JP2017521267A - ロボット起き上がりのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロボット装置を制御して自身を上手く矯正することである。【解決手段】 ロボット装置の起き上がりのためのシステム例および方法例が提供される。一例の方法は、地面に対する歩行ロボット装置の下面の配向を判断することを含んでもよい。方法はまた、判断した配向に基づいて、ロボット装置が不安定位置にあると判断することを含んでもよい。方法はまた、ロボット装置を安定位置に戻すように構成された第１のアクションを行うことを含んでもよい。方法はまた、歩行ロボット装置を安定位置に戻すように構成された第１のアクションを行うことを含んでもよい。方法はまた、第１のアクション後に歩行ロボット装置が不安定位置にある場合、歩行ロボット装置を安定位置に戻すように構成された第２のアクションを行うことを含んでもよい。【選択図】 図２

Description

[0001] 政府権利
本発明は、ＤＡＲＰＡに与えられた契約第ＨＲ０００１１−１０−Ｃ−００２５に基づいて、米国政府の支援によって行われた。政府は、本発明に関して特定の権利を有し得る。

[0002] 本明細書において特段の指示がない限り、本項で説明する資料は、本明細書の特許請求の範囲に対する先行技術ではなく、本項に包含することによって先行技術と容認されるものではない。

[0003] ロボット装置は、多くの用途で使用されることがあり、様々な環境で動作することがある。残念ながら、動作中、ロボット装置が落下または転倒して、ロボット装置が正常に運動できなくなることがある。ロボット装置を制御して自身を上手く矯正することは、操作者にとって困難で時間がかかる作業であり得る。例えば、ロボット装置を制御する者は、一般に、ロボット装置を所望位置へと再配向することが可能な場合であっても、どのようにそれを行うかを判断する必要がある。

[0004] 本出願は、歩行ロボット装置の起き上がり手順に関する実施形態を開示する。一例では、本出願は、コンピュータデバイスによって操作可能な方法について記載する。方法は、地面に対する歩行ロボット装置の下面の配向を判断することを含んでもよい。歩行ロボット装置は、歩行ロボット装置の本体から延在する２つ以上の脚部をさらに含んでもよい。方法はまた、判断した配向に基づいて、歩行ロボット装置が不安定位置にあり、歩行ロボット装置が不安定位置で姿勢を維持できないと判断することを含んでもよい。方法はまた、歩行ロボット装置を安定位置に戻して、歩行ロボット装置が安定位置で姿勢を維持できるようにするように構成された、第１のアクションを行うことを含んでもよく、第１のアクションは、歩行ロボット装置の第１の脚部を第１の位置から第２の位置へと移動させて、第１の脚部の遠位端が第１の位置のときよりも第２の位置のときの方が地面からさらに離れるようにすることを含む。第１の脚部の近位端は、歩行ロボット装置の第１の面に連結されていてもよい。方法はまた、第１のアクションによって歩行ロボット装置が安定位置に戻った場合、歩行ロボット装置の２つ以上の脚部の少なくとも２つを延長することを含んでもよい。方法はまた、第１のアクション後に歩行ロボット装置が不安定位置にある場合、歩行ロボット装置を安定位置に戻すように構成された第２のアクションを行うことを含んでもよい。第２は、歩行ロボット装置の第１の脚部の遠位端を歩行ロボット装置の本体から離れる方向で延長して、歩行ロボット装置の重力位置エネルギーが増大するようにすることを含んでもよい。

[0005] 別の態様では、本出願はロボット装置を開示する。ロボット装置は、本体と、本体から延在する２つ以上の脚部と、少なくとも１つのプロセッサと、ロボット装置に機能を行わせるために、少なくとも１つのプロセッサによって実行可能なプログラム論理を含むデータ記憶装置とを含んでもよい。機能は、地面に対するロボット装置の下面の配向を判断することを含んでもよい。機能はまた、判断した配向に基づいて、ロボット装置が不安定位置にあり、ロボット装置が不安定位置で姿勢を維持できないと判断することを含んでもよい。機能はまた、ロボット装置を安定位置に戻して、ロボット装置が安定位置で姿勢を維持できるようにするように構成された、第１のアクションを行うことを含んでもよく、第１のアクションは、ロボット装置の第１の脚部を第１の位置から第２の位置へと移動させて、第１の脚部の遠位端が第１の位置のときよりも第２の位置のときの方が地面からさらに離れるようにすることを含む。第１の脚部の近位端は、ロボット装置の第１の面に連結されていてもよい。機能はまた、第１のアクションによってロボット装置が安定位置に戻った場合、ロボット装置の２つ以上の脚部の少なくとも２つを延長することを含んでもよい。機能はまた、第１のアクション後にロボット装置が不安定位置にある場合、ロボット装置を安定位置に戻すように構成された第２のアクションを行うことを含んでもよい。第２は、ロボット装置の第１の脚部の遠位端をロボット装置の本体から離れる方向で延長して、ロボット装置の重力位置エネルギーが増大するようにすることを含んでもよい。

[0006] さらに別の態様では、本出願は、コンピュータデバイスによって実行されるとコンピュータデバイスに機能を実施させる命令が格納された、持続性コンピュータ可読記憶媒体を開示する。機能は、地面に対する歩行ロボット装置の下面の配向を判断することを含んでもよい。歩行ロボット装置は、歩行ロボット装置の本体から延在する２つ以上の脚部をさらに含んでもよい。機能はまた、判断した配向に基づいて、歩行ロボット装置が不安定位置にあり、歩行ロボット装置が不安定位置で姿勢を維持できないと判断することを含んでもよい。機能はまた、歩行ロボット装置を安定位置に戻して、歩行ロボット装置が安定位置で姿勢を維持できるようにするように構成された、第１のアクションを行うことを含んでもよく、第１のアクションは、歩行ロボット装置の第１の脚部を第１の位置から第２の位置へと移動させて、第１の脚部の遠位端が第１の位置のときよりも第２の位置のときの方が地面からさらに離れるようにすることを含む。第１の脚部の近位端は、歩行ロボット装置の第１の面に連結されていてもよい。機能はまた、第１のアクションによって歩行ロボット装置が安定位置に戻った場合、歩行ロボット装置の２つ以上の脚部の少なくとも２つを延長することを含んでもよい。機能はまた、第１のアクション後に歩行ロボット装置が不安定位置にある場合、歩行ロボット装置を安定位置に戻すように構成された第２のアクションを行うことを含んでもよい。第２は、歩行ロボット装置の第１の脚部の遠位端を歩行ロボット装置の本体から離れる方向で延長して、歩行ロボット装置の重力位置エネルギーが増大するようにすることを含んでもよい。

