JP5615160B2 - 移動体 - Google Patents

Description

本発明は、ロボット、マニピュレータ、モビリティなどの移動体に関する。

従来、このような分野の技術文献として特許２００８―１３７１２７号公報が知られている。この公報には、自律移動型ロボットと人間との接触が生じると予測される場合に、人間の急所に接触しないようにロボットの動作を制限するロボットの制御方法が記載されている。

特許２００８―１３７１２７号公報

ところで、従来はロボットを極力人間と接触させないという原則に基づき、また人間の動作を最優先して、ロボットにこれを回避させたり、ロボットの動作を制限するというロボット制御が行われている。上述した従来のロボット制御においても、人間との接触が予測された場合にロボット側が人間に合わせて動作を制限するものであった。

しかしながら、ロボットが一方的に回避又は動作制限される従来の制御では、混雑した状況下において人との接触の可能性が高い状態が継続して発生するため、ロボットが効率良く自らのタスクを実行できないおそれがある。

そこで、本発明は、移動体が移動障害物を回避する回避動作と移動障害物に回避を促す働きかけ動作とを兼ねる働きかけ回避動作を計画することで、効率良く与えられたタスクを行うことができる移動体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る移動体は、移動体の周辺に存在する移動障害物を検出する移動障害物検出手段と、移動障害物と移動体とが所定間隔以内に接近するか否かを判定する接近判定手段と、接近判定手段が移動障害物と移動体とが所定間隔以内に接近すると判定した場合に、移動体が移動障害物を回避する動作である標準回避動作を計画する標準回避動作計画手段と、標準回避動作計画手段の計画した標準回避動作に基づいて、移動体が移動障害物を回避する回避動作と移動障害物に回避を促す働きかけ動作とを兼ねる働きかけ回避動作を計画する働きかけ回避動作計画手段と、働きかけ回避動作に基づいて移動体を制御する制御手段と、を備え、標準回避動作計画手段は、移動体を回避するために行うと移動障害物に期待する期待回避動作を計画し、働きかけ回避動作計画手段は、期待回避動作に基づいて、期待回避動作を移動障害物に促すように、標準回避動作と比べて、少なくとも動作初期段階において期待回避動作を行なう移動障害物から離れる働きかけ回避動作を計画し、働きかけ回避動作計画手段は、標準回避動作における動作変化の速度及び動作変化の変化量のうち少なくとも一方を大きくした回避動作を働きかけ回避動作として計画することを特徴とする。

本発明に係る移動体によれば、人間などの移動障害物が移動体の所定間隔以内に接近した場合に、標準回避動作に代えて働きかけ回避動作を行うことで、自らの回避と同時に移動障害物に回避を促す働きかけを行うことができる。これにより、移動体が一方的に回避動作を行う場合と比べて効率的なすれ違いを行うことができるので、効率良く与えられたタスクを行うことができる。更に、この移動体では、標準回避動作における動作変化の速度や変化量を大きくした働きかけ回避動作により働きかけを行うので、働きかけのためにマニュピレーターやスピーカなどの設備を使用する必要がなく、これらの設備を備えない場合や別の作業に設備を使用中の場合であっても働きかけを実現することができる。

本発明に係る移動体においては、働きかけ回避動作計画手段は、動作初期段階において標準回避動作より動作速度が大きく、かつ、移動障害物接近段階において標準回避動作より動作速度が小さくなるように働きかけ回避動作を計画することが好ましい。
本発明に係る移動体によれば、移動障害物と距離がある動作初期段階において動作速度を大きくして動きを強調することで移動体の存在を移動障害物に気づかせやすくすると共に、移動障害物に最も接近する移動障害物接近段階で動作速度を小さくすることで、安全性の高いすれ違いを行うことができる。

本発明に係る移動体においては、標準回避動作計画手段は、移動障害物に期待する期待回避動作を計画すると共に、期待回避動作に基づいて標準回避動作を計画することが好ましい。
本発明に係る移動体によれば、移動体と移動障害物とが接近した場合には移動障害物も回避動作を通常行うことから、移動障害物に期待する期待回避動作を計画すると共に、この期待回避動作を考慮した回避量となるように標準回避動作を計画することで、移動障害物と移動体との効率の良いすれ違いを達成することができる。

本発明に係る移動体においては、移動障害物検出手段の検出結果と標準回避動作計画手段の計画した期待回避動作とに基づいて、移動障害物の回避動作量が移動体の期待する期待回避動作量に至ったか否かを判定する回避動作量判定手段を更に備え、制御手段は、回避動作量判定手段が移動障害物の回避動作量は期待回避動作量に至ったと判定したか、至ることが明らかであると予測した場合に、標準回避動作に基づいて移動体を制御することが好ましい。
本発明に係る移動体によれば、移動障害物の回避動作量が期待回避動作量に至った又は至ることが明らかであると予測した場合に更なる働きかけを行う必要がないことから、働きかけ回避動作に基づく制御から標準回避動作に基づく制御に移行することで、効率の良いすれ違いを行うことができる。

本発明に係る移動体においては、働きかけ回避動作計画手段は、移動障害物に期待する回避の方向が移動体の背面側になるように移動体の向きを維持した状態で動作を行う働きかけ回避動作を計画することが好ましい。
本発明に係る移動体によれば、移動体を回避する際に移動障害物は移動体の進行方向と通常考えられる正面側ではなく背面側に回ろうとすることから、移動障害物に期待する回避の方向が移動体の背面側になるように、移動体の向きを維持した状態で移動することで、移動障害物の回避方向を誘導する働きかけを行うことができる。

