JP4271161B2

JP4271161B2 - ロボット装置、ロボット装置の旋回方法、及び、プログラム

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Inventors: 秀一中本; 薫鈴木
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Description

本発明は、床面などを移動するロボット装置に係り、ロボット装置側で備える機能で、床面のすべりの影響を補正しつつ、正確に指令角度分だけ旋回することのできるロボット装置、ロボット装置の旋回方法、および、プログラムに関する。

移動可能なロボット装置において、その移動方法について着目すると大きく２つに分類される。一つは、ロボット装置の移動を、レールなどのようにロボット装置本体の外部に道筋を設け、この道筋に沿って動くものであり、もう一つはこのような外部の道筋などのサポート無く、自分の脚や、車輪などロボット装置のみに備える移動機能で動くものである。

前者は、定まった道筋があるので正確に且つ容易に目標点への移動は制御でき、このようなロボット装置は、工場のライン作業などで、所定位置で同じ作業を行わせる場合に適している。しかし、このロボット装置は正確に移動できるものの被作業物が必ずしも正確には目標位置へ誘導できないものもあり、このような場合の解決方法の一つとして、ロボット装置にアームを搭載し、アームにカメラを付けて、ロボット装置の目標位置での被作業物を参照画像としてあらかじめ取り込んでおき、被作業物を撮像した画像が参照画像と一致するようにカメラの方向位置を微調整することにより、被作業物に対し、正確な位置姿勢となるようロボット装置を駆動する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

一方、後者は、床との接地面などで生じる摩擦やすべりなどの外的要因が生じるため、正確な値で制御しても実際にはずれが生じる。そのため、例えば車輪の回転量などの内界センサのみで制御すると実際の指示どおりには動かない。特に、ロボット装置の進行方向の変更時に、進行方向の向きが多少ずれるだけで、その後移動していくと位置に大きなずれが生じてしまう。
特開２００３−３０５６７６公報

上記した、前者のロボット装置は、ほぼ目的位置が定まっているため、目的位置での参照画像を予め取得しておき、これを利用することにより、正確な位置、方向にロボット装置を誘導することができる。

一方、後者のロボット装置においては、摩擦やすべりなどの外的要因を適切に補正し、正確に動作するものが望まれるが、この後者のロボット装置に、前者のロボット装置で利用されている前述した正確に位置を補正する技術を適用しようとすると、後者のロボット装置に特有な移動可能な領域に多数の点位置が存在することになり、その結果、多数の点位置に対応する画像を予め保持すること、及び、ロボット装置のその位置に対応する、保持した多数の点位置の中から一つの点位置を見つけ出すこと、の２点が現実的に困難を伴い、実現が難しかった。

そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、ロボット装置の移動機構と床面との摩擦やすべりなどの外的な影響を補正しつつ、正確に指令値分だけ回転駆動することのできるロボット装置、ロボット装置の旋回方法、および、プログラムを提供することを目的とする。

本発明は、移動面を並行移動する移動部であって、移動面に対し垂直な軸を回転軸とし、この回転軸を中心に移動面に対し回転可能な移動部と、移動面に対し水平方向に撮影する撮影装置を備え、前記回転軸を中心に前記移動部に対して回転可能に取り付けた撮影部とを備えるロボット装置において、前記ロボット装置を移動面に対して指令角度だけ旋回する要求を受けると、前記撮影装置で撮影を行い、撮影内容を記憶する記憶手段と、前記移動部に対する前記撮影部の回転角度を検出する検出手段と、前記指令角度が示す方向へ前記移動部を回転させるため、及び前記指令角度が示す方向と逆の方向へ前記撮像部を回転させるための共通の回転速度を示す値と、前記要求によるロボット装置の旋回中に、前記撮影装置で順次撮影し前記記憶手段に記憶された撮影内容と順次比較して得られる左右のずれを打ち消す方向へ前記移動部または前記撮影部の回転を補正する補正回転速度を示す値とに基づいて、前記移動部及び撮影部を回転する回転制御手段と、前記移動部及び前記撮影部とがそれぞれ回転中に、前記検出手段で検出された回転角度が前記指令角度と一致したときに、前記回転制御部での移動部及び前記撮影部の回転を停止させる通知を行う停止手段とを備えた。

また、本発明は、移動面を並行移動する移動部であって、移動面に対し垂直な軸を回転軸とし、この回転軸を中心に移動面に対し回転可能な移動部と、移動面に対し水平方向に撮影する撮影装置を備え、前記回転軸を中心に前記移動部に対して回転可能に取り付けた撮影部とを備えるロボット装置において、前記ロボット装置を移動面に対して指令角度だけ旋回する要求を受けると、前記撮影装置で撮影を行い、撮影内容を記憶する記憶手段と、前記移動部を回転させるために前記指令角度が示す方向へある回転速度を示す値を出力する第１回転制御手段と、前記撮影部を回転させるために前記指令角度が示す方向と逆の方向へ前記ある回転速度を示す値を出力する第２回転制御手段と、前記要求による前記ロボット装置の旋回中に、前記撮影装置で順次撮影し、前記記憶手段で記憶された撮影内容と順次、比較して左右のずれの方向を検出する第１検出手段と、前記第１検出手段で検出された左右のずれの方向と同じ方向へ予め定めた補正回転速度を示す値を出力する補正制御手段とを備えて、前記移動部にて前記第１回転制御手段からの回転速度と前記補正制御手段からの補正回転速度とに基づき回転を行うとともに、前記撮影部にて前記第２回転制御手段からの回転速度に基づき回転を行って旋回を行い、更に、前記移動部に対する前記撮影部の回転角度を検出する第２検出手段と、前記第２検出手段で検出された回転角度が、前記要求された指令角度と一致したときに、前記第１回転制御手段及び前記第２回転制御手段への回転を停止する停止手段とを備えた。

