特許 7243319 消失予防装置及び消失予防方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-13

(45)【発行日】2023-03-22

(54)【発明の名称】消失予防装置及び消失予防方法

(51)【国際特許分類】

   G05D 1/00 20060101AFI20230314BHJP

【ＦＩ】

G05D1/00 B

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019045738

(22)【出願日】2019-03-13

(65)【公開番号】P2020149296

(43)【公開日】2020-09-17

【審査請求日】2021-11-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(74)【代理人】

【識別番号】100171583

【弁理士】

【氏名又は名称】梅景 篤

(72)【発明者】

【氏名】吉光 亮

【審査官】今井 貞雄

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１６３５８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００３／００４３５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０９－１４６６３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｄ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体が消失することを予防する消失予防装置であって、
前記移動体の位置及び向きを含む状態量を示す状態量情報を取得する第１取得部と、
前記移動体を移動させるための操縦指令であって、前進速度指令値及び角速度指令値を含む操縦指令を操縦装置から取得する第２取得部と、
前記状態量情報及び前記操縦指令に基づいて、予め定められた予測時間が経過したときに前記状態量情報を取得可能な監視範囲内に前記移動体が位置するか否かを判定する判定部と、
前記移動体が前記監視範囲内に位置すると判定された場合、前記移動体を移動させるための移動指令として前記操縦指令を前記移動体に送信し、前記移動体が前記監視範囲内に位置しないと判定された場合、前記予測時間が経過したときに前記移動体が前記監視範囲内に留まるように、０に設定された前進速度指令値と前記角速度指令値とを含む前記移動指令を生成して前記移動指令を前記移動体に送信する指令部と、
前記移動体が前記監視範囲内に位置しないと判定された場合、前記操縦装置の操縦者に警告を出力する出力部と、
を備える、消失予防装置。

【請求項2】

前記判定部は、前記予測時間が経過するまでの間、前記監視範囲内に前記移動体が位置し続けるか否かを判定する、請求項１に記載の消失予防装置。

【請求項3】

移動体が消失することを予防する消失予防装置が行う消失予防方法であって、
前記移動体の位置及び向きを含む状態量を示す状態量情報を取得するステップと、
前記移動体を移動させるための操縦指令であって、前進速度指令値及び角速度指令値を含む操縦指令を操縦装置から取得するステップと、
前記状態量情報及び前記操縦指令に基づいて、予め定められた予測時間が経過したときに前記状態量情報を取得可能な監視範囲内に前記移動体が位置するか否かを判定するステップと、
前記移動体が前記監視範囲内に位置すると判定された場合、前記移動体を移動させるための移動指令として前記操縦指令を前記移動体に送信するステップと、
前記移動体が前記監視範囲内に位置しないと判定された場合、前記予測時間が経過したときに前記移動体が前記監視範囲内に留まるように、０に設定された前進速度指令値と前記角速度指令値とを含む前記移動指令を生成して前記移動指令を前記移動体に送信するステップと、
前記移動体が前記監視範囲内に位置しないと判定された場合、前記操縦装置の操縦者に警告を出力するステップと、
を備える、消失予防方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、消失予防装置及び消失予防方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、移動ロボット等の移動体を遠隔操縦する遠隔操縦システムが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。このような遠隔操縦システムは、地上を移動するロボットだけでなく、ダム、港湾、及び原子炉内部のような水中に没しているインフラ施設を点検する水中移動ロボットにも適用され得る。上述のような移動ロボットを安全に移動させるために、移動ロボットの位置を把握することが求められる。例えば、特許文献１に記載の遠隔操縦システムは、移動ロボットと通信状態にある基地局に対応付けられたカメラを選択し、選択したカメラにより移動ロボットを撮影している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－２２９８３７号公報

【文献】特開２００６－２８５５４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

基地局がカバーする通信可能エリアには限界があるので、操縦者が誤って通信可能エリア外に移動ロボットを移動させてしまうおそれがある。これに対し、特許文献２に記載の遠隔操作システムは、移動ロボットが通信可能エリア外に移動した場合に移動ロボットを停止させている。しかしながら、通信可能エリア外で移動ロボットを停止させると、移動ロボットの位置を把握することができず、移動ロボットを制御することができなくなる。このため、移動ロボットの移動を継続することができず、移動ロボットが消失するおそれがある。移動ロボットが消失してしまうと、操縦者は点検作業を中止し、移動ロボットを救出しなければならなくなるので、作業効率が下がる。加えて、消失した移動ロボットを救出できなければ点検作業の再開すら不可能になる場合がある。

