JP4262196B2

JP4262196B2 - 自律移動ロボット

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Publication number: JP4262196B2
Application number: JP2004361905A
Authority: JP
Inventors: 智樹渡部; 司杉野; 浩司川邊; 南己浅谷; 拓長田; 孝英吉池; 隆司中山; 進太郎藤田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2024-12-14
Also published as: US7742840B2; US20060129276A1; JP2006167844A

Description

本発明は、自律移動ロボットに関し、さらに詳しくは路面検知装置と位置確認装置の両方を備えた自律移動ロボットに関する。

移動ロボットの路面検知装置としては、例えば移動ロボットの移動方向前方の路面に所定パターンのスリット光を照射し、このスリット光の照射部分を撮像し、撮像されたスリット光のパターンを解析して移動方向前方の障害物の有無を判定するものがある（例えば特許文献１、特許文献２参照）。

また、移動ロボットの位置確認装置としては、例えば移動ロボットの作業環境内に複数のランドマークを設置し、移動ロボットにこのランドマークを含む画像を撮像させ、撮像されたランドマークから得られる情報（例えば色、大きさ、形状、位置等）から移動ロボットの位置や周囲の環境を確認または認識するものがある（例えば特許文献３参照）。
特開平６−４３９３５号公報（段落０００９〜００１０、図１）特開２００２−１４４２７８号公報（段落００１７、図３）特開２００２−１４９２４０号公報（段落００６３−００６５、図２）

ところで、移動ロボット、特に脚式移動ロボットには様々なセンサや回路や動力装置などが搭載されている。そのため、一つのロボットに路面検知装置と位置確認装置を搭載するスペースを確保することが困難であった。逆に言えば、両方の装置を搭載すると移動ロボットが大型化してしまうことがあった。

また、路面検知装置と位置確認装置の２つを移動ロボットに搭載した場合、移動ロボットの移動領域内にはマークが設置されていない場所もあることから、常に両方の装置を稼動させておくのは非効率的であり、両者の動作を適切なタイミングで切り換えることにより省エネルギー化を図ることが要求される。

本発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、省スペース化を図るとともに、赤外線照射とスリット光照射とを適切なタイミングで切り換えることができる自律移動ロボットを提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、自律移動ロボットであって、移動手段と、ロボットの移動領域内における自己位置を認識する自己位置認識手段と、前記自己位置認識手段で認識した自己位置に基づいて前記移動手段を制御する自律移動制御部と、前記移動領域内に設置されたマークの位置データを含む地図データを記憶する地図データ記憶手段と、探索域に向けてスリット光を照射するスリット光照射手段と、探索域に向けて赤外線を照射する赤外線照射手段と、前記地図データ記憶手段に記憶された前記マークの設置領域と前記自己位置認識手段で認識した前記自己位置とを比較してスリット光の照射と赤外線の照射とを切り換える切換判定手段と、スリット光または赤外線が照射された前記探索域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段で撮像されたスリット光画像を解析して路面状態を検出する路面検出手段と、前記撮像手段で撮像された赤外線画像を解析して前記マークを検出するマーク検出手段と、前記マーク検出手段によって検出されたマークの位置データに基づいて、自己位置認識手段で認識した自己位置を補正する自己位置補正手段と、を備え、前記切換判定手段は、前記自己位置が前記マークの設置領域に入ったときにスリット光の照射から赤外線の照射に切り換えるとともに、前記自己位置が前記マークの設置領域から出たときに赤外線の照射からスリット光の照射に切り換えることを特徴とする。

かかる構成によれば、スリット光画像および赤外線画像を撮像する撮像手段が共通化されることから、部品点数を少なくすることができる。そのため、省スペース化を図ることができる。また、マークの設置領域と自己位置とを比較してスリット光の照射と赤外線の照射とを切り換える切換判定手段を備えることから適切なタイミングでスリット光と赤外線とを切り換えることができる。

ここで、「スリット光画像」とはスリット光が照射された探索域を撮像した画像であり、「赤外線画像」とは赤外線が照射された探索域を撮像した画像をいう。また、「マークの設置領域」とは、マークから所定距離の範囲内にある領域をいい、例えば「マークを中心とした半径１〜３ｍの円形領域」とか「マークの手前（ロボット側）３ｍの矩形領域」などのように任意に設定される。

