JP2005014144A

JP2005014144A - ロボット装置及びその動作制御方法

Info

Publication number: JP2005014144A
Application number: JP2003181617A
Authority: JP
Inventors: Kyoko Furumura; 京子古村; Shinichi Kariya; 真一狩谷; Takeshi Takagi; 剛高木; Kenta Kawamoto; 献太河本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】２足歩行型であっても、自身や外界に重大な危害を及ぼすことなく安全にシャットダウン処理を行うことのできるロボット装置及びその動作制御方法を提供する。
【解決手段】ロボット装置は、何らかの理由によりシャットダウン処理を行う場合に、現在の姿勢と同一の姿勢グループから安全姿勢を検索し、同一姿勢グループに安全姿勢がない場合にのみ別の姿勢グループから安全姿勢を検索する。そして、安全姿勢に至る全てのパスについて重み付け距離を計算し、重み付け距離が最短であるパスを与える安全姿勢を目標安全姿勢として、該目標安全姿勢に遷移する。
【選択図】図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の姿勢の間を遷移しながら自律的に動作するロボット装置及びその動作制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気的又は磁気的な作用を用いて人間（生物）の動作に似た運動を行う機械装置を「ロボット」という。我が国においてロボットが普及し始めたのは、１９６０年代末からであるが、その多くは、工場における生産作業の自動化・無人化等を目的としたマニピュレータや搬送ロボット等の産業用ロボット（ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＲｏｂｏｔ）であった。
【０００３】
最近では、人間のパートナーとして生活を支援する、すなわち住環境その他の日常生活上の様々な場面における人的活動を支援する実用ロボットの開発が進められている。このような実用ロボットは、産業用ロボットとは異なり、人間の生活環境の様々な局面において、個々に個性の相違した人間、又は様々な環境への適応方法を自ら学習する能力を備えている。例えば、犬、猫のように４足歩行の動物の身体メカニズムやその動作を模した「ペット型」ロボット、或いは、２足直立歩行を行う人間等の身体メカニズムや動作をモデルにしてデザインされた「人間型」又は「人間形」ロボット（ＨｕｍａｎｏｉｄＲｏｂｏｔ）等のロボット装置は、既に実用化されつつある。
【０００４】
これらのロボット装置は、産業用ロボットと比較して、エンターテインメント性を重視した様々な動作を行うことができるため、エンターテインメントロボットと称される場合もある。また、そのようなロボット装置には、外部からの情報や内部の状態に応じて自律的に動作するものがある。
【０００５】
この自律動作を行う自律型ロボット装置の一例として、下記特許文献１には、供給された入力情報に応じて、既知の姿勢を遷移しながら目標とされる動作を実行するロボット装置が記載されている。この特許文献１記載のロボット装置は、感情・本能モデルを有しており、感情・本能に基づいて次の動作（行動）を決定し、その動作（行動）を実行できる姿勢までの遷移計画を立てる。そして、その遷移計画に基づいて姿勢を遷移させてから、そのような感情・本能に基づいて決定した動作（行動）を実際に実行する。
【０００６】
【特許文献１】
国際公開第００／４３１６７号パンフレット
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような自律型ロボット装置は、一般に、マニピュレータや搬送ロボット等の産業用ロボットに比し、冗長な自由度を含む多リンク系により構成されているという特徴がある。ロボット装置は、このような特徴を活かし、複雑な動作、或いは移動・バランス維持・アーム作業といった複雑なタスクを同時実行することができる。その一方で、動作中にユーザの指やその他の異物を挟み込んだりバッテリ残量が少なくなったりするなどの事象により緊急停止を余儀なくされ、シャットダウン処理を行う可能性がある。
【０００８】
