JP6428535B2 - 移動ロボット、及びその校正方法 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリに充電された電力を消費して、センサから出力される情報に基づいて、移動を行う移動ロボット、及びその校正方法に関するものである。

センサとバッテリとを備え、バッテリの残容量に基づいて動作を制御する移動ロボットが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−０５０３８３号公報

センサとバッテリとを備える移動ロボットにおいては、各センサの精度を維持するために、校正が必要となる。例えば、バッテリの充電中にセンサの校正を開始した場合、そのセンサの校正に要する校正時間がバッテリの充電が完了するまでの充電時間より長いと、その校正の完了を待つ待機時間が生じる。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリの充電完了までの間にセンサの校正を完了させ、その待機時間を削減できる移動ロボット、及びその校正方法を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、バッテリに充電された電力を消費して、センサから出力される情報に基づいて、移動を行う移動ロボットであって、前記バッテリの残容量が閾値以上になるまでにかかる充電時間を算出する充電時間算出手段と、前記センサに対して校正を行う校正手段と、を備え、前記校正手段は、前記センサの校正に要する校正時間と、前記充電時間算出手段により算出された充電時間と、を比較し、前記充電時間が前記校正時間よりも長いとき、前記バッテリの充電中に前記校正が完了するように前記センサに対して校正を実行する、又は校正実行可能である旨を報知する、ことを特徴とする移動ロボットである。この一態様によれば、バッテリの充電完了までの間にセンサの校正を完了させ、その待機時間を削減できる。
この一態様において、前記バッテリの残容量と、充電回数と、放電特性と、に基づいて、前記センサの校正に対して前記バッテリから放電可能な時間を推定する放電時間推定手段と、前記放電時間推定手段により推定された放電可能な時間が前記校正時間以下となるとき、その旨を報知する報知手段と、を更に備えていてもよい。この一態様によれば、バッテリ５の残容量だけでなく、充電回数および放電特性を考慮して、バッテリから放電可能な時間を推定する。これにより、バッテリ５から放電可能な時間を高精度に推定できる。さらに、報知を行うことで、ユーザは、放電可能な時間が校正時間以下となり、校正を完了させることができないことを認識できる。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、複数のセンサと、バッテリとを備え、 前記バッテリに充電された電力を消費して、前記センサから出力される情報に基づいて、移動を行う移動ロボットの校正方法であって、前記バッテリの残容量が閾値以上になるまでにかかる充電時間を算出するステップと、前記バッテリの充電中において、前記センサの校正に要する校正時間と、前記算出された充電時間と、を比較し、前記充電時間が前記校正時間よりも長いとき、前記バッテリの充電中に前記校正が完了するように前記センサに対して校正を実行する、又は校正実行可能である旨を報知するステップと、を含む、ことを特徴とする校正方法であってもよい。この一態様によれば、バッテリの充電完了までの間にセンサの校正を完了させ、その待機時間を削減できる。

本発明によれば、バッテリの充電完了までの間にセンサの校正を完了させ、その待機時間を削減できる移動ロボット、及びその校正方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る移動ロボットの概略的な構成を示すブロック図である。 バッテリ情報データベースに格納されたバッテリ情報の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る移動ロボットのバッテリに充電を行う際の処理フローを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る演算処理部のシステム構成を示すブロック図である 劣化したリチウムイオンバッテリと新品のリチウムイオンバッテリの放電特性曲線を比較した図である。。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本発明の一実施形態に係る移動ロボットは、バッテリに充電された電力を消費して、センサから出力される情報に基づいて、自律的に移動を行うものである。図１は、本実施形態に係る移動ロボットの概略的な構成を示すブロック図である。本実施形態に係る移動ロボット１は、例えば、無線ＬＡＮアダプタ２、演算処理部３、ステレオカメラ４、バッテリ５、バッテリ情報データベース６、補助記憶部７、ディスプレイ８、スピーカ９、入力部１０、およびモータ制御部１１、を備えている。

無線ＬＡＮアダプタ２は、インターネットなどの通信網１２を介して、移動ロボット１を遠隔操作するための操作用端末１３に通信接続する。無線ＬＡＮアダプタ２は、演算処理部３に接続されている。操作用端末１３は入出力装置であり、例えば、音声情報やテキスト情報などの操作情報を、通信網１２、及び無線ＬＡＮアダプタ２を介して、演算処理部３に送信する。

演算処理部３は、例えば、演算処理等を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）３ａ、ＣＰＵ３ａによって実行される演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ３ｂ、外部と信号の入出力を行う複数のインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）３ｃなどからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ３ａ、メモリ３ｂ及びインターフェイス部３ｃは、データバスなどを介して相互に接続されている。

