JP5978028B2

JP5978028B2 - 移動ロボットの制御装置

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Publication number: JP5978028B2
Application number: JP2012145689A
Authority: JP
Inventors: 直秀小川; 克好亘理; 薫鳥羽
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2032-06-28
Also published as: JP2014008562A; US20140005827A1; US9114532B2

Description

この発明は移動ロボットの制御装置に関し、より詳しくは付近に人が位置するときの動作を制御する装置に関する。

移動ロボットは人が存在する空間を移動して作業することから、人との物理的な接触を避ける必要がある。そこで、特許文献１記載の技術において、付近に位置する人が検出された場合、移動経路を変更することが提案されている。

特許文献１記載の技術にあっては、ロボットの挙動を直ちに変化させると、人の挙動変化を誘発して接触の可能性がかえって高まるという認識に基づいて移動経路を変更するように構成している。

特許第４１７１５１０号公報

検出された人の位置まで距離的に余裕があれば移動経路を変更することで接触を効果的に回避することができるが、作業機構の長さの範囲内など比較的接近して位置している場合、移動経路を変更する前にロボットの動作を適宜制限して接触を回避しなければならない。しかしながら、特許文献１記載の技術は、それに関して何等開示するものではなかった。

この発明の目的は上記した従来技術の不都合を解消し、検出された人の位置が比較的接近しているような場合でも、人との接触を回避するようにした移動ロボットの制御装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、基体と、前記基体に連結される移動機構と、前記基体に連結される作業機構と、前記移動機構と作業機構とをそれぞれ駆動する複数個のアクチュエータと、前記複数個のアクチュエータを介して前記移動機構と前記作業機構の動作を制御する制御部とを備える移動ロボットの制御装置において、前記作業機構は、前記ロボットの中心からその先端部までの長さを変更可能であり、前記制御部は、周囲に位置する人を検出する人検出手段と、前記検出された人の位置が前記ロボットの位置を中心として前記ロボットの作業機構を最大限に伸ばしたときの前記作業機構の長さに基づいて設定される第１領域または前記第１領域の外側に前記ロボットの重力方向の長さに基づいて設定される第２領域内か否かを判定する人位置判定手段と、前記検出された人の位置が前記第１領域内または第２領域内と判定されるとき、前記移動機構と前記作業機構の動作を制限する動作制限手段を備える如く構成した。

請求項２に係る移動ロボットの制御装置にあっては、前記動作制限手段は、前記検出された人の位置が前記第１領域内と判定されるとき、前記移動機構と前記作業機構の動作を停止する如く構成した。

請求項３に係る移動ロボットの制御装置にあっては、前記動作制限手段は、前記検出された人の位置が前記第２領域内と判定されるとき、前記移動機構の動作を前記第１領域内に制限する如く構成した。

請求項４に係る移動ロボットの制御装置にあっては、前記動作制限手段は、前記移動機構と前記作業機構の少なくともいずれかの動作を規定する制御ゲインを小さくする如く構成した。

請求項５に係る移動ロボットの制御装置にあっては、前記動作制限手段は、前記第２領域を細分して前記移動機構と前記作業機構の少なくともいずれかの動作を制限する如く構成した。

請求項６に係る移動ロボットの制御装置にあっては、周囲に位置する人の位置と移動速度と移動範囲を検出する人位置速度範囲検出手段を備えると共に、前記動作制限手段は、前記検出された人の位置が前記第１領域内と第２領域を含む領域内と判定されるとき、前記人の位置と移動速度と移動範囲に基づいて前記移動機構と前記作業機構の動作を制限する如く構成した。

請求項７に係る移動ロボットの制御装置にあっては、周囲に位置する人の属性を検出する人属性検出手段を備えると共に、前記動作制限手段は、前記検出された人の属性に基づいて前記第１領域または第２領域を変更する如く構成した。

請求項１にあっては、複数個のアクチュエータを介して移動機構と作業機構の動作を制御する移動ロボットの制御装置において、前記作業機構は、前記ロボットの中心からその先端部までの長さを変更可能であり、周囲に位置する人を検出し、検出された人の位置がロボットの位置を中心としてロボットの作業機構を最大限に伸ばしたときの作業機構の長さに基づいて設定される第１領域または第１領域の外側にロボットの重力方向の長さに基づいて設定される第２領域内か否かを判定し、検出された人の位置が第１領域内または第２領域内と判定されるとき、移動機構と作業機構の動作を制限する如く構成したので、第１、第２領域をロボットの作業機構の長さあるいは重力方向の長さ（身長）に基づいて設定すると共に、検出された人の位置をそれと比較して動作を制限することで、自機（ロボット）の周囲で検出された人の位置が比較的自機に接近しているような場合でも、人との接触を効果的に回避することができる。また、動作を制限する場合を第１領域と第２領域に限定するようにしたので、移動機構と作業機構の動作を不要に制限することがない。

請求項２に係る移動ロボットの制御装置にあっては、検出された人の位置が第１領域内と判定されるとき、移動機構と作業機構の動作を停止する如く構成したので、自機の周囲で検出された人の位置が自機の作業機構と接触するほど直近の場合であっても、その動作を停止することで人との接触を効果的に回避することができる。

