JP6071839B2 - 脚式移動ロボットの制御システム - Google Patents

Description

本発明は、脚式移動ロボットの制御システムに関する。

着地位置が離散的な脚式移動ロボットが、階段等の段差部を含む環境を移動する場合、当該段差部の昇降動作のため、段差部の踏面の広さ又はエッジ等の空間的な配置を認識する必要がある。

段差部の先端側エッジの投影線（実エッジ投影線）を推定する推定エッジ投影線と段差部の踏面の平面パラメータとに基づいて段差部の空間的な配置を認識する技術が開示されている（特許文献１参照）。

特開２０１３−７２８１３号公報

しかしながら、段差部の空間的な配置の認識又は位置合わせ等の準備処理が完了しないままロボットが段差部に到達した場合、そのまま段差部に進入すると正常な移動ができないおそれがある。このため、当該段差部の直前で当該ロボットの移動を一時的に停止させて準備処理を行わせるような設計が考えられる。しかし、段差部の直前において当該ロボットが準備処理のために毎回一時的な停止をすると、予測と異なる動作であるとして、当該ロボットの周辺に存在する人間に違和感を与えるおそれがある。

そこで、本発明は、このような問題に鑑み、歩容生成方法が異なる空間を移動する場合でも、適切な準備処理を実行すると共に、周囲に存在する人間の違和感を軽減又は解消をすることが出来るロボットの制御システムを提供することを目的とする。

本発明の脚式移動ロボットの制御システムは、第１種の歩容生成方法によって生成された歩容に従って第１空間を移動してから、前記第１種の歩容生成方法とは異なる第２種の歩容生成方法によって生成された歩容に従って第２空間を移動するように構成されている脚式移動ロボットの制御システムであって、前記脚式移動ロボットが前記第１空間を移動している間に、前記脚式移動ロボットの移動速度を所定の目標速度まで減速するとともに前記脚式移動ロボットの移動を継続させながら、前記第１種の歩容生成方法から前記第２種の歩容生成方法への切り替えのために、周辺環境の認識と当該認識された周辺環境に基づいた前記第２空間への進入に適した前記脚式移動ロボットの位置及び姿勢への修正とを含む必要な予備動作を実行する予備動作要素を備えることを特徴とする。

本発明の脚式移動ロボットの制御システムによれば、第１空間を移動している間に減速されると共に予備動作が実行される。このため、第１空間を移動している間に減速せずに予備動作を始めた場合、又は第１空間を移動している間に予備動作を実行しなかった場合と比べて、第１種の歩容生成方法から第２種の歩容生成方法への切り替えのために必要な予備動作を実現するための演算処理の時間が十分に長く確保される。

このため、第２空間に到達する前に予備動作を完了させることが出来るので、第１空間及び第２空間との境界における第１種の歩容生成方法から第２種の歩容生成方法への切り替えがスムーズに行われる。この結果、脚式移動ロボットの当該第１空間から第２空間への移動に際し、適切な準備処理が実行されると共に、周囲に存在する人間の違和感を軽減又は解消がされる。

本発明の脚式移動ロボットの制御システムにおいて、前記予備動作要素は、前記予備動作の一種として、前記脚式移動ロボットの周辺環境に存在するランドマークを認識するように構成されているランドマーク認識要素を備えていることが好ましい。

当該構成の脚式移動ロボットの制御システムによれば、予備動作の一種として、脚式移動ロボットの周辺環境に存在するランドマークが認識される。当該認識されたランドマークに基づいて、脚式移動ロボットは、第１種の歩容生成方法から第２種の歩容生成方法への切り替えをより適切に行うことが出来るので、周囲に存在する人間の違和感がより軽減され又は解消される。

本発明の脚式移動ロボットの制御システムにおいて、前記予備動作要素は、前記脚式移動ロボットの周辺環境の障害物の有無を認識し、かつ、前記認識された障害物の情報に基づいて、更なる減速並びに停止による移動中断及び移動中止のいずれか１つを行うように構成されている障害物判定要素を備えていることが好ましい。

当該構成の脚式移動ロボットの制御システムによれば、障害物が存在するために予備動作を正常に完了させることが出来ないおそれがある場合、障害物の情報に基づいて更なる減速並びに停止による移動中断及び移動中止のいずれか１つが行われる。この結果、脚式移動ロボットは、障害物の情報を勘案することにより歩容切り替えの際の安全性を確保することが出来る。

本発明の脚式移動ロボットの制御システムは、第１種の歩容生成方法によって生成された歩容に従って第１空間を移動してから、前記第１種の歩容生成方法とは異なる第２種の歩容生成方法によって生成された歩容に従って第２空間を移動するように構成されている脚式移動ロボットの制御システムであって、前記脚式移動ロボットが前記第１空間を移動している間に、前記脚式移動ロボットの移動速度を減速するとともに前記脚式移動ロボットの移動を継続させながら、前記第１種の歩容生成方法から前記第２種の歩容生成方法への切り替えのために必要な予備動作を実行する予備動作要素と、前記脚式移動ロボットの移動開始点と、目的地点と、移動開始点及び目的地点の間の一又は複数の経由点を経由する経路とを認識する経路認識要素と、前記経由点を通行させるように前記脚式移動ロボットを移動させる移動制御要素とを備え、前記経路認識要素は、前記第１空間と、前記第２空間とを通過する経路について、前記第１空間において前記予備動作を実行可能な予備区間の始点及び終点を前記経由点として設定することにより当該経路を決定する予備区間設定要素を備えてもよい。

