JP2016016475A - 複数ロボットの制御システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットの周囲状況が未知であっても、ロボットに高い処理能力を要求することなく複数台のロボットを協調移動できること。
【解決手段】マスタロボット１１、スレーブロボット１２が協調移動動作する複数ロボットの制御システムであって、スレーブロボットの制御ユニット１４は、次の動作のためのスレーブ動作ベクトル４２を作成してマスタロボットへ送信し、マスタロボットの制御ユニット１４は、スレーブ動作ベクトルを受信して、自身の次の動作のためのマスタ動作ベクトル４１、受信したスレーブ動作ベクトルをそれぞれ修正して修正マスタ動作ベクトル４３、修正スレーブ動作ベクトル４４を作成すると共に、修正スレーブ動作ベクトルをスレーブロボットへ送信し、マスタロボットの制御ユニットは修正マスタ動作ベクトルを実行し、スレーブロボットの制御ユニットは修正スレーブ動作ベクトルを実行するものである。
【選択図】 図７

Description

本発明の実施形態は、例えば複数台のロボットで荷物を運搬する際に複数台のロボットを協調移動動作させる複数ロボットの制御システム及び方法に関する。

１台のロボットの可搬能力を超える荷物を運搬させようとする場合、複数台のロボットを用いて運搬することが考えられる。複数台のロボットが協力して運搬することを考えたとき、荷物の落下を防ぐためにロボット間の距離を常に一定にする必要がある。

例えば、従来技術として、ロボット間の通信動作への割り込み頻度を多くして互いの同期ずれを小さくすることで、ロボット間の距離の変動を抑えている。また、別の従来技術ではロボットをマスタロボットとスレーブロボットに分け、スレーブロボットの動作は全てマスタロボットが管理・指示することで、マスタロボットとスレーブロボット間の距離が一定になるようにしている。

特開２００３−１４５４６２号公報

不整地などのように、移動面が不均一で且つ状態が未知な環境を移動するような場合には、ロボット同士の動作を予め取り決めることができない。また、このような環境では、それぞれのロボットが環境状態に応じて異なる動作を強いられる可能性が高いため、特許文献１のように、単に同じ動作の同期を取るだけでは対応することができない。

また、マスタロボットがスレーブロボットの動作を全て管理する場合では、マスタロボットがスレーブロボットの周囲環境や現在姿勢などを全て把握して動作計画を作成する必要があり、このため、マスタロボット側に非常に高い処理能力が要求される。また、マスタロボットとスレーブロボットが異なる機構からなる別種類のロボットである場合には、マスタロボットは全く別の運動を計算する手法まで予め保有しておく必要があり、マスタロボット側の負担がさらに大きくなってしまう。

本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、ロボットに高い処理能力を要求することなく、複数台のロボットの協調移動動作を好適に実現できる複数ロボットの制御システム及び方法を提供することを目的とする。

本発明に係る実施形態の複数ロボットの制御システムは、複数台のロボットが協調移動動作を行う複数ロボットの協調移動システムであって、前記ロボットは、前記ロボット自体を移動させる移動手段と、前記ロボットの移動全般に関する処理を実行する制御手段と、前記ロボットの周囲状況を計測する計測手段と、少なくとも前記ロボット間での通信を行う通信手段とを有し、前記ロボットのうち１台が、前記ロボット全体の移動を決定するマスタロボットとされ、残りの前記ロボットが、前記マスタロボットに追従して移動するスレーブロボットとされ、前記スレーブロボットの前記制御手段は、前記スレーブロボットの前記計測手段からの計測情報を用いて自身の次の動作のためのスレーブ動作計画を作成して、前記通信手段により前記マスタロボットへ送信し、前記マスタロボットの前記制御手段は、前記スレーブ動作計画を受信して、自身の次の動作のためのマスタ動作計画、受信した前記スレーブ動作計画をそれぞれ修正して修正マスタ動作計画、修正スレーブ動作計画を作成すると共に、前記修正スレーブ動作計画を前記通信手段により前記スレーブロボットへ送信し、前記マスタロボットの前記制御手段は、前記修正マスタ動作計画を実行して前記マスタロボットを移動させ、前記スレーブロボットの前記制御手段は、前記修正スレーブ動作計画を実行して前記スレーブロボットを移動させるよう構成されたことを特徴とするものである。

また、本発明に係る実施形態の複数ロボットの制御方法は、複数台のロボットが協調移動動作を行う複数ロボットの協調移動方法であって、前記ロボットのうち１台を、前記ロボット全体の移動を決定するマスタロボットとし、残りの前記ロボットを、前記マスタロボットに追従して移動するスレーブロボットとし、前記スレーブロボットは、自身の次の動作のためのスレーブ動作計画を作成して前記マスタロボットへ送信し、前記マスタロボットは、前記スレーブ動作計画を受信して、自身の次の動作のためのマスタ動作計画、受信した前記スレーブ動作計画をそれぞれ修正して修正マスタ動作計画、修正スレーブ動作計画を作成すると共に、前記修正スレーブ動作計画を前記スレーブロボットへ送信し、前記マスタロボットは、前記修正マスタ動作計画を実行して移動し、前記スレーブロボットは、前記修正スレーブ動作計画を実行して移動することを特徴とするものである。

