JP2016016475A - System and method for controlling multiple robots - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、例えば複数台のロボットで荷物を運搬する際に複数台のロボットを協調移動動作させる複数ロボットの制御システム及び方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a control system and method for a plurality of robots that cause a plurality of robots to move in a coordinated manner when, for example, a plurality of robots carry a load.
1台のロボットの可搬能力を超える荷物を運搬させようとする場合、複数台のロボットを用いて運搬することが考えられる。複数台のロボットが協力して運搬することを考えたとき、荷物の落下を防ぐためにロボット間の距離を常に一定にする必要がある。 In order to transport a load exceeding the transportability of one robot, it is conceivable to transport using a plurality of robots. When considering that multiple robots carry in cooperation, it is necessary to always keep the distance between the robots constant in order to prevent the load from falling.
例えば、従来技術として、ロボット間の通信動作への割り込み頻度を多くして互いの同期ずれを小さくすることで、ロボット間の距離の変動を抑えている。また、別の従来技術ではロボットをマスタロボットとスレーブロボットに分け、スレーブロボットの動作は全てマスタロボットが管理・指示することで、マスタロボットとスレーブロボット間の距離が一定になるようにしている。 For example, as a conventional technique, fluctuations in the distance between robots are suppressed by increasing the frequency of interruptions in communication operations between robots to reduce mutual synchronization shift. In another conventional technique, the robot is divided into a master robot and a slave robot, and all the operations of the slave robot are managed and instructed by the master robot so that the distance between the master robot and the slave robot is constant.
不整地などのように、移動面が不均一で且つ状態が未知な環境を移動するような場合には、ロボット同士の動作を予め取り決めることができない。また、このような環境では、それぞれのロボットが環境状態に応じて異なる動作を強いられる可能性が高いため、特許文献1のように、単に同じ動作の同期を取るだけでは対応することができない。
When moving in an environment where the moving surface is not uniform and the state is unknown, such as rough terrain, it is impossible to pre-determine the operation of the robots. Further, in such an environment, there is a high possibility that each robot will be forced to perform a different operation depending on the environmental state. Therefore, as in
また、マスタロボットがスレーブロボットの動作を全て管理する場合では、マスタロボットがスレーブロボットの周囲環境や現在姿勢などを全て把握して動作計画を作成する必要があり、このため、マスタロボット側に非常に高い処理能力が要求される。また、マスタロボットとスレーブロボットが異なる機構からなる別種類のロボットである場合には、マスタロボットは全く別の運動を計算する手法まで予め保有しておく必要があり、マスタロボット側の負担がさらに大きくなってしまう。 In addition, when the master robot manages all the operations of the slave robot, the master robot must understand all the surrounding environment and current posture of the slave robot and create an operation plan. High processing capacity is required. Also, when the master robot and the slave robot are different types of robots having different mechanisms, the master robot must have a method for calculating a completely different motion in advance, which further increases the burden on the master robot side. It gets bigger.
本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、ロボットに高い処理能力を要求することなく、複数台のロボットの協調移動動作を好適に実現できる複数ロボットの制御システム及び方法を提供することを目的とする。 An embodiment of the present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and a control system for a plurality of robots that can suitably realize a coordinated movement operation of a plurality of robots without requiring high processing performance from the robot, and It aims to provide a method.
本発明に係る実施形態の複数ロボットの制御システムは、複数台のロボットが協調移動動作を行う複数ロボットの協調移動システムであって、前記ロボットは、前記ロボット自体を移動させる移動手段と、前記ロボットの移動全般に関する処理を実行する制御手段と、前記ロボットの周囲状況を計測する計測手段と、少なくとも前記ロボット間での通信を行う通信手段とを有し、前記ロボットのうち1台が、前記ロボット全体の移動を決定するマスタロボットとされ、残りの前記ロボットが、前記マスタロボットに追従して移動するスレーブロボットとされ、前記スレーブロボットの前記制御手段は、前記スレーブロボットの前記計測手段からの計測情報を用いて自身の次の動作のためのスレーブ動作計画を作成して、前記通信手段により前記マスタロボットへ送信し、前記マスタロボットの前記制御手段は、前記スレーブ動作計画を受信して、自身の次の動作のためのマスタ動作計画、受信した前記スレーブ動作計画をそれぞれ修正して修正マスタ動作計画、修正スレーブ動作計画を作成すると共に、前記修正スレーブ動作計画を前記通信手段により前記スレーブロボットへ送信し、前記マスタロボットの前記制御手段は、前記修正マスタ動作計画を実行して前記マスタロボットを移動させ、前記スレーブロボットの前記制御手段は、前記修正スレーブ動作計画を実行して前記スレーブロボットを移動させるよう構成されたことを特徴とするものである。 A control system for a plurality of robots according to an embodiment of the present invention is a coordinated movement system for a plurality of robots in which a plurality of robots perform a coordinated movement operation, wherein the robot moves the robot itself, and the robot Control means for executing processing related to the overall movement of the robot, measuring means for measuring the surrounding situation of the robot, and communication means for performing communication between at least the robots, one of the robots including the robot The master robot determines the overall movement, the remaining robots are slave robots that move following the master robot, and the control means of the slave robot performs measurement from the measurement means of the slave robot. Using the information to create a slave operation plan for its next operation and The master robot transmits the master operation plan for the next operation and corrects the received slave operation plan by receiving the slave operation plan. A plan, a modified slave operation plan is created, and the modified slave operation plan is transmitted to the slave robot by the communication means, and the control means of the master robot executes the modified master operation plan to execute the master robot. The control means of the slave robot is configured to execute the modified slave operation plan to move the slave robot.
