JP7081926B2 - 移動体、動作制御システム、及び移動体システム - Google Patents

Description

本発明は、移動体、動作制御システム、及び移動体システムに関する。

自律移動可能な移動体（例えば、ロボット）は、種々の手段により制御されている。例えば、特許文献１には、転倒したか否かを判断する手段と、転倒時の姿勢を判定する手段と、転倒姿勢に応じた起き上がり動作パターンを実行する手段とを備えることで、様々な転倒姿勢から自律的に確実且つ円滑に起き上がることができる脚式移動ロボットが開示されている。

特開２００１－１５０３７０号公報

しかしながら、特許文献１の移動体は、周囲環境を考慮して、実施する予定の動作（例えば、転倒復帰）が成立するか否かを事前に判断することができなかった。このため、例えば、転倒時の周囲環境に依っては、当該移動体が適切に転倒復帰できないという問題があった。

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、周囲環境を考慮して、円滑な動作が行える移動体などを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、自己の位置を決定する位置決定部と、自己の姿勢角度を検出する姿勢角度検出装置と、前記位置における環境情報として、床面の傾斜角度を含めて取得する環境情報取得部と、前記環境情報の床面の傾斜角度と、自己の姿勢角度とに基づいて、自己の直立姿勢を推定することで、実施する予定の動作が成立するか否かを判断する動作判断部と、を備え、前記動作判断部は、前記実施する予定の動作が成立しないと判断する場合、前記実施する予定の動作の補正が可能であるか否かを判断し、補正が可能であるときには、前記実施する予定の動作を補正し、補正が不可能であるときには、前記実施する予定の動作を補正せずにエラー報告を行うことを特徴とする。

本発明によれば、周囲環境を考慮して、円滑な動作が行える移動体などを提供することができる。

本実施形態に係る移動体の構成の一例を示す図である。 本実施形態に係る姿勢駆動装置の構成の一例を示す図である。 本実施形態に係る車輪駆動装置の構成の一例を示す図である。 本実施形態に係る動作制御システムの構成の一例を示す図である。 本実施形態に係る地図情報及び環境情報群の一例を示す図である。 第１実施形態に係る動作判断部の処理の一例を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る動作判断部の処理の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る動作判断部の処理の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る動作判断部の処理の一例を示すフローチャートである。 傾斜角度αの床面に直立する移動体の外観図である。 本実施形態に係る移動体の転倒復帰の一例を示す模式図である。 第３実施形態に係る動作判断部の処理の一例を示すフローチャートである。 傾斜角度αの床面にうつ伏せに転倒する移動体の外観図である。

以下、本実施形態に係る移動体、動作制御システム、及び移動体システムについて説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、実施形態を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係などが誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一又は同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略することとする。

＜第１実施形態＞
まず、図１乃至図３を参照して、本実施形態に係る移動体１について説明する。図１は、本実施形態に係る移動体の構成の一例を示す図である。図２は、本実施形態に係る姿勢駆動装置の構成の一例を示す図である。図３は、本実施形態に係る車輪駆動装置の構成の一例を示す図である。

移動体１は、胴体２、腕３Ｒ、腕３Ｌ、脚４Ｒ、脚４Ｌ、車輪５Ｒ、車輪５Ｌ、頭部６、などを備える。胴体２、腕３Ｒ、腕３Ｌ、脚４Ｒ、脚４Ｌ、頭部６の各関節には関節モータ６３が設けられ、移動体１は、各関節を自由に動かすことで、例えば、胴体２を前傾させる、腕３Ｒ又は腕３Ｌを振る、脚４Ｒ又は脚４Ｌを伸ばす、首を振る、などの動作を行うことができる。

頭部６は、発声装置２０を備え、胴体２は、表示装置３０を備えている。発声装置２０は、後述の動作計画部１７（図４参照）から入力される動作指令に基づいて、発話或いは発声する。発声装置２０は、例えば、スピーカ、ブザー、などによって構成される。表示装置３０は、後述の動作計画部１７（図４参照）から入力される動作指令に基づいて、必要な情報、各種画像などを表示する。表示装置３０は、例えば、タッチパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ、などによって構成される。発声装置２０が発話或いは発声し、表示装置３０が必要な情報や各種画像など表示することで、移動体１は、人間とコミュニケーションをとることが可能になる。

胴体２は、外観計測装置４０を備えている。外観計測装置４０は、移動体１の周辺に存在する物体（例えば、障害物、壁）との距離を計測し、計測結果を、後述の外観計測部１１及び動作判断部１５（図４参照）へと出力する。外観計測装置４０は、例えば、赤外線距離センサ、測域センサ、などによって構成される。

また、胴体２は、姿勢角度検出装置５０を備えている。姿勢角度検出装置５０は、移動体１の姿勢角度、移動体１の姿勢角速度を検出し、検出結果を、後述の動作判断部１５（図４参照）へと出力する。姿勢角度検出装置５０は、例えば、加速度センサ、ジャイロセンサ、などによって構成される。
例えば、姿勢角度検出装置５０は、ｘ軸周りの回転方向であるピッチ方向に関する姿勢角度θ、ｙ軸周りの回転方向であるロール方向に関する姿勢角度φ、ｚ軸周りの回転方向であるヨー方向に関する姿勢角度ψ、を検出する。
移動体１が、自立可能な姿勢角度は、予め設定されている。従って、例えば、姿勢角度検出装置５０により検出されたピッチ方向に関する姿勢角度θがθmin≦θ≦θmaxを満たし、姿勢角度検出装置５０により検出されたロール方向に関する姿勢角度φがφmin≦φ≦φmaxを満たす場合、後述の動作判断部１５（図４参照）は、移動体１が自立可能であるという判断をすることができる。また、例えば、姿勢角度検出装置５０により検出されたピッチ方向に関する姿勢角度θがθ＜θminを満たし、姿勢角度検出装置５０により検出されたロール方向に関する姿勢角度φがφmax＜φを満たす場合、後述の動作判断部１５（図４参照）は、移動体１が自立不可能であるという判断をすることができる。

