(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-19
(45)【発行日】2023-09-27
(54)【発明の名称】方法及びロボット
(51)【国際特許分類】
G05D 1/02 20200101AFI20230920BHJP
B25J 13/08 20060101ALI20230920BHJP
G06T 7/00 20170101ALI20230920BHJP
【ＦＩ】
G05D1/02 K
B25J13/08 A
G06T7/00 Z
【請求項の数】
24
(21)【出願番号】P 2021553786
(86)(22)【出願日】2019-08-23
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-06-08
(86)【国際出願番号】 US2019047928
(87)【国際公開番号】W WO2020209888
(87)【国際公開日】2020-10-15
【審査請求日】2021-11-08
(31)【優先権主張番号】16/382,390
(32)【優先日】2019-04-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】518096722
【氏名又は名称】ボストン ダイナミクス，インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】ホイットマン，エリック
(72)【発明者】
【氏名】フェイ，ジーナ，クリスティーン
(72)【発明者】
【氏名】スウィリング，ベンジャミン
【審査官】影山 直洋
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－０５１４８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０５４３９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１００７６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－２３６７８１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０５Ｄ １／０２
Ｂ２５Ｊ １３／０８
Ｇ０６Ｔ ７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
方法（５００）であって、データ処理ハードウェア（１７２）で、ロボット（１００）の１つ以上のセンサーからセンサーデータ（１６４）を受信することであって、前記センサーデータは、段（２０）を有する環境（１０）に対応し、前記ロボット（１００）は４つの脚（１０４）を備える、前記センサーデータを受信することと、
前記ロボット（１００）が前記段（２０）を昇降する前に、前記データ処理ハードウェア（１７２）によって、受信した前記センサーデータ（１６４）に基づいて前記段（２０）の対応するステップ領域（２２０）を決定することであって、前記対応するステップ領域（２２０）が、前記ロボット（１００）の対応する遊脚（１０４SW）の遠位端の配置のための前記段（２０）の領域を特定する、前記ステップ領域を決定することと、
前記データ処理ハードウェア（１７２）によって、前記ロボット（１００）の重量分布を、前記ロボット（１００）の昇降方向に面するロボットの部分に向かってシフトさせることと、
前記シフトした重量分布を有する前記ロボット（１００）が前記段（２０）を昇降するように、前記データ処理ハードウェア（１７２）によって、前記対応する遊脚（１０４SW）の前記遠位端（１０６）を、前記対応するステップ領域（２２０）内の目標ステップ場所に移動させるように指示することと、を含む、方法。
【請求項2】
前記ロボット（１００）が前記段（２０）を昇降する前に、前記データ処理ハードウェア（１７２）によって、前記段（２０）を昇降するために前記４つの脚（１０４）が回避すべき、前記段（２０）の対応する衝突領域（２３０）を特定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記データ処理ハードウェア（１７２）によって、前記段（２０）の表面に対する前記ロボット（１００）の高さ、および
前記ロボット（１００）のボディ（１０２）に沿って定義された縦軸を中心とした前記ロボット（１００）のピッチ
