JP2007283434A

JP2007283434A - 自律移動装置

Info

Publication number: JP2007283434A
Application number: JP2006113456A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Matsubara; 利之松原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-04-17
Filing date: 2006-04-17
Publication date: 2007-11-01
Anticipated expiration: 2026-04-17
Also published as: JP4839939B2

Abstract

【課題】使用者の運動を正確に計測することが可能な自律移動装置を提供する。
【解決手段】特定の人のそばについて自律的に移動する自律移動装置１０において、特定の人の姿勢を検出し、検出された姿勢の経時変化に基づいて特定の人の運動状態を認識する運動状態認識手段２２を備える。運動状態認識手段２２は、認識された運動状態に基づいて特定の人の運動量を算出する。また、運動状態認識手段２２により認識された特定の人の姿勢又は運動状態が不適当である場合に、特定の人に警報を発する警報手段３８をさらに備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、自律的に移動する自律移動装置に関する。

従来から、自律的に移動する自律移動型ロボットが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の自律移動型ロボットは、安全に荷物を運搬することを用途としている。
特開２００１−２８７１８３号公報

上述した従来技術に係る自律移動型ロボットでは、自律移動装置の使用者の運動を計測することに関してはなんら考慮されていない。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、使用者の運動を正確に計測することが可能な自律移動装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明は、特定の人のそばについて自律的に移動する自律移動装置において、特定の人の姿勢を検出し、検出された姿勢の経時変化に基づいて特定の人の運動状態を認識する運動状態認識手段を備えることを特徴とする。この構成によれば、自律移動装置は、特定の人のそばについて移動して、特定の人の姿勢を継続的に検出する。そして、自律移動装置は、検出された姿勢の経時変化に基づいて特定の人の運動状態を認識するため、特定の人の継続的な運動状態を正確に認識することができる。

上述した自律移動装置において、運動状態認識手段は、認識された運動状態に基づいて特定の人の運動量を算出することが好ましい。この構成によれば、自律移動装置は、特定の人の運動状態に基づいて特定の人の運動量を算出するため、自律移動装置は、特定の人の正確な運動量の情報を提供することができる。ここで、運動状態認識手段は、特定の人の体の部位ごとの運動量を算出することができる。また、特定の人の体の部位ごとの運動量を加算して、特定の人の体全体の運動量を算出することもできる。

上述した自律移動装置は、運動状態認識手段により認識された特定の人の姿勢又は運動状態が不適当である場合に、特定の人に警報を発する警報手段をさらに備えることが好ましい。この構成によれば、自律移動装置は、特定の人の姿勢又は運動状態が不適当である場合に特定の人に警報を発するため、特定の人に不適当な姿勢であることを知らせることができる。ここで、不適当な姿勢又は運動状態とは、例えば、腰を痛めるように荷物を持ち上げる姿勢や、過度に長い時間椅子に座っている運動状態である。

本発明に係る自律移動装置によれば、特定の人のそばについて自律的に移動すると共に、特定の人の継続的な運動状態を正確に認識することができる。

以下、図面を参照して、本発明の自律移動装置に係る好適な実施の形態について詳細に説明する。以下に説明する自律移動装置は、この自律移動装置を使用する特定の人（以下「主人」という）のそばについて、主人に追従するように、または主人を誘導するように自律的に移動するものである。

先ず、図１を参照して、実施形態に係る自律移動装置１０の構成について説明する。図１は、自律移動装置１０の構成を示すブロック図である。自律移動装置１０は、主人及びその周囲環境の情報を取得するためのカメラ１２と、通信機能を有する他の装置との間で通信を行うための通信機１４と、自律移動装置１０の動作を制御するための電子制御ユニット（Electrical Control Unit：以下、ＥＣＵと呼ぶ）２０と、ＥＣＵ２０により制御される電動モータ３０と、電動モータ３０により駆動される車輪３２と、を備えている。また、自律移動装置１０は、自律移動装置１０の存在位置を検出するためのＧＰＳ装置３４と、ユーザに対して各種情報を提供するディスプレイ３６及びスピーカ３８と、を備えている。これらの構成について、より詳しく説明する。

