JP4316630B2 - ロボット、ロボットの制御方法およびロボットの制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、自律的な移動機能と、手部による物体の把持機能とを有するロボット等に関する。

従来、ロボットに物体を把持させるためのさまざまな技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００５−１２５４６２号公報

しかし、把持対象となる物体の周囲に他の物体が存在している等、種々の理由により手部が物体に届かず、当該物体を的確に把持することができない場合がある。

そこで、本発明は、さまざまな環境に応じて柔軟に動作または行動様式を変更することにより手部によって物体を的確に把持しうるロボット等を提供することを解決課題とする。

第１発明のロボットは、基体と、前記基体から延設された腕部と、前記腕部の先端部に設けられている手部とを備えているロボットであって、前記ロボットの行動を制御する制御システムを備え、前記制御システムが第１処理部と、第２処理部と、第３処理部とを備え、前記第１処理部が前記基体を基準とする第１物体の相対位置および相対姿勢を認識し、前記第１物体の移動度に偏向性がある状況では前記第１物体の相対姿勢に基づいて当該第１物体の移動度が閾値未満の第１難方向をさらに認識し、あるいは、第１物体および当該第１物体が載置されている第２物体のそれぞれの前記基体を基準とする相対位置および相対姿勢を認識し、前記第２物体の移動度に偏向性がある状況では前記第２物体の相対姿勢に基づいて当該第２物体の移動度が閾値未満の第２難方向をさらに認識し、前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体の相対位置および相対姿勢ならびに前記第１難方向を含む認識結果に基づき、前記第１物体の把持に際して前記手部から当該第１物体に前記第１難方向の力を作用させるような第１行動様式にしたがって行動しうる第１状態にあるか否かを判定し、あるいは、前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体および前記第２物体のそれぞれの相対位置および相対姿勢ならびに前記第２難方向を含む認識結果に基づき、前記第１物体の把持に際して前記手部から当該第１物体に対して前記第２難方向の力を作用させるような第１行動様式にしたがって行動しうる第１状態にあるか否かを判定し、前記第１行動様式は前記ロボットが移動せずにその場で前記腕部および前記手部のうち少なくとも一方を動かす第１行動要素により、前記手部で前記第１物体を把持する行動様式であり、前記第２処理部によって前記ロボットが前記第１状態にあると判定されたことを要件として、前記第３処理部が前記第１行動様式にしたがって前記ロボットの行動を制御する一方、前記第２処理部によって前記ロボットが前記第１状態にないと判定されたことを要件として、前記第３処理部が前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方が変化するように前記第１行動様式とは異なる行動様式にしたがって前記ロボットの行動を制御することを特徴とする。

第１発明のロボットによれば、ロボットが「第１状態」にあるか否かが判定される。そして、当該判定結果が肯定的な場合、ロボットの行動が「第１行動様式」にしたがって制御される。これにより、ロボットが移動せずにその場で腕部および手部のうち一方または両方（以下、適宜「腕部等」という。）を動かす「第１行動要素」によって手部で第１物体を把持することができる。

一方、当該判定結果が否定的な場合、ロボットが第１行動様式とは異なる行動様式で行動することにより、ロボットの基体を基準とする第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方（以下、適宜「第１物体の相対位置等」という。）を変化させる結果として、ロボットを非第１状態から第１状態に変化させることができる。そして、前記のようにロボットが腕部等を動かすことにより手部で第１物体を把持することができる。

また、第１物体の移動度に偏向性がある状況でロボットが第１状態にある場合、手部によって第１物体に第１難方向の力を作用させながら第１物体が把持されうる。このため、ロボットが第１物体を把持するために第１行動様式にしたがって行動しているときに、第１物体の位置や姿勢が、ロボットがその場で第１物体を把持できなくなる程度に大きく変動する事態が回避される。

さらに、第１物体が載置されている第２物体の移動度に偏向性がある状況でロボットが第１状態にある場合、手部によって第１物体に第２難方向の力を作用させながら第１物体が把持されうる。このため、ロボットが第１物体を把持するために第１行動様式にしたがって行動しているときに、基体に対する第１物体の相対位置または相対姿勢が、基体に対する第２物体の相対位置または相対姿勢の変化によってロボットがその場で第１物体を把持できなくなる程度に大きく変動する事態が回避される。

なお、本発明の構成要素が情報を「認識する」とは、メモリ、データベース等の情報源からロボットの内部または外部ネットワークを介して当該情報を読み取ることまたは検索すること、当該情報を測定、決定、設定、推定、算定等すること、検索等された当該情報を所定のアドレスを有する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するあらゆる情報処理を意味する。

第２発明のロボットは、第１発明のロボットにおいて、前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体の相対位置および相対姿勢を含む認識結果に基づき、前記ロボットが第２行動様式にしたがって行動しうる第２状態にあるか否かをさらに判定し、前記第２行動様式は前記第１行動要素により前記手部によって前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させる結果として、前記ロボットを前記第２状態から前記第１状態に変化させる行動様式であり、前記第２処理部により前記ロボットが前記第２状態にあると判定されたことを要件として、前記第３処理部が前記第２行動様式にしたがって前記ロボットの行動を制御することを特徴とする。

第２発明のロボットによれば、ロボットが「第２状態」にあるか否かがさらに判定される。そして、当該判定結果が肯定的な場合、ロボットの行動が「第２行動様式」にしたがって制御される。これにより、ロボットがその場で腕部等を動かすことによって手部で基体に対する第１物体の相対位置等を調節する結果として、ロボットを第２状態から第１状態に変化させることができる。そして、前記のようにロボットがその場で腕部等を動かすことによって手部で第１物体を把持することができる。

第３発明のロボットは、第２発明のロボットにおいて、前記ロボットの進入禁止領域が存在する状況において前記第１処理部が前記進入禁止領域をさらに認識し、前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記進入禁止領域をさらに含む認識結果に基づき、前記ロボットが第３行動様式にしたがって行動しうる第３状態にあるか否かをさらに判定し、前記第３行動様式は前記ロボットが移動する第２行動要素により前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させる結果として、前記ロボットを前記第３状態から前記第１状態に変化させる行動様式であり、前記第２処理部により前記ロボットが前記第３状態にあると判定されたことを要件として、前記第３処理部が前記第３行動様式にしたがって前記ロボットの行動を制御することを特徴とする。

第３発明のロボットによれば、ロボットが「第３状態」にあるか否かがさらに判定される。そして、当該判定結果が肯定的な場合、ロボットの行動が「第３行動様式」にしたがって制御される。これにより、ロボットが移動する「第２行動要素」により第１物体の相対位置等を調節する結果として、ロボットを第３状態から第１状態に変化させることができる。そして、前記のようにロボットがその場で腕部等を動かすことによって手部で第１物体を把持することができる。

第４発明のロボットは、第３発明のロボットにおいて、前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記進入禁止領域を含む認識結果に基づき、前記ロボットが第４行動様式にしたがって行動しうる第４状態にあるか否かをさらに判定し、前記第４行動様式は前記第２行動要素により前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させる結果として、前記ロボットを前記第４状態から前記第２状態に変化させる行動様式であり、前記第２処理部により前記ロボットが前記第４状態にあると判定されたことを要件として、前記第３処理部が前記第４行動様式にしたがって前記ロボットの行動を制御することを特徴とする。

第４発明のロボットによれば、ロボットが「第４状態」にあるか否かがさらに判定される。そして、当該判定結果が肯定的な場合、ロボットの行動が「第４行動様式」にしたがって制御される。これにより、ロボットが進入禁止領域への侵入を回避しながら移動することにより第１物体の相対位置等を調節する結果として、ロボットを第４状態から第２状態に変化させることができる。この上で、前記のようにロボットがその場で腕部等を動かすことによって手部でロボットの基体に対する第１物体の相対位置等を調節する結果として、ロボットを第２状態から第１状態に変化させることができる。そして、ロボットがその場で腕部等を動かすことによって当該手部で第１物体を把持することができる。

第５発明のロボットは、第４発明のロボットにおいて、前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記進入禁止領域を含む認識結果に基づき、前記ロボットが第５行動様式にしたがって行動しうる第５状態にあるか否かをさらに判定し、前記第５行動様式は前記第２行動要素およびこれに続く前記第１行動要素により前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させる結果として、前記ロボットを前記第５状態から前記第３または第４状態に変化させる行動様式であり、前記第２処理部により前記ロボットが前記第５状態にあると判定されたことを要件として、前記第３処理部が前記第５行動様式にしたがって前記ロボットの行動を制御することを特徴とする。

第５発明のロボットによれば、ロボットが「第５状態」にあるか否かがさらに判定される。そして、当該判定結果が肯定的な場合、ロボットの行動が「第５行動様式」にしたがって制御される。これにより、ロボットが移動し、当該移動後の場所で腕部等を動かすことによって手部でロボットの基体に対する第１物体の相対位置等を調節する結果として、ロボットを第５状態から第３状態または第４状態に変化させることができる。そして、前記のようにロボットが移動することによって基体に対する第１物体の相対位置等を調節する結果として、ロボットを第３状態から第１状態に変化させ、あるいはロボットを第４状態から第２状態、さらには第２状態から第１状態に変化させることができる。そして、ロボットがその場で腕部等を動かすことにより手部で第１物体を把持することができる。

第６発明のロボットは、第５発明のロボットにおいて、前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記進入禁止領域を含む認識結果に基づき、前記ロボットが前記第１、第２、第３、第４および第５状態のいずれでもない状態にあるか否かを判定し、前記第３処理部が前記第２処理部により前記ロボットが前記第１、第２、第３、第４および第５状態のいずれでもない状態にあると判定されたことを要件として、前記第１、第２、第３、第４および第５行動様式にしたがった前記ロボットの行動を禁止することを特徴とする。

第６発明のロボットによれば、ロボットが第１物体を把持することが極めて困難である場合、第１物体を把持するための行動を停止させることができる。

第７発明のロボットは、第１発明のロボットにおいて、前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体の相対位置および相対姿勢を含む認識結果に基づき、前記第１物体が第１動作領域に含まれているか否かを判定することにより、前記ロボットが前記第１状態にあるか否かを判定し、前記第１動作領域は前記第１物体の相対姿勢に応じてその形状および広狭が変化し、かつ、前記第１物体が当該領域に存在する場合に前記ロボットが前記第１行動要素により前記手部で前記第１物体を把持することができる領域であることを特徴とする。

第７発明のロボットによれば、第１動作領域に第１物体が存在するか否かが判定されることにより、ロボットが第１状態にあるか否かが判定されうる。ロボットの基体に対する第１物体の相対姿勢に応じて形状および広狭が変化する第１動作領域が用いられることにより、ロボットがその場で手部によって第１物体を把持する観点から、基体に対する第１物体の相対位置のみならず相対姿勢の適否も判定されうる。そして、ロボットが第１状態にあると判定された場合、ロボットがその場で腕部等を動かすことにより第１動作領域に存在する第１物体を把持することができる。

第８発明のロボットは、第７発明のロボットにおいて、前記手部が前記第１物体に接近しうる方向が、当該第１物体が載置されている前記第２物体の特定部分によって制限されている状況で、前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体および前記第２物体のそれぞれの相対位置および相対姿勢を含む認識結果に基づき、前記ロボットから見て前記第２物体の前記特定部分の陰となる動作陰領域を認識し、前記動作陰領域との重なり領域が除かれた前記第１動作領域に基づいて前記ロボットが前記第１状態にあるか否かを判定することを特徴とする。

第８発明のロボットによれば、第１動作領域に動作陰領域（＝ロボットから見て第２物体の特定部分の陰となる領域）との重なり領域が存在する場合、当該重なり領域が削除補正された第１動作領域に基づいてロボットが第１状態にあるか否かが判定される。これにより、ロボットが第１行動様式にしたがってその場で第１物体を把持するために腕部等を動かすときに、腕部等が第２物体の特定部分に接触することが回避される。

