(57)【要約】【課題】目標物までの距離や方向を簡易に判別可能な目標物判別システム、目標物判別方法および目標物判別制御プログラムを得る。【解決手段】目標物には上発光体２２１、左発光体２２４および右発光体２２５が三角形の頂角の３点のように配置されている（Ａ）。ロボットは目標物に対して左右にずれた位置にいると左発光体２２４と右発光体２２５の間隔が縮まる（Ｂ）。どちら側にいるかは更に左右に位置をずらせば分かる（Ｃ、Ｄ）。また、目標物に対する距離は、たとえば三角形の大きさや面積、辺の長さにより求めることができる。【選択図】図５
2008076094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３個の光点が１つの垂直面内の互いに異なった箇所に固定された目標物と、
この目標物の前記少なくとも３個の光点のうち１つの直線上に並ばない任意の３個の光点を所定の結像面に同時に結像させる光学系と、前記結像面に結像した前記任意の３個の光点に基づく距離関係を、前記目標物から予め特定した距離だけ離れた位置に存在するときの前記任意の３個の光点に基づく既知の距離関係と比較する距離関係比較手段と、この距離関係比較手段の比較結果から比較時の前記目標物との距離を判別する距離判別手段とを備えた移動体
とを具備することを特徴とする目標物判別システム。
【請求項２】
少なくとも３個の光点が１つの垂直面内の互いに異なった箇所に固定配置された目標物と、
この目標物の前記少なくとも３個の光点のうちの１つの直線上に並ばない任意の３個の光点を所定の結像面に同時に結像させる光学系と、この光学系が前記任意の３個の光点を結像させることのできる第１の位置とその第１の位置よりも前記目標物に対して左右のいずれかに振れた第２の位置の２つの位置から前記３個の光点を頂点とする三角形の水平方向の成分のそれぞれの長さと、それらの長さの変化を求める長さおよび変化測定手段と、
この長さおよび変化測定手段の測定した長さの変化から前記第１の位置あるいは第２の位置が、前記任意の３個の光点の中心位置に対して右側に存在するか左側に存在するかを判別する方向判別手段と、
前記目標物を予め特定した方向から見た場合の前記三角形の水平方向の成分の長さと前記第１の位置あるいは第２の位置における前記三角形の水平方向の成分の長さの比較から前記目標物の前記３個の光点の中心からの前記第１の位置あるいは第２の位置を通る直線の角度を判別する角度判別手段
とを具備することを特徴とする目標物判別システム。
【請求項３】
前記少なくとも３個の光点は、可視光以外の波長の光であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の目標物判別システム。
【請求項４】
前記任意の３個の光点の少なくとも１つは、目標物に固有の波長あるいは発光パターンを有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の目標物判別システム。
【請求項５】
１つの垂直面内の互いに異なった箇所に固定された少なくとも３個の光点を配置した目標物を撮影する撮影ステップと、
この撮影ステップで撮影した前記少なくとも３個の光点のうち１つの直線上に並ばない任意の３個の光点に基づく距離関係を、前記目標物から予め特定した距離だけ離れた位置に存在するときの前記任意の３個の光点に基づく既知の距離関係と比較する距離関係比較ステップと、
この距離関係比較ステップによる比較結果から比較時の前記目標物との距離を判別する距離判別ステップ
とを具備することを特徴とする目標物判別方法。
【請求項６】
１つの垂直面内の互いに異なった箇所に固定された少なくとも３個の光点を配置してなる目標物を第１の位置からそのうちの１つの直線上に並ばない任意の３個の光点を含んで撮影する第１の撮影ステップと、
前記第１の位置よりも左右のいずれかに振れた第２の位置で前記目標物を前記任意の３個の光点を含んで撮影する第２の撮影ステップと、
前記第１の撮影ステップと第２の撮影ステップの２つのステップでそれぞれ撮影した前記任意の３個の光点を頂点とする三角形の水平方向の成分のそれぞれの長さと、それらの長さの変化を求める長さおよび変化測定ステップと、
この長さおよび変化測定ステップで測定した長さの変化から前記第１の位置あるいは第２の位置が前記任意の３個の光点の中心位置に対して右側に存在するか左側に存在するかを判別する方向判別ステップと、
前記目標物を予め特定した方向から見た場合の前記三角形の水平方向の成分の長さと前記第１の位置あるいは第２の位置における前記三角形の水平方向の成分の長さの比較から前記目標物の前記３個の光点の中心からの前記第１の位置あるいは第２の位置を通る直線の角度を判別する角度判別ステップ
とを具備することを特徴とする目標物判別方法。
【請求項７】
目標物までの距離を判別する装置のコンピュータが、
１つの垂直面内の互いに異なった箇所に固定された少なくとも３個の光点を配置した目標物を撮影する撮影処理と、
この撮影処理で撮影した前記少なくとも３個の光点のうち１つの直線上に並ばない任意の３個の光点に基づく距離関係を、前記目標物から予め特定した距離だけ離れた位置に存在するときの前記任意の３個の光点に基づく既知の距離関係と比較する距離関係比較処理と、
この距離関係比較処理による比較結果から比較時の前記目標物との距離を判別する距離判別処理
とを実行することを特徴とする目標物判別制御プログラム。
【請求項８】
１つの垂直面内の互いに異なった箇所に少なくとも３個の光点を固定配置した目標物の前記垂直面を正面にしてこれに対向したとき、前記目標物の正面側の所定位置が前記少なくとも３個の光点のうち１つの直線上に並ばない任意の３個の光点の中心位置に対して右側に偏って存在するか左側に偏って存在するかの判別と前記目標物の前記任意の３個の光点の中心から前記所定位置を通る直線の角度を判別する装置のコンピュータが、
前記目標物を第１の位置で前記任意の３個の光点を含んで撮影する第１の撮影処理と、
