JPH08166822A - ユーザ追尾型移動ロボット装置及びセンシング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ユーザ追尾のセンシング及び障害物回避のセ
ンシングを単一のセンシング技術にて実行できるユーザ
追尾型移動ロボット装置及びセンシング方法を提供す
る。 【構成】 追尾用受光センサ３と、探知用赤外線発光素
子４及び探知用受光センサ５の対と、を移動ロボット１
の所要高さを違えて分離して、追尾用受光センサ３と探
知用受光センサ５との検出視野領域θt とθb とを相互
重複干渉しないように空間的に上下離間設定したことを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動するユーザの後
を、障害物を回避しながら追尾して荷物等の搬送を行う
ユーザ追尾型移動ロボット装置、及び同装置のセンシン
グ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のユーザ追尾型移動ロボット装置と
しては、例えば、超音波発信器を着帯したユーザからの
シグナルを検知し、一定の距離を開けて追従する超音波
誘導式無人搬送車「ロポータ」がある（ロボット工学ハ
ンドブックＰ７０３〜Ｐ７０４、日本ロボット学会編１
９９０年発行）。この種の移動ロボット装置では、移動
するユーザの位置を認識するためのセンシングに超音波
発信器及び超音波センサを用い、さらに床面上の障害物
を回避するためのセンシングにフォトセンサを用いて、
異質な投射センシング信号の媒介により相互干渉を防止
し、追尾と回避のあい矛盾するロボット行動の制御の両
立をはかっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来例のユ
ーザ追尾型移動ロボット装置によれば、前記したように
ユーザを追尾するセンシングに超音波センサを用いると
ともに、障害物のセンシングにフォトセンサを用いてい
るので、移動ロボットの行動制御に異なる信号処理回路
を必要としていた。したがって、異なる信号処理回路の
存在が移動ロボット装置の小型化においてボトルネック
となり、さらに移動ロボット装置の回路設計を複雑化さ
せ、結果的に生産効率を悪くさせ、製造コストを割高に
させているという問題がある。

【０００４】ここにおいて本発明の解決すべき主要な目
的は、次の通りである。本発明の第１の目的は、ユーザ
追尾のセンシング及び障害物回避のセンシングを単一の
センシング技術にて実行できるユーザ追尾型移動ロボッ
ト装置及びセンシング方法を提供せんとするものであ
る。

【０００５】本発明の第２の目的は、ユーザ追尾のセン
シング及び障害物回避のセンシング相互の重複干渉を回
避するユーザ追尾型移動ロボット装置及びセンシング方
法を提供せんとするものである。

【０００６】本発明の第３の目的は、装置の小型化、回
路設計の簡素化、生産効率の向上及び製造コストの低減
化を図ることができるユーザ追尾型移動ロボット装置及
びセンシング方法を提供せんとするものである。

【０００７】本発明のその他の目的は、明細書、図面、
特に特許請求の範囲の記載から自ずと明らかとなろう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題の解決は、本発
明が次に列挙する新規な特徴的構成手段及び手法を採用
することにより前記目的を達成する。すなわち、本発明
装置の第１の特徴は、ユーザ及び障害物の位置を認識し
て当該障害物を回避しながら、ユーザの後を追尾して移
動するユーザ追尾型移動ロボット装置において、ユーザ
の体に装着され、追尾用赤外線を投光する追尾用赤外線
源と、前記移動ロボットに設けられ、当該追尾用赤外線
源から投光された追尾用赤外線を受光して追認信号を出
力する追尾用受光センサと、前記移動ロボットに設けら
れ、当該移動ロボット周辺に探知用赤外線を投光する探
知用赤外線発光素子と、前記移動ロボットに当該探知用
赤外線発光素子と共に対設され、当該探知用赤外線発光
素子にて投光された探知用赤外線の反射光を受光して、
探出信号を出力する探知用受光センサと、前記追尾用受
光センサの追認信号に基づいてユーザの位置を認識する
手段、及び前記探知用受光センサの探出信号に基づいて
障害物の位置を認識する手段を備えた制御系と、を有
し、前記追尾用受光センサと、前記探知用赤外線発光素
子及び前記探知用受光センサの対と、を移動ロボットに
所要高さを違えて配置してなるユーザ追尾型移動ロボッ
ト装置にある。

【０００９】本発明装置の第２の特徴は、前記本発明装
置の第１の特徴における前記追尾用赤外線源を、ユーザ
の腰に締めるベルトに装着してなるユーザ追尾型移動ロ
ボット装置にある。

【００１０】本発明装置の第３の特徴は、前記本発明装
置の第１の特徴における前記追尾用赤外線源を、ユーザ
が被る帽子に装着してなるユーザ追尾型移動ロボット装
置にある。