第９発明のロボットは、第２発明のロボットにおいて、前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体の相対位置および相対姿勢を含む認識結果に基づき、前記第１物体が第２動作領域に含まれているか否かを判定することにより、前記ロボットが前記第２状態にあるか否かを判定し、前記第２動作領域は前記第１物体の相対姿勢に応じてその形状および広狭が変化し、かつ、前記第１物体が当該領域に存在することにより前記ロボットが前記第１行動要素により前記手部によって前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させる結果として、前記第１物体を前記第２動作領域から前記第１動作領域に移動させることができる領域であり、前記第１動作領域は前記第１物体の相対姿勢に応じてその形状および広狭が変化し、かつ、前記第１物体が当該領域に存在する場合に前記ロボットが前記第１行動要素により前記手部で前記第１物体を把持することができる領域であることを特徴とする。

第９発明のロボットによれば、第２動作領域に第１物体が含まれているか否かが判定されることにより、ロボットが第２状態にあるか否かが判定されうる。ロボットの基体に対する第１物体の相対姿勢に応じて形状および広狭が変化する第２動作領域が用いられることにより、ロボットがその場で手部によって基体に対する第１物体の相対位置等を変化させる観点から、第１物体の相対位置のみならず相対姿勢の適否も判定されうる。そして、ロボットが第２状態にあると判定された場合、ロボットが腕部等を動かすことにより第２動作領域に存在する第１物体の相対位置等を変化させることができる。その結果、第１物体を第１動作領域に移動させ、前記のようにロボットがその場で腕部等を動かすことにより第１物体を把持することができる。

第１０発明のロボットは、第９発明のロボットにおいて、前記手部が前記第１物体に接近しうる方向が前記第２物体の特定部分によって制限されている状況において、前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体および前記第２物体のそれぞれの相対位置および相対姿勢を含む認識結果に基づき、前記ロボットから見て前記第２物体の前記特定部分の陰となる動作陰領域を認識し、前記動作陰領域との重なり領域が除かれた前記第１および第２動作領域に基づいて前記ロボットが前記第２状態にあるか否かを判定することを特徴とする。

第１０発明のロボットによれば、第２動作領域に動作陰領域（＝ロボットから見て第２物体の特定部分の陰となる領域）との重なり領域が存在する場合、当該重なり領域が削除補正された第２動作領域に基づいてロボットが第２状態にあるか否かが判定される。これにより、ロボットが第２行動様式にしたがってその場で基体に対する第１物体の相対位置等を変化させるために腕部等を動かすときに腕部等が第２物体の特定部分に接触することが回避される。

第１１発明のロボットは、第３発明のロボットにおいて、前記第２処理部が、前記ロボットが前記第２および第３状態の両方にあると判定したことを要件として、前記第２および第３行動様式のうち、前記ロボットを前記第１状態に変化させるために要する時間およびエネルギーのうち一方または両方の節約の観点から行動様式を選択し、前記第３処理部が前記第２および第３行動様式のうち、前記第２処理部により選択された行動計画にしたがって前記ロボットの行動を制御することを特徴とする。

第１１発明のロボットによれば、ロボットが第２および第３状態の両方にある場合、第２および第３行動様式のうち、ロボットを第１状態に変化させるのに要する時間やエネルギーの節約の観点から好ましい行動様式にしたがってロボットを行動させることができる。

第１２発明のロボットは、第１１発明のロボットにおいて、前記第２処理部により前記ロボットが前記第２状態にない一方、前記第３状態にあると判定されたことを要件として、前記第３行動様式にしたがって前記ロボットの行動を制御することを特徴とする。

第１２発明のロボットによれば、前第２および第３行動様式の選択の余地がない場合、第３行動様式にしたがってロボットの行動を制御することができる。

第１３発明のロボットは、第３発明のロボットにおいて、前記第１処理部が、前記第１物体が載置されている前記第２物体を取り囲む領域を前記進入禁止領域として認識することを特徴とする。

第１３発明のロボットによれば、ロボットを第２物体との接触を回避しながら移動させることにより、ロボットを第３状態から第１状態に変化させることができる。

第１４発明のロボットは、第３発明のロボットにおいて、前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記進入禁止領域を含む認識結果に基づき、第１進入条件が満たされているか否かを判定することによって前記ロボットが前記第３状態にあるか否かを判定し、前記第１進入条件は第１基準領域のうち少なくとも一部が前記進入禁止領域からはみ出ているという条件であり、前記第１基準領域はそこに前記ロボットが存在する場合に前記ロボットが前記第１行動要素により前記手部で前記第１物体を把持することができる領域であることを特徴とする。

第１４発明のロボットによれば、ロボットが進入禁止領域に進入することを回避しながら、その場で手部によって第１物体を把持しうる領域に移動することができるか否かという観点から、ロボットが第３状態にあるか否かが判定される。これにより、ロボットが第３状態にあると判定されたことを要件として、ロボットが進入禁止領域に進入することを回避しながら、その場で手部によって第１物体を把持しうる領域（＝第１基準領域のうち進入禁止領域からはみ出した部分）に移動することができる。

第１５発明のロボットは、第１４発明のロボットにおいて、前記手部が前記第１物体に接近しうる方向が、当該第１物体が載置されている前記第２物体の特定部分によって制限されている状況で、前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体および前記第２物体のそれぞれの相対位置および相対姿勢を含む認識結果に基づき、前記第１物体から見て前記第２物体の前記特定部分の陰となる基準陰領域を認識し、前記基準陰領域との重なり領域が除かれた前記第１基準領域に基づいて前記第１進入条件が満たされているか否かを判定することを特徴とする。

第１５発明のロボットによれば、第１基準領域に基準陰領域（＝第１物体から見て第２物体の特定部分の陰となる領域）との重なり領域が存在する場合、当該重なり領域が削除補正された第１基準領域に基づいてロボットが第３状態にあるか否かが判定される。これにより、ロボットが第３行動様式にしたがって基体の位置等を変化させたにもかかわらず、第２物体の特定部分が邪魔になって第１物体を把持しえない状況になることが回避される。

第１６発明のロボットは、第４発明のロボットにおいて、前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記進入禁止領域を含む認識結果に基づき、第２進入条件が満たされているか否かを判定することによって前記ロボットが前記第４状態にあるか否かを判定し、前記第２進入条件は第１基準領域の全部が前記進入禁止領域に含まれる一方、第２基準領域のうち少なくとも一部が前記進入禁止領域からはみ出ているという条件であり、前記第１基準領域はそこに前記ロボットが存在する場合に前記ロボットが前記第１行動要素により前記手部で前記第１物体を把持することができる領域であり、前記第２基準領域はそこに前記ロボットが存在する場合に前記ロボットが前記第１行動要素により前記手部で前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させる結果として前記ロボットを前記第２状態から前記第１状態に変化させることができる領域であることを特徴とする。

第１６発明のロボットによれば、ロボットが進入禁止領域に進入することを回避しながら、その場で手部によって第１物体の相対位置等を変化させうる領域に移動することができるか否かという観点から、ロボットが第４状態にあるか否かが判定される。これにより、ロボットが第４状態にあると判定されたことを要件として、ロボットが進入禁止領域に進入することを回避しながら、その場で手部によって基体に対する第１物体の相対位置等を変化させうる領域（＝第２基準領域のうち進入禁止領域からはみ出した部分）に移動することができる。

第１７発明のロボットは、第１６発明のロボットにおいて、前記手部が前記第１物体に接近しうる方向が、当該第１物体が載置されている前記第２物体の特定部分によって制限されている状況で、前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体および前記第２物体のそれぞれの相対位置および相対姿勢を含む認識結果に基づき、前記第１物体から見て前記第２物体の前記特定部分の陰となる基準陰領域を認識し、前記基準陰領域との重なり領域が除かれた、前記第１および第２基準領域に基づいて前記第２進入条件が満たされているか否かを判定することを特徴とする。

第１７発明のロボットによれば、第１および第２基準領域のうち一方または両方に基準陰領域（＝第１物体から見て第２物体の特定部分の陰となる領域）との重なり領域が存在する場合、当該重なり領域が削除補正された第１および第２基準領域に基づいてロボットが第４状態にあるか否かが判定される。これにより、ロボットが第４行動様式にしたがって移動したにもかかわらず、第２物体の特定部分が邪魔になってその場で手部によって基体に対する第１物体の相対位置等を変化させることができない状況になることが回避される。

第１８発明のロボットは、第５発明のロボットにおいて、前記第２処理部が、第３進入条件が満たされているか否かを判定することによって前記ロボットが前記第５状態にあるか否かを判定し、前記第３進入条件は第１および第２基準領域の全部が前記進入禁止領域に含まれている一方、第３基準領域のうち少なくとも一部が前記進入禁止領域からはみ出ているという条件であり、前記第１基準領域はそこに前記ロボットが存在する場合に前記ロボットが前記第１行動要素により前記手部で前記第１物体を把持することができる領域であり、前記第２基準領域はそこに前記ロボットが存在する場合に前記ロボットが前記第１行動要素により前記手部で前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させる結果として前記ロボットを前記第２状態から前記第１状態に変化させることができる領域であり、前記第３基準領域はそこに前記ロボットが存在する場合に前記ロボットが前記第１行動要素により前記手部で前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させる結果として前記ロボットを前記第５状態から前記第３状態または前記第４状態に変化させることができる領域であることを特徴とする。

第１８発明のロボットによれば、ロボットが進入禁止領域に進入することを回避しながら、その場で手部によって第１物体の相対位置等を変化させることにより第３または第４状態が実現されるような領域に移動することができるか否かという観点から、ロボットが第５状態にあるか否かが判定される。これにより、ロボットが第５状態にあると判定されたことを要件として、ロボットが進入禁止領域に進入することを回避しながら、その場で手部によって基体に対する第１物体の相対位置等を変化させうる領域（＝第３基準領域のうち進入禁止領域からはみ出した部分）に移動することができる。

第１９発明のロボットは、第１８発明のロボットにおいて、前記手部が前記第１物体に接近しうる方向が、当該第１物体が載置されている前記第２物体の特定部分によって制限されている状況で、前記第３処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体および前記第２物体のそれぞれの相対位置および相対姿勢を含む認識結果に基づき、前記第１物体から見て前記第２物体の前記特定部分の陰となる基準陰領域を認識し、前記基準陰領域との重なり領域が除かれた前記第１、第２および第３基準領域に基づいて前記第３進入条件が満たされているか否かを判定することを特徴とする。

第１９発明のロボットによれば、第１、第２および第３基準領域のうち一部または全部に基準陰領域（＝第１物体から見て第２物体の特定部分の陰となる領域）との重なり領域が存在する場合、当該重なり領域が削除補正された当該３つの基準領域に基づいてロボットが第５状態にあるか否かが判定される。これにより、ロボットが第５行動様式にしたがって移動したにもかかわらず、第２物体の特定部分が邪魔になって、第３または第４状態を実現するために第１物体の相対位置等を手部で変化させることができない状況になることが回避される。

第２０発明のロボットは、第６発明のロボットにおいて、前記第３処理部が、前記ロボットが前記状態にあると判定したことを要件として、前記ロボットが前記第１、第２、第３、第４および第５状態のいずれでもない状態にあることを外部に報知することを特徴とする。

第２０発明のロボットによれば、ロボットが状態にあり、最終的に第１物体を把持しうるように行動することが極めて困難であることを周囲の人間に知らせることによって、当該人間に第１物体の位置や姿勢の変更等の対応措置をとらせることができる。

第２１発明のロボットは、第２発明のロボットにおいて、前記第１物体の移動度に偏向性がある状況において、前記第１処理部が前記第１物体の相対姿勢に基づいて前記第１物体の移動度が閾値以上の第１易方向をさらに認識し、前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体の相対位置および相対姿勢ならびに前記第１易方向を含む認識結果に基づき、前記腕部および前記手部を動作させることにより前記手部で前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させるとき、前記手部から前記第１物体に対して前記第１易方向の力を作用させるような前記第２行動様式に基づき、前記ロボットが前記第２状態にあるか否かを判定することを特徴とする。