また、本発明に係る実施形態の複数ロボットの制御方法は、複数台のロボットが協調移動動作を行う複数ロボットの協調移動方法であって、前記ロボットのうち1台を、前記ロボット全体の移動を決定するマスタロボットとし、残りの前記ロボットを、前記マスタロボットに追従して移動するスレーブロボットとし、前記スレーブロボットは、自身の次の動作のためのスレーブ動作計画を作成して前記マスタロボットへ送信し、前記マスタロボットは、前記スレーブ動作計画を受信して、自身の次の動作のためのマスタ動作計画、受信した前記スレーブ動作計画をそれぞれ修正して修正マスタ動作計画、修正スレーブ動作計画を作成すると共に、前記修正スレーブ動作計画を前記スレーブロボットへ送信し、前記マスタロボットは、前記修正マスタ動作計画を実行して移動し、前記スレーブロボットは、前記修正スレーブ動作計画を実行して移動することを特徴とするものである。 The method for controlling a plurality of robots according to an embodiment of the present invention is a method for cooperative movement of a plurality of robots in which a plurality of robots perform a coordinated movement operation, wherein one of the robots is moved over the entire robot. The master robot is determined, and the remaining robots are slave robots that move following the master robot. The slave robot creates a slave operation plan for its next operation and transmits it to the master robot. The master robot receives the slave operation plan, corrects the master operation plan for its next operation, and corrects the received slave operation plan to create a corrected master operation plan and a corrected slave operation plan. And the modified slave operation plan is transmitted to the slave robot, and the master robot Go running static operation plan, the slave robot is characterized in that to move by running the modified slave operation plan.
本発明の実施形態によれば、ロボットに高い処理能力を要求することなく、複数台のロボットの協調移動動作を好適に実現できる。 According to the embodiment of the present invention, it is possible to suitably realize a coordinated movement operation of a plurality of robots without requiring high processing capability from the robot.
以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
[A]第1実施形態(図1〜図7)
図1は、本発明に係る複数ロボットの制御システムにおける第1実施形態が適用された多脚ロボットを示す斜視図である。また、図4は、図1の多脚ロボットによる協調移動動作を説明する説明図である。本第1実施形態の多脚ロボット10は、複数台(例えば2台)が協調移動動作を行うように制御することで、例えば1個の荷物1を運搬するものである。この協調移動動作を実行するために、1台の多脚ロボット10が、複数台の多脚ロボット10全体の移動を決定するマスタロボット11とされ、残りの多脚ロボット10が、マスタロボット11に追従して移動するスレーブロボット12とされる。例えば、2台の多脚ロボット10のうち、前方の多脚ロボット10がマスタロボット11とされ、後方の多脚ロボット10がスレーブロボット12とされる。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
[A] First embodiment (FIGS. 1 to 7)
FIG. 1 is a perspective view showing a multi-legged robot to which the first embodiment of the control system for a plurality of robots according to the present invention is applied. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the cooperative movement operation by the multi-legged robot of FIG. The
これらのマスタロボット11及びスレーブロボット12となる多脚ロボット10は、移動手段としての脚13と、制御手段としての制御ユニット14と、計測手段としてのロボット間距離・角度計測装置15及び周囲空間計測装置16と、通信手段としての通信装置17と、荷物1を運搬するために把持する荷物把持機構18と、マスタロボット11とスレーブロボット12の動作を同期させる同期手段24と、を有して構成される。
The
脚13は、2本以上(本実施形態では4本)が多脚ロボット10の胴部19に設けられ、各脚13は、後述の如く複数の関節21、22、23(図2)を備えたリンク機構として構成される。つまり、各脚13は、胴部19の下部のコーナー部分に設置され、第1関節21、第2関節22、第3関節23がリンク20によって下方へ向かって順次連結されたリンク機構により構成される。第1関節21が胴部19の下部に取り付けられる。また、第1関節21の回転軸は、第2関節22及び第3関節23の両回転軸と直交する。
Two or more legs 13 (four in this embodiment) are provided on the
