(57)【要約】【課題】ロボット本体ユニットに複数の車輪ユニットを取り付けて走行面上を移動及び／又は旋回する移動ロボットにおいて、簡単な構造で人体を検出する。【解決手段】ロボット本体ユニット２０に複数の車輪ユニット５１〜５３を取り付けて走行面２上を移動及び／又は旋回する移動ロボット１において、ロボット本体ユニット２０の全周囲に亘って人体の有無を検出する第1のセンサ（焦電型赤外線センサ）２７と、人体を検出した時に人体の方向を特定する第２のセンサ（サーモパイル）２８と、人体までの距離を測定する第３のセンサ（距離センサ）２２とをロボット筐体２１に取り付けたことを特徴とする移動ロボット１を提供する。【選択図】図１
2006039760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット本体ユニットに複数の車輪ユニットを取り付けて走行面上を移動及び／又は旋回する移動ロボットにおいて、
前記ロボット本体ユニットの全周囲に亘って人体の有無を検出する第１のセンサと、前記人体を検出した時に該人体の方向を特定する第２のセンサと、前記人体までの距離を測定する第３のセンサとをロボット筐体に取り付けたことを特徴とする移動ロボット。
【請求項２】
請求項１記載の移動ロボットにおいて、
前記第１のセンサで前記人体を検出した時に、前記移動ロボットを必要に応じて旋回させながら前記第２のセンサで前記人体の方向を特定し、この後、前記第３のセンサからの距離情報に応じて移動動作を自律的に制御することを特徴とする移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット本体ユニットに複数の車輪ユニットを取り付けて走行面上を移動及び／又は旋回する移動ロボットにおいて、人体を検出して、人体に近づいたり人体の有無で活動状況を変えることができるように構成した移動ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、ロボットはその大部分が産業用ロボットとして使用されているが、将来的には、高い安全性を備えて家庭内で人間と共存できる家庭用の移動ロボットが期待されている。
【０００３】
この種の移動ロボットとして、先に本出願人から３車輪構成とした移動ロボットを提案しており、この３車輪構成とした移動ロボットは、構造が極めて簡単で部品点数も少なく、特殊なコンピュータを必要とせず、メモリも安価であり、更に、障害物に当たったり外乱により転倒して人にけがを負わせたり、周辺の器物を破損することがなく、傾斜した床でも姿勢維持が容易で転がり難く、障害物、穴又は窪み等があっても進路変更せずに移動可能であり、長期間使用しても外面が汚れたり傷がつくことがないので家庭用途に最適なものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、病院、博物館、オフィスといった多くの来訪者が訪れる施設において、人間に代わって案内業務を代行する案内用自律移動ロボットが開発されており、この案内用自律移動ロボットでは被案内者の特徴をカメラなどの撮像手段により検出して、被案内者を案内できるように構成されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
更に、自律移動装置において、走行方向の前方を検出する距離センサと、人から放射される赤外線を検出可能な赤外センサ（焦電センサ）とをセンサの指向特性からロボット前方をカバーできるようにそれぞれ少なくと３個づつ取り付けて、距離センサで障害物を検出した場合にその障害物が赤外センサにより人であると判定した場合に人に対して回避動作を行うものがある（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００４−４２２４６号公報
【特許文献２】特開２００３−２８０７３９号公報
【特許文献３】特開平９−１８５４１２号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、先に本出願人が提案した３車輪構成とした移動ロボットでは、人体を検出する機能は備えていなので、人と移動ロボットとの関わりを増して多機能化を図る際に人体を検出する機能を追加したい場合に、上記した特許文献２による案内用自律移動ロボットの技術的思想をそのまま投入すると、以下の（ａ）〜（ｃ）項に記載するような問題点が生じてしまう。
【０００７】
即ち、（ａ）．上記した案内用自律移動ロボットでは、カメラなどの撮像手段によって撮影された画像を演算処理して人を識別処理するために、撮像手段の構成が複雑であると共に、識別制御アルゴリズムも複雑で応答性能が悪いという問題がある。
【０００８】
（ｂ）．上記した案内用自律移動ロボットにおいて、カメラなどの撮像手段によって撮影された画像を演算処理するためには高速処理を行うコンピュータが必要になり、ロボットの価格が高価になり家庭用には不向きであるという問題がある。
【０００９】
（ｃ）．上記した案内用自律移動ロボットにおいて、カメラなどの撮像手段で人の顔などが撮影されるため、個人の肖像権などのプライバシーを侵害されるという問題や、撮影されること自体に人がロボットに対して嫌悪感が生じるという問題がある。
【００１０】
更に、上記した特許文献３による自律移動装置では、人を検出した場合に人に対して回避動作を行うために、人に対して危険な移動体などに適用する場合には都合が良いものの、人と移動ロボットとの関わりを増したいような家庭用の移動ロボットには適していなし、また、距離センサと赤外センサの合計数が少なくとも６個と多くコスト高になってしまう。
【００１１】
そこで、小型軽量で家庭内で人間と共存できる家庭用の移動ロボットを改良するにあたって、簡易な構造で人体を検出する機能を追加し、人と移動ロボットとの関わりを増して多機能化を図ることができる移動ロボットが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、請求項１記載の発明は、ロボット本体ユニットに複数の車輪ユニットを取り付けて走行面上を移動及び／又は旋回する移動ロボットにおいて、
前記ロボット本体ユニットの全周囲に亘って人体の有無を検出する第１のセンサと、前記人体を検出した時に該人体の方向を特定する第２のセンサと、前記人体までの距離を測定する第３のセンサとをロボット筐体に取り付けたことを特徴とする移動ロボットである。
【００１３】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の移動ロボットにおいて、
前記第１のセンサで前記人体を検出した時に、前記移動ロボットを必要に応じて旋回させながら前記第２のセンサで前記人体の方向を特定し、この後、前記第３のセンサからの距離情報に応じて移動動作を自律的に制御することを特徴とする移動ロボットである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る移動ロボットによれば、とくに、ロボット本体ユニットの全周囲に亘って人体の有無を検出する第１のセンサ（焦電型赤外線センサ）と、人体を検出した時に人体の方向を特定する第２のセンサ（サーモパイル）と、人体までの距離を測定する第３のセンサ（距離センサ）とをロボット筐体に取り付けたため、人と移動ロボットとの関わりを増して多機能化を図ることができる。これにより、先に背景技術で説明した特許文献１〜３に対する問題点を解決することができ、カメラなどの撮像手段で撮影された画像を演算処理して人を識別する処理を行う必要がないため識別制御アルゴリズム不要であるので応答性が良く、高速処理を行うコンピュータが不必要であるので移動ロボットが低価格になり家庭用途として最適であり、また、カメラなどの撮像手段で人の顔などが撮影されないために個人の肖像権などのプライバシーを侵害されこともなく、更に、人体を検出するためのセンサ数も少なく且つ人体検出構造も簡単であるのでより安価に提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明に係る移動ロボットの一実施例を図１乃至図１８を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は本発明に係る移動ロボットを平面的に示すと共に、ロボット本体ユニットに取り付けた各種のセンサを平面的に示した平面図、