カメラ１２は、主人及びその周囲環境を撮影して画像データを生成する手段であり、具体的には、カラー画像を取得するＣＣＤカメラ、赤外線画像を取得する赤外線カメラである。また、カメラ１２として、レーザを走査して主人及びその周囲環境にある物体までの距離を計測して３次元距離画像を取得するレーザレンジファインダも設けられている。以下の説明では、ＣＣＤカメラ、赤外線カメラ、レーザレンジファインダ等を総称して、「カメラ」と呼ぶ。カメラ１２は、画像データをＥＣＵ２０に出力する。

通信機１４は、送信機１６および受信機１８を含んで構成され、例えば、自律移動装置１０の周囲にある携帯電話網の中継基地局などのインフラストラクチャなどとの間で情報を送受信するものである。通信機１４は、例えば半径約１００ｍの範囲で情報の送受信を行うことが可能に設定されている。また、通信機１４は、所定の情報を送信する小型送信機である無線ＩＣタグが周囲に存在する場合には、その無線ＩＣタグから送信される情報を受信する。通信機１４とＥＣＵ２０とは、相互に情報の交換が可能となるように構成されている。即ち、ＥＣＵ２０で生成された送信情報は、ＥＣＵ２０から送信機１６に伝送される。一方、受信機１８によって受信された各種の情報は、受信機１８からＥＣＵ２０に伝送される。

ディスプレイ３６及びスピーカ３８は、ユーザに対して情報を提供する手段である。ディスプレイ３６とＥＣＵ２０とは接続されており、ＥＣＵ２０からディスプレイ３６に制御信号が出力されると、ディスプレイ３６はＥＣＵ２０からの制御信号に応じて各種情報を表示する。また、スピーカ３８とＥＣＵ２０とは接続されており、ＥＣＵ２０からスピーカ３８に制御信号が出力されると、スピーカ３８はＥＣＵ２０からの制御信号に応じて音声情報を発する。なお、ディスプレイ３６に傍には、ユーザが情報を入力する手段としてキーボードやタッチパネルなどの入力装置（不図示）が設けられている。

ＥＣＵ２０は、物理的には、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ及びバッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等により構成されている。そして、上記の物理的な構成によって、ＥＣＵ２０は、主人及びその周囲環境を認識する周囲環境認識部２２と、主人及びその周囲環境に応じて電動モータ３０、ディスプレイ３６、スピーカ３８等を動作させるアクチュエータ制御部２４とからなる機能的な構成を実現している。

周囲環境認識部２２には、カメラ１２により撮影された画像を処理することによって、主人やその周囲の物体を認識する画像処理部が含まれている。この画像処理部では、カメラ１２により取得された画像からエッジ抽出やパターン認識処理などによって主人やその周囲の物体を抽出して認識する処理が行われる。ここで、主人であるか否かの認識は、撮影された人物が着ている衣服の形状や模様が予め学習させておいた主人のものと一致するか否かを判断することにより行うことができる。また、主人であることを示す電波を送信するＩＣタグを主人が身に付けている場合には、周囲環境認識部２２は、通信機１４を介してＩＣタグが送信する電波を受信することにより、主人であるか否かの認識を行ってもよい。さらに、指紋や虹彩による認証技術などを組み合わせて用いることにより、主人であるか否かの認識を行ってもよい。

アクチュエータ制御部２４は、周囲環境認識部２２により認識された主人及びその周囲環境の情報を取り込んで、主人及びその周囲環境の情報に基づいて自律移動装置１０が行うべき動作を決定し、電動モータ３０、ディスプレイ３６、スピーカ３８などの動作を制御する。即ち、アクチュエータ制御部２４は、自律移動装置１０の動作を制御するための動作制御手段となっている。自律移動装置１０を主人について移動させるために、アクチュエータ制御部２４は、電動モータ３０に制御信号を出力し、この制御信号に応じて電動モータ３０を駆動させて、電動モータ３０に取り付けられている車輪３２を回転駆動する。ここで、アクチュエータ制御部２４は、周囲環境認識部２２により認識された主人の位置や速度に基づいて、主人のそばについて自律移動装置１０を移動させる。

