JP4460411B2 - ロボット制御装置 - Google Patents
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Description
この充電制御システムでは、各移動ロボットの運行をホストコンピュータが管理しており、各移動ロボットは、ホストコンピュータの指示により、荷物の搬送や、充電ステーションへ移動を行うように制御されている。
また、移動ロボットが、荷物をある人に渡すという内容のタスク(荷物配達タスク)を実行している場合、荷物を渡す対象の人物(対象人物)が常に同じ場所にいるとは限らないので、移動ロボットは、対象人物に到達するまで移動を続けるという応答(人応答)を行う必要が生じる。
このロボット制御装置は、前記ロボットのバッテリの残量に基づいて、前記バッテリの状態が、予め規定された複数のバッテリレベルのうちのどのバッテリレベルであるかを判定するバッテリレベル判定手段と、前記ロボットに実行させるタスクのの実行順序を含む実行計画をロボット毎に設定すると共に、前記バッテリレベル毎に定められた手順に従って、前記実行計画に登録されたタスクの実行順位の見直しや、タスクの変更を行うタスク管理手段と、前記実行計画において設定されたタスクを前記ロボットに実行させる実行命令を生成する実行命令生成手段と、前記実行命令を前記ロボットに向けて送信する送信手段と、を含んで構成されており、前記バッテリレベル判定手段は、前記バッテリ残量に基づいて、前記ロボットのバッテリの補給(交換・充電)が必要であるか否かを決定するバッテリ補給決定部と、バッテリ補給が必要であると決定された場合に、予め用意された複数のバッテリ補給エリアの中から一つのバッテリ補給エリアを選択し、選択したバッテリ補給エリアを前記ロボットの移動目標エリアとして設定するバッテリ補給エリア選択部と、前記ロボットが実行中であるタスクの遂行に消費されるバッテリ量と、前記ロボットの前記移動目標エリアへの移動に消費されるバッテリ量との少なくとも一方を加味して求めた少なくとも一つの閾値と、前記バッテリ残量との比較により、前記バッテリの状態が、予め規定された複数のバッテリレベルのうちのどのバッテリレベルであるかを判定するバッテリレベル判定部と、を有する。
また、前記複数のバッテリレベルとして、前記バッテリ残量が閾値Ref2以上であるモード1と、前記バッテリ残量が閾値Ref3以上閾値Ref2未満であるモード2と、前記バッテリ残量が閾値Ref4以上閾値Ref3未満であるモード3と、前記バッテリ残量が閾値Ref4未満であるモード4と、が規定されており、前記ロボットの活動限界となるバッテリ量をB L 、前記ロボットが現在実行しているタスクの終了位置若しくは前記ロボットの現在位置から前記移動目標エリアまで移動する際に消費するバッテリ量をC b 、前記ロボットが現在実行しているタスクが終了するまでに、当該ロボットがタスクの実行のみに消費するバッテリ量をCtask、バッテリマージンをbmとしたとき、Ref2,Ref3,Ref4は、Ref2 = B L + C b + Ctask + 2bm Ref3 = B L + C b + Ctask + bm Ref4 = B L + C b + bm の関係を満たし、前記バッテリレベル判定部によって前記ロボットの前記バッテリの状態が前記モード2であると判定され、当該ロボットがタスクを実行中であり、かつ、前記バッテリ補給エリアへの移動に関するバッテリ補給タスクが当該ロボットの実行計画に登録されていない場合には、前記タスク管理手段は、実行中のタスクの後に前記バッテリ補給タスクを行うように当該ロボットの実行計画を再設定し、前記バッテリレベル判定部によって前記ロボットの前記バッテリの状態が前記モード3であると判定され、当該ロボットがタスクを実行中であり、かつ、前記バッテリ補給エリアへの移動に関するバッテリ補給タスクが当該ロボットの実行計画に登録されていない場合には、前記タスク管理手段は、実行中のタスクを中止させる内容の実行命令の生成を要求する実行命令要求信号と、前記バッテリ補給タスクを実行させる内容の実行命令の生成を要求する実行命令要求信号と、を前記実行命令生成手段に出力し、前記バッテリレベル判定部によって前記ロボットの前記バッテリの状態が前記モード4であると判定された場合には、前記タスク管理手段は、当該ロボットがタスクの遂行も前記バッテリ補給タスクも不可能であることを通知する信号の生成を要求する実行命令要求信号を前記実行命令生成手段に出力することが好ましい。
また、前記タスク管理手段は、前記タスク管理手段が行う前記実行計画に登録されたタスクの実行計画の再設定の際に、前記バッテリレベル判定部によって前記ロボットの前記バッテリの状態が前記モード3であると判定されて前記タスク管理手段によって出力された、実行中のタスクを中止させる内容の実行命令の生成を要求する実行命令要求信号に対応するタスクを、他のロボットの実行計画に登録することが好ましい。
図1は、本発明に係るロボット制御装置を備えたロボット制御システムのシステム構成図である。
はじめに、本発明の実施形態におけるロボット制御装置が組み込まれたロボット制御システムついて説明する。
ここで、図1には、来訪者を会議室などの所定の場所に案内するという内容のタスク(案内タスク)を実行中のロボットRAと、荷物をある人に渡すという内容のタスク(荷物配達タスク)を実行中のロボットRBと、新たなタスクが割り当てられるのを待つという内容のタスク(待機タスク)を実行中のロボットRCとが、例示されている。