また、本発明は、移動面を並行移動する移動部であって、移動面に対し垂直な軸を回転軸とし、この回転軸を中心に移動面に対し回転可能な移動部と、移動面に対し水平方向に撮影する撮影装置を備え、前記回転軸を中心に前記移動部に対して回転可能に取り付けた撮影部とを備えるロボット装置において、前記ロボット装置を移動面に対して指令角度だけ旋回する要求を受けると、前記撮影装置で撮影を行い、撮影内容を記憶する記憶手段と、前記移動部を回転させるために前記指令角度が示す方向へある回転速度を示す値を出力する第１回転制御手段と、前記撮影部を回転させるために前記指令角度が示す方向と逆の方向へ前記ある回転速度を示す値を出力する第２回転制御手段と、前記要求による前記ロボット装置の旋回中に、前記撮影装置で順次撮影し、前記記憶手段で記憶された撮影内容と順次、比較して左右のずれの方向を検出する第１検出手段と、前記第１検出手段で検出された左右のずれの方向と反対方向へ予め定めた補正回転速度を示す値を出力する補正制御手段とを備えて、前記移動部にて前記第１回転制御手段からの回転速度に基づき回転を行うとともに、前記撮影部にて前記第２回転制御手段からの回転速度と前記補正制御手段からの補正回転速度とに基づき回転を行って旋回を行い、更に、前記移動部に対する前記撮影部の回転角度を検出する第２検出手段と、前記第２検出手段で検出された回転角度が、前記要求された指令角度と一致したときに、前記第１回転制御手段及び前記第２回転制御手段への回転を停止する停止手段とを備えた。

また、本発明は移動面を並行移動する移動部であって、移動面に対し垂直な軸を回転軸とし、この回転軸を中心に移動面に対し回転可能な移動部と、移動面に対し水平方向に撮影する撮影装置を備え、前記回転軸を中心に前記移動部に対して回転可能に取り付けた撮影部と、を備えるロボット装置の旋回方法において、前記ロボット装置は、前記移動面に対して指令角度だけ旋回する要求を受けると、前記撮影装置で撮影を行わせて、その撮影内容を記憶し、前記指令角度が示す方向へ前記移動部を回転させるため、及び前記指令角度が示す方向と逆の方向へ前記撮像部を回転させるための共通の回転速度を示す値と、前記要求によるロボット装置の旋回中に、前記撮影装置で順次撮影し前記記憶した撮影内容と順次比較して得られる左右のずれを打ち消す方向へ前記移動部または前記撮影部の回転を補正する補正回転速度を示す値とに基づいて、前記移動部及び撮影部を回転させ、前記移動部及び前記撮影部とがそれぞれ回転中に、前記移動部に対する前記撮影部の回転角度を検出し、前記検出手段で検出された回転角度が前記指令角度と一致したときに、前記移動部及び前記撮影部の回転を停止させるようにした。

また、本発明は移動面を並行移動する移動部であって、移動面に対し垂直な軸を回転軸とし、この回転軸を中心に移動面に対し回転可能な移動部と、移動面に対し水平方向に撮影する撮影装置を備え、前記回転軸を中心に前記移動部に対して回転可能に取り付けた撮影部とを備えるロボット装置の旋回方法において、前記ロボット装置は、前記移動面に対して指令角度だけ旋回する要求を受けると、前記撮影装置で撮影を行わせて、その撮影内容を記憶し、前記指令角度が示す方向へある回転速度を示す値と、前記要求による前記ロボット装置の旋回中に、前記撮影装置で順次撮影し、前記記憶手段で記憶された撮影内容と順次比較して左右のずれの方向を検出し、その検出された左右のずれの方向と同じ方向へ予め定めた補正回転速度を示す値とに基づき、前記移動部を回転させるとともに、前記指令角度が示す方向と逆の方向へ前記ある回転速度を示す値に基づき前記撮影部を回転させて、旋回を行い、前記移動部に対する前記撮影部の回転角度を検出させ、この検出された回転角度が、前記要求された指令角度と一致したときに、前記移動部への回転および前記撮影部への回転を停止させるようにした。

また、本発明は、移動面を並行移動する移動部であって、移動面に対し垂直な軸を回転軸とし、この回転軸を中心に移動面に対し回転可能な移動部と、移動面に対し水平方向に撮影する撮影装置を備え、前記回転軸を中心に前記移動部に対して回転可能に取り付けた撮影部とを備えるロボット装置の旋回方法において、前記ロボット装置は、前記移動面に対して指令角度だけ旋回する要求を受けると、前記撮影装置で撮影を行わせて、その撮影内容を記憶し、前記指令角度が示す方向へある回転速度を示す値に基づき、前記移動部を回転させるとともに、前記指令角度が示す方向と逆の方向へ前記ある回転速度を示す値と、前記要求による前記ロボット装置の旋回中に、前記撮影装置で順次撮影し、前記記憶手段で記憶された撮影内容と順次比較して左右のずれの方向を検出し、その検出された左右のずれの方向と同じ方向へ予め定めた補正回転速度を示す値とに基づき前記撮影部を回転させて、旋回を行い、前記移動部に対する前記撮影部の回転角度を検出させ、この検出された回転角度が、前記要求された指令角度と一致したときに、前記移動部への回転および前記撮影部への回転を停止させるようにした。

また、本発明は移動面を並行移動する移動部であって、移動面に対し垂直な軸を回転軸とし、この回転軸を中心に移動面に対し回転可能な移動部と、移動面に対し水平方向に撮影する撮影装置を備え、前記回転軸を中心に前記移動部に対して回転可能に取り付けた撮影部とを備えるロボット装置を動作させるためのコンピュータに実行させるプログラムであって、前記ロボット装置を移動面に対して指令角度だけ旋回する要求を受けると、前記撮影装置で撮影を行わせ、撮影内容をロボット装置の記憶部へ記憶する第１プログラムコードと、前記移動部に対する前記撮影部の回転角度を検出する第２プログラムコードと、前記指令角度が示す方向へ前記移動部を回転させるため、及び前記指令角度が示す方向と逆の方向へ前記撮像部を回転させるための共通の回転速度を示す値と、前記要求によるロボット装置の旋回中に、前記撮影装置で順次撮影し前記記憶部に記憶された撮影内容と順次比較して得られる左右のずれを打ち消す方向へ前記移動部または前記撮影部の回転を補正する補正回転速度を示す値とに基づいて、前記移動部及び撮影部を回転させる第３プログラムコードと、前記移動部及び前記撮影部とがそれぞれ回転中に、前記検出手段で検出された回転角度が前記指令角度と一致したときに、前記回転制御部での移動部及び前記撮影部の回転を停止させる通知を行う第４プログラムコードとを備えた。

