JP5024896B2 - 移動ロボットの操縦システム - Google Patents

Description

本発明は、移動ロボットの操縦システムに関し、具体的には、操縦者の操縦に基づく操縦モードと、自律移動モードとの２つの移動モードを有する移動ロボットの操縦システムに関する。

特許文献１〜３には、操縦者の操縦に基づく操縦モードと、自律移動モードとの２つの移動モードを有する移動ロボットの操縦システムが開示されている。
特に、特許文献２、３には、操縦モード時に操縦者が、障害物に移動ロボットが接触する可能性のある操縦をすると、自動的に当該移動ロボットの移動モードが自律移動モードに切り替わり、障害物に移動ロボットが接触することを回避する移動ロボットの操縦システムが開示されている。
特開２００３−２５１５８１号公報 特開２００７−１７５８３１号公報 特開２００２−３６１５２号公報

移動ロボットの移動モードが操縦モードから自律移動モードに切り替わった際に、当該切り替わったことを操縦者が認識することができず、操縦者が違和感を覚えることがある。
本発明は、移動ロボットの移動モードが操縦モードから自律移動モードに切り替わる際の操縦者の違和感を軽減することができる移動ロボットの操縦システムを提供することを目的とする。

本発明に係る移動ロボットの操縦システムは、操縦者の操縦に基づく操縦モードと、自律移動モードとの２つの移動モードを有する移動ロボットの操縦システムであって、操縦モード時に前記操縦者が前記移動ロボットを操縦する操縦部と、前記移動ロボットの周囲にある障害物を検出する障害物検出部と、前記移動ロボットの現在位置を推定する位置推定部と、前記障害物検出部の検出結果と、前記位置推定部の推定結果とに基づいて、前記移動ロボットが前記障害物に接触するか否かを判定する判定部と、前記判定部の判定結果が接触するとの判定の場合に、前記移動ロボットが自律移動モードで前記障害物を回避する経路を生成する回避経路生成部と、前記回避経路生成部が生成した経路上を前記移動ロボットが移動するべく、前記移動ロボットの移動モードを操縦モードから自律移動モードに切り替える切り替え部と、前記操縦モードから前記自律移動モードに切り替わったことを前記操縦者に通知する通知部と、を備える。このような構成により、移動ロボットの移動モードが操縦モードから自律移動モードに切り替わる際の操縦者の違和感を軽減することができる。

前記通知部として表示部を備えており、前記表示部には、ディスプレイと、前記判定部の判定結果に基づいて前記ディスプレイに画像データを出力する画像データ処理部とを備えること、が好ましい。このような構成により、操縦者は移動ロボットの移動モードが操縦モードから自律移動モードに切り替わったことを、ディスプレイを介して知ることができるので、移動ロボットの移動モードが操縦モードから自律移動モードに切り替わる際の操縦者の違和感を軽減することができる。

前記画像データ処理部は、操縦モード時に前記移動ロボットに設けられた撮像部が撮像した画像データをディスプレイに出力し、自律移動モードに切り替わる時に当該ディスプレイの表示を前記回避経路生成部が生成した経路を示す画像データに切り替えること、が好ましい。操縦者は、移動ロボットがどのような経路を辿って障害物を回避するかを知ることができる。特に、移動ロボットに搭乗者が当該移動ロボットを操縦する構成の場合は、搭乗者がディスプレイ上で自律移動モード時における移動ロボットの移動経路を認識することができるので、移動ロボットの動きに体を対応させることができる。

前記画像データ処理部は、操縦モード時に前記撮像部が撮像した画像データと前記障害物検出部が検出した障害物データとを重ね合わせた重畳画像データを生成し、当該重畳画像データをディスプレイに出力すること、が好ましい。このような構成により、操縦者はディスプレイ上で障害物を視認し易くなり、障害物を回避し易くなる。

前記通知部として音源部を備えており、前記音源部は、スピーカと、前記判定部の判定結果に基づいて前記スピーカに音データを出力する音データ処理部とを備えること、が好ましい。このような構成により、操縦者は移動ロボットの移動モードが操縦モードから自律移動モードに切り替わったことを、スピーカを介して知ることができるので、移動ロボットの移動モードが操縦モードから自律移動モードに切り替わる際の操縦者の違和感を軽減することができる。

前記操縦部は、ジョイスティックと、前記ジョイスティックのスティックハンドルの操作データが入力される処理部と、前記通知部として前記スティックハンドルに反力を与える反力付与部とを備えており、前記処理部は、前記判定部の判定結果に基づいて前記反力付与部を制御すること、が好ましい。このような構成により、操縦者は移動ロボットの移動モードが操縦モードから自律移動モードに切り替わったことを、スティックハンドルへの反力導入によって知ることができるので、移動ロボットの移動モードが操縦モードから自律移動モードに切り替わる際の操縦者の違和感を軽減することができる。

