WO2004071719A1

WO2004071719A1 - 移動ロボットの異常検知装置

Info

Publication number: WO2004071719A1
Application number: PCT/JP2003/001579
Authority: WO
Inventors: Naohide Ogawa; Yuichiro Kawaguchi; Masaki Aihara; Takashi Matsumoto
Original assignee: Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-08-26
Also published as: EP1598156A4; US20060055358A1; US7446496B2; JP2003211379A; JP3811072B2; DE60334498D1; AU2003212001A1; EP1598156B1; EP1598156A1

Abstract

移動ロボット(1)の異常検知装置において内部の状態量が異常な値か否か、あるいは内界センサなどの少なくともいずれかが異常か否か自己診断し、異常と判定されたとき、その異常情報を出力し、それに基づいて異常の不具合度を判定すると共に、判定された不具合度に応じ、移動ロボットを安定な状態に移行させるように構成したので、異常検知結果を効果的に活用することができる。また、判定された不具合度に応じて安定な状態に移行させるように構成したので、その移行も適切なものとすることができる。

Description

明細書移動ロポットの異常検知装置技術分野

本発明は移動ロボットの異常検知装置に関する。背景技術

移動ロボット、例えば脚式移動ロボットの異常検知装置としては、特願 2 0 0 1 - 1 5 0 3 7 4号公報記載の技術が知られている。この技術においては、システム内の異常を自己診断すると共に、診断結果を音声による自然な会話形式で音声出力装置および通信インターフェースを介してユーザ（操作者）に出力している。

し力しながら、上記した従来技術においては、診断結果を出力するのみで、異常などが生じたときにロボットを安定な状態に移行させる点については何等対策するものではなかった。発明の開示

従って、この発明の目的は上記した不都合を解消し、異常が生じたか否か自己診断すると共に、異常が生じたときは不具合度を判定し、それに応じてロボットを安定な状態に移行させ、よって異常検知結果を効果的に活用するようにした移動ロボットの異常検知装置を提供することにある。

この発明は、上記した課題を解決するために、請求の範囲第 1項に記載する如く、駆動モータと、内部の状態量を測定する内界センサとを少なくとも備え、搭載されたマイクロコンピュータからなる制御ュニットにおいて少なくとも前記内界センサの出力から得た状態量に基づいて前記駆動モータを作動させて移動する移動ロボットの異常を検知する異常検知装置において、前記制御ユニットが、前記状態量が異常な値か否か、あるいは前記内界センサおよび駆動モータを少なくとも含む前記ロボットの搭載機器の少なくともいずれかが異常力否か自己診断する自己診断手段、前記自己診断手段によって異常と判定されたとき、その異常情報を出力する異常情報出力手段、前記異常情報出力手段の出力を入力して前記異常情報に基づレ、て異常の不具合度を判定する不具合度判定手段、およぴ前記判定された不具合度に応じ、前記ロポットを安定な状態に移行させる安定状態移行手段を備える如く構成した。このように、状態量が異常な値力否かあるいは内界センサなどの少なくともいずれかが異常か否か自己診断し、異常と判定されたとき、その異常情報を出力し、それに基づいて異常の不具合度を判定すると共に、判定された不具合度に応じ、ロボットを安定な状態に移行させるように構成したので、移動ロボットの異常検知結果を効果的に活用することができる。また、判定された不具合度に応じて安定な状態に移行させるように構成したので、その移行も適切なものとすることができる。尚、この明細書において「異常」とは正常ではない全ての場合を意味し、劣化、故障、損傷などあらゆる事象によって正常ではないことを意味する。

また、この発明は、後述する請求の範囲第 2項に記載する如く、前記安定状態移行手段は、前記判定された不具合度に応じ、所定の行動計画表に基づいて前記ロボットを安定な状態に移行するように制御する如く構成した。このように、判定された不具合度に応じ、所定の行動計画表に基づいて安定な状態に移行するように制御する如く構成したので、前記した効果に加え、安定状態への移行も一層適切なものとすることができる。

また、この発明は、後述する請求の範囲第 3項に記載する如く、さらに、前記判定された不具合度を、前記制御ュニットに設けられた内部メモリに格納すると共に、前記ロボットの外部に設けられた外部メモリに格納する不具合度格納手段を備える如く構成した。このように、判定された不具合度を内部メモリに格納すると共に、外部メモリに格納するようにしたので、前記した効果に加え、移動口ボットの異常検知の信頼性を向上させることができる。

また、この発明は、後述する請求の範囲第 4項に記載する如く、前記不具合度格納手段は、前記不具合度判定手段の出力と前記ロボットの状態量を示すパラメータを、前記内部メモリに格納すると共に、前記外部メモリに格納する如く構成した。このように、不具合度とロボットの状態量を示すパラメータを内部メモリ 'に格納すると共に、外部メモリに格納する如く構成したので、前記した効果に加え、異常になるに到った経緯を一層正確に把握することができて移動ロボットの異常検知の信頼性を一層向上させることができると共に、その状態量を考慮して安定な状態に移行させることが可能となり、安定状態への移行も一層適切なものとすることができる。

また、この発明は、後述する請求の範囲第 5項に記載する如く、前記制御ュ- ットは、少なくとも目標操作量を入力し、前記目標操作量を満足するように制御対象である前記ロボットの目標挙動を出力する動力学モデルに基づき、少なくとも前記動力学モデルと前記ロボットの状態量の偏差に応じた前記目標値の修正量を少なくとも前記動力学モデルに付加的に入力して前記動力学モデルの挙動を修正する動力学モデル挙動修正手段と、および前記動力学モデルの挙動を追従するように、前記駆動モータの作動を制御する制御手段とを備えるものであると共に、前記自己診断手段は、前記動力学モデルと前記口ポットの状態量の偏差が所定範囲にないとき、前記状態量が異常な値と自己診断する如く構成した。このように、上記した制御を行うときも動力学モデルとロボットの状態量の偏差が所定値を超えるとき、状態量が異常な値と自己診断する如く構成したので、前記した効果に加え、状態量の異常を精度良く検知することができて移動ロボットの異常検知の信頼性を向上させることができ、よつて安定状態への移行も一層適切なものとすることができる。

