CN105382833A - 行进机器人和用于行进机器人的运动规划方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种行进机器人和用于行进机器人的运动规划方法。该行进机器人包括移动单元、臂和电子控制单元。移动单元包括轮子。臂支撑在移动单元上并且耦合到移动单元，以便相对于移动单元能够相对位移。电子控制单元设置行进机器人打算行进到的目标位置。电子控制单元计算行进机器人的重心。电子控制单元规划移动单元和/或臂的可移动部向所设置的目标位置的运动。在行进机器人靠近所设置的目标位置的情况下，电子控制单元规划移动单元和/或臂的可移动部的运动，以使得与行进机器人远离所设置的目标位置的情况下对重心的范围的限制相比，对重心的范围的限制放宽。

Description

行进机器人和用于行进机器人的运动规划方法

技术领域

本发明涉及一种行进到目标位置然后利用臂执行任务的行进机器人、用于该行进机器人的运动规划方法和用于该行进机器人的程序。

背景技术

已知一种包括移动单元和臂的行进机器人。该移动单元包括轮子。臂支撑在移动单元上，并且耦合到移动单元以便相对于移动单元能够相对位移。

在行进期间，行进机器人规划每个可移动部的运动以使得重心限制在某一预定范围内。在该情况下，如果预定范围较宽，则存在由于例如移动单元的轮子的打滑而导致行进机器人的定位精度劣化的问题。另一方面，如果预定范围较窄，则行进机器人的运动受限，因此变得难以以高速移动可移动部。

发明内容

本发明提供了一种能够实现对行进机器人进行定位的精度和行进机器人的移动性两者的行进机器人、用于行进机器人的运动规划方法、以及存储用于行进机器人的程序的非暂态计算机可读存储介质。

本发明的第一方面提供了一种行进机器人。该行进机器人包括移动单元、臂和电子控制单元。移动单元包括轮子。臂支撑在移动单元上并且耦合到移动单元，以便相对于移动单元能够相对位移。电子控制单元被配置成设置行进机器人打算行进到的目标位置。电子控制单元被配置成计算行进机器人的重心。电子控制单元被配置成规划移动单元和/或臂的可移动部的运动以设置目标位置。电子控制单元被配置成在行进机器人靠近所设置的目标位置的情况下，规划移动单元和/或臂的可移动部的运动，以使得与在行进机器人远离所设置的目标位置的情况下对重心的范围的限制相比，对重心的范围的限制放宽。在以上方面中，电子控制单元可被配置成通过将所计算出的重心限制在预定范围内来规划行进机器人的每个可移动部的运动，并且电子控制单元可被配置成当行进机器人的位置落入距所设置的目标位置的预定距离内时，去除重心被限制在其内的预定范围，然后规划移动单元和/或臂的可移动部的运动。在以上方面中，电子控制单元可被配置成通过将所计算出的重心限制在预定范围内来规划移动单元和/或臂的可移动部的运动，并且电子控制单元可被配置成响应于行进机器人的位置与所设置的目标位置之间的距离而改变预定范围。在以上方面中，电子控制单元可被配置成随着行进机器人的位置更靠近所设置的目标位置而增加预定范围。在以上方面中，电子控制单元可被配置成规划通过移动单元的可移动部与臂的可移动部之间的配合而实现的运动。在以上方面中，臂可包括用于把持操作对象的把持单元，并且电子控制单元可被配置成当臂的把持单元落入距所设置的目标位置的预定距离内时，去除重心被限制在其内的预定范围，然后规划移动单元和/或臂的可移动部的运动。本发明的第二方面提供了一种用于行进机器人的运动规划方法。行进机器人包括移动单元、臂和电子控制单元。移动单元包括轮子。臂支撑在移动单元上并且耦合到移动单元，以便相对于移动单元能够相对位移。运动规划方法包括：由电子控制单元设置行进机器人打算行进到的目标位置；由电子控制单元计算行进机器人的重心；以及在行进机器人靠近所设置的目标位置的情况下，由电子控制单元规划移动单元和/或臂的可移动部的运动，以使得与在行进机器人远离所设置的目标位置的情况下对重心的范围的限制相比，对重心的范围的限制放宽。本发明的第三方面提供了一种存储用于行进机器人的程序的非暂态计算机可读存储介质。行进机器人包括移动单元、臂和计算机。移动单元包括轮子。臂支撑在移动单元上并且耦合到移动单元，以便相对于移动单元能够相对位移。该程序使得计算机执行处理。该处理包括：设置行进机器人打算行进到的目标位置；计算行进机器人的重心；以及在行进机器人靠近所设置的目标位置的情况下，规划移动单元和/或臂的可移动部的运动，以使得与在行进机器人远离所设置的目标位置的情况下对重心的范围的限制相比，对重心的范围的限制放宽。