前記判定部は、前記判定結果に基づいて、前記画像データ処理部と、前記音データ処理部と、前記反力付与部の処理部とを制御すること、が好ましい。このような構成により、操縦者は移動ロボットが障害物に近付いていることを段階的に知ることができる。

本発明によれば、移動ロボットの移動モードが操縦モードから自律移動モードに切り替わる際の操縦者の違和感を軽減することができる移動ロボットの操縦システムを提供することができる。

以下、本発明に係る移動ロボットの操縦システムの実施形態を、図面に基づいて説明する。但し、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

<実施形態１>
本実施形態の移動体ロボットの操縦システム（以下、単に操縦システムと省略する場合がある。）１は、図１に示すように、移動ロボット２を操縦者の操縦に基づく通常モードである操縦モードと、非常モードである自律移動モードとの２つの移動モードを有する。このような操縦システム１は、背景技術の項で述べたように、操縦モード時に操縦者が、障害物に移動ロボット２が接触する可能性のある操縦をすると、自動的に当該移動ロボット２の移動モードが自律移動モードに切り替わり、障害物に移動ロボット２が接触することを回避する。この場合、移動ロボット２の移動モードが操縦モードから自律移動モードに切り替わった際に、当該切り替わったことを操縦者が認識することができず、操縦者が違和感を覚えることがある。そこで、本発明の操縦システム１は、移動ロボット２の移動モードが操縦モードから自律移動モードに切り替わったことを通知する通知部３を備えていることを特徴とする。そのため、移動ロボットの移動モードが操縦モードから自律移動モードに切り替わる際の操縦者の違和感を軽減することができる。

以下に、本実施形態の操縦システム１について、詳細に説明する。
移動ロボット２は、図１及び図２に示すように、搭乗型の移動ロボットである。移動ロボット２は、フレーム４、自律系制御部５、切り替え部６、撮像部７、操縦部８、記憶部９、駆動部１０を備えている。

フレーム４は、例えば樹脂成型品であり、軽量、高剛性に成形されている。フレーム４は、操縦者である人が搭乗する凹み部分が形成されている。フレーム４には、自律系制御部５、切り替え部６、撮像部７、操縦部８、記憶部９、駆動部１０が搭載されている。

自律系制御部５は、位置推定部５１０、姿勢・速度推定部５２０、障害物検出部５３０、処理部５４０を備えている。処理部５４０は、地図データ生成部５４１、判定部５４２、回避経路生成部５４３を備えている。

位置推定部５１０は、ＧＰＳ（Global Positioning System）機器などから成り、例えば衛星から受信した位置情報から移動ロボット２の現在位置を推定する。位置推定部５１０は、推定した移動ロボット２の現在位置データを記憶部９に格納する。

姿勢・速度推定部５２０は、イナーシャセンサ（角速度センサ、加速度センサ、ジャイロセンサ等）、及び駆動部１０の駆動モータ１０２に設けられたエンコーダを備えている。姿勢・速度推定部５２０は、イナーシャセンサが検出した移動ロボット２の傾きなどから当該移動ロボット２の姿勢を推定する。

さらに姿勢・速度推定部５２０は、エンコーダが検出する当該駆動モータ１０２の回転数から移動ロボット２の移動速度を推定する。姿勢・速度推定部５２０は、推定した移動ロボット２の姿勢データ及び速度データを記憶部９に格納する。

障害物検出部５３０は、ステレオカメラ、レーザーレンジファインダ、超音波センサなどの測距センサ５３１を少なくとも一種類備えている。測距センサ５３１は、フレーム４の前端部に設けられており、例えば移動ロボット２の前方πｒａｄの範囲内に存在する障害物を検出する。

すなわち、障害物検出部５３０は、測距センサ５３１の検出信号に基づいて、移動ロボット２から障害物までの距離を３次元で算出すると共に、移動ロボット２に対する障害物の方向を算出する。障害物検出部５３０は、算出した障害物までの距離の３次元データ（障害物データ）を記憶部９に格納する。

地図データ生成部５４１は、記憶部９から移動ロボット２の現在位置データを呼び出し、当該移動ロボット２の現在位置での地図データを生成する。本実施形態の地図データとしては、図３に示すようなグリッドマップＭを生成する。グリッドマップＭは、測距センサ５３１の検出範囲以下の広さとされており、当該測距センサ５３１の配置位置が座標の原点とされている。つまり、グリッドマップＭと測距センサ５３１の検出範囲とは対応して設定されている。

さらに地図データ生成部５４１は、記憶部９から障害物までの距離の３次元データを呼び出し、図４に示すように、グリッドマップＭ上における障害物Ｏ（図４のハッチング部分）の位置データを取得する。その結果、移動ロボット２の現在位置と、障害物Ｏの位置との関係を取得できる。地図データ生成部５４１は、当該障害物Ｏの位置データが示されたグリッドマップＭを判定部５４２に出力する。

