DE102017114965A1

DE102017114965A1 - Autonomer, sich bewegender körper und bewegungssteuerungsverfahren eines autonomen, sich bewegenden körpers

Info

Publication number: DE102017114965A1
Application number: DE102017114965.1A
Authority: DE
Inventors: Koji Terada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-07-07
Filing date: 2017-07-05
Publication date: 2018-01-11
Also published as: CN107589741B; US10353392B2; JP2018005771A; JP6645922B2; CN107589741A; US20180011493A1

Abstract

Es ist ein autonomer, sich bewegender Körper bereitgestellt, der Antriebsräder steuert, indem einem Laufrad ermöglicht wird, sich an einer Frontseite bezüglich einer Fahrtrichtung zu befinden, wenn erkannt wird, dass sich keine Stufe in einer Fahrtrichtung befindet, und der die Antriebsräder steuert, die Orientierung eines Basiskörpers, an dem die Antriebsräder und das Laufrad angeordnet sind, zu ändern und die Stufe anzunähern, sodass zumindest eines von zwei Antriebsrädern mit der Stufe in Kontakt kommt, bevor das Laufrad mit der Stufe in Kontakt kommt, wenn erkannt wird, dass sich eine Stufe in der Fahrtrichtung befindet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen autonomen, sich bewegenden Körper sowie ein Bewegungssteuerungsverfahren des autonomen, sich bewegenden Körpers.
HINTERGRUND
Ein autonomer, sich bewegender Körper, der einen Wagen umfassend ein Paar von Antriebsrädern und ein Laufrad bzw. eine Laufrolle umfasst, ist bekannt. Weil die Antriebsräder unabhängig voneinander angetrieben werden, ist es dem autonomen, sich bewegenden Körper möglich, sich geradeaus zu bewegen oder eine Kurve zu fahren. Ferner ist ein sich omnidirektional bewegendes Fahrzeug bekannt, das Räder mittels eines Verbindungsmechanismus anhebt, um eine Stufe zu überwinden (beispielsweise japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2004-131017 ).
ZUSAMMENFASSUNG
Wenn der Wagen umfassend das Paar von Antriebsrädern und das (nachgezogene) Laufrad als ein omnidirektionaler Wagen gesteuert wird, ist ein aktives Laufrollensystem, bei dem sich das Laufrad in der Front der Fahrtrichtung befindet, effektiv. Bei der aktiven Laufrollensteuerung ("active caster control") ist jedoch eine Überwindungsfähigkeit, die eine Eigenschaft zum Überwinden einer Stufe auf einem Fahrweg ist, niedrig. Wenn andererseits ein komplexer Mechanismus in den Rädern angewendet wird, um die Überwindungsfähigkeit zu verbessern, wird die Wartbarkeit herabgesetzt.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das vorstehende Problem zu lösen, und zielt darauf ab, die Überwindungsfähigkeit des autonomen, sich bewegenden Körpers zu verbessern.
Ein autonomer, sich bewegender Körper gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: zwei Antriebsräder, die unabhängig voneinander rotatorisch angetrieben werden; mindestens ein Laufrad; einen Basiskörper, an dem die beiden Antriebsräder und das Laufrad angebracht sind; eine Steuerung, die den rotatorischen Antrieb der Antriebsräder steuert; und eine Bezugseinheit, die Informationen über eine Stufe auf einem Fahrweg bezieht; wobei die Steuerung die Antriebsräder durch zulassen, dass sich das Laufrad an der Frontseite des Basiskörpers bezüglich der Fahrtrichtung befindet, steuert, wenn die Steuerung als ein Ergebnis des Beziehens der Informationen durch die Bezugseinheit erkannt hat, dass sich keine Stufe in der Fahrtrichtung befindet, und die Antriebsräder steuert, um die Orientierung des Basiskörpers zu ändern und die Stufe anzunähern, sodass zumindest eines der beiden Antriebsräder mit der Stufe in Kontakt kommt bevor das nachziehende Laufrad mit der Stufe in Kontakt kommt, wenn die Steuerung erkannt hat, dass sich eine Stufe in der Fahrtrichtung befindet.
Ein Bewegungssteuerungsverfahren eines autonomen, sich bewegenden Körpers gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Bewegungssteuerungsverfahren eines autonomen, sich bewegenden Körpers mit zwei Antriebsrädern, die unabhängig voneinander rotatorisch angetrieben werden, mindestens einem Laufrad und einem Basiskörper, an dem die beiden Antriebsräder und das Laufrad angebracht sind, wobei das Verfahren aufweist: Beziehen von Informationen über eine Stufe auf einem Fahrweg; und Steuern der Antriebsräder durch zulassen, dass sich das Laufrad an der Frontseite des Basiskörpers bezüglich der Fahrtrichtung befindet, wenn die Steuerung als ein Ergebnis des Beziehens der Informationen erkannt hat, dass sich keine Stufe in der Fahrtrichtung befindet, und die Antriebsräder steuert, um die Orientierung des Basiskörpers zu ändern und sich der Stufe anzunähern, sodass zumindest eines der beiden Laufräder mit der Stufe in Kontakt kommt, bevor das Laufrad mit der Stufe in Kontakt kommt, wenn die Steuerung erkannt hat, dass sich eine Stufe in der Fahrtrichtung befindet.
Gemäß den Strukturen der jeweiligen Aspekte gilt, dass während der normalen Fahrt, die sich von dem Fall unterscheidet, in dem der sich bewegende Körper eine Stufe überwindet, die Positionsbeziehung zwischen den beiden Antriebsrädern und dem (nachziehenden) Laufrad nicht eingeschränkt ist, wodurch der sich bewegende Körper omnidirektional bewegt werden kann und die Anzahl von Optionen für Bewegungspfade, die angewendet werden können, ansteigt. Das heißt, dass der Bewegungsfreiheitsgrad stark verbessert wird. Wenn andererseits der sich bewegende Körper die Stufe überwindet, befinden sich die Antriebsräder an der Frontseite und die Antriebsräder versuchen, die Stufe zu überwinden, bevor das Laufrad die Stufe überwindet. Demzufolge kann die zum Überwinden der Stufe erforderliche Vortriebskraft reduziert werden, und es ist daher möglich, sanft die Stufe zu überwinden. Das heißt, dass die Überwindungsfähigkeit bezüglich der Stufe verbessert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Überwindungsfähigkeit des autonomen, sich bewegenden Körpers zu verbessern.
Die vorstehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung und der anhängenden Zeichnungen, die lediglich der Veranschaulichung dienen, und daher nicht als die Erfindung einschränkend gedacht sind, vollständig verstanden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Außenansicht, die einen Teil eines sich bewegenden Roboters gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer Explosionsansicht zeigt;
2 ist eine Steuerungsblockdarstellung des sich bewegenden Roboters;
3 ist eine Darstellung zum Beschreiben einer aktiven Laufradsteuerung;
4 ist eine Darstellung zum Beschreiben einer Überwindungsfähigkeit einer Stufe;
5 ist eine Darstellung, die einen Zustand einer Richtungsänderung zeigt, bevor der sich bewegende Roboter die Stufe überwindet;
6 ist eine Darstellung, die einen Zustand zeigt, in dem der sich bewegende Roboter die Stufe annähert;
7 ist eine Darstellung, die einen Zustand einer Richtungsänderung zeigt, wenn der sich bewegende Roboter Richtungen in Front der Stufe nicht ändern kann;
8 ist eine Darstellung, die einen Zustand einer Richtungsänderung zeigt, wenn ein Umfahren sichergestellt werden kann, bevor der sich bewegende Roboter die Stufe erreicht;
9 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Prozedur von durch den sich bewegenden Roboter ausgeführten Operationen zeigt;
10 ist ein Ablaufdiagramm, das ein modifiziertes Beispiel einer Steuerung zum Überwinden der Stufe zeigt; und
11 ist eine Darstellung, die einen Zustand zeigt, in dem der sich bewegende Roboter die Stufe überwindet, wenn die Stufe einen Bewegungspfad auf eine schräge Weise kreuzt.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Während die vorliegende Erfindung nachstehend mit Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, ist die in den Patentansprüchen dargelegte Erfindung nicht auf das nachfolgende Ausführungsbeispiel beschränkt. Ferner müssen nicht alle der in dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Strukturen als die Mittel zum Lösen des Problems notwendig sein.