ここで、４足歩行型のロボット装置の場合には、どのような姿勢でシャットダウン処理を行ってもロボット装置自身や外界に重大な危害を及ぼす虞がないため、異常状態を検出した場合には即座にシャットダウン処理を行うことができる。しかしながら、２足歩行型のロボット装置の場合には、歩行中にシャットダウン処理を行うと、転倒してロボット装置自身や外界に重大な危害を及ぼす虞があるため、安全にシャットダウン処理を行うことができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、２足歩行型であっても、自身や外界に重大な危害を及ぼすことなく安全にシャットダウン処理を行うことのできるロボット装置及びその動作制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明に係るロボット装置は、行動指令情報に応じて複数の姿勢の間を遷移し動作するロボット装置であって、現在の姿勢から目標とされる姿勢又は目標とされる動作までの経路を、上記行動指令情報に基づいて検索し、その検索結果に基づいて動作させて、上記現在の姿勢から上記目標とされる姿勢又は目標とされる動作に遷移させる制御手段を備え、上記制御手段は、上記行動指令情報として予め複数設定された安全姿勢の何れかへの遷移が指示された場合、現在の姿勢から最も近い安全姿勢を検索して目標安全姿勢とし、該目標安全姿勢に遷移させるものである。
【００１１】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係るロボット装置の動作制御方法は、行動指令情報に応じて複数の姿勢の間を遷移し動作するロボット装置の動作制御方法であって、現在の姿勢から目標とされる姿勢又は目標とされる動作までの経路を、上記行動指令情報に基づいて検索し、検索結果に基づいて動作させて、上記現在の姿勢から上記目標とされる姿勢又は目標とされる動作に遷移させ、上記行動指令情報として予め複数設定された安全姿勢の何れかへの遷移が指示された場合、現在の姿勢から最も近い安全姿勢を目標安全姿勢とし、該目標安全姿勢に遷移させるものである。
【００１２】
このようなロボット装置及びその動作制御方法では、ロボット装置が動作中に例えばユーザの指やその他の異物を挟み込んだりバッテリ残量が少なくなったりするなどの事象により緊急停止を余儀なくされ、シャットダウン処理を行う場合に、予め複数設定された安全姿勢のうち、現在の姿勢から最も近い安全姿勢を検索して目標安全姿勢とし、該目標安全姿勢に遷移する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
本発明の一構成例として示す２足歩行型のロボット装置は、住環境その他の日常生活上の様々な場面における人的活動を支援する実用ロボットであり、人間が行う基本的な動作を表出できるエンターテインメントロボットである。
【００１５】
図１に示すように、ロボット装置１は、体幹部ユニット２の所定の位置に頭部ユニット３が連結されると共に、左右２つの腕部ユニット４Ｒ／Ｌと、左右２つの脚部ユニット５Ｒ／Ｌが連結されて構成されている（但し、Ｒ及びＬの各々は、右及び左の各々を示す接尾辞である。以下において同じ。）。
【００１６】
このロボット装置１が具備する関節自由度構成を図２に模式的に示す。頭部ユニット３を支持する首関節は、首関節ヨー軸１０１と、首関節ピッチ軸１０２と、首関節ロール軸１０３という３自由度を有している。
【００１７】
また、上肢を構成する各々の腕部ユニット４Ｒ／Ｌは、肩関節ピッチ軸１０７と、肩関節ロール軸１０８と、上腕ヨー軸１０９と、肘関節ピッチ軸１１０と、前腕ヨー軸１１１と、手首関節ピッチ軸１１２と、手首関節ロール軸１１３と、手部１１４とで構成される。手部１１４は、実際には、複数本の指を含む多関節・多自由度構造体である。但し、手部１１４の動作は、ロボット装置１の姿勢制御や歩行制御に対する寄与や影響が少ないので、本明細書ではゼロ自由度と仮定する。したがって、各腕部は７自由度を有するとする。
【００１８】
また、体幹部ユニット２は、体幹ピッチ軸１０４と、体幹ロール軸１０５と、体幹ヨー軸１０６という３自由度を有する。
【００１９】
また、下肢を構成する各々の脚部ユニット５Ｒ／Ｌは、股関節ヨー軸１１５と、股関節ピッチ軸１１６と、股関節ロール軸１１７と、膝関節ピッチ軸１１８と、足首関節ピッチ軸１１９と、足首関節ロール軸１２０と、足部１２１とで構成される。本明細書中では、股関節ピッチ軸１１６と股関節ロール軸１１７の交点は、ロボット装置１の股関節位置を定義する。人体の足部１２１は、実際には多関節・多自由度の足底を含んだ構造体であるが、ロボット装置１の足底は、ゼロ自由度とする。したがって、各脚部は、６自由度で構成される。
【００２０】
以上を総括すれば、ロボット装置１全体としては、合計で３＋７×２＋３＋６×２＝３２自由度を有することになる。但し、エンターテインメント向けのロボット装置１が必ずしも３２自由度に限定されるわけではない。設計・制作上の制約条件や要求仕様等に応じて、自由度すなわち関節数を適宜増減することができることはいうまでもない。
【００２１】
