JP2008142841A - 移動ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】移動ロボット本体の移動する速度に過剰な制限を設けることのない移動ロボットを提供すること。
【解決手段】移動ロボット本体と、移動ロボット本体に対して相対的に姿勢変形可能な姿勢変形部材とを備える移動ロボットにおいて、障害物を検知した際、移動ロボット本体の方向及び速度と姿勢変形部材の先端部の位置情報とに基づいて、移動ロボット本体の移動速度及び移動方向を定める第１速度ベクトルと、該先端部の移動ロボット本体に対する相対的な移動速度及び移動方向を定める第２速度ベクトルとを算出し、制御部が、移動ロボット本体が障害物に向かう方向の速度成分を求め、移動ロボット本体が第１速度ベクトルを算出した際の速度で移動を継続し続けた場合に障害物に到達する時間よりも、姿勢変形部材の先端部の障害物に対する相対的な移動速度がゼロになるまでに要する時間を大きくするように移動手段と駆動部とを制御する。
【選択図】図５

Description

本発明は、移動する空間内において障害物となる対象が存在する領域で移動する移動ロボットであって、例えば工場等で用いられるＡＧＶや屋内外を自律的に移動する自律移動型ロボットに関するものである。

工場などの建物内部などを移動する移動ロボットは、予め定められた移動経路または自律的に定めた移動経路に沿って移動する。このような移動ロボットは、定められた移動経路上を決められた速度で移動するが、その移動経路上に障害物が存在する場合、障害物を検出すると該障害物に向かう移動速度を低減し、障害物との距離を十分に保って接触する以前に停止する必要がある。

しかしながら、このような移動ロボットが、例えば特許文献１に記載のように、移動ロボットが、移動ロボット本体に対して駆動により姿勢変形するアーム部等の姿勢変形部材を備えている場合、移動ロボット本体の移動速度を低減しても姿勢変形部材の取り得る姿勢によっては障害物と接触してしまう場合がある。そのため、移動ロボットが障害物を検出した際には移動ロボット本体の減速可能な度合いを十分に大きくしなければならず、そのような十分な減速が行えない場合は、移動ロボット本体の取り得る最高速度に制限を設ける必要がある。そのため、移動ロボット本体の移動速度に過剰な速度制限を設ける必要がある場合があり、ロボットの迅速な移動に対して障害となる場合がある。
特開２００１−１７３０２６号公報

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、移動ロボット本体の移動する速度に過剰な制限を設けることのない移動ロボットを提供することを目的とするものである。

本発明にかかる移動ロボットは、定められた移動経路に沿って移動する移動手段を有する移動ロボット本体と、該移動ロボット本体に取り付けられ、移動ロボット本体に対して相対的に姿勢変形可能に制御される姿勢変形部材と、を備える移動ロボットであって、障害物を検知し、該障害物の位置情報を取得する障害物検知部と、前記姿勢変形部材を駆動し、その姿勢を変形させる駆動部と、前記駆動部および移動手段を制御する制御部と、前記姿勢変形部材の先端部の位置情報を算出する先端位置算出部と、移動ロボット本体の移動する方向および速度を検出する検出部と、を備えるとともに、前記障害物検知部によって障害物を検知してその位置情報を取得した場合に、前記検出部により検出された移動ロボット本体の方向および速度と、前記先端位置算出部が算出した姿勢変形部材の先端部の位置情報とに基づいて、移動ロボット本体の移動速度および移動方向を定める第１速度ベクトルと、該先端部の移動ロボット本体に対する相対的な移動速度および移動方向を定める第２速度ベクトルとを算出し、前記制御部が、前記第１速度ベクトルと第２速度ベクトルとを合成することで得られる合成速度ベクトルの、移動ロボット本体が障害物に向かう方向についての速度成分を求め、前記移動ロボット本体が第１速度ベクトルを算出した際の速度で移動を継続し続けた場合に障害物までに到達する時間よりも、前記姿勢変形部材の先端部の、障害物に対する相対的な移動速度がゼロになるまでに要する時間を大きくするように前記制御部が移動手段と駆動部とを制御することを特徴とするものである。

上述のような移動ロボットは、移動経路中に障害物を発見した場合に、姿勢変形部材の先端位置と障害物との距離から、移動ロボット本体の移動速度と、姿勢変形部材との該障害物に対する変形可能な動きの速さを考慮し、姿勢変形部材の先端を障害物に接触しないように移動手段と駆動部とを制御する。その際に、姿勢変形部材の先端の移動する速度を減速する度合いと、移動ロボット本体の移動する速度を減速する度合いを考慮しつつ、障害物に対して姿勢変形部材がより確実に接触しないように、制御部は移動手段と駆動部とを制御する。したがって、移動経路中に障害物を発見した場合に、姿勢変形部材の先端が障害物から避けるように変形する動きを最大となるようにすることで、移動ロボット本体の移動速度を制限する度合いを最も小さくし、その結果、移動ロボット本体の移動速度を必要以上に過剰に制限する必要をなくすことができる。

なお、本は発明に係る移動ロボットの移動する移動経路は、予め定められる移動経路であってもよいし、移動ロボットが自律的に定めるものであってもよい。前者の場合は、移動ロボットは障害物を検知すると該移動経路上で停止し、障害物が除去されるまでその動きを停止し、後者の場合は、障害物を検知した後に、該障害物を回避するように移動経路を修正することで、移動を継続することが可能となる。

