JP7200990B2 - 情報処理装置、情報処理方法及びプログラム - Google Patents

Description

本開示は、情報処理装置、情報処理方法及びプログラムに関する。

近年、移動ロボットとして、脚式のロボット装置の開発が進められている。脚式のロボット装置は、車輪式のロボット装置では移動が困難な段差又は階段を含む環境、及び不整地などの環境でも自由に移動することが可能である。そのため、脚式のロボット装置は、人間が行っていた山道などでの荷物の運搬を代替することが可能な移動体として期待されている。

このような脚式のロボット装置の姿勢又は歩行を制御する技術として、様々な技術が検討されている。例えば、下記の特許文献１には、脚部の足裏に力センサを備え、力センサによるセンシング結果に基づいて荷物運搬時の重心を決定する脚式ロボットが開示されている。

特開平６－１７０７５８号公報

しかし、特許文献１に記載の脚式ロボットは、高価な力センサを用いるため、製造コストが高かった。また、特許文献１に記載の脚式ロボットでは、大荷重がかかる脚部の足裏に力センサを設けるため、力センサが塑性変形したり、破壊されたりしやすく、頻繁な交換が必要であった。そのため、特許文献１に記載の脚式ロボットは、運用コストが高かった。

そこで、本開示では、力センサ等を用いずともロボット装置の重心を推定することが可能な、新規かつ改良された情報処理装置、情報処理方法及びプログラムを提案する。

本開示によれば、複数の脚部にそれぞれ含まれる１つ以上の関節に印加されるトルクに基づいて、前記複数の脚部の各々にかかる接地面からの反力を算出し、算出した前記複数の脚部の前記反力に基づいて、前記複数の脚部を備えるロボット装置の重心を推定する重心推定部と、を備える、情報処理装置が提供される。

また、本開示によれば、演算処理装置によって、複数の脚部にそれぞれ含まれる１つ以上の関節に印加されるトルクに基づいて、前記複数の脚部の各々にかかる接地面からの反力を算出することと、算出した前記複数の脚部の前記反力に基づいて、前記複数の脚部を備えるロボット装置の重心を推定することと、を含む、情報処理方法が提供される。

また、本開示によれば、コンピュータを、複数の脚部にそれぞれ含まれる１つ以上の関節に印加されるトルクに基づいて、前記複数の脚部の各々にかかる接地面からの反力を算出し、算出した前記複数の脚部の前記反力に基づいて、前記複数の脚部を備えるロボット装置の重心を推定する重心推定部と、として機能させる、プログラムが提供される。

本開示によれば、脚部の各々の関節に印加されるトルクと、脚部の各々のリンクの長さとに基づいて、脚部の各々に接地面から与えられる反力を推定することができるため、ロボット装置の荷重中心点を推定することが可能である。

以上説明したように本開示によれば、力センサ等を用いずともロボット装置の重心を推定することが可能である。

なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。

本開示の一実施形態に係る情報処理装置が適用されるロボット装置の概要を示す説明図である。 同実施形態に係る情報処理装置を含むロボット装置の機能構成を示すブロック図である。 トルク及び力の関係を説明する模式図である。 ４つの脚部の各々が接地面から受ける反力に基づいて重心の平面位置を算出する方法を説明する説明図である。 ２つの脚部の各々が接地面から受ける反力に基づいて重心の平面位置を算出する方法を説明する説明図である。 同実施形態に係る情報処理装置の動作の全体の流れを説明するフローチャート図である。 図６の運搬物を含むロボット装置１の重心を推定するステップの流れをより詳細に説明するフローチャート図である。 図６又は図７の一ステップにおけるロボット装置の状態を説明する模式図である。 図６又は図７の一ステップにおけるロボット装置の状態を説明する模式図である。 図６又は図７の一ステップにおけるロボット装置の状態を説明する模式図である。 図６又は図７の一ステップにおけるロボット装置の状態を説明する模式図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．概要
２．構成例
３．動作例

＜１．概要＞
まず、図１を参照して、本開示の一実施形態に係る情報処理装置の概要について説明する。図１は、本実施形態に係る情報処理装置が適用されるロボット装置の概要を示す説明図である。

図１に示すように、本実施形態に係る情報処理装置は、脚式のロボット装置１に適用され得る。

ロボット装置１は、例えば、４つの脚部を備え、運搬物４１、４２、４３（以下、これらの各々を区別しない場合には、まとめて運搬物４０と称する）を運搬する四足の脚式ロボット装置である。具体的には、ロボット装置１は、本体部１０と、複数の脚部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ（以下、これらの各々を区別しない場合には、まとめて脚部２０と称する）と、を備える。なお、図１では、脚部２０Ａ及び脚部２０Ｂを図示しているが、脚部２０Ａ及び脚部２０Ｂの紙面に対して奥側には、脚部２０Ａ及び脚部２０Ｂと同様の構成の図示しない脚部２０Ｃ及び脚部２０Ｄがさらに備えられる。

本体部１０は、複数の脚部２０が取り付けられた筐体を備え、複数の脚部２０の駆動を制御する。例えば、本体部１０は、複数の脚部２０を駆動させる駆動モータ、及び複数の脚部２０の駆動を制御する制御装置などを備えてもよい。また、本体部１０の鉛直上向きの背面には、運搬物４０を載置可能な貨物部３０が設けられる。

駆動モータは、トルクを発生させることができれば、どのようなものであってもよい。例えば、駆動モータは、電気エネルギーを回転運動に変換する電動機であってもよい。制御装置は、脚部２０の各々を協働して駆動させることで、ロボット装置１の姿勢又は歩行を制御する。具体的には、制御装置は、ロボット装置１の重心位置等に基づいて、ロボット装置１が横転せず、安定して歩行することができるように脚部２０の各々の駆動を制御する。貨物部３０は、運搬物４０を安定して保持する。例えば、貨物部３０は、運搬物４０の落下防止のための柵を本体部１０の平坦な背面に設けることで構成されてもよい。