また、この発明は、後述する請求の範囲第 6項に記載する如く、前記ロボット力少なくとも上体と、前記上体に関節を介して揺動可能に連結されると共に、先端に関節を介して足部が連結される複数本の脚部リンクを備える脚式移動ロボットであり、前記内界センサが前記上体の鉛直軸に対する傾斜を示す出力を生じる傾斜計を含むと共に、前記自己診断手段は、前記傾斜計の出力が所定範囲にないとき、前記傾斜計が異常と自己診断する如く構成した。これにより、前記した効果に加え、内界センサとしての傾斜計の異常を精度良く検知することができて移動ロボットの異常検知の信頼性を向上させることができ、よって安定状態への移行も一層適切なものとすることができる。

また、この発明は、後述する請求の範囲第 7項に記載する如く、前記ロボットヽ少なくとも上体と、前記上体に関節を介して揺動可能に連結されると共に、先端に関節を介して足部が連結される複数本の脚部リンクを備える脚式移動口ボットであり、前記内界センサが前記関節の角度、角速度および角加速度の少なくともレ、ずれかを示す出力を生じる角度検出器を含むと共に、前記自己診断手段は、前記角度検出器の出力が所定範囲にないとき、前記角度検出器が異常と自己診断する如く構成した。これにより、前記した効果に加え、内界センサとしての角度検出器の異常を精度良く検知することができて移動ロボットの異常検知の信頼性を向上させることができ、よつて安定状態への移行も一層適切なものとすることができる。

また、この発明は、後述する請求の範囲第 8項に記載する如く、前記搭載機器、撮像した画像を示す出力を生じる外界センサを含む如く構成した。これにより、前記した効果に加え、搭載機器として外界センサを含むときも、その異常を検知することができて移動ロボットの異常検知の信頼性を向上させることができ、よって安定状態への移行も一層適切なものとすることができる。

また、この発明は、後述する請求の範囲第 9項に記載する如く、前記搭載機器力前記ロボットに作用する床反力を測定する床反力検出器を含むと共に、前記自己診断手段は、前記床反力検出器の出力が所定範囲にないとき、前記床反カ検出器が異常と自己診断する如く構成した。これにより、前記した効果に加え、搭載機器として床反力検出器を含むときも、その異常を精度良く検知することができて移動ロボットの異常検知の信頼性を向上させることができ、よって安定状態への移行も一層適切なものとすることができる。

また、この発明は、後述する請求の範囲第 1 0項に記載する如く、前記搭載機器が前記駆動モ一タに供給される電流および前記駆動モータの温度を検出するセンサ群を含むと共に、前記自己診断手段は、前記検出された電流および温度の少なくともいずれかがそれぞれ設定される所定範囲にないとき、前記駆動モータが異常と自己診断する如く構成した。これにより、前記した効果に加え、駆動モータの異常を精度良く検知することができて移動ロボットの異常検知の信頼性を向上させることができ、よって安定状態への移行も一層適切なものとすることがでさる。 ' また、この発明は、後述する請求の範囲第 1 1項に記載する如く、前記搭載機器が、前記制御ュニットおよび前記駆動モータに通電するバッテリおょぴその電圧を示す出力を生じる電圧センサを含むと共に、前記自己診断手段は、前記電圧センサの出力が所定値未満のとき、前記バッテリが異常と自己診新する如く構成した。これにより、前記した効果に加え、パッテリの異常を精度良く検知することができて移動ロボットの異常検知の信頼性を向上させることができ、よって安定状態への移行も一層適切なものとすることができる。尚、ここで、「バッテリの異常」は、バッテリの出力電圧が所期の値を出力している場合を正常とみなすことを前提とする。

また、この発明は、後述する請求の範囲第 1 2項に記載する如く、前記搭載機器が、操作者との音声による交信を可能とする音声認識装置を含む如く構成した。これにより、搭載機器として音声認識装置を含むときもその異常を検知することができて移動ロボットの異常検知の信頼性を向上させることができ、よって安定状態への移行も一層適切なものとすることができる。

また、この発明は、後述する請求の範囲第 1 3項に記載する如く、さらに、前記ロボットの外部に配置されて前記外部メモリを含む、マイクロコンピュータからなる操作用制御ユエットと、および前記制御ュ-ットと前記操作用制御ュニットを通信自在に接続する通信手段とを備えると共に、前記自己診断手段は、前記通信手段が異常か否か自己診断する如く構成した。これにより、通信手段を含むときもその異常を検知することができて移動ロボットの異常検知の信頼性を向上させることができ、よって安定状態への移行も一層適切なものとすることができる。図面の簡単な説明

第 1図は、この発明の一つの実施の形態に係る移動ロボットの異常検知装置が対象とする移動ロボット、具体的には脚式移動ロボットの正面図である。

第 2図は、第 1図に示すロボットの側面図である。

第 3図は、第 1図に示すロボットをスケルトンで示す説明図である。

第 4図は、第 3図に示す制御ュニットなどの構成を詳細に示すプロック図である。

第 5図は、第 4図に示す、大局的安定化制御計算部の動作を説明するブロック図である。

第 6図は、第 3図に示す移動ロボットの異常検知装置の動作を示すフロー ·チヤートである。

第 7図は、第 6図フロー ·チャートで使用される行動計画表を示す説明図である。

第 8図は、第 6図フロー 'チヤ一トのサブノレ一チン 'フロー 'チヤ一トである第 9図は、第 8図フロー 'チャートの処理を説明するタイム ·チャートである第 1 0図は、第 6図フロー ·チャートのサブルーチン ·フロー ·チヤ一トである。

第 1 1図は、第 6図フロー ·チャートのサプノレーチン ·フロー ·チヤ一トである。

第 1 2図は、第 1 0図おょぴ第 1 1図フロー 'チャートの処理を説明するタイム ·チヤ一トである。発明を実施するための最良の形態

以下、添付図面を参照してこの発明の一つの実施の形態に係る移動ロボットの異常検知装置を説明する。

第 1図はこの実施の形態に係る移動ロボットの異常検知装置が対象とする移動ロボット、具体的には脚式移動ロボットの正面図、第 2図はその側面図である。尚、脚式移動ロボットとしては、 2足のヒューマノイド型（人間型）のロボットを {列にとる。