さらに、前記制御部は、前記合成速度ベクトルと平行な方向について姿勢変形部材の先端部の動きを減速させる最大減速度を、移動ロボット本体の障害物に向かう方向についての速度成分を減速させる第１減速度と、前記姿勢変形部材の先端部の障害物に向かう方向についての速度成分を減速させる第２減速度とに分割して、前記制御部が移動手段と駆動部とを制御することを特徴とすることが好ましい。この場合、前記制御部が、前記先端部の位置と、検知した障害物の位置との相対的距離が一定距離以下になった場合に、前記第１減速度を前記第２減速度よりも大きくするように移動手段と駆動部とを制御するようにしてもよい。このようにすると、移動ロボットと障害物との距離が遠い場合には、姿勢変形部材の姿勢変形する速度による接触回避を重視して移動ロボット本体の速度制限を緩和し、移動ロボットと障害物との距離が近い場合には、移動ロボット本体の速度制限によって確実に障害物との接触を回避するように制御することが可能となる。したがって、このような移動ロボットにおいては、移動ロボット本体の速度をできるだけ低減させずに障害物との接触を回避することが可能となる。

また、このような移動ロボットにおいては、外力により生じた加速度の変化を検出する加速度センサが設けられていることが好ましい。このような加速度センサを設けることによって、障害物を検知しきれなかった場合においても、移動ロボットが障害物と接触したことを迅速かつ正確に検知することができる。なお、このような加速度センサは、姿勢変形部材に設けられていても、移動ロボット本体に設けられていてもよい。特に、加速度センサが姿勢変形部材に設けられている場合においては、姿勢変形部材の取り得る姿勢によって障害物検知部が障害物を検知できなかった場合であっても、障害物と姿勢変形部材とが接触したことを迅速に検知することが可能となるので好適である。

また、このような移動ロボットにおいて、移動する周囲の環境情報を視覚的に取得するカメラをさらに備えていることが好ましい。このように設けられたカメラによって、障害物と移動ロボットとが接触した場合もしくは接触しそうになった場合の画像を取得し、接触した原因もしくは接触しそうになった原因を判断することも可能になる。なお、このようなカメラにより把握される情報は、ディジタル化された画像情報として得られるものであると、信号伝達や記憶を行う際により好適である。

また、前記姿勢変形部材は、移動ロボット本体に一端が取り付けられたアーム部であってもよく、さらに、このアーム部の一端と、アーム部の先端との間に、少なくとも１以上の関節部を含むようなものであってもよい。このような移動ロボットは、関節部を駆動することで姿勢変形を行うアームを用いて移動しながら作業を行う場合に、検知した障害物と接触しないようにその姿勢を変形させるとともに、移動速度を調整することが可能となる。

また、このような移動ロボットとしては、特に移動する領域を限定するものではないが、平面内において移動するものであってもよい。その場合、前記移動ロボットが、移動する平面内において特定される移動マップを記憶し、この移動マップ上を自律的に移動するものであり、記憶された移動マップ上において、前記障害物検知部により検知した障害物の位置情報に基づいて移動経路を作成する移動経路作成部をさらに備え、前記移動手段が、作成した移動経路に基づいて移動ロボット本体を移動させるものであってもよい。なお、本発明において、移動ロボットの移動する平面とは、フラットな床面等のみに限定されるものではなく、若干の段差や凹凸部を備えるものであってもよい。

このような移動ロボットの場合、予め把握した障害物の位置情報から移動経路を作成し、作成した移動経路に従って移動することで、障害物との接触を極力回避することが可能となる。このような移動ロボットにおいては、作成した移動経路を、移動ロボットの周囲の環境に応じて修正するものであってもよい。このようにすると、移動ロボットの周囲に障害物が存在した場合であっても、移動する速度を調整だけでは障害物との接触が避けられない場合に、その移動経路を修正することで、障害物との接触を避けるようにその移動を制御することができる。

なお、前記移動マップが、前記平面内において略一定間隔に配置された格子点を結ぶグリッド線を仮想的に描写することで作成されるグリッドマップであってもよい。このようなグリッドマップを移動マップとして用いると、移動ロボットの位置を正確かつ容易に把握するとともに、移動マップ上における移動経路を簡単に作成することができる。

また、前記移動ロボット本体は、移動マップ上における自己の絶対位置を取得する絶対位置取得部を備えることが好ましい。このような絶対位置取得部としては、移動ロボットの外部に設けられたＧＰＳ等の設備から送信される絶対位置情報を受信することで、移動ロボット本体の絶対位置を取得するものであってもよい。また、移動ロボット本体は、このような絶対位置取得部により得られた絶対位置情報に基づいて、環境情報取得部で取得した環境情報を修正するようにしてもよい。

また、前記移動ロボット本体は、移動マップ上において移動した方向および距離から、自己位置を算出する自己位置算出部を備えるものであってもよい。このような自己位置算出部は、前記環境情報取得部により得られた環境情報に用いて自己位置を推定するものであってもよいし、環境情報取得部とは別に設けられるものであってもよい。そのような自己位置算出部の例としては、移動ロボット本体が車輪の駆動による移動手段を備えている場合に、移動原点から別の地点まで移動する際に得られる車輪の回転数や回転方向、車輪の向き等に基づいて、移動した地点の位置を算出するもの等が挙げられる。

以上、説明したように、本発明によると、移動する速度に過剰な制限を設けることのない移動ロボットを提供することができる。

発明の実施の形態１．
以下に、図１から図６を参照しつつ本発明の実施の形態１にかかる移動ロボットについて説明する。この実施の形態においては、移動ロボットは１対の車輪を駆動することで平面上を自律的に移動する車両型の移動ロボットである例を示すものとする。

