JP2008142841A - Mobile robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動する空間内において障害物となる対象が存在する領域で移動する移動ロボットであって、例えば工場等で用いられるAGVや屋内外を自律的に移動する自律移動型ロボットに関するものである。 The present invention relates to a mobile robot that moves in an area where an object that becomes an obstacle exists in a moving space, for example, an AGV used in a factory or the like, and an autonomous mobile robot that autonomously moves indoors and outdoors. is there.
工場などの建物内部などを移動する移動ロボットは、予め定められた移動経路または自律的に定めた移動経路に沿って移動する。このような移動ロボットは、定められた移動経路上を決められた速度で移動するが、その移動経路上に障害物が存在する場合、障害物を検出すると該障害物に向かう移動速度を低減し、障害物との距離を十分に保って接触する以前に停止する必要がある。 A mobile robot that moves inside a building such as a factory moves along a predetermined movement route or an autonomously determined movement route. Such a mobile robot moves at a predetermined speed on a predetermined movement path. When an obstacle exists on the movement path, the movement speed toward the obstacle is reduced when the obstacle is detected. It is necessary to stop before touching with sufficient distance to the obstacle.
しかしながら、このような移動ロボットが、例えば特許文献1に記載のように、移動ロボットが、移動ロボット本体に対して駆動により姿勢変形するアーム部等の姿勢変形部材を備えている場合、移動ロボット本体の移動速度を低減しても姿勢変形部材の取り得る姿勢によっては障害物と接触してしまう場合がある。そのため、移動ロボットが障害物を検出した際には移動ロボット本体の減速可能な度合いを十分に大きくしなければならず、そのような十分な減速が行えない場合は、移動ロボット本体の取り得る最高速度に制限を設ける必要がある。そのため、移動ロボット本体の移動速度に過剰な速度制限を設ける必要がある場合があり、ロボットの迅速な移動に対して障害となる場合がある。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、移動ロボット本体の移動する速度に過剰な制限を設けることのない移動ロボットを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a mobile robot that does not place an excessive limit on the moving speed of the mobile robot body.
本発明にかかる移動ロボットは、定められた移動経路に沿って移動する移動手段を有する移動ロボット本体と、該移動ロボット本体に取り付けられ、移動ロボット本体に対して相対的に姿勢変形可能に制御される姿勢変形部材と、を備える移動ロボットであって、障害物を検知し、該障害物の位置情報を取得する障害物検知部と、前記姿勢変形部材を駆動し、その姿勢を変形させる駆動部と、前記駆動部および移動手段を制御する制御部と、前記姿勢変形部材の先端部の位置情報を算出する先端位置算出部と、移動ロボット本体の移動する方向および速度を検出する検出部と、を備えるとともに、前記障害物検知部によって障害物を検知してその位置情報を取得した場合に、前記検出部により検出された移動ロボット本体の方向および速度と、前記先端位置算出部が算出した姿勢変形部材の先端部の位置情報とに基づいて、移動ロボット本体の移動速度および移動方向を定める第1速度ベクトルと、該先端部の移動ロボット本体に対する相対的な移動速度および移動方向を定める第2速度ベクトルとを算出し、前記制御部が、前記第1速度ベクトルと第2速度ベクトルとを合成することで得られる合成速度ベクトルの、移動ロボット本体が障害物に向かう方向についての速度成分を求め、前記移動ロボット本体が第1速度ベクトルを算出した際の速度で移動を継続し続けた場合に障害物までに到達する時間よりも、前記姿勢変形部材の先端部の、障害物に対する相対的な移動速度がゼロになるまでに要する時間を大きくするように前記制御部が移動手段と駆動部とを制御することを特徴とするものである。 A mobile robot according to the present invention has a mobile robot main body having a moving means that moves along a predetermined movement path, and is attached to the mobile robot main body, and is controlled to be capable of posture deformation relative to the mobile robot main body. An obstacle detecting unit that detects an obstacle and obtains position information of the obstacle, and a driving unit that drives the attitude deforming member and deforms the attitude. A control unit that controls the drive unit and the moving unit, a tip position calculation unit that calculates position information of the tip part of the posture deforming member, a detection unit that detects a moving direction and a speed of the mobile robot body, And the direction and speed of the mobile robot body detected by the detector when the obstacle is detected by the obstacle detector and the position information is acquired. Based on the position information of the tip portion of the posture deforming member calculated by the tip position calculation unit, a first speed vector that determines the moving speed and moving direction of the mobile robot body, and the relative position of the tip portion to the mobile robot body. A second speed vector that determines a moving speed and a moving direction is calculated, and the mobile robot body is an obstacle of a combined speed vector obtained by the control unit combining the first speed vector and the second speed vector. The tip of the posture-deforming member is calculated with respect to the speed component in the direction toward the front and the time required to reach the obstacle when the mobile robot body continues to move at the speed when the first speed vector is calculated. The control unit controls the moving means and the drive unit so as to increase the time required until the relative movement speed of the unit with respect to the obstacle becomes zero. It is an butterfly.
上述のような移動ロボットは、移動経路中に障害物を発見した場合に、姿勢変形部材の先端位置と障害物との距離から、移動ロボット本体の移動速度と、姿勢変形部材との該障害物に対する変形可能な動きの速さを考慮し、姿勢変形部材の先端を障害物に接触しないように移動手段と駆動部とを制御する。その際に、姿勢変形部材の先端の移動する速度を減速する度合いと、移動ロボット本体の移動する速度を減速する度合いを考慮しつつ、障害物に対して姿勢変形部材がより確実に接触しないように、制御部は移動手段と駆動部とを制御する。したがって、移動経路中に障害物を発見した場合に、姿勢変形部材の先端が障害物から避けるように変形する動きを最大となるようにすることで、移動ロボット本体の移動速度を制限する度合いを最も小さくし、その結果、移動ロボット本体の移動速度を必要以上に過剰に制限する必要をなくすことができる。 When the mobile robot as described above finds an obstacle in the movement path, the moving speed of the mobile robot body and the obstacle between the posture deforming member and the obstacle are determined from the distance between the tip position of the posture deforming member and the obstacle. The moving means and the drive unit are controlled so that the tip of the posture deforming member does not come into contact with the obstacle in consideration of the speed of the deformable movement with respect to. At that time, the posture deforming member is prevented from coming into contact with the obstacle more reliably while taking into account the degree of deceleration of the moving speed of the tip of the posture deforming member and the degree of decelerating the moving speed of the mobile robot body. In addition, the control unit controls the moving means and the driving unit. Therefore, when an obstacle is found in the movement route, the degree of limiting the moving speed of the mobile robot body is maximized by maximizing the movement that the tip of the posture deforming member avoids the obstacle. As a result, it is possible to eliminate the necessity of excessively limiting the moving speed of the mobile robot body more than necessary.
