JPH0683442A - 走行ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、光切断法により障害物検知を行う
走行ロボットにおいて、障害物検知の精度向上、及び処
理の高速化を実現した走行ロボットを提供する。 【構成】 走行ロボットの進行方向にある障害物に対
し、スリット形状の可視光線を照射する発光手段４と、
該発光手段４から一定距離隔てて配設され、前記障害物
表面を撮像する撮像手段５と、該撮像手段５からの画像
信号を記憶する画像メモリ２２と、該画像メモリ２２に
記憶されている前記可視光線の照射時、及び非照射時に
おける画像信号に基づいて前記障害物表面に形成された
前記可視光線による光切断線の３次元座標データを算出
する３次元座標算出手段２４と、該３次元座標データを
記憶する障害物情報記憶部２５と、該障害物情報記憶部
２５に記憶されている３次元座標データに基づいて前記
走行ロボットの走行を制御する走行制御部２６とを備え
た走行ロボットである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は走行ロボットに関するも
のであり、さらに詳しくは、移動および障害物検知が可
能な掃除ロボット、サービスロボットなどの走行ロボッ
トに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、移動および障害物検知が可能な走
行ロボットとして、測距用超音波センサを備えたものが
知られている。このような走行ロボットでは、超音波セ
ンサ１個の測定範囲が狭いため、複数個の超音波センサ
を用いて、走行領域内にある障害物までの距離を測定し
ている。

【０００３】一方、最近では光切断法による３次元座標
測定方法が提案されている。この方法は、被測定物にレ
ーザー光などのスリット光を照射した時に、被測定物上
にできる光切断線を、スリット光の照射方向と異なる方
向からＣＣＤカメラで観察し、得られた画像信号に基づ
いて被測定物の３次元座標を算出するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記超
音波センサを複数個を用いる走行ロボットでは、それぞ
れのセンサから発信された超音波が互いに干渉したり、
１個の超音波センサから直接他の超音波センサに超音波
が伝搬したりすることにより、正しく測距されない場合
があった。

【０００５】また、上記光切断法による測定方法を走行
ロボットの障害物検知に用いる場合、障害物の３次元座
標を特定するために、ＣＣＤカメラから得られた画像信
号を処理して、スリット光照射による光切断線を抽出す
るプロセスが不可欠であり、この処理において背景画像
を光切断線と誤検出する虞れがあった。

【０００６】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
であって、光源からのスリット光をＣＣＤカメラなどの
撮像手段で観察し、光切断法により障害物検知を行う走
行ロボットにおいて、障害物検知の精度向上、及び処理
の高速化を実現した走行ロボットを提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、走行ロボット
の進行方向にある障害物に対し、スリット形状の可視光
線を照射する発光手段と、該発光手段から一定距離隔て
て配設され、前記障害物表面を撮像する撮像手段と、該
撮像手段からの画像信号を記憶する画像メモリと、該画
像メモリに記憶されている前記可視光線の照射時、及び
非照射時における画像信号に基づいて前記障害物表面に
形成された前記可視光線による光切断線の３次元座標デ
ータを算出する３次元座標算出手段と、該３次元座標デ
ータを記憶する障害物情報記憶部と、該障害物情報記憶
部に記憶されている３次元座標データに基づいて前記走
行ロボットの走行を制御する走行制御部とを備えた走行
ロボットである。

【０００８】

【作用】本発明によれば、スリット形状の可視光線の照
射時、及び非照射時における画像信号に基づいて障害物
表面に形成された可視光線による光切断線するので、光
切断線を背景画像と誤検出することなく、正確に抽出す
ることができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の走行ロボットをその一実施例
を示す図面に基づいて説明する。

