JP2018190363A

JP2018190363A - 携帯型移動ロボット及びその操作方法

Info

Publication number: JP2018190363A
Application number: JP2017109961A
Authority: JP
Inventors: ファンチー−ミン; Chi-Min Huang
Original assignee: Bot3 Inc
Current assignee: Bot3 Inc
Priority date: 2017-05-11
Filing date: 2017-06-02
Publication date: 2018-11-29
Also published as: US20180329424A1; CN108873877A

Abstract

【課題】位置している空間の構成やレイアウトに基づいた移動経路を修正できるロボットを提供する。【解決手段】周りの画像を取り込む画像取り込みモジュール５０１と、ロボットから障害物と地面までの距離を含む位置情報を取り込むセンサーモジュール５０３と、画像取り込みモジュールとセンサーモジュールにカップリングされて、ロボットの部屋の地図を描いて、測位、ナビゲーションと経路計画を行うように配置されるプロセッサモジュール５０２と、プロセッサモジュールにカップリングされて、制御信号を送信して、ロボットの動作を制御するように配置される制御モジュール５０４と、制御信号に従って移動する動作モジュール５０６と、補助機能を提供する補助モジュール５０５と、を備えている。【選択図】図５

Description

本発明は、ロボット制御分野、特にホーム・インタラクション・サービスを提供できる携帯型移動ロボット及びその操作方法に関する。

スマートデバイスの普及に伴い、携帯型移動ロボットは、例えば物流、自宅など様々な面で一般的になっている。しかし、このような携帯型移動ロボットは、ロボットが位置している空間の構成やレイアウトに基づいた移動経路を修正する能力が不足している。

本発明は、周りの画像を取り込むように構成される画像取込モジュールと、障害物及び地面までの距離を含む位置情報を取り込むように構成されるセンサーモジュールと、前記画像取込モジュールと前記センサーモジュールにカップリングされて、前記携帯型移動ロボットの部屋の地図を描いて、測位、ナビゲーション、及び経路計画を行うように構成されるプロセッサモジュールと、前記プロセッサモジュールにカップリングされて、制御信号を送信して、前記携帯型移動ロボットの動作を制御するように構成される制御モジュールと、前記制御信号に従って移動するように構成される動作モジュールと、補助機能を提供するように構成される補助モジュールと、を備えている携帯型移動ロボットを開示する。

本発明はまた、使用者が、モバイルデバイス上に地図経路を設定するステップと、前記モバイルデバイスから前記携帯用移動ロボットに命令を送信するステップと、前記命令に従って、前記携帯型移動ロボットにコンフィギュレーションデータを更新させるステップと、前記携帯型移動ロボットに前記地図経路の情報が構築されているかどうかを判断するステップであって、地図経路の情報が構築されていない場合、カメラにより取り込んだ画像と赤外線センサーにより取り込んだ位置情報に従って、前記携帯型移動ロボットが前記地図経路の情報を構築し、地図経路の情報が構築されている場合、前記命令の経路に従って、前記携帯型移動ロボットが第１位置から第２位置に移動するステップと、を含んでいる携帯型移動ロボットの操作方法を提供する。

本発明において、前記携帯型移動ロボットとその操作方法は、ホーム・インタラクション・サービスを提供することができるのは有利である。

本発明の一つの実施形態による携帯型移動ロボットの平面図である。

本発明の一つの実施形態による携帯型移動ロボットの底面図である。

本発明の一つの実施形態による携帯型移動ロボットの立体図である。

本発明の一つの実施形態による携帯型移動ロボットの左側面図、右側面図である。

本発明の一つの実施形態による携帯型移動ロボットのブロック図を示す。

本発明の一つの実施形態による携帯型移動ロボットにおけるプロセッサモジュールのブロック図を示す。

本発明の一つの実施形態による使用者端における携帯型移動ロボットの操作方法のフローチャートを示す。

本発明の一つの実施形態による携帯型移動ロボットの操作方法のフローチャートを示す。

今、本発明の実施形態を詳細に参照する。これらの実施形態と組み合わせて、本発明を説明するが、これらの実施形態に本発明を限定しようとするわけではないと理解されるべきである。逆に、本発明は、本発明の精神および範囲内に含まれ得る代替物、修正物および均等物を含もうとする。

