(57)【要約】【課題】環境認識動作の処理負荷を軽減させることができる環境認識ロボットを提供すること。【解決手段】本発明にかかる環境認識ロボットは、ロボット本体１１、センサ１２、処理部１３を備える。センサ１２は、ロボット本体１１に搭載され、周囲の物体に照射したレーザ光２０の反射光を受光することにより検出される当該物体までの距離情報を含む測定データを生成する。処理部１３は、測定データに基づいて、周囲の物体を認識する。アーム１１２には、センサ１２から照射されたレーザ光２０に対する反射光の強度が、センサ１２が検出可能な強度以下となる反射部材が設けられている。【選択図】図４
2011212818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット本体と、
当該ロボット本体に搭載され、周囲の物体に照射したレーザ光の反射光を受光することにより検出される当該物体までの距離情報を含む測定データを生成するセンサと、
前記測定データに基づいて、周囲の物体を認識する処理部と、を備え、
前記ロボット本体の少なくとも一部に、前記センサから照射されたレーザ光に対する反射光の強度が、前記センサが検出可能な強度以下となる反射部材が設けられている環境認識ロボット。
【請求項２】
ロボット本体と、
当該ロボット本体に搭載され、周囲の物体に照射したレーザ光の反射光を受光することにより検出される当該物体までの距離情報を含む測定データを生成するセンサと、
前記測定データに基づいて、周囲の物体を認識する処理部と、を備え、
前記ロボット本体の少なくとも一部に、前記レーザ光に対する反射光の強度が所定の強度となる反射部材が設けられており、
前記処理部は、前記所定の強度の前記反射光に対応する前記測定データを除去して、前記周囲の物体を認識する環境認識ロボット。
【請求項３】
ロボット本体と、
当該ロボット本体に搭載され、周囲の物体に照射したレーザ光の反射光を受光することにより検出される当該物体までの距離情報を含む測定データを生成するセンサと、
前記測定データに基づいて、周囲の物体を認識する処理部と、を備え、
前記ロボット本体の少なくとも一部に、前記レーザ光に対する反射光の強度が所定の強度以下となる反射部材が設けられており、
前記処理部は、前記所定の強度以下の前記反射光に対応する前記測定データを除去して、前記周囲の物体を認識する環境認識ロボット。
【請求項４】
前記反射部材は、当該環境認識ロボットが活動する環境に存在しない反射率を有する請求項２に記載の環境認識ロボット。
【請求項５】
前記ロボット本体は、少なくとも１つの関節を有し、前記関節と回動可能に連結されたアームを備え、
前記アームの表面が、前記反射部材で覆われている請求項１〜４のいずれか一項に記載の環境認識ロボット。
【請求項６】
前記ロボット本体は、少なくとも１つの関節を有し、前記関節と回動可能に連結されたアームを備え、
前記アームの表面は、前記反射部材で覆われており、
前記処理部は、前記アームにより物体を把持する動作持に、当該測定データの除去処理を実行する請求項２〜４のいずれか一項に記載の環境認識ロボット。
【請求項７】
前記センサは、前記ロボット本体の頭部に設けられている請求項１〜６のいずれか一項に記載の環境認識ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は環境認識ロボット関し、特に照射したレーザ光の反射光に基づいて環境を認識する環境認識ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境認識センサとしてレーザレンジファインダ（以下、ＬＲＦと称す。）を用いて、周囲の環境を認識するロボットの開発が進んでいる。環境認識ロボットは、ＬＲＦからの測定データを計算機に取り込んで、把持物体認識や障害物認識などの環境認識処理を実行する。ここで、ＬＲＦとは、レーザ光を照射し、物体に反射して戻ってくるまでの時間により、物体までの距離を測定するものである（time-of-flight：ＴＯＦ）。
【０００３】
より詳細には、図６に示すように、ＬＲＦ１２においてトランスミッタから照射したレーザ光２０を回転ミラーで反射させる。そして、ＬＲＦ１２は扇形にレーザ光２０を照射し、周囲の物体９１をスキャンする。スキャンによりＬＲＦ１２が取得した計測データから計算機が上記のＴＯＦの原理に基づいて物体９１までの距離を算出する。
【０００４】