第 1図に示すように、脚式移動ロボット（以下「ロボット」という） 1は、複数本、より具体的には 2本の脚部リンク 2を備えると共に、その上方には上体（基体） 3が設けられる。上体 3のさらに上方には頭部 4が形成されると共に、上体 3の両側には 2本の腕部リンク 5が連結される。また、第 2図に示すように、上体 3の背部には格納部 6が設けられ、その内部には制御ユニット（後述）などが収容される。尚、第 1図おょぴ第 2図に示すロボット 1は、内部構造を保護するための力バーで被覆される。

第 3図はロボット 1をスケルトンで示す説明図であるが、同図を参照してその内部構造を関節を中心に説明すると、図示の如く、ロボット 1は、左右それぞれの脚部リンク 2およぴ腕部リンク 5に、 1 1個の電動モータ（駆動モータ）で動力化された 6個の関節を備える。

即ち、ロボット 1は、腰部（股部）に、脚部リンク 2を鉛直軸（Z軸あるいは鉛直軸）まわりに回旋する関節を構成する電動モータ（駆動モータ） 10R， 1 0 L (右側を R、左側を Lとする。以下同じ）と、脚部リンク 2をピッチ（進行 ) 方向（Y軸まわり）に駆動（揺動）する関節を構成する電動モータ 12 R， 1 2Lと、脚部リンク 2をロール（左右）方向（X軸まわり）に駆動する関節を構成する 14 R， 14 Lを備えると共に、膝部に脚部リンク 2の下部をピッチ方向 (Y軸まわり）に駆動する膝関節を構成する電動モータ 16R， 16 Lを備え、さらに足首に脚部リンク 2の先端側をピッチ方向（Y軸まわり）に駆動する足（足首）関節を構成する電動モータ 18 R， 18 Lとロール方向（X軸まわり）に駆動する足（足首）関節を構成する電動モータ 2 OR, 20 Lを備える。

上記したように、第 3図において、関節はそれを構成する（そこに配置される ) 電動モータの回転軸線（あるいは電動モータの動力を伝える伝動要素（プーリなど）の回転軸線）で示す。尚、脚部リンク 2の先端には足部（足平） 22R， 22 Lが取着される。

このように、脚部リンク 2の股関節（腰関節）には電動モータ 10R (L) , 12R (L) ， 14R (L) がそれらの回転軸線が直交するように配置されると共に、足関節（足首関節）には電動モータ 18R (L) ， 2 OR (L) がそれらの回転軸線が直交するように配置される。尚、股関節と膝関節は大腿リンク 24 R (L) で、膝関節と足関節は下 ffilリンク 26R (L) で連結される。

脚部リンク 2は股関節を介して上体 3に連結されるが、第 3図では上体 3を上体リンク 28として簡略的に示す。前記したように、上体 3には腕部リンク 5が連結される。腕部リンク 5も、脚部リンク 2と同様に構成される。即ち、ロボット 1は、肩部に、腕部リンク 5をピッチ方向に駆動する関節を構成する電動モータ 3 O R, 3 0 Lとロール方向に駆動する関節を構成する電動モータ 3 2 R , 3 2 Lを備えると共に、その自由端側を回旋する関節を構成する電動モータ 3 4 R, 3 4 と、肘部にそれ以降の部位を回旋させる関節を構成する電動モータ 3 6 R , 3 6 L を備え、さらにその先端側にそれを回旋させる手首関節を構成する電動モータ 3 8 R, 3 8 Lを備える。尚、手首の先にはハンド（エンドェフエクタ） 4 O R, 4 0 Lが取着される。

即ち、腕部リンク 5の肩関節には電動モータ 3 O R ( L) ， 3 2 R ( L) , 3 4 R ( L) がそれらの回転軸線が直交するように配置される。尚、肩関節と肘関節とは上腕リンク 4 2 R ( L ) で、肘関節と手首関節とは下腕リンク 4 4 R ( L ) で連結される。

また、頭部 4は、鉛直軸まわりの首関節 4 6と、それと直交する軸まわりに頭部 4を回転させる頭部揺動機構 4 8を介して上体 3に連結される。第 3図（および第 2図）に示す如く、頭部 4の内部には撮像した画像を示す信号を出力する、 C C Dカメラからなる視覚センサ（外界センサ） 5 0が配置されると共に、レシーバおよびマイクロフォンからなる音声入出力装置 5 2が配置される。

上記の構成により、脚部リンク 2は左右の足について合計 1 2の自由度からなる 6個の関節を与えられ、歩行中にこれらの 6個の関節を適宜な角度で駆動することで、足全体に所望の動きを与えることができ、任意に 3次元空間を歩行させることができる。また、腕部リンク 5も左右の腕について合計 1 0の自由度からなる 6個の関節を与えられ、これらの 6個の関節を適宜な角度で駆動することで所望の作業を行わせることができる。さらに、頭部 4は 2つの自由度からなる関節あるいは揺動機構を与えられ、これらを適宜な角度で駆動することにより所望の方向に頭部 4を向けることができる。

1 O R ( L) などの電動モータのそれぞれには内界センサとしてロータリエンコーダ（角度検出器。第 4図に 5 6とのみ示す）が設けられ、電動モータの回転軸の回転を通じて対応する関節の角度、加速度、および角加速度の少なくともいずれかを示す信号を出力する。足部 22R (L) には公知の 6軸力センサ（床反力検出器。外界センサ） 58 が取着され、ロボットに作用する外力の内、接地面からロボットに作用する床反力の 3方向成分 Fx, F y, F zとモーメントの 3方向成分 Mx, My, Mzを示す信号を出力する。

さらに、上体 3には内界センサとして傾斜計（姿勢センサ） 60が設置され、鉛直軸に対する上体 3の傾き（傾斜角度）とその角速度の少なくとも！/、ずれか、即ち、ロボット 1の上体 3の傾斜（姿勢）などの状態量を示す信号を出力する。傾斜計 60は、メインジャイロと、メインジャイロと別体に並設されると共に、メィンジャィ口が異常のときに代替使用されるサブジャィ口を備える。

第 2図に示す如く、ロボット 1の上体 3の下部にはバッテリ 64が内蔵されると共に、背中側の格納部 6にはマイクロコンピュータからなるメイン制御ュニット（以下「メイン ECU」という） 68が収納される。