更に、本発明の以下の詳細の説明では、本発明の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が記載されている。しかし、当業者は、これらの具体的な詳細がなくても、本発明を実施することができると認識する。本発明の実施形態を不必要に分かりにくくさせないために、別の実施形態では、熟知されている方法、手順、構成要素と回路が詳細に記載されていない。

本開示は視覚ナビゲーション機能付きの携帯型移動ロボットを提供することであり、それは、ほかの補助機能、例えばモバイルスピーカーと電子アラームなど、とを任意に組み合わせることが可能である。本携帯型移動ロボットの実施形態は、センサーとマッピング能力の組合せを使用することにより、ぶつければ携帯型移動ロボットが部屋の中の進行が妨げられる障害物を回避して、携帯型移動ロボットが部屋の中を移動することができる。

図１は本発明の一つの実施形態による携帯型移動ロボット１００の平面図である。図２は本発明の一つの実施形態による携帯型移動ロボット１００の底面図である。図３は本発明の一つ実施形態による携帯型移動ロボット１００の立体図である。図４は本発明の一つの実施形態による携帯型移動ロボットの左側面図、右側面図である。

図１〜図４に示すように、本発明の一つの実施形態により、前記携帯型移動ロボット１００はトレー１１０、カメラ１２０、ＵＳＢインターフェース１３０、ＯＮ/ＯＦＦスイッチ１４０、一対のキャスター１５２と１５４、一対の駆動輪１５６、携帯型移動ロボット１００の両側から障害物までの距離を感知する赤外線測距センサー１６２と１６８、落下防止用の赤外線崖センサー１６４と１６６及びホーク１７０を含む。

一つの実施形態において、前記トレー１１０は前記携帯型移動ロボット１００の上に設けられている。前記トレー１１０は使用者の水カップ、コーヒーカップ、カギ又はおもちゃを載せる凹溝を持つことが可能であり、使用者に役に立って、喜びを与える。別の実施形態において、前記トレー１１０はＷｉ-Ｆｉネットワーク又は別の無線通信ネットワークに接続可能な無線カメラを載せるように配置されている。使用者のデバイス（例えば、携帯電話、コンピュータなど）に実時間ビデオを送信して、自宅の安全確認が実現する。別の実施形態において、前記トレー１１０は無線スピーカーを載せるように配置されて、前記携帯型移動ロボット１００を移動可能な音楽プレーヤーにさせる。

一つの実施形態において、前記カメラ１２０は前記携帯型移動ロボット１００の上に設けられている。前記カメラ１２０は周りの地図構築に用いる周りの画像（例えば、天井画像）を取り込むように配置されている。

一つの実施形態において、前記ＵＳＢインターフェース１３０は前記携帯型移動ロボット１００の外部装置にまで延びるＵＳＢケーブルにカップリングされて、当該外部装置を充電する又は当該外部装置とデータ通信を行う。

一つの実施形態において、前記ＯＮ/ＯＦＦスイッチ１４０は前記携帯型移動ロボット１００のオンとオフを制御するトグルスイッチであってもいい。

一つの実施形態において、前記キャスター１５２と１５４はボールキャスターでもいい。図４に示すように、ボールキャスターは球形であり、前記携帯型移動ロボット１００の底面から下に向いて突出する。前記ボールキャスターの直径は前記携帯型移動ロボット１００の底面にある穴の直径より大きいため、前記ボールキャスターが前記携帯型移動ロボット１００から落ちることを防止する。しかし、前記ボールキャスターは前記携帯型移動ロボット１００の底面に形成されたソケットにはめ込み、固定した回転軸を回転するように制限されていない。代わりに、前記ボールキャスターは前記ソケットにおいて、任意の方向にも回転できる。別の実施形態により、前記ボールキャスターは特定の回転軸を回転するように限定されてよいが、当該回転軸は枢動可能に前記携帯型移動ロボット１００にカップリングされてもいい。従って、前記ボールキャスターの回転軸は枢動でき、前記携帯型移動ロボット１００の底面に対して、前記ボールキャスターが再び任意の角度方向に回転することを可能にする。

一つの実施形態において、前記駆動輪組立部材１５６は、図２に使用した隠線に示すように支軸１５９に枢動的に接続されている複数の輪１５７、１５８を含み得る。前記キャスター１５２と１５４の実施形態と異なって、前記駆動輪１５７、１５８はモートー或は以下に述べる他の回転力源により回転され、前記携帯型移動ロボット１００の移動を引き起こす。前記駆動輪１５７、１５８は任意に独立して駆動されてもいい、前記駆動輪１５７、１５８の一方が他方の速度、時間と角度方向とは別の速度、時間と任意の角度方向で回転することができると意味する。前記駆動輪１５７、１５８の各自は異なるように駆動されるのは、別の専用ステアリングホイールが必要でなくても、前記携帯型移動ロボット１００の方向を制御することができる。

