WO2010035394A1 - 移動装置およびその制御方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a device that moves autonomously.
- a message prompting the movement of an object in a direction that is difficult to move is issued to a human being as the object, and an inappropriate message can be issued from the viewpoint of the robot moving while avoiding contact with the object.
- an inappropriate message can be issued from the viewpoint of the robot moving while avoiding contact with the object.
- an object of the present invention is to provide a moving device and the like that can move or act appropriately from the viewpoint of efficiently avoiding the hindrance to movement by an object.
- the moving device of the present invention for solving the above-mentioned problems moves autonomously according to a target position trajectory representing a temporal change mode of the target position by controlling the operation of the control device and the control device. It is a moving device, and the control device determines whether or not a first moving condition that the moving device can move without being obstructed by an object by following the current target position trajectory is satisfied. If it is determined that the first moving condition is not satisfied, the moving device moves without being obstructed by the object according to the current target position trajectory due to the displacement according to the first mode of the object.
- the method for solving the problem is a method of controlling a mobile device that moves autonomously according to a target position trajectory representing a temporal change of a target position, wherein the mobile device is the current target position trajectory. If it is determined whether or not the first movement condition that the object can move without being obstructed by this is satisfied, and it is determined that the first movement condition is not satisfied, It is determined whether or not the second movement condition that the moving device can move without being obstructed by the object according to the current target position trajectory by the displacement according to one aspect is satisfied. It is determined whether or not it belongs to the second classification that is moved by the force action by the moving device, and when it is determined that the first moving condition is satisfied, the moving device is moved to the target position.
- the second movement condition is satisfied by the first control processing element, and the object is determined to belong to the second classification
- the object is moved according to the first mode, and the operation of the moving device is controlled so as to return to the current target position trajectory as necessary (seventh invention).
- the operation of the moving device when it is determined that the first moving condition is satisfied, the operation of the moving device is controlled so that the moving device moves according to the target position trajectory.
- the operation of the moving device being controlled means that the operation of an apparatus mounted on the moving device such as an actuator or an acoustic output device is controlled.
- the “first moving condition” is a condition that the moving device can move without being obstructed by an object by following the current target position trajectory.
- the moving device can move according to the current target position trajectory without being obstructed by the object.
- the object moves according to the first mode or the arbitrary mode.
- the operation of the mobile device is controlled so as to prompt the user.
- the “second movement condition” is a condition that when the object is displaced according to the first mode, the moving device can move without being obstructed by the object by following the current target position trajectory.
- “Second classification” means a classification of an object that can be moved in accordance with a force action from a moving device.
- the moving device By forcibly displacing the object according to the operation of the moving device, it is confirmed in advance that the moving device can move without being obstructed by this object according to the current target position trajectory.
- the device operates to move the object.
- the moving device can be appropriately moved or acted from the viewpoint of efficiently avoiding the movement of the moving device being hindered by the object.
- the moving device causes the displacement after the correction according to the second aspect of the object and the correction of the target position trajectory to It is further determined whether or not a third movement condition that the object can move without being obstructed by the object in accordance with a target position trajectory is satisfied, and the second control processing element is operated by the first control processing element.
- the object is moved according to the second mode, and returned to the current target position trajectory as necessary.
- the operation of the moving device may be controlled and the target position trajectory may be corrected (second invention).
- the moving device having the configuration, when the second movement condition is not satisfied but the third movement condition is satisfied and the object is determined to belong to the second category, the object is moved to the second mode. Accordingly, the movement of the moving device is controlled so that the target position trajectory is corrected.
- the moving device moves without being obstructed by the object according to the corrected target position trajectory. It is a condition that it can be done.
- the object is forcibly displaced according to the operation of the moving device, and the target position trajectory is corrected, so that the moving device moves without being obstructed by the object according to the corrected target position trajectory. It works to move the object after confirming that it can do.
- the object is not obstructed by the object according to the corrected target position trajectory by correcting the target position trajectory.
- the target position trajectory may be corrected (third invention).
- the moving device when it is determined that the fourth moving condition is satisfied even though the first moving condition is not satisfied, the target position trajectory is corrected, and the moving device corrects the target after the correction.
- the operation of the moving device is controlled to move according to the position trajectory.
- the “fourth movement condition” is a condition that the current target position trajectory is corrected so that the moving device can move without being obstructed by the object according to the corrected target position trajectory.
- the moving device corrects the target position trajectory after confirming in advance that it can move according to the corrected target position trajectory without being obstructed by the object even if there is an object around it. . Accordingly, it is possible to appropriately move or act from the viewpoint of efficiently avoiding that the moving device is obstructed by the object.
- the object When the first control processing element determines that the object does not belong to the second classification, the object can recognize the action mode of the moving device and can move autonomously. It is determined whether or not it belongs to one class, and the second control processing element determines that the second movement condition is satisfied by the first control processing element and that the object belongs to the first class In this case, the operation of the moving device may be controlled so that the moving device prompts displacement of the object according to the first mode or the arbitrary mode (fourth invention).
- the moving apparatus having the configuration, when the first movement condition is not satisfied, but the second movement condition is satisfied and it is determined that the object belongs to the first classification, the object is changed to the first mode.
- the operation of the moving device is controlled to move according to the above.
- First classification means a classification of an object that can recognize the behavior of the mobile device and can move autonomously.
- the moving device After confirming in advance that the moving device can move without being obstructed by this object according to the current target position trajectory by autonomously displacing the object according to the prompting operation of the moving device,
- the moving device operates to prompt the object to be displaced. Accordingly, the moving device can be appropriately moved or acted from the viewpoint of efficiently avoiding the movement of the moving device being hindered by the object.
- the moving device causes the displacement after the correction according to the second aspect of the object and the correction of the target position trajectory to It is further determined whether or not a third movement condition that the object can move without being obstructed by the object according to a target position trajectory is satisfied, and the second control processing element is operated by the first control processing element.
- the operation of the moving device is configured to prompt the object to be displaced according to the second aspect or the arbitrary aspect. May be controlled.
- the moving device having the configuration, when the second movement condition is not satisfied, but the third movement condition is satisfied and the object is determined to belong to the second category, the object is in the second mode. Accordingly, the movement of the moving device is controlled and the target position trajectory is corrected so as to promote autonomous displacement according to the above.
- the object is displaced autonomously according to the prompting operation of the moving device, and the target position trajectory is corrected, so that the moving device moves without being obstructed by the object according to the corrected target position trajectory.
- the moving device After confirming beforehand that it is possible to operate, it operates to prompt the object to be displaced. Accordingly, the moving device can be appropriately moved or acted from the viewpoint of efficiently avoiding the movement of the moving device being hindered by the object.
- the first control processing element is not obstructed by the object according to whether or not the distance between the object sandwiching the target position trajectory and the boundary of the movable region is equal to or greater than a safe distance. Thus, it may be determined whether or not it is possible to move according to the target position trajectory (sixth invention).
- the moving device can move without being obstructed by the object in accordance with the target position trajectory according to the distance between the object sandwiching the target position trajectory and the boundary of the movable region. It is determined whether or not. Accordingly, the moving device can be appropriately moved or acted from the viewpoint of efficiently avoiding that the moving device does not protrude from the movable region and is obstructed by the object.
- FIG. 2 is a configuration explanatory diagram of a robot control device.
- the flowchart which shows the control method of operation
- a legged mobile robot 1 as a mobile device shown in FIG. 1 includes a base 10, a head 11 provided on the top of the base 10, and left and right arms 12 extending from the left and right sides of the top of the base 10.
- a hand portion 14 provided at the distal end portion of the arm portion 12, left and right leg portions 13 extending downward from the lower portion of the base body 10, and a foot portion 15 attached to the distal end portion of the leg portion 13. It has.
- the robot 1 has a human shoulder joint, elbow joint, and the like by force transmitted from the actuator 1000 (see FIG. 2).
- the arm portion 12 and the leg portion 13 can be bent and extended at a plurality of joint portions corresponding to a plurality of joints such as a wrist joint, a hip joint, a knee joint, and an ankle joint.
- the robot 1 can move autonomously by the movement of each of the left and right legs 13 (or feet 15) accompanied by repeated leaving and landing.
- the height of the head 11 can be adjusted by adjusting the inclination angle of the base 10 with respect to the vertical direction.
- the head 11 is mounted with a pair of head cameras (CCD cameras) C 1 that are arranged side by side and directed to the front of the robot 1.
- a waist camera (infrared camera) C 2 is mounted on the base 10 at the lower front side.
- the moving device may be any device having a moving function, such as a wheeled mobile robot (automobile), in addition to the robot 1 that moves autonomously by the movement of the plurality of legs 13.
- a wheeled mobile robot autonomous mobile
- the robot 1 includes a control device 100 configured by an ECU or a computer (configured by a CPU, ROM, RAM, I / O, etc.) as hardware.
- the “control program” of the present invention is stored in the memory of the computer.
- the control program may be installed in the computer through a software recording medium such as a CD or a DVD, but is downloaded to the computer via the network or artificial satellite by the server in response to the request signal transmitted from the robot 1 to the server. May be.
- the control device 100 shown in FIG. 2 controls the operation of the arm unit 12 and the leg unit 13 by controlling the operation of the actuator 1000 based on the output signals from the first sensor group 111 and the second sensor group 112. To control.
- the first sensor group 111 is a sensor for measuring the behavior state of the robot 1.
- Robots such as a gyro sensor that outputs a signal corresponding to the acceleration of the base body 10, a rotary encoder that outputs a signal corresponding to the joint angle of each joint, and a force sensor that outputs a signal corresponding to the floor reaction force acting on the leg 13
- Various sensors mounted on 1 correspond to the first sensor group 111.
- the second sensor group 112 is a sensor for measuring the environment of the robot 1 such as the behavior state of the object.
- the head camera C 1 and the waist camera C 2 correspond to the second sensor group 112.
- the actuator 1000 includes a drive source such as an electric motor, a speed reducer provided between the output shaft of the drive source and the link constituting the arm portion 12 and the leg portion 13, and a flexible element such as an elastic member. Yes.
- the control device 100 includes a first control processing element 110 and a second control processing element 120.
- the first control processing element 110 determines whether or not the moving condition described later is satisfied and the classification of the object 2.
- the second control processing element 120 controls the operation of the robot 1 based on the determination result by the first control processing element 110.
- Each of the first control processing element 110 and the second control processing element 120 may be configured by one or a plurality of control modules. At least a part of the control modules constituting each of the first control processing element 110 and the second control processing element 120 may be a common control module.
- the component of the present invention “recognizes” information means that the component retrieves information from a database, reads information from a storage device such as a memory, and measures information based on an output signal from a sensor or the like. It means performing any information processing necessary to prepare or prepare the information for further information processing, such as calculating, estimating, determining, storing the measured information in a memory, and the like.
- the state is detected by the first control processing element 110 (FIG. 3 / STEP010).
- the movable area QS defined in the two-dimensional or three-dimensional space of the robot 1 is retrieved from the environment database server 20 or read from the memory or storage device.