上述した自律移動装置１０は、主人の運動状態を認識するための処理を行う。図２のフローチャートを参照して、自律移動装置１０による処理について説明する。図２に示される処理は、ＥＣＵ２０がカメラ１２から画像データを取り込むたびに、ＥＣＵ２０により実行される。

周囲環境認識部２２は、カメラ１２からの画像データを取り込んで、撮影された人物が着ている衣服の形状や模様が予め学習させておいた主人のものと一致するか否かを判断することにより、主人を認識する（Ｓ２０１）。次に、アクチュエータ制御部２４は、主人の体全体を撮影できる位置に自律移動装置１０を移動させる（Ｓ２０２）。

次に、周囲環境認識部２２は、カメラ１２により撮影された画像を処理して、主人の姿勢を認識する処理を行う（Ｓ２０３）。主人の姿勢を認識するために、ＥＣＵ２０のＲＯＭには、人間の様々な姿勢に関するデータが登録された姿勢データベースが予め記憶されている。この姿勢データベースには、人間の様々な姿勢の３次元形状である姿勢データが多数登録されており、さらに各姿勢データに対応付けて、その姿勢データに係る３次元形状を様々な方向から見た２次元形状である投影データが多数登録されている。なお、人間の様々な姿勢の３次元形状である姿勢データは、人間の体の各部位（例えば、頭、腕、脚など）ごとの位置の情報を含んだデータである。

そして、周囲環境認識部２２は、ＣＣＤカメラにより撮影された画像を処理して、画像内で主人に対応する画素領域（以下、シルエットと呼ぶ）を認識する。ここで、周囲環境認識部２２は、画像の各部のオプティカルフローを演算して、既述の処理により主人が認識された画素領域であってオプティカルフローがほぼ同じになる画素領域を、主人のシルエットとして認識する。また、周囲環境認識部２２は、レーザレンジファインダにより撮影された３次元距離画像を処理して、主人のシルエットを認識してもよい。また、周囲環境認識部２２は、主人の体の各部位（例えば、頭、腕、脚など）に対応する領域をテンプレートマッチングにより求め、主人の体の全部位に対応する領域をシルエットとして認識してもよい。

周囲環境認識部２２は、主人のシルエットを認識すると、姿勢データベースを参照して、姿勢データベースに登録された投影データのいずれかであって、主人のシルエットと一致する投影データを抽出する。そして、周囲環境認識部２２は、抽出された投影データに対応付けられた姿勢データの３次元形状を主人の姿勢として認識する。このようにして周囲環境認識部２２は、主人の体の各部位の位置を検出する。なお、周囲環境認識部２２は、他の手法により主人の姿勢を検出してもよい。例えば、周囲環境認識部２２は、主人の体の各部位を繋ぐ関節の屈曲角度を検出することにより、主人の姿勢を検出してもよい。

続いて、周囲環境認識部２２は、主人の姿勢を認識できたか否かを判定する（Ｓ２０４）。ここで、主人の姿勢を認識できたことが判定された場合には、ステップ２０５の処理に進む。一方、主人の姿勢を認識できないことが判定された場合には、ステップ２０２の処理に戻る。

次に、周囲環境認識部２２は、上述したように主人の３次元的な姿勢を認識すると、その姿勢の経時変化から、主人の体の運動部位やその運動部位の運動速度及び運動方向などの運動状態を認識する処理を行う（Ｓ２０５）。より詳しく説明すると、周囲環境認識部２２は、現在処理中である画像から求めた主人の３次元的な姿勢と、その前のタイミングに撮影された画像から求めた主人の３次元的な姿勢を比較して、位置が変化している体の部位を、主人の体の運動部位として認識する。さらに、周囲環境認識部２２は、当該運動部位の変化の大きさから運動速度を認識し、当該運動部位の変化の方向から運動方向を認識する。即ち、周囲環境認識部２２は、主人の運動状態を認識するための運動状態認識手段となっている。

また、周囲環境認識部２２は、主人の運動状態から各運動部位の運動量（単位、カロリー）を演算する処理を行う（Ｓ２０６）。運動量を演算するために、ＥＣＵ２０のＲＯＭには、人間の体の各部位の運動状態に対応してその運動による運動量が登録された運動データベースが予め記憶されている。この運動データベースには、人間の体の各部位の運動速度及び運動方向などの運動状態を特定する情報が登録されており、さらに各運動状態に対応付けて、その運動状態により消費される運動量が登録されている。この運動量の登録データは運動部位、運動速度、運動方向などを反映しているため、例えば、主人が歩いている場合と走っている場合とでは運動量が異なっている。

