(57)【要約】【課題】移動ロボットの状態に対して自動的に迅速かつ的確に対応する移動ロボットの転倒防止システムを提供する【解決手段】移動ロボットは、センサにて取得された情報に基づいて周囲の環境地図を作成するとともに自己位置の推定を行う自己位置推定部と、移動の経路を生成する経路生成部と、を備える。転倒防止装置は、移動ロボットの位置情報を取得するロボット位置情報取得部５１１と、移動ロボットの次の移動経路情報を取得する経路情報取得部５１２と、これらの情報に基づいて移動ロボットの次の移動位置を算出する追従位置算出部５１３と、追従位置算出部５１３にて算出された移動ロボットの次の移動位置に基づいて前記ホイストを移動ロボットに追従させる動作指令を生成するとともにホイスト４３０に動作指令を与える追従動作指令部５４１と、を備える【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自律的に歩行を行う移動ロボットと、
前記移動ロボットに連結されたワイヤーが繰り出し巻き上げ自在に設けられたホイストを有しこのワイヤーを引き上げることで移動ロボットの転倒を防止する転倒防止装置と、を備え、前記ホイストを前記移動ロボットの略頭上にて前記移動ロボットに追従して移動させる移動ロボットの転倒防止システムであって、
前記移動ロボットは、
周囲の環境情報を取得するセンサと、
前記センサにて取得された情報に基づいて周囲の環境地図を作成するとともに自己位置の推定を行う自己位置推定部と、
前記自己位置推定部にて生成された環境地図を用いて移動の経路を生成する経路生成部と、を備え、
前記転倒防止装置は、
前記自己位置推定部から前記移動ロボットの自己位置推定情報が入力されて前記移動ロボットの位置情報を取得するロボット位置情報取得部と、
前記経路生成部にて生成された経路情報を取得する経路情報取得部と、
前記自己位置推定情報と前記経路情報とに基づいて前記移動ロボットの次の移動位置を算出する追従位置算出部と、
前記追従位置算出部にて算出された前記移動ロボットの次の移動位置に基づいて前記ホイストを前記移動ロボットに追従させる動作指令を生成するとともに前記ホイストに動作指令を与える追従動作指令部と、を備える
ことを特徴とする移動ロボットの転倒防止システム。
【請求項２】
前記追従位置算出部は、前記移動ロボットの次の移動位置を算出することに加えて、さらに、前記自己位置推定情報および前記経路情報の取得から前記ホイストに動作指令を与えて当該ホイストが指令された位置に移動するまでの遅れ時間を加味して前記移動ロボットに前記ホイストを追従させるための追従位置を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の移動ロボットの転倒防止システム。
【請求項３】
前記移動ロボットは、駆動モータの制御エラーを検出してエラー信号を発信するエラー信号発信部を備え、
前記転倒防止装置は、
前記移動ロボットの引上げ動作を前記ホイストに指令する引上げ動作指令部と、
前記エラー信号発信部からのエラー信号を受信して前記引上げ動作指令部にエラー情報を伝えるエラー信号受信部と、を備え、
前記引上げ動作指令部は前記エラー情報を受信した場合、前記ホイストに前記移動ロボットの引上げ動作を指令する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の移動ロボットの転倒防止システム。
【請求項４】
前記転倒防止装置は、
前記移動ロボットの引上げ動作を前記ホイストに指令する引上げ動作指令部と、
前記移動ロボットが転倒状態にあるか否かを判断するとともに前記移動ロボットが転倒状態にある場合にはその転倒方向を判断してその判断結果に応じて前記引上げ動作指令部に信号を出力する転倒検出部と、を備え、
前記引上げ動作指令部は、前記転倒検出部からの前記信号に応じて前記ホイストに前記移動ロボットの引上げ動作を指令する際に当該ホイストを前記移動ロボットの転倒方向に移動させる
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の移動ロボットの転倒防止システム。
【請求項５】
前記移動ロボットは、
当該移動ロボットの傾斜角度を検出する姿勢角検出手段と、
前記姿勢角検出手段からの信号を処理して角度情報を取得する角度信号処理部と、を備え、
前記転倒防止装置は、
前記移動ロボットの引上げ動作を前記ホイストに指令する引上げ動作指令部と、
前記角度信号処理部からの角度情報を受信する姿勢角情報受信部と、
前記移動ロボットの転倒を判断するための角度閾値が設定されているとともに前記姿勢角検出手段にて検出された前記移動ロボットの傾斜角が前記角度閾値を超えた場合に前記引上げ動作指令部に前記移動ロボットの傾斜角が前記角度閾値を超えた旨の信号を出力する転倒判断部と、を備え、
前記引上げ動作指令部は前記転倒判断部から前記信号に応じて前記ホイストに前記移動ロボットの引上げ動作を指令する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の移動ロボットの転倒防止システム。
【請求項６】
前記転倒防止装置は、
前記転倒判断部にて前記移動ロボットの傾斜角が前記角度閾値を超えたことが判断された場合に前記姿勢角情報受信部にて受信した角度情報に基づいて前記移動ロボットの傾斜方向を判断するとともにこの判断した傾斜方向を前記引上げ動作指令部に出力する傾斜方向判断部を備え、