- the movable region QS defined as shown in FIGS. 6A and 6B according to the shape of the wall of the passage, the fixed object, or the like is recognized.
- the first space element Q 1 or the second space element Q 2 is recognized as the Minkowski sum of the first region q 1 and the second region q 2 having sizes according to the sizes of the robot 1 and the object 2.
- the movable area QS is recognized as a Minkowski difference between the area having a size corresponding to the size of the movable area and the first area q 1 or the second area q 2 .
- space elements are “points” that can define states such as position, velocity, and acceleration in model space, and “lines” that can further define states such as shape and length in addition to positions in model space.
- positions in the model space and the like it means a “region” or the like in which states such as shape and area can be defined.
- Movable area QS may be defined as a flat or curved surfaces to be identified any point by latitude and longitude, but the floor in the vicinity of the robot 1 recognized based on the images obtained through the head cameras C 1 It may be sequentially changed based on the inclination angle, the shape such as the presence or absence of a step or unevenness.
- the robot 1 and the position trajectory representing the position change manner thereof change the first space element Q 1 and the first position P 1 change in the movable region QS.
- the shape and size of the first spatial element Q 1 is read from a memory or a database.
- the first region q 1 shown in FIG. 4A having a size corresponding to the size of the robot 1 may be recognized as the first space element Q 1 as it is, but in this embodiment, FIG. ),
- the first region q 1 reduced in a dot shape is recognized as the first space element Q1.
- the amount of calculation processing required for the trajectory search that the robot 1 should follow can be reduced.
- the robot 1 When the robot 1 has a box with its arm 12 or when an optional device for adding a function to the robot 1 is attached to the base 10, an object such as the box or the device is In a situation where the robot 1 is moving integrally with the robot 1, the shape and size of the robot 1 moving integrally and the object may be recognized as the shape and size of the robot 1.
- the position of the robot 1 is a signal representing latitude and longitude (or coordinates in a fixed coordinate system) obtained by the GPS function, a signal representing acceleration of the robot 1 sequentially outputted from the gyro sensor, or a leg outputted from the rotary encoder. Based on a signal representing the angle of each joint such as the unit 13, measurement is performed using an inverse dynamic model as necessary. Based on variant or time derivative of the first position P 1, the first speed of the spatial element Q 1 (first speed) V 1, further may be calculated acceleration (first acceleration) alpha 1 as required.
- each trajectory representing changes in the object 2 and its position is a second variant of the spatial element Q 2 and the second position P 2 in the movable area QS Recognized as each of the second position trajectories represented.
- the shape and size of the second spatial element Q 2 are determined based on the determination result after the type of the object 2 is determined based on the captured image of the object 2 by the head camera C 1.
- the size correspondence table is stored.) Can be recognized by searching.
- the second region q 2 shown in FIG. 4A having a size corresponding to the size of the object 2 may be recognized as the second space element Q 2 as it is, but in this embodiment, the second region q 2 is shown in FIG. Minkowski sum of the first region q 1 and the second region q 2 is recognized as the second spatial element Q 2 as shown in).
- the position of the object 2 can be measured based on the image of the object 2 captured by the head camera C 1 or the waist camera C 2 .
- the speed (second speed) V 2 of the second spatial element Q 2 and, if necessary, the acceleration (second acceleration) ⁇ 2 can be calculated.
- the first spatial element Q 1 which is continuously or intermittently expanded in accordance with a first variant of the position P 1 is recognized as the first extended spatial element EQ 1.
- second spatial element Q 2 is continuously or intermittently expanded in accordance with the second position P 2 variants is recognized as the second extended spatial element EQ 2.
- recognition second spatial element Q 2 are continuously stretched in a second velocity direction of the vector V 2 is as FIGS. 5 (a) the expanded second spatial element EQ 2 in the straight strip as shown in the right Is done.
- the variable k representing the degree of expansion of the second space element Q 2 is based on the first position vector P 1 , the second position vector P 2 , the first speed vector V 1, and the second speed vector V 2 in relational expression (1). It is therefore represented.
- the second space element Q 2 that is intermittently stretched in the direction corresponding to the second velocity vector V 2 is a second expansion space composed of a plurality of space elements as shown on the right side of FIG. it may be recognized as an element EQ 2.
- the first expansion space element EQ 1 is also recognized in the same manner as the second expansion space element EQ 2 , but at this time, the first region q 1 and the second region are opposite to the case where the second expansion space element EQ 2 is recognized.
- the Minkowski sum of the region q 2 is recognized as the first space element Q 1
- the second region q 2 reduced in a dot shape is recognized as the second space element Q 2 .
- Each of the first expansion space element EQ 1 and the second expansion space element EQ 2 is used when searching for a target position trajectory, which will be described later, and therefore, it is only necessary to be recognized as needed rather than constantly.
- the first control processing element 110 determines whether or not the “first movement condition” is satisfied based on the state detection result (FIG. 3 / STEP 011).
- the “first movement condition” is a condition that the robot 1 can move without being obstructed by the object 2 according to the current target position trajectory P 0 . Specifically, it is set as the first movement condition that the current target position trajectory P 0 of the first space element Q 1 defined in the movable area QS does not intersect or contact the second space element Q 2. ing.
- the first movement condition is not satisfied because the target position trajectory P 0 of the first space element Q 1 intersects the second space element Q 2. It is determined.
- the first space element Q 1 and the second space element Q 2 are adopted as the first movement condition. May be.
- the robot 1 moves according to the current target position trajectory P0 by the second control processing element 120.
- the operation of the leg 13 and the like of the robot 1 is controlled (FIG. 3 / STEP021).
- Whether or not the robot 1 can move without being obstructed by the object 2 according to the current target position trajectory P 0 is replaced with or in addition to the first movement condition. It can be determined depending on whether all the conditions are satisfied.
- the robot 1 can move according to the current state or the corrected target position trajectory P 0 .
- the first auxiliary condition is a condition that “the target position trajectory P 0 does not intersect or contact the second expansion space element EQ 2 ”.
- the second auxiliary condition is a condition that “the interval (first interval) between the target position trajectory P 0 and the second expansion space element EQ 2 is wider than the first safety interval”.
- each of the regular hexagonal first cells C 1i (i 1, 2,...) Having the center (reference point) on the target position trajectory P 0. , the overlapping area of the movable area QS excluding the overlapping portion of the expanded second spatial element EQ 2 (shaded area) is evaluated as the first distance.
- the area is measured according to, for example, the Monte Carlo method. That is, dots are randomly arranged in the movable area QS, and the number of dots included in the overlapping area of the movable area QS excluding the overlapping area between the first cell C 1i and the second extended space element EQ 2 is The counted number is measured as the overlapping area.
- the shape of the first cell C 1i shown in FIG. 7C may be variously changed to a circular shape, a rod shape, or the like, and the number may be an arbitrary number or may overlap each other. It does not have to be.
- the first interval can be evaluated geometrically, such as the shortest distance between the foot of the perpendicular of the target position trajectory P 0 and the intersection of the perpendicular and the second expansion element EQ 2 .
- the second attached condition is “an extension line in the direction of the second speed V 2 starting from the second position P 2 is the target position. “Do not cross the trajectory P 0 ”. For example, when the extension line intersects the target position trajectory P 0 as shown in FIG. 7D, it is determined that the second attached condition is not satisfied.
- the third accessory condition is a condition that can search the predicted position trajectory RP capable of avoiding the contact of the first and expanded spatial element E 1 in the second spatial element Q 2 is movable region QS.
- the third accessory condition is satisfied where the first extended spatial element EQ 1 intersecting or contacting non predicted position trajectory RP as shown in FIG. 8 (a) is searched .
- searching for the predicted position trajectory RP a known method such as an RRT connection method is used.
- the fourth auxiliary condition is a condition that “the interval (second interval) between the predicted position trajectory RP of the second space element Q 2 and the first extended space element EQ 1 is wider than the second safety interval”.
- each of the regular hexagonal second cells C 2i (i 1, 2,...) Having a center (reference point) on the predicted position trajectory RP as shown in FIG. the overlapping area of the movable area QS excluding the overlapping portion between the first extended spatial element EQ 1 (hatched portion) is evaluated as the second distance according to the Monte Carlo method or the like by the second control processing element 120.
- the second interval is a foot of a perpendicular predicted position trajectory RP, shortest distance, etc. between the perpendicular line and the first intersection of the extension element EQ 1, it can be geometrically evaluated.
- the fourth auxiliary condition is that instead of or in addition to “the second interval is wider than the second safety interval” “the target position trajectory P 0 of the first space element Q 1 and the predicted position of the second space element Q 2 . It may be that the track RP does not intersect. For example, as shown in FIG. 8C, when the target position trajectory P 0 and the predicted position trajectory RP intersect, it is determined that the fourth attached condition is not satisfied.
- the “second movement condition” is a condition that the robot 1 can move without being obstructed by the object 2 according to the current target position trajectory P 0 due to the displacement according to the first mode of the object 2.
- the current target position of the first space element Q 1 defined in the movable area QS is determined by displacing the second space element Q 2 from the current second position P 2 in the movable area QS. It is set as the second movement condition that the trajectory P 0 does not intersect or contact the second space element Q 2 .
- the second spatial element Q 2 is displaced as indicated by the dashed arrow, so that the target position trajectory P 0 indicated by the alternate long and short dash line is changed to the second. since not intersect or contact the spatial element Q 2, it is determined that the second movement conditions are met.
- the motion state of the object 2 (specified by its time change mode such as the second position P 2 and the second velocity vector V 2 ) and the spatial margin around the object 2 (of other objects or movable regions) One or both of wide and narrow (interval to the boundary), or in addition to this, the movement state of the robot 1 (specified by its time change mode such as the first position P 1 and the first velocity vector V 1 ).
- the predicted movement mode of the object 2 determined on the basis of it may be recognized as the “first mode”.
- the first control processing element 110 determines whether the object 2 belongs to the first classification (FIG. 3 / STEP015). ).
- the “first classification” represents an object classification such as a human being or a robot that can recognize the action mode of the robot 1 and can move autonomously.
- the “second classification” represents an object classification such as a cart, a flower pot, and a box that are moved by the force of the robot 1.
- the object classification of the object 2 is determined according to a method such as shape pattern matching using a template stored in the memory of the control device 100. Is done. It should be noted that the classification of the object 2 existing at the second position P 2 is searched from the environment database 20 or the object classification of the object 2 is determined according to another method such as the robot 1 pressing the object 2 lightly. Also good. The classification of the object 2 may be determined prior to the satisfaction determination of the second movement condition.
- the second control processing element 110 When the second movement condition is satisfied by the first control processing element 110 (FIG. 3 / STEP012... YES) and it is determined that the object 2 belongs to the first classification (FIG. 3 / STEP015... YES), the second control The operation of the robot 1 is controlled by the processing element 120 so as to promote the autonomous movement of the robot 1 in accordance with the first mode according to the object 2 (FIG. 3 / STEP022).
- a message that prompts the person 2 to make a displacement according to the first mode (such as a change of course to the left side), or a planned movement direction (straight forward) of the robot 1. Or the like is output as a sound from a speaker mounted on the robot 1.