判定部５４２は、入力されたグリッドマップＭに基づいて、移動ロボット２が障害物Ｏに接触するか否かを判定する。具体的に云うと、判定部５４２は、移動ロボット２と障害物Ｏとの距離が予め設定されている距離（間隔）より短いと、移動ロボット２が障害物Ｏに接触すると判定する。判定部５４２は、移動ロボット２が障害物Ｏに接触すると判定すると、当該判定結果データを回避経路生成部５４３及び切り替え部６に出力する。

また、判定部５４２は、詳細は後述するが、記憶部９から移動ロボット２の現在位置データを呼び出し、当該移動ロボット２の現在位置データに基づいて、回避経路生成部５４３が生成した経路Ｒ上において移動ロボット２が自律移動モードでゴール地点Ｇに到達したと判定すると、当該判定結果データを切り替え部６に出力する。

回避経路生成部５４３は、入力された判定結果データが接触するとの判定の場合に、記憶部９から移動ロボット２の姿勢データ及び速度データを呼び出し、当該移動ロボット２の姿勢データ及び速度データに基づいて、図４に示すように、移動ロボット２が自律移動モードで障害物Ｏを回避する経路ＲをグリッドマップＭ上に生成する。回避経路生成部５４３は、生成した経路Ｒが示されたグリッドマップＭを記憶部９に格納する。

具体的に云うと、回避経路生成部５４３は、移動モードが切り替わる際に、搭乗者が違和感を覚えないように、移動モードが切り替わる直前（操縦モード時）の当該移動ロボット２の姿勢からスムーズに、且つ当該移動ロボット２の速度で、移動ロボット２が障害物Ｏと所定の距離以上の間隔を開けて、追い越す経路Ｒを生成する。

つまり、経路Ｒは、移動ロボット２が障害物Ｏと所定の距離を開けて対峙する位置をスタート地点Ｓとし、移動ロボット２が障害物Ｏと間隔を開けて、スムーズに障害物Ｏを完全に追い越し、障害物Ｏの前方に到達する位置をゴール地点Ｇとする。ちなみに、移動ロボット２と障害物Ｏとの間隔は、移動ロボット２の大きさ、回転半径などを考慮して、予め設定されている。

このとき、回避経路生成部５４３は、障害物Ｏの移動速度を考慮して経路Ｒを生成する。つまり、回避経路生成部５４３は、記憶部９に逐次格納された障害物Ｏまでの距離の３次元データから当該障害物Ｏの移動速度及び移動方向を算出する。そして、回避経路生成部５４３は、移動する障害物Ｏを移動ロボット２がスムーズに追い越すことができる経路Ｒを生成する。

回避経路生成部５４３は、さらに移動モードが切り替わる直前の当該移動ロボット２の速度で、移動ロボット２が経路Ｒ上を移動するように、駆動部１０を制御する制御データを生成する。回避経路生成部５４３は、生成した制御データを記憶部９に格納する。但し、自律移動モード時の移動ロボット２の速度は、移動モードが切り替わった際に搭乗者が違和感を覚えない範囲で適宜設定すれば良い。

切り替え部６は、入力された判定結果データが接触するとの判定の場合に、移動ロボット２の移動モードを操縦モードから自律移動モードに切り替える切り替え指令データを駆動部１０に出力する。それと共に、切り替え部６は、当該切り替え指令データを操縦部８に出力する。

また、切り替え部６は、判定部５４２から移動ロボット２が自律移動モードでゴール地点Ｇに到達したことを示す判定結果データが入力されると、移動ロボット２の移動モードを操縦モードに切り替える切り替え指令データを駆動部１０に出力する。それと共に、切り替え部６は、当該切り替え指令データを操縦部８に出力する。

撮像部７は、フレーム４の前端部に設けられたカメラ７１を備えている。撮像部７は、カメラ７１が撮像した画像データを記憶部９に格納する。ちなみに、カメラ７１としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの撮像素子を用いたカメラを用いることができる。

操縦部８は、表示部８１、操舵部８２を備えている。表示部８１は、搭乗者に移動モードが切り替わったことを通知する通知部３である。表示部８１は、画像データ処理部８１１、ディスプレイ８１２を備えている。

画像データ処理部８１１は、操縦モード時には記憶部９から撮像部７が撮像した画像データを呼び出し、当該画像データをディスプレイ８１２に出力する。
画像データ処理部８１１は、切り替え部６から移動ロボット２の移動モードを操縦モードから自律移動モードに切り替える切り替え指示データが入力されると、記憶部９から経路Ｒが示されたグリッドマップＭを呼び出し、当該グリッドマップＭに処理を施して画像データを生成し、当該画像データをディスプレイ８１２に出力する。

