WO2022264477A1 - 移動装置、および移動装置制御方法 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to mobile devices and mobile device control methods. Specifically, it is possible to control walking (leg-driven) robots, such as quadruped robots, that move by moving multiple legs and stop them in a more suitable posture according to the shape of the running surface on various running surfaces.
- the present invention relates to mobile devices and mobile device control methods.
- Walking type (leg-driven) robots that move by moving their feet (legs) back and forth include various robots such as quadruped robots and hexapod robots. When such a walking (leg-driven) robot stops, it is necessary to keep at least three legs in contact with the running surface.
- Robots are not limited to flat surfaces, and may run on surfaces with different shapes, such as slopes and stairs. Unless the posture of the robot is changed, it cannot stop in a stable posture.
- Patent Document 1 Japanese Patent No. 36870766 discloses the posture control of a walking robot.
- This Patent Literature 1 discloses a technique of controlling the posture to a static posture that consumes less energy. It measures the energy consumption of the robot, calculates the evaluation reference value, searches for a posture that reduces the energy consumption when stationary, controls the posture to that posture, and stops the robot.
- this method can be used only when the walking robot runs on a limited running surface shape, such as a flat surface, for which a stopping posture that consumes less energy is calculated. For example, there is a problem that it cannot be used when traveling on variously shaped traveling surfaces such as slopes and stairs.
- a second aspect of the present disclosure is A mobile device control method to be executed in a mobile device,
- the mobile device has a suitable stop posture analysis unit for analyzing a suitable stop posture of the walking robot,
- the preferred stop posture analysis unit a running surface shape analysis process for analyzing a running surface shape of the walking robot; stop posture analysis processing for analyzing the stop posture of the walking robot according to the shape of the running surface; stop posture evaluation value calculation processing for calculating an evaluation value of the stop posture analyzed in the stop posture analysis processing;
- a suitable stop posture record update process is performed to record the stop posture with the highest evaluation value among the stop postures of the walking robot according to the running surface shape.
- the stop control unit acquires the suitable stop posture corresponding to the running surface shape clustering group from the storage unit, performs posture control to match the robot with the suitable stop posture, and stops the robot.
- the stop control unit acquires the suitable stop posture corresponding to the running surface shape clustering group from the storage unit, performs posture control to match the robot with the suitable stop posture, and stops the robot.
- FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of motors and sensors of a hexapod walking robot that is an example of the robot apparatus of the present disclosure; It is a figure explaining an example of the running environment of a robot apparatus. It is a figure explaining an example of the running environment of a robot apparatus. It is a figure explaining an example of the running environment of a robot apparatus. It is a figure explaining an example of the running environment of a robot apparatus. It is a figure explaining an example of the running environment of a robot apparatus. It is a figure explaining an example of the running environment of a robot apparatus. It is a figure explaining the example of composition of the robot device of this indication.
- FIG. 1 is a diagram showing a robot device 10 that is an example of the mobile device of the present disclosure.
- a robot apparatus 10 shown in FIG. 1 is a four-legged walking robot having two legs in front and two legs in back.
- each leg 12 relative to the main body 11, that is, the foot mounting portion extends in the left-right direction (Roll) as viewed from the front and rear of the robot. axis). This rotation is performed by driving a roll shaft motor 21 .
- the detected values of the temperature sensor attached to each motor and the torque sensor are input to the control unit inside the robot device 10 and used, for example, to calculate the evaluation value of the stability of the stop posture when the robot device stops. Details of these processes will be described later.
- a temperature sensor 21a and a torque sensor 21b are individually provided for each of the six roll shaft motors 21 for each of the six legs.
- a temperature sensor 22a and a torque sensor 22b are also provided individually for each of the six hip shaft motors 22 for each of the six legs.
- a temperature sensor 23a and a torque sensor 23b are also provided individually for each of the knee shaft motors 23.
- the communication unit 101 executes communication with the user terminal 60 held by the user 50, for example.
- the user terminal 60 outputs a run start command and a stop command to the robot device 10 .
- it also provides travel route information.
- the communication unit 101 of the robot device 10 receives these pieces of information from the user terminal 60 and outputs the information to the travel control unit 102 and the suitable stop posture analysis unit 110 .
- the travel control unit 102 and the suitable stopping posture analysis unit 110 execute travel control and stop control according to the information received from the user terminal 60 .
- the running surface shape clustering data including the clustering groups analyzed by the running surface shape analysis unit 111 is output to the suitable stopping posture recording/updating unit 114 and the suitable stopping posture acquisition unit 121 of the stop control unit 120 .
- FIG. 22 shows an example of evaluation values calculated by the stop posture evaluation value calculation unit 113 .
- FIG. 22 shows the stop posture data analyzed by the stop posture analysis unit 112 described above with reference to FIG. 17 and the stop posture evaluation value calculated by the stop posture evaluation value calculation unit 113 in association with each other.
- step S104 the preferred stopping posture analysis process by the preferred stopping posture analysis unit 110 is started.
- the processes of steps S104 to S110 are processes executed by the suitable stopping posture analysis unit 110, and are processes executed while the robot device 10 is running.
- Step S206 If the stop posture control unit 122 determines in step S205 that the posture of the robot device 10 matches the highest-evaluation “preferred stop posture” in the data stored in the storage unit, in step S206, the posture of the robot device 10 is set to “ Stop in a state consistent with "suitable stopping posture”. By performing such stop posture control, it becomes possible to perform stop processing with higher stability.
- the stop posture analysis unit The mobile device according to any one of (1) to (3), which analyzes a stop posture according to a running surface shape of the walking robot.