本発明の脚式移動ロボットの制御システムによれば、第１空間と第２空間とを通過する経路に対して、前記予備動作を実行可能な予備区間の始点と終点とが経由点として設定される。この結果、第１空間移動中に予備動作が完了するので、本発明の脚式移動ロボットは、確実に第１空間及び第２空間を含む経路をスムーズに移動することができる。

本実施形態のロボットの構成概要図。 図１に示すロボットに備えた演算処理装置の機能的構成を示すブロック図。 実施形態のロボットが目標位置まで移動する場合の移動環境及び制御システムの全体図。 実施形態のロボットの階段を上る経路における移動処理を示すフローチャート。 実施形態のロボットの階段の上り降りをする経路における移動処理を示すフローチャート。 （ａ）は階段とラインマークの配置関係を説明する図、（ｂ）は階段に対するロボットの進入経路を説明する図、（ｃ）は階段を降りた後のロボットの進行方向を説明する図。

（ロボットの構成）
まず、本発明の一実施形態としての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（ヒューマノイドロボット）であり、人間と同様に基体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体１２と、腕体１２の先端部に設けられた手部１３と、基体１０の下部から下方に延設された左右の脚体１４と、脚体１４の先端部に取り付けられている足平部１５とを備えている。ロボット１は、アクチュエータ２０３（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、手首関節、股関節、膝関節、足首関節等の複数の関節に相当する複数の関節機構において腕体１２や脚体１４を屈伸運動させることができる。

腕体１２は肩関節機構を介して基体１０に連結された第１腕リンクと、一端が第１腕リンクの端部に肘関節機構を介して連結され、他端が手首関節を介して手部１３の付根部に連結されている第２腕リンクとを備えている。肩関節機構は、ヨー軸およびピッチ軸のそれぞれの回りの２つの回転自由度を有する。肘関節機構は、ピッチ軸回りの１つの回転自由度を有する。手首関節機構は、ロール軸およびピッチ軸のそれぞれの回りの２つの回転自由度を有する。

脚体１４は股関節機構を介して基体１０に連結された第１脚リンクと、一端が第１脚リンクの端部に膝関節機構を介して連結され、他端が足首関節を介して足平部１５に連結されている第２脚リンクとを備えている。股関節機構は、ヨー軸、ピッチ軸およびロール軸のそれぞれの回りの３つの回転自由度を有する。膝関節機構は、ピッチ軸回りの１つの回転自由度を有する。足首関節機構は、ピッチ軸およびロール軸のそれぞれ回りの２つの回転自由度を有する。ロボット１は、左右の脚体１４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。

（制御システムの構成）
図２に示されている行動制御システム２（以下単に「制御システム２」という。）はロボット１に搭載されている電子制御ユニット（ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ回路等により構成されている。）またはコンピュータにより構成されている。

制御システム２は内部状態センサ群２０１および外部状態センサ群２０２のそれぞれの出力信号に基づいて種々の状態変数の値を認識するように構成されている。

内部状態センサ群２０１にはロボット１の位置（重心位置）を測定するためのＧＰＳ測定装置または加速度センサのほか、基体１０の姿勢を測定するためのジャイロセンサ、各関節機構の屈曲角度等を測定するロータリーエンコーダ等が含まれている。

外部状態センサ群２０２にはロボット１とは別個独立のモーションキャプチャーシステム（図示略）のほか、ボール等のタスク実行に関連する物体の位置軌道を測定するため、頭部１１に搭載されているステレオイメージセンサ、及び基体１０に搭載されている赤外光を用いたアクティブ型センサ等が含まれる。

制御システム２は、目的地点設定要素２１と、経由点設定要素２２と、移動制御要素２３とを備える。目的地点設定要素２１、経由点設定要素２２、及び移動制御要素２３のそれぞれは、ＣＰＵ（演算処理装置）と、担当する演算処理を実行するために必要なソフトウェアおよびデータが保存されているメモリ（記憶装置）とにより構成されている。目的地点設定要素２１、経由点設定要素２２、及び移動制御要素２３のそれぞれを構成するＣＰＵは物理的に共通であってもよいし、別個であってもよい。

各制御要素が「構成されている」とは、当該制御要素を構成する演算処理装置がメモリ等の記憶手段から必要なソフトウェアおよびデータを読み出し、当該データを対象として当該ソフトウェアにしたがった演算処理を実行すること、さらには当該演算処理の結果として制御指令信号を生成し、制御対象に宛てて当該信号を出力すること等により、ロボット１の行動制御等の目的を達成することを意味する。

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演算処理のために準備または用意するのに必要なあらゆる情報処理を実行することを意味する。

制御システム２のうち一部（たとえば、目的地点設定要素２１及び経由点設定要素２２）がロボット１の外部コンピュータにより構成され、残りの部分（たとえば移動制御要素２３）がロボット１に搭載され、当該外部コンピュータから演算結果を無線または有線方式で通信可能なコンピュータにより構成されていてもよい。

