JP4564447B2

JP4564447B2 - 自律移動ロボット

Info

Publication number: JP4564447B2
Application number: JP2005348984A
Authority: JP
Inventors: 司杉野; 隆司中山
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2025-12-02
Also published as: US7933684B2; JP2006192562A; US20060217838A1

Description

本発明は、自律移動ロボットに関し、特に上体の下部に接続された脚部により自律移動自在な自律移動ロボットに関する。

自律移動ロボットは、障害物等を回避して移動するために、障害物を検出するための障害物検出手段を備えている。例えば、特許文献１には、障害物検出手段として、進行方向の水平面内をスキャンして障害物の位置を検知するスキャン型センサ（レーザ型レーダ装置）と、前記スキャン面と異なる空間の障害物を検出する非スキャン型障害物センサ（超音波センサや赤外線センサ）とを備え、常時はスキャン型センサで障害物を検出し、このスキャン型センサにより障害物を検出したときのみ非スキャン型障害物センサを稼動させて、両方のセンサによって障害物の位置を推定する構成の自律移動装置が開示されている。

この特許文献１に記載の発明によれば、常時はスキャン型センサ（レーザ型レーダ装置）で進行方向にある障害物を検出し、このスキャン型センサにより障害物を検出したときのみ非スキャン型障害物センサ（超音波センサや赤外線センサ）を稼動させて、両方のセンサによって障害物の位置を推定することにより、障害物に対して効率のよい検出動作と回避動作が可能になる。
特開２００２−２０２８１５号公報（請求項１）

ところで、前記特許文献１の自律移動装置では、前進移動方向側にある障害物等に対してはスキャン型センサと非スキャン型障害物センサを用いて検出することができるが、この自律移動装置の前進移動方向側以外の領域である真横よりも後方側にある障害物等は検出することができなかった。

このため、この自律移動装置が後進移動可能であっても、例えば、真後ろに障害物があっても検出することができないので、後進移動時には、この自律移動装置の後方側にある障害物等に対して適切な対応動作を行うことができなかった。また、前記特許文献１の自律移動装置では、後方から接近してくる物体（例えば、人間）に対しては認識することができなかった。

そこで、本発明は、後方側に障害物等があっても確実に検出することができる自律移動ロボットを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、上体の下部に連結された脚部により前進移動および後進移動自在な自律移動ロボットであって、前記上体の前進移動方向の前方側にある物体を検出するためのステレオカメラと、前記ステレオカメラによる検出領域以外の、少なくとも前記上体の両横近傍の後方側領域側と真後ろ領域側にある物体を検出するための超音波センサと、を備え、前記超音波センサは、前記上体の両横側から背面側の周囲に沿って所定間隔で複数配置されており、前記上体は、前記脚部に対して鉛直軸まわりに回転自在な胴部と、前記胴部に対して鉛直軸まわりに回転自在な頭部と、を備え、複数の前記超音波センサは前記胴部に設けられており、前記ステレオカメラは前記頭部に設けられており、前記胴部に設けられ、当該胴部の前進移動方向の前方側にある物体を検出するための第２の超音波センサと、前記ステレオカメラの検出領域と、複数の前記超音波センサおよび前記第２の超音波センサのいずれかの検出領域とが重なった場合に、重なった検出領域において、前記ステレオカメラによって検出されず、複数の前記超音波センサおよび前記第２の超音波センサのいずれかによって検出された物体を透明な物体であると認識する制御部と、をさらに備えていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、ステレオカメラにより上体の前進移動方向側にある物
体を検出することができ、超音波センサにより上体の両横近傍の後方側領域側と真後ろ領
域側にある物体を検出することができる。
さらに、請求項１に記載の発明によれば、上体の前進移動方向の前方側にある物体はス
テレオカメラで検出することができ、上体の両横近傍の後方側領域側と真後ろ領域側にあ
る物体は超音波センサで検出することができる。
さらに、請求項１に記載の発明によれば、上体の真横より後方側にある物体を、複数の
超音波センサによって検出することができる。
さらに、請求項１に記載の発明によれば、上体を脚部に対して鉛直軸まわりに回転させることにより、少ない個数の超音波センサでも広範囲領域を検出することができる。
さらに、請求項１に記載の発明によれば、頭部を胴部に対して鉛直軸まわりに回転させ
ることにより、ステレオカメラによる検出領域を所望の方向に向けることができる。
また、胴部を脚部に対して鉛直軸まわりに回転させるとともに頭部を胴部に対して鉛直
軸まわりに回転させることにより、ステレオカメラおよび超音波センサの検出領域を所望
の方向に向けることができる。
さらに、請求項１に記載の発明によれば、第２の超音波センサによっても胴部の前進移
動方向の前方側にある物体の検出を行うことができる。したがって、頭部が回転してステ
レオカメラが前方以外の方向に向いていても、第２の超音波センサによって前方側にある
物体を検出することができる。
さらに、請求項１に記載の発明によれば、ステレオカメラの検出結果と、複数の超音波
センサおよび第２の超音波センサのいずれかの検出結果との違いを利用して、周囲環境を
より正しく認識することができる。

また、請求項２に記載の発明は、前記胴部の左右に設けられた一対の腕部と、前記一対の腕部の先端にそれぞれ設けられた手部と、前記一対の腕部および前記手部を駆動する腕部制御部と、をさらに備え、複数の前記超音波センサおよび前記第２の超音波センサは、複数の前記超音波センサの検出領域と前記第２の超音波センサの検出領域との間に死角があるように配置されており、前記脚部により前進移動および後進移動を行うときに、前記腕部制御部は、前記死角内で前記腕部および前記手部を振るように制御することを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、腕部および手部の動作に阻害されることなく複数の超音波センサおよび第２の超音波センサによる物体の検出を行うことができる。

