自律移動ロボットおよび自律移動ロボットによる物品運搬方法
【課題】自立移動ロボットが物品を取得元から主体的に受け取り、制振制御により揺れを押さえて運び、届け先に確実に届けることを可能とする。
【解決手段】物品の運搬には所定の仕様の運搬容器（Ｍ）を用いる。運搬容器には、画像識別のためのパタン（Ｍ２）および把持に適した形状の把持部分（Ｍ３）を備える。ロボット（Ｒ）は、取得元の画像から、運搬すべき物品を載せた所定仕様の運搬容器の把持に適した所定位置を認識する把持位置認識手段２６１と、把持部を運搬容器の所定位置に駆動し、所定位置を把持する制御を行う把持制御手段２６２と、把持部に作用する外力に基づいて把持に成功したか否かを判断する把持成否判定手段２４５とを備える。さらに、運搬中に、把持部に作用する外力を打ち消す帰還制御を行うことにより把持部の振動を押さえる制振制御手段４１０を備える。
【解決手段】物品の運搬には所定の仕様の運搬容器（Ｍ）を用いる。運搬容器には、画像識別のためのパタン（Ｍ２）および把持に適した形状の把持部分（Ｍ３）を備える。ロボット（Ｒ）は、取得元の画像から、運搬すべき物品を載せた所定仕様の運搬容器の把持に適した所定位置を認識する把持位置認識手段２６１と、把持部を運搬容器の所定位置に駆動し、所定位置を把持する制御を行う把持制御手段２６２と、把持部に作用する外力に基づいて把持に成功したか否かを判断する把持成否判定手段２４５とを備える。さらに、運搬中に、把持部に作用する外力を打ち消す帰還制御を行うことにより把持部の振動を押さえる制振制御手段４１０を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律移動可能なロボットに係り、さらに詳細には、当該ロボットの手に物を持たせて運ばせる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自律移動可能なロボットに物品を運搬させる試みが色々行われている。例えば、本出願人は、ロボットが人から物品を受け取る際に人に違和感を与えることなく受け取り動作を行うことが可能な物品運搬システムを既に提案した（特許文献１参照）。当該システムのロボットは、物品を把持する開閉可能な把持部、把持部に作用する外力を検出する外力検出手段、把持部の開度を検出する開度検出手段、および自律移動手段などを備えて、人から物品を受け取り、人や置き場所などの届け先に届けることができる。把持部が物品を把持していない状態で第一の所定値以上の外力を検出した場合に、把持部に受取動作を開始させ、受取動作中に、検出した把持部の外力と開度の少なくとも一方に基づいて、物品の受取動作完了を判定するように構成されている。
【特許文献１】特願２００４−３６１４６７号（段落０１５１〜０１７５、図１３〜２８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の特許文献１のシステムでは、ロボットが物品を人から受け取ること（以下、「受動的受け取り」と言う）を前提としていた。すなわち、ロボットが人から物品を受け取る際に、ロボットが差し出した把持部（人の手に相当する）に人が物品を位置あわせして、ある程度の力で押す必要があった。このため、ロボットに物品を渡す人は、ロボットが差し出した把持部にある程度の注意力を払って物品を持たせてやる必要があるので、僅かではあるが手間が必要であった。
【０００４】
また、ロボットが受け取った物品を把持して届け先まで移動する際に、歩を進めるたびに把持部が振動するため、飲み物などの液体を運ぶには無理があり、特に蓋をしていない状態で運ぶことは困難であった。
【０００５】
以上の点を考慮すると、人からロボットに物品を渡す際に、人による注意深い位置合わせを伴う介助動作を必要とすることなく、所定の場所に置かれた物品又は人が差し出した物品をロボットが主体的に受け取ること（仮に、「主体的受け取り」と称する）ができれば、好都合である。
また、取得元から届け先までの運搬中に把持部の振動を押さえること（仮に、「制振制御」と称する）ができれば、液体の運搬にも好都合である。
【０００６】
したがって、本発明の課題は、物品を取得元から主体的に受け取り、制振制御により運搬中の物品の揺れを押さえて運び、届け先に確実に物品を届けることが可能なロボットを提供することである。
本発明の課題は、自律移動可能なロボットが物品を取得元から主体的に（人の介助を必要とすることなく）受け取り、制振制御により運搬中の物品の揺れを押さえて運び、届け先に確実に物品を届けることを可能とする物品運搬方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、物品を把持する開閉可能な把持部とカメラと自律移動手段と物品を取得元から届け先に運搬することを可能とする制御手段とを備えた自律移動ロボットにおいて、前記制御手段が、前記カメラにより撮像された前記取得元の画像から、運搬すべき物品を載せた所定仕様の運搬容器の把持に適した所定位置を認識する把持位置認識手段と、前記把持部を前記運搬容器の前記所定位置に駆動し、当該所定位置を把持する制御を行う把持制御手段と、前記把持部に作用する外力に基づいて前記把持に成功したか否かを判定する把持成否判定手段とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、運搬容器の所定位置を認識し、把持部を運搬容器の所定位置に駆動して所定位置を把持し、把持部に作用する外力に基づいて把持に成功したか否かを判定するので、人の助けを借りることなく確実に運搬容器を取ることができる。
【０００８】
請求項２記載のロボットは、前記届け先への運搬中に、前記把持部に作用する外力を打ち消す帰還制御を行う制振制御手段をさらに備えたことを特徴とする。
この構成によれば、運搬中に把持部の振動を抑制するので、物品の揺れを押さえて運ぶことができるので、液体などの運搬も可能となる。
【０００９】
請求項３記載のロボットは、前記制振制御手段が、前記把持部の動きを決定づける関節を動かすアクチュエータごとに設けられ、各アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ制御部と、前記把持部に作用する前記外力から、前記把持部に加わる加速度成分を求め、前記加速度成分から前記アクチュエータ制御部が応答可能な成分のみを抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出した成分を所定の演算により各アクチュエータごとの信号に分け、分けた各信号を対応するアクチュエータ制御部の速度制御ループに加える印加手段とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、請求項２と同様の効果が得られる。
【００１０】
請求項４記載のロボットは、前記加速度成分が、前記把持部に加わる鉛直方向の力および前記把持部に加わるロボットの左右方向の軸周りのモーメントの少なくとも一方を含むことを特徴とする。
この構成によれば、取り扱う成分を減らすことができるので構成を簡単にすることができる。
【００１１】
請求項５記載のロボットは、前記届け先の前記運搬容器を載置する置き場所の高さから目標位置を決定する受取／受渡高さ決定手段と、把持した前記運搬容器を前記目標位置まで下ろす把持部移動手段と、前記把持部に作用する前記外力に基づいて前記運搬容器の設置が完了したか否かを判定する受渡完了判定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、置き場所の高さから目標位置を決定し、把持した運搬容器を前記目標位置まで下ろして、力センサからの検出値に基づいて運搬容器の設置が完了したか否かを判定するので、運搬容器を人の助けを借りることなく置き場所に置くことが可能となる。
【００１３】
請求項６記載のロボットは、前記運搬容器の設置が完了する前に、前記把持部が所定の高さまで下がったかどうかに基づいて設置の成否を判定する設置成否判定手段をさらに備えたことを特徴とする。
この構成によれば、設置が完了する前に、把持部が所定の高さまで下がると、設置に失敗したと判定するので、所定の高さを把持部の可動領域の下限近くに設定することにより、無駄な動作を省くことができる。
【００１４】
請求項７記載のロボットは、前記制御手段が、前記取得元が人である場合に前記人の受渡の習熟度を判定する習熟度判定手段をさらに備え、前記把持制御手段が、前記習熟度に応じて動作速度を調整することを特徴とする。
この構成によれば、人の習熟度に応じて、把持制御の動作速度を調整するので、
習熟度低と判定された人に対しては不安感を与えないようにし、習熟度高と判定された人に対しては、煩わしさを感じさせないようにすることが可能となる。
【００１５】
さらに、請求項８記載の発明は、物品を把持する開閉可能な把持部とカメラと自律移動手段とを備えたロボットに物品を取得元から届け先まで運搬させる物品運搬方法であり、当該物品運搬方法は、前記取得元の画像から、運搬すべき物品を載せた所定仕様の運搬容器の把持に適した所定位置を認識する把持位置認識ステップと、前記把持部を前記運搬容器の前記所定位置に駆動し、当該所定位置を把持する制御を行う把持制御ステップと、前記把持部に作用する外力に基づいて前記把持に成功したか否かを判定する把持成否判定ステップと、前記届け先への運搬中に、前記把持部に作用する外力を打ち消す帰還制御を行う制振制御ステップとを含むことを特徴とする。
この構成によれば、運搬容器の所定位置を認識し、把持部を運搬容器の所定位置に駆動して所定位置を把持し、把持部に作用する外力に基づいて把持に成功したか否かを判定するので、人の助けを借りることなく確実に運搬容器を取ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、画像情報を利用することにより、運搬容器を取得元から人の助けを借りることなく取得することが可能となる。また、運搬中に把持部の振動を抑制することにより物品の揺れを押さえて運ぶことができるので、液体などの運搬も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態と添付図面により本発明を詳細に説明する。
なお、複数の図面に同じ要素を示す場合には同一の参照符号を付ける。
【００１８】
（ロボット制御システムＡの構成）
はじめに、本発明の実施形態に係るロボット制御システムＡについて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るロボット制御システムを示すシステム構成図である。
図１に示すように、ロボット制御システムＡは、タスク実行エリア（ロボット稼働領域）ＥＡに配置された１台以上（本実施形態では１台）のロボットＲと、これらロボットＲと無線通信によって接続された基地局（例えば、無線ＬＡＮ）１と、基地局１にルーター２を介して接続されたロボット管理装置（例えば、サーバー）３と、ロボット管理装置３にネットワーク４を介して接続された端末５とを備えている。
【００１９】
ロボットＲは、タスク実行エリアＥＡに配置されており、タスク実行エリアＥＡ内において自律移動を行い、実行命令信号に基づいて物品運搬などのタスクを実行するものである。なお、このタスク実行エリアＥＡ内には、運搬すべき物品を置く物品置き場Ｂ１、および１つ以上の届け先である届け先物品置き場Ｃ１〜Ｃ３が設けられている。物品置き場Ｂ１、Ｃ１〜Ｃ３は、例えばテーブルやカウンタなどである。また、タスク実行エリアＥＡには、検出用のタグＴを着けロボットＲとの物品の受け渡しをする人Ｈがいる。ロボットＲは、物品を受け渡す人Ｈを発見できなかった場合などには、例えば、物品置き場Ｃ３に物品を置くことができる。
【００２０】
ロボット管理装置３は、後記する端末５から入力されるタスクデータに基づき、ロボットＲにタスクを実行させるため、このタスクの内容を含む実行命令信号を生成し、ロボットＲに出力する。このタスクデータは、ロボットＲに実行させるタスクに関するデータであり、例えば、ロボットＲに物品を渡す人、ロボットＲが物品を渡す人、運搬する物品の種類などを含んでいる。
【００２１】
端末５は、ロボット管理装置３にタスクデータを入力するための入力装置であり、デスクトップ型コンピュータ、ＰＨＳなどである。また、端末５は、ロボットＲから送られた行動報告信号（タスク完了報告信号）を人が確認可能に出力するための出力（表示）装置でもある。
【００２２】
（ロボットＲの構成）
続いて、本発明の実施形態に係るロボットＲについて説明する。以下の説明において、ロボットＲの前後方向にＸ軸、左右方向にＹ軸、上下方向にＺ軸をとる（図２参照）。
本発明の実施形態に係るロボットＲは、自律移動型の２足移動ロボットである。このロボットＲは、ロボット管理装置３から送信された実行命令信号に基づき、タスクを実行するものである。
【００２３】
図２は、図１のロボットの外観を示す模式図である。図２に示すように、ロボットＲは、人間と同じように２本の脚部Ｒ１（１本のみ図示）により起立、移動（歩行、走行など）し、上体部Ｒ２、２本の腕部Ｒ３（１本のみ図示）および頭部Ｒ４を備え、自律して移動する。また、ロボットＲは、これら脚部Ｒ１、上体部Ｒ２、腕部Ｒ３および頭部Ｒ４の動作を制御する制御装置を搭載する制御装置搭載部Ｒ５を背負う形で背中（上体部Ｒ２の後部）に備えている。
【００２４】
（ロボットＲの駆動構造）
続いて、ロボットＲの駆動構造について説明する。図３は、図２のロボットの駆動構造を模式的に示す斜視図である。なお、図３における関節部は、当該関節部を駆動する電動モータにより示されている。
【００２５】
（脚部Ｒ１）
図３に示すように、左右それぞれの脚部Ｒ１は、６個の関節部１１Ｒ（Ｌ）〜１６Ｒ（Ｌ）を備えている。左右合わせて１２個の関節は、股部（脚部Ｒ１と上体部Ｒ２との連結部分）の脚部回旋用（Ｚ軸まわり）の股関節部１１Ｒ，１１Ｌ（右側をＲ、左側をＬとする。また、Ｒ，Ｌを付さない場合もある。以下同じ。）、股部のピッチ軸（Ｙ軸）まわりの股関節部１２Ｒ，１２Ｌ、股部のロール軸（Ｘ軸）まわりの股関節部１３Ｒ，１３Ｌ、膝部のピッチ軸（Ｙ軸）まわりの膝関節部１４Ｒ，１４Ｌ、足首のピッチ軸（Ｙ軸）まわりの足首関節部１５Ｒ，１５Ｌ、および、足首のロール軸（Ｘ軸）まわりの足首関節部１６Ｒ，１６Ｌから構成されている。そして、脚部Ｒ１の下には足部１７Ｒ，１７Ｌが取り付けられている。
【００２６】
すなわち、脚部Ｒ１は、股関節部１１Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１３Ｒ（Ｌ）、膝関節部１４Ｒ（Ｌ）および足首関節部１５Ｒ（Ｌ），１６Ｒ（Ｌ）を備えている。股関節部１１Ｒ（Ｌ）〜１３Ｒ（Ｌ）と膝関節部１４Ｒ（Ｌ）とは大腿リンク５１Ｒ，５１Ｌで、膝関節部１４Ｒ（Ｌ）と足首関節部１５Ｒ（Ｌ），１６Ｒ（Ｌ）とは下腿リンク５２Ｒ，５２Ｌで連結されている。
【００２７】
（上体部Ｒ２）
図３に示すように、上体部Ｒ２は、ロボットＲの基体部分であり、脚部Ｒ１、腕部Ｒ３および頭部Ｒ４と連結されている。すなわち、上体部Ｒ２（上体リンク５３）は、股関節部１１Ｒ（Ｌ）〜１３Ｒ（Ｌ）を介して脚部Ｒ１と連結されている。また、上体部Ｒ２は、後記する肩関節部３１Ｒ（Ｌ）〜３３Ｒ（Ｌ）を介して腕部Ｒ３と連結されている。また、上体部Ｒ２は、後記する首関節部４１，４２を介して頭部Ｒ４と連結されている。
また、上体部Ｒ２は、上体回旋用（Ｚ軸まわり）の関節部２１を備えている。
【００２８】
（腕部Ｒ３）
図３に示すように、左右それぞれの腕部Ｒ３は、７個の関節部３１Ｒ（Ｌ）〜３７Ｒ（Ｌ）を備えている。左右合わせて１４個の関節部は、肩部（腕部Ｒ３と上体部Ｒ２との連結部分）のピッチ軸（Ｙ軸）まわりの肩関節部３１Ｒ，３１Ｌ、肩部のロール軸（Ｘ軸）まわりの肩関節部３２Ｒ，３２Ｌ、腕部回旋用（Ｚ軸まわり）の肩関節部３３Ｒ，３３Ｌ、肘部のピッチ軸（Ｙ軸）まわりの肘関節部３４Ｒ，３４Ｌ、手首回旋用（Ｚ軸まわり）の腕関節部３５Ｒ，３５Ｌ、手首のピッチ軸（Ｙ軸）まわりの手首関節部３６Ｒ，３６Ｌ、および手首のロール軸（Ｘ軸）まわりの手首関節部３７Ｒ，３７Ｌから構成されている。そして、腕部Ｒ３の先端には把持部（ハンド）７１Ｒ，７１Ｌが取り付けられている。
【００２９】
すなわち、腕部Ｒ３は、肩関節部３１Ｒ（Ｌ），３２Ｒ（Ｌ），３３Ｒ（Ｌ）、肘関節部３４Ｒ（Ｌ）、腕関節部３５Ｒ（Ｌ）および手首関節部３６Ｒ（Ｌ），３７Ｒ（Ｌ）を備えている。肩関節部３１Ｒ（Ｌ）〜３３Ｒ（Ｌ）とは肘関節部３４Ｒ（Ｌ）とは上腕リンク５４Ｒ（Ｌ）で、肘関節部３４Ｒ（Ｌ）と手首関節部３６Ｒ（Ｌ），３７Ｒ（Ｌ）とは前腕リンク５５Ｒ（Ｌ）で連結されている。
【００３０】
（頭部Ｒ４）
図３に示すように、頭部Ｒ４は、首部（頭部Ｒ４と上体部Ｒ２との連結部分）のＹ軸まわりの首関節部４１と、首部のＺ軸まわりの首関節部４２と、を備えている。首関節部４１は頭部Ｒ４のチルト角を設定するためのものであり、首関節部４２は頭部Ｒ４のパンを設定するためのものである。
【００３１】
このような構成により、左右の脚部Ｒ１は合計１２の自由度を与えられ、移動中に１２個の関節部１１Ｒ（Ｌ）〜１６Ｒ（Ｌ）を適宜な角度で駆動することで、脚部Ｒ１に所望の動きを与えることができ、ロボットＲが任意に３次元空間を移動することができる。また、左右の腕部Ｒ３は合計１４の自由度を与えられ、１４個の関節部３１Ｒ（Ｌ）〜３７Ｒ（Ｌ）を適宜な角度で駆動することで、ロボットＲが所望の作業を行うことができる。
【００３２】
また、足首関節部１５Ｒ（Ｌ），１６Ｒ（Ｌ）と足部１７Ｒ（Ｌ）との間には、公知の６軸力センサ６１Ｒ（Ｌ）が設けられている。６軸力センサ６１Ｒ（Ｌ）は、床面からロボットＲに作用する床反力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚと、モーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚと、を検出する。
【００３３】
また、手首関節部３６Ｒ（Ｌ），３７Ｒ（Ｌ）と把持部７１Ｒ（Ｌ）との間には、公知の６軸力センサ６２Ｒ（Ｌ）が設けられている。６軸力センサ６２Ｒ（Ｌ）は、ロボットＲの把持部３８Ｒ（Ｌ）に作用する反力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚと、モーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚと、を検出する。
【００３４】
また、上体部Ｒ２には、傾斜センサ６３が設けられている。傾斜センサ６３は、上体部Ｒ２の重力軸（Ｚ軸）に対する傾きと、その角速度と、を検出する。
また、各関節部の電動モータは、その出力を減速・増力する減速機（図示せず）を介して前記した大腿リンク５１Ｒ（Ｌ）、下腿リンク５２Ｒ（Ｌ）などを相対変位させる。これら各関節部の角度は、関節角度検出手段（例えば、ロータリエンコーダ）によって検出される。
【００３５】
制御装置搭載部Ｒ５は、後記する自律移動制御部１５０、把持部制御部１６０、無線通信部１７０、主制御部２００、バッテリ（図示せず）などを収納している。各センサ６１〜６３などの検出データは、制御装置搭載部Ｒ５内の各制御部に送られる。また、各電動モータは、各制御部からの駆動指示信号により駆動される。