- the operation of the robot 1 is controlled so that the orientation of the head 11 or the posture of the arm 12 changes so as to prompt the human 2 to change the course or to make the human 2 recognize the planned movement direction of the robot 1.
- an LED mounted on the robot 1 may be turned on.
- the second control processing element 110 When the second movement condition is satisfied by the first control processing element 110 (FIG. 3 / STEP012... YES) and it is determined that the object 2 belongs to the second classification (FIG. 3 / STEP016... YES), the second control The operation of the robot 1 is controlled by the processing element 120 so that the robot 1 forcibly moves the object 2 according to the first mode (FIG. 3 / STEP022).
- the robot 1 is moved by holding the handle of the carriage 2 with both hands 14, so that the carriage 2 is indicated by an arrow according to the first mode. To be moved.
- the carriage 2 may move the carriage 2 while the robot 1 is moved in accordance with the target position trajectory P 0 of the current may be moved carriage 2 while moving temporarily away from the target position trajectory P 0 of the current.
- the cart 1 may be moved without moving while the both leg portions 13 are landed by pushing the cart 2 with one or both of the hand portions 14 so as to protrude.
- the robot 1 can return to the current target position trajectory P 0 as necessary and continue to move according to the target position trajectory P 0. .
- the “third movement condition” is that the robot 1 is not obstructed by the object 2 according to the corrected target position trajectory P 0 by the displacement according to the second mode of the object 2 and the correction of the target position trajectory P 0. It is a condition that it can move to. Specifically, in the movable region QS, the second space element Q 2 is displaced from the current second position P 2 and the current target position trajectory P 0 of the first space element Q 1 is corrected.
- the third movement condition is that the corrected target position trajectory P 0 does not intersect or contact the second space element Q 2 .
- the second space element Q 2 is displaced in accordance with the dashed arrow, and the current target position trajectory P 0 indicated by the one-dot chain line of the first space element Q 1. Is corrected as indicated by a two-dot chain line, the corrected target position trajectory P 0 does not intersect or contact the displaced second space element Q 2 indicated by the broken line. It is determined that the third movement condition is satisfied.
- the motion state of the object 2 (specified by its time change mode such as the second position P 2 and the second velocity vector V 2 ) and the spatial margin around the object 2 (of other objects or movable regions) one or both of the wide and narrow intervals) to the boundary, or, which in addition is specified by the time change mode, such as a motion state (the first position P1 and the first velocity vector V 1 robot 1.) based
- the predicted movement mode of the object 2 determined in this way may be recognized as the “second mode”.
- the first control processing element 110 determines whether the object 2 belongs to the first classification (FIG. 3 / STEP017). ). When it is determined that the object 2 does not belong to the first classification (FIG. 3 / STEP017... NO), it is determined whether the object 2 belongs to the second classification (FIG. 3 / STEP018). Note that the classification of the object 2 may be determined prior to the satisfaction determination of the third movement condition.
- the second control The operation of the robot 1 is controlled and the target position trajectory P0 is corrected so that the processing element 120 prompts the robot 1 to move autonomously in accordance with the second mode of the object 2 (FIG. 3 / STEP024 (FIG. 3). 12 (b))).
- the second control The processing element 120 controls the operation of the robot 1 such that the robot 1 forcibly moves the object 2 according to the second mode, and the target position trajectory P0 is corrected (FIG. 3 / STEP025 (FIG. 13B)). reference)).
- the first Whether or not the “fourth movement condition” is satisfied is further determined by the control processing element 110 (FIG. 3 / STEP014).
- the target position trajectory P0 is corrected by the second control processing element 120 (FIG. 3 / STEP026). ).
- the target position trajectory P0 is corrected according to the following procedure.
- the second spatial element Q 2 respectively second peripheral four circular region circumscribing the second spatial element Q 2 in all directions These are set as cells SQ 21 to SQ 24 . Further, of the four second peripheral cells SQ 21 to SQ 24 , the second peripheral cell SQ 22 having the smallest area of the overlapping area (see the shaded portion in FIG. 9A) with the movable area QS is designated. The The area is measured according to, for example, the Monte Carlo method.
- the cells may be set as cells SQ 21 to SQ 28 . Further, of the eight second peripheral cells SQ 21 to SQ 28 , the length of the portion that continues from the second element space Q 2 to the boundary of the element space QS (see the thick line portion in FIG. 10A) is the smallest.
- the second neighboring cell SQ 23 may be designated.
- the second peripheral cell SQ 2i is only on the side in the traveling direction of the object 2, that is, the second peripheral cell SQ 22 in FIG.
- SQ 24 or only the second peripheral cells SQ 23 and SQ 27 in FIG. 10A may be set.
- the size of the second peripheral cell SQ 2i (the diameter in the case of a circular region, the length in the case of a line segment) is appropriately set from the viewpoint of avoiding contact between the robot 1 and the object 2. Yes. Further, the size of the second peripheral cell SQ 2i may be variably set according to the speed of the object 2 or the like.
- the shape of the second peripheral cell SQ 2i may be various shapes such as a circular shape, a line segment, a fan shape, a rectangular shape, and a trapezoidal shape. Furthermore, one or both of the shapes and sizes of the second peripheral cells SQ 2i may be different.
- the second neighboring cell SQ 2i that satisfies the requirement that the size is equal to or smaller than the threshold value may be designated instead of the requirement that the size is the smallest among the second neighboring cells SQ 2i .
- the second expansion space element EQ 2 and the designated second peripheral cell SQ 22 or SQ 23 are not in contact with each other.
- the target position trajectory P 0 is corrected.
- the second control processing element 120 causes the robot 1 to stop or temporarily stop. Then, the operation of the leg 13 and the like of the robot 1 is controlled (FIG. 3 / STEP027).
- the operation may be controlled so that the robot 1 stops its movement according to the following procedure.
- a new target position trajectory P 0 ′ that brings the first space element Q 2 closer to the boundary of the movable region QS is searched.
- the interval from the boundary of the movable region QS in a plurality of directions with respect to the first space element Q1 is evaluated as the third interval, and the new target position trajectory P 0 ′ is given priority in the direction in which the third interval is short. Is set automatically.
- the shape of the third cell C 3i shown in FIG. 11A may be variously changed to a circular shape, a rod shape, or the like, and the number may be an arbitrary number or may overlap each other. It does not have to be.
- the overlapping area between the third cell C 3i and the movable region QS is evaluated as the third interval according to the Monte Carlo method or the like.
- the third interval is evaluated to be the minimum for each of the 11 of two in the situation illustrated in (a) cells C 31 and C 32.
- the operation of the robot 1 is controlled so as to stop the movement at the end point.
- the operation of the robot 1 is controlled so that the robot 1 moves toward the rear side in the traveling direction (walks backward). Thereafter, the series of processing is repeated until the robot 1 arrives at the target position.
- the “first movement condition” is a condition that the robot 1 can move without being obstructed by the object 2 according to the current target position trajectory P 0 .
- the robot 1 can move according to the current target position trajectory P 0 without being obstructed by the object 2 even if the object 2 exists around the robot 1.
- the object moves according to the first mode or the arbitrary mode.
- the operation of the robot 1 is controlled so as to prompt the user (see FIG. 3 / STEP011... NO, STEP012... YES, STEP015... YES, STEP022, FIG. 12).
- the “second movement condition” is a condition that the robot 1 can move without being obstructed by the object 2 according to the current target position trajectory P 0 when the object 2 is displaced according to the first mode. .
- First classification means a classification of an object such as a human or other robot that can recognize the behavior of the robot 1 and can move autonomously.
- the robot 1 can move without being obstructed by the object 2 according to the current target position trajectory P 0 by autonomously displacing the object in accordance with the prompting action of the robot 1. Above, the robot 1 operates to urge the object 2 to move.
- the robot 1 can appropriately move or act from the viewpoint of efficiently avoiding the movement of the robot 1 being hindered by the object 2.
- the object 2 is subjected to the second mode or the arbitrary mode.
- the “third movement condition” is that the object 2 is displaced according to the second mode and the target position trajectory P 0 is corrected, so that the robot 1 follows the corrected target position trajectory P 0 according to the corrected target position trajectory P 0. It is a condition that it can move without being obstructed.
- the object 2 autonomously displaces according to the prompting action of the robot 1 and the target position trajectory P 0 is corrected, so that the robot 1 moves to the object 2 according to the corrected target position trajectory P 0. After confirming beforehand that it can move without being obstructed, it operates to urge the object 2 to move.
- the robot 1 can move or act appropriately from the viewpoint of efficiently avoiding the robot 1 being obstructed by the object 2.
- the target position trajectory P 0 is corrected, and the robot 1 becomes the corrected target position trajectory P 0 . Therefore, the operation of the robot 1 is controlled so as to move (see FIG. 3 / STEP011... NO, STEP014... YES, STEP .026, FIG. 9 and FIG. 10).
- the “fourth movement condition” is a condition in which the current target position trajectory P 0 is corrected so that the robot 1 can move without being obstructed by an object according to the corrected target position trajectory P 0. .
- the robot 1 confirms in advance that the robot 1 can move according to the corrected target position trajectory P 0 without being obstructed by the object 2 even if the object 2 exists around it.
- the trajectory P 0 is corrected. Thereby, it is possible to appropriately move or act from the viewpoint of efficiently avoiding the robot 1 being obstructed by the object 2.
- the object 2 is moved according to the first mode.
- the operation of the robot 1 is controlled (see FIG. 3 / STEP011... NO, STEP012... YES, STEP016... YES, STEP0162, FIG. 13).
- the “second classification” means a classification of an object that can be moved according to the force action from the robot 1.
- the robot 1 can move without being obstructed by the object 2 according to the current target position trajectory P 0 by forcibly displacing the object 2 according to the operation of the robot 1.
- the robot 1 operates to move the object 2. Accordingly, the robot 1 can appropriately move or act from the viewpoint of efficiently avoiding the movement of the robot 1 being hindered by the object 2.
- the object 2 is subjected to the second mode or the arbitrary mode.
- the movement of the robot 1 is controlled so as to move, and the target position trajectory P0 is corrected (see FIG. 3 / STEP012, NO, STEP013, YES, STEP018, YES, STEP025, FIG. 13).
- the object 2 is moved according to the operation of the robot 1 and the target position trajectory P 0 is corrected so that the robot 1 is not obstructed by the object 2 according to the corrected target position trajectory P 0. After confirming in advance that it can move, it operates to move the object 2. Accordingly, the robot 1 can appropriately move or act from the viewpoint of efficiently avoiding the movement of the robot 1 being hindered by the object 2.
- the priority order of the sufficiency determination of the first to fourth movement conditions may be arbitrarily changed.
- the satisfaction of the fourth movement condition is determined when it is determined that the first movement condition is not satisfied, and the satisfaction of the second movement condition is determined when it is determined that the fourth movement condition is not satisfied. May be determined.
- the satisfaction of the fourth movement condition is determined when it is determined that the second movement condition is not satisfied, and the satisfaction of the third movement condition is determined when it is determined that the fourth movement condition is not satisfied. May be determined.