図１は、移動する平面としての床部１上の限られた領域Ｐ（実線に囲まれた領域）内を、予め定められた移動経路に沿って移動する、ＡＧＶ等に代表される車両型の移動ロボット１０の一実施形態を概略的に示すものである。この実施の形態においては、床部１は工場内などの屋内において複数の設備（４１、４２、４３、４４）が設置された平面であり、この床部１上の領域Ｐ内には、その設備を避けるように移動経路３０が予め定められているものとする。

図２は、図１に示す移動ロボット１０を側面視し、その構成を概略的に示す概略図であり、図２に示すように、移動ロボット１０は、箱型の移動ロボット本体１０ａと、姿勢変形部材としてのアーム部１００とから構成される。アーム部１００は、移動ロボット本体１０ａの上部表面にその一端が接続され、移動ロボット本体１０ａに対して相対的にその姿勢を変化させることが可能となるように構成されている。以下、移動ロボット本体１０ａおよびアーム部１００について、各々詳細に説明する。

図３は、図２に示す移動ロボット本体１０ａの構成を概略的に示す図であり、図３に示すように、移動ロボット本体１０ａは、1対の対向する車輪１１と、キャスタ１２を備える対向2輪型の車両である。そして、移動ロボット本体１０ａは、これらの車輪１１、キャスタ１２とで移動ロボット本体１０ａはその姿勢水平に支持された状態で、移動可能となっている。さらに、移動ロボット本体１０ａの内部には、車輪１１をそれぞれ駆動するモータ１３と、車輪の回転数を検出するためのカウンタ１４と、車輪を駆動するための制御信号を作成し、モータ１３にその制御信号を送信する演算処理部を備えた制御部１５、およびこれらの構成要素に電力を供給するためのバッテリー（図示せず）を備えている。そして、制御部１５の演算処理部内部に備えられた記憶部としてのメモリなどの記憶領域１５ａには、領域Ｐ内における移動経路が記憶されているとともに、制御信号に基づいて移動ロボット１０の移動速度などを制御するためのプログラムが記憶されている。すなわち、車輪１１やキャスタ１２、およびモータ１３などの移動ロボット本体１０ａを移動させるための各構成の集合により、本発明でいう移動手段が構成されている。

さらに、移動ロボット本体１０ａの前面には、移動する方向に現れた障害物を検知する障害物検知部としてのセンサ１６が取り付けられており、このセンサ１６によって移動ロボット本体１０ａの進行する前方方向に存在する障害物を検知することができる。センサ１６は、例えば赤外線レーザを３次元的に照射するレーザセンサであり、レーザの反射状態から検知した障害物の形状や、移動体本体１０ａの前面からの距離を取得し、移動ロボット本体１０ａに対する障害物の相対的な位置を把握することを可能とするものである。制御部１５は、後述するように、センサ１６で障害物を検知すると、その障害物の形状や移動ロボット本体からの距離に基づいて、モータ１３等を制御し、移動ロボット本体１０ａおよび後述するアーム部等の動作を制御する。

移動ロボット本体１０ａの前面においては、移動ロボット本体１０ａの移動する方向に存在する障害物等の物体を撮像するためのカメラ１７が設けられており、周囲の環境状態を画像や映像等のディジタル化した情報として制御部１５に入力する。制御部１５においては、これらのディジタル化された情報が記憶領域１５ａに記録され、図示しない出力部等を介して外部に出力することができる。このように、カメラ１７によって周囲の情報を記録することで、例えば移動ロボット本体１０ａが障害物に対して接触しかかった場合などの状況を、後で視覚的に確認することができる。

このように構成された移動ロボット本体１０ａは、1対の車輪１１の駆動量をそれぞれ独立に制御することで、直進や曲線移動（旋回）、後退、その場回転（両車輪の中点を中心とした旋回）などの移動動作を行うことができる。そして、移動ロボット本体１０ａは、記憶領域１５ａに記憶された、領域Ｐ内の移動経路に追従するように移動する。

次に、移動ロボット本体１０ａに接続されたアーム部１００について図２を用いつつ説明する。図２に示すように、アーム部１００は、移動ロボット本体１０ａの上面に設けられ、軸線Ｈに対して回動可能なベース部１０１と、該ベース部１０１に対して矢印Ｒ１およびＲ２の方向に回動自在に一端が接続されたアーム部本体１０２と、アーム部本体１０２の他端に設けられたハンド部１０３とを備えている。

アーム部本体１０２は、一端がベース部１０１に回動自在に接続された第１リンク部材１０２ａと、第１リンク部材１０２ａの他端に設けられた関節部材１０２ｂと、関節部材１０２ｂに一端が接続された第２リンク部材１０２ｃとを備えている。第１リンク部材１０２ａと第２リンク部材１０２ｃとは、関節部材１０２ｂを介して回動自在に構成されており、さらに、第２リンク部材１０２ｃの他端には、軸線Ｓに対して回動自在にハンド部１０３が取り付けられている。

ハンド部１０３は、第２リンク部材１０２ｃに対して回動自在に設けられた基板１０３ａと、この基板１０３に対して互いに近接離間する方向に摺動自在に取り付けられた板部材１０３ｂ、１０３ｃとから構成されている。この板状部材１０３ｂ、１０３ｃを近接する方向に摺動することで物体を把持する把持動作を行うことができる。

