(57)【要約】【課題】遠隔操作で走行するロボットの転倒を判定すること。【解決手段】転倒判定装置は、ロボットが走行経路を走行する際の第１姿勢を設定する設定部と、設定部によって第１姿勢に設定されたロボットが走行経路を走行する際の挙動を解析する解析部と、解析部の解析結果に基づいて、第１姿勢のロボットが走行経路で転倒するか否かを判定する判定部と、を備える。【選択図】図２
2020163495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットが走行経路を走行する際の第１姿勢を設定する設定部と、
前記設定部によって第１姿勢に設定された前記ロボットが前記走行経路を走行する際の挙動を解析する解析部と、
前記解析部の解析結果に基づいて、第１姿勢の前記ロボットが前記走行経路で転倒するか否かを判定する判定部と、
を備える、転倒判定装置。
【請求項２】
前記判定部によって、前記ロボットが転倒すると判定された場合に、
前記設定部は、前記ロボットの姿勢を第１姿勢とは異なる第２姿勢に設定し、
前記解析部は、第２姿勢に設定された前記ロボットが前記走行経路を走行する際の挙動を解析し、
前記判定部は、前記解析部の解析結果に基づいて、第２姿勢の前記ロボットが前記走行経路で転倒するか否かを判定する、
請求項１に記載の転倒判定装置。
【請求項３】
前記解析部は、前記走行経路において、第１姿勢の前記ロボットが転倒すると判定された直前の地点から、第２姿勢に設定された前記ロボットが前記走行経路を走行する際の挙動を解析する、
請求項２に記載の転倒判定装置。
【請求項４】
前記ロボットは、作業装置を備え、
前記設定部は、前記作業装置の位置姿勢を変動させて前記ロボットの重心を変更することで、前記ロボットの姿勢を第１姿勢から第２姿勢に変更する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の転倒判定装置。
【請求項５】
前記作業装置は、アーム装置である、
請求項４に記載の転倒判定装置。
【請求項６】
ロボットが走行経路を走行する際の第１姿勢を設定する設定ステップと、
第１姿勢に設定された前記ロボットが前記走行経路を走行する際の挙動を解析する解析ステップと、
前記解析ステップによる解析結果に基づいて、第１姿勢の前記ロボットが前記走行経路で転倒するか否かを判定する判定ステップと、
を含む、転倒判定方法。
【請求項７】
ロボットが走行経路を走行する際の第１姿勢を設定する設定ステップと、
第１姿勢に設定された前記ロボットが前記走行経路を走行する際の挙動を解析する解析ステップと、
前記解析ステップによる解析結果に基づいて、第１姿勢の前記ロボットが前記走行経路で転倒するか否かを判定する判定ステップと、
を転倒判定装置として動作するコンピュータに実行させるための、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転倒判定装置、転倒判定方法、およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、災害発生時などにおいて、二次災害の発生がある環境や、人の立ち入りが困難な環境で復旧工事を行うために、ロボットを遠隔操作する技術の研究開発が行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、環境内の物体および構造体の位置についてのデータを受信することで、目標指向型作業を実行可能なロボットが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２０４２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
災害現場では、地面の傾斜や凹凸など不整地が多数存在することが想定される。しかしながら、ロボットの遠隔操作を行う場合、ロボットに搭乗して操作する場合と比較して、走行の安全性を判断するため情報を得ることが困難となる。そのため、不整地上でのロボットの遠隔操作において、ロボットの転倒を回避する技術が望まれている。
【０００６】