前記目標物の正面に向いたとき前記第１の位置よりも左右のいずれかに振れた第２の位置で前記目標物を前記任意の３個の光点を含んで撮影する第２の撮影処理と、
前記第１の撮影処理と第２の撮影処理の２つの処理でそれぞれ撮影した前記任意の３個の光点を頂点とする三角形の水平方向の成分のそれぞれの長さと、それらの長さの変化を求める長さおよび変化測定処理と、
この長さおよび変化測定処理で測定した長さの変化から前記第１の位置あるいは第２の位置が前記目標物の正面に向いたときの前記任意の３個の光点の中心位置に対して右側に存在するか左側に存在するかを判別する方向判別処理と、
前記目標物を予め特定した方向から見た場合の前記三角形の水平方向の成分の長さと前記第１の位置あるいは第２の位置における前記三角形の水平方向の成分の長さの比較から前記目標物の前記３個の光点の中心からの前記第１の位置あるいは第２の位置を通る直線の角度を判別する角度判別処理
とを具備することを特徴とする目標物判別制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば自律歩行型のロボットが目標物に近づく場合に必要な、目標物に対して距離や方向を判別する目標物判別システム、目標物判別方法および目標物判別制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、留守中の家の内部の監視や掃除等の所定の仕事を行ったり、ペットあるいは家族の一員となる自律歩行型のロボットの開発が盛んである。このようなロボットの多くは移動空間や移動距離が限定されないようにするために電源を充電式の電池でまかなっている。したがって、電池が完全に消耗する前にその充電を行う必要がある。充電は人間が定期的に行う場合もあるが、特に人のいない時間帯でも活躍するロボットは、人の不注意による電池切れの事態を回避するためにも充電を自装置で行うことが好ましい。また、充電の手間から人を解放する必要もある。
【０００３】
そこで、充電を行う設備の所定位置に点滅光源を配置しておき、発光位置と点滅パターンを読み取って移動する方向を算出して移動するようにしたロボットが、第１の提案として提案されている（たとえば特許文献１参照）。この第１の提案では、光切断法と呼ばれる手法でロボットと目標物の間の距離を測定するようにしている。
【０００４】
図１７は、この光切断法と呼ばれる手法を説明するためのものである。ロボット１０１側に配置されたレーザ光源１０２は、可視光線の長波長側である波長７８０ｎｍ（ナノメートル）のレーザ光１０３を出射する。このレーザ光１０３はレンズ１０４を経た後、回転ミラー１０５に入射して、その反射光１０６が目標物１０７の存在する空間に照射される。回転ミラー１０５が所定の角度だけ回転した状態で、図示のように反射光１０６が目標物１０７に照射される。このときの反射光１０８がロボット１０１に戻り、検知センサ１０９によって検知される。
【０００５】
このときの回転ミラー１０５と検知センサ１０９の距離が分かっていて、目標物１０７に対するレーザ光の反射のピークを検出したときの回転ミラー１０５の角度が既知であると、三角測量の原理により目標物１０７までの距離を計算することができる。ロボット１０１は、図示しないが目標物１０７の形状を３Ｄモデリング技術で把握する。この３Ｄモデリング技術と併用することで、ロボット１０１は、目標物１０７に到達することが可能となる。
【０００６】
この第１の提案では、図１７に示した目標物１０７に発光ダイオードを配置しておき、これを点滅させることによって所定のＩＤコードを出力する。そして、検知センサ１０９でこれを検知することでロボット１０１の移動方向を判別する。そして、ロボット１０１から目標物１０７までの距離の測定に図１７に示した光切断法を用いることになる。この際に、回転ミラー１０５の回転角の正確な把握と検知センサ１０９の位置の正確な検知が必要となる。また、目標物１０７の形状の把握に３Ｄモデリング技術を使用するので、ロボット１０１の移動制御のために各種のデバイスを使用するだけでなく、制御が複雑となり、システムが高価となる。
【０００７】
そこで、３個の光点を画像として取り込むことで、ロボットの現在地の絶対座標を求めるようにした第２の提案が行われている（たとえば特許文献２参照）。
【０００８】
図１８は、この第２の提案の原理的な構成を表わしたものである。車輪１２１によって床面を移動自在な構成のロボット１２２はその上面部分に広角レンズ１２３を配置しており、破線で表わした天井１２４のほぼ全領域の画像を取り込むことができる。床面と平行な面を形成する天井１２４には３個の発光ダイオード１２５、１２６、１２７が所定の三角形の各頂点をなす位置に配置されており、それぞれの絶対座標が分かっている。したがって、ロボット１２２は、これら３個の発光ダイオード１２５、１２６、１２７の検出部位を解析することによって、自己の座標位置を判別することができる。
【特許文献１】特開２００４−１５１９２４号公報（第００１８段落〜第００２１段落、図２、図３）
【特許文献２】特開２００２−２１３９２０号公報（第００２０段落、第００２１段落、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この第２の提案でロボット１２２は、自分の移動する平面（床面）における現在位置の絶対座標を知ることができる。したがって、たとえば充電を行う目標物が図示しない壁に配置された同じく図示しないコンセントであるとすると、床面に対応するコンセントの座標をロボット１２２が認知していれば、床面の対応する位置まで到達することは可能である。しかしながら、コンセントの位置が床面よりも上の位置に存在するものとすれば、その高さを認識することができない。また、コンセントの場所に近づく際には、距離や方向を求めるために複雑な演算処理を繰り返す必要がある。更にロボット１２２がコンセントの場所まで到達したとしても、これに電気的に接触させる図示しない電源プラグの方向を認識することができない。第２の提案では現在位置の絶対座標しか求めることができないからである。