しかし、ＬＲＦを備えるロボットが環境認識を行う場合、ロボット自身の腕や脚等がＬＲＦによるスキャン範囲に存在する可能性がある。スキャン範囲にロボットの一部が存在すると、ＬＲＦが取得した測定データの中にロボット自身を測定したデータが含まれてしまう。その結果、正確な環境認識が実現できないという問題があった。
【０００５】
このような問題を解決する技術として、非特許文献１には、ＬＲＦが取得した測定データ群から、計算機がロボットの体内オドメトリに基づき算出されたアームの位置に対応するデータを除去した後に、環境認識を実行する技術が開示されている。具体的には、まず、計算機がロボットの体内オドメトリからアームの位置や姿勢を算出する。そして、算出されたアームの位置とＬＲＦのスキャン範囲とが干渉しているか否かを計算する。干渉がある場合には、計算機はＬＲＦが取得した計測データ群の中から、算出アームの位置に対応する計測データを除去する。これにより、ロボット自身を測定したデータを除いたデータを用いて環境認識を行うことができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】R. B. Rusu, I. A. Sucan, B. Gerkey, S. Chitta, M. Beetz, and L. E. Kavraki, "Real-time Perception-Guided Motion Planning for a Personal Robot," in Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), St. Louis, MO, USA, October 11-15 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１に記載の技術では、ＬＲＦのスキャン範囲にアームが存在する場合に、計算機は、環境認識の前処理として、アームの位置や姿勢を算出する必要がある。さらに、ＬＲＦが取得した測定データの中から、算出されたアームの位置に対応するデータを特定し、除去する必要がある。そのため、計算機が環境認識処理を実行するための処理負荷が増大する。その結果、ロボットの動作が遅くなってしまうという問題が生じていた。
【０００８】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、環境認識動作の処理負荷を軽減させることができる環境認識ロボットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかる環境認識ロボットは、ロボット本体と、当該ロボット本体に搭載され、周囲の物体に照射したレーザ光の反射光を受光することにより検出される当該物体までの距離情報を含む測定データを生成するセンサと、前記測定データに基づいて、周囲の物体を認識する処理部と、を備え、前記ロボット本体の少なくとも一部に、前記センサから照射されたレーザ光に対する反射光の強度が、前記センサが検出可能な強度以下となる反射部材が設けられているものである。これにより、処理部は特別な処理をすることなく、ロボット本体に反射した反射光に対応する測定データを除いて、環境認識動作を実行することができる。その結果、環境認識動作における処理負担を軽減することができる。
【００１０】
本発明にかかる環境認識ロボットは、ロボット本体と、当該ロボット本体に搭載され、周囲の物体に照射したレーザ光の反射光を受光することにより検出される当該物体までの距離情報を含む測定データを生成するセンサと、前記測定データに基づいて、周囲の物体を認識する処理部と、を備え、前記ロボット本体の少なくとも一部に、前記レーザ光に対する反射光の強度が所定の強度以下となる反射部材が設けられており、前記処理部は、前記所定の強度以下の前記反射光に対応する前記測定データを除去して、前記周囲の物体を認識するものである。これにより、センサが生成した測定データ群の中から、容易にロボット本体に反射した反射光に対応する測定データを特定することができる。その結果、環境認識動作における処理負担を軽減することができる。
【００１１】
