JP6964275B2 - 移動ロボット、およびロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、自律的に走行して所定の領域内に移動し、所定の領域で作業を行う移動ロボット、およびロボットシステムに関する。

近年では、音声認識技術が向上し、ユーザが発した音声命令に基づき電子的な情報であるコマンドを生成することは身近な技術になりつつある。

例えば特許文献１には、指向性のあるマイクロフォンを並べて音声命令の到来方向と雑音の到来方向とを区別し、雑音による音声の認識率の低下を抑制する技術が開示されている。

特開２００９−２１０９５６号公報

しかし、音声命令により家電機器などを制御する技術は提案されているが、ユーザが音声命令を発した場所を認識し、認識した場所に対応した領域に移動して作業を行う移動ロボットは未だに登場していない。

本発明は上記課題を解決するものであり、移動ロボット自体は音声命令を認識することなく、音声命令に対応して所定の領域に移動して作業を実行する移動ロボット、およびロボットシステムの提供を目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の１つである移動ロボットは、自律走行可能な移動ロボットであって、ユーザが発した音声命令に基づき音声認識装置が生成したコマンド、および前記音声認識装置が特定した前記音声命令の到来方向を含む指示情報を、前記音声認識装置から通信によって取得する命令取得部と、前記音声認識装置が配置される所定領域の環境地図を保持する地図保持部と、前記環境地図における前記音声認識装置の位置と向きとを示す機器情報を取得する機器情報取得部と、前記指示情報に基づき前記音声認識装置の位置と向きを基点とした前記到来方向上、またはその近傍に移動させ、前記コマンドに対応した作業を実行させる移動実行部とを備える。

本発明の他の１つであるロボットシステムは、自律走行可能な移動ロボットと、前記移動ロボットとは別体の音声認識装置とを備えるロボットシステムであって、前記音声認識装置は、ユーザが発した音声命令に基づきコマンドを生成するコマンド生成部と、前記音声命令の到来方向を特定する到来方向特定部とを備え、前記移動ロボットは、前記音声認識装置から通信を介して前記コマンド、および前記到来方向を含む指示情報を取得する命令取得部と、前記音声認識装置が配置される所定領域の環境地図を保持する地図保持部と、前記環境地図における前記音声認識装置の位置と向きとを示す機器情報を取得する機器情報取得部と、前記指示情報に基づき前記音声認識装置の位置と向きを基点とした前記到来方向上、またはその近傍に移動させ、前記コマンドに対応した作業を実行させる移動実行部とを備える。

なお、前記移動ロボット、およびロボットシステムの各処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを実施することも本発明の実施に該当する。無論、そのプログラムが記録された記録媒体を実施することも本発明の実施に該当する。

本発明によれば、移動ロボット自体は音声命令を認識することなく、簡便かつ直感的に作業内容および作業領域を音声により指示することができる。

実施の形態におけるロボットシステムを概念的に示す図である。 実施の形態における音声認識装置の装置構成、および機能構成を示すブロック図である。 実施の形態における移動ロボットの外観を上方から示す平面図である。 実施の形態における移動ロボットの外観を下方から示す底面図である。 実施の形態における移動ロボットの外観を上方から示す斜視図である。 実施の形態における移動ロボットの装置構成、および機能構成を示すブロック図である。 実施の形態におけるロボットシステムの動作態様を示す図である。

次に、本発明における移動ロボット、およびロッボットシステムの実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明における移動ロボットの一例を示したものに過ぎない。従って本発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

また、図面は、本発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

図１は、実施の形態におけるロボットシステムを概念的に示す図である。同図に示すように、ロボットシステム１００は、自律走行可能な移動ロボット１１０と、移動ロボット１１０とは別体の音声認識装置１５０とを備えるシステムである。

図２は、音声認識装置の装置構成、および機能構成を示すブロック図である。音声認識装置１５０は、いわゆるスマートスピーカなど称される装置であり、マイクロフォンアレイ１５１と、第一通信装置１５２と、第一プロセッサ１５３とを備えている。

マイクロフォンアレイ１５１は、音の到来方向を特定し、音を電気的な情報に変換する装置であり、指向性を有する複数のマイクロフォンを相互に異なる方向に向けて配置された装置である。本実施の形態の場合、マイクロフォンアレイ１５１は、水平面内において放射方向に沿って周方向均等に並べられた複数のマイクロフォンを備えている。また、各マイクロフォンは、外向きの指向性を備えている。

