JP2010079853A - 移動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】物体による移動の妨げを効率的に回避する観点から適当に移動または行動しうる移動装置を提供する。
【解決手段】第1移動条件が満たされていないものの、第2移動条件が満たされており、かつ、物体2が第2分類に属すると判定された場合、物体2に第1態様または任意態様にしたがった移動を促すようにロボット1の動作が制御される。「第2移動条件」は、物体2が第1態様にしたがって変位することにより、ロボット1が現状の目標位置軌道P0にしたがってこの物体2に妨げられずに移動することができるという条件である。「第2分類」はロボット1からの力作用に応じて動かされうる物体の分類を意味する。このため、ロボット1の動作に応じて物体2を強制的に変位させることにより、ロボット1が現状の目標位置軌道P0にしたがってこの物体2に妨げられずに移動することができることが事前確認される。
【選択図】 図13

Description

本発明は、自律的に移動する装置に関する。
センサネットワークロボットシステムを構成するロボットがそのルートを確保するために物体を除去する技術が提案されている(特許文献1参照)。
特開2006−338081号公報
しかし、ロボットのルートを確保するための物体の具体的な動かし方、または、ロボットが物体を動かすことによりルートが確保されることが事前に確認されていないと、ロボットが物体を動かす等のために要した労力および時間が無駄になる可能性がある。また、移動が困難な方向への物体の移動を促すメッセージが当該物体としての人間に対して発せられる等、ロボットが物体との接触を回避しながら移動する観点から不適当なメッセージが発せられる可能性がある。
そこで、本発明は、物体による移動の妨げを効率的に回避する観点から適当に移動または行動しうる移動装置を提供することを解決課題とする。
第1発明の移動装置は、制御装置と、前記制御装置によって動作が制御されることにより、目標位置の時間的な変化態様を表わす目標位置軌道にしたがって自律的に移動する移動装置であって、前記制御装置が、前記移動装置が現状の前記目標位置軌道にしたがうことで物体に妨げられずに移動することができるという第1移動条件が満たされているか否かを判定し、前記第1移動条件が満たされていないと判定した場合、前記物体の第1態様にしたがった変位により前記移動装置が現状の前記目標位置軌道にしたがって前記物体に妨げられずに移動することができるという第2移動条件が満たされているか否かを判定し、前記物体が前記移動装置による力作用により動かされる第2分類に属するか否かを判定する第1制御処理部と、前記第1制御処理部により前記第1移動条件が満たされていると判定された場合、前記移動装置が前記目標位置軌道にしたがって移動するように前記移動装置の動作を制御し、前記第1制御処理部により前記第2移動条件が満たされており、かつ、前記物体が前記第2分類に属すると判定された場合、前記物体を前記第1態様にしたがって動かし、必要に応じて現状の前記目標位置軌道に復帰するように前記移動装置の動作を制御する第2制御処理部とを備えていることを特徴とする。
第1発明の移動装置によれば、第1移動条件が満たされていると判定された場合、移動装置が目標位置軌道にしたがって移動するように移動装置の動作が制御される。なお、移動装置の動作が制御されるとはアクチュエータまたは音響出力装置等、移動装置に搭載されている機器の動作が制御されることを意味する。「第1移動条件」は移動装置が現状の目標位置軌道にしたがうことにより物体に妨げられずに移動することができるという条件である。このため、移動装置はその周囲(正確には物体検知可能範囲)に物体が存在していても、その物体により妨げられることなく現状の目標位置軌道にしたがって移動することができる。
また、第1移動条件が満たされていないものの、第2移動条件が満たされており、かつ、物体が第2分類に属すると判定された場合、物体に第1態様または任意態様にしたがった移動を促すように移動装置の動作が制御される。「第2移動条件」は、物体が第1態様にしたがって変位することにより、移動装置が現状の目標位置軌道にしたがうことによりこの物体に妨げられずに移動することができるという条件である。「第2分類」は移動装置からの力作用に応じて動かされうる物体の分類を意味する。このため、移動装置の動作に応じて物体を強制的に変位させることにより、移動装置が現状の目標位置軌道にしたがってこの物体に妨げられずに移動することができることを事前確認した上で、移動装置が物体を動かすように動作する。そして、その後も継続的に第1移動条件および必要に応じて第2移動条件が満たされているか否かが判定される。これにより、移動装置が物体により移動が妨げられることを効率的に回避する観点から適当に移動または行動することができる。
第2発明の移動装置は、第1発明の移動装置において、前記第1制御処理部が、前記第2移動条件が満たされていないと判定した場合、前記物体の第2態様にしたがった変位および前記目標位置軌道の補正により前記移動装置が当該補正後の前記目標位置軌道にしたがって前記物体に妨げられずに移動することができるという第3移動条件が満たされているか否かをさらに判定し、前記第2制御処理部が前記第1制御処理部により前記第3移動条件が満たされており、かつ、前記物体が前記第2分類に属すると判定された場合、前記物体を前記第2態様にしたがって動かし、必要に応じて現状の前記目標位置軌道に復帰するように前記移動装置の動作を制御するとともに前記目標位置軌道を補正することを特徴とする。
第2発明の移動装置によれば、第2移動条件が満たされていないものの、第3移動条件が満たされており、かつ、物体が第2分類に属すると判定された場合、物体を第2態様にしたがって動かすように移動装置の動作が制御されるとともに目標位置軌道が補正される。「第3移動条件」は、物体が第2態様にしたがって変位し、かつ、目標位置軌道が補正されることにより、移動装置が当該補正後の目標位置軌道にしたがってこの物体に妨げられずに移動することができるという条件である。このため、移動装置の動作に応じて物体が強制的に変位し、かつ、目標位置軌道が補正されることによって移動装置が補正後の目標位置軌道にしたがってこの物体に妨げられずに移動することができることを事前確認した上で、物体を動かすように動作する。そして、その後も継続的に第1移動条件および必要に応じて第2移動条件、さらには第3移動条件が満たされているか否かが判定される。これにより、移動装置が物体により妨げられることを効率的に回避する観点から適当に移動または行動することができる。
