JP2024067410A - 移動ロボットの制御システム、制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】低い計算コストで仮想バンパ機能を実現することができる移動ロボットの制御システム、制御方法、及びプログラムを提供する。【解決手段】本実施の形態にかかる移動ロボット２０の制御システムは、上面視において長手方向及び短手方向を有する移動ロボットであって、移動ロボットから周辺物体までの距離を測定するために設けられたセンサと、長手方向に沿って配置された複数の円形で規定される第１の領域と、第１の領域を前記移動ロボットの移動速度に応じて移動させた第２の領域と、で規定される仮想バンパ領域を設定する領域設定部と、仮想バンパ領域内に、周辺物体が進入した場合に、減速又は停止するように制御する制御部と、を備えている。教師有り学習などにより生成された機械学習モデルを用いて、制御が行われてもよい。【選択図】図２

Description

本開示は、移動ロボットの制御システム、制御方法、及びプログラムに関する。

特許文献１に開示された自律移動装置は、周辺にある障害物までの距離を測定する距離センサを有している。グリッドマップのグリッド毎に、障害物が存在しないことを示す非存在確度が管理されている。また、自律移動体は、バンパに設けられた接触センサを有している。

特許第６６４０７７９号公報

このような自律移動装置では、周辺にある障害物（周辺物体ともいう）と接触しないように移動することが望まれる。しかしながら、移動ロボットの周辺にいる周辺物体が他の移動ロボットや人間等である場合、その位置が動的に変化する。よって、周辺物体に近づいた場合、移動ロボットが停止又は減速する機能（仮想バンパ機能）を設けることが望ましい。したがって、このような仮想バンパ機能を低い計算コストで実現することが望まれる。

本開示は、このような問題を解決するためになされたものであり、低い計算コストで仮想バンパ機能を実現することができる移動ロボットの制御システム、制御方法、及びプログラムを提供するものである。

本実施の形態にかかる移動ロボットの制御システムは、上面視において長手方向及び短手方向を有する移動ロボットであって、前記移動ロボットから周辺物体までの距離を測定するために設けられたセンサと、前記長手方向に沿って配置された複数の円形で規定される第１の領域と、前記第１の領域を前記移動ロボットの移動速度に応じて移動させた第２の領域と、で規定される仮想バンパ領域を設定する領域設定部と、前記仮想バンパ領域内に、前記周辺物体がいる場合に、減速又は停止するように制御する制御部と、を備えている。

上記の移動ロボットの制御システムは、前記移動ロボットが移動する移動経路を設定する経路設定部をさらに備え、前記第２の領域が前記第１の領域を前記移動経路に沿って、前記移動速度に応じた距離移動させた領域であるようにしてもよい。

本実施の形態にかかる制御方法は、上面視において長手方向及び短手方向を有する移動ロボットの制御方法であって、センサの検出結果を用いて、前記移動ロボットから周辺物体までの距離を測定するステップと、前記長手方向に沿って配置された複数の円形で規定される第１の領域と、前記第１の領域を前記移動ロボットの移動速度に応じて移動させた第２の領域と、で規定される仮想バンパ領域を設定するステップと、前記仮想バンパ領域内に、前記周辺物体がいる場合に、減速又は停止するように制御するステップと、を備えている。

上記の制御方法は、前記移動ロボットが移動する移動経路を設定するステップをさらに備え、前記第２の領域が前記第１の領域を前記移動経路に沿って、前記移動速度に応じた距離移動させた領域であってもよい。

本実施の形態にかかるプログラムは、上面視において長手方向及び短手方向を有する移動ロボットを制御する制御方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記制御方法は、センサの検出結果を用いて、前記移動ロボットから周辺物体までの距離を測定するステップと、前記長手方向に沿って配置された複数の円形で規定される第１の領域と、前記第１の領域を前記移動ロボットの移動速度に応じて移動させた第２の領域と、で規定される仮想バンパ領域を設定するステップと、前記仮想バンパ領域内に、前記周辺物体がいる場合に、減速又は停止するように制御するステップと、を備えている。

上記のプログラムにおいて、前記制御方法は、前記移動ロボットが移動する移動経路を設定するステップをさらに備え、前記第２の領域が前記第１の領域を前記移動経路に沿って、前記移動速度に応じた距離移動させた領域であってもよい。

本開示によれば、低い計算コストで仮想バンパ機能を実現することができる移動ロボットの制御システム、制御方法、及びプログラムを提供することができる。

本実施形態に係る移動ロボットの一例を示す概略図である。 本実施形態に係る移動ロボットの制御系を示す制御ブロック図である。 移動ロボットの仮想バンパ領域について説明するための上面図である。 直進時の移動ロボットの仮想バンパ領域を模式的に示す上面図である。 左折時の移動ロボットの仮想バンパ領域を模式的に示す上面図である。 旋回時の移動ロボットの仮想バンパ領域を模式的に示す上面図である。 移動ロボットの制御方法を示すフローチャートである。 シミュレーション時間が短い場合の仮想バンパ領域を模式的に示す上面図である。 基準となるシミュレーション時間での場合の仮想バンパ領域を模式的に示す上面図である。 シミュレーション時間が長い場合の仮想バンパ領域を模式的に示す上面図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明は以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。

図１は、移動ロボット２０の構成を示す斜視図である。図１に示す移動ロボット２０は、移動ロボット２０の態様の１つであり、他の形態であってもよい。なお、図１では、ｘ方向が移動ロボット２０の前進方向及び後進方向、ｙ方向が移動ロボット２０の左右方向であり、ｚ方向が移動ロボット２０の高さ方向である。