【００３６】
図４は、図１のロボットを示すブロック図である。図４に示すように、ロボットＲは、脚部Ｒ１、腕部Ｒ３および頭部Ｒ４に加えて、カメラＣ，Ｃ、スピーカＳ、マイクＭＣ，ＭＣ、画像処理部１００、音声処理部１１０、対象検知部１２０、自律移動制御部１５０、把持部制御部１６０、無線通信部１７０、主制御部２００および記憶部３００を備えている。なお、自律移動制御部１５０、把持部制御部１６０および主制御部２００は、請求項の制御手段を構成する。
【００３７】
また、ロボットＲは、ジャイロセンサＳＲ１およびＧＰＳ受信器ＳＲ２を備えている。
ジャイロセンサＳＲ１は、ロボットＲの向きに関するデータ（向きデータ）を検出する。また、ＧＰＳ受信器ＳＲ２は、ロボットＲの位置に関するデータ（位置データ）を検出する。ジャイロセンサＳＲ１およびＧＰＳ受信器ＳＲ２が検出したデータは、主制御部２００に出力され、ロボットＲの行動を決定するために利用されると共に、主制御部２００から無線通信部１７０を介してロボット管理装置３に送信される。
【００３８】
［カメラ］
カメラＣ，Ｃは、映像をデジタルデータとして取り込むことができるものであり、例えばカラーＣＣＤ(Charge-Coupled Device)カメラが使用される。カメラＣ，Ｃは、左右に平行に並んで配置され、撮影した画像は画像処理部１００に出力される。このカメラＣ，Ｃと、スピーカＳおよびマイクＭＣ，ＭＣは、いずれも頭部Ｒ４の内部に配設される。
【００３９】
［画像処理部］
画像処理部１００は、カメラＣ，Ｃが撮影した画像を処理して、撮影された画像からロボットＲの周囲の状況を把握するため、周囲の障害物や人物の認識を行う部分である。この画像処理部１００は、ステレオ処理部１０１、移動体抽出部１０２および顔認識部１０３を備えている。
【００４０】
ステレオ処理部１０１は、左右のカメラＣ，Ｃが撮影した２枚の画像の一方を基準としてパターンマッチングを行い、左右の画像中の対応する各画素の視差を計算して視差画像を生成し、生成した視差画像及び元の画像を移動体抽出部１０２に出力する。なお、この視差は、ロボットＲから撮影された物体までの距離を表すものである。
【００４１】
移動体抽出部１０２は、ステレオ処理部１０１から出力されたデータに基づき、撮影した画像中の移動体を抽出するものである。移動する物体（移動体）を抽出するのは、移動する物体は人物であると推定して、人物の認識をするためである。
移動体の抽出をするために、移動体抽出部１０２は、過去の数フレーム（コマ）の画像を記憶しており、最も新しいフレーム（画像）と、過去のフレーム（画像）を比較して、パターンマッチングを行い、各画素の移動量を計算し、移動量画像を生成する。そして、視差画像と、移動量画像とから、カメラＣ，Ｃから所定の距離範囲内で、移動量の多い画素がある場合に、その位置に人物がいると推定し、その所定距離範囲のみの視差画像として、移動体を抽出し、顔認識部１０３へ移動体の画像を出力する。
また、移動体抽出部１０２は、抽出した移動体の高さ、すなわち身長を算出し、顔認識部１０３へ出力する。
すなわち、移動体抽出部１０２は、ロボットＲに対する人の位置を特定することができ、特許請求の範囲における「人位置特定手段」の一例である。
また、移動体抽出部１０２は、人の身長を算出することができる。
【００４２】
顔認識部１０３は、抽出した移動体から肌色の部分を抽出して、その大きさ、形状などから顔の位置を認識する。なお、同様にして、肌色の領域と、大きさ、形状などから手の位置も認識される。
認識された顔の位置は、ロボットＲが移動するときの情報として、また、その人とのコミュニケーションを取るため、主制御部２００に出力されると共に、無線通信部１７０に出力されて、基地局１を介して、ロボット管理装置３に送信される。
【００４３】
［スピーカ］
スピーカＳは、後記する音声合成部１１１により生成された音声データに基づき、音声を出力する。
【００４４】
［マイク］
マイクＭＣ，ＭＣは、ロボットＲの周囲の音を集音するものである。集音された音は、後記する音声認識部１１２および音源定位部１１３に出力される。
【００４５】
［音声処理部］
音声処理部１１０は、音声合成部１１１、音声認識部１１２および音源定位部１１３を備えている。
【００４６】
音声合成部１１１は、主制御部２００が決定し、出力してきた発話行動の指令に基づき、文字情報から音声データを生成し、スピーカＳに音声を出力する部分である。音声データの生成には、予め記憶している文字情報と音声データとの対応関係を利用する。
【００４７】
音声認識部１１２は、マイクＭＣ，ＭＣから音声データが入力され、予め記憶している音声データと文字情報との対応関係に基づき、音声データから文字情報を生成し、主制御部２００に出力するものである。
【００４８】
音源定位部１１３は、マイクＭＣ，ＭＣ間の音圧差および音の到達時間差に基づいて、音源の位置（ロボットＲからの距離および方向）を特定する。
【００４９】
［対象検知部］
対象検知部１２０は、ロボットＲの周囲に検知用タグＴを備える検知対象Ｈが存在するか否かを検知すると共に、検知対象Ｈの存在が検知された場合、当該検知対象Ｈの位置を特定するものである。対象検知部１２０については、特許文献１に詳細に説明されていて、ここでこれ以上詳細に述べることは本発明の趣旨から逸脱することになるので、さらなる説明は省略する。
【００５０】
［自律移動制御部］
図４に示すように、自律移動制御部１５０は、頭部制御部１５１、腕部制御部１５２および脚部制御部１５３を備えている。
頭部制御部１５１は、主制御部２００の指示に従い頭部Ｒ４を駆動し、腕部制御部１５２は、主制御部２００の指示に従い腕部Ｒ３を駆動し、脚部制御部１５３は、主制御部２００の指示に従い脚部Ｒ１を駆動する。これら自律移動制御部１５０、頭部Ｒ４、腕部Ｒ３および脚部Ｒ１の組み合わせが、特許請求の範囲における「自律移動手段（自律移動装置）」の一例である。
【００５１】
［把持部制御部］
把持部制御部１６０は、主制御部２００の指示に従い把持部７１を駆動する。
【００５２】
［無線通信部］
無線通信部１７０は、ロボット管理装置３とデータの送受信を行う通信装置である。無線通信部１７０は、公衆回線通信装置１７１および無線通信装置１７２を備えている。
公衆回線通信装置１７１は、携帯電話回線やＰＨＳ(Personal Handyphone System)回線などの公衆回線を利用した無線通信手段である。一方、無線通信装置１７２は、IEEE802.11b規格に準拠するワイヤレスＬＡＮなどの、近距離無線通信による無線通信手段である。
無線通信部１７０は、ロボット管理装置３からの接続要求に従い、公衆回線通信装置１７１または無線通信装置１７２を選択してロボット管理装置３とデータ通信を行う。
【００５３】
［把持部］
続いて、ロボットＲの把持部７１Ｒ（Ｌ）について、図５ないし図６を参照してさらに詳しく説明する。図５（ａ）は、ロボットの把持部を示す斜視図であり、指開状態を示す図である。図５（ｂ）は、ロボットの把持部を示す斜視図であり、指閉状態を示す図である。図６は、ロボットの把持部、開度検出手段および６軸力センサを示すブロック図である。なお、一対の把持部７１Ｒ，７１Ｌは鏡面対称であり、図５（ａ）および図５（ｂ）には、左側の把持部７１Ｌが示されている。以下、場合により、Ｒ，Ｌを除いた符号を用いて説明する。
【００５４】
図５に示すように、把持部７１は、掌部７２と、第一指部７３と、第二指部７４と、を備えている。
掌部７２は、手首関節部３６，３７を介して前腕リンク５５に連結されている（図３参照）。
第一指部７３は、人間の親指に相当する部分であり、第一指関節部７３ａを介して掌部７２の基端側に連結されている。
第二指部７４は、人間の示指、中指、環指、小指に相当する部分であり、第二指関節部７４ａを介して掌部７２の先端側に連結されている。
また、掌部７２内には、第一指部７３を駆動するための第一指部用モータ７３ｂと、第二指部７４を駆動するための第二指部用モータ７４ｂとが内蔵されている。また、掌部７２には、第一指部角度α（第一指部７３と掌部７２との角度）を検出する第一指部角度検出手段８３と、第二指部角度β（第二指部７４と掌部７２との角度）を検出する第二指部角度検出手段８４と、が内蔵されている（図６参照）。
【００５５】
第一指部角度αは、第一指部７３と掌部７２とがなす角度であり、指開状態から指閉状態に向かって大きくなる。この第一指部角度αは、図５（ａ）に示す指開状態（把持時全開）でα１、図５（ｂ）に示す指閉状態（把持時全閉）でα２である（α１≦α≦α２）。
第二指部角度βは、第二指部７４と掌部７２とがなす角度であり、指開状態から指閉状態に向かって大きくなる。この第二指部角度βは、図５（ａ）に示す指開状態（把持時全開）でβ１（＝０）、図５（ｂ）に示す指閉状態（把持時全閉）でβ２である（０≦β≦β２）。
【００５６】
ここで、把持部７１の開度に関する数値として、第一指部角度αおよび第二指部角度βに対する把持角度偏差θを以下のように定義する。
θ ＝ （α２−α）＋（β２−β）
すなわち、把持角度偏差θは、把持部７１の全閉状態に対する開き具合（開度）を示す数値であり、指閉状態（把持時全閉）で最小値θｍｉｎ＝０となり、指開状態（把持時全開）で最大値θｍａｘ＝α２＋β２となる。
把持部７１が物品を把持した状態では、指閉状態となる手前の状態で各指部７３，７４が止まるので、把持角度偏差θは正の値をとる。把持角度偏差θは、把持される物品の厚みが大きいほど、その値が大きくなるといった特徴を有している。
【００５７】
また、本実施形態のロボット制御システムＡは、物品により把持部７１に作用する外力を検出する外力検出手段として、６軸力センサ６２を採用している。この６軸力センサ６２は、外力の方向も検出可能である。そのため、物品から把持部７１に作用する外力のうち、Ｘ軸方向の力Ｆｘ、Ｙ軸方向の力Ｆｙ、Ｚ軸方向の力Ｆｚをそれぞれ検出可能である。したがって、物品が重い場合であっても、物品の重力によるＺ軸方向の力を除去し、人が物品を渡そうとしたり、受けとろうとしたことによる外力（本実施形態ではＦｘ）を検出することが可能である。
【００５８】
（主制御部２００および記憶部３００）
続いて、図４の主制御部２００および記憶部３００について、図１２を参照して説明する。図１２は、図４の主制御部および記憶部を示すブロック図である。
【００５９】
（記憶部）
図７に示すように、記憶部３００は、人データ記憶部３１０、地図データ記憶部３２０、物品データ記憶部３３０および発話データ記憶部３４０を備えている。
【００６０】
人データ記憶部３１０は、タスク実行エリアＥＡであるオフィス内にいる人に関するデータ（人データ）を、それぞれの人に関連付けて記憶している。
人データとしては、人識別番号（ＩＤ）、名前、所属、タグ識別番号、通常居場所、机位置、顔画像などに関するデータが含まれる。
【００６１】
地図データ記憶部３２０は、タスク実行エリアＥＡの地形（壁位置、机位置など）に関するデータ（地図データ）を記憶している。
【００６２】
物品データ記憶部３３０は、ロボットＲに運搬させる物品に関するデータ（物品データ）を、それぞれの物品に関連付けて記憶している。
物品データとしては、物品識別番号、物品の名称、大きさ、重さなどに関するデータが含まれる。
【００６３】
発話データ記憶部３４０は、ロボットＲが発話するためのデータ（発話データ）を記憶している。
【００６４】
（主制御部）
図１２に示すように、主制御部２００は、行動管理手段２１０、人特定手段２２０、移動行動決定手段２３０、受取／受渡行動決定手段２４０および計時手段２５０を備えている。
【００６５】
（行動管理手段）
行動管理手段２１０は、ロボット管理装置３から送信された実行命令信号を取得し、この実行命令信号に基づき、人特定手段２２０、移動行動決定手段２３０および受取／受渡行動決定手段２４０を制御する。
また、行動管理手段２１０は、ジャイロセンサＳＲ１によって検出されたロボットＲの向きデータ、ＧＰＳ受信器ＳＲ２によって検出されたロボットＲの位置データなどをロボット管理装置３に出力する。
また、行動管理手段２１０は、ロボットＲのタスク実行状況を報告するための行動報告信号をロボット管理装置３へ向けて出力する。
【００６６】
（人特定手段）
人特定手段２２０は、人データ記憶部３１０に記憶された人情報と、対象検知部１２０によって取得されたタグＴのタグ識別番号と、に基づいて、対象検知部によって検知された人（検知対象）が誰であるかを特定する。人データ記憶部３１０には、その人の名前と、その人固有のタグＴのタグ識別番号とが関連付けて記憶されているので、これらのデータと、実行命令信号とを参照することによって、ロボットＲ近傍にいる人が、タスク実行に関係ある人であるか否かを判定することができる。
さらに、人特定手段２２０は、移動体抽出部１０２で抽出された移動体の位置データと、対象検知部１２０で検知された検知対象の位置データと、に基づいて、カメラＣ，Ｃで撮像された移動体が誰であるかを特定する。
【００６７】
（移動行動決定手段）
移動行動決定手段２３０は、ロボットＲの自律移動の内容を決定するためのものであり、移動経路決定部２３１および受取／受渡位置決定手段２３２を備えている。
移動経路決定部２３１は、タスク実行命令信号と、ロボットＲの位置データと、ロボットＲの向きデータと、人データと、地図データと、に基づいて、ロボットＲの移動経路を決定する。
受取／受渡位置決定手段２３２は、移動体抽出部１０２によって検出された移動体（人）の位置データに基づいて、ロボットＲの受取／受渡位置を決定する。
受取／受渡位置決定手段２３２が受取／受渡位置を決定すると、移動経路決定部２３１は、この受取／受渡位置に移動するように、ロボットＲの移動経路を決定する。この受取／受渡位置は、ロボットＲと人との間で物品の受取／受渡が好適に行われる位置であり、予め設定された距離ａ１（図１２参照）を用いて決定される。
【００６８】
（受取／受渡行動決定手段）
受取／受渡行動決定手段２４０は、物品運搬作業に伴う把持部７１の行動（動作）内容を決定するためのものであり、受取方法決定手段２４１、受取／受渡高さ決定手段２４２、受取開始判定手段２４３、受取動作完了判定手段２４４、把持成否判定手段２４５、受渡開始判定手段２４６、受渡完了判定手段２４７、運搬状態設定手段２４８および習熟度判定手段２４９、把持位置認識手段２６１、把持制御手段２６２、把持部移動手段２６３、および設置成否判定手段２６４を備えている。
【００６９】
受取方法決定手段２４１は、実行命令信号と、物品データ記憶部３３０に記憶された物品データに基づいて、受取方法を決定する。
本実施形態のロボットＲが選択可能な受取方法としては、片手受取および両手受取の２種類がある。
片手受取は、ロボットＲの一方の把持部７１Ｒ（または７１Ｌ）が物品を受け取る受取方法である。両手受取は、ロボットＲの両方の把持部７１Ｒ，７１Ｌが物品を受け取る受取方法である。受取方法決定手段２４１は、物品データの大きさや重さに基づいて、これら２種類の一方を選択する。例えば、Ａ４サイズの書類など、両手受取可能な大きさの物品を受け取る場合には両手受取とし、両手受取不可能な大きさである小さいサイズの物品を受け取る場合には片手受取とすることが考えられる。
【００７０】
（受取／受渡高さ決定手段）
受取／受渡高さ決定手段２４２は、受取／受渡動作の対象が人である場合、移動体抽出部１０２によって算出された人の身長に基づいて、把持部７１の差し出し高さａ３（図１５参照）を決定する。この差し出し高さは、ロボットＲと人との間で物品の受取／受渡が好適に行われる高さであり、算出された身長に基づいて、予め設定された３段階の高さのいずれかを選択する。
そして、受取／受渡高さ決定手段２４２は、自律移動制御部１５０を介して、把持部７１を高さａ３に差し出させると共に、人から把持部７１までの距離が距離ａ２となり、さらには、移動体抽出部１０２で算出した人の中心（中心鉛直線）に合わせるように把持部７１を差し出させる（図１４、図１５参照）。
【００７１】
（受取開始判定手段）
受取開始判定手段２４３は、人が物品をロボットＲの受取可能な位置に差し出し、ロボットＲが受取動作を開始可能であるか否かを判定し、受取動作を開始可能であると判定した場合に、把持部７１に受取動作を開始させる。
受取開始判定手段２４３は、把持部７１が物品を把持していない状態、詳しくは、後記する受取待機状態において、６軸力センサ６２が検出するＸ軸方向の力Ｆｘが所定値Ｆｘ１（第一の所定値）以上である場合に、受取動作を開始可能であると判定し、把持部制御部１６０を介して把持部７１を駆動し、指閉動作を行わせる。
これは、ロボットＲに物品を渡そうとする人が、物品を掌部７２に押し付けることを利用した制御である。
【００７２】
（受取動作完了判定手段）
受取動作完了判定手段２４４は、把持部７１が物品の受取中である状態において、受取動作が完了したか否かを判定する。
この受取動作完了判定手段２４４は、６軸力センサ６２が検出するＸ軸方向の力Ｆｘが所定値Ｆｘ２（第二の所定値；Ｆｘ２≦Ｆｘ１）以下となった場合に、受取動作が完了したと判定する。
これは、ロボットＲに物品を渡そうとする人が、ロボットＲが物品を受け取ったと判定して手を離したときに、物品が掌部７２に押し付けられる力が減少することを利用した制御である。
また、受取動作完了判定手段２４４は、受取待機状態において、把持部７１の開度が所定値以下になった場合、すなわち、把持角度偏差θが所定値θ１（第三の所定値）以下になった場合（例えば、θ＝０）に、受取動作が完了したと判定する。
受取動作完了判定手段２４４は、受取動作が完了したと判定した場合に、把持部制御部１６０を介して把持部７１を駆動し、指閉方向にトルクを発生させ、物品を把持させる。
【００７３】
（把持成否判定手段）
把持成否判定手段２４５は、物品の把持が成功したか否かを判定する。
本実施形態において、把持成否判定手段２４５は、両手受取を行った場合において、腕部制御部１５２を介して把持部７１Ｒ，７１Ｌを近接または離隔させる。そして、６軸力センサ６２が検出する物品からの反力Ｆｙに基づいて、把持部７１Ｒ，７１Ｌの両方が物品を把持しているか否かを判定する。
この把持成否判定手段２４５は、物品からの反力Ｆｙが所定値以上である場合に、把持成功であると判定する。
【００７４】
（受渡開始判定手段）
受渡開始判定手段２４６は、ロボットＲが物品を人の受取可能な位置に差し出した状態で、人が物品を受け取ろうしているか否かを判定し、人が物品を受け取ろうとしていると判定した場合に、把持部７１に受渡動作を開始させる。
受渡開始判定手段２４６は、後記する受渡待機状態において、６軸力センサ６２が検出するＸ軸方向の力Ｆｘが所定値Ｆｘ３以上である場合に、受渡動作を開始可能であると判定し、把持部制御部１６０を介して把持部７１を駆動し、指開動作を行わせる。
これは、ロボットＲから物品を受け取ろうとする人が、物品を引っ張ることを利用した制御である。
【００７５】
また、受渡開始判定手段２４６は、受渡待機状態において、把持部７１の開度が所定値以下になった場合、すなわち、把持角度偏差θが所定値θ２以下になった場合（例えば、θ＝０）に、受渡動作を開始可能であると判定する。