さらに、かかる構成によれば、撮像したマークの位置データに基づいて自己位置補正手段がロボットの自己位置を補正することから、自己位置に誤差が生じている場合でも、正確な自己位置に基づいてロボットを制御することができる。そのため、例えば正確な移動制御が必要な部分に予めマークを設置しておくことにより、自律移動ロボットを正確に移動させることができる。
なお、「自己位置の補正」は、マークの位置データから計算した自己位置を正とし、自己位置認識手段から取得した自己位置を更新してもよいし、正しい位置にロボットを移動させるようにしてもよい。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の自律移動ロボットであって、前記移動手段は、脚式移動手段であることを特徴とする。

脚式移動手段、とくに２足歩行式移動手段は移動する路面の状態に合わせた正確な移動制御が必要であるところ、かかる構成によれば、路面検出手段によって路面状態を認識することができるとともに、マーク検出手段によって正確な自己位置を把握できることから、正確な移動制御を行うことができ、好適である。

本発明によれば、省スペース化を図ることができるとともに、赤外線照射とスリット光照射とを適切なタイミングで切り換え可能な自律移動ロボットを提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

＜自律移動ロボットの構成＞
はじめに、本実施形態に係る自律移動ロボット（以下、「ロボット」と適宜略称する。）の概要について図１を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る自律移動ロボットを示した斜視図であり、（ａ）は通常の移動領域を移動している状態を、（ｂ）はマークの設置領域を移動している状態をそれぞれ示した図である。

図１に示すように、このロボットＲは、頭部Ｒ１、腕部Ｒ２、脚部Ｒ３（脚式移動手段）および胴部Ｒ４を有しており、頭部Ｒ１、腕部Ｒ２、脚部Ｒ３は、それぞれアクチュエータにより駆動され、自律移動制御部５０（図２参照）により２足歩行の制御がなされる。この２足歩行についての詳細は、例えば特開２００１−６２７６０号公報に開示されている。

ロボットＲは、あるタスク（例えば書類を届ける等）を実行するためにオフィスや廊下などの移動領域内を自律移動する場合に、図１に示すように、レーザスリット光または赤外線を照射して、路面状態あるいはマークＭ等を探索するようになっている。
すなわち、ロボットＲは、自己が移動領域内のどこを移動しているかを把握し、通常の移動領域内にいる場合はレーザスリット光（以下、「スリット光」と適宜略称する。）を路面に照射して路面の段差、うねり、障害物の有無などを検出し、マークＭの設置領域内にいる場合は、赤外線を路面に照射してマークＭを検出し、自己位置の確認・補正などを行うようになっている。

ここで、マークＭは、例えば赤外線を再帰的に反射する反射材料で構成された部材であり、移動領域内の所定箇所（例えば扉の前など）に設置されている。マークＭは移動領域内の景観を損なわないように例えば透明にしたり、極小にしたりするのが好適である。また、本実施形態においては、図１に示すように、３つの反射材料で１つのマークＭとし、２つのマークＭを１組として路面に設置されている。それぞれのマークＭは位置データを有しており、当該位置データは地図データに含まれる形で地図データ記憶手段に記憶されている。

図２は、本実施形態に係る自律移動ロボットの構成を示したブロック図である。
図２に示すように、ロボットＲは、前記した頭部Ｒ１、腕部Ｒ２、脚部Ｒ３、胴部Ｒ４に加えて、カメラＣ，Ｃ、スピーカＳ、マイクＭＣ、画像処理部１０、音声処理部２０、制御部４０、自律移動制御部５０、無線通信部６０、及び周辺状態検知部７０を有する。
さらに、ロボットＲは、自己位置を認識するため自己位置認識手段として、方向を認識するジャイロセンサＳＲ１や、座標を認識するＧＰＳ（Global Positioning System）受信器ＳＲ２を有している。

［カメラ］
カメラＣ，Ｃは、映像をデジタルデータとして取り込むことができるものであり、例えばカラーＣＣＤ(Charge-Coupled Device)カメラが使用される。カメラＣ，Ｃは、左右に平行に並んで配置され、撮影した画像は画像処理部１０に出力される。このカメラＣ，Ｃと、スピーカＳ及びマイクＭＣは、いずれも頭部Ｒ１の内部に配設される。