移動体１の管理者やオペレータは、環境情報設定装置８０を利用して、後述の環境情報群３４（図５参照）の値や構成を任意に設定、変更、又は更新する。
例えば、環境情報設定装置８０は、移動体１が存在する所定の位置における発声装置２０の発声可否の設定、許容音量の設定、などの各種設定を行う。また、環境情報設定装置８０は、移動体１が存在する所定の位置における表示装置３０の表示可否の設定、明るさの設定、などの各種設定を行う。また、環境情報設定装置８０は、移動体１が存在する所定の位置における床面の傾斜角度、その位置付近に存在する障害物３２や壁３３との距離、などの各種設定を行う。
環境情報設定装置８０は、例えば、無線ＬＡＮが内蔵されるラップトップコンピュータ、パーソナルコンピュータ、タブレット、スマートフォン、などで構成される。環境情報設定装置８０は、移動体１の管理者やオペレータによる入力操作を受け付ける機能を備えており、当該機能は、例えば、キーボード、カメラ、マウス、タッチパネル、音声入力を受け付けるマイク、ジェスチャー認識用カメラ、選択ボタン、レバー，その他センサ類、などで構成される。環境情報設定装置８０から演算処理装置１０への入力は、無線で行われることが好ましい。

移動体１は、図２に示すように、姿勢駆動装置６０を備えている。姿勢駆動装置６０は、関節モータ制御部６１、関節モータ駆動部６２、関節モータ６３、などを備えている。
関節モータ制御部６１は、後述の動作計画部１７（図４参照）から入力される動作指令に基づいて、胴体２、腕３Ｒ、腕３Ｌ、脚４Ｒ、脚４Ｌ、頭部６を制御するための制御信号を算出し、関節モータ駆動部６２へと出力する。
関節モータ駆動部６２は、関節モータ制御部６１から入力される制御信号に基づいて、駆動信号（制御信号に対応する電圧）を算出し、関節モータ６３へと出力（印加）する。
関節モータ６３は、関節モータ駆動部６２から入力される電圧に基づいて、胴体２、腕３Ｒ、腕３Ｌ、脚４Ｒ、脚４Ｌ、頭部６を動かすことで、移動体１の姿勢を制御する。例えば、関節モータ６３は、腕３Ｒ、腕３Ｌの関節角度を変化させて、手先の位置を調整し、脚４Ｒ、脚４Ｌの関節角度を変化させて、移動体１の立つ姿勢や座る姿勢を調整する。

また、移動体１は、図３に示すように、車輪駆動装置７０を備えている。車輪駆動装置７０は、走行経路算出部７１、走行制御部７２、車輪駆動部７３Ｒ、車輪駆動部７３Ｌ、駆動モータ５Ｒａ、駆動モータ５Ｌａ、位置センサ５Ｒｂ、位置センサ５Ｌｂ、などを備えている。
走行経路算出部７１は、走行指令（例えば、走行速度の指令、走行方向の指令）を算出し、走行制御部７２へと出力する。なお、ここでの走行は、移動体１の歩行でもある。
走行制御部７２は、走行経路算出部７１から入力される走行指令に基づいて、車輪５Ｒ、車輪５Ｌを制御するための制御信号を算出し、車輪駆動部７３Ｒ、車輪駆動部７３Ｌへと出力する。
車輪駆動部７３Ｒ、車輪駆動部７３Ｌは、走行制御部７２から入力される制御信号に基づいて、駆動信号（制御信号に対応する電圧）を算出し、駆動モータ５Ｒａ、駆動モータ５Ｌａへと出力（印加）する。車輪駆動部７３Ｒ、車輪駆動部７３Ｌは、車輪の中心軸と平行な方向に左右対称に並設される。
駆動モータ５Ｒａは、車輪５Ｒと接続されており、駆動モータ５Ｒａが回転することによって、車輪５Ｒは回転する。駆動モータ５Ｌａは、車輪５Ｌと接続されており、駆動モータ５Ｌａが回転することによって、車輪５Ｌは回転する。
位置センサ５Ｒｂは、車輪５Ｒの回転角度を検出し、駆動モータ５Ｌａは、車輪５Ｌの回転角度を検出し、検出結果を、後述のオドメトリ算出部１２（図４参照）へと出力する。なお、車輪５Ｒ、車輪５Ｌには、車輪５Ｒの回転速度、車輪５Ｌの回転速度、を検出する回転速度検出装置などが設けられていてもよい。

≪動作制御システムの構成≫
次に、図４及び図５を参照して、上述の移動体１を制御する動作制御システム１００について説明する。図４は、本実施形態に係る動作制御システム１００の構成の一例を示す機能ブロック図である。図５は、本実施形態に係る地図情報及び環境情報群である。

動作制御システム１００は、演算処理装置１０、発声装置２０、表示装置３０、外観計測装置４０、姿勢角度検出装置５０、姿勢駆動装置６０、車輪駆動装置７０、環境情報設定装置８０、などを備える。更に、演算処理装置１０は、外観計測部１１、オドメトリ算出部１２、自己位置推定部（位置決定部）１３、環境情報取得部１４、動作判断部１５、動作実行部（動作指令部）１６、動作計画部１７、メモリ、などを備える。

演算処理装置１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、メモリに記憶される制御プログラムを読み出して、ワークエリアに展開し、当該制御プログラムを実行することで、各構成要素を制御する。なお、演算処理装置１０は、移動体１の内部に設けられていてもよいし、移動体１の外部に設けられていてもよい。

