(57)【要約】  足接地位置追随装置は、人の足が接地する位置を検出する足接地位置検出部と、足接地位置検出部による検出結果に基づいて足接地位置追随装置を移動させる移動部とを有する。
2018513496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人の足が接地する位置を検出する足接地位置検出部と、
前記足接地位置検出部による検出結果に基づいて足接地位置追随装置を移動させる移動部と
を有する足接地位置追随装置。
【請求項２】
前記足接地位置追随装置の基部を支持する脚部を更に有し、
前記移動部は、前記足接地位置検出部が検出した前記人の足が接地した位置に前記脚部を位置させる、
請求項１に記載の足接地位置追随装置。
【請求項３】
前記足接地位置追随装置の基部を支持する車輪と、
前記足接地位置検出部が検出した前記人の足が接地した位置に基づいて前記車輪が通過するための経路を決定する車輪経路決定部と、
を更に有し、
前記移動部は前記車輪に前記車輪経路決定部が決定した経路を通過させる、
請求項１に記載の足接地位置追随装置。
【請求項４】
前記車輪経路決定部は、前記足接地位置検出部が検出した前記人の足が接地した位置を通る経路となるように前記車輪が通過するための経路を決定する、
請求項３に記載の足接地位置追随装置。
【請求項５】
前記車輪経路決定部は、前記足接地位置検出部が検出した人の両足が接地した位置間を通る線を通る経路となるように前記車輪が通過するための経路を決定する、
請求項３に記載の足接地位置追随装置。
【請求項６】
前記足接地位置検出部の検出結果に基づいて前記移動部を駆動して前記足接地位置追随装置を移動させる駆動部を更に有する、
請求項１〜５の何れか一項に記載の足接地位置追随装置。
【請求項７】
前記足接地位置検出部の検出結果に基づいて移動している間に作業を実行する、
請求項１〜６の何れか一項に記載の足接地位置追随装置。
【請求項８】
前記足接地位置検出部の検出結果に基づいて移動し目的地に到達した後に作業を実行する、
請求項１〜６の何れか一項に記載の足接地位置追随装置。
【請求項９】
少なくとも一台のプロセッサを用いて足接地位置追随装置を制御する方法であって、
人の足が接地する位置を検出する段階と、
前記検出する段階の検出結果に基づいて前記足接地位置追随装置を移動させる段階と
を有する方法。
【請求項１０】
前記検出する段階で検出された前記人の足が接地した位置に前記足接地位置追随装置の脚部を位置させる段階を更に有する、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記足接地位置追随装置の車輪が通過するための経路を前記検出する段階で検出された前記人の足が接地した位置に基づいて決定する段階を更に有し、
前記車輪が前記経路を通過するように前記車輪が前記足接地位置追随装置を移動させる、
請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記検出する段階で検出された前記人の足が接地した位置を通る経路となるように前記車輪が通過するための経路を決定する段階を更に有する、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記検出する段階で検出された人の両足が接地した位置間を通る線を通る経路となるように前記車輪が通過するための経路を決定する段階を更に有する、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記足接地位置追随装置は、前記検出する段階の検出結果に基づいて移動している間に作業を実行する、
請求項９〜１３の何れか一項に方法。
【請求項１５】
前記足接地位置追随装置は、前記検出する段階の検出結果に基づいて移動し目的地に到達した後に作業を実行する、
請求項９〜１３の何れか一項に方法。
【請求項１６】
コンピュータによって実行されると、当該コンピュータに請求項９〜１５のうちの何れか一項に記載の方法を実行させる、コンピュータ実行可能なプログラム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のコンピュータ実行可能なプログラムを格納したコンピュータ読取可能な非一時的な情報記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、足接地位置追随装置、その動きを制御する方法、コンピュータ実行可能なプログラム、及びそれを格納したコンピュータ読取可能な非一時的な情報記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献ＰＴＬ１は、ロボット前方の人を検出し、当該人の移動に応じてロボットが移動する間に経路教示データを得るロボット制御装置を開示する。経路教示データはロボットが自律的に移動するために使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１８５４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
簡易な制御の構成で装置の安全な面上の移動を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様による足接地位置追随装置は、人の足が接地する位置を検出する足接地位置検出部と、足接地位置検出部による検出結果に基づいて足接地位置追随装置を移動させる移動部とを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施例による足接地位置追随装置のハードウェア構成の一例を示すハードウェアブロック図である。
