(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一組のロボットを所定の集団構成にするまたは所定の集団構成で維持して所定の軌道にグローバルに平行な軌道を追随させる一組のロボットを操縦する方法であって、一組のロボットのロボット毎に、
−  前記ロボットの速度ベクトルになされる補正に対応する前記ロボットの誘導指示を所与の時点で生成する工程（２００）であって、前記一組のロボットの前記ロボットの誘導指示は、単一組の、少なくとも１つの制約から判断され、前記単一組の、少なくとも１つの制約は、前記一組のロボットのすべての前記ロボットに共通であり、少なくとも１つの相対的位置決め制約の少なくとも１つの組を含む集団制約を含み、前記少なくとも１つの相対的位置決め制約は、前記ロボットを前記集団構成内の一次の近隣ロボットと呼ばれる、その最も近いロボットから離さなければならない所定の距離に対応する第１の距離制約を含む、工程と、
−  前記誘導指示を遵守するように前記ロボットを操縦する工程と
を含み、
前記単一組の、少なくとも１つの制約は、複数の制約を含み、
前記単一組の、少なくとも１つの制約は、第２の相対的位置決め制約を表す所属制約であって、前記所与の時点において、前記ロボットに対して前記一組のロボットの他のロボットが、前記ロボットの近隣に属さなければならない所属制約と、４次元軌道である所定の軌道と、前記所定の軌道を追随した場合に前記ロボットが占有すべき位置に対応する、理想位置と呼ばれる位置と、を含み、前記所与の時点において前記ロボットの前記誘導指示を生成する前記工程は、前記ロボットの近隣を判断する工程を含み、前記近隣は、所属制約を満たす他の各ロボットを含み、前記所与の時点における前記ロボットの前記誘導指示は、
−  前記近隣が空でない場合には、前記近隣の各ロボットの位置と前記集団制約とから定義された、一組の少なくとも１つの目標位置に対する、および好適な位置と呼ばれる位置に対する前記ロボットの位置から生成され、
−  前記近隣が空の場合には前記好適な位置に対する前記ロボットの位置から生成される、
工程を含む、方法。
【請求項２】
前記好適な位置は理想位置である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記好適な位置は、速度ベクトルが与えられた前記ロボットによって最も迅速に到達される、所定の曲線、所定の面または所定の立体の位置である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ロボットの誘導指示を生成する工程（２００）は、
−  前記ロボットに対する前記他のロボットの位置を見出せるようにする測定結果を、前記ロボット上に埋め込まれた認識手段（７）により取得する取得工程（１０４）と、
−  前記測定結果を使用して、前記ロボットの近隣を判断する工程であって、前記近隣は、前記取得工程において前記ロボットが前記他のロボットの位置を見出せるようにする測定結果が取得されていない場合には空である、工程と
を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記ロボットの前記誘導指示を生成する前記工程は、前記近隣が近隣ロボットと呼ばれる少なくとも１つのロボットを含む場合、近隣ロボット毎に、
−  前記近隣ロボットの位置を見出せるようにする、前記取得工程において取得される測定結果から、前記ロボットに対する前記少なくとも１つの近隣ロボットにより占有された位置を判断する工程（１０６）と、
−  前記集団制約を遵守するために前記近隣ロボットに対して前記ロボットが占有し得る一組の位置を判断する工程（１０７ａ）と、前記ロボットが最も迅速に到達し得る、前記一組の位置のうち位置に対応する目標位置を判断する工程（１０７ｂ）と
を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ロボットの前記誘導指示を判断する前記工程は、
−  第１および第２のそれぞれの重みによる前記少なくとも１つの目標位置と前記理想位置との加重平均に対応する重心を判断する工程（１０９）と、
−  前記重心に到達する前記ロボットの位置に影響を与える位置誤差を判断する工程（１１１）と、
−  前記誤差を低減するように前記ロボットの速度ベクトルになされる補正を判断する工程（１１２）と
を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記単一組の、少なくとも１つの制約は測定可能パラメータに応じて可変である少なくとも１つの制約を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記単一組の、少なくとも１つの制約は単一値を有する少なくとも１つの制約を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
所定の障害回避条件を満たす障害が前記ロボットにより検知されない場合、前記ロボットの前記誘導指示を生成する前記工程は規則的時間間隔で行われ、前記ロボットが前記誘導指示を遵守するように前記ロボットを操縦する工程が続き、前記所定の障害回避条件を満たす少なくとも１つの障害を前記ロボットが検知すると、障害回避誘導指示を生成する工程に続き、前記ロボットが前記障害回避誘導指示を遵守するように前記ロボットを操縦する工程が続く、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