- a part of the first to fourth movement conditions for example, the satisfaction determination of the third movement condition or the fourth movement condition may be omitted, and the operation control of the robot 1 according to the determination result may be omitted.
- whether or not an object belongs to the first class is determined, and then whether or not the object belongs to the second class is determined (see FIG. 3 / STEP015 to 018). After determining whether the object belongs to the second category, whether the object belongs to the first class may be determined. One of the determination of whether the object belongs to the first classification and the determination of whether the object belongs to the second classification may be omitted.
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Abstract
第1移動条件が満たされていないものの、第2移動条件が満たされており、かつ、物体(2)が第2分類に属すると判定された場合、物体(2)に第1態様または任意態様にしたがった移動を促すようにロボット(1)の動作が制御される。「第1移動条件」はロボット(1)が現状の目標位置軌道にしたがうことにより物体(2)に妨げられずに移動することができるという条件であり、「第2移動条件」は、物体(2)が第1態様にしたがって変位することにより、ロボット(1)が現状の目標位置軌道にしたがってこの物体(2)に妨げられずに移動することができるという条件である。「第2分類」はロボット(1)からの力作用に応じて動かされうる物体の分類を意味する。
Description
本発明は、自律的に移動する装置に関する。
センサネットワークロボットシステムを構成するロボットがそのルートを確保するために物体を除去する技術が提案されている(日本国 特開2006-338081号公報参照)。
しかし、ロボットのルートを確保するための物体の具体的な動かし方、または、ロボットが物体を動かすことによりルートが確保されることが事前に確認されていないと、ロボットが物体を動かす等のために要した労力および時間が無駄になる可能性がある。
また、移動が困難な方向への物体の移動を促すメッセージが当該物体としての人間に対して発せられる等、ロボットが物体との接触を回避しながら移動する観点から不適当なメッセージが発せられる可能性がある。
そこで、本発明は、物体による移動の妨げを効率的に回避する観点から適当に移動または行動しうる移動装置等を提供することを解決課題とする。
前記課題を解決するための本発明の移動装置は、制御装置と、前記制御装置によって動作が制御されることにより、目標位置の時間的な変化態様を表わす目標位置軌道にしたがって自律的に移動する移動装置であって、前記制御装置が、前記移動装置が現状の前記目標位置軌道にしたがうことで物体に妨げられずに移動することができるという第1移動条件が満たされているか否かを判定し、前記第1移動条件が満たされていないと判定した場合、前記物体の第1態様にしたがった変位により前記移動装置が現状の前記目標位置軌道にしたがって前記物体に妨げられずに移動することができるという第2移動条件が満たされているか否かを判定し、前記物体が前記移動装置による力作用により動かされる第2分類に属するか否かを判定する第1制御処理要素と、前記第1制御処理要素により前記第1移動条件が満たされていると判定された場合、前記移動装置が前記目標位置軌道にしたがって移動するように前記移動装置の動作を制御し、前記第1制御処理要素により前記第2移動条件が満たされており、かつ、前記物体が前記第2分類に属すると判定された場合、前記物体を前記第1態様にしたがって動かし、必要に応じて現状の前記目標位置軌道に復帰するように前記移動装置の動作を制御する第2制御処理要素とを備えていることを特徴とする(第1発明)。
前記課題を解決するための方法は、目標位置の時間的な変化態様を表わす目標位置軌道にしたがって自律的に移動する移動装置を制御する方法であって、前記移動装置が現状の前記目標位置軌道にしたがうことで物体に妨げられずに移動することができるという第1移動条件が満たされているか否かを判定し、前記第1移動条件が満たされていないと判定した場合、前記物体の第1態様にしたがった変位により前記移動装置が現状の前記目標位置軌道にしたがって前記物体に妨げられずに移動することができるという第2移動条件が満たされているか否かを判定し、前記物体が前記移動装置による力作用により動かされる第2分類に属するか否かを判定し、前記第1移動条件が満たされていると判定された場合、前記移動装置が前記目標位置軌道にしたがって移動するように前記移動装置の動作を制御し、前記第1制御処理要素により前記第2移動条件が満たされており、かつ、前記物体が前記第2分類に属すると判定された場合、前記物体を前記第1態様にしたがって動かし、必要に応じて現状の前記目標位置軌道に復帰するように前記移動装置の動作を制御することを特徴とする(第7発明)。
本発明の移動装置によれば、第1移動条件が満たされていると判定された場合、移動装置が目標位置軌道にしたがって移動するように、移動装置の動作が制御される。なお、移動装置の動作が制御されるとはアクチュエータまたは音響出力装置等、移動装置に搭載されている機器の動作が制御されることを意味する。
「第1移動条件」は移動装置が現状の目標位置軌道にしたがうことにより物体に妨げられずに移動することができるという条件である。
このため、移動装置はその周囲(正確には物体検知可能範囲)に物体が存在していても、その物体により妨げられることなく現状の目標位置軌道にしたがって移動することができる。
また、第1移動条件が満たされていないものの、第2移動条件が満たされており、かつ、物体が第2分類に属すると判定された場合、物体に第1態様または任意態様にしたがった移動を促すように移動装置の動作が制御される。
「第2移動条件」は、物体が第1態様にしたがって変位することにより、移動装置が現状の目標位置軌道にしたがうことによりこの物体に妨げられずに移動することができるという条件である。
「第2分類」は移動装置からの力作用に応じて動かされうる物体の分類を意味する。
このため、移動装置の動作に応じて物体を強制的に変位させることにより、移動装置が現状の目標位置軌道にしたがってこの物体に妨げられずに移動することができることを事前確認した上で、移動装置が物体を動かすように動作する。
そして、その後も継続的に第1移動条件および必要に応じて第2移動条件が満たされているか否かが判定される。これにより、移動装置が物体により移動が妨げられることを効率的に回避する観点から適当に移動または行動することができる。
前記第1制御処理要素が、前記第2移動条件が満たされていないと判定した場合、前記物体の第2態様にしたがった変位および前記目標位置軌道の補正により前記移動装置が当該補正後の前記目標位置軌道にしたがって前記物体に妨げられずに移動することができるという第3移動条件が満たされているか否かをさらに判定し、前記第2制御処理要素が前記第1制御処理要素により前記第3移動条件が満たされており、かつ、前記物体が前記第2分類に属すると判定された場合、前記物体を前記第2態様にしたがって動かし、必要に応じて現状の前記目標位置軌道に復帰するように前記移動装置の動作を制御するとともに前記目標位置軌道を補正してもよい(第2発明)。
当該構成の移動装置によれば、第2移動条件が満たされていないものの、第3移動条件が満たされており、かつ、物体が第2分類に属すると判定された場合、物体を第2態様にしたがって動かすように移動装置の動作が制御されるとともに目標位置軌道が補正される。
「第3移動条件」は、物体が第2態様にしたがって変位し、かつ、目標位置軌道が補正されることにより、移動装置が当該補正後の目標位置軌道にしたがってこの物体に妨げられずに移動することができるという条件である。
このため、移動装置の動作に応じて物体が強制的に変位し、かつ、目標位置軌道が補正されることによって移動装置が補正後の目標位置軌道にしたがってこの物体に妨げられずに移動することができることを事前確認した上で、物体を動かすように動作する。
そして、その後も継続的に第1移動条件および必要に応じて第2移動条件、さらには第3移動条件が満たされているか否かが判定される。これにより、移動装置が物体により妨げられることを効率的に回避する観点から適当に移動または行動することができる。
前記第1制御処理要素が、前記第1移動条件が満たされていないと判定した場合、前記目標位置軌道の補正により前記移動装置が当該補正後の前記目標位置軌道にしたがって前記物体に妨げられずに移動することができるという第4移動条件が満たされているか否かを判定し、前記第2制御処理要素が前記第1制御処理要素により前記第4条件が満たされていると判定された場合、前記目標位置軌道を補正してもよい(第3発明)。
当該構成の移動装置によれば、第1移動条件が満たされていないものの、第4移動条件が満たされていると判定された場合、目標位置軌道が補正され、移動装置が当該補正後の目標位置軌道にしたがって移動するように移動装置の動作が制御される。
「第4移動条件」は現状の目標位置軌道が補正されることにより、移動装置が当該補正後の目標位置軌道にしたがって物体に妨げられずに移動することができるという条件である。
このため、移動装置はその周囲に物体が存在していても、その物体により妨げられることなく補正後の目標位置軌道にしたがって移動することができることを事前確認した上で、目標位置軌道を補正する。これにより、移動装置が物体により妨げられることを効率的に回避する観点から適当に移動または行動することができる。
前記第1制御処理要素が、前記物体が前記第2分類に属さないと判定した場合、前記物体が前記移動装置の行動態様を認識することができ、かつ、自律的に移動することができる第1分類に属するか否かを判定し、前記第2制御処理要素が、前記第1制御処理要素により前記第2移動条件が満たされており、かつ、前記物体が前記第1分類に属すると判定された場合、前記移動装置が前記物体に対して前記第1態様または任意態様にしたがった変位を促すように前記移動装置の動作を制御してもよい(第4発明)。
当該構成の移動装置によれば、第1移動条件が満たされていないものの、第2移動条件が満たされており、かつ、物体が第1分類に属すると判定された場合、物体を第1態様にしたがって動かすように移動装置の動作が制御される。
「第1分類」は移動装置の行動態様を認識することができ、かつ、自律的に移動することができる物体の分類を意味する。
このため、移動装置の促し動作に応じて物体を自律的に変位させることにより、移動装置が現状の目標位置軌道にしたがってこの物体に妨げられずに移動することができることを事前確認した上で、移動装置が物体に変位を促すように動作する。これにより、移動装置が物体により移動が妨げられることを効率的に回避する観点から適当に移動または行動することができる。
前記第1制御処理要素が、前記第2移動条件が満たされていないと判定した場合、前記物体の第2態様にしたがった変位および前記目標位置軌道の補正により前記移動装置が当該補正後の前記目標位置軌道にしたがって前記物体に妨げられずに移動することができるという第3移動条件が満たされているか否かをさらに判定し、前記第2制御処理要素が、前記第1制御処理要素により前記第3移動条件が満たされており、かつ、前記物体が前記第1分類に属すると判定された場合、前記物体に前記第2態様または任意態様にしたがった変位を促すように前記移動装置の動作を制御してもよい。