根据本发明的这些方面，可以提供一种能够实现对行进机器人进行定位的精度和行进机器人的移动性两者的行进机器人、用于该行进机器人的运动规划方法以及存储用于该行进机器人的程序的非暂态计算机可读存储介质。

附图说明

以下将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中，相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1是示出根据本发明的第一实施例的行进机器人的示意配置的透视图；

图2是示出根据本发明的第一实施例的行进机器人的示意系统配置的框图；

图3是示出根据本发明的第一实施例的电子控制单元的示意系统配置的框图；

图4是示出行进机器人的移动的示例的视图；

图5是示出重心被约束在其内的预定范围的示例的视图；

图6是示出根据本发明的第一实施例的用于行进机器人的运动规划方法的流程图；

图7是示出根据本发明的第二实施例的节点搜索方法的流程图；

图8是示出包括全向轮的结构的重心的预定范围的视图；以及

图9是示出设置重心被约束在其内的预定范围的方法的视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的第一实施例。图1是示出根据本发明的第一实施例的行进机器人的示意配置的透视图。图2是示出根据本发明的第一实施例的行进机器人的示意系统配置的框图。根据第一实施例的行进机器人1包括移动单元2和支撑在移动单元2上的臂3。

移动单元2包括主体21、头部22和移动装置23。臂3经由肩关节33耦合到主体21以便可相对位移。头部22经由颈关节25设置在主体21上以便可转动。

移动装置23经由体关节26耦合到主体21的下部以便可摆动。移动装置23是例如活动小脚轮全向推车(图5)。该全向推车包括一对驱动轮27和一对横向可转动的从动轮28。移动装置23能够通过以旋转方式驱动驱动轮27，例如将行进机器人1任意地向前或向后移动，横向摆动行进机器人1，使得行进机器人1加速或减速或者停止行进机器人1。

臂3被配置为例如有关节的臂。臂3包括多个链接34和末端执行器(包括手机构、吸机构、钩机构等)35。多个链接34经由诸如腕关节31、肘关节32和肩关节33的关节而耦合到彼此。末端执行器35耦合到链接34的远端，并且把持、吸住或钩住操作对象。行进机器人1的配置仅是一个示例，并且行进机器人1的配置不限于该配置。

根据第一实施例的行进机器人1包括一对电动机4、多个致动器5、电子控制单元6、多个旋转传感器7和多个角度传感器8。一对电动机4驱动驱动轮27。多个致动器5包括驱动关节的伺服电动机等。

电动机4设置在移动单元2的移动装置23中。每个电动机4响应于来自电子控制单元6的控制信号而驱动相应的一个驱动轮27。旋转传感器7分别设置在驱动轮27中。每个旋转传感器7检测关于相应的一个驱动轮27的旋转信息，然后将旋转信息输出到电子控制单元6。电子控制单元6基于从旋转传感器7输出的旋转信息而控制电动机4。

致动器5分别设置在臂3、移动单元2的主体21和头部22的关节中。每个致动器5响应于来自电子控制单元6的控制信号而以旋转方式驱动相应的一个关节。诸如电位计和编码器的角度传感器8分别设置在关节中。每个角度传感器8检测相应的一个关节的旋转角度信息。每个角度传感器8检测相应的一个关节的旋转角度信息，然后将旋转角度信息输出到电子控制单元6。电子控制单元6基于从角度传感器8输出的相应旋转角度信息而执行对关节的致动器5的反馈控制等。

