(57)【要約】【課題】移動障害物との干渉を回避する軌道候補の中から、移動効率の良い軌道を選択すること。【解決手段】ロボット１０には、将来的に前記移動障害物に干渉する可能性を判定する干渉度判定手段２１と、周囲の状況に応じてロボット１０を目標位置に移動させるように、ロボットの行動を計画する行動計画手段２３とが設けられる。行動計画手段２３は、干渉を回避するためのロボットの行動を決定する干渉回避行動決定部３２を含む。この干渉回避行動決定部３２では、移動障害物に干渉せずにロボット１０を目標位置に向って移動させることができる複数パターンの軌道候補を探索し、これら各軌道候補の中から最適となる軌道を抽出し、目標位置までのロボット１０の移動経路に係る実行軌道とする。【選択図】          図１
2020046773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の動作部と、周囲に存在する移動障害物の位置情報を検出する検出装置と、当該検出装置の検出結果に基づいて、当該移動障害物との将来的な干渉を回避するように前記動作部を動作制御する制御装置とを備えたロボットにおいて、
前記制御装置は、ロボットが将来的に前記移動障害物に干渉する可能性を判定する干渉度判定手段と、周囲の状況に応じてロボットを目標位置に移動させるように、ロボットの行動を計画する行動計画手段と、当該行動計画手段で計画された行動を実行させるように前記動作部に動作指令を行う動作指令手段とを備え、
前記行動計画手段は、前記干渉度判定手段により、ロボットが将来的に前記移動障害物に干渉する可能性があると判定された場合に、当該干渉を回避するためのロボットの行動を決定する干渉回避行動決定部を含み、
前記干渉回避行動決定部は、前記目標位置までのロボットの移動経路に係る実行軌道を特定する実行軌道特定部を含み、
前記実行軌道特定部は、前記移動障害物に干渉せずにロボットを前記目標位置に向って移動させることができる複数パターンの軌道候補を探索する軌道候補探索部と、前記各軌道候補の中から最適となる軌道を抽出して前記実行軌道とする最適軌道抽出部とを備えたことを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記軌道候補探索部では、ロボットを所定の定常速度で移動させた場合における定速軌道を生成する定速軌道生成機能と、ロボットを一部区間で前記定常速度に対して加速や減速を行って移動させた場合における加減速軌道を生成する加減速軌道生成機能と有し、これら定速軌道及び加減速軌道が前記軌道候補とされることを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項３】
前記最適軌道抽出部では、予め設定された数式により、前記各軌道候補について、軌道コストに対応した干渉回避エネルギーが算出され、当該干渉回避エネルギーが最も低い前記軌道候補が前記実行軌道として抽出されることを特徴とする請求項１又は２記載のロボット。
【請求項４】
前記干渉回避エネルギーは、軌道中の各地点におけるロボットの運動エネルギーの変化状態を総合して求められることを特徴とする請求項３記載のロボット。
【請求項５】
前記干渉回避エネルギーは、ロボットの現在位置から前記目標位置に向かう目標進行方向における前記運動エネルギーに対応した第１のエネルギー要素と、前記目標進行方向に対する法線方向における前記運動エネルギーに対応した第２のエネルギー要素とを総合して求められることを特徴とする請求項４記載のロボット。
【請求項６】
前記第１のエネルギー要素は、前記現在位置でのロボットの初期速度からの速度変化に対応する要素であり、前記第２のエネルギー要素は、前の地点からの速度変化に対応する要素であることを特徴とする請求項５記載のロボット。
【請求項７】
前記軌道候補探索部は、ロボットと前記移動障害物とが将来干渉する時刻である干渉時刻を算出する干渉時刻算出機能と、前記干渉時刻での干渉を回避する経路に係る種々の軌道を生成する軌道生成機能とを有し、
前記軌道生成機能では、ロボットの通過点のうち、前記移動障害物と最接近する通過点として、前記干渉時刻における前記移動障害物の位置から、ロボットの現在位置と前記目標位置を直線で結んだ目標進行方向に対する法線方向に離れるように、所定距離分シフトした最接近地点が設定されるとともに、ロボットが前記移動障害物の近傍を移動する通過点として、前記最接近地点に対して前記目標進行方向の前後両側にシフトした前側近傍地点及び後側近傍地点が設定され、これら各通過点を通る軌道が生成されることを特徴とする請求項１記載のロボット。
【請求項８】
前記軌道生成機能は、前記干渉時刻を任意の間隔で変化させることで、軌道の一部区間を加速若しくは減速させる加減速軌道を前記軌道候補として生成する加減速軌道生成機能を含むことを特徴とする請求項７記載のロボット。
【請求項９】
前記軌道生成機能では、ロボットが将来的に複数の前記移動障害物に干渉する可能性がある場合に、先の時刻で干渉が予測される前記移動障害物に対して設定された前記後側近傍地点を初期位置として、後の時刻で干渉が予測される他の前記移動障害物に対して、前記各通過点を設定することを特徴とする請求項７記載のロボット。
【請求項１０】
前記軌道生成機能では、ロボットが将来的に複数の前記移動障害物に干渉する可能性がある場合に、先の時刻で干渉が予測される先の前記移動障害物を回避する方向と、その後の時刻で干渉が予測される後の前記移動障害物を回避する方向とが同一の場合に、先の前記移動障害物で設定された前側近傍地点と、後の前記移動障害物で設定された前側近傍地点とを直線で結ぶように軌道補正を行うことを特徴とする請求項７記載のロボット。
【請求項１１】
前記軌道生成機能では、ロボットが将来的に複数の前記移動障害物に干渉する可能性がある場合に、所定時刻で干渉が予測される前記移動障害物同士の相対距離が所定範囲内に存在するときに、これら前記移動障害物をクラスタ化し、それらをまとめて一つの前記移動障害物として軌道生成することを特徴とする請求項７記載のロボット。
【請求項１２】
周囲に存在する移動障害物の位置情報の検出結果に応じて、当該移動障害物との将来的な干渉を回避するようにロボットを動作させる行動計画装置において、
ロボットが将来的に前記移動障害物に干渉する可能性を判定する干渉度判定手段と、周囲の状況に応じてロボットを目標位置に移動させるように、ロボットの行動を計画する行動計画手段とを備え、
前記行動計画手段は、前記干渉度判定手段により、ロボットが将来的に前記移動障害物に干渉する可能性があると判定された場合に、当該干渉を回避するためのロボットの行動を決定する干渉回避行動決定部を含み、
前記干渉回避行動決定部は、前記目標位置までのロボットの移動経路に係る実行軌道を特定する実行軌道特定部を含み、
前記実行軌道特定部は、前記移動障害物に干渉せずにロボットを前記目標位置に向って移動させることができる複数パターンの軌道候補を探索する軌道候補探索部と、前記各軌道候補の中から最適となる軌道を抽出して前記実行軌道とする最適軌道抽出部とを備えたことを特徴とするロボットの行動計画装置。
【請求項１３】
周囲に存在する移動障害物の位置情報の検出結果に応じて、当該移動障害物との将来的な干渉を回避するようにロボットを動作させる行動計画を行うためのプログラムにおいて、
ロボットが将来的に前記移動障害物に干渉する可能性を判定する干渉度判定手段と、周囲の状況に応じてロボットを目標位置に移動させるように、ロボットの行動を計画する行動計画手段として、コンピュータを機能させ、
前記行動計画手段は、前記干渉度判定手段により、ロボットが将来的に前記移動障害物に干渉する可能性があると判定された場合に、当該干渉を回避するためのロボットの行動を決定する干渉回避行動決定部を含み、
前記干渉回避行動決定部は、前記目標位置までのロボットの移動経路に係る実行軌道を特定する実行軌道特定部を含み、
前記実行軌道特定部は、前記移動障害物に干渉せずにロボットを前記目標位置に向って移動させることができる複数パターンの軌道候補を探索する軌道候補探索部と、前記各軌道候補の中から最適となる軌道を抽出して前記実行軌道とする最適軌道抽出部とを備えたことを特徴とするロボットの行動計画用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間等の移動障害物の移動状況に応じ、当該移動障害物との将来的な干渉や衝突を回避しながら自律的に動作するロボット、並びに、その行動計画装置及び行動計画用プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
所定の出発地から目的地まで自律移動するロボットとして、人間等の移動障害物の現在の移動状況をセンシングし、当該移動障害物との干渉を回避しながら移動可能なものがある。このようなロボットにおいては、人混みのように人間が多く存在する環境下で移動する場合、単に一方的に人間を避けるだけではなく、人間の動きや他の障害物等に配慮し、干渉を効果的に避けるための人間との協調的な動作が要求される。すなわち、このような環境下での移動時には、干渉回避動作や停止動作等、人間の動作に対して受動的な動作に加え、当該動作を通じてロボットの行動意図を人間に伝達し、人間自身の干渉回避行動を能動的に働きかけることが必要となる。例えば、ロボットが目的地に移動する際の経路上に、ロボットがすり抜けられない程の隙間を介して多くの人間が密集しているような場合に、当該隙間に向ってロボットを移動させつつも、ロボットの通路を確保するために、前記隙間の周囲の人間に移動を促す必要が生じる。
【０００３】
そこで、移動障害物を回避する動作に加えて、移動障害物に回避を促す働きかけ動作を可能にしたロボットが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１３０９８６号公報
【特許文献２】特許第５４０９９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、移動障害物に干渉せずにロボットを目的地まで移動させる際の軌道計画においては、ロボットの加速や減速を用いると、様々なパターンの軌道が考えられる。ところが、前記特許文献１、２のロボットにおいては、移動障害物との干渉回避のために、最初から１種の軌道のみが個別に導出されるが、当該軌道が、移動障害物の移動状況を踏まえて想定し得る様々な軌道の中で、ロボットにとって最も良い軌道か否かの検証がなされていない。また、将来的に複数の移動障害物との干渉が予想される場合の軌道計画を行う必要がある。ここで、この場合に、干渉が予測される移動障害物に対し同時に処理を行う同時性、各移動障害物の移動変化への即応性、加減速を含めて生成された各軌道の効率性が重要になる。ところが、従来の軌道計画手法では、これらを考慮した軌道探索に膨大な時間を要するという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目して案出されたものであり、その目的は、移動障害物との干渉を回避する軌道候補の中から、移動効率の良い軌道を選択することができるロボット、並びに、その行動計画装置及び行動計画用プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は、主として、所定の動作部と、周囲に存在する移動障害物の位置情報を検出する検出装置と、当該検出装置の検出結果に基づいて、当該移動障害物との将来的な干渉を回避するように前記動作部を動作制御する制御装置とを備えたロボットにおいて、前記制御装置は、ロボットが将来的に前記移動障害物に干渉する可能性を判定する干渉度判定手段と、周囲の状況に応じてロボットを目標位置に移動させるように、ロボットの行動を計画する行動計画手段と、当該行動計画手段で計画された行動を実行させるように前記動作部に動作指令を行う動作指令手段とを備え、前記行動計画手段は、前記干渉度判定手段により、ロボットが将来的に前記移動障害物に干渉する可能性があると判定された場合に、当該干渉を回避するためのロボットの行動を決定する干渉回避行動決定部を含み、前記干渉回避行動決定部は、前記目標位置までのロボットの移動経路に係る実行軌道を特定する実行軌道特定部を含み、前記実行軌道特定部は、前記移動障害物に干渉せずにロボットを前記目標位置に向って移動させることができる複数パターンの軌道候補を探索する軌道候補探索部と、前記各軌道候補の中から最適となる軌道を抽出して前記実行軌道とする最適軌道抽出部とを備える、という構成を採っている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、所定の定常速度で移動する定速軌道の他に、一部区間で加速や減速を行う加速度軌道をも軌道候補として生成し、軌道候補の中から最もエネルギー効率の良い軌道が実行軌道として選択され、現在位置から目標位置までの軌道候補の中から、ロボットにとって移動効率の良い軌道を計画することができる。また、複数の移動障害物との干渉が予想される場合にも、軌道計画を効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係るロボットの動作制御に関連する全体構成のみを概略的に表したブロック図である。
【図２】ロボットと人間の移動情報の導出を説明するための概念図である。
【図３】図２の状態からロボットと人間が横並びになった状態を表す概念図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、ロボットに対する人間の認知度の判定を説明するための概念図である。
【図５】前記認知度を求める際のパラメータを説明するための概念図である。
【図６】第１実施形態に係る干渉時計画部の構成を表すブロック図である。
【図７】現存領域特定機能で特定される各領域を説明するための概念図である。
【図８】判定用相対距離を説明するための概念図である。
【図９】（Ａ）は、干渉角度を説明するための概念図であり、（Ｂ）は、干渉角度の差に応じた譲合度の考え方を説明するための概念図である。
【図１０】行動内容特定部での処理手順を説明するためのフローチャートである。
【図１１】（Ａ）〜（Ｄ）は、定速軌道生成機能での処理内容を説明するための概念図である。
【図１２】ＷＰ４を追加した場合における軌道生成を説明するための概念図である。
【図１３】（Ａ）、（Ｂ）は、加速度軌道生成機能での処理内容を説明するための概念図である。
【図１４】軌道候補探索部での処理手順を説明するためのフローチャートである。
【図１５】干渉回避エネルギーを求めるコスト式の各項を説明するための概念図である。
【図１６】（Ａ）〜（Ｃ）は、軌道候補から除外されるパターンの軌道を例示した概念図である。
【図１７】（Ａ）〜（Ｅ）は、反復的行動探索システムにおける軌道生成の手順を説明するための概念図である。
