障害物検知装置、自律移動体、障害物検知方法
【課題】細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を確実に検知可能な技術を提供する。
【解決手段】障害物検知装置は、画像データを記憶するメモリA１０と、前記画像データに基づいて画像を投影するプロジェクタ４と、映し出された画像を撮影して画像データを生成するカメラ５と、生成された前記画像データを記憶するメモリB１２と、メモリA１０に記憶されている前記画像データと、メモリB１２に記憶されている前記画像データと、を比較する比較部１３と、を備える。自律移動型ロボット１００は、ロボット本体３と、ロボット本体３を移動させるための駆動回路１６と、駆動回路１６を制御する制御部９と、上記の障害物検知装置と、を備える。
【解決手段】障害物検知装置は、画像データを記憶するメモリA１０と、前記画像データに基づいて画像を投影するプロジェクタ４と、映し出された画像を撮影して画像データを生成するカメラ５と、生成された前記画像データを記憶するメモリB１２と、メモリA１０に記憶されている前記画像データと、メモリB１２に記憶されている前記画像データと、を比較する比較部１３と、を備える。自律移動型ロボット１００は、ロボット本体３と、ロボット本体３を移動させるための駆動回路１６と、駆動回路１６を制御する制御部９と、上記の障害物検知装置と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は障害物検知装置、及びそれを備えた自律移動体、障害物検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術として、特許文献１は、移動領域に存在する物体の位置・形状を示す環境情報を取得するレーザレンジファインダを備えた自律移動体を開示している。ここで、レーザレンジファインダとは、所定の広がり角度でレーザ光を照射し、照射したレーザ光の反射光を受光するまでに要した時間と、照射角度と、に基づいて物体検知する装置とされる。特許文献１の段落番号００２７を参照されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２３７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記レーザレンジファインダにおいては、レーザ光の照射角度を水平にスイープさせる際、（１）スイープ範囲や（２）検知の頻度、（３）一回の検知に要する時間を考慮して、例えば図９に示すように照射角度を例えば２度ずつ変化させるようにしている。なぜなら、照射角度の変化幅Δθと上記（１）〜（３）とは、トレードオフの関係にあるからである。これが故に、物体の検知に際し、図９に示すように必然的にある種の検知の歯抜けなるものが認められる。要するに、上記レーザレンジファインダを用いた物体検知では、細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を全く検知できない場合があった。
【０００５】
本願発明の目的は、細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を確実に検知可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明の第１の観点によれば、以下のように構成される障害物検知装置が提供される。即ち、障害物検知装置は、画像データを記憶する第1画像データ記憶手段と、前記画像データに基づいて画像を投影する画像投影手段と、映し出された画像を撮影して画像データを生成する画像撮影手段と、生成された前記画像データを記憶する第2画像データ記憶手段と、前記第1画像データ記憶手段に記憶されている前記画像データと、前記第2画像データ記憶手段に記憶されている前記画像データと、を比較する画像データ比較手段と、を備える。◆以上の構成は、上記特許文献１に開示のレーザレンジファインダと比較して検知の原理がまるで異なるので、上記で指摘した問題点が全くない。即ち、上記の構成によれば、細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を確実に検知することができる。
【０００７】
本願発明の第２の観点によれば、以下のように構成される障害物検知装置が提供される。即ち、障害物検知装置は、画像データを記憶する第1画像データ記憶手段と、前記画像データに基づいて画像を投影する画像投影手段と、映し出された画像を撮影して画像データを生成する画像撮影手段と、生成された前記画像データを記憶する第2画像データ記憶手段と、前記第2画像データ記憶手段に記憶されている前記画像データの変化の有無を判定する画像データ変化判定手段と、を備える。◆以上の構成は、上記特許文献１に開示のレーザレンジファインダと比較して検知の原理がまるで異なるので、上記で指摘した問題点が全くない。即ち、上記の構成によれば、細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を確実に検知することができる。
【０００８】
本願発明の第３の観点によれば、以下のように構成される自律移動体が提供される。即ち、自律移動体は、自律移動体本体と、前記自律移動体本体を移動させるための駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、上記の障害物検知装置と、を備える。◆以上の構成によれば、優れた障害物検知装置を備えた自律移動体が提供される。
【０００９】
上記の自律移動体は、更に、以下のように構成される。即ち、前記画像投影手段は、前記画像を水平よりも下向きに投影する。◆以上の構成によれば、前記画像を水平に投影した場合と比較して、前記自律移動体の近傍に前記画像が映し出されるので、この点、前記画像撮影手段が映し出された前記画像を問題なく撮影することができるようになる。
【００１０】
上記の自律移動体は、更に、以下のように構成される。即ち、前記制御手段は、前記自律移動体本体の移動方向に応じて異なる画像データを前記第１画像データ記憶手段に記憶させる。◆以上の構成によれば、前記自律移動体の周囲にいる人達に、前記自律移動体の移動方向を知らせることができる。
【００１１】
上記の自律移動体は、更に、以下のように構成される。即ち、前記第１画像データ記憶手段に記憶される前記画像データの画像は、矢印模様である。
【００１２】
本願発明の第４の観点によれば、障害物の検知は、以下のような方法で行われる。即ち、画像を投影するステップと、映し出された画像を撮影するステップと、投影した画像と、映し出された画像と、を比較するステップと、を含む方法で行われる。◆以上の方法によれば、上記特許文献１に開示のレーザレンジファインダと比較して検知の原理がまるで異なるので、上記で指摘した問題点が全くない。即ち、上記の方法によれば、細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を確実に検知することができる。
【００１３】
本願発明の第５の観点によれば、障害物の検知は、以下のような方法で行われる。即ち、画像を投影するステップと、映し出された画像を撮影するステップと、映し出された画像の変化の有無を判定するステップと、を含む方法で行われる。◆以上の方法によれば、上記特許文献１に開示のレーザレンジファインダと比較して検知の原理がまるで異なるので、上記で指摘した問題点が全くない。即ち、上記の方法によれば、細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を確実に検知することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明によれば、細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を確実に検知することができる技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本願発明の第１実施形態に係る自律移動型ロボットの斜視図
【図２】自律移動型ロボットの機能ブロック図
【図３】画像DBに格納された画像データの画像を例示する図
【図４】自律移動型ロボットの制御フロー
【図５】図５（ａ）は投影される画像を示し、図５（ｂ）は映し出された画像を示し、図５（ｃ）は補正後の画像を示す。
【図６】本願発明の第２実施形態に係る自律移動型ロボットの機能ブロック図
【図７】自律移動型ロボットの制御フロー
【図８】自律移動型ロボットの制御フロー
【図９】関連技術の問題点を指摘するための平面図
【図１０】関連技術の問題点を指摘するための斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、図１〜図５を参照しつつ、本願発明の第１実施形態に係る自律移動型ロボットを説明する。
【００１７】