[0007] これらならびに他の態様、利点、および代替物は、必要に応じて添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことによって、当業者には明白となるであろう。

[0008]一例の実施形態によるロボット装置を示す機能ブロック図である。 [0009]一方法例を示すフローチャートである。 [0010]本明細書に記載する少なくともいくつかの実施形態による、方法例の機能を行うように構成された一例のロボット装置を示す図である。 本明細書に記載する少なくともいくつかの実施形態による、方法例の機能を行うように構成された一例のロボット装置を示す図である。 本明細書に記載する少なくともいくつかの実施形態による、方法例の機能を行うように構成された一例のロボット装置を示す図である。 本明細書に記載する少なくともいくつかの実施形態による、方法例の機能を行うように構成された一例のロボット装置を示す図である。 本明細書に記載する少なくともいくつかの実施形態による、方法例の機能を行うように構成された一例のロボット装置を示す図である。 本明細書に記載する少なくともいくつかの実施形態による、方法例の機能を行うように構成された一例のロボット装置を示す図である。 本明細書に記載する少なくともいくつかの実施形態による、方法例の機能を行うように構成された一例のロボット装置を示す図である。 [0011]本明細書に記載する少なくともいくつかの実施形態による、方法例の機能を行うように構成された別のロボット装置例を示す図である。 [0012]一例の実施形態に従って構成されたコンピュータ可読媒体を示す図である。

[0013] 方法例およびシステム例について本明細書に記載する。「例」、「例示」、および「例証」という単語は、本明細書では、「例、例示、または例証として役立つ」ことを意味するのに使用されることを理解されるべきである。「例」であるか、「例示」であるか、または「例証」であるものとして本明細書に記載する、あらゆる実施形態または特徴は、必ずしも他の実施形態または特徴よりも好ましいかあるいは有利であるものと解釈されない。本明細書に記載する実施形態例は限定的であることを意味しない。本明細書に広く記載され、図面に例証される本開示の態様は、多種多様な異なる構成で配置、置換、結合、分離、および設計することができ、それらはすべて本明細書において明示的に想起されるものであることが容易に理解されるであろう。

[0014] いくつかの動作例では、歩行ロボット装置は、多種多様な開始位置から自律的に起き上がることが可能である必要があり得る。例えば、ロボット装置は、障害物にぶつかり、転び、その後横転することがある。ロボット装置は、立ち上がる前にロボット装置を直立安定位置に配置するように設計された、起き上がり手順を備えて構成されてもよい。起き上がり手順は、最初に、ロボットが、例えば横倒しになっているなど、不安定位置にあると判断することを伴ってもよい。一例では、かかる判断は、ロボット装置の１つ以上のセンサによって行われてもよい。別の例では、ロボット装置は、その質量中心の位置を判断し、判断した位置をロボット装置の足部の位置と比較してもよい。質量中心が足部の位置によって規定される多角形の外側にある場合、ロボット装置は、所望でない位置にあると判断することができ、起立できない。ロボット装置の質量中心がその足部によって規定される多角形内にある場合、ロボット装置は、直立安定位置にあると判断することができ、起立に移ってもよい。

[0015] ロボット装置が、自身が不安定位置にあると判断した場合、ロボット装置は次いで、ロボット装置を安定位置に戻すように設計された１つ以上のアクションを開始してもよい。各アクション後、ロボット装置は、ロボット装置がまだ不安定位置にあるか否かの判断を行ってもよい。ロボット装置が、自身がもう不安定位置にないと判断した場合、ロボット装置は、自身の脚部を延長して起立し、完全に機能する動作モードに戻ることができる。ロボット装置が、自身がまだ不安定位置にあると判断した場合、ロボット装置は、ロボット装置を安定位置に戻すように設計された新しいアクションに進んでもよい。ロボット装置は、もう不安定位置にないとの判断がなされるまで、起き上がりアクションを行い続けてもよい。

[0016] 上述の例は例証目的で提供されるものであり、限定的と解釈すべきでないことが理解されるべきである。そのため、それに加えて、または別の方法として、方法は、本発明の範囲から逸脱することなく、他の特徴を含むかまたはより少ない特徴を含む。

[0017] 次に図面を参照すると、図１は、一例の実施形態によるロボット装置１００を示す機能ブロック図を示している。ロボット装置１００は、機械系１２０、感知系１３０、制御系１４０、ならびに電源１５０など、様々なサブシステムを含んでもよい。ロボット装置１００は、より多数またはより少数のサブシステムを含んでもよく、各サブシステムは複数の要素を含むことができる。さらに、ロボット装置１００のサブシステムおよび要素はそれぞれ相互接続することができる。したがって、ロボット装置１００の記載する機能の１つ以上を、追加の機能的または物理的構成要素に分割するか、あるいは組み合わせてより少数の機能的または物理的構成要素としてもよい。いくつかのさらなる例では、追加の機能的および／または物理的構成要素が、図１に示される例に追加されてもよい。

[0018] 機械系１２０は、本体１０２、１つ以上のロボット脚部１０４、および１つ以上のロボット脚部１０４に連結された１つ以上のロボット足部１０６を含む、いくつかの構成要素を含んでもよい。それに加えて、機械系１２０はモータ１０８を含んでもよく、モータは、電力によって電力供給される電動モータであってもよく、またはガス系燃料もしくは太陽エネルギーなど、多数の異なるエネルギー源から電力供給されてもよい。それに加えて、モータ１０８は、電源１５０から電力を受け取るように構成されてもよい。電源１５０は、ロボット装置１００の様々な構成要素に電力を提供してもよく、例えば、充電式のリチウムイオン電池または鉛蓄電池に相当し得る。一例の実施形態では、かかる電池の１つ以上のバンクが、電力を提供するように構成することができる。他の電源材料および種類も可能である。