【0005】

本開示は、移動体が消失する可能性を低減可能な消失予防装置及び消失予防方法を説明する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一側面に係る消失予防装置は、移動体が消失することを予防する装置である。この消失予防装置は、移動体の位置及び向きを含む状態量を示す状態量情報を取得する第１取得部と、操縦装置から移動体を移動させるための操縦指令を取得する第２取得部と、状態量情報及び操縦指令に基づいて、予め定められた予測時間が経過したときに状態量情報を取得可能な監視範囲内に移動体が位置するか否かを判定する判定部と、判定部によって、移動体が監視範囲内に位置しないと判定された場合、操縦装置の操縦者に警告を出力する出力部と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、移動体が消失する可能性を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、一実施形態に係る消失予防装置を含む遠隔操縦システムの構成を概略的に示す図である。

【図2】図２は、図１に示される消失予防装置のハードウェア構成を示す図である。

【図3】図３は、図１に示される消失予防装置の機能構成を示す図である。

【図4】図４は、図１に示される消失予防装置による移動ロボットの軌道予測を説明するための図である。

【図5】図５は、図１に示される消失予防装置が行う消失予防方法の一連の処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［１］実施形態の概要
本開示の一側面に係る消失予防装置は、移動体が消失することを予防する装置である。この消失予防装置は、移動体の位置及び向きを含む状態量を示す状態量情報を取得する第１取得部と、操縦装置から移動体を移動させるための操縦指令を取得する第２取得部と、状態量情報及び操縦指令に基づいて、予め定められた予測時間が経過したときに状態量情報を取得可能な監視範囲内に移動体が位置するか否かを判定する判定部と、判定部によって、移動体が監視範囲内に位置しないと判定された場合、操縦装置の操縦者に警告を出力する出力部と、を備える。

【0010】

この消失予防装置では、状態量情報及び操縦指令に基づいて、予測時間が経過したときに監視範囲内に移動体が位置するか否かが判定され、移動体が監視範囲内に位置しないと判定された場合、操縦装置の操縦者に警告が出力される。このため、操縦装置に入力された操縦指令では移動体が監視範囲外に移動してしまうことを、移動体が監視範囲外に移動する前に事前に操縦者に認識させることができる。これにより、操縦指令を変更する等によって、移動体を監視範囲内に留めることが可能となる。その結果、移動体の移動を継続することができ、移動体が消失する可能性を低減することが可能となる。

【0011】

上記消失予防装置は、移動体を移動させるための移動指令を生成し、移動指令を移動体に送信する指令部をさらに備えてもよい。指令部は、判定部によって、移動体が監視範囲内に位置すると判定された場合、操縦指令を移動指令として移動体に送信してもよい。予測時間が経過したときに、移動体が監視範囲内に位置しているのであれば、操縦指令を変更する必要がない。このため、操縦指令を移動指令として用いることにより、操縦者の意図通りに移動体を移動させることが可能となる。

【0012】

指令部は、判定部によって、移動体が監視範囲内に位置しないと判定された場合、予測時間が経過したときに移動体が監視範囲内に留まるように、移動指令を生成してもよく、移動指令を移動体に送信してもよい。この場合、操縦者が操縦指令を変更することなく、移動体を監視範囲内に留めることが可能となる。このため、移動体が消失する可能性をさらに低減することが可能となる。

【0013】

指令部は、判定部によって、移動体が監視範囲内に位置しないと判定された場合、移動体を停止させる移動指令を生成してもよく、移動指令を移動体に送信してもよい。この場合、移動体を停止させることで、移動体をより確実に監視範囲内に留めることが可能となる。このため、移動体が消失する可能性をより一層低減することが可能となる。

【0014】

判定部は、予測時間が経過するまでの間、監視範囲内に移動体が位置し続けるか否かを判定してもよい。例えば、予測時間が経過した時点では移動体は監視範囲内に位置するが、予測時間が経過するまでの間に、移動体が監視範囲外に移動してしまうことがある。このような場合でも、移動体が監視範囲外に移動する前に事前に操縦者に認識させることができる。これにより、移動体が消失する可能性をさらに低減することが可能となる。

