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Patent Searching and Data


Title:
MOBILE ROBOT CONTROLLER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/075059
Kind Code:
A1
Abstract:
A controller for controlling a mobile robot (1) for moving an object (W) while causing the position of a representative point of the object (W) and the posture of the object to follow respectively the target position track and the target posture track in a state that the ends of arms (7, 7) are kept in contact with a portion (Wb) near one edge of the object (W). The position of the representative point of the object (W) in an object coordinate system of when the object (W) is viewed from the yaw-axis direction is determined variably with the variation of the target posture around the yaw-axis at least along the target posture track. With this, the object is moved suitably for the variation pattern of the target posture of the object.

Inventors:
OHNO NOBUYUKI (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/003310
Publication Date:
June 18, 2009
Filing Date:
November 13, 2008
Export Citation:
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Assignee:
HONDA MOTOR CO LTD (JP)
OHNO NOBUYUKI (JP)
International Classes:
B25J13/00; B25J5/00; G05D1/02
Foreign References:
JP2007160428A2007-06-28
JP2006110676A2006-04-27
JP2007160428A2007-06-28
Other References:
See also references of EP 2236251A4
Attorney, Agent or Firm:
SATO, Tatsuhiko et al. (24-1 Nishi-Shinjuku 6-chom, Shinjuku-ku Tokyo 23, JP)
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Claims:
 腕体の先端部を対象物の一端寄りの所定の部位に接触させた状態で、該対象物の代表点の位置と該対象物の姿勢とをそれぞれ目標位置軌道、目標姿勢軌道に追従させるように該対象物を移動させる作業を行う移動ロボットの制御装置であって、
 前記対象物をヨー軸方向で見たときの該対象物の代表点の、該対象物に対して固定された対象物座標系での位置を、少なくとも前記目標姿勢軌道におけるヨー軸まわりの目標姿勢の変化に応じて可変的に設定する対象物代表点設定手段を備えたことを特徴とする移動ロボットの制御装置。
 請求項1記載の移動ロボットの制御装置において、前記対象物代表点設定手段は、前記目標位置軌道により規定される前記対象物の代表点の空間的な目標経路のうち、前記目標姿勢軌道におけるヨー軸まわりの目標姿勢の変化量が所定量以下となる第1の区間では、該対象物の一端寄りの位置に該対象物の代表点を設定することを特徴とする移動ロボットの制御装置。
 請求項1記載の移動ロボットの制御装置において、前記対象物代表点設定手段は、前記目標位置軌道により規定される前記対象物の代表点の空間的な目標経路のうち、前記目標姿勢軌道におけるヨー軸まわりの目標姿勢の変化量が所定量以下となる第1の区間と、該目標姿勢の変化量が所定量を超える第2区間とで、前記対象物の代表点の位置を互いに異なる位置に設定すると共に、前記第1の区間での前記対象物の代表点を通るヨー軸まわりの該対象物の慣性モーメントよりも、前記第2の区間での前記対象物の代表点を通るヨー軸まわりの該対象物の慣性モーメントの方が小さくなるように該対象物の代表点の位置を設定することを特徴とする移動ロボットの制御装置。
 請求項1記載の移動ロボットの制御装置において、前記対象物代表点設定手段は、前記目標位置軌道により規定される前記対象物の代表点の空間的な目標経路のうち、前記目標姿勢軌道におけるヨー軸まわりの目標姿勢の変化量が所定量以下となる第1の区間と、該目標姿勢の変化量が所定量を超える第2の区間とで、前記対象物の代表点の位置を互いに異なる位置に設定すると共に、前記移動ロボットおよび対象物の全体を、前記第1の区間での前記対象物の代表点の中心としてヨー軸まわりに回転させた場合における該移動ロボットおよび対象物の外郭の最大回転半径よりも、前記移動ロボットおよび対象物の全体を、前記第2の区間での前記対象物の代表点を中心としてヨー軸まわりに回転させた場合における該移動ロボットおよび対象物の外郭の最大回転半径の方が小さくなるように該対象物の代表点の位置を設定することを特徴とする移動ロボットの制御装置。
 請求項2記載の移動ロボットの制御装置において、前記対象物代表点設定手段は、前記目標経路のうち、前記目標姿勢軌道におけるヨー軸まわりの目標姿勢の変化量が所定量を超える第2の区間では、前記第1の区間で設定する前記対象物の代表点の位置と該対象物の他端との間で、前記第1の区間で設定する前記対象物の代表点の位置よりも前記移動ロボットから遠ざかる位置に該対象物の代表点の位置を設定することを特徴とする移動ロボットの制御装置。
 請求項5記載の移動ロボットの制御装置において、前記対象物代表点設定手段は、前記対象物の一端寄りの位置にあらかじめ設定された第1の点と、該第1の点と該対象物の他端との間で該第1の点よりも前記移動ロボットから遠ざかる位置にあらかじめ設定された第2の点とを結ぶ線分上で、前記対象物の代表点の位置を設定すると共に、前記第1の区間では、該対象物の代表点の位置を前記第1の点の位置に設定し、前記第2の区間では、該対象物の代表点の位置が前記ヨー軸まわりの目標姿勢の変化量が大きいほど、前記第2の点の位置に近くなるように、該目標姿勢の変化量に応じて該対象物の代表点の位置を設定する手段であり、前記第2の点は、前記線分上の点のうち、その点を中心として、前記移動ロボットおよび対象物の全体をヨー軸まわりに回転させた場合における該移動ロボットおよび対象物の外郭の最大回転半径が最小となる点であることを特徴とする移動ロボットの制御装置。
 請求項1記載の移動ロボットの制御装置において、前記対象物代表点設定手段は、前記対象物の代表点の位置を変化させるとき、該代表点の位置を徐々に変化させることを特徴とする移動ロボットの制御装置。
Description:
移動ロボットの制御装置

 本発明は、腕体の先端部のハンドにより 車などの対象物を把持し、該対象物の位置 よび姿勢を目標軌道に追従させるように該 象物を移動させる作業を行う移動ロボット 制御装置に関する。

