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自律型移動ロボットの位置計測手段と方向計測手段の異常を検知する方法と、自律型移動ロボット - トヨタ自動車株式会社
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発明の名称 自律型移動ロボットの位置計測手段と方向計測手段の異常を検知する方法と、自律型移動ロボット
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−7804(P2007−7804A)
公開日 平成19年1月18日(2007.1.18)
出願番号 特願2005−193280(P2005−193280)
出願日 平成17年7月1日(2005.7.1)
代理人 【識別番号】110000110
【氏名又は名称】特許業務法人快友国際特許事務所
発明者 内原 誠文 / 塚田 敏彦
要約 課題
自律型の移動ロボットにおいて、位置計測手段と方向計測手段の異常を検知することが可能な技術を提供する。

解決手段
自律型移動ロボットに搭載された位置計測手段と方向計測手段の異常を検知する方法であって、位置計測値を取得する工程と、方向計測値を取得する工程と、位置計測値の異常の有無を診断する工程と、方向計測値の異常の有無を診断する工程と、異常なしと診断された位置計測値を計測された時刻と関連付けて記憶する工程と、異常なしと診断された方向計測値を計測された時刻と関連付けて記憶する工程とを備え、前記位置計測値の異常の有無を診断する工程は、過去の同じ時刻に計測されて記憶された位置計測値と方向計測値に基づいて取得された位置計測値の異常の有無を診断し、前記方向計測値の異常の有無を診断する工程は、過去に計測されて記憶された位置計測値の経時的変化に基づいて取得された方向計測値の異常の有無を診断する。
特許請求の範囲
【請求項1】
移動手段と位置計測手段と方向計測手段を備え、計測された位置と方向に基づいて動作する自律型移動ロボットに搭載された位置計測手段と方向計測手段の異常を検知する方法であって、
位置計測手段を用いて位置計測値を取得する工程と、
方向計測手段を用いて方向計測値を取得する工程と、
位置計測値の異常の有無を診断する工程と、
方向計測値の異常の有無を診断する工程と、
異常なしと診断された位置計測値を計測された時刻と関連付けて記憶する工程と、
異常なしと診断された方向計測値を計測された時刻と関連付けて記憶する工程と、
を備え、
前記位置計測値の異常の有無を診断する工程は、過去の同じ時刻に計測されて記憶された位置計測値と方向計測値に基づいて、取得された位置計測値の異常の有無を診断し、
前記方向計測値の異常の有無を診断する工程は、過去に計測されて記憶された位置計測値の経時的変化に基づいて、取得された方向計測値の異常の有無を診断する
ことを特徴とする、位置計測手段と方向計測手段の異常を検知する方法。
【請求項2】
移動手段と位置計測手段と方向計測手段を備え、計測された位置と方向に基づいて動作する自律型移動ロボットであって、
位置計測手段で計測された位置計測値の異常の有無を診断する手段と、
方向計測手段で計測された方向計測値の異常の有無を診断する手段と、
異常なしと診断された位置計測値を計測された時刻と関連付けて記憶する手段と、
異常なしと診断された方向計測値を計測された時刻と関連付けて記憶する手段と、
記憶された位置計測値と方向計測値に基づいて動作を決定する手段と、
決定された動作に基づいて移動手段を制御する手段と
を備え、
前記位置計測値の異常の有無を診断する手段は、過去の同じ時刻に計測されて記憶された位置計測値と方向計測値に基づいて、計測された位置計測値の異常の有無を診断し、
前記方向計測値の異常の有無を診断する手段は、過去に計測されて記憶された位置計測値の経時的変化に基づいて、計測された方向計測値の異常の有無を診断する
ことを特徴とする、自律型移動ロボット。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、自律型移動ロボットの位置計測手段と方向計測手段の異常を検知する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
オペレータが常に操作をすることなく、自律的に状況を判断しながら動作を行う自律型の移動ロボットが開発されている。自律型の移動ロボットは、様々な用途への応用が期待されている。例えば、ヒトが作業を行うことが困難な場所において、ヒトの代わりに作業を行わせることができる。また、ロボットが楽器演奏や行進などの様々なパフォーマンスを自律的に実現することは、エンターテイメントとしても有用なものである。
【0003】
自律型の移動ロボットは、実際の位置や方向などの動作状態を計測して、その後の動作に反映する。実際の動作状態に基づいてその後の動作を修正することによって、ロボットは安定して動作を継続することができる。
