(57)【要約】ロボット本体（１１０）を支持する駆動システム（２００）、および駆動システム（２００）と通信しているコントローラ（５００）とを含む、可動式ロボット（１００）。ロボットはまた、可動式ロボットに隣接する空間体積（Ｓ）を通してロボット本体の一部分を移動させるアクチュエータ（１９０）、およびコントローラと通信しているセンサポッド（７００）も含む。センサポッドは、回転可能に支持され、垂直軸（Ｃ）を中心とする回転面として少なくとも部分的に形成される湾曲壁（７１２）を有する、カラー（７１０）を含む。センサポッドはまた、カラーによって収容され、湾曲壁を通って延在する観察軸（４５５）に沿ってカラー内からロボットに隣接する空間体積を観察する、体積点群センサ（４５０）も含む。カラーアクチュエータ（７３０）は、カラー軸を中心に、カラーおよび体積点群センサをともに回転させる。【選択図】図６Ａ
2015518188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動式ロボット（１００）であって、
ロボット本体（１１０）と、
前記ロボット本体（１１０）を支持し、床面（５）の上で前記ロボット（１００）を操縦するように構成される駆動システム（２００）であって、順駆動方向（Ｆ）を有する、駆動システム（２００）と、
前記駆動システム（２００）と通信しているコントローラ（５００）と、
前記可動式ロボット（１００）に隣接する空間体積（Ｓ）を通して前記ロボット本体（１１０）の一部分を移動させるアクチュエータ（１９０）と、
前記コントローラ（５００）と通信しているセンサポッド（７００）と、を備え、
前記センサポッド（７００）は、
前記ロボット本体（１１０）によって回転可能に支持され、前記床面（５）に対する垂直回転軸（Ｃ）を中心とする回転面として少なくとも部分的に形成される湾曲壁（７１２）を有する、カラー（７１０）と、 
前記カラー（７１０）によって収容され、前記湾曲壁（７１２）を通って延在する観察軸（４５５）に沿って前記カラー（７１０）内から前記ロボット（１００）に隣接する前記空間体積（Ｓ）を観察する、体積点群センサ（４５０）であって、前記観察される空間体積（Ｓ）内の障害物（１２）を表す３次元体積点群を取り込む、体積点群センサ（４５０）と、 
前記カラー軸（Ｃ）を中心に、前記カラー（７１０）および前記体積点群センサ（４５０）をともに回転させる、カラーアクチュエータ（７３０）と、を備え、
前記体積点群センサ（４５０）の全ての回転部分が、前記カラー（７１０）の最外点よりも短い距離だけ、前記カラー軸（Ｃ）から延在する、可動式ロボット（１００）。
【請求項２】
前記湾曲壁（７１２）の前記回転面は、前記カラー軸（Ｃ）を中心に３６０度スイープして、前記カラー（７１０）の全周を形成する、請求項１に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項３】
前記カラーアクチュエータ（７３０）は、前記カラー回転軸（Ｃ）を中心に、時計回りおよび反時計回りの双方に前記カラー（７１０）を移動させる、請求項１または２に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項４】
前記センサポッド（７００）はさらに、前記回転カラー（７１０）を覆うシュラウド（７０２）を備える、いずれかの先行する請求項に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項５】
前記センサポッド（７００）は、前記湾曲壁（７１２）を通って延在する異なる観察軸（４５５ａ〜ｃ）に沿って前記カラー（７１０）内から前記可動式ロボット（１００）に隣接する前記空間体積（Ｓ）を観察するように配設される、少なくとも２つの体積点群センサ（４５０ａ〜ｃ）を備え、各体積点群センサ（４５０ａ〜ｃ）は、前記観察される空間体積（Ｓ）内の障害物（１２）の別個の３次元体積点群を取り込む、請求項１に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項６】
前記取り込んだ別個の３次元体積点群は、前記観察される空間体積（Ｓ）内の非重複サブ体積（４５２）である、請求項５に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項７】
前記少なくとも２つの体積点群センサ（４５０ａ〜ｃ）の前記観察軸（４５５ａ〜ｃ）は、前記観察される空間体積（Ｓ）の別個のサブ体積（４５２）を観察するために、前記カラー軸（Ｃ）に垂直な面（Ｐ）に対して傾斜され、前記別個のサブ体積（４５２）は、前記カラー（７１０）の直径（Ｄ）の２倍よりも長い距離だけ、前記カラー軸（Ｃ）に沿って互いに位置が異なる、請求項５または６に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項８】
前記体積点群センサ（４５０）の前記観察軸（４５５）は、前記カラー（７１０）の直径（Ｄ）以上である前記カラー軸（Ｃ）に沿った高さ（Ｈ）で、前記ロボット（１００）に隣接する前記空間体積（Ｓ）を観察するために、前記カラー軸（Ｃ）に垂直な面（Ｐ）に対して傾斜される、請求項１に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項９】
前記センサポッド（７００）は、
前記カラー（７１０）によって収容され、前記湾曲壁（７１２）を通って延在する第１の観察軸（４５５ａ）に沿って前記カラー（７１０）内から前記センサポッド（７００）に隣接する空間体積（Ｓ）を観察する、第１の体積点群センサ（４５０ａ）であって、前記観察される空間体積（Ｓ）内の障害物（１２）を表す３次元体積点群を取り込む、第１の体積点群センサ（４５０ａ）と、
前記カラー（７１０）によって収容され、前記湾曲壁（７１２）を通って延在する第２の観察軸（４５５ｂ）に沿って前記カラー（７１０）内から前記センサポッド（７００）に隣接する前記空間体積（Ｓ）を観察する、第２の体積点群センサ（４５０ｂ）であって、前記第２の観察軸（４５５ｂ）が、前記第１の観察軸（４５５ａ）とは異なり、前記観察される空間体積（Ｓ）内の障害物（１２）を表す３次元体積点群を取り込む、第２の体積点群センサ（４５０ｂ）と、を備える、いずれかの先行する請求項に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項１０】
前記第１の観察軸（４５５ａ）は、次の関係に従って、前記カラー軸（Ｃ）に垂直な面（Ｐ）に対して角度θａに傾斜され、
【数１】
2015518188.tif 000008
式中、ＶＦＯＶaは、前記第１の体積点群センサ（４５０ａ）の垂直視界であり、Ｗは、前記ロボット（１００）の中心垂直軸（Ｚ）から前記ロボット（１００）の最前方縁部（１２１）までの幅であり、Ｏaは、前記カラー軸（Ｃ）からの前記第１の体積点群センサ（４５０ａ）のオフセット距離であり、Ｈaは、前記ロボット（１００）の前記最前方縁部（１２１）に対する前記第１の体積点群センサ（４５０ａ）の高さである、請求項９に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項１１】
前記第２の観察軸（４５５ｂ）は、次の関係に従って、前記カラー軸（Ｃ）に垂直な面（Ｐ）に対して角度θｃに傾斜され、
【数２】
2015518188.tif 000009
式中、ＶＦＯＶcは、前記第２の体積点群センサ（４５０ｂ）の垂直視界であり、Ｗは、前記ロボット（１００）の中心垂直軸（Ｚ）から前記ロボット（１００）の最前方縁部（１２１）までの幅であり、Ｏcは、前記カラー軸（Ｃ）からの前記第２の体積点群センサ（４５０ｂ）のオフセット距離であり、Ｈcは、前記第２の体積点群センサ（４５０ｂ）の高さである、請求項９または１０に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項１２】
前記第２の体積点群センサ（４５０ｂ）は、前記第１の体積点群センサ（４５０ａ）と前記ロボット（１００）の中心軸（Ｚ）との間のオフセット距離Ｏｔに等しいか、または前記第１の体積点群センサ（４５０ａ）と前記ロボット（１００）の前記中心軸（Ｚ）との間の前記オフセット距離Ｏｔの０．８〜１．２倍に等しいオフセット距離Ｏｂだけ、前記ロボット（１００）の前記中心軸（Ｚ）からオフセットされる、請求項９〜１１のいずれかに記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項１３】
前記第２の観察軸（４５５ｂ）は、４５°〜６５°の角度だけ、前記カラー軸（Ｃ）に垂直の面（Ｐ）に対して傾斜される、請求項９〜１２のいずれかに記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項１４】
前記アクチュエータ（１９０）は、少なくとも１つの自由度で、前記ロボット本体（１１０）から延在するマニピュレータまたはエンドエフェクタ（１９２）を前記観察される空間体積（Ｓ）の中へ移動させる、いずれかの先行する請求項に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項１５】
可動式ロボット（１００）であって、
ロボット本体（１１０）と、 
前記ロボット本体（１１０）を支持し、床面（５）の上で前記ロボット（１００）を操縦するように構成される駆動システム（２００）であって、順駆動方向（Ｆ）を有する、駆動システム（２００）と、
前記駆動システム（２００）と通信しているコントローラ（５００）と、
前記可動式ロボット（１００）に隣接する空間体積（Ｓ）を通して前記ロボット本体（１１０）の一部分を移動させるアクチュエータ（１９０）と、
前記コントローラ（５００）と通信しているセンサポッド（７００）と、を備え、
前記センサポッド（７００）は、
前記ロボット本体（１１０）によって回転可能に支持され、前記床面（５）に対する垂直カラー回転軸（Ｃ）を中心とする回転面として少なくとも部分的に形成される湾曲壁（７１２）を有する、カラー（７１０）と、
前記カラー（７１０）によって収容され、前記湾曲壁（７１２）を通って延在する観察軸（４５５）に沿って前記カラー（７１０）内から前記ロボット（１００）に隣接する前記空間体積（Ｓ）を観察する、赤外線距離センサ（４５０）であって、前記観察される空間体積（Ｓ）内の障害物（１２）を表す距離値データを生成する、赤外線距離センサ（４５０）と、
前記湾曲壁（７１２）を通って延在する前記観察軸（４５５）に平行な軸（４１２ａ〜ｃ）に沿って前記カラー（７１０）内から前記ロボット（１００）に隣接する前記空間体積（Ｓ）を観察する、存在センサ（４１０）であって、前記観察される空間体積（Ｓ）内の障害物（１２）を表す存在値データを生成する、存在センサ（４１０）と、
前記カラー回転軸（Ｃ）を中心に、前記カラー（７１０）、前記赤外線距離センサ（４５０）、および前記存在センサ（４１０）を回転させる、カラーアクチュエータ（７３０）と、を備え、
前記赤外領域センサ（４５０）および前記存在センサ（４１０）の全ての回転部分が、前記カラー（７１０）の最外点よりも短い距離だけ、前記カラー回転軸（Ｃ）から延在する、可動式ロボット（１００）。
【請求項１６】
前記赤外線距離センサ（４５０）は、構造光３次元スキャナ（４５０）、飛行時間カメラ（４５０）、３次元光検出および測距センサ（４５０）、または１つ以上の三角測量測距センサ（４５０）のうちの少なくとも１つを備える、請求項１５に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項１７】
前記存在センサ（４１０）は、ソナーセンサ（４１０）、超音波測距センサ（４１０）、レーダセンサ（４１０）、パイロメータ（４１０）、または非赤外線センサ（４１０）のうちの少なくとも１つを備える、請求項１５または１６に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項１８】
前記存在センサ（４１０）は、音響（４１０）、無線周波数（４１０）、可視波長光（４１０）、または不可視波長光（４１０）のうちの少なくとも１つを感知する、請求項１５〜１７のいずれかに記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項１９】
前記存在センサ（４１０）は、前記赤外線距離センサ（４５０）に直接隣接する前記赤外線距離センサ（４５０）の不感帯（４５３）内の障害物の存在を検出する、請求項１５〜１８のいずれかに記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項２０】
センサポッド（７００）であって、
カラー軸（Ｃ）を中心とする回転面として少なくとも部分的に形成される湾曲壁（７１２）を有する、カラー（７１０）と、
前記カラー（７１０）によって収容され、前記湾曲壁（７１２）を通って延在する第１の観察軸（４５５ａ）に沿って前記カラー（７１０）内から前記センサポッド（７００）に隣接する空間体積（Ｓ）を観察する、第１の体積点群センサ（４５０ａ）であって、前記観察される空間体積（Ｓ）内の障害物（１２）を表す３次元体積点群を取り込む、第１の体積点群センサ（４５０ａ）と、
前記カラー（７１０）によって収容され、前記湾曲壁（７１２）を通って延在する第２の観察軸（４５５ｂ）に沿って前記カラー（７１０）内から前記センサポッド（７００）に隣接する前記空間体積（Ｓ）を観察する、第２の体積点群センサ（４５０ｂ）であって、前記第２の観察軸（４５５ｂ）が、前記第１の観察軸（４５５ａ）とは異なり、前記観察される空間体積（Ｓ）内の障害物（１２）を表す３次元体積点群を取り込む、第２の体積点群センサ（４５０ｂ）と、を備える、
センサポッド（７００）。
【請求項２１】
前記第２の体積点群センサ（４５０ｂ）の前記観察軸（４５５ｂ）は、前記カラー（７１０）の直径（Ｄ）以上の距離だけ前記カラー軸（Ｃ）に沿って位置が異なる、前記観察される空間体積（Ｓ）のサブ体積（４５２）を観察するために、前記カラー軸（Ｃ）に垂直な面（Ｐ）に対して、かつ前記第１の観察軸（４５５ａ）に対して傾斜される、請求項２０に記載のセンサポッド（７００）。
【請求項２２】
前記第１の観察軸（４５５ａ）は、４５°〜６５°で、前記カラー軸（Ｃ）に垂直な面（Ｐ）に対して傾斜される、請求項２０または２１に記載のセンサポッド（７００）。
【請求項２３】
前記カラー軸（Ｃ）を中心に、前記カラー（７１０）および前記体積点群センサ（４５０ａ、４５０ｂ）をともに回転させるカラーアクチュエータ（７３０）をさらに備え、前記体積点群センサ（４５０ａ、４５０ｂ）の全ての回転部分は、前記カラー（７１０）の最外点よりも短い距離だけ、前記カラー回転軸（Ｃ）から延在する、請求項２０〜２２のいずれかに記載のセンサポッド（７００）。
【請求項２４】
前記湾曲壁（７１２）の前記回転面は、前記カラー軸（Ｃ）を中心に３６０度スイープして、前記カラー（７１０）の全周を形成する、請求項２０〜２３のいずれかに記載のセンサポッド（７００）。
【請求項２５】
センサポッド（７００）であって、
第１のインターフェース（７２０ａ）と、 
前記第１のインターフェース（７２０ａ）から離間される第２のインターフェース（７２０ｂ）と、
前記第１のインターフェース（７２０ａ）と前記第２のインターフェース（７２０ｂ）との間で回転可能に支持されるカラー（７１０）であって、カラー軸（Ｃ）を中心とする回転面として少なくとも部分的に形成される湾曲壁（７１２）を有する、カラー（７１０）と、
前記カラー（７１０）によって収容され、前記湾曲壁（７１２）を通って延在する観察軸（４５５）に沿って前記カラー（７１０）内から前記ロボット（１００）に隣接する前記空間体積（Ｓ）を観察する、体積点群センサ（４５０）であって、前記観察される空間体積（Ｓ）内の障害物（１２）を表す３次元体積点群を取り込む、体積点群センサ（４５０）と、
前記カラー軸（Ｃ）を中心に、前記第１のインターフェース（７２０ａ）および前記第２のインターフェース（７２０ｂ）に対して、前記カラー（７１０）および前記体積点群センサ（４５０）をともに回転させる、カラーアクチュエータ（７３０）と、
前記第１のインターフェース（７２０ａ）から前記第２のインターフェース（７２０ｂ）まで前記カラー（７１０）を通って延在するチャネル（７０４）と、
を備える、センサポッド（７００）。
【請求項２６】
前記体積点群センサ（４５０）の全ての回転部分が、前記カラー（７１０）の最外点よりも短い距離だけ、前記カラー軸（Ｃ）から延在する、請求項２５に記載のセンサポッド（７００）。
【請求項２７】
前記体積点群センサ（４５０）は、
スペックルパターンの光を前記センサポッド（７００）の周りの情景（１０）の上へ放射する、スペックル放射体（１３１０）と、
前記情景（１０）の中の物体（１２）からの前記スペックルパターンの反射を受け取る、撮像装置（１３２０）と、を備え、
コントローラ（５００）は、
前記情景（１０）の中の基準物体（１２）から反射される前記スペックルパターンの基準画像を記憶し、前記基準画像は、前記基準物体（１２）からの様々な距離（Ｚn）で取り込まれ、
前記情景（１０）の中の標的物体（１２）から反射される前記スペックルパターンの少なくとも１つの標的画像を前記基準画像と比較して、前記標的物体（１２）の反射面の距離（Ｚn）を判定する、請求項２５または２６に記載のセンサポッド（７００）。
【請求項２８】
前記コントローラ（５００）は、前記標的物体（１２）上の一次スペックルパターンを判定し、前記一次スペックルパターンと前記基準画像の前記スペックルパターンとの間のそれぞれの相互相関および非相関のうちの少なくとも１つを計算する、請求項２７に記載のセンサポッド（７００）。
【請求項２９】
前記体積点群センサ（４５０）は、前記センサポッド（７００）の周りの情景（１０）の上へ光を放射し、前記情景（１０）の画像を取り込み、前記体積点群センサ（４５０）は、前記光の放射と前記情景（１０）からの反射光の受け取りとの間の飛行時間を判定する、請求項２５に記載のセンサポッド（７００）。
【請求項３０】
センサポッド（７００）であって、
第１のインターフェース（７２０ａ）と、
前記第１のインターフェース（７２０ａ）から離間される第２のインターフェース（７２０ｂ）と、
前記第１のインターフェース（７２０ａ）と前記第２のインターフェース（７２０ｂ）との間で回転可能に支持されるカラー（７１０）であって、カラー軸（Ｃ）を中心とする回転面として少なくとも部分的に形成される湾曲壁（７１２）を有する、カラー（７１０）と、
前記カラー（７１０）によって収容され、前記湾曲壁（７１２）を通って延在する観察軸（４５５）に沿って前記カラー（７１０）内から前記ロボット（１００）に隣接する前記空間体積（Ｓ）を観察する、体積点群センサ（４５０）であって、前記観察される空間体積（Ｓ）内の障害物（１２）を表す３次元体積点群を取り込む、体積点群センサ（４５０）と、
前記カラー軸（Ｃ）を中心に、前記第１のインターフェース（７２０ａ）および前記第２のインターフェース（７２０ｂ）に対して、前記カラー（７１０）および前記体積点群センサ（４５０）をともに回転させる、カラーアクチュエータ（７３０）と、
前記カラー（７１０）に隣接して配置され、前記インターフェース（７２０ａ、７２０ｂ）のうちの１つに接続される、ケーブルキャリア（７７０、８００、９００、１０００）であって、少なくとも１つのケーブル（２０）に前記回転可能なカラー（７１０）への経路を提供する、ケーブルキャリア（７７０、８００、９００、１０００）と、
を備える、センサポッド（７００）。
【請求項３１】
前記ケーブルキャリア（８００）は、
外部リング（８１０）と、
前記カラー軸（Ｃ）に沿って前記外部リング（８１０）と同心円状に配置される内部リング（８２０）と、
前記外部リング（８１０）に接続される第１の端部（２２）および前記内部リング（８２０）に接続される第２の端部（２４）を有する、ケーブルルータ（２０）と、を備える、請求項３０に記載のセンサポッド（７００）。
【請求項３２】
前記ケーブルルータ（２０）は、螺旋状の配設で前記内部リング（８１０）に巻き付ける、請求項３１に記載のセンサポッド（７００）。
【請求項３３】
前記ケーブルルータ（２０）は、前記外部リング（８１０）と前記内部リング（８２０）との間で逆曲げ半径によってそれ自体の上へ折り畳む、請求項３１に記載のセンサポッド（７００）。
【請求項３４】
前記ケーブルキャリア（７７０、８００、９００、１０００）は、±４５０回転度の範囲内で回転する、請求項３３に記載のセンサポッド（７００）。
【請求項３５】
前記ケーブルキャリア（９００）は、
第１のプレート（９１０）と、
前記カラー軸（Ｃ）に沿って前記第１のプレート（９１０）から離間される第２のプレート（９２０）と、
前記第１のプレート（９１０）に接続される第１の端部（９０２）および前記第２のプレート（９２０）に接続される第２の端部（９０４）を有する、ケーブルルータ（９００、９０８）であって、時計回り方向に前記カラー軸（Ｃ）に巻き付け、それ自体の上へ折り畳んで反時計回り方向に前記カラー軸（Ｃ）に巻き付ける、ケーブルルータ（９００、９０８）と、を備える、請求項３０に記載のセンサポッド（７００）。
【請求項３６】
前記ケーブルキャリア（９００）は、±７０００回転度の範囲内で回転する、請求項３５に記載のセンサポッド（７００）。
【請求項３７】
前記ケーブルキャリア（９００）は、１秒あたり最高３６０度の回転速度を有する、請求項３５に記載のセンサポッド（７００）。
【請求項３８】
前記ケーブルキャリア（９００）によって経路決定されるケーブル（２０）の長さは、前記カラー（７１０）の直径（Ｄ）の３倍以上である、請求項３０〜３７のいずれかに記載のセンサポッド（７００）。
【請求項３９】
前記ケーブルキャリア（９００）は、前記少なくとも１つのケーブル（２０）の最小曲げ半径を集合的に維持する、相互接続リンク（９０８）を備える、請求項３０〜３８のいずれかに記載のセンサポッド（７００）。
【請求項４０】
可動式ロボット（１００）であって、
順駆動方向（Ｆ）を有する駆動システム（２００）と、
前記駆動システムと通信しているコントローラ（５００）と、
第１のインターフェース（７２０ａ）と、
前記第１のインターフェース（７２０ａ）から離間される第２のインターフェース（７２０ｂ）と、
前記第１のインターフェース（７２０ａ）と前記第２のインターフェース（７２０ｂ）との間で回転可能に支持されるカラー（７１０）であって、カラー軸（Ｃ）を中心とする回転面として少なくとも部分的に形成される湾曲壁（７１２）を有する、カラー（７１０）と、
前記カラー（７１０）によって収容され、前記湾曲壁（７１２）を通って延在する観察軸（４５５）に沿って前記カラー（７１０）内から前記ロボット（１００）に隣接する前記空間体積（Ｓ）を観察する、体積点群撮像デバイス（４５０）であって、前記観察される空間体積（Ｓ）内の障害物（１２）を表す３次元体積点群を取り込む、体積点群撮像デバイス（４５０）と、
前記カラー軸（Ｃ）を中心に、前記第１のインターフェース（７２０ａ）および前記第２のインターフェース（７２０ｂ）に対して、前記カラー（７１０）および前記体積点群撮像デバイス（４５０）をともに回転させる、カラーアクチュエータ（７３０）と、 
前記体積点群撮像デバイス（４５０）によって検出できない空間体積（４５３）の中の物体（１２）を検出するように配設される検出フィールド（４９２）を有する、死角センサ（４９０）と、を備え、
前記コントローラ（５００）は、前記撮像デバイス（４５０）から点群信号、および前記死角センサ（４９０）から検出信号を受け取り、前記受け取った点群信号および検出信号に少なくとも部分的に基づいて、前記駆動システム（２００）に駆動コマンドを発行する、可動式ロボット（１００）。
【請求項４１】
前記死角センサ（４９０）は、体積点群撮像デバイス（４５０）、ソナーセンサ（４１０Ｓａ〜ｄ）、カメラ、超音波センサ（４１０）、ＬＩＤＡＲ（４１０）、ＬＡＤＡＲ（４１０）、光センサ（４１０）、または赤外線センサー（４１０ＩＲａ〜ｄ）のうちの少なくとも１つを備える、請求項４０に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項４２】
前記死角センサ（４９０）の前記検出フィールド（４９２）は、前記体積点群撮像デバイス（４５０）によって検出できない空間体積（４５３）を覆い、好ましくは、前記体積点群撮像デバイス（４５０）によって検出できない前記空間体積（４５３）は、第１の角度（α）、第２の角度（β）、および半径（ＲS）によって画定される、請求項４０または４１に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項４３】
前記死角センサ（４９０）の前記検出フィールド（４９２）は、前記体積点群撮像デバイス（４５０）と前記体積点群撮像デバイス（４５０）の検出フィールド（４５７）との間に配設される、請求項４０〜４２のいずれかに記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項４４】
前記死角センサ（４９０）は、前記死角センサ（４９０）から外向きに少なくとも３メートル延在する視界（４９２）を有する、請求項４０〜４３のいずれかに記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項４５】
前記体積点群撮像デバイス（４５０）によって検出できない前記空間体積（４５３）の中の物体（１２）を検出するように配設されるその検出フィールド（４９２）を有する少なくとも１つの死角センサ（４９０）を有する、死角センサ（４９０）のアレイをさらに備え、前記死角センサ（４９０）のアレイは、それらの視界（４９２）が、前記順駆動方向（Ｆ）に沿った状態で、または前記ロボット（１００）によって画定される垂直中心軸（Ｚ）を中心に均等に分配された状態で配設される、請求項４０〜４４のいずれかに記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項４６】
前記撮像デバイス（４５０）は、前記ロボット（１００）の周りの情景（１０）の上へ光を放射し、前記ロボット（１００）の前記駆動方向（Ｆ）に沿った前記情景（１０）の画像を取り込み、前記画像は、（ａ）３次元深度画像、（ｂ）アクティブ照明画像、および（ｃ）周囲照明画像のうちの少なくとも１つを含み、
前記コントローラ（５００）は、前記画像に基づいて、前記情景（１０）の中の物体（１２）の場所を判定し、前記物体の位置に基づいて、前記情景（１０）の中で前記ロボット（１００）を操縦するように、前記駆動システム（２００）に駆動コマンドを発行する、請求項４０〜４５のいずれかに記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項４７】
前記撮像デバイス（４５０）は、前記光の放射と前記情景（１０）からの反射光の受け取りとの間の飛行時間を判定し、前記コントローラ（５００）は、前記物体（１２）の前記反射面までの距離（Ｚn）を判定するために、前記飛行時間を使用する、請求項４６に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項４８】
前記撮像デバイス（４５０）は、
前記情景（１０）の上へ光を放射するための光源（１３１０、１３１２）と、
前記情景（１０）からの前記放射光の反射を受け取るための撮像装置（１３２０）と、を備え、
前記撮像装置（１３２０）は、光検出ピクセルのアレイ（１３２６）を備える、請求項４６に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項４９】
前記撮像デバイス（４５０）は、第１部分（４５０ａ）および第２の部分（４５０ｂ）を備え、 
前記第１の部分（４５０ａ）は、前記地面（５）の上へ光を放射し、前記地面（５）からの前記放射光の反射を受け取るように配設され、
前記第２の部分（４５０ｂ）は、前記地面（５）の上側の情景（１０）の中へ光を放射し、前記ロボット（１００）の周りの前記情景（１０）からの前記放射光の反射を受け取るように配設される、請求項４０〜４８のいずれかに記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項５０】
前記撮像デバイス（４５０）は、
光のスペックルパターンを前記ロボット（１００）の駆動方向（Ｆ）に沿った情景（１０）の上へ放射する、スペックル放射体（１３１０）と、 
前記情景（１０）の中の物体（１２）からの前記スペックルパターンの反射を受け取る、撮像装置（１３２０）と、を備え、
前記コントローラ（５００）は、
前記情景（１０）の中の基準物体（１２）から反射される前記スペックルパターンの基準画像を記憶し、前記基準画像は、前記基準物体（１２）からの様々な距離（Ｚn）で取り込まれ、
前記情景（１０）の中の標的物体（１２）から反射される前記スペックルパターンの少なくとも１つの標的画像を前記基準画像と比較して、前記標的物体（１２）の反射面の距離（Ｚn）を判定する、請求項４０〜４９のいずれかに記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項５１】
前記コントローラ（５００）は、前記標的物体（１２）上の一次スペックルパターンを判定し、前記一次スペックルパターンと前記基準画像の前記スペックルパターンとの間のそれぞれの相互相関および非相関のうちの少なくとも１つを計算する、請求項５０に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項５２】
前記撮像センサ（４５０）は、前記撮像センサ（４５０）の水平視界（４５２、θV-H）を広げるように前記順駆動方向（Ｆ）に対して左右に走査し、および／またはその垂直視界（４５２、θV-V）を広げるように上下に走査する、請求項４０〜５１のいずれかに記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項５３】
前記コントローラ（５００）は、駆動コマンドを前記駆動システム（２００）に発行するために、受け取り後の閾値期間の後に、前記受け取った点群信号の使用を中止する、請求項４０〜５２のいずれかに記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項５４】
前記コントローラ（５００）は、前記死角センサ（４９０）からの前記受け取った検出信号に基づいて、前記体積点群撮像デバイス（４５０）によって検出できない前記空間体積（４５３）の中の物体（１２）の存在を判定した際に、前記受け取った点群信号の使用の中止を一時中断する、請求項５３に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項５５】
前記コントローラ（５００）は、好ましくは前記死角センサ（４９０）からの前記受け取った検出信号に基づいて、前記体積点群撮像デバイス（４５０）によって検出できない前記空間体積（４５３）にいかなる物体もないと判定した際に、受け取り後の前記閾値期間の後に、前記受け取った点群信号の使用の中止を継続する、請求項５４に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項５６】
可動式ロボット（１００）であって、
床面（５）の上で前記ロボット（１００）を操縦するように構成される駆動システム（２００）であって、順駆動方向（Ｆ）を有する、駆動システム（２００）と、
前記駆動システム（２００）と通信しているコントローラ（５００）と、
前記駆動システム（２００）の上側で支持される湾曲前面（１４１）を画定する、胴部本体（１４０、１４２）と、
前記胴部本体（１４０、１４２）の前記湾曲前面（１４１）上に配置されるセンサのアレイ（４１０、４５０）であって、前記コントローラ（５００）と通信している第１、第２、および第３のセンサ（４１０ａ〜ｃ、４５０ａ〜ｃ）を備え、前記第１のセンサ（４１０ａ、４５０ａ）は、前記ロボット本体（１１０）から下方に離れて向くように配設され、前記第２のセンサ（４１０ｂ、４５０ｂ）は、前記床面（５）と平行に、前記ロボット本体（１１０）から離れて向くように配設され、前記第３のセンサ（４１０ｃ、４５０ｃ）は、前記ロボット本体（１１０）から上方に離れて向くように配設される、センサのアレイ（４１０、４５０）と、
を備える、可動式ロボット（１００）。
【請求項５７】
少なくとも１つのセンサ（４１０、４５０）は、前記ロボット（１００）、ソナー近接センサ（４１０、４１０Ｓａ〜ｃ）、または赤外線近接センサ（４１０、４１０ＩＲａ〜ｃ）に隣接する空間体積（Ｓ）から点群を取得することができる、体積点群撮像デバイス（４５０）を備える、請求項５６に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項５８】