【００１０】
したがって、この第２の提案でも第１の提案と同様に、目標物としてのコンセントの形状の把握に３Ｄモデリング技術を使用することが必要になる。このように第２の提案でも現在位置の座標だけでなく目標物に対する方向までも制御しようとすると、必要なシステムが大型化し、また、ロボット側のデータ処理も同様に大変で、高性能なコンピュータを使用しないと移動制御を迅速に行うことができないという問題がある。
【００１１】
そこで本発明の目的は、目標物までの距離や方向を簡易に判別可能な目標物判別システム、目標物判別方法および目標物判別制御プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１記載の発明は、（イ）少なくとも３個の光点が１つの垂直面内の互いに異なった箇所に固定された目標物と、（ロ）この目標物の少なくとも３個の光点のうち１つの直線上に並ばない任意の３個の光点を所定の結像面に同時に結像させる光学系と、結像面に結像した前記した任意の３個の光点に基づく距離関係を、目標物から予め特定した距離だけ離れた位置に存在するときの前記した任意の３個の光点に基づく既知の距離関係と比較する距離関係比較手段と、この距離関係比較手段の比較結果から比較時の目標物との距離を判別する距離判別手段とを備えた移動体とを目標物判別システムに具備させる。
【００１３】
すなわち本発明では、目標物の垂直面に配置された３個の光点を撮影し、この３個の光点に基づく距離関係を、予め特定した距離だけ離れた位置から撮影した場合の３個の光点に基づく既知の距離関係と比較することにしている。ここで、距離関係とは、各光点の距離（三角形の各辺の長さ）であってもよいし、三角形の高さのように光点同士に基づく各種の距離関係を含んでいる。目標物に近づくほど結像面に結像する被写体の大きさが大きくなるので、これを利用して本発明では距離を簡単に求めることができる。
【００１４】
請求項２記載の発明では、（イ）少なくとも３個の光点が１つの垂直面内の互いに異なった箇所に固定配置された目標物と、（ロ）この目標物の少なくとも３個の光点のうちの１つの直線上に並ばない任意の３個の光点を所定の結像面に同時に結像させる光学系と、この光学系が前記した任意の３個の光点を結像させることのできる第１の位置とその第１の位置よりも目標物に対して左右のいずれかに振れた第２の位置の２つの位置から前記した３個の光点を頂点とする三角形の水平方向の成分のそれぞれの長さと、それらの長さの変化を求める長さおよび変化測定手段と、（ハ）この長さおよび変化測定手段の測定した長さの変化から第１の位置あるいは第２の位置が、前記した任意の３個の光点の中心位置に対して右側に存在するか左側に存在するかを判別する方向判別手段と、（ニ）目標物を予め特定した方向から見た場合の三角形の水平方向の成分の長さと第１の位置あるいは第２の位置における三角形の水平方向の成分の長さの比較から目標物の前記した３個の光点の中心からの第１の位置あるいは第２の位置を通る直線の角度を判別する角度判別手段とを目標物判別システムに具備させる。
【００１５】
すなわち本発明では、目標物の垂直面に配置された３個の光点を、目標物を正面に配置したときの左右のいずれかの方向に移動する状態で２回測定し、この前後における３個の光点を頂点とする三角形の水平方向の成分の長さが短くなるか長くなるかによって、これらの位置が任意の３個の光点の中心位置に対して右側に存在するか左側に存在するかを判別するようにしている。また、目標物に対する中心からの角度は、三角形の水平方向の成分の長さを、予め特定した方向から見た場合の三角形の水平方向の成分の長さと比較することで判別するようにしている。
【００１６】
請求項５記載の発明では、（イ）１つの垂直面内の互いに異なった箇所に固定された少なくとも３個の光点を配置した目標物を撮影する撮影ステップと、（ロ）この撮影ステップで撮影した少なくとも３個の光点のうち１つの直線上に並ばない任意の３個の光点に基づく距離関係を、目標物から予め特定した距離だけ離れた位置に存在するときの前記した任意の３個の光点に基づく既知の距離関係と比較する距離関係比較ステップと、（ハ）この距離関係比較ステップによる比較結果から比較時の目標物との距離を判別する距離判別ステップとを目標物判別方法に具備させる。
【００１７】
すなわち本発明では、目標物の垂直面に配置された３個の光点を撮影ステップで撮影し、この３個の光点に基づく距離関係を、距離関係比較ステップで、予め特定した距離だけ離れた位置から撮影した場合の３個の光点に基づく既知の距離関係と比較することにしている。ここで、距離関係とは、各光点の距離（三角形の各辺の長さ）であってもよいし、三角形の高さのように光点同士に基づく各種の距離関係を含んでいる。目標物に近づくほど結像面に結像する被写体の大きさが大きくなるので、これを利用して本発明では距離を簡単に求めることができる。
【００１８】
請求項６記載の発明では、（イ）１つの垂直面内の互いに異なった箇所に固定された少なくとも３個の光点を配置してなる目標物を第１の位置からそのうちの１つの直線上に並ばない任意の３個の光点を含んで撮影する第１の撮影ステップと、（ロ）第１の位置よりも左右のいずれかに振れた第２の位置で目標物を前記した任意の３個の光点を含んで撮影する第２の撮影ステップと、（ハ）第１の撮影ステップと第２の撮影ステップの２つのステップでそれぞれ撮影した前記した任意の３個の光点を頂点とする三角形の水平方向の成分のそれぞれの長さと、それらの長さの変化を求める長さおよび変化測定ステップと、（ニ）この長さおよび変化測定ステップで測定した長さの変化から第１の位置あるいは第２の位置が前記した任意の３個の光点の中心位置に対して右側に存在するか左側に存在するかを判別する方向判別ステップと、（ホ）目標物を予め特定した方向から見た場合の三角形の水平方向の成分の長さと第１の位置あるいは第２の位置における三角形の水平方向の成分の長さの比較から目標物の前記した３個の光点の中心からの第１の位置あるいは第２の位置を通る直線の角度を判別する角度判別ステップを目標物判別方法に具備させる。
