JP4577697B2 - 移動装置および移動装置システム - Google Patents

Description

本発明は、自律的に移動する装置に関する。

ロボットがその高機能化にともなって荷物を運搬したり、あるいは人間を目的地まで誘導したりする等の業務または作業を遂行する機会が増えている。このため、複数のロボットが併存する環境において、ロボット同士が接触を回避しながら移動する必要性が高まっている。そこで、サーバにより複数のロボットのそれぞれの行動を管理し、ロボット同士の接触の回避を図る技術的手法が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００６−１３３８６３号公報

しかし、サーバによりロボットの行動が管理されていない環境では、各ロボットが自律的に相互の接触を回避しながら行動または移動する必要がある。また、サーバによりロボットの行動が管理されている一方、ロボットがサーバとの通信可能範囲から外れた場合も、各ロボットが自律的に相互の接触を回避しながら行動または移動する必要がある。

その一方、各ロボットの自律的な行動アルゴリズムが近似または一致していると、複数のロボットのそれぞれが他のロボットとの接触を回避するために似た行動をとる。このため、各ロボットが他のロボットとの接触を回避するために行動したにもかかわらずお互いの接触可能性がかえって高まる場合がある。

そこで、本発明は、サーバによって移動装置の行動が管理されていない環境下で、相互の接触を回避しながら自律的に移動または行動しうる移動装置等を提供することを解決課題とする。

前記課題を解決するための本発明の移動装置システムは、制御装置を備え、該制御装置によって動作が制御されることにより２次元のモデル空間において定義された目標位置の変化態様を表わす目標軌道にしたがって自律的に移動する第１移動装置および第２移動装置により構成される移動装置システムであって、前記制御装置が第１処理部、第２処理部および第３処理部を備え、前記第ｉ移動装置（ｉ＝１，２）において、前記第１処理部が前記第ｉ移動装置および当該第ｉ移動装置の位置の変化態様を表わす軌道のそれぞれを前記モデル空間における第１空間要素および前記第ｉ移動装置の位置を当該モデル空間において表わす第１位置の変化態様を表わす第１軌道のそれぞれとして認識し、物体および当該物体の位置の変化態様を表わす軌道のそれぞれを第２空間要素および前記物体の位置を当該モデル空間において表わす第２位置の変化態様を表わす第２軌道のそれぞれとして認識し、かつ、前記第２軌道に応じて連続的または断続的に拡張された前記第２空間要素を第２拡張空間要素として認識し、前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果に基づき、前記第１空間要素と前記第２空間要素との接触可能性が低いことを示す安全条件が満たされているか否かを判定し、前記第３処理部が前記第２処理部により前記安全条件が満たされていないと判定されたことを要件として、前記第１処理部による認識結果に基づき、前記第１空間要素が前記第２拡張空間要素との接触を回避しうる前記目標軌道を探索し、前記第１移動装置において、前記制御装置が前記第３処理部により探索された前記目標軌道のうち一部または全部を前記第２移動装置に認識させ、前記第２移動装置において、前記制御装置が前記第１移動装置の前記目標軌道のうち一部または全部を認識し、前記第１処理部が当該認識結果に基づいて前記物体としての前記第１移動装置の前記軌道を、当該物体の位置の変化態様を表わす前記第２軌道として認識することを特徴とする。

本発明の移動装置システムによれば、第１および第２移動装置のそれぞれにおいて安全条件が満たされていない場合、すなわち、各移動装置が物体に接触する可能性が高い場合、モデル空間において第１空間要素が第２拡張空間要素との接触を回避しうる目標軌道が探索され、各移動装置がこの目標軌道にしたがって自律的に移動することにより、各移動装置と物体との接触回避が図られる。

また、第１移動装置の目標軌道のうち一部または全部が第２移動装置により認識される。そして、第２移動装置においてこの認識結果に基づき、物体としての第１移動装置の軌道が第２軌道として認識され、この第２軌道に基づいて第２拡張空間要素が認識される。

このため、第２移動装置において前記のようにモデル空間において第１空間要素が第２拡張空間要素との接触を回避しうる目標軌道が探索され、第２移動装置がこの目標軌道にしたがって自律的に移動することにより、第１移動装置と第２移動装置との接触回避が図られる。このように、サーバによって各移動装置の行動が管理されていない環境下で、各移動装置は相互の接触を回避しながら自律的に移動または行動することができる。

前記第１移動装置において、前記物体が前記第２移動装置に該当しないという追加安全条件が満たされているか否かを前記第２処理部が判定し、前記第３処理部が前記第２処理部により前記追加安全条件が満たされていると判定された場合、第１目標軌道を前記目標軌道として探索する一方、前記第２処理部により前記追加安全条件が満たされていないと判定された場合、前記第１目標軌道とは異なる第２目標軌道を前記目標軌道として探索してもよい。

当該構成の移動装置システムによれば、第１移動装置において物体が第２移動装置に該当するという追加安全条件が満たされていると判定された場合に探索される第１目標軌道と、この追加安全条件が満たされていないと認識された場合に探索される第２目標軌道とが差別化される。このため、第１移動装置は物体が第２移動装置に該当する場合、物体が第２移動装置に該当しない場合とは異なる目標軌道にしたがって自律的に移動する。

これにより、第１移動装置および第２移動装置のそれぞれにおける目標軌道の探索アルゴリズムが同一または類似であるため、両移動装置が目標軌道にしたがって相互に接触回避を図るように移動したにもかかわらず接触可能性が低下しないまたはかえって高くなるような事態が回避されうる。

また、第２移動装置に目標軌道のうち一部または全部を認識させ、当該認識結果に基づいて物体としての第１移動装置の軌道を認識させ、かつ、当該認識結果に基づいて第２拡張空間要素を認識させることができる。このため、第２移動装置において、第２拡張空間要素との接触を回避する第１空間要素の目標軌道が探索され、第２移動装置がこの目標軌道にしたがって自律的に移動することにより、第１移動装置と第２移動装置との接触回避が図られる。