前記引上げ動作指令部は、前記移動ロボットの引き上げ動作時に前記ホイストを前記判断された傾斜方向へ移動させる
ことを特徴とする請求項５に記載の移動ロボットの転倒防止システム。
【請求項７】
移動ロボットに連結されたワイヤーが繰り出し巻き上げ自在に設けられたホイストを有し、前記ホイストを前記移動ロボットの略頭上にて前記移動ロボットに追従して移動させるとともに前記ワイヤーを引き上げることで移動ロボットの転倒を防止する転倒防止装置であって、
前記移動ロボットで内部生成される自己位置推定情報を取得するロボット位置情報取得部と、
前記移動ロボットで内部生成される経路情報を取得する経路情報取得部と、
前記自己位置推定情報と前記経路情報とに基づいて前記移動ロボットの次の移動位置を算出する追従位置算出部と、
前記追従位置算出部にて算出された前記移動ロボットの次の移動位置に基づいて前記ホイストを前記移動ロボットに追従させる動作指令を生成するとともに前記ホイストに動作指令を与える追従動作指令部と、を備える
ことを特徴とする転倒防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動ロボットの転倒防止システムおよび転倒防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自律的に二足で歩行する人型ロボット（二足歩行型ロボット）の開発が進められている。このような二足歩行ロボットは、移動動作が不安定になりやすく、転倒して破損してしまうといった事故が起こりやすい。特に、非常停止がかかった場合に駆動モータが全軸サーボオフしてしまうと、自由落下のごとく倒れてしまうため、その損傷は甚大となる。
【０００３】
そこで、移動試験時などでは転倒を防止するための対策が講じられる。例えば、上方から垂下したワイヤーと移動ロボットとを連結しておき、移動ロボットが転倒しそうになった際には即座にワイヤーで移動ロボットを吊り上げて、異常時でも移動ロボットが転倒してしまわないような対策が講じられる。
この場合、操作者が移動ロボットを目視しながらホイストの移動を操作し、異常を認めた際にはワイヤーを巻き上げて移動ロボットを吊り上げることが行われる。
しかしながら、このように操作者がホイストを移動ロボットに追従させて操縦したり、異常発生時に移動ロボットが転倒するよりも早く引き上げ操作を適時に行うことには無理がある。そこで、このような問題を改善した発明が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
特許文献１には、ホイストを移動ロボットに追従させることが記載されている。そして、特許文献１にはホイストを移動ロボットに追従させるにあたって３つの方法が開示されており、
（１）移動ロボットとホイストとの両方にそれぞれ位置センサを設けて、二つの位置センサによる検出値が所定のずれ量内になるようにホイストを駆動制御する、
（２）ホイストに取り付けたカメラにて移動ロボットを撮像し、移動ロボットとホイストとの位置ずれが所定範囲内に収まるようにホイストを駆動制御する、
（３）予め設定された移動ロボットの移動マップに従ってホイストを駆動制御する、ことが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−９０１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、カメラや位置センサによる追尾では、移動ロボットの動きを後追いすることになるため、ホイストの動きが移動ロボットの移動に対して必然的に遅れてしまうという問題がある。
ホイストの移動が移動ロボットに対して遅れてしまうと、ワイヤーで移動ロボットを引っ張ってしまうことになる。すると、移動ロボットに不要な負荷がかかってしまい、移動ロボットの歩行動作にとって障害となり、かえって転倒を誘発してしまうといった問題が生じる。
移動マップを利用する場合でも、予め決まった経路を移動ロボットが移動する場合であればよいが、近年開発が進んでいる自律型の移動ロボットの場合には適用できない場合がある。
【０００７】
本発明の目的は、移動ロボットの状態に対して自動的に迅速かつ的確に対応する移動ロボットの転倒防止システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかる移動ロボットの転倒防止システムは、自律的に歩行を行う移動ロボットと、前記移動ロボットに連結されたワイヤーが繰出し引上げ自在に設けられたホイストを有しこのワイヤーを引上げることで移動ロボットの転倒を防止する転倒防止装置と、を備え、前記ホイストを前記移動ロボットの略頭上にて前記移動ロボットに追従して移動させる移動ロボットの転倒防止システムであって、前記移動ロボットは、周囲の環境情報を取得するセンサと、前記センサにて取得された情報に基づいて周囲の環境地図を作成するとともに自己位置の推定を行う自己位置推定部と、前記自己位置推定部にて生成された環境地図を用いて移動の経路を生成する経路生成部と、を備え、前記転倒防止装置は、前記自己位置推定部から前記移動ロボットの自己位置推定情報が入力されて前記移動ロボットの位置情報を取得するロボット位置情報取得部と、前記経路生成部にて生成された経路情報を取得する経路情報取得部と、前記自己位置推定情報と前記経路情報とに基づいて前記移動ロボットの次の移動位置を算出する追従位置算出部と、前記追従位置算出部にて算出された前記移動ロボットの次の移動位置に基づいて前記ホイストを前記移動ロボットに追従させる動作指令を生成するとともに前記ホイストに動作指令を与える追従動作指令部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