実際の動作状態を誤って認識すると、安定な動作を継続することができず、ロボットの運用に様々な不具合を生じる可能性がある。ロボットが実際の位置や方向を誤って認識すると、本来は回避しなければならない障害物に衝突したり、目標とする移動ルートでロボットが移動できない場合がある。動作状態の計測は、ロボットに搭載された種々の計測機器を用いて実施しており、これらの計測機器に故障が発生した場合には、速やかに故障を検知して、不具合を生じないように動作させることが重要となる。
【0004】
ロボットが使用している計測機器の故障を診断する技術として、例えば特許文献1に、ロボットの故障を診断するシステムが開示されている。このシステムは、関節角度を計測するエンコーダや、温度センサや、電源電圧検出手段や、力センサや、接触センサについて、故障の有無を診断することができる。このシステムにおいては、各種の計測機器で取得される計測値を、予め設定された規定値と比較して、規定値を超えた計測値が取得される場合に故障が生じていると診断される。診断の結果、機器の故障が判明すると、ロボットは機器の故障を示す故障診断結果を出力する。
【特許文献1】特開2001−150374号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1に記載の技術によれば、ロボットに搭載されている計測機器に関して、その故障の有無を診断することができる。
しかしながら、上記した技術はさらなる改善の余地を残している。
特許文献1に記載の技術では、ロボットの位置や方向を計測する機器について、故障の有無を診断することができない。ロボットの位置や方向は正確に計測がなされた場合でも様々な計測値をとる可能性があり、特許文献1に記載の技術のように、予め定められた所定の規定値をもとに診断することが困難である。特許文献1に記載の技術を適用するためには、ロボットが移動する範囲や移動しようとする方向を予め限定しておく必要があり、ロボットが実現する動作に制約を課すことになってしまう。このような制約は自律型の移動ロボットにおいて望ましいものではなく、自律型のロボットに搭載されている位置計測手段や方向計測手段における故障の有無を、特許文献1に記載の技術で診断することはできなかった。
【0006】
実際に計測されるロボットの位置や方向は、その後のロボットの動作に大きな影響を及ぼす。従って、位置を計測する手段や方向を計測する手段における異常の有無を正確に把握することは、信頼性の高いロボットを実現するために極めて重要である。しかしながら、これらの計測手段における異常の有無を診断する技術は、従来確立されていなかった。
【0007】
本発明は上記課題を解決する。本発明は、自律型の移動ロボットにおいて、位置計測手段と方向計測手段の異常を検知することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の方法は、移動手段と位置計測手段と方向計測手段を備え、計測された位置と方向に基づいて動作する自律型移動ロボットに搭載された位置計測手段と方向計測手段の異常を検知する方法である。その方法は、位置計測手段を用いて位置計測値を取得する工程と、方向計測手段を用いて方向計測値を取得する工程と、位置計測値の異常の有無を診断する工程と、方向計測値の異常の有無を診断する工程と、異常なしと診断された位置計測値を計測された時刻と関連付けて記憶する工程と、異常なしと診断された方向計測値を計測された時刻と関連付けて記憶する工程とを備えている。前記の位置計測値の異常の有無を診断する工程では、過去の同じ時刻に計測されて記憶された位置計測値と方向計測値に基づいて、取得された位置計測値の異常の有無を診断する。前記の方向計測値の異常の有無を診断する工程では、過去に計測されて記憶された位置計測値の経時的変化に基づいて、取得された方向計測値の異常の有無を診断する。
【0009】
上記の方法によると、位置計測手段で計測された位置と、方向計測手段で計測された方向は、計測された時点で異常の有無を診断される。診断の結果、異常がないことを確認された位置計測値および/または方向計測値は、計測された時刻と関連付けて記憶される。位置や方向が正常か否かの診断は、異常がないことが既に確認されている過去の位置計測値と方向計測値に基づいて行われる。
【0010】
位置計測値の異常の有無は、過去に計測された位置計測値と方向計測値に基づいて判断される。過去に計測された位置計測値と方向計測値は、過去の同じ時刻に計測されたものである。本発明の方法では、この過去の位置計測値と方向計測値から、その後ロボットが移動しうる位置範囲を規定して、新たに計測された位置がその位置範囲の内部に入っているか否かを判断する。新たに計測された位置計測値が、ロボットが移動し得る位置範囲に入っていれば、その位置計測値は正常に取得されたと診断される。新たに計測された位置計測値が、ロボットが移動し得る位置範囲に入っていなければ、その位置計測値は正常に取得されておらず、位置計測手段に何らかの異常が発生しているものと診断される。