また、前記した股関節、膝関節、足関節、肩関節、肘関節および手首関節の付近には、同様にマイクロコンピュータからなる分散制御ユニット（以下「分散 E CU」という） 70, 72， 74, 76, 78, 80が配置される。

さらに、 6軸力センサ 58およぴバッテリ 64用としてそれらの付近には分散 ECU82, 84が配置されると共に、頭部 4の機器用として適宜位置には分散 ECU86が配置される。分散 ECU86は視覚センサ 50が出力する画像信号を入力し、視覚センサ 50と共に画像を介してロボット 1が位置する環境を認識する画像認識系を構成する。

また、音声入出力装置 52の入出力も分散 ECU 86に接続され、分散 ECU 86はレシーバを通して操作者の音声による指示を認識すると共に、その出力をマイクロフォンを通して音声として操作者に送出し、よって音声入出力装置 52 と共に音声による交信を可能とする音声認識系を構成する。

このように、分散 ECUはロボット 1に合計 16個設けられる。バッテリ 64 は直流電圧 40 〔V〕の容量を備え、これら分散 ECU群の動作電圧源として機能する他、 10R (L) などの電動モータおよびメイン ECU 68などの動作電圧源として機能する。バッテリ 64の通電回路の適宜位置には電圧センサ 90 (第 4図に示す）が配置され、パッテリ 64の出力電圧を示す信号を出力する。第 3図の下部に示すように、メイン ECU 68と独立に、ロボット 1の外部には、マイクロコンピュータからなる操作者用の操作用制御ユニット（以下「操作用 ECU」という） 94が設けられる。即ち、格納部 6にはメイン ECU68と操作用 ECU94を無線を介して通信自在に接続する通信装置 96が設けられ、無線系を構成する。操作用 ECU 94にはインディケータ（図示せず）が配置される。

第 4図はメイン ECU 68などの構成を機能的に示すブロック図であるが、同図を参照してメイン E C U 68などの構成をさらに詳細に説明すると、メイン E CU68は制御部 68 a、大局的安定化制御計算部 68 b、共有メモリ 68 cなどを備え、前記したロータリエンコーダ 56、 6軸力センサ 58、傾斜計 60、電圧センサ 90などの出力はメイン ECU 68に入力された後、共有メモリ 68 cに格納される。

制御部 68 aは脚制御部、腕制御部および頭制御部を備え、脚制御部は、予め生成された歩容パラメータと共有メモリ 68 cに格納された口ボット 1の状態量を示す傾斜計 60などの出力おょぴ 6軸力センサ 58からなる外界センサの出力に基づき、 10R (L) などの電動モータ（駆動モータ）をそれぞれモータドラィバ 100を介して作動させ、脚部リンク 2を駆動して移動するように制御を行う。尚、モータドライバ 100は、第 2図，第 3図に示す如く、格納部 6の内部に回路ュニットとして収容される。

第 5図は大局的安定ィ匕制御計算部 68 bの後述する動作を説明するプロック図であるが、図示の如く、歩容パラメータは、上体 3と足部 22の位置および姿勢 (向き）からなる運動パラメータと、 ZMP (Z e r o Mome n t P o i n t) で定義される床反力パラメータとから構成される。尚、『位置』は X， Y , Z座標系で、『姿勢』は X, Y, Z軸に対する角度で示される。従って、「傾斜」も、姿勢のパラメータの一部である。

歩容は 1歩（両脚支持期の初期から片脚支持期の終端）の間の運動軌跡（軌道 ) と床反力軌跡（軌道）からなり、一連の歩行は 1歩の歩容が複数個つながったものとする。

また、制御部 68 aにあって、腕制御部は作業内容に従って前記腕部リンク 5 を駆動制御すると共に、頭制御部は画像認識系の指示に従って頭部揺動機構 48 を駆動制御する。

大局的安定化制御計算部 68 bは、共有メモリ 68 cに格納されたロポット 1 の状態量を示す ί頃斜計 60などの出力および 6軸カセンサ 58からなる外界センサの出力に基づき、第 5図に示す如く、少なくとも目標操作量（具体的にはモーメント、より具体的には、目標 ΖΜΡまわりのモデル操作モーメント Mmd 1 ) を入力し、前記目標値を満足するように制御対象であるロボット 1の目標挙動を出力する動力学モデル（ロボット摂動動力学モデル）に基づき、少なくとも前記動力学モデルとロボット 1の状態量、より具体的には傾斜計 60を通じて測定した上体 3の鉛直軸に対する傾斜（傾斜角度）の偏差 0 e r rに応じた前記目標値 (目標 ZMPまわりのモデル操作モーメント Mm d 1) の修正量を少なくとも前記動力学モデルに付加的に入力して前記動力学モデルの挙動を修正する動力学モデル挙動修正手段（実傾き偏差制御フィードバック貝 IJ) を備えると共に、前記動力学モデルの挙動を追従するように、 10R (L) などの電動モータ（駆動モータ）の作動を制御する制御手段、具体的には 1 OR (L) などの電動モータを駆動して前記関節を変位制御する関節変位制御手段（変位コントローラ）とを備える。尚、その詳細は、先に本出願人が特開平 5 - 337849号公報に記載されているので、これ以上の説明は省略する。

さらに、操作用 ECU 94はメモリ 94 aを備え、メモリ 94 aは外部メモリとして機能する。また、 10R (L) などの電動モータの通電回路には電流センサ 102が設けられて電動モータに供給される通電電流を示す信号を出力すると共に、電動モータの適宜位置には温度センサ 104が設けられてその温度を示す信号を出力する。

次いで、この発明の特^:である異常検知（エラーチェック）について第 6図フロー 'チャートを参照して説明する。尚、第 6図フロー 'チャートに示すプログラムは、 2. 5ms e cごとに実行される。

先ず、 S 10においてメイン E CU 68の大局的安定化制御計算部 68 bは、状態量、即ち、前記した動力学モデルとロボット 1の傾斜角度の偏差（傾き偏差 ) Θ e r r より詳しくは X軸方向の偏差 Θ e r r xおよび Y軸方向の偏差 0 e r r yがそれぞれ所定角度（例えば 2 0度）を超えるか否力判断することでエラ一チェック（異常検知（自己診断） ) を行う。

