(57)【要約】【課題】  歩行軌跡に沿って追尾することができる歩行追尾装置を提供する。【解決手段】  カメラ画像から歩行軌跡の相対的な位置座標を示す軌跡データ（ｘｉｆ，ｙｉｆ）を導出する軌跡データ導出部２３と、エンコーダ１６により絶対空間に対する移動体の位置座標および向きを表すエンコーダデータ（ｘｉ，ｙｉ，θｉ）を停止動作ごとに座標原点をリセットしながら採取するエンコーダデータ採取部２４と、追尾期間を間欠的に設定し、追尾期間と停止期間とが交互に繰り返されるように時間を管理する追尾／停止期間管理部２５と、停止期間になると軌跡データおよびエンコーダデータに基づいて次回追尾データを算出する追尾データ算出部２６と、追尾期間になると、次回追尾データに基づいて駆動信号を出力する駆動信号出力部２９を備え、停止期間中に求めた次回追尾データにより次回の追尾期間の制御を実行することで間欠的な追尾動作を実行する。【選択図】図１
2008210238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
追尾動作と停止動作とを交互に繰り返しながら歩行者を追尾する移動体からなる歩行追尾装置であって、
カメラと、
前記カメラで歩行者の歩行軌跡を含む画像を連続的に撮影するカメラ撮影制御部と、
撮影された画像から移動体に対する歩行軌跡の相対的な位置座標を示す軌跡データ（ｘｉｆ，ｙｉｆ）を導出する軌跡データ導出部と、
移動体の移動量を計測するエンコーダと、
前記エンコーダにより計測された移動量に基づいて絶対空間に対する移動体の位置座標および向きを表すエンコーダデータ（ｘｉ，ｙｉ，θｉ）を停止動作ごとに座標原点をリセットしながら採取するエンコーダデータ採取部と、
追尾動作を実行するための追尾期間を間欠的に設定し、前回の追尾期間経過後に次回の追尾動作に必要な移動速度および移動方向を算出するための計算に要する時間を停止期間として前回の追尾期間と次回の追尾期間の間に設定して、これら追尾期間と停止期間とが交互に繰り返されるように時間を管理する追尾／停止期間管理部と、
停止期間になると、前回の停止期間開始から前回の追尾期間終了までの間における軌跡データおよびエンコーダデータに基づいて次回の追尾期間における追尾動作に必要な移動速度および移動方向を次回追尾データとして算出する追尾データ算出部と、
次回の追尾期間になると、算出された次回追尾データに基づいて移動体の移動速度、移動方向を制御する駆動信号を出力する駆動信号出力部を備え、
停止期間中に求めた次回追尾データにより次回の追尾期間の制御を実行することで間欠的な追尾動作を実行することを特徴とする歩行追尾装置。
【請求項２】
追尾データ算出部は、前回の停止期間開始から前回の追尾期間終了までの間における軌跡データおよびエンコーダデータに基づいて次回の追尾期間中に追尾する歩行軌跡を示す軌跡関数を導出する軌跡関数導出部と、導出された軌跡関数を次回の追尾期間中に移動し終えるように移動速度および移動方向を算出する最適解算出部とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の歩行追尾装置。
【請求項３】
移動体に搭載するカメラとして全方位カメラを用いることを特徴とする請求項１に記載の歩行追尾装置。
【請求項４】
追尾／停止期間管理部は追尾時間を１秒〜３秒の間で設定することを特徴とする請求項１に記載の歩行追尾装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の歩行追尾装置と、前記歩行追尾装置上に形成され荷物を載置して移動するための荷物搭載部とを備えたことを特徴とする歩行支援運搬装置。
【請求項６】
荷物搭載部に少なくとも酸素ボンベが搭載され、歩行者と酸素ボンベとの間が酸素供給用チューブで繋がれることを特徴とする請求項５に記載の歩行支援運搬装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行者の歩行軌跡に沿って移動する歩行追尾装置に関する。また、本発明は、歩行者の歩行軌跡に沿って移動することにより歩行者が携行する荷物を運搬する歩行支援運搬装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特定の歩行者をカメラで連続して撮影し、撮影画像中に含まれている歩行者を識別することにより、その歩行者を追尾する追尾装置（追尾ロボット）が提案されている。
例えば、追尾対象の徘徊老人の人物像に関する画像情報を予め画像メモリに記憶しておき、カメラによる撮影画像を画像処理することで、撮影画像中の徘徊老人像を識別した上で、自動追尾する徘徊老人追尾ロボットが開示されている（特許文献１参照）。この文献において、自動追尾の際に、障害物検出センサ（ＴＶカメラやレーダ装置）を設けて、進路前方に存在する障害物を回避するようにしながら追尾することも開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載の徘徊老人追尾ロボットでは、追尾対象者が突然移動方向を変更した場合に、対象者を識別することができず、見失うおそれがあるため、対策として追尾対象者に小型通信機を取り付ける必要がある。また、対象者の識別を行う際に、人物像全体の画像処理により識別する必要があり、その処理やアルゴリズムが複雑になる。
