(57)【要約】【課題】従来の移動体において、混雑環境下において移動およびタスク実行の効率が極端に低下するという課題に対して、積極的に人に接触をすることで道を空けてもらう働きかけを行う方法で解決していたが、それを実現する為には２自由度の双腕ロボットアームを搭載する必要があり、重量やコストの増加や、信頼性の低下といった課題があった。【解決手段】旋回移動が可能な移動体１００において、右手部１０５および左手部１０６がインボリュート形状であり、そのインボリュート形状の基礎円の中心点が、旋回移動の中心軸のうち少なくとも１つの軸を通る。【選択図】図１
2019055476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回移動が可能な移動体において、
前記移動体の外側表面にインボリュート形状を備え、
前記インボリュート形状の基礎円の中心点が、前記旋回移動の中心軸のうち少なくとも１つの軸を通る、
移動体。
【請求項２】
同一の回転軸で、独立して回転することにより前記旋回移動を実施する複数の駆動部を備え、
前記インボリュート形状の基礎円の中心点が、前記駆動部の前記回転軸を通り、地面に垂直な平面上にある、
請求項１に記載の移動体。
【請求項３】
前記移動体の幅方向の左右位置から前方方向に伸びた腕部を備え、
前記腕部は、前記腕部の前方方向に備えた手部により前記移動体の幅方向の中央で結合されており、
前記手部の外側が前記インボリュート形状である、
請求項１または２に記載の移動体。
【請求項４】
前記腕部を前記移動体の幅方向に平行な回転軸で回転する肩部を備え、
前記肩部により前記手部の前後方向および高さ方向の位置を調整する、
請求項３に記載の移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律型の移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自律型のロボット（移動体の一例）は、人と接触しないように経路を決定しながら移動する。しかしながら、ロボットが人混みの中を移動する場合、ロボットと人とが接触する可能性は高い。そのため、ロボットが自らのタスクを効率的に実行できないおそれがある。
【０００３】
そこで、非特許文献１には、ロボットがあえて積極的に人と接触し、道を空けてもらう働きかけを実施することにより、人混みの中でも効率的にタスクを実行する方法が記載されている。
【０００４】
非特許文献１では、２自由度のロボットアームを双腕で搭載しており、人と接触せずに移動できる経路が無い場合に、自ら片腕を人に接触させることで道を空けてもらう動作を行う。このように、ロボットが人に接触することでロボットが移動可能な経路が増え、ロボットがその経路を通ることで、タスク実行の効率化を行うことができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Moondeep C.Shretha et al., “Using Contact-based Inducement for Efficient Navigation in a Congested Environment”, Robot and Human Interactive Communication, Aug31 -Sep4. 2015
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１に開示されているロボットは、人に道を空けてもらう働きかけを実施するために接触方向を制御する必要があるため、２自由度のロボットアームを双腕で搭載している。しかし、２自由度の双腕ロボットアームをロボットに搭載した場合、重量やコストの増加や、部品点数の増加による信頼性の低下が発生するおそれがある。
【０００７】
本発明は、上述した従来の課題を解決するものであり、重量やコストの増加および信頼性の低下を抑制できる移動体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の移動体は、旋回移動が可能な移動体において、前記移動体の外側表面にインボリュート形状を備え、前記インボリュート形状の基礎円の中心点が、前記旋回移動の中心軸のうち少なくとも１つの軸を通る構成を採る。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、重量やコストの増加および信頼性の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る移動体の構成の概要を示す外観斜視図
