JP5423142B2 - 案内用ロボット及びその制御方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の案内用ロボットは、目的地へ移動する際の方向指示等、被案内者が目的地へ移動する際に必要な情報をディスプレイに表示し、且つ被案内者を先導しながら目的地へ案内するものである。
また、特許文献3に記載の案内用ロボットは、カメラ等の撮像手段を用いた画像処理により、被案内者の特徴部位を抽出して被案内者を特定する。そして、特定した被案内者に対して特徴部位を参照しつつ、被案内者を先導しながら目的地へ案内するものである。
これらの特許文献に記載されているような案内用ロボットであれば、被案内者が目的地を認識していない場合であっても、目的地へ先行する案内用ロボットを追従することにより、被案内者は、目的地へ向けて移動することが可能となる。
また、特許文献2に記載の案内用ロボットでは、被案内者が目的地へ移動する際に必要な情報をスピーカから音声で出力する。このため、被案内者が聴覚障害者(難聴等)である場合には、被案内者がスピーカから出力された情報を得ることができないという問題が発生するおそれがある。
また、特許文献1から3に記載の案内用ロボットでは、被案内者を先導しながら目的地へ案内する。このため、被案内者は、目的地へ先行する案内用ロボットと離れている状態で、目的地へ移動することを前提としている。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、案内用ロボットの一部を把持している被案内者からの入力に応じて、案内用ロボットを移動させることが可能な、案内用ロボット及びその制御方法を提供することを課題とする。
前記移動用アクチュエータ制御手段は、前記入力値検出手段が検出した入力に応じて前記基体の目標速度を算出し、この算出した目標速度で前記基体が移動するように、前記移動用アクチュエータの駆動を制御することを特徴とする。
このような構成であれば、被案内者による把持部への入力に応じて、基体の目標速度を算出し、この算出した目標速度で基体が移動するように、移動用アクチュエータの駆動を制御する。これにより、案内用ロボットの一部を把持している被案内者による把持部への入力に応じて、基体を移動させて、案内用ロボットを移動させることが可能となる。
このような構成であれば、被案内者による把持部への入力が大きいほど、移動用アクチュエータが発生する駆動力を増加させることにより、被案内者による把持部への入力が大きいほど、案内用ロボットの移動速度を増加させることが可能となる。
このような構成であれば、基体の移動速度に応じた粘性項を用いて、目標速度を補正することにより、案内用ロボットの移動速度が急激に変化することを抑制可能となる。さらに、被案内者による把持部への入力が無い状態では、案内用ロボットの移動速度を、粘性項に応じて緩やかに減少させることが可能となる。
このような構成であれば、基体の移動速度に応じた摩擦項を用いて、目標速度を補正することにより、案内用ロボットの移動速度が急激に変化することを抑制可能となる。さらに、被案内者による把持部への入力が無い状態では、案内用ロボットの移動速度を、摩擦項に応じて緩やかに減少させることが可能となる。
このような構成であれば、一つの六軸力センサにより、被案内者による把持部への入力を、互いに直交する三軸の方向に付与される力、及び三軸の軸回りのモーメントとして、それぞれ、検出することが可能となる。
前記伸縮用アクチュエータ制御部は、前記六軸力センサが検出した前記三軸の方向に付与される力及び前記三軸の軸回りのモーメントのうち少なくとも一つに応じて、前記伸縮用アクチュエータの駆動を制御することを特徴とする。
このような構成であれば、六軸力センサが検出した、三軸の方向に付与される力及び三軸の軸回りのモーメントのうち少なくとも一つに応じて、伸縮用アクチュエータの駆動を制御する。これにより、六軸力センサが検出した値に応じて伸縮部を伸縮させて、基体と平衡用車輪との距離を変化させることが可能となる。
前記移動モード切り換え操作部を、案内用ロボットを使用する被案内者の手が、前記把持部を把持するとともに前記案内移動モードまたは前記自由移動モードへの切り換え操作が可能な位置へ配置したことを特徴とする。
このような構成であれば、被案内者が、把持部への入力とともに、基体、すなわち、案内用ロボットを移動させる移動モードの切り換え操作を行うことが可能となる。
前記基体を支持し、且つ前記モータが発生する駆動力により回転する移動用車輪を備えることを特徴とする。
このような構成であれば、被案内者による把持部への入力に応じて、モータが発生する駆動力により移動用車輪を回転させて移動可能な、案内用ロボットを形成することが可能となる。
前記入力値検出手段が検出した入力に応じて前記基体の目標速度を算出し、この算出した目標速度で前記基体が移動するように、前記移動用アクチュエータの駆動を制御することを特徴とする。
このような構成であれば、被案内者による把持部への入力に応じて、基体の目標速度を算出し、この算出した目標速度で基体が移動するように、移動用アクチュエータの駆動を制御する。これにより、案内用ロボットの一部を把持している被案内者による把持部への入力に応じて、基体を移動させて、案内用ロボットを移動させることが可能となる。
このような構成であれば、被案内者による把持部への入力が大きいほど、移動用アクチュエータが発生する駆動力を増加させることにより、被案内者による把持部への入力が大きいほど、案内用ロボットの移動速度を増加させることが可能となる。
このような構成であれば、基体の移動速度に応じた粘性項を用いて、目標速度を補正することにより、案内用ロボットの移動速度が急激に変化することを抑制可能となる。さらに、被案内者による把持部への入力が無い状態では、案内用ロボットの移動速度を、粘性項に応じて緩やかに減少させることが可能となる。
このような構成であれば、基体の移動速度に応じた摩擦項を用いて、目標速度を補正することにより、案内用ロボットの移動速度が急激に変化することを抑制可能となる。さらに、被案内者による把持部への入力が無い状態では、案内用ロボットの移動速度を、摩擦項に応じて緩やかに減少させることが可能となる。
また、発明2の案内用ロボットによれば、案内用ロボットの移動速度を、案内用ロボットの一部を把持している被案内者の移動速度に応じた速度に制御することが可能となる。
また、発明3の案内用ロボットによれば、案内用ロボットの移動速度が急激に変化することを抑制可能となる。また、被案内者による把持部への入力が無い状態では、案内用ロボットの移動速度を、粘性項に応じて緩やかに減少させることが可能となる。このため、案内用ロボットの使用時における安全性を向上させることが可能となる。
また、発明5の案内用ロボットによれば、二つの三軸センサを用いることなく、一つの六軸力センサにより、互いに直交する三軸の方向に付与される力、及び三軸の軸回りのモーメントをそれぞれ検出することが可能となる。なお、三軸センサとは、互いに直交する三軸の方向に付与される力をそれぞれ検出する力覚センサである。
また、発明7の案内用ロボットによれば、被案内者が移動モード切り換え操作部を把持することなく、移動モードの切り換え操作を行うことが可能となる。
また、発明8の案内用ロボットによれば、モータが発生する駆動力により回転する移動用車輪により地上を移動する案内用ロボットを、容易に形成することが可能となる。
また、発明10の案内用ロボットの制御方法によれば、案内用ロボットの移動速度を、案内用ロボットの一部を把持している被案内者の移動速度に応じた速度に制御することが可能となる。
また、発明12の案内用ロボットの制御方法によれば、案内用ロボットの移動速度が急激に変化することを抑制可能となる。また、被案内者による把持部への入力が無い状態では、案内用ロボットの移動速度を、摩擦項に応じて緩やかに減少させることが可能となる。このため、案内用ロボットの使用時における安全性を向上させることが可能となる。