本発明は、遠隔操作で走行するロボットの転倒を判定することのできる転倒判定装置、転倒判定方法、およびプログラムを提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の転倒判定装置は、ロボットが走行経路を走行する際の第１姿勢を設定する設定部と、前記設定部によって第１姿勢に設定された前記ロボットが前記走行経路を走行する際の挙動を解析する解析部と、前記解析部の解析結果に基づいて、第１姿勢の前記ロボットが前記走行経路で転倒するか否かを判定する判定部と、を備える。
【０００８】
本発明の転倒判定方法は、ロボットが走行経路を走行する際の第１姿勢を設定する設定ステップと、第１姿勢に設定された前記ロボットが前記走行経路を走行する際の挙動を解析する解析ステップと、前記解析ステップによる解析結果に基づいて、第１姿勢の前記ロボットが前記走行経路で転倒するか否かを判定する判定ステップと、を含む。
【０００９】
本発明のプログラムは、ロボットが走行経路を走行する際の第１姿勢を設定する設定ステップと、第１姿勢に設定された前記ロボットが前記走行経路を走行する際の挙動を解析する解析ステップと、前記解析ステップによる解析結果に基づいて、第１姿勢の前記ロボットが前記走行経路で転倒するか否かを判定する判定ステップと、を転倒判定装置として動作するコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、遠隔操作で走行するロボットの転倒を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る遠隔操作型のロボットの一例を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る転倒判定装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図３は、遠隔操作ロボット１が接地点から受ける力とモーメントを説明するための模式図である。
【図４Ａ】図４Ａは、遠隔操作ロボットの走行時の姿勢を説明するための模式図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、遠隔操作ロボットの走行時の姿勢を説明するための模式図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、遠隔操作ロボットの走行時の姿勢を説明するための模式図である。
【図５】図５は、遠隔操作ロボットのアーム部の角度を示すテーブルである。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る転倒判定装置の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本実施形態に係るシミュレーションのモデルを説明するための模式図である。
【図８】図８は、本実施形態を適用できる建設機械の一例であるバックホウの主要構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含む。
【００１３】
図１を用いて、本発明の実施形態に係る評価装置によって安定性が評価されるロボットの一例について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る遠隔操作ロボットの一例を示す概略図である。なお、以下の各図においては、ＸＹＺ直交座標系を図示している。水平面内のＸ軸と平行な方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸と直交する水平面内のＹ軸と平行な方向をＹ軸方向とし、水平面と直交するＺ軸と平行な方向をＺ軸方向とする。
【００１４】
図１に示すように、遠隔操作ロボット１は、移動部２と、アーム部３とを備える。
【００１５】
移動部２は、例えば、車輪や、クローラから構成されており、遠隔操作ロボット１を移動するために用いられる。図１に示す例では、遠隔操作ロボット１は、移動部２の車輪やクローラが回転することで、Ｘ方向に沿って走行する。また、移動部２は、遠隔操作ロボット１を支持する支持機構としても機能する。
【００１６】
