JPH036710A - 追随移動ロボット制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） この発明は、移動する物体に追随して移動するロボット
の走行を制御する追随移動ロボット制御装置に関する。

（従来の技術） 例えば買い物荷物を運ぶために買い物客の後を追随して
移動するような追随移動ロボットの追随制御のための走
行制御信号を得る装置としては、従来、人間に超音波発
振器を持たせ、この超音波発振器からの信号を受信する
ことにより追随移動ロボットを追随走行させるものが提
案されているが、このような装置では人間が超音波発振
器を身に付けたり取り外したりしなければならず、特に
買い物客のような一般の人間にそのような手間の掛かる
ことを要求することはできず、実用的でない問題点があ
った。

そこで、追随移動ロボット側の視覚を利用するならば人
間側に超音波発振器の着脱を要求する必要がないために
人間側の手間を省くことができる長所がある。しかしな
がら、追随対象物体に追随するためには追随対象物体ま
での距離という３次元情報が必要になってくる。このよ
うな３次元情報を得る視覚手段としては両眼立体視があ
るが、この両眼立体視を行なうには両眼の対応部分を見
つけ、三角測量原理により追随対象物体までの距離を求
める計算が必要であり、この計算が大量であり、機敏に
追随移動することができない問題点があり、また両眼の
対応部分の検出に誤りを生じやすく、正しい距離が求め
られない場合が多くある問題点もあった。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように従来の追随移動ロボット制御装置では、追
随対象物体である人間側に超音波発振器を持ってもられ
なければならない煩わしさがあったり、また両眼立体視
の場合には計算量の多さと動作の確実性という点で実用
的ではない問題点があった。

この発明はこのような従来の問題点に鑑みて成されたも
ので、１つの撮像装置を用いて追随移動用の制御信号を
得ることができ、計算量も少なくて追随移動応答性を高
めることのできる追随移動ロボット制御装置を提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明の追随移動ロボット制御装置は、追随対象物体
の所定の特徴部分の方向に向けられた撮像装置と、 この撮像装置により撮像された画像から追随対象物体の
画像内での前記特徴部分の垂直方向の位置と水平方向の
中心位置とを検出する画像解析手段と、 この画像解析手段が検出した追随対象物体の画像内の前
記特徴部分０垂直方向の位置と予め定められている基準
位置との偏差を求めて走行制御系に追随移動ロボットの
追随対象物体との距離を正規のものにする走行制御信号
を出力する追随距離制御手段と、 前記画像解析手段が検出した追随対象物体の画像内の左
右中心位置と予め定められている中心基準位置との偏差
を求めて走行制御系に追随移動ロボットの方向制御信号
を出力する追随方向制御手段とを備えたものである。

またこの発明の追随移動ロボット制御装置では、追随距
離制御手段として、画像解析手段が検出した追随対象物
体の画像内の所定の特徴部分の垂直方向の位置と予め定
められている基準位置との偏差に応じた走行速度指令信
号を出力するようにすることもできる。

（作用） この発明の追随移動ロボット制御装置では、追随対象物
体の高さはほぼ一定であるので、追随対象物体の所定の
特徴部分、例えば上端部位の方向に向けられた撮像装置
の撮像信号から、追随距離制御手段において、画像内の
追随対象物体の特徴部分の垂直方向の位置を予め定めら
れている基準位置と比較し、その偏差を追随対象物体と
の距離に換算し、予め定められている正規の距離間隔を
とるように走行制御信号を走行制御系に出力し、走行制
御系において追随移動ロボットの追随走行制御を行なわ
せる。

また、追随方向制御手段において、画像内の追随対象物
体の左右中心位置を予め定められている中心基準位置と
比較し、その偏差を求めて走行制御系に対して追随移動
ロボットの方向制御信号を出力し、走行制御系において
追随移動ロボットの走行方向制御を行なわせる。

こうして、１台の撮像装置を利用して追随移動ロボット
に追随対象物体に対する一定距離間隔を保ちながらの自
動追随移動を可能とするのである。

またこの発明の請求項２の追随移動ロボット制御装置で
は、追随距離制御手段が追随対象物体の画像内の所定の
特徴部分、例えば上端部位の位置と予め定められている
基準位置との偏差に応じた走行速度指令信号を走行制御
系に出力することにより、追随移動ロボットに対して追
随対象物体の移動速度が速い場合には追随移動ロボット
の追随距離間隔を大きくとって追随移動させ、逆に追随
対象物体の移動速度が遅い場合には追随移動ロボットの
追随距離間隔を小さくして追随移動させることができる
。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説する。