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Abstract
Description
このような歩行型(脚駆動型)のロボットが停止する場合、少なくとも3つの足を走行面に接地させた状態とすることが必要となる。
この特許文献1は、静止姿勢で消費エネルギーが小さくなる姿勢に制御する技術を開示している。ロボットの消費エネルギーを計測して評価基準値を計算し、静止時に消費エネルギーが小さくなる姿勢を検索してその姿勢に制御して停止する構成である。
例えば傾斜面や階段など、様々な異なる形状の走行面を走行する場合に利用することができないという問題がある。
また、上述したように歩行型(脚駆動型)のロボットが停止する場合、少なくとも3つの足を走行面に接地させた状態とすることが必要である。この3つ以上の接地点から構成される多角形を支持多角形と呼ぶ。
歩行型ロボットの好適停止姿勢を解析する好適停止姿勢解析部を有し、
前記好適停止姿勢解析部は、
前記歩行型ロボットの走行面形状を解析する走行面形状解析部と、
前記走行面形状に応じた前記歩行型ロボットの停止姿勢を解析する停止姿勢解析部と、
前記停止姿勢解析部が解析した停止姿勢の評価値を算出する停止姿勢評価値算出部と、
走行面形状に応じた前記歩行型ロボットの停止姿勢中、最も評価値の高い停止姿勢を記憶部に記録する好適停止姿勢記録更新部を有する移動装置にある。
移動装置において実行する移動装置制御方法であり、
前記移動装置は、歩行型ロボットの好適停止姿勢を解析する好適停止姿勢解析部を有し、
前記好適停止姿勢解析部が、
前記歩行型ロボットの走行面形状を解析する走行面形状解析処理と、
前記走行面形状に応じた前記歩行型ロボットの停止姿勢を解析する停止姿勢解析処理と、
前記停止姿勢解析処理において解析した停止姿勢の評価値を算出する停止姿勢評価値算出処理と、
走行面形状に応じた前記歩行型ロボットの停止姿勢中、最も評価値の高い停止姿勢を記憶部に記録する好適停止姿勢記録更新処理を実行する移動装置制御方法にある。
具体的には例えば、歩行型ロボットの好適停止姿勢を解析する好適停止姿勢解析部が、歩行型ロボットの走行面形状を解析する処理と、走行面形状に応じた停止姿勢を解析する停止姿勢解析処理と、停止姿勢の評価値を算出する停止姿勢評価値算出処理と、走行面形状に応じた停止姿勢中、最も評価値の高い停止姿勢を記憶部に記録する処理を実行する。さらに、停止制御部が走行面形状クラスタリンググループ対応の好適停止姿勢を記憶部から取得してロボットを好適停止姿勢に一致させる姿勢制御を行って停止する。
本構成により、ロボットの走行面形状に応じた好適姿勢を記憶部に格納し、ロボット停止時には走行面形状に応じた好適姿勢を記憶部から取得して姿勢制御を行って停止させることを可能とした構成が実現される。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また付加的な効果があってもよい。
1.本開示のロボット装置の概要について
2.ロボット装置の走行環境の具体例について
3.本開示のロボット装置の構成例について
4.本開示のロボット装置が実行する処理のシーケンスについて
5.その他の実施例について
6.本開示のロボット装置のハードウェア構成例について
7.本開示の構成のまとめ
まず、図1以下を参照して本開示のロボット装置の概要について説明する。
図1は本開示の移動装置の一例であるロボット装置10を示す図である。
図1に示すロボット装置10は前方に2本の足、後方に2本の足を有する4脚型の歩行型ロボットである。
図1に示すように、ロボット装置10は、本体(胴体)部11と、4本の足部12を有する。
さらに、複数のセンサを装着している。図1にはカメラセンサ13、IMU(Inertial Measurement Unit)センサ14、足先圧力センサ15を示している。
IMUセンサ14は、慣性計測装置であり、ロボット装置10の傾きや加速度、移動速度などを解析するための情報を取得する。
足先圧力センサ15は、4本の各足の足先に装着されており、各足が接地しているか否か、さらに接地状態における足各々の荷重負荷量を計測するために利用される。
なお、LiDAR、TOFセンサは、いずれもオブジェクト距離を計測可能なセンサである。
図2には、図1に示すロボット装置10の、
(a)前面図
(b)側面図
(c)背面図
これらの3つの図を示している。
このように、足部12各々の上端部は、本体部11に対して、前後方向、左右方向いずれにも回動可能な構成を持つ。
これらの処理の詳細については後段で説明する。
例えば図4には、6脚型のロボット装置10の構成例を示している。
図4に示すロボット装置10は前方に3本の足、後方に3本の足を有する6脚型の歩行型ロボットの構成例である。
各足を持ち上げて前後に動かすことで歩行走行を行なうことが可能である。
図5には、図4に示すロボット装置10の、
(a)前面図
(b)側面図
(c)背面図
これらの3つの図を示している。
左右方向の回動はロール(Roll)軸モータ21の駆動によって行われる。
前後方向の回動はヒップ(Hip)軸モータ22の駆動によって行われる。
また、6本の足各々の6つのヒップ(Hip)軸モータ22の各々に対しても、それぞれ個別に温度センサ22aと、トルクセンサ22bが設けられて
同様に、6本の足各々の6つのニー(Knee)軸モータ23の各々に対しても、それぞれ個別に温度センサ23aと、トルクセンサ23bが設けられて
これら各モータ付属の温度センサ、およびトルクセンサの検出値はロボット装置10内部の制御部に入力され、例えばロボット装置が停止する際の停止姿勢の安定性の評価値算出等に利用される。
これらの処理の詳細については後段で説明する。
本開示のロボット装置は、このように複数の足を持ち上げて前後に動かすことで脚移動、すなわち歩行走行を行なうことが可能な歩行型ロボットである。
次に、ロボット装置の走行環境の具体例について説明する。
4脚ロボット10が移動する環境は、例えば図6に示すように様々な障害物が存在し、また、走行面も平面とは限らず、でこぼこな面、段差のある面、傾斜のある面、階段など、様々である。
例えば、ロボット装置10が支持多角形を形成できない場合には、バランスを崩して転倒し、損傷や故障が発生する可能性がある。