なお、本は発明に係る移動ロボットの移動する移動経路は、予め定められる移動経路であってもよいし、移動ロボットが自律的に定めるものであってもよい。前者の場合は、移動ロボットは障害物を検知すると該移動経路上で停止し、障害物が除去されるまでその動きを停止し、後者の場合は、障害物を検知した後に、該障害物を回避するように移動経路を修正することで、移動を継続することが可能となる。 In the present invention, the moving path along which the mobile robot according to the present invention moves may be a predetermined moving path, or may be determined autonomously by the mobile robot. In the former case, when the mobile robot detects an obstacle, the mobile robot stops on the movement path and stops its movement until the obstacle is removed. In the latter case, the mobile robot stops the obstacle after detecting the obstacle. It is possible to continue the movement by correcting the movement route so as to avoid it.
さらに、前記制御部は、前記合成速度ベクトルと平行な方向について姿勢変形部材の先端部の動きを減速させる最大減速度を、移動ロボット本体の障害物に向かう方向についての速度成分を減速させる第1減速度と、前記姿勢変形部材の先端部の障害物に向かう方向についての速度成分を減速させる第2減速度とに分割して、前記制御部が移動手段と駆動部とを制御することを特徴とすることが好ましい。この場合、前記制御部が、前記先端部の位置と、検知した障害物の位置との相対的距離が一定距離以下になった場合に、前記第1減速度を前記第2減速度よりも大きくするように移動手段と駆動部とを制御するようにしてもよい。このようにすると、移動ロボットと障害物との距離が遠い場合には、姿勢変形部材の姿勢変形する速度による接触回避を重視して移動ロボット本体の速度制限を緩和し、移動ロボットと障害物との距離が近い場合には、移動ロボット本体の速度制限によって確実に障害物との接触を回避するように制御することが可能となる。したがって、このような移動ロボットにおいては、移動ロボット本体の速度をできるだけ低減させずに障害物との接触を回避することが可能となる。 Further, the control unit reduces a maximum deceleration that decelerates the movement of the tip of the posture deforming member in a direction parallel to the combined velocity vector, and a first component that decelerates a velocity component in a direction toward the obstacle of the mobile robot body. The control unit controls the moving unit and the drive unit by dividing into a deceleration and a second deceleration that decelerates the speed component in the direction toward the obstacle at the tip of the posture deforming member. It is preferable that In this case, when the relative distance between the position of the tip and the position of the detected obstacle is equal to or less than a certain distance, the control unit increases the first deceleration to be greater than the second deceleration. Thus, the moving means and the drive unit may be controlled. In this way, when the distance between the mobile robot and the obstacle is long, the speed limit of the mobile robot body is relaxed by placing importance on contact avoidance due to the attitude deformation speed of the attitude deforming member. When the distance is short, it is possible to control so as to reliably avoid contact with an obstacle by limiting the speed of the mobile robot body. Therefore, in such a mobile robot, it is possible to avoid contact with an obstacle without reducing the speed of the mobile robot body as much as possible.
また、このような移動ロボットにおいては、外力により生じた加速度の変化を検出する加速度センサが設けられていることが好ましい。このような加速度センサを設けることによって、障害物を検知しきれなかった場合においても、移動ロボットが障害物と接触したことを迅速かつ正確に検知することができる。なお、このような加速度センサは、姿勢変形部材に設けられていても、移動ロボット本体に設けられていてもよい。特に、加速度センサが姿勢変形部材に設けられている場合においては、姿勢変形部材の取り得る姿勢によって障害物検知部が障害物を検知できなかった場合であっても、障害物と姿勢変形部材とが接触したことを迅速に検知することが可能となるので好適である。 In such a mobile robot, it is preferable that an acceleration sensor for detecting a change in acceleration caused by an external force is provided. By providing such an acceleration sensor, it is possible to quickly and accurately detect that the mobile robot has come into contact with the obstacle even when the obstacle cannot be detected. Such an acceleration sensor may be provided on the posture deforming member or on the mobile robot body. In particular, when the acceleration sensor is provided on the posture deforming member, even if the obstacle detecting unit cannot detect the obstacle due to the posture that the posture deforming member can take, the obstacle and the posture deforming member It is preferable because it is possible to quickly detect that the contact has been made.
また、このような移動ロボットにおいて、移動する周囲の環境情報を視覚的に取得するカメラをさらに備えていることが好ましい。このように設けられたカメラによって、障害物と移動ロボットとが接触した場合もしくは接触しそうになった場合の画像を取得し、接触した原因もしくは接触しそうになった原因を判断することも可能になる。なお、このようなカメラにより把握される情報は、ディジタル化された画像情報として得られるものであると、信号伝達や記憶を行う際により好適である。 In addition, it is preferable that such a mobile robot further includes a camera that visually acquires surrounding environmental information. With the camera provided in this way, it is also possible to acquire an image when an obstacle and a mobile robot come into contact or are about to come in contact, and determine the cause of contact or the cause of contact . It should be noted that the information grasped by such a camera is preferably obtained as digitized image information when performing signal transmission and storage.
また、前記姿勢変形部材は、移動ロボット本体に一端が取り付けられたアーム部であってもよく、さらに、このアーム部の一端と、アーム部の先端との間に、少なくとも1以上の関節部を含むようなものであってもよい。このような移動ロボットは、関節部を駆動することで姿勢変形を行うアームを用いて移動しながら作業を行う場合に、検知した障害物と接触しないようにその姿勢を変形させるとともに、移動速度を調整することが可能となる。 The posture deforming member may be an arm part having one end attached to the mobile robot body, and at least one joint part is provided between one end of the arm part and the tip of the arm part. It may be included. Such a mobile robot deforms its posture so that it does not come into contact with the detected obstacle and moves it at a moving speed when moving using an arm that deforms the posture by driving a joint. It becomes possible to adjust.