脚部２０は、複数のリンクと、複数のリンクを連結する関節と、にて構成され、本体部１０に複数取り付けられる。脚部２０の各々の構造は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。脚部２０は、本体部１０に備えられた駆動モータ、又は関節に内蔵された駆動モータによって駆動されることで、ロボット装置１を支持し、かつ歩行させることができる。

脚部２０の数は、ロボット装置１の歩行を可能とするためには、少なくとも２以上であればよく、特に上限は限定されない。ただし、ロボット装置１を安定して支持するためには、脚部２０の数は、３つ以上であってもよい。また、ロボット装置１を安定して歩行させるためには、脚部２０の数は、４つ以上であってもよい。

例えば、図１に示すように、脚部２０Ａは、第１関節２０１Ａと、第１リンク２１１Ａと、第２関節２０２Ａと、第２リンク２１２Ａと、接地部２３０Ａと、を備えて構成されてもよい。同様に、脚部２０Ｂは、第１関節２０１Ｂと、第１リンク２１１Ｂと、第２関節２０２Ｂと、第２リンク２１２Ｂと、接地部２３０Ｂと、を備えて構成されてもよい。

第１関節２０１Ａは、第１リンク２１１Ａを本体部１０に回動可能に結合させる。具体的には、第１関節２０１Ａは、第１リンク２１１Ａの一端側と結合することで、第１リンク２１１Ａの延伸方向と垂直な軸を回転軸として第１リンク２１１Ａが回動可能となるように、第１リンク２１１Ａを本体部１０に結合させる。例えば、第１関節２０１Ａは、ロボット装置１の歩行のピッチ軸を回転軸として第１リンク２１１Ａが回動可能となるように、第１リンク２１１Ａを本体部１０に結合させてもよい。なお、第１関節２０１Ａの回動範囲は、特に限定されない。

第１リンク２１１Ａは、一端側にて本体部１０と第１関節２０１Ａを介して結合し、本体部１０に対して、第１関節２０１Ａを回転軸として回動可能に設けられる。第１リンク２１１Ａは、他端側にて第２リンク２１２Ａの一端側と第２関節２０２Ａを介して結合し、第２リンク２１２Ａに対して、第２関節２０２Ａを回転軸として回動可能に設けられる。

第２関節２０２Ａは、第２リンク２１２Ａを第１リンク２１１Ａに回動可能に結合させる。具体的には、第２関節２０２Ａは、第２リンク２１２Ａの一端側と結合することで、第２リンク２１２Ａの延伸方向と垂直な軸を回転軸として第２リンク２１２Ａが回動可能となるように、第２リンク２１２Ａを第１リンク２１１Ａに結合させる。例えば、第２関節２０２Ａは、ロボット装置１の歩行のピッチ軸を回転軸として第２リンク２１２Ａが回動可能となるように、第２リンク２１２Ａを第１リンク２１１Ａに結合させてもよい。なお、第２関節２０２Ａの回動範囲は、特に限定されない。

第２リンク２１２Ａは、一端側にて第１リンク２１１Ａの他端側と第２関節２０２Ａを介して結合し、第１リンク２１１Ａに対して第２関節２０２Ａを回転軸として回動可能に設けられる。第１リンク２０１の他端側には、地面等に当接する接地部２３０Ａが設けられる。

接地部２３０Ａは、地面と当接する部位であり、脚部２０Ａの先端側に設けられる。例えば、接地部２３０Ａは、地面等から脚部２０Ａを保護するためのカバー又は衝撃吸収材等であってもよい。

脚部２０Ｂの第１関節２０１Ｂ、第１リンク２１１Ｂ、第２関節２０２Ｂ、第２リンク２１２Ｂ、及び接地部２３０Ｂについては、脚部２０Ａの第１関節２０１Ａ、第１リンク２１１Ａ、第２関節２０２Ａ、第２リンク２１２Ａ、及び接地部２３０Ａと実質的に同様であるため、ここでの説明は省略する。

このようなロボット装置１は、運搬物４０を貨物部３０に保持して運搬する移動体である。ここで、運搬物４０は、一定の重量又は形状ではなく、任意の重量又は形状であるため、運搬物４０の重量若しくは形状、貨物部３０における運搬物４０の載置位置によっては、ロボット装置１の姿勢又は歩行の安定性が低下することがあり得る。具体的には、ロボット装置１は、運搬物４０を積載することによって、運搬物４０を含むロボット装置１全体での重量バランスが変化するため、歩行時にバランスを崩して横転してしまう可能性が高まる。

本実施形態に係る情報処理装置は、このようなロボット装置１において、運搬物４０を積載した後のロボット装置１全体での重心位置を推定し、推定した重心位置に基づく制御モデルによってロボット装置１の歩行等を制御する。これによれば、情報処理装置は、未知の重量又は形状の運搬物４０が積載されたロボット装置１の姿勢又は歩行の安定性を向上させることができる。

また、本実施形態に係る情報処理装置は、脚部２０の各々の関節に印加されるトルクに基づいて脚部２０の各々への接地面からの反力を算出し、算出した反力に基づいてロボット装置１全体での重心位置を推定する。これによれば、情報処理装置は、高価かつ壊れやすい力センサを用いずに、運搬物４０を積載した後のロボット装置１全体での重心位置を推定することができるため、ロボット装置１の製造コスト及び運用コストを低減することができる。

以下では、上記で概要を説明した本実施形態に係る情報処理装置の構成について、より具体的に説明する。

＜２．構成例＞
続いて、図２を参照して、本実施形態に係る情報処理装置の構成例について説明する。図２は、本実施形態に係る情報処理装置１００を含むロボット装置１の機能構成を示すブロック図である。なお、情報処理装置１００は、例えば、ロボット装置１の本体部１０に備えられてもよい。