［画像処理部］
画像処理部１０は、カメラＣ，Ｃが撮影した画像を処理して、撮影された画像からロボットＲの周囲の状況を把握するため、周囲の障害物や人物の認識を行う部分である。この画像処理部１０は、ステレオ処理部１１ａ、移動体抽出部１１ｂ、及び顔認識部１１ｃを含んで構成される。
ステレオ処理部１１ａは、左右のカメラＣ，Ｃが撮影した２枚の画像の一方を基準としてパターンマッチングを行い、左右の画像中の対応する各画素の視差を計算して視差画像を生成し、生成した視差画像及び元の画像を移動体抽出部１１ｂに出力する。なお、この視差は、ロボットＲから撮影された物体までの距離を表すものである。

移動体抽出部１１ｂは、ステレオ処理部１１ａから出力されたデータに基づき、撮影した画像中の移動体を抽出するものである。移動する物体（移動体）を抽出するのは、移動する物体は人物であると推定して、人物の認識をするためである。
移動体の抽出をするために、移動体抽出部１１ｂは、過去の数フレーム（コマ）の画像を記憶しており、最も新しいフレーム（画像）と、過去のフレーム（画像）を比較して、パターンマッチングを行い、各画素の移動量を計算し、移動量画像を生成する。そして、視差画像と、移動量画像とから、カメラＣ，Ｃから所定の距離範囲内で、移動量の多い画素がある場合に、人物があると推定し、その所定距離範囲のみの視差画像として、移動体を抽出し、顔認識部１１ｃへ移動体の画像を出力する。

顔認識部１１ｃは、抽出した移動体から肌色の部分を抽出して、その大きさ、形状などから顔の位置を認識する。なお、同様にして、肌色の領域と、大きさ、形状などから手の位置も認識される。
認識された顔の位置は、ロボットＲが移動するときの情報として、また、その人とのコミュニケーションを取るため、制御部４０に出力されると共に、無線通信部６０に出力されて、基地局１を介して、管理用コンピュータ３に送信される。

［音声処理部］
音声処理部２０は、音声合成部２１ａと、音声認識部２１ｂとを有する。
音声合成部２１ａは、制御部４０が決定し、出力してきた発話行動の指令に基づき、文字情報から音声データを生成し、スピーカＳに音声を出力する部分である。音声データの生成には、予め記憶している文字情報と音声データとの対応関係を利用する。
音声認識部２１ｂは、マイクＭＣから音声データが入力され、予め記憶している音声データと文字情報との対応関係に基づき、音声データから文字情報を生成し、制御部４０に出力するものである。

［自立移動制御部］
自律移動制御部５０は、頭部制御部５１ａ、腕部制御部５１ｂ、脚部制御部５１ｃを有する。
頭部制御部５１ａは、制御部４０の指示に従い頭部Ｒ１を駆動し、腕部制御部５１ｂは、制御部４０の指示に従い腕部Ｒ２を駆動し、脚部制御部５１ｃは、制御部４０の指示に従い脚部Ｒ３を駆動する。
また、ジャイロセンサＳＲ１、及びＧＰＳ受信器ＳＲ２が検出したデータは、制御部４０に出力され、ロボットＲの行動を決定するのに利用されると共に、制御部４０から無線通信部６０を介して管理用コンピュータ３に送信される。

［無線通信部］
無線通信部６０は、管理用コンピュータ３とデータの送受信を行う通信装置である。無線通信部６０は、公衆回線通信装置６１ａ及び無線通信装置６１ｂを有する。
公衆回線通信装置６１ａは、携帯電話回線やＰＨＳ(Personal Handyphone System)回線などの公衆回線を利用した無線通信手段である。一方、無線通信装置６１ｂは、IEEE802.11b規格に準拠するワイヤレスＬＡＮ（Local Area Network）などの、近距離無線通信による無線通信手段である。
無線通信部６０は、管理用コンピュータ３からの接続要求に従い、公衆回線通信装置６１ａ又は無線通信装置６１ｂを選択して管理用コンピュータ３とデータ通信を行う。

