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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich beispielsweise auf eine Bahnplanungsvorrichtung
und ein Bahnplanungsverfahren, die bei einem autonom beweglichen
sich bewegenden Körper wie einem Roboter verwendet werden,
zur Bestimmung einer Bewegungsbahn entsprechend der Umgebungssituation,
und einen sich bewegenden Körper, in dem diese Bahnplanungsvorrichtung
installiert ist.
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Technologischer Hintergrund
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Roboter
vom autonomen Typ oder dergleichen sind derart konfiguriert, dass
sie Umgebungen um sich selbst erkennen, Bahnpläne aufstellen
und sich entsprechend den Plänen bewegen. Im verwandten
Stand der Technik offenbart das Patentdokument 1 als in derartigen
Robotern zu installierende Bahnplanungsvorrichtung eine Technik,
die auf eine Planung einer Bewegungsbahn unter Verwendung einer
Umgebungskarte zur Bestimmung abzielt, ob die Bewegung selbst in
einem Bereich möglich ist oder nicht, wo es einen Unterschied
im Niveau zu der Bodenoberfläche gibt.
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Bei
der im Patentdokument 1 offenbarten Technik sind eine Mehrfachebenenextraktionseinheit,
die mehrere Ebenen einschließlich einer Bodenoberfläche
durch Berechnung eines Ebenenparameters aus einem Parallaxenbild
oder einem Bereichsbild extrahiert, eine Hinderniserkennungseinheit,
die ein Hindernis auf mehreren Ebenen einschließlich der
Bodenoberfläche erkennt, eine Umgebungskartenaktualisierungseinheit,
die eine Umgebungskarte für jede Ebene beruhend auf einem
Erkennungsergebnis der Hinderniserkennungseinheit erzeugt und aktualisiert,
und eine Bahnplanungseinheit enthalten, die eine Bahnplanung beruhend
auf diesen Umgebungskarten durchführt. Dann definiert die
Bahnplanungseinheit einen gegebenen Bereich als Kandidat für
eine Bewegungsbahn, selbst wenn der Bereich als Hindernis auf der
Umgebungskarte der Bodenoberfläche erkannt wird, wenn der
Bereich nicht als Hindernis auf der Umgebungskarte anderer Ebenen erkannt
wird. Im Allgemeinen wird bei derartigen Bahnplanungsvorrichtungen
die kürzeste Bahn vom Start zum Ziel erzeugt.
- [Patentdokument
1]
Nicht geprüfte japanische
Patentanmeldung, Offenlegungsschrift Nr. 2005-92820
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Offenbarung der Erfindung
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Technisches Problem
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Bei
dem im Patentdokument 1 offenbarten Verfahren werden allerdings
nicht die aktuelle Position und der Bewegungsradius des sich bewegenden Roboters
berücksichtigt, und daher könnte eine Bahn mit
einer scharfen Kurve geplant werden, bei deren Folgen der Roboter
Schwierigkeiten haben kann.
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Das
heißt, zur Erzeugung einer Bewegungsbahn vom Start zum
Ziel wird typischerweise ein Verfahren zum Suchen nach der kürzesten
Bahn verwendet. Da aber bei der herkömmlichen kürzesten Bahnsuche
die kürzeste Bahn vom Start zum Ziel erzeugt wird, könnte
eine Bewegungsbahn mit einer scharfen Kurve erzeugt werden. Im Fall
von sich bewegenden Robotern auf Rädern ist es sehr schwierig,
einer Bahn zu folgen, wenn die Bahn eine derartige scharfe Kurve
enthält.
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Wird
ferner wie im Patentdokument 1 gezeigt eine Bewegungsbahn erzeugt,
die ein Hindernis umgeht, wird die den Start und das Ziel verbindende
kürzeste Bahn ungeachtet der Roboterposition erzeugt. Gibt
es ein sich bewegendes Hindernis, könnte daher eine Bahn
erzeugt werden, die nicht durch die aktuelle Roboterposition läuft.
In diesem Fall macht der Roboter eine scharfe Drehung in Richtung
der Bahn und zeigt dadurch eine unnatürliche Aktion. Da
wie vorstehend beschrieben herkömmliche Algorithmen zur kürzesten
Bahnsuche nicht die aktuelle Position und den Wenderadius eines
Roboters in Betracht ziehen, haben sie das Problem, dass eine Bahn
mit einer scharfen Kurve erzeugt werden kann.
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Die
Erfindung soll dieses Problem lösen und eine Aufgabe besteht
in der Bereitstellung einer Bahnplanungsvorrichtung und eines Bahnplanungsverfahrens,
die, wenn sie in einem Roboter oder dergleichen installiert sind,
eine natürliche Bewegungsaktion darstellen können,
und eines sich bewegenden Körpers, der eine derartige Bahnplanungsvorrichtung
installiert hat.