これは、ロボットＲから物品を受け取ろうとする人が物品を引っ張ることによって、物品が把持部７１から取り除かれ、把持部７１が把持トルクによって閉じてしまうことを利用した制御である。
【００７６】
（受渡完了判定手段）
受渡完了判定手段２４７は、後記する受渡中状態において、６軸力センサ６２によって検出されるＸ軸方向の力Ｆｘが所定値Ｆｘ４（Ｆｘ４≦Ｆｘ３）以下となった場合に、受渡動作が完了したと判定する。
これは、人が物品を完全に受け取ることによって、物品により把持部７１に生じる外力Ｆｘが小さくなることを利用した制御である。
【００７７】
（運搬状態設定手段）
運搬状態設定手段２４８は、把持部７１の状態を検出し、設定・更新する。
把持部７１の状態としては、以下のものがある。
１：フリー…物品運搬タスクが依頼されていない状態
２：受取待機…把持部を差し出し、人が物品を受け渡すのを待っている状態
３：受取中…人が物品を受け渡し、物品の受取を行っている状態
４：受取動作完了…人が物品から手を離し、物品がロボット側に渡った（と思われる）状態
５：把持成否判定…ロボットが物品把持の成否を判定する状態
６：受取失敗…ロボットが物品の受取に失敗した状態
７：把持完了…ロボットが物品の受取に成功し、物品を把持した状態
８：受渡待機…把持部を差し出し、人が物品を受け取るのを待っている状態
９：受渡中…人が物品を受け取り、物品の受渡を行っている状態
１０：受渡完了…人が完全に物品を受け取り、物品が人側に渡った状態
１１：エラー…搬送中に物品を落とした状態など
【００７８】
（習熟度判定手段）
習熟度判定手段２４９は、受取／受渡動作に関する人の習熟度を判定する。
習熟度判定手段２４９は、主制御部２００内に設けられた時計である計時部２５０を用いて、受取待機状態から受取中状態に移行するのに要する時間や、受渡待機状態から受渡中状態に移行するのに要する時間を測定する。そして、測定された時間の長さに基づいて、人の習熟度を判定する。ここでは、測定時間の短い方から順に、習熟度高・習熟度中・習熟度低と判定する。
【００７９】
（把持位置認識手段）
把持位置認識手段２６１は、画像認識を主とした把持動作を可能とするために、把持の対象である物品の画像から物品の把持に適した部分を認識する。
【００８０】
（把持制御手段）
把持制御手段２６２は、把持部７１を運搬容器の所定の把持位置（所定位置）に駆動し、所定位置を把持する制御を行う。
【００８１】
（把持部移動手段）
把持部移動手段２６３は、把持した物品または運搬容器を設置場所の高さから求めた目標位置まで移動させる。
【００８２】
（設置成否判定手段）
設置成否判定手段２６４は、物品または運搬容器の設置が完了する前に、把持部が所定の高さまで下がったか否かを判定する。把持部が所定の高さまで下がった場合、設置に失敗したと判定する
【００８３】
把持部制御部１６０は、この習熟度に基づいて、指閉・指開動作のスピードを設定する。すなわち、ロボットＲが習熟度低と判定された人に対して受取／受渡動作を行う場合には、把持部７１に指閉・指開動作を遅く行わせ、人に不安感を与えないようにする。
また、ロボットＲが習熟度高と判定された人に対して受取／受渡動作を行う場合には、受取／受渡行動決定手段２４０は、把持部７１に指閉・指開動作を速く行わせ、人に煩わしさを感じさせないようにする。
また、受取／受渡行動決定手段２４０は、この習熟度に基づいて、発話行動を決定し、発話データに基づいてスピーカＳに発話を行わせる。
【００８４】
（ロボットの動作例）
続いて、本発明の好ましい実施形態によるロボットＲの物品運搬動作について説明する。ここでは、ロボットＲが、「取得元から物品を収容した所定の仕様の運搬容器を取得し、届け先に運搬容器を届ける」といったタスクに関する実行命令信号を受けた場合を例にとって説明する。
【００８５】
本発明によれば、物品はトレイなどの運搬容器に載せるか又は収容して運搬する。図８は、本発明により物品の運搬に用いる運搬容器の一例を示す図であり、図８（ａ）は、運搬容器Ｍを上面から見た図であり、（ｂ）は（ａ）に示した容器Ｍを矢印ＳＰの方向から見た図であり、（ｃ）は容器Ｍを裏面から見た図である。図８において、容器Ｍは、物品または物品の容器を置く又は収容する凹部Ｍ１を備えることにより、運搬中に物品が運搬容器Ｍ上で揺れたり滑ったりしないように配慮されている。また、運搬容器Ｍは、所定の位置（または把持部分）Ｍ３をロボットＲが持ちやすいように、ロボットＲの把持部による把持に適した形状を有することが好ましい。例えば、図８の例では、（ａ）に示すように、運搬容器Ｍの表面は親指に相当する第一指部７３が滑らないように加工され、（ｃ）に示すように、裏面には第二指部７４が掛かりやすい凸形状を有する。
【００８６】
また、ロボットＲが画像認識しやすいように運搬容器Ｍの表面には所定の画像認識用パタンＭ２が付してある。図８の例では、所定のパタンＭ２として、当社のロボット名である「ＡＳＩＭＯ」というロゴを着けているが、パタンＭ２は、これに限らず、運搬容器Ｍの地の色と異なる色であれば任意の色の任意のマークまたはパタンであれば、何でもよい。運搬容器Ｍの色は、運搬容器Ｍの認識のためには、運搬容器Ｍが置かれる置き場所Ｂ１、Ｃ１〜Ｃ３の表面の色とは異なる方が好ましく、さらに把持動作のためには、把持部７１の色とも異なることが好ましい。
【００８７】
さらに、運搬容器Ｍの把持部分の高さｈは、把持部７１の第二指部７４の厚さより高い方が好ましい。図９に、ロボットＲが、運搬容器Ｍを把持した状態の一例を示す。
なお、以下の説明においては、運搬容器Ｍとして飲み物を運ぶトレイを例にとって説明するので、運搬容器Ｍの代わりにトレイＭとも言う。
【００８８】
以降、運搬容器Ｍの取得元へと移動する取得位置移動動作、取得先から運搬容器Ｍを取得する取得動作、取得し運搬容器Ｍを把持して届け先まで運搬する運搬動作、および運搬容器Ｍを届け先の物品置き場に置く設置動作を順に説明する。
【００８９】
（取得位置移動動作）
図１０は、 本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、取得元が人である場合の取得位置への移動を示すフローチャートである。
まず、ロボットＲは、タスク実行エリアＥＡに設定されたホームポジションで待機している（ステップＳ１）。
ロボットＲが、ロボット管理装置３から送信された実行命令信号を受信すると（ステップＳ２でＹｅｓ）、ロボットＲは、ホームポジションから人Ｈ１の通常居場所（以下、「通常居場所Ｐ１」と記載する。）までの移動を開始する（ステップＳ３）。そして、人Ｈ１の通常居場所に到着すると（ステップＳ４でＹｅｓ）、ロボットＲは移動を中止し、人Ｈ１の探索を開始する（ステップＳ５）。
【００９０】
対象検知部１２０で人Ｈ１のタグ識別番号を検知すると（ステップＳ６でＹｅｓ）、ロボットＲは、カメラＣ，Ｃで人Ｈ１の画像を取得し、（ステップＳ７でＹｅｓ）、図１２に示すように、人Ｈ１の正面に移動する（ステップＳ８）。図１２には、ロボットＲが受取／受渡位置決定手段２３２で決定した受取位置に移動した状態が示されている。
なお、対象検知部１２０が、所定時間内に人Ｈ１のタグ識別番号を検知することができなかった場合には（ステップＳ９でＹｅｓ）、ロボットＲは、行動管理手段２１０でタスク実行が不可能である旨を伝える行動報告信号を生成し、ロボット管理装置３へ出力すると共に、ホームポジションに移動する（ステップＳ１０）。
【００９１】
また、図１１は、取得元が場所である場合の取得位置への移動を示すフローチャートである。図１１のフローチャートは、図１０の破線ブロックがステップ１１および１２で置き換わった点を除けば、図１０のフローチャートと同じなので、相違点のみを説明する。図１１において、ステップＳ４に続き、ステップＳ１１において、目的場所（例えば、図１のＣ１など）の画像を得て、判定ステップＳ１２において、トレイがあるか否かを判定する。トレイがある場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳ８に進み、無ければステップＳ１０に進む。
【００９２】
（取得動作）
続いて、ロボットＲの受取動作について説明する。物品の取得元としては、テーブルなどの物品置き場(例えば、図１のＢ１)でもよいし、人でもよい。 図１３は、本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、取得元が人である場合の受取動作を示すフローチャートである。
取得位置に移動したロボットＲは、図１４および図１５に示すように、受取／受渡高さ決定手段２４２で決定した受取高さに、指開状態の把持部７１（７１Ｒ，７１Ｌ）を差し出す（ステップＳ２１）。
図１４および図１５に示すように、ロボットＲは、受取／受渡高さ決定手段２４２で決定した高さａ３に把持部７１Ｒ，７１Ｌを差し出すと共に、人Ｈ１から把持部７１Ｒ，７１Ｌまでの距離が、距離ａ２となるように把持部７１Ｒ，７１Ｌを差し出す。さらに、ロボットＲは、把持部７１Ｒ，７１Ｌの差し出し方向を、移動体抽出部１０２で算出した人Ｈ１の中心（中心鉛直線）に合わせる。
【００９３】
把持部７１Ｒ，７１Ｌの差し出しが完了すると、運搬状態設定手段２４８が運搬状態を「受取待機」と設定すると共に、ロボットＲが、例えば「トレイＭをお渡しください」と発話するなどにより、運搬容器Ｍを渡すよう促す（ステップＳ２２）。
そして、ステップＳ２３において運搬容器Ｍの位置を確認し、ステップＳ２４において運搬容器Ｍの位置の変化が所定の値に満たないか否かを判定する。この判定により、人がトレイＭを差し出し途中であるか、ある位置に差し出してほぼ停止した状態かを判定する。ステップＳ２４において、位置の変化が所定値より大きい場合（Ｎｏの場合）、差し出し中と判定し、ステップＳ２３に戻る。位置の変化が所定値に満たない場合（Ｙｅｓの場合）、人の差し出し動作がほぼ完了したものと判断し、ステップＳ２５に進む。
把持位置認識手段２６１は、トレイＭの把持部分Ｍ３を画像認識し（ステップＳ２５）、把持制御手段２６２は、把持部７１をトレイＭの把持部分Ｍ３へ移動し、ステップＳ２６において、６軸力センサ６２Ｒ，６２Ｌの検出値ＦｘまたはＦｙが所定の値Ｆｘ１またはＦｙ１より大きいか否か判定する。大きくなければ（Ｎｏの場合）、把持部７１がトレイＭの把持部分Ｍ３に触れていないと判定し、ステップＳ２５に戻る。判定ステップＳ２６においてＹｅｓの場合、把持部７１がトレイＭの把持部分Ｍ３に触れていると判定し、ステップＳ２７に進み、運搬状態設定手段２４８が運搬状態を「受取中」と設定すると共に、ロボットＲが把持部７１Ｒ，７１Ｌを閉じ始める。図１６には、ロボットＲがトレイＭの受取を開始した状態が示されている。
【００９４】
そして、受取中状態において、ロボットＲが６軸力センサ６２Ｒ，６２Ｌで検出する力ＦｘがＦｘ２以下となるか、または、把持角度偏差θがθ１以下となると（ステップＳ２８でＹｅｓ）、運搬状態設定手段２４８が運搬状態を「受取動作完了」と設定する（ステップＳ２９）と共に、図１７に示すように、把持部７１Ｒ，７１ＬがトレイＭを把持する。
【００９５】
続いて、把持成否判定手段２４５が、把持部７１Ｒ，７１Ｌの開度を判定する（ステップＳ３０）。
把持部７１Ｒ，７１Ｌの両方の開度、すなわち把持角度偏差θが所定値θ３（第四の所定値）以上（条件Ｄ１）である場合には、トレイＭが厚く、把持部７１Ｒ，７１Ｌの両方がトレイＭを把持したものと判定し、運搬状態設定手段２４８が運搬状態を「把持完了」と設定する（ステップＳ３１）。
把持部７１Ｒ，７１Ｌの少なくとも一方の把持角度偏差θが所定値θ３未満（条件Ｄ２）である場合には、運搬状態設定手段２４８が運搬状態を「把持正否判定」と設定すると共に（ステップＳ３２）、把持成否判定手段２４５が、把持の成否を判定する（ステップＳ３３）。
詳しくは、ロボットＲは、把持部７１Ｒ，７１Ｌを近接または離隔させ、６軸力センサ６２Ｒ，６２ＬでトレイＭから作用する反力Ｆｙを検出する。把持成否判定手段２４５は、反力Ｆｙが所定値Ｆｙ１以上である場合（条件Ｄ３）に、把持成功であると判定し、運搬状態設定手段２４８が運搬状態を「受取動作完了」と設定すると共に、把持部７１Ｒ，７１ＬがトレイＭを把持する。
また、把持成否判定手段２４５は、反力Ｆｙが所定地Ｆｙ１未満である場合（条件Ｄ４）に、把持失敗であると判定し、運搬状態設定手段２４８が運搬状態を「受取失敗」と設定する。
【００９６】
ここで、図１８を参照して、把持成否判定について説明する。
図１８（ａ）に示すように、把持部７１Ｒ，７１Ｌの両方がトレイＭを把持している場合には、把持部７１Ｒ，７１Ｌを近接させるとトレイＭによる反力Ｆｙ（所定値Ｆｙ１以上）が生じる（条件Ｄ３）。
図１８（ｂ）に示すように、把持部７１Ｒ，７１Ｌの一方（ここでは把持部７１Ｒ）のみがトレイＭを把持している場合には、把持部７１Ｒ，７１Ｌを近接させてもトレイＭによる反力Ｆｙはごく小さい値（所定値Ｆｙ２以上、かつ、所定値Ｆｙ１よりも小さい。Ｆｙ２≦Ｆｙ＜Ｆｙ１）となる（条件Ｄ５）。
図１８（ｃ）に示すように、把持部７１Ｒ，７１Ｌの両方がトレイＭを把持していない場合には、把持部７１Ｒ，７１Ｌを近接させてもトレイＭによる反力Ｆｙは生じない（Ｆｙ＝０）。
したがって、反力Ｆｙが所定値Ｆｙ１以上である場合に、把持成否判定手段２４５が、把持成功であると判定することで、ロボットＲが両手（把持部７１Ｒ，７１Ｌ）で物品を把持しているか否かを判定することができる。
【００９７】
なお、ここまで、取得元が人の場合の取得動作を説明したが、図１３のフローチャートの破線部分（ステップＳ２２〜Ｓ２４）を省略することにより、図１３の受取フローチャートを取得元が机、カウンター、テーブルなどの場所の場合にも応用することが可能である。この場合は、ステップＳ２１において、ロボットＲは、把持部７１を取得元の物品置き場より高く差し出す必要がある。
このように、本発明によれば、取得元が人でも場所でも、人の介助を必要とすることなくトレイＭを取得することができる。
【００９８】
（受け直し準備）
続いて、ロボットＲの受け直し準備について説明する。図１９は、本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、物品の受け直し準備を示すフローチャートである。
把持成否判定手段２４５が把持失敗であると判定すると（図１３のステップＳ３３で条件Ｄ４）、運搬状態設定手段２４８が把持部状態を「受取失敗」と設定して受け直し状態となり（ステップＳ４１）、把持成否判定手段２４５が、把持部７１Ｒ，７１Ｌの状態を判定する（ステップＳ４２）。把持成否判定動作において、６軸力センサ６２Ｒ，６２Ｌの少なくとも一方が所定値Ｆｙ２以上の外力Ｆｙを検出している場合には（ステップＳ４２で条件Ｄ５）、運搬状態設定手段２４８が運搬状態を「受渡状態」と設定し、ロボットＲが、「トレイＭを受け取って、再度お渡しください」と発話する（ステップＳ４３）。
そして、ロボットＲが、６軸力センサ６２Ｒ，６２Ｌのうち、トレイＭを把持している方で所定値Ｆｘ５以上の外力Ｆｘを検出すると（ステップＳ４４でＹｅｓ）、運搬状態設定手段２４８が運搬状態を「受渡中」と設定すると共に、把持部７１Ｒ，７１Ｌが開放される（ステップＳ４５）。その後、ステップＳ２２に移行し、受取動作を再実行する。
【００９９】
なお、ステップＳ４２で、把持成否判定動作において、把持部７１Ｒ，７１Ｌの把持部角度偏差θが所定値θ４以下である場合（例えば、θ＝０）には（条件Ｄ６）、ロボットＲが、「トレイＭを再度お渡しください」と発話し、把持部７１Ｒ，７１Ｌが開放される（ステップＳ４５）。その後、図１３のステップＳ２２に移行し、受取動作を再実行する。
【０１００】
（運搬動作）
続いて、ロボットＲの物品運搬移動について説明する。 図２０は、 本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、届け先が人の場合の運搬移動を示すフローチャートである。
ステップＳ２８（図１３）において、物品把持完了となると、ロボットＲは、把持部７１Ｒ，７１Ｌを、カメラＣ，Ｃによる撮像領域から外れた位置（死角）に移動させる（ステップＳ６１）。これは、把持されたトレイＭがカメラＣ，Ｃの視野を塞ぐことを防ぐためである。
ロボットＲは、移動／把持部制振制御ステップにおいて、受取位置から、人Ｈ２の通常居場所（以下、「通常居場所Ｐ２」と記載する。）までの運搬を開始する（ステップＳ６２）。そして、人Ｈ２の通常居場所Ｐ２に到着するまで（ステップＳ６３でＮｏである限り）運搬を続ける。
【０１０１】
本発明によれば、ロボットＲは、物品またはトレイＭを把持した状態で移動する場合（すなわち、物品運搬中）、把持部の振動を抑制するため制振制御を行う。このため、適切なタイミング（例えば、図１３のステップＳ２１など）において、物品を把持しない状態で、腕部Ｒ３を把持して運搬するときのような姿勢にして、６軸力センサ６２Ｒ，６２Ｌの検出値Ｆｘ０，Ｆｙ０，Ｆｚ０，Ｍｘ０，Ｍｙ０，Ｍｚ０（これらを、仮に「キャリブレーション値」と称する）を記憶する。さらに、例えば、把持が完了したステップＳ３１において、物品または物品を載せたトレイＭを把持して静止している状態で、６軸力センサ６２Ｒ，６２Ｌの検出値Ｆｘ１，Ｆｙ１，Ｆｚ１，Ｍｘ１，Ｍｙ１，Ｍｚ１（これらを、仮に「物品加重値」と称する）を記憶する。
【０１０２】
図２２は、 本発明の一実施形態により把持部７１の制振制御機能を備えた図４の腕部制御部１５２の構成例を示す略ブロック図である。ロボットＲは、左右の腕部に対して同じ構造の腕部制御部１５２Ｒ、１５２Ｌを有するが、各腕部制御部を単に腕部制御部１５２と称する。一般に、ロボットＲの左右の各腕部Ｒ３は、肩関節（ＳＪ）に３個、肘関節（ＨＪ）に１個、および手首関節（ＲＪ）の３個の合計７個の図示しないアクチュエータ、即ち、肩関節モータＳＪＭ１〜ＳＪＭ３、肘関節モータＨＪＭおよび手首関節モータＲＪＭ１〜ＲＪＭ３を備える。図２２において、腕部制御部１５２は、それが制御する腕部Ｒ３を構成する７つの図示しないモータＳＪＭ１〜ＳＪＭ３、ＨＪＭおよびＲＪＭ１〜ＲＪＭ３に対してそれぞれ設けられた制御／駆動部４０１〜４０７と、６軸力センサ６２で検出された６つの検出値Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの各々を通すローパスフィルタ（１／（Ａ・ｓ＋１））４０８（Ａは、任意の時定数である）と、６個のローパスフィルタ４０８の出力に当業者には周知のヤコビアン行列を作用させて７つのモータ制御／駆動部４０１〜４０７に対する信号を得る分配部４０９とを備える。各モータ制御／駆動部４０ｉ（ｉ＝１〜７）は、対応するモータに対する力の目標値ＴＶｆｉ（ｉ＝１〜７）と位置の目標値ＴＶｐｉ（ｉ＝１〜７）に基づいてコンプライアンス制御を行うコンプライアンス制御部（図示せず）と、コンプライアンス制御の出力と分配部４０９からの対応する信号を用いて対応するモータの速度制御および駆動を行う速度制御ループ（図示せず）を備える。ローパスフィルタ４０８は、モータ制御／駆動部４０１〜４０７の図示しない速度制御ループが反応できる成分のみを通すように構成することが好ましい。
【０１０３】