本発明の実施形態によれば、ロボットに高い処理能力を要求することなく、複数台のロボットの協調移動動作を好適に実現できる。

本発明に係る複数ロボットの制御システムにおける第１実施形態が適用された多脚ロボットを示す斜視図。 図１の多脚ロボットの脚における関節の配置状況を示す概略斜視図。 図１の荷物把持機構を示す斜視図。 図１の多脚ロボットによる協調移動動作を説明する説明図。 図１の多脚ロボットにおける制御ユニットを示すブロック図。 障害物が存在しない場合における多脚ロボットの協調移動動作を説明する説明図。 障害物が存在する場合における多脚ロボットの協調移動動作を説明する説明図。 本発明に係る複数ロボットの制御システムにおける第２実施形態の制御ユニットを示すブロック図。 本発明に係る複数ロボットの制御システムにおける第３実施形態の制御ユニットを示すブロック図。 図９の自律移動システムを示すブロック図。

以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１〜図７）
図１は、本発明に係る複数ロボットの制御システムにおける第１実施形態が適用された多脚ロボットを示す斜視図である。また、図４は、図１の多脚ロボットによる協調移動動作を説明する説明図である。本第１実施形態の多脚ロボット１０は、複数台（例えば２台）が協調移動動作を行うように制御することで、例えば１個の荷物１を運搬するものである。この協調移動動作を実行するために、１台の多脚ロボット１０が、複数台の多脚ロボット１０全体の移動を決定するマスタロボット１１とされ、残りの多脚ロボット１０が、マスタロボット１１に追従して移動するスレーブロボット１２とされる。例えば、２台の多脚ロボット１０のうち、前方の多脚ロボット１０がマスタロボット１１とされ、後方の多脚ロボット１０がスレーブロボット１２とされる。

これらのマスタロボット１１及びスレーブロボット１２となる多脚ロボット１０は、移動手段としての脚１３と、制御手段としての制御ユニット１４と、計測手段としてのロボット間距離・角度計測装置１５及び周囲空間計測装置１６と、通信手段としての通信装置１７と、荷物１を運搬するために把持する荷物把持機構１８と、マスタロボット１１とスレーブロボット１２の動作を同期させる同期手段２４と、を有して構成される。

脚１３は、２本以上（本実施形態では４本）が多脚ロボット１０の胴部１９に設けられ、各脚１３は、後述の如く複数の関節２１、２２、２３（図２）を備えたリンク機構として構成される。つまり、各脚１３は、胴部１９の下部のコーナー部分に設置され、第１関節２１、第２関節２２、第３関節２３がリンク２０によって下方へ向かって順次連結されたリンク機構により構成される。第１関節２１が胴部１９の下部に取り付けられる。また、第１関節２１の回転軸は、第２関節２２及び第３関節２３の両回転軸と直交する。

第２関節２２及び第３関節２３の回転により、多脚ロボット１０はＸ軸（図２）に沿う前後方向に前進または後進する。また、第１関節２１の回転により、多脚ロボット１０はＹ軸（図２）に沿う左右方向に左移動または右移動（横歩き）する。更に、第１関節２１、第２関節２２及び第３関節２３の回転を組み合わせることにより、多脚ロボット１０はＺ軸（図２）に沿う上下方向回りに旋回する。各関節２１、２２、２３は、例えば電動モータ、ギア及びエンコーダ等の組み合わせにより構成される。

各脚１３は、後述の如く制御ユニット１４からの制御指令により個別に駆動される。尚、多脚ロボット１０は、脚１３が４本あるものを述べたが、２本または６本であってもよい。また、脚１３の１本の当りの関節数は３に限らず、それ以外であってもよい。更に、各関節２１、２２、２３の回転軸の組合せ順は、上述以外の組合せであってもよい。また、移動手段は脚１３に限らず、車輪やクローラ等の他の移動手段であってもよい。

ロボット間距離・角度計測装置１５は、多脚ロボット１０の周囲状況として、周囲に存在する多脚ロボット１０との距離を計測するものであり、例えば距離画像センサであって、各多脚ロボット１０の胴部１９に設置される。このロボット間距離・角度計測装置１５は、画像処理により対象多脚ロボット１０の方位を特定し、その方位にある対象多脚ロボット１０との距離を計測することで、対象多脚ロボット１０までの距離及び角度（方位）を把握することが可能になる。

このロボット間距離・角度計測装置１５は、距離画像センサの場合を述べたが、レーザレンジセンサやステレオカメラ等の他の計測装置であってもよい。また、このロボット間距離・角度計測装置１５は、１個に限定するものではなく、周囲の死角がなくなるように複数個設置してもよい。

周囲空間計測装置１６は、多脚ロボット１０の周囲状況として、多脚ロボット１０が移動する多脚ロボット１０周囲の移動面３（図４）の凹凸形状、または柱や壁などの障害物２の空間形状や位置を計測するものである。この周囲空間計測装置１６は、例えば一定画角内の奥行き距離情報を計測可能な赤外線距離センサであって、各多脚ロボット１０の胴部１９に設置される。この周囲空間計測装置１６は、計測可能領域を拡大するために上下左右に揺動したり、複数台設置されて、距離情報を統合した空間マップを作成してもよい。尚、周囲空間計測装置１６は、赤外線距離センサの場合を述べたが、レーザレンジセンサ等の他の計測装置であってもよいし、可能であれば、前記ロボット間距離・角度計測装置１５が周囲空間計測装置１６の機能を兼ね備えて、１つの装置としてもよい。

通信装置１７は、周囲の他の多脚ロボット１０の通信装置１７との間、またはオペレータが多脚ロボット１０を遠隔操作するための外部コントローラ２５との間で、後述の動作ベクトルを含む制御情報や位置情報など、多脚ロボット１０の移動に必要な情報を送受信するものであり、各多脚ロボット１０の胴部１９に設置される。例えば、マスタロボット１１とスレーブロボット１２との間では、通信装置１７を用いて、マスタロボット１１からスレーブロボット１２へマスタ−スレーブ通信２６（図４）が行われ、スレーブロボット１２からマスタロボット１１へスレーブ−マスタ通信２７が行われる。

