JP3906743B2 - 案内ロボット - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動用の走行手段を有し、この走行手段を自律駆動して案内先まで移動することにより、その案内先まで被案内者を案内する自律走行型の案内ロボットに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、オフィスや博物館などで使用される案内ロボットが提案されている。例えば、特開平7−295637号公報には、応接室への案内指示の場合、「応接室へ案内いたします。御一緒にどうぞ。」をスピーカを介して出力しながら、ロボット本体は左手を上げたまま指定された場所まで来客者の案内(移動)を行い、案内(移動)中は走行ライン上の床部に敷設された磁気テープの磁気を走行センサ部で検知しながら走行する受付・案内ロボットシステムが記載されている。
【0003】
特許3101652号公報には、赤外線ロケーションシステムを用いて、サイト番号の切換わる地点間を1個のパスとして、その区間距離を累積して走行距離を求める方法と、目的地サイト番号およびサイト番号切換地点から目的地への距離を走行する方法の2つが可能であり、案内状態において、移動ロボットが見学者を見学目的場所まで案内する際の位置および移動量の検出が可能となる巡回誘導システムが記載されている。この巡回誘導システムでは、自律走行ロボットが巡回中に自律走行ロボットと通信できる携帯端末を持った利用者と遭遇すればその利用者を案内する。
【0004】
特許3009395号公報には、いずれかの携帯端末からユーザの案内が要求されたことに応じて、そのユーザの近くにいるロボットがいるか否かを判別し、そのユーザの近くにいるロボットに対して対応する第1のディスプレイにユーザを案内するための情報を表示させ、そのユーザの近くにロボットがいないことを判別したときには、そのことを当該携帯端末に知らせ、第2のディスプレイにユーザを案内するための情報を表示させるユーザ誘導装置が記載されている。このユーザ誘導装置では、複数のユーザが存在する環境において、ユーザの携帯端末からの案内要求に対してロボットが行動する。
【0005】
このほか、自動車における無人追従走行は、先導車が必ず前にあること、先導車と通信して先導車の操縦情報を得ていること、あるいは先導者と同じ起動をたどるように制御することを条件にして行われる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の受付・案内ロボットシステムおよび巡回誘導システムでは、被案内者の歩行状態とは無関係にロボットが走行するため、被案内者がそのロボットの走行速度に合わせてついていかなければならないという課題がある。これでは、不特定多数の人を案内させた場合、ロボットについていけない人やロボットの案内が遅いと感じる人がでてくるので、被案内者の満足のいく案内ができない。
【0007】
また、例えば案内中に被案内者が立ち止まるなどして案内を妨害する外乱が発生した場合、被案内者が案内を続けるロボットに置き去りにされるという課題もある。
【0008】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被案内者の歩行速度およびその移動方向に応じた案内を可能にするとともに、被案内者を間違わずに案内先まで誘導することができる案内ロボットを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項1記載の発明は、移動用の走行手段を有し、この走行手段を自律駆動して案内先まで移動することにより、その案内先まで被案内者を案内する自律走行型の案内ロボットであって、少なくとも前記案内先を入力するための入力手段と、この入力手段で入力された案内先までの経路を生成する経路生成手段と、前記被案内者を特定する案内対象検出手段と、この案内対象検出手段によって特定された被案内者の特徴の位置が時系列的に変化するのを追跡することによって、この被案内者の歩行速度およびその移動方向を検出する歩行状態検出手段と、前記経路生成手段によって生成された経路を、前記歩行状態検出手段によって検出された歩行速度およびその移動方向に応じて、前記走行手段の駆動制御を行う走行制御手段と、前記案内対象検出手段による前記被案内者を特定するための検出範囲内にその被案内者が入るように誘導する検出エリア表示手段とを備えることを特徴とする。
【0010】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の案内ロボットにおいて、周囲の空間形状を認識する環境認識手段を備え、前記走行制御手段は、前記環境認識手段によって認識された周囲の空間形状に応じて、前記走行手段の駆動制御を行うとともに、前記歩行状態検出手段によって検出された歩行速度およびその移動方向に応じて、前記走行手段による走行速度が変化するように前記走行手段の駆動制御を行うことを特徴とする。
【0011】
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の案内ロボットにおいて、前記案内対象検出手段の検出可能範囲内の範囲を、前記被案内者を特定するための検出範囲として設定する検出範囲設定手段を備えることを特徴とする。
【0012】
請求項4記載の発明は、請求項3記載の案内ロボットにおいて、前記検出範囲設定手段は、前記走行手段による走行速度並びに前記歩行状態検出手段によって検出された歩行速度およびその移動方向のうち少なくとも一方に応じて、前記案内対象検出手段の検出可能範囲内の範囲を前記検出範囲として設定することを特徴とする。
【0014】
請求項5記載の発明は、請求項1または2記載の案内ロボットにおいて、前記案内対象検出手段による前記被案内者を特定するための検出範囲におけるその被案内者の位置を示す指示手段を備えることを特徴とする。
【0015】
請求項6記載の発明は、請求項1または2記載の案内ロボットにおいて、前記案内対象検出手段による前記被案内者を特定するための検出範囲内からその被案内者が出ないように指示を与える誘導手段を備えることを特徴とする。