さらに、本発明によれば、腕部制御部１５２は、物品運搬中に把持部７１の制振制御を行うための把持部制振制御部４１０を備える。把持部制振制御部４１０は、前記の記憶したキャリブレーション値Ｆｘ０，Ｆｙ０，Ｆｚ０，Ｍｘ０，Ｍｙ０，Ｍｚ０、および物品加重値Ｆｘ１，Ｆｙ１，Ｆｚ１，Ｍｘ１，Ｍｙ１，Ｍｚ１、さらに運搬中に時々刻々と６軸力センサ６２Ｒ，６２Ｌから検出される値Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚから、把持部７１に加わる６つの加速度成分
Ｆｘ−（Ｆｘ１−Ｆｘ０）
Ｆｙ−（Ｆｙ１−Ｆｙ０）
Ｆｚ−（Ｆｚ１−Ｆｚ０）
Ｍｘ−（Ｍｘ１−Ｍｘ０）
Ｍｙ−（Ｍｙ１−Ｍｙ０）
Ｍｚ−（Ｍｚ１−Ｍｚ０）
を算出する。把持部制振制御部４１０は、各加速度成分を前記のモータ制御／駆動部４０１〜４０７の図示しない速度制御ループが反応できる成分のみを通すローパスフィルタ（１／（Ａ・ｓ＋１））４２０（Ａは、任意の時定数である）、この６つのローパスフィルタ出力にヤコビアン行列を作用させて７つのモータ制御／駆動部４０１〜４０７に対する信号を得る分配部４３０、および分配部４３０の出力信号を適切な大きさに増幅する増幅器４４０を備える。増幅器４４０の出力は、対応するモータ制御／駆動部４０ｉ（ｉ＝１〜７）の図示しない速度制御ループに加えられる。参考までに、図２７に各モータ制御／駆動部４０ｉの構成例を概念的に示す。図２７において、モータ制御／駆動部４０ｉ（ｉ＝１〜７）は、前記の力の目標値ＴＶｆｉと位置の目標値ＴＶｐｉとの和から分配部４０９の対応する出力を減算する加減算器４４４、加減算器４４４の出力から後段からの帰還量Ｆｂ１を引く減算器４４６、減算器４４６の出力を増幅する増幅器４４８、把持部制振制御部４１０の増幅器４４０の出力と前段の増幅器４４８の出力との和から後段からの帰還量Ｆｂ２を引く加減算器４５０、加減算器４５０の出力を増幅する増幅器４５２、増幅器４５２の出力を積分した出力値Ｆｂ２を与える積分要素４５４、および積分要素４５４の出力を積分した出力値Fｂ１を与える積分要素４５６からなる。
図２２において、上記の加速度成分の算出を行う部分とローパスフィルタ４２０からなるブロック４１５が、請求項の抽出手段に相当する。分配部４３０、演算増幅器４４０および各モータ制御／駆動部４０ｉの加減算器４５０が、請求項の印加手段を構成する。
なお、前記の分配部４０９および４３０においては、ヤコビアン行列を用いたが、これに限らず、任意の適切な演算方式を用いてもよい。
【０１０４】
図２６は、図２６は、本発明による制振制御の効果の一例を示すグラフである。図２６において、（ａ）は把持部７１に加わるＹ軸周りの角速度の時間変化を表し、（ｂ）は把持部７１に加わるＺ軸方向加速度の時間変化を表す。（ａ）および（ｂ）において、細い線が制振制御を行わなかった場合のグラフであり、太い線が制振制御を行った場合のグラフである。制振制御を行った場合、ピーク時において４０％の制振効果があった。
このようにして、本発明によれば、物品運搬中に把持部７１の制振制御を行うことにより、把持部７１、即ち、運搬中の物品の振動を抑制し、安静に運搬することが可能となる。
【０１０５】
図２０に戻り、ロボットＲは、人Ｈ２の通常居場所Ｐ２に到着すると（ステップＳ６３でＹｅｓの場合）移動を中止し、人Ｈ２の探索を開始する（ステップＳ６４）。
対象検知部１２０で人Ｈ２のタグ識別番号を検知すると（ステップＳ６５でＹｅｓ）、ロボットＲは、カメラＣ，Ｃで人Ｈ２の画像を取得し（ステップＳ６６でＹｅｓ）、人Ｈ２の正面に移動する（ステップＳ６７）。ステップＳ６７においても、前記の制振制御を行うことが好ましい。この後、トレイＭを人Ｈ２に渡して（ステップＳ６９）、待機状態（図１０のステップＳ１）に戻る。なお、ステップＳ６９の人への受渡は、特許文献１に詳細に説明した方法で可能であるから、ここでは省略する。
なお、対象検知部１２０が、所定時間に人Ｈ２のタグ識別番号を検知することができなかった場合（ステップＳ６８でＹｅｓ）、制御は、図２５のステップＳ１０１に渡される。図２５の説明は後述する。
【０１０６】
以上は、届け先が人である場合の運搬動作であるが、図２１により、届け先が場所である場合の運搬動作を説明する。図２１のフローチャートは、図２０と共通点が多いので、相違点のみを説明する。図２１において、判定ステップＳ６３で目的地に到着したと判定した場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳ７４において、目的場所の画像を取り込み、ステップＳ７６において、物品または運搬容器Ｍの置き場所を決定した後、前記のロボット位置合わせ／把持部制振制御ステップＳ６７を実行して、図２３または２４（設置動作フローチャート）のステップＳ１２０へと進む。
【０１０７】
（設置動作）
人に対する受渡動作は特許文献１に詳細に説明してあるので、ここでは、設置場所の高さがロボットＲの把持部７１の可動範囲の下限より高い場合の設置動作を説明する。換言すれば、ロボットＲの腕部Ｒ３の動きのみで設置できる場合の設置動作を説明する。図２３は、本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、届け先が場所である場合の設置動作の一例を示すフローチャートである。
図２３において、まず、設置場所に置ける位置まで移動し（ステップＳ１２０）、ステップＳ１２１において、受取／受渡高さ決定手段２４２は、設置場所（例えば、指定されたテーブル）の高さHに基づいて目標位置Ｈtを設定する。例えば、Ｈｔ＝H＋α（α＞トレイの高さ）のように設定する。設置場所の高さHは物品データ記憶部３３０から得てもよいし、視覚情報から推定してもよい。ステップＳ１２２において、把持部移動手段２６３は、把持部を目標位置Ｈｔまで下ろすように腕部制御部１５２に指令を出す。ステップＳ１２４において、把持部の高さＨｈが設置場所の高さより高いか否かを視覚情報から判定する。把持部の高さＨｈが設置場所の高さより高い場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳ１２６において、現在の把持部の位置からテーブル方向に力を加え、判定ステップＳ１２８において、受渡完了判定手段２４７は、力センサの値が所定の値以上であるか否かを判定する。そうなら（Ｙｅｓの場合）、首尾よく置けたことになるので、ステップＳ１３０において設置報告を行い、ステップＳ１３２において、ホームポジションへ移動し、待機状態に入る。
【０１０８】
判定ステップＳ１２４において、把持部の高さＨｈが設置場所の高さに等しい場合（Ｎｏの場合）、運搬物であるトレイが既に設置場所に接して又は押し当てられていると考えられる。そこで、判定ステップＳ１３４において、力センサの値が所定の値以上であるか否かを判定する。腕部制御部１５２は、把持部を目標位置Ｈｔまで下ろそうとするので、力センサの値が所定の値を超えるまで判定ステップＳ１３４を繰り返す。力センサの値が所定の値を超えた場合（Ｙｅｓの場合）、首尾よく置けたことになるので、ステップＳ１３０に進み前記の動作を行う。
【０１０９】
一方、判定ステップＳ１２８において、力センサの値が所定の値を超えない場合（Ｎｏの場合）、さらなる判定ステップＳ１４０において、設置成否判定手段２６４は、把持部の移動量が所定の値を超えたか否か判定する。超えていない場合（Ｎｏの場合）、ステップＳ１２６に戻る。判定ステップＳ１４０において、Ｙｅｓの場合、把持部が腕部の動作のみで下げられる限界に達したことになるので、設置失敗と判定する。この場合、適切な失敗処理を行い（ステップＳ１４１）、ホームポジションへ移動して（ステップＳ１４２）、待機状態に戻る（ステップＳ１４２）。
【０１１０】
別の実施形態による設置動作を図２４に示す。図２４のフローチャートは、ステップＳ１２８のＮｏ分岐以降の流れを除けば図２３のフローチャートと同じであるから、相違点のみを説明する。
判定ステップＳ１２８において、力センサの値が所定の値を超えない場合（Ｎｏの場合）、さらなる判定ステップＳ１５０において、設置成否判定手段２６４により、目標値変更回数が所定の値に達したか否かを判定する方法もある。この方法では、目標値変更回数が所定の値に達しない場合、ステップＳ１５２において、目標値Ｈｔを所定の値βだけ減じる。すなわち、Ｈｔ＝Ｈｔ−βと設定し、ステップＳ１２２に戻る。判定ステップＳ１５０において、目標値変更回数が所定の値に達した場合（Ｙｅｓの場合）も、把持部が腕部の動作のみで下げられる限界に達したことになるので、設置失敗と判定する。
以上のように、本発明の一実施形態による設置動作によれば、設置場所の高さがロボットＲの把持部７１の可動範囲の下限より高ければ、運搬した物品またはトレイＭを設置場所に置くことができる。
【０１１１】
なお、運搬移動中において、ロボットＲがトレイＭを落とした場合には、運搬状態設定手段２４８が運搬状態を「エラー」と設定すると共に、行動管理手段２１０が運搬失敗を伝える行動報告信号を生成し、ロボット管理装置３へ出力する。
本実施形態では、把持角度偏差θが所定値θ５以下となった場合に（例えば、θ＝０）、受取／受渡行動決定手段２４０が、ロボットＲがトレイＭを落としたと判定する。
【０１１２】
また、運搬移動中において、６軸力センサ６２で検出する力Ｆｘが大きく変化した場合（例、トレイＭが障害物にぶつかっている）には、ロボットＲは、自律移動を一時停止し、Ｆｘが通常値に戻るのを待つ。
同様に、運搬移動中において、カメラＣ，Ｃで前方に障害物を検出した場合（例、人がロボットの前を横切る）にも、ロボットＲは、自律移動を一時停止し、障害物が前方からなくなるのを待つ。
【０１１３】
（物品置き場移動）
図２５は、 本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、図２０において運搬容器Ｍを人に渡せなかった場合に物品置き場に置く動作を示すフローチャートである。
ロボットＲが、所定時間に人Ｈ２の探索ができなかった場合には（ステップＳ６８でＹｅｓ）、ロボットＲは、人Ｈ２の通常居場所Ｐ２から物品置き場Ｂ１への移動を行う（ステップＳ１０１）。この場合も、前述の制振制御を行うことが好ましい。
そして、ロボットＲは、前記の設置動作により物品置き場Ｂ１にトレイＭを置くと共に（ステップＳ１０２）、トレイＭを物品置き場Ｂ１に置いた旨を伝える行動報告信号を生成し、ロボット管理装置３および人Ｈ２専用の端末５へ出力する（ステップＳ１０３）。そして、ロボットＲは物品置き場Ｂ１からホームポジションまでの移動を行う（ステップＳ１０４）。
【０１１４】
以上は、本発明の説明のために実施の形態の例を掲げたに過ぎない。したがって、本発明の技術思想または原理に沿って前記の実施の形態に種々の変更、修正または追加を行うことは、当業者には容易である。
例えば、物品運搬中において、ロボットが物品を落としたか否かを判定するのに、６軸力センサによって検出されるＺ軸方向の外力Ｆｚを利用してもよい。これは、ロボットが物品を落とした場合には、６軸力センサは物品の荷重を検知しなくなり、Ｆｚが低下するからである。
また、ロボットの各関節部の数・配置なども適宜設計変更可能である。
また、本実施形態では、受取／受渡行動決定手段、人位置特定手段、受取／受渡高さ決定手段、身長特定手段、受取／受渡高さ決定手段および人特定手段を、ロボットに組み込まれた各制御部内に設ける構成としたが、これら各手段のうちの少なくとも一つを、ロボット管理装置側に設ける構成であってもよい。
図２２に示した制振制御部４１０では、６軸力センサによって検出される総ての成分を用いたが、６つの成分のうちＦｚおよびＭｙが重要なファクタとなるので、ＦｚおよびＭｙを含む成分のみを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の実施形態に係るロボット制御システムを示すシステム構成図である。
【図２】図１のロボットＲの外観を示す側面図である。
【図３】図１のロボットＲの機構的構造を模式的に示す斜視図である。
【図４】図１のロボットＲの内部構造を示す機能ブロック図である。
【図５】ロボットの把持部を示す斜視図であり、（ａ）は指開状態を示し、（ｂ）は指閉状態を示す。
【図６】ロボットの把持部、開度検出手段および外力検出手段を示すブロック図である。
【図７】図２の主制御部および記憶部を示すブロック図である。
【図８】本発明による物品の運搬に用いる運搬容器を示す図である。
【図９】ロボットＲが運搬容器Ｍを持ったようすを示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、取得元が人である場合の取得位置への移動を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、取得元が場所である場合の取得位置への移動を示すフローチャートである。
【図１２】ロボットが受取位置（取得元が人の場合）に移動した状態を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、取得元が人である場合の受取動作を示すフローチャートである。
【図１４】ロボットが受取高さに把持部を差し出した状態を示す平面図である。
【図１５】ロボットが受取高さに把持部を差し出した状態を示す図である。
【図１６】ロボットが物品の受取を開始した状態を示す図である。
【図１７】ロボットが物品の受取を完了した状態を示す図である。
【図１８】把持成否判定を説明するための図であり、（ａ）は把持成功状態を示す図、（ｂ）および（ｃ）は把持失敗状態を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、物品の受け直し準備を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、届け先が人の場合の運搬移動を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、届け先が場所の場合の運搬移動を示すフローチャートである。
【図２２】本発明の一実施形態により把持部７１の制振制御機能を備えた図４の腕部制御部１５２の構成例を示す略ブロック図である。
【図２３】本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、届け先が場所である場合の設置動作の一例を示すフローチャートである。
【図２４】本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、届け先が場所である場合の設置動作の別の例を示すフローチャートである。
【図２５】本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、図２０において運搬容器Ｍを人に渡せなかった場合に物品置き場に置く動作を示すフローチャートである。
【図２６】本発明による制振制御の効果の一例を示すグラフである。
【図２７】図２２のモータ制御／駆動部４０１〜４０７の内部構造の一例を示すブロック線図である。
【符号の説明】
【０１１６】
３ ロボット管理装置
６２，６２Ｌ，６２Ｒ ６軸力センサ（外力検出手段）
７１，７１Ｌ，７１Ｒ 把持部
８１，８１Ｌ，８１Ｒ 開度検出手段
８３ 第一指部角度検出手段
８４ 第二指部角度検出手段
１０２ 移動体抽出部（人位置特定手段、身長特定手段）
１５２ 腕部制御部
２２０ 人特定手段
２３２ 受取／受渡位置決定手段
２４０ 受取／受渡行動決定手段
２４２ 受取／受渡高さ決定手段
２４３ 受取開始判定手段
２４４ 受取動作完了判定手段
２４５ 把持成否判定手段
２４６ 受渡開始判定手段
２４７ 受渡完了判定手段
４１０ 把持部制振制御部
４０１〜４０７ モータ制御／駆動部
４０８、４２０ ローパスフィルタ
４０９、４３０ 分配部
Ａ ロボット制御システム
Ｒ ロボット
Ｍ トレイＭ
Ｍ２ パタン
Ｍ３ 把持部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律移動可能なロボットに係り、さらに詳細には、当該ロボットの手に物を持たせて運ばせる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自律移動可能なロボットに物品を運搬させる試みが色々行われている。例えば、本出願人は、ロボットが人から物品を受け取る際に人に違和感を与えることなく受け取り動作を行うことが可能な物品運搬システムを既に提案した（特許文献１参照）。当該システムのロボットは、物品を把持する開閉可能な把持部、把持部に作用する外力を検出する外力検出手段、把持部の開度を検出する開度検出手段、および自律移動手段などを備えて、人から物品を受け取り、人や置き場所などの届け先に届けることができる。把持部が物品を把持していない状態で第一の所定値以上の外力を検出した場合に、把持部に受取動作を開始させ、受取動作中に、検出した把持部の外力と開度の少なくとも一方に基づいて、物品の受取動作完了を判定するように構成されている。
【特許文献１】特願２００４−３６１４６７号（段落０１５１〜０１７５、図１３〜２８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の特許文献１のシステムでは、ロボットが物品を人から受け取ること（以下、「受動的受け取り」と言う）を前提としていた。すなわち、ロボットが人から物品を受け取る際に、ロボットが差し出した把持部（人の手に相当する）に人が物品を位置あわせして、ある程度の力で押す必要があった。このため、ロボットに物品を渡す人は、ロボットが差し出した把持部にある程度の注意力を払って物品を持たせてやる必要があるので、僅かではあるが手間が必要であった。
【０００４】
また、ロボットが受け取った物品を把持して届け先まで移動する際に、歩を進めるたびに把持部が振動するため、飲み物などの液体を運ぶには無理があり、特に蓋をしていない状態で運ぶことは困難であった。
【０００５】
以上の点を考慮すると、人からロボットに物品を渡す際に、人による注意深い位置合わせを伴う介助動作を必要とすることなく、所定の場所に置かれた物品又は人が差し出した物品をロボットが主体的に受け取ること（仮に、「主体的受け取り」と称する）ができれば、好都合である。
また、取得元から届け先までの運搬中に把持部の振動を押さえること（仮に、「制振制御」と称する）ができれば、液体の運搬にも好都合である。
【０００６】
したがって、本発明の課題は、物品を取得元から主体的に受け取り、制振制御により運搬中の物品の揺れを押さえて運び、届け先に確実に物品を届けることが可能なロボットを提供することである。
本発明の課題は、自律移動可能なロボットが物品を取得元から主体的に（人の介助を必要とすることなく）受け取り、制振制御により運搬中の物品の揺れを押さえて運び、届け先に確実に物品を届けることを可能とする物品運搬方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、物品を把持する開閉可能な把持部とカメラと自律移動手段と物品を取得元から届け先に運搬することを可能とする制御手段とを備えた自律移動ロボットにおいて、前記制御手段が、前記カメラにより撮像された前記取得元の画像から、運搬すべき物品を載せた所定仕様の運搬容器の把持に適した所定位置を認識する把持位置認識手段と、前記把持部を前記運搬容器の前記所定位置に駆動し、当該所定位置を把持する制御を行う把持制御手段と、前記把持部に作用する外力に基づいて前記把持に成功したか否かを判定する把持成否判定手段とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、運搬容器の所定位置を認識し、把持部を運搬容器の所定位置に駆動して所定位置を把持し、把持部に作用する外力に基づいて把持に成功したか否かを判定するので、人の助けを借りることなく確実に運搬容器を取ることができる。