当該構成の移動装置によれば、第2移動条件が満たされていないものの、第3移動条件が満たされており、かつ、物体が第2分類に属すると判定された場合、物体に第2態様にしたがった自律的な変位を促すように移動装置の動作が制御されるとともに目標位置軌道が補正される。
このため、移動装置の促し動作に応じて物体が自立的に変位し、かつ、目標位置軌道が補正されることによって移動装置が補正後の目標位置軌道にしたがってこの物体に妨げられずに移動することができることを事前確認した上で、物体に変位を促すように動作する。これにより、移動装置が物体により移動が妨げられることを効率的に回避する観点から適当に移動または行動することができる。
前記第1制御処理要素が、前記目標位置軌道を挟んでいる前記物体と移動可能領域の境界との間隔が安全間隔以上であるか否かに応じて、前記移動装置が前記物体に妨げられないように前記目標位置軌道にしたがって移動することが可能であるか否かを判定してもよい(第6発明)。
当該構成の移動装置によれば、目標位置軌道を挟む物体および移動可能領域の境界との間隔の広狭に応じて、移動装置が目標位置軌道にしたがってこの物体により妨げられずに移動することができるか否かが判定される。これにより、移動装置が移動可能領域からはみ出さず、かつ、物体により移動が妨げられることを余裕を持って効率的に回避する観点から適当に移動または行動することができる。
本発明の移動装置の実施形態について図面を用いて説明する。
(移動装置の構成)
まず、移動装置の構成について説明する。
まず、移動装置の構成について説明する。
図1に示されている移動装置としての脚式移動ロボット1は基体10と、基体10の上部に設けられた頭部11と、基体10の上部左右両側から延設された左右の腕部12と、腕部12の先端部に設けられた手部14と、基体10の下部から下方に延設された左右の脚部13と、脚部13の先端部に取り付けられている足部15とを備えている。
ロボット1は、再表03/090978号公報や、再表03/090979号公報に開示されているように、アクチュエータ1000(図2参照)から伝達される力によって、人間の肩関節、肘関節、手根関節、股関節、膝関節、足関節等の複数の関節に相当する複数の関節部分において腕部12や脚部13を屈伸運動させることができる。
ロボット1は、左右の脚部13(または足部15)のそれぞれの離床および着床の繰り返しを伴う動きによって自律的に移動することができる。基体10の鉛直方向に対する傾斜角度が調節されることによって、頭部11の高さが調節されうる。
頭部11には、左右に並んでロボット1の前方に向けられた一対の頭カメラ(CCDカメラ)C1が搭載されている。基体10には前側下部に腰カメラ(赤外線カメラ)C2が搭載されている。
なお、移動装置は複数の脚部13の動作によって自律的に移動するロボット1のほか、車輪式移動ロボット(自動車)等、移動機能を有するあらゆる装置であってもよい。
ロボット1は、ハードウェアとしてのECUまたはコンピュータ(CPU,ROM,RAM,I/O等により構成されている。)により構成されている制御装置100を備えている。コンピュータのメモリには本発明の「制御プログラム」が格納されている。
制御プログラムはCDやDVD等のソフトウェア記録媒体を通じてコンピュータにインストールされてもよいが、ロボット1からサーバに要求信号が送信されたことに応じて当該サーバによってネットワークや人工衛星を介して当該コンピュータにダウンロードされてもよい。
図2に示されている制御装置100は、第1センサ群111および第2センサ群112からの出力信号等に基づき、アクチュエータ1000の動作を制御することにより、腕部12や脚部13の動作を制御する。
第1センサ群111はロボット1の挙動状態を測定するためのセンサである。基体10の加速度に応じた信号を出力するジャイロセンサ、各関節の関節角度に応じた信号を出力するロータリエンコーダ、脚部13に作用する床反力に応じた信号を出力する力センサ等、ロボット1に搭載されている種々のセンサが第1センサ群111に該当する。
第2センサ群112は物体の挙動状態等、ロボット1の環境を測定するためのセンサである。頭カメラC1および腰カメラC2等が第2センサ群112に該当する。アクチュエータ1000は電動モータ等の駆動源のほか、駆動源の出力軸と腕部12や脚部13を構成するリンクとの間に設けられた減速機や、弾性部材等の柔軟要素により構成されている。
制御装置100は第1制御処理要素110および第2制御処理要素120を備えている。第1制御処理要素110は後述する移動条件の充足性および物体2の分類を判定する。第2制御処理要素120は第1制御処理要素110による判定結果に基づいてロボット1の動作を制御する。第1制御処理要素110および第2制御処理要素120のそれぞれは、一または複数の制御モジュールにより構成されていてもよい。第1制御処理要素110および第2制御処理要素120のそれぞれを構成する制御モジュールの少なくとも一部が共通の制御モジュールであってもよい。
なお、本発明の構成要素が情報を「認識する」とは、当該構成要素が情報をデータベースから検索すること、メモリ等の記憶装置から情報を読み取ること、センサ等の出力信号に基づき情報を測定、算定、推定、判定すること、測定等された情報をメモリに格納すること等、当該情報をさらなる情報処理のために準備または用意するために必要なあらゆる情報処理を実行することを意味する。
(移動装置の機能)
前記構成のロボットの機能について説明する。
前記構成のロボットの機能について説明する。
第1制御処理要素110により状態が検知される(図3/STEP010)。
具体的には、ロボット1の2次元または3次元空間において画定されている移動可能領域QSが環境データベースサーバ20から検索される、または、メモリもしくは記憶装置から読み出される。
これにより、たとえば通路の壁や固定物等の形状に応じた、図6(a)(b)に示されているように画定されている移動可能領域QSが認識される。後述のように第1空間要素Q1または第2空間要素Q2が、ロボット1および物体2のそれぞれのサイズに応じたサイズを有する第1領域q1および第2領域q2のミンコフスキー和として認識される場合、移動可能領域QSは移動可能領域のサイズに応じたサイズを有する領域と、第1領域q1または第2領域q2とのミンコフスキー差として認識される。
なお「空間要素」とはモデル空間における位置、速度および加速度等の状態が定義されうる「点」、モデル空間における位置等に加えてさらに形状および長さ等の状態が定義されうる「線分」、ならびに、モデル空間における位置等に加えてさらに形状および面積等の状態が定義されうる「領域」等を意味する。
移動可能領域QSは緯度および経度により任意の点が特定される平面または曲面として定義されていてもよいが、頭カメラC1を通じて得られる画像に基づいて認識されるロボット1の周辺における床面の傾斜角度や、段差や凹凸の有無等の形状に基づいて逐次変更されてもよい。
また、第1センサ群111の出力信号等に基づき、ロボット1およびその位置の変化態様を表わす位置軌道のそれぞれが、移動可能領域QSにおける第1空間要素Q1および第1位置P1の変化態様を表わす第1位置軌道のそれぞれとして認識される。
第1空間要素Q1の形状およびサイズはメモリまたはデータベースから読み出される。ロボット1のサイズに応じたサイズを有する、図4(a)に示されている第1領域q1がそのまま第1空間要素Q1として認識されてもよいが、本実施形態では図4(b)に示されているように点状に縮小された第1領域q1が第1空間要素Q1として認識される。これにより、ロボット1がしたがうべき軌道探索に要する演算処理量の軽減が図られる。
なお、ロボット1がその腕部12により箱を持っている場合や、基体10にロボット1に機能を付加するためのオプションとなる機器が取り付けられている場合等、当該箱や機器等の物体がロボット1と一体的に移動している状況では、当該一体的に移動しているロボット1および当該物体の形状およびサイズがロボット1の形状およびサイズとして認識されてもよい。
ロボット1の位置はそのGPS機能により得られる緯度および経度(または固定座標系における座標)を表す信号、ジャイロセンサから逐次出力されるロボット1の加速度を表す信号、または、ロータリエンコーダから出力される脚部13等の各関節の角度を表わす信号に基づき、必要に応じて逆動力学モデルを用いて測定される。第1位置P1の変化態様または時間微分に基づき、第1空間要素Q1の速度(第1速度)V1、さらには必要に応じて加速度(第1加速度)α1が算定されうる。
さらに、第2センサ群112の出力信号等に基づき、物体2およびその位置の変化態様を表わす軌道のそれぞれが、移動可能領域QSにおける第2空間要素Q2および第2位置P2の変化態様を表わす第2位置軌道のそれぞれとして認識される。第2空間要素Q2の形状およびサイズは、頭カメラC1による物体2の撮像画像に基づいてこの物体2の種類が判別された後、当該判別結果に基づいてメモリ(物体の種類、形状およびサイズの対応テーブルが格納されている。)が検索されることによって認識されうる。
物体2のサイズに応じたサイズを有する、図4(a)に示されている第2領域q2がそのまま第2空間要素Q2として認識されてもよいが、本実施形態では図4(b)に示されているように第1領域q1および第2領域q2のミンコフスキー和が第2空間要素Q2として認識される。物体2の位置は頭カメラC1や腰カメラC2により撮像された物体2の画像に基づいて測定されうる。第2位置P2の変化態様または時間微分に基づき、第2空間要素Q2の速度(第2速度)V2、さらには必要に応じて加速度(第2加速度)α2が算定されうる。
また、第1位置P1の変化態様に応じて連続的または断続的に拡張された第1空間要素Q1が第1拡張空間要素EQ1として認識される。さらに、第2位置P2の変化態様に応じて連続的または断続的に拡張された第2空間要素Q2が第2拡張空間要素EQ2として認識される。
たとえば、第2速度ベクトルV2の方向に連続的に引き伸ばされた第2空間要素Q2が図5(a)右側に示されているようにまっすぐな帯状の第2拡張空間要素EQ2として認識される。第2空間要素Q2の引き伸ばす程度を表わす変数kは第1位置ベクトルP1、第2位置ベクトルP2、第1速度ベクトルV1および第2速度ベクトルV2に基づき、関係式(1)にしたがって表わされる。
k=|P2-P1||V2|/|V2-V1| ‥(1)
また、第2速度ベクトルV2(または第2加速度ベクトルα2)にしたがって連続的に旋回して引き伸ばされた第2空間要素Q2が、図5(b)右側に示されているように屈曲した帯状の第2拡張空間要素EQ2として認識される。
また、第2速度ベクトルV2(または第2加速度ベクトルα2)にしたがって連続的に旋回して引き伸ばされた第2空間要素Q2が、図5(b)右側に示されているように屈曲した帯状の第2拡張空間要素EQ2として認識される。
なお、第2速度ベクトルV2に応じた方向に断続的に引き伸ばされた第2空間要素Q2が、図5(c)右側に示されているように複数の空間要素からなる第2拡張空間要素EQ2として認識されてもよい。
第1拡張空間要素EQ1も第2拡張空間要素EQ2と同様に認識されるが、この際、第2拡張空間要素EQ2が認識されるときとは逆に第1領域q1および第2領域q2のミンコフスキー和が第1空間要素Q1として認識され、点状に縮小された第2領域q2が第2空間要素Q2として認識される。第1拡張空間要素EQ1および第2拡張空間要素EQ2のそれぞれは、後述する目標位置軌道の探索等に際して用いられるので、定常的にではなく必要に応じて認識されれば足りる。
第1制御処理要素110により、状態検知結果に基づいて「第1移動条件」が満たされているか否かが判定される(図3/STEP011)。
「第1移動条件」はロボット1が現状の目標位置軌道P0にしたがって物体2に妨げられずに移動することができるという条件である。具体的には、移動可能領域QSにおいて定義されている第1空間要素Q1の現状の目標位置軌道P0が第2空間要素Q2に交差または接触していないことが第1移動条件として設定されている。
たとえば図6(a)(b)に示されている状況では第1空間要素Q1の目標位置軌道P0が第2空間要素Q2に交差しているので第1移動条件が満たされていないと判定される。
なお「第1空間要素Q1の目標位置軌道P0が第2空間要素Q2に交差していないこと」に代えてまたは加えて「第1空間要素Q1と第2空間要素Q2との間隔が所定間隔以上であること」や「ロボット1がこのロボット1と接触する可能性が高いと判断した物体が発する信号や合図を受信または認識していないこと」が第1移動条件として採用されてもよい。