上述したようなロボット装置１がもつ各自由度は、実際にはアクチュエータを用いて実装される。外観上で余分な膨らみを排してヒトの自然体形状に近似させること、２足歩行という不安定構造体に対して姿勢制御を行うことなどの要請から、アクチュエータは小型且つ軽量であることが好ましい。
【００２２】
図３には、ロボット装置１の制御システム構成を模式的に示している。同図に示すように、ロボット装置１は、ヒトの四肢を表現した体幹部ユニット２，頭部ユニット３，腕部ユニット４Ｒ／Ｌ，脚部ユニット５Ｒ／Ｌと、各ユニット間の協調動作を実現するための適応制御を行う制御ユニット１０とで構成される。
【００２３】
ロボット装置１全体の動作は、制御ユニット１０によって統括的に制御される。制御ユニット１０は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）や、ＤＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、フラッシュＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等の主要回路コンポーネント（図示せず）で構成される主制御部１１と、電源回路やロボット装置１の各構成要素とのデータやコマンドの授受を行うインターフェイス（何れも図示せず）などを含んだ周辺回路１２とで構成される。
【００２４】
本発明を実現するうえで、この制御ユニット１０の設置場所は、特に限定されない。図３では体幹部ユニット２に搭載されているが、頭部ユニット３に搭載してもよい。また、ロボット装置１外に制御ユニット１０を配備して、ロボット装置１の機体とは有線又は無線で交信するようにしてもよい。
【００２５】
図２に示したロボット装置１内の各関節自由度は、それぞれに対応するアクチュエータによって実現される。すなわち、頭部ユニット３には、首関節ヨー軸１０１、首関節ピッチ軸１０２、首関節ロール軸１０３の各々を表現する首関節ヨー軸アクチュエータＡ_２、首関節ピッチ軸アクチュエータＡ_３、首関節ロール軸アクチュエータＡ_４が配備されている。
【００２６】
また、頭部ユニット３には、外部の状況を撮像するためのＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）カメラが設けられているほか、前方に位置する物体までの距離を測定するための距離センサ、外部音を集音するためのマイク、音声を出力するためのスピーカ、使用者からの「撫でる」や「叩く」といった物理的な働きかけにより受けた圧力を検出するためのタッチセンサ等が配設されている。
【００２７】
また、体幹部ユニット２には、体幹ピッチ軸１０４、体幹ロール軸１０５、体幹ヨー軸１０６の各々を表現する体幹ピッチ軸アクチュエータＡ_５、体幹ロール軸アクチュエータＡ_６、体幹ヨー軸アクチュエータＡ_７が配設されている。また、体幹部ユニット２には、このロボット装置１の起動電源となるバッテリを備えている。このバッテリは、充放電可能な電池によって構成されている。
【００２８】
また、腕部ユニット４Ｒ／Ｌは、上腕ユニット４_１Ｒ／Ｌと、肘関節ユニット４_２Ｒ／Ｌと、前腕ユニット４_３Ｒ／Ｌに細分化されるが、肩関節ピッチ軸１０７、肩関節ロール軸１０８、上腕ヨー軸１０９、肘関節ピッチ軸１１０、前腕ヨー軸１１１、手首関節ピッチ軸１１２、手首関節ロール軸１１３の各々表現する肩関節ピッチ軸アクチュエータＡ_８、肩関節ロール軸アクチュエータＡ_９、上腕ヨー軸アクチュエータＡ_１０、肘関節ピッチ軸アクチュエータＡ_１１、肘関節ロール軸アクチュエータＡ_１２、手首関節ピッチ軸アクチュエータＡ_１３、手首関節ロール軸アクチュエータＡ_１４が配備されている。
【００２９】
また、脚部ユニット５Ｒ／Ｌは、大腿部ユニット５_１Ｒ／Ｌと、膝ユニット５_２Ｒ／Ｌと、脛部ユニット５_３Ｒ／Ｌに細分化されるが、股関節ヨー軸１１５、股関節ピッチ軸１１６、股関節ロール軸１１７、膝関節ピッチ軸１１８、足首関節ピッチ軸１１９、足首関節ロール軸１２０の各々を表現する股関節ヨー軸アクチュエータＡ_１６、股関節ピッチ軸アクチュエータＡ_１７、股関節ロール軸アクチュエータＡ_１８、膝関節ピッチ軸アクチュエータＡ_１９、足首関節ピッチ軸アクチュエータＡ_２０、足首関節ロール軸アクチュエータＡ_２１が配備されている。各関節に用いられるアクチュエータＡ_２，Ａ_３，・・・は、より好ましくは、ギア直結型で旦つサーボ制御系をワンチップ化してモータ・ユニット内に搭載したタイプの小型ＡＣサーボ・アクチュエータで構成することができる。
【００３０】
体幹部ユニット２、頭部ユニット３、各腕部ユニット４Ｒ／Ｌ、各脚部ユニット５Ｒ／Ｌなどの各機構ユニット毎に、アクチュエータ駆動制御部の副制御部２０，２１，２２Ｒ／Ｌ，２３Ｒ／Ｌが配備されている。さらに、各脚部ユニット５Ｒ／Ｌの足底が接地したか否かを検出する接地確認センサ３０Ｒ／Ｌを装着するとともに、体幹部ユニット２内には、姿勢を計測する姿勢センサ３１を装備している。