【０００８】
請求項２記載のロボットは、前記届け先への運搬中に、前記把持部に作用する外力を打ち消す帰還制御を行う制振制御手段をさらに備えたことを特徴とする。
この構成によれば、運搬中に把持部の振動を抑制するので、物品の揺れを押さえて運ぶことができるので、液体などの運搬も可能となる。
【０００９】
請求項３記載のロボットは、前記制振制御手段が、前記把持部の動きを決定づける関節を動かすアクチュエータごとに設けられ、各アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ制御部と、前記把持部に作用する前記外力から、前記把持部に加わる加速度成分を求め、前記加速度成分から前記アクチュエータ制御部が応答可能な成分のみを抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出した成分を所定の演算により各アクチュエータごとの信号に分け、分けた各信号を対応するアクチュエータ制御部の速度制御ループに加える印加手段とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、請求項２と同様の効果が得られる。
【００１０】
請求項４記載のロボットは、前記加速度成分が、前記把持部に加わる鉛直方向の力および前記把持部に加わるロボットの左右方向の軸周りのモーメントの少なくとも一方を含むことを特徴とする。
この構成によれば、取り扱う成分を減らすことができるので構成を簡単にすることができる。
【００１１】
請求項５記載のロボットは、前記届け先の前記運搬容器を載置する置き場所の高さから目標位置を決定する受取／受渡高さ決定手段と、把持した前記運搬容器を前記目標位置まで下ろす把持部移動手段と、前記把持部に作用する前記外力に基づいて前記運搬容器の設置が完了したか否かを判定する受渡完了判定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、置き場所の高さから目標位置を決定し、把持した運搬容器を前記目標位置まで下ろして、力センサからの検出値に基づいて運搬容器の設置が完了したか否かを判定するので、運搬容器を人の助けを借りることなく置き場所に置くことが可能となる。
【００１３】
請求項６記載のロボットは、前記運搬容器の設置が完了する前に、前記把持部が所定の高さまで下がったかどうかに基づいて設置の成否を判定する設置成否判定手段をさらに備えたことを特徴とする。
この構成によれば、設置が完了する前に、把持部が所定の高さまで下がると、設置に失敗したと判定するので、所定の高さを把持部の可動領域の下限近くに設定することにより、無駄な動作を省くことができる。
【００１４】
請求項７記載のロボットは、前記制御手段が、前記取得元が人である場合に前記人の受渡の習熟度を判定する習熟度判定手段をさらに備え、前記把持制御手段が、前記習熟度に応じて動作速度を調整することを特徴とする。
この構成によれば、人の習熟度に応じて、把持制御の動作速度を調整するので、
習熟度低と判定された人に対しては不安感を与えないようにし、習熟度高と判定された人に対しては、煩わしさを感じさせないようにすることが可能となる。
【００１５】
さらに、請求項８記載の発明は、物品を把持する開閉可能な把持部とカメラと自律移動手段とを備えたロボットに物品を取得元から届け先まで運搬させる物品運搬方法であり、当該物品運搬方法は、前記取得元の画像から、運搬すべき物品を載せた所定仕様の運搬容器の把持に適した所定位置を認識する把持位置認識ステップと、前記把持部を前記運搬容器の前記所定位置に駆動し、当該所定位置を把持する制御を行う把持制御ステップと、前記把持部に作用する外力に基づいて前記把持に成功したか否かを判定する把持成否判定ステップと、前記届け先への運搬中に、前記把持部に作用する外力を打ち消す帰還制御を行う制振制御ステップとを含むことを特徴とする。
この構成によれば、運搬容器の所定位置を認識し、把持部を運搬容器の所定位置に駆動して所定位置を把持し、把持部に作用する外力に基づいて把持に成功したか否かを判定するので、人の助けを借りることなく確実に運搬容器を取ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、画像情報を利用することにより、運搬容器を取得元から人の助けを借りることなく取得することが可能となる。また、運搬中に把持部の振動を抑制することにより物品の揺れを押さえて運ぶことができるので、液体などの運搬も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態と添付図面により本発明を詳細に説明する。
なお、複数の図面に同じ要素を示す場合には同一の参照符号を付ける。
【００１８】
（ロボット制御システムＡの構成）
はじめに、本発明の実施形態に係るロボット制御システムＡについて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るロボット制御システムを示すシステム構成図である。
図１に示すように、ロボット制御システムＡは、タスク実行エリア（ロボット稼働領域）ＥＡに配置された１台以上（本実施形態では１台）のロボットＲと、これらロボットＲと無線通信によって接続された基地局（例えば、無線ＬＡＮ）１と、基地局１にルーター２を介して接続されたロボット管理装置（例えば、サーバー）３と、ロボット管理装置３にネットワーク４を介して接続された端末５とを備えている。
【００１９】
ロボットＲは、タスク実行エリアＥＡに配置されており、タスク実行エリアＥＡ内において自律移動を行い、実行命令信号に基づいて物品運搬などのタスクを実行するものである。なお、このタスク実行エリアＥＡ内には、運搬すべき物品を置く物品置き場Ｂ１、および１つ以上の届け先である届け先物品置き場Ｃ１〜Ｃ３が設けられている。物品置き場Ｂ１、Ｃ１〜Ｃ３は、例えばテーブルやカウンタなどである。また、タスク実行エリアＥＡには、検出用のタグＴを着けロボットＲとの物品の受け渡しをする人Ｈがいる。ロボットＲは、物品を受け渡す人Ｈを発見できなかった場合などには、例えば、物品置き場Ｃ３に物品を置くことができる。
【００２０】
ロボット管理装置３は、後記する端末５から入力されるタスクデータに基づき、ロボットＲにタスクを実行させるため、このタスクの内容を含む実行命令信号を生成し、ロボットＲに出力する。このタスクデータは、ロボットＲに実行させるタスクに関するデータであり、例えば、ロボットＲに物品を渡す人、ロボットＲが物品を渡す人、運搬する物品の種類などを含んでいる。
【００２１】
端末５は、ロボット管理装置３にタスクデータを入力するための入力装置であり、デスクトップ型コンピュータ、ＰＨＳなどである。また、端末５は、ロボットＲから送られた行動報告信号（タスク完了報告信号）を人が確認可能に出力するための出力（表示）装置でもある。
【００２２】
（ロボットＲの構成）
続いて、本発明の実施形態に係るロボットＲについて説明する。以下の説明において、ロボットＲの前後方向にＸ軸、左右方向にＹ軸、上下方向にＺ軸をとる（図２参照）。
本発明の実施形態に係るロボットＲは、自律移動型の２足移動ロボットである。このロボットＲは、ロボット管理装置３から送信された実行命令信号に基づき、タスクを実行するものである。
【００２３】
図２は、図１のロボットの外観を示す模式図である。図２に示すように、ロボットＲは、人間と同じように２本の脚部Ｒ１（１本のみ図示）により起立、移動（歩行、走行など）し、上体部Ｒ２、２本の腕部Ｒ３（１本のみ図示）および頭部Ｒ４を備え、自律して移動する。また、ロボットＲは、これら脚部Ｒ１、上体部Ｒ２、腕部Ｒ３および頭部Ｒ４の動作を制御する制御装置を搭載する制御装置搭載部Ｒ５を背負う形で背中（上体部Ｒ２の後部）に備えている。
【００２４】
（ロボットＲの駆動構造）
続いて、ロボットＲの駆動構造について説明する。図３は、図２のロボットの駆動構造を模式的に示す斜視図である。なお、図３における関節部は、当該関節部を駆動する電動モータにより示されている。
【００２５】
（脚部Ｒ１）
図３に示すように、左右それぞれの脚部Ｒ１は、６個の関節部１１Ｒ（Ｌ）〜１６Ｒ（Ｌ）を備えている。左右合わせて１２個の関節は、股部（脚部Ｒ１と上体部Ｒ２との連結部分）の脚部回旋用（Ｚ軸まわり）の股関節部１１Ｒ，１１Ｌ（右側をＲ、左側をＬとする。また、Ｒ，Ｌを付さない場合もある。以下同じ。）、股部のピッチ軸（Ｙ軸）まわりの股関節部１２Ｒ，１２Ｌ、股部のロール軸（Ｘ軸）まわりの股関節部１３Ｒ，１３Ｌ、膝部のピッチ軸（Ｙ軸）まわりの膝関節部１４Ｒ，１４Ｌ、足首のピッチ軸（Ｙ軸）まわりの足首関節部１５Ｒ，１５Ｌ、および、足首のロール軸（Ｘ軸）まわりの足首関節部１６Ｒ，１６Ｌから構成されている。そして、脚部Ｒ１の下には足部１７Ｒ，１７Ｌが取り付けられている。
【００２６】
すなわち、脚部Ｒ１は、股関節部１１Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１３Ｒ（Ｌ）、膝関節部１４Ｒ（Ｌ）および足首関節部１５Ｒ（Ｌ），１６Ｒ（Ｌ）を備えている。股関節部１１Ｒ（Ｌ）〜１３Ｒ（Ｌ）と膝関節部１４Ｒ（Ｌ）とは大腿リンク５１Ｒ，５１Ｌで、膝関節部１４Ｒ（Ｌ）と足首関節部１５Ｒ（Ｌ），１６Ｒ（Ｌ）とは下腿リンク５２Ｒ，５２Ｌで連結されている。
【００２７】
（上体部Ｒ２）
図３に示すように、上体部Ｒ２は、ロボットＲの基体部分であり、脚部Ｒ１、腕部Ｒ３および頭部Ｒ４と連結されている。すなわち、上体部Ｒ２（上体リンク５３）は、股関節部１１Ｒ（Ｌ）〜１３Ｒ（Ｌ）を介して脚部Ｒ１と連結されている。また、上体部Ｒ２は、後記する肩関節部３１Ｒ（Ｌ）〜３３Ｒ（Ｌ）を介して腕部Ｒ３と連結されている。また、上体部Ｒ２は、後記する首関節部４１，４２を介して頭部Ｒ４と連結されている。
また、上体部Ｒ２は、上体回旋用（Ｚ軸まわり）の関節部２１を備えている。
【００２８】
（腕部Ｒ３）
図３に示すように、左右それぞれの腕部Ｒ３は、７個の関節部３１Ｒ（Ｌ）〜３７Ｒ（Ｌ）を備えている。左右合わせて１４個の関節部は、肩部（腕部Ｒ３と上体部Ｒ２との連結部分）のピッチ軸（Ｙ軸）まわりの肩関節部３１Ｒ，３１Ｌ、肩部のロール軸（Ｘ軸）まわりの肩関節部３２Ｒ，３２Ｌ、腕部回旋用（Ｚ軸まわり）の肩関節部３３Ｒ，３３Ｌ、肘部のピッチ軸（Ｙ軸）まわりの肘関節部３４Ｒ，３４Ｌ、手首回旋用（Ｚ軸まわり）の腕関節部３５Ｒ，３５Ｌ、手首のピッチ軸（Ｙ軸）まわりの手首関節部３６Ｒ，３６Ｌ、および手首のロール軸（Ｘ軸）まわりの手首関節部３７Ｒ，３７Ｌから構成されている。そして、腕部Ｒ３の先端には把持部（ハンド）７１Ｒ，７１Ｌが取り付けられている。
【００２９】
すなわち、腕部Ｒ３は、肩関節部３１Ｒ（Ｌ），３２Ｒ（Ｌ），３３Ｒ（Ｌ）、肘関節部３４Ｒ（Ｌ）、腕関節部３５Ｒ（Ｌ）および手首関節部３６Ｒ（Ｌ），３７Ｒ（Ｌ）を備えている。肩関節部３１Ｒ（Ｌ）〜３３Ｒ（Ｌ）とは肘関節部３４Ｒ（Ｌ）とは上腕リンク５４Ｒ（Ｌ）で、肘関節部３４Ｒ（Ｌ）と手首関節部３６Ｒ（Ｌ），３７Ｒ（Ｌ）とは前腕リンク５５Ｒ（Ｌ）で連結されている。
【００３０】
（頭部Ｒ４）
図３に示すように、頭部Ｒ４は、首部（頭部Ｒ４と上体部Ｒ２との連結部分）のＹ軸まわりの首関節部４１と、首部のＺ軸まわりの首関節部４２と、を備えている。首関節部４１は頭部Ｒ４のチルト角を設定するためのものであり、首関節部４２は頭部Ｒ４のパンを設定するためのものである。
【００３１】
このような構成により、左右の脚部Ｒ１は合計１２の自由度を与えられ、移動中に１２個の関節部１１Ｒ（Ｌ）〜１６Ｒ（Ｌ）を適宜な角度で駆動することで、脚部Ｒ１に所望の動きを与えることができ、ロボットＲが任意に３次元空間を移動することができる。また、左右の腕部Ｒ３は合計１４の自由度を与えられ、１４個の関節部３１Ｒ（Ｌ）〜３７Ｒ（Ｌ）を適宜な角度で駆動することで、ロボットＲが所望の作業を行うことができる。
【００３２】
また、足首関節部１５Ｒ（Ｌ），１６Ｒ（Ｌ）と足部１７Ｒ（Ｌ）との間には、公知の６軸力センサ６１Ｒ（Ｌ）が設けられている。６軸力センサ６１Ｒ（Ｌ）は、床面からロボットＲに作用する床反力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚと、モーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚと、を検出する。
【００３３】
また、手首関節部３６Ｒ（Ｌ），３７Ｒ（Ｌ）と把持部７１Ｒ（Ｌ）との間には、公知の６軸力センサ６２Ｒ（Ｌ）が設けられている。６軸力センサ６２Ｒ（Ｌ）は、ロボットＲの把持部３８Ｒ（Ｌ）に作用する反力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚと、モーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚと、を検出する。
【００３４】
また、上体部Ｒ２には、傾斜センサ６３が設けられている。傾斜センサ６３は、上体部Ｒ２の重力軸（Ｚ軸）に対する傾きと、その角速度と、を検出する。
また、各関節部の電動モータは、その出力を減速・増力する減速機（図示せず）を介して前記した大腿リンク５１Ｒ（Ｌ）、下腿リンク５２Ｒ（Ｌ）などを相対変位させる。これら各関節部の角度は、関節角度検出手段（例えば、ロータリエンコーダ）によって検出される。
【００３５】
制御装置搭載部Ｒ５は、後記する自律移動制御部１５０、把持部制御部１６０、無線通信部１７０、主制御部２００、バッテリ（図示せず）などを収納している。各センサ６１〜６３などの検出データは、制御装置搭載部Ｒ５内の各制御部に送られる。また、各電動モータは、各制御部からの駆動指示信号により駆動される。
【００３６】
図４は、図１のロボットを示すブロック図である。図４に示すように、ロボットＲは、脚部Ｒ１、腕部Ｒ３および頭部Ｒ４に加えて、カメラＣ，Ｃ、スピーカＳ、マイクＭＣ，ＭＣ、画像処理部１００、音声処理部１１０、対象検知部１２０、自律移動制御部１５０、把持部制御部１６０、無線通信部１７０、主制御部２００および記憶部３００を備えている。なお、自律移動制御部１５０、把持部制御部１６０および主制御部２００は、請求項の制御手段を構成する。
【００３７】
また、ロボットＲは、ジャイロセンサＳＲ１およびＧＰＳ受信器ＳＲ２を備えている。
ジャイロセンサＳＲ１は、ロボットＲの向きに関するデータ（向きデータ）を検出する。また、ＧＰＳ受信器ＳＲ２は、ロボットＲの位置に関するデータ（位置データ）を検出する。ジャイロセンサＳＲ１およびＧＰＳ受信器ＳＲ２が検出したデータは、主制御部２００に出力され、ロボットＲの行動を決定するために利用されると共に、主制御部２００から無線通信部１７０を介してロボット管理装置３に送信される。
【００３８】
［カメラ］
カメラＣ，Ｃは、映像をデジタルデータとして取り込むことができるものであり、例えばカラーＣＣＤ(Charge-Coupled Device)カメラが使用される。カメラＣ，Ｃは、左右に平行に並んで配置され、撮影した画像は画像処理部１００に出力される。このカメラＣ，Ｃと、スピーカＳおよびマイクＭＣ，ＭＣは、いずれも頭部Ｒ４の内部に配設される。
【００３９】
［画像処理部］
画像処理部１００は、カメラＣ，Ｃが撮影した画像を処理して、撮影された画像からロボットＲの周囲の状況を把握するため、周囲の障害物や人物の認識を行う部分である。この画像処理部１００は、ステレオ処理部１０１、移動体抽出部１０２および顔認識部１０３を備えている。
【００４０】
ステレオ処理部１０１は、左右のカメラＣ，Ｃが撮影した２枚の画像の一方を基準としてパターンマッチングを行い、左右の画像中の対応する各画素の視差を計算して視差画像を生成し、生成した視差画像及び元の画像を移動体抽出部１０２に出力する。なお、この視差は、ロボットＲから撮影された物体までの距離を表すものである。
【００４１】
移動体抽出部１０２は、ステレオ処理部１０１から出力されたデータに基づき、撮影した画像中の移動体を抽出するものである。移動する物体（移動体）を抽出するのは、移動する物体は人物であると推定して、人物の認識をするためである。
移動体の抽出をするために、移動体抽出部１０２は、過去の数フレーム（コマ）の画像を記憶しており、最も新しいフレーム（画像）と、過去のフレーム（画像）を比較して、パターンマッチングを行い、各画素の移動量を計算し、移動量画像を生成する。そして、視差画像と、移動量画像とから、カメラＣ，Ｃから所定の距離範囲内で、移動量の多い画素がある場合に、その位置に人物がいると推定し、その所定距離範囲のみの視差画像として、移動体を抽出し、顔認識部１０３へ移動体の画像を出力する。
また、移動体抽出部１０２は、抽出した移動体の高さ、すなわち身長を算出し、顔認識部１０３へ出力する。
すなわち、移動体抽出部１０２は、ロボットＲに対する人の位置を特定することができ、特許請求の範囲における「人位置特定手段」の一例である。
また、移動体抽出部１０２は、人の身長を算出することができる。
【００４２】
顔認識部１０３は、抽出した移動体から肌色の部分を抽出して、その大きさ、形状などから顔の位置を認識する。なお、同様にして、肌色の領域と、大きさ、形状などから手の位置も認識される。
認識された顔の位置は、ロボットＲが移動するときの情報として、また、その人とのコミュニケーションを取るため、主制御部２００に出力されると共に、無線通信部１７０に出力されて、基地局１を介して、ロボット管理装置３に送信される。
【００４３】
［スピーカ］
スピーカＳは、後記する音声合成部１１１により生成された音声データに基づき、音声を出力する。
【００４４】
［マイク］
マイクＭＣ，ＭＣは、ロボットＲの周囲の音を集音するものである。集音された音は、後記する音声認識部１１２および音源定位部１１３に出力される。
【００４５】
［音声処理部］
音声処理部１１０は、音声合成部１１１、音声認識部１１２および音源定位部１１３を備えている。
【００４６】
音声合成部１１１は、主制御部２００が決定し、出力してきた発話行動の指令に基づき、文字情報から音声データを生成し、スピーカＳに音声を出力する部分である。音声データの生成には、予め記憶している文字情報と音声データとの対応関係を利用する。
【００４７】
音声認識部１１２は、マイクＭＣ，ＭＣから音声データが入力され、予め記憶している音声データと文字情報との対応関係に基づき、音声データから文字情報を生成し、主制御部２００に出力するものである。
【００４８】
音源定位部１１３は、マイクＭＣ，ＭＣ間の音圧差および音の到達時間差に基づいて、音源の位置（ロボットＲからの距離および方向）を特定する。
