JP2019514707A - ロボットシステムの制御 - Google Patents

Abstract

本発明は、ロボットシステムを制御する方法、およびロボットシステムに関する。本ロボットシステムは複数の構成要素を備え、これら複数の構成要素は、アクチュエータによって駆動される要素を有するロボットＲＯＢＯ（２０１）と、現在のロボット状態を検知する第１センサＳ１ｉ（２０２）と、ロボットシステムを制御するための現制御プログラムＳＰ（ｔ）を実行する中央制御装置ＺＳＥ（２０３）と、一以上のユーザインターフェースＮＳｐ（２０４）と、ロボットシステムの中央制御装置ＺＳＥ（２０３）および／またはそのほかの構成要素（２０１，２０２，２０４，２０５，２０６）の一以上に対してサービスＭＰＳｒを実行する、一以上の処理部ＰＥｒ（２０５）とを含む。ロボットＲＯＢＯ（２０１）、第１センサＳ１ｉ（２０２）、中央制御装置ＺＳＥ（２０３）、ユーザインターフェースＮＳｐ（２０４）、および処理部ＰＥｒ（２０５）は、データネットワークＤＮ（２０６）を介して互いに通信する。中央制御装置ＺＳＥ（２０３）は、現制御プログラムＳＰ（ｔ）の実行がエラー状態につながるかどうかについての予測試験（１０１）を行うよう構成され実行される。試験（１０１）中にかかるエラー状態が予測される場合、一以上のアクション（１０２ａ−１０２ｅ）が実行（１０２）される。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットシステムを制御する方法、およびロボットシステムに関する。

本ロボットシステムは、アクチュエータによって駆動される要素を備えるロボットと、ロボットの現在の状態を検知するセンサと、ロボットシステムを制御し統合する現制御プログラムを実行する中央制御装置と、一以上のユーザインターフェースと、中央制御装置へのサービスを実行する一以上の処理部とを備え、このユーザインターフェースと制御装置は、現制御プログラムをその実行中に修正制御プログラムへと修正するよう構成される。これらのロボット、センサ、中央制御装置、ユーザインターフェース、および処理部は、場合によっては時変的な動的データネットワークを介して互いに通信する。

特に、アクチュエータによって駆動される要素を備えるこのようなロボットシステムのロボットが人間と相互作用可能な場合、安全性を高めるために、現制御プログラムが正しく実行可能かつ頑丈であり、人間および／または環境および／またはロボットにとって危険である望ましくないロボット状態につながりうるエラーがほぼないことが必要となる。

本発明の目的は、ロボットシステムを制御する改良された方法、および制御プログラムを実行する際の安全性が上昇すなわち向上したロボットシステムを提供することである。

本発明は、独立請求項の特徴によりもたらされるものである。好都合な別の実施形態および設計は、従属請求項の主題である。本発明のさらなる特徴、用途の選択肢、および利点は、以下の、図面に示す本発明の例示的実施形態についての、記載および説明によりもたらされるものである。

本発明の第１の局面は、ロボットシステムを制御する方法に関する。このロボットシステムは複数の構成要素を備え、これら複数の構成要素は、アクチュエータによって駆動される要素を有するロボットＲＯＢＯと、ｉ＝１，…，Ｉであるとき、現在のロボット状態Ｚ_ｒｏｂｏ（ｔ）を検知する第１センサＳ１_ｉと、ロボットシステムを制御し統合するための現制御プログラムＳＰ（ｔ）を実行する中央制御装置ＺＳＥと、ｐ＝１，…，Ｐであるとき、制御装置とあわせて、現制御プログラムＳＰ（ｔ）を、その実行中に時間ｔ_１で修正制御プログラムＳＰ（ｔ）＝ＳＰ＊（ｔはｔ＞ｔ_１）に修正するよう構成される一以上のユーザインターフェースＮＳ_ｐと、ｒ＝１，…，Ｒであるとき、ロボットシステムの中央制御装置ＺＳＥおよび／またはそのほかの構成要素の一以上に対してサービスＭＰＳ_ｒを実行する、一以上の処理部ＰＥ_ｒとを含む。