图3是示出根据本发明的第一实施例的电子控制单元的示意系统配置的框图。根据第一实施例的电子控制单元6包括目标位置计算单元61、运动计算单元62和轨迹补充单元66。

电子控制单元6的硬件配置主要包括例如由中央处理单元(CPU)6a、只读存储器(ROM)6b、随机存取存储器(RAM)6c等构成的微计算机。CPU6a执行控制处理、算术处理等。ROM6b存储CPU6a执行的控制程序、算术程序等。RAM6c存储处理数据等。

目标位置计算单元61根据用户设置的操作信息而计算行进机器人1的初始位置和朝向(下文中称为初始位置)以及终点位置和朝向(目标位置的示例，下文中称为终点位置)。终点位置包括行进机器人1对操作对象执行任务的末端执行器35的位置和朝向。

终点位置可以根据例如操作对象的形状或特性、目的、要执行的任务等而采用不同的值。在第一实施例中，目标位置计算单元61例如假设行进机器人1的收集任务来计算初始位置和终点位置。如图4所示，目标位置计算单元61计算指示如下时间期间的每个关节的轨迹的关节轨迹：在该时间期间，行进机器人1从初始位置移动到行进机器人1足够靠近操作对象的终点位置A，然后从终点位置A移动到把持位置(终点位置B)。目标位置计算单元61例如在对手(末端执行器)朝向没有任何限制的情况下计算从初始位置到终点位置A的关节轨迹。另一方面，目标位置计算单元61在对从手朝向具有限制的情况下计算从终点位置A到终点位置B的关节轨迹。

在以上一个示例中，行进机器人1执行收集任务。然而，不限于该配置，例如，行进机器人1能够执行需要手的定位的任何任务，诸如放置对象的任务和推动对象的任务。目标位置计算单元61将所计算的初始位置和终点位置输出到运动计算单元62。

运动计算单元62通过考虑到各种约束在行进对象1的关节空间中搜索每个关节的关节轨迹来离线地规划每个关节的运动。行进机器人1的关节空间将目标位置计算单元61计算出的初始位置和终点位置连接。运动计算单元62例如规划通过移动单元2和臂3的关节之间的配合而实现的运动。运动计算单元62包括运动规划单元63、重心计算单元64和约束设置单元65。

约束设置单元65设置各种约束，诸如行进机器人1对环境等的干扰、行进机器人1的每个关节的关节角度的可移动限制以及行进机器人1的重心。

运动规划单元63例如通过使用基于采样的搜索(诸如快速探索随机树(RRT)、A*(A-星)和迪杰斯特拉方法)或者非线性编程搜索节点(q_nev)，规划每个关节的关节轨迹。

运动规划单元63例如进行上述节点搜索，同时确定是否满足约束设置单元65设置的各种约束。当获得足够靠近终点位置的节点时，运动规划单元63结束节点搜索。

运动规划单元63基于约束设置单元65设置的干扰约束而在关节角度空间中进行节点搜索。因此，运动规划单元63通过顺序地使用正运动学计算而获得没有干扰操作对象、环境或其本身的一组节点。

重心计算单元64基于运动规划单元63找到的节点(q_nev)而计算行进机器人1的重心。重心计算单元64例如基于运动规划单元63找到的节点(q_nev)、臂3的链接34的质量和几何结构、末端执行器35把持的对象的质量、每个关节的当前朝向(旋转角度)等而计算行进机器人1的重心。重心计算单元64将所计算的行进机器人1的重心输出到运动规划单元63。

顺便提及，当包括具有驱动轮的移动单元和耦合到移动单元的臂的行进机器人执行操纵任务(诸如把持对象)时，移动单元的位置精度是相当重要的。然而，在现有的行进机器人中，由于移动单元的驱动轮的打滑或者驱动轮之间的负载失衡，行进机器人的位置精度存在误差。特别地，当移动单元移动长距离时，这样的误差累积并增加。此外，行进机器人的重心根据臂的朝向或所把持对象的重量而改变。

相比之下，在根据第一实施例的行进机器人1中，在行进机器人1靠近目标位置计算单元61设置的终点位置的情况下，行进机器人1的各个可移动部的运动被规划为使得与在行进机器人1远离终点位置的情况下对重心范围的限制相比，对重心范围的限制放宽。