このような構成において、転倒防止装置は移動ロボットの内部で生成される自己位置および経路の情報を取得し、この情報に基づいて移動ロボットの次の移動位置を算出する。そして、算出された移動ロボットの次の移動位置に基づいて動作指令を生成してホイストを制御する。すると、移動ロボットの移動に対して円滑にホイストを追従させることができる。
従来は、センサ（カメラあるいはレーダー等）によって移動ロボットの移動を監視し、移動ロボットとホイストとの位置ずれが所定値以上になった場合にホイストを移動ロボットの方向に移動させて移動ロボットとホイストとの位置ずれを所定値内に収めることとしていた。
しかしながらこの方法では移動ロボットが移動した後からホイストがついていくことになり、円滑な追従が原理的に無理であった。
さらに、ホイストの追従が遅れると、ワイヤーが移動ロボットを引っ張ることになるため移動ロボットに余計な力がかかり、移動ロボットの自律的歩行にとって障害となるという問題があった。
この点、本発明によれば、移動ロボットの内部で生成される情報に基づいて移動ロボットが次に移動する位置を算出してホイストを制御するので、移動ロボットの移動に対して遅れなく円滑にホイストを追従させることができる。
【００１０】
なお、前記ワイヤーとは、長い紐状のものであればよく、たとえば、繊維や針金を撚り合わせたロープ状のものであってもよく、さらには、リングを繋げたチェーン状のものであってもよい。
【００１１】
本発明では、前記追従位置算出部は、前記移動ロボットの次の移動位置を算出することに加えて、さらに、前記自己位置推定情報および前記経路情報の取得から前記ホイストに動作指令を与えて当該ホイストが指令された位置に移動するまでの遅れ時間を加味して前記移動ロボットに前記ホイストを追従させるための追従位置を算出することが好ましい。
【００１２】
このような構成によれば移動ロボットの次の移動を予測するとともに追従動作にかかる時間も考慮しているため、ホイストが遅れなく正確に移動ロボットに追従することができる。
【００１３】
本発明では、前記移動ロボットは、駆動モータの制御エラーを検出してエラー信号を発信するエラー信号発信部を備え、前記転倒防止装置は、前記移動ロボットの引上げ動作を前記ホイストに指令する引上げ動作指令部と、前記エラー信号発信部からのエラー信号を受信して前記引上げ動作指令部にエラー情報を伝えるエラー信号受信部と、を備え、前記引上げ動作指令部は前記エラー情報を受信した場合、前記ホイストに前記移動ロボットの引上げ動作を指令することが好ましい。
【００１４】
このような構成によれば、移動ロボットのモータ駆動にエラーがあった場合には、エラー信号発信部からエラー信号が発信される。すると、このエラー信号が転倒防止装置のエラー信号受信部にて受信される。エラー信号受信部によりエラー情報が引上げ動作指令部に伝達され、引上げ動作指令部からホイストに移動ロボットの引上げが指令される。これにより、エラー発生時には迅速に移動ロボットの引き上げが行われる。その結果、転倒による移動ロボットの損傷を確実に回避することができる。
【００１５】
移動ロボットの歩行中にモータ駆動にエラーが発生してモータがサーボオフ（電源遮断）されてしまった場合などには、移動ロボットが自由落下と同様の勢いで転倒してしまい、致命的な損傷を受けてしまう危険性がありえる。そして、従来は、カメラ等で移動ロボットを監視して画像認識によりまたは人の目視によって移動ロボットの転倒を認識したところで引き上げ動作をスタートしていた。
特許文献１には移動ロボットの転倒を判断する方法が開示されており、この特許文献１において移動ロボットの転倒の判断は、（ａ）ロボットの傾斜角検出値、（ｂ）移動ロボットとホイストとの位置ずれの変化率、（ｃ）ワイヤー張力の異常、（ｄ）移動ロボットの加速度検出値、によって行うことが記載されている。
【００１６】
また、例えば、特開２００６−２２４２０２号公報には、ワイヤー伸縮機構に設けた撮像部で移動ロボットを撮像し、この撮像画像に基づいてワイヤー伸縮機構を移動ロボットに追従させる構成において、移動ロボットが転倒する場合には撮像画像中において移動ロボットの画像の大きさが予め定められた閾値よりも大きくなることを利用して移動ロボットの転倒判断を行うことが記載されている。
従来は、このように移動ロボットが転倒を起こしてから引き上げ操作を行っていたために引き上げが間に合わず、移動ロボットが致命的な損傷を受けることが多かった。
【００１７】
この点、本発明では、モータの駆動エラーを検出してサーボオフの危険性がある場合には迅速に引き上げ動作を行うため、突然に移動ロボットが勢いよく倒れて破損するなどという事態を確実に回避することができる。
【００１８】
本発明では、前記転倒防止装置は、前記移動ロボットの引上げ動作を前記ホイストに指令する引上げ動作指令部と、前記移動ロボットが転倒状態にあるか否かを判断するとともに前記移動ロボットが転倒状態にある場合にはその転倒方向を判断してその判断結果に応じて前記引上げ動作指令部に信号を出力する転倒検出部と、を備え、前記引上げ動作指令部は、前記転倒検出部からの前記信号に応じて前記ホイストに前記移動ロボットの引上げ動作を指令する際に当該ホイストを前記移動ロボットの転倒方向に移動させることが好ましい。