第3発明の移動装置は、第1または第2発明の移動装置において、前記第1制御処理部が、前記第1移動条件が満たされていないと判定した場合、前記目標位置軌道の補正により前記移動装置が当該補正後の前記目標位置軌道にしたがって前記物体に妨げられずに移動することができるという第4移動条件が満たされているか否かを判定し、前記第2制御処理部が前記第1制御処理部により前記第4条件が満たされていると判定された場合、前記目標位置軌道を補正することを特徴とする。
第3発明の移動装置によれば、第1移動条件が満たされていないものの、第4移動条件が満たされていると判定された場合、目標位置軌道が補正され、移動装置が当該補正後の目標位置軌道にしたがって移動するように移動装置の動作が制御される。「第4移動条件」は現状の目標位置軌道が補正されることにより、移動装置が当該補正後の目標位置軌道にしたがって物体に妨げられずに移動することができるという条件である。このため、移動装置はその周囲に物体が存在していても、その物体により妨げられることなく補正後の目標位置軌道にしたがって移動することができることを事前確認した上で、目標位置軌道を補正する。これにより、移動装置が物体により妨げられることを効率的に回避する観点から適当に移動または行動することができる。
第4発明の移動装置は、第1発明の移動装置において、前記第1制御処理部が、前記物体が前記第2分類に属さないと判定した場合、前記物体が前記移動装置の行動態様を認識することができ、かつ、自律的に移動することができる第1分類に属するか否かを判定し、前記第1制御処理部により前記第2移動条件が満たされており、かつ、前記物体が前記第1分類に属すると判定された場合、前記移動装置が前記物体に前記第1態様または任意態様にしたがった変位を促すように前記移動装置の動作を制御することを特徴とする。
第4発明の移動装置によれば、第1移動条件が満たされていないものの、第2移動条件が満たされており、かつ、物体が第1分類に属すると判定された場合、物体を第1態様にしたがって動かすように移動装置の動作が制御される。「第1分類」は移動装置の行動態様を認識することができ、かつ、自律的に移動することができる物体の分類を意味する。このため、移動装置の促し動作に応じて物体を自律的に変位させることにより、移動装置が現状の目標位置軌道にしたがってこの物体に妨げられずに移動することができることを事前確認した上で、移動装置が物体に変位を促すように動作する。これにより、移動装置が物体により移動が妨げられることを効率的に回避する観点から適当に移動または行動することができる。
第5発明の移動装置は、第4発明の移動装置において、前記第1制御処理部が、前記第2移動条件が満たされていないと判定した場合、前記物体の第2態様にしたがった変位および前記目標位置軌道の補正により前記移動装置が当該補正後の前記目標位置軌道にしたがって前記物体に妨げられずに移動することができるという第3移動条件が満たされているか否かをさらに判定し、前記第2制御処理部が前記第1制御処理部により前記第3移動条件が満たされており、かつ、前記物体が前記第1分類に属すると判定された場合、前記物体に前記第2態様または任意態様にしたがった変位を促すように前記移動装置の動作を制御することを特徴とする。
第5発明の移動装置によれば、第2移動条件が満たされていないものの、第3移動条件が満たされており、かつ、物体が第2分類に属すると判定された場合、物体に第2態様にしたがった自律的な変位を促すように移動装置の動作が制御されるとともに目標位置軌道が補正される。このため、移動装置の促し動作に応じて物体が自立的に変位し、かつ、目標位置軌道が補正されることによって移動装置が補正後の目標位置軌道にしたがってこの物体に妨げられずに移動することができることを事前確認した上で、物体に変位を促すように動作する。これにより、移動装置が物体により移動が妨げられることを効率的に回避する観点から適当に移動または行動することができる。
第6発明の移動装置は、第1〜第5発明のうちいずれか1つの移動装置において、前記第1制御処理部が、前記目標位置軌道を挟んでいる前記物体と移動可能領域の境界との間隔が安全間隔以上であるか否かに応じて、前記移動装置が前記物体に妨げられないように前記目標位置軌道にしたがって移動することが可能であるか否かを判定することを特徴とする。
第6発明の移動装置によれば、目標位置軌道を挟む物体および移動可能領域の境界との間隔の広狭に応じて、移動装置が目標位置軌道にしたがってこの物体により妨げられずに移動することができるか否かが判定される。これにより、移動装置が移動可能領域からはみ出さず、かつ、物体により移動が妨げられることを余裕を持って効率的に回避する観点から適当に移動または行動することができる。
本発明の移動装置の実施形態について図面を用いて説明する。
まず、移動装置の構成について説明する。図1に示されている移動装置としての脚式移動ロボット1は基体10と、基体10の上部に設けられた頭部11と、基体10の上部左右両側から延設された左右の腕部12と、腕部12の先端部に設けられた手部14と、基体10の下部から下方に延設された左右の脚部13と、脚部13の先端部に取り付けられている足部15とを備えている。ロボット1は、再表03/090978号公報や、再表03/090979号公報に開示されているように、アクチュエータ1000(図2参照)から伝達される力によって、人間の肩関節、肘関節、手根関節、股関節、膝関節、足関節等の複数の関節に相当する複数の関節部分において腕部12や脚部13を屈伸運動させることができる。ロボット1は、左右の脚部13(または足部15)のそれぞれの離床および着床の繰り返しを伴う動きによって自律的に移動することができる。基体10の鉛直方向に対する傾斜角度が調節されることによって、頭部11の高さが調節されうる。頭部11には、左右に並んでロボット1の前方に向けられた一対の頭カメラ(CCDカメラ)C1が搭載されている。基体10には前側下部に腰カメラ(赤外線カメラ)C2が搭載されている。なお、移動装置は複数の脚部13の動作によって自律的に移動するロボット1のほか、車輪式移動ロボット(自動車)等、移動機能を有するあらゆる装置であってもよい。