アーム部３は、第１アーム３ａと、第２アーム３ｂと、第３アーム３ｃとを有する。
【００１７】
第１アーム３ａは、移動部２に、回転可能に接続されている。具体的には、第１アーム３ａは、第１軸４ａを基点として、ＸＹ平面に対し水平に回転する。また、第１アーム３ａは、第２軸４ｂを基点として、ＺＸ平面に対し水平に回転する。
【００１８】
第２アーム３ｂは、第１アーム３ａに、回転可能に接続されている。具体的には、第２アーム３ｂは、第３軸４ｃを基点として、ＺＸ平面に対し水平に回転する。
【００１９】
第３アーム３ｃは、第２アーム３ｂに、回転可能に接続されている。具体的には、第３アーム３ｃは、第４軸４ｄを基点として、ＺＸ平面に対し水平に回転する。
【００２０】
上述のとおり、図１に図示の遠隔操作ロボット１は、４軸のアームを搭載した移動ロボットである。以下では、遠隔操作ロボット１が、４軸のアームを搭載した移動ロボットであるものとして説明するが、これは例示であり、本発明を限定するものではない。
【００２１】
次に、図２を用いて、本発明の実施形態に係る転倒判定システム１０の構成について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る転倒判定システム１０の構成の一例を示すブロック図である。
【００２２】
転倒判定システム１０は、表示部２０と、操作部３０と、転倒判定装置１００とを備える。転倒判定システム１０は、図１に図示の遠隔操作ロボット１の走行経路における走行の安定性などを動力学シミュレーションによって評価する。具体的には、転倒判定システム１０は、ロボットが走行経路を走行する際の姿勢を設定し、走行経路で転倒するか否かを判定する。転倒判定システム１０は、ロボットが転倒しない姿勢を確定する。
【００２３】
表示部２０は、種々の情報を表示する。表示部２０は、例えば転倒判定装置１００の判定結果を表示する。このような、表示部２０は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid  Crystal  Display）または有機ＥＬ（Organic  Electro-Luminescence）ディスプレイなどを含むディスプレイである。なお、表示部２０は、これらに限定されるものではない。
【００２４】
操作部３０は、転倒判定装置１００に対するユーザからの操作を受け付ける。操作部３０は、遠隔操作ロボット１の走行経路における走行の安定性を評価するための各種の条件が含まれる。操作部３０は、例えば目標地点を設定する操作を受け付ける。操作部３０は、例えば遠隔操作ロボット１が走行する際の姿勢に関する情報を受け付ける。操作部３０は、タッチパネル、キーボード、マウスなどから構成される。なお、操作部３０は、これらに限定されるものではない。
【００２５】
転倒判定装置１００は、遠隔操作ロボット１が走行経路において転倒するか否かを判定する。転倒判定装置１００は、制御部１１０と、記憶部１２０と、通信部１３０とを備える。
【００２６】
制御部１１０は、転倒判定システム１０を構成する各部を制御する。具体的には、制御部１１０は、記憶部１２０に記憶されているプログラムを展開して実行することによって転倒判定システム１０を構成する各部を制御する。制御部１１０は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）を含む電子的な回路などで実現することができる。制御部１１０は、取得部１１１と、設定部１１２と、解析部１１３と、判定部１１４と、確定部１１５とを備える。
【００２７】
取得部１１１は、種々の情報を取得する。取得部１１１は、例えば操作部３０が受け付けた目標地点の情報を取得する。取得部１１１は、例えば遠隔操作ロボット１が目標地点まで走行する走行経路に関する情報を取得する。具体的には、取得部１１１は、走行経路における斜面や、起伏などの地形の変化に関する情報を取得する。ここで、取得部１１１は、例えば予め取得された地図情報などに基づいて、地形の変化に関する情報を取得する。また、取得部１１１は、災害対応現場などにおいて、例えばドローンなどによる航空測量の結果を走行経路に関する情報として取得してもよい。取得部１１１は、走行経路における地形の変化に関する情報を、例えば通信部１３０を介して外部の各種の装置から取得する。