具体的には、基地局1は、ロボット制御装置3から出力された実行命令をロボットRに送信すると共に、ロボットRから送信されたロボットRの状態に関するデータ(ステータス情報)やロボットRが実行命令を受信したことを示す信号(受信報告信号)を受信して、ロボット制御装置3に出力するものである。
基地局1は、ロボットRとロボット制御装置3との間のデータ交換を確実に行えるようにするために、タスク実行エリア内に少なくとも一つ設けられている。
なお、タスク実行エリアが建物の数フロアに亘って設定されている場合には、フロア毎に設けられていることが好ましく、一つの基地局1では総てのタスク実行エリアをカバーできない場合には、複数の基地局1がタスク実行エリア内に設けられていることが好ましい。
端末5は、ロボットRに実行させるタスクの登録や、ロボット制御装置3において設定されるタスクスケジュールの変更や、ロボットRの動作命令の入力などを行うものである。
本実施形態のロボットRは、自律移動型の2足歩行ロボットである。
このロボットRは、主として、ロボット制御装置3から送信された実行命令に基づいて、タスクを実行するものである。
図2に示すように、ロボットRは、前記した頭部R1、腕部R2、脚部R3に加えて、カメラC,C、スピーカS、マイクMC、画像処理部10、音声処理部20、制御部40、自律移動制御部50、無線通信部60、バッテリ70を有している。
さらに、ロボットRの位置を検出するため、ジャイロセンサSR1やGPS受信器SR2を有している。
カメラC,Cは、映像をデジタルデータとして取り込むことができるものであり、例えばカラーCCD(Charge-Coupled Device)カメラが使用される。カメラC,Cは、左右に平行に並んで配置され、撮影した画像は画像処理部10に出力される。このカメラC,Cと、スピーカS及びマイクMCとは、いずれも頭部R1の内部に配設されている。
画像処理部10は、カメラC,Cが撮影した画像を処理して、撮影された画像からロボットRの周囲の状況を把握するため、周囲の障害物や人物の認識を行う部分である。この画像処理部10は、ステレオ処理部11a、移動体抽出部11b、及び顔認識部11cを含んで構成される。
ステレオ処理部11aは、左右のカメラC,Cが撮影した2枚の画像の一方を基準としてパターンマッチングを行い、左右の画像中の対応する各画素の視差を計算して視差画像を生成し、生成した視差画像及び元の画像を移動体抽出部11bに出力する。なお、この視差は、ロボットRから撮影された物体までの距離を表すものである。
移動体の抽出をするために、移動体抽出部11bは、過去の数フレーム(コマ)の画像を記憶しており、最も新しいフレーム(画像)と、過去のフレーム(画像)を比較して、パターンマッチングを行い、各画素の移動量を計算し、移動量画像を生成する。そして、移動体抽出部11bは、視差画像と、移動量画像とから、カメラC,Cから所定の距離範囲内で、移動量の多い画素がある場合に、その位置に人物がいると推定し、その所定距離範囲のみの視差画像として、移動体を抽出し、顔認識部11cへ移動体の画像を出力する。
認識された顔の位置は、ロボットRが移動するときの情報として、また、その人とのコミュニケーションを取るため、制御部40に出力されると共に、無線通信部60に出力されて、基地局1を介して、ロボット制御装置3に送信される。
音声処理部20は、音声合成部21aと、音声認識部21bとを有している。
音声合成部21aは、制御部40が決定し、出力してきた発話行動の指令に基づき、文字情報から音声データを生成し、スピーカSに音声を出力する部分である。音声データの生成には、予め記憶している文字情報と音声データとの対応関係を利用する。
音声認識部21bは、マイクMCから音声データが入力され、予め記憶している音声データと文字情報との対応関係に基づき、音声データから文字情報を生成し、制御部40に出力するものである。
制御部40は、後記するロボット制御装置3に出力する信号を生成すると共に、ロボット制御装置3から出力された実行命令に基づいて、ロボットRの各部(画像処理部10、音声処理部20、自律移動制御部50、及び無線通信部60)を制御するものである。
さらに、制御部40は、実行命令において規定されるタスクを実行するために、ロボットRの各部(画像処理部10、音声処理部20、自律移動制御部50、及び無線通信部60)を制御する制御信号を生成し、生成した制御信号を、必要に応じてロボットRの各部に出力する。
ここで、ステータス情報とは、後記するロボット制御装置3において、ロボットRのバッテリ補給が必要であるか否かを判断する際に用いられるものである。
本実施形態の場合、このステータス情報には、ロボットRに搭載されたバッテリ70の残量を示すバッテリ残量データや、バッテリ温度、バッテリの電圧値、そしてバッテリの電流値などを示すデータ(以下、これらを総称してバッテリ情報という)と、ロボットRの現在位置を示す座標データ(位置情報)と、ロボットRが現在行っているタスクの内容を示すタスクIDとその進行状況とを示すデータ(タスク情報)と、ロボットRに割り当てられた固有の識別番号を示すデータ(ロボットID)とが含まれている。
自律移動制御部50は、頭部制御部51a、腕部制御部51b、脚部制御部51cを有している。
頭部制御部51aは、制御部40から入力される制御信号の指示に従い頭部R1を駆動し、腕部制御部51bは、制御部40から入力される制御信号の指示に従い腕部R2を駆動し、脚部制御部51cは、制御部40から入力される制御信号の指示に従い脚部R3を駆動する。
無線通信部60は、ロボット制御装置3とデータの送受信を行う通信装置である。無線通信部60は、公衆回線通信装置61a及び無線通信装置61bを有している。