図１には、本実施形態に係る自律移動型ロボット１００（自律移動体）が紙面左下に向かって前進走行している様子を示している。図１及び図２に示すように、自律移動型ロボット１００は、頭部１と胴部２から成るロボット本体３（自律移動体本体）と、頭部１の側面に設けられたプロジェクタ４（画像投影手段）と、胴部２の側面に設けられたカメラ５（画像撮影手段）と、胴部２の側面に取り付けられた４つの車輪６と、車輪６を回転駆動するための４つのモータ７と、制御ユニット８と、を主たる構成として備えている。
【００１８】
図１に示すように、上記の頭部１は胴部２上に搭載されたかたちとなっており、プロジェクタ４とカメラ５は、自律移動型ロボット１００の平面視で同一方向に向けられている。従って、図１の斜視図において、プロジェクタ４はカメラ５の略上方に配置されることになる。この構成で、自律移動型ロボット１００がプロジェクタ４やカメラ５の向いている方向に向かって前進又は後進できるよう、上記の車輪６は自律移動型ロボット１００の正面視でカメラ５を挟む位置に設けられている。更に言えば、カメラ５を挟んで片側の車輪６の回転数と、他側の車輪６の回転数と、を違わせることで、自律移動型ロボット１００は、問題なく右折や左折ができるようになっている。
【００１９】
図２に示す制御ユニット８は、中央演算処理器としてのCPU（Central Processing Unit）と、読み書き自在のRAM（Random Access Memory）、読み出し専用のROM（Read Only Memory）を備えている。そして、CPUがROMに記憶されている制御プログラムを読み出して実行することで、制御プログラムは、CPUなどのハードウェアを、制御部９（制御手段、投影画像作成手段）、メモリA１０（第1画像データ記憶手段）、補正部１１（画像処理手段）、メモリB１２（第2画像データ記憶手段）、比較部１３（画像データ比較手段、障害物検出手段）、行動パターンDB１４、画像DB１５、として機能させる。制御ユニット８は、更に、駆動回路１６（駆動手段）を備えている。
【００２０】
（DB関連）
行動パターンDB１４は、自律移動型ロボット１００の行動パターンデータを複数、記憶している。行動パターンデータとは、例えば、A地点からB地点へと移動する２点間パターンデータなどが挙げられる。そして、各行動パターンデータは、「go straight by one unit of length（前進）」、「turn right while going by one unit of length（右折）」、「turn left while going by one unit of length（左折）」といった行動命令信号の組み合わせで構成されている。画像DB１５には、図３に示すように、連番のインデックスと関連付けられたかたちで、複数の青色矢印模様（進行方向指示マーク）が画像データとして蓄積されている。例えばインデックス０の画像は、前進移動をイメージしている。同様に、インデックス１の画像は右折移動をイメージし、インデックス２の画像は左折移動をイメージしている。
【００２１】
（基本動作）
制御部９は、駆動回路１６を制御する。具体的には、制御部９は、行動パターンDB１４に行動パターンデータ要求信号を送信することで、行動パターンDB１４から所望の行動パターンデータを受信する。そして、制御部９は、受信した行動パターンデータに含まれる多数の行動命令信号を先頭から末尾に向かって順番に駆動回路１６に送信する。駆動回路１６は、ロボット本体３を移動させるためのものである。具体的には、駆動回路１６は、制御部９から受信した行動命令信号に基づいて各モータ７を駆動制御し、これにより、ロボット本体３を前進させたり右折又は左折させたり、或いは停止させたりする。
【００２２】
（画像生成）
制御部９は、駆動回路１６に送信しようとする行動命令信号に基づいて画像DB１５に画像データ要求信号を送信し、画像DB１５から所望の画像データを受信する。具体的には、例えば駆動回路１６に送信しようとする行動命令信号が「go straight by one unit of length」であるとき、制御部９は、画像DB１５に「get index 0」などといった画像データ要求信号を送信し、画像DB１５からインデックス０の画像データを受信する（図３、図５（ａ）も併せて参照）。制御部９は、画像DB１５から受信した画像データをメモリA１０へ送信して記憶させる。従って、別の言葉で言えば、制御部９は、ロボット本体３の移動方向に応じて異なる画像データを画像DB１５から取得すると共にメモリA１０に記憶させる。
【００２３】
（投影）
メモリA１０は、制御部９から受信した画像データを記憶する。このメモリA１０に記憶されている画像データは、プロジェクタ４によって随時読み出される。プロジェクタ４は、メモリA１０から読み出した画像データに基づいて画像を生成すると共にその画像を自律移動型ロボット１００の正面方向に投影する。具体的には、プロジェクタ４は、上記画像を図１に示すように若干斜め下向き、少なくとも水平よりも下向きに投影する。
【００２４】
（撮影及び補正）
カメラ５は、プロジェクタ４によって投影されることで主として地面G（図１を併せて参照）に映し出された画像を撮影して画像データを生成し、生成した画像データを補正部１１に送信する。補正部１１は、カメラ５が生成した画像データを補正する。具体的には、補正部１１は、カメラ５によって生成された画像データから、矢印模様相当部分Pのみを抽出すると共に、投影に伴って発生した間延びを相殺する形状補正をする。更に具体的には、補正部１１は、カメラ５が撮影した風景の色合いや明暗などを十分に加味しつつ、矢印模様相当部分Pとそれ以外の部分との違いを強調できるようなフィルタリング処理を画像データに対して実行する。このようなフィルタリング処理の一例としては、画像データの各ピクセルの三原色のうち青成分に対して閾値を設け、この閾値を下回るピクセルは白とし、反対に上回るピクセルは黒とする、などが挙げられる。次に、補正部１１は、フィルタリング処理された画像データに対して形状補正のフィルタリング処理を実行する。このフィルタリング処理の一例としては、自律移動型ロボット１００の側面視で特定できるプロジェクタ４の投影角度、プロジェクタ４に対するカメラ５の相対的な位置関係、などを加味しつつ、プロジェクタ４による投影によって発生した間延びを相殺する、などが挙げられる（図５（ｂ）及び（ｃ）も併せて参照）。そして、補正部１１は、各種のフィルタリング処理後の画像データから矢印模様相当部分Pのみを抽出し、上記抽出によって生成した画像データ（図５（ｃ）参照）をメモリB１２に送信して記憶させる。
【００２５】
（パターンマッチング）
比較部１３は、メモリA１０に記憶されている画像データと、メモリB１２に記憶されている画像データと、を比較する。具体的には、比較部１３は、メモリA１０から読み込んだ画像データの画像と、メモリB１２から読み込んだ画像データの画像と、の一致不一致を公知のパターンマッチング技術を利用して比較判定する。このパターンマッチングによる一致不一致の判定の閾値は、自律移動型ロボット１００が走行する環境に応じて適宜に調整すればよい。そして、比較判定の結果が不一致であった場合は、比較部１３は、障害物を検知したとして、制御部９に対してアラーム信号を送信する。一方、比較判定の結果が一致であった場合は、比較部１３は、障害物を検知しなかったとして、制御部９に対してアラーム信号を送信しない。
【００２６】
制御部９は、アラーム信号を受信すると、待機命令信号を駆動回路１６に対して送信する。
【００２７】
本実施形態において、障害物検知装置は、少なくとも、メモリA１０と、プロジェクタ４と、カメラ５と、メモリB１２と、比較部１３を含んで構成されている。
【００２８】
（作動）
次に、自律移動型ロボット１００の作動について説明する。
【００２９】
先ず、オペレータが自律移動型ロボット１００の電源を投入し（S300）、続いて図略の入力手段を用いて行動パターンデータを指定する（S310）。
【００３０】
オペレータが行動パターンデータを指定すると（S310）、制御部９は、行動パターンデータ要求信号を行動パターンDB１４に送信することで、行動パターンDB１４から所望の行動パターンデータを受信する（S320）。
【００３１】
次いで、制御部９は、受信した行動パターンデータの先頭の行動命令信号から末尾の行動命令信号に向かって順に実行していく。概略的に言えば、制御部９は、先頭の行動命令信号から末尾の行動命令信号に向かって一つずつ順に、S330で行動命令信号を取得し、S460で行動命令信号を実行し、すべての行動命令信号を実行したら（S470：YES）、処理を終了させる（S450）。
【００３２】
詳しくは、制御部９は、実行しようとする行動命令信号を取得する。（S330）。そして、制御部９は、取得した行動命令信号に基づいて（S340）画像DB１５に画像データ要求信号を送信することで、所望の画像データを画像DB１５から受信して取得する（S350〜S352）。具体的には、制御部９が実行しようとする行動命令信号が「go straight by one unit of length」であったとき、画像データ要求信号は「get index 0」となり、この画像データ要求信号が制御部９から画像DB１５に送信される。これを受けて、画像DB１５は、インデックス０の画像データを制御部９に送信する。この画像データの画像は、従って、図５（ａ）で示すものとなる。