また、このような移動ロボットとしては、特に移動する領域を限定するものではないが、平面内において移動するものであってもよい。その場合、前記移動ロボットが、移動する平面内において特定される移動マップを記憶し、この移動マップ上を自律的に移動するものであり、記憶された移動マップ上において、前記障害物検知部により検知した障害物の位置情報に基づいて移動経路を作成する移動経路作成部をさらに備え、前記移動手段が、作成した移動経路に基づいて移動ロボット本体を移動させるものであってもよい。なお、本発明において、移動ロボットの移動する平面とは、フラットな床面等のみに限定されるものではなく、若干の段差や凹凸部を備えるものであってもよい。 In addition, such a mobile robot is not particularly limited in the moving area, but may be one that moves in a plane. In this case, the mobile robot stores a movement map specified in the moving plane, and moves autonomously on the movement map. On the stored movement map, the obstacle detection unit A movement path creation unit that creates a movement path based on the detected position information of the obstacle may be further provided, and the moving unit may move the mobile robot body based on the created movement path. In the present invention, the plane on which the mobile robot moves is not limited to a flat floor surface or the like, and may be provided with a slight step or uneven portion.
このような移動ロボットの場合、予め把握した障害物の位置情報から移動経路を作成し、作成した移動経路に従って移動することで、障害物との接触を極力回避することが可能となる。このような移動ロボットにおいては、作成した移動経路を、移動ロボットの周囲の環境に応じて修正するものであってもよい。このようにすると、移動ロボットの周囲に障害物が存在した場合であっても、移動する速度を調整だけでは障害物との接触が避けられない場合に、その移動経路を修正することで、障害物との接触を避けるようにその移動を制御することができる。 In the case of such a mobile robot, it is possible to avoid a contact with an obstacle as much as possible by creating a movement route from position information of the obstacle grasped in advance and moving along the created movement route. In such a mobile robot, the created movement route may be corrected according to the environment around the mobile robot. In this way, even if there are obstacles around the mobile robot, it is not possible to avoid contact with obstacles by adjusting the moving speed. Its movement can be controlled to avoid contact with objects.
なお、前記移動マップが、前記平面内において略一定間隔に配置された格子点を結ぶグリッド線を仮想的に描写することで作成されるグリッドマップであってもよい。このようなグリッドマップを移動マップとして用いると、移動ロボットの位置を正確かつ容易に把握するとともに、移動マップ上における移動経路を簡単に作成することができる。 Note that the movement map may be a grid map created by virtually depicting grid lines connecting lattice points arranged at substantially constant intervals in the plane. When such a grid map is used as a movement map, the position of the mobile robot can be grasped accurately and easily, and a movement route on the movement map can be easily created.
また、前記移動ロボット本体は、移動マップ上における自己の絶対位置を取得する絶対位置取得部を備えることが好ましい。このような絶対位置取得部としては、移動ロボットの外部に設けられたGPS等の設備から送信される絶対位置情報を受信することで、移動ロボット本体の絶対位置を取得するものであってもよい。また、移動ロボット本体は、このような絶対位置取得部により得られた絶対位置情報に基づいて、環境情報取得部で取得した環境情報を修正するようにしてもよい。 Moreover, it is preferable that the said mobile robot main body is equipped with the absolute position acquisition part which acquires the self absolute position on a movement map. As such an absolute position acquisition unit, an absolute position of the mobile robot body may be acquired by receiving absolute position information transmitted from equipment such as GPS provided outside the mobile robot. . The mobile robot body may correct the environment information acquired by the environment information acquisition unit based on the absolute position information obtained by such an absolute position acquisition unit.
また、前記移動ロボット本体は、移動マップ上において移動した方向および距離から、自己位置を算出する自己位置算出部を備えるものであってもよい。このような自己位置算出部は、前記環境情報取得部により得られた環境情報に用いて自己位置を推定するものであってもよいし、環境情報取得部とは別に設けられるものであってもよい。そのような自己位置算出部の例としては、移動ロボット本体が車輪の駆動による移動手段を備えている場合に、移動原点から別の地点まで移動する際に得られる車輪の回転数や回転方向、車輪の向き等に基づいて、移動した地点の位置を算出するもの等が挙げられる。 The mobile robot body may include a self-position calculating unit that calculates a self-position from the direction and distance moved on the movement map. Such a self-position calculation unit may estimate the self-position using the environmental information obtained by the environment information acquisition unit, or may be provided separately from the environment information acquisition unit. Good. As an example of such a self-position calculation unit, when the mobile robot body is provided with moving means by driving wheels, the number of rotations and the direction of rotation of the wheels obtained when moving from the moving origin to another point, Examples include calculating the position of the moved point based on the direction of the wheel.
以上、説明したように、本発明によると、移動する速度に過剰な制限を設けることのない移動ロボットを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a mobile robot that does not place an excessive limit on the moving speed.
発明の実施の形態1.
以下に、図1から図6を参照しつつ本発明の実施の形態1にかかる移動ロボットについて説明する。この実施の形態においては、移動ロボットは1対の車輪を駆動することで平面上を自律的に移動する車両型の移動ロボットである例を示すものとする。
The mobile robot according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 6. In this embodiment, it is assumed that the mobile robot is a vehicle-type mobile robot that autonomously moves on a plane by driving a pair of wheels.
