JP5160322B2 - 自律移動ロボット装置及び自律移動ロボット装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置を搭載し制御装置によって制御されて追随目標の追随を行う自律移動ロボット装置及びこのような自律移動ロボット装置の制御方法に関する。

従来、制御装置を搭載し、この制御装置によって制御されて自律移動を行い、例えば、歩行者等の追随目標の追随を行う自律移動ロボット装置が提案されている。この自律移動ロボット装置は、周囲の障害物を避けながら所定の追随目標を追随するように、自らが決定した移動ルート上を移動する。

このような自律移動ロボット装置における制御装置は、追随目標の追随を行うために、外界の障害物の有無をセンサにより計測し、計測範囲における自身の移動可否を判断して、移動ルートを逐次作成する。

このような自律移動ロボット装置において、移動範囲における障害物の有無を計測するには、レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）やステレオカメラなどのセンサを用い、これらセンサから得られる情報から形状情報を得て、障害物の有無を判定している。これにより、障害物を回避しながらの自律移動が可能となる。

このような自律移動ロボット装置においては、限定された環境のもとにおいて、センサにより十分な環境データが得られることが制御の前提となっている。

例えば、特許文献１には、外界センサからの入力情報に基づいて、曖昧な静的危険度及び動的危険度からなる危険度を求め、この危険度に基づいて、データベース部内データから移動体の回避方向を求めて、人間の行動に似た回避行動を実現する技術が記載されている。

また、特許文献２には、搬送者を認識して所定距離を保って搬送者を追尾する搬送ロボットにおいて、検知部が搬送者を認識できなくなった場合には、認識できなくなった場所の近傍に曲がり角の存在を認識すると、当該曲がり角を曲がるように制御して、搬送者が曲がり角を曲がったために搬送ロボットが追尾対象を見失った場合でも自動的に曲がり角を曲がるようにして、追尾が継続できるようにする技術が記載されている。

特許文献３には、直線の移動経路を移動する追従目標物体に追従する移動ロボットにおいて、移動ロボットの追従経路を、追従目標物体の移動経路に対して平行で、垂直方向に一定量ずらした直線状の経路として設定し、この経路上を移動させるように移動制御を行うことにより、安全かつ適切な追従目標物体への追従を実現する技術が提案されている。

特許文献４には、カメラおよび通信機によって取得される情報から、主人およ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基づいて主人の危険度を判断する自律移動装置が記載されている。この自律移動装置は、主人が危険であると判断した場合には、例えばスピーカから警告音を発したり、バックライトを点灯させたり、または車輪を駆動して移動することによって、主人の危険度を低減させる。一方、この自律移動装置は、主人の危険度が低いと判断した場合には、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ことにより、主人の安全を確保する。

特開平２−１８８８０９号公報 特開２００４−１２６８０２公報 特開２００６−１４６４９１公報 特開２００７−１０２４８８公報

ところで、従来の自律移動ロボット装置においては、前記特許文献１乃至特許文献４に記載のいずれの技術においても、例えば、歩行者を追随目標として追随する場合において、この自律移動ロボット装置と追随目標との間に、他の歩行者などの障害物が介入して、追随目標までの視野が失われ、走行経路の生成が不能となった場合の行動制御については考慮されていない。

したがって、従来の自律移動ロボット装置においては、歩行者が多く存在する場合や狭い道など、経路の選択肢が少ない環境においては、頻繁に走行経路が生成できなくなる可能性が高く、停止せざるを得なくなる。自律移動ロボット装置が停止したことに追随目標である歩行者が気づかなければ、自律移動ロボット装置は、追随目標を完全に見失ってしまう。

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであり、自律移動ロボット装置及び自律移動ロボット装置の制御方法であって、追随目標との間に、他の歩行者などの障害物が介入して追随目標までの視野が失われそうになったり、走行経路の生成が不能となった場合においても、追随目標の追随を続行することができるようになされた自律移動ロボット装置及び自律移動ロボット装置の制御方法を提供することを目的とする。

前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明は、以下の構成のいずれか一を有するものである。

〔構成１〕
本発明に係る自律移動ロボット装置は、移動可能となされた走行部と、走行部に搭載されこの走行部の周囲の障害物の有無を計測するとともに所定の追随目標の位置を計測するセンサと、走行部に搭載されセンサによる計測結果に基づいて障害物のない移動可能領域を検出するとともにこの移動可能領域内において追随目標を追随する移動予定路を決定し走行部を制御して移動予定路上を移動させる制御手段とを備え、制御手段は、追随目標までの視界が障害物により遮られる虞があるときには、追随目標までの視野を確保する動作として、センサにより計測された障害物の位置及び高さの情報に基づいて障害物によって遮られずにセンサによって計測できる左右に亘る視野を算出し、追随目標と視野の左の端とで成す視野角と追随目標と視野の右の端とで成す視野角とのうちの狭いほうの視野角を視野余裕と定義し、所定時間内に到達できる到達可能範囲を予め設定しておき、視野余裕が追随目標の左側にあるときには到達可能範囲のうちの右側への移動距離が最も長くなる最遠点に走行部を移動させ、視野余裕が追随目標の右側にあるときには到達可能範囲のうちの左側への移動距離が最も長くなる最遠点に走行部を移動させることにより、追随目標を追随する移動予定路の決定を可能とすることを特徴とするものである。