【0011】
方向計測値の異常の有無は、過去に計測された位置計測値の経時的変化に基づいて判断される。本発明の方法では、過去に計測された位置計測値の経時的変化から、その後ロボットが向く可能性のある方向の範囲を規定して、新たに計測された方向がその方向範囲の内部に入っているか否かを判断する。新たに計測された方向計測値が、ロボットが向く可能性のある方向範囲に入っていれば、その方向計測値は正常に取得されたと診断される。新たに計測された方向計測値が、ロボットが向く可能性のある方向範囲に入っていなければ、その方向計測値は正常に取得されておらず、方向計測手段に何らかの異常が発生しているものと診断される。
【0012】
上記の方法によれば、位置計測値や方向計測値が正常か異常かを特定することができる。これによって、例えば位置計測手段に故障が発生した場合には、計測された位置計測値が異常となることから、位置計測手段の異常を検知することができる。また方向計測手段に故障が発生した場合には、計測された方向計測値が異常となることから、方向計測手段の異常を検知することができる。
【0013】
本発明の原理を応用することで、誤動作を起こしにくい、信頼性の高い自律型移動ロボットを実現することができる。
本発明のロボットは、移動手段と位置計測手段と方向計測手段を備え、計測された位置と方向に基づいて動作する自律型移動ロボットである。そのロボットは、位置計測手段で計測された位置計測値の異常の有無を診断する手段と、方向計測手段で計測された方向計測値の異常の有無を診断する手段と、異常なしと診断された位置計測値を計測された時刻と関連付けて記憶する手段と、異常なしと診断された方向計測値を計測された時刻と関連付けて記憶する手段と、記憶された位置計測値と方向計測値に基づいて動作を決定する手段と、決定された動作に基づいて移動手段を制御する手段を備えている。前記の位置計測値の異常の有無を診断する手段は、過去の同じ時刻に計測されて記憶された位置計測値と方向計測値に基づいて、計測された位置計測値の異常の有無を診断する。前記の方向計測値の異常の有無を診断する手段は、過去に計測されて記憶された位置計測値の経時的変化に基づいて、計測された方向計測値の異常の有無を診断する。
【0014】
上記のロボットによれば、位置計測手段または方向計測手段に故障が発生した場合には、位置計測値または方向計測値が異常となることから、その故障の発生を迅速に把握することができる。これによって、誤った位置計測値または方向計測値を用いることによる誤動作を防ぐことが可能となり、ロボットの信頼性が大幅に向上する。
【発明の効果】
【0015】
本発明の方法によれば、自律型の移動ロボットの位置計測手段と方向計測手段の異常を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下、本発明を具現化した実施例について図面を参照して説明する。最初に実施例の主要な特徴を列記する。
(形態1) 移動手段と位置計測手段と方向計測手段を備え、計測された位置と方向に基づいて動作する自律型移動ロボットに搭載された位置計測手段と方向計測手段の異常を検知する方法であって、
位置計測手段を用いて位置計測値を取得する工程と、
方向計測手段を用いて方向計測値を取得する工程と、
位置計測値の異常の有無を診断する工程と、
方向計測値の異常の有無を診断する工程と、
異常なしと診断された位置計測値を計測された時刻と関連付けて記憶する工程と、
異常なしと診断された方向計測値を計測された時刻と関連付けて記憶する工程と、
を備え、
前記位置計測値を診断する工程は、過去の同じ時刻に計測されて記憶された位置計測値と方向計測値に基づいて位置許容範囲を決定し、位置計測値と位置許容範囲に基づいて位置計測値の異常の有無を診断し、
前記方向計測値を診断する工程は、過去に計測されて記憶された位置計測値の経時的変化に基づいて方向許容範囲を決定し、方向計測値と方向許容範囲に基づいて方向計測値の異常の有無を診断する
ことを特徴とする、位置計測手段と方向計測手段の異常を検知する方法。
【実施例】
【0017】
(第1実施例)
図面を参照して、本発明に係るロボット10を説明する。図4は、ロボット10が進行する様子を平面的に見た図である。ロボット10は、会場2の中を進行しながら太鼓60を演奏する(太鼓60を叩く)。会場2には、指揮台200が設置されている。指揮者202は、指揮台200の上で指揮棒230を振って指揮をする。ロボット10は指揮者202が指揮棒230を振る様子を視認しながら、演奏動作を行う。図4では、指揮者202を極めて簡略化して示している。
ロボット10は、ヒトの頭(顔)を模してつくられた頭部40と、ヒトの胴体を模してつくられた胴体部70と、車輪22a,22b等を有しており、太鼓60を保持している。ロボット10の詳しい構成は後で説明する。このロボット10は、設定された略円弧状の移動ルート(位置A→位置B→位置C→…)を進行しながら太鼓60を演奏する。