図２に示すように、ロボット装置１は、入力部１１０と、情報処理装置１００と、駆動制御部１２０と、駆動部１３０と、トルク検出部１４０と、出力部１５０と、を備える。

入力部１１０は、ユーザからロボット装置１への情報の入力を可能とする入力装置を含む。入力部１１０は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバーなどの情報が入力される入力装置と、入力された情報に基づいて入力信号を生成する入力制御回路とを含んで構成されてもよい。例えば、入力部１１０には、ユーザによって、ロボット装置１に運搬物４０を積載する、又は荷下ろしするモード（以下では、運搬物載せ替えモードとも称する）にロボット装置１を制御するための指示が入力され、入力部１１０は、入力された該指示をモード制御部１０１へ出力してもよい。

情報処理装置１００は、モード制御部１０１と、重心推定部１０２と、安定性判断部１０３と、を備える。

モード制御部１０１は、ロボット装置１の制御状態（すなわち、制御モード）を制御する。具体的には、モード制御部１０１は、ロボット装置１の制御状態を運搬物載せ替えモードに変更する。運搬物載せ替えモードは、ユーザがロボット装置１の貨物部３０に運搬物４０を積載する、又は貨物部３０から運搬物４０を荷下ろしするための制御状態である。

運搬物載せ替えモードでは、ロボット装置１は、所定の姿勢を維持するように制御され、具体的には、貨物部３０に積載される運搬物４０の増減に関わらず、脚部２０の各々の関節の回動角度が維持されるように制御される。これにより、脚部２０の各々の関節は、ロボット装置１の貨物部３０に積載される運搬物４０が増減し、ロボット装置１全体の重量バランスが変化した場合でも、印加されるトルクの大きさを変化させることで、関節の回動角度を維持するように制御される。

したがって、運搬物載せ替えモードにおける脚部２０の各々の関節に印加されるトルクの大きさは、積載された運搬物４０を含むロボット装置１全体の重量バランスに依存することになる。よって、情報処理装置１００は、運搬物載せ替えモードにおける脚部２０の各々の関節に印加されるトルクの変化から、ロボット装置１全体の重心位置の変化を推定することが可能になる。

重心推定部１０２は、脚部２０の各々の関節に印加されるトルクに基づいて、貨物部３０に載置された運搬物４０を含むロボット装置１全体での重心位置を推定する。

具体的には、まず、重心推定部１０２は、脚部２０の各々に備えられる関節に印加されるトルクの大きさに関する情報をトルク検出部１４０から取得する。続いて、重心推定部１０２は、脚部２０の各々に備えられる関節に印加されるトルクの大きさと、脚部２０の各々に備えられるリンクの長さとに基づいて、脚部２０の各々が接地面から受ける反力の大きさを判断する。次に、重心推定部１０２は、脚部２０の各々が接地面から受ける反力の大きさに基づいて、貨物部３０に載置された運搬物４０を含むロボット装置１全体での重心の平面位置を推定する。

さらに、重心推定部１０２が運搬物４０を含むロボット装置１全体での重心の高さも推定する場合、重心推定部１０２は、ロボット装置１単体での重心を中心としてロボット装置１の姿勢を回転させる。その後、重心推定部１０２は、ロボット装置１の姿勢を回転させた状態での運搬物４０を含むロボット装置１全体での重心の平面位置を推定する。重心推定部１０２は、異なる姿勢のロボット装置１の重心の平面位置を用いて幾何的に演算を行うことで、貨物部３０に載置された運搬物４０を含むロボット装置１全体での重心の高さを推定することができる。

なお、重心推定部１０２は、貨物部３０に載置された運搬物４０を含むロボット装置１全体での重心の高さについては、上述した方法とは異なる他の方法を用いて推定してもよい。ロボット装置１全体での重心の高さは、ロボット装置１全体での重心の平面位置よりも、ロボット装置１の姿勢又は歩行の安定性への寄与が小さい。そのため、重心推定部１０２は、得られる情報の精度又は演算負荷を考慮して、ロボット装置１全体での重心の高さの推定方法を変更してもよい。

本実施形態に係る情報処理装置１００は、脚部２０の各々の関節に印加されるトルクに基づいて、貨物部３０に載置された運搬物４０を含むロボット装置１全体での重心位置を推定することができる。したがって、情報処理装置１００は、高価かつ壊れやすい力センサを用いずとも、ロボット装置１の重心位置を推定することができる。

また、本実施形態に係る情報処理装置１００は、貨物部３０への運搬物４０の載せ替えのたびに、運搬物４０も含めたロボット装置１全体の重心位置を推定し直す。したがって、情報処理装置１００は、運搬物４０も含めたロボット装置１全体の重心位置に基づいてロボット装置１の歩行等を制御することが可能である。これによれば、情報処理装置１００は、ロボット装置１の重量バランスが変化するたびに、変化後の重量バランスに対応してロボット装置１の駆動の制御モデルを変更することができるため、ロボット装置１の姿勢又は歩行の安定性を向上させることができる。

安定性判断部１０３は、貨物部３０に運搬物４０を積載したロボット装置１の姿勢又は歩行の安定性を判断する。具体的には、安定性判断部１０３は、重心推定部１０２によって推定されたロボット装置１全体での重心位置に基づいて、ロボット装置１の姿勢又は歩行の安定性を判断する。

例えば、安定性判断部１０３は、ロボット装置１全体での重心位置がロボット装置１の脚部２０の各々の接地面を結ぶことで形成される多角形（支持多角形ともいう）の中心に近いほど、ロボット装置１の姿勢又は歩行の安定性が高いと判断してもよい。または、安定性判断部１０３は、運搬物４０を含むロボット装置１全体での重心位置がロボット装置１単体での重心位置に近いほど、ロボット装置１の姿勢又は歩行の安定性が高いと判断してもよい。また、安定性判断部１０３は、ロボット装置１の姿勢又は歩行の安定性がより高くなる運搬物４０の載置位置を判断してもよい。これによれば、情報処理装置１００は、ロボット装置１の姿勢又は歩行の安定性がより高くなるように、出力部１５０を介してユーザに対して警告、示唆、提案又は通知等をすることが可能になる。

