JP2019145046A

JP2019145046A - 移動ロボット

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Publication number: JP2019145046A
Application number: JP2018031323A
Authority: JP
Inventors: 西岡　伸一郎; Shinichiro Nishioka; 伸一郎西岡
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2018-02-23
Publication date: 2019-08-29
Anticipated expiration: 2038-02-23
Also published as: JP7033720B2

Abstract

【課題】ユーザを煩わすことなく、外部機器を登録でき、外部機器を操作することができる移動ロボットの提供。【解決手段】自律走行可能な移動ロボット１１０であって、環境地図を保持する地図保持部１１２と、自律走行中に外部機器２００を認識する外部機器認識部１１３と、外部機器を認識した際の移動ロボット１１０の位置に基づき外部機器２００の設置位置に関する位置情報を環境地図内に登録する外部機器登録部１１４と、登録された外部機器２００に対して位置情報に基づき遠隔操作可能な領域まで走行して外部機器２００を遠隔操作する操作信号を送信する遠隔操作手段１６０とを備える。【選択図】図６

Description

本発明は、自律的に走行して所定の場所に移動し、外部機器の操作を行う移動ロボットに関する。

従来、自ら取得した天気情報に基づいて外部機器の制御可否をユーザに問い合わせ、制御可能な場合は外部機器を制御することができる位置まで自走してから制御信号送信する自走式の制御機器がある（例えば特許文献１参照）。

特開２０１４−５９７６４号公報

しかし従来技術においては、ユーザが外部機器の位置情報等を予め登録しておく必要があり、位置情報の登録作業や位置情報の管理が煩雑であった。

本発明は上記課題を解決するものであり、移動ロボット自体が外部機器の位置を認識することができる移動ロボットの提供を目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の１つである移動ロボットは、自律走行可能な移動ロボットであって、所定領域の環境地図を保持する地図保持部と、自律走行中に外部機器を認識する外部機器認識部と、前記外部機器認識部が外部機器を認識した際の移動ロボットの位置に基づき外部機器の設置位置に関する位置情報を前記環境地図内に登録する外部機器登録部と、登録された前記外部機器に対して前記位置情報に基づき遠隔操作可能な領域まで走行して前記外部機器を遠隔操作する操作信号を送信する遠隔操作手段とを備える。

なお、前記移動ロボットの各処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを実施することも本発明の実施に該当する。無論、そのプログラムが記録された記録媒体を実施することも本発明の実施に該当する。

本発明によれば、ユーザが位置情報の登録作業や位置情報の管理をすることなく、移動ロボットが外部機器の遠隔操作を行うことができる。

実施の形態における移動ロボットの外観を上方から示す平面図である。実施の形態における移動ロボットの外観を下方から示す底面図である。実施の形態における移動ロボットの外観を上方から示す斜視図である。傾けた状態の移動ロボットを側方から示す図である。実施の形態における移動ロボットの装置構成、および機能構成を示すブロック図である。移動ロボットの外部機器の登録動作を示すフローチャートである。移動ロボットの外部機器の操作動作を示すフローチャートである。送信方向の仰角を変更する他の態様を移動ロボットの側方から示す図である。

次に、本発明における移動ロボットの実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明における移動ロボットの一例を示したものに過ぎない。従って本発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

また、図面は、本発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

図１は、実施の形態における移動ロボットの外観を上方から示す平面図である。図２は、実施の形態における移動ロボットの外観を下方から示す底面図である。図３は、実施の形態における移動ロボットの外観を上方から示す斜視図である。移動ロボット１１０は、自律的に床面上などを移動して作業を実行することができる装置である。移動ロボット１１０の種類は特に限定されるものではなく、所定の場所に移動して介護を行う介護ロボット、人や物などを運搬する搬送ロボットなどを例示することができる。本実施の形態の場合、外部機器２００の遠隔操作以外の作業、例えば自律的に走行しながら掃除を実行することができる掃除ロボットを移動ロボット１１０の例として説明する。

移動ロボット１１０は、環境地図に基づき所定の領域内を自律的に走行し、前記領域内に存在するごみを吸引するロボット掃除機であり、駆動ユニット１３０（図２参照）、掃除エリアに存在するごみを吸引口１７８から吸引する清掃ユニット１４０（図２参照）、各種センサと、遠隔操作手段１６０と、プロセッサ１１１（図５参照）等を備えている。本実施の形態の場合、移動ロボット１１０は、持ち上げ手段１３１を備えている。

