JP3920317B2 - 物品運搬用ロボット - Google Patents
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Description
上記運搬対象の物品の状況を認識する状況認識手段と、
上記状況認識手段によって認識された上記物品の状況に応じて、当該物品の運搬方法を特定する運搬方法特定手段と、
上記運搬方法特定手段によって特定された運搬方法に従って、上記運搬対象の物品の運搬を行う運搬装置と、
各物品の物体の載置又は収容状況毎に、当該状況と載置又は収容された物体の運搬動作とを対応付けた運搬情報を蓄積する運搬情報データベースと、を備えるとともに、
上記運搬情報は、上記運搬装置によって物品が運搬場所に運搬された結果、変化する当該物品の次の状況についての情報をさらに含み、
上記運搬方法特定手段は、上記運搬情報データベースを参照することによって、上記物品の状況に対応する運搬情報を特定するとともに、上記認識された物品の状況に対応する運搬情報を選択した後に、上記選択した運搬情報に含まれる次の状況についての情報に基づいて、当該次の状況に対応する別の運搬情報をさらに選択し、
上記運搬装置は、上記別の運搬情報が選択されたときには、その別の運搬情報に従って上記物品の運搬をさらに実行する、物品運搬用ロボットを提供する。
本発明の第2態様によれば、生活空間内の物品のIDが同じで上記物品の状況により運搬方法が異なるような上記物品の運搬を行う物品運搬用ロボットであって、
上記運搬対象の物品の状況を認識する状況認識手段と、
上記状況認識手段によって認識された上記物品の状況に応じて、当該物品の運搬方法を特定する運搬方法特定手段と、
上記運搬方法特定手段によって特定された運搬方法に従って、上記運搬対象の物品の運搬を行う運搬装置と、を備えるとともに、
上記運搬対象の物品は、物体を載置又は収容する機能を有し、
上記状況認識手段は、上記運搬対象の物品が物体を載置又は収容しているか否かの状況を認識する、物品運搬用ロボット。
上記運搬対象の物品の状況を認識する状況認識手段と、
上記状況認識手段によって認識された上記物品の状況に応じて、当該物品の運搬方法を特定する運搬方法特定手段と、
上記運搬方法特定手段によって特定された運搬方法に従って、上記運搬対象の物品の運搬を行う運搬装置と、を備えた物品運搬用ロボットを提供する。
上記運搬方法特定手段は、上記運搬情報データベースを参照することによって、上記物品の状況に対応する運搬情報を特定する、第1の態様に記載の物品運搬用ロボットを提供する。
上記運搬方法特定手段は、上記認識された物品の状況に対応する運搬情報を選択した後に、上記選択した運搬情報に含まれる次の状況についての情報に基づいて、当該次の状況に対応する別の運搬情報をさらに選択し、
上記運搬装置は、上記別の運搬情報が選択されたときには、その別の運搬情報に従って上記物品の運搬をさらに実行する、第2の態様に記載の物品運搬用ロボットを提供する。
上記状況認識手段は、上記運搬対象の物品が物体を載置又は収容しているか否かの状況を認識する、第1の態様に記載の物品運搬用ロボットを提供する。
運搬対象の各物品の状況毎に、当該状況と運搬方法及び/又は運搬場所とを対応付けた運搬情報を蓄積する運搬情報データベースと、
上記運搬対象の物品の状況を認識する状況認識手段からの認識結果を受けて、当該状況に応じて上記運搬情報データベースを参照して当該物品の運搬方法を特定する運搬方法特定手段とを備えて、
上記運搬方法特定手段により上記運搬情報データベースを参照して特定した運搬方法に基づいて上記ロボットに運搬指示を出力する物品運搬システムを提供する。
上記運搬対象の物品の状況を認識し、
上記物品の状況を認識した物品の状況に応じて、当該物品の運搬方法を特定し、
上記特定した運搬方法に従って、上記ロボットが上記運搬対象の物品の運搬を行う、ことを含む物品運搬方法を提供する。
上記保持装置で上記物品を保持しながら上記物品を運搬する、第1の態様に記載の物品運搬用ロボットを提供する。