第２１発明のロボットによれば、ロボットが第２状態にある場合、手部によって第１物体に第１易方向の力を作用させながら基体に対する第１物体の相対位置および相対姿勢が調節されうる。このため、ロボットが第２行動様式にしたがって行動することにより、第１物体の基体に対する相対位置および相対姿勢を容易に調節することができる。

第２２発明のロボットは、第２発明のロボットにおいて、前記第２物体の移動度に偏向性がある状況において、前記第１処理部が前記第２物体の相対姿勢に基づいて前記第２物体の移動度が閾値以上の第２易方向をさらに認識し、前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体および前記第２物体のそれぞれの相対位置および相対姿勢ならびに前記第２易方向を含む認識結果に基づき、前記腕部および前記手部を動作させることにより前記手部で前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させるとき、前記手部から前記第１物体に対して前記第２易方向の力を作用させるような前記第２行動様式に基づき、前記ロボットが前記第２状態にあるか否かを判定することを特徴とする。

第２２発明のロボットによれば、ロボットが第２状態にある場合、手部によって第１物体に第２易方向の力を作用させながら第１物体の位置や姿勢が調節されうる。このため、ロボットが第２行動様式にしたがって行動することにより、第２物体の位置や姿勢が変化する結果として、第１物体の位置や姿勢を容易に調節することができる。

第２３発明のロボットは、第１発明のロボットにおいて、前記第１処理部が前記第１物体の把持の成否を判定し、前記第３処理部が前記第１処理部により前記第１物体の把持が失敗したと判定されたことを要件として、前記ロボットの動作を停止させることを特徴とする。

第２３発明のロボットによれば、第１物体の把持が失敗した場合にはロボットの動作が停止させられる。これにより、たとえばロボットが第１物体を把持しうるような状況変化を待つことができる。また、第１物体の把持のためにロボットを動かすための電力等のエネルギーが無駄に消費される事態を回避することができる。

第２４発明のロボットは、第１発明のロボットにおいて、前記基体から延設された複数の脚部を備えている脚式移動ロボットであることを特徴とする。

第２４発明のロボットによれば、基体から延設された複数の脚部を動かすことにより、第１行動様式とは異なる行動様式にしたがって当該ロボットの位置および姿勢のうち一方または両方を変化させることができる。

第２５〜第２９発明のそれぞれの方法は、基体と、前記基体から延設された腕部と、前記腕部の先端部に設けられている手部とを備えているロボットの行動を制御する方法であって、第１〜第５発明のそれぞれのロボットが有する制御システムにより実行される、当該ロボットの行動を制御するための第１〜第３処理を実行することを特徴とする。

当該方法によれば、ロボットが移動せずにその場で腕部等を動かすことにより手部で第１物体を把持することができない場合、ロボットを第１行動様式とは異なる行動様式で行動させる。その結果、基体に対する第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させ、その結果としてロボットを非第１状態から第１状態に変化させ、その後でロボットに第１物体を把持させることができる。

第３０発明のプログラムは、第１〜第２４発明のうちいずれか１つのロボットが有する制御システムとして、当該ロボットに搭載されているコンピュータを機能させることを特徴とする。

当該プログラムによれば、ロボットが移動せずにその場で腕部等を動かすことによって手部で第１物体を把持することができない場合、ロボットに搭載されているコンピュータの機能により、ロボットを第１行動様式とは異なる行動様式で行動させることができる。これにより、基体に対する第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させることができ、その結果としてロボットを非第１状態から第１状態に変化させ、その後でロボットに第１物体を把持させることができる。

本発明のロボット等の実施形態について図面を用いて説明する。まず、ロボットの構成について説明する。図１に示されているロボット１は脚式移動ロボットであり、人間と同様に、基体１０と、基体１０の上方に配置された頭部１１と、基体１０の上部に上部両側から延設された左右の腕部１２と、左右の腕部１２のそれぞれの先端に設けられている手部１３と、基体１０の下部から下方に延設された左右の脚部１４と、左右の脚部１４のそれぞれの先端に設けられている足部１５とを備えている。また、ロボット１はその行動を制御する制御システム２０を備えている。

基体１０はヨー軸回りに相対的に回動しうるように上下に連結された上部および下部により構成されている。基体１０の下部にはロボット１の前方下方を撮像範囲とする腰カメラ１０１が内蔵されている。腰カメラ１０１は近赤外線ランプ（図示略）からロボット１の前方下方に向けて発せられた近赤外光の物体による反射光を検知することにより当該物体の位置等を測定するために用いられる。腰カメラ１０１としてはＣＣＤカメラ、赤外線カメラ等、種々の周波数帯域における光を感知しうるカメラが採用されてもよい。

頭部１１は基体１０に対してヨー軸回りに回動する等、動くことができる。頭部１１には左右一対の頭カメラ１０２が搭載されており、頭部１１が基体に対して動くこと等により頭カメラ１０２の撮像範囲が調節されうる。頭カメラ１０２としてはＣＣＤカメラ、赤外線カメラ等、種々の周波数帯域における光を感知しうるカメラが採用されてもよい。

腕部１２は第１腕リンク１２２と、第２腕リンク１２４とを備えている。基体１０と第１腕リンク１２２とは肩関節１２１を介して連結され、第１腕リンク１２２と第２腕リンク１２４とは肘関節１２３を介して連結され、第２腕リンク１２４と手部１３とは手部根関節１２５を介して連結されている。肩関節１２１はロール、ピッチおよびヨー軸回りの回動自由度を有し、肘関節１２３はピッチ軸回りの回動自由度を有し、手部根関節１２５はロール、ピッチ、ヨー軸回りの回動自由度を有している。手部根関節１２５付近には６軸力センサ１０６が設けられている。

脚部１４は第１脚リンク１４２と、第２脚リンク１４４とを備えている。基体１０と第１脚リンク１４２とは股関節１４１を介して連結され、第１脚リンク１４２と第２脚リンク１４４とは膝関節１４３を介して連結され、第２脚リンク１４４と足部１５とは足関節１４５を介して連結されている。股関節１４１はロール、ピッチおよびロール軸回りの回動自由度を有し、膝関節１４３はピッチ軸回りの回動自由度を有し、足関節１４５はロールおよびピッチ軸回りの回動自由度を有している。

手部１３は、手部掌部から延設され、人間の手部の親指、人差指、中指、薬指および小指のそれぞれに相当する５つの指機構１３１〜１３５を備えている。第１指機構１３１と、横並びの４つの指機構１３２〜１３５とが対向して配置されている。

第１指機構１３１は人間の手部の第１中手部骨、親指の基節および末節に相当する３つのリンク部材と、当該３つのリンク部材を覆う弾性カバーとを備えている。３つのリンク部材は手部掌部から順に人間の手部の第１中手部骨の基部側の関節、親指の中手部指節関節および指節間関節のそれぞれに相当する関節を介して連結されている。第１指機構１３１は手部掌部に収納されたモータから、減速機構等により構成される動力伝達機構を介して伝達される力に応じて各関節において屈曲しうる。モータから第１指機構１３１に伝達される動力は制御システム２０によって制御される。

指機構１３２〜１３５は、たとえば特開２００３−１８１７８７号公報に記載されている指機構と同様の構成とされ、また、それぞれがほぼ同様の構成とされている。たとえば、第５指機構１３５は、人間の手部の小指の基節、中節および末節のそれぞれに相当する３つのリンク部材と、当該３つのリンク部材を覆う弾性カバーとを備えている。３つのリンク部材は手部掌部から順に人間の手部の小指の中手部指節関節、近位指節間関節および遠位指節間関節のそれぞれに相当する関節を介して連結されている。第５指機構１３５は、動力源としてのモータ（図示略）から、動力伝達機構を介して伝達される動力に応じて、各関節において内側に曲がることができる。モータから第５指機構１３５に伝達される動力は、第１指機構１３１と同様に制御システム２００によって制御される。

なお、指機構１３１〜１３５のうち、複数の指機構が共通の一のモータによって駆動されてもよく、本実施形態における第１指機構１３１のように一の指機構が一のモータによって駆動されてもよい。また、動力伝達機構は、前掲の特開２００３−１８１７８７号公報に記載されているようにワイヤやプーリ等によって構成されてもよく、各指機構を屈伸運動させるようにモータの動力を伝達しうるあらゆる構成が採用されてもよい。

図２に示されている制御システム２０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等によって構成されている。制御システム２０は頭カメラ１０２および腰カメラ１０１のそれぞれを通じて得られる画像、腕部１２および脚部１４等におけるロボット１の各関節角度を表すロータリーエンコーダ１０４からの出力、手部１３に作用する力を検出するための６軸力センサ１０６からの出力等に基づき、アクチュエータ（または電動モータ）１０８の動作を制御することによりロボット１の動作を制御する。なお、制御システムはロボット１の内部ネットワークを通じて接続された主制御ユニットおよび一または複数の副制御ユニットより構成される分散制御システムであってもよい。

ロボット１に搭載されているコンピュータを制御システム２０として機能させるための「制御プログラム」はメモリに予め格納されていてもよいが、ロボット１からの要求があった等の任意のタイミングでサーバからネットワークや人工衛星を介して当該コンピュータに配信（ダウンロード）または放送され、当該プログラム用のメモリに格納されてもよい。

制御システム２０は第１処理部２１０と、第２処理部２２０と、第３処理部２３０とを備えている。第１処理部２１０、第２処理部２２０および第３処理部２３０は同一のＣＰＵまたはプロセッサにより構成されていてもよく、異なるＣＰＵまたはプロセッサにより構成されていてもよい。

第１処理部２１０はロボット１を基準とする第１物体Ｗ1および第２物体Ｗ2のそれぞれの相対位置および相対姿勢を認識する。具体的には、第１処理部２１０はロボット１の関節１２１、１２３、１２５、１４１、１４３、１４５等に設けられたロータリーエンコーダ１０４の出力、およびリンク１２２、１２４、１４２、１４４等の長さに基づいてロボット１（または基体１０）の位置および姿勢を認識する。また、第１処理部２１０は頭カメラ１０２または腰カメラ１０１を通じて得られる画像信号等に基づき、ロボット１の把持対象である第１物体Ｗ1の位置および姿勢等を認識する。さらに、第１処理部２１０は頭カメラ１０２または腰カメラ１０１を通じて得られる画像信号等に基づき、第１物体Ｗ1が載置されている第２物体Ｗ2の位置および姿勢等を認識する。なお、頭カメラ１０２および腰カメラ１０１の代替センサあるいは追加センサ（補助センサ）としてミリ波レーダ、超音波センサ等、種々のセンサまたはこれらの組み合わせによって第１物体Ｗ1および第２物体Ｗ2のそれぞれの位置等が認識されてもよい。そのほか、データベースへの検索やＧＰＳの利用によって、ロボット座標系における第１物体Ｗ1および第２物体Ｗ2のそれぞれの位置等が認識されてもよい。

第２処理部２２０は第１処理部２１０による認識結果に基づき、ロボット１が第１〜第５行動様式のそれぞれにしたがって行動しうる第１〜第５状態のうちいずれの状態にあるかを判定する。「第１行動様式」は腕部１２等を動かす第１行動要素により、手部１３で第１物体Ｗ1を把持する行動様式である。「第２行動様式」は第１行動要素により手部１３によって第１物体Ｗ1の相対位置等を変化させる結果として、ロボット１を第２状態から第１状態に変化させる行動様式である。「第３行動様式」は基体１０の位置等を変化させる第２行動要素により第１物体Ｗ1の相対位置等を変化させる結果として、ロボット１を第３状態から第１状態に変化させる行動様式である。「第４行動様式」は第２行動要素により第１物体Ｗ1の相対位置等を変化させる結果として、ロボット１を第４状態から第２状態に変化させる行動様式である。「第５行動様式」は第２行動要素およびこれに続く第１行動要素により第１物体Ｗ1の相対位置等を変化させる結果として、ロボット１を第５状態から第３または第４状態に変化させる行動様式である。