 例えば特開2007-160428号公報(以下、特許文 1という)に見られるように、移動ロボット 腕体の先端部を台車などの対象物の一端部 所定部位に接触させた状態で、該対象物を 動させる作業を該移動ロボットに行なわせ 技術が本願出願人により提案されている。 の技術では、対象物の代表点の位置と該対 物の姿勢とを、それぞれ対象物の移動計画 基づく目標位置軌道、目標姿勢軌道に追従 せるように、移動ロボットとしての2足移動 ボットの動作を制御する。

 しかしながら、従来のこの種の技術では 対象物の目標位置軌道に追従させるべき対 物の代表点は、該対象物に対して固定的に 定されている。このため、次のような不都 があった。

 例えば、図5(a),(b)に示すように、ロボッ 101がその腕体102,102の先端部(ハンド)によっ 、対象物としての台車200の一端部の取っ手10 1を把持した状態で、該ロボット101により台 200を押して移動させる場合を想定する。な 、図5(a),(b)は、ロボット101および台車200の移 動途中のある時刻でのロボット101および台車 200を上方から見た平面図である。

 ここで、台車200の代表点202の目標位置軌 により規定される空間的な目標経路203が、 在のロボット101および台車200の進行方向前 において、比較的大きな曲がり度合いで曲 っているとする。また、目標経路203上での 車200の目標姿勢(ヨー軸方向で見た台車200の 目標姿勢)は、該台車200の前後方向が目標経 203の接線方向(目標経路203上での台車200の代 点202の移動速度ベクトルの向きと同方向)と なるような姿勢であるとする。なお、「ヨー 軸」は、ロボット1および台車200の移動環境 床面に垂直な方向の軸、または鉛直方向の を意味する。

 このような場合において、ロボット101は 台車200の代表点202を目標経路203上の目標位 に追従させつつ、該代表点202を支点として ヨー軸まわりに台車200を回転させることで 台車200の姿勢を目標姿勢(図5(a),(b)に二点鎖 で示す台車200の姿勢)に追従させようとする 。

 この場合、台車200の代表点202が、図5(a)に 示すように、ロボット101寄りの端部に設定さ れている場合には、台車200の代表点202から離 れた部位(ロボット101寄りの端部と反対側の 部)のヨー軸まわりの移動量が大きくなる。 のため、台車200を比較的狭い通路で移動さ るような場合のように目標経路の側方に障 物が存在するような場合に、該台車200と該 害物との衝突が生じる恐れがある。また、 表点202を通るヨー軸まわりの台車200の慣性 ーメントが比較的大きい。このため、ロボ ト101から台車200に作用する力の変動に対す 台車200の姿勢の安定性は高いものの、該台 200の目標姿勢の急変に対して、台車200の姿 を短時間で目標姿勢に追従させることが難 い。そして、このような場合には、ロボッ 101と台車200との位置・姿勢関係の制約など 影響で、台車200の実際の移動経路と目標経 とのずれが生じやすい。

 一方、台車200の代表点202が、図5(b)に示す ように、ロボット101側の端部と反対側の端部 側に該ロボット101から離れた位置(図示例で 、概ね台車200の中心位置)に設定されている 合には、台車200の姿勢を目標姿勢に向かっ 変化させるときの、台車200の代表点202から れた部位の移動量は図5(a)の場合よりも小さ くなる。また、該代表点202を通るヨー軸まわ りの台車200の慣性モーメントも図5(a)の場合 りも小さくなる。

 しかるに、この場合には、台車200の慣性 ーメントが小さくなることから、対象物の 標姿勢を一定にして、該対象物を直線的に 動させようとする場合であっても、ロボッ 100から台車200に作用する力のわずかな変動 よって台車200の姿勢変化が生じやすい。ま 、ロボット100から台車200に作用する力の変 や外乱などの影響で台車200の姿勢が目標姿 に対してずれを生じた場合に、ロボット101 台車200との間の適切な位置・姿勢関係を保 つつ、該台車200の姿勢のずれを解消するた に、ロボット101が目標経路203に対して横方 (目標経路203とほぼ直交する方向)に動かな ればならない場合が多い。そのため、目標 路203がほぼ直線状の経路であっても、ロボ ト101が横方向に動かなければならない機会 多くなる。ひいては、ロボット101および台 200の移動速度を高めることが困難となる。

 このように、対象物の代表点を固定的に 定する従来の技術では、対象物の目標姿勢 道の変化パターンによって、対象物の姿勢 目標姿勢への追従性が低下したり、対象物 移動速度を高めることが困難となるような 況が発生するというような不都合があった

 そこで、本発明は、対象物の目標姿勢の 化パターンに適した該対象物の移動を行な ことを可能とする移動ロボットの制御装置 提供することを目的とする。

 本発明の移動ロボットの制御装置は、か る目的を達成するために、腕体の先端部を 象物の一端寄りの所定の部位に接触させた 態で、該対象物の代表点(該対象物の空間的 位置を代表する点)の位置と該対象物の姿勢 をそれぞれ目標位置軌道、目標姿勢軌道に 従させるように該対象物を移動させる作業 行う移動ロボットの制御装置であって、前 対象物をヨー軸方向で見たときの該対象物 代表点の、該対象物に対して固定された対 物座標系での位置を、少なくとも前記目標 勢軌道におけるヨー軸まわりの目標姿勢の 化に応じて可変的に設定する対象物代表点 定手段を備えたことを特徴とする(第1発明)

 なお、本発明において、対象物の代表点 「目標位置軌道」は、該代表点の空間的な 標位置の時系列を意味する。また、対象物 「目標姿勢軌道」は、対象物の空間的な向 の目標の時系列を意味する。また、「ヨー 」は、移動ロボットおよび対象物の移動環 における床面に垂直な方向の軸、または、 直方向の軸を意味する。この場合、「垂直 方向」または「鉛直方向」は厳密な意味で 垂直な方向または鉛直方向である必要はな 、当該厳密な意味での垂直な方向、または 直方向に対して若干のずれを生じていても い。