〔構成２〕
本発明に係る自律移動ロボット装置は、構成１を有する自律移動ロボット装置において、制御手段は、追随目標を追随中である旨及び追随動作への協力を要請する旨を周囲の人に告知することを特徴とするものである。

〔構成３〕
本発明に係る自律移動ロボット装置の制御方法は、移動可能となされた走行部と周囲の障害物の有無を計測するとともに所定の追随目標の位置を計測するセンサとを有する自律移動ロボット装置を制御する方法であって、センサによる計測結果に基づいて障害物のない移動可能領域を検出するとともにこの移動可能領域内において追随目標を追随する移動予定路を決定し、追随目標までの視界が障害物により遮られる虞があるときには追随目標までの視界を確保する動作として、センサにより計測された障害物の位置及び高さの情報に基づいて障害物によって遮られずにセンサによって計測できる左右に亘る視野を算出し、追随目標と視野の左の端とで成す視野角と追随目標と視野の右の端とで成す視野角とのうちの狭いほうの視野角を視野余裕と定義し、所定時間内に到達できる到達可能範囲を予め設定しておき、視野余裕が追随目標の左側にあるときには到達可能範囲のうちの右側への移動距離が最も長くなる最遠点に走行部を移動させ、視野余裕が追随目標の右側にあるときには到達可能範囲のうちの左側への移動距離が最も長くなる最遠点に走行部を移動させることにより、追随目標を追随する移動予定路の決定を可能とすることを特徴とするものである。

〔構成４〕
本発明に係る自律移動ロボット装置の制御方法は、構成３を有する自律移動ロボット装置の制御方法において、追随目標を追随中である旨及び追随動作への協力を要請する旨を周囲の人に告知することを特徴とするものである。

構成１を有する本発明に係る自律移動ロボット装置においては、制御手段は、追随目標までの視界が障害物により遮られる虞があるときには、追随目標までの視野を確保する動作として、センサにより計測された障害物の位置及び高さの情報に基づいて障害物によって遮られずにセンサによって計測できる左右に亘る視野を算出し、追随目標と視野の左の端とで成す視野角と追随目標と視野の右の端とで成す視野角とのうちの狭いほうの視野角を視野余裕と定義し、所定時間内に到達できる到達可能範囲を予め設定しておき、視野余裕が追随目標の左側にあるときには到達可能範囲のうちの右側への移動距離が最も長くなる最遠点に走行部を移動させ、視野余裕が追随目標の右側にあるときには到達可能範囲のうちの左側への移動距離が最も長くなる最遠点に走行部を移動させることにより、追随目標を追随する移動予定路の決定を可能とするので、他の歩行者などの障害物が複数存在する場合や狭い道など、経路の選択肢が少ない場所において、追随ができなくなった場合においても、追随目標を見失わないような動作を行うことにより、追随動作を続行することができる。

構成２を有する本発明に係る自律移動ロボット装置においては、制御手段は、追随目標を追随中である旨及び追随動作への協力を要請する旨を周囲の人に告知するので、追随目標や周囲の人に働きかけて環境を改善することで、停止することなく追随動作を続行することができる。また、自律移動ロボット装置の状況がわかりやすくなるため、追随目標や周囲の人が自律移動ロボット装置へ払う警戒を低減させることができ、日常生活への投入が容易となる。

構成３を有する本発明に係る自律移動ロボット装置の制御方法においては、センサによる計測結果に基づいて障害物のない移動可能領域を検出するとともにこの移動可能領域内において追随目標を追随する移動予定路を決定し、追随目標までの視界が障害物により遮られる虞があるときには追随目標までの視界を確保する動作として、センサにより計測された障害物の位置及び高さの情報に基づいて障害物によって遮られずにセンサによって計測できる左右に亘る視野を算出し、追随目標と視野の左の端とで成す視野角と追随目標と視野の右の端とで成す視野角とのうちの狭いほうの視野角を視野余裕と定義し、所定時間内に到達できる到達可能範囲を予め設定しておき、視野余裕が追随目標の左側にあるときには到達可能範囲のうちの右側への移動距離が最も長くなる最遠点に走行部を移動させ、視野余裕が追随目標の右側にあるときには到達可能範囲のうちの左側への移動距離が最も長くなる最遠点に走行部を移動させることにより、追随目標を追随する移動予定路の決定を可能とするので、他の歩行者などの障害物が複数存在する場合や狭い道など、経路の選択肢が少ない場所において、追随ができなくなった場合においても、追随目標を見失わないような動作を行わせることにより、追随動作を続行させることができる。

構成４を有する本発明に係る自律移動ロボット装置の制御方法においては、追随目標を追随中である旨及び追随動作への協力を要請する旨を周囲の人に告知するので、追随目標や周囲の人に働きかけて環境を改善することで、停止することなく追随動作を続行させることができる。また、自律移動ロボット装置の状況がわかりやすくなるため、追随目標や周囲の人が自律移動ロボット装置へ払う警戒を低減させることができ、日常生活への自律移動ロボット装置の投入を容易とすることができる。

すなわち、本発明は、追随目標との間に、他の歩行者などの障害物が介入して追随目標までの視野が失われそうになったり、走行経路の生成が不能となった場合においても、追随目標の追随を続行することができるようになされた自律移動ロボット装置及び自律移動ロボット装置の制御方法を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