第2関節22及び第3関節23の回転により、多脚ロボット10はX軸(図2)に沿う前後方向に前進または後進する。また、第1関節21の回転により、多脚ロボット10はY軸(図2)に沿う左右方向に左移動または右移動(横歩き)する。更に、第1関節21、第2関節22及び第3関節23の回転を組み合わせることにより、多脚ロボット10はZ軸(図2)に沿う上下方向回りに旋回する。各関節21、22、23は、例えば電動モータ、ギア及びエンコーダ等の組み合わせにより構成される。
By the rotation of the
各脚13は、後述の如く制御ユニット14からの制御指令により個別に駆動される。尚、多脚ロボット10は、脚13が4本あるものを述べたが、2本または6本であってもよい。また、脚13の1本の当りの関節数は3に限らず、それ以外であってもよい。更に、各関節21、22、23の回転軸の組合せ順は、上述以外の組合せであってもよい。また、移動手段は脚13に限らず、車輪やクローラ等の他の移動手段であってもよい。
Each
ロボット間距離・角度計測装置15は、多脚ロボット10の周囲状況として、周囲に存在する多脚ロボット10との距離を計測するものであり、例えば距離画像センサであって、各多脚ロボット10の胴部19に設置される。このロボット間距離・角度計測装置15は、画像処理により対象多脚ロボット10の方位を特定し、その方位にある対象多脚ロボット10との距離を計測することで、対象多脚ロボット10までの距離及び角度(方位)を把握することが可能になる。
The inter-robot distance /
このロボット間距離・角度計測装置15は、距離画像センサの場合を述べたが、レーザレンジセンサやステレオカメラ等の他の計測装置であってもよい。また、このロボット間距離・角度計測装置15は、1個に限定するものではなく、周囲の死角がなくなるように複数個設置してもよい。
Although the distance /
周囲空間計測装置16は、多脚ロボット10の周囲状況として、多脚ロボット10が移動する多脚ロボット10周囲の移動面3(図4)の凹凸形状、または柱や壁などの障害物2の空間形状や位置を計測するものである。この周囲空間計測装置16は、例えば一定画角内の奥行き距離情報を計測可能な赤外線距離センサであって、各多脚ロボット10の胴部19に設置される。この周囲空間計測装置16は、計測可能領域を拡大するために上下左右に揺動したり、複数台設置されて、距離情報を統合した空間マップを作成してもよい。尚、周囲空間計測装置16は、赤外線距離センサの場合を述べたが、レーザレンジセンサ等の他の計測装置であってもよいし、可能であれば、前記ロボット間距離・角度計測装置15が周囲空間計測装置16の機能を兼ね備えて、1つの装置としてもよい。
The surrounding
通信装置17は、周囲の他の多脚ロボット10の通信装置17との間、またはオペレータが多脚ロボット10を遠隔操作するための外部コントローラ25との間で、後述の動作ベクトルを含む制御情報や位置情報など、多脚ロボット10の移動に必要な情報を送受信するものであり、各多脚ロボット10の胴部19に設置される。例えば、マスタロボット11とスレーブロボット12との間では、通信装置17を用いて、マスタロボット11からスレーブロボット12へマスタ−スレーブ通信26(図4)が行われ、スレーブロボット12からマスタロボット11へスレーブ−マスタ通信27が行われる。
The
荷物把持機構18は、複数台の多脚ロボット10で荷物1を運搬するためにこの荷物1を把持するものであり、各多脚ロボット10における胴部19の上部に設置される。この荷物把持機構18は、図3に示すように、多脚ロボット10の胴部19に固定されるためのロボット固定台28の上に、X軸に沿う前後方向にスライド可能なX軸直動機構部29、Y軸に沿う左右方向にスライド可能なY軸直動機構部30、Z軸に沿う上下方向にスライド可能なZ軸直動機構部31が順次取り付けられ、更に、Z軸直動機構部31に、X軸回りに回転可能なX軸回転機構部32、Y軸回りに回転可能なY軸回転機構部33、Z軸回りに回転可能なZ軸回転機構部34が順次取り付けられ、このZ軸回転機構部34に、運搬する荷物1を把持して固定する荷物把持台35が取り付けられている。
The load
図4に示すように、マスタロボット11とスレーブロボット12とが互いに荷物把持機構18を用いて荷物1を把持し、協調移動動作により荷物1を運搬する場合、荷物1を介しての多脚ロボット10間(マスタロボット11とスレーブロボット12間)の相対位置ずれは、構成要素としてのX軸直動機構部29、Y軸直動機構部30、Z軸直動機構部31の直線移動、X軸回転機構部32、Y軸回転機構部33、Z軸回転機構部34の回転移動の少なくとも1つの移動により許容可能に構成される。この多脚ロボット10間の相対的位置ずれの許容により、多脚ロボット10を傾かせるなど、多脚ロボット10に移動を妨げる力が作用することが回避される。
尚、荷物把持機構18の構成要素の機構部29〜34の取付順は一例であり、他の取付順であってもよい。また、回転機構部32〜34に代えてボールジョイント機構部を用いてもよい。更に、荷物把持機構18は多軸マニピュレータのような多関節アーム機構などを用いてもよい。本実施形態は、ロボットの協調動作を実現するために必要な荷物把持機構18の能力(機能)のみを限定するものであり、その能力(機能)を実現するための構造までを限定するものではない。
As shown in FIG. 4, when the master robot 11 and the
In addition, the attachment order of the mechanism parts 29-34 of the component of the
同期手段24は、図1及び図4に示すように、マスタロボット11とスレーブロボット12の動作を同期させるものであり、マスタロボット11及びスレーブロボット12の通信装置17による通信(マスタ−スレーブ通信26、スレーブ−マスタ通信27)の通信速度が高速である場合(例えば光通信等)には、この高速通信を送受信する通信装置17が同期手段24となる。この場合には、例えばスレーブロボット12の通信装置17(同期手段24)が、マスタロボット11の通信装置17(同期手段24)から発信されたマスタ−スレーブ通信26(後述の修正スレーブ動作ベクトル44を通信内容とする)を同期信号として受信することにより、スレーブロボット12の動作が開始される。
As shown in FIGS. 1 and 4, the
また、マスタロボット11及びスレーブロボット12の通信装置17による通信(マスタ−スレーブ通信26、スレーブ−マスタ通信27)の通信速度が遅い場合には、マスタロボット11及びスレーブロボット12の制御ユニット14における内部時計の時刻を予め一致させておき、例えば、マスタロボット11の同期手段24としての通信装置17からスレーブロボット12の同期手段24としての通信装置17へ発信されるマスタ−スレーブ通信26に動作開始時刻を添付し、このマスタ−スレーブ通信26を同期信号として、前記動作開始時刻を基準にマスタロボット11及びスレーブロボット12の動作が開始されてもよい。