画像データ処理部８１１は、切り替え部６から移動ロボット２の移動モードを自律移動モードから操縦モードに切り替える切り替え指示データが入力されると、再び記憶部９から撮像部７が撮像した画像データを呼び出し、当該画像データをディスプレイ８１２に出力する。

ディスプレイ８１２は、フレーム４に設けられている。ディスプレイ８１２は、搭乗した搭乗者が視認し易い位置に配置されている。
このような構成により、搭乗者は移動ロボット２の移動モードが操縦モードから自律移動モードに切り替わったことを適宜知ることができるので、移動ロボットの移動モードが操縦モードから自律移動モードに切り替わる際の搭乗者の違和感を軽減することができる。

操舵部８２は、ジョイスティック８２１、処理部８２２を備えている。ジョイスティック８２１は、例えば直交する２方向へのスティックハンドルの傾きが検出可能であり、一方へのスティックハンドルの傾きを移動ロボット２の前後方向への移動速度に対応させ、他方へのスティックハンドルの傾きを移動ロボット２の左右方向への回転速度に対応させている。ジョイスティック８２１は、スティックハンドルの傾きデータ（操作データ）を処理部８２２に出力する。ジョイスティック８２１は、フレーム４に設けられている。ジョイスティック８２１は、搭乗者の手元に配置されている。

但し、ジョイスティック８２１の構成は、この限りでなく、力覚センサを用いたジョイスティックなどを用いても良い。また、ジョイスティック８２１に限らず、移動ロボット２に対して前後左右の移動指示を良好に行うことができれば構成は限定されない。

処理部８２２は、入力されたスティックハンドルの傾きデータに基づいて、駆動部１０を制御する制御データを生成する。処理部８２２は、生成した制御データを記憶部９に格納する。
つまり、通常モード時（操縦モード時）は、移動ロボット２の搭乗者が周辺の環境を視認しながら、ジョイスティック８２１を操作して当該移動ロボット２を操縦する。

記憶部９は、グリッドマップＭを生成するプログラム、移動ロボット２が障害物に接触するか否かを判定するプログラム、自律移動モード時の経路及び駆動部１０の制御データを生成するプログラム、操縦モード時の駆動部１０の制御データを生成するプログラム、及び移動ロボット２の現在位置データ、姿勢データ、速度データ、自律移動モード時における駆動部１０の制御データなどが格納されている。

駆動部１０は、車輪１０１、駆動モータ１０２、駆動モータドライバ１０３を備えている。車輪１０１は、フレーム４の底部に少なくとも３個設けられている。そのうちのフレーム４の左右に配置された２個の車輪１０１はそれぞれ、駆動モータ１０２によって回転駆動し、移動ロボット２の前後進、旋回を実現する。

駆動モータ１０２は、駆動モータドライバ１０３から入力された制御データに基づいて制御される。駆動モータドライバ１０３は、操縦モード時には記憶部９から操縦部８が生成した制御データを呼び出し、当該制御データに基づいて駆動モータ１０２を制御する。一方、駆動モータドライバ１０３は、自律移動モード時には切り替え部６からの切り替え指示データに基づいて記憶部９から回避経路生成部５４３が生成した制御データを呼び出し、当該制御データに基づいて駆動モータ１０２を制御する。

このような構成の操縦システム１は、図５に示すように動作する。
搭乗者の操縦部８の操作に基づいて移動ロボット２を移動させる（Ｓ１）。
すなわち、操縦システム１は、図示を省略したが、移動ロボット２に設けられているメインスイッチを搭乗者が操作することで起動又は停止する。

搭乗者が移動ロボット２に搭乗してジョイスティック８２１を操作すると、操縦システム１はジョイスティック８２１の傾きデータを処理部８２２に出力する。処理部８２２は、入力された傾きデータに基づいて駆動モータ１０２の制御データを生成し、当該制御データを記憶部９に格納する。駆動モータドライバ１０３は、記憶部９から当該制御データを呼び出し、当該制御データに基づいて駆動モータ１０２を制御する。このとき、表示部８１は、画像データ処理部８１１が記憶部９から撮像部７が撮像した画像データを呼び出し、当該画像データをディスプレイ８１２に出力する。

移動ロボット２の移動に伴って、自律系制御部５は当該移動ロボット２が障害物に接触するか否かを逐次判定する。
すなわち、位置推定部５１０は、移動ロボット２の現在位置を推定し、当該推定した現在位置データを記憶部９に格納する。さらに姿勢・速度推定部５２０は、移動ロボット２の姿勢及び移動速度を推定し、当該推定した移動ロボット２の姿勢データ及び速度データを記憶部９に格納する。また、障害物検出部５３０は、移動ロボット２から障害物までの距離を３次元で算出し、当該算出した障害物までの距離の３次元データを記憶部９に格納する。