ロボット1は、ハードウェアとしてのECUまたはコンピュータ(CPU,ROM,RAM,I/O等により構成されている。)により構成されている制御装置100を備えている。コンピュータのメモリには本発明の「制御プログラム」が格納されている。制御プログラムはCDやDVD等のソフトウェア記録媒体を通じてコンピュータにインストールされてもよいが、ロボット1からサーバに要求信号が送信されたことに応じて当該サーバによってネットワークや人工衛星を介して当該コンピュータにダウンロードされてもよい。
図2に示されている制御装置100は、第1センサ群111および第2センサ群112からの出力信号等に基づき、アクチュエータ1000の動作を制御することにより、腕部12や脚部13の動作を制御する。第1センサ群111はロボット1の挙動状態を測定するためのセンサである。基体10の加速度に応じた信号を出力するジャイロセンサ、各関節の関節角度に応じた信号を出力するロータリエンコーダ、脚部13に作用する床反力に応じた信号を出力する力センサ等、ロボット1に搭載されている種々のセンサが第1センサ群111に該当する。第2センサ群112は物体の挙動状態等、ロボット1の環境を測定するためのセンサである。頭カメラC1および腰カメラC2等が第2センサ群112に該当する。アクチュエータ1000は電動モータ等の駆動源のほか、駆動源の出力軸と腕部12や脚部13を構成するリンクとの間に設けられた減速機や、弾性部材等の柔軟要素により構成されている。
制御装置100は第1制御処理部110および第2制御処理部120を備えている。第1制御処理部110は後述する移動条件の充足性および物体2の分類を判定する。第2制御処理部120は第1制御処理部110による判定結果に基づいてロボット1の動作を制御する。なお、本発明の構成要素が情報を「認識する」とは、当該構成要素が情報をデータベースから検索すること、メモリ等の記憶装置から情報を読み取ること、センサ等の出力信号に基づき情報を測定、算定、推定、判定すること、測定等された情報をメモリに格納すること等、当該情報をさらなる情報処理のために準備または用意するために必要なあらゆる情報処理を実行することを意味する。
前記構成のロボットの機能について説明する。まず、第1制御処理部110により状態が検知される(図3/STEP010)。具体的には、ロボット1の2次元または3次元空間において画定されている移動可能領域QSが環境データベースサーバ20から検索される、または、メモリもしくは記憶装置から読み出される。これにより、たとえば通路の壁や固定物等の形状に応じた、図6(a)(b)に示されているように画定されている移動可能領域QSが認識される。後述のように第1空間要素Q1または第2空間要素Q2が、ロボット1および物体2のそれぞれのサイズに応じたサイズを有する第1領域q1および第2領域q2のミンコフスキー和として認識される場合、移動可能領域QSは移動可能領域のサイズに応じたサイズを有する領域と、第1領域q1または第2領域q2とのミンコフスキー差として認識される。なお「空間要素」とはモデル空間における位置、速度および加速度等の状態が定義されうる「点」、モデル空間における位置等に加えてさらに形状および長さ等の状態が定義されうる「線分」、ならびに、モデル空間における位置等に加えてさらに形状および面積等の状態が定義されうる「領域」等を意味する。移動可能領域QSは緯度および経度により任意の点が特定される平面または曲面として定義されていてもよいが、頭カメラC1を通じて得られる画像に基づいて認識されるロボット1の周辺における床面の傾斜角度や、段差や凹凸の有無等の形状に基づいて逐次変更されてもよい。
また、第1センサ群111の出力信号等に基づき、ロボット1およびその位置の変化態様を表わす位置軌道のそれぞれを移動可能領域QSにおける第1空間要素Q1および第1位置P1の変化態様を表わす第1位置軌道のそれぞれとして認識する。第1空間要素Q1の形状およびサイズはメモリまたはデータベースから読み出される。ロボット1のサイズに応じたサイズを有する、図4(a)に示されている第1領域q1がそのまま第1空間要素Q1として認識されてもよいが、本実施形態では図4(b)に示されているように点状に縮小された第1領域q1が第1空間要素Q1として認識される。これにより、ロボット1がしたがうべき軌道探索に要する演算処理量の軽減が図られる。なお、ロボット1がその腕部12により箱を持っている場合や、基体10にロボット1に機能を付加するためのオプションとなる機器が取り付けられている場合等、当該箱や機器等の物体がロボット1と一体的に移動している状況では、当該一体的に移動しているロボット1および当該物体の形状およびサイズがロボット1の形状およびサイズとして認識されてもよい。ロボット1の位置はそのGPS機能により得られる緯度および経度(または固定座標系における座標)を表す信号、ジャイロセンサから逐次出力されるロボット1の加速度を表す信号、または、ロータリエンコーダから出力される脚部13等の各関節の角度を表わす信号に基づき、必要に応じて逆動力学モデルを用いて測定される。第1位置P1の変化態様または時間微分に基づき、第1空間要素Q1の速度(第1速度)V1、さらには必要に応じて加速度(第1加速度)α1が算定されうる。
さらに、第2センサ群112の出力信号等に基づき、物体2およびその位置の変化態様を表わす軌道のそれぞれが、移動可能領域QSにおける第2空間要素Q2および第2位置P2の変化態様を表わす第2位置軌道のそれぞれとして認識される。第2空間要素Q2の形状およびサイズは、頭カメラC1による物体2の撮像画像に基づいてこの物体2の種類が判別された後、当該判別結果に基づいてメモリ(物体の種類、形状およびサイズの対応テーブルが格納されている。)が検索されることによって認識されうる。物体2のサイズに応じたサイズを有する、図4(a)に示されている第2領域q2がそのまま第2空間要素Q2として認識されてもよいが、本実施形態では図4(b)に示されているように第1領域q1および第2領域q2のミンコフスキー和が第2空間要素Q2として認識される。物体2の位置は頭カメラC1や腰カメラC2により撮像された物体2の画像に基づいて測定されうる。第2位置P2の変化態様または時間微分に基づき、第2空間要素Q2の速度(第2速度)V2、さらには必要に応じて加速度(第2加速度)α2が算定されうる。