公衆回線通信装置61aは、携帯電話回線やPHS(Personal Handyphone System)回線などの公衆回線を利用した無線通信手段である。一方、無線通信装置61bは、IEEE802.11b規格に準拠する無線LANなどの、近距離無線通信による無線通信手段である。
無線通信部60は、ロボット制御装置3からの接続要求に従い、公衆回線通信装置61a又は無線通信装置61bを選択してロボット制御装置3とデータ通信を行う。
ジャイロセンサSR1及びGPS受信器SR2は、ロボットRの現在位置を示す座標データを定期的に生成し、生成した座標データを制御部40に出力する。この座標データは、ロボットRの行動を決定するのに利用されると共に、前記したステータス情報の生成に用いられる。
図1におけるロボット制御装置3は、主として、ロボットRに実行させるタスクの実行計画(タスクスケジュール)を、ロボットR毎に設定すると共に、ロボットRのバッテリ残量に基づいて、タスクスケジュールの見直し(タスクの割り当ての変更やタスクの変更)を行うものである。
図3に示すように、ロボット制御装置3は、入出力手段100と、記憶手段200と、制御手段300とを主要部として含んで構成される。
入出力手段100は、基地局1やネットワーク4を介して、ロボットRや端末5との間でデータ交換を行うためのインタフェースである。
本実施形態の場合、ロボットRから送信されるステータス情報及び受信報告信号、端末5から送信されるタスクの登録や更新を要求する信号(タスク要請信号)、そして後述する実行命令生成手段350において生成される実行命令が、この入出力手段100を介して、やり取りされる。
入出力手段100は、入力されるステータス情報とタスク要請信号と受信報告信号とのうち、ステータス情報とタスク要請信号と受信報告信号とをデータベース管理手段310に出力し、ステータス情報のみをバッテリレベル判定手段330に出力する。
記憶手段200は、ロボットRの制御に必要な情報を記憶するものであり、この記憶手段200には、地図情報データベース210と、タスク情報データベース220と、タスクスケジュールテーブル230と、ロボット情報データベース240と、が少なくとも記憶されている。
地図情報データベース210は、ロボットRがタスクを実行する領域(タスク実行エリア)の地図情報(グローバルマップ)を格納するデータベースである。
この地図情報データベース210では、タスク実行エリア内に存在するもの、例えば、通路、階段、エレベータ、部屋、そしてバッテリ補給エリアなどの情報が、タスク実行エリア内における位置を示す座標データと関連づけて登録されている。
例示すると、ロボットRからバッテリ補給エリアまでの距離や、バッテリ補給エリアがロボットRの正面を基準として、どの方向に位置するかなどが判ることになる。
なお、本実施形態の場合、地図情報データベース210に記憶される地図情報の更新は、オペレータが操作する端末5からデータを入力することで、データベース管理手段310が行うように設定されている。
タスク情報データベース220は、ロボットRに実行させるタスクに関する情報(タスクデータ)を記憶するデータベースである。
このタスク情報データベースには、図4に示すように、タスク毎に割り当てられた固有の識別子であるタスクID、タスクの優先度、タスクの重要度、タスクを実行させるロボットの識別子であるロボットID、案内や運搬などのタスクの内容、タスク実行エリア内におけるタスクを開始する位置(開始位置)、タスク実行エリア内におけるタスクを終了する位置(終了位置)、タスクの実行に要する時間(所要時間)、そしてタスクの開始予定時刻(開始時刻)、タスクの終了予定時刻(終了時刻)、そしてタスクの状態などが、情報項目として含まれている。
ここで、あるユーザが荷物の運搬タスクをこのタスク情報データベース220に登録する場合を例に挙げて説明すると、ユーザが、タスクの内容と、開始位置と、終了位置と、開始時刻とを端末5から入力すると、タスク情報データベース220には、図4のタスクID=10の欄に示すような情報項目の内容を有するタスクが登録されることになる。
タスクスケジュールテーブル230は、図5に示すように、ロボットRに実行させるタスクの実行順位、タスク情報データベース220に登録されたタスクを特定するためのタスクID、タスクの優先度、タスクの内容、そしてタスクの状態を情報項目として含むテーブルである。
このタスクスケジュールテーブル230では、これら情報項目が、タスク実行エリア内に配置されたロボットR毎に整理されており、どの様なタスクが、どのような順番で各ロボットRに割り当てられているのかを把握できるようになっている。
そして、タスクID=3で特定されるタスクの次には、タスクID=7で特定されるタスクが予約されていることが確認できる。
すなわち、このタスクスケジュールテーブル230は、タスク情報データベース220に登録されたタスクのうちの未処理のタスクの各ロボットRへの割り当てと、各ロボットRにおけるタスクの実行順序を規定するデータベースである。
ちなみに、このタスクスケジュールテーブル230に示されるタスクの割り当て及び実行順序は、後記するタスク管理手段340により決定・変更されるものである。
ロボット情報データベース240は、ロボットRの状態に関するデータ(ステータス情報)を格納するデータベースである。
ロボット情報データベース240には、前記したバッテリ情報、位置情報、タスク情報、そしてロボットRの駆動系異常の有無などに関する情報(データ)などが情報項目として含まれており、これら情報項目はロボットIDに関連付けて整理されている。