[0019] 感知系１３０は、制御系１４０（例えば、コンピュータデバイス稼働運動計画ソフトウェア）が使用することができる環境に関する情報を判断して、ロボット装置１００が直立安定位置にあるか、または不安定位置にあるかを判断してもよい。制御系１４０は、ロボット装置１００上に配置することができ、またはロボット装置１００と遠隔通信することができる。特定の一例では、感知系１３０は、ロボット装置１００の本体１０２に取り付けられた１つ以上の本体据付センサ１１０を使用してもよく、それらは、ロボット装置１００が移動するにつれて環境に関する情報を感知する、２Ｄセンサおよび／または３Ｄ深度センサであってもよい。例えば、本体据付センサ１１０は、ロボット装置１００の本体１０２とロボット装置１００が動作する地面との間の距離を判断してもよい。さらなる例では、１つ以上のロボット脚部センサ１１２が、ロボット装置１００のロボット脚部１０４に配置されてもよい。ロボット脚部センサ１１２は、ロボット脚部１０４が地面と接触するとロボット装置に警告するように構成された接触センサであってもよい。別の例では、ロボット脚部１０４は、地面に接触するロボット足部１０６に連結されていてもよい。このような場合、ロボット装置１００は、ロボット装置１００のロボット足部１０６に位置決めされた１つ以上のロボット足部センサ１１４を含んでもよい。ロボット足部センサ１１４は、ロボット足部１０６が地面と接触するとロボット装置１００に警告するように構成された接触センサであってもよい。ロボット脚部センサ１１２および／またはロボット足部センサ１１４からの情報は、より詳細に後述するように、ロボット装置１００が安定位置または不安定位置のどちらにあるかを判断するのに使用することができる。

[0020] 感知系１３０は、慣性計測ユニット（IMU）１１６をさらに含んでもよい。例証の一実施形態では、ＩＭＵ １１６は、加速度計およびジャイロスコープの両方を含んでもよく、それらを併せて、ロボット装置１００の配向、位置、および／または速度を判断するのに使用してもよい。特に、加速度計は重力に対するロボット装置１００の配向を計測することができ、ジャイロスコープは軸を中心にした回転速度を計測する。ＩＭＵは、低コスト低電力のパッケージで市販されている。例えば、ＩＭＵ １１６は、小型化された微小電気機械システム（MEMS）もしくはナノ電気機械システム（NEMS）の形態をとるか、またはそれを含んでもよい。他のタイプのＩＭＵも利用されてもよい。ＩＭＵ １１６は、加速度計およびジャイロスコープに加えて、ロボット装置１００の位置をより良好に判断する助けとなる、および／またはロボット装置１００の自律性を向上する助けとなることができる、他のセンサを含んでもよい。かかるセンサの２つの例は、磁気計および圧力センサである。他の例も可能である。

[0021] ロボット装置１００の機能の多くまたはすべてを制御系１４０によって制御することができる。制御系１４０は、メモリ１２４などの持続性コンピュータ可読媒体に格納された命令１２２を実行する、少なくとも１つのプロセッサ１１８（少なくとも1つのマイクロプロセッサを含むことができる）を含んでもよい。制御系１４０はまた、分散された形でロボット装置１００の個々の構成要素またはサブシステムを制御するように働くことができる、複数のコンピュータデバイスに相当し得る。

[0022] いくつかの実施形態では、メモリ１２４は、図２に関連して後述するものを含むロボット装置１００の様々な機能を実行するように、プロセッサ１１８によって実行可能である、命令１２２（例えば、プログラム論理）を収容してもよい。メモリ１２４は、機械系１２０、センサ系１３０、および／または制御系１４０へのデータの送信、それらからのデータの受信、それらとの相互作用、ならびに／あるいはそれらの制御を含む、追加の命令も収容してもよい。

[0023] 図２は、本明細書に記載する少なくともいくつかの実施形態による、ロボット装置の起き上がりのための一方法例のフローチャートである。例えば、図２に示される方法２００は、例えば図１に示されるシステムと共に使用することができる、または図１の任意の構成要素の組み合わせによって行われてもよい、方法の一実施形態を表している。方法２００は、ブロック２０２〜２１２の１つ以上によって示されるような、１つ以上の動作、機能、またはアクションを含んでもよい。ブロックは順番に示されているが、これらのブロックは、場合によっては並行して、および／または本明細書に記載するのとは異なる順序で行われてもよい。また、様々なブロックは、所望の実現例に基づいて、組み合わせてより少ないブロックにされるか、追加のブロックに分割されるか、および／または除去されてもよい。

[0024] それに加えて、方法２００、ならびに本明細書に開示する他のプロセスおよび方法に関して、フローチャートは、本発明の実施形態の１つの可能な実現例の機能性および動作を示している。この点で、各ブロックは、プロセスの特定の論理的機能または工程を実現するために、プロセッサによって実行可能である１つ以上の命令を含む、モジュール、セグメント、またはプログラムコードの一部分に相当し得る。プログラムコードは、例えば、ディスクもしくはハードドライブを含む記憶デバイスなど、任意のタイプのコンピュータ可読媒体に格納されてもよい。コンピュータ可読媒体は、例えば、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュ、およびランダムアクセスメモリ（RAM）のような、短期間の間データを格納するコンピュータ可読媒体など、持続性コンピュータ可読媒体を含んでもよい。コンピュータ可読媒体はまた、例えば、読出し専用メモリ（ROM）、光学もしくは磁気ディスク、コンパクトディスク読出し専用メモリ（CD-ROM）のような、二次的または永続的長期記憶装置など、持続性媒体を含んでもよい。コンピュータ可読媒体はまた、他の任意の揮発性または不揮発性記憶システムであってもよい。コンピュータ可読媒体は、例えば、コンピュータ可読記憶媒体、有形記憶デバイス、または他の製品と見なされてもよい。