このように、サーバにより各移動装置の行動が管理されていない環境下で、各移動装置は相互の接触を回避しながら自律的に移動または行動することができる。

前記第１移動装置において、前記第３処理部が前記第２目標軌道にしたがった前記第１空間要素の速度が０となり、その結果として前記第１移動装置が停止するように、または、前記第１目標軌道にしたがった前記第１空間要素の速度より低くなり、その結果として前記第１移動装置の移動速度が、前記第２処理部により前記追加安全条件が満たされていると判定された場合と比較して低下するように前記第２目標軌道を探索してもよい。

当該構成の移動装置システムによれば、第１移動装置は物体が第２移動装置に該当する場合、速度が０となるように、または、物体が第２移動装置に該当しない場合と比較して速度が低下するように自律的に移動する。これにより、第１移動装置および第２移動装置のそれぞれにおける目標軌道の探索アルゴリズムが同一または類似であるため、両移動装置が目標軌道にしたがって相互に接触回避を図るように移動したにもかかわらず接触可能性が低下しないまたはかえって高くなるような事態が回避されうる。

したがって、サーバによって各移動装置の行動が管理されていない環境下で、各移動装置は相互の接触を回避しながら自律的に移動または行動することができる。

前記第１移動装置において、前記第１処理部が前記第１移動装置の通行可能領域を前記モデル空間における要素通行領域として認識し、第３処理部が、前記要素通行領域において前記第２目標軌道が、前記第２拡張空間要素を基準として前記第１目標軌道の反対側に位置するように、前記第２目標軌道を探索してもよい。

当該構成の移動装置システムによれば、第１移動装置は物体が第２移動装置に該当する場合、物体が第２移動装置に該当しない場合と比較して第２移動装置を基準として反対側に自律的に移動する。これにより、第１移動装置および第２移動装置のそれぞれにおける目標軌道の探索アルゴリズムが同一または類似であるため、両移動装置が目標軌道にしたがって相互に接触回避を図るように移動したにもかかわらず接触可能性が低下しないまたはかえって高くなるような事態が回避されうる。

したがって、サーバによって各移動装置の行動が管理されていない環境下で、各移動装置は相互の接触を回避しながら自律的に移動または行動することができる。

前記第１移動装置において、前記制御装置が前記第２処理部により前記追加安全条件が満たされていないと判定されたことを要件として、前記第３処理部により探索された前記目標軌道のうち一部または全部を前記第２移動装置に認識させてもよい。

当該構成の移動装置システムによれば、第１移動装置において物体が第２移動装置に該当すると判定された場合に目標軌道として探索された第２目標軌道のうち一部または全部をこの第２移動装置に認識させることができる。これにより、第２目標軌道にしたがった第１移動装置の移動態様に鑑みて、第２移動装置においてこの第１移動装置との接触を回避するために適当な目標軌道が探索されうる。

したがって、サーバによって各移動装置の行動が管理されていない環境下で、各移動装置は相互の接触を回避しながら自律的に移動または行動することができる。

前記第１移動装置において、前記制御装置が前記目標軌道のうち一部または全部を表わす信号を前記第２移動装置に対して送信し、前記第２移動装置において、前記制御装置が当該信号を受信することにより前記目標軌道のうち一部または全部を認識してもよい。

当該構成の移動装置システムによれば、第１移動装置と第２移動装置との通信により、第１移動装置がしたがう目標軌道のうち一部または全部を第２移動装置に認識させることができる。これに応じて第２移動装置にさらに第２軌道および第２拡張空間要素を認識させ、第１移動装置との接触を回避しうる目標軌道の探索およびこの目標軌道にしたがった移動を促すことができる。

前記第１移動装置において、前記制御装置が前記目標軌道のうち一部または全部を表現するように前記第１移動装置の動作を制御し、前記第２移動装置において、前記制御装置が前記第１移動装置の動作を認識することにより、当該動作により表現されている前記目標軌道のうち一部または全部を認識してもよい。

当該構成の移動装置システムによれば、第１移動装置の動作により、この第１移動装置がしたがう目標軌道のうち一部または全部を第２移動装置に認識させることができる。これに応じて第２移動装置にさらに第２軌道および第２拡張空間要素を認識させ、第１移動装置との接触を回避しうる目標軌道の探索およびこの目標軌道にしたがった移動を促すことができる。

前記課題を解決するための本発明の第１態様としての移動装置は、前記移動装置システムを構成する前記第１移動装置であることを特徴とする。

本発明の移動装置（第１移動装置）によれば、第１移動装置の目標軌道のうち一部または全部を他の移動装置（第２移動装置）に認識させることができる。これにより、サーバによって移動装置の行動が管理されていない環境下で、第２移動装置に第１移動装置（物体）との接触を回避するような移動を促すことができる。

前記課題を解決するための本発明の第２態様としての移動装置は、前記移動装置システムを構成する前記第２移動装置であることを特徴とする。

本発明の移動装置（第２移動装置）によれば、他の移動装置（第１移動装）置の目標軌道のうち一部または全部を認識することができる。これにより、サーバによって移動装置の行動が管理されていない環境下で、第２移動装置は第１移動装置（物体）との接触を回避するように移動することができる。

本発明の移動装置システムの実施形態について図面を用いて説明する。図１に示されている移動装置システムは複数のロボット１により構成されている。一または複数のロボット１が「第１移動装置」に該当し、そのほかの一または複数のロボット１が「第２移動装置」に該当する。

なお、移動装置システムにおいて第１移動装置および第２移動装置が常に存在するという条件下で、各ロボット１がある期間では第１移動装置として機能し、他の期間では第２移動装置として機能してもよい。また、サーバにより各ロボット１の行動が管理されていないことが本発明の移動装置システムの特徴であるが、サーバにより各ロボット１の行動が管理されている一方、ロボット１がサーバとの通信可能範囲から外れた状況においては本発明の移動装置システムが用いられうる。

図２に示されているロボット１は基体１０と、基体１０の上部に設けられた頭部１１と、基体１０の上部左右両側から延設された左右の腕部１２と、腕部１２の先端部に設けられた手部１４と、基体１０の下部から下方に延設された左右の脚部１３と、脚部１３の先端部に取り付けられている足部１５とを備えている。

ロボット１は、再表０３／０９０９７８号公報や、再表０３／０９０９７９号公報に開示されているように、アクチュエータ１０００（図２参照）から伝達される力によって、人間の肩関節、肘関節、手根関節、股関節、膝関節、足関節等の複数の関節に相当する複数の関節部分において腕部１２や脚部１３を屈伸運動させることができる。