請求項３に係る移動ロボットの制御装置にあっては、検出された人の位置が第２領域内と判定されるとき、移動機構の動作を第１領域内に制限する如く構成したので、自機の周囲で検出された人の位置が作業機構と接触する恐れがある領域よりは離れているときは、自機の動作を作業機構と接触する恐れがある領域に制限することで人との接触を効果的に回避できると共に、それ以外の動作を制限しないことから、それを除く所期の動作を継続することができる。

請求項４に係る移動ロボットの制御装置にあっては、移動機構と作業機構の少なくともいずれかの動作を規定する制御ゲインを小さくする如く構成したので、上記した効果に加え、作業機構の発生トルクを減少させることができ、万一にも人と接触した場合でもその衝撃を緩和させることができる。

請求項５に係る移動ロボットの制御装置にあっては、第２領域を細分して移動機構と作業機構の少なくともいずれかの動作を制限する如く構成したので、上記した効果に加え、動作を一層的確に制限できると共に、不要な制限を一層回避することができる。

請求項６に係る移動ロボットの制御装置にあっては、周囲に位置する人の位置と移動速度と移動範囲を検出し、検出された人の位置が第１領域内と第２領域を含む領域内と判定されるとき、人の位置と移動速度と移動範囲に基づいて移動機構と作業機構の動作を制限する如く構成したので、上記した効果に加え、動作を一層的確に制限できると共に、不要な制限を一層回避することができる。

請求項７に係る移動ロボットの制御装置にあっては、周囲に位置する人の属性を検出し、検出された人の属性に基づいて第１領域または第２領域を変更する如く構成したので、上記した効果に加え、例えば人の性別や年齢などを考慮して領域を変更することができ、動作を一層的確に制限できると共に、不要な制限を一層回避することができる。

この発明の第１実施例に係る移動ロボットの制御装置が前提とするロボットの正面図である。図１に示すロボットの側面図である。図１に示すロボットをスケルトンで示す模式図である。図２に示す電子制御ユニット（ＥＣＵ）の入出力関係を示すブロック図である。図１に示すロボットの制御系を示すブロック図である。第１実施例に係る移動ロボットの制御装置の動作を示すフロー・チャートである。図６フロー・チャートの処理を説明する説明図である。第１実施例の変形例を示す、図７と同様の説明図である。同様に第１実施例の変形例を示す、図７と同様の説明図である。同様に第１実施例の変形例を示す、図７と同様の説明図である。この発明の第２実施例に係る移動ロボットの制御装置の動作を示すフロー・チャートである。図１１フロー・チャートの処理を説明する説明図である。この発明の第３実施例に係る移動ロボットの制御装置の動作を示すフロー・チャートである。

以下、添付図面に即してこの発明に係る移動ロボットの制御装置を実施するための形態について説明する。

図１はこの発明の第１実施例に係る移動ロボットの制御装置が前提とするロボットの正面図、図２は図１に示すロボットの側面図、図３は図１の示すロボットをスケルトンで示す模式図、図４は図１に示すロボットに搭載される電子制御ユニット（ＥＣＵ）の入出力関係を示すブロック図である。

図１に示すように、移動ロボット（以下単に「ロボット」という）１０は、複数本、即ち、左右２本の脚部（移動機構）１２Ｌ，１２Ｒ（左側をＬ、右側をＲとする。以下同じ）を備える。脚部１２Ｌ，１２Ｒは、基体（上体）１４の下部に連結される。基体１４の上部には頭部１６が連結されると共に、側方には複数本、即ち、左右２本の腕部（作業機構）２０Ｌ，２０Ｒが連結される。

左右の腕部２０Ｌ，２０Ｒの先端には、それぞれハンド（エンドエフェクタ）２２Ｌ，２２Ｒが連結される。尚、この実施例にあっては、移動ロボットとして、２本の脚部１２と２本の腕部２０を備えた、１．３ｍ程度の身長を有するヒューマノイド型の脚式移動ロボットを例にとる。

図２に示すように、基体１４の背部には格納部２４が設けられ、その内部には電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と呼ぶ）２６などが収容されると共に、基体１４の内部にはバッテリ２８が収容される。

以下、図３を参照し、ロボット１０の内部構造について関節を中心に説明する。尚、図示のロボット１０は左右対称であるので、以降Ｌ，Ｒの付記を省略する。

左右の脚部１２は、それぞれ大腿リンク３０と下腿リンク３２と足部３４とを備える。大腿リンク３０は股関節ＪＨを介して基体１４に連結される。大腿リンク３０と下腿リンク３２は膝関節ＪＫを介して連結されると共に、下腿リンク３２と足部３４は足関節ＪＡを介して連結される。

図３では基体１４を基体リンク３６として簡略的に示すが、基体リンク３６（基体１４）は、関節３８を介して上半部３６ａと下半部３６ｂとが相対変位、より具体的には回転あるいは旋回自在に構成される。