図1は、移動する平面としての床部1上の限られた領域P(実線に囲まれた領域)内を、予め定められた移動経路に沿って移動する、AGV等に代表される車両型の移動ロボット10の一実施形態を概略的に示すものである。この実施の形態においては、床部1は工場内などの屋内において複数の設備(41、42、43、44)が設置された平面であり、この床部1上の領域P内には、その設備を避けるように移動経路30が予め定められているものとする。
FIG. 1 shows a vehicle type represented by an AGV or the like that moves along a predetermined movement path in a limited area P (area surrounded by a solid line) on the
図2は、図1に示す移動ロボット10を側面視し、その構成を概略的に示す概略図であり、図2に示すように、移動ロボット10は、箱型の移動ロボット本体10aと、姿勢変形部材としてのアーム部100とから構成される。アーム部100は、移動ロボット本体10aの上部表面にその一端が接続され、移動ロボット本体10aに対して相対的にその姿勢を変化させることが可能となるように構成されている。以下、移動ロボット本体10aおよびアーム部100について、各々詳細に説明する。
FIG. 2 is a schematic view schematically showing the configuration of the
図3は、図2に示す移動ロボット本体10aの構成を概略的に示す図であり、図3に示すように、移動ロボット本体10aは、1対の対向する車輪11と、キャスタ12を備える対向2輪型の車両である。そして、移動ロボット本体10aは、これらの車輪11、キャスタ12とで移動ロボット本体10aはその姿勢水平に支持された状態で、移動可能となっている。さらに、移動ロボット本体10aの内部には、車輪11をそれぞれ駆動するモータ13と、車輪の回転数を検出するためのカウンタ14と、車輪を駆動するための制御信号を作成し、モータ13にその制御信号を送信する演算処理部を備えた制御部15、およびこれらの構成要素に電力を供給するためのバッテリー(図示せず)を備えている。そして、制御部15の演算処理部内部に備えられた記憶部としてのメモリなどの記憶領域15aには、領域P内における移動経路が記憶されているとともに、制御信号に基づいて移動ロボット10の移動速度などを制御するためのプログラムが記憶されている。すなわち、車輪11やキャスタ12、およびモータ13などの移動ロボット本体10aを移動させるための各構成の集合により、本発明でいう移動手段が構成されている。
3 is a diagram schematically showing the configuration of the
さらに、移動ロボット本体10aの前面には、移動する方向に現れた障害物を検知する障害物検知部としてのセンサ16が取り付けられており、このセンサ16によって移動ロボット本体10aの進行する前方方向に存在する障害物を検知することができる。センサ16は、例えば赤外線レーザを3次元的に照射するレーザセンサであり、レーザの反射状態から検知した障害物の形状や、移動体本体10aの前面からの距離を取得し、移動ロボット本体10aに対する障害物の相対的な位置を把握することを可能とするものである。制御部15は、後述するように、センサ16で障害物を検知すると、その障害物の形状や移動ロボット本体からの距離に基づいて、モータ13等を制御し、移動ロボット本体10aおよび後述するアーム部等の動作を制御する。
Further, a
移動ロボット本体10aの前面においては、移動ロボット本体10aの移動する方向に存在する障害物等の物体を撮像するためのカメラ17が設けられており、周囲の環境状態を画像や映像等のディジタル化した情報として制御部15に入力する。制御部15においては、これらのディジタル化された情報が記憶領域15aに記録され、図示しない出力部等を介して外部に出力することができる。このように、カメラ17によって周囲の情報を記録することで、例えば移動ロボット本体10aが障害物に対して接触しかかった場合などの状況を、後で視覚的に確認することができる。
On the front surface of the
このように構成された移動ロボット本体10aは、1対の車輪11の駆動量をそれぞれ独立に制御することで、直進や曲線移動(旋回)、後退、その場回転(両車輪の中点を中心とした旋回)などの移動動作を行うことができる。そして、移動ロボット本体10aは、記憶領域15aに記憶された、領域P内の移動経路に追従するように移動する。
The
次に、移動ロボット本体10aに接続されたアーム部100について図2を用いつつ説明する。図2に示すように、アーム部100は、移動ロボット本体10aの上面に設けられ、軸線Hに対して回動可能なベース部101と、該ベース部101に対して矢印R1およびR2の方向に回動自在に一端が接続されたアーム部本体102と、アーム部本体102の他端に設けられたハンド部103とを備えている。
Next, the
アーム部本体102は、一端がベース部101に回動自在に接続された第1リンク部材102aと、第1リンク部材102aの他端に設けられた関節部材102bと、関節部材102bに一端が接続された第2リンク部材102cとを備えている。第1リンク部材102aと第2リンク部材102cとは、関節部材102bを介して回動自在に構成されており、さらに、第2リンク部材102cの他端には、軸線Sに対して回動自在にハンド部103が取り付けられている。
The
ハンド部103は、第2リンク部材102cに対して回動自在に設けられた基板103aと、この基板103に対して互いに近接離間する方向に摺動自在に取り付けられた板部材103b、103cとから構成されている。この板状部材103b、103cを近接する方向に摺動することで物体を把持する把持動作を行うことができる。
The
そして、ベース部101に対して接続された第1リンク部材102aの一端や、第1リンク部材102aと第2リンク部材102cとの間に設けられた関節部材102bは、駆動部としての単一または複数のモータ(図示せず)によってその関節角度を所定の範囲で変化するように駆動される。その結果、アーム部本体102は移動ロボット本体10aに対して相対的に姿勢変化を行うことができる。
The one end of the
そして、このように構成された姿勢変形部材としてのアーム部100は、本実施形態においては、移動ロボット本体10aに取り付けられた一端の逆側の端部を先端位置とし、その先端位置100aをハンド部103の中心点(C)と定めている。すなわち、ハンド部103の板状部材103b、103cが最も離間した状態において、これらの板状部材の中間に位置する点をアーム部100の先端と定めている。なお、本発明はこれに限られるものではなく、例えばハンド部103のアーム部100に占める体積が比較的大きい場合は、ハンド部の先端、すなわちアーム部本体に取り付けられた端部と反対側の端部の中心を、アーム部の先端位置としてもよい。
In this embodiment, the
アーム部本体102の姿勢変化は、移動ロボット10aに設けられた制御部15によって制御され、その関節角や各リンク部材の既知の長さ等によって、移動ロボット本体10aに対するアーム部の先端位置100aの相対位置を把握することができる。すなわち、本実施形態においては、制御部15はアーム部の先端位置を算出する先端位置算出部として作用する。さらに、ハンド部103においても、基板103aの回動する動作や、板状部材103b、103cの摺動動作が図示しないモータによって実現され、これらの動作は制御部15によって制御される。
The posture change of the arm unit
このように構成された移動ロボット10が、移動経路30に沿って移動する際にその動作の制御を行う手順について、図4および図5に示す概略図、並びに図6に示すフローチャートを用いつつ説明する。本実施形態においては、図4に示すように、移動ロボット10が移動経路30上の移動始点から移動終点まで該経路に沿って移動する際に、移動経路30の地点30aにおいて人間等の障害物200が存在し、移動ロボット本体10aに設けられたセンサ16がこの障害物200を距離Lだけ手前で検知し、移動ロボット10の動作を制御する例を示す。なお、前述の距離Lは、移動ロボット本体前面から、アーム部100の先端位置100aが到達し得る位置に至るまでの距離よりも、十分大きく設定されている。
The procedure for controlling the operation of the