[0025] それに加えて、方法２００、ならびに本明細書に開示する他のプロセスおよび方法に関して、図２の各ブロックは、プロセスの特定の論理的機能を行うように配線された回路構成に相当し得る。

[0026] 方法２００の機能は、コンピュータデバイスによって完全に行われてもよく、または複数のコンピュータデバイスおよび／もしくはサーバに分配されてもよい。コンピュータデバイスはロボット装置に組み込まれてもよく、またはコンピュータデバイスは、ロボット装置と無線通信する独立した構成要素であってもよい。いくつかの例では、コンピュータデバイスは、コンピュータデバイスに連結されたセンサまたは他の構成要素から情報を受信してもよく、あるいはコンピュータデバイスがサーバである場合、情報を収集する別のデバイスから情報を受信することができる。コンピュータデバイスは、サーバとさらに通信して、方法２００の実行を容易にすることができる情報を判断することができる。

[0027] 再び図２を参照すると、ブロック２０２で、方法２００は、地面に対するロボット装置の下面の配向を判断することを含む。ロボット装置は、その本体から延在する２つ以上の脚部を含んでもよく、それらはロボット装置を操縦するのに使用されてもよい。図１に関連して上述したように、ロボット装置は、ＩＭＵを含む感知系を含んでもよい。ＩＭＵは、例として、加速度計およびジャイロスコープを含んでもよい。ＩＭＵは、ロボット装置の配向を判断するためのデータを出力するように構成されてもよい。ロボット装置の１つ以上のプロセッサは、ＩＭＵからデータを受信し、ロボット装置の現在の配向を判断してもよい。ＩＭＵは、１つ以上の加速度計を使用して現在の加速度を検出してもよく、さらに、１つ以上のジャイロスコープを使用して、ピッチ、ロール、およびヨーのような回転属性の変化を検出してもよい。

[0028] 別の例では、ロボット装置は、ロボット装置の本体に取り付けられた１つ以上の本体据付センサを含んでもよい。かかる本体据付センサは、地面を感知し、ロボット装置の下面の配向を判断する、２Ｄセンサおよび／または３Ｄ深度センサであってもよい。さらに別の例では、ロボット装置の下面は１つ以上の接触センサを含んでもよく、それにより、ロボット装置が不安定位置にあるとき、地面とロボット装置の下面にある接触センサとは接触しない。

[0029] ロボット装置の下面は、ロボット装置が地面に対して安定位置にあることに基づいて、ロボット装置の重力位置エネルギーが低減されるように形作られてもよい。例えば、下面は、卵型またはドーム型のべっ甲など、半円形に形作られてもよい。さらに、ロボット装置は、下面付近に位置決めされた低い質量中心を有してもよい。ロボット装置は、そのハードウェア構成要素をその下面付近に位置決めすることによってこれを実現してもよい。かかる構成では、ロボット装置が横倒しになっていると、ロボット装置は自然に安定位置へと転がる傾向にある。他の配置が同様に可能である。

[0030] ブロック２０４で、方法２００は、ロボット装置が不安定位置にあると判断することを含む。かかる判断は、判断した下面の配向を入力として使用して、ロボット装置の１つ以上のプロセッサによって行われてもよい。不安定位置とは、ロボット装置が横臥位置で横倒しに位置決めされて、ロボット装置が不安定位置で姿勢を維持できないことを含む。不安定位置では、ロボット装置は姿勢を維持することができず、つまり、ロボット装置は、その脚部を延長してロボット装置を立ち上がらせることができない。一例では、ロボット装置は、その質量中心の位置を判断し、続いてロボット装置の足部の位置を判断することによって、不安定位置にあることを判断してもよい。ロボット装置は、質量中心の位置を地面に垂直に投影してもよい。上述したように、ロボット装置は、足部それぞれの所与の位置を判断するため、足部に位置決めされたセンサを含んでもよい。ロボット装置は、次いで、判断した足部の位置と判断した質量中心の位置とを比較してもよい。質量中心が足部の位置によって規定される多角形の外側にある場合、ロボット装置は、不安定位置にあると判断することができ、起立できない。質量中心が足部の位置によって規定される多角形内にある場合、ロボット装置は、直立安定位置にあり、起立に移ってもよい。

[0031] さらに別の例では、上述したように、ロボット装置の下面は１つ以上の接触センサを含んでもよい。かかる実施形態では、ロボット装置が不安定位置にあるとき、地面とロボット装置の下面にある接触センサとは接触しない。したがって、ロボット装置は、地面とロボット装置の下面にある接触センサとが接触していない場合、ロボット装置が不安定位置にあると判断してもよい。他の例が同様に可能である。

[0032] ブロック２０６で、方法２００は、ロボット装置を安定位置に戻すように構成された第１のアクションを行うことを含む。上述したように、ロボット装置は、ロボット装置の第１の面を下にして横たわる不安定位置にあることがある。このような場合、第１のアクションは、ロボット装置の第１の脚部を第１の位置から第２の位置へと移動させることを含む。第１の脚部は、地面付近に位置決めされた遠位端と、ロボット装置の第１の面に連結する近位端とを含んでもよい。一例では、第１の脚部の遠位端は足部に連結されていてもよい。第１の脚部の遠位端は、第１の位置のときよりも第２の位置のときの方が地面からさらに離れている。そのため、第１の脚部は、ロボット装置の重力位置エネルギーおよび形状によってロボットが安定位置に戻ることができるように、邪魔にならないように動くことができる。いくつかの例では、ロボット装置は４つ以上の脚部を含んでもよい。かかる例では、第１のアクションは、ロボット装置の第１の面に位置決めされた脚部それぞれを、第１の位置から第２の位置へと移動させることを含んでもよい。

[0033] ブロック２０８で、方法２００は、第１のアクションによってロボット装置が安定位置に戻ったか否かを判断することを含む。安定位置では、ロボット装置は姿勢を維持することができ、つまり、ロボット装置は、その脚部を延長してロボット装置を立ち上がらせることができる。上述したように、ロボット装置は、この判断を行うのに、１つ以上の本体据付センサ、１つ以上の接触センサ、および／またはＩＭＵシステムを使用してもよい。特に、第１のアクションを行った後、ロボット装置は、ロボット装置の１つ以上のプロセッサから、下面の現在位置の指示を受信してもよい。

