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明細書 :ロボット遠隔制御システム

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B2)
特許番号 特許第4713846号 (P4713846)
公開番号 特開2005-313303 (P2005-313303A)
登録日 平成23年4月1日(2011.4.1)
発行日 平成23年6月29日(2011.6.29)
公開日 平成17年11月10日(2005.11.10)
発明の名称または考案の名称 ロボット遠隔制御システム
国際特許分類 B25J  13/00        (2006.01)
FI B25J 13/00 Z
請求項の数または発明の数 4
全頁数 16
出願番号 特願2004-136531 (P2004-136531)
出願日 平成16年4月30日(2004.4.30)
新規性喪失の例外の表示 特許法第30条第1項適用 特許法第30条第1項適用、平成16年2月25日オルランド(フロリダ州、アメリカ)において行われたホームランドセキュリティ全国会議の予稿集に文書により発表、なお、口頭発表は行っていない旨宣誓がされた
審査請求日 平成19年4月18日(2007.4.18)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】503360115
【氏名又は名称】独立行政法人科学技術振興機構
発明者または考案者 【氏名】杉坂 政典
【氏名】秋月 影雄
個別代理人の代理人 【識別番号】100099634、【弁理士】、【氏名又は名称】平井 安雄
審査官 【審査官】松浦 陽
参考文献・文献 特開2003-006532(JP,A)
特開平01-295772(JP,A)
特開2002-154081(JP,A)
特開2003-340762(JP,A)
特開2003-291083(JP,A)
特開2003-345435(JP,A)
特開平10-166286(JP,A)
特開平11-156765(JP,A)
特開平11-109847(JP,A)
特開2003-181783(JP,A)
特表2005-514213(JP,A)
特開2003-001578(JP,A)
Ikuzo Kitagishi, Tamotsu Machino, Akira Nakayama, Satoshi Iwaki, Masashi Okudaira,Development of Motion Data Description Language for Robots Based on eXtensible Markup Language - Rea,Proceeding of International conference on Inteligent Robot and Systems 2002,米国,IEEE,2002年 9月30日,pp. 1145-1151
調査した分野 B25J 1/00 - 21/02
特許請求の範囲 【請求項1】
文字入力及び音声入力の一方又は両方の入力手段及び通信するための端末通信手段を有する制御端末と、
モータ及びエンジンの一方又は両方からなる駆動手段、予め配設された機器である保有機器部、汎用的に機器と接続可能なインタフェースである共通接続部、必要に応じて当該共通接続部と接続して追加的に配設される機器である追加機器部、及び通信するためのロボット通信手段を有し、インターネットを経由して前記制御端末からの制御命令に基づき動作する複数の自律移動ロボットとを備え、
前記複数の自律移動ロボットが、前記制御端末からの制御命令にしたがって前記各自律移動ロボット間で通信を行い、相互の自律移動ロボットの位置情報、作業の進捗情報、及びタスク情報を含むロボット状態情報に基づいて、相互に共同して動作し、任意の一の自律移動ロボットと任意の他の自律移動ロボットとの関係で、前記任意の一の自律移動ロボットの作業の進捗情報から当該任意の一の自律移動ロボットの作業が順調で遅延していなくて、且つ前記任意の他の自律移動ロボットのタスク情報から任意の他の自律移動ロボットが行う予定のタスクを前記任意の一の自律移動ロボットが実行することができる場合に、前記任意の一の自律移動ロボットが前記任意の他の自律移動ロボットを手助けすることを
特徴とするロボット遠隔制御システム。
【請求項2】
前記請求項1に記載のロボット遠隔制御システムにおいて、
前記制御端末からの制御命令を受信し、当該制御命令に基づき前記自律移動ロボットを制御するサーバを備えることを
特徴とするロボット遠隔制御システム。
【請求項3】
前記請求項2に記載のロボット遠隔制御システムにおいて、
前記サーバが、異常パターンを検知するソフトウェア、及びデータ解析ソフトウェアを、更に組み込まれたことを
特徴とするロボット遠隔制御システム。
【請求項4】
前記請求項2又は3に記載のロボット遠隔制御システムにおいて、
前記サーバが、現在の各自律移動ロボットの位置を含むロボット状態情報を有することを
特徴とするロボット遠隔制御システム。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
本発明は携帯電話及びパソコンから、インターネットを介して、遠隔にある自律移動ロボットを制御する技術に関するものである。本技術は複数の自律移動ロボットを同時に制御することにも関する。
【背景技術】
【0002】