目的地点設定要素２１は、例えば人との会話等の外部要因若しくはバッテリの充電等の内部要因又はオペレーターからの入力等に応じて、ロボット１の目的地点をロボット１に設定するように構成されている。目的地点は一つに限られず、途中の経由点を含んでもよい。例えば、図３に示されるように、階段の踊り場にある第１目的地点ＰＧ１を経由点として、階段を下ったところにある第２目的地点ＰＧ２を最終目的地点としてもよい。

経由点設定要素２２は、例えばＲＯＭに記憶された地図情報から経由点Ｐｎの情報を取得し、図３に示されるように、移動開始点ＰＳ（例えばロボット１の現在地点）から目的地点までの１又は複数の経由点Ｐｎ（ｎ＝１，２‥）を経由する目標経路Ｒをロボット１に設定するように構成されている。

また、経由点設定要素２２は、予備区間設定要素２２ａを備える。

予備区間設定要素２２ａは、目標経路Ｒに平坦床面空間Ｓ１と当該平坦床面空間Ｓ１に隣接する昇り階段空間Ｓ２が含まれている場合、平坦床面空間Ｓ１内の所定の第１地点ＰＲ１と、第１地点ＰＲ１よりも奥側（目的地点ＳＧ側）の地点である第２地点ＰＲ２とを経由点Ｐｎとして設定するように構成されている。

本実施形態では、平坦床面空間Ｓ１は、ロボット１が平坦床面歩容生成方法により生成された歩容に従って移動する空間であり、昇り階段空間Ｓ２は、ロボット１が平坦床面歩容生成方法とは異なる昇り階段歩容生成方法により生成された歩容に従って移動する空間である。

「平坦床面歩容生成方法」とは、平坦な床面を歩行する又は走行するため、平坦な床面に応じたロボットの姿勢、着床位置、歩幅、足隔等を決定する歩容を生成する方法である。ロボット１が「平坦床面歩容生成方法」により移動する平坦床面空間Ｓ１の例としては、平坦な床面を含む空間が挙げられる。

「昇り階段歩容生成方法」とは、昇り階段を歩行するため、昇り階段の踏面に応じたロボットの姿勢、着床位置、歩幅、足隔等を決定する歩容を生成する方法である。

本実施形態のロボットは、昇り階段（又は下り階段）においては、特許文献１に記載された方法により、頭部に搭載されたカメラ等によって認識された階段の各踏面のエッジと、足平のセンサから認識された現在着床しているエッジの位置との相対的な位置関係とに応じて逐次歩容を修正するように構成されている。

ロボット１が「昇り階段歩容生成方法」により移動する昇り階段空間Ｓ２の例としては、下段側踏面とその一段上側の上段側踏面との組（段差）を一組以上（一組又は複数組）有する空間が挙げられる。この場合、当該空間の各「踏面」は、ある仮想的な平面（無限平面）に包含される平坦な面とみなすことができるような面であるとする。そして、当該空間は、その一形態として階段を含むものであるが、階段だけを意味するものではない。例えば、床面に設置される踏み台もしくは任意の設置物により構成される当該空間も含まれる。

第２地点ＰＲ２は、ロボット１が昇り階段空間Ｓ２に移動するために、後述する予備動作の完了が必要である地点（例えば、平坦床面空間Ｓ１と昇り階段空間Ｓ２との境界付近のうち平坦床面空間Ｓ１に属する地点）が設定される。第１地点ＰＲ１は、ロボット１が第２地点ＰＲ２に至る前に、ロボット１の予備動作を完了させる観点及びロボット１に昇り階段空間Ｓ２へ適当な進入方向で進入させる観点のうち少なくとも１つに基づいて設定される。

移動制御要素２３は、設定された目標経路Ｒに沿ってロボット１を移動させるように構成されている。

また、移動制御要素２３は、予備動作要素２４を備える。

予備動作要素２４は、ロボット１が平坦床面空間Ｓ１及び昇り階段空間Ｓ２を含む経路を移動する場合には、ロボット１が第１地点ＰＲ１を通過した後且つ第２地点ＰＲ２に至る前の予備区間Ｚ（図３参照）に、ロボット１を減速した上でロボット１の移動を継続させながら、平坦床面歩容生成方法から昇り階段歩容生成方法への切り替えのための予備動作を実行するように構成されている。

予備動作要素２４は、後述するランドマーク認識要素２４ａを介して認識された各ランドマークと地図情報とに基づき、相対座標系におけるロボット１の位置と絶対座標系における第１地点ＰＲ１及び第２地点ＰＲ２を含む各経由点Ｐｎの位置の関係及びそれらの周辺環境を認識する。また、予備動作要素２４は、当該認識された経由点Ｐｎの位置の関係及びそれらの周辺環境に応じて、平坦床面歩容生成方法を昇り階段歩容生成方法又は下り階段歩容生成方法へ切り替えるためのロボット１の移動態様の変更（例えば、ロボット１の移動時の姿勢の調整による昇り階段空間Ｓ２又は下り階段空間Ｓ４へ進入するための進入角度の調整等）を行うように構成されている。