第一通信装置１５２は、移動ロボット１１０と直接、または他の機器を介して間接的に無線通信を行う装置である。無線通信の種類は特に限定されるものではないが、例えばブルートゥース（登録商標）、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などを例示することができる。また、第一通信装置１５２は複数種類の通信を行うものでもかまわない。

第一プロセッサ１５３は、プログラムを実行することにより各処理部を実現する装置である。本実施の形態の場合、第一プロセッサ１５３により、コマンド生成部１５４と、到来方向特定部１５５と、指示情報作成部１５６とが実現されている。

コマンド生成部１５４は、ユーザ２００が発した音声命令をマイクロフォンアレイ１５１から取得して音声認識し、音声命令に対応するコマンドを生成する処理部である。

到来方向特定部１５５は、マイクロフォンアレイ１５１から取得した信号に基づき音声命令の到来方向を特定する処理部である。到来方向を特定する方法は特に限定されるものではないが、例えば、複数のマイクロフォンがそれぞれ取得した音量の差、音の位相差などに基づき音声命令の到来方向を特定する方法を例示することができる。

指示情報作成部１５６は、コマンド生成部１５４が生成したコマンドと到来方向特定部１５５が特定した到来方向に基づき、コマンドに移動ロボット１１０が移動すべき領域を加えた指示情報を作成する処理部である。指示情報作成部１５６が作成した指示情報は、第一通信装置１５２により移動ロボット１１０に送信される。

移動ロボット１１０は、自律的に床面上などを移動して作業を実行することができる装置である。移動ロボット１１０の種類は特に限定されるものではなく、所定の場所に移動して介護を行う介護ロボット、人や物などを運搬する搬送ロボットなどを例示することができる。本実施の形態の場合、自律的に走行しながら掃除を行う掃除ロボットを移動ロボット１１０の例として説明する。

図３は、移動ロボットの外観を示す平面図である。図４は、移動ロボットの外観を示す底面図である。図５は、移動ロボットの外観を示す斜視図である。

これらの図に示されるように、移動ロボット１１０は、音声認識装置１５０から送信される指示情報に基づき所定の領域内を自律的に走行し、前記領域内に存在するごみを吸引するロボット掃除機であり、駆動ユニット１３０（図４参照）、掃除エリアに存在するごみを吸引口１７８から吸引する清掃ユニット１４０（図４参照）、各種センサ、第二プロセッサ１１１（図６参照）等を備えている。

駆動ユニット１３０は、本実施の形態の場合、床面上を走行する車輪、車輪にトルクを与える走行用モータ、および、走行用モータを収容するハウジングなどを有する。各車輪は、ボディの下面に形成される凹部に収容され、ボディに対して回転できるように取り付けられている。また、移動ロボット１１０は、キャスター１７９を補助輪として備えた対向二輪型であり、２つの車輪の回転を独立して制御することで、直進、後退、左回転、右回転など移動ロボット１１０を自在に走行させることができる。

駆動ユニット１３０は、第二プロセッサ１１１からの指示に基づき移動ロボット１１０を走行させる。本実施の形態においては、駆動ユニット１３０は、移動ロボット１１０の平面視における幅方向の中心に対して左側および右側にそれぞれ１つずつ配置されている。なお、駆動ユニット１３０の数は、２つに限られず、１つでもよいし、３つ以上でもよい。

清掃ユニット１４０は、ゴミを集めて吸引するユニットであり、吸引口１７８内に配置されるメインブラシ、メインブラシを回転させるブラシ駆動モータなどを備えている。吸引口１７８からゴミを吸引する吸引装置は、ボディの内部に配置されており、ファンケース、および、ファンケースの内部に配置される電動ファンを有する。

移動ロボット１１０が備える各種センサとして以下の様なセンサを例示できる。

障害物センサ１７３は、ボディの前方に存在する障害物を検出するセンサである。本実施の形態の場合、障害物センサ１７３は、超音波センサが用いられる。障害物センサ１７３は、ボディの前方の中央に配置される発信部１７１、および、発信部１７１の両側にそれぞれ配置される受信部１７２を有し、発信部１７１から発信されて障害物によって反射して帰ってきた超音波を受信部１７２がそれぞれ受信することで、障害物の距離や位置を検出することができる。