以下、本発明の第一実施形態(以下、「本実施形態」と記載する)について、図面を参照しつつ説明する。
(構成)
まず、図1から図4を用いて、本実施形態の案内用ロボット1の構成を説明する。
図1は、本実施形態の案内用ロボット1の側面図であり、案内用ロボット1の構成を示す図である。
図1中に示すように、本実施形態の案内用ロボット1は、基体2と、移動用車輪4と、二つの障害物検出手段6と、把持部8と、入力値検出手段10と、移動モード切り換え操作部12と、スピーカ14と、二つのキャスタ装置16を備えている。
移動用車輪4は、後述する移動用アクチュエータ62が発生する駆動力により回転する車輪である。具体的には、移動用車輪4は、基体2の下面へ回転可能に配置された、一対の車輪(左側移動用車輪及び右側移動用車輪)より形成されている。そして、移動用車輪4は、移動用アクチュエータ62が発生する駆動力を伝達可能なプーリ等を介して、移動用アクチュエータ62に接続されている。また、一対の車輪は、それぞれ、基体2の下面において、基体2の中心を基準とした両側面側へ回転可能に配置されている。なお、図1中では、移動用車輪4を形成する一対の車輪のうち、左側移動用車輪のみを示している。
具体的に、各障害物検出手段6は、基体2の内部において、基体2の前面側(図1中では基体2の左側)と、基体2の後面側(図1中では基体2の右側)に、それぞれ、配置されている。なお、図1中では、基体2の前面側に配置した障害物検出手段6を、障害物検出手段6Fと示し、基体2の後面側に配置した障害物検出手段6を、障害物検出手段6Bと示している。
また、障害物検出手段6は、対象物との距離を検出すると、この距離を含む情報信号を、後述するセンサ信号入力I/F(「I/F」は「インターフェース」であり、以下の「I/F」も同様)へ出力する。ここで、対象物とは、案内用ロボット1の移動時に障害となる物体であり、例えば、建物等の固定物や歩行者等の移動体である。
図2は、図1中に円IIで囲んだ範囲及びその周辺の拡大図である。
図2中に示すように、把持部8は、フレーム部18と、グリップ部20を備えている。
フレーム部18は、上面視で略A字形に形成されており、略三角形をなす板状部と、この板状部のうち、二箇所の角部から延在する二本の脚部を有している。また、フレーム部18、具体的には、フレーム部18が有する板状部は、入力値検出手段10を介して、基体2の上面に取り付けられている。
入力値検出手段10は、互いに直交する三軸の方向に付与される力と、これら三軸の軸回りのモーメントをそれぞれ検出可能な六軸力センサであり、フレーム部18と基体2の上面との間に介装されている。なお、六軸力センサとしては、例えば、「67M25A3−I40−AH 200N12」(ニッタ社製)を採用することが可能である。
なお、本実施形態では、互いに直交する三軸を、一対の車輪を配列した方向に延在するx軸と、上面視でx軸と直交するy軸と、側面視でy軸と直交するz軸とした場合について説明する。すなわち、x軸は、案内用ロボット1の左右方向に延在する軸であり、y軸は、案内用ロボット1の前後方向に延在する軸であり、z軸は、案内用ロボット1の高さ方向に延在する軸である。
移動モード切り換え操作部12は、被案内者が接触する操作面(ディスプレイ)を、グリップ部20側(図1中では基体2の右側)へ向けたタッチパネルで形成されており、基体2の上面に取り付けたブラケット22を介して、把持部8の近傍に配置されている。
なお、移動モード切り換え操作部12の構成は、タッチパネルに限定するものではなく、例えば、後述する各種移動モードや目的地を割り当てた複数のボタンにより、移動モード切り換え操作部12を形成してもよい。
なお、例えば、案内用ロボット1が、美術館等、特定の施設で用いられる場合等、案内用ロボット1を使用する地域が特定されている場合は、移動モード切り換え操作部12の操作面に、案内移動モードにおいて目的地となる位置を示す点字を設けてもよい。この場合、案内用ロボット1を使用する被案内者が視覚障害者であっても、被案内者が移動モード切り換え操作部12の操作面に接触することにより、移動モード切り換え操作部12を操作することが可能となる。
具体的には、移動モード切り換え操作部12を配置する位置は、被案内者が把持部8を把持している指が、タッチパネルの操作面に接触可能な位置とする。本実施形態では、一例として、移動モード切り換え操作部12を配置する位置を、入力値検出手段10の上方とした場合について説明する。
なお、例えば、案内用ロボット1が家庭用である場合等、案内用ロボット1を使用する被案内者が特定されている場合は、移動モード切り換え操作部12を配置する位置を、被案内者の身体的特徴(指の長さ等)に応じて、適切な位置に調節することが好適である。
なお、被案内者による操作面への接触を検出する際には、具体例として、操作面に対し、被案内者の指による押圧力と同等な強さ以上の入力が加わると、被案内者による操作面への接触が行われたと認識する。
一方、操作面のうち、被案内者が接触した位置が、自由移動モードへの切り換えに関する情報を表示している位置である場合、案内用ロボット1の移動モードが自由移動モードへ切り換えられたと認識する。そして、移動モードを自由移動モードへ切り換えた内容を含む情報信号を、センサ信号入力I/Fへ出力する。
スピーカ14は、ブラケット22を介して基体2の上面に取り付けられており、後述する音声出力I/Fが出力する情報信号に応じて、音声を出力する。なお、スピーカ14は、音声を出力する方向を、基体2の後方(図1中では基体2の右側)へ向けた状態で、基体2の上面に取り付ける。
各キャスタ装置16は、それぞれ、基体2の下面において、側面視で移動用車輪4よりも前方及び後方へ配置されている。なお、図1中では、側面視で移動用車輪4よりも前方へ配置されているキャスタ装置16を、キャスタ装置16Fと示し、側面視で移動用車輪4よりも後方へ配置されているキャスタ装置16を、キャスタ装置16Bと示している。
ここで、図1を参照しつつ、図3を用いて、キャスタ装置16の詳細な構成を説明する。
図3は、キャスタ装置16の正面図である。なお、以下の説明は、キャスタ装置16F及びキャスタ装置16Bのうち、キャスタ装置16Fに関する説明であるが、キャスタ装置16Bの構成も、キャスタ装置16Fの構成と同様である。
図3中に示すように、キャスタ装置16は、キャスタ24と、伸縮用アクチュエータ26と、床反力検出部28を備えている。
平衡用車輪支持部32は、平衡用車輪30を回転可能に支持した状態で、平衡用車輪30を収容している。
キャスタ支持軸34は、平衡用車輪支持部32の上部において、平衡用車輪30の回転軸と直交する方向を軸方向として、平衡用車輪支持部32へ回転可能に取り付けられている。また、キャスタ支持軸34の上端は、床反力検出部28の下部に連結されている。
キャスタフレーム38は、金属板を断面逆U字状に形成してなり、U字の開口端部の両側から水平方向にそれぞれ伸長するフランジ40を有している。フランジ40は、基体2の内底面に取り付けられている。また、キャスタフレーム38の上面には、貫通穴(図示せず)が形成されている。
床反力検出部28は、基体2の下方に設置され、高剛性ニードルガイド46を介して、伸縮用アクチュエータ26に連結されている。また、床反力検出部28は、キャスタ24が受けた床反力を検出し、この検出した床反力を含む情報信号を、センサ信号入力I/Fへ出力する。
また、シャフト48の上端は、直動軸36に連結されており、シャフト48の下端は、床反力検出部28の上部に連結されている。
ここで、一般的に、伸縮用アクチュエータ26は、推力は強いが、軸方向に直交する曲げモーメントに弱いという性質がある。
これに対し、本実施形態では、高剛性ニードルガイド46で曲げモーメントを受ける構成を採用することにより、曲げモーメントに対する強度を向上させることが可能となっている。
図4は、案内用ロボット1の制御システムを示すブロック図である。