【図２】本実施の形態に係る移動体を真上から見た状態を模式的に示し、移動体の接触方法の一例を示す説明図
【図３】本実施の形態に係る移動体を真上から見た状態を模式的に示し、移動体の接触方法の一例を示す説明図
【図４】本実施の形態における移動体の挙動に関するフローチャート
【図５】本実施の形態における移動体の働きかけ方法に関するフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図面において、同じ構成要素には同じ符号を付している。また、各図面は、理解しやすくするためにそれぞれの構成要素を主体として、模式的に示している。
【００１２】
図１は、本実施の形態に係る移動体１００の構成の概要を示す外観斜視図である。
【００１３】
移動体１００は、自律型の移動体である。図１に示すように、移動体１００は、胴体１０１と、胴体１０１を移動させる右駆動部１０２および左駆動部１０３と、移動体１００の幅方向の左右位置から前方方向に伸びた腕部１０４と、腕部１０４の前方方向に備えられた右手部１０５および左手部１０６と、腕部１０４（例えば、右手部１０５および左手部１０６）を上げるまたは下げることが可能な肩部１０７（右肩部１０８、左肩部１０９）と、周辺物認識部１１０と、を備える。
【００１４】
胴体１０１は、移動体１００の本体であり、右駆動部１０２および左駆動部１０３を用いて移動することが可能である。右駆動部１０２および左駆動部１０３は、それぞれ、同軸（図１に示すｙ軸）で独立して回転することが可能な車輪である。これら２つの車輪（右駆動部１０２および左駆動部１０３）を電動モータ（図示略）により回転させることによって、移動体１００は、直進や旋回を行いながら移動する。なお、図１に示すｙ軸は、移動体１００の幅方向に平行な直線である。
【００１５】
腕部１０４は、胴体１０１の幅方向の左右位置（肩部１０７）から前方方向に伸びた形状をしており、その前方方向の先端において、右手部１０５と左手部１０６により移動体１００の幅方向の中央で結合されている。
【００１６】
右手部１０５および左手部１０６の外側の形状は、中心点が右駆動部１０２および左駆動部１０３の回転軸を通り地面に垂直な平面上にあるインボリュート形状となっている。具体的に図１を用いて説明すると、右駆動部１０２および左駆動部１０３の回転軸をｙ軸とし、そのｙ軸上で右駆動部１０２と左駆動部１０３との中間位置を通り地面に垂直に立てた直線をｚ軸とした場合、右手部１０５および左手部１０６は、ｙｚ平面上に中心点を持つインボリュート形状を備えている。
【００１７】
右手部１０５および左手部１０６は、腕部１０４の根元に設けられた肩部１０７を用いて、前後方向および高さ方向（上下方向）の位置が調整される。肩部１０７は、右肩部１０８と左肩部１０９とを備える。
【００１８】
右肩部１０８および左肩部１０９と、胴体１０１とは、移動体１００の幅方向に平行な回転軸（図１に示すＡ軸）を介して結合されている。この回転軸Ａは、電動モータ（図示略）の出力軸に接続されている。右肩部１０８および左肩部１０９は、電動モータの駆動により、その回転軸を中心として回転する。これにより、右肩部１０８および左肩部１０９に接続された腕部１０４が上方向または下方向に動作し、右手部１０５および左手部１０６を上げる動作または下げる動作が行われる。
【００１９】
周辺物認識部１１０は、周辺物の位置および形状を測定することが可能である。周辺物認識部１１０としては、例えば、距離画像センサを用いることができるが、これに限定されず、単眼カメラ、ステレオカメラ、またはレーザスキャンセンサを用いてもよい。単眼カメラ、ステレオカメラ、またはレーザスキャンセンサを用いる場合では、コストの減少や認識精度の向上などの効果を得ることができる。
【００２０】
インボリュート形状の詳細および移動体１００の接触方法について、図２を用いて説明する。
【００２１】
図２は、移動体１００を真上から見た状態を模式的に示し、移動体１００の接触方法の一例を示す説明図である。
【００２２】
右手部１０５および左手部１０６は、それぞれ、異なる中心点のインボリュート形状を備えているが、以下では、右手部１０５についてのみ示す図２を用い、その右手部１０５のインボリュート形状の詳細および接触方法について説明する（図３も同様）。
【００２３】