を調整することをさらに含み、前記高さおよび前記ピッチの前記調整が、前記対応する衝突領域（２３０）に基づく、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記データ処理ハードウェア（１７２）によって、前記４つの脚（１０４）の各脚（１０４）についての対応する脚の運動学を特定することと、前記データ処理ハードウェア（１７２）によって、
前記段（２０）の表面に対する前記ロボット（１００）の高さ、および
前記ロボット（１００）のボディ（１０２）に沿って定義された縦軸を中心とした前記ロボット（１００）のピッチ
を調整することと、をさらに含み、
前記高さおよび前記ピッチの前記調整が、前記対応する衝突領域（２３０）および前記４つの脚（１０４）の各脚（１０４）について特定された前記対応する脚の運動学に基づく、請求項２に記載の方法。
【請求項5】
前記データ処理ハードウェア（１７２）によって、前記対応する遊脚（１０４SW）の前記遠位端（１０６）が、前記目標ステップ場所に対応する前記段（２０）に接触していることを検出することと、前記検出に基づいて、前記データ処理ハードウェア（１７２）によって、前記対応する遊脚（１０４SW）を立脚（１０４ST）として分類することと、をさらに含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
前記データ処理ハードウェア（１７２）によって、前記ロボット（１００）の後続脚（１０４T）の膝関節（ＪK）が、前記ロボット（１００）のボディ（１０２）の後ろの物体に接触していることを検出することと、前記検出に基づいて、前記データ処理ハードウェア（１７２）によって、前記後続脚（１０４T）の前記膝関節（ＪK）を前記ボディ（１０２）の下で前方に移動させるように指示することと、をさらに含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
前記データ処理ハードウェア（１７２）によって、前記ロボット（１００）の前記対応する遊脚（１０４SW）と反対側の立脚（１０４C）との間の衝撃（３１０）を検出することと、検出された前記衝撃（３１０）に基づいて、前記データ処理ハードウェア（１７２）によって、前記対応する遊脚（１０４SW）の前記遠位端（１０６）を、前記反対側の立脚（１０４C）から離れて調整されたステップ場所にシフトさせることと、をさらに含み、
前記調整されたステップ場所が、前記段（２０）の前記対応するステップ領域（２２０）内にあり、前記目標ステップ場所に対してシフトされる、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
前記データ処理ハードウェア（１７２）によって、前記ロボット（１００）の不安定性を引き起こす前記対応する遊脚（１０４SW）のトリップ状態を検出することと、検出された前記トリップ状態に基づいて、前記データ処理ハードウェア（１７２）によって、前記対応する遊脚（１０４ SW ）の前記遠位端（１０６）を持ち上げることと、をさらに含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
前記ロボット（１００）が前記段（２０）を昇降する前に、前記データ処理ハードウェア（１７２）によって、固定ケイデンスで前記段（２０）を昇降するための移動コントローラ（１２０）を選択することをさらに含み、前記固定ケイデンスが、前記対応するステップ領域（２２０）に基づく、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項10】
前記データ処理ハードウェア（１７２）によって、前記ロボット（１００）の立脚（１０４ST）の遠位端（１０６）を後続段（２０）に移動させるように指示することをさらに含み、前記後続段（２０）が、前記段（２０）の下方、または、
前記段（２０）の上方、のうちの１つに位置する、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項11】
前記対応する遊脚（１０４SW）の前記遠位端（１０６）による前記移動および前記立脚（１０４ST）の前記遠位端（１０６）による前記移動が、固定ケイデンスで発生する、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記対応するステップ領域（２２０）が、前記段（２０）の踏面部分（２２）に関連付けられている、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項13】