より具体的には、予備動作要素２４は、例えば、ランドマーク認識要素２４ａが認識したランドマークＬＭ２に基づき、ロボット１の現在地点が第２地点ＰＲ２の付近であることを認識する。なお、第２地点ＰＲ２付近のランドマークＬＭ２であるか否かは、ランドマークＬＭ２により付与されたＩＤと地図情報とをつき合わせることにより、判定される。

地図情報から第２地点ＰＲ２（ランドマークＬＭ２）の付近に昇り階段空間Ｓ２が存在することが把握され、カメラ及び投光器（不図示）等により、その周辺環境の空間的な配置位置が認識される。予備動作要素２４は、当該認識された空間的な配置位置に基づき、ロボット１の位置及び姿勢を修正する。

また、予備動作要素２４は、ランドマーク認識要素２４ａと、障害物判定要素２４ｂとを備える。

ランドマーク認識要素２４ａは、腰部に設けられた赤外線カメラの動作制御を行なう機能を有しており、赤外線カメラの撮像動作を所要のタイミング（所定の制御処理周期のタイミング）で行なわせるように制御する。そして、ランドマーク認識要素２４ａは、赤外線カメラによりそれぞれ取得される撮像画像の画素値データ（撮像画像を構成する画素毎の輝度、彩度、色相等を表すデータ）を取り込み、この画素値データを、図示しない画像メモリに逐次更新しつつ、記憶保持する。ランドマーク認識要素２４ａは、公知の画像解析処理により、グローバル座標系またはローカル座標系における、ロボット１の周辺環境に存在するランドマークの位置を認識する。

なお、カメラに入射する光の波長を制限するバンドパスフィルタを備えておき、補助光の波長に一致もしくはほぼ一致する波長の光だけをカメラで撮像するようにしてもよい。

障害物判定要素２４ｂは、目標経路Ｒ上の障害物の有無を認識し、かつ、認識された障害物の情報に基づいて、更なる減速並びに停止による移動中断及び移動中止のいずれか１つを行うように構成されている。例えば、障害物判定要素２４ｂは、目標経路Ｒ上に障害物が存在する場合、その障害物が移動しているためロボット１が問題なく通行できる場合は、ロボット１の移動速度を同一速度に保つか、又はロボット１の移動速度を減速させながら、ロボット１の移動を継続させる。一方、目標経路Ｒ上に障害物が存在し、かつ、当該障害物が停止しているためロボット１の進行が阻害される場合には、障害物判定要素２４ｂは、一時停止による移動中断、完全停止による移動中止又は進行方向の変更のいずれか１つをロボット１に行わせる。

（ロボット１の機能 第１例）
図３に示されるように、ロボット１の現在地点である移動開始点ＰＳから、平らな床面により構成される平坦床面空間Ｓ１及び昇り階段により構成される昇り階段空間Ｓ２を経由して、踊り場に存在する第１目的地点ＰＧ１までロボット１が移動する場合の処理の詳細を、図４のフローチャートを参照しながら説明する。

まず、目的地点設定要素２１は、第１目的地点ＰＧ１を設定する（図４／ＳＴＥＰ２）。

次に、経由点設定要素２２は、メモリに記憶された地図情報等から経由点Ｐｎに関する情報を取得する。そして、経由点設定要素２２は、移動開始点ＰＳ（例えばロボット１の現在地点）から第１目的地点ＰＧ１までの１又は複数の経由点Ｐｎを経由する目標経路Ｒを設定する（図４／ＳＴＥＰ４）。この場合、経由点Ｐｎ及び目標経路Ｒは、例えば、移動距離を最短にする観点、移動コストを最小にする観点（例えば、昇り階段空間Ｓ２を含む経由点を出来る限り排除する等の観点）、又は移動時間を最小にする観点から探索的に設定される。

経由点設定要素２２は、平坦床面空間Ｓ１及び昇り階段空間Ｓ２を含む目標経路Ｒを設定する場合、第１地点ＰＲ１と、第２地点ＰＲ２とを経由する（より正確には、第１地点ＰＲ１と第２地点ＰＲ２との間の予備区間Ｚを経由する）ように、経由点Ｐｎを設定する。

移動制御要素２３は、目標経路Ｒに沿て、ロボット１を移動させる（図４／ＳＴＥＰ６）。なお、経由点設定要素２２が目標経路Ｒの探索が完全に終了していなくとも、移動制御要素２３は、経由点設定要素２２の処理と並行して、途中まで探索された経路に沿ってロボット１を移動させてもよい。

また、ロボット１の停止中及び移動中、ランドマーク認識要素２４ａは、ロボット１の周辺の移動環境を適当な間隔で認識する。

予備動作要素２４は、ランドマーク認識要素２４ａにより認識された移動環境（例えば認識されたランドマークＬＭ１）に基づき、第１地点ＰＲ１を通過したか否かを判定する（図４／ＳＴＥＰ８）。なお、ランドマーク認識要素２４ａがランドマークＬＭ１の認識に失敗しても、予備動作要素２４は、その他の状況（例えば第１地点ＰＲ１前の経由点からの移動距離から第１地点ＰＲ１を通過した蓋然性が高いような状況）から第１地点ＰＲ１を通過したと判定してもよい。