第３処理部２３０は第２処理部２２０による判定結果に基づき、第１〜第５行動様式のうちいずれか１つにしたがってロボット１の行動を制御する。

前記構成のロボット１の機能について説明する。具体的には、ロボット１がカート（第２物体）Ｗ2に載置された略台形状のトレイ（第１物体）Ｗ1を把持する機能について説明する。ロボット１がトレイＷ1を把持するとは、図１１に示されているようにロボット１が左右の手部１３によって、前方にあるトレイＷ1の両側を把持することを意味する。このとき、図１２に示されているように第１指機構１３１はトレイＷ1の上方に位置し、他の指機構１３２〜１３５はトレイＷ1の下方に位置している。

まず、第１処理部２１０がロボット１を基準とするトレイＷ1の相対位置等を測定する「第１処理」を実行する（図３／Ｓ１００）。本実施形態ではロボット１の重心やかかと位置（＝左右のかかとの中間位置）等、静止座標系においてロボット１とともに移動するロボット座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の原点Ｏがロボット１の位置として定義されている。ロボット座標系においてトレイＷ1およびカートＷ2の位置が測定される場合、当該測定位置はただちにロボット１の位置を基準とする相対位置に該当するので、ロボット１の位置測定は省略される。その一方、ロボット１の位置が静止座標系において測定される場合、ロボット１の鉛直位置（床面からの高さ）はロータリーエンコーダ１０４の出力に基づく脚部１４の各関節１４１、１４３、１４５の角度およびメモリから読み取られた第１脚リンク１４２および第２脚リンク１４４の長さ等に基づいて認識される。また、ロボット１の水平位置（緯度および経度）はＧＰＳ情報やジャイロセンサ（図示略）等のセンサの出力に基づいて認識される。

また、ロボット座標系における＋Ｘ方向、＋Ｙ方向および＋Ｚ方向がロボット１の姿勢として定義されている。ロボット１の姿勢はロータリーエンコーダ１０４の出力に基づく各関節１２１、１２３、１２５、１４１、１４３、１４５の角度およびメモリから読み取られた設けられた各リンク１２２、１２４、１４２、１４４の長さ等に基づいて認識される。たとえば基体１０の姿勢は、基体１０の上部および下部の相対的な回動角度、およびジャイロセンサの出力に基づく当該回動軸の鉛直方向に対する傾斜角度に基づいて認識される。腕部１２の姿勢は基体１０の姿勢と、腕部１２の肩関節１２１および肘関節１２３のそれぞれの角度と、第１腕リンク１２２および第２腕リンク１２４のそれぞれの長さとに基づいて認識される。手部１３の姿勢は腕部１２の姿勢と、手部根関節１２５の角度とに基づいて認識される。

トレイＷ1の形状およびサイズ、ならびにロボット１の位置および姿勢のそれぞれを基準とする、トレイＷ1の相対的な位置および姿勢が「第１物体状態」として認識される（図３／Ｓ１１０）。トレイＷ1の相対位置は、トレイＷ1に固定された第１物体座標系（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）の原点Ｏ1のロボット座標系における位置として認識される（図１参照）。トレイＷ1の相対姿勢は、ロボット座標系の＋Ｘ方向、＋Ｙ方向および＋Ｚ方向のそれぞれに対する、第１物体座標系の＋Ｘ1方向、＋Ｙ1方向および＋Ｚ1方向のそれぞれの傾斜角度として認識される（図１参照）。

トレイＷ1の形状およびサイズはたとえば、サーバやデータベース等の外部情報源またはメモリ等の内部情報源から受信または読み取られることにより認識される。なお、頭カメラ１０２や腰カメラ１０１を通じて得られた画像に基づいてトレイＷ1の形状およびサイズが認識されてもよい。

トレイＷ1の相対位置および相対姿勢は頭カメラ１０２を通じて得られたトレイＷ1の画像解析に基づいて測定される。たとえば頭カメラ１０２を通じて得られたトレイＷ1の画像処理により図４に示されているようなグレースケール画像が得られる。この場合、ロボット座標系における頭カメラ１０２の位置と、当該画像における高輝度領域と低輝度領域との境界またはエッジ（図４では黒丸が付されている。）の位置および姿勢（傾き）ならびにトレイＷ1の形状およびサイズに基づき、トレイＷ1の相対位置および相対姿勢が認識される。なお、腰カメラ１０１を通じて得られた画像解析やサーバとの通信によりトレイＷ1の位置および姿勢が認識されてもよい。

また、カート（第２物体）Ｗ2の形状およびサイズ、ならびにロボット１の位置および姿勢のそれぞれを基準とする、カートＷ2の相対的な位置および姿勢が「第２物体状態」として認識される（図３／Ｓ１２０）。カートＷ2の相対位置はカートＷ2に固定された第２物体座標系（Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2）の原点Ｏ2のロボット座標系における位置として認識される（図１参照）。カートＷ2の相対姿勢はロボット座標系の＋Ｘ方向、＋Ｙ方向および＋Ｚ方向のそれぞれに対する、第２物体座標系の＋Ｘ2方向、＋Ｙ2方向および＋Ｚ2方向のそれぞれの傾斜角度として認識される（図１参照）。

カートＷ2の形状およびサイズはサーバやデータベース等の外部情報源またはメモリ等の内部情報源から受信または読み取られることにより認識される。なお、頭カメラ１０２や腰カメラ１０１を通じて得られた画像に基づいてカートＷ2の形状およびサイズが認識されてもよい。

カートＷ2の相対位置および相対姿勢は腰カメラ１０１を通じて得られた、図１に示されているカートＷ2に付されたマークＭ1〜Ｍ4の画像解析により認識される。図５に示されているようにマークＭ1〜Ｍ4はカートＷ2の４本の支柱に取り付けられた４枚の板に近赤外線を反射する３つのドットより構成されている。腰カメラ１０１により得られた画像が２値化処理されることで、当該２値化画像においてはマークＭ1〜Ｍ4を構成するドットのみが高輝度領域として認識される。ロボット座標系における腰カメラ１０１の位置と、マークＭ1〜Ｍ4の画像における位置と、メモリから読み取られた第２物体座標系におけるマークＭ1〜Ｍ4の位置とに基づき、カートＷ2の位置および姿勢が認識される。マークＭ1〜Ｍ4が識別されうるように、各マークＭ1〜Ｍ4を構成する３つの点の配置パターンが差別化されていてもよい。なお、頭カメラ１０２を通じて得られたカートＷ2の画像解析やサーバとの通信によってカートＷ2の相対位置および相対姿勢が認識されてもよい。

続いて、第２処理部２２０が第１処理部２１０による測定結果に基づき、ロボット１の状態を判定する「第２処理」を実行する（図３／Ｓ２００）。第２処理の実行に際して、第１処理部２１０による測定結果に基づいて次に説明する領域が設定される。以下、説明の簡単のため、ロボット座標系の＋Ｚ方向および第１物体座標系の＋Ｚ1方向が平行である場合を考える。この場合、たとえばトレイＷ1の相対姿勢は、ロボット座標系における＋Ｙ方向および第１＋Ｙ1方向の姿勢角度θにより表現される（図６参照）。

まず、第１動作領域Ａ1、第２動作領域Ａ2および動作陰領域ＡＨついて図６を用いて説明する。

第１動作領域Ａ1はそこに第１物体Ｗ1が存在する場合、ロボット１が「第１行動様式」にしたがって、その場で腕部１２等を動かす第１行動要素により、手部１３でトレイＷ1を把持しうる領域を意味する。「その場で」とは「ロボット１が脚部１４を動かしてその位置または位置および姿勢を変化させることなく」ということを意味する。第１動作領域Ａ1の形状および広狭はトレイＷ1の相対姿勢に応じて変化する。これは、ロボット１がトレイＷ1を把持する際のトレイＷ1の相対姿勢が予め設定されているからである（図１２参照）。

たとえば、姿勢角度θが０°である場合、図６（ａ）に示されているようにロボット１（丸印で簡略的に表現されている。）の前方（＋Ｙ方向）に位置する略半楕円形状の領域が第１動作領域Ａ1として設定される。略半楕円形状の第１動作領域Ａ1の長径部分はロボット座標系におけるＸＺ平面（またはロボット１の基本前額面）に平行である。第１動作領域Ａ1は姿勢角度θが０°から増加するにつれて外郭が中心に近づくように収縮し、姿勢角度θが第１閾値θ1を超えると消滅する。たとえばθ＝１５°（＜θ1）である場合、図６（ｂ）に示されているようにθ＝０°の場合と比較して狭い第１動作領域Ａ1が設定される。また、θ＝３０°（＞θ1）である場合、図６（ｃ）に示されているように有形の第１動作領域Ａ1は設定されない。

第２動作領域Ａ2はそこに第１物体Ｗ1が存在する場合、ロボット１が「第２行動様式」にしたがって、その場で腕部１２等を動かす第１行動要素により、手部１３でトレイＷ1の相対位置等を変化させうる領域を意味する。第２動作領域Ａ2の形状および広狭は第１動作領域Ａ1と同様にトレイＷ1の相対姿勢に応じて変化する。

たとえば、姿勢角度θが０°である場合、図６（ａ）に示されているように略半楕円形状の第１動作領域Ａ1の弧部分に全体的に外接する略半環状または馬蹄形状の領域が第２動作領域Ａ2として設定される。第２動作領域Ａ2は第１動作領域Ａ1と同様に姿勢角度θが０°から増加するにつれてその外郭が第１動作領域Ａ1の中心に近づくように収縮し、角度θが第２閾値θ2を超えると消滅する。たとえばθ＝１５°である場合、図６（ｂ）に示されているようにθ＝０°の場合と比較して狭い略馬蹄形状の第２動作領域Ａ2が設定される。また、θ＝３０°である場合、図６（ｃ）に示されているように略半楕円形状の第２動作領域Ａ2が設定される。さらに、θが第２閾値θ2を超えた場合、有形の第２動作領域Ａ2は設定されない。ロボット１から見て第２動作領域Ａ2が第１動作領域Ａ1よりも外側にあるのは、ロボット１がトレイＷ1を把持するために両方の手部１３を届かせることができる範囲が、トレイＷ1を押したり引いたりするために左右いずれか一方の手部１３を届かせることができる範囲よりも狭いためである。

動作陰領域ＡＨは図６（ｄ）に示されているようにロボット１（ロボット座標系の原点Ｏ）から見てハンドル（線分）Ｈの陰になる領域（斜線部分）を意味する。第１動作領域Ａ1から動作陰領域ＡＨとの重なり領域を除いた領域（＝Ａ1−（Ａ1∩ＡＨ）が最終的な第１動作領域Ａ1として設定される。同様に、第２動作領域Ａ2から動作陰領域ＡＨとの重なり領域を除いた領域（＝Ａ2−（Ａ2∩ＡＨ）が最終的な第２動作領域Ａ2として設定される。

続いて、進入禁止領域Ｂ0、第１基準領域Ｂ1、第２基準領域Ｂ2、第３基準領域Ｂ3および基準陰領域ＢＨについて図７を用いて説明する。

進入禁止領域Ｂ0はそこにロボット１が存在する場合、ロボット１がカートＷ2との接触を回避しながらトレイＷ1を把持するまたは手部１３によってトレイＷ1の相対位置等を変化させることができない領域を意味する。たとえば、図７に示されているようにカートＷ2を囲う領域（２点鎖線で囲まれている領域）が進入禁止領域Ｂ0として設定される。

第１基準領域Ｂ1はロボット１がそこに存在する場合、ロボット１がその場でトレイＷ1を把持しうる領域を意味する。たとえば、図７に示されているようにトレイＷ1の後方（−Ｙ1方向）に位置する略半楕円形状の領域が第１基準領域Ｂ1として設定される。略半楕円形状の第１基準領域Ｂ1の長径部分は第１物体座標系におけるＸ1Ｚ1平面に平行である。