【００３１】
接地確認センサ３０Ｒ／Ｌは、例えば足底に設置された近接センサ又はマイクロ・スイッチなどで構成される。また、姿勢センサ３１は、例えば、加速度センサとジャイロ・センサの組み合わせによって構成される。
【００３２】
接地確認センサ３０Ｒ／Ｌの出力によって、歩行・走行などの動作期間中において、左右の各脚部が現在立脚又は遊脚何れの状態であるかを判別することができる。また、姿勢センサ３１の出力により、体幹部分の傾きや姿勢を検出することができる。
【００３３】
主制御部１１は、各センサ３０Ｒ／Ｌ，３１の出力に応答して制御目標をダイナミックに補正することができる。より具体的には、副制御部２０，２１，２２Ｒ／Ｌ，２３Ｒ／Ｌの各々に対して適応的な制御を行い、ロボット装置１の上肢、体幹、及び下肢が協調して駆動する全身運動パターンを実現できる。
【００３４】
ロボット装置１の機体上での全身運動は、足部運動、ＺＭＰ（ＺｅｒｏＭｏｍｅｎｔＰｏｉｎｔ）軌道、体幹運動、上肢運動、腰部高さなどを設定するとともに、これらの設定内容にしたがった動作を指示するコマンドを各副制御部２０，２１，２２Ｒ／Ｌ，２３Ｒ／Ｌに転送する。そして、各々の副制御部２０，２１，・・・等では、主制御部１１からの受信コマンドを解釈して、各アクチュエータＡ_２，Ａ_３，・・・等に対して駆動制御信号を出力する。ここでいう「ＺＭＰ」とは、歩行中の床反力によるモーメントがゼロとなる床面上の点のことであり、また、「ＺＭＰ軌道」とは、例えばロボット装置１の歩行動作期間中にＺＭＰが動く軌跡を意味する。なお、ＺＭＰの概念並びにＺＭＰを歩行ロボットの安定度判別規範に適用する点については、ＭｉｏｍｉｒＶｕｋｏｂｒａｔｏｖｉｃ著“ＬＥＧＧＥＤＬＯＣＯＭＯＴＩＯＮＲＯＢＯＴＳ”（加藤一郎外著『歩行ロボットと人工の足』（日刊工業新聞社））に記載されている。
【００３５】
以上のように、ロボット装置１は、各々の副制御部２０，２１，・・・等が、主制御部１１からの受信コマンドを解釈して、各アクチュエータＡ_２，Ａ_３，・・・に対して駆動制御信号を出力し、各ユニットの駆動を制御している。これにより、ロボット装置１は、目標の姿勢に安定して遷移し、安定した姿勢で歩行できる。
【００３６】
また、ロボット装置１における制御ユニット１０では、上述したような姿勢制御のほかに、加速度センサ、タッチセンサ、接地確認センサ等の各種センサ、及びＣＣＤカメラからの画像情報、マイクからの音声情報等を統括して処理している。制御ユニット１０では、図示しないが加速度センサ、ジャイロ・センサ、タッチセンサ、距離センサ、マイク、スピーカなどの各種センサ、各アクチュエータ、ＣＣＤカメラ及びバッテリが各々対応するハブを介して主制御部１１と接続されている。
【００３７】
主制御部１１は、上述の各センサから供給されるセンサデータや画像データ及び音声データを順次取り込み、これらをそれぞれ内部インターフェイスを介してＤＲＡＭ内の所定位置に順次格納する。また、主制御部１１は、バッテリから供給されるバッテリ残量を表すバッテリ残量データを順次取り込み、これをＤＲＡＭ内の所定位置に格納する。ＤＲＡＭに格納された各センサデータ、画像データ、音声データ及びバッテリ残量データは、主制御部１１がこのロボット装置１の動作制御を行う際に利用される。
【００３８】
主制御部１１は、ロボット装置１の電源が投入された初期時、制御プログラムを読み出し、これをＤＲＡＭに格納する。また、主制御部１１は、上述のように主制御部１１よりＤＲＡＭに順次格納される各センサデータ、画像データ、音声データ及びバッテリ残量データに基づいて自己及び周囲の状況や、使用者からの指示及び働きかけの有無などを判断する。
【００３９】
さらに、主制御部１１は、この判断結果及びＤＲＡＭに格納した制御プログラムに基づいて自己の状況に応じて行動を決定するとともに、当該決定結果に基づいて必要なアクチュエータを駆動させることによりロボット装置１に、いわゆる「身振り」、「手振り」といった行動をとらせる。
【００４０】
このようにしてロボット装置１は、制御プログラムに基づいて自己及び周囲の状況を判断し、自律的に行動することができる。
【００４１】
上述した主制御部１１のデータ処理の内容を機能的に分類した図を図４に示す。図４に示すように、主制御部１１は、行動決定機構部４０と、姿勢遷移機構部４１と、制御機構部４２とに分けられる。
【００４２】
行動決定機構部４０は、上述したセンサデータ、画像・音声データ等の入力情報Ｄ１に基づいて次の動作（行動）を決定し、当該決定された動作（行動）の内容を行動指令情報Ｄ２として姿勢遷移機構部４１に供給する。