また、請求項３に記載の発明は、前記胴部の左右に設けられた一対の腕部と、前記一対の腕部の先端にそれぞれ設けられた手部と、前記一対の腕部および前記手部を駆動する腕部制御部と、をさらに備え、複数の前記超音波センサおよび前記第２の超音波センサは、複数の前記超音波センサの検出領域と前記第２の超音波センサの検出領域との間に死角があるように配置されており、前記腕部および前記手部が前記死角内にあるときには、複数の前記超音波センサおよび前記第２の超音波センサによる物体の検出を行い、前記腕部または前記手部が複数の前記超音波センサおよび前記第２の超音波センサのいずれかの検出領域内にあるときには、複数の前記超音波センサおよび前記第２の超音波センサのうち、対応する超音波センサによる物体の検出を中止することを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、複数の超音波センサおよび第２の超音波センサのいずれかによる物体の検出が腕部または手部により阻害されているときに、その超音波センサによる物体の検出を中止することができ、データ処理の量を低減することができる。

また、請求項４に記載の発明は、前記脚部が、左右移動自在に構成されており、前記脚部により前進移動および後進移動を行うときには、前記ステレオカメラ、複数の前記超音波センサおよび前記第２の超音波センサによる物体の検出を行い、前記脚部により左右への移動を行うときには、前記頭部を前記胴部に対して回転させ、前記ステレオカメラにより移動方向の物体の検出を行うことを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、前進移動および後進移動を行うときには、ステレオカメラおよび第２の超音波センサにより前方にある物体を検出するとともに複数の超音波センサにより、真横より後方側にある物体を検出する。また、左右への移動を行うときには、ステレオカメラにより移動方向にある物体を検出する。なお、左右への移動を行うときには、複数の超音波センサおよび第２の超音波センサによる物体の検出を行ってもよいし、中止してもよい。したがって、ロボットの移動の態様に応じた検出を行うことができる。

請求項１に記載の発明によれば、ステレオカメラにより上体の前進移動方向側にある物体を検出して、超音波センサにより上体の両横近傍の後方側領域側と真後ろ領域側にある物体を検出することにより、自律移動ロボットの周囲にある物体（障害物や移動体）を良好に検出することができる。
さらに、請求項１に記載の発明によれば、上体の前進移動方向側に物体として障害物があってもステレオカメラにより的確に検出することができ、また、上体の真横よりも後方側に物体としてガラス窓等の障害物があっても、超音波センサにより確実に検出することができる。
さらに、請求項１に記載の発明によれば、上体の両横近傍から背面側に物体としてガラス窓等の障害物があったり、人間がいたりしても確実に検出することができる。
さらに、請求項１に記載の発明によれば、上体を脚部に対して鉛直軸まわりに回転させることにより、少ない個数の超音波センサでも広範囲領域を検出することができるので、コストの低減を図ることができる。
さらに、請求項１に記載の発明によれば、頭部を胴部に対して鉛直軸まわりに回転させることにより、ステレオカメラによる検出領域を所望の方向に向けることができる。
また、胴部を脚部に対して鉛直軸まわりに回転させるとともに頭部を胴部に対して鉛直軸まわりに回転させることにより、ステレオカメラおよび超音波センサの検出領域を所望の方向に向けることができる。
さらに、請求項１に記載の発明によれば、頭部が回転してステレオカメラが前方以外の方向に向いていても、第２の超音波センサによって前方側にある物体を検出することができる。
さらに、請求項１に記載の発明によれば、ステレオカメラの検出結果と、複数の超音波センサおよび第２の超音波センサのいずれかの検出結果との違いを利用して、周囲環境をより正しく認識することができる。

請求項２に記載の発明によれば、腕部および手部の動作に阻害されることなく複数の超
音波センサおよび第２の超音波センサによる物体の検出を行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、複数の超音波センサおよび第２の超音波センサのいず
れかによる物体の検出が腕部または手部により阻害されているときに、その超音波センサ
による物体の検出を中止することができ、データ処理の量を低減することができる。

請求項４に記載の発明によれば、ロボットの移動の態様に応じた検出を行うことができ
る。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る自律移動ロボットとしての自律移動２脚ロボット（以下、ロボットという）を示す正面図、図２（ａ）は、その上面図、図２（ｂ）は、その側面図、図３は、このロボットの動作制御装置の構成を示すブロック図である。

［ロボットの構成］
図１、図２に示すように、本実施形態に係るロボット１は、上体である胴体部２の上部に首部３を介して頭部４を備え、胴体部２の上部両側に２本の腕部５を有するとともに、胴体部２の下部に２本の脚部６を有している。

頭部４（首部３）、腕部５、および脚部６の人間とほぼ対応する各関節部分はアクチュエータ（不図示）によりそれぞれ動作可能であり、自律移動制御部１１（図３参照）によって頭部４、腕部５、脚部６の各動作が制御される。

ロボット１の頭部４には、その前面部４ａ内に第１検出手段としての２個のＣＣＤカメラ（ステレオカメラ）７ａ，７ｂが所定間隔で左右に並設されており、胴体部２の前面下側には、超音波センサ９が配置されている。また、胴体部２の背面に取付けた格納部８の下側には、その両横後方側から背面側の周囲に沿って第２検出手段としての複数個（本実施形態では５個）の超音波センサ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅが所定間隔で横一列に配置されている。なお、頭部４の前面部４ａは、可視光透過自在な材質で形成されている。