［周辺状態検知部］
周辺状態検知部７０は、図２に示すように、スリット光照射手段であるレーザ装置７１と、赤外線照射手段である赤外線ＬＥＤ（Light Emitting Diode）７２と、探索域を撮像する２つの赤外線カメラ７３、７３と、これらを制御するセンサ制御部８０と、を有する。
周辺状態検知部７０は、レーザ装置７１または赤外線ＬＥＤ７２から探索域に向かってスリット光あるいは赤外線を照射するとともに当該探索域を赤外線カメラ７３で撮像し、これらをセンサ制御部８０で制御することにより、ロボットＲの周辺状態を検知する部分である。すなわち、周辺状態検知部７０は、従来の路面検知装置および位置確認装置に相当するものであり、赤外線カメラ７３を共通にすることで省スペース化が図られている。
周辺状態検知部７０は、制御部４０と接続されており、ジャイロセンサＳＲ１やＧＰＳ受信器ＳＲ２によって認識した自己位置データを取得可能になっている。

図３は、本実施形態に係る自律移動ロボットの胴部を示した透視図である。
図３に示すように、本実施形態においては、２つの赤外線カメラ７３は、胴部Ｒ４内の前面の腰の高さに左右に並んで配置されている。また、レーザ装置７１は、２つの赤外線カメラ７３、７３の中間に配置されている。また、赤外線ＬＥＤ７２は、一方の（図３においてはロボットＲの左側の）赤外線カメラ７３の周囲に配置されている。
なお、レーザ装置７１、赤外線ＬＥＤ７２および赤外線カメラ７３を胴部Ｒ４の前面の腰の高さに設置すると、他の部位（例えば頭部Ｒ１や脚部Ｒ３など）に取り付けた場合に比してロボットＲの揺れの影響が小さくなるとともに、腕部Ｒ２や脚部Ｒ３によって撮像範囲を遮られることが少ないというメリットがある。

［レーザ装置］
レーザ装置７１は例えば赤外線レーザ光をスリット状に照射する装置である。レーザ装置７１は、赤外線レーザ光の照射方向を変化させるためのアクチュエータ（図示省略）に連結されており、探索域である路面に対してスリット光を放射状に照射できるようになっている。スリット光が対象物（例えば路面）にあたると路面にはレーザ輝線が描かれる。
レーザ装置７１は後記するセンサ制御部８０（切換判定部８２）に接続されており、センサ制御部８０の命令に基づいてスリット光を照射したり停止したりする。

［赤外線ＬＥＤ］
赤外線ＬＥＤ７２は探索域に向けて赤外線を照射する装置であり、本実施形態においては図３に示すようにロボットＲの左側の赤外線カメラ７３の周りを囲むように複数の赤外線ＬＥＤ７２、７２・・・が設置されている。赤外線ＬＥＤ７２から照射された赤外線は路面に設置された再帰性材料で製造されたマークＭによって再帰的に反射される。
赤外線ＬＥＤ７２は後記するセンサ制御部８０（切換判定部８２）に接続されており、センサ制御部８０の命令に基づいて赤外線を照射したり停止したりする。

［赤外線カメラ］
撮像手段たる赤外線カメラ７３は、撮像した画像をデジタルデータとして取り込むことができるものであり、例えばＣＣＤ赤外線カメラが使用される。赤外線カメラ７３，７３は、図３に示すように、胴部Ｒ４内の前面の腰の高さに左右に並んで配置されている。赤外線カメラ７３で撮影した画像は後記するセンサ制御部８０に出力される。

赤外線カメラ７３で撮像した画像のうち、スリット光が照射された探索域を撮像した画像（以下、「スリット光画像」という。）にはレーザ輝線が撮像される。このレーザ輝線を検出していわゆる光切断法の原理を用いることにより対象物までの距離が計算される。なお、スリット光画像は、左右の赤外線カメラ７３、７３で撮像される。これにより、路面の３次元形状を詳細に把握することができる。

一方、赤外線カメラ７３で撮像した画像のうち、赤外線が照射された探索域を撮像した画像（以下、「赤外線画像」という。）にはマークＭが撮像される。赤外線カメラ７３は、図３に示すように、ロボットＲの胴部Ｒ４の腰の高さに所定角度で固定されているため、赤外線画像上のどの位置にマークＭが写っているかを検出することで、マークＭと赤外線カメラ７３との相対的な位置関係、ひいてはマークＭとロボットＲとの相対的な位置関係を認識することができる。そのため、赤外線画像は、２つの赤外線カメラ７３、７３で撮像する必要がなく、本実施形態においてはロボットＲの左側の赤外線カメラ７３のみで撮像される。