1 ist eine perspektivische Außenansicht, die einen Teil eines sich bewegenden Roboters gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einer Explosionsansicht zeigt. Ein sich bewegender Roboter 100, der ein autonomer, sich bewegender Körper ist, besteht hauptsächlich aus einem Wagenabschnitt 110 und einem oberen Körperabschnitt 120. 1 zeigt einen Zustand, in dem der obere Körperabschnitt 120 ein wenig von dem Wagenabschnitt 110 abgehoben ist.
Der Wagenabschnitt 110 besteht hauptsächlich aus einer Wagenbasis 111, die von oben betrachtet ein Viereck bildet, sowie zwei Antriebsrädern 112 und einem Laufrad 113, die an der Wagenbasis 111 angebracht sind. Die Wagenbasis 111 dient als ein Basiskörper des Wagenabschnitts 110 und weist beispielsweise eine Rahmenstruktur auf. Die beiden Antriebsräder 112 sind an den jeweiligen Seitenabschnitten der Wagenbasis 111 einander gegenüberliegend auf eine solche Weise angebracht, dass die Drehachsen von diesen miteinander übereinstimmen. Die Antriebsräder 112 werden unabhängig voneinander rotatorisch durch einen (nicht gezeigten) Motor angetrieben. Das Laufrad 113 ist ein nachgezogenes Rad und ist derart angebracht, dass eine sich in der vertikalen Richtung von der Wagenbasis 111 erstreckende Drehachse das Rad stützt, sodass sich ein gewisser Raum zwischen diesem und den Rotationsachsen der Räder befindet, und dient als ein Laufrad, das gemäß einer Bewegungsrichtung des Wagenabschnitts 110 folgt. Der sich bewegende Roboter 100 fährt geradeaus, wenn beispielsweise die beiden Antriebsräder 112 mit der gleichen Drehzahl in der gleichen Richtung gedreht werden, und dreht sich um die vertikale Achse, die den Schwerpunkt durchläuft, wenn die beiden Antriebsräder 112 mit der gleichen Drehzahl in entgegengesetzte Richtungen gedreht werden. Das heißt, dass der sich bewegende Roboter 100 dazu fähig ist, sich vorwärts zu bewegen, sich rückwärts zu bewegen, oder durch Steuern der Drehrichtung und der Drehzahl von jedem der beiden Antriebsräder 112 eine Kurvenfahrt durchzuführen.
Der Wagenabschnitt 110 umfasst verschiedene Sensoren zum Abtasten eines Hindernisses und zum Erkennen eines umgebenden Umfeldes. Eine Kamera 114 ist einer dieser Sensoren, und jeweils eine ist an jeder der vier Ecken der Wagenbasis 111 bereitgestellt. Die Kamera 114 umfasst beispielsweise einen CMOS-Bildsensor, der ein aufgenommenes Bildsignal an eine Steuerung sendet, die später beschrieben wird. Wenn zwei benachbarte Kameras 114 das gleiche Hindernis aufnehmen, ist es möglich, Parallaxenbilder zu beziehen, und ebenso die Distanz zu dem Hindernis zu berechnen. Ferner kann die Größe des Hindernisses unter Verwendung der Proportion des Bildes des Hindernisses bezüglich des Blickwinkels und der Distanz, die berechnet wurde, berechnet werden. Gemäß einer solchen Operation kann ebenso die Höhe einer Stufe, die sich auf dem Fahrweg befindet, berechnet werden.
Ein Drehmechanismus 119 ist an dem Mittelabschnitt einer oberen Fläche der Wagenbasis 111 bereitgestellt. Ein (nicht gezeigtes) Passelement einer oberen Körperbasis 125, das den oberen Körperabschnitt 120 bildet, ist in den Drehmechanismus 119 eingepasst, und die obere Körperbasis 125 ist daher auf der Wagenbasis 111 platziert. Die obere Körperbasis 125 wird rotatorisch um die vertikale Achse über den Drehmechanismus 119 durch einen (nicht gezeigten) Motor, der in der Wagenbasis 111 bereitgestellt ist, angetrieben. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Erläuterung unter der Annahme bereitgestellt, dass sich der Schwerpunkt des sich bewegenden Roboters 100 auf der Drehachse des Drehmechanismus 119 befindet und eine Schwenkdrehung (Drehen auf der Stelle) um die gleiche Achse wie die Drehachse des Drehmechanismus 119 durchgeführt wird, wenn die Antriebsräder 112 mit der gleichen Geschwindigkeit jedoch in den entgegengesetzten Richtungen angetrieben werden. Wenn die Drehachse des Drehmechanismus 119 und die Drehachse der Schwenkdrehung voneinander abweichen, können translatorische Komponenten der Antriebsräder 112 unter Berücksichtigung des Versatzausmaßes angepasst werden.
Der obere Körperabschnitt 120 umfasst hauptsächlich, neben der oberen Körperbasis 125, eine Vielzahl von Armen 121 und eine Hand 124. Die Vielzahl von Armen 121 sind miteinander verbunden, sodass sich diese an den jeweiligen Enden von diesen drehen. Die Basisendseite der Reihe von Armen 121 ist an der oberen Körperbasis 125 fixiert, und die Spitzendseite davon stützt rotatorisch die Hand 124. Die Hand 124 umfasst einen Tragemechanismus, sodass die Hand 124 dazu fähig ist, ein Objekt zu tragen. Die Arme 121 und die Hand 124 werden über einen (nicht gezeigten) Motor angetrieben, und nehmen jeweils eine vorbestimmte Haltung ein und tragen das Objekt.
2 ist eine Steuerungsblockdarstellung des sich bewegenden Roboters 100. Eine Steuerung 200 ist beispielsweise eine CPU, und ist in dem Wagenabschnitt 110 bereitgestellt. Eine Antriebsradeinheit 210 umfasst eine Antriebsschaltung und einen Motor zum Antreiben der Antriebsräder 112, und ist in dem Wagenabschnitt 110 bereitgestellt. Die Steuerung 200 führt eine Rotationssteuerung der Antriebsräder 112 durch Senden eines Antriebs- bzw. Ansteuersignals an die Antriebsradeinheit 210 aus.
Eine Drehantriebseinheit 212 umfasst eine Antriebsschaltung oder einen Motor zum rotatorischen Antreiben der oberen Körperbasis 125, und ist in dem Wagenabschnitt 110 bereitgestellt. Die Steuerung 200 führt eine Drehsteuerung der oberen Körperbasis 125 durch Senden eines Antriebs- bzw. Ansteuersignals an die Drehantriebseinheit 212 aus. Wenn die obere Körperbasis 125 gedreht wird, wird der gesamte obere Körperabschnitt 120 umfassend das durch die Hand 124 gehaltene Objekt um die vertikale Achse gedreht. Weiterhin, wenn der Antrieb der Antriebsräder 112 den Wagenabschnitt 110 bewirkt, um bezüglich der Fahrbahnoberfläche gedreht zu werden, kann die Steuerung 200 die obere Körperbasis 125 in eine umgekehrte Richtung synchron mit der Drehung des Wagenabschnitts 110 drehen, wodurch der gesamte obere Körperabschnitt 120 nicht vordergründig um die vertikale Achse bezüglich der Fahrbahnoberfläche rotiert und die Haltung bzw. Lage relativ beibehalten werden kann.
Eine Armeinheit 220 umfasst eine Ansteuerschaltung und einen Motor zum Antreiben der Arme 121 und der Hand 124, und ist in dem oberen Körperabschnitt 120 bereitgestellt. Die Steuerung 200 führt eine Haltungssteuerung und eine Tragesteuerung des oberen Körperabschnitts 120 durch Senden eines Antriebs- bzw. Ansteuersignals an die Armeinheit 220 aus.
Eine Sensoreinheit 230 umfasst verschiedene Sensoren zum Durchsuchen des umgebenden Umfelds und zum Überwachen der Haltung des oberen Körperabschnitts 120, und ist in dem Wagenabschnitt 110 und dem oberen Körperabschnitt 120 auf eine verstreute Weise angeordnet. Die Steuerung 200 sendet ein Steuersignal an die Sensoreinheit 230, um dadurch verschiedene Sensoren anzusteuern und eine Ausgabe von den Sensoren zu beziehen. Die Kamera 114 ist in der Sensoreinheit 230 enthalten, und führt eine Bildaufnahmeoperation gemäß dem Steuersignal aus.
