運搬システム
【課題】
到着位置に誤差の生じるロボットへの運搬物搭載を、人手を介さずに行うことができるシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】
運搬システムにおける計算機は、キャリブレーション用の第一のトレーを、カメラを制御して撮影する撮影部と、撮影部が撮影した撮影画像中の、第一のトレーのトレー位置を算出するトレー位置算出部と、ハンドロボットが第一のトレーにキャリブレーション用の第一の運搬物を搭載するときの、当該ハンドロボットの位置を示すハンド位置を取得するハンド位置取得部と、トレー位置及びハンド位置に基づいて、キャリブレーションデータを算出するキャリブレーション部と、移動ロボットが、到着予定領域に到着したとき、キャリブレーションデータに基づいて、当該移動ロボットが備える第二のトレーに、第二の運搬物を搭載するよう、ハンドロボットを制御する運搬物搭載部を備える。
到着位置に誤差の生じるロボットへの運搬物搭載を、人手を介さずに行うことができるシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】
運搬システムにおける計算機は、キャリブレーション用の第一のトレーを、カメラを制御して撮影する撮影部と、撮影部が撮影した撮影画像中の、第一のトレーのトレー位置を算出するトレー位置算出部と、ハンドロボットが第一のトレーにキャリブレーション用の第一の運搬物を搭載するときの、当該ハンドロボットの位置を示すハンド位置を取得するハンド位置取得部と、トレー位置及びハンド位置に基づいて、キャリブレーションデータを算出するキャリブレーション部と、移動ロボットが、到着予定領域に到着したとき、キャリブレーションデータに基づいて、当該移動ロボットが備える第二のトレーに、第二の運搬物を搭載するよう、ハンドロボットを制御する運搬物搭載部を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動ロボット（以下、ロボットと略す）を用いた運搬システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のロボットを用いたシステムは、食事や飲み物を提供する場所（厨房等）から客席まで物品を運ぶ機能を備えている。当該ロボットは、飲料や食事の運搬、タッチパネルによる注文受付、マーカやレールなどの目印に沿った移動、障害物を避けた走行等を行う（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３００８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、厨房等から客席まで物品を運ぶ部分に関して記載されているが、食事や飲み物等の運搬物をロボットに搭載する部分に関しては考慮されていない。
【０００５】
飲料など運搬時の安定性が求められる物を運搬する時には、ロボットの備えるトレー上に正確に運搬物を搭載する必要があるが、ロボットの到着位置に誤差が生じる可能性が高いため、運搬物の搭載は、人手を介して行われているのが現状である。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、到着位置に誤差の生じるロボットへの運搬物搭載を、人手を介さずに行うことができるシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の望ましい態様の一つは次の通りである。
【０００８】
移動ロボットと、カメラ及びハンドロボットに接続される計算機、を備える運搬システムにおいて、当該計算機は、キャリブレーション用の第一のトレーを、カメラを制御して撮影する撮影部と、撮影部が撮影した撮影画像中の、第一のトレーのトレー位置を算出するトレー位置算出部と、ハンドロボットが第一のトレーにキャリブレーション用の第一の運搬物を搭載するときの、当該ハンドロボットの位置を示すハンド位置を取得するハンド位置取得部と、トレー位置及びハンド位置に基づいて、キャリブレーションデータを算出するキャリブレーション部と、移動ロボットが、到着予定領域に到着したとき、キャリブレーションデータに基づいて、当該移動ロボットが備える第二のトレーに、第二の運搬物を搭載するよう、ハンドロボットを制御する運搬物搭載部を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、到着位置に誤差の生じるロボットへの運搬物搭載を、人手を介さずに行うことができるシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は、本実施例のシステム構成を示す図である。
【００１２】
本システムは、運搬物提供装置１、ロボット２、運搬指示用計算機３、及び、中継器４とからなる。運搬物提供装置１及び運搬指示用計算機３は、有線又は無線で中継器４に接続され、ロボット２は、無線で中継器４に接続される。
【００１３】
図２は、運搬物提供装置１の構成を示す図である。（Ａ）は、運搬物提供装置１を横から見た図、（Ｂ）は、運搬物提供装置１を真上から見た図である。
【００１４】
運搬物提供装置１は、計算機２１、ハンドロボット（以下、ハンドと略す）２２、カメラ２３、及び、運搬物サーバ（例えば、運搬物が飲料である場合の飲料を準備するポット等）２４とからなる。２５は、ロボット２の到着予定領域を示し、ハンド２２の可動範囲内に存在する。カメラ２３を取り付ける位置や角度は、到着予定領域２５の撮影が可能であれば、特に限定しない。２６は、ロボット２に搭載されるトレーが止まる領域を示す。
【００１５】
図３は、ロボット２の構成を示す図である。
【００１６】
ロボット２は、移動台車３１、レーザ等を用いて障害物までの距離を計測するセンサ３２、ロボットやセンサを制御するロボット用計算機３３、高さを調整するための伸縮制御可能なポール３４、及び、運搬物を搭載するトレー３５とからなる。
【００１７】
図４は、運搬物提供装置1の計算機２１のハードウェア構成を示す図である。
【００１８】
計算機２１は、ＣＰＵ４１、主記憶装置４２、ハードディスク等の記憶装置４３、及び、それらの構成要素を相互に接続するバス４４とからなる。又、バス４４を介して、ＣＰＵ４１の制御により動作するハンド２２、及び、カメラ２３が接続される。
【００１９】
記憶装置４３は、カメラ２３を制御して領域を撮影し撮影画像４４２（後述）を作成する撮影部４３１、撮影画像４４２内のトレー部分を抽出する抽出部４３２、カメラ座標系（後述）におけるトレー位置４４３（後述）を算出するトレー位置算出部４３３、ハンド２２を駆動する駆動部４３４、ハンド位置４４４を取得するハンド位置取得部４３５、キャリブレーションデータ４４５（後述）を算出するキャリブレーション部４３６、種々の信号を送信する信号送信部４３７、種々の信号を受信する信号受信部４３８、ロボット２が到着したと判定する到着判定部４３９、運搬物をロボット２に搭載するための準備を行う運搬物準備部４４０、及び、ハンド２２を制御して運搬物をトレー３５上に搭載する運搬物搭載部４４１等のプログラム、並びに、カメラ２３にて撮影した撮影画像４４２、カメラ座標系におけるトレー３５の代表位置を示すトレー位置４４３、ハンド２２がトレー３５に運搬物を搭載する時のハンド座標系（後述）におけるハンド２２の位置を示すハンド位置４４４、カメラ座標系における座標系とハンド座標系における座標系の相対関係を求めるための値であるキャリブレーションデータ４４５、撮影画像４４２内のトレー部分を抽出したデータを示すトレー画像４４６、ハンド座標系における運搬物位置を示す運搬物位置４４７（運搬物が飲料の場合は運搬物サーバ２４の位置）、ハンド座標系における空のコップが置いてある位置を示すコップ待機位置４４８、ハンド座標系における運搬物サーバ２４下のコップ設置位置を示すコップ設置位置４４９、ハンド座標系における蓋が置いてある位置を示す蓋待機位置４５０、及び、ハンド２２の圧力値（空のコップを把持する時の圧力、蓋を把持する時の圧力、飲料が入ったコップを把持する時の圧力等）を示すハンド圧力値４５１等のデータを格納する。
【００２０】
