JP7178066B2 - Robot, its action planning device and action planning program - Google Patents

Robot, its action planning device and action planning program Download PDF

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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Description

本発明は、人間等の移動障害物の移動状況に応じ、当該移動障害物との将来的な干渉や衝突を回避しながら自律的に動作するロボット、並びに、その行動計画装置及び行動計画用プログラムに関する。 The present invention relates to a robot that operates autonomously while avoiding future interference or collision with a moving obstacle, such as a human being, according to the moving situation of the moving obstacle, its action planning device, and a program for action planning. Regarding.

所定の出発地から目的地まで自律移動するロボットとして、人間等の移動障害物の現在の移動状況をセンシングし、当該移動障害物との干渉を回避しながら移動可能なものがある。このようなロボットにおいては、人混みのように人間が多く存在する環境下で移動する場合、単に一方的に人間を避けるだけではなく、人間の動きや他の障害物等に配慮し、干渉を効果的に避けるための人間との協調的な動作が要求される。すなわち、このような環境下での移動時には、干渉回避動作や停止動作等、人間の動作に対して受動的な動作に加え、当該動作を通じてロボットの行動意図を人間に伝達し、人間自身の干渉回避行動を能動的に働きかけることが必要となる。例えば、ロボットが目的地に移動する際の経路上に、ロボットがすり抜けられない程の隙間を介して多くの人間が密集しているような場合に、当該隙間に向ってロボットを移動させつつも、ロボットの通路を確保するために、前記隙間の周囲の人間に移動を促す必要が生じる。 As a robot that autonomously moves from a predetermined starting point to a destination, there is a robot that can move while avoiding interference with the moving obstacle by sensing the current movement status of a moving obstacle such as a human being. When such a robot moves in an environment where there are many people, such as a crowd, it is necessary not only to unilaterally avoid people, but also to consider the movement of people and other obstacles, and effectively reduce interference. A cooperative action with a human is required to avoid it. In other words, when moving in such an environment, in addition to passive actions to human actions, such as interference avoidance actions and stop actions, the robot's action intentions are transmitted to humans through these actions, and human interference occurs. It is necessary to actively encourage avoidance behavior. For example, when the robot moves to its destination, when many people are crowded through a gap that the robot cannot pass through, even if the robot is moved toward the gap, In order to secure a passage for the robot, it is necessary to encourage people around the gap to move.

そこで、移動障害物を回避する動作に加えて、移動障害物に回避を促す働きかけ動作を可能にしたロボットが提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。 Therefore, robots have been proposed that are capable of not only avoiding moving obstacles, but also acting to encourage avoidance of moving obstacles (for example, see Patent Documents 1 and 2).

特開2012-130986号公報JP 2012-130986 A 特許第5409924号公報Japanese Patent No. 5409924

しかしながら、前記特許文献1、2のロボットにおいては、将来的に、人間等との干渉が予測される場合に、人間からある程度離れてすれ違う移動が前提となっている。このため、人間の密度が高く、ロボットの移動空間が狭小な場所での移動を行うための考慮がされていない。また、曲がり角等で人間が急にロボットの前に出現する緊急時等においては、ロボットの急停止が想定されるものの、その他に、ロボットを移動させながら人間との干渉や衝突を回避する適切な対応を採ることができない。 However, the robots of Patent Literatures 1 and 2 are based on the premise that they will move away from humans to some extent and pass each other when interference with humans is expected in the future. For this reason, no consideration has been given to moving the robot in a place where the density of people is high and the movement space of the robot is narrow. In addition, in an emergency where a human suddenly appears in front of the robot at a corner, etc., the robot may stop suddenly. Unable to take action.

本発明は、このような課題に着目して案出されたものであり、その目的は、ロボットと移動障害物の相対関係に応じ、移動障害物の心理的配慮を行いながら、移動障害物に接近若しくは接触した状態で避ける行動をも可能にするロボット、並びに、その行動計画装置及び行動計画用プログラムを提供することにある。 The present invention has been devised by paying attention to such problems, and its purpose is to provide a robot that can handle moving obstacles while taking psychological consideration of the moving obstacles according to the relative relationship between the robot and the moving obstacles. To provide a robot capable of avoiding action while approaching or contacting the robot, its action planning device, and a program for action planning.

前記目的を達成するため、本発明は、主として、所定の動作部と、周囲に存在する移動障害物の位置情報を検出する検出装置と、当該検出装置の検出結果に基づいて、前記動作部を動作制御する制御装置とを備えたロボットにおいて、前記制御装置は、ロボットが将来的に前記移動障害物に干渉する可能性を判定する干渉度判定手段と、周囲の状況に応じて前記ロボットを目標位置に移動させるように、当該ロボットの行動を計画する行動計画手段と、当該行動計画手段で計画された行動を実行させるように前記動作部に動作指令を行う動作指令手段とを備え、前記行動計画手段は、前記干渉度判定手段により、ロボットが将来的に前記移動障害物に干渉する可能性があると判定された場合に、前記移動障害物を避けるようにロボットの行動を計画する干渉時計画部を含み、前記干渉時計画部は、前記移動障害物に対するロボットの状況から緊急時とされた場合の衝突回避対応を行うロボットの行動を選択する緊急回避行動選択部と、そうでない場合の衝突回避対応について、前記移動障害物に対するロボットの接近時のリスクである接近リスクを推定してロボットの行動を選択する通常回避行動選択部とを備える、という構成を採っている。 In order to achieve the above object, the present invention mainly comprises a predetermined operating part, a detecting device for detecting position information of a moving obstacle existing in the surroundings, and the operating part based on the detection result of the detecting device. a control device for controlling motion, wherein the control device includes interference degree determination means for determining a possibility that the robot will interfere with the moving obstacle in the future; action planning means for planning actions of the robot so as to move the robot to a position; When the interference degree determining means determines that the robot may interfere with the moving obstacle in the future, the planning means plans the action of the robot so as to avoid the moving obstacle. The interference planning unit includes an emergency avoidance action selection unit that selects an action of the robot that performs collision avoidance when an emergency occurs due to the situation of the robot with respect to the moving obstacle; With respect to collision avoidance, a normal avoidance action selection unit is provided for estimating an approach risk, which is a risk when the robot approaches the moving obstacle, and selecting an action of the robot.

本発明によれば、緊急時において、ロボットと移動障害物の相対関係に応じ、ロボットの停止の他に、ロボットが人間等の移動障害物に近づきながら衝突を回避することも可能になる。また、通常の迂回軌道の他に、接近軌道や接触軌道をも軌道候補とすることができる。この際、移動障害物への接近リスクと、ロボットの移動エネルギーとが考慮され、ロボットが移動障害物から離れて迂回する際と同等の接近リスクであり、且つ、移動エネルギーの最も少ない経路を選択できる。従って、人間等の移動障害物の心理的配慮を行いながら、効率良く適切にロボットを行動させる計画を策定することができる。 According to the present invention, in an emergency, in addition to stopping the robot, it is also possible for the robot to avoid a collision while approaching a moving obstacle such as a human being according to the relative relationship between the robot and the moving obstacle. In addition to the normal detour trajectory, approach trajectories and contact trajectories can also be used as trajectory candidates. At this time, the risk of approaching the moving obstacle and the movement energy of the robot are taken into consideration, and the route with the same approach risk as when the robot leaves the moving obstacle and detours and the least movement energy is selected. can. Therefore, it is possible to formulate a plan for efficiently and appropriately moving the robot while taking into consideration the psychological aspects of obstacles such as humans.

第1実施形態に係るロボットの動作制御に関連する全体構成のみを概略的に表したブロック図である。2 is a block diagram schematically showing only the overall configuration related to motion control of the robot according to the first embodiment; FIG. ロボットと人間の移動情報の導出を説明するための概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining derivation of movement information of a robot and a human; 図2の状態からロボットと人間が横並びになった状態を表す概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram showing a state in which the robot and the human are side by side from the state in FIG. 2 ; (A)~(C)は、ロボットに対する人間の認知度の判定を説明するための概念図である。(A) to (C) are conceptual diagrams for explaining determination of a human's degree of recognition of a robot. 前記認知度を求める際のパラメータを説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for explaining the parameters when obtaining the recognition level. 第1実施形態に係る干渉時計画部の構成を表すブロック図である。3 is a block diagram showing the configuration of an interference planning unit according to the first embodiment; FIG. 現存領域特定機能で特定される各領域を説明するための概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining each area specified by the existing area specifying function; 判定用相対距離を説明するための概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining relative distances for determination; (A)は、干渉角度を説明するための概念図であり、(B)は、干渉角度の差に応じた譲合度の考え方を説明するための概念図である。(A) is a conceptual diagram for explaining the interference angle, and (B) is a conceptual diagram for explaining the idea of the degree of compromise according to the difference in the interference angle. 行動内容特定部での処理手順を説明するためのフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart for explaining a processing procedure in an action content identification unit; FIG. (A)~(D)は、定速軌道生成機能での処理内容を説明するための概念図である。(A) to (D) are conceptual diagrams for explaining the processing contents of the constant speed trajectory generation function. WP4を追加した場合における軌道生成を説明するための概念図である。FIG. 11 is a conceptual diagram for explaining trajectory generation when WP4 is added; (A)、(B)は、加速度軌道生成機能での処理内容を説明するための概念図である。(A) and (B) are conceptual diagrams for explaining the processing contents of the acceleration trajectory generation function. 軌道候補探索部での処理手順を説明するためのフローチャートである。4 is a flowchart for explaining a processing procedure in a trajectory candidate searching unit; 干渉回避エネルギーを求めるコスト式の各項を説明するための概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining each term of a cost formula for obtaining interference avoidance energy; (A)~(C)は、軌道候補から除外されるパターンの軌道を例示した概念図である。(A) to (C) are conceptual diagrams exemplifying trajectories of patterns excluded from trajectory candidates. (A)~(E)は、反復的行動探索システムにおける軌道生成の手順を説明するための概念図である。(A) to (E) are conceptual diagrams for explaining the procedure of trajectory generation in the iterative action search system. 通り抜けスペースが無い場合におけるロボットによる行動を説明するための概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining behavior of a robot when there is no space to pass through; 第1実施形態に係るロボットの行動計画手順を説明するためのフローチャートである。4 is a flowchart for explaining the action planning procedure of the robot according to the first embodiment; 第2実施形態に係る干渉時計画部の構成を表すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of an interference planning unit according to the second embodiment; 軌道の種類を説明するための概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining types of trajectories; 第2実施形態に係るロボットの行動計画手順を説明するためのフローチャートである。FIG. 11 is a flow chart for explaining the action planning procedure of the robot according to the second embodiment; FIG.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
(第1実施形態)
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)

図1には、第1実施形態に係るロボット10の動作制御に関連する全体構成のみを概略的に表したブロック図が示されている。この図において、前記ロボット10は、予め設定された出発地(開始位置)から目的地(目標位置)まで自律的に移動する自律ロボットとして機能し、移動途中で障害物との干渉が想定される場合、当該干渉を回避するための各種動作を行いながら移動可能となっている。 FIG. 1 shows a block diagram schematically showing only the overall configuration related to motion control of the robot 10 according to the first embodiment. In this figure, the robot 10 functions as an autonomous robot that autonomously moves from a preset departure point (start position) to a destination (target position), and interference with obstacles is assumed during movement. In this case, it is possible to move while performing various actions for avoiding the interference.

ここでの障害物としては、ロボット10の移動経路の周辺に存在する壁等の固定的な障害物(固定障害物)の他に、経時的に位置が変化する移動障害物も含まれており、以下の各実施形態においては、移動障害物を歩行中若しくは走行中の人間とし、以下に説明する。 The obstacles here include not only fixed obstacles (fixed obstacles) such as walls existing around the movement path of the robot 10, but also moving obstacles whose positions change over time. In each of the following embodiments, the moving obstacle is assumed to be a person walking or running.

また、干渉回避のための前記各種動作としては、人間の干渉回避動作を期待せずに、ロボット10のみが行う干渉回避のための移動の他に、干渉回避のために人間の移動を促すことを意図して、ロボット10から人間に働きかけを行う働きかけ行動が含まれる。これら各種動作をなすロボット10の行動は、後述する通り、種々の状況等に応じて適宜選択される。 In addition, as the various actions for interference avoidance, in addition to movement for interference avoidance performed only by the robot 10 without expecting human interference avoidance action, human movement for interference avoidance is encouraged. The robot 10 intends to work on a human being, and includes a working action. Actions of the robot 10 that perform these various actions are appropriately selected according to various situations and the like, as will be described later.

ここで、前記働きかけ行動としては、人間にもある程度の干渉回避行動を期待するように、人間に対して何等かの主張を行う主張行動が挙げられ、当該主張行動としては、ロボット10の進行方向を人間に気付かせる進路示唆等を行う移動の他に、人間に対して回避を促す音声を出す声掛けの行動や、人間に意図的に接触する行動等がある。 Here, as the above-mentioned action action, there is an insistence action in which a human being is expected to behave to avoid interference to some extent. In addition to the movement that suggests a course to make a person aware of it, there are actions such as calling out a voice to encourage the person to avoid, and intentionally contacting the person.

前記ロボット10には、図1に示されるように、各種動作を可能に構成された機構や機器からなる動作部11と、ロボット10の周囲の環境情報を検出する検出装置12と、検出装置12の検出結果に基づき、ロボット10の動作制御を行う制御装置13とが設けられている。 As shown in FIG. 1, the robot 10 includes an action unit 11 composed of mechanisms and devices capable of performing various actions, a detection device 12 for detecting environmental information around the robot 10, and a detection device 12. A control device 13 is provided for controlling the operation of the robot 10 based on the detection result.

前記動作部11は、所定範囲内を自律移動させるための機構やその動力源からなる移動手段14と、所定空間内を動作するための機構やその動力源からなるアーム15と、前記声掛け時等において所定の音声を発するスピーカー16とを含む。これら移動手段14、アーム15及びスピーカー16は、全て公知の部材、機構、装置類等からなり、本発明の本質部分でないため、各構成についての詳細な図示説明を省略する。 The operation unit 11 includes a moving means 14 including a mechanism for autonomous movement within a predetermined range and a power source thereof, an arm 15 including a mechanism for operating within a predetermined space and a power source thereof, and a speaker 16 that emits a predetermined sound in, for example. These moving means 14, arm 15, and speaker 16 are all made up of known members, mechanisms, devices, etc., and are not essential parts of the present invention.

前記検出装置12は、ロボット10の周囲に存在する人間や物体等の障害物の位置情報を検出する周囲環境検出センサ18と、ロボット10に対する人間Hの認識状態を検出する認識状態検出センサ19とからなり、それぞれのセンサ18,19での検出結果は、制御装置13に逐次送信される。 The detection device 12 includes an ambient environment detection sensor 18 for detecting positional information of obstacles such as humans and objects existing around the robot 10, and a recognition state detection sensor 19 for detecting the recognition state of the human H with respect to the robot 10. , and the detection results of the respective sensors 18 and 19 are sequentially transmitted to the control device 13 .

前記周囲環境検出センサ18としては、特に限定されるものではないが、ロボット10の周囲へのレーザ光の照射による人間を含む物体の反射状態に基づいて、ロボット10の周囲の障害物の各表面部分の位置を検出する公知のレーザレンジファインダ等の測距センサが用いられる。つまり、この周囲環境検出センサ18では、各種障害物の表面部分を構成する点群における各点の平面視での2次元位置が、ロボット10を基準として測定される。 Although the ambient environment detection sensor 18 is not particularly limited, it detects each surface of obstacles around the robot 10 based on the reflection state of objects including humans due to irradiation of laser light around the robot 10. A range sensor such as a known laser range finder is used to detect the position of the part. In other words, the ambient environment detection sensor 18 measures the two-dimensional position of each point in the point group forming the surface portion of various obstacles in plan view with the robot 10 as a reference.

なお、周囲環境検出センサ18としては、ロボット10の周囲に存在する人間等の障害物の位置検出が可能な限りにおいて、GPS等を利用したセンサ等、他のセンサや装置類を適用することも可能である。 As the ambient environment detection sensor 18, other sensors and devices such as sensors using GPS or the like may be applied as long as the positions of obstacles such as humans existing around the robot 10 can be detected. It is possible.

前記認識状態検出センサ19としては、特に限定されるものではないが、KINECT(登録商標)等の公知のデプスセンサが用いられ、人間の顔面部分が特定されるとともに、ロボット10に対する人間の顔面部分の向きが検出される。 As the recognition state detection sensor 19, although not particularly limited, a known depth sensor such as KINECT (registered trademark) is used to identify the human face and to detect the human face with respect to the robot 10. Orientation is detected.

なお、認識状態検出センサ19としては、同様の検出が可能な他のセンサや装置類を利用しても良い。 As the recognition state detection sensor 19, other sensors and devices capable of similar detection may be used.

前記制御装置13では、予め指定された目的地まで、人間や他の障害物との干渉を回避しながらロボット10が自律移動可能となるように、動作部11に対し、後述する各種の動作指令が行われる。 The control device 13 issues various motion commands (to be described later) to the motion unit 11 so that the robot 10 can move autonomously to a destination specified in advance while avoiding interference with humans and other obstacles. is done.

この制御装置13は、ロボット10に一体的に或いは別体として設けられており、CPU等の演算処理装置及びメモリやハードディスク等の記憶装置等からなるコンピュータによって構成されている。当該コンピュータには、以下の各手段として機能させるためのプログラムがインストールされている。 The control device 13 is provided integrally with or separately from the robot 10, and is composed of a computer including an arithmetic processing device such as a CPU, a storage device such as a memory and a hard disk, and the like. A program for functioning as each of the following means is installed in the computer.

次に、前記制御装置13の具体的構成について説明する。 Next, a specific configuration of the control device 13 will be described.

前記制御装置13は、周囲環境検出センサ18での検出結果を用いて、将来的に人間がロボット10に干渉する可能性を判定する干渉度判定手段21と、認識状態検出センサ19での検出結果を用いて、現時点でのロボット10に対する人間の認知度を推定する認識度推定手段22と、干渉度判定手段21での判定結果と認識度推定手段22での推定結果を利用し、周囲の人間や障害物の状況に応じてロボット10を目的地に移動させるように、前記働きかけ行動を含む各種行動を計画する行動計画手段23と、前記働きかけ行動による人間への意図伝達の達成度を推定する達成度推定手段24と、達成度の推定結果により、ロボット10の行動計画を変更する計画調整手段25と、決定された行動計画に基づいてロボット10が動作するように、動作部11に動作指令する動作指令手段26とを備えている。 The control device 13 uses the detection result of the surrounding environment detection sensor 18 to determine the degree of interference determination means 21 that determines the possibility of human interference with the robot 10 in the future, and the detection result of the recognition state detection sensor 19. using the recognition level estimation means 22 for estimating the recognition level of humans for the robot 10 at the present time, and the determination result by the interference level determination means 21 and the estimation result by the recognition level estimation means 22, and the surrounding people Action planning means 23 for planning various actions including the action action so as to move the robot 10 to the destination according to the situation of obstacles, and an action planning means 23 for estimating the degree of achievement of intention transmission to the human by the action action. achievement level estimation means 24; plan adjustment means 25 for changing the action plan of the robot 10 according to the result of the achievement level estimation; and an operation command means 26 for performing the operation.

従って、この制御装置13は、周囲に存在する人間の位置情報の検出結果に応じて、当該人間との将来的な干渉回避のための各種の行動(動作)を計画する行動計画装置として機能することになる。 Therefore, the control device 13 functions as an action planning device that plans various actions (movements) for future interference avoidance with the person in the surroundings according to the detection result of the position information of the person. It will be.

(干渉度判定手段)
前記干渉度判定手段21では、図2のように、ロボット10と人間Hがそれぞれ移動しながら接近する状況下において、次のようにして、周囲環境検出センサ18での検出結果から人間Hの現在の移動状況を取得し、ロボット10が将来的に人間Hに干渉する可能性の有無が判定される。
(Interference degree determination means)
As shown in FIG. 2, under the condition that the robot 10 and the human H approach each other while moving, the interference degree determination means 21 determines the current state of the human H based on the detection result of the surrounding environment detection sensor 18 as follows. is obtained, and the presence or absence of the possibility that the robot 10 will interfere with the human H in the future is determined.

先ず前提として、ロボット10の位置情報と速度情報(速度及び方向)からなる移動情報は、目的地までの位置情報である経路を時刻に対応させた軌道情報して特定されている。ここで、ロボット10の現在位置は、特に限定されるものではないが、その平面視中央部分(以下、「ロボット10の体幹中心」と称する)の位置とし、平面視における絶対座標系での2次元座標(x,y)として特定される。また、絶対座標系におけるロボット10の速度情報は、前記2次元座標方向の速度成分(vRx、vRy)からなる速度ベクトルVとして特定される。なお、ここでの説明に用いる前記絶対座標系は、ロボット10の通路P内の所定位置を原点とし、当該通路Pに沿った図2中上下方向をx軸とし、同左右方向をy軸とする。 First, as a premise, movement information consisting of position information and speed information (velocity and direction) of the robot 10 is specified as trajectory information in which a route, which is position information to a destination, is associated with time. Here, the current position of the robot 10 is not particularly limited, but is defined as the position of the central portion of the robot 10 in plan view (hereinafter referred to as "the trunk center of the robot 10"), and the position of the robot 10 in the absolute coordinate system in plan view. It is specified as two-dimensional coordinates (x R , y R ). Also, the velocity information of the robot 10 in the absolute coordinate system is specified as a velocity vector V R consisting of velocity components (v Rx , v Ry ) in the two-dimensional coordinate direction. The absolute coordinate system used in this description has a predetermined position in the path P of the robot 10 as the origin, the vertical direction along the path P in FIG. 2 as the x axis, and the horizontal direction as the y axis. do.

一方、人間Hの移動情報は、前記周囲環境検出センサ18で検出された人間Hの位置情報に基づいて求められる。 On the other hand, the movement information of the human H is obtained based on the positional information of the human H detected by the ambient environment detection sensor 18 .

すなわち、周囲環境検出センサ18では、ロボット10を基準とした相対座標系において、ロボット10の周囲に存在する人間Hや物体等の各障害物の表面部分を構成する点群の各点の位置が検出される。そして、この干渉度判定手段21では、障害物の表面を表す点群の中から、当該各点のピッチの大きさにより連続性が判断され、当該連続性に応じて各障害物の存在と種類が特定される。ここで、人間Hの肩幅(以下、「人間Hの体幹幅」と称する)に相当する幅を備えた障害物が、人間Hとして特定され、当該人間Hの表面の点群を楕円近似することにより、その平面視中央部分(以下、「人間Hの体幹中心」と称する)の位置が人間Hの現在位置とされる。このように検出された相対座標系での人間Hの現在位置が、ロボット10の現在位置における絶対座標系での座標(x,y)から、当該絶対座標系での座標(x,y)に変換される。また、周囲環境検出センサ18での所定時間毎の計測により、当該人間Hを構成する同一形状の表面部分が変位することから、この人間Hの座標(x,y)の経時的な変位により、速度成分(vHx、vHy)からなる絶対座標系における人間Hの速度ベクトルVが算出される。 That is, in the ambient environment detection sensor 18, in a relative coordinate system with the robot 10 as a reference, the position of each point of the point group that constitutes the surface portion of each obstacle such as a human H or an object that exists around the robot 10 is detected. Then, in this interference degree determination means 21, the continuity is determined from the pitch size of each point in the point group representing the surface of the obstacle, and the presence and type of each obstacle is determined according to the continuity. is identified. Here, an obstacle having a width corresponding to the width of the shoulders of human H (hereinafter referred to as "trunk width of human H") is identified as human H, and the point group of the surface of human H is approximated to an ellipse. As a result, the position of the central portion in plan view (hereinafter referred to as "the center of the trunk of the human H") is set as the current position of the human H. As shown in FIG. The current position of the human H in the relative coordinate system thus detected is converted from the coordinates (x R , y R ) in the absolute coordinate system at the current position of the robot 10 to the coordinates (x H , y R ) in the absolute coordinate system. y H ). In addition, since the surface portion of the same shape that constitutes the human H is displaced due to measurement by the ambient environment detection sensor 18 at predetermined time intervals, the displacement of the coordinates (x H , y H ) of the human H over time is Thus, the velocity vector VH of the human H in the absolute coordinate system consisting of velocity components ( vHx , vHy ) is calculated.

次に、これらロボット10及び人間Hの現在位置(x,y)、(x,y)から、所定時間毎に、現時点でのロボット10と人間Hの各体幹中心のx軸方向における縦方向の離間距離lHRが算出される。 Next, based on the current positions (x R , y R ) and (x H , y H ) of the robot 10 and the human H, the x-axis of each trunk center of the robot 10 and the human H at the present time is calculated every predetermined time. A longitudinal separation l HR in the direction is calculated.

そして、ロボット10と人間Hのそれぞれの速度情報から、ロボット10と人間Hとが将来的に横並びになるまでの時間Sが次式により計算される。 Then, from the speed information of the robot 10 and the human H, the time St until the robot 10 and the human H will be aligned side by side in the future is calculated by the following equation.

Figure 0007178066000001
Figure 0007178066000001

次に、時間Sから、図3に示されるように、ロボット10と人間Hとが横並びになった際におけるそれら各体幹中心の横方向(y軸方向)の離間距離DHRが次式により計算される。 Next, from time St, as shown in FIG. 3, the horizontal ( y -axis direction) separation distance DHR between the trunk centers of the robot 10 and the human H when the robot 10 and the human H are lined up side by side is calculated by the following equation. Calculated by

Figure 0007178066000002
Figure 0007178066000002

最後に、前記離間距離DHRに基づいて、ロボット10や人間Hが現時点で回避動作を行わない場合に、それらが将来的に干渉する可能性の有無を表す干渉度が判定される。 Finally, based on the separation distance DHR , the degree of interference, which indicates the possibility of future interference between the robot 10 and the human H when the robot 10 and the human H do not perform an avoidance action at present, is determined.