前記センサ（４１０、４５０）のアレイは、前記胴部本体（１４０、１４２）上に配置され、前記コントローラ（５００）と通信している、第１の撮像センサ（４５０ａ）および第２の撮像センサ（４５０ｂ）を備え、前記第１の撮像センサ（４５０ａ）は、前記ロボット本体（１１０）から下方に離れて向くように配設され、前記第２の撮像センサ（４５０ｂ）は、前記床面（５）と平行に、前記ロボット本体（１１０）から離れて向くように配設され、また、随意に、前記胴部本体（１４０、１４２）上に配置され、前記コントローラ（５００）と通信している、第３の撮像センサ（４５０ｃ）を備え、前記第３の撮像センサ（４５０ｃ）は、前記ロボット本体（１１０）から上方に離れて向くように配設される、請求項５５または５６に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項５９】
前記センサのアレイ（４１０、４５０）は、前記胴部本体（１４０、１４２）上に配置される第１、第２、および第３の近接センサ（４１０ａ〜ｃ）を備え、前記第１の近接センサ（４１０ａ）は、前記ロボット本体（１１０）から下方に離れて向くように配設され、前記第２の近接センサ（４１０ｂ）は、前記床面（５）と平行に、前記ロボット本体（１１０）から離れて向くように配設され、第３の近接センサ（４１０ｃ）は、前記ロボット本体（１００）から離れて上方に向くように配設される、請求項５６に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項６０】
少なくとも１つのセンサ（４１０、４５０）は、前記センサ（４１０、４５０）の視界（４５２）を広げるように左右に走査する、請求項５６〜５９のいずれかに記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項６１】
可動式ロボット（１００）であって、
ロボット本体（１１０）と、
前記ロボット本体（１１０）を支持し、床面（５）の上で前記ロボット（１００）を操縦するように構成される駆動システム（２００）であって、順駆動方向（Ｆ）を有する、駆動システム（２００）と、
前記駆動システム（２００）と通信しているコントローラ（５００）と、
前記ロボット本体（１１０）上に配置され、前記コントローラ（５００）と通信している、第１、第２、および第３の撮像デバイス（４５０ａ〜ｃ）であって、前記第１の撮像センサ（４５０ａ）は、前記ロボット本体（１１０）から下方に離れて向くように配設され、前記第２の撮像センサ（４５０ｂ）は、前記床面（５）と平行に、前記ロボット本体（１１０）から離れて向くように配設され、前記第３の撮像センサ（４５０ｃ）は、前記ロボット本体（１１０）から上方に離れて向くように配設される、第１、第２、および第３の撮像デバイス（４５０ａ〜ｃ）と、
を備える、可動式ロボット（１００）。
【請求項６２】
前記撮像センサ（４５０ａ〜ｃ）は、対応する視界（４５２ａ〜ｃ）が前記ロボット本体（１１０）によって妨げられないように維持しながら、前記ロボット本体（１１０）によって画定される陥凹部（１４３）の中に配置される、請求項６１に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項６３】
少なくとも１つの撮像センサ（４５０ａ〜ｃ）は、前記ロボット（１００）に隣接する空間体積（Ｓ）から点群を取得することができる、体積点群撮像デバイス（４５０ａ〜ｃ）を備える、請求項６１または６２に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項６４】
少なくとも１つの撮像センサ（４５０ａ〜ｃ）は、前記撮像センサ（４５０ａ〜ｃ）の水平視界（４５２、θV-H）を広げるように前記順駆動方向（Ｆ）に対して左右に走査する、請求項６１〜６３のいずれかに記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項６５】
前記ロボット本体（１１０）上に配置される第１、第２、および第３の近接センサ（４１０ａ〜ｃ）をさらに備え、前記第１の近接センサ（４１０ａ）は、前記第１の撮像センサ（４５０ａ）の撮像軸（４５５ａ）と平行に配設される感知軸（４１２ａ）を有し、前記第２の近接センサ（４１０ｂ）は、前記第２の撮像センサ（４５０ｂ）の撮像軸（４５５ｂ）と平行に配設される感知軸（４１２ｂ）を有し、前記第３の近接センサ（４１０ｃ）は、前記第３の撮像センサ（４５０ｃ）の撮像軸（４５５ｃ）と平行に配設される感知軸（４１２ｃ）を有する、請求項６１〜６４のいずれかに記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項６６】
前記第１、第２、および第３の近接センサ（４１０ａ〜ｃ）は、ソナーセンサ（４１０Ｓａ〜ｃ）または赤外線センサー（４１０ＩＲａ〜ｃ）を備え、また、それぞれが、対応する第１、第２、および第３の撮像センサ（４５０ａ〜ｃ）に隣接して配置される、請求項６５に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項６７】
可動式ロボット（１００）を動作させる方法であって、
順駆動方向（Ｆ）で床面（５）にわたって前記ロボット（１００）を操縦することと、
前記ロボット（１００）上に配置され、前記順駆動方向（Ｆ）に沿って方向付けられる第１、第２、および第３の撮像デバイス（４５０ａ〜ｃ）から画像データを受け取ることであって、前記第１の撮像センサ（４５０ａ）は、前記ロボット（１００）から下方に離れて向くように配設され、前記第２の撮像センサ（４５０ｂ）は、前記床面（５）と平行に、前記ロボット本体（１１０）から離れて向くように配設され、また、前記第３の撮像センサ（４５０ｃ）は、前記ロボット（１００）から上方に離れて向くように配設される、画像データを受け取ることと、
前記受け取った画像データに基づいて、前記床面（５）にわたって前記ロボット（１００）を操縦することと、
を含む、方法。
【請求項６８】
前記ロボット（１００）の駆動方向（Ｆ）に沿った前記ロボット（１００）の周りの情景（１０）の３次元深度画像データを受け取ることと、
前記受け取った３次元深度画像データに基づいて、前記ロボット（１００）の周囲の環境に対応する局所知覚空間を判定することと、
情景（１０）の中の物体（１２）の場所を判定することと、
前記物体の位置の信頼レベルを割り当てることと、
前記物体の位置および対応する信頼レベルに基づいて、前記情景（１０）の中の前記ロボット（１００）を操縦することと、をさらに含む、請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
前記情景（１０）の物体占有マップ（１７００）を構築することをさらに含む、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
更新された３次元深度画像データが継続しない限り、前記各物体の位置の信頼レベルを経時的に低下させることをさらに含む、請求項６８または６９に記載の方法。
【請求項７１】
少なくとも１つの撮像センサ（４５０）が、前記撮像センサ（４５０）の水平視界（４５２）を広げるように前記順駆動方向（Ｆ）に対して左右に走査することをさらに含む、請求項６７〜７０のいずれかに記載の方法。
【請求項７２】
前記ロボット（１００）上に配置される第１、第２、および第３の近接センサ（４１０ａ〜ｃ）から近接データを受け取ることであって、前記第１の近接センサ（４１０ａ）は、前記第１の撮像センサ（４５０ａ）の撮像軸（４５５ａ）と平行に配設される感知軸（４１２ａ）を有し、前記第２の近接センサ（４１０ｂ）は、前記第２の撮像センサ（４５０ｂ）の撮像軸（４５５ｂ）と平行に配設される感知軸（４１２ｂ）を有し、前記第３の近接センサ（４１０ｃ）は、前記第３の撮像センサ（４５０ｃ）の撮像軸（４５５ｃ）と平行に配設される感知軸（４１２ｃ）を有する、近接データを受け取ることと、
前記受け取った近接データに基づいて、前記床面（５）にわたって前記ロボット（１００）を操縦することと、を含む、請求項６７〜７１のいずれかに記載の方法。
【請求項７３】
少なくとも１つの近接センサ（４１０）は、ソナーセンサ（４１０Ｓａ〜ｃ）または赤外線センサ（４１０ＩＲａ〜ｃ）を備える、請求項７２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、可動式ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットは、概して、コンピュータまたは電子プログラミングによって誘導される電気機械マシンである。可動式ロボットは、それらの環境内を動き回る能力を有し、１つの物理的位置に固定されていない。今日よく使用されている可動式ロボットの例は、無人搬送車両（ａｕｔｏｍａｔｅｄ  ｇｕｉｄｅｄ  ｖｅｈｉｃｌｅ）または自動誘導車両（ａｕｔｏｍａｔｉｃ  ｇｕｉｄｅｄ  ｖｅｈｉｃｌｅ：ＡＧＶ）である。ＡＧＶは、概して、床内のマーカーもしくはワイヤに追従する、またはナビゲーションに視覚システムもしくはレーザを使用する、可動式ロボットである。可動式ロボットは、産業、軍隊、およびセキュリティ環境において見ることができる。それらはまた、娯楽用または真空清掃および在宅支援のような特定の作業を実施する消費者製品としても登場している。
【０００３】
いくつかのロボットは、その周囲環境に関するデータ、例えば、ナビゲーションまたは障害物検出および障害物回避のためのデータを取得するために、様々なセンサを使用し得る。障害物を検出するために、回転ＬＩＤＡＲ（光検出および測距）センサを使用することができるが、一般的に、かなり高速に回転（例えば、画像の任意のセクタ部分に関して、１０Ｈｚのフレーム速度に対して６００回転）し、したがって、概して、屋内での作業には適さない。回転ＬＩＤＡＲは、ロボット上の位置付けが制限される。例えば、回転ＬＩＤＡＲは、概して、ロボットの中央ではなく、視界が妨げられない頂部に位置し、この位置には、概して、そこを通る機械的および電気的構造物がある。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の一態様は、ロボット本体と、ロボット本体を支持し、床面の上でロボットを操縦するように構成される駆動システムであって、順駆動方向を有する駆動システムと、駆動システムと通信しているコントローラと、を含む、可動式ロボットを提供する。ロボットはまた、可動式ロボットに隣接する空間体積を通してロボット本体の一部分を移動させるアクチュエータと、コントローラと通信しているセンサポッドも含む。センサポッドは、ロボット本体によって回転可能に支持され、床面に対する垂直回転軸を中心とする回転面として少なくとも部分的に形成される湾曲壁を有する、カラーを含む。センサポッドはまた、カラーによって収容され、湾曲壁を通って延在する観察軸に沿ってカラー内からロボットに隣接する空間体積を観察する、体積点群センサも含む。体積点群センサは、観察される空間体積内の障害物を表す３次元体積点群を取り込む。カラーアクチュエータは、カラー軸を中心に、カラーおよび体積点群センサをともに回転させる。体積点群センサの全ての回転部分は、カラーの最外点よりも短い距離だけ、カラー軸から延在する。
【０００５】
本開示の実現形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含み得る。いくつかの実現形態において、湾曲壁の回転面は、カラー軸を中心に約３６０度スイープ（sweep）して、カラーの実質的に全周を形成する。カラーアクチュエータは、カラー回転軸を中心に、時計回りおよび反時計回りの双方にカラーを移動させ得る。いくつかの実施例において、センサポッドは、回転カラーを覆うシュラウド（shroud）（例えば、赤外線透光性カバー）を含む。
【０００６】
いくつかの実現形態において、センサポッドは、湾曲壁を通って延在する異なる観察軸に沿ってカラー内から可動式ロボットに隣接する空間体積を観察するように配設される、少なくとも２つの体積点群センサを含む。各体積点クラウドセンサは、観察される空間体積内の障害物の別個の３次元体積点群を取り込む。取り込んだ別個の３次元体積点群は、観察される空間体積内の非重複サブ体積であり得る。さらに、少なくとも２つの体積点群センサの観察軸は、観察される空間体積の別個のサブ体積を観察するために、カラー軸に垂直な面に対して傾斜される。別個のサブ体積は、カラーの直径の２倍よりも長い距離だけ、カラー軸に沿って互いに位置が異なる。
【０００７】
体積点群センサの観察軸は、カラーの直径以上であるカラー軸に沿った高さで、ロボットに隣接する空間体積を観察するために、カラー軸に垂直な面に対して傾斜される。
【０００８】
いくつかの実現形態において、センサポッドは、カラーによって収容され、湾曲壁を通って延在する対応する第１および第２の観察軸に沿ってカラー内からセンサポッドに隣接する空間体積を観察する、第１および第２の体積点群センサを含む。第１の観察軸は、第２の観察軸とは異なる。各体積点群センサは、観察される空間体積内の障害物を表す３次元体積点群を取り込む。
【０００９】
第２の体積点群センサは、第１の体積点群センサとロボットの中心軸との間のオフセット距離の約０．８〜１．２倍に等しいオフセット距離だけ、ロボットの中心軸からオフセットされ得る。いくつかの実施例において、第２の体積点群センサは、第１の体積点群センサとロボットの中心軸との間のオフセット距離に実質的に等しいオフセット距離だけ、ロボットの中心軸からオフセットされ得る。第２の観察軸は、約４５度〜約６５度の角度だけ、カラー軸に垂直な面に対して傾斜され得る。
【００１０】
アクチュエータは、少なくとも１つの自由度で、ロボット本体から延在するマニピュレータまたはエンドエフェクタを観察される空間体積に移動させ得る。エンドエフェクタは、タブレットコンピュータ等のディスプレイデバイスであり得る。
【００１１】
本開示の別の態様は、ロボット本体と、ロボット本体を支持し、床面の上でロボットを操縦するように構成される駆動システムとを含む、可動式ロボットを提供する。駆動システムは、順駆動方向を有する。ロボットは、駆動システムと通信しているコントローラと、ロボットに隣接する空間体積を通してロボット本体の一部分を移動させるアクチュエータと、コントローラと通信しているセンサポッドと、を含む。センサポッドは、ロボット本体によって回転可能に支持され、床面に対する垂直回転軸を中心とする回転面として少なくとも部分的に形成される湾曲壁を有する、カラーを含む。センサポッドはまた、赤外線距離センサおよび存在センサも含み、どちらも、カラーによって収容され、湾曲壁を通って延在する対応する観察軸に沿ってカラー内からロボットに隣接する空間体積を観察する。赤外線距離センサは、観察される空間体積内の障害物を表す距離値データを生成する。存在センサは、観察される空間体積内の障害物を表す存在値データを生成する。カラーアクチュエータは、カラー回転軸を中心に、カラー、赤外線距離センサ、および存在センサを回転させる。赤外線距離センサおよび存在センサの全ての回転部分は、カラーの最外点よりも短い距離だけ、カラー回転軸から延在する。
【００１２】
いくつかの実現形態において、赤外線距離センサは、構造光３次元スキャナ、飛行時間カメラ、または３次元光検出および測距センサ（例えば、フラッシュＬＩＤＡＲ）である。いくつかの実施例において、赤外線距離センサは、位置検出デバイス等の１つ以上の三角測量測距センサを含む。
【００１３】
いくつかの実現形態において、存在センサは、ソナーセンサ、超音波測距センサ、レーダセンサ、またはパイロメータのうちの少なくとも１つを含む。さらに、存在センサは、音響、無線周波数、可視波長光、または不可視波長光のうちの少なくとも１つを感知し得る。存在センサは、例えば、赤外線応答が不十分な障害物（例えば、傾斜した、湾曲した、および／または鏡面反射性の表面）を検出するために、非赤外線センサを含み得る。いくつかの実施例において、存在センサは、赤外線距離センサに実質的に直接隣接する赤外線距離センサの不感帯内の障害物の存在を検出する。
【００１４】
本開示のさらに別の態様は、カラー軸を中心とする回転面として少なくとも部分的に形成される湾曲壁を有するカラーを含む、センサポッドを提供する。センサポッドは、カラーによって収容され、湾曲壁を通って延在する対応する第１および第２の観察軸に沿ってカラー内からセンサポッドに隣接する空間体積を観察する、第１および第２の体積点群センサを含む。第１の観察軸は、第２の観察軸とは異なる。各体積点群センサは、観察される空間体積内の障害物を表す３次元体積点群を取り込む。
【００１５】
いくつかの実現形態において、第２の体積点群センサの観察軸は、カラーの直径以上の距離だけカラー軸に沿って位置が異なる、観察される空間体積のサブ体積を観察するために、カラー軸に垂直な面に対して、かつ第１の観察軸に対して傾斜される。第１の観察軸は、約４５度〜約６５度だけ、カラー軸に垂直な面に対して傾斜される。
【００１６】
センサポッドは、カラー軸を中心に、カラーおよび体積点群センサをともに回転させるカラーアクチュエータを含み得る。体積点群センサの全ての回転部分は、カラーの最外点よりも短い距離だけ、カラー回転軸から延在する。湾曲壁の回転面は、カラー軸を中心に約３６０度スイープして、カラーの実質的に全周を形成し得る。
【００１７】
本開示の別の態様は、第１のインターフェースと、第１のインターフェースから離間される第２のインターフェースと、第１および第２のインターフェース間に回転可能に支持されるカラーとを含む、センサポッドを提供する。カラーは、カラー軸を中心とする回転面として少なくとも部分的に形成される湾曲壁を有する。センサポッドは、カラーによって収容され、湾曲壁を通って延在する観察軸に沿ってカラー内からロボットに隣接する空間体積を観察する、体積点群センサを含む。体積点群センサは、観察される空間体積内の障害物を表す３次元体積点群を取り込む。カラーアクチュエータは、カラー軸を中心に、第１および第２のインターフェースに対してカラーおよび体積点群センサをともに回転させる。チャネル（例えば、パイプ）が、第１のインターフェースから第２のインターフェースまでカラーを通って延在する。
【００１８】
体積点群センサの全ての回転部分は、カラーの最外点よりも短い距離だけカラー軸から延在し得る。
【００１９】
本開示の別の態様は、第１のインターフェースと、第１のインターフェースから離間される第２のインターフェースと、第１および第２のインターフェース間に回転可能に支持されるカラーとを含む、センサポッドを提供する。カラーは、カラー軸を中心とする回転面として少なくとも部分的に形成される湾曲壁を有する。センサポッドは、カラーによって収容され、湾曲壁を通って延在する観察軸に沿ってカラー内からロボットに隣接する空間体積を観察する、体積点群センサを含む。体積点群センサは、観察される空間体積内の障害物を表す３次元体積点群を取り込む。カラーアクチュエータは、カラー軸を中心に、第１および第２のインターフェースに対してカラーおよび体積点群センサをともに回転させる。カラーに隣接して配置され、インターフェースのうちの１つに接続されるケーブルキャリアが、少なくとも１つのケーブルを回転可能なカラーに送る経路を提供する。
【００２０】
いくつかの実現形態において、ケーブルキャリアは、外部リングと、カラー軸に沿って外部リングと同心円状に配置される内部リングと、外部リングに接続される第１の端部および内部リングに接続される第２の端部を有する、ケーブルルータを含む。ケーブルルータは、螺旋状の配設で内部リングに巻き付け得、または外部リングと内部リングとの間で逆曲げ半径によってそれ自体の上へ折り畳み得る。ケーブルキャリアは、±４５０回転度または少なくとも±２７０回転度の範囲内で回転し得る。ケーブルルータは、ケーブルルータの最小曲げ半径を集合的に維持する、相互接続リンクを含み得る。
【００２１】
いくつかの実現形態において、ケーブルキャリアは、第１のプレートと、カラー軸に沿って第１のプレートから離間される第２のプレートと、第１のプレートに接続される第１の端部および第２のプレートに接続される第２の端部を有する、ケーブルルータと、を含む。ケーブルルータは、時計回り方向にカラー軸に巻き付け、それ自体の上へ折り畳んで反時計回り方向にカラー軸に巻き付ける。ケーブルルータは、ケーブルルータの最小曲げ半径を集合的に維持する、相互接続リンクを含み得る。さらに、ケーブルキャリアは、±７０００回転度の範囲内で回転し、および／または、１秒あたり最高３６０度の回転速度を有し得る。ケーブルキャリアによって経路形成されるケーブルの長さは、カラー直径の３倍以上であり得る。
【００２２】
本開示の別の態様は、可動式ロボットを提供し、該可動式ロボットは、順駆動方向を有する駆動システムと、駆動システムと通信しているコントローラと、駆動システムの上で支持され、可動式ロボットの移動方向の床面を含む空間体積から点群を取得することができるように指示される体積点群撮像デバイスと、を含む。死角センサは、体積点群撮像デバイスによって検出できない空間体積の中の物体を検出するように配設される検出フィールドを有する。コントローラは、撮像デバイスから点群信号を、および死角センサから検出信号を受け取り、受け取った点群信号および検出信号に少なくとも部分的に基づいて、駆動システムに駆動コマンドを発行する。
【００２３】
本開示の実現形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含み得る。いくつかの実現形態において、死角センサは、体積点群撮像デバイス、ソナーセンサ、カメラ、超音波センサ、ＬＩＤＡＲ、ＬＡＤＡＲ、光センサ、および赤外線センサのうちの少なくとも１つを含む。死角センサの検出フィールドは、体積点群撮像デバイスによって検出できない空間体積（すなわち、死角）を覆う（envelope）。いくつかの実施例において、体積点群撮像デバイスによって検出できない空間体積は、第１の角度、第２の角度、および半径（例えば、５７°×４５°×５０ｃｍ）によって画定される。死角センサの検出フィールドは、体積点群撮像デバイスと体積点群撮像デバイスの検出フィールドとの間に配設され得る。いくつかの実施例において、死角センサは、死角センサから外向きに少なくとも３メートル延在する視界を有する。この実施例において、死角センサは、死角内の比較的短距離のためのセンサ、および経路計画および障害物回避のために比較的遠くの物体を検出するための長距離センサとしての、２つの目的に用いることができる。
【００２４】
いくつかの実現形態において、ロボットは、体積点群撮像デバイスによって検出できない空間体積の中の物体を検出するように配設されるその検出フィールドを有する少なくとも１つの死角センサを有する、死角センサのアレイを含む。死角センサのアレイは、それらの視界が、順駆動方向に沿った状態で、またはロボットによって画定される垂直中心軸を中心に均等に分配された状態で配設され得る。
【００２５】
撮像デバイスは、いくつかの実施例において、ロボットの周りの情景の上へ光を放射し、ロボットの駆動方向に沿った情景の画像を取り込む。画像は、（ａ）３次元深度画像、（ｂ）アクティブ照明画像、および（ｃ）周囲照明画像のうちの少なくとも１つを含む。コントローラは、画像に基づいて、情景の中の物体の位置を判定し、物体の位置に基づいて、情景の中でロボットを操縦するように、駆動システムに駆動コマンドを発行する。撮像デバイスは、光の放射と情景からの反射光の受け取りとの間の飛行時間を判定し得る。コントローラは、反射物体の表面までの距離を判定するために、飛行時間を使用する。
【００２６】
いくつかの実現形態において、撮像デバイスは、情景の上へ光を放射するための光源と、情景からの放射光の反射を受け取るための撮像装置と、を含む。光源は、間欠パルス、例えば、最初は省電力周波数で光を放射し得、光パルスを放射するセンサイベントを受け取った時点で、第２のアクティブ周波数で光を放射し得る。センサイベントは、情景の中の物体の存在を示すセンサ信号を含み得る。撮像装置は、光検出ピクセルのアレイを含み得る。
【００２７】
撮像デバイスは、第１および第２の部分（例えば、１つのセンサの２部分、または第１および第２の撮像センサ）を含み得る。第１の部分は、実質的に地面の上へ光を放射し、地面からの放射光の反射を受け取るように配設される。第２の部分は、実質的に地面の上側の情景の中へ光を放射し、ロボットの周りの情景からの放射光の反射を受け取るように配設される。
【００２８】
いくつかの実現形態において、撮像デバイスは、光のスペックルパターンをロボットの駆動方向に沿った情景の上へ放射する、スペックル放射体と、情景の中の物体からのスペックルパターンの反射を受け取る、撮像装置と、を含む。コントローラは、情景の中の基準物体から反射されるスペックルパターンの基準画像を記憶する。基準画像は、基準物体からの様々な距離で取り込まれる。コントローラは、情景の中の標的物体から反射されるスペックルパターンの少なくとも１つの標的画像を基準画像と比較して、標的物体の反射面の距離を判定する。いくつかの場合において、コントローラは、標的物体上の一次スペックルパターンを判定し、一次スペックルパターンと基準画像のスペックルパターンとの間のそれぞれの相互相関および非相関のうちの少なくとも１つを計算する。
【００２９】
水平視界を広げるために、撮像センサは、順駆動方向に対して左右に走査し得る。同様に、垂直視界を広げるために、撮像センサは、上下に走査し得る。
【００３０】
いくつかの実現形態において、コントローラは、駆動コマンドを駆動システムに発行するために、受け取り後の閾値期間の後に、受け取った点群信号の使用を中止する。コントローラは、死角センサからの受け取った検出信号に基づいて、体積点群撮像デバイスによって検出できない空間体積の中の物体の存在を判定した際に、受け取った点群信号の使用の中止を一時中断し得る。さらに、コントローラは、例えば、死角センサからの受け取った検出信号に基づいて、体積点群撮像デバイスによって検出できない空間体積にいかなる物体もないと判定した際に、受け取り後の閾値期間の後に、受け取った点群信号の使用の中止を継続し得る。
【００３１】
本開示の別の態様は、床面の上でロボットを操縦するように構成される駆動システムを含む、可動式ロボットを提供する。駆動システムは、順駆動方向を有する。ロボットはまた、駆動システムと通信しているコントローラと、駆動システムの上側で支持される湾曲前面を画定する胴部本体と、胴部本体の湾曲前面上に配置されるセンサのアレイと、を含む。センサのアレイは、コントローラと通信している第１、第２、および第３のセンサを含む。第１のセンサは、ロボット本体から下方に離れて向くように配設される。第２のセンサは、床面と実質的に平行に、ロボット本体から離れて向くように配設される。第３のセンサは、ロボット本体から上方に離れて向くように配設される。
【００３２】
いくつかの実現形態において、少なくとも１つのセンサは、ロボットに隣接する空間体積から点群を取得することができる体積点群撮像デバイス等の、撮像センサを含む。加えて、または代替として、少なくとも１つのセンサは、ソナー近接センサおよび／または赤外線近接センサを含み得る。
【００３３】
ロボットは、胴部本体上に配置され、コントローラと通信している、第１および第２の撮像センサを含み得る。第１の撮像センサは、ロボット本体から下方に離れて向くように配設され、第２の撮像センサは、床面と実質的に平行に、ロボット本体から離れて向くように配設される。ロボットはまた、胴部本体上配置され、コントローラと通信している、第３の撮像センサも含み得る。第３の撮像センサは、ロボット本体から上方に離れて向くように配設される。
【００３４】
いくつかの実現形態において、ロボットは、胴部本体上に配置される第１、第２、および第３の近接センサを含む。第１の近接センサは、ロボット本体から下方に離れて向くように配設される。第２の近接センサは、床面と実質的に平行に、ロボットから離れて向くように配設される。第３の近接センサは、ロボットから上方に離れて向くように配設される。少なくとも１つの近接センサは、ソナーセンサおよび／または赤外線センサを含み得る。さらに、少なくとも１つのセンサは、センサの視界を広げるように左右に走査し得る。
【００３５】
本開示の別の態様は、ロボット本体と、ロボット本体を支持し、床面の上でロボットを操縦するように構成される駆動システムと、駆動システムと通信しているコントローラと、を含む、可動式ロボットを提供する。駆動システムは、順駆動方向を有する。ロボットはまた、ロボット本体上配置され、コントローラと通信している、第１、第２、および第３の撮像デバイスを含む。第１の撮像センサは、ロボット本体から下方に離れて向くように配設される。第２の撮像センサは、床面と実質的に平行に、ロボット本体から離れて向くように配設される。第３の撮像センサは、ロボット本体から上方に離れて向くように配設される。
【００３６】
本開示の実現形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含み得る。いくつかの実現形態において、撮像センサは、対応する視界がロボット本体によって妨げられないように維持しながら、ロボット本体によって画定される陥凹部の中に配置される。少なくとも１つの撮像センサは、ロボットに隣接する空間体積から点群を取得することができる、体積点群撮像デバイスであり得る。さらに、少なくとも１つの撮像センサは、撮像センサの水平視界を広げるように順駆動方向に対して左右に走査し得る。
【００３７】
いくつかの実現形態において、ロボットは、ロボット本体上に配置される第１、第２、および第３の近接センサを含む。第１の近接は、第１の撮像センサの撮像軸と実質的に平行に配設される感知軸を有する。第２の近接は、第２の撮像センサの撮像軸と実質的に平行に配設される感知軸を有する。第３の近接は、第３の撮像センサの撮像軸と実質的に平行に配設される感知軸を有する。第１、第２、および第３の近接センサは、それぞれが、対応する第１、第２、および第３の撮像センサに隣接して各々配置され得る。いくつかの実施例において、少なくとも１つの近接センサは、ソナーセンサまたは赤外線センサであり得る。
【００３８】
駆動システムは、ホロノミック駆動システムであり得る。いくつかの実現形態において、ロボットは、駆動システムを支持する基部と、基部から上方へ延在する脚部と、脚部によって支持される胴部と、を含む。胴部は、撮像センサを支持する。胴部は、陥凹部を画定する湾曲前面を有する胴部本体を含み得る。撮像センサは、対応する視界が胴部本体によって妨げられないように維持しながら、胴部陥凹部の中に配置され得る。脚部は、コントローラによって制御される可変高さを有し得る。
【００３９】
本開示のさらに別の態様は、可動式ロボットを動作させる方法を提供する。本方法は、順駆動方向で床面にわたってロボットを操縦することと、ロボット上に配置される第１、第２、および第３の撮像デバイスから画像データを受け取ることと、受け取った画像データに基づいて、床面にわたってロボットを操縦することと、を含む。第１の撮像センサは、ロボットから下方に離れて向くように配設される。第２の撮像センサは、床面と実質的に平行に、ロボット本体から離れて向くように配設される。第３の撮像センサは、ロボットから上方に離れて向くように配設される。各撮像センサは、順駆動方向に沿って方向付けられる。
【００４０】
いくつかの実現形態において、本方法は、ロボットの駆動方向に沿ったロボットの周りの情景の３次元深度画像データを受け取ることと、受け取った３次元深度画像データに基づいて、ロボットの周囲の環境に対応する局所知覚空間を判定することと、情景の中の物体の位置を判定することと、を含む。方法は、物体の位置の信頼レベルを割り当てることと、物体の位置および対応する信頼レベルに基づいて、情景においてロボットを操縦することと、を含む。本方法は、情景の物体占有マップを構築することを含み得る。いくつかの実施例において、本方法は、更新された３次元深度画像データが継続しない限り、各物体の位置の信頼レベルを経時的に低下させることを含む。
【００４１】
本方法は、少なくとも１つの撮像センサを、撮像センサの水平視界を広げるように、順駆動方向に対して左右に走査することを含み得る。
【００４２】