本明細書において、「現在のロボット状態Ｚ_ｒｏｂｏ（ｔ）」という語句は、広義に定義されるものとして理解される。これは、特に、ロボットの、機械的、動的、電気的、およびデータに基づいた時間依存性の状態を含む。また、この語句は、時間に依存しないロボットの状態、例えばその機械的なセットアップ状態／構成などを含む。

好都合には、制御装置ＺＳＥは、ロボットシステムを、列挙されたその全構成要素とあわせて、現制御プログラムＳＰ（ｔ）に基づいて制御し統合するコンピュータまたはプロセッサとして設計される。

本明細書において、「現制御プログラムＳＰ（ｔ）」という語句は、ある制御プログラム言語の規則を満たす一連のインストラクションとして理解される。制御プログラムＳＰ（ｔ）は、いわゆるアプリ（アプリケーションソフトウェア）などの補助的な制御プログラムを含んでもよい。

本明細書において、中央制御装置ＺＳＥは、当該中央制御装置ＺＳＥに対するサービスＭＰＳ_ｒを実行する一以上の処理部ＰＥ_ｒに接続されており、ここで、ｒ＝１，…，Ｒである。

本明細書において、「処理部ＰＥ_ｒ」という語句は、広義に定義されるものとして理解される。これは、基本的に、自身のプロセッサ、すなわちロボットシステムおよび／または構成要素の一以上に対して最も広い意味での「サービス」を提供する自身のデータ処理を有する、全てのユニットを含む。この場合、これらのサービスは、サービスＭＰＳ_ｒとして特徴づけられる。これらは、特に各処理部ＰＥ_ｒのタイプに依存する。

よって、処理部ＰＥ_ｒは、ロボットシステムの制御装置ＺＳＥおよび／またはそのほかの構成要素から送られるデータを独占的にさらに処理することができ、例えば、ロボットシステムの制御装置ＺＳＥおよび／またはそのほかの構成要素から送られるデータに基づいて、データを提示したり、その結果をさらに処理したりアクションやサービスなどを生成したりといったことなどを行うことができる。特に、視覚、触覚、および／または音声情報を出力する出力ユニットが、このカテゴリの処理部に含まれる。

また、処理部ＰＥ_ｒは、ロボットシステムの制御装置ＺＳＥおよび／またはそのほかの構成要素から送られるデータをさらに処理し、このさらに処理された結果を制御装置ＺＳＥおよび／またはそのほかの構成要素へ送信することができる。この変形例において、分散して配置された複数の処理部ＰＥ_ｒは、例えば短時間で複雑な演算を行うことができるよう、演算能力を向上させるために組み合わせられる。この変形例において、各種処理部ＰＥ_ｒによって時間並列のさまざまなタスクをさらに実行することができ、その結果は、さらに処理するためにロボットシステムの制御装置ＺＳＥおよび／またはそのほかの構成要素に送信される。

また、処理部ＰＥ_ｒは、データそのものを独占的に生成してもよく、このデータはロボットシステムの制御装置ＺＳＥおよび／またはそのほかの構成要素へ送信される。このカテゴリには、例えば、測定データを取得し、任意で前処理を行い、自身のインターフェースを介してロボットシステムの制御装置ＺＳＥおよび／またはそのほかの構成要素へ送信する、全てのセンサシステムが含まれる。