 かかる第1発明によれば、前記対象物をヨ ー軸方向で見たときの該対象物の代表点の、 該対象物に対して固定された対象物座標系で の位置が、少なくとも前記目標姿勢軌道にお けるヨー軸まわりの目標姿勢の変化に応じて 可変的に設定される。これにより、対象物の 代表点の位置を、該対象物の目標姿勢の変化 パターンに適した位置に可変的に設定するこ とができる。そして、このように可変的に設 定される対象物の代表点の位置と、該対象物 の姿勢とがそれぞれ目標位置軌道および目標 姿勢軌道に追従するように移動ロボットの動 作が制御される。

 これにより、対象物の目標姿勢の変化パ ーンに適した該対象物の移動を行なうこと できる。

 かかる第1発明では、より具体的には、前 記対象物代表点設定手段は、前記目標位置軌 道により規定される前記対象物の代表点の空 間的な目標経路のうち、前記目標姿勢軌道に おけるヨー軸まわりの目標姿勢の変化量が所 定量以下となる第1の区間では、該対象物の 端寄りの位置に該対象物の代表点を設定す ことが好ましい(第2発明)。

 この第2発明によれば、前記目標姿勢軌道 におけるヨー軸まわりの目標姿勢の変化量( えば所定期間当たりの変化量)が所定量以下 なる第1の区間、すなわち、対象物の目標姿 勢が一定もしくはほぼ一定に保たれる区間で は、前記対象物の一端寄りの位置(所定の部 の近く)、すなわち、前記移動ロボットに比 的近い位置に前記対象物の代表点が設定さ る。このため、該第1区間において、該代表 点を通るヨー軸まわりの対象物の慣性モーメ ントが比較的大きくなり、該対象物の姿勢の 安定性が高まる。また、移動ロボットが、対 象物の姿勢を目標姿勢軌道に追従させるため に、前記目標位置軌道により規定される対象 物の代表点の空間的な目標経路に対して横方 向に比較的大きく移動しなければならないよ うな機会を少なくすることができる。ひいて は、該移動ロボットおよび対象物の移動速度 を高めることができる。

 また、第1発明では、前記対象物代表点設 定手段は、前記目標位置軌道により規定され る前記対象物の代表点の空間的な目標経路の うち、前記目標姿勢軌道におけるヨー軸まわ りの目標姿勢の変化量が所定量以下となる第 1の区間と、該目標姿勢の変化量が所定量を える第2区間とで、前記対象物の代表点の位 を互いに異なる位置に設定すると共に、前 第1の区間での前記対象物の代表点を通るヨ ー軸まわりの該対象物の慣性モーメントより も、前記第2の区間での前記対象物の代表点 通るヨー軸まわりの該対象物の慣性モーメ トの方が小さくなるように該対象物の代表 の位置を設定することが好ましい(第3発明)

 この第3発明によれば、前記第1の区間(す わち、対象物の目標姿勢が一定もしくはほ 一定に保たれる区間)で設定される対象物の 代表点を通るヨー軸まわりの該対象物の慣性 モーメントよりも、前記第2の区間(すなわち 対象物の目標姿勢が第1の区間よりも大きく 変化する区間)で設定される対象物の代表点 通るヨー軸まわりの該対象物の慣性モーメ トの方が小さくなる。このため、対象物の 標姿勢が一定もしくはほぼ一定に保たれる 1の区間では、対象物の姿勢の安定性を高め ことができる。一方、対象物の目標姿勢の 化が比較的大きなものとなる第2の区間では 、対象物のヨー軸回りの姿勢を目標姿勢に追 従させるための該対象物の姿勢の変化を容易 に行なうことができる。

 また、第1発明では、前記対象物代表点設 定手段は、前記目標位置軌道により規定され る前記対象物の代表点の空間的な目標経路の うち、前記目標姿勢軌道におけるヨー軸まわ りの目標姿勢の変化量が所定量以下となる第 1の区間と、該目標姿勢の変化量が所定量を える第2の区間とで、前記対象物の代表点の 置を互いに異なる位置に設定すると共に、 記移動ロボットおよび対象物の全体を、前 第1の区間での前記対象物の代表点の中心と してヨー軸まわりに回転させた場合における 該移動ロボットおよび対象物の外郭の最大回 転半径よりも、前記移動ロボットおよび対象 物の全体を、前記第2の区間での前記対象物 代表点を中心としてヨー軸まわりに回転さ た場合における該移動ロボットおよび対象 の外郭の最大回転半径の方が小さくなるよ に該対象物の代表点の位置を設定すること 好ましい(第4発明)。

 この第4発明によれば、前記移動ロボット および対象物の全体を、前記第1の区間(すな ち、対象物の目標姿勢が一定もしくはほぼ 定に保たれる区間)で設定される対象物の代 表点を中心としてヨー軸まわりに回転させた 場合における該移動ロボットおよび対象物の 全体の外郭の最大回転半径よりも、前記移動 ロボットおよび対象物の全体を、前記第2の 間(すなわち、対象物の目標姿勢が第1の区間 よりも大きく変化する区間)で設定される対 物の代表点を中心としてヨー軸まわりに回 させた場合における該移動ロボットおよび 象物の外郭の最大回転半径の方が小さくな 。

 このため、対象物の目標姿勢の変化が比 的大きなものとなる第2の区間では、対象物 と移動ロボットとの全体の移動領域の幅を小 さくできる。ひいては、狭い通路で対象物を 旋回させるような場合であっても、対象物や 移動ロボットと目標経路の側方の障害物との 衝突を避けつつ、対象物を移動させることが できる。