【図２】図１に示される制御部のハードウェア構成の一例を示すハードウェアブロック図である。
【図３】図１に示される足接地位置追随装置の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図４】制御部１の動作の流れの一例を示すフローチャートである。
【図５Ａ】本発明の第１実施例による足接地位置追随装置の一例を示す斜視図である。
【図５Ｂ】本発明の第１実施例による足接地位置追随装置の一例を示す斜視図である。
【図６】本発明の第１実施例による、足接地位置追随装置を足接地位置に応じて制御する様子の一例を示す図である。
【図７】本発明の第２実施例による足接地位置追随装置の一例を示す斜視図である。
【図８】本発明の第２実施例による、足接地位置追随装置を足接地位置に応じて制御する様子の一例を示す図である。
【図９】本発明の第１実施例による足接地位置検出方法の一例を示す図である。
【図１０】本発明の第１実施例による足接地位置検出方法の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施例による足接地位置検出方法の一例を示す図である。
【図１２】足接地位置を格納する様子の一例を示す図である。
【図１３】本発明の第３実施例による、足接地位置追随装置の経路を足接地位置に応じて制御する様子の一例を示す図である。
【図１４】足接地位置検出方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明の実施例は、後述するように、床、階段、あるいは他の起伏のある場所の起伏にもかかわらず、足接地位置追随装置が確実に人に追随することを可能にする。足接地位置追随装置は人に取り付けられ又は装着されてもよく、自重を支える複数の脚を持ち、例えば荷物を運ぶ。また、他の構成として、足接地位置追随装置は人とは分離され、複数の脚で自立するものであってもよい。足接地位置追随装置は、床を歩行し、階段を昇り、足場や他の危険な場所等を移動する際に人の足が接地する位置を検出するため、視覚センサ、ライダー（ｌｉｇｈｔ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｒａｎｇｉｎｇ）、その他のセンサ(例えばカメラ)を備えることができる。
【０００８】
従来の自律移動ロボット及び人型ロボットにおいては、ロボットの歩き方は床や地面の局所的状態を考慮して決定されていたが、例えばロボットが階段の端を踏んだ際にバランスを崩して落下する場合がある。本発明の実施例における主な概念によれば、人の足が接地する位置(以下単に「足接地位置」と称する)を足接地位置追随装置の基部に搭載されたカメラあるいは他のセンサで検出し、同足接地位置に正確に、あるいは同位置に基づいて決定された他の位置に脚部又は車輪を位置させる。
【０００９】
人は足を置くための安全な位置を正しく選択することができる。本発明の実施例によれば、足接地位置追随装置は、足を置くために適切な位置を選択する人の能力を有効に活用し、単に足接地位置と同位置あるいは当該位置に基づいて決定された他の位置に脚部又は車輪を位置させることで足接地位置を辿り危険な場所であっても通行する。何ら複雑な推論や意思決定を必要とせず、足接地位置追随装置は単に足接地位置に忠実に追随して人に追随することができ、人が通過した経路を辿ることができる。
【００１０】
一般にロボットが稼働する地面や床は平坦とは限らない。例えばでこぼこな地面、道路の側溝、工場内で油が流出した滑りやすい床等、状況は様々である。
【００１１】
したがって、特に足接地位置追随装置が同装置を使用する人に接続され、所謂ＳＲＬ（ｓｕｐｅｒｎｕｍｅｒａｒｙ  ｒｏｂｏｔｉｃ  ｌｉｍｂｓ、図５Ａ，図５Ｂ参照）を有する場合、足接地位置追随装置が稼働する地面又は床等において安全であることが保証された位置又は範囲の情報を予め得ることは足接地位置追随装置にとって有利である。
【００１２】
本発明の実施例によれば、ＳＲＬ等を安全に接地する位置又は範囲として保証された位置又は範囲を定めることができる。当該位置又は範囲は上記足接地位置に対応する。人は歩行時に安全な位置又は範囲を選択して踏むため、本発明の実施例はこのような人の特質を利用して足接地位置追随装置を安全に動かすようにＳＲＬ等を制御する。
【００１３】
本発明による実施例の制御方法はとてもシンプルである。基部１００５／２００５／３００５に取り付けられたカメラ２による検出および演算により足接地位置が求められ、ＳＲＬ１００１及び１００２等が当該足接地位置に追随する。例えば人の足５０１及び５０２とＳＲＬ１００１及び１００２の先端との間の距離は最小で１歩、最大で２歩であればよい。このようにしてＳＲＬ１００１及び１００２はシンプルかつ安全に制御される。
【００１４】
図１〜１４を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施例による足接地位置追随装置１０００／２０００／３０００のハードウェア構成の一例を示すハードウェアブロック図である。
【００１６】
図１に示す如く、本発明の第１、第２、及び第３実施例のうちのいずれによる足接地位置追随装置も制御部１、カメラ２、加速度センサ３、及び移動機構４を有する。