〔自律移動ロボット装置の構成〕
図１は、本発明に係る自律移動ロボット装置の外観構成を示す側面図である。

この自律移動ロボット装置は、図１に示すように、移動可能となされた走行部１を有し、この走行部１上に設置された筐体１ａ内に、制御手段２等を内蔵して構成されている。この自律移動ロボット装置は、歩行者等の追随目標１０１を追随して移動するように構成されている。

この自律移動ロボット装置において、走行部１は、制御手段２によって制御される。また、センサ３は、周囲の障害物及び追随目標の位置を計測する。センサ３としては、例えば、レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）や、測距センサとなるステレオカメラなどを用いることができる。制御手段２は、センサ３による計測結果に基づいて、走行部１の自律移動を可能とする。

また、筐体１ａ内には、自己位置計測のためのＧＰＳ受信装置４、オドメータ、姿勢計測のためのバーチカルジャイロ等が内蔵されている。

図２は、本発明に係る自律移動ロボット装置の制御手段の構成を示すブロック図である。

この自律移動ロボット装置の制御手段２は、図２に示すように、移動路検出部２ａを有している。この移動路検出部２ａは、センサ３による計測結果に基づき、自律移動ロボット装置が移動可能な領域の検出を行う。また、制御手段２は、追随目標位置速度検出部２ｂを有している。この追随目標位置速度検出部２ｂは、センサ３による計測結果に基づき、追随目標１０１の位置及び速度の計測を行う。さらに、制御手段２は、位置速度検出部２ｃを有している。この位置速度検出部２ｃは、センサ３及びＧＰＳ受信装置４による計測結果に基づき、自律移動ロボット装置の位置及び速度の計測を行う。

これら移動路検出部２ａ、追随目標位置速度検出部２ｂ及び位置速度検出部２ｃによる計測結果は、行動制御部２ｄに送られる。この行動制御部２ｄは、追随目標１０１等の目標位置までの移動予定路を生成し、走行部１の制御を行う。

さらに、制御手段２は、ミッション環境評価部２ｅを有している。ミッション環境評価部２ｅは、追随を実施する環境を評価し、その結果に基づき、後述するように、経路生成アルゴリズムの切り替えや、追随目標１０１及び周囲の人への告知事項（依頼や伝達）を選択する。

制御手段２には、追随目標通信部５が接続されている。この追随目標通信部５は、追随目標１０１（例えば、歩行者）との間で、情報の送受信を行う。また、制御手段２には、外部通信部６が接続されている。この外部通信部６は、周囲の人に対して、自律移動ロボット装置の状況や協力の要請を告知、伝達する。

図３は、本発明に係る自律移動ロボット装置の構成を示すブロック図である。

この自律移動ロボット装置は、図３に示すように、移動路検出部２ａにおいて、３Ｄレーザスキャナなどのセンサ３及び障害物検知部３ａにより、周囲の幾何形状を計測し、３次元地図を生成する。この地図の高さ情報などを用いて、地図内における障害物の有無、移動可能領域の検出を行う。このようにして得られた地図を環境地図とし、後の工程における行動制御に使用する。センサ３としては、３Ｄレーザスキャナの他に、ステレオカメラや３次元超音波センサなどを用いることもできる。

追随目標位置速度検出部２ｂにおいては、図１に示すように、追随目標１０１に携帯させた追随目標ＧＰＳ１０２、または、自律移動ロボット装置に搭載したＰＺＴ（パン・チルト・ズーム）カメラ７から、追随目標１０１の位置情報を取得する。

追随目標１０１が携帯する追随目標ＧＰＳ１０２は、追随目標１０１の位置情報を計測し、この位置情報を、図３に示すように、コントローラ兼通信部１０３及び無線ＬＡＮ１０４を介して、自律移動ロボット装置へ送信する。環境や運用上の制約から追随目標ＧＰＳ１０２が利用できない場合には、ＰＺＴカメラ７及び追随目標位置認識部７ａにより、追随目標１０１の色や形状などの特徴を検出して追随目標１０１の方位を計測し、移動路検出部２ａにおいて得られた障害物の中から、追随目標１０１を特定し、追随目標１０１の位置情報を得る。ＰＺＴカメラ７は、パン、チルト及びズームが可能なカメラであることが望ましいが、全方位カメラであってもよい。

また、コントローラ兼通信部１０３にはイヤホン１０５が接続されており、自律移動ロボット装置から追従目標１０１に対して、音声情報を伝達することができる。

そして、追随目標位置速度検出部２ｂにおいては、取得した追随目標１０１の位置情報から、所定時間における位置の変位を算出し、追随目標１０１の速度の算出も行う。

位置速度検出部２ｃにおいては、自律移動ロボット装置に搭載したＧＰＳ４、または、デッドレコニング８により、自律移動ロボット装置の位置と速度の計測を行う。ＧＰＳ４の計測精度がよい場合には、自律移動ロボット装置の位置情報及び速度情報をＧＰＳ４及び速度演算部４ａにより取得する。ＧＰＳ４が使用できない場合には、位置情報及び速度情報デッドレコニング８によって算出する。

ミッション環境評価部２ｅにおいては、環境地図及びセンサ３の動作状況から、自律移動ロボット装置の置かれている環境を追随環境として評価し、移動予定経路の生成アルゴリズムの切り替え及び追随目標１０１と周囲の人へ告知する情報を選択する。