本発明によれば、効率良く与えられたタスクを行うことができる。

本発明に係るロボットの第１の実施形態の構成を示すブロック図である。 ロボットと移動障害物との動作干渉を説明するための概略平面図である。 ロボットによる標準回避動作を説明するための概略平面図である。 標準回避動作におけるロボットの移動速度の時間変化を示すグラフである。 ロボットによる働きかけ回避動作を説明するための概略平面図である。 働きかけ回避動作におけるロボットの移動速度の時間変化を示すグラフである。 働きかけ回避動作におけるロボットの移動速度の時間変化の他の例を示すグラフである。 ロボットによる働きかけ回避動作の他の例を説明するための概略平面図である。 働きかけ回避動作におけるロボットの移動速度の時間変化を示すグラフである。 働きかけ回避動作におけるロボットの移動速度の時間変化の他の例を示すグラフである。 ロボットによる働きかけ回避動作の他の例を説明するための概略平面図である。 ロボットによる働きかけ回避動作の他の例を説明するための概略平面図である。 ロボットによる働きかけ回避動作の他の例を説明するための概略平面図である。 第１の実施形態に係る制御装置の制御手順を示すフローチャートである。 本発明に係るロボットの第２の実施形態の構成を示すブロック図である。 第２の実施形態のロボットによる働きかけ回避動作を説明するための概略平面図である。 第２の実施形態に係る制御装置の制御手順を示すフローチャートである。 第３の実施形態のロボットによる働きかけ回避動作を説明するための概略平面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

［第１の実施形態］
第１の実施形態では、自律移動型のロボット１を本発明に係る移動体として説明する。ロボット１の用途や形態は特に限定されない。例えばロボット１は、清掃用ロボットや運搬用のロボットカーであってもよい。また、ロボット１の移動方法も限定されず、車輪であっても二足歩行などであってもよい。

ロボット１は、与えられた動作目標を達成するため、周囲に存在する人間や建物などの障害物とロボット１の動作が干渉すると判断した場合に、これらの障害物に対する回避動作を行う。ここで、障害物のうち、人間、動物、自動車、及び他のロボットなどの移動可能な障害物を移動障害物と呼ぶ。以後、移動障害物として人間を例にして説明する。

このロボット１は、移動障害物である人間と動作が干渉すると判断した場合に、自らの回避動作と人間に回避動作を促す働きかけ動作とを兼ねる働きかけ回避動作を行うことで、人間同士で行われる譲り合いを伴うすれ違いを人間とロボットとの間で実現するものである。

図２は、ロボット１と人間Ｍとの動作干渉を説明するための概略平面図である。図２に示す矢印Ｖはロボット１の移動速度及び移動方向、Ａはロボット１の動作目標軌道を表している。同様に、矢印ＶＭは人間Ｍの移動速度及び移動方向、Ｂは人間Ｍの動作目標軌道を表している。

ロボット１は、各種センサによる人間Ｍの検出結果から人間Ｍの動作目標軌道Ｂを予測することで、ロボット１と人間Ｍとが所定の安全マージン以内に接近するか否かを判定する。図２に示すように、ロボット１は、ロボット１の動作目標軌道Ａと人間Ｍの動作目標軌道Ｂとが近距離で交差する場合などロボット１と人間Ｍとが所定の安全マージン以内に接近すると判定した場合、ロボット１と人間Ｍの動作が干渉すると判断する。

ロボット１は、人間Ｍとロボット１の動作が干渉すると判断した場合、人間Ｍを回避するための標準回避動作Ｃを計画する。標準回避動作Ｃは、例えば人間Ｍを回避するために必要最小限の回避動作である。

ここで、図３は、ロボット１による標準回避動作Ｃを説明するための概略平面図である。図３に示すＤは、ロボット１が人間Ｍに期待する期待回避動作を表している。また、図３に示すｔ１〜ｔ３は、ロボット１及び人間Ｍの回避動作の段階を表している。ｔ１は回避動作が開始された動作初期段階、ｔ２はロボット１と人間Ｍとが最も接近する移動障害物接近段階、ｔ３は回避動作が終了した動作終了段階を表している。図４は、図３の標準回避動作Ｃにおけるロボット１の移動速度の時間変化を示すグラフである。

図３に示されるように、ロボット１は、できるだけ滑らかな動き方、かつ、人間にとって自然で違和感や不安感を感じない動き方となるように標準回避動作Ｃを計画する。具体的には、ロボット１は、現在の移動状況や動作目標から、速度、加速度、軌道の変化、消費エネルギー効率や所要時間などをコストに設定して最適化計算を行うことで、できるだけ滑らかに動くように標準回避動作Ｃを計画する。

また、ロボット１は、記憶している過去の人間の回避動作データを利用して標準回避動作Ｃを計画する。ロボット１は、過去の人間の回避動作データから、人間の回避動作の軌道の形状、速度、加速度、相対距離などのパラメータを抽出し、これらのパラメータを参考にして、人間にとって自然で違和感や不安感を感じないように標準回避動作Ｃを計画する。

更に、ロボット１は、人間Ｍとの衝突の可能性や衝突時の安全性、人間Ｍのパーソナルスペースなども考慮して標準回避動作Ｃを計画することもできる。標準回避動作Ｃは、ロボット１の周辺に他の障害物などが存在しない場合、基本的に等速運動や直線運動のような簡単な軌道から構成される。標準回避動作Ｃの内容は、ロボット１の移動機構などのハードウェア構成によっても異なる。

図５は、ロボット１により働きかけ回避動作を説明するための概略平面図である。ロボット１は、標準回避動作Ｃを計画した後、ロボット１の回避動作と人間Ｍに期待回避動作Ｄを促す働きかけ動作とを兼ねる働きかけ回避動作Ｅを計画する。ロボット１は、標準回避動作Ｃにおける動作変化の速度及び変化量の少なくとも一方を大きくした回避動作を働きかけ回避動作Ｅとして計画する。