【００４９】
［対象検知部］
対象検知部１２０は、ロボットＲの周囲に検知用タグＴを備える検知対象Ｈが存在するか否かを検知すると共に、検知対象Ｈの存在が検知された場合、当該検知対象Ｈの位置を特定するものである。対象検知部１２０については、特許文献１に詳細に説明されていて、ここでこれ以上詳細に述べることは本発明の趣旨から逸脱することになるので、さらなる説明は省略する。
【００５０】
［自律移動制御部］
図４に示すように、自律移動制御部１５０は、頭部制御部１５１、腕部制御部１５２および脚部制御部１５３を備えている。
頭部制御部１５１は、主制御部２００の指示に従い頭部Ｒ４を駆動し、腕部制御部１５２は、主制御部２００の指示に従い腕部Ｒ３を駆動し、脚部制御部１５３は、主制御部２００の指示に従い脚部Ｒ１を駆動する。これら自律移動制御部１５０、頭部Ｒ４、腕部Ｒ３および脚部Ｒ１の組み合わせが、特許請求の範囲における「自律移動手段（自律移動装置）」の一例である。
【００５１】
［把持部制御部］
把持部制御部１６０は、主制御部２００の指示に従い把持部７１を駆動する。
【００５２】
［無線通信部］
無線通信部１７０は、ロボット管理装置３とデータの送受信を行う通信装置である。無線通信部１７０は、公衆回線通信装置１７１および無線通信装置１７２を備えている。
公衆回線通信装置１７１は、携帯電話回線やＰＨＳ(Personal Handyphone System)回線などの公衆回線を利用した無線通信手段である。一方、無線通信装置１７２は、IEEE802.11b規格に準拠するワイヤレスＬＡＮなどの、近距離無線通信による無線通信手段である。
無線通信部１７０は、ロボット管理装置３からの接続要求に従い、公衆回線通信装置１７１または無線通信装置１７２を選択してロボット管理装置３とデータ通信を行う。
【００５３】
［把持部］
続いて、ロボットＲの把持部７１Ｒ（Ｌ）について、図５ないし図６を参照してさらに詳しく説明する。図５（ａ）は、ロボットの把持部を示す斜視図であり、指開状態を示す図である。図５（ｂ）は、ロボットの把持部を示す斜視図であり、指閉状態を示す図である。図６は、ロボットの把持部、開度検出手段および６軸力センサを示すブロック図である。なお、一対の把持部７１Ｒ，７１Ｌは鏡面対称であり、図５（ａ）および図５（ｂ）には、左側の把持部７１Ｌが示されている。以下、場合により、Ｒ，Ｌを除いた符号を用いて説明する。
【００５４】
図５に示すように、把持部７１は、掌部７２と、第一指部７３と、第二指部７４と、を備えている。
掌部７２は、手首関節部３６，３７を介して前腕リンク５５に連結されている（図３参照）。
第一指部７３は、人間の親指に相当する部分であり、第一指関節部７３ａを介して掌部７２の基端側に連結されている。
第二指部７４は、人間の示指、中指、環指、小指に相当する部分であり、第二指関節部７４ａを介して掌部７２の先端側に連結されている。
また、掌部７２内には、第一指部７３を駆動するための第一指部用モータ７３ｂと、第二指部７４を駆動するための第二指部用モータ７４ｂとが内蔵されている。また、掌部７２には、第一指部角度α（第一指部７３と掌部７２との角度）を検出する第一指部角度検出手段８３と、第二指部角度β（第二指部７４と掌部７２との角度）を検出する第二指部角度検出手段８４と、が内蔵されている（図６参照）。
【００５５】
第一指部角度αは、第一指部７３と掌部７２とがなす角度であり、指開状態から指閉状態に向かって大きくなる。この第一指部角度αは、図５（ａ）に示す指開状態（把持時全開）でα１、図５（ｂ）に示す指閉状態（把持時全閉）でα２である（α１≦α≦α２）。
第二指部角度βは、第二指部７４と掌部７２とがなす角度であり、指開状態から指閉状態に向かって大きくなる。この第二指部角度βは、図５（ａ）に示す指開状態（把持時全開）でβ１（＝０）、図５（ｂ）に示す指閉状態（把持時全閉）でβ２である（０≦β≦β２）。
【００５６】
ここで、把持部７１の開度に関する数値として、第一指部角度αおよび第二指部角度βに対する把持角度偏差θを以下のように定義する。
θ ＝ （α２−α）＋（β２−β）
すなわち、把持角度偏差θは、把持部７１の全閉状態に対する開き具合（開度）を示す数値であり、指閉状態（把持時全閉）で最小値θｍｉｎ＝０となり、指開状態（把持時全開）で最大値θｍａｘ＝α２＋β２となる。
把持部７１が物品を把持した状態では、指閉状態となる手前の状態で各指部７３，７４が止まるので、把持角度偏差θは正の値をとる。把持角度偏差θは、把持される物品の厚みが大きいほど、その値が大きくなるといった特徴を有している。
【００５７】
また、本実施形態のロボット制御システムＡは、物品により把持部７１に作用する外力を検出する外力検出手段として、６軸力センサ６２を採用している。この６軸力センサ６２は、外力の方向も検出可能である。そのため、物品から把持部７１に作用する外力のうち、Ｘ軸方向の力Ｆｘ、Ｙ軸方向の力Ｆｙ、Ｚ軸方向の力Ｆｚをそれぞれ検出可能である。したがって、物品が重い場合であっても、物品の重力によるＺ軸方向の力を除去し、人が物品を渡そうとしたり、受けとろうとしたことによる外力（本実施形態ではＦｘ）を検出することが可能である。
【００５８】
（主制御部２００および記憶部３００）
続いて、図４の主制御部２００および記憶部３００について、図１２を参照して説明する。図１２は、図４の主制御部および記憶部を示すブロック図である。
【００５９】
（記憶部）
図７に示すように、記憶部３００は、人データ記憶部３１０、地図データ記憶部３２０、物品データ記憶部３３０および発話データ記憶部３４０を備えている。
【００６０】
人データ記憶部３１０は、タスク実行エリアＥＡであるオフィス内にいる人に関するデータ（人データ）を、それぞれの人に関連付けて記憶している。
人データとしては、人識別番号（ＩＤ）、名前、所属、タグ識別番号、通常居場所、机位置、顔画像などに関するデータが含まれる。
【００６１】
地図データ記憶部３２０は、タスク実行エリアＥＡの地形（壁位置、机位置など）に関するデータ（地図データ）を記憶している。
【００６２】
物品データ記憶部３３０は、ロボットＲに運搬させる物品に関するデータ（物品データ）を、それぞれの物品に関連付けて記憶している。
物品データとしては、物品識別番号、物品の名称、大きさ、重さなどに関するデータが含まれる。
【００６３】
発話データ記憶部３４０は、ロボットＲが発話するためのデータ（発話データ）を記憶している。
【００６４】
（主制御部）
図１２に示すように、主制御部２００は、行動管理手段２１０、人特定手段２２０、移動行動決定手段２３０、受取／受渡行動決定手段２４０および計時手段２５０を備えている。
【００６５】
（行動管理手段）
行動管理手段２１０は、ロボット管理装置３から送信された実行命令信号を取得し、この実行命令信号に基づき、人特定手段２２０、移動行動決定手段２３０および受取／受渡行動決定手段２４０を制御する。
また、行動管理手段２１０は、ジャイロセンサＳＲ１によって検出されたロボットＲの向きデータ、ＧＰＳ受信器ＳＲ２によって検出されたロボットＲの位置データなどをロボット管理装置３に出力する。
また、行動管理手段２１０は、ロボットＲのタスク実行状況を報告するための行動報告信号をロボット管理装置３へ向けて出力する。
【００６６】
（人特定手段）
人特定手段２２０は、人データ記憶部３１０に記憶された人情報と、対象検知部１２０によって取得されたタグＴのタグ識別番号と、に基づいて、対象検知部によって検知された人（検知対象）が誰であるかを特定する。人データ記憶部３１０には、その人の名前と、その人固有のタグＴのタグ識別番号とが関連付けて記憶されているので、これらのデータと、実行命令信号とを参照することによって、ロボットＲ近傍にいる人が、タスク実行に関係ある人であるか否かを判定することができる。
さらに、人特定手段２２０は、移動体抽出部１０２で抽出された移動体の位置データと、対象検知部１２０で検知された検知対象の位置データと、に基づいて、カメラＣ，Ｃで撮像された移動体が誰であるかを特定する。
【００６７】
（移動行動決定手段）
移動行動決定手段２３０は、ロボットＲの自律移動の内容を決定するためのものであり、移動経路決定部２３１および受取／受渡位置決定手段２３２を備えている。
移動経路決定部２３１は、タスク実行命令信号と、ロボットＲの位置データと、ロボットＲの向きデータと、人データと、地図データと、に基づいて、ロボットＲの移動経路を決定する。
受取／受渡位置決定手段２３２は、移動体抽出部１０２によって検出された移動体（人）の位置データに基づいて、ロボットＲの受取／受渡位置を決定する。
受取／受渡位置決定手段２３２が受取／受渡位置を決定すると、移動経路決定部２３１は、この受取／受渡位置に移動するように、ロボットＲの移動経路を決定する。この受取／受渡位置は、ロボットＲと人との間で物品の受取／受渡が好適に行われる位置であり、予め設定された距離ａ１（図１２参照）を用いて決定される。
【００６８】
（受取／受渡行動決定手段）
受取／受渡行動決定手段２４０は、物品運搬作業に伴う把持部７１の行動（動作）内容を決定するためのものであり、受取方法決定手段２４１、受取／受渡高さ決定手段２４２、受取開始判定手段２４３、受取動作完了判定手段２４４、把持成否判定手段２４５、受渡開始判定手段２４６、受渡完了判定手段２４７、運搬状態設定手段２４８および習熟度判定手段２４９、把持位置認識手段２６１、把持制御手段２６２、把持部移動手段２６３、および設置成否判定手段２６４を備えている。
【００６９】
受取方法決定手段２４１は、実行命令信号と、物品データ記憶部３３０に記憶された物品データに基づいて、受取方法を決定する。
本実施形態のロボットＲが選択可能な受取方法としては、片手受取および両手受取の２種類がある。
片手受取は、ロボットＲの一方の把持部７１Ｒ（または７１Ｌ）が物品を受け取る受取方法である。両手受取は、ロボットＲの両方の把持部７１Ｒ，７１Ｌが物品を受け取る受取方法である。受取方法決定手段２４１は、物品データの大きさや重さに基づいて、これら２種類の一方を選択する。例えば、Ａ４サイズの書類など、両手受取可能な大きさの物品を受け取る場合には両手受取とし、両手受取不可能な大きさである小さいサイズの物品を受け取る場合には片手受取とすることが考えられる。
【００７０】
（受取／受渡高さ決定手段）
受取／受渡高さ決定手段２４２は、受取／受渡動作の対象が人である場合、移動体抽出部１０２によって算出された人の身長に基づいて、把持部７１の差し出し高さａ３（図１５参照）を決定する。この差し出し高さは、ロボットＲと人との間で物品の受取／受渡が好適に行われる高さであり、算出された身長に基づいて、予め設定された３段階の高さのいずれかを選択する。
そして、受取／受渡高さ決定手段２４２は、自律移動制御部１５０を介して、把持部７１を高さａ３に差し出させると共に、人から把持部７１までの距離が距離ａ２となり、さらには、移動体抽出部１０２で算出した人の中心（中心鉛直線）に合わせるように把持部７１を差し出させる（図１４、図１５参照）。
【００７１】
（受取開始判定手段）
受取開始判定手段２４３は、人が物品をロボットＲの受取可能な位置に差し出し、ロボットＲが受取動作を開始可能であるか否かを判定し、受取動作を開始可能であると判定した場合に、把持部７１に受取動作を開始させる。
受取開始判定手段２４３は、把持部７１が物品を把持していない状態、詳しくは、後記する受取待機状態において、６軸力センサ６２が検出するＸ軸方向の力Ｆｘが所定値Ｆｘ１（第一の所定値）以上である場合に、受取動作を開始可能であると判定し、把持部制御部１６０を介して把持部７１を駆動し、指閉動作を行わせる。
これは、ロボットＲに物品を渡そうとする人が、物品を掌部７２に押し付けることを利用した制御である。
【００７２】
（受取動作完了判定手段）
受取動作完了判定手段２４４は、把持部７１が物品の受取中である状態において、受取動作が完了したか否かを判定する。
この受取動作完了判定手段２４４は、６軸力センサ６２が検出するＸ軸方向の力Ｆｘが所定値Ｆｘ２（第二の所定値；Ｆｘ２≦Ｆｘ１）以下となった場合に、受取動作が完了したと判定する。
これは、ロボットＲに物品を渡そうとする人が、ロボットＲが物品を受け取ったと判定して手を離したときに、物品が掌部７２に押し付けられる力が減少することを利用した制御である。
また、受取動作完了判定手段２４４は、受取待機状態において、把持部７１の開度が所定値以下になった場合、すなわち、把持角度偏差θが所定値θ１（第三の所定値）以下になった場合（例えば、θ＝０）に、受取動作が完了したと判定する。
受取動作完了判定手段２４４は、受取動作が完了したと判定した場合に、把持部制御部１６０を介して把持部７１を駆動し、指閉方向にトルクを発生させ、物品を把持させる。
【００７３】
（把持成否判定手段）
把持成否判定手段２４５は、物品の把持が成功したか否かを判定する。
本実施形態において、把持成否判定手段２４５は、両手受取を行った場合において、腕部制御部１５２を介して把持部７１Ｒ，７１Ｌを近接または離隔させる。そして、６軸力センサ６２が検出する物品からの反力Ｆｙに基づいて、把持部７１Ｒ，７１Ｌの両方が物品を把持しているか否かを判定する。
この把持成否判定手段２４５は、物品からの反力Ｆｙが所定値以上である場合に、把持成功であると判定する。
【００７４】
（受渡開始判定手段）
受渡開始判定手段２４６は、ロボットＲが物品を人の受取可能な位置に差し出した状態で、人が物品を受け取ろうしているか否かを判定し、人が物品を受け取ろうとしていると判定した場合に、把持部７１に受渡動作を開始させる。
受渡開始判定手段２４６は、後記する受渡待機状態において、６軸力センサ６２が検出するＸ軸方向の力Ｆｘが所定値Ｆｘ３以上である場合に、受渡動作を開始可能であると判定し、把持部制御部１６０を介して把持部７１を駆動し、指開動作を行わせる。
これは、ロボットＲから物品を受け取ろうとする人が、物品を引っ張ることを利用した制御である。
【００７５】
また、受渡開始判定手段２４６は、受渡待機状態において、把持部７１の開度が所定値以下になった場合、すなわち、把持角度偏差θが所定値θ２以下になった場合（例えば、θ＝０）に、受渡動作を開始可能であると判定する。
これは、ロボットＲから物品を受け取ろうとする人が物品を引っ張ることによって、物品が把持部７１から取り除かれ、把持部７１が把持トルクによって閉じてしまうことを利用した制御である。
【００７６】
（受渡完了判定手段）
受渡完了判定手段２４７は、後記する受渡中状態において、６軸力センサ６２によって検出されるＸ軸方向の力Ｆｘが所定値Ｆｘ４（Ｆｘ４≦Ｆｘ３）以下となった場合に、受渡動作が完了したと判定する。
これは、人が物品を完全に受け取ることによって、物品により把持部７１に生じる外力Ｆｘが小さくなることを利用した制御である。
【００７７】
（運搬状態設定手段）
運搬状態設定手段２４８は、把持部７１の状態を検出し、設定・更新する。
把持部７１の状態としては、以下のものがある。
１：フリー…物品運搬タスクが依頼されていない状態
２：受取待機…把持部を差し出し、人が物品を受け渡すのを待っている状態
３：受取中…人が物品を受け渡し、物品の受取を行っている状態
４：受取動作完了…人が物品から手を離し、物品がロボット側に渡った（と思われる）状態
５：把持成否判定…ロボットが物品把持の成否を判定する状態
６：受取失敗…ロボットが物品の受取に失敗した状態
７：把持完了…ロボットが物品の受取に成功し、物品を把持した状態
８：受渡待機…把持部を差し出し、人が物品を受け取るのを待っている状態
９：受渡中…人が物品を受け取り、物品の受渡を行っている状態
１０：受渡完了…人が完全に物品を受け取り、物品が人側に渡った状態
１１：エラー…搬送中に物品を落とした状態など
【００７８】
（習熟度判定手段）
習熟度判定手段２４９は、受取／受渡動作に関する人の習熟度を判定する。
習熟度判定手段２４９は、主制御部２００内に設けられた時計である計時部２５０を用いて、受取待機状態から受取中状態に移行するのに要する時間や、受渡待機状態から受渡中状態に移行するのに要する時間を測定する。そして、測定された時間の長さに基づいて、人の習熟度を判定する。ここでは、測定時間の短い方から順に、習熟度高・習熟度中・習熟度低と判定する。
【００７９】
（把持位置認識手段）
把持位置認識手段２６１は、画像認識を主とした把持動作を可能とするために、把持の対象である物品の画像から物品の把持に適した部分を認識する。
【００８０】
（把持制御手段）
把持制御手段２６２は、把持部７１を運搬容器の所定の把持位置（所定位置）に駆動し、所定位置を把持する制御を行う。
【００８１】
（把持部移動手段）
把持部移動手段２６３は、把持した物品または運搬容器を設置場所の高さから求めた目標位置まで移動させる。
【００８２】
（設置成否判定手段）
設置成否判定手段２６４は、物品または運搬容器の設置が完了する前に、把持部が所定の高さまで下がったか否かを判定する。把持部が所定の高さまで下がった場合、設置に失敗したと判定する
【００８３】
把持部制御部１６０は、この習熟度に基づいて、指閉・指開動作のスピードを設定する。すなわち、ロボットＲが習熟度低と判定された人に対して受取／受渡動作を行う場合には、把持部７１に指閉・指開動作を遅く行わせ、人に不安感を与えないようにする。
また、ロボットＲが習熟度高と判定された人に対して受取／受渡動作を行う場合には、受取／受渡行動決定手段２４０は、把持部７１に指閉・指開動作を速く行わせ、人に煩わしさを感じさせないようにする。
また、受取／受渡行動決定手段２４０は、この習熟度に基づいて、発話行動を決定し、発話データに基づいてスピーカＳに発話を行わせる。
【００８４】
（ロボットの動作例）
続いて、本発明の好ましい実施形態によるロボットＲの物品運搬動作について説明する。ここでは、ロボットＲが、「取得元から物品を収容した所定の仕様の運搬容器を取得し、届け先に運搬容器を届ける」といったタスクに関する実行命令信号を受けた場合を例にとって説明する。
【００８５】
本発明によれば、物品はトレイなどの運搬容器に載せるか又は収容して運搬する。図８は、本発明により物品の運搬に用いる運搬容器の一例を示す図であり、図８（ａ）は、運搬容器Ｍを上面から見た図であり、（ｂ）は（ａ）に示した容器Ｍを矢印ＳＰの方向から見た図であり、（ｃ）は容器Ｍを裏面から見た図である。図８において、容器Ｍは、物品または物品の容器を置く又は収容する凹部Ｍ１を備えることにより、運搬中に物品が運搬容器Ｍ上で揺れたり滑ったりしないように配慮されている。また、運搬容器Ｍは、所定の位置（または把持部分）Ｍ３をロボットＲが持ちやすいように、ロボットＲの把持部による把持に適した形状を有することが好ましい。例えば、図８の例では、（ａ）に示すように、運搬容器Ｍの表面は親指に相当する第一指部７３が滑らないように加工され、（ｃ）に示すように、裏面には第二指部７４が掛かりやすい凸形状を有する。
【００８６】