背景技術のロボット遠隔制御システムとしては、特開平15-006532号公報に開示されるものがあり、以下説明する。この背景技術のロボット遠隔制御システムは、ネットワークに接続され、ユーザの制御信号を解読して移動可能なロボットを制御するロボットコントロールサーバと、ネットワークに接続され、ロボットコントロールサーバの制御信号により動作する、カメラを備えた移動可能なロボットと、ネットワークに接続され、移動可能なロボットを制御する指令を出力する端末と、ユーザ対応にロボットコントロールサーバ使用状態をチェックし、これに応じて課金処理する課金処理手段を具備した構成である。この背景技術によれば、ネットワークに接続されたコントロールサーバを介して、ネットワークに接続されたユーザ端末からの指令により移動可能なロボットを制御し、このロボットからのカメラ映像をユーザ端末が受信できるので、遠隔地よりユーザが移動可能なロボットを制御することが可能となり、しかも写真映像により制御結果を遠隔地より判断することができるのみならず、コントロールサーバ上でロボットを制御する複数の制御プログラムを管理することができるので、コントロールサーバ上でサービス業者が管理することが可能となり、ロボット側に個別に制御プログラムをロードする場合に比較してユーザは最新の機能を安く受けることができる。また、コントロールサーバ業者がソフト開発したりメンテナンスを行うので、ユーザは独自にサーバを設置したり、独自にプログラムを開発する必要がなく、安くサービスを受けることができる。しかもコントロールサーバ側のプロセッサがサーバソフトを動かすため、ロボット本体側のプロセッサは軽負荷となり、小型の安価なプロセッサを使用することができる。

【特許文献1】特開平15-006532号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、前記背景技術は以上のように構成され、ロボット自体に拡張性がなく、当初の構成で実現できない動作を要求するためにはロボット自体を大幅に改造する必要があり、また、その改造に時間がかかり迅速に対応することができないという課題を有する。また、ロボット自体を新たな構成のロボットに交換することもできるが、コスト面で現実的ではない。さらに、背景技術においては、単数のロボットを遠隔制御するのみであり、複数のロボットを遠隔制御することはできないという課題も有する。仮に、できたとしても、ロボットが共同した作業を行うことはできない。
【0004】
本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、汎用性に富み、操作者のさまざまな要求に対応することができるロボット遠隔制御システムを提供することを目的とする。さらに、遠隔制御で複数のロボットの共同作業を実現するロボット遠隔制御システムを提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明に係るロボット遠隔制御システムは、文字入力及び音声入力の一方又は両方の入力手段及び通信するための端末通信手段を有する制御端末と、モータ及びエンジンの一方又は両方からなる駆動手段、予め配設された機器である保有機器部、汎用的に機器と接続可能なインタフェースである共通接続部、必要に応じて当該共通接続部と接続して追加的に配設される機器である追加機器部、及び通信するためのロボット通信手段を有し、インターネットを経由して前記制御端末からの制御命令に基づき動作する複数の自律移動ロボットとを備え、前記複数の自律移動ロボットが、前記制御端末からの制御命令にしたがって前記各自律移動ロボット間で通信を行い、相互の自律移動ロボットの位置情報、作業の進捗情報、及びタスク情報を含むロボット状態情報に基づいて、相互に共同して動作し、任意の一の自律移動ロボットと任意の他の自律移動ロボットとの関係で、前記任意の一の自律移動ロボットの作業の進捗情報から当該任意の一の自律移動ロボットの作業が順調で遅延していなくて、且つ前記任意の他の自律移動ロボットのタスク情報から任意の他の自律移動ロボットが行う予定のタスクを前記任意の一の自律移動ロボットが実行することができる場合に、前記任意の一の自律移動ロボットが前記任意の他の自律移動ロボットを手助けするものである。
のように本発明においては、制御端末と自律移動ロボットとを備え、前記制御端末からの制御命令に基づき前記自律移動ロボットが動作するので、遠隔地にいながら制御端末を介して自由に自律移動ロボットを動作させることができると共に、予め配設された機器だけでなく、必要に応じて追加的に機器を増設することができ、より利用者の要求に応じた動作を円滑に行うことができる。特に、機器との接続のためのインタフェースが汎用的であり、容易に増設することができる。ここで、通信手段を介しての通信は、どのようなものでもよく、携帯電話を用いた通信、インターネットを介しての通信、特定帯域の無線通信等のあらゆる通信を適用することができる。複数の通信に対応するようにしておき、一方を主回線、他方を補助回線として使用することもでき、可用性を向上させることもできる。
各自律移動ロボットが相互に共同して動作するので、迅速に且つ確実に作業を行うことができる。1つの自律移動ロボットに多種の機器を集中して配設することなく、それぞれの自律移動ロボットに機器を分散して配設して動作させることができる。一部の複数の自律移動ロボットに同一機器を複数配設することで、故障率の高い機器が実際に故障した場合であっても作業を途中で中断することなく続行することができる