Further, when the communication speed of the master robot 11 and the
更に、マスタロボット11及びスレーブロボット12が、発光信号や電波信号などを用いて同期情報を送受信する同期専用の通信手段を同期手段24として備え、例えば、スレーブロボット12の光信号通信手段が、マスタロボット11の光信号通信手段から発信された光信号を受信したときに、スレーブロボット12の動作が開始されるようにしてもよい。
Furthermore, the master robot 11 and the
制御ユニット14は、図1及び図5に示すように、多脚ロボット10の胴部19内に設置され、制御部36、計装用インターフェース37、通信用インターフェース38、脚モータ駆動部39及び荷物把持機構駆動部40を備え、多脚ロボット10の移動全般に関する処理を実行する。
As shown in FIGS. 1 and 5, the
つまり、制御ユニット14の制御部36は、ロボット間距離・角度計測装置15または周囲空間計測装置16からの計測データを、計測用インターフェース37を経て取り込んで計測データを処理する。また、制御ユニット14の制御部36は、通信用インターフェース38を介して、自身の通信装置17と他の多脚ロボット10の通信装置17または外部コントローラ25との間で送受信される通信データを処理する。更に、制御ユニット14の制御部36は、脚モータ駆動部39を経て複数本の脚13へ制御指令を送信して脚13の関節21、22、23のモータを駆動制御し、各脚13の動作を制御する。また、制御ユニット14の制御部36は、荷物把持機構駆動部40を経て荷物把持機構18の各機構部29〜34の駆動を制御する。
That is, the
更に、図1、図4及び図5に示すように、多脚ロボット10がマスタロボット11、スレーブロボット12となって荷物1を運搬する場合、スレーブロボット12の制御ユニット14の制御部36は、スレーブ動作計画としてのスレーブ動作ベクトルを作成し、また、マスタロボット11の制御ユニット14の制御部36は、マスタ動作計画としてのマスタ動作ベクトルを設定し、修正マスタ動作計画としての修正マスタ動作ベクトル、及び修正スレーブ動作計画としての修正スレーブ動作ベクトルをそれぞれ作成する。
Further, as shown in FIGS. 1, 4 and 5, when the
即ち、マスタロボット11の制御ユニット14の制御部36は、マスタロボット17の通信装置17が遠隔操作用の外部コントローラ25からオペレータの操作信号を受信したとき、外部コントローラ25を操作するオペレータの指示により決定されるマスタロボット11の移動方向及び移動量を、自身の次の動作のためのマスタ動作ベクトルとして設定する。また、スレーブロボット12の制御ユニット14の制御部36は、スレーブロボット12の周囲空間計測装置16からの計測データを用いて自身の次の動作のためのスレーブ動作ベクトルを作成し、このスレーブ動作ベクトルをスレーブロボット12の通信装置17によりマスタロボット11へ送信する。
That is, when the
マスタロボット11の制御ユニット14の制御部36は、マスタロボット11の通信装置17がスレーブ動作ベクトルを受信したときに、自身のマスタ動作ベクトルと受信したスレーブ動作ベクトルとをそれぞれ修正して修正マスタ動作ベクトルと修正スレーブ動作ベクトルを作成する。マスタロボット11の制御ユニット14の制御部36は、修正スレーブ動作ベクトルをマスタロボット11の通信装置17によりスレーブロボット12へ送信すると共に、自身の修正マスタ動作ベクトルを実行してマスタロボット11を移動させる。また、スレーブロボット12の制御ユニット14の制御部36は、スレーブロボット12の通信装置17により受信した修正スレーブ動作ベクトルを実行してスレーブロボット12を移動させる。
When the
具体的には、図6に示すように、スレーブロボット12の制御ユニット14の制御部36は、スレーブロボット12の周囲に移動の妨げとなる障害物2(図4参照)が存在していないことを周囲空間計測装置16からの計測データで確認した場合には、マスタロボット11の前回の動作情報を参考にして、この動作情報に合わせた自身の次の動作のためのスレーブ動作ベクトル42を作成する。障害物2が存在しない平坦な移動面3では、スレーブ動作ベクトル42は、マスタロボット11の制御ユニット14の制御部36が設定したマスタ動作ベクトル41と一致する。スレーブロボット12の制御ユニット14の制御部36は、通信装置17用いたスレーブ−マスタ通信27によって、作成したスレーブ動作ベクトル42をマスタロボット11へ送信する。
Specifically, as shown in FIG. 6, the
マスタロボット11の制御ユニット14の制御部36は、受信したスレーブ動作ベクトル42と自身のマスタ動作ベクトル41が共に実行された場合におけるマスタロボット11とスレーブロボット12間の距離及び角度(方位)が、マスタロボット11及びスレーブロボット12の両荷物把持機構18により把持される荷物1の荷物把持間隔に、マスタロボット11及びスレーブロボット12の両荷物把持機構18が許容するロボット間の相対的位置ずれの許容範囲を加算した範囲に収まるか否かを判断する。つまり、マスタロボット11の制御ユニット14の制御部36は、受信したスレーブ動作ベクトル42と自身のマスタ動作ベクトル41が共に実行された場合におけるマスタロボット11とスレーブロボット12間の距離及び角度(方位)の変化が、マスタロボット11及びスレーブロボット12の両荷物把持機構18が許容するロボット間の相対的位置ずれの許容範囲に収まるか否かを判断する。
The
上述のようにマスタ動作ベクトル41とスレーブ動作ベクトル42とが一致しているときには、マスタロボット11とスレーブロボット12間の距離及び角度の変化は生じない。従って、マスタロボット11の制御ユニット14の制御部36は、このマスタロボット11とスレーブロボット12間の距離及び角度の変化が、マスタロボット11及びスレーブロボット12の荷物把持機構18が許容する前記許容範囲内にあると判断できるため、マスタ動作ベクトル41をそのまま修正マスタ動作ベクトル43とし、スレーブ動作ベクトル42をそのまま修正スレーブ動作ベクトル44として、この修正スレーブ動作ベクトル44をマスタ−スレーブ通信26によりスレーブロボット12へ送信する。
As described above, when the
マスタロボット11の制御ユニット14の制御部36が修正マスタ動作ベクトル43を実行してマスタロボット11を移動させ、スレーブロボット12の制御ユニット14の制御部36が修正スレーブ動作ベクトル44を実行してスレーブロボット12を移動させることにより、マスタロボット11とスレーブロボット12とは、互いの距離を一定に保持した状態で協調移動して、荷物1を運搬する。