【0015】

本開示の別の側面に係る消失予防方法は、移動体が消失することを予防する消失予防装置が行う方法である。この消失予防方法は、移動体の位置及び向きを含む状態量を示す状態量情報を取得するステップと、操縦装置から移動体を移動させるための操縦指令を取得するステップと、状態量情報及び操縦指令に基づいて、予め定められた予測時間が経過したときに状態量情報を取得可能な監視範囲内に移動体が位置するか否かを判定するステップと、判定するステップにおいて、移動体が監視範囲内に位置しないと判定された場合、操縦装置の操縦者に警告を出力するステップと、を備える。

【0016】

この消失予防方法では、状態量情報及び操縦指令に基づいて、予測時間が経過したときに監視範囲内に移動体が位置するか否かが判定され、移動体が監視範囲内に位置しないと判定された場合、操縦装置の操縦者に警告が出力される。このため、操縦装置に入力された操縦指令では移動体が監視範囲外に移動してしまうことを、移動体が監視範囲外に移動する前に事前に操縦者に認識させることができる。これにより、操縦指令を変更する等によって、移動体を監視範囲内に留めることが可能となる。その結果、移動体の移動を継続することができ、移動体が消失する可能性を低減することが可能となる。

【0017】

［２］実施形態の例示
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

【0018】

図１は、一実施形態に係る消失予防装置を含む遠隔操縦システムの構成を概略的に示す図である。図２は、図１に示される消失予防装置のハードウェア構成を示す図である。図３は、図１に示される消失予防装置の機能構成を示す図である。図１に示される遠隔操縦システム１は、操縦者が操縦装置３を用いて移動ロボット２を遠隔操縦するシステムである。遠隔操縦システム１は、移動ロボット２（移動体）と、操縦装置３と、音響カメラ４と、消失予防装置１０と、を備えている。

【0019】

移動ロボット２は、遠隔操縦の対象となる移動体である。移動ロボット２は、例えば、施設を点検するために用いられる。移動ロボット２の例としては、水中を移動する水中移動ロボット、及び陸上を移動する陸上移動ロボットが挙げられる。本実施形態では、移動ロボット２として水中移動ロボットを用いて説明する。本実施形態では、移動ロボット２は、２次元空間（ＸＹ平面）を移動可能に構成されている。移動ロボット２は、例えば、アクチュエータを備え、アクチュエータによって移動可能に構成されている。施設の点検等を行うために、移動ロボット２が移動する必要がある範囲（以下、「移動範囲」という。）は、予め定められている。

【0020】

移動ロボット２は、消失予防装置１０から送信される移動指令に従って移動する。移動指令は、例えば、移動指令値を含む。移動指令値には、前進速度指令値及び角速度指令値が含まれ得る。移動ロボット２は、移動ロボット２の姿勢（向き）を検出するための姿勢検出センサを備えている。姿勢検出センサの例としては、ジャイロセンサが挙げられる。本実施形態では、移動ロボット２はＸＹ平面上を移動するので、姿勢検出センサは移動ロボット２のヨー角を検出する。移動ロボット２は、移動ロボット２の姿勢を示す姿勢情報を消失予防装置１０に送信する。

【0021】

操縦装置３は、操縦者によって用いられ、移動ロボット２を遠隔操縦するための装置である。操縦装置３の例としては、パッド、及びジョイスティックが挙げられる。操縦装置３は、操縦者によって入力された操縦指令を消失予防装置１０に送信する。操縦指令は、移動ロボット２を移動させるための指令であり、例えば、操縦指令値を含む。移動指令値と同様に、操縦指令値には、前進速度指令値及び角速度指令値が含まれ得る。

【0022】

音響カメラ４は、監視範囲Ｒｍ（図４参照）内に存在する物体を検出する装置である。音響カメラ４は、イメージングソナーとも称される。監視範囲Ｒｍは、音響カメラ４による撮影（検出）が可能な範囲であり、「視野」とも称される。監視範囲Ｒｍは、音響カメラ４の最大測定距離Ｌと、音響カメラ４の画角Φ（＝２φ）と、によって規定される扇形の範囲である。音響カメラ４は、監視範囲Ｒｍが移動ロボット２の移動範囲を含むように設置される。

【0023】

音響カメラ４は、移動ロボット２の位置を検出するために用いられる。つまり、監視範囲Ｒｍは、移動ロボット２の状態量情報を取得可能な範囲である。状態量情報については後述する。音響カメラ４は、監視範囲Ｒｍで超音波を発し、超音波が物体によって反射されることで生成される反射波の強度を輝度に変換することで、画像データを生成する。画像データでは、監視範囲Ｒｍ内に存在する物体の像は、周囲と異なる輝度を有する。音響カメラ４は、最大測定距離Ｌ及び画角Φを含む範囲情報と、画像データと、を消失予防装置１０に送信する。