そして、ベース部１０１に対して接続された第１リンク部材１０２ａの一端や、第１リンク部材１０２ａと第２リンク部材１０２ｃとの間に設けられた関節部材１０２ｂは、駆動部としての単一または複数のモータ（図示せず）によってその関節角度を所定の範囲で変化するように駆動される。その結果、アーム部本体１０２は移動ロボット本体１０ａに対して相対的に姿勢変化を行うことができる。

そして、このように構成された姿勢変形部材としてのアーム部１００は、本実施形態においては、移動ロボット本体１０ａに取り付けられた一端の逆側の端部を先端位置とし、その先端位置１００ａをハンド部１０３の中心点（Ｃ）と定めている。すなわち、ハンド部１０３の板状部材１０３ｂ、１０３ｃが最も離間した状態において、これらの板状部材の中間に位置する点をアーム部１００の先端と定めている。なお、本発明はこれに限られるものではなく、例えばハンド部１０３のアーム部１００に占める体積が比較的大きい場合は、ハンド部の先端、すなわちアーム部本体に取り付けられた端部と反対側の端部の中心を、アーム部の先端位置としてもよい。

アーム部本体１０２の姿勢変化は、移動ロボット１０ａに設けられた制御部１５によって制御され、その関節角や各リンク部材の既知の長さ等によって、移動ロボット本体１０ａに対するアーム部の先端位置１００ａの相対位置を把握することができる。すなわち、本実施形態においては、制御部１５はアーム部の先端位置を算出する先端位置算出部として作用する。さらに、ハンド部１０３においても、基板１０３ａの回動する動作や、板状部材１０３ｂ、１０３ｃの摺動動作が図示しないモータによって実現され、これらの動作は制御部１５によって制御される。

このように構成された移動ロボット１０が、移動経路３０に沿って移動する際にその動作の制御を行う手順について、図４および図５に示す概略図、並びに図６に示すフローチャートを用いつつ説明する。本実施形態においては、図４に示すように、移動ロボット１０が移動経路３０上の移動始点から移動終点まで該経路に沿って移動する際に、移動経路３０の地点３０ａにおいて人間等の障害物２００が存在し、移動ロボット本体１０ａに設けられたセンサ１６がこの障害物２００を距離Ｌだけ手前で検知し、移動ロボット１０の動作を制御する例を示す。なお、前述の距離Ｌは、移動ロボット本体前面から、アーム部１００の先端位置１００ａが到達し得る位置に至るまでの距離よりも、十分大きく設定されている。

図５は、障害物２００の手前で移動ロボット１０が障害物２００を検知した場合のアーム部１００の様子を示している。移動ロボット１０の移動ロボット本体１０ａの前面と、障害物２００との距離はＬであり、このとき、移動ロボット１０のアーム部１００のアーム部本体１０２は、軸線Ｈについて回動しており、障害物２００を検知した時に移動方向に対して角度θだけ傾斜した状態であり、この角度を小さくする方向に速度ｖで移動しているものとする。そして、このときの移動本体１０ａの移動速度はＶ_０であり、移動ロボット本体１０ａに備えられた制御部１５は、アーム部１００に設けられたハンド部１０３の中心点Ｃと、障害物２００の相対的な位置関係を３次元的に把握するものとする。このような状態で、移動ロボット１０が障害物２００を検知した後の動作制御について、図６に示すフローチャートを用いつつ説明する。

移動経路３０上の移動始点より移動を開始した移動ロボット１０は、地点３０ａにおいて移動ロボット本体１０ａに設けられたセンサにより障害物２００を検知すると（ＳＴＥＰ１０１）、制御部１５は、障害物２００の３次元的形状を求め、移動ロボット本体１０ａの所定位置を基準とした障害物２００の相対位置（移動ロボット本体１０ａから障害物２００までの距離Ｌなど）を把握する（ＳＴＥＰ１０２）。

そして、制御部１５は、このときの移動ロボット本体１０ａの移動する移動速度を求め、移動ロボット本体１０ａの移動方向および移動速度を定める第１速度ベクトルＶ_０を求める（ＳＴＥＰ１０３）。さらに、アーム部１００の先端（中心点Ｃ）の位置情報を取得し、アーム部の先端位置１００ａの移動する移動方向および移動速度を定める第２速度ベクトルｖを求め（ＳＴＥＰ１０４）、これらの速度ベクトルを合成して合成速度ベクトルＶ_１を求める（ＳＴＥＰ１０５）。

そして、アーム部先端１００ａから障害物２００（２００ａ）までの、合成して得られた合成速度ベクトルの示す方向についての距離Ｄを求める（ＳＴＥＰ１０６）。また、アーム部１００および移動ロボット本体１０ａの動作条件から、アーム部１００の合成速度ベクトルの方向における最大減速度α_０を求め、前記距離Dと、前述のように求めた合成速度ベクトルの大きさ（速度）Ｖ_１との関係を、以下の式１に示す関係式を満たすように制御する（ＳＴＥＰ１０７）。詳細には、制御部１５により、合成速度ベクトルの大きさを、モータ１３の駆動による移動ロボット本体１０ａの速度を低減させる制御と、アーム部の駆動１００による移動速度とを調整する制御とに分配することで、この式１を満たすように調整する。