[0034] 第１のアクションによってロボット装置が安定位置に戻ったと判断された場合、方法２００は続いて、ブロック２１０で、ロボット装置の少なくとも２つの脚部を延長する。ロボット装置が安定位置に戻ると、着座、起立、またはほふく移動を含むがそれらに限定されない、任意の数の体勢に移ってもよい。例えば、二足ロボット装置では、ロボット装置は、その脚部両方を延長してロボット装置を起立させてもよい。四足ロボット装置では、ロボット装置はその４つの脚部すべてを延長してロボット装置を起立させてもよい。別の例では、四足ロボット装置はその４つの脚部のうち２つのみを延長してもよい。かかる例では、ロボット装置は、ロボット装置の第１の面にある１つの脚部と、ロボット装置の第２の面にある別の脚部とを延長してもよい。他の例が同様に可能である。ロボット装置は、起立すると、完全に機能するモードに移ってもよい。

[0035] 第１のアクションでロボット装置が安定位置に戻らなかったと判断された場合、方法２００は続いて、ブロック２１２で、ロボット装置を安定位置に戻すように構成された第２のアクションを行う。第２のアクションは、第１の脚部の遠位端をロボット装置の本体から離れる方向で延長することを含んでもよい。第１の脚部の遠位端は、地面に接触し、ロボット装置を安定位置からさらに離れる方向に押し、それによってロボット装置の重力位置エネルギーを増大させてもよい。ロボット装置の増大した重力位置エネルギーおよび形状によって、ロボットが安定位置に戻ることができる。上述したように、いくつかの例では、ロボット装置は４つ以上の脚部を含んでもよい。かかる例では、第２のアクションは、ロボット装置の第１の面に位置決めされた脚部それぞれをロボット装置の本体から離れる方向で延長して、ロボット装置の重力位置エネルギーを増大させることを含んでもよい。より詳細に後述するように、ロボット装置を安定位置に戻すように構成された追加のアクションが同様に可能である。

[0036] 様々な実施形態に従って、歩行ロボット装置の起き上がりシステムについて記載する。例えば、ロボット装置は、起き上がりアクションの組み合わせを利用して、ロボット装置を不安定位置から安定位置へと移動させてもよい。図３Ａ〜３Ｇは、実施形態例による、様々な起き上がりアクションを行うロボット装置を示している。

[0037] 図３Ａは、ロボット装置３００が完全に機能するモードで起立位置にあるときの一例の実施形態を示している。ロボット装置３００は四足として示されているが、他の構成が同様に可能である。図３Ａに示されるように、ロボット装置３００は、本体３０２と、本体３０２から延在する４つの脚部３０４Ａ〜３０４Ｄとを含んでもよい。脚部３０４Ａ〜３０４Ｄは地面３０６に接触して示されている。質量中心は、ロボット装置３００の下面付近に示されている。ロボット装置の下面はＵ字形なので、ロボット装置３００が横倒しのとき、本体３０２が自然に安定位置へと転がる傾向にある。

[0038] 図３Ｂは、ロボット装置３００が不安定位置にあるときの一例の実施形態を示している。上述したように、ロボット装置３００は、不安定位置にあるかを判断するため、１つ以上の本体据付センサ、１つ以上の接触センサ、および／またはＩＭＵシステムを使用してもよい。図３Ｂに示されるように、ロボット装置３００は左側に横倒しになっており、脚部３０４Ｃおよび３０４Ｄが地面側にあり、脚部３０４Ａおよび３０４Ｂが空側にある。ロボット装置３００は、図３Ｂに示される不安定位置で姿勢を維持することができない。

[0039] 図３Ｃは、ロボット装置３００を安定位置に戻すように構成された一例のアクションを示している。第１のアクションに関して上述したように、ロボット装置３００は、その地面側の脚部３０４Ｃ、３０４Ｄを、第１の位置（例えば、図３Ｂに示される位置）から第２の位置（例えば、図３Ｃに示される位置）へと移動させてもよい。地面側の脚部３０４Ｃ、３０４Ｄの遠位端は、第１の位置のときよりも第２の位置のときの方が地面からさらに離れている。地面側の脚部３０４Ｃ、３０４Ｄを邪魔にならないように移動させることによって、ロボット装置３００の重力位置エネルギーおよび形状によってロボットが安定位置に戻ることができる。

[0040] 図３Ｄは、ロボット装置３００が安定位置にあるときの一例の実施形態を示している。安定位置では、ロボット装置３００は安定しており、その脚部３０４Ａ〜３０４Ｄを延長して起立し、完全に機能する動作モードに戻ることができる。ロボット装置３００は、安定位置から、着座、起立、またはほふく移動を含むがそれらに限定されない、任意の数の体勢に移ってもよい。上述したように、ロボット装置３００の下面は１つ以上の接触センサを含んでもよい。かかる実施形態では、ロボット装置が安定位置にあるとき、地面３０６とロボット装置３００の下面にある接触センサとは接触している。したがって、ロボット装置３００は、地面３０６とロボット装置３００の下面にある接触センサとが接触していると、ロボット装置３００が安定位置にあると判断してもよい。

[0041] 図３Ｅは、ロボット装置３００を安定位置に戻すように構成された別のアクション例を示している。第２のアクションに関して上述したように、ロボット装置３００は、その地面側の脚部３０４Ｃ、３０４Ｄをロボット装置３００の本体３０２から離れる方向で移動させてもよい。地面側の脚部３０４Ｃ、３０４Ｄの遠位端は、地面３０６と接触し、ロボット装置３００を安定位置からさらに離れる方向に押し、それによってロボット装置３００の重力位置エネルギーを増大させてもよい。ロボット装置３００の下面の増大した重力位置エネルギーおよび形状によって、ロボット装置３００が安定位置に戻ることができる。一例では、ロボット装置３００は、その地面側の脚部３０４Ｃ、３０４Ｄを延長して、ロボット装置を安定位置からさらに離れる方向に押し、続いて、その地面側の脚部３０４Ｃ、３０４Ｄを図３Ｃに示される位置へと移動させてもよい。他の例が同様に可能である。