Ein Speicher 240 ist ein nichtvolatiles Speichermedium, und kann beispielsweise ein Solid-State-Laufwerk sein. Der Speicher 240 speichert, neben einem Steuerungsprogramm zum Steuern des sich bewegenden Roboters 100, verschiedene Parameterwerte, Funktionen, Nachschlagetabellen, die für die Steuerung verwendet werden. Der Speicher 240 umfasst eine Umgebungskarten-DB 241, die eine Umgebungskarte speichert, die eine Umgebung repräsentiert, in der der sich bewegende Roboter 100 autonom fährt.
Die Steuerung 200 dient ebenso als eine Funktionsoperationseinheit, die verschiedene Operationen bezüglich einer Steuerung durch Senden und Empfangen von Informationen zu und von der Antriebsradeinheit 210, der Drehantriebseinheit 212, der Armeinheit 220, der Sensoreinheit 230 und dem Speicher 240 ausführt. Der sich bewegende Roboter 100 bewegt sich autonom entlang eines geplanten Bewegungspfades zu einer Zielposition, oder bewegt sich gemäß einer Anweisung von einem Nutzer bezüglich der Bewegungsrichtung, während autonom dem Hindernis ausgewichen wird. In diesem Fall bezieht der sich bewegende Roboter 100 die Informationen über die Stufe auf dem Fahrweg von den Umgebungskarteninformationen, die aus der Umgebungskarten-DB 241 ausgelesen werden, den bezogenen Informationen durch Verarbeiten eines von der Kamera 114 erhaltenen Bildsignals, oder den über die Sensoreinheit 230 erhaltenen Sensorinformationen. Das heißt, dass die Steuerung 200 als eine Bezugseinheit dient, die die Informationen über die Stufe auf dem Fahrweg unter Zusammenwirkung mit zumindest einer der Umgebungskarten-DB 241 und/oder der Kamera 114 und/oder der Sensoreinheit 230 bezieht.
Als Nächstes wird die Bewegungssteuerung des sich bewegenden Roboters 100 beschrieben. Was die Bewegungssteuerung des sich bewegenden Roboters 100 betrifft, werden zwei Typen von Steuerungsmodi angewendet, d.h. eine aktive Laufradbewegungssteuerung (in der nachfolgenden Beschreibung wird diese Steuerung als eine "aktive Laufrollensteuerung" ('active caster control') bezeichnet), bei der der Wagenabschnitt 110 omnidirektional bewegt werden kann, während die Haltung des oberen Körperabschnitts 120 beibehalten wird, und eine entgegengesetzte Zweiradbewegungssteuerung (in der nachfolgenden Beschreibung wird diese Steuerung als eine "entgegengesetzte Zweiradsteuerung" ('opposing two-wheel control') bezeichnet), bei der der sich bewegende Roboter 100 auf eine solche Weise bewegt wird, dass sich die Antriebsräder 112 an der Frontseite der Wagenbasis 111 bezüglich der Fahrtrichtung befinden. 3 ist eine Darstellung zum Beschreiben der aktiven Laufrollensteuerung.
Bei der aktiven Laufrollensteuerung ist die relative Positionsbeziehung zwischen den Antriebsrädern 112 und dem Laufrad 113 bezüglich der Fahrtrichtung nicht eingeschränkt. Bei der normalen Fahrt befindet sich das Laufrad 113 oftmals an der Frontseite der Wagenbasis 111, und die Antriebsräder 112 befinden sich oftmals an der Rückseite bezüglich der Fahrtrichtung. Wie in 3 gezeigt ist, wird das rechte Antriebsrad, wenn das Laufrad 113 an der Frontseite angebracht ist, als ein rechtes Antriebsrad 112a bezeichnet, und das linke Antriebsrad wird als ein linkes Antriebsrad 112b bezeichnet.
Wie in 3 gezeigt ist, wird die Winkelgeschwindigkeit des rechten Antriebsrades 112a mit ω_R bezeichnet, die Winkelgeschwindigkeit des linken Antriebsrades 112b wird mit ω_L bezeichnet, der Radius von jedem des rechten und des linken Antriebsrades 112a und 112b wird mit R_D (gleich) bezeichnet, der Zwischenraum (Lauffläche) zwischen dem rechten Antriebsrad 112a und dem linken Antriebsrad 112b wird mit W bezeichnet, das Versatzausmaß zwischen dem Rotationszentrum und der Antriebsradachse wird mit s bezeichnet. Der relative Winkel zwischen der oberen Körperbasis 125 und der Wagenbasis 111 wird mit θ_S bezeichnet und die Drehwinkelgeschwindigkeit, welche die Änderungsrate davon ist, wird mit ω_S bezeichnet. Dabei, wenn die Geschwindigkeit in der x-Achsenrichtung mit ausgedrückt wird und die Geschwindigkeit in der y-Achsenrichtung mit ausgedrückt wird, ist der folgende Ausdruck (1) erfüllt. [Ausdruck 1]
Während eine Transformationsmatrix J eine Funktion von θ_S ist, kann eine inverse Matrix J^–1 ungeachtet des Werts dieses Winkels berechnet werden. Dies zeigt, dass bei dieser Steuerung keine Singularität vorliegt, und die Berechnung in der Vorwärtsrichtung und jene in der Rückwärtsrichtung immer möglich sind. Das heißt, dass ersichtlich wird, dass die aktive Laufrollensteuerung eine holonome Steuerung ist. Wenn der autonome, sich bewegende Körper die holonome Steuerung anwendet, steigt die Anzahl von Bewegungspfaden, die angewendet werden können, an, was dazu führt, dass der Bewegungsfreiheitsgrad stark verbessert wird.
Demzufolge wendet der sich bewegende Roboter 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel bei der normalen Fahrt die aktive Laufrollensteuerung an, die eine holonome Steuerung ist.
Bei der aktiven Laufrollensteuerung, wenn die Antriebsräder 112 angetrieben werden, wie vorstehend genannt ist, befindet sich das Laufrad 113, welches die nachgezogene Laufrolle ist, typischerweise oftmals an der Frontseite in Fahrtrichtung. Wenn sich das Laufrad 113 an der Frontseite der Fahrtrichtung befindet, wird es für den sich bewegenden Roboter 100 schwieriger, die Stufe auf dem Fahrweg zu überwinden.
Die Überwindungsfähigkeit, die eine Eigenschaft zum Überwinden einer Stufe ist, wird nun beschrieben. 4 ist eine Darstellung zum Beschreiben der Überwindungsfähigkeit der Stufe 900. In 4 ist der Wagenabschnitt 110 extrahiert, und die Beziehung zwischen dem Wagenabschnitt 110 und der Stufe 900 ist schematisch gezeigt.
Eine Bedingung, bei der die Antriebsräder 112 die Stufe 900 überwinden können, wenn die Höhe der Stufe 900 auf dem Fahrweg h beträgt, wird berücksichtigt. In diesem Beispiel wird die Trägheitskraft ignoriert. Wenn der Referenzpunkt, an dem die Antriebsräder 12 mit der Stufe 900 in Kontakt kommen, mit P bezeichnet wird, und der Schwerpunkt, der an die Antriebsräder anliegt, mit mg bezeichnet wird, wird ein in P durch den an die Antriebsräder 112 anliegenden Schwerpunkt erzeugtes Moment M_g durch den folgenden Ausdruck (2) ausgedrückt. [Ausdruck 2]
Ferner, wenn die Vortriebskraft der Antriebsräder 112 mit F bezeichnet wird, wird ein in P durch F erzeugtes Moment M_F durch den folgenden Ausdruck (3) ausgedrückt.