図1Aは、本発明の第1実施形態における、物品運搬用ロボット10又は物品運搬システム10の構成図を示す。この物品運搬用ロボット又は物品運搬システム10は、状況認識手段101、運搬方法特定手段102、運搬装置103、及び運搬情報データベース104とを備えて、運搬方法特定手段102には、状況認識手段101と運搬装置103と運搬情報データベース104とが接続されて構成されている。このような物品運搬用ロボット又は物品運搬システム10は、一般家庭、オフィス、ホテル、店舗又は病院等の、人間が生活を営む空間(以下、生活空間と呼ぶ)において、物品の運搬を、人に代わって行う物品運搬用ロボット又は物品運搬システム10であり、ユーザによる作業命令を受けたときに物品の運搬を行う場合と、物品運搬用ロボット又は物品運搬システム10が生活空間内の状況を判断して自動的に物品の運搬を行う場合とが存在する。自動的に物品の運搬を行う例としては、例えば物品が生活空間内に長時間置かれているときに、その物品を自動的に片付ける場合を挙げることができる。以下においては、一般家庭を対象とした物品運搬用ロボット又は物品運搬システム10の構成について説明する。なお、図2Bは、物品運搬用ロボット又は物品運搬システム10により物品が運搬される生活空間の一例としての部屋の間取り図であり、Dwは食洗機、Ksはシンク、Gbは生ゴミ入れ、Rgは冷蔵庫、Cbは食器棚、Tbはテーブルである。
環境管理サーバ401は、上記状況認識手段101によって把握した状況のうち、環境内に存在する物品と、ロボット50の運搬方法を特定する上記運搬方法特定手段102と、生活空間内の物品を運搬する際にその物品の状況に応じた複数の運搬方法の中から最適な運搬方法を特定するための知識(情報)を予め蓄積した上記運搬情報データベース104と、運搬動作を行う生活空間(環境)の状況、すなわち、物品及び人やロボット50を含む移動体及び移動体以外の設備など環境全体の状況を管理する環境マップ管理手段407と、その環境全体の状況のデータを蓄積する環境マップデータベース408とを備えている。状況認識手段101からの出力信号は、運搬方法特定手段102と環境マップ管理手段407とにそれぞれ入力されるように接続されている。運搬方法特定手段102は、運搬情報データベース104と制御手段410とに接続されている。環境マップ管理手段407は、環境マップデータベース408と制御手段410とに接続されている。送受信手段409は、制御手段410に接続されている。
図2J〜図2Lは環境マップデータベース408の環境マップの例である。図2Jは実環境の例、図2Kは図2Jの実環境を立体モデルで簡略化した環境マップ、図2Lはさらに平面モデルで簡略化した環境マップである。
設備データのサブデータベース408e−1に蓄積される設備データは、環境それ自体、及びこの環境内の個々の設備(物品とは異なり、環境に固定又は設置されたものであって、ロボット50の運搬動作作業の対象外となるもの)を特定するためのID情報(例えば、図2Mにおいて、IDとして「room_0001」など)と、設備属性データへのポインタ(例えば、図2Mにおいて、属性データとして「room01」など)とを含む。より具体的には、図2Mでは、環境(部屋)にはID情報として「room_0001」が付され、環境内に存在するテーブルTb、本棚Bs及びゴミ箱Tsには、それぞれ、ID情報として「table_0001」、「bookshelf_0001」、「trash_0001」が付されている。
設備属性データのサブデータベース408e−2に蓄積される設備属性データは、環境自体に係る設備属性データは、その環境内の床面データを含む。例えばその環境内に互いに高さの異なる複数の床面が存在するときは、その床面の数だけ床面データ(例えば、図2Mにおいて、room_01の構成面として「床面1,床面2」など)が蓄積される。床面データは、例えば次のように表される。
((X1,Y1,Z1),(X2,Y2,Z2),(X3,Y3,Z3),(X4,Y4,Z4),2200,0)
ここで、最初の4組の座標値は、床面を構成する各頂点の実世界座標を表し、次の値(2200)は、その床面から天井までの距離(mm)を表す。また、最後の値(0)は床面の材質を意味する。例えば、「0」はフローリング、「1」は畳、「2」は絨毯等とすればよい。
((X1,Y1,Z1),(X2,Y2,Z2),(X3,Y3,Z3),1,400)
ここで、最初の3組の座標値は、その面を構成する各頂点の実世界座標を表す。次の値(1)はその面に物品が運搬後に載置可能な否かのフラグであり、「1」は物品が運搬後に載置可能、「0」は運搬後に載置不可能を示す。最後の値(400)は、その面に物品が運搬後に載置可能であるとき、その載置可能な物品の上限高さ(mm)を示す。例えばその面がテーブルの天板であるときは、天板から天井までの距離が上限高さであり、その面が本棚におけるある一つの棚面であるときには、その棚面から直上の棚までの距離が上限高さとなる。
ロボット50は、ユーザの指示に従って、環境内で物品を運搬させる作業を行うものとする。
ロボット50の制御手段415は、主に環境管理サーバ401から環境管理サーバ側及びロボット側の送受信手段409,409を介して送られてきたロボット制御コマンド列を解釈し、その制御コマンドを順に実行する。
