引导机器人的制作方法

本发明涉及一种引导机器人。

背景技术：

包括引导机器人的服务机器人也假设在人通行的空间中使用的情况。例如，代替进行在大楼内针对使用者的引导等的应对、警备、巡逻、清扫等目前由人进行的业务。

在这种服务机器人的使用状况中，如现有的工业用机器人那样在机器人的设置区域设置安全栅等，不能够将用于进行针对使用者的服务的区域完全分离的情况变多。因此，设为特别考虑针对使用者的安全的结构变得重要。

在专利文献1中公开一种自主动作型机器人，其当在根据环境信息掌握的周围存在的物体中在包括动作范围的安全区域内存在障碍物时暂时停止动作，将障碍物确定信息以视觉方式输出给外部。这样，记载了周围的人能够容易地判断机器人所识别出的障碍物是什么。

专利文献2中公开一种自主移动机器人，其通过倾斜外壳的重心来控制移动，具备检测周围物体的多个障碍物检测传感器和检测外壳的倾斜角度的倾斜角度测量单元，具有按照倾斜角度测量单元的测量角度来变更检测范围的障碍物检测传感器。这样，记载了能够检测正确的障碍物。

专利文献1记载的自主动作型机器人有暂时停止动作的情况，在该情况下，针对使用者的继续服务变得困难。

专利文献2记载的自主移动机器人在外壳的倾斜角度发生变化时能够检测障碍物，但是不能够根据机器人周围的使用者、障碍物等的状态来调整动作。

专利文献1：日本特开2009-113190号公报

专利文献2：日本特开2006-247803号公报

技术实现要素：

本发明的目的为确保针对引导机器人的使用者的安全性，并且不停止引导

而继续引导机器人的动作。

本发明的引导机器人具备：存储部，其存储有多个候选动作；多个传感器，其检测成为动作障碍的物体；以及机器人动作指令部，其选择执行动作并将指令发送给各个部位，机器人动作指令部通过多个传感器中任意一个传感器取得与物体之间的距离信息，并根据距离信息从存储部的多个候选动作中选择执行动作。

根据本发明，能够确保针对引导机器人的使用者的安全性，并且能够不停止引导而继续引导机器人的动作。

附图说明

图1是表示实施例1的自主机器人的硬件结构的正面图。

图2是图1的自主机器人的侧面图。

图3是表示实施例1的自主机器人应对孩子的情况的侧面图。

图4是表示实施例1的自主机器人的控制相关的结构的框图。

图5是表示实施例1的自主机器人接受引导指示后到执行引导动作为止的控制过程的流程图。

图6a表示机器人不进行障碍物检测而进行动作时的状态。

图6b表示实施例1的自主机器人判定有无障碍物并选择动作时的状态。

图7是表示实施例2的自主机器人接受引导指示后到执行引导动作之前使用2个传感器的控制过程的流程图。

图8表示当实施例2的自主机器人判定有无障碍物并选择了动作时，限制左臂部的动作并选择了举起右臂部的动作的状态。

图9是表示实施例3的自主机器人接受引导指示后到引导动作的执行为止的控制过程的流程图。

图10a表示与图9的工序s804对应的动作。

图10b表示与图9的工序s807对应的动作。

图10c表示与图9的工序s809对应的动作。

附图标记的说明

101：自主机器人、102：机器人控制部、103：机器人指令生成部、104：第一外界传感器、105：第二外界传感器、106：车轮电动机部、107：手臂电动机部、108：语音输出部、117：膝电动机部、201：传感器信息收集部、202：机器人动作指令部、203：候选动作数据库、204：车轮控制部、205：手臂动作控制部、206：语音输出控制部、281、401a、401b、601：电梯使用者、350：孩子、402a、402b、602：电梯间。

具体实施方式

本发明涉及自主地进行动作的机器人，其可应对针对使用者的引导等。因此，本发明的机器人能够称为“引导机器人”或“自主机器人”。自主机器人从缩小机器人本体的存储器、运算部等的观点来看，最好是远程脑机器人。远程脑机器人是指具有以下结构的机器人，在机器人本体侧进行要求实时性的处理，通过外部系统承担不要求实时性的处理。

