JP4915417B2 - ロボット - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、自走式のロボットに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、人との間で様々な情報(文字や画像情報、あるいは、音声情報など)の相互伝達が可能な自走式ロボットが知られている。例えば、特許文献1に記載されたロボットは、2つの車輪を有する胴部(台車部)と、この胴部に搭載された胸部と、胸部に回動自在に連結された頭部と、胸部に回動自在に連結された左右の腕部などを備えている。頭部には目を模した2つのカメラが設けられている。このロボットは、話し相手である人(ユーザ)をカメラにより認識し、2つの車輪を駆動する駆動部を制御してユーザの顔または体の正面に胴部を移動させるようになっている。従って、目(カメラ)をユーザに向けてユーザの目を見ている状態で、情報を相互に伝達して会話(コミュニケーション)を図ることが可能である。つまり、ユーザ側から見て、ロボットが自分の正面に立ち、更に自分の目を見ている状態で会話が行われるため、親近感のある会話が成立する。
【特許文献1】
特開2004−34274号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
ところで、被案内者と対話しながら走行して、被案内者を所定の位置まで案内する案内用ロボットのように、ロボットの用途によっては、走行しながら人とコミュニケーションを図ることが要求される場合がある。しかし、前述した特許文献1のロボットにおいては、車輪による走行中には胴部や胸部の正面が走行方向を向いてしまうため、走行中にこれら胴部、胸部及び頭部を常に人に向けておくことができない。また、胴部の正面を人に向けて、この胴部に設けられた腕部による身振り手振りといったジェスチャーを行うこともできない。従って、この特許文献1のロボットは、走行中に、人との間でコミュニケーションを図ることは不可能である。
【0004】
本発明の主たる目的は、本体部(胴体)の所定の一部分を人などの被検出体の方向へ常に向けながら走行することが可能なロボットを提供することである。
【課題を解決するための手段及びその効果】
【0005】
第1の発明であるロボットは、被案内者を案内先まで案内する案内用のロボットであって、本体部と、走行輪を備え、前記本体部と相対回転可能に連結された走行部と、前記走行輪を駆動する走行駆動手段と、前記本体部を前記走行部に対して相対回転させる回転駆動手段と、前記走行駆動手段と前記回転駆動手段をそれぞれ制御する制御手段と、周囲の前記被案内者の位置を検出する位置検出手段とを備え、前記制御手段は、前記走行部の走行によって前記被案内者を前記案内先まで案内している間、前記位置検出手段で検出された前記被案内者の位置に基づいて、前記本体部の所定部分が常に前記被案内者を向くように、前記回転駆動手段を制御し、前記被案内者を前記案内先まで対話しながら案内することを特徴とするものである。
第2の発明であるロボットは、前記第1の発明において、前記本体部が、頭部を備え、前記制御手段は、前記被案内者を前記案内先まで案内している間、前記本体部の前記頭部の正面が常に前記被案内者を向くように、前記回転駆動手段を制御することを特徴とするものである。
【0006】
本発明のロボットにおいては、本体部と走行部が相対回転可能に連結されており、また、制御手段が、位置検出手段により検出された被検出体の位置に基づいて、走行部の走行中に本体部の所定部分(例えば、本体部の正面)が常に被検出体を向くように、回転駆動手段を制御する。そのため、例えば、本体部の被検出体との間の情報伝達に必要な部分(カメラ、マイク、ディスプレイ、あるいは、スピーカーなどが設けられている部分)を常に被検出体に向けることによって、走行しながら被検出体との間で情報の伝達を確実に行うことができるようになる。あるいは、本体部の正面を常に被検出体に向けることによって、走行しながら、頭部や腕部等の動き(ジェスチャー)を被検出体に対して行うことができる。
【0007】