[Ausdruck 3]

M_F = (R_d – h)F (3)

Um den Antriebsrädern 112 zu ermöglichen, die Stufe 900 zu überwinden, muss MF > Mg erfüllt sein. Das Symbol F, das diese Bedingung erfüllt, wird durch den folgenden Ausdruck (4) ausgedrückt. [Ausdruck 4]
Die Bedingung, bei der das Laufrad 113 die Stufe überwindet, wenn das Laufrad 113 mit der Stufe 900 in Kontakt kommt, bevor die Antriebsräder 112 mit der Stufe 900 in Kontakt kommen, kann durch Ersetzen von R_d in Ausdruck (4) durch einen Radius R_f des Laufrads 113 erhalten werden. Wenn R_f kleiner ist als R_d, wie in diesem Ausführungsbeispiel, wird aus Ausdruck (4) ersichtlich, dass F zum Überwinden der Stufe 900 groß wird. Das heißt, dass die Vortriebskraft, die erforderlich ist, um die Stufe zu überwinden, größer wird, wenn das Laufrad 113 die Stufe überwindet, als wenn die Antriebsräder 112 die Stufe überwinden. Mit anderen Worten wird die Vortriebskraft kleiner und die Stufe 900 kann sanfter überwunden werden, wenn die Antriebsräder 112 die Stufe 900 überwinden, als der Fall, in dem das Laufrad 113 die Stufe 900 überwindet. Das heißt, dass die Überwindungsfähigkeit im ersten Fall höher ist. Weiterhin, weil die Vortriebskraft durch die Antriebsräder 112 erzeugt wird, wird es für den sich bewegenden Roboter 100 leichter, die Stufe 900 durch die Antriebsräder 112 zu überwinden, hinsichtlich des direkten Erhaltens der Vortriebskraft. Wenn eine Einschränkungsbedingung, dass sich die Antriebsräder 112 an der Frontseite der Fahrtrichtung im Vergleich mit dem Laufrad 113 befinden, hinzugefügt wird, wird die Steuerung jedoch eine nichtholonome Steuerung, und der Bewegungsfreiheitsgrad wird reduziert.
Um das vorstehende Problem zu lösen, fährt der sich bewegende Roboter 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel bei der normalen Fahrt in der aktiven Laufrollensteuerung, bei der sich das Laufrad 113 oftmals an der Frontseite der Fahrtrichtung befindet, und wenn der sich bewegende Roboter 100 die Stufe überwindet, wird die Richtung geändert, sodass sich die Antriebsräder 112 an der Frontseite der Fahrtrichtung befinden, um den Steuerungsmodus auf die entgegengesetzte Zweiradsteuerung umzuschalten. Das heißt, dass wenn die Steuerung 200 erkennt, dass sich keine Stufe in der Fahrtrichtung befindet, die Steuerung 200 die Antriebsräder 112 durch Zulassen, dass sich das Laufrad 113 an der Frontseite der Wagenbasis bezüglich der Fahrtrichtung befindet, steuert, und wenn die Steuerung 200 erkennt, dass sich eine Stufe in der Fahrtrichtung befindet, die Steuerung 200 die Antriebsräder 112 auf eine solche Weise steuert, dass die Orientierung der Wagenbasis 111 geändert wird, und die Antriebsräder 112 die Stufe annähern, sodass zumindest eines der beiden Antriebsräder 112 mit der Stufe in Kontakt kommt, bevor das Laufrad 113 mit der Stufe in Kontakt kommt.
Die Annäherung zur Stufe unter der Steuerung, die die Richtungsänderung beinhaltet, wird nun beschrieben. 5 ist eine Darstellung, die einen Zustand der Richtungsänderung zeigt, bevor der sich bewegende Roboter 100 die Stufe überwindet. 5 zeigt einen Zustand, in dem sich die Wagenbasis 111 in der Gegenuhrzeigersinnrichtung bezüglich der oberen Körperbasis 125 dreht, wobei die Zeit von oben nach unten verläuft.
Wenn der sich bewegende Roboter 100, der sich entlang des Bewegungspfades durch die aktive Laufrollensteuerung bewegt hat, zum Zeitpunkt T = t₀ erkennt, dass sich die Stufe 900 innerhalb einer vorbestimmten Distanz in der Fahrtrichtung befindet, startet der sich bewegende Roboter 100 die Richtungsänderung. Wenn der sich bewegende Roboter 100 die Richtungsänderung startet, wird die Geradeausbewegung in Richtung der Stufe 900 temporär gestoppt.
Die Steuerung 200 rotiert das rechte Antriebsrad 112a in der Vorwärtsrichtung und das linke Antriebsrad 112b in der Rückwärtsrichtung über die Antriebsradeinheit 210, und dreht die Wagenbasis 111 in der Gegenuhrzeigersinnrichtung bezüglich der Fahrbahnoberfläche. Synchron damit führt die Steuerung 200 eine Steuerung zum Drehen der oberen Körperbasis 125 in der Uhrzeigersinnrichtung über die Drehantriebseinheit 212 durch, sodass die obere Körperbasis 125 bezüglich der Fahrbahnoberfläche relativ gestoppt ist.
5 zeigt einen Zustand, in dem sich die Wagenbasis 111 zum Zeitpunkt T = t₁ um 60 Grad bezüglich der Fahrtrichtung dreht und sich zum Zeitpunkt T = t₂ um 120 Grad dreht. Zum Zeitpunkt T = t₃ dreht sich die Wagenbasis 111 um 180 Grad bezüglich der Fahrtrichtung, und die Richtungsänderung ist abgeschlossen. Wenn die Richtungsänderung abgeschlossen ist, befinden sich in der Wagenbasis 111 das rechte Antriebsrad 112a und das linke Antriebsrad 112b näher an der Stufe 900 als das Laufrad 113. Die Steuerung 200 schaltet in diesem Zustand auf die entgegengesetzte Zweiradsteuerung um und startet die Geradeausbewegung in Richtung der Stufe 900 neu. Der sich bewegende Roboter 100 nähert sich nun der Stufe 900 auf eine solche Weise an, dass das Antriebsrad, das sich an der linken Seite bezüglich der Fahrtrichtung befindet, das rechte Antriebsrad 112a wird und das Antriebsrad, das sich an der rechten Seite bezüglich der Fahrtrichtung befindet, das linke Antriebsrad 112b wird. Zu diesem Zeitpunkt wird über die Operation der Änderung von Richtungen hinweg die Lage der oberen Körperbasis 125 bezüglich der Fahrtrichtung beibehalten.
6 ist eine Darstellung, die einen Zustand zeigt, in dem sich der sich bewegende Roboter 100 einer Stufe 900 annähert. 6 zeigt sowohl einen Zustand des sich bewegenden Roboters 100 an einer Position S_j, an der die Richtung der Wagenbasis 111 geändert wird, als auch einen Zustand des sich bewegenden Roboters 100 an einer Position S_a, an der der sich bewegende Roboter 100 versucht, die Stufe 900 zu überwinden. Der Zustand an der Position S_j entspricht dem Zustand zum Zeitpunkt T = t₀ in 5, und der Zustand an der Position S_a entspricht dem Zustand zum Zeitpunkt T = t₄, der ein Zustand ist, nachdem der sich bewegende Roboter 100 die Geradeausbewegung in Richtung der Stufe 900 nach dem Zustand zum in 5 gezeigten Zeitpunkt T = t₃ durchführt. In den Beispielen der 5 und 6 stoppt der sich bewegende Roboter 100, wenn dieser die Stufe 900 erkannt hat, ändert dessen Richtung auf der Stelle, und begibt sich anschließend in Richtung der Stufe 900. Wenn jedoch die Distanz von der Position, wo die Stufe 900 erkannt wird, bis zur Stufe 900 größer ist als eine vorbestimmte Distanz, können die Richtungsänderung und die Annäherung zu der Stufe 900 gleichzeitig durchgeführt werden. Das heißt, dass die Steuerung 200 die Antriebsräder 112 derart steuern kann, dass der sich bewegende Roboter 100 die Stufe 900 annähert, während die Orientierung der Wagenbasis 111 geändert wird.
Wie vorstehend angemerkt, wird über die Operation der Änderung von Richtungen hinweg die Lage der oberen Körperbasis 125 bezüglich der Fahrtrichtung beibehalten. Daher, auch wenn die Hand 124 ein Objekt 301 trägt, wie in 6 gezeigt ist, wird die Haltung bzw. Lage des gesamten oberen Körperabschnitts 120 umfassend das Objekt 301 bezüglich der Fahrtrichtung beibehalten. Das heißt, dass auch wenn die aktive Laufrollensteuerung auf die entgegengesetzte Zweiradsteuerung umgeschaltet wird, die Haltung des oberen Körperabschnitts 120 bezüglich der Fahrtrichtung jederzeit beibehalten wird. Dass die Haltung des oberen Körperabschnitts 120 beibehalten wird ist deshalb vorteilhaft, weil es leicht wird, eine Bestimmung eines Kontakts mit dem Hindernis, die vor der Fahrt berechnet wurde, durchzuführen, und es wird möglich, einen unerwarteten Kontakt mit dem Hindernis während der Fahrt zu vermeiden.
