JP2021105751A - 制御装置、制御方法、および、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】移動体が回転運動および並進運動を行うタイミングにおいて、当該タイミングよりも前に特定された、当該移動体に関連する遅延情報に基づいて当該移動体の移動を制御することが可能な、制御装置、制御方法、および、プログラムを提案する。【解決手段】第１のタイミングに特定された、移動体に関連する遅延情報と、前記移動体が回転運動および並進運動を行う、前記第１のタイミングよりも後の第２のタイミングにおける前記移動体の目標の速度とに基づいて、前記第２のタイミングにおける前記移動体の移動を制御する制御部、を備える、制御装置。【選択図】図５

Description

本開示は、制御装置、制御方法、および、プログラムに関する。

従来、例えばオムニホイールやメカナムホイールなどの車輪を有する車両が各種開発されている。この車両は、ほぼ全方位に移動可能であり得る。

例えば、下記特許文献１には、全移動区間を複数の小区間に分割し、小区間ごとに車両の目標の移動速度を計算し、そして、小区間ごとに、計算された車両の目標の移動速度に基づいてオムニホイールの目標の回転速度を計算する全方向移動車両が記載されている。

特開２００３−３３０５４２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、全方向移動車両が回転運動および並進運動を行うタイミングにおいて、当該全方向移動車両に関連する遅延情報を当該タイミングよりも前に特定し、特定した遅延情報に基づいて制御を行うことは考慮されていなかった。

そこで、本開示では、移動体が回転運動および並進運動を行うタイミングにおいて、当該タイミングよりも前に特定された、当該移動体に関連する遅延情報に基づいて当該移動体の移動を制御することが可能な、新規かつ改良された制御装置、制御方法、および、プログラムを提案する。

本開示によれば、第１のタイミングに特定された、移動体に関連する遅延情報と、前記移動体が回転運動および並進運動を行う、前記第１のタイミングよりも後の第２のタイミングにおける前記移動体の目標の速度とに基づいて、前記第２のタイミングにおける前記移動体の移動を制御する制御部、を備える、制御装置が提供される。

また、本開示によれば、第１のタイミングに特定された、移動体に関連する遅延情報と、前記移動体が回転運動および並進運動を行う、前記第１のタイミングよりも後の第２のタイミングにおける前記移動体の目標の速度とに基づいて、プロセッサが、前記第２のタイミングにおける前記移動体の移動を制御すること、を含む、制御方法が提供される。

また、本開示によれば、コンピュータを、第１のタイミングに特定された、移動体に関連する遅延情報と、前記移動体が回転運動および並進運動を行う、前記第１のタイミングよりも後の第２のタイミングにおける前記移動体の目標の速度とに基づいて、前記第２のタイミングにおける前記移動体の移動を制御する制御部、として機能させるためのプログラムが提供される。

以上説明したように本開示によれば、移動体が回転運動および並進運動を行うタイミングにおいて、当該タイミングよりも前に特定された、当該移動体に関連する遅延情報に基づいて当該移動体の移動を制御することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本開示の各実施形態に共通する自律移動体１０の物理構成の例を示した図である。 各実施形態に係る自律移動体１０が回転運動および並進運動を同時に行う例を示した図である。 既存のロボット９０が回転運動および並進運動を同時に行う場面において、ロボット９０の目標の速度方向とロボット９０の実際の速度方向との差が生じる例を説明するための図である。 既存のロボット９０が回転運動および並進運動を同時に行う場面において、ロボット９０の目標の速度方向とロボット９０の実際の速度方向との差が生じる例を説明するための図である。 既存のロボット９０が回転運動および並進運動を同時に行う場面においてロボット９０の目標軌道と実際の軌道との間にズレが生じる例を示した図である。 各実施形態に係る自律移動体１０の機能構成の例を示したブロック図である。 本開示の第１の実施形態に係る処理の流れの例を示したフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。例えば、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、必要に応じて車輪１０２ａおよび車輪１０２ｂのように区別する。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。例えば、車輪１０２ａおよび車輪１０２ｂを特に区別する必要が無い場合には、単に車輪１０２と称する。

また、以下に示す項目順序に従って当該「発明を実施するための形態」を説明する。
１．概要
２．第１の実施形態
３．第２の実施形態
４．変形例

＜＜１．概要＞＞
本開示は、一例として「２．第１の実施形態」および「３．第２の実施形態」において詳細に説明するように、多様な形態で実施され得る。

＜１−１．物理構成＞
まず、各実施形態に係る自律移動体１０の物理構成について、図１を参照して説明する。自律移動体１０は、本開示に係る制御装置および移動体の一例である。

各実施形態において、自律移動体１０は、電気的および／または磁気的な作用を用いて自律的に移動可能な装置（機械）であり得る。自律移動体１０は、例えば地面、または、空中などを自律的に移動可能なロボットであり得る。但し、各実施形態はかかる例に限定されず、自律移動体１０は、電気的および／または磁気的な作用を用いて自律的に動作可能な機械（装置）あるいはその他一般的な移動体装置であればよい。例えば、自律移動体１０は、他の種類のロボット（例えばヒューマノイドロボットやドローンなど）、乗り物（例えば、車両、船舶、飛行体など）、各種の産業用機械、または、玩具などであってもよい。

また、自律移動体１０は、回転運動および並進運動（以下では、回転並進運動と称する場合がある）を同時に実行可能な装置（機械）であり得る。例えば、自律移動体１０は、全方位移動型の移動体であり得る。回転並進運動の具体例としては、例えば図２に示したような、自律移動体１０がある一点（対象物２０など）を凝視しながら移動すること、自律移動体１０が連続的に回転を行い、かつ、周囲の環境をセンシングしながら移動すること、または、任意の方向へ移動する他の移動体（例えば人や車など）をリアルタイムに追跡することなどが挙げられる。

