JP5060619B2 - モーション計画方法、モーション計画システム及び記録媒体 - Google Patents
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Description
本出願は、2007年6月8日付けの、“ Multi-Modal Motion Planning For A Humanoid Robot Manipulation Task ”と題する米国特許仮出願第60/933,909号を基礎とする優先権を米国特許法119条(e)に基づき主張し、当該仮出願はその全体がここに引用される。
本発明の実施形態は、主体装置(例えば、人間形ロボット)のためにモーションを計画する装置、システム及びコンピュータ読取可能な記録媒体を提供する。各モードは、制約のセットを有しており、その制約は、主体装置によって遵守されなければならない。最も制約されているモード(例えば、押し動かすモード)と、最も制約されているモードに隣接し主体装置の初期設定により近いモード(例えば、腕を伸ばす/引っ込めるモード)によって共有される遷移設定候補のなかから、主体装置の第1の遷移設定が選択される。探索が実行され、第1の遷移設定と初期設定との間の、第1の連続する複数の設定を取得する。別の探索が実行され、第1の遷移設定から目標設定への経路を識別する。
図1は、本発明の一実施形態に係る、押し動かす対象物112を含む環境内のロボット130を示している。ロボット130は、人間のモーションに類似する様々な作業を実行することができる人間形ロボットである。このようなロボットの一例として、日本、東京の本田技研工業株式会社の進化人間形ロボットASIMOがある。以降では人間形ロボット130に言及しつつ実施形態を説明するが、本発明は、人間形ロボットに限定されず、複数モードで作業可能な他タイプのロボット及び機械的装置にも使用され得る。
図4は、本発明の一実施形態に係る、ロボット130の構成要素を示すブロック図である。ロボット130は、センサ440、計算モジュール410、エフェクタ490等の構成要素を含む。計算モジュール410は、センサ440からセンサ信号を受け取り、ロボットの現在の設定を決定するのと同様に、ロボットを包囲する環境内の様々な対象物との関係におけるロボットの位置及び向きを決定する。センサは、他の身体セグメント(例えば、上腕)との関係におけるある身体セグメント(例えば、腕)の位置及び向きを決定する、画像センサ、線形センサ、回転式センサ等の構成要素を含む。1又は複数の実施形態においては、センサ信号442は、ロボット130のモーションを制御するフィードバック信号として機能してもよい。
図5は、本発明の一実施形態に係る、モーション計画部470を示すブロック図である。モーション計画部470は、探索戦略選択部510、決定的モード計画部520、探索ツリー拡大部540、計画経路抽出部560等の構成要素を含む。探索戦略選択部510は、設定の経路を探索し計画する複数の探索戦略のなかから、当該状況下でウエイトを与えられた優先度に応じて、1つの探索戦略を選択する。例えば、最も高い優先度として演算時間を最小化することが与えられている場合、最短の時間内で経路を生成する、1つの既知の探索戦略が選択され得る。例えば、最も高い優先度として、ロボット130の計画されたモーションを実行した後のタスク達成速度が与えられている場合、最も効率的に経路を生成する、1つの既知の探索戦略が選択され得る。探索戦略選択部510は、目標設定に達するためにロボット130によって取られるべきモードも決定する。探索戦略は、例えば、別のモードにおいて作業に課される条件に基づいて、モードのシーケンスを決定してもよい。
図8は、本発明の一実施形態に係る、複数モードモーション計画方法のフローチャートである。最初に、モーション計画部470は目標設定を受け取る(ステップ806)。ある位置まで対象物を押し動かす例では、目標設定は、操作されている対象物の対象物設定の観点から定義される。詳細に前記した押し動かす例では、対象物設定は、水平座標及び対象物の向きを含む。モーション計画部470は、例えば図2Aに示されるように、ロボット130のモード間の遷移候補を決定する(ステップ808)。次に、モーション計画部470は、初期設定312と目標設定324との間の経路内で、最も制約されたモードを決定する(ステップ810)。モーション計画部470は、遷移設定の実現可能性及び遷移設定の有用性を計算し記憶する(ステップ814)。
一実施形態においては、モーション計画部470は、バイアスなしの均等な確率で遷移設定がサンプリングされるブラインド(blind)モーション探索戦略も実行する。ブラインドモーション探索戦略は、遷移設定をサンプリングする前に、実現可能性又は有用性を計算することを必要としない。しかしながら、ブラインドモーション探索戦略は、有用性がより高い遷移設定がサンプリングされるようにバイアスをかけることはない。したがって、ブラインドモーション探索戦略を使用すると、遷移設定のサンプリングをより高い有用性の方にバイアスする場合と比較して、探索結果であるモーションの数がより増加する結果となり得る。
112 対象物
114 目標位置
130 ロボット
200 設定空間
210、220、230、240、250 多様体
312 初期設定
316、318、320、322 遷移設定
324 目標設定
410 計算モジュール
440 センサ
