JP4371153B2

JP4371153B2 - 自律移動装置

Info

Publication number: JP4371153B2
Application number: JP2007159444A
Authority: JP
Inventors: 謙一北浜
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2027-06-15
Also published as: US8234009B2; JP2008307658A; WO2008152511A2; WO2008152511A3; US20100063627A1

Description

本発明は、特定の人のそばについて自律的に移動する自律移動装置に関する。

従来、搬送物を自動的に目的地まで運搬するための自動搬送ロボットが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の自動搬送ロボットでは、搬送物をロボットの収納部に収納してロック部をロックした状態で指定目的位置に移動させ、指定目的位置へのロボットの到達確認と取扱登録者の確認が行われた場合に、ロック部の解除が行われる。これにより、取扱登録者は、ロボットの収納部内に収納してある搬送物を、指定目的位置で確実に取り出すことができる。
特開２００１−２８７１８３号公報

上記の自動搬送ロボットによれば、搬送物を自動的に目的地まで運搬することができる。しかしながら、人のそばについて移動しつつ、その人の安全を確保するように移動するということに関してはなんら考慮されていない。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、特定の人のそばについて自律的に移動する自律移動装置において、特定の人の安全を確保するように移動することが可能な自律移動装置を提供することを目的とする。

本発明に係る自律移動装置は、特定の人のそばについて自律的に移動する自律移動装置において、特定の人、及びその周囲の環境を認識する周囲環境認識手段と、周囲環境認識手段により認識された周囲環境に物体が存在した場合に、特定の人に対する当該物体の危険度を検出する危険度検出手段と、危険度検出手段により検出された危険度に基づいて、当該自律移動装置を移動させる移動手段と、を備え、移動手段は、基本位置として予め設定された特定の人に対する相対位置に基づいて、当該自律移動装置を移動させるとともに、危険度検出手段により検出された当該物体の危険度が低くなるほど当該基本位置に近くなるように、当該自律移動装置を移動させることを特徴とする。

本発明に係る自律移動装置によれば、特定の人のそばについて自律的に移動しつつ、周囲環境認識手段が認識した周囲環境に物体が存在した場合に、特定の人に対する当該物体の危険度を危険度検出手段が検出し、この危険度に基づいて、移動手段が当該自律移動装置を移動させる。これにより、自律移動装置は、特定の人のそばについて自律的に移動するとともに、特定の人に対する危険度を検出してこの危険度に基づいて移動する。このため、自律移動装置は、この危険度を考慮して、特定の人の安全を確保する移動を行うことができる。また、これにより、基本位置として予め設定された特定の人に対する相対位置に基づいて、移動手段は当該自律移動装置を移動させる。このため、自律移動装置は、予め設定された相対位置を基本位置としながら、特定の人のそばについて自律的に移動して、特定の人の安全を確保する移動を行うことができる。また、これにより、移動手段は、当該物体の危険度が低くなるほど基本位置に近くなるように、当該自律移動装置を移動させる。このため、自律移動装置は、特定の人にとっての危険度がより低い場合、特定の人にとっての基本位置として設定された相対位置により近い位置で、移動することができる。

本発明に係る自律移動装置は、特定の人のそばについて自律的に移動する自律移動装置において、特定の人、及びその周囲の環境を認識する周囲環境認識手段と、周囲環境認識手段により認識された周囲環境に物体が存在した場合に、特定の人に対する当該物体の危険度を検出する危険度検出手段と、危険度検出手段により検出された危険度に基づいて、当該自律移動装置を移動させる移動手段と、周囲環境認識手段により認識された周囲環境に物体が存在した場合に、当該物体と特定の人とが接触する可能性を有する危険位置を予測する危険位置予測手段と、危険位置予測手段により予測された危険位置の平均と、危険度検出手段により検出された当該物体の危険度の平均と、を算出する平均算出手段と、を備え、移動手段は、平均算出手段により算出された危険位置の平均と危険度の平均とに基づいて、当該自律移動装置を移動させるのが好ましい。

本発明に係る自律移動装置によれば、特定の人のそばについて自律的に移動しつつ、周囲環境認識手段が認識した周囲環境に物体が存在した場合に、特定の人に対する当該物体の危険度を危険度検出手段が検出し、この危険度に基づいて、移動手段が当該自律移動装置を移動させる。これにより、自律移動装置は、特定の人のそばについて自律的に移動するとともに、特定の人に対する危険度を検出してこの危険度に基づいて移動する。このため、自律移動装置は、この危険度を考慮して、特定の人の安全を確保する移動を行うことができる。また、これにより、周囲環境認識手段が認識した周囲環境に物体が存在した場合に、移動手段は、危険位置予測手段が予測した危険位置に基づいて、当該自律移動装置を移動させる。このため、自律移動装置は、この危険位置を考慮して、特定の人の安全をより確実に確保する移動を行うことができる。また、これにより、危険位置予測手段が予測した危険位置の平均と、危険度検出手段が検出した物体の危険度の平均と、に基づいて、移動手段は当該自律移動装置を移動させる。このため、自律移動装置は、危険位置の平均と物体の危険度の平均とを考慮して、特定の人の安全を確保する移動を行うことができる。

また、本発明に係る自律移動装置では、移動手段は、基本位置として予め設定された特定の人に対する相対位置に基づいて、当該自律移動装置を移動させるのが好ましい。

これにより、基本位置として予め設定された特定の人に対する相対位置に基づいて、移動手段は当該自律移動装置を移動させる。このため、自律移動装置は、予め設定された相対位置を基本位置としながら、特定の人のそばについて自律的に移動して、特定の人の安全を確保する移動を行うことができる。