駆動ユニット１３０は、本実施の形態の場合、床面上を走行する車輪、車輪にトルクを与える走行用モータ、および、走行用モータを収容するハウジングなどを有する。各車輪は、ボディの下面に形成される凹部に収容され、ボディに対して回転できるように取り付けられている。また、移動ロボット１１０は、キャスター１７９を補助輪として備えた対向二輪型であり、２つの車輪の回転を独立して制御することで、直進、後退、左回転、右回転など移動ロボット１１０を自在に走行させることができる。

駆動ユニット１３０は、プロセッサ１１１からの指示に基づき移動ロボット１１０を走行させる。本実施の形態においては、駆動ユニット１３０は、移動ロボット１１０の平面視における幅方向の中心に対して左側および右側にそれぞれ１つずつ配置されている。なお、駆動ユニット１３０の数は、２つに限られず、１つでもよいし、３つ以上でもよい。

清掃ユニット１４０は、ゴミを集めて吸引するユニットであり、吸引口１７８内に配置されるメインブラシ、メインブラシを回転させるブラシ駆動モータなどを備えている。吸引口１７８からゴミを吸引する吸引装置は、ボディの内部に配置されており、ファンケース、および、ファンケースの内部に配置される電動ファンを有する。

移動ロボット１１０が備える各種センサとして以下の様なセンサを例示できる。

障害物センサ１７３は、ボディの前方に存在する障害物を検出するセンサである。本実施の形態の場合、障害物センサ１７３は、超音波センサが用いられる。障害物センサ１７３は、ボディの前方の中央に配置される発信部１７１、および、発信部１７１の両側にそれぞれ配置される受信部１７２を有し、発信部１７１から発信されて障害物によって反射して帰ってきた超音波を受信部１７２がそれぞれ受信することで、障害物の距離や位置を検出することができる。

測距センサ１７４は、移動ロボット１１０の周囲に存在する障害物などの物体と移動ロボット１１０との距離を検出するセンサである。本実施の形態の場合、測距センサ１７４は、レーザ光をスキャンして障害物に反射した光に基づき距離を測定するいわゆるレーザーレンジスキャナである。

衝突センサ（図示せず）は、移動ロボット１１０の周囲に取り付けられているバンパが、障害物に接触して移動ロボット１１０に対して押し込まれることに伴いオンされるスイッチ接触変位センサである。

カメラ１７５は、移動ロボット１１０の上部空間を撮像する装置である。カメラ１７５で撮像された画像は、画像処理され、画像内の特徴点の位置から移動ロボット１１０の現在位置を把握することができるものとなっている。

床面センサ１７６は、移動ロボット１１０の底面の複数箇所に配置され、掃除エリアとしての床面が存在するか否かを検出する。本実施の形態の場合、床面センサ１７６は、発光部および受光部を有する赤外線センサであり、発光部から放射した赤外線光が戻ってくる場合は床面有り、閾値以下の光しか戻ってこない場合は床面無しとして検出する。

エンコーダ（図示せず）は、駆動ユニット１３０に備えられており、走行用モータによって回転する一対の車輪のそれぞれの回転角を検出する。エンコーダからの情報により、移動ロボット１１０の走行量、旋回角度、速度、加速度、角速度などを算出することができる。

加速度センサ（図示せず）は、移動ロボット１１０が走行する際の加速度を検出し、角速度センサは、移動ロボット１１０が旋回する際の角速度を検出する。加速度センサ、角速度センサにより検出された情報は、車輪の空回りによって発生する誤差を修正するための情報等に用いられる。

以上の障害物センサ１７３、測距センサ１７４、衝突センサ、カメラ１７５、床面センサ１７６、エンコーダは、例示であり、移動ロボット１１０は、他の種類のセンサを備えてもよい。

遠隔操作手段１６０は、例えば図４に示すように、シーリングライト、クーラー、テレビなどの各外部機器２００に対して遠隔操作可能な操作信号を送信することができる装置である。遠隔操作手段１６０が操作信号を送信する方法は特に限定されるものではなく、例えば、電波を用いて送信してもかまわない。本実施の形態の場合、遠隔操作手段１６０は、広く家電に用いられている赤外線により操作信号を送信するものとなっている。

本実施の形態の場合、遠隔操作手段１６０は、図５に示すように、赤外線発光素子などを備えた操作信号送信装置１６１と、操作信号送信装置１６１を制御する送信装置制御部１６２とを備えている。