一つの実施形態において、前記測距センサー１６２と１６８及び/または前記崖センサー１６４と１６６は赤外線センサーでも、超音波センサーでも、容量式センサーでも又は他の任意の非接触センサーでもいい。例えば、前記測距センサー１６２と１６８はそれぞれ左側の障害物と右側の障害物から前記携帯型移動ロボット１００までの各自の距離を測定するように配置される赤外線センサーを２つを備えてもいい。前記崖センサー１６４と１６６は地面から前記携帯型移動ロボット１００の一部までの距離を測定するように配置される。地面からの前記距離が一定の閾値より大きい場合、又は一定の閾値変化率より突然速くなる場合、崖又はほかの突然落下又は標高変化により、前記携帯型移動ロボット１００が落下する又は当該標高変化の中を移動できなくなるようなリスクに前記携帯型移動ロボット１００が近づいていると判断できる。故に、前進動作を停止すべきである。

一つの実施形態において、前記フック１７０（図４）は毛玉又はペット用おもちゃを前記携帯型移動ロボット１００に引っ掛けるように配置されてもいい。前記携帯型移動ロボット１００の移動に従い、運動の目的に達するように、犬又は猫が当該ペット用おもちゃを追いかけることができる。別の実施形態において、前記携帯型移動ロボット１００は前部（図示せず）にほかのフックがあってもいい。故に、二つ又はそれ以上の前記携帯型移動ロボット１００は端と端を接続できて、ロボットチームを結成する。

図５は本発明の一つの実施形態による前記携帯型移動ロボット５００のブロック図を示す。図５に示すように、前記携帯型移動ロボット５００は画像取り込みモジュール５０１と、プロセッサモジュール５０２と、センサーモジュール５０３と、制御モジュール５０４と、補助モジュール５０５と、動作モジュール５０６とを備えている。ここで、モジュールのそれぞれは、以上に述べた動作を実行する計算装置（例えば、構造：ハードウェア、非一次的なコンピュータ可読媒体、ファームウェア）を含み得るロジックに実施される。別の例として、前記ロジックは例えば、ここに述べている動作を実行するようにプログラムされたＡＳＩＣとして配置されてもよい。別の実施形態において、前記ロジックは、コンピューター・プロセッサに示される、記憶されたコンピュータ実行可能命令として、一時的にメモリに記憶されてから、コンピューター・プロセッサに実行されるデータとして、配置されてもいい。一つの実施形態において、前記携帯型移動ロボット５００における前記画像取り込みモジュール５０１（例えば、前記カメラ１２０）は周りの地図構築に用いる周りの画像（例えば、天井画像）を取り込むように配置されてもよい。例えば、前記センサーモジュール５０３は、前記携帯型移動ロボット５００と関係している位置情報（例えば、障害物及び地面からの距離）を取り込むように、前記測距センサー１６２と１６８及び／又は崖センサー１６４と１６６及びほかの任意の制御回路を少なくとも一つを含むように配置されてよい。障害物の存在、前記携帯型移動ロボットの方向及び／又は方位の変化、及び前記携帯型移動ロボット５００のナビゲーションと関係しているその他の属性を感知するように、前記センサーモジュール５０３は回転儀、赤外線センサー又はその他の適したタイプのセンサーを任意に含んでもよい。

前記画像取り込みモジュール５０１とセンサーモジュール５０３により取り込まれたデータに従い、前記プロセッサモジュール５０２は携帯型移動ロボットの部屋の地図を描いて、携帯型移動ロボットの現在の位置を記憶して、特徴点の座標及び関連している記述情報を記憶して、測位、ナビゲーションと経路計画を行うことができる。例えば、前記プロセッサモジュール５０２は携帯型移動ロボットに第１位置から第２位置までの経路を計画する。前記プロセッサモジュール５０２にカップリングされた前記制御モジュール５０４（例えば、マイクロ・コントローラーＭＣＵ）は制御信号を発送して、前記携帯型移動ロボット５００の動作を制御するように配置されてもいい。前記動作モジュール５０６は前記制御信号に従って移動するように配置される駆動モーター付きの駆動輪（例えば、前記キャスター１５２と１５４、前記駆動輪１５６）であってもいい。前記補助モジュール５０５は外部装置であって、例えば、前記トレー１１と前記ＵＳＢインターフェース、使用者の要求により、補助機能を提供する。