運搬物準備部４４０は、コップ待機位置４４８にハンド２２を移動し、ハンド２２の指先でハンド圧力値４５１に従いコップを把持するよう制御するコップ取得部４４０１、ハンド２２で把持したコップを運搬物位置４４７に設置するよう制御するコップ設置部４４０２、ハンド２２を運搬物サーバ２４に対して飲料を注ぐ操作をするよう制御する飲料注ぎ部４４０３、蓋待機位置４５０にハンド２２を移動し、ハンド２２の指先で蓋を把持するよう制御するコップ蓋取得部４４０４、及び、コップに蓋をはめ込むよう制御するコップ蓋はめ込み部４４０５等のプログラムを含む。これらのプログラムは、運搬物が飲料物の場合に使用される。
【００２１】
ＣＰＵ４１は、記憶装置４３に格納されるプログラムを主記憶装置４２に読み込み、実行することにより、種々の処理を行う。これらのプログラムやデータは、予め記憶装置４３に格納しておいてもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体から入力してもよいし、ネットワーク経由で他の装置からダウンロードしてもよい。又、該プログラムにより実現される機能を、専用のハードウェアにより実現してもよい。これらについては、後述する運搬指示用計算機３、ロボット用計算機３３においても同様である。
【００２２】
尚、本稿では、処理主体がプログラムであるかのように説明する場合があるが、該処理をソフトウェアで実現する場合の主体は、プログラムを実行するＣＰＵであることはいうまでもない。
【００２３】
図５は、本システムのフローを示す図である。
【００２４】
まず、運搬物提供装置１において、事前にキャリブレーションを行っておく（ステップ５１）。ここで、キャリブレーションとは、ロボット２がその時々で異なる場所に停止しても（ロボット２を特定の場所に正確に停止させるのは困難であり、数センチの誤差が生じる可能性がある）、そのトレー３５上に運搬物を搭載できるように、カメラ２３で撮影した撮影画像４４２に基づいてハンド位置４４４を算出するためのキャリブレーションデータを、事前に算出することを示す。
【００２５】
尚、トレー３５を大きくすることで、ロボット２の到着位置誤差を吸収する方法も考えられるが、そうすると、例えばコップのように縦に長く転倒しやすいものを運搬する時、運搬物が転倒する危険性が高まるため、この方法は望ましくない。
【００２６】
次に、操作者等の操作に応じて、運搬指示用計算機３は、運搬物提供装置１及びロボット２に対して、配達指示を示す信号を送信すると共に、ロボット２には、運搬物の内容と配達先の位置を示す情報も送信する（ステップ５２）。当該信号を受信すると、ロボット２は、運搬物提供装置１への移動を開始する（ステップ５３）と共に、運搬物提供装置１も、運搬物をロボット２へ搭載するための準備を開始する（ステップ５４）。ここで、準備とは、運搬物位置４４７等に基づいて、運搬物をハンド２２で把持し、ロボット２が到着したらすぐに搭載できる位置までハンド２２を移動させておく一連の作業を示す。運搬物が飲料の場合には、コップに飲料を注ぎ、蓋を閉める、等の動作も含まれる。
【００２７】
ロボット２が運搬物提供装置１に到着すると（ステップ５５）、運搬物提供装置１は、ハンド２２を制御して、運搬物をトレー３５上に搭載する（ステップ５６）。
【００２８】
運搬物が搭載されると、ロボット２は、配達先（ここでは、運搬指示用計算機３）へ移動し（ステップ５７）、配達先へ到着すると（ステップ５８）、操作者等が運搬物を受け取る（ステップ５９）。その後、ロボット２は、初期位置へ戻る（ステップ６０）。
【００２９】
尚、配達先は、運搬指示用計算機３とは別の場所であってもよい。
【００３０】
図６は、運搬物提供装置１のフローを示す図である。
【００３１】
キャリブレーション（図５のステップ５１）では、まず、到着予定領域２５に、キャリブレーション用トレーを搭載した、ロボット２のトレー３５と同じ高さのトレーを固定した三脚等を用意しておく。トレー３５の高さを再現できるものであれば、トレーを固定する物は三脚であってもロボット２であっても構わない。又、当該トレー及び運搬物は、実際に使用する物を用いるのが望ましい。更に、認識しやすくするため、トレーに一定色を着色するか、印を予め付しておく等の加工を施した物を使用するのが望ましい。
【００３２】
撮影部４３１は、カメラ２３を制御して、キャリブレーション用トレーを撮影し、撮影した画像を撮影画像４４２として記憶装置４３に格納する（ステップ６０１）。
【００３３】
次に、抽出部４３２は、当該撮影画像４４２内のトレー部分を抽出し（ステップ６０２）、トレー位置算出部４３３は、抽出されたトレー部分の代表位置（例えば、トレーが円の場合は、円の中心）を、トレー位置４４３として算出し、当該位置を記憶装置４３に格納する（ステップ６０３）。格納するトレー位置４４３は、カメラ座標系における２次元座標値であり、mi=(xi yi 1)t と表す。トレー位置は、ワールド座標系では、Pi=(Xi Yi 1)t と表すことにする。t は、転置行列を示す。
【００３４】
ここで、本実施例では、ワールド座標系、カメラ座標系、及びハンド座標系を用いる。ワールド座標系とは、実空間におけるある場所を原点とした場合の３次元座標系を示す。カメラ座標系とは、撮影画像におけるある場所を原点とした場合の２次元座標系を示す。ハンド座標系とは、ハンド２２のある場所を原点とした場合の３次元座標系を示す。
【００３５】
本実施例では、ロボット上のトレーの高さが一定であり、ロボットは床面上を移動するため、トレーは、床面に対して水平方向にしか移動しないものとする。
【００３６】
次に、駆動部４３４は、ハンド２２にキャリブレーション用運搬物を把持させ、操作者等が位置を確認しながら、当該運搬物を正確に到着予定領域２５に設置されたトレー上に搭載できる位置にハンドを移動し（ステップ６０４）、ハンド位置取得部４３５は、その時のハンド位置４４４を取得し、記憶装置４３に格納する（ステップ６０５）。格納するハンド位置４４４は、ハンド座標系における３次元座標値であり、qi=(qxi qyi qzi)t と表す。
【００３７】
トレー位置４４３とハンド位置４４４の算出は、異なるトレー位置Pi=(Xi Yi 1)t において複数回繰り返す必要がある。即ち、ステップ６０５の後、トレー位置４４３とハンド位置４４４の算出及び格納が所定の回数（本実施例では４回）に達しているか否かを判定し、達していなければ、ステップ６０１に戻り、達していればステップ６０７に移る（ステップ６０６）。ステップ６０１に戻る際、操作者等が、キャリブレーション用トレーを、高さを固定したまま到着予定領域２５内における任意の異なる位置Pi に移動する。
【００３８】
次に、キャリブレーション部４３５は、キャリブレーションデータ４４５を算出し、当該データを記憶装置４３に格納する（ステップ６０７）。
【００３９】
キャリブレーションデータの算出については、以下の計算を実施する。まず、４組のパラメータ{ qi, mi }(i = 1,2,3,4)から、
【００４０】
【数１】
【００４１】
（以下、数式１）を満たす行列 B を求める。数式１の、左辺と右辺を結ぶ記号は、両辺のベクトルがスカラー倍の自由度を残して等しいことを示す等号である。行列 B は、
【００４２】
【数２】
【００４３】
と表すことができるので、数式1における未知数は実質８個になる。一方、一つの対応する qi 及び mi の組み合わせで得られる一つの式（数式１）からは、２つの線形方程式が得られる。よって、８つの未知パラメータは、４組の qi 及び mi の組み合わせが得られれば、一意に決定できる。
【００４４】
しかし、 b1 〜 b8 のみでは、数式１の両辺のベクトルがスカラー倍の自由度を残しているため、 qi が全て同一平面上にあるという拘束条件を追加する。トレーは床面に対して水平にしか移動しないため、 Pi は同一平面上しか移動せず、従って、 qi も全て同一平面上を移動することになる。 qi からなる平面を式で表すと、
【００４５】
【数３】
【００４６】
となる。ここで、 h は qi からなる平面の法線を示す単位ベクトル、 g は qi からなる平面とワールド座標原点の距離を示すスカラーであり、それぞれ未知である。そして、例えば、qi (i = 1,2,3) を用いて、
【００４７】
【数４】
【００４８】
（以下、数式２）、及び
【００４９】
【数５】
【００５０】