図１は、各実施形態に係る自律移動体１０の物理構成の一例を示した図である。図１に示したように、自律移動体１０は、本体部１００、複数（例えば４個など）の車輪１０２、および、個々の車輪１０２を駆動するための一以上の車輪アクチュエータ１８４を有し得る。

｛１−１−１．車輪１０２｝
車輪１０２は、例えば、オムニホイール、または、メカナムホイールである。なお、自律移動体１０が有する複数の車輪１０２の種類は、基本的には全て同じ（例えば、オムニホイールもしくはメカナムホイール）であり得る。但し、本開示はかかる例に限定されず、当該複数の車輪１０２の中には、オムニホイールとメカナムホイールとが混在していてもよい。

例えば、各車輪１０２にメカナムホイールが用いられている場合、各車輪１０２の回転速度の違いによって自律移動体１０は任意の方向に速度を出すことが可能である。これにより、自律移動体１０は、全方位に移動可能であり得る。

｛１−１−２．車輪アクチュエータ１８４｝
個々の車輪アクチュエータ１８４は、少なくとも一つの車輪１０２に連結されているアクチュエータ（例えばモータなど）である。例えば、個々の車輪アクチュエータ１８４は、互いに異なる一つの車輪１０２に連結されている。

個々の車輪アクチュエータ１８４は、後述する制御部１５０の制御に従って、目標指令値に対応する力またはトルクを発生し得る。発生された力が、該当の車輪アクチュエータ１８４に対応する少なくとも一つの車輪１０２に伝達されることにより、当該少なくとも一つの車輪１０２が回転し得る。これにより、自律移動体１０は、回転運動および並進運動を行い得る。ここで、目標指令値は、例えば、自律移動体１０の目標の角度、目標の姿勢、目標の位置、または、目標の軌道などに関する指令値である。

｛１−１−３．本体部１００｝
本体部１００内には、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの、少なくとも一つの処理回路が配置され得る。さらに、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などの、少なくとも一つのメモリが本体部１００内に配置され得る。また、本体部１００内には、バッテリーが配置され得る。

また、本体部１００と個々の車輪アクチュエータ１８４との間には、当該バッテリーから電力を供給するための電源ケーブルが連結され得る。これにより、当該バッテリーから当該電源ケーブルを介して個々の車輪アクチュエータ１８４に対して、個々の車輪アクチュエータ１８４を駆動するための電力が供給され得る。

＜１−２．課題の整理＞
以上、各実施形態に係る自律移動体１０の物理構成について説明した。ところで、全方位に移動可能になり得るというメリットから、既存のロボットではメカナムホイールがしばしば利用されている。

一般的に、メカナムホイールはその機構上、回転運動および並進運動のそれぞれを実現するために同一のモータを使用する。このため、並進速度と回転速度とが同時に指示された場合、これらの速度を目標値通りに実現することが極めて困難であり、目標値からのずれが生じてしまうという問題がある。

ここで、図３Ａおよび図３Ｂを参照して、上記の内容についてより詳細に説明する。図３Ａおよび図３Ｂは、既存のロボット９０が回転運動および並進運動を同時に行う場面において、ロボット９０の目標の速度方向とロボット９０の実際の速度方向との差が生じる例を説明するための図である。図３Ａに示した例では、ロボット９０は、４個のメカナムホイールを有している。

一般的に、例えばアクチュエータや通信の遅延などの理由により、ロボット９０は、目標方向に対する目標の速度を瞬時に出すことはできない。このため、実際に指令速度が反映される頃にはロボット９０の角度が変わり得る。その結果、実際に生成したい速度ベクトルとは異なる方向の速度が生成され得る。例えば、図３Ａに示した例では、ロボット９０の当初の姿勢角は「３０度」である。一方、実際に指令速度が反映される頃には、図３Ｂに示したように、ロボット９０の姿勢角は「４０度」に代わっており、その結果、目的の速度方向と、実際に生成される速度方向との間にズレが生じている。上記の理由により、例えば図４に示したように、ロボット９０は、目標軌道に沿って移動することができず、目標軌道と実際の軌道との間にズレが生じ得る。

この問題を解決するための方法として、以下の２種類の方法が考えらえる。第１の方法として、そもそも回転と並進を同時に実行しないように運動を計画する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、例えば図２に示したような、特定の場所を向いたまま連続的に移動する動作を実現することができない。つまり、この方法では、ロボット９０が特定の場所を向いたまま滑らかに移動することはできない。

第２の方法として、目標の速度と実際の速度との誤差をフィードバックによって補正（修正）する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、誤差が生じてから対応するので、誤差の発生自体を防ぐことができない。従って、走行安定性が低く、また、振動などの問題が生じる恐れがある。さらに、上記の誤差を小さくするためには制御理論における安定性の技術などが必要となるので設計が難しいというデメリットもある。

そこで、上記事情を一着眼点にして、各実施形態に係る自律移動体１０を創作するに至った。各実施形態に係る自律移動体１０は、第１のタイミングに特定された、自律移動体１０に関連する遅延情報と、自律移動体１０が回転並進運動を行う、当該第１のタイミングよりも後の第２のタイミングにおける自律移動体１０の目標の速度とに基づいて、当該第２のタイミングにおける自律移動体１０の移動を制御する。このため、自律移動体１０が回転並進運動を行う際の自律移動体１０の目標の速度と実際の速度との差をより小さくすることができる。以下、各実施形態の内容について順次詳細に説明する。

＜＜２．第１の実施形態＞＞
＜２−１．機能構成＞
まず、本開示に係る第１の実施形態について説明する。最初に、第１の実施形態に係る自律移動体１０の機能構成について、図５を参照して説明する。図５は、第１の実施形態に係る自律移動体１０の機能構成の一例を示したブロック図である。図５に示したように、自律移動体１０は、制御部１５０、駆動機構１８０、地図ＤＢ１９０、および、外界センサー部１９２を有し得る。以下では、上記の説明と重複する内容については説明を省略する。