また、本発明に係る自律移動装置では、周囲環境認識手段は、特定の人の視野域を推定して認識し、移動手段は、周囲環境認識手段により認識された特定の人の視野域と、危険度検出手段により検出された特定の人に対する当該物体の危険度と、に基づいて、当該自律移動装置を移動させるのが好ましい。

これにより、移動手段は、特定の人の視野域と特定の人に対する当該物体の危険度とに基づいて、当該自律移動装置を移動させる。このため、自律移動装置は、特定の人の視野域と物体の危険度とを考慮して、特定の人の安全を確保する移動を行うことができる。

また、本発明に係る自律移動装置では、移動手段は、危険度検出手段により検出された危険度が所定危険度より高い物体と、特定の人との間に、当該自律移動装置を移動させるのが好ましい。

これにより、移動手段は、危険度が所定危険度より高い物体と特定の人との間に、当該自律移動装置を移動させる。このため、自律移動装置は、危険度が所定危険度より高い物体が特定の人と接触することを防止して、特定の人の安全を確保する移動を行うことができる。

また、本発明に係る自律移動装置では、周囲環境認識手段は、物体と特定の人とが接触するまでの時間を推定して認識し、危険度検出手段は、周囲環境認識手段により認識された接触するまでの時間に基づいて、危険度を検出するのが好ましい。

これにより、危険度検出手段は、周囲環境認識手段により認識された接触するまでの時間に基づいて、危険度を検出する。このため、自律移動装置は、物体と特定の人とが接触するまでの推定された時間を考慮して、特定の人の安全を確保する移動を行うことができる。

本発明によれば、特定の人のそばについて自律的に移動しつつ、この特定の人の安全を確保するように移動することが可能となる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。

（１）自律移動装置の構成
まず、図１を用いて、本発明の実施形態に係る自律移動装置１の構成について説明する。図１は、自律移動装置１の構成を示すブロック図である。自律移動装置１は、この自律移動装置１を使用する特定の人（以下「主人」という）のそばについて、主人に追従するように、または主人を誘導するように自律的に移動する。また、自律移動装置１は、カメラ１０及び通信機１２などによって取得される情報から、主人及びその周囲環境を認識するとともに、認識された周囲環境に物体が存在した場合、主人に対するこの物体の危険度を検出する。そして、検出された危険度に基づいて、主人が物体と接触しそうな危険領域に進入するのを防止するように、自律移動装置１が主人のそばで移動する。なお、物体と主人とが接触しそうな危険な状況にあると判断された場合には、例えばスピーカ３０から警告音を発したり、バックライト３２を点灯させたりして主人やその周囲に注意を喚起しながら、車輪３６を駆動してこの物体と主人との間に移動する。

カメラ１０は、主人やその周囲環境の画像を取得する一対のＣＣＤカメラと、取得した画像を画像処理することによって主人及びその周囲の障害物や道路標識など（即ち周囲環境）を認識する画像処理部とを有している。この画像処理部では、一対のＣＣＤカメラで取得した画像からエッジ抽出やパターン認識処理などによって主人やその周囲の障害物や道路標識などを抽出して認識する。これにより、周囲環境に物体が存在するか否かの認識も可能となる。また、左右の取得画像中における主人などの対象物位置の違いを基にして三角測量方式により対象物との距離及び横変位を求め、前フレームで求めた距離に対する変化量から相対速度を求める。これにより、物体と主人とが接触するまでの時間の推定も可能となる。カメラ１０と後述する電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）２０とは通信回線で接続されており、カメラ１０により取得された情報は、この通信回線を介してＥＣＵ２０に伝送される。

通信機１２は、送信機１３及び受信機１４を含んで構成され、例えば、自律移動装置１の周囲にある他の自律移動装置、車両、及び交差点に設置されている信号機や道路に設置されているカメラ、レーダなどのインフラストラクチャとの間で情報を送受信するものである。送信機１３は、例えば、主人の位置・主人の視点の高さ・カメラ１０により推定された主人の視野域や視野角・主人の移動方向・移動速度・加速度などの情報を、他の自律移動装置や周辺を走行する車両などに送信する。

一方、受信機１４は、例えば、主人が携行する加速度センサやジャイロといったセンシング（検出）装置から送信された主人の移動状態に関する情報、他の自律移動装置から送信された他の歩行者の位置・主人の視点の高さ・カメラ１０により推定された主人の視野域や視野角・主人の移動方向・移動速度・加速度などの情報、周辺を走行する車両から送信された走行車両の位置・移動方向・移動速度・操作状態などの情報、周辺に停車されている車両から送信された停車車両の位置などの情報、及び、上述したインフラストラクチャから送信された信号機の点灯状態や交通状態などの情報を受信する。なお、通信機１２は、例えば半径約１００ｍの範囲で情報の送受信を行うことが可能に設定されている。

通信機１２とＥＣＵ２０とは、通信回線で接続されることにより、相互に情報の交換が可能となるように構成されている。ＥＣＵ２０で生成された送信情報はこの通信回線を介してＥＣＵ２０から送信機１３に伝送される。一方、受信機１４によって受信された各種の周囲環境情報は、この通信回線を介してＥＣＵ２０に伝送される。

このように、本実施形態では、カメラ１０及び通信機１２などによって主人及びその周囲の環境が認識される。より詳細には、例えば、主人の位置・主人の視点の高さ・主人の視野域や視野角・主人移動方向・移動速度・加速度、他の歩行者、主人と物体とが接触するまでの推定された時間、自転車や自動車などの位置・形状・移動方向・移動速度・加速度・操作状態、停車車両、電柱や落下物などの障害物の位置・形状、及び、信号機の点灯状態や道路標識などの交通状態などの周囲環境が認識される。また、例えば、物体の種類、質量や重量や材質などに関する属性も認識される。ここで、物体の種類に関する属性としては、例えば、大型車、小型車、二輪車、自転車などの分類が挙げられる。質量や重量に関する属性としては、重いか軽いか、また、材質に関する属性としては、表面が軟らかいか硬いかなどが挙げられる。すなわち、カメラ１０及び通信機１２は特許請求の範囲に記載の周囲環境認識手段として機能する。