図4中に示すように、案内用ロボット1の制御システムは、移動制御機構52と、平衡制御機構54と、マップ記憶部56と、自己位置特定部58と、CPU60を備えている。
移動制御機構52は、移動用アクチュエータ62と、移動用エンコーダ64と、移動用ドライバ66を備えている。
移動用エンコーダ64は、移動用アクチュエータ62に設けられており、移動用アクチュエータ62の回転角度位置を検出し、この検出した回転角度位置を含む情報信号を、移動用ドライバ66及び後述する回転角度位置入力I/F68へ出力する。なお、図4中では、移動用アクチュエータ62Lに設けられている移動用エンコーダ64を、移動用エンコーダ64Lと示し、移動用アクチュエータ62Rに設けられている移動用エンコーダ64を、移動用エンコーダ64Rと示す。
伸縮用エンコーダ72は、伸縮用アクチュエータ26に設けられており、伸縮用アクチュエータ26の直動位置を検出し、この検出した直動位置を含む情報信号を、伸縮用ドライバ74及び後述する直動位置入力I/F76へ出力する。なお、図4中では、伸縮用アクチュエータ26Fに設けられている伸縮用エンコーダ72を、伸縮用エンコーダ72Fと示し、伸縮用アクチュエータ26Rに設けられている伸縮用エンコーダ72を、伸縮用エンコーダ72Rと示す。
自己位置特定部58は、例えば、GPS(Global Positioning System)を用いて形成されている。また、自己位置特定部58は、案内用ロボット1の現在位置を特定し、この特定した位置を含む情報信号を、後述する経路生成データ入力I/F80を介してCPU60へ出力する。
回転角度位置入力I/F68は、移動用エンコーダ64が出力した情報信号の入力を受けると、この情報信号が含む移動用アクチュエータ62の回転角度位置を、移動用アクチュエータ制御手段92へ出力する。
直動位置入力I/F76は、伸縮用エンコーダ72が出力した情報信号の入力を受けると、この情報信号が含む伸縮用アクチュエータ26の直動位置を、伸縮用アクチュエータ制御手段94へ出力する。
伸縮指令信号出力I/F78は、伸縮用アクチュエータ制御手段94が生成した直動指令信号を、伸縮用ドライバ74へ出力する。なお、伸縮用アクチュエータ制御手段94が行う直動指令信号の生成に関する説明は、後述する。
センサ信号入力I/F82は、床反力検出部28が出力した情報信号が含む床反力を、伸縮用アクチュエータ制御手段94へ出力する。
また、センサ信号入力I/F82は、入力値検出手段10が出力した情報信号が含む、三軸の方向に付与される力及び三軸の軸回りのモーメントを、検出入力値許容手段88へ出力する。
また、センサ信号入力I/F82は、移動モード切り換え操作部12が出力した情報信号が含む、被案内者の操作により切り換えられた移動モードを示す情報信号を、移動経路生成手段90へ出力する。
音声出力I/F86は、例えば、障害物検出手段6が出力した情報信号に基づき、スピーカ14から出力する音声を含む情報信号を、スピーカ14へ出力する。ここで、スピーカ14から出力する音声は、例えば、案内用ロボット1の移動経路上に対象物を検出し、この検出した対象物を回避する移動を案内用ロボット1が行う内容を示す、警報メッセージである。
そして、FzがTa以下(Fz≦Ta)である場合、入力値検出手段10が出力した情報信号が含む、三軸の方向に付与される力及び三軸の軸回りのモーメントを、移動用アクチュエータ制御手段92及び伸縮用アクチュエータ制御手段94へ出力しない。
また、FzがTaを超えるとともにTb未満(Ta<Fz<Tb)である場合、入力値検出手段10が出力した情報信号が含む、三軸の方向に付与される力及び三軸の軸回りのモーメントを減少補正する。そして、この減少補正した三軸の方向に付与される力及び三軸の軸回りのモーメントを含む情報信号を、移動用アクチュエータ制御手段92及び伸縮用アクチュエータ制御手段94へ出力する。ここで、上記の減少補正は、Fzが大きいほど、減少度合いを少なくする補正であり、Fzの連続的な変化に応じて、減少度合いも連続的に変化させる。
具体的には、センサ信号入力I/F82が出力する移動モードが案内移動モードである場合に、案内用ロボット1の現在位置から目的地までの移動経路を生成する。
移動用アクチュエータ制御手段92は、検出入力値許容手段88が出力した情報信号と、回転角度位置入力I/F68を介して入力される移動用アクチュエータ62の回転角度位置に基づき、移動用アクチュエータ62の駆動を制御するためのモータ指令信号を生成する。
図5は、モータ指令信号の生成において、移動用アクチュエータ制御手段92が行う処理を示すフローチャートである。
図5中に示すフローチャートは、案内用ロボット1の使用者である被案内者が、把持部8のグリップ部20を把持した状態でスタート(「START」)する。このとき、z軸の方向に付与される力Fzが、予め設定した閾値Taを超えているか(Ta<Fz?)否かの判断を行うことが好適である。
ステップS12では、三軸の方向に付与される力のうち、案内用ロボット1の前後方向への力を反映するy軸方向に付与される力Fyを算出(ステップS12に示す「力Fyを算出」)する。ステップS12において力Fyを算出した後、移動用アクチュエータ制御手段92が行う処理は、ステップS14へ移行する。
ステップS16では、ステップS12で算出した力Fyと、後述する式(1)及び(2)に基づき、案内用ロボット1の移動速度を決定(ステップS16に示す「案内用ロボットの移動速度Vを決定」)する。
ここで、案内用ロボット1の移動速度は、入力値検出手段10が検出した入力が大きいほど増加するように算出する。
V=(Vr+Vl)/2 … (1)
そして、案内用ロボット1の仮想質量をMと設定し、さらに、力Fyを用いて、案内用ロボット1の移動速度Vを、以下の式(2)により算出した目標速度(目標移動速度)に決定する。これにより、案内用ロボット1の挙動に、被案内者による把持部8への入力を反映させる。
ステップS18では、ステップS14で算出したモーメントMzと、後述する式(3)及び(4)に基づき、案内用ロボット1の旋回速度を決定(ステップS18に示す「案内用ロボットの旋回速度Rを決定」)する。
具体的には、モーメントMzが「0」よりも大きい場合、案内用ロボット1を右旋回させる際の、案内用ロボット1の旋回速度を算出する。なお、モーメントMzが「0」よりも大きいとは、モーメントMzが案内用ロボット1の右旋回方向へのモーメントである場合とする。
ここで、案内用ロボット1の旋回速度は、入力値検出手段10が検出した入力(モーメントMz)が大きいほど増加するように生成する。
R=(Vl−Vr)/Lw … (3)
そして、案内用ロボット1の仮想質量をM、z軸回りの仮想モーメントをIrzと設定し、さらに、モーメントMzを用いて、案内用ロボット1の旋回速度Rを、以下の式(4)により算出した目標速度(目標旋回速度)を決定する。これにより、案内用ロボット1の挙動に、被案内者による把持部8への入力を反映させる。
ステップS20では、まず、ステップS16において決定した移動速度Vと、ステップS18において決定した旋回速度Rに基づき、左側移動用車輪の車輪周速度Vlと右側移動用車輪の車輪周速度Vrを決定する。
Vl=V+LwR/2 … (5)
Vr=V−LwR/2 … (6)
ステップS20においてモータ指令信号を出力した後、移動用アクチュエータ制御手段92が行う処理のうち、モータ指令信号を生成する処理を終了し、元の処理へ復帰(「RETURN」)する。
また、上記の処理では、センサ信号入力I/F82を介して入力される対象物との距離に応じて、モータ指令信号を補正する。
具体的には、案内用ロボット1と対象物との距離と、案内用ロボット1の移動速度に応じて、案内用ロボット1と対象物との接触を回避するような移動用アクチュエータ62の駆動を算出し、この算出した駆動を反映するモータ指令信号を生成する。
したがって、本実施形態の案内用ロボット1の制御方法は、入力値検出手段10が検出した入力に応じて基体2の目標速度を算出し、この算出した目標速度で基体2が移動するように、移動用アクチュエータ62の駆動を制御する制御方法である。