第２基準領域Ｂ2はロボット１がそこに存在する場合、ロボット１がその場で手部１３によってトレイＷ1の相対位置等を変化させることができる領域を意味する。たとえば図７に示されているように第１基準領域Ｂ1の弧部分に全体的に外接する略半環状または馬蹄形状の領域が第２基準領域Ｂ2として設定される。トレイＷ1から見て第２基準領域Ｂ2が第１基準領域Ｂ1よりも外側にあるのは、ロボット１がトレイＷ1に比較的近くないとこのトレイＷ1を把持することができない一方、ロボット１がトレイＷ1から比較的遠くてもこのトレイＷ1を押したり引いたりすることができるからである。

第３基準領域Ｂ3はロボット１が存在する場合、ロボット１がその場で手部１３によってトレイＷ1の相対位置等を変化させ、その後、適当な場所に移動することによってトレイＷ1を把持すること等ができる領域を意味する。たとえば図７に示されているように第１基準領域Ｂ1および第２基準領域Ｂ2の複合領域Ｂ1＋Ｂ2に対して、トレイＷ1を基準として鏡映対称な略楕円形状の領域が第３基準領域Ｂ3として設定される。

基準陰領域ＢＨは図７に示されているようにトレイＷ1（第１物体座標系の原点Ｏ1）から見てハンドル（線分）Ｈの陰になっている領域（斜線部分）を意味する。そして、第１基準領域Ｂ1から基準陰領域ＢＨとの重なり領域を除いた領域（＝Ｂ1−（Ｂ1∩ＢＨ））が最終的な第１基準領域Ｂ1として設定される。また、第２基準領域Ｂ2から基準陰領域ＢＨとの重なり領域を除いた領域（＝Ｂ2−（Ｂ2∩ＢＨ））が最終的な第２基準領域Ｂ2として設定される。さらに、第３基準領域Ｂ3から基準陰領域ＢＨとの重なり領域を除いた領域（＝Ｂ3−（Ｂ3∩ＢＨ））が最終的に第３基準領域Ｂ3として認識される。なお、第１基準領域Ｂ1、第２基準領域Ｂ2および第３基準領域Ｂ3のそれぞれが、第１動作領域Ａ1および第２動作領域Ａ2と同様に、ロボット１を基準とするトレイＷ1の相対姿勢に応じて可変的に設定されてもよい。

ここで図３のフローチャートに戻って第２処理の詳細について説明する。

まず、ロボット１が第１行動様式にしたがって行動することができる「第１状態」にあるか否かが判定される（図３／Ｓ２１０）。具体的には、第１物体Ｗ1（＝第１物体座標系の原点Ｏ1）が第１動作領域Ａ1に存在するか否かが判定される。「第１行動様式」はロボット１がその場で腕部１２等を動かして手部１３でトレイＷ1を把持する行動様式を意味する。

ロボット１が「第１状態」にある、すなわち、図８（ａ）に示されているようにトレイＷ1が第１動作領域Ａ1に存在すると判定された場合（図３／Ｓ２１０‥ＹＥＳ）、ロボット１の状態を表すフラグｆが「１」に設定される（図３／Ｓ２６１）。

ロボット１が第１状態にないと判定された場合（図３／Ｓ２１０‥ＮＯ）、ロボット１が第２行動様式にしたがって行動することができる「第２状態」にあるか否かが判定される（図３／Ｓ２２０）。具体的には、第１物体Ｗ1が第２動作領域Ａ2に存在するか否かが判定される。「第２行動様式」はロボット１がその場で腕部１２等を動かすことにより第１物体Ｗ1の相対位置等を変化させた結果として、ロボット１を第１状態に変化させる行動様式を意味する。

また、ロボット１が「第２状態」にある、すなわち、図８（ｂ）に示されているようにトレイＷ1が第２動作領域Ａ2に存在すると判定された場合（図３／Ｓ２２０‥ＹＥＳ）、ロボット１が第３行動様式にしたがって行動しうる「第３状態」にあるか否かが判定される（図３／Ｓ２２２）。具体的には「第１進入条件」が満たされているか否かが判定される。第１進入条件は、第１基準領域Ｂ1（またはＢ1−（Ｂ1∩ＢＨ））の少なくとも一部が進入禁止領域Ｂ0からはみ出ているという条件である。「第３行動様式」はロボット１が移動することにより第１物体Ｗ1の相対位置等を変化させた結果、ロボット１を第１状態に変化させる行動様式を意味する。

ロボット１が「第３状態」にない、すなわち、第１基準領域Ｂ1の全部が進入禁止領域Ｂ0に包含されていると判定された場合（図３／Ｓ２２２‥ＮＯ）、ロボット１の状態を表すフラグｆが「２」に設定される（図３／Ｓ２６２）。

ロボット１が「第３状態」にある、すなわち、図９（ａ）に示されているように第１基準領域Ｂ1の少なくとも一部が進入禁止領域Ｂ0からはみ出ていると判定された場合（図３／Ｓ２２２‥ＹＥＳ）、第１コストＥ1が第２コストＥ2以下であるか否かが判定される（図３／Ｓ２２４）。なお、図９（ａ）では第２基準領域Ｂ2は、基準陰領域ＢＨ（図７参照）によって一部が切りかかれた馬蹄形状になっている。

第１コストＥ1はロボット１が第２行動様式にしたがってその場で腕部１２等を動かして手部１３でトレイＷ1の相対位置等を変化させることにより、ロボット１を第２状態から第１状態に変化させるために要する時間またはエネルギーのうち一方または両方を表す指数である。第１コストＥ1は、たとえば手部１３によりトレイＷ1の相対位置等が複数回にわたって修正される場合、当該修正のための手部１３の１回当たりの動作時間ｔ1、相対位置の修正量ｄ1、相対位置の１回当たりの修正量δｄ1、相対姿勢（姿勢角度）の修正量θ1、および相対姿勢の１回当たりの修正量δθ1に基づき、次式（１）にしたがって評価される。

Ｅ1＝（ｍｏｄ（ｄ1／δｄ1）＋ｍｏｄ（θ1／δθ1））・ｔ1 ‥（１）

第２コストＥ2はロボット１が第３行動様式にしたがって移動することにより、ロボット１を第３状態から第１状態に変化させるために要する時間またはエネルギーのうち一方または両方を表す指数である。第２コストＥ2は、たとえば脚部１４の動きによりトレイＷ1の相対位置等が複数回にわたって修正される場合、当該修正のための脚部１４の１回または１歩当たりの動作時間ｔ2、相対位置の修正量ｄ2、相対位置の１回当たりの修正量δｄ2、相対姿勢（姿勢角度）の修正量θ2、および相対姿勢の１回当たりの修正量δθ2に基づき、次式（２）にしたがって評価される。

Ｅ2＝（ｍｏｄ（ｄ2／δｄ2）＋ｍｏｄ（θ2／δθ2））・ｔ2 ‥（２）

第１コストＥ1が第２コストＥ2以下であると判定された場合（図３／Ｓ２２４‥ＹＥＳ）、フラグｆが「２」に設定される（図３／Ｓ２６２）。一方、第１コストＥ1が第２コストＥ2を超えていると判定された場合（図３／Ｓ２２４‥ＮＯ）、フラグｆが「３」に設定される（図３／Ｓ２６３）。

さらに、ロボット１が「第２状態」にない、すなわち、図８（ｃ）に示されているようにトレイＷ1が第１動作領域Ａ1および第２動作領域Ａ2のいずれにも存在していないと判定された場合（図３／Ｓ２２０‥ＮＯ）、ロボット１が第３行動様式にしたがって行動しうる「第３状態」にあるか否かが前記と同様の手部法により判定される（図３／Ｓ２３０）。ロボット１が「第３状態」にあると判定された場合（図３／Ｓ２３０‥ＹＥＳ）、フラグｆが「３」に設定される（図３／Ｓ２６３）。

ロボット１が「第３状態」にないと判定された場合（図３／Ｓ２３０‥ＮＯ）、ロボット１が第４行動様式にしたがって行動しうる「第４状態」にあるか否かが判定される（図３／Ｓ２４０）。具体的には「第２進入条件」が満たされているか否かが判定される。第２進入条件は、第１基準領域Ｂ1の全部が進入禁止領域Ｂ0に包含されている一方、第２基準領域Ｂ2（またはＢ2−（Ｂ2∩ＢＨ））の少なくとも一部が進入禁止領域Ｂ0からはみ出ているという条件である。「第４行動様式」はロボット１が移動することにより第１物体Ｗ1の相対位置等を変化させた結果、ロボット１を第２状態に変化させる行動様式を意味する。

ロボット１が「第４状態」にある、すなわち、図９（ｂ）に示されているように第２基準領域Ｂ2の少なくとも一部が進入禁止領域Ｂ0からはみ出ていると判定された場合（図３／Ｓ２４０‥ＹＥＳ）、フラグｆが「４」に設定される（図３／Ｓ２６４）。

ロボット１が「第４状態」にない、すなわち、第１基準領域Ｂ1および第２基準領域Ｂ2のそれぞれの全部が進入禁止領域Ｂ0に包含されていると判定された場合（図３／Ｓ２４０‥ＮＯ）、ロボット１が第５行動様式にしたがって行動しうる「第５状態」にあるか否かが判定される（図３／Ｓ２５０）。具体的には「第３進入条件」が満たされているか否かが判定される。第３進入条件は、第１基準領域Ｂ1および第２基準領域Ｂ2のそれぞれの全部が進入禁止領域Ｂ0に包含される一方、第３基準領域Ｂ3の少なくとも一部が進入禁止領域Ｂ0からはみ出ているという条件である。「第５行動様式」はロボット１がその場で腕部１２等を動かすことにより手部１３でトレイＷ1の相対位置等を変化させた結果、ロボット１を第３または第４状態に変化させる行動様式を意味する。

ロボット１が「第５状態」にある、すなわち、図９（ｃ）に示されているように第１基準領域Ｂ1および第２基準領域Ｂ2のそれぞれの全部が進入禁止領域Ｂ0に包含される一方、第３基準領域Ｂ3の少なくとも一部が進入禁止領域Ｂ0からはみ出ていると判定された場合（図３／Ｓ２５０‥ＹＥＳ）、フラグｆが「５」に設定される（図３／Ｓ２６５）。

一方、ロボット１が「第５状態」にない、すなわち、図９（ｄ）に示されているように基準領域Ｂ1〜Ｂ3のそれぞれの全部が進入禁止領域Ｂ0に包含されると判定された場合（図３／Ｓ２５０‥ＮＯ）、フラグｆが「６」に設定される（図３／Ｓ２６６）。なお、図９（ｄ）に示されている状態では第３基準領域Ｂ3は基準陰領域ＢＨに完全に重なっているため実質的には設定されていない（図７参照）。

次に、第３処理部２３０が第２処理部２２０による判定結果に基づいてロボット１の行動を制御する「第３処理」を実行する（図３／Ｓ３００）。まず、ロボット１の状態を示すフラグｆが識別される（図３／Ｓ３０２）。

ｆ＝１の場合、「第１行動様式」にしたがってロボット１の行動が制御される（図３／Ｓ３１０）。これにより、ロボット１が移動せずにその場で腕部１２等を動かすことにより、図１１および図１２に示されているように左右の手部１３によってトレイＷ1を把持する。そして、ロボット１がトレイＷ1を把持するための一連の処理が終了する。

ｆ＝２の場合、「第２行動様式」にしたがってロボット１の行動が制御される（図３／Ｓ３２０）。これにより、ロボット１が移動せずにその場で腕部１２等を動かすことにより、手部１３によってトレイＷ1の相対位置等を変化させる結果として、ロボット１を第２状態から第１状態に変化させる。具体的には、トレイＷ1の相対位置および相対姿勢のそれぞれが目標位置および目標姿勢に一致するように調節される。たとえば、姿勢角度θ（図６（ａ）〜（ｃ）参照）が可能な限り小さくなるような姿勢がトレイＷ1の目標姿勢として設定される。また、第１動作領域Ａ1（図６（ａ）参照）において、カートＷ2におけるトレイＷ1の載置領域ＡＷ（図６（ｄ）参照）の縁部分に一致するまたは最も近接する位置がトレイＷ1の目標位置として設定される。