因此，在行进机器人1靠近终点位置之前，行进机器人1的重心像平常一样被限制。为此，行进机器人1能够在上述移动单元2的驱动轮27的打滑、驱动轮27之间的负载失衡等减小的状态下行进。因此，可以减小行进机器人1的位置精度的误差，因此可以改进测距法的精度。

另一方面，当行进机器人1靠近终点位置时，对重心的限制进一步放宽。为此，可以以较少的约束来搜索节点，并且行进机器人1的运动不再如此被约束。因此，存在行进机器人1高速到达最终朝向的高可能性。特别地，手位置和朝向在终点位置附近被约束更多，因此可以通过如上所述放宽对重心的约束而获得满足对手位置和朝向的约束的解决方案。

例如，运动规划单元63通过将重心计算单元64计算出的重心限制在预定范围内来规划行进机器人1的每个关节的运动。另外，在距目标位置计算单元61设置的终点位置的预定距离内，运动规划单元63去除重心被限制在其内的预定范围，然后规划行进机器人1的每个关节的运动。

在该情况下，在行进机器人1在距终点位置的预定距离内靠近终点位置之前，行进机器人1的重心被限制在预定范围内。因此，行进机器人1能够在上述移动单元2的驱动轮27的打滑等减小的状态下行进，因此可以改进行进机器人1的位置精度。另一方面，当行进机器人1在距终点位置的预定距离内靠近终点位置时，去除重心被限制在其内的预定范围。因此，可以以较少的约束来搜索节点，并且行进机器人1的运动不再如此被约束，因此存在行进机器人1高速到达最终朝向的高可能性。

以此方式，在行进机器人1靠近操作对象之前，根据第一实施例的行进机器人1能够通过关注于重心而规划每个关节的运动，改进其位置精度。当行进机器人1足够靠近操作对象时，行进机器人1能够通过以对重心的较少约束关注于移动性而规划每个关节的运动，高速操作关节。即，可以实现对行进机器人1进行定位的精度和行进机器人1的移动性两者。

在需要手的大移动的任务的情况下，诸如开门、或者在用于以高速把持远距离操作对象的任务的情况下，根据第一实施例的行进机器人1能够通过有效地利用移动装置23的平移自由度而在把持操作对象的同时移动。因此，预期到有利的效果，诸如与大工作区域的兼容性、工作速度的改进以及由臂的简化自由度而导致的成本降低。

运动规划单元63确定重心计算单元64计算的行进机器人1的重心是否落在约束设置单元65设置的预定范围内以及是否满足约束。当移动装置23被配置为如上所述的活动小脚轮全向推车时，预定范围形成如图5所示的位于一对驱动轮27之间的中心附近的椭圆。

运动规划单元63例如在对重心计算单元64计算出的行进机器人1的重心(p_g1,p_g2)进行限制以使得重心(p_g1,p_g2)满足约束设置单元65设置的以下数学表达式的约束并且落入预定范围(上述椭圆)内的同时而搜索节点。

(p_g1-α)²/a²+(p_g2-β)²/b²<1

在以上数学表达式中，p_g1和p_g2是原点基本上在行进机器人1的中心处的二维坐标系中的行进机器人1的重心的x坐标和y坐标。a指的是表示预定范围的椭圆的长轴的长度，并且b指的是椭圆的短轴的长度。α和β是可以由行进机器人1的机构任意取的值。如在第一实施例的情况下，在移动装置23的驱动轮27相对的配置的情况下，α期望被设置为靠近驱动轴的值，并且β期望被设置为接近零。上述重心的预定范围是一个示例，并且可以任意地改变。

上述重心是以二维坐标系表示的；替代地，重心可以以三维坐标系来表示。在该情况下，约束重心的预定范围形成例如椭圆体。表示预定范围的椭圆体的X轴分量和Y轴分量可例如被设置为更严格(更小)的值，并且Z轴分量被设置为更松(更大)的值(或者没有限制的大值)。