このロボット情報データベース240に記憶される各情報項目の内容の更新は、ロボットRから送信されたステータス情報に基づいて、後記する制御手段300のデータベース管理手段310により行われる。
図3及び図6を参照して、制御手段300は、データベース管理手段310と、優先度データ生成手段320と、バッテリレベル判定手段330と、タスク管理手段340と、実行命令生成手段350とを含んで構成される。
データベース管理手段310は、記憶手段200に記憶された各データベースへのデータの登録や、各データベースに登録されたデータの更新などを行うものである。
例えば、データベース管理手段310は、ロボットRの状態を示すステータス情報が、入出力手段100を介して入力されると、ステータス情報に含まれるロボットIDに基づいて、ロボット情報データベース240を参照し、ロボットIDにより特定されるロボットRに関する情報項目の内容(データ)を、ステータス情報から取得した情報項目の内容(データ)に更新する。
また、データベース管理手段310は、ステータス情報に含まれるタスク情報が、ロボットRがタスクの実行を完了していることを示している場合は、ロボットRに割り当てられた次のタスクを当該ロボットRに実行させるために、タスクの実行をロボットRに命令する実行命令の生成を実行命令生成手段350に要求する信号(実行命令要求信号)を生成し、生成した実行命令要求信号を実行命令生成手段350に出力する。
優先度データ生成手段320は、ロボットRに実行させるタスクの優先度を決定するものである。
具体的には、この優先度データ生成手段320は、データベース管理手段310から、タスク更新信号が入力された場合や、タスク管理手段340から、バッテリ補給タスクがタスク情報データベース220に登録されることにより、タスク情報データベース220の更新が行われたことを示す信号(タスク更新信号)が入力された場合に、タスク情報データベース220に登録されているタスクであって、未処理(未実行)のタスクの優先度を決定する。
そして、タスク情報データベース220に登録されたタスクの中で、未実行のタスクについてのスケジューリングを行うことを要求する信号(スケジュール要求信号)を生成し、タスク管理手段340に出力する。
本実施形態では、このタスクの重要度を示す値は、1.0から5.0の間で、0.5刻みで設定されており、重要度の最も小さいタスクは1.0で、重要度が最も大きいタスクは5.0で、それぞれ示されている。
「n(Tsp)」の値は、ロボットRがタスクの開始位置の近くに位置するほど、大きくなるように設定されており、本実施形態では、「Tsp」が所定の閾値以下となる場合にのみ、「n(Tsp)」が所定の正の値をとるように設定されており、「Tsp」が所定の閾値よりも大きい場合には、「n(Tsp)」の値は「0」となるように設定されている。
本実施形態の場合、「f(Terr)」は、0〜1までの値となるように設定されており、その値は、タスク開始時刻が近づくに従って急激に増加して「0」から「1」に近づき、基準時刻(タスク開始時刻よりもタスクの実行に要する時間分だけ前の時刻)からタスク終了時刻までの間は最大値である「1」となり、タスク終了時刻が経過すると、徐々に減少して「0」となるように設定されている。
f(Terr) = 1 ・・・・(3)
f(Terr) = (1+cos((π/Ttime)(Terr/Cobli)))/2 ・・・・(4)
バッテリレベル判定手段330は、図6に示すように、ロボットRのバッテリ70の残量(バッテリ残量)に基づいて、ロボットRに搭載されたバッテリ70の状態が、予め規定された複数のバッテリレベルのうちの何れのバッテリレベルに該当するのかを判定するものである。
具体的には、バッテリ補給決定部331は、ステータス情報が入出力手段100から入力されると、当該ステータス情報に含まれるタスク情報から、ロボットRが、バッテリ補給タスクを実行中であるか否かを確認し、バッテリ交換タスクをロボットRのタスクスケジュールに挿入する必要があるか否かを決定する。
一方、ロボットRがバッテリ補給タスクを実行中でない場合、バッテリ補給決定部331は、ステータス情報に含まれるバッテリ情報から、バッテリ70の残量を示すデータ(バッテリ残量データ)を取得し、取得したバッテリ残量データと、予め設定された第1の閾値とを比較する。
一方、バッテリ残量データで示される値が第1の閾値以上である場合、バッテリ補給決定部331は処理を終了する。
本実施形態の場合、第1の閾値は、ロボットRが配置されるタスク実行エリアの状態、例えば、アップダウンが多い、環境が高温多湿であるといった、バッテリの消費に影響し得る要因を考慮の上、予め設定される値である。
バッテリ補給エリア選択部332は、バッテリ補給決定部331からステータス情報が入力されると、ステータス情報に含まれるタスク情報を参照し、ロボットRが、バッテリ補給タスク以外の何らかのタスクを実行中であるか否かを確認する。
そして、ロボットRがタスクを実行中でない場合、バッテリ補給エリア選択部332は、ステータス情報に含まれる位置情報からロボットRの現在位置を示す座標データ(現在位置データ)を取得する。
そして、バッテリ補給エリア選択部332は、現在位置データに基づいて地図情報データベース210を参照し、タスク実行エリア内に予め設定された複数のバッテリ補給エリア(B1〜B3、図1参照)の中から、現在位置データで特定される位置から最寄りのバッテリ補給エリアであって、バッテリ補給の予約が入っていないバッテリ補給エリアを選択し、選択したバッテリ補給エリアをロボットRの移動目標エリアとして設定する。