ロボット（１００）であって、ボディ（１０２）と、
前記ボディ（１０２）に結合され、段（２０）を有する環境（１０）を昇降するように構成された４つの脚（１０４）と、
前記４つの脚（１０４）と通信する移動コントローラ（１２０）と、を備え、前記移動コントローラ（１２０）が、データ処理ハードウェア（１７２）および前記データ処理ハードウェア（１７２）と通信するメモリハードウェア（１７４）を備え、前記メモリハードウェア（１７４）が、前記データ処理ハードウェア（１７２）上で実行されるとき、前記データ処理ハードウェア（１７２）に、
前記ロボット（１００）の１つ以上のセンサーからセンサーデータ（１６４）を受信することであって、前記センサーデータは前記環境（１０）に対応する、前記センサーデータを受信することと、
前記ロボット（１００）が前記段（２０）を昇降する前に、受信した前記センサーデータ（１６４）に基づいて前記段（２０）の対応するステップ領域（２２０）を決定することであって、前記対応するステップ領域（２２０）が、前記ロボット（１００）の対応する遊脚（１０４SW）の遠位端（１０６）の配置のための前記段（２０）の領域を特定する、前記ステップ領域を決定することと、
前記ロボット（１００）の重量分布を、前記ロボット（１００）の昇降方向に面するロボットの部分に向かってシフトさせることと、
前記シフトした重量分布を有する前記ロボット（１００）が前記段（２０）を昇降するように、前記対応する遊脚（１０４SW）の前記遠位端（１０６）を、前記対応するステップ領域（２２０）内の目標ステップ場所に移動させるように指示することと、を含む動作を実行させる命令を格納する、ロボット。
【請求項14】
前記動作が、前記ロボット（１００）が前記段（２０）を昇降する前に、前記段（２０）を昇降するために前記４つの脚（１０４）が回避すべき、前記段（２０）の対応する衝突領域（２３０）を特定することをさらに含む、請求項１３に記載のロボット。
【請求項15】
前記動作が、
前記段（２０）の表面に対する前記ロボット（１００）の高さ、および
前記ボディ（１０２）に沿って定義された縦軸を中心とした前記ロボット（１００）のピッチ
を調整することをさらに含み、前記高さおよび前記ピッチの前記調整が、前記対応する衝突領域（２３０）に基づく、請求項１４に記載のロボット。
【請求項16】
前記動作が、
前記４つの脚（１０４）の各脚（１０４）についての対応する脚の運動学を特定することと、
前記段（２０）の表面に対する前記ロボット（１００）の高さ、および
前記ボディ（１０２）に沿って定義された縦軸を中心とした前記ロボット（１００）のピッチ
を調整することと、をさらに含み、
前記高さおよび前記ピッチの前記調整が、前記対応する衝突領域（２３０）および前記４つの脚（１０４）の各脚（１０４）について特定された前記対応する脚の運動学に基づく、請求項１４に記載のロボット。
【請求項17】
前記動作が、
前記対応する遊脚（１０４SW）の前記遠位端（１０６）が、前記段（２０）に接触していることを検出することと、
前記検出に基づいて、前記対応する遊脚（１０４SW）を立脚（１０４ST）として分類することと、をさらに含む、請求項１３～１６のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項18】
前記動作が、
前記ロボット（１００）の後続脚（１０４T）の膝関節（ＪK）が、前記ボディ（１０２）の後ろの物体に接触していることを検出することと、
前記検出に基づいて、前記後続脚（１０４T）の前記膝関節（ＪK）を前記ボディ（１０２）の下で前方に移動させるように指示することと、をさらに含む、請求項１３～１７のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項19】
前記動作が、
前記ロボット（１００）の前記対応する遊脚（１０４SW）と反対側の立脚（１０４C）との間の衝撃（３１０）を検出することと、
検出された前記衝撃（３１０）に基づいて、前記対応する遊脚（１０４SW）の前記遠位端（１０６）を、前記反対側の立脚（１０４C）から離れて調整されたステップ場所にシフトさせることと、をさらに含み、