【００２８】
設定部１１２は、例えば、遠隔操作ロボット１の各種の状態を設定する。設定部１１２は、例えば遠隔操作ロボット１が目標地点まで走行する際の姿勢を設定する。設定部１１２は、例えば遠隔操作ロボット１の走行経路における姿勢として、アーム部３の状態を設定する。設定部１１２は、例えばアーム部３の状態を屈曲状態にしたり、伸展状態にしたりする。設定部１１２は、アーム部３の状態を変更することで、遠隔操作ロボット１の機体重心を変更する。言い換えれば、設定部１１２は、遠隔操作ロボット１の機体重心を変更するために、姿勢を変更する。設定部１１２は、遠隔操作ロボット１の姿勢を自動で設定してもよいし、ユーザによって操作部３０を介して指定された姿勢に設定してもよい。設定部１１２は、例えば記憶部１２０に記憶された遠隔操作ロボット１の姿勢に関する情報に基づいて、遠隔操作ロボット１の姿勢を自動で設定する。
【００２９】
解析部１１３は、例えば、遠隔操作ロボット１が走行経路を走行する際の走行安定性を評価するために必要な時系列データをサンプリングする。解析部１１３は、取得部１１１が取得した走行経路に関する情報に基づいて、走行経路の走行に伴い変化する、遠隔操作ロボット１と地面との接触状態や、地面から受ける反力・反力モーメントに関する時系列データをサンプリングする。なお、解析部１１３がサンプリングする時系列データは、ユーザによって操作部３０を介して指定される。すなわち、解析部１１３は、ユーザの指示に従って、時系列データをサンプリングする。
【００３０】
また、解析部１１３は、例えばサンプリングされた時系列データに基づいて、遠隔操作ロボット１が走行経路を走行する際の単位時間ごとの動的安定性を算出する。解析部１１３は、例えば走行経路の動的な挙動の変化を評価するための動力学シミュレーションを用いて、遠隔操作ロボット１の単位時間ごとの動的安定性を算出する。具体的には、解析部１１３は、サンプリングされた時系列データにおいて、動的安定性として、瞬間ごと（単位時間ごと）の安定性の指標ＳＳＶを以下の式(１)のように定義する。
【００３１】
【数１】
2020163495.tif 000003
【００３２】
式(１)に示すように、安定性の指標ＳＳＶは、遠隔操作ロボット１の移動部２などの支持機構が全て設置している場合にはＳｃとし、それ以外の場合には０とする。ここで、安定性の指標ＳＳＶが０であるとは、遠隔操作ロボット１が転倒する可能性が高く、遠隔操作ロボット１を走行させることが危険であることを意味している。これは、遠隔操作ロボット１のいずれの支持機構も地面と接触していない状態を、遠隔操作ロボット１が転倒する危険性の高い状態であると判断しているためである。一方、解析部１１３は、遠隔操作ロボット１の移動部２などの支持機構が全て設置している場合の指標Ｓｃを、転倒安定性の判別式および動的安定性余裕Δ＋を用いて、以下の式(２)のように算出する。なお、転倒安定性の判別式および動的安定性余裕Δ＋については後述する。
【００３３】
【数２】
2020163495.tif 000004
【００３４】
式(２)に示すように、解析部１１３は、遠隔操作ロボット１の支持機構と、地面との全ての接触点の組み合わせに対して転倒安定性の判別式が満たされる場合には、指標ＳｃをΔ＋とする。言い換えれば、遠隔操作ロボット１の支持機構が全て地面と接触しており、かつ転倒安定性の判別式によって、遠隔操作ロボット１が転倒しないと判定された場合には、動的安定性余裕の概念に基づいて算出される値が与えられる。一方、解析部１１３は、遠隔操作ロボット１の支持機構と、地面との全ての接触点の組み合わせに対して転倒安定性の判別式が満たされない場合には、指標Ｓｃを０と算出する。言い換えれば、遠隔操作ロボット１の支持機構が全て地面と接触しているが、転倒安定性の判別式によって、転倒すると判定された場合には、０と算出される。
【００３５】
