JP3210649B2

JP3210649B2 - 自律移動ロボット

Info

Publication number: JP3210649B2
Application number: JP31176299A
Authority: JP
Inventors: 倫太今井; 哲雄小野; 司郎高田; 浩石黒; 竜一西村; 春生野間; 敏昭杉原; 勉宮里; 良平中津
Original assignee: 株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信研究所
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 1999-11-02
Publication date: 2001-09-17
Anticipated expiration: 2019-11-02
Also published as: JP2001129777A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自律移動ロボットに
関し、特にたとえば、展示会場の案内ロボットや警備ロ
ボットなどに適用され、周囲の人間の向きを判定する、
新規な自律移動ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】展示会場を歩き回るロボットが、場内で
出会う見学者に近くの展示物を説明する場合、ロボット
は、見学者および展示物の位置だけでなく見学者の向き
も判定する必要がある。これは、見学者がロボットに背
を向けて歩いている場合とロボットに向かって歩いてい
る場合とで、見学者への指示語が異なるからである。た
とえば、ロボットの右側に展示物があり、見学者がロボ
ットを背にして歩いていれば、ロボットは「右側に展示
物がありますよ」と言えばよいが、見学者がロボットに
向かって歩いていれば、ロボットは「左側に展示物があ
りますよ」と言う必要がある。

【０００３】このため、従来は、ロボットにカメラを搭
載し、撮影画像を処理することによって、ロボットの周
囲にいる見学者の向きを判定していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、見学者の向き
を判定するには、その前に見学者を検出する必要があ
り、従来技術では見学者の検出も画像処理によって行っ
ていた。このため、見学者に案内メッセージを発するま
でに時間がかかったり、それ以前の見学者の検出精度に
も問題があった。

【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、周
囲にいる人の顔の向きを短時間でかつ正確に判定するこ
とができる、自律移動ロボットを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、人間が携帯
した発信源からの高周波信号によって人間の存在を検出
する検出手段、検出手段が人間を検出したとき前記発信
源の方向にロボットの向きを変更する向き変更手段、向
き変更手段によってロボットの向きが変更されたとき人
間を撮影する撮影手段、および撮影手段による撮影画像
に基づいて人間の顔の向きを判定する判定手段を備え
る、自律移動ロボットである。

【０００７】

【作用】人間が携帯した発信源から、高周波信号が出力
される。検出手段は、この高周波信号によって、周囲に
人間が存在することを検出する。人間の存在が検出され
ると、向き変更手段がロボットの向きをその発信源の方
向つまり人間の方向へ変更し、撮影手段がその人間を撮
影し、判定手段が撮影画像に基づいて人間の顔の向きを
判定する。

【０００８】判定手段は、好ましくは顔領域検出手段，
肌色領域抽出手段，割合算出手段および向き判定手段を
含む。顔領域検出手段は、撮影画像に基づいて人間の顔
領域を検出し、肌色領域抽出手段は、顔領域から肌色領
域を抽出する。割合算出手段は、顔領域に占める肌色領
域の割合を算出し、向き判定手段は、算出された割合に
基づいて人間の向きを判定する。

【０００９】

【発明の効果】この発明によれば、人間が携帯した発信
機からの信号によって人間の存在を検出し、人間の顔の
向きの判定をその人間の撮影画像に基づいて行うように
したため、周囲にいる顔の人の向きを短時間でかつ正確
に判定することができる。

【００１０】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１１】

【実施例】図１は、この発明の一実施例の自律移動ロボ
ット１０を示す正面図である。この図１を参照して、こ
の実施例の自律移動ロボット（以下、単に「ロボット」
という。）１０は、本体ないし筐体１２を含み、筐体１
２の下部に軸１６で回転可能に車輪１４が設けられる。
この車輪１４すなわち軸１６がモータ３６（図２）によ
って駆動され、これによってロボット１０が任意の方向
に移動できる。

【００１２】なお、図示は省略しているが、左右の車輪
を独立して制御できるような動力伝達機構、たとえばデ
ファレンシャルギアなどが軸１６または車輪１４に関連
して組み込まれている。また、左右の車輪１４を独立制
御するために、モータは２つ用いられてもよい。このよ
うな駆動系自体に特徴がある訳ではないので、駆動系の
構成は他に考えられる。

【００１３】筐体１２は平面ほぼ矩形に形成され、その
４つの側面には高周波センサ１８が配置される。各高周
波センサ１８は所定周波数の高周波信号を検知したとき
に検知信号を後述のマイクロコンピュータ２４（図２）
に出力する。マイクロコンピュータ２４は、この検知信
号によって周囲に高周波発信機が存在することを検出す
る。筐体１２の前面には、たとえばＣＣＤカメラを有す
るイメージセンサ２０が設けられる。イメージセンサ２
０は、ＣＣＤカメラによって前方の物体を撮影し、撮影
画像信号をマイクロコンピュータ２４に出力する。筐体
１２の上面には、スピーカ２２が設けられる。スピーカ
２４は、マイクロコンピュータ２４によって生成された
合成音声データを取り込み、対応する合成音声を発す
る。