各ロボットが前記誘導指示を生成し、前記誘導指示を遵守するように前記ロボットを操縦する工程を処理する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記一組のロボットの各ロボットの誘導指示は、前記ロボット上に埋め込まれた誘導装置によって判断され、前記ロボット上に埋め込まれた誘導装置は、前記誘導指示を判断するために、単一の組の、少なくとも１つの制約を使用する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ロボット上に埋め込まれた誘導装置が、前記誘導指示を判断するために、単一の組の、少なくとも１つの制約だけを使用する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ロボットのそれぞれの上に埋め込まれた誘導手段であって、前記誘導指示を生成する前記工程を実施するように構成された埋め込み誘導手段を含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法を実施するのに好適な一組のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立した推進能力を備え機上操縦士（人間）のいない例えばドローンなどの一組のロボットを操縦する分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
非常に多くのアプリケーションが、水域環境（例えば、海中環境）、空中環境、または陸上環境のいずれであろうと群れまたは集団をなす一組のロボットの運動を必要とする。海中環境において挙げ得る公知のアプリケーションとして、機雷または汚染源の検出が挙げられる。これらのアプリケーションでは、様々な使命プロファイル（または軌道）と様々な集団構成とに基づきロボットを操縦する必要があり得る。例えば、機雷検出アプリケーションでは、ロボットは好適には、一列に配置されこの列に沿って一定距離だけ離間されて２×２構成となるような方法で操縦される。使命プロファイルは、ロボットが離間される列に対し垂直な直線でロボットを移動させることを含む。２つの隣り合うロボットを分離する距離は、許容誤差を含みロボット上に埋め込まれた機雷検出手段の範囲の最大２倍となるように選択される。これにより、関連集団による所与の地形の探査において隙間を空けないようにすることができる。
【０００３】
その使命を満たすために一組のロボットを操縦することが実際の課題である。実際には、ロボットの計算能力は、当然制限されており、多くの相互作用で計算力の欠如を補償する手法の使用が促される。同様に、ロボットの小型化は、集団の柔軟性を保証するために補償されなければならないロボットの能力の一様性を増大させる。このような操縦の困難性は、特に目的が特定の集団構成を維持することである場合に増す。
【０００４】
凝集性が一群の中で維持されることを保証する多くの操縦方法が存在する。これらの状況では、ロボットは個別化される。各ロボットは集団内の役割と所定の場所とを有する。最も明らかな解決策は、コーディネータシステム（または、マスタロボットであり得るマスタシステム）内のそれぞれのロボットの絶対位置を一元管理することに依存する。マスタロボットは、他のロボットを集団内でそれぞれに割り当てられた位置に配置するように操縦する。別の解決策は、すべてのロボットを互いに通信させることを含む。このようにして、各ロボットは、その位置を集団のロボットのすべてと交換し、集団内において割り当てられた位置であって軌道と相対的な位置に移動する。
【０００５】
これらの解決策に伴う１つの欠点は、これらの解決策が通信という意味で極めて高価であるということである。通信は空中においてそして制限された数のロボットでは比較的容易であるが、集団のロボットの数が増えると水中ではより困難となる。
【０００６】
さらに、各ロボットが集団内において割り当てられた場所を有する場合、失われたロボットが無いということを検証し、衝突のリスクを管理するために、そして集合的運動をスケジューリングするために恒常的操縦をすべてのロボットに課さなければならない。これは、システムをあまり適応性が無くかつあまり頑強でないものにする。
【０００７】
ロボットの位置決めは一元化解決策においては絶対的なものであるため、集団内のロボットの相対的位置決めが許容可能相対精度となるためには高精度が必要である。位置の迅速な交換が追加的に必要であり、いかなる待ち時間も、実施するのが困難な位置予想モデルの可用性と、誤差源とを要する。劣悪な相対的位置決めは、地形のカバレッジを不利にするとともに、その探査中に隙間を生じるリスクがある。例えば、ロボットを設ける機雷検出手段の範囲が５ｍである機雷検出アプリケーションでは、上述の集団内の隣り合うロボット間の距離が１０ｍであれば、ロボットが動き回わる地形がすべて探査される。水中航行システムは、ロボットの絶対位置をわずか数メートルの精度で判断できるようにする。これらの航行システムによりロボットを１０ｍだけ離間し続けるのは極めて困難である。隙間を回避するための１つの解決策は、ロボットの検出領域が重なるようにロボットを互いに近づけることを含む。しかし、これは、あまり効率的でない（所与の表面地形を走査するのにより長い時間がかかる）またはより高価な探査システムをもたらす（探査時間の意味で同じ効率を得るためには、集団内のロボットの数を増加しなければならない）。
【０００８】
最後に、一元管理または精巧な通信への依存性はシステムの頑強性を低減する。実際には、これらの手法においては、故障に対する耐性または予期せぬ事象に適合する柔軟性は、合理的な費用で行うにはあまりに大きい努力を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、頑強かつ低価格な方法で一組のロボットを所定の集団構成にするまたは一組のロボットを所定の集団構成で維持できるようにする一組のロボットを操縦する方法を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するために、本発明の主題は、一組のロボットを所定の集団構成にするまたは所定の集団構成で維持して理想軌道にグローバルに平行な軌道を追随させる一組のロボットを操縦する方法である。本方法は、ロボット毎に、