荷物把持機構１８は、複数台の多脚ロボット１０で荷物１を運搬するためにこの荷物１を把持するものであり、各多脚ロボット１０における胴部１９の上部に設置される。この荷物把持機構１８は、図３に示すように、多脚ロボット１０の胴部１９に固定されるためのロボット固定台２８の上に、Ｘ軸に沿う前後方向にスライド可能なＸ軸直動機構部２９、Ｙ軸に沿う左右方向にスライド可能なＹ軸直動機構部３０、Ｚ軸に沿う上下方向にスライド可能なＺ軸直動機構部３１が順次取り付けられ、更に、Ｚ軸直動機構部３１に、Ｘ軸回りに回転可能なＸ軸回転機構部３２、Ｙ軸回りに回転可能なＹ軸回転機構部３３、Ｚ軸回りに回転可能なＺ軸回転機構部３４が順次取り付けられ、このＺ軸回転機構部３４に、運搬する荷物１を把持して固定する荷物把持台３５が取り付けられている。

図４に示すように、マスタロボット１１とスレーブロボット１２とが互いに荷物把持機構１８を用いて荷物１を把持し、協調移動動作により荷物１を運搬する場合、荷物１を介しての多脚ロボット１０間（マスタロボット１１とスレーブロボット１２間）の相対位置ずれは、構成要素としてのＸ軸直動機構部２９、Ｙ軸直動機構部３０、Ｚ軸直動機構部３１の直線移動、Ｘ軸回転機構部３２、Ｙ軸回転機構部３３、Ｚ軸回転機構部３４の回転移動の少なくとも１つの移動により許容可能に構成される。この多脚ロボット１０間の相対的位置ずれの許容により、多脚ロボット１０を傾かせるなど、多脚ロボット１０に移動を妨げる力が作用することが回避される。
尚、荷物把持機構１８の構成要素の機構部２９〜３４の取付順は一例であり、他の取付順であってもよい。また、回転機構部３２〜３４に代えてボールジョイント機構部を用いてもよい。更に、荷物把持機構１８は多軸マニピュレータのような多関節アーム機構などを用いてもよい。本実施形態は、ロボットの協調動作を実現するために必要な荷物把持機構１８の能力（機能）のみを限定するものであり、その能力（機能）を実現するための構造までを限定するものではない。

同期手段２４は、図１及び図４に示すように、マスタロボット１１とスレーブロボット１２の動作を同期させるものであり、マスタロボット１１及びスレーブロボット１２の通信装置１７による通信（マスタ−スレーブ通信２６、スレーブ−マスタ通信２７）の通信速度が高速である場合（例えば光通信等）には、この高速通信を送受信する通信装置１７が同期手段２４となる。この場合には、例えばスレーブロボット１２の通信装置１７（同期手段２４）が、マスタロボット１１の通信装置１７（同期手段２４）から発信されたマスタ−スレーブ通信２６（後述の修正スレーブ動作ベクトル４４を通信内容とする）を同期信号として受信することにより、スレーブロボット１２の動作が開始される。

また、マスタロボット１１及びスレーブロボット１２の通信装置１７による通信（マスタ−スレーブ通信２６、スレーブ−マスタ通信２７）の通信速度が遅い場合には、マスタロボット１１及びスレーブロボット１２の制御ユニット１４における内部時計の時刻を予め一致させておき、例えば、マスタロボット１１の同期手段２４としての通信装置１７からスレーブロボット１２の同期手段２４としての通信装置１７へ発信されるマスタ−スレーブ通信２６に動作開始時刻を添付し、このマスタ−スレーブ通信２６を同期信号として、前記動作開始時刻を基準にマスタロボット１１及びスレーブロボット１２の動作が開始されてもよい。

更に、マスタロボット１１及びスレーブロボット１２が、発光信号や電波信号などを用いて同期情報を送受信する同期専用の通信手段を同期手段２４として備え、例えば、スレーブロボット１２の光信号通信手段が、マスタロボット１１の光信号通信手段から発信された光信号を受信したときに、スレーブロボット１２の動作が開始されるようにしてもよい。

制御ユニット１４は、図１及び図５に示すように、多脚ロボット１０の胴部１９内に設置され、制御部３６、計装用インターフェース３７、通信用インターフェース３８、脚モータ駆動部３９及び荷物把持機構駆動部４０を備え、多脚ロボット１０の移動全般に関する処理を実行する。

つまり、制御ユニット１４の制御部３６は、ロボット間距離・角度計測装置１５または周囲空間計測装置１６からの計測データを、計測用インターフェース３７を経て取り込んで計測データを処理する。また、制御ユニット１４の制御部３６は、通信用インターフェース３８を介して、自身の通信装置１７と他の多脚ロボット１０の通信装置１７または外部コントローラ２５との間で送受信される通信データを処理する。更に、制御ユニット１４の制御部３６は、脚モータ駆動部３９を経て複数本の脚１３へ制御指令を送信して脚１３の関節２１、２２、２３のモータを駆動制御し、各脚１３の動作を制御する。また、制御ユニット１４の制御部３６は、荷物把持機構駆動部４０を経て荷物把持機構１８の各機構部２９〜３４の駆動を制御する。