具体的に、図3に示されるように、ロボット10の横幅(以下「ロボット10の体幹幅」と称する)SLRと人間Hの体幹幅SLHに対して、それぞれ定数K(K>1)倍した直径を有する円形のパーソナルスペースPS,PS(同図中破線部分)を仮想的に設定する。そして、当該各パーソナルスペースPS,PSの半径RLR,RLHを加算した距離Dを干渉判定用の閾値として干渉度が判定される。
つまり、Dは次式で表される。

Figure 0007178066000003
ここで、前記定数Kは、人間Hがある物体に接近したときに回避行動を取れるパーソナルスペースの横幅(マージン)に相当する倍数(例えば、1.3倍)とされる。そして、前記離間距離DHRが、閾値D以上の場合は、干渉度が「無」とされ、逆に、当該離間距離DHRが、閾値Dよりも小さい場合は、干渉度が「有」とされる。つまり、本実施形態においては、前記各パーソナルスペースPS,PSが重なり合う状態が、「干渉」と称される状態となる。 Specifically, as shown in FIG. 3, a constant K (K> 1) Circular personal spaces PS R and PS H (broken line portions in the figure) having doubled diameters are virtually set. Then, the degree of interference is determined using the distance D L obtained by adding the radii R LR and R LH of the personal spaces PS R and PS H as a threshold value for interference determination.
That is, DL is represented by the following equation.
Figure 0007178066000003
Here, the constant K is a multiple (for example, 1.3 times) corresponding to the horizontal width (margin) of the personal space in which the person H can take avoidance action when approaching an object. When the separation distance DHR is equal to or greater than the threshold value D L , the degree of interference is determined to be "absent". Conversely, when the separation distance DHR is smaller than the threshold value D L , the degree of interference is determined to be ”. That is, in the present embodiment, the state in which the personal spaces PS R and PS H overlap is called "interference".

なお、前記干渉度判定手段21では、横方向の前記離間距離DHRの代わりに、ロボット10及び人間Hの現時点における移動情報に基づいて、それらが将来的に最接近する時刻におけるそれらの最短直線距離である相対距離を利用し、前述と同様に閾値を設定して干渉度の有無を判定してもよい。 In the interference degree determination means 21, instead of the lateral separation distance DHR , based on the current movement information of the robot 10 and the human H, the shortest straight line at the time when they will be closest in the future is calculated. The relative distance, which is the distance, may be used to determine the presence or absence of the degree of interference by setting a threshold in the same manner as described above.

(認識度推定手段)
前記認識度推定手段22では、人間Hがロボット10に近づいた際に、認識状態検出センサ19で検知した人間Hの顔の向きに基づき、ロボット10に対する人間Hの視覚的な認知度を「大」、「小」、「無」の3段階で判定するようになっている。
(Recognition level estimation means)
When the human H approaches the robot 10, the recognition level estimating means 22 determines the human H's visual recognition level of the robot 10 based on the orientation of the human H's face detected by the recognition state detection sensor 19. "", "Small", and "None".

具体的に、先ず、ロボット10の現在位置(x,y)と、周囲環境検出センサ18によって検出された人間Hの現在位置(x,y)とから、現在のロボット10と人間Hの各体幹中心間の直線距離となる相対距離が演算により求められる。なお、人間Hの現在位置(x,y)の検出は、認識状態検出センサ19の測距機能を用いることもできる。 Specifically, first, from the current position (x R , y R ) of the robot 10 and the current position (x H , y H ) of the human H detected by the surrounding environment detection sensor 18, the current robot 10 and the human A relative distance, which is a straight line distance between each trunk center of H, is calculated. The current position (x H , y H ) of the human H can also be detected using the distance measuring function of the recognition state detection sensor 19 .

そして、前記相対距離DSHRが、予め設定された距離(例えば、5m)以下になった場合に、次のようにして認知度の推定がなされる。 Then, when the relative distance D SHR becomes equal to or less than a preset distance (eg, 5 m), the degree of recognition is estimated as follows.

すなわち、図4(A)に示されるように、ロボット10が、人間Hの顔の向きに対し、第1の角度範囲θR1(例えば、人間Hの顔の向きに沿って延びる中心線Cを挟んでプラスマイナス15度)以内に存在する場合には、人間Hがロボット10を中心視野で捉えていると判断され、認知度「大」とされる。また、同図(B)に示されるように、ロボット10が、人間Hの顔の向きに対し、第1の角度範囲θR1を超え、第2の角度範囲θR2(例えば、前記中心線Cを挟んでプラスマイナス100度)以内に存在する場合には、人間Hがロボット10を周辺視野で捉えていると判断され、認知度「小」とされる。更に、同図(C)に示されるように、ロボット10が、人間Hの顔の向きに対し、第2の角度範囲θR2を超えて存在する場合には、ロボット10が人間Hの周辺視野外に存在すると判断され、認知度「無」とされる。 That is, as shown in FIG. 4A, the robot 10 moves the first angle range θ R1 (for example, the center line C extending along the face direction of the human H) with respect to the face direction of the human H. ), it is determined that the human H sees the robot 10 in the central visual field, and the degree of recognition is set to "high". Also, as shown in FIG. 2B, the robot 10 exceeds the first angular range θ R1 with respect to the direction of the face of the human H and falls within the second angular range θ R2 (for example, the center line C). ), it is determined that the human H sees the robot 10 in the peripheral vision, and the degree of recognition is set to "low". Furthermore, as shown in FIG. 4C, when the robot 10 exists beyond the second angular range θ R2 with respect to the direction of the face of the human H, the robot 10 is in the peripheral visual field of the human H. It is judged to exist outside, and the degree of recognition is "None".

具体的には、次の演算により認知度が判定される。 Specifically, the degree of recognition is determined by the following calculation.

前提として、人間Hの顔の向きに対応する頭角θHEADが、認識状態検出センサ19で検出される。この頭角θHEADは、図5に示されるように、人間Hの顔の向きに延びる中心線Cがy軸方向に対してなす角度となる傾き角度である。また、ロボット10の現在位置(x,y)と、周囲環境検出センサ18によって取得された人間の現在位置(x,y)とから、人間Hとロボット10の相対角度θHRが次式(4)により求められる。そして、次式(5)が成立する場合、すなわち、相対角度θHRと頭角θHEADとの差分の絶対値の大きさが、第1の角度範囲θR1の1/2以下の場合には、認知度が「大」とされる。また、次式(6)が成立する場合、すなわち、前記絶対値の大きさが、第1の角度範囲θR1の1/2超え、第2の角度範囲θR2の1/2以下の場合には、認知度が「小」とされる。更に、次式(7)が成立する場合、すなわち、前記絶対値の大きさが、第2の角度範囲θR2の1/2を超える場合には、認知度が「無」とされる。

Figure 0007178066000004
As a premise, the head angle θ HEAD corresponding to the orientation of the face of the human H is detected by the recognition state detection sensor 19 . As shown in FIG. 5, the head angle θ HEAD is an inclination angle formed by the center line C extending in the direction of the face of the human H with respect to the y-axis direction. Also, from the current position (x R , y R ) of the robot 10 and the current position (x H , y H ) of the human acquired by the surrounding environment detection sensor 18, the relative angle θ HR between the human H and the robot 10 is It is obtained by the following formula (4). Then, when the following equation (5) holds, that is, when the magnitude of the absolute value of the difference between the relative angle θ HR and the head angle θ HEAD is 1/2 or less of the first angle range θ R1 , Awareness is considered to be "high". Further, when the following formula (6) holds, that is, when the magnitude of the absolute value exceeds 1/2 of the first angle range θ R1 and is equal to or less than 1/2 of the second angle range θ R2 is considered to have a "small" degree of recognition. Furthermore, when the following equation (7) holds, that is, when the magnitude of the absolute value exceeds 1/2 of the second angle range θ R2 , the degree of recognition is set to "no".
Figure 0007178066000004

本実施形態での認知度は、判断時点の瞬間において、人間Hがロボット10を視覚的に認識している可能性を表す瞬間的な認知度として判断しているが、本発明はこれに限らず、経時的な認知の状態により認知度の「大」、「小」、「無」を判断することも可能である。 The degree of recognition in the present embodiment is determined as an instantaneous degree of recognition representing the possibility that the human H visually recognizes the robot 10 at the moment of determination, but the present invention is limited to this. It is also possible to judge whether the degree of recognition is "high", "low" or "no" depending on the state of recognition over time.

この経時的な認知度は、例えば、次のように判断される。すなわち、前述した瞬間的な認知度「大」の状態が、現時点までの所定時間内に所定回数以上存在した場合に、認知度「大」とされる。また、瞬間的な認知度「大」の状態が、現在ではなく過去において所定時間内に所定回数以上存在した場合に、認知度「小」とされる。更に、これら以外の場合には、認知度「無」とされる。以上の各種の認知度は、ロボット10の用途や性質に応じて適宜選択される。 This degree of recognition over time is determined, for example, as follows. That is, when the above-described momentary state of "high" recognition level exists for a predetermined number of times or more within a predetermined time up to the present time, the recognition level is set to "high". In addition, if the momentary recognition level "high" state exists more than a predetermined number of times within a predetermined time period in the past, the recognition level is set to "low". Furthermore, in cases other than these, the degree of recognition is set to "none". The various recognition levels described above are appropriately selected according to the application and properties of the robot 10 .

(行動計画手段)
前記行動計画手段23は、図1に示されるように、干渉度判定手段21で干渉度「無」と判定されたときに、現在位置から目的地までのロボット10の経路を計画する無干渉時計画部28と、同干渉度「有」と判定されたときに、人間との干渉回避をしながら、現在位置から目的地までのロボット10の経路及び動作を計画する干渉時計画部29とからなる。
(action plan means)
As shown in FIG. 1, the action planning means 23 plans the route of the robot 10 from the current position to the destination when the interference degree determination means 21 determines that the degree of interference is "no". From the planning unit 28 and the interference time planning unit 29 that plans the route and motion of the robot 10 from the current position to the destination while avoiding interference with humans when it is determined that the degree of interference is "present" Become.

前記無干渉時計画部28では、現時点において、移動障害物である人間との干渉が想定されないことから、検出装置12により検出され若しくは予め把握された壁等の固定障害物との衝突を回避する最短距離の経路が計画される。そして、当該経路について、位置情報と時間を対応させた軌道が生成され、当該軌道が、ロボット10を移動させるための実行軌道として特定される。 In the non-interference time planning unit 28, since no interference with a human, which is a moving obstacle, is assumed at this time, collision with a fixed obstacle such as a wall detected by the detection device 12 or grasped in advance is avoided. A route with the shortest distance is planned. Then, a trajectory corresponding to the position information and time is generated for the route, and the trajectory is specified as an execution trajectory for moving the robot 10 .

前記干渉時計画部29は、図1及び図6に示されるように、ロボット10が人間の横を通り抜ける際に必要となる幅である通り抜け幅を有する通り抜けスペースの有無を判定する通り抜けスペース判定部31と、通り抜けスペースの有無に応じ、干渉回避のためのロボット10の行動である干渉回避行動を決定する干渉回避行動決定部32とを備えている。 As shown in FIGS. 1 and 6, the interfering time planning unit 29 is a pass-through space determination unit that determines whether or not there is a pass-through space having a pass-through width that is the width required for the robot 10 to pass beside a human. 31, and an interference avoidance action determination unit 32 that determines an interference avoidance action, which is an action of the robot 10 for avoiding interference, according to the presence or absence of a pass-through space.

前記通り抜けスペース判定部31では、次のように、通り抜けスペースの有無が判定される。 The pass-through space determining unit 31 determines whether or not there is a pass-through space as follows.

ここでの判定に際しては、周囲環境検出センサ18での検出結果による前述の演算と同様に、将来的に人間Hがロボット10に横並びになる時間において、図3に示される横方向(y軸方向)の幅lが計算される。つまり、この幅lは、人間Hの横方向に位置する通路Pの壁W等の固定障害物と人間Hとの間の幅とされる。更に、この幅lは、ロボット10の通過に必要となるロボット通過幅となるが、ここでは、当該ロボット通過幅lが、ロボット10のパーソナルスペースPSの幅となるその直径(2RLR)よりも広いか否かが判定される。そして、ロボット通過幅lがパーソナルスペースPSの幅よりも広い場合には、「通り抜けスペース有」とされ、そうでない場合には、「通り抜けスペース無」とされる。 In this determination, similar to the above-described calculation based on the detection result of the surrounding environment detection sensor 18, when the human H will be next to the robot 10 in the future, the horizontal direction (y-axis direction) shown in FIG. ) is computed . In other words, this width ls is the width between the person H and a fixed obstacle such as the wall W of the passage P located in the lateral direction of the person H. As shown in FIG. Furthermore, this width l s is the robot passage width required for the robot 10 to pass. Here, the robot passage width l s is the diameter of the personal space PS R of the robot 10 (2R LR ) is determined. If the robot passage width l s is wider than the width of the personal space PS R , it is determined that there is a "passing space", and if not, it is determined that "there is no passing space".

なお、前記通り抜けスペース判定部31においては、特定された固定障害物等の位置情報と、ロボット10及び人間Hの現時点における移動情報とに基づいて、ロボット10が将来的に人間Hの横を通り抜けることが物理的に可能か否かを推定できる限りにおいて、他の演算手法を採用することもできる。 In addition, in the passing space determination unit 31, based on the position information of the identified fixed obstacles and the current movement information of the robot 10 and the human H, the robot 10 will pass next to the human H in the future. Other calculation methods can be adopted as long as it can be estimated whether or not it is physically possible.

前記干渉回避行動決定部32は、図6に示されるように、前記通り抜けスペースが有る場合の干渉回避行動を特定する広大スペース用行動決定部34と、前記通り抜けスペースが無い場合の干渉回避行動を特定する狭小スペース用行動決定部35とを備えて構成される。 As shown in FIG. 6, the interference avoidance action determination section 32 determines the interference avoidance action determination section 34 for a large space that specifies the interference avoidance action when there is a pass-through space, and the interference avoidance action when there is no pass-through space. and a narrow space action determination unit 35 to be specified.

1.広大スペース用行動決定部の構成及び処理内容
以下、前記広大スペース用行動決定部34の構成及び処理内容について説明する。
1. Configuration and Processing Contents of Action Determining Unit for Large Space The configuration and processing content of the action determining unit 34 for vast space will be described below.

前記広大スペース用行動決定部34は、図6に示されるように、現在時刻におけるロボット10と人間の相対関係に基づき、人間に対する干渉回避の行動内容を特定する行動内容特定部37と、行動内容特定部37で特定されたロボット10の行動内容に対応するように、現在位置から目的地までのロボット10の移動経路に係る実行軌道を特定する実行軌道特定部38とを備えている。 As shown in FIG. 6, the large space action determination unit 34 includes a behavior content identification unit 37 that identifies the behavior content of interference avoidance with respect to the human based on the relative relationship between the robot 10 and the human at the current time; An execution trajectory specifying unit 38 is provided for specifying an execution trajectory related to the movement route of the robot 10 from the current position to the destination so as to correspond to the action content of the robot 10 specified by the specifying unit 37 .

1-A 行動内容特定部37の説明 1-A Description of action content identification unit 37

前記行動内容特定部37は、現在時刻において、人間Hとの相対位置及び相対速度に応じて設定される複数の領域のどこにロボット10が存在するかを特定する現存領域特定機能40と、ロボット10と人間との干渉時におけるロボット10及び人間それぞれの干渉角度を算出する干渉角度算出機能41と、先に求めた認知度及び干渉角度算出機能41で算出された各干渉角度に基づき、人間に対してロボット10が進路を譲る度合いとなる譲合度を前記領域毎に決定することで、干渉回避のためのロボット10の行動を特定する譲合度決定機能42とを有する。 The action content identification unit 37 includes an existing region identification function 40 that identifies where the robot 10 exists among a plurality of regions set according to the relative position and relative speed with respect to the human H at the current time, and a robot 10 Based on the interference angle calculation function 41 that calculates the respective interference angles of the robot 10 and the human at the time of interference with the human, and each interference angle calculated by the previously obtained degree of recognition and the interference angle calculation function 41, with respect to the human and a concession degree determination function 42 for specifying the action of the robot 10 for interference avoidance by determining the degree of concession, which is the degree to which the robot 10 yields the course, for each of the regions.

先ず、前記現存領域特定機能40について説明する。 First, the existing area specifying function 40 will be described.

前記現存領域特定機能40では、先ず、現在時刻におけるロボット10と人間の判定用相対距離LRHが、後述するように演算によって求められ、判定用相対距離LRHに応じて、図7に示された3つの領域の何れかに存在するかが特定される。これら領域は、干渉までに要する時間が短い順、すなわち、人間H側から遠方に向って順に、第1、第2、第3の領域A1,A2,A3に区分される。ここで、第1の領域A1は、人間Hの干渉回避行動を期待せずに、人間Hの動きに合せてロボット10のみで干渉回避を行う同調行動がなされる同調行動領域とされる。また、第2の領域A2は、ロボット10の進行方向を人間Hに示唆することにより、人間Hの干渉回避行動をも期待してロボット10に干渉回避のための働きかけ行動を含む主張行動をさせる主張行動領域とされる。更に、第3の領域A3は、現時点で、ロボット10と人間Hとの間に距離があって、ロボット10が人間Hに干渉回避のための働きかけ行動を行っても、人間Hに干渉回避の意図が伝わり難いと考えられる領域である。このため、第3の領域A3は、ロボット10に働きかけ行動を含む干渉回避行動を未だ意識しない干渉回避行動外領域とされる。 In the existing area specifying function 40, first, the determination relative distance LRH between the robot 10 and the human at the current time is calculated as will be described later. It is specified whether it exists in any of the three regions. These areas are divided into first, second, and third areas A1, A2, and A3 in order of shortest time required for interference, that is, in order from the human H side to the far side. Here, the first area A1 is a synchronous action area in which the robot 10 alone avoids interference in accordance with the movements of the human H without expecting the human H's interference avoidance action. In the second area A2, by suggesting the traveling direction of the robot 10 to the human H, the robot 10 is expected to take action to avoid interference, and the robot 10 is made to perform assertive actions including actions for avoiding interference. It is considered as an assertive action area. Furthermore, in the third area A3, even if there is a distance between the robot 10 and the human H at present, and the robot 10 performs an action to encourage the human H to avoid interference, This is an area where it is considered difficult to convey the intention. For this reason, the third area A3 is defined as an area outside the interference avoidance action in which the robot 10 is not yet conscious of the interference avoidance action including the action of acting on the robot 10 .

前記判定用相対距離LRHは、ロボット10と人間Hの干渉までに要する現在時刻からの干渉推定時間をロボット10と人間Hの相対方向の距離に換算したものであり、次のようにして求められる。 The relative distance for determination LRH is obtained by converting the interference estimated time from the current time required for interference between the robot 10 and the human H into a distance in the relative direction between the robot 10 and the human H, and is obtained as follows. be done.

先ず、検出装置12の検出結果により特定されたロボット10と人間Hのそれぞれの速度ベクトルV、Vに基づき、前記干渉推定時間Tifが演算により求められる。そして、ロボット10と人間Hの各体幹中心間を結ぶ直線L(図8参照)の延出方向となる前記相対方向におけるロボット10と人間Hの各速度vRr,vHrから、それらの相対速度に干渉推定時間Tifを乗じた距離が、判定用相対距離LRHとして求められる。すなわち、この判定用相対距離Lは、次式(8),(9)により算出される。ここで、φは、図8に示されるように、ロボット10の速度ベクトルVの方向とロボット10と人間Hを結ぶ直線Lとの間でなす角度を表し、φは、人間Hの速度ベクトルVの方向と前記直線Lとの間でなす角度を表す。

Figure 0007178066000005
First, based on the velocity vectors V R and V H of the robot 10 and the human H specified by the detection result of the detection device 12 , the estimated interference time T if is calculated. Then, from the respective velocities v Rr and v Hr of the robot 10 and the human H in the above-mentioned relative direction, which is the extending direction of the straight line L (see FIG. 8) connecting the centers of the trunks of the robot 10 and the human H, the relative A distance obtained by multiplying the speed by the estimated interference time Tif is obtained as the determination relative distance LRH . That is, the determination relative distance LR is calculated by the following equations (8) and (9). Here, φ R represents the angle formed between the direction of the velocity vector VR of the robot 10 and the straight line L connecting the robot 10 and the human H , as shown in FIG. It represents the angle formed between the direction of the velocity vector VH and the straight line L.
Figure 0007178066000005

前記同調行動領域A1は、判定用相対距離LRHが、人間Hに対して所定の境界距離以内の距離となる領域である。この境界距離は、図7に示されるように、後述するように、パーソナルスペース臨界距離LPSよりも長い最短回避距離LPSEに、予め設定された働きかけ準備時間Tlaを加味した臨界回避距離LILとされる。この臨界回避距離LILは、次式(10)~(12)により求められる。

Figure 0007178066000006
The tuning action area A1 is an area in which the determination relative distance LRH is within a predetermined boundary distance with respect to the human H. FIG. As shown in FIG. 7, this boundary distance is a critical avoidance distance L obtained by adding a preset action preparation time Tla to the shortest avoidance distance LPSE , which is longer than the personal space critical distance LPS , as will be described later. IL . This critical avoidance distance L IL is obtained by the following equations (10) to (12).
Figure 0007178066000006

前記パーソナルスペース臨界距離LPSは、ロボット10がこれ以上近づいて欲しくないという人間Hの心理的な距離を意味し、ロボット10及び人間の各パーソナルスペースの半径RLR,RLHに対応して決定される一定値となり、例えば、1mとされる。 The personal space critical distance L PS means a psychological distance of the human H that the robot 10 does not want the robot 10 to approach any more, and is determined corresponding to the radii R LR and R LH of the personal spaces of the robot 10 and the human. is a constant value, for example, 1 m.

また、前記最短回避距離LPSEは、ロボット10が人間Hのパーソナルスペースに侵入してしまった場合に、不意の衝突を回避するためにロボット10が何等かの行動を採るために要する衝突回避準備時間Tppを考慮し、衝突回避準備時間Tppに前記相対速度を乗じた距離に、パーソナルスペース臨界距離LPSを加算した距離を意味する。ここで、衝突回避準備時間Tppは、予め設定された一定値を採る。 The shortest avoidance distance L PSE is the collision avoidance preparation required for the robot 10 to take some action to avoid an unexpected collision when the robot 10 has intruded into the personal space of the human H. Considering the time Tpp , it means the distance obtained by multiplying the collision avoidance preparation time Tpp by the relative speed and adding the personal space critical distance LPS . Here, the collision avoidance preparation time Tpp takes a preset constant value.

更に、前記臨界回避距離LILは、人間Hから最短回避距離LPSEまでの領域に入る前に、人間Hへの干渉回避行動を期待した何等かの働きかけ行動をロボット10にさせるために必要となる人間Hからの最低限の距離を意味する。すなわち、この臨界回避距離LILは、前記働きかけ行動に必要な最低限の時間である働きかけ準備時間Tlaが予め一定値として設定され、当該働きかけ準備時間Tlaに前記相対速度を乗じた距離に、最短回避距離LPSEを加算した距離を意味する。 Furthermore, the critical avoidance distance L IL is necessary for causing the robot 10 to perform some kind of behavior in anticipation of interference avoidance behavior with respect to the human H before entering the area from the human H to the shortest avoidance distance L PSE . It means the minimum distance from a human being H. That is, the critical avoidance distance L IL is a distance obtained by multiplying the preparation time for action Tla , which is the minimum time required for the action action, by the relative speed. , means the distance obtained by adding the shortest avoidance distance L PSE .

前記主張行動領域A2は、判定用相対距離LRHが、人間Hから同調行動領域A1の境界までの距離である臨界回避距離LILよりも長く、且つ、ロボット10の働きかけ行動が有効となる最遠の人間Hからの距離である最遠働きかけ距離よりも短い範囲の領域とされる。当該最遠働きかけ距離は、一定値(例えば、7m)として予め設定される。 The asserted action area A2 has a relative distance for judgment LRH longer than the critical avoidance distance LIL , which is the distance from the human H to the boundary of the synchronized action area A1, and is the maximum distance at which the action action of the robot 10 is effective. The area is defined as a range shorter than the farthest working distance, which is the distance from the distant human H. The farthest working distance is set in advance as a constant value (for example, 7 m).

前記干渉回避行動外領域A3は、人間Hから前記主張行動領域A2よりも遠方となる領域である。 The interference avoidance action outside area A3 is an area farther from the human H than the assertion action area A2.

次に、前記干渉角度算出機能41について説明する。 Next, the interference angle calculation function 41 will be described.

この干渉角度算出機能41では、将来的にロボット10と人間の各パーソナルスペースが接する干渉時刻において、ロボット10と人間のそれぞれについて、干渉角度が算出される。当該干渉角度は、図9(A)に示されるように、ロボット10及び人間Hそれぞれの進行方向(同図中の各矢印方向)と、それらの体幹中心C,Cから各パーソナルスペースPS,PSの接点となる干渉点Pへの方向との間でなす角度である。以下、ロボット10の干渉角度を角度θとし、人間Hの干渉角度を角度θとする。 The interference angle calculation function 41 calculates the interference angle for each of the robot 10 and the human at the time when the personal spaces of the robot 10 and the human will contact each other in the future. As shown in FIG. 9(A), the interference angle is determined by the directions of movement of the robot 10 and the human H (directions of arrows in FIG. 9), and the respective personal spaces from their trunk centers C R and C H. This is the angle formed between PSR and PSH and the direction toward the interference point P, which is the point of contact. Hereinafter, the interference angle of the robot 10 is defined as an angle θ R , and the interference angle of the human H is defined as an angle θ H.

これら各干渉角度θ、θは、前記検出装置12での検出結果に基づいて特定された各値、すなわち、ロボット10と人間Hのそれぞれの速度ベクトルV、Vと、干渉点Pと、ロボット10及び人間Hの各体幹中心C,Cとの間の方向における位置ベクトルS、Sとから、次式により算出される。なお、次式において、干渉点Pの座標を(p,q)とし、前記干渉時刻における各体幹中心C,Cの座標を(x,y)、(x,y)とする。

Figure 0007178066000007
These interference angles θ R and θ H are values specified based on the detection results of the detection device 12, that is, the velocity vectors V R and V H of the robot 10 and the human H, and the interference point P , and the position vectors S R and S H in the directions between the trunk centers C R and C H of the robot 10 and the human H, respectively, are calculated by the following equations. In the following equation, the coordinates of the point of interference P are (p, q), and the coordinates of the trunk centers C R and C H at the time of interference are (x R , y R ) and (x H , y H ). and
Figure 0007178066000007

次に、前記譲合度決定機能42について説明する。 Next, the concession degree determination function 42 will be described.