【0016】
請求項7記載の発明は、請求項1または2記載の案内ロボットにおいて、前記走行制御手段は、前記案内対象検出手段による前記被案内者を特定するための検出範囲内からその被案内者が出て、前記案内対象検出手段によって前記被案内者が特定されないとき、前記走行手段の駆動制御を走行停止制御とすることを特徴とする。
【0017】
請求項8記載の発明は、請求項1または2記載の案内ロボットにおいて、前記案内対象検出手段は、周囲の各物体について移動方向および移動速度の少なくとも一方の測定を行い、前記走行手段による走行方向および走行速度と最も近い測定結果を与えた物体を前記被案内者として特定することを特徴とする。
【0018】
請求項9記載の発明は、請求項1または2記載の案内ロボットにおいて、前記案内対象検出手段は、前記被案内者の特徴を予め取得し、その取得した特徴をもとに前記被案内者を特定することを特徴とする。
【0019】
請求項10記載の発明は、請求項1または2記載の案内ロボットにおいて、前記案内対象検出手段は、前記被案内者に装着される予め定めた認識表示具を利用してその被案内者を特定することを特徴とする。
【0020】
請求項11記載の発明は、請求項1または2記載の案内ロボットにおいて、前記被案内者と会話する会話手段を備えることを特徴とする。
【0021】
請求項12記載の発明は、請求項1または2記載の案内ロボットにおいて、案内ロボットの走行方向を示す進路表示手段を設けたことを特徴とする。
【0022】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1は本発明に係る第1実施形態の案内ロボットの構成図である。
【0023】
第1実施形態の案内ロボット1は、図1に示すように、移動用の走行部10を有し、この走行部10を自律駆動して案内先まで移動することにより、その案内先まで被案内者を案内する自律走行型のものであり、入出力部11と、経路生成部12と、環境認識部13と、案内対象検出部14と、歩行状態検出部15と、制御部16とをさらに備えている。
【0024】
走行部10は、全方向に移動自在の例えば2輪の駆動輪100と、制御部16からの指令値に合った回転数で駆動輪100を駆動するモータ101と、このモータ101に取り付けられ駆動輪100の回転数に比例した信号を制御部16に出力するエンコーダ102とにより構成されている。
【0025】
入出力部11は、例えば対話式で被案内者から受けた案内先、指示および応答などを入力するためのものであり、案内先および指示などを画面で確認しながら入力するためのタッチパネル(モニタ)110と、被案内者の音声を入力するマイク111と、このマイク111で入力された音声を認識する音声認識部112と、被案内者に対する音声を合成する音声合成部113と、この音声合成部113によって合成された音声を出力するスピーカ114とにより構成されている。案内先については、キー入力用の図示しないキーボードなどのほか、タッチパネル110でも、マイク111および音声認識部112でも受け付けられるようになっている。音声合成部113およびスピーカ114は、例えば案内先や指示などを入力する際の助言(ヘルプ情報)を音声で伝えるために使用される。
【0026】
経路生成部12は、各地点間の経路情報および各経路上の周囲の空間形状(例えば壁、柱や経路上に設置された設備などの形状)の情報を含む地図データを記憶するデータベース120を備え、このデータベース120に記憶されている地図データから、入出力部11で入力された案内先の地点を検索し、後述の環境認識部13から得られる現在地の地点からその検索した地点までの経路を生成するものである。入出力部11での入力で特に条件が付けられない場合は、最短経路が優先して生成される。また、案内先までの途中の経由地が入力で指示された場合は、その経由地を通る最短経路が生成される。
【0027】
環境認識部13は、周囲の空間形状を測定するセンサ130を備え、このセンサ130を用いて周囲の空間形状を認識するとともに、その認識した周囲の空間形状とデータベース120から得られる各経路上の周囲の空間形状とを照合して現在地を認識するものである。センサ130は、図1の例では、レーザ光を照射し、その反射光から各物体までの距離を計測するレーザレーダ130aと、超音波を発生し、その反射波から各物体までの距離または物体の有無を検出する超音波センサ130bとにより構成されている。なお、周囲の空間形状を認識する手段は、センサ130の具体構成に限らず、カメラで周囲を撮像して得た画像をもとに周囲の空間形状を認識する構成でもよく、または各経路上の床面や壁面に予め敷設された周囲の空間形状を示すID的なマーカを計測することにより、周囲の空間形状を認識する構成でもよい。
【0028】
案内対象検出部14は、カメラ140を備え、このカメラ140で被案内者を撮像して得た画像からその被案内者の特徴を予め取得し、案内中はその取得した特徴をもとにカメラ140から得られる画像から被案内者を特定するものである。ここでは、被案内者には特徴的な図示しない認識表示具が装着され、フレーム画像中のその認識表示具の画像を抽出することにより、被案内者を特定するように構成される。
【0029】
歩行状態検出部15は、案内対象検出部14によって特定された被案内者の特徴の位置が各フレーム画像においてどのように時系列的に変化するかを追跡することにより、被案内者の歩行速度およびその移動方向、すなわち被案内者の歩行速度ベクトルを、案内対象検出部14によって特定された被案内者の歩行状態として検出するものである。
【0030】
制御部16は、案内ロボット1全般の制御などの処理を実行するものであり、第1実施形態の特徴となる走行制御部160などの各種処理機能を有している。
【0031】