例えば、移動ロボット２０は、搬送物の搬送をタスクとして実行する搬送ロボットである。移動ロボット２０は、病院、リハビリセンタ、介護施設、高齢者入居施設などの医療福祉施設内において、搬送物を搬送するために自律走行する。また、本実施の形態にかかるシステムは、ショッピングモールなどの商業施設等にも利用可能である。

ユーザは、移動ロボット２０に搬送物を収容して、搬送を依頼する。移動ロボット２０は、設定された目的地まで自律的に移動して、搬送物を搬送する。つまり、移動ロボット２０は荷物の搬送タスク（以下、単にタスクともいう）を実行する。以下の説明では、搬送物を搭載する場所を搬送元とし、搬送物を届ける場所を搬送先とする。例えば、ユーザはタブレットコンピュータやスマートフォンなどの通信端末を用いて、搬送先等を入力する。つまり、ユーザはユーザ端末を用いて搬送依頼を行ってもよい。

移動ロボット２０は、自律移動制御によって、搬送先や経由地まで自律移動する。また、以下の説明では、複数の移動ロボット２０がそれぞれ移動制御を行うものとして説明するが、複数の移動ロボット２０を制御する上位管理装置が設けられていても良い。

例えば、移動ロボット２０が複数の診療科がある総合病院内を移動するものとする。移動ロボット２０は、複数の診療科間で備品、消耗品、医療器具等を搬送する。例えば、移動ロボットは、搬送物をある診療科のナースステーションから、別の診療科へのナースステーションに届ける。あるいは、移動ロボット２０は、備品や医療器具の保管庫から診療科のナースステーションまで搬送物を届ける。また、移動ロボット２０は、調剤科で調剤された薬品を使用予定の診療科や患者まで届ける。

搬送物の例としては、薬剤、包袋などの消耗品、検体、検査器具、医療器具、病院食、文房具などの備品等が挙げられる。医療機器としては、血圧計、輸血ポンプ、シリンジポンプ、フットポンプ、ナースコール、離床センサ、フットポンプ、低圧持続吸入器心電図モニタ、医薬品注入コントローラ、経腸栄養ポンプ、人工呼吸器、カフ圧計、タッチセンサ、吸引器、ネブライザ、パルスオキシメータ、血圧計、人工蘇生器、無菌装置、エコー装置などが挙げられる。また、病院食、検査食などの食事を搬送しても良い。さらに、移動ロボット２０は、使用済みの機器、食事済みの食器などを搬送しても良い。搬送先が異なる階にある場合、移動ロボット２０はエレベータなどを利用して移動してもよい。

移動ロボット２０は、本体部２９０と、台車部２６０とを備えている。台車部２６０の上に、本体部２９０が搭載されている。本体部２９０と、台車部２６０とそれぞれ直方体状の筐体を有しており、この筐体内部に各構成要素が搭載されている。例えば、台車部２６０の内部には駆動部２６が収容されている。

本体部２９０には、収容スペースとなる収納庫２９１と、収納庫２９１を密封する扉２９２とが設けられている。収納庫２９１には、複数段の棚が設けられており、段毎に空き状況が管理される。例えば、各段に重量センサ等の各種センサを配置することで、空き状況を更新することができる。移動ロボット２０は、収納庫２９１に収納された搬送物を目的地まで自律移動により搬送する。本体部２９０は図示しない制御ボックスなどを筐体内に搭載していても良い。また、扉２９２は電子キーなどで施錠可能となっていても良い。搬送先に到着するとユーザが電子キーで扉２９２を開錠する。あるいは、搬送先に到着した場合、自動で扉２９２が開錠してもよい。

図１に示すように、移動ロボット２０の外装には、距離センサ群２４として前後距離センサ２４１及び左右距離センサ２４２が設けられる。移動ロボット２０は、前後距離センサ２４１により移動ロボット２０の前後方向の周辺物体の距離を計測する。また、移動ロボット２０は、左右距離センサ２４２により移動ロボット２０の左右方向の周辺物体の距離を計測する。

例えば、前後距離センサ２４１は、本体部２９０の筐体の前面及び後面にそれぞれ配置される。左右距離センサ２４２は、本体部２９０の筐体の左側面及び右側面にそれぞれ配置される。前後距離センサ２４１及び左右距離センサ２４２は例えば、超音波距離センサやレーザレンジファインダである。周辺物体までの距離を検出する。前後距離センサ２４１又は左右距離センサ２４２で検出された周辺物体までの距離が、距離閾値以下となった場合、移動ロボット２０が減速または停止する。

周辺物体が移動ロボットに近づいた場合に、移動ロボット２０が減速又は停止する領域を仮想バンパ領域とする。つまり、周辺物体と移動ロボット２０との間の相対的な移動によって、仮想バンパ領域に周辺物体が進入すると、移動ロボット２０が停止又は減速する。仮想バンパ領域は、上面視において移動ロボット２０とその周辺を含む領域となる。

駆動部２６には、駆動輪２６１及びキャスタ２６２が設けられる。駆動輪２６１は移動ロボット２０を前後左右に移動させるための車輪である。キャスタ２６２は、駆動力は与えられず、駆動輪２６１に追従して転がる従動輪である。駆動部２６は、図示しない駆動モータを有しており、駆動輪２６１を駆動する。

例えば、駆動部２６は、筐体内に、それぞれが走行面に接地する２つの駆動輪２６１と２つのキャスタ２６２を支持している。２つの駆動輪２６１は、互いに回転軸芯が一致するように配設されている。それぞれの駆動輪２６１は、不図示のモータによって独立して回転駆動される。駆動輪２６１は、図２の駆動制御部２１２からの制御指令値に応じて回転する。キャスタ２６２は、従動輪であり、駆動部２６から鉛直方向に延びる旋回軸が車輪の回転軸から離れて車輪を軸支するように設けられており、駆動部２６の移動方向に倣うように追従する。

