(57)【要約】【課題】ロボットの作業環境内にあるオブジェクトが積極的に自己のデータをロボットへ供給するロボットシステムを提供する。【解決手段】ロボットシステムは、ロボット１１０および該ロボットと通信可能なオブジェクト１２０を含み、オブジェクトは、それ自身の位置を示す第１の位置データを格納する記憶部１２２と、第１の位置データを要求する要求信号を受信しそれに応じて第１の位置データを送信するインタフェース１２４とを備え、ロボットは、オブジェクトおよびロボットが存在し得る範囲の地図データ並びに該ロボット自体の位置を示す第２の位置データを格納する記憶部１１２と、要求信号を送信しまたは第１の位置データを受信するインタフェース１１４と、第１の位置データと第２の位置データとを比較して位置比較結果を出力する比較器１１８と、位置比較結果および地図データに基づいて該ロボットを移動させる移動機構１１９とを備えている。【選択図】  図１
2004280404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットおよび該ロボットと通信可能なオブジェクトを含むロボットシステムにおいて、
前記オブジェクトは、該オブジェクト自体の位置を示す第１の位置データを格納する第１の記憶部と、前記第１の位置データを要求する要求信号を受信しそれに応じて前記第１の位置データを送信する第１のインタフェースとを備え、
前記ロボットは、前記オブジェクトおよび前記ロボットが存在し得る範囲の地図データ並びに該ロボット自体の位置を示す第２の位置データを格納する第２の記憶部と、前記要求信号を送信しまたは前記第１の位置データを受信する第２のインタフェースと、前記第１の位置データと前記第２の位置データとを比較して位置比較結果を出力する比較器と、前記位置比較結果および前記地図データに基づいて該ロボットを移動させる移動機構とを備えていることを特徴とするロボットシステム。
【請求項２】
前記第１の記憶部は該オブジェクト自体の画像を示す第１の画像データをさらに格納し、前記第１のインタフェースは前記要求信号に応じて前記第１の画像データをも送信し、
前記ロボットはカメラをさらに備え、前記第２のインタフェースは前記第１の画像データを受信し、前記比較器は前記カメラが撮影した前記第２の画像データと前記第１の画像データとを比較して画像比較結果を出力し、前記移動機構は、前記画像比較結果、前記位置比較結果および前記地図データに基づいて該ロボットを移動させることを特徴とする請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記ロボットは、前記位置比較結果および前記地図データに従って前記オブジェクトへの経路を決定し、前記画像比較結果に従って該オブジェクトへ接近することを特徴とする請求項２に記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記第１の位置データと前記第２の位置データとの距離が所定値以下になったときに、前記カメラは前記ロボットの周囲の画像を撮影して前記第２の画像データを生成し、前記画像比較結果に基づいて前記オブジェクトを特定することを特徴とする請求項２に記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記ロボットは、前記第２の位置データを前記要求信号とともに複数の前記オブジェクトへ送信し、
複数の前記オブジェクトのうち前記第２の位置データに距離が最も近い第１の位置データを有するオブジェクトが該第１の位置データを送信することを特徴とする請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項６】
前記オブジェクトは該オブジェクトが存在する位置およびその方向を示す検出用信号を発する信号発生器をさらに備え、
前記ロボットは前記検出用信号を検出する信号検出器をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項７】
前記オブジェクトにおいて、前記第１の記憶部は、前記オブジェクトの特性を示す特性データを格納し、前記第１のインタフェースは前記特性データを要求する要求信号を受信しそれに応じて前記特性データを送信することを特徴とする請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項８】
ロボット、該ロボットと通信可能なオブジェクトを含むロボットシステムにおいて、
当該ロボットシステムは、前記オブジェクトおよび前記ロボットが存在し得る範囲の地図データを格納し、前記オブジェクトおよび前記ロボットと通信可能に接続されたデータ蓄積装置をさらに含み、