また、ロボットＲが画像認識しやすいように運搬容器Ｍの表面には所定の画像認識用パタンＭ２が付してある。図８の例では、所定のパタンＭ２として、当社のロボット名である「ＡＳＩＭＯ」というロゴを着けているが、パタンＭ２は、これに限らず、運搬容器Ｍの地の色と異なる色であれば任意の色の任意のマークまたはパタンであれば、何でもよい。運搬容器Ｍの色は、運搬容器Ｍの認識のためには、運搬容器Ｍが置かれる置き場所Ｂ１、Ｃ１〜Ｃ３の表面の色とは異なる方が好ましく、さらに把持動作のためには、把持部７１の色とも異なることが好ましい。
【００８７】
さらに、運搬容器Ｍの把持部分の高さｈは、把持部７１の第二指部７４の厚さより高い方が好ましい。図９に、ロボットＲが、運搬容器Ｍを把持した状態の一例を示す。
なお、以下の説明においては、運搬容器Ｍとして飲み物を運ぶトレイを例にとって説明するので、運搬容器Ｍの代わりにトレイＭとも言う。
【００８８】
以降、運搬容器Ｍの取得元へと移動する取得位置移動動作、取得先から運搬容器Ｍを取得する取得動作、取得し運搬容器Ｍを把持して届け先まで運搬する運搬動作、および運搬容器Ｍを届け先の物品置き場に置く設置動作を順に説明する。
【００８９】
（取得位置移動動作）
図１０は、 本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、取得元が人である場合の取得位置への移動を示すフローチャートである。
まず、ロボットＲは、タスク実行エリアＥＡに設定されたホームポジションで待機している（ステップＳ１）。
ロボットＲが、ロボット管理装置３から送信された実行命令信号を受信すると（ステップＳ２でＹｅｓ）、ロボットＲは、ホームポジションから人Ｈ１の通常居場所（以下、「通常居場所Ｐ１」と記載する。）までの移動を開始する（ステップＳ３）。そして、人Ｈ１の通常居場所に到着すると（ステップＳ４でＹｅｓ）、ロボットＲは移動を中止し、人Ｈ１の探索を開始する（ステップＳ５）。
【００９０】
対象検知部１２０で人Ｈ１のタグ識別番号を検知すると（ステップＳ６でＹｅｓ）、ロボットＲは、カメラＣ，Ｃで人Ｈ１の画像を取得し、（ステップＳ７でＹｅｓ）、図１２に示すように、人Ｈ１の正面に移動する（ステップＳ８）。図１２には、ロボットＲが受取／受渡位置決定手段２３２で決定した受取位置に移動した状態が示されている。
なお、対象検知部１２０が、所定時間内に人Ｈ１のタグ識別番号を検知することができなかった場合には（ステップＳ９でＹｅｓ）、ロボットＲは、行動管理手段２１０でタスク実行が不可能である旨を伝える行動報告信号を生成し、ロボット管理装置３へ出力すると共に、ホームポジションに移動する（ステップＳ１０）。
【００９１】
また、図１１は、取得元が場所である場合の取得位置への移動を示すフローチャートである。図１１のフローチャートは、図１０の破線ブロックがステップ１１および１２で置き換わった点を除けば、図１０のフローチャートと同じなので、相違点のみを説明する。図１１において、ステップＳ４に続き、ステップＳ１１において、目的場所（例えば、図１のＣ１など）の画像を得て、判定ステップＳ１２において、トレイがあるか否かを判定する。トレイがある場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳ８に進み、無ければステップＳ１０に進む。
【００９２】
（取得動作）
続いて、ロボットＲの受取動作について説明する。物品の取得元としては、テーブルなどの物品置き場(例えば、図１のＢ１)でもよいし、人でもよい。 図１３は、本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、取得元が人である場合の受取動作を示すフローチャートである。
取得位置に移動したロボットＲは、図１４および図１５に示すように、受取／受渡高さ決定手段２４２で決定した受取高さに、指開状態の把持部７１（７１Ｒ，７１Ｌ）を差し出す（ステップＳ２１）。
図１４および図１５に示すように、ロボットＲは、受取／受渡高さ決定手段２４２で決定した高さａ３に把持部７１Ｒ，７１Ｌを差し出すと共に、人Ｈ１から把持部７１Ｒ，７１Ｌまでの距離が、距離ａ２となるように把持部７１Ｒ，７１Ｌを差し出す。さらに、ロボットＲは、把持部７１Ｒ，７１Ｌの差し出し方向を、移動体抽出部１０２で算出した人Ｈ１の中心（中心鉛直線）に合わせる。
【００９３】
把持部７１Ｒ，７１Ｌの差し出しが完了すると、運搬状態設定手段２４８が運搬状態を「受取待機」と設定すると共に、ロボットＲが、例えば「トレイＭをお渡しください」と発話するなどにより、運搬容器Ｍを渡すよう促す（ステップＳ２２）。
そして、ステップＳ２３において運搬容器Ｍの位置を確認し、ステップＳ２４において運搬容器Ｍの位置の変化が所定の値に満たないか否かを判定する。この判定により、人がトレイＭを差し出し途中であるか、ある位置に差し出してほぼ停止した状態かを判定する。ステップＳ２４において、位置の変化が所定値より大きい場合（Ｎｏの場合）、差し出し中と判定し、ステップＳ２３に戻る。位置の変化が所定値に満たない場合（Ｙｅｓの場合）、人の差し出し動作がほぼ完了したものと判断し、ステップＳ２５に進む。
把持位置認識手段２６１は、トレイＭの把持部分Ｍ３を画像認識し（ステップＳ２５）、把持制御手段２６２は、把持部７１をトレイＭの把持部分Ｍ３へ移動し、ステップＳ２６において、６軸力センサ６２Ｒ，６２Ｌの検出値ＦｘまたはＦｙが所定の値Ｆｘ１またはＦｙ１より大きいか否か判定する。大きくなければ（Ｎｏの場合）、把持部７１がトレイＭの把持部分Ｍ３に触れていないと判定し、ステップＳ２５に戻る。判定ステップＳ２６においてＹｅｓの場合、把持部７１がトレイＭの把持部分Ｍ３に触れていると判定し、ステップＳ２７に進み、運搬状態設定手段２４８が運搬状態を「受取中」と設定すると共に、ロボットＲが把持部７１Ｒ，７１Ｌを閉じ始める。図１６には、ロボットＲがトレイＭの受取を開始した状態が示されている。
【００９４】
そして、受取中状態において、ロボットＲが６軸力センサ６２Ｒ，６２Ｌで検出する力ＦｘがＦｘ２以下となるか、または、把持角度偏差θがθ１以下となると（ステップＳ２８でＹｅｓ）、運搬状態設定手段２４８が運搬状態を「受取動作完了」と設定する（ステップＳ２９）と共に、図１７に示すように、把持部７１Ｒ，７１ＬがトレイＭを把持する。
【００９５】
続いて、把持成否判定手段２４５が、把持部７１Ｒ，７１Ｌの開度を判定する（ステップＳ３０）。
把持部７１Ｒ，７１Ｌの両方の開度、すなわち把持角度偏差θが所定値θ３（第四の所定値）以上（条件Ｄ１）である場合には、トレイＭが厚く、把持部７１Ｒ，７１Ｌの両方がトレイＭを把持したものと判定し、運搬状態設定手段２４８が運搬状態を「把持完了」と設定する（ステップＳ３１）。
把持部７１Ｒ，７１Ｌの少なくとも一方の把持角度偏差θが所定値θ３未満（条件Ｄ２）である場合には、運搬状態設定手段２４８が運搬状態を「把持正否判定」と設定すると共に（ステップＳ３２）、把持成否判定手段２４５が、把持の成否を判定する（ステップＳ３３）。
詳しくは、ロボットＲは、把持部７１Ｒ，７１Ｌを近接または離隔させ、６軸力センサ６２Ｒ，６２ＬでトレイＭから作用する反力Ｆｙを検出する。把持成否判定手段２４５は、反力Ｆｙが所定値Ｆｙ１以上である場合（条件Ｄ３）に、把持成功であると判定し、運搬状態設定手段２４８が運搬状態を「受取動作完了」と設定すると共に、把持部７１Ｒ，７１ＬがトレイＭを把持する。
また、把持成否判定手段２４５は、反力Ｆｙが所定地Ｆｙ１未満である場合（条件Ｄ４）に、把持失敗であると判定し、運搬状態設定手段２４８が運搬状態を「受取失敗」と設定する。
【００９６】
ここで、図１８を参照して、把持成否判定について説明する。
図１８（ａ）に示すように、把持部７１Ｒ，７１Ｌの両方がトレイＭを把持している場合には、把持部７１Ｒ，７１Ｌを近接させるとトレイＭによる反力Ｆｙ（所定値Ｆｙ１以上）が生じる（条件Ｄ３）。
図１８（ｂ）に示すように、把持部７１Ｒ，７１Ｌの一方（ここでは把持部７１Ｒ）のみがトレイＭを把持している場合には、把持部７１Ｒ，７１Ｌを近接させてもトレイＭによる反力Ｆｙはごく小さい値（所定値Ｆｙ２以上、かつ、所定値Ｆｙ１よりも小さい。Ｆｙ２≦Ｆｙ＜Ｆｙ１）となる（条件Ｄ５）。
図１８（ｃ）に示すように、把持部７１Ｒ，７１Ｌの両方がトレイＭを把持していない場合には、把持部７１Ｒ，７１Ｌを近接させてもトレイＭによる反力Ｆｙは生じない（Ｆｙ＝０）。
したがって、反力Ｆｙが所定値Ｆｙ１以上である場合に、把持成否判定手段２４５が、把持成功であると判定することで、ロボットＲが両手（把持部７１Ｒ，７１Ｌ）で物品を把持しているか否かを判定することができる。
【００９７】
なお、ここまで、取得元が人の場合の取得動作を説明したが、図１３のフローチャートの破線部分（ステップＳ２２〜Ｓ２４）を省略することにより、図１３の受取フローチャートを取得元が机、カウンター、テーブルなどの場所の場合にも応用することが可能である。この場合は、ステップＳ２１において、ロボットＲは、把持部７１を取得元の物品置き場より高く差し出す必要がある。
このように、本発明によれば、取得元が人でも場所でも、人の介助を必要とすることなくトレイＭを取得することができる。
【００９８】
（受け直し準備）
続いて、ロボットＲの受け直し準備について説明する。図１９は、本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、物品の受け直し準備を示すフローチャートである。
把持成否判定手段２４５が把持失敗であると判定すると（図１３のステップＳ３３で条件Ｄ４）、運搬状態設定手段２４８が把持部状態を「受取失敗」と設定して受け直し状態となり（ステップＳ４１）、把持成否判定手段２４５が、把持部７１Ｒ，７１Ｌの状態を判定する（ステップＳ４２）。把持成否判定動作において、６軸力センサ６２Ｒ，６２Ｌの少なくとも一方が所定値Ｆｙ２以上の外力Ｆｙを検出している場合には（ステップＳ４２で条件Ｄ５）、運搬状態設定手段２４８が運搬状態を「受渡状態」と設定し、ロボットＲが、「トレイＭを受け取って、再度お渡しください」と発話する（ステップＳ４３）。
そして、ロボットＲが、６軸力センサ６２Ｒ，６２Ｌのうち、トレイＭを把持している方で所定値Ｆｘ５以上の外力Ｆｘを検出すると（ステップＳ４４でＹｅｓ）、運搬状態設定手段２４８が運搬状態を「受渡中」と設定すると共に、把持部７１Ｒ，７１Ｌが開放される（ステップＳ４５）。その後、ステップＳ２２に移行し、受取動作を再実行する。
【００９９】
なお、ステップＳ４２で、把持成否判定動作において、把持部７１Ｒ，７１Ｌの把持部角度偏差θが所定値θ４以下である場合（例えば、θ＝０）には（条件Ｄ６）、ロボットＲが、「トレイＭを再度お渡しください」と発話し、把持部７１Ｒ，７１Ｌが開放される（ステップＳ４５）。その後、図１３のステップＳ２２に移行し、受取動作を再実行する。
【０１００】
（運搬動作）
続いて、ロボットＲの物品運搬移動について説明する。 図２０は、 本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、届け先が人の場合の運搬移動を示すフローチャートである。
ステップＳ２８（図１３）において、物品把持完了となると、ロボットＲは、把持部７１Ｒ，７１Ｌを、カメラＣ，Ｃによる撮像領域から外れた位置（死角）に移動させる（ステップＳ６１）。これは、把持されたトレイＭがカメラＣ，Ｃの視野を塞ぐことを防ぐためである。
ロボットＲは、移動／把持部制振制御ステップにおいて、受取位置から、人Ｈ２の通常居場所（以下、「通常居場所Ｐ２」と記載する。）までの運搬を開始する（ステップＳ６２）。そして、人Ｈ２の通常居場所Ｐ２に到着するまで（ステップＳ６３でＮｏである限り）運搬を続ける。
【０１０１】
本発明によれば、ロボットＲは、物品またはトレイＭを把持した状態で移動する場合（すなわち、物品運搬中）、把持部の振動を抑制するため制振制御を行う。このため、適切なタイミング（例えば、図１３のステップＳ２１など）において、物品を把持しない状態で、腕部Ｒ３を把持して運搬するときのような姿勢にして、６軸力センサ６２Ｒ，６２Ｌの検出値Ｆｘ０，Ｆｙ０，Ｆｚ０，Ｍｘ０，Ｍｙ０，Ｍｚ０（これらを、仮に「キャリブレーション値」と称する）を記憶する。さらに、例えば、把持が完了したステップＳ３１において、物品または物品を載せたトレイＭを把持して静止している状態で、６軸力センサ６２Ｒ，６２Ｌの検出値Ｆｘ１，Ｆｙ１，Ｆｚ１，Ｍｘ１，Ｍｙ１，Ｍｚ１（これらを、仮に「物品加重値」と称する）を記憶する。
【０１０２】
図２２は、 本発明の一実施形態により把持部７１の制振制御機能を備えた図４の腕部制御部１５２の構成例を示す略ブロック図である。ロボットＲは、左右の腕部に対して同じ構造の腕部制御部１５２Ｒ、１５２Ｌを有するが、各腕部制御部を単に腕部制御部１５２と称する。一般に、ロボットＲの左右の各腕部Ｒ３は、肩関節（ＳＪ）に３個、肘関節（ＨＪ）に１個、および手首関節（ＲＪ）の３個の合計７個の図示しないアクチュエータ、即ち、肩関節モータＳＪＭ１〜ＳＪＭ３、肘関節モータＨＪＭおよび手首関節モータＲＪＭ１〜ＲＪＭ３を備える。図２２において、腕部制御部１５２は、それが制御する腕部Ｒ３を構成する７つの図示しないモータＳＪＭ１〜ＳＪＭ３、ＨＪＭおよびＲＪＭ１〜ＲＪＭ３に対してそれぞれ設けられた制御／駆動部４０１〜４０７と、６軸力センサ６２で検出された６つの検出値Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの各々を通すローパスフィルタ（１／（Ａ・ｓ＋１））４０８（Ａは、任意の時定数である）と、６個のローパスフィルタ４０８の出力に当業者には周知のヤコビアン行列を作用させて７つのモータ制御／駆動部４０１〜４０７に対する信号を得る分配部４０９とを備える。各モータ制御／駆動部４０ｉ（ｉ＝１〜７）は、対応するモータに対する力の目標値ＴＶｆｉ（ｉ＝１〜７）と位置の目標値ＴＶｐｉ（ｉ＝１〜７）に基づいてコンプライアンス制御を行うコンプライアンス制御部（図示せず）と、コンプライアンス制御の出力と分配部４０９からの対応する信号を用いて対応するモータの速度制御および駆動を行う速度制御ループ（図示せず）を備える。ローパスフィルタ４０８は、モータ制御／駆動部４０１〜４０７の図示しない速度制御ループが反応できる成分のみを通すように構成することが好ましい。
【０１０３】
さらに、本発明によれば、腕部制御部１５２は、物品運搬中に把持部７１の制振制御を行うための把持部制振制御部４１０を備える。把持部制振制御部４１０は、前記の記憶したキャリブレーション値Ｆｘ０，Ｆｙ０，Ｆｚ０，Ｍｘ０，Ｍｙ０，Ｍｚ０、および物品加重値Ｆｘ１，Ｆｙ１，Ｆｚ１，Ｍｘ１，Ｍｙ１，Ｍｚ１、さらに運搬中に時々刻々と６軸力センサ６２Ｒ，６２Ｌから検出される値Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚから、把持部７１に加わる６つの加速度成分
Ｆｘ−（Ｆｘ１−Ｆｘ０）
Ｆｙ−（Ｆｙ１−Ｆｙ０）
Ｆｚ−（Ｆｚ１−Ｆｚ０）
Ｍｘ−（Ｍｘ１−Ｍｘ０）
Ｍｙ−（Ｍｙ１−Ｍｙ０）
Ｍｚ−（Ｍｚ１−Ｍｚ０）
を算出する。把持部制振制御部４１０は、各加速度成分を前記のモータ制御／駆動部４０１〜４０７の図示しない速度制御ループが反応できる成分のみを通すローパスフィルタ（１／（Ａ・ｓ＋１））４２０（Ａは、任意の時定数である）、この６つのローパスフィルタ出力にヤコビアン行列を作用させて７つのモータ制御／駆動部４０１〜４０７に対する信号を得る分配部４３０、および分配部４３０の出力信号を適切な大きさに増幅する増幅器４４０を備える。増幅器４４０の出力は、対応するモータ制御／駆動部４０ｉ（ｉ＝１〜７）の図示しない速度制御ループに加えられる。参考までに、図２７に各モータ制御／駆動部４０ｉの構成例を概念的に示す。図２７において、モータ制御／駆動部４０ｉ（ｉ＝１〜７）は、前記の力の目標値ＴＶｆｉと位置の目標値ＴＶｐｉとの和から分配部４０９の対応する出力を減算する加減算器４４４、加減算器４４４の出力から後段からの帰還量Ｆｂ１を引く減算器４４６、減算器４４６の出力を増幅する増幅器４４８、把持部制振制御部４１０の増幅器４４０の出力と前段の増幅器４４８の出力との和から後段からの帰還量Ｆｂ２を引く加減算器４５０、加減算器４５０の出力を増幅する増幅器４５２、増幅器４５２の出力を積分した出力値Ｆｂ２を与える積分要素４５４、および積分要素４５４の出力を積分した出力値Fｂ１を与える積分要素４５６からなる。
図２２において、上記の加速度成分の算出を行う部分とローパスフィルタ４２０からなるブロック４１５が、請求項の抽出手段に相当する。分配部４３０、演算増幅器４４０および各モータ制御／駆動部４０ｉの加減算器４５０が、請求項の印加手段を構成する。
なお、前記の分配部４０９および４３０においては、ヤコビアン行列を用いたが、これに限らず、任意の適切な演算方式を用いてもよい。
【０１０４】
図２６は、図２６は、本発明による制振制御の効果の一例を示すグラフである。図２６において、（ａ）は把持部７１に加わるＹ軸周りの角速度の時間変化を表し、（ｂ）は把持部７１に加わるＺ軸方向加速度の時間変化を表す。（ａ）および（ｂ）において、細い線が制振制御を行わなかった場合のグラフであり、太い線が制振制御を行った場合のグラフである。制振制御を行った場合、ピーク時において４０％の制振効果があった。
このようにして、本発明によれば、物品運搬中に把持部７１の制振制御を行うことにより、把持部７１、即ち、運搬中の物品の振動を抑制し、安静に運搬することが可能となる。
【０１０５】
図２０に戻り、ロボットＲは、人Ｈ２の通常居場所Ｐ２に到着すると（ステップＳ６３でＹｅｓの場合）移動を中止し、人Ｈ２の探索を開始する（ステップＳ６４）。
対象検知部１２０で人Ｈ２のタグ識別番号を検知すると（ステップＳ６５でＹｅｓ）、ロボットＲは、カメラＣ，Ｃで人Ｈ２の画像を取得し（ステップＳ６６でＹｅｓ）、人Ｈ２の正面に移動する（ステップＳ６７）。ステップＳ６７においても、前記の制振制御を行うことが好ましい。この後、トレイＭを人Ｈ２に渡して（ステップＳ６９）、待機状態（図１０のステップＳ１）に戻る。なお、ステップＳ６９の人への受渡は、特許文献１に詳細に説明した方法で可能であるから、ここでは省略する。
なお、対象検知部１２０が、所定時間に人Ｈ２のタグ識別番号を検知することができなかった場合（ステップＳ６８でＹｅｓ）、制御は、図２５のステップＳ１０１に渡される。図２５の説明は後述する。
【０１０６】
以上は、届け先が人である場合の運搬動作であるが、図２１により、届け先が場所である場合の運搬動作を説明する。図２１のフローチャートは、図２０と共通点が多いので、相違点のみを説明する。図２１において、判定ステップＳ６３で目的地に到着したと判定した場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳ７４において、目的場所の画像を取り込み、ステップＳ７６において、物品または運搬容器Ｍの置き場所を決定した後、前記のロボット位置合わせ／把持部制振制御ステップＳ６７を実行して、図２３または２４（設置動作フローチャート）のステップＳ１２０へと進む。
【０１０７】
（設置動作）
人に対する受渡動作は特許文献１に詳細に説明してあるので、ここでは、設置場所の高さがロボットＲの把持部７１の可動範囲の下限より高い場合の設置動作を説明する。換言すれば、ロボットＲの腕部Ｒ３の動きのみで設置できる場合の設置動作を説明する。図２３は、本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、届け先が場所である場合の設置動作の一例を示すフローチャートである。