この譲合度決定機能42では、次のようにして、現存領域特定機能40で特定されたロボット10の現存領域と、干渉角度算出機能41で算出された各干渉角度θ、θの差と、認識度推定手段22で推定された人間の認知度とに基づき、前記譲合度Pが決定され、当該譲合度Pに対応したロボット10の行動内容が特定される。 In this concession degree determination function 42, the difference between the existing area of the robot 10 specified by the existing area specifying function 40 and the interference angles θ R and θ H calculated by the interference angle calculating function 41 is determined as follows. , and the degree of human recognition estimated by the recognition degree estimating means 22, the degree of concession PR is determined, and the action content of the robot 10 corresponding to the degree of concession PR is specified.

図9(B)中左側に例示するように、各干渉角度θ、θの差が大きい場合、同図で言えば、ロボット10が左側に避け、人間Hが右側に避けるべきであると判断される等、それぞれの回避方向が分かりやすい。その一方で、同図(B)中右側に例示するように、各干渉角度θ、θの差が少ない場合には、それぞれ左右どちらの方向に避けるべきかの判断が難しい。そこで、各干渉角度θ、θの差の閾値Δθを設定し、当該閾値Δθ未満のときに、閾値Δθ以上のときよりもロボット10の譲合度Pが高く設定される。 As illustrated on the left side of FIG. 9B, when the difference between the interference angles θ R and θ H is large, the robot 10 should avoid to the left and the human H should avoid to the right. Each avoidance direction is easy to understand, such as being judged. On the other hand, when the difference between the interference angles θ R and θ H is small, as exemplified on the right side of FIG. Therefore, a threshold Δθ t for the difference between the interference angles θ R and θ H is set.

本実施形態では、次の各種状況に応じて、ロボット10の譲合度Pと当該譲合度Pに対応した行動が決定されるが、条件となる数値等については、特に限定されるものではなく、各干渉角度θ、θの差が小さい程、ロボット10の譲合度Pを高く設定する限りにおいて、種々の変更が可能である。 In this embodiment, the degree of concession PR of the robot 10 and the action corresponding to the degree of concession PR are determined according to the following various situations, but the numerical values used as the conditions are not particularly limited. Various modifications are possible as long as the degree of concession P R of the robot 10 is set higher as the difference between the interference angles θ R and θ H is smaller.

また、現時点において、ロボット10が前記主張行動領域A2内に存在する場合、認識度推定手段22で推定された認知度をも考慮し、ロボット10の譲合度Pが決定される。ここで、ロボット10の譲合度Pは、認知度が大きい程、人間Hの干渉回避行動をより期待できると思われることから、低く設定される。 Further, if the robot 10 is present within the asserted action area A2 at the present time, the recognition level estimated by the recognition level estimation means 22 is also considered to determine the concession level PR of the robot 10 . Here, the degree of concession P R of the robot 10 is set to be low because it is believed that the greater the degree of recognition, the more likely the human H will be expected to avoid interference.

この場合、認知度が「大」で、各干渉角度θ、θの差が閾値Δθ以上の(以下、「干渉角度に差が有る」と称する)ときには、ロボット10を人間Hと同等に扱うように、ロボット10の譲合度Pが50%とされる。一方、認知度が「大」で、各干渉角度θ、θの差が閾値Δθ未満の(以下、「干渉角度に差が無い」と称する)ときには、ロボット10が少し多めに動けるように、ロボット10の譲合度Pが75%とされる。従って、これらの場合、すなわち、現時点でロボット10が主張行動領域A2内に存在し、且つ、認知度が「大」の場合には、人間Hに対し、ロボット10の進路示唆により物理的、心理的な変化を促す働きかけ行動であるロボット10の主張行動が計画される。 In this case, when the degree of recognition is "high" and the difference between the interference angles θ R and θ H is equal to or greater than the threshold value Δθ t (hereinafter referred to as "there is a difference in the interference angles"), the robot 10 is equivalent to the human H. , the concession degree PR of the robot 10 is set to 50%. On the other hand, when the degree of recognition is “high” and the difference between the interference angles θ R and θ H is less than the threshold Δθ t (hereinafter referred to as “there is no difference in the interference angles”), the robot 10 can move a little more. In addition, the concession degree P R of the robot 10 is set at 75%. Therefore, in these cases, that is, when the robot 10 is present in the asserted action area A2 at the present time and the degree of recognition is "high", the human H is physically and psychologically affected by the robot 10's course suggestion. An assertive action of the robot 10, which is an appealing action that prompts a change, is planned.

更に、認知度が「小」若しくは「無」で、干渉角度に差が有るときには、ロボット10の譲合度Pが100%とされる。一方、認知度が「小」若しくは「無」で、干渉角度に差が無いときには、更に安全性を考慮して、ロボット10の譲合度Pが125%とされる。従って、これらの場合、すなわち、ロボット10が主張行動領域A2内に存在し、且つ、認知度が「小」若しくは「無」の場合には、人間Hの回避行動をあまり期待せずに、人間Hの動きに合せてロボット10のみが干渉回避する同調行動が計画される。但し、この場合には、最初の働きかけ行動として、ロボット10の意図伝達率を上げるために人間Hの心理に働きかける声掛けの主張行動も計画される。 Furthermore, when the degree of recognition is "small" or "no" and there is a difference in the interference angle, the concession degree PR of the robot 10 is set at 100%. On the other hand, when the degree of recognition is "small" or "no" and there is no difference in the interference angle, the degree of concession PR of the robot 10 is set to 125% in further consideration of safety. Therefore, in these cases, that is, when the robot 10 exists within the asserted action area A2 and the degree of recognition is "low" or "no", the avoidance behavior of the human H is not expected much, and the human Synchronous action is planned in which only the robot 10 avoids interference according to the movement of H. However, in this case, as the first appealing action, an assertive action of calling out to the human H's mind is also planned in order to increase the robot 10's intention transmission rate.

一方、現時点において、ロボット10が前記同調行動領域A1内に存在する場合、認知度に関わらず、干渉角度の差に応じ、前記同調行動のみが計画される。すなわち、この場合においては、ロボット10が主張行動領域A2内に存在し、且つ、認知度が「小」若しくは「無」のときと同一となる同調行動のみが計画される。つまり、干渉角度に差が有るときには、ロボット10の譲合度Pが100%とされる一方、干渉角度に差が無いときには、ロボット10の譲合度Pが125%とされる。 On the other hand, when the robot 10 is present in the synchronous action area A1 at the present time, only the synchronous action is planned according to the difference in the interference angle regardless of the degree of recognition. That is, in this case, only the synchronous behavior that is the same as when the robot 10 is present in the claimed behavior area A2 and the degree of recognition is "low" or "no" is planned. That is, when there is a difference in the interference angle, the concession degree P R of the robot 10 is set to 100%, while when there is no difference in the interference angle, the concession degree P R of the robot 10 is set to 125%.

なお、ロボット10が前記干渉回避行動外領域A3内に存在する場合には、譲合度Pを未だ決定せずに、干渉回避のためのロボット10の行動は未だ計画されない。 When the robot 10 exists within the interference avoidance action outside area A3, the degree of concession PR is not yet determined, and the action of the robot 10 for interference avoidance is not yet planned.

以上の構成の行動内容特定部37での処理手順について、図10のフローチャートを用いながら以下に説明する。 The processing procedure of the action content identification unit 37 having the above configuration will be described below using the flowchart of FIG. 10 .

先ず、現存領域特定機能40により、現時点において、ロボット10が、同調行動領域A1、主張行動領域A2、干渉回避行動外領域A3のどこの領域に存在するのかが特定される(ステップS101)。 First, the existing area specifying function 40 specifies in which area the robot 10 currently exists among the synchronization action area A1, the insistence action area A2, and the interference avoidance action outside area A3 (step S101).

ロボット10が、同調行動領域A1に現存する場合には、干渉角度算出機能41により、ロボット10と人間Hの各干渉角度θ、θが算出される(ステップS102)。そして、譲合度決定機能42により、各干渉角度θ、θの差が判定され(ステップS103)、干渉角度に差が有るときには、ロボット10の譲合度Pが100%となる同調行動が計画される一方(ステップS104)、干渉角度に差が無いときには、ロボット10の譲合度Pが125%となる同調行動が計画される(ステップS105)。 When the robot 10 is present in the synchronization action area A1, the interference angle calculation function 41 calculates the interference angles θ R and θ H between the robot 10 and the human H (step S102). Then, the concession degree determination function 42 determines the difference between the interference angles θ R and θ H (step S103 ). While planned (step S104), when there is no difference in the interference angle, a synchronous action is planned in which the degree of concession PR of the robot 10 is 125% (step S105 ).

ロボット10が、主張行動領域A2に存在する場合にも、先ず、干渉角度算出機能41により、前記各干渉角度θ、θが算出される(ステップS102)。そして、既に認識度推定手段22で推定された現時点の人間Hの認知度が「大」か、それ以外の「小」、「無」かが確認される(ステップS106)。 Also when the robot 10 exists in the asserted action area A2, first, the interference angles θ R and θ H are calculated by the interference angle calculation function 41 (step S102). Then, it is confirmed whether the current recognition level of the person H, which has already been estimated by the recognition level estimation means 22, is "high", or whether it is "low" or "none" (step S106).

次に、譲合度決定機能42により、認知度が「大」の場合とそれ以外の「小」、「無」の場合で、それぞれ干渉角度の差の有無について判定される(ステップS107、ステップS108)。 Next, the concession degree determination function 42 determines whether or not there is a difference in the interference angle between when the degree of recognition is "large" and when the degree of recognition is "small" and "none" (steps S107 and S108). ).

ここで、認知度が「大」で、干渉角度に差が有るときには、ロボット10の譲合度Pが50%となる主張行動が計画される(ステップS109)。一方、認知度が「大」で、干渉角度に差が無いときには、ロボット10の譲合度Pが75%となる主張行動が計画される(ステップS110)。 Here, when the degree of recognition is "high" and there is a difference in the interference angle, an assertive action is planned in which the degree of concession PR of the robot 10 is 50% (step S109 ). On the other hand, when the degree of recognition is "high" and there is no difference in the interference angles, an assertive action is planned in which the degree of concession PR of the robot 10 is 75% (step S110 ).

また、認知度が「小」、「無」の場合で、干渉角度に差が有るときには、ロボット10の譲合度Pが100%となる同調行動が計画される(ステップS111)。一方、認知度が「小」、「無」の場合で、干渉角度に差が無いときには、ロボット10の譲合度Pが125%となる同調行動が計画される(ステップS112)。更に、既に声掛けの主張行動が行われたかが確認され(ステップS113)、未だ声掛けが行われていない場合のみに、声掛けを行う主張行動が計画される(ステップS114)。つまり、現時点で主張行動領域A2にロボット10が存在する場合で、認知度が「小」、「無」のときには、前記同調行動とともに、主張行動の一つである声掛けが1回計画される。 When the degree of recognition is "small" or "no" and there is a difference in the interference angle, a synchronous action is planned in which the degree of concession P R of the robot 10 is 100% (step S111). On the other hand, when the degree of recognition is "small" or "no" and there is no difference in the interference angle, a synchronous action is planned in which the degree of concession PR of the robot 10 is 125% (step S112 ). Further, it is confirmed whether the assertive behavior of calling out has already been performed (step S113), and only when the assertive behavior of calling out has not been performed yet, the assertive behavior of calling out is planned (step S114). In other words, when the robot 10 is present in the assertive action area A2 at the present time and the degree of recognition is "low" or "no", one call-out, which is one of the assertive actions, is planned along with the synchronizing action. .

なお、主張行動領域A2において、人間の干渉回避行動の状況をセンシングし、その結果に応じて主張行動と同調行動を選択することもできる。例えば、人間が干渉回避行動を主張したと判断された場合には、ロボット10が同調行動し、人間が行動を変えないと判断された場合には、ロボット10が主張行動するように設定しても良い。 In the assertive action area A2, it is also possible to sense the state of human interference avoidance behavior and select assertive action and synchronous action according to the result. For example, if it is determined that the human has insisted on the interference avoidance action, the robot 10 performs the synchronous action, and if it is determined that the human does not change the action, the robot 10 is set to take the assertive action. Also good.

現時点で、ロボット10が干渉回避行動外領域A3に存在する場合には、人間に対するロボット10の干渉回避行動は、未だ計画されない。 At this point, when the robot 10 is in the interference avoidance behavior outside area A3, the interference avoidance behavior of the robot 10 with respect to humans is not yet planned.

1-B 実行軌道特定部38の説明 1-B Description of execution trajectory identification unit 38

前記実行軌道特定部38では、行動内容特定部37で特定された譲合度Pに応じて、現在位置から目的地までのロボット10の移動経路に係る実行軌道を導出するようになっている。この実行軌道特定部38は、人間に干渉せずにロボット10を目的地に向って移動させることのできる複数パターンの軌道候補を探索する軌道候補探索部44と、探索された各軌道候補の中から最適となる軌道を抽出し、実際にロボット10を移動させる実行軌道とする最適軌道抽出部45とを備えている。 The execution trajectory identifying section 38 derives an execution trajectory for the movement path of the robot 10 from the current position to the destination in accordance with the degree of concession PR identified by the action content identifying section 37 . The execution trajectory specifying unit 38 includes a trajectory candidate searching unit 44 that searches for a plurality of patterns of trajectory candidates that can move the robot 10 toward the destination without interfering with humans, and An optimum trajectory extracting unit 45 extracts an optimum trajectory from the robot 10 and uses it as an execution trajectory for actually moving the robot 10 .

先ず、前記軌道候補探索部44について、以下に説明する。 First, the trajectory candidate searching section 44 will be described below.

この軌道候補探索部44は、相互に移動するロボット10と人間とが将来干渉する時刻である干渉時刻を算出する干渉時刻算出機能47と、ロボット10を所定の定常速度(一定速度)で移動させた場合における定速軌道を生成する定速軌道生成機能48と、ロボット10を一部区間で前記定常速度に対して加速や減速を行って移動させた場合における加減速軌道を生成する加減速軌道生成機能49と、これら定速軌道及び加減速軌道の中から、所定の要件に基づいて一部の軌道を除外し、最終的に軌道候補を決定する軌道候補決定機能50とを有する。なお、定速軌道生成機能48及び加減速軌道生成機能49は、干渉時刻での干渉を回避する経路に係る種々の軌道を生成する軌道生成機能を構成する。 The trajectory candidate search unit 44 includes an interference time calculation function 47 that calculates an interference time, which is the time at which the robot 10 and the human will interfere with each other in the future. A constant-speed trajectory generation function 48 for generating a constant-speed trajectory in the case where the It has a generation function 49 and a trajectory candidate determination function 50 that excludes some trajectories from these constant speed trajectories and acceleration/deceleration trajectories based on predetermined requirements and finally determines trajectory candidates. The constant-velocity trajectory generation function 48 and the acceleration/deceleration trajectory generation function 49 constitute a trajectory generation function that generates various trajectories related to routes that avoid interference at the interference time.

前記干渉時刻算出機能47では、検出装置12での検出結果に基づき、将来的にロボット10と人間Hの各パーソナルスペースPS,PSが接する干渉時(図11(A)破線部分参照)の予想時刻である干渉時刻が演算により求められる。すなわち、ここでは、ロボット10と人間Hのそれぞれの速度ベクトルV、Vと、現在時刻t0におけるロボット10と人間Hの位置ベクトルPR(t0),PH(t0)とから、演算により、ロボット10と人間Hの相対距離が、それぞれのパーソナルスペースPS,PSの半径の和であるRLR+RLHとなる時刻が求められ、当該時刻が干渉時刻tとされる。 Based on the detection result of the detection device 12, the interference time calculation function 47 determines the future time of interference between the robot 10 and the personal spaces PS R and PS H of the human H (see the dashed line portion in FIG. 11A). An interference time, which is an expected time, is calculated. That is, here, from the respective velocity vectors V R and V H of the robot 10 and the human H and the position vectors P R(t0) and P H(t0) of the robot 10 and the human H at the current time t0, , the time at which the relative distance between the robot 10 and the human H is R LR +R LH , which is the sum of the radii of their respective personal spaces PS R and PS H , is obtained, and this time is taken as the interference time t i .

次に、前記定速軌道生成機能48について説明する。 Next, the constant speed trajectory generation function 48 will be described.

この定速軌道生成機能48では、次のようにして、定常速度によるロボット10の移動により、ロボット10と人間の各パーソナルスペースが重ならないように干渉を回避する経路が特定され、当該経路における定速軌道が求められる。すなわち、先ず、人間との干渉を回避するための軌道の通過点(Way Point)が3箇所特定される。そして、ロボット10の現在位置、各通過点、及び目的地を移動時間順にそれぞれ直線で結ぶことで、定速軌道が特定される。なお、以下の説明において、前記各通過点を、ロボット10の移動時刻順に、「WP1」、「WP2」、「WP3」と称する。 The constant-velocity trajectory generation function 48 identifies a route that avoids interference by moving the robot 10 at a constant speed so that the personal spaces of the robot 10 and the human do not overlap each other, as follows. A fast trajectory is required. That is, first, three passage points (Way Points) of the trajectory for avoiding interference with humans are identified. Then, by connecting the current position of the robot 10, each passing point, and the destination with straight lines in the order of movement time, the constant-velocity trajectory is specified. In the following description, the passing points will be referred to as "WP1", "WP2", and "WP3" in order of movement time of the robot 10. As shown in FIG.

この定速軌道生成機能48は、図6に示されるように、暫定的な定速軌道である仮軌道を求める仮軌道生成機能52と、仮軌道を調整しながら、所望となる干渉回避のための最終的な定速軌道を特定する軌道調整機能53とにより構成される。 As shown in FIG. 6, the constant-speed trajectory generation function 48 includes a temporary trajectory generation function 52 that obtains a temporary trajectory that is a provisional constant-speed trajectory, and a temporary trajectory generation function 52 that adjusts the temporary trajectory to avoid interference as desired. and a trajectory adjustment function 53 that specifies the final constant-velocity trajectory of .

前記仮軌道生成機能52では、次の手順で仮軌道が導出される。 The provisional trajectory generation function 52 derives a provisional trajectory by the following procedure.

すなわち、最初に、軌道中で人間Hに最接近するロボット10の横並び位置となる最接近地点であるWP2(図11(B)参照)の位置が仮決めされる。ここで、仮決めされるWP2の位置ベクトルPR(wp2)は、次のように求められる。すなわち、干渉時刻算出機能47で求めた干渉時刻tにおける人間Hの位置(図11(B)中破線部分)から、ロボット10の現在位置SP(座標:(xRs,yRs))から目的地GP(座標:(xRg,yRg))に直線的に向う目標進行方向Tに対して法線方向Nに、人間Hから離れるように所定距離分シフトした位置に設定され、次式(15)~(17)により算出される。次式において、ΔPSGは、現在位置SPと目的地GPの間の相対位置ベクトルである。
なお、ここでの前記所定距離は、ロボット10と人間Hの各パーソナルスペースPS,PSの半径の和であるRLR+RLHを基準距離Lとし、当該基準距離Lに、先に求めた譲合度P(%)を乗じた値となる。
また、次式において、PH(ti)は、干渉時刻tにおける人間Hの位置ベクトルを表す。

Figure 0007178066000008
That is, first, the position of WP2 (see FIG. 11(B)), which is the point of closest approach where the robot 10, which is closest to the human H in the trajectory, is positioned side by side, is tentatively determined. Here, the temporarily determined position vector PR(wp2) of WP2 is obtained as follows. That is, the current position SP (coordinates: (x Rs , y Rs )) of the robot 10 is obtained from the position of the human H at the interference time t i obtained by the interference time calculation function 47 (broken line in FIG. 11B). It is set at a position shifted by a predetermined distance away from the human H in the normal direction N with respect to the target traveling direction T, which is linearly directed toward the ground GP (coordinates: (x Rg , y Rg )). 15) to (17). In the following equation, ΔPSG is the relative position vector between the current position SP and the destination GP.
Note that the predetermined distance here is defined as the sum of the radii of the personal spaces PS R and PS H of the robot 10 and the human H, R LR +R LH , which is the sum of the radii, as a reference distance L b . It is a value obtained by multiplying the obtained concession degree P R (%).
Also, in the following equation, P H(ti) represents the position vector of the human H at the interference time t i .
Figure 0007178066000008

その後、仮決めされたWP2の位置から、WP1及びWP3の位置がそれぞれ仮決めされる。ここで、WP1、WP2、及びWP3は、図11(B)に示されるように、目標進行方向Tに平行となる同一直線上に並ぶように配置される。また、WP1及びWP2間の直線距離と、WP2及びWP3の直線距離は、それぞれ一定値を採るように設定される。例えば、WP1及びWP2間の直線距離は、1m程度とされ、WP2及びWP3の直線距離は、ロボット10のパーソナルスペースPSの半径RLRと同一の長さとされる。以上により、WP2が仮決めされると、その前後のWP1及びWP3の各位置がそれぞれ1箇所ずつ特定されることになる。そして、ロボット10の現在位置SP、WP1、WP2、WP3、及び目的地GPを順に直線で結んだ経路が計画され、当該経路から暫定的な仮軌道TRが特定される。つまり、ロボット10が人間Hの最近傍を通過する際には、前記目標進行方向Tに沿う直線となるように軌道生成される。従って、通過点の中で、WP1は、最接近地点であるWP2よりも先にロボット10が通過する前側近傍地点となり、WP3は、WP2よりも後にロボット10が通過する後側近傍地点となる。 Thereafter, the positions of WP1 and WP3 are tentatively determined from the tentatively determined position of WP2. Here, WP1, WP2, and WP3 are arranged on the same straight line parallel to the target traveling direction T, as shown in FIG. 11(B). Also, the linear distance between WP1 and WP2 and the linear distance between WP2 and WP3 are each set to have a constant value. For example, the linear distance between WP1 and WP2 is approximately 1 m, and the linear distance between WP2 and WP3 is the same length as the radius RLR of the robot 10's personal space PSR . As described above, when WP2 is tentatively determined, each position of WP1 and WP3 before and after WP2 is specified one by one. Then, a route connecting the current positions SP, WP1, WP2, WP3, and the destination GP of the robot 10 with straight lines in this order is planned, and a provisional temporary trajectory TR t is specified from the route. That is, when the robot 10 passes through the nearest vicinity of the human H, the trajectory is generated so as to form a straight line along the target traveling direction T. FIG. Therefore, among the passing points, WP1 is a near front point through which the robot 10 passes before WP2, which is the point of closest approach, and WP3 is a rear near point through which the robot 10 passes after WP2.

なお、本実施形態では、仮軌道TRの通過点をWP1、WP2、WP3の3箇所に設けているが、WP3の先に更に1箇所(WP4)設定することもできる。このWP4は、図12に例示されるように、ロボット10の現在位置SPと目的地GPとを連結した直線TL上に配置されるとともに、WP3から当該直線TL上に垂下した地点から一定距離DTL分、目的地GP側に離れた地点に配置される。これによれば、ロボット10が人間Hとのすれ違い完了後、当初の目標進行方向Tに沿う軌道に戻ることになり、すれ違いの際における軌道の膨らみを最小限に抑制することができ、狭小地等のロボット10の移動において有用となる。 In the present embodiment, three passage points of the temporary trajectory TR t are provided at WP1, WP2, and WP3, but one additional point (WP4) may be set beyond WP3. As illustrated in FIG. 12, WP4 is placed on a straight line TL that connects the current position SP of the robot 10 and the destination GP, and is located at a certain distance D It is placed at a point away from the destination GP side for TL . According to this, after the robot 10 completes passing the human H, the robot 10 returns to the original trajectory along the target traveling direction T, and the swelling of the trajectory at the time of passing each other can be suppressed to a minimum. It is useful in the movement of the robot 10 such as.

前記軌道調整機能53では、人間Hの移動と先の仮軌道でのロボット10の移動との時差による干渉を回避するための軌道調整が行われるが、当該軌道調整について、図11を用いながら以下に説明する。 The trajectory adjustment function 53 performs trajectory adjustment to avoid interference due to the time difference between the movement of the human H and the movement of the robot 10 on the previous temporary trajectory. to explain.

ロボット10を所定の定常速度で仮軌道TRに沿って移動させたときに、仮決めされたWP2の位置に達する時刻が、先に求めた干渉時刻tと異なる事態が生じ得ることから、このときに人間Hとの干渉が生じてしまう可能性がある。すなわち、例えば、図11(C)のときのように、仮軌道TRが、目標進行方向Tに沿う当初軌道に対して横に膨らむため、この当初軌道を移動しているときの干渉時刻tのロボット10の位置(同図(A)の位置)よりも、長い距離の移動が必要となる位置にWP2が設定される可能性がある。この場合、ロボット10がWP2に達する時刻は、干渉時刻tよりも遅い時刻となる。このため、人間Hは、図11(C)中の実線で示されるように、干渉時刻tでの位置(同図中破線)よりも更に進行し、ロボット10との干渉が生じ得ることになる。 When the robot 10 is moved along the temporary trajectory TR t at a predetermined steady speed, the time at which the tentatively determined position of WP2 is reached may differ from the previously obtained interference time t i . Interference with the human H may occur at this time. That is, for example, as in FIG. 11(C), since the provisional trajectory TR t expands laterally with respect to the initial trajectory along the target traveling direction T, the interference time t when moving along this initial trajectory There is a possibility that WP2 is set at a position that requires a longer movement than the position of the robot 10 of i (position of (A) in the figure). In this case, the time at which the robot 10 reaches WP2 is later than the interference time t i . Therefore, as indicated by the solid line in FIG. 11(C), the human H advances further from the position (broken line in the figure) at the time of interference t i , and interference with the robot 10 may occur. Become.

そこで、この軌道調整機能53では、干渉時刻tとロボット10がWP2に達する時刻tw2とが相違している場合、これら各時刻が、完全に若しくはほぼ一致するまで、次のように調整が行われる。 Therefore, in the trajectory adjustment function 53, if the time tw2 at which the robot 10 reaches WP2 is different from the time tw2 when the robot 10 reaches WP2, the trajectory adjustment function 53 performs the following adjustment until these times match completely or substantially. done.