ステレオカメラ４は、センサの一具体例である。ステレオカメラ４は、移動ロボット周囲を撮影し、その画像情報を演算処理部３に送信する。演算処理部３は、ステレオカメラ４などの認識系センサ情報を一旦メモリ３ｂに格納する。演算処理部３のＣＰＵ３ａは、後述の如く、メモリ３ｂに格納された認識系センサ情報に基づいて、ステレオカメラ４などの認識系センサの校正が必要か否かを解析する。

バッテリ５は、演算処理部３及びモータ制御部１１に電力を供給する。バッテリ５には、例えば、リチウムイオンバッテリなどの、高容量かつ高電圧の二次電池システムが採用されている。バッテリ５には、その電圧、電流、温度、雰囲気温度を計測するセンサが設けられている。バッテリ情報データベース６には、例えば、図２に示す如く、センサにより計測されたバッテリ５の電圧、電流、温度、充電回数、などのバッテリ５に関するバッテリ情報が逐次、格納されている。

補助記憶部７は、例えば、認識系センサの校正（キャリブレーション）を行うために、演算処理部３のＣＰＵ３ａが実行する処理プログラムが記憶されている。
ディスプレイ８は、演算処理部３のＩ／Ｆ３ｃからの出力される情報を表示する。ディスプレイ８は、例えば、液晶モニタなどで構成されている。スピーカ９は、例えば、演算処理部３に入力され、あるいはメモリ３ｂに格納された音声情報を出力する。ディスプレイ８及びスピーカ９は報知手段の一具体例である。

入力部１０は、例えば、マウスなどのポインティングデバイス、キーボードなどの数値入力デバイス、マイクなどの音声入力デバイス、などで構成されている。ユーザは、入力部１０を介して、移動ロボット１に対する指令値や閾値を演算処理部３に入力することができる。

モータ制御部１１は、例えば、制御処理等を行うＣＰＵ１１ａと、ＣＰＵ１１ａによって実行される制御プログラム等が記憶されたメモリ１１ｂと、複数のインターフェイス部１１ｃと、移動ロボット１の各関節あるいは駆動車輪などを駆動する複数のモータ１１ｄと、を有している。モータ制御部１１は、各モータ１１ｄを制御することで、移動ロボット１の動作を制御する。モータ制御部１１は、演算処理部３からの制御指令を一旦メモリ１１ｂに格納する。ＣＰＵ１１ａは、メモリ１１ｂに格納された制御指令に応じて、各モータ１１ｄを制御する。メモリ１１ｂには、例えば、モータ制御に必要な各種のデータ及び計算データが格納されている。ＣＰＵ１１ａは、メモリ１１ｂに格納されたこれらデータを必要に応じて参照する。

なお、上記移動ロボット１の構成は一例であり、これに限定されない。例えば、ディスプレイ８やスピーカ９は、移動ロボット１に内蔵される構成であるが、外付けされる構成であってもよい。また、移動ロボット１は、認識センサとして、ステレオカメラ４を備える構成であるが、これに限定されず、例えば、距離画像センサを備える構成、あるいは、ステレオカメラ及び距離画像センサを備えるであってもよい。

図３は、本実施形態に係る移動ロボットのバッテリに充電を行う際の処理フローを示すフローチャートである。
演算処理部３は、ステレオカメラ４の校正が必要であるか否かを判定する（ステップＳ１）。

例えば、演算処理部３は、移動ロボット１の稼働時間が所定時間以上になったとき、ステレオカメラ４の校正が必要であると判定してもよい。演算処理部３は、規定動作（床に落ちた物を拾う動作など）を所定回数以上のステップで行うとき（通常は２ステップで行うが３ステップ以上で行うなど）、ステレオカメラ４の校正が必要であると判定してもよい。演算処理部３は、移動ロボット１がバッテリ５を充電するための充電ステーションに接続されたとき、ステレオカメラ４の校正が必要であると判定してもよい。なお、上記一例では、演算処理部３が、ステレオカメラ４の校正が必要であるか否かを判定しているが、これに限定されない。ユーザがステレオカメラ４の校正が必要であるか否かを判定し、入力部１０あるいは操作用端末１３を介して、演算処理部３にその旨を指示してもよい。

演算処理部３は、ステレオカメラ４の校正が必要であると判定すると（ステップＳ１のＹＥＳ）、バッテリ情報データベース６のバッテリ情報に基づいて、バッテリ５の残容量が、ステレオカメラ４の校正を完了するのに必要な容量以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。一方、演算処理部３は、ステレオカメラ４の校正が必要でないと判定すると（ステップＳ１のＮＯ）、本処理を終了する。

演算処理部３は、バッテリ５の残容量がステレオカメラ４の校正を完了するのに必要な容量以上であると判定すると（ステップＳ２のＹＥＳ）、演算処理部３は、ステレオカメラ４の校正を実行する（ステップＳ３）。