[0042] 一実施形態では、第２のアクション後にロボット装置３００がまだ不安定位置にある場合、ロボット装置３００は、ロボット装置３００を安定位置に戻すように構成された第３のアクションを行ってもよい。図３Ｆは、ロボット装置３００を安定位置に戻すように構成されたさらに別のアクション例を示している。ロボット装置３００は、その空側の脚部３０４Ａ、３０４Ｂを延長して、ロボット装置３００の質量中心を下に下げてもよい。さらに、ロボット装置３００は、その空側の脚部３０４Ａ、３０４Ｂを、地面３０６から離れる方向で、および／または地面３０６に向かう方向で移動させて、ロボット装置３００に角運動量を提供してもよい。ロボット装置３００は、ロボット装置３００を安定位置に戻すために、その空側の脚部３０４Ａ、３０４Ｂを地面３０６から離れる方向で、また地面３０６に向かう方向で交互に移動させて、ロボット装置３００を揺らしてもよい。

[0043] 図３Ｇは、ロボット装置３００を安定装置に戻すように構成されたさらに別のアクション例を示している。ロボット装置３００は、その地面側の脚部３０４Ｃ、３０４Ｄを本体３０２から離れる方向で延長して、ロボット装置３００が安定位置に戻るのを妨げる可能性がある、潜在的な障害物（例えば、岩、壁など）を押しのけてもよい。それに加えて、ロボット装置３００は、その空側の脚部３０４Ａ、３０４Ｂを延長して同じ目的を達成してもよい。

[0044] ロボット装置は、ロボット装置３００を安定位置に戻すために、図３Ａ〜３Ｇに関して上述したアクションの１つ以上を行ってもよい。各アクション後、ロボット装置３００は、行ったアクションによってロボット装置３００が安定位置に戻ったか否かの判断を行ってもよい。ロボット装置３００が、自身が安定位置にあると判断した場合、ロボット装置３００は起立し、完全に機能するモードで動作し続けてもよい。ロボット装置３００が、自身がまだ不安定位置にあると判断した場合、ロボット装置３００がもう自身が不安定位置にないと判断するまで、上述のアクションを行い続けてもよい。

[0045] 図４は、本明細書に記載する少なくともいくつかの実施形態による、方法例の機能を行うように構成された別のロボット装置例４００を示している。特に、図４は、本体４０２と、本体４０２から延在する４つの脚部４０４Ａ〜４０４Ｄとを有する、一例のロボット装置４００を示している。本体４０２は低い質量中心を有して示されており、下面は、ロボット装置４００が安定位置にあることに基づいて、ロボット装置４００の重力位置エネルギーが低減されるような外形４０６を有している。ロボット装置４００は、図３Ａ〜３Ｇに関して上述した様々な起き上がりアクションを行うように構成されてもよい。

[0046] 図５は、一例の実施形態に従って構成されたコンピュータ可読媒体を示している。実施形態例では、システム例は、１つ以上のプロセッサと、１つ以上の形態のメモリと、１つ以上の入力デバイス／インターフェースと、１つ以上の出力デバイス／インターフェースと、１つ以上のプロセッサによって実行されると、上述の様々な機能、タスク、能力などをシステムに実施させる、機械可読命令とを含むことができる。

[0047] 上述したように、いくつかの実施形態では、開示した方法は、機械可読形式で持続性コンピュータ可読記憶媒体上で、または他の持続性媒体もしくは製品上で符号化された、コンピュータプログラム命令によって実施することができる。図５は、本明細書に提示する少なくともいくつかの実施形態に従って配置された、コンピュータプロセスをコンピュータデバイス上で実行するためのコンピュータプログラムを含む、一例のコンピュータプログラム製品の概念的部分図を概略的に示している。

[0048] 一実施形態では、コンピュータプログラム製品例５００は、信号担持媒体５０２を使用して提供される。信号担持媒体５０２は、１つ以上のプロセッサによって実行すると、図１〜４に関して上述した機能性または機能性の一部を提供することができる、１つ以上のプログラミング命令５０４を含んでもよい。いくつかの例では、信号担持媒体５０２は、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（CD）、デジタルビデオディスク（DVD）、デジタルテープ、メモリなどであるがそれらに限定されない、コンピュータ可読媒体５０６であることができる。いくつかの実現例では、信号担持媒体５０２は、メモリ、読取り／書込み（R/W）ＣＤ、Ｒ／Ｗ ＤＶＤなどであるがそれらに限定されない、コンピュータ記録可能媒体５０８であることができる。いくつかの実現例では、信号担持媒体５０２は、デジタルおよび／またはアナログ通信媒体（例えば、光ファイバーケーブル、導波路、有線通信リンク、無線通信リンクなど）などであるがそれに限定されない、通信媒体５１０であることができる。したがって、例えば、信号担持媒体５０２は、無線形式の通信媒体５１０によって伝達することができる。

[0049] １つ以上のプログラミング命令５０４は、例えば、コンピュータ実行可能および／または論理実装（logic implemented）命令であることができる。いくつかの例では、図１のプロセッサ１１８などのコンピュータデバイスは、コンピュータ可読媒体５０６、コンピュータ記録可能媒体５０８、および／または通信媒体５１０の１つ以上によって、プロセッサ１１８に伝達されたプログラミング命令５０４に応答して、様々な動作、機能、またはアクションを提供するように構成される。

[0050] 持続性コンピュータ可読媒体はまた、相互に離れて配置することができる、複数のデータ記憶要素間で分配することができる。格納された命令の一部またはすべてを実行するデバイスは、クライアント側コンピュータデバイスであることができる。あるいは、格納された命令の一部またはすべてを実行するデバイスは、サーバ側コンピュータデバイスであることができる。

