(57)【要約】【課題】教示者が位置データを直接に編集しなくてもロボットに経路を教示できるロボット移動経路教示方法を提供することを目的とする。【解決手段】自走ロボット１が移動経路を学習する際には、教示者７００が移動経路１００を辿って歩くだけで、学習モードにセットされた自走ロボット１が教示者の移動経路１００を後追いして経路教示データ３４を確定する自動処理を実行するため、教示者７００が位置データを直接に編集しなくても自走ロボット１に経路を教示できる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自走するロボットに移動経路を教示するに際し、
教示物体が移動し、前記ロボットは前記教示物体の位置を時系列に監視して時系列の位置の変化データより前記教示物体の移動を検知し、前記教示物体の位置の変化データに合わせ前記ロボットを移動させ、
前記ロボットが自己の移動方向および移動距離を検出して時系列に蓄積し経路教示データに変換する
ロボット移動経路教示方法。
【請求項２】
自走するロボットに移動経路を教示するに際し、
教示物体が移動し、前記ロボットは教示済み経路教示データに従い自走し、
前記ロボットは前記教示物体の位置を時系列に監視して時系列の位置の変化データより前記教示物体の移動を検知し、前記教示物体の移動経路をチェックして、前記教示済み経路教示データを修正しながら前記ロボットを移動させ、
前記ロボットが自己の移動方向および移動距離を検出して時系列に蓄積し経路教示データに変換する
ロボット移動経路教示方法。
【請求項３】
教示物体の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置を時系列に監視して時系列の位置の変化データより前記教示物体の移動を検知する移動検知手段と、
前記教示物体の位置の変化データに合わせロボットを移動させる移動手段と、
前記ロボット自体の移動方向および移動距離を検出する移動量検出手段と、
前記移動量を時系列に蓄積し経路教示データに変換するデータ変換手段と
を備えた移動経路教示機能付きロボット。
【請求項４】
教示物体の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置を時系列に監視して時系列の位置の変化データより教示物体の移動を検知する移動検知手段と、
ロボットの教示済み経路教示データに従いロボットを移動させる移動手段と、
前記教示物体の移動経路をチェックして、前記教示済み経路教示データを修正しながら前記ロボットを移動させ、前記教示済み経路教示データを修正しながら教示物体の移動経路を学習して経路教示データを確定する制御手段と
を設けた移動経路教示機能付きロボット。
【請求項５】
教示物体の位置を検出する位置検出手段を、教示物体が携行している送信機の信号をアレーアンテナで検出して教示物体の位置を検出するよう構成した
請求項３または請求項４記載の移動経路教示機能付きロボット。
【請求項６】
教示物体の位置を検出する位置検出手段を、前記教示物体をカメラで撮影して、撮影画面における教示物体像を特定し、前記教示物体像の移動から前記教示物体の位置を検出するよう構成した
請求項３または請求項４記載の移動経路教示機能付きロボット。
【請求項７】
教示物体の位置を検出する位置検出手段を、指向性音声入力部と信号方向検知部と方向確認制御部とを備えた音源方向検知手段により前記教示物体の位置を検出するよう構成した
請求項３または請求項４記載の移動経路教示機能付きロボット。
【請求項８】
教示物体の位置を検出する位置検出手段を、前記教示物体がロボットに接触した方向を検出して、前記教示物体の位置を検出するよう構成した請求項３または請求項４記載の移動経路教示機能付きロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自走（自律移動）ロボットの移動経路教示方法と移動経路教示機能付きロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車の走行を補助するナビゲーション装置の分野では、地図データを記憶し、所定時間毎に自車の位置を測位する測位部と、上記測位部で測位された位置に基づいて地図の表示範囲を設定する制御部と、上記制御部で設定された表示範囲に基づいて上記読出し部から読出された地図データに基づいた地図の表示信号を作成する処理部と、上記制御部の制御に基づいて前回測位した位置から次に測位される位置まで、表示される地図の表示範囲を徐々に変化させ、制御を行うようにした装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