また、特許文献１に記載の徘徊老人追尾ロボットを、周囲の人や物と衝突することなく移動させるには、障害物センサにより進路前方の障害物を検出する必要があり、障害物検出のための機器およびアルゴリズムが必要になる。
さらに、進路前方の障害物を障害物センサで検知することにより、障害物との衝突を避けながら追尾しようとすると、衝突を避ける際に、一時的に追尾対象者の歩行軌跡から大きく外れた経路を移動しなければならないことも生じる。
【０００４】
そのため、追尾対象者の歩行状態を検知し、追尾対象者の歩行速度と歩行経路とを検知し、これらに基づいて歩行予想範囲を予想し、予想された範囲に歩行を続けていることを確認しながら追尾することにより、対象者の移動経路に沿って移動させることが開示されている（特許文献２参照）。
これによれば、追尾対象者の歩行予想範囲を予想し、予想された範囲に対象者が歩行を続けていることを確認しながら、対象者の歩行経路に沿って移動体（ロボット）を追跡させるようにしているため、突発的な動きに関係なく、移動体を、確実に対象者の移動経路に沿って移動させることができるようになる。例えば、障害物が対象者に近づいてきた場合等には、対象者が突然後ろに下がったり、突然横に移動したりするような突発的に動きを行う場合が考えられるが、その際に、歩行予想範囲を予想して、予想が外れた場合に、再度歩行予想範囲を予想しなおして、対象者の歩行経路に沿って移動体を移動させるようにしている。
そして、移動体は対象者に対して所定の距離を保ちながら追跡する。追跡するときの移動体（ロボット）が移動目標とする位置は、右足の位置と左足の位置との中点の位置座標とし、現在の移動体（ロボット）の位置座標から中点の位置座標まで移動する際の速度と角度とを算出して、算出された速度および角度に基づいて移動体の駆動部が駆動制御される。
【特許文献１】特開平１１−７３５８２号公報
【特許文献２】特開２００６−４８６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献２の追尾方法では、移動体は歩行予測範囲を予想し、予想が外れた場合には、再度歩行予想範囲を予想しなおして、対象者の歩行経路に沿って移動するため、追尾対象者を見失わないように追尾することができる。
しかしながら、移動体が歩行者を追尾するときの速度および角度は、現在の移動体の位置座標と、現在の歩行者の位置座標（右足の位置座標と左足の位置座標との中点の位置座標）との位置関係により定められるため、必ずしも、忠実に歩行者の歩行軌跡（足跡）に沿って移動するとは限らない。
【０００６】
例えば、歩行者の前方に柱が存在する場合に、歩行者は柱に当らないように、柱の向こう側を右に回るようにして歩行方向を急激に変化した場合を考えてみる。このとき、柱の手前にいる移動体の位置座標と、柱の向こう側でかつ柱の右側に回った歩行者の位置座標との関係に基づいて移動体が次に移動する角度を定めると、必ずしも、移動体が歩行者の軌跡と同様に柱の向こう側を通らず、柱の手前側を右に回ってしまう場合が生じる。
徘徊老人を単に追尾するような場合は、そのような歩行軌跡から外れた動きを行われても、結果的に追尾し続けることができる限り、特に問題とはならなかった。
【０００７】
しかしながら、単に追尾するだけではく、歩行軌跡に沿って忠実に追尾する移動体を実現することができれば、これまで考えられていない新たな目的で追尾装置（移動体）を利用することが可能になり、新しい製品を提供できる。
【０００８】
具体的な例で説明すると、従来、酸素療法患者は歩行するときに、酸素ボンベを携行しなければならないため、自分で酸素ボンベを持ち運ぶようにしていた。もしも、追尾する移動体（ロボット）に酸素ボンベを運搬させることができれば、酸素療法患者の負荷を軽減することができる。
ところが、歩行者（酸素療法患者）と移動体とは酸素供給チューブで繋がれているため、柱のような障害物が存在するときに、歩行者が柱の向こう側を右回りし、移動体が柱の手前側を右回りするようになれば、酸素供給チューブが柱にひっかかることになる。すなわち、徘徊老人を追尾する場合と異なり、この場合はチューブが柱にひっかかって、先に進むことができなくなる。歩行者と移動体とが何らかの連結部材（ワイヤ、チューブ、電線、信号線等）で繋がれている場合にも、同様な事態が生じる。そのため、これまで歩行者と移動体とが連結部材で繋がれた状態で自動追尾する追尾装置は考えられていなかった。
【０００９】
歩行者の歩行軌跡を忠実に追尾することができ、しかも、歩行者からさほど離れることなく追尾することができれば、歩行者と連結部材で繋がれている移動体であっても、障害物に連結部材をひっかけることがなくなり、歩行者を支援する運搬装置として追尾装置を利用することができるようになる。
【００１０】
しかしながら、歩行者の歩行軌跡に沿って忠実に追尾し、しかも歩行者から離れることなく追尾しようとすれば、カメラを搭載した移動体が、移動しながら同時にカメラで歩行者の歩行軌跡をとらえ、リアルタイム（実時間）で画像処理および最適制御計算をするようにして次の追尾動作のための移動速度、移動方向（角度）を算出し、歩行者の歩行軌跡に沿って追尾する制御を行う必要がある。