測距センサ１７４は、移動ロボット１１０の周囲に存在する障害物などの物体と移動ロボット１１０との距離を検出するセンサである。本実施の形態の場合、測距センサ１７４は、レーザ光をスキャンして障害物に反射した光に基づき距離を測定するいわゆるレーザーレンジスキャナである。

衝突センサ（図示せず）は、移動ロボット１１０の周囲に取り付けられているバンパが、障害物に接触して移動ロボット１１０に対して押し込まれることに伴いオンされるスイッチ接触変位センサである。

カメラ１７５は、移動ロボット１１０の上部空間を撮像する装置である。カメラ１７５で撮像された画像は、画像処理され、画像内の特徴点の位置から移動ロボット１１０の現在位置を把握することができるものとなっている。

床面センサ１７６は、移動ロボット１１０の底面の複数箇所に配置され、掃除エリアとしての床面が存在するか否かを検出する。本実施の形態の場合、床面センサ１７６は、発光部および受光部を有する赤外線センサであり、発光部から放射した赤外線光が戻ってくる場合は床面有り、閾値以下の光しか戻ってこない場合は床面無しとして検出する。

エンコーダ（図示せず）は、駆動ユニット１３０に備えられており、走行用モータによって回転する一対の車輪のそれぞれの回転角を検出する。エンコーダからの情報により、移動ロボット１１０の走行量、旋回角度、速度、加速度、角速度などを算出することができる。

加速度センサ（図示せず）は、移動ロボット１１０が走行する際の加速度を検出し、角速度センサは、移動ロボット１１０が旋回する際の角速度を検出する。加速度センサ、角速度センサにより検出された情報は、車輪の空回りによって発生する誤差を修正するための情報等に用いられる。

以上の障害物センサ１７３、測距センサ１７４、衝突センサ、カメラ１７５、床面センサ１７６、エンコーダは、例示であり、移動ロボット１１０は、他の種類のセンサを備えてもよい。

第二プロセッサ１１１は、プログラムを実行することにより各処理部を実現する装置である。本実施の形態の場合、第二プロセッサ１１１により、命令取得部１１２と、地図保持部１１３と、機器情報取得部１１４と、移動実行部１１６を処理部として実現している。本実施の形態の場合、第二プロセッサ１１１はさらに、障害物認識部１１７と、地図作成部１１８と、画像取得部１１９と、位置特定部１２０と、音声発生部１２１と、機器情報算出部１２２とを実現している。なお本実施の形態では、第一プロセッサ１５３、第二プロセッサ１１１などのプロセッサを一つのものとして説明しているが、複数のプロセッサによって、それぞれ処理部を実現してもかまわない。

命令取得部１１２は、ユーザ２００が発した音声命令に基づき音声認識装置１５０が生成したコマンド、および特定した到来方向を示す指示情報を、第二通信装置１２３を介して取得する処理部である。第二通信装置１２３は、音声認識装置１５０と直接、または他の機器を介して間接的に無線通信を行う装置である。

地図保持部１１３は、音声認識装置１５０が配置される所定領域であって移動ロボット１１０が移動し掃除などの作業を行う領域の環境地図を保持する処理部である。環境地図は、ロボットシステム１００の外部から取得してもよいが、本実施の形態の場合、障害物認識部１１７、および地図作成部１１８により移動ロボット１１０自体が作成している。

障害物認識部１１７は、移動ロボット１１０の自己位置と障害物との位置関係をエンコーダや測距センサ１７４などのセンサからの情報に基づき算出する処理部である。障害物認識部１１７は、自律走行する移動ロボット１１０により複数箇所において障害物と自己位置との関係を示す情報を蓄積する。

地図作成部１１８は、障害物認識部１１７が算出し蓄積したデータを統合して環境地図を作成する処理部である。環境地図を生成する方法は特に限定されるものではないが、例えばＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ）等を例示することができる。

地図作成部１１８は、移動ロボット１１０の走行実績に基づき実際に走行した領域の外形、および、走行を阻害する障害物などを示す情報を環境地図として生成する。地図作成部１１８により生成される環境地図は、例えば２次元の配列データとして実現される。走行実績を例えば縦横１０ｃｍなどの所定の大きさの四角形で分割し、各四角形が環境地図を構成する配列の要素エリアであるとみなし、配列データとして処理してもよい。