使用者５１０は前記携帯型移動ロボット５００の移動方向と前記携帯型移動ロボット５００に希望される機能について命令する。

図６は本発明の一つの実施形態による前記携帯型移動ロボット５００における前記プロセッサモジュール５０２のブロック図を示す。図６は図５と組み合わせて理解されてもいい。図６に示すように、前記プロセッサモジュール５０２は地図描きユニット６１０、記憶ユニット６１２、計算ユニット６１４、経路計画ユニット６１６を含む。

前記画像取り込みモジュール５０１（図５に示すように）により取り込まれた画像により、前記携帯型移動ロボット５００の部屋の地図（特徴点と障害物などの情報を含む）を描くように、前記地図描きユニット６１０は前記画像取り込みモジュール５０１、前記プロセッサモジュール５０２またはそれらの組合せの一部として配置されてもいい。前記画像は、前記部屋の地図を描くために、前記地図描きユニット６１０に任意に組み合わせられてもいい。別の実施形態により、縁感知器は前記画像取り込みモジュール５０１により取り込まれた画像から、障害物、基準点及び別の特徴を摘出して前記部屋の地図を描くために任意に実行されてもいい。

前記記憶ユニット６１２は前記地図描きユニット６１０により描かれた部屋の地図における前記携帯型移動ロボットの現在の位置、特徴点の画像座標、および特徴記述を記憶する。例えば、特徴記述はＯＲＢ（oriented fast and rotated brief）特徴点感知方法を使うことにより、特徴点の多次元の記述を含み得る。

前記計算ユニット６１４は前記記憶ユニットから特徴記述を摘出して、当該摘出された特徴記述を前記携帯型移動ロボットの現在の位置の特徴記述とマッチさせて、前記携帯型移動ロボット５００の的確な位置を計算する。

前記経路計画ユニット６１６は現在の位置を前記携帯型移動ロボット５００の開始点にして、部屋の地図と目的地を参照して、前記携帯型移動ロボット５００が開始点に対する移動経路を計画する。

図７は本発明の一つの実施形態による使用者端における前記携帯型移動ロボットの操作方法７００のフローチャートを示す。図７は図１〜６と組み合わせて理解されてもいい。図７に示すように、前記携帯型移動ロボットの操作方法７００は、下記のステップを含んでもいい。

ステップ７０４：使用者５０１はモバイル又は手持ち式デバイスにインストールされたAPPソフトウェアに地図経路を設定する。前記地図経路は前記プロセッサモジュール５０２における地図情報の所定の経路、例えば、経路Ａと経路Ｂを含んでもいい。前記地図経路は使用者に書かれた地図含んでもいい。例えば、使用者は幾つかの経路を予め設定してもいい。使用者が前記携帯型移動ロボットの相応するボタン（例えば、図１に示すボタン１、２、３）を押すと、前記携帯型移動ロボットは予め設定された経路に従って移動する。更に、使用者は前記携帯型移動ロボットの作業時間（例えば、１１ＡＭから１２ＰＭまで自動的に作業する）を設定し得る。

ステップ７０６：前記携帯型移動ロボットに命令（例えば、ポイントＡからポイントＢに移動する）を送信する、即ち、前記携帯型移動ロボット５００における前記プロセッサモジュール５０２に命令を送信する。

図８は本発明の一つの実施例による携帯型移動ロボットの操作方法８００のフローチャートを示す。図８は図１〜７と組み合わせて理解されてもいい。図８に示すように、前記携帯型移動ロボットの操作方法８００は、下記のステップを含み得る。

ステップ８０２：前記携帯型移動ロボット１００における前記プロセッサモジュール５０２が使用者からの命令を受け取る。例えば、使用者はモバイル又は手持ち式デバイスにインストールされたAPPソフトウェアのスタートメニューをクリックして、開始の命令を生成する。同時に、前記携帯型移動ロボット１００は回転して又は音楽を流して、作業開始を示す。