移動ロボット２０は、例えば、２つの駆動輪２６１が同じ方向に同じ回転速度で回転されれば直進し、逆方向に同じ回転速度で回転されれば２つの駆動輪２６１のほぼ中央を通る鉛直軸周りに旋回する。また、２つの駆動輪２６１を同じ方向と異なる回転速度で回転させることで、左右に曲がりながら進むことができる。例えば、左の駆動輪２６１の回転速度を右の駆動輪２６１の回転速度より高くすることで、右折することができる。反対に、右の駆動輪２６１の回転速度を左の駆動輪２６１の回転速度より高くすることで、左折することができる。すなわち、移動ロボット２０は、２つの駆動輪２６１の回転方向、回転速度がそれぞれ制御されることにより、任意の方向へ並進、旋回、右左折等することができる。

また、移動ロボット２０では、本体部２９０の上面に表示部２７、操作インタフェース２８１が設けられる。表示部２７には、操作インタフェース２８１が表示される。ユーザが表示部２７に表示された操作インタフェース２８１をタッチ操作することで、操作受付部２８がユーザからの指示入力を受け付けることができる。また、非常停止ボタン２８２が表示部２７の上面に設けられる。非常停止ボタン２８２及び操作インタフェース２８１が操作受付部２８として機能する。

表示部２７は、例えば液晶パネルであり、キャラクターの顔をイラストで表示したり、移動ロボット２０に関する情報をテキストやアイコンで呈示したりする。表示部２７にキャラクターの顔を表示すれば、表示部２７が擬似的な顔部であるかの印象を周囲の観察者に与えることができる。移動ロボット２０に搭載されている表示部２７等をユーザ端末として用いることも可能である。

本体部２９０の前面には、カメラ２５が設置されている。ここでは、２つのカメラ２５がステレオカメラとして機能する。つまり、同じ画角を有する２つのカメラ２５が互いに水平方向に離間して配置されている。それぞれのカメラ２５で撮像された画像を画像データとして出力する。２つのカメラ２５の画像データに基づいて、被写体までの距離や被写体の大きさを算出することが可能である。演算処理部２１は、カメラ２５の画像を解析することで、移動方向前方に人や障害物などを検知することができる。進行方向前方に人や障害物などがいる場合、移動ロボット２０は、それらを回避しながら、経路に沿って移動する。また、カメラ２５の画像データは、上位管理装置等に送信される。

移動ロボット２０は、カメラ２５が出力する画像データや、前後距離センサ２４１及び左右距離センサ２４２が出力する検出信号を解析することにより、周辺物体を認識したり、自機の位置を同定したりする。カメラ２５は、移動ロボット２０の進行方向前方を撮像する。移動ロボット２０は、図示するように、カメラ２５が設置されている側を自機の前方とする。すなわち、通常の移動時においては矢印で示すように、自機の前方が進行方向となる。

上面視（ＸＹ平面視）において、移動ロボット２０は長手方向と短手方向とを有する形状となっている。例えば、上面視において、移動ロボット２０は、長方形状になっている。具体的には、図２において、Ｘ方向が長手方向となり、Ｙ方向が短手方向となっている。したがって、車輪の回転による移動方向を基準として、前後方向が移動ロボット２０の長手方向となり、左右方向が短手方向となっている。

移動ロボット２０の本体部２９０の中には、移動ロボット２０の制御系が配置されている。図２を用いて、移動ロボット２０の制御系について説明する。図２は、移動ロボット２０の制御システム１を示す制御ブロック図である。制御システム１は、上位管理装置１０と移動ロボット２０とを備えている。なお、制御システム１は、複数の移動ロボット２０を有しているが、図２では、簡略化のため、１台の移動ロボット２０のみが示されている。複数の移動ロボット２０は、同様の構成となっている。

移動ロボット２０は、演算処理部２１、記憶部２２、通信部２３、近接センサ（例えば、距離センサ群２４）、カメラ２５、駆動部２６、表示部２７、操作受付部２８を有する。なお、図２では、移動ロボット２０に備えられている代表的な処理ブロックのみを示したが、移動ロボット２０には図示していない他の処理ブロックも多く含まれる。

通信部２３は、他の移動ロボットや上位管理装置１０と通信を行うための通信インタフェースである。通信部２３は、例えば、無線信号を用いて、上位管理装置１０等と通信を行う。この場合、上位管理装置１０は、無線ＬＡＮ等によって、移動ロボット２０と通信可能に設けられている。移動ロボット２０と上位管理装置１０が、各種データを送受信する。そして、移動ロボット２０が上位管理装置１０からの各種データに基づいて、移動しても良い。つまり、後述する処理の一部は、上位管理装置１０で行われてもよい。また、移動ロボット２０は、他の移動ロボットとも、直接、又は上位管理装置１０等を介して通信を行うことができる。

上位管理装置１０は、プロセッサやメモリなどを有するコンピュータであり、複数の移動ロボット２０からのデータを収集するサーバ装置として機能する。例えば、コンピュータの中央演算処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）等のプログラムを実行可能な装置として実装可能である。そして、各種機能はプログラムにより実現することもできる。上位管理装置１０は、移動ロボット２０からのデータに基づいて、移動ロボット２０の制御するための処理を行う。したがって、後述する処理の一部は、上位管理装置１０で実施されてもよい。

距離センサ群２４は、例えば、近接センサであり、移動ロボット２０の周囲に存在する物又は人との距離を示す近接物距離情報を出力する。距離センサ群２４はライダなどの測距センサを有している。光信号の出射方向を操作していくことで、周辺物体までの距離を測定することができる。また，測距センサ等で検出された点群データから、周辺物体を認識してもよい。カメラ２５は、例えば、移動ロボット２０の周囲の状況を把握するための画像を撮影する。また、カメラ２５は、例えば、施設の天井等に設けられる位置マーカーを撮影することもできる。この位置マーカーを用いて移動ロボット２０に自機の位置を把握させてもよい。