【0024】

消失予防装置１０は、移動ロボット２が消失することを予防する装置である。消失予防装置１０は、操縦装置３から操縦指令を受信すると、操縦指令に基づいて移動指令を生成し、移動指令を移動ロボット２に送信する。移動指令の生成方法は後述する。消失予防装置１０は、例えば、コンピュータ等の情報処理装置によって構成される。

【0025】

図２に示されるように、消失予防装置１０は、物理的には、１又は複数のプロセッサ１０１、主記憶装置１０２、補助記憶装置１０３、入力装置１０４、出力装置１０５、及び通信装置１０６等のハードウェアを備えるコンピュータとして構成され得る。プロセッサ１０１の例としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が挙げられる。主記憶装置１０２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）で構成される。補助記憶装置１０３は、例えば、ハードディスク装置又はフラッシュメモリで構成され、一般に主記憶装置１０２よりも大量のデータを記憶可能な容量を有する。入力装置１０４は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、及び操作ボタンで構成される。出力装置１０５は、例えば、ディスプレイ、及びスピーカで構成される。通信装置１０６は、例えば、ネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）又は無線通信モジュールで構成される。

【0026】

消失予防装置１０の図３に示される各機能は、主記憶装置１０２等のハードウェアに１又は複数の所定のコンピュータプログラムを読み込ませることにより、１又は複数のプロセッサ１０１の制御のもとで各ハードウェアを動作させるとともに、主記憶装置１０２及び補助記憶装置１０３におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。

【0027】

図３に示されるように、消失予防装置１０は、機能的には、取得部１１（第１取得部）と、取得部１２（第２取得部）と、判定部１３と、指令部１４と、出力部１５と、を備えている。

【0028】

取得部１１は、移動ロボット２の位置及び向きを含む状態量を示す状態量情報を取得する。取得部１１は、例えば、音響カメラ４から受け取った画像データに基づいて、移動ロボット２の位置（位置座標）を算出する。具体的に説明すると、画像データには、移動ロボット２の像だけでなく、監視範囲Ｒｍ内に存在する移動ロボット２以外の物体（固定物）の像が含まれている。このため、取得部１１は、音響カメラ４から時間差で受け取った複数の画像データに基づいて背景差分処理を行うことで、画像データから移動ロボット２のピクセル情報のみを抽出する。そして、取得部１１は、抽出したピクセル情報の輝度重心を求め、輝度重心を移動ロボット２の画像データにおける位置（ピクセル）とする。

【0029】

監視範囲Ｒｍは固定されているので、画像データの各ピクセルと実空間の位置座標とは対応している。この対応関係は、予め求められ、消失予防装置１０に格納されている。取得部１１は、画像データにおける輝度重心の座標（ピクセル）を実空間の位置座標に変換し、変換した位置座標を移動ロボット２の位置とする。なお、移動ロボット２の画像データにおける位置は輝度重心に限られない。例えば、取得部１１は、移動ロボット２のピクセル情報の重心を移動ロボット２の画像データにおける位置としてもよい。

【0030】

取得部１１は、移動ロボット２から受け取った姿勢情報を移動ロボット２の向きを示す情報とする。なお、取得部１１は、音響カメラ４から受け取った画像データに基づいて、移動ロボット２の向きを算出してもよい。取得部１１は、状態量情報を判定部１３に出力する。

【0031】

取得部１２は、操縦装置３から操縦指令を取得する。取得部１２は、取得した操縦指令を判定部１３及び指令部１４に出力する。

【0032】

判定部１３は、状態量情報及び操縦指令に基づいて、予測時間Ｔ_ｐが経過したときに監視範囲Ｒｍ内に移動ロボット２が位置するか否かを判定する。予測時間Ｔ_ｐは、予め設定されている。なお、予測時間Ｔ_ｐは操作性に関わるので、操縦者が０以上の値を予測時間Ｔ_ｐとして任意に設定してもよい。