図5は、障害物200の手前で移動ロボット10が障害物200を検知した場合のアーム部100の様子を示している。移動ロボット10の移動ロボット本体10aの前面と、障害物200との距離はLであり、このとき、移動ロボット10のアーム部100のアーム部本体102は、軸線Hについて回動しており、障害物200を検知した時に移動方向に対して角度θだけ傾斜した状態であり、この角度を小さくする方向に速度vで移動しているものとする。そして、このときの移動本体10aの移動速度はV0であり、移動ロボット本体10aに備えられた制御部15は、アーム部100に設けられたハンド部103の中心点Cと、障害物200の相対的な位置関係を3次元的に把握するものとする。このような状態で、移動ロボット10が障害物200を検知した後の動作制御について、図6に示すフローチャートを用いつつ説明する。
FIG. 5 shows a state of the
移動経路30上の移動始点より移動を開始した移動ロボット10は、地点30aにおいて移動ロボット本体10aに設けられたセンサにより障害物200を検知すると(STEP101)、制御部15は、障害物200の3次元的形状を求め、移動ロボット本体10aの所定位置を基準とした障害物200の相対位置(移動ロボット本体10aから障害物200までの距離Lなど)を把握する(STEP102)。
When the
そして、制御部15は、このときの移動ロボット本体10aの移動する移動速度を求め、移動ロボット本体10aの移動方向および移動速度を定める第1速度ベクトルV0を求める(STEP103)。さらに、アーム部100の先端(中心点C)の位置情報を取得し、アーム部の先端位置100aの移動する移動方向および移動速度を定める第2速度ベクトルvを求め(STEP104)、これらの速度ベクトルを合成して合成速度ベクトルV1を求める(STEP105)。
Then, the
そして、アーム部先端100aから障害物200(200a)までの、合成して得られた合成速度ベクトルの示す方向についての距離Dを求める(STEP106)。また、アーム部100および移動ロボット本体10aの動作条件から、アーム部100の合成速度ベクトルの方向における最大減速度α0を求め、前記距離Dと、前述のように求めた合成速度ベクトルの大きさ(速度)V1との関係を、以下の式1に示す関係式を満たすように制御する(STEP107)。詳細には、制御部15により、合成速度ベクトルの大きさを、モータ13の駆動による移動ロボット本体10aの速度を低減させる制御と、アーム部の駆動100による移動速度とを調整する制御とに分配することで、この式1を満たすように調整する。
Then, the distance D from the
なお、上記の式1の意味は、移動ロボット10が速度V1で移動を継続し続けた場合に障害物までに到達する時間T0(=D/V1)と、移動ロボット10のアーム部の障害物に対する相対的な移動速度がゼロになるまでに要する時間T1(=V1/α0)とが、T0>T1の関係を満たすように設けられている。なお、上記式1において、kは1以上の係数(例えばk=2)であり、kの値を大きくとることで、障害物からできるだけ離れた位置で停止するように制御することができる。
Note that the
そして、このような関係により移動ロボットの制御を行う場合、移動ロボット本体10aの速度を制限する度合いと、アーム部100の障害物へ向かう速度の制限との分配比率は、状況に応じて適宜定められる。例えば、アーム部100の先端と障害物との距離Dが所定の距離D0以上の場合は、アーム部100を動かすことでアーム部先端と障害物との接触を回避可能であるため、アーム部100の速度制限を大きくし、移動ロボット本体10aの速度制限をできるだけ抑制する。具体的には、アーム部100の速度を、アーム部100の減速可能な減速度合いを最大とするように制限することで、アーム部100の移動速度を最も小さくする。
When the mobile robot is controlled based on such a relationship, the distribution ratio between the degree of limiting the speed of the
逆に、アーム部100の先端と障害物との距離がD0を下回った場合は、アーム部100の動きでは障害物との接触が回避困難と判断して、移動ロボット本体10aの速度制限をアーム部100の移動する速度制限よりも大きくする。具体的には、移動ロボット本体10aの減速可能な減速度合いを最大として、アーム部100の先端と障害物との距離が近づくにつれて、徐々に移動ロボット本体10aを減速させるようにする。なお、このような移動ロボット本体10aの減速制御に代えて、アーム部先端と障害物との距離が一定距離を下回った場合に、移動ロボット本体10aの移動速度を前述の減速可能な最大限の減速度合いで低減させるようにしてもよい。
Conversely, if the distance between the tip and the obstruction of the
このようにアーム部100の速度制限と、移動ロボット本体10aの速度制限とを状況に応じて制御することで、障害物との接触可能性が高い場合にのみ移動ロボット本体の速度を低減させることができるため、移動ロボットの運動エネルギーを必要以上に損なうことがなくなるという効果が得られる。
Thus, by controlling the speed limit of the
さらに、このように移動ロボット本体10aおよびアーム部100の速度の調整を開始すると、移動ロボット10は、障害物200へ向かう方向をカメラ17で撮像し、撮像して得られた画像データを、制御部15内の記憶領域15aの内部に一時的に記憶する(STEP108)。そして、移動ロボット10が障害物200の手前で停止するまで、カメラ17は撮像を継続して画像データを記憶しつづける。
Furthermore, when the adjustment of the speeds of the
このように、移動ロボット10の制御部15は、移動ロボット10の速度調整によって、障害物200の手前で停止するように移動ロボット本体10aとアーム部100との動きを制御し、移動ロボットが障害物200の手前で停止する(STEP109)。このとき、移動ロボット10は、現在の停止した移動経路30上における位置を把握する。
As described above, the
そして、障害物200が移動経路30上から除去されたか否かをセンサ16により検出し(STEP110)し、障害物200が除去されたことが検出されると、再び移動経路30に沿って移動を開始する(STEP111)。そして、移動ロボット10は、移動経路30上の移動終点まで到達すると、その動きを停止する(STEP112)。
Then, the
本実施形態における移動ロボットによると、移動ロボット本体が障害物を検出すると、その移動する動きを、アーム部の先端位置を考慮して制御することができる。したがって、移動ロボット本体の移動する速度に過剰な制限を設けることなく、移動ロボットの動きを制御することが可能となる。さらに、移動ロボット本体と障害物との距離に応じて、移動ロボット本体とアーム部の減速度合いを分配することで、移動ロボット本体の移動速度を必要以上に低減させることなくアーム部の先端位置を障害物に接触させないようにすることができる。 According to the mobile robot in the present embodiment, when the mobile robot body detects an obstacle, the moving motion can be controlled in consideration of the tip position of the arm unit. Therefore, it is possible to control the movement of the mobile robot without excessively limiting the moving speed of the mobile robot body. Furthermore, by distributing the degree of deceleration between the mobile robot body and the arm according to the distance between the mobile robot body and the obstacle, the tip position of the arm unit can be determined without reducing the moving speed of the mobile robot body more than necessary. It can be made not to touch an obstacle.