−  前記ロボットの速度ベクトルになされる補正に対応する前記ロボットの誘導指示を所与の時点で生成する工程であって、一組のロボットの各ロボットの誘導指示はすべてのロボットに共通な一組の制約から判断され、一組の制約は、ロボットと集団内の一次の近隣ロボットとの間の少なくとも１つの相対的位置決め制約を含む少なくとも一組の制約を含む集団制約を含み、少なくとも１つの相対的位置決め制約は、ロボットを集団構成内の一次のその近隣ロボットから離さなければならない理想距離に対応する第１の距離制約を含む、工程と、
−  誘導指示を遵守するようにロボットを操縦する工程と
を含む。
【００１１】
有利には、一組の制約は、各ロボットと他のロボットとの間の第２の相対的位置決め制約を表す所属制約であって、所与の時点において前記ロボットの有効近隣ロボットの集合に属することを他のロボットが実質的に満たさなければならない所属制約と、一組のロボットのロボットが理想的には追随する理想的４次元軌道と、理想軌道を追随した場合に前記ロボットが占有すべき位置に対応する理想位置に対する前記ロボットの位置と、場合により、４次元軌道に含まれる３次元理想軌道に対するその配向とにより定義された信頼範囲とを含む。所与の時点において前記ロボットの誘導指示を生成する工程は、前記ロボットの近傍内に所属するという制約を満たす前記ロボットの有効近隣ロボットの集合を判断する工程であって、所与の時点における前記ロボットの誘導指示は、
−  有効近隣ロボットの集合が空でない場合には、有効近隣ロボットの集合の有効近隣ロボットのそれぞれの有効な位置と集団制約とから定義された少なくとも１つの目標位置を含む一組の目標位置に対する、および信頼範囲の点に対応する好適な位置に対する前記ロボットの位置から生成され、
−  有効近隣ロボットの集合が空の場合には好適な位置に対する前記ロボットの位置から生成される、
工程を含む。
【００１２】
有利には、信頼範囲は理想位置であり、そこでは好適な位置が理想位置である。
【００１３】
有利には、信頼範囲は、曲線、面、または立体である。
【００１４】
有利には、誘導指示生成工程は、
−  前記ロボットに対する他のロボットの位置を見出せるようにする測定結果を、前記ロボット上に埋め込まれた認識手段により取得する取得工程と、
−  前記測定結果を使用して、ロボットに関する所属制約を遵守する他のロボットの下位集合ロボットに対応する関連するロボットの有効近隣ロボットの集合を選択する選択工程であって、有効近隣ロボットの集合は、取得工程において他のロボットの位置を見出せるようにする測定結果をロボットが取得していない場合には空である、選択工程と
を含む。
【００１５】
有利には、前記ロボットの誘導指示を生成する工程は、有効近隣ロボットの集合が有効近隣ロボットと呼ばれる少なくとも１つのロボットを含む場合、有効近隣ロボット毎に、
−  前記ロボットにより取得される前記有効近隣ロボットの位置を見出せるようにする測定結果から前記ロボットに対する前記少なくとも１つの有効近隣ロボットにより実質的に占有された位置に対応する有効な位置を判断する工程と、
−  集団制約を遵守するために有効近隣ロボットに対してロボットが占有し得る位置に対応する一組のローカル理想位置を判断する工程と、ロボットが最も迅速に到達し得るローカル理想位置に対応する目標位置を判断する工程と
を含む。
【００１６】
有利には、前記ロボットの誘導指示を判断する工程は、
−  第１および第２それぞれの重みによる前記少なくとも１つの目標位置と理想位置との加重平均に対応するグローバル重心を判断する工程と、
−  グローバル重心に到達するロボットの位置に影響を与える位置誤差を判断する工程と、
−  この誤差を低減するようにロボットの速度ベクトルになされる補正を判断する工程と
を含む。
【００１７】
有利には、単一組の制約は測定可能パラメータに応じて可変である少なくとも１つの制約を含む。
【００１８】
有利には、単一組の制約は単一値を有する少なくとも１つの制約を含む。
【００１９】
有利には、所定の回避条件を満たす障害がロボットにより検知されない場合、ロボットの誘導指示を生成する工程は規則的時間間隔で行われ、ロボットが誘導指示を遵守するようにロボットを操縦する工程が続き、障害回避条件を満たす少なくとも１つの障害をロボットが検知すると、障害回避誘導指示を生成する工程に続き、ロボットが障害回避指示を遵守するようにロボットを操縦する工程が続く。
【００２０】
有利には、各ロボットは前記誘導指示を生成し、誘導指示を遵守するように操縦工程を処理する。
【００２１】
本発明の別の主題は、本発明による方法を実施するのに好適な一組のロボットである。本ロボットは、ロボットのそれぞれの上に埋め込まれた誘導手段であって、誘導指示を生成する工程を実施するように構成された埋め込み誘導手段を含む。
【００２２】
本発明の他の特性および利点は、非限定的例としておよび添付図面を参照して示される以下の詳細な説明を読むことで明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】集団構成の一例を遵守する一組のロボットを概略的に表す。
【図２】本発明による一組のロボットの内の１つのロボットを概略的に表す。
【図３】本発明によるロボット操縦方法の工程を概略的に表す。
【図４】ロボットとその直接近隣ロボットとの間で観測される距離により具体化された集団構成の場合の目標位置の判断を概略的に表す。
【図５】本発明による一組のロボットを操縦する方法を実施する際に一組のロボットが追随する軌道を概略的に表す。
【図６】ロボットが障害に遭遇した場合に本発明による一組のロボットを操縦する方法を実施する際の一組のロボットが追随する軌道を概略的に表す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図間では、同じ要素は同じ参照符号により識別される。
【００２５】