【図１８】通り抜けスペースが無い場合におけるロボットによる行動を説明するための概念図である。
【図１９】第１実施形態に係るロボットの行動計画手順を説明するためのフローチャートである。
【図２０】第２実施形態に係る干渉時計画部の構成を表すブロック図である。
【図２１】軌道の種類を説明するための概念図である。
【図２２】第２実施形態に係るロボットの行動計画手順を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
【００１１】
図１には、第１実施形態に係るロボット１０の動作制御に関連する全体構成のみを概略的に表したブロック図が示されている。この図において、前記ロボット１０は、予め設定された出発地（開始位置）から目的地（目標位置）まで自律的に移動する自律ロボットとして機能し、移動途中で障害物との干渉が想定される場合、当該干渉を回避するための各種動作を行いながら移動可能となっている。
【００１２】
ここでの障害物としては、ロボット１０の移動経路の周辺に存在する壁等の固定的な障害物（固定障害物）の他に、経時的に位置が変化する移動障害物も含まれており、以下の各実施形態においては、移動障害物を歩行中若しくは走行中の人間とし、以下に説明する。
【００１３】
また、干渉回避のための前記各種動作としては、人間の干渉回避動作を期待せずに、ロボット１０のみが行う干渉回避のための移動の他に、干渉回避のために人間の移動を促すことを意図して、ロボット１０から人間に働きかけを行う働きかけ行動が含まれる。これら各種動作をなすロボット１０の行動は、後述する通り、種々の状況等に応じて適宜選択される。
【００１４】
ここで、前記働きかけ行動としては、人間にもある程度の干渉回避行動を期待するように、人間に対して何等かの主張を行う主張行動が挙げられ、当該主張行動としては、ロボット１０の進行方向を人間に気付かせる進路示唆等を行う移動の他に、人間に対して回避を促す音声を出す声掛けの行動や、人間に意図的に接触する行動等がある。
【００１５】
前記ロボット１０には、図１に示されるように、各種動作を可能に構成された機構や機器からなる動作部１１と、ロボット１０の周囲の環境情報を検出する検出装置１２と、検出装置１２の検出結果に基づき、ロボット１０の動作制御を行う制御装置１３とが設けられている。
【００１６】
前記動作部１１は、所定範囲内を自律移動させるための機構やその動力源からなる移動手段１４と、所定空間内を動作するための機構やその動力源からなるアーム１５と、前記声掛け時等において所定の音声を発するスピーカー１６とを含む。これら移動手段１４、アーム１５及びスピーカー１６は、全て公知の部材、機構、装置類等からなり、本発明の本質部分でないため、各構成についての詳細な図示説明を省略する。
【００１７】
前記検出装置１２は、ロボット１０の周囲に存在する人間や物体等の障害物の位置情報を検出する周囲環境検出センサ１８と、ロボット１０に対する人間Ｈの認識状態を検出する認識状態検出センサ１９とからなり、それぞれのセンサ１８，１９での検出結果は、制御装置１３に逐次送信される。
【００１８】
前記周囲環境検出センサ１８としては、特に限定されるものではないが、ロボット１０の周囲へのレーザ光の照射による人間を含む物体の反射状態に基づいて、ロボット１０の周囲の障害物の各表面部分の位置を検出する公知のレーザレンジファインダ等の測距センサが用いられる。つまり、この周囲環境検出センサ１８では、各種障害物の表面部分を構成する点群における各点の平面視での２次元位置が、ロボット１０を基準として測定される。
【００１９】
なお、周囲環境検出センサ１８としては、ロボット１０の周囲に存在する人間等の障害物の位置検出が可能な限りにおいて、ＧＰＳ等を利用したセンサ等、他のセンサや装置類を適用することも可能である。
【００２０】
前記認識状態検出センサ１９としては、特に限定されるものではないが、ＫＩＮＥＣＴ（登録商標）等の公知のデプスセンサが用いられ、人間の顔面部分が特定されるとともに、ロボット１０に対する人間の顔面部分の向きが検出される。
【００２１】
なお、認識状態検出センサ１９としては、同様の検出が可能な他のセンサや装置類を利用しても良い。
【００２２】
前記制御装置１３では、予め指定された目的地まで、人間や他の障害物との干渉を回避しながらロボット１０が自律移動可能となるように、動作部１１に対し、後述する各種の動作指令が行われる。
【００２３】
この制御装置１３は、ロボット１０に一体的に或いは別体として設けられており、ＣＰＵ等の演算処理装置及びメモリやハードディスク等の記憶装置等からなるコンピュータによって構成されている。当該コンピュータには、以下の各手段として機能させるためのプログラムがインストールされている。
【００２４】
次に、前記制御装置１３の具体的構成について説明する。
【００２５】
前記制御装置１３は、周囲環境検出センサ１８での検出結果を用いて、将来的に人間がロボット１０に干渉する可能性を判定する干渉度判定手段２１と、認識状態検出センサ１９での検出結果を用いて、現時点でのロボット１０に対する人間の認知度を推定する認識度推定手段２２と、干渉度判定手段２１での判定結果と認識度推定手段２２での推定結果を利用し、周囲の人間や障害物の状況に応じてロボット１０を目的地に移動させるように、前記働きかけ行動を含む各種行動を計画する行動計画手段２３と、前記働きかけ行動による人間への意図伝達の達成度を推定する達成度推定手段２４と、達成度の推定結果により、ロボット１０の行動計画を変更する計画調整手段２５と、決定された行動計画に基づいてロボット１０が動作するように、動作部１１に動作指令する動作指令手段２６とを備えている。
【００２６】
従って、この制御装置１３は、周囲に存在する人間の位置情報の検出結果に応じて、当該人間との将来的な干渉回避のための各種の行動（動作）を計画する行動計画装置として機能することになる。
【００２７】
（干渉度判定手段）
前記干渉度判定手段２１では、図２のように、ロボット１０と人間Ｈがそれぞれ移動しながら接近する状況下において、次のようにして、周囲環境検出センサ１８での検出結果から人間Ｈの現在の移動状況を取得し、ロボット１０が将来的に人間Ｈに干渉する可能性の有無が判定される。
【００２８】
先ず前提として、ロボット１０の位置情報と速度情報（速度及び方向）からなる移動情報は、目的地までの位置情報である経路を時刻に対応させた軌道情報して特定されている。ここで、ロボット１０の現在位置は、特に限定されるものではないが、その平面視中央部分（以下、「ロボット１０の体幹中心」と称する）の位置とし、平面視における絶対座標系での２次元座標（ｘＲ，ｙＲ）として特定される。また、絶対座標系におけるロボット１０の速度情報は、前記２次元座標方向の速度成分（ｖＲｘ、ｖＲｙ）からなる速度ベクトルＶＲとして特定される。なお、ここでの説明に用いる前記絶対座標系は、ロボット１０の通路Ｐ内の所定位置を原点とし、当該通路Ｐに沿った図２中上下方向をｘ軸とし、同左右方向をｙ軸とする。
【００２９】
一方、人間Ｈの移動情報は、前記周囲環境検出センサ１８で検出された人間Ｈの位置情報に基づいて求められる。
【００３０】
すなわち、周囲環境検出センサ１８では、ロボット１０を基準とした相対座標系において、ロボット１０の周囲に存在する人間Ｈや物体等の各障害物の表面部分を構成する点群の各点の位置が検出される。そして、この干渉度判定手段２１では、障害物の表面を表す点群の中から、当該各点のピッチの大きさにより連続性が判断され、当該連続性に応じて各障害物の存在と種類が特定される。ここで、人間Ｈの肩幅（以下、「人間Ｈの体幹幅」と称する）に相当する幅を備えた障害物が、人間Ｈとして特定され、当該人間Ｈの表面の点群を楕円近似することにより、その平面視中央部分（以下、「人間Ｈの体幹中心」と称する）の位置が人間Ｈの現在位置とされる。このように検出された相対座標系での人間Ｈの現在位置が、ロボット１０の現在位置における絶対座標系での座標（ｘＲ，ｙＲ）から、当該絶対座標系での座標（ｘＨ，ｙＨ）に変換される。また、周囲環境検出センサ１８での所定時間毎の計測により、当該人間Ｈを構成する同一形状の表面部分が変位することから、この人間Ｈの座標（ｘＨ，ｙＨ）の経時的な変位により、速度成分（ｖＨｘ、ｖＨｙ）からなる絶対座標系における人間Ｈの速度ベクトルＶＨが算出される。
【００３１】
次に、これらロボット１０及び人間Ｈの現在位置（ｘＲ，ｙＲ）、（ｘＨ，ｙＨ）から、所定時間毎に、現時点でのロボット１０と人間Ｈの各体幹中心のｘ軸方向における縦方向の離間距離ｌＨＲが算出される。
【００３２】
そして、ロボット１０と人間Ｈのそれぞれの速度情報から、ロボット１０と人間Ｈとが将来的に横並びになるまでの時間Ｓｔが次式により計算される。
【００３３】
【数１】
2020046773.tif 000003
【００３４】
次に、時間Ｓｔから、図３に示されるように、ロボット１０と人間Ｈとが横並びになった際におけるそれら各体幹中心の横方向（ｙ軸方向）の離間距離ＤＨＲが次式により計算される。
【００３５】
【数２】
2020046773.tif 000004
【００３６】
最後に、前記離間距離ＤＨＲに基づいて、ロボット１０や人間Ｈが現時点で回避動作を行わない場合に、それらが将来的に干渉する可能性の有無を表す干渉度が判定される。
【００３７】
具体的に、図３に示されるように、ロボット１０の横幅（以下「ロボット１０の体幹幅」と称する）ＳＬＲと人間Ｈの体幹幅ＳＬＨに対して、それぞれ定数Ｋ（Ｋ＞１）倍した直径を有する円形のパーソナルスペースＰＳＲ，ＰＳＨ（同図中破線部分）を仮想的に設定する。そして、当該各パーソナルスペースＰＳＲ，ＰＳＨの半径ＲＬＲ，ＲＬＨを加算した距離ＤＬを干渉判定用の閾値として干渉度が判定される。
つまり、ＤＬは次式で表される。
【数３】
2020046773.tif 000005
ここで、前記定数Ｋは、人間Ｈがある物体に接近したときに回避行動を取れるパーソナルスペースの横幅（マージン）に相当する倍数（例えば、１．３倍）とされる。そして、前記離間距離ＤＨＲが、閾値ＤＬ以上の場合は、干渉度が「無」とされ、逆に、当該離間距離ＤＨＲが、閾値ＤＬよりも小さい場合は、干渉度が「有」とされる。つまり、本実施形態においては、前記各パーソナルスペースＰＳＲ，ＰＳＨが重なり合う状態が、「干渉」と称される状態となる。
【００３８】
なお、前記干渉度判定手段２１では、横方向の前記離間距離ＤＨＲの代わりに、ロボット１０及び人間Ｈの現時点における移動情報に基づいて、それらが将来的に最接近する時刻におけるそれらの最短直線距離である相対距離を利用し、前述と同様に閾値を設定して干渉度の有無を判定してもよい。
【００３９】
（認識度推定手段）
前記認識度推定手段２２では、人間Ｈがロボット１０に近づいた際に、認識状態検出センサ１９で検知した人間Ｈの顔の向きに基づき、ロボット１０に対する人間Ｈの視覚的な認知度を「大」、「小」、「無」の３段階で判定するようになっている。
【００４０】
具体的に、先ず、ロボット１０の現在位置（ｘＲ，ｙＲ）と、周囲環境検出センサ１８によって検出された人間Ｈの現在位置（ｘＨ，ｙＨ）とから、現在のロボット１０と人間Ｈの各体幹中心間の直線距離となる相対距離が演算により求められる。なお、人間Ｈの現在位置（ｘＨ，ｙＨ）の検出は、認識状態検出センサ１９の測距機能を用いることもできる。
【００４１】
そして、前記相対距離ＤＳＨＲが、予め設定された距離（例えば、５ｍ）以下になった場合に、次のようにして認知度の推定がなされる。
【００４２】
すなわち、図４（Ａ）に示されるように、ロボット１０が、人間Ｈの顔の向きに対し、第１の角度範囲θＲ１（例えば、人間Ｈの顔の向きに沿って延びる中心線Ｃを挟んでプラスマイナス１５度）以内に存在する場合には、人間Ｈがロボット１０を中心視野で捉えていると判断され、認知度「大」とされる。また、同図（Ｂ）に示されるように、ロボット１０が、人間Ｈの顔の向きに対し、第１の角度範囲θＲ１を超え、第２の角度範囲θＲ２（例えば、前記中心線Ｃを挟んでプラスマイナス１００度）以内に存在する場合には、人間Ｈがロボット１０を周辺視野で捉えていると判断され、認知度「小」とされる。更に、同図（Ｃ）に示されるように、ロボット１０が、人間Ｈの顔の向きに対し、第２の角度範囲θＲ２を超えて存在する場合には、ロボット１０が人間Ｈの周辺視野外に存在すると判断され、認知度「無」とされる。
【００４３】
具体的には、次の演算により認知度が判定される。
【００４４】
前提として、人間Ｈの顔の向きに対応する頭角θＨＥＡＤが、認識状態検出センサ１９で検出される。この頭角θＨＥＡＤは、図５に示されるように、人間Ｈの顔の向きに延びる中心線Ｃがｙ軸方向に対してなす角度となる傾き角度である。また、ロボット１０の現在位置（ｘＲ，ｙＲ）と、周囲環境検出センサ１８によって取得された人間の現在位置（ｘＨ，ｙＨ）とから、人間Ｈとロボット１０の相対角度θＨＲが次式（４）により求められる。そして、次式（５）が成立する場合、すなわち、相対角度θＨＲと頭角θＨＥＡＤとの差分の絶対値の大きさが、第１の角度範囲θＲ１の１／２以下の場合には、認知度が「大」とされる。また、次式（６）が成立する場合、すなわち、前記絶対値の大きさが、第１の角度範囲θＲ１の１／２超え、第２の角度範囲θＲ２の１／２以下の場合には、認知度が「小」とされる。更に、次式（７）が成立する場合、すなわち、前記絶対値の大きさが、第２の角度範囲θＲ２の１／２を超える場合には、認知度が「無」とされる。
【数４】
2020046773.tif 000006
【００４５】
本実施形態での認知度は、判断時点の瞬間において、人間Ｈがロボット１０を視覚的に認識している可能性を表す瞬間的な認知度として判断しているが、本発明はこれに限らず、経時的な認知の状態により認知度の「大」、「小」、「無」を判断することも可能である。
【００４６】
この経時的な認知度は、例えば、次のように判断される。すなわち、前述した瞬間的な認知度「大」の状態が、現時点までの所定時間内に所定回数以上存在した場合に、認知度「大」とされる。また、瞬間的な認知度「大」の状態が、現在ではなく過去において所定時間内に所定回数以上存在した場合に、認知度「小」とされる。更に、これら以外の場合には、認知度「無」とされる。以上の各種の認知度は、ロボット１０の用途や性質に応じて適宜選択される。
【００４７】
（行動計画手段）
前記行動計画手段２３は、図１に示されるように、干渉度判定手段２１で干渉度「無」と判定されたときに、現在位置から目的地までのロボット１０の経路を計画する無干渉時計画部２８と、同干渉度「有」と判定されたときに、人間との干渉回避をしながら、現在位置から目的地までのロボット１０の経路及び動作を計画する干渉時計画部２９とからなる。
【００４８】