ここで、主人であるか否かの認識は、例えば、主人−自律移動装置１間通信の通信情報に主人であることを示す個人ＩＤ情報を乗せることにより、または、撮像された人物が着ている衣服の形状や模様が予め学習させておいた主人のものと一致するか否かを判断することにより行うことができる。さらに、指紋や虹彩による認証技術などを組み合わせて用いてもよい。

ＥＣＵ２０は、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラムなどを記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ及び１２Ｖバッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭなどにより構成されている。そして、上記構成によって、ＥＣＵ２０の内部には、危険位置予測部２２、危険度検出部２４、平均算出部２５、及びアクチュエータ制御部２６が構築されている。アクチュエータ制御部２６は、スピーカ３０、バックライト３２、電動モータ３４、ディスプレイ４４などを駆動する。また、主人は、入力手段としての入力装置４２からアクチュエータ制御部２６に対して、後述の基本位置を予め入力して設定することができる。

まず、危険度検出部２４は、カメラ１０及び通信機１２などが認識した周囲環境に物体が存在したとカメラ１０及び通信機１２やＥＣＵ２０によって判断された場合に、主人に対するこの物体の危険度を検出する。ここで、物体の危険度とは、カメラ１０及び通信機１２などによって認識された、主人Ｂが接触した場合にこの物体によって与えられる危害の大きさを示すものである。物体の危険度は、例えば上記した物体の種類、質量や重量や材質などに関する属性に基づいて、検出される。

また、危険位置予測部２２は、カメラ１０及び通信機１２などが認識した周囲環境に物体が存在したとカメラ１０及び通信機１２やＥＣＵ２０によって判断された場合に、危険位置を予測する。ここで、危険位置とは、この物体と主人とが接触して交通事故などが発生する可能性を有する位置のことである。危険位置は、後述するように、例えば主人と物体との距離と主人に対する物体の相対的な移動速度とから、危険位置予測部２２によって予測される。

また、平均算出部２５は、平均危険位置と平均危険度を算出する。平均危険位置とは、危険位置予測部２２により物体ごとに予測された危険位置の平均のことである。また、平均危険度とは、危険度検出部２４により物体ごとに検出された当該物体の危険度の平均のことである。平均算出部２５による平均危険位置と平均危険度の算出方法については後述する。

すなわち、ＥＣＵ２０を構成する危険度検出部２４は特許請求の範囲に記載の危険度検出手段として機能する。また、危険位置予測部２２は特許請求の範囲に記載の危険位置予測手段として機能する。また、平均算出部２５は特許請求の範囲に記載の平均算出手段として機能する。また、アクチュエータ制御部２６及び電動モータ３４は特許請求の範囲に記載の移動手段として機能する。

また、アクチュエータ制御部２６は、危険位置予測部２２により予測された危険位置に基づいて、また、危険度検出部２４により検出された危険度に基づいて、主人が物体と接触しそうな危険領域に進入するのが防止するように、自律移動装置１を移動させる。これにより、危険位置や危険度を考慮して、主人の安全を確保するように自律移動装置１を移動させることができる。更に、アクチュエータ制御部２６は、平均算出部２５により算出された危険位置の平均と危険度の平均とにも基づいて、自律移動装置１を移動させてもよい。これにより、認識された物体を全て考慮して、主人の安全を確保するように自律移動装置１を移動させることができる。

また、アクチュエータ制御部２６は、後述するように、基本位置として予め設定された、主人に対する相対位置にも基づいて、自律移動装置１を移動させてもよい。この基本位置の入力は、上述の入力装置４２から主人によって予め行われ、この入力された基本位置に関する情報はアクチュエータ制御部２６に伝達される。これにより、通常時、自律移動装置１を、基本位置として予め設定された相対位置で移動させることができる。更に、アクチュエータ制御部２６は、危険度検出部２４により検出された当該物体の危険度が低くなるほど基本位置に近くなるように、自律移動装置１を移動させてもよい。これにより、主人に危険が迫っていない場合は、基本位置として予め設定された相対位置により近い位置で移動させることができる。即ち、主人に危険が迫っていない場合は、主人の好みに応じた相対位置により近い位置で移動させることができる。

また、アクチュエータ制御部２６は、後述するように、主人の視野域や視野角にも基づいて、自律移動装置１を移動させてもよい。主人の視点域や視野角は、カメラ１０などにより推定されて認識される。これにより、自律移動装置１は、例えば主人の視野域外や視野角外で移動することにより、主人が気づかない物体と主人との接触を防止するように移動して、主人の安全を確保することができる。更に、アクチュエータ制御部２６は、危険度検出部２４により検出された危険度が所定危険度より高い物体と主人との間に、自律移動装置１を移動させてもよい。これにより、物体と主人との接触を防止するように移動して、主人の安全を確保することができる。

スピーカ３０はＥＣＵ２０に接続されており、アクチュエータ制御部２６から出力される制御信号に応じて、警告音や音声情報などを発することによって主人や周囲に注意を促す。バックライト３２もＥＣＵ２０に接続されており、アクチュエータ制御部２６により駆動され、例えば危険度に応じた色の光を発することによって主人や周囲に注意を促す。また、電動モータ３４もＥＣＵ２０に接続されており、アクチュエータ制御部２６により駆動され、電動モータ３４に取り付けられている車輪３６を回転させることによって自律移動装置１を移動させる。さらに、ＥＣＵ２０には、ボタンやタッチパネルといった入力装置４２が接続されており、主人が後述の基本位置を入力してＥＣＵ２０に対して設定することができる。