図５のロボット１は、標準回避動作Ｃにおける動作変化の軌道変化量及び速度変化量を大きくした働きかけ回避動作Ｅを計画している。ロボット１は、動作初期段階ｔ１における軌道変化量及び速度変化量を大きくした働きかけ回避動作Ｅを計画している。その他にも、ロボット１は、進路変更時の変化速度や変化量、進路変更時の移動速度を大きくした回避動作を働きかけ回避動作Ｅとして計画することができる。また、ロボット１は、進路の変更を複数の段階に分けて行う働きかけ回避動作Ｅを計画することもできる。

このように、ロボット１は、回避動作の変化を人間が想定するよりも急な動きや大きな動きとすることで、ロボット１の存在を人間Ｍに気づかせると共に、強調した動きの変化をロボット１の意図として人間Ｍに明確に伝えることで、回避の方向を人間Ｍに対して働きかけることができる。そして、ロボット１の働きかけにより人間Ｍをロボット１の期待する期待回避動作に誘導することができる。

また、図６は、図５の働き掛け回避動作Ｅにおけるロボット１の移動速度の時間変化を示すグラフである。図６に示されるように、ロボット１は、動作初期段階ｔ１の付近で標準回避動作Ｃより移動速度を大きく、かつ、移動障害物接近段階ｔ２の付近で標準回避動作Ｃより移動速度が小さくなるように働きかけ回避動作Ｅを計画する。

また、ロボット１は、動作終了段階ｔ３における状態（到着位置、移動速度、到着時間）が標準回避動作Ｃと一致するように働きかけ回避動作Ｅを計画する。ロボット１は、動作初期段階ｔ１に行う加速によって標準回避動作Ｃの場合より先に進んだ移動分が、その後の減速によって遅らせられるように働きかけ回避動作Ｅの加減速のパラメータを設定する。

図７は、働き掛け回避動作Ｅにおけるロボット１の移動速度の時間変化の他の例を示すグラフである。図７に示されるように、ロボット１は、必ずしも動作初期段階ｔ１及び移動障害物接近段階ｔ２の両方で標準回避動作Ｃから移動速度を変更する必要はなく、動作初期段階ｔ１の付近のみ移動速度を変更した働きかけ回避動作Ｅを計画しても良い。また、ロボット１は、移動障害物接近段階ｔ２の付近でのみ移動速度を変更した働きかけ回避動作Ｅを計画しても良い。

図８は、働きかけ回避動作Ｅの他の例を説明するための概略平面図である。図８に示されるように、ロボット１は、人間Ｍと動作が干渉する場合であっても、必ずしも元の動作目標軌道から外れる必要はなく、速度の変更のみで人間Ｍを回避するような標準回避動作Ｃや働き掛け回避動作Ｅを計画することもできる。

ここで、図８の場合における標準回避動作Ｃ及び働きかけ回避動作Ｅの違いを説明する。図９は、図８の場合における標準回避動作Ｃ及び働きかけ回避動作Ｅのロボット１の移動速度の時間変化を示すグラフである。

図９に示されるように、ロボット１は、まず人間Ｍを回避するために必要な速度変化を行う標準回避動作Ｃを計画する。ロボット１は、人間Ｍにとって違和感のない滑らかな動作となるように標準回避動作Ｃを計画する。

その後、ロボット１は、標準回避動作Ｃにおける速度変化を動作初期段階ｔ１で大きく行うようにした働き掛け回避動作Ｅを計画する。働き掛け回避動作Ｅでは、動作初期段階ｔ１の付近でロボット１の移動速度が最大となるように計画される。なお、図９に示す働き掛け回避動作Ｅでは、標準回避動作Ｃにおけるロボット１の最大移動速度を維持するように働き掛け回避動作Ｅが計画される。このように、ロボット１は、動作初期段階ｔ１における速度変化を大きくして急に加速する働き掛け回避動作Ｅを計画することにより、人間Ｍに対するロボット１の動きを強調させ、人間Ｍにロボット１の存在を気づかせることができる。

ここで、図１０は、図８の働き掛け回避動作Ｅにおけるロボット１の移動速度の時間変化の他の例を示すグラフである。図１０では、標準回避動作Ｃにおけるロボット１の最高移動速度を維持することなく、図９の場合よりも急な加速を行っている。

図１０に示されるように、ロボット１は、周囲の環境状況やロボット１の性能から安全性を確保できる場合には、動作初期段階ｔ１における速度変化の変化量すなわち加速度を更に大きくした働き掛け回避動作Ｅを計画することができる。これにより、ロボット１は、より人間Ｍが気づきやすく、働きかけの効果の強い働き掛け回避動作Ｅを計画することができる。

図１１〜図１３は、働きかけ回避動作Ｅの更に他の例を説明するための概略平面図である。図１１〜図１３に示されるように、ロボット１は、上述した他にも様々なパターンの働き掛け回避動作Ｅを計画することができる。

例えば、図１１に示されるように、ロボット１は、標準回避動作Ｃと比べて人間Ｍに対する避け幅（左右方向のオフセット）を図５の場合より大きくした働き掛け回避動作Ｅを計画することもできる。このように避け幅を大きくした場合、ロボット１の進路変更を強調して人間Ｍに伝える働きかけを行うことができる。また、ロボット１は、進路を変更するタイミングを標準回避動作Ｃより早くした場合、人間Ｍにロボット１の意図を早めに伝えることが可能になる。その結果、人間Ｍは必要最小限の回避動作量で回避を行うことができるので、譲り合いにおける人間Ｍの負担を少なくすることができる。

また、図１２に示されるように、ロボット１は、標準回避動作Ｃと比べて進路変更のタイミングを遅くした働き掛け回避動作Ｅを計画することもできる。換言すると、図１２のロボット１は、図５よりも動作終了段階ｔ３側において軌道変化量を大きくした働き掛け回避動作Ｅを計画している。このようにして進路変更のタイミングを遅くした場合、人間Ｍに促す期待回避動作Ｄの回避動作量を大きくすることができる。その結果、ロボット１は、自らの回避動作量を少なくすることができるので、与えられた動作目標を効率良く行うことが可能になる。