第１図はこの発明の一実施例を示しており、例えばスー
パーマーケットのような場所で追随対象物体としての買
い物客１に追随して移動し、買い物荷物を運ぶ追随移動
ロボット２についての実施例である。

第１図の実施例において、追随移動ロボット２には撮像
装置としてテレビカメラ３が搭載されており、このテレ
ビカメラ３は保持機４により人間１の所定の特徴部分と
しての上端部位である頭５を見上げる向きの仰角θが調
節できるように保持されている。

そして、このテレビカメラ３に画像処理装置６が接続さ
れており、テレビカメラ３の撮像する画像信号を解析し
、人間１との距離間隔を求めて、その距離が正規のもの
となるように追随移動ロボット２の走行制御装置７に走
行速度指令、走行方向指令を与えるようになっている。

画像処理装置６は第２図に示すような回路構成であり、
テレビカメラ３からの画像信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ
変換器８と、このＡ／Ｄ変換器８による変換信号を記憶
する画像メモリ９と、画像メモリ９に格納された画像情
報を解析し、追随移動ロボット２の自動追随移動動作の
ために制御信号を得るマイクロコンピュータ回路１０と
を備えている。

次に、上記の構成の追随移動ロボット制御装置の動作に
ついて説明する。

標準的な速さで身長りの人間１が歩くときのテレビカメ
ラ３の取り付は部と人間１との適切な距離間隔をｄｓ、
テレビカメラ３の取り付は高さをｈｃとすると、次の式
が成立する。

−ｈｃ θ−ａｒｃｔａｎ ・・・　（１） ｄｓ そこで、追随対象物体としての人間１の身長に応じてテ
レビカメラ３の仰角θを上記の（１）式のように定めて
おく。なお、この実施例では保持機４の部分に仰角目盛
１１を設け、これに対応する身長を刻印することにより
追随対象人間１の身長に合わせるだけで仰角θが自動的
に設定され、その設定信号が画像処理装置６に入力され
るようになっている。

今、第１図に示すように、人間１と追随移動ロボット２
との距離が正規のものよりも近付いているために、人間
１の頭５の上端位置が仰角θに対してΔθ分ずれている
状態にあるとすると、テレビカメラ３から人間】までの
距、ｌｄは、次の式で求められる。

−ｈｅ 　− ｔａｎ　　（θ　＋　Δ　θ） １−ｔａｎＯ−ｔａｎΔ　θ −（ｈ−ｈｃ） ｔａｎＯ＋　ｔａｎΔ　θ ・・・　（２） そして、この（２）式でり、　　ｈｃ、　　ｔａｎＯは
既知の値であるから、ｄはｔａｎΔθが分かれば求める
ことができる。

第３図は第１図の状態てテレビカメラ３が撮像した画像
を示し、また第４図はテレビカメラ３の投影系のモデル
を示したものであるが、光軸１２上に立ち、光軸１２を
含む水平向１３（第３図においてはこの水平向１３が中
央の水平線Ｃに対応している）からΔθの角度の方向の
物体１４は撮像面１５上に物体像１６を作る。

そこで、投影中心１７から撮像面１５までの距離をｆと
し、物体像１６の高さをｇとすると、次の式が成立する
。

１−ｆｔａｎΔ　θ ・・・　（３） そこで、画像処理装置６のマイクロコンピュータ回路１
０において人間１の頭５の上端位置の上側へのずれに対
応する撮像面１５上での物体像１６の中央の基準水平線
Ｃからのずれｇを求めることができると、上記の式（２
）、（３）から次の（４）式を導くことができる。

この式（４）において、ｆも予め求めておくことのでき
る一定値であるため、この式から追随対象物体である人
間１までの距離間隔ｄは基準線Ｃからの偏差としてのず
れ量ｇのみから求めることができることになる。

１−ｔａｎθ　・ ｄ−（ｈ−ｈｅ） ｔａ口θ　＋ ・・・　（４） そこで、第２図における画像処理装置６のマイクロコン
ピュータ回路１０は、一定周期毎に第５図に示すフロー
チャートに基づいて画像処理を行ない、追随移動ロボッ
ト２の走行制御装置７に対する速度指令、および方向指
令を作り出すのである。

このマイクロコンピュータ回路１０の動作を詳しく説明
すると、第６図に示すようにまず画像メモリ９を上から
順次走査して調べ、指定の濃度値より暗い黒画素の並び
が予め定められているＮライン以上続く部分を見つけ出
し、この黒画素のＮラインの始まりの部分Ｐの垂直方向
の位置を上端位置とし、基準位置Ｃとの垂直方向の偏差
ｇを求める（ステップＳｔ）。