Wenn der sich bewegende Roboter 100 die Stufe durch die in der Umgebungskarten-DB 241 gespeicherte Umgebungskarte erkannt hat, ist es dem sich bewegenden Roboter 100 möglich, sicher die Richtungen in einer von der Stufe beabstandeten Position zu ändern. Wenn andererseits die Stufe durch den Sensor oder dergleichen in Echtzeit erkannt wird, ist es möglich, dass der sich bewegende Roboter 100 die Stufe erkennen kann, wenn sich dieser direkt in Front der Stufe befindet. In Front der Stufe kann es sein, dass kein Raum zum sicheren Ändern der Richtungen vorhanden ist. Während der sich bewegende Roboter 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel dazu fähig ist, eine Pivot-Drehung um das Rotationszentrum des Drehmechanismus 119 durchzuführen, weisen sich bewegende Roboter oftmals eine Struktur auf, gemäß der der Drehradius nicht Null wird, auch wenn sich die sich bewegenden Roboter auf der Stelle bewegen. Zusammenfassend variiert der Raum, der erforderlich ist, dass der sich bewegende Roboter dessen Richtungen ändern kann, für jeden sich bewegenden Roboter.
In Anbetracht der vorstehenden Diskussion wird eine Steuerung beschrieben, die durchgeführt wird, wenn kein Raum zum Ändern der Richtungen an der Position, wo die Stufe erkannt wird, vorhanden ist. 7 ist eine Darstellung, die einen Zustand der Richtungsänderung zeigt, wenn die Richtung nicht unmittelbar in Front der Stufe geändert werden kann.
7(a) zeigt einen Zustand, in dem der sich bewegende Roboter 100 die Stufe 900 annähert und die Stufe 900 zum Zeitpunkt T = t₁₀ erkannt wird. Bis zu T = t₁₀ fährt der sich bewegende Roboter 100 mit der sich an der Frontseite der Fahrtrichtung befindlichen Laufrad 113 durch die aktive Laufrollensteuerung. Zu T = t₁₀ wird der sich bewegende Roboter 100 temporär gestoppt.
Wenn der sich bewegende Roboter 100 die Stufe erkennt und beispielsweise aus den Informationen von der Sensoreinheit 230 erkennt, dass kein ausreichend großer Raum zum Ändern der Richtungen vorhanden ist, startet der sich bewegende Roboter 100 eine Rückwärtsbewegung, wie in 7(b) gezeigt ist. Wenn der sich bewegende Roboter 100 bestimmt, dass kein Hindernis um den sich bewegenden Roboter 100 vorhanden ist, das die Drehung behindert, dreht der sich bewegende Roboter 100 die Wagenbasis 111 während der Rückwärtsbewegung, und schließt nach T = t₁₁ und t₁₂ die Richtungsänderung zu T = t₁₃ ab. Der Zustand in T = t₁₃ ist ein Zustand, in dem sich die Antriebsräder 112 orthogonal zur Stufe 900 befinden.
Nachdem die Richtungsänderung abgeschlossen ist, wird der Steuerungsmodus auf die entgegengesetzte Zweiradsteuerung umgeschaltet. Wie in 7(c) gezeigt ist, fährt der sich bewegende Roboter 100 geradeaus in Richtung der Stufe 900 und nähert nach T = t₁₄ die Stufe 900 in T = t₁₅ an. Nach dem vorstehenden Prozess versucht der sich bewegende Roboter 100, die Stufe 900 zu überwinden. Auf diese Weise kann sich der sich bewegende Roboter 100 rückwärts bewegen und dessen Richtungen an einem Ort ändern, wo ausreichend Platz ist, wodurch es dem sich bewegenden Roboter 100 möglich ist, die Stufe durch die entgegengesetzte Zweiradsteuerung zu überwinden. Wenn kein Raum bzw. Platz zum Ändern der Richtungen an der Position, wo der sich bewegende Roboter 100 die Stufe 900 erkannt hat, vorhanden ist, kann der sich bewegende Roboter 100 unterschiedliche von jenen vorstehend genannten Operationen durchführen. Das heißt, dass sich der sich bewegende Roboter 100 zunächst rückwärts bewegen kann, nur die Richtungsänderung an der Position, wo der Raum sichergestellt ist, durchführt, und anschließend wiederum nahe an die Stufe 900 herankommt. Alternativ kann der sich bewegende Roboter 100 nur die Rückwärtsbewegung durchführen, die Richtungsänderung durchführen, während wiederum die Stufe 900 angenähert wird, den Steuerungsmodus auf die entgegengesetzte Zweiradsteuerung umschalten, wenn die Richtungsänderung abgeschlossen ist, und die Stufe 900 annähern.
Die vorstehend beschriebene Richtungsänderung basiert auf der Annahme, dass die Haltung bzw. Lage der obere Körperabschnitts 120 beibehalten wird. Wenn es jedoch nicht wichtig ist, die Haltung des oberen Körperabschnitts 120 beizubehalten, d. h. wenn die Haltung des oberen Körperabschnitts 120 bezüglich der Fahrtrichtung geändert werden kann, kann ein anderes Verfahren der Änderung der Richtungen angewendet werden.
8 ist eine Darstellung, die einen Zustand der Richtungsänderung zeigt, wenn eine Umfahrung sichergestellt werden kann, bevor der sich bewegende Roboter 100 die Stufe 900 erreicht. Es wird angenommen, dass der sich bewegende Roboter 100 die Stufe 900 erkannt hat, wenn ein gepunkteter Pfad als der optimale Bewegungspfad geplant wird. In diesem Fall wird die durch eine durchgezogene Linie gezeigte Umfahrung als der Bewegungspfad zurückgesetzt, wenn nicht eine Bedingung, dass die Haltung des oberen Körperabschnitts 120 umfassend die obere Körperbasis 125 beibehalten werden sollte, auferlegt wird. Der sich bewegende Roboter 100 ist dazu fähig, die Antriebsräder 112 zu bewirken, sich an der Frontseite der Fahrtrichtung zu befinden, bevor der sich bewegende Roboter 100 die Stufe 900 durch eine Fahrt entlang der Umfahrung erreicht. Anschließend wird der Steuerungsmodus von der aktiven Laufrollensteuerung auf die entgegengesetzte Zweiradsteuerung umgeschaltet, und der sich bewegende Roboter 100 nähert die Stufe 900 an.
Das heißt, dass die Steuerung 200 berechnet, ob es möglich ist, dass die Antriebsräder 112 der Stufe 900 gegenüberliegen, bevor der sich bewegende Roboter 100 die Stufe 900 erreicht, z. B. ob es möglich ist, eine Umfahrung durch Verbinden von ebenmäßigen Bögen zu bilden, oder ob es möglich ist, die Umfahrung auf der Umgebungskarte sicherzustellen. Wenn die Umfahrung, die gebildet wurde, sichergestellt werden kann, fährt der sich bewegende Roboter 100 entlang der Umfahrung, wodurch die Richtungsänderung erlangt werden kann. Nachdem die Richtungsänderung der Wagenbasis 111 abgeschlossen ist, kann die obere Körperbasis 125 rotierend auf eine solche Weise angetrieben werden, dass die Lage bzw. Haltung des oberen Körperabschnitts 120 die ursprüngliche Haltung bezüglich der Fahrtrichtung einnimmt.
Als Nächstes wird eine Prozedur bezüglich der Überwindungsoperation von dem Zeitpunkt, bei dem der sich bewegende Roboter 100 gestartet wird, bis zu dem Zeitpunkt, bei dem der sich bewegende Roboter 100 das Ziel erreicht, beschrieben. 9 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Prozedur von Operationen zeigt, die durch den sich bewegenden Roboter 100 bezüglich der Überwindungsoperation ausgeführt werden. Der Ablauf wird gestartet, wenn der sich bewegende Roboter 100 startet, sich zu bewegen.