地図データ生成部５４１は、記憶部９に格納されている移動ロボット２の現在位置データを呼び出し、当該移動ロボット２の現在位置データに基づいてグリッドマップＭを生成する。さらに地図データ生成部５４１は、記憶部９から障害物Ｏまでの距離の３次元データを呼び出し、グリッドマップＭ上における障害物Ｏの位置データを取得する。地図データ生成部５４１は、当該障害物Ｏの位置データが示されたグリッドマップＭを判定部５４２に出力する。

判定部５４２は、入力されたグリッドマップＭに基づいて、移動ロボット２と障害物Ｏとの距離が予め設定されている距離より短いか否かにより、移動ロボット２が障害物Ｏに接触するか否かを判定する（Ｓ２）。

判定の結果、移動ロボット２と障害物Ｏとの距離が設定されている距離より長い場合、判定部５４２は接触しないとの判定結果データを切り替え部６に出力する。切り替え部６は、当該判定結果データに基づいて、操縦モードを維持する指令データを画像データ処理部８１１及び駆動モータドライバ１０３に出力する。その結果、移動ロボット２の移動モードは操縦モードの状態に維持される。

一方、移動ロボット２と障害物Ｏとの距離が設定されている距離より短い場合、判定部５４２は接触するとの判定結果データを回避経路生成部５４３及び切り替え部６に出力する。

回避経路生成部５４３は、記憶部９から移動ロボット２の姿勢データ及び速度データを呼び出し、当該移動ロボット２の姿勢データ及び速度データに基づいて、移動ロボット２が自律移動モードで障害物Ｏを回避する経路ＲをグリッドマップＭ上に生成し、当該経路Ｒが示されたグリッドマップＭを記憶部９に格納する（Ｓ３）。さらに回避経路生成部５４３は、移動ロボット２が経路Ｒ上を移動する際の駆動部１０の制御データを生成し、当該制御データを記憶部９に格納する。

切り替え部６は、当該判定結果データに基づいて、自律移動モードに切り替える指令データを画像データ処理部８１１及び駆動モータドライバ１０３に出力する。その結果、移動ロボット２の移動モードは自律移動モードに切り替えられる（Ｓ４）。

画像データ処理部８１１は、記憶部９から回避経路生成部５４３が生成した経路Ｒが示されたグリッドマップＭを呼び出し、当該グリッドマップＭに処理を施して画像データを生成し、当該画像データをディスプレイ８１２に出力する。つまり、ディスプレイ８１２の表示は、移動モードが操縦モードから自律移動モードに切り替わった際に、撮像部７が撮像した画像データから経路Ｒが示されたグリッドマップＭの画像データに切り替わる（Ｓ５）。

駆動モータドライバ１０３は、記憶部９から回避経路生成部５４３が生成した駆動モータ１０２の制御データを呼び出し、当該制御データに基づいて駆動モータ１０２を制御する。その後、判定部５４２は、記憶部９から移動ロボット２の現在位置データを呼び出し、当該移動ロボット２の現在位置データに基づいて、回避経路生成部５４３が生成した経路Ｒ上において移動ロボット２が自律移動モードでゴール地点Ｇに到達したか否かを判定する（Ｓ６）。

ゴール地点Ｇに到達していないとの判定結果の場合、判定部５４２は、当該判定結果データを切り替え部６に出力する。切り替え部６は、当該判定結果データに基づいて、自律移動モードを維持する指令データを画像データ処理部８１１及び駆動モータドライバ１０３に出力する。その結果、移動ロボット２の移動モードは自律移動モードに維持される。

ゴール地点Ｇに到達したとの判定結果の場合、判定部５４２は、当該判定結果データを切り替え部６に出力する（Ｓ７）。切り替え部６は、当該判定結果データに基づいて、自律移動モードから操縦モードに切り替える指令データを画像データ処理部８１１及び駆動モータドライバ１０３に出力する。画像データ処理部８１１は、記憶部９から撮像部７が撮像した画像データを呼び出し、当該画像データをディスプレイ８１２に出力する（Ｓ８）。駆動モータドライバ１０３は、記憶部９から操縦部８が生成した制御データを呼び出し、当該制御データに基づいて駆動モータ１０２を制御する。
操縦システム１は、起動している間、断続的に上述したＳ１〜Ｓ８の工程を繰り返す。

このような構成の操縦システム１は、移動ロボット２の移動モードが操縦モードから自律移動モードに切り替わった際に、当該切り替わったことを搭乗者がディスプレイ８１２上で認識することができる。そのため、移動ロボットの移動モードが操縦モードから自律移動モードに切り替わる際の搭乗者の違和感を軽減することができる。しかも、搭乗者は、どのような経路で障害物Ｏを回避するかを、ディスプレイ８１２上で認識することができるので、移動ロボット２の動きに体を対応させることができる。