伸縮用アクチュエータ制御手段94は、センサ信号入力I/F82を介して入力される床反力と、直動位置入力I/F76を介して入力される伸縮用アクチュエータ26の直動位置に基づき、伸縮用アクチュエータ26の駆動を制御するための直動指令信号を生成する。
これに加え、伸縮用アクチュエータ制御手段94は、検出入力値許容手段88が出力した情報信号に基づき、伸縮用アクチュエータ26の駆動を制御するための直動指令信号を生成する。そして、この生成した直動指令信号を、伸縮指令信号出力I/F78を介して伸縮用ドライバ74へ出力する。
図6は、直動指令信号の生成において、伸縮用アクチュエータ制御手段94が行う処理を示すフローチャートである。
図6中に示すフローチャートは、案内用ロボット1の使用者である被案内者が、把持部8のグリップ部20を把持した状態でスタート(「START」)する。このとき、z軸の方向に付与される力Fzが、予め設定した閾値Taを超えているか(Ta<Fz?)否かの判断を行うことが好適である。
ステップS102では、ステップS100で受けた入力を用いて、キャスタ装置16Fが備えるキャスタ24が受けた床反力FFを算出(ステップS102に示す「前部の床反力FFを算出」)する。ステップS102において床反力FFを算出した後、伸縮用アクチュエータ制御手段94が行う処理は、ステップS104へ移行する。
ステップS106では、ステップS104で受けた入力を用いて、キャスタ装置16Bが備えるキャスタ24が受けた床反力FBを算出(ステップS106に示す「後部の床反力FBを算出」)する。ステップS106において床反力FBを算出した後、伸縮用アクチュエータ制御手段94が行う処理は、ステップS108へ移行する。
ステップS108において、床反力FF及び床反力FBが標準床反力FNよりも大きいと判定(Yes)すると、伸縮用アクチュエータ制御手段94が行う処理は、ステップS110へ移行する。
ステップS110では、床反力FF及び床反力FBと標準床反力FNとの差が小さくなるように、キャスタ装置16F及びキャスタ装置16Bが備えるキャスタ24を短縮させる直動指令信号を生成する。そして、この生成した直動指令信号を、伸縮指令信号出力I/F78を介して、伸縮用ドライバ74へ出力(ステップS110に示す「両キャスタ装置を短縮」)する。これは、床反力FF及び床反力FBが標準床反力FNよりも大きいとの判定が、キャスタ装置16F及びキャスタ装置16Bが備えるキャスタ24に荷重がかかりすぎているとの判定に該当するためである。
ステップS112では、ステップS102で算出した床反力FFと、ステップS106で算出した床反力FBを、標準床反力FN未満であるか否かを判定(ステップS112に示す「FF,FB<FN?」)する。
ステップS112において、床反力FF及び床反力FBが標準床反力FN未満であると判定(Yes)すると、伸縮用アクチュエータ制御手段94が行う処理は、ステップS114へ移行する。
ステップS114では、床反力FF及び床反力FBと標準床反力FNとの差が小さくなるように、キャスタ装置16F及びキャスタ装置16Bが備えるキャスタ24を伸長させる直動指令信号を生成する。そして、この生成した直動指令信号を、伸縮指令信号出力I/F78を介して、伸縮用ドライバ74へ出力(ステップS114に示す「両キャスタ装置を伸長」)する。これは、床反力FF及び床反力FBが標準床反力FN未満であるとの判定が、キャスタ装置16F及びキャスタ装置16Bが備えるキャスタ24が浮いているとの判定に該当するためである。
ステップS116では、ステップS102で算出した床反力FFが、ステップS106で算出した床反力FBを超えているか否かを判定(ステップS116に示す「FF>FB?」)する。
ステップS116において、床反力FFが床反力FBを超えていると判定(Yes)すると、伸縮用アクチュエータ制御手段94が行う処理は、ステップS118へ移行する。
ステップS118では、床反力FF及び床反力FBと標準床反力FNとの差が小さくなるように、キャスタ装置16Fが備えるキャスタ24を伸長させる直動指令信号を生成する。そして、この生成した直動指令信号を、伸縮指令信号出力I/F78を介して、伸縮用ドライバ74へ出力(ステップS118に示す「前部キャスタ装置を伸長」)する。これは、床反力FFが床反力FBを超えているとの判定が、案内用ロボット1が前傾姿勢または下り坂を走行中であるとの判定に該当するためである。
ステップS120では、ステップS102で算出した床反力FFが、ステップS106で算出した床反力FB未満であるか否かを判定(ステップS120に示す「FF<FB?」)する。
ステップS120において、床反力FFが床反力FB未満であると判定(Yes)すると、伸縮用アクチュエータ制御手段94が行う処理は、ステップS122へ移行する。
ステップS122では、床反力FF及び床反力FBと標準床反力FNとの差が小さくなるように、キャスタ装置16Bが備えるキャスタ24を伸長させる直動指令信号を生成する。そして、この生成した直動指令信号を、伸縮指令信号出力I/F78を介して、伸縮用ドライバ74へ出力(ステップS122に示す「後部キャスタ装置を伸長」)する。これは、床反力FFが床反力FB未満であるとの判定が、案内用ロボット1が後傾姿勢または上り坂を走行中であるとの判定に該当するためである。
なお、上記の処理では、直動位置入力I/F76を介して入力される伸縮用アクチュエータ26の直動位置を参照して、直動指令信号を補正する。ここで、「伸縮用アクチュエータ26の直動位置を参照」とは、例えば、伸縮用アクチュエータ26の直動位置に基づくフィードバック制御である。
具体例としては、y軸の軸回りのモーメントMyを参照して、直動指令信号を補正する。
これにより、伸縮用アクチュエータ制御手段94は、六軸力センサが検出した三軸の方向に付与される力及び三軸の軸回りのモーメントのうち少なくとも一つに応じて、伸縮用アクチュエータ26の駆動を制御する。
次に、図1から図6を参照しつつ、図7及び図8を用いて、本実施形態の動作について説明する。
・案内移動モード
まず、本実施形態の案内用ロボット1を配置した施設内において、基体2、すなわち、案内用ロボット1を、決定した目的地へ移動させる案内移動モードにおける、案内用ロボット1の動作について説明する。なお、以下の説明では、一例として、案内用ロボット1を配置した施設を、美術館とした場合について記載する。
図7中に示すフローチャートは、被案内者が、移動モード切り換え操作部12の操作面のうち、案内移動モードへの切り換えに関する情報を表示している位置に接触すると開始(図7中に示す「案内移動モード開始」)する。この場合、前提条件として、上述したように、被案内者が把持部8のグリップ部20を把持した状態で、z軸の方向に付与される力Fzが、予め設定した閾値Taを超えているか(Ta<Fz?)否かの判断を行うことが好適である。
ここで、案内移動モードへの切り換えは、移動経路生成手段90が、センサ信号入力I/F82を介して、移動モード切り換え操作部12が出力した情報信号の入力を受けることにより行う。
ここで、案内移動モードにおける目的地の入力は、移動経路生成手段90が、センサ信号入力I/F82を介して、移動モード切り換え操作部12が出力した情報信号の入力を受けることにより行う。
ステップS202では、ステップS200において入力を受けた目的地と、案内用ロボット1の現在位置に基づき、案内用ロボット1の現在位置から目的地までの移動経路を生成(ステップS202に示す「経路生成」)する。
ここで、案内用ロボット1の現在位置から目的地までの移動経路の生成は、移動経路生成手段90が、マップ記憶部56が記憶している地図データから、目的地の位置(座標等)を取得し、さらに、自己位置特定部58が出力する情報信号から、案内用ロボット1の現在位置を取得して行う。