しかしながら、このような実時間制御は理論的には可能であっても、非常に複雑な計算を高速で行わなければならず、これを実現するとなると高速演算処理が可能な高速かつ高性能なコンピュータを用いなければならない。これは汎用のコンピュータの処理能力では処理が困難であり、たとえ実現したとしても歩行軌跡を滑らかに追尾することはできない。
【００１１】
そこで、本発明は、第一に、歩行軌跡を忠実に追尾することができ、かつ、歩行者からさほど離れることなく追尾することができる歩行追尾装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、第二に、高性能なコンピュータを用いた実時間制御による追尾を行う必要がなく、実時間制御に代わる新しい制御方式を採用することにより、汎用のコンピュータの使用でも処理可能であり、それでいて、歩行軌跡に忠実な追尾ができ、かつ、歩行者からさほど離れることなく追尾することができるようにした歩行軌跡追尾装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は第三に、歩行軌跡を忠実に追尾することができ、かつ、歩行者からさほど離れることなく追尾することができるようにした歩行追尾装置を利用して、歩行者が持ち運ぶ重量物の運搬を支援する歩行支援運搬装置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】
【００１４】
上記課題を解決するためになされた本発明の歩行追尾装置は、追尾動作と停止動作とを交互に繰り返しながら歩行者を追尾する移動体からなる歩行追尾装置であって、カメラと、前記カメラで歩行者の歩行軌跡を含む画像を連続的に撮影するカメラ撮影制御部と、撮影された画像から移動体に対する歩行軌跡の相対的な位置座標を示す軌跡データ（ｘｉｆ，ｙｉｆ）を導出する軌跡データ導出部と、移動体の移動量を計測するエンコーダと、前記エンコーダにより計測された移動量に基づいて絶対空間に対する移動体の位置座標および向きを表すエンコーダデータ（ｘｉ，ｙｉ，θｉ）を停止動作ごとに座標原点をリセットしながら採取するエンコーダデータ採取部と、追尾動作を実行するための追尾期間を間欠的に設定し、前回の追尾期間経過後に次回の追尾動作に必要な移動速度および移動方向を算出するための計算に要する時間を停止期間として前回の追尾期間と次回の追尾期間の間に設定して、これら追尾期間と停止期間とが交互に繰り返されるように時間を管理する追尾／停止期間管理部と、停止期間になると、前回の停止期間開始から前回の追尾期間終了までの間における軌跡データおよびエンコーダデータに基づいて次回の追尾期間における追尾動作に必要な移動速度および移動方向を次回追尾データとして算出する追尾データ算出部と、次回の追尾期間になると、算出された次回追尾データに基づいて移動体の移動速度、移動方向を制御する駆動信号を出力する駆動信号出力部を備え、停止期間中に求めた次回追尾データにより次回の追尾期間の制御を実行することで間欠的な追尾動作を実行するようにしている。
【００１５】
ここで、歩行軌跡とは、主として歩行者の足が着地する位置の軌跡（すなわち足跡）をいうが、歩行時の足跡とほぼ同じ軌跡になる体の一部分の軌跡、または、歩行者に取り付けたマーカーの軌跡であってもよい。
また、カメラは、歩行者の歩行軌跡を連続して撮影することができるものであればよく、具体的にはビデオカメラ、連写可能なデジタルカメラなどを用いることができる。
また、エンコーダは、移動体の移動量を計測することができるものであればどのような方式のエンコーダでもよい。例えば、移動体の駆動輪に取り付けられ、左右の車輪の回転数と左右の車輪の相対的な回転数の差とから移動量（距離と方向）を計測する方式のエンコーダを利用することができる。
【００１６】
本発明によれば、カメラ撮影制御部が、移動体に搭載されたカメラにより連続して撮影される歩行者の歩行軌跡を含んだ画像を取り込む。軌跡データ導出部は、カメラで撮影した各画像に対しパターン認識等により歩行者の歩行軌跡を抽出し、移動体に対する（後述する移動体座標系に対する）歩行軌跡の相対的な位置座標を示す軌跡データ（ｘｉｆ，ｙｉｆ）を導出する。
一方、エンコーダデータ採取部は、エンコーダにより計測された移動量に基づいて、絶対空間に対する移動体の位置座標および向きを表すエンコーダデータ（ｘｉ，ｙｉ，θｉ）を算出し採取する。このとき停止動作ごとに（停止期間開始時ごとに）座標原点をリセットしながら絶対空間に対する移動体の位置座標（ｘｉ，ｙｉ）および向き（θｉ）を算出することにより、エンコーダのドリフト現象による誤差の累積を除去する。すなわち、停止位置が座標原点となるように設定された座標系（絶対座標系）により、移動体の位置座標（ｘｉ，ｙｉ）および向き（θｉ）を算出する。
