JP3992026B2

JP3992026B2 - 自走ロボット

Info

Publication number: JP3992026B2
Application number: JP2004203657A
Authority: JP
Inventors: 博幸竹中
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2024-07-09
Also published as: US7166832B2; US20060006316A1; JP2006024128A

Description

本発明は、自走ロボットに関し、特に、セキュリティを確保するために使用される自走ロボットに関する。

従来の自走ロボット掃除機は、特許文献１に開示されるように、直流電圧を出力する充電及び電源部と、充電及び電源部から出力される直流電圧が入力されるマイクロプロセッサと、ユーザから動作条件及び動作命令が入力されて、動作条件および動作命令をマイクロプロセッサに出力するキー入力回路と、人体および愛玩動物の熱赤外線を感知し、その感知信号をマイクロプロセッサに出力する熱赤外線感知回路と、マイクロプロセッサから出力される駆動信号が入力されて前後動モータを回転させ、駆動輪を前方と後方中のいずれか一方に回転させる前後動作モータ駆動回路と、マイクロプロセッサから出力される駆動信号が入力されてステアリングモータを回転させ、駆動輪の進行方向を変更させるステアリングモータ駆動回路と、マイクロプロセッサから出力される超音波信号が入力されて超音波を送信する超音波送信回路と、超音波送信回路から送信された超音波が障害物に反射されてくる超音波を受信する超音波受信回路と、受信された信号に基づいてマイクロプロセッサから出力される駆動信号が入力されて掃除用モータを駆動させ、掃除を行う掃除用モータ駆動回路とを備える。

この発明によると、製品の製造費用を低下して掃除時間の短縮を図り、掃除能率を向上せしめることができる。

また、従来の移動ロボットシステムは、特許文献２に開示されるように、自立移動し作業を行う移動ロボットと、移動ロボットに作業指示を与える管理装置とを備え、移動ロボットは、外的または内的作用を受けたとき管理装置まで移動する制御装置と、管理装置との間で互いに情報の受け渡しを行う情報伝達装置とを有することを特徴とする。

この発明によると、移動ロボットの作業を途中で中断したい場合や最初から作業をやり直したい場合などに、移動ロボットは一旦管理装置まで移動してくるので、作業の途中でも容易に管理装置から移動ロボットに対して指示を伝えることができる。また、移動ロボットから管理装置に対しても、情報を伝えることができるので、移動ロボットが得た障害物などの周囲の状況などの情報を管理装置に伝達でき、管理装置は、その情報に応じてそれらに対応した指示または処理を行うことができる。

また、従来の人検出装置は、特許文献３に開示されるように、第１検知範囲内に人がいるか否かを検知する第１センサと、第１検知範囲より狭い第２検知範囲内に人がいるか否かを検知する第２センサとを有し、第１センサにて第１検知範囲内に人がいるか否かを検知した後に、第２センサにて第２検知範囲内に人がいることを検知することにより、当該人のいる方向を検知することを特徴とする。

この発明によると、当該人のいる方向を簡単に検出することができる。

しかし、特許文献１および特許文献２に開示された発明では、いずれも人体の動きを追尾して検出することが困難という問題点がある。その理由は、焦電センサが検知範囲内のどこに人がいるかを特定できない点にある。

特許文献３に開示された発明では、人体を追尾して撮像するという目的のためとしては、製作コストが高くなるという問題点がある。その理由は、人体を追尾して撮像する際に発生するノイズの影響を考慮していないという点にある。
特開平６−９８８４４号公報特開平１１−２８２５３３号公報特開２００２−３５０５５５号公報

本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、簡単な構成で人体を追尾し撮像できる自走ロボットを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のある局面にしたがうと、自走ロボットは、互いに異なる方向を向いており、かつ、熱源があることを検出する複数の焦電センサと、光軸上にあるものを撮像するカメラと、複数の焦電センサおよびカメラを同時に移動させる駆動装置と、駆動装置が停止したことを検出するロータリエンコーダと、駆動装置およびカメラを制御するための制御手段とを含む。制御手段は、熱源があることを複数の焦電センサのいずれか１つが検出すると、熱源があることを検出した焦電センサがあった方向にカメラの光軸が向くように、駆動装置を制御するための第１の制御手段と、駆動装置が停止したことをロータリエンコーダが検出した後、カメラがものを撮像するように、カメラを制御するための第２の制御手段と、カメラが撮像した画像のうち、周囲とのトーン差がしきい値を上回る部分を認識するための認識手段と、トーン差がしきい値を上回る部分の位置からカメラが撮像した画像の中心までの距離に基づいて、カメラの移動量を算出するための算出手段と、カメラの移動量に応じて駆動装置を制御するための手段と、カメラの移動量に応じて駆動装置を制御した後、カメラにものを撮像させるための制御を再度実施するように、第２の制御手段を制御するための手段とを含む。