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Technische Lösung
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Eine
erfindungsgemäße Bahnplanungsvorrichtung umfasst
eine Bewegungsverhinderungsbereicheinstelleinheit, die einen ersten
bewegungsverhinderten Bereich zur Unterstützung einer Bewegungsbahnerzeugung
auf einer oder beiden Seiten eines sich bewegenden Körpers
einstellt, und eine Bahnentscheidungseinheit, die eine Bewegungsbahn
zu einer Zielposition derart bestimmt, dass der sich bewegende Körper
sich nicht in dem ersten bewegungsverhinderten Bereich bewegt, wobei
die Bewegungsverhinderungsbereicheinstelleinheit den ersten bewegungsverhinderten
Bereich derart einstellt, dass die Bewegungsbahn durch eine Mitte
des sich bewegenden Körpers läuft.
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Erfindungsgemäß wird
beispielsweise bei einem sich bewegenden Körper wie einer
Robotervorrichtung oder dergleichen die Erzeugung einer Bewegungsbahn,
die nicht die Mitte des sich bewegenden Körpers enthält,
verhindert, indem der erste bewegungsverhinderte Bereich, der die
Erzeugung einer Bewegungsbahn führt, derart eingestellt
wird, dass die Bewegungsbahn des sich bewegenden Körpers durch
die Mitte dieses sich bewegenden Körpers verläuft.
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Ferner
kann die Bewegungsverhinderungsbereicheinstelleinheit den ersten
bewegungsverhinderten Bereich derart einstellen, dass sein Umfang
in Kontakt mit beiden Seiten der Mitte dieses sich bewegenden Körpers
oder einem Bereich in Kontakt kommt, der durch diesen sich bewegenden
Körper eingenommen wird. Auf diese Weise wird (werden) beispielsweise
im Fall eines Systems, bei dem ein sich bewegender Körper
durch Punktkoordinaten oder ein ähnliches System dargestellt
wird, ein erster bewegungsverhinderter Bereich (erste bewegungsverhinderte
Bereiche) auf beiden Seiten der Mitte des sich bewegenden Körpers
errichtet, und im Fall eines Systems, bei dem ein sich bewegender
Körper nicht durch Punktkoordinaten dargestellt wird, wird
ein erster bewegungsverhinderter Bereich derart errichtet, dass
er mit einem Bereich in Kontakt kommt, der durch diesen sich bewegenden
Körper eingenommen wird, und so kann eine Bewegungsbahn
erzeugt werden, die durch die Mitte des sich bewegenden Körpers
geht.
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Es
kann ferner eine Bereichsanpasseinheit enthalten sein, die die Größe
des ersten bewegungsverhinderten Bereichs entsprechend einer Aktion
des sich bewegenden Körpers anpasst. Daher wird die Größe
des bewegungsverhinderten Bereichs derart angepasst, dass sich der
sich bewegende Körper behutsam dreht oder ihm ermöglicht
wird, sich scharf zu drehen, entsprechend verschiedener Aktionen,
wie wenn ein Mensch an Bord ist, wenn ein schweres Objekt getragen
wird, wenn eine Flüssigkeit wie Getränke getragen
werden, oder in einer ähnlichen Situation.
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Ferner
kann die Bereichsanpasseinheit zur Anpassung der Größe
des ersten bewegungsverhinderten Bereichs gemäß der
Bewegungsgeschwindigkeit des sich bewegenden Körpers konfiguriert
sein.
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Ferner
kann der erste bewegungsverhinderte Bereich als kreisförmiger
oder elliptischer Bereich errichtet werden. In diesem Fall kann
die Bereichsanpasseinheit eine Anpassung derart durchführen, dass
der Radius des Kreises oder der Ellipse, der bzw. die den ersten
bewegungsverhinderten Bereich bildet, vergrößert
wird, wenn sich die Bewegungsgeschwindigkeit des sich bewegenden
Körpers erhöht. Auf diese Weise werden bei hoher
Bewegungsgeschwindigkeit scharfe Drehungen unterbunden, und dadurch
der Roboter am Schleudern oder Kippen gehindert.
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Es
kann ferner eine Hinderniserfassungseinheit enthalten sein, die
ein Hindernis erfasst, so dass die Bewegungsverhinderungsbereicheinstelleinheit einen
zweiten bewegungsverhinderten Bereich um ein durch die Hinderniserfassungseinheit
erfasstes Hindernis einstellen kann. Auf diese Weise können die
Koordinaten eines Roboters als Punktkoordinaten ausgedrückt
werden, und die Verarbeitungslast für verschiedene Berechnungen
kann so verringert werden.
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Ferner
kann der zweite bewegungsverhinderte Bereich als kreisförmiger
oder elliptischer Bereich errichtet werden, der das Hindernis enthält.