そして、追尾／停止期間管理部は、移動体が実際に追尾動作を実行する追尾期間と移動体が停止する停止期間とが時系列的に交互に並ぶように設定することにより、間欠的に追尾動作を実行する時間管理を行う。この時間管理における追尾時間については、予め定めてある一定時間（例えば２秒間）が設定される。停止期間については、前回（直前の）追尾期間が終了した後に、次回の追尾動作に必要な移動速度および移動方向を算出するための計算に要する時間が停止期間として設定される。すなわち、前回（直前の）追尾期間が終了した後に、次回の追尾動作の際に必要な移動速度および移動方向を、追尾データ算出部が算出する処理を実行するが、その算出処理が終了するまでの計算時間（例えば０．２秒〜０．４秒）が停止期間として設定される。停止期間の終了（計算終了）と同時に次回の追尾期間が開始される。
追尾データ算出部は、前回の追尾期間が経過して停止期間に切り替わると、前回の停止期間開始から前回の追尾期間終了までの間における軌跡データおよびエンコーダデータに基づいて、この期間中に移動した歩行者の絶対空間（停止位置を座標原点とする絶対座標系）に対する軌跡（部分軌跡）を求める。そして、次回の追尾期間に切り替わったときに、直前に求めた部分軌跡に沿って移動するために必要な移動速度および移動方向の情報を、次回追尾データとして算出する。なお、上述したように、この計算期間中が停止期間中となる。また、停止期間中であっても、並行して、その次の追尾期間での追尾動作に必要な軌跡データを得るための歩行軌跡を含む画像がカメラにより撮影され続けられる。
続いて、次回の追尾期間に切り替わると、駆動信号出力部が、直前に算出された次回追尾データに基づいて移動体の移動速度、移動方向を制御する駆動信号を出力する。これにより、移動体は、直前に求めた部分軌跡に沿って、追尾動作を実行するようになる。以上の動作を、繰り返し実行することにより、間欠的な追尾動作が実行される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、歩行者の歩行軌跡に沿って忠実に追尾することができ、かつ、歩行者からさほど離れることなく追尾することができる歩行追尾装置を実現することができる。歩行軌跡は、歩行者自身が障害物と衝突することなく安全に通過した軌跡であるので、これに沿って忠実に追尾することで、衝突センサ等を取り付けなくても、安全に追尾することができる。
また、追尾期間と停止期間を設けて、停止期間中に次の追尾に必要な移動速度、移動方向を算出するようにしたので、移動体自身が移動しながら歩行者の軌跡を追尾する実時間制御に比べて、計算の負荷が大幅に低減できるので、汎用のコンピュータで追尾動作を実現することが可能になる。
【００１８】
（他の課題を解決するための手段および効果）
上記発明において、追尾データ算出部は、前回の停止期間開始から前回の追尾期間終了までの間における軌跡データおよびエンコーダデータに基づいて次回の追尾期間中に追尾する歩行軌跡を示す軌跡関数を導出する軌跡関数導出部と、導出された軌跡関数を次回の追尾期間中に移動し終えるように移動速度および移動方向を算出する最適解算出部とを備えるようにしてもよい。
これによれば、軌跡関数導出部は、前回の停止期間開始から前回の追尾期間終了までの間における軌跡データおよびエンコーダデータに基づいて次回の追尾期間中に追尾する（部分的）歩行軌跡を軌跡関数として導出する。具体的には、例えば４次関数の式を仮定し、軌跡データおよびエンコーダデータから求めた歩行者の位置座標に基づいて最小自乗法により各次数の係数を求めることで、部分的な歩行軌跡を表す軌跡関数を導出することができる。あるいは、軌跡関数導出を簡便な方法で導出したい場合は、直線補間を用いてもよい。また、補間をしない断片定数関数補間法などを採用して軌跡関数を導き出すようにしてもよい。軌跡関数導出を簡便な方法で求めるようにすれば、演算時間を短縮することができる。
そして、最適解算出部は、導出された軌跡関数を次回の追尾期間中に移動し終えるように移動速度および移動方向を算出する。すなわち、前回の停止期間開始から追尾期間終了までの間に移動した部分軌跡を、次回の追尾期間中にすべて移動し終えるように、時間を圧縮して追尾するように移動速度、移動方向を算出する。
これにより、前回の停止期間から前回の追尾期間の終了までに移動した歩行軌跡を、次の追尾期間の開始から終了までの移動で完全に追尾することができ、歩行者の歩行軌跡に沿って忠実に追尾することができ、かつ、歩行者から離れることなく確実に追尾することができる。
【００１９】
また、上記発明において、カメラには全方位カメラを用いるのが好ましい。全方位カメラを用いることにより、カメラ自体に特定の被写体を追尾するための追尾機構を設けることなく、歩行者の歩行軌跡を連続して映すことができる。
【００２０】
また、上記発明において、追尾／停止期間管理部は追尾時間を１秒〜３秒の間で設定するのが好ましい。
１回の追尾期間と１回の停止期間とを合わせた期間中に移動する距離で歩行者と移動体とが離れる最大離隔距離が定まるが、追尾期間をこの程度の時間（１秒〜３秒）に設定すると、停止期間（計算時間）を、通常、０．２〜０．４秒程度にすることができるので、歩行者と移動体との最大離隔距離を数ｍ以内にすることができる。
【００２１】
また、別の観点からなされた本発明の歩行支援運搬装置は、上述した歩行追尾装置と、歩行追尾装置上に形成され荷物を載置して移動するための荷物搭載部とを備えるようにしている。