駆動部２６は、移動ロボット２０に備え付けられている駆動輪２６１（図１参照）を駆動する。なお、駆動部２６は、駆動輪やその駆動モータの回転回数を検出するエンコーダなどを有していてもよい。エンコーダの出力に応じて、自機位置（現在位置）が推定されていても良い。移動ロボット２０は、自身の現在位置を検出して、他の移動ロボットなどに送信してもよい。移動ロボット２０は、オドメトリーなどによりフロアマップ２２１における自己位置を推定している。

表示部２７及び操作受付部２８はタッチパネルディスプレイにより実現される。表示部２７は、操作受付部２８となるユーザーインタフェース画面を表示する。また、表示部２７には、移動ロボット２０の行き先や移動ロボット２０の状態を示す情報を表示させても構わない。操作受付部２８は、ユーザからの操作を受け付ける。操作受付部２８は、表示部２７に表示されるユーザーインタフェース画面に加えて、移動ロボット２０に設けられる各種スイッチを含む。

演算処理部２１は、移動ロボット２０の制御に用いる演算を行う。演算処理部２１は、例えば、コンピュータの中央演算処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）等のプログラムを実行可能な装置として実装可能である。そして、各種機能はプログラムにより実現することもできる。演算処理部２１は、移動命令抽出部２１１、駆動制御部２１２、ルート計画部２１５、仮想バンパ設定部２１８、物体検出部２１９を有する。なお、図２では、演算処理部２１が有する代表的な処理ブロックのみを示したが、図示しない処理ブロックも含まれる。

ルート計画部２１５は、移動ロボット２０のルート計画を行う。ユーザが搬送依頼を入力すると、ルート計画部２１５は、搬送依頼情報に基づいて、当該搬送物を搬送先（目的地）までの搬送するためのルート計画を行う。ルート計画部２１５は、現在地から搬送先までの経路を探索する。例えば、後述するフロアマップ２２１を参照して、現在地から搬送先までの経路を探索する。もちろん、目的地の手前に経由地がある場合、ルート計画部２１５は、現在地から経由地までの経路と、経由地から目的地までの経路を探索する。例えば、搬送先の異なる複数の搬送物を同時に搬送する場合、最初に届ける搬送物の搬送先が経由地として設定される。

そして、ルート計画部２１５は、経路に沿った通過ポイントを設定する。出発地は、移動ロボット２０の現在位置や、直前の搬送タスクの搬送先、搬送物の受取先などである。目的地は、搬送物の搬送先、待機場所、充電場所などである。ルート計画部２１５は、フロアマップ２２１上に通過ポイントを設定する。

ルート計画部２１５は、施設の混雑状況に応じて、ルート計画を行ってもよい。例えば、監視カメラなどにより、施設の混雑状況を検出すると、ルート計画部２１５は混雑しているエリアを避けるように、経路を探索する。これにより、効率のよく移動することができる。また、上位管理装置１０が、ルート計画部２１５の処理の少なくとも一部を実行してもよい。

移動命令抽出部２１１は、制御信号から移動命令を抽出する。例えば、移動命令は、次の通過ポイントに関する情報を含んでいる。例えば、制御信号は、通過ポイントの座標や、通過ポイントの通過順に関する情報を含んでいてもよい。そして、移動命令抽出部２１１が、これらの情報を移動命令として抽出する。

さらに、移動命令は、次の通過ポイントへの移動が可能になったことを示す情報を含んでいてもよい。通路幅が狭いと、移動ロボット２０がすれ違うことできない場合がある。また、一時的に通路を通行できない場合がある。このような場合、制御信号は、停止すべき場所の手前の通過ポイントで、移動ロボット２０を停止させる命令を含んでいる。そして、他の移動ロボット２０が通過した後や通行可能となった後に、上位管理装置等が移動ロボット２０に移動可能なことになったことを知らせる制御信号を出力する。これにより、一時的に停止していた移動ロボット２０が移動を再開する。

駆動制御部２１２は、移動命令抽出部２１１から与えられた移動命令に基づいて、移動ロボット２０を移動させるように、駆動部２６を制御する。例えば、駆動部２６は、駆動制御部２１２からの制御指令値に応じて回転する駆動輪２６１を有している。移動命令抽出部２１１は、上位管理装置１０から受信した通過ポイントに向かって移動ロボット２０が移動するように、移動命令を抽出する。そして、駆動部２６が駆動輪２６１を回転駆動する。移動ロボット２０は、次の通過ポイントに向かって自律移動する。このようにすることで、通過ポイントを順番に通過して、搬送先に到着する。また、移動ロボット２０は、自機位置を推定して、通過ポイントを通過したことを示す信号を上位管理装置１０に送信しても良い。これにより、上位管理装置１０が、各移動ロボット２０の現在位置や搬送状況を管理することができる。

仮想バンパ設定部２１８は、移動ロボット２０に対して、仮想バンパ領域を設定する。上記の通り、仮想バンパ領域は、移動ロボット２０とその周辺を含む領域である。後述するロボット制御パラメータ２２２には、仮想バンパを設定するための距離閾値が設定されている。したがって、仮想バンパ設定部２１８は、移動ロボット２０の外形から所定の距離以内の領域を仮想バンパ領域として設定する。仮想バンパ設定部２１８は、ＸＹ平面（水平面）において、仮想バンパ領域を設定する。

さらに、仮想バンパ設定部２１８は、仮想バンパ領域を可変に設定することも可能である。例えば、仮想バンパ設定部２１８は、移動ロボット２０の移動速度、移動方向、マップ上の位置等に応じて、仮想バンパ領域の大きさや形状を変えてもよい。