前記調整されたステップ場所が、前記対応するステップ領域（２２０）内にあり、前記目標ステップ場所に対してシフトされる、請求項１３～１８のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項20】
前記動作が、
前記ロボット（１００）の不安定性を引き起こす前記対応する遊脚（１０４SW）のトリップ状態を検出することと、
検出された前記トリップ状態に基づいて、前記対応する遊脚（１０４ SW ）の前記遠位端（１０６）を持ち上げることと、をさらに含む、請求項１３～１９のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項21】
前記動作が、前記ロボット（１００）が前記段（２０）を昇降する前に、固定ケイデンスで前記段（２０）を昇降するための移動コントローラ（１２０）を選択することをさらに含み、前記固定ケイデンスが、前記対応するステップ領域（２２０）に基づく、請求項１３～２０のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項22】
前記動作が、前記ロボット（１００）の立脚（１０４ST）の遠位端（１０６）を後続段（２０）に移動させるように指示することをさらに含み、前記後続段（２０）が、前記段（２０）の下方、または、
前記段（２０）の上方、のうちの１つに位置する、請求項１３～２１のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項23】
前記対応する遊脚（１０４SW）の前記遠位端（１０６）による前記移動および前記立脚（１０４ST）の前記遠位端（１０６）による前記移動が、固定ケイデンスで発生する、請求項２２に記載のロボット。
【請求項24】
前記対応するステップ領域（２２０）が、前記段（２０）の踏面部分（２２）に関連付けられている、請求項１３～２３のいずれか一項に記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この開示は、段を通り抜けるロボットに関する。
【背景技術】
【0002】
ロボットは、一般に、タスクを実行するために、可変のプログラムされた動作を介して材料、部品、ツール、または特殊なデバイスを移動するように設計された再プログラム可能な多機能マニピュレータとして定義される。ロボットは、物理的に固定されたマニピュレータ（例えば、産業用ロボットアーム）、（例えば、脚、車輪、もしくは牽引ベースのメカニズムを使用して）環境全体を移動する移動ロボット、またはマニピュレータと移動ロボットとの何らかの組み合わせであり得る。ロボットは、例えば、製造、輸送、危険な環境、探査、およびヘルスケアを含む、様々な産業で利用される。このように、調整された脚の動きの様々な手段を必要とする障害物または特徴を備えた環境を昇降するロボットの能力は、そのような産業に追加の利益を提供する。
【発明の概要】
【0003】
本開示の一態様は、段を通り抜けるための方法を提供する。本方法は、データ処理ハードウェアで、段を有する環境内で動くロボットについての画像データを受信することを含む。ここで、ロボットは、２つ以上の脚を含む。ロボットが段を昇降する前に、各段について、本方法は、データ処理ハードウェアによって、受信した画像データに基づいて対応するステップ領域を決定することをさらに含む。ステップ領域は、ロボットの対応する遊脚の遠位端に対して対応する段上の安全な配置エリアを特定する。また、ロボットが段を昇降する前に、本方法は、データ処理ハードウェアによって、ロボットの重量分布をロボットの前部に向かってシフトすることを含む。ロボットが段を昇降するとき、本方法は、各段について、データ処理ハードウェアによって、ロボットの対応する遊脚の遠位端を、目標ステップ場所が段の対応するステップ領域内にある目標ステップ場所に移動することを追加的に含む。
【0004】