・・・式１

なお、上記の式１の意味は、移動ロボット１０が速度Ｖ１で移動を継続し続けた場合に障害物までに到達する時間Ｔ_０（＝Ｄ／Ｖ_１）と、移動ロボット１０のアーム部の障害物に対する相対的な移動速度がゼロになるまでに要する時間Ｔ_１（＝Ｖ_１／α_０）とが、Ｔ_０＞Ｔ_１の関係を満たすように設けられている。なお、上記式１において、ｋは１以上の係数（例えばｋ＝２）であり、ｋの値を大きくとることで、障害物からできるだけ離れた位置で停止するように制御することができる。

そして、このような関係により移動ロボットの制御を行う場合、移動ロボット本体１０ａの速度を制限する度合いと、アーム部１００の障害物へ向かう速度の制限との分配比率は、状況に応じて適宜定められる。例えば、アーム部１００の先端と障害物との距離Ｄが所定の距離Ｄ_０以上の場合は、アーム部１００を動かすことでアーム部先端と障害物との接触を回避可能であるため、アーム部１００の速度制限を大きくし、移動ロボット本体１０ａの速度制限をできるだけ抑制する。具体的には、アーム部１００の速度を、アーム部１００の減速可能な減速度合いを最大とするように制限することで、アーム部１００の移動速度を最も小さくする。

逆に、アーム部１００の先端と障害物との距離がＤ_０を下回った場合は、アーム部１００の動きでは障害物との接触が回避困難と判断して、移動ロボット本体１０ａの速度制限をアーム部１００の移動する速度制限よりも大きくする。具体的には、移動ロボット本体１０ａの減速可能な減速度合いを最大として、アーム部１００の先端と障害物との距離が近づくにつれて、徐々に移動ロボット本体１０ａを減速させるようにする。なお、このような移動ロボット本体１０ａの減速制御に代えて、アーム部先端と障害物との距離が一定距離を下回った場合に、移動ロボット本体１０ａの移動速度を前述の減速可能な最大限の減速度合いで低減させるようにしてもよい。

このようにアーム部１００の速度制限と、移動ロボット本体１０ａの速度制限とを状況に応じて制御することで、障害物との接触可能性が高い場合にのみ移動ロボット本体の速度を低減させることができるため、移動ロボットの運動エネルギーを必要以上に損なうことがなくなるという効果が得られる。

さらに、このように移動ロボット本体１０ａおよびアーム部１００の速度の調整を開始すると、移動ロボット１０は、障害物２００へ向かう方向をカメラ１７で撮像し、撮像して得られた画像データを、制御部１５内の記憶領域１５ａの内部に一時的に記憶する（ＳＴＥＰ１０８）。そして、移動ロボット１０が障害物２００の手前で停止するまで、カメラ１７は撮像を継続して画像データを記憶しつづける。

このように、移動ロボット１０の制御部１５は、移動ロボット１０の速度調整によって、障害物２００の手前で停止するように移動ロボット本体１０ａとアーム部１００との動きを制御し、移動ロボットが障害物２００の手前で停止する（ＳＴＥＰ１０９）。このとき、移動ロボット１０は、現在の停止した移動経路３０上における位置を把握する。

そして、障害物２００が移動経路３０上から除去されたか否かをセンサ１６により検出し（ＳＴＥＰ１１０）し、障害物２００が除去されたことが検出されると、再び移動経路３０に沿って移動を開始する（ＳＴＥＰ１１１）。そして、移動ロボット１０は、移動経路３０上の移動終点まで到達すると、その動きを停止する（ＳＴＥＰ１１２）。

本実施形態における移動ロボットによると、移動ロボット本体が障害物を検出すると、その移動する動きを、アーム部の先端位置を考慮して制御することができる。したがって、移動ロボット本体の移動する速度に過剰な制限を設けることなく、移動ロボットの動きを制御することが可能となる。さらに、移動ロボット本体と障害物との距離に応じて、移動ロボット本体とアーム部の減速度合いを分配することで、移動ロボット本体の移動速度を必要以上に低減させることなくアーム部の先端位置を障害物に接触させないようにすることができる。

なお、前述の実施形態においては、カメラにより移動ロボット本体から障害物に向けて撮像し、その画像データを記憶しているが、このような撮像を、移動ロボットと障害物とが接触する直前にのみ行うように制御してもよい。その場合、移動ロボットと障害物との位置関係は、前述のセンサや他の手段で取得するようにしてもよい。

発明の実施形態２．
次に、本発明の第２の実施形態について図７〜９を用いて説明する。なお、本実施形態における移動ロボットは、前述の第１の実施形態において示したものと主要構成を同じくしているため、同一または同様の構成については同一の符号を付して、その説明を省略するものとする。

図７に示すように、本実施形態における移動ロボット１０'は、移動する平面としての床部１上の限られた移動マップＱ（破線に囲まれた領域）内を、自律的に移動するものである。この実施の形態においては、平面１上の移動マップＱ内には特に物体が載置されておらず、移動ロボット１０'が移動マップＱ内において移動経路を定めた後、その移動経路に従って移動するとともに、周囲の環境に応じて移動経路を修正してその移動する方向等を変更できるものとする。なお、詳細は省略するが、本実施形態における移動ロボット１０'も、前述の実施形態と同様に移動ロボット本体１０ａおよびアーム部１００を備えており、移動ロボット本体１０ａは1対の対向する車輪１１と、キャスタ１２を備える対向2輪型の移動体であるものとする。

そして、移動ロボット本体１０ａに備えられた制御部１５は、その内部に備えられた記憶部としてのメモリなどの記憶領域１５ａにおいて、制御信号に基づいて移動ロボット１０'の移動速度や移動方向、移動距離などを制御するためのプログラムとともに、移動マップＱを記憶している。