しかし、安定した静止状態を維持できる足配置やロボット姿勢は、ロボット装置10が停止する位置の走行面形状に応じて異なる。
図7は、ロボット装置10の進行方向前方に1段高いステップが存在する走行面の例である。
図7に示すように、ロボット装置10が一段高いステップ位置に右前足を乗せた時点で、例えば図3を参照して説明したユーザ50が操作するユーザ端末60から停止命令を受信する場合がある。
さらに、本開示のロボット装置10は、決定したロボット姿勢に変更する姿勢制御を実行してロボット装置10を停止させる処理を行う。
さらに、本開示のロボット装置10は、決定したロボット姿勢に変更する姿勢制御を実行してロボット装置10を停止させる処理を行う。
さらに、本開示のロボット装置10は、決定したロボット姿勢に変更する姿勢制御を実行してロボット装置10を停止させる処理を行う。
本開示のロボット装置10は、それぞれの走行面形状に応じて、安定した静止状態を維持できる足配置を含むロボット姿勢を決定して、決定したロボット姿勢に変更する姿勢制御を行って停止する処理を行うことになる。
しかし、上述したように走行面形状に応じて安定した静止状態を維持できるロボット姿勢は異なる。
このようなタイムロスが発生すると、ロボット装置10を目的位置に停止させることができない場合が発生する。一方、ロボット装置10を目的位置に無理やり停止させると、不安定な姿勢のままロボット装置10が停止し、転倒するといった事態が発生する場合がある。
以下、本開示のロボット装置の構成と処理の具体例について説明する。
次に、本開示のロボット装置の構成例について説明する。
図12に示すように、本開示のロボット装置10は、通信部101、走行制御部102、駆動部103、センサ群104、記憶部105、好適停止姿勢解析部110、停止制御部120を有する。
(1)走行面形状クラスタリング用データ
(2)走行面形状クラスタリンググループ対応好適停止姿勢&評価値データ
これらのデータの詳細については後段で説明する。
通信部101は、例えばユーザ50が保持するユーザ端末60との通信を実行する。
ユーザ端末60は、ロボット装置10に対して走行開始命令や停止命令を出力する。あるいは走行ルート情報なども提供する。
ロボット装置10の通信部101は、ユーザ端末60からこれらの情報を受信し、走行制御部102や好適停止姿勢解析部110に出力する。
走行制御部102や好適停止姿勢解析部110は、ユーザ端末60からの受信情報に従って、走行制御や停止制御を実行する。
先に図1等を参照して説明したように、図1に示すカメラセンサ13は、ロボット装置10の周囲環境の画像を撮影する。撮影画像は障害物の位置やロボット走行面の形状などを解析するために用いられる。
すなわち、図2を参照して説明したように、足各々のロール(Roll)軸モータ21の各々に対してそれぞれ個別に温度センサ21aと、トルクセンサ21bが設けられている。
同様に、足各々のニー(Knee)軸モータ23の各々に対しても、それぞれ個別に温度センサ23aと、トルクセンサ23bが設けられている。
これらは、各足を駆動させる際の各モータの発熱量や負荷(トルク)を計測する。
好適停止姿勢解析部110は、走行面形状に応じた安定性の高い停止姿勢や姿勢評価値を算出して記憶部105に記録する処理を実行する。
なお、この処理は、ロボット装置10を停止させることなく実行可能であり、ロボット装置10の走行中に実行することが可能である。
走行面形状解析部111は、ロボット装置10の走行面形状の解析処理を行う。
例えば、センサ群104から入力するカメラ撮影画像や、IMUの検出値であるロボットの傾きや、各足先の圧力センサから検出される各足の接地および荷重量等に基づいて、ロボット装置10の走行面形状の解析処理を行う。
図13には、走行面形状解析部111による走行面形状のクラスタリング処理を行う際に適用するデータ、すなわち、走行面形状の分類用データであるクラスタリング処理(分類処理)用データの一例を示している。
(1)クラスタリンググループ
(2)前後方向傾斜角
(3)左右方向傾斜角
これらの各データによって構成される。
「(2)前後方向傾斜角」は、各クラスタリンググループに分類された走行面形状の前後方向の傾斜角を示している。
なお、前後方向傾斜角=0°は、ロボット装置10の走行面のロボット前後方向に傾斜がなく水平であることを意味する。
図14(a)は、段差がある走行面の例であり、(b)は傾斜面の例である。
前後の傾斜角は、例えばロボット装置10の進行方向、最先端の足の接地位置と、最後端の足の接地位置を結ぶ直線と水平線との角度として算出する。
ただし、このクラスタリング処理例は一例であり、段差と傾斜面を区別したクラスタリング処理を行う構成としてもよい。
なお、ロボット装置10が進む前方方向が低くなった傾斜面、あるいは低くなる段差がある場合は、-10°等の設定となる。
例えば左端の足の接地位置と右端の足の接地位置が同じ高さであれば、
左右方向の傾斜角=0°
となる。
左端の足の接地位置が右端の足の接地位置より高い場合は、左右方向の傾斜角は、(+)の値、低い場合は(-)の値となる。
クラスタリンググループC11は、
前後方向傾斜角=0°~+10°
左右方向傾斜角=-30°~-20°
この範囲にある走行面である。
この解析処理の結果、ロボット装置10の現在の走行面形状が、上記のクラスタリンググループC11に規定された傾き、すなわち、
前後方向傾斜角=0°~+10°
左右方向傾斜角=-30°~-20°
この傾きの範囲にあると判定した場合ロボット装置10の現在の走行面形状のクラスタリング結果として、走行面形状のクラスタリンググループを
クラスタリンググループ=C11
として決定する。
図15には、
(A)時間(スタートからの経過時間)(sec)
(B)走行面形状クラスタリングデータ
これらの対応データを示している。
(B)走行面形状クラスタリングデータには、
(b1)クラスタリンググループ
(b2)前後方向傾斜角
(b3)左右方向傾斜角
これらのデータが含まれる。
「(B)走行面形状クラスタリングデータ」は、「(A)時間(スタートからの経過時間)」に示す時間範囲の走行面形状クラスタリングデータである。
(b1)クラスタリンググループ
(b2)前後方向傾斜角
(b3)左右方向傾斜角