荷物搭載部に、荷物を載置することにより、歩行者が荷物を持ち運ぶときの負担を軽減することができる。
【００２２】
また、上記歩行支援運搬装置において、荷物搭載部に少なくとも酸素ボンベが搭載され、歩行者と酸素ボンベとの間が酸素供給用チューブで繋がれるようにしてもよい。
これにより、酸素療法患者が歩行者となって歩行する場合に、酸素療法患者自体が酸素ボンベを持ち運ぶ負担を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。本実施形態では、歩行の際に酸素ボンベを持ち運ぶ必要がある酸素療法患者が歩行者である場合を例にして説明を行う。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることは言うまでもない。
【００２４】
（歩行支援運搬装置の構成）
図１は、本発明の一実施形態である歩行支援運搬装置（歩行追尾装置）の一実施形態の外観構成を示す図である。また、図２は、図１の歩行支援運搬装置の制御系の構成を示すブロック構成図である。なお、歩行者が持ち運ぶ荷物を歩行追尾装置上に搭載できるように荷物搭載部を設けた歩行追尾装置を、歩行支援運搬装置と呼んでいる。また、便宜上、歩行追尾装置のことを移動体と呼ぶこともある。
【００２５】
図１に示すように、この歩行支援運搬装置１０は、歩行追尾装置１１（移動体）と、酸素ボンベ１２と酸素供給チューブ１３とから構成される。酸素ボンベ１２は歩行追尾装置１１（車体１４ａ）に搭載され、酸素ボンベ１２と歩行者Ａ（酸素療法患者）とは、酸素供給チューブ１３で繋がれている。
【００２６】
歩行追尾装置１１（移動体）は、荷物が搭載可能な車体１４ａ（荷物搭載部）、左右一対の駆動輪１４ｂ（後輪）とその駆動機構、操舵輪１４ｃ（前輪）とその操舵機構、全方位カメラ１５、エンコーダ１６、制御系２０（汎用コンピュータ、および、この汎用コンピュータの下で駆動機構・操舵機構の制御を行う駆動機構・操舵機構制御用マイコン）により構成される。
なお、上記構成のうちで、駆動輪を含む駆動機構、操舵輪を含む操舵機構、駆動機構・操舵機構の制御用マイコンは、市販されている移動体ロボット（Ｐｌａｔ  Ｆ１（日本システムデザイン社製））の搭載品を、そのまま利用したものである。
【００２７】
全方位カメラ１５は、車体１４ａ上の全方位が映し出せる位置に固定されている。また、映し出された画像上の位置と車体１４ａからの距離や方向との対応が付くように、予め対応付けがしてある。
エンコーダ１６は、移動体の左右の駆動輪１４ｂにそれぞれ取り付けられ、左右の車輪の回転数から移動距離を計測する。また、左右の駆動輪１４ｂの相対的な回転数の差から移動体の向きを計測する。
【００２８】
制御系２０は、メインＣＰＵ（汎用コンピュータに含まれ、装置全体の制御・演算を行う）およびサブＣＰＵ（駆動機構、操舵機構制御用マイコンに含まれ、エンコーダ、駆動機構、操舵機構との間でデータを伝送し位置座標の演算処理を行う）と、演算処理に必要な制御パラメータや演算処理の結果を記憶し、演算の際に作業領域として利用されるメモリと、全方位カメラ１５、エンコーダ１６、駆動輪１４ｂ、操舵輪１４ｃ等との間で、データや信号の伝送を行うインタフェースとを備えたコンピュータシステムにより、ハードウェアが構成される。なお、ここで用いる汎用コンピュータには、高速演算処理が可能な特殊な高性能コンピュータではなく、歩行追尾装置１１に搭載することが可能な大きさの市販の汎用コンピュータを用いることができる。具体的には、例えば、メインＣＰＵとしてIntel Pentium（登録商標）M processor 2.0GHzを搭載した汎用コンピュータを使用することができる。
なお、上述したように、本実施形態では市販の移動体ロボットの搭載品をそのまま利用するために、メインＣＰＵとサブＣＰＵとを用いているが、これに代えてサブＣＰＵを用いず汎用コンピュータのメインＣＰＵだけで制御・演算を行うようにすることも可能である。
【００２９】
制御系２０（すなわち汎用コンピュータと駆動機構・操舵機構制御用マイコンとからなるコンピュータシステムによる制御系）により実行される処理や機能を、機能ブロックごとに分けて説明すると、全方位カメラ１５を制御するカメラ撮影制御部２１と、歩行者の追尾動作を制御する追尾動作制御部２２とからなり、追尾動作制御部２２は、軌跡データ導出部２３、エンコーダデータ採取部２４、追尾／停止期間管理部２５、追尾データ算出部２６（さらに細かく分けると軌跡関数導出部２７、最適解算出部２８）、駆動信号出力部２９からなる。
【００３０】
カメラ撮影制御部２１は、歩行軌跡を求めるため、全方位カメラ１５により撮影した歩行者Ａの足が着地する位置を含んだ画像を、取り込む制御を行う。取り込まれた各画像は一時的にメモリに蓄積され、軌跡データの導出に用いられる。
【００３１】
軌跡データ導出部２３は、全方位カメラ１５で撮影した各画像に対し画像処理を行い、足跡の軌跡を抽出する。具体的には、予め記憶してある歩行者Ａの足の画像との比較により、一般的なパターン認識処理を実行して、画像中の足の位置を抽出する。