运动规划单元63确定从行进机器人1到操作对象的距离是否长于预定距离。运动规划单元63例如确定从臂3的末端执行器(把持单元)35到操作对象的距离是否长于预定距离。当运动规划单元63确定从末端执行器35(的远端或重心)到操作对象的距离短于或等于预定距离时，运动规划单元63去除重心被限制在其内的预定范围，然后规划每个关节的运动。基于位移容易最终发生的末端执行器35与操作对象之间的距离而去除重心被限制在其内的预定范围，因此可以使得末端执行器35快速到达目标位置。

例如，当满足以下条件表达式时，运动规划单元63搜索节点以使得满足上述数学表达式的约束，然后规划行进机器人1的每个关节的运动。当满足以下条件表达式时，从行进机器人1到终点位置的距离长于预定距离γ，并且行进机器人1远离操作对象。

|P_obj-P_ee|>γ

在以上数学表达式中，P_obj指的是行进机器人1的坐标系中的操作对象的位置。P_ee指的是行进机器人1的坐标系中的臂3的手的位置。预定距离γ是例如基于臂移动范围、任务的细节等而设置的，并且期望被设置为较小的值。当没有获得满足上述条件表达式的解决方案时，运动规划单元63可增加预定距离γ，然后再次搜索节点。

另一方面，当没有满足上述条件表达式时，运动规划单元63去除上述数学表达式的约束然后搜索节点。运动规划单元63可确定从行进机器人1到终点位置的距离是否长于预定距离，然后搜索节点，以使得满足上述数学表达式的约束。运动规划单元63将如上所述找到的一组节点输出到轨迹补充单元66。

轨迹补充单元66将来自运动规划单元63的一组节点转换为时间上平滑的关节轨迹。电子控制单元6基于转换后的关节轨迹而生成用于控制关节的控制信号。电子控制单元6通过将所生成的控制信号输出到关节的致动器5来控制关节。运动规划单元63如上所述离线规划每个关节的运动；然而，运动的规划不限于该配置。相反，运动计算单元62可在线(在行进机器人1的操作期间)规划每个关节的运动。

图6是示出根据第一实施例的用于行进机器人的运动规划方法的流程图。目标位置计算单元61根据用户设置的操作信息而计算行进机器人1的初始位置和终点位置(步骤S101)，并且将所计算出的初始位置和终点位置输出到运动计算单元62。

运动计算单元62的运动规划单元63通过使用例如基于采样的搜索而获取行进机器人1的关节空间中的新节点候选(q_new)(步骤S102)。行进机器人1的关节空间将目标位置计算单元61所计算的初始位置和终点位置连接。

运动规划单元63确定所获取的节点候选(q_new)处的行进机器人1的手与操作对象之间的距离是否长于预定距离γ(步骤S103)。

当运动规划单元63确定所获取的节点候选(q_new)处的行进机器人1的手与操作对象之间的距离长于预定距离γ时(步骤S103为是)，运动规划单元63确定行进机器人1的重心是否落入预定范围内以及是否满足约束(步骤S104)。另一方面，当运动规划单元63确定所获取的节点候选(q_new)处的行进机器人1的手与操作对象之间的距离短于或等于预定距离γ时(步骤S103为否)，运动规划单元63进行到步骤S105的处理(稍后描述)。

当运动规划单元63确定所获取的节点候选(q_new)处的行进机器人1的重心落入预定范围内并且满足约束时(步骤S104为是)，运动规划单元63确定是否满足其它约束，诸如行进机器人1的干扰和行进机器人1的每个关节的关节角度的可移动限制(步骤S105)。另一方面，当运动规划单元63确定所获取的节点候选(q_new)处的行进机器人1的重心没有落入预定范围内并且没有满足约束时(步骤S104为否)，运动规划单元63丢弃节点候选(q_new)并且返回到步骤S102。

当运动规划单元63确定满足所获取的节点候选(q_new)处的其它约束时(步骤S105为是)，运动规划单元63将节点候选(q_new)添加到搜索树(步骤S106)。另一方面，当运动规划单元63确定不满足所获取的节点候选(q_new)处的其它约束时(步骤S105为否)，运动规划单元63丢弃节点候选(q_new)并且返回到步骤S102。