そして、バッテリ補給エリア選択部332は、タスク終了位置データに基づいて地図情報データベース210を参照し、タスク実行エリア内に予め設定された複数のバッテリ補給エリア(B1〜B3)の中から、タスク終了位置データで特定される位置から最寄りのバッテリ補給エリアであって、バッテリ補給の予約が入っていないバッテリ補給エリアを選択し、選択したバッテリ補給エリアをロボットRの移動目標エリアとして設定する。
なお、これら座標データは、後段に位置するバッテリレベル判定部333において、閾値(第2の閾値〜第4の閾値)を算出する際に利用される。
そのため、タスク終了位置に基づいて移動目標エリアが設定された場合であって、後段のバッテリレベル判定部333において判定されたバッテリレベルが、ロボットRが現在実行中のタスクを遂行できないレベルである場合には、後段のバッテリレベル判断部333から、ロボットRの現在位置をもとに移動目標エリアを再設定することを要求する信号(再設定要求信号)が入力されることがある。
この場合、バッテリ補給エリア選択部332は、ロボットRの現在位置に基づいて、移動目標エリアを再設定する。そして、再設定された移動目標エリア(移動目標代替エリア)の座標データを、地図情報データベース210から取得し、取得した座標データをバッテリレベル判定部333に出力する。
バッテリレベル判定部333は、ロボットRのバッテリ70の状態が、予め規定された複数のバッテリレベル(モード1〜モード4)のうちの何れに該当するのかを判定するものである。
ロボットRがタスクを実行中である場合、バッテリレベル判定部333は、ロボットRが実行中であるタスクの遂行に消費するバッテリ量と、ロボットRが実行中のタスクが終了する位置(タスク終了位置)から移動目標エリアへの移動に消費するバッテリ量とを加味して求めた閾値と、移動目標情報から取得したバッテリ残量を示すバッテリ残量データの値との比較により、ロボットRのバッテリ70の状態が、モード1〜モード4のうちの何れのバッテリレベルに該当するのかを判定する。
一方、ロボットRがタスクを実行中でない場合、バッテリレベル判定部333は、ロボットRが現在位置から移動目標エリアへの移動に消費するバッテリ量を加味して求めた閾値と、バッテリ残量を示すバッテリ残量データの値との比較により、ロボットRのバッテリ70の状態が、モード1〜モード4のうちの何れのバッテリレベルに該当するのかを判定する。
そして、バッテリレベル判定部333では、はじめに、バッテリ残量データと第2の閾値Ref2との比較が行われ、バッテリ残量が、第2の閾値Ref2以上である場合、ロボットRのバッテリ70の状態が、モード1であると決定される。
Ref3 = BL + Cb + β ・・・・(6)
なお、Cb、α、及びβは、下記式(7)、(8)、及び(9)のように定義される。
α = Ctask + 2bm ・・・・(8)
β = Ctask + bm ・・・・(9)
Ctaskは、ロボットRが現在実行しているタスクが終了するまでに、ロボットRがタスクの実行のみに消費するバッテリ量を、bmはバッテリマージンを示す。
よって、第2の閾値Ref2は、ロボットRのバッテリ残量が、ロボットRが現在割り当てられているタスクを遂行した後に、移動目標エリアに移動するのに十分であるかを確認するために設定された値に相当し、第3の閾値Ref3は、ロボットRのバッテリ残量が、ロボットRが現在割り当てられているタスクを遂行した後に、移動目標エリアに移動するのに足りるかを確認するために設定された値に相当することになる。
よって、第2の閾値Ref2は、ロボットRのバッテリ残量が、ロボットRが現在の位置から移動目標エリアに移動するのに十分であるかを確認するために設定された値に相当し、第3の閾値Ref3は、ロボットRのバッテリ残量が、ロボットRが現在の位置から移動目標エリアに移動するのに足りるかを確認するために設定された値に相当する。
この場合、すなわちロボットRがタスクを実行中でない場合、タスクの実行に消費されるバッテリ量Ctask = 0 となるので、前記式(5)、(6)は、前記式(7)、(8)、そして(9)から、それぞれ、下記式(10)、(11)のようになる。
= BL + Wr + G(battery task) + 2bm ・・・・(10)
Ref3 = BL + Wr + G(battery task) + Ctask + bm
= BL + Wr + G(battery task) + bm ・・・・(11)
なお、Cbは下記式(13)のように表される。
そのため、タスク終了位置に基づいて決定された移動目標エリアへの移動に消費されるバッテリ量よりも、ロボットRの現在位置に基づいて新たに設定し直した移動目標エリアへの移動に消費されるバッテリ量の方が少なくなる場合がある。
一方、比較値の方が前記第4閾値よりも大きい場合は、基準値をそのまま第4閾値とする。
これは、バッテリ補給が明らかに不要の場合を除外することで、バッテリ補給決定部331の後段に位置するバッテリ補給エリア選択部332での処理や、バッテリレベル判定部333での閾値との比較処理による負担を軽減して、ロボット制御装置3自身の処理効率を向上させるためである。
これにより、ロボットRバッテリ残量が少ない場合であっても、ロボットの現在位置に応じて、到達するまでのバッテリ消費量が少ない移動目標エリアに、移動目標エリアを再設定することできるので、ロボットRをバッテリ消費量を抑えつつバッテリ補給エリアに移動させることができる。
タスク管理手段340は、ロボットRに実行させるタスクの実行計画(タスクスケジュール)をロボットR毎に設定すると共に、バッテリレベル(モード1〜モード4)毎に定められた手順に従って、タスクの実行計画の再設定を行うものである。