【００４３】
姿勢遷移機構部４１は、ロボット装置１が遷移可能な姿勢及び遷移する際の動作を予め例えばグラフ（後述する有向グラフ）として保持しており、行動決定機構部４０から供給された行動指令情報Ｄ２を姿勢遷移情報Ｄ３として制御機構部４２に供給する。
【００４４】
制御機構部４２は、この姿勢遷移情報Ｄ３に基づいて、必要なアクチュエータＡ_２，Ａ_３，・・・を駆動させるための制御信号Ｄ４を生成し、これをアクチュエータＡ_２，Ａ_３，・・・に送出して当該アクチュエータＡ_２，Ａ_３，・・・を駆動させることにより、ロボット装置１に所望の動作を行わせる。
【００４５】
以下、姿勢遷移機構部４１にて行う処理について詳細に説明する。
ロボット装置１は、指令（行動指令情報Ｄ２）の内容に従った姿勢に遷移し、遷移した姿勢に応じた動作を行うが、指令の内容に従った姿勢に直接遷移できない場合もある。すなわち、ロボット装置１の姿勢は、現在の姿勢から直接遷移可能な姿勢と、直接には遷移できなく、ある動作や姿勢を経由して可能になる姿勢とに分類される。例えば、ロボット装置１は、仰向けに寝転んだ姿勢から座った姿勢に直接遷移することはできるが、立った姿勢に直接遷移することはできず、一旦上半身を起こして座った姿勢になり、それから立ち上がるという２段階の動作が必要である。
【００４６】
したがって、姿勢遷移機構部４１は、行動決定機構部４０から供給された行動指令情報Ｄ２が直接遷移可能な姿勢を示す場合には、当該行動指令情報Ｄ２をそのまま姿勢遷移情報Ｄ３として制御機構部４２に供給する一方、直接遷移不可能な姿勢を示す場合には、遷移可能な他の姿勢や動作を経由して目標とされる姿勢（行動指令情報Ｄ２により指示された姿勢）まで遷移させるような姿勢遷移情報Ｄ３を生成し、これを制御機構部４２に供給する。
【００４７】
実際上、姿勢遷移機構部４１は、ロボット装置１がとり得る姿勢及び動作が登録され、姿勢とこの姿勢を遷移させる動作とを結んで構成されたグラフを保持して、現在の姿勢から目標とされる姿勢又は目標とされる動作に遷移させる。すなわち、姿勢遷移機構部４１は、ロボット装置１がとり得る姿勢を予め登録すると共に、遷移可能な２つの姿勢の間を記録しておくようになされており、このグラフと行動決定機構部４０から供給された行動指令情報Ｄ２とに基づいて、目標とされる姿勢或いは動作まで遷移させる。
【００４８】
具体的には、姿勢遷移機構部４１は、図５に示すような有向グラフというアルゴリズムを用いている。有向グラフでは、ロボット装置１がとり得る姿勢を示すノードと、遷移可能な２つのノード間を結ぶ有向アーク（動作アーク）と、場合によっては１つのノードから当該１つのノードに戻る動作のアーク、すなわち１つのノード内で完結する動作を示す自己動作アークとが結合されて構成されている。すなわち、姿勢遷移機構部４１は、ロボット装置１の姿勢（静止姿勢）を示す情報とされるノードと、ロボット装置１の動作を示す情報とされる有向アーク及び自己動作アークとから構成される有向グラフを保持し、姿勢を点の情報として、さらに動作の情報を有向線の情報として把握している。
【００４９】
なお、有向アークや自己動作アークは複数とされていてもよい。すなわち、遷移可能なノード（姿勢）の間に有向アークが複数結合されていてもよく、１つのノードにおいて複数の自己動作アークが結合されていてもよい。
【００５０】
姿勢遷移機構部４１は、行動決定機構部４０から行動指令情報Ｄ２が供給されると、現在の姿勢に対応したノードと、行動指令情報Ｄ２が示す次にとるべき姿勢に対応するノードとを結ぶように、有向アークの向きに従いながら現在のノードから次のノードに至る経路を順次検索することにより、現在の姿勢から目標とされるノード、或いは目標とされるアークに至る経路を探索する。ここで、目標とされるアークとは、有向アークであってもよく、自己動作アークであってもよい。例えば、自己動作アークが目標アークとなる場合とは、とるべき姿勢から開始される自己動作が目標とされた（指示された）場合であって、ダンスが指示された場合等が挙げられる。
【００５１】
以上のように、ロボット装置１は、現在の姿勢に対応したノードから行動指令情報Ｄ２が示す次にとるべき姿勢に対応するノードに遷移しながら自律的な動作を行うが、動作中にユーザの指やその他の異物を挟み込んだりバッテリ残量が少なくなったりするなどの事象により緊急停止を余儀なくされ、シャットダウン処理を行う場合もあり得る。
【００５２】
ここで、２足歩行型のロボット装置１では、シャットダウン処理時の姿勢によっては転倒してしまい、ロボット装置１自身や外界に重大な危害を及ぼす虞がある。そこで、行動決定機構部４０は、予め複数設定された安全姿勢の何れかへの遷移を示す特殊コマンドを行動指令情報Ｄ２として姿勢遷移機構部４１に供給する。姿勢遷移機構部４１は、この行動指令情報Ｄ２に応じて、上述した有向グラフを参照しながら目標とする安全姿勢を検索し、目標安全姿勢まで遷移させるような姿勢遷移情報Ｄ３を制御機構部４２に供給する。