【0033】

判定部１３は、例えば、式（１）に示される状態遷移方程式を用いて、現在の時刻ｋから予測時間Ｔ_ｐが経過した時点での予測状態量を算出する。状態遷移方程式は、現在の時刻ｋでの状態量Ｘ_ｋと現在の時刻ｋでの操縦指令値Ｕ_ｋとから、時刻ｋ＋１での状態量Ｘ_ｋ＋１を求めるための式である。時刻の値は、制御周期（「ステップ」とも称される。）ごとに１増加される。すなわち、時間の経過とともに時刻ｋ、時刻ｋ＋１、時刻ｋ＋２・・・の順で時刻の値が変化する。以下において、パラメータに時刻を示して説明する場合には、パラメータを示す符号の後に時刻を示す番号が付加される。

【数1】

【0034】

なお、移動ロボット２の状態遷移方程式は、予め定められている。本実施形態では、移動ロボット２の状態遷移方程式として式（２）が用いられる。

【数2】

【0035】

ここで、図４に示されるように、座標系には、例えば、音響カメラ４の設置位置を原点とし、画角Φの中心をＹ軸正方向としたＸＹ直交座標系が用いられる。状態量Ｘ_ｋは、位置ｘ_ｋと、位置ｙ_ｋと、角度θ_ｋと、を含む。位置ｘ_ｋは、時刻ｋにおけるＸ軸方向の位置を示す。位置ｙ_ｋは、時刻ｋにおけるＹ軸方向の位置を示す。角度θ_ｋは、時刻ｋにおけるヨー角を示し、Ｘ軸正方向を基準（０度）として反時計回りに値が大きくなる。操縦指令値Ｕ_ｋは、時刻ｋにおける操縦指令値であり、前進速度指令値ｕ_ｆと、角速度指令値ｕ_θと、を含む。前進速度指令値ｕ_ｆは、前進速度の指令値である。角速度指令値ｕ_θは、角速度の指令値である。時間ｄｔは、１ステップ分の時間であり、制御周期を意味する。具体的には、時間ｄｔは、時刻ｋから時刻ｋ＋１までに経過する時間である。

【0036】

判定部１３は、式（３）に示されるように、状態遷移方程式を用いて、時刻ｋから時刻ｋ＋Ｎ_ｐまでの予測状態量を順に算出する。

【数3】

【0037】

なお、時刻ｋ＋Ｎ_ｐは、時刻ｋから予測時間Ｔ_ｐだけ経過した時刻である。ステップ数Ｎ_ｐは、式（４）に示されるように、予測時間Ｔ_ｐをステップ数に換算した値である。

【数4】

【0038】

つまり、判定部１３は、時刻ｋから予測時間Ｔ_ｐが経過するまでの間、操縦指令値Ｕ_ｋが同じ値を維持したと仮定して、状態量Ｘ_ｋ＋Ｎｐを算出する。判定部１３は、状態量Ｘ_ｋ＋Ｎｐを用いて、時刻ｋ＋Ｎ_ｐにおいて移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内に位置するか否かを判定する。判定部１３は、例えば、判定式（５）を用いて判定を行う。なお、判定部１３は、音響カメラ４から受け取った範囲情報から、最大測定距離Ｌ及び角度φを取得する。角度φは、画角Φの半分の値である。

【数5】

【0039】

判定式（５）の右辺の第１式及び第２式は、位置ｘ_ｋ＋Ｎｐ及び位置ｙ_ｋ＋Ｎｐが、音響カメラ４の画角Φ内に収まっていることを示す条件式である。判定式（５）の右辺の第３式は、位置ｘ_ｋ＋Ｎｐ及び位置ｙ_ｋ＋Ｎｐが音響カメラ４から最大測定距離Ｌ以内の位置であることを示す条件式である。判定値Ｄが１（＝ＴＲＵＥ）である場合、移動ロボット２は監視範囲Ｒｍ内に位置することを意味する。一方、判定値Ｄが０（＝ＦＡＬＳＥ）である場合、移動ロボット２は監視範囲Ｒｍ内に位置しない（監視範囲Ｒｍ外に位置する）ことを意味する。例えば、図４に示されるように、時刻ｋ＋Ｎ_ｐにおいて移動ロボット２が音響カメラ４から最大測定距離Ｌよりも離れた位置に移動する場合、移動ロボット２は監視範囲Ｒｍ外に位置するので、判定値Ｄは０となる。判定部１３は、判定値Ｄを含む判定結果を指令部１４及び出力部１５に出力する。