このタスク管理手段340は、タスクスケジュール生成部341と、タスクスケジュール調整部342とを含んで構成される。
タスクスケジュール生成部341は、タスク毎に決定された優先度に基づいて、各タスクを実行するロボットRを決定すると共に、ロボットRに割り当てられたタスクの実行順序を、ロボットR毎に設定するものである。
すなわち、タスクスケジュール生成部341は、各ロボットRに実行させるタスクの実行計画(タスクスケジュール)を設定するものである。
具体的には、タスクスケジュール生成部341は、タスク実行エリア内に配置されたロボットRの各々に、どのタスクを割り当て、かつ割り当てたタスクをどの順番で行わせるのかを規定する組合せを総て挙げる。そして、タスクスケジュール生成部341は、各組み合わせにおいて規定されるタスクのロボットRへの割当て及びタスクの実行順序に従って総てのタスクを実行した場合に必要とされる全体コストを組合せごとに求め、求めた全体コストが最小となる組み合わせを検索する。
なお、このスケジューリングは、バッテリ補給タスクの予約が入っていないロボットRについて行うことが好ましい。
この場合、ロボットR1とR2に対して行われるタスクの割り当てと実行順序の組み合わせは、図8に示すように、6通り存在することになる。
この図8では、ロボット毎にタスクを実行させる順番が規定されており、組合せ1では、ロボットR2が、タスクID=12のタスクを先に実行し、タスクID=14のタスクを続いて実行する場合が示されている。さらに、組合せ3では、ロボットR1が、タスクID=12のタスクを、ロボットR2がタスクID=14のタスクをそれぞれ実行する場合が示されている。
さらに、「w」は、動作コストと時間コストのどちらに重点を置くかを決める「重み値」であり、0≦w≦1の範囲内で任意に設定される値である。ここで、「w」値が大きいと、全体コスト(Ctotal)において、バッテリ消費量を重視する傾向が大きくなり、小さいと、総てのタスク遂行するまでに要する時間(所要時間)を重視する傾向が大きくなる。
また、「Call complete」は、ロボットR1がタスク12を開始する時刻と、ロボットR2がタスク14を開始する時刻のうちの早いほうの時刻から、ロボットR1がタスク12を終了する時刻と、ロボットR2がタスク14を終了する時刻のうちの遅いほうの時刻までの時間である。
また、図8の組合せ2の場合、「Call」は、ロボットR2がタスク14を開始してからタスク12を終了するまでに消費するバッテリ量の値であり、「Call complete」は、ロボットR2がタスク14を開始する時刻から、ロボットR2がタスク12を終了する時刻までの時間である。
タスクスケジュール調整部342は、バッテリレベル毎に定められた手順に従って、タスクの実行計画(タスクスケジュール)の再設定を行うものである。言い換えると、タスクスケジュール調整部342は、ロボットRのバッテリ残量がある閾値以下となった場合に、当該ロボットRのタスクスケジュールに、バッテリ補給エリアに移動するタスク(バッテリ補給タスク)を予約することや、ロボットRにバッテリ補給タスクを実行させるようにするものである。
なお、理解を容易にするために、図11のフローチャートを適宜参照しながら、以下にタスクスケジュール調整部342において行われるモード毎の処理を説明する。
タスクスケジュール調整部342は、バッテリモード情報で示されるバッテリの状態がモード1である場合(ステップS4、Yes)は、何もしない。
これは、バッテリモード情報に含まれたロボットIDにより特定されるロボットRのバッテリ70の残量が足りており、バッテリ補給タスクを挿入するする必要がないからである。
タスクスケジュール調整部342は、バッテリモード情報で示されるバッテリの状態がモード2である場合(ステップS5、Yes)、ステータス情報に含まれるタスク情報から、ロボットIDにより特定されるロボットRが、何らかのタスク、例えば運搬タスク、を実行中であるか否かを確認する(ステップS6)。
そして、ロボットRがタスクを実行中である場合(ステップS6、Yes)、タスクスケジュール調整部342は、タスクスケジュールテーブル230を参照し、ロボットRのタスクスケジュールの中に、ロボットRを移動目標エリアに移動させるタスク(バッテリ補給タスク)が登録(予約)されているか否かを確認する(ステップS7)。
続いて、タスクスケジュール調整部342は、タスクの終了位置を示す座標データ及びタスクの終了時刻を示すデータを、それぞれ、バッテリ補給タスクの開始位置の座標データ及び開始時刻を示すデータとして、バッテリ補給タスクをタスク情報データベース220に登録する。この際、バッテリ補給タスクの情報項目のうち、優先度の値を最高値に設定すると共に、当該タスクを行うロボットをロボットIDにより特定した上で、バッテリ補給タスクの登録を行う。
図9から明らかなように、タスクID=10で示されるタスクの終了位置が、バッテリ補給タスク(タスクID=18)の開始位置に、タスクID=10で示されるタスクの終了時刻が、バッテリ補給タスク(タスクID=18)の開始時刻に、それぞれ設定されている。そして、優先度が最高値である「9」に設定されており、ロボットRを識別する識別子であるロボットIDの情報項目の欄には、ロボットID(ID=1)が入力されていることが判る。
ここで、バッテリ補給信号を出力する場合、このバッテリ補給信号と共に、ロボットRの現在位置を示す座標データと、移動目標エリアを示す座標データなどの、ロボットIDにより特定されるロボットRがバッテリ補給エリアに移動するために必要なデータ(バッテリ補給関連データ)を、バッテリレベル判定部333から入力されたバッテリモード情報から取得し、実行命令生成手段350に出力する。