【００５３】
この際、現在の姿勢からの距離が近い安全姿勢を目標安全姿勢として選択することが、迅速なシャットダウン処理を行う観点から望ましいといえる。具体的には、予め類似する姿勢同士を同一の姿勢グループとして登録しておき、できる限り現在の姿勢と同一の姿勢グループから目標安全姿勢を検索し、同一姿勢グループに安全姿勢がない場合にのみ別の姿勢グループから目標安全姿勢を検索するようにするのが望ましい。
【００５４】
目標安全姿勢に遷移する例について、図６を用いて説明する。なお、図６では、各有向アークが動作時間や動作の難易度等に基づいて重み付けされており、姿勢遷移機構部４１は、重み付け距離が最短であるパスを経由して目標安全姿勢に遷移させるものとする。
【００５５】
具体的に、例えば現在姿勢がノードＮＤ１の姿勢であるときに異常状態が検出され、安全姿勢への遷移を示す行動指令情報Ｄ２が行動決定機構部４０から与えられた場合、姿勢遷移機構部４１は、「寝姿勢」を示す姿勢グループからノードＮＤ１及びノードＮＤ２を検索するが、ノードＮＤ１からノードＮＤ２に至る有向アークが存在しないため、ノードＮＤ１の姿勢、すなわち現在姿勢を目標安全姿勢とする。
【００５６】
また、現在姿勢がノードＮＤ３の姿勢である場合、姿勢遷移機構部４１は、「座り姿勢」を示す姿勢グループから安全姿勢を検索するが、この姿勢グループ内に安全姿勢が存在しないため、別の姿勢グループ、具体的には「寝姿勢」を示す姿勢グループからノードＮＤ１及びノードＮＤ２を検索する。ここで、ノードＮＤ３からノードＮＤ１に至るパスとしては、（ａ）ＮＤ３→ＮＤ１（重み付け距離＝５）、（ｂ）ＮＤ３→ＮＤ４→ＮＤ１（重み付け距離＝８）、（ｃ）ＮＤ３→ＮＤ５→ＮＤ４→ＮＤ１（重み付け距離＝９）、の３通りが考えられるが、姿勢遷移機構部４１は、重み付け距離が最短である（ａ）のパスを経由して目標安全姿勢を示すノードＮＤ１に遷移させる。なお、上述と同様に、ノードＮＤ１からノードＮＤ２に至る有向アークが存在しないため、ノードＮＤ２は目標安全姿勢とならない。
【００５７】
また、自己動作アークａ１の実行中に安全姿勢への遷移を示す行動指令情報Ｄ２が行動決定機構部４０から与えられた場合、姿勢遷移機構部４１は、自己動作アークａ１の動作を中止してノードＮＤ４の姿勢に遷移した後、「立ち姿勢」を示す姿勢グループから安全姿勢を検索する。この姿勢グループ内に安全姿勢は存在しないため、姿勢遷移機構部４１は、別の姿勢グループ、具体的には「寝姿勢」を示す姿勢グループからノードＮＤ１及びノードＮＤ２を検索する。ここで、ノードＮＤ４からノードＮＤ１に至るパスとしては、（ｄ）ＮＤ４→ＮＤ１（重み付け距離＝５）、（ｅ）ＮＤ４→ＮＤ３→ＮＤ１（重み付け距離＝８）、（ｆ）ＮＤ４→ＮＤ５→ＮＤ３→ＮＤ１（重み付け距離＝９）、の３通りが考えられるが、姿勢遷移機構部４１は、重み付け距離が最短である（ｄ）のパスを経由して目標安全姿勢を示すノードＮＤ１に遷移させる。なお、上述と同様に、ノードＮＤ１からノードＮＤ２に至る有向アークが存在しないため、ノードＮＤ２は目標安全姿勢とならない。
【００５８】
なお、現在姿勢が「抱き上げ姿勢」であるとき、すなわちロボット装置１がユーザ等によって抱き上げられているときに安全姿勢への遷移を示す行動指令情報Ｄ２が行動決定機構部４０から与えられた場合、既に異常状態であり抱き上げ姿勢しか存在しないため、姿勢遷移機構部４１は、現在姿勢を目標安全姿勢とする。
【００５９】
以上説明した姿勢遷移機構部４１による目標安全姿勢の検索方法について、図７のフローチャートに示す。先ずステップＳ１において、同一姿勢グループ内に安全姿勢があるか否かを判別し、同一姿勢グループ内に安全姿勢がある場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ３に進み、同一姿勢グループ内に安全姿勢がない場合（Ｎｏ）にはステップＳ２で別の姿勢グループから安全姿勢を検索する。
【００６０】
続いてステップＳ３では、現在姿勢から安全姿勢までのパスの重み付け距離を計算し、ステップＳ４では、全てのパスについて重み付け距離を計算したか否かを判別する。全てのパスについて重み付け距離を計算していない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ３に戻って残りのパスについて重み付け距離を計算し、全てのパスについて重み付け距離を計算している場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ５で最短の重み付け距離を与えるパスにより目標安全姿勢まで遷移して終了する。