Auf diese Weise kann die Bereichsanpasseinheit eine Anpassung derart
durchführen, dass der Radius des Kreises oder der Ellipse,
der bzw. die den zweiten bewegungsverhinderten Bereich bildet, größer
wird, wenn sich die Bewegungsgeschwindigkeit des sich bewegenden
Körpers erhöht.
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Ein
erfindungsgemäßes Bahnplanungsverfahren enthält
einen Bewegungsverhinderungsbereicheinstellschritt der Einstellung
des ersten bewegungsverhinderten Bereichs zur Unterstützung
einer Bewegungsbahn auf einer oder beiden Seiten eines sich bewegenden
Körpers und einen Bahnentscheidungsschritt der Bestimmung
einer Bahn zu einer Zielposition derart, dass der sich bewegender
Körper sich nicht in dem ersten bewegungsverhinderten Bereich
bewegt, wobei in dem Bewegungsverhinderungsbereicheinstellschritt
der erste bewegungsverhinderte Bereich derart eingestellt wird,
dass die Bewegungsbahn durch eine Mitte des sich bewegenden Körpers
verläuft.
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Ein
erfindungsgemäßer sich bewegender Körper
enthält eine Bahnplanungseinrichtung zur Erzeugung einer
Bewegungsbahn und eine Bewegungseinrichtung zur Bewegung beruhend
auf einer durch die Bahnplanungseinheit erzeugten Bewegungsbahn,
wobei die Bahnplanungseinrichtung eine Bewegungsverhinderungsbereicheinstelleinheit,
die einen ersten bewegungsverhinderten Bereich zur Unterstützung
einer Bewegungsbahnerzeugung und eines -verlaufens durch eine Mitte
des sich bewegenden Körpers auf einer oder beiden Seiten
des sich bewegenden Körpers einstellt, und eine Bahnentscheidungseinheit
enthält, die eine Bewegungsbahn zu einer Zielposition derart
bestimmt, dass der sich bewegende Körper sich nicht in
dem ersten bewegungsverhinderten Bereich bewegt.
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Erfindungsgemäß ist
es möglich, einen sich bewegenden Körper eine
Bewegungsbahn erzeugen zu lassen, die durch die Mitte des sich bewegenden Körpers
verläuft und eine natürliche Bewegungsaktion darstellt.
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Vorteilhafte Wirkungen
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Erfindungsgemäß können
eine Bahnplanungsvorrichtung und ein Bahnplanungsverfahren, die,
wenn sie in einem sich bewegenden Körper wie einem Roboter
installiert sind, eine natürliche Bewegungsaktion darstellen
können, sowie ein sich bewegender Körper bereitgestellt
werden, der eine derartige Bahnplanungsvorrichtung installiert hat.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine perspektivische Darstellung eines Roboters vom zweifüßigen
Gehtyp entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 zeigt
ein Blockschaltbild eines Roboters gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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3 zeigt
ein Blockschaltbild einer Bahnplanungsvorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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4 zeigt
eine Darstellung zur Beschreibung von durch eine Bahnführungsbereicheinstelleinheit
eingestellten Bahnführungsbereichen und eines durch eine
Verhinderungsbereicheinstelleinheit eingestellten verhinderten Bereichs
in einer Bahnplanungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung,
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5A zeigt
Bahnführungsbereiche, die durch eine Bahnführungsbereicheinstelleinheit
in einer Bahnplanungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung eingestellt sind, und zeigt einen Fall, in dem die
Geschwindigkeit gering ist,
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5B zeigt
Bahnführungsbereiche, die durch eine Bahnführungsbereicheinstelleinheit
in einer Bahnplanungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung eingestellt sind, und zeigt einen Fall, in dem die
Geschwindigkeit hoch ist,
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5C zeigt
Bahnführungsbereiche, die durch eine Bahnführungsbereicheinstelleinheit
in einer Bahnplanungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung eingestellt sind, und zeigt ein weiteres Beispiel
eines Bahnführungsbereichs, und
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6 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Bahnplanungsverfahrens gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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- 1
- Roboter
- 2
- Kopfeinheit
- 3A,
3B
- Armeinheit
- 4A,
4B
- Beineinheit
- 5
- Rumpfeinheit
- 6
- Bildaufnahmeeinheit
- 12
- Bilderkennungsmodul
- 13
- Bahnplanungsmodul
- 14
- Aktionsentscheidungsmodul
- 15
- Spracherkennungsmodul
- 20
- Bahnplanungsvorrichtung
- 21
- Bahnführungsbereicheinstelleinheit
- 22
- Bereichsanpasseinheit
- 23
- Hinderniserfassungseinheit
- 24
- Verhinderungsbereicheinstelleinheit
- 25
- Bahnentscheidungseinheit
- 31A,
31B
- Bahnführungsbereich
- 40
- Hindernis
- 41
- verhinderter
Bereich
- 51
- Bahn
- 52
- Kurvenbahn
- 101
- Steuereinheit
- 102
- Eingabe-/Ausgabeeinheit
- 103
- Ansteuereinheit
- 104
- Energiezufuhreinheit
- 105
- externe
Speichereinheit
- 121
- Kamera
- 122
- eingebautes
Mikrofon
- 123
- Lautsprecher
- 125
- Sensoreinheit
- 131
- Motor
- 132
- Ansteuereinrichtung
- 141
- Batterie
- 142
- Batteriesteuereinheit
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung
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Nachstehend
werden bestimmte Ausführungsbeispiele ausführlich
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, bei denen die
Erfindung anwendbar ist. Bei diesen Ausführungsbeispielen wird
die Erfindung beispielsweise bei einer Robotervorrichtung angewendet,
die sich mittels Rädern oder dergleichen bewegen kann,
und in der eine Bahnplanungsvorrichtung installiert ist, die eine
natürliche Bewegungsaktion darstellen kann.