物体検出部２１９は、仮想バンパ領域内に周辺物体がいることを検出する。物体検出部２１９は、距離センサの検出結果に応じて、周辺物体の有無を検出することができる。物体検出部２１９は、仮想バンパ領域内に周辺物体がいることを検知した場合、検出信号を駆動制御部２１２に出力する。

記憶部２２には、フロアマップ２２１とロボット制御パラメータ２２２と搬送物情報２２６が格納される。図２に示したのは、記憶部２２に格納される情報の一部で有り、図２に示したフロアマップ２２１とロボット制御パラメータ２２２と搬送物情報２２６以外の情報も含まれる。

フロアマップ２２１は、移動ロボット２０が移動する施設の地図情報である。このフロアマップ２２１は、予め作成されるものでもよいし、移動ロボット２０から得た情報から生成されるものでもよく、また、予め作成された基本地図に移動ロボット２０から得た情報から生成された地図修正情報を加えたものであってもよい。フロアマップ２２１は、施設全体の地図情報ではなく、移動予定の領域を部分的に含む地図情報であってもよい。フロアマップ２２１は施設の壁、ドア、階段、エレベータなどに関する情報を含んでいる。

ロボット制御パラメータ２２２は、移動ロボット２０を動作させるためのパラメータである。ロボット制御パラメータ２２２には、例えば、周辺物体との距離閾値が含まれる。例えば、ロボット制御パラメータ２２２には、仮想バンパ領域の形状や大きさ等を示す情報が含まれている。仮想バンパ領域を可変とする場合、ロボット制御パラメータ２２２は、複数の設定に関する情報を含む。さらに、ロボット制御パラメータ２２２には、移動ロボット２０の速度上限値が含まれている。

搬送物情報２２６は、搬送物の内容（種別）、搬送元、搬送先等の情報を含んでいる。搬送物情報は、搬送中、搬送前（搭載前）、搬送済みなどのステータスを示す情報を含んでいてもよい。搬送物情報２２６は搬送物毎にこれらの情報が対応付けられている。

駆動制御部２１２は、物体検出部２１９からの検出信号に応じて、移動ロボット２０を減速又は停止させる。つまり、駆動制御部２１２は、ロボット制御パラメータ２２２を参照して、距離センサ群２４から得られた距離情報が示す距離が距離閾値を下回ったことに応じて動作を停止或いは減速をする。周辺物体が移動ロボット２０に相対的に近づいて、仮想バンパ領域内に進入した場合、移動ロボット２０が減速又は停止する。このようにすることで、移動ロボット２０の周辺に他の移動ロボットや人などがいる場合に、接触を防ぐことができる。

駆動制御部２１２は、速度上限値以下の速度で走行するように、駆動部２６を制御する。駆動制御部２１２は、速度上限値以上の速度で移動ロボット２０が移動しないように、駆動輪の回転速度を制限する。

仮想バンパ設定部２１８は、仮想バンパ領域を設定する領域設定部となる。測距センサである距離センサ群２４が周辺物体までの距離を検出する。物体検出部２１９は、距離センサ群２４の検出結果に基づいて、物体検出部２１９は、仮想バンパ領域に周辺物体がいるか否かを判定する。物体検出部２１９が、仮想バンパ領域に周辺物体がいることを検出すると、駆動制御部２１２は、移動ロボット２０が減速又は停止するように駆動部２６を制御する。

仮想バンパ設定部２１８は、移動ロボット２０の周囲に仮想バンパ領域を設定する。上面視において、仮想バンパ領域は複数の円形の集合から形成される領域となっている。図３を用いて、仮想バンパ領域を説明する。図３は、移動ロボット２０に設定される仮想バンパ領域を模式的に示す上面図である。図３に示すように、移動ロボット２０には、領域Ａ１～領域Ａ３が仮想バンパ領域として設定されている。つまり。複数の円形の領域の集合が仮想バンパ領域Ａとなる。仮想バンパ領域Ａは、移動ロボット２０の全体を内包する領域である。なお、移動ロボット２０は、Ｘ方向が長手方向、Ｙ方向が短手方向となる長方形となっている。

領域Ａ１～領域Ａ３は、上面視において同じサイズの円形となっている。領域Ａ１～領域Ａ３は、同じ直径の円形で有り、中心の位置が異なっている。領域Ａ１～Ａ３は、移動ロボット２０の長手方向に沿って配置されている。

例えば、上面視において、領域Ａ２は、移動ロボット２０の中心と一致している。領域Ａ１は領域Ａ２を－Ｘ方向にずらした円形である。領域Ａ２の一部は、領域Ａ３の一部と重なっている。領域Ａ３は領域Ａ２を＋Ｘ方向にずらした円形である。領域Ａ２の一部は、領域Ａ３の一部と重なっている。

Ｘ方向において、領域Ａ１の中心と領域Ａ２の中心の距離は、領域Ａ３の中心と領域Ａ２の中心の距離と等しくなっている。つまり、Ｘ方向において、３つの円形の領域Ａ１～Ａ３が等間隔に配置されている。Ｙ方向において、領域Ａ１～領域Ａ２の中心の位置は同じになっている。領域Ａ１の直径は、移動ロボット２０の短手方向のサイズよりも大きく、長手方向のサイズよりも小さくなっている。

そして、仮想バンパ設定部２１８は、移動速度に応じて、複数の円形領域である領域Ａ１～Ａ３を移動させる。仮想バンパ設定部２１８は、移動ロボット２０の進行方向に領域Ａ１～Ａ３を移動させた領域を仮想バンパ領域とする。図４を用いて、仮想バンパ領域Ａの一例について説明する。図４は、直進時の仮想バンパ領域Ａを模式的に示す上面図である。