抽出結果は、歩行追尾装置１１（移動体）とともに移動する相対的な座標系である移動体座標系上での位置座標（ｘｉｆ，ｙｉｆ）として表され、撮影時間の情報と関係付けられて、メモリに次々と蓄積される。なお、歩行者の足を、直接、パターン認識するのではなく、発光マーカー等を足に取り付け、マーカー位置を抽出するようにしてもよい。これにより、歩行軌跡の抽出をより簡単に行うことができ、しかも、周囲が暗い環境下でも位置を抽出することができる。
【００３２】
エンコーダデータ採取部２４は、エンコーダ１６で計測した移動量（移動距離、移動方向）に基づいて、絶対空間に対する移動体の位置座標および向きを表すエンコーダデータ（ｘｉ，ｙｉ，θｉ）を算出して採取する制御を行う。
このとき移動体の停止動作ごとに（停止期間開始時ごとに）座標原点をリセットしながら絶対空間に対する移動体の位置座標（ｘｉ，ｙｉ）および向き（θｉ）を算出することにより、エンコーダのドリフト現象による誤差の累積を除去する。すなわち、停止位置が座標原点となるように設定された座標系（絶対座標系）により、移動体の位置座標（ｘｉ，ｙｉ）および向き（θｉ）を採取する。
【００３３】
追尾／停止期間管理部２５は、歩行追尾装置１１（移動体）が実際に追尾動作を実行する追尾期間と、歩行追尾装置１１（移動体）が停止する停止期間とが、時系列的に交互に並ぶように設定することにより、間欠的に追尾動作を実行するための時間管理を行う。具体的には、追尾期間として予め設定した時間である２秒間を設定する（追尾対象の歩行者の歩行速度に応じて１秒〜３秒の間で予め適当な値を設定しておくことが望ましい）。そして、２秒間の追尾期間経過後に次回の追尾動作に必要な移動速度および移動方向を算出するための計算に要する時間（約０．２秒程度）を停止期間として設定する。この停止期間は実際に処理に要した計算時間が設定される。続いて、停止時間が終了すると、次回の追尾期間として再び２秒間を設定する。このように、追尾期間（２秒間）と停止期間（約０．２秒）とが交互に繰り返されるように時間を管理する。
【００３４】
追尾データ算出部２６は、停止期間になると、前回の停止期間開始から前回の追尾期間終了までの間における軌跡データおよびエンコーダデータに基づいて、次の追尾期間における追尾動作に必要な移動速度および移動方向を次回追尾データとして算出する演算を実行する。
【００３５】
より具体的には、追尾データ算出部２６の軌跡関数導出部２７が、前回の停止期間開始から前回の追尾期間終了までの間における軌跡データおよびエンコーダデータに基づいて次回の追尾期間中に追尾する歩行軌跡を示す軌跡関数を導出する。
また、追尾データ算出部２６の最適解算出部２８が、導出された軌跡関数を、次の追尾期間中に移動し終えるように移動速度および移動方向を、次回追尾データとして算出する。
なお、次回追尾データが算出された時点で、追尾／停止期間管理部２５は停止期間を終了することになる。
【００３６】
駆動信号出力部２９は、停止期間の次の追尾期間になると、直前の停止期間中に算出された次回追尾データに基づいて、歩行追尾装置１１（移動体）の移動速度ｖ、移動方向θを制御するための駆動信号（速度信号、操舵角信号）を出力する制御を行う。
【００３７】
（絶対座標系および移動体座標系との関係）
ここで、歩行追尾装置１１（移動体）の制御に用いる絶対座標系および移動体座標系について説明する。図３に示すように、絶対空間に対して定義される絶対座標系（Ｘ−Ｙ座標系とする）と、歩行追尾装置１１（移動体）上に定義される移動体座標系（ｘ−ｙ座標系とする）とが初期状態に設定される。
全方位カメラ１５の撮影結果から取得される軌跡データは、移動体座標系の位置座標（ｘ，ｙ）で与えられる。
一方、エンコーダ１６から取得されるエンコーダデータは絶対座標系の位置座標と向きを合わせたデータ（Ｘ，Ｙ，θ）として与えられる。ただし、上述したように、ドリフトによるエンコーダの誤差累積をなくすために、絶対座標系は移動体が停止期間に入るごとにリセットされ、新たな停止位置が座標原点となる新しい絶対座標系に切り替えられる。
そして、軌跡データ導出部とエンコーダデータ採取部とにより得られた同一時刻の軌跡データとエンコーダデータの位置座標とを合成することにより、その時刻における歩行者の絶対空間に対する位置座標（座標原点は停止位置）を求めることができる。なお、歩行追尾装置１１（移動体）の移動速度ｖ、移動方向θを制御するための駆動信号は、移動速度ｖと操舵角δとして与えられる。
【００３８】
（追尾動作）
次に、歩行追尾装置１１（以下、移動体１１ともいう）の追尾動作について説明する。図４は、図１の歩行追尾装置１１（移動体）による追尾動作を説明するタイムチャートである。
追尾動作をスタートさせると、間欠的な追尾動作を実行するため、追尾期間と停止期間の時間管理を開始する。ここでは、追尾期間として２秒間が設定されているものとする。
【００３９】
（１）初回軌跡データの採取（ｓｔｅｐ１）
追尾動作のスタート直後は、移動体１１を停止させたままの状態で、２秒間（追尾期間と同じ長さ）維持し、その間、歩行軌跡を含む画像を例えば０．２秒間隔で連続してカメラ撮影し、画像処理を行うことにより、最初の２秒間の軌跡データ（初回軌跡データ）を抽出して、撮影時間の情報とともにメモリに記憶する。
【００４０】
