップＳ１８）。制御装置１５は、手動走行モードにおいて第１操作ボタン２４の操作信号を受信すると、ロボットを前進させると共に、力覚センサ３０の検出情報を用いてロボットの進行方向等を制御する。制御装置１５は、力覚センサ３０により右方向の力が検出されるとロボット本体１０を右に旋回させ、力覚センサ３０により左方向の力が検出されるとロボット本体１０を左に旋回させる。

手動走行モードにおいて、自律移動ロボット１が停止した状態で第２操作ボタン２５が操作された場合（ステップＳ２０のＹｅｓ）、動作モードは目的地設定モードに遷移する（ステップＳ２１）。そして、第１操作ボタン２４の操作により、ロボットの自律走行が再開される（ステップＳ２２のＹｅｓ，Ｓ２３）。図７では、説明の便宜上、ステップＳ２０に進んだ場合にロボットは再度手動走行しないフローとなっているが、手動走行モードは第２操作ボタン２５が操作されるまで継続される。即ち、制御装置１５は、手動走行モードにおいて、第１操作ボタン２４が操作される度に手動走行を実行する。

以上のように、上記構成を備えた自律移動ロボット１によれば、ハンドル２０の付け根に設けられた力覚センサ３０の機能により、ユーザーの自然な動作に基づく直感的なロボット操作を実現できる。力覚センサ３０の検出情報を用いてロボットを制御することにより、ボタン、スイッチ、或いはジョイスティックなどを用いたロボット操作と比べて、より直感的なロボット操作が可能である。

ユーザーは、自律移動ロボット１に誘導されて目的地に向かう途中で、自律走行モードから手動走行モードに切り替えることにより、目標経路から外れた場所に自由に立ち寄ることができる。手動走行モードは、例えば、目的地に向かう途中で知人と出会って会話すること、ショッピングをすること、ベンチに座って休憩することなどを可能とし、ユーザビリティを向上させる。ハンドル２０の付け根に設けられた力覚センサ３０の機能により、手動走行モードにおけるロボットの操作性が大きく向上する。

自律移動ロボット１では、さらに、力覚センサ３０を利用して目的地設定等のロボットの走行に必要な情報を設定可能としたことにより、ハンドル２０に設けられた操作部が第１操作ボタン２４と第２操作ボタン２５のみとなっている。このため、視覚障害者であっても簡単に操作できる。つまり、自律移動ロボット１の操作には視覚情報が特に必要なく、視覚障害者のアクセシビリティに優れる。

なお、自律移動ロボット１の構成は、上記の変形例以外にも、本発明の目的を損なわない範囲で適宜設計変更できる。

上記実施形態では、記憶部を含む制御装置１５がロボット本体１０に設けられているものとして説明したが、例えば、自律走行の目的地情報等のユーザーデータが記憶された記憶部がハンドル２０に設けられていてもよい。また、ハンドル２０は、上記のように、ロボット本体１０に対して着脱自在であってもよく、ユーザー各自が所持するものであってもよい。この場合、ユーザーは、各自のハンドル２０をロボット本体１０に取り付け、ハンドル２０の記憶部からユーザーデータをロボット本体１０に送信することにより、各ユーザーに適したロボットの設定を簡単に行うことができる。本発明に係る自律移動ロボットのハンドルには、例えば、特開２０２２－７６６４８号公報に開示された構成を組み込むことが可能である。

１ 自律移動ロボット、１０ ロボット本体、１１ ハウジング、１２ 車輪、１３ 駆動装置、１４ バッテリ、１５ 制御装置、１６Ａ 加速度センサ、１６Ｂ 距離センサ、１７ カメラ、１８ 通信装置、１９ フレーム、２０ ハンドル、２１ 支持部、２１Ａ アーム、２１Ｂ 取り付け板、２２ 把持部、２２Ａ 上面、２２Ｂ 下面、２２Ｃ，２２Ｄ 側面、２３ 振動ロータ、２４ 第１操作ボタン、２５ 第２操作ボタン、３０ 力覚センサ

Claims (6)

1. ユーザーの移動を支援する自律移動ロボットであって、
   自律走行機能を有するロボット本体と、
   前記ロボット本体に取り付けられ、前記ロボット本体の高さ方向に延びたハンドルと、
   前記ハンドルに加わる力の大きさと方向を検出するセンサと、
   前記センサの検出情報に基づいて、前記ロボット本体の動作を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記センサは、前記ハンドルの付け根に設けられている、自律移動ロボット。
2. 前記ハンドルは、前記ロボット本体の高さ方向に延びるアームと、前記アームの付け根が固定された取り付け板と、前記アームの先端側に設けられた把持部とを有し、
   前記センサは、前記取り付け板の直下に配置されている、請求項１に記載の自律移動ロボット。
3. 前記アームは、前記ロボット本体の前後方向に間隔をあけて２本配置され、
   前記把持部は、２本の前記アームにわたって設けられている、請求項２に記載の自律移動ロボット。
4. 前記センサは、少なくとも前記ロボット本体の前後方向および左右方向の力を検出可能に構成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の自律移動ロボット。
5. 前記制御装置は、前記センサの検出情報に基づいて、前記ロボット本体の走行に必要な情報を設定する、請求項４に記載の自律移動ロボット。
6. 前記ロボット本体の走行に必要な情報は、自律走行の目的地および前記ロボット本体の走行速度から選択される少なくとも１つである、請求項５に記載の自律移動ロボット。
   

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