前記無干渉時計画部２８では、現時点において、移動障害物である人間との干渉が想定されないことから、検出装置１２により検出され若しくは予め把握された壁等の固定障害物との衝突を回避する最短距離の経路が計画される。そして、当該経路について、位置情報と時間を対応させた軌道が生成され、当該軌道が、ロボット１０を移動させるための実行軌道として特定される。
【００４９】
前記干渉時計画部２９は、図１及び図６に示されるように、ロボット１０が人間の横を通り抜ける際に必要となる幅である通り抜け幅を有する通り抜けスペースの有無を判定する通り抜けスペース判定部３１と、通り抜けスペースの有無に応じ、干渉回避のためのロボット１０の行動である干渉回避行動を決定する干渉回避行動決定部３２とを備えている。
【００５０】
前記通り抜けスペース判定部３１では、次のように、通り抜けスペースの有無が判定される。
【００５１】
ここでの判定に際しては、周囲環境検出センサ１８での検出結果による前述の演算と同様に、将来的に人間Ｈがロボット１０に横並びになる時間において、図３に示される横方向（ｙ軸方向）の幅ｌｓが計算される。つまり、この幅ｌｓは、人間Ｈの横方向に位置する通路Ｐの壁Ｗ等の固定障害物と人間Ｈとの間の幅とされる。更に、この幅ｌｓは、ロボット１０の通過に必要となるロボット通過幅となるが、ここでは、当該ロボット通過幅ｌｓが、ロボット１０のパーソナルスペースＰＳＲの幅となるその直径（２ＲＬＲ）よりも広いか否かが判定される。そして、ロボット通過幅ｌｓがパーソナルスペースＰＳＲの幅よりも広い場合には、「通り抜けスペース有」とされ、そうでない場合には、「通り抜けスペース無」とされる。
【００５２】
なお、前記通り抜けスペース判定部３１においては、特定された固定障害物等の位置情報と、ロボット１０及び人間Ｈの現時点における移動情報とに基づいて、ロボット１０が将来的に人間Ｈの横を通り抜けることが物理的に可能か否かを推定できる限りにおいて、他の演算手法を採用することもできる。
【００５３】
前記干渉回避行動決定部３２は、図６に示されるように、前記通り抜けスペースが有る場合の干渉回避行動を特定する広大スペース用行動決定部３４と、前記通り抜けスペースが無い場合の干渉回避行動を特定する狭小スペース用行動決定部３５とを備えて構成される。
【００５４】
１．広大スペース用行動決定部の構成及び処理内容
以下、前記広大スペース用行動決定部３４の構成及び処理内容について説明する。
【００５５】
前記広大スペース用行動決定部３４は、図６に示されるように、現在時刻におけるロボット１０と人間の相対関係に基づき、人間に対する干渉回避の行動内容を特定する行動内容特定部３７と、行動内容特定部３７で特定されたロボット１０の行動内容に対応するように、現在位置から目的地までのロボット１０の移動経路に係る実行軌道を特定する実行軌道特定部３８とを備えている。
【００５６】
１−Ａ  行動内容特定部３７の説明
【００５７】
前記行動内容特定部３７は、現在時刻において、人間Ｈとの相対位置及び相対速度に応じて設定される複数の領域のどこにロボット１０が存在するかを特定する現存領域特定機能４０と、ロボット１０と人間との干渉時におけるロボット１０及び人間それぞれの干渉角度を算出する干渉角度算出機能４１と、先に求めた認知度及び干渉角度算出機能４１で算出された各干渉角度に基づき、人間に対してロボット１０が進路を譲る度合いとなる譲合度を前記領域毎に決定することで、干渉回避のためのロボット１０の行動を特定する譲合度決定機能４２とを有する。
【００５８】
先ず、前記現存領域特定機能４０について説明する。
【００５９】
前記現存領域特定機能４０では、先ず、現在時刻におけるロボット１０と人間の判定用相対距離ＬＲＨが、後述するように演算によって求められ、判定用相対距離ＬＲＨに応じて、図７に示された３つの領域の何れかに存在するかが特定される。これら領域は、干渉までに要する時間が短い順、すなわち、人間Ｈ側から遠方に向って順に、第１、第２、第３の領域Ａ１，Ａ２，Ａ３に区分される。ここで、第１の領域Ａ１は、人間Ｈの干渉回避行動を期待せずに、人間Ｈの動きに合せてロボット１０のみで干渉回避を行う同調行動がなされる同調行動領域とされる。また、第２の領域Ａ２は、ロボット１０の進行方向を人間Ｈに示唆することにより、人間Ｈの干渉回避行動をも期待してロボット１０に干渉回避のための働きかけ行動を含む主張行動をさせる主張行動領域とされる。更に、第３の領域Ａ３は、現時点で、ロボット１０と人間Ｈとの間に距離があって、ロボット１０が人間Ｈに干渉回避のための働きかけ行動を行っても、人間Ｈに干渉回避の意図が伝わり難いと考えられる領域である。このため、第３の領域Ａ３は、ロボット１０に働きかけ行動を含む干渉回避行動を未だ意識しない干渉回避行動外領域とされる。
【００６０】
前記判定用相対距離ＬＲＨは、ロボット１０と人間Ｈの干渉までに要する現在時刻からの干渉推定時間をロボット１０と人間Ｈの相対方向の距離に換算したものであり、次のようにして求められる。
【００６１】
先ず、検出装置１２の検出結果により特定されたロボット１０と人間Ｈのそれぞれの速度ベクトルＶＲ、ＶＨに基づき、前記干渉推定時間Ｔｉｆが演算により求められる。そして、ロボット１０と人間Ｈの各体幹中心間を結ぶ直線Ｌ（図８参照）の延出方向となる前記相対方向におけるロボット１０と人間Ｈの各速度ｖＲｒ，ｖＨｒから、それらの相対速度に干渉推定時間Ｔｉｆを乗じた距離が、判定用相対距離ＬＲＨとして求められる。すなわち、この判定用相対距離ＬＲは、次式（８），（９）により算出される。ここで、φＲは、図８に示されるように、ロボット１０の速度ベクトルＶＲの方向とロボット１０と人間Ｈを結ぶ直線Ｌとの間でなす角度を表し、φＨは、人間Ｈの速度ベクトルＶＨの方向と前記直線Ｌとの間でなす角度を表す。
【数５】
2020046773.tif 000007
【００６２】
前記同調行動領域Ａ１は、判定用相対距離ＬＲＨが、人間Ｈに対して所定の境界距離以内の距離となる領域である。この境界距離は、図７に示されるように、後述するように、パーソナルスペース臨界距離ＬＰＳよりも長い最短回避距離ＬＰＳＥに、予め設定された働きかけ準備時間Ｔｌａを加味した臨界回避距離ＬＩＬとされる。この臨界回避距離ＬＩＬは、次式（１０）〜（１２）により求められる。
【数６】
2020046773.tif 000008
【００６３】
前記パーソナルスペース臨界距離ＬＰＳは、ロボット１０がこれ以上近づいて欲しくないという人間Ｈの心理的な距離を意味し、ロボット１０及び人間の各パーソナルスペースの半径ＲＬＲ，ＲＬＨに対応して決定される一定値となり、例えば、１ｍとされる。
【００６４】
また、前記最短回避距離ＬＰＳＥは、ロボット１０が人間Ｈのパーソナルスペースに侵入してしまった場合に、不意の衝突を回避するためにロボット１０が何等かの行動を採るために要する衝突回避準備時間Ｔｐｐを考慮し、衝突回避準備時間Ｔｐｐに前記相対速度を乗じた距離に、パーソナルスペース臨界距離ＬＰＳを加算した距離を意味する。ここで、衝突回避準備時間Ｔｐｐは、予め設定された一定値を採る。
【００６５】
更に、前記臨界回避距離ＬＩＬは、人間Ｈから最短回避距離ＬＰＳＥまでの領域に入る前に、人間Ｈへの干渉回避行動を期待した何等かの働きかけ行動をロボット１０にさせるために必要となる人間Ｈからの最低限の距離を意味する。すなわち、この臨界回避距離ＬＩＬは、前記働きかけ行動に必要な最低限の時間である働きかけ準備時間Ｔｌａが予め一定値として設定され、当該働きかけ準備時間Ｔｌａに前記相対速度を乗じた距離に、最短回避距離ＬＰＳＥを加算した距離を意味する。
【００６６】
前記主張行動領域Ａ２は、判定用相対距離ＬＲＨが、人間Ｈから同調行動領域Ａ１の境界までの距離である臨界回避距離ＬＩＬよりも長く、且つ、ロボット１０の働きかけ行動が有効となる最遠の人間Ｈからの距離である最遠働きかけ距離よりも短い範囲の領域とされる。当該最遠働きかけ距離は、一定値（例えば、７ｍ）として予め設定される。
【００６７】
前記干渉回避行動外領域Ａ３は、人間Ｈから前記主張行動領域Ａ２よりも遠方となる領域である。
【００６８】
次に、前記干渉角度算出機能４１について説明する。
【００６９】
この干渉角度算出機能４１では、将来的にロボット１０と人間の各パーソナルスペースが接する干渉時刻において、ロボット１０と人間のそれぞれについて、干渉角度が算出される。当該干渉角度は、図９（Ａ）に示されるように、ロボット１０及び人間Ｈそれぞれの進行方向（同図中の各矢印方向）と、それらの体幹中心ＣＲ，ＣＨから各パーソナルスペースＰＳＲ，ＰＳＨの接点となる干渉点Ｐへの方向との間でなす角度である。以下、ロボット１０の干渉角度を角度θＲとし、人間Ｈの干渉角度を角度θＨとする。
【００７０】
これら各干渉角度θＲ、θＨは、前記検出装置１２での検出結果に基づいて特定された各値、すなわち、ロボット１０と人間Ｈのそれぞれの速度ベクトルＶＲ、ＶＨと、干渉点Ｐと、ロボット１０及び人間Ｈの各体幹中心ＣＲ，ＣＨとの間の方向における位置ベクトルＳＲ、ＳＨとから、次式により算出される。なお、次式において、干渉点Ｐの座標を（ｐ，ｑ）とし、前記干渉時刻における各体幹中心ＣＲ，ＣＨの座標を（ｘＲ，ｙＲ）、（ｘＨ，ｙＨ）とする。
【数７】
2020046773.tif 000009
【００７１】
次に、前記譲合度決定機能４２について説明する。
【００７２】
この譲合度決定機能４２では、次のようにして、現存領域特定機能４０で特定されたロボット１０の現存領域と、干渉角度算出機能４１で算出された各干渉角度θＲ、θＨの差と、認識度推定手段２２で推定された人間の認知度とに基づき、前記譲合度ＰＲが決定され、当該譲合度ＰＲに対応したロボット１０の行動内容が特定される。
【００７３】
図９（Ｂ）中左側に例示するように、各干渉角度θＲ、θＨの差が大きい場合、同図で言えば、ロボット１０が左側に避け、人間Ｈが右側に避けるべきであると判断される等、それぞれの回避方向が分かりやすい。その一方で、同図（Ｂ）中右側に例示するように、各干渉角度θＲ、θＨの差が少ない場合には、それぞれ左右どちらの方向に避けるべきかの判断が難しい。そこで、各干渉角度θＲ、θＨの差の閾値Δθｔを設定し、当該閾値Δθｔ未満のときに、閾値Δθｔ以上のときよりもロボット１０の譲合度ＰＲが高く設定される。
【００７４】
本実施形態では、次の各種状況に応じて、ロボット１０の譲合度ＰＲと当該譲合度ＰＲに対応した行動が決定されるが、条件となる数値等については、特に限定されるものではなく、各干渉角度θＲ、θＨの差が小さい程、ロボット１０の譲合度ＰＲを高く設定する限りにおいて、種々の変更が可能である。
【００７５】
また、現時点において、ロボット１０が前記主張行動領域Ａ２内に存在する場合、認識度推定手段２２で推定された認知度をも考慮し、ロボット１０の譲合度ＰＲが決定される。ここで、ロボット１０の譲合度ＰＲは、認知度が大きい程、人間Ｈの干渉回避行動をより期待できると思われることから、低く設定される。
【００７６】
この場合、認知度が「大」で、各干渉角度θＲ、θＨの差が閾値Δθｔ以上の（以下、「干渉角度に差が有る」と称する）ときには、ロボット１０を人間Ｈと同等に扱うように、ロボット１０の譲合度ＰＲが５０％とされる。一方、認知度が「大」で、各干渉角度θＲ、θＨの差が閾値Δθｔ未満の（以下、「干渉角度に差が無い」と称する）ときには、ロボット１０が少し多めに動けるように、ロボット１０の譲合度ＰＲが７５％とされる。従って、これらの場合、すなわち、現時点でロボット１０が主張行動領域Ａ２内に存在し、且つ、認知度が「大」の場合には、人間Ｈに対し、ロボット１０の進路示唆により物理的、心理的な変化を促す働きかけ行動であるロボット１０の主張行動が計画される。
【００７７】
更に、認知度が「小」若しくは「無」で、干渉角度に差が有るときには、ロボット１０の譲合度ＰＲが１００％とされる。一方、認知度が「小」若しくは「無」で、干渉角度に差が無いときには、更に安全性を考慮して、ロボット１０の譲合度ＰＲが１２５％とされる。従って、これらの場合、すなわち、ロボット１０が主張行動領域Ａ２内に存在し、且つ、認知度が「小」若しくは「無」の場合には、人間Ｈの回避行動をあまり期待せずに、人間Ｈの動きに合せてロボット１０のみが干渉回避する同調行動が計画される。但し、この場合には、最初の働きかけ行動として、ロボット１０の意図伝達率を上げるために人間Ｈの心理に働きかける声掛けの主張行動も計画される。
【００７８】
一方、現時点において、ロボット１０が前記同調行動領域Ａ１内に存在する場合、認知度に関わらず、干渉角度の差に応じ、前記同調行動のみが計画される。すなわち、この場合においては、ロボット１０が主張行動領域Ａ２内に存在し、且つ、認知度が「小」若しくは「無」のときと同一となる同調行動のみが計画される。つまり、干渉角度に差が有るときには、ロボット１０の譲合度ＰＲが１００％とされる一方、干渉角度に差が無いときには、ロボット１０の譲合度ＰＲが１２５％とされる。
【００７９】
なお、ロボット１０が前記干渉回避行動外領域Ａ３内に存在する場合には、譲合度ＰＲを未だ決定せずに、干渉回避のためのロボット１０の行動は未だ計画されない。
【００８０】
以上の構成の行動内容特定部３７での処理手順について、図１０のフローチャートを用いながら以下に説明する。
【００８１】
先ず、現存領域特定機能４０により、現時点において、ロボット１０が、同調行動領域Ａ１、主張行動領域Ａ２、干渉回避行動外領域Ａ３のどこの領域に存在するのかが特定される（ステップＳ１０１）。
【００８２】
ロボット１０が、同調行動領域Ａ１に現存する場合には、干渉角度算出機能４１により、ロボット１０と人間Ｈの各干渉角度θＲ、θＨが算出される（ステップＳ１０２）。そして、譲合度決定機能４２により、各干渉角度θＲ、θＨの差が判定され（ステップＳ１０３）、干渉角度に差が有るときには、ロボット１０の譲合度ＰＲが１００％となる同調行動が計画される一方（ステップＳ１０４）、干渉角度に差が無いときには、ロボット１０の譲合度ＰＲが１２５％となる同調行動が計画される（ステップＳ１０５）。
【００８３】
ロボット１０が、主張行動領域Ａ２に存在する場合にも、先ず、干渉角度算出機能４１により、前記各干渉角度θＲ、θＨが算出される（ステップＳ１０２）。そして、既に認識度推定手段２２で推定された現時点の人間Ｈの認知度が「大」か、それ以外の「小」、「無」かが確認される（ステップＳ１０６）。
【００８４】
次に、譲合度決定機能４２により、認知度が「大」の場合とそれ以外の「小」、「無」の場合で、それぞれ干渉角度の差の有無について判定される（ステップＳ１０７、ステップＳ１０８）。
【００８５】
ここで、認知度が「大」で、干渉角度に差が有るときには、ロボット１０の譲合度ＰＲが５０％となる主張行動が計画される（ステップＳ１０９）。一方、認知度が「大」で、干渉角度に差が無いときには、ロボット１０の譲合度ＰＲが７５％となる主張行動が計画される（ステップＳ１１０）。