２個のＣＣＤカメラ７ａ，７ｂは、ロボット１の前方移動方向側を撮影するカメラであり、各ＣＣＤカメラ７ａ，７ｂで撮像した各画像情報は画像情報処理部１２（図３参照）によって処理される。図２（ａ），（ｂ）に示すように、各ＣＣＤカメラ７ａ，７ｂによる撮像範囲（検出領域）（斜線部分）Ａは、本実施形態では、頭部４がロボット１の前方移動方向を向いた起立状態で、水平方向および垂直方向の視野が４０度〜６０度程度でロボット１の少し前方から数ｍ先の範囲であり、この撮像範囲Ａ内にある物体（障害物や移動体）までの距離および位置を検出することができる。なお、頭部４は、首部用アクチュエータ（不図示）の駆動により上下方向および左右方向に一定の角度範囲で動くので、各ＣＣＤカメラ７ａ，７ｂの撮像範囲Ａも頭部４の動きに追従して移動する。

また、胴体部２の前面下側に配置した超音波センサ９は、ロボット１の前方移動方向側に位置する物体（障害物や移動体）を検出するセンサであり、センサ情報処理部１３（図３参照）によって超音波が届く検出範囲（検出領域）（図２（ａ），（ｂ）参照）ａ内に物体（障害物や移動体）があるか否かを検出する。図２（ａ），（ｂ）に示すように、超音波センサ９による検出範囲（一点鎖線の内側範囲）ａは、本実施形態では、ロボット１が前方移動方向を向いた起立状態で、水平方向はロボット１のほぼ肩幅の範囲で、３０度程度の垂直方向の指向特性の範囲であり、検出対象（物体）がほぼ透明なガラス窓等であっても確実に検出することができる。
かかる超音波センサ９が、特許請求の範囲における「第２の超音波センサ」の例である。

格納部８の下側に配置した５個の超音波センサ９ａ〜９ｅ（図２（ａ）参照）は、ロボット１のほぼ真横から後方側にある物体（障害物や移動体）を検出するセンサであり、センサ情報処理部１３（図３参照）によって超音波が届く全検出範囲（図２（ａ），（ｂ）参照）Ｂ内に物体（障害物や移動体）があるか否かを検出する。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、各超音波センサ９ａ〜９ｅによる全体の検出範囲（斜線部分）Ｂは、本実施形態では、ロボット１が前方移動方向を向いた起立状態で、水平方向はロボット１のほぼ真横から後方側のほぼ半円状の範囲で、４０度〜６０度程度の垂直方向の指向特性の範囲である。すなわち、各超音波センサ９ａ〜９ｅは、平面視でロボット１の後方を含む扇形（ロボット１を中心とした円を、ロボット１の左右にのびる径により区分した後側の半円よりも小さい）内の物体を検出可能に配置されている。本実施形態で用いた各超音波センサ９ａ〜９ｅは、水平方向の指向特性がそれぞれ約４０度であり、各超音波センサ９ａ〜９ｅの検出領域同士が少し重なるようにして、検出洩れをなくしている。なお、各超音波センサ９ａ〜９ｅは、検出対象（物体）がほぼ透明なガラス等であっても確実に検出することができる。

各超音波センサ９ａ〜９ｅのうち、両横側の超音波センサ９ａ，９ｅは、ロボット１の真横から少し後方側に位置する物体（障害物や移動体）を検出するセンサで、中央の超音波センサ９ｃは、ロボット１の真後ろ近傍に位置する物体（障害物や移動体）を検出するセンサであり、さらに、その間に位置する超音波センサ９ｂ，９ｄは、超音波センサ９ａ，９ｃの間と、超音波センサ９ｅ，９ｃの間のそれぞれの斜め後方側に位置する物体障害物や移動体）を検出するセンサである。なお、図２（ａ）において、超音波センサ９ａ〜ｅの個別の検出領域は、それぞれ検出領域Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５である。

［ロボットの動作制御装置］
図３は、ロボット１の動作制御装置１０を示すブロック構成図である。図３に示すように、動作制御装置１０は、頭部４（首部３）、腕部５、脚部６の動きを制御する自律移動制御部１１、各ＣＣＤカメラ７ａ，７ｂから入力される画像情報を処理する画像情報処理部１２、前側の超音波センサ９および後側の各超音波センサ９ａ〜９ｅから入力されるセンサ情報を処理するセンサ情報処理部１３、前記画像情報処理部１２とセンサ情報処理部１３から入力される各処理情報に基づいて前記自律移動制御部１１を制御する制御部１４を有しており、この動作制御装置１０および電源装置（不図示）は、胴体部２の背面に取付けている前記格納部８内に配置されている。

自律移動制御部１１は、頭部制御部１５、腕部制御部１６および脚部制御部１７を有している。

頭部制御部１５は、制御部１４からの制御信号に基づいて首部用アクチュエータ（不図示）を制御し、頭部４を上下方向および左右方向に一定の角度範囲で駆動する。頭部制御部１５の制御により、頭部４を上下および左右に振ることができる。腕部制御部１６は、制御部１４からの制御信号に基づいて腕部用アクチュエータ（不図示）を制御し、腕部５の各関節（肩関節、肘関節、手首関節、指関節）を駆動する。腕部制御部１６の制御により、腕部５を前後、左右および上下に動かすことができ、かつ手首５ａの回転および各指５ｂによる把持動作を行うことができる。