The
また、図7に示すように、スレーブロボット12の制御ユニット14の制御部36は、スレーブロボット12の周囲に移動の妨げとなる障害物2が存在することを周囲空間計測装置16からの計測データで確認した場合には、マスタロボット11の前回の動作情報を参考に、マスタロボット11との乖離が小さくなるようにこのマスタロボット11に追従しつつ、障害物2を回避する自身の次の動作のためのスレーブ動作ベクトル42を作成する。そして、スレーブロボット12の制御ユニット14の制御部36は、通信装置17を用いたスレーブ−マスタ通信27によって、作成したスレーブ動作ベクトル42をマスタロボット11へ送信する。
Further, as shown in FIG. 7, the
マスタロボット11の制御ユニット14の制御部36は、受信したスレーブ動作ベクトル42と自身のマスタ動作ベクトル41が共に実行された場合におけるマスタロボット11とスレーブロボット12間の距離及び角度(方位)が、マスタロボット11及びスレーブロボット12の両荷物把持機構18により把持される荷物1の荷物把持間隔に、マスタロボット11及びスレーブロボット12の両荷物把持機構18が許容するロボット間の相対的位置ずれの許容範囲を加算した範囲に収まるか否かを判断する。つまり、マスタロボット11の制御ユニット14の制御部36は、受信したスレーブ動作ベクトル42と自身のマスタ動作ベクトル41とが共に実行された場合におけるマスタロボット11とスレーブロボット12間の距離及び角度(方位)の変化が、マスタロボット11及びスレーブロボット12の両荷物把持機構18が許容するロボット間の相対的位置ずれの許容範囲に収まるか否かを判断する。
The
マスタロボット11の制御ユニット14の制御部36は、マスタロボット11とスレーブロボット12間の距離及び角度の変化が、マスタロボット11及びスレーブロボット12の荷物把持機構18が許容する前記許容範囲を超えると判断したとき、マスタロボット11とスレーブロボット12間距離及び角度の変化が前記許容範囲内に収まるように、マスタ動作ベクトル41におけるマスタロボット11の動作の移動方向及び移動量を共に変化させる修正マスタ動作ベクトル43を作成し、また、スレーブ動作ベクトル42におけるスレーブロボット12の動作の移動方向を変化させず移動量を小さく制限する修正スレーブ動作ベクトル44を作成する。
When the change in the distance and angle between the master robot 11 and the
マスタロボット11の制御ユニット14の制御部36は、作成した修正スレーブ動作ベクトル44をマスタ−スレーブ通信26によりスレーブロボット12へ送信すると共に、作成した修正マスタ動作ベクトル43を実行してマスタロボット11を移動させる。また、スレーブロボット12の制御ユニット14の制御部36は、受信した修正スレーブ動作ベクトル44を実行してスレーブロボット12を移動させる。これにより、マスタロボット11とスレーブロボット12とは、移動面に障害物2が存在する場合においても、互いの距離を一定に保持した状態で協調移動して、荷物1を運搬する。
The
以上のように構成されたことから、本第1実施形態によれば、次の効果(1)及び(2)を奏する。
(1)マスタロボット11の制御ユニット14の制御部36は、スレーブロボット12の制御ユニット14の制御部36が作成したスレーブ動作ベクトル42を修正して修正スレーブ動作ベクトル44を作成するので、スレーブロボット12の周囲状況やスレーブロボット12の仕様を把握してスレーブ動作ベクトル42、修正スレーブ動作ベクトル44を作成する必要がない。このため、マスタロボット11にとってスレーブロボット12の周囲状況や現在姿勢が未知であったり、マスタロボット11とスレーブロボット12の機種が異なる場合であっても、マスタロボット11の制御ユニット14の制御部36に高い処理能力を要求することなく、マスタロボット11とスレーブロボット12の協調移動動作を好適に実施して、これらのマスタロボット11及びスレーブロボット12により荷物1を運搬することができる。
With the configuration as described above, the following effects (1) and (2) are achieved according to the first embodiment.
(1) Since the
(2)特に、マスタロボット11の制御ユニット14の制御部36は、スレーブロボット12の制御ユニット14の制御部36が作成したスレーブ動作ベクトル42を修正して修正スレーブ動作ベクトル44を作成する際には、スレーブ動作ベクトル42におけるスレーブロボット12の動作の移動方向を変化させずに移動量を小さく制限して修正スレーブ動作のベクトル44を作成している。このように、修正スレーブ動作ベクトル44においては、スレーブロボット12の動作の移動方向がスレーブ動作ベクトル42と同一方向であるため、修正スレーブ動作ベクトル44をスレーブロボット12に実行させてスレーブロボット12と障害物2との干渉を回避させる際に、マスタロボット11の制御ユニット14の制御部36はスレーブロボット12の周囲状況を把握する必要がない。また、修正スレーブ動作ベクトル44においては、スレーブロボット12の動作の移動量がスレーブ動作ベクトル42の移動量よりも小さく制限されるので、マスタロボット11とスレーブロボット12とが異なる機種であったり、スレーブロボット12がいかなる姿勢状態にあっても、マスタロボット11の制御ユニット14の制御部36が作成した修正スレーブ動作ベクトル44によって、スレーブロボット12が移動不可能になることがない。このため、マスタロボット11の制御ユニット14の制御部36に要求される状況把握能力を大幅に抑制することができる。
(2) In particular, when the
[B]第2実施形態(図8)
図8は、本発明に係る複数ロボットの制御システムにおける第2実施形態の制御ユニットを示すブロック図である。この第2実施形態において、第1実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
[B] Second Embodiment (FIG. 8)
FIG. 8 is a block diagram showing a control unit of the second embodiment in the control system for a plurality of robots according to the present invention. In the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description is simplified or omitted.