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Bei
einer Bahnplanungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel
wird (werden) ein kreisförmiger Bahnführungsbereich
(kreisförmige Bahnführungsbereiche), innerhalb
dessen (deren) die Erzeugung einer Bahn verhindert wird, wenn eine
Bewegungsbahn erzeugt wird, auf beiden Seiten eines Roboters errichtet.
Soll eine Bahn zu der Zielposition (dem Ziel) geplant werden, wird
die Bahn in Bereichen errichtet, die von dem Bahnführungsbereich verschieden
sind, so dass jede Bahn, die eine scharfe Drehung enthält,
nie erzeugt wird, selbst wenn es ein Hindernis (Hindernisse) oder
dergleichen gibt. Indem ein Bahnführungsbereich derart
eingestellt wird, dass die Größe des Bahnführungsbereichs
größer wird, wenn sich die Geschwindigkeit erhöht,
wird der Roboter zur Darstellung einer natürlicheren Aktion veranlasst.
Nachstehend wird zuerst ein Roboter beschrieben, in dem eine derartige
Bahnplanungsvorrichtung installiert ist.
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1 zeigt
eine perspektivische Darstellung eines Roboters gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie in 1 gezeigt
enthält ein Roboter 1 eine Kopfeinheit 2,
zwei Armeinheiten 3a und 3b für links
und rechts, und zwei Beineinheiten 4a und 4b für
links und rechts, die jeweils mit einer Rumpfeinheit 5 an
einer vorbestimmten Position verbunden sind. Der Roboter 1 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel ist derart konfiguriert, dass er sich durch
Räder bewegen kann, die in den Beineinheiten 4a und 4b enthalten
sind. Der Roboter kann ein zweifüßiger oder vierfüßiger
Roboter vom Gehtyp sein.
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Die
Kopfeinheit 2 enthält eine Bildaufnahmeeinheit 6 und
ist so zur Aufnahme von Bildern von Umgebungen innerhalb eines vorbestimmten
Bereichs in der Lage. Ferner ist die Kopfeinheit 2 mit
einem Mikrofon, einem Lautsprecher und dergleichen (nicht gezeigt)
versehen, und kann so eine Äußerung von einem
Benutzer erkennen und auf die Äußerung antworten.
Die Kopfeinheit 2 ist mit der Rumpfeinheit 5 derart
verbunden, dass sie in den Richtungen links und rechts in einer
Ebene parallel zur Bodenoberfläche drehbar ist. Daher können
Bilder der äußeren Umgebung aufgenommen werden,
während der Bereich, in dem ein Bild aufgenommen wird,
durch Drehung der Kopfeinheit 2 entsprechend der Situation verändert
wird.
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Hinsichtlich
der Armeinheiten 3a und 3b und der Beineinheiten 4a und 4b steuert
eine Arithmetikverarbeitungseinheit, die in einer Steuereinheit
enthalten ist, die in der Rumpfeinheit 5 eingebettet ist, den
Ansteuerumfang für Gelenkabschnitte, die jeweils in den
Armeinheiten 3a und 3b enthalten sind, und für
die in den Beineinheiten 4a und 4b enthaltenen
Räder entsprechend einem vorbestimmten Steuerprogramm und
bestimmt den Gelenkansteuerwinkel jedes Gelenks und den Drehwinkel
der Räder derart, dass sie gewünschte Positionen
und Stellungen einnehmen.