前段階で特定された仮軌道TRに沿ってロボット10が移動するとして、前述した干渉時刻算出機能47により、新たな干渉時刻tが求められる。そして、仮軌道生成機能52での前述の手順により、新たな干渉時刻tに基づき、図11(D)に示されるように、新たな仮軌道TRが求められ、前記定常速度でのロボット10の移動により、新たな仮軌道TR上のWP2に到達する時刻tw2が求められる。以上の処理を繰り返し行い、時刻tw2が、新たな干渉時刻tに完全に若しくはほぼ一致したときに、その仮軌道が、正式な定速軌道として特定される。 Assuming that the robot 10 moves along the tentative trajectory TR t specified in the previous stage, a new interference time t i is obtained by the above-described interference time calculation function 47 . Then, as shown in FIG. 11(D), a new temporary trajectory TR t is obtained based on the new interference time t i by the above-described procedure in the temporary trajectory generation function 52, and the robot at the steady speed 10, the time tw2 at which WP2 is reached on the new temporary trajectory TRt is obtained. The above process is repeated, and when the time tw2 completely or almost coincides with the new interference time ti , the provisional trajectory is identified as the official constant velocity trajectory.

なお、図11での説明においては、ロボット10が人間Hの前方を右側から横切る右避けの定速軌道を生成する例を図示しているが、定速軌道生成機能48では、同様の手順により、ロボット10が人間Hの後方を左側から横切る左避けの定速軌道の生成も行われる。従って、この定速軌道生成機能48では、右避け、左避けの2種類の定速軌道がそれぞれ1種類ずつ生成される。 11 shows an example in which the robot 10 generates a constant-velocity trajectory that avoids the right side and crosses the front of the human H from the right side. , a left-avoiding constant-velocity trajectory in which the robot 10 crosses behind the human H from the left side is also generated. Therefore, the constant-velocity trajectory generating function 48 generates two types of constant-velocity trajectories, ie, right-avoiding and left-avoiding, one each.

次に、前記加速度軌道生成機能49について説明する。 Next, the acceleration trajectory generation function 49 will be explained.

この加減速軌道生成機能49では、前記所定の定常速度で移動するロボット10について、一部区間で加速や減速をすることにより、ロボット10と人間Hとの干渉を回避する加減速軌道が生成される。この加減速軌道としては、先ず、ロボット10を一時的に加速若しくは減速しながら、人間Hを右側若しくは左側から避けるように移動させる右避け及び左避けの横回避変速軌道がそれぞれ複数パターン生成される。 The acceleration/deceleration trajectory generation function 49 generates an acceleration/deceleration trajectory that avoids interference between the robot 10 and the human H by accelerating or decelerating the robot 10 moving at the predetermined steady speed in a partial section. be. As the acceleration/deceleration trajectory, first, a plurality of right-avoidance and left-avoidance lateral avoidance shift trajectories for moving the robot 10 to avoid the human H from the right side or the left side while temporarily accelerating or decelerating are generated. .

最初に、図13(A)に示されるように、定速軌道生成機能48で特定された定速軌道中のWP2にロボット10が達する時刻tw2での人間Hの位置を基準位置PHとし、当該基準位置PHから、人間Hの移動方向に沿って所定の間隔で前後にシフトした人間Hの位置となるシフト位置PHが複数箇所設定される。なお、ここでの基準位置PHからのシフトは、予め設定された範囲内で行われる。そして、前述した仮軌道生成機能52での仮軌道の導出手順と同様の手順により、各シフト位置PHに達した人間Hにロボット10が干渉するとしたときの仮軌道がそれぞれ生成される。すなわち、仮軌道の導出において、上式(17)から、ロボット10のWP2の位置が求められ、当該各WP2の位置から、WP1及びWP3の位置がそれぞれ特定され、図13(B)に例示されるように、これら通過点を通る経路が定まる。なお、本実施形態において、各シフト位置PHの間隔は0.1m程度とされるが、特に限定されるものではなく、例えば、人間Hの体幹幅に相当する0.5m程度まで広げることもでき、このようにすると、軌道候補決定のための演算処理の負荷を軽減させることが可能となる。 First, as shown in FIG. 13A, the position of human H at time tw2 when robot 10 reaches WP2 in the constant-speed trajectory specified by constant - speed trajectory generation function 48 is defined as reference position PHB. , a plurality of shift positions PH- s , which are the positions of the human H shifted forward and backward along the moving direction of the human H from the reference position PH- B at predetermined intervals, are set. Note that the shift from the reference position PH B here is performed within a preset range. Then, by the procedure similar to the provisional trajectory derivation procedure in the provisional trajectory generation function 52 described above, provisional trajectories are generated when the robot 10 interferes with the human H who has reached each shift position PHs . That is, in deriving the temporary trajectory, the position of WP2 of the robot 10 is obtained from the above equation (17), and the positions of WP1 and WP3 are specified from the positions of each WP2, as illustrated in FIG. Thus, a route passing through these waypoints is determined. In this embodiment, the interval between each shift position PHs is set to about 0.1 m , but it is not particularly limited. In this way, it is possible to reduce the load of arithmetic processing for determining trajectory candidates.

次に、各経路について、次の条件により、ロボット10の速度を部分的に変化させる横回避変速軌道が求められる。ロボット10が人間Hの近傍位置を移動して人間Hとすれ違いを行う際には、ロボット10が定常速度で移動することが望ましい。このことから、特に限定されるものではないが、本実施形態では、WP1以降は、予め設定された前記定常速度でロボット10を移動させ、現在位置SPからWP1までは、ロボット10の速度を変更可能にする。具体的には、各経路について、人間Hの速度ベクトルから、人間Hが前記シフト位置PHに達する干渉時刻tが求められ、干渉時刻tが、当該シフト位置PHを通過する経路上のWP2にロボット10が達する時刻となるように、現在位置SPからWP1までのロボット10の速度が求められる。つまり、各経路におけるWP1からWP2までの区間の直線距離と、当該区間におけるロボット10の速度とが、共に予め設定された一定値となるため、WP1からWP2までの通過時間が各軌道で一定となる。そこで、当該通過時間が、ロボット10の現在位置SPにおける時刻からWP2に達する前記干渉時刻tまでの時間から減算され、当該減算された時間と、対応する経路におけるWP1の位置ベクトルとから、ロボット10の現在位置SPからWP1までの速度が算出され、各シフト位置PHに対応する横回避変速軌道が特定されることになる。 Next, for each path, a lateral avoidance speed change trajectory that partially changes the speed of the robot 10 is determined according to the following conditions. When the robot 10 moves near the human H and passes the human H, it is desirable that the robot 10 moves at a steady speed. For this reason, although not particularly limited, in this embodiment, the robot 10 is moved at the preset steady speed after WP1, and the speed of the robot 10 is changed from the current position SP to WP1. to enable. Specifically, for each route, the interference time t i at which the human H reaches the shift position PH s is obtained from the velocity vector of the human H, and the interference time t i is calculated on the route passing through the shift position PH s . The speed of the robot 10 from the current position SP to WP1 is obtained so that the robot 10 reaches WP2 of . That is, since the straight line distance in the section from WP1 to WP2 in each route and the speed of the robot 10 in that section are both constant values set in advance, the passage time from WP1 to WP2 is constant in each track. Become. Therefore, the passage time is subtracted from the time from the current position SP of the robot 10 to the interference time t i at which WP2 is reached. The speed from 10 current positions SP to WP1 is calculated, and the lateral avoidance shift trajectory corresponding to each shift position PHs is specified.

これら横回避変速軌道のうち、図13(B)中実線で表される定速軌道に対し、現時点における人間Hの位置に近づく軌道(同図中破線)は、ロボット10の現在位置SPからWP1まで、前記定常速度に対して加速する軌道となっている。逆に、定速軌道に対し、現在の人間Hの位置から離れる軌道(同図中一点鎖線)は、ロボット10の現在位置SPからWP1まで、前記定常速度に対して減速する軌道となっている。 Of these lateral avoidance shift trajectories, the trajectory (broken line in FIG. 13B) approaching the current position of the human H, relative to the constant speed trajectory represented by the solid line in FIG. , the trajectory accelerates with respect to the steady speed. Conversely, with respect to the constant speed trajectory, the trajectory away from the current position of the human H (one-dot chain line in the figure) is a trajectory that decelerates from the steady speed from the current position SP of the robot 10 to WP1. .

以上により、横回避変速軌道が、前記右避け及び前記左避けそれぞれ複数パターン生成される。 As described above, a plurality of patterns of the lateral avoidance shift trajectory are generated for each of the right avoidance and the left avoidance.

更に、加減速軌道生成機能49では、ロボット10の加減速軌道として、当初計画されたロボット10の現在位置SPから目的地GPまでの直線経路のままで、所定区間のみロボット10を加速若しくは減速させることにより、次のようにして、人間Hとの干渉を回避する直進変速軌道が生成される。すなわち、前記直線経路を人間Hが横切る際に、ロボット10と人間Hの各パーソナルスペースが重ならない所定距離分離れてロボット10が位置するように、ロボット10の進行方向の前後両側にWP2が設定される。そして、前記直線経路上のWP2の手前側に、横回避変速軌道の生成時と同様の条件で、WP1が設定されてロボット10の現在位置SPからWP1までの速度が求められ、直進変速軌道が特定される。この直進変速軌道は、ロボット10の現在位置SPからWP1までの変速区間を前記定常速度よりも速い速度で加速移動する軌道と、当該変速区間を前記定常速度よりも遅い速度で減速移動する軌道とがあり、これら軌道がそれぞれ1種類ずつ生成される。加速の直進変速軌道では、前記変速区間の加速により、前記直線経路を人間Hが横切る前に、その地点をロボット10が先に通過するように、人間Hよりも先にロボット10が進む干渉回避行動がなされる。一方、減速の直進変速軌道では、前記変速区間の減速により、前記直線経路を人間Hが横切った後に、その地点をロボット10が後で通過するように、ロボット10が人間Hを先に通す干渉回避行動がなされる。 Furthermore, the acceleration/deceleration trajectory generation function 49 accelerates or decelerates the robot 10 only in a predetermined section while keeping the originally planned straight line path from the current position SP of the robot 10 to the destination GP as the acceleration/deceleration trajectory of the robot 10. As a result, a straight gear shift trajectory that avoids interference with the human H is generated as follows. That is, when the human H traverses the straight path, the WP2 is set on both front and rear sides of the robot 10 in the traveling direction so that the robot 10 is positioned at a predetermined distance from the personal spaces of the human H so that the personal spaces of the robot 10 and the human H do not overlap. be done. WP1 is set in front of WP2 on the straight path under the same conditions as when the lateral avoidance speed change trajectory was generated, and the speed from the current position SP of the robot 10 to WP1 is obtained, and the straight speed change trajectory is obtained. identified. The straight speed change trajectory includes a trajectory for accelerating movement in a speed change section from the current position SP to WP1 of the robot 10 at a speed higher than the steady speed, and a trajectory for decelerating the speed change section at a speed lower than the steady speed. , and each of these trajectories is generated one by one. Interference avoidance in which the robot 10 advances ahead of the human H so that the robot 10 passes through the point before the human H traverses the straight path by acceleration in the speed change section in the acceleration straight shift trajectory. action is taken. On the other hand, in the deceleration straight shift trajectory, the robot 10 causes the robot 10 to pass the human H first so that the robot 10 passes through the point after the human H traverses the straight path due to deceleration in the speed change section. evasive action is taken.

以上のように、定速軌道生成機能48では、右避け、左避けそれぞれ1種類ずつ定速軌道が生成される。また、加減速軌道生成機能49では、加速度軌道として、右避け、左避けそれぞれで加速、減速を行う複数パターンの横回避変速軌道と、加速、減速それぞれ1種類ずつの直進変速軌道とが生成される。 As described above, the constant-velocity trajectory generation function 48 generates one kind of constant-velocity trajectory each for right avoidance and left avoidance. Further, the acceleration/deceleration trajectory generation function 49 generates, as acceleration trajectories, a lateral avoidance shift trajectory with multiple patterns of acceleration and deceleration for right avoidance and left avoidance, and a straight shift trajectory for each type of acceleration and deceleration. be.

前記軌道候補特定機能50では、定速軌道生成機能48や加減速軌道生成機能49で生成された軌道から、所定の軌道を除外し、残った軌道が軌道候補とされる。 The trajectory candidate identification function 50 excludes predetermined trajectories from the trajectories generated by the constant speed trajectory generation function 48 and the acceleration/deceleration trajectory generation function 49, and the remaining trajectories are used as trajectory candidates.

ここで除外される軌道としては、ロボット10が物理的に実行不可能となる軌道が挙げられる。例えば、壁等の固定障害物の存在により、ロボット10が経路上を物理的に移動できない軌道や、加減速軌道生成機能49で生成される加減速軌道の中で特定された速度が、ロボット10の仕様上、予め設定された範囲外の速度になり、事実上実行不可能となる軌道等が挙げられる。 A trajectory excluded here includes a trajectory that is physically infeasible for the robot 10 . For example, a trajectory on which the robot 10 cannot physically move due to the presence of a fixed obstacle such as a wall, or a speed specified in the acceleration/deceleration trajectory generated by the acceleration/deceleration trajectory generation function 49 may cause the robot 10 to Due to the specifications of , the speed is outside the preset range, and there are trajectories that are practically unworkable.

この軌道候補特定機能50によれば、後述する最適軌道抽出部45での演算前に、現実的に実行不可能となる軌道が候補から除外されることで、最適軌道抽出部45での演算処理負荷を極力軽減することができる。 According to this trajectory candidate specifying function 50, trajectories that are practically unexecutable are excluded from candidates before calculation by the optimum trajectory extraction unit 45, which will be described later. The load can be reduced as much as possible.

以上の構成の軌道候補探索部44での処理手順を図14のフローチャートを用いながら説明する。 A processing procedure in the trajectory candidate search section 44 having the above configuration will be described with reference to the flowchart of FIG. 14 .

先ず、干渉時刻算出機能47で、相互に移動するロボット10と人間Hとが将来干渉する干渉時刻tが求められる(ステップS201)。 First, the interference time calculation function 47 obtains an interference time t i at which the robot 10 and the human being H will interfere in the future (step S201).

その後、定速軌道生成機能48における仮軌道生成機能52において、求めた干渉時刻tから、予め設定された定常速度でロボット10が進行する仮軌道が生成される(ステップS202)。更に、定速軌道生成機能48に含まれる軌道調整機能53において、先に求めた仮軌道におけるWP2にロボット10が達する時刻tw2と、先に特定された干渉時刻tとが一致しているか否かが判定される(ステップS203)。そして、これら時刻が一致していない場合は、一致するまで前記ステップS201及びS202の処理が繰り返し行われる。その結果、WP2にロボット10が達する時刻tw2と、先に特定された干渉時刻tとが一致したときに、その仮軌道が、定速軌道として決定される(ステップS204)。 After that, the temporary trajectory generating function 52 in the constant speed trajectory generating function 48 generates a temporary trajectory along which the robot 10 travels at a preset steady speed from the obtained interference time t i (step S202). Furthermore, in the trajectory adjustment function 53 included in the constant-velocity trajectory generation function 48, whether the time tw2 when the robot 10 reaches WP2 on the previously obtained temporary trajectory matches the previously identified interference time ti. It is determined whether or not (step S203). If these times do not match, the processes of steps S201 and S202 are repeated until they match. As a result, when the time tw2 at which the robot 10 reaches WP2 coincides with the previously specified interference time ti, the provisional trajectory is determined as a constant velocity trajectory (step S204).

次に、加減速軌道生成機能49において、前記定常速度でのロボット10の進行途中の一部区間で加速や減速を行う加減速軌道が生成される(ステップS205)。ここでは、定速軌道での干渉時刻tを中心にして、干渉時刻を任意の間隔で変化させ、各干渉時刻における人間Hの位置をその進行方向に沿ってシフトさせることにより、加減速を利用した横回避変速軌道が生成される。更に、ここでは、ロボット10の現在位置から目的地までの直線経路上の一部区間で加速、減速する直進変速軌道も生成される。 Next, in the acceleration/deceleration trajectory generation function 49, an acceleration/deceleration trajectory is generated in which the robot 10 accelerates or decelerates in a portion of the progress of the robot 10 at the steady speed (step S205). Here, the acceleration/deceleration is changed by changing the interference time at an arbitrary interval around the interference time t i on the constant-velocity trajectory, and shifting the position of the human H at each interference time along the traveling direction. A lateral avoidance shift trajectory is generated. Furthermore, here, a straight speed change trajectory is also generated in which the robot 10 accelerates and decelerates in a partial section on the straight trajectory from the current position to the destination.

最後に、軌道候補特定機能50において、定速軌道生成機能48及び加減速軌道生成機能49で生成された各軌道の中から、所定の要件に合致しない軌道を除外し、定速軌道や加減速軌道からなる複数の軌道候補が決定される(ステップS206)。 Finally, in the trajectory candidate identification function 50, trajectories that do not meet predetermined requirements are excluded from the trajectories generated by the constant speed trajectory generation function 48 and the acceleration/deceleration trajectory generation function 49, and constant speed trajectories and acceleration/deceleration trajectories are selected. A plurality of trajectory candidates consisting of trajectories are determined (step S206).

次に、前記最適軌道抽出部45について、以下に説明する。 Next, the optimal trajectory extraction unit 45 will be described below.

この最適軌道抽出部45では、軌道候補探索部44で探索された複数の軌道候補それぞれについて、干渉回避のための運動エネルギーに対応する干渉回避エネルギーEを軌道コストとして算出し、当該軌道コストの最も少ない軌道候補が実行軌道として抽出される。 The optimum trajectory extraction unit 45 calculates, as a trajectory cost, an interference avoidance energy Er corresponding to the kinetic energy for avoiding interference for each of the plurality of trajectory candidates searched by the trajectory candidate search unit 44, and calculates the trajectory cost. The fewest trajectory candidates are extracted as execution trajectories.

すなわち、干渉回避エネルギーEは、各軌道候補について、時系列で第1,2,・・・・,n-1,n,n+1,・・・・の各地点に区分し、当該軌道中の各地点において、後述する第1及び第2のエネルギー要素EとEを合計し、当該合計値を現在位置から目的地まで積分することにより算出される。つまり、干渉回避エネルギーEは、軌道中の各地点におけるロボットの運動エネルギーの変化状態を総合して求めた値となる。 That is, the interference avoidance energy E r is divided into 1st, 2nd, . . . , n−1, n, n+1, . It is calculated by summing first and second energy elements EG and ED at each point and integrating the sum from the current position to the destination. In other words, the interference avoidance energy E r is a value obtained by integrating changes in the kinetic energy of the robot at each point on the trajectory.

具体的には、第1及び第2のエネルギー要素EとEをパラメータとした次式(18)のコスト式により、干渉回避エネルギーEが求められる。

Figure 0007178066000009
Specifically, the interference avoidance energy E r is obtained by the following cost expression (18) using the first and second energy elements E G and E D as parameters.
Figure 0007178066000009

ここでは、図15に示されるように、ロボット10の現在位置SPと目的地GPを結ぶ直線経路の方向を目標進行方向(G方向)とし、当該直線経路に直交する法線方向を進行法線方向(D方向)とし、軌道中の各地点において、その際のロボット10の速度ベクトルをG方向とD方向に分解し、これら方向の速度ベクトルが用いられる。そこで、上式(18)でのVGNは、軌道中のn地点におけるG方向の速度ベクトルを表し、同VG0は、現在位置でのロボット10におけるG方向の速度ベクトルを表す。また、同VDNは、前記n地におけるD方向の速度ベクトルを表し、同VDn-1は、前記n地点の一つ前の地点n-1におけるD方向の速度ベクトルを表す。更に、A,Bは、予め所定値に設定される各エネルギー要素の重み付け定数であるが、例えば、それぞれの値を1にする等、相互に同数としても良い。 Here, as shown in FIG. 15, the direction of the straight path connecting the current position SP of the robot 10 and the destination GP is defined as the target traveling direction (G direction), and the normal direction perpendicular to the straight path is the traveling normal. At each point on the trajectory, the velocity vector of the robot 10 at that time is resolved into the G direction and the D direction, and the velocity vectors in these directions are used. Therefore, VGN in the above equation (18) represents the velocity vector in the G direction at point n on the trajectory, and VG0 represents the velocity vector in the G direction in the robot 10 at the current position. Further, V DN represents the D-direction velocity vector at the n ground, and V Dn-1 represents the D-direction velocity vector at the point n-1, which is one before the n point. Furthermore, A and B are weighting constants for each energy element that are set to predetermined values in advance, but they may be the same number, such as setting each value to 1, for example.

上式(18)において、第1のエネルギー要素Eは、ロボット10が一定の速度で進行し続けることが最も軌道コストの低い行動となることを踏まえ、現在位置SPでのロボット10のG方向の初期速度に対し、ロボット10の同方向の加速減速動作による速度変化に対応する要素となっている。 In the above equation (18), the first energy element EG is the G direction of the robot 10 at the current position SP, based on the fact that the robot 10 continues to move at a constant speed is the behavior with the lowest trajectory cost. is an element corresponding to the speed change due to the acceleration/deceleration motion of the robot 10 in the same direction with respect to the initial speed of .

第2のエネルギー要素Eは、ロボット10が干渉回避を行う際に回避幅を大きくする程、移動効率が悪くなることを踏まえ、直前の地点からのD方向の速度変化に対応する要素となっている。 The second energy element ED is an element that corresponds to the speed change in the direction D from the previous point, based on the fact that the larger the avoidance width when the robot 10 avoids interference, the worse the movement efficiency becomes. ing.

以上の最適軌道抽出部45によれば、回避行動前の定常状態からより一定の速度状態で目的地GPに向い、且つ、目的地GPに対して横方向に大きく逸れないような最良の実行軌道を各軌道候補の中から定量的に抽出することができる。 According to the optimum trajectory extracting unit 45 described above, the best execution trajectory that is directed toward the destination GP in a constant speed state from the steady state before the avoidance action and that does not deviate significantly laterally from the destination GP. can be quantitatively extracted from each trajectory candidate.

なお、軌道候補探索部44の軌道候補特定機能50において、次のように、軌道候補の絞り込みを更に行うことにより、最適軌道抽出部45でのコスト計算時における演算処理の負荷を更に軽減することができる。 In the trajectory candidate specifying function 50 of the trajectory candidate search unit 44, the trajectory candidates are further narrowed down as follows, thereby further reducing the computational load during cost calculation in the optimal trajectory extraction unit 45. can be done.

ここでの絞り込みとしては、次のような軌道が、最適軌道抽出部45での演算対象となる軌道候補から除外される。例えば、図16(A)の破線で示されるように、ロボット10が、移動する人間Hの前方を減速しながら回避するような軌道は、回避幅が大きくなることから、軌道コストが増大することが明らかであり、軌道候補から除外される。また、同図中の一点鎖線で示されるように、ロボット10が、移動する人間Hの後方を加速しながら回避するような軌道も、同様に回避幅が大きくなるため、軌道候補から除外される。 As for the narrowing down, the following trajectories are excluded from the trajectory candidates to be calculated by the optimum trajectory extraction unit 45 . For example, as shown by the dashed line in FIG. 16A, a trajectory in which the robot 10 avoids the moving human H while decelerating in front of it increases the avoidance width, which increases the trajectory cost. is clear and is excluded from the orbital candidates. Also, as indicated by the dashed line in the figure, a trajectory in which the robot 10 avoids the moving human H while accelerating behind it is also excluded from the trajectory candidates because the avoidance width is similarly large. .

また、図16(B)、(C)に例示されるように、ロボット10が人間Hに対して吸い付くように移動する軌道は、軌道コストが増大してしまうため、軌道候補から除外される。すなわち、WP1~WP3の位置が、ロボット10の現在位置SP及び目的地GPを結んだ目標進行方向の直線TL(各図中一点鎖線参照)を境に、人間Hに対するロボット10の回避方向Dと逆側となる領域に存在する軌道は、軌道候補から除外される。つまり、図16(B)の軌道は、人間Hをその左側から回避する一方で、WP1~WP3の位置が、前記直線TLよりも右側の領域に位置する軌道であり、軌道候補から除外される。また、同図(C)の軌道は、人間Hをその右側から回避する一方で、WP1~WP3の位置が前記直線TLよりも左側の領域に位置する軌道であり、軌道候補から除外される。 In addition, as illustrated in FIGS. 16B and 16C, the trajectory in which the robot 10 moves so as to stick to the human H increases the trajectory cost, so it is excluded from the trajectory candidates. . That is, the positions of WP1 to WP3 are aligned with the avoidance direction D of the robot 10 with respect to the human H, with the straight line TL connecting the current position SP of the robot 10 and the destination GP in the target traveling direction (see the dashed-dotted line in each figure) as a boundary. A trajectory existing in the area on the opposite side is excluded from the trajectory candidates. In other words, the trajectory of FIG. 16B is a trajectory that avoids the human H from the left side, while the positions of WP1 to WP3 are located in the area on the right side of the straight line TL, and is excluded from the trajectory candidates. . The trajectory shown in FIG. 4C avoids the human H from the right side, while the positions of WP1 to WP3 are located in the area on the left side of the straight line TL, and is excluded from the trajectory candidates.

1-C 実行軌道特定部38での反復的行動探索システムについて 1-C Repetitive Action Search System in Execution Trajectory Identification Unit 38

なお、実行軌道特定部38には、ロボット10が将来的に複数の人間Hに干渉する可能性がある場合に、前述の手順を反復して軌道生成する反復的行動探索システムを設けることもできる。この反復的行動探索システムでは、前記軌道候補探索部44での前述した軌道生成手順により、ロボット10に対する最先の干渉が予測される人間(以下、「最短干渉予定者」と称する)に対する回避軌道が探索された後に、次に干渉が予測される他の人間についての回避軌道が探索される。そして、当該軌道探索が、現在位置でのロボット10により将来的な干渉が予測される全ての人間について干渉時刻順に反復して行われ、これら全ての人間を回避し得る軌道候補が求められる。 The execution trajectory identification unit 38 may be provided with a repetitive action search system that repeats the above-described procedure to generate trajectories when there is a possibility that the robot 10 will interfere with a plurality of humans H in the future. . In this iterative action search system, the above-described trajectory generation procedure in the trajectory candidate search unit 44 is used to generate an avoidance trajectory for a person who is predicted to interfere with the robot 10 first (hereinafter referred to as "shortest interfering candidate"). is searched for, then avoidance trajectories for other humans whose interference is expected next are searched. Then, the trajectory search is repeatedly performed in the order of interference time for all humans expected to interfere with the robot 10 at the current position in the future, and trajectory candidates capable of avoiding all these humans are obtained.