なお、情報処理装置１００は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などのハードウェアと、各構成の動作を制御するソフトウェアとの協働によって実現される。

ＣＰＵは、演算処理装置として機能し、ＲＯＭ等に記憶された各種プログラムに従って、情報処理装置１００における情報処理および情報演算の全般を実行する。ＲＯＭは、ＣＰＵが使用するプログラム及び演算パラメータを記憶する。ＲＡＭは、ＣＰＵの実行において使用するプログラム、及びその実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する。これらＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭは、例えば、内部バスまたはブリッジ等により相互に接続される。

また、情報処理装置１００に内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭなどのハードウェアに対して、本実施形態に係る情報処理装置の各構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。さらに、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供することが可能である。

駆動制御部１２０は、ロボット装置１の脚部２０の各々の駆動を制御することで、ロボット装置１の歩行を制御する。具体的には、駆動制御部１２０は、脚部２０の各々に設けられた関節の回動を制御する制御指令を駆動部１３０に出力する。これにより、駆動制御部１２０は、運動学に基づいて脚部２０の各々の駆動を制御することができる。

例えば、駆動制御部１２０は、ロボット装置１の重心位置に基づいて、歩行の際にロボット装置１がバランスを崩して横転しないように、ロボット装置１の脚部２０の各々の駆動を制御してもよい。また、駆動制御部１２０は、ロボット装置１の制御状態が運搬物載せ替えモードに変更された場合、ロボット装置１が所定の姿勢になるように、脚部２０の各々の関節の回動角度を固定してもよい。

このようなロボット装置１の重心位置に基づく脚部２０の各々の駆動の制御方法は、例えば、ロボット装置１の制御モデルとして、あらかじめ本体部１０に内蔵される記憶部等に格納されていてもよい。駆動制御部１２０は、ロボット装置１の制御モデルにおけるロボット装置１単体の重心位置を、運搬物４０を含むロボット装置１全体の重心位置にて更新することで、より安定した歩行等が可能なようにロボット装置１の駆動を制御することができる。

駆動部１３０は、駆動制御部１２０からの制御指令等に基づいて、脚部２０の各々に備えられる関節を回動させるトルクを発生させる。駆動部１３０は、例えば、電気エネルギーによって回転運動を行う電動機であり、脚部２０の各々の関節ごとに設けられてもよい。脚部２０の各々は、駆動部１３０によって脚部２０の各々の関節が回動されることで、屈曲又は伸展される。

トルク検出部１４０は、脚部２０の各々において、駆動部１３０から関節に印加されるトルクの大きさを検出する。トルク検出部１４０は、磁歪式、ひずみゲージ式、圧電式、光学式、ばね式又は静電容量式のトルクセンサを含み、関節に印加されるトルクを直接検出してもよい。または、トルク検出部１４０は、駆動部１３０に印加される電圧又は電流の大きさを検出する電圧計又は電流計を含み、駆動部１３０に印加される電圧又は電流の大きさに基づいて、関節に印加されるトルクを算出してもよい。トルク検出部１４０が検出したトルクの大きさは、脚部２０の各々を構成するリンクの長さと併せて、脚部２０の各々が接地面から受ける反力を算出するために用いられる。

出力部１５０は、ユーザ等に対して通知を行うための表示装置又は音声出力装置と、表示装置又は音声出力装置に出力する画像情報又は音声情報を生成する出力回路と、を含む。出力部１５０は、例えば、ロボット装置１の制御状態を運搬物載せ替えモードに変更したこと、又は運搬物載せ替えモードを解除したことをユーザに対して通知してもよい。また、出力部１５０は、安定性判断部１０３の判断に基づいて、ロボット装置１の姿勢又は歩行の安定性に関する情報、運搬物４０の貨物部３０への載置の最適化に関する情報、又は運搬物４０の積載量に関する情報をユーザに対して通知してもよい。

例えば、出力部１５０は、運搬物４０を含むロボット装置１全体での重心位置がロボット装置１単体での重心位置から閾値以上変化している場合、運搬物４０の運搬が困難であることをユーザに通知してもよい。または、出力部１５０は、運搬物４０を含むロボット装置１全体での重心位置と、ロボット装置１単体での重心位置との変化量がより小さくなるような運搬物４０の載置位置をユーザに対して示唆する通知を行ってもよい。または、出力部１５０は、脚部２０の各々が接地面から受ける反力の大きさから推定された運搬物４０の重量をユーザに通知してもよく、積載された運搬物４０の重量に基づいて、ロボット装置１に追加で積載可能な運搬物４０の重量をユーザに通知してもよい。

出力部１５０は、例えば、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）表示装置、液晶表示装置、又は有機ＥＬ（Ｏｒｇａｎｉｃ ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置などの表示装置を含んでもよく、スピーカ又はブザーなどの音声出力装置を含んでもよい。また、出力部１５０は、電球、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）又はレーザなどの発光器を含んでもよい。

続いて、図３～図５を参照して、本実施形態に係る情報処理装置１００によるロボット装置１の重心位置を推定する具体的な方法について説明する。図３は、トルク及び力の関係を説明する模式図である。また、図４は、４つの脚部の各々が接地面から受ける反力に基づいて重心の平面位置を算出する方法を説明する説明図であり、図５は、２つの脚部の各々が接地面から受ける反力に基づいて重心の平面位置を算出する方法を説明する説明図である。