図２３において、まず、設置場所に置ける位置まで移動し（ステップＳ１２０）、ステップＳ１２１において、受取／受渡高さ決定手段２４２は、設置場所（例えば、指定されたテーブル）の高さHに基づいて目標位置Ｈtを設定する。例えば、Ｈｔ＝H＋α（α＞トレイの高さ）のように設定する。設置場所の高さHは物品データ記憶部３３０から得てもよいし、視覚情報から推定してもよい。ステップＳ１２２において、把持部移動手段２６３は、把持部を目標位置Ｈｔまで下ろすように腕部制御部１５２に指令を出す。ステップＳ１２４において、把持部の高さＨｈが設置場所の高さより高いか否かを視覚情報から判定する。把持部の高さＨｈが設置場所の高さより高い場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳ１２６において、現在の把持部の位置からテーブル方向に力を加え、判定ステップＳ１２８において、受渡完了判定手段２４７は、力センサの値が所定の値以上であるか否かを判定する。そうなら（Ｙｅｓの場合）、首尾よく置けたことになるので、ステップＳ１３０において設置報告を行い、ステップＳ１３２において、ホームポジションへ移動し、待機状態に入る。
【０１０８】
判定ステップＳ１２４において、把持部の高さＨｈが設置場所の高さに等しい場合（Ｎｏの場合）、運搬物であるトレイが既に設置場所に接して又は押し当てられていると考えられる。そこで、判定ステップＳ１３４において、力センサの値が所定の値以上であるか否かを判定する。腕部制御部１５２は、把持部を目標位置Ｈｔまで下ろそうとするので、力センサの値が所定の値を超えるまで判定ステップＳ１３４を繰り返す。力センサの値が所定の値を超えた場合（Ｙｅｓの場合）、首尾よく置けたことになるので、ステップＳ１３０に進み前記の動作を行う。
【０１０９】
一方、判定ステップＳ１２８において、力センサの値が所定の値を超えない場合（Ｎｏの場合）、さらなる判定ステップＳ１４０において、設置成否判定手段２６４は、把持部の移動量が所定の値を超えたか否か判定する。超えていない場合（Ｎｏの場合）、ステップＳ１２６に戻る。判定ステップＳ１４０において、Ｙｅｓの場合、把持部が腕部の動作のみで下げられる限界に達したことになるので、設置失敗と判定する。この場合、適切な失敗処理を行い（ステップＳ１４１）、ホームポジションへ移動して（ステップＳ１４２）、待機状態に戻る（ステップＳ１４２）。
【０１１０】
別の実施形態による設置動作を図２４に示す。図２４のフローチャートは、ステップＳ１２８のＮｏ分岐以降の流れを除けば図２３のフローチャートと同じであるから、相違点のみを説明する。
判定ステップＳ１２８において、力センサの値が所定の値を超えない場合（Ｎｏの場合）、さらなる判定ステップＳ１５０において、設置成否判定手段２６４により、目標値変更回数が所定の値に達したか否かを判定する方法もある。この方法では、目標値変更回数が所定の値に達しない場合、ステップＳ１５２において、目標値Ｈｔを所定の値βだけ減じる。すなわち、Ｈｔ＝Ｈｔ−βと設定し、ステップＳ１２２に戻る。判定ステップＳ１５０において、目標値変更回数が所定の値に達した場合（Ｙｅｓの場合）も、把持部が腕部の動作のみで下げられる限界に達したことになるので、設置失敗と判定する。
以上のように、本発明の一実施形態による設置動作によれば、設置場所の高さがロボットＲの把持部７１の可動範囲の下限より高ければ、運搬した物品またはトレイＭを設置場所に置くことができる。
【０１１１】
なお、運搬移動中において、ロボットＲがトレイＭを落とした場合には、運搬状態設定手段２４８が運搬状態を「エラー」と設定すると共に、行動管理手段２１０が運搬失敗を伝える行動報告信号を生成し、ロボット管理装置３へ出力する。
本実施形態では、把持角度偏差θが所定値θ５以下となった場合に（例えば、θ＝０）、受取／受渡行動決定手段２４０が、ロボットＲがトレイＭを落としたと判定する。
【０１１２】
また、運搬移動中において、６軸力センサ６２で検出する力Ｆｘが大きく変化した場合（例、トレイＭが障害物にぶつかっている）には、ロボットＲは、自律移動を一時停止し、Ｆｘが通常値に戻るのを待つ。
同様に、運搬移動中において、カメラＣ，Ｃで前方に障害物を検出した場合（例、人がロボットの前を横切る）にも、ロボットＲは、自律移動を一時停止し、障害物が前方からなくなるのを待つ。
【０１１３】
（物品置き場移動）
図２５は、 本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、図２０において運搬容器Ｍを人に渡せなかった場合に物品置き場に置く動作を示すフローチャートである。
ロボットＲが、所定時間に人Ｈ２の探索ができなかった場合には（ステップＳ６８でＹｅｓ）、ロボットＲは、人Ｈ２の通常居場所Ｐ２から物品置き場Ｂ１への移動を行う（ステップＳ１０１）。この場合も、前述の制振制御を行うことが好ましい。
そして、ロボットＲは、前記の設置動作により物品置き場Ｂ１にトレイＭを置くと共に（ステップＳ１０２）、トレイＭを物品置き場Ｂ１に置いた旨を伝える行動報告信号を生成し、ロボット管理装置３および人Ｈ２専用の端末５へ出力する（ステップＳ１０３）。そして、ロボットＲは物品置き場Ｂ１からホームポジションまでの移動を行う（ステップＳ１０４）。
【０１１４】
以上は、本発明の説明のために実施の形態の例を掲げたに過ぎない。したがって、本発明の技術思想または原理に沿って前記の実施の形態に種々の変更、修正または追加を行うことは、当業者には容易である。
例えば、物品運搬中において、ロボットが物品を落としたか否かを判定するのに、６軸力センサによって検出されるＺ軸方向の外力Ｆｚを利用してもよい。これは、ロボットが物品を落とした場合には、６軸力センサは物品の荷重を検知しなくなり、Ｆｚが低下するからである。
また、ロボットの各関節部の数・配置なども適宜設計変更可能である。
また、本実施形態では、受取／受渡行動決定手段、人位置特定手段、受取／受渡高さ決定手段、身長特定手段、受取／受渡高さ決定手段および人特定手段を、ロボットに組み込まれた各制御部内に設ける構成としたが、これら各手段のうちの少なくとも一つを、ロボット管理装置側に設ける構成であってもよい。
図２２に示した制振制御部４１０では、６軸力センサによって検出される総ての成分を用いたが、６つの成分のうちＦｚおよびＭｙが重要なファクタとなるので、ＦｚおよびＭｙを含む成分のみを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の実施形態に係るロボット制御システムを示すシステム構成図である。
【図２】図１のロボットＲの外観を示す側面図である。
【図３】図１のロボットＲの機構的構造を模式的に示す斜視図である。
【図４】図１のロボットＲの内部構造を示す機能ブロック図である。
【図５】ロボットの把持部を示す斜視図であり、（ａ）は指開状態を示し、（ｂ）は指閉状態を示す。
【図６】ロボットの把持部、開度検出手段および外力検出手段を示すブロック図である。
【図７】図２の主制御部および記憶部を示すブロック図である。
【図８】本発明による物品の運搬に用いる運搬容器を示す図である。
【図９】ロボットＲが運搬容器Ｍを持ったようすを示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、取得元が人である場合の取得位置への移動を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、取得元が場所である場合の取得位置への移動を示すフローチャートである。
【図１２】ロボットが受取位置（取得元が人の場合）に移動した状態を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、取得元が人である場合の受取動作を示すフローチャートである。
【図１４】ロボットが受取高さに把持部を差し出した状態を示す平面図である。
【図１５】ロボットが受取高さに把持部を差し出した状態を示す図である。
【図１６】ロボットが物品の受取を開始した状態を示す図である。
【図１７】ロボットが物品の受取を完了した状態を示す図である。
【図１８】把持成否判定を説明するための図であり、（ａ）は把持成功状態を示す図、（ｂ）および（ｃ）は把持失敗状態を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、物品の受け直し準備を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、届け先が人の場合の運搬移動を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、届け先が場所の場合の運搬移動を示すフローチャートである。
【図２２】本発明の一実施形態により把持部７１の制振制御機能を備えた図４の腕部制御部１５２の構成例を示す略ブロック図である。
【図２３】本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、届け先が場所である場合の設置動作の一例を示すフローチャートである。
【図２４】本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、届け先が場所である場合の設置動作の別の例を示すフローチャートである。
【図２５】本発明の実施形態に係るロボット制御システムによる物品運搬作業を示すフローチャートであり、図２０において運搬容器Ｍを人に渡せなかった場合に物品置き場に置く動作を示すフローチャートである。
【図２６】本発明による制振制御の効果の一例を示すグラフである。
【図２７】図２２のモータ制御／駆動部４０１〜４０７の内部構造の一例を示すブロック線図である。
【符号の説明】
【０１１６】
３ ロボット管理装置
６２，６２Ｌ，６２Ｒ ６軸力センサ（外力検出手段）
７１，７１Ｌ，７１Ｒ 把持部
８１，８１Ｌ，８１Ｒ 開度検出手段
８３ 第一指部角度検出手段
８４ 第二指部角度検出手段
１０２ 移動体抽出部（人位置特定手段、身長特定手段）
１５２ 腕部制御部
２２０ 人特定手段
２３２ 受取／受渡位置決定手段
２４０ 受取／受渡行動決定手段
２４２ 受取／受渡高さ決定手段
２４３ 受取開始判定手段
２４４ 受取動作完了判定手段
２４５ 把持成否判定手段
２４６ 受渡開始判定手段
２４７ 受渡完了判定手段
４１０ 把持部制振制御部
４０１〜４０７ モータ制御／駆動部
４０８、４２０ ローパスフィルタ
４０９、４３０ 分配部
Ａ ロボット制御システム
Ｒ ロボット
Ｍ トレイＭ
Ｍ２ パタン
Ｍ３ 把持部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品を把持する開閉可能な把持部とカメラと自律移動手段と物品を取得元から届け先に運搬することを可能とする制御手段とを備えた自律移動ロボットにおいて、
前記制御手段が、
前記カメラにより撮像された前記取得元の画像から、運搬すべき物品を載せた所定仕様の運搬容器の把持に適した所定位置を認識する把持位置認識手段と、
前記把持部を前記運搬容器の前記所定位置に移動し、当該所定位置を把持する制御を行う把持制御手段と、
前記把持部に作用する外力に基づいて前記把持に成功したか否かを判定する把持成否判定手段とを備えた
ことを特徴とする自律移動ロボット。
【請求項２】
前記届け先への運搬中に、前記把持部に作用する外力を打ち消す帰還制御を行う制振制御手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１記載の自律移動ロボット。
【請求項３】
前記制振制御手段は、
前記把持部の動きを決定づける関節を動かすアクチュエータごとに設けられ、各アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ制御部と、
前記把持部に作用する前記外力から、前記把持部に加わる加速度成分を求め、前記加速度成分から前記アクチュエータ制御部が応答可能な成分のみを抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出した成分を所定の演算により各アクチュエータごとの信号に分け、分けた各信号を対応するアクチュエータ制御部の速度制御ループに加える印加手段とを備えた
ことを特徴とする請求項２記載の自律移動ロボット。
【請求項４】
前記加速度成分は、前記把持部に加わる鉛直方向の力および前記把持部に加わるロボットの左右方向の軸周りのモーメントの少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項３記載の自律移動ロボット。
【請求項５】
前記届け先の前記運搬容器を載置する置き場所の高さから目標位置を決定する受取／受渡高さ決定手段と、
把持した前記運搬容器を前記目標位置まで下ろす把持部移動手段と、
前記把持部に作用する前記外力に基づいて前記運搬容器の設置が完了したか否かを判定する受渡完了判定手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載の自律移動ロボット。
【請求項６】
前記運搬容器の設置が完了する前に、前記把持部が所定の高さまで下がったかどうかに基づいて設置の成否を判定する設置成否判定手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項５記載の自律移動ロボット。
【請求項７】
前記制御手段は、前記取得元が人である場合に前記人の受渡の習熟度を判定する習熟度判定手段をさらに備え、
前記把持制御手段は、前記習熟度に応じて動作速度を調整する
ことを特徴とする請求項１記載の自律移動ロボット。
【請求項８】
物品を把持する開閉可能な把持部とカメラと自律移動手段とを備えた自律移動ロボットに物品を取得元から届け先まで運搬させる物品運搬方法であり、
前記物品運搬方法は、
前記カメラにより撮像された前記取得元の画像から、運搬すべき物品を載せた所定仕様の運搬容器の把持に適した所定位置を認識する把持位置認識ステップと、
前記把持部を前記運搬容器の前記所定位置に移動し、当該所定位置を把持する制御を行う把持制御ステップと、
前記把持部に作用する外力に基づいて前記把持に成功したか否かを判定する把持成否判定ステップと、
前記届け先への運搬中に、前記把持部に作用する外力を打ち消す帰還制御を行う制振制御ステップとを含む
ことを特徴とする自律ロボットによる物品運搬方法。
【請求項１】
物品を把持する開閉可能な把持部とカメラと自律移動手段と物品を取得元から届け先に運搬することを可能とする制御手段とを備えた自律移動ロボットにおいて、
前記制御手段が、
前記カメラにより撮像された前記取得元の画像から、運搬すべき物品を載せた所定仕様の運搬容器の把持に適した所定位置を認識する把持位置認識手段と、
前記把持部を前記運搬容器の前記所定位置に移動し、当該所定位置を把持する制御を行う把持制御手段と、
前記把持部に作用する外力に基づいて前記把持に成功したか否かを判定する把持成否判定手段とを備えた
ことを特徴とする自律移動ロボット。
【請求項２】
前記届け先への運搬中に、前記把持部に作用する外力を打ち消す帰還制御を行う制振制御手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１記載の自律移動ロボット。
【請求項３】
前記制振制御手段は、
前記把持部の動きを決定づける関節を動かすアクチュエータごとに設けられ、各アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ制御部と、
前記把持部に作用する前記外力から、前記把持部に加わる加速度成分を求め、前記加速度成分から前記アクチュエータ制御部が応答可能な成分のみを抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により抽出した成分を所定の演算により各アクチュエータごとの信号に分け、分けた各信号を対応するアクチュエータ制御部の速度制御ループに加える印加手段とを備えた
ことを特徴とする請求項２記載の自律移動ロボット。
【請求項４】
前記加速度成分は、前記把持部に加わる鉛直方向の力および前記把持部に加わるロボットの左右方向の軸周りのモーメントの少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項３記載の自律移動ロボット。
【請求項５】
前記届け先の前記運搬容器を載置する置き場所の高さから目標位置を決定する受取／受渡高さ決定手段と、
把持した前記運搬容器を前記目標位置まで下ろす把持部移動手段と、
前記把持部に作用する前記外力に基づいて前記運搬容器の設置が完了したか否かを判定する受渡完了判定手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載の自律移動ロボット。
【請求項６】
前記運搬容器の設置が完了する前に、前記把持部が所定の高さまで下がったかどうかに基づいて設置の成否を判定する設置成否判定手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項５記載の自律移動ロボット。
【請求項７】
前記制御手段は、前記取得元が人である場合に前記人の受渡の習熟度を判定する習熟度判定手段をさらに備え、
前記把持制御手段は、前記習熟度に応じて動作速度を調整する
ことを特徴とする請求項１記載の自律移動ロボット。
【請求項８】
物品を把持する開閉可能な把持部とカメラと自律移動手段とを備えた自律移動ロボットに物品を取得元から届け先まで運搬させる物品運搬方法であり、
前記物品運搬方法は、
前記カメラにより撮像された前記取得元の画像から、運搬すべき物品を載せた所定仕様の運搬容器の把持に適した所定位置を認識する把持位置認識ステップと、
前記把持部を前記運搬容器の前記所定位置に移動し、当該所定位置を把持する制御を行う把持制御ステップと、
前記把持部に作用する外力に基づいて前記把持に成功したか否かを判定する把持成否判定ステップと、
前記届け先への運搬中に、前記把持部に作用する外力を打ち消す帰還制御を行う制振制御ステップとを含む
ことを特徴とする自律ロボットによる物品運搬方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２００７−１６０４４７（Ｐ２００７−１６０４４７Ａ）
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３５８３５５（Ｐ２００５−３５８３５５）
【出願日】平成１７年１２月１２日（２００５．１２．１２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月１２日（２００５．１２．１２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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