尚、位置検出手段により取得される被検出体の位置情報とは、被検出体の位置そのものの情報(離隔距離と方向の両方の情報)であってもよいが、少なくとも、ロボットから見たときの被検出体が存在している方向が分かれば、本体部の所定部分をその方向に向けることができることから、位置検出手段により検出される位置情報は、被検出体が存在する方向だけであってもよい。
【0008】
第3の発明であるロボットは、前記第1又は第2の発明において、前記被案内者から情報を取得する情報取得手段をさらに備えており、前記本体部の前記所定部分に、前記情報取得手段の少なくとも一部が設けられていることを特徴とするものである。この構成によれば、走行中に、被案内者から情報(例えば、被案内者である人の体型や姿勢、あるいは、しぐさなどの視覚情報や、人が発する声などの音声情報)を取得する情報取得手段の少なくとも一部が、被案内者の方向を常に向くことになるため、被案内者から情報を確実に取得することができる。
【0009】
第4の発明であるロボットは、前記第1〜第3の何れかの発明において、前記被案内者に向けて情報を発信する情報発信手段をさらに備えており、前記本体部の前記所定部分に、前記情報発信手段の少なくとも一部が設けられていることを特徴とするものである。この構成によれば、走行中に、情報発信手段の少なくとも一部が被案内者の方向に常に向くことになるため、情報発信手段により、被案内者に対して、画像情報や音声情報などの種々の情報を確実に発信することができる。
【0010】
第5の発明であるロボットは、前記第1〜第4の何れかの発明において、前記制御手段は、前記位置検出手段で検出された前記被案内者の位置に基づいて、前記走行部が前記被案内者との距離を所定の範囲内に保ちながら走行するように、前記走行駆動手段を制御することを特徴とするものである。この構成によれば、走行中に、被案内者との距離がある範囲内に保たれて、接近しすぎたり離れすぎたりすることがないため、被案内者との間における情報の相互伝達を、走行中も安定して行うことが可能となる。
【0011】
第6の発明であるロボットは、前記第1〜第5の何れかの発明において、前記本体部は、前記走行部に相対回転可能に連結された胴体部と、前記胴体部の上端部に回動自在に設けられた頭部と、前記胴体部の両側部にそれぞれ揺動自在に設けられた2つの腕部を備えていることを特徴とするものである。この構成によれば、走行部の走行中に、胴体部の正面部が常に被案内者に向けられることで、左右2つの腕部や頭部の動き(ジェスチャー)を被案内者が認識しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】図1は、本発明の実施形態に係る案内ロボットの正面図である。
【図2】図2は、案内ロボットの側面図である。
【図3】図3は、胴体部と脚部を連結する連結部の拡大図である。
【図4】図4は、制御装置を中心とする案内ロボットの電気的構成を示すブロック図である。
【図5】図5は、案内ロボットの案内動作のフローチャートである。
【図6】図6は、被検出体が位置検出センサの検出可能エリアに存在している状態を示す図である。
【図7】図7は、案内ロボットが、胴体部及び頭部の正面を被検出体に向けながら走行している状態を示す図である。
【符号の説明】
【0013】
1 案内ロボット
10 本体部
11 走行部
20 ディスプレイ
21 位置検出センサ
22 CCDカメラ
23 マイク
24 スピーカー
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
次に、本発明の実施形態について説明する。本実施形態は、被案内者である人を目標位置まで案内する自走式の案内ロボットに本発明を適用した一例である。
【0015】
図1、図2に示すように、案内ロボット1は、胴体部12と頭部13と腕部14とを有する本体部10と、この本体部10に相対回転可能に連結された走行部11と、案内ロボット1の各部の動作を制御する制御装置17(制御手段:図4参照)などを備えている。
【0016】
胴体部12の正面(図1の手前側の面)には、被案内者に提供される文字情報や画像情報を表示するディスプレイ20が設けられている。また、このディスプレイ20の表面には、入力装置としてのタッチパネルが設けられている。さらに、胴体部12の側面には、案内ロボット1の周囲に存在する被案内者を含む種々の物体50(被検出体)の位置を検出する複数(例えば、4つ)の位置検出センサ21(位置検出手段)が設けられている。この位置検出センサ21としては、超音波センサやレーザーセンサなどを用いることができる。