【0018】
まず、ロボット10の構成について詳しく説明する。図5に、ロボット10の正面図を示している。ロボット10は、ヒトを模してつくられたヒューマノイドロボットといえる。
ロボット10は、車輪22a,22bを回転させることによって自身を進行させる。このロボット10は、ヒトが行進しながら太鼓を演奏する(叩く)ように、移動しながら太鼓60を演奏する。
胴体部70は略直方体形状を有している。胴体部70には、ロボット10の動作を統括的に制御する制御部90と、頭部40を回転させるモータ52と、ロボット10の位置を計測する位置センサ112と、胴体部70が向いている方向を計測する方向センサ114等が収納されている。
胴体部70には、アーム(腕)30a,30bが接続されている。以下では、アーム30aを右アームといい、アーム30bを左アームという。右アーム30aは、上腕部32aと下腕部34aとを有している。上腕部32aの一端が胴体部70に揺動自在に取り付けられている。上腕部32aの他端には、関節38aによって下腕部34aが連結されている。下腕部34aは、関節38aを支点として揺動可能である。この関節38aはヒトの肘関節に相当する。下腕部34aの一端には、太鼓60を叩く撥36aが固定されている。上腕部32aの内部には、下腕部34aを揺動させるアクチュエータ35a(例えばソレノイドやモータ)が設けられている。このアクチュエータ35aは、制御部90から出力される制御信号に基づいて駆動される。左アーム30bは、右アーム30aと同様の構成をしている。即ち、左アーム30bは、上腕部32bと下腕部34bを有する。下腕部34bは、肘関節38bを支点として揺動可能である。下腕部34bの一端には撥36bが固定されている。また、上腕部32b内には、下腕部34bを揺動させるアクチュエータ35bが設けられている。
位置センサ112は、胴体部70の中心近傍に固定されている。位置センサ112は、DGPS受信機(図示されない)を備えており、会場2の内部におけるロボット10の位置を、図4に示す座標系(X, Y)で出力する。位置センサ112は制御部90に接続されており、計測されたロボット10の位置を制御部90へ出力する。
方向センサ114は、胴体部70の中心近傍に固定されている。方向センサ114は、地磁気の磁力線の方向を測定し、胴体部70が向いている方向を、会場2の基準となる直線(例えば図4に示す座標系のX軸)からの傾き角θで出力する。方向センサ114は制御部90に接続されており、計測された胴体部70が向いている方向を制御部90へ出力する。
【0019】
頭部40は、略直方体形状を有している。頭部40には、ヒトの目を模してつくられた2つの孔40a,40bが設けられている。孔40aが左目に相当し、孔40bが右目に相当する。孔40aには、連続的に撮影し続けるビデオカメラ42のレンズが臨んでいる。
頭部40と胴体部70の間には首部50が設けられている。首部50は、略円柱形状を有している。首部50は、胴体部70に回転可能(回転軸は符号C1で示している)に支持されている。首部50が回転することによって、ヒトが首を振って横を向くように、ロボット10の頭部40が横を向くことになる。首部50を回転させるモータ52は、制御部90から出力される制御信号に基づいて駆動される。モータ52の回転方向によって、頭部40が右を向いたり左を向いたりする。ロボット10は動作中に、頭部40が指揮者202の方を向き、ビデオカメラ42が常に指揮者202を撮影し続けるように、首部50を回転する。
【0020】
胴体部70の下端は移動機構20に固定されている。移動機構20は、車輪22a、22bを回転可能に保持している。車輪22a、22bは、それぞれがアクチュエータ24a、24bに結合されており、互いに異なる回転速度で回転可能である。アクチュエータ24a、24bは、制御部90からの指示に従って車輪22a、22bを回転させる。
また移動機構20は、車輪22a、22bのそれぞれの回転角度を検出するエンコーダ110を備えている。エンコーダ110は、所定の時間間隔で車輪22a、22bの回転角度を検出して、制御部90へ出力する。
【0021】
図1にロボット10の制御部90の概略構成を示す。制御部90は、動作パターン記憶部102と、動作パターン修正部104と、アクチュエータ制御部106と、指示認識部116と、方向センサ診断部118と、方向記憶部120と、位置記憶部122と、位置センサ診断部124と、速度計算部126を備えている。
動作パターン記憶部102には、ロボット10の動作パターンが記憶されている。ロボット10の動作パターンは、右アーム30aおよび左アーム30bの上げ下げに関する動作と、移動ルートに沿って移動するための車輪22a、22bの回転に関する動作と、指揮者202を撮影し続けるための首部50の回転に関する動作が記憶されている。
