JP3411529B2

JP3411529B2 - 自律移動ロボット

Info

Publication number: JP3411529B2
Application number: JP31176399A
Authority: JP
Inventors: 倫太今井; 哲雄小野; 司郎高田; 浩石黒; 竜一西村; 春生野間; 敏昭杉原; 勉宮里; 良平中津
Original assignee: ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Current assignee: ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 1999-11-02
Publication date: 2003-06-03
Anticipated expiration: 2019-11-02
Also published as: JP2001129787A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自律移動ロボットに
関し、特にたとえば、ペットロボット、介護ロボット、
掃除ロボットなどに適用され、障害物を回避しながら移
動する、自律移動ロボットに関する。

【０００２】

【背景の技術】無人工場などにおいて、ロボットが工場
内を動き回り、部品を搬送している。この中には、床上
に表示されたマークに従って移動する単純なロボットも
あれば、カメラや超音波センサを使って周囲の状況を認
識しながら所定の行動をとる自律的なロボットもある。
また、自律型ロボットは、通常のオフィスビル内で掃除
ロボットや資料配達ロボットとしての利用も検討されて
おり、さらに一部では実際に利用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、自律型ロボッ
トには行動命令を予め与えておく必要があり、かつ全て
の事態を想定して行動命令を設定するのは不可能に近
い。つまり、普段は障害物が何もないはずの廊下に大き
な段ボール箱が放置され、ロボットの進行を妨げている
場合、ロボットは段ボール箱を押して通路から片付ける
こともできるが、段ボール箱はその場から移動してはな
らないものなのかも知れない。このため、ロボットに与
える行動命令としては、単純な「進行を妨げるものがあ
れば押して片付ける」では不十分である。このように、
全ての事態に対処できる完全な行動命令を予め用意して
おくことは実際には不可能である。

【０００４】それゆえに、この発明の主たる目的は、あ
らゆる事態を想定した行動命令を用意することなく事態
の解決を図ることができる、自律移動ロボットを提供す
ることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、移動経路上
にある障害物を検出する検出手段、検出手段によって検
出された検出障害物が第１メモリに予め記憶された所定
障害物であるかどうかを判断する第１判断手段、第１判
断手段によって所定障害物ではないと判断したときのみ
周囲に人が存在するかどうかを判断する第２判断手段、
および第２判断手段によって人が存在すると判断したと
きのみ音声ヘルプメッセージを発生する手助け要求手段
を備える、自律移動ロボットである。

【０００６】

【作用】移動経路上にある障害物が検出手段によって検
出され、この検出障害物が所定障害物であるかどうかが
第１判断手段によって判断される。第１判断手段が障害
物を所定障害物ではないと判断したとき、つまり未知の
障害物に遭遇したとき、周囲に人が存在するかどうかが
第２判断手段によって判断される。第２判断手段によっ
て人の存在が判断されると、手助け要求手段が音声ヘル
プメッセージを発生する。

【０００７】

【０００８】この発明のある実施例では、第２判断手段
は、検出障害物が所定障害物でないとき、人の存在を判
断する。好ましくは、複数の前記所定障害物が第１メモ
リに記憶され、第１判断手段は、検出障害物を複数の所
定障害物と比較して判断を行う。また、複数の所定障害
物に対応する複数の回避プログラムが第２メモリに記憶
される。検出障害物がいずれかの所定障害物である場
合、回避手段は、検出障害物に対応する回避プログラム
を第２メモリから読み出して回避行動を行う。

【０００９】

【発明の効果】この発明によれば、自律移動ロボットが
未知の障害物に遭遇したとき周囲に人が存在するかどう
かを判断し、人が存在するときに手助けを要求するよう
にしたため、あらゆる事態を想定した行動命令を用意す
ることなく事態の解決を図ることができる。

【００１０】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１１】

【実施例】図１は、この発明の一実施例の自律移動ロボ
ット１０を示す正面図である。この図１を参照して、こ
の実施例の自律移動ロボット（以下、単に「ロボット」
という。）１０は、本体ないし筐体１２を含み、筐体１
２の下部に軸１６で回転可能に車輪１４が設けられる。
この車輪１４すなわち軸１６がモータ３６（図２）によ
って駆動され、これによってロボット１０が任意の方向
に移動できる。