[0051] 本明細書に記載した配置は単に例示目的であることが理解されるべきである。そのため、当業者であれば、他の配置および他の要素（例えば、機械、インターフェース、機能、順序、および機能のグループ分けなど）を代わりに使用することができ、所望の結果に従っていくつかの要素がまとめて省略されてもよいことを認識するであろう。さらに、記載した要素の多くは、任意の適切な組み合わせおよび位置で、離散的なもしくは分散された構成要素として、または他の構成要素と併せて実装されてもよい機能エンティティであり、あるいは、独立構造として記載した他の構造的要素が組み合わされてもよい。

[0052] 様々な態様および実施形態について本明細書に開示してきたが、他の態様および実施形態が当業者には明白となるであろう。本明細書に開示した様々な態様および実施形態は、例証目的であって限定を意図するものではなく、 真の範囲は、以下の特許請求の範囲、ならびにかかる特許請求の範囲によって権利が与えられる等価物の全範囲によって示される。また、本明細書で使用する専門用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものであり、限定を意図するものではないことが理解されるべきである。

Claims (21)

1. 本体から延在する２つ以上の脚部を含む歩行ロボット装置の下面の、地面に対する配向を判断する工程と、
   前記判断した配向に基づいて、前記歩行ロボット装置が不安定位置にあり、前記歩行ロボット装置が前記不安定位置で姿勢を維持できないと判断する工程と、
   コンピュータデバイスによって、前記歩行ロボット装置を安定位置に戻して、前記歩行ロボット装置が前記安定位置で姿勢を維持できるようにするように構成された、第１のアクションを行う命令を提供する工程であって、前記第１のアクションが、前記歩行ロボット装置の第１の脚部を第１の位置から第２の位置へと移動させて、前記第１の脚部の遠位端が前記第１の位置のときよりも前記第２の位置のときの方が前記地面からさらに離れるようにすることを含み、前記第１の脚部の近位端が、前記歩行ロボット装置の第１の面に連結されている、工程と、
   前記第１のアクションによって前記歩行ロボット装置が前記安定位置に戻った場合、前記歩行ロボット装置の前記２つ以上の脚部の少なくとも２つを延長する命令を提供する工程と、
   前記第１のアクション後に前記歩行ロボット装置が前記不安定位置にある場合、前記コンピュータデバイスによって、前記歩行ロボット装置を前記安定位置に戻すように構成された第２のアクションを行う命令を提供する工程であって、前記第２のアクションが、前記歩行ロボット装置の前記第１の脚部の前記遠位端を前記歩行ロボット装置の前記本体から離れる方向で延長して、前記歩行ロボット装置の重力位置エネルギーが増大するようにすることを含む、工程とを含む、コンピュータデバイスによって動作可能な方法。
2. 前記歩行ロボット装置が、加速度計およびジャイロスコープを含む慣性計測ユニット（IMU）を含み、前記歩行ロボット装置が、前記ＩＭＵの計測値に基づいて、前記地面に対する前記歩行ロボット装置の前記下面の配向を判断するように構成されたプロセッサをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２のアクションによって前記歩行ロボット装置が前記安定位置に戻った場合、前記歩行ロボット装置の前記２つ以上の脚部の少なくとも２つを延長する命令を提供する工程と、
   前記第２のアクション後に前記歩行ロボット装置が前記不安定位置にある場合、前記歩行ロボット装置を前記安定位置に戻すように構成された第３のアクションを行う工程とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記第３のアクションが、前記歩行ロボット装置の第２の脚部の遠位端を前記歩行ロボット装置の前記本体から離れる方向で延長することを含み、前記第２の脚部の近位端が前記歩行ロボット装置の第２の面に連結される、請求項３に記載の方法。
5. 前記第３のアクションが、前記第２の脚部の前記遠位端を延長するのとほぼ同時に、前記歩行ロボット装置の前記第１の脚部の前記遠位端を前記歩行ロボット装置の前記本体から離れる方向で延長することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記第３のアクションが、前記第２の脚部を前記地面から離れる方向で移動させて、前記歩行ロボット装置に角運動量を提供することを含む、請求項３に記載の方法。
7. 前記第３のアクションによって前記歩行ロボット装置が前記安定位置に戻った場合、前記歩行ロボット装置の前記２つ以上の脚部の少なくとも２つを延長する命令を提供する工程と、
   前記第３のアクション後に前記歩行ロボット装置が前記不安定位置にある場合、前記歩行ロボット装置を前記安定位置に戻すように構成された前記第１のアクションを行う工程とをさらに含む、請求項３に記載の方法。
8. 前記歩行ロボット装置が不安定位置にあると判断する工程が、
   前記歩行ロボット装置の質量中心の位置を判断する工程と、
   前記歩行ロボット装置の前記２つ以上の脚部に連結された、前記歩行ロボット装置の２つ以上の足部の位置を判断する工程と、
   前記歩行ロボット装置の前記質量中心の前記位置が、前記歩行ロボット装置の前記２つ以上の足部の前記判断した位置によって規定される多角形の外側にあると判断する工程とを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記歩行ロボット装置が前記安定位置にあると判断する工程が、
   前記歩行ロボット装置の質量中心の位置を判断する工程と、
   前記歩行ロボット装置の前記２つ以上の脚部に連結された、前記歩行ロボット装置の２つ以上の足部の位置を判断する工程と、
   前記歩行ロボット装置の前記質量中心の前記位置が、前記歩行ロボット装置の前記２つ以上の足部の前記判断した位置によって規定される多角形内にあると判断する工程とを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記歩行ロボット装置の前記下面が、前記歩行ロボット装置の前記本体が前記安定位置にあることに基づいて、前記歩行ロボット装置の重力位置エネルギーが低減されるように形作られる、請求項１に記載の方法。
11. 前記不安定位置が、前記歩行ロボット装置が横臥位置で前記歩行ロボット装置の前記第１の面を下にして位置決めされることを含む、請求項１に記載の方法。