（以下、数式３）を求める。数式１より求めた B 、数式２より求めた h 、及び、数式３より求めた g が、キャリブレーションデータに相当する。
【００５１】
ステップ６０１〜６０７が、図５のステップ５１に相当する。
【００５２】
次に、信号受信部４３８が運搬指示用計算機３から配達指示を示す信号を受信すると（ステップ６０８）、運搬物準備部４４０は、運搬物を搭載するための準備を行う（ステップ６０９、ステップ５４）。
【００５３】
信号受信部４３８は、ロボット２から到着信号を受信すると（ステップ６１０）、撮影部４３１は、カメラ２３でロボット２に搭載されたトレー３５を撮影し、抽出部４３２は、当該撮影画像４４２よりトレー部分を抽出し（ステップ６１２）、トレー位置算出部４３３は、撮影画像４４２内のトレー位置 m=(x y 1)t を算出する（ステップ６１３）。ハンド位置取得部４３５は、この m と、ステップ６０７で得られた B , h , g を入力とし、
【００５４】
【数６】
【００５５】
よりハンド位置 q を算出する（ステップ６１４）。これにより、トレーに運搬物を搭載する際のハンド２２の動作が確定する。
【００５６】
次に、運搬物搭載部４４１は、把持した運搬物を、算出した q に示される位置において、当該指部分を開いて運搬物を離す（ステップ６１５）。
【００５７】
図７は、運搬物提供装置１の機能モジュールのフローを示す図である。図６の説明と重複するため、詳細な説明は省略する。
【００５８】
図８は、トレーの加工例を示す図である。
【００５９】
認識しやすい模様を描いたトレー８１、一定色で着色したトレー８２、中央に点を付記したトレー８３等を用いると、認識がより容易になる。
【００６０】
又、床面に対して同じ高さの４つの異なる場所のトレーを表すのに、トレー模様を描いた、歪みのない一枚の板を用いてもよい。例えば、８１に示す模様のトレーを板上に４箇所描いた板８４を用いてもよい。
【００６１】
図９は、運搬指示用計算機３のハードウェア構成を示す図である。
【００６２】
運搬指示用計算機３は、ＣＰＵ９１、主記憶装置９２、記憶装置９３、バス９６の他、入力装置９３、及び、表示装置９５とからなる。
【００６３】
記憶装置９３は、環境地図９３５（後述）を表示する地図表示部９３１、ロボット２が移動する度にその位置を環境地図９３５上に表示するロボット位置表示部９３２、種々の信号を送信する信号送信部９３３、及び、種々の信号を受信する信号受信部９３４等のプログラム、並びに、ロボット２が移動する環境の地図を示す環境地図９３５、環境地図９３５内におけるロボット２の位置を示すロボット位置９３６、配達先の位置を示す配達先位置９３７、及び、配達時のポール３４の高さを示す配達時ポール高９３８等のデータを格納する。
【００６４】
尚、環境地図９３５は、ロボット２が、室内の通行可能な場所を移動しながらセンサ３２で距離情報を取得し、各位置において取得した距離情報を一つに統合したものである。配達先位置９３７は、予め記憶装置に保持していてもよいし、入力装置９４から、表示装置９５に表示される環境地図９３５上に該当位置をクリックできるようにしてもよい。又、配達時ポール高９３８も、希望する高さが決まっている場合はその高さデータを予め記憶装置に保持していてもよいし、入力装置９４から指定してもよい。
【００６５】
図１０は、運搬指示用計算機３のフロー図である。
【００６６】
配達を依頼するためのアプリケーションが起動されると、地図表示部９３１は、表示装置９５上において、環境地図９３５を表示すると共に、ロボット位置表示部９３２は、ロボット位置９３６を環境地図９３５上の該当位置に表示する（ステップ１０１）。
【００６７】
次に、信号送信部９３３は、入力装置９４から入力された指示（配達に該当するボタンを押下される等）に基づき、配達指示信号を送信する（ステップ１０２）。当該信号は、運搬物提供装置１の計算機２１、ロボット用計算機３３に送信される。又、ロボット用計算機３３には、配達先位置９３７及び配達時ポール高９３８も送信される。
【００６８】
ロボット２が運搬物を配達先まで運搬した後、信号受信部９３４は、運搬物の到着信号をロボット２より受信し（ステップ１０３）、運搬物が到着したことを操作者等に知らせる（到着した旨を知らせるウィンドウを表示する、音を鳴らす等）。運搬物が受け取られると、入力装置９４から入力された指示（受取に該当するボタンが押下される等）に基づき、信号送信部９３３は、運搬物の受取信号をロボット２に送信する（ステップ１０４）。
【００６９】
図１１は、ロボット用計算機３３のハードウェア構成を示す図である。
【００７０】
ＣＰＵ１１１、主記憶装置１１２、記憶装置１１３、移動台車３１、センサ３２、ポール３４等が、バス１１４を介して接続される。
【００７１】
記憶装置１１３は、センサデータ１１３９（後述）を処理するセンサデータ処理部１１３１、ロボット２の移動経路を作成する経路作成部１１３２、経路座標値１１４５に従いロボット２が次に進むべき座標値にロボット２を移動するよう制御するロボット制御部１１３３、ロボット２の現在位置を算出する自己位置算出部１１３４、種々の信号を送信する信号送信部１１３５、種々の信号を受信する信号受信部１１３６、ポールの高さを調整するポール高調整部１１３７、及び、タッチセンサ処理部１１３８（後述）等のプログラム、並びに、図９と同じデータである環境地図９３５、配達先位置９３７、配達時ポール高９３８の他、センサ３２から受信したロボット２と周辺の障害物の間の距離情報を示すセンサデータ１１３９、ロボット２の初期位置を示すロボット初期位置１１４０、ロボット２の環境地図９３５上の位置を示すロボット位置１１４１、ロボット２の大きさを示すロボットサイズ１１４２、運搬物提供装置１の位置を示す運搬物提供装置位置１１４３、ロボット２の移動経路作成時の目的地の位置を示す目的地１１４４、ロボット２が進む経路を（点郡の座標値を順次記載）示す経路座標値１１４５、及び、運搬物提供装置１から運搬物を受け取る時のポールの高さを示す受取時ポール高１１４６等のデータを格納する。
【００７２】
尚、経路作成において、作成が必要となる経路は、ロボット初期位置１１４０から運搬物提供装置位置１１４３、運搬物提供装置位置１１４３から配達先位置９３７、配達先位置９３７からロボット初期位置１１４０、の３経路である。そこで、経路作成部１１３２は、出発地の座標値、配達先の座標値、及び、ロボットサイズを入力として、環境地図９３５における最短経路の経路点郡データを作成し、経路座標値１１４５として記憶装置１１３に格納する。又、ロボット制御部１１３３は、ロボットサイズ１１４２により、ロボットの通行可能な経路を限定することもできる。又、自己位置算出部１１３４は、センサ３２から得られたセンサデータ１１３９と環境地図９３５のマッチングを随時行い、自身の現在地を算出し、ロボット位置１１４１を更新する。更に、目的地１１４４には、それぞれの移動に応じて、運搬物提供装置位置１１４３、配達先位置９３７、ロボット初期位置１１４０のうち、適切な値を用いる。
【００７３】
図１２は、ロボット用計算機３３のフローを示す図である。
【００７４】
まず、センサデータ処理部１１３１は、センサ３２を制御して、センサデータ１１３９を受信する（ステップ１２０１）。
【００７５】
次に、自己位置算出部１１３４は、ロボット２が正確にどの位置にいるか探索する（ステップ１２０２）。具体的には、先に得られたセンサデータ１１３９と予めセンサ３２で取得した環境地図９３５とのマッチングにより合致する場所を探索し、合致した場所をロボット位置１１４１として記憶装置１１３に格納すると共に、当該ロボット位置１１４１を、運搬指示用計算機３に送信する。
【００７６】
信号受信部１１３５は、運搬指示用計算機３から送信された配達指示信号を受信すると（ステップ１２０３）、同時に送信された配達先位置９３７と配達時ポール高９３８を記憶装置１１３に格納し、ロボット制御部１１３３は、経路作成部１１３２が作成した運搬物提供装置１までの経路に従い、ロボット２を移動させる（ステップ１２０４）。
【００７７】
ロボット２が第１の目的地である運搬物提供装置１に到着したら、ポール高調整部１１３７は、受取時ポール高１１４６の値の高さまでポール３４を伸長し（ステップ１２０５）、信号送信部１１３６は、運搬物を受け取る準備が出来たことを示す信号を、運搬物提供装置1に送信する（ステップ１２０６）。