また、脚部制御部１７は、制御部１４からの制御信号に基づいて脚部用アクチュエータ（不図示）を制御し、脚部６の各関節（股関節、膝関節、足首関節）を駆動する。脚部制御部１７の制御により、２本の脚部６を駆動し、ロボット１の前方および後方への移動（歩行）、さらに旋回移動させることができる。また、脚部６の股関節の駆動により、胴体部２を脚部６に対して鉛直軸まわりに所定角度回転させることができる。

画像情報処理部１２は、各ＣＣＤカメラ７ａ，７ｂから入力される各画像情報に基づいて、撮像範囲Ａ内にある物体（障害物や移動体）までの距離と位置を算出することにより、この撮像範囲（斜線部分）Ａ内にある物体（障害物や移動体）を検出（認識）することができる。

センサ情報処理部１３は、超音波センサ９および各超音波センサ９ａ〜９ｅからセンサ情報（受信信号）がそれぞれ入力されることによって、検出範囲ａ、Ｂ（検出領域Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５のいずれかの検出領域、もしくは複数の検出領域）に物体（障害物や移動体）があるか否かを検出することができる。例えば、超音波センサ９ｃからのみセンサ情報がセンサ情報処理部１３に入力された場合には、図４（ｂ）に示すように、ロボット１の真後ろ近傍の超音波センサ９ｃによる検出範囲Ｂ３内に物体（図では、移動体としての人間Ｍ）があるときである。

また、センサ情報処理部１３は、ロボット１の腕部５が後方側に位置している場合に、例えば、超音波センサ９ａがこの腕部５を障害物として検出する誤検出動作を防止するために、腕部５の稼動範囲に相当する距離からの反射波のとき（すなわち、反射波受信までの時間が予め設定した閾値より短いとき）には、このときに入力されるセンサ情報は無効にするように処理する。

［物体（障害物、移動体（人間））を検出したときのロボットの対応動作］
例えば、図４（ａ）に示すように、各ＣＣＤカメラ７ａ，７ｂによりロボット１の前進移動方向（図４（ａ）の右側）に物体（図では、柱などの障害物Ｎ）があるのを検出した場合、制御部１４は、画像情報処理部１２から入力される物体（障害物Ｎ）の情報（位置情報、距離情報）に基づいて、この物体（障害物Ｎ）との接触を回避するために回避移動を行わせるための制御信号を自律移動制御部１１の脚部制御部１７に出力して２本の脚部６を駆動し、ロボット１を矢印Ｃ方向に回避移動させる。なお、この場合、ロボット１を矢印Ｃ方向に回避移動させることなく、ロボット１の前進移動を停止させるように制御してもよい。また、図４（ａ）において、Ｗ１は物体（障害物）としての壁面、Ｗ２は物体（障害物）としてのガラス窓である。

また、図４（ａ）に示す状況において、前側の超音波センサ９も検出範囲ａでロボット１の前進移動方向側の物体（障害物や移動体）の検出を行っており、ロボット１の前進移動方向側に、各ＣＣＤカメラ７ａ，７ｂで良好に検出できないガラス窓等の障害物があっても、この超音波センサ９で確実に検出することができる。この場合においても、ロボット１を回避移動させることなく、制御部１から自律移動制御部１１の脚部制御部１７に停止信号を出力してロボット１の前進移動を停止させるようにしてもよい。

さらに、図４（ａ）に示す状況において、後側の各超音波センサ９ａ〜９ｅでロボット１の両横側から後方側の物体（障害物や移動体）の検出も同時に行っており、例えば、ロボット１の後方側から物体（例えば、人間）が接近している場合でも同時に検出することができる。この場合には、ロボット１の前進移動を停止させるように制御してもよい。

また、例えば、図４（ｂ）に示すように、ロボット１の後進移動（図４（ｂ）の左側方向への移動）時において、超音波センサ９ａ，９ｂでロボット１の一方側の側面にある物体（図では、障害物としての壁面Ｗ１）を検出し、さらに超音波センサ９ｄ，９ｅでロボット１の他方側の側面にある物体（図では、障害物としてのガラス窓Ｗ２）を検出した場合、制御部１４は、センサ情報処理部１３から入力される処理情報に基づいて、この壁面Ｗ１とガラス窓Ｗ２との間を安全に後進移動できると判断したときには、制御信号を自律移動制御部１１の脚部制御部１７に出力して２本の脚部６を駆動し、ロボット１を後進移動させる。

なお、この場合、制御部１４は、センサ情報処理部１３から入力される情報に基づいて、この壁面Ｗ１とガラス窓Ｗ２との間隔では安全に後進移動できないと判断したときには、自律移動制御部１１の脚部制御部１７に停止信号を出力してロボット１の後進移動を停止させる。

さらに、図４（ｂ）に示す状況において、超音波センサ９ｃでロボット１の後進移動方向の真後ろ側にある物体（図では、接近してくる移動体である人間Ｍ）を検出した場合、制御部１４は、センサ情報処理部１３から入力される処理情報に基づいて、ロボット１の真後ろ側に物体（図では、人間Ｍ）があると判断し、自律移動制御部１１の脚部制御部１７に停止信号を出力してロボット１の後進移動を停止させる。

このように、本実施形態に係るロボット１は、胴体部２の背面に取付けた格納部８の下側に５個の超音波センサ９ａ〜９ｅを所定間隔で配置したことにより、ロボット１のほぼ真横から後方側に物体として、ガラス窓があったり、接近してくる人間がいる場合でも確実に検出できる。これにより、後進移動時に、このロボット１の真横から後方側に物体（障害物や移動体）がある場合でも適切な対応動作を確実に行うことができる。