ロボット１は、左右の脚部１３（または足部１５）のそれぞれの離床および着床の繰り返しを伴う動きによって自律的に移動することができる。基体１０の鉛直方向に対する傾斜角度が調節されることによって、頭部１１の高さが調節されうる。

頭部１１には、左右に並んでロボット１の前方に向けられた一対の頭カメラ（ＣＣＤカメラ）Ｃ１が搭載されている。基体１０には前側下部に腰カメラ（赤外線カメラ）Ｃ２が搭載されている。なお、移動装置は複数の脚部１３の動作によって自律的に移動するロボット１のほか、車輪式移動ロボット（自動車）等、移動機能を有するあらゆる装置であってもよい。

ロボット１は、ハードウェアとしてのＥＣＵまたはコンピュータ（ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ等により構成されている。）により構成されている制御装置１００と、第１通信機器１０２とを備えている。コンピュータのメモリには制御プログラム（ソフトウェア）が格納されている。制御プログラムはＣＤやＤＶＤ等のソフトウェア記録媒体を通じてコンピュータにインストールされてもよいが、ロボット１からサーバに要求信号が送信されたことに応じて当該サーバによってネットワークや人工衛星を介して当該コンピュータにダウンロードされてもよい。

図３に示されている制御装置１００は、第１センサ１１１および第２センサ１１２からの出力信号等に基づき、アクチュエータ１０００の動作を制御することにより、腕部１２や脚部１３の動作を制御する。

第１センサ１１１はロボット１の内部状態または挙動状態を測定するためのセンサである。基体１０の加速度に応じた信号を出力するジャイロセンサ、各関節の関節角度に応じた信号を出力するロータリエンコーダ、脚部１３に作用する床反力に応じた信号を出力する力センサ等、ロボット１に搭載されている種々のセンサが第１センサ１１１に該当する。

第２センサ１１２は物体の挙動状態等、ロボット１の外部状態または環境を測定するためのセンサである。頭カメラＣ１および腰カメラＣ２等が第２センサ１１２に該当する。

アクチュエータ１０００は電動モータ等の駆動源のほか、駆動源の出力軸と腕部１２や脚部１３を構成するリンクとの間に設けられた減速機や、弾性部材等の柔軟要素により構成されている。

制御装置１００は第１処理部１１０、第２処理部１２０および第３処理部１３０を備えている。なお、本発明の構成要素が情報を「認識する」とは、当該構成要素が情報をデータベースから検索すること、メモリ等の記憶装置から情報を読み取ること、センサ等の出力信号に基づき情報を測定、算定、推定、判定すること、測定等された情報をメモリに格納すること等、当該情報をさらなる情報処理のために準備または用意するために必要なあらゆる情報処理を実行することを意味する。

第１処理部１１０はロボット１の通行可能領域を２次元のモデル空間における要素通行領域ＱＳとして認識する。第１処理部１１０は第１センサ１１１の出力信号等に基づき、ロボット１ならびにロボット１の位置の変化態様を表わす軌道のそれぞれを、要素通行領域ＱＳにおける第１空間要素Ｑ₁および第１位置ｐ₁の変化態様を表わす第１軌道ｐ₁（ｔ）のそれぞれとして認識する。第１処理部１１０は第２センサ１１２の出力信号等に基づき、物体および物体の位置の変化態様を表わす軌道のそれぞれを、要素通行領域ＱＳにおける第２空間要素Ｑ₂および第２位置ｐ₂の変化態様を表わす第２軌道ｐ₂（ｔ）のそれぞれとして認識する。第１処理部１１０は第２軌道ｐ₂（ｔ）に応じて連続的または断続的に拡張された第２空間要素Ｑ₂を第２拡張空間要素ＥＱ₂として認識する。

ここで「空間要素」とはモデル空間における位置、速度および加速度等の状態が定義されうる「点」、モデル空間における位置等に加えてさらに形状および長さ等の状態が定義されうる「線分」、ならびに、モデル空間における位置等に加えてさらに形状および面積等の状態が定義されうる「領域」等を意味する。

なお、ロボット１が「第２移動装置」に該当する場合、第１処理部１１０は後述の軌道信号に基づき、第１移動装置がしたがう目標軌道Ｒ₀の一部または全部を認識し、当該認識結果に基づいて第２軌道ｐ₂（ｔ）を認識する。

第２処理部１２０は第１処理部１１０による認識結果（正確には認識結果のうち必要な部分）に基づき、要素通行領域ＱＳにおける第１空間要素Ｑ₁と第２空間要素Ｑ₂との接触可能性が低いことを示す「安全条件」が満たされているか否かを判定する。なお、ロボット１が「第１移動装置」に該当する場合、第２処理部１２０は物体がこの第１移動装置とは別のロボット１等の第２移動装置に該当しないという「追加安全条件」が満たされているか否かをさらに判定する。

第３処理部１３０は第２処理部１２０により安全条件が満たされていないと判定されたことを要件として、第１処理部１１０による認識結果に基づき、要素通行領域ＱＳにおいて第１空間要素Ｑ₁が第２拡張空間要素ＥＱ₂との接触を回避しうる目標軌道Ｒ₀を探索する。

なお、ロボット１が「第１移動装置」に該当する場合、第３処理部１３０は第２処理部１２０により追加安全条件が満たされていると判定された場合、第１目標軌道Ｒ₁を目標軌道Ｒ₀として探索する一方、第２処理部１２０により追加安全条件が満たされていないと判定された場合、第１目標軌道Ｒ₁とは異なる第２目標軌道Ｒ₂を目標軌道Ｒ₀として探索する。

制御装置１００はモデル空間においてあらかじめ定義されている、または、第３処理部１３０により探索または設定された目標軌道Ｒ₀にしたがってロボット１が移動するようにロボット１の動作を制御する。

なお、ロボット１が「第１移動装置」に該当する場合、第３処理部１３０により探索された目標軌道Ｒ₀のうち一部または全部を表わす軌道信号を通信機器１０２によりこの第２移動装置に対して送信する。なお、ロボット１が「第２移動装置」に該当する場合、制御装置１００は通信機器１０２により軌道信号を受信する。