本発明にかかる環境認識ロボットは、ロボット本体と、当該ロボット本体に搭載され、周囲の物体に照射したレーザ光の反射光を受光することにより検出される当該物体までの距離情報を含む測定データを生成するセンサと、前記測定データに基づいて、周囲の物体を認識する処理部と、を備え、前記ロボット本体の少なくとも一部に、前記レーザ光に対する反射光の強度が所定の強度以下となる反射部材が設けられており、前記処理部は、前記所定の強度以下の前記反射光に対応する前記測定データを除去して、前記周囲の物体を認識するものである。これにより、センサの受光や反射部材の形成等に誤差が生じた場合であっても、センサが生成した測定データ群の中から、容易にロボット本体に反射した反射光に対応する測定データを特定することができる。その結果、環境認識動作における処理負担を軽減することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、環境認識動作の処理負荷を軽減させることができる環境認識ロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１にかかる環境認識ロボットのブロック図である。
【図２】実施の形態１にかかる環境認識ロボットの構成例を示す図である。
【図３】関連する環境認識ロボットの認識動作を説明するための図である。
【図４】実施の形態１にかかる環境認識ロボットの認識動作を説明するための図である。
【図５】実施の形態２にかかる環境認識ロボットの認識動作を説明するための図である。
【図６】レーザレンジファインダの動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１
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。本実施の形態にかかる環境認識ロボット１のブロック図を図１に示す。環境認識ロボット１は、ロボット本体１１、センサ１２、処理部１３、制御部１４を備える。ここで、ロボット本体１１とは、環境認識ロボット１の頭部やアーム等を含むロボット全体のことを意味する。
【００１５】
ロボット本体１１は、頭部１１１、アーム１１２、胴体部１１３を備える。アーム１１２は、少なくとも１つの関節を有する。アーム１１２は、関節に設けられたモータ（図示省略）により回動可能に互いに連結された複数の部材より構成されている。頭部１１１及びアーム１１２は、胴体部１１３と連結されている。
【００１６】
センサ１２は、周囲の物体に照射したレーザ光の反射光を受光することにより検出される当該物体までの距離情報を含む測定データを生成する。センサ１２とは、例えば、ＬＲＦである。ＬＲＦは、上述したようにＴＯＦの原理に基づいて距離情報を生成してもよいし、照射したレーザ光と受光した反射光との位相差を検出することにより距離情報を生成してもよい。なお、反射光の強度がセンサ１２の検出可能強度を下回る場合は、当該角度における測定データはエラー値として生成される。
【００１７】
処理部１３は、センサ１２が生成した測定データに基づいて、周囲の物体を認識する。より詳細には、レーザ光を出射したセンサ１２の角度と当該角度における距離情報とが関連付けられた測定データ群を記憶する。そして、処理部１３は、当該測定データ群をスキャンした角度全域において認識することによって、周囲の物体を認識する。なお、処理部１３は、エラー値が関連付けされた角度方向には、物体が存在しないものとして認識する。
【００１８】
制御部１４は、処理部１３により認識された周囲の環境に基づいて、ロボット本体１１を動作させる。具体的には、周囲の環境に基づいて決定された目標位置にアーム１１２を移動させるため、関節に設けられたモータに制御信号を送出する。
【００１９】
ここで、環境認識ロボット１の構成例について、図２に示す環境認識ロボット１の斜視図を用いて説明する。アーム１１２は、ロボット本体１１の胴体部１１３に連結されている。アーム１１２の端部には、物体を把持するためのハンド部１１２１が連結されている。また、アーム１１２は、表面が黒色塗料（ハッチングで示す）により塗装されている。そのため、アーム１１２に当たったレーザ光は吸収され、実質的に反射しない。頭部１１１は、胴体部１１３の上部に設けられ、アーム１１２の位置よりも上側に配置される。そして、頭部１１１には、センサ１２が設けられている。なお、処理部１３は図示していないが、ロボット本体１１内部に配置されていてもよいし、ロボット本体１１外部に配置されていてもよい。また、センサ１２やアーム１１２の配置位置も図２に示す構成に限られない。
【００２０】