また、本実施形態に係るロボット１は、胴体部２の背面の格納部８周囲に５個の超音波センサ９ａ〜９ｅを所定間隔で配置していたが、前記したように、脚部６の股関節の駆動により、胴体部２を脚部６に対して鉛直軸まわりに所定角度回転させることができるので、例えば、超音波センサを格納部８周囲に１〜３個配置するだけでロボット１のほぼ真横から後方側にある物体（障害物や移動体）を検出することができる。この場合においては、超音波センサの数を減らすことができるので、コストの削減を図ることができる。

［ロボット１の駆動構造］
続いて、ロボット１の駆動構造についてより詳細に説明する。図５は、図１のロボットの駆動構造を模式的に示す斜視図である。なお、図５における関節部は、当該関節部を駆動する電動モータにより示されている。

＜胴体部２＞
図５に示すように、胴体部２は、ロボット１の基体部分であり、脚部６，６、腕部５，５および頭部４と連結されている。すなわち、胴体部２（上体リンク１０１）は、股関節部６１Ｒ（Ｌ）〜６３Ｒ（Ｌ）を介して脚部６，６と連結されている（右側をＲ、左側をＬとする。以下同じ。）。また、胴体部２は、後記する肩関節部５１Ｒ（Ｌ）〜５３Ｒ（Ｌ）を介して腕部５，５と連結されている。また、胴体部２は、後記する首関節部４１，４２を介して頭部４と連結されている。
また、胴体部２は、上体回旋用（Ｚ軸まわり）の関節部２１を備えている。

＜頭部４＞
図５に示すように、頭部４は、首部３（頭部４と胴体部２との連結部分）のＹ軸まわりの首関節部４１と、首部のＺ軸まわりの首関節部４２と、を備えている。首関節部４１は頭部４のチルト角を設定するためのものであり、首関節部４２は頭部４のパンを設定するためのものである。

＜腕部５＞
図５に示すように、左右それぞれの腕部５，５は、７個の関節部５１Ｒ（Ｌ）〜５７Ｒ（Ｌ）を備えている。左右１４個の関節部は、肩部（腕部５と胴体部２との連結部分）のピッチ軸（Ｙ軸）まわりの肩関節部５１Ｒ，５１Ｌ、肩部のロール軸（Ｘ軸）まわりの肩関節部５２Ｒ，５２Ｌ、腕部回旋用（Ｚ軸まわり）の肩関節部５３Ｒ，５３Ｌ、肘部のピッチ軸（Ｙ軸）まわりの肘関節部５４Ｒ，５４Ｌ、手首回旋用（Ｚ軸まわり）の腕関節部５５Ｒ，５５Ｌ、手首のピッチ軸（Ｙ軸）まわりの手首関節部５６Ｒ，５６Ｌ、および手首のロール軸（Ｘ軸）まわりの手首関節部５７Ｒ，５７Ｌから構成されている。そして、腕部５，５の先端には指部５ｂ（図１参照）を備えた手部（ハンド）５８Ｒ，５８Ｌが取り付けられている。

すなわち、腕部５，５は、肩関節部５１Ｒ（Ｌ），５２Ｒ（Ｌ），５３Ｒ（Ｌ）、肘関節部５４Ｒ（Ｌ）、腕関節部５５Ｒ（Ｌ）および手首関節部５６Ｒ（Ｌ），５７Ｒ（Ｌ）を備えている。肩関節部５１Ｒ（Ｌ）〜５３Ｒ（Ｌ）と肘関節部５４Ｒ（Ｌ）とは上腕リンク１０２Ｒ（Ｌ）で、肘関節部５４Ｒ（Ｌ）と手首関節部５６Ｒ（Ｌ），５７Ｒ（Ｌ）とは前腕リンク１０３Ｒ（Ｌ）で連結されている。

このような構成により、左右の腕部５，５は合計１４の自由度を与えられ、１４個の関節部５１Ｒ（Ｌ）〜５７Ｒ（Ｌ）を適宜な角度で駆動することで、ロボット１が所望の作業を行うことができる。

＜脚部６＞
図５に示すように、左右それぞれの脚部６，６は、６個の関節部６１Ｒ（Ｌ）〜６６Ｒ（Ｌ）を備えている。左右１２個の関節は、股部（脚部６と胴体部２との連結部分）の脚部回旋用（Ｚ軸まわり）の股関節部６１Ｒ，６１Ｌ、股部のピッチ軸（Ｙ軸）まわりの股関節部６２Ｒ，６２Ｌ、股部のロール軸（Ｘ軸）まわりの股関節部６３Ｒ，６３Ｌ、膝部のピッチ軸（Ｙ軸）まわりの膝関節部６４Ｒ，６４Ｌ、足首のピッチ軸（Ｙ軸）まわりの足首関節部６５Ｒ，６５Ｌ、および、足首のロール軸（Ｘ軸）まわりの足首関節部６６Ｒ，６６Ｌから構成されている。そして、脚部６，６の下には足部６７Ｒ，６７Ｌが取り付けられている。

すなわち、脚部６，６は、股関節部６１Ｒ（Ｌ），６２Ｒ（Ｌ），６３Ｒ（Ｌ）、膝関節部６４Ｒ（Ｌ）および足首関節部６５Ｒ（Ｌ），６６Ｒ（Ｌ）を備えている。股関節部６１Ｒ（Ｌ）〜６３Ｒ（Ｌ）と膝関節部６４Ｒ（Ｌ）とは大腿リンク１０４Ｒ（Ｌ）で、膝関節部６４Ｒ（Ｌ）と足首関節部６５Ｒ（Ｌ），６６Ｒ（Ｌ）とは下腿リンク１０５Ｒ（Ｌ）で連結されている。