Die Steuerung 200 bezieht Informationen über die Stufe durch kontinuierliches Überwachen der aus der Umgebungskarten-DB 241 ausgelesenen Umgebungskarte und den Signalen von der Sensoreinheit 230, und bestimmt, ob sich eine Stufe in der Fahrtrichtung befindet (Schritt S101). Solange bestimmt wird, dass keine Stufe vorliegt, fährt der Prozess mit Schritt S102 fort, wo die Fahrt fortgesetzt wird. Anschließend wird bestimmt, ob der sich bewegende Roboter 100 am Ziel angekommen ist, durch Bezugnahme auf die Umgebungskarte oder dergleichen (Schritt S103). Wenn bestimmt wird, dass der sich bewegende Roboter 100 noch nicht am Ziel angekommen ist, kehrt der Prozess zu Schritt S101 zurück.
Wenn bestimmt wird, dass der sich bewegende Roboter 100 das Ziel erreicht hat, wird der Zyklus von Bewegungssteuerungen beendet.
Wenn die Steuerung 200 in Schritt S101 bestimmt, dass sich eine Stufe in der Fahrtrichtung befindet, fährt der Prozess mit Schritt S104 fort, wo bestimmt wird, ob es dem sich bewegenden Roboter 100 möglich ist, die Stufe zu überwinden. Wenn das Ergebnis einer Analyse des Bildes von der Kamera 114 zeigt, dass die Höhe der Stufe größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, wird bestimmt, dass es dem sich bewegenden Roboter 100 nicht möglich ist, die Stufe zu überwinden. Der Schwellenwert wird basierend auf der Höhe, die die Antriebsräder 112 überwinden können, bestimmt. Ferner wird bestimmt, dass es unmöglich ist, die Stufe zu überwinden, wenn die Stufe ein vorbestimmtes Merkmal aufweist, z. B. wenn ein großer Höhenunterschied der Stufe bezüglich der Breiterichtung des sich bewegenden Roboters 100 vorliegt.
Wenn die Steuerung 200 bestimmt, dass es dem sich bewegenden Roboter 100 unmöglich ist, die Stufe zu überwinden, fährt der Prozess mit Schritt S114 fort, wo bestimmt wird, ob ein alternativer Pfad bzw. Weg zum Ziel vorhanden ist, wobei die Stufe vermieden bzw. umfahren wird, durch Bezugnahme auf die Umgebungskarte. Wenn ein alternativer Pfad vorliegt, startet der sich bewegende Roboter 100, sich entlang des alternativen Pfades zu bewegen (Schritt S116), und der Prozess kehrt zu Schritt S101 zurück. Wenn kein alternativer Pfad vorhanden ist, fährt der Prozess mit Schritt S115 fort, wo eine Benachrichtigung gesendet wird, die angibt, dass der sich bewegende Roboter 100 das Ziel nicht erreichen kann. Die Benachrichtigung, die angibt, dass der sich bewegende Roboter 100 das Ziel nicht erreichen kann, wird an den Nutzer beispielsweise mittels Sprache gesendet oder wird auf einem durch den Nutzer getragenen Endgerät angezeigt. Nachdem der sich bewegende Roboter 100 die Benachrichtigung, die angibt, dass der sich bewegende Roboter 100 das Ziel nicht erreichen kann, gesendet hat, endet die Bewegung.
Wenn die Steuerung 200 in Schritt S104 bestimmt, dass es dem sich bewegenden Roboter 100 möglich ist, die Stufe zu überwinden, fährt anschließend der Prozess mit Schritt S105 fort, wo bestimmt wird, ob Raum zum Ändern der Richtungen vorhanden ist, um die Antriebsräder 112 an die Frontseite bezüglich der Fahrtrichtung zu platzieren. Insbesondere wird bestimmt, ob sich ein Hindernis um diesen befindet, unter Verwendung der Signale oder dergleichen von der Sensoreinheit 230. Wenn bestimmt wird, dass Raum vorhanden ist, fährt der Prozess mit Schritt S106 fort, wo die Richtungsänderung wie mit Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben auf der Stelle ausgeführt wird. Wenn bestimmt wird, dass kein Raum vorhanden ist, fährt der Prozess anschließend mit Schritt S107 fort, wo der sich bewegende Roboter 100 die Richtungsänderung ausführt, während eine Rückwärtsbewegung, wie mit Bezugnahme auf 7 beschrieben, ausgeführt wird.
Wenn die Richtungsänderung in Schritt S106 oder S107 abgeschlossen ist, fährt die Steuerung 200 zu Schritt S108 fort, wo das Steuerungssystem von der aktiven Laufrollensteuerung auf die entgegengesetzte Zweiradsteuerung umgeschaltet wird. Insbesondere führt die Steuerung 200 einen Steuerungsplan des Pfades, entlang dem die Antriebsräder 112 fahren können, um den Antriebsrädern 112 zu ermöglichen, die Stufe durch die entgegengesetzte Zweiradsteuerung zu überwinden, durch. In Schritt S109 nähert sich der sich bewegende Roboter 100 der Stufe gemäß dem Plan, der gemacht wurde, an, und versucht die Stufe zu überwinden.
Die Steuerung 200 bestimmt in Schritt S110, ob der sich bewegende Roboter 100 die Stufe erfolgreich überwunden hat. Ob der sich bewegende Roboter 100 die Stufe überwunden hat, wird beispielsweise durch überprüfen, ob das Motormoment zum Antreiben der Antriebsräder 112 in einen Bereich zurückgekehrt ist, wo der sich bewegende Roboter 100 auf der ebenen Oberfläche nach einer vorbestimmten Zeitperiode fährt, durch Vergleichen des umgebenden Hindernisses, das mit der Umgebungskarte erkannt wurde, oder durch Extrahieren der Position der Stufe aus einem durch die Kamera 114, die sich an der Rückseite bezüglich der Fahrtrichtung befindet, aufgenommenen Bild. Wenn bestimmt wird, dass der sich bewegende Roboter 100 erfolgreich die Stufe überwunden hat, fährt der Prozess mit Schritt S111 fort. Der Steuerungsmodus wird zurück auf die aktive Laufrollensteuerung umgeschaltet, und anschließend fährt der Prozess mit Schritt S102 fort, wo die Fahrt fortgesetzt wird.
Wenn die Steuerung 200 in Schritt S110 bestimmt, dass der sich bewegende Roboter 100 die Stufe nicht erfolgreich überwunden hat, fährt der Prozess zu Schritt S112 fort, wo der sich bewegende Roboter 100 sich von Stufe rückwärts bewegt. Anschließend wird der Steuerungsmodus wiederum auf die aktive Laufrollensteuerung umgeschaltet, und der Prozess fährt mit Schritt S114 fort, wo nach einem alternativen Pfad gesucht wird.
Der vorstehend beschriebene Steuerungsablauf ist lediglich ein Beispiel, und verschiedene Arten von Steuerabläufen können angewendet werden. Beispielsweise kann die mit Bezugnahme auf 8 beschriebene Richtungsänderung durch die Umfahrung angewendet werden. In diesem Fall kann die Steuerung 200 die Richtungsänderung durch die Umfahrung durch bestimmen, ob diese spezifiziert ist, die Haltung des oberen Körperabschnitts 120 beizubehalten, ausführen. Ferner, während der vorstehende Steuerungsablauf auf der Annahme basiert, dass der Steuerungsmodus auf die entgegengesetzte Zweiradsteuerung umgeschaltet wird, wenn der sich bewegende Roboter 100 die Stufe überwindet, kann diese Annahme abhängig vom Zustand der Stufe geändert werden.
Weiterhin wird ein modifiziertes Beispiel beschrieben. 10 ist ein Ablaufdiagramm, das ein modifiziertes Beispiel einer Steuerung zum Überwinden der Stufe zeigt. Insbesondere zeigt 10 eine Prozedur anstelle der Schritte S104 bis S111, die in 9 gezeigt sind.