図２は本発明に係る移動ロボットにおいて、制御システムを示した構成図、
図３は本発明に係る移動ロボットにおいて、車輪ユニットの動作モードを説明するための平面図、
図４は本発明に係る移動ロボットにおいて、車輪ユニットの自転と移動について説明するための平面図である。
【００１７】
まず、本発明に係る移動ロボットの概略構成を図１及び図２を用いて説明する。
【００１８】
図１に示した如く、本発明に係る移動ロボット１は、４つのユニットから構成される。一つのユニットはロボット本体ユニット２０であり、他の３つは車輪ユニット５１〜５３であり、これら３つの車輪ユニット５１〜５３は同一の構成からなる。
【００１９】
この移動ロボット１は、３つの車輪ユニット５１〜５３により走行面２上を移動及び／又は旋回する際に、走行面２上にある障害物を回避し、且つ、走行面２上に設けられた段差を検出して、この段差の段差量が予め設定した値よりも大きい場合に段差を回避し、更に、人体を検出して、人体に近づいたり人体の有無で活動状況を変えることができるように構成されており、これらについては後で詳述する。
【００２０】
上記したロボット本体ユニット２０は、略球体状に形成した球体状ロボット筐体２１の中心より下方に３つの車輪ユニット５１〜５３が設けられており、且つ、３つの車輪ユニット５１〜５３は球体状ロボット筐体２１内から下方の外周面２１ａ沿って貫通して穿設した３箇所の車輪ユニット用開口部（図示せず）から走行面２に向けて突出するように取り付けられているので、外観的には後述の図７〜図９に示したような構造形態になっている。
【００２１】
ここで、移動ロボット１が通常に移動する方向をロボット本体ユニット２０の前方側と設定した上で、一つの車輪ユニット５１はロボット本体ユニット２０の前方側とは反対の後方側に取り付けられ、一方、他の車輪ユニット５２，５３はロボット本体ユニット２０の前方側の左右に別れて略対称に取り付けられている。従って、３つの車輪ユニット５１〜５３は、走行面２への投影が互いに略等角度で略１２０°を成すように構成されている。
【００２２】
そして、３つの車輪ユニット５１〜５３は、円筒状の胴体部５１ａ〜５３ａと、胴体部５１ａ〜５３ａの下方部位に連接して走行面２上に接触する略球面状の接地部５１ｂ〜５３ｂと、胴体部５１ａ〜５３ａ内の中心部に取り付けられて胴体部５１ａ〜５３ａ及び接地部５１ｂ〜５３ｂと一体に回転する回転軸５１ｃ〜５３ｃとで構成され、接地部５１ｂ〜５３ｂが走行面２上に接触することで、ロボット本体ユニット２０を走行面２から離間して支持している。また、車輪ユニット５１〜５３の回転軸５１ｃ〜５３ｃの仮想延長線は、球体状ロボット筐体２１の内部中心部位で交わるように構成されている。
【００２３】
この際、車輪ユニット５１〜５３の接地部５１ｂ〜５３ｂと、走行面２とがそれぞれ剛体であれば点接触であるが、例えば走行面２が絨毯のような柔らかい材料では面接触となる。尚、この実施例における走行面２は、接地部５１ｂ〜５３ｂが接地する３点により決定される剛体の平坦面である。
【００２４】
そして、車輪ユニット５１〜５３は、その内部又はロボット本体ユニット２０の内部に搭載されたモータ駆動コントローラ４２〜４４（図２）を介して回転駆動モータ４５〜４７（図２）により回転軸５１ｃ〜５３ｃを中心にしてそれぞれ独立に回転自在に駆動されている。
【００２５】
また、ロボット本体ユニット２０には本発明の要部となる各種のセンサ２２〜２８が取り付けられている。
【００２６】
上記した各種のセンサ２２〜２８を具体的に説明すると、後述の図７〜図９にも示したように、ロボット本体ユニット２０の外形を形成する球体状ロボット筐体２１の前方側の上部には、走行面２上にある前方の障害物を検出するために狭い指向角度で超音波ビームを発信／受信する発信部２２ａ及び受信部２２ｂを備えた第１の超音波センサ２２と、必要に応じて設けられ且つ第１の超音波センサ２２で検出できない前方の障害物を検出するために広い指向角度で超音波ビームを発信／受信する発信部２３ａ及び受信部２３ｂを備えた第２の超音波センサ２３と、走行面２上に設けられた前段差及び前段差の前段差量を検出するために赤外線ビームを発光／受光する発光部２４ａ及び受光部２４ｂを備えた前方赤外線センサ２４とが取り付けられている。
【００２７】
また、球体状ロボット筐体２１の左側の上部には、走行面２上に設けられた左段差及びこの左段差の左段差量を検出するために赤外線ビームを発光／受光する発光部２５ａ及び受光部２５ｂを備えた左側赤外線センサ２５が取り付けられ、一方、球体状ロボット筐体２１の右側の上部には、走行面２上に設けられた右段差及びこの右段差の右段差量を検出するために赤外線ビームを発光／受光する発光部２６ａ及び受光部２６ｂを備えた右側赤外線センサ２６が取り付けられている。
【００２８】
また、球体状ロボット筐体２１の略天面中央部位には、ロボット本体ユニット２０の全周囲（全方位）に亘って人体の有無や人体の動きを検出するための焦電型赤外線センサ２７が上方に向かって取り付けられている。
【００２９】
更に、焦電型赤外線センサ２７の近傍には、焦電型赤外線センサ２７で人体有りを検出した時に、動ロボット１を必要に応じて旋回させながら人体の体温を検出することで人体の方向（位置）を特定するためのサーモパイル２８が球体状ロボット筐体２１の前方に向かって取り付けられている。
【００３０】
この際、各種のセンサ２２〜２８は、球体状ロボット筐体２１の内部から球体状ロボット筐体２１の外部に向かって取り付けられており、且つ、各種のセンサ２２〜２８は球体状ロボット筐体２１の外周面２１ａに沿って貫通して穿設した各センサ用開口部（図示せず）に臨んでいる。
【００３１】
次に、移動ロボット１の制御システムの構成を図２を用いて説明する。                図２に示した如く、ロボット本体ユニット２０の内部には、移動ロボット１を統括的に制御すると共に焦電型赤外線センサ２７及びサーモパイル２８を接続したシステム制御コントローラ３１と、外部の情報を検出測定する外部センサ３２と、外部に情報等を出力する出力装置３３と、移動ロボット１の電源となるバッテリ３４及びこのバッテリ３４の残量を検出するバッテリセンサ３５と、指向角度が狭い第１の超音波センサ２２を駆動してその検出信号をシステム制御コントローラ３１に送信するための第１の超音波センサ駆動回路３６と、指向角度が広い第２の超音波センサ２３を駆動してその検出信号をシステム制御コントローラ３１に送信するための第２の超音波センサ駆動回路３７と、前方赤外線センサ２４を駆動してその検出信号をシステム制御コントローラ３１に送信するための前方赤外線センサ駆動回路３８と、左側赤外線センサ２５を駆動してその検出信号をシステム制御コントローラ３１に送信するための左側赤外線センサ駆動回路３９と、右側赤外線センサ２６を駆動してその検出信号をシステム制御コントローラ３１に送信するための右側赤外線センサ駆動回路４０と、移動ロボット１の移動及び／又は旋回などの運動制御を行う運動制御コントローラ４１とで構成されている。
【００３２】
上記した運動制御コントローラ４１は、システム制御コントローラ３１によって決められた行動内容を指令信号として受信し、その内容を予め運動制御コントローラ４１内のメモリ（図示せず）に格納された制御プログラムに基づいて解析し、３つの車輪ユニット５１〜５３をそれぞれどのように制御するかを決定し、その決定内容を車輪ユニット５１〜５３の内部に備えたモータ駆動コントローラ４２〜４４に指令信号として送出している。
【００３３】
また、３つの車輪ユニット５１〜５３の内部には、上記したモータ駆動コントローラ４２〜４４と、回転駆動モータ４５〜４７とが備えられており、回転駆動モータ４５〜４７は車輪ユニット５１〜５３を適宜回転させることで後述するように移動ロボット１の移動（前進、後進、側進）及び／又は旋回を行うアクチュエータである。