また、図１３に示されるように、ロボット１は、標準回避動作Ｃの軌道に対して蛇行した働き掛け回避動作Ｅを計画することもできる。換言すると、図１３のロボット１は、軌道変化量を標準回避動作Ｃより大きくした箇所と逆向きの軌道変化量を加えた箇所とを交互に有する働き掛け回避動作Ｅを計画している。このようにしてロボット１が蛇行を行うと、人間Ｍはロボット１の意図を読むことができずに警戒するため、人間Ｍに促す期待回避動作Ｄの回避動作量を大きくすることができる。

次に、ロボット１の構成について説明する。

図１に示されるように、ロボット１は、ロボット全体を統括的に制御する制御装置２を備えている。制御装置２は、例えばＥＣＵ［Electric Control Unit］等のマイクロコンピュータのハードウェアおよびソフトウェアを利用して構成されている。制御装置２は、通信部３、位置検出部４、マップ情報記憶部５、レーダセンサ６、及びカメラ７と接続されている。

通信部３は、ロボット制御用の外部端末との間で無線通信を行う。通信部３は、無線通信により外部端末に入力されたタスク（動作目標）を受信する。通信部３は、受信したタスク情報を制御装置２に送信する。

位置検出部４は、ロボット１の現在地を検出する。位置検出部４は、ＧＰＳ［Global Positioning System］や無線ＬＡＮ［Local Area Network］を利用して位置検出を行う。位置検出においては、レーダセンサやカメラなどの外界センサにより取得した周辺障害物やランドマークの自律移動ロボットの相対位置情報をマップの情報と照合することで現在地を求めてもよい。または、SLAM［Simultaneously Localization and Mapping］のように外界センサによる地図作成と現在地の推定を同時に行う方法を用いてもよい。

マップ情報記憶部５には、広範囲のマップ情報が記憶されている。位置検出部４は、マップ情報記憶部５のマップ情報に基づいて現在地の認識を行う。位置検出部４は、ロボット１の現在地情報及び現在地周辺のマップ情報を制御装置２に送信する。

レーダセンサ６は、出射した電波の反射波によりロボット周囲の障害物を検出する。障害物としては、建物などの固定障害物、人間、動物、自動車、及び他のロボットなどの移動障害物が挙げられる。レーダセンサ６は、検出した障害物の位置情報を制御装置２に送信する。

カメラ７は、ロボット１の周囲の画像を撮像する。カメラ７は、撮像したロボット周囲の画像情報を制御装置２に送信する。レーダセンサ６及びカメラ７は、特許請求の範囲に記載の移動障害物検出手段として機能する。なお、本発明でいうレーダセンサは電波だけでなく、光、電磁波、音波など、同様の手段を用いて障害物との距離を計測できるものであれば何を用いてもよい。

制御装置２は、ロボット動作目標生成部１０、人間動作予測部１１、動作計画部１２、及び移動制御部１３を備えている。

ロボット動作目標生成部１０は、ロボット１の動作目標を生成する。ロボット動作目標生成部１０は、通信部３のタスク情報と位置検出部４の現在地情報及びマップ情報とに基づいて動作目標を生成する。

具体的には、ロボット動作目標生成部１０は、タスクとして目的地が与えられた場合、与えられた目的地に向かって効率良く到達するようにロボット移動用アクチュエータ（車輪など）の制御目標値を生成する。このような目標値としては、経路（位置の配列）や進路（位置と時間もしくは速度の配列）、加減速パターン（加速度の配列）などが挙げられる。なお、動作目標には、特定の場所に居続けることや移動を伴わない作業（足下の床清掃など）もある。

人間動作予測部１１は、ロボット１の周囲に存在する人間Ｍの動作を予測する。人間動作予測部１１は、まずレーダセンサ６の障害物の位置情報とカメラ７のロボット周囲の画像情報とに基づいて、ロボット１の周囲に人間Ｍを検出したか否かを判定する。人間Ｍの位置情報の検出はレーダセンサ６の障害物の位置情報とカメラのロボット周囲の画像情報のどちらか一方のみを用いて行ってもよい。もしくは、人間Ｍの持つＧＰＳのデータを通信によって取得してもよい。

人間動作予測部１１は、人間Ｍを検出したと判定した場合、人間Ｍの位置情報の履歴から、その進行方向及び移動速度を認識する。人間動作予測部１１は、人間Ｍが進行方向と移動速度を維持した場合の将来の動作を予測する。この将来の動作には、所定方向に進み続ける動作の他、減速して立ち止まる動作、向きを変える動作、及びその場に居続ける動作などが含まれる。また、将来の動作には動作目標軌道の予測も含まれる。なお、人間動作予測部１１は、対象となる人間Ｍの外観やその周囲の状況（障害物との位置関係や混雑状況など）を認識することで、より高い精度で人間Ｍの動作を予測することができる。

動作計画部１２は、ロボット１の動作の計画を行う。動作計画部１２は、動作干渉判断部１４、譲り合い動作計画部１５、及び働きかけ回避動作計画部１６から構成されている。

動作干渉判断部１４は、ロボット動作目標生成部１０が生成した動作目標と人間動作予測部１１の予測した周囲の人間Ｍの動作とに基づいて、人間Ｍとロボット１の動作が干渉するか否かを判断する。動作干渉判断部１４における動作の干渉には、人間Ｍとロボット１との接触だけではなく、人間Ｍとロボット１とが安全マージンを確保できないほどに接近する状態も含まれる。安全マージンは、ロボット１の外観形状や用途などに応じて予め設定されている。

動作干渉判断部１４は、人間とロボット１とが安全マージン以内に接近すると判定した場合、動作が干渉すると判断する。動作干渉判断部１４は、特許請求の範囲に記載の接近判定手段として機能する。また、ロボット１の安全マージンは、特許請求の範囲に記載の所定間隔に相当する。

