JP4326437B2

JP4326437B2 - ロボットの制御装置

Info

Publication number: JP4326437B2
Application number: JP2004263239A
Authority: JP
Inventors: 慎一松永; 信男檜垣; 孝裕大橋
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2024-09-10
Also published as: JP2006075948A

Description

本発明は、環境内の情報を参照しつつ自律的に移動するロボットの制御装置に関するものである。

ビデオカメラから得た視覚情報と、マイクロフォンから得た聴覚情報とに基づいて周囲の状況（環境）を認識し、自律的に移動するロボットが知られている。このような移動ロボットにおいて、例えばＣＣＤカメラで撮像した画像から特定の対象物を識別する場合、入力ゲインやホワイトバランス等の撮像感度に関わるパラメータの設定が適正画像を得る上に大きな影響を及ぼすため、光源の種類や明るさ等、環境に応じたパラメータの適切な設定が識別能力を高める上に重要である。

このようなパラメータの自動調整を実現するために、基準となる較正板を適時レンズの前に置いてホワイトバランスを調整するようにした撮像装置を、特許文献１において本出願人は提案している。
特開２００３−２８９５４６号公報

しかるに、特許文献１に記載の先行技術によると、ロボットが較正板を常時携行しなければならない上、撮像した画像に不備があった時に較正を実行するので、環境の変化に即応できないという欠点がある。

本発明は、このような従来技術の欠点を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、環境変化に対応した最適値に制御パラメータを速やかに変更することができるように構成され、特に周囲に人間の居る環境でその場に適した行動を自動的にロボットにとらせることのできるロボットの制御装置を提供することにある。

このような課題を解決するため、本発明によるロボットの制御装置は、環境情報取得手段（ビデオカメラ３やマイクロフォン４）と、現在位置検出手段（１５）と、移動領域内の通路や固定物の配置に関わる情報を記述した地図管理手段（７）とを備え、移動領域内の環境情報を参照しつつ自律的に移動するロボットの制御装置であって、前記環境情報取得手段として、カメラ（ビデオカメラ３）とマイクロフォン（４）の少なくとも何れか一方を有し、異なる環境に対応させて前記環境情報取得手段を最適制御するための環境に適合した制御パラメータを格納手段（９）に格納しており、前記現在位置検出手段からの信号に基づいて地図上の現在位置を特定すると共に、その位置に適合した制御パラメータを前記格納手段より検索し、検索された制御パラメータによって前記環境情報取得手段を制御する。

前記制御パラメータは、例えば、カメラの感度設定に関わるもの（請求項２）、マイクロフォンの感度設定に関わるもの（請求項３）、スピーカの出力設定に関わるもの（請求項４）、或いは当該ロボットが脚式歩行ロボットの場合は、前記制御パラメータは床面の状況に関わるもの（請求項５）である。

本発明によれば、環境に応じて予め採取した各種データに基づいて設定した制御パラメータを地図情報と連携させてロボットに与えることができるので、カメラやマイクロフォン等の入力感度特性やスピーカの出力特性、あるいはロボットの運動特性を、行く先々の環境に即座に適合させることができる。従って、目標物或いは目標音の識別能力を高めると共に、騒音の激しい環境下でも発話による伝達能力を高める上に大きな効果を奏することができる。また、既知の値によってロボットを制御し得るので、軽負担で高応答の制御を実現する上に多大な効果を奏することかできる。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１は、本発明が適用されるロボットの概略構成を示すブロック図である。このロボット１には、スピーカ２、ビデオカメラ３、及びマイクロフォン４が設けられており、ビデオカメラ３からの画像信号が画像処理部５に入力され、マイクロフォン４からの音声信号が音処理部６に入力され、適宜な合成音声生成手段で生成された音声信号がスピーカ２から出力される。