そして、周囲環境認識部２２は、上記の運動データベースを参照して、カメラ１２により生成された各画像データについて主人の運動部位の運動量を演算し、この運動部位の運動量をメモリに２６に逐次記憶する。このように逐次記憶された主人の体の各部位の運動量を積算することで、計測開始から現計測時刻までの体の部位ごとの運動量が算出される。さらに、体の部位ごとの運動量を加算することで、計測開始から現計測時刻までの体全体の運動量である消費カロリーが算出される。アクチュエータ制御部２４は、このように算出された体の各部位の運動量及び消費カロリーをディスプレイ３６に表示することで、主人に体の各部の運動量及び消費カロリーの情報を提供する。

本実施形態の自律移動装置１０によれば、自律移動装置１０は、特定の人のそばについて移動して、特定の人の姿勢を継続的に検出する。そして、自律移動装置１０は、検出された姿勢の経時変化に基づいて特定の人の運動状態を認識するため、特定の人の継続的な運動状態を正確に認識することができる。よって、上述した自律移動装置１０によれば、主人の日常生活における運動量及び消費カロリーを測定することができ、例えば、主人の一日の運動量の把握が可能となる。

従来より運動を計測するために用いられている歩数計などでは、使用者の体の一部の運動を測定するのみであるし、歩いても走っても計測値が変わらず、正確な運動量を知ることができない。これに対して、上述した自律移動装置１０では、主人の姿勢から運動状態を求め、この求められた運動状態から主人の体の各部の運動量及び消費カロリーを正確に測定することができる。よって、上述した自律移動装置１０によれば、運動が十分な部位と運動が不足した部位とを判別可能な情報を提供できるため、主人の健康増進に大きく寄与することができる。

また、上述した自律移動装置１０を利用して、主人に対して警報処理を行ってもよい。図３には、自律移動装置１０により警報が発せられる状況が示されている。ＥＣＵ２０のＲＯＭには、不適当な姿勢及び運動状態のデータが記憶されている。ここで、不適当な姿勢又は運動状態とは、例えば、腰を痛めるように荷物を持ち上げる無理な姿勢や、過度に長い時間椅子に座っている運動状態である。アクチュエータ制御部２４は、主人の姿勢が不適当な姿勢である場合や、主人の運動状態が不適当な運動状態である場合に、スピーカ３８から警報を発して、主人に警告を行う。このように警報を発することにより、主人は姿勢が不適当であることを知ることができ、怪我や疾病を未然に防止することができる。

自律移動装置を示す構成図である。自律移動装置による処理のフローチャートである。自律移動装置により警報処理を説明するための図である。

符号の説明

１０…自律移動装置、１２…カメラ、１４…通信機、１６…送信機、１８…受信機、２０…ＥＣＵ、２２…周囲環境認識部（運動状態認識手段）、２４…アクチュエータ制御部、２６…メモリ、３０…電動モータ、３２…車輪、３４…ＧＰＳ装置、３６…ディスプレイ、３８…スピーカ。

Claims

特定の人のそばについて自律的に移動する自律移動装置において、
前記特定の人の姿勢を検出し、検出された前記姿勢の経時変化に基づいて前記特定の人の運動状態を認識する運動状態認識手段を備えることを特徴とする自律移動装置。
前記運動状態認識手段は、認識された前記運動状態に基づいて前記特定の人の運動量を算出することを特徴とする請求項１に記載の自律移動装置。
前記運動状態認識手段は、前記特定の人の体の部位ごとの運動量を算出することを特徴とする請求項２に記載の自律移動装置。
前記運動状態認識手段は、前記特定の人の体全体の運動量を算出することを特徴とする請求項２に記載の自律移動装置。
前記運動状態認識手段により認識された前記特定の人の姿勢又は運動状態が不適当である場合に、前記特定の人に警報を発する警報手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の自律移動装置。