行動制御部２ｄは、移動予定経路を生成する経路生成部９、走行部１の各車輪の回転数を決定する車輌制御部１０及びアクチュエータなどを駆動させる車体駆動部１１で構成されている。走行部１の車輪は、例えば、スキッドステア方式とする。経路生成部９は、追随目標１０１の位置等を目標点として、ポテンシャル法と最急降下法等によって移動予定経路の生成を行う。自律移動ロボット装置の移動速度は、環境から許容される最大速度とする。

追随目標通信部５においては、追随目標１０１が携帯したコントローラ兼通信部１０３との間で、無線ＬＡＮ１０４により情報の授受を行う。また、追随目標１０１は、コントローラ兼通信部１０３に接続されたイヤホン１０５を装着する。コントローラ兼通信部１０３は、小型コンピュータを内蔵して構成されている。なお、このコントローラ兼通信部１０３における通信部は、携帯電話などであってもよい。

外部通信部６においては、例えば、スピーカ６ａを使った音声により、周囲の人に対する情報の告知を行う。この外部通信部６における告知手段は、スピーカ６ａの他、ランプなどの発光手段や液晶表示部などの表示手段であってもよい。

〔自律移動ロボット装置の動作の前提となる環境（条件）〕
図４は、自律移動ロボット装置が追随目標を見失うまでの時間を説明する平面図である。

この自律移動ロボット装置においては、図４に示すように、追随目標１０１の速度をＶｈとし、自律移動ロボットから追随目標１０１までの距離をＲｈとし、自律移動ロボット装置から最も近い位置にある障害物２０１までの距離をＲminとしたとき、図５に示すように、自律移動ロボット装置が追随目標を見失うまでの時間を推測することができる。

図５は、自律移動ロボット装置が追随目標を見失うまでの時間を説明するフローチャートである。

すなわち、図５に示すように、追随目標１０１までの距離Ｒｈ、最も近い位置にある障害物２０１までの距離Ｒmin及び追随目標１０１の速度Ｖｈより、障害物２０１までの距離Ｒminにより決定される許容速度Ｖmaxを考慮して、追随目標１０１を見失う（ロスト）までの時間Ｔは、以下の式で表される。なお、Ｒmaxは、センサ３のセンサレンジ（計測範囲）の上限値である。
Ｔ＝（Ｒmax−Ｒｈ）／（Ｖｈ−Ｖmax）

図６は、視野余裕について説明する平面図である。

この自律移動ロボット装置においては、視野余裕を定義することができる。この視野余裕は、図６に示すように、センサ３により計測された障害物２０１の位置及び高さの情報に基づいて算出された視野において、追随目標１０１と視野の左右いずれかの端との間の視野（角）Ｌ１，Ｌ２のうちの狭い方Ｌ１である。

ここで、視野とは、高さ検索ラインＨ０よりも高い障害物２０１によって遮られずにセンサ３によって計測できる範囲である。高さ検索ラインＨ０は、例えば、追随目標１０１の高さに相当し、この高さよりも高い障害物２０１があると、追随目標１０１が見えなくなることを意味する。高さ検索ラインＨ０よりも低い障害物２０１であれば、走行が妨げられることはあっても、追随目標１０１が見えなくなることはない。

なお、視野余裕が最も広くなる場合は、センサ３の計測範囲（視角）内に高さ検索ラインＨ０よりも高い障害物２０１が存在しない場合において、追随目標１０１をセンサ３の計測範囲（視角）の中心に捉えている場合であって、センサ３の計測範囲（視角）の半分になる場合である。

この自律移動ロボット装置は、後述するように、追随目標１０１までの視界が障害物２０１により遮られる虞があるとき、または、遮られたときには、走行部１を制御して、視野余裕が増大する方向に移動し、追随目標１０１までの視界を確保するように動作する。

図７は、自律移動ロボット装置の到達範囲を示す平面図である。

この自律移動ロボット装置においては、図７に示すように、所定時間内における到達可能範囲を予め設定しておくことにより、追随目標１０１を見失う可能性がある場合の移動予定経路を適格に設定することができる。

〔自律移動ロボット装置の動作（本発明に係る自律移動ロボット装置の制御方法）〕
図８は、本発明に係る自律移動ロボット装置における第１の視野確保アルゴリズム動作を示す平面図である。

本発明に係る自律移動ロボット装置は、図８に示すように、追随目標１０１よりも近い距離に障害物２０１が存在する場合には、図８中矢印ａで示すように、視野余裕が広くなる方向、すなわち、視野余裕の方向の逆の方向に移動する。この方向に移動することにより、視野余裕が広くなる。

図９は、本発明に係る自律移動ロボット装置における第２の視野確保アルゴリズム動作を示す平面図である。

本発明に係る自律移動ロボット装置は、図９に示すように、矢印ａ方向（視野余裕の方向の逆の方向）に移動する場合において、矢印ａの垂線と到達可能範囲の最遠点との交点ｂに移動することにより、視野余裕を広げつつ、追随目標１０１との距離が長くなることを防止して、追随目標１０１を追随することができる。