動作パターン修正部104は、位置記憶部122から入力される実際に計測された位置と、方向記憶部120から入力される実際に計測された方向に基づいて、ロボット10が移動ルートに沿って動作するように、動作パターンの修正を行う。動作パターン修正部104は、メモリを備えており、指揮台200の位置(座標)と、ロボット10の移動ルートを記憶している。
また動作パターン修正部104は、支持認識部116から入力される指揮者202の指示内容に基づいて、ロボット10の動作パターンの修正を行う。指揮者202が指揮棒230を速く振ると(即ちテンポが速いと)、ロボット10が高速で進行するように移動機構20が制御される。逆に、指揮者202が指揮棒230をゆっくり振ると(即ちテンポが遅いと)、ロボット10が低速で進行するように移動機構20が制御される。
アクチュエータ制御部106は、動作パターン修正部104から入力される動作パターンに基づいて、各アクチュエータの目標とする回転角度の経時的変化を計算し、計算された回転角度を実現するように、アクチュエータ群108を駆動する。アクチュエータ群108には、アクチュエータ24a、24b、35a、35b、モータ52等が含まれる。
指示認識部116は、ビデオカメラ42から入力される画像データに基づいて、指揮者202からの指示内容を認識する。認識された指示内容は、動作パターン修正部104に入力される。
速度計算部126は、エンコーダ110から入力される車輪22a、22bの回転角度と、車輪22a、22bの直径と、車輪22a、22bの間隔に基づいて、ロボット10の移動速度 V を計算する。
位置センサ診断部124は、位置センサ112から入力される位置計測値が正常か異常かを診断する。入力された位置計測値が正常であれば、その位置計測値を位置記憶部122へ記憶する。入力された位置計測値が異常であれば、位置センサ112に異常が発生したときの例外処理を実行する。
方向センサ診断部118は、方向センサ114から入力される方向計測値が正常か異常かを診断する。入力された方向計測値が正常であれば、その方向計測値を方向記憶部120へ記憶する。入力された方向計測値が異常であれば、方向センサ114に異常が発生したときの例外処理を実行する。
位置記憶部122は、位置センサ112で計測された実際のロボット10の位置を、計測された時刻と関連付けて記憶していく。
方向記憶部120は、方向センサ114で計測された実際のロボット10の方向を、計測された時刻と関連付けて記憶していく。
【0022】
以下では、ロボット10の制御部90が実行する処理を説明する。ここでは本発明に関連する処理を中心に説明する。
図2を参照して、制御部90が実行するメイン処理について説明する。
ステップS202では、ロボット10の実際の動作状態を検出する。ステップS202で行う処理の詳細については、後に詳述する。
ステップS204では、検出されたロボット10の実際の動作状態に基づいて、ロボット10の動作パターンを修正する。ロボット10の実際の動作状態には、ロボット10の位置と、胴体部70が向いている方向が含まれる。制御部90は検出されたロボット10の位置と、胴体部70が向いている方向と、記憶された指揮台200の位置に基づいて、頭部40のビデオカメラ42が指揮者202を視野内に維持し続けるように、首部50の回転動作についての動作パターンを修正する。
また制御部90は、検出されたロボット10の位置と胴体部70が向いている方向を記憶された移動ルートと比較し、ロボット10が移動ルートから外れている場合には、移動ルートへ速やかに復帰するように、車輪22a、22bの回転動作についての動作パターンを修正する。
さらに制御部90は、指示認識部116で認識された指揮者202からの指示内容に基づいて、車輪22a、22bの回転速度を増減するように、動作パターンを修正する。
ステップS206では、修正された動作パターンに基づいて、ロボット10のアクチュエータ群108を駆動する。各アクチュエータが駆動して、ロボット10は移動しながら演奏を行う動作を実現する。
制御部90は、ステップS206の処理を実行した後、処理をステップS202へ移行し、上記した一連の処理を制御サイクル毎に繰返し実行する。
【0023】
以下では制御部90が実行する状態検出処理S202の詳細について説明する。図3は状態検出処理S202で実行する処理を詳細に示すフローチャートである。
ステップS302では、位置センサ112を用いて、ロボット10の位置を計測する。ロボット10の位置は、図4に示す座標系(X, Y)で記述される。
ステップS304では、方向センサ114を用いて、ロボット10の方向を計測する。ロボット10の方向は、胴体部70が向いている方向を、図4に示す座標系のX軸からの傾き角θで記述される。
ステップS306では、エンコーダ110からの入力を用いて、ロボット10の速度を計測する。ロボット10の速度は、車輪22a、22bの回転角度の経時的変化と、車輪22a、22bの直径と、車輪22a、22bの間隔から計算される。
