(57)【要約】      （修正有）【課題】デプスセンサが測距不能な領域を自機が移動するときでも、確実に障害物検知を行なうと共に、移動時間の短縮にも配慮した自律移動体を提供する。【解決手段】サービスロボットは、全方位に移動可能な台車と、台車に固定されたレーザレンジファインダと、台車に水平旋回可能に取り付けられたヘッドと、ヘッドに固定されたデプスセンサ６と、地図情報記憶部１５と、自機が移動する経路に関する経路情報、及び、経路における台車及びヘッドの向きに関する向き情報と、を含む移動情報を生成する移動情報生成部１６と、移動情報に従って、台車モータ７及びヘッドモータ８を制御する制御部１８と、を備える。移動情報生成部１６は、自機が測距不能領域Pを移動するときはレーザレンジファインダ５を用い、自機が測距不能領域P以外を移動するときはデプスセンサ６を用いて、自機の移動方向の障害物検知を行うように移動情報を生成する。【選択図】図２
2017097535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全方位に移動可能な台車と、
前記台車の移動を駆動する台車駆動手段と、
前記台車に固定されたレーザ測距センサと、
前記台車に水平旋回可能に取り付けられたヘッドと、
前記ヘッドに固定されたパターン投影式測距センサと、
前記ヘッドの旋回を駆動するヘッド駆動手段と、
地図情報と、前記パターン投影式測距センサが測距不能となる測距不能領域に関する測距不能領域情報と、を記憶する地図情報記憶手段と、
前記地図情報と、前記測距不能領域情報と、に基づいて、自機が移動する経路に関する経路情報、及び、前記経路における前記台車及び前記ヘッドの向きに関する向き情報と、を含む移動情報を生成する移動情報生成手段と、
前記移動情報を記憶する移動情報記憶手段と、
前記移動情報記憶手段に記憶されている前記移動情報に従って、前記台車駆動手段及び前記ヘッド駆動手段を制御する制御手段と、
を備えた自律移動体であって、
前記移動情報生成手段は、自機が前記測距不能領域を移動するときは前記レーザ測距センサを用いて自機の移動方向の障害物検知を行うように前記移動情報を生成し、自機が前記測距不能領域以外を移動するときは前記パターン投影式測距センサを用いて自機の移動方向の障害物検知を行うように前記移動情報を生成する、
自律移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、レーザレンジファインダと、レーザレンジファインダによる測距領域と重複しつつ測距領域よりも広い撮像領域に対して撮像するカメラと、を有する環境認識システムを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−６８８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、本願発明者は、全方位移動可能な台車に水平旋回可能なヘッドを取り付けた自律移動体を開発している。この自律移動体では、台車にはレーザレンジファインダなどのレーザ測距センサを取り付け、ヘッドにはパターン投影式測距センサを取り付けている。
【０００５】
そして、自律移動体が移動する際は、主としてパターン投影式測距センサを用いて自機の移動方向における障害物検知を行っている。これは、台車のレーザ測距センサを用いて自機の移動方向における障害物検知を行なうようにすると、レーザ測距センサを自機の移動方向に向ける必要があるので台車の旋回がその都度必要となり、結果として、移動により多くの時間を費やしてしまうからである。
【０００６】
従って、パターン投影式測距センサが自機の移動方向を向きつつ、レーザ測距センサが自機の移動方向と反対の方向を向きながら自機が移動することも十分にあり得る。
【０００７】
しかしながら、パターン投影式測距センサは、太陽光などの強い外乱光が存在する領域では正常に動作することができない。従って、パターン投影式測距センサを用いて自機の移動方向における障害物検知を行なうことにすると、自律移動体は、例えば窓際などの強い外乱光が存在している領域を移動することができない場合があった。
【０００８】
本発明の目的は、パターン投影式測距センサが測距不能な領域を自機が移動するときでも、確実に障害物検知を行なうと共に、移動時間の短縮にも配慮した自律移動体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