すなわち、いずれかの焦電センサが熱源を検出した場合、熱源を検出した焦電センサの方向に移動してその熱源を撮像する。撮像手段が撮像した画像のうち、周囲とのトーン差がしきい値を上回る部分の位置から撮像手段が撮像した画像の中心までの距離に基づいて、移動手段が制御される。これにより、自走ロボットは、画像のうち周囲とのトーン差がしきい値を上回る部分の位置に基づいて追尾し、さらに撮像する。その結果、人体を特に的確に追尾し撮像できる自走ロボットを提供することができる。

本発明の他の局面にしたがうと、自走ロボットは、互いに異なる方向を向いており、かつ、熱源があることを検出するための複数の第１の検出手段と、光軸上にあるものを撮像するための撮像手段と、複数の第１の検出手段および撮像手段を同時に移動させるための移動手段と、移動手段が停止したことを検出するための第２の検出手段と、移動手段および撮像手段を制御するための制御手段とを含む。制御手段は、熱源があることを複数の第１の検出手段のいずれか１つが検出すると、熱源があることを検出した第１の検出手段があった方向に撮像手段の光軸が向くように、移動手段を制御するための第１の制御手段と、移動手段が停止したことを第２の検出手段が検出した後、撮像手段がものを撮像するように、撮像手段を制御するための第２の制御手段と、撮像手段が撮像した画像に基づいて、移動手段を制御するための移動制御手段と、撮像手段の移動量に応じて移動手段を制御した後、撮像手段にものを撮像させるための制御を再度実施するように、第２の制御手段を制御するための手段とを含む。

すなわち、いずれかの第１の検出手段が熱源を検出した場合、熱源を検出した第１の検出手段の方向に移動してその熱源を撮像する。さらに画像に基づいて追尾し、さらに撮像する。その結果、人体を追尾し撮像できる自走ロボットを提供することができる。

また、上述の移動制御手段は、認識手段と、位置制御手段とを含むことが望ましい。認識手段は、撮像手段が撮像した画像のうち、周囲とのトーン差がしきい値を上回る部分を認識する。位置制御手段は、トーン差がしきい値を上回る部分の位置に基づいて、移動手段を制御する。

すなわち、撮像手段が撮像した画像のうち、周囲とのトーン差がしきい値を上回る部分の位置に基づいて、移動手段が制御される。これにより、自走ロボットは、画像のうち周囲とのトーン差がしきい値を上回る部分の位置に基づいて追尾し、さらに撮像する。その結果、人体を追尾し撮像できる自走ロボットを提供することができる。

また、上述の位置制御手段は、算出手段と移動手段を制御するための手段とを含むことが望ましい。算出手段は、トーン差がしきい値を上回る部分の位置から撮像手段が撮像した画像の中心までの距離に基づいて、撮像手段の移動量を算出する。移動手段を制御するための手段は、撮像手段の移動量に応じて移動手段を制御する。

すなわち、トーン差がしきい値を上回る部分の位置から撮像手段が撮像した画像の中心までの距離に基づいて、移動手段が制御される。これにより、自走ロボットは、トーン差がしきい値を上回る部分の位置から撮像手段が撮像した画像の中心までの距離に基づいて追尾し、さらに撮像する。その結果、人体をさらに的確に追尾し撮像できる自走ロボットを提供することができる。

本発明に係る自走ロボットは、安価な構成で人体を追尾し撮像できる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態に係る自走ロボットについて説明する。