【００８６】
また、認知度が「小」、「無」の場合で、干渉角度に差が有るときには、ロボット１０の譲合度ＰＲが１００％となる同調行動が計画される（ステップＳ１１１）。一方、認知度が「小」、「無」の場合で、干渉角度に差が無いときには、ロボット１０の譲合度ＰＲが１２５％となる同調行動が計画される（ステップＳ１１２）。更に、既に声掛けの主張行動が行われたかが確認され（ステップＳ１１３）、未だ声掛けが行われていない場合のみに、声掛けを行う主張行動が計画される（ステップＳ１１４）。つまり、現時点で主張行動領域Ａ２にロボット１０が存在する場合で、認知度が「小」、「無」のときには、前記同調行動とともに、主張行動の一つである声掛けが１回計画される。
【００８７】
なお、主張行動領域Ａ２において、人間の干渉回避行動の状況をセンシングし、その結果に応じて主張行動と同調行動を選択することもできる。例えば、人間が干渉回避行動を主張したと判断された場合には、ロボット１０が同調行動し、人間が行動を変えないと判断された場合には、ロボット１０が主張行動するように設定しても良い。
【００８８】
現時点で、ロボット１０が干渉回避行動外領域Ａ３に存在する場合には、人間に対するロボット１０の干渉回避行動は、未だ計画されない。
【００８９】
１−Ｂ  実行軌道特定部３８の説明
【００９０】
前記実行軌道特定部３８では、行動内容特定部３７で特定された譲合度ＰＲに応じて、現在位置から目的地までのロボット１０の移動経路に係る実行軌道を導出するようになっている。この実行軌道特定部３８は、人間に干渉せずにロボット１０を目的地に向って移動させることのできる複数パターンの軌道候補を探索する軌道候補探索部４４と、探索された各軌道候補の中から最適となる軌道を抽出し、実際にロボット１０を移動させる実行軌道とする最適軌道抽出部４５とを備えている。
【００９１】
先ず、前記軌道候補探索部４４について、以下に説明する。
【００９２】
この軌道候補探索部４４は、相互に移動するロボット１０と人間とが将来干渉する時刻である干渉時刻を算出する干渉時刻算出機能４７と、ロボット１０を所定の定常速度（一定速度）で移動させた場合における定速軌道を生成する定速軌道生成機能４８と、ロボット１０を一部区間で前記定常速度に対して加速や減速を行って移動させた場合における加減速軌道を生成する加減速軌道生成機能４９と、これら定速軌道及び加減速軌道の中から、所定の要件に基づいて一部の軌道を除外し、最終的に軌道候補を決定する軌道候補決定機能５０とを有する。なお、定速軌道生成機能４８及び加減速軌道生成機能４９は、干渉時刻での干渉を回避する経路に係る種々の軌道を生成する軌道生成機能を構成する。
【００９３】
前記干渉時刻算出機能４７では、検出装置１２での検出結果に基づき、将来的にロボット１０と人間Ｈの各パーソナルスペースＰＳＲ，ＰＳＨが接する干渉時（図１１（Ａ）破線部分参照）の予想時刻である干渉時刻が演算により求められる。すなわち、ここでは、ロボット１０と人間Ｈのそれぞれの速度ベクトルＶＲ、ＶＨと、現在時刻ｔ０におけるロボット１０と人間Ｈの位置ベクトルＰＲ（ｔ０），ＰＨ（ｔ０）とから、演算により、ロボット１０と人間Ｈの相対距離が、それぞれのパーソナルスペースＰＳＲ，ＰＳＨの半径の和であるＲＬＲ＋ＲＬＨとなる時刻が求められ、当該時刻が干渉時刻ｔｉとされる。
【００９４】
次に、前記定速軌道生成機能４８について説明する。
【００９５】
この定速軌道生成機能４８では、次のようにして、定常速度によるロボット１０の移動により、ロボット１０と人間の各パーソナルスペースが重ならないように干渉を回避する経路が特定され、当該経路における定速軌道が求められる。すなわち、先ず、人間との干渉を回避するための軌道の通過点（Ｗａｙ  Ｐｏｉｎｔ）が３箇所特定される。そして、ロボット１０の現在位置、各通過点、及び目的地を移動時間順にそれぞれ直線で結ぶことで、定速軌道が特定される。なお、以下の説明において、前記各通過点を、ロボット１０の移動時刻順に、「ＷＰ１」、「ＷＰ２」、「ＷＰ３」と称する。
【００９６】
この定速軌道生成機能４８は、図６に示されるように、暫定的な定速軌道である仮軌道を求める仮軌道生成機能５２と、仮軌道を調整しながら、所望となる干渉回避のための最終的な定速軌道を特定する軌道調整機能５３とにより構成される。
【００９７】
前記仮軌道生成機能５２では、次の手順で仮軌道が導出される。
【００９８】
すなわち、最初に、軌道中で人間Ｈに最接近するロボット１０の横並び位置となる最接近地点であるＷＰ２（図１１（Ｂ）参照）の位置が仮決めされる。ここで、仮決めされるＷＰ２の位置ベクトルＰＲ（ｗｐ２）は、次のように求められる。すなわち、干渉時刻算出機能４７で求めた干渉時刻ｔｉにおける人間Ｈの位置（図１１（Ｂ）中破線部分）から、ロボット１０の現在位置ＳＰ（座標：（ｘＲs，ｙＲs））から目的地ＧＰ（座標：（ｘＲg，ｙＲg））に直線的に向う目標進行方向Ｔに対して法線方向Ｎに、人間Ｈから離れるように所定距離分シフトした位置に設定され、次式（１５）〜（１７）により算出される。次式において、ΔＰＳＧは、現在位置ＳＰと目的地ＧＰの間の相対位置ベクトルである。
なお、ここでの前記所定距離は、ロボット１０と人間Ｈの各パーソナルスペースＰＳＲ，ＰＳＨの半径の和であるＲＬＲ＋ＲＬＨを基準距離Ｌｂとし、当該基準距離Ｌｂに、先に求めた譲合度ＰＲ（％）を乗じた値となる。
また、次式において、ＰＨ（ｔｉ）は、干渉時刻ｔｉにおける人間Ｈの位置ベクトルを表す。
【数８】
2020046773.tif 000010
【００９９】
その後、仮決めされたＷＰ２の位置から、ＷＰ１及びＷＰ３の位置がそれぞれ仮決めされる。ここで、ＷＰ１、ＷＰ２、及びＷＰ３は、図１１（Ｂ）に示されるように、目標進行方向Ｔに平行となる同一直線上に並ぶように配置される。また、ＷＰ１及びＷＰ２間の直線距離と、ＷＰ２及びＷＰ３の直線距離は、それぞれ一定値を採るように設定される。例えば、ＷＰ１及びＷＰ２間の直線距離は、１ｍ程度とされ、ＷＰ２及びＷＰ３の直線距離は、ロボット１０のパーソナルスペースＰＳＲの半径ＲＬＲと同一の長さとされる。以上により、ＷＰ２が仮決めされると、その前後のＷＰ１及びＷＰ３の各位置がそれぞれ１箇所ずつ特定されることになる。そして、ロボット１０の現在位置ＳＰ、ＷＰ１、ＷＰ２、ＷＰ３、及び目的地ＧＰを順に直線で結んだ経路が計画され、当該経路から暫定的な仮軌道ＴＲｔが特定される。つまり、ロボット１０が人間Ｈの最近傍を通過する際には、前記目標進行方向Ｔに沿う直線となるように軌道生成される。従って、通過点の中で、ＷＰ１は、最接近地点であるＷＰ２よりも先にロボット１０が通過する前側近傍地点となり、ＷＰ３は、ＷＰ２よりも後にロボット１０が通過する後側近傍地点となる。
【０１００】
なお、本実施形態では、仮軌道ＴＲｔの通過点をＷＰ１、ＷＰ２、ＷＰ３の３箇所に設けているが、ＷＰ３の先に更に１箇所（ＷＰ４）設定することもできる。このＷＰ４は、図１２に例示されるように、ロボット１０の現在位置ＳＰと目的地ＧＰとを連結した直線ＴＬ上に配置されるとともに、ＷＰ３から当該直線ＴＬ上に垂下した地点から一定距離ＤＴＬ分、目的地ＧＰ側に離れた地点に配置される。これによれば、ロボット１０が人間Ｈとのすれ違い完了後、当初の目標進行方向Ｔに沿う軌道に戻ることになり、すれ違いの際における軌道の膨らみを最小限に抑制することができ、狭小地等のロボット１０の移動において有用となる。
【０１０１】
前記軌道調整機能５３では、人間Ｈの移動と先の仮軌道でのロボット１０の移動との時差による干渉を回避するための軌道調整が行われるが、当該軌道調整について、図１１を用いながら以下に説明する。
【０１０２】
ロボット１０を所定の定常速度で仮軌道ＴＲｔに沿って移動させたときに、仮決めされたＷＰ２の位置に達する時刻が、先に求めた干渉時刻ｔｉと異なる事態が生じ得ることから、このときに人間Ｈとの干渉が生じてしまう可能性がある。すなわち、例えば、図１１（Ｃ）のときのように、仮軌道ＴＲｔが、目標進行方向Ｔに沿う当初軌道に対して横に膨らむため、この当初軌道を移動しているときの干渉時刻ｔｉのロボット１０の位置（同図（Ａ）の位置）よりも、長い距離の移動が必要となる位置にＷＰ２が設定される可能性がある。この場合、ロボット１０がＷＰ２に達する時刻は、干渉時刻ｔｉよりも遅い時刻となる。このため、人間Ｈは、図１１（Ｃ）中の実線で示されるように、干渉時刻ｔｉでの位置（同図中破線）よりも更に進行し、ロボット１０との干渉が生じ得ることになる。
【０１０３】
そこで、この軌道調整機能５３では、干渉時刻ｔｉとロボット１０がＷＰ２に達する時刻ｔｗ２とが相違している場合、これら各時刻が、完全に若しくはほぼ一致するまで、次のように調整が行われる。
【０１０４】
前段階で特定された仮軌道ＴＲｔに沿ってロボット１０が移動するとして、前述した干渉時刻算出機能４７により、新たな干渉時刻ｔｉが求められる。そして、仮軌道生成機能５２での前述の手順により、新たな干渉時刻ｔｉに基づき、図１１（Ｄ）に示されるように、新たな仮軌道ＴＲｔが求められ、前記定常速度でのロボット１０の移動により、新たな仮軌道ＴＲｔ上のＷＰ２に到達する時刻ｔｗ２が求められる。以上の処理を繰り返し行い、時刻ｔｗ２が、新たな干渉時刻ｔｉに完全に若しくはほぼ一致したときに、その仮軌道が、正式な定速軌道として特定される。
【０１０５】
なお、図１１での説明においては、ロボット１０が人間Ｈの前方を右側から横切る右避けの定速軌道を生成する例を図示しているが、定速軌道生成機能４８では、同様の手順により、ロボット１０が人間Ｈの後方を左側から横切る左避けの定速軌道の生成も行われる。従って、この定速軌道生成機能４８では、右避け、左避けの２種類の定速軌道がそれぞれ１種類ずつ生成される。
【０１０６】
次に、前記加速度軌道生成機能４９について説明する。
【０１０７】
この加減速軌道生成機能４９では、前記所定の定常速度で移動するロボット１０について、一部区間で加速や減速をすることにより、ロボット１０と人間Ｈとの干渉を回避する加減速軌道が生成される。この加減速軌道としては、先ず、ロボット１０を一時的に加速若しくは減速しながら、人間Ｈを右側若しくは左側から避けるように移動させる右避け及び左避けの横回避変速軌道がそれぞれ複数パターン生成される。
【０１０８】
最初に、図１３（Ａ）に示されるように、定速軌道生成機能４８で特定された定速軌道中のＷＰ２にロボット１０が達する時刻ｔｗ２での人間Ｈの位置を基準位置ＰＨＢとし、当該基準位置ＰＨＢから、人間Ｈの移動方向に沿って所定の間隔で前後にシフトした人間Ｈの位置となるシフト位置ＰＨｓが複数箇所設定される。なお、ここでの基準位置ＰＨＢからのシフトは、予め設定された範囲内で行われる。そして、前述した仮軌道生成機能５２での仮軌道の導出手順と同様の手順により、各シフト位置ＰＨｓに達した人間Ｈにロボット１０が干渉するとしたときの仮軌道がそれぞれ生成される。すなわち、仮軌道の導出において、上式（１７）から、ロボット１０のＷＰ２の位置が求められ、当該各ＷＰ２の位置から、ＷＰ１及びＷＰ３の位置がそれぞれ特定され、図１３（Ｂ）に例示されるように、これら通過点を通る経路が定まる。なお、本実施形態において、各シフト位置ＰＨｓの間隔は０．１ｍ程度とされるが、特に限定されるものではなく、例えば、人間Ｈの体幹幅に相当する０．５ｍ程度まで広げることもでき、このようにすると、軌道候補決定のための演算処理の負荷を軽減させることが可能となる。
【０１０９】
次に、各経路について、次の条件により、ロボット１０の速度を部分的に変化させる横回避変速軌道が求められる。ロボット１０が人間Ｈの近傍位置を移動して人間Ｈとすれ違いを行う際には、ロボット１０が定常速度で移動することが望ましい。このことから、特に限定されるものではないが、本実施形態では、ＷＰ１以降は、予め設定された前記定常速度でロボット１０を移動させ、現在位置ＳＰからＷＰ１までは、ロボット１０の速度を変更可能にする。具体的には、各経路について、人間Ｈの速度ベクトルから、人間Ｈが前記シフト位置ＰＨｓに達する干渉時刻ｔｉが求められ、干渉時刻ｔｉが、当該シフト位置ＰＨｓを通過する経路上のＷＰ２にロボット１０が達する時刻となるように、現在位置ＳＰからＷＰ１までのロボット１０の速度が求められる。つまり、各経路におけるＷＰ１からＷＰ２までの区間の直線距離と、当該区間におけるロボット１０の速度とが、共に予め設定された一定値となるため、ＷＰ１からＷＰ２までの通過時間が各軌道で一定となる。そこで、当該通過時間が、ロボット１０の現在位置ＳＰにおける時刻からＷＰ２に達する前記干渉時刻ｔｉまでの時間から減算され、当該減算された時間と、対応する経路におけるＷＰ１の位置ベクトルとから、ロボット１０の現在位置ＳＰからＷＰ１までの速度が算出され、各シフト位置ＰＨｓに対応する横回避変速軌道が特定されることになる。
【０１１０】
これら横回避変速軌道のうち、図１３（Ｂ）中実線で表される定速軌道に対し、現時点における人間Ｈの位置に近づく軌道（同図中破線）は、ロボット１０の現在位置ＳＰからＷＰ１まで、前記定常速度に対して加速する軌道となっている。逆に、定速軌道に対し、現在の人間Ｈの位置から離れる軌道（同図中一点鎖線）は、ロボット１０の現在位置ＳＰからＷＰ１まで、前記定常速度に対して減速する軌道となっている。
【０１１１】
以上により、横回避変速軌道が、前記右避け及び前記左避けそれぞれ複数パターン生成される。
【０１１２】
更に、加減速軌道生成機能４９では、ロボット１０の加減速軌道として、当初計画されたロボット１０の現在位置ＳＰから目的地ＧＰまでの直線経路のままで、所定区間のみロボット１０を加速若しくは減速させることにより、次のようにして、人間Ｈとの干渉を回避する直進変速軌道が生成される。すなわち、前記直線経路を人間Ｈが横切る際に、ロボット１０と人間Ｈの各パーソナルスペースが重ならない所定距離分離れてロボット１０が位置するように、ロボット１０の進行方向の前後両側にＷＰ２が設定される。そして、前記直線経路上のＷＰ２の手前側に、横回避変速軌道の生成時と同様の条件で、ＷＰ１が設定されてロボット１０の現在位置ＳＰからＷＰ１までの速度が求められ、直進変速軌道が特定される。この直進変速軌道は、ロボット１０の現在位置ＳＰからＷＰ１までの変速区間を前記定常速度よりも速い速度で加速移動する軌道と、当該変速区間を前記定常速度よりも遅い速度で減速移動する軌道とがあり、これら軌道がそれぞれ１種類ずつ生成される。加速の直進変速軌道では、前記変速区間の加速により、前記直線経路を人間Ｈが横切る前に、その地点をロボット１０が先に通過するように、人間Ｈよりも先にロボット１０が進む干渉回避行動がなされる。一方、減速の直進変速軌道では、前記変速区間の減速により、前記直線経路を人間Ｈが横切った後に、その地点をロボット１０が後で通過するように、ロボット１０が人間Ｈを先に通す干渉回避行動がなされる。
