JP2008178959A - 移動ロボットシステムおよび充電ステーション - Google Patents

Abstract

【課題】移動式監視ロボットの充電時に自動的に故障診断を行う。
【解決手段】バッテリ１６を内蔵して自律走行を行うロボット本体１を、ロボット本体１に内蔵する帰巣手段によって充電ステーション１０１に帰巣させる。充電ステーション１０１においては、給電手段１１０によってバッテリ１６の充電を行うと同時に、ロボット本体１の各種センサ１０〜１３等に対応する距離検知手段１１１および画像チェック手段１１２による故障診断を行い、通信端末６によってユーザーに知らせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、監視機能により家庭内等におけるセキュリティ管理を行う移動ロボットシステムおよび充電ステーションに関するものである。

近年、企業に限らず、一般家庭においても防犯意識が高まり、ホームセキュリティに関する製品、システムが多く開発されている。そのなかでも、留守宅等の室内の監視に対する需要が高まり、遠隔地から自宅の様子を監視したり、映像を記録するなど防犯対策が施されている家庭が多くなってきた。そこで近年、カメラ、センサ等を搭載した移動式の監視ロボット（移動ロボット）が注目されている（特許文献１参照）。

移動ロボットを設置することにより、複数のカメラ、センサを部屋毎に設置する必要がなくなり、また、外出先からロボットが捕らえたカメラ画像を監視することも可能となってきている。
特開平５−３００９５０号公報

しかし、上記移動ロボットに付随する各種センサの故障診断や校正は、移動ロボットが動作中に検出することは難しく、また、その方法も人手による確認を行うことになり煩わしさがあった。

また、カメラ等の撮像系の異常時、カメラとのコマンド通信は通常どおり行えるが入力画像は異常となってしまう。この場合移動ロボット本来の監視機能が遂行できなくなってしまう。また、カメラの入力画像から自己位置を算出する方法で自己位置同定を行っている装置においては、自己位置同定ができなくなるという課題を有している。

さらに、通信部分に異常が発生し通信が遮断された場合は、画像や音声データを送ることができなくなってしまう。

本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、移動ロボットの監視機能を安定して遂行できるように自動的に故障診断を行う機能を有する移動ロボットシステムおよび充電ステーションを提供することを目的とするものである。

本発明の移動ロボットシステムは、バッテリを内蔵して自律走行を行う移動ロボットと、前記移動ロボットの前記バッテリの充電を行う充電ステーションと、前記移動ロボットを前記充電ステーションに帰巣させる帰巣手段と、前記移動ロボットが前記充電ステーションに帰巣したときに、前記充電ステーションにおいて前記移動ロボットの故障診断を行う故障診断手段と、を有することを特徴とする。

移動ロボットのバッテリ充電時に自動的に故障診断を行うことができる。移動ロボットは、充電ステーションでの自動故障診断により、安定した精度の高い自律走行を行うことができる。また、撮像手段の故障検知を行うことで、監視をより確実にするとともに、移動ロボットの故障を早期にユーザに伝えることができる。さらに、通信遮断時における監視領域の異常状態の記録情報を充電ステーションに蓄積することで、より監視機能を高めることができる。

本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、一実施形態による移動ロボットシステムを示すもので、同図の（ａ）は、移動式の監視ロボット（移動ロボット）のロボット本体１の構成を示すブロック図、（ｂ）は充電ステーション１０１の構成を示すブロック図である。図２は、図１のロボット本体１のみを示す斜視図である。

図１の（ａ）に示すように、ロボット本体１は、制御手段２と、監視領域（作業領域内）を撮像する撮像手段である画像入力手段（カメラ）３と、音声や物音を入力する音声入力手段４と、通信手段５と、通信端末６と、を有する。さらに、撮像データや音声データおよび制御手段２における制御データを格納するデータ格納手段７と、画像入力手段３をチルトさせるチルト機構８と、を備える。

また、ロボット本体１を走行させるための走行機構９と、移動中のロボット走行制御において障害物を検出するための距離センサ（障害物検出手段）１０、自己位置を検出するための位置検出手段を構成する加速度センサ１１および方向センサ１２と、周囲の温度を検出する温度センサ１３と、を具備する。さらに、監視領域の異常を検知した場合に警告音を発する警告音出力手段（報知手段）１５と、ロボット本体１に内蔵された電源を供給するためのバッテリ１６と、を備える。ロボット本体１の制御は制御手段２によって行われ、通信端末６は、ロボット本体１が撮像した画像データおよび録音データを通信手段５を介して接続し、閲覧および記録する。

ロボット本体１に給電するための充電ステーション１０１は、図１の（ｂ）に示すように、ロボット本体１の充電を行うための給電手段（充電端子）１１０と、充電ステーション１０１の制御を行う制御手段１０２と、を備える。さらに、ロボット本体１を回転させるためのターン機構１０３と、回転角度を算出するためのターンエンコーダ１０４と、を有する。