次に、この黒画素の始まり位置から予め定められている
Ｍライン目をとり、そこからあらかじめ定められたＬ本
の黒画素について水平方向の中心Ｑを求め、画像中心０
との水平方向のずれ偏差ｒを求める（ステップＳ２）。

次に、前記ステップＳ１で求められた上端位置の偏差ｇ
を用いて、上記（４）式を用いて人間１と追随移動ロボ
ット２との間の距Ｍｄを求め、正規の距ａｄｓとの偏差
Δｄに応じてこの偏差が０となるように速度指令ｖｓを
演算する（ステップＳ３）。

またステップＳ４では、同様にして前記ステップＳ２で
求められた中心位置の垂直方向のずれ偏差ｒからその大
きさに対応してあらかじめ定められた量だけの左右方向
の方向制御指令ｍを演算する。

そして、マイクロコンピュータ回路１０は、こうして得
られた速度制御指令Ｖｓと方向制御指令ｍとを走行制御
指令信号として追随移動ロボット２の走行制御装置７に
与える（ステップ３５）。

そして、追随移動ロボット２の走行制御系では、この画
像処理装置６からの走行速度指令および走行方向制御指
令に基づき走行制御装置７が走行速度の制御と走行方向
の制御とを行ない、追随対象物としての人間１との距離
間隔を常に一定値ｄｓに保つ状態で追随移動していく。

したがって、第３図の画像１５上で物体像１６の上端位
置がｇだけずれているときに、このｇを０とするように
ｇが＋ならば速度を落とし、ｇが−であるならば速度を
上げるように速度指令ｖｓを与えることにより、常に追
随対象物体としての人間１と追随移動ロボット２との間
の距離を一定値ｄｓに保ちながら追随移動を行なうこと
ができるのである。

なお、この発明は上記の実施例に限定されるものではな
く、次のような制御を行なうこともできる。

追随対象物体と追随移動ロボットとの距離間隔を常に一
定の値ｄｓに保つ制御を行なうのでなく、追随対象物体
が速く移動するときには間隔を大きめにとり、遅く移動
するときには間隔を小さくすることにより、特に追随移
動物体として人間に追随移動ロボットを追随させるとき
に人間に対する圧迫感を少なくすることができるように
なる。

そこで、第３図に示す撮像画像１５において、基準線Ｃ
と物体像１６の上端位置との偏差ｇが実際の追随移動ロ
ボット２と人間１との間の距離間隔ｄに１対１に対応し
、同時に基準速度Ｖ、て人間１が歩くときに追随移動ロ
ボット２が基準線Ｃに物体像１６の上端位置Ｐが来るが
、それよりも速い速度で人間１が移動するならば物体像
１６の上端位置Ｐが基準線Ｃよりも下側に来てρが一側
に出、逆に基準速度Ｖ。よりも遅い速度で人間１が移動
するならば物体像１６の上端位置Ｐが基準線Ｃよりも上
側に来てｇが＋側に出ることになるので、ｇの大きさと
移動速度とをも１対１に対応させることができる。

つまり、１１と距離ｄ、速度ｖｓとを次の表のように対
応させ、このテーブルデータを画像処理装置６のマイク
ロコンピュータ回路ｌＯに５己憶させておき、 表、距離間隔と追随速度との相関 偏差ｇ　　　距離間隔ｄ　　追随速度ｖ５＋ｌ、　　ｄ
ｓ−３Δｄ　　　ｖ（、−３ΔＶ＋Ｎ２ｄｓ−２Δｄ　
　　Ｖ、−２ΔＶ＋ｇ＋　　　ｄｓ−Δｄ　　ｖｏ−Δ
ＶＯｄｓ　　　　　　ｖ。

ｆｌ＋　　　ｄｓ＋　Δｄ　　ｖｏ＋　ΔＶ、＋１＋２
　　　ｄｓ＋２Δｄ　　　ｖｏ＋２ΔＶ１、　　　ｄｓ
＋３Δｄ　　　ｖ、）＋３ΔＶ偏差ｇ１に応じた速度指
令ｖｓをマイクロコンピュータ回路１０で求めて画像処
理装置６から走行制御装置７に出力するようにすること
により、人間１の移動速度に応じて速いときには距離間
隔ｄを大きくとって追随移動し、移動速度が遅いときに
は距離間隔ｄを小さくとって追随移動させることができ
るのである。

なお、この実施例にあっても、左右位置制御については
、第一実施例と同様にして基準中心位置０と物体像中心
位置Ｑとの水平方向の偏差「がＯとなるように方向制御
指令を画像処理装置６から走行制御装置７に与えること
により方向制御を行なうことになる。