【０１１３】
以上のように、定速軌道生成機能４８では、右避け、左避けそれぞれ１種類ずつ定速軌道が生成される。また、加減速軌道生成機能４９では、加速度軌道として、右避け、左避けそれぞれで加速、減速を行う複数パターンの横回避変速軌道と、加速、減速それぞれ１種類ずつの直進変速軌道とが生成される。
【０１１４】
前記軌道候補特定機能５０では、定速軌道生成機能４８や加減速軌道生成機能４９で生成された軌道から、所定の軌道を除外し、残った軌道が軌道候補とされる。
【０１１５】
ここで除外される軌道としては、ロボット１０が物理的に実行不可能となる軌道が挙げられる。例えば、壁等の固定障害物の存在により、ロボット１０が経路上を物理的に移動できない軌道や、加減速軌道生成機能４９で生成される加減速軌道の中で特定された速度が、ロボット１０の仕様上、予め設定された範囲外の速度になり、事実上実行不可能となる軌道等が挙げられる。
【０１１６】
この軌道候補特定機能５０によれば、後述する最適軌道抽出部４５での演算前に、現実的に実行不可能となる軌道が候補から除外されることで、最適軌道抽出部４５での演算処理負荷を極力軽減することができる。
【０１１７】
以上の構成の軌道候補探索部４４での処理手順を図１４のフローチャートを用いながら説明する。
【０１１８】
先ず、干渉時刻算出機能４７で、相互に移動するロボット１０と人間Ｈとが将来干渉する干渉時刻ｔｉが求められる（ステップＳ２０１）。
【０１１９】
その後、定速軌道生成機能４８における仮軌道生成機能５２において、求めた干渉時刻ｔｉから、予め設定された定常速度でロボット１０が進行する仮軌道が生成される（ステップＳ２０２）。更に、定速軌道生成機能４８に含まれる軌道調整機能５３において、先に求めた仮軌道におけるＷＰ２にロボット１０が達する時刻ｔｗ２と、先に特定された干渉時刻ｔｉとが一致しているか否かが判定される（ステップＳ２０３）。そして、これら時刻が一致していない場合は、一致するまで前記ステップＳ２０１及びＳ２０２の処理が繰り返し行われる。その結果、ＷＰ２にロボット１０が達する時刻ｔｗ２と、先に特定された干渉時刻ｔｉとが一致したときに、その仮軌道が、定速軌道として決定される（ステップＳ２０４）。
【０１２０】
次に、加減速軌道生成機能４９において、前記定常速度でのロボット１０の進行途中の一部区間で加速や減速を行う加減速軌道が生成される（ステップＳ２０５）。ここでは、定速軌道での干渉時刻ｔｉを中心にして、干渉時刻を任意の間隔で変化させ、各干渉時刻における人間Ｈの位置をその進行方向に沿ってシフトさせることにより、加減速を利用した横回避変速軌道が生成される。更に、ここでは、ロボット１０の現在位置から目的地までの直線経路上の一部区間で加速、減速する直進変速軌道も生成される。
【０１２１】
最後に、軌道候補特定機能５０において、定速軌道生成機能４８及び加減速軌道生成機能４９で生成された各軌道の中から、所定の要件に合致しない軌道を除外し、定速軌道や加減速軌道からなる複数の軌道候補が決定される（ステップＳ２０６）。
【０１２２】
次に、前記最適軌道抽出部４５について、以下に説明する。
【０１２３】
この最適軌道抽出部４５では、軌道候補探索部４４で探索された複数の軌道候補それぞれについて、干渉回避のための運動エネルギーに対応する干渉回避エネルギーＥｒを軌道コストとして算出し、当該軌道コストの最も少ない軌道候補が実行軌道として抽出される。
【０１２４】
すなわち、干渉回避エネルギーＥｒは、各軌道候補について、時系列で第１，２，・・・・，ｎ−１，ｎ，ｎ＋１，・・・・の各地点に区分し、当該軌道中の各地点において、後述する第１及び第２のエネルギー要素ＥＧとＥＤを合計し、当該合計値を現在位置から目的地まで積分することにより算出される。つまり、干渉回避エネルギーＥｒは、軌道中の各地点におけるロボットの運動エネルギーの変化状態を総合して求めた値となる。
【０１２５】
具体的には、第１及び第２のエネルギー要素ＥＧとＥＤをパラメータとした次式（１８）のコスト式により、干渉回避エネルギーＥｒが求められる。
【数９】
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【０１２６】
ここでは、図１５に示されるように、ロボット１０の現在位置ＳＰと目的地ＧＰを結ぶ直線経路の方向を目標進行方向（Ｇ方向）とし、当該直線経路に直交する法線方向を進行法線方向（Ｄ方向）とし、軌道中の各地点において、その際のロボット１０の速度ベクトルをＧ方向とＤ方向に分解し、これら方向の速度ベクトルが用いられる。そこで、上式（１８）でのＶＧＮは、軌道中のｎ地点におけるＧ方向の速度ベクトルを表し、同ＶＧ０は、現在位置でのロボット１０におけるＧ方向の速度ベクトルを表す。また、同ＶＤＮは、前記ｎ地におけるＤ方向の速度ベクトルを表し、同ＶＤｎ−１は、前記ｎ地点の一つ前の地点ｎ−１におけるＤ方向の速度ベクトルを表す。更に、Ａ，Ｂは、予め所定値に設定される各エネルギー要素の重み付け定数であるが、例えば、それぞれの値を１にする等、相互に同数としても良い。
【０１２７】
上式（１８）において、第１のエネルギー要素ＥＧは、ロボット１０が一定の速度で進行し続けることが最も軌道コストの低い行動となることを踏まえ、現在位置ＳＰでのロボット１０のＧ方向の初期速度に対し、ロボット１０の同方向の加速減速動作による速度変化に対応する要素となっている。
【０１２８】
第２のエネルギー要素ＥＤは、ロボット１０が干渉回避を行う際に回避幅を大きくする程、移動効率が悪くなることを踏まえ、直前の地点からのＤ方向の速度変化に対応する要素となっている。
【０１２９】
以上の最適軌道抽出部４５によれば、回避行動前の定常状態からより一定の速度状態で目的地ＧＰに向い、且つ、目的地ＧＰに対して横方向に大きく逸れないような最良の実行軌道を各軌道候補の中から定量的に抽出することができる。
【０１３０】
なお、軌道候補探索部４４の軌道候補特定機能５０において、次のように、軌道候補の絞り込みを更に行うことにより、最適軌道抽出部４５でのコスト計算時における演算処理の負荷を更に軽減することができる。
【０１３１】
ここでの絞り込みとしては、次のような軌道が、最適軌道抽出部４５での演算対象となる軌道候補から除外される。例えば、図１６（Ａ）の破線で示されるように、ロボット１０が、移動する人間Ｈの前方を減速しながら回避するような軌道は、回避幅が大きくなることから、軌道コストが増大することが明らかであり、軌道候補から除外される。また、同図中の一点鎖線で示されるように、ロボット１０が、移動する人間Ｈの後方を加速しながら回避するような軌道も、同様に回避幅が大きくなるため、軌道候補から除外される。
【０１３２】
また、図１６（Ｂ）、（Ｃ）に例示されるように、ロボット１０が人間Ｈに対して吸い付くように移動する軌道は、軌道コストが増大してしまうため、軌道候補から除外される。すなわち、ＷＰ１〜ＷＰ３の位置が、ロボット１０の現在位置ＳＰ及び目的地ＧＰを結んだ目標進行方向の直線ＴＬ（各図中一点鎖線参照）を境に、人間Ｈに対するロボット１０の回避方向Ｄと逆側となる領域に存在する軌道は、軌道候補から除外される。つまり、図１６（Ｂ）の軌道は、人間Ｈをその左側から回避する一方で、ＷＰ１〜ＷＰ３の位置が、前記直線ＴＬよりも右側の領域に位置する軌道であり、軌道候補から除外される。また、同図（Ｃ）の軌道は、人間Ｈをその右側から回避する一方で、ＷＰ１〜ＷＰ３の位置が前記直線ＴＬよりも左側の領域に位置する軌道であり、軌道候補から除外される。
【０１３３】
１−Ｃ  実行軌道特定部３８での反復的行動探索システムについて
【０１３４】
なお、実行軌道特定部３８には、ロボット１０が将来的に複数の人間Ｈに干渉する可能性がある場合に、前述の手順を反復して軌道生成する反復的行動探索システムを設けることもできる。この反復的行動探索システムでは、前記軌道候補探索部４４での前述した軌道生成手順により、ロボット１０に対する最先の干渉が予測される人間（以下、「最短干渉予定者」と称する）に対する回避軌道が探索された後に、次に干渉が予測される他の人間についての回避軌道が探索される。そして、当該軌道探索が、現在位置でのロボット１０により将来的な干渉が予測される全ての人間について干渉時刻順に反復して行われ、これら全ての人間を回避し得る軌道候補が求められる。
【０１３５】
具体的に、先ず、検出装置１２（図１参照）により、現在位置のロボット１０の周囲の状況が検出され、前記干渉度判定手段２１（同図参照）で、将来的に干渉が予測される複数の人間が特定される。その中から、ロボット１０との相対距離が最も短く、最速でロボット１０との干渉が予測される最短干渉予定者が特定される。
【０１３６】
その後、軌道候補探索部４４において、図１７に示される手順で軌道候補が生成される。
【０１３７】
すなわち、最初に、同図（Ａ）に示されるように、最短干渉予定者Ｈ１について、ロボット１０の現在位置ＳＰから、前述と同様の手順により、前記通過点が決定され、当該通過点のうち前記後側近傍地点となるＷＰ３（Ｈ１）までの各種軌道（定速軌道及び加速度軌道）Ｋｎが生成される。なお、図１７の各図においては、図面の錯綜を回避するため、全ての軌道候補の表示を省略している。
【０１３８】
次に、前記ＷＰ３（Ｈ１）までの各種軌道において、ロボット１０がＷＰ３（Ｈ１）に到達したと仮定し、それ以降、そのＷＰ３（Ｈ１）をロボット１０の初期位置として、同様に、目的地ＧＰまでの干渉判定が行われる。その結果、干渉可能性のある他の人間Ｈ２が検出されると、同図（Ｂ）に示されるように、ＷＰ３（Ｈ１）を初期位置としたときに、次の時刻で干渉が予測される最短干渉予定者Ｈ２の特定がなされる。その上で、同図（Ｃ）に示されるように、先のＷＰ３（Ｈ１）を初期位置として、同様に、最短干渉予定者Ｈ２を回避し得る軌道としてＷＰ３（Ｈ２）までの各種軌道Ｋｎが生成される。
【０１３９】
ここで、同図（Ｃ）に示されるように、先の手順で奥の人間Ｈ２に対する回避軌道を計画すると、ロボット１０がＷＰ３（Ｈ１）に到達した時に奥の人間Ｈ２もＷＰ３（Ｈ１）の近傍に到達しており、同図（Ｄ）に示されるように干渉回避が不能になる場合等がある。そこで、このような事態を避けるために、同図（Ｅ）の一点鎖線部分で例示されるような軌道補正が行われる。この軌道補正は、１人目の人間Ｈ１と、その後の時刻で干渉が予測される次の２人目の人間Ｈ２について、回避する方向が同一の場合（同図中それぞれ右避けとなる軌道部分）に行われる。すなわち、ここでは、１人目の人間Ｈ１を回避するための軌道の通過点のうち前記前側近傍地点となるＷＰ１（Ｈ１）から、２人目の人間Ｈ２を回避するための軌道における前側近傍地点となるＷＰ１（Ｈ２）に直線移動する部分ＫＡｎを含む一部補正軌道が生成される。
【０１４０】
以降、目的地ＧＰまでに干渉する可能性のある人間Ｈｎが更に存在する場合、同様の処理が繰り返し行われ、最後の人間ＨｎでのＷＰ３（Ｈｎ）と目的地ＧＰを結ぶことで、ロボット１０の現在位置ＳＰから目的地ＧＰまでの経路が決まり、当該経路に係る軌道候補が生成される。このようにして生成された複数パターンの軌道候補の中から、前記最適軌道抽出部４５により、軌道コストの最も低い軌道候補が選択され、最終的な実行軌道とされる。
【０１４１】
このような反復的行動探索システムによれば、現在のロボット１０が将来的に干渉し得る複数の人間を回避する際に、チャタリングやスタックの発生しないスムーズな軌道計画を行うことができる。
【０１４２】
なお、以上の反復的行動探索システムでの処理において、相互に近接する複数の人間をクラスタ化し、当該クラスタを１人の人間としてまとめて回避するように、前述の手順で軌道候補を生成することもできる。このようにすることで、軌道探索時における演算処理の負荷を低減することができる。
【０１４３】
つまり、ここでは、所定時刻で干渉が予測される最短干渉予定者と、検出装置１２で検出された他の人間との相対距離が所定範囲内、すなわち、当該相対距離が所定の閾値以下に存在するこれら複数の人間をクラスタとして推定し、当該クラスタを１人の人間としてまとめて回避する軌道が生成される。ここでの閾値としては、近接する人間同士の間をロボット１０が干渉せずに通過可能となる空間幅（例えば、その最低値）が適用される。
【０１４４】
２．狭小スペース用行動決定部の構成及び処理内容
以下、前記狭小スペース用行動決定部３５の構成及び処理内容について、主に図１及び図６を用いながら説明する。
【０１４５】
前記狭小スペース用行動決定部３５では、現状においてロボット１０が人間の横を通過できない状態であると予測され、後述するように、種々に条件に応じ、各種の働きかけ行動を含むロボット１０の行動が選択される。
【０１４６】
ここでの働きかけ行動としては、人間との干渉を回避するためにロボット１０の移動方向の変更による人間への進路示唆の行動と、人間に対して回避を促す音声をスピーカー１６から発生する声掛けの行動と、アーム１５を人間に接触させる行動とがあり、これら働きかけ行動の何れか、若しくは任意の組み合わせが選択される。
【０１４７】
また、ここでの働きかけ行動としては、前記干渉度判定手段２１で干渉度有りと判定された場合に、認識度推定手段２２で推定された認知度に応じ、先ず干渉を回避するための働きかけ行動を行う最初の働きかけ行動と、当該最初の働きかけ行動後の人間の行動から、後述する達成度推定手段２４で推定された働きかけ行動の達成度に基づき、必要に応じて行われる再度の働きかけ行動とに大別される。以上の働きかけ行動の詳細については後述する。
【０１４８】
この狭小スペース用行動決定部３５は、人間へのアーム１５の接触可能性の有無を判定するアーム接触判定部５５と、当該接触可能性が「無」の場合の働きかけ行動を決定する遠方対応部５６と、前記接触可能性が「有」の場合の働きかけ行動を決定する近接対応部５７とからなる。
【０１４９】
前記アーム接触判定部５５では、アーム１５の動作範囲内に人間が存在しているか否かにより、人間へのアーム１５の接触可能性の有無が判定される。この接触可能性の有無は、検出装置１２での検出結果によるロボット１０と人間の相対位置情報と、予め設定されたアーム１５の動作範囲とに基づいて判定される。
【０１５０】
前記遠方対応部５６では、次の３種の働きかけ行動により構成される遠方働きかけグループの中から、認知度に応じた働きかけ行動が決定される。
【０１５１】
この遠方働きかけグループの中で、認知度「大」の場合には、次のように、ロボット１０の移動方向の変更による人間への進路示唆を行う働きかけ行動が選択される。具体的に、図１８に示されるように、このままではロボット１０が通り抜けるための通り抜けスペースＳの幅が十分に確保されないため、通り抜けスペースＳの中央地点Ｐに向かってロボット１０を移動させる。これにより、ロボット１０が通過する通り抜けスペースＳを確保できるように、人間Ｈに対して視覚的な進路示唆がなされる。