また、第1位置P1の変化態様に応じて連続的または断続的に拡張された第1空間要素Q1が第1拡張空間要素EQ1として認識される。さらに、第2位置P2の変化態様に応じて連続的または断続的に拡張された第2空間要素Q2が第2拡張空間要素EQ2として認識される。たとえば、第2速度ベクトルV2の方向に連続的に引き伸ばされた第2空間要素Q2が図5(a)右側に示されているようにまっすぐな帯状の第2拡張空間要素EQ2として認識される。第2空間要素Q2の引き伸ばす程度を表わす変数kは第1位置ベクトルP1、第2位置ベクトルP2、第1速度ベクトルV1および第2速度ベクトルV2に基づき、関係式(1)にしたがって表わされる。
k=|P2−P1||V2|/|V2−V1| ‥(1)
また、第2速度ベクトルV2(または第2加速度ベクトルα2)にしたがって連続的に旋回して引き伸ばされた第2空間要素Q2が、図5(b)右側に示されているように屈曲した帯状の第2拡張空間要素EQ2として認識される。なお、第2速度ベクトルV2に応じた方向に断続的に引き伸ばされた第2空間要素Q2が、図5(c)右側に示されているように複数の空間要素からなる第2拡張空間要素EQ2として認識されてもよい。第1拡張空間要素EQ1も第2拡張空間要素EQ2と同様に認識されるが、この際、第2拡張空間要素EQ2が認識されるときとは逆に第1領域q1および第2領域q2のミンコフスキー和が第1空間要素Q1として認識され、点状に縮小された第2領域q2が第2空間要素Q2として認識される。第1拡張空間要素EQ1および第2拡張空間要素EQ2のそれぞれは、後述する目標位置軌道の探索等に際して用いられるので、定常的にではなく必要に応じて認識されれば足りる。
第1制御処理部110により、状態検知結果に基づいて「第1移動条件」が満たされているか否かが判定される(図3/STEP011)。「第1移動条件」はロボット1が現状の目標位置軌道P0にしたがって物体2に妨げられずに移動することができるという条件である。具体的には、移動可能領域QSにおいて定義されている第1空間要素Q1の現状の目標位置軌道P0が第2空間要素Q2に交差または接触していないことが第1移動条件として設定されている。たとえば図6(a)(b)に示されている状況では第1空間要素Q1の目標位置軌道P0が第2空間要素Q2に交差しているので第1移動条件が満たされていないと判定される。なお「第1空間要素Q1の目標位置軌道P0が第2空間要素Q2に交差していないこと」に代えてまたは加えて「第1空間要素Q1と第2空間要素Q2との間隔が所定間隔以上であること」や「ロボット1がこのロボット1と接触する可能性が高いと判断した物体が発する信号や合図を受信または認識していないこと」が第1移動条件として採用されてもよい。
第1制御処理部110により第1移動条件が満たされていると判定された場合(図3/STEP011‥YES)、第2制御処理部120により、ロボット1が現状の目標位置軌道P0にしたがって移動するようにロボット1の脚部13等の動作が制御される(図3/STEP021)。
ロボット1が現状の目標位置軌道P0にしたがって物体2に妨げられずに移動することができるか否かは、第1移動条件に代えてまたは加えて、次に説明する第1〜第4付属条件がすべて満たされるか否かに応じて判定されうる。なお、第1〜第4付属条件のうち一部のみが満たされている場合、ロボット1が現状または補正後の目標位置軌道P0にしたがって移動することができると判定されてもよい。
第1付属条件は「目標位置軌道P0が第2拡張空間要素EQ2に交差または接触していない」という条件である。たとえば、図7(a)に示されているように目標位置軌道P0が第2拡張空間要素EQ2に交差または接触していない場合、第1付属条件は満たされていると判定される。一方、図7(b)に示されているように第2拡張空間要素EQ2が第1空間要素Q1の前方で移動可能領域QSを塞いでいるため、第2拡張空間要素EQ2に交差または接触しない目標位置軌道P0が存在しえない場合には探索されえないので、第1付属条件は満たされていないと判定される。
第2付属条件は「目標位置軌道P0と第2拡張空間要素EQ2との間隔(第1間隔)が第1安全間隔より広い」という条件である。たとえば、図7(c)に示されているように目標位置軌道P0の上に中心(基準点)を有する正六角形状の第1セルC1i(i=1,2,‥)のそれぞれと、第2拡張空間要素EQ2との重なり部分(斜線部分)を除く移動可能領域QSとの重なり面積が第1間隔として評価される。当該面積は、たとえばモンテカルロ法にしたがって測定される。すなわち、移動可能領域QSにランダムにドットが配置され、第1セルC1iと、第2拡張空間要素EQ2との重なり部分を除く移動可能領域QSとの重なり領域に包含されるドットの数がカウントされ、このカウント数が当該重なり面積として測定される。なお、図7(c)に示されている第1セルC1iの形状は円形状、棒状等にさまざまに変更されてもよく、個数は任意数であってもよく、相互に重なっていてもいなくてもよい。また、第1間隔は目標位置軌道P0の垂線の足と、この垂線と第2拡張要素EQ2との交点との最短距離等、幾何学的に評価されうる。
また、第2付属条件は「第1間隔が第1安全間隔より広いこと」に代えてまたは加えて「第2位置P2を始点とする第2速度V2の方向への延長線が目標位置軌道P0に交差しないこと」であってもよい。たとえば、図7(d)に示されているように当該延長線が目標位置軌道P0に交差している場合、第2付属条件は満たされていないと判定される。
第3付属条件は第2空間要素Q2が移動可能領域QSにおいて第1拡張空間要素EQ1との接触を回避しうる予測位置軌道RPを探索することができるという条件である。たとえば、図8(a)に示されているように第1拡張空間要素EQ1と交差または接触しない予測位置軌道RPが探索されている場合、第3付属条件は満たされていると判定される。予測位置軌道RPの探索に際してはRRT接続法等、公知の手法が用いられる。
第4付属条件は「第2空間要素Q2の予測位置軌道RPと第1拡張空間要素EQ1との間隔(第2間隔)が第2安全間隔より広い」という条件である。たとえば、図8(b)に示されているように予測位置軌道RPの上に中心(基準点)を有する正六角形状の第2セルC2i(i=1,2,‥)のそれぞれと、第1拡張空間要素EQ1との重なり部分(斜線部分)を除く移動可能領域QSとの重なり面積が第2制御処理部120によりモンテカルロ法等にしたがって第2間隔として評価される。なお、図8(b)に示されている第2セルC2iの形状は円形状、棒状等、さまざまに変更されてもよく、個数は任意数であってもよく、相互に重なっていてもいなくてもよい。また、第2間隔は予測位置軌道RPの垂線の足と、この垂線と第1拡張要素EQ1との交点との最短距離等、幾何学的に評価されうる。また、第4付属条件は「第2間隔が第2安全間隔より広いこと」に代えてまたは加えて「第1空間要素Q1の目標位置軌道P0と、第2空間要素Q2の予測位置軌道RPとが交差しないこと」であってもよい。たとえば、図8(c)に示されているように目標位置軌道P0と予測位置軌道RPとが交差している場合、第4付属条件は満たされていないと判定される。