同様に、案内用ロボット1の現在位置から目的地までの移動経路を生成すると、移動経路の生成を完了した内容を示す情報信号を、映像出力I/F84を介して移動モード切り換え操作部12へ出力する。これにより、移動モード切り換え操作部12の操作面に、移動経路の生成を完了した内容を示す画像を表示する。なお、移動モード切り換え操作部12の操作面に、移動経路の生成を完了した内容を示す画像に加え、案内用ロボット1の現在位置から目的地までの移動経路を表示してもよい。
ステップS204では、案内用ロボット1が、ステップS200で入力した目的地に到着しているか否かを判定(ステップS204に示す「目的地に到着したか?」)する。
ここで、案内用ロボット1が目的地に到着しているか否かの判定は、移動経路生成手段90が取得した目的地の位置及び案内用ロボット1の現在位置に基づいて行う。
ステップS204において、案内用ロボット1が目的地に到着していると判定(Yes)すると、案内移動モードにおける案内用ロボット1の動作を終了(図7中に示す「案内移動モード終了」)する。
ステップS206では、被案内者による把持部8への入力のうち、案内用ロボット1の前進方向(図1中では案内用ロボット1の左方向)への入力(ステップS206に示す「力入力」)を受ける。
ここで、被案内者による把持部8への入力は、移動用アクチュエータ制御手段92が、センサ信号入力I/F82及び検出入力値許容手段88を介して、入力値検出手段10が出力した情報信号の入力を受けることにより行う。
ステップS208では、入力値検出手段10が検出した入力に基づき、案内用ロボット1の前進速度を算出(ステップS208に示す「前進速度算出」)する。
ここで、案内用ロボット1の前進速度を算出する際には、入力値検出手段10が検出した入力が大きいほど、移動用アクチュエータ62が発生する駆動力を増加させて、案内用ロボット1の前進速度が増加するように算出する。
ステップS210では、ステップS202で生成した移動経路に基づき、現在位置から目的地へ移動する案内用ロボット1の旋回速度を算出(ステップS210に示す「経路に倣い旋回速度算出」)する。
ここで、案内用ロボット1の旋回速度を算出する際には、案内用ロボット1の移動速度に応じて、移動用アクチュエータ62が発生する駆動力を制御し、案内用ロボット1の旋回速度が適切な速度となるように算出する。これは、例えば、案内用ロボット1の移動速度が早い場合は、案内用ロボット1の旋回速度が低速となるように算出する。
ステップS212では、ステップS208で算出した案内用ロボット1の前進速度と、ステップS210で算出した案内用ロボット1の旋回速度に基づき、移動用アクチュエータ62の駆動を決定する。すなわち、ステップS212では、移動用アクチュエータ62を形成するモータの回転速度を決定(ステップS212に示す「前進速度及び旋回速度から、モータ速度決定」)する。
ステップS214では、ステップS212で決定した移動用アクチュエータ62の駆動に基づき、移動用アクチュエータ62を駆動させる。すなわち、ステップS214では、移動用アクチュエータ62を形成するモータを駆動(ステップS214に示す「モータ駆動」)させる。これにより、案内用ロボット1を、現在位置から目的地へ向けて移動させる。
また、案内用ロボット1の移動時において、障害物検出手段6が出力した情報信号に基づき、案内用ロボット1の移動経路上に対象物(障害物)を検出した場合は、この検出した対象物を回避するように、案内用ロボット1の移動経路を変更する。このとき、案内用ロボット1の移動経路上に対象物(障害物)を検出し、案内用ロボット1の移動経路を変更する内容を示す情報信号を、音声出力I/F86を介してスピーカ14へ出力する。これは、例えば、案内用ロボット1の移動経路を変更する位置よりも数[m]手前で行うことが好適である。
なお、案内用ロボット1が目的地へ到着すると、案内用ロボット1が目的地へ到着した内容を示す情報信号を、音声出力I/F86を介してスピーカ14へ出力する。これにより、スピーカ14から、案内用ロボット1が目的地へ到着した内容を示す音声を出力して、被案内者へ伝達する。
次に、基体2、すなわち、案内用ロボット1を、把持部8への入力に応じた方向へ移動させる自由移動モードにおける、案内用ロボット1の動作について説明する。
図8は、自由移動モードにおける案内用ロボット1の動作を示すフローチャートである。
図8中に示すフローチャートは、被案内者が、移動モード切り換え操作部12の操作面のうち、自由移動モードへの切り換えに関する情報を表示している位置に接触すると開始(図8中に示す「自由移動モード開始」)する。この場合、前提条件として、上述した案内移動モードと同様、被案内者が把持部8のグリップ部20を把持した状態で、z軸の方向に付与される力Fzが、予め設定した閾値Taを超えているか(Ta<Fz?)否かの判断を行うことが好適である。
ここで、自由移動モードへの切り換えは、移動経路生成手段90が、センサ信号入力I/F82を介して、移動モード切り換え操作部12が出力した情報信号の入力を受けることにより行う。
ここで、被案内者による把持部8への入力は、移動用アクチュエータ制御手段92が、センサ信号入力I/F82及び検出入力値許容手段88を介して、入力値検出手段10が出力した情報信号の入力を受けることにより行う。
ステップS300において被案内者による把持部8への入力を受けた後、自由移動モードにおける案内用ロボット1の動作は、ステップS302へ移行する。
ここで、案内用ロボット1の前進速度を算出する際には、入力値検出手段10が検出した入力が大きいほど、移動用アクチュエータ62が発生する駆動力を増加させて、案内用ロボット1の前進速度が増加するように算出する。
本実施形態では、案内用ロボット1の前進速度を算出する際に、三軸の方向に付与される力のうち、y軸方向に付与される力Fyを参照する。
本実施形態では、案内用ロボット1の旋回速度を算出する際に、三軸の軸回りのモーメントのうち、z軸回りのモーメントMzを参照する。
ステップS302において案内用ロボット1の前進速度及び旋回速度を算出した後、自由移動モードにおける案内用ロボット1の動作は、ステップS304へ移行する。
ステップS304において移動用アクチュエータ62の駆動を決定した後、案内移動モードにおける案内用ロボット1の動作は、ステップS306へ移行する。
ステップS306では、ステップS304で決定した移動用アクチュエータ62の駆動に基づき、移動用アクチュエータ62を駆動させる。すなわち、ステップS306では、移動用アクチュエータ62を形成するモータを駆動(ステップS306に示す「モータ駆動」)させる。これにより、案内用ロボット1を、被案内者による把持部8への入力に応じた方向へ移動させる。
ステップS308では、被案内者による把持部8への入力が、案内用ロボット1の移動を希望する強さの入力であるか否かを判定(ステップS308に示す「移動希望入力があるか?」)する。
ここで、被案内者による把持部8への入力が、案内用ロボット1の移動を希望する強さの入力であるか否かの判定は、移動用アクチュエータ制御手段92が、センサ信号入力I/F82及び検出入力値許容手段88を介して、入力値検出手段10が出力した情報信号の入力を受けることにより行う。
一方、ステップS308において、被案内者による把持部8への入力が、案内用ロボット1の移動を希望する強さの入力ではないと判定(No)すると、自由移動モードにおける案内用ロボット1の動作を終了(図8中に示す「自由移動モード終了」)する。
次に、図1から図8を参照して、本実施形態の案内用ロボット1を配置した施設内において、案内用ロボット1の移動モードを、上述した案内移動モードまたは自由移動モードに切り換える場合の、案内用ロボット1の動作について説明する。
まず、案内用ロボット1の移動モードを、案内移動モードから自由移動モードへ切り換える場合の、案内用ロボット1の動作について説明する。これは、例えば、案内用ロボット1の移動モードを案内移動モードへ切り換えた位置から目的地へ移動する間に、被案内者が、美術館内において目的地以外に展示されている他の展示物を見学する場合である。