ここで、転倒安定性の判別式および動的安定性余裕Δ＋を導出する方法について具体的に説明する。転倒安定性の判別式は、遠隔操作ロボット１と、地面との接触状態に基づいて、遠隔操作ロボット１が転倒するか否かを判別するための式である。動的安定性余裕Δ＋は、転倒安定性の判別式によって遠隔操作ロボット１が転倒しないと判定された場合に、遠隔操作ロボット１の安定性の余裕（度合い）を定量的に評価するための指標である。
【００３６】
動的安定性余裕Δ＋を導出するために、遠隔操作ロボット１と、地面との２つの接地点を結ぶ線分周りのモーメントを算出する。ここで、図３を用いて、遠隔操作ロボット１が接地点から受ける力とモーメントについて説明する。図３は、遠隔操作ロボット１が接地点から受ける力とモーメントを説明するための模式図である。
【００３７】
図３に示すように、遠隔操作ロボット１はｘ方向に沿って片側ｋ（ｋは自然数）個の合計２ｋ個の接地点を有する。ある慣性系座標系Σａを設定し、その原点をＯとする。各接地点の位置ベクトルをｐｊ、各接地点が地面から受ける力をｆｊとおく。すると、遠隔操作ロボット１が地面から受ける力Ｆと、モーメントＭは、それぞれ、下記の式（３）、式（４）で表される。
【００３８】
【数３】
2020163495.tif 000005
【００３９】
【数４】
2020163495.tif 000006
【００４０】
このような場合、遠隔操作ロボット１と、地面との２つの任意の接地点ＰａとＰｂを結ぶ線分周りのモーメントＭａｂは、以下の式（５）で表現される。
【００４１】
【数５】
2020163495.tif 000007
【００４２】
ここで、２つの接地点ＰａとＰｂがいずれも地面から浮き上がらないと仮定し、かつ遠隔操作ロボット１と地面との接地点がＰａとＰｂの２点のみである場合を考える。この場合、式（５）の値が０であることが、遠隔操作ロボット１が転倒しない条件である。
【００４３】
遠隔操作ロボット１と、地面との接地点が３つ以上である場合には、モーメントＭａｂが０でなくても、遠隔操作ロボット１が転倒しないこともある。具体的には、遠隔操作ロボット１が倒れ込んでいく方向が、遠隔操作ロボット１と地面とのいずれかの接点を接地面に押し付ける方向と一致していれば、この接地点によって遠隔操作ロボット１は支持されるため、遠隔操作ロボット１に転倒は生じない。すなわち、以下の式（６）で表現される転倒安全性の判別式を満足するＰｊが存在すれば、遠隔操作ロボット１は転倒しない。一方、転倒安全性の判別式を満足するＰｊが存在しない場合には、遠隔操作ロボット１は、Ｐａと、Ｐｂとを結ぶ線分を軸に転倒する。
【００４４】
【数６】
2020163495.tif 000008
【００４５】
ここで、式（６）におけるｐｊおよびｎｊは、それぞれ接地点Ｐｊの位置ベクトルおよび法線ベクトルを表している。解析部１１３は、式（６）の判別を（ａ＝１、２、・・・、ｎ）および（ｂ＝１、２、・・・、ｎ）の全ての組について行う。ただし、この組み合わせについては、ａ＝ｂの場合を除くこととする。そして、解析部１１３によって式（６）を満たすと判断された場合、遠隔操作ロボット１は、どの方向に対しても転倒しない、安定した走行を実現できる。
【００４６】
次に、動的安定性余裕Δ＋を定義するために、まず、式（５）で算出される各モーメントの絶対値を比較し、その最小値を算出する。算出された絶対値の最小値は、遠隔操作ロボット１を外力によって転倒させるために必要な最小限のモーメントとして考えることができる。そして、この値をロボットの総重量で割った値を動的安定性余裕Δ＋と定義する。動的安定性余裕Δ＋は、以下の式（７）で表現される。
【００４７】
【数７】
2020163495.tif 000009
【００４８】
ここで、式（７）におけるｍおよびｇは、それぞれ、遠隔操作ロボット１の質量および重力定数である。動的安定性余裕Δ＋の単位はメートルである。式（７）において、２つの接地点の組み合わせについては、その２つの接地点以外の接地点Ｐｊについて式（６）を満足するものとする。これは、２つの接地点の組み合わせのうち、ロボットがどちら側に回転しようとしても他の接地点によってその転倒を防止できるような接地点の組み合わせを除外することを意味している。言い換えれば、平地上で遠隔操作ロボット１を支持している接地点からなる多角形の対角線となる組み合わせを除外し、それ以外の残りの組み合わせに限定している。