上記した関節を、構成する電動モータ（アクチュエータ）によって説明すると、股関節ＪＨは、Ｚ軸（ヨー軸。ロボット１０の重力軸回りの回転軸）を有する電動モータ４０と、Ｙ軸（ピッチ軸。ロボット１０の左右方向回りの回転軸）を有する電動モータ４２と、Ｘ軸（ロール軸。ロボット１０の左右方向回りの回転軸）を有する電動モータ４４とから構成され、３自由度を備える。このように大腿リンク３０は股関節ＪＨを介して基体１４に連結され、基体１４に対してＸ，Ｙ，Ｚ軸回りに回転可能に構成される。

膝関節ＪＫはＹ軸回りの回転軸を有する電動モータ４６から構成され、１自由度を備える。即ち、大腿リンク３０は膝関節ＪＫを介して下腿リンク３２に連結され、下腿リンク３２に対してＹ軸回りに回転可能に構成される。

足（足首）関節ＪＡはＹ軸回りの回転軸を有する電動モータ４８とＸ軸回りの回転軸を有する電動モータ５０とから構成され、２自由度を備える。即ち、下腿リンク３２は足関節ＪＡを介して足部３４に連結され、足部３４に対してＸ，Ｙ軸回りに回転可能に構成される。

このように左右の脚部１２のそれぞれには３個の関節を構成する６個の回転軸（自由度）が与えられ、脚部１２の全体としては合計１２個の回転軸が与えられる。以下、脚部１２を駆動する電動モータ４０などの１２個の電動アクチュエータを「脚部アクチュエータ」といい、符号ＡＬで示す。脚部アクチュエータＡＬの動作を制御することにより、脚部１２に所望の動きを与えることができる。

また、左右の腕部２０は、それぞれ上腕リンク５２と下腕リンク５４を備える。上腕リンク５２は、肩関節ＪＳを介して基体１４に連結される。上腕リンク５２と下腕リンク５４は、肘関節ＪＥを介して連結されると共に、下腕リンク５４とハンド２２は手首関節ＪＷを介して連結される。

肩関節ＪＳはＹ軸回りの回転軸を有する電動モータ５６とＸ軸回りの回転軸を有する電動モータ５８とＺ軸回りの回転軸を有する電動モータ６０とから構成され、３自由度を備える。このように上腕リンク５２は肩関節ＪＳを介して基体１４に連結され、基体１４に対してＸ，Ｙ，Ｚ軸回りに回転可能に構成される。

肘関節ＪＥはＹ軸回りの回転軸を有する電動モータ６２から構成され、１自由度を備える。即ち、上腕リンク５２は肘関節ＪＥを介してと下腕リンク５４に連結され、下腕リンク５４に対してＹ軸回りに回転可能に構成される。

手首関節ＪＷはＺ軸回りの回転軸を有する電動モータ６４とＹ軸回りの回転軸を有する電動モータ６６とＸ軸回りの回転軸を有する電動モータ６８とから構成され、３自由度を備える。即ち、下腕リンク５４は手首関節ＪＷを介してハンド２２に連結され、ハンド２２に対してＸ，Ｙ，Ｚ軸回りに回転可能に構成される。

このように、左右の腕部２０のそれぞれには３個の関節を構成する７個の回転軸（自由度）が与えられ、腕部２０の全体として合計１４個の回転軸が与えられる。以下、腕部２０を駆動する電動モータ５６などの１４個の電動アクチュエータを「腕部アクチュエータ」といい、符号ＡＡで示す。腕部アクチュエータＡＡの動作を制御することにより、腕部２０に所望の動きを与えることができる。

ハンド２２には、５本の指部７０が設けられる。指部７０は、ハンドアクチュエータＡＨ（図４に示す）によって動作自在に構成され、腕部２０の動きに連動して物を把持する、あるいは適宜な方向を指差すなどの動作自在に構成される。

頭部１６は、基体１４に首関節ＪＮを介して連結される。首関節ＪＮはＺ軸回りの回転軸を有する電動モータ７２とＹ軸回りの回転軸を有する電動モータ７４とから構成され、２自由度を備える。電動モータ７２，７４からなる頭部アクチュエータＡＮの動作を制御することにより、頭部１６を所望の方向に向けることができるように構成される。

上記した脚部アクチュエータＡＬと腕部アクチュエータＡＡとハンドアクチュエータＡＨと頭部アクチュエータＡＮを構成する電動モータ４０などは全てＤＣサーボモータからなる。

左右の脚部１２（具体的には、足部３４と足関節の間）にはそれぞれ力センサ（６軸力センサ）７６が取り付けられ、床面から脚部１２に作用する床反力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを示す信号を出力する。左右の腕部２０にも同種の力センサ７８がハンド２２と手首関節の間で取り付けられ、腕部２０に作用する外力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを示す信号を出力する。

基体１４には傾斜センサ８０が設置され、鉛直軸に対する基体１４の傾き、即ち、傾斜角度とその角速度などの状態量を示す信号を出力する。頭部１６には、２個（左右）のＣＣＤカメラ８２が設置され、ロボット１０の周囲環境をステレオ視で撮影して得た画像を出力すると共に、マイクロフォン８４ａとスピーカ８４ｂからなる音声入出力部８４が設けられる。