12. 本体と、
    前記本体から延在する２つ以上の脚部と、
    少なくとも１つのプロセッサと、
    前記少なくとも１つのプロセッサによって実行可能なプログラム論理を含むデータ記憶装置とを含み、前記プログラム論理によってロボット装置に、
    地面に対するロボット装置の下面の配向を判断する機能と、
    前記判断した配向に基づいて、前記ロボット装置が不安定位置にあり、前記ロボット装置が前記不安定位置で姿勢を維持できないと判断する機能と、
    前記ロボット装置を安定位置に戻して、前記ロボット装置が前記安定位置で姿勢を維持できるようにするように構成された、第１のアクションを行う工程であって、前記第１のアクションが、前記ロボット装置の第１の脚部を第１の位置から第２の位置へと移動させて、前記第１の脚部の遠位端が前記第１の位置のときよりも前記第２の位置のときの方が前記地面からさらに離れるようにすることを含み、前記第１の脚部の近位端が、前記ロボット装置の第１の面に連結されている、機能と、
    前記第１のアクションによって前記ロボット装置が前記安定位置に戻った場合、前記ロボット装置の前記２つ以上の脚部の少なくとも２つを延長する機能と、
    前記第１のアクション後に前記ロボット装置が前記不安定位置にある場合、前記ロボット装置を前記安定位置に戻すように構成された第２のアクションを行う工程であって、前記第２のアクションが、前記ロボット装置の前記第１の脚部の前記遠位端を前記ロボット装置の前記本体から離れる方向で延長して、前記ロボット装置の重力位置エネルギーが増大するようにすることを含む機能とを行わせる、ロボット装置。
13. 前記ロボット装置が、加速度計およびジャイロスコープを含む慣性計測ユニット（IMU）を含み、前記ＩＭＵが、前記地面に対する前記ロボット装置の配向を判断するためのデータを出力する、請求項１２に記載のロボット装置。
14. 前記機能が、
    前記第２のアクションによって前記ロボット装置が前記安定位置に戻った場合、前記ロボット装置の前記２つ以上の脚部の少なくとも２つを延長する機能と、
    前記第２のアクション後に前記ロボット装置が前記不安定位置にある場合、前記ロボット装置を前記安定位置に戻すように構成された第３のアクションを行う機能とをさらに含む、請求項１２に記載のロボット装置。
15. 前記第３のアクションが、前記ロボット装置の第２の脚部の遠位端を前記ロボット装置の前記本体から離れる方向で延長することを含み、前記第２の脚部の近位端が前記ロボット装置の第２の面に連結される、請求項１４に記載のロボット装置。
16. 前記第３のアクションが、前記第２の脚部を前記地面から離れる方向で移動させて、前記歩行ロボット装置に角運動量を提供することを含む、請求項１４に記載のロボット装置。
17. 前記機能が、
    前記第３のアクションによって前記ロボット装置が前記安定位置に戻った場合、前記ロボット装置の前記２つ以上の脚部の少なくとも２つを延長する機能と、
    前記第３のアクション後に前記ロボット装置が前記不安定位置にある場合、前記ロボット装置を前記安定位置に戻すように構成された第１のアクションを行う機能とをさらに含む、請求項１４に記載のロボット装置。
18. コンピュータデバイスによって実行されると前記コンピュータデバイスに機能を実施させる命令が格納された、持続性コンピュータ可読記憶媒体であって、前記機能が、
    本体から延在する２つ以上の脚部を含む歩行ロボット装置の下面の、地面に対する配向を判断する機能と、
    前記判断した配向に基づいて、前記歩行ロボット装置が不安定位置にあり、前記歩行ロボット装置が前記不安定位置で姿勢を維持できないと判断する機能と、
    前記コンピュータデバイスによって、前記歩行ロボット装置を安定位置に戻して、前記歩行ロボット装置が前記安定位置で姿勢を維持できるようにするように構成された、第１のアクションを行う命令を提供する機能であって、前記第１のアクションが、前記歩行ロボット装置の第１の脚部を第１の位置から第２の位置へと移動させて、前記第１の脚部の遠位端が前記第１の位置のときよりも前記第２の位置のときの方が前記地面からさらに離れるようにすることを含み、前記第１の脚部の近位端が、前記歩行ロボット装置の第１の面に連結されている、機能と、
    前記第１のアクションによって前記歩行ロボット装置が前記安定位置に戻った場合、前記歩行ロボット装置の前記２つ以上の脚部の少なくとも２つを延長する命令を提供する機能と、
    前記第１のアクション後に前記歩行ロボット装置が前記不安定位置にある場合、前記コンピュータデバイスによって、前記歩行ロボット装置を前記安定位置に戻すように構成された第２のアクションを行う命令を提供する機能であって、前記第２のアクションが、前記歩行ロボット装置の前記第１の脚部の前記遠位端を前記歩行ロボット装置の前記本体から離れる方向で延長して、前記歩行ロボット装置の重力位置エネルギーが増大するようにすることを含む、機能とを含む、持続性コンピュータ可読記憶媒体。
19. 前記機能が、
    前記第２のアクションによって前記歩行ロボット装置が前記安定位置に戻った場合、前記歩行ロボット装置の前記２つ以上の脚部の少なくとも２つを延長する命令を提供する機能と、
    前記第２のアクション後に前記歩行ロボット装置が前記不安定位置にある場合、前記歩行ロボット装置を前記安定位置に戻すように構成された第３のアクションを行う機能とをさらに含む、請求項１８に記載の持続性コンピュータ可読記憶媒体。
20. 前記第３のアクションが、前記歩行ロボット装置の第２の脚部の遠位端を前記歩行ロボット装置の前記本体から離れる方向で延長することを含み、前記第２の脚部の近位端が前記歩行ロボット装置の第２の面に連結される、請求項１８に記載の持続性コンピュータ可読記憶媒体。
21. 前記歩行ロボット装置が不安定位置にあると判断する機能が、
    前記歩行ロボット装置の質量中心の位置を判断する機能と、
    前記歩行ロボット装置の前記２つ以上の脚部に連結された、前記歩行ロボット装置の２つ以上の足部の位置を判断する機能と、
    前記歩行ロボット装置の前記質量中心の前記位置が、前記歩行ロボット装置の前記２つ以上の足部の前記判断した位置によって規定される多角形の外側にあると判断する機能とを含む、請求項１８に記載の持続性コンピュータ可読記憶媒体。

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