本開示の実装例は、以下の任意選択の特徴のうちの１つ以上を含み得る。いくつかの実装例では、ロボットが段を昇降する前に、本方法は、データ処理ハードウェアによって、各段に対応する衝突領域を特定することをさらに含む。ここで、衝突領域は、ロボットが段を昇降するときにロボットの脚が回避すべき対応する段の領域に対応する。これらの実装例のいくつかでは、ロボットが段を昇降するときに、本方法は、データ処理ハードウェアによって、段の表面に対するロボットの重心のボディ高さ、およびロボットのボディに沿って定義された縦軸を中心としたロボットのピッチを調整することを含み得、ボディ高さおよびピッチの調整は、各段について特定された対応する衝突領域に基づく。他のこれらの実装例では、ロボットが段を昇降するとき、本方法は、データ処理ハードウェアによって、ロボットの各脚についての対応する脚の運動学を特定することと、データ処理ハードウェアによって、段の表面に対するロボットの重心のボディ高さ、およびロボットのボディに沿って定義された縦軸を中心としたロボットのピッチを調整することとを含み得、ボディ高さおよびピッチの調整は、各段について特定された対応する衝突領域およびロボットの各脚についての対応する脚の運動学に基づいている。
【0005】
いくつかの実施例では、対応する遊脚の遠位端を目標場所に移動させながら、本方法は、データ処理ハードウェアによって、ロボットの対応する遊脚の遠位端が目標ステップ場所で対応する段に接触していることを検出すること、および検出に基づいて、データ処理ハードウェアによって、ロボットの対応する遊脚を立脚として分類することを含む。
【0006】
いくつかの構成では、対応する遊脚の遠位端を目標ステップ場所に移動させながら、本方法は、データ処理ハードウェアによって、ロボットの後続脚の膝関節がロボットのボディの後ろの物体に接触していることを検出することを含む。検出に基づいて、本方法は、データ処理ハードウェアによって、後続脚の膝関節をロボットのボディの下で前方に移動させることを含む。
【0007】
いくつかの実装例では、対応する遊脚の遠位端を目標ステップ場所に移動させながら、本方法は、データ処理ハードウェアによって、ロボットの対応する遊脚とロボットの反対側の立脚との間の衝撃を検出することを含む。これらの実装例では、検出された衝撃に基づいて、本方法は、データ処理ハードウェアによって、ロボットの対応する遊脚の遠位端を、ロボットの反対側の立脚から離れて調整されたステップ場所にシフトすることをさらに含み、調整されたステップ場所は、段の対応するステップ領域内にあり、目標ステップ場所に対してシフトされる。
【0008】
いくつかの構成では、対応する遊脚の遠位端を目標ステップ場所に移動させながら、本方法は、データ処理ハードウェアによって、ロボットの不安定性を引き起こすロボットの対応する遊脚のトリップ状態を検出することを含む。これらの構成では、検出されたトリップ状態に基づいて、本方法は、データ処理ハードウェアによって、対応する遊脚の遠位端を持ち上げることをさらに含む。
【0009】
任意選択で、ロボットが段を昇降する前に、本方法はまた、データ処理ハードウェアによって、固定ケイデンスで段を昇降するための移動コントローラを選択することを含み、固定ケイデンスは、各段について決定された対応するステップ領域に基づいている。各段について決定された対応するステップ領域は、対応する段の踏面部分に関連付けられ得る。いくつかの実施例では、ロボットの対応する遊脚の遠位端を目標ステップ場所に移動させるとき、本方法は、データ処理ハードウェアによって、立脚の遠位端を後続段に位置決めすることを含み得、後続段は、ロボットが段を上っているときは対応する遊脚のための目標ステップ場所に関連付けられた段の下方、または、ロボットが段を下降しているときは対応する遊脚のための目標ステップ場所に関連付けられた段の上方、のうちの１つに位置する。ここで、ロボットの対応する遊脚の遠位端による移動およびロボットの後続脚の遠位端による移動は、固定ケイデンスで発生し得る。
【0010】
本開示の別の態様は、段を通り抜けるためのロボットを提供する。ロボットは、ボディ、ボディに結合され、段を有する環境を昇降するように構成された２つ以上の脚、および２つ以上の脚と通信する移動コントローラを含む。移動コントローラは、データ処理ハードウェアおよびデータ処理ハードウェアと通信するメモリハードウェアを含む。メモリハードウェアは、データ処理ハードウェア上で実行されると、データ処理ハードウェアに動作を実行させる命令を格納する。動作は、段を有する環境内で動くロボットについての画像データを受信することを含む。ロボットが段を昇降する前に、各段について、動作は、受信した画像データに基づいて対応するステップ領域を決定することをさらに含む。ステップ領域は、ロボットの対応する遊脚の遠位端に対して対応する段上の安全な配置エリアを特定する。また、ロボットが段を昇降する前に、動作は、ロボットの重量分布をロボットの前部に向かってシフトすることを含む。ロボットが段を昇降するとき、動作は、各段について、ロボットの対応する遊脚の遠位端を、目標ステップ場所が段の対応するステップ領域内にある目標ステップ場所に移動することを追加的に含む。