譲り合い動作計画部１５は、動作干渉判断部１４が周囲の人間Ｍとロボット１の動作が干渉すると判定した場合、譲り合い動作を計画する。この譲り合い動作は、ロボット１の標準回避動作Ｃと人間Ｍに期待する期待回避動作Ｄとを含む動作である（図５参照）。標準回避動作Ｃは、人間Ｍとの動作干渉を回避することを目的としたロボット１の動作である。期待回避動作Ｄは、人間Ｍがロボット１との必要以上の接近を回避するために行うと期待できる回避動作である。譲り合い動作計画部１５は、例えば過去の統計データなどを利用して期待回避動作Ｄを計画する。

譲り合い動作計画部１５は、計画した期待回避動作Ｄとロボット動作目標生成部１０が生成した動作目標とに基づいて、安全マージンを確保しながら必要最小限の動作で最も効率良く回避できる標準回避動作Ｃを計画する。また、譲り合い動作計画部１５は、ロボット１の標準回避動作Ｃを計画した後に、計画した標準回避動作Ｃに基づいて人間Ｍの期待回避動作Ｄを計画することもできる。譲り合い動作計画部１５は、特許請求の範囲に記載の標準回避動作計画手段として機能する。

働きかけ回避動作計画部１６は、譲り合い動作計画部１５の計画した標準回避動作Ｃ及び期待回避動作Ｄに基づいて、人間Ｍを回避する回避動作と人間Ｍに期待回避動作Ｄを促す働きかけ動作とを兼ねる働きかけ回避動作Ｅを計画する。働きかけ回避動作計画部１６は、標準回避動作Ｃにおける動作変化の速度や変化量を大きくした回避動作を働きかけ回避動作Ｅとして計画する。

上述したように、働きかけ回避動作計画部１６は、様々なパターンの働きかけ回避動作Ｅを計画することができる（図５〜図１３参照）。働きかけ回避動作計画部１６は、ロボット１のハードウェア構成や周囲の環境状況、現在の動作目標などに基づいて、最も適切なパターンの働きかけ回避動作Ｅを計画する。働きかけ回避動作計画部１６は、特許請求の範囲に記載の働きかけ回避動作手段として機能する。

移動制御部１３は、ロボット１の移動機構の制御を行う。移動制御部１３は、譲り合い動作計画部１５が計画した回避動作に基づいて移動機構を制御することで、ロボット１の標準回避動作Ｃや働き掛け回避動作Ｅを実行する。また、移動制御部１３は、ロボット動作目標生成部１０の生成した動作目標に沿って移動機構を制御することで、動作目標を達成させる。移動制御部１３は、特許請求の範囲に記載の制御手段として機能する。

次に、上述した制御装置２における制御手順を説明する。

図２に示されるように、制御装置２では、まずロボット動作目標生成部１０がロボット１の動作目標を生成する動作目標生成処理を行う（Ｓ１）。ロボット動作目標生成部１０は、通信部３のタスク情報と位置検出部４の現在地情報及びマップ情報とに基づいて動作目標を生成する。

次に、人間動作予測部１１は、レーダセンサ６の障害物の位置情報とカメラ７のロボット周囲の画像情報とに基づいて、ロボット１の周囲の人間Ｍを検出したか否かを判定する（Ｓ２）。人間動作予測部１１は、ロボット１の周囲の人間Ｍを検出しないと判定した場合、ステップＳ５に移行する。なお、本発明の動作の対象は人間Ｍに限定されることなく、ロボット、自動車など自律移動する移動障害物全般に対して本発明を適用することができる。

人間動作予測部１１は、ロボット１の周囲の人間Ｍを検出したと判定した場合、検出した周囲の人間Ｍの動作を予測する動作予測処理を行う（Ｓ３）。人間動作予測部１１は、レーダセンサ６の障害物の位置情報とカメラ７のロボット周囲の画像情報とに基づいて、周囲の人間Ｍの進行方向及び移動速度を認識する。人間動作予測部１１は、進行方向と移動速度を維持した場合の人間Ｍの将来の動作を予測する。

動作干渉判断部１４は、ロボット動作目標生成部１０が生成した動作目標と人間動作予測部１１の予測した周囲の人間Ｍの動作とに基づいて、周囲の人間Ｍとロボット１の動作が干渉するか否かを判断する（Ｓ４）。動作干渉判断部１４は、動作の干渉がないと判断した場合、ステップＳ５に移行する。

ステップＳ５において、移動制御部１３は、ロボット動作目標生成部１０の生成した動作目標に沿ってロボット１の移動機構を制御する通常時ロボット制御処理を行う。

一方、ステップＳ４において動作干渉判断部１４が動作の干渉があると判断した場合、譲り合い動作計画部１５は、譲り合い動作を計画する譲り合い動作計画処理を行う（Ｓ６）。譲り合い動作計画部１５は、譲り合い動作としてロボット１の標準回避動作Ｃと人間Ｍに期待する期待回避動作Ｄとを計画する。

その後、働きかけ回避動作計画部１６は、譲り合い動作計画部１５の計画した標準回避動作Ｃ及び期待回避動作Ｄに基づいて、働き掛け回避動作Ｅを計画する働きかけ回避動作計画処理を行う（Ｓ７）。

ステップＳ８において、移動制御部１３は、人間Ｍとロボット１との譲り合い動作を実現するための干渉時ロボット制御処理を行う。干渉時ロボット制御処理では、移動制御部１３が働きかけ回避動作Ｅに基づいてロボット１の移動機構を制御することで、ロボット１の回避動作と人間Ｍに回避を促す働きかけ動作とが同時に実行される。干渉時ロボット制御処理では、譲り合い動作の終了後に動作目標に沿ったロボット１の制御が行われる。