【００１７】
移動機構４は本発明の第１実施例では図５Ａ及び図５Ｂに示される上記ＳＲＬ１００１及び１００２を含み、本発明の第２実施例では図７に示される４本の脚部２００１〜２００４を含み、本発明の第３実施例では図１３に示される車輪３００１〜３００４を含む。
【００１８】
移動機構４は更に上記ＳＲＬ１００１及び１００２、４本の脚部、車輪等を実際に駆動するアクチュエータを含む。アクチュエータの具体例としては、電気モータ、油圧／水圧、気圧等を用いたもの等がある。
【００１９】
制御部１は移動機構４のアクチュエータを制御してＳＲＬ、４本の脚部、車輪等の実際の動きを制御する。具体的には、後述するように、制御部１はアクチュエータを制御してＳＲＬ、４本の脚部、車輪等を駆動し最終的に足接地位置又は当該位置に基づいて決定された他の位置に到達するための制御手順を演算により求める。そして制御部１は、それぞれのアクチュエータを実際に制御してＳＲＬ、４本の脚部、車輪等の実際の動きを規定するための制御信号を生成する。
【００２０】
カメラ２は足接地位置追随装置１０００／２０００／３０００の基部１００５／２００５／３００５に取り付けられて人の足を撮像し、足接地位置を検出するために該当する画像データを制御部１に出力する。この目的のため、カメラ２は例えばステレオカメラであってもよい。上記の如くカメラ２の代わりにライダー等を用いてもよい。
【００２１】
加速度センサ３は足接地位置追随装置１０００／２０００／３０００の基部１００５／２００５／３００５に取り付けられ、基部１００５／２００５／３００５の加速度を検出する。
【００２２】
制御部１は例えば最初にカメラ２の位置に対する足接地位置を検出する。ここで、足接地位置が最初に検出された際のカメラの位置に基づいて演算により求められた制御手順にしたがってＳＲＬ、４本の脚部、車輪等が足接地位置又は同位置に基づいて決定された他の位置に到達するように動作する間、カメラ２（又は基部１００５／２００５／３００５）自体が足接地位置追随装置１０００／２０００／３０００の移動に伴って移動しうる。ＳＲＬ、４本の脚部、車輪等を、最初に検出した足接地位置又は同位置に基づいて決定された位置に正確に到達させるため、足接地位置が最初に検出されてからＳＲＬ、４本の脚部、車輪等の動作に伴うカメラ２の移動があればこれを考慮する。その目的のために、加速度センサ３が足接地位置追随装置１０００／２０００／３０００の基部１００５／２００５／３００５の加速度を検出して制御部１が足接地位置追随装置１０００／２０００／３０００の基部１００５／２００５／３００５の動作を演算により求めて相対足接地位置(後述)を取得する。
【００２３】
加速度センサ３は、機械式加速度計、半導体式加速度計等、如何なる種類のものでもよい。
【００２４】
図２は制御部１のハードウェア構成の一例を示すハードウェアブロック図である。
【００２５】
図２に示すように、制御部１は中央処理装置（ＣＰＵ）１１、メモリ１２、カメラ２用のインタフェース１３、加速度センサ３用のインタフェース１４、及び移動機構５用のインタフェース１５を含む。それぞれの要素はバス１６によって相互に接続されている。
【００２６】
ＣＰＵ１１は足接地位置又は相対足接地位置に基づいて制御手順を演算により求め、移動機構５のアクチュエータを駆動するための制御信号を生成する。
【００２７】
メモリ１２は例えば読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等を含み、ＣＰＵ１１が制御手順を演算により求めて制御信号を生成するための種々のプログラム及びデータを格納する。
【００２８】
インタフェース１３、１４、１５は制御部１と、カメラ２、加速度センサ３、移動機構５等の他のハードウェア機器との間に挿入され、例えば適宜信号変換等を行って正しく信号が送受信されるようにする。
【００２９】
図３は図１に示される足接地位置追随装置の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。
【００３０】
図３とともに述べる機能は実際にはＣＰＵ１１がメモリ１２に格納された該当するプログラムを実行することにより実現されうる。
【００３１】
制御部１は足接地位置検出部１１１、相対足接地位置演算部１１２、移動機構制御手順演算部１１３、及び制御信号生成部１１４を有する。
【００３２】
足接地位置検出部１１１はカメラ２が撮像した画像を受信して画像処理することによって足接地位置を検出する。
【００３３】
例えば足接地位置検出部１１１はカメラ２（すなわち基部１００５／２００５／３００５）の位置に対する、対象となる人５００の足５０１，５０２の位置を足接地位置として演算により求める。足接地位置検出部１１１は、図９〜図１１に示す如く、カメラ２（すなわち基部１００５／２００５／３００５）の位置を座標軸ＸＲ、ＹＲ、ＺＲの原点として有する３次元座標系を用いることができる。
【００３４】
対象となる人５００の足５０１，５０２の位置を実際に検出するため、足接地位置検出部１１１は、例えば、予め取得した人５００の足５０１，５０２（の踵）の形状に関する情報を用いてもよい。あるいは足接地位置検出部１１１が対象となる人５００の足５０１，５０２の位置を容易に検出することができるようなマーカを対象となる人５００の足５０１，５０２（の踵）に予め取り付けておいてもよい。マーカには特徴的なパターンを描いてもよく、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光部を設けてもよいし、あるいは他の構成を有してもよい。