（２）自律移動装置の動作の全体的な概要
次に、図２を併せて参照して、主人の安全を確保するように移動する自律移動装置１内部の動作の流れについて説明する。図２は、自律移動装置１において行われる処理手順の流れを示すフローチャートである。図２のフローチャートに示される処理は、主としてＥＣＵ２０によって行われるものであり、自律移動装置１の電源がオンされて開始してからオフされるまでの間、所定のタイミングで繰り返し実行される。

まず、最初のステップＳ１では、主人の位置・移動速度・加速度などを含む主人の状況およびその周囲環境が、カメラ１０及び通信機１２などによって認識される。そしてステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、ステップＳ１で認識された周囲環境に物体が存在した場合に、危険位置予測部２２によって各物体ごとに危険位置が予測され、また、危険度検出部２４によって各物体ごとに危険度が算出される。そしてステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、ステップＳ２で検出された危険位置の平均である平均危険位置と、危険度の平均である平均危険度とが、平均算出部２５によって算出される。そしてステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、ステップＳ３で算出された平均危険位置と平均危険度とに基づいて、主人に対する相対的な移動方向をＥＣＵ２０が決定する。主人に対する相対的な移動方向の決定方法については後述する。そしてステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、ステップＳ３で算出された平均危険度から、自律移動装置１が主人との間で保つ離間距離をＥＣＵ２０が算出する。この離間距離の算出方法については後述する。そしてステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、ステップＳ４で算出された移動方向と、ステップＳ５で算出された主人との離間距離とに基づいて、主人に対する相対位置にアクチュエータ制御部２６が自律移動装置１を移動させる。移動方向と距離とに基づく移動については後述する。そしてステップＳ１に戻る。

（３）平均危険位置と平均危険度の算出方法
次に、図３を併せて参照して、平均危険位置と平均危険度の算出方法の一例について説明する。主人Ｂに対する基本位置に、自律移動装置１が位置している。また、この主人Ｂの周辺に、例えば３つの物体Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３が位置しており、カメラ１０及び通信機１２などがこれら物体の存在を認識している。物体Ｍ１と主人Ｂとが接触する可能性を有する危険位置、すなわち主人Ｂからみた物体Ｍ１の相対位置Ｐ１を、（ｘ_１，ｙ_１）と表す。なお、主人が移動する面をｘｙ平面として仮想し、主人から見て真正面の方向をｙ軸とし、主人から見て真横の方向をｘ軸としている。同様に、主人Ｂからみた物体Ｍ２の相対位置Ｐ２を（ｘ_２，ｙ_２）と表し、主人Ｂからみた物体Ｍ３の相対位置Ｐ３を（ｘ_３，ｙ_３）と表す。また、危険度検出部２４によって検出された物体Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３のそれぞれの危険度は、Ｄ_１，Ｄ_２，Ｄ_３である。

ここで、自律移動装置１は、平均危険位置Ｐａに平均危険度Ｄａの仮想物体Ｍａが存在すると認識して自律的に移動する。仮想物体は、主人Ｂの周辺の物体全ての危険位置および危険度が考慮された仮想の物体である。危険度検出部２４によって検出される危険度Ｄ_１〜Ｄ_３の平均危険度Ｄａは数式（１）によって求められる。通常、ｉに１が代入され、Ｎに物体の総数（ここでは３）が代入される。また、平均算出部２５によって算出される平均危険位置Ｐａを（ｘ_ａ，ｙ_ａ）と表すとすると、（ｘ_ａ，ｙ_ａ）は数式（２）によって求められる。更に、ステップＳ５でＥＣＵが離間距離ｄを算出する際に用いられる、各物体との平均距離Ｌａは数式（３）によって求められる。

（４）主人の移動状態を考慮した算出方法
次に、図４を併せて参照して、主人Ｂの移動状態を考慮した平均危険位置と平均危険度の算出方法の一例について説明する。移動中または停止中の主人Ｂに対する相対的な基本位置に、自律移動装置１が位置している。また、この主人Ｂの周辺に、仮想物体Ｍｂが相対的に位置しているとする。仮想物体は、主人Ｂの周辺の物体（図示せず）全ての危険位置および危険度が考慮された仮想の物体である。主人Ｂの移動状態の一例として、図４に示す白矢印の方向に移動しているとする。ここで、主人Ｂの相対的な移動の速度ベクトル（又は加速度ベクトル）をＶ（加速度ベクトルの場合はＡ）とする。

仮想物体Ｍｂに対する主人Ｂの相対的な移動状態を考慮した平均危険位置を算出する場合は、速度ベクトルＶ（又は加速度ベクトルＡ）を主人Ｂから見て仮想物体Ｍｂ方向に分解した分解成分Ｃｂを用いる。主人Ｂに対して仮想物体Ｍｂが図４に示す位置関係にあるとき、仮想物体Ｍｂ方向の分解成分Ｃｂは物体Ｍｂに近づく方向にある。同様に、主人Ｂに対して仮想物体Ｍｃが図４に示す位置に相対的に位置する場合、仮想物体Ｍｃ方向の分解成分Ｃｃは物体Ｍｃから遠ざかる方向にある。