図２に示すように、右手部１０５のインボリュート中心点Ｏ（インボリュート形状の基礎円Ｃの中心点Ｏ）は、移動体１００を真上から見た場合に、右駆動部１０２および左駆動部１０３の回転軸ｙ上に存在する。さらに、右手部１０５のインボリュート形状の基礎円Ｃの半径をｒとした場合、移動体１００は、右駆動部１０２および左駆動部１０３を用いて、中心点Ｏを中心として旋回すると（中心点Ｏを通り地面に垂直な軸を中心軸として旋回すると）、図２に示すように右駆動部１０２および左駆動部１０３の回転軸ｙから距離ｒ離れた位置に存在する接触対象Ｐ（例えば、人）に対して、真横（矢印Ｄが示す方向）に接触力を発生することが可能となる。
【００２４】
仮に、図２において、右手部１０５がインボリュート形状ではないとした場合、移動体１００が旋回して接触対象Ｐを押すだけでは、接触対象Ｐが動くと、接触力の発生方向が旋回方向へと変化してしまう。これに対し、本実施の形態では、右手部１０５をインボリュート形状としたことにより、接触対象Ｐが接触力の発生方向に移動しても、常に同じ方向に接触力を発生させることが可能となる。よって、同じ方向に接触対象Ｐを押し出すことができる。
【００２５】
上述したインボリュート形状を決定するパラメータとしては、基礎円Ｃの半径ｒと中心点Ｏの位置の２つがあげられる。
【００２６】
基礎円Ｃの半径ｒは、接触対象Ｐと移動体１００との距離を一定距離空けることが望ましく、本願発明者の試行錯誤的な実験の結果によると、移動体１００の前部から３０〜５０ｃｍで接触対象Ｐに接触するように設定することが望ましい。
【００２７】
また、中心点Ｏの位置は、移動体１００の旋回中心位置にもなるため、接触対象Ｐへの接触時の移動体１００の動きが大きくならないように、できるだけ移動体１００の中心位置に近い方が好ましく、少なくとも移動体１００よりも小さい旋回半径にすることが望ましい。そのため、右手部１０５のインボリュート形状の中心点Ｏは、移動体１００の中心から右駆動部１０２までの間であることが望ましい。また、左手部１０６のインボリュート形状の中心点Ｏは、移動体１００の中心から左駆動部１０３までの間であることが望ましい。
【００２８】
なお、本実施の形態において、インボリュート形状は、真横だけでなく、あらゆる方向に接触力を発生させることが可能である。この具体例について、図３を用いて説明する。
【００２９】
図３は、図２と同様、本実施の形態に係る移動体１００を真上から見た状態を模式的に示し、移動体１００の接触方法の一例を示す説明図である。
【００３０】
図３を用いて、移動体１００の真横（幅方向）に対して角度θ傾いた接触対象Ｐに移動体１００が接触する場合について、以下に説明する。なお、図３に示す角度θがゼロであるときが図２の状態となる。
【００３１】
まず、図３に示すように、座標系として、右駆動部１０２および左駆動部１０３の回転軸（図１、図２に示したｙ軸）をα軸と設定し、右手部１０５のインボリュート中心点Ｏを通り、α軸に垂直な線をβ軸と設定する。
【００３２】
また、インボリュート曲線は、インボリュート中心点Ｏを中心に回転することで、インボリュート曲線の基礎円Ｃ上のどの点においてもその点から引いた接線を作用線とすることができる曲線である。
【００３３】
よって、接触対象Pに対して角度θの方向で接触力を発生させるためには、腕部１０４右側のインボリュート形状の基礎円C上でβ軸に対して角度θ傾いた接点Ｅを通る接線Ｆ上に接触対象Ｐが存在すればよい。具体的には、接触対象Ｐが、β=tanθ×α＋ｒ/cosθを満たす座標（α，β）上に存在するように移動体１００が移動することで、角度θの方向で常に接触し続けることが可能となる（接線Ｆの方向が接触力発生方向となる）。
【００３４】
なお、図３は、例として、接触対象Ｐが移動体１００の右側に存在する場合を示しており、接触対象Ｐが移動体１００の左側に存在する場合は左手部１０６を用いて接触を行う。
【００３５】
右手部１０５および左手部１０６のインボリュート形状は、移動体１００の前方に伸びた形状になるため、移動体１００周辺の接触対象に接触する場合は問題無いが、移動体１００周辺の物に接触しないように移動体１００を旋回させる場合は大きなスペースが必要となる。
【００３６】
そこで、肩部１０７を用いて右手部１０５および左手部１０６のインボリュート形状を下方向または上方向に向けながら、右手部１０５および左手部１０６を移動体１００の手前方向に引くことで、移動体１００周辺に接触対象が存在しない場合に大きなスペースを必要とせずに旋回することが可能となる。具体的な移動体１００の挙動について、図４のフローチャートを用いて説明する。