いくつかの実現形態において、本方法は、ロボット上に配置される第１、第２、および第３の近接センサから近接データを受け取ることと、受け取った近接データに基づいて、床面にわたってロボットを操縦することと、を含む。第１の近接センサは、第１の撮像センサの撮像軸と実質的に平行に配設される感知軸を有する。第２の近接センサは、第２の撮像センサの撮像軸と実質的に平行に配設される感知軸を有する。第３の近接センサは、第３の撮像センサの撮像軸と実質的に平行に配設される感知軸を有する。少なくとも１つの近接センサは、ソナーセンサまたは赤外線センサであり得る。
【００４３】
本開示の１つ以上の実現形態の詳細が、添付図面および下の説明に記載される。他の態様、特徴、および利点は、説明および図面から、ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】例となる可動式ロボットの斜視図である。
【図２】例となる可動式ロボットの立面斜視図である。
【図３Ａ】例となる可動式ロボットの概略図である。
【図３Ｂ】例となる可動式ロボットの概略図である。
【図３Ｃ】例となる可動式ロボットの斜視図である。
【図４Ａ】可動式ロボットのための例となる基部の正面斜視図である。
【図４Ｂ】可動式ロボットのための例となる基部の上面概略図である。
【図４Ｃ】可動式ロボットのための例となる基部の立面斜視図である。
【図５Ａ】ロボットの駆動方向に沿った対応する視界を有する第１および第２の画像センサを有する例となる可動式ロボットの立面斜視図である。
【図５Ｂ】可動式ロボットのための例となるセンサ配設の正面図である。
【図５Ｃ】例となる可動式ロボットの斜視図である。
【図６Ａ】例となる可動式ロボットの正面図である。
【図６Ｂ】ロボットの駆動方向に沿った異なる方向に向けられる対応する視界で配設される第１、第２、および第３の画像センサを有する可動式ロボットの例となる本体部分の斜視図である。
【図６Ｃ】可動式ロボットの例となる本体部分の断面図である。
【図６Ｄ】第１、第２、および第３の撮像センサを有する例となる可動式ロボットの斜視図である。
【図６Ｅ】第１、第２、および第３の撮像センサを有する例となる可動式ロボットの側面図である。
【図６Ｆ】第１、第２、および第３の撮像センサおよび２つの死角を有する例となる可動式ロボットの側面図である。
【図６Ｇ】負の障害物に接近するときの、第１、第２、および第３の撮像センサを有する例となる可動式ロボットの側面図である。
【図６Ｈ】正の障害物に隣接する負の障害物に接近するときの、第１、第２、および第３の撮像センサを有する例となる可動式ロボットの側面図である。
【図６Ｉ】テーブルに接近するときの、第１、第２、および第３の撮像センサを有する例となる可動式ロボットの側面図である。
【図６Ｊ】可動式ロボットのための例となるセンサポッドの斜視図である。
【図６Ｋ】コントローラへの、およびそこからの例となるロボット制御フローの概略図である。
【図６Ｌ】例となる可動式ロボットの概略図である。
【図７】可動式ロボットの本体の一部分の、別の部分に対する回転のための例となる歯車アセンブリの斜視図である。
【図８Ａ】可動式ロボットのための例となるケーブル経路形成システムの部分透視図である。
【図８Ｂ】例となる螺旋状に巻き付けたケーブル経路形成システムの概略図である。
【図９Ａ】例となるケーブル経路形成システムの正面図である。
【図９Ｂ】例となるケーブル経路形成システムの正面図である。
【図９Ｃ】可動式ロボットの回動本体部分のための例となるケーブル経路形成システムの概略図である。
【図１０Ａ】逆曲げ半径のケーブル経路形成システムを有する可動式ロボットの例となる回動本体部分の斜視図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａで示される回転本体部分の側面図である。
【図１０Ｃ】例となる逆曲げ半径のケーブル経路形成システムの概略図である。
【図１０Ｄ】例となる逆曲げ半径のケーブル経路形成システムの概略図である。
【図１０Ｅ】例となる逆曲げ半径のケーブル経路形成システムの概略図である。
【図１１】情景の中の物体を感知する例となる撮像センサの概略図である。
【図１２】撮像センサを動作させるための動作の例となる配設の概略図である。
【図１３Ａ】情景の中の物体を感知する例となる３次元（３Ｄ）スペックルカメラの概略図である。
【図１３Ｂ】情景の中の物体を感知する３次元（３Ｄ）スペックルカメラを有する例となる可動式ロボットの概略図である。
【図１３Ｃ】情景の中の物体を感知する３次元（３Ｄ）スペックルカメラを有する例となる可動式ロボットの概略図である。
【図１３Ｄ】どちらも情景の中の物体を感知する３次元（３Ｄ）スペックルカメラおよびソナーを有する例となる可動式ロボットの概略図である。
【図１３Ｅ】平坦でない床を動き回る例となる可動式ロボットの概略図である。
【図１４】３Ｄスペックルカメラを動作させるための動作の例となる配設の概略図である。
【図１５】情景の中の物体を感知する例となる３Ｄ飛行時間（ＴＯＦ）カメラの概略図である。
【図１６】３ＤＴＯＦカメラを動作させるための動作の例となる配設の概略図である。
【図１７Ａ】例となる占有マップの概略図である。
【図１７Ｂ】作業領域の中の情景の視界を有する可動式ロボットの概略図である。
【図１８Ａ】センサ視界を有する例となる可動式ロボットの側面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ａで示される可動式ロボットの上面図である。
【図１８Ｃ】撮像センサの死角の概略図である。
【図１８Ｄ】曲がり角に接近したときの、例となるロボット挙動のフローチャートである。
【図１９】順駆動方向に沿って下方を指し示すように配設される第１の撮像センサと、地面の上側で外側を指し示すように配設される第２の撮像センサとを有する、例となる可動式ロボットの斜視図である。
【図２０】その基部に対して回転する胴部を有する例となる可動式ロボットの上面図である。
【図２１】死角を有する例となる撮像センサ、および死角を覆う視界を有する死角センサの概略図である。
【図２２】撮像センサの死角の中の物体を検出するように配設される死角センサを有する例となる可動式ロボットの上面図である。
【図２３】死角センサのアレイを有する例となる可動式ロボットの上面図である。
【図２４】ロボットの垂直軸の周りに配設される長距離センサを有する例となる可動式ロボットの上面図である。
【図２５Ａ】可動式ロボットのコントローラによって実行される例となる制御システムの概略図である。
【図２５Ｂ】可動式ロボットのコントローラによって実行される例となるプロセスの概略図である。
【図２６】可動式ロボットを動作させる方法の動作の例となる配設を提供する図である。  種々の図面における同じ参照符号は、同じ要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
可動式ロボットは、人間と対話またはインターフェースして、在宅支援から商業支援、およびその他にわたる数多くのサービスを提供することができる。在宅支援の例において、可動式ロボットは、投薬計画の維持、移動支援、通信支援（例えば、テレビ会議、電気通信、インターネットアクセス等）、住居もしくは現場監視（屋内および／または屋外）、人の監視、および／または個人用緊急対応システム（ＰＥＲＳ）の提供が挙げられるが、それらに限定されない、高齢者の日常生活を支援することができる。商業支援について、可動式ロボットは、（例えば、病院環境における）テレビ会議、売り場専用端末、対話型情報／マーケティング端末等を提供することができる。
【００４６】
図１〜図３Ｃを参照すると、いくつかの実現形態において、可動式ロボット１００は、順駆動方向Ｆを画定する、ロボット本体１１０（またはシャーシ）を含む。ロボット１００はまた、それぞれがロボット本体１１０によって支持され、かつロボット１００の動作および移動を協調させるコントローラ５００と通信している、駆動システム２００、インターフェースモジュール３００、およびセンサシステム４００も含む。電源１０５（例えば、単数または複数のバッテリ）は、ロボット本体１１０によって携持し、必要に応じて、これらの構成要素のそれぞれと電気通信し、それらに電力を送達することができる。
【００４７】
ロボット本体１１０は、示される実施例において、基部１２０と、基部１２０から上方に延在する少なくとも１つの脚部１３０と、少なくとも１つの脚部１３０によって支持される胴部１４０とを含む。基部１２０は、駆動システム２００を支持し得る。ロボット本体１１０はまた、胴部１４０によって支持される首部１５０も含み得る。首部１５０は、頭部１６０を支持し、該頭部は、インターフェースモジュール３００の少なくとも一部分を支持する。基部１２０は、機械的安定性を維持するための基部１２０の低重心ＣＧBおよびロボット１００の低全体重心ＣＧRを維持するために、（例えば、電源１０５（バッテリ）を支持することによって）十分な重量を含む。
【００４８】
図２および図４Ａ〜４Ｂを参照すると、いくつかの実現形態において、基部１２０は、三角対称形状（例えば、上から見て三角形）を画定する。例えば、基部１２０は、三角形状の基部１２０の各脚部に対応する第１の基部本体部分１２４ａ、第２の基部本体部分１２４ｂ、および第３の基部本体部分１２４ｃを有する基部本体１２４を支持する、基部シャーシ１２２を含み得る（例えば、図４Ａを参照されたい）。各基部本体部分１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃは、物体との接触に応じて、基部シャーシ１２２に対して独立に移動するように、基部シャーシ１２２によって移動可能に支持することができる。基部１２０の三角対称形状は、ロボット１００の周囲３６０°の追突検出を可能にする。各基部本体部分１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃは、基部シャーシ１２２に対する対応する基部本体部分１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃの移動を検出する、関連する接触センサ（例えば、容量センサ、リードスイッチ等）を有することができる。
【００４９】
いくつかの実現形態において、駆動システム２００は、ロボット１００の全方向性および／またはホロノミック運動制御を提供する。本明細書で使用される「全方向性」という用語は、実質的にあらゆる平面方向、すなわち、左右（水平）、順／逆、および回転方向における移動能力を指す。これらの方向は、本明細書では、全般的に、それぞれｘ、ｙ、およびθｚと称される。さらに、「ホロノミック」という用語は、文献における用語の使用と実質的に一致する様式で使用され、３つの平面自由度、すなわち、２つの平行移動および１つの回転を伴う、平面方向における移動能力を指す。したがって、ホロノミックロボットは、３つの平面速度（順／逆、水平、および回転）の実質的にあらゆる比率で構成される速度で平面方向における移動能力、ならびに３つの比率を実質的に連続的な様式で変化させる能力を有する。
【００５０】
ロボット１００は、車輪による可動性を使用して、人間環境（例えば、一般的に、二足歩行の、歩行居住者向けに設計された環境）で動作することができる。いくつかの実現形態において、駆動システム２００は、垂直軸Ｚを中心に等間隔（すなわち、三角対称）の（例えば、１２０度離れた）第１の駆動車輪２１０ａ、第２の駆動車輪２１０ｂ、および第３の駆動車輪２１０ｃを含むが、他の配設も同様に可能である。図４Ｂを参照すると、駆動車輪２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃは、ホロノミック駆動システム２００の操縦性を補助し得る、横方向に弓状の転がり面（すなわち、転がり方向ＤRを横断する、またはそれに対して直角な方向に湾曲した輪郭）を画定し得る。各駆動車輪２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃは、駆動車輪２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを他の駆動モータ２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃとは独立に順方向および／または逆方向に駆動することができる、それぞれの駆動モータ２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃに連結される。各駆動モータ２２０ａ〜ｃは、コントローラ５００に車輪回転フィードバックを提供する、それぞれのエンコーダ２１２を有することができる。いくつかの実施例において、各駆動車輪２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃは、正三角形の３つの点のうちの１つの上またはその近くに載置され、それぞれの三角形端部の角の二等分線に対して直角な駆動方向（順方向および逆方向）を有する。順駆動方向Ｆで三角対称ホロノミック基部１２０を駆動することは、閉じ込めまたは散乱物から自律的に脱出し、次いで、脱出が解決された後に順駆動方向Ｆに沿って駆動するように回転および／または平行移動するために、ロボット１００が非順駆動方向に移行することを可能にする。
【００５１】
図４Ｃを参照すると、いくつかの実現形態において、駆動システム２００は、上から見て（例えば、Ｚ軸から等距離に）正方形または長方形の構成で配設される、第１、第２、第３、および第４の駆動車輪２１０ａ〜ｄを含む。駆動システム２００は、ホロノミックの様態で動作され得、横移動することを可能にする。各駆動車輪２１０ａ〜ｄは、それぞれの駆動モータ２２０ａ〜ｄと連結され、該駆動モータは、駆動車輪２１０ａ〜ｄを、他の駆動モータ２２０ａ〜ｄとは独立に、順方向および／または逆方向に駆動することができる。各駆動モータ２２０ａ〜ｄは、それぞれのエンコーダを有することができ、該エンコーダは、車輪回転フィードバックをコントローラ５００に提供する。基部シャーシ１２２は、駆動モータ２２０ａ〜ｄおよびそれらに対応して連結される駆動車輪２１０ａ〜ｄを支持する。
【００５２】
図１〜図３Ｃを再度参照すると、基部１２０は、基部１２０からＺ方向に上方へ延在する少なくとも１つの脚部１３０を支持し得る。脚部（複数可）１３０は、基部１２０に対して胴部１４０を上昇および下降させるために、可変高さを有するように構成され得る。いくつかの実現形態では、各脚部１３０は、相互に対して移動する（例えば、入れ子状、直線、および／または角運動）、第１の脚部分１３２および第２の脚部分１３４を含む。示される実施例において、第２の脚部分１３４は、互いの中および外へ、ならびに比較的大きい基部押出部の外へ入れ子状に移動する、連続的により小さい直径の押出部を有するのではなく、第１の脚部分１３２の上で入れ子状に移動し、したがって、他の構成要素を、第２の脚部分１３４に沿って配置すること、および潜在的に、第２の脚部分１３４とともに基部１２０の比較的近くに移動させることを可能にする。 
【００５３】
いくつかの実現形態において、胴部１４０は、例えば搭載物支持体１４５上の、搭載物１７０を支持する。搭載物１７０は、タブレットコンピュータ、電話、電子機器等の通信システムを収容または支持するための、搭載物本体１７２を含み得る。示される実施例において、搭載物１７０は、首部１５０と、頭部１６０とを含む。首部１５０は、胴部１４０に対する頭部１６０のパンおよびチルトを提供する。首部１５０は、回転体１５２と、チルター１５４とを含み得る。回転体１５２は、約９０°〜約３６０°の（例えば、Ｚ軸を中心とした）ある範囲の角移動θRを提供してもよい。他の範囲も同様に可能である。さらに、いくつかの実施例において、回転体１５２は、頭部１６０とロボット１００の残りの部分との間の電気通信を維持しながら、無限の回転数で、胴部１４０に対する頭部１６０の連続する３６０°の回転を可能にする、電気コネクタまたは接触部を含む。チルター１５４は、頭部１６０とロボット１００の残りの部分との間の電気通信を維持しながら、胴部１４０に対する頭部１６０の回転を可能にする、同一または同様の電気コネクタまたは接触部を含み得る。チルター１５４は、回転体１５２とは独立に、Ｚ軸に対して±９０°の間の角度θTで、Ｙ軸を中心として角度θTに頭部１６０を移動させ得る。±４５°等の他の範囲も同様に可能である。ロボット１００は、脚部（複数可）１３０、胴部１４０、首部１５０、および頭部１６０が、ロボット１００の安定的な可動性を維持するために、基部１２０の周辺内に留まるように構成され得る。
【００５４】
いくつかの実現形態において、頭部１６０または搭載物１７０は、インターフェースモジュール３００の１つ以上の部分を支持する。搭載物本体１７２および／または頭部１６０等の搭載物１７０は、それぞれがタッチ画面３１２を有し得る、ウェブパッドまたはタブレットＰＣとも称される、１つ以上のディスプレイ、ウェブパッド、またはコンピューティングタブレット３１０を固定して、または着脱可能に受容するためのドック３０２を含み得る。ウェブパッド３１０は、前方、後方、または、上方へ配向され得る。いくつかの実現形態において、ウェブパッド３１０は、タッチ画面と、随意のＩ／Ｏ（ボタンおよび／または例えば、マイクロＵＳＢ等の、コネクタ等）と、プロセッサと、プロセッサと通信しているメモリとを含む。例となるウェブパッド３１０としては、Ａｐｐｌｅ，Ｉｎｃ．によるＡｐｐｌｅ  ｉＰａｄが挙げられる。いくつかの実施例において、ウェブパッドおよび１０は、コントローラ５００として機能するか、またはコントローラ５００がロボット１００を制御するのを支援する。インターフェースモジュール３００は、頭部１６０上に配置されるカメラ３２０および／または他の撮像デバイス４５０を含み得（例えば、図３Ａおよび３Ｃを参照されたい）、これらは、（例えば、テレビ会議のために）頭部１６０の高い視点から映像または３Ｄ体積点群を取り込むために使用することができる。インターフェースモジュール３００は、音声入力を受け取るためのマイクロフォン３３０（例えば、またはマイクロフォンアレイ）と、音声出力を配信するための、ロボット本体１１０上に配置される１つ以上のスピーカ３４０とを含み得る。
【００５５】
ロボット１００は、搭載物を受容するための、１つ以上のアクセサリポート１８０（例えば、機械的および／または電気的相互接続点）を含み得る。アクセサリポート１８０は、受容した搭載物１７０が、（例えば、導体本体１４２の底面および／または上面等の上の）センサシステム４００のセンサを遮蔽しない、または妨げないように位置させることができる。
【００５６】
図５Ａ、図６Ａおよび６Ｂを参照すると、いくつかの実現形態において、胴部１４０は、回転面を有する胴部本体１４２（カウリングまたはカラーとも称される）を有する。回転面は、その面の中の直線（例えば、Ｚ軸）の周囲で曲線（母線）を回転させることによって作成される、ユークリッド空間の中の表面である。胴部１４０は、対応する視界（複数可）４５２が胴部本体１４２によって妨げられないように維持しながら、撮像センサ（複数可）４５０を収容する陥凹部または空胴１４３を画定する、（例えば、脚部１３０と軸方向に整列される円筒形状の本体の）湾曲前面１４１を画定し得る。胴部本体１４２の前面１４１上に、またはその近くに撮像センサ４５０を配置することは、対応する視界４５２（例えば、２８５度以下）を、撮像センサ４５０に対して、胴部本体１４２の外面角度（例えば、３００度）未満とすることを可能にし、したがって、胴部本体１４２が、撮像センサ４５０の検出視界４５２を遮蔽すること、または妨げることを防止する。撮像センサ（複数可）４５０を胴部本体空洞１４３の内部に配置することは、（例えば、外側へ突出するセンサと比して、美しさのために）撮像センサ（複数可）４５０を隠し、環境物体が撮像センサ（複数可）４５０にかかる可能性を低減させる。突出しているセンサまたは特徴とは異なり、画像センサ（複数可）４５０の陥凹配置は、事実上いかなる可動部分も胴部本体１４２のエンベロープを超えて延在しないので、特に移動または走査するときに、環境との意図しない相互作用（人、障害物等にかかる）を有し難くなる。
【００５７】
図５Ａを参照すると、いくつかの実現形態において、胴部本体１４２は、１つ以上の撮像センサ４５０を支持または収容する。示される実施例において、ロボット１００は、胴部１４０上に配置される、第１の撮像センサ４５０ａおよび第２の撮像センサ４５０ｂ（例えば、３Ｄ深度撮像センサ）を含む。撮像センサ４５０ａ、４５０ｂはどちらも、順駆動方向Ｆに沿って、視界４５２を有するように配設される。第１の撮像センサ４５０ａは、基部１２０または脚部１３０と接触する前に物体を検出するために、（例えば、地面上の領域および／またはロボットの下部分の周りを見るために）その撮像軸４５５がロボット１００から実質的に下方に離れて向くように配設される。第１の撮像センサ４５０ａを下方に傾斜させることによって、ロボット１００は、ロボット１００のすぐ前方に、またはそれに直接隣接する適用範囲において密なセンサ適用範囲を受け取り、該センサ領域は、順方向におけるロボット１００の短期間の進行に適する。第２の撮像センサ４５０ｂは、（例えば、ロボット１００の中間部分および／または上部分に接近する物体を検出するために）順駆動方向Ｆに沿って、地面と実質的に平行に指し示す撮像軸４５５が配設される。他の実施例において、第２の撮像センサ４５０ｂは、地面より上を、さらには地面から上方に離れて指し示す、その撮像軸４５５が配設される。
【００５８】
３Ｄ深度撮像センサ（複数可）４５０は、（例えば、スキャンＬＩＤＡＲのように回転によらずに）点群を直接撮像することができ、また、より多くの注意を必要とする障害物を指し示すか、またはそれに向けることができる。３Ｄ深度撮像センサ（複数可）４５０は、さらに、往復運動するか、または前後にゆっくりと走査もし得る。３Ｄ深度撮像センサ（複数可）４５０は、最高６０Ｈｚで、幅５８度、縦４５度の点群を取り込むことができる。
【００５９】
図５Ｂおよび５Ｃを参照すると、いくつかの実現形態において、撮像センサ４５０は、撮像死角４５３（図１８Ｃ）を有し、該撮像死角は、撮像センサ４５０の周りの（例えば、撮像センサ４５０に直接近接する）、物体が検出されない空間体積である。死角４５３は、撮像センサ４５０と撮像センサ４５０の検出フィールド４５２との間に位置付けられる。胴部１４０は、撮像センサ（複数可）４５０の死角４５３の中の物体を検出するために、および／または撮像センサ（複数可）４５０の冗長感知を提供するために、近接センサ４１０のアレイを支持し得、そのようにして、ロボット１００が、その環境の局所知覚空間をロバストに判定することを可能にする。
【００６０】
近接センサ４１０の１つ以上は、放射体４１４ｅおよび検出器４１４ｄを有する。赤外線近接センサ４１０ＩＲについて、例えば、放射体４１４ｅは、赤外線光放射体であり、検出器４１４ｄは、放射体４１４ｅの放射フィールドが検出器４１４ｄの検出フィールドに集まるかまたはそれと交差するように配設される光検出器である。ソナー近接センサ４１０Ｓについて、例えば、放射体４１４ｅは、音響を放射し、検出器４１４ｄは、音響の反射を検出する。
【００６１】
胴部１４０は、ロボット１００の周りの、および／または撮像死角４５３の中の物体または障害物を検出するように配設される、ソナー近接センサ４１０Ｓのアレイを支持し得る。示される実施例において、胴部１４０は、第１の撮像センサ４５０ａの反対の上部および底部側に配設される、第１のソナー近接センサ４１０Ｓａおよび第２のソナー近接センサ４１０Ｓｂを含む。第１のソナー近似センサ４１０Ｓａは、駆動方向に沿ってロボット１００から上方に離れて向くように配設され、一方で、第２のソナー近似センサ４１０Ｓｂは、駆動方向に沿ってロボット１００から下方に離れて向くように配設される。胴部１４０は、第２の撮像センサ４５０ｂの左右両側上に配設される、第３のソナー近接センサ４１０Ｓｃおよび第４のソナー近接センサ４１０Ｓｄを含み得、どちらも、ロボット１００から離れて床面５に実質的に平行して向いている。
【００６２】
いくつかの実現形態において、胴部１４０は、ロボット１００の周りの、および／または撮像死角４５３の中の物体または障害物を検出するように配設される、赤外線（ＩＲ）近接センサ４１０ＩＲのアレイを支持する。胴部１４０は、ロボット１００から上方に離れて向くように配設される、第１のＩＲ近接センサ４１０ＩＲａおよび第２のＩＲ近接センサ４１０ＩＲｂを含み得る。示される実施例において、第１のＩＲ近接センサ４１０ＩＲａおよび第２のＩＲ近接センサ４１０ＩＲｂは、第１のソナー近接センサ４１０Ｓａの両側に配設される。胴部１４０は、同様にロボット１００から上方に離れて向くように配設される、第３のＩＲ近接センサ４１０ＩＲｃおよび第４のＩＲ近接センサ４１０ＩＲｄを含み得る。第３のＩＲ近接センサ４１０ＩＲｃおよび第４のＩＲ近接センサ４１０Ｒｄは、第１のＩＲ近接センサ４１０ＩＲａおよび第２のＩＲ近接センサ４１０Ｒｂの下側に配置され、ロボット１００の前、例えば搭載物支持体／インターフェース１４５の前の検出ゾーンにおける有効性を高める。 
【００６３】
図６Ａおよび６Ｂを参照すると、いくつかの実現形態において、胴部１４０は、第１、第２、第３の撮像センサ４５０、４５０ａ、４５０ｂ、４５０ｃを含む。各撮像センサ４５０は、順駆動方向Ｆに沿って方向付けられる撮像軸４５５を中心とする視界４５２を有するように配設される。第１の撮像センサ４５０ａは、その撮像軸４５５ａが胴部１４０から下方に離れて向くように配設される。第１の撮像センサ４５０ａを下方に傾斜させることによって、ロボット１００は、ロボット１００のすぐ前方に、またはそれに直接隣接する適用範囲において密なセンサ適用範囲を受け取り、該センサ領域は、順方向におけるロボット１００の短期間の進行に適する。第２の撮像センサ４５０ｂは、（例えば、ロボット１００の中間部分および／または上部分に接近する物体を検出するために）順駆動方向Ｆに沿って、地面と実質的に平行に指し示す撮像軸４５５ｂが配設される。第３の撮像センサ４５０ｃは、その撮像軸４５５ｃが胴部１４０から上方に離れて向くように配設される。
【００６４】
胴部本体１４２は、多角体、円、または楕円形状等の、任意の形状または幾何学形状の３次元投影面を画定し得る。いくつかの実現形態において、胴部本体１４２は、胴部本体１４２の長手方向中心軸Ｚが脚部１３０の長手方向中心軸Ｚと同軸であるように脚部１３０上に回転可能に載置される、円形エンベロープを画定する。例えば、胴部本体１４２は、円筒を画定し得、該円筒は、完全かつ途切れないセンサの走査のために、胴体本部１４２の妨げられない回転を可能にする。
【００６５】
高速移動中に、ロボット１００は、第１の撮像センサ４５０ａを使用し得、該撮像センサは、第１の撮像センサ４５０ａおよび第２の撮像センサ４５０ｂの双方の視界の全体または組み合わせを広げるために、かつ（速度が高くなることは、概して、障害物に反応する時間が少なくなることを意味するので）ロボット１００が障害物を回避するのに十分な時間を与えるために、僅かに下方に向けられる。より遅い速度において、ロボット１００は、第３の撮像センサ４５０ｃを使用し得、該撮像センサは、ロボット１００が追従する人を追跡するために、地面５の上側で上方に向けられる。第３の撮像センサ４５０ｃは、物体が胴部１４０の搭載物１７０に接近するときに該物体を感知するように配設することができる。
【００６６】
いくつかの実現形態において、胴部本体１４２は、ロボット１００の周りの物体および／または障害物を検出するために、１つ以上の近接センサ４１０（例えば、赤外線センサ、ソナーセンサ、および／またはステレオセンサ）を支持または収容する。図５Ｂで示される実施例において、胴部本体１４０は、対応する第１の撮像センサ４５０ａ、第２の撮像センサ４５０ｂ、および第３の撮像センサ４５０ｃに隣接して配設され、第１の撮像センサ４５０ａ、第２の撮像センサ４５０ｂ、および第３の撮像センサ４５０ｃの対応する撮像軸４５５ａ、４５５ｂ、４５５ｃに実質的に平行に配設される対応する感知軸４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃを有する、第１の近接センサ４１０ａ、第２の近接センサ４１０ｂ、および第３の近接センサ４１０ｃを含む。感知軸４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃは、（例えば、陥凹または内部センサのために）胴部本体１４２の中へ延在し得る。第１の近接センサ４１０ａ、第２の近接センサ４１０ｂ、および第３の近接センサ４１０ｃを、対応する第１の撮像センサ４５０ａ、第２の撮像センサ４５０ｂ、および第３の撮像センサ４５０ｃと実質的に同じ方向に沿って感知するように配設することで、局所環境の一部分または物体を認識するための、かつロボットの環境のロバストな局所知覚を発達させるための、冗長感知および／または代替感知を提供する。さらに、近接センサ４１０は、撮像センサ４５０の撮像死角４５３内の物体を検出し得る。
【００６７】
胴部１４０は、例えば円形、楕円形、または多角形パターンで、胴部本体陥凹部１４３内に配置され、胴部本体陥凹部１４３の周辺に配設される近接センサ４１０のアレイを支持し得る。有界の（例えば、閉ループ）配設で近接センサ４１０を配設することは、ロボット１００の駆動方向に沿った実質的に全ての方向における近接感知を提供する。これは、ロボット１００が、ロボット１００の駆動方向に沿った少なくとも１８０°の感知視界内で、ロボット１００に接近する物体および／または障害物を検出することを可能にする。
【００６８】
いくつかの実施例において、１つ以上の胴部センサ、すなわち、１つ以上の撮像センサ４５０および／または近接センサ４１０は、センサ視界４５２を広げるように、走査運動（例えば、左右）においてセンサ４１０、４５０を移動させる、関連するアクチュエータを有する。追加の実施例において、撮像センサ４５０は、撮像センサ４５０の視界４５２を広げるように、関連する、ミラー、プリズム、可変角度マイクロミラー、またはＭＥＭＳミラーのアレイを回転させること含む。丸みのあるまたは円筒形状の胴体本部１４２上にセンサ４１０、４５０を載置することは、センサ４１０、４５０が、比較的広い移動範囲で走査することを可能にし、したがって、平面の胴体本体１４２のセンサ視界よりも比較的広くセンサ視界を広げる。
【００６９】
撮像センサ４５０（例えば、赤外線距離センサ）は、ロボット１００に隣接する観察される空間体積内の障害物を表す距離値データを生成し得る。さらに、近接センサ４１０（例えば、存在センサ）は、観察される空間体積内の障害物を表す存在値データを生成し得る。いくつかの実現形態において、撮像センサ４５０は、投影光パターンを使用して物体の３次元形状を測定する、構造光３Ｄスキャナである。細い帯状光を３次元的に成形した表面に投影することは、投影機の観点以外の他の観点からは歪んで現れる一筋の照明を生じさせ、表面形状の正確な幾何学的再構築（光切断）に使用することができる。撮像センサ４５０は、縞パターン生成方法として、レーザ干渉または投影を使用し得る。レーザ干渉法は、２つの幅の広い平面レーザビーム前部によって機能する。それらの干渉は、規則的な等距離線パターンをもたらす。これらのビーム間の角度を変えることによって、異なるパターンサイズを得ることができる。この方法は、無限の被写界深度を有する非常に微細なパターンの正確かつ簡単な生成を可能にする。投影法は、非コヒーレントな光を使用し、基本的に、ビデオプロジェクタと同様に機能する。パターンは、投影機内のディスプレイ、一般的に、ＬＣＤ（液晶）またはＬＣＯＳ（シリコン上液晶）ディスプレイによって生成される。
【００７０】
いくつかの実現形態において、撮像センサ４５０は、既知の光速に基づいて距離を解像する距離撮像カメラシステムである、飛行時間カメラ（ＴＯＦカメラ）であり、画像の各点についてカメラと対象物との間の光信号の飛行時間を測定する。飛行時間カメラは、スキャナレスＬＩＤＡＲの種類であり、走査ＬＩＤＡＲシステム等のような、レーザビームによる点毎のものとは対照的に、情景全体が各レーザまたは光パルスによって取り込まれる。
【００７１】
いくつかの実現形態において、撮像センサ４５０は、３次元光検出および測距センサ（例えば、フラッシュＬＩＤＡＲ）であり、ＬＩＤＡＲは、物体を撮像するために紫外線光、可視光、または近赤外線光を使用し、非金属物体、岩石、雨滴、化学化合物、エアロゾル、雲、さらには単一分子を含む、広範囲にわたる標的に使用することができる。細いレーザビームは、非常に高い解像度で物理的特徴をマップするために使用することができる。約１０マイクロメートルからＵＶ（約２５０ｎｍ）までの範囲の波長を、標的に合わせて使用することができる。一般的に、光は、後方散乱を介して反射される。異なるタイプの散乱が、異なるＬＩＤＡＲ応用に使用され、最も一般的なものは、レイリー散乱、ミー散乱、およびラマン散乱、ならびに蛍光である。