まず、モード制御部１０１は、ロボット装置１の姿勢を所定の姿勢に固定することで、脚部２０の各々の関節の回動角度を固定する。脚部２０の各々の関節に印加されるトルクは、脚部２０の各々の関節の回動角度を固定することによって、ロボット装置１の貨物部３０に載置される運搬物４０による重量の増減を反映したものとなる。

次に、重心推定部１０２は、脚部２０の各々の関節に印加されるトルクに基づいて、脚部２０の各々が接地面から受ける反力を算出する。ここで、図３に示すように、固定された回転軸を中心として働くトルクＴは、回転軸を中心として回動可能に結合された物体に加えられる力Ｆと、回転軸から力が加えられる点までの距離Ｌとの積として表される。すなわち、関節に印加されるトルクの大きさと、関節に結合されたリンクの長さとを用いることで、関節に結合されたリンクに加えられる力の大きさを算出することができる。例えば、第２関節２０２Ａに印加されるトルクと、第２関節２０２Ａに結合される第２リンク２１２Ａの長さとを用いることで、接地部２３０Ａに加えられる接地面からの反力を算出することができる。

続いて、重心推定部１０２は、脚部２０の各々が接地面から受けている反力の大きさに基づいて、運搬物４０を含むロボット装置１全体の重心の平面位置を推定する。

例えば、ロボット装置１が４つの脚部２０を備える脚式のロボット装置である場合、図４に示すように、脚部２０の各々の関節に印加されるトルクに基づいて、脚部２０の各々の接地面２３１Ａ、２３１Ｂ、２３１Ｃ、２３１Ｄにおける反力ｆ４１、ｆ４２、ｆ４３、ｆ４４がそれぞれ算出される。

ここで、接地面２３１Ａ、２３１Ｂが配列する方向にＹ軸を取り、接地面２３１Ｂ、２３１Ｄが配列し、Ｙ軸と直交する方向にＸ軸を取ると、荷重中心点ｃ１の座標（ＣＯＰｘ，ＣＯＰｙ）は、以下の式１及び式２で算出することができる。

ロボット装置１が静止状態である場合、荷重中心点ｃ１は、運搬物４０を含むロボット装置１全体の重心の平面位置と等しくなるため、上記の式１及び式２により、運搬物４０を含むロボット装置１全体の重心の平面位置の座標を算出することができる。なお、図４において、接地面２３１Ａ、２３１Ｂ、２３１Ｃ、２３１Ｄの外周の辺を破線で結んだ領域は、ロボット装置１の支持多角形となる。ロボット装置１がバランスを崩して横転しないためには、ロボット装置１の重心の平面位置は、ロボット装置１の支持多角形の内部に存在することになる。

また、このときの運搬物４０の質量ｍ_ｄは、以下の式３にて算出することができる。なお、ｇは、重力加速度であり、ｍは、ロボット装置１単体の質量である。

同様に、例えば、ロボット装置１が２つの脚部２０を備える脚式のロボット装置である場合、以下のように、運搬物４０を含むロボット装置１全体の重心の平面位置を推定することができる。具体的には、図５に示すように、まず、脚部２０の各々の接地面２３２Ａ、２３２Ｂにおける反力ｆ２１、ｆ２２がそれぞれ算出される。

ここで、例えば、図５に正対して上下方向にＹ軸を取り、図５に正対して左右方向（すなわち、Ｙ軸と直交する方向）にＸ軸を取ると、荷重中心点ｃ２の座標（ＣＯＰｘ，ＣＯＰｙ）は、以下の式４及び式５で算出することができる。

ロボット装置１が静止状態である場合、荷重中心点ｃ２は、運搬物４０を含むロボット装置１全体の重心の平面位置と等しくなるため、上記の式４及び式５により、運搬物４０を含むロボット装置１全体の重心の平面位置の座標を算出することができる。なお、図５において、接地面２３２Ａ、２３２Ｂの外周の辺を破線で結んだ領域は、ロボット装置１の支持多角形となる。ロボット装置１がバランスを崩して横転しないためには、ロボット装置１の重心の平面位置は、ロボット装置１の支持多角形の内部に存在することになる。

また、このときの運搬物４０の質量ｍ_ｄは、以下の式６にて算出することができる。なお、ｇは、重力加速度であり、ｍは、ロボット装置１単体の質量である。

さらに、重心推定部１０２は、運搬物４０を含むロボット装置１全体での重心の高さを推定するために、ロボット装置１単体での重心を中心としてロボット装置１の姿勢を回転させる。続いて、重心推定部１０２は、回転後の姿勢において同様にロボット装置１全体での重心の平面位置を推定する。その後、重心推定部１０２は、複数の姿勢におけるロボット装置１全体での重心の平面位置を用いて幾何的な計算を行うことで、運搬物４０を含むロボット装置１全体での重心の高さを推定することができる。

ロボット装置１単体での重心を中心としてロボット装置１の姿勢を回転させた場合、回転前後での重心の平面位置の変化量は、ロボット装置１単体の重心と、運搬物４０を含むロボット装置１全体の重心との距離に起因する量となる。したがって、重心推定部１０２は、幾何的な計算によって、ロボット装置１の回転前後での重心の平面位置の変化から運搬物４０を含むロボット装置１全体での重心の高さを推定することができる。

なお、運搬物４０を含むロボット装置１全体での重心の高さは、上述した以外の方法によって推定されてもよい。例えば、重心推定部１０２は、運搬物４０を積載する貨物部３０が設けられる本体部１０が運搬物４０の重量の分だけ重くなったと仮定して、ロボット装置１の重心の高さを推定してもよい。具体的には、重心推定部１０２は、ロボット装置１単体の重量に対する運搬物４０の重量の割合に基づいて、ロボット装置１単体の重心の高さを増加させた高さを、運搬物４０を含むロボット装置１全体の重心の高さとしてもよい。運搬物４０の重量がロボット装置１単体の重量よりも十分に小さい場合、このような方法でも運搬物４０を含むロボット装置１全体での重心の高さを簡易的に推定することができる。