本発明は、少なくとも２つのロボットを含む一組のロボットを所定の集団構成にするまたは所定の集団構成で維持し、理想軌道とグローバル的に平行な軌道を追随させる、少なくとも２つのロボットを含む一組のロボットを操縦する方法に関する。集団構成は、一組のロボットにより形成される幾何学図形を意味するものと理解すべきである。本方法は、ロボット毎に、ロボットの速度ベクトルになされる補正に対応する誘導指示であるグローバル誘導指示を生成する工程と、誘導指示を遵守するようにロボットを操縦する工程とを含む。換言すれば、操縦工程は、速度ベクトルを補正するようにロボットの速度ベクトルを制御する工程である。補正の目的はロボットの位置決め上の誤差を低減することである。誘導指示を生成する工程２００は、ロボット上に埋め込まれた手段（すなわち、装置）により行われる。誘導指示を生成する工程２００は、ロボット上に埋め込まれた測定手段または認識手段（すなわち、ロボット上に埋め込まれた認識装置）によるロボットの環境の認識に基づき、およびロボットのそれぞれの上に埋め込まれた単一組の制約に基づき行われる。
【００２６】
先に説明したアプリケーションでは、ロボットが所定の集団構成を遵守しながら移動するような方法でロボットを操縦することが必要となり得る。これらの構成は様々な形態を取り得る。
【００２７】
本明細書の最初に既に示された例を図１に表す。ロボットＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５が直線の列ｌで配置され、この直線の列ｌに沿って所定の理想距離ｒだけ離間された２×２構成となる。この構成は、ロボット上に埋め込まれた探査センサにより、隙間を空けずに領域を探査するのに有利である。理想距離は、領域を走査するセンサ（カメラ、ソナー、レーダ、磁気的、電気的、化学的検出器など）の効率に応じて選択される。理想距離は有利には探査センサの範囲の２倍マイナス任意の位置決め不確定性以下である。
【００２８】
第２の例は、各ロボットとその最も近い近隣ロボット間に固定理想距離を課すことを含む。本発明による操縦方法により操縦される一組のロボットはこの場合、正三角形メッシュを形成する傾向があるということに注意すべきである。
【００２９】
通常、一組のロボットにより形成される形状（集団形状と呼ばれる）に対応する集団構成は、本発明による方法では、集団制約により定義される。集団制約は、一組のロボットが集団形状を提示するように、ロボットと一次のその近隣ロボット間の第１の相対的位置決め制約を少なくとも１つ含む一組の制約を含む。集団制約はまた、ロボットと高次の近隣ロボット間の第１の位置決め制約を少なくとも１つ含む一組の制約を含み得る。ロボットと一次のその近隣ロボット間の少なくとも１つの位置決め制約を含む一組の制約は、ロボットを、集団構成により定義された図形を形成するために一次のその近隣ロボット（すなわち、その最も近い近隣ロボット）から分離しなければならない距離に対応する第１の距離制約を含む。換言すれば、この距離は、集団構成内のロボットとその近隣ロボットを分離しなければならない理想距離である。このとき、この理想距離は指示距離である。この一組の制約はさらに、ロボットの一次の様々な近隣ロボットを互いに分離しなければならない角度変位に対応する第１の角度位置決め制約を任意選択的に含む。
【００３０】
高次の近隣ロボットに関する相対的位置決め制約に関係する一組の制約は同タイプのものである。
【００３１】
本発明による操縦方法では、ロボット毎に生成される誘導指示は、所定形状を呈示する集団を一組のロボットが形成するように、ロボットと集団内の一次のその近隣ロボット間の第１の相対的位置決め制約を少なくとも１つ含む少なくとも一組の制約を含む単一集団制約から判断される。
【００３２】
換言すれば、すべてのロボットは同じ集団制約を受ける。これは、ロボットと一次のその近隣ロボット間の第１の相対的位置決め制約が一組のロボットの各ロボットと集団構成内の一次のその近隣ロボット間の相対的位置決め制約であることを意味する。
【００３３】
誘導指示は、ロボットが集団内で占有すべき絶対位置から判断されるのではなく、所望図形を形成するためにロボットが互いに対して占有すべき相対位置に基づき判断される。換言すれば、本方法は、ロボットのそれぞれの集団内のロボットのそれぞれに割り当てられる特定の位置を必要としない。一組のロボットが所望形状を取るために各ロボットがその近隣ロボットに対して有しなければならないすべてのロボットに共通な位置決め制約をロボットに与えることだけが必要である。したがって、本方法は従来技術の方法より頑強である。
【００３４】
有利には、所与の時点でのロボットのそれぞれの誘導指示は一組のロボットに与えられる単一組の制約から判断される。換言すれば、一組のロボットの各ロボットは同じ制約を受け、これらの同じ制約からその誘導指示を判断する。換言すれば、一組の制約はすべてのロボットに共通である。
【００３５】
各ロボットに与えられる制約は以下のものを含む。
−  集団制約、
−  前記ロボットに対する第２の位置決め制約を表す所属制約であって、所与の時点において前記ロボットの有効近隣ロボットの集合に属することを前記ロボット以外の一組のロボット内のロボットが実質的に満たさなければならない所属制約、
−  ロボットにより理想的に追随される４次元理想軌道、
−  理想軌道を追随した場合にロボットが占有すべき位置に対応する理想位置に対する前記ロボットの位置により、および場合により４次元軌道に含まれる３次元理想軌道に対するその配向により（すなわち、ロボットの配向により）定義される信頼範囲。
【００３６】
換言すれば、一組の制約はすべてのロボットに共通な所属制約を含む。所属制約は、他のロボットが所与の時点で前記ロボットの実質的近傍に属するように各ロボットと他のロボット間の第２の位置決め制約を表す。
【００３７】
４次元理想軌道は、理想３次元空間軌道と、同軌道に沿って変化し得る関連理想速度とを定義することになる。
【００３８】
所与の時点においてロボットの誘導指示を判断する工程は、前記ロボットの近傍への所属制約を満たす前記ロボットの有効近隣ロボットの集合を判断する工程を含む。
【００３９】
信頼範囲は、集団に与えられる理想軌道に対する配向を定義する１、２または３次元の有限幾何学図形である。信頼範囲は、例えば弓形、六角形、球であり得る。
【００４０】
所与の時点のロボットの誘導指示は、