更に、図１、図４及び図５に示すように、多脚ロボット１０がマスタロボット１１、スレーブロボット１２となって荷物１を運搬する場合、スレーブロボット１２の制御ユニット１４の制御部３６は、スレーブ動作計画としてのスレーブ動作ベクトルを作成し、また、マスタロボット１１の制御ユニット１４の制御部３６は、マスタ動作計画としてのマスタ動作ベクトルを設定し、修正マスタ動作計画としての修正マスタ動作ベクトル、及び修正スレーブ動作計画としての修正スレーブ動作ベクトルをそれぞれ作成する。

即ち、マスタロボット１１の制御ユニット１４の制御部３６は、マスタロボット１７の通信装置１７が遠隔操作用の外部コントローラ２５からオペレータの操作信号を受信したとき、外部コントローラ２５を操作するオペレータの指示により決定されるマスタロボット１１の移動方向及び移動量を、自身の次の動作のためのマスタ動作ベクトルとして設定する。また、スレーブロボット１２の制御ユニット１４の制御部３６は、スレーブロボット１２の周囲空間計測装置１６からの計測データを用いて自身の次の動作のためのスレーブ動作ベクトルを作成し、このスレーブ動作ベクトルをスレーブロボット１２の通信装置１７によりマスタロボット１１へ送信する。

マスタロボット１１の制御ユニット１４の制御部３６は、マスタロボット１１の通信装置１７がスレーブ動作ベクトルを受信したときに、自身のマスタ動作ベクトルと受信したスレーブ動作ベクトルとをそれぞれ修正して修正マスタ動作ベクトルと修正スレーブ動作ベクトルを作成する。マスタロボット１１の制御ユニット１４の制御部３６は、修正スレーブ動作ベクトルをマスタロボット１１の通信装置１７によりスレーブロボット１２へ送信すると共に、自身の修正マスタ動作ベクトルを実行してマスタロボット１１を移動させる。また、スレーブロボット１２の制御ユニット１４の制御部３６は、スレーブロボット１２の通信装置１７により受信した修正スレーブ動作ベクトルを実行してスレーブロボット１２を移動させる。

具体的には、図６に示すように、スレーブロボット１２の制御ユニット１４の制御部３６は、スレーブロボット１２の周囲に移動の妨げとなる障害物２（図４参照）が存在していないことを周囲空間計測装置１６からの計測データで確認した場合には、マスタロボット１１の前回の動作情報を参考にして、この動作情報に合わせた自身の次の動作のためのスレーブ動作ベクトル４２を作成する。障害物２が存在しない平坦な移動面３では、スレーブ動作ベクトル４２は、マスタロボット１１の制御ユニット１４の制御部３６が設定したマスタ動作ベクトル４１と一致する。スレーブロボット１２の制御ユニット１４の制御部３６は、通信装置１７用いたスレーブ−マスタ通信２７によって、作成したスレーブ動作ベクトル４２をマスタロボット１１へ送信する。

マスタロボット１１の制御ユニット１４の制御部３６は、受信したスレーブ動作ベクトル４２と自身のマスタ動作ベクトル４１が共に実行された場合におけるマスタロボット１１とスレーブロボット１２間の距離及び角度（方位）が、マスタロボット１１及びスレーブロボット１２の両荷物把持機構１８により把持される荷物１の荷物把持間隔に、マスタロボット１１及びスレーブロボット１２の両荷物把持機構１８が許容するロボット間の相対的位置ずれの許容範囲を加算した範囲に収まるか否かを判断する。つまり、マスタロボット１１の制御ユニット１４の制御部３６は、受信したスレーブ動作ベクトル４２と自身のマスタ動作ベクトル４１が共に実行された場合におけるマスタロボット１１とスレーブロボット１２間の距離及び角度（方位）の変化が、マスタロボット１１及びスレーブロボット１２の両荷物把持機構１８が許容するロボット間の相対的位置ずれの許容範囲に収まるか否かを判断する。

上述のようにマスタ動作ベクトル４１とスレーブ動作ベクトル４２とが一致しているときには、マスタロボット１１とスレーブロボット１２間の距離及び角度の変化は生じない。従って、マスタロボット１１の制御ユニット１４の制御部３６は、このマスタロボット１１とスレーブロボット１２間の距離及び角度の変化が、マスタロボット１１及びスレーブロボット１２の荷物把持機構１８が許容する前記許容範囲内にあると判断できるため、マスタ動作ベクトル４１をそのまま修正マスタ動作ベクトル４３とし、スレーブ動作ベクトル４２をそのまま修正スレーブ動作ベクトル４４として、この修正スレーブ動作ベクトル４４をマスタ−スレーブ通信２６によりスレーブロボット１２へ送信する。

マスタロボット１１の制御ユニット１４の制御部３６が修正マスタ動作ベクトル４３を実行してマスタロボット１１を移動させ、スレーブロボット１２の制御ユニット１４の制御部３６が修正スレーブ動作ベクトル４４を実行してスレーブロボット１２を移動させることにより、マスタロボット１１とスレーブロボット１２とは、互いの距離を一定に保持した状態で協調移動して、荷物１を運搬する。

また、図７に示すように、スレーブロボット１２の制御ユニット１４の制御部３６は、スレーブロボット１２の周囲に移動の妨げとなる障害物２が存在することを周囲空間計測装置１６からの計測データで確認した場合には、マスタロボット１１の前回の動作情報を参考に、マスタロボット１１との乖離が小さくなるようにこのマスタロボット１１に追従しつつ、障害物２を回避する自身の次の動作のためのスレーブ動作ベクトル４２を作成する。そして、スレーブロボット１２の制御ユニット１４の制御部３６は、通信装置１７を用いたスレーブ−マスタ通信２７によって、作成したスレーブ動作ベクトル４２をマスタロボット１１へ送信する。