走行制御部160は、環境認識部13によって認識された周囲の空間形状および歩行状態検出部15によって検出された歩行状態に応じて、経路生成部12によって生成された経路に沿って走行するように、走行部10のエンコーダ102からの信号を監視しながら、走行部10のモータ101に上記指令値を出力することにより走行部10の駆動制御(速度制御および進行方向制御)を行う。速度制御については、生成された経路に沿って、通常、所定の速度で走行するように、エンコーダ102からの信号をフィードバックしながらモータ101を通じて駆動輪100の回転数を調整する制御が行われるが、歩行状態検出部15によって検出された歩行状態に応じて、被案内者との距離が制御部16に予め設定した所定距離以上離れないように適宜走行部10の速度制御が実行される。つまり、走行部10による走行速度ベクトルと歩行状態の歩行速度ベクトルとを監視し、被案内者との距離が所定距離以上離れると走行部10の速度を落とす速度制御が実行されるのである。一方、進行方向制御については、環境認識部13によって認識された周囲の空間形状、例えば壁や柱の位置などに応じて、進行方向を修正する処理が実行される。経路上の進行方向に障害物がある場合には、その障害物を回避するためにその進行方向(場合によっては経路)を修正する処理が実行される。
【0032】
次に、上記構成の案内ロボット1の動作について説明する。入出力部11で案内先を入力すると、案内対象検出部14によって被案内者の特徴が取得され、以後、案内対象検出部14によって被案内者が周期的に特定される一方、環境認識部13によって周囲の空間形状および現在地が周期的に認識され、経路生成部12によって案内先までの経路が生成される。
【0033】
案内先までの経路が生成されると、環境認識部13によって周期的に認識される周囲の空間形状および歩行状態検出部15によって周期的に検出される歩行状態に応じて、経路生成部12によって生成された経路に沿って走行するように、走行部10の駆動制御が実行される。これにより、案内ロボット1は生成された経路に沿って自律走行する。この後、案内先に到着すれば案内の処理を終了する。
【0034】
このような案内ロボット1によれば、環境認識部13によって周期的に認識される周囲の空間形状に応じて、走行部10の駆動制御が実行されるので、例えば案内途中の経路上に障害物などがあっても、進行方向や経路を修正することにより、案内先まで案内することができるようになる。
【0035】
また、歩行状態検出部15によって周期的に検出される歩行状態に応じて、走行部10の駆動制御が実行されるので、被案内者の歩行状態に応じた案内が可能になるから、被案内者の歩行速度に個人差があっても各個人に応じた速度で案内することができ、例えば案内中に被案内者が立ち止まるなどして案内を妨害する外乱が発生したとしても、被案内者を置き去りにすることなく案内先まで案内することができる。
【0036】
なお、第1実施形態では、環境認識部を備える構成になっているが、少なくとも各案内先をホームポジションとして、各ホームポジション間の移動制御情報をデータベースから読み出して走行部による走行制御に使用すれば、必ずしも環境認識部を備えなくても案内は可能である。しかし、案内途中で姿勢のズレなどが生じうることを考慮すれば、環境認識部を備える方がより望ましい。
【0037】
(第2実施形態)
図2は本発明に係る第2実施形態の案内ロボットの構成図、図3は図2中の走行制御部による制御動作の説明図、図4は図2の案内ロボットについての各手順を示すフロー図である。
【0038】
第2実施形態の案内ロボット1Aは、図2に示すように、走行部10と、入出力部11と、経路生成部12と、環境認識部13と、案内対象検出部14とを第1実施形態と同様に備えているほか、第1実施形態との相違点として、歩行状態検出部15aと、制御部16aとを備えている。
【0039】
歩行状態検出部15aは、被案内者の歩行速度ベクトルに代えて、被案内者との距離を案内対象検出部14によって特定された被案内者の歩行状態として検出するものである。なお、被案内者との距離は、案内対象検出部14によって被案内者を特定するために使用した画像から検出する構成でも、測距センサをさらに設けてその測距センサによって検出する構成でも、あるいは環境認識部13のセンサ130を利用する構成でもよい。
【0040】
制御部16aは、第1実施形態の走行制御部160に代えて走行制御部160aを有する以外は第1実施形態の制御部16と同様に構成される。
【0041】
走行制御部160aは、環境認識部13によって認識された周囲の空間形状および歩行状態検出部15aによって検出された歩行状態に応じて、経路生成部12によって生成された経路に沿って走行するように、走行部10のエンコーダ102からの信号を監視しながら、走行部10のモータ101に指令値を出力することにより走行部10の駆動制御(速度制御および進行方向制御)を行う。進行方向制御については第1実施形態のそれと同様であるので、第1実施形態とは異なる速度制御について説明する。第2実施形態では、図3に示すように、案内ロボットは、案内を開始すると、初期速度V1で走行する。この速度より被案内者の走行速度が遅い場合、案内ロボットと被案内者の距離は拡大し、この距離が所定値Mを超えると案内ロボットの走行速度をV2に下げる。これにより、案内ロボットと被案内者との距離は所定値M以上離れない速度制御が実行される。
【0042】
次に、図4を参照しながら上記構成の案内ロボット1Aについての各手順を説明する。歩行状態検出部15aに関連する動作以外は、図4のステップS1〜S5などに示すように第1実施形態の動作と同様である。すなわち、案内ロボット1Aは、モニタに案内先入力画面を表示する(S1)。被案内者は、その入力画面に従って案内先を入力する(S2)。案内ロボット1Aは、入力された案内先をデータベース120から検索し、その検索したデータを基に、案内先までの経路を生成する(S3)。案内先までの経路を生成し終えると、モニタ表示およびスピーカ114からの音声により経路を被案内者に通知する(S4)。その後、案内開始を告げ、案内ロボット1Aが走行を開始する(S5)。
【0043】