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2 zeigt
ein Blockschaltbild des Roboters gemäß diesem
Ausführungsbeispiel. Der Roboter 1 enthält
eine Steuereinheit 101, eine Eingabe-/Ausgabeeinheit 102,
eine Antriebseinheit 103, eine Energiezufuhreinheit 104,
eine externe Speichereinheit 105, und dergleichen.
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Die
Eingabe-/Ausgabeeinheit 102 enthält eine Kamera 121,
die aus einem Ladungskopplungsbaustein (CCD) zur Aufnahme eines
Bildes der Umgebungen gebildet wird, ein oder mehrere eingebaute
Mikrofone 122 zur Erfassung von Umgebungsgeräuschen,
einen Lautsprecher 123 zur Ausgabe von Sprache und zur
Durchführung einer Konversation oder dergleichen mit einem
Benutzer, eine LED 124 zum Ansprechen auf den Benutzer
und Ausdrücken eines Gefühls oder dergleichen,
und eine Sensoreinheit 125 aus einem Berührungssensor
oder dergleichen.
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Ferner
enthält die Ansteuereinheit 103 einen Motor 131 und
eine Ansteuereinrichtung 132, die den Motor ansteuert,
und veranlasst die Beineinheiten 4a und 4b und
die Armeinheiten 3a und 3b zum Arbeiten gemäß einer
Anweisung oder dergleichen vom Benutzer. Die Energiezufuhreinheit 104 enthält
eine Batterie 141 und eine Batteriesteuereinheit 142,
die eine Ladung/Entladung der Batterie steuert, und führt jeder
Einheit elektrische Energie zu.
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Die
externe Speichereinheit 105 enthält eine HDD,
eine optische Disk, eine magnetooptische Disk und dergleichen, die
abnehmbar angebracht sind, zur Speicherung verschiedener Programme,
Steuerparameter und dergleichen, und führt bei Bedarf die Programme
und Daten einem Speicher (nicht gezeigt) und dergleichen zu, die
in der Steuereinheit 101 bereitgestellt sind.
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Die
Steuereinheit enthält eine zentraleverarbeitungseinheit
(CPU), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem
Zugriff (RAM) und eine Schnittstelle zur drahtlosen Kommunikation und
steuert verschiedene Operationen des Roboters 1. Ferner
enthält die Steuereinheit 101 ein Bilderkennungsmodul 12,
das ein durch die Kamera 121 erhaltenes Bild entsprechend
einem beispielsweise in dem ROM gespeicherten Steuerprogramm analysiert,
ein Bahnplanungsmodul 13, das eine Bahnplanung beruhend
auf einem Bilderkennungsergebnis durchführt, ein Aktionsentscheidungsmodul 14,
das eine durchzuführende Aktion beruhend auf verschiedenen
Erkennungsergebnissen auswählt, ein Spracherkennungsmodul 15,
das eine Spracherkennung durchführt, und dergleichen.
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Es
wird angemerkt, dass der Roboter 1 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel eine Bewegungsbahn erzeugt, die eine
natürliche Aktion darstellt, indem ein Bahnführungsbereich
in dem Bahnplanungsmodul 13 eingestellt wird. Als nächstes
wird ein Bahnplanungsmodul gemäß diesem Ausführungsbeispiel
näher beschrieben. 3 zeigt
ein Blockschaltbild einer Bahnplanungsvorrichtung gemäß diesem
Ausführungsbeispiel. Es wird angemerkt, dass obwohl die
folgende Beschreibung unter der Annahme gemacht wird, dass das Bahnplanungsmodul
eine Bahnplanungsvorrichtung ist, die Verarbeitung jedes Blocks
auch durch Veranlassung einer CPU zur Ausführung eines
Computerprogramms realisiert werden kann. In diesem Fall kann das
Computerprogramm durch seine Aufzeichnung in einem Aufzeichnungsträger
bereitgestellt werden, oder kann durch seine Übertragung über
ein Übertragungsmedium wie das Internet bereitgestellt
werden.
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Wie
in 3 gezeigt, enthält eine Bahnplanungsvorrichtung 20 eine
Bahnführungsbereicheinstelleinheit 21, eine Bereichsanpasseinheit 22,
eine Hinderniserfassungseinheit 23, eine Verhinderungsbereicheinstelleinheit 24 und
eine Bahnentscheidungseinheit 25. 4 zeigt
eine Darstellung zur Beschreibung eines durch die Bahnführungsbereicheinstelleinheit 21 eingestellten
Bahnführungsbereichs und eines durch die Verhinderungsbereicheinstelleinheit 24 eingestellten
verhinderten Bereichs.