これにより、実行命令生成手段350において、バッテリ補給タスクを実行させる実行命令が生成され、ロボットRに出力されることになる。
タスクスケジュール調整部342は、バッテリモード情報で示されるバッテリの状態がモード3である場合(ステップS15、Yes)、ステータス情報に含まれるタスク情報から、ロボットIDにより規定されるロボットRが、タスクを実行中であるか否かを確認する(ステップS16)。
続いて、タスクスケジュール調整部342は、バッテリ補給タスクを強制的に実行させる内容の実行命令の生成を要求する実行命令要求信号(強制バッテリ補給信号)を、実行命令生成手段350に出力する(ステップS18)。
一方、タスクを実行中でない場合は(ステップS16、No)、強制バッテリ補給信号と、バッテリ補給関連データとを実行命令生成手段250に出力する(ステップS18)。
タスクスケジュール調整部342は、バッテリモード情報で示されるバッテリの状態がモード4である場合(ステップS15、No)、ロボットRがタスクの遂行も、バッテリ補給エリアへの移動も不可能であることを管理者に通知する信号(緊急信号)を生成するように実行命令生成手段250に要求する信号(緊急信号要求信号)を生成し、これを実行命令生成手段250に出力する。
実行命令生成手段350は、ロボットRにタスクを実行させるための実行命令(データ)を生成するものである。
そして、実行命令生成手段350は、ロボットIDにより特定されるロボットRに割り当てられた未実行のタスクが存在する場合、当該タスクをロボットRに実行させるための実行命令(データ)を、タスク情報データベース220の各情報項目のデータを参照して生成し、生成した実行命令を、入出力手段100を介して、ロボットIDにより特定されるロボットRに向けて出力する。
これにより、実行命令を受信したロボットRは、実行命令において規定されるタスク(バッテリ補給タスク)を行うことになる。
次に、図5及び図11を主に参照して、ロボットRのタスクスケジュールにバッテリ補給タスクを挿入するか否かを決定する際の、ロボット制御装置3において行われる処理について説明する。
一方、ロボットRが、バッテリ補給タスクを実行中でない場合(ステップS1、No)、バッテリ補給決定部331は、ステータス情報に含まれるバッテリ情報から、バッテリの残量を示すデータ(バッテリ残量データ)を取得し、取得したバッテリ残量データを第1の閾値と比較する(ステップS2)。
バッテリ残量データにおいて示された値が、第1の閾値以上である場合(ステップS2、Yes)、バッテリ補給決定部331は、処理を終了する。
一方、バッテリ残量が、第1の閾値未満である場合(ステップS2、No)、バッテリ補給決定部331は、入出力手段100から入力されたステータス情報を、バッテリ補給エリア選択部332に出力する。
この際、ロボットRが、バッテリ補給タスク以外の何らかのタスクを実行中でない場合、ステータス情報に含まれる位置情報からロボットRの現在地を示す座標データ(現在位置データ)を取得し、取得した現在位置データに基づいて移動目標エリアを設定する。一方、何らかのタスクを実行中である場合、ステータス情報に含まれるタスク情報からタスクIDを取得し、当該タスクIDをもとにタスク情報データベース220を参照し、ロボットRが現在行っているタスクが終了する位置を示す座標データ(タスク終了位置データ)を取得する。そして、取得したタスク終了位置データに基づいて移動目標エリアを設定する。
すると、タスク管理手段340は、ロボットIDにより特定されるロボットRがタスクを実行中であるか否かを確認する(ステップS6)。
一方、バッテリ補給タスクが登録されていない場合(ステップS7、No)、タスク管理手段340は、バッテリ補給タスクをタスク情報データベース220に登録する(ステップS8)。
タスクを実行中である場合(ステップS16、Yes)、タスク管理手段340は、タスクの実行を中止させる実行命令(データ)を、実行命令生成手段350から、ロボットIDにより特定されるロボットRに送信させる(ステップS17)。
タスクを実行中でない場合(ステップS16、No)、タスク管理手段340は、バッテリ補給タスクを強制的に実行させる実行命令(データ)を生成し、入出力手段100を介して、ロボットIDにより特定されるロボットRに向けて出力する(ステップS18)。
この際に、タスクスケジュール調整部342は、中止されたタスクを、最も高い優先度でタスク情報データベースに登録し、タスク更新信号を優先データ生成手段320に出力する構成としても良い。
この場合、中止されたタスクを、優先して、他のロボットRに割り当てることができるので、中止されたタスクの遂行が可能となる。このような機能は、中止されたタスクが、来訪者をある場所に案内をするというタスク(案内タスク)をロボットRが実行している場合に好適である。
また、ロボットRのバッテリ残量を随時確認しながら、ロボットRのバッテリ補給が必要であるか否かを判断し、必要である場合は、ロボットRにバッテリ補給のためのタスクを実行させると共に、各ロボットRに割り当てられたタスクの実行計画(タスクスケジュール)の再設定、例えば、バッテリ補給が必要であると判断されたロボットRに割り当てられたタスクを、他のロボットのタスクスケジュールへの振り分けなどを行う。
よって、人応答という予期し得ない要因が存在する条件の下でも、ロボットで複数のタスクを効率良く実行することができる。
2 ルーター
3 ロボット制御装置
4 ネットワーク