【００１９】
すなわち本発明では、標物の垂直面に配置された３個の光点を、目標物を正面に配置したときの左右のいずれかの方向に移動する状態で第１の撮影ステップと第２の撮影ステップによって２回測定し、この前後における３個の光点を頂点とする三角形の水平方向の成分の長さが短くなるか長くなるかによって、これらの位置が任意の３個の光点の中心位置に対して右側に存在するか左側に存在するかを方向判別ステップによって判別するようにしている。また、目標物に対する中心からの角度は、角度判別ステップで三角形の水平方向の成分の長さを、予め特定した方向から見た場合の三角形の水平方向の成分の長さと比較することで判別するようにしている。
【００２０】
請求項７記載の発明では、目標物までの距離を判別する装置のコンピュータが、目標物判別制御プログラムとして、（イ）１つの垂直面内の互いに異なった箇所に固定された少なくとも３個の光点を配置した目標物を撮影する撮影処理と、（ロ）この撮影処理で撮影した少なくとも３個の光点のうち１つの直線上に並ばない任意の３個の光点に基づく距離関係を、目標物から予め特定した距離だけ離れた位置に存在するときの前記した任意の３個の光点に基づく既知の距離関係と比較する距離関係比較処理と、（ハ）この距離関係比較処理による比較結果から比較時の目標物との距離を判別する距離判別処理とを実行することを特徴とする。
【００２１】
すなわち本発明では、目標物判別制御プログラムにおける撮影処理で目標物の垂直面に配置された３個の光点を撮影し、この３個の光点に基づく距離関係を、距離関係比較処理予め特定した距離だけ離れた位置から撮影した場合の３個の光点に基づく既知の距離関係と比較することにしている。ここで、距離関係とは、各光点の距離（三角形の各辺の長さ）であってもよいし、三角形の高さのように光点同士に基づく各種の距離関係を含んでいる。目標物に近づくほど結像面に結像する被写体の大きさが大きくなるので、これを利用して本発明では距離を簡単に求めることができる。
【００２２】
請求項８記載の発明では、１つの垂直面内の互いに異なった箇所に少なくとも３個の光点を固定配置した目標物の垂直面を正面にしてこれに対向したとき、目標物の正面側の所定位置が少なくとも３個の光点のうち１つの直線上に並ばない任意の３個の光点の中心位置に対して右側に偏って存在するか左側に偏って存在するかの判別と目標物の前記した任意の３個の光点の中心から前記した所定位置を通る直線の角度を判別する装置のコンピュータが、目標物判別制御プログラムとして、（イ）目標物を第１の位置で前記した任意の３個の光点を含んで撮影する第１の撮影処理と、（ロ）目標物の正面に向いたとき第１の位置よりも左右のいずれかに振れた第２の位置で目標物を前記した任意の３個の光点を含んで撮影する第２の撮影処理と、（ハ）第１の撮影処理と第２の撮影処理の２つの処理でそれぞれ撮影した前記した任意の３個の光点を頂点とする三角形の水平方向の成分のそれぞれの長さと、それらの長さの変化を求める長さおよび変化測定処理と、（ニ）この長さおよび変化測定処理で測定した長さの変化から第１の位置あるいは第２の位置が目標物の正面に向いたときの前記した任意の３個の光点の中心位置に対して右側に存在するか左側に存在するかを判別する方向判別処理と、（ホ）目標物を予め特定した方向から見た場合の三角形の水平方向の成分の長さと第１の位置あるいは第２の位置における三角形の水平方向の成分の長さの比較から目標物の前記した３個の光点の中心からの第１の位置あるいは第２の位置を通る直線の角度を判別する角度判別処理とを実行することを特徴とする。
【００２３】
すなわち本発明では、標物の垂直面に配置された３個の光点を、目標物を正面に配置したときの左右のいずれかの方向に移動する状態で第１の撮影処理と第２の撮影処理によって２回測定し、この前後における３個の光点を頂点とする三角形の水平方向の成分の長さが短くなるか長くなるかによって、これらの位置が任意の３個の光点の中心位置に対して右側に存在するか左側に存在するかを方向判別処理によって判別するようにしている。また、目標物に対する中心からの角度は、角度判別処理で三角形の水平方向の成分の長さを、予め特定した方向から見た場合の三角形の水平方向の成分の長さと比較することで判別するようにしている。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように本発明によれば、目標物に、１つの直線上に並ばない任意の３個の光点を配置しておき、予め特定の位置でこれらを撮影した画像における任意の３個の光点に基づく既知の距離関係と、測定対象の位置での任意の３個の光点に基づく距離関係を比較することで、目標物までの距離や方向を判別することにしたので、単に長さを比較したり、三角形の面積を求めるといったような簡単な測定あるいは演算で、これらを求めることができる。したがって、処理系に負担が掛からず、ロボット等の移動体の処理を高速に行えるようになる。
【００２５】
また、可視光以外の光線を使用することもでき、この場合には、人に違和感や不快感を与えないシステムを構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１は、本発明の一実施例における目標物判別システムの原理的な構成を表わしたものである。この目標物判別システム２００は、目標物２０１と、この場所まで必要に応じて移動するロボット２０２とで構成されている。実施例では、目標物２０１はたとえば商用電源としてのコンセント（図示せず）を備えた充電ステーションであり、最低３個のレーザ光源（図示せず）を有する発光部２０３と、この発光部２０３のレーザ光源を駆動する発光駆動部２０４を備えている。
【００２８】
本実施例で発光部２０３から出力されるレーザ光は、その波長が赤外線等の可視光の領域外の微弱な光線となっている。したがって、人間が目標物２０１の方向に目をやっても、目障りあるいは不快感を感じさせる光線が見えることはない。