なお、前述の実施形態においては、カメラにより移動ロボット本体から障害物に向けて撮像し、その画像データを記憶しているが、このような撮像を、移動ロボットと障害物とが接触する直前にのみ行うように制御してもよい。その場合、移動ロボットと障害物との位置関係は、前述のセンサや他の手段で取得するようにしてもよい。 In the above-described embodiment, an image is captured from the mobile robot body toward the obstacle by the camera and the image data is stored. Such imaging is performed immediately before the mobile robot contacts the obstacle. It may be controlled to perform only. In that case, the positional relationship between the mobile robot and the obstacle may be acquired by the aforementioned sensor or other means.
発明の実施形態2.
次に、本発明の第2の実施形態について図7〜9を用いて説明する。なお、本実施形態における移動ロボットは、前述の第1の実施形態において示したものと主要構成を同じくしているため、同一または同様の構成については同一の符号を付して、その説明を省略するものとする。
Embodiment 2 of the Invention
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the mobile robot in this embodiment has the same main configuration as that shown in the first embodiment, and therefore, the same or similar components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. It shall be.
図7に示すように、本実施形態における移動ロボット10'は、移動する平面としての床部1上の限られた移動マップQ(破線に囲まれた領域)内を、自律的に移動するものである。この実施の形態においては、平面1上の移動マップQ内には特に物体が載置されておらず、移動ロボット10'が移動マップQ内において移動経路を定めた後、その移動経路に従って移動するとともに、周囲の環境に応じて移動経路を修正してその移動する方向等を変更できるものとする。なお、詳細は省略するが、本実施形態における移動ロボット10'も、前述の実施形態と同様に移動ロボット本体10aおよびアーム部100を備えており、移動ロボット本体10aは1対の対向する車輪11と、キャスタ12を備える対向2輪型の移動体であるものとする。
As shown in FIG. 7, the
そして、移動ロボット本体10aに備えられた制御部15は、その内部に備えられた記憶部としてのメモリなどの記憶領域15aにおいて、制御信号に基づいて移動ロボット10'の移動速度や移動方向、移動距離などを制御するためのプログラムとともに、移動マップQを記憶している。
And the
また、移動ロボット本体10aは、図示は省略するが、自己の位置を取得するための位置取得部を備えている。この位置取得部は、移動マップQ上における自己の絶対位置を取得する絶対位置取得部と、移動マップQ上において移動した方向および距離から、自己位置を算出する自己位置算出部とから構成されている。
In addition, although not shown, the
絶対位置取得部は、移動ロボット本体10aの上面等の所定箇所に設けられた、自己の絶対位置を示す情報を取得するためのアンテナ(図示せず)と、取得した絶対位置を示す情報を解析して自己の絶対位置を算出する制御部15とから構成される。このような絶対位置を示す情報は、カルマンフィルタやパーティクルフィルタ等の位置推定方法を用いた絶対位置検出手段(図示せず)から、移動ロボット10'に対して送信される。なお、本実施形態においてはこのような絶対位置検出手段は移動ロボット本体10aの外部に設けられているが、移動ロボット10'に対して一体的に設けられていてもよい。
The absolute position acquisition unit analyzes an antenna (not shown) provided at a predetermined location such as the upper surface of the
自己位置算出部は、前述したカウンタ14および制御部15とから構成される。すなわち、カウンタ14で検知された車輪11の回転数を制御部15において積算することで、移動ロボット本体10aの移動した速度や距離などの情報を求め、これらの情報から、移動マップ内における移動ロボット本体10aの自己位置(オドメトリ位置)を算出する。
The self-position calculating unit includes the
そして、これらの自己位置算出部から得られた位置情報は、絶対位置検出部により得られた位置情報によって定期的に修正され、移動ロボット本体10aは常に正確な自己位置を認識することができる。
The position information obtained from these self-position calculation units is periodically corrected by the position information obtained by the absolute position detection unit, so that the
このように構成された移動ロボット10'は、1対の車輪11の駆動量をそれぞれ独立に制御することで、直進や曲線移動(旋回)、後退、その場回転(両車輪の中点を中心とした旋回)などの移動動作を行うことができる。そして、移動ロボット10'は、移動場所を指定する外部に設けられたサーバ等(図示せず)からの指令にしたがって、移動マップQ内の指定された目的地までの移動経路を自律的に作成し、その移動経路に追従するように移動することで、目的地に到達する。
The
次に、移動ロボット本体10aの内部に記憶された、移動マップQの形状に基づいて作成されるグリッドマップについて図8および図9を用いつつ説明する。
Next, a grid map created based on the shape of the movement map Q stored in the
制御部15内部に備えられた記憶領域15aには、床部1上の移動マップQ全体の形状に、略一定間隔d(例えば10cm)に配置された格子点を結ぶグリッド線を仮想的に描写することで得られるグリッドマップが記憶されている。
In the
図8に、前述のグリッドマップの一例を図示する。グリッドマップ20は、移動マップQの形状を模した外枠21の内部を、略一定間隔dに配置された格子点を結ぶグリッド線22を描写したものである。そして、このグリッド線22で囲まれたグリッド単位23を用いて、移動ロボット本体10aの自己位置に相当する場所、および目的地である移動終了点、および移動終了点における移動ロボット本体10aの移動方向が特定される。なお間隔dは、移動ロボット本体10aの移動可能な曲率や絶対位置を認識する精度などの条件に応じて、適宜変更可能であり、スリップしたと判定される際の閾値としても用いることも可能である。
FIG. 8 illustrates an example of the grid map described above. The