全方位に移動可能な台車と、前記台車の移動を駆動する台車駆動手段と、前記台車に固定されたレーザ測距センサと、前記台車に水平旋回可能に取り付けられたヘッドと、前記ヘッドに固定されたパターン投影式測距センサと、前記ヘッドの旋回を駆動するヘッド駆動手段と、地図情報と、前記パターン投影式測距センサが測距不能となる測距不能領域に関する測距不能領域情報と、を記憶する地図情報記憶手段と、前記地図情報と、前記測距不能領域情報と、に基づいて、自機が移動する経路に関する経路情報、及び、前記経路における前記台車及び前記ヘッドの向きに関する向き情報と、を含む移動情報を生成する移動情報生成手段と、前記移動情報を記憶する移動情報記憶手段と、前記移動情報記憶手段に記憶されている前記移動情報に従って、前記台車駆動手段及び前記ヘッド駆動手段を制御する制御手段と、を備えた自律移動体であって、前記移動情報生成手段は、自機が前記測距不能領域を移動するときは前記レーザ測距センサを用いて自機の移動方向の障害物検知を行うように前記移動情報を生成し、自機が前記測距不能領域以外を移動するときは前記パターン投影式測距センサを用いて自機の移動方向の障害物検知を行うように前記移動情報を生成する、自律移動体が提供される。以上の構成によれば、自機が前記測距不能領域を移動するときは前記レーザ測距センサを用いて自機の移動方向の障害物検知を行うので確実に障害物検知を行うことができ、自機が前記測距不能領域以外を移動するときは前記パターン投影式測距センサを用いて自機の移動方向の障害物検知を行うので前記台車の向きを不問として移動に要する時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、自機が前記測距不能領域を移動するときは前記レーザ測距センサを用いて自機の移動方向の障害物検知を行うので確実に障害物検知を行うことができ、自機が前記測距不能領域以外を移動するときは前記パターン投影式測距センサを用いて自機の移動方向の障害物検知を行うので前記台車の向きを不問として移動に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】サービスロボットの斜視図である。
【図２】サービスロボットの機能ブロック図である。
【図３】移動経路、台車及びヘッドの向きを示す図である。
【図４】移動経路、台車及びヘッドの向きを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に、サービスロボット１（自律移動体）を示している。図２に、サービスロボット１の機能ブロック図を示している。
【００１３】
図１及び図２に示すように、サービスロボット１は、台車２と、ヘッド３、アーム４、レーザレンジファインダ５（レーザ測距センサ）、デプスセンサ６（パターン投影式測距センサ）、台車モータ７（台車駆動手段）、ヘッドモータ８（ヘッド駆動手段）、アームモータ９、制御装置１０を備えている。
【００１４】
図１に示すように、台車２は、複数の駆動輪１１と、図示しない複数の従動輪と、を備え、全方位移動可能に構成されている。
【００１５】
ヘッド３は、台車２の上面に水平旋回可能に取り付けられている。
【００１６】
アーム４は、台車２の側面に取り付けられている。アーム４は、上腕部４ａ、前腕部４ｂ、把持部４ｃを有する。上腕部４ａは、台車２に傾動可能に取り付けられている。前腕部４ｂは、上腕部４ａの先端に傾動可能に取り付けられている。把持部４ｃは、前腕部４ｂの先端に取り付けられており、開閉動作によって物体を把持可能に構成されている。
【００１７】
レーザレンジファインダ５は、レーザ光を使用した測距手段である。レーザレンジファインダ５の測距方式としては、位相計測方式、周波数計測方式、時間計測方式が挙げられる。位相計測方式はレーザ光を一定の周波数で強度変調させ照射し、照射した参照光と反射光との位相差から距離を求める方式である。周波数計測方式は照射する光の周波数を三角波等で周波数変調し、照射した参照光と反射光との干渉から距離を求める方法である。時間計測方式はレーザをパルス発光させ反射光が戻ってくるまでの時間を測定し距離を求めるタイムオブフライト（Time of Flight）方式である。レーザレンジファインダ５は、ポリゴンミラーモータやガルバノモータ、光ＭＥＭＳスキャナなどを用いて、レーザ光の放射方向を水平面内で扇状に走査する。これにより、単一の水平面内における障害物を検知することができる。また、レーザ光を用いているので、太陽光などの強い外乱光が存在する環境下でも問題なく測距できる特性を有する。レーザレンジファインダ５は、台車２の側面に固定されている。
【００１８】