 上記のように第1の区間と第2の区間とで 対象物の慣性モーメントや、移動ロボット よび対象物の外郭の最大回転半径を異なら ることは、例えば、次のように実現できる すなわち、前記第2発明においては、前記対 物代表点設定手段は、前記目標経路のうち 前記目標姿勢軌道におけるヨー軸まわりの 標姿勢の変化量が所定量を超える第2の区間 では、前記目標姿勢軌道におけるヨー軸まわ りの目標姿勢の変化量が所定量を超える第2 区間では、前記第1の区間で設定する前記対 物の代表点の位置と該対象物の他端との間 、前記第1の区間で設定する前記対象物の代 表点の位置よりも前記移動ロボットから遠ざ かる位置に該対象物の代表点の位置を設定す ることが好ましい(第5発明)。

 
 この第5発明によれば、前記第2の区間で設 される対象物の代表点を通るヨー軸まわり 該対象物の慣性モーメントを第1の区間より 小さくできる。また、第2の区間での該代表 点を中心にして前記移動ロボットおよび対象 物の全体をヨー軸まわりに回転させた場合に おける該移動ロボットおよび対象物の全体の 外郭の最大回転半径を、前記第1の区間での 代表点を中心にして前記移動ロボットおよ 対象物の全体をヨー軸まわりに回転させた 合における該移動ロボットおよび対象物の 体の外郭の最大回転半径よりも小さくする とができる。

 このため、前記第2の区間での対象物のヨ ー軸回りの姿勢を目標姿勢に追従させるため の該対象物の姿勢の変化を容易に行なうこと ができると共に、第2の区間における対象物 移動ロボットとの全体の移動領域の幅を小 くできる。ひいては、狭い通路で対象物を 回させるような場合であっても、対象物や 動ロボットと目標経路の側方の障害物との 突を避けつつ、対象物を移動させることが きる。

 この第5発明では、前記対象物代表点設定 手段は、前記対象物の一端寄りの位置にあら かじめ設定された第1の点と、該第1の点と該 象物の他端との間で該第1の点よりも前記移 動ロボットから遠ざかる位置にあらかじめ設 定された第2の点とを結ぶ線分上で、前記対 物の代表点の位置を設定すると共に、前記 1の区間では、該対象物の代表点の位置を前 第1の点の位置に設定し、前記第2の区間で 、該対象物の代表点の位置が前記ヨー軸ま りの目標姿勢の変化量が大きいほど、前記 2の点の位置に近くなるように、該目標姿勢 変化量に応じて該対象物の代表点の位置を 定する手段であり、前記第2の点は、前記線 分上の点のうち、その点を中心として、前記 移動ロボットおよび対象物の全体をヨー軸ま わりに回転させた場合における該移動ロボッ トおよび対象物の外郭の最大回転半径が最小 となる点であることが好ましい(第6発明)。

 この第6発明によれば、前記第2の区間で 対象物のヨー軸まわりの目標姿勢の変化量 比較的大きい場合には、対象物の代表点が 記第2の点またはそれに近い点に設定される で、対象物と移動ロボットとの全体の移動 域の幅をできるだけ小さくしつつ、該対象 のヨー軸まわりの姿勢を変化させることが きる。また、第2の区間での対象物のヨー軸 まわりの目標姿勢の変化量が比較的小さい場 合には、対象物の代表点が前記第1の点に近 点に設定されるので、目標姿勢の変化量が 較的大きい場合よりも、対象物の姿勢の安 性や移動速度を高めることができる。

 前記第1~第6発明では、前記対象物代表点 定手段は、前記対象物の代表点の位置を変 させるとき、該代表点の位置を徐々に変化 せることが好ましい(第7発明)。

 この第7発明によれば、移動ロボットの動 作が急激に変化するのを防止できる。

 本発明の一実施形態を図1~図4を参照して 明する。図1は本実施形態の移動ロボットと 対象物との外観斜視図、図2は本実施形態の 動ロボットの動作制御に関するシステム構 を示すブロック図、図3は本実施形態の移動 ボットに備えた制御装置の処理を示すフロ チャート、図4は本実施形態の作動を説明す るための図である。

 図1を参照して、本実施形態の移動ロボッ ト1は、2足移動ロボット(人型ロボット)であ 。この2足移動ロボット1は、その基体として の上体3と、該上体3の下端部から延設された 右一対の脚体5,5と、該上体3の上部の両側部 から延設された左右一対の腕体7,7と、該上体 3の上端部に搭載された頭部9とを有する。

 各脚体5は、第1脚リンク11、第2脚リンク13 、および足平15を上体3側から順に連接した構 造のものであり、各脚体5の先端部が接地部 しての足平15により構成されている。この場 合、各脚体5の第1脚リンク11は3軸まわりの回 自由度を有する股関節17を介して上体3に連 され、第2脚リンク13は、1軸まわりの回転自 由度を有する膝関節19を介して第1脚リンク11 連結され、足平15は、2軸まわりの回転自由 を有する足首関節21を介して第2脚リンク13 連結されている。そして、各脚体5は、各関 17,19,21の回転動作によって、人間の脚と同 の運動が可能となっている。この場合、例 ば、脚体5,5の一方の脚体5(支持脚側の脚体5) 移動ロボット1の移動環境の床に接地させた 状態で、他方の脚体5(遊脚側の脚体5)を空中 持上げて動かし、さらに着地させるという 動を両脚体5,5について交互に行なうことに り、移動ロボット1の移動を行なうことが可 である。

 各腕体7は、第1腕リンク23、第2腕リンク25 、およびハンド27を上体3側から順に連接した 構造のものであり、各腕体7の先端部がハン 27により構成されている。この場合、各腕体 7の第1腕リンク23は3軸まわりの回転自由度を する肩関節29を介して上体3の連結され、第2 腕リンク25は、1軸まわりの回転自由度を有す る肘関節31を介して第1腕リンク23に連結され ハンド27は、3軸まわりの回転自由度を有す 手首関節33を介して第2腕リンク25に連結さ ている。そして、各腕体7は、各関節29,31,33 回転動作によって、ハンド27を物体に接触さ せるなど、人間の腕と同様の運動が可能とな っている。また、ハンド27は、複数の指を備 、その各指の関節の動作(各指の屈伸動作な ど)によって、物体を把持するなどの作業を なうことが可能となっている。