【００１２】なお、図示は省略しているが、左右の車輪
を独立して制御できるような動力伝達機構、たとえばデ
ファレンシャルギアなどが軸１６または車輪１４に関連
して組み込まれている。また、左右の車輪１４を独立制
御するために、モータは２つ用いられてもよい。このよ
うな駆動系自体に特徴がある訳ではないので、駆動系の
構成は他に考えられる。

【００１３】筐体１２は平面ほぼ矩形に形成され、その
４つの側面には超音波センサ１８が配置される。各超音
波センサ１８は送波器と受波器との組合せであり、超音
波が送波器から出力されてから超音波が受波器によって
受信されるまでの時間を後述のマイクロコンピュータ２
６（図２）に出力する。マイクロコンピュータ２６は、
超音波センサ１８からの時間データによって部屋内での
ロボット１０の位置や障害物の存在等を検出する。筐体
１２の前面には、たとえばＣＣＤカメラを有するイメー
ジセンサ２０が設けられる。イメージセンサ２０は、Ｃ
ＣＤカメラによって前方の物体を撮影し、撮影画像デー
タをマイクロコンピュータ２６に出力する。

【００１４】筐体１２の上面には、熱線を検知するＩＲ
センサ２２が設けられる。周囲に熱源（たとえば人間や
動物）が存在する場合、検知データがＩＲセンサ２２か
らマイクロコンピュータ２６に出力され、マイクロコン
ピュータ２６は、この検知データによって周囲に熱源が
存在することを認識する。筐体１２の上面にはまた、ス
ピーカ２４が設けられる。スピーカ２４は、マイクロコ
ンピュータ２６によって生成された合成音声データを取
り込み、対応する合成音声を発する。

【００１５】図２を参照して、図１の筐体１２内にはマ
イクロコンピュータ２６が設けられる。図２では１つの
マイクロコンピュータ２６が図示されているが、必要に
応じて、複数のマイクロコンピュータを設けて、それぞ
れに画像処理，音声処理，駆動制御等のタスクを分担さ
せるようにしてもよい。しかしながら、ここでの説明で
は、便宜上、１つまたは複数のマイクロコンピュータを
マイクロコンピュータ２６で代表させる。

【００１６】マイクロコンピュータ２６は、図１を参照
して説明した超音波センサ１８，イメージセンサ２０お
よびＩＲセンサ２２からの入力を受けるとともに、スピ
ーカ２４に合成音声データを与える。図１では図示しな
かったが、ロボット１０にはさらにエンコーダ３２およ
びコンパス３４が設けられる。エンコーダ３２は左右の
車輪１４に個別に設けられ、各車輪１４の回転数に応じ
た数のパルス信号をマイクロコンピュータ２６に入力す
る。マイクロコンピュータ２６では、各エンーダ３２か
らのパルス信号をカウントしてロボット１０が移動して
いる速度や刻々変化する位置を計算する。コンパス３４
はロボット１０の方位（移動方向）を知るためのもので
ある。

【００１７】ここで、発明者等がロボット１０の実験に
使った部屋は、図３に示すように、４ｍ四方のほぼ正方
形の部屋で、部屋の中は４つのブロックに分割されてい
る。ドアの部分がスタートで、対角の位置にゴール（目
標位置）が設定されている。この部屋の地図データはマ
イクロコンピュータ２６のＲＡＭ３０に予め記憶されて
おり、ロボット２６は、地図データと上述のエンコーダ
３２およびコンパス３４からの入力とによって、現在位
置を知ることができる。ＲＡＭ３０にはまた、移動経路
データが記憶されており、ロボット１０は、この移動経
路データに従って部屋の中を移動する。記憶された移動
経路は、図２に矢印で示される。一方、ＲＯＭ２８に
は、自律移動のためのメインプログラムが記憶されてい
るほか、複数の障害物の画像データおよび各障害物に対
応する複数の回避プログラムが記憶されている。