【００３５】
移動機構制御手順演算部１１３は、最初は足接地位置検出部１１１が検出した足接地位置に基づいて演算により制御手順を求める。
【００３６】
相対足接地位置演算部１１２は、足接地位置検出部１１１が検出した足接地位置と、加速度センサ３が検出した基部１００５／２００５／３００５の加速度に基づいて演算により求めた基部１００５／２００５／３００５の動きとに基づいて相対足接地位置を演算により求める。相対足接地位置は現在の基部１００５／２００５／３００５の位置に対する相対的な足接地位置である。足接地位置検出部１１１が最初に足接地位置を検出した後に基部１００５／２００５／３００５が移動した場合、基部１００５／２００５／３００５に対する相対足接地位置はその分変化する。すなわち、基部１００５／２００５／３００５が前方に移動すると、一旦検出した足接地位置は相対的に基部１００５／２００５／３００５に近付く。相対足接地位置演算部１１２は、最初の制御周期を除く制御周期毎に相対足接地位置を演算により求める。
【００３７】
移動機構制御手順演算部１１３は、相対足接地位置演算部１１２が現在演算により求めた相対足接地位置に基づいて演算により再び制御手順を求める。移動機構制御手順演算部１１３は制御周期毎に、相対足接地位置演算部１１２が当該制御周期において演算により求めた相対足接地位置に基づいて演算により制御手順を求める。
【００３８】
制御信号生成部１１４は移動機構制御手順演算部１１３が生成した制御手順に基づき、実際に移動機構５のアクチュエータを制御するための制御信号を生成する。
【００３９】
図４は制御部１の動作の流れの一例を示すフローチャートである。
【００４０】
図４を参照して述べる動作の流れはＣＰＵ１１がメモリ１２に格納されている該当するプログラムを実行することにより実現されうる。
【００４１】
図４の処理は、例えば前回の図４の処理が終了した後に開始されてよい。
【００４２】
具体的には、図５Ａ，図５Ｂ，図６に示されるＳＲＬ１００１及び１００２を用いる本発明の第１実施例によれば、人５００が足５０１，５０２で順に歩く間、ＳＲＬ１００１及び１００２のうちの一方を該当する足接地位置に位置させる図４の処理と、ＳＲＬ１００１及び１００２のうちの他方を該当する足接地位置に位置させる図４の処理とが順に実行される。
【００４３】
図７，８に示される４本の脚部２００１〜２００４を用いる本発明の第２実施例によれば、人５００が足５０１，５０２で歩く足踏周期（計２歩）と同じ足踏周期内に４本の脚部２００１〜２００４が動作する（計４歩）。したがって、例えば、人５００が足５０１，５０２のうちの一方で歩く間、前側の脚部２００１、２００２のうちの一方を該当する足接地位置に位置させる図４の処理と、前側の脚部２００１、２００２のうちの他方を該当する足接地位置に位置させる図４の処理とが順に実行される。そして、人５００が足５０１，５０２のうちの他方で歩く間、後ろ側の脚部２００３、２００４のうちの一方を該当する足接地位置に位置させる図４の処理と、後ろ側の脚部２００３、２００４のうちの他方を該当する足接地位置に位置させる図４の処理とが順に実行される。
【００４４】
したがって本発明の第２実施例によれば、図４のステップＳ１にて足５０１，５０２のうちの一方の接地が検出された際に開始される図４の処理において、前側の脚部２００１、２００２のうちの１方を該当する足接地位置に位置させるためのステップＳ２〜Ｓ６が実行され、その後、前側の脚部２００１、２００２のうちの他方を該当する足接地位置に位置させるためのステップＳ２〜Ｓ６が実行される。そして、図４のステップＳ１にて足５０１，５０２のうちの他方の接地が検出された際に開始される図４の処理において、後ろ側の脚部２００３、２００４のうちの１方を該当する足接地位置に位置させるためのステップＳ２〜Ｓ６が実行され、その後、後ろ側の脚部２００３、２００４のうちの他方を該当する足接地位置に位置させるためのステップＳ２〜Ｓ６が実行される。
【００４５】
１つの「足踏周期」は、例えば、連続する、足５０１，５０２のうちの一方による一歩及び足５０１，５０２のうちの他方による一歩の組を含む。
【００４６】
図４のステップＳ１では、カメラ２が撮像した画像に対する画像処理に基づき、足接地位置検出部１１１が、対象となる人５００の足５０１，５０２が地面、床等に接地したか否かを判定する。この目的のため、カメラ２は所定のフレームレートで足５０１，５０２を撮像し、該当する連続フレームの画像を制御部１に出力すればよい。足接地位置検出部１１１は足５０１，５０２の連続フレームの画像を受信し、連続フレームの画像の画像処理によって人５００の足５０１，５０２が接地したか否かを判断する。足接地位置検出部１１１は、例えば対象となる人５００の足５０１，５０２のうちの一方のＺ軸座標値が減少した後に増加する直前のタイミングで当該足が接地したと判断すればよい。
【００４７】
足接地位置検出部１１１が対象となる人５００の足５０１又は５０２が接地したと判断した場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、最初の制御周期ではステップＳ２をスキップし、ステップＳ３を実行する。ステップＳ１では、足接地位置検出部１１１は、足５０１又は５０２が接地したと判断した際、同時に該当する足の接地位置を検出する。
【００４８】