一方、第1移動条件が満たされていないと判定された場合(図3/STEP021‥NO)、第1制御処理部110により状態検知結果に基づいて「第2移動条件」が満たされているか否かがさらに判定される(図3/STEP012)。「第2移動条件」は物体2の第1態様にしたがった変位により、ロボット1が現状の目標位置軌道P0にしたがってこの物体2に妨げられずに移動することができるという条件である。具体的には、移動可能領域QSにおいて第2空間要素Q2が現状の第2位置P2から変位することにより、移動可能領域QSにおいて定義されている第1空間要素Q1の現状の目標位置軌道P0が第2空間要素Q2に交差または接触していないことが第2移動条件として設定されている。たとえば、図6(a)に示されている状態において第2空間要素Q2が破線矢印で示されているように変位することにより、一点鎖線で示されている目標位置軌道P0が第2空間要素Q2に交差または接触しなくなるので、第2移動条件が満たされていると判定される。なお、物体2の運動状態(第2位置P2および第2速度ベクトルV2等のその時間変化態様により特定される。)および物体2の周辺における空間的余裕(他の物体または移動可能領域の境界までの間隔)の広狭のうち一方もしくは両方、または、これに加えてロボット1の運動状態(第1位置P1および第1速度ベクトルV1等のその時間変化態様により特定される。)に基づいて定まる物体2の予測移動態様が「第1態様」として認識されてもよい。
第2移動条件が満たされていると判定された場合(図3/STEP012‥YES)、第1制御処理部110により物体2が第1分類に属するか否かが判定される(図3/STEP015)。「第1分類」はロボット1の行動態様を認識することができ、かつ、自律的に移動することができる人間またはロボット等の物体区分を表わしている。物体2が第1分類に属さないと判定された場合(図3/STEP015‥NO)、物体2が第2分類に属するか否かが判定される(図3/STEP016)。「第2分類」はロボット1の力作用により動かされる台車、植木鉢、箱等の物体区分を表わしている。具体的には、頭カメラC1により撮像された物体2の画像に基づき、制御装置100のメモリに保存されているテンプレートを用いた形状パターンマッチング等の手法にしたがってこの物体2の物体区分が判定される。なお、環境データベース20から第2位置P2に存在する物体2の分類が検索される、または、ロボット1が物体2を軽く押してみる等、他の手法にしたがって物体2の物体区分が判定されてもよい。第2移動条件の充足性判定に先立って物体2の分類が判定されてもよい。
第1制御処理部110により第2移動条件が満たされ(図3/STEP012‥YES)、かつ、物体2が第1分類に属すると判定された場合(図3/STEP015‥YES)、第2制御処理部120によりロボット1が物体2に第1態様にしたがった自律的な移動を促すように、ロボット1の動作が制御される(図3/STEP022)。たとえば、図12(a)に示されているようにロボット1および人間(第1分類に属する物体)2がお互いに向き合って移動している状況で第2移動条件が満たされていると判定された場合を考える。この場合、図12(b)に示されているように人間2に第1態様にしたがった変位(左側への進路変更など)を促すようなメッセージ、または、ロボット1の予定移動方向(まっすぐ進むことなど)を示すメッセージが、ロボット1に搭載されているスピーカから音声として出力される。また、人間2に進路変更を促すようにまたはロボット1の予定移動方向を人間2に認識させるように頭部11の向きもしくは腕部12の姿勢が変化するようにロボット1の動作が制御されてもよく、または、ロボット1に搭載されているLEDが点灯されてもよい。これにより、図12(c)に示されているように人間2が自律的に変位してくれれば、ロボット1は現状の目標位置軌道P0にしたがって、すなわち、進路を変更することなく移動を継続することができる。
第1制御処理部110により第2移動条件が満たされ(図3/STEP012‥YES)、かつ、物体2が第2分類に属すると判定された場合(図3/STEP016‥YES)、第2制御処理部120によりロボット1が物体2を第1態様にしたがって強制的に動かすようにロボット1の動作が制御される(図3/STEP022)。たとえば、図13(a)に示されているようにロボット1の前方に台車(第2分類に属する物体)2が置かれている状況で第2移動条件が満たされていると判定された場合を考える。この場合、図13(b)に示されているようにロボット1が台車2のハンドルを両方の手部14により把持した上で移動することにより台車2が第1態様にしたがって矢印で示されているように動かされる。なお、ロボット1が現状の目標位置軌道P0にしたがって移動しながら台車2を動かしてもよく、現状の目標位置軌道P0から一時的に離れて移動しながら台車2を動かしてもよい。また、ロボット1が一方または両方の手部14により台車2を突き放すように押すことにより、両方の脚部13を着床させたまま移動することなく台車2を動かしてもよい。これにより、図13(c)に示されているようにロボット1は必要に応じて現状の目標位置軌道P0に復帰した上で、この目標位置軌道P0にしたがって移動を継続することができる。
第2移動条件が満たされていないと判定された場合(図3/STEP012‥NO)、第1制御処理部110により状態検知結果に基づいて物「第3移動条件」が満たされているか否かがさらに判定される(図3/STEP013)。「第3移動条件」は物体2の第2態様にしたがった変位と、目標位置軌道P0の補正とにより、ロボット1が当該補正後の目標位置軌道P0にしたがってこの物体2に妨げられずに移動することができるという条件である。具体的には、移動可能領域QSにおいて第2空間要素Q2が現状の第2位置P2から変位し、かつ、第1空間要素Q1の現状の目標位置軌道P0が補正されることにより、当該補正後の目標位置軌道P0が第2空間要素Q2に交差または接触していないことが第3移動条件として設定されている。たとえば、図6(b)に示されているように第2空間要素Q2が破線矢印にしたがって変位するとともに、第1空間要素Q1の一点鎖線で示されている現状の目標位置軌道P0が二点鎖線で示されているように補正された場合、当該補正後の目標位置軌道P0が破線で示されている変位後の第2空間要素Q2に交差または接触していないので、第3移動条件が満たされていると判定される。なお、物体2の運動状態(第2位置P2および第2速度ベクトルV2等のその時間変化態様により特定される。)および物体2の周辺における空間的余裕(他の物体または移動可能領域の境界までの間隔)の広狭のうち一方もしくは両方、または、これに加えてロボット1の運動状態(第1位置P1および第1速度ベクトルV1等のその時間変化態様により特定される。)に基づいて定まる物体2の予測移動態様が「第2態様」として認識されてもよい。