また、制御部15は、グリッドマップ20上において特定された自己位置を移動始点とし、この移動始点から目的地である移動終点までの移動経路を作成するものであり、移動経路作成部としても作用する。移動ロボット本体10aは、前述のように自己位置をリアルタイムに求めつつ、作成された移動経路に沿って移動を行う。詳細には、図9に示すように、移動ロボット10を構成する移動体10aは、移動始点Q0を認識し、この移動始点から目的とする移動終点Qnまでの移動経路を、所定の間隔で中間点Q1、Q2、...をグリッドマップ20上に定め、これらの中間点をつなぎ合わせることでグリッドマップ20上に移動経路を作成する。
In addition, the
さらに、本実施形態に係る移動ロボット10'においては、作成した移動経路に沿って移動始点から移動終点(目標地点)まで移動する際に、センサ16により障害物を検知すると、移動ロボット本体10aの動きを停止するように車輪12を駆動するモータ13を制御するとともに、アーム部100の動きを制御する。そして、停止した移動経路上の位置を取得し、その停止した位置から、障害物を避けて移動終点に到達するように移動経路を修正する。そして、障害物を検知した以後の移動を、修正した移動経路に沿って移動し、移動終点に到達する。このように、移動ロボット10'が障害物の手前(距離Lだけ離れた地点)でその存在を検知して、移動を停止する手順の詳細について、図10に示すフローチャートおよび図11〜13に示す概略図を用いつつ説明する。なお、本実施形態において、移動ロボットが障害物を検知する際の概略図は、図5に示す様子と同様であるため、図示を省略するものとする。
Furthermore, in the
まず、移動ロボット10'は、制御部15内部に備えられた記憶領域15aに、床部1上の移動マップを記憶し、その移動マップ上における移動ロボットの自己位置Q0と、移動する目的の目的地点Qnとを特定する(STEP201)。このとき、移動ロボットは、その自己位置を前述した絶対位置取得部または自己位置算出部のいずれか、またはその両方から得られる情報に基づいて特定する。そして、特定した自己位置を移動始点および目的地点としての移動終点とから、移動経路30を作成し、この移動経路30に沿って移動を開始する(STEP202)。なお移動ロボット10'は、所定のタイミング(例えば10[msec]毎)で移動マップ上における自己の位置情報を取得するものとする。
First, the
そして、移動ロボット10'は、図11に示すように、センサ16によって、障害物200から距離Lだけ手前の移動経路30上の地点Qkにおいて障害物等200の存在を認識し(STEP203)、移動ロボット本体10aの備えるカメラ17を用いて障害物200に向かう方向についての画像情報を取得する(STEP204)。
Then, the mobile robot 10 ', as shown in FIG. 11, the
移動ロボット10'が障害物200を検知した後は、前述の実施形態と同様に、制御部15は、移動ロボット10'の速度調整によって、障害物200の手前で停止するように移動ロボット本体10aとアーム部100との動きを制御する。これによって、移動ロボット10'は障害物200の手前で停止する(STEP205)。なお、移動ロボット10'が障害物200の手前で停止するまで、カメラ17は撮像を継続して画像データを記憶しつづける。このとき、移動ロボット10'は、現在の停止した移動経路30上における位置(地点Qk)を把握し、図12に示すように、移動マップ上に障害物200の位置および移動ロボット10の位置(地点Qk)を記録する。
After the mobile robot 10 'detects the
そして、移動ロボット10'は、カメラ17から取得される環境情報によって、図13に示すように、移動経路30上の地点Qkにおいて障害物等200の周囲に移動ロボットの通過を禁止する禁止領域201を設け、この禁止領域201を避けるような新たな移動経路31を作成する(STEP206)。新たな経路31は、障害物を避けることを前提として、目的地点まで最短の経路を取り得るように作成されてもよいし、地点Qkにおける移動ロボット10'の姿勢(移動する向き)に基づいて、移動可能な曲率等を求めることによって作成されるようにしてもよい。
Then, the mobile robot 10 'depending on the environment information acquired from the
そして、地点Qkに到達するまでの移動経路30の、地点Qk以降の経路を作成した経路31に置き換えることで、移動経路を修正する(STEP207)。そして、このように修正された移動経路に沿って目的地点Qnまでの移動を行う(STEP208)。このように、移動ロボット10'は、移動当初に作成した移動経路を、検知した障害物の位置に基づいて修正し、修正後の移動経路に基づいて目的地に到達することができる。
Then, the moving
そして、移動ロボット10'は、目的地点到達後に、さらに移動を継続するか否かを判断し(STEP209)、移動を継続する場合はSTEP201に戻って再度自己位置および新しい目的地点を特定して移動を継続する。移動をしない場合は、移動ロボット10'はその移動を停止し、所定の終了処理を行う(STEP210)。
Then, after reaching the destination point, the
以上、説明したように、本実施の形態においては、制御部15内部に備えられた記憶領域に移動する領域についての移動マップを記憶し、その移動マップ上において移動経路に沿って移動する際に、障害物を検知し、その障害物の手前でその動きを停止する。さらに、停止後の自己位置に基づいて移動経路を修正し、修正後の移動経路に沿って目的地まで移動を行うことができる。この修正した移動経路は、検知した障害物を避けるように作成されるため、障害物に接触することなく自律的に移動を行うことができる。
As described above, in the present embodiment, the movement map for the area to be moved to the storage area provided in the
以上に説明した、本発明に係る移動ロボットおよび移動ロボット制御方法の実施の形態については、あくまでも一例であり、本発明はこれに限られるものではない。 The embodiment of the mobile robot and mobile robot control method according to the present invention described above is merely an example, and the present invention is not limited to this.
例えば、前述した実施形態において、移動経路上に停止した障害物があり、この障害物に対して接触をしないように移動ロボットの動きを制御するようにしているが、例えば、移動ロボットの移動する移動経路上に、移動する障害物が存在する場合に、この障害物の動きを予測して、その障害物との接触をさけるように移動ロボット本体および姿勢変形部材先端(アーム部)の動きを制御するようにしてもよい。 For example, in the above-described embodiment, there is an obstacle stopped on the moving path, and the movement of the mobile robot is controlled so as not to contact the obstacle. For example, the mobile robot moves. If there are moving obstacles on the movement path, the movement of the obstacles is predicted, and the movement of the mobile robot body and the posture deforming member tip (arm part) is avoided so as to avoid contact with the obstacles. You may make it control.