【００７８】
運搬物提供装置１でロボット到着信号を受信したら、ハンド２２を制御して運搬物をポール３４上のトレー３５に搭載し、信号受信部１１３６は、運搬物設置終了を知らせる信号を運搬物提供装置１より受信したら（ステップ１２０７）、ポールの高さを元の最短の状態に戻し、経路作成部１１３２が作成した経路に基づき、ロボット制御部１１３３がロボット２を配達先まで移動させる（ステップ１２０８）。ポールの高さを最短の状態に戻して移動するのは、移動時に周囲の障害物との衝突を極力避け、運搬物を極力安定した状態で運搬するためである。
【００７９】
ロボット２が第２の目的地である配達先に到着したら、ポール高調整部１１３７は、配達先ポール高９３８の値の高さまでポール３４を伸長し（ステップ１２０９）、信号発信部１１３５は、配達物が到着したことを知らせる信号を運搬指示用計算機３に送信する。
【００８０】
配達先にて配達物を受け取ったことを知らせる信号を受信したら（ステップ１２１０）、ポールの高さを元の最短の状態に戻し、ロボット制御部１１３３は、ロボット２を元の位置に移動させる（ステップ１２１１）。
【００８１】
図１３は、運搬物が飲料物である場合の運搬物準備部４４０（図４）のフロー図である。
【００８２】
まず、コップ取得部４４０１は、コップ待機位置にハンド２２を移動し、ハンド２２の指部分を閉じてコップをつかむよう制御する（ステップ１３０１）。この時の指部分の移動量は、ハンド圧力値４５２の、空のコップを掴む時の値を用いる。
【００８３】
次に、コップ設置部４４０２は、空のコップをハンド２２で把持したまま、コップ待機位置から運搬物サーバ位置に移動させる（ステップ１３０２）。
【００８４】
次に、飲料注ぎ部４４０３は、ハンド２２で運搬物サーバ２４の飲料を注ぐ操作を実施する（ステップ１３０３）。例えば、ボタンを押す、レバーを下げる等の動作が挙げられる。
【００８５】
飲料を注ぎ終わったら、コップ蓋取得部４４０４は、蓋待機位置にハンド２２を移動し、ハンド２２の指部分を閉じて蓋をつかむよう制御する（ステップ１３０４）。この時の指部分の移動量は、ハンド圧力値４５２の、蓋を掴む時の値を用いる。
【００８６】
次に、コップ蓋はめ込み部４４０５は、蓋をハンド２２で把持したまま、蓋待機位置から運搬物サーバ位置にある飲料の注がれたコップ上に移動し、ハンド２２の指部分を開いて蓋を離し、ハンド２２指部分を蓋の上部に水平になるように移動し、上から数度、幅を変えて押さえることにより蓋をコップにはめ込むよう制御する（ステップ１３０５）。
【００８７】
図１４は、運搬指示用計算機３の表示装置９５の画面例である。
【００８８】
環境地図９３５は、環境地図と部屋の地図を重ね合わせて表示すると分かりやすい。環境地図と部屋の地図の重ね合わせを１４０１に、環境地図のみを抽出したデータを１４０２に示す。又、環境地図上には、運搬物提供装置位置１１４３、ロボット位置１１４０、配達先位置９３７、ロボットサイズ１１４２、及び、ロボットのスタート地点とゴール地点との間を補間する経路１１４５等を表示する。
【００８９】
１４０３には、配達指示信号をロボット２や運搬物提供装置１に送信するためのボタン、配達先位置を指定するためのボタン、運搬物を受け取ったことをロボット２に送信するためのボタン等を表示する。
【００９０】
尚、上記実施例において、ロボット２の到着検知、運搬物の搭載や受取の検知等を、他の計算機からの信号を受信することにより行うとして説明したが、それに限定されない。例えば、ロボット２の到着検知は、カメラ２３を用いて行うこともできる。この場合、到着判定部４３９は、撮影画像４４２とトレー画像４４７を比較して、トレー３５が静止したらロボット２が到着したと判定する。又、運搬物搭載等の検知では、タッチセンサを用いて行うこともできる。この場合、トレー３５の底部分にタッチセンサを設置しておき、タッチセンサ処理部１１３８が、トレー３５上に運搬物が搭載されているか否か判断する。更に、運搬物の有無を判断するためのセンサは、タッチセンサに限定されず、レーザセンサ、カメラ等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】システム構成を示す図。
【図２】運搬物提供装置１の構成を示す図。
【図３】ロボット２の構成を示す図。
【図４】運搬物提供装置1の計算機２１のハードウェア構成を示す図。
【図５】本システムのフロー図。
【図６】運搬物提供装置１のフロー図。
【図７】運搬物提供装置１の機能モジュールのフロー図。
【図８】運搬物の加工例を示す図。
【図９】運搬指示用計算機３のハードウェア構成を示す図。
【図１０】運搬指示用計算機３のフロー図。
【図１１】ロボット用計算機３３のハードウェア構成を示す図。
【図１２】ロボット用計算機３２のフロー図。
【図１３】運搬物が飲料物である場合の運搬物準備部４４０のフロー図。
【図１４】運搬指示用計算機３の表示装置９５の画面例。
【符号の説明】
【００９２】
1・・・運搬物提供装置、2・・・ロボット、3・・・運搬指示用計算機、4・・・中継器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動ロボット（以下、ロボットと略す）を用いた運搬システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のロボットを用いたシステムは、食事や飲み物を提供する場所（厨房等）から客席まで物品を運ぶ機能を備えている。当該ロボットは、飲料や食事の運搬、タッチパネルによる注文受付、マーカやレールなどの目印に沿った移動、障害物を避けた走行等を行う（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３００８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、厨房等から客席まで物品を運ぶ部分に関して記載されているが、食事や飲み物等の運搬物をロボットに搭載する部分に関しては考慮されていない。
【０００５】
飲料など運搬時の安定性が求められる物を運搬する時には、ロボットの備えるトレー上に正確に運搬物を搭載する必要があるが、ロボットの到着位置に誤差が生じる可能性が高いため、運搬物の搭載は、人手を介して行われているのが現状である。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、到着位置に誤差の生じるロボットへの運搬物搭載を、人手を介さずに行うことができるシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の望ましい態様の一つは次の通りである。
【０００８】
移動ロボットと、カメラ及びハンドロボットに接続される計算機、を備える運搬システムにおいて、当該計算機は、キャリブレーション用の第一のトレーを、カメラを制御して撮影する撮影部と、撮影部が撮影した撮影画像中の、第一のトレーのトレー位置を算出するトレー位置算出部と、ハンドロボットが第一のトレーにキャリブレーション用の第一の運搬物を搭載するときの、当該ハンドロボットの位置を示すハンド位置を取得するハンド位置取得部と、トレー位置及びハンド位置に基づいて、キャリブレーションデータを算出するキャリブレーション部と、移動ロボットが、到着予定領域に到着したとき、キャリブレーションデータに基づいて、当該移動ロボットが備える第二のトレーに、第二の運搬物を搭載するよう、ハンドロボットを制御する運搬物搭載部を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、到着位置に誤差の生じるロボットへの運搬物搭載を、人手を介さずに行うことができるシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は、本実施例のシステム構成を示す図である。
【００１２】
本システムは、運搬物提供装置１、ロボット２、運搬指示用計算機３、及び、中継器４とからなる。運搬物提供装置１及び運搬指示用計算機３は、有線又は無線で中継器４に接続され、ロボット２は、無線で中継器４に接続される。
【００１３】
図２は、運搬物提供装置１の構成を示す図である。（Ａ）は、運搬物提供装置１を横から見た図、（Ｂ）は、運搬物提供装置１を真上から見た図である。