ロボット作業教示方法の従来技術の例としては、（特許文献２）を挙げることができる。これは、経路倣い装置に対し作業ツールの先端部に倣わせるべき経路を教示し、このときの実際の教示の様子を経路教示画面上に表示する経路教示装置と、経路倣い装置に対し作業ツールにとらせるべき姿勢を経路に沿って教示し、このときの実際の教示の様子を姿勢教示画面上に表示する姿勢教示装置と、形状計測装置から出力される三次元形状データと、経路倣い装置から出力されるロボット先端位置情報とを記憶、蓄積する作業状況・形状データ蓄積装置と、三次元形状データ及びロボット先端位置情報に含まれる種々の属性情報を教示作業者の指定に応じて算出し、この算出の結果をデータ閲覧画面上に表示する蓄積データ閲覧装置とを有し、センサデータの属性の変化に関する情報を教示作業者に対し視覚的に提示することの可能なロボット作業教示方法である。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１８５５９２号公報（図５）
【０００５】
【特許文献２】
特開平１１−１１００３１号公報（図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術においてロボット経路教示では、位置データを直接数値または視覚情報で人に編集させ教示させる。しかしながら家庭環境における移動ロボット経路教示では、位置データを直接人に編集させ教示させることは実用的でないと言う問題があり、実用的な経路教示方法が必要になっている。
【０００７】
本発明は、教示しようとする人が位置データを直接に編集しなくてもロボットに経路を教示できるロボット移動経路教示方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のロボット移動経路教示方法は、自走するロボットに移動経路を教示するに際し、教示物体が移動し、前記ロボットは前記教示物体の位置を時系列に監視して時系列の位置の変化データより前記教示物体の移動を検知し、前記教示物体の位置の変化データに合わせ前記ロボットを移動させ、前記ロボットが自己の移動方向および移動距離を検出して時系列に蓄積し経路教示データに変換することを特徴とする。
【０００９】
本発明のロボット移動経路教示方法は、自走するロボットに移動経路を教示するに際し、教示物体が移動し、前記ロボットは教示済み経路教示データに従い自走し、前記ロボットは前記教示物体の位置を時系列に監視して時系列の位置の変化データより前記教示物体の移動を検知し、前記教示物体の移動経路をチェックして、前記教示済み経路教示データを修正しながら前記ロボットを移動させ、前記ロボットが自己の移動方向および移動距離を検出して時系列に蓄積し経路教示データに変換することを特徴とする。
【００１０】
本発明の移動経路教示機能付きロボットは、教示物体の位置を検出する位置検出手段と、前記位置を時系列に監視して時系列の位置の変化データより前記教示物体の移動を検知する移動検知手段と、前記教示物体の位置の変化データに合わせロボットを移動させる移動手段と、前記ロボット自体の移動方向および移動距離を検出する移動量検出手段と、前記移動量を時系列に蓄積し経路教示データに変換するデータ変換手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の移動経路教示機能付きロボットは、教示物体の位置を検出する位置検出手段と、前記位置を時系列に監視して時系列の位置の変化データより教示物体の移動を検知する移動検知手段と、ロボットの教示済み経路教示データに従いロボットを移動させる移動手段と、前記教示物体の移動経路をチェックして、前記教示済み経路教示データを修正しながら前記ロボットを移動させ、前記教示済み経路教示データを修正しながら教示物体の移動経路を学習して経路教示データを確定する制御手段とを設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、教示物体の位置を検出する前記位置検出手段を、教示物体が携行している送信機の信号をアレーアンテナで検出して教示物体の位置を検出するよう構成したことを特徴とする。
【００１３】
また、教示物体の位置を検出する前記位置検出手段を、前記教示物体をカメラで撮影して、撮影画面における教示物体像を特定し、前記教示物体像の移動から前記教示物体の位置を検出するよう構成したことを特徴とする。
【００１４】
また、教示物体の位置を検出する位置検出手段を、指向性音声入力部と信号方向検知部と方向確認制御部とを備えた音源方向検知手段により前記教示物体の位置を検出するよう構成したことを特徴とする。
【００１５】
また、教示物体の位置を検出する位置検出手段を、前記教示物体がロボットに接触した方向を検出して、前記教示物体の位置を検出するよう構成したことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のロボット移動経路教示方法を具体的な各実施の形態に基づいて説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は自走ロボット１の構成を示している。