また、前述の実施形態においては、移動ロボット本体に対して相対的に姿勢変形する姿勢変形部材としては、関節駆動されるアーム部を例示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、移動ロボット本体に対して駆動可能に取り付けられたアンテナなどであってもよい。 Further, in the above-described embodiment, the posture deforming member that deforms the posture relative to the mobile robot body is exemplified by the joint-driven arm portion, but the present invention is not limited to this. . For example, an antenna attached to the mobile robot body so as to be drivable may be used.
さらに、前記実施形態においては、移動ロボットとして、車輪を駆動する移動体を例に挙げたが、例えば作成された歩容データに従って移動動作を行う2足歩行型等の脚式移動ロボットなど、平面上を移動するものであればどのような形態であってもよい。そのような移動ロボットとしては、例えば車輪による駆動や脚式移動、その他の方法により平面上を移動するような移動体などを挙げることができる。本発明において、移動ロボットの移動する平面に若干の段差や凹凸部が含まれている場合であっても、2足歩行型の脚式移動ロボット等の場合は、移動別体からの情報によってこのような段差等の位置を予測することができるため、それらの存在する領域を移動するような歩容データの作成を迅速に行うことができる。 Furthermore, in the above-described embodiment, a mobile body that drives wheels has been exemplified as the mobile robot. However, for example, a plane such as a legged mobile robot such as a biped walking type that performs a movement operation according to the created gait data is used. Any form may be used as long as it moves on top. Examples of such a mobile robot include a moving body that moves on a plane by driving with a wheel, legged movement, and other methods. In the present invention, even if the plane on which the mobile robot moves includes a slight level difference or uneven portion, in the case of a bipedal legged mobile robot, etc. Since the position of such a step or the like can be predicted, gait data that moves in the area in which these exist can be quickly created.
また、移動ロボットが記憶する移動マップとして、グリッドマップを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えばマップ上の物体を特徴点(ノード)で表したトポロジーマップを用いることもできる。このようなマップを用いた場合、各特徴点(ノード)を結ぶリンクによって移動経路を作成すると好適である。 In addition, as a movement map stored by the mobile robot, a grid map has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, a topology map that represents an object on the map as a feature point (node) is used. It can also be used. When such a map is used, it is preferable to create a movement route by a link connecting each feature point (node).
1・・・床部(平面)
10、10'・・・移動ロボット
10a・・・移動ロボット本体
11・・・車輪
13・・・駆動部
15・・・制御部
15a・・・記憶領域
16・・・センサ(障害物検知部)
17・・・カメラ
20・・・グリッドマップ
100・・・アーム部(姿勢変形部材)
100a・・・先端位置
200・・・障害物
1 ... Floor (plane)
DESCRIPTION OF
17 ...
100a ...
Claims (11)
障害物を検知し、該障害物の位置情報を取得する障害物検知部と、
前記姿勢変形部材を駆動し、その姿勢を変形させる駆動部と、
前記駆動部および移動手段を制御する制御部と、
前記姿勢変形部材の先端部の位置情報を算出する先端位置算出部と、
移動ロボット本体の移動する方向および速度を検出する検出部と、を備えるとともに、
前記障害物検知部によって障害物を検知してその位置情報を取得した場合に、
前記検出部により検出された移動ロボット本体の方向および速度と、前記先端位置算出部が算出した姿勢変形部材の先端部の位置情報とに基づいて、移動ロボット本体の移動速度および移動方向を定める第1速度ベクトルと、該先端部の移動ロボット本体に対する相対的な移動速度および移動方向を定める第2速度ベクトルとを算出し、
前記制御部が、前記第1速度ベクトルと第2速度ベクトルとを合成することで得られる合成速度ベクトルの、移動ロボット本体が障害物に向かう方向についての速度成分を求め、
前記移動ロボット本体が第1速度ベクトルを算出した際の速度で移動を継続し続けた場合に障害物までに到達する時間よりも、前記姿勢変形部材の先端部の、障害物に対する相対的な移動速度がゼロになるまでに要する時間を大きくするように前記制御部が移動手段と駆動部とを制御することを特徴とする移動ロボット。 A mobile robot main body having a moving means that moves along a predetermined movement path, and a posture deformation member that is attached to the mobile robot main body and is controlled to be capable of posture deformation relative to the mobile robot main body. A mobile robot,
An obstacle detection unit that detects an obstacle and acquires position information of the obstacle;
A driving unit that drives the posture deforming member and deforms the posture;
A control unit for controlling the driving unit and the moving unit;
A tip position calculator that calculates position information of the tip of the posture deforming member;
A detection unit for detecting the moving direction and speed of the mobile robot body,
When the obstacle detection unit detects an obstacle and acquires its position information,
Based on the direction and speed of the mobile robot main body detected by the detection unit and the position information of the tip of the posture deforming member calculated by the tip position calculation unit, a moving speed and a movement direction of the mobile robot main body are determined. Calculating a first velocity vector and a second velocity vector defining a moving speed and moving direction relative to the mobile robot body of the tip,
The control unit obtains a speed component of a combined speed vector obtained by combining the first speed vector and the second speed vector in a direction in which the mobile robot body faces the obstacle,
Relative movement of the tip of the posture deforming member with respect to the obstacle rather than the time to reach the obstacle when the mobile robot body continues to move at the speed at which the first velocity vector is calculated. A mobile robot characterized in that the control unit controls the moving means and the drive unit so as to increase the time required until the speed becomes zero.
記憶された移動マップ上において、前記障害物検知部により検知した障害物の位置情報に基づいて移動経路を作成する移動経路作成部をさらに備え、前記移動手段が、作成した移動経路に基づいて移動ロボット本体を移動させることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の移動ロボット。 The mobile robot stores a movement map specified in a moving plane, and moves autonomously on the movement map;
On the stored movement map, the apparatus further comprises a movement route creation unit that creates a movement route based on the position information of the obstacle detected by the obstacle detection unit, and the movement means moves based on the created movement route. The mobile robot according to claim 1, wherein the robot main body is moved.
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