【００１４】図２を参照して、図１の筐体１２内にはマ
イクロコンピュータ２４が設けられる。図２では１つの
マイクロコンピュータ２４が図示されているが、必要に
応じて、複数のマイクロコンピュータを設けて、それぞ
れに画像処理，音声処理，駆動制御等のタスクを分担さ
せるようにしてもよい。しかしながら、ここでの説明で
は、便宜上、１つまたは複数のマイクロコンピュータを
マイクロコンピュータ２４で代表させる。

【００１５】マイクロコンピュータ２４は、図１を参照
して説明した高周波センサ１８およびイメージセンサ２
０からの入力を受けるとともに、スピーカ２２に合成音
声データを与える。図１では図示しなかったが、ロボッ
ト１０にはさらにエンコーダ３０およびコンパス３２が
設けられる。エンコーダ３０は左右の車輪１４に個別に
設けられ、各車輪１４の回転数に応じた数のパルス信号
をマイクロコンピュータ２６に入力する。マイクロコン
ピュータ２４では、各エンーダ３０からのパルス信号を
カウントしてロボット１０が移動している速度や刻々変
化する位置を計算する。コンパス３２はロボット１０の
方位（移動方向）を知るためのものである。

【００１６】ここで、発明者等がロボット１０の実験に
使った部屋は、図３に示すように、４ｍ四方のほぼ正方
形の部屋で、部屋の中は４つのブロックに分割されてい
る。ドアの部分がスタートで、対角の位置に目的地が設
定され、右上のブロックに展示物４０が置かれている。
また、高周波発信機３８ａを携帯した人間３８が、部屋
の中を歩き回っている。

【００１７】この部屋の地図データ（目的地および展示
物を示す）はマイクロコンピュータ２４のＲＡＭ２８に
予め記憶されており、ロボット１０は、地図データと上
述のエンコーダ３２およびコンパス３４からの入力とに
よって、現在位置を知ることができる。ＲＡＭ２８には
また、移動経路データが記憶されており、ロボット１０
は、この移動経路データに従って部屋の中を移動する。
記憶された移動経路は、図３に矢印で示される。一方、
ＲＯＭ２６には、自律移動のためのメインプログラムな
らびに高周波センサ１８からの検知信号に応答して実行
される割り込み処理プログラムが記憶されている。

【００１８】図４を参照して、割り込み処理プログラム
を処理するときのマイクロコンピュータ２４の動作を説
明する。高周波信号の検出を示す検知信号が高周波セン
サ１８から与えられると、まずステップＳ１でロボット
１０の向きを高周波信号の発信源の方向に変更し、次に
ステップＳ３でイメージセンサ２０から撮影画像信号を
取り込む。ロボット１０の向きを変更することで、撮影
画像信号には高周波発信機３８ａを携帯した人間３８の
画像が含まれることとなる。

【００１９】ステップＳ５では取り込んだ撮影画像から
背景差分法によって人間３８の全身画像を抽出し、ステ
ップＳ７では抽出した全身画像から顔領域を認識する。
顔領域は、全身画像からの輪郭線抽出処理、輪郭線から
の特徴点検出処理を経て認識される。続いて、ステップ
Ｓ９で顔領域から肌色領域を抽出し、ステップＳ１１で
顔領域に占める肌色領域の割合を算出する。ステップＳ
１３では、算出された肌色領域の割合と肌色領域の位置
とに基づいて、人間３８の顔の向きを判定する。

【００２０】つまり、肌色領域が顔領域の大部分を占め
ていれば、顔はロボット１０と対面する方向を向いてい
ると判定し、肌色領域がほとんどなければ、顔はロボッ
ト１０と同じ方向を向いていると判定する。また、肌色
領域が顔領域の半分程度を占めている場合に、肌色領域
が顔領域の右側に位置すれば、顔はロボット１０の右前
方を向いていると判定し、逆に肌色領域が顔領域の左側
に位置すれば、顔はロボット１０の左前方を向いている
と判定する。

【００２１】ステップＳ１５では、予め記憶された地図
データに基づいて展示物４０の位置を特定し、ステップ
Ｓ１７では、人間３８の位置および向きと展示物４０の
位置の関係に応じた案内をスピーカ２２から発する。つ
まり、展示物４０が人間３８の後方に存在するときは
「後方に展示物がありますよ」と言い、展示物４０が人
間３８の前方に存在するときは「前方に展示物がありま
すよ」と言う。また、展示物４０が人間３８の右側に存
在するときは「右側に展示物がありますよ」と言い、展
示物４０が人間３８の左側に存在するときは「左側に展
示物がありますよ」と言う。