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Die
Bahnführungsbereicheinstelleinheit 21 stellt einen
Bahnführungsbereich als ersten bewegungsverhinderten Bereich
erste bewegungsverhinderte Bereiche) auf einer oder beiden Seiten
des Roboters, das heißt, des sich bewegenden Körpers,
ein. Dieser Bahnführungsbereich ist ein Bereich zur Unterstützung
der Bewegungsbahnerzeugung und sein Umfang läuft durch
die Mitte des Roboters. Bei diesem Ausführungsbeispiel
werden ferner Bahnführungsbereiche 31a und 31b mit
identischen Formen auf der linken und der rechten Seite des Roboters 1 errichtet.
Diese Bahnführungsbereiche 31a und 31b sind
imaginäre bewegungsverhinderte Bereiche, die als Führung
derart dienen, dass die durch den Roboter 1 zu suchende
Bewegungsbahn durch die aktuelle Position des Roboters 1 (der
Robotermitte) läuft. Es wird angemerkt, dass bei diesem
Ausführungsbeispiel der Roboter 1 Bahnführungsbereiche
auf beiden Seiten der Mitte des Roboters einstellt. Allerdings kann
beispielsweise im Fall eines Roboters, der sich nur in eine Richtung
dreht, ein Bahnführungsbereich nur in der Richtung errichtet
werden, in die sich der Roboter dreht. Ferner drückt sich
der Roboter 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel
durch Punktkoordinaten aus, und daher werden Bahnführungsbereiche
derart errichtet, dass sie diese Punktkoordinaten (Robotermitte)
zwischen sich haben. Wenn sich ein Roboter allerdings durch ein
bestimmtes Liniensegment oder durch einen dem Roboter entsprechenden
Bereich ausdrückt, können die Bahnführungsbereiche
derart errichtet werden, dass sie mit dem durch den Roboter belegten
Bereich in Kontakt kommen.
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Die
Bereichsanpasseinheit 22 passt die Größe
der Bahnführungsbereiche 31a und 31b entsprechend
einer Aktion des Roboters an. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird die Größe der Bahnführungsbereiche 31a und 31b derart
gesteuert, dass die Größe der Bahnführungsbereiche 31a und 31b größer wird,
wenn sich die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters 1 erhöht.
Das heißt, ist die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters 1 hoch,
wird es schwieriger, einer Bahn mit einer scharfen Kurve zu folgen. Daher
werden die Bahnführungsbereiche 31a und 31b entsprechend
der Geschwindigkeit derart angepasst, dass eine natürlichere
Aktion dargestellt werden kann. Die 5A bis 5C zeigen
Bahnführungsbereiche. Erhöht sich die Bewegungsgeschwindigkeit
des Roboters 1, erweitert die Bereichsanpasseinheit 22 ihre
Einstellbereiche von in 5A gezeigten
Bahnführungsbereichen zu in 5B gezeigten
Bahnführungsbereichen.
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Wie
in 5C gezeigt sind die Bahnführungsbereiche 31a und 31b ferner
nicht auf kreisförmige Bereiche begrenzt. Die einzige Anforderung
besteht darin, dass sie Bereiche sein sollten, die durch glatte
gekrümmte Linien umgeben sind und allein durch konvexe
Formen gebildet werden. Beispielsweise können sie elliptische
Bereiche sein. Wird eine Ellipse angewendet, kann sie derart konfiguriert
sein, dass die Hauptachse in einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung
des Roboters 1 orientiert ist. Durch Orientieren der Hauptachse
in einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Roboters 1 ist es
möglich, den Roboter 1 am Errichten einer Bahn derart
zu hindern, dass sie um den Bahnführungsbereich von hinten
aus herumgeht.
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Beispielsweise
im Fall eines Roboters vom sich auf Rädern bewegenden Typ
wird ferner die Bewegungsdistanz im Allgemeinen beruhend auf der Anzahl
der Umdrehungen der Räder gemessen. Schleudert der Roboter,
wird demnach eine genaue Messung der Bewegungsdistanz unmöglich.
Daher ist es wichtig, dass eine Bewegung durchgeführt wird,
so dass kein Rutschen verursacht wird. Demnach ist es erforderlich,
Bahnführungsbereiche derart zu errichten, dass der Roboter 1 eine
Drehbewegung bei der Geschwindigkeit durchführt, bei der
der Roboter 1 nicht schleudert oder kippt.
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Es
wird angenommen, dass die minimale Kraft, die beim Einwirken auf
den Roboter 1 den Roboter 1 zum Kippen bringt,
die ”Kippkraft” ist, und die minimale Kraft, die
beim Einwirken auf den Roboter 1 den Roboter 1 zum
Schleudern bringt, die ”Reibkraft” ist. Wird ferner
angenommen, dass die Masse des Roboters 1 m ist, die Bahnführungsbereiche 31a und 31b Kreise
sind und deren Radius r ist, und die Bewegungsgeschwindigkeit des
Roboters 1 v ist, erfüllt der Radius der Bahnführungsbereiche 31a und 31b vorzugsweise
die Formel (Reibkraft)·(Kippkraft) = mv2/r.