図１０は、本発明に係る自律移動ロボット装置における第３の視野確保アルゴリズム動作を示す平面図である。

本発明に係る自律移動ロボット装置は、図１０に示すように、図９に示した交点ｂへの移動を完了すると、この地点における新たな環境地図を作成する。自律移動ロボット装置が移動したことにより、視野が変化するので、自律移動ロボット装置に対する障害物２０１の位置や、視野余裕が移動前に対して変化しているからである。

図１１は、本発明に係る自律移動ロボット装置の動作の概要を示す平面図であり、（ａ）は、自律移動ロボット装置と追随目標１０１との間に大人の歩行者１人が進入した場合であり、（ｂ）は、自律移動ロボット装置と追随目標１０１との間に大人及び子供の歩行者各１人が進入した場合であり、（ｃ）は、自律移動ロボット装置と追随目標１０１との間に大人の歩行者２人が進入した場合である。

本発明に係る自律移動ロボット装置は、図１１中の（ａ）に示すように、狭い道において、追随目標１０１との間に障害物２０１として大人の歩行者１人が進入した場合には、障害物２０１により追随目標１０１までの視野が妨げられることとなるため、追随目標１０１に対しては、例えば、「移動予定険路が生成できません。視野確保に専念します。」などの情報を告知（送信）する。また、障害物２０１である歩行者に対しては、例えば、「申し訳ありませんが前に行かせて戴けないでしょうか」などの音声により告知する。

また、この自律移動ロボット装置は、図１１中の（ｂ）に示すように、狭い道において、追随目標１０１との間に障害物２０１として大人及び子供の歩行者各１人が進入した場合には、大人の歩行者により追随目標１０１までの視野が妨げられるが、子供の歩行者には追随目標１０１までの視野が妨げられないので、子供の歩行者の背後に移動して、追随目標１０１までの視野を確保する。また、子供の歩行者に対しては、例えば、「申し訳ありませんが前に行かせて戴けないでしょうか」などの音声により告知する。

そして、この自律移動ロボット装置は、図１１中の（ｃ）に示すように、狭い道において、追随目標１０１との間に障害物２０１として大人の歩行者２人が進入した場合には、障害物２０１により追随目標１０１までの視野が妨げられることとなる。このとき、脇道に移動することによって追随目標１０１までの視野が確保できる場合には、脇道に移動して視野を確保し、追随目標１０１に対しては、例えば、「移動予定険路が生成できません。視野確保に専念します。」などの情報を告知（送信）する。そして、障害物２０１である歩行者２人が追随目標１０１までの間の視野から移動して去った場合には、元の移動経路に戻る。このとき、追随目標１０１に対しては、例えば、「追随を再開します。」などの情報を告知（送信）する。

図１２は、本発明に係る自律移動ロボット装置における追随目標を追随する動作を示すフローチャートである。

この自律移動ロボット装置は、図１２に示す動作を実行することにより、前述したような視野確保及び追随目標１０１の追随の動作を実行する。すなわち、ステップｓｔ１において、追随目標１０１に装着されたＧＰＳ１０２により追随目標（歩行者）１０１の位置を計測し、ステップｓｔ２において、ＧＰＳ１０２が使用可能かどうかを判別しておく。

一方、ステップｓｔ５において、ＰＺＴカメラ７により追随目標（歩行者）１０１を撮影し、ステップｓｔ６において、追随目標１０１の方位を計測しておく。

さらに、ステップｓｔ８において、センサ（３Ｄレーザスキャナ）３により周囲の幾何形状を計測し、ステップｓｔ９において、障害物２０１の高さに基づく走行可能の可否を判定し、ステップｓｔ１０において、環境地図を作成する。

作成された環境地図は、ステップｓｔ１６において記録し、ステップｓｔ１８に進む。

ステップｓｔ７において、ＰＺＴカメラ７により計測された追随目標１０１の方位と環境地図とに基づき、追随目標１０１の位置を特定する。

ステップｓｔ３において、ＧＰＳ１０２とＰＺＴカメラ７とのいずれを使用するかを決定し、ステップｓｔ４において、追随目標１０１の移動速度を算出しておく。

ここで、通常はＧＰＳ１０２を使用するが、市街地などＧＰＳ１０２が使用できない状況は多々あるため、ＧＰＳ１０２が使用できなくなった場合には、ＰＺＴカメラ７を使用する。ＧＰＳ１０２はいつ使用できなくなるか予測ができないため、常にＰＺＴカメラ７によるトラッキングも行っておく。

算出された追随目標１０１の位置及び移動速度、ＧＰＳ１０２及びＰＺＴカメラ７の状態は、ステップｓｔ１５において記録し、ステップｓｔ１８に進む。

一方、ステップｓｔ１１において、デッドレコニング８により、自律移動ロボット装置の移動速度を検出し、ステップｓｔ１２において、ＧＰＳ４による自律移動ロボット装置の位置の計測を行う。ステップｓｔ１３において、自律移動ロボット装置の位置及び速度の計測にデッドレコニング８及びＧＰＳ４のいずれを使用するかを決定する。ステップｓｔ１４において、自律移動ロボット装置の位置及び速度を算出する。

算出された自律移動ロボット装置の位置及び速度は、ステップｓｔ１７において記録し、ステップｓｔ１８に進む。

次に、ステップｓｔ１８において、ミッション環境評価を行う。このミッション環境評価の内容については、後述する。次に、ステップｓｔ１９において、移動予定経路の作成アルゴリズムとして、追随アルゴリズム、視野確保アルゴリズム及び停止アルゴリズムのいずれかに切り替える。