【００６１】
なお、以上の例では、安全姿勢までの重み付け距離に基づいて目標安全姿勢を検索するものとして説明したが、単なる距離、すなわち安全姿勢までのアーク数に基づいて目標安全姿勢を検索するようにしても構わない。
【００６２】
ここで、上述のようにして目標安全姿勢を検索し、該目標安全姿勢に遷移することにより、安全にシャットダウン処理を行うことができるが、次回確実に起動するためには、充電ステーション上で充電している状態でシャットダウン処理を行うことが望ましい。そこで、本実施の形態におけるロボット装置１は、異常状態を検出した際には、稼働可能時間を考慮しながら充電ステーションを探し、稼働可能時間内に充電ステーションまで移動できる場合には、充電ステーションに移動してから安全姿勢であるステーション姿勢に遷移する。一方、稼働可能時間内に充電ステーションまで移動できない場合、或いは充電ステーションが見つからない場合には、稼働可能時間内に移動できる安全な場所を探し、その場所に移動して安全姿勢に遷移する。
【００６３】
以上説明した充電ステーションの探索方法について、図８のフローチャートに示す。先ずステップＳ１０において、安全姿勢に遷移するまでの稼働可能時間を計算し、ステップＳ１１において、充電ステーション又は安全な場所を探索する。なお、上述したように、ロボット装置１は、先ず充電ステーションから探索を始める。
【００６４】
次にステップＳ１２において、検索した充電ステーション又は安全な場所までの移動に必要な時間を計算し、上記稼働可能時間内に移動可能か否かを判別する。ここで、稼働可能時間内に移動可能である場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ１３で当該場所まで移動し、ステップＳ１５で安全姿勢に遷移して終了する。なお、充電ステーションに移動した場合には上述したステーション姿勢に遷移し、それ以外の場所に移動した場合には、例えば寝姿勢に遷移する。一方、稼働可能時間内に移動可能でない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ１４において、現在の場所で安全姿勢に遷移できるか否かを判別する。現在の場所で安全姿勢に遷移できる場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ１５で安全姿勢に遷移して終了する。一方、そうでない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ１１に戻って、安全な場所をさらに検索する。
【００６５】
ここで、ステーション姿勢に遷移する例について、図９を用いて説明する。
具体的に、自己動作アークａ１の実行中に安全姿勢への遷移を示す行動指令情報Ｄ２が行動決定機構部４０から与えられた場合、姿勢遷移機構部４１は、自己動作アークａ１の動作を中止してノードＮＤ４の姿勢に遷移させる。その後、ロボット装置１は、入力された周囲の画像データに基づいて充電ステーションを探し、充電ステーションに確実に接続できる位置まで移動する。姿勢遷移機構部４１は、ステーション準備姿勢に遷移させ、充電ステーションへの接続が検出されると、安全姿勢であるステーション姿勢にジャンプさせる。
【００６６】
以上説明したように、本実施の形態におけるロボット装置１及びその動作制御方法によれば、何らかの理由によりシャットダウン処理を行う場合に、現在の姿勢と同一の姿勢グループから目標安全姿勢を検索し、同一姿勢グループに安全姿勢がない場合にのみ別の姿勢グループから目標安全姿勢を検索し、該目標安全姿勢に遷移することにより、２足歩行型であっても、ロボット装置１自身や外界に重大な危害を及ぼすことなく安全にシャットダウン処理を行うことができる。特に、シャットダウン処理を行う前に稼働可能時間を計算し、その時間内に充電ステーションに移動できる場合には、充電ステーションに移動してから安全姿勢に遷移することにより、次回起動時に充電されている状態を作り出すことができ、無理なく自律動作を行うことが可能となる。
【００６７】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【００６８】
例えば、上述の実施の形態では、本発明を人間を模した２足歩行型のロボット装置１に適用した場合について説明したが、これに限らず、動物を模した４足歩行型のロボット装置や、例えばゲームや展示等のエンターテインメント分野で用いられるロボット装置など、他の種々のロボット装置に適用可能である。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係るロボット装置は、行動指令情報に応じて複数の姿勢の間を遷移し動作するロボット装置であって、現在の姿勢から目標とされる姿勢又は目標とされる動作までの経路を、上記行動指令情報に基づいて検索し、その検索結果に基づいて動作させて、上記現在の姿勢から上記目標とされる姿勢又は目標とされる動作に遷移させる制御手段を備え、上記制御手段は、上記行動指令情報として予め複数設定された安全姿勢の何れかへの遷移が指示された場合、現在の姿勢から最も近い安全姿勢を検索して目標安全姿勢とし、該目標安全姿勢に遷移させるものである。