好都合には、ユーザインターフェースＮＳ_ｐは、モニタ／ディスプレイ、ならびにデータや情報の手動入力および／もしくは音声入力用インターフェースを備えている。好都合には、ユーザインターフェースＮＳ_ｐは、例えば、コンピュータ端末、ノート、スマートフォンである。ユーザインターフェースＮＳ_ｐおよび制御装置ＺＳＥは、現制御プログラムＳＰ（ｔ）を、その実行中に時間ｔ_１で修正制御プログラムＳＰ（ｔ）＝ＳＰ＊（ｔはｔ＞ｔ_１）に修正するよう構成される。好都合には、ユーザインターフェースＮＳ_ｐを介して入力された変更は、ｐ＝１，…，Ｐである現制御プログラムＳＰ（ｔ）において連続的に実行される。ここで、式ＳＰ（ｔ）＝ＳＰ＊（ｔはｔ＞ｔ_１）は、現制御プログラムが、常にＳＰ（ｔ）により特徴づけられ、時間ｔ_１からは制御プログラムＳＰ＊（ｔはｔ＞ｔ_１）と指定されることを意味する。

本発明によれば、ロボット、第１センサＳ１_ｉ、中央制御装置ＺＳＥ、ユーザインターフェースＮＳ_ｐ、および処理部ＰＥ_ｒは、場合によっては動的および／または時変的であるデータネットワークＤＮを介して互いに接続されており、これに伴うデータ通信がロボットシステムの構成要素間で行われるようになっている。

好都合には、ロボットシステムの個々の構成要素は、電気および／または光学データラインを介して通信を行う。好都合には、構成要素間で交換されるデータは、暗号化される。

よって、提示される方法は、各現制御プログラムＳＰ（ｔ）について、完全なまたは処理予定の現制御プログラムＳＰ（ｔ）の実行がエラー状態につながるかどうかを判断する予測試験を実行する。そうすることにより、修正された現制御プログラムＳＰ（ｔ）を完全には実行する必要がないが、これは試験が予測的な特徴を持つことを意味する。すなわち、現制御プログラムＳＰ（ｔ）がその実行中にエラーを生成するまで待つことは必須ではなく、本方法によりこうしたエラー状態の可能性をあらかじめ検出することができる。このことは、特に、ロボットシステムが安全性を脅かすような状態にならないことを保証する。これは特に、人間および／または動的環境との相互作用を行うロボットを含むロボットシステムにおいて好都合である。

この予測試験は、好都合には、現制御プログラムＳＰ（ｔ）の実行と同時に行われ、好都合には、特に制御プログラムのまだ処理されていない部分について行われる。好適な代替例においては、この試験は、現制御プログラムに変更が加えられた後の修正された現制御プログラム全体について実行される。

提示される方法の好都合な改良点は、制御プログラムＳＰ（ｔ）が内省的である、すなわち、制御プログラムＳＰ（ｔ）は、自己の構造を認識し、これを修正可能であることに特徴がある。

好都合には、データネットワーク状態Ｚ_ｄａｔａは、
・データネットワークＤＮにおける、ロボットＲＯＢＯと、第１センサＳ１_ｉと、中央制御装置ＺＳＥと、ユーザインターフェースＮＳ_ｐと、処理部ＰＥ_ｒとを含む、構成要素の物理的利用可能性と、
・構成要素間の現在の通信状態と、
・構成要素間のデータおよび信号ランタイムと、
・構成要素間のデータ交換の時系列的および因果的制限とを含むパラメータの一以上を考慮する。

好都合には、ロボット状態Ｚ_ｒｏｂｏは、
・ロボットＲＯＢＯの現在の物理構成と、
・ロボットＲＯＢＯの動的状態と、
・ロボットＲＯＢＯの電気状態と、
・ロボットＲＯＢＯの環境との（一以上の）相互作用とを含むパラメータの一以上を考慮する。

好都合には、プロセッサ状態Ｚ_ＰＥ，ｒは、
・処理部で現在実行されているサービスまたはアルゴリズムと、
・処理部で現在実行されているサービスまたはアルゴリズムの現在のパフォーマンスと、
・処理部の有効プロセッサ能力と、
・処理部の現在の負荷と、
・処理部の有効作業メモリと、
・各処理部の制御バスの状態と、
・処理部のアーキテクチャと、
・処理部のコマンドセットと、
・処理部のサイクルとを含むパラメータの一以上を考慮する。