その後、制御装置２は、動作目標が達成されてロボット１の動作が完了したか否かを判定する（Ｓ９）。制御装置２は、ロボット１の動作が完了していないと判定した場合、ステップＳ１から処理を繰り返す。制御装置２は、ロボット１の動作が完了したと判定した場合、制御を終了する。

続いて、上述したロボット１の作用効果について説明する。

第１の実施形態に係るロボット１によれば、人間などの移動障害物がロボット１の所定間隔以内に接近した場合に、標準回避動作Ｃに代えて働きかけ回避動作Ｅを行うことで、自らの回避と同時に移動障害物に回避を促す働きかけを行うことができる。これにより、ロボット１が一方的に回避動作を行う場合と比べて効率的なすれ違いを行うことができるので、効率良く与えられたタスクを行うことができる。

また、このロボット１によれば、期待回避動作Ｄを行うように人間Ｍに働きかけを行うことで、人間Ｍ側がロボット１の意図を理解して期待回避動作Ｄを行う可能性を高めることができる。そして、ロボット１が期待回避動作Ｄと対応する働きかけ回避動作Ｅを行うことで、人間同士で行われる譲り合いを伴うすれ違いを人間Ｍとロボット１との間で実現することができる。従って、このロボット１によれば、混雑した環境下であっても、周囲の人間との譲り合いにより自らのタスクを達成することができ、人間とロボットとの共存を実現することができる。

更に、このロボット１では、標準回避動作Ｃにおける動作変化の速度や変化量を大きくした働きかけ回避動作Ｅにより働きかけを行うので、働きかけのためにマニュピレーターやスピーカなどの設備を使用する必要がなく、これらの設備を備えない場合や別の作業に設備を使用中の場合であっても働きかけを実現することができる。

従って、このロボット１は、働きかけのためにマニュピレーター、スピーカ、ライト、ディスプレイなどの設備を備える必要がないので、ハードウェア構成のコスト低下を図ることができる。また、マニュピレーターなどの設備を備えない既存のロボットであっても、設備を追加することなく、本発明の機能を付け加えることが可能になる。そして、マニュピレーターなどの設備を用いることなく働きかけを行うことができるので、荷物の運搬などの別の作業を行いながらも周囲の人間と協調した譲り合いを実現できる。このことはタスク処理の更なる効率化も実現する。

また、このロボット１によれば、動作初期段階ｔ１の付近において標準回避動作Ｃより動作速度が大きく、かつ、移動障害物接近段階ｔ２において標準回避動作Ｃより動作速度が小さい働きかけ回避動作Ｅを計画するので、移動障害物と距離がある動作初期段階ｔ１において動きを強調することでロボット１の存在を移動障害物に気づかせやすくすると共に、移動障害物接近段階ｔ２で動作速度を小さくすることで、移動障害物に対して安全性の高いすれ違いを行うことができる。また、動作初期段階ｔ１における加速と移動障害物接近段階ｔ２における減速とを適切に選択することで、動作終了段階ｔ３における運動状態を標準回避動作Ｃと同じ状態にすることができる。

更に、このロボット１によれば、ロボット１と移動障害物とが接近した場合には移動障害物も回避動作を通常行うことから、移動障害物に期待する期待回避動作Ｄを計画すると共に、この期待回避動作Ｄを考慮した回避量となるように標準回避動作Ｃを計画することで、移動障害物とロボット１との効率の良いすれ違いを達成することができる。

［第２の実施形態］
図１５に示されるように、第２の実施形態に係るロボット２１は、第１の実施形態に係るロボット１と比べて、人間Ｍの回避動作量がロボット２１の期待する期待回避動作量に至った又は至ることが明らかであると予測したか否かを判定する回避動作量判定部２４を備える点と、回避動作量判定部２４の判定結果によりロボット２１の制御を働きかけ回避動作Ｅに基づく制御から標準回避動作Ｃに基づく制御に移行する点と、が主に相違する。

図１６は、第２の実施形態に係るロボット２１の働きかけ回避動作Ｅを説明するための概略平面図である。図１６に示すｔ４は、回避動作が終了した動作終了段階ｔ３の後、通常動作に復帰した通常動作復帰段階を表している。また、図１６に示すＱはロボット２１の最初の進路変更における回避動作量を表しており、ＱＭはロボット２１が人間Ｍに期待する期待回避動作量を表している。

図１６に示されるように、ロボット２１は、進路変更を複数の段階に分けて行う軌道の働きかけ回避動作Ｅを計画する。ロボット２１は、働きかけ回避動作Ｅのうち最初の進路変更により人間Ｍに期待回避動作Ｄを促す働きかけを実施する。

具体的には、ロボット２１は、最初の進路変更における回避動作量Ｑの大きさによって、期待する期待回避動作量ＱＭの大きさを人間Ｍに伝達する。回避動作量Ｑは、例えば働きかけ回避動作Ｅを開始する前のロボット２１の進路と最初の進路変更完了直後のロボット２１の進路との最短距離として表すことができる。期待回避動作量ＱＭは、例えばロボット２１の計画する期待回避動作Ｄを十分に満足する回避動作量に相当する。また、期待回避動作量ＱＭとして、期待回避動作Ｄを満足する回避動作量より小さい値を選択しても良い。

ロボット２１は、人間Ｍに期待する期待回避動作量が大きいときは回避動作量Ｑを小さく取るように働きかけ回避動作Ｅを計画する。また、ロボット２１は、人間Ｍに期待する期待回避動作量ＱＭが小さいときは回避動作量Ｑを大きく取るように働きかけ回避動作Ｅを計画する。

また、ロボット２１の回避動作量判定部２４では、ロボット１と人間Ｍの動作が干渉すると判断した場合、人間Ｍの回避動作量を検出する。人間Ｍの回避動作量は、例えば回避動作前の人間Ｍの進路と現在の人間Ｍの進路との最短距離として検出することができる。