図４では、移動ロボット２０が、経路Ｐ１に沿って、進んでいる。具体的には、移動ロボット２０が＋Ｘ方向に直進している。仮想バンパ設定部２１８は、領域Ａ１～Ａ３を＋Ｘ方向に進めた領域Ａ４～Ａ６を仮想バンパ領域Ａとして設定する。領域Ａ１を移動ロボット２０の移動速度に応じて移動させた領域が領域Ａ４となる。領域Ａ２を移動ロボット２０の移動速度に応じて移動させた領域が領域Ａ５となる。領域Ａ３を移動ロボット２０の移動速度に応じて移動させた領域が領域Ａ６となる。領域Ａ３の一部と領域Ａ４の一部は重なっている。領域Ａ１～Ａ６は同じサイズの円形となっている。そして、領域Ａ１～Ａ６の集合が、仮想バンパ領域Ａとなる。つまり、領域Ａ１～Ａ６のいずれかにおいて、物体検出部２１９が周辺物体を検出した場合、移動ロボット２０が減速又は停止する。

領域Ａ４は、領域Ａ１を経路Ｐ１に沿って移動した領域である。領域Ａ５は、領域Ａ２を経路Ｐ１に沿って移動した領域である。領域Ａ６は、領域Ａ３を経路Ｐ１に沿って移動した領域である。例えば、領域Ａ１と領域Ａ４との間の移動距離は、領域Ａ２と領域Ａ５との間の移動距離と等しくなっている。領域Ａ１と領域Ａ４との間の移動距離は、領域Ａ３と領域Ａ６との間の移動距離と等しくなっている。

これらの移動距離は、移動ロボット２０が移動する速さに応じて設定することができる。つまり、移動速度が速いほど、移動距離が大きくなる。移動速度に応じて、領域Ａ１～Ａ３の移動距離が変わる。図１０は、図９と比較して、移動速度が高速の場合の仮想バンパ領域Ａを示す図である。移動速度が速い場合、より移動距離が長い位置に領域Ａ４～Ａ６が移動する。これにより、より適切に仮想バンパ領域を設定することができる。

領域Ａ１～Ａ３で規定される領域を第１領域とし、領域Ａ４～Ａ６で規定される第２領域とすると、第１領域を移動速度に応じて移動させた領域が第２領域となる。第２領域は、第１領域を経路Ｐ１に沿って移動した領域となる。仮想バンパ領域Ａは、第１領域及び第２領域から構成される。

図５は、移動ロボット２０が左折している時の仮想バンパ領域Ａを模式的に示す上面図である。移動ロボット２０は、経路Ｐ２に沿って移動している。具体的には、移動ロボット２０が左に曲がりながら前進している。右側の駆動輪の回転速度は、左側の駆動輪の回転速度よりも速くなっている。よって、移動ロボット２０が斜め左前方に進んでいる。

仮想バンパ設定部２１８は、領域Ａ１～Ａ３を移動方向に進めた領域Ａ４～Ａ６を仮想バンパ領域Ａとして設定する。領域Ａ１を移動ロボット２０の移動速度に応じて移動させた領域が領域Ａ４となる。領域Ａ２を移動ロボット２０の移動速度に応じて移動させた領域が領域Ａ５となる。領域Ａ３を移動ロボット２０の移動速度に応じて移動させた領域が領域Ａ６となる。領域Ａ１～Ａ６の集合が、仮想バンパ領域Ａとなる。つまり、領域Ａ１～Ａ６のいずれかにおいて、物体検出部２１９が周辺物体を検出した場合、移動ロボット２０が減速又は停止する。

領域Ａ４は、領域Ａ１を経路Ｐ２に沿って移動した領域である。領域Ａ５は、領域Ａ２を経路Ｐ２に沿って移動した領域である。領域Ａ６は、領域Ａ３を経路Ｐ２に沿って移動した領域である。領域Ａ４～領域Ａ６の中心は、経路Ｐ２上に配置されている。領域Ａ１～Ａ３で規定される領域を第１領域とし、領域Ａ４～Ａ６で規定される領域を第２領域とすると、第１領域を移動速度に応じて移動させた領域が第２領域となる。これらの移動距離は、移動ロボット２０が移動する速さに応じて設定することができる。第２領域は、第１領域を経路Ｐ２に沿って移動した領域となる。

図６は、移動ロボット２０がその場で旋回している時の仮想バンパ領域Ａを模式的に示す上面図である。移動ロボット２０は経路Ｐ３に沿って旋回している。移動ロボット２０の旋回中心は、領域Ａ２の中心と一致している。

領域Ａ４は、領域Ａ１を経路Ｐ３に沿って移動させた領域となる。領域Ａ１と領域Ａ４は旋回中心を中心とする同心円状にある。領域Ａ６は、領域Ａ３を経路Ｐ３に沿って移動させた領域となる。領域Ａ３と領域Ａ６は旋回中心を中心とする同心円状にある。領域Ａ２の中心は、その場旋回の中心と一致しているため、領域Ａ５と領域Ａ２は同じ位置となる。つまり、移動ロボット２０がその場旋回する場合、領域Ａ５の中心は領域Ａ２の中心と一致する。移動ロボット２０の旋回中心が、領域Ａ２の中心と一致する場合、領域Ａ２は移動しなくてもよい。領域Ａ１、領域Ａ２、領域Ａ３、領域Ａ４、領域Ａ６の集合が仮想バンパ領域Ａとなる。

このように、複数の円形から構成される領域を仮想バンパ領域Ａとして設定する。このようにすることで、仮想バンパ機能を実現するための計算コストを削減することができる。つまり、それぞれの円形の中心を決めることで、容易に仮想バンパ領域を設定することができる。領域を円形近似することで、低い計算コストで仮想バンパを実現することができる。物体検出部２１９は、円形領域の中心から障害物までの距離を算出して、障害物までの距離が半径以下であるか否かを判定する。つまり、物体検出部２１９は、それぞれの円形の中心からの距離が閾値以下か否かを判定する。よって、簡便な処理で仮想バンパ機能を実現することができる。