ステップＳ３で移動機構制御手順演算部１１２は、検出された足接地位置又は当該位置に基づいて判断された他の位置に、該当する脚部又は基部３００５の先端部３００６を位置させるようにＳＲＬ１００１及び１００２又は４本の脚部２００１〜２００４又は車輪３００１〜３００４等を動作させるための制御手順を演算によって得る。このとき、図６，図８に示す如くＳＲＬ１００１及び１００２又は４本の脚部２００１〜２００４が人５００に２歩長で追随する場合、移動機構制御手順演算部１１２はステップＳ３にて、ＳＲＬ１００１及び１００２又は４本の脚部２００１〜２００４を動作させて、直前の足踏周期で検出された足接地位置に、該当する脚部を位置させるための制御手順を演算によって得る。
【００４９】
本発明の第１実施例によれば、「該当する脚部」とは、例えば、足５０１の接地がステップＳ１で検出された場合ＳＲＬ１００１であり、足５０２の接地がステップＳ１で検出された場合ＳＲＬ１００２であればよい。
【００５０】
本発明の第２実施例によれば、人５００が足５０１，５０２で歩く足踏周期（計２歩）と同じ周期内で４本の脚部２００１〜２００４が動作する（計４歩）。したがって「該当する脚部」とは、例えば、足５０１の接地がステップＳ１で検出された場合、前側の脚部２００１および２００２がその順で該当し、足５０２の接地がステップＳ１で検出された場合、後ろ側の脚部２００３および２００４がその順で該当すればよい。
【００５１】
ステップＳ２〜Ｓ６は、ステップＳ６の判断結果がＹＥＳとなるまで制御周期毎に繰り返される。
【００５２】
２番目の制御周期以降、ステップＳ２にて相対足接地位置演算部１１２は、前の制御周期における基部の動きに基づいて演算により相対足接地位置を得る。そしてステップＳ３にて移動機構制御手順演算部１１２は、相対足接地位置又は当該位置に基づいて判断された他の位置に、該当する脚部又は先端部３００６を位置させるようにＳＲＬ１００１及び１００２又は４本の脚部２００１〜２００４又は車輪３００１〜３００４等を動作させるための制御手順を演算によって得る。
【００５３】
足接地位置検出部１１１が、対象となる人５００の足５０１，５０２のいずれも接地していないと判断した場合（ステップＳ１のＮＯ）、足接地位置検出部１１１は所定の期間が経過した後に再度ステップＳ１を実行する。
【００５４】
４本の脚部２００１〜２００４を用いた本発明の第２の実施例によれば、本発明の第１の実施例と同様にして、最初の制御周期では、ステップＳ３にて移動機構制御手順演算部１１２は前側の脚部２００１，２００２のうちの該当する方を、検出された足接地位置に位置させる一方、２番目以降の制御周期では前側の脚部２００１，２００２のうちの該当する方を相対足接地位置に位置させるように４本の脚部２００１〜２００４を動作させるための制御手順を演算によって得る。
【００５５】
同様に、４本の脚部２００１〜２００４を用いた本発明の第２の実施例によれば、本発明の第１の実施例と同様にして、最初の制御周期では、ステップＳ３にて移動機構制御手順演算部１１２は、後ろ側の脚部２００３，２００４のうちの該当する方を、検出された足接地位置に位置させる一方、２番目以降の制御周期では後ろ側の脚部２００３，２００４のうちの該当する方を相対足接地位置に位置させるように４本の脚部２００１〜２００４を動作させるための制御手順を演算によって得る。なお、図８に示す如く、前側の脚部２００１，２００２が人５００に２歩長で追随し、後ろ側の脚部２００３，２００４も前側の脚部２００１，２００２に２歩長で追随する場合、移動機構制御手順演算部１１２は、３周期前の足踏周期で検出された足接地位置に、後ろ側の脚部２００３，２００４のうちの該当する方を位置させるように４本の脚部２００１〜２００４を動作させるための制御手順を演算で得る。当該「３周期前の足踏周期で検出された足接地位置」は、直前の足踏周期で前側の脚部２００１，２００２のうちの該当する方が接地した位置と同じ位置である。
【００５６】
ステップＳ４で制御信号生成部１１４は、ステップＳ３で生成された制御手順に基づいて制御信号を生成する。
【００５７】
ステップＳ５で制御信号生成部１１４は、ステップＳ４で生成された制御信号を移動機構５のアクチュエータに出力してＳＲＬ１００１及び１００２、４本の脚部２００１〜２００４、車輪３００１〜３００４等を動作させ、検出された足接地位置、相対足接地位置等に、該当する脚部又は先端部３００６を位置させる。
【００５８】
ステップＳ５において、本発明の第１実施例によれば、制御信号生成部１１４は、検出された足接地位置、相対足接地位置等に、ＳＲＬ１００１及び１００２のうちの該当する方を位置させるようにＳＲＬ１００１及び１００２を動作させることによって生ずる人５００を押す力が一定になるように制御信号の出力タイミングを制御する。この目的のため、人５００の身体の基部１００５が接続されている部分に基部１００５によって加えられる圧力を検出する力センサ等が基部１００５に取り付けられる。
【００５９】
本発明の第２実施例によれば、制御信号生成部１１４は、各足踏周期の前半部分で前側の脚部２００１，２００２が動作して該当する足接地位置に到達し、同じ足踏周期の後半部分で後ろ側の脚部２００３，２００４が動作して該当する足接地位置に到達するように制御信号の出力タイミングを制御する。その結果、基部２００５は一定の距離で人５００に追随することができる。
【００６０】
本発明の第３実施例によれば、制御信号生成部１１４は、先端部３００６が一定の距離で人５００に追随することができるように制御信号の出力タイミングを制御する。  