【００１８】マイクロコンピュータ２６は、具体的には
ＲＯＭ２８に記憶された図４に示すフロー図を処理す
る。まずステップＳ１で超音波センサ１８から時間デー
タを取り込み、障害物に遭遇したかどうか判断する。図
３に示すようにロボット１０の移動経路上に障害物３８
がある場合、時間データの値は、ロボット１０が障害物
３８にぶつかる手前で所定の閾値を下回る。このとき、
マイクロコンピュータ２６はステップＳ１でＹＥＳと判
断し、ステップＳ３に進む。一方、時間データが所定の
閾値以上のときは、ステップＳ７で移動経路データに従
って所定距離だけ移動し、その後処理を終了する。

【００１９】ステップＳ３では、遭遇した障害物３８の
撮影画像データをイメージセンサ２０から取り込み、こ
の障害物３８がＲＯＭ２８に登録済みの障害物であるか
未知の障害物であるかを判断する。具体的には、撮影さ
れた障害物３８の画像を予め登録された複数の障害物の
画像と比較して判断を行う。ここで、障害物３８が登録
済みのものであればステップＳ５に進み、この障害物３
８に対応する回避プログラムに従った回避行動を行う。
つまり、ＲＯＭ２８から障害物３８に対応する回避プロ
グラムを読み出し、この回避プログラムを処理する。回
避行動を終えると、マイクロコンピュータ２６はステッ
プＳ７で所定距離だけ移動し、処理を終了する。

【００２０】障害物３８が予め登録された障害物と異な
る場合（未知の障害物の場合）、マイクロコンピュータ
２６はステップＳ９に進み、ロボット１０と同じブロッ
クに人間がいるかどうか判断する。具体的には、まずＩ
Ｒセンサ２２から検知信号を取り込み、取り込んだ検知
信号に基づいて近くに熱源が存在するかどうか判断す
る。ここで、熱源が存在しなければ、ステップＳ１３で
処理を中断し、所定時間経過してからステップＳ９に戻
る。一方、熱源が存在すれば、次はこの熱源の方向を向
き、熱源の撮影画像データをイメージセンサ２０から取
り込む。撮影画像データが取り込まれると、この撮影画
像から熱源の画像を抽出し、さらに抽出した熱源の画像
から肌色領域を検出する。そして、検出した肌色領域の
データに基づいて、熱源が人間であるかどうか判断す
る。

【００２１】熱源が人間でない場合（たとえば動物の場
合）も、マイクロコンピュータ２６は、ステップＳ１３
に進み、所定時間だけ処理を中断してからステップＳ９
に戻る。一方、熱源が人間である場合、マイクロコンピ
ュータ２６はステップＳ９からステップＳ１１に進み、
スピーカ２４から合成音声によるヘルプメッセージを発
する。ここで、ヘルプメッセージとしては、「助けて下
さい。」のような漠然としたメッセージや、「前方の障
害物をどけてください。」のような具体的なメッセージ
が考えられる。ヘルプメッセージの出力を終えると、ス
テップＳ１に戻る。

【００２２】このように、熱源が近くにないか、熱源が
あってもその熱源が人間でなければステップＳ１３およ
びＳ９の処理が繰り返される。この結果、ロボット１０
は障害物３８の手前で停止し続ける。一方、熱源が近く
に存在し、かつこの熱源が人間であれば、ヘルプメッセ
ージによって人間に手助けを要求する。ヘルプメッセー
ジに応答して人間が障害物３８を取り除いてやると、マ
イクロコンピュータ２６はステップＳ１でＮＯと判断
し、ステップＳ７で移動経路データに従って所定距離だ
け移動する。そして、処理を終了する。マイクロコンピ
ュータ２６は以上のようなフロー図の処理を繰り返し行
い、これによって、ロボット１０は移動経路に沿ってゴ
ールに向かう。

【００２３】この実施例によれば、遭遇した障害物が登
録済みの障害物であればその障害物に対応する回避プロ
グラムに従って回避行動を行い、遭遇した障害物が登録
されていない未知の障害物であれば周囲の人に手助けを
要求するようにしたため、あらゆる事態を想定した回避
プログラムを用意することなく事態の解決を図ることが
できる。