回避動作量判定部２４は、検出した人間Ｍの回避動作量が期待回避動作量ＱＭに至った又は至ることが明らかであると予測したか否かを判定する。回避動作量判定部２４は、例えば人間Ｍの速度や加速度の変化から人間Ｍの回避動作量が期待回避動作量ＱＭに至ること明らかであると予測する。回避動作量判定部２４は、人間Ｍの回避動作量が期待回避動作量ＱＭに至った又は至ることが明らかであると予測したと判定した場合には更なる働きかけは必要ないことから、働きかけ回避動作Ｅに基づく制御を止め、標準回避動作Ｃに基づく制御に移行させる。

次に、上述したロボット２１の制御装置２２ににおける制御手順を説明する。

図１７に示されるように、制御装置２２では、まずロボット動作目標生成部１０がロボット１の動作目標を生成する動作目標生成処理を行う（Ｓ１１）。ロボット動作目標生成部１０は、通信部３のタスク情報と位置検出部４の現在地情報及びマップ情報とに基づいて動作目標を生成する。

次に、人間動作予測部１１は、レーダセンサ６の障害物の位置情報とカメラ７のロボット周囲の画像情報とに基づいて、ロボット１の周囲の人間Ｍを検出したか否かを判定する（Ｓ１２）。人間動作予測部１１は、ロボット１の周囲の人間Ｍを検出しないと判定した場合、ステップＳ１５に移行する。

人間動作予測部１１は、ロボット１の周囲の人間Ｍを検出したと判定した場合、検出した周囲の人間Ｍの動作を予測する動作予測処理を行う（Ｓ１３）。人間動作予測部１１は、レーダセンサ６の障害物の位置情報とカメラ７のロボット周囲の画像情報とに基づいて、周囲の人間Ｍの進行方向及び移動速度を認識する。人間動作予測部１１は、進行方向と移動速度を維持した場合の人間Ｍの将来の動作を予測する。

動作干渉判断部１４は、ロボット動作目標生成部１０が生成した動作目標と人間動作予測部１１の予測した周囲の人間Ｍの動作とに基づいて、周囲の人間Ｍとロボット１の動作が干渉するか否かを判断する（Ｓ１４）。動作干渉判断部１４は、動作の干渉がないと判断した場合、ステップＳ１５に移行する。

ステップＳ１５において、移動制御部１３は、ロボット動作目標生成部１０の生成した動作目標に沿ってロボット１の移動機構を制御する通常時ロボット制御処理を行う。

一方、ステップＳ１４において動作干渉判断部１４が動作の干渉があると判断した場合、譲り合い動作計画部１５は、譲り合い動作を計画する譲り合い動作計画処理を行う（Ｓ１６）。譲り合い動作計画部１５は、譲り合い動作としてロボット１の標準回避動作Ｃと人間Ｍに期待する期待回避動作Ｄとを計画する。その後、働きかけ回避動作計画部１６は、譲り合い動作計画部１５の計画した標準回避動作Ｃ及び期待回避動作Ｄに基づいて、働き掛け回避動作Ｅを計画する働きかけ回避動作計画処理を行う（Ｓ１７）。

ステップＳ１８において、移動制御部１３は、働き掛け回避動作Ｅに基づいてロボット２１の移動制御を行う働きかけ回避動作制御処理を行う。制御装置２２は、移動制御部１３が働きかけ回避動作制御処理を開始した場合、ロボット２１の働き掛け回避動作Ｅが未完了であるか否かを判定する（Ｓ１９）。制御装置２２は、働き掛け回避動作Ｅが完了したと判定した場合、ステップＳ１１から処理を繰り返す。

制御装置２２が働き掛け回避動作Ｅが未完了であると判定した場合、回避動作量判定部２４において人間Ｍの回避動作量が期待回避動作量ＱＭに至った又は至ることが明らかであると予測したか否かを判定する（Ｓ２０）。回避動作量判定部２４は、人間Ｍの回避動作量が期待回避動作量ＱＭに至っておらず予測もしていないと判定した場合、ステップＳ１８に戻り、働きかけ回避動作制御処理を継続する。

回避動作量判定部２４が人間Ｍの回避動作量が期待回避動作量ＱＭに至った又は至ることが明らかであると予測したと判定した場合、移動制御部１３は、標準回避動作Ｃに基づいてロボット２１の移動機構を制御する標準回避動作制御処理を行う（Ｓ２１）。標準回避動作制御処理では、移動制御部１３が標準回避動作Ｃに基づいてロボット１の移動機構を制御することで、ロボット２１の回避のみを目的とした効率的な回避動作が実現される。標準回避動作制御処理では、回避動作の終了後に動作目標に沿ったロボット２１の制御が行われる。

その後、制御装置２２は、動作目標が達成されてロボット１の動作が完了したか否かを判定する（Ｓ１９）。制御装置２は、ロボット１の動作が完了していないと判定した場合、ステップＳ１１から処理を繰り返す。制御装置２２は、ロボット１の動作が完了したと判定した場合、制御を終了する。

以上説明した第２の実施形態に係るロボット２１によれば、人間Ｍなどの移動障害物の回避動作量がロボット２１の期待する期待回避動作量ＱＭに至った又は至ることが明らかであると予測した場合に更なる働きかけを行う必要がないことから、働きかけ回避動作から標準回避動作に基づく制御に移行することで、効率の良いすれ違いを行うことができる。

また、このロボット２１によれば、進路変更を複数の段階に分けて行う軌道の働きかけ回避動作Ｅを計画することで、最初の進路変更の回避動作量Ｑの大きさにより人間Ｍに働きかける期待回避動作量ＱＭの大きさを調節することができる。

なお、ロボット２１においては、最初の進路変更を行っても人間Ｍの回避動作量が期待回避動作量ＱＭに至っておらず至るとの予測もできない場合に、更なる働きかけを行うための新たな進路変更の段階を追加する態様であっても良い。これにより、人間Ｍに対する働きかけの程度や長さを適切に調節することができる。