【００３３】
制御部９は、画像DB１５から受信した画像データをメモリA１０に記憶させる（S360）。
【００３４】
プロジェクタ４は、メモリA１０から読み込んだ画像データに基づいて画像を自律移動型ロボット１００の正面側に、若干斜め下向きに投影する（S370)。このとき、地面や障害物に映し出された画像は、例えば図５（ｂ）のようになる。
【００３５】
カメラ５は、プロジェクタ４によって投影されることで図５（ｂ）のように映し出された画像を撮影して画像データを生成し（S380）、生成した画像データを補正部１１に送信する。
【００３６】
補正部１１は、カメラ５によって生成された画像データから、プロジェクタ４によって投影された矢印模様相当部分Pのみを抽出すると共に、投影に伴って間延びした画像を元に戻す形状補正を画像データに対して実行する（S390）。補正後の画像データの画像を図５（ｃ）に示す。
【００３７】
補正後の画像データはメモリB１２に送信され、メモリB１２に記憶される（S400）。
【００３８】
次いで、比較部１３は、メモリA１０に記憶されている画像データの画像（図５（ａ）参照）と、メモリB１２に記憶されている画像データの画像（図５（ｃ）参照）と、の一致不一致を公知のパターンマッチング技術を利用して比較判定する（S410）。ここで、図４の「パターンマッチング（A,B）」の「（A,B）」は、メモリA１０とメモリB１２を示唆するものである。
【００３９】
そして、比較部１３による比較判定の結果が不一致であった場合（S420:NO）は、比較部１３は、障害物を検知したとして、制御部９に対してアラーム信号を送信する（S430）。アラーム信号を受信した制御部９は、ロボット本体３と障害物との衝突を回避すべく、待機命令信号を駆動回路１６に送信し（S440）、駆動回路１６は待機制御を実行する。即ち、自律移動型ロボット１００が移動状態から停止状態へと切り替わる。そして、処理を終了する（S450）。
【００４０】
一方、比較部１３による比較判定の結果が一致であった場合（S420：YES）は、比較部１３は、障害物を検知しなかったとして、制御部９に対してアラーム信号を送信することなく、S330で取得した行動命令信号を駆動回路１６に送信し（S460）、駆動回路１６は受信した行動命令信号に基づいて各モータ７を駆動制御する。即ち、ここでは、行動命令信号は「go straight by one unit of length」であるから、自律移動型ロボット１００は単位距離だけ前進する。
【００４１】
次に、制御部９は、行動パターンDB１４から受信して取得した行動パターンデータ内で、次に実行すべき行動命令信号の有無を判定する（S470）。そして、判定の結果、次に実行すべき行動命令信号が無い場合（S470：YES）は、処理は終了する（S450）。一方、判定の結果、次に実行すべき行動命令信号が有る場合（S470:NO）は、処理はS330へと戻り、制御部９は次の行動命令信号を取得することになる（S330）。
【００４２】
（まとめ）
（１）以上説明したように上記実施形態において障害物検知装置は、画像データを記憶するメモリA１０と、前記画像データに基づいて画像を投影するプロジェクタ４と、映し出された画像を撮影して画像データを生成するカメラ５と、生成された前記画像データを記憶するメモリB１２と、メモリA１０に記憶されている前記画像データと、メモリB１２に記憶されている前記画像データと、を比較する比較部１３と、を備える。◆以上の構成は、上記特許文献１に開示のレーザレンジファインダと比較して検知の原理がまるで異なるので、上記で指摘した問題点が全くない。即ち、上記の構成によれば、細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を確実に検知することができる。
【００４３】
（３）また、自律移動型ロボット１００は、ロボット本体３と、ロボット本体３を移動させるための駆動回路１６と、駆動回路１６を制御する制御部９と、上記の障害物検知装置と、を備える。◆以上の構成によれば、優れた障害物検知装置を備えた自律移動型ロボット１００が提供される。
【００４４】
なお、上記の優れた障害物検知装置は、自律移動型ロボット１００に限らず、他の自律移動体にも応用することができる。例えば、自立移動型であって倒立二輪機能を有するロボット車椅子にも上記障害物検知装置は適用することができる。
【００４５】
（４）プロジェクタ４は、前記画像を水平よりも下向きに投影する。◆以上の構成によれば、前記画像を水平に投影した場合と比較して、自律移動型ロボット１００の近傍に前記画像が映し出されるので、この点、カメラ５が映し出された前記画像を問題なく撮影することができるようになる。要するに、障害物の検知率の向上に寄与する。
【００４６】
なお、プロジェクタ４が画像を投影する方向は、必ずしも斜め下向きである必要はなく、水平や斜め上方とすることは許容され得る。
【００４７】
（５）制御部９は、図３や図４のS340に示すように、ロボット本体３の移動方向に応じて異なる画像データをメモリA１０に記憶させる。◆以上の構成によれば、自律移動型ロボット１００の周囲にいる人達に、自律移動型ロボット１００の移動方向を知らせることができる。この技術は、ロボットと人との調和に貢献すると考えられる。
【００４８】
（６）メモリA１０に記憶される前記画像データの画像は、図３に示すように、矢印模様であることが好ましい。このように矢印模様を採用することで、自律移動型ロボット１００の移動方向を自律移動型ロボット１００の周囲にいる人達に強烈にアピールできるので、その人達には、投影された矢印模様から極力離れておこうとする心理的作用が生じ、ひいてはロボットと人との衝突回避に貢献する。
【００４９】
（７）また、本実施形態では、障害物の検知は、画像を投影するステップ（S370）と、映し出された画像を撮影するステップ（S380）と、投影した画像と、映し出された画像と、を比較するステップ（S410）と、を含む方法で行われる。◆以上の方法によれば、上記特許文献１に開示のレーザレンジファインダと比較して検知の原理がまるで異なるので、上記で指摘した問題点が全くない。即ち、上記の方法によれば、細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を確実に検知することができる。
【００５０】
以上に本願発明の好適な第１実施形態を説明したが、以下、若干補足説明をする。
【００５１】
自律移動体の分野における今後の傾向として、自律移動体には画像認識モジュールとしてのカメラが必須の構成として搭載されると考えられる。また、自律移動体自身の意思表示のために、自律移動体にはプロジェクタが搭載されるものと予測される。一方で、上記実施形態における障害物検知装置は、カメラ５やプロジェクタ４を利用するものである。この点、上記実施形態に係る障害物検知装置は、自律移動体の分野における今後の予測されるトレンドに乗り易い構成であると評価することができる。
【００５２】
（第２実施形態）
以下、図６〜図８を参照しつつ、本願発明の第２実施形態に係る自律移動型ロボットを説明する。以下、本実施形態が上記第１実施形態と相違する点を中心に説明し、重複する説明は適宜割愛する。上記第１実施形態の構成要素と対応する構成要素には原則として同一の符号を付す。
【００５３】
本実施形態の概要は次の通りである。即ち、上記第１実施形態では、投影した画像と、映し出された画像と、の一致不一致を判定することで障害物を検知している。これに対し、第２実施形態では、次に実行しようとする行動命令信号が前回実行した行動命令信号と違わない場合は、投影する画像も変化しないことから、映し出された画像に変化があったか否かを単に判定することで障害物を検知することとしている。
【００５４】
詳しくは、図６に示すように、本実施形態に係る制御ユニット８は、メモリA１０やメモリB１２に加えて、メモリC１７を備えている。
【００５５】
そして、本実施形態において制御部９は、補正部１１と比較部１３の動作を制御できるようになっている。
【００５６】
具体的には、補正部１１は、補正後の画像データをメモリB１２とメモリC１７に送信して夫々に記憶させる場合と、補正後の画像データをメモリB１２のみに送信して記憶させる場合と、の間で切替可能に構成されている。そして、制御部９は、補正部１１の動作の切り替えを所定の切替信号を送信することで制御するようになっている。詳しくは、制御部９は、初回の場合と、前回実行した行動命令信号と今回実行しようとする行動命令信号とが異なる場合は、補正部１１の動作を前者に切り替える。他方、制御部９は、前回実行した行動命令信号と今回実行しようとする行動命令信号とが同一である場合は、補正部１１の動作を後者に切り替える。
【００５７】