【００１４】
運搬物提供装置１は、計算機２１、ハンドロボット（以下、ハンドと略す）２２、カメラ２３、及び、運搬物サーバ（例えば、運搬物が飲料である場合の飲料を準備するポット等）２４とからなる。２５は、ロボット２の到着予定領域を示し、ハンド２２の可動範囲内に存在する。カメラ２３を取り付ける位置や角度は、到着予定領域２５の撮影が可能であれば、特に限定しない。２６は、ロボット２に搭載されるトレーが止まる領域を示す。
【００１５】
図３は、ロボット２の構成を示す図である。
【００１６】
ロボット２は、移動台車３１、レーザ等を用いて障害物までの距離を計測するセンサ３２、ロボットやセンサを制御するロボット用計算機３３、高さを調整するための伸縮制御可能なポール３４、及び、運搬物を搭載するトレー３５とからなる。
【００１７】
図４は、運搬物提供装置1の計算機２１のハードウェア構成を示す図である。
【００１８】
計算機２１は、ＣＰＵ４１、主記憶装置４２、ハードディスク等の記憶装置４３、及び、それらの構成要素を相互に接続するバス４４とからなる。又、バス４４を介して、ＣＰＵ４１の制御により動作するハンド２２、及び、カメラ２３が接続される。
【００１９】
記憶装置４３は、カメラ２３を制御して領域を撮影し撮影画像４４２（後述）を作成する撮影部４３１、撮影画像４４２内のトレー部分を抽出する抽出部４３２、カメラ座標系（後述）におけるトレー位置４４３（後述）を算出するトレー位置算出部４３３、ハンド２２を駆動する駆動部４３４、ハンド位置４４４を取得するハンド位置取得部４３５、キャリブレーションデータ４４５（後述）を算出するキャリブレーション部４３６、種々の信号を送信する信号送信部４３７、種々の信号を受信する信号受信部４３８、ロボット２が到着したと判定する到着判定部４３９、運搬物をロボット２に搭載するための準備を行う運搬物準備部４４０、及び、ハンド２２を制御して運搬物をトレー３５上に搭載する運搬物搭載部４４１等のプログラム、並びに、カメラ２３にて撮影した撮影画像４４２、カメラ座標系におけるトレー３５の代表位置を示すトレー位置４４３、ハンド２２がトレー３５に運搬物を搭載する時のハンド座標系（後述）におけるハンド２２の位置を示すハンド位置４４４、カメラ座標系における座標系とハンド座標系における座標系の相対関係を求めるための値であるキャリブレーションデータ４４５、撮影画像４４２内のトレー部分を抽出したデータを示すトレー画像４４６、ハンド座標系における運搬物位置を示す運搬物位置４４７（運搬物が飲料の場合は運搬物サーバ２４の位置）、ハンド座標系における空のコップが置いてある位置を示すコップ待機位置４４８、ハンド座標系における運搬物サーバ２４下のコップ設置位置を示すコップ設置位置４４９、ハンド座標系における蓋が置いてある位置を示す蓋待機位置４５０、及び、ハンド２２の圧力値（空のコップを把持する時の圧力、蓋を把持する時の圧力、飲料が入ったコップを把持する時の圧力等）を示すハンド圧力値４５１等のデータを格納する。
【００２０】
運搬物準備部４４０は、コップ待機位置４４８にハンド２２を移動し、ハンド２２の指先でハンド圧力値４５１に従いコップを把持するよう制御するコップ取得部４４０１、ハンド２２で把持したコップを運搬物位置４４７に設置するよう制御するコップ設置部４４０２、ハンド２２を運搬物サーバ２４に対して飲料を注ぐ操作をするよう制御する飲料注ぎ部４４０３、蓋待機位置４５０にハンド２２を移動し、ハンド２２の指先で蓋を把持するよう制御するコップ蓋取得部４４０４、及び、コップに蓋をはめ込むよう制御するコップ蓋はめ込み部４４０５等のプログラムを含む。これらのプログラムは、運搬物が飲料物の場合に使用される。
【００２１】
ＣＰＵ４１は、記憶装置４３に格納されるプログラムを主記憶装置４２に読み込み、実行することにより、種々の処理を行う。これらのプログラムやデータは、予め記憶装置４３に格納しておいてもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体から入力してもよいし、ネットワーク経由で他の装置からダウンロードしてもよい。又、該プログラムにより実現される機能を、専用のハードウェアにより実現してもよい。これらについては、後述する運搬指示用計算機３、ロボット用計算機３３においても同様である。
【００２２】
尚、本稿では、処理主体がプログラムであるかのように説明する場合があるが、該処理をソフトウェアで実現する場合の主体は、プログラムを実行するＣＰＵであることはいうまでもない。
【００２３】
図５は、本システムのフローを示す図である。
【００２４】
まず、運搬物提供装置１において、事前にキャリブレーションを行っておく（ステップ５１）。ここで、キャリブレーションとは、ロボット２がその時々で異なる場所に停止しても（ロボット２を特定の場所に正確に停止させるのは困難であり、数センチの誤差が生じる可能性がある）、そのトレー３５上に運搬物を搭載できるように、カメラ２３で撮影した撮影画像４４２に基づいてハンド位置４４４を算出するためのキャリブレーションデータを、事前に算出することを示す。
【００２５】
尚、トレー３５を大きくすることで、ロボット２の到着位置誤差を吸収する方法も考えられるが、そうすると、例えばコップのように縦に長く転倒しやすいものを運搬する時、運搬物が転倒する危険性が高まるため、この方法は望ましくない。
【００２６】
次に、操作者等の操作に応じて、運搬指示用計算機３は、運搬物提供装置１及びロボット２に対して、配達指示を示す信号を送信すると共に、ロボット２には、運搬物の内容と配達先の位置を示す情報も送信する（ステップ５２）。当該信号を受信すると、ロボット２は、運搬物提供装置１への移動を開始する（ステップ５３）と共に、運搬物提供装置１も、運搬物をロボット２へ搭載するための準備を開始する（ステップ５４）。ここで、準備とは、運搬物位置４４７等に基づいて、運搬物をハンド２２で把持し、ロボット２が到着したらすぐに搭載できる位置までハンド２２を移動させておく一連の作業を示す。運搬物が飲料の場合には、コップに飲料を注ぎ、蓋を閉める、等の動作も含まれる。
【００２７】
ロボット２が運搬物提供装置１に到着すると（ステップ５５）、運搬物提供装置１は、ハンド２２を制御して、運搬物をトレー３５上に搭載する（ステップ５６）。
【００２８】
運搬物が搭載されると、ロボット２は、配達先（ここでは、運搬指示用計算機３）へ移動し（ステップ５７）、配達先へ到着すると（ステップ５８）、操作者等が運搬物を受け取る（ステップ５９）。その後、ロボット２は、初期位置へ戻る（ステップ６０）。
【００２９】
尚、配達先は、運搬指示用計算機３とは別の場所であってもよい。
【００３０】
図６は、運搬物提供装置１のフローを示す図である。
【００３１】
キャリブレーション（図５のステップ５１）では、まず、到着予定領域２５に、キャリブレーション用トレーを搭載した、ロボット２のトレー３５と同じ高さのトレーを固定した三脚等を用意しておく。トレー３５の高さを再現できるものであれば、トレーを固定する物は三脚であってもロボット２であっても構わない。又、当該トレー及び運搬物は、実際に使用する物を用いるのが望ましい。更に、認識しやすくするため、トレーに一定色を着色するか、印を予め付しておく等の加工を施した物を使用するのが望ましい。
【００３２】
撮影部４３１は、カメラ２３を制御して、キャリブレーション用トレーを撮影し、撮影した画像を撮影画像４４２として記憶装置４３に格納する（ステップ６０１）。
【００３３】
次に、抽出部４３２は、当該撮影画像４４２内のトレー部分を抽出し（ステップ６０２）、トレー位置算出部４３３は、抽出されたトレー部分の代表位置（例えば、トレーが円の場合は、円の中心）を、トレー位置４４３として算出し、当該位置を記憶装置４３に格納する（ステップ６０３）。格納するトレー位置４４３は、カメラ座標系における２次元座標値であり、mi=(xi yi 1)t と表す。トレー位置は、ワールド座標系では、Pi=(Xi Yi 1)t と表すことにする。t は、転置行列を示す。
【００３４】
ここで、本実施例では、ワールド座標系、カメラ座標系、及びハンド座標系を用いる。ワールド座標系とは、実空間におけるある場所を原点とした場合の３次元座標系を示す。カメラ座標系とは、撮影画像におけるある場所を原点とした場合の２次元座標系を示す。ハンド座標系とは、ハンド２２のある場所を原点とした場合の３次元座標系を示す。