ロボット50の現在位置の位置座標から位置座標で指定された位置、又は設備ID情報で指定された設備の位置の位置座標までロボット50が物品運搬動作のために移動するコマンドである。位置座標は世界座標系で指定し、現在位置の位置座標から目的位置の位置座標までの移動経路は移動計画作成手段413が計画する。また、設備ID情報で指定された設備の位置の位置座標に移動するときは、その設備に対して所定の距離まで近づくような経路を作成するが、この場合、環境マップ内の設備属性データを利用する。
物品ID情報で指定された物品を、保持装置501の一例としてのハンド52によって保持するコマンドである。物品の位置(位置座標)は、運搬情報データベース104又は環境マップデータベース408を参照して求め、運搬動作は運搬情報データベース104を参照して物品運搬システム10の上記運搬方法特定手段102が選定する。
運搬終了後にハンド52を解放するコマンドである。
move,B1(物品が置かれている位置B1にロボット50を移動する)
grab,物品ID(位置B1にある物品を保持装置501で保持する)
move,B2((物品を保持装置501で保持した状態で)移動先である位置B2にロボット50が移動する)
release(保持装置501で保持している物品を解放する)
となる。複数の物品の移動を指示されたときは、コマンド列は、上記4つのコマンドを一組として物品の数だけ並べられ、ロボット50の制御手段415は、その順番に従って制御コマンドを順に実行する。
操作端末403は、上記ロボットによる物品運搬システムにおけるユーザインタフェースであり、ユーザが、ロボット50に対して物品の運搬動作の要求などするために操作する端末である。
上記運搬情報データベース104は、生活空間内の物品毎に、その物品が取り得る状況と運搬動作(言い換えれば運搬方法)及び/又は運搬場所とを対応付けた運搬情報を蓄積するデータベースである。
図4A〜図4Dは、変形例1に係る運搬情報の例を示す。この運搬情報は、物品を運搬する際の運搬速度の速度変化を設定しており、このことにより、運搬のさらなる最適化を図る。
図5は、変形例2に係る運搬情報の例を示す。この運搬情報は、図3Bの運搬情報と比較して、「次の状況」についての情報をさらに含んでいる。このことにより、物品に対して複数の運搬作業を連続的にかつ自動的に行うようにし、その結果、ユーザがより簡便に物品の運搬作業の命令を行い得るようにする。
上述したように、上記運搬情報データベース104は、各物品について、その状況毎に動作、場所等を対応付けて構成される。ところが、一般家庭において運搬装置103の運搬対象となる物品は多種多様である上に、運搬対象となる物品は各家庭(各生活空間)で相違する。
上記状況認識手段101は、運搬対象の物品の認識と、その物品の状況を認識する手段である。この状況認識手段101は、カメラ(例えば、状況認識手段101の一例であるカメラ502)、レーザ、温度センサ、重量センサ、RFIDタグ及びタグリーダ(又はリーダライタ)、等の各種センサを、単独又は組み合わせるとともに、必要に応じて、各種センサで検出された情報を処理する処理部や、処理部で処理するときに必要なデータが蓄積されたデータベースを備えることによって、運搬対象の物品の検出と、その物品の状況の認識と、を行う。以下、物品の状況の認識方法について具体例を挙げて説明する。
先ず、物品の状況として、コップに飲み物が入っているか否かの状況を認識する方法について説明する。上述したように、コップに飲み物が入っているか否かの状況に応じて、最適な運搬方法は異なるのである(図3B,図4A,図5参照)。
次に、物品の状況として、食器に食べかすが存在しているか否かの状況を認識する方法について説明する。上述したように、食器に食べかすが存在しているか否かの状況に応じて、最適な運搬方法は異なるのである(図3A参照)。
Ep=Num_match / Num_points
ここで、Num_pointsは反射パラメータを検出した点の数、またNum_matchは検出した反射パラメータのうち、記憶されている反射パラメータと一致した数を示している。
(数3)
185 / 200 = 0.925
となり、92.5%である。また、図3Aの「反射パラメータ一致度」より、この皿は「汚れ有り」であると判断される。
上記の認識方法では、各種センサ101aの検出データに基づいて物品の状況を認識していたが、上記状況認識手段101は、図2Fに示すように、各種センサ101aと、各種センサ101aの検出データを基に推論を行う推論処理部101gと、各種センサ101aで検出された物品の移動履歴を蓄積するデータベース、例えば物品移動履歴データベース101dとより構成することによって物品の状況を認識してもよい。この推論処理部101gによる推論について、衣服が汚れているか否かを認識する場合を例に説明する。例えば部屋に置かれている衣服を片付ける場合に、その衣服が汚れているときには洗濯機に運搬し、その衣服が汚れていないときにはタンスに運搬する、といったように、衣服が汚れているか否かの状況に応じて、最適な運搬方法(運搬場所)は異なるのである。