図１および図２を参照して、本実施の形態に係る自走ロボット１１０は、第１センサ１１２と、第２センサ１１４と、第３センサ１１６と、第４センサ１１８と、タイマ１２０と、メモリ１２２と、制御部１２６と、入力部１２８と、カメラ１３０と、蓄電池１３２と、走行部１３４とを含む。図１は、本実施の形態に係る自走ロボット１１０の外観図である。自走ロボット１１０は、ユーザが留守の家屋に第三者が侵入した場合、この第三者を追尾して撮像する、円盤型のロボットである。図１（Ａ）は、自走ロボット１１０の平面図、図１（Ｂ）は、自走ロボット１１０の底面図である。図２は、自走ロボット１１０の制御ブロック図である。

第１センサ１１２〜第４センサ１１８は、いずれも熱源（熱源は人体であることが多い）があることを検出して信号を出力する焦電センサである。第１センサ１１２は、自走ロボット１１０の左前の端に設けられている。第２センサ１１４は、自走ロボット１１０の左後ろの端に設けられている。第３センサ１１６は、自走ロボット１１０の右前の端に設けられている。第４センサ１１８は、自走ロボット１１０の右後ろの端に設けられている。これら４つのセンサが設けられる理由は、各々のセンサが熱源を検出できる範囲が、センサを中心とする１００度の範囲であるという点にある。タイマ１２０は、予め定められた時間が経過すると信号を出力する。メモリ１２２は、自走ロボット１１０の各部の制御に必要な情報を記憶する。照度センサ１２４は、自走ロボット１１０の周囲の明るさを検出する。照度センサ１２４は、周囲の明るさに応じた値を表す信号を、制御部１２６に出力する。制御部１２６は、自走ロボット１１０の各部を制御する。制御部１２６は、その制御に必要な演算をする装置でもある。入力部１２８は、信号の受信により、ユーザの操作を受付ける。カメラ１３０は、光軸上にあるものを撮像する。本実施の形態において、カメラ１３０は、ＣＣＤ素子（charge coupled device）を用いる装置である。カメラ１３０のレンズの前には、フィルタが設けられている。カメラ１３０は、照度センサ１２４が出力した値に応じて、そのフィルタを自動的に着脱する。これにより、カメラ１３０は、明るい場所では通常のデジタルカメラとして、暗い場所では赤外線カメラとして動作する。カメラ１３０は、自走ロボット１１０の正面に設けられる。蓄電池１３２は、電力を蓄える。走行部１３４は、自走ロボット１１０が走行する際の推進力を発生する。

走行部１３４は、モータ１６０と、駆動装置１６２と、ロータリエンコーダ１６４と、ジャイロセンサ１６６とを含む。モータ１６０は、電力を消費してロータを回転させる。駆動装置１６２は、ロータのトルクを床面に伝達する。これにより、自走ロボット１１０は、床面を走行する。駆動装置１６２は、第１センサ１１２〜第４センサ１１８およびカメラ１３０を同時に移動させる。ロータリエンコーダ１６４は、駆動装置１６２の回転に応じてパルスを発生する。本実施の形態におけるロータリエンコーダ１６４は、インクリメント型ロータリエンコーダである。発生したパルスは制御部１２６に出力される。このパルスの有無や単位時間あたりの数により、制御部１２６は、駆動装置１６２の速度を検出できる。これにより、ロータリエンコーダ１６４は、第１センサ１１２〜第４センサ１１８およびカメラ１３０が停止したことを検出することとなる。ジャイロセンサ１６６は、ロータリエンコーダ１６４から独立して、駆動装置１６２が回転しているか否かを検出する。すなわち、ジャイロセンサ１６６は、ロータリエンコーダ１６４と同様に、第１センサ１１２〜第４センサ１１８およびカメラ１３０が停止したことを検出することとなる。

駆動装置１６２は、起動輪（右）１７２と、従動輪１７４と、起動輪（左）１７６とを含む。起動輪（右）１７２および起動輪（左）１７６は、モータ１６０から機動力を受け、推進力を発生させるクローラである。従動輪１７４は、起動輪（右）１７２および起動輪（左）１７６の動きに追従する。従動輪１７４は、一定の方向を向くように固定して取付けられている。この場合、自走ロボット１１０の自転にともない、従動輪１７４は床上をすべることとなる。床上をすべる際の摩擦抵抗を軽減するため、従動輪１７４のエッジは丸く切欠かれ、樹脂製（本実施の形態の場合、車輪はナイロン製である。ただしウレタンなどであってもよい。）となっている。