【0006】
また、本発明に係るロボット遠隔制御システムは必要に応じて、前記制御端末からの制御命令を受信し、当該制御命令に基づき前記自律移動ロボットを制御するサーバを備えるものである。このように本発明においては、サーバが制御命令に基づき前記自律移動ロボットを制御するので、制御端末の処理能力が低くとも、制御に関する情報処理をサーバ側に負担させることができる。また、複数の制御端末がある場合にも制御を競合することなく処理することができ円滑な運用を実現することができる。
【0007】
また、本発明に係るロボット遠隔制御システムは必要に応じて、前記サーバが、異常パターンを検知するソフトウェア、データ解析ソフトウェア等のソフトウェアを更に組み込まれたものである。このように本発明においては、サーバにおける機能を追加することで、制御端末からの制御命令に対する自律移動ロボットの制御をより円滑に行うことができ、また、自律移動ロボットから取得した情報をかかる追加した機能より情報処理することにより制御端末に対して情報を提供することができ、さらには、かかる情報処理した結果を自律移動ロボットの動作にフィードバックすることができる。
【0009】
また、本発明に係るロボット遠隔制御システムは必要に応じて、前記サーバが、現在の各自律移動ロボットの位置等のロボット状態情報を有するものである。このように本発明においては、前記サーバが、現在の各自律移動ロボットの位置等のロボット状態情報を有するので、サーバがロボット状態情報を用いて効率よく動作させることができる。たとえば、一連の作業の中には、この作業が終わらなければすべての作業が次にステップに進めない場合がよくあるが、このような場合に自律移動ロボットに集中的にかかる仕事に担わせて、作業の円滑化を図ることができる。
【発明の効果】
【0011】
インターネット経由でパソコンおよび携帯電話で自律移動ロボット太郎およびその群システムに間接遠隔制御で指令あるいは制御の与えることにより、ロボットおよびそのグループがロボット同士やサーバと情報を共有することにより、ある一つのタスクをロボット同士が分担し実行することが可能となった。本発明によりロボット及びそのグループによるタスクの実行はすでに述べた色々の分野での利用が期待でき、高度の複雑な作業等が行え、その効果は非常に大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
(本発明の第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係るロボット遠隔制御システムを図1ないし図8に基づき説明する。図1は本実施形態に係るロボット遠隔制御システムの概略図、図2は本実施形態に係る自律移動ロボットの正面図及び側面図、図3は本実施形態に係る自律移動ロボットのハードウェア構成図、図4は本実施形態に係る自律移動ロボットの別観点からのハードウェア構成図、図5は本実施形態に係る自律移動ロボットのソフトウェア構成図、図6又は図7は本実施形態に係る自律移動ロボットの動作説明図、図8は本実施形態に係る自律移動ロボットの接続状態図、図9は本実施形態に係るコマンド実行システムの文法ファイルの一例である。
【0013】
本実施形態に係るロボット遠隔制御システムは、文字入力、音声入力等の入力手段及び通信するための端末通信手段を有する制御端末と、モータ、エンジン等からなる駆動手段、テレビカメラ等の予め配設された機器である保有機器部、汎用的に機器と接続可能なインタフェースである共通接続部、必要に応じて当該共通接続部と接続して追加的に配設される機器である追加機器部及び通信するためのロボット通信手段を有する自律移動ロボット20と、前記制御端末からの制御命令を受信し、当該制御命令に基づき前記自律移動ロボット20を制御するサーバ40とを備え、前記制御端末からの制御命令に基づき前記自律移動ロボットが動作する構成である。
【0014】
前記制御端末は、携帯電話11、パーソナルコンピュータ12(以下、パソコンとする)が該当する。ただし、制御端末は、少なくとも、入力ができ、通信ができればよく、携帯電話11、パソコン12に限定されない。携帯電話11の処理能力も向上してきており十分使用に耐え得ることができ、また、負荷の高い処理はサーバ40又は自律移動ロボット20に分散させることで実装することができる。例えば、携帯電話11からはhttp(HyperText Transfer Protocol)に従った制御命令をサーバ40に送信するだけの負荷の少ない処理のみ行い、サーバ40がかかる制御命令を識別し、対応する制御を自律移動ロボット20に行わせることができる。なお、携帯電話11の場合、ダイヤルボタン等のボタン、マイクが入力手段となり、携帯電話11の通信機能が端末通信手段となる。また、携帯電話11からのインターネットの接続は、基地局、交換局を経て通信事業主のゲートウェイサーバを介して行われる。
【0015】
前記自律移動ロボット20は、図2示すように、表示灯LED21(Light Emitting Diode)、モニター22、音声出力部23、通信用パソコン24、画像処理用パソコン25、制御用パソコン26、DC(Direct Current)モーター27、駆動車輪28、補助輪29、リチウムイオン電池30、CCD(Charge Coupled Devices)カメラ31、送受信機32(RDIS/LT-08:古河機械金属(株))、及び、これらを支持、保護する外装体33からなる。DCモーター27とこのDCモーター27が駆動し回動する駆動車輪28と補助輪29とが前記駆動手段にあたり、表示灯LED21、音声出力部23、CCDカメラ31が保有機器部にあたり、RDIS/LT-0832が共通接続部にあたり、RDIS/LT-0832及び通信用パソコン24がロボット通信手段にあたる。追加機器部は、明示的に図2には示していないが、専用アーム、放射能測定センサー、有毒ガスセンサー、バイオセンサー、地雷探知センサー等が該当する。