【００３４】
上記のシステム構成により、各種のセンサ２２〜２８からの検出情報に基づき、システム制御コントローラ３１は次に行う行動を決定し、その指令が運動制御コントローラ４１、モータ駆動コントローラ４２〜４４へと伝達されている。
【００３５】
そして、第１，第２の超音波センサ２２，２３及び各赤外線センサ２４〜２６により障害物や段差を検出した場合とか、焦電型赤外線センサ２７及びサーモパイル２８により人体を検出した場合に、３つの車輪ユニット５１〜５３の回転を適宜制御することで、移動ロボット１は前進、後進、側進（前進方向に対して左右方向の移動）、停止、及び旋回（その場で自転）したりすることが可能であり、３つの車輪ユニット５１〜５３の基本動作について図３及び図４を用いて説明する。
【００３６】
この実施例では、各車輪ユニット５１〜５３の回転方向と回転速度とをモータ駆動コントローラ４２〜４４及び回転駆動モータ４５〜４７により独立して様々に変えることで、接地部５１ｂ〜５３ｂと走行面２との摩擦力により、移動ロボット１に種々の動きを与えることができる。
【００３７】
この際、回転駆動モータ４５〜４７の制御、即ち、車輪ユニット５１〜５３の回転制御方法によって、移動ロボット１を大別して以下の５つの動作モードで動かすことができる（図３，図４参照）。
【００３８】
尚、図３，図４に示した３つの車輪ユニット５１〜５３は、先に示した図１と対応させて車輪ユニット５１をロボット本体ユニット２０の後方側に取り付け、且つ、車輪ユニット５２，５３をロボット本体ユニット２０の前方側の左右に取り付けた状態で平面的に図示している。
【００３９】
（１）静止状態での旋回（自転）、                                                （２）直進移動（前進、後進及び側進）、                                          （３）曲線移動、                                                                （４）蛇行移動、                                                                （５）自転しながらの直線移動及び曲線移動。
【００４０】
これら（１）〜（５）の動作モードについて順に説明する。
【００４１】
（１）静止状態での旋回（自転）｛図３（１）及び図４（ａ）参照｝                  最も基本的な動作モードであり、３つの車輪ユニット５１〜５３をそれぞれ同一の回転方向に同一の回転数で回転駆動することで、移動ロボット１はその場に静止しつつ自転する。例えば、図４（ａ）に示すように、車輪ユニット５１〜５３の回転軸５１ｃ〜５３ｃを外側から見て時計回り方向に回転させると、移動ロボット１はその位置に静止したまま、上面からみて反時計回り方向に自転する。                                            一方、車輪ユニット５１〜５３の回転方向を上記とは逆に反時計回りに回転させれば、移動ロボット１はその位置に静止したまま、時計回り方向に自転する。                  そして、車輪ユニット５１〜５３の単位時間あたりの回転数（以下、回転数と記す）を増減することで移動ロボット１の自転速度を増減させることができる。
【００４２】
（２）直進移動｛図３（２）及び図４（ｂ）〜図４（ｅ）参照｝                      ３つある車輪ユニット５１〜５３のうち、例えば任意の一つの車輪ユニット５２を回転させずに停止して維持させ、残りの２つの車輪ユニット５１，５３をそれぞれ逆方向に回転駆動することで、移動ロボット１を車輪ユニット５２の回転軸５２ｃの走行面２への投影線に沿った方向に直線的に前進又は後進させることができる。
【００４３】
また、３つある車輪ユニット５１〜５３の回転方向と回転数の設定によって、例えば車輪ユニット５２の回転軸５２ｃと直交する方向に直線的に側進させることもできる。
【００４４】
この際、停止させた車輪ユニット５２の反対方向に進む場合を前進、停止させた車輪ユニット５２側に進む場合を後進、前進または後進方向と直交する方向に進む場合を側進と呼び、それぞれについて以下に説明する。
【００４５】
（前進の場合）                                                              
図４（ｂ）に示すように、車輪ユニット５２を停止させ、車輪ユニット５１を時計回り方向に、車輪ユニット５３を反時計回り方向にそれぞれ同一の回転数で駆動すると、移動ロボット１は車輪ユニット５２の回転軸５２ｃの走行面２への投影線に沿った方向で、車輪ユニット５２の反対方向（図の矢印Ｃの方向）に直進移動する。
【００４６】
従って、移動ロボット１が通常に移動する方向をロボット本体ユニット２０（図１）の前方側と設定した場合には、車輪ユニット５１を停止させ、且つ、車輪ユニット５３を時計回り方向に、車輪ユニット５２を反時計回り方向にそれぞれ同一の回転数で駆動させれば良い。
【００４７】
（後進の場合）                                                              
図４（ｃ）に示すように、上記した前進に対して車輪ユニット５１，５３の回転方向を共に逆回転させた場合は後進する。即ち、車輪ユニット５２を停止させ、車輪ユニット５１を反時計回り方向に、車輪ユニット５３を時計回り方向にそれぞれ同一の回転数で駆動すると、移動ロボット１は、車輪ユニット５２の回転軸５２ｃの走行面２への投影線に沿った方向で、車輪ユニット５２の方向（図の矢印Ｄの方向）に直進移動する。
【００４８】
（側進の場合）                                                              
図４（ｄ）に示すように、車輪ユニット５１，５３を同一の回転方向に同一の一定回転数で回転させ、車輪ユニット５２を車輪ユニット５１，５３の回転方向と逆方向に、且つ、車輪ユニット５１，５３の２倍の回転数で回転させることで、移動ロボット１は上述の前進及び後進の方向に対して直交する方向に移動する。具体的に説明すると、車輪ユニット５１，５３の回転方向を時計回り方向に一定の回転数Ｎで回転させ、車輪ユニット５２を反時計回り方向に回転数２Ｎで回転させると、移動ロボット１は前進方向に対して直交する左方向（図の矢印Ｅの方向）に直線移動する。
【００４９】
一方、図４（ｄ）とは逆に、図４（ｅ）に示すように、車輪ユニット５１，５３の回転方向を反時計回り方向に一定の回転数Ｎで回転させ、車輪ユニット５２を時計回り方向に回転数２Ｎで回転させると、移動ロボット１は前進方向に対して直交する右方向（図の矢印Ｆの方向）に直線移動する。
【００５０】
そして、（前進の場合），（後進の場合），（側進の場合）のいずれの場合も、回転数を増減させることで、移動ロボット１の移動速度を増減させることができる。
【００５１】
（３）曲線移動｛図３（３）｝                                                    移動ロボット１は、円弧状に移動させることができ、これを曲線移動と称する。        この曲線移動を与える駆動制御方法には２通りの方法があり、以下に説明する。
【００５２】
（第１の曲線移動方法）                                                      
第１の曲線移動方法は、前述した直進移動状態において、回転を停止させていた車輪ユニット５２を回転駆動させる方法である。これにより、移動ロボット１は円弧状に移動を行う。この時、車輪ユニット５２の回転速度を可変して移動する円弧の半径を可変することができる。即ち、車輪ユニット５２の回転速度が速いほど移動する円弧の半径は小さくなる。
【００５３】
（第２の曲線移動方法）                                                      