［センサ制御部］
つぎに、センサ制御部８０について図４を参照してさらに詳しく説明する。図４は、周辺状態検知部の構成を示すブロック図である。
センサ制御部８０は、図４に示すように、地図データ記憶部８１と、切換判定部８２と、路面検出部８３と、マーク検出部８４と、自己位置計算部８５と、自己位置補正部８６と、を有する。

［地図データ記憶部］
地図データ記憶部８１は、例えばＲＡＭ、ＲＯＭまたはハードディスクドライブなどのメモリ装置から構成されており、ロボットＲが移動する移動領域の地図データを記憶する部分である。
地図データは、移動領域内の特定の場所に設置されたマークＭの位置データと、当該位置データに所定の幅（範囲）を持たせたマークＭの設置領域に関するデータ（以下、「設置領域データ」と適宜略称する。）と、を含んでいる。
地図データ記憶部８１は、記憶している地図データを切換判定部８２および自己位置計算部８５に出力可能になっている。

［切換判定部］
切換判定部８２は、地図データ記憶部８１から読み出した地図データに含まれるマークＭの設置領域データと、制御部４０を介してジャイロセンサＳＲ１又はＧＰＳ受信器ＳＲ２から取得した自己位置データとを比較する部分である。また、切換判定部８２はレーザ装置７１および赤外線ＬＥＤ７２と接続されており、それぞれに作動命令または停止命令を出力可能になっている。

設置領域データと自己位置データとを比較した結果、自己位置がマークＭの設置領域外であると判定された場合には、切換判定部８２はレーザ装置７１に対して作動命令を出力するとともに、赤外線ＬＥＤ７２に対して停止命令を出力するようになっている。一方、自己位置がマークＭの設置領域内であると判定された場合には、切換判定部８２はレーザ装置７１に対して停止命令を出力するとともに、赤外線ＬＥＤ７２に対して作動命令を出力するようになっている。

［路面検出部］
路面検出部８３は、赤外線カメラ７３で撮像したスリット光画像を解析して路面状態を検出する部分である。具体的には、例えばいわゆる光切断法を利用して赤外線カメラ７３とスリット光が照射された路面との距離を求めることができる。スリット光はロボットＲの移動方向にある路面に対して放射状に照射されることから、結果的に、ロボットＲは移動先の路面の３次元形状を認識することができる。
路面検出部８３で検出された路面状態の情報は制御部４０に出力される。

［マーク検出部］
マーク検出部８４は、赤外線カメラ７３で撮像した赤外線画像を解析してマークを検出する部分である。
マーク検出部８４は、例えばバンドパスフィルタなどを備えており、赤外線ＬＥＤ７２の中心周波数周辺の光線を選択的に観測できるようになっている。これにより不要な周波数帯域の光線はカットされ、可視光などによる外乱に強い装置にすることができる。
また、マーク検出部８４は、１つのマークＭを構成する３点間（図１参照）の相互距離と２つのマークＭの中心間の距離（３点の中心同士の間隔）とを計測し、この２種類の距離が設定値付近であればマークＭと認識するようになっている。これにより、マークＭ以外の赤外線反射物による外乱に強い装置とすることができる。

［自己位置計算部］
自己位置計算部８５は、赤外線画像に撮像されたマークＭの位置（座標）からマークＭとロボットＲとの相対的な位置関係を計算する部分である。
赤外線カメラ７３は、ロボットＲの腰の辺りの高さに所定角度で固定されていることから、マークＭが赤外線画像上のどの位置、換言すれば、どの画素に写っているかを解析することによって、ロボットＲとマークＭとの相対的な位置関係を計算することができる。また、マークＭは２つを１組としていることから、ロボットＲがマークＭ同士を結んだ直線に対してどれだけ傾いているかを計算することができる。すなわち、自己位置計算部８５は、地図データから取得したマークＭの座標とマークＭとロボットＲとの相対的な位置関係とに基づいてロボットＲの正確な自己位置を計算することができる。
自己位置計算部８５によって計算されたロボットＲの自己位置は自己位置補正部８６に出力される。