追随アルゴリズムに切り替えた場合には、ステップｓｔ２０に進み、追随目標１０１の位置を目標点に設定して、ステップｓｔ２３に進む。ステップｓｔ２３では、図１４に示す第１の情報伝達の実行を開始し、ステップｓｔ２４に進む。ステップｓｔ２４では、環境地図に基づき、ポテンシャル場を生成する。ステップｓｔ２５に進み、最急降下法により、移動予定経路を生成する。ステップｓｔ２７に進み、車輌演算制御を行い、走行部１の各車輪の回転数を設定する。ステップｓｔ２８に進み、設定された回転数で走行部１の各車輪を回転させ、自律移動ロボット装置を移動させる。

そして、ステップｓｔ３０に進み、時刻情報ｔを（ｔ＋Δｔ）に更新して、ステップｓｔ１８に戻る。

追随目標１０１の追随が可能であるときは、制動距離を考慮して追随目標１０１の近傍の点を目標点として、移動予定経路を生成し、追随を行う。そして、移動予定経路の生成が不能になったり、ＰＺＴカメラ７の視野が失われるような環境になると、視野の確保に専念するための経路生成を行う。すなわち、ステップｓｔ１９において視野確保アルゴリズムに切り替えられた場合には、ステップｓｔ２１に進み、視野確保アルゴリズムにより、移動目標点を設定して、ステップｓｔ２３に進む。

また、ステップｓｔ１９において停止アルゴリズムに切り替えられた場合には、ステップｓｔ２２に進み、減速指令を発し、ステップｓｔ２９に進む。ステップｓｔ２９では、図１５に示す第２の情報伝達の実行を開始し、ステップｓｔ２７に進む。

図１３は、本発明に係る自律移動ロボット装置におけるミッション環境の評価及び経路生成アルゴリズムの切り替え動作を示すフローチャートである。

前記図１２のステップｓｔ１８におけるミッション環境評価は、図１３に示すように、ステップｓｔ１５において記録された追随目標１０１の位置及び移動速度、ＧＰＳ１０２及びＰＺＴカメラ７の状態、ステップｓｔ１６において記録された環境地図及びステップｓｔ１７において記録された自律移動ロボット装置の位置及び速度に基づいて、ステップｓｔ３１において、追随目標１０１の位置計測の可否を判別し、位置計測が可であればフラグＣｄ＝Ｃｄ0とし、位置計測が不可であればフラグＣｄ＝Ｃｄ1とする。また、追随認識環境評価として、視野余裕Ｌを検出する。そして、視野余裕Ｌが所定の閾値（Ｌth）よりも小（０＜Ｌ＜Ｌth）であれば、フラグＣｌ＝Ｃｌ0とする。視野余裕Ｌが所定の閾値（Ｌth）以上（Ｌth≦Ｌ）であれば、フラグＣｌ＝Ｃｌ1とする。

次に、ステップｓｔ３２において、行動環境評価として、追随目標１０１を見失う（ロストする）までの時間Ｔを予測する。このとき、前回経路なしであれば、時間Ｔが所定の閾値（Ｔth）よりも小（０＜Ｔ＜Ｔth）であれば、フラグＣｔ＝Ｃｔ1とする。また、時間Ｔが所定の閾値（Ｔth）以上（Ｔth≦Ｔ）であれば、フラグＣｔ＝Ｃｔ2とする。

次に、ステップｓｔ３３において、追随センサ動作評価として、ＰＺＴカメラ７により追随者候補を検出できていなければ、ＰＺＴカメラ７が使用不能と判断して、フラグＣｂ＝Ｃｂ0とし、輝度平均値Ｂが所定の閾値（Ｂth）以上（Ｂth≦Ｂ）であれば、ＰＺＴカメラ７が使用可能なので追随者候補を検出していれば、フラグＣｂ＝Ｃｂ1とする。検出には、例えば追随者へマーカーを付帯させ、これの輝度、形状等により検出する。また、追随目標１０１が携帯するＧＰＳ１０２が補足している衛星の数Ｎを判別し、衛星の数Ｎが所定の閾値（Ｎth）より小（Ｎ＜Ｎth）であれば、ＧＰＳ１０２が使用不能と判断して、フラグＣｎ＝Ｃｎ0とし、衛星の数Ｎが所定の閾値（Ｎth）以上（Ｎth≦Ｎ）であれば、ＧＰＳ１０２が使用可能なので、フラグＣｎ＝Ｃｎ1とする。

このように、ステップｓｔ３１乃至ステップｓｔ３３により、環境評価を行い、この結果に応じて、移動予定経路の生成アルゴリズムの切替及び告知事項の選定を行う。すなわち、ステップｓｔ３４において、フラグＣｄがＣｄ0であるか否かを判別し、ＣｄがＣｄ0であれば、ステップｓｔ３５に進み、ＣｄがＣｄ0でなければ、ステップｓｔ３６に進む。

ステップｓｔ３６においては、経路生成アルゴリズムとして、停止アルゴリズムを選択し、図１５のステップｓｔ３９に進む。

ステップｓｔ３５においては、フラグＣｔがＣｔ1であるか、または、フラグＣｌがＣｌ0であるか否かを判別し、いずれにも該当しなければ、ステップｓｔ３７に進み、いずれかに該当すれば、ステップｓｔ３８に進む。