但し、本実施形態の操縦システム１は、操縦モードから自律移動モードへ切り替わった際に、撮像部７が撮像した画像データから回避経路生成部５４３が生成した経路Ｒが示されたグリッドマップＭの画像データに切り替えたが、この限りでない。要するに、搭乗者がディスプレイ８１２上で移動モードが切り替わったことを認識できる表示がされれば良い。

<実施形態２>
本実施形態の操縦システム１０００は、上記実施形態１の操縦システムと略同様の構成とされているが、図６に示すように、操縦部８に、通知部３として表示部８１だけでなく、音源部８３を備えている。音源部８３は、スピーカ８３１、音データ処理部８３２を備えている。但し、本実施形態の通知部３は、表示部８１と音源部８３とで構成したが、音源部８３のみでも良い。

このとき、判定部５４２は、閾値を二つ有している。すなわち、移動ロボット２が障害物に接触するまでではないが、近くに障害物が存在すると判定する第１の閾値と、移動ロボット２が障害物に接触すると判定する第２の閾値とを有する。ちなみに、当該閾値は、移動ロボット２の最高速度、使用環境などに基づいて適宜、設定される。

判定部５４２は、移動ロボット２と障害物との距離が第１の閾値以下で第２の閾値より長いと判定すると、当該判定結果データを切り替え部６に出力する。切り替え部６は、入力された当該判定結果データに基づいて、スピーカ８３１から音を出力させる指令データを生成し、当該指令データを音データ処理部８３２に出力する。音データ処理部８３２は、入力された当該指令データに基づいてスピーカ８３１から出力する音データを生成して当該スピーカ８３１から音を出力させる。このとき、移動ロボット２と障害物との距離に応じて、音を変えたり、音の大きさを変えると良い。

判定部５４２は、移動ロボット２と障害物との距離が第２の閾値以下と判定すると、当該判定結果データを切り替え部６に出力する。切り替え部６は、入力された当該判定結果データに基づいて、自律移動モードに切り替える指示データを回避経路生成部５４３及び切り替え部６に出力する。その後の操縦システム１０００の動作は、上記実施形態１と同様であるので省略する。

本実施形態の操縦システム１０００は、移動ロボット２の移動モードが操縦モードから自律移動モードに切り替わる以前に、音源部８３によって移動ロボット２が障害物に近付いていることを搭乗者に知らせることができる。そのため、搭乗者の違和感をさらに軽減することができる。また、自らの操縦によって障害物との接触を早期に回避することができ、安全である。

<実施形態３>
本実施形態の操縦システム１００１は、上記実施形態２の操縦システムと略同様の構成とされているが、図７に示すように、操縦部８に、通知部３として表示部８１と音源部８３だけでなく、反力付与部８４を備えている。但し、本実施形態の通知部３は、表示部８１と音源部８３と反力付与部８４とで構成したが、表示部８１と反力付与部８４、又は音源部８３と反力付与部８４、又は反力付与部８４のみでも良い。

このとき、判定部５４２は、閾値を三つ有している。すなわち、移動ロボット２が障害物に接触するまでではないが、近くに障害物が存在すると判定する第１の閾値と、移動ロボット２が障害物に接触すると判定する第２の閾値との間に、移動ロボット２と障害物との距離が第１の閾値以下で、このまま操縦を続けると移動ロボット２が障害物に接触すると判定する第３の閾値を有する。

判定部５４２は、移動ロボット２と障害物との距離が第１の閾値以下で第３の閾値より長いと判定すると、当該判定結果データを切り替え部６に出力する。切り替え部６は、入力された当該判定結果データに基づいて、スピーカ８３１から音を出力させる指令データを生成し、当該指令データを音データ処理部８３２に入力する。その後の操縦システム１００１の動作は、上記実施形態２と同様にスピーカ８３１から音が出力される。

判定部５４２は、移動ロボット２と障害物との距離が第３の閾値以下で第２の閾値より長いと判定すると、当該判定結果データを切り替え部６に出力する。切り替え部６は、入力された当該判定結果データに基づいて、反力付与部８４を起動させる指令データを処理部８２２に入力する。処理部８２２は、入力された当該指令データに基づいて、反力付与部８４を制御し、ジョイスティック８２１への搭乗者の操縦に対して反力を与える。このとき、移動ロボット２と障害物との距離に応じて、ジョイスティック８２１に与える反力の大きさを変えると良い。また、移動ロボット２が障害物に向かっている方向のみに、ジョイスティック８２１に反力を与える構成としても良い。

判定部５４２は、移動ロボット２と障害物との距離が第２の閾値以下と判定すると、当該判定結果データを回避経路生成部５４３及び切り替え部６に出力する。その後の操縦システム１００１の動作は、上記実施形態１と同様に自律移動モードに切り替わる。