【００１０】図１は本発明の走行ロボットとしての掃除
ロボットを示す概略構成図である。同図において、１は
走行ロボットとしての掃除ロボットであり、これは夜間
に無人で会議室のような室内を掃除する。２は掃除ロボ
ット１に取り付けられた作業機構であり、床面の清掃を
行う。３は掃除ロボット１の下部に取りつけられた車輪
であって、モータ（図示せず）により駆動され掃除ロボ
ット１を任意の経路上で自走させる。車輪３と同軸上に
は、床面に接触して移動距離を測定するロータリエンコ
ーダ（図示せず）が装備されている。４は掃除ロボット
１の走行方向前部に取り付けられた発光手段で、スリッ
ト状のレーザー光を掃除ロボット１の進行方向の前方に
照射するレーザー装置である。５はレーザー装置４の近
傍に一定距離隔てて配設され、レーザー装置４からのス
リット光の照射により障害物６、壁面７などの障害物表
面にできる光切断線を含む観察画像を撮像する撮像手段
としてのＣＣＤカメラである。

【００１１】尚、本実施例では、出力５ｍＷのレーザー
装置４を、床面８から約１ｍの位置に取り付け、水平面
に対し下方２０度の方向にレーザー光のスリット光を照
射している。また、ＣＣＤカメラ５はその視野中心が水
平面に対し下方２５度の方向となるように取り付けら
れ、掃除ロボット１の走行方向前方の１〜３ｍの範囲の
室内画像を撮像している。

【００１２】次に、この掃除ロボット１の制御回路の構
成について、図２のブロック図により説明する。

【００１３】図２において、レーザー装置４には発光制
御部２１が接続され、その発光制御部２１からの指令に
基づいて、スリット光を掃除ロボット１の進行方向前方
にストロボ的に照射する。また、ＣＣＤカメラ５には画
像メモリ２２が接続され、ＣＰＵ（マイクロコンピュー
タ）２３の指令に基づいてＣＣＤカメラ５により撮像し
た観察画像の画像信号を記憶する。

【００１４】２４は、ＣＰＵ２３に接続された３次元座
標算出手段であり、後述するように画像メモリ２２に記
憶されたスリット光の照射時、及び非照射時における画
像信号に基づいて、障害物６などの表面に形成されたス
リット光による光切断線の３次元座標データを算出す
る。

【００１５】また、ＣＰＵ２３には、３次元座標算出手
段２４にて求められた３次元座標データを記憶する障害
物情報記憶部２５と、その障害物情報記憶部２５に記憶
されている３次元座標データに基づいて掃除ロボット１
の走行を制御する走行制御部２６が接続されている。

【００１６】次に、本発明の掃除ロボット１の動作につ
いて、図３のフローチャートにより説明する。

【００１７】まず、レーザー装置４を１／３０秒間オン
させて、スリット光をストロボ的に照射する（Ｓ１）。
そして、その時のＣＣＤカメラ５による観察画像の画像
信号を画像メモリ２２に格納し（Ｓ３）、レーザー装置
４をオフする（Ｓ５）。この時のＣＣＤカメラ５による
観察画像を図４に示す。ここで、４１はレーザー装置４
からのスリット光の照射により、障害物６、及び壁面７
上にできる光切断線である。つまり、ステップＳ３にお
いて、この観察画像の画像信号が画像メモリ２２に格納
されている。

【００１８】次に、レーザー装置４がオフ状態時のＣＣ
Ｄカメラ５による観察画像の画像信号を画像メモリ２２
に格納し（Ｓ７）、次のステップＳ９に進む。

【００１９】ステップＳ９では、ステップＳ３、及びＳ
７において画像メモリ２２に格納された、レーザー装置
４のオン状態、及びオフ状態時の観察画像の画像信号を
３次元座標算出手段２４に供給する。

【００２０】そして、３次元座標算出手段２４では、レ
ーザー装置４のオン状態、及びオフ状態時の観察画像の
画像信号差を求め（Ｓ１１）、得られた画像信号差の２
値化処理を行う（Ｓ１３）。これにより、光切断線４１
の画像信号のみが抽出される。