本第2実施形態の多脚ロボット50が第1実施形態と異なる点は、第1実施形態のロボット間距離・角度計測装置15(図5)を削除し、荷物把持機構18の構成要素におけるX軸直動機構部29、Y軸直動機構部30、Z軸直動機構部31の直線移動量を計測する荷物把持機構用センサ51(例えばリニアエンコーダ)と、X軸回転機構部32、Y軸回転機構部33、Z軸回転機構部34の回転移動量を計測する荷物把持機構用センサ52(例えばロータリーエンコーダ)とをそれぞれ設置し、これらの荷物把持機構用センサ51、52の計測値に基づいて、複数の多脚ロボット50間(マスタロボット11、スレーブロボット12間)の距離及び角度を計測するようにした点である。
The multi-legged robot 50 of the second embodiment is different from the first embodiment in that the inter-robot distance / angle measuring device 15 (FIG. 5) of the first embodiment is deleted and X in the components of the
つまり、スレーブロボット12の制御ユニット54の制御部55は、スレーブロボット12の荷物把持機構18の荷物把持機構用センサ51、52により計測された荷物把持機構18の各機構部29〜34の直線移動量、回転移動量を、通信装置17を用いスレーブ−マスタ通信27によってマスタロボット11へ送信する。このマスタロボット11の制御ユニット54の制御部55は、マスタロボット11の荷物把持機構18の荷物把持機構用センサ51及び52により計測された荷物把持機構18の各機構部29〜34の直線移動量及び回転移動量、並びにスレーブロボット12から送信された荷物把持機構18の各機構部29〜34の直線移動量及び回転移動量と、マスタロボット11及びスレーブロボット12の両荷物把持機構18により把持される荷物1の荷物把持間隔とに基づいて、この荷物1を把持するマスタロボット11とスレーブロボット12のロボット間距離及び角度を算出して計測する。
That is, the
マスタロボット11の制御ユニット54の制御部55は、このマスタロボット11がマスタ動作ベクトル41を実行し且つスレーブロボット12がスレーブ動作ベクトル42を実行したときのマスタロボット11とスレーブロボット12とのロボット間距離及び角度が、マスタロボット11及びスレーブロボット12の両荷物把持機構18が把持する荷物1の荷物把持間隔に、荷物把持機構18の各機構部29〜34が許容するマスタロボット11、スレーブロボット12間の相対的位置ずれの許容範囲を加算した範囲内にあるか否かを判断する。そして、この範囲を超えると判断したときに、マスタロボット11の制御ユニット54の制御部55は、第1実施形態と同様に、マスタ動作ベクトル41におけるマスタロボット11の動作の移動方向及び移動量を共に変化させる修正マスタ動作ベクトル43を作成し、スレーブ動作ベクトル42におけるスレーブロボット12の動作の移動方向を変化させずに移動量を小さく制限する修正スレーブ動作ベクトル44を作成することで、マスタロボット11、スレーブロボット12間の距離を一定範囲内に保持する。
The
以上のように構成されたことから、本第2実施形態においても、第1実施形態の効果(1)及び(2)と同様な効果を奏するほか、ロボット間距離・角度計測装置15を削除することで多脚ロボット50のコストを低減できる。
Since it is configured as described above, in the second embodiment, in addition to the same effects as the effects (1) and (2) of the first embodiment, the inter-robot distance /
[C]第3実施形態(図9、図10)
図9は、本発明に係る複数ロボットの制御システムにおける第3実施形態の制御ユニットを示すブロック図である。また、図10は、図9の自律移動システムを示すブロック図である。この第3実施形態において、第1実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
[C] Third embodiment (FIGS. 9 and 10)
FIG. 9 is a block diagram showing a control unit of a third embodiment in the control system for a plurality of robots according to the present invention. FIG. 10 is a block diagram showing the autonomous mobile system of FIG. In the third embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is simplified or omitted.
本第3実施形態の多脚ロボット60が第1実施形態と異なる点は、外部コントローラ25を用いてオペレータにより遠隔操作されるものではなく、自律移動システム61を搭載し、この自律移動システム61により多脚ロボット60が自身の移動方向及び移動量を決定して自律移動する点である。
The multi-legged robot 60 of the third embodiment is different from the first embodiment in that it is not remotely operated by an operator using the
自律移動システム61は、図10に示すように、データベース62、現在位置計測手段63、目標位置決定手段64、経路計画手段65及び移動決定手段66を有して構成される。データベース62は、多脚ロボット60の移動フィールドの地図情報を格納する。
As shown in FIG. 10, the autonomous
現在位置計測手段63は、データベース62の地図情報上で多脚ロボット60の自身の現在位置を認識可能とするものであり、例えばGPS(Global Positioning System;全地球測位システム)等である。また、目標位置決定手段64は、予め設定されたタスクやオペレータの指示によって多脚ロボット60が到達すべき目標位置を決定するものである。更に、経路計画手段65は、現在位置計測手段63により認識された現在位置と、目標位置決定手段64により決定された目標位置と、データベース62の地図情報とに基づいて、多脚ロボット60の移動経路を算出する。また、移動決定手段66は、経路計画手段65により算出された移動経路に従い、ロボット60の移動方向及び移動量を決定する。
The current position measuring means 63 is capable of recognizing the current position of the multi-legged robot 60 on the map information in the
図9に示す多脚ロボット60の制御ユニット67の制御部68、特にマスタロボット11の制御ユニット67の制御部68は、マスタロボット11における自律移動システム61の移動決定手段66からのマスタロボット11自身の移動方向及び移動量を、マスタ動作ベクトル41として設定する。このマスタロボット11の制御ユニット67の制御部68は、第1実施形態と同様にして、スレーブロボット12からスレーブ動作ベクトル42を受信したとき、このスレーブ動作ベクトル42と前記マスタ動作ベクトル41とから修正スレーブ動作ベクトル44、修正マスタ動作ベクトル43をそれぞれ作成して、マスタロボット11とスレーブロボット12との距離を一定範囲に保持し、これらのマスタロボット11及びスレーブロボット12により荷物1を運搬させる。
The
以上のように構成されたことから、本第3実施形態においても、第1実施形態の効果(1)及び(2)と同様な効果を奏する。 With the configuration as described above, the third embodiment also has the same effects as the effects (1) and (2) of the first embodiment.