【0017】
従って、図6、図7に示すように、案内ロボット1は、複数の位置検出センサ21により、胴体部12を中心とする円形の検出可能エリアA内において、被案内者がどの方向にどれだけの距離離れて位置しているかを検出することができるようになっている。
【0018】
胴体部12の上端部には、頭部13が鉛直軸(図示省略)回りに回動可能に連結されており、この頭部13は、頭部駆動モータ46(図4参照)により駆動される。頭部13の前面(図1における手前側の面)には、案内ロボット1の周囲に存在する、被案内者などの被検出体の視覚情報(例えば、被案内者の体型、姿勢、あるいは、しぐさなど)を取得するためのCCDカメラ22と、周囲の被検出体等から発せられる音声情報を取得するマイク23と、周囲に音声情報を発信するスピーカー24等が設けられている。
【0019】
尚、頭部13の正面に設けられたCCDカメラ22とマイク23が、被検出体から情報を取得する本発明の情報取得手段に相当する。また、胴体部12の正面に設けられたディスプレイ20と頭部13の正面に設けられたスピーカー24が、被検出体に対して情報を発信する本発明の情報発信手段に相当する。
【0020】
また、胴体部12の上部の左右両側部には、2つの肩部25が、左右方向に延びる軸27を介して回転自在に連結されており、さらに、これら2つの肩部25に、2つの腕部14が、前後方向(図1の紙面垂直方向)に延びる軸28を介してそれぞれ回転自在に連結されている。そして、2つの肩部25が2つの肩部駆動モータ42,43(図4参照)により軸27の回りに回転駆動され、2つの腕部14は、2つの腕部駆動モータ44,45(図4参照)により軸28の回りに回転駆動される。従って、腕部14は、肩部25を介して前後方向及び左右方向にそれぞれ揺動可能となっている。
【0021】
走行部11は、脚部15と、この脚部15の下端部に固定的に設けられたフレーム部材16と、このフレーム部材16の左右両端部に回転自在に設けられた2つの走行輪30とを有する。
【0022】
脚部15は、連結部31を介して胴体部12と相対回転可能に連結されている。図3に示すように、連結部31は、連結軸32と、2つのプーリ33,34と、これら2つのプーリ33,34に懸架されたベルト35と、プーリ34を回転駆動する胴体駆動モータ36(回転駆動手段)とを有する。
【0023】
連結軸32の上端部は胴体部12の下端部の中心部分に固定され、連結軸32の下端部は脚部15に回転自在に支持されている。また、この連結軸32は内部に空洞を有する中空軸であり、その内部には、モータ類等への電力供給用ケーブルや制御用ケーブルなどが配設されている。
【0024】
2つのプーリ33,34のうち、一方のプーリ33は連結軸32の長手方向途中部に固定的に設けられ、他方のプーリ34は胴体駆動モータ36の出力軸に同軸状に取り付けられている。従って、胴体駆動モータ36によりプーリ34が回転駆動されると、その回転がベルト35及びプーリ33を介して連結軸32に伝達されて、胴体部12が連結軸32と一体的に走行部11に対して相対回転する。
【0025】
2つの走行輪30は、2つの車輪駆動モータ40,41(図4参照:走行駆動手段)にそれぞれ連結されている。また、フレーム部材16の前後両端部には2つの補助輪(キャスター)37が回転自在に設けられている。そして、走行部11は、2つの車輪駆動モータ40,41により2つの走行輪30が回転駆動されるとともに、2つの補助輪37が従動回転することで、平坦な走行面上を走行することが可能となっている。また、2つの車輪駆動モータ40,41により、左右2つの走行輪30を異なった回転速度で回転駆動して両輪間に差動を生じさせることで、走行部11の向き(走行方向)を任意の方向に変えることが可能である。
【0026】
ところで、前述したように、本体部10(胴体部12)が走行部11(脚部15)に対して回転可能であるため、走行部11が所定の方向に走行している状態で、胴体部12の正面を走行部11の走行方向と異なる方向に向けることが可能である。従って、案内ロボット1は、ディスプレイ20やCCDカメラ22等が設けられた胴体部12の正面を被案内者に常に向けながら、走行することが可能となっている。この構成については後ほどさらに詳しく説明する。