好都合には、サービス状態Ｚ_{ＭＰＳ，ｒ}は、
・ロボットＲＯＢＯの現在の物理／機械構成と、
・ロボットＲＯＢＯの動的状態と、
・ロボットＲＯＢＯの電気状態と、
・ロボットＲＯＢＯの環境との（一以上の）相互作用とを含むパラメータの一以上を考慮する。

また、本発明はデータ処理装置を有するコンピュータシステムに関し、このデータ処理装置は、データ処理装置で上記の方法が実行されるよう設計される。

また、本発明は電子的に読み取り可能な制御信号を有するデジタル記憶媒体に関し、この制御信号は、上記の方法が実行されるようプログラム可能なコンピュータシステムと連携することができる。

また、本発明は、データ処理装置でプログラムコードが実行されると上記の方法を実行する記憶コードを有するコンピュータプログラムプロダクトに関し、当該記憶コードは機械読み取り可能な媒体に保存される。

また、本発明は、データ処理装置でプログラムが実行されると上記の方法を実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラムに関する。このために、このデータ処理装置は、先行技術で周知の任意のコンピュータシステムとして設計されてもよい。

さらに、本発明は、複数の構成要素を備えるロボットシステムに関し、これら複数の構成要素は、アクチュエータによって駆動される要素を有するロボットＲＯＢＯと、ｉ＝１，…，Ｉであるとき、現在のロボット状態Ｚ_ｒｏｂｏ（ｔ）を検知する第１センサＳ１_ｉと、ロボットシステムを制御するための現制御プログラムＳＰ（ｔ）を実行する中央制御装置ＺＳＥと、ｐ＝１，…，Ｐであるとき、一以上のユーザインターフェースＮＳ_ｐと、ｒ＝１，…，Ｒであるとき、ロボットシステムの中央制御装置ＺＳＥおよび／またはそのほかの構成要素の一以上に対してサービスＭＰＳ_ｒを実行する、一以上の処理部ＰＥ_ｒとを含み、ロボットＲＯＢＯ、第１センサＳ１_ｉ、中央制御装置ＺＳＥ、ユーザインターフェースＮＳ_ｐ、および処理部ＰＥ_ｒは、データネットワークＤＮを介して互いに通信し、中央制御装置ＺＳＥおよびユーザインターフェースＮＳ_ｐは、現制御プログラムＳＰ（ｔ）を、その実行中に時間ｔ_１で修正制御プログラムＳＰ（ｔ）＝ＳＰ＊（ｔはｔ＞ｔ_１）に修正するよう構成される。

この試験中にかかるエラー状態が予測される場合、制御装置は、
・新たな予測試験でエラー状態が測定されないように現制御プログラムＳＰ（ｔ）を自動的に修正し、当該自動的にかつ対応して修正された制御プログラムＳＰ（ｔ）を実行するアクション、
・現制御プログラムＳＰ（ｔ）を修正するプロンプトをユーザインターフェースＮＳ_ｐの一つまたは全てで生成するアクション、
・視覚または音声警告を生成するアクション、
・現制御プログラムＳＰ（ｔ）の実行を停止するアクション、および
・ロボットＲＯＢＯを動作させて、あらかじめ定義された待機状態にするアクションのうち、一以上のアクションの実行を開始する。

提示されるロボットシステムの利点および好都合な改良点は、提示される方法に関する記述を類似また対応した形で応用することにより実現される。

そのほかの利点、特徴、および詳細は、以下の説明によりもたらされるものであり、この説明においては、任意で図を参照することにより、少なくとも一つの例示的実施形態が詳細に説明される。等価、類似、および／または機能的に等価の要素には、同様の参照符号が付与される。