また、比較部１３は、メモリA１０に記憶されている画像データと、メモリB１２に記憶されている画像データと、を比較する場合と、メモリB１２に記憶されている画像データと、メモリC１７に記憶されている画像データと、を比較する場合と、の間で切替可能に構成されている。そして、制御部９は、比較部１３の動作の切り替えを所定の切替信号を送信することで制御するようになっている。詳しくは、制御部９は、初回の場合と、前回実行した行動命令信号と今回実行しようとする行動命令信号とが異なる場合は、比較部１３の動作を前者に切り替える。他方、制御部９は、前回実行した行動命令信号と今回実行しようとする行動命令信号とが同一である場合は、比較部１３の動作を後者に切り替える。
【００５８】
本実施形態において、メモリB１２に記憶されている画像データの変化の有無を判定する画像データ変化判定手段は、比較部１３とメモリC１７によって構成されている。
【００５９】
（作動）
次に、自律移動型ロボット１００の作動について説明する。
【００６０】
図７のS300〜S390については、上記第１実施形態と同様であるからその説明を割愛する。
【００６１】
補正部１１による補正後の画像データはメモリB１２とメモリC１７に送信され、メモリB１２とメモリC１７に夫々記憶される（S700）。
【００６２】
図７のS410〜S460については、上記第１実施形態と同様であるからその説明を割愛する。
【００６３】
制御部９は、行動パターンDB１４から受信して取得した行動パターンデータ内で、次に実行すべき行動命令信号の有無を判定する（S710）。そして、判定の結果、次に実行すべき行動命令信号が無い場合（S710：YES）は、処理は終了する（S450）。一方、判定の結果、次に実行すべき行動命令信号が有る場合（S710:NO）は、処理は図８のS720へと進み、制御部９は次の行動命令信号を取得することになる（S720）。
【００６４】
制御部９は、S720の処理前後で行動命令信号に変化があったかを判定する（S730）。制御部９の判定の結果、S720の処理前後で行動命令信号に変化があった場合（S730:NO）は、制御部９は補正部１１と比較部１３に上記の切替信号を送信して、補正部１１と比較部１３の作動が前述した前者となるように切り替えると共に、処理を図７のS340へと戻す。一方、制御部９の判定の結果、S720の処理前後で行動命令信号に変化がなかった場合（S730:YES）は、制御部９は補正部１１と比較部１３に上記の切替信号を送信して、補正部１１と比較部１３の作動が前述した後者となるように切り替えると共に、処理をS740へと進める。
【００６５】
即ち、行動命令信号に変化がなかったのであるから、メモリA１０の記憶内容を変更する必要はない。従って、S720で制御部９が取得した行動命令信号に基づいて画像データを取得したり、取得した画像データを改めてメモリA１０に記憶させることを要しない。
【００６６】
プロジェクタ４による投影（S740）、カメラ５による撮影（S750）、補正部１１による補正（S760）は、上記第１実施形態と同様であるから説明は割愛する。
【００６７】
補正後の画像データはメモリB１２にのみ送信され、メモリB１２にのみ記憶される（S770）。
【００６８】
次いで、比較部１３は、メモリB１２に記憶されている画像データと、メモリC１７に記憶されている画像データと、の一致不一致を公知のパターンマッチング技術を利用して比較判定する（S780）。
【００６９】
そして、比較部１３による比較判定の結果が不一致であった場合（S790:NO）は、比較部１３は、障害物を検知したとして、制御部９に対してアラーム信号を送信する（S800）。アラーム信号を受信した制御部９は、ロボット本体３と障害物との衝突を回避すべく、待機命令信号を駆動回路１６に送信し（S810）、駆動回路１６は待機制御を実行する。即ち、自律移動型ロボット１００が移動状態から停止状態へと切り替わる。そして、処理を終了する（S820）。
【００７０】
一方、比較部１３による比較判定の結果が一致であった場合（S790：YES）は、比較部１３は、障害物を検知しなかったとして、制御部９に対してアラーム信号を送信することなく、S720で取得した行動命令信号を駆動回路１６に送信し（S830）、駆動回路１６は受信した行動命令信号に基づいて各モータ７を駆動制御する。
【００７１】
次に、制御部９は、行動パターンDB１４から受信して取得した行動パターンデータ内で、次に実行すべき行動命令信号の有無を判定する（S840）。そして、判定の結果、次に実行すべき行動命令信号が無い場合（S840：YES）は、処理は終了する（S820）。一方、判定の結果、次に実行すべき行動命令信号が有る場合（S820:NO）は、処理はS720へと戻り、制御部９は次の行動命令信号を取得することになる（S720）。
【００７２】
（まとめ）
（２）以上説明したように本実施形態において障害物検知装置は、画像データを記憶するメモリA１０と、前記画像データに基づいて画像を投影するプロジェクタ４と、映し出された画像を撮影して画像データを生成するカメラ５と、生成された前記画像データを記憶するメモリB１２と、メモリB１２に記憶されている前記画像データの変化の有無を判定する画像データ変化判定手段（比較部１３、メモリC１７）と、を備える。◆以上の構成は、上記特許文献１に開示のレーザレンジファインダと比較して検知の原理がまるで異なるので、上記で指摘した問題点が全くない。即ち、上記の構成によれば、細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を確実に検知することができる。
【００７３】
（８）また、本実施形態では、障害物の検知は、画像を投影するステップ（S740）と、映し出された画像を撮影するステップ（S750）と、映し出された画像の変化の有無を判定するステップ（S780）と、を含む方法で行われる。◆以上の方法によれば、上記特許文献１に開示のレーザレンジファインダと比較して検知の原理がまるで異なるので、上記で指摘した問題点が全くない。即ち、上記の方法によれば、細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を確実に検知することができる。
【００７４】
以上に本願発明の好適な実施形態を説明したが、最後に、本願発明の技術思想と、公知の光切断法と、の違いについて詳しく説明しておく。図１０として、特開2010-014505号公報から抜き出した図面を添付した。この図からも判る通り、光切断法とは、光を水平方向に放射すると共にスリットで幅狭に絞り、この幅狭の光を別角度から観察することで、被観察物体の形状を三次元的に把握するための手段である。この光切断法は三次元測定器の分野において特に重宝されるものである。しかし、図１０に示すように、光切断法は、被観察物体を、光源から被観察物体を望む方角とは全く異なる方角から撮影することが理屈上必須である。従って、光切断法を自律移動体に適用しようとすると、自律移動体は幅広な、横長な形状となってしまい、スリムとは言い難く成る。この意味で、本願発明に係る障害物検知装置が如何に自律移動体に適しているか、容易に理解されよう。なお、言うまでもないが、自律移動体は、必ずしもスリムでなければならないわけではない。
【符号の説明】
【００７５】
３ ロボット本体
４ プロジェクタ
５ カメラ
１０ メモリA
１２ メモリB
１３ 比較部
１００ 自律移動型ロボット
【技術分野】
【０００１】
本発明は障害物検知装置、及びそれを備えた自律移動体、障害物検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術として、特許文献１は、移動領域に存在する物体の位置・形状を示す環境情報を取得するレーザレンジファインダを備えた自律移動体を開示している。ここで、レーザレンジファインダとは、所定の広がり角度でレーザ光を照射し、照射したレーザ光の反射光を受光するまでに要した時間と、照射角度と、に基づいて物体検知する装置とされる。特許文献１の段落番号００２７を参照されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２３７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記レーザレンジファインダにおいては、レーザ光の照射角度を水平にスイープさせる際、（１）スイープ範囲や（２）検知の頻度、（３）一回の検知に要する時間を考慮して、例えば図９に示すように照射角度を例えば２度ずつ変化させるようにしている。なぜなら、照射角度の変化幅Δθと上記（１）〜（３）とは、トレードオフの関係にあるからである。これが故に、物体の検知に際し、図９に示すように必然的にある種の検知の歯抜けなるものが認められる。要するに、上記レーザレンジファインダを用いた物体検知では、細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を全く検知できない場合があった。
【０００５】