図３を参照して、本実施の形態に係る自走ロボット１１０で実行されるプログラムは、侵入者の撮像に関し、以下のような制御構造を有する。

ステップ１００（以下、ステップをＳと略す。）にて、制御部１２６は、第１センサ１１２〜第４センサ１１８から信号を取得する。

Ｓ１０２にて、制御部１２６は、第１センサ１１２〜第４センサ１１８のいずれかが人体を検出したか否かを判断する。人体を検出したと判断した場合には（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４へと移される。もしそうでないと（Ｓ１０２にてＮＯ）、処理はＳ１００へと移される。

Ｓ１０４にて、制御部１２６は、第１センサ１１２だけが人体を検出したか否かを判断する。第１センサ１１２だけが人体を検出したと判断した場合には（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６へと移される。もしそうでないと（Ｓ１０４にてＮＯ）、処理はＳ１０８へと移される。Ｓ１０６にて、モータ１６０は、制御部１２６のＰＷＭ（Pulse-Width Modulation）制御により回転する。モータ１６０が回転すると、起動輪（右）１７２は後ろへの推進力を発生させる。起動輪（左）１７６は前への推進力を発生させる。自走ロボット１１０は、第１センサ１１２の方向へ向きを変える。

Ｓ１０８にて、制御部１２６は、第２センサ１１４だけが人体を検出したか否かを判断する。第２センサ１１４だけが人体を検出したと判断した場合には（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０へと移される。もしそうでないと（Ｓ１０８にてＮＯ）、処理はＳ１１２へと移される。Ｓ１１０にて、モータ１６０は、制御部１２６のＰＷＭ制御により回転する。モータ１６０が回転すると、起動輪（右）１７２は後ろへの推進力を発生させる。起動輪（左）１７６は前への推進力を発生させる。自走ロボット１１０は、第２センサ１１４の方向へ向きを変える。

Ｓ１１２にて、制御部１２６は、第３センサ１１６だけが人体を検出したか否かを判断する。第３センサ１１６だけが人体を検出したと判断した場合には（Ｓ１１２にてＹＥＳ）、処理はＳ１１４へと移される。もしそうでないと（Ｓ１１２にてＮＯ）、処理はＳ１１６へと移される。Ｓ１１４にて、モータ１６０は、制御部１２６のＰＷＭ制御により回転する。モータ１６０が回転すると、起動輪（右）１７２は前への推進力を発生させる。起動輪（左）１７６は後ろへの推進力を発生させる。自走ロボット１１０は、第３センサ１１６の方向へ向きを変える。

Ｓ１１６にて、制御部１２６は、第４センサ１１８だけが人体を検出したか否かを判断する。第４センサ１１８だけが人体を検出したと判断した場合には（Ｓ１１６にてＹＥＳ）、処理はＳ１１８へと移される。もしそうでないと（Ｓ１１６にてＮＯ）、処理はＳ１２０へと移される。Ｓ１１６にて、モータ１６０は、制御部１２６のＰＷＭ制御により回転する。モータ１６０が回転すると、起動輪（右）１７２は前への推進力を発生させる。起動輪（左）１７６は後ろへの推進力を発生させる。自走ロボット１１０は、第４センサ１１８の方向へ向きを変える。

Ｓ１２０にて、制御部１２６は、第１センサ１１２〜第４センサ１１８のうち２つ以上が人体を検出したか否かを判断する。２つ以上が人体を検出したと判断した場合には（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、処理はＳ１２４へと移される。もしそうでないと（Ｓ１２０にてＮＯ）、処理はＳ１００へと移される。

Ｓ１２２にて、制御部１２６は、駆動装置１６２が停止するのを待って信号を出力する。制御部１２６は、次の２つの要件のいずれかが満たされた場合に駆動装置１６２が停止したと判断する。第１の要件は、ロータリエンコーダ１６４が出力するパルスがなくなるという要件である。第２の要件は、ロータリエンコーダ１６４が出力するパルスに異常があり、かつジャイロセンサ１６６が駆動装置１６２の停止を検出したことという要件である。駆動装置１６２が停止したか否かの判断の際、ロータリエンコーダ１６４が検出した結果が、優先して参酌される。制御部１２６が信号を出力すると、カメラ１３０はその前にあるものを撮像する。カメラ１３０は、撮像した画像のデータを制御部１２６に出力する。制御部１２６は、画像のデータをメモリ１２２に記録する。これにより、制御部１２６は、ロータリエンコーダ１６４またはジャイロセンサ１６６が、熱源があることを検出した第１センサ１１２〜第４センサ１１８のいずれかがあった方向に光軸が向いた状態でカメラ１３０が停止したことを検出した後、カメラ１３０がものを撮像するように、カメラ１３０を制御することとなる。