【００３７】
図４に示すフローは、例えば、移動体１００内または移動体１００外に備えられた制御装置（図示略）の制御により実現される。制御装置は、右手部１０５および左手部１０６の上下動作や、移動体の１００の自律移動（例えば、直進移動や旋回移動等）を制御する。
【００３８】
まず、移動体１００は、右手部１０５および左手部１０６を下げた状態で、指定された目的地へ移動を開始する（ステップＳ１０１）。
【００３９】
次に、移動体１００は、接触対象を検知可能なセンサ（例えば赤外線センサ）等を用いて、その周辺に接触対象が存在するか否かを確認する（ステップＳ１０２）。
【００４０】
接触対象が存在しない場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、フローは、後述のステップＳ１０５へ進む。
【００４１】
一方、接触対象が存在する場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、移動体１００は、右手部１０５および左手部１０６を上げることにより、接触対象に対して働きかけを実施する（ステップＳ１０３）。
【００４２】
ここで、接触対象に対する働きかけ方法の詳細について、図５のフローチャートを用いて以下に説明する。
【００４３】
まず、移動体１００は、周辺物認識部１１０を用いて、接触対象の接触位置を測定する（ステップＳ１０６）。
【００４４】
次に、移動体１００は、測定された接触位置が、予め定められた条件（例えば、β=tanθ×α＋ｒ/cosθ）を満たす座標（α，β）上に存在するように移動する（ステップＳ１０７）。このとき、θは接触対象への接触方向であり、接触対象を移動させる方向に対応して決定される。
【００４５】
その後、移動体１００は、右手部１０５および左手部１０６を上げ（ステップＳ１０８）、接触させる右手部１０５または左手部１０６のインボリュート形状の中心点を回転中心として旋回移動を行う（ステップＳ１０９）。
【００４６】
次に、移動体１００は、周辺物認識部１１０を用いて接触対象の位置を測定し、その測定結果に基づいて接触対象が一定距離以上移動したか否か（換言すれば、移動体１００が移動可能な隙間が空いたか否か）を判定する（ステップＳ１１０）。
【００４７】
接触対象が一定距離以上移動していない場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、フローは、ステップＳ１０９へ戻る。この場合、移動体１００は、旋回移動を継続する。一方、接触対象が一定距離以上移動した場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、移動体１００は、働きかけを終了する。
【００４８】
以上、接触対象に対する働きかけ方法の詳細について説明した。以下、図４の説明に戻る。
【００４９】
次に、移動体１００は、右手部１０５および左手部１０６を下げてから、再度目的地への移動を開始する（ステップＳ１０４）。
【００５０】
次に、移動体１００は、目的地へ到着したか否かを判断する（ステップＳ１０５）。
【００５１】
目的地へ到着していない場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、フローはステップＳ１０１に戻る。この場合、移動体１００は、右手部１０５および左手部１０６を下げた状態のまま目的地への移動を行う。
【００５２】
目的地へ到着した場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、移動体１００は、移動を終了する。すなわち、図４のフローは終了する。
【００５３】
なお、ステップＳ１０１およびステップＳ１０４では、移動体１００は、右手部１０５および左手部１０６を持ち上げた状態で移動してもよい。この場合では、右手部１０５および左手部１０６を下げた状態で移動する場合に比べて、移動体１００の高さが右手部１０５および左手部１０６を持ち上げた分高くなるので、移動体１００の存在を周辺の人（接触対象）に伝えやすくなり、人が移動体１００をより認識しやすい状態にすることが可能となる。なお、この場合、ステップＳ１０３では、右手部１０５および左手部１０６を下げることにより、接触対象に対して働きかけを実施することになる。