【００１１】本発明装置の第４の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２又は第３の特徴における前記追尾用受光
センサを複数設け、移動ロボットの外周面周方向に所定
間隔で配列してなるユーザ追尾型移動ロボット装置にあ
る。

【００１２】本発明装置の第５の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２、第３又は第４の特徴における前記追尾
用受光センサ及び前記探知用受光センサの移動ロボット
への取り付け高さを任意に調整する手段を備えてなるユ
ーザ追尾型移動ロボット装置にある。

【００１３】本発明装置の第６の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２、第３、第４又は第５の特徴における前
記探知用赤外線発光素子及び前記探知用受光センサを、
一対にして複数設け、移動ロボットの外周面周方向に所
定間隔に配列してなるユーザ追尾型移動ロボット装置に
ある。

【００１４】本発明装置の第７の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２、第３、第４、第５又は第６の特徴にお
ける前記制御系が、前記追尾用受光センサ及び前記探知
用受光センサの追認及び探出信号を一つの信号処理回路
にて時分割処理し、ユーザの位置及び障害物の位置を認
識する手段を備えてなるユーザ追尾型移動ロボット装置
にある。

【００１５】本発明装置の第８の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２、第３、第４、第５、第６又は第７の特
徴における前記移動ロボットが、病院における医療具運
搬用の車、倉庫における荷物のピッキング車、空港にお
けるスーツケース搬送用のカート、又はショッピングに
おける買い物用のカートとして機能する物入れ用収納部
を備えてなるユーザ追尾型移動ロボット装置にある。

【００１６】本発明装置の第９の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７又は第
８の特徴における前記移動ロボットが、前記制御系にて
移動方向を自在に制御されて駆動する脚輪を備えてなる
ユーザ追尾型移動ロボット装置にある。

【００１７】本発明方法の特徴は、ユーザ及び障害物の
位置を認識して当該障害物を回避しながら、ユーザの後
を追尾するユーザ追尾型移動ロボット装置のセンシング
に当たり、ユーザの体に装着された追尾用赤外線源から
投光する追尾用赤外線を受光し、かつ前記移動ロボット
に設けられた追尾用受光センサと、当該移動ロボットに
設けられた探知用赤外線発光素子から、当該移動ロボッ
ト周辺に投光する探知用赤外線の反射光を受光し、かつ
当該移動ロボットに当該探知用赤外線発光素子と共に設
けられた探知用受光センサと、のそれぞれ受光視野が相
互に重複干渉しないようにして、ユーザと障害物の位置
を認識するようにセンシングを実行してなるユーザ追尾
型移動ロボット装置のセンシング方法にある。

【００１８】

【作用】本発明は、前記のような手段及び手法を講じて
いるので、以下の作用をなす。すなわち、本発明装置の
第１の特徴では、追尾用受光センサと探知用受光センサ
とを移動ロボットに所要高さを違えて配置しているの
で、ユーザ追尾のセンシング及び障害物回避のセンシン
グに同質の赤外線信号を用いても、センシング信号の相
互干渉が起こらず、誤動作がなく、安全に駆動させるこ
とができる。

【００１９】本発明装置の第２の特徴ではベルトに、ま
た、本発明装置の第３の特徴では帽子に、それぞれ追尾
用赤外線源が装着されているので、ユーザが腰にベルト
を締めたり帽子を頭に被ったりする行為だけで、センシ
ングに必要不可欠の追尾用赤外線源をユーザの適所に取
り付けることができる。

【００２０】本発明装置の第４の特徴では、複数の追尾
用受光センサを移動ロボットの外周面周方向に所要間隔
にて配列させているので、ユーザに装着された追尾用赤
外線源から投光される追尾用赤外線の水平方向の受光範
囲が全方位に亙り広くなり、移動ロボットはユーザの後
を見失うことなく正確に追尾することができる。

【００２１】本発明装置の第５の特徴では、追尾用受光
センサ及び探知用受光センサの移動ロボットへの取り付
け高さを任意に調整する手段を備えているので、現場の
障害物の高さに対応させることができ、汎用性を高める
ことができる。ここで、各受光センサの移動ロボットへ
の取り付け高さを任意に調整する手段としては、受光セ
ンサを取り付けた移動ロボット自体を高さ方向に収縮可
能にする方策、受光センサ付きの棒を高さ方向に収縮可
能にして移動ロボットに取り付ける方策、設置箇所の移
動が容易なユニットを使用して受光センサを取り付ける
方策等を挙げることができる。