大局的安定化制御計算部 6 8 bは偏差がそれぞれ所定範囲にあれば正常と判断すると共に、 X軸方向あるいは Y軸方向の偏差が所定範囲にないときは状態量が異常な値であると判断して S 1 2に進み、エラー情報（異常情報）、即ち、偏差 Θ e r r xあるいは Θ e r r yが過大である旨のエラー情報を出力し、次いで S 1 4に進み、そのときの姿勢パラメータを出力する。姿勢パラメータは前記した上体 3などの位置'姿勢パラメータに加え、偏差 Θ e r rおよび口ポット 1が起動されてからの時間も含む。

次いで S 1 6に進み、大局的安定化制御計算部 6 8 bは、エラー情報を共有メモリ 6 8 cに書き込む。尚、第 4図に示す如く、エラー情報は、不具合検知部 6 8 dにも送られる。

従って、 S 1 8で不具合検知部 6 8 dは、内部時計のタイムスタンプを付けたエラー発生ログ（記録）を出力、即ち、エラー情報（異常情報）を異常が発生した日時を付して出力する。不具合検知部 6 8 dの出力は、不具合情報統合解析部 6 8 eに送られる。

従って、 S 2 0で不具合情報統合解析部 6 8 eは、エラーのランク (不具合度 ) を行動計画部 6 8 f に通知、即ち、エラー情報に基づいてエラー（異常）のランク（不具合度）を判定し、判定結果と発生箇所（この場合、大局的安定化制御計算部 6 8 b ) を示す出力を生じる。また、 S 2 2で無線系を介して操作用 E C U 9 4に出力を送り、そのインディケータに表示してエラー（異常）が検知されたことを操作者に報知する。

従って、 S 2 4で行動計画部 6 8 f は、エラーのランクに応じて次の動作（行動）を決定し、各部位（制御部 6 8 aなど）に指示を送る、即ち、判定された不具合度に応じ、ロボット 1を安定な状態に移行させる制御を行う、具体的には、判定された不具合度に応じ、所定の行動計画表に基づいてロボット 1が安定な状態に移行するように歩行の停止などの安定状態移行制御を指示する。従って、 S 2 6で指示を受けた各部位（制御部 6 8 aなど）は、行動計画表に従って制御を行う。第 7図は、その行動計画表を示す説明図である。図示の如く、大局的安定化制御においてはランク（不具合度）は FATALとされ、その場合はロボット 1を直ちに停止させるように、制御部 68 aに指令がなされる。尚、ランク（不具合度）は以下からなる。

FATAL. . . エラー（異常）の程度が大きいことを意味する。従って、その場合はロボットを直ちに停止させるように制御が行われる。

WARN I NG. . . エラー（異常）の程度が中程度なことを意味する、従つて、その場合はロボットを直ちには停止させず、その 1歩、即ち、動作中の 1歩の歩行動作が終了するまで制御を継続すると共に、それが終了した後に停止させる安定状態移行制御が行われる。

SMALL. . . エラー (異常）の程度が軽微なことを意味する、従って、その場合は操作者に報知する程度に止め、ロボットの停止制御は行わないこととする。

第 6図フロー ·チャートの説明に戻ると、次いで S 28において行動計画部 6 8 f は、ロボット 1の動作が終了したのを確認した後、この場合は口ボット 1が直ちに停止したのを確認した後、エラーの角军析に必要な歩行データ（具体的には、前記した運動パラメータと床反力パラメータなど）にタイムスタンプを付けて作成する。

次いで S 30に進み、歩行データとエラーログ（記録）を操作用 E C U 94に無線系を介して転送し、そのメモリ（外部メモリ） 94 aに保存（格納）する。次いで S 32に進み、エラーコード（異常情報）と姿勢パラメータを內部フラッシュメモリ（内部メモリ） 68 gに保存（格納）する。

上記はメイン ECU 68が行う大局的安定化制御の異常検知であるが、次いで (頭部用の分散 ECU 86を除く）分散 ECU 70から 84までのエラーチエツク（異常検知）について説明すると、 S 34でそれを行う。

第 8図は、 S 34のエラーチェックを示すサブルーチン 'フロー 'チヤ一トでおる。

以下説明すると、 S 100において 70から 84までの 15個の分散 ECUでそれぞれ出力が所定範囲にあるかなど判断することでエラーチェック（異常検知 ) を行う。具体的には、 1 0 R ( L) などの電動モータ、ロータリエンコーダ 5 6および傾斜計 6 0などの内界センサ、および 6軸力センサ（外界センサ） 5 8 の出力などが所定範囲にないか否力判断することでエラーか否かチェック（自己診断）する。

より具体的には、 1 0 R ( L) などの電動モータに関しては、前記したように、電流センサ 1 0 2および温度センサ 1 0 4の出力から検出された通電電流およぴ温度をそれぞれ設定される所定範囲にあるか否か判断し、検出された通電電流および温度の少なくともいずれかがそれぞれ設定される所定範囲にないとき、ェラーと判断する。

また、ロータリエンコーダ 5 6および個【斜計 6 0に関しては、出力（ィ頃斜計 6 0の場合はメインジャイロの出力）力、ら検出された値（傾斜角度）が所定範囲にあるか否か判断し、その出力が所定範囲にないとき、エラーと判断（自己診断）する。尚、ィ頃斜計 6 0のエラー検知は、例えば分散 E C U 7 0が行う。

6軸力センサ用の分散 E C U 8 2に関しては、同様に、 6軸力センサ 5 8の出力が所定範囲にあるか否か判断し、センサ出力が所定範囲にないとき、エラーと判断（自己診断）する。

バッテリ用の分散 E C U 8 4に関しては、電圧センサ 9 0の出力から検出されたバッテリ 6 4の出力電圧を所定値と比較し、出力電圧が所定値未満となったとき、パッテリ 6◦がエラーと判断（自己診断）する。

エラーと判断されたときは、 S 1 0 2に進み、エラー情報をメイン E C U 6 8 に転送する。第 9図はそれらの処理を示すタイム ·チヤ一トである。

次いで頭部用の分散 E C U 8 6のエラ一チェックについて説明すると、 S 3 6 でそれを行う。

第 1 0図は、その中の無線系のエラーチェックを示すサブルーチン'フロー ' チャートである。

以下説明すると、 S 2 0 0で無線系のデバイス（イーサネット（登録商標）のアダプタなど）が使用できないか、あるいはネットワーク処理結果が所定範囲外の値か（またはネットワーク処理結果が所定範囲外の値を検知している力否かチェック（自己診断）し、肯定されるときは S 2 0 2に進み、エラー情報をメイン ECU 68に転送する。