ここで自走ロボット１とは、誘導路として床面に部分的に磁気テープや反射テープ等を敷設せずに、予め決められた移動経路を辿るように自律走行するロボットである。
【００１８】
移動手段１０は、自走ロボット１の前後進、および左右側の移動を制御するもので、自走ロボット１を右側に移動させるよう左側走行モータ１１１を駆動する左側モータ駆動部１１と、自走ロボット１を左側に移動させるよう右側走行モータ１２１を駆動する右側モータ駆動部１２とから構成されている。左側走行モータ１１１と右側走行モータ１２１には駆動輪（図示せず）がそれぞれ取り付けられている。
【００１９】
走行距離検出手段２０は、移動手段１０により移動される自走ロボット１の走行距離を検出するもので、移動手段１０の制御により駆動する左側駆動輪の回転数、すなわち、左側走行モータ１１１の回転数に比例するパルス信号を発生させて自走ロボット１が右側に移動した走行距離を検出する左側エンコーダ２１と、移動手段１０の制御により駆動する右側駆動輪の回転数、すなわち、右側走行モータ１２１の回転数に比例するパルス信号を発生させて自走ロボット１が左側に移動した走行距離を検出する右側エンコーダ２２とから構成されている。
【００２０】
制御手段５０は移動手段１０を運転する中央処理装置ＣＰＵである。
この（実施の形態１）では図２に示すように、教示しようとする経路１００を辿って移動する教示物体としての教示者７００の後ろを、教示を受ける自走ロボット１が後追いしながら自走して経路を学習する場合を例に挙げて説明する。
【００２１】
教示物体の位置を検出する位置検出手段としての方向角検出手段３０は、図３と図４に示すように教示者７００が携行する送信機５０２の信号５００をアレーアンテナ５０１で検出して、移動手段１０により移動される自走ロボット１の走行方向変化を検出する。具体的には、信号５００のピックアップは、受信回路５０３とアレーアンテナ制御部５０５とビームパターン制御部５０４との組み合わせによって、アレーアンテナ５０１の受信方向を切り換えながら受信して、最大受信信号レベルになったときのビームパターンの方向を、送信機５０２の方向として検出する。この方向角情報５０６を制御手段５０に提供する。
【００２２】
移動検知手段３１は、方向角検出手段３０による方向角を時系列に監視して時系列の方向角の変化データより教示者７００の移動を検知する。この（実施の形態１）では前方に存在する教示者の時々の位置を方向角の変化として検出する。
【００２３】
移動量検出手段３２は、移動検知手段３１の検出に基づいて教示者７００の移動に合わせロボット自体を移動させ、走行距離検出手段２０からロボット自体の移動方向および移動距離を検出する。
【００２４】
データ変換手段３３は、移動量データを時系列に蓄積し経路教示データ３４に変換する。
制御手段５０は、移動経路の教示を受けている期間中には、走行距離検出手段２０により検出された走行距離データ、および方向角検出手段３０により検出された走行方向データが所定時間間隔で入力されて自走ロボット１の現在位置を演算し、その情報結果にしたがって自走ロボット１の走行を制御して教示者の移動経路を後追いするように運転制御し、教示が完了して経路教示データ３４が確定した状態（学習が完了した状態）では、経路教示データ３４に従って目的の経路を辿るように運転制御して正常軌道から逸脱せずに目標地点まで正確に走行できるよう制御する。
【００２５】
このように、自走ロボット１が移動経路を学習する際には、教示者７００が移動経路を辿って歩くだけで、学習モードにセットされた自走ロボット１が教示者７００の移動経路１００を後追いして経路教示データ３４を確定する自動処理を実行するため、教示者７００が位置データを直接に編集しなくてもロボットに経路を教示することができる。
【００２６】
学習モードにセットされた自走ロボット１が、図５に示すように教示者の移動経路１００に対して最短距離の方向１０１のように後追いした場合には正しい教示ができないが、本発明では、図６のようなシステムによりこれまでのオペレータの経路の実現を図る。
【００２７】
▲１▼  自走ロボット１は教示者７００の方向と距離を逐一記憶する。同時に、前記方向と距離より教示者の位置（Ｘ，Ｙ座標）を算出し記憶する。
▲２▼  上記記憶した位置データ列に沿って自走ロボット１の経路を生成する。
【００２８】
（実施の形態２）
上記の（実施の形態１）では、位置検出手段は自走ロボット１にアレーアンテナ５０１を搭載して教示者７００の携行する送信機５０２の位置を方位角の変化として検出したが、この（実施の形態２）では図７に示すように自走ロボット１にカメラ８０１を搭載し、前方に存在する教示者７００を撮影し、撮像画像上で教示者７００の像（教示者像）を特定し、画像上の教示者７００の位置の変化を方向角度に換算するようにした点だけが異なっている。なお、教示者７００の撮像画像上での特定のため、教示者７００には例えば、蛍光色等で表記したマークを着用させる。