【００２２】本発明装置の第６の特徴では、探知用赤外
線発光素子及び探知用受光センサを、一対にして移動ロ
ボットの外周面周方向に所要間隔で配列しているので、
障害物を監視する水平方向の範囲が全方位に亙り広くな
り、より移動ロボットの安全走行が可能となる。

【００２３】本発明装置の第７の特徴では、制御系が追
尾用受光センサ及び探知用受光センサの各赤外線信号を
一つの信号処理回路にて処理するので、より装置の小型
化、回路設計の簡素化が可能となる。

【００２４】

【実施例】以下、添付図面を参照し、本発明をその装置
例及びセンシング方法例に基づいて、より詳細に説明す
る。

【００２５】（装置例１）図１は本装置例に係るユーザ
追尾型移動ロボット装置Ａの構成を示している。ユーザ
追尾型移動ロボット装置Ａは、図１に示すように、移動
ロボット１と、ユーザ用ベルト２とからなる。

【００２６】移動ロボット１は、筐体が円筒形になって
おり、追尾用受光センサ３、探知用赤外線発光素子４、
探知用受光センサ５、脚輪６、７を備えている。なお、
本装置例では、移動ロボット１の筐体を円筒形にした
が、本発明装置の移動ロボットの筐体をかかる形状に限
定するものではなく、直方体等のボックス形にしても良
い。

【００２７】追尾用受光センサ３は、ユーザ追尾用赤外
線受光センサにて構成され、ユーザＭの腰の高さに対応
する移動ロボット１の外周面周方向全域に亙り所要間隔
に６つ、図２に示すように、等間隔に配列されている。
ここで図２は図１中の切断線Ｉ−Ｉに沿った拡大断面図
を示している。

【００２８】探知用赤外線発光素子４及び探知用受光セ
ンサ５は、一対で障害物検知用センシング装置が構成さ
れ、ユーザＭの膝下の高さに対応する移動ロボット１の
外周面周方向全域に亙り所要間隔に６組、図３に示すよ
うに、等間隔に配列されている。ここで図３は図１中の
切断線II−IIに沿った拡大断面図を示している。

【００２９】本装置例では、追尾用受光センサ３が受光
する追尾用赤外線と探知用受光センサ５が受光する探知
用赤外線との干渉を防止するために、追尾用受光センサ
３と、探知用赤外線発光素子４及び探知用受光センサ５
の対と、を移動ロボット１の高さ方向に所要間隔分離さ
せて配置するとともに、追尾用受光センサ３と探知用受
光センサ５との検出視野領域θt 、θb を重なり合わな
いよう空間的にそれぞれ上下離間設定した。

【００３０】脚輪６、７は、移動ロボット１の筐体の下
面に４つ設けられ、そのうちユーザＭに向けて前後の２
つがキャスタ脚輪６、サイド方向の２つが駆動脚輪７で
ある。駆動脚輪７は、図を省略した移動ロボット１の制
御系の出力駆動信号にて移動方向を自在に制御され、移
動ロボット１の駆動機構を構成している。

【００３１】移動ロボット１の制御系には、装置の小型
化、回路設計の簡素化という見地から、追尾用受光セン
サ３及び探知用受光センサ５の各赤外線信号を時分割処
理する信号処理回路（図を省略）が設けられている。な
お、本装置例では一つの信号処理回路を設ける構成にし
たが、信号処理の速度を高めたり、誤動作の防止の見地
から信号処理回路を複数設ける構成にしても良い。

【００３２】ユーザ用ベルト２にはユーザＭの腰の背面
側に当たる位置に追尾用赤外線源ユニット８が装着さ
れ、この追尾用赤外線源ユニット８には移動ロボット１
の追尾用受光センサ３に向けて追尾用赤外線を投光する
追尾用赤外線発光源９が設けられている。

【００３３】（方法例１）次に、上述した装置例１のユ
ーザ追尾型移動ロボット装置Ａを用いた本発明のセンシ
ング方法の方法例について説明する。ユーザＭは、本装
置Ａを使用するに当たり、先ず、ユーザ用ベルト２の追
尾用赤外線源ユニット８、及び移動ロボット１の各電源
をオンにし、腰にユーザ用ベルト２を着帯する。

【００３４】これらのセットが完了した後に、ユーザＭ
が歩行移動すると、追尾用赤外線源ユニット８の追尾用
赤外線発光源９から投光される追尾用赤外線を追尾用受
光センサ３が受光して移動ロボット１が移動するユーザ
Ｍの追尾を開始する。このとき、ユーザＭの位置を認識
するセンシングを行うため、移動ロボット１の制御系で
は、追尾用受光センサ３から出力される追認信号を信号
処理回路にて処理し、移動するユーザＭと移動ロボット
１との距離Ｌを維持するように駆動脚輪７の駆動源に駆
動信号を送出する。