Wenn die Steuerung 200 bestimmt, dass sich eine Stufe in der Fahrtrichtung befindet, bestimmt die Steuerung 200 in S201, ob es dem sich bewegende Roboter 100 möglich ist, die Stufe zu überwinden, während die aktive Laufrollensteuerung beibehalten wird. Die Höhe der Stufe, der Radius des Laufrads 113, F, oder dergleichen, die aus der Vortriebskraft der Antriebsräder 112 erhalten werden, werden beispielsweise in den vorstehend genannten Ausdruck (4) substituiert, und wenn der Ausdruck hergestellt wird, wird bestimmt, dass es dem sich bewegenden Roboter 100 möglich ist, die Stufe zu überwinden. Wenn bestimmt wird, dass es dem sich bewegenden Roboter 100 möglich ist, die Stufe zu überwinden, fährt der Prozess zu Schritt S202 fort, wo der sich bewegende Roboter 100 versucht, die Stufe zu überwinden. Anschließend wird in Schritt S203 bestimmt, ob der sich bewegende Roboter 100 erfolgreich die Stufe überwunden hat. Das Verfahren der Bestimmung ist gleich jenem in Schritt S110. Wenn bestimmt wird, dass der sich bewegende Roboter 100 erfolgreich die Stufe überwunden hat, fährt der Prozess mit Schritt S102 fort.
Wenn die Steuerung 200 in Schritt S201 bestimmt, dass der sich bewegende Roboter 100 die Stufe nicht in der aktiven Laufrollensteuerung überwinden kann, fährt der Prozess mit Schritt S205 fort. Wenn ferner in Schritt S203 bestimmt wird, dass der sich bewegende Roboter 100 beim Überwinden der Stufe fehlgeschlagen ist, bewegt sich der sich bewegende Roboter 100 in Schritt S204 rückwärts, und anschließend fährt der Prozess mit Schritt S205 fort.
in Schritt S205 führt die Steuerung 200 die Richtungsänderung aus. Selbstverständlich kann vor der Ausführung der Richtungsänderung die Bestimmung in Schritt S105 durchgeführt werden. Anschließend wird der Steuerungsmodus auf die entgegengesetzte Zweiradsteuerung umgeschaltet (Schritt S206) und der sich bewegende Roboter 100 nähert die Stufe an und überwindet diese (Schritt S207). Selbstverständlich kann neben der Bestimmung bezüglich dessen, ob der sich bewegende Roboter 100 erfolgreich die Stufe überwunden hat, wie die Bestimmung in Schritt S110, ein Prozess, wenn der sich bewegende Roboter 100 fehlgeschlagen ist, die Stufe zu überwinden, hinzugefügt werden. Wenn der sich bewegende Roboter 100 die Stufe überwunden hat, kehrt der Steuerungsmodus auf die aktive Laufrollensteuerung in Schritt S208 zurück, und anschließend fährt der Prozess mit Schritt S102 fort.
Während der Fall, in dem sich die Stufe orthogonal zum Bewegungspfad des sich bewegenden Roboters 100 befindet, in dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel und dem modifizierten Beispiel beschrieben wurde, befindet sich die Stufe nicht immer orthogonal zum Bewegungspfad. Als Nächstes wird ein Fall beschrieben, in dem die Stufe den Bewegungspfad auf schräge Weise überschneidet.
11 ist eine Darstellung, die einen Zustand zeigt, in dem der sich bewegende Roboter 100 die Stufe überwindet, wenn die Stufe den Bewegungspfad auf schräge Weise überkreuzt.
Es sei angenommen, dass der sich bewegende Roboter 100 die Stufe 900, die den Bewegungspfad in die schräge Weise kreuzt, zum Zeitpunkt T = t₂₀ erkennt, wenn ein durch die gepunktete Linie gezeigter Pfad als der optimale Bewegungspfad geplant ist. Die Steuerung 200 startet die Richtungsänderung der Wagenbasis 111 bei T = t₂₀. Weil die Richtungsänderung in diesem Fall die Geradeausbewegung entlang des geplanten Bewegungspfades involviert, wird die Drehsteuerung, bei der die translatorische Komponente zu der rotatorischen Komponente hinzugefügt wird, wie in 7(b) gezeigt ist, erlangt.
Wenn die Richtungen geändert werden, wird anstatt des Drehens des sich bewegenden Roboters 100 um 180 Grad, wie vorstehend beschrieben, der sich bewegende Roboter 100 auf eine solche Weise gedreht, dass die beiden Antriebsräder 112 orthogonal zur Stufe 900 werden bzw. ausgerichtet sind. Zum Zeitpunkt T = t₂₁ ist der sich bewegende Roboter 100 derart orientiert, dass die beiden Antriebsräder 112 zum Zeitpunkt T = t₂₂ orthogonal zur Stufe 900 werden.
Wenn die beiden Antriebsräder 112 orthogonal zur Stufe 900 werden (ausgerichtet sind), steuert die Steuerung 200 den sich bewegende Roboter 100 auf eine solche Weise, dass der sich bewegende Roboter 100 von dem ursprünglichen Bewegungspfad abweicht und sich geradeaus durch die entgegengesetzte Zweiradsteuerung zu der Stufe 900 bewegt. Das heißt, dass der sich bewegende Roboter 100 dessen Weg zu dem Pfad orthogonal zur Stufe ändert, und der sich bewegende Körper die Stufe annähert.
Wenn zum Zeitpunkt T = t₂₃ bestimmt wird, dass der sich bewegende Roboter 100 erfolgreich die Stufe überwunden hat, plant die Steuerung 200 den Pfad von dieser Position zurück zum ursprünglichen Bewegungspfad. Insbesondere plant die Steuerung 200 den Pfad, der den sich bewegenden Roboter 100 bewirkt, umgehend zum ursprünglichen Bewegungspfad zurückzukehren, durch Kombinieren der rotatorischen Bewegung und der Geradeausbewegung der Wagenbasis 111 auf eine solche Weise, dass der sich bewegende Roboter 100 entlang des ursprünglichen Bewegungspfades durch die aktive Laufrollensteuerung fahren kann. Die Zeit T = t₂₄ zeigt einen Zustand, in dem sich der sich bewegende Roboter 100 entlang des Pfades bewegt, der wie vorstehend genannt geplant wurde. Zum Zeitpunkt T = t₂₅ kehrt der sich bewegende Roboter 100 zum ursprünglichen Bewegungspfad zurück, der Steuerungsmodus wird auf die aktive Laufrollensteuerung umgeschaltet, und die Fahrt wird in Richtung des Zieles fortgesetzt. Gemäß einer solchen Steuerung ist es dem sich bewegenden Roboter 100 möglich, die Stufe 900 bestimmter zu überwinden.
Die Steuerung 200 kann die obere Körperbasis 125 auf eine solche Weise steuern, dass die obere Körperbasis 125 durchgängig die Haltung bezüglich der Fahrtrichtung beibehält, wenn der sich bewegende Roboter 100 entlang des ursprünglichen Bewegungspfads fährt, wie in 11 gezeigt ist. Gemäß einer solchen Steuerung ist es möglich, einen unerwarteten Kontakt des sich bewegenden Roboters mit dem Hindernis zu reduzieren.
Im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel und dem modifizierten Beispiel, nachdem der sich bewegende Roboter 100 dessen Richtung auf eine solche Weise ändert, dass die beiden Antriebsräder 112 orthogonal zur Stufe 900 werden, kommen die Antriebsräder 112 der Stufe nahe, und diese beiden Antriebsräder 112 kontaktieren die Stufe im Wesentlichen gleichzeitig, und überwinden anschließend diese die Stufe. Jedoch, wie vorstehend mit Bezugnahme auf 4 beschrieben wurde, ist es vorteilhafter, dass die Antriebsräder mit der Stufe in Kontakt kommen, bevor das Laufrad mit der Stufe in Kontakt kommt, was die Verbesserung der Überwindungsfähigkeit betrifft. Daher lässt sich sagen, dass die beiden Antriebsräder nicht konkurrierend die Stufe kontaktieren müssen. Daher, abhängig von der Beziehung zwischen dem Bewegungspfad und der Richtung der Stufe, kann die Wagenbasis 111 auf eine solche Weise orientiert sein, dass ein Antriebsrad 112 mit der Stufe in Kontakt kommt, bevor das Laufrad 113 mit der Stufe in Kontakt kommt.