前記オブジェクトは、該オブジェクト自体の位置を示す第１の位置データを格納する第１の記憶部と、前記第１の位置データを要求する要求信号を受信しそれに応じて前記第１の位置データを送信する第１のインタフェースとを備え、
前記ロボットは、該ロボット自体の位置を示す第２の位置データを格納する第２の記憶部と、前記要求信号を送信しまたは前記第１の位置データを受信する第２のインタフェースと、前記第２の位置データと前記第１の位置データとを比較し位置比較結果を出力する比較器と、該比較器による位置比較結果および前記地図データに基づいて該ロボットを移動させる移動機構とを備えたことを特徴とするロボットシステム。
【請求項９】
あるオブジェクトと通信可能なロボットであって、
前記オブジェクトおよび前記ロボットが存在する範囲の地図データを格納する記憶部と、前記オブジェクトの位置を示す第１の位置データを要求する要求信号を前記オブジェクトへ送信し前記第１の位置データを受信する第２のインタフェースと、該ロボット自体の位置を示す第２の位置データと前記第１の位置データとを比較し位置比較結果を出力する比較器と、該比較器による位置比較結果および前記地図データに基づいて該ロボットを移動させる移動機構とを備えていることを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はロボットシステムおよびロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、様々な環境において作業を行うために自律的なロボットシステムが用いられている。このようなロボットシステムは、工場のように整備された特殊な環境のほか、より一般的な環境でも用いられることが望まれている。しかし、従来では、様々な構造を有する一般的な環境においてロボットが自律的に作業を行うことは困難であった。
【０００３】
ロボットが自律的に作業を行う従来技術として、壁やオブジェクトの環境にＩＤＣ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｄａｔａ  Ｃａｒｒｉｅｒ）やタグを配したシステムが存在する（非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
倉橋等による“知的データキャリアを用いた自律ロボット群と環境の情報交換（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｂｅｔｗｅｅｎ  Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ  Ｒｏｂｏｔｓ  ａｎｄ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ  ｂｙ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｄａｔａ  Ｃａｒｒｉｅｒｓ）”日本ロボット学会誌  Ｖｏｌ．１７  ＮＯ．５（ｐｐ６３３〜６３６）、１９９９
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
非特許文献１に記載されたＩＤＣはＣＰＵおよびメモリを有する。しかし、ＩＤＣは、これを配した壁やオブジェクト自身の情報を積極的にロボットへ提供するものではなかった。即ち、従来から作業環境は受動的または消極的なものであった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ロボットの作業環境内にある様々な機器や調度品などのオブジェクトが、能動的にデータをロボットへ供給し、それによりロボットの作業を支援することができるロボットシステムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に従った実施の形態によるロボットシステムは、ロボットおよび該ロボットと通信可能なオブジェクトを含むロボットシステムにおいて、
前記オブジェクトは、該オブジェクト自体の位置を示す第１の位置データを格納する第１の記憶部と、前記第１の位置データを要求する要求信号を受信しそれに応じて前記第１の位置データを送信する第１のインタフェースとを備え、
前記ロボットは、前記オブジェクトおよび前記ロボットが存在し得る範囲の地図データ並びに該ロボット自体の位置を示す第２の位置データを格納する第２の記憶部と、前記要求信号を送信しまたは前記第１の位置データを受信する第２のインタフェースと、前記第１の位置データと前記第２の位置データとを比較して位置比較結果を出力する比較器と、前記位置比較結果および前記地図データに基づいて該ロボットを移動させる移動機構とを備えている。