【００１９】
このような構成において、転倒検出部によって移動ロボットが転倒状態にあるか否か判断される。移動ロボットが転倒状態にあるか否かを特定するにあたっての方法は特に限定されず、移動ロボットの姿勢角や移動ロボットを撮像した画像から自動認識してもよい。そして、移動ロボットが転倒状態にある場合には、移動ロボットが転倒しつつある方向が転倒検出部によって特定される。
転倒検出部は、移動ロボットが転倒状態にある場合、引上げ動作指令部に対して移動ロボットが転倒状態にあることを伝達するとともに、移動ロボットが転倒しつつある方向についても知らせる。そして、引上げ動作指令部は、ホイストに対して移動ロボットの引き上げ動作を指令する際には、あわせて、ホイストを移動ロボットが転倒しつつある方向へ移動させる。これにより、倒れつつある移動ロボットを垂直に円滑に引き上げることができる。
移動ロボットを引き上げる際に移動ロボットの機体の軸に対して斜めに引っ張り上げると移動ロボットの機体に望ましくない方向から大きな外力が作用してしまい、かえって機体を傷める恐れもあるが、本発明によれば移動ロボットを真っすぐに円滑に引き上げることができるので、移動ロボットの機体を傷める心配もない。
【００２０】
本発明では、前記移動ロボットは、当該移動ロボットの傾斜角度を検出する姿勢角検出手段と、前記姿勢角検出手段からの信号を処理して角度情報を取得する角度信号処理部と、を備え、前記転倒防止装置は、前記移動ロボットの引上げ動作を前記ホイストに指令する引上げ動作指令部と、前記角度信号処理部からの角度情報を受信する姿勢角情報受信部と、前記移動ロボットの転倒を判断するための角度閾値が設定されているとともに前記姿勢角検出手段にて検出された前記移動ロボットの傾斜角が前記角度閾値を超えた場合に前記引上げ動作指令部に前記移動ロボットの傾斜角が前記角度閾値を超えた旨の信号を出力する転倒判断部と、を備え、前記引上げ動作指令部は前記転倒判断部からの前記信号を受けた場合、前記ホイストに前記移動ロボットの引上げ動作を指令することが好ましい。
【００２１】
このような構成によれば、移動ロボットの姿勢角を常にモニターして、移動ロボットの傾斜が所定閾値を超えたところで自動的に迅速に引き上げ動作をスタートすることができる。例えば、移動ロボットがつまずいた場合でも迅速に移動ロボットを引き上げて損傷を回避することができる。撮像カメラによる画像認識や人の目視判断では間に合わない場合も多いところ、本発明によれば迅速かつ確実に移動ロボットを引き上げて転倒による破損を回避することができる。
なお、角度閾値としては、移動ロボットが完全に転倒状態に突入したことを判定するための閾値でもよく、あるいは、危険回避の観点から転倒の恐れが生じる角度閾値に設定してもよい。
【００２２】
本発明では、前記転倒防止装置は、前記転倒判断部にて前記移動ロボットの傾斜角が前記角度閾値を超えたことが判断された場合に前記姿勢角情報受信部にて受信した角度情報に基づいて前記移動ロボットの傾斜方向を判断するとともにこの判断した傾斜方向を前記引上げ動作指令部に出力する傾斜方向判断部を備え、前記引上げ動作指令部は、前記移動ロボットの引き上げ動作時に前記ホイストを前記判断された傾斜方向へ移動させることが好ましい。
【００２３】
このような構成において、移動ロボットの姿勢角が角度閾値を超えたと転倒判断部で判断されると、転倒方向判断部にて移動ロボットの傾斜方向が判断される。例えば、移動ロボットの傾斜角が角度閾値を超えた方向を判断することにより移動ロボットが転倒している方向あるいは転倒する恐れがある方向を判断することができる。そして、移動ロボットの傾斜方向が転倒方向判断部から引上げ動作指令部に出力される。引上げ動作指令部は移動ロボットの引き上げを指令する際に同時にホイストを移動ロボットの傾斜方向へ移動させる。すると、ホイストが移動ロボットの傾斜方向に移動しつつ移動ロボットを引き上げる。その結果、倒れつつある移動ロボットを垂直に円滑に引き上げることができる。
移動ロボットを引き上げる際に移動ロボットの機体の軸に対して斜めに引っ張り上げると移動ロボットの機体に望ましくない方向から大きな外力が作用してしまい、かえって機体を傷める恐れもあるが、本発明によれば移動ロボットを真っすぐに円滑に引き上げることができるので、移動ロボットの機体を傷める心配もない。
【００２４】
本発明にかかる転倒防止装置は、移動ロボットに連結されたワイヤーが繰り出し巻き上げ自在に設けられたホイストを有し、前記ホイストを前記移動ロボットの略頭上にて前記移動ロボットに追従して移動させるとともに前記ワイヤーを引き上げることで移動ロボットの転倒を防止する転倒防止装置であって、前記移動ロボットで内部生成される自己位置推定情報を取得するロボット位置情報取得部と、前記移動ロボットで内部生成される経路情報を取得する経路情報取得部と、前記自己位置推定情報と前記経路情報とに基づいて前記移動ロボットの次の移動位置を算出する追従位置算出部と、前記追従位置算出部にて算出された前記移動ロボットの次の移動位置に基づいて前記ホイストを前記移動ロボットに追従させる動作指令を生成するとともに前記ホイストに動作指令を与える追従動作指令部と、を備えることを特徴とする。
【００２５】