【００２９】
一方、ロボット２０２は、ロボットとしての本来的な機能を実現するロボット本体部２０６の他に、ロボット本体２０７を自律走行させる車輪や脚部等の機構部品からなる移動手段２０８と、これを駆動する移動駆動部２０９を備えている。ロボット本体部２０６および移動駆動部２０９は、移動制御を主として行う移動制御部２１１と接続されている。移動制御部２１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１２と、移動制御用メモリ２１３を備えている。移動制御用メモリ２１３は、図示しないがプログラム格納領域や作業用メモリ領域を備えている。プログラム格納領域には、ロボット本体２０７の移動を制御するための制御プログラムが格納されている。作業メモリ領域には、ＣＰＵ２１２が制御プログラムを実行する際に一時的に使用する各種データが格納されるようになっている。
【００３０】
ロボット本体部２０６は、ロボット２０２としての機能を実現する部分であり、ロボットとしての果たそうとする仕事の種類によってその内容が異なるが、場所の移動制御を伴う処理以外は本発明と直接関係しない。本発明と直接関係するのは、充電が必要とされるときに充電ステーションとしての目標物２０１の場所まで移動してくる制御のみである。そこでロボット本体部２０６の、その具体的な構成および説明は省略する。
【００３１】
移動制御部２１１は、目標物２０１に備えられた発光部２０３の全体を撮影するカメラ部２１５と、このカメラ部２１５の出力する画像データに対して所定の画像処理を行う画像処理部２１６とも接続されている。そして、画像処理部２１６の処理した処理画像データを用いて目標物２０１の場所に移動するための移動制御データを作成し、これを移動駆動部２０９に与えることになる。移動駆動部２０９は、移動制御データを用いて移動手段２０８でロボット本体２０７を目標物２０１に向けて移動させることになる。
【００３２】
図２は、目標物に配置された発光部を正面から見たものである。発光部２０３は、ロボット２０２（図１）の走行する面に対して垂直な面を有している。この面には、上側に位置する上発光体２２１と、この上発光体２２１の中心から垂線２２２を下ろしたときに距離ａだけ下方に位置する点２２３から、垂線２２２と直交する方向にそれぞれ距離ｂあるいは距離ｃだけ左右に離れた位置を発光中心とする左発光体２２４と右発光体２２５の３個の発光体が配置されている。ここで、本実施例では距離ｂと距離ｃは互いに等しい長さとなっている。したがって、上発光体２２１、左発光体２２４および右発光体２２５の３点は、２等辺三角形の各頂点を構成している。したがって、上発光体２２１と左発光体２２４の距離と、上発光体２２１と右発光体２２５の距離も等しい。
【００３３】
また、上発光体２２１、左発光体２２４および右発光体２２５の３個の発光体は、それぞれ異なった波長の赤外線領域のレーザ光を発するようになっている。これは、図１に示したロボット２０２が何らかの原因で転倒したり、あるいはロボット２０２の走行する領域の周囲に鏡等の反射体が存在して、鏡像を捕らえるようになったときにも移動制御を間違いなく行えるようにするためのものである。したがって、このような恐れがない場合には、上発光体２２１、左発光体２２４および右発光体２２５の３点は同一の波長の光であってもよい。もちろん、同一の波長の光でも、これを異なったパターンで断続する断続光とすることによっても、上発光体２２１、左発光体２２４および右発光体２２５の特定が可能である。
【００３４】
図３は、目標物とロボットのカメラ部の配置関係の一例を上から見たものである。この例では、目標物２０１の真正面にカメラ部２１５が位置している。ここで、左発光体２２４と右発光体２２５を結ぶ直線２３１が水平に配置されていると仮定して、カメラ部２１５もロボット２０２（図１）の走行する床面も共に水平に配置されているとする。このときの直線２３１を２等分した点から、この直線２３１と直交する方向に、一点鎖線２３２を引いたとする。この一点鎖線２３２は、カメラ部２１５のレンズ２３３の光軸（図示せず）と平行であり、かつ光軸と一点鎖線２３２の双方を含む面は床面に垂直となる。
【００３５】
レンズ２３３は広角あるいは広角に近い光学系からなっており、ロボット２０２が目標物２０１にその仕事上で必要な距離まで接近した状態で、上発光体２２１、左発光体２２４および右発光体２２５の３個を同時に画像として捉えることができる必要がある。もちろん、この接近した状態で上発光体２２１、左発光体２２４および右発光体２２５の像が図示しない二次元画像読取センサに焦点を結ぶ必要がある。
【００３６】
図４は、目標物との距離がそれぞれ異なる場合のロボットが認識する発光部のパターンを示したものである。同図（Ｂ）はロボット２０２（図１）が目標物２０１とある基準の距離となったときに認識されるパターンである。同図（Ａ）は基準の距離よりもロボット２０２が目標物２０１に対して遠距離にあるときに認識されるパターンの一例であり、同図（Ｃ）は、基準の距離よりも目標物２０１に近づいたときに認識されるパターンの一例である。このように上発光体２２１、左発光体２２４および右発光体２２５の３個の相互の間隔を判別することによって目標物２０１との距離の概要を把握することができる。
【００３７】
図５は、ロボットが正面から左右に移動した場合の認識されるパターンの変化を示したものである。同図（Ａ）は図２で説明したように図１に示したロボット２０２が目標物２０１の正面に存在する場合に認識されるパターンである。同図（Ｂ）は、正面から右または左に移動した場合に認識されるパターンである。上発光体２２１から左発光体２２４および右発光体２２５までの高さ方向の距離が変化しないのに、左発光体２２４と右発光体２２５の距離が縮まっている。
【００３８】