以下，参照附图详细说明本发明的实施例。

[实施例1]

图1是表示实施例1的自主机器人的硬件结构的正面图。

在本图中，自主机器人101是人型，具备头部、躯干部、手臂部以及腿部。在手臂部以及腿部设置关节部(肘部以及膝部)。在躯干部设置第一外界传感器104以及第二外界传感器105。在腿部的前端部设置车轮电动机部106。在手臂部的关节部设置手臂电动机部107。在头部设置语音输出部108。在腿部的关节部设置膝电动机部117。

第一外界传感器104以及第二外界传感器105不限于图示的位置，为了有效地检测周围的状况，可以必要且充分地设置。第一外界传感器104以及第二外界传感器105的种类也没有特别限定，而能够使用照射红外线激光的红外线传感器、使用超声波的超声波传感器、摄像机等图像传感器等。车轮电动机部106具有使车轮旋转的功能，通过该功能能够使自主机器人101自由地移动。手臂电动机部107通过其旋转进行前臂部的上下，从而将前臂部设为希望的位置、角度。

另外，虽然未图示，但是能够在肩部内置电动机，自由地进行上臂部的上下、旋转等动作。

语音输出部108用于对使用者进行语音引导等情况。

另外，自主机器人101在其内部具有机器人控制部102，经由电气通信线路等网络与设置在外部的机器人指令生成部103连接。机器人控制部102具备cpu(中央运算处理装置)、存储器等。机器人指令生成部103从自主机器人101等接收与自主机器人101的状况等相关的信息，并且对自主机器人101发出引导或移动等行动相关的指令。网络可以是有线通信线路，但是最好是无线lan等的无线通信。

图2是图1的自主机器人的侧面图。

如图2所示，在自主机器人101的具有曲面的躯干部配置第二外界传感器105。另外，车轮电动机部106以及膝电动机部117的结构变得明确。通过旋转膝电动机部117，能够进行膝部的弯曲伸展，能够自由地进行站立、弯腰、蹲下、跪下等动作。所以，自主机器人101能够自由地增减身高。

图3是表示实施例1的自主机器人应对孩子的状况的侧面图。

如本图所示，通过第二外界传感器105等检测到孩子350接近的情况，通过膝电动机部117的旋转能够弯曲膝部，采用弯腰的姿势。另外，也能够跪下。用于小孩子350(幼儿等)的检测的传感器不仅可以是设置在躯干部的第二外界传感器105，也可以是设置在腿部、膝部等较低位置的传感器(未图示)，例如可以是设置在车轮电动机部106或膝电动机部117的传感器(未图示)。

图4是表示实施例1的自主机器人的控制相关的结构的框图。

另外，本图中，作为自主机器人101的结构表示了语音输出部108以及语音输出控制部206，但是关于这些不是本实施例的必须的结构，在实施例3中进行说明。

如本图所示，在自主机器人101中设置机器人控制部102、第一外界传感器104、第二外界传感器105、车轮电动机部106以及手臂电动机部107。机器人控制部102包括：收集通过第一外界传感器104以及第二外界传感器105检测出的距离信息的传感器信息收集部201、将指令发送给自主机器人101的各个部位的机器人动作指令部202、存储自主机器人101的候选动作的候选动作数据库203(存储部)、控制车轮电动机部106的车轮控制部204以及控制手臂电动机部107的手臂动作控制部205。机器人动作指令部202和机器人指令生成部103经由网络连接。

通过传感器信息收集部201取得的传感器信息被发送给机器人动作指令部202。机器人动作指令部202按照通过传感器信息收集部201取入的传感器信息和从机器人指令生成部103发送来的引导指示，从候选动作数据库203取得下一个执行的动作。另外，传感器信息收集部201包括传感器决定部。传感器决定部根据自主机器人101的姿势决定多个传感器中设为有效的传感器。