初回軌跡データを採取している間、移動体１１は停止させてあるので、エンコーダデータは変化しないため、初回だけはエンコーダデータを取得する必要がない。
（初回の動作と次回以降の動作とを同じアルゴリズムで動作させるために、最初の２秒間を仮追尾期間（ただし追尾せず停止状態）とし、形式的なエンコーダデータ（位置変化がゼロ）を取得する期間として、形式的に採取したエンコーダデータ（位置変化がゼロ）をメモリに記憶させるようにすれば、初回と２回目以降とを同じアルゴリズムで扱うことができることになる。）
【００４１】
（２）初回停止期間の開始、初回軌跡データに基づく軌跡関数の導出、二回目軌跡データの採取（ｓｔｅｐ２）
初回軌跡データを採取するための２秒間（すなわち仮追尾期間）が経過すると、続いて初回停止期間が始まり、追尾に必要な計算を開始する。すなわち取得した初回軌跡データに基づいて、最小自乗法により、初回軌跡データに対応する初回軌跡関数Ｆ１（ｘ、ｙ）を算出する。
【００４２】
これと並行して、カメラ１５で歩行軌跡を含む画像を引き続き撮影し、軌跡データをメモリに記憶する。このとき採取した軌跡データは、二回目軌跡データの一部となる。
【００４３】
（３）初回軌跡関数に対する最適解の導出、二回目軌跡データの採取継続（ｓｔｅｐ３）
続いて、初回軌跡関数Ｆ１（ｘ、ｙ）を元に、次回の追尾期間（２秒間）内にこの軌跡関数Ｆ１（ｘ、ｙ）に沿った移動を行うための最適解（速度、向き）を算出する。初回に限っては、２秒間で移動した軌跡を、同じく２秒間で移動するための最適解が計算される。
この最適解は、図５に示すように、軌跡データから算出した軌跡関数Ｆ１（ｘ、ｙ）と、移動体の通過軌道とに挟まれる領域（ハッチング部分）の面積が最小となるように移動体の通過軌道を算出することにより求められる。具体的な計算アルゴリズムとしては、例えば、リカッチ方程式をベースとした下記文献に記載の計算アルゴリズムを利用することができる。ただし、この計算アルゴリズムに限られず、他の計算アルゴリズムを用いてもよい。
(Imae,J. and Torisu,R. 'A Riccati-equation-based algorithm for nonlinear optimal control problems', Proceedings on the 37th IEEE Conference on Decision & Control Tampa, Florida USA December 1998)
【００４４】
そして最適解が算出された時点で初回停止期間を終了する。なお、（ｓｔｅｐ２）から（ｓｔｅｐ３）までに要する計算時間は、設定する追尾期間の長さに依存する。追尾期間が２秒である場合、計算時間は約０．２秒（０．２秒〜０．４秒）程度となる。この計算時間が停止期間の長さとなる。
また、これと並行して、カメラ１５で歩行軌跡を含む画像を引き続き撮影し、軌跡データをメモリに記憶する。このときの軌跡データは（ｓｔｅｐ２）で収集した軌跡データとともに、二回目軌跡データとなる。
【００４５】
（４）初回追尾期間の開始、追尾動作の実行、二回目軌跡データの採取継続（ｓｔｅｐ４）
続いて、初回停止期間が終了すると、初回追尾期間（２秒間）が開始する。直前に算出した最適解（速度、向き）に基づいて、この期間中に移動体１１を移動させる。これにより、２秒の初回追尾期間が終了するまでに、移動体１１を初回軌跡関数Ｆ１（ｘ、ｙ）に沿って移動し、初回軌跡関数Ｆ１（ｘ、ｙ）に対する追尾動作をすべて終了する。
移動体１１の移動に伴い、エンコーダ１６から出力されるエンコーダデータを採取し、メモリに記憶する。このときのエンコーダデータは、直前の停止位置（ｓｔｅｐ１〜ｓｔｅｐ３までは停止状態であるため初期位置）が座標原点となる。
【００４６】
また、これと並行して、カメラで歩行軌跡を含む画像を引き続き撮影し、軌跡データをメモリに記憶する。このときの軌跡データは（ｓｔｅｐ２）、（ｓｔｅｐ３）で収集した軌跡データとともに、二回目軌跡データとなる。
そして、２秒間が経過した時点で初回追尾期間を終了する。
【００４７】
（５）二回目停止期間の開始、二回目軌跡データに基づく軌跡関数の導出、三回目軌跡データの採取（ｓｔｅｐ５）
続いて、二回目停止期間が始まり、追尾に必要な計算を開始する。ここでは取得した二回目軌跡データ（移動体座標系）と、（ｓｔｅｐ４）で採取したエンコーダデータ（絶対座標系）とに基づいて、座標変換と最小自乗法とにより、二回目軌跡データに対応する二回目軌跡関数Ｆ２（ｘ、ｙ）を算出する。なお、座標変換については後述する。また、移動体の停止に伴い、エンコーダデータの絶対座標系がリセットされ、新しい停止位置が新たな座標原点となる絶対座標系に切り替わる。
【００４８】
これと並行して、カメラ１５で歩行軌跡を含む画像を引き続き撮影し、軌跡データをメモリに記憶する。このときの軌跡データは、三回目軌跡データの一部となる。
【００４９】
（６）二回目軌跡関数に対する最適解の導出、三回目軌跡データの採取継続（ｓｔｅｐ６）
算出した二回目軌跡関数Ｆ２（ｘ、ｙ）を元に、次回の追尾期間となる二回目追尾期間（２秒間）内にこの軌跡関数Ｆ２（ｘ、ｙ）に沿った移動を行うための最適解（速度、向き）を算出する。ここでは、初回停止期間から初回追尾期間までの合計期間（２秒間＋０．２秒）に移動した軌跡を、それよりも短い二回目追尾期間（２秒間）で移動し終えるための最適解が計算される。ここでの最適解についても、(ｓｔｅｐ３)と同様の計算アルゴリズムにより計算される。