【０１５２】
また、前記遠方働きかけグループの中で、認知度「小」の場合には、認知度「大」の場合と同様の進路示唆を行う働きかけ行動と、前述した介入度の弱い声掛け「小」の働きかけ行動とが選択される。
【０１５３】
更に、前記遠方働きかけグループの中で、認知度「無」の場合には、認知度「大」の場合と同様の進路示唆を行う働きかけ行動と、前述した介入度の強い声掛け「大」の働きかけ行動とが選択される。
【０１５４】
前記近接対応部５７では、次の手順で各種の働きかけ行動がなされる。先ず、事前に、人間Ｈに対して聴覚面からロボット１０の接近を知らせるために、所定の音声をスピーカー１６から発する声掛けの働きかけ行動が選択される。
【０１５５】
その上で、次の３種の働きかけ行動により構成される近接働きかけグループの中から、認知度に応じた働きかけ行動を含む行動が決定される。
【０１５６】
この近接働きかけグループの中で、認知度「大」の場合には、次のように、ロボット１０の移動方向が変更される。この場合には、事前に声掛けも行われていることから、人間Ｈはロボット１０を十分に認知していると考えられ、人間Ｈの方では、ロボット１０の通り抜けスペースＳの幅を確保するための移動が不可能な事態であると推定される。従って、この場合には、例えば、図１８中の一点鎖線矢印に示されるように、ロボット１０が人間Ｈに対して後退しながら全く別の方向にロボット１０を進行させるように、ロボット１０の移動方向を変更する方向変換行動が選択される。なお、この際、ロボット１０は、目的地への新たな移動経路が探索される。
【０１５７】
また、前記近接働きかけグループの中で、認知度「小」の場合には、ロボット１０のアーム１５を人間Ｈに接触させることで、前記通り抜けスペースＳを確保するように人間Ｈの移動を促す接触「小」の働きかけ行動が選択される。
【０１５８】
更に、前記近接働きかけグループの中で、認知度「無」の場合には、認知度「小」の場合よりも介入度の強い接触「大」の働きかけ行動が選択される。
【０１５９】
これら接触による働きかけ行動としては、例えば、人間Ｈの肩や背中をアーム１５で押す動作があり、接触「小」の働きかけでは、人間Ｈに軽く接触し、接触「大」の働きかけでは、人間Ｈに繰り返し何度も接触し、或いは、人間Ｈとの接近時に不意な衝突を受け止めるように接触する等の動作を例示できる。
【０１６０】
（達成度推定手段）
前記達成度推定手段２４では、検出装置１２の検出結果から、ロボット１０の働きかけ行動による人間の行動状態を検証することにより、人間への働きかけの意図伝達の達成度が推定される。
【０１６１】
具体的に、達成度推定手段２４では、既になされた働きかけ行動によるロボット１０の動作が、将来的なロボット１０と人間との干渉回避の意図として、人間に伝達されたか否かが推定される。すなわち、ここでは、ロボット１０の働きかけ動作後の人間の移動情報が、検出装置１２の検出結果に基づいて取得され、当該移動情報から達成度が特定される。
【０１６２】
この達成度推定手段２４は、前記広大スペース用行動決定部３４で計画されたロボット１０の行動による達成度を決定する第１の達成度決定部５９と、前記狭小スペース用行動決定部３５で計画されたロボット１０の行動による達成度を決定する第２の達成度決定部６０とからなる。
【０１６３】
前記第１の達成度決定部５９では、将来的に人間がロボット１０に最接近する時刻においての相互の体幹中心間の直線距離である相対距離が演算により求められ、当該相対距離に基づいて、次のように、達成度が「有」、「無」、「極有」の３種類で特定される。ここで、第１の評価である達成度「有」は、前記意図が人間に効果的に伝達されたと推定される場合であり、第２の評価である達成度「無」は、前記意図が人間にあまり伝達されなかったと推定される場合であり、第３の評価である達成度「極有」は、前記意図が達成度「有」よりも更に強力に人間に伝達されたと推定される場合である。
【０１６４】
すなわち、ここでは、最接近時における前記相対距離が、ロボット１０と人間の各パーソナルスペースの各半径を加算したパーソナルスペースの和よりも小さくなる場合には、将来の干渉可能性の状態が解消されていないとして、達成度「無」とされ、ロボット１０の動作計画を再構築する必要性が有ると判断される。一方、前記相対距離が、前記パーソナルスペースの和を超える所定値以上の場合は、想定よりも人間が大きく避けていると推定され、達成度「極有」とされる。ここで、前記所定値は、予め設定されており、前記パーソナルスペースの和の１．５倍を例示できる。更に、前記相対距離が、前記パーソナルスペースの和以上で、前記所定値未満となる場合には、想定通りに人間が避けていると推定され、達成度「有」として、ロボット１０の動作計画を再構成する必要性が無いと判断される。
【０１６５】
前記第２の達成度決定部６０では、ロボット１０の通り抜けスペースＳの有無に基づいて、次のように、達成度が「有」、「無」の２種類で判定される。ここでの達成度「有」、「無」についても、第１の達成度決定部５９での達成度「有」、「無」の概念と同様である。
【０１６６】
すなわち、ここでは、検出装置１２で取得された働きかけ行動後の人間の移動情報から、前記通り抜けスペース判定部３１での処理により、ロボット１０の通り抜けスペースＳの有無が判定される。そして、ロボット１０の通り抜けスペースＳが確保された場合には、達成度「有」とされ、更なる働きか行動の必要性が無いと判断される。一方、ロボット１０の通り抜けスペースＳが依然確保されていない場合には、達成度「無」とされ、別の行動の必要性が有ると判断される。
【０１６７】
（計画調整手段）
前記計画調整手段２５は、前記第１の達成度決定部５９で決定された達成度に応じてロボット１０の行動を決定する第１の調整部６２と、前記第２の達成度決定部６０で決定された達成度に応じてロボット１０の行動を決定する第２の調整部６３とからなる。
【０１６８】
前記第１の調整部６２では、次のようにして、達成度特定後におけるロボット１０の行動が決定される。
【０１６９】
すなわち、達成度「無」の場合は、ロボット１０の行動計画を再構築する必要性が有るとされることから、再度、前述と同様に、行動計画手段２３において、認知度に基づいて、通り抜けスペースの有無に応じた各種の行動計画がなされる。
【０１７０】
また、達成度「極有」の場合には、想定よりも人間が大きく避けていると推定されることから、軌道コストを考慮して目的地に向ってより真っ直ぐとなる新たな軌道が生成される。
【０１７１】
更に、達成度「有」の場合には、想定通りに人間が避けていると推定されることから、既に決定された行動計画を変更せずに、先に特定した実行軌道での移動がそのまま継続される。
【０１７２】
前記第２の調整部６３では、次のようにして、達成度特定後におけるロボット１０の行動が決定される。
【０１７３】
ここで、達成度「無」の場合には、先になされた働きかけグループに応じて、次の働きかけ行動が選択される。
【０１７４】
前段階で遠方働きかけグループでの働きかけ行動がなされたときには、アーム接触判定部５５で人間へのアーム１５の接触可能性の有無が判断され、以降、前述した狭小スペース用行動決定部３５での働きかけ行動がなされる。
【０１７５】
また、前段階で近接働きかけグループでの働きかけ行動がなされたときには、このままでは、ロボット１０が通り抜けるための通り抜けスペースをどうしても確保できないと判断され、全く別の方向にロボット１０を移動させる軌道が生成され、当該軌道に沿った方向変換移動がなされる。なお、前段階の近接働きかけグループの中で、方向転換移動が既になされている場合は、当該移動がそのまま継続される。
【０１７６】
一方、達成度「有」の場合には、ロボット１０の通り抜けスペースが確保されることになったため、既に決定された軌道での移動がそのまま継続される。
【０１７７】
（干渉回避の行動計画手順）
前記制御装置１３によるロボット１０の行動計画手順について、主として、図１、図６及び図１９のフローチャートを用いながら、以下に説明する。
【０１７８】
先ず、ロボット１０が所定の出発地から移動を開始した後、干渉度判定手段２１により、ロボット１０とその周囲を移動する人間との間での将来的な干渉可能性の有無、すなわち、干渉度が判定される（ステップＳ３０１）。そして、行動計画手段２３により、干渉度の有無に応じたロボット１０の行動計画がなされる。
【０１７９】
ここで、干渉度「無」の場合には、無干渉時計画部２８で、人間との干渉回避を考慮することなく、壁等の固定移動物を避けながら、予め設定された目的地までロボット１０を最短距離で移動させる経路計画がなされ、当該計画に対応する実行軌道が生成される（ステップＳ３０２）。そして、目的地に達するまで前記干渉度の判定以降の処理が一定時間毎に行われる（ステップＳ３０３）。
【０１８０】
一方、干渉度「有」の場合には、干渉時計画部２９で、各種状況に応じ、ロボット１０と人間の将来的な干渉を回避するための行動計画がなされる。
【０１８１】
干渉回避の行動計画を行うに際し、先ず、認識度推定手段２２により、人間におけるロボット１０に対する認知の程度を表す認知度「大」、「小」、「無」の何れかの判定が行われる（ステップＳ３０４）。
【０１８２】
その後、通り抜けスペース判定部３１において、ロボット１０が人間の横を通り抜ける際の通り抜けスペースの有無が判定される（ステップＳ３０５）。そして、当該通り抜けスペースの有無に応じて異なる行動計画がなされる。
【０１８３】
Ａ．「通り抜けスペース有」と判定されたケース
【０１８４】
このケースでは、広大スペース用行動決定部３４にて次の各種処理が行われる。
【０１８５】
先ず、行動内容特定部３７にて譲合度が求められる（ステップＳ３０６）。
【０１８６】
次に、軌道候補探索部４４により、人間との干渉を回避するための軌道候補が、先に求めた譲合度に応じて複数パターン生成される（ステップＳ３０７）。
【０１８７】
そして、最適軌道抽出部４５により、軌道候補探索部４４で生成された複数パターンの軌道候補の中から、軌道コストの最も低い効率的な移動が可能となる軌道が実行軌道として決定される（ステップＳ３０８）。
【０１８８】
その後、実行軌道を生成するための動作時間や、実行軌道でのロボット１０の移動開始から人間が行動するまでの応答時間等を考慮し、予め設定された一定の待機時間が設けられ、待機時間内が経過するまで次の処理が行われない（ステップＳ３０９）。
【０１８９】
前記待機時間が経過した後、達成度推定手段２４で達成度が推定される（ステップＳ３１０）。その結果に応じて、計画調整手段２５により、行動内容の調整の要否が決定される。すなわち、達成度「無」の場合は、前述したステップＳ３０４に戻って認知度の判定がなされ、ステップＳ３０５以降の処理が再度なされる。
【０１９０】
また、達成度「極有」の場合には、目的地に向ってより真っ直ぐとなるように、実行軌道の修正が行われる（ステップＳ３１１）。
【０１９１】
更に、達成度「有」の場合には、既に決定された実行軌道がそのままの状態とされ、目的地に達するまで前記干渉度の判定以降の処理が一定時間毎に行われる（ステップＳ３０３）。
【０１９２】
Ｂ．「通り抜けスペース無」と判定されたケース
【０１９３】
このケースでは、狭小スペース用行動決定部３５にて次の各種処理が行われる。
先ず、アーム接触判定部５５により、現時点において、アーム１５を人間に接触させる接触可能性の有無が判定される（ステップＳ３１２）。
【０１９４】
Ｂ−１．接触可能性「無」の場合
【０１９５】
アーム１５に対して接触不能となる接触可能性「無」の場合には、認知度に応じて、前記遠方働きかけグループの中から働きかけ行動が選択される（ステップＳ３１３）。
【０１９６】
すなわち、前記遠方働きかけグループの中で、認知度「大」の場合には、ロボット１０の移動方向を変更させる軌道が生成され、ロボット１０が通過する通り抜けスペースを確保できるように、人間に対して視覚的な進路示唆を行う働きかけ行動が選択される。
【０１９７】
また、前記遠方働きかけグループの中で、認知度「小」の場合には、認知度「大」の場合と同様の進路示唆を行う働きかけ行動が選択されるとともに、介入度の弱い声掛け「小」の働きかけ行動が選択される。
【０１９８】
更に、前記遠方働きかけグループの中で、認知度「無」の場合には、認知度「大」の場合と同様の進路示唆を行う働きかけ行動が選択されるとともに、介入度の強い声掛け「大」の働きかけ行動が選択される。
【０１９９】
その後、達成度推定手段２４で達成度が判定される（ステップＳ３１４）。ここでは、検出装置１２で取得された働きかけ行動後の人間の位置情報から、前述のステップＳ３０５と同様の処理により、ロボット１０の通り抜けスペースの有無が判定される。そこで、ロボット１０の通り抜けスペースが確保された場合には、達成度「有」とされ、更なる干渉回避行動の必要性が無いと判断される。一方、ロボット１０の通り抜けスペースが依然確保されていない場合には、達成度「無」とされ、更なる干渉回避行動の必要性が有ると判断される。
【０２００】
そして、計画調整手段２５により次の対応がなされる。すなわち、達成度「有」の場合には、既に決定された実行軌道がそのままの状態とされ、目的地に達するまで前記干渉度の判定以降の処理が一定時間毎に行われる（ステップＳ３０３）。一方、達成度「無」の場合には、前述のステップＳ３１２に戻り、それ以降の処理が繰り返し行われる。
【０２０１】
Ｂ−２．接触可能性「有」の場合
【０２０２】
ステップＳ３１２で、アーム１５に対して接触可能となる接触可能性「有」と判定された場合には、先ず、人間に対して聴覚面からロボット１０の接近を知らせるために、所定の音声をスピーカー１６から発する声掛けの働きかけ行動が行われる（ステップＳ３１５）。その上で、認知度に応じて、前記近接働きかけグループの中から各種行動が選択される（ステップＳ３１６）。
【０２０３】
前記近接働きかけグループの中で、認知度「大」の場合には、ロボット１０が人間に対して後退しながら全く別の方向にロボット１０を方向転換させる行動が選択され、ロボット１０の移動方向を変更しながら目的地を目指す新たな軌道が生成される。
【０２０４】
また、前記近接働きかけグループの中で、認知度「小」の場合には、ロボット１０のアーム１５を人間に接触させることで、前記通り抜けスペースを確保するように人間の移動を促す接触「小」の働きかけ行動が選択される。
【０２０５】
更に、前記近接働きかけグループの中で、認知度「無」の場合、認知度「小」の場合よりも介入度の強い接触「大」の働きかけ行動が選択される。
【０２０６】