−  有効近隣ロボットの集合が空でない場合は、有効近隣ロボットの集合の各実効位置から（すなわち、有効近隣ロボットのそれぞれの実効位置から）および集団制約から定義される少なくとも１つの目標位置を含む一組の目標位置に対する、および信頼範囲の点に対応する好適な位置に対するロボットの位置から生成され、
−  有効近隣ロボットの集合が空の場合は好適な位置に対するロボットの位置から生成される。
【００４１】
本発明による方法は、最初に任意の方法で配置された一組のロボットを操縦できるようにするため、一組のロボットは所定の集団構成で配置されグローバルに維持されることにより理想速度でもってグローバルに理想３次元軌道と平行に移動することになる。
【００４２】
本発明による方法では、各ロボットは、このロボットに対する一組の近隣ロボットにより占有される位置に応じて配置される。本方法は、ロボットの絶対位置と他のすべてのロボットの絶対位置の両方を知る必要無くロボットの誘導指示を計算できるようにする。本方法は、零以上の近隣ロボットを含む一組の有効なロボットに対して判断されるロボットの位置、および一組の使命制約に関して定義された好適な位置に対するロボットの位置だけを必要とする。これにより、所定の集団構成が頑強かつ低費用となることを保証できる。
【００４３】
さらに、ロボットの誘導指示の判断は、当該組のロボット間のいかなる通信手段も必要としないが、ロボットに関するデータを取得しそれらの相対位置を判断できるようにする認識手段だけを必要とする。
【００４４】
さらに、本方法では、ロボットは個別化されない。各ロボットは、同じ制約（集団の構成と、理想軌道と、場合により信頼区間とを定義する１つまたは複数の近隣制約）に応じたその操縦を保証する。この特徴はロボットのシステムを単純にする。実際には、ロボットはすべて、それらの操縦を保証するために同じ方法を実施する。したがって集団内のロボットの役割に従ってロボットのそれぞれに固有な方法を実施する必要はない。換言すれば、ロボットを個々にプログラムする、またはそれらを識別する、またはそれらに集団内の場所を割り当てる必要は無い。この特徴はまた、特に環境の変動とロボットの任意の１つの喪失とに関し、本方法を頑強にする。集団のいくつかの要素が遮断されても、集団の残りはその使命を続けることができる。
【００４５】
次に、第１の位置決め制約の例を示す。
【００４６】
図１に表された例では、集団制約は、ロボットＲ３と集団内の一次のその近隣ロボット間の一組の第１の相対的位置決め制約により具現化され得る。この一組の制約は、ロボットを一次のその近隣ロボットから分離しなければならない理想距離ｒの制約を含む２つの第１の位置決め制約を含む。
【００４７】
この一組の制約はまた、角度制約を含む。その近隣ロボットＲ２およびＲ４は、ロボットからその近隣ロボットへ延びる指向方向が理想速度ベクトルの指向方向に対し＋９０°と−９０°の指向角度α２およびα４をなすような位置に存在しなければならない。
【００４８】
先に説明した第２の例では、集団制約は、ロボットを所定数の最も近い近隣ロボットから分離する理想距離に関する１つの第１の位置決め制約だけを含み得る。
【００４９】
第３の例では、ロボットと一次のその近隣ロボット間の一組の第１の相対的位置決め制約は、ロボットをその最も近い近隣ロボットから分離しなければならない理想距離ｒの制約を含む。この制約はまた、ロボットの一次の近隣ロボットが、ロボットからその近隣ロボットへ延びる指向方向が理想速度の指向方向と３０°、９０°、１５０°、−３０°、−９０°、−１５０°の角度をなすような位置に存在することを規定することを含む角度制約を含む。この制約に基づく方法は、先の例に基づく方法より速くかつ高精度であるが、あまり簡単でなくかつ偶然要因に対してあまり頑強でない。
【００５０】
図２に、本発明による一組のロボットの本発明によるロボットＲ（１）を示す。一組のロボットの各ロボットは図２に示す手段を備える。
【００５１】
ロボットＲは、前記ロボットＲ上に埋め込まれる以下に列記される手段を備える。
−  例えばモータと車輪またはプロペラなどの推進手段ＰＲＯＰ（２）（すなわち、推進装置）、
−  その速度ベクトルを調整する手段ＡＪ（３）（すなわち、ロボットの速度ベクトルの方向を調整できるようにする装置、例えばロボットの車輪を旋回できるようにするステアリングコラムまたは操縦面など）、
−  単一組の制約に基づき、前記ロボット上で行われた前記ロボット以外の一組のロボットに関する可能な測定に基づきおよびロボットの絶対的位置決めの測定に基づきロボットの速度ベクトルに対しなされなければならない補正に対応するロボットの誘導指示を生成するのに好適な誘導手段ＧＵＩＤ（４）（すなわち、誘導装置）、
−  誘導指示を遵守するために推進手段ＰＲＯＰ（２）および／または調整値手段ＡＪ（３）を操縦するのに好適な操縦手段ＰＩＬ（５）（すなわち、操縦装置）。
【００５２】
換言すれば、一組のロボット内のロボットは独立している。ロボットのそれぞれは自らの誘導指示を生成し、その誘導指示を遵守するように自らの操縦を保証する。一組のロボットは一組のロボットを操縦するのに好適なマスタを持たない。この特徴により、以下の説明で分かるように、一組のロボットを頑強にすることができる。
【００５３】
誘導指示は所与の時点でロボットの実効速度ベクトルに対しなされなければならない補正に対応するということに注意すべきである。操縦工程は、ロボットの速度ベクトルへこの補正を適用することに対応する。
【００５４】
ロボットのそれぞれの上に埋め込まれた他の手段が図２に示され、本発明による方法として同時に説明される。
【００５５】
本発明による操縦方法について図３を参照し以下に説明する。
【００５６】
本方法は、一組のロボットの各ロボット毎に、前記ロボット１上に埋め込まれた第１の格納手段ＳＴＯＣＫ（１０）内へ単一組の制約を格納する工程１００を含む。この工程は有利には、使命の開始前に実施される。格納手段は有利には格納装置に対応する。格納装置は少なくとも１つのメモリ空間を含む。
【００５７】
本発明による方法では、ロボットは水中で移動される。ロボットは水中用ロボットである。本発明はまた、２次元または３次元的方法で陸上で、任意の他の液体中で、または空中で移動されるのに好適なロボットに適用される。