5 端末
100 入出力手段
110 優先度データ生成部
200 記憶手段
300 制御手段
310 データベース管理手段
320 優先度データ生成手段
330 バッテリレベル判定手段
331 バッテリ補給決定部
332 バッテリ補給エリア選択部
333 バッテリレベル判定部
340 タスク管理手段
341 タスクスケジュール生成部
342 タスクスケジュール調整部
350 実行命令生成手段
R ロボット
Claims (5)
- 移動機能を備えたロボットに実行させるタスクの管理を行うロボット制御装置であって、
前記ロボットのバッテリの残量に基づいて、前記バッテリの状態が、予め規定された複数のバッテリレベルのうちのどのバッテリレベルであるかを判定するバッテリレベル判定手段と、
前記ロボットに実行させるタスクの実行順序を含む実行計画をロボット毎に設定すると共に、前記バッテリレベル毎に定められた手順に従って、前記実行計画に登録されたタスクの実行計画の再設定を行うタスク管理手段と、
前記実行計画において設定されたタスクを前記ロボットに実行させる実行命令を生成する実行命令生成手段と、
前記実行命令を前記ロボットに向けて送信する送信手段と、
を含み、
前記バッテリレベル判定手段は、
前記バッテリ残量に基づいて、前記ロボットのバッテリの補給が必要であるか否かを決定するバッテリ補給決定部と、
バッテリ補給が必要であると決定された場合に、予め用意された複数のバッテリ補給エリアの中から一つのバッテリ補給エリアを選択し、選択したバッテリ補給エリアを前記ロボットの移動目標エリアとして設定するバッテリ補給エリア選択部と、
前記ロボットが実行中であるタスクの遂行に消費されるバッテリ量と、前記ロボットの前記移動目標エリアへの移動に消費されるバッテリ量との少なくとも一方を加味して求めた少なくとも一つの閾値と、前記バッテリ残量との比較により、前記バッテリの状態が、予め規定された複数のバッテリレベルのうちのどのバッテリレベルであるかを判定するバッテリレベル判定部と、
を有することを特徴とするロボット制御装置。 - 前記バッテリ補給エリア選択部では、前記ロボットの現在位置若しくは前記ロボットが実行中のタスクの終了位置に基づいて、前記移動目標エリアの設定を行う
ことを特徴とする請求項1に記載のロボット制御装置。 - 前記タスク管理手段は、前記バッテリ補給決定部でバッテリ補給が必要であると決定された場合に、
前記ロボットを前記移動目標エリアに移動させる移動タスクを前記実行計画に登録する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のロボット制御装置。 - 前記複数のバッテリレベルとして、
前記バッテリ残量が閾値Ref2以上であるモード1と、
前記バッテリ残量が閾値Ref3以上閾値Ref2未満であるモード2と、
前記バッテリ残量が閾値Ref4以上閾値Ref3未満であるモード3と、
前記バッテリ残量が閾値Ref4未満であるモード4と、
が規定されており、
前記ロボットの活動限界となるバッテリ量をB L 、前記ロボットが現在実行しているタスクの終了位置若しくは前記ロボットの現在位置から前記移動目標エリアまで移動する際に消費するバッテリ量をC b 、前記ロボットが現在実行しているタスクが終了するまでに、当該ロボットがタスクの実行のみに消費するバッテリ量をCtask、バッテリマージンをbmとしたとき、Ref2,Ref3,Ref4は、
Ref2 = B L + C b + Ctask + 2bm
Ref3 = B L + C b + Ctask + bm
Ref4 = B L + C b + bm
の関係を満たし、
前記バッテリレベル判定部によって前記ロボットの前記バッテリの状態が前記モード2であると判定され、当該ロボットがタスクを実行中であり、かつ、前記バッテリ補給エリアへの移動に関するバッテリ補給タスクが当該ロボットの実行計画に登録されていない場合には、前記タスク管理手段は、実行中のタスクの後に前記バッテリ補給タスクを行うように当該ロボットの実行計画を再設定し、
前記バッテリレベル判定部によって前記ロボットの前記バッテリの状態が前記モード3であると判定され、当該ロボットがタスクを実行中であり、かつ、前記バッテリ補給エリアへの移動に関するバッテリ補給タスクが当該ロボットの実行計画に登録されていない場合には、前記タスク管理手段は、実行中のタスクを中止させる内容の実行命令の生成を要求する実行命令要求信号と、前記バッテリ補給タスクを実行させる内容の実行命令の生成を要求する実行命令要求信号と、を前記実行命令生成手段に出力し、
前記バッテリレベル判定部によって前記ロボットの前記バッテリの状態が前記モード4であると判定された場合には、前記タスク管理手段は、当該ロボットがタスクの遂行も前記バッテリ補給タスクも不可能であることを通知する信号の生成を要求する実行命令要求信号を前記実行命令生成手段に出力する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のロボット制御装置。 - 前記タスク管理手段は、前記タスク管理手段が行う前記実行計画に登録されたタスクの実行計画の再設定の際に、前記バッテリレベル判定部によって前記ロボットの前記バッテリの状態が前記モード3であると判定されて前記タスク管理手段によって出力された、実行中のタスクを中止させる内容の実行命令の生成を要求する実行命令要求信号に対応するタスクを、他のロボットの実行計画に登録する
ことを特徴とする請求項4に記載のロボット制御装置。
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