【0016】
前記サーバ40は、ネットワーク上で、制御端末、自律移動ロボット20に対し、機能やデータを提供するコンピュータ(ソフトウェアとされることもある)であり、本実施形態ではパソコン上に実装されている。サーバ40には、種々のソフトウェアを組み込むように構成することもできるし、他に、複数のサーバ40から構成されているとし各サーバがそれぞれ機能を提供するように構成することもできる。なお、サーバ40にこれらソフトウェアを組み込んで処理した結果を制御端末で使用者が閲覧する形態でもよいし、制御端末にソフトウェアを組み込んで直接制御端末で自律移動ロボットから取得したデータを情報処理して使用者が閲覧する形態でも実現することができる。
【0017】
図1において、本ロボット遠隔制御システムは、遠隔の危険地域にRDIS/LT-0832を有する人工脳を搭載した自律移動ロボット20(「太郎」とする。)、オペレーションセンター或いは任意の場所にある携帯電話11及びパソコン12(制御端末である)、及び、サーバ40からなる。
【0018】
多体の太郎20は空間的に分散しており(図3参照)、それらはそれぞれ人工脳と通信機能を持ち指令やデータのやり取りが可能で空間的分散ネットワークシステムとして構成している。携帯電話11及びパソコン12から仕事の指令(制御命令)をインターネットによりこれらの自律移動ロボット20に送信し、仕事を行わせることができる。例えば、仕事の一例として、図1に示されているように、自律移動群ロボットに搭載された各種センサー(CCDカメラ、放射能測定センサー、有毒ガスセンサー、バイオセンサー、地雷探知センサー等)からのデータ、その異常値の計測と送信を行わせる仕事や、その他、見回りやゴミ収集といった仕事など色々考えられる。
【0019】
携帯電話11及びパソコン12はインターネットを経由して自律移動ロボット20が行う仕事を指令する信号の送信並びに自律移動ロボット20の測定したデータや行った仕事の状況を受信することが可能である。それを可能にするための、例えば、携帯電話11及びパソコン12は次の三つのソフトウエアを有する。(I)計測や移動、顔認識、音声認識・合成といった仕事に対し自律移動ロボットを制御するコマンド(指令)を出す、いわゆる自律移動ロボット20が仕事をするための制御ソフトウエア、(II)測定データの解析とグラフ化のソフトウエアからなる、いわゆるデータ解析ソフトウエア、(III)予め異常パターンを学習させた人工神経回路網等を用いて異常パターンを認識するソフトウエアからなる、いわゆる、異常パターンを検知するソフトウエアである。前記したようにこれらソフトウェアをサーバ40に組み込むこともできる。
【0020】
インターネットとサーバ40の一部機能については古河機械金属(株)の提供するサーバ(インターネット上に存在する)を使用する。これに関しては、古河機械金属(株)が管理するサーバに管理用及び監視用IDとパスワードを取得することにより使用でき、これについての説明は省略する。自律移動ロボットを遠隔制御するためには、古河機械金属(株)が提供する送受信機RDIS/LT-0832とそれを操作するプログラムとは別に、本発明はRDIS/LT-0832と自律移動ロボット20を接続する独自の接続回路(図8参照)とそれを操作する独自のプログラムを有する。
【0021】
次に、本実施形態に係るロボット遠隔制御システムの使用動作について視覚に基づいたナビゲーションと認識システムとを説明する。まずは、ロボットの使用動作として視覚に基づいたナビゲーション(走行)から説明する。目印として2つのタイプがある。連続の目印(ガイドライン)は位置の決める。共通の目印(円、三角形、その他)は特定の動作を行うために使用し、例えば回転、停止等を行わせることができる。自律移動ロボット20は、各々24画像/秒を取り込むことが可能な2個のCCDカメラ31で取り込んだ一つの画像からガイドライン並びに共通の目印を抽出しそれらを認識する。自律移動ロボット20はその結果に基づいて行動する。同自律移動ロボットの速度は最大12cm/秒で、移動中、目標物である目印を可能な限り最速に見出だす能力を有する。
【0022】
自律移動ロボット20は視覚追跡技能学習機能を有する。よって、自律移動ロボット20は環境の変化に適応する能力を持ち、また、相互作用により新しい技能を学習する能力を有する。従って、環境の変化に応じて自律移動ロボット20のプログラムを書き換える必要がない。視覚追跡技能学習の概略と結果を図6に示す。CCDカメラ31から取り込んだ画像について、対象物を抽出し、対象物の位置yと目標ydとの誤差e(t)(ガイドライン追跡の場合 yはガイドラインの重心、ydは画像の中心)並びにその変化分de/dtの状態を入力、制御信号u(t)を出力に選びその都度人工神経回路で学習する。学習結果をアクチュエータ27に加え自律移動ロボット20を走行させ、学習を繰り返し追跡技能を学習させる。ガイドライン追跡の前向きと逆向きの学習制御と事前にセットした制御(PID等)のライン追跡の実験結果(赤色と水色)とライン(黄色)及びそれらの誤差の比較が示されている(色付けについては、参考図を別途提出)。詳細については、文献(A. A. Loukianov, M. Sugisaka, "An approach for learning a visual tracking skill on mobile robot", Proceedings of the SICE/ICASE Workshop "Control Theory and Application", Nagoya, Japan, pp. 83-87, 2001.)を参照。