また、給電手段１１０を含みロボット本体１を収容できるチルト機構１０５と、そのチルト角を算出するためのチルトエンコーダ１０６と、ロボット本体１のデータ格納手段７に格納されたデータ（情報）を記録（保存）するための記憶手段１０７と、を備える。さらに、通信端末６と通信を行うための通信手段１０８と、距離センサ１０の故障診断を行うための距離検知手段１１１と、画像入力手段３の故障診断を行うための画像チェック手段１１２と、を有している。ターン機構１０３、ターンエンコーダ１０４、チルト機構１０５およびチルトエンコーダ１０６は、距離検知手段１１１および画像チェック手段１１２とともに故障診断手段を構成する。

ロボット本体１に電源が供給されると、画像入力手段３などの各ブロックを初期化し監視動作を開始する。ロボット本体１の走行制御は自律走行と遠隔操作を行うことができるようになっている。ロボット本体１は、移動走行時に加速度センサ１１と方向センサ１２からのデータを演算処理することによりロボット本体１の位置管理を行う。加速度センサ１１は３軸加速度センサを用いている。これにより前進、後退、旋回および上下動作などの加速度を検出できるようになっている。方向センサ１２は３軸ジャイロセンサを用いている。これにより移動方向、旋回角度、登坂傾斜角度、水平方向の傾斜角度を検出できるようになっている。

遠隔操作は、通信端末６からの操作命令を受けロボット本体１を命令に従って移動走行させる。このとき、距離センサ１０により障害物を検出した場合には自動的に減速停止する。また、遠隔操作によりチルト機構８を操作することで撮像範囲を垂直方向に移動することができる。チルト機構８は画像入力手段（カメラ）３の画角が垂直方向に上下±９０度撮像可能な範囲（角度）を回転できるようになっている。

距離センサ１０は、超音波センサを用いており、送信手段から発射された超音波を受信手段で受信することで、送信開始から受信までの時間を計測して距離を算出している。

図３は、通信端末６とロボット本体１との接続の様子を示す。ロボット本体１と通信端末６とは無線ＬＡＮで接続している。通信端末６はインターネット１７に接続することにより、さらに別のＰＤＡや携帯電話などの通信端末１８から監視領域の状態を閲覧したり、ロボット本体１を遠隔操作することが可能となっている。

自律走行はマップ情報の巡回ルートに沿って走行を行う。マップ情報は任意に作成することもできるが、監視領域を探索してマップ情報を生成するマップ作成手段で自動的に生成することもできるようになっている。マップ作成手段は、ロボット本体１が置かれた監視領域内を隅々に亘って探索移動し、移動した範囲をマップ情報として蓄積する。

自律走行時に距離センサ１０により障害物を検出した場合には、障害物を回避して走行するよう制御する。

さらに、ロボット本体１は火災による異常な温度上昇検知や撮像した画像から侵入者の検知、音データから異常音、例えばガラスが割れた音を検知することで監視領域の異常を検知している。これら異常検知はさまざまな方法が公知技術として知られているが、本発明には直接関係していないため説明を省略する。また、これら機能が異常を検知した場合には、異常状態を報知する。この報知は、警告音出力手段１５で警告音を発生することと、電話による通報やメールによる通知を行うことができるようになっている。もし、何らかの理由でロボット１と通信端末６との通信が途絶えた場合は、ロボット本体１内部のデータ格納手段７に画像データおよび音声データを蓄積するようになっている。データ格納手段７には交換可能な不揮発性の半導体メモリ（メモリカード）を用いている。

また、ロボット本体１は、内蔵したバッテリ１６の残容量を検知しバッテリ容量が低下した場合に移動走行を中断し充電ステーション１０１に自動的に帰巣する自動帰巣手段と、一定時間毎に定期的に充電ステーション１０１に帰巣する定期帰巣手段を備えている。自動帰巣手段は、さまざまな方法が公知技術として知られているが、本実施形態では、位置管理情報を元に充電ステーション１０１に帰巣する帰巣手段の他、画像により充電ステーション１０１を認識する方式の複数手段を兼ね備えている。例えば、ロボット本体１の各種センサ１０〜１３が故障した場合には位置管理の精度が低下してしまう。その場合には、充電ステーション１０１に帰巣することができなくなってしまうため、このように複数の方式を併用している。

充電ステーション１０１は、ロボット本体１が監視動作中は、制御手段１０２によってスタンバイ状態に制御される。ロボット本体１が帰巣した場合には、ロボット本体１と通信手段１０８を介して通信し、給電手段１１０、ターン機構１０３、チルト機構１０５を駆動制御する。また、ロボット本体１が異常報知を行うことができず、ロボット本体１のデータ格納手段７にデータが格納してある場合には、格納データを読出し記憶手段１０７に格納する。この格納したデータは通信端末６により閲覧することができる。

図４は、充電ステーション１０１を示す斜視図であり、チルト機構１０５を有するターン機構１０３上に給電手段１１０を備える。ベース１０１ａには、前述のように故障診断手段を構成する距離検知手段１１１および画像チェック手段１１２を支持するスタンド１０１ｂが立設されている。