【００４９】
判定部１１４は、式(２)に基づいて評価した安定性の指標ＳＳＶを、単位時間ごとに統合し、以下の式(８)に示すように、走行経路における遠隔操作ロボット１が転倒するか否かを判定する。
【００５０】
【数８】
2020163495.tif 000010
【００５１】
上述の式(８)において、ｎｔは、解析部１１３によって算出される単位時間ごとの安定性の指標ＳＳＶの個数を表した値である。ｎｈは、θ≦ＳＳＶを満たす、解析部１１３によって算出される単位時間ごとの安定性の指標ＳＳＶの個数を表した値である。ｎｌは、０＜ＳＳＶ＜θを満たす、解析部１１３によって算出される単位時間ごとの安定性の指標ＳＳＶの個数を表した値である。ここで、θは、例えば、平地のような走行しやすい整地上を遠隔操作ロボット１が走行した際の、安定性の指標ＳＳＶに基づいて定義される閾値である。例えば、判定部１１４は、θの値を、平地上を遠隔操作ロボット１が走行した際の安定性の指標ＳＳＶの半分に設定し、遠隔操作ロボット１の走行安定性を評価する。なお、θの値は、安定性の指標ＳＳＶの半分の値に制限されない。
【００５２】
確定部１１５は、遠隔操作ロボット１の姿勢を確定する。確定部１１５は、走行経路において遠隔操作ロボット１が転倒しないように、姿勢を確定する。
【００５３】
記憶部１２０は、種々の情報を記憶している。記憶部１２０は、例えば遠隔操作ロボット１の姿勢に関する情報を記憶している。姿勢に関する情報には、例えば遠隔操作ロボット１がとることのできる姿勢の情報が含まれている。記憶部１２０は、例えば制御部１１０が転倒判定システム１０を制御するためのプログラムを記憶している。記憶部１２０は、例えば、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリ（Flash  Memory）などの半導体メモリ素子、またはハードディスク、ソリッドステートドライブ、光ディスクなどの記憶装置である。また、記憶部１２０は、通信部１３０を介して接続された外部記憶装置であってもよい。
【００５４】
通信部１３０は、有線または無線ネットワークを介して外部のサーバ装置などと接続されている。通信部１３０は、外部のサーバ装置などと情報通信を行う。
【００５５】
[遠隔ロボットの姿勢]
図４Ａと、図４Ｂと、図４Ｃと、図５を用いて、遠隔操作ロボット１の姿勢について説明する。図４Ａから図４Ｃは、遠隔操作ロボット１の走行時の姿勢を説明するための模式図である。図５は、遠隔操作ロボット１のアーム部３の角度を示すテーブルである。
【００５６】
上述したように、本実施形態では、遠隔操作ロボット１の姿勢を設定して、走行時における安定性を評価する。遠隔操作ロボット１が安定する姿勢は、地形によって異なる。設定部１１２は、地形に応じて遠隔操作ロボット１の姿勢を変更して、遠隔操作ロボット１の姿勢を変更する。例えば、設定部１１２は、遠隔操作ロボット１が備える作業装置の位置姿勢を変更する。具体的には、設定部１１２は、遠隔操作ロボット１のアーム部３の位置姿勢を変動させることで、機体重心の異なる複数の姿勢パターンを設定する。
【００５７】
設定部１１２は、例えば図４Ａに示したように遠隔操作ロボット１の姿勢を変更する。図４Ａに示す姿勢は、機体重心Ｇが遠隔操作ロボット１の中心となる第１姿勢である。図５に示すように、第１姿勢において、第１アーム３ａと、水平方向とのなす角度θａは１１０°、第１アーム３ａと、第２アーム３ｂとのなす角度θｂは７２°である。第１姿勢は、遠隔操作ロボット１が平地を走行する際に、最も安定する姿勢である。そのため、本実施形態では、第１姿勢を初期状態とする。
【００５８】
設定部１１２は、例えば図４Ｂに示したように遠隔操作ロボット１の姿勢を変更する。図４Ｂに示す姿勢は、機体重心Ｇが遠隔操作ロボット１の前方に位置する第２姿勢である。第２姿勢において、第１アーム３ａと、水平方向とのなす角度θａは０°、第１アーム３ａと、第２アーム３ｂとのなす角度θｂは１８０°である。
【００５９】
設定部１１２は、例えば図４Ｃに示したように遠隔操作ロボット１の姿勢を変更する。図４Ｃに示す姿勢は、機体重心Ｇが遠隔操作ロボット１の後方に位置する第３姿勢である。第３姿勢において、第１アーム３ａと、水平方向とのなす角度θａは１８０°、第１アーム３ａと、第２アーム３ｂとのなす角度θｂは１８０°である。