このような転倒防止装置によれば、上記転倒防止システムに好適な転倒防止装置を提供することができ、上記転倒防止システムと同様の作用効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、移動ロボットの内部で生成される情報に基づいて移動ロボットが次に移動する位置を算出してホイストを制御するので、移動ロボットに対して円滑にホイストを追従させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図を参照して説明する。
本発明の移動ロボットの転倒防止システムに係る第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態の全体構成を示す図である。
移動ロボットの転倒防止システム１００は、自立二足歩行型の移動ロボット２００と、この移動ロボット２００の転倒を防止するための転倒防止装置３００と、を備える。
【００２８】
移動ロボット２００は、二本の脚部を有する脚式移動ロボットであり、歩行動作に必要なアクチュエータ２７１（図１中不図示）を各軸に有するとともに、自律歩行に必要な周囲の環境情報を取得するためのセンサ２１０を有する。
移動ロボット２００は、センサ情報に基づいて環境地図を生成するとともに自己の位置情報を同時に認識する（ＳＬＡＭ：simultaneously localization and mapping）。そして、移動ロボット２００は、生成された地図情報と自己位置情報に基づいて自律的に移動経路を判断し、経路に沿って歩行移動を行う。
【００２９】
図２は、移動ロボット２００の構成を表すブロック図である。
移動ロボット２００は、センサ２１０と、姿勢角検出器２２０と、ロボット制御部２３０と、駆動部２７０と、を備える。
センサ２１０は、周囲の環境情報を取得する。センサ２１０は、例えば、撮像カメラあるいはレーザー送受信手段によって構成される。
姿勢角検出器２２０は、移動ロボット２００の腰の部分に設けられ、移動ロボット２００の傾斜角度および傾斜方向を検出するためのものである。
姿勢角検出器２２０としては公知の各種ジャイロスコープを利用することができる。
ロボット制御部２３０は、移動ロボットの動作を制御する。
駆動部２７０は、各軸に設けられたモータ２７１から構成され、前記ロボット制御部２３０にて駆動制御される。
【００３０】
ロボット制御部２３０は、状態データ処理部２４０と、動作指令生成部２５０と、駆動制御部２６０と、エラー信号発信部２６１と、を備える。
状態データ処理部２４０は、センサ２１０および姿勢角検出器２２０からの状態データを処理する。
動作指令生成部２５０は、状態データ処理部２４０にて処理して得られたデータに基づいて移動ロボット２００の歩行動作指令を生成する。
駆動制御部２６０は、動作指令生成部２５０からの動作指令に基づいて駆動部２７０のモータ２７１を駆動制御する。
エラー信号発信部２６１は、駆動制御部２６０の制御エラーを検出してエラー信号を発信する。
【００３１】
状態データ処理部２４０は、位置データ処理部２４１と、角度信号処理部２４４と、を備える。
位置データ処理部２４１は、センサ２１０からのセンサ信号を処理する。
角度信号処理部２４４は、姿勢角検出器２２０からの角度信号を処理する。
そして、位置データ処理部２４１は、自己位置推定部２４２と、経路生成部２４３と、を備える。
自己位置推定部２４２は、周囲の環境形状を把握して地図を作成すると同時に自己位置の推定を行う。
経路生成部２４３は、自己位置推定部２４２にて生成された地図を用いて移動の経路を生成する。
【００３２】
ここで、駆動制御部２６０が各モータ２７１をフィードバック制御するところ、エラー信号発信部２６１は駆動制御部２６０の制御動作状態を常に監視する。そして、偏差過大等により駆動制御部２６０によるモータ制御が不能になるなどのフェール状態になった場合、エラー信号発信部２６１はこのような状態をエラーとして検出してエラー信号を発信する。
【００３３】
なお、移動ロボットの各機能部の動作については、図５のフローチャートを参照して後述する。
【００３４】
次に、転倒防止装置３００の構成について説明する。
転倒防止装置３００は、ホイスト機構部４００と、ホイスト制御部５００と、を備える。
ホイスト機構部４００は、走行レール４１０、４２０によって移動ロボットの頭上を二次元的に移動可能に設けられたホイスト４３０を有する。ホイスト制御部５００は、移動ロボット２００の状態に合わせてホイスト機構部４００の動作を制御する。
【００３５】
ホイスト機構部４００は、２本のＹ軸レール４１０、４１０と、Ｘ軸レール４２０と、ホイスト４３０と、を備える。
２本のＹ軸レール４１０、４１０は、移動ロボット２００の頭上において所定間隔をもって互いに平行配置されている。
Ｘ軸レール４２０は、２本のＹ軸レール４１０、４１０に架け渡されるとともにＹ軸レール上をスライド移動可能に設けられている。
ホイスト４３０は、Ｘ軸レール４２０をスライド可能に設けられるとともに移動ロボット２００の頭部ないし肩部に連結されたワイヤーを繰出し引上げ可能に構成されている。
【００３６】
図３は、ホイスト制御部５００の構成を示すブロック図である。
ホイスト制御部５００は、追従制御部５１０と、転倒防止制御部５２０と、動作指令部５４０と、を備える。
追従制御部５１０は、移動ロボット２００からの情報に基づいて移動ロボット２００に追従するための位置を求める。
転倒防止制御部５２０は、移動ロボット２００の転倒を防止する制御動作を行う。