ステップ８０４：前記プロセッサモジュール５０２が構成データを更新する。例えば、前記構成データは時計情報、例えば、時間と日、を含んでもいい。

ステップ８０６：前記プロセッサモジュール５０２は前記地図経路の情報が構築されたかどうかを判断する。前記地図経路の情報が構築された場合、前記操作方法８００がステップ８１０に進む、即ち、センサーをオンにさせる。前記地図経路の情報が構築されていない場合、前記操作方法８００がステップ８０８に進み、前記プロセッサモジュール５０２が地図を描いて、経路を構築するとき、前記地図の情報が構築完了で、前記操作方法８００はステップ８０６にとどまる。

ステップ８１２：前記携帯型移動ロボット１００は開始点に戻り、待機する。

ステップ８１４：トリガーイベントが起きるまで待機する。例えば、使用者１０５がボタンを押して、前記携帯型移動ロボット１００を動作させる。

ステップ８１６：使用者１０５に送信された命令を実行する。例えば、経路に沿って、前記携帯型移動ロボットが移動する。

ステップ８１８：使用者の命令を実行した後、ステップ８１２に戻って待機する。

以上の説明及び図面は、本発明の実施形態を示すものであるが、本発明の原理の精神及び範囲から逸脱しない限りに、さまざまな追加、変更及び置き換えが可能であることが理解できる。当業者であれば、本発明は形態、構造、配置、比率、材料、素子と構成要素の多くの変更（本発明の原則から逸脱することなく、特に特定の環境と操作上の必要に適合する）に使用することができて、また本発明の実践に使用することができると理解する。従って、ここに開示されている実施形態は、全ての点において、限定的なものではなくて、例示的なものであり、以上の説明を限定していないと考えられるべきである。

Claims

携帯型移動ロボットが位置する部屋の周りの画像を取り込むように構成される画像取り込みモジュールと、
前記携帯型移動ロボットの一部から障害物及び地面までの距離を示す位置情報を取り込むように構成されるセンサモジュールと、
前記画像取込モジュールと前記センサーモジュールにカップリングされて、取り込まれた前記周りの画像と取り込まれた前記位置情報に基づいて、前記携帯型移動ロボットが位置する部屋の地図を描いて、前記部屋の地図により、測位、ナビゲーション、及び経路計画を行うように構成されるプロセッサモジュールと、
前記プロセッサモジュールにカップリングされて、制御信号を送信して、前記部屋の地図に準じた経路に沿って、部屋にある前記携帯型移動ロボットの移動を制御するように構成される制御モジュールと、
前記制御信号に従って、モーターの操作を制御して、前記携帯型移動ロボットを駆動するように構成される動作モジュールと、
前記携帯型移動ロボットに設けられた外部装置と通信して、前記外部装置にかかわる補助機能を実行する補助モジュールと、
を備えている携帯型移動ロボット。
前記画像取り込みモジュールは前記携帯型移動ロボットの上に設けられて、天井画像を取り込むように構成される、請求項１に記載の携帯型移動ロボット。
前記センサーモジュールは障害物から前記携帯型移動ロボットの両側までの距離を感知するように構成される赤外線測距センサーと、前記携帯型移動ロボットの標高変化を感知して、前記標高変化による前記携帯型移動ロボットの落下を防止するように構成される崖センサーを含む、請求項１に記載の携帯型移動ロボット。
前記プロセッサモジュールは前記周りの画像と前記位置情報により、前記携帯型移動ロボットが第１位置から第２位置に移動する経路を計画するように構成される、請求項１に記載の携帯型移動ロボット。
前記移動モジュールが一対のキャスターと一対の駆動輪を含む、請求項１に記載の携帯型移動ロボット。
前記補助モジュールが前記携帯型移動ロボットの上に設けられる凹溝を含むトレーを含む、請求項１に記載の携帯型移動ロボット。
フックを更に含む、請求項１に記載の携帯型移動ロボット。
使用者が、モバイルデバイスに地図経路を設定するステップと、
前記モバイルデバイスから前記携帯用移動ロボットに命令を送信するステップと、
前記命令に従って、前記携帯型移動ロボットにコンフィギュレーションデータを更新させるステップと、
前記携帯型移動ロボットに前記地図経路の情報が構築されているかどうかを判断するステップであって、前記地図経路の情報が構築されていない場合、カメラにより取り込んだ画像と赤外線センサーにより取り込んだ位置情報とに従って、前記携帯型移動ロボットが前記地図経路の情報を構築し、前記地図経路の情報が構築されている場合、前記命令の経路に従って、前記携帯型移動ロボットが第１位置から第２位置に移動するステップ、と
を含む携帯型移動ロボットの操作方法。