WO2007132571A1

WO2007132571A1 - ロボット

Info

Publication number: WO2007132571A1
Application number: PCT/JP2007/050576
Authority: WO
Inventors: Toshiki Moriguchi; Tsuyoshi Nakano
Original assignee: Murata Kikai Kabushiki Kaisha
Priority date: 2006-05-16
Filing date: 2007-01-17
Publication date: 2007-11-22
Also published as: EP2025478B1; US8272466B2; EP2025478A1; US20090173561A1; JPWO2007132571A1; EP2025478A4; KR20090005238A; JP4915417B2

Description

明細書

ロボット

技術分野

[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つている。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-ケーシヨン）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

発明が解決しょうとする課題

[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、つたジエスチヤ一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、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、周囲の被検出体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、前記走行部の走行中に、前記位置検出手段で検出された前記被検出体の位置に基づいて、前記本体部の所定部分が常に前記被検出体を向くように、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、ロボット力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 2の発明であるロボットは、前記第 1の発明において、前記被検出体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、被検出体力ゝら情報 (例えば、被検出体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、被検出体の方向を常に向くことになるため、被検出体力情報を確実に取得することができる。

[0009] 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、前記被検出体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検出体の方向に常に向くことになるため、情報発信手段により、被検出体に対して、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 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、前記制御手段は、前記位置検出手段で検出された前記被検出体の位置に基づいて、前記走行部が前記被検出体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、被検出体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、被検出体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 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検出体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）を被検出体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、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ツ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さる。

[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、るかを検出することができるようになって!/、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、周囲の被検出体等力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力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 1 4力前後方向（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 3 0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 3 3, 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、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 3 2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 (キヤスター） 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 (Centr al 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のフロ一チャートと図 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（Sl l)。そして、頭部 1 3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が人間である力否かを判断する（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、その画像データ力も人間の顔を確認できる力否かによって、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 5 0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ぐ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力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 5 0によりディスプレイ 20に設けられたタツチパネル力も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 5 0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、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（S 16)。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 5 0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ゃスピーカー 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、デイスプレイ 20やスピーカ一 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、て、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が正面力も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との距離力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に戻つ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!、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!、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ぐ案内ロボット 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、。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力全て本体部 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力メラ 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つ力本体部 1 0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、てもよ、。

[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

請求の範囲

[1] 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、周囲の被検出体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、前記走行部の走行中に、前記位置検出手段で検出された前記被検出体の位置に基づいて、前記本体部の所定部分が常に前記被検出体を向くように、前記回転駆動手段を制御することを特徴とするロボット。

[2] 前記被検出体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

V、ることを特徴とする請求項 1に記載のロボット。

[3] 前記被検出体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又は 2に記載のロボット。

[4] 前記制御手段は、前記位置検出手段で検出された前記被検出体の位置に基づ、て、前記走行部が前記被検出体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 1〜3の何れかに記載の口ホット。

[5] 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 1〜4の何れかに記載のロボ、ソ卜。