メモリは、演算処理装置１０が制御プログラムを実行するための、作業用記憶領域として用いられる。メモリは、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、等で構成され、地図情報３１、環境情報群３４、演算処理装置１０によって実行される制御プログラム、制御プログラムの実行に必要な各種データ、などを記憶する。なお、メモリは、必ずしも演算処理装置１０の内部に設けられる必要はなく、外部記憶装置としてもよい。
具体的には、図５に示すように、メモリは、移動体１が移動する範囲の地図情報３１を、予め記憶する。また、メモリは、地図情報３１に示される移動体１の位置に対応する環境情報群３４を、記憶する。地図情報３１には、障害物３２の位置や壁３３の位置などが含まれる。環境情報群３４には、「音量」、「明るさ」、「床面の傾斜角度」、「障害物３２又は壁３３との距離」、などの環境情報が含まれる。
環境情報群３４の構成や値は、環境情報設定装置８０によって、適宜、設定、変更、又は更新される。例えば、環境情報群３４の値として、「音量」はＰａ以下、「明るさ」はＱａ以下、「床面の傾斜角度」はα、「障害物３２又は壁３３との距離」はＤａ、などのように、環境情報設定装置８０によって設定される。

外観計測部１１は、外観計測装置４０から入力される計測値を、距離データへと換算し、換算した距離データを、自己位置推定部１３へと出力する。

オドメトリ算出部１２は、車輪駆動装置７０から入力される２つの車輪（車輪５Ｒ、車輪５Ｌ）の回転角度、回転速度、回転量、などに基づいて、移動体１の移動情報を算出する。
例えば、図５に示すように、本実施形態における自己位置推定に用いられる座標を、ｐ（ｘｐ、ｙｐ、Ωｐ）とする。図５において、ｘは、移動体１の進行方向に対して右手方向である。また、ｙは、移動体１の進行方向である。また、Ωは、ｙ軸に対して反時計回りの回転量である。移動体１が経路１ａに沿って、位置（ｘ０，ｙ０，Ω０）から位置（ｘ１，ｙ１，Ω１）へと移動する場合、オドメトリ算出部１２は、車輪の回転角度に基づいて、移動体１の座標ｐ（ｘｐ、ｙｐ、Ωｐ）を算出することで、位置（ｘ０，ｙ０，Ω０）から位置（ｘ１，ｙ１，Ω１）への移動量を移動情報として算出する。なお、自己位置推定に用いる座標軸は、任意の座標軸を利用することができる。

自己位置推定部１３は、外観計測部１１から入力される距離データ、オドメトリ算出部１２から入力される移動情報、メモリに記憶される地図情報３１、などに基づいて、自己（移動体１）の位置を推定する（推定して決定する）。例えば、図５に示すように、移動体１が経路１ａに沿って移動する場合、自己位置推定部１３は、移動後の自己の位置が、位置（ｘ１，ｙ１，Ω１）であると推定（決定）する。
自己位置推定部１３は、例えば、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging ）、カメラや赤外線センサ、超音波センサ、レーザースキャナなどのセンサ、などを利用して、自己の位置を推定（決定）することが可能である。

環境情報取得部１４は、メモリに記憶される環境情報群３４、環境情報設定装置８０によって設定される設定値、などを参照して、自己位置推定部１３によって推定（決定）された位置における環境情報を取得する。

動作判断部１５は、環境情報取得部１４から入力される環境情報に基づいて、実施する予定の動作が成立するか否かを事前に判断する。そして、動作判断部１５は、判断結果を動作実行部１６へと出力する。
実施する予定の動作は、予め定められた動作であることが好ましく、例えば、転倒復帰、発話、発声、表現、モーション（例えば、腕を振る、首を振る、など）、ライト（例えば、ＬＥＤなど）の点灯、画像の表示、などが挙げられる。

動作判断部１５は、実施する予定の動作が成立すると判断する場合、動作実行をオンに設定し、実施する予定の動作が成立するという判断結果を動作実行部１６へと出力する。

一方、動作判断部１５は、実施する予定の動作が成立しないと判断する場合、動作情報の補正が可能であるか否かを、更に判断する。
動作情報は、実施する予定の動作に関する情報であり、発声装置２０に関する環境情報に対応するものとして、例えば、移動体１の発声音量Ｐ、移動体１の周囲環境に対する許容音量Ｐa、移動体１の発声可能な発声音量の最小値Ｐｍｉｎや最大値Ｐｍａｘ、などが挙げられる。或いは、表示装置３０に関する環境情報に対応するものとして、例えば、移動体１のライトの明るさＱ、移動体１の周囲環境に対して許容される明るさＱa、移動体１の点灯可能なライトの明るさの最小値Ｑｍｉｎや最大値Ｑｍａｘ、などが挙げられる。
動作判断部１５は、動作情報の補正が可能であると判断する場合、動作情報を補正して動作実行をオンに設定し、実施する予定の動作が成立するという判断結果を動作実行部１６へと出力する。動作判断部１５は、動作情報の補正が不可能であると判断する場合、動作情報を補正せずに、移動体１の管理者やオペレータに対してエラー報告を行い、動作実行をオフに設定し、実施する予定の動作が成立しないという判断結果を動作実行部１６へと出力する。

或いは、動作判断部１５は、実施する予定の動作が成立しないと判断する場合、実施する予定の動作を制限するか否かを、更に判断する。
動作判断部１５は、実施する予定の動作を制限すると判断する場合、実施する予定の動作を制限して動作実行をオンに設定し、実施する予定の動作が成立するという判断結果を動作実行部１６へと出力する。動作判断部１５は、実施する予定の動作を制限しないと判断する場合、実施する予定の動作を制限せずに動作実行をオンに設定し、実施する予定の動作が成立するという判断結果を動作実行部１６へと出力する。