第２の曲線移動方法は、前述した直進移動状態において、車輪ユニット５２を停止させたまま、他の２つの車輪ユニット５１，５３を異なった一定の回転数で回転駆動させる方法である。これにより、移動ロボット１は円弧状に移動を行う。即ち、回転数の少ない方の車輪ユニット側に中心を持つ円弧状に曲線移動を行う。この場合、駆動させている２つの車輪ユニットのそれぞれの回転数の差を可変して円弧の半径を可変することが可能であり、その差が大きい程、移動する円弧の半径は小さくなる。
【００５４】
そして、（第１の曲線移動方法），（第２の曲線移動方法）のいずれの場合も、車輪ユニット５２以外の車輪ユニット５１，５３の回転数を増減させることで、移動ロボット１の移動速度を増減させることができる。特に、（第１の曲線移動方法）の場合は、移動する円弧の半径も可変することが可能であって、車輪ユニット５１，５３の回転数を増やすと移動する円弧の半径も大きくなる。
【００５５】
（４）蛇行移動｛図３（４）｝                                                    上述した曲線移動において、曲がる方向を順次変えることで、左右に振れながら蛇行移動をする。即ち、上述した第１の曲線移動方法においては車輪ユニット５２の回転方向を正転，逆転と繰り返し切り替えることで、また、第２の曲線移動方法においては車輪ユニット５２以外の車輪ユニット５１，５３の異なる回転数をそれぞれ交互に切り替えて与えることで蛇行移動をする。
【００５６】
（５）自転しながらの直線移動及び曲線移動｛図３（５）｝                          ３つの車輪ユニット５１〜５３の回転方向を、「正方向回転→逆方向回転→正方向回転→…」のように周期的に反転させ、また、回転数を正弦波に相当する時間変化で周期的に変化させると共にその周期に一定の時間差を持たせてそれぞれの車輪ユニット５１〜５３を駆動すると、移動ロボット１は自転しながら直線移動あるいは曲線移動をする。
【００５７】
次に、本発明の要部となる各種のセンサ２２〜２８とその動作について、新たな図５〜図１４を用いて説明する。
【００５８】
図５は本発明に係る移動ロボットにおいて、第１，第２の超音波センサの検出エリア特性を説明するために模式的に示した平面図、
図６は本発明に係る移動ロボットにおいて、前方赤外線センサ及び左側赤外線センサ並びに右側赤外線センサの検出エリア特性を説明するために模式的に示した平面図、
図７は本発明に係る移動ロボットにおいて、前方赤外線センサを用いて前段差を検出する状態を示した右側面図、
図８は本発明に係る移動ロボットにおいて、前方赤外線センサを用いて前段差の前段差量を検出する動作を説明するための右側面図、
図９は本発明に係る移動ロボットにおいて、左側赤外線センサ及び右側赤外線センサを用いて左段差及び右段差を検出する状態を示した正面図、
図１０は本発明に係る移動ロボットにおいて、焦電型赤外線センサ及びサーモパイルの検出エリア特性を説明するために模式的に示した側面図、
図１１（ａ），（ｂ）は本発明に係る移動ロボットにおいて、焦電型赤外線センサで人体の有無を検出する状態を示した平面図，側面図、
図１２（ａ），（ｂ）は本発明に係る移動ロボットにおいて、焦電型赤外線センサで人体を検出した後に、移動ロボットを必要に応じて旋回させながらサーモパイルで人体の方向を検出する状態を示した平面図，側面図、
図１３（ａ），（ｂ）は本発明に係る移動ロボットにおいて、焦電型赤外線センサで人体の方向を特定する状態を示した平面図，側面図、
図１４は本発明に係る移動ロボットにおいて、移動ロボットが第１の超音波センサからの距離情報に応じて人体に近づく状態を示した側面図である。
【００５９】
まず、図５に示した如く、移動ロボット１が通常に移動する方向をロボット本体ユニット２０の前方側と設定した上で、ロボット本体ユニット２０の球体状ロボット筐体２１の前方側に設けた第１の超音波センサ２２は、走行面２に対して略平行すなわち水平となる向きに装着されており、且つ、略６０°の狭い指向角度で略円錐状に広がった超音波ビーム２２ｃを走行面２に対して略平行に出射させて、この超音波ビーム２２ｃが前方にある壁面３Ａなどの障害物３で反射された超音波ビーム２２ｃを受信して障害物３を検出している。
【００６０】
この際、第１の超音波センサ２２からの超音波ビーム２２ｃにより移動ロボット１の前方を検出する前方検出エリア５の距離は数メートルであり、この実施例では略６０°の狭い指向角度の中心でロボット本体ユニット２０の前方から３ｍ程度の距離性能を有する超音波センサを用いている。また、この第１の超音波センサ２２は、後述するようにサーモパイル２８で人体の方向を特定した位置から人体までの距離を測定する距離センサとして機能している。
【００６１】
また、移動ロボット１に取り付けた３つの車輪ユニット５１〜５３が多少の余裕を持って通過できる幅寸法を車幅と呼称した時に、この車幅を例えば３００ｍｍと想定すると、超音波センサ２２の検出指向角度特性から移動ロボット１の車幅３００ｍｍを検出できる領域は、上記した前方検出エリア５内でロボット本体ユニット２０の前方から約２６０ｍｍ（＝１５０／ｔａｎ３０°）ほど先の距離に相当し、以下、移動ロボット１の車幅３００ｍｍを検出できる領域を、移動ロボット１が障害物３に対して回避する際の回避検出エリア６と呼称すると共に、回避検出エリア６中に設定した前方距離２６０ｍｍをシステム制御コントローラ３１（図２）内の記憶部（図示せず）に記憶させている。
【００６２】
また、上記した前方検出エリア５の外側の左右に位置する領域は第１の超音波センサ２２の未検出エリア７Ｌ，７Ｒであり、この未検出エリア７Ｌ，７Ｒ内で移動ロボット１に接近して円柱３Ｂなどの障害物３がある場合には、この円柱３Ｂを第１の超音波センサ２２で検出できない。
【００６３】
これを避けるために、ロボット本体ユニット２０の球体状ロボット筐体２１の前方側に、第１の超音波センサ２２よりも指向角度が広い第２の超音波センサ２３を必要に応じて設けている。
【００６４】
上記した第２の超音波センサ２３も、球体状ロボット筐体２１の前方側で走行面２に対して略平行すなわち水平となる向きに装着されており、且つ、略１２０°の広い指向角度で略円錐状に広がった超音波ビーム２３ｃを走行面２に対して略平行に出射させて、この超音波ビーム２３ｃが前方にある円柱３Ｂなどの障害物３で反射された超音波ビーム２３ｃを受信して障害物３を検出しており、指向角度以外の特性は第１の超音波センサ２２と略同じ特性であり、第２の超音波センサ２３からの超音波ビーム２３ｃにより前方を検出する前方検出エリア１１の距離は３ｍ程度の性能を有している。また、上記した第２の超音波センサ２３による前方検出エリア１１の外側の左右に位置する領域は第２の超音波センサ２３の未検出エリア１２Ｌ，１２Ｒである。
【００６５】
この際、第１，第２の超音波センサ２２，２３を設けた場合には、まず、広い指向角度を有する第２の超音波センサ２３を先に始動させて障害物３の検出動作を行った後に、狭い指向角度を有する第１の超音波センサ２２による回避検出エリア６で障害物３への回避動作を行っている。
【００６６】
尚、以下の説明では、部品点数の削減及び動作フローの簡易化のために広い指向角度を有する第２の超音波センサ２３を設けずに、狭い指向角度を有する第１の超音波センサ２２のみを用いて障害物３を検出する場合について説明する。この際、第１の超音波センサ２２のみを用いて前方にある障害物３を検出しながら制御する方法は以下のようである。
【００６７】
（１）．起動時において、未検出エリア７Ｌ、７Ｒに障害物３が存在している場合、障害物３を検出することができないので、前進に先立って最初の位置を基準として移動ロボット１自体が左右一定角度（実施例では３０°）づつ旋回して各位置において前方２６０ｍｍ以内に障害物３を検出しなければ中央の位置において前進を可能にする。
【００６８】
（２）．前進中においては、前方距離２６０ｍｍ以内の回避検出エリア６内に障害物３を検出しなければ前進を継続する。
【００６９】
（３）．起動位置と左右に一定角度の旋回した位置、及び前進中に前方距離２６０ｍｍ以内に障害物３を検出した場合は停止して回避行動を取る。