【００７２】
いくつかの実現形態において、撮像センサ４５０は、位置検出デバイス等の、１つ以上の三角測量測距センサを含む。位置検出デバイスおよび／または位置検知検出器（ＰＳＤ）は、光位置センサ（ＯＰＳ）であり、センサ面上の１次元または２次元における光点の位置を測定することができる。ＰＳＤは、異なる原則に従って機能する２つの種類に分けることができる。第１の種類において、センサは、連続位置データを提供するラスタ類似の構造を有する等方センサ面を有する。第２の種類は、局所離散データを供給する、センサ面上の離散センサを有する。
【００７３】
撮像センサ４５０は、通常はいくつかのタイプのセンサデバイスと関連付けられる、特定の点から情景の中の点までの距離を示す２Ｄ画像を作成するために、距離撮像を利用し得る。ステレオカメラシステムは、例えばそれらの焦点間の線の中央点から、情景の中の点までの深度を判定するために使用することができる。
【００７４】
撮像センサ４５０は、光三角測量のシートを利用し得る。光のシートで情景を照明することで、光源から見たときの反射線を作成する。シートの面の中の任意の点から、一般的に線が曲線として現れるが、その正確な形状は、観察者と光源との間の距離、および光源と反射点との間の距離の双方に依存する。撮像センサ４５０を（例えば、高解像度カメラとして）使用して反射した光のシートを観察し、カメラおよび光源の双方の位置および配向を知ることによって、ロボット１００は、反射点と光源またはカメラとの間の距離を判定することができる。
【００７５】
いくつかの実現形態において、近接または存在センサ４１０は、ソナーセンサ、超音波測距センサ、レーダセンサ（例えば、ドップラーレーダおよび／またはミリ波レーダを含む）、またはパイロメータのうちの少なくとも１つを含む。パイロメータは、熱放射を捉えて測定する、非接触デバイスである。さらに、存在センサ４１０は、音響、無線周波数、可視波長光、または不可視波長光のうちの少なくとも１つを感知し得る。存在センサ４１０は、例えば、赤外線応答が不十分な障害物（例えば、傾斜した、湾曲した、および／または鏡面反射性の表面）を検出するために、非赤外線センサを含み得る。いくつかの実施例において、存在センサ４１０は、そのセンサに実質的に直接隣接する撮像センサまたは赤外線距離センサ４５０の不感帯（例えば、撮像センサ４５０が感知しない距離内（例えば１ｃｍ〜４０ｃｍ、または５ｍ〜無限））内の障害物の存在を検出する。
【００７６】
図６Ａ〜６Ｄを参照すると、いくつかの実現形態において、胴部１４０は、センサポッド７００であり、該センサポッドは、脚部１３０等のロボット本体１１０によって回転可能に支持されるカラー７１０を含み、また、床面５に対して垂直回転軸Ｃを中心とする回転面として少なくとも部分的に形成される湾曲壁７１２を有する。いくつかの実施例において、センサポッド７００は、第１のインターフェース７２０ａと、第１のインターフェース７２０ａから離間される第２のインターフェース７２０ｂとを含む。第１のインターフェース７２０ａおよび第２のインターフェース７２０ｂは、それらの間でカラー７１０を回転可能に支持する。
【００７７】
センサポッド７００は、カラー７１０によって収容され、湾曲壁７１２を通って延在する撮像軸４５５（観察軸とも称される）に沿ってカラー７１０内からロボット１００に隣接する空間体積Ｓを観察するように配設される、少なくとも１つの撮像センサ４５０（例えば、体積点群センサ）を含み得る。いくつかの実現形態において、センサポッド７００は、カラー７１０によって収容され、湾曲壁７１２を通って延在する対応する第１、第２、および第３の撮像軸４５５ａ〜ｃに沿ってカラー７１０内からセンサポッド７００に隣接する空間体積Ｓを観察するように配設される、第１、第２、および第３の撮像センサ４５０ａ〜ｃを含む。各撮像軸４５５ａ〜ｃは、他のものと異なる。さらに、各撮像センサ４５０ａ〜ｃは、観察される空間体積Ｓ内の障害物を表す３次元体積点群を取り込む。
【００７８】
カラーアクチュエータ７３０は、パニングシステム（例えば、パニングモータおよびエンコーダを有する）とも称され、カラー軸Ｃを中心に、カラー７１０および体積点群センサ（複数可）４５０を回転させ得る。体積点群センサ（複数可）４５０の全ての回転部分は、カラー７１０の最外点よりも短い距離だけカラー軸Ｃから延在する。
【００７９】
いくつかの実現形態において、湾曲壁７１２の回転面は、カラー軸Ｃを中心に約３６０度スイープして、カラー７１２の実質的に全周を形成する。他の実現例において、湾曲壁７１２の回転面は、カラー軸Ｃを中心に約３００度スイープし、１つ以上の収容されたセンサのための陥凹部１４３を残す。カラーアクチュエータ７３０は、カラー回転軸Ｃを中心に、時計回りおよび反時計回りの双方にカラー７１０を移動させ得る。いくつかの実施例において、センサポッド７００は、回転カラー７１０を覆うシュラウド７０２（例えば、赤外線透光性カバー）を含む。
【００８０】
取り込んだ別個の３次元体積点群は、観察される空間体積Ｓ内の重複もしくは非重複サブ体積または視界４５２ａ〜ｃであり得る。さらに、撮像センサ４５０ａ〜ｃの撮像軸４５５ａ〜ｃは、観察される空間体積Ｓの別個のサブ体積４５２を観察するために、カラー軸Ｃに垂直な面Ｐに対して傾斜され得る。別個のサブ体積４５２（すなわち、視界）は、カラー７１０の直径Ｄの２倍よりも長い距離だけ、カラー軸Ｃに沿って互いに変位される。
【００８１】
撮像センサ４５０ａ〜ｃの撮像軸４５５（例えば、第１の撮像軸４５５ａまたは第３の撮像軸４５５ｃ）は、カラー７１０の直径Ｄ以上であるカラー軸Ｃに沿った高さＨで、ロボットに隣接する空間体積Ｓを観察するために、カラー軸Ｃに垂直な面Ｐに対して傾斜され得る。
【００８２】
図６Ｅを参照すると、いくつかの実現形態において、第１の撮像センサ４５０ａまたは第３の撮像センサ４５０ｃは、カラー軸Ｃに垂直な面Ｐに対する対応する約４５度〜約６０度の角度θａ、θｃで配設される、それらの対応する撮像軸４５５ａ、４５５ｃを有し得る。第２の撮像センサ４５０ｂは、カラー軸Ｃに垂直な面Ｐに対して角度θｂ＝０±１０度で配設される、その撮像軸４５５ｂを有し得る。
【００８３】
いくつかの実現形態において、第１の撮像センサ４５０ａは、カラー軸Ｃに垂直な面Ｐに対して角度θａで配設される、その撮像軸４５５ａを有し得、θａは、次のように計算される。
【００８４】
【数１】
2015518188.tif 000003
【００８５】
ＶＦＯＶaは、第１の撮像センサ４５０ａの垂直視界である。Ｗは、垂直軸Ｚから基部１２０の最前方縁部１２１までの幅である。Ｏaは、カラー軸Ｃからの第１の撮像センサ４５０ａのオフセット距離である。Ｈaは、基部１２０の最前方縁部１２１に対する第１の撮像センサ４５０ａの高さである。第１の撮像センサ４５０ａは、θａ±１０度の撮像軸角度を有し得る。
【００８６】
第３の撮像センサ４５０ｃは、カラー軸Ｃに垂直な面Ｐに対して角度θｃで配設される、その撮像軸４５５ｃを有し得る。θｃは、次のように計算され得る。
【００８７】
【数２】
2015518188.tif 000004
【００８８】
式中、ＶＦＯＶcは、第３の撮像センサ４５０ｃの垂直視界であり、Ｗは、垂直軸Ｚから基部１２０の最前方縁部１２１までの幅であり、Ｏcは、カラー軸Ｃからの第３の撮像センサ４５０ｃのオフセット距離であり、Ｈcは、基部１２０の最前方縁部１２１に対する第３の撮像センサ４５０ｃの高さである。
【００８９】
いくつかの実施例において、第３の撮像センサ４５０ｃは、角度θｃで配設されるその撮像軸４５５ｃを有し得、θｃは、次のように計算される。
【００９０】
【数３】
2015518188.tif 000005
【００９１】
式中、Ｈdは、第１の撮像センサ４５０ａと第３の撮像センサ４５０ｃとの間の（Ｚ軸に沿った）垂直距離である。
【００９２】
第３の撮像センサ４５０ｂは、第１の撮像センサ４５０ａとロボット１００の中心軸Ｚ、Ｃとの間のオフセット距離Ｏaの約０．８〜約１．２倍に等しいオフセット距離Ｏcだけ、ロボット１００の中心軸Ｚ、Ｃからオフセットされ得る。いくつかの実施例において、第３の撮像センサ４５０ｃは、第１の撮像センサ４５０ａとロボット１００の中心軸Ｚ、Ｃとの間のオフセット距離Ｏaに実質的に等しいオフセット距離Ｏcだけ、ロボット１００の中心軸Ｚ、Ｃからオフセットされ得る。
【００９３】
図６Ｆを参照すると、いくつかの実現形態において、センサポッド７００は、ロボット１００がその経路の中の障害物１２を検出することを可能にする対応する視界４５２、４５２ａ〜ｃを有する、１つ以上の３Ｄ撮像センサ４５０、４５０ａ〜ｃを含む。いくつかの実施例において、３Ｄ撮像センサ４５０ａ〜ｃは、死角４５３、４５３ａ〜ｃとして知られている領域の中の物体を検出することができない。３Ｄ撮像センサ４５０ａ〜ｃの配設は、地面５の方を見ている第１の死角４５３ａと、上方を見ている第２の死角４５３ｂとを含み得る。ロボット１００は、視界４５２ａ〜ｃから収集されるデータから、データを補間し得る。補間（すなわち、推定）は、ロボット１００が、既知のデータ点の離散集合の範囲内で新しいデータ点を構築することを可能にする。この場合、既知のデータ点は、視界４５２ａ〜ｃから収集されるデータ点であり、離散集合の範囲は、対応する３Ｄ撮像センサ４５０からの死角４５３である。いくつかの配設において、第１の撮像センサ４５０ａは、ロボット１００のすぐ前方および前方縁部までの領域を覆う、視界４５２ａを有し、第２の撮像センサ４５０ｂは、第１の撮像センサ４５０ａと関連付けられる第１の視界４５２ａの前にあり、かつそれと重複しない地面５の領域を含む、視界４５２ｂを有する。この場合、ロボット１００は、地面５を動き回るときに、床を見て、次いで、小さい空隙（すなわち、第１の死角４５３ａ）を見て、そして再度床を見る。ロボット１００が、動き回ることのできる地面５のパッチを識別する２つの連続する視界４５２ａ、４５２ｂの間に直接入るので、死角４５３ａも横移動可能な地面５の領域であるとみなすので、補完は、ロボット１００が、地面５を横移動し続けることを可能にする。他の配設において、第１の撮像センサ４５０ａは、ロボット１００の前縁部の前方に視界４５２ａを有し、別の視界４５４をロボット１００の前縁部の直前に生じさせる。ロボット１００はまた、１つ以上の撮像センサ４５０ａ、４５０ｂ、４５０ｃからの示度に基づいて、動き回ることのできる地面５として、この第２の死角４５４を補間する。
【００９４】
いくつかの実施例では、ロボット１００が移動し始める前に、センサポッド７００は、ロボット１００が移動し始めるために必要とされる閾値速度を判定するために、地面５のスナップショットを撮る。地面５がカーペット、木、またはタイルである場合、ロボット１００に必要とされる閾値が異なり得る。ロボット１００は、以前に取り込んだ画像に基づいて、必要とされる閾値の判定を行い、以前の画像を現在撮っているスナップショットと比較し得る。
【００９５】
図６Ｇを参照すると、いくつかの実現形態において、センサポッド７００は、ロボット１００が、撮像センサ（複数可）４５０、４５０ａ〜ｂおよび所定の閾値深度を使用して、負の障害物１０（例えば、段差または階段）を検出することを可能にする。撮像センサ（複数可）４５０、４５０ａ〜ｂが少なくとも１０ｃｍの閾値深度で負の障害物１０を検出した場合、ロボット１００は、停止および／またはその速度を再調整し、負の障害物１０から向きを変え得る。いくつかの実施例において、負の障害物１０の深度が１０ｃｍ未満である場合、ロボット１００は、その方向および速度を維持し得る。いくつかの実施例において、撮像センサ４５０は、１つを超える負の物体１０を検出する。そのような場合において、ロボット１００は、負の障害物１０からある距離離れて停止し得る。いくつかの実施例において、停止距離は、約４０ｃｍであり、よってロボットは、階段１０のステップ１１から０．５ｍで停止する（バンパーの前部からステップ１１まで２５ｃｍ）。ロボット１００が階段１０に接近するにつれて、感知ポッド７００は、階段１０の縁部１１を検出する。
【００９６】
図６Ｈを参照すると、いくつかの実施例において、撮像センサ４５０ａは、地面５に方向付けられ、また、ロボット１００の順方向Ｆに加えて、ロボット１００の両側の負の障害物１０を判定する。いくつかの実施例において、センサポッド７００は、正の障害物１２（例えば、レール、壁）に隣接する負の障害物１０（例えば、階段）を検出する。撮像センサ４５０は、負の障害物１０を検出し得、ソナーセンサ４１０Ｓ、４６０は、負の障害物１０に隣接する正の障害物１２を検出し得る。ロボット１００は、正の障害物１２（例えば、レール、壁）に向かって床５を動き回り続け得る一方で、負の障害物１０（例えば、階段）を回避し得る。
【００９７】
図６Ｉを参照すると、センサポッド７００は、例えば、形状、サイズ、および／またはアルベドのため、平坦で薄いテーブル上部１５ａおよび基部１５ｂを有するテーブル１５を検出することが困難であり得る。例えば、テーブルの薄い縁部は、テーブル１５に直接隣接する角を旋回するロボット１００、またはテーブル１５の近くで停止し、そしてその障害物１５の存在を示すボクセルマップ密度値を減衰させるのに十分長い期間の後に再度移動し始めるロボット１００には検出することができない場合がある。換言すれば、センサポッド７００は、テーブル上部１５ａが回避を目的とする障害物であると認識することが困難であり得る。撮像センサ４５０は、テーブル上部１５ａが死角４５３内に入り得るので、テーブル上部１５ａを検出することができない場合がある。飛行時間またはソナーセンサ等の近距離センサは、例えば、近接場物体を検出し得る。例えば、ソナーセンサ４１０Ｓ、４６０は、テーブル上部１５ａを検出し得る。しかしながら、発信センサ信号が丸みを帯びた縁部に当たり、センサ受信器に戻らない場合があるので、ソナーセンサ４１０Ｓ、４６０が、テーブル上部が回避すべき障害物であると判定するには、テーブル上部１５ａに丸みがあり過ぎる場合がある。ソナーセンサ４１０Ｓ、４６０、および３Ｄ撮像センサ４５０は、テーブル上部１５ａが障害物であるかどうかを判定するために、連動して動作し得る。センサ４１０Ｓ、４５０のどちらのタイプも、障害物があり得ると判定した場合、センサポッド７００（またはロボットコントローラ５００）は、それがテーブル上部１５ａであると判定し得、そして、ロボット１００の周囲の３Ｄマッピング内で、テーブル上部１５ａの下に「立入禁止ゾーン」１７を作成し得る。いくつかの実施例において、３Ｄ撮像センサ４５０は、赤外線（ＩＲ）レーザ４５１を含む。ソナーセンサ４１０Ｓがテーブル上部１５ａを検出できなかった場合は、３Ｄ撮像センサ４５０のＩＲレーザ４５１がテーブル上部１５ａを検出し、ロボット１００の周囲の３Ｄマッピングの中に障害物を含むという判定を一方的に行い得る。
【００９８】
図６Ｊを参照すると、いくつかの実施例において、センサポッド７００は、パニングモータドライバ７５４およびソナー近接センサ４１０Ｓａ〜ｃのためのソナーインターフェース７５６と通信しているマイクロコントローラ７５２（例えば、プロセッサ）を有する、センサ基板７５０（例えば、プリント回路基板）を含む。センサは、カラーアクチュエータ７３０（例えば、パニングモータおよびエンコーダ）、撮像センサ（複数可）４５０、およびソナー近接センサ（複数可）４１０Ｓ、４１０Ｓａ〜ｄと通信する。各ソナー近接センサ４１０Ｓは、伝送ドライバ７５６ａと、受信アンプ７５６ｂと、超音波トランスデューサ７５６ｃとを含み得る。
【００９９】
図６Ｋは、コントローラ５００との間のロボット制御フローの概略図を提供する。コントローラ５００上で実行する（例えば、制御調停システム５１０ｂ（図２５Ａ）上で実行する）ロボット・ベースアプリケーション５２０は、センサシステム４００と通信するために、ドライバ５０２と通信する。いくつかの実施例において、ロボット・ベースアプリケーション５２０は、モータコマンドを送り、駆動モータ２２０からエンコーダデータおよび状態を受け取るために、車輪モータドライバ５０２ａと通信する。ロボット・ベースアプリケーション５２０は、モータコマンドを送り、パニングシステム７３０からエンコーダデータおよび状態を受け取るために、パニングモータドライバ５０２ｂと通信し得る。ロボット・ベースアプリケーション５２０は、ＬＩＤＡＲセンサ４４０および／または３Ｄ撮像センサ（複数可）４５０からセンサデータを受け取るために、１つ以上のＵＳＢドライバ５０２ｃと通信し得る。さらに、ロボット・ベースアプリケーション５２０は、ＩＭＵ４７０から６軸直線および角加速度データを受け取り、および／またはソナーセンサ４１０Ｓ、４６０から距離データを受け取るために、１つ以上のＭｏｄｂｕｓドライバ５０２ｄと通信し得る。図６Ｌは、ロボット１００の概略図を提供する。
【０１００】
首部１５０等のアクチュエータは、少なくとも１つの自由度で、ロボット本体１１０から延在する頭部１６０、マニピュレータ、またはエンドエフェクタ等のロボット本体１１０の一部分を観察される空間体積Ｓの中へ移動させ得る。エンドエフェクタは、タブレットコンピュータ３１０等のディスプレイデバイスであり得る。
【０１０１】
図６Ｅを再度参照すると、いくつかの実施例において、ロボット１００は、１つ以上のアーム１９０（例えば、関節アーム）を含み、各アームは、主本体１１０に枢動可能に連結される枢動端部１９０ｐと、ヘッドまたはグリッパ１９２を受容するように構成され得る遠位端部１９０ｄとを有する。グリッパ１９２は、アーム１９０の遠位端部１９０ｄ上に載置される。示される実施例において、グリッパ１９２は、グリッパカメラ１９４と、物体を握持するための第１および第２の対向するフィンガーまたはトング１９６ａ、１９６ｂを含む。
【０１０２】
図７を参照すると、いくつかの実現形態において、パニングシステム７３０は、基部本体１２０および／または頭部１６０に対してセンサポッド７００（または胴部１４０）を回転させ、（例えば、Ｚ軸を中心とする）角運動αTの範囲を提供する。センサポッド７００は、撮像センサ４５０の視界４５２および／またはシステム４００の他のセンサの視界を広げるように、Ｚ軸を中心に回転し得る。センサポッド７００は、パニングシステム７３０を収容し得、該パニングシステムは、モータ７３２と、少なくとも１つの追加の歯車７３６ａ、７３６ｂに噛み合う連結歯車７３４（例えば、ねじれ歯車）とを含み得る。パニングシステム７３０は、センサポッド７００（胴部１４０）の角度位置をアナログまたはデジタルコードに変換するためのロータリエンコーダ７３８を含み得る。ロータリエンコーダ７３８は、その角運動αTに対するセンサポッド７００の位置に関する情報を提供する。
【０１０３】
いくつかの実現形態において、モータ７３２のねじれ歯車７３４は、ピニオン（図示せず）を有する第１の歯車７３６ａに噛み合い、次に該第１の歯車が第２の歯車７３６ｂに噛み合い、該第２の歯車は、ロータリエンコーダ７３８に噛み合うピニオン７３６ｃを有する。モータ７３２は、歯車７３６ａ、７３６ｂを回転させるねじれ歯車７３４を回転させる。第２の歯車７３６ａは、第２のインターフェース７２０ｂに固定され、第２の歯車７３６ａの回転をセンサポッド７００に移動させる。パニングシステム７３０は、センサポッド７００（胴部１４０）の速度および角運動αTの範囲を制御する。
【０１０４】
図６Ｃおよび図８Ａ〜図１０Ｅを参照すると、回転センサポッド７００（胴部１４０）は、基部本体１２０からセンサポッド７００（胴体１４０）まで、および／またはセンサポッド７００（胴部１４０）を通して頭部１６０まで、電気ケーブル２０の経路を形成することに関する課題をもたらす。いくつかの実現形態において、スリップリング（図示せず）は、基部本体１２０から頭部１６０への電気的接続を接続する。スリップリングは、デバイスの回転部分からデバイスの固定部まで接続し、そこに電流を伝達するために使用される、回転連結部である。スリップリングは、センサポッド７００（胴部１４０）が、センサポッド７００（胴部１４０）の（例えば、Ｚ軸を中心とする）角運動αTに関して制限を伴わずに、一方向に連続的に回転することを可能にする。カラー７１０に隣接して配置され、インターフェース７２０ａ、７２０ｂのうちの１つに接続されるケーブルキャリア７７０、８００、９００、１０００は、少なくとも１つのケーブル２０を回転可能なカラー７１０に送る経路を形成する。
【０１０５】
いくつかの実現形態において、センサポッド７００は、電気的接続に基部本体１２０および／頭部１６０からセンサポッド７００への経路を提供するために、（例えば、スリップリングを使用する代わりに）ケーブル２０の経路を提供するためのケーブルキャリア７７０を含む。ケーブルキャリア７７０は、ケーブル２０のもつれおよびねじれを防止するように、電気ケーブル２０を収容し、誘導する。加えて、ケーブルキャリア７７０は、電気ケーブル２０に対する摩耗および応力を低減させ、ケーブル２０が最小曲げ半径未満に曲がることを防止する。ケーブル２０は、通常、最小曲げ半径Ｒを有するが、これは、損傷を負うことなくケーブル２０を曲げることができる、最小半径である。したがって、ケーブル２０の柔軟性および曲げ半径Ｒは、ケーブルキャリア７７０を使用するデバイスを設計するための重要な要因である。ケーブルキャリア７７０は、それらが経路提供しているケーブル２０の長さによって制御されるので、（例えば、Ｚ軸を中心とする）制限された回転運動αCを有する。したがって、ケーブルキャリア７７０の使用は、センサポッド７００の角運動αTがケーブルキャリア７７０の回転運動αCを超え得ないので、センサポッド７００の回転を制限し得る。
【０１０６】
図８Ａ〜８Ｂを参照すると、いくつかの実現形態において、ケーブルキャリア８００は、カラー軸Ｃに沿って外部リング８１０と同心円状に配置される内部リング８２０を収容する、外部リング８１０（例えば、連続または非連続構造）を含み、螺旋状に配設されるケーブル２０がこれらのリングの間に収容される。ケーブル２０は、外部リング８１０に取り付けられる第１の端部２２と、内部リング８２０に取り付けられる第２の端部２４を有し、ケーブルは、内部リング８２０の周りに螺旋パターンで巻き付けられる。いくつかの実施例において、外部リング８１０は、固定内部リング８２０に対して回転するか、または外部リング８１０は、回転内部リング８２０に対して固定され得る。他の実施例において、外部リング８１０および内部リング８２０は、逆方向に回転する。リング８１０、８２０が互いに対して回転すると、巻き付いたケーブル２０は、内部リング８２０の周囲で緩むか、または締まる。したがって、ケーブル２０の長さは、センサポッド７００の回転αTの範囲を制御する。
【０１０７】
図９Ａ〜９Ｃを参照すると、いくつかの実施例において、折り畳んでねじったケーブルキャリア９００は、センサポッド７００に、およびそこからケーブル２０の経路を提供する。折り畳んでねじったケーブルキャリア９００の第１の端部９０２は、上部プレート９１０に接続し、時計回り方向に垂直軸Ｚｃに巻き付く。折り畳んでねじったケーブルキャリア９００は、折り畳み領域９０６で、それ自体の上へ折り畳まれ、次いで、反時計回り方向に軸Ｚに巻き付く。折り畳んでねじったケーブルキャリア９００の第２の端部９０４は、下部プレート９２０に接続する。折り畳んでねじったケーブルキャリア９００は、複数の相互接続リンク９０８で形成され得る。
【０１０８】
折り畳んでねじったケーブルキャリア９００は、７０００°以上の水平回転移動および（Ｚｃ軸に沿った）最高３０００°の垂直回転移動を可能にする。折り畳んでねじったケーブルキャリア９００は、回転角αCを制御するために、容易に調整され得る。リンク９０８の数を低減させることは、回転角度αCを低減させる。リンク９０８の数を増加させると、回転角度αCも同様に増加する。いくつかの実現形態において、センサポッド７００は、ケーブルキャリア９００のための制限された空間を有し、したがって、リンク９０８の数も制限され得る。折り畳んでねじったケーブルキャリア９００は、センサポッド７００が１秒以内に回転し、その全周を走査することを可能にする、最高３６０°／秒の速度を有し得る。
【０１０９】
図１０Ａ〜１０Ｅを参照すると、いくつかの実施例において、逆曲げ半径ケーブルキャリア１０００が、センサポッド７００に、およびそこからケーブル２０の経路を提供するする。逆曲げ半径ケーブルキャリア１０００は、最高４５０°に制限され、したがって、センサポッド７００は、最高４５０°に制限される。逆曲げ半径ケーブルキャリア１０００は、ケーブル２０が、２方向に移動することを可能にする。
【０１１０】
逆曲げ半径ケーブルキャリア１０００は、外部リング１０２０に取り付けられる第１の端部１０１２および外部リング１０２０内に配置される内部リング１０３０に取り付けられる第２の端部１０１４を有する、ケーブルキャリア１０１０を含む。ケーブルキャリア１０１０は、リング１０２０、１０３０が互いに対して回転するときにそれ自体の上へ折り畳むように、逆曲げを有する。外部リング１０２０および内部リング１０３０は、逆方向に回転し得る。例えば、外部リング１０２０は、時計回り方向に回転し得る一方で、内部リング１０３０は、反時計回り方向に回転し得、または逆も同様であり得る。いくつかの実施例において、外部リング１０２０は、回転内部リング１０３０に対して固定され、または逆も同様である。一方のリング１０２０、１０３０がもう一方に対して回転すると、ケーブルキャリア１０１０は、内部リング１０３０の周囲に巻き付くか、または巻き付き解除する。外部リング１０２０および内部リング１０３０は、ケーブルキャリア１０１０が、経路決定されるケーブル２０の最小曲げ半径を維持するようにサイズ決定され、配設される。いくつかの実施例において、外部リング１０２０は、固定内部リング１０３０に対して回転するが、リング１０２０、１０３０はどちらも、互い対して独立に移動し得る。時計回り方向および反時計回り方向のケーブルキャリア１０１０の連続的な巻き付きは、センサポッド７００にその水平回転運動範囲を与える。
【０１１１】
チャネル７０４（例えば、パイプ）は、センサポッド７００を通してケーブル２０に経路を提供するために、第１のインターフェース７２０ａから第２のインターフェース７２０ｂまで、カラー７１０を通って延在し得る。例えば、チャネル７０４は、基部１２０から頭部１６０まで延在するケーブルに経路を提供し得る。
【０１１２】
図１〜図３Ｃを参照すると、信頼性があり、かつロバストな自律的移動を達成するために、センサシステム４００は、ロボット１００が、その環境の中でとる動作に関する知的決定を行うことを可能にするのに十分なロボットの環境の知覚を生じさせるように、互いに併せて使用することができる、いくつかの異なるタイプのセンサを含み得る。センサシステム４００は、ロボット本体１１０によって支持される、障害物検出／障害物回避（ＯＤＯＡ）センサ、通信センサ、ナビゲーションセンサ等を含み得る、１つ以上のタイプのセンサを含み得る。例えば、これらのセンサには、近接センサ、接触センサ、３次元（３Ｄ）撮像／深度マップセンサ、カメラ（例えば、可視光および／または赤外線カメラ）、ソナー、レーダ、ＬＩＤＡＲ（光検出および測距、遠くの標的の距離および／または他の情報を見出すために、散乱光の特性を測定する、光学遠隔感知を必要とする可能性がある）、ＬＡＤＡＲ（レーザ検出および測距）等が挙げられるが、それらに限定されない。
【０１１３】
いくつかの実現形態において、センサシステム４００は、コントローラ５００と通信し、任意の近くの、または侵入する障害物を検出するために、ロボット１００の１つ以上のゾーンまたは部分の中に配設される、１組の近接センサ４１０またはそのアレイを含む。図３Ａで示される実施例において、センサシステム４００は、胴部１４０上に配置される、第１の撮像センサ４１０ａ、第２の撮像センサ４１０ｂ、および第３の撮像センサ４１０ｃを含む。近接センサ４１０は、物体がロボット１００の所与の距離内にあるときに、コントローラ５００に信号を提供する、収束赤外線（ＩＲ）放射体−センサ要素、ソナーセンサ、超音波センサ、および／または撮像センサ（例えば、３Ｄ深度マップ画像センサ）であり得る。
【０１１４】
図１〜図６Ｈを参照すると、いくつかの実現形態において、センサシステム４００は、ロボット本体１１０の前方部分上に載置され、コントローラ５００と通信している、レーザスキャナ４４０を含む。示される実施例において、レーザスキャナ４４０は、（例えば、ロボットの駆動方向Ｆに沿って最大撮像適用範囲を有するように）第１の基部本体１２４ａ上またはその上方で前を向いて基部本体１２０上に載置される（例えば、順駆動方向Ｆに沿った視界を有する）。さらに、三角形の基部１２０の前部先端上またはその近くにレーザスキャナ４４０を配置することは、ロボット基部の外角（例えば、３００度）が、レーザスキャナ４４０の視界４４２（例えば、約２８５度）よりも大きく、したがって、基部１２０が、レーザスキャナ４４０の検出視界４４２を遮蔽する、または妨げるのを防止することを意味する。レーザスキャナ４４０は、レーザスキャナのいずれかの部分が、（例えば、審美性のため、および障害物に引っかかるのを最小にするために）基部本体１２４を超えて突出するのを最小にするように、その視界を遮蔽することなく、基部本体１２４内に可能な限り凹ませて載置することができる。 
【０１１５】
レーザスキャナ４４０は、ロボット１００の周りの領域を走査し、コントローラ５００は、レーザスキャナ４４０から受け取る信号を使用して、走査した領域の環境マップまたは物体マップを作成する。コントローラ５００は、ナビゲーション、障害物検出、および障害物回避のために、物体マップを使用し得る。さらに、コントローラ５００は、物体マップを作成するために、および／またはナビゲーションのために、センサシステム４００の他のセンサからの感知入力を使用し得る。
【０１１６】
いくつかの実施例において、レーザスキャナ４４０は、走査ＬＩＤＡＲであり、これは、「主」走査線として１次元内の領域を迅速に走査するレーザを使用し、また、線の中で生成される各ピクセルに深度を割り当てるために位相差または類似する手法を使用する飛行時間撮像要素（走査面内の２次元深度線を返す）を使用し得る。３次元マップを生成するために、ＬＩＤＡＲは、（例えば、スキャナを「うなずかせる」ことによって）第２の方向に「補助」走査を行うことができる。この機械的走査手法は、ピクセルの完全２Ｄマトリックスのための飛行時間計算を可能にして、（コード化照明器または照明レーザで）各ピクセルの深度、またはさらには各ピクセルの一連の深度を提供するために半導体スタックを使用する、「Ｆｌａｓｈ」ＬＩＤＡＲ／ＬＡＤＡＲおよび「Ｓｗｉｓｓ  Ｒａｎｇｅｒ」タイプの焦点面撮像要素センサ等の技術によって、補充するまではいかなくても、補完することができる。
【０１１７】
センサシステム４００は、１つ以上の画像センサ４５０を含み得、該画像センサは、コントローラ５００と通信している、３次元（３Ｄ）画像センサ（すなわち、３次元体積点群撮像デバイス）として構成され得る。３Ｄ画像センサ４５０が、制限された視界を有する場合、コントローラ５００またはセンサシステム４００は、比較的広い視界を作成して、ロバストなＯＤＯＡを行うために、３Ｄ画像センサ４５０ａを左右の走査様式で作動させることができる。
【０１１８】
３Ｄ画像センサ４５０は、次のタイプのデータを生成することができ得る。すなわち、（ｉ）深度マップ、（ｉｉ）反射率に基づく強度画像、および／または（ｉｉｉ）標準強度画像である。３Ｄ画像センサ４５０は、画像パターンマッチング、ソースから放射され、標的から反射される光の飛行時間および／または位相遅延シフトを測定することによって、そのようなデータを取得し得る。これと組み合わせ可能な追加的な特徴は、ｂ
【０１１９】
いくつかの実現形態において、（例えば、ロボットコントローラ５００の）プロセッサ上で実行可能な推論または制御ソフトウェアは、センサシステム４００によって生成される種々のデータタイプを使用して実行されるアルゴリズムの組み合わせを使用する。推論ソフトウェアは、例えば、センサシステム４００から収集されるデータを処理し、ロボット１００が障害物と衝突することなく移動することができる場所に関するナビゲーションの決定を行うためのデータを出力する。ロボットの周囲の経時的な撮像データを蓄積することによって、その結果、推論ソフトウェアは、３Ｄ画像センサ４５０の深度測定を向上させるために、感知した画像（複数可）の選択したセグメントに効率的な方法を適用することができる。これは、適切な時間的および空間的平均化手法を使用することを含み得る。
【０１２０】