【００３５】
本実施例では、ロボット上のトレーの高さが一定であり、ロボットは床面上を移動するため、トレーは、床面に対して水平方向にしか移動しないものとする。
【００３６】
次に、駆動部４３４は、ハンド２２にキャリブレーション用運搬物を把持させ、操作者等が位置を確認しながら、当該運搬物を正確に到着予定領域２５に設置されたトレー上に搭載できる位置にハンドを移動し（ステップ６０４）、ハンド位置取得部４３５は、その時のハンド位置４４４を取得し、記憶装置４３に格納する（ステップ６０５）。格納するハンド位置４４４は、ハンド座標系における３次元座標値であり、qi=(qxi qyi qzi)t と表す。
【００３７】
トレー位置４４３とハンド位置４４４の算出は、異なるトレー位置Pi=(Xi Yi 1)t において複数回繰り返す必要がある。即ち、ステップ６０５の後、トレー位置４４３とハンド位置４４４の算出及び格納が所定の回数（本実施例では４回）に達しているか否かを判定し、達していなければ、ステップ６０１に戻り、達していればステップ６０７に移る（ステップ６０６）。ステップ６０１に戻る際、操作者等が、キャリブレーション用トレーを、高さを固定したまま到着予定領域２５内における任意の異なる位置Pi に移動する。
【００３８】
次に、キャリブレーション部４３５は、キャリブレーションデータ４４５を算出し、当該データを記憶装置４３に格納する（ステップ６０７）。
【００３９】
キャリブレーションデータの算出については、以下の計算を実施する。まず、４組のパラメータ{ qi, mi }(i = 1,2,3,4)から、
【００４０】
【数１】
【００４１】
（以下、数式１）を満たす行列 B を求める。数式１の、左辺と右辺を結ぶ記号は、両辺のベクトルがスカラー倍の自由度を残して等しいことを示す等号である。行列 B は、
【００４２】
【数２】
【００４３】
と表すことができるので、数式1における未知数は実質８個になる。一方、一つの対応する qi 及び mi の組み合わせで得られる一つの式（数式１）からは、２つの線形方程式が得られる。よって、８つの未知パラメータは、４組の qi 及び mi の組み合わせが得られれば、一意に決定できる。
【００４４】
しかし、 b1 〜 b8 のみでは、数式１の両辺のベクトルがスカラー倍の自由度を残しているため、 qi が全て同一平面上にあるという拘束条件を追加する。トレーは床面に対して水平にしか移動しないため、 Pi は同一平面上しか移動せず、従って、 qi も全て同一平面上を移動することになる。 qi からなる平面を式で表すと、
【００４５】
【数３】
【００４６】
となる。ここで、 h は qi からなる平面の法線を示す単位ベクトル、 g は qi からなる平面とワールド座標原点の距離を示すスカラーであり、それぞれ未知である。そして、例えば、qi (i = 1,2,3) を用いて、
【００４７】
【数４】
【００４８】
（以下、数式２）、及び
【００４９】
【数５】
【００５０】
（以下、数式３）を求める。数式１より求めた B 、数式２より求めた h 、及び、数式３より求めた g が、キャリブレーションデータに相当する。
【００５１】
ステップ６０１〜６０７が、図５のステップ５１に相当する。
【００５２】
次に、信号受信部４３８が運搬指示用計算機３から配達指示を示す信号を受信すると（ステップ６０８）、運搬物準備部４４０は、運搬物を搭載するための準備を行う（ステップ６０９、ステップ５４）。
【００５３】
信号受信部４３８は、ロボット２から到着信号を受信すると（ステップ６１０）、撮影部４３１は、カメラ２３でロボット２に搭載されたトレー３５を撮影し、抽出部４３２は、当該撮影画像４４２よりトレー部分を抽出し（ステップ６１２）、トレー位置算出部４３３は、撮影画像４４２内のトレー位置 m=(x y 1)t を算出する（ステップ６１３）。ハンド位置取得部４３５は、この m と、ステップ６０７で得られた B , h , g を入力とし、
【００５４】
【数６】
【００５５】
よりハンド位置 q を算出する（ステップ６１４）。これにより、トレーに運搬物を搭載する際のハンド２２の動作が確定する。
【００５６】
次に、運搬物搭載部４４１は、把持した運搬物を、算出した q に示される位置において、当該指部分を開いて運搬物を離す（ステップ６１５）。
【００５７】
図７は、運搬物提供装置１の機能モジュールのフローを示す図である。図６の説明と重複するため、詳細な説明は省略する。
【００５８】
図８は、トレーの加工例を示す図である。
【００５９】
認識しやすい模様を描いたトレー８１、一定色で着色したトレー８２、中央に点を付記したトレー８３等を用いると、認識がより容易になる。
【００６０】
又、床面に対して同じ高さの４つの異なる場所のトレーを表すのに、トレー模様を描いた、歪みのない一枚の板を用いてもよい。例えば、８１に示す模様のトレーを板上に４箇所描いた板８４を用いてもよい。
【００６１】
図９は、運搬指示用計算機３のハードウェア構成を示す図である。
【００６２】
運搬指示用計算機３は、ＣＰＵ９１、主記憶装置９２、記憶装置９３、バス９６の他、入力装置９３、及び、表示装置９５とからなる。
【００６３】
記憶装置９３は、環境地図９３５（後述）を表示する地図表示部９３１、ロボット２が移動する度にその位置を環境地図９３５上に表示するロボット位置表示部９３２、種々の信号を送信する信号送信部９３３、及び、種々の信号を受信する信号受信部９３４等のプログラム、並びに、ロボット２が移動する環境の地図を示す環境地図９３５、環境地図９３５内におけるロボット２の位置を示すロボット位置９３６、配達先の位置を示す配達先位置９３７、及び、配達時のポール３４の高さを示す配達時ポール高９３８等のデータを格納する。
【００６４】
尚、環境地図９３５は、ロボット２が、室内の通行可能な場所を移動しながらセンサ３２で距離情報を取得し、各位置において取得した距離情報を一つに統合したものである。配達先位置９３７は、予め記憶装置に保持していてもよいし、入力装置９４から、表示装置９５に表示される環境地図９３５上に該当位置をクリックできるようにしてもよい。又、配達時ポール高９３８も、希望する高さが決まっている場合はその高さデータを予め記憶装置に保持していてもよいし、入力装置９４から指定してもよい。
【００６５】
図１０は、運搬指示用計算機３のフロー図である。
【００６６】
配達を依頼するためのアプリケーションが起動されると、地図表示部９３１は、表示装置９５上において、環境地図９３５を表示すると共に、ロボット位置表示部９３２は、ロボット位置９３６を環境地図９３５上の該当位置に表示する（ステップ１０１）。
【００６７】
次に、信号送信部９３３は、入力装置９４から入力された指示（配達に該当するボタンを押下される等）に基づき、配達指示信号を送信する（ステップ１０２）。当該信号は、運搬物提供装置１の計算機２１、ロボット用計算機３３に送信される。又、ロボット用計算機３３には、配達先位置９３７及び配達時ポール高９３８も送信される。
【００６８】
ロボット２が運搬物を配達先まで運搬した後、信号受信部９３４は、運搬物の到着信号をロボット２より受信し（ステップ１０３）、運搬物が到着したことを操作者等に知らせる（到着した旨を知らせるウィンドウを表示する、音を鳴らす等）。運搬物が受け取られると、入力装置９４から入力された指示（受取に該当するボタンが押下される等）に基づき、信号送信部９３３は、運搬物の受取信号をロボット２に送信する（ステップ１０４）。
【００６９】
図１１は、ロボット用計算機３３のハードウェア構成を示す図である。
【００７０】
ＣＰＵ１１１、主記憶装置１１２、記憶装置１１３、移動台車３１、センサ３２、ポール３４等が、バス１１４を介して接続される。
【００７１】