また、本発明は、移動面を並行移動する移動部であって、移動面に対し垂直な軸を回転軸とし、この回転軸を中心に移動面に対し回転可能な移動部と、移動面に対し水平方向に撮影する撮影装置を備え、前記回転軸を中心に前記移動部に対して回転可能に取り付けた撮影部とを備えるロボット装置を動作させるためのコンピュータに実行させるプログラムであって、前記ロボット装置を移動面に対して指令角度だけ旋回する要求を受けると、前記撮影装置で撮影を行わせ、撮影内容をロボット装置の記憶部へ記憶する第１プログラムコードと、前記移動部を回転させるために前記指令角度が示す方向へある回転速度を示す値を出力する第２プログラムコードと、前記撮影部を回転させるために前記指令角度が示す方向と逆の方向へ前記ある回転速度を示す値を出力する第３プログラムコードと、前記要求による前記ロボット装置の旋回中に、前記撮影装置で順次撮影し、前記記憶部で記憶された撮影内容と順次、比較して左右のずれの方向を検出し、検出された左右のずれの方向と同じ方向へ予め定めた補正回転速度を示す値を出力する第４プログラムコードと、前記第２プログラムコードの実行による出力と前記第４プログラムコードの実行による出力とに基づき、前記移動部へ回転を行わせるとともに、前記撮影部にて前記第３プログラムコードの実行による出力に基づき前記撮影部を回転させて、前記ロボット装置の旋回を行っている最中に、前記移動部に対する前記撮影部の回転角度を検出する第５プログラムコードと、前記第５プログラムコードの実行で検出された回転角度が、前記要求された指令角度と一致したときに、前記第２プログラムコード、前記第３プログラムコード、及び、前記第３プログラムコードの実行を停止させる第６プログラムコードとを備えた。

また、本発明は、移動面を並行移動する移動部であって、移動面に対し垂直な軸を回転軸とし、この回転軸を中心に移動面に対し回転可能な移動部と、移動面に対し水平方向に撮影する撮影装置を備え、前記回転軸を中心に前記移動部に対して回転可能に取り付けた撮影部とを備えるロボット装置を動作させるためのコンピュータに実行させるプログラムであって、前記ロボット装置を移動面に対して指令角度だけ旋回する要求を受けると、前記撮影装置で撮影を行わせ、撮影内容をロボット装置の記憶部へ記憶する第１プログラムコードと、前記移動部を回転させるために前記指令角度が示す方向へある回転速度を示す値を出力する第２プログラムコードと、前記撮影部を回転させるために前記指令角度が示す方向と逆の方向へ前記ある回転速度を示す値を出力する第３プログラムコードと、前記要求による前記ロボット装置の旋回中に、前記撮影装置で順次撮影し、前記記憶部で記憶された撮影内容と順次、比較して左右のずれの方向を検出し、検出された左右のずれの方向と逆の方向へ予め定めた補正回転速度を示す値を出力する第４プログラムコードと、前記第２プログラムコードの実行による出力に基づき、前記移動部へ回転を行わせるとともに、前記第３プログラムコードの実行による出力と前記第４プログラムコードの実行による出力とに基づき、前記撮影部を回転させて、前記ロボット装置の旋回を行っている最中に、前記移動部に対する前記撮影部の回転角度を検出する第５プログラムコードと、前記第５プログラムコードの実行で検出された回転角度が、前記要求された指令角度と一致したときに、前記第２プログラムコード、前記第３プログラムコード、及び、前記第３プログラムコードの実行を停止させる第６プログラムコードとを備えた。

本発明によれば、ロボットの移動機構と床面のすべり、摩擦などの外的な影響を補正しつつ、正確に指令値分だけ駆動することができる。

以下、本発明に係るロボット装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態のロボット装置の外観を示しており、（ａ）は正面から見た図であり、（ｂ）は側面から見た図、（ｃ）は背面から見た図である。本実施の形態のロボット装置は、人間と類似した形状であって、図１中、１は顔部、２は本体、３はアーム部、４は移動部を示している。

顔部１は、音声を出力するスピーカ１１を含む口部５と、音声を入力するマイク１２を含む２つの耳部６と、移動平面に対し水平方向の外部の映像を撮影するカメラ１３を含む２つの目部７とを備えている。

本体２は、ロボット装置の中心的な部位であり、アーム部３、移動部４とそれぞれ回転機構を介して接続されており、また、本体２の内部には、ロボット装置の動作や情報処理などの制御全般を行うロボットシステム（後述）が内蔵されている。なお、ここでは、顔部１と本体２とは、説明の便宜上固定されているものとするが、駆動可能に接続されても良い。

アーム部３は、手や、幾つかの関節を備え、人間の型、腕、手に相当する動きを行うものである。

移動部４は、独立駆動可能な同じ大きさの車輪８を２つ備えており、ロボット装置が移動する床面（移動面）に対し、ロボット装置（の全体）を直進・後退したり左右へ方向を変えたり、更には左右の車輪を同じ速度で逆方向に回転することにより、車輪の中間点を中心に回転することもでき、人間の足に相当する働きをする。なお、２つの車輪８だけで直立不動することは、現実的には難しいので実際には直立不動をサポートする図示しないサポート部等を備えて実現すればよい。また、形状においてもこれに限るものではなく様々な形状であってよい。

以上のロボット装置の移動部４の２つの車輪間の中間点と、移動部４と本体２との間の回転機構の中心点とは、床面（移動面）に対し垂直な軸９が通るように配置されている。即ち、ロボット装置は、この軸９を中心とし床面に水平に、本体２と移動部４とが回転可能になっている。