【００３５】移動するユーザＭを追尾する際、探知用赤
外線発光素子４では障害物Ｏの位置を認識するセンシン
グを行うため、移動ロボット周辺に探知用赤外線を投光
し続ける。そして、移動ロボット１の走行経路中に障害
物Ｏが存在すると、その障害物Ｏにて反射された探知用
赤外線が探知用受光センサ５に受光される。このとき、
移動ロボット１の制御系では、探知用受光センサ５から
出力される探出信号を信号処理回路にて処理し、障害物
Ｏの位置を認識して、その障害物Ｏを回避するように駆
動脚輪７の駆動源に駆動信号を送出する。

【００３６】以上説明したように、ユーザの追尾及び障
害物の回避において、本方法例のユーザ追尾型移動ロボ
ット装置のセンシング方法を採用すれば、赤外線センサ
を用いた単一の技術だけでセンシングを実行でき、装置
の小型化、回路設計の簡素化、装置の生産効率の向上及
び製造コストの低減化を図ることができる。

【００３７】（装置例２）図４は本装置例に係るユーザ
追尾型移動ロボット装置Ｂの構成を示している。なお、
前記した装置例１と同様に機能する箇所には同じ符号を
用いた。本装置例が装置例１と異なるのは、ユーザ用ベ
ルト２の代わりに追尾用赤外線源ユニット８を装着した
帽子１０を用いている点、移動ロボット１における追尾
用受光センサ３、探知用赤外線発光素子４及び探知用受
光センサ５の取り付け高さが装置例１よりも高い点であ
る。

【００３８】追尾用受光センサ３は、環体１１の外周面
等間隔に６つ配列されており、環体１１自体は、移動ロ
ボット１の頭部の中央から突出して高さ方向に収縮調整
する棒１２の先端に取り付けられている。探知用赤外線
発光素子４及び探知用受光センサ５は、一対で障害物検
知用センシング装置が構成され、ユーザＭの膝上の高さ
に対応する移動ロボット１の外周面周方向に等間隔で６
組、配列されている。そして、装置例１と同様に、追尾
用受光センサ３と探知用受光センサ５との検出視野領域
θt 、θb は相互に重複干渉しないように高さを違えて
空間的にそれぞれ離間設定されている。

【００３９】本装置例によれば、探知用赤外線発光素子
４及び探知用受光センサ５が、装置例１の場合よりも高
い位置に配置されるので、装置例１では検出されにく
い、背が高い障害物の検出が可能となる。また、さまざ
まな現場に適応した汎用性のあるユーザ追尾型移動ロボ
ット装置を提供することができる。

【００４０】なお、本装置例では、追尾用受光センサ３
の移動ロボット１への取り付け高さを任意に調整するた
め、追尾用受光センサ３が付いた棒１２を高さ方向に収
縮させる構成を採用したが、本発明をこれに限定するも
のではなく、例えば、移動ロボット１自体を高さ方向に
収縮可能にしたり、設置位置の移動が容易なユニットを
使用して受光センサ等の取り付け高さを調整可能にして
も良い。

【００４１】以上説明したユーザ追尾型移動ロボット装
置の応用例としては、適当な物入れ用収納部を設けて、
病院における医療具運搬用の車、倉庫における荷物のピ
ッキング車、空港におけるスーツケース搬送用のカー
ト、又はショッピングにおける買い物用のカート等とし
て機能させることが考えられる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の装置及セン
シング方法によれば、追尾用受光センサと探知用受光セ
ンサとを移動ロボットの高さ方向に所要間隔分離させて
配置しているので、ユーザ追尾のセンシング及び障害物
回避のセンシングを単一のセンシング技術にて実行でき
るという効果を奏する。特に、本発明では、ユーザの追
尾及び障害物回避のセンシング信号が同じ信号処理回路
にて共用処理できるので、装置の小型化、回路設計の簡
素化、装置の生産効率の向上及び製造コストの低減化を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置例１におけるユーザ追尾型移動ロ
ボット装置Ａの構成を示した側面図である。

【図２】図１中の切断線Ｉ−Ｉに沿った拡大断面図であ
る。

【図３】図１中の切断線II−IIに沿った拡大断面図であ
る。

【図４】本発明の装置例２におけるユーザ追尾型移動ロ
ボット装置Ｂの構成を示した側面図である。

【符号の説明】

Ａ、Ｂ…ユーザ追尾型移動ロボット装置 １…移動ロボット ２…ユーザ用ベルト ３…追尾用受光センサ ４…探知用赤外線発光素子 ５…探知用受光センサ ６…キャスタ脚輪 ７…駆動脚輪 ８…追尾用赤外線源ユニット ９…追尾用赤外線発光源 １０…帽子 １１…環体 １２…棒