 図1では図示を省略しているが、移動ロボ ット1には、その動作制御のためのシステム 成として、図2に示すように、脚体3および腕 体4の各関節(ハンド27の指の関節を含む)をそ ぞれ駆動する電動モータなどの複数の関節 クチュエータ35,35,…と、移動ロボット1の動 作状態や周辺の環境情報を検出するための種 々のセンサ37,37,…と、外部のサーバなどとの 通信を行なうための通信装置39と、制御装置4 1とが搭載されている。

 センサ37は、例えば、各脚体3の足平15の 地時に該足平15に作用する床反力を検出する 力センサ、各腕体4のハンド27を物体に接触さ せたときに該ハンド27に作用する反力を検出 る力センサ、上体3の加速度を検出する加速 度センサ、上体3の角速度を検出するレート ンサ、上体3の傾斜角度を検出する傾斜セン 、各関節の変位量(回転角度)を検出する関 変位センサ、移動ロボット1の前方などの周 環境の映像を撮像する撮像カメラなどであ 。

 制御装置41は、マイクロコンピュータ、 ンターフェース回路、アクチュエータ駆動 路を含む電子回路ユニットである。この制 装置41は、各センサ37の検出データや、通信 置39を介して与えられる指令データを使用 て、あらかじめ実装され、もしくは必要に じてダウンロードされたプログラムにより 定される演算処理を実行することによって 各関節アクチュエータ35の操作量(例えば電 モータの指令電流)を逐次決定する。そして 制御装置41は、その操作量に応じて各関節 クチュエータ35を制御することによって、移 動ロボット1の動作を制御する。なお、制御 置41は、その演算処理により実現される機能 として、本発明における対象物代表点設定手 段としての機能を含んでいる。

 次に、以上説明した移動ロボット1によっ て、対象物を移動させる作業を行わせる場合 の作動を説明する。なお、この作動説明では 、対象物として、例えば図1に示す台車Wを移 させる場合を例に採って説明する。図1に示 す対象物(台車)Wは、該対象物Wおよび移動ロ ット1の移動環境の床面に接地する複数の車 WRを備え、その車輪WRの転動によって、床面 上を移動し得るようになっている。また、対 象物Wの各車輪WRは、上下方向の軸まわりに回 転し得るようになっており、その回転によっ て、対象物Wの方向転換が可能となっている

 移動ロボット1により上記対象物(台車)Wを 移動させる場合には、制御装置41は、まず、 部のサーバなどから通信装置39を介して入 される指令データに基づいて、移動ロボッ 1の腕体7などの関節アクチュエータ35を制御 ることによって、移動ロボット1の両腕体7,7 のハンド27,27を対象物Wの長手方向の一端寄り の所定の部位に接触させる。

 例えば、図1に示すように、移動ロボット 1を対象物Wの長手方向(前後方向)の一端側(後 側)に対向させて起立させた状態で、該対象 物Wの後端部の上部に設けられたバーWbの両側 部を左右のハンド27,27により把持させる。な 、この場合、移動ロボット1は、各腕体7,7が 伸び切らず、また、上体3などが対象物Wと干 しないような位置および姿勢で、対象物Wに 対向して起立する。

 補足すると、移動ロボット1のハンド27,27 より把持させる部位は、バーWbである必要 ない。例えば、図1に示す台車Wの上部の載架 板の両側部の後端部寄りの箇所をハンド27,27 より把持するようにしてもよい。

 次いで、制御装置41は、図3のフローチャ トに示す処理を所定の演算処理周期で逐次 行し、移動ロボット1に対象物Wを移動させ 作業を行なわせる。

 この処理では、制御装置41は、外部のサ バなどから通信装置39を介して対象物Wの移 計画を取得する(STEP1)。該移動計画は、対象 Wをどのタイミングでどのように動かすべき かの要求指針である。そして、STEP1で取得す 移動計画には、少なくとも現在時刻から将 の所定期間における対象物Wの移動計画が含 まれる。該所定期間は、例えば、移動ロボッ ト1の所定の複数歩数分の期間(3歩分の期間な ど)である。ただし、該所定期間は、例えば 在時刻から所定時間が経過するまでの期間 あるいは、対象物Wを現在位置から移動計画 従って移動させたときの該対象物Wの移動距 離が所定距離に達するまでの期間などであっ てもよい。

 なお、STEP1の処理は、制御装置41の演算処 理周期毎に行なう必要はなく、上記所定期間 が経過する毎に行なうようにしてもよい。ま た、対象物Wの移動の出発地点から到着地点 での全行程にわたる対象物Wの移動計画を対 物Wの移動開始時もしくはその直前に取得し てもよい。あるいは、対象物Wの全行程にわ る移動計画を制御装置41の記憶装置にあらか じめ記憶保持してもよい。

 次いで、制御装置41は、STEP1で取得した移 動計画を基に、現在時刻から将来の対象物W 目標位置軌道及び目標姿勢軌道を生成する(S TEP2)。ここで、対象物Wの目標位置軌道は、該 対象物Wの代表点(対象物Wの空間的位置を代表 する点)の目標位置の時系列である。該代表 は、本実施形態では、後述するように可変 に設定される。また、対象物Wの目標姿勢軌 は、対象物Wの目標姿勢の時系列を意味する 。なお、「姿勢」は空間的な向きを意味する 。