また、図４に示す如く、電動モータ４０などのそれぞれには回転角度を通じて関節角度に応じた信号を出力するロータリエンコーダ８６（図１から図３で図示省略）が設けられると共に、基体１４にはＸ，Ｙ，Ｚ軸回りの角加速度を示す出力をそれぞれ生じるジャイロセンサ（ヨーレートセンサ）８８（図１から図３で図示省略）が設けられる。

さらに、図３に示す如く、基体１４には腰カメラ９０が設置され、前方下方に向けて近赤外レーザ光を発射し、床面などの物体からの反射光を検知することにより、その物体までの位置や方位を示す出力を生じる。

また、図４に示す如く、基体１４の周囲には超音波センサ９２（図１から図３で図示省略）が複数個配置され、周囲に向けて放射状に超音波信号を放射して周囲に存在する人などの障害物の方位と位置と離間距離を示す出力を生じる。

図４に示す如く、上記したセンサなどの出力は、ＥＣＵ２６に入力される。ＥＣＵ２６は図示しないＣＰＵや入出力回路、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータからなり、入力値に基づいて制御値（操作量）を電流値で算出し、バッテリ２８の出力を昇圧器（図示せず）で昇圧した電圧を駆動回路（図示せず）から脚部アクチュエータＡＬ，腕部アクチュエータＡＡなどに供給してそれらの動作を制御する。

また、ＥＣＵ２６は音声入出力部８４のマイクロフォン８４ａから入力された人の音声の内容を適宜な手法で認識し、それに対する応答を生成してスピーカ８４ｂから発話させる。

図５はロボット１０の制御を示すブロック図である。

図示の如く、この実施例の制御系は具体的には、ＥＣＵ２６を上位システムとし、脚部アクチュエータＡＬと腕部アクチュエータＡＡとハンドアクチュエータＡＨと頭部アクチュエータＡＮにそれぞれ配置される１個または複数個のサブＥＣＵ２６ａを下位システムとする分散制御系からなるフィードバック制御系で構成される。ＥＣＵ２６とサブＥＣＵ２６ａとは通信自在に構成される。

サブＥＣＵ２６ａはＥＣＵ２６からのコマンドを入力し、位置センサと速度センサ、即ち、電動モータ４０などに配置されたロータリエンコーダ８６の出力から得られた位置とその差分値から得られた速度と目標値との偏差に適宜算出される位置アンプの位置ゲインＫｐと速度アンプの速度ゲインＫｖを乗じて目標値に一致するように速度指令値と電流指令値を算出する。

さらに、サブＥＣＵ２６ａは電流センサ（図４などで図示省略）で検出されたパワー変換器から出力される電流値と目標値との偏差に適宜算出される電流アンプの電流ゲインＫｉを乗じて目標値に一致するように電流指令値を算出する。サブＥＣＵ２６ａは、それら３種の指令値から制御値（操作量）を電流値で算出して電動モータ４０などのアクチュエータに供給し、それらの動作を制御する。位置、速度、電流のゲインＫｐ，Ｋｖ，ＫｉはＰＩＤ則のいずれかを用いて算出される。

図６は第１実施例に係る移動ロボットの制御装置の動作、より具体的には上記したサブＥＣＵ２６ａの動作を示すフロー・チャート、図７はその処理を説明する説明図である。

脚部アクチュエータＡＬなどに配置されたサブＥＣＵ２６ａはそれぞれ、所定時間（例えば５ｍｓｅｃ）ごとに図示のプログラムを実行する。

以下説明すると、Ｓ１０において自機（ロボット）１０の周囲に位置する人を検出する。即ち、頭部１６に設置されたＣＣＤカメラ８２から得られる画像の処理結果と、基体１４の周囲に配置された複数個の超音波センサ９２の出力から得られる障害物の方位と位置と離間距離とに基づき、自機の周囲に位置する人を検出する。

次いでＳ１２に進み、検出された人の位置が自機を中心とする半径ｒ１（第１領域）内か否か判断（判定）し、否定されるときはＳ１４に進み、検出された人の位置が自機を中心とする半径ｒ２（第２領域）内か否か判断（判定）する。

図７にこれら半径ｒ１，ｒ２を示す。半径ｒ１（第１領域）は腕部２０の長さに基づき、より具体的には左右の腕部２０を最大限伸ばしたときの腕部２０の長さと同程度の長さ（例えば０．８ｍ）に設定される。

半径ｒ２（第２領域）はロボット１０の重力方向の長さ、より具体的にはロボット１０の身長より僅かに大きい同程度の長さ（例えば１．５ｍ）に設定される。図示の如く、半径ｒ１は半径ｒ２よりも狭く、自機に一層近接する領域を意味する。

図６フロー・チャートにおいてＳ１４でも否定されるときは自機の周囲に人が位置しないことからＳ１６に進み、制御ゲインを通常値に設定する。即ち、図５を参照して説明した位置ゲインＫｐと速度ゲインＫｖと電流ゲインＫｉを所期の行動計画で設定された値に設定する。次いでＳ１８に進み、動作を実行する。この場合は所期の行動計画で設定された動作を実行する。

