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公開番号2024029789
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-07
出願番号2022132166
出願日2022-08-23
発明の名称ロボット、軌道計画装置及びプログラム
出願人学校法人早稲田大学
代理人個人
主分類G05D 1/43 20240101AFI20240229BHJP(制御;調整)
要約【課題】能動的働きかけを駆使する前進的行動と、戦略的な待機や迂回を伴う後退的行動とを必要に応じて適切に選択する軌道計画を可能にすること。
【解決手段】本発明のロボット10は、障害物の位置情報及び速度情報を検出する検出装置12と、検出装置12の検出結果から障害物との干渉可能性を推定して自律移動を制御する制御装置13とを備えている。制御装置13は、周囲の状況に応じてロボット10をゴール地点に移動させるための軌道の候補となる候補軌道を複数生成する候補軌道探索部33と、各候補軌道の中から最適となる最適軌道を選択して実行軌道とする最適軌道選択部34とを含む。候補軌道探索部33は、前進的行動を行うための通常軌道を候補軌道として生成する通常軌道生成部36と、後退的行動を行うための戦略的軌道を候補軌道として生成する戦略的軌道生成部37とを備えている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
周囲に存在する障害物を避けながら自律移動するロボットにおいて、
前記障害物の位置情報及び速度情報を検出する検出装置と、当該検出装置の検出結果から、前記障害物との干渉可能性を推定して前記自律移動を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、現在地からゴール地点までの間の前記ロボットの軌道計画を行う軌道計画部と、当該軌道計画部での軌道計画によって特定された実行軌道に沿って前記ロボットを移動させるように動作指令する動作指令部とを備え、
前記軌道計画部は、周囲の状況に応じて前記ロボットを前記ゴール地点に移動させるための軌道の候補となる候補軌道を複数生成する候補軌道探索部と、前記各候補軌道の中から最適となる最適軌道を選択して前記実行軌道とする最適軌道選択部とを備え、
前記候補軌道探索部は、前記ゴール地点に向かって前進し続ける前進的行動を行うための通常軌道を前記候補軌道として生成する通常軌道生成部と、前記通常軌道に対して前記ゴール地点から一旦遠ざかる後退的行動を行うための戦略的軌道を前記候補軌道として生成する戦略的軌道生成部とを備え、
前記戦略的軌道生成部は、前記通常軌道から外れた地点で前記障害物との干渉が予想されないサブゴールを設定し、当該サブゴールに移動して一旦待機した後で前記ゴール地点に向かう待機軌道を前記戦略的軌道として生成する待機軌道生成部と、前記サブゴールを設定し、当該サブゴールを経由して前記ゴール地点に向かう迂回軌道を前記戦略的軌道として生成する迂回軌道生成部とを備えたことを特徴とするロボット。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記最適軌道選択部では、前記候補軌道探索部で生成された全ての前記候補軌道に対し、それらの移動効率と周囲の人間に与える影響とを定量化した軌道コストを予め設定された数式から算出し、当該軌道コストが最小となる前記候補軌道を前記最適軌道として選択することを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項３】
前記待機軌道生成部では、前記サブゴールとして、前記障害物との干渉が予想されない待機位置候補領域の境界線から、前記ロボットが移動可能で、且つ、前記ゴール地点に最も近い位置に設定されることを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項４】
前記迂回軌道生成部では、前記サブゴールとして、前記ロボットと前記障害物を結ぶ直線と、当該障害物との干渉が予想されない迂回成立領域の境界線とが交わる位置に設定されることを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項５】
周囲に存在する障害物の位置情報及び速度情報に基づき、現在地からゴール地点までの間で前記障害物を避けながらロボットを自律移動させるための実行軌道を生成する軌道計画装置において、