本願発明の目的は、細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を確実に検知可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明の第１の観点によれば、以下のように構成される障害物検知装置が提供される。即ち、障害物検知装置は、画像データを記憶する第1画像データ記憶手段と、前記画像データに基づいて画像を投影する画像投影手段と、映し出された画像を撮影して画像データを生成する画像撮影手段と、生成された前記画像データを記憶する第2画像データ記憶手段と、前記第1画像データ記憶手段に記憶されている前記画像データと、前記第2画像データ記憶手段に記憶されている前記画像データと、を比較する画像データ比較手段と、を備える。◆以上の構成は、上記特許文献１に開示のレーザレンジファインダと比較して検知の原理がまるで異なるので、上記で指摘した問題点が全くない。即ち、上記の構成によれば、細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を確実に検知することができる。
【０００７】
本願発明の第２の観点によれば、以下のように構成される障害物検知装置が提供される。即ち、障害物検知装置は、画像データを記憶する第1画像データ記憶手段と、前記画像データに基づいて画像を投影する画像投影手段と、映し出された画像を撮影して画像データを生成する画像撮影手段と、生成された前記画像データを記憶する第2画像データ記憶手段と、前記第2画像データ記憶手段に記憶されている前記画像データの変化の有無を判定する画像データ変化判定手段と、を備える。◆以上の構成は、上記特許文献１に開示のレーザレンジファインダと比較して検知の原理がまるで異なるので、上記で指摘した問題点が全くない。即ち、上記の構成によれば、細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を確実に検知することができる。
【０００８】
本願発明の第３の観点によれば、以下のように構成される自律移動体が提供される。即ち、自律移動体は、自律移動体本体と、前記自律移動体本体を移動させるための駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、上記の障害物検知装置と、を備える。◆以上の構成によれば、優れた障害物検知装置を備えた自律移動体が提供される。
【０００９】
上記の自律移動体は、更に、以下のように構成される。即ち、前記画像投影手段は、前記画像を水平よりも下向きに投影する。◆以上の構成によれば、前記画像を水平に投影した場合と比較して、前記自律移動体の近傍に前記画像が映し出されるので、この点、前記画像撮影手段が映し出された前記画像を問題なく撮影することができるようになる。
【００１０】
上記の自律移動体は、更に、以下のように構成される。即ち、前記制御手段は、前記自律移動体本体の移動方向に応じて異なる画像データを前記第１画像データ記憶手段に記憶させる。◆以上の構成によれば、前記自律移動体の周囲にいる人達に、前記自律移動体の移動方向を知らせることができる。
【００１１】
上記の自律移動体は、更に、以下のように構成される。即ち、前記第１画像データ記憶手段に記憶される前記画像データの画像は、矢印模様である。
【００１２】
本願発明の第４の観点によれば、障害物の検知は、以下のような方法で行われる。即ち、画像を投影するステップと、映し出された画像を撮影するステップと、投影した画像と、映し出された画像と、を比較するステップと、を含む方法で行われる。◆以上の方法によれば、上記特許文献１に開示のレーザレンジファインダと比較して検知の原理がまるで異なるので、上記で指摘した問題点が全くない。即ち、上記の方法によれば、細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を確実に検知することができる。
【００１３】
本願発明の第５の観点によれば、障害物の検知は、以下のような方法で行われる。即ち、画像を投影するステップと、映し出された画像を撮影するステップと、映し出された画像の変化の有無を判定するステップと、を含む方法で行われる。◆以上の方法によれば、上記特許文献１に開示のレーザレンジファインダと比較して検知の原理がまるで異なるので、上記で指摘した問題点が全くない。即ち、上記の方法によれば、細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を確実に検知することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明によれば、細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を確実に検知することができる技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本願発明の第１実施形態に係る自律移動型ロボットの斜視図
【図２】自律移動型ロボットの機能ブロック図
【図３】画像DBに格納された画像データの画像を例示する図
【図４】自律移動型ロボットの制御フロー
【図５】図５（ａ）は投影される画像を示し、図５（ｂ）は映し出された画像を示し、図５（ｃ）は補正後の画像を示す。
【図６】本願発明の第２実施形態に係る自律移動型ロボットの機能ブロック図
【図７】自律移動型ロボットの制御フロー
【図８】自律移動型ロボットの制御フロー
【図９】関連技術の問題点を指摘するための平面図
【図１０】関連技術の問題点を指摘するための斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、図１〜図５を参照しつつ、本願発明の第１実施形態に係る自律移動型ロボットを説明する。
【００１７】
図１には、本実施形態に係る自律移動型ロボット１００（自律移動体）が紙面左下に向かって前進走行している様子を示している。図１及び図２に示すように、自律移動型ロボット１００は、頭部１と胴部２から成るロボット本体３（自律移動体本体）と、頭部１の側面に設けられたプロジェクタ４（画像投影手段）と、胴部２の側面に設けられたカメラ５（画像撮影手段）と、胴部２の側面に取り付けられた４つの車輪６と、車輪６を回転駆動するための４つのモータ７と、制御ユニット８と、を主たる構成として備えている。
【００１８】
図１に示すように、上記の頭部１は胴部２上に搭載されたかたちとなっており、プロジェクタ４とカメラ５は、自律移動型ロボット１００の平面視で同一方向に向けられている。従って、図１の斜視図において、プロジェクタ４はカメラ５の略上方に配置されることになる。この構成で、自律移動型ロボット１００がプロジェクタ４やカメラ５の向いている方向に向かって前進又は後進できるよう、上記の車輪６は自律移動型ロボット１００の正面視でカメラ５を挟む位置に設けられている。更に言えば、カメラ５を挟んで片側の車輪６の回転数と、他側の車輪６の回転数と、を違わせることで、自律移動型ロボット１００は、問題なく右折や左折ができるようになっている。
【００１９】
図２に示す制御ユニット８は、中央演算処理器としてのCPU（Central Processing Unit）と、読み書き自在のRAM（Random Access Memory）、読み出し専用のROM（Read Only Memory）を備えている。そして、CPUがROMに記憶されている制御プログラムを読み出して実行することで、制御プログラムは、CPUなどのハードウェアを、制御部９（制御手段、投影画像作成手段）、メモリA１０（第1画像データ記憶手段）、補正部１１（画像処理手段）、メモリB１２（第2画像データ記憶手段）、比較部１３（画像データ比較手段、障害物検出手段）、行動パターンDB１４、画像DB１５、として機能させる。制御ユニット８は、更に、駆動回路１６（駆動手段）を備えている。
【００２０】
（DB関連）
行動パターンDB１４は、自律移動型ロボット１００の行動パターンデータを複数、記憶している。行動パターンデータとは、例えば、A地点からB地点へと移動する２点間パターンデータなどが挙げられる。そして、各行動パターンデータは、「go straight by one unit of length（前進）」、「turn right while going by one unit of length（右折）」、「turn left while going by one unit of length（左折）」といった行動命令信号の組み合わせで構成されている。画像DB１５には、図３に示すように、連番のインデックスと関連付けられたかたちで、複数の青色矢印模様（進行方向指示マーク）が画像データとして蓄積されている。例えばインデックス０の画像は、前進移動をイメージしている。同様に、インデックス１の画像は右折移動をイメージし、インデックス２の画像は左折移動をイメージしている。
【００２１】
（基本動作）