［第３の実施形態］
図１８に示されるように、第３の実施形態に係るロボット３１は、第１の実施形態に係るロボット１と比べて、ロボット３１の向き（正面方向）が明確である点と、ロボット３１の向きにより人間Ｍに対する働きかけを行う点と、が主に相違する。

具体的には、第３の実施形態に係るロボット３１は、顔の部位を備えるなど、人間から見て正面の方向が明確な外観を有している。また、このロボット３１は、自らの正面方向と進行方向とをずらすことが可能な移動機構を有している。このような移動機構としては、例えばオムニホイールや二足歩行機構などがある。

このような構成のロボット３１は、標準回避動作Ｃの動作変化のうち向きの変化量を大きくした働きかけ回避動作Ｅを計画する。ロボット３１は、人間Ｍに期待する回避の方向がロボット３１の背面側となるようにロボット３１の向きを大きく変化させ、この向きを維持した状態で動作を行う働きかけ回避動作Ｅを計画する。

このロボット３１によれば、人間Ｍなどの移動障害物はロボット３１を回避する際にロボット３１の進行方向と通常考えられる正面側ではなく背面側に回ろうとすることから、移動障害物に期待する回避の方向がロボット３１の背面側になるように、ロボット３１の向きを維持した状態で移動することで、移動障害物の回避方向を誘導する働きかけを行うことができる。これにより、標準回避動作Ｃの軌道を変更することなく、最も効率的な回避を行いながら人間Ｍに対する働きかけを行うことができるので、効率的なすれ違いを達成することができ、与えられたタスクを効率良く行うことができる。

なお、ロボット３１は、第２の実施形態に係るロボット２１のように、人間Ｍが十分な回避を行ったと判断した場合には働きかけを止めてもよい。すなわち、ロボット３１は、人間Ｍの回避動作量が期待回避動作量ＱＭに至った又は至ることが明らかであると予測した場合には、働きかけを止めて正面方向と進行方向とが一致するように向きを戻す態様であってもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。

例えば、本発明に係る移動体は、ロボットに限られず、マニピュレータ、自動車、パーソナルモビリティなどで有ってもよい。また、移動体は、必ずしも地上を移動するものに限られず、空中や水中を移動するものであってもよい。

また、上述した実施形態においては、人間を相手に動作する場合を説明したが、本発明は人間以外の相手に対しても好適に適用できる。すなわち、特許請求の範囲に記載の移動障害物には、人間の他、犬などの動物や自動車などのモビリティ、他のロボットなどが含まれる。

１、２１…ロボット（移動体） ２、２２…制御装置 ６…レーダセンサ（移動障害物検出手段） ７…カメラ（移動障害物検出手段）、 １０…ロボット動作目標生成部 １１…人間動作予測部 １４…動作干渉判断部（接近判定手段） １５…譲り合い動作計画部（標準回避動作計画手段） １６…働きかけ回避動作計画部（働きかけ回避動作計画手段） ２４…回避動作量判定部（回避動作判定手段） Ａ…動作目標軌道 Ｂ…動作目標軌道 Ｃ…標準回避動作 Ｄ…期待回避動作 Ｅ…働き掛け回避動作 Ｍ…人間 Ｑ…回避動作量 ＱＭ…期待回避動作量 ｔ１…動作初期段階 ｔ２…移動障害物接近段階 ｔ３…動作終了段階 ｔ４…通常動作復帰段階

Claims (4)

1. 移動体の周辺に存在する移動障害物を検出する移動障害物検出手段と、
   前記移動障害物と前記移動体とが所定間隔以内に接近するか否かを判定する接近判定手段と、
   前記接近判定手段が前記移動障害物と前記移動体とが所定間隔以内に接近すると判定した場合に、前記移動体が前記移動障害物を回避する動作である標準回避動作を計画する標準回避動作計画手段と、
   前記標準回避動作計画手段の計画した前記標準回避動作に基づいて、前記移動体が前記移動障害物を回避する回避動作と前記移動障害物に回避を促す働きかけ動作とを兼ねる働きかけ回避動作を計画する働きかけ回避動作計画手段と、
   前記働きかけ回避動作に基づいて前記移動体を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記標準回避動作計画手段は、前記移動体を回避するために行うと前記移動障害物に期待する期待回避動作を計画し、
   前記働きかけ回避動作計画手段は、前記期待回避動作に基づいて、前記期待回避動作を前記移動障害物に促すように、前記標準回避動作と比べて、少なくとも動作初期段階において前記期待回避動作を行なう前記移動障害物から離れる前記働きかけ回避動作を計画し、
   前記働きかけ回避動作計画手段は、前記標準回避動作における動作変化の速度及び前記動作変化の変化量のうち少なくとも一方を大きくした回避動作を前記働きかけ回避動作として計画することを特徴とする移動体。
2. 前記働きかけ回避動作計画手段は、動作初期段階において前記標準回避動作より動作速度が大きく、かつ、移動障害物接近段階において前記標準回避動作より動作速度が小さくなるように前記働きかけ回避動作を計画することを特徴とする請求項１に記載の移動体。
3. 前記標準回避動作計画手段は、前記移動障害物に期待する期待回避動作を計画すると共に、前記期待回避動作に基づいて前記標準回避動作を計画することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の移動体。
4. 前記移動障害物検出手段の検出結果と前記標準回避動作計画手段の計画した前記期待回避動作とに基づいて、前記移動障害物の回避動作量が前記移動障害物に期待する期待回避動作量に至ったか否かを判定する回避動作量判定手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記回避動作量判定手段が前記移動障害物の回避動作量は前記期待回避動作量に至ったと判定した場合、前記標準回避動作に基づいて前記移動体を制御することを特徴とする請求項３に記載の移動体。

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