＜３．動作例＞
次に、図６～図１１を参照して、本実施形態に係る情報処理装置の動作例について説明する。図６は、本実施形態に係る情報処理装置の動作の全体の流れを説明するフローチャート図であり、図７は、図６の運搬物を含むロボット装置１の重心を推定するステップ（Ｓ１５０）の流れをより詳細に説明するフローチャート図である。また、図８～図１１は、図６又は図７の各ステップにおけるロボット装置１の状態を説明する模式図である。

図６に示すように、ユーザからロボット装置１に対して、ロボット装置１に運搬物４０を載せ替え（すなわち、運搬物４０の積載又は荷下ろし）を行う旨の指示が入力された場合、モード制御部１０１は、ロボット装置１を運搬物載せ替えモードに制御する（Ｓ１１０）。例えば、ユーザは、運搬物４０によってロボット装置１の重量バランスを変化させる可能性がある場合、ロボット装置１に対して運搬物載せ替えモードに遷移するように指示する入力を行ってもよい。

これにより、モード制御部１０１は、ロボット装置１が所定の姿勢になるように脚部２０の各々の関節の回動角度を固定する（Ｓ１２０）。例えば、ロボット装置１は、図８に示すように、本体部１０に設けられた貨物部３０の載置面が水平となり、かつロボット装置１単体の重心Ｃの平面位置が支持多角形の中心に近い位置となるような所定の姿勢に固定されてもよい。すなわち、ロボット装置１は、運搬物４０を貨物部３０に積載しやすく、かつロボット装置１の安定性が高くなるような所定の姿勢に固定されてもよい。

ロボット装置１の姿勢が所定の姿勢に制御された後、出力部１５０は、ユーザに対して運搬物４０の載せ替え（すなわち、運搬物４０の積載又は荷下ろし）を許可する通知を行う（Ｓ１３０）。なお、出力部１５０によるユーザへの通知は、音声出力装置による音声出力にて行われてもよく、表示装置による画像又は文字表示にて行われてもよく、発光器による発光にて行われてもよい。

その後、ロボット装置１は、ユーザから運搬物４０の載せ替えを終了した旨を入力されるまで運搬物載せ替えモードを維持する。このとき、例えば、ロボット装置１では、図９に示すように、所定の姿勢を維持したまま、貨物部３０に運搬物４０が積載されることになる。これにより、ロボット装置１の脚部２０の各々の関節に印加されるトルクは、運搬物４０による重量バランスの変化に伴って変化する。ユーザから運搬物４０の載せ替えが終了した旨を通知する入力が行われた場合（Ｓ１４０／Ｙｅｓ）、ロボット装置１は、運搬物４０を含むロボット装置１全体の重心位置の推定（Ｓ１５０）を開始する。一方、ユーザから運搬物４０の載せ替えが終了した旨を通知する入力が行われていない場合（Ｓ１４０／Ｎｏ）、ロボット装置１は、運搬物載せ替えモードを維持する。

さらに、ロボット装置１は、推定された運搬物４０を含むロボット装置１全体の重心位置にて、ロボット装置１の制御モデルにおける重心位置を更新する（Ｓ１６０）。例えば、図１１に示すように、運搬物４０が積載されることで、ロボット装置１の重心位置がロボット装置１単体の重心Ｃから運搬物４０を含むロボット装置１全体の重心Ｃｍに変化した場合、ロボット装置１は、制御モデルにおける重心を重心Ｃｍに更新する。これによれば、ロボット装置１は、積載された運搬物４０の重量を反映した重量バランスに基づいて、脚部２０の各々の駆動を制御することができるため、運搬物４０を積載時の姿勢又は歩行の安定性を向上させることができる。

続いて、図７を参照して、運搬物を含むロボット装置１の重心を推定するステップ（Ｓ１５０）の流れをより詳細に説明する。

図７に示すように、重心を推定するステップ（Ｓ１５０）では、まず、トルク検出部１４０は、ロボット装置１の脚部２０の各々の関節に印加されるトルクの大きさを検出する（Ｓ１５１）。例えば、図９に示すように、トルク検出部１４０は、ロボット装置１の脚部２０の各々の関節において、貨物部３０に積載される運搬物４０による重量増加を反映して印加されたトルクを検出する。

続いて、重心推定部１０２は、脚部２０の各々の関節に印加されるトルクの大きさ、及び脚部２０の各々のリンクの長さに基づいて、接地面から脚部２０の各々にかかる反力の大きさを推定する（Ｓ１５２）。例えば、図９に示すように、重心推定部１０２は、ロボット装置１の脚部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ（脚部２０Ｃ、２０Ｄ及び脚部２０Ｃ、２０Ｄの各構成は、脚部２０Ａ、２０Ｂの紙面奥側に存在し、図示されず）の接地部２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃ、２３０Ｄ（接地部２３０Ｃ、２３０Ｄは図示されず）にかかる反力Ｆ１ａ、Ｆ１ｂ、Ｆ１ｃ、Ｆ１ｄ（反力Ｆ１ｃ、Ｆ１ｄは図示されず）を推定する。

次に、重心推定部１０２は、接地面から脚部２０の各々にかかる反力の大きさに基づいて、運搬物４０を含むロボット装置１全体の重心の平面位置を推定する（Ｓ１５３）。例えば、図９に示すように、重心推定部１０２は、脚部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄにかかる反力Ｆ１ａ、Ｆ１ｂ、Ｆ１ｃ、Ｆ１ｄに基づいて、ロボット装置１の荷重中心点を算出することで、運搬物４０を含むロボット装置１全体の重心の平面位置を推定する。