 これらの目標位置軌道および目標姿勢軌 は、基本的には、対象物Wの移動計画に従う ように生成される。ただし、本実施形態の移 動ロボット1は二足移動ロボットであるので 移動計画通りに対象物Wを移動させようとす と、移動ロボット1の姿勢の安定性が損なわ れる場合もある。このため、本実施形態では 、STEP2の処理において、制御装置41は、移動 画通りに対象物Wの目標位置軌道および目標 勢軌道を仮生成した後に、その仮生成した 標位置軌道および目標姿勢軌道に従って対 物Wを移動させたとした場合の移動ロボット 1の将来の動作を予測演算する。そして、制 装置41は、その予測演算した移動ロボット1 将来の動作が、移動ロボット1の姿勢の安定 を適切に保ち得る動作になるか否かを判断 る。その判断結果が肯定的である場合には 制御装置41は、仮生成した対象物Wの目標位 軌道および目標姿勢軌道をそれぞれ、その ま、対象物Wの実際の目標位置軌道、目標姿 勢軌道として得る。また、上記判断結果が否 定的である場合には、制御装置41は、仮生成 た対象物Wの目標位置軌道および目標姿勢軌 道のうちの一方または両者を修正し、その修 正後の目標位置軌道および目標姿勢軌道をそ れぞれ対象物Wの実際の目標位置軌道、目標 勢軌道として得る。この場合、対象物Wの修 後の目標位置軌道および目標姿勢軌道が可 な限り、対象物Wの移動計画から乖離せず、 且つ、その修正後の目標位置軌道および目標 姿勢軌道に対応して予測される移動ロボット 1の将来の動作が、該移動ロボット1の姿勢の 定性を適切に確保し得る動作となるように 目標位置軌道および目標姿勢軌道のうちの 方または両者の修正が行なわれる。

 例えば、対象物Wの移動計画が、移動ロボ ット1の直進時の最大移動速度もしくはこれ 近い移動速度で該対象物Wを移動させるよう 移動計画である場合において、対象物Wの移 動計画に基づく目標位置軌道により規定され る対象物Wの目標経路が、その途中に比較的 激に曲がるような区間を有する場合には、 の区間で、該対象物Wおよび移動ロボット1を その最大移動速度もしくはこれに近い速度で 移動させながら、移動ロボット1の姿勢の安 性を確保することが困難となる場合が多い このような場合には、例えば当該区間並び 、その直前および直後の区間において、対 物Wの移動速度が、移動計画に基づく移動速 よりも小さい速度となるように、対象物Wの 目標位置軌道が修正される。

 このような対象物Wの目標位置軌道および 目標姿勢軌道の生成は、例えば前記特許文献 1に提案されている手法と同様の手法で行な ことができる。この場合、対象物Wの目標位 軌道および目標姿勢軌道は、移動ロボット1 の両脚体5,5のうちの支持脚側の脚体5の足平15 の接地面上の点を原点として設定される支持 脚座標系で記述される。ただし、対象物Wの 標位置軌道および目標姿勢軌道を記述する 標系は、上記支持脚座標系に限られるもの はなく、例えば、対象物Wおよび移動ロボッ 1を移動させる床に対して固定的に設定され た座標系(絶対座標系)であってもよい。

 なお、本実施形態では、対象物Wの目標姿 勢軌道の目標姿勢は、該対象物Wの長手方向( 車Wの前後方向)が、目標位置軌道における 象物Wの代表点の目標位置の単位時間当たり 変化ベクトルとしての該代表点の移動速度 クトルと同方向になるような姿勢とされる 換言すれば、対象物Wの目標姿勢は、対象物 Wをヨー軸方向で見たときに、対象物Wの長手 向が、目標位置軌道により規定される対象 Wの代表点の空間的な目標経路の接線方向に 向くような姿勢とされる。なお、ヨー軸方向 は、鉛直方向または床面に垂直な方向を意味 する。ただし、必ずしも対象物Wの長手方向 対象物Wの代表点の移動速度ベクトルの方向 を同方向にする必要はない。例えば、対象 Wの目標姿勢における該対象物Wの長手方向 対象物Wの代表点の移動速度ベクトルのとの にヨー軸まわりに角度差を持たせるように てもよい。

 また、対象物Wの目標位置軌道および目標 姿勢軌道を決定するときに、目標位置軌道に より規定される対象物Wの代表点の目標経路 周辺の障害物(設置物、壁など)と、対象物W しくは移動ロボット1との干渉の有無を考慮 てもよい。

 上記のように対象物Wの代表点の目標位置 軌道と該対象物Wの目標姿勢軌道とを生成し 後、制御装置41は、次に、現在時刻から将来 の所定期間における対象物Wのヨー軸まわり 目標姿勢の変化量を算出する(STEP3)。該所定 間は、例えば移動ロボット1の所定の複数歩 数分の期間(3歩分の期間など)である。ただし 、該所定期間は、例えば現在時刻から所定時 間が経過するまでの期間、あるいは、対象物 Wを現在位置から目標位置軌道に従って移動 せたときの該対象物Wの移動距離が所定距離 達するまでの期間などであってもよい。ま 、STEP3で算出するヨー軸まわりの目標姿勢 変化量は、具体的には、現在時刻での対象 Wの目標姿勢により規定される該対象物Wの長 手方向(前後方向)と、上記所定期間の終了時 おける対象物Wの目標姿勢により規定される 該対象物Wの長手方向との間のヨー軸まわり 角度差である。

 次いで、制御装置41は、STEP3で算出した目 標姿勢の変化量に応じて、対象物Wの代表点 位置を可変的に設定する(STEP4)。この場合、 変的に設定する代表的の位置は、ヨー軸方 で見たときの対象物Wの代表点の、該対象物 Wに固定された対象物座標系での位置である

 例えば、図4を参照して、対象物(台車)Wに 対して、ヨー軸方向をZ軸方向(図4の紙面に垂 直な方向)、対象物Wの長手方向(前後方向)をX 方向、対象物Wの幅方向をY軸方向とする3軸 交座標系を対象物座標系として設定した場 を想定する。なお、図4は、ヨー軸方向で見 たときの対象物Wの目標位置軌道により規定 れる目標経路が、同図の破線で示すような 路である場合における対象物Wおよび移動ロ ット1の移動途中の瞬時的な動作状態(3種類 動作状態)を例示している。この図4では、 象物Wおよび移動ロボット1は模式的に図示し ている。

 この場合、制御装置41は、上記対象物座 系のXY平面上での代表点の位置を、図4に示 ようにあらかじめ設定された点P1と点P2とを ぶ線分上で可変的に設定する。点P1は、対 物Wの後端寄り(台車Wの移動ロボット1側の一 寄り)の点である。図示例では、点P1は、対 物Wの前記バーWbの両側部(移動ロボット1の ンド27,27により把持させる部位)の間の中央 、すなわち、対象物Wの後端部の幅方向にお る中央点である。