同図（Ｂ）のパターンを１つだけ見ても、ロボット２０２が目標物２０１に対して右側に偏った位置に存在するか、左側に偏った位置に存在するかは分からない。ロボット２０２の移動に伴うパターンの変化を調べることによって、この判別が可能である。たとえば、同図（Ｂ）のパターンを認識した位置からロボット２０２が目標物２０１との距離を変えずに右側に移動したとする。このとき同図（Ｃ）に示すように左発光体２２４と右発光体２２５の距離が更に縮まれば、ロボット２０２は目標物２０１に対して右側に偏った位置に存在し、更にこの偏りを増大させたことになる。
【００３９】
これに対して同図（Ｄ）に示すように左発光体２２４と右発光体２２５の距離が広がれば、ロボット２０２は目標物２０１の正面に向かう側に移動したことが分かる。すなわち、同図（Ｃ）に示したパターンはロボット２０２が目標物２０１に対して左側に偏った位置に存在した結果であり、右側に移動することによってこの傾きが是正されていることを示している。
【００４０】
図６は、目標物の発光部が上下に２つだけ認識されるパターンを示したものである。これは左発光体２２４と右発光体２２５が重なった場合であり、目標物２０１に対してロボット２０２が真横に存在される場合を示している。ロボット２０２が目標物２０１の右側に存在するのか左側に存在するのかは、直前の移動状態で認識されたパターンと対比することで判別することができる。たとえば、図５（Ｃ）が直前の状態で認識されたパターンであれば、ロボット２０２は目標物２０１に対して右側に位置することになる。
【００４１】
図７は、ロボットが目標物の鏡像を間違って捕らえた場合に認識されるパターンの一例を示したものである。左発光体２２４と右発光体２２５が左右逆に配置されたパターンとなっている。これは、図１に示すロボット２０２が目標物２０１の反射した鏡像を捕らえたものである。
【００４２】
図８は、ロボットが鏡像を捕らえた場合の目標物との配置関係の一例を上から見た様子を示したものである。たとえば目標物２０１とロボット２０２の途中の空間に上発光体２２１、左発光体２２４および右発光体２２５の３個の発光体の光を反射する鏡等の反射体２４１が存在したとする。この場合、カメラ部２１５はその向きによって、この鏡像を捕らえて、ロボット２０２はこれに向かって移動する制御を行う可能性がある。このような場合、図７に示したようにロボット２０２は左発光体２２４と右発光体２２５が左右逆に配置されているパターンを観察することになる。したがって、ロボット２０２は適宜、レンズ２３３の光軸の方向を回転させることによって、目標物２０１を直視できる場所を探り、この場所から進路を変更すればよい。図８に示した例では、カメラ部２１５の向きを反時計方向に所定の鋭角だけ回転させることによって目標物２０１を直視することができる。
【００４３】
図９は、目標物に対してロボットが左右に傾斜した状態で到達した場合に認識されるパターンの一例を示したものである。左発光体２２４と右発光体２２５を結ぶ一点鎖線で示す直線２５１が水平方向に対してかなり傾斜している。たとえば、図１に示した目標物２０１の直前の床面に障害物が存在して、車輪等の移動手段２０８の一部がこれに乗り上げてしまったような場合に、このようなパターンが認識されることになる。
【００４４】
このような場合に、たとえばカメラ部２１５の一部に配置された図示しない電源プラグを目標物２０１としての充電ステーションの図示しないコンセントに電気的に接触させようとしても、位置決めがうまくいかない場合がある。このような場合に、直線２５１が水平方向に向くようにカメラ部２１５側を傾斜させるようにすればよい。
【００４５】
なお、認識されるパターンの極端な例で左発光体２２４と右発光体２２５を結ぶ直線２５１が水平方向から大きく傾斜しており、たとえば垂直方向を向いているような場合もあり得る。このような場合には、ロボット２０２が転倒している可能性もあるので、正常な姿勢に戻す制御が必要となる。このように上発光体２２１、左発光体２２４および右発光体２２５の３点をそれぞれ個別に認識できるようにしている場合には、目標物２０１に対するロボット２０２あるいはカメラ部２１５の現在の姿勢をチェックすることができる。
【００４６】
図１０は、目標物に対してロボットが前後に傾斜した状態で到達した場合に認識されるパターンの一例を示したものである。図４（Ｃ）と対比すると分かるように上発光体２２１、左発光体２２４および右発光体２２５の３個の発光体が上下に圧縮されたようなパターンが認識されている。これは、図１に示した目標物２０１に対してカメラ部２１５が前後に傾斜している状態を表わしている。図１０では、左発光体２２４と右発光体２２５の距離が比較的長くなっており、これはカメラ部２１５が左発光体２２４および右発光体２２５に対して上発光体２２１よりも近い距離に存在する状態、すなわち上向きに傾斜している状態を示している。
【００４７】
ロボット２０２が目標物２０１の直前でたとえば障害物によって姿勢を崩したような場合には、このように前後の傾斜と左右の傾斜を上発光体２２１、左発光体２２４および右発光体２２５の３個の発光体のパターンの解析によってその状況を把握することができ、必要な姿勢制御が可能になる。上発光体２２１、左発光体２２４および右発光体２２５の３個の発光体がそれぞれを物理的に区別できない同一の光源であっても、以上説明したパターンの多くを解析可能であることはもちろんである。また、傾斜計等の他のセンサの併用によって、更に多くの解析が可能であることも当然である。
【００４８】
図１１は、ロボットに充電の必要性が生じたときの充電ステーションに到達するまでの移動制御の処理の概要を表わしたものである。このような制御は、図１に示した移動制御部２１１が移動制御用メモリ２１３に格納された制御プログラムを実行して移動駆動部２０９を制御することによって行われる。図１と共に説明する。
【００４９】
移動制御部２１１のＣＰＵ２１２はロボット本体部２０６から充電処理に移行する指示を受けると（ステップＳ３０１：Ｙ）、まず、目標物２０１を発見する目標物発見処理を行う（ステップＳ３０２）。
【００５０】