このような構成により、左右の脚部６，６は合計１２の自由度を与えられ、移動中に１２個の関節部６１Ｒ（Ｌ）〜６６Ｒ（Ｌ）を適宜な角度で駆動することで、脚部６，６に所望の動きを与えることができ、ロボット１が任意に３次元空間を移動することができる。

例えば、ロボット１は、脚部６，６を交互に前方に駆動することにより前進移動を行ったり、脚部６，６を交互に後方に駆動することにより後進移動を行ったり、脚部６，６の一方を横方向に駆動し脚部６，６を開いたあと他方を追従駆動し脚部６，６を閉じる動作を繰り返す、いわゆるサイドステップにより左右への移動を行うことができる。

また、胴体部２には、傾斜センサ２２が設けられている。傾斜センサ２２は、胴体部２の重力軸（Ｚ軸）に対する傾きと、その角速度と、を検出する。

また、手首関節部５６Ｒ（Ｌ），５７Ｒ（Ｌ）と手部５８Ｒ（Ｌ）との間には、公知の６軸力センサ５９Ｒ（Ｌ）が設けられている。６軸力センサ５９Ｒ（Ｌ）は、ロボット１の手部５８Ｒ（Ｌ）に作用する反力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚと、モーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚと、を検出する。

また、足首関節部６５Ｒ（Ｌ），６６Ｒ（Ｌ）と足部６７Ｒ（Ｌ）との間には、公知の６軸力センサ６８Ｒ（Ｌ）が設けられている。６軸力センサ６８Ｒ（Ｌ）は、床面からロボット１に作用する床反力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚと、モーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚと、を検出する。

また、各関節部の電動モータは、その出力を減速・増力する減速機（図示せず）を介して前記した大腿リンク１０４Ｒ（Ｌ）、下腿リンク１０５Ｒ（Ｌ）などを相対変位させる。これら各関節部の角度は、関節角度検出手段（例えば、ロータリエンコーダ）によって検出される。

＜格納部８＞
格納部８は、自律移動制御部１１、制御部１４、バッテリ（図示せず）などを格納している（図３参照）。各センサ２２，５９Ｒ（Ｌ），６８Ｒ（Ｌ）などの検出データは、格納部８内の各制御部に送られる。また、各関節部の電動モータは、自律移動制御部１１からの駆動指示信号により駆動される。
胴体部２および格納部８が、特許請求の範囲における「胴部」の例である。また、胴体部２、首部３、頭部４、腕部５，５、手部５８Ｒ，５８Ｌおよび格納部８が、特許請求の範囲における「上体」の例である。

ロボット１は、自律移動制御部１１（頭部制御部１５）が首関節部４２を駆動し、頭部４を胴体部２に対して鉛直軸まわりに回転させることにより、ＣＣＤカメラ７ａ，７ｂによる撮像範囲Ａを所望の方向に向けることができる（適宜、図２および図３参照）。
また、ロボット１は、自律移動制御部１１が関節部２１を駆動し、胴体部２を脚部６，６に対して鉛直軸まわりに回転させるとともに、自律移動制御部１１（頭部制御部１５）が首関節部４２を駆動し、頭部４を胴体部２に対して鉛直軸まわりに回転させることにより、ＣＣＤカメラ７ａ，７ｂの撮像範囲Ａおよび超音波センサ９，９ａ〜９ｅの検出範囲ａ，Ｂ１〜Ｂ５を所望の方向に向けることができる。

[前方側の物体の検出]
続いて、ロボット１の前方側の物体の検出について説明する。
図６は、ロボットの頭部が右斜め前方に向いている状態を示す図である。図６に示すように、ロボット１は、頭部制御部１５が首関節部４２を駆動することにより、頭部４を胴体部２に対して回転させ、ＣＣＤカメラ７ａ，７ｂを前方以外の方向（図６では、右斜め前方）に向けている場合であっても、超音波センサ９によって前方側にある物体を検出することができる。

［前後移動時の腕振り動作］
続いて、ロボット１が前後に移動するときの腕振り動作について説明する（以下、適宜図１〜図５参照）。
図７は、ロボットの前後移動時の腕振り動作を説明するための図であり、（ａ）は腕部を最も前に出した状態を横から見た図、（ｂ）は腕部を最も前に出した状態を上から見た図である。図８は、ロボットの前後移動時の腕振り動作を説明するための図であり、（ａ）は腕部を最も後に引いた状態を横から見た図、（ｂ）は腕部を最も後に引いた状態を上から見た図である。
ロボット１は、脚部制御部１７が脚部６，６の各関節部を駆動することにより、前進移動および後進移動を行う。このとき、ロボット１は、腕部制御部１６が腕部５，５の各関節部を駆動することにより、図７および図８に示す範囲内で、腕部５，５および手部５８Ｒ，５８Ｌを振る。すなわち、腕部制御部１６は、超音波センサ９，９ａ〜９ｅの検出範囲ａ，Ｂ１〜Ｂ５外で腕部５，５および手部５８Ｒ，５８Ｌを振るように制御する。したがって、腕部５，５および手部５８Ｒ，５８Ｌが超音波センサ９，９ａ〜９ｅの検出範囲ａ，Ｂ１〜Ｂ５に入ることがないため、ロボット１は、前後への移動時において腕部５，５および手部５８Ｒ，５８Ｌの動作に阻害されることなく超音波センサ９，９ａ〜９ｅによる検出を行うことができる。