【００７０】
尚、この実施例では、移動ロボット１の前方にある障害物３を検出する際に、第１，第２の超音波センサ２２，２３又は第１の超音波センサ２２のみを用いているが、これらの超音波センサに代えて周知の赤外線センサ（図示せず）を用いることも可能である。
【００７１】
次に、図６に示した如く、ロボット本体ユニット２０の球体状ロボット筐体２１の前方側に設けた前方赤外線センサ２４と、球体状ロボット筐体２１の左右に設けた左側赤外線センサ２５及び右側赤外線センサ２６は、それぞれ赤外線発光ダイオードなどを用いた発光部２４ａ〜２６ａと、受光部２４ｂ〜２６ｂとが同じ高さ位置で一体となって構成されている。この際、各赤外線センサ２４〜２６の発光部２４ａ〜２６ａから出射される赤外線ビーム２４ｃ〜２６ｃは常時点灯状態とし、この赤外線ビーム２４ｃ〜２６ｃの各反射光を受光部２４ｂ〜２６ｂで受光した時に、受光部２４ｂ〜２６ｂからの読み出しを所定の間隔で読み出すことにより各赤外線センサ２４〜２６と赤外線ビーム２４ｃ〜２６ｃの各反射点との間の距離が検出できるものである。
【００７２】
そして、各赤外線センサ２４〜２６からの赤外線ビーム２４ｃ〜２６ｃが略１０°の狭い指向角度で略円錐状に広がりながら下方の走行面２に向けて斜めに照射するように装着されており、前方赤外線センサ２４で図７，図８に示した前段差４Ｆ及びこの前段差４Ｆの前段差量Ｈを検出し、且つ、左側赤外線センサ２５で図９に示した左段差４Ｌ及びこの左段差４Ｌの左段差量を検出し、且つ、右側赤外線センサ２６で図９に示した右段差４Ｒ及びこの右段差４Ｒの右段差量を検出している。
【００７３】
尚、前段差４Ｆ，左段差４Ｌ，右段差４Ｒを含めた段差４は、走行面２よりも上方に突出形成された上段差と、走行面２よりも一段低く形成された下段差とがあり、走行面２よりも上方に突出形成された上段差の上段差量は“高さ”と通常呼称され、走行面２よりも一段低く形成された下段差の下段差量は“深さ”と通常呼称されているが、この実施例では各赤外線センサ２４〜２６で上段差及びこの上段差の上段差量（高さ），下段差及びこの下段差の下段差量（深さ）のいずれも検出できることから以下では必要な時以外は上段差，下段差の区別をつけずに説明する。
【００７４】
この際、各赤外線センサ２４〜２６からの赤外線ビーム２４ｃ〜２６ｃの検出能力は８００ｍｍ程度であるが、ここでは赤外線ビーム２４ｃ〜２６ｃを下方の走行面２に向けて斜めに照射しているために、各赤外線センサ２４〜２６の検出エリア１５〜１７は略１０°の狭い指向角度で出射させた赤外線ビーム２４ｃ〜２６ｃの中心が走行面２に達した点を含む領域となる。
【００７５】
そして、前方赤外線センサ２４から下方の走行面２に向けて斜めに照射した赤外線ビーム２４ｃの中心が走行面２に至るまでの検出距離Ｌ１は例えば１１０ｍｍに予め設定されており、一方、左側赤外線センサ２５，右側赤外線センサ２６から下方の走行面２に向けて斜めに照射した赤外線ビーム２５ｃ，２６ｃの中心が走行面２に至るまでの検出距離Ｌ２，Ｌ３は共に例えば９０ｍｍに予め設定されており、これに伴って、赤外線ビーム２４ｃ〜２６ｃと走行面２とのなす角度がそれぞれθ１〜θ３の値に設定されていると共に、この際、左右の検出距離Ｌ２，Ｌ３は共に９０ｍｍであるのでθ２，θ３は同じ角度に設定されている。
【００７６】
従って、各赤外線センサ２４〜２６の各検出エリア１５〜１７を平面的に図示した時に、ロボット本体ユニット２０から前方検出エリア１５の先端までの距離はＬ１×ｃｏｓθ１となり、且つ、ロボット本体ユニット２０から左側検出エリア１６の先端までの距離はＬ２×ｃｏｓθ２となり、且つ、ロボット本体ユニット２０から右側検出エリア１７の先端までの距離はＬ３×ｃｏｓθ３となる。
【００７７】
そして、各赤外線センサ２４〜２６の検出距離Ｌ１〜Ｌ３の値と、各赤外線センサ２４〜２６からの赤外線ビーム２４ｃ〜２６ｃと走行面２とのなす角度θ１〜θ３の値とをシステム制御コントローラ３１（図２）内の記憶部（図示せず）に記憶させている。
【００７８】
従って、図７に示した前方赤外線センサ２４の検出距離Ｌ１は、図９に示した左側赤外線センサ２５，右側赤外線センサ２６の検出距離Ｌ２，Ｌ３に対して大きくなるような取付け位置、及び取付け角度に設定されている。即ち、前方赤外線センサ２４の段差検出距離Ｌ１と、左側赤外線センサ２５の段差検出距離Ｌ２との関係をＬ１＞Ｌ２と設定している。同様に、前方赤外線センサ２４の段差検出距離Ｌ１と、右側赤外線センサ２６の段差検出距離Ｌ３との関係をＬ１＞Ｌ３＝Ｌ２と設定している。
【００７９】
この理由は、前進方向は高速で移動を行うことが可能なので前段差４Ｆを検出して停止するまでの時間的余裕をもたせる必要があり、前段差４Ｆの検出距離Ｌ１はある程度長い方が良いからである。左右の段差４Ｌ，４Ｒの検出については、左右方向についての側進移動は前進に比較して高速では行わないので左右の段差４Ｌ，４Ｒを検出して停止するまでの時間的余裕はあまり必要ではなく、それよりも左右の段差ぎりぎりまで接近で来るよう行動範囲を広げることを優先して検出距離Ｌ２，Ｌ３は短い方が良い。
【００８０】
ここで、図８に示した如く、移動ロボット１が走行面２上を前方に向かって移動する時に、移動ロボット１の前方で走行面２上に前段差４Ｆが設けられている場合に、前方赤外線センサ２４を用いて前段差４Ｆを検出すると共に、前段差４Ｆの前段差量Ｈを検出している。
【００８１】
この際、移動ロボット１は、移動性能としてある程度の上方向の段差４は乗り越えられる。この実施例においては家庭内の敷居を乗り越えられることを前提として３０ｍｍ以内の段差量（高さ）の上段差は乗り越えて移動することである。従って３０ｍｍを越える上段差は乗り越えることができないので衝突しないように回避する必要がある。また、下方向の段差４については３０ｍｍ以内の下段差であれば、その下段差を降りても再び登ることができるので、３０ｍｍ以内の下段差に対しては回避せずに進入してもかまわないが、３０ｍｍを超える下段差については回避する必要がある。これに伴って、システム制御コントローラ３１（図２）内の記憶部（図示せず）には、許容できる許容段差量の値３０ｍｍが予め記憶されている。
【００８２】
そして、移動ロボット１が走行面２を前方に向かって移動している時には、前方赤外線センサ２４からの赤外線ビーム２４ｃによる検出距離Ｌ１は前述したように１１０ｍｍの斜め下方位置で走行面２と交わるので、この検出距離Ｌ１＝１１０ｍｍの値がシステム制御コントローラ３１（図２）内の記憶部（図示せず）に予め記憶され、且つ、赤外線ビーム２４ｃと走行面２とのなす角度がθ１であるとシステム制御コントローラ３１（図２）内の記憶部（図示せず）に予めに記憶されているので、システム制御コントローラ３１（図２）は、前方赤外線センサ２４と走行面２との間の高さＨ１が、Ｈ１＝Ｌ１×ｓｉｎθ１であることがわかっている。
【００８３】
一方、移動ロボット１が前方に移動して、前方赤外線センサ２４で走行面２上に設けられた前段差４Ｆを検出した時に、前方赤外線センサ２４からの赤外線ビーム２４ｃは前段差４Ｆの上面で反射されるので、前方赤外線センサ駆動回路３８（図２）内で反射光の検出電圧値を不図示の電圧／距離変換テーブルを用いて距離値に変換することで、前段差４Ｆの上面での反射時の検出距離Ｌ１’は前記した検出距離Ｌ１よりも短い値で得られる。この後、前方赤外線センサ駆動回路３８（図２）で得た反射時の検出距離Ｌ１’をシステム制御コントローラ３１（図２）に入力することで、システム制御コントローラ３１は、前方赤外線センサ２４と前段差４Ｆの上面との間の高さＨ１’が、Ｈ１’＝Ｌ１’×ｓｉｎθ１であると検出すると共に、前段差４Ｆの前段差量（高さ）Ｈが、Ｈ１−Ｈ１’＝（Ｈ１−Ｌ１’）×ｓｉｎθ１であると検出している。
【００８４】
そして、システム制御コントローラ３１（図２）は、内部の判定部（図示せず）で前段差４Ｆの前段差量（高さ）Ｈが内部の記憶部（図示せず）に予め記憶させた許容段差量の値３０ｍｍよりも大きいか否かを判定して、前段差４Ｆの前段差量（高さ）Ｈが許容段差量の値３０ｍｍよりも大きい場合にシステム制御コントローラ３１（図２）の指令に基づいて前段差４Ｆを回避する動作を行っている。