他方、Ｓ１４で肯定されて検出された人の位置が半径ｒ２内と判断（判定）されるときはＳ２０に進み、動作が半径ｒ１内に収まるように修正、即ち、脚部１２と腕部２０の動作が半径ｒ１内に収まるように脚部アクチュエータＡＬと腕部アクチュエータＡＡの動作を修正する（所期の行動計画を修正する）。

次いでＳ２２に進み、制御ゲインを小さくする。即ち、脚部１２と腕部２０、より具体的にはそれらのいずれかの動作を規定する位置ゲインＫｐと速度ゲインＫｖと電流ゲインＫｉを所期の行動計画で設定された値よりも小さくする。

前記したように制御値（通電電流値）は脚部１２と腕部２０の動作の目標値と検出値との偏差に制御ゲインを乗じて算出されることから、制御ゲインを小さくすることにより、結果としてそれらの発生トルクは低下させられる。

次いでＳ１８に進み、動作を実行する。この場合はＳ２０で修正された範囲内で所期の行動計画で設定された動作を実行する。

一方、Ｓ１２で肯定されて検出された人の位置が半径ｒ１内と判断（判定）されるときはＳ２４に進み、動作を停止する。ただし、頭部アクチュエータＡＮと音声入出力部８４は、人との接触に直接関連しないので、それらの動作は停止しないこととする。

尚、後述する第２実施例のように、Ｓ２４の後、ＬＥＤ（発光ダイオード。図４などで図示省略）によって動作を停止したことを表示する処理を追加しても良い。

図８から図１０は第１実施例の変形例を示す、図７と同様の説明図である。

図８の場合、半径ｒ２（第２領域）を細分（図示例の場合はエリア１，２，３，４に分割）して動作を制限するようにした。

例えば、検出された人の位置が半径ｒ２内と判定されるとき、具体的には人はエリア１に位置してエリア２に手を出すような状況にあれば、Ｓ２０の動作の制限を中止し、Ｓ２２で制御ゲインを小さくすることとする。

他方、検出された人がエリア１に位置して半径ｒ１に手を出すような状況にあれば、Ｓ２０において、図９に示す如く、腕部２０の手先位置（ハンド２２あるいは指部７０の位置）が半径ｒ１内に収まるように、座標（ｘ，ｙ）を（ｘ１，ｙ１）と修正することで、動作の制限を修正し、Ｓ２２で制御ゲインを小さくすることとする。

さらには、図１０に示す如く、半径をｒ１，ｒ２，ｒ３と多段化し、それに応じて動作を制限したり、制御ゲインを小さくしたりするようにしても良い。

第１実施例にあっては、検出された人の位置が腕部２０の長さに基づいて設定される半径ｒ１（第１領域）またはロボット１０の身長に基づいて設定される半径ｒ２内か否か判定し、半径ｒ１内または半径ｒ２内と判定されるとき、脚部１２と腕部２０の動作を制限する如く構成したので、自機（ロボット）１０の周囲で検出された人の位置が比較的自機に接近しているような場合でも、人との接触を効果的に回避することができる。また、動作を制限する場合を半径ｒ１，ｒ２に限定するようにしたので、脚部１２と腕部２０の動作を不要に制限することがない。

また、検出された人の位置が半径ｒ１（第１領域）内と判定されるとき、脚部１２と腕部２０の動作を停止する如く構成したので、自機の周囲で検出された人の位置がロボットの作業機構と接触するほど直近の場合であっても、接触を効果的に回避することができる。

また、検出された人の位置が半径ｒ２（第２領域）内と判定されるとき、脚部１２と腕部２０の動作を半径ｒ１（第１領域）内に制限する如く構成したので、人との接触を効果的に回避できると共に、それを除く所期の動作を継続できる。

また、脚部１２と腕部２０の少なくともいずれかの動作を規定する制御ゲインを小さくする如く構成したので、発生トルクを減少させることができ、万一にも人と接触した場合でもその衝撃を緩和できる。

また、半径ｒ２（第２領域）を細分して脚部１２と腕部２０の少なくともいずれかの動作を制限する如く構成したので、上記した効果に加え、動作を一層的確に制限できると共に、不要な制限を一層回避することができる。

図１１はこの発明の第２実施例に係る移動ロボットの制御装置の動作、より具体的には上記したサブＥＣＵ２６ａの動作を示すフロー・チャート、図１２はその処理を説明する説明図である。

第２実施例にあっては図１２に示す半径ｒ１（第１領域）と半径ｒ２（第２領域）に加え、半径ｒ２より大きい半径ｒ３（第３領域）を設定した。半径ｒ１，ｒ２の大きさは第１実施例と同一である。また人について位置に加え、移動範囲と移動速度も検出するようにした。

以下説明すると、Ｓ１００において自機（ロボット）１０の周囲に位置する人の位置と移動速度と移動範囲を取得（検出）する。位置は第１実施例と同様の手法で検出すると共に、移動速度と移動範囲は検出された位置の時間当たりの変化から検出する。

次いでＳ１０２に進み、検出された人の位置が自機を中心とする半径ｒ１（第１領域）内か、あるいは検出された人の位置が半径ｒ２（第２領域）内で、かつ検出された人の移動範囲がＲ１内であり、かつ検出された人の移動速度が所定速度Ｖ以上か否か判断（判定）する。