【0023】
その他、自律移動ロボット20は環境においてセンサーデータを用いて自己の位置を推定する機能を有する。詳細については、文献(A. A. Loukianov, M. Sugisaka, "A hybrid method for mobile robot probabillstic localization using a single camera", Proceedings of International Conference on Control, Automation and Systems, Jeju, Korea, pp. 284-287, 2001)を参照。自律移動ロボット20は環境のトポロジー(形態)の地図に基づいて希望する場所へいかに移動すればよいかを見出す機能を有する。詳細については、文献(T. Kubik, M. Sugisaka, "Rule based robot navigation system working in an indoor environment", Proceedings of XIV International Conference on Systems Science, Wroclow, Poland, pp. 212-219, 2001.)を参照。又、共通の目印の認識にはモーメント不変量を用いている。
【0024】
次に、認識システムについて説明する。音声認識にIBM ViaVoice SDK(Software Developer’s Kit)、スピーチの応用にIBM ViaVoice TTS (Text to Speech) SDK のソフトウエアを用いている。図9の表にコマンド実行システムの文法ファイルの一例を示す。さらにこれを拡張したものも容易に作成できる。このシステムを用いて、日本語及び英語の指令を理解し、答えを返したり、問いかけたりする。
【0025】
日本語の場合には以下のようにすることができる。例えば、自己紹介は次のようにする。「自己紹介」と自律移動ロボット20のマイクに向かって話すとそれを理解し、日本語で「はい」と答えて、それから日本語で太郎20の自己紹介(この部分は前もって適当に文章を登録しておいたものを合成音声に変換、例えば、「私の名前は太郎です。大分大学杉坂研究室で2001年8月28日に生まれました。・・・・」以下続く)をする。
【0026】
「顔認識」と自律移動ロボット20のマイクに向かって話すとそれを理解し、日本語で「はい」と答えて、それから、ロボット20の前にいる人(認識する人の顔のデータベースをロボットに有する。個数は幾らでも可能)をみて独自のソフトウエアにより顔認識をし、「こんにちは##さん」(##人の名前、例えば、「徳田」)と答える。別の人が来ると##の部分が別の人の名前になる。
【0027】
「認識」とロボット20のマイクに向かって話すとそれを理解し、日本語で「はい」と答えて、ロボット20のCCDカメラ31の前に赤色(何色でも良い)三角形の図形を示すと「これは三角形です」ロボットは答える。三角形の代わりにまるの図形を示すと「これはまるです」と答える。学習済みの図形のモーメント不変量を用いて図形を認識する。
【0028】
「線追跡」とロボット20のマイクに向かって話すとそれを理解し、日本語で「はい」と答えて、ロボット20のカメラで色の付いた床面上のテープ等の目印に沿ってロボット20は走行し切れたら止まる。
【0029】
「止まれ」とロボット20のマイクに向かって話すとそれを理解し、日本語で「はい」と答えて、ロボットは実行中の動作を中止する。
【0030】
「コントロール」とロボット20のマイクに向かって話すとそれを理解し、日本語で「ロボットコントロール」と答える。その後、「2メータ進め」とロボット20のマイクに向かって話すとそれを理解し、日本語で「2メータ進めですか」と問い返すので「はいそうです」と答えるとロボット20は2メータ進み、「いいえ」と答えるとロボット20はその指令を実行しない。
【0031】
「頭を左/右に回せ」とロボット20のマイクに向かって話すとそれを理解し、日本語で「はい」と答えその指令を実行する。
【0032】
「頭を真っ直ぐにして」とロボット20のマイクに向かって話すとそれを理解し、日本語で「はい」と答えその指令を実行する。
【0033】
「上を見て」とロボットのマイクに向かって話すとそれを理解し、日本語で「はい」と答えその指令を実行する。同様に、「下を見て」、「正面を見て」とロボット20のマイクに向かって話すとそれらを理解し、日本語で「はい」と答えそれらの指令を実行する。
【0034】
「右に###度回れ」とロボット20のマイクに向かって話すとそれを理解し、日本語で「はい」と答えその指令を実行する。左の場合も同様である。
【0035】
「いいえ」とロボット20のマイクに向かって話すとそれを理解し与えられた指令をキャンセルする。