【0040】

指令部１４は、移動ロボット２を移動させるための移動指令を生成する。移動指令は、移動指令値Ｍ_ｋを含む。移動指令値Ｍ_ｋは、時刻ｋにおける移動指令値であり、前進速度指令値ｍ_ｆと、角速度指令値ｍ_θと、を含む。指令部１４は、例えば、判定部１３によって、移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内に位置しないと判定された場合、時刻ｋ＋Ｎ_ｐにおいて移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内に留まるように、移動指令値Ｍ_ｋを生成する。このような移動指令値Ｍ_ｋの例として、移動ロボット２を停止させる移動指令値Ｍ_ｋが挙げられる。つまり、指令部１４は、前進速度指令値ｍ_ｆ及び角速度指令値ｍ_θを０に設定する。指令部１４は、例えば、判定部１３によって、移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内に位置すると判定された場合、操縦指令値Ｕ_ｋを移動指令値Ｍ_ｋとする。指令部１４は、上述のようにして生成された移動指令値Ｍ_ｋを移動ロボット２に送信（出力）する。

【0041】

出力部１５は、操縦装置３の操縦者に警告等を出力する。例えば、出力部１５は、判定部１３によって、移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内に位置しないと判定された場合、操縦装置３の操縦者に警告を出力する。出力部１５は、不図示のスピーカに警告音を出力してもよく、不図示のディスプレイに警告メッセージを出力してもよい。出力部１５は、判定部１３によって、移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内に位置すると判定された場合、何も出力しないか、正常な状態を示す情報を出力する。

【0042】

次に、消失予防装置１０が行う消失予防方法について説明する。図５は、図１に示される消失予防装置が行う消失予防方法の一連の処理を示すフローチャートである。図５に示される消失予防方法は、例えば、制御周期ごとに開始される。なお、時刻ｋにおいて一連の処理が行われると仮定して、以下の説明を行う。

【0043】

まず、取得部１１が、状態量情報を取得する（ステップＳ１１）。例えば、取得部１１は、音響カメラ４から画像データを取得すると、画像データに基づいて移動ロボット２の位置（位置ｘ_ｋ及び位置ｙ_ｋ）を算出する。また、取得部１１は、移動ロボット２から姿勢情報を受け取ると、姿勢情報を移動ロボット２の向き（角度θ_ｋ）を示す情報とする。このようにして、取得部１１は、移動ロボット２の位置ｘ_ｋ、位置ｙ_ｋ、及び角度θ_ｋを含む状態量Ｘ_ｋを示す状態量情報を生成（取得）し、状態量情報を判定部１３に出力する。

【0044】

続いて、取得部１２は、操縦装置３から操縦指令値Ｕ_ｋを含む操縦指令を取得する（ステップＳ１２）。そして、取得部１２は、取得した操縦指令を判定部１３及び指令部１４に出力する。

【0045】

続いて、判定部１３は、状態量情報及び操縦指令に基づいて、時刻ｋから予測時間Ｔ_ｐ経過した時刻ｋ＋Ｎ_ｐに、監視範囲Ｒｍ内に移動ロボット２が位置しているか否かを判定する（ステップＳ１３）。例えば、判定部１３は、式（２）及び式（３）を用いて、時刻ｋ＋Ｎ_ｐでの移動ロボット２の状態量Ｘ_ｋ＋Ｎｐを算出する。そして、判定部１３は、式（５）を用いて、時刻ｋ＋Ｎ_ｐにおいて移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内に位置するか否かを判定する。そして、判定部１３は、判定値Ｄを含む判定結果を指令部１４及び出力部１５に出力する。

【0046】

ステップＳ１３において、移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内に位置すると判定された場合（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、指令部１４は、操縦指令に含まれる操縦指令値Ｕ_ｋを移動指令値Ｍ_ｋとして、移動指令を生成する（ステップＳ１４）。そして、指令部１４は、移動指令を移動ロボット２に送信する（ステップＳ１５）。このとき、出力部１５は、操縦者に向けて何も出力しない。出力部１５は、操縦者に向けて正常な状態を示す情報を出力してもよい。以上により、消失予防装置１０が行う消失予防方法の一連の処理が終了する。

【0047】

一方、ステップＳ１３において、移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内に位置しないと判定された場合（ステップＳ１３；ＮＯ）、指令部１４は、時刻ｋ＋Ｎ_ｐにおいて移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内に留まるような移動指令値Ｍ_ｋを有する移動指令を生成する。ここでは、指令部１４は、前進速度指令値ｍ_ｆ及び角速度指令値ｍ_θを０に設定することで、移動指令を生成する（ステップＳ１６）。そして、指令部１４は、移動指令を移動ロボット２に送信する（ステップＳ１７）。続いて、出力部１５は、操縦装置３の操縦者に警告音及び警告メッセージといった警告を出力する（ステップＳ１８）。以上により、消失予防装置１０が行う消失予防方法の一連の処理が終了する。