周囲の状況に応じて前記ロボットを前記ゴール地点に移動させるための軌道の候補となる候補軌道を複数生成する候補軌道探索部と、前記各候補軌道の中から最適となる最適軌道を選択して前記実行軌道とする最適軌道選択部とを備え、
前記候補軌道探索部は、前記ゴール地点に向かって前進し続ける前進的行動を行うための通常軌道を前記候補軌道として生成する通常軌道生成部と、前記通常軌道に対して前記ゴール地点から一旦遠ざかる後退的行動を行うための戦略的軌道を前記候補軌道として生成する戦略的軌道生成部とを備え、
前記戦略的軌道生成部は、前記通常軌道から外れた地点で前記障害物との干渉が予想されないサブゴールを設定し、当該サブゴールに移動して一旦待機した後で前記ゴール地点に向かう待機軌道を前記戦略的軌道として生成する待機軌道生成部と、前記サブゴールを設定し、当該サブゴールを経由して前記ゴール地点に向かう迂回軌道を前記戦略的軌道として生成する迂回軌道生成部とを備えたことを特徴とすることを特徴とする軌道計画装置。
【請求項６】
周囲に存在する障害物の位置情報及び速度情報に基づき、現在地からゴール地点までの間で前記障害物を避けながらロボットを自律移動させるための実行軌道を生成する軌道計画装置のプログラムにおいて、
周囲の状況に応じて前記ロボットを前記ゴール地点に移動させるための軌道の候補となる候補軌道を複数生成する候補軌道探索部と、前記各候補軌道の中から最適となる最適軌道を選択して前記実行軌道とする最適軌道選択部としてコンピュータを機能させ、
前記候補軌道探索部は、前記ゴール地点に向かって前進し続ける前進的行動を行うための通常軌道を前記候補軌道として生成する通常軌道生成部と、前記通常軌道に対して前記ゴール地点から一旦遠ざかる後退的行動を行うための戦略的軌道を前記候補軌道として生成する戦略的軌道生成部とを備え、
前記戦略的軌道生成部は、前記通常軌道から外れた地点で前記障害物との干渉が予想されないサブゴールを設定し、当該サブゴールに移動して一旦待機した後で前記ゴール地点に向かう待機軌道を前記戦略的軌道として生成する待機軌道生成部と、前記サブゴールを設定し、当該サブゴールを経由して前記ゴール地点に向かう迂回軌道を前記戦略的軌道として生成する迂回軌道生成部とを備えたことを特徴とすることを特徴とする軌道計画装置のプログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、現在地から目的地までの間に存在する各障害物との将来的な干渉を回避するための軌道計画を適切に行いながら目的地に向かって自律移動するロボットと、当該ロボットに適用される軌道計画装置及びそのプログラムに関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
近時において、人間との共存環境下で自律的に移動可能となる様々な自律移動ロボットが出現し、当該自律移動ロボットについて、周囲の障害物を避けながら目的地に移動させるための軌道計画が盛んに研究されている。これまで本発明者らは、人間への意図的な接近や双腕アームによる接触等の働きかけを含む近接移動と、進路示唆により相互に譲り合う回避移動を合わせた統合的軌道計画システムを提案している（特許文献１、２等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１９－８４６４１号公報
特開２０２０－４６７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記統合的軌道計画システムにあっては、人間に対する接近、接触等の能動的働きかけを駆使し、何とかして目的地に向かい、前進し続ける前進的行動を行うことを基本原理としている。しかしながら、例えば、図４の左右の各場面に示されるように、目的地Ｇに向かって自律移動するロボットＲと人間Ｈとが共存する環境下において、前記統合的軌道計画システムで計画された前進的行動による通常軌道Ｎ（同各図中実線）よりも、戦略的に待機や迂回をして、一旦、目的地Ｇから遠ざかる行動である後退的行動による戦略的軌道Ｄ（同各図中破線）を採ることが有用となるケースもある。つまり、例えば、図４中左側の図の場面のように、狭い通路や人間Ｈが多く存在する混雑環境下では、ロボットＲが地点Ｃで止まって人間Ｈの進路を空け、人間Ｈを先に通すような後退的行動の方が効率的にロボットＲを移動できるケースがあり得る。