動作指令部５４０は、追従制御部５１０および転倒防止制御部５２０からの信号に基づいてホイスト４３０に動作指令を与える。
【００３７】
追従制御部５１０は、ロボット位置情報取得部５１１と、経路情報取得部５１２と、追従位置算出部５１３と、を備える。
ロボット位置情報取得部５１１は、自己位置推定部２４２からの自己位置推定情報が入力されて移動ロボット２００の位置情報を取得する。
経路情報取得部５１２は、経路生成部２４３にて生成された経路情報が入力されて移動ロボット２００の次の移動経路情報を取得する。
追従位置算出部５１３は、ホイスト制御部５００からホイスト４３０への動作指令時の時間遅れ分を考慮してホイスト４３０が移動ロボット２００を追従するための次の移動位置を算出する。
追従位置算出部５１３は、移動ロボット２００の現在位置（ｘｒ、ｙｒ、ｚｒ）を算出したうえで、さらに、遅れ時間τ分を考慮にいれてこの遅れ時間後の移動ロボットの位置（ｘｒ´、ｙｒ´、ｚｒ´）を算出する（図４中の点Ｐｒを参照）。
そのうえで、この遅れ時間後の移動ロボット２００の位置（ｘｒ´、ｙｒ´、ｚｒ´）に対応するホイスト４３０の位置およびワイヤー４４０の繰出し引上げ量（ｘｈ、ｙｈ、ｚｈ）を算出する（図４中の点Ｐｈ）。
【００３８】
転倒防止制御部５２０は、エラー信号受信部５２１と、転倒検出部５３０と、を備える。
エラー信号受信部５２１は、エラー信号発信部２６１からのエラー信号を受信して動作指令部５４０にエラー情報を伝える。
転倒検出部５３０は、角度信号処理部２４４からの角度情報を受信して移動ロボット２００の転倒を監視する。
【００３９】
転倒検出部５３０は、姿勢角情報受信部５３１と、転倒判断部５３２と、転倒方向判断部（傾斜方向判断部）５３３と、を備える。
姿勢角情報受信部５３１は、角度信号処理部２４４からの角度情報を受信する。
転倒判断部５３２は、姿勢角情報受信部５３１で受信した角度情報に基づいて移動ロボット２００の転倒を判断する。
転倒方向判断部（傾斜方向判断部）５３３は、転倒判断部５３２にて移動ロボット２００の転倒が判断された場合に移動ロボット２００の転倒方向を判断する。
【００４０】
姿勢角情報受信部５３１は、角度信号処理部２４４からの角度信号を受信して移動ロボット２００の姿勢角を常にモニターする。そして、角度信号を転倒判断部５３２に送る。
転倒判断部５３２には、移動ロボット２００の転倒を判断するための角度閾値が予め設定されている。転倒判断部５３２は、姿勢角情報受信部５３１から入力される角度情報と前記角度閾値とを常に比較し、角度情報が角度閾値を超えた場合に移動ロボット２００が転倒状態に入ったと判断する。転倒判断部５３２が移動ロボット２００の転倒を判断した場合、転倒情報を転倒方向判断部５３３および動作指令部５４０に出力する。
【００４１】
転倒方向判断部５３３は、転倒判断部５３２からの転倒情報を受けた場合、姿勢角情報受信部５３１から角度情報を受け取り、移動ロボット２００が倒れていく方向を求める。たとえば、姿勢角が角度閾値を超えた方向を確認して、その方向を移動ロボット２００が転倒していく方向であると予測することができる。その方向は、たとえば、移動ロボット２００の進行方向に対して右側あるいは左側にθ度のように求められる。転倒方向判断部５３３にて求められた転倒方向は動作指令部５４０に出力される。
【００４２】
動作指令部５４０は、追従動作指令部５４１と、引上げ動作指令部５４２と、を備える。
追従動作指令部５４１は、追従位置算出部５１３にて算出された追従位置にホイスト４３０を移動させる指令を出力する。
引上げ動作指令部５４２は、転倒判断部５３２および転倒方向判断部５３３の判断結果またはエラー信号の受信に応じて移動ロボットの引き上げ動作をホイスト機構部４００に指令する。
【００４３】
なお、ホイスト制御部５００の動作については、図６のフローチャートを参照して後述する。
【００４４】
このような構成を備える第１実施形態の動作について図４から図８を参照して説明する。
図５は、移動ロボット２００の動作手順を示すフローチャートである。
図５を参照して移動ロボットの動作について説明する。
移動ロボット２００は、まず、ＳＴ１００において、センサ２１０からセンサ情報を取得する。センサ２１０がカメラであれば周囲の撮像データを取得する。
次にＳＴ１０１において、センサ情報を処理して位置データの処理を行う。
この処理は位置データ処理部２４１の自己位置推定部２４２と経路生成部２４３とにより実行される。すなわち、センサ２１０の情報を処理して周辺の環境地図を作成するとともに移動ロボット自身の現在位置の推定を自己位置推定部２４２にて行う。それと同時に移動ロボット２００の移動経路を生成する。たとえば、障害物を避けて歩行可能な経路を生成する。
【００４５】
次に、ＳＴ１０２およびＳＴ１０３において、位置情報の送信および経路情報の送信が行われる。すなわち、自己位置推定部２４２にて推定された位置情報および経路生成部２４３にて生成された経路情報がホイスト制御部５００のロボット位置情報取得部５１１および経路情報取得部５１２に送信される。
【００４６】
そして、前記ＳＴ１０１で得られた自己位置と経路情報とに基づいて移動ロボット２００を駆動させる動作指令が動作指令生成部２５０にて生成される（ＳＴ１０４）。たとえば、各軸のサーボモータの回転角や回転速度の指令が生成される。このように生成された動作指令は駆動制御部２６０に出力され、駆動制御部２６０により各モータ２７１への制御信号が生成されモータ２７１に出力される（ＳＴ１０５）。すると、モータ２７１が駆動されて移動ロボット２００が歩行して進行する（ＳＴ１０６）。