衝突のないロボットの移動を実行する信頼性は、（ｉ）高レベルの経時的な推論によって構築される信頼レベル、および（ｉｉ）解析のための３つの主なタイプのデータ、すなわち、（ａ）深度画像、（ｂ）アクティブ照明画像、および（ｃ）周囲照明画像を蓄積する、深度知覚センサに基づき得る。深度知覚撮像センサ４５０によって取得される画像のそれぞれに、異なるタイプのデータを認識するアルゴリズムを実行することができる。集めたデータは、１つの種類のデータだけを使用するシステムと比較して、信頼レベルを向上させ得る。
【０１２１】
３Ｄ画像センサ４５０は、１つ以上の物体を含むロボット１００の周りの情景（例えば、部屋または作業領域のセンサが見る部分）から、深度および明度データを含む画像を取得してもよい。コントローラ５００は、情景から取り込んだ反射光に基づいて、物体の占有データを判定するように構成され得る。さらに、コントローラ５００は、いくつかの実施例において、障害物（すなわち、情景内の物体）を避けて操縦するために、占有データ上の少なくとも一部に基づいて、駆動システム２００に駆動コマンドを発行する。３Ｄ画像センサ４５０は、情景内のいかなる物体にも衝突することなく、情景の周りでロボット１００をナビゲートするために、コントローラ５００によってリアルタイム決定を行うための情景深度画像を繰り返し取り込み得る。例えば、３Ｄ画像センサ４５０によって深度画像データが取得される速度または頻度は、３Ｄ画像センサ４５０のシャッター速度によって制御され得る。加えて、コントローラ５００は、（例えば、コントローラ５００に近くの物体または危険を通知する、近接センサ４１０等のセンサシステム４００の別のセンサ構成要素から）イベントトリガーを受け取り得る。コントローラ５００は、イベントトリガーに応じて、３Ｄ画像センサ４５０に、深度画像が取り込まれ、占有情報が取得される頻度を増加させることができる。
【０１２２】
いくつかの実現形態において、ロボットは、ロボット１００を囲む領域の音響撮像のためのソナースキャナ４６０を含む。図１および図２で示される実施例において、ソナースキャナ４６０は、基部本体１２０の前方部分に配置される。
【０１２３】
図１〜図３Ｂを参照すると、いくつかの実現形態において、ロボット１００は、冗長感知のためにレーザスキャナまたはレーザ距離計４４０を使用し、安全のために随意の後ろ向きのソナー近接センサを使用し、これらはどちらも、地面５に平行に配向される。
【０１２４】
図３Ａおよび図４Ａを再度参照すると、センサシステム４００は、コントローラ５００と通信して、ロボット１００の全体重心ＣＧRに対するロボット１００の慣性モーメントを測定および監視するために、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）４７０を含み得る。
【０１２５】
コントローラ５００は、ＩＭＵ４７０からのフィードバックにおいて、通常の妨害のない動作に対応する閾値信号からの何らかの逸脱を監視し得る。例えば、ロボットが直立位置から離れるようにピッチし始めた場合、それは、「タックルされた」、または別様には邪魔されたか、または誰かが重い搭載物を急に加えた場合であり得る。そのような場合において、ロボット１００の安全な動作を保証するために、緊急行動（回避操縦、再較正、および／または音声／視覚的警告の発行が挙げられるが、それらに限定されない）をとる必要があり得る。
【０１２６】
ロボット１００は、人間環境内で動作し得るので、人間とやりとりし得、また、人間のために設計された（かつロボットの制約を考慮しない）空間の中で動作し得る。ロボット１００は、カクテルパーティまたは込み合った病院等の、混雑した、制約された、または極めて動的な環境にあるときに、その駆動速度および加速を制限する可能性がある。しかしながら、ロボット１００は、誰もいない廊下にあるときには比較的高速に駆動するが、それでも、誰かがロボットの運動経路を横切ったときに急に減速することができることが安全である状況に遭遇し得る。
【０１２７】
停止から加速するときに、コントローラ５００は、ロボットが倒れるのを防止するために、その全体重心ＣＧRからのロボット１００の慣性モーメントを考慮し得る。コントローラ５００は、その現在の慣性モーメントを含む、その姿勢のモデルを使用し得る。搭載物が支持されるときに、コントローラ５００は、全体重心ＣＧRへの負荷衝撃を測定し、ロボットの慣性モーメントの移動を監視し得る。例えば、胴部１４０および／または首部１５０は、歪みを測定するための歪みゲージを含み得る。これが可能ではない場合、コントローラ５００は、実験的に安全限界を判定するために、駆動車輪２１０に試験トルクコマンドを適用し、ＩＭＵ４７０を使用してロボットの実際の直線および角加速度を測定し得る。
【０１２８】
急減速中には、第２の駆動車輪２１０ｂおよび第３の駆動車輪２１０ｃ（後輪）に命令された負荷が低減され、一方で、第１の駆動車輪２１０ａ（前輪）が順駆動方向に滑り、ロボット１００を支持する。第２の駆動車輪２１０ｂおよび第３の駆動車輪２１０ｃ（後輪）の負荷が非対称である場合、ロボット１００は、「ヨーイング」する場合があり、これは、動的安定性を低下させる。このヨーイングを検出し、第２の駆動車輪２１０ｂおよび第３の駆動車輪２１０ｃに、ロボット１００を再配向するように命令するために、ＩＭＵ４７０（例えば、ジャイロ）を使用することができる。
【０１２９】
図１１を参照すると、いくつかの実現形態において、３Ｄ撮像センサ４５０は、ロボット１００の周囲の領域（例えば、部屋）等の情景１０の上へ光を放射する、光源１１７２を含む。撮像センサ４５０はまた、（例えば、情景深度画像として）光源１１７２に由来する反射光を含む、情景１０からの反射光を取り込む、撮像装置１１７４（例えば、光感知ピクセル１１７４ｐのアレイ）も含み得る。いくつかの実施例において、撮像センサ４５０は、光の放射および反射光の受け取りをそれぞれ操作する（例えば、スペックリングまたは集束させる）ための、光源レンズ１１７６および／または検出器レンズ１１７８を含む。ロボットコントローラ５００またはロボットコントローラ５００と通信しているセンサコントローラ（図示せず）は、撮像装置１１７４によって取り込まれる反射光の画像パターンマッチングおよび／または飛行時間特性に基づいて、情景１０の中の物体１２の深度情報を判定するために、撮像装置１１７４（例えば、ピクセル１１７４ｐ）から光信号を受け取る。
【０１３０】
図１２は、撮像センサ４５０を動作させるための動作の例となる配設１２００を提供する。図１０Ａを追加的に参照すると、動作は、ロボット１００の周りの情景１０の上へ光を放射すること（１２０２）と、撮像装置（例えば、感光性ピクセルのアレイ）上への情景１０からの放射光の反射を受け取ること（１２０４）とを含む。動作は、コントローラ５００が撮像装置から光検出信号を受け取ること（１２０６）と、光検出信号から得られた画像データを使用して情景１０の中の物体１２の１つ以上の特徴を検出すること（１２０８）と、光検出信号から得られた画像深度データを使用して情景１０の中の物体１２の検出された特徴（複数可）の位置を追跡すること（１２１０）とをさらに含む。動作は、画像データまたは画像深度データの解像度を高めるために、および／または信頼レベルを提供するために、光を放射すること（１２０２）、反射光を受け取ること（１２０４）、光検出信号を受け取ること（１２０６）、物体の特徴（複数可）を検出すること（１２０８）、および物体の特徴（複数可）の位置を追跡すること（１２０１０）、の動作を繰り返すこと（１２１２）を含み得る。
【０１３１】
動作を繰り返すこと（１２１２）は、比較的高い解像度については比較的遅い速度（例えば、遅いフレーム速度）で、中間の速度で、または比較的低い解像度については速い速度で行うことができる。動作を繰り返す（１２１２）頻度は、ロボットコントローラ５００によって調節可能であり得る。いくつかの実現形態において、コントローラ５００は、イベントトリガーを受け取った際に、動作を繰り返す（１２１２）頻度を高く、または低くし得る。例えば、情景の中の感知したアイテムは、情景１０の中のおそらくは突出した物体１２（例えば、戸口、敷居、または段差）を感知するために、動作を繰り返す（１２１２）頻度を増加させるイベントをトリガーし得る。追加的な実施例では、検出された物体１２間の経過時間イベントが、動作を繰り返す（１２１２）頻度を低くさせ得るか、またはある期間にわたって停止させ得る（例えば、別のイベントによって起動されるまでスリープ状態にする）。いくつかの実施例において、情景１０の中の物体１２の１つ以上の特徴を検出する（１２０８）動作は、画像深度データが取得される速度を増加させるために、比較的高い頻度で動作の繰り返し（１２１２）を行わせる、特徴検出イベントをトリガーする。画像深度データの比較的高い取り込み速度は、情景内の比較的信頼性の高い特徴を追跡することを可能にすることができる。
【０１３２】
動作はまた、情景１０の中の物体１２を避けるために、ナビゲーションデータを出力すること（１２１４）も含む。いくつかの実現形態において、コントローラ５００は、出力されるナビゲーションデータを使用して、駆動システム２００に駆動コマンドを発行して、物体１２との衝突を回避する様式でロボット１００を移動させる。
【０１３３】
いくつかの実現形態において、センサシステム４００は、ロボット１００の周りの情景１０内の複数の物体１２を検出し、コントローラ５００は、検出した物体１２のそれぞれの位置を追跡する。コントローラ５００は、部屋の有界領域等のロボット１００の周りの領域の中の物体１２の占有マップを作成し得る。コントローラ５００は、センサシステム４００の画像深度データを使用して、情景１０を占有マップの一部分とマッチングさせ、追跡される物体１２の位置で占有マップを更新し得る。
【０１３４】
図１３Ａを参照すると、いくつかの実現形態において、３Ｄ画像センサ４５０は、スペックル非相関を通した画像マッピングを可能にする、３次元（３Ｄ）スペックルカメラ１３００を含む。スペックルカメラ１３００は、（標的領域としての）情景１０の中へスペックルパターンを放射する、（例えば、赤外線、紫外線、および／または可視光の）スペックル放射体１３１０と、情景１０の中の物体１２の表面のスペックルパターンの画像を取り込む、撮像装置１３２０とを含む。
【０１３５】
スペックル放射体１３１０は、情景１０の中へのスペックルパターンとしての反射、およびしたがって、投影のために、拡散器１３１４の中へ、および反射器１３１６の上へ光ビームを放射する、レーザ等の光源１３１２を含み得る。撮像装置１３２０は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳに基づく画像センサ等の光検出器１３２６のアレイを有する画像センサ１３２４の上へ画像を集束させる、対物光学部品１３２２を含み得る。スペックル放射部１３１０および撮像装置１３２０の光学軸は、同一直線上にあるように示されているが、非相関モードでは、例えば、スペックル放射体１３１０および撮像装置１３２０の光学軸はまた、同一直線上にない場合もあり、一方で、相互相関モードでは、例えば、撮像軸が放射軸から変位する程度であり得る。
【０１３６】
スペックル放射体１３１０は、情景１０の中へスペックルパターンを放射し、撮像装置１３２０は、スペックル放射体１３１０から異なる物体距離Ｚnの範囲で、情景１０の中のスペックルパターンの基準画像を取り込む（例えば、Ｚ軸は、撮像装置１３２０の光学軸によって画定することができる）。示される実施例において、投影されるスペックルパターンの基準画像は、Ｚ1、Ｚ2、Ｚ3等で示される基準位置等の、原点からの異なるそれぞれの距離で、連続平面において取り込まれる。基準画像間の距離ΔＺは、閾値距離（例えば、５ｍｍ）に設定することができ、または（トリガーされたイベントに応じて）コントローラ５００によって調節することができる。スペックルカメラ１３００は、スペックルパターンのスペックル放射体１３１０からの距離との非相関を可能にして、その後の画像の中で取り込まれる物体１２の測距を行うために、それぞれの放射距離に対して取り込んだ基準画像を保管し、インデックスを付ける。例えば、ΔＺが、隣接する基準距離Ｚ1、Ｚ2、Ｚ3、．．．、の間の距離とほぼ等しいと仮定すると、位置ＺAでの物体１２上のスペックルパターンを、Ｚ2で取り込んだスペックルパターンの基準画像と相関させることができる。一方で、例えば、ＺBの物体１２上のスペックルパターンは、Ｚ3の基準画像と相関させることができる。これらの相関測定は、原点からの物体１２の近似距離をもたらす。物体１２を３次元でマップするために、スペックルカメラ１３００またはスペックルカメラ１３００から情報を受け取るコントローラ５００は、最も近いマッチングをもたらした基準画像との局所相互相関を使用することができる。
【０１３７】
例えば、本明細書で説明されるものと組み合わせることができ得る、三角測量または非相関を使用したスペックル相互相関を介した、スペックル測距を使用した３Ｄ画像マッピングに関する他の詳細および特徴は、ＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＩＬ２００６／０００３３５号で見ることができ、その内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０１３８】
図１３Ｂ〜Ｃを参照すると、いくつかの実現形態において、ロボット１００は、順駆動方向Ｆに沿ったその視界４５２の中で、ある角度の物体１２を感知する。３次元（３Ｄ）スペックルカメラ１３００は、ある角度の物体１２を感知し、物体１２のスペックルパターンを作成する。物体１２を検出するときに、ロボット１００は、左または右に旋回して、物体１２から離れて地面５を横移動し得る。
【０１３９】
図１３Ｄを参照すると、いくつかの実現形態において、ロボット１００が地面５を横移動しているときに、センサポッド７００は、短い距離、例えば５０ｃｍ未満の範囲内でその前に配置された物体１２ａを検出する。いくつかの実施例において、ロボット１００は、その周囲の３Ｄマッピングを維持する。ロボット１００が物体１２ａを検出し、それが以前に検出した周囲の中になかった（すなわち、マップの中になかった）ときに、ロボット１００は、物体がどのくらい長く現れ続けるかに基づいて、物体１２ａをその３Ｄマッピングに加え、マップのセルの中のオブジェクト１２ａの密度値を高める。ロボット１００は、次いで、物体がその後にもはや検出されない場合に、密度値を減衰させる。いくつかの実施例において、センサポッド７００は、物体までの距離を評価するための、ＩＲレーザ４５１を含む３Ｄ撮像センサ４５０、および飛行時間センサまたはソナースキャナ４６０等が挙げられるが、それらに限定されない、近接場センサの双方を含む。物体１２ａは、３Ｄ撮像センサの有効範囲外（例えば、センサポッドから５０ｃｍ未満）に配置され得、３Ｄ撮像センサ４５０が物体１２ａを有効に検出することを妨げる。しかしながら、撮像センサ４５０のＩＲレーザ４５１と併せて機能するソナースキャナ４６０が、物体１２ａを検出し、検出した物体の情報をロボットの周囲の３Ｄマッピングに加え得る。したがって、周囲の３Ｄマッピングは、センサポッド７００から受け取る情報で常に更新される。ソナースキャナ４６０は、物体１２ａに対する範囲または距離を提供し、一方で、３Ｄ撮像センサ４５０のＩＲレーザ４５１は、物体１２ａの方向性を提供し得る。センサ４５０、４６０の双方の組み合わせは、ロボット１００が床５を横移動し、障害物１０、１２、１２ａを回避することを可能にする、方向性および範囲をロボット１００に提供する。
【０１４０】
いくつかの実施例において、ソナースキャナ４６０は、範囲情報を提供し、該範囲情報は、ロボット１００が、ロボットの周囲の３Ｄマッピングに含めるための物体１２ａの２Ｄ表現を構築することを可能にする。センサポッド７００がロボット１００の近く、例えばセンサポッド７００の１０〜４５ｃｍの範囲内で物体１２ａを検出したときに、センサポッド７００は、物体１２ａの形状および／または位置を判定するために、３Ｄ撮像センサ４５０のＩＲレーザ４５１、および飛行時間センサまたはソナースキャナ４６０等が挙げられるが、それらに限定されない、短距離を測定することができるセンサを使用する。例えば、いくつかの実現形態において、ロボット１００は、３Ｄ撮像センサ４５０のＩＲレーザ４５１を使用して、センサポッド７００の１０〜３０ｃｍの範囲内、例えばロボット１００の基部内に入る範囲内の検出可能な輝点のクラスタを識別する。ロボット１００は、このクラスタが実際の物体、例えば、センサポッドの前に延在する人間の腕および手、または物体の誤った兆候をもたらす異常の存在を表しているかどうかを判定しなければならない。ＩＲレーザ４５１によって検出された、知覚された輝点のクラスタが本当に物体を識別しているかどうかを確認するために、飛行時間センサ４５０またはソナーセンサ４１０Ｓ等の、センサポッド７００の近くの距離測定を提供することができるセンサが、例えば、距離測定を物体１２に提供することによって、物体１２、１２ａの存在を確認する。ＩＲレーザ４５１は、例えば、手の形状の輝点のクラスタを知覚し得、ソナースキャナ４６０は、輝点のクラスタが２０ｃｍの距離にある物体であることを検出し得る。次いで、３Ｄマップは、その場所ではいかなる厚さも伴わないが、その場所の物体のマップ上に少なくとも２Ｄ表現を伴う、手の形状の物体１２、１２ａを含む。
【０１４１】
別の実施例において、センサの組み合わせは、センサポッド７００から３０〜４５ｃｍの範囲内にある物体１２ａのマップの中の配置を判定し得る。いくつかの実現形態において、ＩＲレーザ４５１は、３０〜４５ｃｍの範囲内にある物体１２ａの可能な存在を示す、物体１２に沿った一連の輝点を検出し、スキャナ４６０は、センサポッド７００がパンするときに、その長さに沿った種々の点での物体１２ａまでの距離を判定する。これは、物体１２ａが、ロボット１００の順駆動方向Ｆに対して直角以外の任意の角度である場合に特に有効である。ＩＲセンサ４１０Ｓは、傾斜した物体に沿った一連の輝点を検出し、ソナースキャナ４６０は、傾斜した物体に沿った点の距離を検出して、３Ｄマップ上の空間の中の傾斜した物体の２Ｄ近似値をもたらす。
【０１４２】
別の実現形態において、ロボット１００は、移動する物体１２、１２ａがもはやロボット１００の前にないことを判定するために、センサおよび減衰値の組み合わせを使用する。ロボット１００は、例えば、センサポッド７００が、ロボット１００の前を歩いた人間を検出した場合、停止する。ロボット１００は、人間がもはや存在しないと判断できたときに、できる限り迅速に運動を再開する。ロボットによって出力される３Ｄマップの中のあらゆるセルは、密度値を得る。検出した物体が継続的に検出されて、マップの中に留まっている場合は、物体を含むセル（複数可）の密度値（複数可）が増加する。停止することなくロボット１００を通り過ぎる人等の、物体１２、１２ａが遠ざかる場合、減衰モデルは、必然的に、密度値を減衰させる。どのくらい速く減衰が生じるかは、ロボット１００から物体がどのくらい遠くにあるかに依存する。より遠くにある物体は、より近くにある物体よりもゆっくりと減衰する。例えば、ＩＲレーザ４５１およびソナースキャナ４６０がどちらも、いかなる物体も検出しなかったことを出力した場合、ロボット１００は、物体、例えば移動する人がロボット１００から遠ざかったことを確信的に仮定し、３Ｄマップ上の物体（すなわち、人間）の減衰値は、ゼロまで迅速に減衰され、よって、ロボット１００は、僅かな休止の後、例えば２〜４秒後に、移動を継続し得る。
【０１４３】
図１３Ｅを参照すると、いくつかの実現形態において、ロボット１００が起伏を有する平坦でない床５ａを横移動するときに、平坦でない床５ａがセンサ４５０の視界４５２の中にあるので、センサポッド７００は、平坦でない床５ａを検出する。ロボット１００は、その垂直軸Ｚと、ロボット１００がチルトしたかどうかを判定するためのプラム垂直軸Ｚpとの間のロボット傾斜角δを判定し得る。いくつかの実施例において、センサシステム４００は、コントローラ５００と通信している慣性測定ユニット（ＩＭＵ）４７０を使用して、ロボット１００の全体重心ＣＧRに対するロボット１００の慣性モーメントを測定および監視する。ＩＭＵ４７０は、ロボット１００がチルトしたかどうかを検出する。ロボット１００が閾値チルト角（例えば、２度）よりも大きい角度δでチルトした場合、ロボット１００は、その周囲の３Ｄマッピング上のある領域をマークし、負の物体１０または正の物体１２を検出するための要件を緩和する（すなわち、ロボット１００は、床５が下方にチルトしたときには負の障害物１０を検出することを回避し、床５が上方にチルトしたときには正の障害物１２を検出することを回避する）。
【０１４４】
図１４は、スペックルカメラ１３００を動作させるための動作の例となる配設１４００を提供する。動作は、情景１０の中へスペックルパターンを放射すること（１４０２）と、スペックル放射体１３１０から異なる距離で（例えば、基準物体１２の）基準画像を取り込むこと（１４０４）とを含む。動作は、情景１０の中の標的物体１２の上へスペックルパターンを放射すること（１４０６）と、物体１２上のスペックルパターンの標的画像を取り込むこと（１４０８）とをさらに含む。動作はさらに、（スペックルされた物体の）標的画像を異なる基準画像と比較して、標的物体１２上のスペックルパターンと最も強く相関する基準パターンを識別することと（１４１０）と、情景１０内の標的物体１２の推定される距離範囲を判定すること（１４１２）とを含む。これは、物体１２上の一次スペックルパターンを判定することと、物体１２上の一次スペックルパターンと最も強く相関するスペックルパターンを有する基準画像を見出すこととを含んでもよい。距離範囲は、基準画像の対応する距離からを判定することができる。
【０１４５】
動作は、随意に、例えば、情景の中の物体１２の位置を判定するために、物体１２上のスペックルパターンと識別した基準パターンとの間の局所相互相関によって、物体１２の表面の３Ｄマップを構築すること（１４１４）を含む。これは、物体の３次元（３Ｄ）マップを得るために、物体１２上の一次スペックルパターンを判定することと、標的画像の中の物体１２の複数の領域上の一次スペックルパターンと識別した基準画像の中の一次スペックルパターンとの間のそれぞれのオフセットを見出すこととを含み得る。情景の３Ｄマッピングへの固体状態構成要素の使用は、ロボットナビゲーションシステムのための比較的安価な解決策を提供する。
【０１４６】
一般的に、異なる、それぞれの距離のうちの少なくともいくつかは、それぞれの距離での一次スペックルパターンの軸長さよりも長く軸方向に離れている。標的画像を基準画像と比較することは、標的画像と基準画像のうちの少なくともいくつかのそれぞれとの間のそれぞれの相互相関を計算することと、標的画像との最大のそれぞれの相互相関を有する基準画像を選択することとを含み得る。
【０１４７】
動作は、（例えば、連続的に）情景１０内の物体１２の動きを追跡するために、動作１４０２〜１４１２または動作１４０６〜１４１２を繰り返すこと（１４１６）と、随意に動作１４１４とを含み得る。例えば、スペックルカメラ１３００は、基準画像との比較のために、物体１２が移動している間、一連の標的画像を取り込み得る。
【０１４８】
本明細書で説明されるものと組み合わせることができ得る、スペックル測距を使用した３Ｄ画像マッピングに関する他の詳細および特徴は、米国特許第７，４３３，０２４号、米国特許出願公開第２００８／０１０６７４６号、名称「Ｄｅｐｔｈ−ｖａｒｙｉｎｇ  ｌｉｇｈｔ  ｆｉｅｌｄｓ  ｆｏｒ  ｔｈｒｅｅ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｓｅｎｓｉｎｇ」、米国特許出願公開第２０１０／０１１８１２３号、名称「Ｄｅｐｔｈ  Ｍａｐｐｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  Ｐｒｏｊｅｃｔｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎｓ」、米国特許出願公開第２０１０／００３４４５７号、名称「Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  Ｏｆ  Ｈｕｍａｎｏｉｄ  Ｆｏｒｍｓ  Ｆｒｏｍ  Ｄｅｐｔｈ  Ｍａｐｓ」、米国特許出願公開第２０１０／００２００７８号、名称「Ｄｅｐｔｈ  Ｍａｐｐｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  Ｍｕｌｔｉ−Ｂｅａｍ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ」、米国特許出願公開第２００９／０１８５２７４号、名称「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｅｓｉｇｎｓ  Ｆｏｒ  Ｚｅｒｏ  Ｏｒｄｅｒ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ」、米国特許出願公開第２００９／００９６７８３号、名称「Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓｐｅｃｋｌｅ  Ｐａｔｔｅｒｎｓ」、米国特許出願公開第２００８／０２４０５０２号、名称「Ｄｅｐｔｈ  Ｍａｐｐｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  Ｐｒｏｊｅｃｔｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎｓ」、および米国特許出願公開第２００８／０１０６７４６号、名称「Ｄｅｐｔｈ−Ｖａｒｙｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｆｉｅｌｄｓ  Ｆｏｒ  Ｔｈｒｅｅ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｓｅｎｓｉｎｇ」で見ることができ、その内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０１４９】
図１５を参照すると、いくつかの実現形態において、３Ｄ撮像センサ４５０は、深度画像データを取得するための３Ｄ飛行時間（ＴＯＦ）カメラ１５００を含む。３ＤＴＯＦカメラ１５００は、光源１５１０と、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）センサ１５２０（または電荷結合デバイス（ＣＣＤ））と、レンズ１５３０と、光源１５１０およびＣＭＯＳセンサ１５２０と通信している、処理リソース（および／またはロボットコントローラ５００）を有する制御論理またはカメラコントローラ１５４０とを含む。光源１５１０は、周期的高周波信号によって調節される強度を伴う、レーザまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）であり得る。いくつかの実施例において、光源１５１０は、集束レンズ１５１２を含む。ＣＭＯＳセンサ１５２０は、各ピクセル検出器１５２２が、その上に衝突する光子エネルギーの強度および位相を検出することができる、ピクセル検出器１５２２のアレイ、またはピクセル検出器１５２２の他の配設を含み得る。いくつかの実施例において、各ピクセル検出器１５２２は、関連するピクセル検出器１５２２の検出電荷出力を処理するための専用検出器回路１５２４を有する。レンズ１５３０は、対象となる１つ以上の物体１２を含む情景１０から反射される光を、ＣＭＯＳセンサ１５２０上へ集束させる。カメラコントローラ１５４０は、ＣＭＯＳセンサ１５２０によって取得されるピクセルデータを深度マップおよび明暗画像にフォーマット化する、一連の動作を提供するいくつかの実施例において、３ＤＴＯＦカメラ１５００はまた、（例えば、ロボットコントローラ５００と通信している）入力／出力（ＩＯ）１５５０、メモリ１５６０、ならびに／またはカメラコントローラ１５４０および／もしくはピクセル検出器１５２２（例えば、検出器回路１５２４）と通信しているクロック１５７０も含む。
【０１５０】
図１６は、３ＤＴＯＦカメラ１５００を動作させるための動作の例となる配設１６００を提供する。動作は、光パルス（例えば、赤外線、紫外線、および／または可視光）を情景１０の中へ放射すること（１６０２）と、（例えば、クロック１５７０のクロックパルスをカウントすることによって）光パルスの飛行時間のタイミングを開始すること（１６０４）とを含む。動作は、情景１０の中の物体１２の１つ以上の表面からの放射光の反射を受け取ること（１６０６）を含む。反射は、光源１５１０から異なる距離Ｚnで、物体１２の表面からなされ得る。反射は、レンズ１５３０を通して、ＣＭＯＳセンサ１５２０のピクセル検出器１５２２の上へ受け取られる。動作は、ＣＭＯＳセンサ１５２０の各対応するピクセル検出器１５２２上で受け取られる、各光パルス反射の飛行時間を受け取ること（１６０８）を含む。光パルスの往復飛行時間（ＴＯＦ）中に、各それぞれのピクセル検出器１５２２の検出器回路１５２３のカウンタは、クロックパルスを蓄積する。より多い数のクロックパルスの蓄積は、より長いＴＯＦ、およびしたがって、撮像される物体１２上の光反射点と光源１５１０との間のより大きい距離を表す。動作はさらに、各受け取った光パルス反射について物体１２の反射面との間の距離を判定すること（１６１０）と、随意に、３次元物体表面を構築すること（１６１２）とを含む。いくつかの実現形態において、動作は、動作１６０２〜１６１０を繰り返すこと（１６１４）と、随意に、情景１０の中の物体１２の移動を追跡すること（１６１２）とを含む。
【０１５１】
本明細書で説明されるものと組み合わせることができ得る、３Ｄ飛行時間撮像に関する他の詳細および特徴は、米国特許第６，３２３，９４２号、名称「ＣＭＯＳ  Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ  ３−ＤＩｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ」、米国特許第６，５１５，７４０号、名称「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ＣＭＯＳ−Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ  Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ」、およびＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０２／１６６２１、名称「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｔｏ  Ｅｎｈａｎｃｅ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｇｅ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｕｓａｂｌｅ  ｗｉｔｈ  ＣＭＯＳ  Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ」で見ることができ、その内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０１５２】
いくつかの実現形態において、３Ｄ撮像センサ４５０は、３つのタイプの情報、すなわち、（１）（例えば、ＣＭＯＳセンサ１５２０の各ピクセル検出器１５２２から情景１２上の対応する場所までの）深度情報、（２）各ピクセル検出器場所での周囲光強度、および（３）各ピクセル検出器場所でのアクティブ照明強度、を提供する。深度情報は、特にロボット配備場所へのロボットの近接に関連して、検出した物体１２の位置が経時的に追跡されるようにすることを可能にする。アクティブ照明強度および周囲光強度は、異なるタイプの明暗画像である。アクティブ照明強度は、標的物体１２から反射されるアクティブ光（光源１５１０によって提供されるもの等）の反射から取り込まれる。周囲光画像は、標的物体１２から反射される周囲光のものである。２つの画像は、特に照明条件が不十分である（例えば、暗過ぎるか、または過度の周囲照明）ときに、ともに追加的なロバスト性を提供する。
【０１５３】