続いて、環境認識ロボット１の動作例について説明する。まず、図３を用いて関連する環境認識ロボット９の動作について説明する。図３は、関連する環境認識ロボット９が、対象物体９０を把持するために、周囲環境の認識動作を行っている図である。頭部１１１に設けられたセンサ１２がレーザ光２０を扇形に照射している。
【００２１】
このとき、図６に示したように、センサ１２が照射したレーザ光２０が対象物体９０に当たった場合には、レーザ光２０が対象物体９０に反射する。そして、センサ１２が反射光を検出することにより距離情報を生成する。
【００２２】
しかし、図３に示すように、センサ１２が照射したレーザ光２０が、環境認識ロボット９自身の一部であるアーム１１２に当たってしまう場合がある。その場合、センサ１２は、周囲の環境に関する測定データと共にアーム１１２に関する測定データも生成してしまう。その結果、処理部１３は、周囲の環境を正確に認識することができない。したがって、処理部１３は、環境認識処理を行う前に、当該アーム１１２に関する測定データを、センサ１２が生成した測定データ群の中から特定し、除去しなければならない。つまり、処理部１３は、アーム１１２に関する測定データの特定するために、アーム１１２の位置の推定や、アーム１１２とレーザ光２０との干渉の有無等を計算する必要がある。そのため、当該計算に大きな処理負荷が生じる。
【００２３】
一方、本発明にかかる環境認識ロボット１が環境認識動作を行っている図を図４に示す。図３に示した状況と同様に、アーム１１２がレーザ光２０と干渉している。しかし、上述したように、環境認識ロボット１のアーム１１２は、黒色で塗装されている。そのため、センサ１２から照射されたレーザ光２０は、黒色塗料に吸収されて実質的に反射しない。したがって、アーム１１２に反射した反射光は、発生しないか、または非常に弱い強度（センサ１２の受光素子では検出できない強度）の光としてセンサ１２に戻る。つまり、センサ１２は、アーム１１２の反射光を検出できず、アーム１１２が存在する角度範囲における測定データとしてエラー値を生成し、処理部１３に出力する。
【００２４】
処理部１３は、測定データ群からエラー値を除去する。すなわち、処理部１３は、エラー値が関連付けされた角度範囲には、レーザ光２０が反射せずに戻ってこなかったものと認識する。その結果、処理部１３は、アーム１１２が存在する角度範囲には、物体は何も存在しないと認識する。つまり、処理部１３は、アーム１１２に反射した反射光に対応する測定データを特定するために、特別な処理は行わなくてよい。そして、処理部１３が認識した対象物体９０の位置情報に基づいて、制御部１４は、ハンド部１１２１により対象物体９０を把持するために、アーム１１２及びハンド部１１２１に設けられたモータに制御信号を送出する。
【００２５】
このように、本実施の形態にかかる環境認識ロボット１は、アーム１１２を黒色に塗装している。そのため、センサ１２から照射されるレーザ光２０は、アーム１１２に当たっても反射しない。その結果、処理部１３は、アーム１１２が位置する角度範囲には、物体が存在しないと認識する。したがって、アーム１１２とレーザ光２０とが干渉した場合であっても、測定データ群からアーム１１２に関する測定データを特定して除去する必要がない。つまり、アーム１１２に関する測定データ除去のために、複雑な処理が必要なく、処理負担を軽減することができる。
【００２６】
実施の形態２
本発明にかかる実施の形態２について説明する。本実施の形態にかかる環境認識ロボット２においては、センサ１２は、受光した反射光の強度を検出できる。また、アーム１１２の表面は、レーザ光に対する反射光の強度が所定の強度となる反射部材で覆われている。さらに、処理部１３は、所定の強度の反射光に対応する測定データを除去する。なお、その他の構成は、図２に示した環境認識ロボット１と同様であるため説明を省略する。
【００２７】
続いて、本実施の形態にかかる環境認識ロボット２の動作例について説明する。図５は、環境認識ロボット２が環境認識動作を行っている図である。上記したように、アーム１１２は、反射部材（ハッチングで示す）で覆われている。
【００２８】
実施の形態１と同様に、まず、センサ１２がレーザ光２０を照射する。アーム１１２に当たって反射した反射光は、所定の強度でセンサ１２に検出される。そして、センサ１２は、センサ１２の角度と当該角度における距離情報及び反射光の強度情報とが関連付けられた測定データを生成する。
【００２９】