｛２−１−１．外界センサー部１９２｝
外界センサー部１９２は、自律移動体１０の外界情報をセンシングするように構成されている。当該外界情報は、自律移動体１０の周囲の環境に関する情報であり得る。例えば、当該外界情報は、自律移動体１０の周囲の撮像画像、自律移動体１０から他の各物体までの距離、自律移動体１０の周囲の音、自律移動体１０の周囲の地磁気、および／または、自律移動体１０の周囲における無線通信用の電波状況などを含み得る。

外界センサー部１９２は、例えば、カメラ（イメージセンサ）、ＬＩＤＡＲ（ＬＩｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）、デプスセンサ（例えばＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）センサやステレオカメラなど）、および／または、磁気センサなどを含んで構成され得る。さらに、外界センサー部１９２は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＷｉ‐Ｆｉ（登録商標）などの所定の通信規格に沿った通信用の通信インターフェースなどを含んでもよい。さらに、外界センサー部１９２は、例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）やＧＬＯＮＡＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）などの測位衛星から測位信号を受信する受信機を含んでもよい。

｛２−１−２．地図ＤＢ１９０｝
地図ＤＢ１９０は、実世界の地図情報が格納されているデータベースであり得る。地図ＤＢ１９０は、外界センサー部１９２によるセンシング結果に基づいて生成されてもよいし、または、人的作業により生成されてもよい。

｛２−１−３．制御部１５０｝
制御部１５０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの処理回路を含んで構成され得る。さらに、制御部１５０は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などのメモリを含んで構成されてもよい。

制御部１５０は、自律移動体１０の動作を統括的に制御し得る。例えば、制御部１５０は、第１のタイミングに特定された、自律移動体１０に関連する遅延情報と、自律移動体１０が回転並進運動を行う、当該第１のタイミングよりも後の第２のタイミングにおける自律移動体１０の目標の速度とに基づいて、当該第２のタイミングにおける自律移動体１０の移動を制御する。なお、具体的な内容については後述する。

また、図５に示したように、制御部１５０は、自己位置推定部１６０、および、制御計算部１７０を有する。

｛２−１−４．自己位置推定部１６０｝
自己位置推定部１６０は、外界センサー部１９２によるセンシング結果に基づいて、現在の自律移動体１０の位置および姿勢（以下、これらを纏めて「自律移動体１０の自己位置」と称する場合がある）を推定する。例えば、自己位置推定部１６０は、さらに、地図ＤＢ１９０に格納されている情報、および、後述する内界センサー部１８６によるセンシング結果を用いて、自律移動体１０の自己位置を推定する。

一例として、自己位置推定部１６０は、地図ＤＢ１９０に格納されている情報、（外界センサー部１９２に含まれる）ＬＩＤＡＲによるセンシング結果、（内界センサー部１８６に含まれる）ＩＭＵによるセンシング結果、および、（内界センサー部１８６に含まれる）車輪エンコーダによるセンシング結果を用いることにより、自律移動体１０の自己位置を推定してもよい。または、自己位置推定部１６０は、（外界センサー部１９２に含まれる）ステレオカメラによるセンシング結果、（内界センサー部１８６に含まれる）ＩＭＵによるセンシング結果、および、（外界センサー部１９２に含まれる）ＧＰＳによるセンシング結果を用いることにより、自律移動体１０の自己位置を推定してもよい。

（２−１−４−１．変形例）
変形例として、自己位置推定部１６０は、外界センサー部１９２の一部または全部によるセンシング結果の代わりに、自律移動体１０が位置する環境内に配置されている複数のセンサ（カメラなど）による自律移動体１０の位置に関するセンシング結果を用いることにより、自律移動体１０の自己位置を推定してもよい。

｛２−１−５．内界センサー部１８６｝
内界センサー部１８６は、例えば所定の周期ごとに自律移動体１０の内界情報をセンシングするように構成されている。当該内界情報は、自律移動体１０の内部の状態を示す情報であり得る。例えば、当該内界情報は、自律移動体１０の速度、自律移動体１０の加速度、自律移動体１０の相対位置、または、自律移動体１０の角速度を含む。

例えば、内界センサー部１８６は、後述する車輪アクチュエータ１８４に連結されている車輪エンコーダ、ＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）、３軸加速度センサー、３軸ジャイロセンサ、および／または、エンコーダなどを含む。なお、内界センサー部１８６の一部または全部は、後述する駆動機構１８０に含まれ得る。

｛２−１−６．制御計算部１７０｝
図５に示したように、制御計算部１７０は、指令速度・角速度計算部１７２、および、制御遅延計算部１７４を有する。

｛２−１−７．指令速度・角速度計算部１７２｝
指令速度・角速度計算部１７２は、事前またはリアルタイムに特定された、自律移動体１０に関連する遅延情報、自己位置推定部１６０による推定結果、および、前述した目標指令値に基づいて、自律移動体１０を駆動するための指令速度（速度の指令値）を計算する。また、当該指令速度は、後述する駆動機構１８０へ送られ、そして、当該指令速度に沿って自律移動体１０が移動し得る。

例えば、自律移動体１０の移動中に、指令速度・角速度計算部１７２は、まず、与えられた目標指令値（目標運動や目標軌道など）と、自己位置推定部１６０により推定された自己位置とを照合する。そして、指令速度・角速度計算部１７２は、上記の自律移動体１０に関連する遅延情報と、この照合結果とに基づいて、次のタイミングにおける指令速度を計算する。ここで、当該次のタイミングは、本開示に係る第２のタイミングの一例である。