【００５８】
本発明の実施形態では、ロボットは支持体上で（本明細書では海底近傍で）移動されるのに好適である。本発明は、水中で、水面上で、または水中の深いところで航行されるのに好適なロボットに同様に適用される。本発明は飛ぶのに好適なロボットに同様に適用される。
【００５９】
図３の実施形態では、所与の時点で誘導指示を生成する工程２００は、ロボット毎に、
−  誘導手段４により、少なくとも１つの第１のパラメータを含む第１の組のパラメータの値に対応する集団制約の値を取得する第１の工程１０２と、
−  誘導手段により、少なくとも１つの第２のパラメータを含む第２の組のパラメータの値に対応する所属制約の値を取得する第２の工程１０３とを含む。
【００６０】
パラメータは、化学種の濃度、水の濁度のもの、水の温度のものであり得る。
【００６１】
パラメータの値は、所与の時点でパラメータ測定手段ＰＡＲ６により（すなわち、センサを含むパラメータ測定装置により）測定される（工程１０１）。
【００６２】
取得工程は、位置決め制約および／または所属制約のそれぞれの値が対象の一組のパラメータの値に応じて可変である場合に存在する。例えば、理想距離は水中の化学種の濃度に応じて修正され得る。この場合、これらの制約は一組のパラメータの関数の形式で格納手段ＳＴＯＣＫ内に格納される。
【００６３】
第１および第２の一組のパラメータは同一であっても異なってもよく、１つまたは複数のパラメータを含み得る。
【００６４】
変形形態として、集団制約および／またはロボットの近隣ロボッへの所属制約は単一値を有する。
【００６５】
工程２００はまた、
−  ロボット上に埋め込まれた認識または測定手段ＰＥＲＣ（７）により（すなわち、認識装置により）、対象ロボットが、前記ロボット以外の一組のロボット内のロボットに関するあり得る測定結果であって、対象ロボットに直接的または間接的に対する、対象ロボット以外の一組のロボット内のロボットの位置を見出せるようにする測定結果を、取得する取得工程１０４と、
−  前記測定結果を使用して、誘導手段４が、ロボットに関する所属制約を遵守する前記ロボット以外の一組のロボットの空であり得る下位集合のロボットに対応する対象ロボットの有効近隣ロボットの集合を選択する選択工程１０５とを含む。
【００６６】
ロボットが一組のロボットの他のロボットに関する測定結果を受信しなければ、有効近隣ロボットの集合は空である。換言すれば、ロボットは、一組の認識可能ロボットと呼ばれるロボットに関する測定結果を受信する。認識可能ロボットの集合が零であれば、有効ロボットの集合は零である。ロボットのいずれも所属制約を満たさない。換言すれば、取得工程は、一組のロボットの他のロボットに関係する測定結果を取得するためにロボットにより行われる工程である。これらの測定結果より、ロボットに対する他のロボットの位置を見出せる。ロボットは他のロボットに関するいかなる測定結果も取得しないことが有り得る。測定はロボット自体の上で行われ得るか、またはそうでなければ他のロボット上で行われ得、その結果は通信手段を介し前記ロボットへ送信され得る。
【００６７】
測定手段ＰＥＲＣ（７）は、前記ロボット以外の前記一組のロボットを対象ロボットに対して配置できるようにする測定結果をロボットが十分に提供できるようにする。
【００６８】
測定手段ＰＥＲＣ（７）は例えばソナーを含む。ロボットは、例えば測定装置により測定された量などの情報をロボットが送信できるようにする一組のロボット内のロボット間通信手段を任意選択的に含み得る。ロボットは、無線または音響信号を発射するのに好適なビーコン（例えば、無指向ビーコンなど）と、ビーコンにより発射された信号を受信する手段とを含み得る。ロボットの認識は必ずしも通信手段を必要としないという事実は、測定が可能な任意の環境において利用できる。
【００６９】
選択工程１０５では、認識されたロボットの集合が非零である場合、ロボットにより認識されたロボットが対象ロボットに関する所属制約を遵守するかどうかを見るための照査が、認識手段から得られた測定結果に基づき行われる。ロボットの近隣ロボットに所属するという制約は、認識されたロボットが前記ロボットの有効近隣ロボットの集合（すなわち、認識されたロボットの一組の適格近隣ロボット）に属することを所与の時点で満たさなければならない前記ロボットに関する第２の位置決め制約を表す。この所属制約は場合により、近隣に含まれ得るロボットの最大数に関する制約を含む。
【００７０】
所属制約は使用される認識手段に依存する。
【００７１】
所属制約の例は、認識されたロボットを対象ロボットから分離する距離が所定最大値距離（場合により、第２の組のパラメータの値に依存する）未満でなければならない、またはそうでなければ、認識されたロボットを対象ロボットから分離するこの距離と平均距離との比が所定閾値未満でなければならないということである。制約の別の例は、ロボットは対象ロボットに最も近いＮ（Ｎは１以上）台のロボットの内の１つでなければならないということである。
【００７２】
ロボットがすべて、同じ時点で音響ピングを発射するアクティブソナーを備えていれば、所属制約は、Ｎ台の選択されたロボットが、対象ロボットにより最初に受信された所与の時点で発射されたＮ（Ｎは０以上）個の音響ピングを発するロボットである、ということであり得る。別の制約は、選択された１台または複数のロボットは所定の時点の前に対象ロボットにより受信された音響ピングを発するものである、または選択された１台または複数のロボットは、所定レベルより高いデシベルレベルを呈示する対象ロボットにより受信された音響ピングを発するものである、ということである。
【００７３】
したがって、近隣に対する所属制約は、直接または間接的に、対象ロボットに対するロボットの第２の位置決め制約である。上記例では、第２の位置決め制約は、直接または間接的に、対象ロボットの有効近傍に属することをロボットが満たさなければならない最大距離、または対象ロボットに最も近いＮ台のロボットに所属する条件のいずれかである。