図１２は、目標物発見処理を示したものである。図１と共に説明する。ＣＰＵ２１２はロボット２０２が移動を停止している状態で、カメラ部２１５に対して所定方向に単位角度だけ旋回することを指示し、旋回させる（ステップＳ３２１）。そして、この角度が３６０度に達していない状態で（ステップＳ３２２：Ｎ）、画像処理部２１６が発光部２０３を検出したかどうかをチェックする（ステップＳ３２３）。発光部２０３を検出していなければ（Ｎ）、ステップＳ３２１に処理を戻して、更に単位角度だけカメラ部２１５を旋回させる。
【００５１】
このようにしてカメラ部２１５が３６０度回転する前に発光部２０３を検出した場合には（ステップＳ３２３：Ｙ）、図７で説明したような鏡像であるかどうかをチェックして（ステップＳ３２４）、鏡像ではない場合には（Ｙ）、目標物発見処理を終了させる（エンド）。発光部２０３が鏡像であった場合には（ステップＳ３２４：Ｎ）、ステップＳ３２１に処理を戻して、更にカメラ部２１５を旋回させて目標物２０１を直視できるかを判別することになる。
【００５２】
カメラ部２１５を３６０度回転させても発光部２０３を直視できなかった場合（ステップＳ３２２：Ｙ）、ロボット２０２は、予め定めた複数の特定ポイントのいずれかに移動する処理を行う（ステップＳ３２５）。ここで特定ポイントとは、ロボット２０２が移動する空間で、その位置から目標物２０１としての充電ステーションを直視できるとされる地点である。この地点には、目標物２０１とは波長あるいは断続パターンの異なる発光体が配置されている。これら複数の特定ポイントは、ロボット２０２がいずれの場所にいても、いずれかを直視できるように予め配置されている。ロボット２０２がこのステップＳ３２５の処理によって特定ポイントの１つに到達したら、ステップＳ３２１の処理に戻ることで、目標物２０１としての充電ステーションを確実に発見できることになる。
【００５３】
図１１に戻って充電ステーション到達処理の説明を続ける。ステップＳ３０２で目標物２０１の発見が行われたら、この充電ステーションに向かって移動する接近移動処理が実行される（ステップＳ３０３）。接近移動処理は、ロボット２０２から目標物２０１までの距離Ｄが図４（Ｂ）に相当する基準位置での距離Ｄ1に到達するまで行われる（ステップＳ３０４）。この基準位置に到達するまで、ロボット２０２は目標物２０１の見える方向からこれに近づく処理を行うことになる。
【００５４】
図１３は、この接近移動処理の概要を表わしたものである。まず、ステップＳ３４１で図１に示す移動制御部２１１は目標物２０１までの距離Ｄの概算値を算出する。この概算値は、たとえば図２の距離ａと距離Ｄの関係を予め求めておいてテーブル化したものを用いてもよい。あるいは、同様に上発光体２２１と左発光体２２４あるいは右発光体２２５の距離と距離Ｄの関係をテーブル化して、これから距離Ｄの概算値を求めるようにしてもよい。ただし、この段階では左発光体２２４と右発光体２２５の距離（ｂ＋ｃ）（図２参照）から距離Ｄの概算値を求めることは好ましくない。この段階ではロボット２０２が必ずしも目標物２０１の真正面からこれに近づいているとは言えないため、距離（ｂ＋ｃ）から距離Ｄの概算値を求めると誤差が大きくなる可能性があるからである。
【００５５】
距離Ｄの概算値が求められたら、ＣＰＵ２１２は移動駆動部２０９を制御して単位距離だけロボット２０２を目標物２０１に向けて前進させる（ステップＳ３４２）。そして、図１１のステップＳ３０４で基準位置での距離Ｄ1と距離Ｄの概算値を比較して、距離Ｄの概算値が距離Ｄ1よりも長ければ（Ｎ）、図１３に示した接近移動処理を繰り返すことになる。
【００５６】
したがって、目標物２０１に対してロボット２０２が距離Ｄ1の基準位置まで近づいたときの図２に示した距離ａをカメラ部２１５における結像位置で実測しておけば（この実測値を距離ｄ1とする。）、ステップＳ３４１ではロボットの現在の移動位置における距離ａの長さを求めて、このとき求めたカメラ部２１５における結像位置で実測した距離ｄと距離ｄ1を比較するだけの処理をステップＳ３０４で行えばいいことになる。すなわち、図１３のステップＳ３４１における距離Ｄの概算値の算出を行うことなく、目標物２０１に対してロボット２０２を距離Ｄ1の基準位置まで近づける処理を簡単に実現することができる。
【００５７】
ステップＳ３０３の接近移動処理が終了したら、図１に示した目標物２０１の真正面にロボット２０２が来るように対向処理が実行される（図１１ステップＳ３０５）。この対向処理は、図２に示した距離ａが距離（ｂ＋ｃ）に所定の係数ｋを掛けた値と等しくなるまで行われる（ステップＳ３０６、ステップＳ３０７）。ここで係数ｋは、図２に示す上発光体２２１、左発光体２２４および右発光体２２５の配置関係で、次の（１）式で求められる値である。
【００５８】
ｋ＝ａ／（ｂ＋ｃ）    ……（１）
【００５９】
図１４は、ステップＳ３０５の対向処理の概要を表わしたものである。まず、図５で説明したように図１に示すロボット２０２が目標物２０１の真正面に対向配置されるようにその左右位置の調整を行う（ステップＳ３６１）。次に、図１０で説明したように目標物２０１に対してロボット２０２が前後に傾斜している場合には、前記した電源プラグの配置された面とコンセントの配置された面が平行となるように前後の傾斜の補正が行われる（ステップＳ３６２）。次に、図９で説明したような左右の傾斜の補正が行われ（ステップＳ３６３）、更に電源プラグとコンセントの高さが揃わない場合にはこれらの高さを一致させる高さ補正が行われる（ステップＳ３６４）。高さ補正は、上発光体２２１、左発光体２２４、右発光体２２５の任意のものについてその結像位置で高さ方向にずれて光像を結んでいる場合に、これを予め定めた位置となるように補正することで行われる。
【００６０】
以上の対向処理が行われた結果、ステップＳ３０６（図１１）の等式が満たされなくなったときには（Ｎ）、それに応じて目標物２０１とロボット２０２の距離を再調整する移動処理が行われ（ステップＳ３０７）、再び対向処理が実行されることになる（ステップＳ３０５）。このようにして対向配置されると共にステップＳ３０６の等式が満足されたら（Ｙ）、充電のためのステーション接続処理が行われる（ステップＳ３０８）。