Ｓ１２４にて、タイマ１２０は、予め定められた時間が経過した後、時間が経過した旨の信号を制御部１２６に出力する。信号が出力されるまで、制御部１２６は処理を停止する。これにより、制御部１２６は、ロータリエンコーダ１６４またはジャイロセンサ１６６が、熱源があることを検出した第１センサ１１２〜第４センサ１１８のいずれかがあった方向に光軸が向いた状態でカメラ１３０が停止したことを検出した後、予め定められた時間が経過するまで、熱源があることを前記第１センサ１１２〜第４センサ１１８が検出するか否かに関わらず第１センサ１１２〜第４センサ１１８を固定するように、駆動装置１６２を制御することとなる。本実施の形態の場合、「予め定められた時間」とは３秒のことである。３秒とした理由は、実験の結果から得た最適値（第１センサ１１２〜第４センサ１１８のいずれかが安定するための最小の時間のこと。第１センサ１１２〜第４センサ１１８を移動させた直後に誤動作が生じやすい原因は、熱源の揺らぎが生じる点にある。）が３秒であるという点にある。

Ｓ１２６にて、制御部１２６は、入力部１２８が監視を停止する旨の信号を受付けたか否かを判断する。監視を停止する旨の信号を受付けたと判断した場合には（Ｓ１２６にてＹＥＳ）、処理は終了する。もしそうでないと（Ｓ１２６にてＮＯ）、処理はＳ１００へと移される。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、自走ロボット１１０の動作について説明する。

自走ロボット１１０は、動作を停止した状態で侵入者の監視を開始する。制御部１２６は、第１センサ１１２〜第４センサ１１８から信号を取得する（Ｓ１００）。信号が取得されると、制御部１２６は、第１センサ１１２〜第４センサ１１８のいずれかが人体を検出したか否かを判断する（Ｓ１０２）。この場合、左前にある第１センサ１１２だけが人体を検出したとする。制御部１２６は、第１センサ１１２〜第４センサ１１８のいずれかが人体を検出したと判断するので（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、制御部１２６は、第１センサ１１２だけが人体を検出したか否かを判断する（Ｓ１０４）。この場合、第１センサ１１２だけが人体を検出したと判断するので（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、モータ１６０は、制御部１２６のＰＷＭ制御により回転する。これにより、制御部１２６は、熱源があることを第１センサ１１２〜第４センサ１１８のいずれか１つが検出すると、熱源があることを検出したそのセンサがあった方向にカメラ１３０の光軸が向くように、駆動装置１６２を制御することとなる。自走ロボット１１０の駆動装置１６２は、第１センサ１１２の方向（自走ロボット１１０の正面から見て左側）にスピン回転する（Ｓ１０６）。駆動装置１６２が回転し、停止し、制御部１２６が信号を出力すると、カメラ１３０はその前にあるものを撮像する（Ｓ１２２）。前にあるものが撮像されると、タイマ１２０は、予め定められた時間が経過した後、時間が経過した旨の信号を制御部１２６に出力する（Ｓ１２４）。これにより、駆動装置１６２がスピン回転した後、予め定められた時間が経過するまで、自走ロボット１１０の動きは停止する。このように停止する理由は、焦電センサが移動している場合、近くに熱源がなくても、周囲の熱の揺らぎを検出することによって、誤った信号を出力してしまう点にある。時間が経過した旨の信号が出力されると、制御部１２６は、入力部１２８が監視を停止する旨の信号を受付けたか否かを判断する（Ｓ１２６）。監視を停止する旨の信号を受付けるまで（Ｓ１２６にてＮＯ）、Ｓ１００〜Ｓ１２６の処理を繰返す。