ステップｓｔ３７では、経路生成アルゴリズムとして、追随アルゴリズムを選択し、図１４のステップｓｔ４０に進む。ステップｓｔ３８では、経路生成アルゴリズムとして、視野確保アルゴリズムを選択し、図１４のステップｓｔ４０に進む。

図１４は、第１の情報伝達である動作追随アルゴリズム及び視野確保アルゴリズムの動作を示すフローチャートである。

図１５は、第２の情報伝達である停止アルゴリズムの動作を示すフローチャートである。

図１５のステップｓｔ３９では、第２の情報伝達を開始し、経路生成アルゴリズムの切り替えが発生したか否かを判別する。経路生成アルゴリズムの切り替えが発生していればステップｓｔ４１に進み、発生していなければステップｓｔ４２に進み、いずれにおいても追随目標１０１への連絡及び周囲の人への情報の告知を行う。なお、このステップｓｔ３９は、自律移動ロボット装置の移動を停止する場合（ステップｓｔ３６）以外でも、必要に応じて実行する。

ステップｓｔ４１では、追随目標１０１に対する情報として、例えば、「見失いました。停止します。」などの情報を選択し、ステップｓｔ４３に進む。ステップｓｔ４３では、周囲の人に対する情報として、例えば、「追随者を見失い、停止しております」などの情報を選択し、ステップｓｔ４４に進む。

ステップｓｔ４４では、追随目標１０１及び周囲の人に対して、選択された情報を告知し、図１２のステップｓｔ２７に戻る。

ステップｓｔ４２では、追随目標１０１に対する情報として、例えば、「停止しました。迎えに来てください。」などの情報を選択し、ステップｓｔ４５に進む。ステップｓｔ４５では、周囲の人に対する情報として、例えば、「追随者を見失い、停止しております」などの情報を選択し、ステップｓｔ４４に進む。

図１４のステップｓｔ４０では、第１の情報伝達を開始し、経路生成アルゴリズムの切り替えが発生したか否かを判別する。経路生成アルゴリズムの切り替えが発生していればステップｓｔ４６に進み、発生していなければステップｓｔ４７に進み、いずれにおいても追随目標１０１への連絡及び周囲の人への情報の告知を行う。

ステップｓｔ４６では、追随目標１０１に対する情報として、追随アルゴリズム選択時には、「追随経路が確保できました。追随を開始します。」などの情報を選択し、追随目標１０１を見失うことが間近であり、視野確保アルゴリズム選択時（Ｃｔ＝Ｃｔ1、または、Ｃｌ＝Ｃｌ0））には、例えば、「追随経路が生成できません。視野確保に専念します。」、または、「見失いそうです。視野確保に専念します。」などの情報を選択し、ステップｓｔ４８に進む。ステップｓｔ４８では、周囲の人に対する情報として、例えば、「申し訳ないですが、前へ行かせて戴けないでしょうか。」などの情報を選択し、ステップｓｔ５０に進む。

ステップｓｔ５０では、追随目標１０１及び周囲の人に対して、選択された情報を告知し、図１２のステップｓｔ２４に戻る。

ステップｓｔ４７では、追随目標１０１に対する情報として、追随目標１０１を見失うことが間近であり、視野確保アルゴリズム選択時には、「見失いそうです。速度を落としてください。」などの情報を選択し、追随目標１０１の検出に用いるセンサを切り替えた場合には、例えば、「ＧＰＳだけを使用しています。屋内へは入らないでください。」「カメラだけを使用しています。暗い場所へは入らないでください。」などの情報を選択し、ステップｓｔ４９に進む。ステップｓｔ４９では、周囲の人に対する情報として、例えば、「申し訳ないですが、前へ行かせて戴けないでしょうか。」などの情報を選択し、ステップｓｔ５０に進む。

図１６は、本発明に係る自律移動ロボット装置における視野確保アルゴリズムを示すフローチャートである。

この自律移動ロボット装置が行う視野確保アルゴリズムにおいては、図１６に示すように、ステップｓｔ５１で視野余裕を計算する。次に、ステップｓｔ５２で自律移動ロボット装置の移動方向を、視野余裕の方向の逆方向に選択する。次に、ステップｓｔ５３で、所定時間内における自律移動ロボット装置の到達範囲を設定する。この範囲は、テンプレートとして予め設定して保持しておくとよい。次に、ステップｓｔ５４で、センサ３の視野範囲を確認する。このとき、自律移動ロボット装置の到達範囲内において、追随目標１０１までの距離がセンサ３の計測可能距離を超えない領域を検出する。

次に、ステップｓｔ５５において、障害物２０１の干渉範囲を検出する。次に、ステップｓｔ５６においては、ステップｓｔ５４及びステップｓｔ５５において移動可能と判別された領域内において、追随目標１０１に向かう方向に直交する方向の成分の移動量が最大となるように、移動目標点を設定する。すなわち、追随目標１０１までの距離がセンサ３の計測可能距離を超えず、かつ、障害物２０１に干渉されないという条件の下で、視野余裕の方向の逆方向について最も長い距離を移動するようにして、視野余裕を最も効率よく拡大できるように、移動目標点を設定する。この移動目標点に自律移動ロボット装置が移動することにより、視野余裕が拡大され、視野確保アルゴリズムが終了する。