【００４７】
このように駆動制御部２６０によってモータ２７１の駆動制御がフィードバック制御で行われるところ、モータ制御の異常がエラー信号発信部２６１によって監視され、エラーの有無がチェックされる（ＳＴ１０７）。たとえば、駆動制御部２６０とモータ２７１との通信不具合やモータ位置と指令との偏差過大などがエラーとなり、このような場合には駆動制御部２６０がモータへの制御信号を停止して非常停止状態となる。このようなエラーの有無をチェックし、駆動制御部２６０によるモータ駆動制御に異常があった場合（ＳＴ１０７：ＹＥＳ）、エラー信号発信部２６１からエラー信号受信部５２１にエラー信号が出力される。そして、移動ロボット２００の動作としては終了処理（ＳＴ１１３）により終了する。
【００４８】
エラーが無い場合には（ＳＴ１０７：Ｎｏ）、続いて、姿勢角情報の取得が行われる（ＳＴ１０８）。そして、姿勢角検出器２２０にて検出された角度信号を角度信号処理部２４４で処理して角度の情報に変換する（ＳＴ１０９）。たとえば、移動ロボット２００が傾斜している方向やその角度を得る。このように得られた角度情報は角度信号処理部２４４から姿勢角情報受信部５３１に出力される（ＳＴ１１０）。
【００４９】
次に、終了条件に合致しているかどうかが判定され（ＳＴ１１１）、終了条件を満たしている場合には（ＳＴ１１１：ＹＥＳ）、終了処理が実行されて移動ロボットの歩行が終了される。終了条件としては、移動ロボット２００が目的地点に達したことなどが例として挙げられる。その一方、終了条件を満たしていない場合には、ＳＴ１００に戻って制御動作が継続される。
【００５０】
次に、ホイスト制御部５００の動作について説明する。
図６は、ホイスト制御部５００の動作手順を示すフローチャートである。
図６を参照して転倒防止装置の動作について説明する。
移動ロボット２００の駆動が開始されると、移動ロボット２００とホイスト制御部５００との通信が開始される。そして、まず、ＳＴ２００において、自己位置推定部２４２により推定される移動ロボット２００の自己位置情報がロボット位置情報取得部５１１にて取得される。続いて、ＳＴ２０１において、経路生成部２４３にて生成される移動ロボット２００の経路情報が経路情報取得部５１２にて取得される。
このように移動ロボット２００の自己位置と移動経路の情報が取得されたところで、ＳＴ２０２において追従位置算出部５１３によりホイスト４３０が移動ロボット２００を追従するための移動位置が算出される。すなわち、ホイスト４３０への指令および駆動の時間遅れを考慮してホイスト４３０が移動ロボット２００に遅れなく追従するための移動位置を算出する。
【００５１】
時間ｔのときに移動ロボットの位置が
Ｐｒ（ｔ）＝（ｘｒ（ｔ）、ｙｒ（ｔ）、ｚｒ（ｔ））
である場合、追従位置算出部５１３は、遅れ時間τ分を考慮して時間ｔにおけるホイストの目標移動位置Ｓ（ｔ）をＰ（ｔ＋τ）に基づいて与える。
【００５２】
このように算出されたホイスト４３０の追従位置は追従位置算出部５１３から追従動作指令部５４１に出力され、追従動作指令部５４１からホイスト４３０に向けて出力される（ＳＴ２０３）。すると、ホイスト４３０が移動ロボット２００の位置に対して遅れなく追従する動作制御が実行される（ＳＴ２０４）。
【００５３】
次ぎに、ＳＴ２０５において、エラー信号の有無がチェックされる。
移動ロボット２００の駆動制御部２６０によるモータ駆動において異常が生じた場合にはエラー信号発信部２６１からエラー信号受信部５２１にエラー信号が出力されるところ、エラー信号受信部５２１がエラー信号の有無をチェックする。
【００５４】
エラー信号が無い場合（ＳＴ２０５：Ｎｏ）、続いて、転倒検出の処理が実行される。すなわち、ＳＴ２０６において、姿勢角情報受信部５３１による姿勢角情報の取得が行われ、角度信号処理部２４４で処理された移動ロボット２００の姿勢角の情報が取得される。このように取得された姿勢角の情報は転倒判断部５３２に出力され、予め設定された角度閾値と取得された姿勢角情報とが転倒判断部５３２において比較されて移動ロボット２００が転倒状態にあるか否かの転倒判断が行われる（ＳＴ２０７）。姿勢角情報が角度閾値以下である場合には転倒状態では無いと判断される（ＳＴ２０８：ＮＯ）。
【００５５】
そして、ＳＴ２０９において、終了条件に合致しているかどうかが判定され、終了条件を満たしている場合には（ＳＴ２０９：ＹＥＳ）、終了処理が実行されてホイストの制御が終了される。終了条件としては移動ロボット２００が目的地点に達して移動ロボットの動作が終了したことなどが例として挙げられる。その一方、終了条件を満たしていない場合には、ＳＴ２００に戻って制御動作が継続される。
【００５６】
ここで、ＳＴ２０５において、エラー信号発信部２６１からエラー信号受信部５２１にエラー信号の送信があった場合（ＳＴ２０５：ＹＥＳ）、移動ロボット２００のモータ駆動がサーボオフしており、移動ロボット２００に転倒の危険性が極めて高いことになる。
この場合、エラー信号受信部５２１は引上げ動作指令部５４２にエラー信号があったことを出力する。このエラー信号を受けて、引上げ動作指令部５４２はホイスト４３０に向けて移動ロボット２００の引き上げを指令する（ＳＴ２２０）。すると、ホイスト４３０がワイヤー４４０を巻き上げて移動ロボット２００の引き上げ動作を行う（ＳＴ２２１）。