前記構成の複数のロボット１により構成されている移動装置システムの機能について説明する。

まず、ロボット１が「第２移動装置」に該当する場合の制御装置１００が実行する処理について説明する。第１処理部１１０はロボット１の通行可能領域を２次元の要素通行領域ＱＳとしてメモリから読み出す、または、外部のデータベースサーバにアクセスして検索する（図４／Ｓ２１０）。

これにより、たとえば図７（ａ）に示されているような形状の要素通行領域ＱＳが認識される。後述のように第２空間要素Ｑ₂が、ロボット１および物体のそれぞれのサイズに応じたサイズを有する第１領域ｑ₁および第２領域ｑ₂のミンコフスキー和として認識される場合、要素通行領域ＱＳは通行可能領域のサイズに応じたサイズを有する領域と、第１領域ｑ₁とのミンコフスキー差として認識される。

要素通行領域ＱＳは緯度および経度により任意の点が特定される平面または曲面として定義されていてもよいが、頭カメラＣ１を通じて得られる画像に基づいて認識されるロボット１の周辺における床面の傾斜角度や、段差や凹凸の有無等の形状に基づいて逐次変更されてもよい。

第１処理部１１０は第１センサ１１１の出力信号等に基づき、ロボット１およびその位置の変化態様を表わす軌道のそれぞれを要素通行領域ＱＳにおける第１空間要素Ｑ₁および第１位置ｐ₁の変化態様を表わす第１軌道ｐ₁（ｔ）のそれぞれとして認識する（図４／Ｓ２１１）。

第１空間要素Ｑ₁の形状およびサイズはメモリまたはデータベースから読み出される。ロボット１のサイズに応じたサイズを有する、図５（ａ）に示されている第１領域ｑ₁がそのまま第１空間要素Ｑ₁として認識されてもよいが、本実施形態では図５（ｂ）に示されているように点状に縮小された第１領域ｑ₁が第１空間要素Ｑ₁として認識される。これにより、ロボット１がしたがうべき軌道探索に要する演算処理量の軽減が図られる。

なお、ロボット１がその腕部１２により箱を持っている場合や、基体１０にロボット１に機能を付加するためのオプションとなる機器が取り付けられている場合等、当該箱や機器等の物体がロボット１と一体的に移動している状況では、当該一体的に移動しているロボット１および当該物体の形状およびサイズがロボット１の形状およびサイズとして認識されてもよい。

ロボット１の位置はそのＧＰＳ機能により得られる緯度および経度（または固定座標系における座標）を表す信号、ジャイロセンサから逐次出力されるロボット１の加速度を表す信号、または、ロータリエンコーダから出力される脚部１３等の各関節の角度を表わす信号に基づき、必要に応じて逆動力学モデルを用いて測定される。第１軌道ｐ₁（ｔ）に基づき、第１空間要素Ｑ₁の速度（第１速度）ｖ₁、さらには必要に応じて加速度（第１加速度）α₁が算定されうる。

第１処理部１１０は第２センサ１１２の出力信号等に基づき、物体およびその位置の変化態様を表わす軌道のそれぞれを要素通行領域ＱＳにおける第２空間要素Ｑ₂および第２位置ｐ₂の変化態様を表わす第２軌道ｐ₂（ｔ）のそれぞれとして認識する（図４／Ｓ２１２）。

第２空間要素Ｑ₂の形状およびサイズは、頭カメラＣ１による物体の撮像画像に基づいてこの物体の種類が判別された後、当該判別結果に基づいてメモリ（物体の種類、形状およびサイズの対応テーブルが格納されている。）が検索されることによって認識されうる。

物体のサイズに応じたサイズを有する、図５（ａ）に示されている第２領域ｑ₂がそのまま第２空間要素Ｑ₂として認識されてもよいが、本実施形態では図５（ｂ）に示されているように第１領域ｑ₁および第２領域ｑ₂のミンコフスキー和が第２空間要素Ｑ₂として認識される。

物体の位置は頭カメラＣ１や腰カメラＣ２により撮像された物体の画像に基づいて測定されうる。第２軌道ｐ₂（ｔ）に基づき、第２空間要素Ｑ₂の速度（第２速度）ｖ₂、さらには必要に応じて加速度（第２加速度）α₂が算定されうる。

第１処理部１１０は第２位置ｐ₂の変化態様に応じて連続的または断続的に拡張された第２空間要素Ｑ₂を第２拡張空間要素ＥＱ₂として認識する（図４／Ｓ２１４）。

たとえば、第２速度ベクトルｖ₂の方向に連続的に引き伸ばされた第２空間要素Ｑ₂が図６（ａ）右側に示されているようにまっすぐな帯状の第２拡張空間要素ＥＱ₂として認識される。第２空間要素Ｑ₂の引き伸ばす程度を表わす変数ｋは第１位置ベクトルｐ₁、第２位置ベクトルｐ₂、第１速度ベクトルｖ₁および第２速度ベクトルｖ₂に基づき、式（１）にしたがって表わされる。

なお、制御装置１００が、物体としてのロボット（第１移動装置）１において探索された第１移動装置の目標軌道Ｒ₀（後述の第１目標軌道Ｒ₁に該当する）のうち一部または全部を表わす軌道信号を通信機器１０２により受信した場合（図４／Ｓ２３４）、当該目標軌道Ｒ₀に基づいて第２速度ベクトルｖ₂を定める第２軌道ｐ₂（ｔ）として認識され、かつ、第２拡張空間要素ＥＱ₂が認識される（図４／Ｓ２１２，Ｓ２１４）。

また、第２速度ベクトルｖ₂または第２加速度ベクトルα₂にしたがって連続的に旋回して引き伸ばされた第２空間要素Ｑ₂が、図６（ｂ）右側に示されているように屈曲した帯状の第２拡張空間要素ＥＱ₂として認識される。

なお、第２速度ベクトルｖ₂に応じた方向に断続的に引き伸ばされた第２空間要素Ｑ₂が、図６（ｃ）右側に示されているように複数の空間要素からなる第２拡張空間要素ＥＱ₂として認識されてもよい。第２拡張空間要素ＥＱ₂は、後述する第３処理部１３０による目標軌道の探索に際して用いられるので、定常的にではなく当該軌道探索等の必要に応じて認識されれば足りる。