450 対象物検出部
452 対象物情報
460 環境マッピング部
462 環境情報
470 モーション計画部
472 命令
480 コントローラ
482 エフェクタ信号
490 エフェクタ
510 探索戦略選択部
520 決定的モード計画部
522 有用性テーブル生成部
524 有用性テーブル
526 実現可能性テーブル生成部
528 実現可能性テーブル
530 遷移設定サンプリング部
540 探索ツリー拡大部540
542 距離メトリック算出部
544 ノード選択部
550 単一モード計画部
560 計画経路抽出部
710 雲
Claims (21)
- 2以上のモードで動作可能な主体装置のモーションを計画するコンピュータを用いた方法であって、
各モードは、前記主体装置の設定についての制約のセットを有し、
前記コンピュータは、
前記主体装置の目標設定を受け付け、
前記目標設定を含むモードと初期設定を含むモードの間に直列的に位置するモードのうち、モード内で効率的な連続する複数の設定を入手するために最も多くの演算処理及びリソースを必要とする最も制約されたモード、及び、
前記最も制約されたモードに隣接し、前記最も制約されたモードと前記初期設定を含むモードとの間に位置する第1のモード、
の両者のモードに共有される複数の遷移設定候補から前記主体装置の第1の遷移設定を選択し、
前記第1の遷移設定から前記初期設定へ、第1の連続する複数の設定を探索する第1の探索を実行し、
前記第1の遷移設定から前記目標設定へ、第2の連続する複数の設定を探索する第2の探索を実行し、
前記第1の連続する複数の設定及び前記第2の連続する複数の設定を出力すること、
を特徴とする方法。 - 前記第1の探索を実行することは、
前記第1のモード、及び、前記第1のモードに隣接し、前記第1のモードと前記初期設定のモードとの間に位置する第2のモードに共有される第2の遷移設定をサンプリングし、
前記第1の遷移設定と前記第2の遷移設定との間の前記第1のモード内で、前記主体装置の第3の連続する複数の設定を、単一モード計画を使用して探索することを含むこと、
を特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記コンピュータは、
ノードを含むツリーを生成し拡大し、
前記ノードのそれぞれは、
前記初期設定から前記目標設定に達するために前記主体装置によって取られ得る設定を表すこと、
を特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記コンピュータは、
前記第1のモードから、前記第1の遷移設定についての遷移設定に到達する実現可能性を決定し、
前記第1の遷移設定についての前記遷移設定候補の有用性を計算し、
前記有用性は、
前記第1の遷移設定から、前記最も制約されたモード内の前記目標設定に達するのに有効である設定の変化を表し、
前記第1の遷移設定を選択することは、
前記遷移設定候補の前記実現可能性及び前記遷移設定候補の前記有用性によってバイアスをかけられたうえで、遷移設定候補をサンプリングすることを含むこと、
を特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記コンピュータは、
前記決定された実現可能性を前記遷移設定候補ごとに実現可能性テーブルに記憶し、
前記計算された有用性を前記遷移設定候補ごとに有用性テーブルに記憶すること、
を特徴とする請求項4に記載の方法。 - 前記目標設定は、
前記最も制約されたモード内にあり、
前記第2の探索は、
単一モード計画を使用して実行されること、
を特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記最も制約されたモードは、
対象物を推進するためのモードを含むこと、
を特徴とする請求項1に記載の方法。 - 2以上のモードで動作可能な主体装置のモーションを計画するコンピュータ読取可能な記録媒体であって、
前記2以上のモードのそれぞれにおいて、前記主体装置が取り得る設定に対する所定の制約が存在し、
前記コンピュータ読取可能な記録媒体に記憶された命令は、プロセッサに対して、
前記主体装置の目標設定を受け付け、
前記目標設定を含むモードと初期設定を含むモードの間に直列的に位置するモードのうち、モード内で効率的な連続する複数の設定を入手するために最も多くの演算処理及びリソースを必要とする最も制約されたモード、及び、
前記最も制約されたモードに隣接し、前記最も制約されたモードと前記初期設定を含むモードとの間に位置する第1のモード、
の両者のモードに共有される複数の遷移設定候補から前記主体装置の第1の遷移設定を選択し、
前記主体装置の前記第1の遷移設定から前記主体装置の前記初期設定へ、第1の連続する複数の設定を探索する第1の探索を実行し、
前記主体装置の前記第1の遷移設定から前記主体装置の前記目標設定へ、第2の連続する複数の設定を探索する第2の探索を実行し、
前記主体装置の前記第1の連続する複数の設定及び前記主体装置の前記第2の連続する複数の設定を出力する処理を実行させること、
を特徴とするコンピュータ読取可能な記録媒体。 - 前記命令は、前記プロセッサに対して、
前記第1のモード、及び、前記第1のモードに隣接し、前記第1のモードと前記初期設定のモードとの間に位置する第2のモードに共有される第2の遷移設定をサンプリングし、