【００８５】
尚、左側赤外線センサ２５で左段差４Ｌの左段差量を検出する場合、又は、右側赤外線センサ２６で右段差４Ｒの右段差量を検出する場合には、上記した前方赤外線センサ２４で前段差４Ｆの前段差量Ｈを検出する場合と同じ方法で検出すれば良いものであるので、詳述を省略する。
【００８６】
次に、図１０に示した如く、移動ロボット１中でロボット本体ユニット２０の球体状ロボット筐体２１の略天面中央部位に上方に向かって取り付けた焦電型赤外線センサ２７は、所定の検出範囲内でしか人体Ｍの検出を行うことができず、その範囲内で体温をもった人体Ｍが動くことによって人体Ｍの有無を検出するものであるが、人体Ｍの方向（位置）は特定することはできない。
【００８７】
上記した焦電型赤外線センサ２７は、焦電効果を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）とか、チタン酸鉛（ＰＴ）とか、チタン酸バリウム・ストロンチウム（ＢＳＴ）などの強誘電体を用いており、人体Ｍから発生する遠赤外線を吸収することで、電流が発生して人体Ｍの存在を検出できるように微分出力型に構成されている。
【００８８】
上記した焦電型赤外線センサ２７による検出エリア１８は、球体状ロボット筐体２１の略天面中央部位から上方に向かって略円錐状に広がり、且つ、一定の検出距離内である。この焦電型赤外線センサ２７による検出エリア１８である円錐の頂角は例えば９２°であり、検出距離は球体状ロボット筐体２１の略天面中央部位から上方に向かって例えば２０００ｍｍであり、この検出距離の先端部位の直径が例えば５０００ｍｍである。
【００８９】
そして、焦電型赤外線センサ２７は、その検出エリア１８が移動ロボット１の上部に向くように装着することで、移動ロボット１の全周囲（全方位）に亘って人体Ｍの有無を検出することができる。即ち、人体Ｍが移動ロボット１のどの方向から接近しても確実に検出を行うことが可能である。
【００９０】
ここで、焦電型赤外線センサ２７の移動ロボット１への取り付け高さを走行面２から例えば１８０ｍｍとした場合、接近した人体Ｍを検出する際に移動ロボット１から人体Ｍまでの距離Ｋｍｍは人体Ｍの身長をＴｍｍとすると、Ｋ＝（Ｔ−１８０）／ｔａｎ４４°となり、例えば、身長１６０ｃｍの大人が移動ロボット１に１４７ｃｍ以内に近づくと移動ロボット１はその大人を検出し、また身長１２０ｃｍの子供が移動ロボット１に１０５ｃｍ以内に近づくと移動ロボット１はその子供を検出する。このようにある程度の身長がなければ移動ロボット１は人体Ｍを検出することがないので、たとえば背の低い幼児や、犬や猫などの小動物が接近した時に不要な動作をすることを防止することができる。
【００９１】
次に、移動ロボット１が通常に移動する方向をロボット本体ユニット２０の前方側と設定した上で、焦電型赤外線センサ２７の近傍で球体状ロボット筐体２１の前方に向かって取り付けたサーモパイル２８にも、略円錐状に広がった検出エリア１９があり、その検出範囲である円錐の頂角は例えば４０°である。この際、サーモパイル２８による検出エリア１９の検出距離は、移動ロボット１の前方側に向かって焦電型赤外線センサ２７による検出エリア１８の先端部位の半径２５００ｍｍよりも長く設定されたものを用いている。
【００９２】
上記したサーモパイル（熱電堆）２８は、ｐ型ポリシリコンとｎ型ポリシリコンの接合や、ポリシリコンとアルミニウムの接合などによる熱電対が直列に複数個接続されており、非接触で人体Ｍから放射される赤外線を受けると、そのエネルギー量に応じた起電力を発生して人体Ｍの発する体温を測定するように積分出力型に構成されている。そして、サーモパイル２８により検出した人体Ｍの体温と周囲の温度との比較を行うことで人体Ｍのいる方向（位置）を特定することができる。
【００９３】
上記から、移動ロボット１において人体Ｍを検出する際の基本的は考え方は、焦電型赤外線センサ２７で人体Ｍの有無を検出し、次に、移動ロボット１を必要に応じて旋回させながらサーモパイル２８でその人体Ｍの方向（位置）を特定する。その後、移動ロボット１を人体Ｍの方向に向かって移動させ、第１の超音波センサ２２（図１）の距離情報がある一定の値になったところ、すなわち人体Ｍに接近したところで停止する。
【００９４】
ここで、具体的な人体Ｍの検出方法と移動ロボット１の動作について詳しく説明する。  まず、図１１（ａ），（ｂ）に示した如く、移動ロボット１中で球体状ロボット筐体２１の略天面中央部位に取り付けた焦電型赤外線センサ２７の検出エリア１８内に人体Ｍの一部が入ると、焦電型赤外線センサ２７は人体Ｍを検出する。しかし、この焦電型赤外線センサ２７では人体Ｍのいる方向（位置）は特定することができない。
【００９５】
次に、図１２（ａ），（ｂ）に示した如く、移動ロボット１は、焦電型赤外線センサ２７により人体有りを検出した時に、焦電型赤外線センサ２７の近傍に取り付けたサーモパイル２８を作動させると共に、サーモパイル２８の検出エリア１９内に人体Ｍを直ちに検出したならば、ここで人体Ｍの方向（位置）を特定し、後述の図１４で説明するように移動ロボット１を第１の超音波センサ２２の距離情報に応じて人体Ｍに向けて接近させるか、又はその場に停止させるなどの移動動作を自律的に制御している。
【００９６】
一方、焦電型赤外線センサ２７により人体有りを検出してサーモパイル２８を作動させた時に、サーモパイル２８の検出エリア１９内に人体Ｍを検出しない場合には、その場で移動ロボット１は先に図３（１）で説明したような旋回（自転）動作を行う。この時、実施例では、移動ロボット１を左方向に旋回させているが、右方向に旋回させても良い。更に、焦電型赤外線センサ２７は作動させた状態でも良いし、作動を停止してもかまわない。
【００９７】
そして、移動ロボット１を旋回させながら図１３（ａ），（ｂ）に示したようにサーモパイル２８で人体Ｍの方向（位置）を検出したら、移動ロボット１は旋回動作を停止する。
【００９８】
この時、図１４に示した如く、移動ロボット１の前方には人体Ｍが存在している状態なので、人体Ｍの方向（位置）を特定でき、この後、移動ロボット１は第１の超音波センサ２２を作動させて、人体Ｍの方向（位置）を特定した位置から第１の超音波センサ２２の超音波センサ検出エリア（＝図５で説明した前方検出エリアと等価）５内の人体Ｍまで距離を測定して、第１の超音波センサ２２から出力された距離が所定の値になるまで前進移動を行う。すなわち、移動ロボット１は人体Ｍに接近して停止する。
【００９９】
このような行動を移動ロボット１が行うことにより、人から見れば移動ロボット１は自分自身を認識してそばに寄ってくるような動作になるので、あたかもペットが人間になついて近寄ってくる行動のように見える。このような行動によって移動ロボット１は人間にとって親しみやすい存在となり、人と共存するパートナーとして存在し得るので、人と移動ロボット１との関わりを増して多機能化を図ることができる。
【０１００】
これにより、先に背景技術で説明した特許文献１〜３に対する問題点を解決することができ、カメラなどの撮像手段で撮影された画像を演算処理して人を識別する処理を行う必要がないため識別制御アルゴリズム不要であるので応答性が良く、高速処理を行うコンピュータが不必要であるので移動ロボット１が低価格になり家庭用途として最適であり、また、カメラなどの撮像手段で人の顔などが撮影されないために個人の肖像権などのプライバシーを侵害されこともなく、更に、人体を検出するためのセンサ数も少なく且つ人体検出構造も簡単であるのでより安価に提供できる。
【０１０１】
次に、本発明の要部となる各種のセンサ２２〜２８のうちで、第１の超音波センサ２２により障害物を検出する動作フローと、焦電型赤外線センサ２７及びサーモパイル２８により人体を検出する動作フローとについて、新たな図１５〜図１８と、先に説明した図２とを併用して説明する。
【０１０２】
尚、赤外線センサ２４〜２６により段差を検出する動作フローについての説明は、人体検出動作と絡ませていないので、ここでの説明を省略する。
【０１０３】