マスタロボット１１の制御ユニット１４の制御部３６は、受信したスレーブ動作ベクトル４２と自身のマスタ動作ベクトル４１が共に実行された場合におけるマスタロボット１１とスレーブロボット１２間の距離及び角度（方位）が、マスタロボット１１及びスレーブロボット１２の両荷物把持機構１８により把持される荷物１の荷物把持間隔に、マスタロボット１１及びスレーブロボット１２の両荷物把持機構１８が許容するロボット間の相対的位置ずれの許容範囲を加算した範囲に収まるか否かを判断する。つまり、マスタロボット１１の制御ユニット１４の制御部３６は、受信したスレーブ動作ベクトル４２と自身のマスタ動作ベクトル４１とが共に実行された場合におけるマスタロボット１１とスレーブロボット１２間の距離及び角度（方位）の変化が、マスタロボット１１及びスレーブロボット１２の両荷物把持機構１８が許容するロボット間の相対的位置ずれの許容範囲に収まるか否かを判断する。

マスタロボット１１の制御ユニット１４の制御部３６は、マスタロボット１１とスレーブロボット１２間の距離及び角度の変化が、マスタロボット１１及びスレーブロボット１２の荷物把持機構１８が許容する前記許容範囲を超えると判断したとき、マスタロボット１１とスレーブロボット１２間距離及び角度の変化が前記許容範囲内に収まるように、マスタ動作ベクトル４１におけるマスタロボット１１の動作の移動方向及び移動量を共に変化させる修正マスタ動作ベクトル４３を作成し、また、スレーブ動作ベクトル４２におけるスレーブロボット１２の動作の移動方向を変化させず移動量を小さく制限する修正スレーブ動作ベクトル４４を作成する。

マスタロボット１１の制御ユニット１４の制御部３６は、作成した修正スレーブ動作ベクトル４４をマスタ−スレーブ通信２６によりスレーブロボット１２へ送信すると共に、作成した修正マスタ動作ベクトル４３を実行してマスタロボット１１を移動させる。また、スレーブロボット１２の制御ユニット１４の制御部３６は、受信した修正スレーブ動作ベクトル４４を実行してスレーブロボット１２を移動させる。これにより、マスタロボット１１とスレーブロボット１２とは、移動面に障害物２が存在する場合においても、互いの距離を一定に保持した状態で協調移動して、荷物１を運搬する。

以上のように構成されたことから、本第１実施形態によれば、次の効果（１）及び（２）を奏する。
（１）マスタロボット１１の制御ユニット１４の制御部３６は、スレーブロボット１２の制御ユニット１４の制御部３６が作成したスレーブ動作ベクトル４２を修正して修正スレーブ動作ベクトル４４を作成するので、スレーブロボット１２の周囲状況やスレーブロボット１２の仕様を把握してスレーブ動作ベクトル４２、修正スレーブ動作ベクトル４４を作成する必要がない。このため、マスタロボット１１にとってスレーブロボット１２の周囲状況や現在姿勢が未知であったり、マスタロボット１１とスレーブロボット１２の機種が異なる場合であっても、マスタロボット１１の制御ユニット１４の制御部３６に高い処理能力を要求することなく、マスタロボット１１とスレーブロボット１２の協調移動動作を好適に実施して、これらのマスタロボット１１及びスレーブロボット１２により荷物１を運搬することができる。

（２）特に、マスタロボット１１の制御ユニット１４の制御部３６は、スレーブロボット１２の制御ユニット１４の制御部３６が作成したスレーブ動作ベクトル４２を修正して修正スレーブ動作ベクトル４４を作成する際には、スレーブ動作ベクトル４２におけるスレーブロボット１２の動作の移動方向を変化させずに移動量を小さく制限して修正スレーブ動作のベクトル４４を作成している。このように、修正スレーブ動作ベクトル４４においては、スレーブロボット１２の動作の移動方向がスレーブ動作ベクトル４２と同一方向であるため、修正スレーブ動作ベクトル４４をスレーブロボット１２に実行させてスレーブロボット１２と障害物２との干渉を回避させる際に、マスタロボット１１の制御ユニット１４の制御部３６はスレーブロボット１２の周囲状況を把握する必要がない。また、修正スレーブ動作ベクトル４４においては、スレーブロボット１２の動作の移動量がスレーブ動作ベクトル４２の移動量よりも小さく制限されるので、マスタロボット１１とスレーブロボット１２とが異なる機種であったり、スレーブロボット１２がいかなる姿勢状態にあっても、マスタロボット１１の制御ユニット１４の制御部３６が作成した修正スレーブ動作ベクトル４４によって、スレーブロボット１２が移動不可能になることがない。このため、マスタロボット１１の制御ユニット１４の制御部３６に要求される状況把握能力を大幅に抑制することができる。

［Ｂ］第２実施形態（図８）
図８は、本発明に係る複数ロボットの制御システムにおける第２実施形態の制御ユニットを示すブロック図である。この第２実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第２実施形態の多脚ロボット５０が第１実施形態と異なる点は、第１実施形態のロボット間距離・角度計測装置１５（図５）を削除し、荷物把持機構１８の構成要素におけるＸ軸直動機構部２９、Ｙ軸直動機構部３０、Ｚ軸直動機構部３１の直線移動量を計測する荷物把持機構用センサ５１（例えばリニアエンコーダ）と、Ｘ軸回転機構部３２、Ｙ軸回転機構部３３、Ｚ軸回転機構部３４の回転移動量を計測する荷物把持機構用センサ５２（例えばロータリーエンコーダ）とをそれぞれ設置し、これらの荷物把持機構用センサ５１、５２の計測値に基づいて、複数の多脚ロボット５０間（マスタロボット１１、スレーブロボット１２間）の距離及び角度を計測するようにした点である。