ここで、カメラ１０及び通信機１２などが、速度ベクトルＶ（又は加速度ベクトルＡ）の分解成分Ｃｂを用いて、仮想物体Ｍｂと主人Ｂとが接触するまでの時間を推定する。例えば、主人Ｂの速度ベクトルの大きさが一定であれば、この接触するまでの時間は、各物体との平均距離Ｌｂをこの速度ベクトルＶの大きさで除した値となる。そして、危険度検出部２４は、算出されたこの接触するまでの時間に基づいて、危険度を検出してもよい。例えば、危険度検出部２４は、算出されたこの接触するまでの時間が短くなるほど、それに比例して高い危険度を検出するようにしてもよい。

（５）主人との間で保つ離間距離の算出方法
次に、図５を併せて参照して、自律移動装置１が主人Ｂとの間で保つ離間距離ｄの算出方法について説明する。離間距離ｄは、平均危険度Ｄａが高くなるほど短くなるように、平均危険度Ｄａの高さによって一意に決定される。即ち、主人Ｂに対する危険度が高くなるほど、自律移動装置１は主人Ｂとの間の距離を短くして、主人Ｂに注意を喚起するとともに主人Ｂの安全を確保するように移動する。

より詳しくは、平均危険度Ｄａが所定の第一平均危険度Ｄｂより低い場合、平均危険度Ｄａが低くなるほど、自律移動装置１は基本位置に近くなるように移動する。また、平均危険度Ｄａが第一平均危険度Ｄｂである場合、離間距離ｄは、上記の平均距離Ｌａとなる。また、平均危険度Ｄａが、第一平均危険度Ｄｂと第一平均危険度Ｄｂより高い所定の第二平均危険度Ｄｃとの間にある場合、離間距離ｄは、平均危険度Ｄａが高くなるほど緩やかに短くなっていく。なお、平均危険度Ｄａが第二平均危険度Ｄｃである場合、離間距離ｄは、カメラ１０及び通信機１２などによって推定されて認識された主人Ｂの視野域や視野角に基づいて決まっている。即ち、この場合の離間距離ｄは、（ｈ１−ｈ２）／ｔａｎΘによって求められる。ここで、ｈ１は、主人Ｂの視点の高さであり、ｈ２は、自律移動装置１の高さである。また、主人Ｂが真正面方向を向いた場合の視野域のうち、真正面方向から移動面方向への視野域までの視野角をΘとしている。この結果、平均危険度Ｄａが第二平均危険度Ｄｃより低い場合、自律移動装置１は、真正面方向を向いた主人Ｂの視野域内にある。

また、平均危険度Ｄａが、第二平均危険度Ｄｃより高い場合、離間距離ｄは、平均危険度Ｄａが高くなるほど急激に短くなるとともに、所定の限界接近距離ｄｍｉｎ近傍では限界接近距離ｄｍｉｎに近づくほど緩やかに短くなっていく。このとき、自律移動装置１は、真正面方向を向いた主人Ｂの視野域外に位置する。ここで、限界接近距離ｄｍｉｎとは、自律移動装置１が主人Ｂに接近可能な限界の距離のことである。言い換えれば、限界接近距離ｄｍｉｎとは、自律移動装置１が主人Ｂに接近した場合に主人Ｂの歩行の邪魔にならない距離と邪魔になる距離との境界の距離のことである。なお、限界接近距離ｄｍｉｎなどは、主人によって上述の入力装置４２から自律移動装置１に予め入力されていてもよく、また、距離の変更は可能としてもよい。

（６）主人に対する相対的な移動方向の決定方法
次に、図６および図７を併せて参照して、主人Ｂに対する自律移動装置１の相対的な移動方向の決定方法の一例について説明する。まず、図６（ａ）に示すように、移動中または停止中の主人Ｂに対する基本位置に、自律移動装置１が位置している。また、主人Ｂの周辺に、例えば３つの物体Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５が位置しており、カメラ１０及び通信機１２などがこれら物体の存在を認識している。また、危険度検出部２４によって検出された物体Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５それぞれの危険度は全て、Ｄ_３（丸印で表されている）である。危険度Ｄ_３は比較的低い危険度であるため、自律移動装置１は基本位置の比較的近くに位置している。

ここで、図６（ｂ）に示すように、物体Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５それぞれの危険度が高くなり、全ての危険度がＤ_４（三角印で表されている）となったとする。ここで、物体Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５のそれぞれの危険位置が予測される。そして、平均危険位置と平均危険度とが算出される。なお、算出された平均危険度はＤ_４であり、これは、図５で示される平均危険度ＤｂとＤｃとの間の高さである。次に、この平均危険度Ｄ_４に対応する離間距離ｄが算出される。そして、平均危険位置と主人Ｂとの間であるとともに、主人Ｂとの距離が離間距離ｄとなる相対位置が算出される。そして、算出された、主人Ｂに対する相対位置に自律移動装置１が移動する。

なお、自律移動装置１が移動する位置は、真正面方向を向いた場合の主人Ｂの視野域ＶＡ内にある。自律移動装置１が主人Ｂの視野域ＶＡ内にあるため、自律移動装置１と主人Ｂとの間の離間距離ｄは比較的長い。これにより、主人Ｂが自分の意志で移動できるエリアを増やすことができる。この結果、主人Ｂは、自律移動装置１がごく間近に存在することから生じる煩わしさを感じることなく、移動することができる。また、自律移動装置１が主人Ｂの視野域ＶＡ内で移動することにより、危険度が比較的高まっていることを主人Ｂは認識できる。この結果、より重大な事故に陥る危険性を低くすることができる。