なお、上記の両実施例ではマイクロコンピュータ回路を
用いて速度指令および方向指令を演算するようにしてい
るが、この様なソフトウェア的な処理に代えて、専用の
ハードウェアを備えさせ、画像メモリからの画像情報を
解析する手段と、解析結果から追随対象物体の上端位置
を検出し、それを基準位置と比較して偏差を求める手段
と、この偏差から速度指令を演算して出力する手段と、
さらには追随対象物体の中心位置を割り出し、基準中心
位置との偏差を求める手段と、この偏差から方向制御指
令を演算して出力する手段とにより構成するようにする
ことも可能である。あるいは専用の信号処理装置により
、画像をメモリに蓄えることなく、上端と中心位置とを
求めるようにすることも可能である。

さらに、上記の両実施例において、追随移動ロボットを
追随対象物体の真後ろからではなくて、やや右または左
後方から追随対象物体に追随移動するように設定するな
らば、追随対象物体が人間であるような場合には追随移
動ロボットの追随移動による圧迫感を軽減させることが
できるようになる。またさらに、追随対象物体の特徴部
分として上端部位だけではなく、他の特徴的な部位を利
用することができる。

［発明の効果〕 以上のようにこの発明によれば、追随り・１象物体の撮
像画像からその特徴部分の垂直方向の位置を基準位置と
比較して偏差を求め、その（ａ差に応じて速度指令を演
算し、追随対象物体と追随移動ロボットとの距離間隔が
常に正規のものとなるように走行制御するため、１つの
撮像装置により追随対象物体に対して追随移動ロボット
を一定の距離間隔をとって追随移動させることができ、
両眼立体視画像処理による追随移動制御のように複雑な
演算処理を数多く実行する必要がなく、比較的簡単な回
路構成で追随移動ロボットを正確に追随移動させること
ができる。

また、この発明の請求項２の追随移動ロボット制御装置
では、追随対象物体の移動速度の大きさに応じて追随移
動ロボットとの距離間隔を大小変化させることができ、
特に追随対象物体が速く移動するときには距離間隔を大
きくとって追随移動ロボットの追随移動を行なわせるこ
とができ、追随対象物体が人間であるような場合には追
随移動するロボットによる圧迫感を軽減させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の概略正面図、第２図は上
記の実施例の画像処理装置の回路ブロック図、第３図は
上記の画像処理装置の撮像画像を示す正面図、第４図は
上記の画像処理装置の動作原理を説明する光学図、第５
図は上記の画像処理装置におけるマイクロコンピュータ
回路の動作を示すフローチャート、第６図は上記のマイ
クロコンピュータ回路の画像処理動作を説明する説明図
である。 １・・・人間　　　　　　　２・・・追随移動ロボット
３・・・テレビカメラ　　　５・・・頭６・・・画像処
理装置　　　７・・・走行制御装置８・・・Ａ／Ｄ変換
器　　　９・・・画像メモリ１０・・・マイクロコンピ
ュータ回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）追随対象物体の所定の特徴部分の方向に向けられ
   た撮像装置と、 この撮像装置により撮像された画像から追随対象物体の
   画像内での前記特徴部分の垂直方向の位置と水平方向の
   中心位置とを検出する画像解析手段と、 この画像解析手段が検出した追随対象物体の画像内の前
   記特徴部分の垂直方向の位置と予め定められている基準
   位置との偏差を求めて走行制御系に追随移動ロボットの
   追随対象物体との距離を正規のものにする走行制御信号
   を出力する追随距離制御手段と、 前記画像解析手段が検出した追随対象物体の画像内の左
   右中心位置と予め定められている中心基準位置との偏差
   を求めて走行制御系に追随移動ロボットの方向制御信号
   を出力する追随方向制御手段とを備えて成る追随移動ロ
   ボット制御装置。
2. （２）請求項１の追随移動ロボット制御装置において、
   追随対象物体の所定の特徴部分として上端部位を撮像す
   ることを特徴とする追随移動ロボット制御装置。
3. （３）請求項１の追随移動ロボット制御装置において、
   前記追随距離制御手段が、前記画像解析手段が検出した
   追随対象物体の画像内の特徴部分の垂直方向の位置と予
   め定められている基準位置との偏差に応じた走行速度指
   令信号を出力することを特徴とする追随移動ロボット制
   御装置。
4. （４）請求項３の追随移動ロボット制御装置において、
   追随対象物体の所定の特徴部分として上端部位を撮像す
   ることを特徴とする追随移動ロボット制御装置。