動作実行部１６は、動作判断部１５から入力される判断結果に基づいて、動作に関する各種指令を、動作計画部１７へと出力する。動作実行部１６は、例えば、実施する予定の動作が成立するという判断結果に基づいて、動作を実行するための指令を、動作計画部１７へと出力する。動作実行部１６は、例えば、実施する予定の動作が成立しないという判断結果に基づいて、動作を実行しないための指令を、動作計画部１７へと出力する。

動作計画部１７は、動作実行部１６から入力される各種指令に基づいて、発声装置２０に対する動作指令（例えば、発話、発声）、表示装置３０に対する動作指令（例えば、ライトの点灯）、姿勢駆動装置６０の動作指令（例えば、転倒復帰）を算出し、各動作指令を各装置へと出力する。

本実施形態に係る移動体によれば、周囲環境を考慮して、実施する予定の動作が成立するか否かを事前に判断できるため、例えば、移動体１が転倒した場合であっても、適切に転倒復帰することができる。また、例えば、移動体１が静かな環境に存在する場合や映画館内などに存在する場合には、発話しない、或いは発話時の音量を調整することができる。また、例えば、移動体１が壁際に存在する場合には、腕を振らない、或いは壁際から遠い方の片腕のみを振ることができる。

≪動作判断部の処理の一例≫
図６は、本実施形態に係る動作判断部１５の処理の一例を示すフローチャートである。ここでは、動作判断部１５が発声装置２０に関する環境情報を参照して、各処理を行う場合を一例に挙げて説明する。

ステップＳ１０１において、動作判断部１５は、環境情報取得部１４から、移動体１の推定された位置における環境情報を取得する。
動作判断部１５は、環境情報群３４に含まれる環境情報の中から、発声装置２０に関する環境情報である「音量」を取得する。

ステップＳ１０２において、動作判断部１５は、実施する予定の動作（例えば、発声）が成立するか否かを判断する。動作判断部１５は、実施する予定の動作が成立すると判断する場合、ステップＳ１０３の処理へと進む。動作判断部１５は、実施する予定の動作が成立しないと判断する場合、ステップＳ１０４の処理へと進む。
例えば、タスクにより要求される発声音量がＰであるとする。この際、動作判断部１５は、タスクにより要求される発声音量Ｐが、許容音量Ｐａ以下である（発声音量Ｐ≦許容音量Ｐａ）か否かを判断する。タスクにより要求される発声音量Ｐが、許容音量Ｐａ以下である場合、動作判断部１５は、ステップＳ１０３の処理へと進む。一方、タスクにより要求される発声音量Ｐが、許容音量Ｐａより大きい場合、動作判断部１５は、ステップＳ１０４の処理へと進む。

ステップＳ１０３において、動作判断部１５は、動作実行をオンに設定する。

ステップＳ１０４において、動作判断部１５は、移動体１が存在すると推定された位置において、タスクにより要求される発声音量Ｐが、許容音量Ｐａを超えているため、実施する予定の動作（例えば、発声）が成立しないとことを表現するエラーを設定する。そして、動作判断部１５は、移動体１の管理者やオペレータに対して、エラー報告を行う。

ステップＳ１０５において、動作判断部１５は、動作実行をオフに設定する。

上述の処理によれば、移動体１が存在する環境下において、移動体１が実施する予定の動作が成立するか否かを事前に判断することができる。

≪動作判断部の処理の一例≫
図７は、本実施形態に係る動作判断部１５の処理の一例を示すフローチャートである。ここでは、動作判断部１５が発声装置２０に関する環境情報を参照して、各処理を行う場合を一例に挙げて説明する。なお、図７において、図６と、共通する部分については、重複した説明を省略する。

ステップＳ１００１からステップＳ１００３までの処理は、図６におけるステップＳ１０１からステップＳ１０３までの処理と同様である。

ステップＳ１００４において、動作判断部１５は、タスクにより要求される発声音量Ｐが、許容音量Ｐａを満たすように、動作情報の補正が可能であるか否かを判断する。
動作判断部１５は、動作情報の補正が可能であると判断する場合、ステップＳ１００５の処理へと進む。動作判断部１５は、動作情報の補正が可能でないと判断する場合、ステップＳ１００６の処理へと進む。
例えば、発声装置２０において、発声可能な発声音量ＰがPmin≦P≦Pmaxを満たすとする。この際、許容音量Ｐａが、発声可能な発声音量Ｐの最小値Pmin以上である（音量Pmin≦許容音量Pa）場合、動作判断部１５は、動作情報の補正が可能であると判断し、ステップＳ１００５の処理へと進む。一方、許容音量Ｐａが、発声可能な発声音量Ｐの最小値Pminより小さい（音量Pmin＞許容音量Pa）場合、動作判断部１５は、動作情報の補正が不可能であると判断し、ステップＳ１００６の処理へと進む。

ステップＳ１００５において、動作判断部１５は、動作情報を補正する。例えば、動作判断部１５は、タスクにより要求される発声音量Ｐを、許容音量Ｐａに変更する（発声音量Ｐ＝許容音量Ｐａ）。

ステップＳ１００６において、動作判断部１５は、移動体１の推定された位置において、タスクにより要求される発声音量Ｐが、許容音量Ｐａを超えており、更に、動作情報の補正も不可能であるため、実施する予定の動作（例えば、発声）が成立しないことを表現するエラーを設定する。そして、動作判断部１５は、移動体１の管理者やオペレータに対して、エラー報告を行う。

ステップＳ１００７の処理は、図６におけるステップＳ１０５の処理と同様である。

なお、動作判断部１５が表示装置３０に関する環境情報を参照する場合も、上述と同様の処理を行うことができる。この場合、動作情報が、Ｐ、Ｐa、Ｐｍｉｎ、Ｐｍａｘではなく、Ｑ、Ｑa、Ｑｍｉｎ、Ｑｍａｘとなる。