案内用ロボット1の移動モードを案内移動モードに切り換えている状態では、上述したように、図7中に示すフローチャートに倣い、案内用ロボット1が現在位置から目的地へ移動する(図1から図7参照)。
このとき、案内用ロボット1の動作は、図7中に示すフローチャート中のどのステップ(S200〜S214)を行っている状態であっても、強制的に図8中に示すフローチャートへ切り換わり、ステップS300から、自由移動モードの動作を開始する。
案内用ロボット1の移動モードを自由移動モードに切り換えている状態では、上述したように、図8中に示すフローチャートに倣い、案内用ロボット1は、被案内者の入力に応じた方向へ移動する(図1から図6及び図8参照)。
このとき、案内用ロボット1の動作は、図8中に示すフローチャート中のどのステップ(S300〜S308)を行っている状態であっても、強制的に図7中に示すフローチャートへ切り換わり、ステップS200から、案内移動モードの動作を開始する。
以下、本実施形態の効果を列挙する。
(1)本実施形態の案内用ロボット1では、移動用アクチュエータ制御手段92が、入力値検出手段10が検出した被案内者による把持部8への入力に応じて、基体2の目標速度を算出し、この算出した目標速度で基体2が移動するように、移動用アクチュエータ62の駆動を制御する。
このため、案内用ロボット1の一部を把持している被案内者による、把持部8への入力に応じて、基体2を移動させて、案内用ロボット1を移動させることが可能となる。
また、被案内者が把持部8を把持している状態で、案内用ロボット1を移動させるため、被案内者が視覚障害者や聴覚障害者であっても、被案内者を、目的地へ確実に案内することが可能となる。
さらに、被案内者は、案内用ロボット1が移動した位置を通過して移動することとなるため、被案内者を、目的地へ安全に案内することが可能となる。
このため、被案内者による把持部8への入力が大きいほど、移動用アクチュエータ62が発生する駆動力を増加させて、案内用ロボット1の移動速度を増加させることが可能となる。
その結果、把持部8、すなわち、案内用ロボット1の一部を把持している被案内者からの入力の強さに応じて、案内用ロボット1の移動速度を制御することが可能となる。このため、案内用ロボット1の移動速度を、被案内者の移動速度に応じた速度に制御することが可能となり、被案内者を、目的地へ効率的に案内することが可能となる。
このため、一つの六軸力センサにより、被案内者による把持部8への入力を、互いに直交する三軸の方向に付与される力、及び三軸の軸回りのモーメントとして、それぞれ検出することが可能となる。
その結果、従来では、二つの三軸センサにより検出していた、互いに直交する三軸の方向に付与される力、及び三軸の軸回りのモーメントを、それぞれ、一つの六軸力センサにより検出することが可能となる。
このため、上述したように、一つの六軸力センサを用いて、検出入力値許容手段88を、案内用ロボット1のデッドマンスイッチとして機能させることが可能となる。
このため、六軸力センサが検出した、三軸の方向に付与される力及び三軸の軸回りのモーメントのうち少なくとも一つに応じて、キャスタ24が形成する伸縮部を伸縮させて、基体2と平衡用車輪30との距離を変化させることが可能となる。これは、六軸力センサが、三軸センサと比較して、検出可能な入力(軸の方向に付与される力及び軸の軸回りのモーメント)の自由度に余裕があるためである。
その結果、六軸力センサが検出した値に応じて、案内用ロボット1の傾斜を抑制することが可能となるため、案内用ロボット1の安定性を向上させて、案内用ロボット1の安全性を向上させることが可能となる。
このため、被案内者が、把持部8への入力とともに、案内用ロボット1を移動させる移動モードの切り換え操作を行うことが可能となる。
また、被案内者が把持部8を把持した状態で、案内用ロボット1を移動させる移動モードの切り換え操作を行うことが可能となるため、目的地への案内中において、被案内者が把持部8を把持した状態で、一時的な目的地の変更や、目的地を定めない自由な移動を行うことが可能となる。
このため、被案内者による把持部8への入力に応じて、モータが発生する駆動力により移動用車輪4を回転させて基体2を移動可能な、案内用ロボット1を形成することが可能となる。
その結果、被案内者による把持部8への入力に応じて、施設内において地上を移動する案内用ロボット1を、一般的な構成要件であるモータと車輪を用いて、容易に形成することが可能となる。
このため、案内用ロボット1の一部を把持している被案内者による、把持部8への入力に応じて、基体2を移動させて、案内用ロボット1を移動させることが可能となる。
その結果、被案内者と案内用ロボット1が離れることを防止することが可能となり、案内用ロボットの一部を把持している被案内者を、把持部8への入力に応じて、目的地へ確実に案内することが可能となる。
さらに、被案内者は、案内用ロボット1が移動した位置を通過して移動することとなるため、被案内者を、目的地へ安全に案内することが可能となる。
このため、被案内者による把持部8への入力が大きいほど、移動用アクチュエータ62が発生する駆動力を増加させて、案内用ロボット1の移動速度を増加させることが可能となる。
その結果、把持部8、すなわち、案内用ロボット1の一部を把持している被案内者からの入力の強さに応じて、案内用ロボット1の移動速度を制御することが可能となる。このため、案内用ロボット1の移動速度を、被案内者の移動速度に応じた速度に制御することが可能となり、被案内者を、目的地へ効率的に案内することが可能となる。
以下、本実施形態の応用例を列挙する。
(1)本実施形態の案内用ロボット1では、移動用アクチュエータ制御手段92が、入力値検出手段10が検出した入力が大きいほど、移動用アクチュエータ62が発生する駆動力を増加させたが、これに限定するものではない。すなわち、移動用アクチュエータ制御手段92が、入力値検出手段10が検出した入力の大きさに因らず、入力の有無及び方向のみを参照して、移動用アクチュエータ62が発生する駆動力を制御してもよい。
(3)本実施形態の案内用ロボット1では、キャスタ装置16を備える構成としたが、これに限定するものではなく、キャスタ装置16を備えていない構成としてもよい。この場合、伸縮用アクチュエータ26及び伸縮用アクチュエータ制御手段94を備えない構成とする。
(4)本実施形態の案内用ロボット1では、案内移動モードと自由移動モードとを切り換える移動モード切り換え操作部12を備える構成としたが、これに限定するものではなく、移動モード切り換え操作部12を備えていない構成としてもよい。この場合、案内用ロボット1の移動モードを、案内移動モードまたは自由移動モードに固定する。
この場合、例えば、被案内者が腕に障害を持ち、把持部8を押す動作は困難であるが、把持部8を捻る動作は容易である場合に、案内用ロボット1の前進速度を、把持部8を捻る力に応じた速度に制御することが可能となる。
この場合、例えば、被案内者が腕に障害を持ち、把持部8を押す動作は困難であるが、把持部8を捻る動作は容易である場合に、案内用ロボット1の旋回速度を、把持部8を捻る力に応じた速度に制御することが可能となる。
(9)本実施形態の案内用ロボット1の制御方法では、入力値検出手段10が検出した入力が大きいほど、移動用アクチュエータ62が発生する駆動力を増加させたが、これに限定するものではない。すなわち、入力値検出手段10が検出した入力の大きさに因らず、入力の有無及び方向のみを参照して、移動用アクチュエータ62が発生する駆動力を制御してもよい。
次に、本発明の第二実施形態(以下、「本実施形態」と記載する)について、図面を参照しつつ説明する。
(構成)
まず、図1から図5を参照して、本実施形態の案内用ロボットの構成を説明する。
本実施形態の案内用ロボット1は、移動用アクチュエータ制御手段92が行う、モータ指令信号を生成する処理を除き、上述した第一実施形態と同様の構成となっている。このため、以下の説明は、移動用アクチュエータ制御手段92が行う、モータ指令信号を生成する処理を中心に記載する。