【0048】

このように、移動ロボット２の将来の軌道が定量的に予測され、予測された軌道から、移動ロボット２が音響カメラ４の監視範囲Ｒｍ外に出ようとしていると判定された場合に、移動指令値Ｍ_ｋが自動的に０に設定される。なお、ステップＳ１１とステップＳ１２とは、任意の順番で行われてもよく、並行して行われてもよい。また、ステップＳ１６，１７とステップＳ１８とは、任意の順番で行われてもよく、並行して行われてもよい。

【0049】

以上説明したように、遠隔操縦システム１、消失予防装置１０、及び消失予防装置１０が行う消失予防方法では、状態量情報及び操縦指令に基づいて、予測時間Ｔ_ｐが経過したとき（時刻ｋ＋Ｎ_ｐ）に監視範囲Ｒｍ内に移動ロボット２が位置するか否かが判定され、移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内に位置しないと判定された場合、操縦装置３の操縦者に警告が出力される。このため、操縦装置３に入力された操縦指令では移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ外に移動してしまうことを、移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ外に移動する前に事前に操縦者に認識させることができる。これにより、操縦指令を変更する等によって、移動ロボット２を監視範囲Ｒｍ内に留めることが可能となる。その結果、移動ロボット２の移動を継続することができ、移動ロボット２が消失する可能性を低減することが可能となる。したがって、移動ロボット２による点検作業等を効率よく実施することが可能となる。

【0050】

時刻ｋ＋Ｎ_ｐにおいて、移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内に位置しているのであれば、操縦指令を変更する必要がない。このため、判定部１３によって、時刻ｋ＋Ｎ_ｐにおいて移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内に位置すると判定された場合、操縦指令を移動指令として用いることにより、操縦者の意図通りに移動ロボット２を移動させることが可能となる。

【0051】

判定部１３によって、時刻ｋ＋Ｎ_ｐにおいて移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内に位置しないと判定された場合、時刻ｋ＋Ｎ_ｐにおいて移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内に留まるように、移動指令が生成される。具体的には、移動ロボット２を停止させる移動指令が生成される。これにより、移動ロボット２を停止させることで、操縦者が操縦指令を変更することなく、移動ロボット２をより確実に監視範囲Ｒｍ内に留めることが可能となる。その結果、移動ロボット２が消失する可能性をさらに低減することが可能となる。

【0052】

移動ロボット２を安全に移動させるために、操縦者が移動ロボット２の位置と移動ロボット２の周囲情報とを常に把握することが求められる。例えば、移動ロボット２にカメラを搭載することが考えられる。しかし、移動ロボット２に搭載されたカメラの画像だけでは、移動ロボット２の位置及び向きを特定することが困難な場合がある。これに対し、音響カメラ４が移動ロボット２を俯瞰する位置に設けられているので、音響カメラ４によって生成された画像データから、移動ロボット２の位置を特定することができ、移動ロボット２の周囲情報を得ることができる。

【0053】

遠隔操縦システム１では、１台の音響カメラ４が用いられる。このため、音響カメラ４の設置作業を軽減することができる。特に、水中に没しているインフラ施設の点検のように、人が直接立ち入ることが困難な場所に移動ロボット２を投入する場合には、音響カメラ４の設置作業は非常に手間及びコストが掛かる。このような場合でも、音響カメラ４の設置作業及びコストを軽減することができる。

【0054】

以上、本開示の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。

【0055】

例えば、移動ロボット２の位置座標には、直交座標系が用いられているが、極座標系が用いられてもよい。また、座標系の原点は、音響カメラ４の設置位置でなくてもよい。

【0056】

上記実施形態では、移動ロボット２は、２次元空間を移動可能に構成されているが、３次元空間を移動可能に構成されてもよい。この場合、音響カメラ４として、３次元空間の監視範囲Ｒｍ内に存在する物体を検出可能なカメラが用いられる。移動ロボット２の状態量は、Ｘ軸方向の位置、Ｙ軸方向の位置、及びヨー角の角度に加えて、Ｚ軸方向の位置、ピッチ角の角度、及びロール角の角度をさらに含む。これに伴い、状態遷移方程式も拡張される。