デプスセンサ６は、例えばキネクト（登録商標）として実用化されている３次元深度センサである。デプスセンサ６は、直立した平面状の赤外線パターンを投影し、投影された赤外線パターンを撮像することで、３次元的な深度情報を測定する。デプスセンサ６は、サービスロボット１が床に落ちているものを拾ったり、サービスロボット１がドアを開けるためにドアノブを把持したりするのに必須である。しかしながら、デプスセンサ６は、赤外線パターンを直立した平面状に投影しているので、太陽光などの強い外乱光が存在する環境下では正常に測距することができない特性を有する。デプスセンサ６はヘッド３の側面に固定されている。
【００１９】
台車モータ７は、制御装置１０からの指令に基づいて複数の駆動輪１１を回転させることで、台車２の移動を駆動するものである。台車２の移動には、台車２の前進や後進、左右の旋回の他に、超信地旋回も含まれる。台車２が超新地旋回することで、レーザレンジファインダ５の測距方向を変更することができる。
【００２０】
ヘッドモータ８は、制御装置１０からの指令に基づいて台車２に対するヘッド３の旋回を駆動するものである。台車２に対してヘッド３が旋回することで、デプスセンサ６の測距方向を変更することができる。
【００２１】
アームモータ９は、制御装置１０からの指令に基づいてアーム４の上腕部４ａや前腕部４ｂの傾動、把持部４ｃの開閉動作を駆動するものである。
【００２２】
制御装置１０は、中央演算処理器としてのCPU１２（Central Processing Unit）と、読み書き自由のRAM１３（Random Access Memory）、読み出し専用のROM１４（Read Only Memory）を備えている。
【００２３】
そして、CPU１２がROM１４に記憶されている制御プログラムを読み出して実行することで、制御プログラムは、CPU１２などのハードウェアを、地図情報記憶部１５（地図情報記憶手段）、移動情報生成部１６（移動情報生成手段）、移動情報記憶部１７（移動情報記憶手段）、制御部１８（制御手段）として機能させる。
【００２４】
地図情報記憶部１５は、地図情報と、デプスセンサ６が測距不能となる測距不能領域P（図３参照）に関する測距不能領域情報と、を記憶する。
【００２５】
地図情報は、例えば図３に示すように、サービスロボット１がサービスを行なうサービス環境の地図情報である。地図情報は、予めサービスロボット１に入力されている。地図情報は、サービス環境の壁２０の位置、柱などの障害物２１の位置などに関する情報を含む。
【００２６】
測距不能領域Pは、例えば、窓２２の近傍の領域である。即ち、窓２２から太陽光などの強い外乱光が入射することで、測距不能領域Pではデプスセンサ６が測距不能となる。
【００２７】
移動情報生成部１６は、設定された目的地に関する目的地情報と、地図情報と、測距不能領域情報と、に基づいて、自機が移動する経路に関する経路情報、及び、その経路における台車２及びヘッド３の向きに関する向き情報と、を含む移動情報を生成する。以下、図３及び図４を参照して、移動情報を例示する。
【００２８】
図３では、サービスロボット１が測距不能領域Pを一切通らずに、目的地へ到達する場合を示している。太い白抜き矢印はデプスセンサ６が測距を実行する向きを示し、細い白抜き矢印はレーザレンジファインダ５が測距を実行する向きを示している。移動情報生成部１６は、目的地情報に基づいて現在地から目的地への経路Qに関する経路情報を生成する。
【００２９】
図３の例では、サービスロボット１は測距不能領域Pを一切通ることがない。従って、サービスロボット１は、デプスセンサ６を用いてサービスロボット１の移動方向の障害物検知を行なうことができる。このとき、サービスロボット１が経路Qに沿って移動する際の台車２の向きは不問とすることができる。なぜなら、サービスロボット１の移動方向の障害物検知はデプスセンサ６によって行われており、レーザレンジファインダ５はもはや利用する必要がないからである。従って、サービスロボット１は、例えば、レーザレンジファインダ５を常に同じ方向に向かせながら目的地へと移動してもよい。これにより、台車２の旋回動作が不要となるので、台車２の旋回に要する時間を削ることができ、サービスロボット１はより早く目的地へ到達することができるようになる。
【００３０】
図４では、サービスロボット１が測距不能領域Pを通って、目的地へ到達する場合を示している。太い白抜き矢印はデプスセンサ６が測距を実行する向きを示し、細い白抜き矢印はレーザレンジファインダ５が測距を実行する向きを示している。移動情報生成部１６は、目的地情報に基づいて現在地から目的地への経路Rに関する経路情報を生成する。
