JP4315872B2 - 移動ロボットの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、環境内の情報を参照しつつ自律的に移動するロボットの制御装置に関するものである。

所定の領域内を自律移動する清掃ロボットが知られている（特許文献１を参照されたい）。この清掃ロボットは、移動時に複数の表示灯を点滅し、その点滅パターンと点灯色とを変化させることにより、自身の稼働状況を周囲の人々に報知するようになっている。また、超音波センサ等で障害物までの距離を計測し、障害物との間が所定距離になると停止して方向転換するようになっている。
特開平７−４６７１０号公報

しかるに、この従来の制御装置は、清掃ロボットに建物内の床面を隈無く走行させることを目的とするものであり、周囲の人間の方が表示灯を見て清掃ロボットの稼働状況を判断して清掃ロボットの進路から退避しなければならないものである。そのため、周囲の人間が表示灯を見落としたり、表示灯の意味に気付かなかったりすること考慮しなければならない環境、つまり不特定多数の人間が出入りするところで稼働するロボットには適していない。

このような課題を解決し、不特定多数の人間が移動する環境下でも、移動する人間と衝突せずに円滑に移動することのできる移動ロボットの制御装置を提供するため、本発明による移動ロボットの制御装置は、環境情報取得手段（ビデオカメラ３やマイクロフォン４）と、現在位置検出手段（１５）と、移動領域内の通路や固定物の配置に関わる情報を記述した地図管理手段（７）とを備え、移動領域内の環境情報を参照しつつ自律的に移動するロボット（１）の制御装置であって、前記環境情報取得手段が認識した対向者と自身との位置関係に基づいてそのままの進路をとると、対向者との衝突可能性大と判断された場合には、進路変更の合図として、頭部を回して進む方向へ顔面を向け、進路を所定の側へ変更する。
本発明による移動ロボットの制御装置は、好ましくは、進路変更による衝突回避行動が対向者に伝わったことを、前記環境情報取得手段が認識した対向者の移動方向より確認し、対向者が進路変更方向に同方向に進路を変更した場合には移動を停止、そうでない場合には進路変更した前進を継続する。
本発明による移動ロボットの制御装置は、好ましくは、更に、接触センサを有し、前記接触センサによって対向者との接触の有無を検出し、対向者との接触時には発話して謝意を表す。

このような本発明によれば、その環境に不慣れな人間が出入りする環境下でも、ロボットが対向者の進路を確認し、衝突を回避する方向への進路変更を行いつつ移動するので、人間と接触せずに円滑に移動することができる。特にこちらが避けたにも拘わらず対向者がこちらに向かってくる場合は、停止した上で合図して対向者の注意を喚起することで接触を防止し、やむなく接触した場合は、謝ることで不興を買わないようにすることができる。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１は、本発明が適用されるロボットの概略構成を示すブロック図である。このロボット１には、スピーカ２、ビデオカメラ３、及びマイクロフォン４が設けられており、ビデオカメラ３からの画像信号が画像処理部５に入力され、マイクロフォン４からの音声信号が音処理部６に入力され、適宜な合成音声生成手段で生成された音声信号がスピーカ２から出力される。

ビデオカメラ３は、モノクロまたはカラーの撮像素子を備えており、パン（左右方向）及びチルト（上下方向）動作がモータによって行われる。このビデオカメラ３からの画像出力は、フレームグラバーによってディジタル化され、連続または任意の間隔の２フレーム間の差分から動体が抽出される。また、左右一対のビデオカメラ３の画像から立体視して目標物までの距離情報が得られる。さらに画像情報からオプティカルフローに基づいて人の輪郭や移動体の位置を求め、人の顔を識別するための画像処理が行われる。

音処理部６では、暗騒音や残響成分を除去して目標音を抽出し易くすると共に、音の立ち上がり部分から、人が発する音声であるか、何らかの物体同士がぶつかり合う衝撃音であるかを推定する。また、一対のマイクロフォン４間の音圧差及び音の到達時間差に基づいて音源位置を特定する処理が行われる。

一方、このロボット１には、ロボットの行動範囲における通路や固定物の配置を記述した地図データを格納する地図データ管理部７と、ＩＤ・氏名・性別・生年月日・血液型などの一般情報、会社名・所属・役職・電話番号・メールアドレス・端末情報などの職業情報、及び顔認識のための顔データとからなる個人データを格納した個人データ管理部８と、地図を適宜に分画した領域毎の照明の種類、明るさ、平均騒音レベル、残響特性、床の硬さなどの環境データに基づく制御パラメータを格納したパラメータデータ管理部９とを備えたロボット支援サーバ１０からの各種情報が与えられる。

このロボット１は、画像、音、地図、環境、および個人の各情報を基に、タスク設定部１１がロボット１の進行ルートを設定する。そしてタスク設定部１１は、ロボット１の行動様式を定義し、遂行すべき行動指令を行動制御部１２に発する。また、タスク設定部１１には、画像処理部５からの画像処理信号ならびに音処理部６からの音声信号が直接入力され、地図データ管理部７からの地図データを参照しつつロボット１の周辺の障害物の有無をチェックし、移動中に現れた障害物あるいは歩行者などに衝突しないように、移動速度や移動経路の変更指示を行動制御部１２に発する。