移動範囲Ｒ１は、図１２に示す如く、人と半径ｒ１を結ぶ２本の線で区画される扇形の、ロボット１０に対する移動範囲を意味する。後述する範囲Ｒ２，Ｒ３も同様である。

Ｓ１０２で否定されるときはＳ１０４に進み、検出された人の位置が自機を中心とする半径ｒ２（第２領域）内か、あるいは検出された人の位置が半径ｒ３（第３領域）内で、かつ検出された人の移動範囲がＲ２内であり、かつ検出された人の移動速度が所定速度Ｖ以上か否か判断（判定）する。

Ｓ１０４で否定されるときはＳ１０６に進み、検出された人の位置が自機を中心とする半径ｒ３（第３領域）内か、あるいは検出された人の位置が半径ｒ３の外で、かつ検出された人の移動範囲がＲ３内であり、かつ検出された人の移動速度が所定速度Ｖ以上か否か判断（判定）する。

Ｓ１０６でも否定されるときは自機の周囲に半径ｒ３において人が位置しないことからＳ１０８に進み、制御ゲインを通常値に設定し、Ｓ１１０に進み、動作、即ち、所期の行動計画で設定された動作を実行する。

他方、Ｓ１０６で肯定されて検出された人の位置が半径ｒ３内などと判断（判定）されるときはＳ１１２に進み、移動を制限する。より具体的には自機の移動が半径ｒ２あるいは半径ｒ１となるように移動を制限する。

次いでＳ１１０に進み、動作を実行する。この場合、制限された移動を除く、所期の行動計画で設定された動作を実行する。

またＳ１０４で肯定されて検出された人の位置が半径ｒ２内などと判断（判定）されるときはＳ１１４に進み、動作が半径ｒ１内に収まるように修正、即ち、脚部１２と腕部２０の動作が半径ｒ１内に収まるように脚部アクチュエータＡＬと腕部アクチュエータＡＡの動作を修正する（所期の行動計画を修正する）。

次いでＳ１１６に進み、制御ゲインを小さくする。即ち、脚部１２と腕部２０、より具体的にはそれらのいずれかの動作を規定する位置ゲインＫｐと速度ゲインＫｖと電流ゲインＫｉを所期の行動計画で設定された値よりも小さくする。

次いでＳ１１０に進み、動作を実行する。この場合はＳ１１４で修正された範囲内で所期の行動計画で設定された動作を実行する。

一方、Ｓ１０２で肯定されて検出された人の位置が半径ｒ１内などと判断（判定）されるときはＳ１１８に進み、頭部アクチュエータＡＮと音声入出力部８４の動作を除く、動作を停止する。

次いでＳ１２０に進み、ＬＥＤによって動作を停止したことを表示する。

第２実施例にあっては、周囲に位置する人の位置と移動速度と移動範囲を検出し、検出された人の位置が半径ｒ１と半径ｒ２を含む領域、より具体的には半径ｒ１，ｒ２，ｒ３を含む領域内と判定されるとき、人の位置と移動速度と移動範囲に基づいて脚部１２と腕部２０の動作を制限する如く構成したので、第１実施例で述べた効果に加え、動作を一層的確に制限できると共に、不要な制限を一層回避することができる。

図１３はこの発明の第３実施例に係る移動ロボットの制御装置の動作、より具体的には上記したサブＥＣＵ２６ａの動作を示すフロー・チャートである。

第３実施例にあっては人の属性に基づいて制限エリア、具体的には半径ｒ１（第１領域）と半径ｒ２（第２領域）と半径ｒ３（第３領域）の少なくともいずれかを変更するようにした。

以下説明すると、Ｓ２００において自機（ロボット）１０の周囲に位置する人の属性、具体的には身長、性別、年齢を取得（検出）する。即ち、第１実施例の手法に従って自機１０の周囲に位置する人を検出すると共に、頭部１６に設置されたＣＣＤカメラ８２から得られる画像の処理結果に基づいてその人の身長と性別と年齢を検出する。ここで自機１０の周囲は第２実施例のｒ３（第３領域）内とする。

次いでＳ２０２に進み、検出された人の身長がしきい値以下か否か判断（判定）する。しきい値は子供か否かを判別可能な値に設定される。

Ｓ２０２で否定されるときはＳ２０４に進み、検出された人が男性か否か判断（判定）する。Ｓ２０４で否定されるときはＳ２０６に進み、検出された人が女性か否か判断（判定）する。

Ｓ２０６でも否定されるときは後述する制限エリアや警告発話内容の変更が不要なことからＳ２０８に進み、制限エリアを通常範囲に設定する。具体的には、半径ｒ１，ｒ２，ｒ３を第２実施例で設定された範囲に設定する。

次いでＳ２１０に進み、警告発話内容を通常値、例えば「接近しすぎですので、ご注意下さい」に設定し、Ｓ２１２に進み、動作、即ち、所期の行動計画で設定された動作を実行する。