ステップＳ６で相対足接地位置演算部１１２は、ＳＲＬ１００１及び１００２のうちの該当する方、４本の脚部２００１〜２００４のうちの該当する方、先端部３００６等が相対足接地位置に到達したか否かを判断する。例えば、相対足接地位置演算部１１２は、相対足接地位置、加速度センサ３の出力に基づいて検出される基部１００５／２００５／３００５の現在位置、及びＳＲＬ１００１及び１００２のうちの該当する方等の現在位置を求めるための移動機構５のアクチュエータの現在の状態に基づいてＳＲＬ１００１及び１００２のうちの該当する方等が相対足接地位置に到達したか否かを判断すればよい。また、ＳＲＬ１００１及び１００２又は４本の脚部２００１〜２００４にタッチセンサ等を取り付けてこれらが着地したことを検出してＳＲＬ１００１及び１００２又は４本の脚部２００１〜２００４がそれぞれ該当する相対足接地位置に到達したと判断してもよい。
【００６１】
本発明の第１又は第３実施例によれば、相対足接地位置演算部１１２が、ＳＲＬ１００１及び１００２のうちの該当する方等が相対足接地位置に到達したと判断した場合（ステップＳ６のＹＥＳ）、処理は終了する。本発明の第２実施例によれば、上述の如く、ステップＳ１にて足５０１及び５０２のうちの一方の接地が検出されることにより開始される同じ図４の処理内で前側の脚部２００１及び２００２又は後ろ側の脚部２００３及び２００４が一つずつ該当する足接地位置に到達する。
【００６２】
相対足接地位置演算部１１２が、ＳＲＬ１００１及び１００２のうちの該当する方等が相対足接地位置に到達していないと判断した場合（ステップＳ６のＮＯ）、処理はステップＳ２に進む。
【００６３】
図５Ａ，図５Ｂは本発明の第１実施例による足接地位置追随装置１０００の一例を示す斜視図である。
【００６４】
図５Ａ，図５Ｂに示す如く、第１実施例による足接地位置追随装置１０００は上記の如く、基部１００５、並びに基部１００５に接続されたＳＲＬ１００１及び１００２を有する。
【００６５】
基部１００５が人５００の身体に接続されることにより足接地位置追随装置１０００は人５００とともに移動する。したがって足接地位置追随装置１０００は「ウェアラブルロボット」と称され、例えば人５００が重い荷物を運ぶ際に当該人を支えて補助することができる。
【００６６】
図６は、図１〜図４を参照して説明した本発明の第１実施例による、足接地位置追随装置１０００を人５００の足接地位置に応じて制御する様子の一例を示す図である。
【００６７】
図６に示す如く、人５００は足接地位置５０１［ｔ］、５０２［ｔ］、．．．、５０１［ｔ＋２］及び５０２［ｔ＋２］で順に歩行する。同様に足接地位置追随装置１０００はＳＲＬ１００１及び１００２を位置１００１［ｔ］、１００２［ｔ］、１００１［ｔ＋１］、１００２［ｔ＋１］に順に位置させる。図６において、“ｔ”、“ｔ＋１”、“ｔ＋２”は、当該順序で連続的に生ずるそれぞれの足踏周期を示す。
【００６８】
図６に示す如く、足踏周期［ｔ］では、足５０１，５０２がそれぞれ足踏位置５０１［ｔ］、５０２［ｔ］をとり、その間ＳＲＬ１００１及び１００２はそれぞれ位置１００１［ｔ］、１００２［ｔ］に到達する。
【００６９】
同様に次の足踏周期［ｔ＋１］では、足５０１，５０２がそれぞれ足踏位置５０１［ｔ＋１］、５０２［ｔ＋１］をとり、その間ＳＲＬ１００１及び１００２はそれぞれ位置１００１［ｔ＋１］、１００２［ｔ＋１］に到達する。
【００７０】
更に次の足踏周期［ｔ＋２］では、足５０１，５０２がそれぞれ足踏位置５０１［ｔ＋２］、５０２［ｔ＋２］をとり、その間ＳＲＬ１００１及び１００２はそれぞれ位置５０１［ｔ］、５０２［ｔ］に到達する。
【００７１】
このようにしてＳＲＬ１００１及び１００２は、２歩長の距離で人５００の足５０１，５０２の足踏位置を順に踏む。
【００７２】
図７は本発明の第２実施例による足接地位置追随装置２０００の一例を示す斜視図である。
【００７３】
図７に示す如く、本発明の第２実施例による足接地位置追随装置２０００は基部２００５と、基部２００５に接続された４本の脚部２００１〜２００４とを有する。
【００７４】
図５Ａ，図５Ｂに示す本発明の第２実施例と異なり、基部２００５は人５００の身体に接続されず、よって足接地位置追随装置２０００は人５００とは離れて動く。
【００７５】
図８は、図１〜図４を参照して説明した本発明の第２実施例による、足接地位置追随装置２０００を人５００の足接地位置に応じて制御する様子の一例を示す図である。
【００７６】
図８に示す如く、人５００は足接地位置５０１［ｔ］、５０２［ｔ］、．．．、５０１［ｔ＋２］及び５０２［ｔ＋２］で順に歩行する。同様に足接地位置追随装置１０００は前側の脚部２００１，２００２を位置２００１［ｔ］、２００２［ｔ］、２００１［ｔ＋１］、２００２［ｔ＋１］に順に位置させ、後ろ側の脚部２００３，２００４を位置２００３［ｔ］、２００４［ｔ］、２００３［ｔ＋１］、２００４［ｔ＋１］に順に位置させる。
【００７７】
図８に示す如く、足踏周期［ｔ］では、足５０１，５０２がそれぞれ足踏位置５０１［ｔ］、５０２［ｔ］をとり、その間、前側の脚部２００１，２００２はそれぞれ位置２００１［ｔ］、２００２［ｔ］に到達し、後ろ側の脚部２００３，２００４はそれぞれ位置２００３［ｔ］、２００４［ｔ］に到達する。
【００７８】