【００３１】
図４の例では、サービスロボット１は測距不能領域Pを一時的に通る必要がある。従って、サービスロボット１は、少なくともサービスロボット１が測距不能領域Pを通るときは、レーザレンジファインダ５を用いてサービスロボット１の移動方向の障害物検知を行なうようにする。即ち、サービスロボット１が測距不能領域Pを通るときは、レーザレンジファインダ５がサービスロボット１の移動方向を向くようにする。換言すれば、サービスロボット１が測距不能領域Pを通るときは、台車２がサービスロボット１の移動方向を向くようにする。このとき、サービスロボット１が経路Qに沿って移動する際のヘッド３の向きは不問とすることができる。なぜなら、サービスロボット１の移動方向の障害物検知はレーザレンジファインダ５によって行われており、デプスセンサ６はもはや利用する必要がないからである。ただし、好ましくは、図４に示すように、ヘッド３の向きは、サービスロボット１の移動方向に一致させておくとよい。なぜなら、サービスロボット１の周囲にいる人々は、サービスロボット１のヘッド３の向きによってサービスロボット１の移動方向を予測するからである。そして、図４の例では、台車２の旋回が必要となることから、台車２の旋回に要する時間分だけ、サービスロボット１が目的地へ到達するのにかかる時間が長くなる。しかしながら、サービスロボット１が測距不能領域Pを通る際、レーザレンジファインダ５を用いてサービスロボット１の移動方向の障害物検知を行っているので、測距不能領域Pにおいて確実に、サービスロボット１の移動方向の障害物検知を行なうことができる。
【００３２】
移動情報記憶部１７は、移動情報生成部１６が生成した移動情報を記憶する。
【００３３】
制御部１８は、移動情報記憶部１７に記憶されている移動情報に従って、ヘッドモータ８及びアームモータ９を制御する。
【００３４】
以上に、本願発明の好適な実施形態を説明したが、上記実施形態は以下の特徴を有する。
【００３５】
サービスロボット１（自律移動体）は、全方位に移動可能な台車２と、台車２の移動を駆動する台車モータ７（台車駆動手段）と、台車２に固定されたレーザレンジファインダ５（レーザ測距センサ）と、台車２に水平旋回可能に取り付けられたヘッド３と、ヘッド３に固定されたデプスセンサ６（パターン投影式測距センサ）と、ヘッド３の旋回を駆動するヘッドモータ８（ヘッド駆動手段）と、地図情報と、デプスセンサ６が測距不能となる測距不能領域Pに関する測距不能領域情報と、を記憶する地図情報記憶部１５（地図情報記憶手段）と、地図情報と、測距不能領域情報と、に基づいて、自機が移動する経路に関する経路情報、及び、経路における台車２及びヘッド３の向きに関する向き情報と、を含む移動情報を生成する移動情報生成部１６（移動情報生成手段）と、移動情報を記憶する移動情報記憶部１７（移動情報記憶手段）と、移動情報記憶部１７に記憶されている移動情報に従って、台車モータ７及びヘッドモータ８を制御する制御部１８（制御手段）と、を備える。移動情報生成部１６は、自機が測距不能領域Pを移動するときはレーザレンジファインダ５を用いて自機の移動方向の障害物検知を行うように移動情報を生成し、自機が測距不能領域P以外を移動するときはデプスセンサ６を用いて自機の移動方向の障害物検知を行うように移動情報を生成する。以上の構成によれば、自機が測距不能領域Pを移動するときはレーザレンジファインダ５を用いて自機の移動方向の障害物検知を行うので確実に障害物検知を行うことができ、自機が測距不能領域P以外を移動するときはデプスセンサ６を用いて自機の移動方向の障害物検知を行うので台車の向きを不問として移動に要する時間を短縮することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  サービスロボット
２  台車
３  ヘッド
４  アーム
５  レーザレンジファインダ
６  デプスセンサ
７  台車モータ
８  ヘッドモータ
９  アームモータ
１０  制御装置
１１  駆動輪
１５  地図情報記憶部
１６  移動情報生成部
１７  移動情報記憶部
１８  制御部
２０  壁
２１  障害物
２２  窓
P  測距不能領域
Q  経路
R  経路
【図１】
2017097535.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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