機器情報取得部１１４は、環境地図における音声認識装置１５０の位置と向きとを示す機器情報を取得する処理部である。機器情報を取得する方法は特に限定されるものではなく、ユーザ２００が移動ロボット１１０に対して入力した機器情報を取得してもかまわない。具体的に例えば、地図保持部１１３が保持している環境地図をスマートフォンなどの携帯端末、コンピュータなどに表示させ、音声認識装置１５０の環境地図上の位置や向きなどを携帯端末を用いてユーザ２００が入力し、当該情報を移動ロボット１１０に送信することで入力してもかまわない。

本実施の形態の場合、機器情報は外部から入力されるのではなく、移動ロボット１１０が、音声発生部１２１、および機器情報算出部１２２とに基づき機器情報を算出し、算出された機器情報を機器情報取得部１１４が取得している。

具体的には、音声発生部１２１は、スピーカなどを用いて音声認識装置１５０が認識可能な疑似音声命令を発生させる処理部であり、環境地図を作成中、掃除中など移動ロボット１１０が自律的に移動している際に少なくとも異なる３箇所で疑似音声命令を発生させる。

機器情報算出部１２２は、音声発生部１２１が疑似音声命令を発生させた環境地図上の位置情報をセンサなどから取得する処理部であり、取得した位置情報、および命令取得部１１２が取得した疑似音声命令に対応した指示情報に基づき機器情報を算出する。

移動実行部１１６は、指示情報に基づき音声認識装置１５０の位置と向きを基点とした音声命令の到来方向上、またはその近傍に移動させ、指示情報に含まれるコマンドに対応した作業を実行させる処理部である。具体的に例えば、図７に示すような状況下、ユーザ２００が、「このあたりを掃除して」と音声命令を発した場合、音声認識装置１５０を介して指示情報を取得した移動実行部１１６は、地図保持部１１３で保持している環境地図と、環境地図内における音声認識装置１５０の位置、および向き１５９、音声認識装置１５０が認識した音声命令の到来方向１５８に基づき作業を実行すべき第一領域２０１を環境地図上で決定する。また、指示情報に含まれるコマンドから作業内容を把握し、例えば掃除を行う事を決定する。また、移動実行部１１６は、決定した情報に基づき、移動ロボット１１０を第一領域２０１に移動させ、作業を実行させる。

なお、移動ロボット１１０を第一領域２０１に向かわせる方法は特に限定されるものではなく、例えば、音声認識装置１５０に移動ロボット１１０を向かわせた後、第一領域２０１内を自律走行させながら作用を行わせてもかまわない。また、移動ロボット１１０から最も近い第一領域２０１に移動ロボット１１０を向かわせてもかまわない。

また、第二プロセッサ１１１により実現される画像取得部１１９と位置特定部１２０とにより、作業を実行すべき領域を第二領域２０２に絞り込んでもよい。

具体的には、画像取得部１１９は、音声認識装置１５０の位置と向き１５９を基点とした到来方向１５８上の像を移動ロボット１１０が備えるカメラ１７５などにより撮像させて画像を取得する。これにより、画像を取得する領域を絞ることができ、比較的高速にユーザ２００の像を撮像することが可能となる。

位置特定部１２０は、画像取得部１１９が取得した画像に基づき画像解析などによりユーザ２００の環境地図上の位置を特定する。移動実行部１１６は、位置特定部１２０によって特定されたユーザ２００の位置、またはその近傍の第二領域２０２に移動ロボット１１０を移動させ、前記コマンドを実行させる。これによれば、移動ロボット１１０を所望の領域に速やかに移動させることができ、当該領域で作業を実行させることができる。例えば、ユーザ２００の近傍のみを移動ロボット１１０に掃除させることができる。また、ユーザ２００に物品を搬送することも可能となる。

上記実施の形態にかかる移動ロボット１１０によれば、音声命令という直感的な指示により、移動ロボット１１０を所望の領域に移動させ、作業を実行させることができる。

また、移動ロボット１１０が音声命令を認識し、その到来方向を判断する必要がないため、マイクロフォンアレイ１５１などの比較的重量のある装置を搭載する必要がなく、軽量化を図り省エネルギーに寄与することができる。また、移動ロボット１１０が音声認識など重い処理を行うことがないため、ユーザが発した音声命令に対して即座に移動し作業を開始することができる。