第1制御処理要素110により第1移動条件が満たされていると判定された場合(図3/STEP011‥YES)、第2制御処理要素120により、ロボット1が現状の目標位置軌道P0にしたがって移動するようにロボット1の脚部13等の動作が制御される(図3/STEP021)。
ロボット1が現状の目標位置軌道P0にしたがって物体2に妨げられずに移動することができるか否かは、第1移動条件に代えてまたは加えて、次に説明する第1~第4付属条件がすべて満たされるか否かに応じて判定されうる。
なお、第1~第4付属条件のうち一部のみが満たされている場合、ロボット1が現状または補正後の目標位置軌道P0にしたがって移動することができると判定されてもよい。
第1付属条件は「目標位置軌道P0が第2拡張空間要素EQ2に交差または接触していない」という条件である。
たとえば、図7(a)に示されているように目標位置軌道P0が第2拡張空間要素EQ2に交差または接触していない場合、第1付属条件は満たされていると判定される。一方、図7(b)に示されているように第2拡張空間要素EQ2が第1空間要素Q1の前方で移動可能領域QSを塞いでいるため、第2拡張空間要素EQ2に交差または接触しない目標位置軌道P0が存在しえない場合には探索されえないので、第1付属条件は満たされていないと判定される。
第2付属条件は「目標位置軌道P0と第2拡張空間要素EQ2との間隔(第1間隔)が第1安全間隔より広い」という条件である。
たとえば、図7(c)に示されているように目標位置軌道P0の上に中心(基準点)を有する正六角形状の第1セルC1i(i=1,2,‥)のそれぞれと、第2拡張空間要素EQ2との重なり部分(斜線部分)を除く移動可能領域QSとの重なり面積が第1間隔として評価される。当該面積は、たとえばモンテカルロ法にしたがって測定される。すなわち、移動可能領域QSにランダムにドットが配置され、第1セルC1iと、第2拡張空間要素EQ2との重なり部分を除く移動可能領域QSとの重なり領域に包含されるドットの数がカウントされ、このカウント数が当該重なり面積として測定される。
なお、図7(c)に示されている第1セルC1iの形状は円形状、棒状等にさまざまに変更されてもよく、個数は任意数であってもよく、相互に重なっていてもいなくてもよい。また、第1間隔は目標位置軌道P0の垂線の足と、この垂線と第2拡張要素EQ2との交点との最短距離等、幾何学的に評価されうる。
また、第2付属条件は「第1間隔が第1安全間隔より広いこと」に代えてまたは加えて「第2位置P2を始点とする第2速度V2の方向への延長線が目標位置軌道P0に交差しないこと」であってもよい。たとえば、図7(d)に示されているように当該延長線が目標位置軌道P0に交差している場合、第2付属条件は満たされていないと判定される。
第3付属条件は第2空間要素Q2が移動可能領域QSにおいて第1拡張空間要素E1との接触を回避しうる予測位置軌道RPを探索することができるという条件である。
たとえば、図8(a)に示されているように第1拡張空間要素EQ1と交差または接触しない予測位置軌道RPが探索されている場合、第3付属条件は満たされていると判定される。予測位置軌道RPの探索に際してはRRT接続法等、公知の手法が用いられる。
第4付属条件は「第2空間要素Q2の予測位置軌道RPと第1拡張空間要素EQ1との間隔(第2間隔)が第2安全間隔より広い」という条件である。
たとえば、図8(b)に示されているように予測位置軌道RPの上に中心(基準点)を有する正六角形状の第2セルC2i(i=1,2,‥)のそれぞれと、第1拡張空間要素EQ1との重なり部分(斜線部分)を除く移動可能領域QSとの重なり面積が第2制御処理要素120によりモンテカルロ法等にしたがって第2間隔として評価される。
なお、図8(b)に示されている第2セルC2iの形状は円形状、棒状等、さまざまに変更されてもよく、個数は任意数であってもよく、相互に重なっていてもいなくてもよい。また、第2間隔は予測位置軌道RPの垂線の足と、この垂線と第1拡張要素EQ1との交点との最短距離等、幾何学的に評価されうる。
また、第4付属条件は「第2間隔が第2安全間隔より広いこと」に代えてまたは加えて「第1空間要素Q1の目標位置軌道P0と、第2空間要素Q2の予測位置軌道RPとが交差しないこと」であってもよい。たとえば、図8(c)に示されているように目標位置軌道P0と予測位置軌道RPとが交差している場合、第4付属条件は満たされていないと判定される。
一方、第1移動条件が満たされていないと判定された場合(図3/STEP021‥NO)、第1制御処理要素110により状態検知結果に基づいて「第2移動条件」が満たされているか否かがさらに判定される(図3/STEP012)。
「第2移動条件」は物体2の第1態様にしたがった変位により、ロボット1が現状の目標位置軌道P0にしたがってこの物体2に妨げられずに移動することができるという条件である。具体的には、移動可能領域QSにおいて第2空間要素Q2が現状の第2位置P2から変位することにより、移動可能領域QSにおいて定義されている第1空間要素Q1の現状の目標位置軌道P0が第2空間要素Q2に交差または接触していないことが第2移動条件として設定されている。
たとえば、図6(a)に示されている状態において第2空間要素Q2が破線矢印で示されているように変位することにより、一点鎖線で示されている目標位置軌道P0が第2空間要素Q2に交差または接触しなくなるので、第2移動条件が満たされていると判定される。
なお、物体2の運動状態(第2位置P2および第2速度ベクトルV2等のその時間変化態様により特定される。)および物体2の周辺における空間的余裕(他の物体または移動可能領域の境界までの間隔)の広狭のうち一方もしくは両方、または、これに加えてロボット1の運動状態(第1位置P1および第1速度ベクトルV1等のその時間変化態様により特定される。)に基づいて定まる物体2の予測移動態様が「第1態様」として認識されてもよい。
第2移動条件が満たされていると判定された場合(図3/STEP012‥YES)、第1制御処理要素110により物体2が第1分類に属するか否かが判定される(図3/STEP015)。
「第1分類」はロボット1の行動態様を認識することができ、かつ、自律的に移動することができる人間またはロボット等の物体区分を表わしている。
物体2が第1分類に属さないと判定された場合(図3/STEP015‥NO)、物体2が第2分類に属するか否かが判定される(図3/STEP016)。
「第2分類」はロボット1の力作用により動かされる台車、植木鉢、箱等の物体区分を表わしている。
具体的には、頭カメラC1により撮像された物体2の画像に基づき、制御装置100のメモリに保存されているテンプレートを用いた形状パターンマッチング等の手法にしたがってこの物体2の物体区分が判定される。なお、環境データベース20から第2位置P2に存在する物体2の分類が検索される、または、ロボット1が物体2を軽く押してみる等、他の手法にしたがって物体2の物体区分が判定されてもよい。第2移動条件の充足性判定に先立って物体2の分類が判定されてもよい。
第1制御処理要素110により第2移動条件が満たされ(図3/STEP012‥YES)、かつ、物体2が第1分類に属すると判定された場合(図3/STEP015‥YES)、第2制御処理要素120によりロボット1が物体2に第1態様にしたがった自律的な移動を促すように、ロボット1の動作が制御される(図3/STEP022)。
たとえば、図12(a)に示されているようにロボット1および人間(第1分類に属する物体)2がお互いに向き合って移動している状況で第2移動条件が満たされていると判定された場合を考える。
この場合、図12(b)に示されているように人間2に第1態様にしたがった変位(左側への進路変更など)を促すようなメッセージ、または、ロボット1の予定移動方向(まっすぐ進むことなど)を示すメッセージが、ロボット1に搭載されているスピーカから音声として出力される。また、人間2に進路変更を促すようにまたはロボット1の予定移動方向を人間2に認識させるように頭部11の向きもしくは腕部12の姿勢が変化するようにロボット1の動作が制御されてもよく、または、ロボット1に搭載されているLEDが点灯されてもよい。
これにより、図12(c)に示されているように人間2が自律的に変位してくれれば、ロボット1は現状の目標位置軌道P0にしたがって、すなわち、進路を変更することなく移動を継続することができる。
第1制御処理要素110により第2移動条件が満たされ(図3/STEP012‥YES)、かつ、物体2が第2分類に属すると判定された場合(図3/STEP016‥YES)、第2制御処理要素120によりロボット1が物体2を第1態様にしたがって強制的に動かすようにロボット1の動作が制御される(図3/STEP022)。
たとえば、図13(a)に示されているようにロボット1の前方に台車(第2分類に属する物体)2が置かれている状況で第2移動条件が満たされていると判定された場合を考える。
この場合、図13(b)に示されているようにロボット1が台車2のハンドルを両方の手部14により把持した上で移動することにより台車2が第1態様にしたがって矢印で示されているように動かされる。
なお、ロボット1が現状の目標位置軌道P0にしたがって移動しながら台車2を動かしてもよく、現状の目標位置軌道P0から一時的に離れて移動しながら台車2を動かしてもよい。また、ロボット1が一方または両方の手部14により台車2を突き放すように押すことにより、両方の脚部13を着床させたまま移動することなく台車2を動かしてもよい。
これにより、図13(c)に示されているようにロボット1は必要に応じて現状の目標位置軌道P0に復帰した上で、この目標位置軌道P0にしたがって移動を継続することができる。
第2移動条件が満たされていないと判定された場合(図3/STEP012‥NO)、第1制御処理要素110により状態検知結果に基づいて物「第3移動条件」が満たされているか否かがさらに判定される(図3/STEP013)。
「第3移動条件」は物体2の第2態様にしたがった変位と、目標位置軌道P0の補正とにより、ロボット1が当該補正後の目標位置軌道P0にしたがってこの物体2に妨げられずに移動することができるという条件である。具体的には、移動可能領域QSにおいて第2空間要素Q2が現状の第2位置P2から変位し、かつ、第1空間要素Q1の現状の目標位置軌道P0が補正されることにより、当該補正後の目標位置軌道P0が第2空間要素Q2に交差または接触していないことが第3移動条件として設定されている。
たとえば、図6(b)に示されているように第2空間要素Q2が破線矢印にしたがって変位するとともに、第1空間要素Q1の一点鎖線で示されている現状の目標位置軌道P0が二点鎖線で示されているように補正された場合、当該補正後の目標位置軌道P0が破線で示されている変位後の第2空間要素Q2に交差または接触していないので、第3移動条件が満たされていると判定される。
なお、物体2の運動状態(第2位置P2および第2速度ベクトルV2等のその時間変化態様により特定される。)および物体2の周辺における空間的余裕(他の物体または移動可能領域の境界までの間隔)の広狭のうち一方もしくは両方、または、これに加えてロボット1の運動状態(第1位置P1および第1速度ベクトルV1等のその時間変化態様により特定される。)に基づいて定まる物体2の予測移動態様が「第2態様」として認識されてもよい。
第3移動条件が満たされていると判定された場合(図3/STEP013‥YES)、第1制御処理要素110により物体2が第1分類に属するか否かが判定される(図3/STEP017)。物体2が第1分類に属さないと判定された場合(図3/STEP017‥NO)、物体2が第2分類に属するか否かが判定される(図3/STEP018)。なお、第3移動条件の充足性判定に先立って物体2の分類が判定されてもよい。
第1制御処理要素110により第3移動条件が満たされ(図3/STEP013‥YES)、かつ、物体2が第1分類に属すると判定された場合(図3/STEP017‥YES)、第2制御処理要素120によりロボット1が物体2に第2態様にしたがった自律的な移動を促すように、ロボット1の動作が制御されるとともに、目標位置軌道P0が補正される(図3/STEP024(図12(b)参照))。
第1制御処理要素110により第3移動条件が満たされ(図3/STEP013‥YES)、かつ、物体2が第2分類に属すると判定された場合(図3/STEP018‥YES)、第2制御処理要素120によりロボット1が物体2を第2態様にしたがって強制的に動かすようにロボット1の動作が制御されるとともに、目標位置軌道P0が補正される(図3/STEP025(図13(b)参照))。