上述の処理によれば、移動体１が存在する環境下において、移動体１が実施する予定の動作が成立するか否かを事前に判断することができる。

＜第２実施形態＞
≪動作判断部の処理の一例≫
図８は、本実施形態に係る動作判断部１５の処理の一例を示すフローチャートである。ここでは、動作判断部１５が姿勢角度検出装置５０に関する環境情報を参照して、各処理を行う場合を一例に挙げて説明する。

ステップＳ２０１において、動作判断部１５は、環境情報取得部１４から、移動体１の推定された位置における環境情報を取得する。
動作判断部１５は、環境情報群３４に含まれる環境情報の中から、「床面の傾斜角度」、「障害物３２又は壁３３との距離」を取得する。

ステップＳ２０２において、動作判断部１５は、移動体１が自立しているか否かを判断する。なお、動作判断部１５が当該判断を行うのは、移動体１が自立していない状態（倒れている状態、寄りかかっている状態）で、実施する予定の動作を行うことは、移動体１の故障を誘発するためである。
動作判断部１５は、移動体１が自立している状態であると判断する場合、ステップＳ２０３の処理へと進む。動作判断部１５は、移動体１が自立している状態でないと判断する場合、ステップＳ２０５の処理へと進む。

例えば、ピッチ方向に関する姿勢角度θがθmin≦θ≦θmaxを満たし、ロール方向に関する姿勢角度φがφmin≦φ≦φmaxを満たす場合、動作判断部１５は、移動体１が自立している状態であると判断し、ステップＳ２０３の処理へと進む。一方、ピッチ方向に関する姿勢角度θがθmin≦θ≦θmaxを満たさず、ロール方向に関する姿勢角度φがφmin≦φ≦φmaxを満たさない場合、動作判断部１５は、移動体１が自立していない状態であると判断し、ステップＳ２０５の処理へと進む。

ステップＳ２０３において、動作判断部１５は、移動体１の存在する位置が、タスクにより要求される動作（実施する予定の動作）が成立する位置であるか否かを判断する。動作判断部１５は、移動体１の存在する位置が、タスクにより要求される動作が成立する位置であると判断する場合、ステップＳ２０４の処理へと進む。動作判断部１５は、移動体１の存在する位置が、タスクにより要求される動作が成立しない位置であると判断する場合、ステップＳ２０５の処理へと進む。

例えば、近傍の障害物３２又は壁３３との距離がＤａであるとする。この際、動作判断部１５は、近傍距離Ｄａが、実施する予定の動作が成立する障害物３２又は壁３３との最短距離Ｄ１以上である（近傍距離Ｄａ≧最短距離Ｄ１）か否かを判断する。
近傍距離Ｄａが、最短距離Ｄ１以上である場合、動作判断部１５は、移動体１の存在する位置が、タスクにより要求される動作が成立する位置であると判断し、ステップＳ２０４の処理へと進む。一方、近傍距離Ｄａが、最短距離Ｄ１より短い場合、動作判断部１５は、移動体１の存在する位置が、タスクにより要求される動作が成立しない位置であると判断し、ステップＳ２０５の処理へと進む。

ステップＳ２０４において、動作判断部１５は、動作実行をオンに設定する。

ステップＳ２０５において、ステップＳ２０２から遷移してきた場合、動作判断部１５は、移動体１が自立していないため、実施する予定の動作を行うと、移動体１が故障してしまうことを表現するエラーを設定する。そして、動作判断部１５は、移動体１の管理者やオペレータに対して、エラー報告を行う。
また、ステップＳ２０５において、ステップＳ２０３から遷移してきた場合、動作判断部１５は、近傍の障害物３２又は壁３３との距離が、実施する予定の動作が成立する障害物３２又は壁３３との最短距離より短いため、実施する予定の動作が成立しないとことを表現するエラーを設定する。そして、動作判断部１５は、移動体１の管理者やオペレータに対して、エラー報告を行う。

ステップＳ２０６において、動作判断部１５は、動作実行をオフに設定する。

上述の処理によれば、移動体１が存在する環境下において、移動体１が実施する予定の動作が成立するか否かを事前に判断することができる。これにより、移動体１が動作中に、壁や障害物へ衝突すること、又は転倒をすることを防ぐことができる。

≪動作判断部の処理の一例≫
図９は、本実施形態に係る動作判断部１５の処理の一例を示すフローチャートである。ここでは、動作判断部１５が姿勢角度検出装置５０に関する環境情報を参照して、各処理を行う場合を一例に挙げて説明する。なお、図９において、図８と、共通する部分については、重複した説明を省略する。

ステップＳ２００１からステップＳ２００２までの処理は、図８におけるステップＳ２０１からステップＳ２０２までの処理と同様である。

ステップＳ２００３において、動作判断部１５は、移動体１の存在する位置が、タスクにより要求される動作（実施する予定の動作）が成立する位置であるか否かを判断する。動作判断部１５は、移動体１の存在する位置が、タスクにより要求される動作が成立する位置であると判断する場合、ステップＳ２０４の処理へと進む。動作判断部１５は、移動体１の存在する位置が、タスクにより要求される動作が成立しない位置であると判断する場合、ステップＳ２０５の処理へと進む。なお、動作判断部１５は、移動体１の姿勢を考慮して、当該判断を行ってもよい。