次に、運搬対象の物品に、他の物品が積み重ねられているか否か(物品が単独で存在しているか、又は物品が積み重なっているか)、を認識する方法について説明する。上述したように、運搬対象の物品に、他の物品が積み重ねられているか否かに応じて、最適な運搬動作は異なるのである(図3C参照)。この認識は、センサ101aの別の例として、重量センサ101bとタグリーダ101cを用いた推論により可能である。
タグリーダ101c:2冊の本Bkがあること、及び各本Bkの重量。
重量センサ101b:重量、及び重心位置が2箇所存在していること。
タグリーダ101c:3冊の本Bkがあること、及び各本Bkの重量。
重量センサ101b:重量、及び重心位置が1箇所存在していること。
運搬方法特定手段102は、上記で説明したように、状況認識手段101によって認識された物品、及びその状況と、上記の運搬情報データベース104とに基づいて、状況に応じた運搬方法の特定を当該物品の複数の運搬方法の中から行う。
運搬装置103は、上記運搬方法特定手段102で特定された運搬方法に従って物品の運搬を行う。そのために、運搬装置103は、少なくとも、
1)運搬基本データに記載される運搬方法及び運搬場所を理解し、それに従ってプログラムを実行する機能、
2)物品を運搬する物理的構造、及び物品を把持解放する物理的構造、
を備えている。
次に、図9に示すフローチャートを参照しながら、上記物品運搬用ロボット又は物品運搬システム10における運搬処理について説明する。尚、運搬情報データベース104は、図5に示す構成であるとする。
Claims (6)
- 生活空間内の物品のIDが同じで上記物品の状況により運搬方法が異なるような上記物品の運搬を行う物品運搬用ロボットであって、
上記運搬対象の物品の状況を認識する状況認識手段と、
上記状況認識手段によって認識された上記物品の状況に応じて、当該物品の運搬方法を特定する運搬方法特定手段と、
上記運搬方法特定手段によって特定された運搬方法に従って、上記運搬対象の物品の運搬を行う運搬装置と、
各物品の物体の載置又は収容状況毎に、当該状況と載置又は収容された物体の運搬動作とを対応付けた運搬情報を蓄積する運搬情報データベースと、を備えるとともに、
上記運搬情報は、上記運搬装置によって物品が運搬場所に運搬された結果、変化する当該物品の次の状況についての情報をさらに含み、
上記運搬方法特定手段は、上記運搬情報データベースを参照することによって、上記物品の状況に対応する運搬情報を特定するとともに、上記認識された物品の状況に対応する運搬情報を選択した後に、上記選択した運搬情報に含まれる次の状況についての情報に基づいて、当該次の状況に対応する別の運搬情報をさらに選択し、
上記運搬装置は、上記別の運搬情報が選択されたときには、その別の運搬情報に従って上記物品の運搬をさらに実行する、物品運搬用ロボット。 - 生活空間内の物品のIDが同じで上記物品の状況により運搬方法が異なるような上記物品の運搬を行う物品運搬用ロボットであって、
上記運搬対象の物品の状況を認識する状況認識手段と、
上記状況認識手段によって認識された上記物品の状況に応じて、当該物品の運搬方法を特定する運搬方法特定手段と、
上記運搬方法特定手段によって特定された運搬方法に従って、上記運搬対象の物品の運搬を行う運搬装置と、を備えるとともに、
上記運搬対象の物品は、物体を載置又は収容する機能を有し、
上記状況認識手段は、上記運搬対象の物品が物体を載置又は収容しているか否かの状況を認識する、物品運搬用ロボット。 - 上記状況認識手段は、上記運搬対象の物品に、他の物品が積載されているか否かの状況を認識する、請求項1又は2に記載の物品運搬用ロボット。
- 上記物品の状況により、上記物品の上記運搬方法が異なるとともに、さらに、運搬場所も異なる、請求項1又は2に記載の物品運搬用ロボット。
- 上記物品を保持する保持装置をさらに備え、
上記保持装置で上記物品を保持しながら上記物品を運搬する、請求項1又は2に記載の物品運搬用ロボット。 - 上記運搬対象の物品が食器であり、上記物品運搬用ロボットは食後の食器の片付け作業を行うロボットとして機能し、上記食器が汚れている状況と上記食器が汚れていない状況とでは運搬場所と運搬方法が異なる、請求項1又は2に記載の物品運搬用ロボット。
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