［自己位置補正部］
自己位置補正部８６は、マーク検出部８４で検出したマークＭの位置データに基づいてロボットＲの自己位置を補正する部分である。
本実施形態では、自己位置補正部８６は、自己位置計算部８５によって計算した自己位置とジャイロセンサＳＲ１やＧＰＳ受信器ＳＲ２から取得した自己位置とを比較し、両者にずれがある場合には自己位置計算部８５で計算した自己位置を正として補正するようになっている。
そして、補正されたロボットＲの自己位置データは制御部４０に出力される。これにより、自律移動制御によって累積した移動誤差あるいは位置認識誤差が解消され、ロボットＲを正確・確実に移動制御することができる。

なお、自己位置補正部８６における自己位置の補正は、上記の方法に限られるものではない。例えば、赤外線画像の所定位置にマークＭが写るように自律移動制御部５０に命令を出してロボットＲの位置や向きを微調整するようにしてもよい。

＜移動ロボットの制御方法＞
つづいて、ロボットＲの制御方法、より詳しくは、スリット光の照射と赤外線の照射との切換に関する制御方法について図５を参照して説明する。図５は、スリット光照射と赤外線照射との切換制御に関するフロー図である。

（ステップＳ１）
はじめに、ロボットＲは、自己位置認識手段であるジャイロセンサＳＲ１またはＧＰＳ受信器ＳＲ２によって自己位置データを取得することにより自己位置を認識する。取得した自己位置データは制御部４０を介して切換判定部８２に出力される。

（ステップＳ２）
つぎに、切換判定部８２は、地図データ記憶部８１からマークＭの位置データを含んだ地図データを取得する。

（ステップＳ３）
そして、切換判定部８２は、ロボットＲの自己位置とマークＭの設置領域とを比較して、当該自己位置がマークＭの設置領域内か否かを判定する。具体的には、図１に示すように、マークＭから所定距離内にある範囲をマークＭの設置領域に設定して予め地図データ記憶部８１に記憶させておき、ロボットＲの自己位置の座標が当該設置領域内に含まれるか否かを判定する。

なお、切換判定部８２における判定方法は、これに限られるものではなく、例えば自己位置とマークＭとの距離を計算し、当該距離が閾値よりも小さい場合には設置領域内にいると判定するようにしてもよい。また、かかる判定においては、ロボットＲの移動方向を考慮するようにしてもよい。すなわち、ロボットＲがマークＭから遠ざかる方向に移動している場合には、マークＭを検出する必要がないので、マークＭとロボットＲの自己位置との距離が閾値以内であっても、設置領域内にいないと判定するようにしてもよい。

これにより、スリット光照射と赤外線照射とを適切なタイミングで切り換えることができる。そのため、赤外線カメラ７３を共通化して省スペース化を図ることができるとともに、無駄な赤外線照射を行わないことで消費電力を低減することができる。

（ステップＳ４）
切換判定部８２によって自己位置がマークＭの設置領域内ではない（ステップＳ３、Ｎｏ）と判定された場合には、切換判定部８２はレーザ装置７１に作動命令を出力するとともに赤外線ＬＥＤ７２に停止命令を出力する。作動命令を受けたレーザ装置７１は探索域たる路面に対して放射状にスリット光を照射する（図１（ａ）参照）。また、停止命令を受けた赤外線ＬＥＤ７２は赤外線の照射を停止する。

（ステップＳ５）
レーザ装置７１によってスリット光が照射されると、赤外線カメラ７３はスリット光が照射された探索域を撮像してスリット光画像を取得する。
撮像されたスリット光画像は路面検出部８３に出力される。

（ステップＳ６）
路面検出部８３は、例えば光切断法を用いてスリット光画像を解析することにより、路面の３次元形状を取得する。すなわち、路面検出部８３によって路面状態が検出される。
検出された路面の３次元データは制御部４０に出力される。

（ステップＳ７）
制御部４０は、地図データに記憶されている路面の形状と、路面検出部８３から送られてくる路面の形状を比較する。比較した結果、両者が一致または許容差の範囲内であれば（ステップＳ７、Ｎｏ）、制御部４０は障害物が存在しないと判断し、ステップＳ１に戻って再びロボットＲの周辺状態をセンシングする。