第２処理部１２０は第１処理部１１０による認識結果（正確には認識結果のうち必要な部分を意味する。以下同じ。）に基づき、要素通行領域ＱＳにおける第１空間要素Ｑ₁と第２空間要素Ｑ₂との接触可能性が低いことを示す安全条件が満たされているか否かを判定する（図４／Ｓ２２２）。

具体的には、要素通行領域ＱＳにおいて定義されている第１空間要素Ｑ₁の目標軌道Ｒ₀が第２空間要素Ｑ₂に交差または接触していないことが安全条件として設定されている。たとえば、図７（ａ）に示されている状況では第１空間要素Ｑ₁の目標軌道Ｒ₀が第２空間要素Ｑ₂に交差しているので安全条件が満たされていないと判定される。

第２処理部１２０により安全条件が満たされていると判定された場合（図４／Ｓ２２２‥ＹＥＳ）、制御装置１００は最新の目標軌道Ｒ₀を変更することなく、この目標軌道Ｒ₀にしたがってロボット１が移動するようにその動作を制御する（図４／Ｓ２４０）。

第３処理部１３０は第２処理部１２０により安全条件が満たされていないと判定したことを要件として（図４／Ｓ２２２‥ＮＯ）、第１処理部１１０による認識結果に基づき、要素通行領域ＱＳにおいて第１空間要素Ｑ₁が第２拡張空間要素ＥＱ₂との接触を回避しうる軌道を新たな目標軌道Ｒ₀として探索する（図４／Ｓ２３１）。

これにより、図７（ｂ）に示されているように第１空間要素Ｑ₁が第２拡張空間要素ＥＱ₂との接触を回避しうる目標軌道Ｒ₀として探索される。そして、制御装置１００は第３処理部１３０により探索された目標軌道Ｒ₀にしたがってロボット１が移動するようにその動作を制御する（図４／Ｓ２４０）。

次に、ロボット１が第１移動装置に該当する場合の制御装置１００が実行する処理について説明する。ロボット１が第２移動装置に該当する場合と内容が共通する処理については簡単に説明するにとどめる。第１処理部１１０は要素通行領域ＱＳを認識する（図４／Ｓ１１０）。

第１処理部１１０は第１センサ１１１の出力信号等に基づき、要素通行領域ＱＳにおける第１空間要素Ｑ₁および第１軌道ｐ₁（ｔ）を認識する（図４／Ｓ１１１）。

第１処理部１１０は第２センサ１１２の出力信号等に基づき、要素通行領域ＱＳにおける第２空間要素Ｑ₂および第２軌道ｐ₂（ｔ）を認識する（図４／Ｓ１１２）。

第１処理部１１０は第２軌道ｐ₂（ｔ）に応じて連続的または断続的に拡張された第２空間要素Ｑ₂を第２拡張空間要素ＥＱ₂として認識する（図４／Ｓ１１４）。

第２処理部１２０は第１処理部１１０による認識結果に基づき、前記安全条件が満たされているか否かを判定する（図４／Ｓ１２２）。

第２処理部１２０により安全条件が満たされていると判定された場合（図４／Ｓ１２２‥ＹＥＳ）、制御装置１００は最新の目標軌道Ｒ₀を変更することなく、この目標軌道Ｒ₀にしたがってロボット１が移動するようにその動作を制御する（図４／Ｓ１４０）。

第２処理部１２０は安全条件が満たされていないと判定したことを要件として（図４／Ｓ１２２‥ＮＯ）、物体がロボット（第２移動装置）１に該当しないという「追加安全条件」が満たされているか否かを判定する（図４／Ｓ１２４）。

たとえば、第１移動装置としてのロボット１に搭載されている頭カメラＣ１により撮像された物体の画像のパターンマッチング、第１移動装置としてのロボット１に搭載されている第２センサ１１２により物体から所定の発光等の合図が検知されたこと、または、第１移動装置としてのロボット１からの発信信号に対して物体から所定の応答信号を受信したか否かの判定結果に基づき、追加安全条件が満たされているか否かが判定されうる。

このように追加安全条件の充足性が判定されるのは、物体が第２移動装置である場合、物体が人間等の動物である場合と比較して、自己の軌道を柔軟に変更する能力が若干劣ることを考慮したためである。

さらに、たとえば、図７（ｃ）に示されているように第１移動装置および第２移動装置のそれぞれにおいて探索された目標軌道Ｒ₀が交差するため、各移動装置が当該目標軌道Ｒ₀にしたがって移動した場合に接触可能性がかえって高くなる状況を、追加安全条件の充足性判定結果を用いて回避するためである。

第３処理部１３０は、第２処理部１２０により追加安全条件が満たされていると判定されたことを要件として（図４／Ｓ１２４‥ＹＥＳ）、第１処理部１１０による認識結果に基づき、要素通行領域ＱＳにおいて第１空間要素Ｑ₁が第２拡張空間要素ＥＱ₂との接触を回避しうる第１目標軌道Ｒ₁を目標軌道Ｒ₀として探索する（図４／Ｓ１３１）。

第１移動装置における目標軌道Ｒ₀としての第１目標軌道Ｒ₁の探索アルゴリズムは、要素通行領域ＱＳにおいて広いほうに優先的に経路を探索する等、第２移動装置における目標軌道Ｒ₀の探索アルゴリズムと同一または類似である（図４／Ｓ１３１，Ｓ２３１参照）。そして、制御装置１００は目標軌道Ｒ₀としての第１目標軌道Ｒ₁にしたがってロボット１が移動するようにその動作を制御する（図４／Ｓ１４１）。

第３処理部１３０は、第２処理部１２０により追加安全条件が満たされていないと判定されたことを要件として（図４／Ｓ１２４‥ＮＯ）、必要に応じて第１処理部１１０による認識結果に基づき、第１目標軌道Ｒ₁と異なる第２目標軌道Ｒ₂を目標軌道Ｒ₀として探索する（図４／Ｓ１３２）。

これにより、たとえば、第２目標軌道Ｒ₂にしたがった第１空間要素Ｑ₁の速度が０、または、第１目標軌道Ｒ₁にしたがった第１空間要素Ｑ₁の速度より低くなるように第２目標軌道Ｒ₂が探索される。さらに、要素通行領域ＱＳにおいて第２目標軌道Ｒ₂が、第２拡張空間要素ＥＱ₂を基準として第１目標軌道Ｒ₁の反対側に位置するように第２目標軌道Ｒ₂が探索される（図８（ｂ）参照）。