【００７０】
また、本発明に係るロボット装置の動作制御方法は、行動指令情報に応じて複数の姿勢の間を遷移し動作するロボット装置の動作制御方法であって、現在の姿勢から目標とされる姿勢又は目標とされる動作までの経路を、上記行動指令情報に基づいて検索し、検索結果に基づいて動作させて、上記現在の姿勢から上記目標とされる姿勢又は目標とされる動作に遷移させ、上記行動指令情報として予め複数設定された安全姿勢の何れかへの遷移が指示された場合、現在の姿勢から最も近い安全姿勢を目標安全姿勢とし、該目標安全姿勢に遷移させるものである。
【００７１】
このようなロボット装置及びその動作制御方法によれば、ロボット装置が動作中に例えばユーザの指やその他の異物を挟み込んだりバッテリ残量が少なくなったりするなどの事象により緊急停止を余儀なくされ、シャットダウン処理を行う場合に、予め複数設定された安全姿勢のうち、現在の姿勢から最も近い安全姿勢を検索して目標安全姿勢とし、該目標安全姿勢に遷移することにより、２足歩行型のロボット装置であっても、自身や外界に重大な危害を及ぼすことなく、シャットダウン処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態におけるロボット装置の外観構成を示す斜視図である。
【図２】同ロボット装置の自由度構成モデルを模式的に示す図である。
【図３】同ロボット装置の制御システム構成を模式的に示す図である。
【図４】主制御部のデータ処理の内容を機能的に分類した図である。
【図５】同主制御部の姿勢遷移機構部における姿勢遷移のグラフを示す図である。
【図６】目標安全姿勢に遷移する例を説明する図である。
【図７】姿勢遷移機構部による目標安全姿勢の検索方法を説明するフローチャートである。
【図８】充電ステーションの探索処理を説明するフローチャートである。
【図９】ステーション姿勢に遷移する例を説明する図である。
【符号の説明】
１ロボット装置、２体幹部ユニット、３頭部ユニット、４Ｒ／Ｌ腕部ユニット、５Ｒ／Ｌ脚部ユニット、１０制御ユニット、１１主制御部、４０行動決定機構部、４１姿勢遷移機構部、４２制御機構部

Claims

行動指令情報に応じて複数の姿勢の間を遷移し、動作するロボット装置であって、
現在の姿勢から目標とされる姿勢又は目標とされる動作までの経路を、上記行動指令情報に基づいて検索し、その検索結果に基づいて動作させて、上記現在の姿勢から上記目標とされる姿勢又は目標とされる動作に遷移させる制御手段を備え、
上記制御手段は、上記行動指令情報として予め複数設定された安全姿勢の何れかへの遷移が指示された場合、現在の姿勢から最も近い安全姿勢を検索して目標安全姿勢とし、該目標安全姿勢に遷移させる
ことを特徴とするロボット装置。
上記複数の姿勢の間を遷移させる各動作に重みが付されており、
上記制御手段は、上記重みの和が最小となる経路を与える安全姿勢を上記目標安全姿勢とする
ことを特徴とする請求項１記載のロボット装置。
上記安全姿勢への遷移が指示されたときに一の動作を実行中である場合、該実行中の動作を中止して上記目標安全姿勢に遷移することを特徴とする請求項１記載のロボット装置。
上記安全姿勢への遷移が指示された場合、上記制御手段は、上記複数の安全姿勢の何れかに遷移可能な安全な場所を探索し、該安全な場所に移動して上記複数の安全姿勢の何れかに遷移することを特徴とする請求項１記載のロボット装置。
上記制御手段は、稼働可能時間内に上記安全な場所に移動可能である場合に、該安全な場所に移動することを特徴とする請求項４記載のロボット装置。
上記安全な場所は、該ロボット装置を充電可能な充電装置のある場所であり、該充電装置に固定されたことを検出すると、所定の安全姿勢に遷移することを特徴とする請求項４記載のロボット装置。
行動指令情報に応じて複数の姿勢の間を遷移し、動作するロボット装置の動作制御方法であって、
現在の姿勢から目標とされる姿勢又は目標とされる動作までの経路を、上記行動指令情報に基づいて検索し、
検索結果に基づいて動作させて、上記現在の姿勢から上記目標とされる姿勢又は目標とされる動作に遷移させ、
上記行動指令情報として予め複数設定された安全姿勢の何れかへの遷移が指示された場合、現在の姿勢から最も近い安全姿勢を目標安全姿勢とし、該目標安全姿勢に遷移させる
ことを特徴とするロボット装置の動作制御方法。