机器人动作指令部202可以从候选动作数据库203取得多个下一个执行的候选动作，并从其中选择适当的动作。这里，下一个执行的适当的动作称为“执行动作”。另外，假定执行动作中不包括动作完全停止的动作。例如，在只执行语音输出的情况下，不是动作完全停止。

机器人动作指令部202例如在从候选动作数据库203发送来的候选动作是与自主机器人101的移动相关的候选动作时，将指令发送给车轮控制部204，运转车轮电动机部106。由此，车轮电动机部106旋转，自主机器人101移动。

当从机器人动作指令部202发送来的候选动作是与自主机器人101的手臂部的动作相关的候选动作时，手臂动作控制部205接收指令，并运转手臂电动机部107。由此，手臂电动机部107旋转，使自主机器人101的手臂部移动到希望的位置。

图5是表示本实施例的自主机器人接受引导指示后到执行引导动作为止的控制过程的流程图。另外，在以下的说明中也使用图1～图4所记载的标记。

图5中，首先机器人指令生成部103将引导动作的指令发送给自主机器人101的机器人动作指令部202(s301)。接着，机器人动作指令部202从传感器信息收集部201取得到使用者或障碍物的距离(s302)。该距离是通过第一外界传感器104检测出的。另外，在以下的说明中，障碍物是成为机器人的动作的障碍的物体，不仅包括走廊或房屋的墙壁、门等，也包括使用者等的人。

机器人动作指令部202根据来自机器人指令生成部103的动作指令和来自传感器信息收集部201的到障碍物的距离信息来判定在自主机器人101的动作范围内是否有障碍物(s303)。

在工序s303中判定为没有障碍物时，机器人动作指令部202取得从机器人指令生成部103发送来的动作指令(s304)。然后，机器人动作指令部202执行从机器人指令生成部103发送来的动作(s305)。

另一方面，在通过传感器信息收集部201取得的第一外界传感器104的检测范围内有障碍物，并且判定为机器人动作指令部202不可动作时(s303)，机器人动作指令部202从候选动作数据库203取得自主机器人101的动作与障碍物不发生冲突的动作(不接触的动作)的候选(s306)，由机器人动作指令部202执行动作指令(s307)。

总结如下。

机器人动作指令部202在通过第一外界传感器104检测出的范围内有障碍物时，选择与障碍物不接触的动作。

这里，机器人动作指令部202从多个动作的候选(候选动作)中选择动作，将动作指令发送给实际进行动作的手臂部、腿部等。因此，机器人动作指令部202也是动作选择部。在进行该选择时，可以将自主机器人101周围的使用者的状况(性别、身高、体型、推定年龄、声音的特征、对话的内容、步行速度、位于周围的人的数量和密度等、团体(家族)的构成、服装等)、气温、湿度、亮度(照明度)、光的波长(光谱)、声音的强度(声压等级)、臭气物质的浓度(通过臭气传感器等检测)、日期时间、星期、时刻等作为基准。另外，可以根据这些基准来选择语音输出部108的是否发声、音量、波长、音色等。

另外，本说明书中，动作中也包括语音输出。

接着，说明本实施例的自主机器人的实际动作。

这里，以自主机器人通过手臂部的动作将电梯使用者引导到电梯间的用例为例进行说明。另外，在该情况中，优选不仅是通过动作也通过语音来引导。

图6a表示机器人不进行障碍物检测而进行动作时的状态。

图6b表示实施例1的自主机器人判定有无障碍物并选择动作时的状态。

在图6a中，在将电梯使用者401a引导到电梯间402a时，不判定是否与站在机器人701附近的电梯使用者401a接触，而进行到达距离da的手臂部的动作。因此，机器人701的手臂部会接触到电梯使用者401a。此时，电梯使用者401a可能会受伤。

在图6b中，在将电梯使用者401b引导到电梯间402b时，自主机器人101检测站在附近的电梯使用者401b并判定是否接触到了电梯使用者401b，进行控制使得手臂部的动作收敛在比图6a的距离da更短的距离db内。