【００６０】
設定部１１２は、第１姿勢では転倒してしまうような傾斜や加速度が存在する状況下では第２姿勢または第３姿勢に遠隔操作ロボット１の姿勢を変更する。解析部１１３は、第２姿勢または第３姿勢における遠隔操作ロボット１の走行の安定性を解析する。判定部１１４は、第２姿勢または第３姿勢における遠隔操作ロボットが転倒するか否かを判定する。確定部１１５は、判定部１１４の判定結果に基づいて、遠隔操作ロボット１の姿勢を確定する。
【００６１】
なお、設定部１１２は、遠隔操作ロボット１に対して、第１姿勢と、第２姿勢と、第３姿勢との３種類の姿勢を設定するものとして説明したが、これは例示であり本発明を限定するものではない。設定部１１２は、遠隔操作ロボット１に対して、更に複数の姿勢を設定してもよい。
【００６２】
[転倒判定装置の処理]
図６を用いて、本発明の実施形態に係る転倒判定装置１００の制御部１１０の処理について説明する。図６は、転倒判定装置１００の制御部１１０の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【００６３】
制御部１１０は、遠隔操作ロボット１の目標地点を取得する（ステップＳ１０１）。ここでは、制御部１１０は、現在位置から目標地点までの遠隔操作ロボット１の走行経路の地形情報などを取得してもよい。そして、制御部１１０は、ステップＳ１０２に進む。
【００６４】
制御部１１０は、目標地点まで走行する際の遠隔操作ロボット１の姿勢を設定する（ステップＳ１０２）。そして、制御部１１０は、ステップＳ１０３に進む。
【００６５】
制御部１１０は、目標地点まで走行する際の遠隔操作ロボット１の挙動を解析する（ステップＳ１０３）。そして、制御部１１０は、ステップＳ１０４に進む。
【００６６】
制御部１１０は、遠隔操作ロボット１が転倒するか否かを判定する（ステップＳ１０４）。遠隔操作ロボット１が転倒しないと判定された場合（ステップＳ１０４のＮｏ）、制御部１１０は、ステップＳ１０５に進み、現在位置から目標地点までの遠隔操作ロボット１の姿勢を確定する（ステップＳ１０５）。そして、制御部１１０は、図６の処理を終了する。一方、遠隔操作ロボット１が転倒すると判定された場合（ステップＳ１０４のＹｅｓ）、制御部１１０は、ステップＳ１０６に進む。
【００６７】
ステップＳ１０６では、制御部１１０は、ステップＳ１０２で設定した姿勢とは異なる姿勢を遠隔操作ロボット１に設定する（ステップＳ１０６）。そして、制御部１１０は、ステップＳ１０７に進む。
【００６８】
制御部１１０は、遠隔操作ロボット１が転倒した地点の直前の地点の挙動を解析する（ステップＳ１０７）。そして、制御部１１０は、ステップＳ１０４に進む上述の処理を実行する。
【００６９】
上述のとおり、本実施形態は、遠隔操作ロボットを走行させる際に、遠隔操作ロボットの姿勢を考慮して、遠隔操作ロボットが転倒するか否かを判定することができる。これにより、遠隔操作ロボットを目標地点まで走行する際に、遠隔操作ロボットが転倒しないように遠隔操作ロボットの姿勢を制御することができる。その結果、災害現場などの地形が不安定な場所において、遠隔操作ロボットを安定して走行させることができる。
【００７０】
(実施例)
次に本実施形態に係る転倒判定システム１０の実施例について説明する。なお、以下で説明する実施例は、本発明を何ら限定するものではない。
【００７１】
図７を用いて、本実施形態の実施例について説明する。図７は、本実施形態に係るシミュレーションのモデルを説明するための模式図である。
【００７２】
図７に示すように、実施例では、遠隔操作ロボット１をモデル化したロボットモデル１Ａを用いて、動力学シミュレーションを実行した。ロボットモデル１Ａの走行時の姿勢を、図４Ａから図４Ｃに示した第１姿勢から第３姿勢の３種類に設定した。ロボットモデル１Ａが走行する走行経路としては、斜面Ｓを設定した。斜面Ｓは、例えば高さｈが８０ｃｍ、傾斜角度θ１が２４°である。斜面Ｓは、第１領域Ｒ１と、第２領域Ｒ２と、第３領域Ｒ３とを有する。第１領域Ｒ１は平地面、第２領域Ｒ２は傾斜面、第３領域Ｒ３は平地面である。ロボットモデル１Ａは、第１領域Ｒ１から第３領域Ｒ３まで走行する。すなわち、図７に示すモデルは、遠隔操作ロボット１が平地面、傾斜面、平地面の順に走行する場面を想定したモデルである。