第3移動条件が満たされていると判定された場合(図3/STEP013‥YES)、第1制御処理部110により物体2が第1分類に属するか否かが判定される(図3/STEP017)。物体2が第1分類に属さないと判定された場合(図3/STEP017‥NO)、物体2が第2分類に属するか否かが判定される(図3/STEP018)。なお、第3移動条件の充足性判定に先立って物体2の分類が判定されてもよい。
第1制御処理部110により第3移動条件が満たされ(図3/STEP013‥YES)、かつ、物体2が第1分類に属すると判定された場合(図3/STEP017‥YES)、第2制御処理部120によりロボット1が物体2に第2態様にしたがった自律的な移動を促すように、ロボット1の動作が制御されるとともに、目標位置軌道P0が補正される(図3/STEP024(図12(b)参照))。第1制御処理部110により第3移動条件が満たされ(図3/STEP013‥YES)、かつ、物体2が第2分類に属すると判定された場合(図3/STEP018‥YES)、第2制御処理部120によりロボット1が物体2を第2態様にしたがって強制的に動かすようにロボット1の動作が制御されるとともに、目標位置軌道P0が補正される(図3/STEP025(図13(b)参照))。
物体が第1分類および第2分類に属さず(図3/STEP015〜STEP018‥NO)、または、第3移動条件が満たされていないと判定された場合(図3/STEP013‥NO)、第1制御処理部110により「第4移動条件」が満たされているか否かがさらに判定される(図3/STEP014)。「第4移動条件」は目標位置軌道P0の補正により、ロボット1が当該補正後の目標位置軌道P0にしたがって物体2に妨げられることなく移動することができるという条件である。具体的には、第1空間要素Q1の目標位置軌道P0が補正されることにより、当該補正後の目標位置軌道P0が第2空間要素Q2に交差または接触していないことが第4移動条件として設定されている。
第1制御処理部110により第4移動条件が満たされていると判定された場合(図3/STEP014‥YES)、第2制御処理部120により目標位置軌道P0が補正される(図3/STEP026)。具体的には、次の手順にしたがって目標位置軌道P0が補正される。まず、図9(a)に示されているように第2空間要素Q2の進行方向を前として、前後左右において第2空間要素Q2に外接する4つの円形状領域のそれぞれが第2周辺セルSQ21〜SQ24として設定される。さらに、当該4つの第2周辺セルSQ21〜SQ24のうち、移動可能領域QSとの重なり領域(図9(a)斜線部分参照。)の面積が最小の第2周辺セルSQ22が指定される。当該面積は、たとえばモンテカルロ法にしたがって測定される。また、図10(a)に示されているように第2空間要素Q2の進行方向を前として、第2空間要素Q2から前後左右および斜めに伸びる8つの線分のそれぞれが第2周辺セルSQ21〜SQ28として設定されてもよい。さらに、当該8つの第2周辺セルSQ21〜SQ28のうち、第2要素空間Q2から要素空間QSの境界まで連続する部分(図10(a)太線部分参照。)の長さが最小の第2周辺セルSQ23が指定されてもよい。
なお、ロボット1が物体2の両脇のうち一方を通るという観点から、第2周辺セルSQ2iが物体2の進行方向側方にのみ、すなわち、図9(a)における第2周辺セルSQ22およびSQ24または図10(a)における第2周辺セルSQ23およびSQ27のみが設定されてもよい。また、第2周辺セルSQ2iのサイズ(円形状領域の場合にはその直径、線分の場合にはその長さ)はロボット1と物体2とが接触を回避する観点から適当に設定されている。さらに、第2周辺セルSQ2iのサイズは物体2の速度の大きさ等に応じて可変的に設定されてもよい。また、第2周辺セルSQ2iの形状は円形状、線分のほか、扇形状、矩形状、台形状等、さまざまな形状にされてもよい。さらに、第2周辺セルSQ2iのそれぞれの形状およびサイズのうち一方または両方が相違していてもよい。第2周辺セルSQ2iのうちサイズが最小であるという要件ではなく、サイズが閾値以下であるという要件を満たす第2周辺セルSQ2iが指定されてもよい。そして、たとえば図9(b)または図10(b)に一点鎖線で示されているように、第2拡張空間要素EQ2および指定された第2周辺セルSQ22またはSQ23のそれぞれに接触しないように目標位置軌道P0が補正される。
一方、第1制御処理部110により第4移動条件が満たされていないと判定された場合(図3/STEP014‥NO)、第2制御処理部120によりロボット1が停止または一時的に停止するようにロボット1の脚部13等の動作が制御される(図3/STEP027)。なお、ロボット1が次のような手順にしたがってその移動を停止させるように動作が制御されてもよい。まず、第1空間要素Q2を移動可能領域QSの境界に近づける新たな目標位置軌道P0’が探索される。この際、第1空間要素Q1を基準として複数の方向について移動可能領域QSの境界との間隔が第3間隔として評価され、この第3間隔が短い方向に新たな目標位置軌道P0’が優先的に設定される。第3間隔の評価に際して図11(a)に示されているようにモデル空間において第1空間要素Q11の周囲に配置された正六角形状の第3セルC3i(i=1〜6)が定義される。なお、図11(a)に示されている第3セルC3iの形状は円形状、棒状等にさまざまに変更されてもよく、個数は任意数であってもよく、相互に重なっていてもいなくてもよい。そして、第3セルC3iと移動可能領域QSとの重なり面積がモンテカルロ法等にしたがって第3間隔として評価される。図11(a)に示されている状況では2つのセルC31およびC32のそれぞれについて第3間隔が最小であると評価される。