第１の実施形態では、自律移動体１０に関連する遅延情報は、自律移動体１０の所定の処理に関連する遅延パラメータを含み得る。例えば、当該所定の処理に関連する遅延パラメータは、自律移動体１０が当該所定の処理を行うことに基づき発生するむだ時間を含む。ここで、当該所定の処理は、例えば、各種の計算処理、および、各種の通信処理（例えば、自律移動体１０内での各種の情報（例えば、各種の制御信号など）の通信処理や、外部の装置（例えば汎用ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）やスマートフォンなど）と自律移動体１０との通信処理など）を含む。また、第１の実施形態では、当該むだ時間δは、指令速度と実際の速度との時間差として定義され得る。

（２−１−７−１．具体例）
ここで、上記の指令速度の計算例についてより詳細に説明する。今、実際の速度（ｖ＿ａｃｔｕａｌ）を以下の数式（１）、また、指令速度（ｖ＿ｒｅｆ）を以下の数式（２）のようにそれぞれ定める。

この場合、実際の速度（ｖ＿ａｃｔｕａｌ）と指令速度（ｖ＿ｒｅｆ）との関係式は、一般的に、以下の数式（３）のようになり得る。なお、ｔは、時間を示す変数である。

つまり、むだ時間が存在する場合、角速度ωを一定値と仮定すると、指令速度（ｖ＿ｒｅｆ）と実際の速度（ｖ＿ａｃｔｕａｌ）との間には、以下の数式（４）のように、行列Ｔに相当する誤差が生じ得る。なお、行列Ｔは、数式（５）のように定義され得る。

既存の技術では、当該誤差が実際に生じた後に、フィードバックにより当該誤差を補正する。一方、第１の実施形態に係る指令速度・角速度計算部１７２は、当該誤差をフィードフォワードを用いて予め取り除き得る。より具体的に説明すると、まず、遅延のない、目標の速度（理想的な速度）（ｖ＿ｉｄｅａｌ）を以下の数式（６）のように定めたとする。この場合、指令速度・角速度計算部１７２は、以下の数式（７）のように、目標の速度（ｖ＿ｉｄｅａｌ）に対して、Ｔの逆行列を掛けることにより、（最終的な）指令速度（ｖ＿ｒｅｆ）を計算し得る。

前述したように、指令速度と実際の速度との差は上記の数式（４）のようになり得るので、この計算例によれば、以下の数式（８）のように、実際の速度が目標の速度と同一になり得る。従って、自律移動体１０が回転並進動作を行うタイミング（換言すれば、むだ時間が発生するタイミング）であっても、目標の速度通りに自律移動体１０を移動させることが可能になる。

（２−１−７−２．δの推定）
なお、上記の自律移動体１０に関連する遅延情報（例えばδ）は、予め自律移動体１０が有する記憶部（図示省略）に記憶されていてもよい。または、当該遅延情報は、自律移動体１０の移動中に、後述する制御遅延計算部１７４により例えばリアルタイムに特定されてもよい。このようにδの値は、オフラインで計算されてもよいし、オンラインで計算されてもよい。

一例として、所定の条件（例えば、自律移動体１０に載せられている荷物の重量が所定の閾値以上になった場合など）が満たされるまでの間は、指令速度・角速度計算部１７２は、記憶部に記憶されている、自律移動体１０に関連する遅延情報を用いることにより、指令速度を計算してもよい。また、当該所定の条件が満たされた場合以降は、指令速度・角速度計算部１７２は、制御遅延計算部１７４により例えばリアルタイムに計算される、自律移動体１０に関連する遅延情報を用いることにより、指令速度を計算してもよい。

｛２−１−８．制御遅延計算部１７４｝
制御遅延計算部１７４は、指令速度・角速度計算部１７２により計算された指令速度と、例えば、内界センサー部１８６によるセンシング結果などに基づいて算出された、自律移動体１０の実際の速度との差に基づいて、上記の自律移動体１０に関連する遅延情報を特定する。例えば、自律移動体１０の移動中に、制御遅延計算部１７４は、まず、指令速度・角速度計算部１７２により直前のタイミングに計算された指令速度と、内界センサー部１８６によるセンシング結果に基づいて算出された、当該直前のタイミングにおける自律移動体１０の実際の速度との差を算出する。そして、制御遅延計算部１７４は、上記の自律移動体１０に関連する遅延情報を当該差に基づいて特定する。ここで、当該直前のタイミングは、本開示に係る第１のタイミングの一例であり、第１のタイミングとして他のタイミングが用いられてもよい。例えば、制御遅延計算部１７４は、直前のタイミングにおける上記の速度差に加えて、または代えて、過去のセンシング結果を用いて、過去のタイミングにおける上記の速度差に基づいて自律移動体１０に関連する遅延情報を特定してもよい。

例えば、制御遅延計算部１７４は、観測された遅れ（例えば、「直前のタイミングにおける目標の速度と当該直前のタイミングにおける実際の速度との差」など）の平均を取るような直接的な方法を用いることにより、δの値を推定してもよい。または、制御遅延計算部１７４は、例えば、最小二乗法、または、拡張カルマンフィルタなどの既存のアルゴリズムを用いることによりδの値を推定してもよい。または、制御遅延計算部１７４は、当該直接的な方法と当該既存のアルゴリズムとを併用してもよい。

通常、δ（むだ時間）は、通信遅延などに起因する。このため、制御遅延計算部１７４は、自己位置が観測された際の時刻と、例えば車輪アクチュエータ１８４が指令値（例えば、指令速度）を受け取った時刻との差を一回以上求めることにより、δの値を推定してもよい。

｛２−１−９．駆動機構１８０｝
駆動機構１８０は、自律移動体１０を駆動するための機構である。図５に示したように、駆動機構１８０は、トルク・電流計算部１８２、車輪アクチュエータ１８４、および、内界センサー部１８６を有する。