由此，能够防止自主机器人101的手臂部接触到电梯使用者401b。另外，能够不停止引导而继续动作。

另外，即使是不接触到电梯使用者401b时，也会出现让电梯使用者401b吃惊的动作的情况。这样进行判定时，进一步限制动作。由此，能够不让电梯使用者401b吃惊而进行引导。

以上，通过控制自主机器人101的动作能够提高安全性。

另外，自主机器人101优选在询问电梯使用者401b等来判别电梯使用者401b是否实际寻找电梯间402b的基础上开始引导动作。

[实施例2]

图7是表示实施例2的自主机器人接受引导指示后到执行引导动作为止使用2个传感器的控制过程的流程图。另外，在以下的说明中也使用图1～4中记载的标记。另外，在以下的说明中，省略与实施例1的共通点。

图7中，首先由机器人指令生成部103将引导动作的指令发送给自主机器人101的机器人动作指令部202(s501)。另外，传感器信息收集部201从第一外界传感器104取得到使用者或障碍物的距离(s502)。进一步，传感器信息收集部201从第二外界传感器105取得到使用者或障碍物的距离(s503)。并且，机器人动作指令部202从传感器信息收集部201取得这些距离。

机器人动作指令部202根据来自机器人指令生成部103的动作指令、来自传感器信息收集部201的到障碍物的距离信息来判定在自主机器人101的动作范围内是否有障碍物(s504)。在工序s504中判定为没有障碍物时，机器人动作指令部202取得从机器人指令生成部103发送来的动作指令(s505)。并且，机器人动作指令部202执行从机器人指令生成部103发送来的动作(s506)。

另一方面，在判定为通过传感器信息收集部201取得的第一外界传感器104的检测范围内有障碍物，机器人动作指令部202不可动作时(s504)，机器人动作指令部202从候选动作数据库203取得自主机器人101的动作不与障碍物发生冲突的动作的候选(s507)。

在判定为不与第一外界传感器104的检测范围内的障碍物发生冲突时(s508)，机器人动作指令部202执行不达到障碍物的范围内的动作(s510)。

另一方面，当判定为与第一外界传感器104的检测范围内的障碍物发生冲突时(s508)，进一步判定是否与第二外界传感器105的检测范围内的障碍物发生冲突(s509)。在工序s509中判定为与障碍物发生冲突时，再次执行工序s507的处理。另一方面，在工序s509中不与障碍物发生冲突时，机器人动作指令部202执行不达到障碍物的范围内的动作(s510)。

这样，根据是否与障碍物发生冲突，选择自主机器人101的动作。

图8表示当实施例2的自主机器人判定有无障碍物并选择了动作时，限制左臂部的动作并选择了举起右臂部的动作的状态。

如本图所示，在将电梯使用者601引导到电梯间602时，在判定为与第一外界传感器104的检测范围内的障碍物发生冲突时，判定是否与第二外界传感器105的检测范围内的障碍物发生冲突，在判定为与第二外界传感器105的检测范围内的障碍物不发生冲突时，通过举起右臂的动作进行引导。即，是作为经过了图7的工序s508、s509以及s510的结果的动作的例子。由此，能够不停止引导而继续进行动作。

另外，在判定为在第二外界传感器105的检测范围内也可能与障碍物有接触时，可以进行控制使得自主机器人101移动到没有检测出障碍物的场所，并且通过举起右臂部的动作进行引导。

总结图7以及图8所示的结构如下。

机器人动作指令部202在通过第一外界传感器104检测出的范围内有障碍物，没有能够实现动作目的(一个动作目的)的候选动作时，切换为第二外界传感器105(其他外界传感器)，选择在任何外界传感器的检测范围内都不与障碍物接触的动作。可以对一个动作目的设定多个候选动作。

[实施例3]

使用实施例1所使用的图4来说明本实施例。另外，在以下的说明中，有时会使用在图1～图3以及图5～图8中记载的标记。另外，在以下的说明中，省略与实施例1或2的共通点。