さらに、図11(b)に示されているように第1位置P1から、当該重なり面積が最小であると評価されたセルC31およびC32のうち1つの第3セルC32の中心に向かって移動可能領域QSの境界まで伸びる線分が新たな目標位置軌道P0’として設定される。第3セルC32が選択されたのは、第1空間要素Q1が目標位置軌道P0’にしたがって移動した場合、それ以前の進行方向を前方として速度が後方成分を有するようにするためである。また、結果として第2空間要素Q2の予測位置軌道RPから遠ざかるように目標位置軌道P0’が探索されているが(図11(b)参照)、当該間隔の長短にかかわらず第2空間要素Q2の予測位置軌道RPから遠ざかるように新たな目標位置軌道P0’が探索されてもよい。そして、ロボット1が新たな目標位置軌道P0’にしたがって移動した上で、その終点で移動を停止するようにロボット1の動作が制御される。このとき、ロボット1が進行方向にその後側を向けて移動するように(後ろ歩きするように)その動作が制御される。以後、ロボット1が目標位置に到着するまで、前記一連の処理が繰り返される。
前記機能を発揮するロボット1によれば、第1移動条件が満たされていると判定された場合、ロボット1が目標位置軌道P0にしたがって移動するようにロボット1の動作が制御される(図3/STEP011‥YES,STEP021)。「第1移動条件」はロボット1が現状の目標位置軌道P0にしたがって物体2に妨げられずに移動することができるという条件である。このため、ロボット1はその周囲に物体2が存在していても、その物体2により妨げられることなく現状の目標位置軌道P0にしたがって移動することができる。
また、第1移動条件が満たされていないものの、第2移動条件が満たされており、かつ、物体が第1分類に属すると判定された場合、物体に第1態様または任意態様にしたがった移動を促すようにロボット1の動作が制御される(図3/STEP011‥NO,STEP012‥YES,STEP015‥YES,STEP‥022,図12参照)。「第2移動条件」は、物体2が第1態様にしたがって変位することにより、ロボット1が現状の目標位置軌道P0にしたがってこの物体2に妨げられずに移動することができるという条件である。「第1分類」はロボット1の行動態様を認識することができ、かつ、自律的に移動することができる人間、他のロボット等の物体の分類を意味する。このため、ロボット1の促し動作に応じて物体を自律的に変位させることにより、ロボット1が現状の目標位置軌道P0にしたがってこの物体2に妨げられずに移動することができることを事前確認した上で、ロボット1が物体2に移動を促すように動作する。そして、その後も継続的に第1移動条件および必要に応じて第2移動条件が満たされているか否かが判定される(図3/STEP011,STEP012参照)。これにより、ロボット1が物体2により移動が妨げられることを効率的に回避する観点から適当に移動または行動することができる。
さらに、第2移動条件が満たされていないものの、第3移動条件が満たされており、かつ、物体2が第1分類に属すると判定された場合、物体2に第2態様または任意態様にしたがった移動を促すようにロボット1の動作が制御されるとともに目標位置軌道が補正される(図3/STEP012‥NO,STEP013‥YES,STEP017‥YES,STEP‥024,図12参照)。「第3移動条件」は、物体2が第2態様にしたがって変位し、かつ、目標位置軌道P0が補正されることにより、ロボット1が当該補正後の目標位置軌道P0にしたがってこの物体2に妨げられずに移動することができるという条件である。このため、ロボット1の促し動作に応じて物体2が自律的に変位し、かつ、目標位置軌道P0が補正されることによってロボット1が補正後の目標位置軌道P0にしたがってこの物体2に妨げられずに移動することができることを事前確認した上で、物体2に移動を促すように動作する。そして、その後も継続的に第1移動条件および必要に応じて第2移動条件、さらには第3移動条件が満たされているか否かが判定される(図3/STEP011,STEP012,STEP013参照)。これにより、ロボット1が物体2により妨げられることを効率的に回避する観点から適当に移動または行動することができる。
また、第1移動条件が満たされていないものの、第4移動条件が満たされていると判定された場合、目標位置軌道P0が補正され、ロボット1が当該補正後の目標位置軌道P0にしたがって移動するようにロボット1の動作が制御される(図3/STEP011‥NO,STEP014‥YES,STEP‥026,図9、図10参照)。「第4移動条件」は現状の目標位置軌道P0が補正されることにより、ロボット1が当該補正後の目標位置軌道P0にしたがって物体に妨げられずに移動することができるという条件である。このため、ロボット1はその周囲に物体2が存在していても、その物体2により妨げられることなく補正後の目標位置軌道P0にしたがって移動することができることを事前確認した上で、目標位置軌道P0を補正する。これにより、ロボット1が物体2により妨げられることを効率的に回避する観点から適当に移動または行動することができる。
さらに、第1移動条件が満たされていないものの、第2移動条件が満たされており、かつ、物体2が第2分類に属すると判定された場合、物体2を第1態様にしたがって動かすようにロボット1の動作が制御される(図3/STEP011‥NO,STEP012‥YES,STEP016‥YES,STEP‥023,図13参照)。「第2分類」はロボット1からの力作用に応じて動かされうる物体の分類を意味する。このため、ロボット1の動作に応じて物体2を強制的に変位させることにより、ロボット1が現状の目標位置軌道P0にしたがってこの物体2に妨げられずに移動することができることを事前確認した上で、ロボット1が物体2を動かすように動作する。これにより、ロボット1が物体2により移動が妨げられることを効率的に回避する観点から適当に移動または行動することができる。
また、第2移動条件が満たされていないものの、第3移動条件が満たされており、かつ、物体2が第2分類に属すると判定された場合、物体2に第2態様または任意態様にしたがって動かすようにロボット1の動作が制御されるとともに目標位置軌道P0が補正される(図3/STEP012‥NO,STEP013‥YES,STEP018‥YES,STEP‥025,図13参照)。このため、ロボット1の動作に応じて物体2が動かされ、かつ、目標位置軌道P0が補正されることによってロボット1が補正後の目標位置軌道P0にしたがってこの物体2に妨げられずに移動することができることを事前確認した上で、物体2を動かすように動作する。これにより、ロボット1が物体2により移動が妨げられることを効率的に回避する観点から適当に移動または行動することができる。