その他の構成は、上述した第一実施形態と同様である。
次に、図1から図5及び図7と図8を参照して、本実施形態の動作について説明する。
本実施形態における案内用ロボット1の動作は、案内用ロボット1の案内移動モードに関わらず、案内用ロボット1の移動速度に応じた粘性項を用いて目標速度を補正し、この補正した目標速度で基体2が移動するように、移動用アクチュエータ62の駆動を制御する点のみが、上述した第一実施形態の動作と異なる。
すなわち、本実施形態における案内用ロボット1は、被案内者が把持部8から手を滑らせた場合等、被案内者が把持部8を把持している状態から、被案内者が把持部8を把持していない状態へと移行した際に、上述した式(7)及び(8)により、案内用ロボット1の移動速度及び旋回速度が補正される。
以下、本実施形態の案内用ロボット1の効果を列挙する。
(1)本実施形態の案内用ロボット1では、移動用アクチュエータ制御手段92が、基体2の移動速度に応じた粘性項を用いて目標速度を補正し、この補正した目標速度で基体2が移動するように、移動用アクチュエータ62の駆動を制御する。
このため、基体2、すなわち、案内用ロボット1の移動時に、案内用ロボット1の移動速度が急激に変化することを抑制することが可能となる。
その結果、案内用ロボット1の使用時における安全性を向上させることが可能となる。
このため、基体2、すなわち、案内用ロボット1の移動時に、案内用ロボット1の移動速度が急激に変化することを抑制することが可能となる。
また、被案内者による把持部8への入力が無い状態では、案内用ロボット1の移動速度を、粘性項に応じて緩やかに減少させることが可能となるため、被案内者による把持部8への入力が無い状態において、案内用ロボット1の動作が停止しない状態の発生を防止することが可能となる。
その結果、案内用ロボット1の使用時における安全性を向上させることが可能となる。
以下、本実施形態の応用例を記載する。
(1)本実施形態の案内用ロボット1では、モータ指令信号の生成において、案内用ロボット1の移動速度及び旋回速度を、基体2の移動速度に応じた粘性項を用いて補正したが、これに限定するものではない。すなわち、モータ指令信号の生成において、案内用ロボット1の移動速度及び旋回速度のうち一方のみを、基体2の移動速度に応じた粘性項を用いて補正してもよい。
次に、本発明の第三実施形態(以下、「本実施形態」と記載する)について、図面を参照しつつ説明する。
(構成)
まず、図1から図5を参照して、本実施形態の案内用ロボットの構成を説明する。
本実施形態の案内用ロボット1は、特に図示しないが、上述した第一及び第二実施形態と異なり、案内用ロボット1の前後方向への移動及び旋回に加え、案内用ロボット1の左右方向への移動が可能な構成となっている。これは、例えば、四辺形の頂点にそれぞれ配置した四つの駆動用車輪が、独立して旋回可能な構成の全方向移動台車を用いて形成する。なお、以下の説明は、案内用ロボット1を、上記の全方向移動台車を用いて形成した場合について説明する。
これに伴い、本実施形態の案内用ロボット1は、移動用アクチュエータ制御手段92が行う、モータ指令信号を生成する処理が、上述した第一及び第二実施形態と異なっている。
本実施形態の案内用ロボット1では、移動用アクチュエータ制御手段92が行う、モータ指令信号を生成する処理において、把持部8への入力Fと、案内用ロボット1の仮想慣性Iを用いて、案内用ロボット1の移動速度V[m/s]を算出する。そして、この算出した移動速度Vを実現するように、モータ指令信号を生成する処理を行う。
F=[Fx Fy Fz Mx My Mz]T … (9)
また、案内用ロボット1の仮想慣性Iは、以下の式(10)で定義する。
I=[Ix Iy Iz Irx Iry Irz]T … (10)
そして、案内用ロボット1の移動速度Vは、以下の式(11)で定義する。
V=[Vx Vy Vz Rx Ry Rz]T … (11)
以上のように、把持部8への入力F、案内用ロボット1の仮想慣性I、案内用ロボット1の移動速度Vを定義すると、案内用ロボット1の移動速度Vは、以下の式(12)により算出される。
(動作)
次に、図1から図5及び図7と図8を参照して、本実施形態の動作について説明する。
本実施形態における案内用ロボット1の動作は、案内用ロボット1の案内移動モードに関わらず、案内用ロボット1の前進速度及び旋回速度と、左右速度を算出して、移動用アクチュエータ62の駆動を制御する点のみが、上述した第一及び第二実施形態の動作と異なる。
以下、本実施形態の案内用ロボット1の効果を記載する。
(1)本実施形態の案内用ロボット1では、前後方向への移動及び旋回に加え、左右方向への移動が可能な構成の案内用ロボット1に対し、案内用ロボット1の前進速度及び旋回速度と、左右速度を算出して、移動用アクチュエータ62の駆動を制御する。
これは、六軸力センサを用いて、互いに直交する三軸の方向に付与される力、及び三軸の軸回りのモーメントを検出することにより、被案内者による把持部8への入力を、案内用ロボット1の三次元動作に用いるためである。
その結果、上述した第一及び第二実施形態の案内用ロボット1と比較して、動作の自由度が向上しており、円滑な移動が可能となるため、前後方向及び旋回方向の二自由度の移動に限定されず、案内用ロボット1の使用条件を拡大することが可能となる。
以下、本実施形態の応用例を列挙する。
(1)本実施形態の案内用ロボット1では、案内用ロボット1を、四辺形の頂点にそれぞれ配置した四つの駆動用車輪が、独立して旋回可能な構成の全方向移動台車を用いて形成したが、案内用ロボット1の構成は、これに限定するものではない。
すなわち、案内用ロボット1を、例えば、互いに直交する三軸の方向に推力を発生可能なスクリューやハイドロジェット装置等を備える構成とし、水中において六自由度の移動が可能な構成としてもよい。
また、案内用ロボット1を、例えば、互いに直交する三軸の方向に推力を発生可能なホバー噴射装等を備える構成とし、空中において六自由度の移動が可能な構成としてもよい。
この場合、粘性係数Sを、以下の式(13)で定義する。
S=[Sx Sy Sz Srx Sry Srz] … (13)
そして、案内用ロボット1の移動速度Vを、以下の式(14)により算出する。
次に、本発明の第四実施形態(以下、「本実施形態」と記載する)について、図面を参照しつつ説明する。
(構成)
まず、図1から図5を参照して、本実施形態の案内用ロボットの構成を説明する。
本実施形態の案内用ロボット1は、移動用アクチュエータ制御手段92が行う、モータ指令信号を生成する処理を除き、上述した第三実施形態と同様の構成となっている。このため、以下の説明は、移動用アクチュエータ制御手段92が行う、モータ指令信号を生成する処理を中心に記載する。
本実施形態の案内用ロボット1では、移動用アクチュエータ制御手段92が行う、モータ指令信号を生成する処理において、把持部8への入力Fと、案内用ロボット1の仮想慣性Iと、案内用ロボット1の前進方向の粘性係数Sと、案内用ロボット1の仮想質量Mと、案内用ロボット1の摩擦係数μを用いて、案内用ロボット1の移動速度Vを算出する。そして、この算出した移動速度Vを実現するように、モータ指令信号を生成する処理を行う。
μ=[μx(Vx) μy(Vy) μz(Vz) μrx(Rx) μry(Ry) μrz(Rz)]T … (15)
なお、案内用ロボット1の摩擦係数μは、案内用ロボット1の速度に応じて、案内用ロボット1の停止時に発生する静止摩擦と、案内用ロボット1の移動時に発生する動摩擦に切り換える。
以上のように、案内用ロボット1の摩擦係数μを定義すると、案内用ロボット1の移動速度Vは、以下の式(16)により算出される。
その他の構成は、上述した第一実施形態と同様である。
次に、図1から図5及び図7と図8を参照して、本実施形態の動作について説明する。