図２は、ロボットシステムのシステム構成を示している。

ロボットシステム１０は、ロボット装置自身の動作や処理を決定するためのシステム制御部２１と、システム制御部２１で動作や処理を決定するための情報（以下、制御入力情報と称す）を供給したり、システム制御部２１で決定された動作や処理の指示情報（以下、制御出力情報と称す）を受けて実行したりするための各種サブシステム２２・・・２６とに大別される。

音声処理サブシステム２２は、Ａ／Ｄ変換やＤ／Ａ変換、音声認識、音声合成などの音声処理全般を行うものであって、マイク１１を介して入力された外界の音声のうち、システム制御部２１で必要とされる制御入力情報をシステム制御部２１へ供給したり、システム制御部２１や音声処理サブシステム２２の内部で生成したロボット装置が外界へ発する言葉、等をスピーカ１２を介して音声出力するための処理を行ったりするものである。また、音声処理サブシステム２２は、例えば、入力した音声認識が上手く出来なかった時に、システム制御部２１を介すことなく、音声合成を介して聞き返すといった音声出力を自動的に行う（音声処理サブシステム２２の内部で閉じて処理される）ような処理を含んでいても良い。

画像処理サブシステム２３は、カメラ１３から入力された画像を画像認識し、画像認識された情報のうちシステム制御部２１で必要とされる制御入力情報をシステム制御部２１へ供給するものである。また、画像処理サブシステム２３は、二つのカメラ１３を用いた三角測量法による撮像対象物の距離測定を行なう処理や、更に、画像処理サブシステム２３は、撮像対象の方向を常に追跡しつつ、撮影対象を撮像し続ける、従来より良く知られるトラッキング処理等の画像処理に係る様々な処理機能を備える。

アームサブシステム２４は、システム制御部２１から制御出力情報を受け取って、アーム部３の各関節の物理駆動量を決定しアーム部３を動作させるものである。本体サブシステム２５は、システム制御部２１から制御出力情報を受けたり、トラッキング処理機能から直接物理量を受け取って、移動部４に対する本体２の回転量を決定し本体２を回転動作させるものである。移動サブシステム２６は、システム制御部２１から制御出力情報を受け取って、各タイヤ８の一定時間内における回転量を決定し、各タイヤ８を回転動作させるものである。

システム制御部２１は、ロボット装置自身の動作や処理を決定するものであり、外界の状態（例えば音声や画像から得られた情報）や内部の状態（例えば、ロボット装置の姿勢、バッテリー残量、等）を制御入力情報として受け取って、例えば、予め定めたルールなどに従って一以上の動作や処理を決定し、それら動作や処理が可能な一以上のサブシステムへ制御出力情報として出力する。

なお、本実施の形態のロボット装置は、上記のサブシステム２２〜２６を備えるようにしたが、これらに限らず他に、例えば、無線機能や表示機能などが必要なロボット装置を提供する場合には、無線通信処理を行う無線サブシステムや、別途表示装置を取り付けるとともに表示制御を行う表示サブシステムなどを備えるようにすればよい。また、赤外線センサなどの、外界の状態を得るための各種センサを制御するサブシステムなどを備えていても良い。

次に、本実施の形態の動作について、図３乃至図５の処理フローを用いて説明する。

図３は、ロボット装置が、例えば、ユーザからの音声による指示により移動先の位置を与えられて移動する旨を決定すると、例えば、移動先までの経路を生成し、その経路に基づいて移動の実行を開始することを想定した、移動に係る全体の動作フローを示すものである。

まず、ロボット装置は、経路に基づいて、移動実行を行いつつ（Ｓ１０１）、逐次、移動終了か否か、即ち移動先に到達したか否か（Ｓ１０２）、および、旋回要求の有無、即ち、移動進行方向を変更するか否か（Ｓ１０３）を確認している。もし、移動先に到達していれば（Ｓ１０２のＮｏ）、移動が完了したことになり処理は終了する。もし、旋回要求があれば（Ｓ１０３のＹｅｓ）、ロボット装置は、移動を中断して静止し（Ｓ１０４）、旋回動作を実行することにより移動進行の方向を変更する（Ｓ１０５）。旋回動作の実行が完了すると、ステップＳ１０１へ戻り、移動実行を再開する。

なお、旋回要求は、例えば、予め作成された移動経路での移動中に方向変更する個所の到達時点にシステム制御部２１内から発行されたり、図示しない赤外線センサで壁などの障害物を検知した時に図示しない赤外線センササブシステムから発行されたり、ユーザから旋回する旨の音声指示を受けた時に音声処理サブシステム２２から発行されたり、など、実装形態により様々な場合に様々な処理部から生じることが考えられるものであり、これらに限るものではない。更に、以下の説明の便宜上、ここでは旋回要求には、旋回方向及び旋回角度をパラメータとして含んでいることとするが、この点も、実装形態により様々なバリエーションが考えられるため、これに限るものではない。

次に、ステップＳ１０５の旋回実行時の旋回動作の詳細について、以下に説明する。

図４は、旋回動作を行う際のシステム制御部２１の処理フローを示したものであり、図５は、旋回動作に係るサブシステムの処理フローに係るものであり、（ａ）は、画像処理サブシステム２３、（ｂ）は移動サブシステム２６、（ｃ）は胴回転サブシステム２５の処理フローを示している。

旋回動作を行うには、まず、システム制御部２１は、旋回要求に含まれる何れ（右／左）の方向に何度旋回するかを示すのパラメータを得て、得られたパラメータに基づき、旋回のための制御出力情報の生成を行う（Ｓ２０１）。本ロボットにおいては、旋回における制御出力情報として、画像処理サブシステム２３へのトラッキング、移動サブシステム２６への前記パラメータ中の方向を含む旋回指示、本体サブシステム２５への前記パラメータ中の方向及び指令角度を含む回転指示、の３つの制御出力情報が生成される。そして、これらの生成された制御出力情報は、対応する各サブシステム２３、２６、２５へ並列的に供給される（Ｓ２０２、Ｓ２０３、Ｓ２０４）。