【0057】

上記実施形態では、移動ロボット２は、遠隔操縦されるロボットであるが、自律移動可能なロボットであってもよい。この場合、例えば、作業者が移動ロボット２の移動経路（ウェイポイント）を予め作成しておき、移動ロボット２が当該移動経路に従って移動する。移動経路を規定するウェイポイントの一部が監視範囲Ｒｍ外に設定されている場合には、移動ロボット２は位置検出不可能な位置に移動する。また、移動ロボット２が障害物を自律的に回避する機能を有している場合には、移動ロボット２が障害物を回避した際に監視範囲Ｒｍ外に移動してしまうことがある。これらの場合においても、移動ロボット２が移動経路を移動している途中に、消失予防装置１０は、移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ外に移動すると判定する。これにより、移動ロボット２が消失する可能性を低減することが可能となる。

【0058】

遠隔操縦システム１の構成は、図１に示される構成に限られない。例えば、消失予防装置１０はいずれの場所に設けられてもよく、移動ロボット２が消失予防装置１０を備えていてもよい。

【0059】

遠隔操縦システム１は、１台の音響カメラ４を備えているが、２台以上の音響カメラ４を備えていてもよい。この場合、監視範囲Ｒｍを広くすることができるので、移動ロボット２が消失する可能性をさらに低減することが可能となる。

【0060】

音響カメラ４に代えて、移動ロボット２の位置を検出可能な別の装置が用いられてもよい。例えば、移動ロボット２が陸上移動ロボットである場合には、ＧＰＳ（Global Positioning System）、及びレーザレーダ装置等が用いられてもよい。慣性航法装置、及びＵＳＢＬ（Ultra Short Base Line）方式の位置検出装置が用いられてもよい。

【0061】

操縦装置３から操縦指令が送信されるタイミングと、当該操縦指令に基づいて移動ロボット２が実際に移動するタイミングとの間には、遅延時間Ｔ_ｄが生じ得る。このため、判定部１３は、遅延時間Ｔ_ｄを考慮して、時刻ｋから時刻ｋ＋Ｎ_ｐまでの予測状態量を順に算出してもよい。

【0062】

例えば、予測時間Ｔ_ｐが経過した時点では移動ロボット２は監視範囲Ｒｍ内に位置するが、予測時間Ｔ_ｐが経過するまでの間に、移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ外に移動してしまうことがある。このような場合、時刻ｋ＋Ｎ_ｐにおいて移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内に位置するか否かを判定するだけでは不十分である。このため、判定部１３は、時刻ｋ以降であり、時刻ｋ＋Ｎ_ｐまでのいずれの時刻においても移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内に位置するか否かを判定してもよい。つまり、判定部１３は、時刻ｋから予測時間Ｔ_ｐが経過するまでの間、移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内に位置し続けているか否かを判定してもよい。例えば、判定部１３は、判定式（５）において、ステップ数Ｎ_ｐに代えて変数ｊ（０≦ｊ≦Ｎ_ｐ）を用いて判定を行ってもよい。この構成では、予測時間Ｔ_ｐが経過するまでの間に移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ外に移動し、予測時間Ｔ_ｐが経過した時点で移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内に位置する場合でも、移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ外に移動する前に事前に操縦者に認識させることができる。これにより、移動ロボット２が消失する可能性をさらに低減することが可能となる。

【0063】

指令部１４は、判定部１３によって、移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内に位置しないと判定された場合、前進速度指令値ｍ_ｆのみを０に設定してもよい。また、指令部１４は、判定部１３によって、移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内に位置しないと判定された場合、前進速度指令値ｍ_ｆを前進速度指令値ｕ_ｆよりも小さい値に設定してもよい。また、指令部１４は、判定部１３によって、移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内に位置しないと判定された場合、時刻ｋ＋Ｎ_ｐに移動ロボット２が監視範囲Ｒｍから出ないように、角速度指令値ｍ_θを微調整してもよい。

【0064】

出力部１５は、段階的に警告を出力してもよい。例えば、出力部１５は、移動ロボット２が監視範囲Ｒｍ内から監視範囲Ｒｍ外に移動すると予測される時刻が時刻ｋに近いほど、高い警告レベルで警告を出力してもよい。

【符号の説明】

【0065】

１ 遠隔操縦システム
２ 移動ロボット（移動体）
３ 操縦装置
４ 音響カメラ
１０ 消失予防装置
１１ 取得部（第１取得部）
１２ 取得部（第２取得部）
１３ 判定部
１４ 指令部
１５ 出力部
Ｒｍ 監視範囲
Ｔ_ｐ 予測時間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】