そして、図６（ｃ）に示すように、物体Ｍ４の危険度のみが更に高くなり、Ｄ_５（星印で表されている）となると、物体Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５のそれぞれの危険位置が予測される。そして、平均危険位置と平均危険度とが算出される。なお、算出された平均危険度は、図５で示される第二平均危険度Ｄｃよりも高い危険度である。次に、この平均危険度に対応する離間距離ｄが算出される。ここで算出された離間距離ｄは、図６（ｂ）のときよりも短くなっている。そして、平均危険位置と主人Ｂとの間であるとともに、主人Ｂとの距離が離間距離ｄとなる相対位置が算出される。そして、算出された、主人Ｂに対する相対位置に自律移動装置１が移動する。なお、自律移動装置１が移動する位置は、真正面方向を向いた場合の主人Ｂの視野域ＶＡ外にある。

ここで、平均危険度が更に高くなった場合についてより詳細に説明する。まず、仮想物体Ｍａの平均危険度Ｄａが、図５で示される平均危険度ＤｂとＤｃとの間の高さになったとする。この場合、図７（ａ）に示すように、自律移動装置１は物体Ｍ５と主人Ｂとの間に移動する。言い換えれば、自律移動装置１は、物体Ｍ５と主人Ｂとを結ぶ線上に移動する。そして、平均危険度Ｄａが、図５で示される第二平均危険度Ｄｃよりも高い危険度になったとする。この場合、図７（ｂ）に示すように、主人Ｂとの間の離間距離ｄが短くなるように、自律移動装置１は主人Ｂに近い距離に相対的に移動する。この結果、主人Ｂの移動を抑制することになり、接触事故を未然に防ぐことができる。なお、この離間距離ｄは常に、上記した限界接近距離ｄｍｉｎよりも長い。これにより、主人Ｂの歩行の邪魔にならない程度に接近しつつ、主人Ｂの移動を抑制することができる。

（７）基本位置が取り得る領域
次に、図８および図９を併せて参照して、自律移動装置１に設定された基本位置が取り得る領域の一例を説明する。基本位置が取り得る領域には、図８に示すように、例えば、先行領域Ａ１と、右並走領域Ａ２と、後追領域Ａ３と、左並走領域Ａ４とがある。これらの領域Ａ１〜Ａ４のそれぞれは、主人Ｂを中心とした移動面上の円を、中心角がほぼ９０°である４つの扇形に分割したもののそれぞれに対応している。なお、先行領域Ａ１は主人Ｂの真正面に位置する領域であり、右並走領域Ａ２は主人Ｂから見て右側に位置する領域であり、後追領域Ａ３は主人Ｂから見て真後ろに位置する領域であり、左並走領域Ａ４は主人Ｂから見て左側に位置する領域である。

ここで、自律移動装置１は、物体ごとの危険位置の予測および危険度の検出を行い、上記した方法でこれらの平均を求め、平均危険位置に平均危険度Ｄａの仮想物体Ｍａが存在すると認識して自律的に移動する。このとき、自律移動装置１は、平均危険度Ｄａの高さに応じて、主人Ｂに対する相対的な移動位置を変更する。例えば、平均危険度Ｄａが所定危険度よりも低い場合は、上記した基本位置を含む領域を超えることなく移動する。なお、右並走領域Ａ２から左並走領域Ａ４に移動するなど左右の並走領域の変更は許容してもよい。

より詳しくは、自律移動装置１は、図９（ａ）に示すように、主人Ｂの右前方に仮想物体Ｍａの存在を認識した場合、基本位置が含まれている右並走領域Ａ２から他の領域に移動することなく、右並走領域Ａ２内で移動する。また、自律移動装置１は、図９（ｂ）に示すように、主人Ｂの左後方に仮想物体Ｍａの存在を認識した場合、基本位置が含まれている右並走領域Ａ２から左並走領域Ａ４内の後方側に移動する。更に、自律移動装置１は、図９（ｃ）に示すように、主人Ｂの左前方に仮想物体Ｍａの存在を認識した場合、基本位置が含まれている右並走領域Ａ２から左並走領域Ａ４の前方側に移動する。また、自律移動装置１は、図９（ｄ）に示すように、主人Ｂの後方に仮想物体Ｍａの存在を認識した場合、基本位置が含まれている右並走領域Ａ２から左並走領域Ａ４の後方側に移動する。

（８）自律移動装置が主人と移動する具体的な様子
次に、図１０を併せて参照して、自律移動装置１が主人Ｂと移動する際の具体的な様子を説明する。まず、図１０（ａ）に示すように、歩行中の主人Ｂの進行方向の先に走行中の自動車Ｃが存在する場合、自律移動装置１は、自動車Ｃの危険度を検出して、常に主人Ｂの前方を移動するとともに、自動車Ｃに近づくほど移動速度を減速して主人Ｂに相対的に近づく。これにより、主人Ｂの歩行速度を減速させて速度の調節をすることが可能となる。結果的に、主人Ｂに注意を喚起するとともに、主人Ｂと自動車Ｃとの衝突などの交通事故を未然に回避することができる。

また、図１０（ｂ）に示すように、歩行中の主人Ｂが、歩道から、自動車Ｄが走行中の車道に飛び出そうとする場合、自律移動装置１は、自動車Ｄの危険度を検出して、自動車Ｄと主人Ｂとの間に割り込みながら移動する。結果的に、主人Ｂと装置１とが接触してでも、主人Ｂの車道への飛び出しを防止することができる。ここでは、自動車Ｄが車道を走行中であったため、主人Ｂと自動車Ｄとの衝突などの交通事故を未然に回避することもできる。なお、このとき、自律移動装置１は、例えばスピーカ３０から警告音を発したり、バックライト３２を点灯させたりして、主人やその周囲に注意を喚起しながら移動してもよい。