これらのデータが含まれる。これらのデータは、先に図13を参照して説明したと同様のデータである。
すなわち、「(b1)クラスタリンググループ」は、走行面形状のクラスタリンググループ(分類グループ)各々の識別子(C11,C12,C13・・・)を示している。
「(b2)前後方向傾斜角」は、クラスタリンググループ対応の走行面形状の前後方向の傾斜角を示している。
「(b3)左右方向傾斜角」は、クラスタリンググループ対応の走行面形状の左右方向の傾斜角を示している。
このデータは、ロボット装置10の走行開始からの経過時間=000000~001233の間の走行面形状が、
(b1)クラスタリンググループ=C14
(b2)前後方向傾斜角=0°~+10°
(b3)左右方向傾斜角=0°~+10°
この(b1)~(b3)に示す走行面形状クラスタリングデータに対応する走行面形状を有することを示すデータである。
このデータは、ロボット装置10の走行開始からの経過時間=001234~002231の間の走行面形状が、
(b1)クラスタリンググループ=C15
(b2)前後方向傾斜角=+10°~+20°
(b3)左右方向傾斜角=+10°~+20°
この(b1)~(b3)に示す走行面形状クラスタリングデータに対応する走行面形状を有することを示すデータである。
停止姿勢解析部112は、ロボット装置10の停止時の姿勢を解析し、停止姿勢情報を取得する。
停止姿勢評価値算出部113は、停止姿勢解析部112が解析した停止姿勢を評価して評価値(停止姿勢評価値)を算出する。
さらに、停止姿勢評価値算出部113は、この「停止姿勢」の評価値を算出する。
なお、これらの処理は、ロボット装置10を停止させることなく実行される。
少なくとも3本の足が接地され、支持多角形が形成された状態であればロボット装置10は停止可能であり、停止姿勢解析部112は、ロボット装置10を実際に停止させることなく、このタイミングの姿勢を「停止姿勢」として解析する。
(a)本体部(胴体)傾き(前後方向、左右方向各々の傾き)
(b)各足の関節回転角度(=各足のロール軸、ピッチ軸、ニー軸周りの回転角度)
(c)各足の接地有無と足先圧力
図16には、走行中のロボット装置10、すなわち階段を昇るロボット装置10を示している。
(a)本体部(胴体)傾き(前後方向、左右方向各々の傾き)として、
(a1)本体部(胴体)ロール角(=本体部(胴体)の左右方向の傾き)
(a2)本体部(胴体)ピッチ角(=本体部(胴体)の前後方向の傾き)
(b)各足の関節回転角度(=各足のロール軸、ピッチ軸、ニー軸周りの回転角度)
(c)各足の接地有無と足先圧力
停止姿勢解析部112は、図17に示すような停止姿勢データ、すなわち以下の各データを生成する。
(1)支持多角形検出タイミング
(2)停止姿勢
(2a)本体部(胴体)傾き(前後方向、左右方向各々の傾き)
(2b)各足の関節回転角度(=各足のロール軸、ピッチ軸、ニー軸周りの回転角度)
(2c)各足の接地有無と足先圧力
例えば支持多角形検出タイミング=000233のデータ(aa°,bb°)は、
本体部(胴体)ロール角=aa°
本体部(胴体)ピッチ角=bb°
であることを示している。
FLは左前足、FRは右前足、BLは左後足、BRは右後足であり、()内の3つの角度データは、各足のロール軸、ピッチ軸、ニー軸周りの回転角度データを示している。
FLは左前足、FRは右前足、BLは左後足、BRは右後足であり、()内の2つのデータは、先行データが接地有無(1=接地、0=非接地)、後続データが接地時の足先圧力である。
停止姿勢解析部112が生成した停止姿勢データは、停止姿勢評価値算出部113に出力される。
停止姿勢評価値算出部113は、停止姿勢解析部112が生成した停止姿勢データ、すなわち、
(a)本体部(胴体)傾き(前後方向、左右方向各々の傾き)
(b)各足の関節回転角度(=各足のロール軸、ピッチ軸、ニー軸周りの回転角度)
(c)各足の接地有無と足先圧力
これら(a)~(c)の各データからなる停止姿勢データに基づいて、予め規定された評価値算出アルゴリズムを適用して評価値(停止姿勢評価値)の算出処理を行う。
例えば図18に示すように、ロボット装置10の各足のモータのトルクセンサの検出値や、温度センサの検出値、さらに足先圧力センサの検出値などを入力して停止姿勢評価値を算出する。
なお、停止姿勢評価値算出部111が算出する停止姿勢評価値は、ロボット装置10の姿勢安定性が高いほど高く、またモータの負荷などから算出される消費エネルギーが低いほど高い値となる評価値である。
例えば、以下のような停止姿勢評価値の算出アルゴリズムが利用可能である。
(例1)各足の各モータに付属するトルクセンサの検出値であるトルクの総加算値に基づく評価値算出アルゴリズム
(例2)各足の各モータに付属する温度センサの検出値であるモータ温度の総加算値に基づく評価値算出アルゴリズム
(例3)各足の足先圧力センサの検出値である足先圧力値に基づいて算出した足の負荷バランスに基づく評価値算出アルゴリズム
(例4)各足のモータの回転角度と、各足の足先圧力センサの検出値である足先圧力値に基づいて算出した足の負荷バランスに基づく評価値算出アルゴリズム
(例1)各足の各モータに付属するトルクセンサの検出値であるトルクの総加算値に基づく評価値算出アルゴリズム
このアルゴリズムに従った停止姿勢評価値算出例を説明する図である。
図19に示すグラフは、横軸にモータトルク総加算値、縦軸に停止姿勢評価値(0~100)を示したグラフである。
モータトルク総加算値が小さいほど停止姿勢評価値は高くなり、モータトルク総加算値が大きくなるほど停止姿勢評価値は低下する。
(例2)各足の各モータに付属する温度センサの検出値であるモータ温度の総加算値に基づく評価値算出アルゴリズム
このアルゴリズムに従った停止姿勢評価値算出例を説明する図である。
図20に示すグラフは、横軸にモータ温度総加算値、縦軸に停止姿勢評価値(0~100)を示したグラフである。
モータ温度総加算値が小さいほど停止姿勢評価値は高くなり、モータ温度総加算値が大きくなるほど停止姿勢評価値は低下する。
(例3)各足の足先圧力センサの検出値である足先圧力値に基づいて算出した足の負荷バランスに基づく評価値算出アルゴリズム
(例4)各足のモータの回転角度と、各足の足先圧力センサの検出値である足先圧力値に基づいて算出した足の負荷バランスに基づく評価値算出アルゴリズム