本発明に係る自律移動ロボット装置の外観構成を示す側面図である。 本発明に係る自律移動ロボット装置の制御手段の構成を示すブロック図である。 本発明に係る自律移動ロボット装置の構成を示すブロック図である。 自律移動ロボット装置が追随目標を見失うまでの時間を説明する平面図である。 自律移動ロボット装置が追随目標を見失うまでの時間を説明するフローチャートである。 視野余裕について説明する平面図である。 自律移動ロボット装置の到達範囲を示す平面図である。 本発明に係る自律移動ロボット装置における第１の視野確保アルゴリズム動作を示す平面図である。 本発明に係る自律移動ロボット装置における第２の視野確保アルゴリズム動作を示す平面図である。 本発明に係る自律移動ロボット装置における第３の視野確保アルゴリズム動作を示す平面図である。 本発明に係る自律移動ロボット装置の動作の概要を示す平面図であり、（ａ）は、自律移動ロボット装置と追随目標１０１との間に大人の歩行者１人が進入した場合であり、（ｂ）は、自律移動ロボット装置と追随目標１０１との間に大人及び子供の歩行者各１人が進入した場合であり、（ｃ）は、自律移動ロボット装置と追随目標１０１との間に大人の歩行者２人が進入した場合である。 本発明に係る自律移動ロボット装置における追随目標を追随する動作を示すフローチャートである。 本発明に係る自律移動ロボット装置におけるミッション環境の評価及び経路生成アルゴリズムの切り替え動作を示すフローチャートである。 本発明に係る自律移動ロボット装置における第１の情報伝達である動作追随アルゴリズム及び視野確保アルゴリズムの動作を示すフローチャートである。 本発明に係る自律移動ロボット装置における第２の情報伝達である停止アルゴリズムの動作を示すフローチャートである。 本発明に係る自律移動ロボット装置における視野確保アルゴリズムを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 走行部
２ 制御手段
３ センサ
４ ＧＰＳ
７ ＰＺＴカメラ
１０１ 追随目標
１０２ ＧＰＳ
２０１ 障害物

Claims (4)

1. 移動可能となされた走行部と、
   前記走行部に搭載され、この走行部の周囲の障害物の有無を計測するとともに、所定の追随目標の位置を計測するセンサと、
   前記走行部に搭載され、前記センサによる計測結果に基づいて、前記障害物のない移動可能領域を検出するとともに、この移動可能領域内において前記追随目標を追随する移動予定路を決定し、前記走行部を制御して前記移動予定路上を移動させる制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、前記追随目標までの視界が前記障害物により遮られる虞があるときには、前記追随目標までの視野を確保する動作として、
   前記センサにより計測された障害物の位置及び高さの情報に基づいて、障害物によって遮られずにセンサによって計測できる左右に亘る視野を算出し、
   前記追随目標と前記視野の左の端とで成す視野角と、前記追随目標と前記視野の右の端とで成す視野角とのうちの狭いほうの視野角を視野余裕と定義し、
   所定時間内に到達できる到達可能範囲を予め設定しておき、
   前記視野余裕が前記追随目標の左側にあるときには、前記到達可能範囲のうちの右側への移動距離が最も長くなる最遠点に前記走行部を移動させ、
   前記視野余裕が前記追随目標の右側にあるときには、前記到達可能範囲のうちの左側への移動距離が最も長くなる最遠点に前記走行部を移動させることにより、
   前記追随目標を追随する移動予定路の決定を可能とする
   ことを特徴とする自律移動ロボット装置。
2. 前記制御手段は、前記追随目標を追随中である旨及び追随動作への協力を要請する旨を周囲の人に告知する
   ことを特徴とする請求項１記載の自律移動ロボット装置。
3. 移動可能となされた走行部と、周囲の障害物の有無を計測するとともに所定の追随目標の位置を計測するセンサとを有する自律移動ロボット装置を制御する方法であって、
   前記センサによる計測結果に基づいて、前記障害物のない移動可能領域を検出するとともに、この移動可能領域内において前記追随目標を追随する移動予定路を決定し、
   前記追随目標までの視界が前記障害物により遮られる虞があるときには、前記追随目標までの視界を確保する動作として、
   前記センサにより計測された障害物の位置及び高さの情報に基づいて、障害物によって遮られずにセンサによって計測できる左右に亘る視野を算出し、
   前記追随目標と前記視野の左の端とで成す視野角と、前記追随目標と前記視野の右の端とで成す視野角とのうちの狭いほうの視野角を視野余裕と定義し、
   所定時間内に到達できる到達可能範囲を予め設定しておき、
   前記視野余裕が前記追随目標の左側にあるときには、前記到達可能範囲のうちの右側への移動距離が最も長くなる最遠点に前記走行部を移動させ、
   前記視野余裕が前記追随目標の右側にあるときには、前記到達可能範囲のうちの左側への移動距離が最も長くなる最遠点に前記走行部を移動させることにより、
   前記追随目標を追随する移動予定路の決定を可能とする
   ことを特徴とする自律移動ロボット装置の制御方法。
4. 前記追随目標を追随中である旨及び追随動作への協力を要請する旨を周囲の人に告知する
   ことを特徴とする請求項３記載の自律移動ロボット装置の制御方法。

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