ｆ＝３の場合、「第３行動様式」にしたがってロボット１の行動が制御される（図３／Ｓ３３０）。これにより、ロボット１が移動することによりトレイＷ1の相対位置等を変化させた結果として、ロボット１を第３状態から第１状態に変化させる。具体的には、図９（ａ）に示されている第１基準領域Ｂ1における進入禁止領域Ｂ0からのはみ出し部分（斜線部分）にロボット１が移動する。

ｆ＝４の場合、「第４行動様式」にしたがってロボット１の行動が制御される（図３／Ｓ３４０）。これにより、ロボット１が移動することによりトレイＷ1の相対位置等を変化させた結果として、ロボット１を第４状態から第２状態に変化させる。具体的には、図９（ｂ）に示されている第２基準領域Ｂ2における進入禁止領域Ｂ0からのはみ出し部分（斜線部分）にロボット１が移動する。

ｆ＝５の場合、「第５行動様式」にしたがってロボット１の行動が制御される（図３／Ｓ３５０）。これにより、ロボット１が移動することによりトレイＷ1の相対位置等を変化させた結果として、ロボット１を第５状態から第３または第４状態に変化させる。具体的には、図９（ｃ）に示されている第３基準領域Ｂ3における進入禁止領域Ｂ0からのはみ出し部分（斜線部分）にロボット１が移動する。その上で、ロボット１がその場で、図９（ａ）または図９（ｂ）に示されている状態が実現されるように腕部１２等を動かすことにより手部１３でトレイＷ1の相対位置等を変化させる。

ロボット１が第５行動様式にしたがって行動するときのトレイＷ1の目標位置および目標姿勢を設定するため、第１処理部２１０による測定結果に基づき、第３動作領域Ａ3と、カートＷ2におけるトレイＷ1の載置領域ＡＷとが設定される。第３動作領域Ａ3はロボット１がその場で手部１３を届かせることができる領域を意味する。たとえば図１０（ａ）に示されているようにロボット１の前方に位置する略半楕円形状の領域が第３動作領域Ａ3として設定される。略半楕円形状の第３動作領域Ａ3はその長径部分がロボット座標系におけるＸＺ平面に平行な線分として表現される。なお、第３動作領域Ａ3も第１動作領域Ａ1および第２動作領域Ａ2と同様に動作陰領域ＡＨとの重なり領域（図６（ｄ）の斜線部分参照）が除外された領域が最終的な第３動作領域Ａ3として設定される。

第３動作領域Ａ3において、載置領域ＡＷの４つの辺のうち第３動作領域Ａ3に交差も接触もしていない辺との距離が最短となる点（境界上の点）の位置が目標位置候補ＴＰC1およびＴＰC2として設定される（図１０（ａ）参照）。また、載置領域ＡＷの４つの辺のうち第３動作領域Ａ3に交差または接触している辺においてトレイＷ1との距離が最短となり、かつ、第３動作領域Ａ3に含まれる点の位置が目標位置候補ＴＰC3およびＴＰC4として設定される（図１０（ａ）参照）。そして、当該目標位置候補ＴＰC1〜ＴＰC4のうち、たとえばトレイＷ1の姿勢変化量（角度θの変化量）が最小となる候補が目標位置として設定される。これにより、たとえば図１０（ｂ）に示されているトレイＷ1の位置（＝図１０（ａ）における目標位置候補ＴＰC1）が目標位置として設定される。

また、載置領域ＡＷの４つの辺のうち、トレイＷ1の目標位置から最も近い辺に対して第１物体座標系（図１参照）のＹ1Ｚ1平面が垂直になり、かつ、−Ｙ1方向がカートＷ2の外側に向く姿勢がトレイＷ1の目標姿勢として設定される。これにより、たとえば図１０（ｂ）に示されているトレイＷ1の姿勢が目標姿勢として設定される。

ｆ＝６の場合、ロボット１は第１〜第５行動様式のいずれかにしたがった行動が禁止され、かつ、ロボット１が第１〜第５状態のいずれでもないことを外部に報知するようにその行動が制御される（図３／Ｓ３６０）。たとえばロボット１が有するスピーカ（図示略）から音声が出力され、またはロボット１が有するＬＥＤ等（図示略）が点滅する等の形態によって、ロボット１が第１〜第５状態のいずれにもないことが報知される。

前記機能を発揮するロボット１によれば、ロボット１が「第１状態」にあると判定された場合、ロボット１の行動が「第１行動様式」にしたがって制御される（図３／Ｓ２１０‥ＹＥＳ，Ｓ３１０参照）。トレイＷ1がロボット１の位置および姿勢に基づいて定まる第１動作領域Ａ1に存在する場合、当該ロボット１が第１状態にあると判定される。これにより、ロボット１が移動せずにその場で腕部１２等を動かすことによって図１１および図１２に示されているように両方の手部１３でトレイ（第１物体）Ｗ1を把持することができる。また、動作陰領域ＡＨとの重なり領域が第１動作領域Ａ1から適宜削除されることで（図６（ｄ）参照）、ロボット１がその場でトレイＷ1を把持するために腕部１２等を動かすときに、腕部１２等がハンドルＨに接触することが回避される。

一方、ロボット１が第１状態にないと判定された場合、ロボットが第１行動様式とは異なる行動様式で行動することにより、ロボットを基準とするトレイＷ1の相対位置等を変化させる結果として、ロボット１を第１状態に変化させることができる（図３／Ｓ２１０‥ＮＯ，Ｓ３２０〜Ｓ３５０参照）。

具体的には、ロボット１が「第２状態」にあると判定された場合、ロボット１の行動が「第２行動様式」にしたがって制御される（図３／Ｓ２２０‥ＹＥＳ，Ｓ３２０参照）。これにより、ロボット１が図１３に示されているようにその場で腕部１２等を動かすことによって手部１３でトレイＷ1の相対位置等を調節する結果として、ロボット１を第２状態から第１状態に変化させることができる。たとえば、手部１３によるトレイＷ1の相対姿勢の変更により、第１動作領域Ａ1を出現させまたは拡張することができる（図６（ａ）〜（ｃ）参照）。さらに、手部１３によるトレイＷ1の相対位置の変更により、トレイＷ1が第１動作領域Ａ1に含まれている状態を実現することができる（図８（ａ）〜（ｃ）参照）。そして、ロボット１が第１行動様式にしたがってその場で腕部１２等を動かすことによって、両方の手部１３でトレイＷ1を把持することができる（図１１参照）。また、動作陰領域ＡＨとの重なり領域が第２動作領域Ａ2から適宜削除されることで（図６（ｄ）参照）、ロボット１がその場でトレイＷ1の相対位置等を手部１３で変化させるために腕部１２等を動かすときに、腕部１２等がハンドルＨに接触することが回避される。

また、ロボット１が「第３状態」にあると判定された場合、ロボット１の行動が「第３行動様式」にしたがって制御される（図３／Ｓ２３０‥ＹＥＳ，Ｓ３３０参照）。これにより、図１４に示されているようにロボット１が進入禁止領域Ｂ0への進入を回避しながら、第１基準領域Ｂ1における進入禁止領域Ｂ0からのはみ出し領域（＝Ｂ1−（Ｂ0∩Ｂ1））に移動する（図９（ａ）斜線部分参照）。ロボット１が移動することによりトレイＷ1の相対位置等を調節する結果として、ロボット１を第３状態から第１状態に変化させることができる。たとえば、ロボット１の移動によるトレイＷ1の相対姿勢の変更により、第１動作領域Ａ1を出現させまたは拡張することができる（図６（ａ）〜（ｃ）参照）。また、ロボット１の移動によるトレイＷ1の相対位置の変更により、トレイＷ1が第１動作領域Ａ1に含まれている状態を実現することができる（図８（ａ）〜（ｃ）参照）。すなわち、ロボット１がその場で腕部１２等を動かすことによって両方の手部１３でトレイＷ1を把持することができる（図１１参照）。また、基準陰領域ＢＨとの重なり領域が第１基準領域Ｂ1から適宜削除されることで（図７参照）、ロボット１が移動したにもかかわらず、その場でトレイＷ1を把持するために腕部１２等を動かすときにハンドルＨが邪魔になる事態が回避される。

さらに、ロボット１が「第４状態」にあると判定された場合、ロボット１の行動が「第４行動様式」にしたがって制御される（図３／Ｓ２４０‥ＹＥＳ，Ｓ３４０参照）。これにより、ロボット１が進入禁止領域Ｂ0への侵入を回避しながら第２基準領域Ｂ2における進入禁止領域Ｂ0からのはみ出し領域（＝Ｂ2−（Ｂ0∩Ｂ2））に移動することができる（図９（ｂ）斜線部分参照）。ロボット１が移動することによりトレイＷ1の相対位置等を調節する結果として、ロボット１を第４状態から第２状態に変化させることができる。たとえば、ロボット１の移動によるトレイＷ1の相対姿勢の変更により、第２動作領域Ａ2を出現させまたは拡張することができる（図６（ａ）〜（ｃ）参照）。また、ロボット１の移動によるトレイＷ1の相対位置の変更により、トレイＷ1が第２動作領域Ａ2に含まれている状態を実現することができる（図８（ａ）〜（ｃ）参照）。さらに、基準陰領域ＢＨとの重なり領域が第２基準領域Ｂ2から適宜削除されることで（図７参照）、ロボット１が移動したにもかかわらず、その場でトレイＷ1の相対位置等を変化させるために腕部１２等を動かすときにハンドルＨが邪魔になる事態が回避される。

その上で、ロボット１がその場で腕部１２等を動かすことによって手部１３でトレイＷ1の相対位置等を変化させることで、ロボット１を第２状態から第１状態に変化させることができる（図１３参照）。そして、ロボット１がその場で腕部１２等を動かすことによって手部１３でトレイＷ1を把持することができる（図１１参照）。

さらに、ロボット１が「第５状態」にあると判定された場合、ロボット１の行動が「第５行動様式」にしたがって制御される（図３／Ｓ２４０‥ＮＯ，Ｓ２５０‥ＹＥＳ，Ｓ３５０）。これにより、ロボット１が進入禁止領域Ｂ0への進入を回避しながら第３基準領域Ｂ3における進入禁止領域Ｂ0からのはみ出し領域（＝Ｂ3−（Ｂ0∩Ｂ3））に移動する（図９（ｃ）斜線部分、図１４参照）。さらに、ロボット１が当該移動先で腕部１２等を動かすことによって図１５（ａ）に示されているように手部１３でトレイＷ1を押す等、トレイＷ1の相対位置等を調節する結果として、ロボット１を第５状態から第３状態または第４状態に変化させることができる。また、基準陰領域ＢＨとの重なり領域が第３基準領域Ｂ3から適宜削除されることで（図７参照）、ロボット１が移動したにもかかわらず、その場でトレイＷ1の相対位置等を変化させるために腕部１２等を動かすときにハンドルＨが邪魔になる事態が回避される。

その上で、ロボット１が図１５（ｂ）に示されているように移動することによってトレイＷ1の相対位置等を調節する結果として、ロボット１を第３状態から第１状態に変化させ、あるいはロボット１を第４状態から第２状態、さらには第２状態から第１状態に変化させることができる。そして、ロボット１がその場で腕部１２等を動かすことによって手部１３でトレイＷ1を把持することができる（図１１参照）。

また、ロボット１が第１、第２、第３、第４および第５状態のいずれでもない状態にあると判定されたことを要件として、第１、第２、第３、第４および第５行動様式にしたがったロボット１の行動が禁止される（図３／Ｓ２６０‥ＹＥＳ，Ｓ３６０）。すなわち、ロボット１がトレイＷ1を把持することが極めて困難である場合、トレイＷ1を把持するための行動を停止させることができる。また、最終的にＷ1を把持しうるように行動することが極めて困難であることを周囲の人間に知らせることによって、当該人間にトレイＷ1の位置や姿勢の変更等の対応措置をとらせることができる。