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ユーザ及び障害物の位置を認識して当該障
   害物を回避しながら、ユーザの後を追尾して移動するユ
   ーザ追尾型移動ロボット装置において、 ユーザの体に装着され、追尾用赤外線を投光する追尾用
   赤外線源と、 前記移動ロボットに設けられ、当該追尾用赤外線源から
   投光された追尾用赤外線を受光して追認信号を出力する
   追尾用受光センサと、 前記移動ロボットに設けられ、当該移動ロボット周辺に
   探知用赤外線を投光する探知用赤外線発光素子と、 前記移動ロボットに当該探知用赤外線発光素子と共に対
   設され、当該探知用赤外線発光素子にて投光された探知
   用赤外線の反射光を受光して、探出信号を出力する探知
   用受光センサと、 前記追尾用受光センサの追認信号に基づいてユーザの位
   置を認識する手段、及び前記探知用受光センサの探出信
   号に基づいて障害物の位置を認識する手段を備えた制御
   系と、を有し、 前記追尾用受光センサと、前記探知用赤外線発光素子及
   び前記探知用受光センサの対と、を移動ロボットに所要
   高さを違えて配置したことを特徴とするユーザ追尾型移
   動ロボット装置。
2. 【請求項２】前記追尾用赤外線源は、 ユーザの腰に締めるベルトに装着したことを特徴とす
   る、請求項１に記載のユーザ追尾型移動ロボット装置。
3. 【請求項３】前記追尾用赤外線源は、 ユーザが被る帽子に装着したことを特徴とする、請求項
   １に記載のユーザ追尾型移動ロボット装置。
4. 【請求項４】前記追尾用受光センサは、 複数設けられ、移動ロボットの外周面周方向に所定間隔
   で配列されたことを特徴とする、請求項１、２又は３に
   記載のユーザ追尾型移動ロボット装置。
5. 【請求項５】前記追尾用受光センサ及び前記探知用受光
   センサの移動ロボットへの取り付け高さを任意に調整す
   る手段を備えたことを特徴とする、請求項１、２、３又
   は４に記載のユーザ追尾型移動ロボット装置。
6. 【請求項６】前記探知用赤外線発光素子及び前記探知用
   受光センサは、 一対にして複数設けられ、移動ロボットの外周面周方向
   に所定間隔で配列されたことを特徴とする、請求項１、
   ２、３、４又は５に記載のユーザ追尾型移動ロボット装
   置。
7. 【請求項７】前記制御系は、 前記追尾用受光センサ及び前記探知用受光センサの追認
   及び探出信号を一つの信号処理回路にて時分割処理し、
   ユーザの位置及び障害物の位置を認識する手段を備えた
   ことを特徴とする、請求項１、２、３、４、５又は６に
   記載のユーザ追尾型移動ロボット装置。
8. 【請求項８】前記移動ロボットは、 病院における医療具運搬用の車、倉庫における荷物のピ
   ッキング車、空港におけるスーツケース搬送用のカー
   ト、又はショッピングにおける買い物用のカートとして
   機能する物入れ用収納部を備えたことを特徴とする、請
   求項１、２、３、４、５、６又は７に記載のユーザ追尾
   型移動ロボット装置。
9. 【請求項９】前記移動ロボットは、 前記制御系にて移動方向を自在に制御されて駆動する脚
   輪を備えたことを特徴とする、請求項１、２、３、４、
   ５、６、７又は８に記載のユーザ追尾型移動ロボット装
   置。
10. 【請求項１０】ユーザ及び障害物の位置を認識して当該
    障害物を回避しながら、ユーザの後を追尾するユーザ追
    尾型移動ロボット装置のセンシングに当たり、 ユーザの体に装着された追尾用赤外線源から投光する追
    尾用赤外線を受光し、かつ前記移動ロボットに設けられ
    た追尾用受光センサと、 当該移動ロボットに設けられた探知用赤外線発光素子か
    ら当該移動ロボット周辺に投光する探知用赤外線の反射
    光を受光し、かつ当該移動ロボットに当該探知用赤外線
    発光素子と共に設けられた探知用受光センサと、 のそれぞれ受光視野が相互に重複干渉しないようにし
    て、ユーザと障害物の位置を認識するようにセンシング
    を実行することを特徴とするユーザ追尾型移動ロボット
    装置のセンシング方法。