【0011】
本態様は、以下の任意選択の機能のうちの１つ以上を含んでもよい。いくつかの実装例では、ロボットが段を昇降する前に、動作は、各段に対応する衝突領域を特定することをさらに含む。ここで、衝突領域は、ロボットが段を昇降するときにロボットの脚が回避すべき対応する段の領域に対応する。これらの実装例では、ロボットが段を昇降するとき、動作は、段の表面に対するロボットの重心のボディ高さおよびロボットのボディに沿って定義された縦軸を中心としたロボットのピッチを調整することを含み得、ボディ高さおよびピッチの調整は、各段について特定された対応する衝突領域に基づく。他のこれらの実装例では、ロボットが段を昇降するとき、動作は、ロボットの各脚についての対応する脚の運動学を特定することと、段の表面に対するロボットの重心のボディ高さおよびロボットのボディに沿って定義された縦軸を中心としたロボットのピッチを調整することとを含み得、ボディ高さおよびピッチの調整は、各段で特定された対応する衝突領域と、ロボットの各脚についての対応する脚の運動学とに基づいている。
【0012】
いくつかの実施例では、対応する遊脚の遠位端を目標場所に移動させながら、動作は、ロボットの対応する遊脚の遠位端が目標ステップ場所で対応する段に接触していることを検出すること、および検出に基づいて、ロボットの対応する遊脚を立脚として分類することを含む。
【0013】
いくつかの構成では、対応する遊脚の遠位端を目標ステップ場所に移動させながら、動作は、ロボットの後続脚の膝関節がロボットのボディの後ろの物体に接触していることを検出することを含む。検出に基づいて、動作は、後続脚の膝関節をロボットボディの下で前方に移動させることを含む。
【0014】
いくつかの実装例では、対応する遊脚の遠位端を目標ステップ場所に移動させながら、動作は、ロボットの対応する遊脚とロボットの反対側の立脚との間の衝撃を検出することを含む。これらの実装例では、検出された衝撃に基づいて、動作は、ロボットの対応する遊脚の遠位端を、ロボットの反対側の立脚から離れて調整されたステップ場所にシフトすることさらに含み、調整されたステップ場所は、段の対応するステップ領域内にあり、目標のステップ場所に対してシフトされる。
【0015】
いくつかの構成では、対応する遊脚の遠位端を目標ステップ場所に移動させながら、動作は、ロボットの不安定性を引き起こすロボットの対応する遊脚のトリップ状態を検出することを含む。これらの構成では、検出されたトリップ状態に基づいて、動作は、対応する遊脚の遠位端を持ち上げることをさらに含む。
【0016】
任意選択で、ロボットが段を昇降する前に、動作はまた、固定ケイデンスで段を昇降するための移動コントローラを選択することを含み、固定ケイデンスは、各段について決定された対応するステップ領域に基づく。各段について決定された対応するステップ領域は、対応する段の踏面部分に関連付けられ得る。いくつかの実施例では、ロボットの対応する遊脚の遠位端を目標ステップ場所に移動させるとき、動作は、立脚の遠位端を後続段に位置決めすることを含み得、後続段は、ロボットが段を上っているときは対応する遊脚のための目標ステップ場所に関連付けられた段の下方、または、ロボットが段を下降しているときは対応する遊脚のための目標ステップ場所に関連付けられた段の上方、のうちの１つに位置する。ここで、ロボットの対応する遊脚の遠位端による移動およびロボットの後続脚の遠位端による移動は、固定ケイデンスで発生し得る。
【0017】
本開示の１つ以上の実装例の詳細が、添付図面および以下の説明において記述される。他の態様、特徴、および利点は、説明および図面から、ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1A】ロボット環境内の例示的なロボットの斜視図である。
【図2A】ロボットがロボット環境内の地形を昇降するときの例示的なボディプランナの概略図である。
【図2B】ロボットがロボット環境内の地形を昇降するときの例示的なボディプランナの概略図である。
【図5】ロボットがロボット環境を昇降するための動作の例示的な構成である。