【0024】
ステップS308では、ステップS302で計測された位置計測値(X, Y)が正常か否かを判定する。ステップS308では、位置センサ診断部124が、位置記憶部122に記憶されている過去の位置計測値(Xk, Yk)と、方向記憶部120に記憶されている過去の方向計測値θkを読込む。ここでkは制御サイクルの順序を示す自然数であって、1つ前の制御サイクルを示す数である。位置計測値(Xk, Yk)は1つ前の制御サイクルにおいて計測された位置を示し、方向計測値θkは1つ前の制御サイクルにおいて計測された方向を示す。位置センサ診断部124は、過去の位置計測値(Xk, Yk)と、過去の方向計測値θkから、位置計測値の許容範囲を規定する。ロボット10が動作を開始した直後で、過去に1度も位置や方向を計測していない場合には、ロボット10の移動ルートに従って、適当な位置と方向が過去の位置計測値(Xk, Yk)と方向計測値θkとして与えられる。
位置計測値の許容範囲は、以下の2つの不等式で規定される。
Y − Yk ≦ ( X − Xk ) × tan (θk + dθ1)
Y − Yk ≧ ( X − Xk ) × tan (θk − dθ1)
ここで、角度dθ1は角度余裕である。計測された位置(X, Y)が上記の不等式の両方を満足する場合、位置計測値は正常と判断される。
上記の位置の許容範囲について、図6を参照しながら説明する。ロボット10が移動ルート600に沿って移動しており、ステップS308の処理を実行する時点で点606まで移動している。ステップS302では位置(X, Y)が計測される。またロボット10が点604に存在していたときに、位置(Xk, Yk)と方向θkが計測されている。ここで、過去に計測されている位置(Xk, Yk)と方向θkは、計測された時点で正常か異常かを診断されており、ステップS308の処理を実行する時点で正常であることが確認されていることに注意されたい。
ロボット10が正常に位置を計測し続けている場合、過去の位置計測値(Xk, Yk)と、現在の位置計測値(X, Y)とを結ぶ移動量ベクトル(X−Xk, Y−Yk)は、ロボット10の実際の移動量を示している。また過去の方向計測値θkは、過去にロボット10が点604に存在していたときに、胴体部70が向いていた方向を示している。旋回動作や後退動作をしない限り、ロボット10は胴体部70が向いている方向とほぼ同じ方向へ移動する。従って、過去に計測された方向θkと上記の移動量ベクトル(X−Xk, Y−Yk)の方向は略同じとなるはずである。計測された位置(X, Y)から計算される移動量ベクトル(X−Xk, Y−Yk)の方向が過去に計測された方向θkと大きく異なる場合には、図6で線608aと線608bに挟まれた領域として示される位置の許容範囲に計測された位置(X, Y)が入らず、計測された位置(X, Y)は異常な値と推定される。従って、このような場合には、位置センサ112に異常が発生していると推定される。
【0025】
上記した角度余裕dθ1は、速度計算部126で計測される速度 V に応じて設定される。例えば、図8に示すように、ロボット10が高速で移動しているほど、角度余裕dθ1は大きい値に設定され、ロボット10が低速で移動しているほど、角度余裕dθ1は小さい値に設定される。本実施例のロボット10は、過去に計測された位置計測値(Xk, Yk)と方向計測値θkに基づいて、新たに計測された位置計測値(X, Y)が正常か否かを判断する。ロボット10が高速で移動している場合には、過去に位置と方向を計測した時点から新たに位置を計測するまでのロボット10の移動量は増大するため、ロボット10の位置も大きく変化している可能性がある。逆に、ロボット10が低速で移動している場合には、過去に位置と方向を計測した時点から新たに位置を計測するまでのロボット10の移動量は低減するため、ロボット10の位置は大きく変化していないものと推察される。上記のように速度 V に応じて角度余裕 dθ1 を設定することによって、ロボット10が様々な速度で移動する場合であっても、位置計測値(X, Y)の異常の有無をロボット10の速度に応じて正確に診断することができる。
【0026】
また、ロボット10が計測された速度 V に応じて旋回量を低減するような動作を行う場合には、上記とは異なり、図9に示すように、ロボット10が高速で移動しているほど、角度余裕 dθ1 を小さい値に設定し、ロボット10が低速で移動しているほど、角度余裕 dθ1 を大きい値に設定するとよい。ロボット10が計測された速度 V に応じて旋回量を低減するような動作を行う場合には、このように角度余裕 dθ1 を設定することによって、位置計測値(X, Y)の異常の有無をロボット10の速度に応じて正確に診断することができる。
【0027】