また、図１０（ｃ）に示すように、歩行中の主人Ｂの進行方向前方から主人Ｂに向かって走行する自転車などの移動障害物Ｅが存在する場合、自律移動装置１は、移動障害物Ｅの危険度を検出して、主人Ｂと移動障害物Ｅとを結ぶ線上で移動障害物Ｅに向かって移動する。これにより、移動障害物Ｅに進路の変更を促すことができる。なお、自律移動装置１は、移動障害物Ｅと接触してでも、主人Ｂと移動障害物Ｅとの接触や衝突などの交通事故を未然に防止しながら、主人Ｂを誘導することができる。

また、図１０（ｄ）に示すように、自律移動装置１は、歩行中の主人Ｂの脇の車道で走行中の自動車Ｆを含む移動物体の危険度を検出して、歩行中の主人Ｂとこの車道との間に常に相対的に位置するように移動する。即ち、自律移動装置１は、主人Ｂから見て車道側などの危険度が検出された側を移動する。結果的に、主人Ｂが、自動車Ｆが走行中の車道にはみ出してしまうのを防止することができる。更に、車道を主人Ｂが無謀に横断しようとするのも防ぐことができる。ここでは、自動車Ｆが車道を走行中であったため、主人Ｂと自動車Ｆとの衝突を回避することもできる。

（９）本実施形態による作用効果
自律移動装置１によれば、図６（ｂ）に示すように、主人Ｂのそばについて自律的に移動しつつ、カメラ１０及び通信機１２などが認識した周囲環境に物体Ｍ４が存在した場合に、主人Ｂに対する物体Ｍ４の危険度を危険度検出部２４が検出し、この危険度に基づいて、アクチュエータ制御部２６及び電動モータ３４が自律移動装置１を移動させる。

これにより、自律移動装置１は、主人Ｂのそばについて自律的に移動するとともに、主人Ｂに対する物体Ｍ４の危険度を検出してこの危険度に基づいて移動する。物体の危険度とは、主人Ｂが接触した場合にこの物体によって与えられる危害の大きさを示すものである。自律移動装置１は、この危険度を考慮して、主人Ｂの物理的な安全を確保する移動を行うため、交通事故などを未然に防ぐことができる。なお、ディスプレイを用いた警告メッセージの表示のみや、スピーカを用いた警告音の鳴動のみの注意喚起の場合では主人Ｂは気づかないこともあるが、装置１が危険度に基づいて移動することにより、主人Ｂが危険なエリアに進入することを物理的に防止できるため、効果的である。

また、カメラ１０及び通信機１２が認識した周囲環境に物体Ｍ４が存在した場合に、アクチュエータ制御部２６及び電動モータ３４は、危険位置予測部２２が予測した危険位置に基づいて、自律移動装置１を移動させる。この危険位置とは、交通事故などが発生する可能性があるエリアのことである。自律移動装置１は、この危険位置を考慮して、主人Ｂが危険エリアに進入することを防ぐように移動し、主人Ｂの安全をより確実に確保する。このため、交通事故などをより確実に未然に防ぐことができる。

また、危険位置予測部２２が予測した平均危険位置と、危険度検出部２４が検出した物体の平均危険度とに基づいて、アクチュエータ制御部２６及び電動モータ３４は自律移動装置１を移動させる。このため、自律移動装置１は、主人Ｂの周辺の全ての物体の平均危険位置と平均危険度とを考慮して、主人Ｂの安全を確保する移動を行うことができるため、装置１一台で主人Ｂの安全を確保することが可能となる。

また、入力装置４２を用いて基本位置として予め入力設定された主人Ｂに対する相対位置に基づいて、アクチュエータ制御部２６及び電動モータ３４は自律移動装置１を移動させる。このため、自律移動装置１は、主人によって予め設定された相対位置を基本位置としながら、主人Ｂのそばについて自立的に移動する。これにより、自律移動装置１は、主人Ｂが望む相対的なエリアに位置して利便性を向上させながら、主人Ｂの安全を確保する移動を行うことができる。

また、アクチュエータ制御部２６及び電動モータ３４は、物体の危険度が低くなるほど基本位置に近くなるように、自律移動装置１を移動させる。このため、自律移動装置１は、主人Ｂにとっての危険度がより低い場合、主人Ｂにとっての基本位置として設定された相対位置により近い位置で、移動することができる。これにより、主人Ｂにとっての危険度が比較的低い状況にある場合、ディスプレイ４４を用いた警告メッセージの表示のみや、スピーカ３０を用いた警告音の鳴動のみや、ハプティック（触覚）装置（図示せず）を用いた警告のみによって主人Ｂに警告すれば、主人Ｂの安全を確保できる。また、自律移動装置１は基本位置で移動するため、主人Ｂは、比較的自由な移動を行うことができ、快適性や利便性といったメリットを享受することができる。

同様に、アクチュエータ制御部２６及び電動モータ３４は、物体の危険度が高くなるほど基本位置から動き得る距離が長くなるように、自律移動装置１を移動させる。このため、自律移動装置１は、主人Ｂにとっての危険度がより高い場合、主人Ｂにとっての基本位置として設定された相対位置から遠ざかった位置で、移動することもできる。

また、アクチュエータ制御部２６及び電動モータ３４は、図５に示すように、主人Ｂの視野域や視野角Θと主人Ｂに対する物体の危険度、例えば平均危険度Ｄａとに基づいて、自律移動装置１を移動させる。このため、自律移動装置１は、主人Ｂの視野域や視野角Θと物体の危険度、例えば平均危険度Ｄａとを考慮して、主人Ｂの安全を確保する移動を行うことができる。より詳しくは、平均危険度Ｄａが第一平均危険度Ｄｂと第二平均危険度Ｄｃとの間にある場合、自律移動装置１は主人Ｂから所定距離以上離れて移動するが、平均危険度Ｄａが第二平均危険度Ｄｃより高い場合、自律移動装置１は主人Ｂから所定距離未満で近づきながら移動する。