ビデオカメラ３は、モノクロまたはカラーの撮像素子を備えており、パン（左右方向）及びチルト（上下方向）動作がモータによって行われる。このビデオカメラ３からの画像出力は、フレームグラバーによってディジタル化され、連続または任意の間隔の２フレーム間の差分から動体が抽出される。また、左右一対のビデオカメラ３の画像から立体視して目標物までの距離情報が得られる。さらに画像情報からオプティカルフローに基づいて人の輪郭や移動体の位置を求め、人の顔を識別するための画像処理が行われる。

音処理部６では、暗騒音や残響成分を除去して目標音を抽出し易くすると共に、音の立ち上がり部分から、人が発する音声であるか、何らかの物体同士がぶつかり合う衝撃音であるかを推定する。また、一対のマイクロフォン４間の音圧差及び音の到達時間差に基づいて音源位置を特定する処理が行われる。

一方、このロボット１には、ロボットの行動範囲における通路や固定物の配置を記述した地図データを格納する地図データ管理部７と、ＩＤ・氏名・性別・生年月日・血液型などの一般情報、会社名・所属・役職・電話番号・メールアドレス・端末情報などの職業情報、及び顔認識のための顔データとからなる個人データを格納した個人データ管理部８と、地図を適宜に分画した領域毎の照明の種類、明るさ、平均騒音レベル、残響特性、床の硬さなどの環境データに基づく制御パラメータを格納したパラメータデータ管理部９とを備えたロボット支援サーバ１０からの各種情報が与えられる。

このロボット１は、画像、音、地図、環境、および個人の各情報を基に、タスク設定部１１がロボットの進行ルートを設定する。そしてタスク設定部１１は、ロボット１の行動様式を定義し、遂行すべき行動指令を行動制御部１２に発する。また、タスク設定部１１には、画像処理部５からの画像処理信号ならびに音処理部６からの音声信号が直接入力され、地図データ管理部７からの地図データを参照しつつロボット１の周辺の障害物の有無をチェックし、移動中に現れた障害物あるいは人などに衝突しないように、移動速度や移動経路の変更指示を行動制御部１２に発する。

タスク設定部１１には、キーボードやタッチパネルなどの入力デバイスと、液晶ディスプレーなどのモニタを備えたパーソナルコンピュータからなるユーザ端末１３が接続されている。これは、ロボット１の起動・停止・原点復帰などをオペレータが指示してロボット１を遠隔操作するためのユーザインターフェースとして用いられると共に、ビデオカメラ３の映像やマイクロフォン４からの音、あるいは制御パラメータの設定状況など、ロボット自体の作動状況の監視に用いられる。さらに、各種情報や制御パラメータの新規・更新登録をユーザーが任意に行うことができる。

行動制御部１２では、タスク設定部１１からの所定の動作指令に基づいて設定されたアクション指示値を手足関節部１４に設けられたアクチュエータなどに与え、ロボット１の運動を制御する。特に脚部は、歩幅および歩数（歩容）の指示を受け、それに基づいて脚関節部を制御する。

現在位置検出部１５は、ロボット１の方向転換角度や移動距離を検出し、これとジャイロコンパス、地磁気センサ、或いはガスレートセンサを用いた位置補正装置、もしくはＧＰＳ等からの検出値から、最新の自己位置を推定し、この現在位置データを地図データ管理部７を介してタスク設定部１１にフィードバックする。これによって目標地点と自己位置とを比較し、進路の補正を行う。

このロボット１は、図２に示したパラメータ設定処理を行って制御パラメータの最適化を自動的に行う。この処理は、タスク設定部１１を介して適宜なサンプリングタイムをおいて実行される。タスク設定部１１は、地図データ管理部７にロボットの現在位置データを入力させ（ステップ１）、それに応じて地図上での現在位置を特定させ（ステップ２）、且つその位置（環境）での最適な制御パラメータをパラメータデータ管理部９に検索させる（ステップ３）。そして制御パラメータが適切であるか否かを判別し（ステップ４）、更新する必要があればパラメータの変更指令を行動制御部１２に発し（ステップ５）、適切であれば現状を維持する（ステップ６）。