具体的に、先ず、検出装置12(図1参照)により、現在位置のロボット10の周囲の状況が検出され、前記干渉度判定手段21(同図参照)で、将来的に干渉が予測される複数の人間が特定される。その中から、ロボット10との相対距離が最も短く、最速でロボット10との干渉が予測される最短干渉予定者が特定される。 Specifically, first, the situation around the robot 10 at the current position is detected by the detection device 12 (see FIG. 1), and future interference is predicted by the interference degree determination means 21 (see FIG. 1). Multiple people are identified. Among them, the shortest interfering prospective person whose relative distance to the robot 10 is the shortest and who is predicted to interfere with the robot 10 at the fastest is specified.

その後、軌道候補探索部44において、図17に示される手順で軌道候補が生成される。 After that, in the trajectory candidate search unit 44, trajectory candidates are generated by the procedure shown in FIG.

すなわち、最初に、同図(A)に示されるように、最短干渉予定者Hについて、ロボット10の現在位置SPから、前述と同様の手順により、前記通過点が決定され、当該通過点のうち前記後側近傍地点となるWP3(H)までの各種軌道(定速軌道及び加速度軌道)Knが生成される。なお、図17の各図においては、図面の錯綜を回避するため、全ての軌道候補の表示を省略している。 That is, first, as shown in FIG. 2A, the passing point is determined for the shortest interfering prospective person H1 from the current position SP of the robot 10 by the same procedure as described above, and the passing point is determined. Various trajectories (constant velocity trajectory and acceleration trajectory) Kn up to WP3 (H 1 ), which is the rear neighboring point, are generated. In addition, in each figure of FIG. 17, display of all trajectory candidates is omitted in order to avoid complication of the drawings.

次に、前記WP3(H)までの各種軌道において、ロボット10がWP3(H)に到達したと仮定し、それ以降、そのWP3(H)をロボット10の初期位置として、同様に、目的地GPまでの干渉判定が行われる。その結果、干渉可能性のある他の人間Hが検出されると、同図(B)に示されるように、WP3(H)を初期位置としたときに、次の時刻で干渉が予測される最短干渉予定者Hの特定がなされる。その上で、同図(C)に示されるように、先のWP3(H)を初期位置として、同様に、最短干渉予定者Hを回避し得る軌道としてWP3(H)までの各種軌道Knが生成される。 Next, assuming that the robot 10 reaches WP3 (H 1 ) on various trajectories up to WP3 (H 1 ), and after that, assume that WP3 (H 1 ) is the initial position of the robot 10, and similarly: Interference determination up to the destination GP is performed. As a result, when another human H2 with the possibility of interference is detected, as shown in FIG . Identification of the shortest interfering prospective person H2 to be performed is made. On top of that, as shown in FIG. 1(C), with the previous WP3 (H 1 ) as the initial position, similarly, various trajectories up to WP3 (H 2 ) as trajectories that can avoid the shortest interfering candidate H 2 A trajectory Kn is generated.

ここで、同図(C)に示されるように、先の手順で奥の人間Hに対する回避軌道を計画すると、ロボット10がWP3(H)に到達した時に奥の人間HもWP3(H1)の近傍に到達しており、同図(D)に示されるように干渉回避が不能になる場合等がある。そこで、このような事態を避けるために、同図(E)の一点鎖線部分で例示されるような軌道補正が行われる。この軌道補正は、1人目の人間Hと、その後の時刻で干渉が予測される次の2人目の人間Hについて、回避する方向が同一の場合(同図中それぞれ右避けとなる軌道部分)に行われる。すなわち、ここでは、1人目の人間Hを回避するための軌道の通過点のうち前記前側近傍地点となるWP1(H)から、2人目の人間Hを回避するための軌道における前側近傍地点となるWP1(H)に直線移動する部分KAを含む一部補正軌道が生成される。 Here, as shown in FIG. 3C, if the avoidance trajectory for the human H 2 at the back is planned in the previous procedure, when the robot 10 reaches WP3 (H 1 ), the human H 2 at the back will also reach WP3 (H 1 ). H1), and interference avoidance may become impossible as shown in (D) of the figure. Therefore, in order to avoid such a situation, a trajectory correction is performed as exemplified by the one-dot chain line portion in FIG. This trajectory correction is performed when the direction to avoid is the same for the first person H1 and the second person H2, whose interference is expected at a later time (in the same figure, the trajectory portion where each person avoids to the right) ). That is, here, from WP1 (H 1 ), which is the front vicinity point among the passing points of the trajectory for avoiding the first person H 1 , to the front vicinity of the trajectory for avoiding the second person H 2 , A partially corrected trajectory is generated that includes a portion KA n that moves linearly to the point WP1 (H 2 ).

以降、目的地GPまでに干渉する可能性のある人間Hが更に存在する場合、同様の処理が繰り返し行われ、最後の人間HでのWP3(H)と目的地GPを結ぶことで、ロボット10の現在位置SPから目的地GPまでの経路が決まり、当該経路に係る軌道候補が生成される。このようにして生成された複数パターンの軌道候補の中から、前記最適軌道抽出部45により、軌道コストの最も低い軌道候補が選択され、最終的な実行軌道とされる。 After that, when there is another human Hn who may interfere with the destination GP, the same process is repeated to connect WP3 ( Hn ) of the last human Hn and the destination GP. , a route from the current position SP of the robot 10 to the destination GP is determined, and a trajectory candidate for the route is generated. The optimal trajectory extracting unit 45 selects the trajectory candidate with the lowest trajectory cost from among the plurality of patterns of trajectory candidates generated in this way, and makes it the final execution trajectory.

このような反復的行動探索システムによれば、現在のロボット10が将来的に干渉し得る複数の人間を回避する際に、チャタリングやスタックの発生しないスムーズな軌道計画を行うことができる。 According to such a repetitive action search system, when the current robot 10 avoids multiple humans who may interfere with each other in the future, smooth trajectory planning can be performed without causing chattering or getting stuck.

なお、以上の反復的行動探索システムでの処理において、相互に近接する複数の人間をクラスタ化し、当該クラスタを1人の人間としてまとめて回避するように、前述の手順で軌道候補を生成することもできる。このようにすることで、軌道探索時における演算処理の負荷を低減することができる。 In the process of the iterative action search system described above, a trajectory candidate is generated by the above-described procedure so that a plurality of people who are close to each other are clustered and the cluster is collectively avoided as one person. can also By doing so, it is possible to reduce the load of arithmetic processing at the time of trajectory search.

つまり、ここでは、所定時刻で干渉が予測される最短干渉予定者と、検出装置12で検出された他の人間との相対距離が所定範囲内、すなわち、当該相対距離が所定の閾値以下に存在するこれら複数の人間をクラスタとして推定し、当該クラスタを1人の人間としてまとめて回避する軌道が生成される。ここでの閾値としては、近接する人間同士の間をロボット10が干渉せずに通過可能となる空間幅(例えば、その最低値)が適用される。 That is, here, the relative distance between the shortest interfering prospective person whose interference is predicted at a predetermined time and the other person detected by the detecting device 12 is within a predetermined range, that is, the relative distance is equal to or less than a predetermined threshold. A trajectory that avoids the cluster as a single person is generated by estimating these multiple people as a cluster. As the threshold here, a space width (for example, its lowest value) that allows the robot 10 to pass between adjacent humans without interference is applied.

2.狭小スペース用行動決定部の構成及び処理内容
以下、前記狭小スペース用行動決定部35の構成及び処理内容について、主に図1及び図6を用いながら説明する。
2. Configuration and Processing Details of Narrow Space Action Determining Section The configuration and processing content of the narrow space action determining section 35 will be described below mainly with reference to FIGS. 1 and 6. FIG.

前記狭小スペース用行動決定部35では、現状においてロボット10が人間の横を通過できない状態であると予測され、後述するように、種々に条件に応じ、各種の働きかけ行動を含むロボット10の行動が選択される。 In the small space action determination unit 35, it is predicted that the robot 10 cannot pass by the human at present, and as will be described later, the action of the robot 10, including various actions, is determined according to various conditions. selected.

ここでの働きかけ行動としては、人間との干渉を回避するためにロボット10の移動方向の変更による人間への進路示唆の行動と、人間に対して回避を促す音声をスピーカー16から発生する声掛けの行動と、アーム15を人間に接触させる行動とがあり、これら働きかけ行動の何れか、若しくは任意の組み合わせが選択される。 Here, the approach action includes an action of suggesting a route to the human by changing the moving direction of the robot 10 to avoid interference with the human, and a voice prompting the human to avoid from the speaker 16. and an action of bringing the arm 15 into contact with a human being, and any one or any combination of these action actions is selected.

また、ここでの働きかけ行動としては、前記干渉度判定手段21で干渉度有りと判定された場合に、認識度推定手段22で推定された認知度に応じ、先ず干渉を回避するための働きかけ行動を行う最初の働きかけ行動と、当該最初の働きかけ行動後の人間の行動から、後述する達成度推定手段24で推定された働きかけ行動の達成度に基づき、必要に応じて行われる再度の働きかけ行動とに大別される。以上の働きかけ行動の詳細については後述する。 In addition, as the approach action here, when it is determined that there is a degree of interference by the interference degree determination means 21, according to the recognition level estimated by the recognition level estimation means 22, first, the action action for avoiding interference Re-encouragement actions to be performed as necessary based on the achievement level of the action actions estimated by the achievement level estimating means 24 described later from the first action action performed and the human behavior after the first action action and It is divided into The details of the above appeal behavior will be described later.

この狭小スペース用行動決定部35は、人間へのアーム15の接触可能性の有無を判定するアーム接触判定部55と、当該接触可能性が「無」の場合の働きかけ行動を決定する遠方対応部56と、前記接触可能性が「有」の場合の働きかけ行動を決定する近接対応部57とからなる。 This narrow space behavior determination unit 35 includes an arm contact determination unit 55 that determines whether there is a possibility of contact of the arm 15 with a human being, and a remote response unit that determines the action to be taken when the possibility of contact is "no". 56, and a proximity corresponding unit 57 that determines the action to be taken when the possibility of contact is "present".

前記アーム接触判定部55では、アーム15の動作範囲内に人間が存在しているか否かにより、人間へのアーム15の接触可能性の有無が判定される。この接触可能性の有無は、検出装置12での検出結果によるロボット10と人間の相対位置情報と、予め設定されたアーム15の動作範囲とに基づいて判定される。 The arm contact determination unit 55 determines whether or not there is a possibility that the arm 15 will come into contact with a human depending on whether or not a human exists within the movement range of the arm 15 . Whether or not there is a possibility of contact is determined based on the relative positional information between the robot 10 and the human based on the detection result of the detection device 12 and the preset movement range of the arm 15 .

前記遠方対応部56では、次の3種の働きかけ行動により構成される遠方働きかけグループの中から、認知度に応じた働きかけ行動が決定される。 The long-distance support unit 56 determines a remote action group consisting of the following three types of action actions according to the degree of recognition.

この遠方働きかけグループの中で、認知度「大」の場合には、次のように、ロボット10の移動方向の変更による人間への進路示唆を行う働きかけ行動が選択される。具体的に、図18に示されるように、このままではロボット10が通り抜けるための通り抜けスペースSの幅が十分に確保されないため、通り抜けスペースSの中央地点Pに向かってロボット10を移動させる。これにより、ロボット10が通過する通り抜けスペースSを確保できるように、人間Hに対して視覚的な進路示唆がなされる。 In this long-distance action group, when the degree of recognition is "high", the action action of suggesting a course to the human by changing the moving direction of the robot 10 is selected as follows. Specifically, as shown in FIG. 18, the width of the passage space S for the robot 10 to pass through is not sufficiently secured, so the robot 10 is moved toward the central point P of the passage space S. As a result, the route is visually suggested to the human H so that the passing space S for the robot 10 to pass through can be secured.

また、前記遠方働きかけグループの中で、認知度「小」の場合には、認知度「大」の場合と同様の進路示唆を行う働きかけ行動と、前述した介入度の弱い声掛け「小」の働きかけ行動とが選択される。 In the distant working group, when the degree of recognition is "low", the same behavior of suggesting a career path as in the case of the degree of recognition of "high" and the above-mentioned low level of intervention voice "small" are performed. A working action is selected.

更に、前記遠方働きかけグループの中で、認知度「無」の場合には、認知度「大」の場合と同様の進路示唆を行う働きかけ行動と、前述した介入度の強い声掛け「大」の働きかけ行動とが選択される。 Furthermore, in the distant working group, if the degree of recognition is "no", the same action that suggests a career path as in the case of the degree of recognition of "high" and the above-mentioned voice with a strong degree of intervention "high" A working action is selected.

前記近接対応部57では、次の手順で各種の働きかけ行動がなされる。先ず、事前に、人間Hに対して聴覚面からロボット10の接近を知らせるために、所定の音声をスピーカー16から発する声掛けの働きかけ行動が選択される。 In the proximity handling unit 57, various actions are performed in the following procedure. First, in advance, in order to notify the human H of the approach of the robot 10 from the auditory aspect, the action of calling out a predetermined sound from the speaker 16 is selected.

その上で、次の3種の働きかけ行動により構成される近接働きかけグループの中から、認知度に応じた働きかけ行動を含む行動が決定される。 Then, from among the proximity action groups composed of the following three types of action actions, actions including action actions corresponding to the degree of recognition are determined.

この近接働きかけグループの中で、認知度「大」の場合には、次のように、ロボット10の移動方向が変更される。この場合には、事前に声掛けも行われていることから、人間Hはロボット10を十分に認知していると考えられ、人間Hの方では、ロボット10の通り抜けスペースSの幅を確保するための移動が不可能な事態であると推定される。従って、この場合には、例えば、図18中の一点鎖線矢印に示されるように、ロボット10が人間Hに対して後退しながら全く別の方向にロボット10を進行させるように、ロボット10の移動方向を変更する方向変換行動が選択される。なお、この際、ロボット10は、目的地への新たな移動経路が探索される。 In this proximity action group, when the degree of recognition is "high", the moving direction of the robot 10 is changed as follows. In this case, it is considered that the human H is sufficiently aware of the robot 10 because the voice has been made in advance, and the human H secures the width of the space S through which the robot 10 passes. It is presumed that it is impossible to move for the purpose. Therefore, in this case, for example, as indicated by the dashed-dotted line arrow in FIG. A turning action is selected to change direction. At this time, the robot 10 searches for a new movement route to the destination.

また、前記近接働きかけグループの中で、認知度「小」の場合には、ロボット10のアーム15を人間Hに接触させることで、前記通り抜けスペースSを確保するように人間Hの移動を促す接触「小」の働きかけ行動が選択される。 In addition, in the proximity working group, when the degree of recognition is "low", by bringing the arm 15 of the robot 10 into contact with the human H, contact is made to encourage the movement of the human H so as to secure the passing space S. A "small" appealing action is selected.

更に、前記近接働きかけグループの中で、認知度「無」の場合には、認知度「小」の場合よりも介入度の強い接触「大」の働きかけ行動が選択される。 Furthermore, in the proximity working group, when the degree of recognition is "none", the working action of "large" contact with a stronger degree of intervention than when the degree of recognition is "low" is selected.

これら接触による働きかけ行動としては、例えば、人間Hの肩や背中をアーム15で押す動作があり、接触「小」の働きかけでは、人間Hに軽く接触し、接触「大」の働きかけでは、人間Hに繰り返し何度も接触し、或いは、人間Hとの接近時に不意な衝突を受け止めるように接触する等の動作を例示できる。 These contact-based actions include, for example, the action of pushing the shoulders and back of the human H with the arm 15. With the action of "small" contact, the human H is lightly touched, and with the action of "large" contact, the human H , repeatedly contacting the human H, or contacting the human H so as to receive an unexpected collision when approaching.

(達成度推定手段)
前記達成度推定手段24では、検出装置12の検出結果から、ロボット10の働きかけ行動による人間の行動状態を検証することにより、人間への働きかけの意図伝達の達成度が推定される。
(Achievement level estimation means)
The achievement degree estimating means 24 estimates the degree of achievement of conveying the intention of the action to the human by verifying the action state of the human by the action action of the robot 10 from the detection result of the detection device 12 .

具体的に、達成度推定手段24では、既になされた働きかけ行動によるロボット10の動作が、将来的なロボット10と人間との干渉回避の意図として、人間に伝達されたか否かが推定される。すなわち、ここでは、ロボット10の働きかけ動作後の人間の移動情報が、検出装置12の検出結果に基づいて取得され、当該移動情報から達成度が特定される。 Specifically, the achievement level estimation means 24 estimates whether or not the action of the robot 10 based on the action action that has already been performed has been transmitted to the human as an intention to avoid interference between the robot 10 and the human in the future. That is, here, the movement information of the human after the robot 10's working motion is acquired based on the detection result of the detection device 12, and the degree of achievement is specified from the movement information.

この達成度推定手段24は、前記広大スペース用行動決定部34で計画されたロボット10の行動による達成度を決定する第1の達成度決定部59と、前記狭小スペース用行動決定部35で計画されたロボット10の行動による達成度を決定する第2の達成度決定部60とからなる。 The achievement level estimation means 24 includes a first achievement level determination section 59 that determines the level of achievement by the action of the robot 10 planned by the large space action determination section 34, and the narrow space action determination section 35. and a second achievement degree determination unit 60 that determines the achievement degree by the action of the robot 10 that has been determined.

前記第1の達成度決定部59では、将来的に人間がロボット10に最接近する時刻においての相互の体幹中心間の直線距離である相対距離が演算により求められ、当該相対距離に基づいて、次のように、達成度が「有」、「無」、「極有」の3種類で特定される。ここで、第1の評価である達成度「有」は、前記意図が人間に効果的に伝達されたと推定される場合であり、第2の評価である達成度「無」は、前記意図が人間にあまり伝達されなかったと推定される場合であり、第3の評価である達成度「極有」は、前記意図が達成度「有」よりも更に強力に人間に伝達されたと推定される場合である。 In the first achievement degree determining unit 59, the relative distance, which is the straight line distance between the mutual trunk centers at the time when the human will be closest to the robot 10 in the future, is calculated, and based on the relative distance, , as follows, the degree of achievement is identified by three types of "yes", "no", and "very much". Here, the first evaluation, the degree of achievement "yes", is a case where the intention is presumed to be effectively communicated to a human, and the second evaluation, the degree of achievement "no", is when the intention is This is the case where it is estimated that the intention was not communicated to the human very much, and the third evaluation, the degree of achievement "excessive", is the case where it is estimated that the intention was communicated to the human more strongly than the degree of achievement "existent". is.

すなわち、ここでは、最接近時における前記相対距離が、ロボット10と人間の各パーソナルスペースの各半径を加算したパーソナルスペースの和よりも小さくなる場合には、将来の干渉可能性の状態が解消されていないとして、達成度「無」とされ、ロボット10の動作計画を再構築する必要性が有ると判断される。一方、前記相対距離が、前記パーソナルスペースの和を超える所定値以上の場合は、想定よりも人間が大きく避けていると推定され、達成度「極有」とされる。ここで、前記所定値は、予め設定されており、前記パーソナルスペースの和の1.5倍を例示できる。更に、前記相対距離が、前記パーソナルスペースの和以上で、前記所定値未満となる場合には、想定通りに人間が避けていると推定され、達成度「有」として、ロボット10の動作計画を再構成する必要性が無いと判断される。 That is, here, when the relative distance at the time of closest approach is smaller than the sum of the personal spaces obtained by adding the radii of the personal spaces of the robot 10 and the human, the state of possibility of future interference is eliminated. Therefore, it is determined that there is a need to reconstruct the motion plan of the robot 10, and the degree of achievement is set to "none". On the other hand, when the relative distance is equal to or greater than the predetermined value exceeding the sum of the personal spaces, it is presumed that the person is avoiding the object more than expected, and the degree of achievement is set to "extraordinary". Here, the predetermined value is set in advance, and can be exemplified by 1.5 times the sum of the personal spaces. Furthermore, when the relative distance is equal to or greater than the sum of the personal spaces and is less than the predetermined value, it is estimated that the human is avoiding the robot as expected, and the achievement level is determined to be "yes", and the operation plan of the robot 10 is changed. It is determined that there is no need to reconfigure.

前記第2の達成度決定部60では、ロボット10の通り抜けスペースSの有無に基づいて、次のように、達成度が「有」、「無」の2種類で判定される。ここでの達成度「有」、「無」についても、第1の達成度決定部59での達成度「有」、「無」の概念と同様である。 The second achievement degree determination unit 60 determines the achievement degree as follows based on the presence or absence of the space S through which the robot 10 passes. The achievement levels “yes” and “no” here are the same as the concept of the achievement levels “yes” and “no” in the first achievement level determination unit 59 .

すなわち、ここでは、検出装置12で取得された働きかけ行動後の人間の移動情報から、前記通り抜けスペース判定部31での処理により、ロボット10の通り抜けスペースSの有無が判定される。そして、ロボット10の通り抜けスペースSが確保された場合には、達成度「有」とされ、更なる働きか行動の必要性が無いと判断される。一方、ロボット10の通り抜けスペースSが依然確保されていない場合には、達成度「無」とされ、別の行動の必要性が有ると判断される。 That is, here, the existence or non-existence of the passage space S for the robot 10 is determined by the processing in the passage space determination unit 31 based on the movement information of the person after the action action acquired by the detection device 12 . Then, when the passage space S for the robot 10 is ensured, the degree of achievement is determined to be "existing", and it is determined that there is no need for further work or action. On the other hand, if the passage space S for the robot 10 has not yet been secured, the degree of achievement is set to "none" and it is determined that there is a need for another action.

(計画調整手段)
前記計画調整手段25は、前記第1の達成度決定部59で決定された達成度に応じてロボット10の行動を決定する第1の調整部62と、前記第2の達成度決定部60で決定された達成度に応じてロボット10の行動を決定する第2の調整部63とからなる。
(Plan adjustment means)
The plan adjustment means 25 includes a first adjustment section 62 that determines the action of the robot 10 according to the achievement level determined by the first achievement level determination section 59, and the second achievement level determination section 60. and a second adjustment unit 63 that determines the action of the robot 10 according to the determined degree of achievement.

前記第1の調整部62では、次のようにして、達成度特定後におけるロボット10の行動が決定される。 The first adjustment unit 62 determines the behavior of the robot 10 after the achievement level is specified as follows.

すなわち、達成度「無」の場合は、ロボット10の行動計画を再構築する必要性が有るとされることから、再度、前述と同様に、行動計画手段23において、認知度に基づいて、通り抜けスペースの有無に応じた各種の行動計画がなされる。 In other words, when the degree of achievement is "no", it is necessary to reconstruct the action plan of the robot 10. Therefore, in the same manner as described above, the action plan means 23 again determines the pass through based on the degree of recognition. Various action plans are made according to the presence or absence of space.

また、達成度「極有」の場合には、想定よりも人間が大きく避けていると推定されることから、軌道コストを考慮して目的地に向ってより真っ直ぐとなる新たな軌道が生成される。 In addition, in the case of the achievement level "extraordinary", it is estimated that humans are avoiding more than expected, so a new trajectory that is straighter toward the destination is generated considering the trajectory cost. be.

更に、達成度「有」の場合には、想定通りに人間が避けていると推定されることから、既に決定された行動計画を変更せずに、先に特定した実行軌道での移動がそのまま継続される。 Furthermore, if the degree of achievement is "yes", it is estimated that the human being is avoiding as expected, so the movement on the previously specified execution trajectory is left as it is without changing the action plan that has already been decided. Continued.

前記第2の調整部63では、次のようにして、達成度特定後におけるロボット10の行動が決定される。 The second adjustment unit 63 determines the behavior of the robot 10 after the achievement level is specified as follows.

ここで、達成度「無」の場合には、先になされた働きかけグループに応じて、次の働きかけ行動が選択される。 Here, if the degree of achievement is "none", the next appeal action is selected in accordance with the previous action group.

前段階で遠方働きかけグループでの働きかけ行動がなされたときには、アーム接触判定部55で人間へのアーム15の接触可能性の有無が判断され、以降、前述した狭小スペース用行動決定部35での働きかけ行動がなされる。 When the remote working group performs the working action in the previous stage, the arm contact determination unit 55 determines whether there is a possibility of the arm 15 coming into contact with the human being, and thereafter, the narrow space action determining unit 35 performs the work. action is taken.

また、前段階で近接働きかけグループでの働きかけ行動がなされたときには、このままでは、ロボット10が通り抜けるための通り抜けスペースをどうしても確保できないと判断され、全く別の方向にロボット10を移動させる軌道が生成され、当該軌道に沿った方向変換移動がなされる。なお、前段階の近接働きかけグループの中で、方向転換移動が既になされている場合は、当該移動がそのまま継続される。 In addition, when the approach action was performed in the proximity action group in the previous stage, it was determined that the passage space for the robot 10 to pass through could not be secured, and a trajectory for moving the robot 10 in a completely different direction was generated. , a reorientation movement along the trajectory is made. In addition, when the direction change movement has already been performed in the proximity action group in the previous stage, the movement is continued as it is.

一方、達成度「有」の場合には、ロボット10の通り抜けスペースが確保されることになったため、既に決定された軌道での移動がそのまま継続される。 On the other hand, if the degree of achievement is "yes", the passage space for the robot 10 has been secured, so the movement along the already determined trajectory is continued.

(干渉回避の行動計画手順)
前記制御装置13によるロボット10の行動計画手順について、主として、図1、図6及び図19のフローチャートを用いながら、以下に説明する。
(Action plan procedure for avoiding interference)
The action planning procedure of the robot 10 by the control device 13 will be described below mainly using the flow charts of FIGS. 1, 6 and 19. FIG.

先ず、ロボット10が所定の出発地から移動を開始した後、干渉度判定手段21により、ロボット10とその周囲を移動する人間との間での将来的な干渉可能性の有無、すなわち、干渉度が判定される(ステップS301)。そして、行動計画手段23により、干渉度の有無に応じたロボット10の行動計画がなされる。 First, after the robot 10 starts moving from a predetermined starting point, the degree-of-interference determining means 21 determines whether or not there is a possibility of future interference between the robot 10 and humans moving around it. is determined (step S301). Then, the action planning means 23 makes an action plan for the robot 10 according to the presence or absence of the degree of interference.

ここで、干渉度「無」の場合には、無干渉時計画部28で、人間との干渉回避を考慮することなく、壁等の固定移動物を避けながら、予め設定された目的地までロボット10を最短距離で移動させる経路計画がなされ、当該計画に対応する実行軌道が生成される(ステップS302)。そして、目的地に達するまで前記干渉度の判定以降の処理が一定時間毎に行われる(ステップS303)。 Here, when the degree of interference is "no", the non-interference planning unit 28 moves the robot to a preset destination while avoiding fixed moving objects such as walls without considering the avoidance of interference with humans. A route plan is made to move 10 in the shortest distance, and an execution trajectory corresponding to the plan is generated (step S302). Then, the processes after the determination of the degree of interference are performed at fixed time intervals until the destination is reached (step S303).