つまり、スレーブロボット１２の制御ユニット５４の制御部５５は、スレーブロボット１２の荷物把持機構１８の荷物把持機構用センサ５１、５２により計測された荷物把持機構１８の各機構部２９〜３４の直線移動量、回転移動量を、通信装置１７を用いスレーブ−マスタ通信２７によってマスタロボット１１へ送信する。このマスタロボット１１の制御ユニット５４の制御部５５は、マスタロボット１１の荷物把持機構１８の荷物把持機構用センサ５１及び５２により計測された荷物把持機構１８の各機構部２９〜３４の直線移動量及び回転移動量、並びにスレーブロボット１２から送信された荷物把持機構１８の各機構部２９〜３４の直線移動量及び回転移動量と、マスタロボット１１及びスレーブロボット１２の両荷物把持機構１８により把持される荷物１の荷物把持間隔とに基づいて、この荷物１を把持するマスタロボット１１とスレーブロボット１２のロボット間距離及び角度を算出して計測する。

マスタロボット１１の制御ユニット５４の制御部５５は、このマスタロボット１１がマスタ動作ベクトル４１を実行し且つスレーブロボット１２がスレーブ動作ベクトル４２を実行したときのマスタロボット１１とスレーブロボット１２とのロボット間距離及び角度が、マスタロボット１１及びスレーブロボット１２の両荷物把持機構１８が把持する荷物１の荷物把持間隔に、荷物把持機構１８の各機構部２９〜３４が許容するマスタロボット１１、スレーブロボット１２間の相対的位置ずれの許容範囲を加算した範囲内にあるか否かを判断する。そして、この範囲を超えると判断したときに、マスタロボット１１の制御ユニット５４の制御部５５は、第１実施形態と同様に、マスタ動作ベクトル４１におけるマスタロボット１１の動作の移動方向及び移動量を共に変化させる修正マスタ動作ベクトル４３を作成し、スレーブ動作ベクトル４２におけるスレーブロボット１２の動作の移動方向を変化させずに移動量を小さく制限する修正スレーブ動作ベクトル４４を作成することで、マスタロボット１１、スレーブロボット１２間の距離を一定範囲内に保持する。

以上のように構成されたことから、本第２実施形態においても、第１実施形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏するほか、ロボット間距離・角度計測装置１５を削除することで多脚ロボット５０のコストを低減できる。

［Ｃ］第３実施形態（図９、図１０）
図９は、本発明に係る複数ロボットの制御システムにおける第３実施形態の制御ユニットを示すブロック図である。また、図１０は、図９の自律移動システムを示すブロック図である。この第３実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第３実施形態の多脚ロボット６０が第１実施形態と異なる点は、外部コントローラ２５を用いてオペレータにより遠隔操作されるものではなく、自律移動システム６１を搭載し、この自律移動システム６１により多脚ロボット６０が自身の移動方向及び移動量を決定して自律移動する点である。

自律移動システム６１は、図１０に示すように、データベース６２、現在位置計測手段６３、目標位置決定手段６４、経路計画手段６５及び移動決定手段６６を有して構成される。データベース６２は、多脚ロボット６０の移動フィールドの地図情報を格納する。

現在位置計測手段６３は、データベース６２の地図情報上で多脚ロボット６０の自身の現在位置を認識可能とするものであり、例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ；全地球測位システム）等である。また、目標位置決定手段６４は、予め設定されたタスクやオペレータの指示によって多脚ロボット６０が到達すべき目標位置を決定するものである。更に、経路計画手段６５は、現在位置計測手段６３により認識された現在位置と、目標位置決定手段６４により決定された目標位置と、データベース６２の地図情報とに基づいて、多脚ロボット６０の移動経路を算出する。また、移動決定手段６６は、経路計画手段６５により算出された移動経路に従い、ロボット６０の移動方向及び移動量を決定する。

図９に示す多脚ロボット６０の制御ユニット６７の制御部６８、特にマスタロボット１１の制御ユニット６７の制御部６８は、マスタロボット１１における自律移動システム６１の移動決定手段６６からのマスタロボット１１自身の移動方向及び移動量を、マスタ動作ベクトル４１として設定する。このマスタロボット１１の制御ユニット６７の制御部６８は、第１実施形態と同様にして、スレーブロボット１２からスレーブ動作ベクトル４２を受信したとき、このスレーブ動作ベクトル４２と前記マスタ動作ベクトル４１とから修正スレーブ動作ベクトル４４、修正マスタ動作ベクトル４３をそれぞれ作成して、マスタロボット１１とスレーブロボット１２との距離を一定範囲に保持し、これらのマスタロボット１１及びスレーブロボット１２により荷物１を運搬させる。