その後、達成度推定手段２４で達成度が判定される（ステップＳ３１７）。ここでは、検出装置１２で取得された人間の位置情報から、前述のステップＳ３０５と同様の処理により、ロボット１０の通り抜けスペースの有無が判定される。そこで、ロボット１０の通り抜けスペースが確保された場合には、達成度「有」とされ、更なる働きかけ行動の必要性が無いと判断される。一方、ロボット１０の通り抜けスペースが依然確保されていない場合には、達成度「無」とされ、更なる働きかけ行動の必要性が有ると判断される。
【０２０７】
そして、計画調整手段２５により次の対応がなされる。すなわち、達成度「有」の場合には、既に決定された実行軌道がそのままの状態とされ、目的地に達するまで前記干渉度の判定以降の処理が一定時間毎に行われる（ステップＳ３０３）。一方、達成度「無」の場合には、このままでは、ロボット１０が通り抜けるための通り抜けスペースをどうしても確保できないと判断され、全く別の方向にロボット１０を移動させる方向変換軌道が生成される（ステップＳ３１８）。その後、干渉度判定手段２１での干渉度の判定に戻り（ステップＳ３０１）、前述と同様の手順を経ながらロボット１０の行動計画がなされる。
【０２０８】
以上、本実施形態によれば、あたかも人間同士のすれ違い時のような人間の振る舞いに近いロボット１０の動作が可能となり、ロボット１０の移動に際して、その周囲の人間に過剰な不快感を与えることなく、しかも、ロボット１０を目的地に向って効率良く移動させることができる。
【０２０９】
なお、制御装置１３では、前述した声掛けの働きかけ行動において、ロボット１０の周囲の環境における音圧等の音情報をマイク（図示省略）で収集し、当該音情報に応じ、周囲の環境に配慮した音の大きさや種類等の音声をスピーカー１６から発する音制御を行っても良い。
【０２１０】
また、制御装置１３では、アーム１５が人間に接触する働きかけ行動において、人間の周囲が密集している等の場合にソフトな接触を行う等、ロボット１０の周辺の環境情報を取得するセンサの検出結果に応じて、人間への接触の程度を可変にする動作制御を行っても良い。
【０２１１】
その他、前述した働きかけの種類は、例示的なものであって、ロボット１０の動作による他の働きかけ行動を種々設定することもできる。
【０２１２】
また、前記実施形態では、「干渉度」が２段階、「認知度」が３段階、「達成度」が２段階にそれぞれ設定されているが、本発明はこれに限らず、それぞれ更に多段階で評価し、段階毎に更に細かい働きかけを設定することも可能である。
【０２１３】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、前記第１実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一符号を用いるものとし、説明を省略若しくは簡略にする。
（第２実施形態）
【０２１４】
第２実施形態に係るロボット１００は、移動障害物である人間のパーソナルスペースの内側領域の通過も想定し、人間に与える不快感の緩和を考慮しつつ、ロボット１００と人間の不意の衝突をも回避可能な軌道計画を行えるようにしたところに特徴を有する。
【０２１５】
すなわち、本実施形態のロボット１００は、図２０に示されるように、第１の実施形態の干渉時計画部２９と構成の異なる干渉時計画部１０３を備えており、その他の構成は、前記第１実施形態と実質的に同一となっている。
【０２１６】
この干渉時計画部１０３では、前記干渉度判定手段２１で将来的な干渉度が「有」と判定されたときに、当該干渉が予測される人間を避けるためのロボット１００の行動が計画される。
【０２１７】
この干渉時計画部１０３は、図２０に示されるように、現在位置でのロボット１００が人間のパーソナルスペース内に存在するか否かを判定する接近状態判定部１０５と、ロボット１００と人間が将来的に体幹接触する可能性の有無を判定する接触可能性判定部１０６と、ロボット１００の人間への働きかけ行動に要する働きかけ準備時間の有無を判定する準備時間判定部１０７と、緊急時の衝突回避対応を行うロボット１００の行動である緊急回避行動を選択する緊急回避行動選択部１０８と、緊急でない時の衝突回避対応を行うロボット１００の行動である通常回避行動を選択する通常回避行動選択部１０９とを備えている。
【０２１８】
（接近状態判定部の構成）
前記接近状態判定部１０５では、検出装置１２での検出結果により、現時点において、第１実施形態と同様にして人間のパーソナルスペースの範囲が特定され、当該範囲内にロボット１００のパーソナルスペースの少なくとも一部が侵入しているか否かが判定される。すなわち、現時点でロボット１００のパーソナルスペースが、人間のパーソナルスペースの範囲内に位置する場合には、接近状態とされ、そうでない場合には、非接近状態とされる。
【０２１９】
（接触可能性判定部の構成）
前記接触可能性判定部１０６では、検出装置１２での検出結果に基づき、第１実施形態と同様にロボット１００が人間に最接近した際の相対距離が求められ、当該相対距離の閾値を基準に、ロボット１００の体幹部分が人間に接触する体幹接触の可能性の有無が判定される。すなわち、ここでは、前記相対距離が、予め特定されたロボット１００及び人間の各体幹幅の合計よりも短い場合に、前記体幹接触の可能性が「有」とされ、そうでない場合に、前記体幹接触の可能性が「無」とされる。
【０２２０】
（準備時間判定部の構成）
前記準備時間判定部１０７では、次のようにして働きかけ準備時間の有無が判定される。ここでは、検出装置１２での検出結果から、第１実施形態と同様に、現時点において、ロボット１００と人間との相対距離とそれらの速度ベクトルが特定されることにより、それらが相互に干渉するまでにかかる時間が算出される。そして、当該時間が、働きかけ行動等に必要となる各種動作（アーム１５や声掛けの動作等）のために予め設定された働きかけ準備時間と対比され、当該働きかけ準備時間よりも短い場合に準備時間「無」とされ、当該働きかけ準備時間よりも長い場合に準備時間「有」とされる。
【０２２１】
（緊急回避行動選択部の構成）
前記緊急回避行動選択部１０８では、現時点でロボット１００のパーソナルスペースが人間のパーソナルスペース内に存在する接近状態の場合と、そうでない非接近状態であり、且つ、働きかけ行動のための準備時間「無」の場合とにおいて、後述する各種の緊急回避行動の中から所定の行動が選択される。
【０２２２】
この緊急回避行動選択部１０８は、人間に接触させずに、人間のパーソナルスペース内に侵入して目的地までロボット１００を進行させる接近経路における軌道である接近軌道を生成する接近軌道生成機能１１１と、ロボット１００をこれまでと逆方向に進行させる逆移動経路における軌道である逆方向軌道を生成する逆方向軌道生成機能１１２と、ロボット１００を一旦停止させる一旦停止機能１１３とを有する。
【０２２３】
前記接近軌道生成機能１１１においては、接近状態判定部１０５、接触可能性判定部１０６、準備時間判定部１０７での判定結果に基づく次の各場合に、前記接近軌道が生成される。すなわち、第１の場合として、現時点でロボット１００が人間のパーソナルスペース内に存在する接近状態のときに、それらの体幹接触の可能性が「無」であり、且つ、これまでロボット１００から何らかの働きかけ行動をしている場合が挙げられる。また、第２の場合として、前記非接近状態のときに、働きかけ行動のための準備時間が「無」で、且つ、これまでロボット１００から何らの働きかけ行動をしている場合が挙げられる。
【０２２４】
この接近軌道生成機能１１１では、前記第１実施形態における定速軌道生成機能４８（図６参照）と同様の演算処理により、ロボット１００が定常速度で移動する接近軌道が生成される。具体的に、ここでは、前述の定速軌道生成機能４８における上式（１７）での譲合度ＰＲを１００％としている。また、上式（１７）に代入される基準距離Ｌｂを、ロボット１０と人間の各パーソナルスペースの半径の和であるＲＬＲ＋ＲＬＨとしていたところ、ＲＬＲ＋ＲＬＨよりも短く、且つ、人間の体幹幅よりも長い所定距離としている。これにより、ロボット１００が人間のパーソナルスペースに侵入しながら、人間に接触することなくロボット１００と人間とのすれ違いが可能な接近軌道が生成される。図２１に例示されるように、この接近軌道は、人間Ｈの左右両側でのすれ違いを可能とするように、２種類の接近経路ＰＴ１の中から、移動距離の少ない方の軌道が選択される。また、固定障害物等の存在により、何れか一方の接近経路ＰＴ１でロボット１００の通過が不可能となる場合には、他方の接近経路ＰＴ１における接近軌道が選択される。なお、何れの接近軌道でもロボット１００の通過が不可能となる場合は、逆方向軌道生成機能１１２による逆方向軌道による移動か、一旦停止機能１１３での一旦停止の何れかの行動が選択される。
【０２２５】
前記逆方向軌道生成機能１１２では、接近状態判定部１０５、接触可能性判定部１０６、準備時間判定部１０７での判定結果に基づく次の各場合に、人間から遠ざかるようにロボットを逆方向に方向変換移動させる逆方向軌道が１種類生成される。すなわち、ここでの第１の場合として、現時点でロボット１００が人間のパーソナルスペース内に存在する接近状態のときに、それらの体幹接触の可能性が「無」であり、且つ、これまでロボット１００から働きかけ行動が何らされていない場合が挙げられる。また、第２の場合として、前記接近状態のときに、それらの体幹接触の可能性が「有」の場合が挙げられる。更に、第３の場合として、前記非接近状態のときに、働きかけ行動のための準備時間が「無」で、且つ、これまでロボット１００から働きかけ行動が何らされていない場合が挙げられる。
【０２２６】
前記一旦停止機能１１３では、逆方向軌道生成機能１１２で生成される逆方向軌道が、経路上の固定障害物の存在等により、ロボット１００の移動が不可能となる場合や、時間的に人間への体幹接触の回避が不可能であるような場合に、ロボット１００を一旦停止させる行動が選択される。なお、その後、ロボット１００を移動させながら、無干渉時経過部２８（図１参照）若しくは干渉時経過部１０３での各種処理が再び行われる。
【０２２７】
（通常回避行動選択部の構成）
前記通常回避行動選択部１０９では、現時点でロボット１００のパーソナルスペースが人間のパーソナルスペースの外側に存在する非接近状態で、働きかけ行動のための準備時間「有」のときに、後述する各種の通常回避行動の中から所定の行動が選択される。この通常回避行動としては、ロボット１００による働きかけ行動を伴いながら、接近軌道、迂回軌道、接触軌道の何れかの種類の軌道に沿ってロボット１００を移動させる行動が挙げられる。
【０２２８】
ここで、図２１に示されるように、前述したように、接近経路ＰＴ１に基づく前記接近軌道は、ロボット１００が人間のパーソナルスペースＰＳＨ内に侵入することを意図し、ロボット１００が人間Ｈに接触しない最低距離を隔てて人間Ｈの横をすれ違いながら、目的地ＧＰまでロボット１００を進行させる軌道である。この接近軌道でのロボット１０の移動に際しては、人間Ｈとの不意の衝突時に備えてアーム１５を構える動作を行うとともに、ロボット１００の接近を人間Ｈに知らせる声掛けを行う働きかけ行動がなされる。
【０２２９】
また、前記迂回軌道は、図２１の迂回経路ＰＴ２に基づく軌道である。すなわち、この迂回経路ＰＴ２は、人間Ｈへの働きかけにより、ロボット１００と人間Ｈの各パーソナルスペースＰＳＲ，ＰＳＨが重ならないように、ロボット１００のパーソナルスペースＰＳＲが人間ＨのパーソナルスペースＰＳＨに侵入しないことを意図し、ロボット１００が人間ＨのパーソナルスペースＰＳＨの外側を迂回する経路である。この迂回軌道での移動に際しては、前記第１実施形態で説明した譲合度ＰＲを５０％とする主張行動による働きかけ行動がなされる。
【０２３０】
更に、前記接触軌道は、図２１の接触経路ＰＴ３に基づく軌道である。この接触経路ＰＴ３は、アーム１５を人間Ｈに接触させながらロボット１００から離れる方向に人間Ｈを押すことにより人間Ｈを移動させ、移動後の人間Ｈの横をロボット１００が通過しながら、目的地までロボット１００を進行させる経路である。この接触軌道でのロボット１００の移動に際しては、人間Ｈに対するロボット１００の接近と接触予定等を人間Ｈに知らせる声掛けを行う働きかけ行動がなされるとともに、アーム１５を使って人間Ｈに所定の押圧力を付加して人間Ｈの移動を促す動作がなされる。なお、ここでの接触軌道は、人間Ｈをロボット１００と反対方向に所定量移動させることを意図しているが、図示しないセンサによって計測されるアーム１５の反力が所定値以上になった場合は、人間Ｈが移動不能であると判断し、ロボット１００の移動を一旦停止する等の行動を採ることもできる。
【０２３１】
具体的に、前記通常回避行動選択部１０９は、ロボット１００と人間Ｈの相対位置関係から、前記迂回経路ＰＴ２の設定可否を判定する迂回可否判定部１１５と、ロボット１００が人間Ｈの横を通り抜ける通り抜け幅が有るか否かを判定する通り抜けスペース判定部１１６と、迂回軌道、接近軌道及び／又は接触軌道の中から、ロボット１００を目的地に向って進行させる軌道候補を探索する軌道候補探索部１１７と、複数生成された軌道候補の中から最適となる軌道を選択し、実際にロボット１０を移動させる実行軌道とする最適軌道抽出部１１８と、当該実行軌道の種別に対応した前述の働きかけ行動を特定する行動内容特定部１１９と、を備えている。
【０２３２】
前記迂回可否判定部１１５では、現在のロボット１００と人間との相対位置関係から、迂回経路ＰＴ２を物理的に計画できる相対距離があるか否かが判定される。つまり、先ず、前記第１実施形態における軌道候補探索部４４と同様の演算処理により、各通過点（ＷＰ１〜ＷＰ３）が求められる。そして、固定障害物の存否に関わらず、当該各通過点に到達するために必要となるロボットの方向転換や速度調整が、予め特定されているロボット１００の性能上、物理的に可能であるか否かが判定される。その結果、同可能の場合に迂回「可」され、同不可能の場合に迂回「不可」とされる。
【０２３３】
前記通り抜けスペース判定部１１６は、前記第１実施形態の通り抜けスペース判定部３１と同様にして、ロボット１００が人間の横を実際に通り抜けるための幅である通り抜け幅があるか否かが判定される。すなわち、ロボット１００が人間に最接近する際に、人間の横のスペースが前記通り抜け幅以上の幅を有する場合には、通り抜けスペース「有」とされ、そうでない場合には、通り抜けスペース「無」とされる。ここで、前記通り抜け幅としては、ロボット１００の体幹幅に、その予備代を加算して得られた一定値が予め設定される。
【０２３４】
前記軌道候補探索部１１７は、前記迂回軌道を生成する迂回軌道生成機能１２１と、前記接近軌道を生成する接近軌道生成機能１２２と、前記接触軌道を生成する接触軌道生成機能１２３と、これら各機能１２１〜１２３で生成された各軌道について、人間に対するロボット１００の接近時のリスクである接近リスクに関する指標となる近接エネルギーを求める近接エネルギー算出機能１２４と、近接エネルギーによる接近リスク判定に基づき軌道候補を特定する軌道候補特定機能１２５とを有している。