｛２−１−１０．トルク・電流計算部１８２｝
トルク・電流計算部１８２は、指令速度・角速度計算部１７２により計算された指令速度と、内界センサー部１８６によるセンシング結果とに基づいて、当該指令速度に対応する、電流の指令値および／またはトルクの指令値を計算する。つまり、トルク・電流計算部１８２は、自律移動体１０の（実際の）速度が、指令速度・角速度計算部１７２から受け取った指令速度と同一になるように、車輪アクチュエータ１８４を駆動する電流の指令値やトルクの指令値を計算し得る。

例えば、内界センサー部１８６によるセンシング結果は、トルク・電流計算部１８２に逐次フィードバックされ得る。そして、トルク・電流計算部１８２は、指令速度・角速度計算部１７２により逐次計算された指令速度と、内界センサー部１８６から逐次取得されるセンシング結果とに基づいて、当該指令速度に対応する、電流の指令値および／またはトルクの指令値を逐次計算し得る。

｛２−１−１１．変形例｝
第１の実施形態に係る自律移動体１０の構成は、前述した例に限定されない。例えば、前述したトルク・電流計算部１８２は、指令速度・角速度計算部１７２に統合（一体化）されていてもよい。この場合、指令速度・角速度計算部１７２が、指令速度（または、指令角速度）だけでなく、当該指令速度に対応する電流の指令値や出力トルクの指令値を自ら計算し得る。

＜２−２．処理の流れ＞
以上、第１の実施形態に係る自律移動体１０の機能構成について説明した。次に、第１の実施形態に係る処理の流れについて、図６を参照して説明する。図６は、第１の実施形態に係る処理の流れの一例を示したフローチャートである。

図６に示したように、例えば目的地に対する移動指示が外部の装置から受信された際などに、自律移動体１０は、当該目的地へ向かって移動を開始する（Ｓ１０１）。

その後、当該目的地に到着するまでの間（Ｓ１０３：Ｎｏ）、自律移動体１０は、後述するＳ１０５〜Ｓ１１５の処理を繰り返す。なお、当該目的地に到着した際（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、当該処理は終了する。

具体的には、まず、自律移動体１０の制御遅延計算部１７４は、直前のタイミングにおける内界センサー部１８６によるセンシング結果などに基づいて、当該直前のタイミングにおける自律移動体１０の実際の速度を計算する（Ｓ１０５）。

続いて、制御遅延計算部１７４は、当該直前のタイミングにおける目標の速度と、Ｓ１０５で計算された実際の速度との差を計算する。そして、制御遅延計算部１７４は、上記の自律移動体１０に関連する遅延情報（例えばδ）を、この差に基づいて特定する（Ｓ１０７）。

続いて、自己位置推定部１６０は、外界センサー部１９２によるセンシング結果、および、地図ＤＢ１９０に格納されている情報などに基づいて、自律移動体１０の現在の自己位置（位置および姿勢）を推定する（Ｓ１０９）。

続いて、指令速度・角速度計算部１７２は、次のタイミングにおける目標指令値（例えば、自律移動体１０が移動すべき目標軌道または姿勢など）と、Ｓ１０９で推定された自己位置とに基づいて、次のタイミングにおける目標の速度を計算する（Ｓ１１１）。

続いて、指令速度・角速度計算部１７２は、Ｓ１１１で計算された目標の速度と、Ｓ１０７で特定された遅延情報（例えばδ）とに基づいて、当該次のタイミングにおける指令速度を計算する（Ｓ１１３）。

続いて、トルク・電流計算部１８２は、Ｓ１１３で計算された指令速度に対応する電流の指令値またはトルクの指令値を計算する。その後、車輪アクチュエータ１８４は、計算された指令値に対応する力を当該次のタイミングにおいて発生させることにより、自律移動体１０は移動する（Ｓ１１５）。

＜２−３．効果＞
｛２−３−１．効果１｝
以上説明したように、第１の実施形態に係る自律移動体１０は、第１のタイミングに特定された、自律移動体１０に関連する遅延情報と、自律移動体１０が回転並進運動を行う、当該第１のタイミングよりも後の第２のタイミングにおける自律移動体１０の目標の速度とに基づいて、当該第２のタイミングにおける自律移動体１０の移動を制御する。このため、自律移動体１０が回転並進運動を行う際の自律移動体１０の目標の速度と実際の速度との差をより小さくすることができる。その結果、例えば振動の発生を大幅に抑制することができるなど、自律移動体１０の移動の安定性が向上する。

例えば、自律移動体１０は、第１のタイミングに特定された、自律移動体１０の所定の処理（例えば各種の計算処理や各種の通信処理など）に関連する遅延パラメータを考慮したフィードフォワード制御を行うことにより、自律移動体１０が回転並進運動を行う際に発生し得る運動誤差（具体的には、目標の速度と実際の速度との誤差）を予め大幅に小さくすることができる。これにより、自律移動体１０が例えば図２に示したような回転並進運動を行う場面において、目標速度の追従誤差を生じさせないようにすることができる。従って、例えば、メカナムホイールまたはオムニホイールを用いた既存の移動体と比較して、より滑らかで、かつ、より安定的な運動（走行）を実現することができる。

｛２−３−２．効果２｝
通常、既存の自己位置推定技術では、誤差や振動が生じ得る。特に、暗所などで自己位置推定の精度が低くなり得る。このため、自己位置推定と、誤差を抑制するフィードバック制御とが併用されると、機体の発振が生じ得る。一方、フィードフォワード制御においては、このような発振現象は生じないので、自律移動体１０を安定的に移動させることが可能となる。

＜＜３．第２の実施形態＞＞
以上、第１の実施形態について説明した。次に、本開示に係る第２の実施形態について説明する。後述するように、第２の実施形態によれば、自律移動体１０が回転並進運動を行う場面において、自律移動体１０の駆動（例えば車輪アクチュエータ１８４の駆動遅延など）に関連する遅れを考慮したフィードフォワード制御を行うことができる。