また、移動ロボット本体１０ａは、図示は省略するが、自己の位置を取得するための位置取得部を備えている。この位置取得部は、移動マップＱ上における自己の絶対位置を取得する絶対位置取得部と、移動マップＱ上において移動した方向および距離から、自己位置を算出する自己位置算出部とから構成されている。

絶対位置取得部は、移動ロボット本体１０ａの上面等の所定箇所に設けられた、自己の絶対位置を示す情報を取得するためのアンテナ（図示せず）と、取得した絶対位置を示す情報を解析して自己の絶対位置を算出する制御部１５とから構成される。このような絶対位置を示す情報は、カルマンフィルタやパーティクルフィルタ等の位置推定方法を用いた絶対位置検出手段（図示せず）から、移動ロボット１０'に対して送信される。なお、本実施形態においてはこのような絶対位置検出手段は移動ロボット本体１０ａの外部に設けられているが、移動ロボット１０'に対して一体的に設けられていてもよい。

自己位置算出部は、前述したカウンタ１４および制御部１５とから構成される。すなわち、カウンタ１４で検知された車輪１１の回転数を制御部１５において積算することで、移動ロボット本体１０ａの移動した速度や距離などの情報を求め、これらの情報から、移動マップ内における移動ロボット本体１０ａの自己位置（オドメトリ位置）を算出する。

そして、これらの自己位置算出部から得られた位置情報は、絶対位置検出部により得られた位置情報によって定期的に修正され、移動ロボット本体１０ａは常に正確な自己位置を認識することができる。

このように構成された移動ロボット１０'は、1対の車輪１１の駆動量をそれぞれ独立に制御することで、直進や曲線移動（旋回）、後退、その場回転（両車輪の中点を中心とした旋回）などの移動動作を行うことができる。そして、移動ロボット１０'は、移動場所を指定する外部に設けられたサーバ等（図示せず）からの指令にしたがって、移動マップＱ内の指定された目的地までの移動経路を自律的に作成し、その移動経路に追従するように移動することで、目的地に到達する。

次に、移動ロボット本体１０ａの内部に記憶された、移動マップＱの形状に基づいて作成されるグリッドマップについて図８および図９を用いつつ説明する。

制御部１５内部に備えられた記憶領域１５ａには、床部１上の移動マップＱ全体の形状に、略一定間隔ｄ（例えば１０ｃｍ）に配置された格子点を結ぶグリッド線を仮想的に描写することで得られるグリッドマップが記憶されている。

図８に、前述のグリッドマップの一例を図示する。グリッドマップ２０は、移動マップＱの形状を模した外枠２１の内部を、略一定間隔ｄに配置された格子点を結ぶグリッド線２２を描写したものである。そして、このグリッド線２２で囲まれたグリッド単位２３を用いて、移動ロボット本体１０ａの自己位置に相当する場所、および目的地である移動終了点、および移動終了点における移動ロボット本体１０ａの移動方向が特定される。なお間隔ｄは、移動ロボット本体１０ａの移動可能な曲率や絶対位置を認識する精度などの条件に応じて、適宜変更可能であり、スリップしたと判定される際の閾値としても用いることも可能である。

また、制御部１５は、グリッドマップ２０上において特定された自己位置を移動始点とし、この移動始点から目的地である移動終点までの移動経路を作成するものであり、移動経路作成部としても作用する。移動ロボット本体１０ａは、前述のように自己位置をリアルタイムに求めつつ、作成された移動経路に沿って移動を行う。詳細には、図９に示すように、移動ロボット１０を構成する移動体１０ａは、移動始点Ｑ₀を認識し、この移動始点から目的とする移動終点Ｑ_nまでの移動経路を、所定の間隔で中間点Ｑ₁、Ｑ_2、．．．をグリッドマップ２０上に定め、これらの中間点をつなぎ合わせることでグリッドマップ２０上に移動経路を作成する。

さらに、本実施形態に係る移動ロボット１０'においては、作成した移動経路に沿って移動始点から移動終点（目標地点）まで移動する際に、センサ１６により障害物を検知すると、移動ロボット本体１０ａの動きを停止するように車輪１２を駆動するモータ１３を制御するとともに、アーム部１００の動きを制御する。そして、停止した移動経路上の位置を取得し、その停止した位置から、障害物を避けて移動終点に到達するように移動経路を修正する。そして、障害物を検知した以後の移動を、修正した移動経路に沿って移動し、移動終点に到達する。このように、移動ロボット１０'が障害物の手前（距離Ｌだけ離れた地点）でその存在を検知して、移動を停止する手順の詳細について、図１０に示すフローチャートおよび図１１〜１３に示す概略図を用いつつ説明する。なお、本実施形態において、移動ロボットが障害物を検知する際の概略図は、図５に示す様子と同様であるため、図示を省略するものとする。

まず、移動ロボット１０'は、制御部１５内部に備えられた記憶領域１５ａに、床部１上の移動マップを記憶し、その移動マップ上における移動ロボットの自己位置Ｑ_０と、移動する目的の目的地点Ｑ_ｎとを特定する（ＳＴＥＰ２０１）。このとき、移動ロボットは、その自己位置を前述した絶対位置取得部または自己位置算出部のいずれか、またはその両方から得られる情報に基づいて特定する。そして、特定した自己位置を移動始点および目的地点としての移動終点とから、移動経路３０を作成し、この移動経路３０に沿って移動を開始する（ＳＴＥＰ２０２）。なお移動ロボット１０'は、所定のタイミング（例えば１０［ｍｓｅｃ］毎）で移動マップ上における自己の位置情報を取得するものとする。