【0027】
次に、制御装置17を中心とする案内ロボット1の電気的な構成について、図4のブロック図を参照して説明する。制御装置17は、中央演算処理装置であるCPU(Central Processing Unit)と、案内ロボット1の各部の制御を行うためのプログラムやデータ等が格納されたROM(Read Only Memory)、CPUで処理されるデータを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)等を備えている。
【0028】
この制御装置17には、複数の位置検出センサ21、CCDカメラ22、及び、マイク23で取得された、被検出体に関する情報(位置情報、視覚情報、音声情報など)が入力される。また、ディスプレイ20及びスピーカー24に対して、被案内者に伝達すべき情報(文字情報や音声メッセージ等)を出力する。さらに、制御装置17は、位置検出センサ21やCCDカメラ22等により取得された被案内者に関する情報に基づいて、モータ36,40,41,42,43,44,45,46をそれぞれ制御して案内ロボット1の各部(胴体部12、頭部13、肩部25、腕部14、及び、走行輪30)を駆動し、ROMに記憶されたプログラムによって設定された所定の案内動作を行う。
【0029】
この制御装置17による案内ロボット1の一連の案内動作制御について、図5のフローチャートと図6、図7を参照してさらに具体的に説明する。尚、図6、図7においては、案内ロボット1の腕部14の表示は省略されている。
【0030】
まず、案内ロボット1が物体に近づくことにより、あるいは、物体が接近してくることにより、図6に示すように、胴体部12に設けられた複数の位置検出センサ21の何れか1つによって検出可能エリアA内に物体50が存在することが検出されたときには(S10:Yes)、位置検出センサ21により検出された物体50の位置情報に基づいて、胴体駆動モータ36と頭部駆動モータ46により胴体部12と頭部13をそれぞれ回転駆動して、胴体部12と頭部13の正面を物体50(被検出体)に向ける(S11)。そして、頭部13の正面に設けられたCCDカメラ22により被検出体50を撮影して、この被検出体50の外形の画像データを取得する。
【0031】
次に、CCDカメラ22により得られた画像データに基づいて、制御装置17が、被検出体50が人間であるか否かを判断する(S12)。例えば、CCDカメラ22により得られた被検出体50の画像データを制御装置17が分析して、その画像データから人間の顔を確認できるか否かによって、被検出体50が人間であるかを判断することができる。ここで、顔確認のための画像データの分析は、位置検出センサ21により被検出体50が検出されたときにのみ行えばよいことから、制御装置17の負荷はかなり低減される。また、位置検出センサ21により得られた被検出体50の位置情報から、制御装置17は、CCDカメラ22で得られた画像データのどの部分に顔のデータがあるかを推測することができる。従って、制御装置17は、得られた画像データの全てを分析する必要はなく、顔があると推測される部分のみを分析して、顔の有無を判断することができるため、顔確認に要する制御装置17の負荷がさらに低減される。
【0032】
被検出体50が人間であることが確認された場合には(S12:Yes)、車輪駆動モータ40,41により2つの走行輪30を回転駆動し、走行部11を走行させて人50に近づき、その人50が案内ロボット1による案内を必要としているかを確認する(S13)。例えば、スピーカー24から音声メッセージを人50に向けて発信した後に、人50からの返答をマイク23で取得することにより、案内要求の有無を確認することができる。あるいは、ディスプレイ20にメッセージを表示した後に、そのメッセージに対する返答が人50によりディスプレイ20に設けられたタッチパネルから入力されることにより、案内要求の有無を確認することもできる。
【0033】