これらのアルゴリズムに従った停止姿勢評価値算出例を説明する図である。
図21に示すグラフは、横軸にモ負荷パランス、縦軸に停止姿勢評価値(0~100)を示したグラフである。
負荷バランスが悪いほど停止姿勢評価値は低下し、負荷バランスが良好(例えば各足に均等な負荷)なほど停止姿勢評価値は上昇する。
さらに、上記(例1)~(例4)の各アルゴリズムによって算出した評価値を重み付け加算して最終的な停止姿勢評価値を算出する構成としてもよい。
Vall=α・V1+β・V2+γ・V3+δ・V4・・・(式1)
なお、α、β、γ、δは重み係数である。
図22には、先に図17を参照して説明した停止姿勢解析部112が解析した停止姿勢データと、停止姿勢評価値算出部113が算出した停止姿勢評価値を対応付けて示している。
(1)支持多角形検出タイミング
(2)停止姿勢
(3)停止姿勢評価値
これらのデータの対応データである。
すなわち、以下の各データが含まれる。
(a)本体部(胴体)傾き(前後方向、左右方向各々の傾き)として、
(a1)本体部(胴体)ロール角(=本体部(胴体)の左右方向の傾き)
(a2)本体部(胴体)ピッチ角(=本体部(胴体)の前後方向の傾き)
(b)各足の関節回転角度(=各足のロール軸、ピッチ軸、ニー軸周りの回転角度)
(c)各足の接地有無と足先圧力
なお、処理の詳細シーケンスについては、後段でフローチャートを参照して説明する。
好適停止姿勢記録、更新部114は以下の各データを入力する。
(1)走行面形状解析部111が解析した走行面形状クラスタリングデータ(C11等)
(2)停止姿勢解析部112と、停止姿勢評価値算出部113が生成した停止姿勢と、その評価値(停止姿勢評価値)
(A)走行面形状クラスタリングデータ
(B)好適停止姿勢
(C)停止姿勢評価値
(a1)クラスタリンググループ
(a2)前後方向傾斜角
(a3)左右方向傾斜角
これらのデータは、先に図15を参照して説明したデータから、「(B)好適停止姿勢」と「(C)停止姿勢評価値」の生成タイミングのデータを抽出して記録される。
(A)走行面形状クラスタリングデータ
(B)好適停止姿勢
(C)停止姿勢評価値
これらのデータを対応付けたエントリを「走行面形状クラスタリンググループ対応好適停止姿勢&評価値データ」に追加して記憶部105に格納する。
この比較処理の結果、新たに算出した「停止姿勢評価値」が、記憶部105に格納済みのデータの「停止姿勢評価値」より高い評価値である場合、記憶部105に格納済みの「好適停止姿勢」と「停止姿勢評価値」を、その高評価のデータに置き換えるデータ更新処理を実行する。
このような停止姿勢制御を行うことで、より安定性の高い停止処理を行うことが可能となる。
ロボット装置10の停止制御部120は、例えば通信部101を介して停止命令の受信をトリガとして停止処理を行うための処理を開始する。
図12に示すように、ロボット装置10の停止制御部120は、好適停止姿勢取得部121と、停止姿勢制御部122を有する。
走行面形状解析部111から入力する走行面形状データ(走行面形状クラスタリングデータ)は、先に図15を参照して説明したデータである。
すなわち、図15に示す以下の各データである。
(b1)クラスタリンググループ
(b2)前後方向傾斜角
(b3)左右方向傾斜角
さらに、この取得したクラスタリンググループ(Cnn)と同じクラスタリンググループ(Cnn)のエントリデータを記憶部105の「走行面形状クラスタリンググループ対応好適停止姿勢&評価値データ」から取得する。
この「好適停止姿勢」は、これまでのロボット装置10の走行処理において最も「停止姿勢評価値」が高いデータとして記憶部105に記録された停止姿勢である。
このような停止姿勢制御を行うことで、より安定性の高い停止処理を行うことが可能となる。
次に、本開示のロボット装置10が実行する処理のシーケンスについて説明する。
図24に示すフローチャートは、主に図12に示すロボット装置10の好適停止姿勢解析部110が実行する処理シーケンスについて説明するフローチャートである。
図25に示すフローチャートは、主に図12に示すロボット装置10の停止制御部120が実行する処理シーケンスについて説明するフローチャートである。
なお、これらのフローチャートは、ロボット装置10内の記憶部に格納されたプログラムに従ってCPU等のプログラム実行機能を持つデータ処理部の制御の下で実行することが可能である。
以下、図24に示すフローの各ステップの処理の詳細について順次、説明する。
まず、ロボット装置10は走行実行命令の入力有無を判定する。
走行実行命令の入力が検出された場合、ステップS101の判定はYesとなり、ステップS102に進む。
ステップS101において走行実行命令の入力が検出されたと判定した場合、ステップS102において、ロボット装置10の走行処理を開始する。
ステップS102でロボット装置10が走行を開始すると、ロボット装置10は、ステップS103において走行停止命令の入力有無を判定する。
走行停止命令の入力が検出された場合、ステップS103の判定はYesとなり、ステップS201に進む。
一方、走行停止命令の入力が検出されていない場合、ステップS103の判定はNoとなり、ステップS104に進む。
ステップS103で走行停止命令の入力が検出されていないと判定した場合、ロボット装置10は、ステップS104以下の処理を実行する。
ステップS104~ステップS110の処理は、好適停止姿勢解析部110が実行する処理であり、ロボット装置10が走行中に実行する処理である。
まず、好適停止姿勢解析部110は、ステップS105においてロボット装置10の走行面の形状変化の有無を検出する。
走行面形状変化が検出された場合、ステップS105の判定がYesとなり、ステップS106に進む。
次に、好適停止姿勢解析部110は、ステップS106において、ロボット装置10の少なくとも3本の足が接地し、支持多角形が形成されたか否かを判定する。
前述したように、停止姿勢解析部112は、ロボット装置10の停止時の姿勢を解析し、停止姿勢情報を取得する。
ロボット装置10の少なくとも3本の足が接地し、支持多角形が形成されていない場合は、ステップS105~S106の判定処理を継続する。