続いて、モード制御部１０１は、ロボット装置１の姿勢をロボット装置１単体の重心を中心として傾ける（Ｓ１５４）。例えば、図１０に示すように、モード制御部１０１は、ロボット装置１の重心を通るピッチ軸を中心として、ロボット装置１の姿勢を回転させる。

次に、姿勢を回転させた後のロボット装置１において、Ｓ１５１と同様に、トルク検出部１４０は、ロボット装置１の脚部２０の各々の関節に印加されるトルクの大きさを検出する（Ｓ１５５）。例えば、図１０に示すように、トルク検出部１４０は、ロボット装置１の脚部２０の各々の関節において、回転後の姿勢における脚部２０の各々の関節に印加されたトルクを検出する。

続いて、Ｓ１５２と同様に、重心推定部１０２は、脚部２０の各々の関節に印加されるトルクの大きさ、及び脚部２０の各々のリンクの長さに基づいて、接地面から脚部２０の各々にかかる反力の大きさを推定する（Ｓ１５６）。例えば、図１０に示すように、重心推定部１０２は、回転後の姿勢における接地部２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃ、２３０Ｄ（接地部２３０Ｃ、２３０Ｄは図示されず）にかかる反力Ｆ２ａ、Ｆ２ｂ、Ｆ２ｃ、Ｆ２ｄ（反力Ｆ２ｃ、Ｆ２ｄは図示されず）を推定する。

次に、Ｓ１５３と同様に、重心推定部１０２は、接地面から脚部２０の各々にかかる反力の大きさに基づいて、回転後の姿勢における運搬物４０を含むロボット装置１全体の重心の平面位置を推定する（Ｓ１５７）。例えば、図１０に示すように、重心推定部１０２は、接地部２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃ、２３０Ｄにかかる反力Ｆ２ａ、Ｆ２ｂ、Ｆ２ｃ、Ｆ２ｄに基づいて、回転後の姿勢におけるロボット装置１の荷重中心点を算出することで、ロボット装置１全体の重心の平面位置を推定する。

その後、重心推定部１０２は、異なる姿勢におけるロボット装置１全体での重心の平面位置を用いて幾何的な計算を行うことで、運搬物４０を含むロボット装置１全体での重心の高さを推定する（Ｓ１５８）。図１０に示すように、ロボット装置１単体での重心を中心に回転した姿勢における重心の平面位置は、ロボット装置１単体の重心と、運搬物４０を含むロボット装置１全体の重心との距離に起因している。したがって、重心推定部１０２は、ロボット装置１の回転前後での重心の平面位置の変化に基づいて、幾何的な計算をすることで、運搬物４０を含むロボット装置１全体での重心の高さを推定することができる。

以上のような動作によれば、本実施形態に係る情報処理装置１００は、脚部２０の各々の関節に印加されるトルクに基づいて、貨物部３０に載置された運搬物４０を含むロボット装置１全体での重心位置を推定することが可能である。これによれば、情報処理装置１００は、高価かつ壊れやすい力センサを用いずとも、ロボット装置１の重心位置を推定することができる。したがって、情報処理装置１００は、ロボット装置１の重量バランスの変化に対応して、ロボット装置１全体の重心を推定し、ロボット装置１の駆動の制御モデルを変更することができるため、ロボット装置１の姿勢又は歩行の安定性を向上させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

上記実施形態では、情報処理装置１００は、脚式のロボット装置１に適用されるとしたが、本技術はかかる例に限定されない。例えば、情報処理装置１００は、複数のロータを回転させることで飛行するドローン等の飛行体に適用することも可能である。具体的には、情報処理装置１００は、運搬物４０をドローンに運搬させる際に、ロータの各々にて発生させる揚力の大きさによって、ドローンの重心を推定してもよい。これによれば、ドローンは、情報処理装置１００によって推定された重心に基づいて制御されることで、より安定した姿勢にて飛行することが可能となる。また、情報処理装置１００は、ロータの各々にて発生された揚力の大きさによって、ドローンに積載させた運搬物４０の重量を推定することも可能である。

また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
複数の脚部にそれぞれ含まれる１つ以上の関節に印加されるトルクに基づいて、前記複数の脚部の各々にかかる接地面からの反力を算出し、算出した前記複数の脚部の前記反力に基づいて、前記複数の脚部を備えるロボット装置の重心を推定する重心推定部と、
を備える、情報処理装置。
（２）
前記ロボット装置は、運搬物が積載される貨物部を備え、
前記重心推定部は、前記運搬物を含んだ前記ロボット装置の重心を推定する、前記（１）に記載の情報処理装置。
（３）
前記ロボット装置を所定の姿勢に制御することで、前記関節の回動角度が一定になるように制御するモード制御部をさらに備え、
前記重心推定部は、前記運搬物の積み降ろし前後での前記関節に印加されるトルクの変化に基づいて、前記ロボット装置の重心を推定する、前記（２）に記載の情報処理装置。
（４）
前記脚部は、複数のリンク、及び１つ以上の関節で構成され、
前記重心推定部は、前記リンクの長さ、及び前記関節に印加されるトルクの大きさに基づいて、前記脚部にかかる接地面からの反力を算出する、前記（１）～（３）のいずれか一項に記載の情報処理装置。
（５）
前記重心推定部は、算出した前記複数の脚部の前記反力に基づいて、前記ロボット装置の重心の平面位置を推定する、前記（１）～（４）のいずれか一項に記載の情報処理装置。
（６）
前記重心推定部は、前記ロボット装置の複数の姿勢において算出した前記複数の脚部のそれぞれの前記反力に基づいて、前記ロボット装置の重心の高さを推定する、前記（１）～（５）のいずれか一項に記載の情報処理装置。
（７）
前記複数の姿勢は、前記ロボット装置の単体での重心を中心として互いに回転させた前記ロボット装置の姿勢である、前記（６）に記載の情報処理装置。
（８）
推定された前記重心に基づいて、前記ロボット装置の姿勢又は移動を制御する駆動制御部をさらに備える、前記（１）～（７）のいずれか一項に記載の情報処理装置。
（９）
推定された前記重心に基づいて、前記ロボット装置の姿勢の安定性を判断する安定性判断部をさらに備える、前記（１）～（８）のいずれか一項に記載の情報処理装置。
（１０）
前記ロボット装置は、出力部を備え、
前記出力部は、前記安定性判断部の判断に基づいて、ユーザへの通知処理を行う、前記（９）に記載の情報処理装置。
（１１）
前記ロボット装置は、４つの前記脚部を備える脚式のロボット装置である、前記（１）～（１０）のいずれか一項に記載の情報処理装置。
（１２）
演算処理装置によって、
複数の脚部にそれぞれ含まれる１つ以上の関節に印加されるトルクに基づいて、前記複数の脚部の各々にかかる接地面からの反力を算出することと、
算出した前記複数の脚部の前記反力に基づいて、前記複数の脚部を備えるロボット装置の重心を推定することと、
を含む、情報処理方法。
（１３）
コンピュータを、
複数の脚部にそれぞれ含まれる１つ以上の関節に印加されるトルクに基づいて、前記複数の脚部の各々にかかる接地面からの反力を算出し、算出した前記複数の脚部の前記反力に基づいて、前記複数の脚部を備えるロボット装置の重心を推定する重心推定部と、
として機能させる、プログラム。