制御部９は、駆動回路１６を制御する。具体的には、制御部９は、行動パターンDB１４に行動パターンデータ要求信号を送信することで、行動パターンDB１４から所望の行動パターンデータを受信する。そして、制御部９は、受信した行動パターンデータに含まれる多数の行動命令信号を先頭から末尾に向かって順番に駆動回路１６に送信する。駆動回路１６は、ロボット本体３を移動させるためのものである。具体的には、駆動回路１６は、制御部９から受信した行動命令信号に基づいて各モータ７を駆動制御し、これにより、ロボット本体３を前進させたり右折又は左折させたり、或いは停止させたりする。
【００２２】
（画像生成）
制御部９は、駆動回路１６に送信しようとする行動命令信号に基づいて画像DB１５に画像データ要求信号を送信し、画像DB１５から所望の画像データを受信する。具体的には、例えば駆動回路１６に送信しようとする行動命令信号が「go straight by one unit of length」であるとき、制御部９は、画像DB１５に「get index 0」などといった画像データ要求信号を送信し、画像DB１５からインデックス０の画像データを受信する（図３、図５（ａ）も併せて参照）。制御部９は、画像DB１５から受信した画像データをメモリA１０へ送信して記憶させる。従って、別の言葉で言えば、制御部９は、ロボット本体３の移動方向に応じて異なる画像データを画像DB１５から取得すると共にメモリA１０に記憶させる。
【００２３】
（投影）
メモリA１０は、制御部９から受信した画像データを記憶する。このメモリA１０に記憶されている画像データは、プロジェクタ４によって随時読み出される。プロジェクタ４は、メモリA１０から読み出した画像データに基づいて画像を生成すると共にその画像を自律移動型ロボット１００の正面方向に投影する。具体的には、プロジェクタ４は、上記画像を図１に示すように若干斜め下向き、少なくとも水平よりも下向きに投影する。
【００２４】
（撮影及び補正）
カメラ５は、プロジェクタ４によって投影されることで主として地面G（図１を併せて参照）に映し出された画像を撮影して画像データを生成し、生成した画像データを補正部１１に送信する。補正部１１は、カメラ５が生成した画像データを補正する。具体的には、補正部１１は、カメラ５によって生成された画像データから、矢印模様相当部分Pのみを抽出すると共に、投影に伴って発生した間延びを相殺する形状補正をする。更に具体的には、補正部１１は、カメラ５が撮影した風景の色合いや明暗などを十分に加味しつつ、矢印模様相当部分Pとそれ以外の部分との違いを強調できるようなフィルタリング処理を画像データに対して実行する。このようなフィルタリング処理の一例としては、画像データの各ピクセルの三原色のうち青成分に対して閾値を設け、この閾値を下回るピクセルは白とし、反対に上回るピクセルは黒とする、などが挙げられる。次に、補正部１１は、フィルタリング処理された画像データに対して形状補正のフィルタリング処理を実行する。このフィルタリング処理の一例としては、自律移動型ロボット１００の側面視で特定できるプロジェクタ４の投影角度、プロジェクタ４に対するカメラ５の相対的な位置関係、などを加味しつつ、プロジェクタ４による投影によって発生した間延びを相殺する、などが挙げられる（図５（ｂ）及び（ｃ）も併せて参照）。そして、補正部１１は、各種のフィルタリング処理後の画像データから矢印模様相当部分Pのみを抽出し、上記抽出によって生成した画像データ（図５（ｃ）参照）をメモリB１２に送信して記憶させる。
【００２５】
（パターンマッチング）
比較部１３は、メモリA１０に記憶されている画像データと、メモリB１２に記憶されている画像データと、を比較する。具体的には、比較部１３は、メモリA１０から読み込んだ画像データの画像と、メモリB１２から読み込んだ画像データの画像と、の一致不一致を公知のパターンマッチング技術を利用して比較判定する。このパターンマッチングによる一致不一致の判定の閾値は、自律移動型ロボット１００が走行する環境に応じて適宜に調整すればよい。そして、比較判定の結果が不一致であった場合は、比較部１３は、障害物を検知したとして、制御部９に対してアラーム信号を送信する。一方、比較判定の結果が一致であった場合は、比較部１３は、障害物を検知しなかったとして、制御部９に対してアラーム信号を送信しない。
【００２６】
制御部９は、アラーム信号を受信すると、待機命令信号を駆動回路１６に対して送信する。
【００２７】
本実施形態において、障害物検知装置は、少なくとも、メモリA１０と、プロジェクタ４と、カメラ５と、メモリB１２と、比較部１３を含んで構成されている。
【００２８】
（作動）
次に、自律移動型ロボット１００の作動について説明する。
【００２９】
先ず、オペレータが自律移動型ロボット１００の電源を投入し（S300）、続いて図略の入力手段を用いて行動パターンデータを指定する（S310）。
【００３０】
オペレータが行動パターンデータを指定すると（S310）、制御部９は、行動パターンデータ要求信号を行動パターンDB１４に送信することで、行動パターンDB１４から所望の行動パターンデータを受信する（S320）。
【００３１】
次いで、制御部９は、受信した行動パターンデータの先頭の行動命令信号から末尾の行動命令信号に向かって順に実行していく。概略的に言えば、制御部９は、先頭の行動命令信号から末尾の行動命令信号に向かって一つずつ順に、S330で行動命令信号を取得し、S460で行動命令信号を実行し、すべての行動命令信号を実行したら（S470：YES）、処理を終了させる（S450）。
【００３２】
詳しくは、制御部９は、実行しようとする行動命令信号を取得する。（S330）。そして、制御部９は、取得した行動命令信号に基づいて（S340）画像DB１５に画像データ要求信号を送信することで、所望の画像データを画像DB１５から受信して取得する（S350〜S352）。具体的には、制御部９が実行しようとする行動命令信号が「go straight by one unit of length」であったとき、画像データ要求信号は「get index 0」となり、この画像データ要求信号が制御部９から画像DB１５に送信される。これを受けて、画像DB１５は、インデックス０の画像データを制御部９に送信する。この画像データの画像は、従って、図５（ａ）で示すものとなる。
【００３３】
制御部９は、画像DB１５から受信した画像データをメモリA１０に記憶させる（S360）。
【００３４】
プロジェクタ４は、メモリA１０から読み込んだ画像データに基づいて画像を自律移動型ロボット１００の正面側に、若干斜め下向きに投影する（S370)。このとき、地面や障害物に映し出された画像は、例えば図５（ｂ）のようになる。
【００３５】
カメラ５は、プロジェクタ４によって投影されることで図５（ｂ）のように映し出された画像を撮影して画像データを生成し（S380）、生成した画像データを補正部１１に送信する。
【００３６】
補正部１１は、カメラ５によって生成された画像データから、プロジェクタ４によって投影された矢印模様相当部分Pのみを抽出すると共に、投影に伴って間延びした画像を元に戻す形状補正を画像データに対して実行する（S390）。補正後の画像データの画像を図５（ｃ）に示す。
【００３７】
補正後の画像データはメモリB１２に送信され、メモリB１２に記憶される（S400）。
【００３８】
次いで、比較部１３は、メモリA１０に記憶されている画像データの画像（図５（ａ）参照）と、メモリB１２に記憶されている画像データの画像（図５（ｃ）参照）と、の一致不一致を公知のパターンマッチング技術を利用して比較判定する（S410）。ここで、図４の「パターンマッチング（A,B）」の「（A,B）」は、メモリA１０とメモリB１２を示唆するものである。
【００３９】
そして、比較部１３による比較判定の結果が不一致であった場合（S420:NO）は、比較部１３は、障害物を検知したとして、制御部９に対してアラーム信号を送信する（S430）。アラーム信号を受信した制御部９は、ロボット本体３と障害物との衝突を回避すべく、待機命令信号を駆動回路１６に送信し（S440）、駆動回路１６は待機制御を実行する。即ち、自律移動型ロボット１００が移動状態から停止状態へと切り替わる。そして、処理を終了する（S450）。
【００４０】
一方、比較部１３による比較判定の結果が一致であった場合（S420：YES）は、比較部１３は、障害物を検知しなかったとして、制御部９に対してアラーム信号を送信することなく、S330で取得した行動命令信号を駆動回路１６に送信し（S460）、駆動回路１６は受信した行動命令信号に基づいて各モータ７を駆動制御する。即ち、ここでは、行動命令信号は「go straight by one unit of length」であるから、自律移動型ロボット１００は単位距離だけ前進する。
【００４１】
次に、制御部９は、行動パターンDB１４から受信して取得した行動パターンデータ内で、次に実行すべき行動命令信号の有無を判定する（S470）。そして、判定の結果、次に実行すべき行動命令信号が無い場合（S470：YES）は、処理は終了する（S450）。一方、判定の結果、次に実行すべき行動命令信号が有る場合（S470:NO）は、処理はS330へと戻り、制御部９は次の行動命令信号を取得することになる（S330）。