【図6】本明細書に記載のシステムおよび方法を実装するために使用され得る例示的なコンピューティングデバイスの概略図である。
【0019】
様々な図面中の同様の参照符号は、同様の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【0020】
脚付きロボットが環境の周りで動くとき、ロボットは、正確な脚の動きと足配置（つまり、遠位端の配置）とを必要とする地形（例えば、人工の構造物）に遭遇することがある。正確な脚の動きと足配置とを提供するために、ロボットのシステムが異なるタイプの地形を認識すると、ロボットの動き制御システムは、小さなミスでも、ロボットにとって壊滅的な問題を引き起こし得るミスを防ぐために地形を昇降するためのロボットの動きを制限し得る。例えば、人間が段を昇降する場合、このタスクにはある程度の調整が必要である（例えば、目と足の調整）。調整がないと、人間は段を踏み外したり、滑ったり、つまずいたり、転んだりすることがある。ロボットは同じ不幸に遭遇しても、自然な調整を欠くことがある。したがって、ロボットには、正確な脚の動きを調整するためのシステムと方法とが必要である。
【0021】
図１Ａは、ロボット１００に対する環境１０の一例である。環境１０は、概して、昇降システム１１０に従ってロボット１００によって昇降され得る段２０、２０ａ～ｎまたは段状の地形を含む、何らかのタイプの地形に関連付けられた空間エリアを指す。昇降システム１１０は、環境１０の周りでロボット１００を調整および／または移動させる責任がある。ロボット１００が段２０または段状の地形を昇降し、環境１０の周りを移動するとき、昇降システム１１０は、地形を分析し、ロボット１００についての運動軌道を計画し（例えば、パスジェネレータ１３０、ステッププランナ１４０、ボディプランナ１５０を用いて）、および／またはロボット１００に様々な動きを実行するように指示し得る（例えば、コントローラ１２０を用いて）。昇降システム１１０は、ロボット１００の様々なシステムを使用して、衝突Ｃおよび／またはロボット１００もしくはロボットの環境１０への損傷を回避しながら、環境１０を首尾よく昇降するように試みることができる。
【0022】
段２０、２０ａ～ｎは、概して、垂直距離を橋渡しするように設計された１つを超える段２０のグループ（すなわち、ｎ個の段２０のグループ）を指す。垂直距離を橋渡しするために、段２０ａ～ｎは、通常、ピッチ（またはピッチ線）にわたって垂直高さの所与の上昇を伴う水平距離を走る。各段２０は、伝統的に、踏面２２および蹴上げ２４を含む。段２０の踏面２２は、踏まれた段２０の水平部分を指し、一方、蹴上げ２４は、各踏面２２の間の段２０の垂直部分を指す。各段２０の踏面２２は、段２０の外縁から段２０の間の蹴上げ２４までを測定する踏面深さ「ｄ」にまたがっている。住宅用、商業用、または工業用の構造物の場合、一部の段２０はまた、安全上の目的で建築基準法の一部として段鼻２６も含む。図１Ａに示されるように、段鼻２６は、踏面２２の下の蹴上げ２４を越えて突出する踏面２２の一部である。例えば、段鼻２６ａは、踏面２２ａの一部であり、蹴上げ２４ａを越えて突出している。
【0023】
段状の地形とは、より一般的には、ある距離にわたって高さが変化する地形を指す。段状の地形は、高度の変化という点で段に似ている場合がある（例えば、高度が上がる傾斜したピッチ、または高度が下がる傾斜したピッチ）。しかしながら、段状の地形では、踏面２２および蹴上げ２４の線引きはそれほど明白ではない。むしろ、段状の地形とは、ロボットが立脚肢を据えるのに十分な静止摩擦を有し、連続的または同時に先導肢を使用して地形内の隣接する垂直障害物（蹴上げに似ている）を越えて上ることまたは下降することを可能にする踏面のような部分を有する地形を指す場合がある。例えば、段状の地形には、がれき、傾斜した岩のスクランブリング、損傷した、または劣化した従来の段などがあり得る。
【0024】
ロボット１００は、ロボット１００がロボット環境１０の周りを移動することを可能にするボディ１０２に結合された脚１０４ａ～ｄなどの歩行運動ベースの構造体を備えたボディ１０２を含む。図１Ａは、４つの脚１０４ａ～ｄを有する四足歩行ロボットを示すが、ロボット１００は、環境１０内の地形を昇降するための手段を提供する任意の数の脚または歩行運動ベースの構造体（例えば、２つの脚を有する二足歩行もしくはヒト型ロボット）を含み得る。地形を昇降するために、各脚１０４は、地形の表面に接触している遠位端１０６を有する。言い換えれば、脚１０４の遠位端１０６は、ロボット１００の移動中に枢動、据え付け、または概して静止摩擦を提供するためにロボット１００によって使用される脚１０４の端部である。例えば、脚１０４の遠位端１０６は、ロボット１００の足に対応する。