Es sei angemerkt, dass die Reihenfolge von ausgeführten Prozessen, wie etwa Aktionen, Prozeduren, Schritte und Phasen in den Vorrichtungen, Systemen, Programmen und Verfahren, die vorstehend im Ausführungsbeispiel beschrieben wurden, in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden können, wenn dies nicht insbesondere durch "bevor", "vorab" oder dergleichen angeben ist, und solange nicht die Ausgabe des vorhergehenden Prozesses im darauffolgenden Prozess verwendet wird. "Zunächst", "anschließend" oder dergleichen, auch zur Vereinfachung verwendet, bedeuten nicht, dass eine Ausführung in der beschriebenen Reihenfolge essenziell ist.
Anhand der vorstehend beschriebenen Erfindung wird ersichtlich, dass die Ausführungsbeispiele der Erfindung auf vielfältige Weisen variiert werden können. Solche Variationen sind nicht gedacht, vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen, und all solche Modifikationen, die dem Fachmann ersichtlich sind, sind gedacht, innerhalb des Umfangs der nachfolgenden Patentansprüche umfasst zu sein.
Es ist ein autonomer, sich bewegender Körper bereitgestellt, der Antriebsräder steuert, indem einem Laufrad ermöglicht wird, sich an einer Frontseite bezüglich einer Fahrtrichtung zu befinden, wenn erkannt wird, dass sich keine Stufe in einer Fahrtrichtung befindet, und der die Antriebsräder steuert, die Orientierung eines Basiskörpers, an dem die Antriebsräder und das Laufrad angeordnet sind, zu ändern und die Stufe anzunähern, sodass zumindest eines von zwei Antriebsrädern mit der Stufe in Kontakt kommt, bevor das Laufrad mit der Stufe in Kontakt kommt, wenn erkannt wird, dass sich eine Stufe in der Fahrtrichtung befindet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2004-131017 [0002]

Claims

Autonomer, sich bewegender Körper, mit: zwei Antriebsrädern, die unabhängig voneinander rotatorisch angetrieben werden; mindestens einem Laufrad; einem Basiskörper, an dem die beiden Antriebsräder und das Laufrad angebracht sind; einer Steuerung, die den rotatorischen Antrieb der Antriebsräder steuert; und einer Bezugseinheit, die Informationen über eine Stufe auf einem Fahrweg bezieht; wobei die Steuerung die Antriebsräder durch zulassen, dass sich das Laufrad an der Frontseite des Basiskörpers bezüglich der Fahrtrichtung befindet, steuert, wenn die Steuerung als ein Ergebnis des Beziehens der Informationen durch die Bezugseinheit erkannt hat, dass sich keine Stufe in der Fahrtrichtung befindet, und die Antriebsräder zum Ändern der Orientierung des Basiskörpers und Annähern der Stufe steuert, sodass zumindest eines der beiden Antriebsräder mit der Stufe in Kontakt kommt, bevor das Laufrad mit der Stufe in Kontakt kommt, wenn die Steuerung erkannt hat, dass sich eine Stufe in der Fahrtrichtung befindet.
Autonomer, sich bewegender Körper gemäß Anspruch 1, wobei, wenn die Steuerung erkannt hat, dass die Höhe der in der Fahrtrichtung erkannten Stufe größer oder gleich einer vorbestimmten Höhe ist, die Steuerung die Antriebsräder steuert, um die Orientierung des Basiskörpers zu ändern und die Stufe anzunähern, sodass zumindest eines der beiden Antriebsräder mit der Stufe in Kontakt kommt, bevor das Laufrad mit der Stufe in Kontakt kommt.
Autonomer, sich bewegender Körper gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn die Steuerung bestimmt, dass es unmöglich ist, die Orientierung des Basiskörpers an jener Position, wo die Stufe in der Fahrtrichtung erkannt wurde, zu ändern, die Steuerung die Antriebsräder auf eine solche Weise steuert, dass sich der sich bewegende Körper rückwärts bewegt, die Orientierung des Basiskörpers geändert wird und die Antriebsräder die Stufe annähern, sodass zumindest eines der beiden Antriebsräder mit der Stufe in Kontakt kommt, bevor das Laufrad mit der Stufe in Kontakt kommt.
Autonomer, sich bewegender Körper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, wenn eine Distanz von der Position, an der die Stufe in der Fahrtrichtung erkannt wurde, zu der Stufe größer ist als eine vorbestimmte Distanz, die Steuerung die Antriebsräder auf eine solche Weise steuert, dass die Antriebsräder nahe an die Stufe herankommen, während die Orientierung des Basiskörpers geändert wird, sodass zumindest eines der beiden Antriebsräder mit der Stufe in Kontakt kommt, bevor das Laufrad mit der Stufe in Kontakt kommt.
Autonomer, sich bewegender Körper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei, wenn die Steuerung bestimmt, dass eine Umfahrung von der Position, bei der die Stufe in der Fahrtrichtung erkannt wurde, zu der Stufe gewährleistet werden kann, die Steuerung die Antriebsräder auf eine solche Weise steuert, dass die Antriebsräder nahe an die Stufe herankommen, während die Orientierung des Basiskörpers geändert wird, sodass zumindest eines der beiden Antriebsräder mittels der Umfahrung mir der Stufe in Kontakt kommt, bevor das Laufrad mit der Stufe in Kontakt kommt.
Autonomer, sich bewegender Körper gemäß Anspruch 1, wobei, wenn der sich bewegende Körper die in der Fahrtrichtung erkannte Stufe annähert, ohne die Orientierung des Basiskörpers zu ändern, jedoch die Stufe nicht überwinden könnte, die Steuerung die Antriebsräder auf eine solche Weise steuert, dass sich der sich bewegende Körper rückwärts bewegt, die Orientierung des Basiskörpers geändert wird, und die Antriebsräder die Stufe wieder annähern, sodass zumindest eines der beiden Antriebsräder mit der Stufe in Kontakt kommt, bevor das Laufrad mit der Stufe in Kontakt kommt.
Autonomer, sich bewegender Körper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei, wenn ein Plan, gemäß dem sich der sich bewegende Körper entlang einer Route bewegt, welche die in der Fahrtrichtung erkannte Stufe auf eine schräge Weise kreuzt, angewendet wird, die Steuerung die Antriebsräder steuert, um teilweise den Plan auf eine Route orthogonal zu der Stufe zu korrigieren, um den sich bewegenden Körper zu bewirken, die Stufe zu überwinden.
Autonomer, sich bewegende Körper gemäß Anspruch 7, wobei die Steuerung die Antriebsräder steuert, um die Orientierung des Basiskörpers während einer Fahrt entlang der Route, welche die Stufe auf die schräge Weise kreuzt, zu ändern, und um die Antriebsräder zu bewirken, sich geradeaus entlang der Route orthogonal zur Stufe zu bewegen, wenn die beiden Antriebsräder orthogonal zu der Stufe werden.
Autonomer, sich bewegender Körper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem oberen Körperabschnitt, der sich auf dem Basiskörper befindet und rotatorisch bezüglich des Basiskörpers angetrieben wird, wobei, auch wenn die Orientierung des Basiskörpers in einem Fall, in dem die Steuerung erkennt, dass sich eine Stufe in der Fahrtrichtung befindet, geändert wird, die Steuerung eine Steuerung auf eine solche Weise durchführt, dass die Haltung des oberen Körperabschnitts bezüglich der Fahrtrichtung beibehalten wird, durch relatives rotatorisches Antreiben des oberen Körperabschnitts bezüglich des Basiskörpers.
Bewegungssteuerungsverfahren eines autonomen, sich bewegenden Körpers mit zwei Antriebsrädern, die unabhängig voneinander rotatorisch angetrieben werden, mindestens einem Laufrad und einem Basiskörper, an dem die beiden Antriebsräder und das Laufrad angebracht sind, wobei das Verfahren aufweist: Beziehen von Informationen über eine Stufe auf einem Fahrweg; und Steuern der Antriebsräder durch zulassen, dass sich das Laufrad an der Frontseite des Basiskörpers bezüglich der Fahrtrichtung befindet, wenn die Steuerung als ein Ergebnis des Beziehens der Informationen erkannt hat, dass sich keine Stufe in der Fahrtrichtung befindet, und die Antriebsräder steuert, um die Orientierung des Basiskörpers zu ändern und sich der Stufe anzunähern, sodass zumindest eines der beiden Laufräder mit der Stufe in Kontakt kommt, bevor das Laufrad mit der Stufe in Kontakt kommt, wenn die Steuerung erkannt hat, dass sich eine Stufe in der Fahrtrichtung befindet.