ステップＳ２００４において、動作判断部１５は、移動体１の姿勢を推定する。動作判断部１５は、姿勢角度検出装置５０によって検出される姿勢角度が、所定の範囲を満たすか否かに基づいて、移動体１が正常に直立しているか否かを判断し、移動体１の姿勢を推定する。
図１０に示すように、移動体１が、例えば、傾斜角度αの床面に直立すると、床面の傾斜角度αの分だけ、移動体１が後ろ方向に傾くため、ピッチ方向に関する姿勢角度θの理想値は、角度－αになる。なお、移動体１の前方向の傾きを正（＋）の角度とし、移動体１の後ろ方向の傾きを負（－）の角度とする。
また、姿勢角度検出装置５０によって検出される姿勢角度θは、実際には、検出誤差θfを含み、常に変動している。従って、検出誤差θfを考慮すると、動作判断部１５は、姿勢角度検出装置５０によって検出される姿勢角度θが、－α－θf≦θ≦－α＋θfを満たすか否かに基づいて、移動体１が正常に直立しているか否かを判断することが可能である。
姿勢角度θが－α－θf≦θ≦－α＋θfを満たす場合、動作判断部１５は、移動体１が、傾斜角度αの床面に、正常に直立していると判断し、移動体１の姿勢は、直立姿勢であると推定する。一方、姿勢角度θが－α－θf≦θ≦－α＋θfを満たさない場合、動作判断部１５は、移動体１が、傾斜角度αの床面に、正常に直立していないと判断し、移動体１の姿勢は、直立姿勢でないとを推定する。

ステップＳ２００５において、動作判断部１５は、移動体１の姿勢が、タスクにより要求される動作（実施する予定の動作）が成立する姿勢であるか否かを判断する。
動作判断部１５は、移動体１の姿勢が、タスクにより要求される動作が成立する姿勢（正常な姿勢）であると判断する場合、ステップＳ２００６の処理へと進む。動作判断部１５は、移動体１の姿勢が、タスクにより要求される動作が成立しない姿勢（異常な姿勢）であると判断する場合、ステップＳ２００７の処理へと進む。

ステップＳ２００６において、動作判断部１５は、動作実行をオンに設定する。

ステップＳ２００７において、ステップＳ２００２から遷移してきた場合、動作判断部１５は、移動体１が自立していないため、実施する予定の動作を行うと、移動体１が故障してしまうことを表現するエラーを設定する。そして、動作判断部１５は、移動体１の管理者やオペレータに対して、エラー報告を行う。
また、ステップＳ２００７において、ステップＳ２００３から遷移してきた場合、動作判断部１５は、近傍の障害物３２又は壁３３との距離が、実施する予定の動作が成立する障害物３２又は壁３３との最短距離より短いため、実施する予定の動作が成立しないとことを表現するエラーを設定する。そして、動作判断部１５は、移動体１の管理者やオペレータに対して、エラー報告を行う。
また、ステップＳ２００７において、ステップＳ２００５から遷移してきた場合、動作判断部１５は、移動体１の姿勢が、異常な姿勢であるため、実施する予定の動作が成立しないことを表現するエラーを設定する。そして、動作判断部１５は、移動体１の管理者やオペレータに対して、エラー報告を行う。

ステップＳ２００８の処理は、図８におけるステップＳ２０６の処理と同様である。

上述の処理によれば、移動体１が存在する環境下において、移動体１が実施する予定の動作が成立するか否かを事前に判断することができる。これにより、移動体１が動作中に、壁や障害物へ衝突すること、又は転倒をすることを防ぐことができる。

＜第３実施形態＞
≪移動体の転倒復帰≫
本実施形態では、移動体１が、実施する予定の動作として、転倒復帰を行う場合について説明する。図１１は、本実施形態に係る移動体１が、実施する予定の動作の１つである転倒復帰の一例を示す模式図である。

図１１Ａでは、移動体１は、転倒してうつ伏せの状態となっている。図１１Ｂにおいて、移動体１は、胴体２を反らし、腕３Ｌ、腕３Ｒを曲げ、脚４Ｌ、脚４Ｒを曲げる。図１１Ｃにおいて、移動体１は、腕３Ｌ、腕３Ｒを、頭部６の方に移動し、脚４Ｌ、脚４Ｒを更に曲げる。図１１Ｄにおいて、移動体１は、腕３Ｌ、腕３Ｒを伸ばして、脚４Ｌ、脚４Ｒを更に曲げる。図１１Ｅにおいて、移動体１は、胴体２を前傾させながら、腕３Ｌ、腕３Ｒを伸ばして、脚４Ｌ、脚４Ｒの方に移動する。図１１Ｆにおいて、移動体１は、胴体２を反らし、腕３Ｌ、腕３Ｒを曲げながら後方に移動し、座っている状態となる。図１１Ｇにおいて、移動体１は、腕３Ｌ、腕３Ｒを伸ばして、脚４Ｌ、脚４Ｒを伸ばして、直立している状態となる。

転倒復帰は、図１１Ａに示すように、移動体１が、転倒してうつ伏せの状態から、図１１Ｆに示すように、座っている状態へと復帰する動作であってもよいし、図１１Ａに示すように、移動体１が、転倒してうつ伏せの状態から、図１１Ｇに示すように、直立している状態へと復帰する動作であってもよい。

なお、図１１Ｆに示すように、移動体１は、座っている状態であっても、車輪５Ｌ、車輪５Ｒにより走行可能である。従って、移動体１は、床面の傾斜角度が急な場所では重心が低い座っている状態で移動し、立ち上がるのに適切な場所まで移動した後に、図１１Ｇに示すように、直立している状態となってもよい。

上述の動作制御システム１００によって制御される移動体１は、周囲環境を考慮して、実施する予定の動作が成立するか否かを事前に判断できる。このため、例えば、移動体１が転倒した場合であっても、適切に転倒復帰することができる。

≪動作判断部の処理の一例≫
図１２は、本実施形態に係る動作判断部１５の処理の一例を示すフローチャートである。ここでは、移動体１が、転倒してうつ伏せの状態から転倒復帰する場合を一例に挙げて説明するが、例えば、移動体１が、転倒して仰向けの状態から転倒復帰する場合、移動体１が、転倒して横向き（左、右）の状態から転倒復帰する場合も、同様の処理を行うことが可能である。