これに対して、移動ロボット２０の形状に応じて仮想バンパ領域を設定する場合、計算コストが高くなってしまう。例えば、上面視において、移動ロボット２０が長手方向及び短手方向を有する長方形の場合、仮想バンパ領域の外形を計算する必要がある。上面視において、長方形状の移動ロボット２０では、仮想バンパ機能のための計算コストが高くなってしまう。また、移動ロボット２０の形状がより複雑になると、より計算コストが高くなってしまう。

さらに、複数の円形から構成される領域Ａ１～Ａ３を移動させた領域Ａ４～Ａ６が仮想バンパ領域となっている。このようにすることで、移動ロボット２０の進行方向前方に周辺物体がいる場合、移動ロボット２０が減速又は停止する。よって、仮想バンパ機能を適切に動作させることができる。なお、移動させる円形の領域の数は３に限られるものでない。円形の領域の数は、移動ロボット２０の縦横比などにより応じて決定することができる。仮想バンパ設定部２１８は、２つの円形の領域を移動させて仮想バンパ領域を設定してもよく、４つ以上の円形の領域を移動させて仮想バンパ領域を設定してもよい。

図７を用いて、本実施の形態にかかるに移動ロボットの制御方法について、図７を用いて説明する。図７は、移動ロボット２０の制御方法を示すフローチャートである。

まず、ルート計画部２１５が、目的地までの経路を探索する（Ｓ１０１）。ルート計画部２１５はフロアマップ２２１を参照して経路を探索する。目的地は搬送物の搬送先や経由地であってもよく、その手前の通過ポイントであってもよい。

次に、移動ロボット２０が移動ロボット２０の位置を検出する（Ｓ１０２）。例えば、移動ロボット２０は、オドメトリーを用いて、現在の自位置を検出することができる。あるいは、各センサの検出結果に基づいて、移動ロボット２０が自位置を検出してもよい。

仮想バンパ設定部２１８が、現在の自位置に基づいて、仮想バンパ領域Ａを設定する（Ｓ１０３）。図４、図５などに示したように、仮想バンパ設定部２１８が、自位置に対して、領域Ａ１～Ａ３を設定する。さらに、仮想バンパ設定部２１８が、領域Ａ１～Ａ３を経路に沿って移動した領域Ａ４～Ａ６を算出する。このようにして、仮想バンパ設定部２１８が、領域Ａ１～Ａ６を含む仮想バンパ領域Ａを設定する。

距離センサ群２４が周辺物体までの距離を測定する（Ｓ１０４）。そして、物体検出部２１９が、仮想バンパ領域Ａに周辺物体がいるか否かを判定する（Ｓ１０５）。仮想バンパ領域Ａに周辺物体がいる場合（Ｓ１０５のＹＥＳ）、移動ロボット２０が停止又は減速する（Ｓ１０６）。仮想バンパ領域Ａに周辺物体がいない場合（Ｓ１０５のＮＯ）、ステップＳ１０７に移行する。つまり、移動ロボット２０が速度を維持したまま、走行する。

そして、移動ロボット２０は、目的地に到着したか否かを判定する（Ｓ１０７）。目的地に到着してない場合（Ｓ１０７のＮＯ）、ステップＳ１０２に戻り、処理を繰り返す。つまり、移動ロボット２０は、最新の位置を検出して、再度、上記の処理を実行する。目的地に到着した場合（Ｓ１０７のＹＥＳ）、処理が終了する。つまり、目的地に到着するまで、ステップＳ１０２からのループ処理を繰り返す。

このようにすることで、低い計算コストで仮想バンパ機能を実現することができる。また、本実施の形態にかかる制御方法は、図７に示す処理順に限られるものではない。また、移動ロボット２０の位置が更新される毎に、仮想バンパ領域Ａが更新される。よって、適切な仮想バンパ領域を設定することができるため、移動ロボット２０が効率良く適切に移動することが可能となる。

経路に沿って領域Ａ１～Ａ３を移動する移動距離は、移動速度及びシミュレーション時間により、設定することができる。シミュレーション時間は、図７に示すループ処理に必要な時間により決定することができる。例えば、移動ロボット２０が自位置を検出する時間間隔がシミュレーション時間となる。そして、仮想バンパ設定部２１８は、シミュレーション時間経過後の移動位置をシミュレーションする。

図８～図１０は、シミュレーション時間ｄｔを変えた場合の仮想バンパ領域Ａを模式的に示す上面図である。図９のシミュレーション時間を基準（中間）として、シミュレーション時間を変えている。図８は、シミュレーション時間が図９よりも短い場合の仮想バンパ領域Ａを示す図である。図１０は、シミュレーション時間ｄｔが図９よりも長い場合の仮想バンパ領域Ａを示す図である。なお、移動ロボット２０は、経路Ｐ１に沿って直進している。

仮想バンパ設定部２１８は、シミュレーション時間ｄｔと移動速度ｖの積だけ、領域Ａ１～領域Ａ３を移動させることで、領域Ａ４～Ａ６を設定する。仮想バンパ設定部２１８は、領域Ａ１～Ａ３を距離（ｄｔ＊ｖ）だけ移動方向前方にシミュレーションする。図８に示すように、シミュレーション時間ｄｔが短い場合、移動距離が短くなる。図１０に示すように、シミュレーション時間ｄｔが長い場合、移動距離が長くなる。