第２の実施形態では、自律移動体１０に関連する遅延情報は、自律移動体１０の駆動に関連する遅延パラメータを含み得る。例えば、自律移動体１０の駆動に関連する遅延パラメータは、自律移動体１０が有する少なくとも一つのアクチュエータ（例えば車輪アクチュエータ１８４など）の駆動に関連する一次遅れ系の時定数を含む。

例えば、アクチュエータモデルを以下の数式（９）のように近似したときのτが、当該時定数（遅延パラメータ）であり得る。

なお、第２の実施形態に係る自律移動体１０に含まれる各構成要素は、図５に示した第１の実施形態と同様であり得る。以下では、第１の実施形態とは異なる内容についてのみ説明することとし、同一の内容については説明を省略する。

＜３−１．機能構成＞
｛３−１−１．指令速度・角速度計算部１７２｝
第２の実施形態に係る指令速度・角速度計算部１７２は、以下の数式（１０）のように、目標の速度（ｖ＿ｉｄｅａｌ）に対して、τを含む所定の行列を掛けることにより、（最終的な）指令速度（ｖ＿ｒｅｆ）を計算し得る。

｛３−１−２．制御遅延計算部１７４｝
第２の実施形態に係る制御遅延計算部１７４は、上記の数式（９）が変形された以下の数式（１１）を用いることによりτ（時定数）を計算し得る。

例えば、所定の時刻の間隔で取得された、自律移動体１０の速度ｖ（ｔ）のデータをＶ、ｖ＿ｒｅｆ（ｔ−δ）のデータをＶ＿ｒｅｆとすると、制御遅延計算部１７４は、以下の数式（１２）により、τの最小二乗推定値を算出してもよい。

または、制御遅延計算部１７４は、第１の実施形態で述べた方法と概略同様の方法を用いることにより、τを計算してもよい。

＜３−２．効果＞
以上説明したように、第２の実施形態によれば、自律移動体１０の駆動（例えば車輪アクチュエータ１８４の駆動遅延など）に関連する一次遅れ系の時定数を考慮したフィードフォワード制御を行うことができる。このため、自律移動体１０が回転並進運動を行う際に発生し得る運動誤差を大幅に抑制することができる。

一般的に、自律移動体１０の質量が増加した場合（例えば自律移動体１０に荷物が載せられた場合など）には、車輪アクチュエータ１８４（モーター）の時定数が増加する。従って、このような場合、既存の技術では、指令速度と実際の速度との差が、より大きくなってしまう。一方、第２の実施形態によれば、当該時定数を考慮したフィードフォワード制御を行うので、このような場合であっても、自律移動体１０が回転並進運動を行う際に発生し得る運動誤差を大幅に抑制することができる。

＜３−３．変形例＞
第２の実施形態は、前述した例に限定されない。例えば、制御遅延計算部１７４は、第１の実施形態に係る指令速度の計算方法と、第２の実施形態に係る指令速度の計算方法との組み合わせに基づいて、（最終的な）指令速度を計算することも可能である。一例として、自律移動体１０の運動のダイナミクスが、以下の数式（１３）のようになると仮定する。

この場合、指令速度・角速度計算部１７２は、以下の数式（１４）のように、遅延パラメータδを含む変換行列と、遅延パラメータτを含む変換行列とを、目標の速度（ｖ＿ｉｄｅａｌ）に対して掛けることにより、（最終的な）指令速度（ｖ＿ｒｅｆ）を計算してもよい。

＜＜４．変形例＞＞
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示はかかる例に限定されない。本開示の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

＜４−１．変形例１＞
例えば、各実施形態に係るフィードフォワード制御（例えば、制御計算部１７０による指令速度の計算処理など）と既存のフィードバック制御とは組み合わされて適用されてもよい。つまり、各実施形態に係る制御部１５０は、上記の第２のタイミングにおける自律移動体１０の目標の速度と、当該第２のタイミングにおける自律移動体１０の実際の速度のセンシング結果との差に基づいて、この差を補正するように当該第２のタイミングの後の自律移動体１０の移動を制御してもよい。なお、各実施形態に係るフィードフォワード制御は、誤差を発生させないようにする方法であるのに対して、既存のフィードバック制御は、遅延によって生じた誤差を補正する方法である。このため、各実施形態に係るフィードフォワード制御と既存のフィードバック制御とは、容易に組み合わせ可能であり得る。

より具体的には、自律移動体１０は、まず、自律移動体１０に関連する遅延情報と、次のタイミングにおける自律移動体１０の目標の速度とに基づいて指令速度を計算し、そして、当該指令速度に基づいて車輪アクチュエータ１８４の駆動を制御してもよい。その後、自律移動体１０は、内界センサー部１８６によるセンシング結果に基づいて算出された当該次のタイミングにおける自律移動体１０の実際の速度と、当該次のタイミングにおける上記の指令速度との差に基づいて、既存のフィードバック制御を行ってもよい。

これにより、自律移動体１０が回転並進運動を行う際に発生し得る運動誤差をさらに小さくすることが可能となる。例えば、弱いフィードバック制御が用いられる場合であっても、運動誤差をさらに小さくすることができる。従って、自律移動体１０の動作の安定性がさらに向上する。例えば、ノイズにより、自己位置推定部１６０による推定結果が振動する場合であっても、自律移動体１０は、発振することなく、運動することができる。

＜４−２．変形例２＞
前述した各実施形態は、例えばメカナムホイールやオムニホイールを有する車両に適用される例を中心に説明したが、本開示はかかる例に限定されない。各実施形態は、回転並進運動を行うシステム全般に適用可能である。

例えば、各実施形態に係る自律移動体１０は、飛行体（ドローンなど）であってもよい。この場合、例えば、撮影目標（例えば別の飛行物体など）に対してカメラを向けた姿勢のままで、当該撮影目標に当該飛行体が追従する時（例えば当該撮影目標の撮影時）などの動作時において、当該飛行体は、事前またはリアルタイムに特定された、当該飛行体に関連する遅延情報と、当該飛行体の目標の速度とに基づいて、当該飛行体の飛行を制御してもよい。