在本实施例中，使用图4的语音输出部108以及语音输出控制部206。

如图1以及图2所示，语音输出部108被设置在自主机器人101的头部。语音输出部108在对外部进行语音输出时被使用。语音输出对于针对使用自主机器人101的人进行引导等是有用的。另外，语音输出控制部206控制语音输出部108的语音的内容等。

图9是表示本实施例的自主机器人接受引导指示后到执行引导动作为止的控制过程的流程图。

在本图中，首先由机器人指令生成部103将引导动作的指令发送给自主机器人101的机器人动作指令部202(s801)。另外，传感器信息收集部201从第一外界传感器104取得到使用者或障碍物的距离(s802)。然后，判定第一外界传感器104的检测范围内是否有障碍物(s803)。

当第一外界传感器104的检测范围内没有障碍物时，通过在该方向移动的动作进行引导(s804)。

另一方面，当第一外界传感器104的检测范围内有障碍物时，取得手臂部的动作(s805)。然后，判定第二外界传感器105的检测范围内是否有障碍物(s806)。当第二外界传感器105的检测范围内没有障碍物时，通过手臂部的动作进行引导(s807)。

当第二外界传感器105的检测范围内有障碍物时，语音输出控制部206取得与用于引导的语音输出相关的信息(s808)，并通过语音进行引导(s809)。

这样，根据是否与障碍物发生冲突来分阶段地选择自主机器人101的动作或语音进行的引导。

图10a～图10c表示与图9的动作或语音进行的引导对应的自主机器人的状况。这里，以自主机器人将电梯的使用者引导到电梯间的用例为例进行说明。

图10a表示与图9的工序s804对应的动作。

即，当第一外界传感器104的检测范围内没有障碍物时，通过在该方向移动的动作进行引导。

在图10a中表示自主机器人101的第一外界传感器104的检测范围251以及第二外界传感器105的检测范围252。自主机器人101将电梯使用者281引领到位于左侧的电梯。此时，没有障碍物，因此以最短距离直行，将电梯使用者281引导到电梯前。此时，自主机器人101使用语音输出部108，为了让电梯使用者281容易了解目的地并赋予安全感，说出“请往这边的电梯”等。

图10b表示与图9的工序s807对应的动作。

即，当第二外界传感器105的检测范围内没有障碍物时，通过手臂部的动作进行引导。

图10b中，在自主机器人101的前方站立多人，因此自主机器人101不能够直行。此时，判别第二外界传感器105的检测范围252内有无障碍物，当第二外界传感器105的检测范围252内没有障碍物时，停止移动，通过手臂部的动作引导电梯使用者281。此时，也可以同时通过语音对电梯使用者281进行引导。

图10c表示与图9的工序s809对应的动作。

即，自主机器人101在判定移动和手臂部的动作都困难时，只通过语音进行引导。

图10c中，在自主机器人101的第一外界传感器104的检测范围251以及第二外界传感器105的检测范围252内站立多人。因此，自主机器人101不能够移动。此时，手臂部的动作也伴有危险，所以只通过语音来引导电梯使用者281。通过语音进行的引导的内容例如是“在前方○○米处有电梯”等。

这样，在动作的候选中设置移动的动作、手臂部的动作、语音输出等的优先顺序，从而能够在判定使用者等的安全保证的同时，不完全停止机器人的动作而通过缩小的的动作或限定的动作来继续引导。即，对一个动作目的，设置有保持了优先顺序的候选动作。

另外，本发明不限于上述实施例，而能够进行各种变形。例如，上述实施例为了容易理解本发明而详细地进行了说明，本发明不一定限于具备所说明的所有结构的方式。另外，能够对实施例的结构的一部分进行删除或追加、置换其他结构。

在上述实施例中，说明了自主机器人是远程脑机器人的情况，但本发明不限于远程脑机器人，也包括机器人在其内部具有机器人指令生成部的情况。