【0036】
次に、上述の指令の英語版も既に開発している。英語で言えば、上記命令はそれぞれ、「Self introduction」、「Face recognition」、「Recognition」、「Line tracking」、「Stop」、「Control」となる。一例として「Control」についてのみ説明する。「Go 2 meters」とロボット20のマイクに向かって話すとそれを理解し、英語で「Shall I execute “Go 2 meters” command?」と問い返すので「Yes please」と答えるとロボット20は2メータ進み、「No」と答えるとロボット20は「Command is cancelled 」と答え、その指令を実行しない。他の指令につても、同様である。例えば、「Turn your head to the left/right」、「Straighten your head」、「Look up/down/straight」、「Turn left/right ### degrees 」、「No (for canceling of a command)(### means a number) 」のように命令することができる。
【0037】
以上を一つのシステムにまとめ自律移動ロボット20の人工脳として考える。その概念的なハードウエアを図3、そのソフトウエアを図5、その行動表と図7に示す。この人工脳システムにより、自律移動ロボット20がCCDカメラ31の映像や超音波センサー信号に基づいて、内部地図により、自律的に移動したり、音声認識により指令を認識して行動したり、顔を検出し認識し名前を読んだり相手と会話することが可能となった。
【0038】
さらに、前記したように、携帯電話11及びパソコン12からRDIS/LT32に指令を送り、自律移動ロボット20に搭載された各種センサー(CCDカメラ、放射能測定センサー、有毒ガスセンサー、バイオセンサー、地雷探知センサー等)でデータ及びその異常値の計測と送信を行わせた後に、それらの測定データの解析とグラフ化のソフトウエアからなる、いわゆるデータ解析ソフトウエアをサーバ40に装備している。又、すでに特許第3060601号公報(発明の名称「自立走行車」)に記載されているように、予め異常パターンを学習した人工神経回路網を用いて異常パターンを認識するソフトウエア、すなわち、異常パターンを検知するソフトウエアも有する。詳細については特許第3060601号公報参照。
【0039】
以下に自律移動ロボット20を遠隔制御に関する部分について述べる。RDIS/LT-08は古河機械金属(株)が提供するものである。本発明では、自律移動ロボット「太郎」20を遠隔制御するために必要な独自の接続回路について述べる。そのため、RDIS/LT-08の仕様について述べる。このRDIS/LT-0832は8個のデジタル入力ポート、8個のデジタル出力ポート、2個のアナログ入力ポート、RS232のデータポートを有する。これらのポートと自律移動ロボット20とを結線する。そうすることで、RDIS/LT-0832を介してサーバ40の制御が自律移動ロボット20に及ぶ。
【0040】
遠隔制御には2種類の制御法がある。一方は携帯電話11及びパソコン12による間接遠隔制御であり、他方は直接制御である。まず、始めに間接遠隔制御について説明する。RDIS/LT-0832と自律移動ロボット20の接続回路を図8に示す。RS232のデータ端子は太郎20に搭載された各種センサーに接続される。
【0041】
自律移動ロボット太郎20への制御はRDIS/LT-0832の8個の出力ポートからの信号の組み合わせで行え、自律移動ロボット太郎20の状態や太郎20に搭載された各種センサーの状態はRDID/LT-0832の8個の入力ポートに信号として送られる。図9の表にその一例を示している。
【0042】
RDIS/LT-0832の入力ポートにイベントが発生した時に、太郎の状態により、次にとる行動をしたり、さらに、色々な複雑な指令を実行することが可能である。一例として、次にプログラムの例を示す。
if ( O5 == 0 && O6 == 0 ) then
outr 1 10;
elseif ( O5 == 1 && O6 == 0 ) then
outr 1 20;
elseif ( O5 == 0 && O6 == 1 ) then
outr 1 30;
elseif ( O5 == 1 && O6 == 1 ) then
outr 1 00;
else
outr 1 00;
endif
この例は太郎からRDID/LT-0832の入力ポートにある行動が終わったという信号を送れば、前記表にしたがって、太郎の動作が初期化の状態であれば、「首を左に回せ」の指令を与え、首を左に回した状態なら、「首を右に回せ」の指令を与え、首を右に回した状態なら、「首を真っ直ぐにして」の指令を与え、首を真っ直ぐの状態なら、「初期化」の指令を与え、これを無限に繰り返すプログラムである。勿論、これ以外の色々な動作を組み合わせ、与えられた、仕事を実行する事が可能であり、汎用性に富む。
【0043】
直接遠隔制御は、携帯電話11およびパソコン12からの指令で自律移動ロボット太郎20の各種ドライバのスイッチやリレーのオン/オフを実行する方法である。ドライバは走行車輪を動かす2個のDCモータ27、首を動かすステッピングモータ、他の搭載された測定器具や装置のドライバなどである。もし、自律移動ロボット太郎20が環境の変化に対応出来なければ、太郎はオペレータにより携帯電話11あるいはパソコン12により直接遠隔制御される。