以下に、充電ステーション１０１の故障診断機能について詳しく説明する。

図５に示すように、ロボット本体１は、充電ステーション１０１に収容されると、充電とは別にロボット本体１の各種センサ１０〜１３および画像入力手段３の故障診断を行う。図５の（ａ）は、充電ステーション１０１のチルト機構１０５を駆動した状態である。チルト角はチルトエンコーダ１０６の出力を元に制御を行い、所定のチルト角度になるよう制御される。また、図５の（ｂ）は、充電ステーション１０１のターン機構１０３を駆動した状態である。ターン角度はターンエンコーダ１０４の出力を元に制御を行い、所定の回転角度になるよう制御される。

チルト機構１０５およびターン機構１０３を駆動することにより、ロボット本体１の加速度センサ１１に一定の加速度が出力される。また、方向センサ１２に一定の角度が出力される。この出力を元に加速度センサ１１および方向センサ１２の故障診断を行うことができる。

ロボット本体１には、前方の距離を確認するために３箇所、左右にそれぞれ１箇所、後方に１箇所、計６箇所に距離センサ１０が設けてある。距離センサ１０の故障診断は、距離センサ１０と距離検知手段１１１とを対向させるようターン機構１０３を駆動することによって行う。距離検知手段１１１までの距離は、ロボット本体１の距離センサ１０毎に予め決められた一定距離になっている。故障診断以外にも、距離の誤差を算出することでオフセット補正量を算出し距離センサ１０の精度アップを行っている。

充電ステーション１０１の画像チェック手段１１２には既定の模様が貼付されている。画像入力手段３は、画像チェック手段１１２の模様を撮像し、比較することで故障診断を行うことができる。また、ロボット本体１のチルト機構８を駆動することでチルト機構８の故障診断を併せて行うことができる。

一実施形態を示すもので、（ａ）はロボット本体の構成を示すブロック図、（ｂ）は充電ステーションの構成を示すブロック図である。 ロボット本体の外観を示す斜視図である。 ロボット本体を遠隔操作する方法について説明するための図である。 充電ステーションを示す斜視図である。 故障診断作業を説明するための図である。

符号の説明

１ ロボット本体
２、１０２ 制御手段
３ 画像入力手段
４ 音声入力手段
５ 通信手段
６、１８ 通信端末
７ データ格納手段
８、１０５ チルト機構
９ 走行機構
１０ 距離センサ
１１ 加速度センサ
１２ 方向センサ
１３ 温度センサ
１５ 警告音出力手段
１６ バッテリ
１７ インターネット
１０１ 充電ステーション
１０３ ターン機構
１０４ ターンエンコーダ
１０６ チルトエンコーダ
１０７ 記憶手段
１０８ 通信手段
１１０ 給電手段
１１１ 距離検知手段
１１２ 画像チェック手段

Claims (8)

1. バッテリを内蔵して自律走行を行う移動ロボットと、前記移動ロボットの前記バッテリの充電を行う充電ステーションと、前記移動ロボットを前記充電ステーションに帰巣させる帰巣手段と、前記移動ロボットが前記充電ステーションに帰巣したときに、前記充電ステーションにおいて前記移動ロボットの故障診断を行う故障診断手段と、を有することを特徴とする移動ロボットシステム。
2. 前記帰巣手段は、前記移動ロボットを定期的もしくは自動的に前記充電ステーションに帰巣させることを特徴とする請求項１記載の移動ロボットシステム。
3. 前記充電ステーションにおいて、前記移動ロボットの前記バッテリと前記充電ステーションに具備された給電手段とを接続させ、前記バッテリに充電するとともに、前記故障診断手段によって、前記移動ロボットに具備された距離センサ、加速度センサ、方向センサおよび撮像手段の故障診断を行うことを特徴とする請求項１または２記載の移動ロボットシステム。
4. 前記充電ステーションには、前記移動ロボットの前記撮像手段による情報を保存する記憶手段を設けたことを特徴とする請求項３記載の移動ロボットシステム。
5. 請求項１ないし４いずれか１項記載の移動ロボットシステムの移動ロボットであって、障害物を検出するための障害物検出手段と、自己位置を検出するための位置検出手段と、音声を入力する音声入力手段と、作業領域内を撮像する撮像手段と、を有することを特徴とする移動ロボット。
6. 前記障害物検出手段および前記位置検出手段を構成するための距離センサ、加速度センサおよび方向センサを有することを特徴とする請求項５記載の移動ロボット。
7. 前記移動ロボットが故障したことを報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項５または６記載の移動ロボット。
8. 移動ロボットが定期的もしくは自動的に帰巣する充電ステーションであって、前記移動ロボットの故障診断を行う故障診断手段と、前記移動ロボットに具備されたバッテリに給電する給電手段と、前記移動ロボットに具備された撮像手段による情報を保存する記憶手段と、を有することを特徴とする充電ステーション。

Images