記憶装置１１３は、センサデータ１１３９（後述）を処理するセンサデータ処理部１１３１、ロボット２の移動経路を作成する経路作成部１１３２、経路座標値１１４５に従いロボット２が次に進むべき座標値にロボット２を移動するよう制御するロボット制御部１１３３、ロボット２の現在位置を算出する自己位置算出部１１３４、種々の信号を送信する信号送信部１１３５、種々の信号を受信する信号受信部１１３６、ポールの高さを調整するポール高調整部１１３７、及び、タッチセンサ処理部１１３８（後述）等のプログラム、並びに、図９と同じデータである環境地図９３５、配達先位置９３７、配達時ポール高９３８の他、センサ３２から受信したロボット２と周辺の障害物の間の距離情報を示すセンサデータ１１３９、ロボット２の初期位置を示すロボット初期位置１１４０、ロボット２の環境地図９３５上の位置を示すロボット位置１１４１、ロボット２の大きさを示すロボットサイズ１１４２、運搬物提供装置１の位置を示す運搬物提供装置位置１１４３、ロボット２の移動経路作成時の目的地の位置を示す目的地１１４４、ロボット２が進む経路を（点郡の座標値を順次記載）示す経路座標値１１４５、及び、運搬物提供装置１から運搬物を受け取る時のポールの高さを示す受取時ポール高１１４６等のデータを格納する。
【００７２】
尚、経路作成において、作成が必要となる経路は、ロボット初期位置１１４０から運搬物提供装置位置１１４３、運搬物提供装置位置１１４３から配達先位置９３７、配達先位置９３７からロボット初期位置１１４０、の３経路である。そこで、経路作成部１１３２は、出発地の座標値、配達先の座標値、及び、ロボットサイズを入力として、環境地図９３５における最短経路の経路点郡データを作成し、経路座標値１１４５として記憶装置１１３に格納する。又、ロボット制御部１１３３は、ロボットサイズ１１４２により、ロボットの通行可能な経路を限定することもできる。又、自己位置算出部１１３４は、センサ３２から得られたセンサデータ１１３９と環境地図９３５のマッチングを随時行い、自身の現在地を算出し、ロボット位置１１４１を更新する。更に、目的地１１４４には、それぞれの移動に応じて、運搬物提供装置位置１１４３、配達先位置９３７、ロボット初期位置１１４０のうち、適切な値を用いる。
【００７３】
図１２は、ロボット用計算機３３のフローを示す図である。
【００７４】
まず、センサデータ処理部１１３１は、センサ３２を制御して、センサデータ１１３９を受信する（ステップ１２０１）。
【００７５】
次に、自己位置算出部１１３４は、ロボット２が正確にどの位置にいるか探索する（ステップ１２０２）。具体的には、先に得られたセンサデータ１１３９と予めセンサ３２で取得した環境地図９３５とのマッチングにより合致する場所を探索し、合致した場所をロボット位置１１４１として記憶装置１１３に格納すると共に、当該ロボット位置１１４１を、運搬指示用計算機３に送信する。
【００７６】
信号受信部１１３５は、運搬指示用計算機３から送信された配達指示信号を受信すると（ステップ１２０３）、同時に送信された配達先位置９３７と配達時ポール高９３８を記憶装置１１３に格納し、ロボット制御部１１３３は、経路作成部１１３２が作成した運搬物提供装置１までの経路に従い、ロボット２を移動させる（ステップ１２０４）。
【００７７】
ロボット２が第１の目的地である運搬物提供装置１に到着したら、ポール高調整部１１３７は、受取時ポール高１１４６の値の高さまでポール３４を伸長し（ステップ１２０５）、信号送信部１１３６は、運搬物を受け取る準備が出来たことを示す信号を、運搬物提供装置1に送信する（ステップ１２０６）。
【００７８】
運搬物提供装置１でロボット到着信号を受信したら、ハンド２２を制御して運搬物をポール３４上のトレー３５に搭載し、信号受信部１１３６は、運搬物設置終了を知らせる信号を運搬物提供装置１より受信したら（ステップ１２０７）、ポールの高さを元の最短の状態に戻し、経路作成部１１３２が作成した経路に基づき、ロボット制御部１１３３がロボット２を配達先まで移動させる（ステップ１２０８）。ポールの高さを最短の状態に戻して移動するのは、移動時に周囲の障害物との衝突を極力避け、運搬物を極力安定した状態で運搬するためである。
【００７９】
ロボット２が第２の目的地である配達先に到着したら、ポール高調整部１１３７は、配達先ポール高９３８の値の高さまでポール３４を伸長し（ステップ１２０９）、信号発信部１１３５は、配達物が到着したことを知らせる信号を運搬指示用計算機３に送信する。
【００８０】
配達先にて配達物を受け取ったことを知らせる信号を受信したら（ステップ１２１０）、ポールの高さを元の最短の状態に戻し、ロボット制御部１１３３は、ロボット２を元の位置に移動させる（ステップ１２１１）。
【００８１】
図１３は、運搬物が飲料物である場合の運搬物準備部４４０（図４）のフロー図である。
【００８２】
まず、コップ取得部４４０１は、コップ待機位置にハンド２２を移動し、ハンド２２の指部分を閉じてコップをつかむよう制御する（ステップ１３０１）。この時の指部分の移動量は、ハンド圧力値４５２の、空のコップを掴む時の値を用いる。
【００８３】
次に、コップ設置部４４０２は、空のコップをハンド２２で把持したまま、コップ待機位置から運搬物サーバ位置に移動させる（ステップ１３０２）。
【００８４】
次に、飲料注ぎ部４４０３は、ハンド２２で運搬物サーバ２４の飲料を注ぐ操作を実施する（ステップ１３０３）。例えば、ボタンを押す、レバーを下げる等の動作が挙げられる。
【００８５】
飲料を注ぎ終わったら、コップ蓋取得部４４０４は、蓋待機位置にハンド２２を移動し、ハンド２２の指部分を閉じて蓋をつかむよう制御する（ステップ１３０４）。この時の指部分の移動量は、ハンド圧力値４５２の、蓋を掴む時の値を用いる。
【００８６】
次に、コップ蓋はめ込み部４４０５は、蓋をハンド２２で把持したまま、蓋待機位置から運搬物サーバ位置にある飲料の注がれたコップ上に移動し、ハンド２２の指部分を開いて蓋を離し、ハンド２２指部分を蓋の上部に水平になるように移動し、上から数度、幅を変えて押さえることにより蓋をコップにはめ込むよう制御する（ステップ１３０５）。
【００８７】
図１４は、運搬指示用計算機３の表示装置９５の画面例である。
【００８８】
環境地図９３５は、環境地図と部屋の地図を重ね合わせて表示すると分かりやすい。環境地図と部屋の地図の重ね合わせを１４０１に、環境地図のみを抽出したデータを１４０２に示す。又、環境地図上には、運搬物提供装置位置１１４３、ロボット位置１１４０、配達先位置９３７、ロボットサイズ１１４２、及び、ロボットのスタート地点とゴール地点との間を補間する経路１１４５等を表示する。
【００８９】
１４０３には、配達指示信号をロボット２や運搬物提供装置１に送信するためのボタン、配達先位置を指定するためのボタン、運搬物を受け取ったことをロボット２に送信するためのボタン等を表示する。
【００９０】
尚、上記実施例において、ロボット２の到着検知、運搬物の搭載や受取の検知等を、他の計算機からの信号を受信することにより行うとして説明したが、それに限定されない。例えば、ロボット２の到着検知は、カメラ２３を用いて行うこともできる。この場合、到着判定部４３９は、撮影画像４４２とトレー画像４４７を比較して、トレー３５が静止したらロボット２が到着したと判定する。又、運搬物搭載等の検知では、タッチセンサを用いて行うこともできる。この場合、トレー３５の底部分にタッチセンサを設置しておき、タッチセンサ処理部１１３８が、トレー３５上に運搬物が搭載されているか否か判断する。更に、運搬物の有無を判断するためのセンサは、タッチセンサに限定されず、レーザセンサ、カメラ等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】システム構成を示す図。
【図２】運搬物提供装置１の構成を示す図。
【図３】ロボット２の構成を示す図。
【図４】運搬物提供装置1の計算機２１のハードウェア構成を示す図。
【図５】本システムのフロー図。
【図６】運搬物提供装置１のフロー図。
【図７】運搬物提供装置１の機能モジュールのフロー図。
【図８】運搬物の加工例を示す図。
【図９】運搬指示用計算機３のハードウェア構成を示す図。
【図１０】運搬指示用計算機３のフロー図。
【図１１】ロボット用計算機３３のハードウェア構成を示す図。
【図１２】ロボット用計算機３２のフロー図。
【図１３】運搬物が飲料物である場合の運搬物準備部４４０のフロー図。
【図１４】運搬指示用計算機３の表示装置９５の画面例。
【符号の説明】
【００９２】
1・・・運搬物提供装置、2・・・ロボット、3・・・運搬指示用計算機、4・・・中継器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動ロボットと、カメラ及びハンドロボットに接続される計算機、を備える運搬システムにおいて、