［腕部および手部の位置と超音波センサによる検出との関係］
続いて、腕部５，５および手部５８Ｒ，５８Ｌの位置と超音波センサ９，９ａ〜９ｅによる検出との関係について説明する。
図９（ａ）は、ロボットがジェスチャを行った例を正面から見た図、図９（ｂ）は、ロボットがジェスチャを行った例を横から見た図である。
図９（ａ）（ｂ）に示すように、ロボット１がジェスチャを行ったときなどに、腕部５，５または手部５８Ｒ，５８Ｌが超音波センサ９，９ａ〜９ｅの検出範囲ａ，Ｂ１〜Ｂ５内に位置することがある。図９（ａ）（ｂ）の場合には、超音波センサ９の検出範囲ａのうち、下側の検出範囲ａ１は検出可能であるが、上側の検出範囲ａ２は手部５８Ｒ，５８Ｌがあるため良好な検出ができない状態となっている。
このような場合などには、ロボット１の制御部１４は、予め記憶された超音波センサ９、９ａ〜９ｅの設置位置、検出範囲ａ，Ｂ１〜Ｂ５の大きさ、および各リンクの長さと、腕部制御部１６による腕部５の駆動状態とに基づいて、腕部５または手部５８Ｒ，５８Ｌが超音波センサ９，９ａ〜９ｅの検出範囲ａ，Ｂ１〜Ｂ５に入っているか否かを判定し、検出範囲に入っていると判定したときに、センサ情報処理部１３を介して、対応する超音波センサ（ここでは、超音波センサ９）による検出を中止する。
また、ロボット１の制御部１４は、腕部５，５および手部５８Ｒ、５８Ｌが検出範囲ａ，Ｂ１〜Ｂ５外に出たと判定したときに、センサ情報処理部１３を介して、対応する超音波センサ（ここでは、超音波センサ９）による検出を再開させる。
したがって、ロボット１は、超音波センサ９，９ａ〜９ｅによる検出が良好に行われないときに、超音波センサ９，９ａ〜９ｅによる検出を中止することができ、データ処理の量を低減することができる。

［左右移動時の物体の検出］
続いて、ロボット１が左右に移動するときの物体の検出について説明する。
図１０は、ロボットの右方向移動時における物体の検出を説明するための図であり、（ａ）は上から見た図、（ｂ）は正面から見た図である。
図１０（ａ）（ｂ）に示すように、ロボット１は、脚部制御部１７が脚部６，６の各関節部、特に股関節部６３Ｒ，６３Ｌを駆動することにより、右方向に移動する。このとき、ロボット１は、頭部制御部１５が首関節部４２を駆動することにより、頭部４を胴体部２に対して回転させ、ＣＣＤカメラ７ａ，７ｂを移動方向すなわち右方向に向ける。そして、ロボット１は、ＣＣＤカメラ７ａ，７ｂにより移動方向を撮像しつつ、右方向に移動する。ロボット１が左方向に移動する場合も同様である。この際、ロボット１は、超音波センサ９，９ａ〜９ｅによる検出を中止してもよい。
したがって、ロボット１が左右に移動するときであっても、移動方向の物体を検出（撮像）することができる。
また、ロボット１が前後に移動するときには、図４に示すように、ＣＣＤカメラ７ａ，７ｂによる撮像と超音波センサ９，９ａ〜９ｅによる検出を行う。
したがって、ロボット１は、その移動の態様に応じた検出（撮像）を行うことができる。

［透明な物体の認識］
続いて、ロボット１による透明な物体の認識について説明する。
図１１（ａ）は、ロボットの前面側に配置したＣＣＤカメラの撮像範囲および超音波センサの検出範囲に物体（壁）がある状態を示す平面図、図１１（ｂ）は、ロボットの前面側に配置したＣＣＤカメラの撮像範囲および超音波センサの検出範囲に物体（ガラス窓）がある状態を示す平面図である。
図１１（ａ）に示すように、ロボット１の前方に壁（透明ではない）Ｗ３がある場合には、ロボット１は、ＣＣＤカメラ７ａ，７ｂにより壁Ｗ３を撮像するとともに超音波センサ９により壁Ｗ３を検出する。
しかし、図１１（ｂ）に示すように、ロボット１の前方にガラス窓（透明）Ｗ４がある場合には、ロボット１は、超音波センサ９によりガラス窓Ｗ４を検出するが、ＣＣＤカメラ７ａ，７ｂによりガラス窓Ｗ４を良好に検出することができない。

制御部１４は、画像情報処理部１２から送られたＣＣＤカメラ７ａ，７ｂによる撮像データと、自律移動制御部１１による各関節部の駆動状態とに基づいて、ＣＣＤカメラ７ａ，７ｂにより撮像された物体のロボット１に対する位置を算出する。
また、制御部１４は、センサ情報処理部１３から送られた超音波センサ９，９ａ〜９ｅによる検出データと、自律移動制御部１１による各関節部の駆動状態とに基づいて、超音波センサ９，９ａ〜９ｅにより検出された物体のロボット１に対する位置を算出する。
そして、制御部１４は、算出された物体の位置に基づいて、ＣＣＤカメラ７ａ，７ｂにより撮像された物体と超音波センサ９，９ａ〜９ｅにより検出された物体とが同一の物体であるか否かを判定する。
そして、ロボット１の制御部１４は、超音波センサ９，９ａ〜９ｅのいずれかにより検出され、超音波センサ９，９ａ〜９ｅのいずれかと同一領域を検出したＣＣＤカメラ７ａ，７ｂにより検出されなかった物体（ガラス窓Ｗ４）を、透明な物体であると認識する。
したがって、ロボット１は、ＣＣＤカメラ７ａ，７ｂによる撮像結果と超音波センサ９，９ａ〜９ｅによる検出結果との違いを利用して、周囲環境をより正しく認識することができる。