そして最適解が算出された時点で二回目停止期間を終了する。（ｓｔｅｐ５）から（ｓｔｅｐ６）までに要する計算時間も、約０．２秒（０．２秒〜０．４秒）程度となる。この計算時間が二回目停止期間の長さとなる。
【００５０】
また、これと並行して、カメラ１５で歩行軌跡を含む画像を引き続き撮影し、軌跡データをメモリに記憶する。このときの軌跡データは（ｓｔｅｐ５）（ｓｔｅｐ６）で収集した軌跡データとともに、三回目軌跡データとなる。
【００５１】
（７）二回目追尾期間の開始、追尾動作の実行、三回目軌跡データの採取継続（ｓｔｅｐ７）
二回目停止期間が終了すると、二回目追尾期間（２秒間）が開始する。直前に算出した最適解（速度、向き）に基づいて、移動体１１を移動させる。これにより、二回目追尾期間が終了するまでに、移動体１１が二回目軌跡関数Ｆ２（ｘ、ｙ）に沿って移動し、二回目軌跡関数Ｆ２に対する追尾動作がすべて終了する。
移動体１１の移動に伴い、エンコーダ１６から出力されるエンコーダデータを採取し、メモリに記憶する。このときのエンコーダデータは、直前の停止位置（すなわちｓｔｅｐ５での停止位置）が座標原点となる。
【００５２】
また、これと並行して、カメラで歩行軌跡を含む画像を引き続き撮影し、軌跡データをメモリに記憶する。このときの軌跡データは（ｓｔｅｐ５）、（ｓｔｅｐ６）で収集した軌跡データとともに、三回目軌跡データとなる。そして、２秒間が経過した時点で二回目追尾期間を終了する。
【００５３】
（８）追尾期間と停止期間の繰返しによる間欠的な追尾動作の繰返し
以後、（ｓｔｅｐ５）に戻り、同様の処理を繰り返すことにより、追尾動作が継続して実行される。
【００５４】
このように、追尾期間と停止期間とを交互に設け、停止期間中に、次回の追尾期間中の追尾動作に必要な最適解（速度、向き）を算出し、停止期間が終了して次の追尾期間になると、直前に算出した最適解に基づいて追尾を行うとともに、並行してその次の追尾に必要な軌跡データを取得することにより、歩行軌跡に沿った追尾を、汎用コンピュータで実現することができる。
【００５５】
（座標変換）
ここで、移動体座標系で表される軌跡データと、絶対座標系で表されるエンコーダデータとを用いた座標変換について説明する。
図６は、移動体座標系、絶対座標系と軌跡データ、エンコーダデータとの関係を説明する図である。
【００５６】
絶対座標系（Ｘ−Ｙ座標系とする）を用いたエンコーダデータ（ｘi，ｙi，θi）と移動体座標系（ｘｒi−yｒi座標系とする）で表される軌跡データ（ｘｉｆ，ｙｉｆ）とを用いて、軌跡データを、最終的に停止位置の移動体座標系（ｘｓ’−ｙｓ’座標系とする）に以下の式で変換する。
エンコーダデータ（ｘi，ｙi，θi）を表す絶対座標系（Ｘ−Ｙ座標系）が、初期状態の移動体座標系（ｘｓ−ｙｓ座標系とする）に原点を一致させてあるものとする。
【００５７】
【数１】
2008210238.tif 000003
【００５８】
【数２】
2008210238.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、歩行軌跡に沿って、忠実に追尾する歩行追尾装置および歩行支援運搬装置に利用することができる。具体的には、酸素ボンベの運搬を支援する酸素療法患者用の歩行支援運搬装置（在宅療法支援装置）のように、歩行者と連結部材（ワイヤ、チューブ、電線、信号線など）で繋がれる移動体を、歩行追尾装置として利用する場合に、有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態である歩行支援運搬装置（歩行追尾装置）の外観構成を示す図。
【図２】本発明の一実施形態である歩行支援運搬装置（歩行追尾装置）の制御系の構成を示すブロック構成図。
【図３】制御に用いる絶対座標系および移動体座標系について説明する図。
【図４】図１、図２の歩行支援運搬装置（歩行追尾装置）の動作を説明するタイムチャート。
【図５】軌跡関数と移動体の通過軌道との関係を説明する図。
【図６】移動体座標系、絶対座標系と軌跡データ、エンコーダデータとの関係を説明する図。
【符号の説明】
【００６１】
１０：  歩行支援運搬装置
１１：  歩行追尾装置（移動体）
１２：  酸素ボンベ
１３：  酸素供給チューブ  
１４ａ：  車体
１４ｂ：  駆動輪
１４ｃ：  操舵輪
２０：  制御部
２１：  カメラ撮影制御部
２２：  追尾動作制御部
２３：  軌跡データ導出部
２４：  エンコーダデータ採取部
２５：  追尾／停止期間管理部
２６：  追尾データ算出部
２７：  軌跡関数導出部
２８：  最適解算出部
２９：  駆動信号出力部
【図１】
2008210238.tif 000005
【図２】
2008210238.tif 000006
【図３】
2008210238.tif 000007
【図４】
2008210238.tif 000008
【図５】
2008210238.tif 000009
【図６】
2008210238.tif 000010