以上のようにして、本実施の形態に係る自走ロボット１１０は、焦電センサを自走ロボットに複数個搭載し、自走ロボットが停止した状態で人体が検出されるのを待つ。いずれかのセンサが人体（ヒト以外の動物の場合もあり得る。以下同じ。第２の実施の形態も同じ。）を検出した場合、検出したセンサの方向に自ら回転してその人体を撮像する。続けて回転する場合、一定の間待ってから再び人体を検出する。すなわち、制御部１２６は、ロータリエンコーダ１６４が、熱源があることを検出した焦電センサがあった方向に光軸が向いた状態でカメラ１３０が停止したことを検出した後、３秒その他予め定められた時間が経過するまで、熱源があることを複数の焦電センサが検出するか否かに関わらず、複数の焦電センサを固定するように駆動装置１６２を制御する。これにより、わずか３秒停止するだけで、簡単な構成であっても、駆動装置１６２が複数の焦電センサを同時に移動させたことによるノイズの影響を特に的確に抑えつつ、カメラ１３０にものを撮像させることができる。その結果、簡単かつ安価な構成で人体を追尾し撮像できる自走ロボットを提供することができる。

なお、第１センサ１１２〜第４センサ１１８は、自走ロボット１１０の側面に設けられていてもよい。

また、第１センサ１１２〜第４センサ１１８は、焦電センサに限られない。この場合、Ｓ１２４おける「予め定められた時間」は、次の要件を満たす時間であればよい。その要件とは、第１センサ１１２〜第４センサ１１８の移動が終了した時から第１センサ１１２〜第４センサ１１８すべての出力が安定するまでの時間以上であるという要件である。

また、Ｓ１２４において、タイマ１２０は、次の要件が満たされた後、時間が経過した旨の信号を制御部１２６に出力してもよい。その要件とは、カメラ１３０が停止した後、第１センサ１１２〜第４センサ１１８のいずれかの出力が安定するという要件である。すなわち、制御部１２６は、ロータリエンコーダ１６４が、熱源があることを検出した焦電センサがあった方向に光軸が向いた状態でカメラ１３０が停止したことを検出した後、同じ構造を用いた２つ以上の焦電センサのいずれかの出力が安定するまで、熱源があることを複数の焦電センサが検出するか否かに関わらず、焦電センサを固定するように駆動装置１６２を制御する。このような要件を適用できる理由は、第１センサ１１２〜第４センサ１１８が、１点にある熱源を検出できるセンサが２つ以下となるように設置され、かつこれらのセンサの数が３つ以上であるという点にある。通常、侵入者は１名だけであることが多い。侵入者が１名であれば、その１名の侵入者を２つ以下のセンサが検知する場合、侵入者の存在を検出できないセンサが少なくとも１つある。このセンサの出力は、侵入者が発する熱の影響を受けない。このセンサの出力は、ほぼ熱の揺らぎを原因として生じる出力である。このことは、次のことを意味する。その第１は、ある１つのセンサの出力が安定化すれば、他のセンサの出力も安定化していると推定できることである。第２は、ある１つのセンサの出力が安定化した時点で他のセンサの出力が安定化していない場合、出力が安定化していない原因は熱源（すなわち侵入者）の存在にあるということである。その結果、第１センサ１１２〜第４センサ１１８のいずれかの出力が一定値になった直後に熱源の検出を開始すれば、駆動装置１６２が同じ構造を用いた複数の焦電センサを同時に移動させたことによるノイズの影響と誤動作を防ぎつつ素早く侵入者の存在を検知でき、カメラ１３０にものを撮像させることができる。

＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態に係る自走ロボットについて説明する。

本実施の形態に係る自走ロボット１１０のハードウェア構成については前述の第１の実施の形態と同じである。それらについての機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

図４を参照して、本実施の形態に係る自走ロボット１１０で実行されるプログラムは、侵入者の撮像に関し、以下のような制御構造を有する。なお、図４に示すフローチャートの中で、前述の図３に示した処理は同じステップ番号を付してある。それらの処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

Ｓ１３０にて、制御部１２６は、カメラ１３０が撮像した画像の中における人の顔を認識する。本実施の形態の場合、周囲の画素とのトーン差があるしきい値（自走ロボット１１０の設計者が任意に設定する値である）を上回る画素を抽出し、そのような画素の配置と楕円形とのテンプレートマッチングを実施し、一致度があるしきい値（これも自走ロボット１１０の設計者が任意に設定する値である）を上回る場合に、人の顔が写っていると判断する。その場合、顔の中心は、一致度がしきい値を超えた際のテンプレートの中心の座標にあるとみなす。本実施の形態の場合、テンプレートにおける楕円の大きさをさまざまに変え、画像認識が実施される。