なお、前記実施形態では、第1〜第4移動条件の充足性判定の優先順位は任意に変更されてもよい。たとえば、第1移動条件が満たされていないと判定された場合に第4移動条件の充足性が判定され、第4移動条件が満たされていないと判定された場合に第2移動条件の充足性が判定されてもよい。また、第2移動条件が満たされていないと判定された場合に第4移動条件の充足性が判定され、第4移動条件が満たされていないと判定された場合に第3移動条件の充足性が判定されてもよい。第1〜第4移動条件のうち一部、たとえば、第3移動条件または第4移動条件の充足性判定が省略され、当該判定結果に応じたロボット1の動作制御が省略されてもよい。
前記実施形態では物体の第1分類への属否が判定された後、物体の第2分類への属否が判定されたが(図3/STEP015〜018参照)、これとは逆に物体の第2分類への属否が判定された後、物体の第1分類への属否が判定されてもよい。また、物体の第1分類への属否判定および物体の第2分類への属否判定のうち一方が省略されてもよい。
本発明の移動装置の一実施形態としてのロボットの構成説明図 ロボットの制御装置の構成説明図 ロボットの動作の制御方法を示すフローチャート 第1および第2空間要素の認識方法に関する説明図 第2拡張空間要素の認識方法に関する説明図 第1移動条件および第2移動条件の充足性判定方法に関する説明図 安全確認方法に関する説明図その1 安全確認方法に関する説明図その2 ロボットの目標位置軌道の補正方法に関する説明図 ロボットの目標位置軌道の補正方法に関する説明図 ロボットの停止動作に関する説明図 ロボットによる物体の自律変位の促し動作に関する説明図 ロボットによる物体の強制変位動作に関する説明図
符号の説明
1‥ロボット(移動装置)、2‥物体、100‥制御装置、110‥第1制御処理部、120‥第2制御処理部

Claims (6)

  1. 制御装置と、前記制御装置によって動作が制御されることにより、目標位置の時間的な変化態様を表わす目標位置軌道にしたがって自律的に移動する移動装置であって、
    前記制御装置が、
    前記移動装置が現状の前記目標位置軌道にしたがうことで物体に妨げられずに移動することができるという第1移動条件が満たされているか否かを判定し、前記第1移動条件が満たされていないと判定した場合、前記物体の第1態様にしたがった変位により前記移動装置が現状の前記目標位置軌道にしたがって前記物体に妨げられずに移動することができるという第2移動条件が満たされているか否かを判定し、前記物体が前記移動装置による力作用により動かされる第2分類に属するか否かを判定する第1制御処理部と、
    前記第1制御処理部により前記第1移動条件が満たされていると判定された場合、前記移動装置が前記目標位置軌道にしたがって移動するように前記移動装置の動作を制御し、前記第1制御処理部により前記第2移動条件が満たされており、かつ、前記物体が前記第2分類に属すると判定された場合、前記物体を前記第1態様にしたがって動かし、必要に応じて現状の前記目標位置軌道に復帰するように前記移動装置の動作を制御する第2制御処理部とを備えていることを特徴とする移動装置。
  2. 請求項1記載の移動装置において、
    前記第1制御処理部が、前記第2移動条件が満たされていないと判定した場合、前記物体の第2態様にしたがった変位および前記目標位置軌道の補正により前記移動装置が当該補正後の前記目標位置軌道にしたがって前記物体に妨げられずに移動することができるという第3移動条件が満たされているか否かをさらに判定し、
    前記第2制御処理部が前記第1制御処理部により前記第3移動条件が満たされており、かつ、前記物体が前記第2分類に属すると判定された場合、前記物体を前記第2態様にしたがって動かし、必要に応じて現状の前記目標位置軌道に復帰するように前記移動装置の動作を制御するとともに前記目標位置軌道を補正することを特徴とする移動装置。
  3. 請求項1または2記載の移動装置において、
    前記第1制御処理部が、前記第1移動条件が満たされていないと判定した場合、前記目標位置軌道の補正により前記移動装置が当該補正後の前記目標位置軌道にしたがって前記物体に妨げられずに移動することができるという第4移動条件が満たされているか否かを判定し、
    前記第2制御処理部が前記第1制御処理部により前記第4条件が満たされていると判定された場合、前記目標位置軌道を補正することを特徴とする移動装置。
  4. 請求項1記載の移動装置において、
    前記第1制御処理部が、前記物体が前記第2分類に属さないと判定した場合、前記物体が前記移動装置の行動態様を認識することができ、かつ、自律的に移動することができる第1分類に属するか否かを判定し、
    前記第1制御処理部により前記第2移動条件が満たされており、かつ、前記物体が前記第1分類に属すると判定された場合、前記移動装置が前記物体に前記第1態様または任意態様にしたがった変位を促すように前記移動装置の動作を制御することを特徴とする移動装置。
  5. 請求項4記載の移動装置において、
    前記第1制御処理部が、前記第2移動条件が満たされていないと判定した場合、前記物体の第2態様にしたがった変位および前記目標位置軌道の補正により前記移動装置が当該補正後の前記目標位置軌道にしたがって前記物体に妨げられずに移動することができるという第3移動条件が満たされているか否かをさらに判定し、
    前記第2制御処理部が前記第1制御処理部により前記第3移動条件が満たされており、かつ、前記物体が前記第1分類に属すると判定された場合、
    前記物体に前記第2態様または任意態様にしたがった変位を促すように前記移動装置の動作を制御することを特徴とする移動装置。
  6. 請求項1〜5のうちいずれか1つに記載の移動装置において、
    前記第1制御処理部が、前記目標位置軌道を挟んでいる前記物体と移動可能領域の境界との間隔が安全間隔以上であるか否かに応じて、前記移動装置が前記目標位置軌道にしたがうことで前記物体に妨げられずに移動することが可能であるか否かを判定することを特徴とする移動装置。
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