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. Is included in the scope and gist of the invention, and is included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
例えば、本第1実施形態では、多脚ロボット10が移動面上の障害物2を乗り越える場合を述べたが、多脚ロボット10が障害物2を左右に迂回するよう回避動作を行なう場合にも適用できる。つまり、多脚ロボット10としてのマスタロボット11及びスレーブロボット12が障害物2を左右に迂回する場合にも、マスタ動作ベクトル41とスレーブ動作ベクトル42とが実行された場合におけるマスタロボット11とスレーブロボット12間の距離及び角度の変化が、荷物把持機構18が許容するマスタロボット11、スレーブロボット12間の相対的位置ずれの許容範囲に収まるように、修正マスタ動作ベクトル43及び修正スレーブ動作ベクトル44を作成して、マスタロボット11とスレーブロボット12との距離を一定に保持した状態での移動を実現させる。
For example, in the first embodiment, the case where the
また、本第1実施形態では、前方の多脚ロボット10をマスタロボット11とし、後方の多脚ロボット10をスレーブロボット12とする場合を述べたが、後方の多脚ロボット10をマスタロボット11とし、前方の多脚ロボット10をスレーブロボット12としてもよい。
In the first embodiment, the case where the front
更に、3台以上の多脚ロボット10が荷物1を協調して運搬してもよい。この場合には、複数台のうちの1台の多脚ロボット10をマスタロボット11とし、残りの複数台の多脚ロボット10をスレーブロボット12とする。この場合のスレーブロボット12におけるそれぞれの制御ユニット14の制御部36は、自身のスレーブ動作ベクトル42を作成して、このスレーブ動作ベクトル42をスレーブ−マスタ通信27により1台のマスタロボット11へ送信する。このマスタロボット11の制御ユニット14の制御部36は、受信した全てのスレーブ動作ベクトル42と自身のマスタ動作ベクトル41とを実行した場合における全ての多脚ロボット10(マスタロボット11、スレーブロボット12)間距離及び角度の変化が、各多脚ロボット10の荷物把持機構18が許容する多脚ロボット10間の相対的位置ずれの許容範囲に収まるようにマスタ動作ベクトル41、スレーブ動作ベクトル42を修正して、修正マスタ動作ベクトル43、修正スレーブ動作ベクトル44を作成する。
Further, three or more
また、スレーブロボット12が複数台ある場合において、一のスレーブロボット12が障害物2を左に回避しようとし、他のスレーブロボット12が別の障害物2を右に回避しようとするなど、マスタ動作ベクトル41及びスレーブ動作ベクトル42の修正を如何に行っても多脚ロボット10間距離を一定に保持できる解が存在しない場合には、マスタロボット11の制御ユニット14の制御部36は、自身の移動動作を一旦停止させて、マスタ動作ベクトル41及びスレーブ動作ベクトル42を別の方向に向けることで有効な解が存在するか否かを検討する。それでも有効な解が存在しない場合には、マスタロボット11の制御ユニット14の制御部36は、マスタロボット11及びスレーブロボット12に移動した経路を逆に戻らせて別の移動経路を探索させてもよい。
In addition, when there are a plurality of
1 荷物
2 障害物
10 多脚ロボット
11 マスタロボット
12 スレーブロボット
13 脚(移動手段)
14 制御ユニット(制御手段)
15 ロボット間距離・角度計測装置(計測手段)
16 周囲空間計測装置(計測手段)
17 通信装置(通信手段)
18 荷物把持機構
24 同期手段
25 外部コントローラ
26 マスタ−スレーブ通信
27 スレーブ−マスタ通信
29 X軸直動機構部(構成要素)
30 Y軸直動機構部(構成要素)
31 Z軸直動機構部(構成要素)
32 X軸回転機構部(構成要素)
33 Y軸回転機構部(構成要素)
34 Z軸回転機構部(構成要素)
41 マスタ動作ベクトル
42 スレーブ動作ベクトル
43 修正マスタ動作ベクトル
44 修正スレーブ動作ベクトル
50 多脚ロボット
51、52 荷物把持機構用センサ
54 制御ユニット(制御手段)
55 制御部
60 多脚ロボット
61 自律移動システム
62 データベース
63 現在位置計測手段
64 目標位置決定手段
65 経路計画手段
66 移動決定手段
67 制御ユニット(制御手段)
68 制御部
1 Luggage 2
14 Control unit (control means)
15 Robot distance / angle measurement device (measuring means)
16 Ambient space measuring device (measuring means)
17 Communication device (communication means)
18
30 Y-axis linear motion mechanism (component)
31 Z-axis linear motion mechanism (component)
32 X axis rotation mechanism (component)
33 Y-axis rotation mechanism (component)
34 Z-axis rotation mechanism (component)
41
55 Control unit 60
68 Control unit
Claims (11)
前記ロボットは、前記ロボット自体を移動させる移動手段と、前記ロボットの移動全般に関する処理を実行する制御手段と、前記ロボットの周囲状況を計測する計測手段と、少なくとも前記ロボット間での通信を行う通信手段とを有し、
前記ロボットのうち1台が、前記ロボット全体の移動を決定するマスタロボットとされ、残りの前記ロボットが、前記マスタロボットに追従して移動するスレーブロボットとされ、
前記スレーブロボットの前記制御手段は、前記スレーブロボットの前記計測手段からの計測情報を用いて自身の次の動作のためのスレーブ動作計画を作成して、前記通信手段により前記マスタロボットへ送信し、
前記マスタロボットの前記制御手段は、前記スレーブ動作計画を受信して、自身の次の動作のためのマスタ動作計画、受信した前記スレーブ動作計画をそれぞれ修正して修正マスタ動作計画、修正スレーブ動作計画を作成すると共に、前記修正スレーブ動作計画を前記通信手段により前記スレーブロボットへ送信し、
前記マスタロボットの前記制御手段は、前記修正マスタ動作計画を実行して前記マスタロボットを移動させ、前記スレーブロボットの前記制御手段は、前記修正スレーブ動作計画を実行して前記スレーブロボットを移動させるよう構成されたことを特徴とする複数ロボットの制御システム。 A control system for multiple robots in which multiple robots perform coordinated movement operations,
The robot includes a moving unit that moves the robot itself, a control unit that executes processing related to the overall movement of the robot, a measuring unit that measures the surroundings of the robot, and a communication that performs communication between at least the robots. Means,
One of the robots is a master robot that determines the movement of the entire robot, and the remaining robots are slave robots that move following the master robot.