【００２９】
このように、前方に存在する教示者の位置を検出する位置検出手段としてカメラ８０１を使用しても、同様に移動経路を自走ロボット１に教示できる。
（実施の形態３）
上記の各実施の形態では、自走ロボット１が教示者７００を後追いするように自走して教示データを学習したが、図８に示すように自走ロボット１が教示済み経路教示データに従い教示者７００の前方を自走し、自走ロボット１は後方に存在する教示者７００の位置を、（実施の形態１）に示したアレイアンテナ、または（実施の形態２）に示したカメラ８０１によって時系列に監視して時系列の位置の変化データより前記教示者の移動を検知し、前記教示者の移動に合わせ自走ロボット１を移動させ、前記教示者の移動量を前記教示済み経路教示データと比較して前記教示者に先導して移動経路を前記教示者が後追いするかをチェックして、前記教示済み経路教示データを修正しながら教示者の移動経路を学習して自動処理し、経路教示データ３４を確定するように構成することもできる。
【００３０】
（実施の形態４）
図９は（実施の形態４）を示し、教示物体の位置を検出する位置検出手段の構成だけが前記の各実施の形態と異なっている。
【００３１】
この場合の位置検出手段としての音源方向検知装置１４０１は、教示を受ける前記自走ロボット１に搭載されており、教示物体としての教示者７００は予め決められた教示指示フレーズ（例えば、『こちらにおいで』）を発声しながら教示しようとする移動経路を移動する。
【００３２】
音源方向検知装置１４０１は、指向性音声入力部としてのマイク１４０２Ｒ，１４０２Ｌと、第１，第２の音声検知部１４０３Ｒ，１４０３Ｌと、信号方向検知部としての学習型信号方向検出部１４０４と、方向確認制御部としての音方向−台車方向フィードバック制御部１４０５とで構成されている。
【００３３】
マイク１４０２Ｒとマイク１４０２Ｌによって周囲の音を検出し、第１の音声検知部１４０３Ｒはマイク１４０２Ｒによって検出された音から前記教示フレーズの音の成分だけを検出する。第２の音声検知部１４０３Ｌはマイク１４０２Ｌによって検出された音から前記教示フレーズの音の成分だけを検出する。
【００３４】
学習型信号方向検出部１４０４は、方向別に信号パターンマッチングを行い、方向毎の位相差を除去する。さらに、音声マッチングパターンより信号強度を抜き出し、マイク指向方向情報を加え、方向ベクトル化する。
【００３５】
その際、事前に、学習型信号方向検出部１４０４は、音源方向と方向ベクトルの基準パターンにて学習をおこない、学習データを内部に保持する。また、音源検出精度が不十分な場合、学習型方向確認制御部１４０４は、自走ロボット１を細かく動かし（回転させ）近似角度での方向ベクトルを検出し平均化することで精度向上を図るように構成されている。
【００３６】
この学習型方向確認制御部１４０４の検出結果に基づいて音方向−台車方向フィードバック制御部１４０５を介して自走ロボット１の台車１４０６を駆動して、前記教示者の発声している教示指示フレーズの到来する方向に自走ロボット１を移動させる。これによって、（実施の形態１）と同じように走行距離検出手段２０からロボット自体の移動方向および移動距離を検出して、データ変換手段３３が移動量データを時系列に蓄積し経路教示データ３４に変換する。
【００３７】
（実施の形態５）
図１０は（実施の形態５）を示し、教示物体の位置を検出する位置検出手段の構成だけが前記の各実施の形態と異なっている。
【００３８】
図１０は、上記の音源方向検出手段に代わり自走ロボット１に搭載されるタッチ方向検知手段１５０１を示し、教示者の教示タッチにより教示者の位置を検出する。
【００３９】
自走ロボット１に設置したタッチ方向センサ１５００は、起歪体１５００Ａに貼り付けられた複数の歪みゲージ、例えば１５０２Ｒ，１５０２Ｌにて構成されており、起歪体１５００Ａのエリア１５００Ｒにタッチした場合には歪みゲージ１５０２Ｒが歪みゲージ１５０２Ｌよりも大きな歪みを検出し、起歪体１５００Ａのエリア１５０１Ｌにタッチした場合には歪みゲージ１５０２Ｌが歪みゲージ１５０２Ｒよりも大きな歪みを検出するように構成されている。なお、起歪体１５００Ａは自走ロボット１のボディーから少なくとも一部が露出して設けられている。
【００４０】
学習型タッチ方向検出部１５０４では、各歪みゲージ１５０２Ｒ，１５０２Ｌにて検出した信号を第１，第２の信号検知部１５０３Ｒ，１５０３Ｌを介して受け入れて、この両入力信号を個別に信号パターンマッチングしピーク信号を検出する。さらに、複数のピーク信号パターンをマッチングして方向ベクトル化する。
【００４１】
この学習型タッチ方向検出部１５０４は、タッチ方向と方向ベクトルの基準パターンの学習を予め行って学習データを内部に保持している。