前記計算機は、
キャリブレーション用の第一のトレーを、前記カメラを制御して撮影する撮影部と、
前記撮影部が撮影した撮影画像中の、前記第一のトレーのトレー位置を算出するトレー位置算出部と、
前記ハンドロボットが前記第一のトレーにキャリブレーション用の第一の運搬物を搭載するときの、当該ハンドロボットの位置を示すハンド位置を取得するハンド位置取得部と、
前記トレー位置及び前記ハンド位置に基づいて、キャリブレーションデータを算出するキャリブレーション部と、
前記移動ロボットが、到着予定領域に到着したとき、前記キャリブレーションデータに基づいて、当該移動ロボットが備える第二のトレーに、第二の運搬物を搭載するよう、前記ハンドロボットを制御する運搬物搭載部を備える、運搬システム。
【請求項２】
前記撮影部、前記トレー位置算出部、及び前記ハンド位置取得部は、所定の回数処理を行い、
前記キャリブレーション部は、前記所定の回数分の、トレー位置、及びハンド位置に基づいて、前記キャリブレーションデータを算出する、請求項１記載の運搬システム。
【請求項３】
前記計算機は、更に、
前記移動ロボットから送信された到着信号を受信する信号受信部を備え、
前記運搬物搭載部は、前記到着信号を受信した場合、前記移動ロボットが前記到着予定領域に到着したと判断する、請求項１記載の運搬システム。
【請求項４】
前記キャリブレーションデータとは、カメラ座標系とハンドロボット座標系の相対関係を求めるためのデータである、請求項１記載の運搬システム。
【請求項５】
前記第一のトレーは、着色される、請求項１記載の運搬システム。
【請求項６】
前記移動ロボットは、
センサと、
環境地図と、
前記環境地図における移動経路を作成する経路作成部と、
前記センサから取得する距離情報と、前記環境地図と、前記移動経路に基づいて、当該移動ロボットを移動するよう制御するロボット制御部を備える、請求項１記載の運搬システム。
【請求項７】
前記経路作成部は、前記移動ロボットのスタート地点、ゴール地点、及び、当該移動ロボットのサイズを入力として、前記移動経路を作成する、請求項６記載の運搬システム。
【請求項８】
前記計算機は、更に、
前記撮影画像と前記トレーの画像を比較し、前記撮影画像内で前記トレーが静止したときに、前記移動ロボットが前記到着予定領域に到着したと判定する到着判定部を備える、請求項１記載の運搬システム。
【請求項９】
前記移動ロボットは、更に、
タッチセンサと、
前記タッチセンサに基づいて、前記第二の運搬物が前記第二のトレーに搭載されたと判断するセンサデータ受信部を備える、請求項１記載の運搬システム。
【請求項１０】
カメラ及びハンドロボットに接続される計算機において、
キャリブレーション用の第一のトレーに、キャリブレーション用の第一の運搬物を搭載するよう、前記ハンドロボットを制御する駆動部と、
前記ハンドロボットが前記第一のトレーに前記第一の運搬物を搭載するときの、前記第一のトレーを、前記カメラを制御して撮影する撮影部と、
前記ハンドロボットが前記第一のトレーに前記第一の運搬物を搭載するときの、当該ハンドロボットの位置を示すハンド位置を取得するハンド位置取得部と、
前記撮影部が撮影した撮影画像中の前記第一のトレーのトレー位置を算出するトレー位置算出部と、
前記トレー位置及び前記ハンド位置に基づいて、キャリブレーションデータを算出するキャリブレーション部と、
前記移動ロボットが、到着予定領域に到着したとき、前記キャリブレーションデータに基づいて、当該移動ロボットが備える第二のトレーに、第二の運搬物を搭載するよう、前記ハンドロボットを制御する運搬物搭載部を備える、計算機。
【請求項１】
移動ロボットと、カメラ及びハンドロボットに接続される計算機、を備える運搬システムにおいて、
前記計算機は、
キャリブレーション用の第一のトレーを、前記カメラを制御して撮影する撮影部と、
前記撮影部が撮影した撮影画像中の、前記第一のトレーのトレー位置を算出するトレー位置算出部と、
前記ハンドロボットが前記第一のトレーにキャリブレーション用の第一の運搬物を搭載するときの、当該ハンドロボットの位置を示すハンド位置を取得するハンド位置取得部と、
前記トレー位置及び前記ハンド位置に基づいて、キャリブレーションデータを算出するキャリブレーション部と、
前記移動ロボットが、到着予定領域に到着したとき、前記キャリブレーションデータに基づいて、当該移動ロボットが備える第二のトレーに、第二の運搬物を搭載するよう、前記ハンドロボットを制御する運搬物搭載部を備える、運搬システム。
【請求項２】
前記撮影部、前記トレー位置算出部、及び前記ハンド位置取得部は、所定の回数処理を行い、
前記キャリブレーション部は、前記所定の回数分の、トレー位置、及びハンド位置に基づいて、前記キャリブレーションデータを算出する、請求項１記載の運搬システム。
【請求項３】
前記計算機は、更に、
前記移動ロボットから送信された到着信号を受信する信号受信部を備え、
前記運搬物搭載部は、前記到着信号を受信した場合、前記移動ロボットが前記到着予定領域に到着したと判断する、請求項１記載の運搬システム。
【請求項４】
前記キャリブレーションデータとは、カメラ座標系とハンドロボット座標系の相対関係を求めるためのデータである、請求項１記載の運搬システム。
【請求項５】
前記第一のトレーは、着色される、請求項１記載の運搬システム。
【請求項６】
前記移動ロボットは、
センサと、
環境地図と、
前記環境地図における移動経路を作成する経路作成部と、
前記センサから取得する距離情報と、前記環境地図と、前記移動経路に基づいて、当該移動ロボットを移動するよう制御するロボット制御部を備える、請求項１記載の運搬システム。
【請求項７】
前記経路作成部は、前記移動ロボットのスタート地点、ゴール地点、及び、当該移動ロボットのサイズを入力として、前記移動経路を作成する、請求項６記載の運搬システム。
【請求項８】
前記計算機は、更に、
前記撮影画像と前記トレーの画像を比較し、前記撮影画像内で前記トレーが静止したときに、前記移動ロボットが前記到着予定領域に到着したと判定する到着判定部を備える、請求項１記載の運搬システム。
【請求項９】
前記移動ロボットは、更に、
タッチセンサと、
前記タッチセンサに基づいて、前記第二の運搬物が前記第二のトレーに搭載されたと判断するセンサデータ受信部を備える、請求項１記載の運搬システム。
【請求項１０】
カメラ及びハンドロボットに接続される計算機において、
キャリブレーション用の第一のトレーに、キャリブレーション用の第一の運搬物を搭載するよう、前記ハンドロボットを制御する駆動部と、
前記ハンドロボットが前記第一のトレーに前記第一の運搬物を搭載するときの、前記第一のトレーを、前記カメラを制御して撮影する撮影部と、
前記ハンドロボットが前記第一のトレーに前記第一の運搬物を搭載するときの、当該ハンドロボットの位置を示すハンド位置を取得するハンド位置取得部と、
前記撮影部が撮影した撮影画像中の前記第一のトレーのトレー位置を算出するトレー位置算出部と、
前記トレー位置及び前記ハンド位置に基づいて、キャリブレーションデータを算出するキャリブレーション部と、
前記移動ロボットが、到着予定領域に到着したとき、前記キャリブレーションデータに基づいて、当該移動ロボットが備える第二のトレーに、第二の運搬物を搭載するよう、前記ハンドロボットを制御する運搬物搭載部を備える、計算機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−６８３４２（Ｐ２００８−６８３４２Ａ）
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４７４８１（Ｐ２００６−２４７４８１）
【出願日】平成１８年９月１３日（２００６．９．１３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１３日（２００６．９．１３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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