一方、干渉度「有」の場合には、干渉時計画部29で、各種状況に応じ、ロボット10と人間の将来的な干渉を回避するための行動計画がなされる。 On the other hand, if the degree of interference is "yes", an action plan for avoiding future interference between the robot 10 and a human is made in the interference planning section 29 according to various situations.

干渉回避の行動計画を行うに際し、先ず、認識度推定手段22により、人間におけるロボット10に対する認知の程度を表す認知度「大」、「小」、「無」の何れかの判定が行われる(ステップS304)。 When performing an action plan for interference avoidance, first, the recognition level estimation means 22 determines the recognition level, which indicates the degree of human recognition of the robot 10, as "high", "low", or "none" ( step S304).

その後、通り抜けスペース判定部31において、ロボット10が人間の横を通り抜ける際の通り抜けスペースの有無が判定される(ステップS305)。そして、当該通り抜けスペースの有無に応じて異なる行動計画がなされる。 After that, the passage space determining unit 31 determines whether or not there is a passage space when the robot 10 passes by the human (step S305). Then, different action plans are made depending on the presence or absence of the passing space.

A.「通り抜けスペース有」と判定されたケース A. A case judged to have a passing space

このケースでは、広大スペース用行動決定部34にて次の各種処理が行われる。 In this case, the following various types of processing are performed in the large space action determination unit 34 .

先ず、行動内容特定部37にて譲合度が求められる(ステップS306)。 First, the degree of concession is obtained by the action content identification unit 37 (step S306).

次に、軌道候補探索部44により、人間との干渉を回避するための軌道候補が、先に求めた譲合度に応じて複数パターン生成される(ステップS307)。 Next, the trajectory candidate search unit 44 generates a plurality of patterns of trajectory candidates for avoiding interference with humans according to the degree of concession obtained previously (step S307).

そして、最適軌道抽出部45により、軌道候補探索部44で生成された複数パターンの軌道候補の中から、軌道コストの最も低い効率的な移動が可能となる軌道が実行軌道として決定される(ステップS308)。 Then, the optimum trajectory extraction unit 45 determines, as the execution trajectory, a trajectory that enables efficient movement with the lowest trajectory cost from among the plurality of patterns of trajectory candidates generated by the trajectory candidate search unit 44 (step S308).

その後、実行軌道を生成するための動作時間や、実行軌道でのロボット10の移動開始から人間が行動するまでの応答時間等を考慮し、予め設定された一定の待機時間が設けられ、待機時間内が経過するまで次の処理が行われない(ステップS309)。 After that, in consideration of the operation time for generating the execution trajectory, the response time from the start of movement of the robot 10 on the execution trajectory to the action of the human, etc., a predetermined waiting time is provided. The next process is not performed until the time has elapsed (step S309).

前記待機時間が経過した後、達成度推定手段24で達成度が推定される(ステップS310)。その結果に応じて、計画調整手段25により、行動内容の調整の要否が決定される。すなわち、達成度「無」の場合は、前述したステップS304に戻って認知度の判定がなされ、ステップS305以降の処理が再度なされる。 After the waiting time has elapsed, the achievement level is estimated by the achievement level estimating means 24 (step S310). Depending on the results, the plan adjustment means 25 determines whether or not the action details need to be adjusted. That is, if the achievement level is "none", the process returns to step S304 to determine the degree of recognition, and the processes after step S305 are performed again.

また、達成度「極有」の場合には、目的地に向ってより真っ直ぐとなるように、実行軌道の修正が行われる(ステップS311)。 In addition, in the case of the degree of achievement "extraordinary", the execution trajectory is corrected so that it becomes straighter toward the destination (step S311).

更に、達成度「有」の場合には、既に決定された実行軌道がそのままの状態とされ、目的地に達するまで前記干渉度の判定以降の処理が一定時間毎に行われる(ステップS303)。 Further, if the degree of achievement is "yes", the already determined execution trajectory is left as it is, and the processes after the determination of the degree of interference are performed at regular time intervals until the destination is reached (step S303).

B.「通り抜けスペース無」と判定されたケース B. Cases determined as "no passing space"

このケースでは、狭小スペース用行動決定部35にて次の各種処理が行われる。
先ず、アーム接触判定部55により、現時点において、アーム15を人間に接触させる接触可能性の有無が判定される(ステップS312)。
In this case, the following various processes are performed by the narrow space action determination unit 35 .
First, the arm contact determination unit 55 determines whether or not there is a possibility that the arm 15 will contact a human at the present time (step S312).

B-1.接触可能性「無」の場合 B-1. In the case of contact possibility "no"

アーム15に対して接触不能となる接触可能性「無」の場合には、認知度に応じて、前記遠方働きかけグループの中から働きかけ行動が選択される(ステップS313)。 If the possibility of contact with the arm 15 is "no", the action is selected from the remote action group according to the degree of recognition (step S313).

すなわち、前記遠方働きかけグループの中で、認知度「大」の場合には、ロボット10の移動方向を変更させる軌道が生成され、ロボット10が通過する通り抜けスペースを確保できるように、人間に対して視覚的な進路示唆を行う働きかけ行動が選択される。 That is, in the remote working group, when the degree of recognition is "high", a trajectory for changing the moving direction of the robot 10 is generated, and the human is instructed to secure a space for the robot 10 to pass through. Engaging behaviors that provide visual course suggestions are selected.

また、前記遠方働きかけグループの中で、認知度「小」の場合には、認知度「大」の場合と同様の進路示唆を行う働きかけ行動が選択されるとともに、介入度の弱い声掛け「小」の働きかけ行動が選択される。 In addition, in the remote working group, when the degree of recognition is "low", the same action that suggests a course is selected as in the case of the degree of recognition of "high". ” is selected.

更に、前記遠方働きかけグループの中で、認知度「無」の場合には、認知度「大」の場合と同様の進路示唆を行う働きかけ行動が選択されるとともに、介入度の強い声掛け「大」の働きかけ行動が選択される。 Furthermore, in the distant working group, when the degree of recognition is "no", the same behavior that suggests a career path is selected as in the case of the degree of recognition of "high". ” is selected.

その後、達成度推定手段24で達成度が判定される(ステップS314)。ここでは、検出装置12で取得された働きかけ行動後の人間の位置情報から、前述のステップS305と同様の処理により、ロボット10の通り抜けスペースの有無が判定される。そこで、ロボット10の通り抜けスペースが確保された場合には、達成度「有」とされ、更なる干渉回避行動の必要性が無いと判断される。一方、ロボット10の通り抜けスペースが依然確保されていない場合には、達成度「無」とされ、更なる干渉回避行動の必要性が有ると判断される。 Thereafter, the achievement level is determined by the achievement level estimation means 24 (step S314). Here, based on the position information of the person after the action action acquired by the detection device 12, the presence or absence of the space through which the robot 10 passes is determined by the same processing as in step S305 described above. Therefore, when a space for the robot 10 to pass through is ensured, the degree of achievement is set to "yes", and it is determined that there is no need for further interference avoidance action. On the other hand, if the space through which the robot 10 can pass is still not secured, the degree of achievement is set to "none", and it is determined that there is a need for further interference avoidance action.

そして、計画調整手段25により次の対応がなされる。すなわち、達成度「有」の場合には、既に決定された実行軌道がそのままの状態とされ、目的地に達するまで前記干渉度の判定以降の処理が一定時間毎に行われる(ステップS303)。一方、達成度「無」の場合には、前述のステップS312に戻り、それ以降の処理が繰り返し行われる。 Then, the plan adjusting means 25 takes the following measures. That is, when the degree of achievement is "yes", the already determined execution trajectory is left as it is, and the processing after the determination of the degree of interference is performed at regular time intervals until the destination is reached (step S303). On the other hand, if the achievement level is "none", the process returns to step S312, and the subsequent processes are repeated.

B-2.接触可能性「有」の場合 B-2. If contact possibility is "Yes"

ステップS312で、アーム15に対して接触可能となる接触可能性「有」と判定された場合には、先ず、人間に対して聴覚面からロボット10の接近を知らせるために、所定の音声をスピーカー16から発する声掛けの働きかけ行動が行われる(ステップS315)。その上で、認知度に応じて、前記近接働きかけグループの中から各種行動が選択される(ステップS316)。 In step S312, if it is determined that there is a possibility of contact with the arm 15, first, a predetermined sound is played from the speaker to notify the human of the approach of the robot 10 from the auditory perspective. 16 is performed (step S315). Then, various actions are selected from the proximity action group according to the degree of recognition (step S316).

前記近接働きかけグループの中で、認知度「大」の場合には、ロボット10が人間に対して後退しながら全く別の方向にロボット10を方向転換させる行動が選択され、ロボット10の移動方向を変更しながら目的地を目指す新たな軌道が生成される。 In the proximity working group, when the degree of recognition is "high", an action is selected in which the robot 10 retreats from the human and turns the robot 10 in a completely different direction. A new trajectory aiming at the destination is generated while changing.

また、前記近接働きかけグループの中で、認知度「小」の場合には、ロボット10のアーム15を人間に接触させることで、前記通り抜けスペースを確保するように人間の移動を促す接触「小」の働きかけ行動が選択される。 Further, when the degree of recognition is "low" in the proximity action group, the arm 15 of the robot 10 is brought into contact with the human to encourage the movement of the human so as to secure the passing space. is selected.

更に、前記近接働きかけグループの中で、認知度「無」の場合、認知度「小」の場合よりも介入度の強い接触「大」の働きかけ行動が選択される。 Furthermore, in the proximity working group, when the degree of recognition is "none", the working action of "large" contact with a stronger degree of intervention than when the degree of recognition is "low" is selected.

その後、達成度推定手段24で達成度が判定される(ステップS317)。ここでは、検出装置12で取得された人間の位置情報から、前述のステップS305と同様の処理により、ロボット10の通り抜けスペースの有無が判定される。そこで、ロボット10の通り抜けスペースが確保された場合には、達成度「有」とされ、更なる働きかけ行動の必要性が無いと判断される。一方、ロボット10の通り抜けスペースが依然確保されていない場合には、達成度「無」とされ、更なる働きかけ行動の必要性が有ると判断される。 Thereafter, the achievement level is determined by the achievement level estimating means 24 (step S317). Here, based on the position information of the person acquired by the detection device 12, it is determined whether or not there is a space for the robot 10 to pass through by the same processing as in step S305 described above. Therefore, when a space for the robot 10 to pass through is secured, the degree of achievement is set to "yes", and it is determined that there is no need for further action. On the other hand, if the passage space for the robot 10 has not yet been secured, the degree of achievement is set to "no", and it is determined that there is a need for further action.

そして、計画調整手段25により次の対応がなされる。すなわち、達成度「有」の場合には、既に決定された実行軌道がそのままの状態とされ、目的地に達するまで前記干渉度の判定以降の処理が一定時間毎に行われる(ステップS303)。一方、達成度「無」の場合には、このままでは、ロボット10が通り抜けるための通り抜けスペースをどうしても確保できないと判断され、全く別の方向にロボット10を移動させる方向変換軌道が生成される(ステップS318)。その後、干渉度判定手段21での干渉度の判定に戻り(ステップS301)、前述と同様の手順を経ながらロボット10の行動計画がなされる。 Then, the plan adjusting means 25 takes the following measures. That is, when the degree of achievement is "yes", the already determined execution trajectory is left as it is, and the processing after the determination of the degree of interference is performed at regular time intervals until the destination is reached (step S303). On the other hand, if the degree of achievement is "None", it is determined that the passage space for the robot 10 to pass through cannot be secured, and a direction change trajectory is generated to move the robot 10 in a completely different direction (step S318). Thereafter, the process returns to the determination of the degree of interference by the degree-of-interference determining means 21 (step S301), and the action plan of the robot 10 is made through the same procedure as described above.

以上、本実施形態によれば、あたかも人間同士のすれ違い時のような人間の振る舞いに近いロボット10の動作が可能となり、ロボット10の移動に際して、その周囲の人間に過剰な不快感を与えることなく、しかも、ロボット10を目的地に向って効率良く移動させることができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible for the robot 10 to move in a manner similar to that of a human being, such as when humans pass each other. Moreover, the robot 10 can be efficiently moved toward the destination.

なお、制御装置13では、前述した声掛けの働きかけ行動において、ロボット10の周囲の環境における音圧等の音情報をマイク(図示省略)で収集し、当該音情報に応じ、周囲の環境に配慮した音の大きさや種類等の音声をスピーカー16から発する音制御を行っても良い。 It should be noted that the control device 13 collects sound information such as sound pressure in the environment around the robot 10 with a microphone (not shown) in the above-described behavior of calling out, and considers the surrounding environment according to the sound information. It is also possible to perform sound control in which the loudspeaker 16 emits a sound such as the volume and type of the sound produced.

また、制御装置13では、アーム15が人間に接触する働きかけ行動において、人間の周囲が密集している等の場合にソフトな接触を行う等、ロボット10の周辺の環境情報を取得するセンサの検出結果に応じて、人間への接触の程度を可変にする動作制御を行っても良い。 In addition, in the control device 13, when the arm 15 is in contact with a human being, a sensor that acquires environmental information around the robot 10, such as soft contact when the surroundings of the human being are crowded, is detected. Depending on the results, motion control may be performed to vary the degree of contact with humans.

その他、前述した働きかけの種類は、例示的なものであって、ロボット10の動作による他の働きかけ行動を種々設定することもできる。 In addition, the types of actions described above are examples, and various other action actions can be set by the actions of the robot 10 .

また、前記実施形態では、「干渉度」が2段階、「認知度」が3段階、「達成度」が2段階にそれぞれ設定されているが、本発明はこれに限らず、それぞれ更に多段階で評価し、段階毎に更に細かい働きかけを設定することも可能である。 Further, in the above-described embodiment, the "degree of interference" is set in two stages, the "level of recognition" is set in three stages, and the "level of achievement" is set in two stages. It is also possible to evaluate with , and set more detailed actions for each stage.

次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、前記第1実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一符号を用いるものとし、説明を省略若しくは簡略にする。
(第2実施形態)
Next, another embodiment of the present invention will be described. In the following description, the same reference numerals will be used for components that are the same as or equivalent to those of the first embodiment, and the description will be omitted or simplified.
(Second embodiment)

第2実施形態に係るロボット100は、移動障害物である人間のパーソナルスペースの内側領域の通過も想定し、人間に与える不快感の緩和を考慮しつつ、ロボット100と人間の不意の衝突をも回避可能な軌道計画を行えるようにしたところに特徴を有する。 The robot 100 according to the second embodiment assumes that the robot 100 can pass through the area inside the personal space of a person, which is a movement obstacle, and that an unexpected collision between the robot 100 and a person can occur while taking into account the alleviation of the discomfort given to the person. It is characterized by being able to perform avoidable trajectory planning.

すなわち、本実施形態のロボット100は、図20に示されるように、第1の実施形態の干渉時計画部29と構成の異なる干渉時計画部103を備えており、その他の構成は、前記第1実施形態と実質的に同一となっている。 That is, as shown in FIG. 20, the robot 100 of the present embodiment includes an interference planning section 103 having a configuration different from that of the interference planning section 29 of the first embodiment. It is substantially the same as one embodiment.

この干渉時計画部103では、前記干渉度判定手段21で将来的な干渉度が「有」と判定されたときに、当該干渉が予測される人間を避けるためのロボット100の行動が計画される。 When the interference degree determining means 21 determines that the future degree of interference is "presence", the interference planning section 103 plans the behavior of the robot 100 to avoid the human expected to interfere. .

この干渉時計画部103は、図20に示されるように、現在位置でのロボット100が人間のパーソナルスペース内に存在するか否かを判定する接近状態判定部105と、ロボット100と人間が将来的に体幹接触する可能性の有無を判定する接触可能性判定部106と、ロボット100の人間への働きかけ行動に要する働きかけ準備時間の有無を判定する準備時間判定部107と、緊急時の衝突回避対応を行うロボット100の行動である緊急回避行動を選択する緊急回避行動選択部108と、緊急でない時の衝突回避対応を行うロボット100の行動である通常回避行動を選択する通常回避行動選択部109とを備えている。 As shown in FIG. 20, this collision time planning unit 103 includes an approaching state determination unit 105 that determines whether the robot 100 at the current position is in the human's personal space, a contact possibility determination unit 106 that determines whether or not there is a possibility that the robot 100 will make physical contact with the human trunk; An emergency avoidance action selection unit 108 that selects an emergency avoidance action that is an action of the robot 100 that performs avoidance, and a normal avoidance action selection unit that selects a normal avoidance action that is an action of the robot 100 that performs collision avoidance in a non-emergency situation. 109.

(接近状態判定部の構成)
前記接近状態判定部105では、検出装置12での検出結果により、現時点において、第1実施形態と同様にして人間のパーソナルスペースの範囲が特定され、当該範囲内にロボット100のパーソナルスペースの少なくとも一部が侵入しているか否かが判定される。すなわち、現時点でロボット100のパーソナルスペースが、人間のパーソナルスペースの範囲内に位置する場合には、接近状態とされ、そうでない場合には、非接近状態とされる。
(Configuration of approaching state determination unit)
In the approaching state determination unit 105, based on the detection result of the detection device 12, the range of the personal space of the human being is specified at the present time in the same manner as in the first embodiment. It is determined whether or not the part is encroaching. That is, if the personal space of the robot 100 is currently within the range of the personal space of a person, it is in the approaching state, and if not, it is in the non-approaching state.

(接触可能性判定部の構成)
前記接触可能性判定部106では、検出装置12での検出結果に基づき、第1実施形態と同様にロボット100が人間に最接近した際の相対距離が求められ、当該相対距離の閾値を基準に、ロボット100の体幹部分が人間に接触する体幹接触の可能性の有無が判定される。すなわち、ここでは、前記相対距離が、予め特定されたロボット100及び人間の各体幹幅の合計よりも短い場合に、前記体幹接触の可能性が「有」とされ、そうでない場合に、前記体幹接触の可能性が「無」とされる。
(Configuration of Contact Possibility Determining Unit)
In the contact possibility determination unit 106, based on the detection result of the detection device 12, the relative distance when the robot 100 comes closest to the human is obtained in the same manner as in the first embodiment. , it is determined whether or not there is a possibility of trunk contact in which the trunk portion of the robot 100 contacts a human. That is, here, when the relative distance is shorter than the sum of the trunk widths of the robot 100 and the human trunk specified in advance, the possibility of trunk contact is determined to be "present"; The possibility of the trunk contact is set to "no".

(準備時間判定部の構成)
前記準備時間判定部107では、次のようにして働きかけ準備時間の有無が判定される。ここでは、検出装置12での検出結果から、第1実施形態と同様に、現時点において、ロボット100と人間との相対距離とそれらの速度ベクトルが特定されることにより、それらが相互に干渉するまでにかかる時間が算出される。そして、当該時間が、働きかけ行動等に必要となる各種動作(アーム15や声掛けの動作等)のために予め設定された働きかけ準備時間と対比され、当該働きかけ準備時間よりも短い場合に準備時間「無」とされ、当該働きかけ準備時間よりも長い場合に準備時間「有」とされる。
(Configuration of preparation time determination unit)
The preparation time determining unit 107 determines whether or not there is preparation time for working as follows. Here, as in the first embodiment, the relative distance between the robot 100 and the human and their velocity vectors are specified from the detection result of the detection device 12 at the present time, so that they interfere with each other. time is calculated. Then, the time is compared with the action preparation time set in advance for various actions (arm 15, call action, etc.) required for the action action, etc., and if the time is shorter than the action preparation time, the preparation time If the preparation time is longer than the action preparation time, the preparation time is set as "presence".

(緊急回避行動選択部の構成)
前記緊急回避行動選択部108では、現時点でロボット100のパーソナルスペースが人間のパーソナルスペース内に存在する接近状態の場合と、そうでない非接近状態であり、且つ、働きかけ行動のための準備時間「無」の場合とにおいて、後述する各種の緊急回避行動の中から所定の行動が選択される。
(Configuration of emergency avoidance action selection unit)
The emergency avoidance action selection unit 108 determines whether the robot 100 is currently in an approaching state in which the personal space of the robot 100 exists within a human's personal space, or in a non-approaching state, and the preparation time for the action action is "none". , a predetermined action is selected from various emergency avoidance actions described later.

この緊急回避行動選択部108は、人間に接触させずに、人間のパーソナルスペース内に侵入して目的地までロボット100を進行させる接近経路における軌道である接近軌道を生成する接近軌道生成機能111と、ロボット100をこれまでと逆方向に進行させる逆移動経路における軌道である逆方向軌道を生成する逆方向軌道生成機能112と、ロボット100を一旦停止させる一旦停止機能113とを有する。 The emergency avoidance action selection unit 108 includes an approach trajectory generation function 111 that generates an approach trajectory, which is a trajectory in an approach route that allows the robot 100 to enter a human's personal space and advance to the destination without contacting the human. , a reverse trajectory generation function 112 for generating a reverse trajectory, which is a trajectory in a reverse movement route for advancing the robot 100 in the opposite direction, and a temporary stop function 113 for temporarily stopping the robot 100 .

前記接近軌道生成機能111においては、接近状態判定部105、接触可能性判定部106、準備時間判定部107での判定結果に基づく次の各場合に、前記接近軌道が生成される。すなわち、第1の場合として、現時点でロボット100が人間のパーソナルスペース内に存在する接近状態のときに、それらの体幹接触の可能性が「無」であり、且つ、これまでロボット100から何らかの働きかけ行動をしている場合が挙げられる。また、第2の場合として、前記非接近状態のときに、働きかけ行動のための準備時間が「無」で、且つ、これまでロボット100から何らの働きかけ行動をしている場合が挙げられる。 In the approach trajectory generation function 111, the approach trajectory is generated in each of the following cases based on the determination results of the approach state determination unit 105, the contact possibility determination unit 106, and the preparation time determination unit 107. That is, as the first case, when the robot 100 is currently in a close state in a human's personal space, the possibility of contact between the trunks is "no" and the robot 100 has been in some way. For example, the case of taking action to work. In the second case, when the robot 100 is in the non-approaching state, there is no preparation time for the action and the robot 100 has already taken any action.

この接近軌道生成機能111では、前記第1実施形態における定速軌道生成機能48(図6参照)と同様の演算処理により、ロボット100が定常速度で移動する接近軌道が生成される。具体的に、ここでは、前述の定速軌道生成機能48における上式(17)での譲合度Pを100%としている。また、上式(17)に代入される基準距離Lを、ロボット10と人間の各パーソナルスペースの半径の和であるRLR+RLHとしていたところ、RLR+RLHよりも短く、且つ、人間の体幹幅よりも長い所定距離としている。これにより、ロボット100が人間のパーソナルスペースに侵入しながら、人間に接触することなくロボット100と人間とのすれ違いが可能な接近軌道が生成される。図21に例示されるように、この接近軌道は、人間Hの左右両側でのすれ違いを可能とするように、2種類の接近経路PTの中から、移動距離の少ない方の軌道が選択される。また、固定障害物等の存在により、何れか一方の接近経路PTでロボット100の通過が不可能となる場合には、他方の接近経路PTにおける接近軌道が選択される。なお、何れの接近軌道でもロボット100の通過が不可能となる場合は、逆方向軌道生成機能112による逆方向軌道による移動か、一旦停止機能113での一旦停止の何れかの行動が選択される。 The approach trajectory generation function 111 generates an approach trajectory in which the robot 100 moves at a constant speed by the same arithmetic processing as the constant speed trajectory generation function 48 (see FIG. 6) in the first embodiment. Specifically, here, the concession degree P R in the above equation (17) in the constant speed trajectory generation function 48 is set to 100%. In addition, when the reference distance L b substituted into the above equation (17) is set to R LR +R LH , which is the sum of the radii of the personal spaces of the robot 10 and the human, it is shorter than R LR +R LH and A predetermined distance longer than the width of the trunk. As a result, an approach trajectory is generated that allows the robot 100 to pass the human without contacting the human while the robot 100 is intruding into the human's personal space. As exemplified in FIG. 21, this approach trajectory is selected from the two types of approach trajectories PT 1 so as to allow the human H to pass each other on both the left and right sides, and the trajectory with the smaller movement distance is selected. be. If the robot 100 cannot pass through one of the approach routes PT-1 due to the presence of a fixed obstacle or the like, the approach trajectory of the other approach route PT- 1 is selected. If the robot 100 cannot pass through any of the approach trajectories, either movement on the reverse trajectory by the reverse trajectory generation function 112 or temporary stop by the temporary stop function 113 is selected. .

前記逆方向軌道生成機能112では、接近状態判定部105、接触可能性判定部106、準備時間判定部107での判定結果に基づく次の各場合に、人間から遠ざかるようにロボットを逆方向に方向変換移動させる逆方向軌道が1種類生成される。すなわち、ここでの第1の場合として、現時点でロボット100が人間のパーソナルスペース内に存在する接近状態のときに、それらの体幹接触の可能性が「無」であり、且つ、これまでロボット100から働きかけ行動が何らされていない場合が挙げられる。また、第2の場合として、前記接近状態のときに、それらの体幹接触の可能性が「有」の場合が挙げられる。更に、第3の場合として、前記非接近状態のときに、働きかけ行動のための準備時間が「無」で、且つ、これまでロボット100から働きかけ行動が何らされていない場合が挙げられる。 The reverse trajectory generation function 112 directs the robot in the opposite direction away from the human in each of the following cases based on the determination results of the approach state determination unit 105, the contact possibility determination unit 106, and the preparation time determination unit 107. One type of backward trajectory for conversion movement is generated. That is, as the first case here, when the robot 100 is currently in a close state in which the robot 100 exists in a human's personal space, the possibility of contact between the trunks thereof is "no" and A case where no action is taken from 100 is given. In addition, as a second case, there is a case where the possibility of contact between the trunks is "present" in the approach state. Furthermore, as a third case, there is a case where the preparation time for the action action is "none" in the non-approaching state and the robot 100 has not made any action action so far.