好適停止姿勢解析部110の停止姿勢解析部112がステップS106において、ロボット装置10の少なくとも3本の足が接地し、支持多角形が形成されたと判定した場合は、ステップS107の処理を実行する。
この処理は、好適停止姿勢解析部110の停止姿勢解析部112と、停止姿勢評価値算出部113が実行する。
この処理は、ロボット装置10を停止させることなく実行される。
(a)本体部(胴体)傾き(前後方向、左右方向各々の傾き)
(b)各足の関節回転角度(=各足のロール軸、ピッチ軸、ニー軸周りの回転角度)
(c)各足の接地有無と足先圧力
停止姿勢解析部112は、センサ群104からの入力値に基づいて上記(a)~(c)のデータからなる「停止姿勢」データを生成する。
停止姿勢解析部112が生成した停止姿勢データは、停止姿勢評価値算出部113に出力される。
停止姿勢評価値算出部113は、停止姿勢解析部112が生成した停止姿勢データ、すなわち、
(a)本体部(胴体)傾き(前後方向、左右方向各々の傾き)
(b)各足の関節回転角度(=各足のロール軸、ピッチ軸、ニー軸周りの回転角度)
(c)各足の接地有無と足先圧力
これら(a)~(c)の各データからなる停止姿勢データに基づいて、予め規定された評価値算出アルゴリズムを適用して評価値(停止姿勢評価値)の算出処理を行う。
例えば先に図18を参照して説明したように、ロボット装置10の各足のモータのトルクセンサの検出値や、温度センサの検出値、さらに足先圧力センサの検出値などを入力して停止姿勢評価値を算出する。
(例1)各足の各モータに付属するトルクセンサの検出値であるトルクの総加算値に基づく評価値算出アルゴリズム
(例2)各足の各モータに付属する温度センサの検出値であるモータ温度の総加算値に基づく評価値算出アルゴリズム
(例3)各足の足先圧力センサの検出値である足先圧力値に基づいて算出した足の負荷バランスに基づく評価値算出アルゴリズム
(例4)各足のモータの回転角度と、各足の足先圧力センサの検出値である足先圧力値に基づいて算出した足の負荷バランスに基づく評価値算出アルゴリズム
Vall=α・V1+β・V2+γ・V3+δ・V4・・・(式1)
なお、α、β、γ、δは重み係数である。
停止姿勢解析部112と、停止姿勢評価値算出部113が生成、算出した停止姿勢情報とその評価値(停止姿勢評価値)は、好適停止姿勢記録、更新部114に出力される。
次のステップS108では、ステップS107において停止姿勢評価値算出部113が算出した新規算出評価値(新規算出停止姿勢評価値)と、記憶部105に格納済みの既存の算出済み評価値との比較処理を実行する。
前述したように、好適停止姿勢記録、更新部114は以下の各データを入力する。
(1)走行面形状解析部111が解析した走行面形状クラスタリングデータ(C11等)
(2)停止姿勢解析部112と、停止姿勢評価値算出部113が生成した停止姿勢と、その評価値(停止姿勢評価値)
先に図23を参照して説明した「走行面形状クラスタリンググループ対応好適停止姿勢&評価値データ」の記録処理や、記録データの更新処理である。
次に、好適停止姿勢記録、更新部114は、ステップS109において以下の判定処理を実行する。
さらに、走行面形状クラスタリンググループが一致する記録データが有る場合、新規算出評価値が、記憶部105の記録データの停止姿勢評価値より大きな値であるか否かを判定する。
一方、走行面形状クラスタリンググループが一致する記録データが記憶部105に記録されており、新規算出評価値が、記憶部105の記録データの停止姿勢評価値より大きな値でない場合、ステップS109の判定はNoとなり、ステップS102に戻る。
ステップS109の判定がYesの場合、すなわち、ステップS107における停止姿勢評価値算出部113の新規算出評価値(新規算出停止姿勢評価値)の算出タイミングの走行面形状クラスタリンググループが一致する記録データが記憶部105に記録されていないと判定した場合、あるいは、新規算出評価値が、記憶部105の記録データの停止姿勢評価値より大きな値である場合、ステップS110の処理を実行する。
ステップS107における停止姿勢評価値算出部113の新規算出評価値(新規算出停止姿勢評価値)の算出タイミングの走行面形状クラスタリンググループが一致する記録データが記憶部105に記録されていないと判定した場合には新規データとして、以下のデータ、すなわち、
(A)走行面形状クラスタリングデータ
(B)好適停止姿勢
(C)停止姿勢評価値
これらのデータを対応付けたエントリを「走行面形状クラスタリンググループ対応好適停止姿勢&評価値データ」に追加して記憶部105に格納する。
このような停止姿勢制御を行うことで、より安定性の高い停止処理を行うことが可能となる。
図25に示すフローは、図24に示すフローのステップS103においてYesの判定がなされた場合に実行する。
以下、図25に示すフローの各ステップの処理の詳細について順次、説明する。
ステップS103において、例えば通信部101を介してユーザ50の操作するユーザ端末60から走行停止命令が入力されたと判定した場合、ロボット装置10はステップS201において、図12に示すロボット装置10の停止制御部120が停止制御処理を開始する。
ロボット装置10の停止制御部120は、ステップS202において、現在のロボット装置10の走行面の走行面形状データ(走行面形状クラスタリングデータ)を入力する。
走行面形状解析部111から入力する走行面形状データ(走行面形状クラスタリングデータ)は、先に図15を参照して説明したデータである。
すなわち、図15に示す以下の各データである。
(b1)クラスタリンググループ
(b2)前後方向傾斜角
(b3)左右方向傾斜角
次に、好適停止姿勢取得部121は、ステップS203において、走行面形状解析部111から取得したロボット装置10が現在走行中の走行面形状を示すクラスタリンググループ(Cnn)と同じクラスタリンググループ(Cnn)のエントリデータを記憶部105の「走行面形状クラスタリンググループ対応好適停止姿勢&評価値データ」から取得する。
この「好適停止姿勢」は、これまでのロボット装置10の走行処理において最も「停止姿勢評価値」が高いデータとして記憶部105に記録された停止姿勢である。
次に、ロボット装置10は、ステップS204において、ロボット装置10の姿勢を記憶部105から取得した好適停止姿勢に設定する。