なお、当該飛行体は、３次元空間において回転するので、前述した各数式（１）〜（１４）は、３次元の式に変更される必要がある。当該飛行体は、変更後の各数式により、例えば指令速度などを計算し得る。

＜４−３．変形例３＞
前述した各実施形態では、本開示に係る制御装置が自律移動体１０である例について説明したが、本開示はかかる例に限定されない。当該制御装置は、自律移動体１０とは異なる装置であってもよい。例えば、当該制御装置は、サーバ、汎用ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、タブレット型端末、ゲーム機、スマートフォンなどの携帯電話、例えばＨＭＤ（Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ）やスマートウォッチなどのウェアラブルデバイス、車載装置（カーナビゲーション装置など）、または、別のロボット（例えばヒューマノイドロボットやドローンなど）であってもよい。

この場合、当該制御装置が、所定のネットワーク（例えば、インターネット、各種のＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、または、電話回線網など）を介して自律移動体１０の行動を制御し得る。例えば、当該制御装置は、まず、事前またはリアルタイムに特定された、自律移動体１０に関連する遅延情報と、自律移動体１０が回転並進運動を行う次のタイミングにおける自律移動体１０の目標の速度とに基づいて、当該次のタイミングにおける自律移動体１０の移動を制御してもよい。

＜４−４．変形例４＞
また、前述した処理の流れにおける各ステップは、必ずしも記載された順序に沿って処理されなくてもよい。例えば、各ステップは、適宜順序が変更されて処理されてもよい。また、各ステップは、時系列的に処理される代わりに、一部並列的に又は個別的に処理されてもよい。また、記載されたステップのうちの一部が省略されたり、または、別のステップがさらに追加されてもよい。

また、前述した各実施形態によれば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、およびＲＡＭなどのハードウェアを、前述した各実施形態に係る自律移動体１０の各構成要素（例えば制御部１５０など）と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも提供可能である。また、当該コンピュータプログラムが記録された記録媒体も提供される。

また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
第１のタイミングに特定された、移動体に関連する遅延情報と、前記移動体が回転運動および並進運動を行う、前記第１のタイミングよりも後の第２のタイミングにおける前記移動体の目標の速度とに基づいて、前記第２のタイミングにおける前記移動体の移動を制御する制御部、
を備える、制御装置。
（２）
前記移動体に関連する遅延情報は、前記移動体の所定の処理に関連する遅延パラメータ、および、前記移動体の駆動に関連する遅延パラメータのうちの少なくとも一つを含む、前記（１）に記載の制御装置。
（３）
前記移動体の所定の処理に関連する遅延パラメータは、前記移動体が前記所定の処理を行うことに基づき発生するむだ時間を含み、
前記移動体の駆動に関連する遅延パラメータは、前記移動体が有する少なくとも一つのアクチュエータの駆動に関連する時定数を含む、前記（２）に記載の制御装置。
（４）
前記移動体に関連する遅延情報は、前記移動体が前記所定の処理を行うことに基づき発生するむだ時間を少なくとも含む、前記（３）に記載の制御装置。
（５）
前記移動体に関連する遅延情報は、前記移動体が有する少なくとも一つのアクチュエータの駆動に関連する時定数を少なくとも含む、前記（３）または（４）に記載の制御装置。
（６）
前記少なくとも一つのアクチュエータの駆動に関連する時定数は、前記少なくとも一つのアクチュエータの駆動に関連する一次遅れ系の時定数である、前記（５）に記載の制御装置。
（７）
さらに、前記制御部は、前記第２のタイミングにおける前記移動体の目標の速度と、前記第２のタイミングにおける前記移動体の実際の速度のセンシング結果との差に基づいて、当該差を補正するように前記第２のタイミングの後の前記移動体の移動を制御する、前記（３）〜（６）のいずれか一項に記載の制御装置。
（８）
前記制御部は、前記第１のタイミングにおける前記移動体の目標の速度と、前記第１のタイミングにおける前記移動体の実際の速度のセンシング結果とに基づいて、前記移動体に関連する遅延情報を特定し、かつ、
特定した前記移動体に関連する遅延情報と、前記第２のタイミングにおける前記移動体の目標の速度とに基づいて、前記第２のタイミングにおける前記移動体の移動を制御する、前記（３）〜（７）のいずれか一項に記載の制御装置。
（９）
前記第１のタイミングに特定された前記移動体に関連する遅延情報を記憶する記憶部をさらに備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記移動体に関連する遅延情報と、前記第２のタイミングにおける前記移動体の目標の速度とに基づいて、前記第２のタイミングにおける前記移動体の移動を制御する、前記（３）〜（７）のいずれか一項に記載の制御装置。
（１０）
さらに、前記制御部は、特定した前記移動体に関連する遅延情報と、前記第２のタイミングにおける前記移動体の目標の速度とに基づいて、前記第２のタイミングにおける前記移動体の指令速度を計算し、かつ、
計算した前記第２のタイミングにおける前記移動体の指令速度に基づいて、前記第２のタイミングにおける前記移動体の移動を制御する、前記（８）または（９）に記載の制御装置。
（１１）
前記移動体に関連する遅延情報は、前記移動体が前記所定の処理を行うことに基づき発生するむだ時間、および、前記移動体が有する少なくとも一つのアクチュエータの駆動に関連する時定数を含む、前記（１０）に記載の制御装置。
（１２）
前記移動体は、全方位移動型の移動体である、前記（１０）または（１１）に記載の制御装置。
（１３）
前記移動体は、複数のメカナムホイールまたは複数のオムニホイールを有し、
前記制御部は、前記複数のメカナムホイールまたは前記複数のオムニホイールに連結されている一以上のアクチュエータの各々を制御することにより前記移動体の移動を制御する、前記（１０）〜（１２）のいずれか一項に記載の制御装置。
（１４）
前記制御装置は、前記移動体である、前記（１０）〜（１３）のいずれか一項に記載の制御装置。
（１５）
第１のタイミングに特定された、移動体に関連する遅延情報と、前記移動体が回転運動および並進運動を行う、前記第１のタイミングよりも後の第２のタイミングにおける前記移動体の目標の速度とに基づいて、プロセッサが、前記第２のタイミングにおける前記移動体の移動を制御すること、
を含む、制御方法。
（１６）
コンピュータを、
第１のタイミングに特定された、移動体に関連する遅延情報と、前記移動体が回転運動および並進運動を行う、前記第１のタイミングよりも後の第２のタイミングにおける前記移動体の目標の速度とに基づいて、前記第２のタイミングにおける前記移動体の移動を制御する制御部、
として機能させるためのプログラム。