本実施形態の操縦システム１００１は、移動ロボット２の移動モードが操縦モードから自律移動モードに切り替わる以前に、先ず音源部８３によって移動ロボット２が障害物に近付いていることを搭乗者に知らせることができる。さらに搭乗者が移動ロボット２と障害物とが接触する可能性の高い操縦をすると、ジョイスティック８２１に反力を与えて、移動ロボット２が障害物に接触する可能性が高いことを知らせることができる。そのため、搭乗者は段階的に移動ロボット２が障害物に近付いていることを知ることができ、搭乗者の違和感をさらに軽減することができる。また、自らの操縦によって早期に障害物との接触を回避することができ、安全である。

<実施形態４>
本実施形態の操縦システム１００２は、上記実施形態１〜３の操縦システムと略同様の構成とされているが、図８に示すように、操縦部８０００が移動ロボット２０００と別に構成されている。つまり、本実施形態の操縦システム１００２は、移動ロボットの遠隔操縦システムとして構成されており、移動ロボット２０００と離れた場所から、操縦者が操縦部８０００を操作して移動ロボット２０００を操縦する。

移動ロボット２０００は、フレーム、自律系制御部５、切り替え部６、撮像部７、記憶部９、駆動部１０、無線通信部１１を備えている。すなわち、上記実施形態１〜３の操縦システムは、切り替え部６からの指令データ及び記憶部９に格納された画像データが直接、操縦部に入力されているが、本実施形態の操縦システム１００２は無線通信部を介して操縦部８０００に入力される。

操縦部８０００は、無線通信部１２、表示部８１、操舵部８２を備えている。
操縦モード時には、表示部８１の画像データ処理部８１１は、移動ロボット側の記憶部９から画像データを呼び出す呼出データを、無線通信部１１、１２を介して記憶部９に出力する。記憶部９は、当該呼出データに基づいて画像データを、無線通信部１１、１２を介して画像データ処理部８１１に出力する。画像データ処理部８１１は、入力された画像データをディスプレイ８１２に出力する。ディスプレイ８１２に出力された画像データを視認しながら、操縦者は手元のジョイスティック８２１を操作して移動ロボット２０００を操縦する。

また、操舵部８２の処理部８２２は、駆動部１０の駆動モータ１０２の制御データを、無線通信部１１、１２を介して記憶部９に格納する。記憶部９は、駆動モータドライバ１０３からの呼出データに基づいて、当該制御データを駆動モータドライバ１０３に出力する。駆動モータドライバ１０３は、当該制御データに基づいて駆動モータ１０２を制御する。

自律移動モード時には、表示部８１の画像データ処理部８１１は、移動ロボット側の記憶部９から経路が示されたグリッドマップを呼び出す呼出データを、無線通信部１１、１２を介して記憶部９に出力する。記憶部９は、当該呼出データに基づいて経路が示されたグリッドマップを、無線通信部１１、１２を介して画像データ処理部８１１に出力する。画像データ処理部８１１は、入力された経路が示されたグリッドマップに処理を施して画像データを生成し、当該画像データをディスプレイ８１２に出力する。このように、上記実施形態１〜３の操縦システムと同様に、移動ロボット２０００の移動モードが操縦モードから自律移動モードに切り替わると、ディスプレイ８１２の表示も撮像部７が撮像した画像データから、回避経路生成部５４３が生成した経路が示されたグリッドマップの画像データに切り替わるので、移動モードが切り替わったことを認識することができる。そのため、移動ロボットの移動モードが操縦モードから自律移動モードに切り替わる際の操縦者の違和感を軽減することができる。

ちなみに、自律移動モード時における移動ロボットの移動は、上記実施形態１〜３の操縦システムと同様に、切り替え部６からの切り替え指示データに基づいて駆動モータドライバ１０３が記憶部９から制御データを呼び出し、当該制御データに基づいて駆動モータ１０２を制御する。

本実施形態のように操縦システムが遠隔操縦する構成の場合は、操縦部を操作する操縦者と移動ロボットに搭乗する搭乗者との間で、相互に通信ができるように、操縦部と移動ロボットの相互に、マイクとスピーカを備えていることが好ましい。さらに操縦部と移動ロボットの相互に、カメラ（撮像部）とディスプレイを備えていることが好ましい。また、本実施形態では、一つの操縦部で一台の移動ロボットを操縦しているが、一つの操縦部で複数の移動ロボットから一台の移動ロボットを適宜、選択して操縦する構成とされていても良い。

<実施形態５>
本実施形態の操縦システムは、上記実施形態１〜４の操縦システムと略同様の構成とされているが、移動ロボットの移動モードが操縦モード時に、撮像部が撮像した画像データに、障害物検出部が検出した障害物データを重ね合わせて、表示部に表示される構成とされている。