 また、点P2は、点P1と対象物Wの前端(他端) との間の点であって、点P1よりも移動ロボッ 1から対象物Wの前端側に遠ざかる点である 図示例では、点P2は、点P1から、対象物座標 のX軸方向で対象物Wの前端側に(移動ロボッ 1から遠ざかる方向に)所定距離だけ移動し 点である。この場合、点P1,P2を結ぶ線分上の 任意の点を中心にして、対象物Wおよび移動 ボット1の全体をヨー軸まわり(Z軸まわり)に 転させた場合を想定すると、該対象物Wおよ び移動ロボット1の全体の外郭の最大回転半 (対象物Wおよび移動ロボット1の全体のうち 当該回転中心から最も離れた部分の回転半 )は、当該回転中心が、点P2に近いほど、小 くなる。従って、点P2は、点P1,P2を結ぶ線分 の点のうち、その点を中心にして、対象物W および移動ロボット1の全体をヨー軸まわり(Z 軸まわり)に回転させた場合に、該対象物Wお び移動ロボット1の全体の外郭の最大回転半 径が最も小さくなるような点である。本実施 形態では、点P2は、上記線分上の点を含めた らゆる点のなかで、当該最大回転半径が最 (最小に近い場合を含む)となるような点に 定されている。

 そして、STEP5の処理では、制御装置41は、 STEP3で算出した対象物Wの目標姿勢の変化量が 所定量以下である場合、すなわち、該変化量 に係わる前記所定期間における目標位置軌道 により規定される対象物Wの目標経路が直線 しくはそれに近い経路であって、該所定期 内での目標姿勢の変化量が微小である場合 は、対象物Wの代表点の位置を前記点P1の位 に設定する。また、対象物Wの目標姿勢の変 量が、所定量を超える場合には、該変化量 大きいほど、対象物Wの代表点の位置を、前 記点P2に近づけるように(移動ロボット1からX 方向で遠ざけるように)、該目標姿勢の変化 量に応じて対象物Wの代表点の位置を設定す 。

 ただし、制御装置41は、対象物Wの代表点 位置を変化させる場合には、現在の代表点 位置から目標姿勢の変化量に応じた代表点 位置まで徐々に変化させるように該代表点 位置を設定する。

 このように対象物Wの代表点の位置を可変 的に設定することにより、例えば図4に示す 間D1、D5のように、目標位置軌道により規定 れる対象物Wの目標経路が直線もしくはほぼ 直線となる区間(目標姿勢の変化量が所定量 下となる区間)では、対象物Wの代表点の位置 が、点P1の位置に設定される。また、図4に示 す区間D3のように、目標経路が比較的急激に がる区間(目標姿勢の変化量が所定量を超え る区間)では、対象物Wの代表点の位置が、点P 1よりも、対象物Wの前端側に移動ロボット1か ら遠ざかる位置(ただし、前記点P1とP2とを結 線分上の位置)に設定される。さらに、図4 示す区間D1とD3との間の区間D2において、対 物Wの代表点の位置が、点P1の位置(区間D1で 位置)から区間D3での位置に向かって徐々に 化するように設定される。同様に、図4に示 区間D3とD5との間の区間D4において、対象物W の代表点の位置が、区間D3での位置から区間D 5での位置(点P1の位置)に向かって徐々に変化 るように設定される。

 補足すると、以上説明したSTEP4の処理に って、本発明における対象物代表点設定手 が構成される。また、前記点P1,P2はそれぞれ 、本発明における第1の点、第2の点に相当す 。また、図4における区間D1,D5は、本発明に ける第1の区間に相当し、区間D3は、本発明 おける第2の区間に相当する。

 なお、図4では、対象物Wの目標経路がそ 途中で比較的大きく曲がる場合の例を示し が、目標経路の全体が直線もしくはそれに い経路となる場合には、対象物Wの代表点の 置は、定常的に点P1の位置に設定される。 た、対象物Wの目標経路がその途中に、対象 Wの代表点の目標位置がほぼ一定となり、且 つ、目標姿勢が比較的大きく変化するような 区間を有する場合、すなわち、対象物Wの位 をあまり動かさずに姿勢を変化させるよう 箇所を有する場合にはその箇所での対象物W 代表点の位置は、点P2寄りの位置に設定さ る。

 このように対象物Wの代表点の位置を設定 した後、制御装置41は、移動ロボット1の目標 歩容を生成する(STEP5)。この場合、STEP4で設定 した対象物Wの代表点の位置と、該対象物Wの 勢とを、それぞれSTEP2で生成した目標位置 道、目標姿勢軌道に追従させ、且つ、移動 ボット1の姿勢の安定性が保たれるように、 動ロボット1の目標歩容が生成される。この ような目標歩容は、前記特許文献1に提案さ ている手法と同様の手法で生成することが きる。この場合、該目標歩容は、各脚体5の 平15の目標位置姿勢軌道(足平15の目標位置 よび目標姿勢の時系列)、上体3の目標位置姿 勢軌道(上体3の目標位置および目標姿勢の時 列)、目標ZMP軌道(いわゆるZMPの目標位置の 系列)、目標全床反力軌道(ロボット1に作用 る全床反力の目標値の時系列)、各腕体7のハ ンド27の目標位置姿勢軌道(ハンド27の目標位 および目標姿勢の時系列)などから構成され る。なお、ここでのZMPは、移動ロボット1に 用する重力と、該移動ロボット1の運動によ て発生する慣性力と、該移動ロボット1が対 象物Wから受ける反力との合力のモーメント 、その鉛直軸まわり成分を除いて0となるよ な床面上の点を意味する。

 次いで、制御装置41は、このように生成 た移動ロボット1の目標歩容に応じて、移動 ボット1の脚体5,5および腕体7,7の各関節アク チュエータ35を制御する(STEP6)。具体的には、 目標歩容に応じて脚体5,5および腕体7,7の各関 節の目標変位量を決定し、その目標変位量に 応じて、各関節アクチュエータ35の操作量を 定する。そして、その操作量に応じて各関 アクチュエータ35を制御する。