【００２２】図３を参照して、人間３８がロボット１０
の左前方から右前方に向かって歩いているとき、ロボッ
ト１０はこの人間３８の存在を高周波信号に基づいて検
出する。すると、ロボット１０は人間３８の全身画像を
撮影し、撮影画像に基づいて人間３８が右前方を向いて
いると判定する。ロボット１０はさらに、地図データに
基づいて展示物４０の位置を特定する。そして、人間３
８の位置および向きと展示物４０の位置とに基づいて、
「左側に展示物がありますよ」との音声案内をする。

【００２３】この実施例によれば、ロボットはまず、人
間が携帯した発信機からの周波数信号によって、周囲に
人間が存在することを検出する。すると、ロボットは、
人間が存在する方向を向いて撮影を行い、撮影画像に基
づいて人間の向きを判定する。このように、人間の位置
検出は高周波信号によって行われ、画像処理は人物像が
確実に含まれる撮影画像に対して実行される。したがっ
て、従来技術に比べて、人間の検出精度が向上するとと
もに、画像処理に要する時間が短縮される。

【００２４】なお、以上のようなロボットを展示会場に
配置する場合、展示会場を訪れる見学者には入場時に高
周波発信機を内蔵したカードを渡す方法が考えられる。
ここで、見学者の氏名やどのような分野に興味があるか
などの見学者データをカードに登録し、高周波信号とと
もに発信するようにし、ロボットに見学者データに関連
する音声メッセージを出力させるようにしてもよい。音
声メッセージとしては、「＊＊さん、あなたの左側に○
○が展示されてますよ」や、「△△さん、あなたの右側
にいる□□さんもあなたと同じ分野に興味を持ってま
す」などが考えられる。

【００２５】なお、この実施例では、人間が携帯した発
信機からの高周波信号を高周波センサによって検知し、
これによって周囲に人間が存在することを検出するよう
にしたが、人間の存在の検出に用いる信号は、高周波信
号以外に赤外線信号または超音波信号を用いてもよい。
この場合、人間には赤外線発信機または超音波発信機を
携帯させ、ロボットには赤外線センサまたは超音波セン
サを設ける必要がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例のロボットを示す正面図解
図である。

【図２】図１実施例のロボットの構成を示すブロック図
である。

【図３】実験に用いた部屋の概要を示す図解図である。

【図４】図１実施例の動作の一部を示すフロー図であ
る。

【符号の説明】

１０…ロボット１４…車輪１８…高周波センサ２０…イメージセンサ２２…スピーカ２４…マイクロコンピュータ３０…エンコーダ３２…コンパス３４…モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高田司郎京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５番地株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信研究所内 (72)発明者石黒浩京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５番地株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信研究所内 (72)発明者西村竜一京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５番地株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信研究所内 (72)発明者野間春生京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５番地株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信研究所内 (72)発明者杉原敏昭京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５番地株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信研究所内 (72)発明者宮里勉京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５番地株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信研究所内 (72)発明者中津良平京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷５番地株式会社エイ・ティ・アール知能映像通信研究所内 (56)参考文献特開平４−76698（ＪＰ，Ａ) 特開平６−274584（ＪＰ，Ａ) 特開平８−138024（ＪＰ，Ａ) 特開2000−268180（ＪＰ，Ａ) 小野哲雄（外２名），人間と共生するロボットの社会性コミュニケーションにおける関係性の創出，情報処理学会研究報告，平成10年10月２日，Ｖｏｌ. 98，Ｎｏ．90，ｐ43−49 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 13/08 B25J 5/00 G06T 1/00 340 G06T 7/60 150 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】人間が携帯した発信源からの高周波信号に
よって人間の存在を検出する検出手段、前記検出手段が人間を検出したとき前記発信源の方向に
ロボットの向きを変更する向き変更手段、前記向き変更手段によってロボットの向きが変更された
とき人間を撮影する撮影手段、および前記撮影手段によ
る撮影画像に基づいて人間の顔の向きを判定する判定手
段を備える、自律移動ロボット。
【請求項２】前記判定手段は、前記撮影画像に基づいて
人間の顔領域を検出する顔領域検出手段、前記顔領域か
ら肌色領域を抽出する肌色領域抽出手段、前記顔領域に
占める前記肌色領域の割合を算出する割合算出手段、お
よび前記割合に基づいて人間の向きを判定する向き判定
手段を含む、請求項１記載の自律移動ロボット。