なお、図７は、移動ロボット２００を引き上げている様子を示す図である。
移動ロボット２００の引き上げが完了したところで終了処理を行い、ホイスト４３０の制御が終了される（ＳＴ２２２）。
【００５７】
また、ＳＴ２０８において、移動ロボット２００の姿勢角が角度閾値を超えており、移動ロボット２００が転倒状態にあると判断される場合（ＳＴ２０８：ＹＥＳ）、転倒判断部５３２は、引上げ動作指令部５４２と転倒方向判断部５３３とに転倒状態を知らせる信号を出力する。すると、転倒方向判断部５３３は、姿勢角の情報から移動ロボット２００がどの方向に倒れていくかを判断する（ＳＴ２３０）。
例えば、姿勢角が閾値を超えた方向を特定することにより移動ロボット２００の転倒方向を特定する。特定された転倒方向は引上げ動作指令部５４２に出力される（ＳＴ２３１）。
【００５８】
引上げ動作指令部５４２は、ワイヤー４４０を巻き上げて移動ロボット２００の引き上げを行うと同時に指示された転倒方向にホイスト４３０を移動させる（ＳＴ２３２）。すると、転倒しつつある移動ロボット２００が円滑に垂直方向に引上げられる。
図８は、転倒しつつある移動ロボット２００を引き上げている様子を示す図である。
移動ロボット２００の引上げ動作が完了したところで終了処理を行い、ホイスト４３０の制御が終了される（ＳＴ２３３）。
【００５９】
このような本実施形態によれば次の効果を奏することができる。
（１）移動ロボット２００の内部で生成される位置データ（自己位置および経路）をホイスト制御部５００に送り、これらに基づいてホイスト４３０の駆動制御を行うので円滑な自動追従が可能となる。
（２）追従位置算出部では、移動ロボットの現在位置だけではなく、実際にホイスト４３０が動作するまでの遅れ時間を加味してホイストに指令する追従位置の算出を行う。このように遅れ時間を補償しているので移動ロボットの追従を非常に円滑に行うことができる。
【００６０】
（３）エラー信号発信部がモータ駆動のエラーを常に監視し、エラーが生じている場合には、エラー情報を基に迅速に移動ロボットの引き上げを行うことができる。
モータがサーボオフした場合には移動ロボットが急激に倒れてしまうので転倒を認識してからの引上げ動作では間に合わない恐れもあるが、この点、本実施形態によれば、移動ロボットの致命的な損傷を防止することができる。
（４）転倒方向判断部を備えており、移動ロボットの転倒が起こった場合には転倒方向を特定し、引上げ時にホイストを転倒方向に移動させる。
これにより、転倒しつつある移動ロボットに余計な負荷をかけることなく円滑にまっすぐに引上げることができ、移動ロボットの損傷を防止することができる。
【００６１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
上記実施形態において、移動ロボットとホイスト制御部との間の通信手段については特に説明しなかったが、このような通信手段は特に限定されるものではなく、有線通信でも無線通信でもよいことはもちろんである。同様に、ホイスト制御部とホイストとの通信手段についても特に限定されるものではない。
移動ロボットとしては脚式であればその形態は問わず、自律二足歩行型に限定されるものではないが、転倒の危険性が高くまた転倒時の損傷が大きい二足歩行型の場合に本発明は効果が高い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の移動ロボットの転倒防止システムに係る第１実施形態の全体構成を示す図。
【図２】前記第１実施形態において、移動ロボットの構成を表すブロック図。
【図３】前記第１実施形態において、ホイスト制御部の構成を示すブロック図。
【図４】前記第１実施形態において、ホイストが移動ロボットに追従する様子を示す図。
【図５】前記第１実施形態において、移動ロボットの動作手順を示すフローチャート。
【図６】前記第１実施形態において、ホイスト制御部の動作手順を示すフローチャート。
【図７】前記第１実施形態において、移動ロボットを引き上げている様子を示す図。
【図８】前記第１実施形態において、転倒しつつある移動ロボットを引き上げている様子を示す図。
【符号の説明】
【００６３】
１００…転倒防止システム、２００…移動ロボット、２１０…センサ、２２０…姿勢角検出器、２３０…ロボット制御部、２４０…状態データ処理部、２４１…位置データ処理部、２４２…自己位置推定部、２４３…経路生成部、２４４…角度信号処理部、２５０…動作指令生成部、２６０…駆動制御部、２６１…エラー信号発信部、２７０…駆動部、２７１…モータ、３００…転倒防止装置、４００…ホイスト機構部、４１０…Ｙ軸レール、４２０…Ｘ軸レール、４３０…ホイスト、４４０…ワイヤー、５００…ホイスト制御部、５１０…追従制御部、５１１…ロボット位置情報取得部、５１２…経路情報取得部、５１３…追従位置算出部、５２０…転倒防止制御部、５２１…エラー信号受信部、５３０…転倒検出部、５３１…姿勢角情報受信部、５３２…転倒判断部、５３３…転倒方向判断部、５４０…動作指令部、５４１…追従動作指令部、５４２…動作指令部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009178788.tif 000009
【図８】
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