また、同図中右側の図の場面のように、ロボットＲが、能動的働きかけを伴う通常軌道Ｎにより、目的地Ｇ方向を塞いている人間Ｈを連続して移動させるよりも、ロボットＲが後方に下がって大回りする戦略的軌道Ｄに沿って目的地Ｇを目指す後退的行動を行う方が、人間Ｈに与える影響が少なく、人間Ｈを移動させるための時間を含めると目的地Ｇへの到着時間が早くなるケースもあり得る。一方、状況によっては、人間Ｈに対するロボットＲの近接移動や能動的働きかけを行う前進的行動が有効となるケースも当然ある。しかしながら、これまで、前進的行動と後退的行動を同一指標で評価し、効率面や周囲の人間に与える影響等から、前進的行動と後退的行動の何れかに基づく最適な軌道を選択する統合的軌道計画システムは未だ提案されていない。
【０００５】
本発明は、このような課題に着目して案出されたものであり、その目的は、能動的働きかけを駆使する前進的行動と、戦略的な待機や迂回を伴う後退的行動とを必要に応じて適切に選択する軌道計画を可能にするロボット、軌道計画装置及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明は、主として、周囲に存在する障害物を避けながら自律移動するロボットにおいて、前記障害物の位置情報及び速度情報を検出する検出装置と、当該検出装置の検出結果から、前記障害物との干渉可能性を推定して前記自律移動を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、現在地からゴール地点までの間の前記ロボットの軌道計画を行う軌道計画部と、当該軌道計画部での軌道計画によって特定された実行軌道に沿って前記ロボットを移動させるように動作指令する動作指令部とを備え、前記軌道計画部は、周囲の状況に応じて前記ロボットを前記ゴール地点に移動させるための軌道の候補となる候補軌道を複数生成する候補軌道探索部と、前記各候補軌道の中から最適となる最適軌道を選択して前記実行軌道とする最適軌道選択部とを備え、前記候補軌道探索部は、前記ゴール地点に向かって前進し続ける前進的行動を行うための通常軌道を前記候補軌道として生成する通常軌道生成部と、前記通常軌道に対して前記ゴール地点から一旦遠ざかる後退的行動を行うための戦略的軌道を前記候補軌道として生成する戦略的軌道生成部とを備え、前記戦略的軌道生成部は、前記通常軌道から外れた地点で前記障害物との干渉が予想されないサブゴールを設定し、当該サブゴールに移動して一旦待機した後で前記ゴール地点に向かう待機軌道を前記戦略的軌道として生成する待機軌道生成部と、前記サブゴールを設定し、当該サブゴールを経由して前記ゴール地点に向かう迂回軌道を前記戦略的軌道として生成する迂回軌道生成部とを備える、という構成を採っている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、周囲の障害物の状況に応じて、前進的行動、後退的行動のそれぞれに基づく候補軌道が生成され、その中から、移動効率やロボットの移動に際して障害となる周囲の人間への影響とが考慮された最適軌道を決定することができる。これにより、ロボットが、人間と同じ場面に立った時に人間のような考えによる移動判断を行うことが可能になり、ロボットと人間との調和やロボットに対する社会性の獲得が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本実施形態に係るロボットの動作制御に関連する構成のみを概略的に表したブロック図である。
待機軌道生成部での待機軌道の生成を説明するための概念図である。
迂回軌道生成部での迂回軌道の生成を説明するための概念図である。
ロボットの前進的行動と後退的行動を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１には、本実施形態に係るロボットの動作制御に関連する構成のみを概略的に表したブロック図が示されている。本実施形態のロボット１０は、現在地から予め設定された目的地となるゴール地点に向かって自律的に移動する自律移動ロボットとして機能し、移動途中で周囲に存在する障害物との干渉が予想される場合、当該干渉を避けるための各種動作を行いながら移動するようになっている。
（【００１１】以降は省略されています）

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