制御出力情報が与えられた各サブシステム２３、２６、２５は、以下のように並列的に実行する。

画像処理サブシステム２３は、システム制御部２１から制御出力情報としてトラッキング指示が供給されると、カメラで画像を撮影（Ｓ３０１）して、これを基本画像として保持する（Ｓ３０２）。なお、画像の撮像の前に、もし、何らかの理由で本体２が移動部４の前面と異なる方向を向いていたら、本体２の前面を移動部４の前面と同じ方向に向かせる（デフォルト化）処理を行うような処理を備えていても良い。

次に、これ以降、本体サブシステム２５から旋回完了通知（後述）を受けるまで（Ｓ３０３のＮ）、定期的あるいは不定期的にカメラで画像を撮影し（Ｓ３０４）、基本画像と撮像した画像との比較を行って、基本画像に対して撮像画像が右にずれたか（Ｓ３０５）、左にずれたか（Ｓ３０７）を確認し、ずれた方向と逆方向を（Ｓ３０６、Ｓ３０８）、本体サブシステム２５へ通知する。

一方、移動サブシステム２６は、システム制御部２１から出力制御情報として方向を含む旋回指示が供給されると、本体サブシステム２５より旋回完了通知（後述）を受けるまで（Ｓ４０１のＮｏ）、旋回指示の方向に所定各速度で回転するよう左タイヤと右タイヤを同量ずつ、逆方向に回転することによりその位置で回転する。

一方、本体サブシステム２５は、システム制御部２１から出力制御情報として方向及び指令角度を含む回転指示が供給されると、指令角度を保持する（Ｓ５０１）。そして、移動部４に対して本体を前記所定角速度の正負を反転した角速度で、画像処理サブユニット２３から出力されたずれ方向に予め定めた前記角速度より十分小さい補正角速度（図上α）を加算して回転させ（Ｓ５０２）、旋回指示を受けてからの実際に回転した実回転角度を測定し（Ｓ５０３）、前記記憶した指令角度に一致するまで（Ｓ５０４Ｙ）、繰り返す。

指令角度になると、旋回完了通知を、画像処理サブシステム２３および移動サブシステム２５へ出力する（Ｓ５０５）。そして、本体２を指令角度だけ回転させる処理（デフォルト化）を行って（Ｓ５０６）、終了する。

この旋回完了通知により、画像処理サブシステム２３はステップ４０１により、および移動サブシステム２５はステップＳ５０１により、旋回処理を終了する。

以上のような処理動作を行う、本実施の形態のロボット装置の旋回動作の一例を図６および図７を用いて説明する。

本例は、ロボット装置１００の移動を上から見た図６（ａ）に示すように、ロボット装置１００が、床１０１上を、壁１０２に沿って地点１０４まで行き、左方向に９０度旋回し、壁１０３に沿って、更に進むことを想定している。また、実線の矢印１０６は、地点１０４でのロボット装置１００のカメラの方向（ロボット本体の前面）を示しており、このときの、カメラで撮像した場合の画像の例を図６（ｂ）に示している。なお、図６（ｂ）の画像から縦線分、ここでは壁１０２と壁１０３の境界線のみを抽出し、以降のずれ検出のための画像として利用することとする。また、点線の矢印１０７は、地点１０４に対応する壁１０３への垂直な個所から地点１０４を見ていることを示している。

図７の（ａ）は、ロボット装置１００が地点１０４まで移動してきたときに、旋回要求を受け付けて旋回動作の開始を行うときの、カメラの方向を上段、そのときの境界線の画像を中段、矢印１０７から見た、ロボット装置１００の本体と移動部４との近傍を示したものを下段に示している。なお、このときの中段は、基本画像として保持しておく。

図７の（ｂ）は、ロボット装置１００の旋回の実行中に、車輪のスリップによりずれが生じている場合の例を示しており、上段で示すようにカメラは（本体２は）本来の方向より右にずれており、その結果カメラから得られる画像は、中段に示すように基本画像より左側に境界線が生じている。また、下段に示すように、移動部は、右に旋回しているが一方本体は１０７から見ると、左に少しずれている。このときには、本体２には、通常の回転速度に右に補正角速度が加わって回転される。

図７の（ｃ）は、（ｂ）を過ぎて、更に旋回が行われ、旋回が終了した（測定した角度が指令角度になった）時点の図であり、上段で示すようにカメラは（本体２は）、本来の方向を見ており、その結果カメラから得られる画像は、中段に示すように基本画像と一致する（ずれのない）ものとなっており、また、下段に示すように、移動部４は、右に９０°旋回しているが一方本体２は１０７から見ると、正面を見ている。つまり、移動部４と本体２とは、正確に９０°の関係にあり、この時点では、移動部４は、旋回要求時から正確に９０°回転したといえる。

図７の（ｄ）は、（ｃ）の後、本体２を９０°回転させ、地点１０４で旋回動作が完了した図を示している。つまり。上段のカメラ方向は、９０°回転された方向を示し、画像の撮影は終了しているため中段は無く、下段は、（ｃ）に対して、本体も移動部４と同じ正面を向いていることを示している。

なお、上記実施の形態では、ずれに対する補正を、移動部４は定速度で本体２の回転速度に対し補正していたが、この逆で、本体２の回転速度を定速度にし、移動部４の回転速度に対し補正するようにしても良いことは勿論である。この場合には、例えば図５のステップＳ３０６、Ｓ３０８を逆（右左を逆）にし、ステップＳ５０２に±αを加算しているところを、移動サブシステム２６のステップＳ４０２，Ｓ４０３の左タイヤ駆動、右タイヤ駆動の駆動量を調節するようにすればよい。