このようにすることで、仮想バンパ設定部２１８が、シミュレーション時間後の移動先に領域Ａ４～Ａ６を移動させることがでる。つまり、移動ロボット２０が、次の移動先の位置を予測することができる。このため、仮想バンパ設定部２１８が、適切に仮想バンパ領域Ａを設定することができる。また、停止時は移動速度が０となるため、図３のような仮想バンパ領域が設定される。あるいは、停止時は、仮想バンパ領域を設定しなくてもよい。

本実施の形態にかかる制御方法は、上位管理装置１０で行われていてもよく、エッジデバイス（移動ロボット２０）で行われていてもよい。また、移動ロボット２０及び上位管理装置１０が協働して、制御方法を実行してもよい。つまり、本実施の形態にかかる制御システムは、移動ロボット２０内に搭載されていてもよい。あるいは、制御システムの少なくとも一部又は全部は、移動ロボット２０以外の装置、例えば、上位管理装置１０に搭載されていてもよい。

移動ロボット２０を制御する制御システムは、移動ロボットに搭載されていてもよく、移動ロボット以外に搭載されていてもよい。また、物体までの距離を測定するためのセンサは、移動ロボットに搭載された距離センサに限られるものではない。例えば、センサは、移動ロボット２０が移動する環境に設けられていてもよい。例えば、壁面は天井などに設けられたカメラやライダなどをセンサとして用いてもよい。例えば、監視カメラなどが移動ロボットと物体を撮像すると、その撮像画像に基づき移動ロボットと物体までの距離を算出する。なお、センサはＲＧＢカメラ、デプスカメラ、ステレオカメラなどの各種カメラでもあってもよい。そして、演算処理部２１や上位管理装置１０が、撮像画像を解析することで、移動ロボットから周辺物体までの距離を検出することができる。演算処理部２１や上位管理装置１０は、センサの検出結果に基づいて、移動ロボット２０から周辺物体までの距離を測定することがでできる。

上位管理装置１０は、物理的に単一な装置に限らず、複数の装置に分散して配置されていても良い。つまり、上位管理装置１０は、複数のメモリや複数のプロセッサを備えていても良い。教師有り学習などにより生成された機械学習モデルを用いて、制御が行われてもよい。例えば、経路探索や物体ケ検出などの処理に機械学習モデルが用いられてもよい。

また、上述した上位管理装置１０、又は移動ロボット２０等における処理の一部又は全部は、コンピュータプログラムとして実現可能である。このようなプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ ＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

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、上述の実施の形態は病院内を搬送ロボットが自律移動するシステムについて説明したが、上述のシステムは、ホテル、レストラン、オフィスビル、イベント会場または複合施設において所定の物品を荷物として搬送できる。

１ 制御システム
１０ 上位管理装置
２０ 移動ロボット
２１ 演算処理部
２２ 記憶部
２３ 通信部
２４ 距離センサ群
２５ カメラ
２６ 駆動部
２７ 表示部
２８ 操作受付部
２１１ 移動命令抽出部
２１２ 駆動制御部
２１８ 仮想バンパ設定部
２１９ 物体検出部
２２１ フロアマップ
２２２ ロボット制御パラメータ
２２６ 搬送物情報
２４１ 前後距離センサ
２４２ 左右距離センサ
２６０ 台車部
２６１ 駆動輪
２６２ キャスタ
２８１ 操作インタフェース
２９０ 本体部
２９１ 収納庫
２９２ 扉

Claims (6)

1. 上面視において長手方向及び短手方向を有する移動ロボットの制御システムであって、
   前記移動ロボットから周辺物体までの距離を測定するために設けられたセンサと、
   前記長手方向に沿って配置された複数の円形で規定される第１の領域と、前記第１の領域を前記移動ロボットの移動速度に応じて移動させた第２の領域と、で規定される仮想バンパ領域を設定する領域設定部と、
   前記仮想バンパ領域内に、前記周辺物体がいる場合に、減速又は停止するように制御する制御部と、を備えた、移動ロボットの制御システム。
2. 前記移動ロボットが移動する移動経路を設定する経路設定部をさらに備え、
   前記第２の領域が前記第１の領域を前記移動経路に沿って、前記移動速度に応じた距離移動させた領域である請求項１に記載の移動ロボットの制御システム。
3. 上面視において長手方向及び短手方向を有する移動ロボットの制御方法であって、
   センサの検出結果に基づいて、前記移動ロボットから周辺物体までの距離を測定するステップと、
   前記長手方向に沿って配置された複数の円形で規定される第１の領域と、前記第１の領域を前記移動ロボットの移動速度に応じて移動させた第２の領域と、で規定される仮想バンパ領域を設定するステップと、
   前記仮想バンパ領域内に、前記周辺物体がいる場合に、減速又は停止するように制御するステップと、を備えた、移動ロボットの制御方法。
4. 前記移動ロボットが移動する移動経路を設定するステップをさらに備え、
   前記第２の領域が前記第１の領域を前記移動経路に沿って、前記移動速度に応じた距離移動させた領域である請求項３に記載の移動ロボットの制御方法。
5. 上面視において長手方向及び短手方向を有する移動ロボットを制御する制御方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、
   前記制御方法は、
   センサの検出結果に基づいて、前記移動ロボットから周辺物体までの距離を測定するステップと、
   前記長手方向に沿って配置された複数の円形で規定される第１の領域と、前記第１の領域を前記移動ロボットの移動速度に応じて移動させた第２の領域と、で規定される仮想バンパ領域を設定するステップと、
   前記仮想バンパ領域内に、前記周辺物体がいる場合に、減速又は停止するように制御するステップと、を備えた、プログラム。
6. 前記制御方法は、前記移動ロボットが移動する移動経路を設定するステップをさらに備え、
   前記第２の領域が前記第１の領域を前記移動経路に沿って、前記移動速度に応じた距離移動させた領域である請求項５に記載のプログラム。

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