本実施形態における案内用ロボット1の動作は、案内用ロボット1の案内移動モードに関わらず、案内用ロボット1に移動速度に応じた摩擦項を用いて目標速度を補正し、この補正した目標速度で基体2が移動するように、移動用アクチュエータ62の駆動を制御する点のみが、上述した第一実施形態の動作と異なる。
したがって、本実施形態では、案内用ロボット1の移動時に、案内用ロボット1の移動速度が急激に変化することを抑制することが可能となる。また、被案内者による把持部8への入力が無い状態では、案内用ロボット1の移動速度が、摩擦項に応じて緩やかに減少し、案内用ロボット1の動作が停止しない状態の発生を防止することが可能となる。
以下、本実施形態の案内用ロボット1の効果を列挙する。
(1)本実施形態の案内用ロボット1では、移動用アクチュエータ制御手段92が、基体2の移動速度に応じた摩擦項を用いて目標速度を補正し、この補正した目標速度で基体2が移動するように、移動用アクチュエータ62の駆動を制御する。
このため、基体2、すなわち、案内用ロボット1の移動時に、案内用ロボット1の移動速度が急激に変化することを抑制することが可能となる。
また、被案内者による把持部8への入力が無い状態では、案内用ロボット1の移動速度を、摩擦項に応じて緩やかに減少させることが可能となるため、被案内者による把持部8への入力が無い状態において、案内用ロボット1の動作が停止しない状態の発生を防止することが可能となる。
その結果、案内用ロボット1の使用時における安全性を向上させることが可能となる。
このため、基体2、すなわち、案内用ロボット1の移動時に、案内用ロボット1の移動速度が急激に変化することを抑制することが可能となる。
また、被案内者による把持部8への入力が無い状態では、案内用ロボット1の移動速度を、摩擦項に応じて緩やかに減少させることが可能となるため、被案内者による把持部8への入力が無い状態において、案内用ロボット1の動作が停止しない状態の発生を防止することが可能となる。
その結果、案内用ロボット1の使用時における安全性を向上させることが可能となる。
2 基体
4 移動用車輪
6 障害物検出手段
8 把持部
10 入力値検出手段
12 移動モード切り換え操作部
14 スピーカ
16 キャスタ装置
18 フレーム部
20 グリップ部
24 キャスタ
26 伸縮用アクチュエータ
28 床反力検出部
30 平衡用車輪
34 キャスタ支持軸
52 移動制御機構
54 平衡制御機構
56 マップ記憶部
58 自己位置特定部
60 CPU
62 移動用アクチュエータ
64 移動用エンコーダ
66 移動用ドライバ
68 回転角度位置入力I/F
70 移動指令信号出力I/F
72 伸縮用エンコーダ
74 伸縮用ドライバ
76 直動位置入力I/F
78 伸縮指令信号出力I/F
80 経路生成データ入力I/F
82 センサ信号入力I/F
84 映像出力I/F
86 音声出力I/F
88 検出入力値許容手段
90 移動経路生成手段
92 移動用アクチュエータ制御手段
94 伸縮用アクチュエータ制御手段
Claims (10)
- 基体と、当該基体に設けられ、且つ前記基体を移動するための駆動力を発生する移動用アクチュエータと、当該移動用アクチュエータの駆動を制御する移動用アクチュエータ制御手段と、前記基体に取り付けられた把持部と、当該把持部への入力を検出する入力値検出手段と、を備えた案内用ロボットであって、
前記移動用アクチュエータ制御手段は、前記入力値検出手段が検出した入力に応じて前記基体の目標速度を算出し、前記基体の移動速度に応じた粘性項を用いて前記目標速度を補正し、この補正した目標速度で前記基体が移動するように、前記移動用アクチュエータの駆動を制御することを特徴とする案内用ロボット。 - 基体と、当該基体に設けられ、且つ前記基体を移動するための駆動力を発生する移動用アクチュエータと、当該移動用アクチュエータの駆動を制御する移動用アクチュエータ制御手段と、前記基体に取り付けられた把持部と、当該把持部への入力を検出する入力値検出手段と、を備えた案内用ロボットであって、
前記移動用アクチュエータ制御手段は、前記入力値検出手段が検出した入力に応じて前記基体の目標速度を算出し、前記基体の移動速度に応じた摩擦項を用いて前記目標速度を補正し、この補正した目標速度で前記基体が移動するように、前記移動用アクチュエータの駆動を制御することを特徴とする案内用ロボット。 - 基体と、当該基体に設けられ、且つ前記基体を移動するための駆動力を発生する移動用アクチュエータと、当該移動用アクチュエータの駆動を制御する移動用アクチュエータ制御手段と、前記基体に取り付けられた把持部と、当該把持部への入力を検出する入力値検出手段と、を備えた案内用ロボットであって、
前記移動用アクチュエータ制御手段は、前記入力値検出手段が検出した入力に応じて前記基体の目標速度を算出し、前記基体の移動速度に応じた粘性項及び摩擦項を用いて前記目標速度を補正し、この補正した目標速度で前記基体が移動するように、前記移動用アクチュエータの駆動を制御することを特徴とする案内用ロボット。 - 前記移動用アクチュエータ制御手段は、前記入力値検出手段が検出した入力が大きいほど、前記移動用アクチュエータが発生する駆動力を増加させることを特徴とする請求項1から3のうちいずれか1項に記載した案内用ロボット。
- 前記基体を目的地まで移動させる案内移動モードと、前記基体を前記把持部への入力に応じた方向へ移動させる自由移動モードと、を切り換える移動モード切り換え操作部を備え、
前記移動モード切り換え操作部を、案内用ロボットを使用する被案内者の手が、前記把持部を把持するとともに前記案内移動モードまたは前記自由移動モードへの切り換え操作が可能な位置へ配置したことを特徴とする請求項1から4のうちいずれか1項に記載した案内用ロボット。 - 前記移動用アクチュエータをモータとし、
前記基体を支持し、且つ前記モータが発生する駆動力により回転する移動用車輪を備えることを特徴とする請求項1から5のうちいずれか1項に記載した案内用ロボット。 - 基体と、当該基体に設けられ、且つ前記基体を移動するための駆動力を発生する移動用アクチュエータと、前記基体に取り付けられた把持部と、当該把持部への入力を検出する入力値検出手段と、を備えた案内用ロボットの制御方法であって、
前記入力値検出手段が検出した入力に応じて前記基体の目標速度を算出し、前記基体の移動速度に応じた粘性項を用いて前記目標速度を補正し、この補正した目標速度で前記基体が移動するように、前記移動用アクチュエータの駆動を制御することを特徴とする案内用ロボットの制御方法。 - 基体と、当該基体に設けられ、且つ前記基体を移動するための駆動力を発生する移動用アクチュエータと、前記基体に取り付けられた把持部と、当該把持部への入力を検出する入力値検出手段と、を備えた案内用ロボットの制御方法であって、
前記入力値検出手段が検出した入力に応じて前記基体の目標速度を算出し、前記基体の移動速度に応じた摩擦項を用いて前記目標速度を補正し、この補正した目標速度で前記基体が移動するように、前記移動用アクチュエータの駆動を制御することを特徴とする案内用ロボットの制御方法。 - 基体と、当該基体に設けられ、且つ前記基体を移動するための駆動力を発生する移動用アクチュエータと、前記基体に取り付けられた把持部と、当該把持部への入力を検出する入力値検出手段と、を備えた案内用ロボットの制御方法であって、
前記入力値検出手段が検出した入力に応じて前記基体の目標速度を算出し、前記基体の移動速度に応じた粘性項及び摩擦項を用いて前記目標速度を補正し、この補正した目標速度で前記基体が移動するように、前記移動用アクチュエータの駆動を制御することを特徴とする案内用ロボットの制御方法。 - 前記入力値検出手段が検出した入力が大きいほど、前記移動用アクチュエータが発生する駆動力を増加させることを特徴とする請求項7から9のうちいずれか1項に記載した案内用ロボットの制御方法。
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