【００７３】
本実施例では、３回のループによって、ロボットモデル１Ａの姿勢を決定した。１ループ目は、ロボットモデル１Ａを第１姿勢で走行を開始させたところ、第２領域Ｒ２を移動し始めたところで、転倒すると判定された。
【００７４】
２ループ目は、第２領域Ｒ２に差し掛かる直前の地点にロボットモデル１Ａを戻し、ロボットモデル１Ａの姿勢を第１姿勢から第２姿勢に変更した後、走行を開始させた。しかしながら、２ループ目でも、ロボットモデル１Ａが第２領域Ｒ２を移動し始めたところで、転倒すると判定された。
【００７５】
３ループ目も、第２領域Ｒ２に差し掛かる直前の地点にロボットモデル１Ａを戻し、ロボットモデル１Ａの姿勢を第１姿勢から第３姿勢に変更した後、走行を開始させた。その結果、ロボットモデル１Ａは、第１領域Ｒ１から第３領域Ｒ３までの走行経路は、転倒せずに走行することができた。すなわち、本実施例では、ロボットモデル１Ａが走行経路で転倒しない姿勢として、第３姿勢を得ることができた。
【００７６】
実施例のように、遠隔操作ロボット１の走行経路における転倒の有無を判定することができる。これにより、ユーザは、遠隔操作ロボット１の走行安定性を正確に判断することができる。
【００７７】
（具体例）
図８を用いて、本実施形態を適用できる建設機械の一例について説明する。図８は、本実施形態を適用できる建設機械の一例であるバックホウの主要構成を示す模式図である。
【００７８】
図８に示すように、バックホウ２００は、アーム部２１０と、走行部２３０と、ボディ２４０とを備える。
【００７９】
アーム部２１０は、第１アーム２１１と、第２アーム２１２と、先端部２７３を有するショベル２１３と、アクチュエータ２２１，２２２，２２３とを備える。第１アーム２１１は、ボディ２４０に対して回動可能に連結されている。第１アーム２１１と第２アーム２１２とは、回動可能に連結されている。第２アーム２１２とショベル２１３とは、回動可能に連結されている。アクチュエータ２２１は、ボディ２４０に対する第１アーム２１１の回動角度を変更可能に駆動制御される。アクチュエータ２２２は、第１アーム２１１と第２アーム２１２との回動角度を変更可能に駆動制御される。アクチュエータ２２３は、第２アーム２１２とショベル２１３との回動角度を変更可能に駆動制御される。
【００８０】
走行部２３０は、例えばボディ２４０の下側に設けられた無限軌道であり、バックホウ２００を走行可能に支持する。また、走行部２３０とボディ２４０とは旋回機構２３５を介して連結されている。旋回機構２３５は、走行部２３０に対するボディ２４０の水平方向の回転角度を変更可能に駆動制御される。
【００８１】
ボディ２４０は、アクチュエータ２２１，２２２，２２３、走行部２３０、旋回機構２３５等を駆動するためのエンジン等を内蔵する。また、ボディ２４０には操縦席２５０が設けられている。
【００８２】
本実施形態は、図８に示したようなアーム部２１０を有するバックホウ２００を遠隔操作して作業を行う際に、バックホウ２００が転倒するか否かを好適に判定することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１  遠隔操作ロボット
１Ａ  ロボットモデル
２  移動部
３  アーム部
３ａ  第１アーム
３ｂ  第２アーム
３ｃ  第３アーム
４ａ  第１軸
４ｂ  第２軸
４ｃ  第３軸
４ｄ  第４軸
１０  転倒判定システム
２０  表示部
３０  操作部
１００  転倒判定装置
１１０  制御部
１１１  取得部
１１２  設定部
１１３  解析部
１１４  判定部
１１５  確定部
１２０  記憶部
１３０  通信部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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