この後、走行速度を初期速度V1に設定し(S6)、初期速度V1になるまで加速し、初期速度V1で走行する(S7)。走行中に、案内対象検出部14によって後方の被案内者を特定し(S8)、歩行状態検出部15aによって被案内者と案内ロボット1Aとの間の距離を計測する(S9)。そして、計測した距離の値と所定値Mとを比較し(S10)、計測した距離の値が所定値M以上に離れたとき(S10でNO)、ステップS6に戻って走行速度を速度V2に切替設定し(S6)、この後、ステップS7に進む一方、計測した距離の値が所定値Mより小さければ(S10でYES)、ステップS7に戻る。これにより、歩行状態検出部15aによって検出された被案内者の歩行状態を示す被案内者との距離の値が所定値M以上になるか否かに応じて、それぞれ走行部10による走行速度が速度V2か初期速度V1(>V2)に変化する。
【0044】
このような案内ロボット1Aによれば、歩行状態検出部15aによって検出された歩行状態に応じて、走行部10による走行速度が変化するように走行部10の駆動制御が実行されるので、被案内者の歩行速度に個人差があっても各個人に応じた速度で案内することができ、例えば案内中に被案内者が立ち止まるなどして案内を妨害する外乱が発生したとしても、被案内者を置き去りにすることなく案内先まで案内することができる。
【0045】
なお、第2実施形態では、被案内者との距離に基づいて走行部10の速度制御が実行される構成になっているが、これに限らず、被案内者との相対速度に基づいて走行部10の速度制御が実行される構成でもよい。
【0046】
また、第2実施形態では、被案内者との距離の値が所定値より小さければ、初期速度V1で走行する構成になっているが、被案内者との距離または被案内者との相対速度に基づいて走行部10による走行速度を変更設定するようにしてもよい。例えば、走行部10による走行速度が被案内者の歩行速度に追従するように構成してもよい。
【0047】
(第3実施形態)
図5は本発明に係る第3実施形態の案内ロボットの構成図である。
【0048】
第3実施形態の案内ロボット1Bは、図5に示すように、走行部10と、入出力部11と、経路生成部12と、環境認識部13と、歩行状態検出部15と、制御部16とを第1実施形態と同様に備えているほか、第1実施形態との相違点として案内対象検出部14aを備えている。
【0049】
案内対象検出部14aは、広角レンズないし魚眼レンズのカメラ140aを備え、このカメラ140aで被案内者を撮像して得た画像からその被案内者の特徴を予め取得し、案内中はその取得した特徴をもとにカメラ140aから得られる画像から被案内者を特定するもの(画像処理装置)であり、カメラ140aの検出可能範囲であるフレーム画像内の範囲を、被案内者を特定するための検出範囲として設定する機能を有している。つまり、検出範囲をフレーム画像内の所定範囲に絞る機能が設けられているのである。
【0050】
このように、案内対象検出部14aの検出可能範囲内の範囲を、被案内者を特定するための検出範囲として設定することで、全フレーム画像から被案内者を特定するよりも、被案内者の検出精度および検出速度を高めることができる。これにより、被案内者の歩行状態に案内ロボット1Bを素早く対応させることが可能になり、また被案内者を誤って認識することを防止することができる。
【0051】
なお、広角レンズないし魚眼レンズを使用する構成に代えて、全方位ミラーを使用する構成にしてもよい。
【0052】
(第4実施形態)
図6は本発明に係る第4実施形態の案内ロボットの構成図、図7は図6中の案内対象検出部の検出範囲設定の説明図である。
【0053】
第4実施形態の案内ロボット1Cは、図6に示すように、走行部10と、入出力部11と、経路生成部12と、環境認識部13と、制御部16とを第3実施形態と同様に備えているほか、第3実施形態との相違点として、案内対象検出部14bと、第2実施形態と同様の歩行状態検出部15aとを備えている。
【0054】
案内対象検出部14bは、走行部10による走行速度および歩行状態検出部15aによって検出された被案内者との距離のうち少なくとも一方に応じて、カメラ140aの検出可能範囲であるフレーム画像内の範囲を検出範囲として設定する以外は第3実施形態の案内対象検出部14aと同様に構成される。第4実施形態では、図7に示すように、走行速度が初期速度よりも遅ければ、検出範囲は範囲R2に拡大され、走行速度が初期速度よりも速ければ、検出範囲は範囲R3に縮小される。これは、走行速度が速いと、案内が順調であり、被案内者が後方について来ていることになるため、検出範囲を縮小するのである。他方、走行速度が遅いと、案内が順調でなく、被案内者が後方について来ていないことになるため、検出範囲を拡大する。なお、図7中のR1は初期速度時の検出範囲である。
【0055】
このように、走行部10による走行状態および歩行状態検出部15aによって検出された歩行状態のうち少なくとも一方の状態に応じて、案内対象検出部14bの検出可能範囲内の範囲を検出範囲として設定することにより、被案内者の検出精度および検出速度を高めることができる。これにより、被案内者の歩行状態に案内ロボット1Cを素早く対応させることが可能になり、また被案内者を誤って認識することを防止することができる。
【0056】
なお、走行速度が初期速度よりも遅ければ、検出範囲を近方に設定し、走行速度が初期速度よりも速ければ、検出範囲を遠方に設定するようにしてもよい。
【0057】
(第5実施形態)
図8は本発明に係る第5実施形態の案内ロボットの構成図、図9は図8中の報知部が設けられる位置を示す図である。
【0058】
第5実施形態の案内ロボット1Dは、図8に示すように、走行部10と、入出力部11と、経路生成部12と、環境認識部13と、案内対象検出部14と、歩行状態検出部15と、制御部16とを第1実施形態と同様に備えているほか、第1実施形態との相違点として検出エリア表示部17を備えている。
【0059】
検出エリア表示部17は、図9に示すように、案内対象検出部14のカメラ140による被案内者Aを特定するための検出範囲R内にその被案内者Aが入っているかどうかを示す指示器であり、第5実施形態では、被案内者Aが検出範囲R内に入っていなければ見えない表示器により構成される。この検出エリア表示部17を構成する表示器は、指向性の強い光源であり、その光源の光の見える範囲が検出範囲Rとなるように設定されている。そして、例えば案内先の入力時に、被案内者Aに対してその光源の光の見える範囲内に入るようにしてついてくるようにという説明がなされる。