以上のように構成されたことから、本第３実施形態においても、第１実施形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏する。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、本第１実施形態では、多脚ロボット１０が移動面上の障害物２を乗り越える場合を述べたが、多脚ロボット１０が障害物２を左右に迂回するよう回避動作を行なう場合にも適用できる。つまり、多脚ロボット１０としてのマスタロボット１１及びスレーブロボット１２が障害物２を左右に迂回する場合にも、マスタ動作ベクトル４１とスレーブ動作ベクトル４２とが実行された場合におけるマスタロボット１１とスレーブロボット１２間の距離及び角度の変化が、荷物把持機構１８が許容するマスタロボット１１、スレーブロボット１２間の相対的位置ずれの許容範囲に収まるように、修正マスタ動作ベクトル４３及び修正スレーブ動作ベクトル４４を作成して、マスタロボット１１とスレーブロボット１２との距離を一定に保持した状態での移動を実現させる。

また、本第１実施形態では、前方の多脚ロボット１０をマスタロボット１１とし、後方の多脚ロボット１０をスレーブロボット１２とする場合を述べたが、後方の多脚ロボット１０をマスタロボット１１とし、前方の多脚ロボット１０をスレーブロボット１２としてもよい。

更に、３台以上の多脚ロボット１０が荷物１を協調して運搬してもよい。この場合には、複数台のうちの１台の多脚ロボット１０をマスタロボット１１とし、残りの複数台の多脚ロボット１０をスレーブロボット１２とする。この場合のスレーブロボット１２におけるそれぞれの制御ユニット１４の制御部３６は、自身のスレーブ動作ベクトル４２を作成して、このスレーブ動作ベクトル４２をスレーブ−マスタ通信２７により１台のマスタロボット１１へ送信する。このマスタロボット１１の制御ユニット１４の制御部３６は、受信した全てのスレーブ動作ベクトル４２と自身のマスタ動作ベクトル４１とを実行した場合における全ての多脚ロボット１０（マスタロボット１１、スレーブロボット１２）間距離及び角度の変化が、各多脚ロボット１０の荷物把持機構１８が許容する多脚ロボット１０間の相対的位置ずれの許容範囲に収まるようにマスタ動作ベクトル４１、スレーブ動作ベクトル４２を修正して、修正マスタ動作ベクトル４３、修正スレーブ動作ベクトル４４を作成する。

また、スレーブロボット１２が複数台ある場合において、一のスレーブロボット１２が障害物２を左に回避しようとし、他のスレーブロボット１２が別の障害物２を右に回避しようとするなど、マスタ動作ベクトル４１及びスレーブ動作ベクトル４２の修正を如何に行っても多脚ロボット１０間距離を一定に保持できる解が存在しない場合には、マスタロボット１１の制御ユニット１４の制御部３６は、自身の移動動作を一旦停止させて、マスタ動作ベクトル４１及びスレーブ動作ベクトル４２を別の方向に向けることで有効な解が存在するか否かを検討する。それでも有効な解が存在しない場合には、マスタロボット１１の制御ユニット１４の制御部３６は、マスタロボット１１及びスレーブロボット１２に移動した経路を逆に戻らせて別の移動経路を探索させてもよい。

１ 荷物
２ 障害物
１０ 多脚ロボット
１１ マスタロボット
１２ スレーブロボット
１３ 脚（移動手段）
１４ 制御ユニット（制御手段）
１５ ロボット間距離・角度計測装置（計測手段）
１６ 周囲空間計測装置（計測手段）
１７ 通信装置（通信手段）
１８ 荷物把持機構
２４ 同期手段
２５ 外部コントローラ
２６ マスタ−スレーブ通信
２７ スレーブ−マスタ通信
２９ Ｘ軸直動機構部（構成要素）
３０ Ｙ軸直動機構部（構成要素）
３１ Ｚ軸直動機構部（構成要素）
３２ Ｘ軸回転機構部（構成要素）
３３ Ｙ軸回転機構部（構成要素）
３４ Ｚ軸回転機構部（構成要素）
４１ マスタ動作ベクトル
４２ スレーブ動作ベクトル
４３ 修正マスタ動作ベクトル
４４ 修正スレーブ動作ベクトル
５０ 多脚ロボット
５１、５２ 荷物把持機構用センサ
５４ 制御ユニット（制御手段）
５５ 制御部
６０ 多脚ロボット
６１ 自律移動システム
６２ データベース
６３ 現在位置計測手段
６４ 目標位置決定手段
６５ 経路計画手段
６６ 移動決定手段
６７ 制御ユニット（制御手段）
６８ 制御部

Claims (11)