そして、移動ロボット１０'は、図１１に示すように、センサ１６によって、障害物２００から距離Ｌだけ手前の移動経路３０上の地点Ｑ_ｋにおいて障害物等２００の存在を認識し（ＳＴＥＰ２０３）、移動ロボット本体１０ａの備えるカメラ１７を用いて障害物２００に向かう方向についての画像情報を取得する（ＳＴＥＰ２０４）。

移動ロボット１０'が障害物２００を検知した後は、前述の実施形態と同様に、制御部１５は、移動ロボット１０'の速度調整によって、障害物２００の手前で停止するように移動ロボット本体１０ａとアーム部１００との動きを制御する。これによって、移動ロボット１０'は障害物２００の手前で停止する（ＳＴＥＰ２０５）。なお、移動ロボット１０'が障害物２００の手前で停止するまで、カメラ１７は撮像を継続して画像データを記憶しつづける。このとき、移動ロボット１０'は、現在の停止した移動経路３０上における位置（地点Ｑ_ｋ）を把握し、図１２に示すように、移動マップ上に障害物２００の位置および移動ロボット１０の位置（地点Ｑ_ｋ）を記録する。

そして、移動ロボット１０'は、カメラ１７から取得される環境情報によって、図１３に示すように、移動経路３０上の地点Ｑ_ｋにおいて障害物等２００の周囲に移動ロボットの通過を禁止する禁止領域２０１を設け、この禁止領域２０１を避けるような新たな移動経路３１を作成する（ＳＴＥＰ２０６）。新たな経路３１は、障害物を避けることを前提として、目的地点まで最短の経路を取り得るように作成されてもよいし、地点Ｑ_ｋにおける移動ロボット１０'の姿勢（移動する向き）に基づいて、移動可能な曲率等を求めることによって作成されるようにしてもよい。

そして、地点Ｑ_ｋに到達するまでの移動経路３０の、地点Ｑ_ｋ以降の経路を作成した経路３１に置き換えることで、移動経路を修正する（ＳＴＥＰ２０７）。そして、このように修正された移動経路に沿って目的地点Ｑ_ｎまでの移動を行う（ＳＴＥＰ２０８）。このように、移動ロボット１０'は、移動当初に作成した移動経路を、検知した障害物の位置に基づいて修正し、修正後の移動経路に基づいて目的地に到達することができる。

そして、移動ロボット１０'は、目的地点到達後に、さらに移動を継続するか否かを判断し（ＳＴＥＰ２０９）、移動を継続する場合はＳＴＥＰ２０１に戻って再度自己位置および新しい目的地点を特定して移動を継続する。移動をしない場合は、移動ロボット１０'はその移動を停止し、所定の終了処理を行う（ＳＴＥＰ２１０）。

以上、説明したように、本実施の形態においては、制御部１５内部に備えられた記憶領域に移動する領域についての移動マップを記憶し、その移動マップ上において移動経路に沿って移動する際に、障害物を検知し、その障害物の手前でその動きを停止する。さらに、停止後の自己位置に基づいて移動経路を修正し、修正後の移動経路に沿って目的地まで移動を行うことができる。この修正した移動経路は、検知した障害物を避けるように作成されるため、障害物に接触することなく自律的に移動を行うことができる。

以上に説明した、本発明に係る移動ロボットおよび移動ロボット制御方法の実施の形態については、あくまでも一例であり、本発明はこれに限られるものではない。

例えば、前述した実施形態において、移動経路上に停止した障害物があり、この障害物に対して接触をしないように移動ロボットの動きを制御するようにしているが、例えば、移動ロボットの移動する移動経路上に、移動する障害物が存在する場合に、この障害物の動きを予測して、その障害物との接触をさけるように移動ロボット本体および姿勢変形部材先端（アーム部）の動きを制御するようにしてもよい。

また、前述の実施形態においては、移動ロボット本体に対して相対的に姿勢変形する姿勢変形部材としては、関節駆動されるアーム部を例示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、移動ロボット本体に対して駆動可能に取り付けられたアンテナなどであってもよい。

さらに、前記実施形態においては、移動ロボットとして、車輪を駆動する移動体を例に挙げたが、例えば作成された歩容データに従って移動動作を行う２足歩行型等の脚式移動ロボットなど、平面上を移動するものであればどのような形態であってもよい。そのような移動ロボットとしては、例えば車輪による駆動や脚式移動、その他の方法により平面上を移動するような移動体などを挙げることができる。本発明において、移動ロボットの移動する平面に若干の段差や凹凸部が含まれている場合であっても、２足歩行型の脚式移動ロボット等の場合は、移動別体からの情報によってこのような段差等の位置を予測することができるため、それらの存在する領域を移動するような歩容データの作成を迅速に行うことができる。

また、移動ロボットが記憶する移動マップとして、グリッドマップを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えばマップ上の物体を特徴点（ノード）で表したトポロジーマップを用いることもできる。このようなマップを用いた場合、各特徴点（ノード）を結ぶリンクによって移動経路を作成すると好適である。