【０００８】
本発明に従った他の実施の形態によるロボットシステムは、ロボット、該ロボットと通信可能なオブジェクトを含むロボットシステムにおいて、
当該ロボットシステムは、前記オブジェクトおよび前記ロボットが存在し得る範囲の地図データを格納し、前記オブジェクトおよび前記ロボットと通信可能に接続されたデータ蓄積装置をさらに含み、
前記オブジェクトは、該オブジェクト自体の位置を示す第１の位置データを格納する第１の記憶部と、前記第１の位置データを要求する要求信号を受信しそれに応じて前記第１の位置データを送信する第１のインタフェースとを備え、
前記ロボットは、該ロボット自体の位置を示す第２の位置データを格納する第２の記憶部と、前記要求信号を送信しまたは前記第１の位置データを受信する第２のインタフェースと、前記第２の位置データと前記第１の位置データとを比較し位置比較結果を出力する比較器と、該比較器による位置比較結果および前記地図データに基づいて該ロボットを移動させる移動機構とを備えている。
【０００９】
本発明に従った実施の形態によるロボットは、あるオブジェクトと通信可能なロボットであって、
前記オブジェクトおよび前記ロボットが存在する範囲の地図データを格納する記憶部と、前記オブジェクトの位置を示す第１の位置データを要求する要求信号を前記オブジェクトへ送信し前記第１の位置データを受信する第２のインタフェースと、該ロボット自体の位置を示す第２の位置データと前記第１の位置データとを比較し位置比較結果を出力する比較器と、該比較器による位置比較結果および前記地図データに基づいて該ロボットを移動させる移動機構とを備えている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明による実施の形態を説明する。これらの実施の形態は本発明を限定するものではない。
【００１１】
本発明に係る実施の形態に従ったロボットシステムにおいて、ロボットおよびオブジェクトの両方がそれぞれの位置データを有し、双方向に通信を行う。これによりオブジェクトは、能動的にデータをロボットに提供しロボットを支援することができる。
【００１２】
図１は、本発明に係る第１の実施の形態に従ったロボットシステム１００の概念図である。ロボットシステム１００はロボット１１０およびオブジェクト１２０、１３０および１４０を含む。ロボット１１０およびオブジェクト１２０、１３０および１４０は、互いに無線または有線によるネットワーク１５０により接続されている。
【００１３】
本実施の形態において、オブジェクト１２０は冷蔵庫であり、オブジェクト１３０はたんすであり、オブジェクト１４０は電子レンジである。オブジェクトは、これらに限られず、他の家具や事務機器であってもよい。オブジェクト１２０、１３０および１４０は、いずれもロボット１１０が移動して作業を行うことができる作業環境の範囲（以下、作業範囲という）内に配置されている。オブジェクト１２０、１３０、１４０は、それぞれメモリ１２２、１３２、１４２、インタフェース１２４、１３４、１４４およびＣＰＵ１２６、１３６、１４６を備えている。このように、オブジェクトは、作業範囲内に設けられ、ロボットと通信可能な物体であり、例えば、メモリ、インタフェースおよびＣＰＵを備えた家具、事務用品などである。
【００１４】
メモリ１２２はオブジェクト１２０の位置を示す位置データおよびその外観を示す画像データを格納し、メモリ１３２はオブジェクト１３０の位置を示す位置データおよびその外観を示す画像データを格納し、メモリ１４２はオブジェクト１４０の位置を示す位置データおよびその外観を示す画像データを格納する。
【００１５】
ＣＰＵ１２６、１３６、１４６はそれぞれオブジェクト１２０、１３０、１４０の各構成要素を制御する。
【００１６】
ロボット１１０は作業範囲内において自律的に移動および作業を行うように構成されている。ロボット１１０はメモリ１１２、インタフェース１１４、カメラ１１６、ＣＰＵ１１７、比較器１１８および移動機構１１９を備えている。メモリ１１２は、オブジェクト１２０、１３０、１４０およびロボット１１０が存在し得る作業範囲の地図データと、ロボット１１０の位置を示す位置データとを格納する。カメラ１１６は、ロボット１１０の周囲の環境を撮像することができる。比較器１１６は、位置データを比較し、並びに、画像データを比較することができる。ＣＰＵ１１７は、ロボット１１０の各構成要素を制御する。
【００１７】
インタフェース１１４、１２４、１３４および１４４は、ネットワーク１５０を介して相互に通信可能に接続されている。
【００１８】