演算処理部３は、校正開始時から校正完了時までにおけるバッテリの電流、電圧、温度、雰囲気温度などのバッテリ情報をバッテリ情報データベース６に記録する。さらに、演算処理部３は、校正開始時および校正完了時のバッテリ情報の差分に基づいて、校正によるバッテリ５の消費電力を算出する。演算処理部３は、算出したバッテリ５の消費電力をバッテリ５の温度及び雰囲気温度と共に、バッテリ情報データベース６に記録し（ステップＳ４）、本処理を終了する。

演算処理部３は、バッテリ５の残容量がステレオカメラ４の校正を完了するのに必要な容量以上でないと判定すると（ステップＳ２のＮＯ）、移動ロボット１が充電ステーションに接続するようにモータ制御部１１に対して制御指示を行う（ステップＳ５）。モータ制御部１１は、演算処理部３からの制御指示に応じて駆動車輪のモータ１１ｄを制御し、移動ロボット１を充電ステーション近傍まで移動させ移動ロボット１のバッテリ５を充電ステーションに接続する。なお、演算処理部３は、ディスプレイ８やスピーカ９を用いて、ユーザに対して充電が必要である旨を通知してもよい。

演算処理部３は、バッテリ５が充電ステーションに接続したか否かを判定する（ステップＳ６）。演算処理部３は、バッテリ５が充電ステーションに接続したと判定すると（ステップＳ６のＹＥＳ）、上記（ステップＳ３）の処理に戻る。一方、演算処理部３は、バッテリ５が充電ステーションに接続していないと判定すると（ステップＳ６のＮＯ）、例えば、ディスプレイ８やスピーカ９を用いて、バッテリ５を充電ステーションに接続するようにユーザに通知する。なお、上記一例では、移動ロボット１のバッテリ５を充電ステーションに自動的に接続する構成であるが、これに限定されず、例えば、移動ロボット１のバッテリ５を充電ステーションに手動で接続する構成であってもよい。

ところで、バッテリの充電中にセンサの校正を開始した場合、そのセンサの校正に要する校正時間がバッテリの充電が完了するまでの充電時間より長いと、その校正の完了を待つ待機時間が生じる。

これに対し、本実施形態に係る移動ロボット１は、バッテリ５の残容量が閾値以上になるまでの充電時間を算出し、バッテリ５の充電中において、センサの校正に要する校正時間と、算出された充電時間と、を比較し、充電時間が校正時間よりも長いとき、バッテリ５の充電中に校正が完了するようにセンサに対して校正を実行する、又は校正実行可能である旨を報知する。これにより、バッテリ５の充電完了までの間にセンサの校正を完了させ、その待機時間を削減できる。

図４は、本実施形態に係る演算処理部のシステム構成を示すブロック図である。本実施形態に係る演算処理部３は、バッテリ５の残容量が閾値以上になるまでの充電時間を算出する充電時間算出部３１と、ステレオカメラ４に対して校正を実行する校正部３２と、を備えている

充電時間算出部３１は、充電時間算出手段の一具体例である。充電時間算出部３１は、バッテリ情報データベース６のバッテリ情報に基づいて、バッテリ５の残容量が閾値以上になるまでの充電時間を算出する。

ここで、バッテリ満充電時の残容量を１００％とすると、残容量９０％程度までの領域は、充電電流に略比例することが知られている。例えば、リチウムイオンバッテリは継ぎ足し充電が可能であり、その残容量が９０％以上であれば、実用上ほぼ問題のないレベルで移動ロボット１を稼働させることができる。そこで、本実施形態において、充電時間算出部３１は、例えば、バッテリ５の残容量が９０％以上になるまでの充電時間を算出する。

校正部３２は、校正手段の一具体例である。校正部３２は、バッテリ５の充電中において、ステレオカメラ４の校正に要する校正時間と、充電時間算出部３１により算出された充電時間と、を比較し、充電時間が校正時間よりも長いとき、バッテリ５の充電中に校正が完了するようにステレオカメラ４に対して校正を実行する。
なお、ステレオカメラ４の校正に要する校正時間は、予め実験的に算出され、メモリ３ｂなどに記憶されている。

例えば、ステレオカメラ４および距離画像センサの校正に要する校正時間は、下記の実際の時計（ストップウォッチ）を使用するヨーイドン方式を用いて計測される。
ステレオカメラ４の校正を開始する際、ストップウォッチを押す（時刻１）。ステレオカメラの校正においては、校正用のプレートとして、白黒の市松模様が描かれたチェスボードのようなものが使用される。ステレオカメラ４の内部パラメータを校正を行い、さらに、ステレオカメラ４のカメラ間の位置関係を表す外部パラメータの校正を行う。続いて、距離画像センサの校正を開始する。距離画像センサについてもステレオカメラ４と同様に校正を行う。距離画像センサの校正が完了すると、ストップウォッチを押す（時刻２）。校正に要する校正時間は、（時刻２−時刻１）によって算出される。なお、ステレオカメラ４の校正を開始する際、取得プログラムの起動時刻をＰＣ側で保存し、そのときの時刻を上記時刻１としてもよい。また、距離画像センサの校正データの保存が完了したときの時刻をＰＣ側で保存し、そのときの時刻を上記時刻２としてもよい。