また、第 11図は、その中の画像認識系および音声認識系のエラーチェックを示すサブルーチン ·フロー ·チャートである。

以下説明すると、 S 300でリクエストに対して実行できない、あるいは結果が所定範囲外力否かチェック（自己診断）し、肯定されるときは S 302に進み、メイン ECU 68にエラー情報を転送する。第 12図は、それら無線系および画像 ·音声認識系の処理を示すタイム ·チャートである。

第 6図フロー 'チャートの説明に戻ると、メイン ECU68は、分散 ECUからエラー情報の送信がある場合、 S 16でエラー情報を共有メモリ 68 cに書き込み、 S 18に進んでタイムスタンプを付けてエラー発生ログを出力し、 S 20 以降に進んで前記したような処理を行う。

ここで、分散 ECUからエラー情報が出力された場合の S 24における行動計画部の処理について第 7図を参照して説明すると、 10R (L) などの電動モータが異常と判断された場合、前記したように、異常情報に基づいて異常の不具合度 (ランク) が FATAL, WARN I NG, SMALLと判定され、 FATA Lと判定されるときは、ロボット 1を直ちに停止させる安定状態移行制御が実行される。

また、 WARN I NGと判定されるときは、口ポット 1の動作中の 1歩が終了するまではそれまでの制御が継続されると共に、 SMAL Lと判定されるときは、操作者に報知するに止め、ロボット 1の制御はそのまま継続される。

尚、上記した 3種類の不具合度（ランク）は分散 ECUのエラー検知についてのみ用意され、それ以外のェラーの場合は 1種類の不具合度のみが用意される。即ち、傾斜計 60に関してはエラーと判断された場合、 FATALとのみ判定され、その場合の行動はメイ口ジャイロに代えてサブジャイロの出力を使用して口ボット 1を直ちに停止させる安定状態移行制御が実行される。

6軸力センサ 58に関してはエラーと判断された場合、同様に FATALとのみ判定され、その場合の行動はセンサの理論値を使用してロボット 1を直ちに停止させる安定状態移行制御が実行される。

また、電源系（バッテリ 64) に関してはエラーと判断された場合、 WARN I N Gとのみ判定され、その場合は、ロボット 1の歩行動作が終了するまではそれまでの制御が継続される。これは、無線系、音声認識系おょぴ画像認識系に関しても同様である。即ち、力かる場合はロボット 1の転倒の可能性が少ないこと力ら、その動作終了までは制御を継続するようにした。尚、かかる場合、所定時間、例えば l m i n (分）間、出力がないとき、直ちにロボット 1を停止させるような制御を行っても良い。

上記の如く、この実施の形態においては、ロボット 1の状態量が異常な値か否か、あるいは傾斜計 6 0など内界センサ、あるいは 1 O R ( L ) などの電動モータなどの少なくともいずれかが異常か否か自己診断し、異常と判定されたとき、その異常情報を出力し、それに基づいて異常の不具合度（ランク）を判定すると共に、判定された不具合度に応じ、ロボット 1を安定な状態に移行させるように構成したので、異常検知結果を効果的に活用することができる。また、判定された不具合度に応じて安定な状態に移行させるように構成したので、その移行も適切なものとすることができる。

さらに、判定された不具合度に応じ、所定の行動計画表に基づいて安定な状態に移行するように制御する如く構成したので、安定状態への移行も一層適切なものとすることができる。 .

また、不具合度（ランク）とロボット 1の状態量を示すパラメータ（姿勢パラメータ）を内部フラッシュメモリ 6 8 gに格納すると共に、外部メモリ 9 4 aに格納する如く構成したので、異常になるに到った経緯を一層正確に把握することができて異常検知の信頼性を一層向上させることができると共に、その状態量を考慮して安定な状態に移行させることが可能となり、安定状態への移行も一層適切なものとすることができる。

また、大局的安定化制御を行うときも動力学モデルとロボット 1の状態量の偏差 Θ e r rが所定値を超えるとき、状態量が異常な値と自己診断する如く構成したので、状態量の異常を精度良く検知することができて異常検知の信頼性を向上させることができ、よつて安定状態への移行も一層適切なものとすることができる。

このように、この実施の形態にあっては、駆動モータ（電動モータ 1 O R ( L ) など）と、内部の状態量を測定する傾斜計 60などの内界センサとを少なくとも備え、搭載されたマイクロコンピュータからなる制御ュュット（メイン ECU 68) において少なくとも前記内界センサの出力から得た状態量に基づいて前記駆動モータを作動させ（駆動し）て移動する移動ロボットの異常を検知する異常検知装置において、より具体的には、少なくとも上体 3と、前記上体に関節を介して揺動可能に連結されると共に、先端に関節を介して足部 22が連結される複数本、より具体的には 2本の脚部リンク 2と、前記関節をそれぞれ駆動する駆動モータ（電動モータ 1 OR (L) など）と、少なくとも内部の状態量を測定する傾斜計 60などの内界センサとを備え、搭載されたマイクロコンピュータからなる制御ユニット（メイン ECU68) において少なくとも前記内界センサの出力から得た状態量に基づいて前記駆動モータ（電動モータ）を作動（駆動し）て移動する脚式移動ロボットの異常を検知する異常検知装置において、前記制御ュニットが、前記状態量が異常な値か否か、あるいは前記内界センサおよび駆動モータ（電動モータ）を少なくとも含む前記ロボットの搭載機器の少なくともいずれかが異常か否か自己診断する自己診断手段（メイン ECU68, 分散 ECU 70 から 86, S 10, S 34, S 36, S 100, S 200, S 300) 、前記自己診断手段によって異常と判定されたとき、その異常情報を出力する異常情報出力手段 (メイン ECU68, S 18) 、前記異常情報出力手段の出力を入力して前記異常情報に基づいて異常の不具合度 (エラ一のランク) を判定する不具合度判定手段（メイン ECU68, S 20) 、およぴ前記判定された不具合度に応じ、前記ロボットを安定な状態に移行させる安定状態移行手段（メイン ECU 68 ， S 24) を備える如く構成した。