第１の実施の形態に係る移動ロボットが、移動する平面上に定められた領域内で、所定の移動経路に沿って移動する様子を示す概略図である。 図１に示す移動ロボットを構成する移動ロボット本体および姿勢変形部材（アーム部）を概念的に示す概略図である。 図１および２に示す移動ロボット本体の内部構成を簡易的に表す概略図である。 図１に示す移動ロボット本体が、移動中に障害物を検知した様子を示す害略図である。 障害物を検知した移動ロボット本体が、移動ロボット本体および姿勢変形部材（アーム部）の動きを制御する様子を示す概略図である。 移動ロボットが、作成した移動経路に基づいて移動を行う際に、障害物を検知してその動きを停止し、さらに移動を再開する手順を示すフローチャートである。 第２の実施の形態に係る移動ロボットが、移動する平面上に定められた領域内で、自律的に定めた移動経路に沿って移動する様子を示す概略図である。 移動ロボット本体内部に記憶されたグリッドマップの一例を表す図である。 図８に示すグリッドマップ上において、移動ロボットが移動を行うための移動経路を作成する様子を示す図である。 第２の実施の形態に係る移動ロボットが作成した移動経路に基づいて移動を行う際に、障害物を検知してその動きを停止し、さらに移動を再開する手順を示すフローチャートである。 移動ロボットが移動経路に沿って移動する際に、障害物を検知する様子を概略的に示した図である。 移動ロボット本体に記憶されたグリッドマップ上において、検知した障害物の位置および移動ロボットの自己位置を記録する様子を示す概略図である。 第２の実施の形態に係る移動ロボットにおいて、移動経路を修正する様子を示す概略図である。

符号の説明

１・・・床部（平面）
１０、１０'・・・移動ロボット
１０ａ・・・移動ロボット本体
１１・・・車輪
１３・・・駆動部
１５・・・制御部
１５ａ・・・記憶領域
１６・・・センサ（障害物検知部）
１７・・・カメラ
２０・・・グリッドマップ
１００・・・アーム部（姿勢変形部材）
１００ａ・・・先端位置
２００・・・障害物

Claims (11)

1. 定められた移動経路に沿って移動する移動手段を有する移動ロボット本体と、該移動ロボット本体に取り付けられ、移動ロボット本体に対して相対的に姿勢変形可能に制御される姿勢変形部材と、を備える移動ロボットであって、
   障害物を検知し、該障害物の位置情報を取得する障害物検知部と、
   前記姿勢変形部材を駆動し、その姿勢を変形させる駆動部と、
   前記駆動部および移動手段を制御する制御部と、
   前記姿勢変形部材の先端部の位置情報を算出する先端位置算出部と、
   移動ロボット本体の移動する方向および速度を検出する検出部と、を備えるとともに、
   前記障害物検知部によって障害物を検知してその位置情報を取得した場合に、
   前記検出部により検出された移動ロボット本体の方向および速度と、前記先端位置算出部が算出した姿勢変形部材の先端部の位置情報とに基づいて、移動ロボット本体の移動速度および移動方向を定める第１速度ベクトルと、該先端部の移動ロボット本体に対する相対的な移動速度および移動方向を定める第２速度ベクトルとを算出し、
   前記制御部が、前記第１速度ベクトルと第２速度ベクトルとを合成することで得られる合成速度ベクトルの、移動ロボット本体が障害物に向かう方向についての速度成分を求め、
   前記移動ロボット本体が第１速度ベクトルを算出した際の速度で移動を継続し続けた場合に障害物までに到達する時間よりも、前記姿勢変形部材の先端部の、障害物に対する相対的な移動速度がゼロになるまでに要する時間を大きくするように前記制御部が移動手段と駆動部とを制御することを特徴とする移動ロボット。
2. 前記合成速度ベクトルと平行な方向について姿勢変形部材の先端部の動きを減速させる最大減速度を、移動ロボット本体の障害物に向かう方向についての速度成分を減速させる第１減速度と、前記姿勢変形部材の先端部の障害物に向かう方向についての速度成分を減速させる第２減速度とに分割して、前記制御部が移動手段と駆動部とを制御することを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット。
3. 前記制御部が、前記先端部の位置と、検知した障害物の位置との相対的距離が一定距離以下になった場合に、前記第１減速度を前記第２減速度よりも大きくするように移動手段と駆動部とを制御することを特徴とする請求項２に記載の移動ロボット。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の移動ロボットであって、外力により生じた加速度の変化を検出する加速度センサが設けられていることを特徴とする移動ロボット。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の移動ロボットであって、移動する周囲の環境情報を視覚的に取得するカメラをさらに備えていることを特徴とする移動ロボット。
6. 前記姿勢変形部材が、移動ロボット本体に一端が取り付けられたアーム部であり、該アーム部の一端と、アーム部の先端との間に、少なくとも１以上の関節部を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の移動ロボット。
7. 前記移動ロボットが、平面内において移動するものであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の移動ロボット。
8. 前記移動ロボットが、移動する平面内において特定される移動マップを記憶し、この移動マップ上を自律的に移動するものであり、
   記憶された移動マップ上において、前記障害物検知部により検知した障害物の位置情報に基づいて移動経路を作成する移動経路作成部をさらに備え、前記移動手段が、作成した移動経路に基づいて移動ロボット本体を移動させることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の移動ロボット。
9. 前記移動マップが、前記平面内において略一定間隔に配置された格子点を結ぶグリッド線を仮想的に描写することで作成されるグリッドマップであることを特徴とする請求項８に記載の移動ロボット。
10. 前記移動ロボット本体が、移動マップ上における自己の絶対位置を取得する絶対位置取得部を備えることを特徴とする請求項８または９に記載の移動ロボット。
11. 前記移動ロボット本体が、移動マップ上において移動した方向および距離から、自己位置を算出する自己位置算出部を備えることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の移動ロボット。

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