検出された人50が案内を必要としていることが確認された場合には(S13:Yes)、案内ロボット1は案内動作を開始する(S14)。即ち、ディスプレイ20に所定の文字情報や画像情報を表示させるとともに、スピーカー24及びマイク23により被案内者50と音声情報のやりとり(会話)を行い、さらに、肩部25を上げて腕部14で目標を指さす、腕部14を上下左右に揺動させて身振り手振りさせる、あるいは、頭部13を回動させるなどの様々なジェスチャーを交えながら、走行部11を走行させて、被案内者50を目標位置まで誘導する。
【0034】
ここで、案内動作中には、案内ロボット1は、位置検出センサ21により被案内者50の位置を常に把握している。そして、本体部10(胴体部12及び頭部13)の正面が被案内者50の方を向いていない場合には(S15:No)、制御装置17は、被案内者50の位置情報に基づいて胴体駆動モータ36を制御して、胴体部12とこの胴体部12に設けられた頭部13の正面が被案内者50を向くように、図7に示すように、胴体部12を走行部11に対して回転させる(S16)。尚、胴体部12と頭部13の正面の向きが異なっている場合には、制御装置17は、頭部駆動モータ46を制御して、胴体部12と同じ向きを向くように頭部13を回転させる。
【0035】
つまり、走行中であっても、胴体部12の正面に設けられたディスプレイ20や、頭部13の正面に設けられたCCDカメラ22、マイク23、スピーカー24は、常に被案内者50を向くことになる。従って、被案内者50に関する情報、例えば、被案内者50の体型や姿勢、しぐさなどの視覚情報や、被案内者50が発する音声情報などを、CCDカメラ22及びマイク23により確実に取得することができる。また、ディスプレイ20やスピーカー24が被案内者を向いた状態で文字情報、画像情報、あるいは、音声情報を、ディスプレイ20やスピーカー24から被案内者50に向けて発信するため、被案内者50がそれらの情報を確実に取得することができるようになる。従って、案内ロボット1は被案内者と対話しながら走行することが可能となる。さらに、胴体部12の正面が被案内者50を向いていることから、この胴体部12に設けられた左右の腕部14や頭部13を用いたジェスチャーを被案内者50が正面から見ることができるため、ジェスチャーを認識しやすくなり、このようなジェスチャーによる案内効果が高まる。
【0036】
また、位置検出センサ21により検出された案内ロボット1と被案内者50との距離が、情報を相互に伝達する(コミュニケーションを行う)ことが可能な所定の範囲から外れたときには(S17:No)、制御装置17は、被案内者50の位置情報に基づいて車輪駆動モータ40,41を制御して、被案内者50との距離が所定の範囲内となるように走行部11の走行方向や走行速度を変更する(S18)。つまり、走行部11は、案内ロボット1と被案内者50との距離を所定の範囲内に保ちながら走行するため、案内ロボット1が被案内者50に接近しすぎたり離れすぎたりすることがないことから、案内ロボット1は、走行中も継続して、被案内者50との間でコミュニケーションを確実に行うことができる。
【0037】
そして、案内ロボット1は、前述のS15〜S18のステップを繰り返しながら所定の案内動作を行い、被案内者50を目標位置へ案内し終えたら(S19:Yes)、S10に戻って別の被案内者の案内を行う。
【0038】
以上説明した本実施形態の案内ロボット1においては、本体部10の胴体部12と走行部11とが相対回転可能に連結されており、制御装置17は、位置検出センサ21により検出された被案内者の位置に基づいて、本体部10(胴体部12及び頭部13)の正面が常に被案内者を向くように、胴体駆動モータ36を制御して本体部10を走行部11に対して相対回転させる。そのため、案内ロボット1の走行中においても、本体部10の、CCDカメラ22、マイク23、スピーカー24、ディスプレイ20等が設けられている正面部分が常に被案内者に向くことになり、被案内者との間で相互の情報伝達を確実に行うことができる。また、歩行する被案内者と平行に走行しながら胴体部10を被案内者に向けることができるため、腕部14や頭部13によるジェスチャーを被案内者が認識しやすくなり、ジェスチャーによる案内効果が高まる。
【0039】
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【0040】