校正部３２は、例えば、ステレオカメラ４の光学系キャリブレーション、ステレオキャリブレーション、座標系キャリブレーションなどを自動的に実行する。校正方法は周知であるため、その詳細な説明は省略する。

校正部３２は、充電時間が校正時間よりも長いとき、ステレオカメラ４に対して校正を自動的に実行しているが、これに限定されない。校正部３２は、充電時間が校正時間よりも長いとき、校正実行可能である旨をディスプレイ８やスピーカ９などを用いて、報知してもよい。この場合、ユーザは、この報知に応じて、ステレオカメラ４に対して校正を行うように、校正部３２に対して、入力部１０あるいは操作用端末１３を介して指示を行う。

以上、本実施形態に係る移動ロボットにおいて、バッテリ５の残容量が閾値以上になるまでの充電時間を算出し、センサの校正に要する校正時間と、算出された充電時間と、を比較し、充電時間が校正時間よりも長いとき、バッテリ５の充電中に校正が完了するようにセンサに対して校正を実行する、又は校正実行可能である旨を報知する。これにより、バッテリ５の充電完了までの間にセンサの校正を完了させ、その待機時間を削減できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、上記実施形態において、演算処理部（放電時間推定手段の一具体例）３は、バッテリの残容量と、充電回数と、放電特性と、に基づいて、ステレオカメラ４の校正に対してバッテリ５から放電可能な時間を推定してもよい。

図５は、劣化したリチウムイオンバッテリと新品のリチウムイオンバッテリの放電特性曲線を比較した図である。図５に示す如く、リチウムイオンバッテリは充放回数が増加すると劣化し稼働時間が短くなる。そこで、上記の如く、演算処理部３は、バッテリ５の残容量だけでなく、充電回数および放電特性を考慮して、バッテリ５から放電可能な時間を推定する。これにより、バッテリ５から放電可能な時間を高精度に推定でき、例えば、校正が完了していないにもかかわらず、完了してしまうという誤判定を防止できる。演算処理部３は、推定した放電可能な時間が校正時間以下となるとき、ディスプレイ８やスピーカを用いてその旨をユーザに対して報知していもよい。これにより、ユーザは、放電可能な時間が校正時間以下となり、校正を完了させることができないことを認識できる。

１ 移動ロボット、２ 無線ＬＡＮアダプタ、３ 演算処理部、４ ステレオカメラ、５ バッテリ、６ バッテリ情報データベース、７ 補助記憶部、８ ディスプレイ、９ スピーカ、１０ 入力部、１１ モータ制御部、３１ 充電時間算出部、３２ 校正部

Claims (3)

1. バッテリに充電された電力を消費して、センサから出力される情報に基づいて、移動を行う移動ロボットであって、
   前記バッテリの残容量が閾値以上になるまでにかかる充電時間を算出する充電時間算出手段と、
   前記センサに対して校正を行う校正手段と、を備え、
   前記校正手段は、前記センサの校正に要する校正時間と、前記充電時間算出手段により算出された充電時間と、を比較し、前記充電時間が前記校正時間よりも長いとき、前記バッテリの充電中に前記校正が完了するように前記センサに対して校正を実行する、又は校正実行可能である旨を報知する、
   ことを特徴とする移動ロボット。
2. 請求項１記載の移動ロボットであって、
   前記バッテリの残容量と、充電回数と、放電特性と、に基づいて、前記センサの校正に対して前記バッテリから放電可能な時間を推定する放電時間推定手段と、
   前記放電時間推定手段により推定された放電可能な時間が前記校正時間以下となるとき、その旨を報知する報知手段と、を更に備える、
   ことを特徴とする移動ロボット。
3. 複数のセンサと、バッテリとを備え、
   前記バッテリに充電された電力を消費して、前記センサから出力される情報に基づいて、移動を行う移動ロボットの校正方法であって、
   前記バッテリの残容量が閾値以上になるまでにかかる充電時間を算出するステップと、
   前記バッテリの充電中において、前記センサの校正に要する校正時間と、前記算出された充電時間と、を比較し、前記充電時間が前記校正時間よりも長いとき、前記バッテリの充電中に前記校正が完了するように前記センサに対して校正を実行する、又は校正実行可能である旨を報知するステップと、
   を含む、ことを特徴とする校正方法。

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