以上説明してきた本実施の形態の処理フローは、例えば図８に示すような機能ブロック構成として示すことができる。

システム制御部２１は、今例えば右９０度旋回の旋回要求が来ると、出力制御情報として、右旋回、左９０度回転、トラッキングの各処理を並列実行する旨、生成する。右旋回は移動サブシステム２６へ、左９０度回転は本体サブシステム２５へ、トラッキングは、画像処理サブシステム２３へそれぞれ発行される。

画像処理サブシステム２３は、トラッキングをデコーダ３７でデコードすると、トラッキング処理部３８を駆動する駆動部４１へ動作開始を通知し、動作を開始させる。そして、トラッキング処理部３８は、画像取得部３９で画像を取得し、開始時の画像は基本画像保持部４０で画像を保持する。そして、開始時以降、適宜画像を取得し、基本画像保持部４０で記憶する画像と比較し、画像のずれがあれば、それを検出しずれ方向を示す値を本体サブシステム２５へ逐次供給する。

移動サブシステム２６は、右旋回の指令をデコーダ３１でデコードし、移動部４へタイヤの回転速度を出力する。ここで、右旋回の場合には、左タイヤモータへ正方向に、右タイヤモータへ負方向に等量で回転させるよう与えられる。

本体サブシステム２５は、左９０度回転をデコーダ３３でデコードすると９０度をレジスタ３４に格納し、本体回転部４２へ向かって回転速度を出力する。この回転速度に、スイッチ３５で、画像処理サブシステム２３からのずれ方向を示す値に基づき、予め定めた補正回転速度を加算あるいは減算するようスイッチすることにより、本体回転部４２の実際の回転速度が変更されて動く。また、この実際の回転速度を角度検出部３６で積算する。この積算された値が、レジスタ３４に格納される回転要求された角度９０度と一致すると、旋回要求時から正確に９０度右回転をおこなったこととなり、回転完了を通知する。

この通知は、システム制御部２１、移動サブシステム２６、画像処理サブシステム２３、本体サブシステム２５に与えられ、システム制御部２１は、旋回要求の実行が完了した旨を確認し、また、画像処理サブシステム２３、移動サブシステム２６は、動作を停止する。また、本体サブシステム２５は、旋回要求された９０°だけ、本体部を回転させることにより、ロボットを旋回要求時の姿に戻し、動作を停止する。

以上詳細に説明してきたように、本実施の形態のロボット装置は、旋回要求に対し旋回によるずれを簡単に補正し、正確に旋回を行うことができるようになった。

なお、移動部４に対する本体２の一度に回転可能な角度が小さくて一度で旋回しきれない場合には、回転可能な角度の範囲で、角度を分割して、繰り返し旋回を行うことにより、要求された旋回を実現すればよい。このようにすることにより、どのような指令角度で旋回要求を受けても対応できるようになる。

本実施の形態のロボット装置の外観を示した図。本実施の形態のロボット装置のロボットシステム１０のシステム構成を示した図。本実施の形態のロボット装置の移動動作を示すフローチャート。本実施の形態のロボット装置のシステム制御部の旋回動作を示すフローチャート。画像処理サブシステム２３、本体サブシステム２５、移動サブシステム２６の旋回動作を示すフローチャート。本実施の形態のロボット装置の旋回動作の一例を示す図本実施の形態のロボット装置の旋回動作の一例を示す図。本実施の形態の処理フローを機能ブロック構成として示した図。

符号の説明

１・・・顔部、２・・・本体、３・・・アーム部、４・・・移動部
５・・・口部、６・・・耳部、７・・・目部、８・・・車輪
１０・・・ロボットシステム、１１・・・スピーカ、１２・・・マイク、１３・・・カメラ
２１・・・システム制御部、２２・・・音声処理サブシステム
２３・・・画像処理サブシステム、２４・・・アームサブシステム
２５・・・本体サブシステム、２６・・・移動サブシステム
１００・・・ロボット装置、１０１・・・床、１０２、１０３・・・壁
３１、３３、３７・・・デコーダ、３４・・・レジスタ、３５・・・スイッチ
３６・・・角度検出部、３８・・・トラッキング処理部、３９・・・画像取得部
４０・・・基本画像保持部、４１・・・駆動部、４２・・・本体回転部