図１５は本発明に係る移動ロボットにおいて、第１の超音波センサを用いて前方にある障害物を検出して回避する処理を示したフローチャート、
図１６は本発明に係る移動ロボットにおいて、障害物との距離に応じた移動速度を設定する場合を説明するための図、
図１７は本発明に係る移動ロボットにおいて、第１の超音波センサを用いて前方にある障害物を検出して回避する際に、障害物との距離に応じて移動速度を制御する前進処理を示したフローチャート、
図１８は本発明に係る移動ロボットにおいて、移動ロボットが人体を検出して行動する処理を示したフローチャートである。
【０１０４】
（１）障害物を検出して回避行動するフロー                                        図１５は第１の超音波センサ２２を使用して前方にある障害物３を検出し、回避行動を取るフォローチャートを示す。障害物の基本的な回避方法は移動ロボット１が３０°ステップで左旋回を繰り返す処理となっている。ここでは、rotation_counter（以後、Ｒカウンタと記す）とobstacle_counter（以後、ＯＢカウンタと記す）というカウンタを２つ用意する。尚、この実施例では移動ロボット１を左旋回させているが、右旋回させても当然ながらは問題はない。
【０１０５】
まず、ステップＳ１０１でＲカウンタを０にリセットする。Ｒカウンタは、全周囲障害物に囲まれている状況の時に左旋回を繰り返す無限ループに入るのを防ぐためのもので、３６０°の旋回、すなわち３０°ステップの旋回で１２回連続して旋回を繰り返した場合にはデッドロック状態としてエマージェンシー処理（ステップＳ１１１）を行う。この判断処理をステップＳ１０２で実施している。
【０１０６】
次に、ステップＳ１０３ではＯＢカウンタを０にリセットする。ＯＢカウンタとは前方に障害物がない位置を連続して３方向に検出するのを数えるカウンタである。起動時に前進を可能にする条件として、最初の位置を基準として左右一定角度（実施例では３０°）づつ旋回して各位置において前方距離２６０ｍｍ以内に障害物を検出しないという項目を前述したが、実際の制御においては処理を簡素化するために、この左右の旋回制御を一方向（実施例では左旋回）での旋回制御に置換え、３回連続して前方距離２６０ｍｍ以内に障害物を検出しなければその中央の方向に戻った位置（実施例では最後に右旋回）で障害物を回避したとみなす。
【０１０７】
次に、ステップＳ１０４でＲカウンタを１カウントアップし、ステップＳ１０５で第１の超音波センサ２２からの前方障害物との距離情報を入力する。次に、ステップＳ１０６で第１の超音波センサ２２から入力した距離情報が２６０ｍｍ以内かどうかを判別し、２６０ｍｍ以内に障害物がある場合にはステップＳ１０２に戻る。一方、ステップＳ１０６で２６０ｍｍ以内に障害物がない場合にはステップＳ１０７で左旋回３０°を実施してステップＳ１０８でＯＢカウンタを１カウントアップする。次にステップＳ１０９でＯＢカウンタが２かどうかを判別し、２でない場合は１０４に戻る。一方、ステップＳ１０９でＯＢカウンタが２の場合は３回連続して前方距離２６０ｍｍ以内に障害物を検出しなかった場合なので、次のステップＳ１１０でその中央の位置に戻るために右旋回３０°して処理を終了し、続いて次に説明する前進行動の処理を実行する。
【０１０８】
（２）障害物を検出しながら前進行動するフロー                                    図１７は第１の超音波センサ２２を使用して前方にある障害物を検出しながら前進行動をするフローチャートを示す。この際、図１６に示したように、前進速度は障害物との距離に応じて３段階のモードを設定している。即ち、障害物との距離が１５００ｍｍを越える場合に速度は高速モード、障害物との距離が５００ｍｍを越え１５００ｍｍ以内の場合に速度は中速モード、障害物との距離が２６０ｍｍを越え５００ｍｍ以内の場合に速度は低速モード、そして２６０ｍｍ以内の場合には当然ながら停止する。
【０１０９】
図１７に示した如く、まず、ステップ１２１で第１の超音波センサ２２からの前方障害物との距離情報を入力し、ステップＳ１２２で障害物との距離が２６０ｍｍ以内かどうかを判別する。障害物との距離が２６０ｍｍ以内の場合にはステップＳ１２３で停止処理を行いこのフローを終了する。一方、ステップＳ１２２で２６０ｍｍ以内に障害物がない場合にはステップＳ１２４に進み、障害物との距離が５００ｍｍ以内かどうかを判別する。ステップＳ１２４で障害物との距離が５００ｍｍ以内であればステップＳ１２５に移り、前進速度を低速モードに設定してステップＳ１２１に戻る。一方、ステップＳ１２４で障害物との距離が５００ｍｍを越える場合には、ステップＳ１２６に進み、障害物との距離が１５００ｍｍ以内かどうかを判別処理する。このステップＳ１２６の判別処理で障害物との距離が１５００ｍｍ以内であればステップＳ１２７に移り、前進速度を中速モードに設定してステップＳ１２１に戻る。一方、ステップＳ１２６で１５００ｍｍを越える場合にはステップＳ１２８で前進速度を高速モードに設定してステップＳ１２１に戻る。
【０１１０】
以上のループを繰り返して、障害物との距離が２６０ｍｍ以内になった時点で移動ロボット１は前進をやめて停止しこの処理を終了し、前述した障害物を回避する処理へと移行する。
【０１１１】
（３）移動ロボットが人体を検出して行動するフロー
図１８は移動ロボット１が人体を検出して行動するフローチャートを示している。まず、ステップＳ２０１からステップＳ２０５までの変数初期化，タイマー初期設定，ポート入出力指定，入出力指定，割込禁止処理により、移動ロボット１内に設けたコンピュータ（図示せず）の初期設定を行う。
【０１１２】
次に，ステップＳ２０６では、全ての回転駆動モータ４５〜４７を停止する。
【０１１３】
次に、ステップＳ２０７で焦電型赤外線センサ２７からの検出情報を入力し、ステップＳ２０８では、焦電型赤外線センサ２７で人体の有無を検出したかどうかの判別を行い、人体を検出しない場合にはステップＳ２０７に戻り、人体を検出した場合にはステップＳ２０９へと進む。即ち、焦電型赤外線センサ２７で人体を検出するまでは移動ロボット１は待機状態となる。この状態を待機モードと呼ぶ。
【０１１４】
次に、ステップＳ２０８で焦電型赤外線センサ２７により人体を検出したと判別した場合には、ステップＳ２０９でパワーオン処理を実行する。具体的なパワーオン処理内容は発光手段であるＬＥＤ（図示せず）を発光させたり、サーモパイル２８や外部センサ３２を駆動したり、運動制御コントローラ４１との通信を行ってシステム駆動の準備を行う。
【０１１５】
次に、ステップＳ２１０では、焦電型赤外線センサ２７で人体有りを検出した後、移動ロボット１を必要に応じて左方向に旋回させ、ステップＳ２１１でタイマー（図示せず）を起動させる。この状態で、移動ロボット１はその位置で左方向に自転している。この実施例では、移動ロボット１を左旋回させているが、右旋回させても当然ながらは問題はない。
【０１１６】
次に、ステップＳ２１２では、サーモパイル２８からの検出情報を入力し、ステップＳ２１３でタイマーの値が第１の所定値（例えば５秒）になったかの判別処理を行い、タイマーが第１の所定値（例えば５秒）になった場合にはステップＳ２０５に戻り、待機モードとなる。一方、ステップＳ２１３でタイマーが第１の所定値（例えば５秒）になっていない場合には、続いてステップＳ２１４でサーモパイル２８から入力した温度情報（検出情報）が３５°Ｃ〜３９°Ｃの範囲内であるか否かの判別処理を行い、上記温度範囲（３５°Ｃ〜３９°Ｃ）内でない場合にはステップＳ２１２に戻り、上記温度範囲（３５°Ｃ〜３９°Ｃ）内にある場合にはステップＳ２１５で５秒タイマーを停止してこのタイマーの値を０にリセットすると共に、ステップＳ２１６で移動ロボット１の左方向の旋回を停止した後に、ステップＳ２１７で先に図１７を用いて説明した前進処理に移行する。
【０１１７】