Ｓ１３１にて、制御部１２６は、人の顔を認識できたか否かを判断する。人の顔を認識できたと判断した場合には（Ｓ１３１にてＹＥＳ）、処理はＳ１３２へと移される。もしそうでないと（Ｓ１３１にてＮＯ）、処理はＳ１３６へと移される。Ｓ１３２にて、制御部１２６は、画像の中の人の顔の中心と画像全体の中心との、座標の差を算出する。

Ｓ１３４にて、制御部１２６は、画像の中の人の顔の中心が、画像全体の縦の中心線上にくるようにモータ１６０を制御する。モータ１６０は、制御部１２６の制御に応じて自転する。このとき、侵入者との距離を測定し、自らが自転する角度φを算出する必要がある。それらの方法については後述する。

Ｓ１３６にて、制御部１２６は、入力部１２８が監視を停止する旨の信号を受付けたか否かを判断する。監視を停止する旨の信号を受付けたと判断した場合には（Ｓ１３６にてＹＥＳ）、処理は終了する。もしそうでないと（Ｓ１３６にてＮＯ）、処理はＳ１２２へと移される。

Ｓ１００〜Ｓ１１８の処理を経て、制御部１２６は、カメラ１３０が撮像した画像の中における人の顔を認識する（Ｓ１３０）。人の顔が認識されると、制御部１２６は、画像の中の人の顔の中心と画像全体の中心との、座標の差を算出する（Ｓ１３２）。座標の差が認識されると、制御部１２６は、画像の中の人の顔の中心が、画像全体の縦の中心線上にくるようにモータ１６０を制御する。モータ１６０は、制御部１２６の制御に応じて自転する（Ｓ１３４）。このとき、制御部１２６は、次の手順により侵入者との距離を測定し、必要な移動量（自走ロボット１１０が自転する角度φ）を算出する。

第１の手順は、最後に撮像した画像（第１の画像）における人の顔の中心の位置と、その画像を撮像する直前に撮像した画像（第２の画像）における人の顔の中心の位置との、座標の差（この場合、水平座標の差Ｃを用いる。）を算出する手順である。

第２の手順は、第１の画像を撮像する直前に自走ロボット１１０が自転した角度θ（この角度はメモリ１２２に記録されている）を、次の式に代入することにより、第２の画像を撮像した時点での自走ロボット１１０から侵入者までの距離Ｒを算出する手順である。

０．５Ｃ＝Ｒｓｉｎ（０．５θ）・・・（１）
第２の手順は、第２の画像を撮像した後に算出した距離Ｒ（この距離Ｒを「Ｒ（２）」と称する。）と第１の手順で算出した距離Ｒ（この距離Ｒを「Ｒ（１）」と称する。）とを、次の式に代入することにより、次に撮像する際の自走ロボット１１０から侵入者までの距離の推定値Ｒ（０）を算出する手順である。

第３の手順は、Ｓ１３２にて算出した水平座標の差Ｓと、推定値Ｒ（０）とを、次の式に代入することにより、自走ロボット１１０が自転する角度φを算出する手順である。

０．５Ｓ＝Ｒ（０）ｓｉｎ（０．５φ）・・・（２）
第４の手順は、次に角度ψなどを算出する際利用するために、第１の画像における人の顔の中心の座標と、距離Ｒ（１）と、角度φとをメモリ１２２に記録する手順である。なお、最初に角度φを算出する場合は、第１の手順および第２の手順を経ない。その代わり、第３の手順にて、予めメモリ１２２に初期値として記録した値を推定値Ｒ（０）とみなし、式（２）に代入して角度φを算出する。

角度φが算出されると、制御部１２６は、入力部１２８が監視を停止する旨の信号を受付けたか否かを判断する（Ｓ１３６）。監視を停止する旨の信号を受付けたと判断するまでは（Ｓ１３６にてＮＯ）、Ｓ１２２〜Ｓ１３６の処理を繰返す。