情景１０の中の物体１２の位置を分類し、検出するために、画像区分化および分類アルゴリズムが使用され得る。これらのアルゴリズムによって提供される情報、ならびに撮像センサ４５０から取得される距離測定情報は、ロボットコントローラ５００または他の処理リソースによって使用することができる。撮像センサ４５０は、周囲光をフィルタリングするために、フォトダイオードの感度を調節するための手法を含む、飛行時間の原理に基づいて、より具体的には、情景１０から反射される調節された光パターンにおける検出可能な位相遅延に基づいて、動作することができる。
【０１５４】
ロボット１００は、１）マッピング、ローカライゼーション、およびナビゲーション、２）物体検出および物体回避（ＯＤＯＡ）、３）（例えば、人を見つけるための）物体探索、４）（例えば、コンパニオンロボットのための）ジェスチャ認識、５）人および顔検出、６）人追跡、７）ロボット１００による物体の操作の監視、およびロボット１００の自律的な動作のための他の好適な用途に、撮像センサ４５０を使用し得る。
【０１５５】
いくつかの実現形態において、３Ｄ画像センサ４５０のうちの少なくとも１つは、地面の上側に１フィート（約３０．５ｃｍ）または２フィート（約６１．０ｃｍ）を超える高さでロボット１００上に位置付けられ、かつ（全方向性駆動システム２００を介して）ロボットの移動方向に、床面を含む空間体積から点群を取得することができるように方向付けられる、体積点群撮像デバイス（スペックルまたは飛行時間カメラ等）とすることができる。図１および図３で示される実施例において、第１の３Ｄ画像センサ４５０ａは、地面の上側に１または２フィートを超える高さ（または地面の上側に約１または２フィートの高さ）で基部１２０上に位置付けられ、（例えば、障害物検出および障害物回避のために）駆動している間、床を含む体積の画像（例えば、体積点群）を取り込むために、順駆動方向Ｆに沿って向けられる。第２の３Ｄ画像センサ４５０ｂは、ロボット１００に隣接する空間体積から骨格認識および定義点群を取得することができるように、（例えば、地面の上側に約３フィート（約９１．４ｃｍ）または４フィート（約１２１．９ｃｍ）を超える高さで）頭部１６０上に載置されて示される。コントローラ５００は、取り込んだ体積点群のデータを解析するために、骨格／デジタル認識ソフトウェアを実行し得る。
【０１５６】
周囲光条件に関わらず、撮像センサ４５０を使用して物体１２を適切に感知することが重要であり得る。多くの環境において、照明条件は、直接日光から、明るい蛍光照明、ぼんやりとした影といった広い範囲にわたり、物体１２の表面質感および基本反射率に大きい変動をもたらす可能性がある。照明は、所与の場所内で、および情景１０から情景１０まででも同様に変化する可能性がある。いくつかの実現形態において、撮像センサ４５０は、周囲光条件（例えば、周囲光排除）からの比較的小さい影響を伴って、全ての状況において人および物体１２を識別し、解像するために使用することができる。
【０１５７】
いくつかの実現形態において、撮像センサ４５０のＶＧＡ解像度は、水平６４０ピクセル×垂直４８０ピクセルであるが、（例えば、短距離センサの場合）３２０×２４０の等の他の解像度も同様に可能である。
【０１５８】
撮像センサ４５０は、パルスレーザと、特定の範囲内で物体１２だけを見るために、時間領域における帯域通過フィルタとしての機能を果たす、カメラアイリスとを含み得る。異なる距離の物体１２を検出するために、撮像センサ４５０の可変アイリスを使用することができる。さらに、屋外用途には、より高出力のレーザパルスを使用することができる。
【０１５９】
表１および表２（下記）は、種々の用途向けの画像センサ４５０の例となる特徴、パラメータ、および／または仕様を提供する。センサ１は、汎用撮像センサ４５０として使用することができる。センサ２および３は、人間対話ロボットに使用することができ、センサ４および５は、適用範囲または清掃ロボット上で使用することができる。
【表１】
2015518188.tif 000006
表１
【表２】
2015518188.tif 000007
表２
【０１６０】
最小センサ待ち時間は、ロボット１００が移動しているときに、物体１２を回避するのに十分に素早く見ることを確実にする。撮像センサ４５０の待ち時間は、検出され、認識されるユーザジェスチャにリアルタイムに反応する際の要因であり得る。いくつかの実施例において、撮像センサ４５０は、約４４ｍｓの待ち時間を有する。撮像センサ４５０によって取り込まれる画像は、空間の中で平行移動または回転している間にどのようなロボットの姿勢で画像が撮られたのかを判定するために使用することができる、属性タイムスタンプを有することができる。
【０１６１】
撮像センサ４５０と通信するために、コントローラ５００と通信しているシリアル周辺機器インターフェースバス（ＳＰＩ）が使用され得る。参照することにより全体が本明細書に組み込まれる、２０１０年２月１６日に出願された、米国特許出願第６１／３０５，０６９号、名称「Ｍｏｂｉｌｅ  Ｒｏｂｏｔ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ」で説明されるように、撮像センサ４５０にＳＰＩインターフェースを使用することは、その使用をマルチノード分散センサ／アクチュエータシステムに限定せず、マイクロプロセッサまたはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等のイーサネット（登録商標）対応デバイスとの接続を可能にし、よって、データをイーサネット（登録商標）およびイーサＩＯシステム上で利用できるようにする。
【０１６２】
ＳＰＩは、制限されたプロトコルであるため、画像取り込みが実行されるときに、ストローブまたは移行し得る割り込みピンが、撮像センサ４５０へのインターフェース上で利用可能であり得る。割り込みピンは、フレームが取り込まれるときに、コントローラ５００に通信することを可能にする。これは、コントローラ５００が、データを読み出し可能であることを知ることを可能にする。追加的に、割り込みピンは、いつ画像が撮られたのかを示すタイムスタンプを取り込むために、コントローラ５００によって使用することができる撮像センサ４５０の撮像出力には、（例えば、コントローラ５００のグローバルクロックによって）タイムスタンプを付加することができ、それは、待ち時間を補償するために参照することができる。さらに、複数の撮像センサ４５０からの（例えば、情景１０の異なる部分の）タイムスタンプを付加した撮像出力を、同期させ、組み合わせる（例えば、ともにステッチする）ことができる。イーサＩＯシステムを通じて、（割り込みピン上の）割り込み時間を取り込み、イーサＩＯシステム上のより高レベルのデバイスおよびソフトウェアを利用できるようにすることができる。ロボット１００は、撮像センサ４５０から取り込まれるデータに適用することができる、ＩＥＥＥ１５８８等のクロック同期ストラテジを実現する、マルチノード分散センサ／アクチュエータシステムを含み得る。
【０１６３】
ＳＰＩインターフェースおよびイーサＩＯはどちらも、メモリアドレス駆動型インターフェースとすることができる。例えば、バイト／ワード／ダブルワードの形態のデータを、ＳＰＩインターフェースを通じて撮像センサ４５０から読み出し、イーサＩＯシステムのメモリ空間の中で利用できるようにすることができる。例えば、イーサＩＯシステムのイーサＩＯノードを制御するために、ＦＰＧＡの直接メモリアクセス（ＤＭＡ）メモリ等のローカルレジスタおよびメモリを使用することができる。
【０１６４】
一部の場合において、ロボット１００は、（例えば、物体１２または遮蔽１６（図１７Ａ）の周囲を見るために）撮像センサ４５０を左右および／または上下に走査させる必要があり得る。個別に操縦されるロボット１００の場合、これは、駆動システム２００によってロボット１００を適所で回転させること、または撮像センサ４５０と関連付けられるミラー、プリズム、可変角度マイクロミラー、もしくはＭＥＭＳミラーアレイを回転させることを伴い得る。
【０１６５】
全方向性、魚眼、反射屈折（例えば、放物面鏡、テレセントリックレンズ）、パナモーフミラーおよびレンズ等の光学部品によって、３６０度未満の視野角θVを有する撮像センサ４５０の視界４５２を、３６０度に拡大することができる。コントローラ５００は、撮像センサ４５０をとりわけ測距に使用し得るが、（例えば、ヒューマンコミュニケーションのために）必ずしも人間が見ることができる画像または動画に使用するとは限らないため、光源１１７２の照明および／または光学部品を通して撮像装置１１７４（図１１）によって取り込まれる画像の歪み（例えば、ワーピング）は、（例えば、３Ｄスペックルカメラ１３００および／または３ＤＴＯＦカメラ１５００のように）測距に許容可能である。
【０１６６】
いくつかの場合において、撮像センサ４５０は、黒色の物体１２、変化するアルベドの表面、高反射性の物体１２、頑丈な３Ｄ構造、自己相似もしくは周期構造、または視界４５２のもしくはそれを少し超えた（例えば、水平および垂直視界角またはその外側の）物体を認識し、測距することが困難であり得る。そのような場合において、撮像センサ４５０を補うために、またはその冗長としての機能を果たすために、センサシステム４００の他のセンサを使用することができる。
【０１６７】
いくつかの実現形態において、（例えば、３Ｄスペックルカメラ１３００および／または３ＤＴＯＦカメラ１５００の）光源１１７２は、赤外線（ＩＲ）レーザ、ＩＲパターン照明器、または他のＩＲ照明器を含む。黒色の物体、特に黒色の布地またはカーペットは、ＩＲを吸収し得、撮像装置１１７４による認識に十分強力な反射を返すことができない場合がある。この場合、黒色の物体の認識を向上させるために、感知の二次モード（ソナー等）、または表面アルベド差を自己較正するための手法のいずれかが必要であり得る。
【０１６８】
高反射性の物体１２または顕著なスペキュラハイライトを伴う物体１２（例えば、円筒形または球形）は、撮像センサ４５０が測距することを困難にし得る。同様に、撮像センサ４５０が感知している光の波長において極めて吸収性がある物体１２も、問題を起こす可能性がある。ガラスで作製されるドアおよび窓等の物体１２は、高反射性であり得、測距したときに、該物体が自由空間（無限範囲）であるか、あるいは第１の非鏡面反射性表面に対する反射としての距離のいずれかであるかのように現れる可能性がある。これは、ロボット１００が物体１２を障害物として見なくさせる場合があり、その結果、窓またはドアと衝突し得、場合によっては、ロボットまたは物体１２を損傷し得る。これを回避するために、コントローラ５００は、典型的な窓枠または戸口のサイズおよび（直線的な）形状がマッチングする表面の中の不連続部を探す、１つ以上のアルゴリズムを実行し得る。よって、これらの表面が障害物であり、自由空間ではないと推論することができる。ロボットの経路の中の反射性の物体を検出するための別の実現形態は、それ自体の反射を検出する反射センサを使用することを含む。障害物または物体１２に慎重に接近する際に、鏡面反射性の物体が前方にあるかどうか、またはロボットが安全に空間を占有することができるかどうかを判定するために、反射センサを使用することができる。
【０１６９】
３Ｄスペックルカメラ１３００の場合、光源１３１０は、高反射性の物体１２の表面で認識可能なパターンを形成できない場合があり、または撮像装置１３２０は、高反射性の物体１２からのスペックル反射を認識できない場合がある。３ＤＴＯＦカメラ１５００の場合、高反射性の物体１２は、３ＤＴＯＦカメラ１５００が、（物体自体ではなく）物体１２の中で反射される別の物体１２までの距離を取得する、多重経路の状態を生じ得る。ＩＲ失敗モードを是正するために、センサシステム４００は、音響飛行時間、ミリメートル波レーダ、ステレオ、または情景１０の中のさらに小さい反射を使用することができる他の視覚手法を利用し得る。
【０１７０】
メッシュ物体１２は、撮像センサ４５０が測距することを困難にし得る。いかなる物体１２も特定の細孔メッシュのすぐ背後にない場合、メッシュは、固体障害物１２として現れる。しかしながら、物体１２がメッシュの背後を通過する場合で、３Ｄスペックルカメラ１３００の場合、スペックルは、メッシュの背後の物体１２から反射することができ、物体は、メッシュの背後にある場合であっても、メッシュの代わりに深度マップの中に現れる。以前にメッシュの識別に寄与した点に関する情報が（物体１２がメッシュの背後を通過する前に）利用可能である場合、そのような情報を使用して、将来の占有マップにメッシュの位置を登録することができる。種々の距離で受け取ったスペックルマップの確率的相関に関する情報を受け取ることによって、コントローラ５００は、撮像センサ４５０と同一線上にある複数の多孔質またはメッシュ様の物体１２の場所を判定し得る。
【０１７１】
コントローラ５００は、色／サイズ／寸法ブロブのマッチングに、撮像センサ４５０からの撮像データを使用し得る。情景１０の中の別個の物体１２の識別は、ロボット１００が、衝突を回避するだけでなく、物体１２を探索することも可能にする。ヒューマンインターフェースロボット１００は、自宅またはオフィス環境の背景に対して、人間および標的物体１２を識別する必要があり得る。コントローラ５００は、マップがあたかも単純なグレースケールマップであるかのうように、撮像センサ４５０の撮像データに由来する深度マップ（複数可）に１つ以上のカラーマップブロブ発見アルゴリズムを実行し、同じ「色」（つまり、深度の連続性）を探索して、情景１０の中の連続物体１２をもたらし得る。どのように物体１２をセグメント化するかの決定を増強するために、カラーマップを使用することは、色空間での、ならびに深度空間でのセグメント化を可能にすることによって、物体のマッチングをさらに増幅し得る。コントローラ５００は、最初に深度によって物体１２を検出し、次いで、色によって物体１２をさらにセグメント化し得る。これは、ロボット１００が、異なる光学的品質を伴って互いに近接する、または寄り掛かる２つの物体１２を区別することを可能にする。
【０１７２】
センサシステム４００が、物体検出のための撮像センサ４５０（例えば、カメラ）を１つだけしか含まない実現形態において、撮像センサ４５０は、情景質感の非存在下での表面の撮像に問題を有し得、情景のスケールを解像できない場合がある。さらに、スペックルカメラ１３００に関して、物体１２のミラーおよび／またはスペキュラハイライトは、撮像装置１１７４の一群のピクセル１１７４ｐにおいて飽和を生じさせる（例えば、取り込んだ画像の対応する部分を飽和させる）可能性があり、カラー画像において、スペキュラハイライトは、異なる視点から異なって現れる可能性があり、それによって、画像マッチングを妨げる。
【０１７３】
物体検出のために２つ以上のセンサを使用する、または統合することは、比較的ロバストで冗長なセンサシステム４００を提供することができる。例えば、フラッシュＬＡＤＡＲは、全般的に、低ダイナミックレンジを有し、回転スキャナは、全般的に、長い検査時間を有するが、これらのタイプのセンサは、物体検出に有用である可能性がある。いくつかの実現形態において、センサシステム４００は、コントローラ５００と通信している撮像センサ４５０（例えば、３Ｄスペックルカメラ１３００および／または３ＤＴＯＦカメラ１５００）に加えて、フラッシュＬＡＤＡＲおよび／または回転スキャナを含む。コントローラ５００は、物体１２を識別する、ロボット１００からの物体１２の距離を判定する、物体１２の表面の３Ｄマップを構築する、および／または占有マップ１７００を構築もしくは更新するために、撮像センサ４５０、ならびにフラッシュＬＡＤＡＲおよび／または回転スキャナからの検出信号を使用し得る。距離範囲を初期化する、低質感の領域を埋める、深度不連続性を検出する、および／もしくはスケールを固定することによって、任意のカラーまたはステレオカメラの欠点に対処するために、３Ｄスペックルカメラ１３００および／または３ＤＴＯＦカメラ１５００を使用することができる。
【０１７４】
３Ｄスペックルカメラ１３００を使用する実施例において、スペックル放射体１３１０によって放射されるスペックルパターンは、撮像装置１３２０に対して回転不変であり得る。さらに、３Ｄスペックルカメラ１３００および／または３ＤＴＯＦカメラ１５００とともに登録される追加のカメラ１３００（例えば、カラーまたはステレオカメラ）は、自我回転、チルト、観点、および／またはスケール（距離）を扱うために、一部または完全にスケール−回転アフィン不変である、特徴検出器を利用し得る。スケール不変特徴変換（またはＳＩＦＴ）は、画像の中の局所的特徴を検出および／または記述するためのアルゴリズムである。ＳＩＦＴは、（センサシステム４００からのデータを有する）コントローラ５００によって、物体認識、ロボットマッピングおよびナビゲーション、３Ｄモデリング、ジェスチャ認識、ビデオトラッキング、ならびにマッチムービングに使用することができる。ＳＩＦＴは、スケール不変、回転不変の変換として、情景１０の中の特徴にシグネチャを配置することを可能にし、該特徴がさらに離れるか、または回転した場合であっても、情景１０の中の識別された特徴を再び得ることを補助することができる。例えば、通常の画像へのＳＩＦＴの適用は、移動した物体１２（例えば、顔もしくはボタンまたはあるテキスト）の認識が、物体１２が同じの輝度または色パターンを有し、少しだけ大きいもしくは小さい、または回転したことを識別することを可能にする。ある角度から物体１２を識別するために、アフィン不変であり、スキューまたは歪みを考慮することができる、他の変換が利用され得る。センサシステム４００および／またはコントローラ５００は、ＳＩＦＴ、ＲＩＦＴ、アフィンＳＩＦＴ、ＲＩＦＴ、Ｇ−ＲＩＦ、ＳＵＲＦ、ＰＣＡ−ＳＩＦＴ、ＧＬＯＨ、ＰＣＡ−ＳＩＦＴ、ＦＡＳＴコーナー検出器および／もしくはＳｃａｌａｂｌｅ  Ｖｏｃａｂｕｌａｒｙ  Ｔｒｅｅを有するＳＩＦＴ、ならびに／またはＩｒｒｅｇｕｌａｒ  Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｈｉｓｔｏｇｒａｍ  Ｂｉｎｎｉｎｇを有するＳＩＦＴを利用することによって、（例えば、カラーまたはステレオカメラによる）スケール不変特徴認識を提供し得る。
【０１７５】
いくつかの実現形態において、コントローラ５００は、物体の検出および／または識別のために、ＳＩＦＴおよび／もしくは他の変換を利用するプログラムまたはルーチンを実行する。コントローラ５００は、カラー、白黒、またはＩＲカメラ等の画像センサ４５０から画像データを受け取り得る。いくつかの実施例において、画像センサ４５０は、スペックル測距の利益を伴わずに特徴を識別するために、スペックル照射を伴わない画像データを提供することができる、３ＤスペックルＩＲカメラである。コントローラ５００は、スペックル測距から３Ｄ情景の中に以前にマップされた特徴もしくは物体１２を識別またはタグ付けすることができる。カメラで撮像した特徴に適用されるＳＩＦＴをフィルタリングし、認識率を向上させるために、および／または（運動および距離双方の変化が既知であり、スケールと関連付けることができるので）スケール不変性を簡略化するために、深度マップを使用することができる。ＳＩＦＴ様の変換は、慣性追跡、オドメトリ、自己受容性、および／またはビーコン参照を有するロボットが追跡でき得る、フレーム間の位置変動について正規化および／またはシフトされた深度マップデータで有用であり得る。例えば、スケールおよび回転不変性に適用される変換は、深度マップが特徴の方向への移動量によってインデックスを付けられる場合、深度マップの中の局所化された特徴を認識するために、依然として有効であり得る。
【０１７６】
本明細書で説明されるものと組み合わせることができ得る、３Ｄデータに対するＳＩＦＴ様の、または他の特徴記述子に関する他の詳細および特徴は、Ｓｅ，Ｓ．；Ｌｏｗｅ，Ｄａｖｉｄ  Ｇ．；Ｌｉｔｔｌｅ，Ｊ．（２００１）．「Ｖｉｓｉｏｎ−ｂａｓｅｄ  ｍｏｂｉｌｅ  ｒｏｂｏｔ  ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｍａｐｐｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ｓｃａｌｅ−ｉｎｖａｒｉａｎｔ  ｆｅａｔｕｒｅｓ」．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｒｏｂｏｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ（ＩＣＲＡ）．２．ｐｐ．２０５１、またはＲｏｔｈｇａｎｇｅｒ，Ｆ；Ｓ．Ｌａｚｅｂｎｉｋ，Ｃ．Ｓｃｈｍｉｄ，ａｎｄ  Ｊ．Ｐｏｎｃｅ：２００４．３Ｄ  Ｏｂｊｅｃｔ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ａｎｄ  Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｌｏｃａｌ  Ａｆｆｉｎｅ−Ｉｎｖａｒｉａｎｔ  Ｉｍａｇｅ  Ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｍｕｌｔｉ−Ｖｉｅｗ  Ｓｐａｔｉａｌ  Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ，ＩＣＣＶ、またはＩｒｙｎａ  Ｇｏｒｄｏｎ  ａｎｄ  Ｄａｖｉｄ  Ｇ．Ｌｏｗｅ，「Ｗｈａｔ  ａｎｄ  ｗｈｅｒｅ：３Ｄ  ｏｂｊｅｃｔ  ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ａｃｃｕｒａｔｅ  ｐｏｓｅ，」  Ｔｏｗａｒｄ  Ｃａｔｅｇｏｒｙ−Ｌｅｖｅｌ  Ｏｂｊｅｃｔ  Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，２００６），ｐｐ．６７−８２で見ることができ、その内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０１７７】
転倒を含む、人間の行動認識における３ＤＳＩＦＴに好適な手法に関する他の詳細および特徴は、Ｌａｐｔｅｖ，Ｉｖａｎ  ａｎｄ  Ｌｉｎｄｅｂｅｒｇ，Ｔｏｎｙ（２００４）．「Ｌｏｃａｌ  ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒｓ  ｆｏｒ  ｓｐａｔｉｏ−ｔｅｍｐｏｒａｌ  ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ」．ＥＣＣＶ’０４  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｓｐａｔｉａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｖｉｓｕａｌ  Ｍｏｔｉｏｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｌｅｃｔｕｒｅ  Ｎｏｔｅｓ  ｉｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌｕｍｅ  ３６６７．ｐｐ．９１−１０３、Ｉｖａｎ  Ｌａｐｔｅｖ，Ｂａｒｂａｒａ  Ｃａｐｕｔｏ，Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ  Ｓｃｈｕｌｄｔ  ａｎｄ  Ｔｏｎｙ  Ｌｉｎｄｅｂｅｒｇ（２００７）．「Ｌｏｃａｌ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ−ａｄａｐｔｅｄ  ｍｏｔｉｏｎ  ｅｖｅｎｔｓ  ｆｏｒ  ｓｐａｔｉｏ−ｔｅｍｐｏｒａｌ  ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ」．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｖｉｓｉｏｎ  ａｎｄ  Ｉｍａｇｅ  Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ  １０８：２０７−２２９、Ｓｃｏｖａｎｎｅｒ，Ｐａｕｌ；Ａｌｉ，Ｓ；Ｓｈａｈ，Ｍ（２００７）．「Ａ  ３−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｓｉｆｔ  ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ  ａｎｄ  ｉｔｓ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  ａｃｔｉｏｎ  ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ」．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  １５ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ．ｐｐ．３５７−３６０、Ｎｉｅｂｌｅｓ，Ｊ．Ｃ．Ｗａｎｇ，Ｈ，ａｎｄ  Ｌｉ，Ｆｅｉ−Ｆｅｉ（２００６）．「Ｕｎｓｕｐｅｒｖｉｓｅｄ  Ｌｅａｒｎｉｎｇ  ｏｆ  Ｈｕｍａｎ  Ａｃｔｉｏｎ  Ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓｐａｔｉａｌ−Ｔｅｍｐｏｒａｌ  Ｗｏｒｄｓ」．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｖｉｓｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  （ＢＭＶＣ）．Ｅｄｉｎｂｕｒｇｈで見ることができ、その内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０１７８】
コントローラ５００は、深度不連続性による穴を埋めるため、および３Ｄモデルのメトリックスケールを固定するために、物体１２の表面の３Ｄマップを構築するときに、撮像センサ４５０（例えば、深度マップセンサ）を使用し得る。センサ姿勢を推定するために、深度マップセンサ距離データによって拡張される、運動からの構造化（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−ｆｒｏｍ−ｍｏｔｉｏｎ）が使用され得る。典型的な運動からの構造化パイプラインは、視点不変特徴推定、カメラ間特徴マッチング、およびバンドル調整を含み得る。
【０１７９】
カラー／ステレオカメラの特徴を撮像センサ４５０（例えば、３Ｄスペックルカメラ１３００、および／またはＴＯＦカメラ１５００）と組み合わせるソフトウェアソリューションは、（１）センサ姿勢推定、（２）深度マップ推定、および（３）３Ｄメッシュ推定を含み得る。センサ姿勢推定では、各画像取り込みのセンサパッケージの位置および態勢が判定される。深度マップ推定では、各画像について高解像度深度マップが取得される。３Ｄメッシュ推定では、対象となる物体を識別するために、センサ姿勢の推定および深度マップを使用することができる。
【０１８０】
いくつかの実現形態では、カラーまたはステレオカメラ３２０（図９）および３Ｄスペックル１３００または３ＤＴＯＦカメラ１５００が、ともに登録され得る。１メートルのスタンドオフ距離および４５度の視界４５２は、妥当な巡回時間および視野間の重なりをもたらし得る。５０パーセント検出のために少なくとも２つのピクセルが必要とされる場合、４５度の視界４５２を有するレンズを伴い、６０度以上の視界４５２について比例的により高い解像度を有する、少なくとも１メガピクセルの解像度のカラーカメラが使用され得る。
【０１８１】
深度マップセンサは、比較的低い解像度および距離精度を有する場合があるが、カラー／ステレオ画像からのピクセルの集合体を、正確な表面に確実に割り当てることができる。これは、質感の欠如によるステレオ視覚エラーを低減することを可能にし、また、距離を例えば５ｃｍ間隔に境界付けすることによって、視差探索距離および計算コストを低減することもできる。
【０１８２】
図１０Ａを再度参照すると、ロボットの環境のマッピングを改善して、ロボットマップを作成するために、第１の３Ｄ画像センサ４５０ａおよび第２の３Ｄ画像センサ４５０ｂを使用することができ、第１の３Ｄ画像センサ４５０ａは、近くの物体をマップするために使用することができ、第２の３Ｄ画像センサ４５０ｂは、遠くの物体をマップするために使用することができる。
【０１８３】
図１７Ａおよび１７Ｂを参照すると、いくつかの状況において、ロボット１００は、情景１０および／もしくは作業領域５の中の物体１２の占有マップ１７００を受け取るか、またはロボットコントローラ５００は、撮像センサ４５０（例えば、第２の３Ｄ画像センサ４５０ｂ）から経時的に受け取る画像データおよび／または画像深度データに基づいて、占有マップ１７００を生成する（および更新し得る）。情景１０（例えば、ロボット１００の周りの環境）の中のロボット１００のローカライゼーションに加えて、ロボット１００は、センサシステム４００を使用して、接続空間（例えば、作業領域５）の中の他の点に進行し得る。ロボット１００は、ロボット１１０の周りの近隣領域をマップし、比較的近い物体１２を判別するための（例えば、図１および図３で示されるように、胴部１４０の下側に載置される）短距離タイプの撮像センサ４５０ａと、ロボット１００の周りの比較的大きい領域をマップし、比較的遠い物体１２を判別するための（例えば、図１および図３で示されるように、頭部１６０上に載置される）長距離タイプの撮像センサ４５０ｂとを含み得る。ロボット１００は、情景１０の中の既知の物体１２ならびに遮蔽１６（例えば、物体１２があるはず、またはないはずであるが、現在の視点からは確認できない場所）を識別するために、占有マップ１７００を使用することができる。ロボット１００は、遮蔽１６の中の新しい物体１２または任意の物体１２の位置を検証するために、情景１０の中の遮蔽１６または新しい物体１２を登録し、遮蔽１６または新しい物体１２を迂回することを試みることができる。さらに、占有マップ１７００を使用して、ロボット１００は、情景１０の中の物体１２の移動を判定し、追跡することができる。例えば、撮像センサ４５０、４５０ａ、４５０ｂは、情景１０の中の物体１２のマップされた位置を検出していない間に、情景１０の中の物体１２の新しい位置１２’を検出し得る。ロボット１００は、物体１２の場所を検証するために、古い物体１２の位置を遮蔽１６として登録し、遮蔽１６を迂回することを試みることができる。ロボット１００は、新しい画像深度データを以前の画像深度データ（例えば、マップ１７００）と比較し、情景１０の中の物体１２の場所の信頼レベルを割り当て得る。情景１０の中の物体１２の場所の信頼レベルを、閾値期間の後に、タイムアウトさせる、または下げることができる。センサシステム４００は、センサシステム４００の各撮像サイクルの後に、各物体１２の場所の信頼レベルを更新することができる。いくつかの実施例において、遮蔽検出期間（例えば、１０秒未満）内に検出される新しい遮蔽１６（例えば、占有マップ１７００からなくなった物体１２）は、情景１０の中の「生きている」物体１２（例えば、移動物体１２）を表し得る。
【０１８４】
いくつかの実現形態において、情景１０の中の検出した第１の物体１２ａの背後に位置する対象となる第２の物体１２ｂは、最初は、情景１０の中の遮蔽１６として未検出であり得る。遮蔽１６は、撮像センサ４５０、４５０ａ、４５０ｂによって容易に検出できない、または見ることができない、情景１０の中の領域であり得る。示される実施例において、ロボット１００のセンサシステム４００（例えば、または撮像センサ４５０、４５０ａ、４５０ｂ等の、その一部分）は、情景１０を見るために、視野角θV（０度〜３６０度の任意の角度とすることができる）を有する視界４５２を有する。いくつかの実施例では、撮像センサ４５０は、３６０度の視野角θVのための全方向性光学部品を含み、一方で、他の実施例において、撮像センサ４５０、４５０ａ、４５０ｂは、３６０度未満（例えば、約４５度〜１８０度）の視野角θVを有する。視野角θVが３６０度未満である実施例において、撮像センサ４５０、４５０ａ、４５０ｂ（またはその構成要素）は、３６０度の視野角θVを達成するために、ロボット本体１１０に対して回転し得る。撮像センサ４５０、４５０ａ、４５０ｂは、水平視野角θV-Hと同じまたは異なる、垂直視野角θV-Vを有し得る。例えば、撮像センサ４５０、４５０ａ、４５０ｂは、少なくとも４５度の水平視界θV-Hおよび少なくとも４０度の垂直視界θV-Vを有し得る。いくつかの実現形態において、撮像センサ４５０、４５０ａ、４５０ｂまたはその一部分は、ロボット本体１１０および／または駆動システム２００に対して移動させることができる。さらに、第２の物体１２ｂを検出するために、ロボット１００は、第２の物体１２ｂの検出を可能にする視点を取得するために、撮像センサ４５０、４５０ａ、４５０ｂを、情景１０の周りで１つ以上の方向に駆動することによって（例えば、作業面５上で平行移動および／または回転させることによって）移動させ得る。ロボットの移動または撮像センサ４５０、４５０ａ、４５０ｂもしくはその一部分の独立した移動は、単眼の問題も解決し得る。