 以上説明したSTEP1~6の処理が所定の演算処 理周期で逐次実行される。これにより、対象 物Wの代表点の位置と、対象物Wの姿勢とをそ ぞれ目標位置軌道、目標姿勢軌道に追従さ るように、移動ロボット1の動作が制御され 、該移動ロボット1による対象物Wの移動作業 行われる。

 かかる本実施形態によれば、図4の区間D1, D5のように、対象物Wのヨー軸まわりの目標姿 勢が一定もしくはほぼ一定に保たれる区間( 定期間あたりのヨー軸まわりの目標姿勢の 化量が所定量以下となる区間)では、対象物W の代表点の位置が対象物Wの移動ロボット1側 一端寄り(後端寄り)の点P1の位置に設定され る。このため、該代表点を通るヨー軸まわり における対象物Wの慣性モーメントが比較的 きなものとなる。ひいては、対象物Wの姿勢 安定性が高まる。また、対象物Wのヨー軸ま わりの姿勢が目標姿勢に対してずれを生じた 場合に、そのずれを解消するための、移動ロ ボット1の横方向(対象物Wの目標経路にほぼ直 交する方向)への移動量が微小で済む。

 このため、対象物Wの移動速度を高めつつ 、対象物Wの姿勢を安定に目標姿勢軌道に追 させることができる。

 また、図4の区間D3のように、対象物Wのヨ ー軸まわりの目標姿勢が比較的大きく変化す る区間(所定期間あたりのヨー軸まわりの目 姿勢の変化量が所定量を超える区間)では、 象物Wの代表点の位置が、前記点P1から点P2 にずれた位置に設定される。このため、対 物Wの代表点を通るヨー軸まわりに対象物Wを 回転させて、該対象物Wの姿勢を変化させる に、対象物Wおよび移動ロボット1の全体の外 郭の最大回転半径を小さくできる。ひいては 、対象物Wおよび移動ロボット1の全体の移動 域の幅(対象物Wの目標経路に対して横方向 幅)を小さくすることができる。この結果、 較的狭い通路で、対象物Wを旋回させるよう な場合でも、該対象物Wや、移動ロボット1が 象物Wの目標経路の側方の障害物に衝突する のを回避することができる。さらに、対象物 Wの代表点を通るヨー軸まわりの慣性モーメ トが、該代表点が点P1の位置に設定される場 合よりも小さくなるので、対象物Wの姿勢の 化を容易に行なうことができる。また、当 区間での対象物Wの代表点の位置は、対象物W の目標姿勢の変化量が小さいほど、前記点P1 近い位置に設定されるので、目標姿勢の変 量がさほど大きくない区間では、対象物Wの 姿勢が目標姿勢からずれた場合における移動 ロボット1の横方向の移動量が比較的小さな ので済む。このため、対象物Wの移動速度の 下を必要最小限に留めることができる。

 また、対象物Wの代表点の位置を変化させ るときには、その変化を徐々に行なうので、 移動ロボットの動作が急激に変化するのを抑 制できる。

 なお、本発明の実施形態は、以上説明し 実施形態に限られるものではなく、種々の 形態様が可能である。以下にその変形態様 例をいくつか説明する。

 移動ロボットは二足移動ロボット以外の 態の移動ロボットであってもよい。例えば 3つ以上の脚体を有する脚式移動ロボットや 、複数の回転自在な球体を床に接地させて、 該球体の回転によって移動するような移動ロ ボットについても本発明を適用できる。移動 ロボットは、その進行方向をヨー軸まわりに 変更し得るものであればよい。

 また、移動ロボットは、3つ以上の腕体を 有する移動ロボットや、1つの腕体だけを有 る移動ロボットであってもよい。さらに、 体は、その先端部だけが移動ロボットの基 に対して動き得るような腕体であってもよ 。

 また、対象物の一端寄りの部位に接触さ る移動ロボットの腕体の先端部は、必ずし 、該部位を把持するように構成されている 要はない。例えば、腕体の先端部が、対象 の一端寄りの面部に単に接触するように構 されていたり、あるいは、対象物の一端寄 の部位に嵌合するように構成されていても い。

 また、移動ロボットに移動させる対象物 、車輪を備えるものでなくてもよい。該対 物は、例えば、底面の平坦部分が床面に直 的に接触するような物体(例えば、単なる箱 状の物体)であってもよい。さらに、対象物 床面に接触させずに、移動させるようにし もよい。例えば、長尺な板などの物体の一 寄りの部位を移動ロボットの腕体により保 し、該物体の全体を床から持上げた状態で 該物体を移動させるような場合にも本発明 適用できる。本発明は、特に、移動ロボッ の腕体の先端部を接触させる一端寄りの部 と、他端との間の長さが比較的長いものと るような物体を移動させる場合に好適であ 。

 また、3つ以上の脚体を有する移動ロボッ トや、複数の回転自在な球体を床に接地させ て移動する移動ロボットのように、安定性の 高い移動ロボットにより対象物を移動させる 場合には、該対象物の移動を開始する前に、 その移動の全行程における対象物の目標位置 軌道および目標姿勢軌道を作成しておいても よい。その作成は、移動ロボットの外部のサ ーバなどで行なうようにしてよい。さらに、 このように、対象物の移動の全行程における 対象物の目標位置軌道および目標姿勢軌道を 対象物の移動開始前に作成する場合、対象物 の移動開始前に、その移動の全行程における 対象物の代表点の位置をあらかじめ設定して おいてもよい。

本発明の一実施形態の移動ロボットと 象物との外観斜視図。 実施形態の移動ロボットの動作制御に するシステム構成を示すブロック図。 実施形態の移動ロボットに備えた制御 置の処理を示すフローチャート。 実施形態の作動を説明するための図。 図5(a),(b)は従来の課題を説明するため 図。




 
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