図１は、提示される方法のフローチャートである。 図２は、提示されるロボットシステムを示す図である。

図１は、提示されるロボットシステムを制御する方法のフローチャートであり、本ロボットシステムは複数の構成要素を備え、これら複数の構成要素は、アクチュエータによって駆動される要素を有するロボットＲＯＢＯ２０１と、ｉ＝１，…，Ｉであるとき、現在のロボット状態Ｚ_ｒｏｂｏ（ｔ）を検知する第１センサＳ１_ｉ２０２と、ロボットシステムを制御するための現制御プログラムＳＰ（ｔ）を実行する制御装置ＺＳＥ２０３と、ｐ＝１，…，Ｐであるとき、一以上のユーザインターフェースＮＳ_ｐ２０４と、ｒ＝１，…，Ｒであるとき、ロボットシステムの中央制御装置ＺＳＥおよび／またはそのほかの構成要素の一以上に対してサービスＭＰＳ_ｒを実行する、一以上の処理部ＰＥ_ｒとを含み、ロボット、第１センサＳ１_ｉ２０２、中央制御装置ＺＳＥ２０３、ユーザインターフェースＮＳ_ｐ２０４、および処理部ＰＥ_ｒ２０５は、データネットワークＤＮ２０６を介して互いに通信し、中央制御装置ＺＳＥ２０３およびユーザインターフェースＮＳ_ｐ２０４は、現制御プログラムＳＰ（ｔ）を、その実行中に時間ｔ_１で修正制御プログラムＳＰ（ｔ）＝ＳＰ＊（ｔはｔ＞ｔ_１）に修正するよう構成される。

試験１０１中にかかるエラー状態が予測される場合、第２のステップにおいて、
・新たな予測試験（１０１）でエラー状態が測定されないように現制御プログラムＳＰ（ｔ）を自動的に修正し（１０２ａ）、当該自動的にかつ対応して修正された制御プログラムＳＰ（ｔ）を実行するアクション、
・現制御プログラムＳＰ（ｔ）を修正するプロンプトをユーザインターフェースＮＳ_ｐの一つまたは全てで生成する（１０２ｂ）アクション、
・視覚または音声警告を生成する（１０２ｃ）アクション、
・現制御プログラムＳＰ（ｔ）の実行を停止する（１０２ｄ）アクション、および
・ロボットＲＯＢＯを動作させて（１０２ｅ）、あらかじめ定義された待機状態にするアクションのうち、一以上のアクションが実行１０２される。

好都合には、本方法は、現制御プログラムＳＰ（ｔ）が任意に変更されることによって引き起こされる。

図２は、提示されるロボットシステムを示す図である。このロボットシステムは複数の構成要素を備え、これら複数の構成要素は、アクチュエータによって駆動される要素を有するロボットＲＯＢＯ２０１と、ｉ＝１，…，Ｉであるとき、現在のロボット状態Ｚ_ｒｏｂｏ（ｔ）を検知する第１センサＳ１_ｉ２０２と、ロボットシステムを制御するための現制御プログラムＳＰ（ｔ）を実行する中央制御装置ＺＳＥ２０３と、ｐ＝１，…，Ｐであるとき、一以上のユーザインターフェースＮＳ_ｐ２０４と、ｒ＝１，…，Ｒであるとき、ロボットシステムの中央制御装置ＺＳＥ２０３および／またはそのほかの構成要素２０１，２０２，２０４，２０５，２０６の一以上に対してサービスＭＰＳ_ｒを実行する、一以上の処理部ＰＥｒ２０５とを含む。

中央制御装置ＺＳＥ２０３およびユーザインターフェースＮＳ_ｐ２０４は、現制御プログラムＳＰ（ｔ）を、その実行中に時間ｔ_１で修正制御プログラムＳＰ（ｔ）＝ＳＰ＊（ｔはｔ＞ｔ_１）に修正するよう構成される。