【０１８５】
作業領域５の中の物体１２の検出した場所または追跡した移動に、信頼レベルが割り当てられ得る。例えば、占有マップ１７００を生成または更新する際に、コントローラ５００は、マップ１７００上の各物体１２に信頼レベルを割り当て得る。信頼レベルは、マップ１７００上に示されるように、物体１２が作業領域５の中に実際に位置する確率に正比例することができる。信頼レベルは、物体１２を検出するために使用されるセンサの数およびタイプ等の、いくつかの要因によって判定され得る。例えば、接触センサ４３０（図４Ａ）がロボット１００による物体１２との実際の接触を感知したときに、接触センサ４３０は、最高の信頼レベルを提供し得る。撮像センサ４５０は、異なる信頼レベルを提供し得、それは、近接センサ４１０よりも高くなり得る。センサシステム４００の２つ以上のセンサから受け取ったデータは、任意の単一のセンサよりも比較的高い信頼レベルを提供するために、集約または蓄積することができる。
【０１８６】
オドメトリは、経時的な位置の変化（進行距離）を推定するために、アクチュエータの移動からのデータを使用するものである。いくつかの実施例において、車輪の回転、したがってロボット１００による進行距離を測定するために、駆動システム２００上にエンコーダが配置される。コントローラ５００は、物体の位置の信頼レベルを評価する際に、オドメトリを使用し得る。いくつかの実現形態において、センサシステム４００は、ロボット１００による進行距離を感知するためのオドメータおよび／または角速度センサ（例えば、ジャイロスコープまたはＩＭＵ４７０）を含む。ジャイロスコープは、角運動量保存の原理に基づいて配向を測定または維持するためのデバイスである。コントローラ５００は、作業領域５の中のおよび／または占有マップ１７００上のロボット１００の場所を判定するために、それぞれ、オドメータおよび／または角速度センサから受け取るオドメトリおよび／またはジャイロ信号を使用し得る。いくつかの実施例において、コントローラ５００は、デッドレコニングを使用する。デッドレコニングとは、以前に判定した位置に基づいて、現在の位置を推定し、既知の、または推定した経過時間を通じた速度、および進路に基づいて、その位置を進行させるプロセスである。作業領域５の中の（例えば、走行距離計測、ジャイロスコープ等を介した）ロボットの場所、ならびに作業領域５の中の（センサシステム４００を介した）１つ以上の物体１２の感知した場所を知ることによって、コントローラ５００は、（オドメトリまたはジャイロスコープを使用しないものに対して）占有マップ１７００上および作業領域５の中の物体１２の場所または移動の比較的高い信頼レベルを評価することができる。
【０１８７】
車輪運動に基づくオドメトリは、電気的にノイズが多い可能性がある。コントローラ５００は、視覚的オドメトリを通して、駆動システム２００の車輪に基づくオドメトリとは独立に、ロボット運動を計算するために、撮像センサ４５０から、ロボット１００の周りの環境または情景１０の画像データを受け取り得る。視覚的オドメトリは、撮像センサ４５０の運動を判定するために、オプティカルフローを使用することを必要とし得る。コントローラ５００は、車輪に基づくオドメトリにおける任意のエラーを修正するために、撮像センサ４５０の撮像データに基づいて計算した運動を使用することができ、したがって、改善されたマッピングおよび運動制御を可能にする。視覚的オドメトリは、撮像センサ４５０が取り込んだ画像（複数可）内の特徴を追跡することができない場合に、低質感または低光量の情景１０による制限を有し得る。
【０１８８】
本明細書で説明されるものと組み合わせることができ得る、オドメトリおよび撮像システムに関する他の詳細および特徴は、米国特許第７，１５８，３１７号（「被写界深度」撮像システムを説明する）、および米国特許第７，１１５，８４９号（波面コーディング干渉コントラスト撮像システムを説明する）で見ることができ、その内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０１８９】
図１８Ａ〜１８Ｃを参照すると、センサポッド７００は、ロボットが通り抜ける経路を空けるのに十分幅の広い包括的センサ「ウェッジ」（例えば、５７°）を有する、パニングセンサスイートを提供する。ウェッジの適用範囲は、システム全体を保護するために、床から天井までであり得る。センサポッド７００は、３Ｄ体積点群センサ４５０、赤外線センサ４１０ＩＲａ〜ｂ、ソナーセンサ４１０Ｓａ〜ｄ等の、センサの組み合わせを含み得る。センサの組み合わせは、一方のセンサが、もう一方のセンサの不感帯の中の物体および／またはもう一方のセンサによって検出することが困難な物体（例えば、ガラス、高反射性の物体（研磨した金属）、暗色吸収性の物体（黒色のソファー）等）を検出することができるように配設することができる。例えば、３Ｄ体積点群センサ４５０は、その撮像軸４５５に沿って、０〜５０ｃｍの６０度の円錐形として画定される、不感帯体積を有し得る。回転センサポッド７００は、３６０°（±１８０°）の任意の方向で感知体積を指し示すようにパニングすることを可能にする。
【０１９０】
いくつかの実現形態では、撮像センサ４５０は、物体が検出されない撮像センサ４５０の周りの空間体積である、撮像死角４５３を有する。いくつかの実施例では、撮像死角４５３は、撮像センサ４５０に直接近接し、撮像軸４５５を中心とする、それぞれ第１の角度α、第２の角度β、および半径ＲSによって画定される、約５７°×４５°×５０ｃｍの空間体積を含む。死角４５３は、視界４５２内の撮像センサ４５０と撮像センサ４５０の検出フィールド４５７との間に位置付けられる。
【０１９１】
いくつかの実現形態において、センサポッド７００（パニングセンサスイートとも称される）は、ロボット１００を、テーブルの縁部等の固定物体と衝突しないときに、より応答性が良く、より有効であることを可能にするために、センサポッドマイクロコントローラ７５２上で実行される、複数のパニングポリシーを含み得る。いくつかの実施例において、ポリシーは、ロボットコントローラ５００上で実行される。パニングポリシーは、ロボット１００が特定の閾値（例えば、０．３５メートル／秒）を超える速度で駆動しているかどうかを判定し得、超えている場合、マイクロコントローラ７５２は、センサスイートに、順駆動方向Ｆに沿った直進方向を感知するように指示する。図１８Ｄを参照すると、別のパニングポリシーは、ロボット１００が自律的に駆動しており、かつ急旋回を行う前であるかどうかを判定し、マイクロコントローラ７５２は、パニングセンサスイート７００に、その方向に旋回するように指示する。例えば、ロボット１００が左旋回を行っている場合、マイクロコントローラ７５２は、パニングセンサスイート７００に、左に旋回するように指示する。ロボット１００が右旋回を行っている場合、マイクロコントローラ７５２は、パニングセンサスイート７００に、右に旋回するように指示する。いくつかの実施例において、パニングセンサスイート７００は、６０度／秒の速度で最高６０度旋回し、次いで、パニングセンサスイート７００は、中心位置に戻る前に、所定の閾値（例えば、０．２５秒）にわたってその位置を保持する。いくつかの場合において、ロボット１００が急旋回を行っている間に障害物に遭遇した場合、ポリシーは起動されない。別のポリシーは、ロボット１００が、第１の閾値（例えば、０．３５ｍ／ｓ）未満であるが、ある時間（例えば、１秒）にわたって第２の閾値（例えば、０．１ｍ／ｓ）を超える速度で自律的に駆動しているかどうかを判定し得、その場合、マイクロコントローラ７５２は、パニングセンサスイート７００に、パンし始めるように指示する。いくつかの実施例において、パニングセンサスイート７００は、６０度／ｓで７０度パンする。
【０１９２】
別のポリシーは、ロボット１００の速度が、ある期間（例えば、３秒）にわたってある閾値（例えば、０．１ｍ／ｓ）未満であるかどうかを判定し得、マイクロコントローラ７５２は、次の条件のうちの１つを満たしたときに、パニングセンサスイート７００に１８０度旋回するように指示する。（ｉ）ロボット１００が、自律的な駆動中に衝突を避けているとき、（ｉｉ）ロボット１００が、遠隔操作駆動中に衝突を避けているとき（ロボット１００が、遠方のユーザによって遠くから操作されているとき）、（ｉｉｉ）ロボット１００が動けず、障害物がなくなるのを待っているとき、（ｉｖ）ロボット１００が段差を検出したとき、（ｖ）ロボット１００が、ロボット１００に非常に近い十分な障害物を検出したとき、（ｖｉ）ロボット１００の背後に相当な量の未知の空間があるとき、または（ｖｉｉ）ロボット１００が局所回転しているとき。この場合、旋回速度は、８０度／秒である。
【０１９３】
いくつかの実現形態において、パニングセンサスイート７００の旋回方向（左／右）は、いくつかの要因によって判定される。これらの要因としては、ａ）ロボット１００の近くおよび周囲の未知の空間の量をカウントし、左側がより未知の空間であれば左に旋回し、そうでなければ右に旋回する、ｂ）ユーザ生成の回転コマンドがある場合、旋回方向は、回転コマンドの方向に従う、ｃ）ロボット１００の周囲にいかなる未知の空間もない場合、いかなる旋回も必要でない、ｄ）ロボット１００の左側／右側の未知の空間がほぼ同じである場合、旋回方向は、回転速度が１０度／秒より高ければ、ロボット１００の回転方向に従うが、回転速度が低過ぎる場合、マイクロコントローラ７５２は、未知の空間のカウントを使用するようにフォールバックする、ｅ）ロボット１００が十分高い速度（例えば、１０度／秒）で回転している場合、旋回方向は、回転方向に従う、ｆ）ロボット１００の速度が未知である場合、マイクロコントローラ７５２は、パニングセンサスイート７００に、左または右に回転するように指示する、ｇ）局所位置決めシステムがパニングセンサスイート７００に接続されていない場合、マイクロコントローラ７５２は、パニングセンサスイート７００に対して旋回方向を設定しない、が挙げられるが、それらに限定されない。
【０１９４】
いくつかの実現形態において、ゼロ位置に戻る（すなわち、前方を向く）ときのパニングセンサスイート７００の速度は、パニング速度に依存する。したがって、ポリシーの１つは、ロボット１００が、加速した速度（例えば、少なくとも０．２５秒にわたって、０．３５ｍ／ｓを超える）で駆動し始めたかどうかを判定し、マイクロコントローラ７５２は、パニングセンサスイートに、１５０度／秒でゼロ位置に戻るように指示し得る。
【０１９５】
いくつかの実施例において、ポリシーの１つは、ロボット１００が、遠隔操作の下で駆動しているかどうかを判定し得る。そうである場合、マイクロコントローラ７５２は、パニングセンサスイート７００に、遠隔操作の速度コマンドの指示に合わせてパンするように指示する。遠隔操作の速度コマンドの方向は、「ゼロ」位置になる。自律的な駆動を適用する全てのパニングポリスは、遠隔操作駆動の下でも適用可能である速度コマンドの方向にパンするときに、パニングセンサスイート７００は、パニング距離が６０度未満であれば、６０度／秒を使用する。そうでない場合、パニングセンサスイート７００は、遠隔操作速度コマンドの指示に迅速に到達するために、１５０度／秒を使用する。パニング距離が１０度よりも短い場合、マイクロコントローラ７５２は、パニングセンサスイート７００に、パンするように指示しない。
【０１９６】
いくつかの実施例において、ロボット１００が、遠隔操作の下で、閾値速度（例えば、０．６ｍ／ｓ）を超える速度で駆動し、０．３ｒａｄ／ｓを超える閾値速度で回転し、かつ、急旋回を行っている場合、マイクロコントローラ７５２は、パニングセンサスイート７００に、旋回方向に旋回するように指示する。例えば、ロボット１００が左旋回を行っている場合、マイクロコントローラ７５２は、パニングセンサスイートに、左に旋回するように指示する。ロボット１００が右旋回を行っている場合、マイクロコントローラ７５２は、パニングセンサスイート７００に、右に旋回するように指示する。いくつかの実施例において、パニングセンサスイート７００は、６０度／秒の速度で最高６０度旋回し、次いで、パニングセンサスイート７００は、中心位置に戻る前に、閾値期間（例えば、０．２５秒）にわたってその位置を保持する。いくつかの場合において、ロボット１００が急旋回を行っている間に障害物に遭遇した場合、ポリシーは起動されない。
【０１９７】
動的な障害物がロボット１００に接近しており、かつ該物体がロボット１００の左側（例えば、ロボット１００の中心から０．３５ｍ〜１．０ｍ）を通過した場合、マイクロコントローラ７５２は、パニングセンサスイート７００に、左にパンするように指示する。いくつかの実施例において、パニングセンサスイート７００は、９０度にわたって６０度／秒でパンする。同様に、動的な障害物がロボット１００の右側を通過する場合、マイクロコントローラ７５２は、パニングセンサスイート７００に、右にパンするように指示する。
【０１９８】
いくつかの実施例において、ロボット１００は、「勾配に向かう旋回」挙動６００ｅ（図２５Ａ）を実行する。「勾配に向かう旋回」挙動は、ロボット１００が、その高さのため、床５を横移動するときに隆起に接近するときに、チップまたはチルトすることを防止する。ロボット１００が「勾配に向かう旋回」挙動６００ｅを実行している場合、マイクロコントローラ７５２は、パニングセンサスイート７００に、６０度／秒での６０度にわたる「勾配に向かう旋回」の回転に基づいて旋回するように指示する。マイクロコントローラ７５２は、パニングセンサスイート７００に、「勾配に向かう旋回」挙動６００ｅが完了するまでその位置を保持するように指示する。
【０１９９】
別のポリシーは、ドアが開くのをロボット１００が待っているときを監視し得、そのような場合、マイクロコントローラ７５２は、パニングセンサスイート７００に、３０度／秒で左および右に１５度パンするように指示する。いくつかの実施例において、ロボット１００がドアポータルを通って駆動している場合、マイクロコントローラ７５２は、パニングセンサスイート７００に、センサスイートを「ゼロ」／中心位置に保持するように指示する。
【０２００】
いくつかの実現形態において、ロボット１００は、電源１０５を充電するためのドッキングステーション（図示せず）を使用する。別のポリシーは、ロボット１００がドッキング解除しているかどうかを監視し得る。ロボット１００がドッキング解除している場合、マイクロコントローラ７５２は、パニングセンサスイート７００が左パンおよび右パン（６０度／秒で９０度）を終了するまで待機する。
【０２０１】
別のポリシーは、ロボット１００が位置を保持している間、ロボット１００が、非常に近い物体（例えば、センサスイートから数センチメートルであるテーブル縁部）を検出したかどうかを監視し得る。そのような場合において、マイクロコントローラ７５２は、その近い物体から遠ざかるための空間を見つけるために、パニングセンサスイート７００に、８０度／秒で１８０度左側および右側にパンするように指示する。別のポリシーは、パニングセンサセットが「ゼロ」／中心位置にあるかどうかを監視し、中心位置にない場合、マイクロコントローラ７５２は、パニングセンサスイート７００に、センサスイートが１５０度／秒で中心に戻る前に、１０秒待機するように指示する。
【０２０２】
図１９で示される実施例において、ロボット１００は、胴部１４０上に配置される、第１の撮像センサ４５０ａおよび第２の撮像センサ４５０ｂ（例えば、３Ｄ深度撮像センサ）を含む。撮像センサ４５０ａ、４５０ｂはどちらも、順駆動方向Ｆに沿って、視界４５２を有するように配設される。第１の撮像センサ４５０ａは、基部１２０または脚部１３０と接触する前に物体を検出するために、（例えば、地面上の領域および／またはロボットの下部分の周りを見るために）その撮像軸４５５がロボット１００から実質的に下方に離れて向くように配設される。第１の撮像センサ４５０ａを下方に傾斜させることによって、ロボット１００は、ロボット１００のすぐ前方に、またはそれに直接隣接する適用範囲において密なセンサ領域を受け取り、該センサ領域は、順方向におけるロボット１００の短期間の進行に関連する。第２の撮像センサ４５０ｂは、（例えば、ロボット１００の中間部分および／または上部分に接近する物体を検出するために）順駆動方向Ｆに沿って、地面と実質的に平行に指し示す撮像軸４５５が配設される。他の実施例において、第２の撮像センサ４５０ｂは、地面より上を、さらには地面から上方に離れて指し示す、その撮像軸４５５が配設される。
【０２０３】
撮像センサ４５０ａ、４５０ｂが死角４５３を有する場合、ロボット１００に近接または隣接する物体を検出できない可能性が存在する。図１０Ａに示される実施例において、ロボット１００は、首部１５０を介してパンおよびチルトすることができる、頭部１６０上に載置される撮像センサ４５０を含む。その結果、ロボット１００は、他の撮像センサ４５０ａ、４５０ｂの死角４５３を見るために、頭部上の撮像センサ４５０を移動させることができ、したがって、物体検出のために、ロボット１００の周りの完全な、または実質的に完全な視界４５２を提供する。頭部１６０上への撮像センサ４５０の配置が可能ではないとき、または死角４５３を見るように撮像センサ４５０を移動させることができない場合、死角４５３を見るために、他の手法が利用され得る。死角４５３に加えて、撮像センサ４５０の視界４５２内のいくつかの物体は、サイズ、形状、反射率、および／または色のため、検出することが困難である可能性がある。例えば、あるときには、高反射性または鏡面の物体を検出することが困難である可能性がある。他の実施例では、非常に暗い、または黒色の物体を検出することが困難である可能性がある。さらに、細長い物体（すなわち、非常に細い輪郭を有する）を検出することが困難であり得る。検出が難しい物体は、複数の角度から見る、または複数のセンサから感知すると、比較的検出し易くなり得る。
【０２０４】
図１、図４Ｃ、および図１０Ａで示される実施例において、ロボットは、基部本体１２０の周辺に配置され、かつ上方（例えば、実質的にＺ方向）を指し示すように配設され、また随意に、Ｚ軸から離れて外方に傾斜され、したがって、ロボット１００の周囲に検出カーテンを作成する、１つ以上のソナー近接センサ４１０、４１０Ｓを含む。ソナー近接センサ４１０、４１０Ｓは、各撮像センサ４５０の死角４５３内の物体を感知するように配設し、向けることができる。
【０２０５】
いくつかの実現形態において、ロボット１００は、対応する死角４５３を見る能力を得るために、（コントローラ５００またはセンサシステム４００を介して）撮像センサ４５０、４５０ａ、４５０ｂを移動またはパンさせる。撮像センサ４５０は、その関連する撮像軸４５５を移動させることによって、３６０°（±１８０°）の任意の方向を指し示すことができる。
【０２０６】
いくつかの実施例において、ロボット１００は、死角４５３に入った空間体積の知覚を得るために、各撮像センサ４５０の撮像軸４５５および対応する視界４５２を移動させるように、地面上でロボット自体を操縦する。例えば、ロボット１００は、適所で枢動し得、ホロノミックに横方向に移動し得、前後に移動し得、またはそれらの組み合わせを行い得る。追加的な実施例において、撮像センサ４５０が、限られた視界４５２および／または検出フィールド４５７を有する場合、コントローラ５００またはセンサシステム４００は、比較的幅の広いおよび／または高い視界を作成して、ロバストなＯＤＯＡを行うために、撮像センサ４５０を左右および／または上下の走査様式で作動させることができる。撮像センサ４５０を（撮像軸４５５を移動させることによって）パンさせることは、関連する水平および／または垂直視界を広げさせ、これは、撮像センサ４５０が、その死角４５３の全てまたは一部分だけでなく、ロボット１００上の別の撮像センサ４５０の死角４５３を見ることも可能にし得る。
【０２０７】
いくつかの実施例において、各撮像センサ４５０は、撮像センサ４５０を走査運動で移動させる、関連するアクチュエータ（図示せず）を有し得る。追加的な実施例において、撮像センサ４５０は、撮像センサ４５０の視界４５２および／または検出フィールド４５７を広げるように、関連する、ミラー、プリズム、可変角度マイクロミラー、またはＭＥＭＳミラーのアレイを回転させることを含む。
【０２０８】
図２０で示される実施例において、胴部１４０は、脚部１３０上でＺ軸を中心に枢動し、ロボット１００が、基部１２０によって画定される順駆動方向Ｆに対して、胴部１４０上に配置される撮像センサ４５０を移動させることを可能にする。いくつかの実施例において、脚部１３０は、Ｚ軸を中心に枢動し、したがって、Ｚ軸を中心に胴部１４０を移動させる。いずれの実施例においても、コントローラ５００と通信しているアクチュエータ１３８（回転アクチュエータ等）は、（例えば、脚部１３０に対して胴部１４０を回転させるか、および／または基部１２０に対して脚部１３０を回転させるかのいずれかによって）基部１２０に対して胴部１４０を回転させる。回転胴部１４０は、撮像センサ４５０を、Ｚ軸を中心とするパニング運動で移動させ、ロボット１００を中心に最高３６０°の視界４５２を提供する。ロボット１００は、順駆動方向Ｆに対して、胴部１４０を連続して３６０°または≦±１８０°の角度で枢動させ得る。
【０２０９】
図２１を参照すると、いくつかの実現形態において、ロボット１００は、各撮像センサ４５０と関連付けられ、かつ関連する撮像センサ４５０の死角４５３内の物体を感知するように配設される、死角センサ４９０を含む。死角センサ４９０は、ソナーセンサ、カメラ、超音波センサ、ＬＩＤＡＲ、ＬＡＤＡＲ、光センサ、赤外線センサ等であり得る。示される実施例において、死角センサ４９０は、死角４５３を覆う、または実質的に覆う視界４９２を有するように配設される。図２２は、撮像センサ４５０に隣接して胴部１４０上に配置され、かつ死角４５３の中へ延在するその視界４９２を有するように配設される死角センサ４９０を有する、ロボット１００の上面図を提供する。示される実施例において、死角視界４９２は、死角４５３内の実質的に中心にあるが、（例えば、中心を外れた）他の配設も同様に可能である。
【０２１０】
図２３は、胴部１４０の前方部分１４７上に配置される死角センサ４９０のアレイを有する、例となるロボット１００を図示する。死角センサ４９０のアレイは、示される死角４５３の適用範囲だけでなく、以前はセンサの視界内になかったロボット１００の周りの追加的な領域（例えば、撮像センサ４５０の視界４５２の両側の領域）も提供する。これは、ロボット１００が、近隣の物体に向かって移動または旋回する前に、該物体を感知することを可能にする。
【０２１１】
図２４で示される実施例において、ロボット１００は、ロボット１００から比較的離れた（例えば、３メートル超えて）物体１２を検出するように配設および構成される、少なくとも１つの長距離センサ２１９０を含む。長距離センサ２１９０は、（例えば、比較的長距離を検出するように構成される光学部品またはズームレンズを有する）撮像センサ４５０であり得る。追加的な実施例において、長距離センサ２１９０は、（例えば、ズームレンズを有する）カメラ、レーザ距離計、ＬＩＤＡＲ、ＲＡＤＡＲ等であり得る。示される実施例において、ロボット１００は、前、後、右、および左の駆動方向に沿った、対応する視界２１９２を伴って配設される、４つの長距離センサ２１９０を含む。他の配設も同様に可能である。
【０２１２】
遠くの物体の検出は、ロボット１００が、障害物とみなされた場合には、物体を回避するように、または、（例えば、テレビ会議セッションを実行するために人に接近するための）目的地であるとみなされた場合には、物体に接近するように、（コントローラ５００を介して）ナビゲーションルーチンを実行することを可能にする。ロボット１００上の撮像センサ（複数可）４５０の視界の外の物体の認識は、コントローラ５００が、検出した物体１２を死角４５３の中に配置し得る移動を回避することを可能にする。さらに、人追従ルーチンにおいて、人が撮像センサ４５０の視界の外に移動したとき、長距離センサ２１９０は、その人を検出し得、ロボット１００を操縦して、撮像センサ４５０の視界４５２の中でのその人の知覚を回復することを可能にし得る。
【０２１３】
図２５を参照すると、いくつかの実現形態において、コントローラ５００（例えば、コンピューティングプロセッサ（複数可）上で実行可能な命令を記憶することができるメモリと通信している１つ以上のコンピューティングプロセッサを有するデバイス）は、互いに通信している挙動システム５１０ａおよび制御調停システム５１０ｂを含む、制御システム５１０を実行する。制御調停システム５１０ｂは、ロボットが、アプリケーション５２０を制御システム５１０に動的に追加すること、およびそこから削除することを可能にし、アプリケーション５２０が、任意の他のアプリケーション５２０に関して知ることを必要とせずに、それぞれがロボット１００を制御することを可能にすることを促進する。換言すれば、制御調停システム５１０ｂは、アプリケーション５２０とロボット１００のリソース５４０との間の簡単な優先制御機構を提供する。リソース５３０は、駆動システム２００、センサシステム４００、および／またはコントローラ５００と通信している任意の搭載物もしくは制御可能なデバイスを含み得る。
【０２１４】
アプリケーション５２０は、ロボット１００上（例えば、プロセッサ上）で並列に実行し、該ロボットを同時に制御するために、ロボット１００のメモリに記憶するか、または該ロボットに通信することができる。アプリケーション５２０は、挙動システム５１０ａの挙動６００にアクセスし得る。独立して展開されるアプリケーション５２０は、実行時に動的に、かつロボット１００のロボットリソース５４０（例えば、駆動システム２００、脚部１３０、胴部１４０、首部１５０、および／または頭部１６０）を共有するように組み合わせられる。実行時にアプリケーション５２０の間でロボットリソース５４０を動的に共有するために、低レベルポリシーが実現される。ポリシーは、どのアプリケーション５２０が、そのアプリケーション５２０によって必要とされるロボットリソース５４０の制御（例えば、アプリケーション５２０の間の優先順位階層）を有するのかを判定する。アプリケーション５２０は、動的に開始および停止すること、ならびに互いに完全に独立して実行することができる。制御システム５１０はまた、互いに支援するようにともに組み合わせることができる、複雑な挙動６００も可能にする。
【０２１５】
制御調停システム５１０ｂは、制御アービタ５６０と通信している、１つ以上のアプリケーション５２０を含む。制御調停システム５１０ｂは、アプリケーション５２０のための制御調停システム５１０ｂへのインターフェースを提供する、構成要素を含み得る。そのような構成要素は、アプリケーション５２０の認証、分散リソース制御アービタ、コマンドバッファリング、優先順位の調整等の複雑さを取り除き、カプセル化し得る。制御アービタ５６０は、あらゆるアプリケーション５２０からコマンドを受け取り、アプリケーションの優先順位に基づいて単一のコマンドを生成し、そして該コマンドをその関連するリソース５４０に発行する。制御アービタ５６０は、その関連するリソース５４０から状態フィードバックを受け取り、それをアプリケーション５２０に送り返し得る。ロボットリソース５４０は、１つ以上のハードウェアコントローラを有する機能モジュール（例えば、アクチュエータ、駆動システム、およびそれらの群）のネットワークであり得る。制御アービタ５６０のコマンドは、特定の行動を実行するために、リソース５４０に固有である。
【０２１６】
コントローラ５００上で実行可能な動力学モデル５３０は、現在のロボットの状態を評価するために、ロボット１００の重心（ＣＧ）、慣性モーメント、および種々の部分の慣性の外積を計算するように構成される。動力学モデル５３０は、ロボット１００の重心ＣＧR、基部１２０の重心ＣＧB、脚部１３０の重心ＣＧL、ロボット１００の他の部分の重心を算出するように構成され得る。動力学モデル５３０はまた、これらの構成要素の形状、重量、および／または慣性モーメントもモデル化し得る。いくつかの実施例において、動力学モデル５３０は、ロボット１００の種々の重心を算出するために、コントローラ５００と通信しているもの（例えば、加速度計および／またはジャイロ）の慣性モーメントユニット（ＩＭＵ）４７０またはその一部分と通信する。動力学モデル５３０は、ロボット１００およびその構成要素の動作エンベロープを判定するために、他のプログラム５２０または挙動６００とともに、コントローラ５００によって使用することができる。
【０２１７】
いくつかの実施例において、挙動６００は、プラグイン構成要素であり、これは、センサシステム４００等の複数のソースからの感知フィードバックを、経験的限界および情報とともに、ロボット１００の許容可能な動作に関する評価フィードバックに連結する、階層的な状態完全評価機能を提供する。挙動６００は、アプリケーション５２０にプラグイン可能である（例えば、アプリケーション５２０の内部または外部に存在する）ので、該挙動は、アプリケーション５２０または制御システム５１０の任意の他の部分を修正する必要なく、削除および追加することができる。各挙動６００は、独立したポリシーである。挙動６００をより強力にするために、複雑な組み合わせ機能を有することができるように、複数の挙動６００の出力をともに別の入力に添付することができる。挙動６００は、ロボット１００の総合的認識の管理可能な部分を実現することが意図される。
【０２１８】
示される実施例において、挙動システム５１０ｂは、センサによって知覚される障害物に基づいて、応答するロボットの行動（例えば、障害物の前で向きを変える、反転する、停止する、等）を判定するための、障害物検出／障害物回避（ＯＤＯＡ）挙動６００ａを含む。人間追従挙動６００ｂは、駆動システム２００を、センサシステム４００のセンサ信号（局所感知知覚を提供する）に基づいて、特定の人に追従させるように構成され得る。速度挙動６００ｃ（例えば、プロセッサ上で実行可能な挙動ルーチン）は、ロボット１００の速度設定を調節するように構成され得、向首挙動６００ｄは、ロボット１００の向首設定を変化させるように構成され得る。速度６００ｃおよび向首挙動６００ｄは、同時に、かつ互いに独立して実行するように構成され得る。例えば、速度挙動６００ｃは、センサ（例えば、一式（複数可）の近接センサ４１０）の１つをポーリングするように構成され得、向首挙動６００ｄは、別のセンサ（例えば、動力学的追突センサ）をポーリングするように構成され得る。
【０２１９】
図２５Ａおよび２５Ｂを参照すると、いくつかの実現形態において、コントローラ５００（例えば、コンピューティングプロセッサ上で実行可能な命令を記憶することができるメモリと通信している、１つ以上のコンピューティングプロセッサを有するデバイス）は、互いに通信している挙動システム５１０ａおよび制御調停システム５１０ｂを含む、制御システム５１０を実行する。制御調停システム５１０ｂは、ロボットが、アプリケーション５２０を制御システム５１０に動的に追加すること、およびそこから削除することを可能にし、アプリケーション５２０が、任意の他のアプリケーション５２０に関して知ることを必要とせずに、それぞれがロボット１００を制御することを可能にすることを促進する。換言すれば、制御調停システム５１０ｂは、アプリケーション５２０とロボット１００のリソース５4０との間の簡単な優先制御機構を提供する。
【０２２０】
アプリケーション５２０は、ロボット１００上（例えば、プロセッサ上）で並列に実行し、該ロボットを同時に制御するために、ロボット１００のメモリに記憶するか、または該ロボットに通信することができる。アプリケーション５２０は、挙動システム５１０ａの挙動６００にアクセスし得る。独立して展開されるアプリケーション５２０は、実行時に動的に、かつロボット１００のロボットリソース５４０（例えば、駆動システム２００、脚部１３０、胴部１４０、首部１５０、および／または頭部１６０）を共有するように組み合わせられる。実行時にアプリケーション５２０の間でロボットリソース５４０を動的に共有するために、低レベルポリシーが実現される。ポリシーは、どのアプリケーション５２０が、そのアプリケーション５２０によって必要とされるロボットリソース５４０の制御（例えば、アプリケーション５２０の間の優先順位階層）を有するのかを判定する。アプリケーション５２０は、動的に開始および停止すること、ならびに互いに完全に独立して実行することができる。制御システム５１０はまた、互いに支援するようにともに組み合わせることができる、複雑な挙動６００も可能にする。