ステップＳ３０１からステップＳ３０３までの処理は、図９におけるステップＳ２００１からステップＳ２００３までの処理と同様である。

ステップＳ３０４において、動作判断部１５は、移動体１の存在する床面の傾斜角度が、転倒復帰（実施する予定の動作）が成立する傾斜角度であるか否かを判断する。動作判断部１５は、移動体１の存在する床面の傾斜角度が、転倒復帰が成立する傾斜角度であると判断する場合、ステップＳ３０５の処理へと進む。動作判断部１５は、移動体１の存在する床面の傾斜角度が、転倒復帰が成立する傾斜角度でないと判断する場合、ステップＳ３１０の処理へと進む。
つまり、床面の傾斜が平ら或いは緩やかである場合、移動体１は、立ち上がる際、再度転倒することがないため、転倒復帰が成立する。一方で、床面の傾斜が急である場合、移動体１は、立ち上がる際、再度転倒してしまい、転倒復帰が成立しない。

例えば、「床面の傾斜角度」がαであるとする。この際、動作判断部１５は、床面の傾斜角度αが、転倒復帰が成立する傾斜角度α２以下である（傾斜角度α≦傾斜角度α２）か否かを判断する。
従って、床面の傾斜角度αが、傾斜角度α２以下である場合、動作判断部１５は、床面の傾斜角度αが、転倒復帰が成立する角度であると判断し、ステップＳ３０５の処理へと進む。一方、床面の傾斜角度αが、傾斜角度α２より大きい場合、動作判断部１５は、床面の傾斜角度αが、転倒復帰が成立する角度でないと判断し、ステップＳ３１０の処理へと進む。

ステップＳ３０５において、動作判断部１５は、移動体１の姿勢を推定する。動作判断部１５は、姿勢角度検出装置５０によって検出される姿勢角度が、所定の範囲を満たすか否かに基づいて、移動体１が正常に転倒しているか否かを判断し、移動体１の姿勢を推定する。なお、「移動体１が正常に転倒している姿勢」とは、図１１に示す転倒復帰が成立可能な転倒姿勢を指し、「移動体１が正常に転倒していない姿勢」とは、図１１に示す転倒復帰が成立不可能な転倒姿勢を指すものとする。

図１３に示すように、移動体１が、例えば、傾斜角度αの床面にうつ伏せの状態で転倒すると、床面の傾斜角度αの分だけ、移動体１は、起き上がった状態になるため、ピッチ方向に関する姿勢角度θの理想値は、角度π／２－αになる。なお、移動体１の前方向の傾きを正（＋）の角度とし、移動体１の後ろ方向の傾きを負（－）の角度とする。
また、姿勢角度検出装置５０によって検出される姿勢角度θは、実際には、検出誤差θcを含み、常に変動している。従って、検出誤差θcを考慮すると、動作判断部１５は、姿勢角度検出装置５０によって検出される姿勢角度θが、π／２－α－θc≦θ≦π／２－α＋θcを満たすか否かに基づいて、移動体１が正常に転倒しているか否かを判断することが可能である。
姿勢角度θがπ／２－α－θc≦θ≦π／２－α＋θcを満たす場合、動作判断部１５は、移動体１が、傾斜角度αの床面に、正常に転倒していると判断し、移動体１の姿勢は、正常な転倒姿勢（障害物などに寄りかかって転倒していない）であると推定する。一方、姿勢角度θがπ／２－α－θc≦θ≦π／２－α＋θcを満たさない場合、動作判断部１５は、移動体１が、傾斜角度αの床面に、正常に転倒していないと判断し、移動体１の姿勢は、異常な転倒姿勢（障害物などに寄りかかって転倒している）であると推定する。

ステップＳ３０６において、動作判断部１５は、移動体１の姿勢が、転倒復帰が成立する姿勢であるか否かを判断する。
動作判断部１５は、移動体１の姿勢が、転倒復帰が成立する姿勢（正常な転倒姿勢）であると判断する場合、ステップＳ３０７の処理へと進む。動作判断部１５は、移動体１の姿勢が、転倒復帰が成立しない姿勢（異常な転倒姿勢）であると判断する場合、ステップＳ３１０の処理へと進む。

ステップＳ３０７において、動作判断部１５は、実施する予定の動作（転倒復帰）を、制限するか否かを判断する。動作判断部１５は、転倒復帰を最後まで実施しない、即ち、実施する予定の動作を制限すると判断する場合、ステップＳ３０８の処理へと進む。一方、動作判断部１５は、転倒復帰を最後まで実施する、即ち、実施する予定の動作を制限しないと判断する場合、ステップＳ３０９の処理へと進む。

例えば、「床面の傾斜角度」がαであるとする。この際、動作判断部１５は、床面の傾斜角度αが、図１１Ｆに示すように、移動体１が、転倒してうつ伏せになっている状態から、座っている状態へと復帰可能な床面の傾斜角度α２（＞α１）以下であるか否か、また、図１１Ｇに示すように、移動体１が、転倒してうつ伏せになっている状態から、直立している状態へと復帰可能な床面の傾斜角度α１より大きいか否か、を判断する。
従って、床面の傾斜角度αが、α１＜α≦α２を満たす場合、動作判断部１５は、転倒復帰を制限する、即ち、移動体１が、転倒してうつ伏せになっている状態から、座っている状態で、動作を中断すべきであると判断し、ステップＳ３０８の処理へと進む。一方、床面の傾斜角度αが、α≦α１を満たす場合、動作判断部１５は、転倒復帰を制限しない、即ち、移動体１が、転倒してうつ伏せになっている状態から、直立している状態まで、動作を継続すべきであると判断し、ステップＳ３０９の処理へと進む。