【００４２】
（まとめ）
（１）以上説明したように上記実施形態において障害物検知装置は、画像データを記憶するメモリA１０と、前記画像データに基づいて画像を投影するプロジェクタ４と、映し出された画像を撮影して画像データを生成するカメラ５と、生成された前記画像データを記憶するメモリB１２と、メモリA１０に記憶されている前記画像データと、メモリB１２に記憶されている前記画像データと、を比較する比較部１３と、を備える。◆以上の構成は、上記特許文献１に開示のレーザレンジファインダと比較して検知の原理がまるで異なるので、上記で指摘した問題点が全くない。即ち、上記の構成によれば、細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を確実に検知することができる。
【００４３】
（３）また、自律移動型ロボット１００は、ロボット本体３と、ロボット本体３を移動させるための駆動回路１６と、駆動回路１６を制御する制御部９と、上記の障害物検知装置と、を備える。◆以上の構成によれば、優れた障害物検知装置を備えた自律移動型ロボット１００が提供される。
【００４４】
なお、上記の優れた障害物検知装置は、自律移動型ロボット１００に限らず、他の自律移動体にも応用することができる。例えば、自立移動型であって倒立二輪機能を有するロボット車椅子にも上記障害物検知装置は適用することができる。
【００４５】
（４）プロジェクタ４は、前記画像を水平よりも下向きに投影する。◆以上の構成によれば、前記画像を水平に投影した場合と比較して、自律移動型ロボット１００の近傍に前記画像が映し出されるので、この点、カメラ５が映し出された前記画像を問題なく撮影することができるようになる。要するに、障害物の検知率の向上に寄与する。
【００４６】
なお、プロジェクタ４が画像を投影する方向は、必ずしも斜め下向きである必要はなく、水平や斜め上方とすることは許容され得る。
【００４７】
（５）制御部９は、図３や図４のS340に示すように、ロボット本体３の移動方向に応じて異なる画像データをメモリA１０に記憶させる。◆以上の構成によれば、自律移動型ロボット１００の周囲にいる人達に、自律移動型ロボット１００の移動方向を知らせることができる。この技術は、ロボットと人との調和に貢献すると考えられる。
【００４８】
（６）メモリA１０に記憶される前記画像データの画像は、図３に示すように、矢印模様であることが好ましい。このように矢印模様を採用することで、自律移動型ロボット１００の移動方向を自律移動型ロボット１００の周囲にいる人達に強烈にアピールできるので、その人達には、投影された矢印模様から極力離れておこうとする心理的作用が生じ、ひいてはロボットと人との衝突回避に貢献する。
【００４９】
（７）また、本実施形態では、障害物の検知は、画像を投影するステップ（S370）と、映し出された画像を撮影するステップ（S380）と、投影した画像と、映し出された画像と、を比較するステップ（S410）と、を含む方法で行われる。◆以上の方法によれば、上記特許文献１に開示のレーザレンジファインダと比較して検知の原理がまるで異なるので、上記で指摘した問題点が全くない。即ち、上記の方法によれば、細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を確実に検知することができる。
【００５０】
以上に本願発明の好適な第１実施形態を説明したが、以下、若干補足説明をする。
【００５１】
自律移動体の分野における今後の傾向として、自律移動体には画像認識モジュールとしてのカメラが必須の構成として搭載されると考えられる。また、自律移動体自身の意思表示のために、自律移動体にはプロジェクタが搭載されるものと予測される。一方で、上記実施形態における障害物検知装置は、カメラ５やプロジェクタ４を利用するものである。この点、上記実施形態に係る障害物検知装置は、自律移動体の分野における今後の予測されるトレンドに乗り易い構成であると評価することができる。
【００５２】
（第２実施形態）
以下、図６〜図８を参照しつつ、本願発明の第２実施形態に係る自律移動型ロボットを説明する。以下、本実施形態が上記第１実施形態と相違する点を中心に説明し、重複する説明は適宜割愛する。上記第１実施形態の構成要素と対応する構成要素には原則として同一の符号を付す。
【００５３】
本実施形態の概要は次の通りである。即ち、上記第１実施形態では、投影した画像と、映し出された画像と、の一致不一致を判定することで障害物を検知している。これに対し、第２実施形態では、次に実行しようとする行動命令信号が前回実行した行動命令信号と違わない場合は、投影する画像も変化しないことから、映し出された画像に変化があったか否かを単に判定することで障害物を検知することとしている。
【００５４】
詳しくは、図６に示すように、本実施形態に係る制御ユニット８は、メモリA１０やメモリB１２に加えて、メモリC１７を備えている。
【００５５】
そして、本実施形態において制御部９は、補正部１１と比較部１３の動作を制御できるようになっている。
【００５６】
具体的には、補正部１１は、補正後の画像データをメモリB１２とメモリC１７に送信して夫々に記憶させる場合と、補正後の画像データをメモリB１２のみに送信して記憶させる場合と、の間で切替可能に構成されている。そして、制御部９は、補正部１１の動作の切り替えを所定の切替信号を送信することで制御するようになっている。詳しくは、制御部９は、初回の場合と、前回実行した行動命令信号と今回実行しようとする行動命令信号とが異なる場合は、補正部１１の動作を前者に切り替える。他方、制御部９は、前回実行した行動命令信号と今回実行しようとする行動命令信号とが同一である場合は、補正部１１の動作を後者に切り替える。
【００５７】
また、比較部１３は、メモリA１０に記憶されている画像データと、メモリB１２に記憶されている画像データと、を比較する場合と、メモリB１２に記憶されている画像データと、メモリC１７に記憶されている画像データと、を比較する場合と、の間で切替可能に構成されている。そして、制御部９は、比較部１３の動作の切り替えを所定の切替信号を送信することで制御するようになっている。詳しくは、制御部９は、初回の場合と、前回実行した行動命令信号と今回実行しようとする行動命令信号とが異なる場合は、比較部１３の動作を前者に切り替える。他方、制御部９は、前回実行した行動命令信号と今回実行しようとする行動命令信号とが同一である場合は、比較部１３の動作を後者に切り替える。
【００５８】
本実施形態において、メモリB１２に記憶されている画像データの変化の有無を判定する画像データ変化判定手段は、比較部１３とメモリC１７によって構成されている。
【００５９】
（作動）
次に、自律移動型ロボット１００の作動について説明する。
【００６０】
図７のS300〜S390については、上記第１実施形態と同様であるからその説明を割愛する。
【００６１】
補正部１１による補正後の画像データはメモリB１２とメモリC１７に送信され、メモリB１２とメモリC１７に夫々記憶される（S700）。
【００６２】
図７のS410〜S460については、上記第１実施形態と同様であるからその説明を割愛する。
【００６３】
制御部９は、行動パターンDB１４から受信して取得した行動パターンデータ内で、次に実行すべき行動命令信号の有無を判定する（S710）。そして、判定の結果、次に実行すべき行動命令信号が無い場合（S710：YES）は、処理は終了する（S450）。一方、判定の結果、次に実行すべき行動命令信号が有る場合（S710:NO）は、処理は図８のS720へと進み、制御部９は次の行動命令信号を取得することになる（S720）。
【００６４】
制御部９は、S720の処理前後で行動命令信号に変化があったかを判定する（S730）。制御部９の判定の結果、S720の処理前後で行動命令信号に変化があった場合（S730:NO）は、制御部９は補正部１１と比較部１３に上記の切替信号を送信して、補正部１１と比較部１３の作動が前述した前者となるように切り替えると共に、処理を図７のS340へと戻す。一方、制御部９の判定の結果、S720の処理前後で行動命令信号に変化がなかった場合（S730:YES）は、制御部９は補正部１１と比較部１３に上記の切替信号を送信して、補正部１１と比較部１３の作動が前述した後者となるように切り替えると共に、処理をS740へと進める。
【００６５】
即ち、行動命令信号に変化がなかったのであるから、メモリA１０の記憶内容を変更する必要はない。従って、S720で制御部９が取得した行動命令信号に基づいて画像データを取得したり、取得した画像データを改めてメモリA１０に記憶させることを要しない。
【００６６】
プロジェクタ４による投影（S740）、カメラ５による撮影（S750）、補正部１１による補正（S760）は、上記第１実施形態と同様であるから説明は割愛する。
【００６７】
補正後の画像データはメモリB１２にのみ送信され、メモリB１２にのみ記憶される（S770）。