タスク設定部１１には、キーボードやタッチパネルなどの入力デバイスと、液晶ディスプレーなどのモニタを備えたパーソナルコンピュータからなるユーザ端末１３が接続されている。これは、ロボット１の起動・停止・原点復帰などをオペレータが指示してロボット１を遠隔操作するためのユーザインターフェースとして用いられると共に、ビデオカメラ３の映像やマイクロフォン４からの音、あるいは制御パラメータの設定状況など、ロボット自体の作動状況の監視に用いられる。さらに、各種情報や制御パラメータの新規・更新登録をユーザーが任意に行うことができる。

行動制御部１２では、タスク設定部１１からの所定の動作指令に基づいて設定されたアクション指示値を手足関節部１４に設けられたアクチュエータなどに与え、ロボット１の運動を制御する。特に脚部は、歩幅および歩数（歩容）の指示を受け、それに基づいて脚関節部を制御する。

現在位置検出部１５は、ロボット１の方向転換角度や移動距離を検出し、これとジャイロコンパス、地磁気センサ、或いはガスレートセンサを用いた位置補正装置、もしくはＧＰＳ等からの検出値から、最新の自己位置を推定し、この現在位置データを地図データ管理部７を介してタスク設定部１１にフィードバックする。これによって目標地点と自己位置とを比較し、進路の補正を行う。

さらにこのロボット１には、肩などの適所に方向指示灯１６が設けられており、進路変更を行う際にどちらへ方向転換するのかを周囲の人間に報知し得るようになっている。また肩や腕の側部にタッチセンサ１７が設けられており、歩行中や停止中に人間と接触したことを検出し得るようになっている。

次に本発明による歩行者との接触回避制御について説明する。

ビデオカメラ３の画像情報にて前方から接近してくる対向者を認識したならば（ステップ１）、その進路を予測し、こちらの進路と一致しているか否かを判別する（ステップ２）。ここで両者の進路が合致していなければ、衝突懸念なしと判定してそのままの進路を維持し（ステップ３）、衝突懸念ありと判定された場合は、対向者との距離を測定し（ステップ４）、所定距離まで接近する間に相手が進路を変えなければ、回避可能な余地が自身の例えば右側に有るか否かを判別し（ステップ５）、右側に避ける余地がある場合は、ウインカーあるいは発声にて右側へ回避行動をとることを報知して進路を変更する（ステップ６）。この際、ロボットの頭部を回して進む方向へ顔面を向けることにより、ロボットが進路変更する意志を持つことを、対向者により一層強く伝達することができる。そして、対向者の動きを確認し（ステップ７）、対向者の直進が確認された場合は、こちらの進路変更によって衝突懸念が解消されたものと判定し、前進を継続する（ステップ３）。他方、ステップ５で右側に避ける余地がないと判定された場合、並びにステップ７で対向者がこちらと同方向へ進路を変更したことが確認された場合は、その場に停止して合図を発する（ステップ８）。

停止待機時、あるいは前進すれ違い時にタッチセンサ１７で対向者との接触の有無をを検出し（ステップ９）、接触が検知された場合は、例えば「失礼しました」などと発話して謝意を表す（ステップ１０）。

以上の様にして、右側へ進路変更して対向者との衝突を回避し、すれ違った後は、元の進路に戻ると良い。また、原則として右側の壁との間に避けられるだけの余地を残して通常の進路設定を行うと良い。これにより、人間がロボットに気付かないことを前提にしてロボットに回避行動をとらせるので、ロボットに不慣れな不特定多数の人が出入りする環境下でも、人との接触を避けた円滑な移動が可能となる。なお、上記実施例では右側への進路変更を原則としたが、これはその環境に最適な規則として適宜に定めれば良いことは言うまでもない。

本発明装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の制御に関わるフロー図である。

符号の説明

１ ロボット
７ 地図データ管理部
１１ タスク設定部
１２ 行動制御部
１６ 方向指示灯
１７ タッチセンサ

Claims (3)

1. 環境情報取得手段と、現在位置検出手段と、移動領域内の通路や固定物の配置に関わる情報を記述した地図管理手段とを備え、移動領域内の環境情報を参照しつつ自律的に移動するロボットの制御装置であって、
   前記環境情報取得手段が認識した対向者と自身との位置関係に基づいてそのままの進路をとると、対向者との衝突可能性大と判断された場合には、進路変更の合図として、頭部を回して進む方向へ顔面を向け、進路を所定の側へ変更することを特徴とする移動ロボットの制御装置。
2. 進路変更による衝突回避行動が対向者に伝わったことを、前記環境情報取得手段が認識した対向者の移動方向より確認し、対向者が進路変更方向に同方向に進路を変更した場合には移動を停止、そうでない場合には進路変更した前進を継続することを特徴とする請求項１記載の移動ロボットの制御装置。
3. 接触センサを有し、前記接触センサによって対向者との接触の有無を検出し、対向者との接触時には発話して謝意を表すことを特徴とする請求項１若しくは２に記載の移動ロボットの制御装置。

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