以上のようにして、本実施の形態に係る自走ロボットは、焦電センサを自走ロボットに複数個搭載し、自走ロボットが停止した状態で人体が検出されるのを待つ。いずれかのセンサが人体を検出した場合、検出したセンサの方向に自ら回転してその人体を撮像する。さらに画像認識により侵入者を認識し、追尾し、撮像する。その結果、安価な構成で人体を追尾し撮像できる自走ロボットを提供することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施の形態に係る自走ロボットの外観図である。本発明の第１の実施の形態に係る自走ロボットの制御ブロック図である。本発明の第１の実施の形態に係る自走ロボットの撮像処理の制御の手順を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態に係る自走ロボットの撮像処理の制御の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１１０自走ロボット、１１２第１センサ、１１４第２センサ、１１６第３センサ、１１８第４センサ、１２０タイマ、１２２メモリ、１２４照度センサ、１２６制御部、１２８入力部、１３０カメラ、１３２蓄電池、１３４走行部、１６０モータ、１６２駆動装置、１６４ロータリエンコーダ、１６６ジャイロセンサ、１７２起動輪（右）、１７４従動輪、１７６起動輪（左）。

Claims

互いに異なる方向を向いており、かつ、熱源があることを検出する複数の焦電センサと、
光軸上にあるものを撮像するカメラと、
前記複数の焦電センサおよびカメラを同時に移動させる駆動装置と、
前記駆動装置が停止したことを検出するロータリエンコーダと、
前記駆動装置および前記カメラを制御するための制御手段とを含み、
前記制御手段は、
前記熱源があることを前記複数の焦電センサのいずれか１つが検出すると、前記熱源があることを検出した焦電センサがあった方向に前記カメラの光軸が向くように、前記駆動装置を制御するための第１の制御手段と、
前記駆動装置が停止したことを前記ロータリエンコーダが検出した後、前記カメラがものを撮像するように、前記カメラを制御するための第２の制御手段と、
前記カメラが撮像した画像のうち、周囲とのトーン差がしきい値を上回る部分を認識するための認識手段と、
前記トーン差がしきい値を上回る部分の位置から前記カメラが撮像した画像の中心までの距離に基づいて、前記カメラの移動量を算出するための算出手段と、
前記カメラの移動量に応じて前記駆動装置を制御するための手段と、
前記カメラの移動量に応じて前記駆動装置を制御した後、前記カメラに前記ものを撮像させるための制御を再度実施するように、前記第２の制御手段を制御するための手段とを含む、自走ロボット。
互いに異なる方向を向いており、かつ、熱源があることを検出するための複数の第１の検出手段と、
光軸上にあるものを撮像するための撮像手段と、
前記複数の第１の検出手段および撮像手段を同時に移動させるための移動手段と、
前記移動手段が停止したことを検出するための第２の検出手段と、
前記移動手段および前記撮像手段を制御するための制御手段とを含み、
前記制御手段は、
前記熱源があることを前記複数の第１の検出手段のいずれか１つが検出すると、前記熱源があることを検出した第１の検出手段があった方向に前記撮像手段の光軸が向くように、前記移動手段を制御するための第１の制御手段と、
前記移動手段が停止したことを前記第２の検出手段が検出した後、前記撮像手段がものを撮像するように、前記撮像手段を制御するための第２の制御手段と、
前記撮像手段が撮像した画像に基づいて、前記移動手段を制御するための移動制御手段と、
前記撮像手段の移動量に応じて前記移動手段を制御した後、前記撮像手段に前記ものを撮像させるための制御を再度実施するように、前記第２の制御手段を制御するための手段とを含む、自走ロボット。
前記移動制御手段は、
前記撮像手段が撮像した画像のうち、周囲とのトーン差がしきい値を上回る部分を認識するための認識手段と、
前記トーン差がしきい値を上回る部分の位置に基づいて、前記移動手段を制御するための位置制御手段とを含む、請求項２に記載の自走ロボット。
前記位置制御手段は、
前記トーン差がしきい値を上回る部分の位置から前記撮像手段が撮像した画像の中心までの距離に基づいて、前記撮像手段の移動量を算出するための算出手段と、
前記撮像手段の移動量に応じて前記移動手段を制御するための手段とを含む、請求項３に記載の自走ロボット。