【0060】
このように、案内対象検出部14による被案内者Aを特定するための検出範囲R内にその被案内者Aが入っているかどうかを検出エリア表示部17が示すことにより、被案内者Aがその検出エリア表示部17によって検出範囲R内に入っていることを確認することができ、また検出範囲Rから出たとしてもその検出範囲R内に入ろうとするので、被案内者を間違わずに案内先まで誘導することができる。
【0061】
なお、第5実施形態では、検出エリア表示部17は、指向性の強い光源からなる表示器になっているが、これに限らず、例えば指向性のある音を発するスピーカなどでもよい。
【0062】
(第6実施形態)
図10は本発明に係る第6実施形態の案内ロボットの構成図、図11は図10中の報知部が設けられる位置およびその動作を示す図である。
【0063】
第6実施形態の案内ロボット1Eは、図10に示すように、走行部10と、入出力部11と、経路生成部12と、環境認識部13と、歩行状態検出部15と、制御部16とを第1実施形態と同様に備えているほか、第1実施形態との相違点として、案内対象検出部14cと、検出エリア表示部17aとを備えている。
【0064】
案内対象検出部14cは、被案内者を特定するための検出範囲内のどの位置で被案内者を抽出したかを示す位置情報をさらに報知部17aに出力する以外は第1実施形態の案内対象検出部14と同様に構成される。
【0065】
指示部17aは、案内対象検出部14cからの位置情報に応じて、図11に示すように、案内対象検出部14cによる被案内者Aを特定するための検出範囲Rにおけるその被案内者Aの位置を示すものであり、第6実施形態では、案内ロボット1Eの進行方向に対して左右に横長の表示器により構成される。
【0066】
このような構成の指示部17aによれば、被案内者Aは、案内対象検出部14cの検出範囲R内のどのあたりにいるかを視覚的に知ることができ、どれだけ左右にずれているかを認識することができるので、第5実施形態と同様に、被案内者を間違わずに案内先まで誘導することができる。
【0067】
(第7実施形態)
図12は本発明に係る第7実施形態の案内ロボットの構成図である。
【0068】
第7実施形態の案内ロボット1Fは、図12に示すように、走行部10と、入出力部11と、経路生成部12と、環境認識部13と、歩行状態検出部15と、制御部16とを第1実施形態と同様に備えているほか、第1実施形態との相違点として、案内対象検出部14dを備えている。
【0069】
案内対象検出部14dは、入出力部11における音声合成部113およびスピーカ114を利用して、被案内者を特定するための検出範囲内からその被案内者が出ないように指示を与える誘導機能をさらに有する以外は第1実施形態の案内対象検出部14と同様に構成される。上記誘導機能は、例えば、被案内者が検出範囲の端に位置する場合には、案内ロボット1Fの後方正面について来てくれるように、音声合成による言葉で誘導し、検出範囲内に被案内者を検出することができない場合には、検出範囲内に入るように音声合成による言葉で呼びかける処理が実行される。
【0070】
このように、案内対象検出部14dによる被案内者を特定するための検出範囲内からその被案内者が出ないように上記誘導機能が指示を与えることにより、被案内者を間違わずに案内先まで誘導することができる。
【0071】
(第8実施形態)
図13は本発明に係る第8実施形態の案内ロボットの構成図である。
【0072】
第8実施形態の案内ロボット1Gは、図13に示すように、走行部10と、入出力部11と、経路生成部12と、環境認識部13と、歩行状態検出部15とを第7実施形態と同様に備えているほか、第7実施形態との相違点として、案内対象検出部14eと、制御部16bとを備えている。
【0073】
案内対象検出部14eは、被案内者を特定するための検出範囲内からその被案内者が出て、被案内者が特定されないとき、停止信号を制御部16bに出力する一方、被案内者が再度特定されるに至ったとき、停止解除信号を制御部16bに出力する処理をさらに実行する以外は第7実施形態の案内対象検出部14dと同様に構成される。
【0074】
制御部16bは、第7実施形態との相違点として、案内対象検出部14eから停止信号を受信したとき、駆動制御を走行停止制御に切り替える処理をさらに実行する以外は走行制御部160と同様に構成される走行制御部160bを有している。
【0075】
このような構成の案内ロボット1Gでは、被案内者を特定するための検出範囲内からその被案内者が出て、被案内者が特定されないとき、停止信号が案内対象検出部14eから制御部16bの走行制御部160bに出力される。この後、走行制御部160が駆動制御を走行停止制御に切り替えるので、走行部10による走行が停止する。この後、検出範囲内に被案内者を検出することができないために、検出範囲内に入るように音声合成による言葉で呼びかけが行われ、被案内者が再度特定されるに至った場合には、案内走行が再開される。なお、所定時間を経過しても被案内者が検出範囲内に戻らない場合には、案内ロボット1Gを初期の位置(受付など)に帰るようにしてもよい。
【0076】
このように、案内対象検出部14eによる被案内者を特定するための検出範囲内からその被案内者が出て、案内対象検出部14eによって被案内者が特定されないとき、走行制御部160bが走行部10の駆動制御を走行停止制御とするので、見失った被案内者と離れすぎないようにすることができる。
【0077】
(第9実施形態)
図14は本発明に係る第9実施形態の案内ロボットの構成図である。
【0078】
第9実施形態の案内ロボット1Hは、図14に示すように、走行部10と、入出力部11と、経路生成部12と、環境認識部13と、歩行状態検出部15と、制御部16とを第1実施形態と同様に備えているほか、第1実施形態との相違点として、案内対象検出部14fを備えている。