次に、停止姿勢制御部122は、ステップS205において、ロボット装置10の姿勢が記憶部格納データである最高評価の「好適停止姿勢」に一致したか否かを判定する。
一致していない場合はステップS204の姿勢制御を継続し、一致した場合はステップS206に進む。
停止姿勢制御部122は、ステップS205において、ロボット装置10の姿勢が記憶部格納データである最高評価の「好適停止姿勢」に一致したと判定した場合、ステップS206において、ロボット装置10の姿勢を「好適停止姿勢」に一致した状態で停止させる。
このような停止姿勢制御を行うことで、より安定性の高い停止処理を行うことが可能となる。
次に、その他の実施例について説明する。
次に本開示のロボット装置のハードウェア構成例について説明する。
また、出力部307は、ロボット等の駆動を行う駆動部322に対する駆動情報も出力する。
入出力インタフェース305に接続されている記憶部308は、例えばフラッシュメモリ、ハードディスク等からなり、CPU301が実行するプログラムや各種のデータを記憶する。通信部309は、インターネットやローカルエリアネットワークなどのネットワークを介したデータ通信の送受信部として機能し、外部の装置と通信する。
また、CPUの他、カメラから入力される画像情報などの専用処理部としてGPU(Graphics Processing Unit)を備えてもよい。
以上、特定の実施例を参照しながら、本開示の実施例について詳解してきた。しかしながら、本開示の要旨を逸脱しない範囲で当業者が実施例の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈されるべきではない。本開示の要旨を判断するためには、特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
(1) 歩行型ロボットの好適停止姿勢を解析する好適停止姿勢解析部を有し、
前記好適停止姿勢解析部は、
前記歩行型ロボットの走行面形状を解析する走行面形状解析部と、
前記走行面形状に応じた前記歩行型ロボットの停止姿勢を解析する停止姿勢解析部と、
前記停止姿勢解析部が解析した停止姿勢の評価値を算出する停止姿勢評価値算出部と、
走行面形状に応じた前記歩行型ロボットの停止姿勢中、最も評価値の高い停止姿勢を記憶部に記録する好適停止姿勢記録更新部を有する移動装置。
前記歩行型ロボットの走行中、少なくとも3本の足の接地点から構成される多角形である支持多角形が生成された時点における前記歩行型ロボットの姿勢を停止姿勢として解析する(1)に記載の移動装置。
前記歩行型ロボットに装着されたセンサの検出値を用いて停止姿勢を解析する(1)または(2)に記載の移動装置。
前記歩行型ロボットの走行面形状に応じた停止姿勢を解析する(1)~(3)いずれかに記載の移動装置。
前記歩行型ロボットに装着されたセンサの検出値を用いて前記停止姿勢の評価値を算出する(1)~(4)いずれかに記載の移動装置。
前記停止姿勢の安定度が高いほど高い評価値を算出する(1)~(5)いずれかに記載の移動装置。
前記停止姿勢における消費エネルギーが低いほど高い評価値を算出する(1)~(6)いずれかに記載の移動装置。
前記歩行型ロボットの走行面形状を複数の種類に分類するクラスタリング処理を実行し、
前記好適停止姿勢記録更新部は、
前記走行面形状解析部による走行面形状分類結果である走行面形状クラスタリンググループ単位で最も評価値の高い停止姿勢を好適停止姿勢として記憶部に記録する(1)~(7)いずれかに記載の移動装置。
前記走行面形状クラスタリンググループ対応の好適停止姿勢と、該好適停止姿勢の評価値を記憶部に記録する(8)に記載の移動装置。
前記記憶部に記録された1つの走行面形状クラスタリンググループ対応の停止姿勢評価値が、
前記1つの走行面形状クラスタリンググループに属する走行面形状対応の停止姿勢として、前記停止姿勢評価値算出部が新たに算出した停止姿勢の評価値より低い値である場合、
前記記憶部に記録された前記1つの走行面形状クラスタリンググループ対応の停止姿勢と停止姿勢評価値を、前記停止姿勢解析部が解析した新たな停止姿勢と、前記停止姿勢が算出した新たな評価値に置き換えるデータ更新処理を実行する(9)に記載の移動装置。
走行面形状分類結果である走行面形状クラスタリンググループ単位の好適停止姿勢を格納した記憶部と、
前記歩行型ロボットの停止制御を実行する停止制御部を有し、
前記停止制御部は、
前記歩行型ロボットが停止予定の走行面の走行面形状が属する走行面形状クラスタリンググループ対応の好適停止姿勢を前記記憶部から取得し、
前記歩行型ロボットの姿勢を、前記好適停止姿勢に一致するように制御して前記歩行型ロボットを停止させる処理を実行する(1)~(10)いずれかに記載の移動装置。
外部からの停止命令の受信に応じて、前記歩行型ロボットの姿勢を、前記好適停止姿勢に一致するように制御して前記歩行型ロボットを停止させる処理を実行する(11)に記載の移動装置。
前記移動装置は、歩行型ロボットの好適停止姿勢を解析する好適停止姿勢解析部を有し、
前記好適停止姿勢解析部が、
前記歩行型ロボットの走行面形状を解析する走行面形状解析処理と、
前記走行面形状に応じた前記歩行型ロボットの停止姿勢を解析する停止姿勢解析処理と、
前記停止姿勢解析処理において解析した停止姿勢の評価値を算出する停止姿勢評価値算出処理と、
走行面形状に応じた前記歩行型ロボットの停止姿勢中、最も評価値の高い停止姿勢を記憶部に記録する好適停止姿勢記録更新処理を実行する移動装置制御方法。
走行面形状分類結果である走行面形状クラスタリンググループ単位の好適停止姿勢を格納した記憶部と、
前記歩行型ロボットの停止制御を実行する停止制御部を有し、
前記停止制御部が、
前記歩行型ロボットが停止予定の走行面の走行面形状が属する走行面形状クラスタリンググループ対応の好適停止姿勢を前記記憶部から取得し、
前記歩行型ロボットの姿勢を、前記好適停止姿勢に一致するように制御して前記歩行型ロボットを停止させる処理を実行する(13)に記載の移動装置制御方法。