位置計測値が上記した位置の許容範囲に入っている場合、計測値は正常と判断される。位置計測値が上記した位置の許容範囲に入らない場合、計測値は異常と判断される。
【0028】
図3に戻って、ステップS310では、方向センサ診断部118が計測された方向計測値θの判定を行う。方向センサ診断部118は、位置記憶部122に記憶されている過去の位置計測値(Xk, Yk)と(Xk−1, Yk−1)を読込む。位置計測値(Xk, Yk)は1つ前の制御サイクルにおいて計測されている位置であり、位置計測値(Xk−1, Yk−1)はさらに1つ前の制御サイクルにおいて計測されている位置である。ロボット10が動作を開始した直後で、過去に2度の位置計測を実施していない場合には、ロボット10の移動ルートに従って、適当な位置が過去の位置計測値(Xk, Yk)と(Xk−1, Yk−1)として与えられる。方向センサ診断部118は、方向の許容範囲を、以下で規定する。
θ ≦ Tan−1((Yk−Yk−1)/(Xk−Xk−1))+ dθ2
θ ≧ Tan−1((Yk−Yk−1)/(Xk−Xk−1))− dθ2
ここで、角度dθ2は角度余裕である。計測された方向θが上記の不等式の両方を満足する場合、方向計測値は正常と判断される。
上記の方向の許容範囲について、図7を参照しながら説明する。ロボット10が移動ルート600に沿って移動しており、ステップS310の処理を実行する時点で点606まで移動している。ステップS304では方向θが計測される。またロボット10が点602に存在していたときに、位置(Xk−1, Yk−1)が計測されており、点604に存在していたときに、位置(Xk, Yk)が計測されている。ここでも、位置(Xk−1, Yk−1)と(Xk, Yk)は、計測された時点で正常か異常かを判断されており、ステップS310の処理を実行する時点で正常であることが確認されていることに注意されたい。
ロボット10が正常に方向を計測し続けている場合、過去の位置計測値(Xk−1, Yk−1)と(Xk, Yk)とを結ぶ移動量ベクトル(Xk−Xk−1, Yk−Yk−1)は、ロボット10が過去に移動していた方向を示している。また角度計測値θは、ロボット10が現時点で向いている方向を示している。旋回動作や後退動作をしない限り、ロボット10は胴体部70が向いている方向とほぼ同じ方向へ移動する。従って、過去の移動量ベクトル(Xk−Xk−1, Yk−Yk−1)の方向と計測された方向θは略同じとなるはずである。計測された方向θが過去の移動量ベクトル(Xk−Xk−1, Yk−Yk−1)の方向と大きく異なる場合、すなわち図7の線704aと線704bで挟まれた領域で示される方向の許容範囲に計測された方向θが入らない場合、計測された方向θは異常な値と推定される。従って、このような場合には、方向センサ114に異常が発生していると推定される。
【0029】
図8に示すように、角度余裕 dθ2 は速度計算部126で計測される速度 V に応じて変化する。ロボット10が高速で移動しているほど、角度余裕 dθ2 は大きい値に設定され、ロボット10が低速で移動しているほど、角度余裕 dθ2 は小さい値に設定される。本実施例のロボット10は、過去に計測された位置計測値の経時的変化に基づいて、新たに計測された方向計測値が正常か否かを判断する。ロボット10が高速で移動している場合には、過去に位置を計測した時点から新たに方向を計測するまでのロボット10の移動量は増大するため、ロボット10の方向も大きく変化している可能性がある。逆に、ロボット10が低速で移動している場合には、過去に位置を計測した時点から新たに方向を計測するまでのロボット10の移動量は低減するため、ロボット10の方向は大きく変化していないものと推察される。上記のように速度 V に応じて角度余裕 dθ2 を設定することによって、ロボット10が様々な速度で移動する場合であっても、方向計測値θの異常の有無をロボット10の速度に応じて正確に診断することができる。
【0030】
また、ロボット10が計測された速度 V に応じて旋回量を低減するような動作を行う場合には、上記とは異なり、図9に示すように、ロボット10が高速で移動しているほど、角度余裕 dθ2 を小さい値に設定し、ロボット10が低速で移動しているほど、角度余裕 dθ2 を大きい値に設定するとよい。ロボット10が計測された速度 V に応じて旋回量を低減するような動作を行う場合には、このように角度余裕 dθ2 を設定することによって、方向計測値θの異常の有無をロボット10の速度に応じて正確に診断することができる。
【0031】
方向計測値θが上記した方向の許容範囲に入っている場合、その方向計測値は正常と判断される。方向計測値θが上記範囲に入らない場合、その方向計測値は異常と判断される。
【0032】