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Das
heißt, werden die Reibkraft, mit der ein Schleudern auftritt,
und die Kippkraft, mit der ein Kippen auftritt, größer,
wird das Auftreten eines Schleuderns und eines Kippens weniger wahrscheinlich, und
daher können die Bahnführungsbereiche 31a und 31b mit
einer geringeren Größe errichtet werden. Wird
andererseits ein Aufbau angewendet, bei dem ein Schleudern oder
ein Kippen eher leichter auftritt, müssen die Bahnführungsbereiche 31a und 31b mit einer
größeren Größe errichtet werden.
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Die
Hinderniserfassungseinheit 23, die beispielsweise eine
Sensoreinheit 125 oder dergleichen ist, erfasst ein Hindernis
(Hindernisse) 40 durch einen Sensor. Alternativ dazu wird
eine Bildverarbeitung durch das Bilderkennungsmodul 12 bei
einem durch die Kamera 121 erhaltenen Bild zur Erkennung der
Größe, Position, Höhe und dergleichen
des Hindernisses 40 durchgeführt.
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Die
Verhinderungsbereicheinstelleinheit 24 stellt einen verhinderten
Bereich 41 um ein durch die Hinderniserfassungseinheit 23 erfasstes
Hindernis 40 als zweiten bewegungsverhinderten Bereich
ein. Ähnlich wie die Bahnführungsbereiche 31a und 31b kann
der verhinderte Bereich 41 ein kreisförmiger Bereich
sein, der das Hindernis 40 enthält, ist aber nicht auf
Kreise beschränkt, vorausgesetzt, dass er ein Bereich ist,
der durch glatte gekrümmte Linien umgeben ist und allein
aus konvexen Formen gebildet wird.
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Die
Bahnentscheidungseinheit 25 erzeugt die minimale Bahn vom
Start T1 zum Ziel T2. Für das Bahnerzeugungsverfahren können öffentlich
bekannte Algorithmen verwendet werden, wie das Dijkstraverfahren,
die A*-Suche und der DP-Übereinstimmungsvergleich. Es wird
angemerkt, dass im verwandten Stand der Technik eine Bahn 51 als
die minimale Bahn vom Start T1 zum Ziel T2 erzeugt wird. Da in diesem
Fall die Bahn 51 nicht durch die aktuelle Position des
Roboters 1 geht, dreht sich der Roboter 1 scharf
von der aktuellen Position zu der Bahn 51 im Versuch zum
Folgen der Bahn 51. Eine derartige scharfe Drehung könnte
eine unnatürliche Aktion als Aktion des Roboters 1 werden.
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Dagegen
kann der Roboter 1 bei diesem Ausführungsbeispiel
keine Bahn in den Bahnführungsbereichen 31a und 31b errichten.
Dementsprechend wird eine durch den Roboter 1 erzeugte
Bahn eine glatt gekrümmte Bahn 52, die am Start
T1 entspringt, durch die aktuelle Position des Roboters 1 verläuft,
und sich in Richtung zum Ziel T2 erstreckt, wodurch eine natürliche
Bewegung ermöglicht wird.
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Als
nächstes wird ein Bahnplanungsverfahren gemäß dem
Ausführungsbeispiel beschrieben. 6 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Bahnplanungsverfahrens gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie in 6 gezeigt
misst ein Außenumgebungssensor eine Umgebung um den Roboter 1 und
erfasst ein Hindernis (Hindernisse) in der Nähe des Roboters 1 (Schritt
S1). Wird ein Hindernis durch diese Hinderniserfassung erfasst,
errichtet die Verhinderungsbereicheinstelleinheit 24 einen
verhinderten Bereich um das Hindernis. Die Reichweite dieses verhinderten
Bereichs wird geeignet entsprechend der Bewegungsgeschwindigkeit
des Roboters 1 bestimmt.
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Es
wird angemerkt, dass bei diesem Ausführungsbeispiel ein
System verwendet wird, bei dem die Koordinaten des Roboters 1 als
Punktkoordinaten erkannt werden. Allerdings ist der Roboter 1 in Wirklichkeit
ein sich bewegender Körper, der eine bestimmte Reichweite
(Bereich) einnimmt. Stattdessen wird bei diesem Ausführungsbeispiel
der Roboter 1 als Punktkoordinaten ausgedrückt,
und daher ist eine Reichweite für ein Hindernis als verhinderter
Bereich 41 vorgesehen, und so hat die Bewegungsreichweite des
Roboters 1 eine bestimmte Reichweite. In diesem Fall ist
es möglich, Kollisionen oder dergleichen mit dem Hindernis
zu verhindern. Es wird angemerkt, dass im Fall eines Systems, in
dem der Roboter 1 mit seiner tatsächlichen Größe
und nicht durch Punktkoordinaten erkannt wird, die Bereitstellung
des verhinderten Bereichs nicht erforderlich ist.