【００６８】
次いで、比較部１３は、メモリB１２に記憶されている画像データと、メモリC１７に記憶されている画像データと、の一致不一致を公知のパターンマッチング技術を利用して比較判定する（S780）。
【００６９】
そして、比較部１３による比較判定の結果が不一致であった場合（S790:NO）は、比較部１３は、障害物を検知したとして、制御部９に対してアラーム信号を送信する（S800）。アラーム信号を受信した制御部９は、ロボット本体３と障害物との衝突を回避すべく、待機命令信号を駆動回路１６に送信し（S810）、駆動回路１６は待機制御を実行する。即ち、自律移動型ロボット１００が移動状態から停止状態へと切り替わる。そして、処理を終了する（S820）。
【００７０】
一方、比較部１３による比較判定の結果が一致であった場合（S790：YES）は、比較部１３は、障害物を検知しなかったとして、制御部９に対してアラーム信号を送信することなく、S720で取得した行動命令信号を駆動回路１６に送信し（S830）、駆動回路１６は受信した行動命令信号に基づいて各モータ７を駆動制御する。
【００７１】
次に、制御部９は、行動パターンDB１４から受信して取得した行動パターンデータ内で、次に実行すべき行動命令信号の有無を判定する（S840）。そして、判定の結果、次に実行すべき行動命令信号が無い場合（S840：YES）は、処理は終了する（S820）。一方、判定の結果、次に実行すべき行動命令信号が有る場合（S820:NO）は、処理はS720へと戻り、制御部９は次の行動命令信号を取得することになる（S720）。
【００７２】
（まとめ）
（２）以上説明したように本実施形態において障害物検知装置は、画像データを記憶するメモリA１０と、前記画像データに基づいて画像を投影するプロジェクタ４と、映し出された画像を撮影して画像データを生成するカメラ５と、生成された前記画像データを記憶するメモリB１２と、メモリB１２に記憶されている前記画像データの変化の有無を判定する画像データ変化判定手段（比較部１３、メモリC１７）と、を備える。◆以上の構成は、上記特許文献１に開示のレーザレンジファインダと比較して検知の原理がまるで異なるので、上記で指摘した問題点が全くない。即ち、上記の構成によれば、細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を確実に検知することができる。
【００７３】
（８）また、本実施形態では、障害物の検知は、画像を投影するステップ（S740）と、映し出された画像を撮影するステップ（S750）と、映し出された画像の変化の有無を判定するステップ（S780）と、を含む方法で行われる。◆以上の方法によれば、上記特許文献１に開示のレーザレンジファインダと比較して検知の原理がまるで異なるので、上記で指摘した問題点が全くない。即ち、上記の方法によれば、細い棒や細い柱、人間の脚といった細物を確実に検知することができる。
【００７４】
以上に本願発明の好適な実施形態を説明したが、最後に、本願発明の技術思想と、公知の光切断法と、の違いについて詳しく説明しておく。図１０として、特開2010-014505号公報から抜き出した図面を添付した。この図からも判る通り、光切断法とは、光を水平方向に放射すると共にスリットで幅狭に絞り、この幅狭の光を別角度から観察することで、被観察物体の形状を三次元的に把握するための手段である。この光切断法は三次元測定器の分野において特に重宝されるものである。しかし、図１０に示すように、光切断法は、被観察物体を、光源から被観察物体を望む方角とは全く異なる方角から撮影することが理屈上必須である。従って、光切断法を自律移動体に適用しようとすると、自律移動体は幅広な、横長な形状となってしまい、スリムとは言い難く成る。この意味で、本願発明に係る障害物検知装置が如何に自律移動体に適しているか、容易に理解されよう。なお、言うまでもないが、自律移動体は、必ずしもスリムでなければならないわけではない。
【符号の説明】
【００７５】
３ ロボット本体
４ プロジェクタ
５ カメラ
１０ メモリA
１２ メモリB
１３ 比較部
１００ 自律移動型ロボット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データを記憶する第1画像データ記憶手段と、
前記画像データに基づいて画像を投影する画像投影手段と、
映し出された画像を撮影して画像データを生成する画像撮影手段と、
生成された前記画像データを記憶する第2画像データ記憶手段と、
前記第1画像データ記憶手段に記憶されている前記画像データと、前記第2画像データ記憶手段に記憶されている前記画像データと、を比較する画像データ比較手段と、
を備える、
障害物検知装置。
【請求項２】
画像データを記憶する第1画像データ記憶手段と、
前記画像データに基づいて画像を投影する画像投影手段と、
映し出された画像を撮影して画像データを生成する画像撮影手段と、
生成された前記画像データを記憶する第2画像データ記憶手段と、
前記第2画像データ記憶手段に記憶されている前記画像データの変化の有無を判定する画像データ変化判定手段と、
を備える、
障害物検知装置。
【請求項３】
自律移動体本体と、
前記自律移動体本体を移動させるための駆動手段と、
前記駆動手段を制御する制御手段と、
請求項１又は２に記載の障害物検知装置と、
を備えた、自律移動体。
【請求項４】
請求項３に記載の自律移動体であって、
前記画像投影手段は、前記画像を水平よりも下向きに投影する、
自律移動体。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の自律移動体であって、
前記制御手段は、前記自律移動体本体の移動方向に応じて異なる画像データを前記第１画像データ記憶手段に記憶させる、
自律移動体。
【請求項６】
請求項５に記載の自律移動体であって、
前記第１画像データ記憶手段に記憶される前記画像データの画像は、矢印模様である、
自律移動体。
【請求項７】
画像を投影するステップと、
映し出された画像を撮影するステップと、
投影した画像と、映し出された画像と、を比較するステップと、
を含む、障害物検知方法。
【請求項８】
画像を投影するステップと、
映し出された画像を撮影するステップと、
映し出された画像の変化の有無を判定するステップと、
を含む、障害物検知方法。
【請求項１】
画像データを記憶する第1画像データ記憶手段と、
前記画像データに基づいて画像を投影する画像投影手段と、
映し出された画像を撮影して画像データを生成する画像撮影手段と、
生成された前記画像データを記憶する第2画像データ記憶手段と、
前記第1画像データ記憶手段に記憶されている前記画像データと、前記第2画像データ記憶手段に記憶されている前記画像データと、を比較する画像データ比較手段と、
を備える、
障害物検知装置。
【請求項２】
画像データを記憶する第1画像データ記憶手段と、
前記画像データに基づいて画像を投影する画像投影手段と、
映し出された画像を撮影して画像データを生成する画像撮影手段と、
生成された前記画像データを記憶する第2画像データ記憶手段と、
前記第2画像データ記憶手段に記憶されている前記画像データの変化の有無を判定する画像データ変化判定手段と、
を備える、
障害物検知装置。
【請求項３】
自律移動体本体と、
前記自律移動体本体を移動させるための駆動手段と、
前記駆動手段を制御する制御手段と、
請求項１又は２に記載の障害物検知装置と、
を備えた、自律移動体。
【請求項４】
請求項３に記載の自律移動体であって、
前記画像投影手段は、前記画像を水平よりも下向きに投影する、
自律移動体。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の自律移動体であって、
前記制御手段は、前記自律移動体本体の移動方向に応じて異なる画像データを前記第１画像データ記憶手段に記憶させる、
自律移動体。
【請求項６】
請求項５に記載の自律移動体であって、
前記第１画像データ記憶手段に記憶される前記画像データの画像は、矢印模様である、
自律移動体。
【請求項７】
画像を投影するステップと、
映し出された画像を撮影するステップと、
投影した画像と、映し出された画像と、を比較するステップと、
を含む、障害物検知方法。
【請求項８】
画像を投影するステップと、
映し出された画像を撮影するステップと、
映し出された画像の変化の有無を判定するステップと、
を含む、障害物検知方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１８６８３８（Ｐ２０１１−１８６８３８Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５２０７７（Ｐ２０１０−５２０７７）
【出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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