运动规划单元63确定目标位置计算单元61计算的终点位置和节点候选(q_new)是否足够靠近彼此(步骤S107)。当运动规划单元63确定终点位置和节点候选(q_new)足够靠近彼此时(步骤S107为是)，运动规划单元63结束搜索节点，并且将所获得的一组节点候选输出到轨迹补充单元66(步骤S108)。另一方面，当运动规划单元63确定终点位置和节点候选(q_new)没有足够靠近彼此时(步骤S107为否)，运动规划单元63返回到步骤S102。轨迹补充单元66将来自运动规划单元63的一组节点候选转换为每个关节的时间上平滑的关节轨迹(步骤S109)。

在根据第一实施例的行进机器人1中，在行进机器人1靠近目标位置计算单元61设置的终点位置的情况下，行进机器人1的各个可移动部的运动被规划为使得与行进机器人1远离终点位置的情况下对重心范围的限制相比，对重心范围的限制放宽。因此，在行进机器人1靠近目标位置之前，行进机器人1能够通过关注于重心而规划各个可移动部的运动，改进其位置精度。当行进机器人1足够靠近操作对象时，行进机器人1能够通过以对重心的较少约束关注于移动性而规划各个可移动部的运动，以高速操作可移动部。即，可以实现对行进机器人1进行定位的精度和行进机器人1的移动性两者。

根据本发明的第二实施例的运动规划单元的特征是通过映射明确地使得节点候选(q_new)靠近行进机器人1的重心满足约束的节点。因此，可以以高速搜索节点。

图7是示出根据第二实施例的节点搜索方法的流程图。运动计算单元62的运动规划单元63通过使用例如基于采样的搜索来获取行进机器人1的关节空间中的新节点候选(q_new)(步骤S201)。行进机器人1的关节空间将目标位置计算单元61计算出的初始位置和终点位置连接。

运动规划单元63确定所获取的节点候选(q_new)处的行进机器人1的手与操作对象之间的距离是否长于预定距离γ(步骤S202)。

当运动规划单元63确定所获取的节点候选(q_new)处的行进机器人1的手与操作对象之间的距离长于预定距离γ时(步骤S202为是)，运动规划单元63对节点候选进行校正，并且使得节点候选靠近行进机器人1的重心满足约束的节点。对行进机器人1的重心P_g(q)的约束由以下数学表达式来定义。

P_gmin<P_g(q)<P_gmax

在上述约束表达式中，P_gmin、P_g(q)和P_gmax均是三维矢量，并且其第i个元素由P_gi来指示。其中，Δx＝(Δx1,Δx2,Δx3)，由以下数学表达式来做出定义。

${\mathrm{\&Delta;x}}_i=\left\{\begin{array}{c}{p}_{gi}\left(q_{new}\right)-p_{gi\min }(p_{gi}<p_{gi\min })\\ p_{gi}\left(q_{new}\right)-p_{gi\max }(p_{gi}>p_{gi\max })\\ 0\left(else\right)\end{array}\right\}$

另一方面，重心的矢量与每个关节轴的矢量之间的关系一般由以下数学表达式来表示。

${\stackrel{\&CenterDot;}{p}}_g=J_g\left(q\right)\stackrel{\&CenterDot;}{q}$

在以上数学表达式中，其中，Δq＝J_g ⁺Δx(J_g ⁺是J_g的伪逆矩阵)，推出以下数学表达式。

Δq＝J_g(q_new)⁺Δx

运动规划单元63通过使用以下数学表达式将节点候选(q_new)校正为节点候选(q'_new)(步骤S203)。因此，可以明确地使得节点(q_new)靠近行进机器人1的重心满足约束的节点。

q'_new＝q_new-Δq

运动规划单元63确定(q'_new-q_new)的范数是否小于或等于预定值以及是否小(步骤S204)。当运动规划单元63确定(q'_new-q_new)的范数小时(步骤S204为是)，运动规划单元63确定节点候选(q'_new)处的行进机器人1的重心P_g(q)满足约束表达式。此后，运动规划单元63确定是否满足其它约束，诸如行进机器人1的干扰和行进机器人1的每个关节的关节角度的可移动限制(步骤S205)。另一方面，当运动规划单元63确定(q'_new-q_new)的范数不小时(步骤S204为否)，运动规划单元63丢弃节点候选(q'_new)并且返回到步骤S201。