【0079】
案内対象検出部14fは、カメラ140を備え、このカメラ140で被案内者を撮像して得た画像からその被案内者の特徴を予め取得し、案内中はその取得した特徴をもとにカメラ140から得られる画像から被案内者を特定するものである。具体的には、周囲の各物体について移動方向および移動速度の測定を行い、その各測定結果のうち、エンコーダ102および環境認識部13から得られる走行部10による走行状態と最も近い測定結果を与えた物体を被案内者として特定する処理が実行される。
【0080】
このような構成の案内ロボット1Hでは、案内対象検出部14fによって以下の処理が順次実行される。カメラ140の撮像により得られる周囲の各画像から移動物体を検出してその移動速度および移動方向を演算で求める処理が実行される。また、エンコーダ102からの信号により案内ロボット1Hの走行速度を演算で求め、地図上のどの地点にいてどの方向に進んでいるかを把握している環境認識部13からの信号により案内ロボット1Hの走行方向を求めることにより、走行部10による走行状態を取得する処理が実行される。そして、走行速度に対して速度差が最小の移動物体を求めるとともに、走行方向に対して角度差が最小の移動物体を求め、走行部10による走行状態と最も近い物体を被案内者として特定する処理が実行される。
【0081】
このように、周囲の各物体について移動方向および移動速度の各測定結果のうち走行部10による走行状態と最も近い測定結果を与えた物体を被案内者として特定することにより、複数の移動物体から、案内ロボット1Hについてくる被案内者を正確に特定することができる。
【0082】
(第10実施形態)
本発明に係る第10実施形態の案内ロボットは、第1実施形態と同様に構成される。第10実施形態の案内ロボットの案内対象検出部14も、第1実施形態と同様に、被案内者の特徴を予め取得し、その取得した特徴をもとに被案内者を特定する。第10実施形態の案内対象検出部14は、例えば、被案内者が案内ロボットの前に来て案内先を入力した時に、カメラ140によって撮像された画像から、被案内者の服装の色をその被案内者の特徴として取得し、走行中は、その取得した被案内者の特徴をもとに被案内者を特定する。なお、被案内者の服装の色に代えて、被案内者の顔、身長または体型をその被案内者の特徴として取得するようにしてもよい。
【0083】
このように、被案内者の特徴を予め取得し、その取得した特徴をもとに被案内者を特定することにより、複数の移動物体から、案内ロボットについてくる被案内者を正確に特定することができる。
【0084】
(第11実施形態)
図15は本発明に係る第11実施形態の案内ロボットに対して使用される認識表示具の模様を示す図である。
【0085】
本発明に係る第11実施形態の案内ロボットは、第1実施形態と同様に構成され、図15に示すような複数の色が塗られた模様の認識表示具18(カード)が案内対象検出部14による被案内者の特定に利用される。認識表示具18は、被案内者の胸に装着される。認識表示具18の数は1個でも複数個でもよい。第11実施形態の案内対象検出部14は、カメラ140によって撮像された画像から、被案内者の胸に装着された認識表示具18をその被案内者の特徴として取得し、走行中は、その取得した被案内者の特徴をもとに被案内者を特定する。
【0086】
このように、案内対象検出部14が、被案内者に装着される予め定めた認識表示具を利用してその被案内者を特定することにより、複数の移動物体から、案内ロボットについてくる被案内者を正確に特定することができる。
【0087】
なお、第11実施形態では、認識表示具として複数の色が塗られたカードが使用される構成になっているが、案内ロボットにレーザ発振器を設け、被案内者にその反射板を装着するようにしてもよい。あるいは案内ロボットに無線通信機を設け、被案内者にそれに対応する無線通信機を持たせるようにしてもよい。
【0088】
(第12実施形態)
本発明に係る第12実施形態の案内ロボットは、第1実施形態と同様に構成され、音声合成部113およびスピーカ114を通して被案内者と会話するようになっている。また、歩行状態検出部15によって案内中に被案内者の歩行速度および移動方向が検出される。第12実施形態では、制御部16の制御により、被案内者の歩行状態が案内ロボットの走行状態からずれるとき、音声合成部113およびスピーカ114を通して以下の内容で被案内者に声をかけながら、案内ロボットの走行状態を調整するように構成される。
【0089】
例えば、被案内者の歩行速度が案内ロボットの走行速度より遅いとき、案内ロボットの走行速度を落とし、「もうすこしゆっくりにしましょうか。」と声をかけ、「はい」という返答があったときは、案内ロボットの走行速度をさらに落とす一方、「はい」以外の返答や返答がなかったときは、「このくらいの速度でいいですか。」、「速すぎるときには速いといってください。」と声をかけ、現在の走行速度を維持する。
【0090】
案内ロボットの走行方向に対して被案内者の移動方向が所定値以上外れるときは、「こちらです。」と所定時間ごとに声をかける。
【0091】
被案内者を検出範囲内に確認できないときは、走行を停止して、「案内を続けましょうか。」、「案内を続けるときは画面に触れてください。」と声をかけ、被案内者が所定時間内にモニタの画面に触れられなければ、案内ロボットは初期の位置に帰る。
【0092】
このように、被案内者と会話する音声合成部113およびスピーカ114を備え、被案内者に声をかけることにより、被案内者に案内ロボットの動作の把握と案内ロボットヘの指令が容易となる。
【0093】
(第13実施形態)
図16は本発明に係る第13実施形態の案内ロボットの頭部前面を示す図である。
【0094】
本発明に係る第13実施形態の案内ロボット1Kは、第1実施形態と同様に構成され、タッチパネル(モニタ)110が当該案内ロボット1Kの頭部に設けられ、案内ロボットの走行方向を環境認識部13から得てモニタで示す進路表示機能が例えば制御部16に設けられる。第13実施形態では、図16の例に示すように、走行中にモニタの画面に目を表示し、その目玉を進行方向(図では左折)に合わせて移動させる。これにより、被案内者はその目玉の方向に顔を向けることで、走行方向を容易に認識することができる。