持ち上げ手段１３１は、移動ロボット本体１０１の少なくとも一部を持ち上げる装置である。本実施の形態の場合、持ち上げ手段１３１は、図５に示すように、持ち上げ装置１３２と持ち上げ制御部１３３とを備えており、持ち上げ装置１３２は、駆動ユニット１３０に組み込まれている。具体的に例えば、持ち上げ手段１３１は、駆動ユニット１３０が備える車輪を回転可能に保持するアームを備えている。持ち上げ手段１３１は、移動ロボット本体１０１に対してアームを突出させる方向に回転させることで移動ロボット本体１０１の一部を持ち上げ、移動ロボット１１０を傾ける。これにより、遠隔操作手段１６０を斜め上に向けることができ、指向性のある赤外光をシーリングライトやクーラーなどに向けて照射することが可能となる。

なお本実施の形態の場合、持ち上げ手段１３１は、遠隔操作手段１６０の操作信号の送信方向を変更するばかりでなく、毛足の長いカーペットなどに移動ロボット本体１０１の底面が擦れて移動ロボット１１０が動けなくなった場合に、移動ロボット本体１０１を持ち上げて脱出を図ることも可能となっている。

プロセッサ１１１は、プログラムを実行することにより各処理部を実現する装置であり、図５に示すように、地図保持部１１２と、外部機器認識部１１３と、外部機器登録部１１４とを実現している。また本実施の形態の場合、プロセッサ１１１は、障害物認識部１１５と、地図作成部１１６とを実現している。また、プロセッサ１１１は、走行制御部１３４、送信装置制御部１６２、持ち上げ制御部１３３を対応する装置を制御する処理部として実現している。

なお、プロセッサ１１１を一つのものとして説明しているが、複数のプロセッサによって、それぞれ処理部を実現してもかまわない。

地図保持部１１２は、所定領域であって移動ロボット１１０が移動し掃除などの作業を行う領域の環境地図を一時的に保持する処理部である。環境地図は、移動ロボット１１０の外部から取得してもよいが、本実施の形態の場合、障害物認識部１１５、および地図作成部１１６により移動ロボット１１０自体が作成している。

障害物認識部１１５は、移動ロボット１１０の自己位置と障害物との位置関係をエンコーダや測距センサ１７４などのセンサからの情報に基づき算出する処理部である。障害物認識部１１５は、自律走行する移動ロボット１１０により複数箇所において障害物と自己位置との関係を示す情報を蓄積する。

地図作成部１１６は、障害物認識部１１５が算出し蓄積したデータを統合して環境地図を作成する処理部である。環境地図を生成する方法は特に限定されるものではないが、例えばＳＬＡＭ（ＳｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓＬｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄＭａｐｐｉｎｇ）等を例示することができる。

地図作成部１１６は、移動ロボット１１０の走行実績に基づき実際に走行した領域の外形、および、走行を阻害する障害物などを示す情報を環境地図として生成する。地図作成部１１６により生成される環境地図は、例えば２次元の配列データとして実現される。走行実績を例えば縦横１０ｃｍなどの所定の大きさの四角形で分割し、各四角形が環境地図を構成する配列の要素エリアであるとみなし、配列データとして処理してもよい。

外部機器認識部１１３は、一時的な停止状態も含む移動ロボット１１０の自律走行中に外部機器２００を認識する処理部である。外部機器認識部１１３が外部機器２００を認識する方法は特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、移動ロボット１１０が環境地図を作製中、または掃除中においてカメラ１７５が撮影した画像に基づき、別途ディープラーニングで得られた情報を用いて処理することにより、シーリングライト、クーラー、テレビなどの外部機器２００の種類を区別して認識する。なお、外部機器認識部１１３は、外部機器２００をさらに詳細に認識してもよい。例えば、外部機器２００のメーカーや形式なども認識してもかまわない。これにより、それぞれの外部機器２００に適した操作信号を送信装置制御部１６２に送信させることができる。

本実施の形態の場合、外部機器認識部１１３は、移動ロボット１１０が走行する面である走行面から外部機器２００までの高さ（垂直方向の距離）も取得する。高さの取得方法は特に限定されるものではないが、例えば、外部機器２００の種類と高さとの対応関係が記載されたテーブルを保持し、当該テーブルに基づいて認識した外部機器２００の種類から高さを取得してもよい。テーブルは、例えばシーリングライトはＡｃｍ、クーラーはＢｃｍ、テレビはＣｃｍ等の対応関係が予め設定される。また、外部機器認識部１１３は、カメラ１７５以外の他のセンサ、例えば測距センサ１７４等によって移動ロボット１１０から外部機器２００が取り付けられている壁までの距離、およびカメラ１７５から取得した画像に基づき算出する走行面に対する外部機器２００の仰角を用いて高さを算出してもかまわない。