Claims

移動面を並行移動する移動部であって、移動面に対し垂直な軸を回転軸とし、この回転軸を中心に移動面に対し回転可能な移動部と、移動面に対し水平方向に撮影する撮影装置を備え、前記回転軸を中心に前記移動部に対して回転可能に取り付けた撮影部とを備えるロボット装置において、
前記ロボット装置を移動面に対して指令角度だけ旋回する要求を受けると、前記撮影装置で撮影を行い、撮影内容を記憶する記憶手段と、
前記移動部に対する前記撮影部の回転角度を検出する検出手段と、
前記指令角度が示す方向へ前記移動部を回転させるため、及び前記指令角度が示す方向と逆の方向へ前記撮像部を回転させるための共通の回転速度を示す値と、前記要求によるロボット装置の旋回中に、前記撮影装置で順次撮影し前記記憶手段に記憶された撮影内容と順次比較して得られる左右のずれを打ち消す方向へ前記移動部または前記撮影部の回転を補正する補正回転速度を示す値とに基づいて、前記移動部及び撮影部を回転する回転制御手段と、
前記移動部及び前記撮影部とがそれぞれ回転中に、前記検出手段で検出された回転角度が前記指令角度と一致したときに、前記回転制御部での移動部及び前記撮影部の回転を停止させる通知を行う停止手段とを備えたことを特徴とするロボット装置。
移動面を並行移動する移動部であって、移動面に対し垂直な軸を回転軸とし、この回転軸を中心に移動面に対し回転可能な移動部と、移動面に対し水平方向に撮影する撮影装置を備え、前記回転軸を中心に前記移動部に対して回転可能に取り付けた撮影部とを備えるロボット装置において、
前記ロボット装置を移動面に対して指令角度だけ旋回する要求を受けると、前記撮影装置で撮影を行い、撮影内容を記憶する記憶手段と、
前記移動部を回転させるために前記指令角度が示す方向へある回転速度を示す値を出力する第１回転制御手段と、
前記撮影部を回転させるために前記指令角度が示す方向と逆の方向へ前記ある回転速度を示す値を出力する第２回転制御手段と、
前記要求による前記ロボット装置の旋回中に、前記撮影装置で順次撮影し、前記記憶手段で記憶された撮影内容と順次、比較して左右のずれの方向を検出する第１検出手段と、
前記第１検出手段で検出された左右のずれの方向と同じ方向へ予め定めた補正回転速度を示す値を出力する補正制御手段とを備えて、
前記移動部にて前記第１回転制御手段からの回転速度と前記補正制御手段からの補正回転速度とに基づき回転を行うとともに、前記撮影部にて前記第２回転制御手段からの回転速度に基づき回転を行って旋回を行い、
更に、前記移動部に対する前記撮影部の回転角度を検出する第２検出手段と、
前記第２検出手段で検出された回転角度が、前記要求された指令角度と一致したときに、前記第１回転制御手段及び前記第２回転制御手段への回転を停止する停止手段とを備えたことを特徴とするロボット装置。
移動面を並行移動する移動部であって、移動面に対し垂直な軸を回転軸とし、この回転軸を中心に移動面に対し回転可能な移動部と、移動面に対し水平方向に撮影する撮影装置を備え、前記回転軸を中心に前記移動部に対して回転可能に取り付けた撮影部とを備えるロボット装置において、
前記ロボット装置を移動面に対して指令角度だけ旋回する要求を受けると、前記撮影装置で撮影を行い、撮影内容を記憶する記憶手段と、
前記移動部を回転させるために前記指令角度が示す方向へある回転速度を示す値を出力する第１回転制御手段と、
前記撮影部を回転させるために前記指令角度が示す方向と逆の方向へ前記ある回転速度を示す値を出力する第２回転制御手段と、
前記要求による前記ロボット装置の旋回中に、前記撮影装置で順次撮影し、前記記憶手段で記憶された撮影内容と順次、比較して左右のずれの方向を検出する第１検出手段と、
前記第１検出手段で検出された左右のずれの方向と反対方向へ予め定めた補正回転速度を示す値を出力する補正制御手段とを備えて、
前記移動部にて前記第１回転制御手段からの回転速度に基づき回転を行うとともに、前記撮影部にて前記第２回転制御手段からの回転速度と前記補正制御手段からの補正回転速度とに基づき回転を行って旋回を行い、
更に、前記移動部に対する前記撮影部の回転角度を検出する第２検出手段と、
前記第２検出手段で検出された回転角度が、前記要求された指令角度と一致したときに、前記第１回転制御手段及び前記第２回転制御手段への回転を停止する停止手段とを備えたことを特徴とするロボット装置。
前記ロボット装置本体を移動面に対して指令角度だけ旋回する要求を受けたとき、前記記憶手段に記憶するために前記撮影装置で撮影を行う前に、前記移動部に対して前記撮影部を予め定めた基準位置に回転させるとともに、
前記停止手段で前記第１回転制御手段及び前記第２回転制御手段を停止させた後、前記撮影部を前記指令角度だけ回転させるよう制御する基準位置回転手段を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のロボット装置。
移動面を並行移動する移動部であって、移動面に対し垂直な軸を回転軸とし、この回転軸を中心に移動面に対し回転可能な移動部と、移動面に対し水平方向に撮影する撮影装置を備え、前記回転軸を中心に前記移動部に対して回転可能に取り付けた撮影部と、を備えるロボット装置の旋回方法において、
前記ロボット装置は、
前記移動面に対して指令角度だけ旋回する要求を受けると、前記撮影装置で撮影を行わせて、その撮影内容を記憶し、
前記指令角度が示す方向へ前記移動部を回転させるため、及び前記指令角度が示す方向と逆の方向へ前記撮像部を回転させるための共通の回転速度を示す値と、前記要求によるロボット装置の旋回中に、前記撮影装置で順次撮影し前記記憶した撮影内容と順次比較して得られる左右のずれを打ち消す方向へ前記移動部または前記撮影部の回転を補正する補正回転速度を示す値とに基づいて、前記移動部及び撮影部を回転させ、
前記移動部及び前記撮影部とがそれぞれ回転中に、前記移動部に対する前記撮影部の回転角度を検出し、前記検出手段で検出された回転角度が前記指令角度と一致したときに、前記移動部及び前記撮影部の回転を停止させるようにしたことを特徴とするロボット装置の旋回方法。
移動面を並行移動する移動部であって、移動面に対し垂直な軸を回転軸とし、この回転軸を中心に移動面に対し回転可能な移動部と、移動面に対し水平方向に撮影する撮影装置を備え、前記回転軸を中心に前記移動部に対して回転可能に取り付けた撮影部とを備えるロボット装置の旋回方法において、
前記ロボット装置は、
前記移動面に対して指令角度だけ旋回する要求を受けると、前記撮影装置で撮影を行わせて、その撮影内容を記憶し、
前記指令角度が示す方向へある回転速度を示す値と、前記要求による前記ロボット装置の旋回中に、前記撮影装置で順次撮影し、前記記憶手段で記憶された撮影内容と順次比較して左右のずれの方向を検出し、その検出された左右のずれの方向と同じ方向へ予め定めた補正回転速度を示す値とに基づき、前記移動部を回転させるとともに、前記指令角度が示す方向と逆の方向へ前記ある回転速度を示す値に基づき前記撮影部を回転させて、旋回を行い、