【００７４】
有利には、所属制約は近隣が含み得るロボットの最大数Ｎの条件を含む。ロボットの下位集合は前記ロボット以外の一組のロボットの内のＮ台のロボットで構成される。このような近隣はトポロジーの「ピーク近隣」と呼ばれる。
【００７５】
ロボットの数Ｎは、対象ロボット以外の前記集合のロボットの数を含み得る。この場合、ロボットのグローバル誘導の生成は、一組のロボットの内のすべての他のロボットを考慮する。この特徴は、ロボット操縦方法を単純化できるようにするとともに、システムの制限的航行条件への適応を保証できるようにする。
【００７６】
有利には、ロボットの数は対象ロボット以外の一組のロボットに含まれるロボットの数未満である。このとき、ロボットはもっぱら近隣に応じて運転され、本方法を頑強にする。本方法は集団内のロボットの数に依存しない。これはロボットの内の１つのロボットの喪失に対して頑強にする。
【００７７】
変形形態として、最大数は集団構成内のロボットの一次の近隣ロボットの数である。この数は図１の例では２である。
【００７８】
有効近隣ロボットの集合は、いずれのロボットも所属制約を満たさなければ、またはロボットが任意の他のロボットの位置を測定しなければ（他のロボットが、ロボット上に埋め込まれた認識手段の範囲より大きな対象ロボットからの一定の距離を置いて存在する場合）、空であり得る（すなわち、ロボットを含まない）。
【００７９】
有効近隣ロボットの集合が空でない場合（図３の場合のように）、ロボットの誘導指示を生成する工程はさらに、有効近隣ロボット毎に、
−  前記ロボットにより取得される前記有効近隣ロボットに関する測定結果に基づき、前記ロボットに対する前記少なくとも１つの有効近隣ロボットにより実質的に占有された位置に対応する実効位置を判断する工程１０６と、
−  集団制約を遵守するために有効近隣ロボットに対してロボットが占有し得る位置に対応する一組のローカル理想位置を判断する工程１０７ａと、その誘導指示が判断されるロボットにより最も迅速に到達されるであろうローカル理想位置に対応する目標位置を判断する工程１０７ｂとを含む。
【００８０】
この計算は有利には、所与の時点におけるロボットの実効速度ベクトルに基づき行われる。変形形態として、目標位置はロボットに最も近い位置である。２つの理想位置が等しければ、選択は有利には、発振を生じるであろう偶然よりもむしろソフトウェア内の表現の順位によりなされる。
【００８１】
図４に表された例では、ロボットＲは、第１の近隣ロボットＶ１と第２の近隣ロボットＶ２とを含む有効近隣ロボットの集合を選択した。前記ロボットＲに対する一組の近隣ロボットにより実質的に占有された位置を判断する工程１０６は、第１のロボットが備える認識手段から得られた情報から（例えば、ロボット上に埋め込まれたソナーにより行なわれた測定結果に基づき）、近隣ロボットをロボットＲから分離する距離ｄ１、ｄ２と近隣ロボットとロボットＲ間の相対的角度位置α１、α２とを計算することを含む。相対的角度位置は、ロボットの実効速度ベクトルＶと、近隣ロボットＶ１、Ｖ２により占有された位置とロボットＲにより占有された位置とを関連付ける直線とのなす指向角度α１、α２に対応する。これらの情報ｄ１、ｄ２、α１、α２から、誘導手段４は一組の近隣ロボットをロボットＲに対し配置することができる。
【００８２】
この実施形態では、集団制約は、ロボットとその近隣ロボット間で遵守される理想距離制約ｒだけを含む。したがって、ローカル理想位置は、本明細書では、近隣ロボットＶ１およびＶ２の位置を中心とする半径Ｒの円ｃ１およびｃ２である（これは、ロボットは本明細書では２次元空間で移動してからである。そうでなければローカル理想位置は球になるであろう）。目標位置ＰＣ１およびＰＣ２は本明細書ではロボットＲに最も近いこれらの円の位置である。
【００８３】
図３に表された第１の実施形態では、誘導指示を判断する工程２００はさらに、目標位置と理想位置との加重平均に対応するグローバル重心を判断する工程１１０を含む。これは、信頼範囲が理想位置であるケースである。理想位置は、ロボットが理想軌道上で占有すべきで位置である。この位置は、誘導指示の適用の瞬間（すなわち、所与の時点またはその後の時点）にロボットが占有すべき位置である。
【００８４】
この工程は、固定基準座標系（例えば序論で示したような、他のロボットに関する精度より低い精度を有する地上基準座標系）におけるロボットの位置を取得できるようにする取得手段ＡＱ（８）（または取得装置）により測定された（工程１０８）固定基準座標系における所与の時点のロボットの位置を誘導手段４により取得する予備工程１０９を必要とするということに注意すべきである。
【００８５】
一組の目標位置は第１の重みにより重み付けられ、理想位置は第２の重みにより重み付けられ、第１と第２の重みは非零であり、それらの合計は１に等しい。有効近隣ロボットの集合が空であれば正式に計算された重心は理想位置であるということに注意されたい。換言すれば、この場合、指示はもはや、特定の集団構成に遵守するような方法で定義されるのでではなく、理想軌道上の理想位置に追随する（または加わる）ような方法だけで定義される。
【００８６】
重みは、好適には使命に先立って格納手段ＳＴＯＣＫ（１０）内に格納される。
【００８７】
第１と第２の重みは、固定されてもよいし、少なくとも１つのパラメータを含む第３の一組のパラメータの値に依存してもよい。次に、本方法は有利には、前記少なくとも１つの第３のパラメータの値を測定する工程と、グローバル重心を計算する前に前記第３の一組のパラメータの値の重みの値を誘導手段により取得する工程とを含む。
【００８８】
次に、本方法は、ロボットの実効位置をグローバル重心へ関連付けるベクトルに対応するロボットの位置に影響を与える誤差を判断する工程１１１を含む。
【００８９】
本方法はまた、この誤差を低減するためにロボットの実効速度ベクトルになされる補正を判断する工程１１２を含む。補正は一次の補正であり得、この場合、ロボットの実効速度ベクトルへ適用される補正は、例えば、ロボットの速度ベクトルがロボットの実効位置からグローバル重心へ向けられることである。