外部機器登録部１１４は、外部機器認識部１１３が外部機器２００を認識した際の移動ロボット１１０の位置に基づき外部機器２００が設置されている位置に関する位置情報と、外部機器２００の種類などを示す情報等を環境地図内に登録する処理部である。具体的に外部機器登録部１１４は、地図作成部１１６によって作成される環境地図内に外部機器２００の位置情報、外部機器２００の種類・型式、外部機器２００の設置高さを登録する。ここで、外部機器２００の位置情報とは、環境地図における外部機器２００の設置位置の情報、移動ロボット１１０が外部機器２００を操作することができる位置の情報等である。移動ロボット１１０が外部機器２００を操作することができる位置とは、一例で説明すると、外部機器２００がシーリングライトである場合、シーリングライトの設置位置の直下から所定距離離れ、持ち上げ手段１３１などで移動ロボット本体１０１を持ち上げた場合に、シーリングライトに赤外線で操作することができる位置等である。

次に移動ロボット１１０の動作の内、外部機器２００の登録動作の一態様を説明する。図６は、移動ロボットの外部機器の登録動作を示すフローチャートである。同図に示すように、移動ロボット１１０は、ユーザからの指示や所定の時刻になると、自律的に走行して移動ロボット１１０の機能の一つである掃除を開始する（Ｓ１０１）。本実施の形態の場合、地図保持部１１２に環境地図が保持されている場合でも、保持されていない場合であっても、自律走行中において自己位置推定と環境地図の作成とを同時に行う（Ｓ１０２）。

また、自律走行中において、カメラ１７５からの画像に基づき外部機器認識部１１３が、外部機器２００を認識した場合（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、外部機器登録部１１４は、同じ外部機器２００に対応する情報が既に環境地図に登録されているか否かを判定する（Ｓ０１４）。認識した外部機器２００に対応する情報が既存でない場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）、推定された移動ロボットの位置（自己位置）に基づき外部機器２００が設置されている位置に関する位置情報を環境地図内に登録する（Ｓ１０５）。さらに、外部機器２００の種類や型式、設置高さなどに関する情報も登録する。

掃除中においては、Ｓ１０２〜Ｓ１０５の各処理を繰り返し実施し（Ｓ１０６：Ｎｏ）、掃除が終了すれば（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、環境地図の作成と、外部機器２００の登録が終了する。

以上のように、移動ロボット１１０の機能の一つである掃除を実行している間に、外部機器２００を認識し、登録することで、ユーザが外部機器２００の位置情報等を予め登録しておく必要がなくなり登録や管理の煩雑さからユーザを開放することができる。

また、定期的に実行される掃除によって、環境地図における外部機器２００に関する情報の更新が行われるため、外部機器２００を交換した場合でも十分に対応することができる。なお、環境地図を初めて作成する際にも外部機器２００を認識してもよい。

次に移動ロボット１１０の動作の内、外部機器２００を操作する動作の一態様を説明する。図７は、移動ロボットの外部機器の操作動作を示すフローチャートである。同図に示すように、移動ロボット１１０は、ユーザからの指示を取得する。指示の取得方法は特に限定されるものではなく、例えばユーザが保持する携帯端末と移動ロボット１１０とが無線ＬＡＮ（ｌｏｃａｌａｒｅａｎｅｔｗｏｒｋ）などで通信可能な場合、移動ロボット１１０は、ユーザの携帯端末から指示を示す指示情報を取得する。また、移動ロボット１１０が音声認識機能を備えている場合、ユーザの声により指示を取得してもよい。さらに、移動ロボット１１０とスマートスピーカとが無線ＬＡＮなどで通信可能である場合、ユーザはスマートスピーカに対して音声に基づき指示を与えることで、移動ロボット１１０はスマートスピーカを介して指示情報を取得してもかまわない。

指示情報を取得した移動ロボット１１０は、指示情報に含まれる外部機器２００を遠隔操作手段１６０が操作することができる領域に到達する（Ｓ２０３：Ｙｅｓ）まで環境地図に基づき走行制御部１３４が駆動ユニット１３０を制御して走行する（Ｓ２０２）。ここで、領域に到達するとは、外部機器２００に対応する領域に移動ロボット１１０が位置するだけでなく、移動ロボット１１０が外部機器２００を操作できる向きに向いている状態を言う。