なお、ロボット１の把持対象である「第１物体」がトレイＷ1のほか、書類、食器、果物、電話機等、さまざまな物体であってもよい。また「第２物体」がカートＷ2のほか、雑誌、野菜、ラジオ等、さまざまな物体であってもよい。さらに、第１物体（トレイ）Ｗ1が第２物体（カート）Ｗ2に載置されている状態で第１物体Ｗ1が把持されるほか、第１物体Ｗ1から離反して第２物体Ｗ2が存在する状態で第１物体Ｗ1が把持されてもよく、第１物体Ｗ1の周囲に第２物体Ｗ2が存在しない状態で第１物体Ｗ1が把持されてもよい。

ロボット１は複数の脚部１４の動きにより移動したが、そのほか、ロボット１が車輪を有する場合にはその車輪を回転させること等によって移動してもよい。

第２状態および第３状態が競合するか否かが判定され、当該判定結果が高低的な場合にはコスト比較によって行動様式が選択された（図３／Ｓ２２０，Ｓ２２２，Ｓ２２４参照）。他の実施形態として当該判定（図３／Ｓ２２２参照）およびコスト比較（図３／Ｓ２２４参照）が省略され、第２行動様式が第３行動様式よりも常に優先的に選択されてもよい。また、第３行動様式が第２行動様式よりも常に優先的に選択されてもよい（図３におけるＳ２２０およびＳ２３０の先後交換）。

さらに、第１物体Ｗ1およびこれが載置されている第２物体Ｗ2のそれぞれの移動度または動きやすさに偏向性がある状況において、当該偏向性が考慮された上でロボット１の行動が制御されてもよい。すなわち、第１処理部２１０により第１物体Ｗ1の移動度が第１閾値未満の「第１難方向」および第１物体Ｗ1の移動度が第１閾値以上の「第１易方向」が認識される。また、第１処理部２１０により第２物体Ｗ2の移動度が第２閾値未満の「第２難方向」および第２物体Ｗ2の移動度が第２閾値以上の「第２易方向」が認識される。さらに、第２処理部２２０により第１物体Ｗ1の把持に際して手部１３から第１物体Ｗ1に第１難方向、第２難方向、または第１難方向および第２難方向の重なる方向に力を作用させるような第１行動様式に基づき、ロボット１が第１状態にあるか否かが判定される。また、第２処理部２２０により手部１３による第１物体Ｗ1の相対位置等の変化に際して手部１３から第１物体Ｗ1に第１易方向、第２易方向、または第１易方向および第２易方向の重なる方向に力を作用させるような第２行動様式に基づき、ロボット１が第２状態にあるか否かが判定される。

当該構成のロボット１によれば、ロボット１が第１状態にあると判定された場合、手部１３によって第１物体Ｗ1に第１難方向、第２難方向および第１および第２難方向の重なり方向の力を作用させながら第１物体Ｗ1が把持されうる。このため、ロボット１が第１物体Ｗ1を把持するために第１行動様式にしたがって行動しているときに、第１物体Ｗ1または第２物体Ｗ2のそれぞれの位置または姿勢の変化によって、第１物体Ｗ1の相対位置等が、ロボット１がその場で第１物体Ｗ1を把持できなくなる程度に大きく変動する事態が回避される。

また、ロボット１が第２状態にあると判定された場合、手部１３によって第１物体Ｗ1に第１易方向、第２易方向、または第１易方向および第２易方向の重なる方向の力を作用させながら第１物体Ｗ1の位置等が調節されうる。このため、ロボット１が第２行動様式にしたがって行動することにより、第１物体Ｗ1または第２物体Ｗ2のそれぞれの位置または姿勢を容易に変化させる結果、第１物体Ｗ1の相対位置等を容易に調節することができる。

さらに、第１処理部２１０が手部１３に設けられた６軸力センサ１０６の出力に基づいて第１物体Ｗ1の把持の成否を判定し、第３処理部２３０が第１処理部２１０により第１物体Ｗ1の把持が失敗したと判定されたことを要件として、ロボット１の動作を停止させてもよい。これにより、たとえばロボット１が第１物体Ｗ1を把持しうるような状況変化を待つことができる。また、第１物体Ｗ1の把持のためにロボット１を動かすための電力等のエネルギーが無駄に消費される事態を回避することができる。

本発明のロボットの構成説明図 本発明のロボットの制御システムの構成説明図 本発明のロボットの機能説明図 本発明のロボットの機能説明図 本発明のロボットの機能説明図 本発明のロボットの機能説明図 本発明のロボットの機能説明図 本発明のロボットの機能説明図 本発明のロボットの機能説明図 本発明のロボットの機能説明図 本発明のロボットの機能説明図 本発明のロボットの機能説明図 本発明のロボットの機能説明図 本発明のロボットの機能説明図 本発明のロボットの機能説明図

１‥ロボット、１０‥基体、１１‥頭部、１２‥腕部、１３‥手部、１４‥脚部、２０‥制御システム、１０１‥頭カメラ、１０２‥腰カメラ、１０４‥ロータリーエンコーダ、１０６‥６軸力センサ、１０８‥アクチュエータ、２０‥制御システム、２１０‥第１処理部、２２０‥第２処理部、２３０‥第３処理部、Ｗ1‥トレイ（第１物体）、Ｗ2‥カート（第２物体）

Claims (30)