また、音声認識装置１５０が音声命令を認識し、移動ロボット１１０に通信で指示情報を送信できるため、移動ロボット１１０が作業を実行して騒音を発生させている場合や音声命令が届かない位置に移動ロボット１１０が存在している場合などでも、移動ロボット１１０に所望の作業を実行させることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。

例えば、移動ロボット１１０は、ロボット掃除機に限定されるわけではなく、飲み物や薬などをユーザ２００に搬送する搬送ロボット、ユーザ２００の動作の手助けをする介助ロボットなどでもかまわない。

また、ユーザ２００の位置を特定するために、カメラ１７５が撮像した画像を用いたが、レーザーレンジスキャナからの情報を単独、または画像と組み合わせて用いてもよい。また、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ）カメラなどを別途設けてもかまわない。

本発明は、自律走行可能なロボットに適用可能である。

１００ ロボットシステム
１１０ 移動ロボット
１１１ 第二プロセッサ
１１２ 命令取得部
１１３ 地図保持部
１１４ 機器情報取得部
１１６ 移動実行部
１１７ 障害物認識部
１１８ 地図作成部
１１９ 画像取得部
１２０ 位置特定部
１２１ 音声発生部
１２２ 機器情報算出部
１２３ 第二通信装置
１３０ 駆動ユニット
１４０ 清掃ユニット
１５０ 音声認識装置
１５１ マイクロフォンアレイ
１５２ 第一通信装置
１５３ 第一プロセッサ
１５４ コマンド生成部
１５５ 到来方向特定部
１５６ 指示情報作成部
１５８ 到来方向
１７１ 発信部
１７２ 受信部
１７３ 障害物センサ
１７４ 測距センサ
１７５ カメラ
１７６ 床面センサ
１７８ 吸引口
１７９ キャスター
２００ ユーザ
２０１ 第一領域
２０２ 第二領域

Claims (5)

1. 自律走行可能な移動ロボットであって、
   ユーザが発した音声命令に基づき音声認識装置が生成したコマンド、および前記音声認識装置が特定した前記音声命令の到来方向を含む指示情報を、前記音声認識装置から通信によって取得する命令取得部と、
   前記音声認識装置が配置される所定領域の環境地図を保持する地図保持部と、
   前記環境地図における前記音声認識装置の位置と向きとを示す機器情報を取得する機器情報取得部と、
   前記指示情報に基づき前記音声認識装置の位置と向きを基点とした前記到来方向上、またはその近傍に移動させ、前記コマンドに対応した作業を実行させる移動実行部と
   を備える移動ロボット。
2. 自己位置と障害物との位置関係をセンサからの情報に基づき算出する障害物認識部と、
   前記障害物認識部が算出したデータを統合して前記環境地図を作成する地図作成部と
   を備える請求項１に記載の移動ロボット。
3. 前記音声認識装置の位置と向きを基点とした前記到来方向上の画像を取得する画像取得部と、
   取得した画像に基づきユーザの位置を特定する位置特定部とを備え、
   前記移動実行部は、特定されたユーザ位置、またはその近傍に移動させ、前記コマンドを実行させる
   請求項１または２に記載の移動ロボット。
4. 前記音声認識装置が認識可能な疑似音声命令を少なくとも異なる３箇所で発生させる音声発生部と、
   前記命令取得部が取得した疑似音声命令に対応した指示情報、および疑似音声命令を発した位置に基づき前記機器情報を算出する機器情報算出部と
   を備える請求項１から３のいずれか一項に記載の移動ロボット。
5. 自律走行可能な移動ロボットと、前記移動ロボットとは別体の音声認識装置とを備えるロボットシステムであって、
   前記音声認識装置は、
   ユーザが発した音声命令に基づきコマンドを生成するコマンド生成部と、
   前記音声命令の到来方向を特定する到来方向特定部とを備え、
   前記移動ロボットは、
   前記音声認識装置から通信を介して前記コマンド、および前記到来方向を含む指示情報を取得する命令取得部と、
   前記音声認識装置が配置される所定領域の環境地図を保持する地図保持部と、
   前記環境地図における前記音声認識装置の位置と向きとを示す機器情報を取得する機器情報取得部と、
   前記指示情報に基づき前記音声認識装置の位置と向きを基点とした前記到来方向上、またはその近傍に移動させ、前記コマンドに対応した作業を実行させる移動実行部と
   を備えるロボットシステム。

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