他方、Ｓ２０６で肯定されて検出された人が女性と判断（判定）されるときはＳ２１４に進み、年齢がＹ１−Ｙ２で規定される範囲内（例えば３０歳から５０歳）か否か判断し、肯定されるときはＳ２１６に進み、制限エリアを拡大する。即ち、検出された人が比較的年齢の高い（好奇心に富む）主婦と推定されることから、制限エリアを拡大して安全性を一層向上させる。

次いでＳ２１８に進み、警告発話内容を変更する。例えば「奥様、接近しすぎですので、ご注意下さい」などと変更する。即ち、検出された属性に応じて応対を変更して親近感を向上させつつ、一層の安全性を確保する。尚、Ｓ２１４で否定されるときはＳ２１６とＳ２１８の処理をスキップする。

また、Ｓ２０４で肯定されて検出された人が男性と判断（判定）されるときはＳ２２０に進み、年齢がＸ１−Ｘ２で規定される範囲内（例えば１５歳から３０歳）か否か判断し、肯定されるときはＳ２２２に進み、制限エリアを拡大する。即ち、検出された人が若い男性であって行動的と推定されることから、制限エリアを拡大して安全性を一層向上させる。

次いでＳ２２４に進み、警告発話内容を変更する。例えば「接近しすぎですよ」などと、検出された年齢と性別に応じて応対を変更して親近感を向上させる。尚、Ｓ２２０で否定されるときはＳ２２２とＳ２２４の処理をスキップする。

また、Ｓ２０２で肯定されて検出された人の身長がしきい値以下と判断（判定）されるときはＳ２２６に進み、制限エリアを拡大する。即ち、検出された人が子供である可能性が高いことから、制限エリアを拡大して安全性を一層向上させる。

次いでＳ２２８に進み、警告発話内容を変更する。例えば「ボク（お嬢チャン）危ないよ」などと、応対を変更して親近感を向上させる。

第３実施例にあっては、周囲に位置する人の属性を検出し、検出された人の属性に基づいて第１領域や第２領域などの制限エリアを変更する如く構成したので、上記した効果に加え、例えば人の性別や年齢などを考慮して領域を変更することができ、動作を一層的確に制限できると共に、不要な制限を一層回避することができる。

上記した如く、第１、第２実施例にあっては、基体１４と、前記基体に連結される移動機構（脚部）１２と、前記基体に連結される作業機構（腕部）２０と、前記移動機構と作業機構とをそれぞれ駆動する複数個のアクチュエータ（電動モータ４０・・・５０，５６・・・６８からなる脚部アクチュエータＡＬと腕部アクチュエータＡＡとハンドアクチュエータＡＨと頭部アクチュエータＡＮ）と、前記複数個のアクチュエータを介して前記移動機構と前記作業機構の動作を制御する制御部（ＥＣＵ２６、サブＥＣＵ２６ａ）とを備える移動ロボット１０の制御装置において、前記作業機構２０は、前記ロボット１０の中心からその先端部までの長さを変更可能であり、前記制御部は、周囲に位置する人を検出する人検出手段（Ｓ１０，Ｓ１００）と、前記検出された人の位置が前記ロボット１０の位置を中心として前記ロボットの作業機構を最大限に伸ばしたときの作業機構の長さに基づいて設定される第１領域（半径ｒ１）または第１領域の外側に前記ロボットの重力方向の長さに基づいて設定される第２領域（半径ｒ２）内か否かを判定する人位置判定手段（Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ１０２，Ｓ１０４，Ｓ１０６）と、前記検出された人の位置が前記第１領域内または第２領域内と判定されるとき、前記移動機構と前記作業機構の動作を制限する動作制限手段（Ｓ２０からＳ２４，Ｓ１１２からＳ１２０）を備える如く構成したので、半径ｒ１，ｒ２（第１、第２領域）をロボット１０の腕部（作業機構）の長さあるいは重力方向の長さ（身長）に基づいて設定すると共に、検出された人の位置をそれと比較して動作を制限することで、自機（ロボット）１０の周囲で検出された人の位置が比較的自機に接近しているような場合でも、人との接触を効果的に回避することができる。また、動作を制限する場合を半径ｒ２（第２領域）に限定するようにしたので、脚部（移動機構）１２と腕部（作業機構）２０の動作を不要に制限することがない。

また、前記動作制限手段は、前記検出された人の位置が前記第１領域内と判定されるとき、前記移動機構と前記作業機構の動作を停止する（Ｓ１２，Ｓ２４、Ｓ１０２，Ｓ１１８）如く構成したので、自機の周囲で検出された人の位置が自機の腕部（作業機構）２０と接触するほど直近の場合であっても、その動作を停止することで人との接触を効果的に回避することができる。

また、前記動作制限手段は、前記検出された人の位置が前記第２領域内と判定されるとき、前記移動機構の動作を前記第１領域内に制限する（Ｓ１４，Ｓ２０，Ｓ１０４，Ｓ１１４）如く構成したので、自機の周囲で検出された人の位置が腕部（作業機構）２０と接触する恐れがある領域よりは離れているときは、自機の動作を腕部（作業機構）２０と接触する恐れがある領域に制限することで人との接触を効果的に回避できると共に、それ以外の動作を制限しないことから所期の動作を継続することができる。