【００２４】ただし、ロボットが近くにいる人間に助け
を求める場合、単にロボットがメッセージを発するだけ
では人間は注意を払いにくく、注意を払っても助けると
いう行動まで至らないことが多い。このような問題を解
決する方法として、いわゆるアイキャッチのような人間
の気を引き付ける行動をとることが考えられる。たとえ
ば、障害物によって移動を妨げられたときに、手で頭を
抱えて首を振るなどの大げさな行動を行う場合である。

【００２５】しかし、ロボットが急に人の気を引くよう
な行動をしても、逆に怖がられたりするおそれがある。
このような問題は、普段から周囲の人間との間で違和感
のない関係を作っておくことで解決できる。具体的に
は、以下に述べる方法で周囲の人間と良好な関係を築い
ておけばよい。

【００２６】ロボットは、普段から、すれ違う人間に誰
彼となく挨拶する。もし、すれ違う人間が無線バッジの
ようなＩＤ装置を携帯していれば、相手の名前を呼んで
挨拶する。また、「おはようございます、○○さん。」
や「△△さん、こんばんは。」というように、挨拶の内
容を時間によって変化させる。さらに、ロボッットが助
けを必要とする場合に、近くにいる人間の名前が特定で
きれば、ロボットはその人間の名前を呼んで助けを求め
る。また、助けてもらった人の名前が特定できる場合
に、助けてもらった回数を名前毎にカウントする。

【００２７】助けを求めた相手がロボットの要求を理解
できず助けが得られない場合、ロボットは、過去に最も
多く助けってもらった人の名前を発して、その人に連絡
してもらう。ロボットが発する名前の初期値は、ロボッ
トの製作者であってもよい。ロボットの要求を理解でき
なかった人は、ロボットが発した名前の人を呼んできて
その人の手助けの様子を観察すれば、どのような手助け
が必要だったかを理解でき、次回から自分で手助けでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例のロボットを示す正面図解
図である。

【図２】図１実施例のロボットの構成を示すブロック図
である。

【図３】実験に用いた部屋の概要を示す図解図である。

【図４】図１実施例の動作の一部を示すフロー図であ
る。

【符号の説明】

１０…ロボット１４…車輪１８…超音波センサ２０…イメージセンサ２２…ＩＲセンサ２４…スピーカ２６…マイクロコンピュータ３２…エンコーダ３４…コンパス３６…モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高田司郎京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５番地株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信研究所内 (72)発明者石黒浩京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５番地株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信研究所内 (72)発明者西村竜一京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５番地株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信研究所内 (72)発明者野間春生京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５番地株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信研究所内 (72)発明者杉原敏昭京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５番地株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信研究所内 (72)発明者宮里勉京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５番地株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信研究所内 (72)発明者中津良平京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５番地株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信研究所内 (56)参考文献特開平９−185412（ＪＰ，Ａ) 特開平２−230409（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−25001（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−195175（ＪＰ，Ａ) 特公平７−44911（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 19/06 B25J 5/00 G05D 1/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】移動経路上にある障害物を検出する検出手
段、前記検出手段によって検出された検出障害物が第１メモ
リに予め記憶された所定障害物であるかどうかを判断す
る第１判断手段、前記第１判断手段によって前記所定障害物ではないと判
断したときのみ周囲に人が存在するかどうかを判断する
第２判断手段、および前記第２判断手段によって人が存在すると判断したとき
のみ音声ヘルプメッセージを発生する手助け要求手段を
備える、自律移動ロボット。
【請求項２】前記第１判断手段は前記検出障害物を前記
複数の所定障害物と比較して判断を行う、請求項１記載
の自律移動ロボット。
【請求項３】前記複数の所定障害物に対応する複数の回
避プログラムを記憶した第２メモリ、および前記検出障害物がいずれかの前記所定障害物であるとき
前記検出障害物に対応する回避プログラムを前記第２メ
モリから読み出して回避行動を行う回避手段をさらに備
える、請求項２記載の自律移動ロボット。