また、アクチュエータ制御部２６及び電動モータ３４は、図６（ｂ）に示すように、平均危険度Ｄａが第一平均危険度Ｄｂと第二平均危険度Ｄｃとの間にある場合、平均危険度Ｄａの仮想物体と主人Ｂとの間に、自律移動装置１を移動させる。言い換えれば、自律移動装置１は、仮想物体と主人Ｂとを結ぶ線上に移動する。このため、自律移動装置１は、主人Ｂの周辺の物体が主人Ｂと接触することを防止して、主人Ｂの安全を確保することができる。また、自律移動装置１は、主人Ｂと周辺の物体とが接触する可能性の高い上記の位置に事前に移動しておくことで、自律移動装置１がこの位置に移動するのが間に合わず接触事故が発生してしまうことを未然に防ぐことができる。

また、危険度検出部２４は、カメラ１０及び通信機１２により認識された、主人Ｂと物体が接触するまでの時間に基づいて、危険度を検出する。このため、自律移動装置１は、物体と主人Ｂとが接触するまでの推定された時間を考慮して、主人Ｂの安全を確保することができる。例えば、物体と主人Ｂとが接触するまでの推定された時間が短くなるほど、それに比例して高い危険度を検出してもよい。この結果、主人Ｂの進行方向に存在する危険エリアにおける危険度の重みをより高くすることができるため、接触事故が短時間で発生しそうな状況でも接触などの交通事故をより確実に防ぐことができる。

本実施形態に係る自律移動装置の構成を示すブロック図である。自律移動装置において行われる処理手順の流れを示すフローチャートである。平均危険位置と平均危険度の算出方法を説明する説明図である。主人の移動状態を考慮した平均危険位置と平均危険度の算出方法を説明する説明図である。自律移動装置が主人との間で保つ離間距離の算出方法を説明する説明図である。主人に対する自律移動装置の相対的な移動方向の決定方法を説明する説明図である。主人に対する自律移動装置の相対的な移動方向の決定方法を説明する説明図である。自律移動装置に設定された基本位置が取り得る領域を説明する説明図である。自律移動装置の移動を説明する説明図である。自律移動装置が主人と移動する具体的な様子を説明する説明図である。

符号の説明

１…自律移動装置、１０…カメラ、１２…通信機、２０…ＥＣＵ、２２…危険位置予測部、２４…危険度検出部、２５…平均算出部、２６…アクチュエータ制御部、３０…スピーカ、３２…バックライト、３４…電動モータ、３６…車輪、４２…入力装置、４４…ディスプレイ、Ａ…加速度ベクトル、Ａ１〜Ａ４…領域、Ｂ…主人、Ｃ，Ｄ，Ｆ…自動車、Ｃｂ，Ｃｃ…分解成分、ｄ…離間距離、ｄｍｉｎ…限界接近距離、Ｅ…移動障害物、Ｌａ，Ｌｂ…平均距離、Ｍ１〜Ｍ５…物体、Ｍａ〜Ｍｃ…仮想物体、Ｖ…速度ベクトル、ＶＡ…視野域、Θ…視野角。

Claims

特定の人のそばについて自律的に移動する自律移動装置において、
前記特定の人、及びその周囲の環境を認識する周囲環境認識手段と、
前記周囲環境認識手段により認識された周囲環境に物体が存在した場合に、前記特定の人に対する当該物体の危険度を検出する危険度検出手段と、
前記危険度検出手段により検出された危険度に基づいて、当該自律移動装置を移動させる移動手段と、
を備え、
前記移動手段は、基本位置として予め設定された前記特定の人に対する相対位置に基づいて、当該自律移動装置を移動させるとともに、前記危険度検出手段により検出された当該物体の危険度が低くなるほど当該基本位置に近くなるように、当該自律移動装置を移動させることを特徴とする自律移動装置。
特定の人のそばについて自律的に移動する自律移動装置において、
前記特定の人、及びその周囲の環境を認識する周囲環境認識手段と、
前記周囲環境認識手段により認識された周囲環境に物体が存在した場合に、前記特定の人に対する当該物体の危険度を検出する危険度検出手段と、
前記危険度検出手段により検出された危険度に基づいて、当該自律移動装置を移動させる移動手段と、
前記周囲環境認識手段により認識された周囲環境に物体が存在した場合に、当該物体と前記特定の人とが接触する可能性を有する危険位置を予測する危険位置予測手段と、
前記危険位置予測手段により予測された前記危険位置の平均と、前記危険度検出手段により検出された当該物体の危険度の平均と、を算出する平均算出手段と、
を備え、
前記移動手段は、前記平均算出手段により算出された前記危険位置の平均と前記危険度の平均とに基づいて、当該自律移動装置を移動させることを特徴とする自律移動装置。
前記移動手段は、基本位置として予め設定された前記特定の人に対する相対位置に基づいて、当該自律移動装置を移動させることを特徴とする請求項２に記載の自律移動装置。
前記周囲環境認識手段は、前記特定の人の視野域を推定して認識し、
前記移動手段は、前記周囲環境認識手段により認識された前記特定の人の視野域と、前記危険度検出手段により検出された前記特定の人に対する当該物体の危険度と、に基づいて、当該自律移動装置を移動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の自律移動装置。
前記移動手段は、前記危険度検出手段により検出された危険度が所定危険度より高い物体と、前記特定の人との間に、当該自律移動装置を移動させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の自律移動装置。
前記周囲環境認識手段は、前記物体と前記特定の人とが接触するまでの時間を推定して認識し、
前記危険度検出手段は、前記周囲環境認識手段により認識された前記接触するまでの時間に基づいて、前記危険度を検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の自律移動装置。