具体的には例えば、歩行型ロボットの好適停止姿勢を解析する好適停止姿勢解析部が、歩行型ロボットの走行面形状を解析する処理と、走行面形状に応じた停止姿勢を解析する停止姿勢解析処理と、停止姿勢の評価値を算出する停止姿勢評価値算出処理と、走行面形状に応じた停止姿勢中、最も評価値の高い停止姿勢を記憶部に記録する処理を実行する。さらに、停止制御部が走行面形状クラスタリンググループ対応の好適停止姿勢を記憶部から取得してロボットを好適停止姿勢に一致させる姿勢制御を行って停止する。
本構成により、ロボットの走行面形状に応じた好適姿勢を記憶部に格納し、ロボット停止時には走行面形状に応じた好適姿勢を記憶部から取得して姿勢制御を行って停止させることを可能とした構成が実現される。
11 本体部
12 足部
13 カメラセンサ
14 IMUセンサ
15 足先圧力センサ
21 ロール軸モータ
21a 温度センサ
21b トルクセンサ
22 ヒップ軸モータ
22a 温度センサ
22b トルクセンサ
23 ニー軸モータ
23a 温度センサ
23b トルクセンサ
101 通信部
102 走行制御部
103 駆動部
104 センサ群
105 記憶部
110 好適停止姿勢解析部
111 走行面形状解析部
112 停止姿勢解析部
113 停止姿勢評価値算出部
114 好適停止姿勢記録更新部
120 停止制御部
121 好適停止姿勢取得部
122 停止姿勢制御
301 CPU
302 ROM
303 RAM
304 バス
305 入出力インタフェース
306 入力部
307 出力部
308 記憶部
309 通信部
310 ドライブ
311 リムーバブルメディア
321 センサ
322 駆動部
Claims (14)
- 歩行型ロボットの好適停止姿勢を解析する好適停止姿勢解析部を有し、
前記好適停止姿勢解析部は、
前記歩行型ロボットの走行面形状を解析する走行面形状解析部と、
前記走行面形状に応じた前記歩行型ロボットの停止姿勢を解析する停止姿勢解析部と、
前記停止姿勢解析部が解析した停止姿勢の評価値を算出する停止姿勢評価値算出部と、
走行面形状に応じた前記歩行型ロボットの停止姿勢中、最も評価値の高い停止姿勢を記憶部に記録する好適停止姿勢記録更新部を有する移動装置。 - 前記停止姿勢解析部は、
前記歩行型ロボットの走行中、少なくとも3本の足の接地点から構成される多角形である支持多角形が生成された時点における前記歩行型ロボットの姿勢を停止姿勢として解析する請求項1に記載の移動装置。 - 前記停止姿勢解析部は、
前記歩行型ロボットに装着されたセンサの検出値を用いて停止姿勢を解析する請求項1に記載の移動装置。 - 前記停止姿勢解析部は、
前記歩行型ロボットの走行面形状に応じた停止姿勢を解析する請求項1に記載の移動装置。 - 前記停止姿勢評価値算出部は、
前記歩行型ロボットに装着されたセンサの検出値を用いて前記停止姿勢の評価値を算出する請求項1に記載の移動装置。 - 前記停止姿勢評価値算出部は、
前記停止姿勢の安定度が高いほど高い評価値を算出する請求項1に記載の移動装置。 - 前記停止姿勢評価値算出部は、
前記停止姿勢における消費エネルギーが低いほど高い評価値を算出する請求項1に記載の移動装置。 - 前記走行面形状解析部は、
前記歩行型ロボットの走行面形状を複数の種類に分類するクラスタリング処理を実行し、
前記好適停止姿勢記録更新部は、
前記走行面形状解析部による走行面形状分類結果である走行面形状クラスタリンググループ単位で最も評価値の高い停止姿勢を好適停止姿勢として記憶部に記録する請求項1に記載の移動装置。 - 前記好適停止姿勢記録更新部は、
前記走行面形状クラスタリンググループ対応の好適停止姿勢と、該好適停止姿勢の評価値を記憶部に記録する請求項8に記載の移動装置。 - 前記好適停止姿勢記録更新部は、
前記記憶部に記録された1つの走行面形状クラスタリンググループ対応の停止姿勢評価値が、
前記1つの走行面形状クラスタリンググループに属する走行面形状対応の停止姿勢として、前記停止姿勢評価値算出部が新たに算出した停止姿勢の評価値より低い値である場合、
前記記憶部に記録された前記1つの走行面形状クラスタリンググループ対応の停止姿勢と停止姿勢評価値を、前記停止姿勢解析部が解析した新たな停止姿勢と、前記停止姿勢が算出した新たな評価値に置き換えるデータ更新処理を実行する請求項9に記載の移動装置。 - 前記移動装置は、
走行面形状分類結果である走行面形状クラスタリンググループ単位の好適停止姿勢を格納した記憶部と、
前記歩行型ロボットの停止制御を実行する停止制御部を有し、
前記停止制御部は、
前記歩行型ロボットが停止予定の走行面の走行面形状が属する走行面形状クラスタリンググループ対応の好適停止姿勢を前記記憶部から取得し、
前記歩行型ロボットの姿勢を、前記好適停止姿勢に一致するように制御して前記歩行型ロボットを停止させる処理を実行する請求項1に記載の移動装置。 - 前記停止制御部は、
外部からの停止命令の受信に応じて、前記歩行型ロボットの姿勢を、前記好適停止姿勢に一致するように制御して前記歩行型ロボットを停止させる処理を実行する請求項11に記載の移動装置。 - 移動装置において実行する移動装置制御方法であり、
前記移動装置は、歩行型ロボットの好適停止姿勢を解析する好適停止姿勢解析部を有し、
前記好適停止姿勢解析部が、
前記歩行型ロボットの走行面形状を解析する走行面形状解析処理と、
前記走行面形状に応じた前記歩行型ロボットの停止姿勢を解析する停止姿勢解析処理と、
前記停止姿勢解析処理において解析した停止姿勢の評価値を算出する停止姿勢評価値算出処理と、
走行面形状に応じた前記歩行型ロボットの停止姿勢中、最も評価値の高い停止姿勢を記憶部に記録する好適停止姿勢記録更新処理を実行する移動装置制御方法。 - 前記移動装置は、
走行面形状分類結果である走行面形状クラスタリンググループ単位の好適停止姿勢を格納した記憶部と、
前記歩行型ロボットの停止制御を実行する停止制御部を有し、
前記停止制御部が、
前記歩行型ロボットが停止予定の走行面の走行面形状が属する走行面形状クラスタリンググループ対応の好適停止姿勢を前記記憶部から取得し、
前記歩行型ロボットの姿勢を、前記好適停止姿勢に一致するように制御して前記歩行型ロボットを停止させる処理を実行する請求項13に記載の移動装置制御方法。
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2022
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