同様に次の足踏周期［ｔ＋１］では、足５０１，５０２がそれぞれ足踏位置５０１［ｔ＋１］、５０２［ｔ＋１］をとり、その間、前側の脚部２００１，２００２はそれぞれ位置２００１［ｔ＋１］、２００２［ｔ＋１］に到達し、後ろ側の脚部２００３，２００４はそれぞれ位置２００３［ｔ＋１］、２００４［ｔ＋１］に到達する。
【００７９】
更に次の足踏周期［ｔ＋２］では、足５０１，５０２がそれぞれ足踏位置５０１［ｔ＋２］、５０２［ｔ＋２］をとり、その間、前側の脚部２００１，２００２はそれぞれ位置５０１［ｔ］、５０２［ｔ］に到達し、後ろ側の脚部２００３，２００４はそれぞれ位置２００１［ｔ］、２００２［ｔ］に到達する。
【００８０】
このようにして前側の脚部２００１，２００２は２歩長の距離で人５００の足５０１，５０２の足踏位置を順に踏み、後ろ側の脚部２００３，２００４は２歩長の距離で前側の脚部２００１，２００２が前回着地した位置を順に踏む。すなわち、結果として、後ろ側の脚部２００３，２００４は４歩長の距離で人５００の足５０１，５０２の足踏位置を順に踏む。
【００８１】
本発明の第２実施例を脚部が４本として説明したが、本発明の実施例はこれに限定されない。脚部の本数は本発明の実施例において２本、６本、８本等に変更可能である。例えば２本の脚部を有する本発明の実施例は人の形をしたもの（人型ロボット、二足歩行ロボット、二本足ロボット等ともいう）を含む。これらの実施例に必要な制御の構成は上述した４本の脚部２００１〜２００４の場合に必要な制御の構成と同様である。
【００８２】
同様に、図５Ａ，図５Ｂ及び図６を参照して述べた本発明の第１実施例によるＳＲＬ１００１及び１００２の脚部の本数を４本、８本等に増やすことが可能である。その必要な制御の構成は上述した本発明の第２実施例の４本の脚部２００１〜２００４の場合と同様である。
【００８３】
図９，図１０は、本発明の第１実施例による足接地位置検出方法の一例を示す図である。
【００８４】
図９，図１０に示す如く、本発明の第１実施例によれば、カメラ２が足接地位置追随装置１０００の基部１００５に取り付けられている。
【００８５】
上述の如く、カメラ２が足５０１，５０２を撮像し、該当する画像は制御部１で処理され、その結果カメラ２、すなわち基部１００５に対する足５０１，５０２の位置を取得することができる。
【００８６】
図１１は本発明の第２実施例による足接地位置検出方法の一例を示す図である。
【００８７】
図１１に示す如く、本発明の第２実施例によれば、カメラ２が足接地位置追随装置２０００の基部２００５に取り付けられている。
【００８８】
上述の如く、カメラ２が足５０１，５０２を撮像し、該当する画像は制御部１で処理され、その結果カメラ２、すなわち基部２００５に対する足５０１，５０２の位置を取得することができる。
【００８９】
図１２は足接地位置を格納する様子の一例を示す図である。
【００９０】
ここで、足接地位置は、カメラ２、すなわち基部１００５／２００５／３００５に対する位置として検出するものとして説明してきたが、本発明の実施例はこれに限定されることはない。例えば工場内の定点を三次元座標の原点として用い、この点に対する位置として足接地位置を検出してもよい。その結果、例えば本発明の第２実施例による足接地位置追随装置２０００等の足接地位置追随装置は、単独で、すなわち人５００とは独立して動作し、データを制御部１のメモリ１２に格納した、人５００の足接地位置に到達することができる。
【００９１】
上記の如く、人５００が歩行中の足接地位置が検出されて格納されると、格納された足接地位置の各々について順に図４のステップＳ２〜Ｓ６を実行することができる。ここで、格納された足接地位置について上記した工場の定点に関する座標系から基部２００５に関する座標系に座標系変換することにより、足接地位置追随装置２０００が単独で、すなわち人５００とは独立して動作する場合であっても、図４を参照して説明した制御の構成と同様の制御の構成で足接地位置追随装置２０００を制御することができる。
【００９２】
上記座標系変換を行うため、上記した工場内の定点に関する座標系における基部２００５の位置を取得する必要がある。この目的のため、「自己位置推定」技術を用いることができる。「自己位置推定」技術は、例えば橋本雅文、大場史憲、藤川泰司、今牧和敏、西田哲生による「レーザ位置計測とデッドレコーディングの統合による車輪型ロボットの位置推定法」、ＪＲＳＪ  Ｖｏｌ．１１、Ｎｏ．７、１０２８〜１０３８頁、１９９３年、及び、倉爪亮、本村暁、山口祐規、松岡毅、山本元司、長谷川強による「全方位カメラとデッドレコーディング機能を有するサッカーロボットのロバストな自己位置同定方法」、ＪＲＳＪ  Ｖｏｌ．２２、Ｎｏ．３、３４３〜３５２頁、２００４年等に記載されている。また「自己位置推定」技術においては他の様々な方法を用いることができる。例えばオドメトリ（ｏｄｏｍｅｔｒｙ）技術、カメラを用いた方法、ライダーを用いた方法、ＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍａｐｐｉｎｇ）技術、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグを用いた方法等が利用可能である。
【００９３】
図１３は本発明の第３実施例による、足接地位置追随装置３０００の経路を足接地位置に応じて制御する様子の一例を示す図である。
【００９４】
図１３に示す如く、足接地位置追随装置３０００は、例えば車輪３００１〜３００４を有する車両の如くの形態を有する。
【００９５】