【００９０】
補正は、例えば自動システムにおいて利用される非常に多くの方法に従ってなされ得る。補正は、ＰＩＤ（すなわち、比例積分微分、ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）型の補正であり得る。
【００９１】
本方法はさらに、誘導指示を遵守するように（すなわち、所望の補正をロボットの実効速度ベクトルへ適用するように）ロボットを操縦する工程１１３を含む。
【００９２】
誘導手段は工程１０５〜１１２（工程１０８を除く）を実施できるように構成される。
【００９３】
変形形態では、対象範囲は理想位置に対応するのではなく、曲線（１Ｄ、２Ｄまたは３Ｄ）、面（２Ｄまたは３Ｄ）または立体に対応する。
【００９４】
このとき、グローバル重心は、目標位置と、理想位置ではもはやなく信頼範囲の位置である好適な位置とから計算される。グローバル重心は、例えば３次元理想軌道を中心とする弓形の位置であり、３次元理想軌道に垂直であり、理想位置を通る。このケースは、目的が、ロボットを一列に配置し、ロボットを理想軌道に対して垂直にそしてこの軌道に対して対称的に互いに離間することである場合に、使用される。
【００９５】
弓形は、理想軌道に対して非対称的な方法で配置される集団を得るように理想位置を中心としなくてもよい。弓形はまた、理想軌道に対して傾いた線上に配置された集団を得るようにこの軌道に対して垂直でなくてもよい。
【００９６】
好適な位置は、好適には速度ベクトルを与えられたロボットにより最も迅速に到達されるであろう公差範囲または信頼範囲の位置である。好適な位置はまた、ロボットに最も近い位置であり得る。
【００９７】
重心を公差範囲（すなわち、信頼範囲）の位置から計算することにより、理想軌道上に詰め込まれる集団の傾向を制限することができる。
【００９８】
公差範囲（すなわち、信頼範囲）は単一値を有し得る、またはそうでなければ、少なくとも１つの測定可能パラメータを含む第４のパラメータの組に応じて可変であり得る。後者の場合、本方法は、少なくとも１つのパラメータを含む第４の組のパラメータの値を測定することと、グローバル重心の計算の前に前記値の信頼範囲の値を取得する工程とを含む。
【００９９】
図５は、ロボットに関連する軌道であってこれらロボットが実質的に追随する軌道を矢印付き線により示す。この図は、対象範囲が理想軌道に対して垂直であり理想位置を中心とする弓形である最終変形形態による本発明による方法により操縦される一組のロボットの振る舞いを例示する。理想軌道ＴＧは太線により表される。理想軌道ＴＧはその周りをロボットが理想的には移動する線形軌道である。
【０１００】
本発明による方法の実施形態の開始時に、ロボットは無作為に配置され得る。図５は、ロボットが集団構成内に事実上到達し、理想軌道ＴＧに平行な軌道に追随する瞬間に始まる。
【０１０１】
図５において、シミュレーションでは集団の締め付けが早い時期に観測される。これは、理想軌道（または中央レール）上のロボットの方向のスレービングによる。このとき、ロボットは、集団制約の影響下で所望の集団形成を再開し、グローバル指示の影響下でグローバル軌道に平行な軌道を追随し続ける。
【０１０２】
図６に、本発明による一組のロボットを操縦する方法を例示する。
【０１０３】
この方法では、所定の回避条件（一組のロボットへ与えられた）を満たすいかなる障害も対象ロボットにより検知されない場合、対象ロボットの誘導指示を判断する工程は、規則的時間間隔で行われ、誘導指示は、誘導指示を遵守するようにロボットを操縦する（１１３）操縦手段へ送信される。換言すれば、各誘導指示が確定された後、操縦手段は誘導指示を遵守するようにロボットの速度を調整する。
【０１０４】
ロボットが、回避条件を満たす障害Ｏ１、Ｏ２を認識すると、本操縦方法は、この指示を遵守するようにロボットを操縦する操縦手段へ送信される誘導手段による障害回避誘導指示を確立する工程を含む。換言すれば、本方法は誘導指示をもはや確立しない、またはもはや誘導指示を操縦手段へ送信しない。本方法は、ロボットによる障害回避工程を含む。
【０１０５】
障害回避方法は当業者に知られた従来方法である。
【０１０６】
このタイプの方法の例示的実装形態を以下に示す。ロボットの認識手段は、ロボットの前の、例えば障害が確定されておりかつその軌道上に存在するという障害回避条件を満たす障害を認識する。誘導手段は、ロボットの前の障害がその認識領域のより左手側かまたはより右手側に存在するかを判断する。ロボットは減速し、次に障害の存在から離れる方向に行く。障害が右手側よりむしろ左手側に存在すれば、ドローンは右手側へ行き、逆もまた同様である。
【０１０７】
障害がもはやロボットの軌道上に認識されなくなると、操縦手段へ送信される指示は規則的時間間隔で計算される誘導指示である。
【０１０８】
図６は、一組のロボットにより追随される軌道を矢印付き線により示す。経路の開始点で、ロボットは２つの障害Ｏ１およびＯ２を検知する。ロボットは障害回避工程を実施する。障害がロボットの後ろになると直ちに、ロボットは誘導指示を確立する工程を実施する。
【０１０９】
図６に表された環境は極めて非一様的であるが、シミュレーションの終わりでは、集団は図２のもののタイプの直線集合を形成し、理想軌道に追随する。同じ結果はいくつかのロボットが失われても得られる（すなわち、集団構成へ戻ろうとしない）。本方法は、一組のロボットの内のいくつかのロボットの喪失に対して頑強である。
【０１１０】
格納手段は例えばメモリ空間であり、誘導手段は、計算機能またはそうでなければコンピュータまたは計算モジュールである。
【図１】
0006559070.tif 000002
【図２】
0006559070.tif 000003
【図３】
0006559070.tif 000004
【図４】
0006559070.tif 000005
【図５】
0006559070.tif 000006
【図６】
0006559070.tif 000007