【0095】
このように、案内ロボットの走行方向を示すことにより、どの方向に進んでいくのかが分かるので、案内ロボットに追従するのが容易になる。
【0096】
なお、頭部を回す回転機構を首部に設け、進行方向に合わせて首部を軸に頭部を回転させるようにしてもよい。あるいは、案内ロボットの左右に腕を設け、進行方向に合わせて左右どちらかの腕を上げるようにしてもよい。
【0097】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項1記載の発明は、移動用の走行手段を有し、この走行手段を自律駆動して案内先まで移動することにより、その案内先まで被案内者を案内する自律走行型の案内ロボットであって、少なくとも前記案内先を入力するための入力手段と、この入力手段で入力された案内先までの経路を生成する経路生成手段と、前記被案内者を特定する案内対象検出手段と、この案内対象検出手段によって特定された被案内者の特徴の位置が時系列的に変化するのを追跡することによって、この被案内者の歩行速度およびその移動方向を検出する歩行状態検出手段と、前記経路生成手段によって生成された経路を、前記歩行状態検出手段によって検出された歩行速度およびその移動方向に応じて、前記走行手段の駆動制御を行う走行制御手段と、前記案内対象検出手段による前記被案内者を特定するための検出範囲内にその被案内者が入るように誘導する検出エリア表示手段とを備えるので、被案内者の歩行速度およびその移動方向に応じた案内が可能になり、これにより、被案内者の歩行速度に個人差があっても各個人に応じた速度で案内することができ、例えば案内中に被案内者が立ち止まるなどして案内を妨害する外乱が発生したとしても、被案内者を置き去りにすることなく案内先まで案内することができる。また、被案内者がその指示手段によって検出範囲内に入っていることを確認することができ、また検出範囲から出たとしてもその検出範囲内に入ろうとするので、被案内者を間違わずに案内先まで誘導することができる。
【0098】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の案内ロボットにおいて、周囲の空間形状を認識する環境認識手段を備え、前記走行制御手段は、前記環境認識手段によって認識された周囲の空間形状に応じて、前記走行手段の駆動制御を行うとともに、前記歩行状態検出手段によって検出された歩行速度およびその移動方向に応じて、前記走行手段による走行速度が変化するように前記走行手段の駆動制御を行うので、被案内者の歩行速度に個人差があっても各個人に応じた速度で案内することができ、例えば案内中に被案内者が立ち止まるなどして案内を妨害する外乱が発生したとしても、被案内者を置き去りにすることなく案内先まで案内することができる。
【0099】
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の案内ロボットにおいて、前記案内対象検出手段の検出可能範囲内の範囲を、前記被案内者を特定するための検出範囲として設定する検出範囲設定手段を備えるので、全検出可能範囲から被案内者を特定するよりも、被案内者の検出精度および検出速度を高めることができる。これにより、被案内者の歩行速度およびその移動方向に案内ロボットを素早く対応させることが可能になり、また被案内者を誤って認識することを防止することができる。
【0100】
請求項4記載の発明は、請求項3記載の案内ロボットにおいて、前記検出範囲設定手段は、前記走行手段による走行速度並びに前記歩行状態検出手段によって検出された歩行速度およびその移動方向のうち少なくとも一方に応じて、前記案内対象検出手段の検出可能範囲内の範囲を前記検出範囲として設定するので、被案内者の検出精度および検出速度を高めることができるから、被案内者の歩行速度およびその移動方向に案内ロボットを素早く対応させることが可能になり、また被案内者を誤って認識することを防止することができる。
【0102】
請求項5記載の発明は、請求項1または2記載の案内ロボットにおいて、前記案内対象検出手段による前記被案内者を特定するための検出範囲におけるその被案内者の位置を示す指示手段を備えるので、被案内者が案内対象検出手段の検出範囲内のどのあたりにいるかを知ることができ、検出範囲内に入るようにして案内を受けることができるから、被案内者を間違わずに案内先まで誘導することができる。
【0103】
請求項6記載の発明は、請求項1または2記載の案内ロボットにおいて、前記案内対象検出手段による前記被案内者を特定するための検出範囲内からその被案内者が出ないように指示を与える誘導手段を備えるので、被案内者が検出範囲を出ないようにしてついてくるようになるから、被案内者を間違わずに案内先まで誘導することができる。
【0104】
請求項7記載の発明は、請求項1または2記載の案内ロボットにおいて、前記走行制御手段は、前記案内対象検出手段による前記被案内者を特定するための検出範囲内からその被案内者が出て、前記案内対象検出手段によって前記被案内者が特定されないとき、前記走行手段の駆動制御を走行停止制御とするので、見失った被案内者と離れすぎないようにすることができる。
【0105】
請求項8記載の発明は、請求項1または2記載の案内ロボットにおいて、前記案内対象検出手段は、周囲の各物体について移動方向および移動速度の少なくとも一方の測定を行い、前記走行手段による走行方向および走行速度と最も近い測定結果を与えた物体を前記被案内者として特定するので、複数の移動物体から、案内ロボットについてくる被案内者を正確に特定することができる。
【0106】
請求項9記載の発明は、請求項1または2記載の案内ロボットにおいて、前記案内対象検出手段は、前記被案内者の特徴を予め取得し、その取得した特徴をもとに前記被案内者を特定するので、複数の移動物体から、案内ロボットについてくる被案内者を正確に特定することができる。
【0107】