1. 複数台のロボットが協調移動動作を行う複数ロボットの制御システムであって、
   前記ロボットは、前記ロボット自体を移動させる移動手段と、前記ロボットの移動全般に関する処理を実行する制御手段と、前記ロボットの周囲状況を計測する計測手段と、少なくとも前記ロボット間での通信を行う通信手段とを有し、
   前記ロボットのうち１台が、前記ロボット全体の移動を決定するマスタロボットとされ、残りの前記ロボットが、前記マスタロボットに追従して移動するスレーブロボットとされ、
   前記スレーブロボットの前記制御手段は、前記スレーブロボットの前記計測手段からの計測情報を用いて自身の次の動作のためのスレーブ動作計画を作成して、前記通信手段により前記マスタロボットへ送信し、
   前記マスタロボットの前記制御手段は、前記スレーブ動作計画を受信して、自身の次の動作のためのマスタ動作計画、受信した前記スレーブ動作計画をそれぞれ修正して修正マスタ動作計画、修正スレーブ動作計画を作成すると共に、前記修正スレーブ動作計画を前記通信手段により前記スレーブロボットへ送信し、
   前記マスタロボットの前記制御手段は、前記修正マスタ動作計画を実行して前記マスタロボットを移動させ、前記スレーブロボットの前記制御手段は、前記修正スレーブ動作計画を実行して前記スレーブロボットを移動させるよう構成されたことを特徴とする複数ロボットの制御システム。
2. 前記ロボットは、複数台で荷物を運搬するために前記荷物を把持可能とする荷物把持機構を有し、
   この荷物把持機構は、前記荷物を介しての前記ロボット間の相対的位置ずれを、構成要素の直線移動と回転移動の少なくとも一方の移動により許容可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の複数ロボットの制御システム。
3. 前記マスタロボットの制御手段は、受信したスレーブ動作計画と自身のマスタ動作計画とが実行された場合におけるロボット間距離及び角度の変化が、荷物把持機構が許容する前記ロボット間の相対的位置ずれの許容範囲に収まるように、前記マスタ動作計画、前記スレーブ動作計画をそれぞれ修正して修正マスタ動作計画、修正スレーブ動作計画をそれぞれ作成するよう構成されたことを特徴とする請求項２に記載の複数ロボットの制御システム。
4. 前記マスタロボットでは、通信手段が遠隔操作用の外部コントローラからの信号を受信し、制御手段は、前記外部コントローラを操作するオペレータの指示により決定される前記マスタロボットの移動方向及び移動量をマスタ動作計画として設定するよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の複数ロボットの制御システム。
5. 前記マスタロボットは、移動フィールドの地図情報を格納したデータベースと、自身の現在位置を認識可能な現在位置計測手段と、目標位置を決定する目標位置決定手段と、前記現在位置、前記目標位置及び地図情報に基づいて自身の移動経路を算出する経路計画手段と、移動経路に従って自身の移動方向及び移動量を決定する移動決定手段とを備えた自律移動システムを有し、
   前記マスタロボットの移動手段は、前記自律移動システムからの前記マスタロボットの移動方向及び移動量をマスタ動作計画として設定するよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の複数ロボットの制御システム。
6. 前記スレーブロボットの制御手段は、前記スレーブロボットの周囲に移動の妨げとなる障害物が存在しないことを計測手段からの計測情報で確認した場合には、マスタロボットの前回の動作情報を参考にして、この動作情報に合わせた自身の次の動作のためのスレーブ動作計画を作成するよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の複数ロボットの制御システム。
7. 前記スレーブロボットの制御手段は、前記スレーブロボットの周囲に移動の妨げとなる障害物が存在することを計測手段からの計測情報で確認した場合には、マスタロボットの前回の動作情報を参考に、前記マスタロボットとの乖離が小さくなるように前記マスタロボットに追従しつつ、前記障害物を回避する自身の次の動作のためのスレーブ動作計画を作成するよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の複数ロボットの制御システム。
8. 前記マスタロボットの制御手段は、受信したスレーブ動作計画と自身のマスタ動作計画とを実行された場合におけるロボット間距離及び角度の変化が、荷物把持機構が許容するロボット間の相対的位置ずれの許容範囲内にあると判断したときには、前記スレーブ動作計画をそのまま修正スレーブ動作計画として前記スレーブロボットへ送信すると共に、前記マスタ動作計画をそのままそのまま修正マスタ動作計画として実行し、
   また、前記マスタロボットの前記制御手段は、受信した前記スレーブ動作計画と自身の前記マスタ動作計画とを実行された場合における前記ロボット間距離及び角度の変化が、前記荷物把持機構が許容する前記ロボット間の相対的位置ずれの許容範囲を超えると判断したときには、前記ロボット間距離及び角度の変化が前記許容範囲内に収まるように、前記マスタ動作計画における前記マスタロボットの動作の移動方向及び移動量を共に変化させる修正マスタ動作計画を作成して実行すると共に、前記スレーブ動作計画におけるスレーブロボットの動作の移動方向を変化させずに移動量を小さく制限する修正スレーブ動作計画を作成して、前記スレーブロボットへ送信させるよう構成されたことを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の複数ロボットの制御システム。
9. 前記ロボットは、マスタロボットとスレーブロボットの動作を同期させるための同期手段を有し、前記スレーブロボットの前記同期手段が前記マスタロボットの前記同期手段から発信された同期信号を受けることにより、前記スレーブロボットの動作が開始するよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の複数ロボットの制御システム。
10. 前記荷物把持機構は、構成要素の直線移動量及び回転移動量を計測するセンサを備え、
    ロボットの制御手段は、前記センサが計測した前記構成要素の直線移動量及び回転移動量と、前記荷物把持機構が把持する荷物把持間隔とに基づいて、荷物を把持する前記ロボット間の距離及び角度を算出して計測することを特徴とする請求項２乃至９のいずれか１項に記載の複数ロボットの制御システム。
11. 複数台のロボットが協調移動動作を行う複数ロボットの協調移動方法であって、
    前記ロボットのうち１台を、前記ロボット全体の移動を決定するマスタロボットとし、残りの前記ロボットを、前記マスタロボットに追従して移動するスレーブロボットとし、
    前記スレーブロボットは、自身の次の動作のためのスレーブ動作計画を作成して前記マスタロボットへ送信し、
    前記マスタロボットは、前記スレーブ動作計画を受信して、自身の次の動作のためのマスタ動作計画、受信した前記スレーブ動作計画をそれぞれ修正して修正マスタ動作計画、修正スレーブ動作計画を作成すると共に、前記修正スレーブ動作計画を前記スレーブロボットへ送信し、
    前記マスタロボットは、前記修正マスタ動作計画を実行して移動し、前記スレーブロボットは、前記修正スレーブ動作計画を実行して移動することを特徴とする複数ロボットの制御方法。

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