The control unit of the slave robot creates a slave operation plan for its next operation using measurement information from the measurement unit of the slave robot, and transmits the slave operation plan to the master robot by the communication unit.
The control means of the master robot receives the slave operation plan, corrects the master operation plan for its next operation, and corrects the received slave operation plan, thereby correcting the master operation plan and the corrected slave operation plan. And sending the modified slave operation plan to the slave robot by the communication means,
The control unit of the master robot executes the modified master operation plan to move the master robot, and the control unit of the slave robot executes the modified slave operation plan to move the slave robot. A multi-robot control system characterized by being configured.
この荷物把持機構は、前記荷物を介しての前記ロボット間の相対的位置ずれを、構成要素の直線移動と回転移動の少なくとも一方の移動により許容可能に構成されたことを特徴とする請求項1に記載の複数ロボットの制御システム。 The robot has a load gripping mechanism capable of gripping the load to transport the load with a plurality of units,
The load holding mechanism is configured to allow relative displacement between the robots via the load by at least one of linear movement and rotational movement of the component. A control system for multiple robots as described in 1.
前記マスタロボットの移動手段は、前記自律移動システムからの前記マスタロボットの移動方向及び移動量をマスタ動作計画として設定するよう構成されたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の複数ロボットの制御システム。 The master robot includes a database storing map information of a moving field, a current position measuring unit capable of recognizing its current position, a target position determining unit for determining a target position, the current position, the target position, and a map An autonomous mobile system comprising route planning means for calculating its own movement route based on information, and movement determination means for determining its movement direction and movement amount according to the movement route;
4. The moving means of the master robot is configured to set a moving direction and a moving amount of the master robot from the autonomous moving system as a master operation plan. Multiple robot control system as described.
また、前記マスタロボットの前記制御手段は、受信した前記スレーブ動作計画と自身の前記マスタ動作計画とを実行された場合における前記ロボット間距離及び角度の変化が、前記荷物把持機構が許容する前記ロボット間の相対的位置ずれの許容範囲を超えると判断したときには、前記ロボット間距離及び角度の変化が前記許容範囲内に収まるように、前記マスタ動作計画における前記マスタロボットの動作の移動方向及び移動量を共に変化させる修正マスタ動作計画を作成して実行すると共に、前記スレーブ動作計画におけるスレーブロボットの動作の移動方向を変化させずに移動量を小さく制限する修正スレーブ動作計画を作成して、前記スレーブロボットへ送信させるよう構成されたことを特徴とする請求項2乃至7のいずれか1項に記載の複数ロボットの制御システム。 The control means of the master robot accepts the relative positional deviation between the robots that the load gripping mechanism allows for changes in the distance and angle between the robots when the received slave operation plan and its own master operation plan are executed. When it is determined that it is within the range, the slave operation plan is directly transmitted to the slave robot as a modified slave operation plan, and the master operation plan is directly executed as a modified master operation plan.
Further, the control means of the master robot allows the load gripping mechanism to allow changes in the distance and angle between the robots when the received slave operation plan and the master operation plan of itself are executed. Movement direction and amount of movement of the master robot in the master operation plan so that changes in the distance and angle between the robots are within the tolerance range A modified master operation plan is created and executed to change both, and a modified slave operation plan that limits the movement amount without changing the movement direction of the slave robot operation in the slave operation plan is created, and the slave The robot according to any one of claims 2 to 7, wherein the robot is configured to transmit to a robot. Multiple robot control system of the mounting.
ロボットの制御手段は、前記センサが計測した前記構成要素の直線移動量及び回転移動量と、前記荷物把持機構が把持する荷物把持間隔とに基づいて、荷物を把持する前記ロボット間の距離及び角度を算出して計測することを特徴とする請求項2乃至9のいずれか1項に記載の複数ロボットの制御システム。 The luggage gripping mechanism includes a sensor for measuring a linear movement amount and a rotational movement amount of a component,
The control means of the robot is configured to determine a distance and an angle between the robots that grip a load based on a linear movement amount and a rotational movement amount of the component measured by the sensor and a load holding interval held by the load holding mechanism. The multi-robot control system according to any one of claims 2 to 9, wherein the system is calculated and measured.
前記ロボットのうち1台を、前記ロボット全体の移動を決定するマスタロボットとし、残りの前記ロボットを、前記マスタロボットに追従して移動するスレーブロボットとし、
前記スレーブロボットは、自身の次の動作のためのスレーブ動作計画を作成して前記マスタロボットへ送信し、
前記マスタロボットは、前記スレーブ動作計画を受信して、自身の次の動作のためのマスタ動作計画、受信した前記スレーブ動作計画をそれぞれ修正して修正マスタ動作計画、修正スレーブ動作計画を作成すると共に、前記修正スレーブ動作計画を前記スレーブロボットへ送信し、
前記マスタロボットは、前記修正マスタ動作計画を実行して移動し、前記スレーブロボットは、前記修正スレーブ動作計画を実行して移動することを特徴とする複数ロボットの制御方法。 A coordinated movement method of multiple robots in which multiple robots perform coordinated movement operations,
One of the robots is a master robot that determines the movement of the entire robot, and the remaining robots are slave robots that move following the master robot,
The slave robot creates a slave operation plan for its next operation and sends it to the master robot,
The master robot receives the slave operation plan, corrects the master operation plan for its next operation, and corrects the received slave operation plan, and creates a corrected master operation plan and a corrected slave operation plan. , Sending the modified slave operation plan to the slave robot;
The method for controlling a plurality of robots, wherein the master robot moves by executing the modified master operation plan, and the slave robot moves by executing the modified slave operation plan.
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