物体が第1分類および第2分類に属さず(図3/STEP015~STEP018‥NO)、または、第3移動条件が満たされていないと判定された場合(図3/STEP013‥NO)、第1制御処理要素110により「第4移動条件」が満たされているか否かがさらに判定される(図3/STEP014)。
「第4移動条件」は目標位置軌道P0の補正により、ロボット1が当該補正後の目標位置軌道P0にしたがって物体2に妨げられることなく移動することができるという条件である。具体的には、第1空間要素Q1の目標位置軌道P0が補正されることにより、当該補正後の目標位置軌道P0が第2空間要素Q2に交差または接触していないことが第4移動条件として設定されている。
第1制御処理要素110により第4移動条件が満たされていると判定された場合(図3/STEP014‥YES)、第2制御処理要素120により目標位置軌道P0が補正される(図3/STEP026)。
具体的には、次の手順にしたがって目標位置軌道P0が補正される。
まず、図9(a)に示されているように第2空間要素Q2の進行方向を前として、前後左右において第2空間要素Q2に外接する4つの円形状領域のそれぞれが第2周辺セルSQ21~SQ24として設定される。さらに、当該4つの第2周辺セルSQ21~SQ24のうち、移動可能領域QSとの重なり領域(図9(a)斜線部分参照。)の面積が最小の第2周辺セルSQ22が指定される。当該面積は、たとえばモンテカルロ法にしたがって測定される。
また、図10(a)に示されているように第2空間要素Q2の進行方向を前として、第2空間要素Q2から前後左右および斜めに伸びる8つの線分のそれぞれが第2周辺セルSQ21~SQ28として設定されてもよい。さらに、当該8つの第2周辺セルSQ21~SQ28のうち、第2要素空間Q2から要素空間QSの境界まで連続する部分(図10(a)太線部分参照。)の長さが最小の第2周辺セルSQ23が指定されてもよい。
なお、ロボット1が物体2の両脇のうち一方を通るという観点から、第2周辺セルSQ2iが物体2の進行方向側方にのみ、すなわち、図9(a)における第2周辺セルSQ22およびSQ24または図10(a)における第2周辺セルSQ23およびSQ27のみが設定されてもよい。
また、第2周辺セルSQ2iのサイズ(円形状領域の場合にはその直径、線分の場合にはその長さ)はロボット1と物体2とが接触を回避する観点から適当に設定されている。さらに、第2周辺セルSQ2iのサイズは物体2の速度の大きさ等に応じて可変的に設定されてもよい。
また、第2周辺セルSQ2iの形状は円形状、線分のほか、扇形状、矩形状、台形状等、さまざまな形状にされてもよい。さらに、第2周辺セルSQ2iのそれぞれの形状およびサイズのうち一方または両方が相違していてもよい。第2周辺セルSQ2iのうちサイズが最小であるという要件ではなく、サイズが閾値以下であるという要件を満たす第2周辺セルSQ2iが指定されてもよい。
そして、たとえば図9(b)または図10(b)に一点鎖線で示されているように、第2拡張空間要素EQ2および指定された第2周辺セルSQ22またはSQ23のそれぞれに接触しないように目標位置軌道P0が補正される。
一方、第1制御処理要素110により第4移動条件が満たされていないと判定された場合(図3/STEP014‥NO)、第2制御処理要素120によりロボット1が停止または一時的に停止するようにロボット1の脚部13等の動作が制御される(図3/STEP027)。
なお、ロボット1が次のような手順にしたがってその移動を停止させるように動作が制御されてもよい。まず、第1空間要素Q2を移動可能領域QSの境界に近づける新たな目標位置軌道P0’が探索される。この際、第1空間要素Q1を基準として複数の方向について移動可能領域QSの境界との間隔が第3間隔として評価され、この第3間隔が短い方向に新たな目標位置軌道P0’が優先的に設定される。
第3間隔の評価に際して図11(a)に示されているようにモデル空間において第1空間要素Q1の周囲に配置された正六角形状の第3セルC3i(i=1~6)が定義される。
なお、図11(a)に示されている第3セルC3iの形状は円形状、棒状等にさまざまに変更されてもよく、個数は任意数であってもよく、相互に重なっていてもいなくてもよい。
そして、第3セルC3iと移動可能領域QSとの重なり面積がモンテカルロ法等にしたがって第3間隔として評価される。図11(a)に示されている状況では2つのセルC31およびC32のそれぞれについて第3間隔が最小であると評価される。
さらに、図11(b)に示されているように第1位置P1から、当該重なり面積が最小であると評価されたセルC31およびC32のうち1つの第3セルC32の中心に向かって移動可能領域QSの境界まで伸びる線分が新たな目標位置軌道P0’として設定される。第3セルC32が選択されたのは、第1空間要素Q1が目標位置軌道P0’にしたがって移動した場合、それ以前の進行方向を前方として速度が後方成分を有するようにするためである。また、結果として第2空間要素Q2の予測位置軌道RPから遠ざかるように目標位置軌道P0’が探索されているが(図11(b)参照)、当該間隔の長短にかかわらず第2空間要素Q2の予測位置軌道RPから遠ざかるように新たな目標位置軌道P0’が探索されてもよい。
そして、ロボット1が新たな目標位置軌道P0’にしたがって移動した上で、その終点で移動を停止するようにロボット1の動作が制御される。このとき、ロボット1が進行方向にその後側を向けて移動するように(後ろ歩きするように)その動作が制御される。以後、ロボット1が目標位置に到着するまで、前記一連の処理が繰り返される。
(移動装置の作用効果)
前記機能を発揮するロボット1によれば、第1移動条件が満たされていると判定された場合、ロボット1が目標位置軌道P0にしたがって移動するようにロボット1の動作が制御される(図3/STEP011‥YES,STEP021)。
前記機能を発揮するロボット1によれば、第1移動条件が満たされていると判定された場合、ロボット1が目標位置軌道P0にしたがって移動するようにロボット1の動作が制御される(図3/STEP011‥YES,STEP021)。
「第1移動条件」はロボット1が現状の目標位置軌道P0にしたがって物体2に妨げられずに移動することができるという条件である。
このため、ロボット1はその周囲に物体2が存在していても、その物体2により妨げられることなく現状の目標位置軌道P0にしたがって移動することができる。
また、第1移動条件が満たされていないものの、第2移動条件が満たされており、かつ、物体が第1分類に属すると判定された場合、物体に第1態様または任意態様にしたがった移動を促すようにロボット1の動作が制御される(図3/STEP011‥NO,STEP012‥YES,STEP015‥YES,STEP‥022,図12参照)。
「第2移動条件」は、物体2が第1態様にしたがって変位することにより、ロボット1が現状の目標位置軌道P0にしたがってこの物体2に妨げられずに移動することができるという条件である。
「第1分類」はロボット1の行動態様を認識することができ、かつ、自律的に移動することができる人間、他のロボット等の物体の分類を意味する。
このため、ロボット1の促し動作に応じて物体を自律的に変位させることにより、ロボット1が現状の目標位置軌道P0にしたがってこの物体2に妨げられずに移動することができることを事前確認した上で、ロボット1が物体2に移動を促すように動作する。
そして、その後も継続的に第1移動条件および必要に応じて第2移動条件が満たされているか否かが判定される(図3/STEP011,STEP012参照)。これにより、ロボット1が物体2により移動が妨げられることを効率的に回避する観点から適当に移動または行動することができる。
さらに、第2移動条件が満たされていないものの、第3移動条件が満たされており、かつ、物体2が第1分類に属すると判定された場合、物体2に第2態様または任意態様にしたがった移動を促すようにロボット1の動作が制御されるとともに目標位置軌道が補正される(図3/STEP012‥NO,STEP013‥YES,STEP017‥YES,STEP‥024,図12参照)。
「第3移動条件」は、物体2が第2態様にしたがって変位し、かつ、目標位置軌道P0が補正されることにより、ロボット1が当該補正後の目標位置軌道P0にしたがってこの物体2に妨げられずに移動することができるという条件である。
このため、ロボット1の促し動作に応じて物体2が自律的に変位し、かつ、目標位置軌道P0が補正されることによってロボット1が補正後の目標位置軌道P0にしたがってこの物体2に妨げられずに移動することができることを事前確認した上で、物体2に移動を促すように動作する。
そして、その後も継続的に第1移動条件および必要に応じて第2移動条件、さらには第3移動条件が満たされているか否かが判定される(図3/STEP011,STEP012,STEP013参照)。これにより、ロボット1が物体2により妨げられることを効率的に回避する観点から適当に移動または行動することができる。
また、第1移動条件が満たされていないものの、第4移動条件が満たされていると判定された場合、目標位置軌道P0が補正され、ロボット1が当該補正後の目標位置軌道P0にしたがって移動するようにロボット1の動作が制御される(図3/STEP011‥NO,STEP014‥YES,STEP‥026,図9、図10参照)。
「第4移動条件」は現状の目標位置軌道P0が補正されることにより、ロボット1が当該補正後の目標位置軌道P0にしたがって物体に妨げられずに移動することができるという条件である。
このため、ロボット1はその周囲に物体2が存在していても、その物体2により妨げられることなく補正後の目標位置軌道P0にしたがって移動することができることを事前確認した上で、目標位置軌道P0を補正する。これにより、ロボット1が物体2により妨げられることを効率的に回避する観点から適当に移動または行動することができる。
さらに、第1移動条件が満たされていないものの、第2移動条件が満たされており、かつ、物体2が第2分類に属すると判定された場合、物体2を第1態様にしたがって動かすようにロボット1の動作が制御される(図3/STEP011‥NO,STEP012‥YES,STEP016‥YES,STEP‥023,図13参照)。
「第2分類」はロボット1からの力作用に応じて動かされうる物体の分類を意味する。
このため、ロボット1の動作に応じて物体2を強制的に変位させることにより、ロボット1が現状の目標位置軌道P0にしたがってこの物体2に妨げられずに移動することができることを事前確認した上で、ロボット1が物体2を動かすように動作する。これにより、ロボット1が物体2により移動が妨げられることを効率的に回避する観点から適当に移動または行動することができる。
また、第2移動条件が満たされていないものの、第3移動条件が満たされており、かつ、物体2が第2分類に属すると判定された場合、物体2に第2態様または任意態様にしたがって動かすようにロボット1の動作が制御されるとともに目標位置軌道P0が補正される(図3/STEP012‥NO,STEP013‥YES,STEP018‥YES,STEP‥025,図13参照)。
このため、ロボット1の動作に応じて物体2が動かされ、かつ、目標位置軌道P0が補正されることによってロボット1が補正後の目標位置軌道P0にしたがってこの物体2に妨げられずに移動することができることを事前確認した上で、物体2を動かすように動作する。これにより、ロボット1が物体2により移動が妨げられることを効率的に回避する観点から適当に移動または行動することができる。
なお、前記実施形態では、第1~第4移動条件の充足性判定の優先順位は任意に変更されてもよい。
たとえば、第1移動条件が満たされていないと判定された場合に第4移動条件の充足性が判定され、第4移動条件が満たされていないと判定された場合に第2移動条件の充足性が判定されてもよい。また、第2移動条件が満たされていないと判定された場合に第4移動条件の充足性が判定され、第4移動条件が満たされていないと判定された場合に第3移動条件の充足性が判定されてもよい。第1~第4移動条件のうち一部、たとえば、第3移動条件または第4移動条件の充足性判定が省略され、当該判定結果に応じたロボット1の動作制御が省略されてもよい。