当該判定結果が肯定的である場合（図４／ＳＴＥＰ８‥ＹＥＳ）、予備動作要素２４はロボット１の移動速度を減速させる（図４／ＳＴＥＰ１０）。この場合の目標速度は、ロボット１の周辺の移動環境の認識精度を向上させる観点及びロボット１を緊急停止可能にする観点のうち少なくとも１つに基づいて定められる。

当該判定結果が否定的である場合（図４／ＳＴＥＰ８‥ＮＯ）、移動制御要素２３は再度ＳＴＥＰ８を実行する。

ランドマーク認識要素２４ａは、ランドマークＬＭ２を認識したか否かを判定する（図４／ＳＴＥＰ１２）。

当該判定結果が肯定的である場合（図４／ＳＴＥＰ１２‥ＹＥＳ）、予備動作要素２４は、認識したランドマークＬＭ２及び地図情報に基づいて、第２地点ＰＲ２の位置及びその周辺環境（昇り階段空間Ｓ２の空間的な配置位置）を認識する。そして、予備動作要素２４は、当該認識された第２地点ＰＲ２の位置及びその周辺環境に基づいて、ロボット１の位置及び姿勢を昇り階段空間Ｓ２への進入に適した位置及び姿勢に修正する（図４／ＳＴＥＰ１４）。

予備動作要素２４は、ロボット１が第２地点ＰＲ２に到達した後、昇り階段歩容生成方法により生成された歩容に従ってロボット１に昇り階段空間Ｓ２を構成する階段を昇らせる（図４／ＳＴＥＰ１６）。そして、予備動作要素２４は、ロボット１が第１目的地点ＰＧ１に到達した後にロボット１を停止させる（図４／ＳＴＥＰ１８）。ロボット１の停止後、制御システム２は、一連の移動処理を終了する。

ＳＴＥＰ１２の判定結果が否定的であった場合、予備動作要素２４は、認識失敗メッセージを出力し（図４／ＳＴＥＰ２０）、ロボット１を停止させる（図４／ＳＴＥＰ２２）。より具体的には、例えば、予備動作要素２４は、ロボット１の音声出力部（不図示）を介して「階段入口のランドマークの認識に失敗しました。移動を中止します」等の音声メッセージを出力した後、ロボット１を停止させる。

（ロボット１の機能 第２例）
次に、ロボット１の現在地点である移動開始点ＰＳから、平らな床面により構成される平坦床面空間Ｓ１及び昇り階段により構成される昇り階段空間Ｓ２を経由して、踊り場により構成される踊り場空間Ｓ３に存在する第１目的地点ＰＧ１までロボット１が移動した後、下り階段により構成される下り階段空間Ｓ４を経由して階段下に存在する第２目的地点ＰＧ２までロボットが移動する場合の処理を説明する。

なお、ロボット１は、下り階段空間Ｓ４を、平坦床面歩容生成方法とは異なる下り階段歩容生成方法により生成された歩容に従って移動する。なお、「下り階段歩容生成方法」とは、下り階段を歩行するため、下り階段の踏面に応じたロボットの姿勢、着床位置、歩幅、足隔等を決定する歩容を生成する方法である。

まず、目的地点設定要素２１は、第１目的地点ＰＧ１を目的経由点として設定すると共に、第２目的地点ＰＧ２を最終目的地点として設定する（図５／ＳＴＥＰ１０２）。

ＳＴＥＰ１０４〜ＳＴＥＰ１１６については、第１例における階段を昇るまでの処理（図５／ＳＴＥＰ４〜ＳＴＥＰ１６）と同様であるので、説明を割愛する。

予備動作要素２４は、ランドマーク認識要素２４ａにより階段上の踊り場に設置されているランドマークＬＭ３に基づいて、ロボット１が踊り場空間Ｓ３に到達したことを認識すると、「昇り階段歩容生成方法」を「平坦床面歩容生成方法」に切り替える（図５／ＳＴＥＰ１２４）。

そして、予備動作要素２４は、ロボット１の移動速度をさらに減速させながらも、ロボット１の移動を継続させる（図５／ＳＴＥＰ１２６）。なお、第２例においては、図５／ＳＴＥＰ１１０でロボット１の移動速度を減速しており、その後加速していないので、ＳＴＥＰ１２６における減速処理は省略されてもよい。

ランドマーク認識要素２４ａは、下り階段空間Ｓ４に存在するランドマークＬＭ４を認識したか否かを判定する（図５／ＳＴＥＰ１２８）。

当該判定結果が肯定的であった場合（図５／ＳＴＥＰ１２８‥ＹＥＳ）、予備動作要素２４は、認識したランドマークＬＭ４及び地図情報に基づいて、ランドマークＬＭ４の付近に存在する第４地点ＰＲ４の位置及びその周辺環境（下り階段空間Ｓ４の空間的な配置位置）を認識する。予備動作要素２４は、当該認識された第４地点ＰＲ４の位置及びその周辺環境に基づいて、ロボット１の着床位置及び姿勢等を下り階段歩容生成方法により生成された歩容に切り替えることができるような着床位置及び姿勢等に修正する（図５／ＳＴＥＰ１３０）。