【０２３５】
前記迂回軌道生成機能１２１では、第１実施形態で説明した譲合度ＰＲを５０％とし、第１実施形態における軌道候補探索部４４及び最適軌道抽出部４５での処理と同様にして決定された１つの軌道が前記迂回軌道の軌道候補とされる。また、ここでは、後述する軌道候補特定機能１２５での接近リスク判定に利用するための基準となる迂回軌道である対比用の迂回軌道も求められる。この対比用の迂回軌道は、迂回経路ＰＴ２上においてロボット１００の通過を阻害する壁等の固定障害物が無いと仮定し、同一の手順より１つに特定される。なお、ロボット１００の周囲の環境によっては、対比用の迂回軌道が、固定障害物の存在を考慮して生成された迂回軌道と同一になる場合もある。
【０２３６】
前記接近軌道生成機能１２２では、前記緊急回避行動選択部１０８の接近軌道生成機能１１１と同様にして接近軌道が生成されるが、ここでは、ロボット１００の移動速度がそれぞれ異なる複数パターンの接近軌道が生成される。
【０２３７】
前記接触軌道生成機能１２３では、前記第１実施形態における定速軌道生成機能４８と同様の演算処理により、ロボット１００が定常速度で移動する接触軌道が生成される。具体的に、ここでは、前述の定速軌道生成機能４８における上式（１７）での譲合度ＰＲを１００％にするとともに、上式（１７）に代入される基準距離Ｌｂとして、ロボット１００の接触により人間を移動させる際の一定の目標移動量分を人間が移動したと仮定した位置において、ロボットが人間に接触しないように最低限必要となる距離が設定される。また、ここでは、ロボット１００の移動速度が異なる複数パターンの接触軌道が生成される。
【０２３８】
前記近接エネルギー算出機能１２４では、各軌道生成機能１２１〜１２３で求めた各軌道について、次式により前記近接エネルギーＥｌが求められる。ここで、近接エネルギーＥｌが大きいほど、前記接近リスクが高いと推定される。
【数１０】
2020046773.tif 000012
【０２３９】
上式において、Ａｃは、第１実施形態と同様にして認識度推定手段２２で求めた認知度に応じて特定される認知度をパラメータとした変数であり、認知度が「大」の場合と認知度が「小」、「無」の場合とで異なる値を採る。これら値は、予め設定されており、認知度が「小」、「無」の場合は、認知度が「大」の場合よりも、前記接近リスクが高いと推定され、大きな値が設定される。
【０２４０】
また、上式のＰｎは、将来的な干渉が予測される人間に対する近寄り難さをパラメータとした変数である。すなわち、当該人間の年齢等の属性や、人間が何か物を持っている等の状況に応じて所定値が割り当てられるようになっている。この変数Ｐｎは、図示省略したセンサ等による検出に基づいて、予め決められたルールにより所定値が割り当てられる他、遠隔地からの任意の値の入力等によって特定するようにしてもよい。
【０２４１】
更に、上式のＤｒは、ロボット１００が人間に最接近したときに、ロボット１００に対する人間の向きをパラメータとした変数である。ここでは、検出装置１２で検出された人間の顔の向きから、前記最接近時におけるロボット１００に対する人間の向きが特定され、変数Ｄｒが算出される。この変数Ｄｒは、ロボット１００が、人間の前方の正面位置に存在する状態から同後方の背面位置に存在する状態まで、ロボット１００に対する人間の顔の向きを表す相対角度に応じて段階的に増大する値が特定される。つまり、人間の顔の真正面にロボット１００が存在する状態から、ロボット１００が人間の顔の側方から後方に存在する状態になるに従い、変数Ｄｒが徐々に増大するように設定される。このため、変数Ｄｒが大きくなる程、前記接近リスクが高くなる。
【０２４２】
また、ｄは、ロボット１００と人間が最接近した際のそれらの相対距離であり、ロボット１００の各軌道に基づいて特定される。更に、ｖＲは、ロボット１００と人間が最接近した際のロボット１００における人間方向の成分の速度であり、ｖＨは、同最接近の際の人間におけるロボット１００方向の成分の速度である。なお、ｋ１とｋ２は、予め設定された一定の係数である。
【０２４３】
以上の近接エネルギー算出機能１２４では、仮想的な迂回軌道である対比用の迂回軌道と、各パターンの接近軌道及び接触軌道のそれぞれについて、リスク判定の際の近接エネルギーＥｌが求められる。
【０２４４】
前記軌道候補特定機能１２５では、接近軌道、接触軌道についてそれぞれ求めた近接エネルギーＥｌについて、基準となる対比用の迂回軌道における近接エネルギーＥｌと同一若しくは同等の値の接近軌道及び接触軌道が抽出され、接近軌道と接触軌道の軌道候補とされる。つまり、ここでは、対比用の迂回軌道と同一若しくは同等の接近リスクを有する接近軌道と接触軌道が、軌道候補として特定される。なお、迂回軌道については、迂回軌道生成機能１２１で、固定障害物の存在をも考慮して第１実施形態での手順と同様に１つに特定された軌道が、軌道候補とされる。
【０２４５】
以上の構成の軌道候補探索部１１７では、次のように、条件に応じて種類の異なる軌道候補が生成される。すなわち、迂回可否判定部１１５で迂回「可」と判定され、且つ、通り抜けスペース判定部１１６で通り抜けスペース「有」と判定された場合には、迂回軌道、接近軌道、及び接触軌道それぞれの軌道候補が生成される。また、迂回可否判定部１１５で迂回「不可」と判定され、通り抜けスペース判定部１１６で通り抜けスペース「有」と判定された場合には、接近軌道及び接触軌道それぞれの軌道候補が生成される。更に、迂回可否判定部１１５での迂回の可否に関わらず、通り抜けスペース判定部１１６で通り抜けスペース「無」と判定された場合には、接触軌道の軌道候補のみ生成される。
【０２４６】
前記最適軌道抽出部１１８では、複数の軌道候補それぞれについて、第１実施形態の最適軌道抽出部４５（図６参照）と同様にして、第１実施形態の干渉回避エネルギーＥｒに相当する移動エネルギーＥｒを算出し、移動エネルギーＥｒの最も少ない軌道候補が、軌道コストの最も低い最適な実行軌道として抽出される。
【０２４７】
すなわち、ここでは、迂回軌道及び接近軌道についての移動エネルギーＥｒが、第１実施形態で用いられる上式（１８）と同一のコスト式により求められる。
【０２４８】
一方、接触軌道についての移動エネルギーＥｒは、次式（２０）の通り、ロボット１００の接触による人間の移動量に対応するパラメータであるコストＣ・ｒを第３のエネルギー要素として、上式（１８）の第１及び第２のエネルギー要素ＥＧ，ＥＤに更に加算されることで求められる。
【数１１】
2020046773.tif 000013
なお、上式において、ｒは、ロボット１００の接触により、人間をロボット１００の反対側に移動させる所望量であり、予め一定値に設定される。Ｃは、当該エネルギー要素における重み付け定数であり、予め一定値に設定され、例えば、上式（１８）における他のエネルギー要素の重み付定数Ａ，Ｂよりも大きい値が設定される。
【０２４９】
（干渉時計画部１０３での行動計画手順）
次に、前記干渉時計画部１０３でのロボット１００の行動計画手順について、図２２のフローチャートをも用いながら、以下に説明する。
【０２５０】
先ず、接近状態判定部１０５で、現時点において、ロボット１００のパーソナルスペースが人間のパーソナルスペース内に位置する接近状態か、そうでない非接近状態かが判定される（ステップＳ４０１）。
【０２５１】
その結果、接近状態の場合には、接触可能性判定部１０６で、ロボット１００の体幹部分が将来的に人間に体幹接触する可能性の有無について判定される（ステップＳ４０２）。ここで、体幹接触の可能性が「有」の場合には、緊急回避行動選択部１０８の逆方向軌道生成機能１１２で、人間から遠ざかるようにロボット１００を逆方向に移動させる逆方向軌道が生成され、当該逆方向軌道に沿ってロボットを移動させる行動が計画される（ステップＳ４０３）。ここで、当該移動が不可能な場合には、一旦停止機能１１３で、ロボット１００を一旦停止させる行動が計画される。
【０２５２】
一方、接近状態で、前記体幹接触の可能性が「無」の場合には、これまでの何らかの働きかけ行動の有無に応じて異なる計画がなされる（ステップＳ４０４）。先ず、これまで働きかけ行動が行われていないときには、ロボット１００の接近に対する人間Ｈの準備態勢が整っていないことが想定されることから、体幹接触の可能性「有」の場合と同一の行動が計画される（ステップＳ４０３）。すなわち、このときには、逆方向軌道が生成され、逆方向にロボット１００が移動できないときにロボット１００を一旦停止させる行動が計画される。逆に、既に働きかけ行動がなされているときには、人間の準備態勢がある程度整っていると想定される。そこで、緊急回避行動選択部１０８の接近軌道生成機能１１１で、人間の回避行動を期待せずに人間のパーソナルスペース内に侵入した状態で、ロボット１００及び人間の体幹接触を回避する接近軌道が生成され、当該接近軌道に沿ってロボット１００を移動させる行動が計画される（ステップＳ４０５）。
【０２５３】
一方、現時点でロボット１００が人間のパーソナルスペースの外側に位置する非接近状態の場合には、次の手順でロボット１００の行動計画が決定される。
【０２５４】
先ず、準備時間判定部１０７で、ロボット１００の人間への働きかけ行動に要する働きかけ準備時間の有無が判定される（ステップＳ４０６）。
【０２５５】
そして、準備時間「無」の場合には、前述した接近状態の体幹接触の可能性が「無」の場合と同様に、これまでの働きかけ行動の有無に応じて、緊急回避行動選択部１０８により、ロボット１００の行動が計画される（ステップＳ４０３〜ステップＳ４０５）。
【０２５６】
一方、準備時間「有」の場合には、通常回避行動選択部１０９で以下の手順の処理がなされる。
【０２５７】
先ず、迂回可否判定部１１５により、現時点におけるロボット１００と人間との相対位置関係から、迂回経路を物理的に計画できる相対距離があるか否かが判定される（ステップＳ４０７）。加えて、通り抜けスペース判定部１１６で、通り抜けスペースの有無が判定される（ステップＳ４０８、ステップＳ４０９）。
【０２５８】
そこで、迂回「可」の場合には、軌道候補探索部１１７により、通り抜けスペースの有無に応じ、異なる種別の組み合わせの軌道候補が生成される。すなわち、通り抜けスペースが「有」のときには、迂回軌道、接近軌道及び接触軌道からなる軌道候補が生成される（ステップＳ４１０）。一方、壁等の固定障害物の存在等により、通り抜けスペースが「無」のときには、接触軌道からなる軌道候補が生成される（ステップＳ４１１）。
【０２５９】
また、迂回「不可」の場合にも、軌道候補探索部１１７により、通り抜けスペースの有無に応じ、異なる種別の組み合わせの軌道候補が生成される。すなわち、通り抜けスペースが「有」のときには、接近軌道及び接触軌道からなる軌道候補が生成される（ステップＳ４１２）。一方、通り抜けスペースが「無」のときには、接触軌道からなる軌道候補が生成される（ステップＳ４１１）。
【０２６０】
そして、得られた各軌道候補について、最適軌道抽出部１１８でのコスト計算により、最も低い軌道コストの軌道候補が実行軌道とされ、行動内容特定部１１９にて、実行軌道の種別に応じた働きかけ行動が特定される（ステップＳ４１３）。
【０２６１】
以上の行動計画処理は、ロボット１００が目的地に到達するまで、一定時間毎に繰り返し行われる（ステップＳ４１４）。
【０２６２】
以上の第２実施形態によれば、ロボット１００の進路における死角等の存在により、突然、人間のパーソナルスペースにロボット１００が侵入してしまう等の不慮の事態が生じても、相互の不意の体幹接触を回避しながら、人間の心理面を考慮して目的地への効率の良いロボット１００の移動が可能になる。また、人間に不快感を極力与えずに、ロボット１００が人間のパーソナルスペースに侵入した状態で、人間とすれ違いさせる経路を選択することができ、相互の衝突回避のためにより効率的なロボット１００の行動計画を策定することができる。
【０２６３】
なお、本発明に係るロボットとしては、前記各実施形態で説明した自律移動型のロボット１０，１００に限定されるものではなく、自動車両、船舶、飛行体等、所定の空間内を自律的に移動可能な移動体の他に、所定範囲の空間内で動作するロボットアーム等のマニピュレータであってもよく、これらの動作計画を前述の通りに行うことができる。
【０２６４】
また、本発明の移動障害物としては、前記各実施形態で説明した人間の他に、自転車、自動車、他の自律移動ロボット等の移動体や動物等との干渉回避の制御にも適用できる。この場合、移動障害物の認識度を推定する際において、推定対象が人間の操縦による移動体の場合には、例えば、前述と同様に、操縦者の認知状態に基づいて行うことが可能である。また、推定対象が他のロボットのように人間でない場合には、認識状態検出センサ１９を含む検出装置１２として、当該他のロボット等が周囲環境を認識するためのセンサ、カメラ等が設けられた部位における相対方向を認識状態として検出し、その検出結果に基づいて、前述と同様の手順で認識度を推定することを例示できる。
【０２６５】
その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０２６６】
１０  ロボット
１１  動作部
１２  検出装置
１３  制御装置
２１  干渉度判定手段
２２  認識度推定手段
２３  行動計画手段
２４  達成度推定手段
２５  計画調整手段
２６  動作指令手段
３２  干渉回避行動決定部
３７  行動内容特定部
３８  実行軌道特定部
４０  現存領域特定機能
４１  干渉角度算出機能
４２  譲合度決定機能
４４  軌道候補探索部
４５  最適軌道抽出部
４７  干渉時刻算出機能
４８  定速軌道生成機能（軌道生成機能）
４９  加減速軌道生成機能（軌道生成機能）
１００  ロボット
１０３  干渉時計画部
１０８  緊急回避行動選択部
１０９  通常回避行動選択部
１１１  接近軌道生成機能
１１２  逆方向軌道生成機能
１１３  一旦停止機能
１１７  軌道候補探索部
１１８  最適軌道抽出部
１２１  迂回軌道生成機能
１２２  接近軌道生成機能
１２３  接触軌道生成機能
１２４  近接エネルギー算出機能
１２５  軌道候補特定機能
Ａ１  同調行動領域（第１の領域）
Ａ２  主張行動領域（第２の領域）
Ａ３  干渉回避行動外領域（第３の領域）
Ｈ  人間（移動障害物）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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