前記一旦停止機能113では、逆方向軌道生成機能112で生成される逆方向軌道が、経路上の固定障害物の存在等により、ロボット100の移動が不可能となる場合や、時間的に人間への体幹接触の回避が不可能であるような場合に、ロボット100を一旦停止させる行動が選択される。なお、その後、ロボット100を移動させながら、無干渉時経過部28(図1参照)若しくは干渉時経過部103での各種処理が再び行われる。 In the temporary stop function 113, the reverse trajectory generated by the reverse trajectory generation function 112 is used when the robot 100 cannot move due to the presence of fixed obstacles on the path, etc. If it is impossible to avoid contact with the trunk of the robot 100, an action to temporarily stop the robot 100 is selected. After that, while the robot 100 is being moved, the various processes in the non-interference time passage unit 28 (see FIG. 1) or the interference time passage unit 103 are performed again.

(通常回避行動選択部の構成)
前記通常回避行動選択部109では、現時点でロボット100のパーソナルスペースが人間のパーソナルスペースの外側に存在する非接近状態で、働きかけ行動のための準備時間「有」のときに、後述する各種の通常回避行動の中から所定の行動が選択される。この通常回避行動としては、ロボット100による働きかけ行動を伴いながら、接近軌道、迂回軌道、接触軌道の何れかの種類の軌道に沿ってロボット100を移動させる行動が挙げられる。
(Configuration of normal avoidance action selection unit)
In the normal avoidance action selection unit 109, when the personal space of the robot 100 is currently outside the personal space of the human being and the preparation time for the action action is "yes", various normal actions to be described later are performed. A predetermined action is selected from the avoidance actions. This normal avoidance action includes an action of moving the robot 100 along any one of an approach trajectory, a detour trajectory, and a contact trajectory, accompanied by an action action by the robot 100 .

ここで、図21に示されるように、前述したように、接近経路PTに基づく前記接近軌道は、ロボット100が人間のパーソナルスペースPS内に侵入することを意図し、ロボット100が人間Hに接触しない最低距離を隔てて人間Hの横をすれ違いながら、目的地GPまでロボット100を進行させる軌道である。この接近軌道でのロボット10の移動に際しては、人間Hとの不意の衝突時に備えてアーム15を構える動作を行うとともに、ロボット100の接近を人間Hに知らせる声掛けを行う働きかけ行動がなされる。 Here, as shown in FIG. 21, as described above, the approach trajectory based on the approach path PT1 is intended for the robot 100 to enter the human's personal space PSH, and the robot 100 is intended to enter the human's H space. This is the trajectory for advancing the robot 100 to the destination GP while passing by the human H at the minimum distance that does not contact the . When the robot 10 moves on this approach trajectory, the arm 15 is set up in preparation for an unexpected collision with the human H, and the robot 100 also makes an action of calling out to the human H that the robot 100 is approaching.

また、前記迂回軌道は、図21の迂回経路PTに基づく軌道である。すなわち、この迂回経路PTは、人間Hへの働きかけにより、ロボット100と人間Hの各パーソナルスペースPS,PSが重ならないように、ロボット100のパーソナルスペースPSが人間HのパーソナルスペースPSに侵入しないことを意図し、ロボット100が人間HのパーソナルスペースPSの外側を迂回する経路である。この迂回軌道での移動に際しては、前記第1実施形態で説明した譲合度Pを50%とする主張行動による働きかけ行動がなされる。 Also, the detour trajectory is a trajectory based on the detour route PT2 in FIG . In other words, this detour route PT 2 is such that the personal space PS R of the robot 100 and the personal space PS R of the human H are not overlapped by the personal space PS R of the robot 100 and the personal space PS H of the human H. This is the path that the robot 100 circumnavigates outside of the human H's personal space PS H , intended not to intrude on H. At the time of movement on this detour trajectory, an appealing action based on assertive action with a concession degree PR of 50% as described in the first embodiment is performed.

更に、前記接触軌道は、図21の接触経路PTに基づく軌道である。この接触経路PTは、アーム15を人間Hに接触させながらロボット100から離れる方向に人間Hを押すことにより人間Hを移動させ、移動後の人間Hの横をロボット100が通過しながら、目的地までロボット100を進行させる経路である。この接触軌道でのロボット100の移動に際しては、人間Hに対するロボット100の接近と接触予定等を人間Hに知らせる声掛けを行う働きかけ行動がなされるとともに、アーム15を使って人間Hに所定の押圧力を付加して人間Hの移動を促す動作がなされる。なお、ここでの接触軌道は、人間Hをロボット100と反対方向に所定量移動させることを意図しているが、図示しないセンサによって計測されるアーム15の反力が所定値以上になった場合は、人間Hが移動不能であると判断し、ロボット100の移動を一旦停止する等の行動を採ることもできる。 Further, the contact trajectory is a trajectory based on the contact path PT3 of FIG. This contact path PT3 moves the human H by pushing the human H away from the robot 100 while bringing the arm 15 into contact with the human H , and the robot 100 passes by the human H after the movement, while the robot 100 moves toward the target. This is the path for advancing the robot 100 to the ground. When the robot 100 moves along the contact trajectory, the robot 100 makes an approach action to the human H and calls out to inform the human H of the planned contact, etc., and the arm 15 is used to press the human H in a predetermined manner. An action is performed to urge the person H to move by applying pressure. Note that the contact trajectory here is intended to move the human H by a predetermined amount in the direction opposite to the robot 100, but when the reaction force of the arm 15 measured by a sensor (not shown) exceeds a predetermined value, may determine that the human H is immobile, and take actions such as temporarily stopping the movement of the robot 100 .

具体的に、前記通常回避行動選択部109は、ロボット100と人間Hの相対位置関係から、前記迂回経路PTの設定可否を判定する迂回可否判定部115と、ロボット100が人間Hの横を通り抜ける通り抜け幅が有るか否かを判定する通り抜けスペース判定部116と、迂回軌道、接近軌道及び/又は接触軌道の中から、ロボット100を目的地に向って進行させる軌道候補を探索する軌道候補探索部117と、複数生成された軌道候補の中から最適となる軌道を選択し、実際にロボット10を移動させる実行軌道とする最適軌道抽出部118と、当該実行軌道の種別に対応した前述の働きかけ行動を特定する行動内容特定部119と、を備えている。 Specifically, the normal avoidance action selection unit 109 includes a detour decision unit 115 that determines whether the detour route PT2 can be set based on the relative positional relationship between the robot 100 and the human H. A pass-through space determination unit 116 that determines whether or not there is a pass-through width, and a trajectory candidate search that searches for trajectory candidates for advancing the robot 100 toward the destination from detour trajectories, approach trajectories, and/or contact trajectories. an optimal trajectory extraction unit 118 that selects the optimal trajectory from among the plurality of generated trajectory candidates and sets it as an execution trajectory for actually moving the robot 10; and an action content identification unit 119 that identifies the action.

前記迂回可否判定部115では、現在のロボット100と人間との相対位置関係から、迂回経路PTを物理的に計画できる相対距離があるか否かが判定される。つまり、先ず、前記第1実施形態における軌道候補探索部44と同様の演算処理により、各通過点(WP1~WP3)が求められる。そして、固定障害物の存否に関わらず、当該各通過点に到達するために必要となるロボットの方向転換や速度調整が、予め特定されているロボット100の性能上、物理的に可能であるか否かが判定される。その結果、同可能の場合に迂回「可」され、同不可能の場合に迂回「不可」とされる。 The detour availability determination unit 115 determines whether or not there is a relative distance at which the detour route PT2 can be physically planned based on the current relative positional relationship between the robot 100 and the human. That is, first, each passing point (WP1 to WP3) is obtained by the same arithmetic processing as that of the trajectory candidate searching section 44 in the first embodiment. Then, regardless of the existence or non-existence of fixed obstacles, is it physically possible in terms of the performance of the robot 100, which is specified in advance, to change the direction and adjust the speed of the robot to reach each passing point? No is determined. As a result, when the same is possible, the detour is “permitted”, and when the same is not possible, the detour is “impossible”.

前記通り抜けスペース判定部116は、前記第1実施形態の通り抜けスペース判定部31と同様にして、ロボット100が人間の横を実際に通り抜けるための幅である通り抜け幅があるか否かが判定される。すなわち、ロボット100が人間に最接近する際に、人間の横のスペースが前記通り抜け幅以上の幅を有する場合には、通り抜けスペース「有」とされ、そうでない場合には、通り抜けスペース「無」とされる。ここで、前記通り抜け幅としては、ロボット100の体幹幅に、その予備代を加算して得られた一定値が予め設定される。 The pass-through space determination unit 116 determines whether or not there is a pass-through width, which is the width for the robot 100 to actually pass through the side of the human, in the same manner as the pass-through space determination unit 31 of the first embodiment. . That is, when the robot 100 comes closest to the human, if the space next to the human has a width equal to or greater than the pass-through width, the pass-through space is "present", and otherwise, the pass-through space is "absent". It is said that Here, as the pass-through width, a constant value obtained by adding the spare allowance to the trunk width of the robot 100 is set in advance.

前記軌道候補探索部117は、前記迂回軌道を生成する迂回軌道生成機能121と、前記接近軌道を生成する接近軌道生成機能122と、前記接触軌道を生成する接触軌道生成機能123と、これら各機能121~123で生成された各軌道について、人間に対するロボット100の接近時のリスクである接近リスクに関する指標となる近接エネルギーを求める近接エネルギー算出機能124と、近接エネルギーによる接近リスク判定に基づき軌道候補を特定する軌道候補特定機能125とを有している。 The trajectory candidate searching unit 117 includes a detour trajectory generation function 121 that generates the detour trajectory, an approach trajectory generation function 122 that generates the approach trajectory, a contact trajectory generation function 123 that generates the contact trajectory, and these functions. For each trajectory generated in steps 121 to 123, a proximity energy calculation function 124 that obtains a proximity energy as an indicator of approach risk, which is the risk when the robot 100 approaches a human, and a trajectory candidate is determined based on approach risk determination by proximity energy. and a trajectory candidate specifying function 125 to specify.

前記迂回軌道生成機能121では、第1実施形態で説明した譲合度Pを50%とし、第1実施形態における軌道候補探索部44及び最適軌道抽出部45での処理と同様にして決定された1つの軌道が前記迂回軌道の軌道候補とされる。また、ここでは、後述する軌道候補特定機能125での接近リスク判定に利用するための基準となる迂回軌道である対比用の迂回軌道も求められる。この対比用の迂回軌道は、迂回経路PT上においてロボット100の通過を阻害する壁等の固定障害物が無いと仮定し、同一の手順より1つに特定される。なお、ロボット100の周囲の環境によっては、対比用の迂回軌道が、固定障害物の存在を考慮して生成された迂回軌道と同一になる場合もある。 In the detour trajectory generation function 121, the degree of concession P R described in the first embodiment is set to 50%, and determined in the same manner as the processing in the trajectory candidate search unit 44 and the optimum trajectory extraction unit 45 in the first embodiment. One trajectory is set as a trajectory candidate for the detour trajectory. Further, here, a detour trajectory for comparison, which is a reference detour trajectory for use in approach risk determination by the trajectory candidate specifying function 125, which will be described later, is also obtained. This detour trajectory for comparison is specified by the same procedure, assuming that there is no fixed obstacle such as a wall obstructing the passage of the robot 100 on the detour route PT2. Depending on the environment around the robot 100, the detour trajectory for comparison may be the same as the detour trajectory generated in consideration of the existence of fixed obstacles.

前記接近軌道生成機能122では、前記緊急回避行動選択部108の接近軌道生成機能111と同様にして接近軌道が生成されるが、ここでは、ロボット100の移動速度がそれぞれ異なる複数パターンの接近軌道が生成される。 The approach trajectory generation function 122 generates an approach trajectory in the same manner as the approach trajectory generation function 111 of the emergency avoidance action selection unit 108. Here, a plurality of patterns of approach trajectories with different moving speeds of the robot 100 are generated. generated.

前記接触軌道生成機能123では、前記第1実施形態における定速軌道生成機能48と同様の演算処理により、ロボット100が定常速度で移動する接触軌道が生成される。具体的に、ここでは、前述の定速軌道生成機能48における上式(17)での譲合度Pを100%にするとともに、上式(17)に代入される基準距離Lとして、ロボット100の接触により人間を移動させる際の一定の目標移動量分を人間が移動したと仮定した位置において、ロボットが人間に接触しないように最低限必要となる距離が設定される。また、ここでは、ロボット100の移動速度が異なる複数パターンの接触軌道が生成される。 The contact trajectory generation function 123 generates a contact trajectory along which the robot 100 moves at a steady speed by the same arithmetic processing as the constant speed trajectory generation function 48 in the first embodiment. Specifically, here, the concession degree P R in the above equation (17) in the constant speed trajectory generation function 48 is set to 100%, and the robot A minimum required distance is set so that the robot does not come into contact with the human at a position where the human is assumed to have moved by a certain target amount of movement when the human is moved by 100 contacts. Also, here, a plurality of patterns of contact trajectories with different moving speeds of the robot 100 are generated.

前記近接エネルギー算出機能124では、各軌道生成機能121~123で求めた各軌道について、次式により前記近接エネルギーEが求められる。ここで、近接エネルギーEが大きいほど、前記接近リスクが高いと推定される。

Figure 0007178066000010
The proximity energy calculation function 124 obtains the proximity energy E l for each trajectory obtained by each of the trajectory generation functions 121 to 123 by the following equation. Here, it is estimated that the approach risk is higher as the proximity energy El is larger.
Figure 0007178066000010

上式において、Aは、第1実施形態と同様にして認識度推定手段22で求めた認知度に応じて特定される認知度をパラメータとした変数であり、認知度が「大」の場合と認知度が「小」、「無」の場合とで異なる値を採る。これら値は、予め設定されており、認知度が「小」、「無」の場合は、認知度が「大」の場合よりも、前記接近リスクが高いと推定され、大きな値が設定される。 In the above equation, A c is a variable whose parameter is the degree of recognition specified according to the degree of recognition obtained by the recognition degree estimation means 22 in the same manner as in the first embodiment. and when the degree of recognition is "low" and "none". These values are set in advance, and when the degree of recognition is "small" or "no", it is estimated that the approach risk is higher than when the degree of recognition is "large", and a large value is set. .

また、上式のPは、将来的な干渉が予測される人間に対する近寄り難さをパラメータとした変数である。すなわち、当該人間の年齢等の属性や、人間が何か物を持っている等の状況に応じて所定値が割り当てられるようになっている。この変数Pは、図示省略したセンサ等による検出に基づいて、予め決められたルールにより所定値が割り当てられる他、遠隔地からの任意の値の入力等によって特定するようにしてもよい。 Also, P n in the above equation is a variable that takes as a parameter the difficulty of approaching a person who is expected to interfere in the future. In other words, a predetermined value is assigned according to attributes such as the age of the person concerned and situations such as the person holding something. This variable Pn is assigned a predetermined value according to a predetermined rule based on detection by a sensor or the like (not shown), or may be specified by inputting an arbitrary value from a remote location.

更に、上式のDは、ロボット100が人間に最接近したときに、ロボット100に対する人間の向きをパラメータとした変数である。ここでは、検出装置12で検出された人間の顔の向きから、前記最接近時におけるロボット100に対する人間の向きが特定され、変数Dが算出される。この変数Dは、ロボット100が、人間の前方の正面位置に存在する状態から同後方の背面位置に存在する状態まで、ロボット100に対する人間の顔の向きを表す相対角度に応じて段階的に増大する値が特定される。つまり、人間の顔の真正面にロボット100が存在する状態から、ロボット100が人間の顔の側方から後方に存在する状態になるに従い、変数Dが徐々に増大するように設定される。このため、変数Dが大きくなる程、前記接近リスクが高くなる。 Furthermore, Dr in the above equation is a variable whose parameter is the orientation of the human relative to the robot 100 when the robot 100 is closest to the human. Here, the orientation of the human with respect to the robot 100 at the time of closest approach is specified from the orientation of the human face detected by the detection device 12, and the variable Dr is calculated. This variable Dr is set in stages according to the relative angle representing the orientation of the human face with respect to the robot 100, from the state in which the robot 100 exists in the front position in front of the human to the state in which the robot 100 exists in the rear position behind the human. An increasing value is identified. That is, the variable Dr is set to gradually increase as the robot 100 moves from the state in which the robot 100 exists directly in front of the human face to the state in which the robot 100 exists from the side to the rear of the human face. Therefore, as the variable Dr increases, the approach risk increases.

また、dは、ロボット100と人間が最接近した際のそれらの相対距離であり、ロボット100の各軌道に基づいて特定される。更に、vは、ロボット100と人間が最接近した際のロボット100における人間方向の成分の速度であり、vは、同最接近の際の人間におけるロボット100方向の成分の速度である。なお、kとkは、予め設定された一定の係数である。 Also, d is the relative distance between the robot 100 and the human when they are closest to each other, which is specified based on each trajectory of the robot 100 . Further, vR is the component velocity of the robot 100 toward the human when the robot 100 and the human are closest to each other, and vH is the component velocity of the human toward the robot 100 when the robot 100 and the human are closest to each other. Note that k1 and k2 are constant coefficients set in advance.

以上の近接エネルギー算出機能124では、仮想的な迂回軌道である対比用の迂回軌道と、各パターンの接近軌道及び接触軌道のそれぞれについて、リスク判定の際の近接エネルギーEが求められる。 The proximity energy calculation function 124 described above obtains the proximity energy El for risk determination for each of the detour trajectory for comparison, which is a virtual detour trajectory, and the approach trajectory and contact trajectory of each pattern.

前記軌道候補特定機能125では、接近軌道、接触軌道についてそれぞれ求めた近接エネルギーEについて、基準となる対比用の迂回軌道における近接エネルギーEと同一若しくは同等の値の接近軌道及び接触軌道が抽出され、接近軌道と接触軌道の軌道候補とされる。つまり、ここでは、対比用の迂回軌道と同一若しくは同等の接近リスクを有する接近軌道と接触軌道が、軌道候補として特定される。なお、迂回軌道については、迂回軌道生成機能121で、固定障害物の存在をも考慮して第1実施形態での手順と同様に1つに特定された軌道が、軌道候補とされる。 The trajectory candidate specifying function 125 extracts an approaching trajectory and a contacting trajectory having the same or equivalent value as the proximity energy El in the reference detour trajectory for comparison with respect to the approaching trajectory and the contacting trajectory obtained respectively. and is used as a trajectory candidate for the approach trajectory and the contact trajectory. That is, here, the approach trajectory and the contact trajectory having the same or the same approach risk as the detour trajectory for comparison are specified as trajectory candidates. As for the detour trajectory, the detour trajectory generation function 121 determines one trajectory as a trajectory candidate in consideration of the presence of fixed obstacles in the same manner as in the first embodiment.

以上の構成の軌道候補探索部117では、次のように、条件に応じて種類の異なる軌道候補が生成される。すなわち、迂回可否判定部115で迂回「可」と判定され、且つ、通り抜けスペース判定部116で通り抜けスペース「有」と判定された場合には、迂回軌道、接近軌道、及び接触軌道それぞれの軌道候補が生成される。また、迂回可否判定部115で迂回「不可」と判定され、通り抜けスペース判定部116で通り抜けスペース「有」と判定された場合には、接近軌道及び接触軌道それぞれの軌道候補が生成される。更に、迂回可否判定部115での迂回の可否に関わらず、通り抜けスペース判定部116で通り抜けスペース「無」と判定された場合には、接触軌道の軌道候補のみ生成される。 The trajectory candidate searching unit 117 configured as described above generates trajectory candidates of different types according to the following conditions. That is, when the detour decision unit 115 determines that the detour is “possible” and the pass-through space determination unit 116 determines that the pass-through space is “present,” the trajectory candidates for each of the detour trajectory, the approach trajectory, and the contact trajectory is generated. If the detour decision unit 115 determines that the detour is “impossible” and the passing space determination unit 116 determines that the pass-through space is “present,” trajectory candidates for the approach trajectory and the contact trajectory are generated. Furthermore, regardless of whether detouring is permitted by detour determination section 115, if passage space determination section 116 determines that there is no passage space, only a trajectory candidate for the contact trajectory is generated.

前記最適軌道抽出部118では、複数の軌道候補それぞれについて、第1実施形態の最適軌道抽出部45(図6参照)と同様にして、第1実施形態の干渉回避エネルギーEに相当する移動エネルギーEを算出し、移動エネルギーEの最も少ない軌道候補が、軌道コストの最も低い最適な実行軌道として抽出される。 In the optimum trajectory extraction unit 118, for each of the plurality of trajectory candidates, in the same manner as in the optimum trajectory extraction unit 45 (see FIG. 6) of the first embodiment, the movement energy corresponding to the interference avoidance energy Er of the first embodiment is calculated. E r is calculated, and the trajectory candidate with the lowest transfer energy E r is extracted as the optimal execution trajectory with the lowest trajectory cost.

すなわち、ここでは、迂回軌道及び接近軌道についての移動エネルギーEが、第1実施形態で用いられる上式(18)と同一のコスト式により求められる。 That is, here, the transfer energy Er for the detour trajectory and the approach trajectory is obtained by the same cost formula as the above formula (18) used in the first embodiment.

一方、接触軌道についての移動エネルギーEは、次式(20)の通り、ロボット100の接触による人間の移動量に対応するパラメータであるコストC・rを第3のエネルギー要素として、上式(18)の第1及び第2のエネルギー要素E,Eに更に加算されることで求められる。

Figure 0007178066000011
なお、上式において、rは、ロボット100の接触により、人間をロボット100の反対側に移動させる所望量であり、予め一定値に設定される。Cは、当該エネルギー要素における重み付け定数であり、予め一定値に設定され、例えば、上式(18)における他のエネルギー要素の重み付定数A,Bよりも大きい値が設定される。 On the other hand, the movement energy E r for the contact trajectory is as shown in the following equation (20), with the cost C r, which is a parameter corresponding to the amount of movement of the human due to the contact of the robot 100, as the third energy element, the above equation ( It is obtained by further adding to the first and second energy elements EG and ED of 18).
Figure 0007178066000011
In the above formula, r is a desired amount of movement of the human to the opposite side of the robot 100 by contact with the robot 100, and is set to a constant value in advance. C is a weighting constant for the energy element and is set to a constant value in advance, for example, a value larger than the weighting constants A and B of the other energy elements in the above equation (18).

(干渉時計画部103での行動計画手順)
次に、前記干渉時計画部103でのロボット100の行動計画手順について、図22のフローチャートをも用いながら、以下に説明する。
(Action planning procedure in interference planning unit 103)
Next, the action planning procedure of the robot 100 in the interference planning unit 103 will be described below with reference to the flowchart of FIG. 22 as well.

先ず、接近状態判定部105で、現時点において、ロボット100のパーソナルスペースが人間のパーソナルスペース内に位置する接近状態か、そうでない非接近状態かが判定される(ステップS401)。 First, the approaching state determination unit 105 determines whether the personal space of the robot 100 is currently located in the personal space of a person, or in the non-approaching state (step S401).

その結果、接近状態の場合には、接触可能性判定部106で、ロボット100の体幹部分が将来的に人間に体幹接触する可能性の有無について判定される(ステップS402)。ここで、体幹接触の可能性が「有」の場合には、緊急回避行動選択部108の逆方向軌道生成機能112で、人間から遠ざかるようにロボット100を逆方向に移動させる逆方向軌道が生成され、当該逆方向軌道に沿ってロボットを移動させる行動が計画される(ステップS403)。ここで、当該移動が不可能な場合には、一旦停止機能113で、ロボット100を一旦停止させる行動が計画される。 As a result, in the case of the approaching state, the contact possibility determination unit 106 determines whether there is a possibility that the trunk portion of the robot 100 will come into contact with a human in the future (step S402). Here, if the possibility of trunk contact is "yes", the reverse trajectory generation function 112 of the emergency avoidance action selection unit 108 generates a reverse trajectory for moving the robot 100 in the opposite direction away from the human. An action is planned to move the robot along the reverse trajectory generated (step S403). Here, when the movement is impossible, a temporary stop function 113 is used to plan an action to temporarily stop the robot 100 .

一方、接近状態で、前記体幹接触の可能性が「無」の場合には、これまでの何らかの働きかけ行動の有無に応じて異なる計画がなされる(ステップS404)。先ず、これまで働きかけ行動が行われていないときには、ロボット100の接近に対する人間Hの準備態勢が整っていないことが想定されることから、体幹接触の可能性「有」の場合と同一の行動が計画される(ステップS403)。すなわち、このときには、逆方向軌道が生成され、逆方向にロボット100が移動できないときにロボット100を一旦停止させる行動が計画される。逆に、既に働きかけ行動がなされているときには、人間の準備態勢がある程度整っていると想定される。そこで、緊急回避行動選択部108の接近軌道生成機能111で、人間の回避行動を期待せずに人間のパーソナルスペース内に侵入した状態で、ロボット100及び人間の体幹接触を回避する接近軌道が生成され、当該接近軌道に沿ってロボット100を移動させる行動が計画される(ステップS405)。 On the other hand, when the possibility of body trunk contact is "no" in the approaching state, a different plan is made depending on the presence or absence of some kind of stimulating action so far (step S404). First, since it is assumed that the human H is not ready for the approach of the robot 100 when no action action has been performed so far, the same action as in the case of the possibility of contact with the trunk is "presence". is planned (step S403). That is, at this time, a reverse trajectory is generated, and an action is planned to temporarily stop the robot 100 when the robot 100 cannot move in the reverse direction. Conversely, it is assumed that human beings are prepared to some extent when the action has already been taken. Therefore, in the approach trajectory generation function 111 of the emergency avoidance action selection unit 108, an approach trajectory that avoids the trunk contact between the robot 100 and the human in a state in which the human's personal space is entered without expecting the human's avoidance action is generated. An action is planned to move the robot 100 along the generated approach trajectory (step S405).

一方、現時点でロボット100が人間のパーソナルスペースの外側に位置する非接近状態の場合には、次の手順でロボット100の行動計画が決定される。 On the other hand, when the robot 100 is currently in a non-approaching state outside the human personal space, the action plan of the robot 100 is determined by the following procedure.

先ず、準備時間判定部107で、ロボット100の人間への働きかけ行動に要する働きかけ準備時間の有無が判定される(ステップS406)。 First, the preparation time determination unit 107 determines whether or not there is a preparation time required for the robot 100 to act on the human (step S406).