【0044】
通常、太郎20は前もって路上のラインや目印に沿って走行し、搭載された各種センサにより環境の状況をチェックする。それらのセンサが異常値を計測したり、不審人物を発見したらそれを即座に携帯電話11およびパソコン12に送り知らせ、もし、自律移動ロボット太郎20が自律行動で対処出来なければ、状況の変化にすばやく対応するため、ロボット20からの画像データを見ながら、オペレータが直接遠隔制御するモードに切り替えてロボット20を制御する。このような、制御システムを構築することにより、図1に示すようなインターネットによる遠隔制御されたロボット20を使って、ホームランドセキュリテイシステムを構成することが出来る。
【0045】
自律移動ロボット20をインターネットを経由して、地球のいたるところから望む時に、携帯電話11及びパソコン12により直接、間接的に遠隔制御により、それらに指令することにより、複数の種類の違ったそれぞれのロボット20にある与えられた仕事をさせることが可能となった。仕事の内容は各種センサを用いて、それらのデータを計測し、送付したり、計測値の異常値を認識検知し、アラームを送ったり、人を認識したり、人と会話し案内したりすることについての例を取り上げた。仕事の種類はロボット20の機能に依存するが、本発明の遠隔制御システムは、違った機能を持つロボット20に対しても当然適用できる。また、ロボット20のセンサーのみならず、ロボット20に搭載された計測器で測定されたデータを直接パソコン12や携帯電話11で受信し解析でき、汎用性のある新規性、独創性、市場性のある高機能を有する拡張性の高い新しい自律移動ロボット遠隔制御システムが構築でき、どこからでも容易に遠隔制御できることが可能となった。
【0046】
実際に自律移動ロボット太郎20を用いて実験を行い、色々な動作や仕事を携帯電話11およびパソコン12で行った。そのRDIS/LT-0832の部分のプログラムは、パソコン12から自律移動ロボット太郎20を間接遠隔制御するプログラム、携帯電話11から間接遠隔制御するプログラムから構成される。パソコン12はLCD(Liquid Crystal Display)画面が大きいので色々な図形が描けるが携帯電話11のLCD画面は小さいので表示法が異なるもので、本質的な遠隔制御の機能は同じである。よって、携帯電話11については負荷の高い処理を担わせないようにするだけでなく、表示について工夫をする必要があり、できるだけシンプルなユーザインタフェースが望まれる。
【0047】
(本発明の第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係るロボット遠隔制御システムを図10ないし図13に基づき説明する。図10は本実施形態に係るロボット遠隔制御システムの概略図、図11は本実施形態に係るロボット遠隔制御システムの簡略図、図12又は図13は本実施形態に係るロボット遠隔制御システムの情報交換形態図である。
【0048】
前記図10又は図11において本実施形態に係るロボット遠隔制御システムは、前記第1の実施形態に係るロボット遠隔制御システムと同様に構成され、前記自律移動ロボット20を複数備え、各自律移動ロボット20が相互に共同して動作することを異にする構成である。また、前記サーバ40が、現在の各自律移動ロボット20の位置等のロボット状態情報を有する構成でもある。
【0049】
前記ロボット状態情報は、自律移動ロボット20の位置情報の他、現在自律移動ロボット20が何を行っているか(走行中、停止中、検出中、通信中等)、自律移動ロボット20のリチウム電池の残量、自律移動ロボット20の温度等の自律移動ロボットに関連する情報のことである。このロボット状態情報は、各自律移動ロボットからのアップロードにより、更新され常に最新となっている。また、これらの情報は随時記録されており、自律移動ロボット20に不具合が生じたい場合に検証用のログとして使用することができる。
【0050】
サーバ40は、このサーバ40に記録されている各ロボット状態情報を参照して、相互に共同して動作を実現させることができる。構成要素が複数あって、予めこれら構成要素が可能な動作を設定した上で、行わせたいタスクを入力することで、自動的に各種仕事を実行させるジョブスケジューラは、既に、FA(Factory Automation)等の分野でもよく行われている。同様に本実施形態でも、ジョブスケジューラをサーバ40に担わせることで、自律移動ロボット20を共同して動作させることができる。安易には、既に作成されている作業管理のソフトウェアをサーバ40に組み入れることで、実装することができる(ソフトウェアにある程度の修正は必要である)。また、このジョブスケジューラに追加する機能としては、ある自律移動ロボット20が他の自律移動ロボット20を通過する場合に、この自律移動ロボット20に諸条件の要件を具備している場合には、他の自律移動ロボット20の作業を手助けするようにする。その諸条件とは、例えば、現在のある自律移動ロボット20が行っている作業の進捗が順調で遅延していなくて、且つ、手助けする予定のタスクを実行することができることが該当する。
【0051】
次に、本実施形態に係るロボット遠隔制御システムの使用動作の具体例について説明する。共同して行うタスクは積み木を組み上げて積み木の家を作成することである。ここで、ロボットは3体おり、それぞれロボット20A、20B、20Cとする(図12参照)。