次に、外部機器２００が高い位置に在り、移動ロボット本体１０１を持ち上げる必要がある場合は（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）。持ち上げ制御部１３３が持ち上げ装置１３２を移動ロボット１１０が取得した外部機器２００の高さ情報に応じて制御して移動ロボット本体１０１の一部を持ち上げて移動ロボット１１０を傾ける（Ｓ２０５）。持ち上げが不要な場合（Ｓ２０４：Ｎｏ）、または、持ち上げが完了すると、送信装置制御部１６２は、操作信号送信装置１６１を制御して、外部機器２００に対応した操作信号を送信し、外部機器２００を遠隔操作する。外部機器２００の操作とは、例えば電源をＯＮにする、目標温度を設定するなどである。

移動ロボット１１０が取得した指示情報に複数の外部機器２００の操作が含まれている場合（Ｓ２０７；Ｙｅｓ）、移動ロボット１１０は、Ｓ２０２〜Ｓ２０６の動作を繰り返す。指示に対応する外部機器２００の全ての操作が終了すると（Ｓ２０７：Ｎｏ）、移動ロボット１１０は、例えば充電ステーションなどの所定の場所に帰還する（Ｓ２０８）。

以上によれば、ユーザの手元に外部機器２００を操作するリモコンがない場合や、操作信号を送信するための光や電波などが届かないユーザから離れた場所の外部機器２００を操作したい場合、掃除をせずに大気中である移動ロボット１１０や、掃除中の移動ロボット１１０を利用して操作することができ、利便性を向上させることができる。具体的に例えば、就寝前に非常に蒸し暑い寝室に入ることなくクーラーを入れて寝室を冷やすことができたり、入浴前に非常に寒い脱衣室に入ることなく暖房をいれて脱衣室を暖めることなどが可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。

例えば、移動ロボット１１０は、ロボット掃除機に限定されるわけではなく、飲み物や薬などをユーザに搬送する搬送ロボット、ユーザの動作の手助けをする介助ロボットなどでもかまわない。

また、外部機器２００の高さを認識するために、カメラ１７５が撮像した画像と、レーザーレンジスキャナからの情報を組み合わせて用いたが、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ）カメラなどより一度に高さに関する情報まで取得してもかまわない。

また、移動ロボット本体１０１を傾けることで操作信号を送信する仰角を変更したが、遠隔操作手段１６０はこればかりでなく図８に示すように、移動ロボット本体１０１に対して仰角を変更することができる操作信号送信装置１６１を備え、外部機器２００の高さ情報に応じて送信方向を変更して操作信号を送信してもかまわない。また、移動ロボット１１０が、作業用のアームを備えている場合、アームに操作信号送信装置１６１を取り付け、外部機器２００の高さ情報に応じて送信方向を変更して操作信号を送信してもかまわない。

本発明は、自律走行可能なロボットに適用可能である。

１０１移動ロボット本体
１１０移動ロボット
１１１プロセッサ
１１２地図保持部
１１３外部機器認識部
１１４外部機器登録部
１１５障害物認識部
１１６地図作成部
１３０駆動ユニット
１３１手段
１３２装置
１３３制御部
１３４走行制御部
１４０清掃ユニット
１６０遠隔操作手段
１６１操作信号送信装置
１６２送信装置制御部
１７１発信部
１７２受信部
１７３障害物センサ
１７４測距センサ
１７５カメラ
１７６床面センサ
１７８吸引口
１７９キャスター
２００外部機器

Claims

自律走行可能な移動ロボットであって、
所定領域の環境地図を保持する地図保持部と、
自律走行中に外部機器を認識する外部機器認識部と、
前記外部機器認識部が外部機器を認識した際の移動ロボットの位置に基づき外部機器の設置位置に関する位置情報を前記環境地図内に登録する外部機器登録部と、
登録された前記外部機器に対して前記位置情報に基づき遠隔操作可能な領域まで走行して前記外部機器を遠隔操作する操作信号を送信する遠隔操作手段と
を備える移動ロボット。
自己位置と障害物との位置関係をセンサからの情報に基づき算出する障害物認識部と、
前記障害物認識部が算出したデータを統合して前記環境地図を作成する地図作成部とを備え、
前記外部機器登録部は、前記地図作成部によって作成される前記環境地図内に前記外部機器を登録する
請求項１に記載の移動ロボット。
前記外部機器登録部は、
前記外部機器の設置高さに関する高さ情報を登録し、
前記遠隔操作手段は、
前記高さ情報に応じて持ち上げ手段を用いて移動ロボット本体の少なくとも一部を持ち上げて操作信号を送信する
請求項１または２に記載の移動ロボット。
前記外部機器登録部は、
前記外部機器の設置高さに関する高さ情報を登録し、
前記遠隔操作手段は、
前記高さ情報に応じて送信方向変更手段を用い送信方向を変更して操作信号を送信する
請求項１または２に記載の移動ロボット。