また、前記安定状態移行手段は、前記判定された不具合度（エラーのランク、より具体的には FATAL, WARN I NG, SMALL) に応じ、所定の行動計画表に基づいて前記ロボットを安定な状態に移行するように制御する如く構成した。

さらに、前記判定された不具合度を、前記制御ユニットに設けられた内部メモリ（内部フラッシュメモリ 68 g) に格納すると共に、前記ロボットの外部に設けられた外部メモリ 94 aに格納する不具合度格納手段（メイン E CU 68， S 3 0， S 3 2 ) を備える如く構成した。

また、前記不具合度格納手段（メイン E C U 6 8 , S 3 0， S 3 2 ) は、前記不具合度判定手段の出力と前記ロボットの状態量を示すパラメータ（姿勢パラメータ）を、前記内部メモリに格納すると共に、前記外部メモリに格納する如く構成した。

また、前記制御ユニットは、少なくとも目標操作量を入力し、前記目標操作量を満足するように制御対象である前記ロボットの目標挙動を出力する動力学モデルに基づき、少なくとも前記動力学モデルと前記ロボットの状態量の偏差に応じた前記目標値の修正量を少なくとも前記動力学モデノレに付加的に入力して前記動力学モデルの挙動を修正する動力学モデル挙動修正手段（大局的安定化制御計算部 6 8 b ) と、および前記動力学モデルの挙動を追従するように、前記駆動モータ（電動モータ）の作動を制御する制御手段、より具体的には前記駆動モータ（電動モータ）を駆動して前記関節を変位制御する関節変位制御手段（大局的安定化制御計算部 6 8 b ) とを備えるものであると共に、前記自己診断手段（メイン E C U 6 8 , S 1 0 ) は、前記動力学モデルと前記ロボットの状態量の偏差、より具体的には傾斜（角度）の偏差 Θ e r rが所定範囲にないとき、前記状態量が異常な値と自己診断する如く構成した。

また、前記ロボット力少なくとも上体 3と、前記上体に関節を介して揺動可能に連結されると共に、先端に関節を介して足部 2 2が連結される複数本、より具体的には 2本の脚部リンク 2を備える脚式移動ロボットであり、前記内界センサが前記上体 3の鉛直軸に対する傾斜を示す出力を生じる傾斜計 6 0を含むと共に、前記自己診断手段（分散 E C U 7 0， S 3 4 , S 1 0 0 ) は、前記傾斜計の出力が所定範囲にないとき、前記傾斜計が異常と自己診断する如く構成した。また、前記口ポットが、少なくとも上体 3と、前記上体に関節を介して揺動可能に連結されると共に、先端に関節を介して足部 2 2が連結される複数本、より具体的には 2本の脚部リンク 2を備える脚式移動ロボットであり、前記内界センサが前記関節の角度、角速度および角加速度の少なくともいずれかを示す出力を生じる角度検出器（ロータリエンコーダ 5 6 ) を含むと共に、前記自己診断手段 (分散 E C U 7 0 , S 3 4 , S 1 0 0 ) は、前記角度検出器の出力が所定範囲にないとき、前記角度検出器が異常と自己診断する如く構成した。

また、前記搭載機器が、撮像した画像を示す出力を生じる外界センサ（視覚センサ 50 ) を含む如く構成した。

また、前記搭載機器が、前記ロボットに作用する床反力を測定する床反力検出器（6軸力センサ 58) を含むと共に、前記自己診断手段（分散 EGU82, S 34， S 100) は、前記床反力検出器の出力が所定範囲にないとき、前記床反力検出器が異常と自己診断する如く構成した。

また、前記搭載機器が、前記駆動モータ（電動モータ）に供給される電流およぴ前記駆動モータ（電動モータ）の温度を検出するセンサ群（電流センサ 102 、温度センサ 104) を含むと共に、前記自己診断手段（分散 ECU 70から 8 0， S 34, S 100) は、前記検出された電流および温度の少なくともいずれかがそれぞれ設定される所定範囲にないとき、前記駆動モータ（電動モータ）が異常と自己診断する如く構成した。

また、前記搭載機器が、前記制御ユニットおよび前記駆動モータ（電動モータ ) に通電するバッテリ 64およびその電圧を示す出力を生じる電圧センサ 90を含むと共に、前記自己診断手段（分散 ECU 84, S 34， S I 00) は、前記電圧センサの出力が所定値未満のとき、前記バッテリが異常と自己診断する如く構成した。

また、前記搭載機器が、操作者との音声による交信を可能とする音声認識装置 (音声入出力装置 52など）を含む如く構成した。

さらに、前記ロボットの外部に配置されて前記外部メモリを含む、マイクロコンピュータからなる操作用制御ユニット（操作用 ECU 94) と、および前記制御ユニットと前記操作用制御ュ-ットを通信自在に接続する通信手段（通信装置 96) とを備えると共に、前記自己診断手段（分散 ECU 86， S 36， S 20 0) は、前記通信手段が異常力否か自己診断する如く構成した。

尚、上記において、駆動モータ（電動モータ）および内界センサなどの異常検知において出力を所定値、換言すれば固定値と比較することで異常を検知したが、テーブルあるいはマップを設けて行っても良い。例えば、電源系（パッテリ 6 4) に関して説明すると、時間、予定される歩行から推定される仕事量などで推定バッテリ電圧をテーブルあるいはマップとして設定しておき、それを検索して所定値としても良い。

6軸力センサ 5 8に関して言えば、例えば、予想される歩行における距離、時間などからでロボット 1に作用する床反力の経時的な変化をテーブルあるいはマップとして設定しておき、それを検索して所定値としても良い。

また、移動ロボットとしてヒユーマノィド型の脚式移動ロボットを例にとって説明したが、それに限られるものではなく、この発明は、車輪式、クローラ式の移動ロボットに同様に妥当すると共に、脚式移動ロボットとしても 3本以上の脚部リンクを備えたものにも同様に妥当する。

また、駆動モータとして電動モータを例にとって説明したが、それに限られるものではなく、この発明は、油圧モータ、空圧モータなどの流体圧モータなどにも同様に妥当する。産業上の利用可能性