1. 基体と、前記基体から延設された腕部と、前記腕部の先端部に設けられている手部とを備えているロボットであって、前記ロボットの行動を制御する制御システムを備え、
   前記制御システムが第１処理部と、第２処理部と、第３処理部とを備え、
   前記第１処理部が前記基体を基準とする第１物体の相対位置および相対姿勢を認識し、前記第１物体の移動度に偏向性がある状況では前記第１物体の相対姿勢に基づいて当該第１物体の移動度が閾値未満の第１難方向をさらに認識し、あるいは、第１物体および当該第１物体が載置されている第２物体のそれぞれの前記基体を基準とする相対位置および相対姿勢を認識し、前記第２物体の移動度に偏向性がある状況では前記第２物体の相対姿勢に基づいて当該第２物体の移動度が閾値未満の第２難方向をさらに認識し、
   前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体の相対位置および相対姿勢ならびに前記第１難方向を含む認識結果に基づき、前記第１物体の把持に際して前記手部から当該第１物体に前記第１難方向の力を作用させるような第１行動様式にしたがって行動しうる第１状態にあるか否かを判定し、あるいは、前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体および前記第２物体のそれぞれの相対位置および相対姿勢ならびに前記第２難方向を含む認識結果に基づき、前記第１物体の把持に際して前記手部から当該第１物体に対して前記第２難方向の力を作用させるような第１行動様式にしたがって行動しうる第１状態にあるか否かを判定し、前記第１行動様式は前記ロボットが移動せずにその場で前記腕部および前記手部のうち少なくとも一方を動かす第１行動要素により、前記手部で前記第１物体を把持する行動様式であり、
   前記第２処理部によって前記ロボットが前記第１状態にあると判定されたことを要件として、前記第３処理部が前記第１行動様式にしたがって前記ロボットの行動を制御する一方、前記第２処理部によって前記ロボットが前記第１状態にないと判定されたことを要件として、前記第３処理部が前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方が変化するように前記第１行動様式とは異なる行動様式にしたがって前記ロボットの行動を制御することを特徴とするロボット。
2. 請求項１記載のロボットにおいて、
   前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体の相対位置および相対姿勢を含む認識結果に基づき、前記ロボットが第２行動様式にしたがって行動しうる第２状態にあるか否かをさらに判定し、前記第２行動様式は前記第１行動要素により前記手部によって前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させる結果として、前記ロボットを前記第２状態から前記第１状態に変化させる行動様式であり、
   前記第２処理部により前記ロボットが前記第２状態にあると判定されたことを要件として、前記第３処理部が前記第２行動様式にしたがって前記ロボットの行動を制御することを特徴とするロボット。
3. 請求項２記載のロボットにおいて、
   前記ロボットの進入禁止領域が存在する状況において前記第１処理部が前記進入禁止領域をさらに認識し、
   前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記進入禁止領域をさらに含む認識結果に基づき、前記ロボットが第３行動様式にしたがって行動しうる第３状態にあるか否かをさらに判定し、前記第３行動様式は前記ロボットが移動する第２行動要素により前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させる結果として、前記ロボットを前記第３状態から前記第１状態に変化させる行動様式であり、
   前記第２処理部により前記ロボットが前記第３状態にあると判定されたことを要件として、前記第３処理部が前記第３行動様式にしたがって前記ロボットの行動を制御することを特徴とするロボット。
4. 請求項３記載のロボットにおいて、
   前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記進入禁止領域を含む認識結果に基づき、前記ロボットが第４行動様式にしたがって行動しうる第４状態にあるか否かをさらに判定し、前記第４行動様式は前記第２行動要素により前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させる結果として、前記ロボットを前記第４状態から前記第２状態に変化させる行動様式であり、
   前記第２処理部により前記ロボットが前記第４状態にあると判定されたことを要件として、前記第３処理部が前記第４行動様式にしたがって前記ロボットの行動を制御することを特徴とするロボット。
5. 請求項４記載のロボットにおいて、
   前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記進入禁止領域を含む認識結果に基づき、前記ロボットが第５行動様式にしたがって行動しうる第５状態にあるか否かをさらに判定し、前記第５行動様式は前記第２行動要素およびこれに続く前記第１行動要素により前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させる結果として、前記ロボットを前記第５状態から前記第３または第４状態に変化させる行動様式であり、
   前記第２処理部により前記ロボットが前記第５状態にあると判定されたことを要件として、前記第３処理部が前記第５行動様式にしたがって前記ロボットの行動を制御することを特徴とするロボット。
6. 請求項５記載のロボットにおいて、
   前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記進入禁止領域を含む認識結果に基づき、前記ロボットが前記第１、第２、第３、第４および第５状態のいずれでもない状態にあるか否かを判定し、
   前記第３処理部が前記第２処理部により前記ロボットが前記第１、第２、第３、第４および第５状態のいずれでもない状態にあると判定されたことを要件として、前記第１、第２、第３、第４および第５行動様式にしたがった前記ロボットの行動を禁止することを特徴とするロボット。
7. 請求項１記載のロボットにおいて、
   前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体の相対位置および相対姿勢を含む認識結果に基づき、前記第１物体が第１動作領域に含まれているか否かを判定することにより、前記ロボットが前記第１状態にあるか否かを判定し、
   前記第１動作領域は前記第１物体の相対姿勢に応じてその形状および広狭が変化し、かつ、前記第１物体が当該領域に存在する場合に前記ロボットが前記第１行動要素により前記手部で前記第１物体を把持することができる領域であることを特徴とするロボット。
8. 請求項７記載のロボットにおいて、
   前記手部が前記第１物体に接近しうる方向が、当該第１物体が載置されている前記第２物体の特定部分によって制限されている状況で、前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体および前記第２物体のそれぞれの相対位置および相対姿勢を含む認識結果に基づき、前記ロボットから見て前記第２物体の前記特定部分の陰となる動作陰領域を認識し、前記動作陰領域との重なり領域が除かれた前記第１動作領域に基づいて前記ロボットが前記第１状態にあるか否かを判定することを特徴とするロボット。
9. 請求項２記載のロボットにおいて、
   前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体の相対位置および相対姿勢を含む認識結果に基づき、前記第１物体が第２動作領域に含まれているか否かを判定することにより、前記ロボットが前記第２状態にあるか否かを判定し、
   前記第２動作領域は前記第１物体の相対姿勢に応じてその形状および広狭が変化し、かつ、前記第１物体が当該領域に存在することにより前記ロボットが前記第１行動要素により前記手部によって前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させる結果として、前記第１物体を前記第２動作領域から前記第１動作領域に移動させることができる領域であり、
   前記第１動作領域は前記第１物体の相対姿勢に応じてその形状および広狭が変化し、かつ、前記第１物体が当該領域に存在する場合に前記ロボットが前記第１行動要素により前記手部で前記第１物体を把持することができる領域であることを特徴とするロボット。
10. 請求項９記載のロボットにおいて、
    前記手部が前記第１物体に接近しうる方向が前記第２物体の特定部分によって制限されている状況において、前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体および前記第２物体のそれぞれの相対位置および相対姿勢を含む認識結果に基づき、前記ロボットから見て前記第２物体の前記特定部分の陰となる動作陰領域を認識し、前記動作陰領域との重なり領域が除かれた前記第１および第２動作領域に基づいて前記ロボットが前記第２状態にあるか否かを判定することを特徴とするロボット。
11. 請求項３記載のロボットにおいて、
    前記第２処理部が、前記ロボットが前記第２および第３状態の両方にあると判定したことを要件として、前記第２および第３行動様式のうち、前記ロボットを前記第１状態に変化させるために要する時間およびエネルギーのうち一方または両方の節約の観点から行動様式を選択し、
    前記第３処理部が前記第２および第３行動様式のうち、前記第２処理部により選択された行動計画にしたがって前記ロボットの行動を制御することを特徴とするロボット。
12. 請求項１１記載のロボットにおいて、
    前記第２処理部により前記ロボットが前記第２状態にない一方、前記第３状態にあると判定されたことを要件として、前記第３行動様式にしたがって前記ロボットの行動を制御することを特徴とするロボット。
13. 請求項３記載のロボットにおいて、
    前記第１処理部が、前記第１物体が載置されている前記第２物体を取り囲む領域を前記進入禁止領域として認識することを特徴とするロボット。
14. 請求項３記載のロボットにおいて、
    前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記進入禁止領域を含む認識結果に基づき、第１進入条件が満たされているか否かを判定することによって前記ロボットが前記第３状態にあるか否かを判定し、
    前記第１進入条件は第１基準領域のうち少なくとも一部が前記進入禁止領域からはみ出ているという条件であり、
    前記第１基準領域はそこに前記ロボットが存在する場合に前記ロボットが前記第１行動要素により前記手部で前記第１物体を把持することができる領域であることを特徴とするロボット。
15. 請求項１４記載のロボットにおいて、
    前記手部が前記第１物体に接近しうる方向が、当該第１物体が載置されている前記第２物体の特定部分によって制限されている状況で、前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体および前記第２物体のそれぞれの相対位置および相対姿勢を含む認識結果に基づき、前記第１物体から見て前記第２物体の前記特定部分の陰となる基準陰領域を認識し、前記基準陰領域との重なり領域が除かれた前記第１基準領域に基づいて前記第１進入条件が満たされているか否かを判定することを特徴とするロボット。
16. 請求項４記載のロボットにおいて、
    前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記進入禁止領域を含む認識結果に基づき、第２進入条件が満たされているか否かを判定することによって前記ロボットが前記第４状態にあるか否かを判定し、
    前記第２進入条件は第１基準領域の全部が前記進入禁止領域に含まれる一方、第２基準領域のうち少なくとも一部が前記進入禁止領域からはみ出ているという条件であり、
    前記第１基準領域はそこに前記ロボットが存在する場合に前記ロボットが前記第１行動要素により前記手部で前記第１物体を把持することができる領域であり、前記第２基準領域はそこに前記ロボットが存在する場合に前記ロボットが前記第１行動要素により前記手部で前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させる結果として前記ロボットを前記第２状態から前記第１状態に変化させることができる領域であることを特徴とするロボット。
17. 請求項１６記載のロボットにおいて、
    前記手部が前記第１物体に接近しうる方向が、当該第１物体が載置されている前記第２物体の特定部分によって制限されている状況で、前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体および前記第２物体のそれぞれの相対位置および相対姿勢を含む認識結果に基づき、前記第１物体から見て前記第２物体の前記特定部分の陰となる基準陰領域を認識し、前記基準陰領域との重なり領域が除かれた、前記第１および第２基準領域に基づいて前記第２進入条件が満たされているか否かを判定することを特徴とするロボット。
18. 請求項５記載のロボットにおいて、
    前記第２処理部が、第３進入条件が満たされているか否かを判定することによって前記ロボットが前記第５状態にあるか否かを判定し、
    前記第３進入条件は第１および第２基準領域の全部が前記進入禁止領域に含まれている一方、第３基準領域のうち少なくとも一部が前記進入禁止領域からはみ出ているという条件であり、
    前記第１基準領域はそこに前記ロボットが存在する場合に前記ロボットが前記第１行動要素により前記手部で前記第１物体を把持することができる領域であり、前記第２基準領域はそこに前記ロボットが存在する場合に前記ロボットが前記第１行動要素により前記手部で前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させる結果として前記ロボットを前記第２状態から前記第１状態に変化させることができる領域であり、前記第３基準領域はそこに前記ロボットが存在する場合に前記ロボットが前記第１行動要素により前記手部で前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させる結果として前記ロボットを前記第５状態から前記第３状態または前記第４状態に変化させることができる領域であることを特徴とするロボット。
19. 請求項１８記載のロボットにおいて、
    前記手部が前記第１物体に接近しうる方向が、当該第１物体が載置されている前記第２物体の特定部分によって制限されている状況で、前記第３処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体および前記第２物体のそれぞれの相対位置および相対姿勢を含む認識結果に基づき、前記第１物体から見て前記第２物体の前記特定部分の陰となる基準陰領域を認識し、前記基準陰領域との重なり領域が除かれた前記第１、第２および第３基準領域に基づいて前記第３進入条件が満たされているか否かを判定することを特徴とするロボット。
20. 請求項６記載のロボットにおいて、
    前記第３処理部が、前記ロボットが前記状態にあると判定したことを要件として、前記ロボットが前記第１、第２、第３、第４および第５状態のいずれでもない状態にあることを外部に報知することを特徴とするロボット。
21. 請求項２記載のロボットにおいて、
    前記第１物体の移動度に偏向性がある状況において、前記第１処理部が前記第１物体の相対姿勢に基づいて前記第１物体の移動度が閾値以上の第１易方向をさらに認識し、
    前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体の相対位置および相対姿勢ならびに前記第１易方向を含む認識結果に基づき、前記腕部および前記手部を動作させることにより前記手部で前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させるとき、前記手部から前記第１物体に対して前記第１易方向の力を作用させるような前記第２行動様式に基づき、前記ロボットが前記第２状態にあるか否かを判定することを特徴とするロボット。
22. 請求項２記載のロボットにおいて、
    前記第２物体の移動度に偏向性がある状況において、前記第１処理部が前記第２物体の相対姿勢に基づいて前記第２物体の移動度が閾値以上の第２易方向をさらに認識し、
    前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果であって前記第１物体および前記第２物体のそれぞれの相対位置および相対姿勢ならびに前記第２易方向を含む認識結果に基づき、前記腕部および前記手部を動作させることにより前記手部で前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させるとき、前記手部から前記第１物体に対して前記第２易方向の力を作用させるような前記第２行動様式に基づき、前記ロボットが前記第２状態にあるか否かを判定することを特徴とするロボット。
23. 請求項１記載のロボットにおいて、
    前記第１処理部が前記第１物体の把持の成否を判定し、
    前記第３処理部が前記第１処理部により前記第１物体の把持が失敗したと判定されたことを要件として、前記ロボットの動作を停止させることを特徴とするロボット。
24. 請求項１記載のロボットにおいて、
    前記基体から延設された複数の脚部を備えている脚式移動ロボットであることを特徴とするロボット。
25. 基体と、前記基体から延設された腕部と、前記腕部の先端部に設けられている手部とを備えているロボットの行動を制御する方法であって、
    第１処理と、第２処理と、第３処理とを実行し、
    前記第１処理において前記基体を基準とする第１物体の相対位置および相対姿勢を認識し、前記第１物体の移動度に偏向性がある状況では前記第１物体の相対姿勢に基づいて当該第１物体の移動度が閾値未満の第１難方向をさらに認識し、あるいは、第１物体および当該第１物体が載置されている第２物体のそれぞれの前記基体を基準とする相対位置および相対姿勢を認識し、前記第２物体の移動度に偏向性がある状況では前記第２物体の相対姿勢に基づいて当該第２物体の移動度が閾値未満の第２難方向をさらに認識し、
    前記第２処理において前記第１処理における認識結果であって前記第１物体の相対位置および相対姿勢ならびに前記第１難方向を含む認識結果に基づき、前記第１物体の把持に際して前記手部から当該第１物体に前記第１難方向の力を作用させるような第１行動様式にしたがって行動しうる第１状態にあるか否かを判定し、あるいは、前記第１処理における認識結果であって前記第１物体および前記第２物体のそれぞれの相対位置および相対姿勢ならびに前記第２難方向を含む認識結果に基づき、前記第１物体の把持に際して前記手部から当該第１物体に対して前記第２難方向の力を作用させるような第１行動様式にしたがって行動しうる第１状態にあるか否かを判定し、前記第１行動様式は前記ロボットが移動せずにその場で前記腕部および前記手部のうち少なくとも一方を動かす第１行動要素により、前記手部で前記第１物体を把持する行動様式であり、
    前記第２処理において前記ロボットが前記第１状態にあると判定されたことを要件として、前記第３処理において前記第１行動様式にしたがって前記ロボットの行動を制御する一方、前記第２処理において前記ロボットが前記第１状態にないと判定されたことを要件として、前記第３処理において前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方が変化するように前記第１行動様式とは異なる行動様式にしたがって前記ロボットの行動を制御することを特徴とする方法。
26. 請求項２５記載の方法において、
    前記第２処理において前記第１処理における認識結果であって前記第１物体の相対位置および相対姿勢を含む認識結果に基づき、前記ロボットが第２行動様式にしたがって行動しうる第２状態にあるか否かをさらに判定し、前記第２行動様式は前記第１行動要素により前記手部によって前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させる結果として、前記ロボットを前記第２状態から前記第１状態に変化させる行動様式であり、
    前記第２処理において前記ロボットが前記第２状態にあると判定されたことを要件として、前記第３処理において前記第２行動様式にしたがって前記ロボットの行動を制御することを特徴とする方法。
27. 請求項２６記載の方法において、
    前記ロボットの進入禁止領域が存在する状況において前記第１処理において前記進入禁止領域をさらに認識し、
    前記第２処理において前記第１処理における認識結果であって前記進入禁止領域をさらに含む認識結果に基づき、前記ロボットが第３行動様式にしたがって行動しうる第３状態にあるか否かをさらに判定し、前記第３行動様式は前記ロボットが移動する第２行動要素により前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させる結果として、前記ロボットを前記第３状態から前記第１状態に変化させる行動様式であり、
    前記第２処理において前記ロボットが前記第３状態にあると判定されたことを要件として、前記第３処理において前記第３行動様式にしたがって前記ロボットの行動を制御する
    ことを特徴とする方法。
28. 請求項２７記載の方法において、
    前記第２処理において前記第１処理における認識結果であって前記進入禁止領域を含む認識結果に基づき、前記ロボットが第４行動様式にしたがって行動しうる第４状態にあるか否かをさらに判定し、前記第４行動様式は前記第２行動要素により前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させる結果として、前記ロボットを前記第４状態から前記第２状態に変化させる行動様式であり、
    前記第２処理において前記ロボットが前記第４状態にあると判定されたことを要件として、前記第３処理において前記第４行動様式にしたがって前記ロボットの行動を制御することを特徴とする方法。
29. 請求項２８記載の方法において、
    前記第２処理において前記第１処理における認識結果であって前記進入禁止領域を含む認識結果に基づき、前記ロボットが第５行動様式にしたがって行動しうる第５状態にあるか否かをさらに判定し、前記第５行動様式は前記第２行動要素およびこれに続く前記第１行動要素により前記第１物体の相対位置および相対姿勢のうち一方または両方を変化させる結果として、前記ロボットを前記第５状態から前記第３または第４状態に変化させる行動様式であり、
    前記第２処理において前記ロボットが前記第５状態にあると判定されたことを要件として、前記第３処理において前記第５行動様式にしたがって前記ロボットの行動を制御することを特徴とする方法。
30. 基体と、前記基体から延設された腕部と、前記腕部の先端部に設けられている手部とを備えているロボットに搭載されているコンピュータを請求項１〜２４のうちいずれか１つに記載の制御システムとして機能させることを特徴とするプログラム。

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