当运动规划单元63确定在节点候选(q'_new)处满足其它约束时(步骤S205为是)，运动规划单元63将节点候选(q'_new)添加到搜索树(步骤S206)。另一方面，当运动规划单元63确定不满足其它约束时(步骤S205为否)，运动规划单元63丢弃节点候选(q'_new)并且返回到步骤S201。

运动规划单元63确定目标位置计算单元61计算的终点位置和节点候选(q'_new)是否足够靠近彼此(步骤S207)。当运动规划单元63确定终点位置和节点候选(q'_new)足够靠近彼此时(步骤S207为是)，运动规划单元63结束搜索节点，并且将所获得的一组节点候选输出到轨迹补充单元66(步骤S208)。另一方面，当运动规划单元63确定终点位置和节点候选(q'_new)不足够靠近彼此时(步骤S207为否)，运动规划单元63返回到步骤S201。

轨迹补充单元66将来自运动规划单元63的一组节点候选转换为每个关节的时间上平滑的关节轨迹(步骤S209)。

根据第二实施例，明确地使得节点靠近行进机器人1的重心满足约束的节点，因此可以以较高速度搜索节点，并且可以增加处理速度。

本发明不限于上述实施例。可在不背离本发明的精神的情况下根据需要修改上述实施例。

在上述实施例中，在距目标位置计算单元61设置的终点位置的预定距离内，运动规划单元63去除重心被限制在其内的预定范围，然后规划行进机器人1的每个关节的运动；然而，每个关节的运动的规划不限于该配置。运动规划单元63可响应于行进机器人1的位置与目标位置计算单元61设置的终点位置之间的距离而连续地或逐步地改变重心的预定范围。例如，运动规划单元63可通过随着行进机器人1的位置更靠近目标位置计算单元61设置的终点位置而连续地或逐步地增加重心的预定范围，放宽预定范围内的重心的限制。在该情况下，运动规划单元63可通过使用表示重心的范围与行进机器人1的位置和终点位置之间的距离的关系的函数或表格，连续地或逐步地改变重心的预定范围。

另外，运动规划单元63可响应于行进机器人1的位置与目标位置计算单元61设置的终点位置之间的距离而连续地或逐步地改变重心的预定范围，并且在距目标位置计算单元61设置的终点位置的预定距离内，运动规划单元63可去除重心被限制在其内的预定范围，然后规划行进机器人1的每个关节的运动。例如，运动规划单元63可随着行进机器人1的位置更靠近目标位置计算单元61设置的终点位置而增加重心的预定范围，并且在距目标位置计算单元61设置的终点位置的预定距离内，运动规划单元63可去除重心被限制在其内的预定范围，然后规划行进机器人1的每个关节的运动。

在上述实施例中，移动装置23被配置成为包括一对驱动轮27和一对从动轮28的活动小脚轮全向推车；然而，移动装置23不限于该配置。例如，移动装置可以是包括一对驱动轮和单个从动轮或者包括四个横向可转动的驱动轮的活动小脚轮全向推车。另外，移动装置可具有包括三个全向轮29的结构(图8)。在该情况下，约束重心的预定范围是中心在三个轮当中的中心点的圆。

另外，约束重心的预定范围可以是例如三角形或梯形，或者可被设置为任意多边形。例如，计算一对驱动轮27所需的负载。通过例如为每个驱动轮27设置刚性以及然后获得从动轮28和驱动轮27当中的力的平衡，从所计算的驱动轮27的所需负载获得一组重心(图9)。通过从所获得的一组重心减去裕量S1来获得重心的预定范围S2。裕量S1被设置用于吸收动态元素(移动装置23的加速度、离心力等)、地面的不平坦地点和轮子之间的偏差等。

在行进机器人1中，与直线向前行进期间相比，在转弯期间，更容易发生每个驱动轮的打滑等，并且位置精度更容易发生误差。因此，例如，当行进机器人1转弯时，将重心限制在预定范围内可能更严格(预定范围可减小)。因此，考虑到行进机器人1的行进状态，可以进一步改进行进机器人1的位置精度。