請求項10記載の発明は、請求項1または2記載の案内ロボットにおいて、前記案内対象検出手段は、前記被案内者に装着される予め定めた認識表示具を利用してその被案内者を特定するので、複数の移動物体から、案内ロボットについてくる被案内者を正確に特定することができる。
【0108】
請求項11記載の発明は、請求項1または2記載の案内ロボットにおいて、前記被案内者と会話する会話手段を備えるので、被案内者に案内ロボットの動作の把握と案内ロボットヘの指令が容易となる。
【0109】
請求項12記載の発明は、請求項1または2記載の案内ロボットにおいて、案内ロボットの走行方向を示す進路表示手段を設けたので、どの方向に進んでいくのかが分かるから、案内ロボットに追従するのが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1実施形態の案内ロボットの構成図である。
【図2】本発明に係る第2実施形態の案内ロボットの構成図である。
【図3】図2中の走行制御部による制御動作の説明図である。
【図4】図2の案内ロボットについての各手順を示すフロー図である。
【図5】本発明に係る第3実施形態の案内ロボットの構成図である。
【図6】本発明に係る第4実施形態の案内ロボットの構成図である。
【図7】図6中の案内対象検出部の検出範囲設定の説明図である。
【図8】本発明に係る第5実施形態の案内ロボットの構成図である。
【図9】図8中の報知部が設けられる位置を示す図である。
【図10】本発明に係る第6実施形態の案内ロボットの構成図である。
【図11】図10中の報知部が設けられる位置およびその動作を示す図である。
【図12】本発明に係る第7実施形態の案内ロボットの構成図である。
【図13】本発明に係る第8実施形態の案内ロボットの構成図である。
【図14】本発明に係る第9実施形態の案内ロボットの構成図である。
【図15】本発明に係る第11実施形態の案内ロボットに対して使用される認識表示具の模様を示す図である。
【図16】本発明に係る第13実施形態の案内ロボットの頭部前面を示す図である。
【符号の説明】
1,1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1H 案内ロボット
10 走行部
11 入出力部
12 経路生成部
13 環境認識部
14,14a,14b,14c,14d,14e,14f 案内対象検出部
15,15a 歩行状態検出部
16,16a,16b 制御部
160,160a 走行制御部
17,17a 指示部
Claims (12)
- 移動用の走行手段を有し、この走行手段を自律駆動して案内先まで移動することにより、その案内先まで被案内者を案内する自律走行型の案内ロボットであって、
少なくとも前記案内先を入力するための入力手段と、
この入力手段で入力された案内先までの経路を生成する経路生成手段と、
前記被案内者を特定する案内対象検出手段と、
この案内対象検出手段によって特定された被案内者の特徴の位置が時系列的に変化するのを追跡することによって、この被案内者の歩行速度およびその移動方向を検出する歩行状態検出手段と、
前記経路生成手段によって生成された経路を、前記歩行状態検出手段によって検出された歩行速度およびその移動方向に応じて、前記走行手段の駆動制御を行う走行制御手段と、
前記案内対象検出手段による前記被案内者を特定するための検出範囲内にその被案内者が入るように誘導する検出エリア表示手段と
を備えることを特徴とする案内ロボット。 - 周囲の空間形状を認識する環境認識手段を備え、
前記走行制御手段は、前記環境認識手段によって認識された周囲の空間形状に応じて、前記走行手段の駆動制御を行うとともに、前記歩行状態検出手段によって検出された歩行速度およびその移動方向に応じて、前記走行手段による走行速度が変化するように前記走行手段の駆動制御を行う
ことを特徴とする請求項1記載の案内ロボット。 - 前記案内対象検出手段の検出可能範囲内の範囲を、前記被案内者を特定するための検出範囲として設定する検出範囲設定手段を備えることを特徴とする請求項1または2記載の案内ロボット。
- 前記検出範囲設定手段は、前記走行手段による走行速度並びに前記歩行状態検出手段によって検出された歩行速度およびその移動方向のうち少なくとも一方に応じて、前記案内対象検出手段の検出可能範囲内の範囲を前記検出範囲として設定することを特徴とする請求項3記載の案内ロボット。
- 前記案内対象検出手段による前記被案内者を特定するための検出範囲におけるその被案内者の位置を示す指示手段を備えることを特徴とする請求項1または2記載の案内ロボット。
- 前記案内対象検出手段による前記被案内者を特定するための検出範囲内からその被案内者が出ないように指示を与える誘導手段を備えることを特徴とする請求項1または2記載の案内ロボット。
- 前記走行制御手段は、前記案内対象検出手段による前記被案内者を特定するための検出範囲内からその被案内者が出て、前記案内対象検出手段によって前記被案内者が特定されないとき、前記走行手段の駆動制御を走行停止制御とすることを特徴とする請求項1または2記載の案内ロボット。
- 前記案内対象検出手段は、周囲の各物体について移動方向および移動速度の少なくとも一方の測定を行い、前記走行手段による走行方向および走行速度と最も近い測定結果を与えた物体を前記被案内者として特定することを特徴とする請求項1または2記載の案内ロボット。
- 前記案内対象検出手段は、前記被案内者の特徴を予め取得し、その取得した特徴をもとに前記被案内者を特定することを特徴とする請求項1または2記載の案内ロボット。
- 前記案内対象検出手段は、前記被案内者に装着される予め定めた認識表示具を利用してその被案内者を特定することを特徴とする請求項1または2記載の案内ロボット。
- 前記被案内者と会話する会話手段を備えることを特徴とする請求項1または2記載の案内ロボット。
- 案内ロボットの走行方向を示す進路表示手段を設けたことを特徴とする請求項1または2記載の案内ロボット。
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