すなわち、表示部の画像データ処理部は、記憶部から撮像部が撮像した画像データを呼び出し、当該画像データの特徴点を抽出する。さらに画像データ処理部は、記憶部から障害物検出部が算出した障害物までの距離の３次元データを呼び出し、当該障害物までの距離の３次元データに処理を施して画像データを生成し、当該画像データの特徴点を抽出する。そして、画像データ処理部は、相互の画像データの特徴点を一致させて重ね合わせた重畳画像データを生成し、ディスプレイに出力する。このとき、画像データ上で障害物が視認しやすいように、障害物の表示部分が着色されていることが好ましい。操縦者はディスプレイ上で障害物を視認し易くなり、障害物を回避し易くなる。

以上、本発明に係る移動体ロボットの操縦システムの実施形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。すなわち、上記構成の操縦システムは例示であって、要するに移動モードが切り替わったことを通知する通知部を備えていれば良い。

本発明に係る移動ロボットの操縦システムの実施形態１を概略的に示すブロック図である。 移動ロボットを概略的に示す斜視図である。 障害物の位置データが示される前のグリッドマップを示す図である。 障害物の位置データ及び経路が示されたグリッドマップを示す図である。 本発明に係る移動ロボットの操縦システムの動作を概略的に示すフローチャートである。 本発明に係る移動ロボットの操縦システムの実施形態２を概略的に示すブロック図である。 本発明に係る移動ロボットの操縦システムの実施形態３を概略的に示すブロック図である。 本発明に係る移動ロボットの操縦システムの実施形態４を概略的に示すブロック図である。

符号の説明

１ 移動ロボットの操縦システム
２ 移動ロボット
３ 通知部
６ 切り替え部
７ 撮像部、７１ カメラ
８ 操縦部、
８１ 表示部、８１１ 画像データ処理部、８１２ ディスプレイ
８２ 操舵部、８２１ ジョイスティック、８２２ 処理部
８３ 音源部、８３１ スピーカ、８３２ 音データ処理部
８４ 反力付与部
９ 記憶部
１０ 駆動部、１０１ 車輪、１０２ 駆動モータ、１０３ 駆動モータドライバ
１１、１２ 無線通信部
５１０ 位置推定部
５２０ 姿勢・速度推定部
５３０ 障害物検出部
５３１ 測距センサ
５４０ 処理部、５４１ 地図データ生成部、５４２ 判定部、５４３ 回避経路生成部
１０００、１００１、１００２ 操縦システム
２０００ 移動ロボット
８０００ 操縦部
Ｏ 障害物
Ｒ 経路
Ｓ スタート地点
Ｇ ゴール地点

Claims (5)

1. 操縦者の操縦に基づく操縦モードと、自律移動モードとの２つの移動モードを有する移動ロボットの操縦システムであって、
   操縦モード時に前記操縦者が前記移動ロボットを操縦する操縦部と、
   前記移動ロボットの周囲にある障害物を検出する障害物検出部と、
   前記移動ロボットの現在位置を推定する位置推定部と、
   前記障害物検出部の検出結果と、前記位置推定部の推定結果とに基づいて、前記移動ロボットが前記障害物に接触するか否かを判定する判定部と、
   前記判定部の判定結果が接触するとの判定の場合に、前記移動ロボットが自律移動モードで前記障害物を回避する経路を生成する回避経路生成部と、
   前記回避経路生成部が生成した経路上を前記移動ロボットが移動するべく、前記移動ロボットの移動モードを操縦モードから自律移動モードに切り替える切り替え部と、
   前記操縦モードから前記自律移動モードに切り替わったことを前記操縦者に通知する通知部と、
   を備え、
   前記通知部は、表示部を備えており、
   前記表示部は、ディスプレイと、前記判定部の判定結果に基づいて前記ディスプレイに画像データを出力する画像データ処理部と、を備え、
   前記画像データ処理部は、操縦モード時に前記移動ロボットに設けられた撮像部が撮像した画像データを前記ディスプレイに出力し、自律移動モードに切り替わる時に前記ディスプレイの表示を前記回避経路生成部が生成した経路を示す画像データに切り替える移動ロボットの操縦システム。
2. 前記画像データ処理部は、操縦モード時に前記撮像部が撮像した画像データと前記障害物検出部が検出した障害物データとを重ね合わせた重畳画像データを生成し、当該重畳画像データをディスプレイに出力することを特徴とする請求項１に記載の移動ロボットの操縦システム。
3. 前記通知部は、音源部を備えており、
   前記音源部は、スピーカと、前記判定部の判定結果に基づいて前記スピーカに音データを出力する音データ処理部とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の移動ロボットの操縦システム。
4. 前記操縦部は、ジョイスティックと、前記ジョイスティックのスティックハンドルの操作データが入力される処理部と、前記通知部として前記スティックハンドルに反力を与える反力付与部とを備えており、
   前記処理部は、前記判定部の判定結果に基づいて前記反力付与部を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の移動ロボットの操縦システム。
5. 前記判定部は、前記判定結果に基づいて、前記画像データ処理部と、前記音データ処理部と、前記反力付与部の処理部とを制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の移動ロボットの操縦システム。