１０ 自律移動体
２０ 対象物
９０ 既存のロボット
１００ 本体部
１０２ 車輪
１５０ 制御部
１６０ 自己位置推定部
１７０ 制御計算部
１７２ 指令速度・角速度計算部
１７４ 制御遅延計算部
１８０ 駆動機構
１８２ トルク・電流計算部
１８４ 車輪アクチュエータ
１８６ 内界センサー部
１９０ 地図ＤＢ
１９２ 外界センサー部

Claims (16)

1. 第１のタイミングに特定された、移動体に関連する遅延情報と、前記移動体が回転運動および並進運動を行う、前記第１のタイミングよりも後の第２のタイミングにおける前記移動体の目標の速度とに基づいて、前記第２のタイミングにおける前記移動体の移動を制御する制御部、
   を備える、制御装置。
2. 前記移動体に関連する遅延情報は、前記移動体の所定の処理に関連する遅延パラメータ、および、前記移動体の駆動に関連する遅延パラメータのうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記移動体の所定の処理に関連する遅延パラメータは、前記移動体が前記所定の処理を行うことに基づき発生するむだ時間を含み、
   前記移動体の駆動に関連する遅延パラメータは、前記移動体が有する少なくとも一つのアクチュエータの駆動に関連する時定数を含む、請求項２に記載の制御装置。
4. 前記移動体に関連する遅延情報は、前記移動体が前記所定の処理を行うことに基づき発生するむだ時間を少なくとも含む、請求項３に記載の制御装置。
5. 前記移動体に関連する遅延情報は、前記移動体が有する少なくとも一つのアクチュエータの駆動に関連する時定数を少なくとも含む、請求項３に記載の制御装置。
6. 前記少なくとも一つのアクチュエータの駆動に関連する時定数は、前記少なくとも一つのアクチュエータの駆動に関連する一次遅れ系の時定数である、請求項５に記載の制御装置。
7. さらに、前記制御部は、前記第２のタイミングにおける前記移動体の目標の速度と、前記第２のタイミングにおける前記移動体の実際の速度のセンシング結果との差に基づいて、当該差を補正するように前記第２のタイミングの後の前記移動体の移動を制御する、請求項３に記載の制御装置。
8. 前記制御部は、前記第１のタイミングにおける前記移動体の目標の速度と、前記第１のタイミングにおける前記移動体の実際の速度のセンシング結果とに基づいて、前記移動体に関連する遅延情報を特定し、かつ、
   特定した前記移動体に関連する遅延情報と、前記第２のタイミングにおける前記移動体の目標の速度とに基づいて、前記第２のタイミングにおける前記移動体の移動を制御する、請求項３に記載の制御装置。
9. 前記第１のタイミングに特定された前記移動体に関連する遅延情報を記憶する記憶部をさらに備え、
   前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記移動体に関連する遅延情報と、前記第２のタイミングにおける前記移動体の目標の速度とに基づいて、前記第２のタイミングにおける前記移動体の移動を制御する、請求項３に記載の制御装置。
10. さらに、前記制御部は、特定した前記移動体に関連する遅延情報と、前記第２のタイミングにおける前記移動体の目標の速度とに基づいて、前記第２のタイミングにおける前記移動体の指令速度を計算し、かつ、
    計算した前記第２のタイミングにおける前記移動体の指令速度に基づいて、前記第２のタイミングにおける前記移動体の移動を制御する、請求項８に記載の制御装置。
11. 前記移動体に関連する遅延情報は、前記移動体が前記所定の処理を行うことに基づき発生するむだ時間、および、前記移動体が有する少なくとも一つのアクチュエータの駆動に関連する時定数を含む、請求項１０に記載の制御装置。
12. 前記移動体は、全方位移動型の移動体である、請求項１０に記載の制御装置。
13. 前記移動体は、複数のメカナムホイールまたは複数のオムニホイールを有し、
    前記制御部は、前記複数のメカナムホイールまたは前記複数のオムニホイールに連結されている一以上のアクチュエータの各々を制御することにより前記移動体の移動を制御する、請求項１０に記載の制御装置。
14. 前記制御装置は、前記移動体である、請求項１０に記載の制御装置。
15. 第１のタイミングに特定された、移動体に関連する遅延情報と、前記移動体が回転運動および並進運動を行う、前記第１のタイミングよりも後の第２のタイミングにおける前記移動体の目標の速度とに基づいて、プロセッサが、前記第２のタイミングにおける前記移動体の移動を制御すること、
    を含む、制御方法。
16. コンピュータを、
    第１のタイミングに特定された、移動体に関連する遅延情報と、前記移動体が回転運動および並進運動を行う、前記第１のタイミングよりも後の第２のタイミングにおける前記移動体の目標の速度とに基づいて、前記第２のタイミングにおける前記移動体の移動を制御する制御部、
    として機能させるためのプログラム。

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