１ ロボット装置
１０ 本体部
２０ 脚部
３０ 貨物部
４０ 運搬物
１００ 情報処理装置
１０１ モード制御部
１０２ 重心推定部
１０３ 安定性判断部
１１０ 入力部
１２０ 駆動制御部
１３０ 駆動部
１４０ トルク検出部
１５０ 出力部

Claims (11)

1. 複数の脚部にそれぞれ含まれる１つ以上の関節に印加されるトルクに基づいて、前記複数の脚部の各々にかかる接地面からの反力を算出し、算出した前記複数の脚部の前記反力に基づいて、前記複数の脚部を備えるロボット装置の重心を推定する重心推定部と、
   前記ロボット装置を所定の姿勢に制御することで、前記関節の回動角度が一定になるように制御するモード制御部と、
   を備え、
   前記ロボット装置は、運搬物が積載される貨物部を備え、
   前記重心推定部は、前記運搬物を含んだ前記ロボット装置の重心を推定し、前記運搬物を含んだ前記ロボット装置の重心の推定は、前記運搬物の積み降ろし前後での前記関節に印加されるトルクの変化に基づいて、前記ロボット装置の重心を推定する、
   情報処理装置。
2. 前記脚部は、複数のリンク、及び１つ以上の関節で構成され、
   前記重心推定部は、前記リンクの長さ、及び前記関節に印加されるトルクの大きさに基づいて、前記脚部にかかる接地面からの反力を算出する、請求項１に記載の情報処理装置。
3. 前記重心推定部は、算出した前記複数の脚部の前記反力に基づいて、前記ロボット装置の重心の平面位置を推定する、請求項１に記載の情報処理装置。
4. 前記重心推定部は、前記ロボット装置の複数の姿勢において算出した前記複数の脚部のそれぞれの前記反力に基づいて、前記ロボット装置の重心の高さを推定する、請求項１に記載の情報処理装置。
5. 前記複数の姿勢は、前記ロボット装置の単体での重心を中心として互いに回転させた前記ロボット装置の姿勢である、請求項４に記載の情報処理装置。
6. 推定された前記重心に基づいて、前記ロボット装置の姿勢又は移動を制御する駆動制御部をさらに備える、請求項１に記載の情報処理装置。
7. 推定された前記重心に基づいて、前記ロボット装置の姿勢の安定性を判断する安定性判断部をさらに備える、請求項１に記載の情報処理装置。
8. 前記ロボット装置は、出力部を備え、
   前記出力部は、前記安定性判断部の判断に基づいて、ユーザへの通知処理を行う、請求項７に記載の情報処理装置。
9. 前記ロボット装置は、４つの前記脚部を備える脚式のロボット装置である、請求項１に記載の情報処理装置。
10. 演算処理装置によって、
    複数の脚部にそれぞれ含まれる１つ以上の関節に印加されるトルクに基づいて、前記複数の脚部の各々にかかる接地面からの反力を算出することと、
    算出した前記複数の脚部の前記反力に基づいて、前記複数の脚部を備えるロボット装置の重心を推定することと、
    前記ロボット装置を所定の姿勢に制御することで、前記関節の回動角度が一定になるように制御することと、
    を含み、
    前記ロボット装置は、運搬物が積載される貨物部を備え、
    前記重心を推定することは、前記運搬物を含んだ前記ロボット装置の重心を推定し、前記運搬物を含んだ前記ロボット装置の重心の推定は、前記運搬物の積み降ろし前後での前記関節に印加されるトルクの変化に基づいて、前記ロボット装置の重心を推定することを含む、
    情報処理方法。
11. コンピュータを、
    複数の脚部にそれぞれ含まれる１つ以上の関節に印加されるトルクに基づいて、前記複数の脚部の各々にかかる接地面からの反力を算出し、算出した前記複数の脚部の前記反力に基づいて、前記複数の脚部を備えるロボット装置の重心を推定する重心推定部と、
    前記ロボット装置を所定の姿勢に制御することで、前記関節の回動角度が一定になるように制御するモード制御部と、として機能させ、
    前記ロボット装置は、運搬物が積載される貨物部を備え、
    前記重心推定部は、前記運搬物を含んだ前記ロボット装置の重心を推定し、前記運搬物を含んだ前記ロボット装置の重心の推定は、前記運搬物の積み降ろし前後での前記関節に印加されるトルクの変化に基づいて、前記ロボット装置の重心を推定する、
    プログラム。

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