予備動作要素２４は、ロボット１が第４地点ＰＲ４に到達した後、下り階段歩容生成方法により生成された歩容に従ってロボット１に下り階段空間Ｓ４を構成する階段を下らせる（図５／ＳＴＥＰ１３２）。そして、予備動作要素２４は、ロボット１が階段下の第５地点ＰＲ５を経由して第２目的地点ＰＧ２に到達した後にロボット１を停止させる（図５／ＳＴＥＰ１３４）。ロボット１の停止後、制御システム２は、一連の移動処理を終了する。

ＳＴＥＰ１２８の判定結果が否定的であった場合（図５／ＳＴＥＰ１２８‥ＮＯ）、予備動作要素２４は、認識失敗メッセージを出力し（図５／ＳＴＥＰ１２０）、ロボット１を停止させる（図４／ＳＴＥＰ１２２）。より具体的には、例えば、予備動作要素２４は、ロボット１の音声出力部（不図示）を介して「踊り場のランドマークの認識に失敗しました。移動を中止します」等の音声メッセージを出力した後、ロボット１を停止させる。

（目標経路設定処理）
次に、図６を参照しながら、目標経路設定処理（図４／ＳＴＥＰ４、図５／ＳＴＥＰ１０４）をより詳細に説明する。

目標経路設定処理の説明の前に、目標経路設定処理の前提となる昇り階段空間Ｓ２の周辺環境及びロボット１の昇り階段空間Ｓ２への進入経路について説明する。

図６（ａ）に示されているように、昇り階段空間Ｓ２の周辺環境には、ランドマークＬＭ１が昇り階段空間Ｓ２の１段目の踏面のエッジの中央から当該エッジの垂直方向に距離ｄ１に、ランドマークＬＭ２が平坦床面空間Ｓ１と昇り階段空間Ｓ２との境界付近に、ランドマークＬＭ３が昇り階段空間Ｓ２と踊り場空間Ｓ３との境界の境界付近に、それぞれ配設されている。なお、ランドマークＬＭ４は、階段を下る際に使用されるマークで、踊り場空間Ｓ３と下り階段で構成される下り階段空間Ｓ４との境界付近に配設されている。

距離ｄ１は、ロボット１が予備区間Ｚを移動中にランドマーク認識要素２４ａが第２地点ＰＲ２を精度よく認識できる観点並びにロボット１の移動中にロボット１の位置及び姿勢を修正できる観点の少なくとも１つに基づいて定められる距離である。

第１地点ＰＲ１及び第２地点ＰＲ２は、それぞれランドマークＬＭ１、ＬＭ２から所定の距離ｄ２離された位置として設定される。距離ｄ２は、ロボット１がランドマークを所定確率（例えば９９％）以上で認識可能な距離かつロボット１がランドマークを認識できない場合にロボット１を停止させることが出来る距離である。

ロボット１は、図６（ｂ）に示されるように、昇り階段空間Ｓ２（正確には昇り階段空間Ｓ２の第１段の踏面のエッジ）のほぼ中央から、当該昇り階段空間Ｓ２に対して第１角度θ１以内の進入角度（第１段の踏面のエッジの垂直方向と進入方向とがなす角度）の第１経路Ｒ１に沿って、昇り階段空間Ｓ２へ進入することが好ましい。

また、ロボット１の昇り階段空間Ｓ２への進入位置がほぼ中央であることにより、進入角度がずれてもθ１以内のずれであれば、（ロボット１が斜めに昇っても）到達地点が想定される範囲内に収められる（ロボット１の到達地点が図６（ｂ）斜線部分内に収まる）。

昇り階段空間Ｓ２のほぼ中央から進入する場合であっても、昇り階段空間Ｓ２に対し垂直から所定の第１角度θ１以上ずれた進入角度の第２経路Ｒ２に沿って、ロボット１が昇り階段空間Ｓ２に進入すると、昇り階段空間Ｓ２を昇っている最中又は昇り切った後に到達する地点が想定よりも大きくずれるおそれがある（図６（ｂ）ＮＧ参照）。

また、昇り階段空間Ｓ２に対して第１角度θ１以内の角度で進入する場合であっても、昇り階段空間Ｓ２の端部から進入する第３経路Ｒ３に沿ってロボット１が昇り階段空間Ｓ２に進入する場合も、昇り階段空間Ｓ２を移動している最中又は移動しきった後に到達する地点が想定よりも大きくずれるおそれがある（図６（ｂ）ＮＧ参照）。

このため、昇り階段空間Ｓ２に対する位置及び昇り階段空間Ｓ２に進入する角度、すなわち、昇り階段空間Ｓ２に進入するときのロボット１の位置及び姿勢を適切に制御することが重要となる。