【0052】
サーバ40のジョブスケジューラは、ロボットの現在位置を把握し、ロボット20Aに屋根のパーツを所定位置に運ばせ、同様にロボット20B、20Cにそれぞれ二階のパーツ、一階のパーツを運ばせる。次に、土台となる1階のパーツを有するロボット20Cに1階のパーツを配置させる。次に、ロボット20Bに2階のパーツを前記1階のパーツの上に組み上げ、最後にロボットAに屋根のパーツを配置させ、積み木の家が完成する。ここで、本説明では、既に運ぶ積み木の位置を把握している場合について説明したが、積み木の位置を把握していない場合であっても、各ロボット20がCCDカメラ31を用いて積み木を探し当てた後に、同様に各ロボットに積み木を運ばせることができる。なお、1階のパーツの到着が遅れる場合には、まず、2階のパーツに屋根のパーツを配置させ、より効率的にスケジューリングすることもできる。
【0053】
なお、本実施形態に係るロボット遠隔制御システムは、サーバ40の制御によりロボット20が動作する構成であったが、よりロボット20に制御を担わせるべく、ロボット20間で通信し、ロボット状態情報を交換し合えるようにすることもできる(図13参照)。このように互いのロボット状態情報を交換することで、他のロボット20の状態を把握し他のロボット20に対して指令を出したり、助けを求めたりすることができる。ロボット20のみで解決できない場合に、サーバ40又は使用者に問い合わせるようにする構成にすることもできる。前記積み木の組み上げの例を、ロボット20間でロボット状態情報を交換できる構成の場合に適用すると、まず、サーバ40から積み木の積み上げのタスクを各ロボット20が受ける。ロボット20は、各ロボットの位置を把握し、各ロボット20が一番近い積み木を運ぶように他のロボット20に宣言する。この宣言が競合しなければ作業が開始され、競合する場合には残りの積み木を運ぶ場合の効率を推測し、効率の良いロボット20に残りの積み木を運ばせる。以下は前記した動作と同様にして積み木の家が完成する。このようにすることで、サーバ40に負荷をかけることなく、且つ、迅速に作業を行うことができる。ここで、ロボット20の中でリーダーを決定することもでき、作業の判断する場合にリーダーの決定を優先するようにすることもできる。また、リーダーのロボット20は作業が遅れているロボット20に対して催促を行うようにすることもでき、この催促を受けたロボット20は作業能力を上げて作業を行うか、他のロボット20に対して助けを求めることとなる。
【0054】
また、本実施形態では、サーバ40が条件に応じて各ロボット20に対して制御を行っていたが、より作業性を向上させる方法としては、遺伝的プログラミングによりサーバ40のロボット20に対する制御部分を実装し、この協調作業の進化を目指し効率化を計ることができる。この遺伝的プログラミングは、前記した各ロボット20がロボット状態情報を交換し合えるようにした構成において、ロボットの作業の判断部分を遺伝的プログラミングにより実装することで同様に効率化を計ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0055】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るロボット遠隔制御システムの概略図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係る自律移動ロボットの正面図及び側面図である。
【図3】本発明の第1の実施形態に係る自律移動ロボットのハードウェア構成図である。
【図4】本発明の第1の実施形態に係る自律移動ロボットの別観点からのハードウェア構成図である。
【図5】本発明の第1の実施形態に係る自律移動ロボットのソフトウェア構成図である。
【図6】本発明の第1の実施形態に係る自律移動ロボットの動作説明図である。
【図7】本発明の第1の実施形態に係る自律移動ロボットの動作説明図である。
【図8】本発明の第1の実施形態に係る自律移動ロボットの接続状態図である。
【図9】本発明の第1の実施形態に係るコマンド実行システムの文法ファイルの一例である。
【図10】本発明の第2の実施形態に係るロボット遠隔制御システムの概略図である。
【図11】本発明の第2の実施形態に係るロボット遠隔制御システムの簡略図である。
【図12】本発明の第2の実施形態に係るロボット遠隔制御システムの情報交換形態図である。
【図13】本発明の第2の実施形態に係るロボット遠隔制御システムの情報交換形態図である。
【符号の説明】
【0056】
11 携帯電話
12 パソコン
20 自律移動ロボット
21 表示灯LED
22 モニター
23 音声出力部
24 通信用パソコン
25 画像処理用パソコン
26 制御用パソコン
27 DCモーター
28 駆動車輪
29 補助輪
30 リチウムイオン電池
31 CCDカメラ
32 送受信機
33 外装体
40 サーバ

図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
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【図6】
5
【図7】
6
【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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