【００２１】次に、その２値化データに基づいて光切断
線４１の３次元座標データを算出する（Ｓ１５）。具体
的には、ステップＳ１１において抽出された光切断線４
１の各画素の位置、及びＣＰＵ２３に接続されているＲ
ＡＭ（図示せず）に予め格納されているカメラパラメー
タから光切断線４１の各画素の撮像角度を算出し、その
各画素の撮像角度、及びレーザー装置４のスリット光照
射角度から３角測量の原理に基づいて光切断線４１の各
画素に対する３次元座標データを算出している。尚、カ
メラパラメータとして、ＣＣＤカメラ５の視野中心角
度、焦点距離、及びレーザー装置４との距離が前記ＲＡ
Ｍに格納されている。

【００２２】そして、ステップＳ１５において算出され
た光切断線４１の各画素に対する３次元座標データを障
害物情報記憶部２５に格納し（Ｓ１７）、次のステップ
Ｓ１９に進む。

【００２３】ステップＳ１９では、障害物情報記憶部２
５に格納されている３次元座標データを走行制御部２６
に供給し、そのデータに基づいて掃除ロボット１の走行
を制御している。

【００２４】そして、ステップＳ２１において、掃除作
業を終了したかどうか判断し、未終了の場合には、ステ
ップＳ２３に進み、１秒間カウント動作を行った後、ス
テップＳ１に戻る。また、掃除作業を終了した場合に
は、掃除動作を終了する。

【００２５】以上のように、上記実施例では、発光手段
であるレーザー装置をストロボ発光させ、スリット光の
照射を行わせたので、誤ってレーザー光が人の目に長時
間入ることがなく、目の機能障害を起こすのを防止する
ことができる。

【００２６】尚、上記実施例では、掃除動作の開始と共
にレーザー装置４をオンさせる場合について説明した
が、レーザー装置４のオンに先立ち、ＣＣＤカメラ５に
より観察領域内に人が存在していないか検出し、人の存
在がない場合にレーザー装置４をオンさせるようにして
も構わない。これにより、レーザー光が人の目に直接入
ることなく、安全性を図ることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上述べた通り本発明によれば、スリッ
ト形状の可視光線の照射時、及び非照射時における画像
信号に基づいて障害物表面に形成された可視光線による
光切断線するので、光切断線を背景画像と誤検出するこ
となく、正確に抽出することができる。

【００２８】従って、光切断法による障害物検知の精度
向上、及び処理の高速化を実現した走行ロボットを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の走行ロボットとしての掃除ロボットを
示す概略構成図である。

【図２】本発明の走行ロボットの制御回路のブロック図
である。

【図３】本発明の走行ロボットの動作を説明するための
フローチャートである。

【図４】ＣＣＤカメラ５による観察画像の正面図であ
る。

【符号の説明】 １ 掃除ロボット（走行ロボット） ２ 作業機構 ３ 車輪 ４ レーザー装置（発光手段） ５ ＣＣＤカメラ（撮像手段） ６ 障害物 ７ 壁面 ８ 床面 ２１ 発光制御部 ２２ 画像メモリ ２３ ＣＰＵ ２４ ３次元座標算出手段 ２５ 障害物情報記憶部 ２６ 走行制御部 ４１ 光切断線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】移動および障害物検知が可能な走行ロボッ
   トにおいて、 該走行ロボットの進行方向にある障害物に対し、スリッ
   ト形状の可視光線を照射する発光手段と、該発光手段か
   ら一定距離隔てて配設され、前記障害物表面を撮像する
   撮像手段と、該撮像手段からの画像信号を記憶する画像
   メモリと、該画像メモリに記憶されている前記可視光線
   の照射時、及び非照射時における画像信号に基づいて前
   記障害物表面に形成された前記可視光線による光切断線
   の３次元座標データを算出する３次元座標算出手段と、
   該３次元座標データを記憶する障害物情報記憶部と、該
   障害物情報記憶部に記憶されている３次元座標データに
   基づいて前記走行ロボットの走行を制御する走行制御部
   と、を備えていることを特徴とする走行ロボット。