前記移動部に対する前記撮影部の回転角度を検出させ、この検出された回転角度が、前記要求された指令角度と一致したときに、前記移動部への回転および前記撮影部への回転を停止させるようにしたことを特徴とするロボット装置の旋回方法。
移動面を並行移動する移動部であって、移動面に対し垂直な軸を回転軸とし、この回転軸を中心に移動面に対し回転可能な移動部と、移動面に対し水平方向に撮影する撮影装置を備え、前記回転軸を中心に前記移動部に対して回転可能に取り付けた撮影部とを備えるロボット装置の旋回方法において、
前記ロボット装置は、
前記移動面に対して指令角度だけ旋回する要求を受けると、前記撮影装置で撮影を行わせて、その撮影内容を記憶し、
前記指令角度が示す方向へある回転速度を示す値に基づき、前記移動部を回転させるとともに、前記指令角度が示す方向と逆の方向へ前記ある回転速度を示す値と、前記要求による前記ロボット装置の旋回中に、前記撮影装置で順次撮影し、前記記憶手段で記憶された撮影内容と順次比較して左右のずれの方向を検出し、その検出された左右のずれの方向と同じ方向へ予め定めた補正回転速度を示す値とに基づき前記撮影部を回転させて、旋回を行い、
前記移動部に対する前記撮影部の回転角度を検出させ、この検出された回転角度が、前記要求された指令角度と一致したときに、前記移動部への回転および前記撮影部への回転を停止させるようにしたことを特徴とするロボット装置の旋回方法。
移動面を並行移動する移動部であって、移動面に対し垂直な軸を回転軸とし、この回転軸を中心に移動面に対し回転可能な移動部と、移動面に対し水平方向に撮影する撮影装置を備え、前記回転軸を中心に前記移動部に対して回転可能に取り付けた撮影部とを備えるロボット装置を動作させるためのコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記ロボット装置を移動面に対して指令角度だけ旋回する要求を受けると、前記撮影装置で撮影を行わせ、撮影内容をロボット装置の記憶部へ記憶する第１プログラムコードと、
前記移動部に対する前記撮影部の回転角度を検出する第２プログラムコードと、
前記指令角度が示す方向へ前記移動部を回転させるため、及び前記指令角度が示す方向と逆の方向へ前記撮像部を回転させるための共通の回転速度を示す値と、前記要求によるロボット装置の旋回中に、前記撮影装置で順次撮影し前記記憶部に記憶された撮影内容と順次比較して得られる左右のずれを打ち消す方向へ前記移動部または前記撮影部の回転を補正する補正回転速度を示す値とに基づいて、前記移動部及び撮影部を回転させる第３プログラムコードと、
前記移動部及び前記撮影部とがそれぞれ回転中に、前記検出手段で検出された回転角度が前記指令角度と一致したときに、前記回転制御部での移動部及び前記撮影部の回転を停止させる通知を行う第４プログラムコードとを備えたことを特徴とするロボット装置を動作させるためのコンピュータに実行させるプログラム。
移動面を並行移動する移動部であって、移動面に対し垂直な軸を回転軸とし、この回転軸を中心に移動面に対し回転可能な移動部と、移動面に対し水平方向に撮影する撮影装置を備え、前記回転軸を中心に前記移動部に対して回転可能に取り付けた撮影部とを備えるロボット装置を動作させるためのコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記ロボット装置を移動面に対して指令角度だけ旋回する要求を受けると、前記撮影装置で撮影を行わせ、撮影内容をロボット装置の記憶部へ記憶する第１プログラムコードと、
前記移動部を回転させるために前記指令角度が示す方向へある回転速度を示す値を出力する第２プログラムコードと、
前記撮影部を回転させるために前記指令角度が示す方向と逆の方向へ前記ある回転速度を示す値を出力する第３プログラムコードと、
前記要求による前記ロボット装置の旋回中に、前記撮影装置で順次撮影し、前記記憶部で記憶された撮影内容と順次、比較して左右のずれの方向を検出し、検出された左右のずれの方向と同じ方向へ予め定めた補正回転速度を示す値を出力する第４プログラムコードと、
前記第２プログラムコードの実行による出力と前記第４プログラムコードの実行による出力とに基づき、前記移動部へ回転を行わせるとともに、前記撮影部にて前記第３プログラムコードの実行による出力に基づき前記撮影部を回転させて、前記ロボット装置の旋回を行っている最中に、前記移動部に対する前記撮影部の回転角度を検出する第５プログラムコードと、
前記第５プログラムコードの実行で検出された回転角度が、前記要求された指令角度と一致したときに、前記第２プログラムコード、前記第３プログラムコード、及び、前記第３プログラムコードの実行を停止させる第６プログラムコードとを備えたことを特徴とするロボット装置を動作させるためのコンピュータに実行させるプログラム。
移動面を並行移動する移動部であって、移動面に対し垂直な軸を回転軸とし、この回転軸を中心に移動面に対し回転可能な移動部と、移動面に対し水平方向に撮影する撮影装置を備え、前記回転軸を中心に前記移動部に対して回転可能に取り付けた撮影部とを備えるロボット装置を動作させるためのコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記ロボット装置を移動面に対して指令角度だけ旋回する要求を受けると、前記撮影装置で撮影を行わせ、撮影内容をロボット装置の記憶部へ記憶する第１プログラムコードと、
前記移動部を回転させるために前記指令角度が示す方向へある回転速度を示す値を出力する第２プログラムコードと、
前記撮影部を回転させるために前記指令角度が示す方向と逆の方向へ前記ある回転速度を示す値を出力する第３プログラムコードと、
前記要求による前記ロボット装置の旋回中に、前記撮影装置で順次撮影し、前記記憶部で記憶された撮影内容と順次、比較して左右のずれの方向を検出し、検出された左右のずれの方向と逆の方向へ予め定めた補正回転速度を示す値を出力する第４プログラムコードと、
前記第２プログラムコードの実行による出力に基づき、前記移動部へ回転を行わせるとともに、前記第３プログラムコードの実行による出力と前記第４プログラムコードの実行による出力とに基づき、前記撮影部を回転させて、前記ロボット装置の旋回を行っている最中に、前記移動部に対する前記撮影部の回転角度を検出する第５プログラムコードと、
前記第５プログラムコードの実行で検出された回転角度が、前記要求された指令角度と一致したときに、前記第２プログラムコード、前記第３プログラムコード、及び、前記第３プログラムコードの実行を停止させる第６プログラムコードとを備えたことを特徴とするロボット装置を動作させるためのコンピュータに実行させるプログラム。