図２は、ロボットシステム１００の動作を示すフロー図である。ロボット１１０は、ユーザから「冷蔵庫からビールを持って来い」という命令を受ける（Ｓ１０）。このとき、例えば、ユーザは、ロボット１１０に配備されたマイクに向かって音声で入力してもよい。あるいは、ユーザは、携帯電話機からネットワーク１５０およびインタフェース１１４を介してロボット１１０へ命令を送ってもよい。
【００１９】
ロボット１１０は、最初、冷蔵庫１２０の位置や画像を有していない。よって、ロボット１１０は、この命令を認識すると、ネットワーク１５０に接続された総てのオブジェクトに対して冷蔵庫の識別子および要求信号を送信する（Ｓ２０）。この要求信号は、冷蔵庫１２０の位置データを要求する信号である。
【００２０】
冷蔵庫１２０は、ロボット１１０からの識別子を認識して要求信号を受信し、これに応答してメモリ１２２に格納された位置データを送信する（Ｓ３０）。この位置データは、ネットワーク１５０を介してロボット１１０へ送信される。
【００２１】
ロボット１１０は、冷蔵庫１２０の位置データを受信し、これをメモリ１２０へ格納する。比較器１１８が冷蔵庫１２０の位置データとロボット１１０自身の位置データとを比較し、ロボット１１０から冷蔵庫１２０までの経路を決定する（Ｓ４０）。このとき、比較器１１８は、作業範囲の地図データ上においてこれらの位置データを比較し、ロボット１１０から冷蔵庫１２０までの総ての経路を検索する。さらに、比較器１１８は、この検索結果から適切な経路を選択する。例えば、比較器１１８は最短経路を選択する。比較器１１８は、最も容易に通過できる経路、または、最も短時間で冷蔵庫１２０へ到達できる経路を選択してもよい。適切な経路を選択する際には、ＣＰＵ１１７を用いて計算を行う。このようにして、ロボット１１０は適切な経路を選択する。尚、ロボット１１０が適切な経路を選択するために、地図データには作業範囲内の環境データが予め入力されている。環境データとは、例えば、ロボット１１０が通過できないような狭い通路やロボット１１０が通過するのに時間がかかる階段などに関するデータである。
【００２２】
比較器１１８は、比較器１１８により選択された経路を位置比較結果として移動機構１１９へ出力する（Ｓ５０）。移動機構１１９は、この位置比較結果に沿ってロボット１１０を移動させる（Ｓ６０）。
【００２３】
ロボット１１０は、冷蔵庫１２０から所定の距離まで接近すると、カメラ１１６によってロボット１１０の周囲の環境を撮像する（Ｓ７０）。ロボット１１０と冷蔵庫１２０との距離は、検出用信号を用いて測定すればよい。検出用信号は、ロボット１１０の作業環境内で伝播され得る信号であり、例えば、電磁波または音響波などである。この場合、冷蔵庫１２０には検出用信号を発する信号発生器（図示せず）が設けられ、ロボット１１０には検出用信号を検出する信号検出器（図示せず）が設けられる。検出用信号は、ネットワーク１５０を介することなく、冷蔵庫１２０からロボット１１０へ直接発信される。ロボット１１０は、検出用信号の検出によって冷蔵庫１２０が存在する位置およびその方向を認識することができる。
【００２４】
次に、ロボット１１０は冷蔵庫１２０へ冷蔵庫１２０の画像データを要求する要求信号を送信する（Ｓ８０）。冷蔵庫１２０は、要求信号を受信し、これに応答してメモリ１２２に格納された画像データをロボット１１０へ送信する（Ｓ９０）。ロボット１１０は、この画像データを受信し、これをメモリ１２０へ格納する。冷蔵庫１２０が送信する画像データは複数であることが好ましい。例えば、冷蔵庫１２０を様々な角度から撮影した画像データ、冷蔵庫１２０の扉を閉じた状態および開いた状態の画像データ等が送信される。
【００２５】
比較器１１８は、冷蔵庫１２０から送信された画像データとカメラ１１６が撮影した画像データとを比較し、マッチング処理を行う（Ｓ１００）。冷蔵庫１２０を様々な角度から撮影した画像データが存在する場合には、これらの各画像データとカメラ１１６が撮影した画像データとを比較する。これにより、カメラ１１６により撮影されたオブジェクトが冷蔵庫１２０であるか否かの判断が容易になる。カメラ１１６により撮影されたオブジェクトが冷蔵庫１２０と同一であると判断したときには、同一性を示す信号を画像比較結果として出力する。一方で、比較器１１８は、これらが異なると認識したときには、非同一性を示す信号を画像比較結果として出力する。尚、このマッチング処理によって、ロボット１１０と冷蔵庫１２０との距離を計算してもよい。
【００２６】
カメラ１１６により撮影されたオブジェクトが冷蔵庫１２０と同一である場合には、ロボット１１０は、冷蔵庫１２０に対してさらに要求信号を送信する（Ｓ１１０）。
【００２７】