【００５４】
以上説明したように、本実施の形態の移動体１００によれば、移動体１００の表面にインボリュート形状を備え、そのインボリュート形状の中心点が、旋回移動の中心軸のうち少なくとも１つの軸を通ることを特徴とする。これにより、接触対象（例えば、人）への接触による働きかけを行うために、追加で搭載する部品を極力減らすことが可能となり、移動体１００の重量やコストの増加を抑えることができ、かつ、信頼性の低下も最小限に抑えることができる。
【００５５】
本発明は、上記実施の形態の説明に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。以下、各変形例について説明する。
【００５６】
［変形例１］
右駆動部１０２および左駆動部１０３は、車輪ではなく、クローラを用いてもよい。また、移動体１００（胴体１０１）の移動方法として、右駆動部１０２および左駆動部１０３ではなく、脚機構を用いた移動を行ってもよい。この場合、右駆動部１０２および左駆動部１０３に車輪を用いた場合と比べて、凹凸面などの不整地における移動を容易に行うことができる。
【００５７】
［変形例２］
移動体１００（胴体１０１）の移動方法として、右駆動部１０２および左駆動部１０３ではなく、オムニホイールを用いた全方向移動機構を用いた移動を行ってもよい。この場合、右駆動部１０２および左駆動部１０３に車輪を用いた場合と比べて、移動可能な自由度が増えるため、移動性能を向上させることが可能である。
【００５８】
［変形例３］
右手部１０５と左手部１０６は、どちらか一方だけを備えていればよい。その場合は、片側方向のみの接触となるが、構成部品を減らすことが可能となる。
【００５９】
［変形例４］
肩部１０７は、右肩部１０８と左肩部１０９とが独立して動くようにしてもよい。例えば、右肩部１０８のみを回転させることで、右手部１０５のみの動作（例えば、上げる動作または下げる動作）を可能としてもよい。同様に、例えば、左肩部１０９のみを回転させることで、左手部１０６のみの動作（例えば、上げる動作または下げる動作）を可能としてもよい。
【００６０】
この場合、図４のステップＳ１０３およびステップＳ１０４では、接触対象が移動体１００の右方向に存在するときには、右肩部１０８のみの回転により右手部１０５のみの動作を行うようにし、接触対象が移動体１００の左方向に存在するときには、左肩部１０９のみの回転により左手部１０６のみの動作を行うようにしてもよい。これにより、右手部１０５および左手部１０６の両方を同時に動作させることが困難な狭いスペースであっても、接触対象への働きかけが実現できる。
【００６１】
＜本開示のまとめ＞
本開示の移動体は、旋回移動が可能な移動体において、前記移動体の外側表面にインボリュート形状を備え、前記インボリュート形状の基礎円の中心点が、前記旋回移動の中心軸のうち少なくとも１つの軸を通る。
【００６２】
なお、本開示の移動体において、同一の回転軸で、独立して回転することにより前記旋回移動を実施する複数の駆動部を備え、前記インボリュート形状の基礎円の中心点が、前記駆動部の前記回転軸を通り、地面に垂直な平面上にあってもよい。
【００６３】
また、本開示の移動体において、前記移動体の幅方向の左右位置から前方方向に伸びた腕部を備え、前記腕部は、前記腕部の前方方向に備えた手部により前記移動体の幅方向の中央で結合されており、前記手部の外側が前記インボリュート形状であってもよい。
【００６４】
また、本開示の移動体において、前記腕部を前記移動体の幅方向に平行な回転軸で回転する肩部を備え、前記肩部により前記手部の前後方向および高さ方向の位置を調整してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の移動体は、接触を自ら行う必要がある状況において有用である。例えば、混雑環境下における自律移動時や、周辺の物を押しながら移動させる時などに使用できる。
【符号の説明】
【００６６】
１００  移動体
１０１  胴体
１０２  右駆動部
１０３  左駆動部
１０４  腕部
１０５  右手部
１０６  左手部
１０７  肩部
１１０  周辺物認識部
【図１】
2019055476.tif 000003
【図２】
2019055476.tif 000004
【図３】
2019055476.tif 000005
【図４】
2019055476.tif 000006
【図５】
2019055476.tif 000007