前記実施形態では物体の第1分類への属否が判定された後、物体の第2分類への属否が判定されたが(図3/STEP015~018参照)、これとは逆に物体の第2分類への属否が判定された後、物体の第1分類への属否が判定されてもよい。また、物体の第1分類への属否判定および物体の第2分類への属否判定のうち一方が省略されてもよい。
Claims (7)
- 制御装置と、前記制御装置によって動作が制御されることにより、目標位置の時間的な変化態様を表わす目標位置軌道にしたがって自律的に移動する移動装置であって、
前記制御装置が、
前記移動装置が現状の前記目標位置軌道にしたがうことで物体に妨げられずに移動することができるという第1移動条件が満たされているか否かを判定し、前記第1移動条件が満たされていないと判定した場合、前記物体の第1態様にしたがった変位により前記移動装置が現状の前記目標位置軌道にしたがって前記物体に妨げられずに移動することができるという第2移動条件が満たされているか否かを判定し、前記物体が前記移動装置による力作用により動かされる第2分類に属するか否かを判定する第1制御処理要素と、
前記第1制御処理要素により前記第1移動条件が満たされていると判定された場合、前記移動装置が前記目標位置軌道にしたがって移動するように前記移動装置の動作を制御し、前記第1制御処理要素により前記第2移動条件が満たされており、かつ、前記物体が前記第2分類に属すると判定された場合、前記物体を前記第1態様にしたがって動かし、必要に応じて現状の前記目標位置軌道に復帰するように前記移動装置の動作を制御する第2制御処理要素とを備えていることを特徴とする移動装置。 - 請求項1記載の移動装置において、
前記第1制御処理要素が、前記第2移動条件が満たされていないと判定した場合、前記物体の第2態様にしたがった変位および前記目標位置軌道の補正により前記移動装置が当該補正後の前記目標位置軌道にしたがって前記物体に妨げられずに移動することができるという第3移動条件が満たされているか否かをさらに判定し、
前記第2制御処理要素が前記第1制御処理要素により前記第3移動条件が満たされており、かつ、前記物体が前記第2分類に属すると判定された場合、前記物体を前記第2態様にしたがって動かし、必要に応じて現状の前記目標位置軌道に復帰するように前記移動装置の動作を制御するとともに前記目標位置軌道を補正することを特徴とする移動装置。 - 請求項1記載の移動装置において、
前記第1制御処理要素が、前記第1移動条件が満たされていないと判定した場合、前記目標位置軌道の補正により前記移動装置が当該補正後の前記目標位置軌道にしたがって前記物体に妨げられずに移動することができるという第4移動条件が満たされているか否かを判定し、
前記第2制御処理要素が前記第1制御処理要素により前記第4条件が満たされていると判定された場合、前記目標位置軌道を補正することを特徴とする移動装置。 - 請求項1記載の移動装置において、
前記第1制御処理要素が、前記物体が前記第2分類に属さないと判定した場合、前記物体が前記移動装置の行動態様を認識することができ、かつ、自律的に移動することができる第1分類に属するか否かを判定し、
前記第2制御処理要素が、前記第1制御処理要素により前記第2移動条件が満たされており、かつ、前記物体が前記第1分類に属すると判定された場合、前記移動装置が前記物体に対して前記第1態様または任意態様にしたがった変位を促すように前記移動装置の動作を制御することを特徴とする移動装置。 - 請求項4記載の移動装置において、
前記第1制御処理要素が、前記第2移動条件が満たされていないと判定した場合、前記物体の第2態様にしたがった変位および前記目標位置軌道の補正により前記移動装置が当該補正後の前記目標位置軌道にしたがって前記物体に妨げられずに移動することができるという第3移動条件が満たされているか否かをさらに判定し、
前記第2制御処理要素が、前記第1制御処理要素により前記第3移動条件が満たされており、かつ、前記物体が前記第1分類に属すると判定された場合、前記物体に前記第2態様または任意態様にしたがった変位を促すように前記移動装置の動作を制御することを特徴とする移動装置。 - 請求項1記載の移動装置において、
前記第1制御処理要素が、前記目標位置軌道を挟んでいる前記物体と移動可能領域の境界との間隔が安全間隔以上であるか否かに応じて、前記移動装置が前記目標位置軌道にしたがうことで前記物体に妨げられずに移動することが可能であるか否かを判定することを特徴とする移動装置。 - 目標位置の時間的な変化態様を表わす目標位置軌道にしたがって自律的に移動する移動装置を制御する方法であって、
前記移動装置が現状の前記目標位置軌道にしたがうことで物体に妨げられずに移動することができるという第1移動条件が満たされているか否かを判定し、
前記第1移動条件が満たされていないと判定した場合、前記物体の第1態様にしたがった変位により前記移動装置が現状の前記目標位置軌道にしたがって前記物体に妨げられずに移動することができるという第2移動条件が満たされているか否かを判定し、
前記物体が前記移動装置による力作用により動かされる第2分類に属するか否かを判定し、
前記第1移動条件が満たされていると判定された場合、前記移動装置が前記目標位置軌道にしたがって移動するように前記移動装置の動作を制御し、
前記第1制御処理要素により前記第2移動条件が満たされており、かつ、前記物体が前記第2分類に属すると判定された場合、前記物体を前記第1態様にしたがって動かし、必要に応じて現状の前記目標位置軌道に復帰するように前記移動装置の動作を制御することを特徴とする方法。
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US10081098B1 (en) | 2014-08-25 | 2018-09-25 | Boston Dynamics, Inc. | Generalized coordinate surrogates for integrated estimation and control |
US9446518B1 (en) * | 2014-11-11 | 2016-09-20 | Google Inc. | Leg collision avoidance in a robotic device |
US10618174B2 (en) * | 2014-12-09 | 2020-04-14 | Aeolus Robotics, Inc. | Robotic Touch Perception |
US9499218B1 (en) | 2014-12-30 | 2016-11-22 | Google Inc. | Mechanically-timed footsteps for a robotic device |
US9594377B1 (en) | 2015-05-12 | 2017-03-14 | Google Inc. | Auto-height swing adjustment |
US9586316B1 (en) | 2015-09-15 | 2017-03-07 | Google Inc. | Determination of robotic step path |
US9925667B1 (en) | 2016-01-25 | 2018-03-27 | Boston Dynamics, Inc. | Continuous slip recovery |
US9789919B1 (en) | 2016-03-22 | 2017-10-17 | Google Inc. | Mitigating sensor noise in legged robots |
CN105700530B (zh) * | 2016-04-11 | 2018-04-03 | 南京埃斯顿自动化股份有限公司 | 一种机器人关节空间传送带跟随运动的轨迹规划方法 |
JP2019053426A (ja) * | 2017-09-13 | 2019-04-04 | 富士ゼロックス株式会社 | 情報処理装置及びプログラム |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63276610A (ja) * | 1987-05-08 | 1988-11-14 | Toyota Autom Loom Works Ltd | 走行コ−ス作成装置 |
JPH08221126A (ja) * | 1995-02-10 | 1996-08-30 | Yaskawa Electric Corp | 移動ロボット |
JP2000202792A (ja) * | 1999-01-14 | 2000-07-25 | Sharp Corp | 掃除ロボット |
JP2006123854A (ja) * | 2004-11-01 | 2006-05-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 荷物運搬ロボット |
JP2006293662A (ja) * | 2005-04-11 | 2006-10-26 | Figla Co Ltd | 作業ロボット |
JP2008065755A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Hitachi Ltd | 移動装置 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4415497C1 (de) * | 1994-05-03 | 1995-05-24 | Siemens Ag | Wegesuchverfahren für eine selbstbewegliche mobile Einheit |
JP3296105B2 (ja) | 1994-08-26 | 2002-06-24 | ミノルタ株式会社 | 自律移動ロボット |
KR101262690B1 (ko) * | 2004-08-02 | 2013-05-15 | 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 | 다리식 이동 로봇의 제어방법 |
JP4348276B2 (ja) | 2004-11-02 | 2009-10-21 | 本田技研工業株式会社 | ロボット制御装置 |
JP4613345B2 (ja) | 2005-05-31 | 2011-01-19 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | センサネットワークロボットシステム |
US7996109B2 (en) * | 2005-10-14 | 2011-08-09 | Aethon, Inc. | Robotic ordering and delivery apparatuses, systems and methods |
JP4821516B2 (ja) * | 2006-08-31 | 2011-11-24 | 旭光電機株式会社 | 多関節構造体 |
JP4143103B2 (ja) * | 2006-12-20 | 2008-09-03 | 本田技研工業株式会社 | 移動装置、ならびにその制御システム、制御プログラムおよび監督システム |
-
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63276610A (ja) * | 1987-05-08 | 1988-11-14 | Toyota Autom Loom Works Ltd | 走行コ−ス作成装置 |
JPH08221126A (ja) * | 1995-02-10 | 1996-08-30 | Yaskawa Electric Corp | 移動ロボット |
JP2000202792A (ja) * | 1999-01-14 | 2000-07-25 | Sharp Corp | 掃除ロボット |
JP2006123854A (ja) * | 2004-11-01 | 2006-05-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 荷物運搬ロボット |
JP2006293662A (ja) * | 2005-04-11 | 2006-10-26 | Figla Co Ltd | 作業ロボット |
JP2008065755A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Hitachi Ltd | 移動装置 |
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