制御装置１００は第３処理部１３０により探索された第２目標軌道Ｒ₂のうち一部または全部を表わす軌道信号を通信機器１０２により送信する（図４／Ｓ１３４）。そして、制御装置１００は目標軌道Ｒ₀としての第２目標軌道Ｒ₂にしたがってロボット１が移動するようにその動作を制御する（図４／Ｓ１４２）。

前記機能を発揮する移動装置システムによれば、第１移動装置および第２移動装置のそれぞれとしてのロボット１において安全条件が満たされていない場合、すなわち、各移動装置としてのロボット１が物体に接触する可能性が高い場合、モデル空間において第１空間要素Ｑ₁が第２拡張空間要素ＥＱ₂との接触を回避しうる目標軌道Ｒ₀が探索され、各移動装置がこの目標軌道Ｒ₀にしたがって自律的に移動することにより、各移動装置と物体との接触回避が図られる（図４／Ｓ１２２，Ｓ１３１，Ｓ２２２，Ｓ２３１、図７（ａ）（ｂ）参照）。

また、第１移動装置としてのロボット１の目標軌道Ｒ₀のうち一部または全部が第２移動装置としてのロボット１により認識される（図４／Ｓ１３４，Ｓ２３４参照）。そして、第２移動装置においてこの認識結果に基づき、物体としての第１移動装置の軌道が第２軌道ｐ₂（ｔ）として認識され、第２軌道ｐ₂（ｔ）に基づいて第２拡張空間要素ＥＱ₂が認識される（図４／Ｓ２１２，Ｓ２１４）。

たとえば、第１移動装置において第１空間要素Ｑ₁の速度が０、または、第１目標軌道Ｒ₁にしたがった第１空間要素Ｑ₁の速度より低くなるように第２目標軌道Ｒ₂が探索され、第２移動装置において物体としての第１移動装置の第２目標軌道Ｒ₂のうち一部または全部が認識された場合を考える。

この場合、第１移動装置が停止する、または、通常よりも低速度で移動するので、第２移動装置において第２速度ｖ₂が低いと認識され、通常よりもサイズが小さい図８（ａ）に示されている第２拡張空間要素ＥＱ₂が認識される（式（１）、図７（ｂ）参照）。そして、この第２拡張空間要素ＥＱ₂との接触を回避する、第２移動装置を表わす第１空間要素Ｑ₁の目標軌道Ｒ₀が探索され、第２移動装置がこの目標軌道Ｒ₀にしたがって移動する（図４／Ｓ２３１，Ｓ２４０，図８（ａ）参照）。

また、第１移動装置において、図８（ｂ）に示されているように物体としての第２移動装置に相当する第２拡張空間要素ＥＱ₂を基準として第１目標軌道Ｒ₁の反対側に位置するように第２目標軌道Ｒ₂が探索され、第２移動装置において物体としての第１移動装置の第２目標軌道Ｒ₂のうち一部または全部が認識された場合を考える。この場合、第１移動装置が目標軌道Ｒ₀としての第２目標軌道Ｒ₂にしたがって移動するので、第２移動装置において第２目標軌道Ｒ₂に沿う向きの第２速度ｖ₂が認識され、第２目標軌道Ｒ₂に沿って伸びるような第２拡張空間要素ＥＱ₂が認識される（式（１）、図８（ｂ）参照）。

そして、この第２拡張空間要素ＥＱ₂との接触を回避する、第２移動装置を表わす第１空間要素Ｑ₁の目標軌道Ｒ₀が探索され、第２移動装置がこの目標軌道Ｒ₀にしたがって移動する（図４／Ｓ２３１，Ｓ２４０，図８（ｂ）参照）。

このため、第２移動装置としてのロボット１において前記のように第１空間要素Ｑ₁が第２拡張空間要素ＥＱ₂との接触を回避しうる目標軌道Ｒ₀が探索され、第２移動装置がこの目標軌道Ｒ₀にしたがって自律的に移動することにより、第１移動装置と第２移動装置との接触回避が図られる（図４／Ｓ２３１，Ｓ２４０参照）。

さらに、第１移動装置としてのロボット１において物体が第２移動装置に該当するという「追加安全条件」が満たされていると判定された場合に探索される第１目標軌道Ｒ₁と、この追加安全条件が満たされていないと認識された場合に探索される第２目標軌道Ｒ₂とが差別化される（図４／Ｓ１２４，Ｓ１３１，Ｓ１３２，図８（ｂ）参照）。

このため、第１移動装置は物体が第２移動装置に該当する場合、物体が第２移動装置に該当しない場合とは異なる目標軌道Ｒ₀にしたがって自律的に移動する。これにより、第１移動装置および第２移動装置のそれぞれにおける目標軌道Ｒ₀の探索アルゴリズムが同一または類似であるため、両移動装置が目標軌道にしたがって相互に接触回避を図るように移動したにもかかわらず接触可能性が低下しないまたはかえって高くなるような事態が回避されうる（図７（ｃ）参照）。

また、第２移動装置に目標軌道Ｒ₀のうち一部または全部を認識させ、当該認識結果に基づいて物体としての第１移動装置の軌道を認識させ、かつ、当該認識結果に基づいて第２拡張空間要素ＥＱ₂を認識させることができる。このため、第２移動装置において、第２拡張空間要素ＥＱ₂との接触を回避する第１空間要素Ｑ₁の目標軌道Ｒ₀が探索され、第２移動装置がこの目標軌道Ｒ₀にしたがって自律的に移動することにより、第１移動装置と第２移動装置との接触回避が図られる。

以上のように、サーバによって各移動装置としてのロボット１の行動が管理されていない環境下で各ロボット１は相互の接触を回避しながら自律的に移動または行動することができる。図９（ａ）に示されているように第１移動装置および第２移動装置のそれぞれとしての２台のロボット１が向かい合って移動している状況を考える。