本発明の実施形態に係るロボットを示す正面図。（ａ）は、本実施形態に係るロボットに備えた前面側の２つのＣＣＤカメラの撮像範囲と、背面側の５個の超音波センサの検出範囲を示す平面図、（ｂ）は、その側面図。本発明の本実施形態に係るロボットの動作制御装置の構成を示すブロック図。（ａ）は、ロボットの前面側に配置したＣＣＤカメラの撮像範囲に物体（障害物）がある状態を示す平面図、（ｂ）は、ロボットの背面側に配置した超音波センサよる検出範囲に物体（人間）がいる状態を示す平面図。図１のロボットの駆動構造を模式的に示す斜視図。ロボットの頭部が右斜め前方に向いている状態を示す図。ロボットの前後移動時の腕振り動作を説明するための図であり、（ａ）は腕部を最も前に出した状態を横から見た図、（ｂ）は腕部を最も前に出した状態を上から見た図。ロボットの前後移動時の腕振り動作を説明するための図であり、（ａ）は腕部を最も後に引いた状態を横から見た図、（ｂ）は腕部を最も後に引いた状態を上から見た図。（ａ）は、ロボットがジェスチャを行った例を正面から見た図、（ｂ）は、ロボットがジェスチャを行った例を横から見た図。ロボットの右方向移動時における物体の検出を説明するための図であり、（ａ）は上から見た図、（ｂ）は正面から見た図。（ａ）は、ロボットの前面側に配置したＣＣＤカメラの撮像範囲および超音波センサの検出範囲に物体（壁）がある状態を示す平面図、（ｂ）は、ロボットの前面側に配置したＣＣＤカメラの撮像範囲および超音波センサの検出範囲に物体（ガラス窓）がある状態を示す平面図。

符号の説明

１ロボット（自律移動ロボット）
２胴体部
３首部
４頭部
５腕部
６脚部
７ａ，７ｂＣＣＤカメラ（ステレオカメラ）
９超音波センサ（第２の超音波センサ）
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ超音波センサ
１０動作制御装置
１１自律移動制御部
１２画像情報処理部
１３センサ情報処理部
１４制御部
１５頭部制御部
１６腕部制御部
１７脚部制御部
５８Ｌ，５８Ｒ手部

Claims

上体の下部に連結された脚部により前進移動および後進移動自在な自律移動ロボットであって、
前記上体の前進移動方向の前方側にある物体を検出するためのステレオカメラと、
前記ステレオカメラによる検出領域以外の、少なくとも前記上体の両横近傍の後方側領域側と真後ろ領域側にある物体を検出するための超音波センサと、を備え、
前記超音波センサは、前記上体の両横側から背面側の周囲に沿って所定間隔で複数配置されており、
前記上体は、前記脚部に対して鉛直軸まわりに回転自在な胴部と、前記胴部に対して鉛直軸まわりに回転自在な頭部と、を備え、
複数の前記超音波センサは前記胴部に設けられており、前記ステレオカメラは前記頭部に設けられており、
前記胴部に設けられ、当該胴部の前進移動方向の前方側にある物体を検出するための第２の超音波センサと、
前記ステレオカメラの検出領域と、複数の前記超音波センサおよび前記第２の超音波センサのいずれかの検出領域とが重なった場合に、重なった検出領域において、前記ステレオカメラによって検出されず、複数の前記超音波センサおよび前記第２の超音波センサのいずれかによって検出された物体を透明な物体であると認識する制御部と、
をさらに備えていることを特徴とする自律移動ロボット。
前記胴部の左右に設けられた一対の腕部と、前記一対の腕部の先端にそれぞれ設けられた手部と、前記一対の腕部および前記手部を駆動する腕部制御部と、をさらに備え、
複数の前記超音波センサおよび前記第２の超音波センサは、複数の前記超音波センサの検出領域と前記第２の超音波センサの検出領域との間に死角があるように配置されており、
前記脚部により前進移動および後進移動を行うときに、前記腕部制御部は、前記死角内で前記腕部および前記手部を振るように制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の自律移動ロボット。
前記胴部の左右に設けられた一対の腕部と、前記一対の腕部の先端にそれぞれ設けられた手部と、前記一対の腕部および前記手部を駆動する腕部制御部と、をさらに備え、
複数の前記超音波センサおよび前記第２の超音波センサは、複数の前記超音波センサの検出領域と前記第２の超音波センサの検出領域との間に死角があるように配置されており、
前記腕部および前記手部が前記死角内にあるときには、複数の前記超音波センサおよび前記第２の超音波センサによる物体の検出を行い、
前記腕部または前記手部が複数の前記超音波センサおよび前記第２の超音波センサのいずれかの検出領域内にあるときには、複数の前記超音波センサおよび前記第２の超音波センサのうち、対応する超音波センサによる物体の検出を中止する
ことを特徴とする請求項１に記載の自律移動ロボット。
前記脚部は、左右移動自在に構成されており、
前記脚部により前進移動および後進移動を行うときには、前記ステレオカメラ、複数の前記超音波センサおよび前記第２の超音波センサによる物体の検出を行い、
前記脚部により左右への移動を行うときには、前記頭部を前記胴部に対して回転させ、前記ステレオカメラにより移動方向の物体の検出を行う
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自律移動ロボット。