存在如下情况：其中，由于行进机器人1的状态(平衡、结构等)或者行进环境(诸如行驶路面的状态(坡度、不平坦地点等)和侧面风)，在特定方向上容易发生行进机器人1的驱动轮27和从动轮28的打滑。在该情况下，在容易发生打滑的方向上，将重心限制在预定范围内可能更严格。因此，考虑到行进机器人1的状态和行进环境，可以进一步改进行进机器人1的位置精度。

本发明可通过例如使得CPU6a执行图6和图7所示的处理的计算机程序来实现。

程序可存储在各种类型的非暂态计算机可读介质中并且被提供到计算机。非暂态计算机可读介质包括各种类型的有形存储介质。非暂态计算机可读介质的示例包括磁记录介质(诸如软盘、磁带和硬盘驱动器)、磁光记录介质(诸如磁光盘)、CD-ROM(只读存储器)、CD-R、CD-R/W、半导体存储器(诸如掩膜ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、闪速ROM、随机存取存储器(RAM))。

程序可经由各种类型的暂态计算机可读介质而被提供到计算机。暂态计算机可读介质的示例包括电信号、光学信号和电磁波。暂态计算机可读介质能够经由有线通信路径(诸如电线和光纤)或者无线通信路径将程序提供到计算机。

Claims (7)

1.一种行进机器人(1)，所述行进机器人的特征在于包括：

移动单元(2)，包括轮子(27，28)；

臂(3)，支撑在所述移动单元上并且耦合到所述移动单元，以便相对于所述移动单元能够相对位移；以及

电子控制单元(6)，其中，

所述电子控制单元设置所述行进机器人打算行进到的目标位置，

所述电子控制单元计算所述行进机器人的重心，

所述电子控制单元规划所述移动单元和/或臂的可移动部向所设置的目标位置的运动，以及

在所述行进机器人靠近所设置的目标位置的情况下，所述电子控制单元规划所述移动单元和/或臂的可移动部的运动，以使得与所述行进机器人远离所设置的目标位置的情况下对所述重心的范围的限制相比，对所述重心的范围的限制放宽。

2.根据权利要求1所述的行进机器人，其中，

所述电子控制单元通过将所计算出的重心限制在预定范围内，规划所述行进机器人的每个可移动部的运动，以及

当所述行进机器人的位置落入距所设置的目标位置的预定距离内时，所述电子控制单元去除所述重心被限制在其内的所述预定范围，然后规划所述移动单元和/或臂的可移动部的运动。

3.根据权利要求1或2所述的行进机器人，其中，

所述电子控制单元通过将所计算出的重心限制在预定范围内，规划所述移动单元和/或臂的可移动部的运动，以及

所述电子控制单元响应于所述行进机器人的位置与所设置的目标位置之间的距离而改变所述预定范围。

4.根据权利要求3所述的行进机器人，其中，

所述电子控制单元随着所述行进机器人的位置更靠近所设置的目标位置而增加所述预定范围。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的行进机器人，其中，

所述电子控制单元规划通过所述移动单元的可移动部与所述臂的可移动部之间的配合而实现的运动。

6.根据权利要求2所述的行进机器人，其中，

所述臂包括用于把持操作对象的把持单元(35)，以及

当所述臂的把持单元落入距所设置的目标位置的预定距离内时，所述电子控制单元去除所述重心被限制在其内的所述预定范围，然后规划所述移动单元和/或臂的可移动部的运动。

7.一种用于行进机器人的运动规划方法，所述行进机器人包括移动单元、臂和电子控制单元，所述移动单元包括轮子，所述臂支撑在所述移动单元上并且耦合到所述移动单元，以便相对于所述移动单元能够相对位移，所述运动规划方法的特征在于包括：

由所述电子控制单元设置所述行进机器人打算行进到的目标位置；

由所述电子控制单元计算所述行进机器人的重心；以及

在所述行进机器人靠近所设置的目标位置的情况下，由所述电子控制单元规划所述移动单元和/或臂的可移动部的运动，以使得与所述行进机器人远离所设置的目标位置的情况下对所述重心的范围的限制相比，对所述重心的范围的限制放宽。