この場合、前記のように第１移動装置において（１）物体が第２移動装置に該当することが認識され、（２）この認識結果に基づいて目標軌道Ｒ₀（＝第２目標軌道Ｒ₂）が探索される。また、（３）第１移動装置が目標軌道Ｒ₀のうち一部または全部を第２移動装置に認識させる。さらに、第２移動装置において、（４）第１移動装置の目標軌道Ｒ₀のうち一部または全部が認識され、（５）この認識結果に基づいて第２移動装置がしたがう目標軌道Ｒ₀が探索される。そして、図９（ｂ）に示されているように各移動装置がそれぞれの目標軌道Ｒ₀にしたがって相互に接触を回避するように移動することができる。

なお、移動装置システムを構成する「移動装置」としては前記実施形態におけるロボット１とは異なる構成のロボット、台車等、自律的に移動する機能を有するあらゆる装置であってもよい。また、種類が異なる複数の移動装置により移動装置システムが構成されていてもよい。

前記実施形態では第１移動装置の制御装置１００が通信機器１０２により軌道信号を送信し、第２移動装置の制御装置１００が通信機器により軌道信号を受信し、受信した軌道信号に基づいて第１移動装置の目標軌道のうち一部または全部を認識するように構成されていた。そのほか、第１移動装置の制御装置１００がそこに搭載されているＬＥＤランプを所定の態様で点滅させる、または、第１移動装置としてのロボット１の頭部１１や腕部１２を目標軌道Ｒ₀によって定まるこのロボット１の進行予定方向に向ける等、所定の態様で動かすようにその動作を制御し、第２移動装置としてのロボット１の制御装置１００がその頭カメラＣ１等の第２センサ１１２を通じて第１移動装置の動作を認識し、この認識結果に基づいて第１移動装置の目標軌道Ｒ₀のうち一部または全部を認識するように構成されていてもよい。

前記実施形態では第１移動装置としてのロボット１において、安全条件および追加安全条件が満たされていると判定されたことを要件として軌道信号が送信された（図４／Ｓ１２２，Ｓ１２４，Ｓ１３４参照）。そのほか、安全条件および追加安全条件のうち一方のみが満たされていないと判定された場合に第１移動装置から軌道信号が送信され、第２移動装置によりこの軌道信号が受信されてもよい。また、安全条件および追加安全条件の充足性とは無関係に第１移動装置から軌道信号が定期的に送信され、その周辺にいる第２移動装置によりこの軌道信号が受信されてもよい。

前記実施形態では第１移動装置において、追加安全条件の充足性の判定結果に応じて第１目標軌道Ｒ₁と異なる第２目標軌道Ｒ₂が目標軌道Ｒ₀として探索され、第２移動装置において第２目標軌道Ｒ₂のうち一部または全部が認識された（図４／Ｓ１２４，Ｓ１３２，Ｓ１３４，Ｓ２３４，図８（ｂ）参照）。そのほか、第１移動装置において、安全条件が満たされた場合に第１目標軌道Ｒ₁が目標軌道Ｒ₀として探索された上で追加安全条件の充足性が判定され、この追加安全条件が満たされているという判定結果に応じて当該目標軌道Ｒ₀のうち一部または全部が第２移動装置により認識されてもよい。

この場合、第１移動装置が図８（ｃ）に示されているような目標軌道Ｒ₀としての第１目標軌道Ｒ₁にしたがって移動するので、第２移動装置において第１目標軌道Ｒ₁に沿う向きの第２速度ｖ₂が認識され、第１目標軌道Ｒ₁に沿って伸びるような第２拡張空間要素ＥＱ₂が認識される（式（１）、図８（ｃ）参照）。そして、この第２拡張空間要素ＥＱ₂との接触を回避する、第２移動装置を表わす第１空間要素Ｑ₁の目標軌道Ｒ₀が探索され、第２移動装置がこの目標軌道Ｒ₀にしたがって移動する（図４／Ｓ２３１，Ｓ２４０，図８（ｃ）参照）。

これにより、前記実施形態と同様にサーバによって各移動装置としてのロボット１の行動が管理されていない環境下で各ロボット１は相互の接触を回避しながら自律的に移動または行動することができる（図９（ａ）（ｂ）参照）。

本発明の移動装置システムの構成説明図。 移動装置としてのロボットの構成説明図。 ロボットの動作の制御方法に関する説明図。 移動装置システムの機能説明図。 第１および第２空間要素の認識結果に関する説明図。 第２拡張空間要素の認識結果に関する説明図。 目標軌道の探索方法に関する説明図（その１）。 目標軌道の探索方法に関する説明図（その２）。 複数のロボットの挙動に関する説明図。

１‥ロボット（第１移動装置、第２移動装置）、１００‥制御装置、１１０‥第１処理部、１２０‥第２処理部、１３０‥第３処理部、Ｑ₁‥第１空間要素、Ｑ₂‥第２空間要素、ＥＱ₂‥第２拡張空間要素。

Claims (9)