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Als
nächstes errichtet die Bahnführungsbereicheinstelleinheit 31 Bahnführungsbereiche 31a und 31b auf
beiden Seiten des Roboters 1. Gleichzeitig passt die Bereichsanpasseinheit 22 die
Größe der Bahnführungsbereiche 31a und 31b entsprechend der
Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters 1 an. Es wird angemerkt,
dass die Bereichsanpasseinheit 22 die Form der Bahnführungsbereiche 31a und 31b nicht
nur entsprechend der Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters 1 ändern
kann, sondern auch entsprechend des Typs der Aktion, der Umgebung,
Situation und dergleichen des Roboters 1. Befindet sich beispielsweise
ein Mensch auf dem Roboter 1, kann der Radius der Bahnführungsbereiche 31a und 31b derart
erhöht werden, dass sich der Roboter behutsam bewegt. Alternativ
erhöht sich die Reibkraft, wenn ein schweres Objekt zu
tragen ist. Daher kann der Radius der Bahnführungsbereiche 31a und 31b auf
einen kleineren Wert eingestellt werden. Auf diese Weise kann der
Radius der Bahnführungsbereiche 31a und 31b auch
entsprechend der Aktion eingestellt werden.
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Schließlich
wird eine Bahn vom Start T zum Ziel T2 unter Berücksichtigung
der Bahnführungsbereiche 31a und 31b und
des verhinderten Bereichs 41 erzeugt. Diese Folge von Bahnerzeugungsoperationen
kann beispielsweise in Intervallen einmal in mehreren Millisekunden
oder mehreren Sekunden durchgeführt werden, so dass die
optimale Bahn selbst im Fall errichtet werden kann, wenn sich die umliegende
Umgebung ändert.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel wird eine Bewegungsbahn derart
errichtet, dass, wenn der Roboter durch Punktkoordinaten ausgedrückt
wird, die Bewegungsbahn durch diese Punktkoordinaten (Robotermitte)
läuft, und wenn der Roboter nicht durch Punktkoordinaten
ausgedrückt wird, ein Bahnführungsbereich (Bahnführungsbereiche)
errichtet wird (werden), so dass er (sie) in Kontakt mit dem durch diesen
Roboter belegten Bereich kommt (kommen), und die Bewegungsbahn dadurch
nicht durch diesen Bahnführungsbereich (diese Bahnführungsbereiche) läuft.
So wird eine durch die aktuelle Position des Roboters laufende Bewegungsbahn
bei allen Gelegenheiten erzeugt. Ferner wird die Krümmung
des Bahnführungsbereichs entsprechend der Bewegungsgeschwindigkeit
des Roboters verändert, so dass bei einer hohen Geschwindigkeit
der Roboter sich entlang einer behutsamen Kurve bewegt, und bei
geringer Bewegungsgeschwindigkeit mit einem kleineren Wenderadius
abbiegt. So kann eine Aktion entsprechend der Geschwindigkeit dargestellt
werden.
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Es
wird angemerkt, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt ist, und natürlich
verschiedene Modifikationen gemacht werden können, ohne
vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die
vorliegende Erfindung kann weitläufig angewendet werden,
beispielsweise bei Bahnplanungsvorrichtungen und Bahnplanungsverfahren, die
in autonom beweglichen sich bewegenden Körpern wie Robotern
verwendet werden, um eine Bewegungsbahn entsprechend der Umgebungssituation
zu bestimmen, und bei sich bewegenden Körpern, die derartige
Bahnplanungsvorrichtungen installiert haben.
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Zusammenfassung
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Zur
Bereitstellung einer Bahnplanungsvorrichtung und eines Bahnplanungsverfahrens,
die, wenn sie in einem sich bewegenden Körper wie einem
Roboter installiert sind, eine natürliche Bewegungsaktion
zeigen, und eines sich bewegenden Körpers, der eine derartige
Bahnplanungsvorrichtung installiert hat. Eine Bahnplanungsvorrichtung
(20) enthält eine Bahnführungsbereicheinstelleinheit
(21), die einen ersten bewegungsverhinderten Bereich zur Unterstützung
einer Bewegungsbahnerzeugung auf einer oder beiden Seiten des Roboters
einstellt, und eine Bahnentscheidungseinheit (25), die
eine Bahn zu einer Zielposition derart bestimmt, dass sich der Roboter
nicht innerhalb des Bahnführungsbereichs bewegt. Die Bahnführungsbereicheinstelleinheit
(21) stellt den Bahnführungsbereich derart ein,
dass sein Umfang durch die Mitte des Roboters läuft.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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