一例として、足接地位置追随装置３０００の制御部１は、基部３００５の先端部３００６が、ウェイポイントとしての人５００の左足５０１の足接地位置５０１［ｔ］、５０１［ｔ＋１］、５０１［ｔ＋２］、．．．を通過するようにアクチュエータ（すなわち、例えば車輪３００１〜３００４を駆動する電気モータ等）を含む移動機構５を制御する。
【００９６】
他の例として、足接地位置追随装置３０００の制御部１は、基部３００５の先端部３００６が他のウェイポイント６０１［ｔ］、６０１［ｔ＋１］、６０１［ｔ＋２］、．．．、すなわち足接地位置５０１［ｔ］、５０２［ｔ］の中点、足接地位置５０１［ｔ＋１］、５０２［ｔ＋１］の中点、足接地位置５０１［ｔ＋２］、５０２［ｔ＋２］の中点、．．．を通過するように移動機構５を制御する。上記の如く人５００は歩行中に自然と安全な位置／範囲を踏むため足接地点の中点を用いる当該例は走行安全上有利であるが、他方制御の構成は、上述した足接地位置自体をウェイポイントとして用いる場合に比し、検出した足接地位置から中点を計算するため多少複雑な場合がある。
【００９７】
本発明の第３実施例では、上述の如く足接地位置追随装置３０００が通過する実際の経路５００１又は６００１をウェイポイント５０１［ｔ］、５０１［ｔ＋１］、５０１［ｔ＋２］、．．．又は６００［ｔ］、６００［ｔ＋１］、６００［ｔ＋２］、．．．に基づいて決定するためにスプライン補完技術等を有利に用いることができる。図３を参照して説明した相対足接地位置演算部１１２及び移動機構制御手順演算部１１３は足接地位置追随装置３０００が通過する経路５００１又は６００１をウェイポイントに基づいて決定する車輪経路決定部の一例である。
【００９８】
図１３を参照して説明した本発明の第３実施例による足接地位置追随装置３０００は車輪３００１〜３００４を用いるため歩行ロボットに比して安定性が高い点で有利であるので、足接地位置追随装置３０００はより容易に様々なでこぼこ道を落下転倒無しに通行することができる。その必要な制御構成は歩行ロボットに比して簡略化可能である。したがって装置構成も簡略化可能であり、装置の小型化が可能であり、必要なコストを削減可能である。
【００９９】
足接地位置追随装置３０００では、車輪３００１〜３００４を無限軌道に置き換え、足接地位置追随装置３０００をクローラトラクター、クローラロボット等の形態とすることができる。その必要な制御の構成は車輪３００１〜３００４を用いた本発明の第３実施例と同様でよい。
【０１００】
図１４は足接地位置検出方法の一例を示す図である。
【０１０１】
図１４に示す如く、例えば人５００の上を飛び、足５０１，５０２を撮像して足接地位置５０２［ｔ］、５０２［ｔ＋１］、５０２［ｔ＋２］、．．．を検出するドローン７００を用いて足接地位置を取得してもよい。取得した足接地位置は、例えば足接地位置追随装置２０００を制御し、足接地位置追随装置２０００を、単独で、すなわち独立して動作させ、検出した足接地位置に順に到達させるために用いる。
【０１０２】
上述した足接地位置追随装置１０００／２０００／３０００は、歩行する人５００の補助等を行って一連の足接地位置に順に到達しながら基部１００５／２００５／３００５に荷物を載せて運搬するのに用いることが可能である。足接地位置追随装置１０００／２０００／３０００はまた、一連の足接地位置に順に到達する連続動作によって到達した目的地で所定の仕事を自動で行うのに用いることができる。当該仕事は機械加工作業、溶接作業、組み立て作業、荷揚げ作業等を含んでよい。
【０１０３】
本願は２０１５年４月２２日に提出された米国仮出願第６２／１５１，０５１号に基づく優先権を主張するものであり、米国仮出願第６２／１５１，０５１号の全内容を本願に援用する。
【符号の説明】
【０１０４】
１                              制御部
２                              カメラ
３                              加速度センサ
５                              移動機構
１１１                          足接地位置検出部
１１２                          相対足接地位置演算部
１１３                          移動機構制御手順演算部
１１４                          制御信号生成部
１０００，２０００，３０００    足接地位置追随装置
【図１】
2018513496.tif 000003
【図２】
2018513496.tif 000004
【図３】
2018513496.tif 000005
【図４】
2018513496.tif 000006
【図５Ａ】
2018513496.tif 000007
【図５Ｂ】
2018513496.tif 000008
【図６】
2018513496.tif 000009
【図７】
2018513496.tif 000010
【図８】
2018513496.tif 000011
【図９】
2018513496.tif 000012
【図１０】
2018513496.tif 000013
【図１１】
2018513496.tif 000014
【図１２】
2018513496.tif 000015
【図１３】
2018513496.tif 000016
【図１４】
2018513496.tif 000017
【国際調査報告】
2018513496.tif 000018
2018513496.tif 000019