この制御パラメータは、地図上のエリアに対応して予め設定されており、例えばビデオカメラ３の入力ゲイン及びホワイトバランスは、天井や壁の色及び素材、あるいは窓の大きさや照明の種類などによって適正値が変わるので、エリア毎に実地に計測することでより一層適切な数値が得られる。これをパラメータデータ管理部９に格納しておき、必要に応じて天候や時刻で補正して用いれば良い。これにより、その場に応じた適正な画像信号が得られこととなる。

音声信号の場合も、周囲の残響特性や騒音レベルをエリア毎に実地に計測しておき、これに対応した入力ゲイン、ノイズフィルタの周波数応答特性などの各パラメータを設定し、これをパラメータデータ管理部９に格納しておくと共に、騒音レベルに対応したスピーカの出力レベルをパラメータデータ管理部９に格納しておく。これにより、騒音の中から注目音声を抽出し易くなると同時に、発話音量を高めて対話者への伝達確実性を高めることができる。

さらに、床の状態に関するデータを揃えておくと、例えば硬い床の領域を歩行する際には、着地衝撃が大きく且つ着地音も高くなるので、歩幅を狭めてすり足傾向とすれば、静粛性を高めた歩行が可能となり、また絨毯敷きの領域は、最大歩幅での歩行を許可しておくことで移動速度を高められるなど、自動的に最適な歩容に変更することができる。また床の状態が予め分かっていれば、床の状態が変化した地点で歩容を即座に変更することが可能となり、より安定した歩行を行うことが可能となる上、反力制御のフィードバック量を低減できるので、制御上のデータ処理の負担が軽くなる。

本発明装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の制御パラメータ設定処理に関わるフロー図である。

符号の説明

１ロボット
３ビデオカメラ
４マイクロフォン
７地図データ管理部
９パラメータデータ管理部
１５現在位置検出部

Claims

環境情報取得手段と、現在位置検出手段と、移動領域内の通路や固定物の配置に関わる情報を記述した地図管理手段とを備え、移動領域内の環境情報を参照しつつ自律的に移動するロボットの制御装置であって、
前記環境情報取得手段として、カメラとマイクロフォンの少なくとも何れか一方を有し、
異なる環境に対応させて前記環境情報取得手段を最適制御するための環境に適合した制御パラメータを格納手段に格納しており、
前記現在位置検出手段からの信号に基づいて地図上の現在位置を特定すると共に、その位置に適合した制御パラメータを前記格納手段より検索し、検索された制御パラメータによって前記環境情報取得手段を制御することを特徴とするロボットの制御装置。
前記制御パラメータは、前記カメラの感度設定に関わることを特徴とする請求項１に記載のロボットの制御装置。
前記制御パラメータは、前記マイクロフォンの感度設定に関わることを特徴とする請求項１に記載のロボットの制御装置。
スピーカを有し、前記格納手段は、異なる環境に対応させて前記スピーカを最適制御するための環境に適合した制御パラメータとして、前記スピーカの出力設定に関わる制御パラメータを格納しており、
前記現在位置検出手段からの信号に基づいて地図上の現在位置を特定すると共に、その位置に適合した制御パラメータを前記格納手段より検索し、検索された制御パラメータによって前記スピーカの出力を制御することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のロボットの制御装置。
当該ロボットが脚式歩行ロボットであり、前記格納手段は、異なる環境に対応させて前記スピーカを最適制御するための環境に適合した制御パラメータとして、床面の状況に関わる制御パラメータを格納しており、
前記現在位置検出手段からの信号に基づいて地図上の現在位置を特定すると共に、その位置に適合した制御パラメータを前記格納手段より検索し、検索された制御パラメータによって当該ロボットの運動機能を制御することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載のロボットの制御装置。