ロボット１が第１地点ＰＲ１を通過する際の経路は、第１地点ＰＲ１を所定の第２角度θ２未満の進入角度（昇り階段空間Ｓ２の第１段の踏面のエッジの垂直な方向と進入方向とがなす角）で通過する第４経路Ｒ４が好ましい。当該第２角度θ２は、昇り階段空間Ｓ２と第１地点ＰＲ１との距離ｄ１に基づいて定められる角度であり、位置合わせ等のための停止をせずにロボット１が昇り階段空間Ｓ２に第１角度θ１未満のズレで進入するための、第２地点ＰＲ２における進入角度である。図６では、第２角度θ２は、９０°である。

第２地点ＰＲ２を経由する場合でも、ロボット１が第２角度θ２以上のズレがある第５経路Ｒ５に沿って進む場合、距離ｄ１ではロボット１の位置及び姿勢を十分に整えることが出来ず、結果としてロボット１は、予備動作を完了させずに昇り階段空間Ｓ２に到達するおそれがある。

また、第２角度θ２未満の進入角度だとしても、第１地点ＰＲ１を経由しない第６経路Ｒ６の場合、第２地点ＰＲ２に到達する前に第２地点ＰＲ２を認識できないか、又は第２地点ＰＲ２までにロボット１の位置及び姿勢が整えられないおそれがある。

このため、経由点設定要素２２は、目標経路設定処理（図４／ＳＴＥＰ４）において、第１地点ＰＲ１の手前の経由点として、第１地点ＰＲ１への進入角度が第２角度θ２以内となるような経由点を設定することで、昇り階段空間Ｓ２に進入する際のロボット１の位置及び姿勢が整えることができる。

図５／ＳＴＥＰ１０４においては、図４／ＳＴＥＰ４の処理に加え、図６（ｃ）に示されるように、階段を抜けた後のロボット１の進路が限定される。すなわち、階段を降り切った第５地点ＰＲ５においては、下り階段歩容生成方法に従った歩容から通常の歩行に切り替える際に、大きな転換が難しいため、大きな転換を伴う第８経路Ｒ８ではなく、所定の第３角度θ３以内の角度の第７経路Ｒ７に沿って進む必要がある。なお、第４地点ＰＲ４を過ぎてしばらくした後は、例えば第９経路Ｒ９のように、任意の角度で転換することができる。

（本発明との対応関係）
本実施形態と本発明との対応関係を説明する。

「平坦床面歩容生成方法」は、本発明の「第１種の歩容生成方法」に該当する。

「昇り階段歩容生成方法」及び「下り階段歩容生成方法」は、本発明の「第２種の歩容生成方法」に該当する。

「平坦床面歩容生成方法で生成された歩容から昇り階段歩容生成方法又は下り階段歩容生成方法で生成された歩容への切り替え」る処理（図４／ＳＴＥＰ１４、図５／ＳＴＥＰ１１４及び図５／ＳＴＥＰ１３２）は、「第１種の歩容生成方法から第２種の歩容生成方法への切り替え」に該当する。

「平坦床面空間Ｓ１」及び「踊り場空間Ｓ３」は、それぞれ本発明の「第１空間」に該当する。

「昇り階段空間Ｓ２」及び「下り階段空間Ｓ４」は、それぞれ本発明の「第２空間」に該当する。

ラインマーク認識処理及び位置・姿勢修正処理（図４／ＳＴＥＰ１２〜ＳＴＥＰ１４、図５／ＳＴＥＰ１１２〜ＳＴＥＰ１１４及び図５／ＳＴＥＰ１２８〜ＳＴＥＰ１３０）は、本発明の「予備動作」に該当する。

目的地点設定要素２１及び経由点設定要素２２は、本発明の「経路認識要素」に該当する。

本実施形態の記載は、本発明の一実施形態にすぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

（本実施形態の作用効果）
本実施形態の脚式移動ロボット１によれば、第１空間Ｓ１を移動している間にその移動速度が減速される（図４／ＳＴＥＰ１０、図５／ＳＴＥＰ１１０及び図５／ＳＴＥＰ１２６）と共に予備動作（図４／ＳＴＥＰ１２〜ＳＴＥＰ１４、図５／ＳＴＥＰ１１２〜ＳＴＥＰ１１４及び図５／ＳＴＥＰ１２８〜ＳＴＥＰ１３０）が実行される。このため、第１空間Ｓ１を移動している間に減速せずに予備動作を始めた場合、又は第１空間Ｓ１、Ｓ３を移動している間に予備動作を実行しなかった場合と比べて、第１種の歩容生成方法から第２種の歩容生成方法への切り替えのために必要な予備動作を実現するための演算処理の時間が十分に長く確保される。

このため、第２空間Ｓ２、Ｓ４に到達する前に予備動作を完了させることが出来るので、第１空間Ｓ１（Ｓ３）及び第２空間Ｓ２（Ｓ４）との境界における第１種の歩容生成方法から第２種の歩容生成方法への切り替えがスムーズに行われる。この結果、脚式移動ロボット１の当該第１空間Ｓ１（Ｓ３）及び第２空間Ｓ２（Ｓ４）の移動に際し、周囲に存在する人間の違和感が軽減され又は解消される。