また、前記動作制限手段は、前記移動機構と前記作業機構の少なくともいずれかの動作を規定する制御ゲインを小さくする（Ｓ１４，Ｓ２０，Ｓ２２，Ｓ１０４，Ｓ１１４，Ｓ１１６）如く構成したので、上記した効果に加え、腕部（作業機構）２０の発生トルクを減少させることができ、万一にも人と接触した場合でもその衝撃を緩和させることができる。

また、前記動作制限手段は、図８と図９に示す如く、前記第２領域（半径ｒ２）を細分して前記移動機構と前記作業機構の少なくともいずれかの動作を制限する如く構成したので、上記した効果に加え、動作を一層的確に制限できると共に、不要な制限を一層回避することができる。

また、周囲に位置する人の位置と移動速度と移動範囲を検出する人位置速度範囲検出手段を備えると共に、前記動作制限手段は、前記検出された人の位置が前記第１領域（半径ｒ１）内と第２領域（半径ｒ２）を含む領域（半径ｒ１，ｒ２，ｒ３）内と判定されるとき、前記人の位置と移動速度と移動範囲に基づいて前記移動機構と前記作業機構の動作を制限する（Ｓ１０２からＳ１２０）如く構成したので、上記した効果に加え、動作を一層的確に制限できると共に、不要な制限を一層回避することができる。

また、第３実施例にあっては、周囲に位置する人の属性を検出する人属性検出手段（Ｓ２００）を備えると共に、前記動作制限手段は、前記検出された人の属性に基づいて前記第１領域または第２領域を変更する（Ｓ２０２からＳ２２８）如く構成したので、上記した効果に加え、例えば人の性別や年齢などを考慮して領域を変更することができ、動作を一層的確に制限できると共に、不要な制限を一層回避することができる。

上記において、人の位置などをロボット１０に搭載されたＣＣＤカメラ８２と超音波センサから検出したが、ロボット１０の移動する空間にカメラやＬＲＦ（レーザレンジファインダ）などの検出手段を配置し、その出力を無線などの適宜な手段でロボットのＥＣＵ２６に送信させることで検出しても良い。

また、移動ロボットとして２足歩行の脚式移動ロボットを例示したが、それに限られるものではなく、３足以上の脚式移動ロボットであっても良く、さらには車輪型あるいはクローラ型の移動ロボットであっても良い。

１０移動ロボット（ロボット）、１２脚部（移動機構）、１４基体、２０腕部（作業機構）、２６ＥＣＵ（電子制御ユニット）、４０，４２，４４，４６，４８，５０，５６，５８，６０，６２，６４，６６，６８，７２，７４電動モータ（電動アクチュエータ）、８２ＣＣＤカメラ、８６ロータリエンコーダ、９０腰カメラ、９２超音波センサ、ＡＬ脚部アクチュエータ、ＡＡ腕部アクチュエータ、ＡＨハンドアクチュエータ、ＡＮ頭部アクチュエータ

Claims

基体と、前記基体に連結される移動機構と、前記基体に連結される作業機構と、前記移動機構と作業機構とをそれぞれ駆動する複数個のアクチュエータと、前記複数個のアクチュエータを介して前記移動機構と前記作業機構の動作を制御する制御部とを備える移動ロボットの制御装置において、前記作業機構は、前記ロボットの中心からその先端部までの長さを変更可能であり、前記制御部は、周囲に位置する人を検出する人検出手段と、前記検出された人の位置が前記ロボットの位置を中心として前記ロボットの作業機構を最大限に伸ばしたときの前記作業機構の長さに基づいて設定される第１領域または前記第１領域の外側に前記ロボットの重力方向の長さに基づいて設定される第２領域内か否かを判定する人位置判定手段と、前記検出された人の位置が前記第１領域内または第２領域内と判定されるとき、前記移動機構と前記作業機構の動作を制限する動作制限手段を備えたことを特徴とする移動ロボットの制御装置。
前記動作制限手段は、前記検出された人の位置が前記第１領域内と判定されるとき、前記移動機構と前記作業機構の動作を停止することを特徴とする請求項１記載の移動ロボットの制御装置。
前記動作制限手段は、前記検出された人の位置が前記第２領域内と判定されるとき、前記移動機構の動作を前記第１領域内に制限することを特徴とする請求項１または２記載の移動ロボットの制御装置。
前記動作制限手段は、前記移動機構と前記作業機構の少なくともいずれかの動作を規定する制御ゲインを小さくすることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の移動ロボットの制御装置。
前記動作制限手段は、前記第２領域を細分して前記移動機構と前記作業機構の少なくともいずれかの動作を制限することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の移動ロボットの制御装置。
周囲に位置する人の位置と移動速度と移動範囲を検出する人位置速度範囲検出手段を備えると共に、前記動作制限手段は、前記検出された人の位置が前記第１領域内と第２領域を含む領域内と判定されるとき、前記人の位置と移動速度と移動範囲に基づいて前記移動機構と前記作業機構の動作を制限することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の移動ロボットの制御装置。
周囲に位置する人の属性を検出する人属性検出手段を備えると共に、前記動作制限手段は、前記検出された人の属性に基づいて前記第１領域または第２領域を変更することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の移動ロボットの制御装置。