前記第1の遷移設定と前記第2の遷移設定との間の前記第1のモード内で、前記主体装置の第3の連続する複数の設定を、単一モード計画を使用して探索する処理を実行させること、
を特徴とする請求項8に記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。 - 前記命令は、前記プロセッサに対して、
ノードを含むツリーを生成し拡大する処理を実行させ、
前記ノードのそれぞれは、
前記初期設定から前記目標設定に達するために前記主体装置によって取られ得る設定を表すこと、
を特徴とする請求項8に記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。 - 前記命令は、前記プロセッサに対して、
前記第1のモードから、前記第1の遷移設定についての遷移設定に到達する実現可能性を決定し、
前記第1の遷移設定についての前記遷移設定候補の有用性を計算する処理を実行させ、
前記有用性は、
前記第1の遷移設定から、前記最も制約されたモード内の前記目標設定に達するのに有効である設定の変化を表し、
前記第1の遷移設定を選択する命令は、
前記遷移設定候補の前記実現可能性及び前記遷移設定候補の前記有用性によってバイアスをかけられたうえで、遷移設定候補をサンプリングする命令を含むこと、
を特徴とする請求項8に記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。 - 前記命令は、前記プロセッサに対して、
前記決定された実現可能性を前記遷移設定候補ごとに実現可能性テーブルに記憶し、
前記計算された有用性を前記遷移設定候補ごとに有用性テーブルに記憶する処理を実行させること、
を特徴とする請求項11に記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。 - 前記目標設定は、
前記最も制約されたモード内にあり、
前記第2の探索は、
単一モード計画を使用して実行されること、
を特徴とする請求項8に記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。 - 前記最も制約されたモードは、
対象物を推進するためのモードを含むこと、
を特徴とする請求項8に記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。 - 2以上のモードで動作可能な主体装置のモーションを計画するシステムであって、
各モードは、前記主体装置によって取られ得る設定についての制約のセットを有し、
前記システムは、
目標設定を含むモードと初期設定を含むモードの間に直列的に位置するモードのうち、モード内で効率的な連続する複数の設定を入手するために最も多くの演算処理及びリソースを必要とする最も制約されたモード、及び、
前記最も制約されたモードに隣接し、前記最も制約されたモードと前記初期設定を含むモードとの間に位置する第1のモード、
の両者のモードに共有される複数の遷移設定候補から前記主体装置の第1の遷移設定を選択する決定的モード計画部と、
前記第1の遷移設定から前記初期設定へ、第1の連続する複数の設定を探索する第1の探索を実行する探索ツリー拡大部と、
前記第1の遷移設定から前記目標設定へ、第2の連続する複数の設定を探索する第2の探索を実行する単一モード計画部と、
前記第1の連続する複数の設定及び前記第2の連続する複数の設定を出力する計画経路抽出部と、
を有すること、
を特徴とするシステム。 - 前記探索ツリー拡大部は、
前記第1のモード、及び、前記第1のモードに隣接し、前記第1のモードと前記初期設定のモードとの間に位置する第2のモードに共有される第2の遷移設定をサンプリングし、
前記第1の遷移設定と前記第2の遷移設定との間の前記第1のモード内で、前記主体装置の第3の連続する複数の設定を、単一モード計画を使用して探索すること、
を特徴とする請求項15に記載のシステム。 - 前記探索ツリー拡大部は、
ノードを含むツリーを生成し拡大し、
前記ノードのそれぞれは、
前記初期設定から前記目標設定に達するために前記主体装置によって取られ得る設定を表すこと、
を特徴とする請求項15に記載のシステム。 - 前記決定的モード計画部は、
前記第1のモードから、前記第1の遷移設定についての遷移設定に到達する実現可能性を決定し、
前記第1の遷移設定についての前記遷移設定候補の有用性を計算し、
前記有用性は、
前記第1の遷移設定から、前記最も制約されたモード内の前記目標設定に達するのに有効である設定の変化を表し、
前記遷移設定候補の前記実現可能性及び前記遷移設定候補の前記有用性によってバイアスをかけられたうえで、遷移設定候補をサンプリングすること、
を特徴とする請求項15に記載のシステム。 - 前記システムは、
前記決定された実現可能性を前記遷移設定候補ごとに記憶する実現可能性テーブルと、
前記計算された有用性を前記遷移設定候補ごとに記憶する有用性テーブルと、
を有すること、
を特徴とする請求項18に記載のシステム。 - 前記目標設定は、
前記最も制約されたモード内にあり、
前記探索ツリー拡大部は、
単一モード計画を使用して前記第2の探索を実行すること、
を特徴とする請求項15に記載のシステム。 - 前記最も制約されたモードは、
対象物を推進するためのモードを含むこと、
を特徴とする請求項15に記載のシステム。
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