また、本実施形態の脚式移動ロボット１によれば、予備動作の一種として、脚式移動ロボット１の周辺環境に存在するランドマークＬＭ１〜ＬＭ４が認識される（図４／ＳＴＥＰ１２、図５／ＳＴＥＰ１１２、及び図５／ＳＴＥＰ１２８）。当該認識されたランドマークＬＭ１〜ＬＭ４に基づいて、脚式移動ロボット１は、第１種の歩容生成方法から第２種の歩容生成方法への切り替えをより適切に行うことが出来るので、周囲に存在する人間の違和感がより軽減され又は解消される。

また、本実施形態の脚式移動ロボット１によれば、障害物が存在するために予備動作を正常に完了させることが出来ないおそれがある場合、障害物の情報に基づいて更なる減速並びに停止による移動中断及び移動中止のいずれか１つが行われる。この結果、脚式移動ロボットは、障害物の情報を勘案することにより歩容生成方法の切り替えの際の安全性を確保することが出来る。

本実施形態の脚式移動ロボット１の制御システム２によれば、第１空間Ｓ１（Ｓ３）と第２空間Ｓ２（Ｓ４）とを通過する経路Ｒに対して、予備動作を実行可能な予備区間Ｚの始点ＰＲ１と終点ＰＲ２とが経由点Ｐｎとして設定される。この結果、第１空間Ｓ１（Ｓ３）移動中に予備動作が完了するので、脚式移動ロボット１は、確実に第１空間Ｓ１（Ｓ３）及び第２空間Ｓ２（Ｓ４）を含む経路Ｒをスムーズに移動することができる。

（他の実施形態）
本実施形態においては、減速処理後、加速処理が行われていないが、予備動作が完了した後（例えば第２地点ＰＲ２を通過した後）に元の速度に戻す処理（加速処理）が行われてもよい。また、第２例において、踊り場空間Ｓ３において減速処理が行われているが、昇り階段空間Ｓ２前の減速処理による低速度が維持されていれば、踊り場空間Ｓ３における減速処理は省略されてもよい。

１…脚式移動ロボット、２‥制御システム、２１‥目的地設定要素、２２‥経由点設定要素、２２ａ‥予備空間設定要素、２３‥移動制御要素、２４‥予備動作要素、２４ａ‥ランドマーク認識要素、２４ｂ‥障害物判定要素、ＰＲ１‥第１地点、ＰＲ２‥第２地点、ＰＲ３‥第３地点、ＰＲ４‥第４地点、Ｓ１‥第１空間、Ｓ２‥第２空間、Ｓ３‥第３空間、Ｓ４‥第４空間、Ｒ‥目標経路、Ｚ‥予備区間。

Claims (4)

1. 第１種の歩容生成方法によって生成された歩容に従って第１空間を移動してから、前記第１種の歩容生成方法とは異なる第２種の歩容生成方法によって生成された歩容に従って第２空間を移動するように構成されている脚式移動ロボットの制御システムであって、
   前記脚式移動ロボットが前記第１空間を移動している間に、前記脚式移動ロボットの移動速度を所定の目標速度まで減速するとともに前記脚式移動ロボットの移動を継続させながら、前記第１種の歩容生成方法から前記第２種の歩容生成方法への切り替えのために、周辺環境の認識と当該認識された周辺環境に基づいた前記第２空間への進入に適した前記脚式移動ロボットの位置及び姿勢への修正とを含む必要な予備動作を実行する予備動作要素を備えることを特徴とする脚式移動ロボットの制御システム。
2. 第１種の歩容生成方法によって生成された歩容に従って第１空間を移動してから、前記第１種の歩容生成方法とは異なる第２種の歩容生成方法によって生成された歩容に従って第２空間を移動するように構成されている脚式移動ロボットの制御システムであって、
   前記脚式移動ロボットが前記第１空間を移動している間に、前記脚式移動ロボットの移動速度を減速するとともに前記脚式移動ロボットの移動を継続させながら、前記第１種の歩容生成方法から前記第２種の歩容生成方法への切り替えのために必要な予備動作を実行する予備動作要素と、
   前記脚式移動ロボットの移動開始点と、目的地点と、移動開始点及び目的地点の間の一又は複数の経由点を経由する経路とを認識する経路認識要素と、
   前記経由点を通行させるように前記脚式移動ロボットを移動させる移動制御要素とを備え、
   前記経路認識要素は、前記第１空間と、前記第２空間とを通過する経路について、前記第１空間において前記予備動作を実行可能な予備区間の始点及び終点を前記経由点として設定することにより当該経路を決定する予備区間設定要素を備えることを特徴とする脚式移動ロボットの制御システム。
3. 請求項１又は２記載の脚式移動ロボットの制御システムにおいて、
   前記予備動作要素は、前記予備動作の一種として、前記脚式移動ロボットの周辺環境に存在するランドマークを認識するように構成されているランドマーク認識要素を備えていることを特徴とする脚式移動ロボットの制御システム。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１項記載の脚式移動ロボットの制御システムにおいて、
   前記予備動作要素は、前記脚式移動ロボットの周辺環境の障害物の有無を認識し、かつ、前記認識された障害物の情報に基づいて、更なる減速並びに停止による移動中断及び移動中止のいずれか１つを行うように構成されている障害物判定要素を備えていることを特徴とする脚式移動ロボットの制御システム。

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