1. 制御装置を備え、該制御装置によって動作が制御されることにより２次元のモデル空間において定義された目標位置の変化態様を表わす目標軌道にしたがって自律的に移動する第１移動装置および第２移動装置により構成される移動装置システムであって、
   前記制御装置が第１処理部、第２処理部および第３処理部を備え、
   前記第ｉ移動装置（ｉ＝１，２）において、前記第１処理部が前記第ｉ移動装置および当該第ｉ移動装置の位置の変化態様を表わす軌道のそれぞれを前記モデル空間における第１空間要素および前記第ｉ移動装置の位置を当該モデル空間において表わす第１位置の変化態様を表わす第１軌道のそれぞれとして認識し、物体および当該物体の位置の変化態様を表わす軌道のそれぞれを第２空間要素および前記物体の位置を当該モデル空間において表わす第２位置の変化態様を表わす第２軌道のそれぞれとして認識し、かつ、前記第２軌道に応じて連続的または断続的に拡張された前記第２空間要素を第２拡張空間要素として認識し、
   前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果に基づき、前記第１空間要素と前記第２空間要素との接触可能性が低いことを示す安全条件が満たされているか否かを判定し、
   前記第３処理部が前記第２処理部により前記安全条件が満たされていないと判定されたことを要件として、前記第１処理部による認識結果に基づき、前記第１空間要素が前記第２拡張空間要素との接触を回避しうる前記目標軌道を探索し、
   前記第１移動装置において、前記制御装置が前記第３処理部により探索された前記目標軌道のうち一部または全部を前記第２移動装置に認識させ、
   前記第２移動装置において、前記制御装置が前記第１移動装置の前記目標軌道のうち一部または全部を認識し、前記第１処理部が当該認識結果に基づいて前記物体としての前記第１移動装置の前記軌道を、当該物体の位置の変化態様を表わす前記第２軌道として認識することを特徴とする移動装置システム。
2. 請求項１記載の移動装置システムにおいて、
   前記第１移動装置において、前記物体が前記第２移動装置に該当しないという追加安全条件が満たされているか否かを前記第２処理部が判定し、前記第３処理部が前記第２処理部により前記追加安全条件が満たされていると判定された場合、第１目標軌道を前記目標軌道として探索する一方、前記第２処理部により前記追加安全条件が満たされていないと判定された場合、前記第１目標軌道とは異なる第２目標軌道を前記目標軌道として探索することを特徴とする移動装置システム。
3. 請求項２記載の移動装置システムにおいて、
   前記第１移動装置において、前記第３処理部が前記第２目標軌道にしたがった前記第１空間要素の速度が０となり、その結果として前記第１移動装置が停止するように、または、前記第１目標軌道にしたがった前記第１空間要素の速度より低くなり、その結果として前記第１移動装置の移動速度が、前記第２処理部により前記追加安全条件が満たされていると判定された場合と比較して低下するように前記第２目標軌道を探索することを特徴とする移動装置システム。
4. 請求項２記載の移動装置システムにおいて、
   前記第１移動装置において、前記第１処理部が前記第１移動装置の通行可能領域を前記モデル空間における要素通行領域として認識し、第３処理部が、前記要素通行領域において前記第２目標軌道が、前記第２拡張空間要素を基準として前記第１目標軌道の反対側に位置するように、前記第２目標軌道を探索することを特徴とする移動装置システム。
5. 請求項２〜４のうちいずれか１つに記載の移動装置システムにおいて、
   前記第１移動装置において、前記制御装置が前記第２処理部により前記追加安全条件が満たされていないと判定されたことを要件として、前記第３処理部により探索された前記目標軌道のうち一部または全部を前記第２移動装置に認識させることを特徴とする移動装置システム。
6. 請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の移動装置システムにおいて、
   前記第１移動装置において、前記制御装置が前記目標軌道のうち一部または全部を表わす軌道信号を前記第２移動装置に対して送信し、前記第２移動装置において、前記制御装置が当該軌道信号を受信することにより前記目標軌道のうち一部または全部を認識することを特徴とする移動装置システム。
7. 請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の移動装置システムにおいて、
   前記第１移動装置において、前記制御装置が前記目標軌道のうち一部または全部を表現するように前記第１移動装置の動作を制御し、前記第２移動装置において、前記制御装置が前記第１移動装置の動作を認識することにより、当該動作により表現されている前記目標軌道のうち一部または全部を認識することを特徴とする移動装置システム。
8. 制御装置を備え、該制御装置によって動作が制御されることにより２次元のモデル空間において定義された目標位置の変化態様を表わす目標軌道にしたがって自律的に移動する第１移動装置であって、
   前記制御装置が第１処理部、第２処理部および第３処理部を備え、
   前記第１処理部が前記第１移動装置の通行可能領域を前記モデル空間における要素通行領域として認識し、前記第１移動装置および当該第１移動装置の位置の変化態様を表わす軌道のそれぞれを前記モデル空間における第１空間要素および前記第１移動装置の位置を当該モデル空間において表わす第１位置の変化態様を表わす第１軌道のそれぞれとして認識し、物体および当該物体の位置の変化態様を表わす軌道のそれぞれを第２空間要素および前記物体の位置を当該モデル空間において表わす第２位置の変化態様を表わす第２軌道のそれぞれとして認識し、かつ、前記第２軌道に応じて連続的または断続的に拡張された前記第２空間要素を第２拡張空間要素として認識し、
   前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果に基づき、前記第１空間要素と前記第２空間要素との接触可能性が低いことを示す安全条件が満たされているか否かを判定し、
   前記第３処理部が前記第２処理部により前記安全条件が満たされていないと判定されたことを要件として、前記第１処理部による認識結果に基づき、前記第１空間要素が前記第２拡張空間要素との接触を回避しうる前記目標軌道を探索し、
   前記制御装置が前記第３処理部により探索された前記目標軌道のうち一部または全部を前記第２移動装置に認識させることを特徴とする第１移動装置。
9. 制御装置を備え、該制御装置によって動作が制御されることにより２次元のモデル空間において定義された目標位置の変化態様を表わす目標軌道にしたがって自律的に移動する第２移動装置であって、
   前記制御装置が第１処理部、第２処理部および第３処理部を備え、
   前記第１処理部が前記第２移動装置の通行可能領域を前記モデル空間における要素通行領域として認識し、前記第２移動装置および当該第２移動装置の位置の変化態様を表わす軌道のそれぞれを前記モデル空間における第１空間要素および前記第２移動装置の位置を当該モデル空間において表わす第１位置の変化態様を表わす第１軌道のそれぞれとして認識し、物体および当該物体の位置の変化態様を表わす軌道のそれぞれを第２空間要素および前記物体の位置を当該モデル空間において表わす第２位置の変化態様を表わす第２軌道のそれぞれとして認識し、かつ、前記第２軌道に応じて連続的または断続的に拡張された前記第２空間要素を第２拡張空間要素として認識し、
   前記第２処理部が前記第１処理部による認識結果に基づき、前記第１空間要素と前記第２空間要素との接触可能性が低いことを示す安全条件が満たされているか否かを判定し、
   前記第３処理部が前記第２処理部により前記安全条件が満たされていないと判定されたことを要件として、前記第１処理部による認識結果に基づき、前記第１空間要素が前記第２拡張空間要素との接触を回避しうる前記目標軌道を探索し、
   前記制御装置が前記第２移動装置とは別の第１移動装置の目標軌道のうち一部または全部を認識し、前記第１処理部が当該認識結果に基づいて前記物体としての前記第１移動装置の前記軌道を、当該物体の位置の変化態様を表わす前記第２軌道として認識することを特徴とする第２移動装置。