冷蔵庫１２０のメモリ１２２は、冷蔵庫１２０の特性を示す特性データをさらに格納している。特性データとは、例えば、冷蔵庫１２０の形状、大きさ、取っ手の位置、取っ手の機構、内部に貯蔵されている物などのオブジェクトの特性を示すデータである。冷蔵庫１２０は、要求信号に応答してこの特性データをロボット１１０へ送信する（Ｓ１２０）。
【００２８】
ロボット１１０は、カメラ１１６で冷蔵庫１２０を撮像しつつ、カメラ１１６からの画像データ、冷蔵庫１２０から受信した画像データおよび特性データに基づいて、冷蔵庫１２０の扉を開き、その中からビールを取り出す（Ｓ１３０）。
【００２９】
さらに、ロボット１１０は、冷蔵庫１２０までの経路を逆に戻り、ユーザへビールを持っていく（Ｓ１４０）。
【００３０】
一方で、カメラ１１６により撮影されたオブジェクトが冷蔵庫１２０と同一でないと判断した場合には、ステップ２０へ戻る。
【００３１】
このように、本実施の形態によれば、ロボット１１０は、オブジェクト１２０から１４０と双方向通信を行いながら作業を行う。これにより、ロボットの作業環境内にあるオブジェクトが能動的にデータをロボットへ供給することができるので、ロボットは正確かつ容易に移動し作業を遂行することができる。
【００３２】
本実施の形態によれば、ロボット１１０は、位置比較結果および画像比較結果という複数の比較結果に基づいてオブジェクトを判断するのでオブジェクトを誤認することが少ない。
【００３３】
本実施の形態において、ロボット１１０は要求信号を１回だけ送信してもよい。この場合、要求信号を受信した冷蔵庫１２０は位置データ、画像データおよび特性データを同時にロボット１１０へ送信する。
【００３４】
図３は、本発明に係る第２の実施の形態に従ったロボットシステム２００の概念図である。本実施の形態はデータ蓄積装置２１０を備えている点で第１の実施の形態と異なる。また、本実施の形態において、ロボット１１０がメモリを必ずしも必要としない点で第１の実施の形態と異なる。
【００３５】
データ蓄積装置２１０は、例えば、ホームサーバであり、ネットワーク１５０に接続されている。データ蓄積装置２１０は、第１の実施の形態においてメモリ１１２が格納していた総てのデータを格納することができる。例えば、データ蓄積装置２１０は、ロボットの作業範囲の地図データおよびロボット１１０が存在する位置データを格納することができる。データ蓄積装置２１０は、さらに、オブジェクトが有するメモリ１２２、１３２、１４２に格納されたデータをも格納してもよい。例えば、データ蓄積装置２１０は、各オブジェクトの位置データ、画像データおよび特性データを格納してもよい。
【００３６】
本実施の形態によれば、データ蓄積装置２１０が種々のデータを格納しているので、ロボット１１０および各オブジェクト１２０から１４０が容量の大きなメモリを備えている必要がない。
【００３７】
さらに、第２の実施の形態の変形例として、計算機（図示せず）をネットワーク１５０に接続してもよい。計算機が位置データおよび画像データの比較処理を行うことによって、ロボット１１０は、比較器１１８を備える必要がなくなくなる。また、計算機がネットワーク１５０に接続されることによって、システム全体の計算能力を考慮した計算能力の配分を効率的にすることができる。即ち、ｋの変形例では、ＣＰＵ１１７、１２６、１３６、１４６は計算能力の低いＣＰＵであってもよい。
【００３８】
尚、カメラ１１６は、ロボット１１０に配備したが、ロボット１１０の作業環境内にカメラを設置してもよい。この場合、ロボット１１０は、このカメラと通信可能に接続され、カメラにより撮影された画像データに基づいて作業を行う。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によるロボットシステムは、ロボットの作業環境内にあるオブジェクトが積極的に自己のデータをロボットへ供給する。それにより、このロボットシステムでは環境がロボットの作業を支援することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態に従ったロボットシステム１００の概念図。
【図２】ロボットシステム１００の動作を示すフロー図。
【図３】本発明に係る第２の実施の形態に従ったロボットシステム２００の概念図。
【符号の説明】
１００、２００  ロボットシステム
１１０  ロボット
１１２  メモリ
１１４  インタフェース
１１６  カメラ
１１８  比較器
１１９  移動機構
１２０、１３０、１４０  オブジェクト
１２２、１３２、１４２  メモリ
１２４、１３４、１４４  インタフェース
１５０  ネットワーク
２１０  データ蓄積装置
【図１】
2004280404.tif 000003
【図２】
2004280404.tif 000004
【図３】
2004280404.tif 000005