この発明によれば、移動ロボットの異常検知装置において内部の状態量が異常な値か否か、あるいは内界センサなどの少なくともいずれかが異常か否か自己診断し、異常と判定されたとき、その異常情報を出力し、それに基づいて異常の不具合度を判定すると共に、判定された不具合度に応じ、移動ロボットを安定な状態に移行させるように構成したので、異常検知結果を効果的に活用することができる。また、判定された不具合度に応じて安定な状態に移行させるように構成したので、その移行も適切なものとすることができる。従って、この発明は移動口ボットの異常検知装置などに応用可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 駆動モータと、内部の状態量を測定する内界センサとを少なくとも備え、搭载されたマイクロコンピュータからなる制御ュ-ットにおいて少なくとも前記内界センサの出力から得た状態量に基づいて前記駆動モータを作動させて移動する移動ロボットの異常を検知する異常検知装置において、前記制御ユニットが、 a . 前記状態量が異常な値か否か、あるいは前記内界センサおよび駆動モータを少なくとも含む前記ロボットの搭載機器の少なくともいずれかが異常力、否か自己診断する自己診断手段、

b . 前記自己診断手段によって異常と判定されたとき、その異常情報を出力する異常情報出力手段、

c . 前記異常情報出力手段の出力を入力して前記異常情報に基づいて異常の不具合度を判定する不具合度判定手段、

および

d . 前記判定された不具合度に応じ、前記ロボットを安定な状態に移行させる安定状態移行手段、

を備えることを特徴とする移動ロボットの異常検知装置。

2 . 前記安定状態移行手段は、前記判定された不具合度に応じ、所定の行動計画表に基づいて前記ロボットを安定な状態に移行するように制御することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の移動ロボットの異常検知装置。

3 . さらに、

e . 前記判定された不具合度を、前記制御ユニットに設けられた内部メモリに格納すると共に、前記ロボットの外部に設けられた外部メモリに格納する不具合度格納手段、

を備えたことを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項記載の移動ロボットの異常検知装置。

4 . 前記不具合度格納手段は、前記不具合度判定手段の出力と前記ロボットの状態量を示すパラメータを、前記内部メモリに格納すると共に、前記外部メモリに格納することを特徴とする請求の範囲第 3項記載の移動ロボットの異常検知装置

5 . 前記制御ュニットは、

f . 少なくとも目標操作量を入力し、前記目標操作量を満足するように制御対象である前記ロポットの目標挙動を出力する動力学モデルに基づき、少なくとも前記動力学モデルと前記ロボットの状態量の偏差に応じた前記目標値の修正量を少なくとも前記動力学モデルに付加的に入力して前記動力学モデルの挙動を修正する動力学モデル挙動修正手段と、

および

g . 前記動力学モデルの挙動を追従するように、前記駆動モータの作動を制御する制御手段と、

を備えるものであると共に、前記自己診断手段は、前記動力学モデルと前記ロボットの状態量の偏差が所定範囲にないとき、前記状態量が異常な値と自己診断することを特徴とする請求の範囲第 1項から第 4項のいずれかに記載の移動ロボットの異常検知装置。

6 . 前記ロボットが、少なくとも上体と、前記上体に関節を介して揺動可能に連結されると共に、先端に関節を介して足部が連結される複数本の脚部リンクを備える脚式移動ロボットであり、前記内界センサが前記上体の鉛直軸に対する傾斜を示す出力を生じる傾斜計を含むと共に、前記自己診断手段は、前記傾斜計の出力が所定範囲にないとき、前記傾斜計が異常と自己診断することを特徴とする請求の範囲第 1項から第 5項の!/、ずれかに記載の移動ロボットの異常検知装置。

7 . 前記ロボットが、少なくとも上体と、前記上体に関節を介して揺動可能に連結されると共に、先端に関節を介して足部が連結される複数本の脚部リンクを備える脚式移動口ポットであり、前記内界センサが前記ロボットの関節の角度、角速度およぴ角加速度の少なくとも！/、ずれかを示す出力を生じる角度検出器を含むと共に、前記自己診断手段は、前記角度検出器の出力が所定範囲にないとき、前記角度検出器が異常と自己診断するこ'とを特徴とする請求の範囲第 1項から第 6 項のいずれかに記載の移動ロボットの異常検知装置。

8 . 前記搭載機器が、撮像した画像を示す出力を生じる外界センサを含むことを特徴とする請求の範囲第 1項から第 7項の、ずれかに記載の移動ロボットの異常検知装置。

9 . 前記搭載機器が、前記口ポットに作用する床反力を測定する床反力検出器を含むと共に、前記自己診断手段は、前記床反力検出器の出力が所定範囲にないとき、前記床反力検出器が異常と自己診断することを特徴とする請求の範囲第 1項から第 8項のレ、ずれかに記載の移動口ボットの異常検知装置。

1 0 . 前記搭載機器が、前記駆動モータに供給される電流および前記駆動モータの温度を検出するセンサ群を含むと共に、前記自己診断手段は、前記検出された電流および温度の少なくともいずれかがそれぞれ設定される所定範囲にないとき、前記駆動モータが異常と自己診断することを特徴とする請求の範囲第 1項から第 9項のいずれかに記載の移動ロボットの異常検知装置。

1 1 . 前記搭載機器が、前記制御ユニットおよび前記駆動モータに通電するバッテリおよびその電圧を示す出力を生じる電圧センサを含むと共に、前記自己診断手段は、前記電圧センサの出力が所定値未満のとき、前記バッテリが異常と自己診断することを特徴とする請求の範囲第 1項から第 1 0項のいずれかに記載の移動ロボットの異常検知装置。

1 2 . 前記搭載機器が、操作者との音声による交信を可能とする音声認識装置を含むことを特徴とする請求の範囲第 1項から第 1 1項のいずれかに記載の移動口ボットの異常検知装置。

1 3 . さらに、

h . 前記ロボットの外部に配置されて前記外部メモリを含む、マイクロコンピュータからなる操作用制御ュニットと、

および

i . 前記制御ュ-ットと前記操作用制御ュ-ットを通信自在に接続する通信手段と、

を備えると共に、前記自己診断手段は、前記通信手段が異常か否か自己診断することを特徴とする請求の範囲第 1項から第 1 2項のいずれかに記載の移動口ポットの異常検知装置。