（ステップＳ８）
比較した結果、両者が不一致または許容差の範囲を超えている場合（ステップＳ７、Ｙｅｓ）は、制御部４０は、探索域に障害物があると判定する。そして、制御部４０は、自律移動制御部５０に対して障害物の回避を命令する。具体的には、例えば迂回路を通るように指示したり、腕部Ｒ２を用いて障害物を排除したりすることが考えられる。

なお、障害物がない場合でも、例えば路面に段差があるときには、地図データではなくて、路面検出部８３で検出した路面の３次元データに基づいてロボットＲの脚部Ｒ３や腕部Ｒ２を制御することにより、より正確・確実にロボットＲを移動制御することができる。
ステップＳ３に戻って説明をつづける。

（ステップＳ９）
ステップＳ３において、自己位置がマークＭの設置領域内にある（ステップＳ３、Ｙｅｓ）と判定された場合には、切換判定部８２は赤外線ＬＥＤ７２に作動命令を出力するとともにレーザ装置７１に停止命令を出力する。作動命令を受けた赤外線ＬＥＤ７２は探索域たる路面に対して赤外線を照射する（図１（ｂ）参照）。また、停止命令を受けたレーザ装置７１はスリット光の照射を停止する。

（ステップＳ１０）
赤外線ＬＥＤ７２によって赤外線が照射されると、赤外線カメラ７３は、赤外線が照射された探索域を撮像して赤外線画像を取得する。探索域には再帰性を備える反射材で作られたマークＭが設置されているため、赤外線画像にはマークＭが撮像される。
撮像された赤外線画像はマーク検出部８４に出力される。

（ステップＳ１１）
マーク検出部８４は例えばバンドパスフィルタなどを用いて赤外線画像を解析し、マークＭを検出する。これにより、赤外線画像上のどこに（どの画素に）マークＭが位置しているかを把握することができる。

（ステップＳ１２）
自己位置計算部８５は、赤外線画像上のマークＭの位置（以下、「画像上位置」という。）に基づいてロボットＲの位置を計算する。
具体的には、自己位置計算部８５は、赤外線画像から求めたマークＭとロボットＲとの相対距離および相対角度を用いて、地図データ記憶部８１から読み出したマークＭの位置データから加減算することによってロボットＲの自己位置を計算する。なお、赤外線カメラ７３の取付位置および取付角度は固定されていることから、マークＭが赤外線画像上のどこに写るかによって、ロボットＲとマークＭとの相対的な位置関係を計算することができる。また、２つのマークＭを一組として使用していることから、相対的な角度のずれを認識することができる。そのため、方向の認識のずれも補正することができる。

ここで、ロボットＲの移動に伴って赤外線カメラ７３の高さや傾きが変化することがあるが、かかる場合には、例えば自律移動制御部５０の制御データに基づいてロボットＲの姿勢を把握し、基準姿勢からの赤外線カメラ７３の変化量を相殺すればよい。かかる場合には、例えばロボットＲのたわみモデルを用いて検出結果を補正することができる。
計算されたロボットＲの自己位置データは自己位置補正部８６に出力される。

（ステップＳ１３）
つぎに、自己位置補正部８６は、ジャイロセンサＳＲ１またはＧＰＳ受信器ＳＲ２から取得したロボットＲの自己位置と、自己位置計算部８５で計算したロボットＲの自己位置とを比較する。
比較した結果、両者が一致または許容差の範囲内にある場合（ステップＳ１３、Ｎｏ）には、自己位置の補正を行わずにステップＳ１に戻って周辺状態の検知を続ける。

（ステップＳ１４）
比較した結果、両者が不一致または許容差の範囲外にある場合（ステップＳ１３、Ｙｅｓ）には、マークＭに基づいて算出した自己位置を正として、ロボットＲの自己位置を補正する。これにより、自律移動制御によって累積した移動誤差あるいは自己位置認識誤差が解消され、ロボットＲを正確・確実に移動制御することができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはいうまでもない。