1]走行部11の走行中に本体部10の正面を被検出体に向けるには、位置検出センサ21は少なくとも被検出体が存在する方向を検出できればよく、案内ロボット1からの被検出体の離隔距離まで検出可能であることは必ずしも必要ではない。例えば、位置検出センサ21として、前述した超音波センサやレーザーセンサの代わりにマイク23が用いられて、このマイク23により音源である被検出体の方向を検出するように構成されてもよい。
【0041】
2]CCDカメラ22、マイク23、スピーカー24、及び、ディスプレイ20の位置は適宜変更可能である。まず、CCDカメラ22、マイク23、スピーカー24、及び、ディスプレイ20が、全て本体部10の正面に設けられている必要はない。例えば、指向性のない(全指向性)のマイクが用いられる場合には、どの方向からでも音声情報を取得することができるため、マイクは、本体部10の正面に設けられる必要はない。また、CCDカメラ22、マイク23、スピーカー24、及び、ディスプレイ20の少なくとも1つが、本体部10の正面以外の部分(例えば、側面)に設けられて、この部分が走行中に常に被検出体を向くように構成されていてもよい。
【0042】
さらに、CCDカメラ22、マイク23、スピーカー24の少なくとも1つが胴体部12に設けられていてもよいし、逆に、ディスプレイ20が頭部13に設けられていてもよい。
【0043】
3]前記実施形態は、人を目標位置まで案内する案内ロボットに本発明を適用した一例であるが、本発明を適用できるロボットは案内ロボットに限られない。例えば、人に食事を運ぶ配膳用ロボットや人に勉強を教える教育用ロボットなど、走行しながら人とコミュニケーションを行うことが求められる種々のロボットに本発明を適用することが可能である。
Claims (6)
- 被案内者を案内先まで案内する案内用のロボットであって、
本体部と、
走行輪を備え、前記本体部と相対回転可能に連結された走行部と、
前記走行輪を駆動する走行駆動手段と、
前記本体部を前記走行部に対して相対回転させる回転駆動手段と、
前記走行駆動手段と前記回転駆動手段をそれぞれ制御する制御手段と、
周囲の前記被案内者の位置を検出する位置検出手段とを備え、
前記制御手段は、前記走行部の走行によって前記被案内者を前記案内先まで案内している間、前記位置検出手段で検出された前記被案内者の位置に基づいて、前記本体部の所定部分が常に前記被案内者を向くように、前記回転駆動手段を制御し、前記被案内者を前記案内先まで対話しながら案内することを特徴とするロボット。 - 前記本体部が、頭部を備え、
前記制御手段は、前記被案内者を前記案内先まで案内している間、前記本体部の前記頭部の正面が常に前記被案内者を向くように、前記回転駆動手段を制御することを特徴とする請求項1に記載のロボット。 - 前記被案内者から情報を取得する情報取得手段をさらに備えており、
前記本体部の前記所定部分に、前記情報取得手段の少なくとも一部が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載のロボット。 - 前記被案内者に向けて情報を発信する情報発信手段をさらに備えており、
前記本体部の前記所定部分に、前記情報発信手段の少なくとも一部が設けられていることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載のロボット。 - 前記制御手段は、前記位置検出手段で検出された前記被案内者の位置に基づいて、前記走行部が前記被案内者との距離を所定の範囲内に保ちながら走行するように、前記走行駆動手段を制御することを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載のロボット。
- 前記本体部は、前記走行部に相対回転可能に連結された胴体部と、前記胴体部の上端部に回動可能に設けられた頭部と、前記胴体部の両側部にそれぞれ揺動可能に設けられた2つの腕部を備えていることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載のロボット。
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