ステップＳ３０８において、動作判断部１５は、移動体１が座る状態で動作を中止する（図１１Ｆ参照）。

ステップＳ３０９の処理は、図９におけるステップＳ２００６の処理と同様である。

ステップＳ３１０において、ステップＳ３０３から遷移してきた場合、動作判断部１５は、移動体１が存在する位置が、近傍の障害物３２又は壁３３によって、実施する予定の動作が妨害される位置であるため、転倒復帰が成立しないことを表現するエラーを設定する。そして、動作判断部１５は、移動体１の管理者やオペレータに対して、エラー報告を行う。
また、ステップＳ３０４から遷移してきた場合、動作判断部１５は、移動体１が存在する床面の傾斜角度が、移動体１が転倒復帰できる傾斜角度ではないため、転倒復帰が成立しないことを表現するエラーを設定する。そして、動作判断部１５は、移動体１の管理者やオペレータに対して、エラー報告を行う。
また、ステップＳ３０６から遷移してきた場合、動作判断部１５は、移動体１の姿勢が、異常な転倒姿勢であるため、転倒復帰が成立しないことを表現するエラーを設定する。そして、動作判断部１５は、移動体１の管理者やオペレータに対して、エラー報告を行う。

ステップＳ３１１の処理は、図９におけるステップＳ２０６の処理と同様である。

なお、第３実施形態の処理は、第２実施形態の処理と組み合わせることが可能である。例えば、図８に示すステップＳ２０２及び図９に示すステップＳ２００２において、動作判断部１５は、移動体１が自立していないと判断した場合、図１２に示すステップＳ３０３の処理へと遷移することができる。

上述の処理によれば、移動体１が存在する環境下において、移動体１が実施する予定の動作が成立するか否かを事前に判断することができる。これにより、無理な転倒復帰が実施されることを防ぐことができるため、移動体１の故障を防ぐことができる。

１ 移動体
１３ 自己位置推定部（位置決定部）
１４ 環境情報取得部
１５ 動作判断部
１６ 動作実行部（動作指令部）
２０ 発声装置
３０ 表示装置
３２ 障害物
３３ 壁
５０ 姿勢角度検出装置
８０ 環境情報設定装置
１００ 動作制御システム
α 姿勢角度

Claims (9)

1. 自己の位置を決定する位置決定部と、
   自己の姿勢角度を検出する姿勢角度検出装置と、
   前記位置における環境情報として、床面の傾斜角度を含めて取得する環境情報取得部と、
   前記環境情報の床面の傾斜角度と、自己の姿勢角度とに基づいて、自己の直立姿勢を推定することで、実施する予定の動作が成立するか否かを判断する動作判断部と、を備え、
   前記動作判断部は、
   前記実施する予定の動作が成立しないと判断する場合、前記実施する予定の動作の補正が可能であるか否かを判断し、補正が可能であるときには、前記実施する予定の動作を補正し、補正が不可能であるときには、前記実施する予定の動作を補正せずにエラー報告を行う
   ことを特徴とする移動体。
2. 前記環境情報は、発声装置に関する環境情報、及び、表示装置に関する環境情報、の少なくとも何れかを含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の移動体。
3. 前記環境情報は、
   障害物又は壁との距離、音量、及び、明るさ、の少なくとも何れかを含む、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の移動体。
4. 前記実施する予定の動作は、転倒復帰であり、
   前記動作判断部は、
   自己の位置における前記床面の傾斜角度が、転倒復帰が成立する傾斜角度以下である場合に、転倒復帰が成立すると判断し、
   転倒復帰が成立しないと判断したときには、前記床面の傾斜角度により転倒復帰が成立しないことを表現するエラーを報告する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の移動体。
5. 前記動作判断部は、
   前記環境情報に基づいて、前記転倒復帰を制限する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の移動体。
6. 前記環境情報を設定、変更、又は更新する環境情報設定装置をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の移動体。
7. 自律移動可能な移動体を制御する動作制御システムであって、
   前記移動体の位置を決定する位置決定部と、
   前記移動体の姿勢角度を検出する姿勢角度検出装置と、
   前記位置における環境情報として、床面の傾斜角度を含めて取得する環境情報取得部と、
   前記環境情報の床面の傾斜角度と、前記移動体の姿勢角度とに基づいて、前記移動体の直立姿勢を推定することで、実施する予定の動作が成立するか否かを判断する動作判断部と、を備え、
   前記動作判断部は、
   前記実施する予定の動作が成立しないと判断する場合、前記実施する予定の動作の補正が可能であるか否かを判断し、補正が可能であるときには、前記実施する予定の動作を補正し、補正が不可能であるときには、前記実施する予定の動作を補正せずにエラー報告を行う
   ことを特徴とする動作制御システム。
8. 脚を有して、前記脚により移動可能な移動体と、
   前記移動体の位置を決定する位置決定部と、
   前記移動体の姿勢角度を検出する姿勢角度検出装置と、
   前記位置における環境情報として、床面の傾斜角度を含めて取得する環境情報取得部と、
   前記環境情報の床面の傾斜角度と、前記移動体の姿勢角度とに基づいて、前記移動体の直立姿勢を推定することで、前記移動体が実施する予定の動作が成立するか否かを判断する動作判断部と、
   前記判断結果に基づいて、前記移動体を動作させる動作指令部と、を備え、
   前記動作判断部は、
   前記実施する予定の動作が成立しないと判断する場合、前記実施する予定の動作の補正が可能であるか否かを判断し、補正が可能であるときには、前記実施する予定の動作を補正し、補正が不可能であるときには、前記実施する予定の動作を補正せずにエラー報告を行う
   ことを特徴とする移動体システム。
9. 前記位置決定部、前記環境情報取得部、前記動作判断部、及び、前記動作指令部の、一部又は全部が前記移動体に備わっている、
   ことを特徴とする請求項８に記載の移動体システム。

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