ロボット２０１、第１センサＳ１_ｉ２０２、制御装置ＺＳＥ２０３、ユーザインターフェースＮＳ_ｐ２０４、および処理部ＰＥ_ｒ２０５は、データネットワークＤＮ２０６を介して互いに通信する。

以上、好適な例示的実施形態によって本発明を詳細に説明したが、本発明は開示された例に限定されるものではなく、当業者によって、本発明の保護の範囲を超えることなくそのほかの変形例を導き出すことができる。よって、変形例の選択肢が複数存在することは明らかである。同様に、本例示的実施形態が例を示すだけのものであることは明らかであり、これらの例は、いかなる場合にも、保護の範囲、用途の選択肢、または本発明の構成などを限定するものとして解釈されるべきものではない。それどころか、前述の説明および図面の説明は、当業者が例示的実施形態を具体的に実施することを可能とするべきものであり、本発明の開示概念の知識を有する当業者は、例えば例示的実施形態に挙がっている個々の要素の機能または配置に関して、請求項によっておよび例えば説明においてより詳細に説明されるようなその法律上の等価物によって定義される保護の範囲を超えることなく、各種の変更を加えることができる。

１０１ 方法のステップ
１０２ａ〜ｅ 方法のステップ
２０１ ロボット
２０２ 第１センサ
２０３ 制御装置
２０４ ユーザインターフェース
２０５ 処理部
２０６ データネットワーク

Claims (8)

1. 

   

   
2. 
3. 前記制御プログラムＳＰ（ｔ）は、自己の構造を認識し、これを修正可能である、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記データネットワーク状態Ｚ_ｄａｔａは、
   ・前記データネットワークＤＮ（２０６）における、ロボットＲＯＢＯ（２０１）と、第１センサＳ１_ｉ（２０２）と、中央制御装置ＺＳＥ（２０３）と、ユーザインターフェースＮＳ_ｐ（２０４）と、処理部ＰＥ_ｒ（２０５）とを含む、前記構成要素の物理的利用可能性と、
   ・前記構成要素（２０１〜２０６）の現在の通信状態と、
   ・前記構成要素（２０１〜２０６）間のデータおよび信号ランタイムと、
   ・前記構成要素（２０１〜２０６）間のデータ交換の時系列的および因果的制限とを含むパラメータの一以上を考慮する、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記ロボット状態Ｚ_ｒｏｂｏは、
   ・前記ロボットＲＯＢＯ（２０１）の現在の物理構成と、
   ・前記ロボットＲＯＢＯ（２０１）の動的状態と、
   ・前記ロボットＲＯＢＯ（２０１）の電気状態と、
   ・前記ロボットＲＯＢＯ（２０１）の環境との（一以上の）相互作用とを含むパラメータの一以上を考慮する、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 前記プロセッサ状態Ｚ_ＰＥ，ｒは、
   ・前記処理部で現在実行されているサービスまたはアルゴリズムと、
   ・前記処理部で現在実行されている前記サービスまたはアルゴリズムの現在のパフォーマンスと、
   ・前記処理部の有効プロセッサ能力と、
   ・前記処理部の現在の負荷と、
   ・前記処理部の有効作業メモリと、
   ・前記各処理部の制御バスの状態と、
   ・前記処理部のアーキテクチャと、
   ・前記処理部のコマンドセットと、
   ・前記処理部のサイクルとを含むパラメータの一以上を考慮する、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 前記サービス状態Ｚ_{ＭＰＳ，ｒ}は、
   ・前記ロボットＲＯＢＯ（２０１）の現在の物理構成と、
   ・前記ロボットＲＯＢＯ（２０１）の動的状態と、
   ・前記ロボットＲＯＢＯ（２０１）の電気状態と、
   ・前記ロボットＲＯＢＯ（２０１）の環境との（一以上の）相互作用とを含むパラメータの一以上を考慮する、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 

   

   

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