処理部１３は、センサ１２から取得した測定データ群の中から、エラー値の測定データに加えて所定の強度の反射光に対応する測定データも除去する。そして、残った測定データに基づいて、処理部１３は、周囲の物体を認識する。そのため、反射光の所定の強度は、環境認識ロボット２が活動する環境に存在する物体による反射光の強度とは異なる強度であることが好ましい。つまり、アーム１１２を覆う反射部材の反射率は、環境認識ロボット２の活動環境に存在しない反射率であることが好ましい。その後、実施の形態１と同様に、制御部１４は、処理部１３により認識された周囲の環境に基づいて、ハンド部１１２１が対象物体９０を把持するように、関節に設けられたモータに制御信号を送出する。
【００３０】
このように、本実施の形態にかかる環境認識ロボット２の構成によれば、アーム１１２の表面が、レーザ光に対する反射光の強度が所定の強度となる反射部材で覆われている。そのため、アーム１１２に当たって反射した反射光の強度は所定の強度となり、センサ１２に検出される。そして、処理部１３は、所定の強度の反射光に対応する測定データを除去する。その結果、処理部１３は、反射光の強度に基づいて、測定データ群の中から、アーム１１２に反射した反射光に対応する測定データを特定することができる。したがって、アーム１１２に反射した反射光に対応する測定データを特定するために、アーム１１２の位置や環境認識ロボットの姿勢を算出する必要がない。つまり、環境認識動作における処理負担が軽減される。
【００３１】
次に、本実施の形態の環境ロボット２の変形例について説明する。環境認識ロボット２の変形例においては、アーム１１２を覆う反射部材により反射した反射光の強度が一定の強度ではなく、所定の範囲を有している。例えば、反射部材は、レーザ光に対する反射光の強度が所定の強度以下となる反射率を有する。また、処理部１３は、所定の強度以下の反射光に対する測定データを除去する。
【００３２】
このような変形例によっても、反射光の強度により、処理部１３は、センサ１２が生成した測定データ群の中から、アーム１１２に反射した反射光に対応する測定データを特定できる。すなわち、上記の環境認識ロボット２と同様に、環境認識動作の処理負担の軽減という効果を得ることができる。さらに、変形例においては、処理部１３は、一定の強度のみだけでなく、所定の強度以下の測定データを除去する。そのため、反射部材の形成やセンサ１２の受光等に誤差が生じた場合であっても、処理部１３は、アーム１１２に反射した反射光に対応する測定データを特定することができる。
【００３３】
一方、アーム１１２が動作しない場合は、アーム１１２とレーザ光２０とは干渉しないと考えられる。そのため、本実施の形態において、処理部１３がアーム１１２からの反射光に対応する測定データを特定し、除去する処理は、環境認識ロボット２のアーム１１２の動作時（例えば、アーム１１２が対象物体を把持しようと動作する場合）のみ行われる構成としてもよい。この構成により、アーム１１２とレーザ光２０とが干渉しない場合は、上記の特定処理及び除去処理が行われない。そのため、更に処理負担を軽減することができる。
【００３４】
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、組み合わせをすることが可能である。例えば、黒色に塗装したり、反射部材で覆ったりする部分は、アーム１１２に限られず、環境認識ロボットの姿勢や動作により、センサ１２のレーザ光２０と干渉する部分であればよい。
【００３５】
また、所定の強度は、センサ１２の検出可能な強度の範囲のうち、非常に弱い強度でもよいし、非常に強い強度でもよい。さらに、処理部１３が除去する測定データの強度は、所定の強度以下の強度に限られず、所定の強度以上の強度としてもよいし、所定の範囲の強度としてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１、２、９  環境認識ロボット
１１  ロボット本体
１２  センサ（ＬＲＦ）
１３  処理部
１４  制御部
２０  レーザ光
９０  対象物体
９１  物体
１１１  頭部
１１２  アーム
１１３  胴体部
１１２１  ハンド部
【図１】
2011212818.tif 000003
【図２】
2011212818.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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