この際、前述したタイマーが第１の所定値（例えば５秒）に達すると待機モードに戻す処理を行う理由は、人体と移動ロボット１との間に低い衝立のような壁が存在した場合に、焦電型赤外線センサ２７で人体を検出しても、上記した壁が邪魔してサーモパイル２８で人体を検出できないために人体の方向（位置）を特定できなくなってしまうことと、又は、人体が移動ロボット１に近づいてからすぐに離れてしまったような場合に対応するためで、移動ロボット１が旋回を永遠に繰り返す無限ループに入るのを防止するためである。また、ステップＳ２１４でサーモパイル２８で検出した温度情報が３５°Ｃ〜３９°Ｃの範囲内かの判別処理を行うのは人体の体温を検出するためである。
【０１１８】
従って、ステップＳ２１６までの処理で、移動ロボット１は人体を検出してその方向を特定したことになる。そして、ステップＳ２１７で前進処理を行っているが、この前進処理では人体を障害物の一種とみなして一定の距離、例えば先に図１７で説明したように、２６０ｍｍ以内に達すると前進行動を停止するものである。以上の一連の流れ処理によって先に図１１〜図１４を用いて説明した行動を移動ロボット１が行う。
【０１１９】
この後に続く処理の内容は、移動ロボット１が人からの指令を受けて特定の動作モードに移行する流れと、移動ロボット１が一定の期間に人からの指令がなく、また人体を検出しなくなった場合に待機モードに戻るという処理について記したものである。
【０１２０】
まず、ステップＳ２１８で一定の時間を計測するためのタイマーを動作させる。続いてステップＳ２１９で焦電型赤外線センサ２７からの検出情報を入力し、ステップＳ２２０で人体の有無の判別処理を行う。
【０１２１】
このステップＳ２２０で焦電型赤外線センサ２７により人体を検出しなかった場合は、続いてステップＳ２２１に進み、タイマーが第２の所定値（例えば５分）になったかの判別処理を行い、タイマーが第２の所定値（例えば５分）になった場合にはステップＳ２０５に戻り、待機モードとなる。一方、タイマーが第２の所定値（例えば５分）になっていない場合にはステップＳ２２３に進む。
【０１２２】
また、ステップＳ２２０で焦電型赤外線センサ２７により人体を検出した場合にはステップＳ２２２で５分タイマーの値を０にリセットしてからステップＳ２２３に進む。上記の処理によって人体を５分タイマーで予め設定した一定期間（例えば５分間）検出しない場合には人がいないものと判断して移動ロボット１は待機モードに戻る。
【０１２３】
次に、ステップＳ２２３では、移動ロボット１が次に行う動作モードの人からの指令を入力する。指令の入力方法は移動ロボット１本体に設けたスイッチや赤外線リモコン、人の声による音声入力などである。続いて、指令の入力内容をステップＳ２２４で判別を行い、入力がないか、所定の入力以外の指令の場合にはステップＳ２１８に戻る。また、所定の指令の入力があった場合にはステップＳ２２５に移行して上記した各タイマーを停止させて各タイマーの値を０にリセットし、所定の動作モードを実行する。この実施例の場合には、ステップＳ２２６で人が移動ロボット１をリモートコントローラ（図示せず）で操作するリモート操作モード、又は、ステップＳ２２７で移動ロボット１が自律的に活動を行う自律モードのいずれかを実行する。
【０１２４】
上記処理により、人からの動作モードの指令がなく、また人体の検出が所定の時間行われなくなった場合に移動ロボット１は自動的に待機モードに移行する。この処理によって移動ロボット１が不用意にバッテリーを消費することを防止している。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明に係る移動ロボットを平面的に示すと共に、ロボット本体ユニットに取り付けた各種のセンサを平面的に示した平面図である。
【図２】本発明に係る移動ロボットにおいて、制御システムを示した構成図である。
【図３】本発明に係る移動ロボットにおいて、車輪ユニットの動作モードを説明するための平面図である。
【図４】本発明に係る移動ロボットにおいて、車輪ユニットの自転と移動について説明するための平面図である。
【図５】本発明に係る移動ロボットにおいて、第１，第２の超音波センサの検出エリア特性を説明するために模式的に示した平面図である。
【図６】本発明に係る移動ロボットにおいて、前方赤外線センサ及び左側赤外線センサ並びに右側赤外線センサの検出エリア特性を説明するために模式的に示した平面図である。
【図７】本発明に係る移動ロボットにおいて、前方赤外線センサを用いて前段差を検出する状態を示した右側面図である。
【図８】本発明に係る移動ロボットにおいて、前方赤外線センサを用いて前段差の前段差量を検出する動作を説明するための右側面図である。
【図９】本発明に係る移動ロボットにおいて、左側赤外線センサ及び右側赤外線センサを用いて左段差及び右段差を検出する状態を示した正面図である。
【図１０】本発明に係る移動ロボットにおいて、焦電型赤外線センサ及びサーモパイルの検出エリア特性を説明するために模式的に示した側面図である。
【図１１】（ａ），（ｂ）は本発明に係る移動ロボットにおいて、焦電型赤外線センサで人体の有無を検出する状態を示した平面図，側面図である。
【図１２】（ａ），（ｂ）は本発明に係る移動ロボットにおいて、焦電型赤外線センサで人体を検出した後に、移動ロボットを必要に応じて旋回させながらサーモパイルで人体の方向を検出する状態を示した平面図，側面図である。
【図１３】（ａ），（ｂ）は本発明に係る移動ロボットにおいて、焦電型赤外線センサで人体の方向を特定する状態を示した平面図，側面図である。
【図１４】本発明に係る移動ロボットにおいて、移動ロボットが第１の超音波センサからの距離情報に応じて人体に近づく状態を示した側面図である。
【図１５】本発明に係る移動ロボットにおいて、第１の超音波センサを用いて前方にある障害物を検出して回避する処理を示したフローチャートである。
【図１６】本発明に係る移動ロボットにおいて、障害物との距離に応じた移動速度を設定する場合を説明するための図である。
【図１７】本発明に係る移動ロボットにおいて、第１の超音波センサを用いて前方にある障害物を検出して回避する際に、障害物との距離に応じて移動速度を制御する前進処理を示したフローチャートである。
【図１８】本発明に係る移動ロボットにおいて、移動ロボットが人体を検出して行動する処理を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２６】
１…移動ロボット、
２…走行面、
３…障害物、３Ａ…壁面、３Ｂ…円柱、
４…段差、４Ｆ…前段差、４Ｌ…左段差、４Ｒ…右段差、
６…第１の超音波センサによる回避検出エリア、
１５…前方赤外線センサによる前方検出エリア、
１６…左側赤外線センサによる左側検出エリア、
１７…右側赤外線センサによる右側検出エリア、
１８…焦電型赤外線センサによる検出エリア、
１９…サーモパイルによる検出エリア、
２０…ロボット本体ユニット、
２１…球体状ロボット筐体、
２２…第１の超音波センサ、２２ａ…発信部、２２ｂ…受信部、２２ｃ…超音波ビーム、
２３…第２の超音波センサ、２３ａ…発信部、２３ｂ…受信部、２３ｃ…超音波ビーム、
２４…前方赤外線センサ、
２４ａ…発光部、２４ｂ…受光部、２４ｃ…赤外線ビーム、
２５…左側赤外線センサ、
２５ａ…発光部、２５ｂ…受光部、２５ｃ…赤外線ビーム、
２６…右側赤外線センサ、
２６ａ…発光部、２６ｂ…受光部、２６ｃ…赤外線ビーム、
２７…焦電型赤外線センサ２７、
２８…サーモパイル、
３１…システム制御コントローラ、
３２…外部センサ、３３…出力装置、３４…バッテリ、３５…バッテリセンサ、
３６…第１の超音波センサ駆動回路、３７…第２の超音波センサ駆動回路、
３８…前方赤外線センサ駆動回路、３９…左側赤外線センサ駆動回路、
４０…右側赤外線センサ駆動回路、４１…運動制御コントローラ、
４２〜４４…モータ駆動コントローラ、
４５〜４７…回転駆動モータ、
５１〜５３…車輪ユニット、
５１ａ〜５３ａ…胴体部、５１ｂ〜５３ｂ…接地部、５１ｃ〜５３ｃ…回転軸、
Ｍ…人体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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