この学習型方向確認制御部１５０４の検出結果に基づいてタッチ方向−台車方向フィードバック制御部１５０５を介して自走ロボット１の台車１５０６を駆動して、前記教示者が起歪体１５００Ａにタッチした方向に自走ロボット１を移動させる。
【００４２】
これによって、（実施の形態１）と同じように走行距離検出手段２０からロボット自体の移動方向および移動距離を検出して、データ変換手段３３が移動量データを時系列に蓄積し経路教示データ３４に変換する。
【００４３】
なお、この（実施の形態５）では起歪体１５００Ａに複数の歪みゲージを貼り付けてタッチ方向センサ１５００を構成したが、自走ロボット１のボディーに複数の歪みゲージを貼り付けてタッチ方向センサ１５００を構成することもできる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明のロボット移動経路教示方法によると、教示しようとする移動経路に沿って移動する教示物体を前記ロボット自身が検出しながら学習して自動処理して経路教示データを確定することができるので、教示しようとする人が位置データを直接に編集しなくても済み、従来に比べて実用的な経路教示が可能となる。
【００４５】
また、教示物体の位置を検出する位置検出手段として、指向性音声入力部と信号方向検知部と方向確認制御部とを備え、音源方向検知手段により前記教示物体の位置を検出するよう構成した場合にも、教示しようとする移動経路に沿って教示音声を発しながら移動する教示物体を前記ロボット自身が検出しながら学習して自動処理して経路教示データを確定することができるので、教示しようとする人が位置データを直接に編集しなくても済み、従来に比べて実用的な経路教示が可能となる。
【００４６】
また、教示物体の位置を検出する位置検出手段として、教示物体がロボットに接触した方向を検出して、前記教示物体の位置を検出するよう構成した場合にも、移動するロボットに対して、教示しようとする移動経路近づく方向を示すように教示物体がロボットに接触するだけで、教示経路を前記ロボット自身が検出しながら学習して自動処理して経路教示データを確定することができるので、教示しようとする人が位置データを直接に編集しなくても済み、従来に比べて実用的な経路教示が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロボット移動経路教示方法の具体的な（実施の形態１）の自走ロボットの構成図
【図２】同実施の形態の後追い式の経路教示の説明図
【図３】同実施の形態の自走ロボットと教示者および教示データの説明図
【図４】同実施の形態の位置検出原理の説明図
【図５】考えられる後追い処理の説明図
【図６】同実施の形態の教示者の位置を時系列に監視して時系列の位置の変化データより人の移動を検知する説明図
【図７】本発明の（実施の形態２）の位置検出手段にカメラを用いた場合の説明図
【図８】本発明の（実施の形態３）のロボットが後方に位置する教示者を検出して学習する場合の説明図
【図９】本発明の（実施の形態４）の位置検出手段の構成図
【図１０】本発明の（実施の形態５）の位置検出手段の構成図
【符号の説明】
１    自走ロボット（ロボット）
１０    移動手段
１１    左側モータ駆動部
１２    右側モータ駆動部
２０    走行距離検出手段
２１    左側エンコーダ
２２    右側エンコーダ
３０    方向角検出手段（位置検出手段）
３２    移動量検出手段
３３    データ変換手段
３４    経路教示データ
５０    制御手段
１００    教示しようとする経路
１１１    左側走行モータ
１２１    右側走行モータ
７００    教示者（教示物体）
５０２    送信機
５００    送信機５０２の信号
５０１    アレーアンテナ
５０３    受信回路
５０５    アレーアンテナ制御部
５０４    ビームパターン制御部
５０６    方向角情報
８０１    カメラ
１４０１    音源方向検知装置（位置検出手段）
１４０２Ｒ，１４０２Ｌ    マイク（指向性音声入力部）
１４０３Ｒ，１４０３Ｌ    第１，第２の音声検知部
１４０４    学習型信号方向検出部（信号方向検知部）
１４０５    音方向−台車方向フィードバック制御部（方向確認制御部）
１５０１    タッチ方向検知手段（位置検出手段）
１５００    タッチ方向センサ
１５００Ａ    起歪体
１５０２Ｒ，１５０２Ｌ    歪みゲージ
１５０４    学習型タッチ方向検出部
１５０３Ｒ，１５０３Ｌ    第１，第２の信号検知部
１５０５    タッチ方向−台車方向フィードバック制御部
【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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