図3のステップS312では、位置センサ112の異常の有無を判断する。ステップS308で位置計測値が正常と判断されている場合(ステップS312でYESの場合)、位置センサ112は正常に動作していると判断し、処理はステップS314へ進む。ステップS308で位置計測値が異常と判断された場合(ステップS312でNOの場合)、位置センサ112に何らかの異常が生じていると判断し、処理はステップS316へ進む。
【0033】
ステップS314では、ステップS306で正常と判断された位置計測値(X, Y)を、計測された時刻と関連付けて、位置記憶部122に記憶する。位置記憶部122に記憶された位置計測値(X, Y)は、動作パターン修正部104へ入力され、その後のロボット10の動作パターンへ反映される。
【0034】
ステップS316では、位置センサ112の異常を検出したときの例外処理を実施する。本実施例のロボット10では、位置センサ112の異常が検出されると、ロボット10は全てのアクチュエータの駆動を中止して、その場で動作を停止する。
上記以外にも、位置センサ112の異常検出時の処理としては、種々の処理を実施することができる。例えば位置センサ112で生じている異常をより詳細に特定するための処理を実施してもよいし、位置センサ112の代わりにロボット10の位置を計測する手段を用意しておいて、その代替手段による位置の計測を開始してもよい。
【0035】
ステップS318では、方向センサ114の異常の有無を判断する。ステップS310で方向計測値が正常と判断された場合(ステップS318でYESの場合)、方向センサ114は正常に動作していると判断し、処理はステップS320へ進む。ステップS310で方向計測値は異常と判断された場合(ステップS318でNOの場合)、方向センサ114に何らかの異常が生じていると判断し、処理はステップS322へ進む。
【0036】
ステップS320では、ステップS308で正常と判断された方向計測値θを、計測された時刻と関連付けて、方向記憶部120に記憶する。方向記憶部120に記憶された方向計測値θは、動作パターン修正部104へ入力され、その後のロボット10の動作パターンへ反映される。
【0037】
ステップS322では、方向センサ114の異常を検出したときの処理を実施する。本実施例のロボット10では、方向センサ114の異常が検出されると、ロボット10は全てのアクチュエータの駆動を中止して、その場で動作を停止する。
上記以外にも、方向センサ114の異常検出時の処理としては、種々の処理を実施することができる。例えば方向センサ114で生じている異常をより詳細に特定するための処理を実施してもよいし、方向センサ114の代わりに胴体部70の方向を計測する手段を用意しておいて、その代替手段による方向の計測を開始してもよい。
【0038】
図3に示す一連の処理を実行することによって、制御部90はロボット10の実際の動作状態を検出する。本実施例のロボット10は、図2および図3に示す一連の処理を実行することで、自律的に位置センサ112と方向センサ114の異常を検知することができる。
【0039】
本実施例のロボット10は、予め規定された移動ルートに沿って動作しながら、位置センサ112および方向センサ114を自己診断して、異常が検知されるとその場で動作を停止する。これによって、実際の動作状態を誤って認識することによる誤動作を防止し、ロボット10の誤動作によるロボット10や周囲の設備の損傷を防ぐことができる。
【0040】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】図1はロボット10の制御部90の構成を示す図である。
【図2】図2は制御部90が実行するメイン処理を説明するフローチャートである。
【図3】図3は制御部90が実行する状態検出処理を説明するフローチャートである。
【図4】図4はロボット10の動作を模式的に示す図である。
【図5】図5はロボット10の概略の構成を示す図である。
【図6】図6は位置計測値の許容範囲を説明する図である。
【図7】図7は方向計測値の許容範囲を説明する図である。
【図8】図8は位置または方向の許容範囲における角度余裕の速度依存性の1つの例を説明する図である。
【図9】図9は位置または方向の許容範囲における角度余裕の速度依存性の他の1つの例を説明する図である。
【符号の説明】
【0042】
2・・・会場
10・・・ロボット
20・・・移動機構
22a、22b・・・車輪
24a、24b・・・アクチュエータ
42・・・ビデオカメラ
102・・・動作パターン記憶部
104・・・動作パターン修正部
106・・・アクチュエータ制御部
108・・・アクチュエータ群
110・・・エンコーダ
112・・・位置センサ
114・・・方向センサ
116・・・指示認識部
118・・・方向センサ診断部
120・・・方向記憶部
122・・・位置記憶部
124・・・位置センサ診断部
126・・・速度計算部
200・・・指揮台
202・・・指揮者
230・・・指揮棒




 

 


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