例えば、本実施形態では、自己位置計算部８５によってマークＭの位置データからロボットＲの絶対座標（地図データ上の座標）を計算することとしたが、これに限られるものではなく、赤外線画像からマークＭとロボットＲの相対的な位置関係を求め、かかる相対的位置関係が所定の値になるようにロボットの位置を補正してもよい。かかる方法は、ロボットＲの絶対座標を計算しなくて済むというメリットがあり、また、ロボットＲを決まった位置に停止させたい場合などに有効である。

また、本実施形態においては、地図データ記憶部８１をロボットＲに搭載したが、これに限られるものではなく、地図データ記憶部８１を管理用コンピュータ３に設置し、無線通信部６０および制御部４０を介して地図データを取得するようにしてもよい。
かかる場合には、ロボットＲの他、基地局１および管理用コンピュータ３まで含めて特許請求の範囲にいう自律移動ロボットに相当する。

なお、地図データ記憶部８１のみならず、切換判定部８２、路面検出部８３、マーク検出部８４、自己位置計算部８５、及び自己位置補正部８６の一部又は全部を管理用コンピュータ３に設けてもよい。かかる場合には、赤外線カメラ７３で撮像したスリット光画像又は赤外線画像を、無線通信部６０を介して管理用コンピュータ３に送信するのが好適である。

また、本実施形態にかかるロボットＲで観測するマークＭは、３点を１つのマークＭとして２つ１組で使用したが、これに限られるものではなく、適宜変更可能である。例えば、路面に連続線状に設置してもよいし、点線状に設置してもよい。

本実施形態に係る自律移動ロボットを示した斜視図であり、（ａ）は通常の移動領域を移動している状態を、（ｂ）はマークの設置領域を移動している状態をそれぞれ示した図である。本実施形態に係る自律移動ロボットの構成を示したブロック図である。本実施形態に係る自律移動ロボットの胴部を示した透視図である。周辺状態検知部の構成を示すブロック図である。スリット光照射と赤外線照射との切換制御に関するフロー図である。

符号の説明

Ｒ自律移動ロボット
Ｒ１頭部
Ｒ２腕部
Ｒ３脚部（移動手段）
Ｒ４胴部
４０制御部
５０自律移動制御部（自律移動制御手段）
７０周辺状態検知部
７１レーザ装置（スリット光照射手段）
７２赤外線ＬＥＤ（赤外線照射手段）
７３赤外線カメラ（撮像手段）
８０センサ制御部
８１地図データ記憶部（地図データ記憶手段）
８２切換判定部（切換判定手段）
８３路面検出部（路面検出手段）
８４マーク検出部（マーク検出手段）
８５自己位置計算部
８６自己位置補正部（自己位置補正手段）
Ｍマーク
ＳＲ１ジャイロセンサ（自己位置認識手段）
ＳＲ２ＧＰＳ受信器（自己位置認識手段）

Claims

自律移動ロボットであって、
移動手段と、
ロボットの移動領域内における自己位置を認識する自己位置認識手段と、
前記自己位置認識手段で認識した自己位置に基づいて前記移動手段を制御する自律移動制御部と、
前記移動領域内に設置されたマークの位置データを含む地図データを記憶する地図データ記憶手段と、
探索域に向けてスリット光を照射するスリット光照射手段と、
探索域に向けて赤外線を照射する赤外線照射手段と、
前記地図データ記憶手段に記憶された前記マークの設置領域と前記自己位置認識手段で認識した前記自己位置とを比較してスリット光の照射と赤外線の照射とを切り換える切換判定手段と、
スリット光または赤外線が照射された前記探索域を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像されたスリット光画像を解析して路面状態を検出する路面検出手段と、
前記撮像手段で撮像された赤外線画像を解析して前記マークを検出するマーク検出手段と、
前記マーク検出手段によって検出されたマークの位置データに基づいて、自己位置認識手段で認識した自己位置を補正する自己位置補正手段と、
を備え、
前記切換判定手段は、前記自己位置が前記マークの設置領域に入ったときにスリット光の照射から赤外線の照射に切り換えるとともに、前記自己位置が前記マークの設置領域から出たときに赤外線の照射からスリット光の照射に切り換えることを特徴とする自律移動ロボット。
前記移動手段は、脚式移動手段であることを特徴とする請求項１に記載の自律移動ロボット。