【００６１】
図１５は、ステーション接続処理の内容を表わしたものである。ステーション接続処理の前の対向処理（ステップＳ３０５）で、ロボット２０２の位置決めが終了している。したがって、ステーション接続処理ではロボット２０２あるいはロボット２０２のコンセントの付いている部位を目標物２０１に向けて所定距離だけ直進させる（ステップＳ３８１）。ロボット２０２側の電源プラグと目標物２０１側のコンセントは永久磁石によって接続するようになっており、これにより両者が電気的に接続する。この段階でロボット２０２はコンセントから給電を開始することになる（ステップＳ３８２）。
【００６２】
以上説明した実施例では、目標物２０１に配置されている各発光体２２１、２２４、２２５が目に見えない光線を出射するので、特に夜間等の暗い環境でも人間がこの光線を認識することがなく、不快感を与えることがない。また、ロボット２０２は目標物２０１を発見してこれに到達することができるので、移動空間が限定されることがない。
【００６３】
＜発明の変形可能性＞
【００６４】
以上説明した実施例では、目標物に発光部として二等辺三角形の各頂角に対応する位置に発光体を配置することにしたが、必ずしも発光体は二等辺三角形あるいは正三角形の各頂角に対応する位置に配置する必要はない。
【００６５】
図１６は、Ｌ字の２つの端点および中間位置の屈曲点のそれぞれに対応する位置に発光体を配置した例を示したものである。この変形例の発光部２０３Ａのように上発光体２２１、左発光体２２４および右発光体２２５を結ぶ三角形は、各種の形であってもよい。上側の発光体が２つで、下側が１つでもよい。また、発光体の数は３個である必要はなく、４個あるいはこれ以上あってもよい。この中から最低で３個を選択して、これらを基準として目標物に到達する制御を行うことができる。
【００６６】
また、実施例では発光体から可視光以外の光を出力させたが、人間の目で認識しても差し支えない環境では可視光を使用してもよい。また、複数個の発光体の一部を可視光としてもよい。
【００６７】
更に実施例では三角形の辺等の長さを用いて距離を判別したり基準となる長さと比較して基準位置に到達したことを判別したが、三角形の面積を用いて同様に距離を測定したり、基準となる面積と比較して基準位置に到達したことを判別するようにしてもよい。
【００６８】
更にまた、実施例ではロボットが充電のために目標物に到達する制御について説明したが、充電のため以外の他の目標物に到達したり、１つの目標物から他の目標物に移動する制御に本発明を適用することができることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施例における目標物判別システムの原理的な構成を表わしたシステム構成図である。
【図２】本実施例における目標物に配置された発光部の正面図である。
【図３】本実施例で目標物とロボットのカメラ部の配置関係の一例を上から見た説明図である。
【図４】本実施例でロボットが認識する発光部のパターンを３個の異なった距離について表わした平面図である。
【図５】本実施例でロボットが正面から左右に移動した場合の認識される各パターンの平面図である。
【図６】本実施例で目標物の発光部が上下に２つだけ認識されるパターンを示した平面図である。
【図７】本実施例でロボットが目標物の鏡像を間違って捕らえた場合に認識されるパターンの一例を示した平面図である。
【図８】本実施例でロボットが鏡像を捕らえた場合の目標物との配置関係の一例を上から見た様子を示した説明図である。
【図９】本実施例でロボットが鏡像を捕らえた場合の目標物との配置関係の一例を示した平面図である。
【図１０】本実施例で目標物に対してロボットが前後に傾斜した状態で到達した場合に認識されるパターンの一例を示した平面図である。
【図１１】本実施例でロボットが充電の必要性を生じたときの充電ステーションに到達するまでの移動制御の処理の概要を表わした流れ図である。
【図１２】本実施例で目標物発見処理を示した流れ図である。
【図１３】本実施例で接近移動処理の概要を表わした流れ図である。
【図１４】本実施例で対向処理の概要を表わした流れ図である。
【図１５】本実施例でステーション接続処理の内容を表わした流れ図である。
【図１６】変形例として発光体の他の配置例を示した発光部の正面図である。
【図１７】従来の第１の提案による光切断法と呼ばれる手法の説明図である。
【図１８】従来の第２の提案の原理的な構成を表わした説明図である。
【符号の説明】
【００７０】
２００  目標物判別システム
２０１  目標物
２０２  ロボット
２０３、２０３Ａ  発光部
２０６  ロボット本体部
２０９  移動駆動部
２１１  移動制御部
２１２  ＣＰＵ
２１３  移動制御用メモリ
２１５  カメラ部
２１６  画像処理部
２２１  上発光体
２２４  左発光体
２２５  右発光体
【図１】
2008076094.tif 000003
【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】
2008076094.tif 000009
【図８】
2008076094.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2008076094.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2008076094.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2008076094.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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