【０２２１】
制御調停システム５１０ｂは、制御アービタ５６０と通信している、１つ以上のアプリケーション５２０を含む。制御調停システム５１０ｂは、アプリケーション５２０のための制御調停システム５１０ｂへのインターフェースを提供する、構成要素を含み得る。そのような構成要素は、アプリケーション５２０の認証、分散リソース制御アービタ、コマンドバッファリング、優先順位の調整等の複雑さを取り除き、カプセル化し得る。制御アービタ５６０は、あらゆるアプリケーション５２０からコマンドを受け取り、アプリケーションの優先順位に基づいて単一のコマンドを生成し、そして該コマンドをその関連するリソース５４０に発行する。制御アービタ５６０は、その関連するリソース５４０から状態フィードバックを受け取り、それをアプリケーション５２０に送り返し得る。ロボットリソース５４０は、１つ以上のハードウェアコントローラを有する機能モジュール（例えば、アクチュエータ、駆動システム、およびそれらの群）のネットワークであり得る。制御アービタ５６０のコマンドは、特定の行動を実行するために、リソース５４０に固有である。
【０２２２】
コントローラ５００上で実行可能な動力学モデル５３０は、現在のロボットの状態を評価するために、ロボット１００の重心（ＣＧ）、慣性モーメント、および種々の部分の慣性の外積を計算するように構成される。動力学モデル５３０は、ロボット１００の重心ＣＧR、基部１２０の重心ＣＧB、脚部１３０の重心ＣＧL、ロボット１００の他の部分の重心を算出するように構成され得る。動力学モデル５３０はまた、これらの構成要素の形状、重量、および／または慣性モーメントもモデル化し得る。いくつかの実施例において、動力学モデル５３０は、ロボット１００の種々の重心を算出するために、コントローラ５００と通信しているもの（例えば、加速度計および／またはジャイロ）の慣性モーメントユニット（ＩＭＵ）４７０またはその一部分と通信する。動力学モデル５３０は、ロボット１００およびその構成要素の動作エンベロープを判定するために、他のプログラム５２０または挙動６００とともに、コントローラ５００によって使用することができる。
【０２２３】
いくつかの実施例において、挙動６００は、プラグイン構成要素であり、これは、センサシステム４００等の複数のソースからの感知フィードバックを、経験的限界および情報とともに、ロボット１００の許容可能な動作に関する評価フィードバックに連結する、階層的な状態完全評価機能を提供する。挙動６００は、アプリケーション５２０にプラグイン可能である（例えば、アプリケーション５２０の内部または外部に存在する）ので、該挙動は、アプリケーション５２０または制御システム５１０の任意の他の部分を修正する必要なく、削除および追加することができる。各挙動６００は、独立したポリシーである。挙動６００をより強力にするために、複雑な組み合わせ機能を有することができるように、複数の挙動６００の出力をともに別の入力に添付することができる。挙動６００は、ロボット１００の総合的認識の管理可能な部分を実現することが意図される。
【０２２４】
示される実施例において、挙動システム５１０aは、センサによって知覚される障害物に基づいて、応答するロボットの行動（例えば、障害物の前で向きを変える、反転する、停止する、等）を判定するための、障害物検出／障害物回避（ＯＤＯＡ）挙動６００ａを含む。人間追従挙動６００ｂは、駆動システム２００を、センサシステム４００のセンサ信号（局所感知知覚を提供する）に基づいて、特定の人に追従させるように構成され得る。速度挙動６００ｃ（例えば、プロセッサ上で実行可能な挙動ルーチン）は、ロボット１００の速度設定を調節するように構成され得、向首挙動６００ｄは、ロボット１００の向首設定を変化させるように構成され得る。速度６００ｃおよび向首挙動６００ｄは、同時に、かつ互いに独立して実行するように構成され得る。例えば、速度挙動６００ｃは、センサ（例えば、一式（複数可）の近接センサ４１０）の１つをポーリングするように構成され得、向首挙動６００ｄは、別のセンサ（例えば、動力学的追突センサ）をポーリングするように構成され得る。
【０２２５】
図２６は、可動式ロボット１００を動作させる方法のための動作の例となる配設２６００を提供する。本方法は、順駆動方向Ｆで床面にわたってロボット１００を操縦すること（２６０２）と、ロボット１００上に配置される第１の撮像デバイス４５０ａ、第２の撮像デバイス４５０ｂ、および第３の撮像デバイス４５０ｃから画像データを受け取ること（２６０４）と、受け取った画像データに基づいて、床面にわたってロボットを操縦すること（２６０６）と、を含む。第１の撮像センサ４５０ａは、（例えば、順方向Ｆに沿って）ロボット１００から下方に離れて向くように配設される。第２の撮像センサ４５０ｂは、床面と実質的に平行に向くように配設される。第３の撮像センサ４５０ｃは、（例えば、順方向Ｆに沿って）ロボット１００から上方に離れて向くように配設される。
【０２２６】
いくつかの実現形態において、本方法は、ロボット１００の駆動方向Ｆに沿ったロボット１００の周りの情景１０の３次元深度画像データを受け取ることと、受け取った３次元深度画像データに基づいて、ロボット１００の周囲の環境に対応する局所知覚空間を判定することと、情景１０の中の物体１２の場所を判定することと、を含む。本方法は、物体の位置の信頼レベルを割り当てることと、物体の位置および対応する信頼レベルに基づいて、情景１０の中のロボット１００を操縦することと、を含む。本方法は、情景１０の物体占有マップ１２００を構築することを含み得る。いくつかの実施例において、本方法は、更新された３次元深度画像データが継続する限り、各物体の位置の信頼レベルを経時的に低下させることを含む。
【０２２７】
本方法は、少なくとも１つの撮像センサ４５０が、撮像センサ４５０の水平視界４５２を広げるように順駆動方向Ｆに対して左右に走査することを含み得る。
【０２２８】
いくつかの実現形態において、本方法は、ロボット１００上に配置される第１の近接センサ４１０ａ、第２の近接センサ４１０ｂ、および第３の近接センサ４１０ｃから近接データを受け取ること（２６０８）と、受け取った近接データに基づいて、床面にわたってロボット１００を操縦すること（２６１０）と、を含む。第１の近接センサ４１０ａは、第１の撮像センサ４５０ａの撮像軸４５５ａと実質的に平行に配設される感知軸４１２ａを有する。第２の近接センサ４１０ｂは、第２の撮像センサ４５０ｂの撮像軸４５５ｂと実質的に平行に配設される感知軸４１２ｂを有する。第３の近接センサ４１０ｃは、第３の撮像センサ４５０ｃの撮像軸４５５ｃと実質的に平行に配設される感知軸４１２ｃを有する。
【０２２９】
本明細書で説明されるシステムおよび手法の種々の実現形態は、デジタル電子回路、集積回路、特別に設計されたＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、コンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、および／またはそれらの組み合わせで実現することができる。これらの種々の実現形態は、記憶システムからデータおよび命令を受け取るために、該記憶システムにデータおよび命令を送るために結合され、専用または汎用であり得る、少なくとも１つのプログラマブルプロセッサ、少なくとも１つの入力デバイス、少なくとも１つの出力デバイスを含む、プログラマブルシステム上で実行可能および／または解釈可能である、１つ以上のコンピュータプログラムの実現形態を含むことができる。
【０２３０】
これらのコンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、またはコードとしても知られる）は、プログラマブルプロセッサのための機械命令を含み、高水準手続きプログラミング言語および／もしくはオブジェクト指向プログラミング言語、ならびに／またはアセンブリ言語／機械言語で実現することができる。本明細書で使用される「機械読み出し可能な媒体」、「コンピュータ読み出し可能な媒体」という用語は、機械読み出し可能な信号として機械命令を受け取る機械読み出し可能な媒体を含む、機械命令および／またはデータを、プログラマブルプロセッサに提供するために使用される、任意のコンピュータプログラム製品、装置、および／またはデバイス（例えば、磁気ディスク、光ディスク、メモリ、プログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ））を指す。「機械読み出し可能な信号」という用語は、機械命令および／またはデータをプログラマブルプロセッサに提供するために使用される任意の信号を指す。 
【０２３１】
本明細書で説明される主題の実現形態および機能動作は、デジタル電子回路で、または本明細書で開示される構造およびそれらの構造的等価物を含む、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、もしくはハードウェア、またはそれらのうちの１つ以上の組み合わせで実現することができる。本明細書で説明される主題の実現形態は、データ処理装置による実行のための、またはその動作を制御する、１つ以上のコンピュータプログラム製品、すなわち、コンピュータ読み出し可能な媒体上にコード化されるコンピュータプログラム命令の１つ以上のモジュールとして実現することができる。コンピュータ読み出し可能な媒体は、機械読み出し可能な記憶デバイス、機械読み出し可能な記憶基板、メモリデバイス、機械読み出し可能な伝搬信号に影響を及ぼす組成物、またはそれらのうちの１つ以上の組み合わせとすることができる。「データ処理装置」という用語は、一例として、プログラマブルプロセッサ、コンピュータ、または複数のプロセッサもしくはコンピュータを含む、データを処理するための全ての装置、デバイス、および機械を包含する。装置は、ハードウェアに加えて、関心のあるコンピュータプログラムの実行環境を作成するコード、例えば、プロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、またはそれらのうちの１つ以上の組み合わせを構成するコードを含むことができる。伝搬信号は、好適な受信器装置に伝送するための情報をコード化するために生成される、人工的に生成される信号、例えば、電気信号、光信号、または電磁信号である。
【０２３２】
コンピュータプログラム（また、プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、スクリプト、またはコードとしても知られる）は、コンパイル型言語またはインタプリタ型言語を含む、任意の形態のプログラミング言語で書くことができ、また、スタンドアロンプログラムとして、またはモジュール、構成要素、サブルーチン、もしくはコンピューティング環境での使用に適した他のユニットとしての展開を含む、任意の形態で展開することができる。コンピュータプログラムは、必ずしもファイルシステムの中のファイルに対応するとは限らない。プログラムは、他のプログラムまたはデータ（例えば、マークアップ言語の文書に記憶される１つ以上のスクリプト）を保持するファイルの一部分に、関心のあるプログラム専用の単一のファイルに、または複数の連携ファイル（例えば、１つ以上のモジュール、サブプログラム、またはコードの一部分を記憶するファイル）に記憶することができる。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上で、または１つのサイトに位置するか、もしくは複数のサイトにわたって分散され、また、通信ネットワークによって相互接続される複数のコンピュータ上で実行されるように展開することができる。
【０２３３】
本明細書で説明されるプロセスおよび論理フローは、入力データに対して動作し、出力を生成することによって機能を行う、１つ以上のコンピュータプログラムを実行する、１つ以上のプログラマブルプロセッサによって行うことができる。プロセスおよび論理フローはまた、専用論理回路、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって行うこともでき、また、装置を、それらとして実現することもできる。
【０２３４】
コンピュータプログラムの実行に好適なプロセッサとしては、一例として、汎用および専用マイクロプロセッサの双方、および任意の種類のデジタルコンピュータの任意の１つ以上のプロセッサが挙げられる。全般的に、プロセッサは、リードオンリーメモリもしくはランダムアクセスメモリ、または双方から命令およびデータを受け取る。コンピュータの不可欠な要素は、命令を行うためのプロセッサ、ならびに命令およびデータを記憶するための１つ以上のメモリデバイスである。全般的に、コンピュータはまた、データを記憶するための１つ以上の大容量記憶デバイス、例えば、磁気、光磁気ディスク、もしくは光ディスクを含むか、またはそれからデータを受け取る、もしくはそれらにデータを転送する、または双方のために、それらに動作可能に連結される。しかしながら、コンピュータは、そのようなデバイスを有する必要はない。さらに、コンピュータは、別のデバイス、例えば、少しだけ例を挙げると、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、モバイルオーディオプレーヤー、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）受信器に埋め込むことができる。コンピュータプログラム命令およびデータを記憶するのに好適なコンピュータ読み出し可能な媒体としては、一例として、半導体メモリデバイス、例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、およびフラッシュメモリデバイス、磁気ディスク、例えば、内蔵ハードディスクもしくはリムーバブルディスク、光磁気ディスク、ならびにＣＤ−ＲＯＭおよびＤＶＤ−ＲＯＭディスクを含む、全ての形態の不揮発性メモリ、媒体、およびメモリデバイスが挙げられる。プロセッサおよびメモリは、専用論理回路によって補完すること、またはそれに組み込むことができる。
【０２３５】
本明細書で説明される主題の実現形態は、例えば、データサーバとしてバックエンド構成要素を含む、またはミドルウェア構成要素、例えば、アプリケーションサーバを含む、またはフロントエンド構成要素、例えば、ユーザがそれを通して本明細書で説明される主題の実現形態と相互作用することができる、グラフィカルユーザインターフェースもしくはウェブブラウザを有する、クライアントコンピュータを含む、または１つ以上のそのようなバックエンド、ミドルウェア、もしくはフロントエンド構成要素の任意の組み合わせを含む、コンピューティングシステムで実現することができる。システムの構成要素は、任意の形態または媒体のデジタルデータ通信（例えば、通信ネットワーク）によって相互接続することができる。通信ネットワークの例としては、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）、ワイドエリアネットワーク（「ＷＡＮ」）、例えば、インターネットが挙げられる。
【０２３６】
コンピューティングシステムは、クライアントおよびサーバを含むことができる。クライアントおよびサーバは、全般的に、互いから遠隔であり、一般的に、通信ネットワークを通して相互作用する。クライアントとサーバとの関係は、それぞれのコンピュータ上で動作するコンピュータプログラムによって、およびクライアント−サーバ関係を互いに有することによって生じる。
【０２３７】
本明細書は、多くの詳細を含むが、これらは、本発明またはその特許請求され得る範囲を限定するものとして解釈されるべきではなく、むしろ、本発明の特定の実現形態に特定の特徴の説明として解釈されるべきである。本明細書の別個の実現形態の文脈で説明される特定の特徴はまた、単一の実現形態において、組み合わせて実現することもできる。逆に、単一の実現形態の文脈で説明される種々の特徴はまた、複数の実現形態において別々に、または任意の好適な部分的組み合わせで実現することもできる。さらに、特徴は、特定の組み合わせで作用するように上で説明され得、さらに最初に、そのように特許請求され得るが、特許請求される組み合わせからの１つ以上の特徴は、いくつかの場合において、その組み合わせから実行することができ、特許請求される組み合わせは、部分的組み合わせまたは部分的組み合わせの変形例を対象とし得る。
【０２３８】
同様に、動作は、特定の順序で図面に描写されているが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が、示される特定の順序で、もしくは起こる順序で行われること、または全ての例示される動作が行われることを必要とするものとして理解されるべきではない。ある特定の状況では、マルチタスクおよび並列処理が有利であり得る。さらに、上で説明される実施形態における種々のシステム構成要素の分離は、全ての実施形態において、そのような分離を必要とすると理解されるべきではなく、説明されるプログラム構成要素およびシステムは、全般的に、単一のソフトウェア製品にともに統合することができるか、または多数のソフトウェア製品にパッケージ化することができると理解されるべきである。
【０２３９】
いくつかの実現形態を説明してきた。それでも、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、種々の変更が行われ得ることが理解されるであろう。したがって、他の実現形態は、以下の特許請求の範囲の範囲内である。例えば、特許請求の範囲に記載されるアクションを異なる順序で行うことができ、それでも望ましい結果を達成することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【図６Ｉ】
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【図６Ｊ】
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【図６Ｋ】
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【図６Ｌ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年3月18日(2015.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動式ロボット（１００）であって、
ロボット本体（１１０）と、
前記ロボット本体（１１０）を支持し、床面（５）の上で前記ロボット（１００）を操縦するように構成される駆動システム（２００）であって、順駆動方向（Ｆ）を有する、駆動システム（２００）と、
前記駆動システム（２００）と通信しているコントローラ（５００）と、
前記可動式ロボット（１００）に隣接する空間体積（Ｓ）を通して前記ロボット本体（１１０）の一部分を移動させるアクチュエータ（１９０）と、
前記コントローラ（５００）と通信しているセンサポッド（７００）と、を備え、
前記センサポッド（７００）は、
前記ロボット本体（１１０）によって回転可能に支持され、前記床面（５）に対する垂直回転軸（Ｃ）を中心とする回転面として少なくとも部分的に形成される湾曲壁（７１２）を有する、カラー（７１０）と、 
前記カラー（７１０）によって収容され、前記湾曲壁（７１２）を通って延在する観察軸（４５５）に沿って前記カラー（７１０）内から前記ロボット（１００）に隣接する前記空間体積（Ｓ）を観察する、体積点群センサ（４５０）であって、前記観察される空間体積（Ｓ）内の障害物（１２）を表す３次元体積点群を取り込む、体積点群センサ（４５０）と、
前記カラー軸（Ｃ）を中心に、前記カラー（７１０）および前記体積点群センサ（４５０）をともに回転させる、カラーアクチュエータ（７３０）と、を備え、
前記体積点群センサ（４５０）の全ての回転部分が、前記カラー（７１０）の最外点よりも短い距離だけ、前記カラー軸（Ｃ）から延在する、可動式ロボット（１００）。
【請求項２】
前記湾曲壁（７１２）の前記回転面は、前記カラー軸（Ｃ）を中心に３６０度スイープして、前記カラー（７１０）の全周を形成する、請求項１に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項３】
前記カラーアクチュエータ（７３０）は、前記カラー回転軸（Ｃ）を中心に、時計回りおよび反時計回りの双方に前記カラー（７１０）を移動させる、請求項１または２に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項４】
前記センサポッド（７００）はさらに、前記回転カラー（７１０）を覆うシュラウド（７０２）を備える、請求項１〜３のいずれかに記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項５】
前記センサポッド（７００）は、前記湾曲壁（７１２）を通って延在する異なる観察軸（４５５ａ〜ｃ）に沿って前記カラー（７１０）内から前記可動式ロボット（１００）に隣接する前記空間体積（Ｓ）を観察するように配設される、少なくとも２つの体積点群センサ（４５０ａ〜ｃ）を備え、各体積点群センサ（４５０ａ〜ｃ）は、前記観察される空間体積（Ｓ）内の障害物（１２）の別個の３次元体積点群を取り込む、請求項１に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項６】
前記取り込んだ別個の３次元体積点群は、前記観察される空間体積（Ｓ）内の非重複サブ体積（４５２）である、請求項５に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項７】
前記少なくとも２つの体積点群センサ（４５０ａ〜ｃ）の前記観察軸（４５５ａ〜ｃ）は、前記観察される空間体積（Ｓ）の別個のサブ体積（４５２）を観察するために、前記カラー軸（Ｃ）に垂直な面（Ｐ）に対して傾斜され、前記別個のサブ体積（４５２）は、前記カラー（７１０）の直径（Ｄ）の２倍よりも長い距離だけ、前記カラー軸（Ｃ）に沿って互いに位置が異なる、請求項５または６に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項８】
前記体積点群センサ（４５０）の前記観察軸（４５５）は、前記カラー（７１０）の直径（Ｄ）以上である前記カラー軸（Ｃ）に沿った高さ（Ｈ）で、前記ロボット（１００）に隣接する前記空間体積（Ｓ）を観察するために、前記カラー軸（Ｃ）に垂直な面（Ｐ）に対して傾斜される、請求項１に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項９】
前記センサポッド（７００）は、
前記カラー（７１０）によって収容され、前記湾曲壁（７１２）を通って延在する第１の観察軸（４５５ａ）に沿って前記カラー（７１０）内から前記センサポッド（７００）に隣接する空間体積（Ｓ）を観察する、第１の体積点群センサ（４５０ａ）であって、前記観察される空間体積（Ｓ）内の障害物（１２）を表す３次元体積点群を取り込む、第１の体積点群センサ（４５０ａ）と、
前記カラー（７１０）によって収容され、前記湾曲壁（７１２）を通って延在する第２の観察軸（４５５ｂ）に沿って前記カラー（７１０）内から前記センサポッド（７００）に隣接する前記空間体積（Ｓ）を観察する、第２の体積点群センサ（４５０ｂ）であって、前記第２の観察軸（４５５ｂ）が、前記第１の観察軸（４５５ａ）とは異なり、前記観察される空間体積（Ｓ）内の障害物（１２）を表す３次元体積点群を取り込む、第２の体積点群センサ（４５０ｂ）と、を備える、請求項１〜８のいずれかに記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項１０】
前記第１の観察軸（４５５ａ）は、次の関係に従って、前記カラー軸（Ｃ）に垂直な面（Ｐ）に対して角度θａに傾斜され、
【数１】
2015518188.tif 000069
式中、ＶＦＯＶａは、前記第１の体積点群センサ（４５０ａ）の垂直視界であり、Ｗは、前記ロボット（１００）の中心垂直軸（Ｚ）から前記ロボット（１００）の最前方縁部（１２１）までの幅であり、Ｏａは、前記カラー軸（Ｃ）からの前記第１の体積点群センサ（４５０ａ）のオフセット距離であり、Ｈａは、前記ロボット（１００）の前記最前方縁部（１２１）に対する前記第１の体積点群センサ（４５０ａ）の高さである、請求項９に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項１１】
前記第２の観察軸（４５５ｂ）は、次の関係に従って、前記カラー軸（Ｃ）に垂直な面（Ｐ）に対して角度θｃに傾斜され、
【数２】
2015518188.tif 000070
式中、ＶＦＯＶｃは、前記第２の体積点群センサ（４５０ｂ）の垂直視界であり、Ｗは、前記ロボット（１００）の中心垂直軸（Ｚ）から前記ロボット（１００）の最前方縁部（１２１）までの幅であり、Ｏｃは、前記カラー軸（Ｃ）からの前記第２の体積点群センサ（４５０ｂ）のオフセット距離であり、Ｈｃは、前記第２の体積点群センサ（４５０ｂ）の高さである、請求項９または１０に記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項１２】
前記第２の体積点群センサ（４５０ｂ）は、前記第１の体積点群センサ（４５０ａ）と前記ロボット（１００）の中心軸（Ｚ）との間のオフセット距離Ｏｔに等しいか、または前記第１の体積点群センサ（４５０ａ）と前記ロボット（１００）の前記中心軸（Ｚ）との間の前記オフセット距離Ｏｔの０．８〜１．２倍に等しいオフセット距離Ｏｂだけ、前記ロボット（１００）の前記中心軸（Ｚ）からオフセットされる、請求項９〜１１のいずれかに記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項１３】
前記第２の観察軸（４５５ｂ）は、４５°〜６５°の角度だけ、前記カラー軸（Ｃ）に垂直の面（Ｐ）に対して傾斜される、請求項９〜１２のいずれかに記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項１４】
前記アクチュエータ（１９０）は、少なくとも１つの自由度で、前記ロボット本体（１１０）から延在するマニピュレータまたはエンドエフェクタ（１９２）を前記観察される空間体積（Ｓ）の中へ移動させる、請求項１〜１３のいずれかに記載の可動式ロボット（１００）。
【請求項１５】
センサポッド（７００）であって、
カラー軸（Ｃ）を中心とする回転面として少なくとも部分的に形成される湾曲壁（７１２）を有する、カラー（７１０）と、
前記カラー（７１０）によって収容され、前記湾曲壁（７１２）を通って延在する第１の観察軸（４５５ａ）に沿って前記カラー（７１０）内から前記センサポッド（７００）に隣接する空間体積（Ｓ）を観察する、第１の体積点群センサ（４５０ａ）であって、前記観察される空間体積（Ｓ）内の障害物（１２）を表す３次元体積点群を取り込む、第１の体積点群センサ（４５０ａ）と、
前記カラー（７１０）によって収容され、前記湾曲壁（７１２）を通って延在する第２の観察軸（４５５ｂ）に沿って前記カラー（７１０）内から前記センサポッド（７００）に隣接する前記空間体積（Ｓ）を観察する、第２の体積点群センサ（４５０ｂ）であって、前記第２の観察軸（４５５ｂ）が、前記第１の観察軸（４５５ａ）とは異なり、前記観察される空間体積（Ｓ）内の障害物（１２）を表す３次元体積点群を取り込む、第２の体積点群センサ（４５０ｂ）と、を備える、
センサポッド（７００）。
【請求項１６】
前記第２の体積点群センサ（４５０ｂ）の前記観察軸（４５５ｂ）は、前記カラー（７１０）の直径（Ｄ）以上の距離だけ前記カラー軸（Ｃ）に沿って位置が異なる、前記観察される空間体積（Ｓ）のサブ体積（４５２）を観察するために、前記カラー軸（Ｃ）に垂直な面（Ｐ）に対して、かつ前記第１の観察軸（４５５ａ）に対して傾斜される、請求項１５に記載のセンサポッド（７００）。
【請求項１７】
前記第１の観察軸（４５５ａ）は、４５°〜６５°で、前記カラー軸（Ｃ）に垂直な面（Ｐ）に対して傾斜される、請求項１５または１６に記載のセンサポッド（７００）。
【請求項１８】
前記カラー軸（Ｃ）を中心に、前記カラー（７１０）および前記体積点群センサ（４５０ａ、４５０ｂ）をともに回転させるカラーアクチュエータ（７３０）をさらに備え、前記体積点群センサ（４５０ａ、４５０ｂ）の全ての回転部分は、前記カラー（７１０）の最外点よりも短い距離だけ、前記カラー回転軸（Ｃ）から延在する、請求項１５〜１７のいずれかに記載のセンサポッド（７００）。
【請求項１９】
前記湾曲壁（７１２）の前記回転面は、前記カラー軸（Ｃ）を中心に３６０度スイープして、前記カラー（７１０）の全周を形成する、請求項１５〜１８のいずれかに記載のセンサポッド（７００）。
【請求項２０】
センサポッド（７００）であって、
第１のインターフェース（７２０ａ）と、 
前記第１のインターフェース（７２０ａ）から離間される第２のインターフェース（７２０ｂ）と、
前記第１のインターフェース（７２０ａ）と前記第２のインターフェース（７２０ｂ）との間で回転可能に支持されるカラー（７１０）であって、カラー軸（Ｃ）を中心とする回転面として少なくとも部分的に形成される湾曲壁（７１２）を有する、カラー（７１０）と、
前記カラー（７１０）によって収容され、前記湾曲壁（７１２）を通って延在する観察軸（４５５）に沿って前記カラー（７１０）内から前記ロボット（１００）に隣接する前記空間体積（Ｓ）を観察する、体積点群センサ（４５０）であって、前記観察される空間体積（Ｓ）内の障害物（１２）を表す３次元体積点群を取り込む、体積点群センサ（４５０）と、
前記カラー軸（Ｃ）を中心に、前記第１のインターフェース（７２０ａ）および前記第２のインターフェース（７２０ｂ）に対して、前記カラー（７１０）および前記体積点群センサ（４５０）をともに回転させる、カラーアクチュエータ（７３０）と、
前記第１のインターフェース（７２０ａ）から前記第２のインターフェース（７２０ｂ）まで前記カラー（７１０）を通って延在するチャネル（７０４）と、
を備える、センサポッド（７００）。
【請求項２１】
前記体積点群センサ（４５０）の全ての回転部分が、前記カラー（７１０）の最外点よりも短い距離だけ、前記カラー軸（Ｃ）から延在する、請求項２０に記載のセンサポッド（７００）。
【請求項２２】
前記体積点群センサ（４５０）は、
スペックルパターンの光を前記センサポッド（７００）の周りの情景（１０）の上へ放射する、スペックル放射体（１３１０）と、
前記情景（１０）の中の物体（１２）からの前記スペックルパターンの反射を受け取る、撮像装置（１３２０）と、を備え、
コントローラ（５００）は、
前記情景（１０）の中の基準物体（１２）から反射される前記スペックルパターンの基準画像を記憶し、前記基準画像は、前記基準物体（１２）からの様々な距離（Ｚｎ）で取り込まれ、
前記情景（１０）の中の標的物体（１２）から反射される前記スペックルパターンの少なくとも１つの標的画像を前記基準画像と比較して、前記標的物体（１２）の反射面の距離（Ｚｎ）を判定する、請求項２０または２１に記載のセンサポッド（７００）。
【請求項２３】
前記コントローラ（５００）は、前記標的物体（１２）上の一次スペックルパターンを判定し、前記一次スペックルパターンと前記基準画像の前記スペックルパターンとの間のそれぞれの相互相関および非相関のうちの少なくとも１つを計算する、請求項２２に記載のセンサポッド（７００）。
【請求項２４】
前記体積点群センサ（４５０）は、前記センサポッド（７００）の周りの情景（１０）の上へ光を放射し、前記情景（１０）の画像を取り込み、前記体積点群センサ（４５０）は、前記光の放射と前記情景（１０）からの反射光の受け取りとの間の飛行時間を判定する、請求項２０に記載のセンサポッド（７００）。
【国際調査報告】
2015518188.tif 000071
2015518188.tif 000072
2015518188.tif 000073
2015518188.tif 000074
2015518188.tif 000075