そして、準備時間「無」の場合には、前述した接近状態の体幹接触の可能性が「無」の場合と同様に、これまでの働きかけ行動の有無に応じて、緊急回避行動選択部108により、ロボット100の行動が計画される(ステップS403~ステップS405)。 Then, when the preparation time is "no", the emergency avoidance action selection unit 108 selects the emergency avoidance action selection unit 108 according to the presence or absence of the previous action, as in the case where the possibility of body trunk contact in the approaching state is "no". Then, the action of the robot 100 is planned (steps S403 to S405).

一方、準備時間「有」の場合には、通常回避行動選択部109で以下の手順の処理がなされる。 On the other hand, when the preparation time is “yes”, the normal avoidance action selection unit 109 performs the following procedure.

先ず、迂回可否判定部115により、現時点におけるロボット100と人間との相対位置関係から、迂回経路を物理的に計画できる相対距離があるか否かが判定される(ステップS407)。加えて、通り抜けスペース判定部116で、通り抜けスペースの有無が判定される(ステップS408、ステップS409)。 First, the detour availability determination unit 115 determines whether there is a relative distance at which a detour route can be physically planned based on the current relative positional relationship between the robot 100 and the human (step S407). In addition, the passing-through space determining unit 116 determines whether or not there is a passing-through space (steps S408 and S409).

そこで、迂回「可」の場合には、軌道候補探索部117により、通り抜けスペースの有無に応じ、異なる種別の組み合わせの軌道候補が生成される。すなわち、通り抜けスペースが「有」のときには、迂回軌道、接近軌道及び接触軌道からなる軌道候補が生成される(ステップS410)。一方、壁等の固定障害物の存在等により、通り抜けスペースが「無」のときには、接触軌道からなる軌道候補が生成される(ステップS411)。 Therefore, if the detour is “permissible”, the trajectory candidate searching unit 117 generates trajectory candidates of combinations of different types according to the presence or absence of the passing space. That is, when there is a passing space, a trajectory candidate consisting of a detour trajectory, an approaching trajectory, and a contact trajectory is generated (step S410). On the other hand, when there is no passing space due to the presence of a fixed obstacle such as a wall, a trajectory candidate consisting of contact trajectories is generated (step S411).

また、迂回「不可」の場合にも、軌道候補探索部117により、通り抜けスペースの有無に応じ、異なる種別の組み合わせの軌道候補が生成される。すなわち、通り抜けスペースが「有」のときには、接近軌道及び接触軌道からなる軌道候補が生成される(ステップS412)。一方、通り抜けスペースが「無」のときには、接触軌道からなる軌道候補が生成される(ステップS411)。 In addition, even if the detour is “impossible”, the trajectory candidate searching unit 117 generates trajectory candidates of combinations of different types according to the presence or absence of a passing space. That is, when there is a passing space, a trajectory candidate consisting of an approach trajectory and a contact trajectory is generated (step S412). On the other hand, when there is no passing space, a trajectory candidate consisting of contact trajectories is generated (step S411).

そして、得られた各軌道候補について、最適軌道抽出部118でのコスト計算により、最も低い軌道コストの軌道候補が実行軌道とされ、行動内容特定部119にて、実行軌道の種別に応じた働きかけ行動が特定される(ステップS413)。 Then, for each of the obtained trajectory candidates, the trajectory candidate with the lowest trajectory cost is determined as the execution trajectory by cost calculation in the optimum trajectory extraction unit 118, and the action content identification unit 119 makes an action according to the type of the execution trajectory. A behavior is identified (step S413).

以上の行動計画処理は、ロボット100が目的地に到達するまで、一定時間毎に繰り返し行われる(ステップS414)。 The action planning process described above is repeated at regular time intervals until the robot 100 reaches the destination (step S414).

以上の第2実施形態によれば、ロボット100の進路における死角等の存在により、突然、人間のパーソナルスペースにロボット100が侵入してしまう等の不慮の事態が生じても、相互の不意の体幹接触を回避しながら、人間の心理面を考慮して目的地への効率の良いロボット100の移動が可能になる。また、人間に不快感を極力与えずに、ロボット100が人間のパーソナルスペースに侵入した状態で、人間とすれ違いさせる経路を選択することができ、相互の衝突回避のためにより効率的なロボット100の行動計画を策定することができる。 According to the second embodiment described above, due to the presence of blind spots in the course of the robot 100, even if an unexpected situation such as the robot 100 suddenly intruding into a person's personal space occurs, the mutual body movement is prevented. It is possible to efficiently move the robot 100 to the destination while avoiding contact with the trunk and considering human psychology. In addition, the robot 100 can select a route to pass the human in a state in which the robot 100 invades the human's personal space while minimizing discomfort to the human, and the robot 100 is more efficient for mutual collision avoidance. Can formulate an action plan.

なお、本発明に係るロボットとしては、前記各実施形態で説明した自律移動型のロボット10,100に限定されるものではなく、自動車両、船舶、飛行体等、所定の空間内を自律的に移動可能な移動体の他に、所定範囲の空間内で動作するロボットアーム等のマニピュレータであってもよく、これらの動作計画を前述の通りに行うことができる。 In addition, the robot according to the present invention is not limited to the autonomous mobile robots 10 and 100 described in each of the above embodiments, and can be autonomously moving within a predetermined space, such as an automobile, a ship, or an air vehicle. In addition to the movable body, it may be a manipulator such as a robot arm that operates within a predetermined range of space, and their motion planning can be performed as described above.

また、本発明の移動障害物としては、前記各実施形態で説明した人間の他に、自転車、自動車、他の自律移動ロボット等の移動体や動物等との干渉回避の制御にも適用できる。この場合、移動障害物の認識度を推定する際において、推定対象が人間の操縦による移動体の場合には、例えば、前述と同様に、操縦者の認知状態に基づいて行うことが可能である。また、推定対象が他のロボットのように人間でない場合には、認識状態検出センサ19を含む検出装置12として、当該他のロボット等が周囲環境を認識するためのセンサ、カメラ等が設けられた部位における相対方向を認識状態として検出し、その検出結果に基づいて、前述と同様の手順で認識度を推定することを例示できる。 In addition to the humans described in the above embodiments, the moving obstacles of the present invention can also be applied to control for avoiding interference with moving bodies such as bicycles, automobiles, and other autonomous mobile robots, and animals. In this case, when estimating the degree of recognition of a moving obstacle, if the object to be estimated is a moving object controlled by a human, for example, it is possible to estimate the degree of recognition based on the recognition state of the operator in the same manner as described above. . In addition, when the estimation target is not a human like other robots, a sensor, camera, etc. for the other robot to recognize the surrounding environment are provided as the detection device 12 including the recognition state detection sensor 19. Detecting the relative direction of the part as the recognition state, and estimating the degree of recognition based on the detection result in the same procedure as described above can be exemplified.

その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。 In addition, the configuration of each part of the device in the present invention is not limited to the illustrated configuration example, and various modifications are possible as long as substantially the same action is exhibited.

10 ロボット
11 動作部
12 検出装置
13 制御装置
21 干渉度判定手段
22 認識度推定手段
23 行動計画手段
24 達成度推定手段
25 計画調整手段
26 動作指令手段
32 干渉回避行動決定部
37 行動内容特定部
38 実行軌道特定部
40 現存領域特定機能
41 干渉角度算出機能
42 譲合度決定機能
44 軌道候補探索部
45 最適軌道抽出部
47 干渉時刻算出機能
48 定速軌道生成機能(軌道生成機能)
49 加減速軌道生成機能(軌道生成機能)
100 ロボット
103 干渉時計画部
108 緊急回避行動選択部
109 通常回避行動選択部
111 接近軌道生成機能
112 逆方向軌道生成機能
113 一旦停止機能
117 軌道候補探索部
118 最適軌道抽出部
121 迂回軌道生成機能
122 接近軌道生成機能
123 接触軌道生成機能
124 近接エネルギー算出機能
125 軌道候補特定機能
A1 同調行動領域(第1の領域)
A2 主張行動領域(第2の領域)
A3 干渉回避行動外領域(第3の領域)
H 人間(移動障害物)
REFERENCE SIGNS LIST 10 robot 11 operation unit 12 detection device 13 control device 21 interference level determination means 22 recognition level estimation means 23 action plan means 24 achievement level estimation means 25 plan adjustment means 26 motion command means 32 interference avoidance action determination section 37 action content identification section 38 Execution trajectory identification unit 40 Existing region identification function 41 Interference angle calculation function 42 Concession degree determination function 44 Trajectory candidate search unit 45 Optimal trajectory extraction unit 47 Interference time calculation function 48 Constant speed trajectory generation function (trajectory generation function)
49 Acceleration/deceleration trajectory generation function (trajectory generation function)
100 robot 103 interference planning unit 108 emergency avoidance action selection unit 109 normal avoidance action selection unit 111 approach trajectory generation function 112 reverse direction trajectory generation function 113 temporary stop function 117 trajectory candidate search unit 118 optimum trajectory extraction unit 121 bypass trajectory generation function 122 Approach trajectory generation function 123 Contact trajectory generation function 124 Proximity energy calculation function 125 Trajectory candidate identification function A1 Synchronous action area (first area)
A2 assertive behavior area (second area)
A3 Area outside interference avoidance behavior (third area)
H human (moving obstacle)

Claims (7)

所定の動作部と、周囲に存在する移動障害物の位置情報を検出する検出装置と、当該検出装置の検出結果に基づいて、前記動作部を動作制御する制御装置とを備えたロボットにおいて、
前記制御装置は、ロボットが将来的に前記移動障害物に干渉する可能性を判定する干渉度判定手段と、周囲の状況に応じて前記ロボットを目標位置に移動させるように、当該ロボットの行動を計画する行動計画手段と、当該行動計画手段で計画された行動を実行させるように前記動作部に動作指令を行う動作指令手段とを備え、
前記行動計画手段は、前記干渉度判定手段により、ロボットが将来的に前記移動障害物に干渉する可能性があると判定された場合に、前記移動障害物を避けるようにロボットの行動を計画する干渉時計画部を含み、
前記干渉時計画部は、前記移動障害物に対するロボットの状況から緊急時とされた場合の衝突回避対応を行うロボットの行動を選択する緊急回避行動選択部と、そうでない場合の衝突回避対応について、前記移動障害物に対するロボットの接近時のリスクである接近リスクを推定してロボットの行動を選択する通常回避行動選択部とを備え
前記通常回避行動選択部は、ロボットを前記目標位置に向って進行させる軌道候補を探索する軌道候補探索部と、当該軌道候補探索部で探索された複数の軌道候補の中から最適となる軌道を選択し、実際にロボットを移動させる実行軌道とする最適軌道抽出部とを含み、
前記軌道候補探索部は、前記移動障害物に対する接近状態とされる予め設定された範囲内のパーソナルスペースの内側に侵入せずに前記目標位置までロボットを進行させる迂回軌道を生成する迂回軌道生成機能と、前記パーソナルスペースの内側に侵入して前記目標位置までロボットを進行させる接近軌道を生成する接近軌道生成機能と、ロボットを前記移動障害物に接触させることでロボットの反対側に前記移動障害物を移動させながら、ロボットを前記目標位置に向って進行させる接触軌道を生成する接触軌道生成機能と、前記各軌道について、前記接近リスクに関する指標となる近接エネルギーを求める近接エネルギー算出機能と、前記近接エネルギーによる接近リスク判定に基づき前記軌道候補を特定する軌道候補特定機能とを有し、
前記最適軌道抽出部では、前記各軌道候補について、運動エネルギーに基づく軌道コストに対応した移動エネルギーが予め設定されたコスト式により算出され、当該移動エネルギーが最も低い前記軌道候補が前記実行軌道として抽出されることを特徴とするロボット。
A robot comprising a predetermined action part, a detection device for detecting position information of a moving obstacle existing in the surroundings, and a control device for controlling the action of the action part based on the detection result of the detection device,
The control device includes interference degree determination means for determining the possibility that the robot will interfere with the moving obstacle in the future, and action of the robot so as to move the robot to a target position according to surrounding conditions. An action plan means for planning, and an action command means for giving an action command to the action unit so as to execute the action planned by the action plan means,
The action planning means plans the action of the robot so as to avoid the moving obstacle when the interference degree determining means determines that the robot may interfere with the moving obstacle in the future. including an interference planning unit,
The interference planning unit includes an emergency avoidance action selection unit that selects an action of the robot that performs collision avoidance when the situation of the robot with respect to the moving obstacle is determined to be an emergency, and a collision avoidance action if not, a normal avoidance action selection unit for estimating an approach risk, which is a risk when the robot approaches the moving obstacle, and selecting an action of the robot ;
The normal avoidance action selection unit includes a trajectory candidate search unit that searches for a trajectory candidate for advancing the robot toward the target position, and a trajectory that is optimal from among the plurality of trajectory candidates searched by the trajectory candidate search unit. an optimum trajectory extraction unit that selects and sets an execution trajectory for actually moving the robot,
The trajectory candidate searching unit has a detour trajectory generating function for generating a detour trajectory for advancing the robot to the target position without entering a personal space within a preset range that is considered to be in an approach state to the moving obstacle. and an approach trajectory generation function that generates an approach trajectory for intruding into the personal space and advancing the robot to the target position; a contact trajectory generating function for generating a contact trajectory for advancing the robot toward the target position while moving the contact trajectory; a trajectory candidate identification function that identifies the trajectory candidate based on approach risk determination by energy,
In the optimum trajectory extraction unit, for each trajectory candidate, a moving energy corresponding to a trajectory cost based on kinetic energy is calculated by a preset cost formula, and the trajectory candidate with the lowest moving energy is extracted as the execution trajectory. A robot characterized by :
所定の動作部と、周囲に存在する移動障害物の位置情報を検出する検出装置と、当該検出装置の検出結果に基づいて、前記動作部を動作制御する制御装置とを備えたロボットにおいて、
前記制御装置は、ロボットが将来的に前記移動障害物に干渉する可能性を判定する干渉度判定手段と、周囲の状況に応じて前記ロボットを目標位置に移動させるように、当該ロボットの行動を計画する行動計画手段と、当該行動計画手段で計画された行動を実行させるように前記動作部に動作指令を行う動作指令手段とを備え、
前記行動計画手段は、前記干渉度判定手段により、ロボットが将来的に前記移動障害物に干渉する可能性があると判定された場合に、前記移動障害物を避けるようにロボットの行動を計画する干渉時計画部を含み、
前記干渉時計画部は、前記移動障害物に対するロボットの状況から緊急時とされた場合の衝突回避対応を行うロボットの行動を選択する緊急回避行動選択部と、そうでない場合の衝突回避対応について、前記移動障害物に対するロボットの接近時のリスクである接近リスクを推定してロボットの行動を選択する通常回避行動選択部とを備え、
前記緊急回避行動選択部は、前記移動障害物に対する接近状態とされる予め設定された範囲内のパーソナルスペースの内側に侵入して前記目標位置までロボットを進行させる接近軌道を生成する接近軌道生成機能と、ロボットをこれまでと逆方向に進行させる逆方向軌道を生成する逆方向軌道生成機能と、ロボットを一旦停止させる一旦停止機能とを備え、前記状況に応じて前記各軌道の何れかが生成され、当該軌道によるロボットの移動若しくは一旦停止が選択されることを特徴とするロボット。
A robot comprising a predetermined action part, a detection device for detecting position information of a moving obstacle existing in the surroundings, and a control device for controlling the action of the action part based on the detection result of the detection device,
The control device includes interference degree determination means for determining the possibility that the robot will interfere with the moving obstacle in the future, and action of the robot so as to move the robot to a target position according to surrounding conditions. An action plan means for planning, and an action command means for giving an action command to the action unit so as to execute the action planned by the action plan means,
The action planning means plans the action of the robot so as to avoid the moving obstacle when the interference degree determining means determines that the robot may interfere with the moving obstacle in the future. including an interference planning unit,
The interference planning unit includes an emergency avoidance action selection unit that selects an action of the robot to perform collision avoidance when the situation of the robot with respect to the moving obstacle is determined to be an emergency, and a collision avoidance action in other cases, a normal avoidance action selection unit for estimating an approach risk, which is a risk when the robot approaches the moving obstacle, and selecting an action of the robot;
The emergency avoidance action selection unit selects the moving obstacleA preset state that is in proximity toAn approach trajectory generation function that generates an approach trajectory that moves the robot to the target position by entering the personal space within the range, and a reverse direction trajectory generation function that generates a reverse trajectory that moves the robot in the opposite direction. function and a temporary stop function that temporarily stops the robot, depending on the situationany of the trajectories is generated bycharacterized in that the movement of the robot along the trajectory or a temporary stop is selectedRurobot.
前記軌道候補特定機能では、前記軌道候補として前記接近軌道及び前記接触軌道を特定する際に、基準となる前記迂回軌道と同程度の前記近接エネルギーの軌道が抽出されることを特徴とする請求項記載のロボット。 3. The trajectory candidate identification function extracts a trajectory having the same level of proximity energy as the detour trajectory used as a reference when identifying the approach trajectory and the contact trajectory as the trajectory candidates. 1. The robot according to claim 1. 前記制御装置は、前記検出装置での検出結果を用いて、ロボットに対する前記移動障害物の認識の程度を表す認識度を推定する認識度推定手段を更に備え、
前記近接エネルギー算出機能では、ロボットと前記移動障害物との相対位置及び相対速度と、前記認識度と、前記移動障害物の属性とをパラメータとして、前記近接エネルギーが求められることを特徴とする請求項記載のロボット。
The control device further comprises recognition degree estimation means for estimating a recognition degree representing the degree of recognition of the moving obstacle by the robot, using the detection result of the detection device,
The proximity energy calculation function is characterized in that the proximity energy is obtained using the relative position and relative speed between the robot and the moving obstacle, the degree of recognition, and the attribute of the moving obstacle as parameters. Item 1. The robot according to item 1.
前記接触軌道に適用される前記コスト式は、前記迂回軌道及び前記接近軌道に適用される前記コスト式に対して、前記移動障害物へのロボットの接触による移動量に対応するパラメータが更に加算されることを特徴とする請求項記載のロボット。 The cost formula applied to the contact trajectory is obtained by adding a parameter corresponding to the amount of movement caused by the robot contacting the moving obstacle to the cost formula applied to the detour trajectory and the approach trajectory. 2. The robot according to claim 1 , characterized in that: 周囲に存在する移動障害物の位置情報の検出結果に応じて、当該移動障害物との将来的な干渉を回避するようにロボットを動作させる行動計画装置において、
ロボットが将来的に前記移動障害物に干渉する可能性を判定する干渉度判定手段と、周囲の状況に応じて前記ロボットを目標位置に移動させるように、当該ロボットの行動を計画する行動計画手段とを備え、
前記行動計画手段は、前記干渉度判定手段により、ロボットが将来的に前記移動障害物に干渉する可能性があると判定された場合に、前記移動障害物を避けるようにロボットの行動を計画する干渉時計画部を含み、
前記干渉時計画部は、前記移動障害物に対するロボットの状況から緊急時とされた場合の衝突回避対応を行うロボットの行動を選択する緊急回避行動選択部と、そうでない場合の衝突回避対応について、前記移動障害物に対するロボットの接近時のリスクである接近リスクを推定してロボットの行動を選択する通常回避行動選択部とを備え
前記通常回避行動選択部は、ロボットを前記目標位置に向って進行させる軌道候補を探索する軌道候補探索部と、当該軌道候補探索部で探索された複数の軌道候補の中から最適となる軌道を選択し、実際にロボットを移動させる実行軌道とする最適軌道抽出部とを含み、
前記軌道候補探索部は、前記移動障害物に対する接近状態とされる予め設定された範囲内のパーソナルスペースの内側に侵入せずに前記目標位置までロボットを進行させる迂回軌道を生成する迂回軌道生成機能と、前記パーソナルスペースの内側に侵入して前記目標位置までロボットを進行させる接近軌道を生成する接近軌道生成機能と、ロボットを前記移動障害物に接触させることでロボットの反対側に前記移動障害物を移動させながら、ロボットを前記目標位置に向って進行させる接触軌道を生成する接触軌道生成機能と、前記各軌道について、前記接近リスクに関する指標となる近接エネルギーを求める近接エネルギー算出機能と、前記近接エネルギーによる接近リスク判定に基づき前記軌道候補を特定する軌道候補特定機能とを有し、
前記最適軌道抽出部では、前記各軌道候補について、運動エネルギーに基づく軌道コストに対応した移動エネルギーが予め設定されたコスト式により算出され、当該移動エネルギーが最も低い前記軌道候補が前記実行軌道として抽出されることを特徴とするロボットの行動計画装置。
In an action planning device that operates a robot so as to avoid future interference with a moving obstacle in accordance with the detection result of position information of a moving obstacle that exists in the surroundings,
Interference determination means for determining the possibility that the robot will interfere with the moving obstacle in the future, and action planning means for planning the action of the robot so as to move the robot to a target position according to surrounding conditions. and
The action planning means plans the action of the robot so as to avoid the moving obstacle when the interference degree determining means determines that the robot may interfere with the moving obstacle in the future. including an interference planning unit,
The interference planning unit includes an emergency avoidance action selection unit that selects an action of the robot that performs collision avoidance when the situation of the robot with respect to the moving obstacle is determined to be an emergency, and a collision avoidance action if not, a normal avoidance action selection unit for estimating an approach risk, which is a risk when the robot approaches the moving obstacle, and selecting an action of the robot ;
The normal avoidance action selection unit includes a trajectory candidate search unit that searches for a trajectory candidate for advancing the robot toward the target position, and a trajectory that is optimal from among the plurality of trajectory candidates searched by the trajectory candidate search unit. an optimum trajectory extraction unit that selects and sets an execution trajectory for actually moving the robot,
The trajectory candidate searching unit has a detour trajectory generating function for generating a detour trajectory for advancing the robot to the target position without entering a personal space within a preset range that is considered to be in an approach state to the moving obstacle. and an approach trajectory generation function that generates an approach trajectory for intruding into the personal space and advancing the robot to the target position; a contact trajectory generating function for generating a contact trajectory for advancing the robot toward the target position while moving the contact trajectory; a trajectory candidate identification function for identifying the trajectory candidate based on approach risk determination by energy,
In the optimum trajectory extraction unit, for each trajectory candidate, a moving energy corresponding to a trajectory cost based on kinetic energy is calculated by a preset cost formula, and the trajectory candidate with the lowest moving energy is extracted as the execution trajectory. A robot action planning device characterized by :
周囲に存在する移動障害物の位置情報の検出結果に応じて、当該移動障害物との将来的な干渉を回避するようにロボットを動作させる行動計画を行うためのプログラムにおいて、
ロボットが将来的に前記移動障害物に干渉する可能性を判定する干渉度判定手段と、周囲の状況に応じて前記ロボットを目標位置に移動させるように、当該ロボットの行動を計画する行動計画手段として、コンピュータを機能させ、
前記行動計画手段は、前記干渉度判定手段により、ロボットが将来的に前記移動障害物に干渉する可能性があると判定された場合に、前記移動障害物を避けるようにロボットの行動を計画する干渉時計画部を含み、
前記干渉時計画部は、前記移動障害物に対するロボットの状況から緊急時とされた場合の衝突回避対応を行うロボットの行動を選択する緊急回避行動選択部と、そうでない場合の衝突回避対応について、前記移動障害物に対するロボットの接近時のリスクである接近リスクを推定してロボットの行動を選択する通常回避行動選択部とを備え
前記通常回避行動選択部は、ロボットを前記目標位置に向って進行させる軌道候補を探索する軌道候補探索部と、当該軌道候補探索部で探索された複数の軌道候補の中から最適となる軌道を選択し、実際にロボットを移動させる実行軌道とする最適軌道抽出部とを含み、
前記軌道候補探索部は、前記移動障害物に対する接近状態とされる予め設定された範囲内のパーソナルスペースの内側に侵入せずに前記目標位置までロボットを進行させる迂回軌道を生成する迂回軌道生成機能と、前記パーソナルスペースの内側に侵入して前記目標位置までロボットを進行させる接近軌道を生成する接近軌道生成機能と、ロボットを前記移動障害物に接触させることでロボットの反対側に前記移動障害物を移動させながら、ロボットを前記目標位置に向って進行させる接触軌道を生成する接触軌道生成機能と、前記各軌道について、前記接近リスクに関する指標となる近接エネルギーを求める近接エネルギー算出機能と、前記近接エネルギーによる接近リスク判定に基づき前記軌道候補を特定する軌道候補特定機能とを有し、
前記最適軌道抽出部では、前記各軌道候補について、運動エネルギーに基づく軌道コストに対応した移動エネルギーが予め設定されたコスト式により算出され、当該移動エネルギーが最も低い前記軌道候補が前記実行軌道として抽出されることを特徴とするロボットの行動計画用プログラム。
In a program for performing an action plan for operating a robot so as to avoid future interference with a moving obstacle in the future, according to the detection result of the position information of the moving obstacle existing in the surroundings,
Interference determination means for determining the possibility that the robot will interfere with the moving obstacle in the future, and action planning means for planning the action of the robot so as to move the robot to a target position according to surrounding conditions. to make the computer work as
The action planning means plans the action of the robot so as to avoid the moving obstacle when the interference degree determining means determines that the robot may interfere with the moving obstacle in the future. including an interference planning unit,
The interference planning unit includes an emergency avoidance action selection unit that selects an action of the robot that performs collision avoidance when the situation of the robot with respect to the moving obstacle is determined to be an emergency, and a collision avoidance action if not, a normal avoidance action selection unit for estimating an approach risk, which is a risk when the robot approaches the moving obstacle, and selecting an action of the robot ;
The normal avoidance action selection unit includes a trajectory candidate search unit that searches for a trajectory candidate for advancing the robot toward the target position, and a trajectory that is optimal from among the plurality of trajectory candidates searched by the trajectory candidate search unit. an optimum trajectory extraction unit that selects and sets an execution trajectory for actually moving the robot,
The trajectory candidate searching unit has a detour trajectory generating function for generating a detour trajectory for advancing the robot to the target position without entering a personal space within a preset range that is considered to be in an approach state to the moving obstacle. and an approach trajectory generation function that generates an approach trajectory for intruding into the personal space and advancing the robot to the target position; a contact trajectory generating function for generating a contact trajectory for advancing the robot toward the target position while moving the contact trajectory; a trajectory candidate identification function that identifies the trajectory candidate based on approach risk determination by energy,
In the optimum trajectory extraction unit, for each trajectory candidate, a moving energy corresponding to a trajectory cost based on kinetic energy is calculated by a preset cost formula, and the trajectory candidate with the lowest moving energy is extracted as the execution trajectory. A robot action planning program characterized by :
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