【0025】
いくつかの実装例では、図１Ｂに示されるように、昇降システム１１０は、少なくとも１つのコントローラ１２０、パスジェネレータ１３０、ステップロケータ１４０、およびボディプランナ１５０を含む。昇降システム１１０は、少なくとも１つのセンサーシステム１６０および知覚システム２００と通信するように構成される。昇降システム１１０は、データ処理ハードウェア１７２および／またはメモリハードウェア１７４などの、ロボット１００のハードウェア１７０を使用して、動作および他の機能を実行する。いくつかの実施例では、ハードウェア１７０は、ロボット１００の様々なシステム（例えば、昇降システム１１０、センサーシステム１６０、知覚システム２００、および／または衝撃検出器３００）がハードウェア１７０の使用において共有し得るように、ロボット１００の中心である。いくつかの構成では、ロボット１００の１つ以上のシステム（例えば、昇降システム１１０、コントローラ１２０、センサーシステム１６０、知覚システム２００、および／または衝撃検出器３００など）は、独自の専用ハードウェアを有する（例えば、ロボット１００のハードウェア１７０と通信して）。コントローラ１２０は、ロボット１００のシステム（例えば、昇降システム１１０、知覚システム２００、衝撃検出器３００など）からの入力またはフィードバックに基づいて、環境１０の周りを昇降するようにロボット１００の動きを制御するように構成される。これは、ロボット１００のポーズおよび／または挙動の間の動きを含み得る。例えば、コントローラ１２０は、異なった足跡パターン、脚パターン、ボディ動きパターン、または視覚システム感知パターンを制御する。ここで、コントローラ１２０は、ロボット１００のデータ処理ハードウェア１７２および／またはメモリハードウェア１７４と通信して、ロボット１００のシステム（例えば、昇降システム１１０、知覚システム２００、衝撃検出器３００など）から提供される動きを実行するように構成される。
【0026】
いくつかの実施例では、コントローラ１２０は、コントローラ１２０の各々が固定ケイデンスを有する複数のコントローラ１２０を含む。固定ケイデンスは、脚１０４のステップまたは遊脚相の固定タイミングを指す。例えば、コントローラ１２０は、ロボット１００に、特定の周波数（例えば、２５０ミリ秒、３５０ミリ秒ごとのステップなど）で脚１０４を動かす（例えば、ステップを踏む）ように命令する。各コントローラ１２０が固定ケイデンスを有する複数のコントローラ１２０を用いて、ロボット１００は、コントローラ１２０間で切り替えることによって可変タイミングを経験することができる。いくつかの実装例では、ロボット１００は、ロボット１００が環境１０を昇降するときに、固定ケイデンスコントローラ１２０を連続的に切り替え／選択する（例えば、３ミリ秒ごとにコントローラ１２０を再選択する）。
【0027】
昇降システム１１０は、コントローラ１２０のステッププランに基づいてコントローラ１２０を選択し得る。昇降システム１１０は、ケイデンス（すなわち、所与のコントローラに対してプログラムされた動きのペース）および環境１０の周りでロボット１００を移動させるための少なくとも１つのステアリングコマンドに基づいて、各コントローラ１２０のステッププランを生成し得る。ステッププランは、コントローラ１２０のケイデンスに基づいて、環境１０の周りの地形に衝突領域２２０が存在しなかった場合、ロボット１００がステップする場所（すなわち、脚１０４の遠位端１０６のための配置場所）に対応する、非制約の足配置のマップ（非制約マップと呼ばれる）を指す。ステッププランが与えられると、昇降システム１１０は、ステッププランを、知覚システム２００によって生成された制約付きマップ２０２と比較する。比較に基づいて、昇降システム１１０は、そのステッププランが制約付きマップ２０２内で特定された最小量の制約に違反しているコントローラ１２０（すなわち、制約付きマップ２０２を達成するために最小量の偏差を必要とするステッププラン）を選択する。最小の偏差を有するコントローラ１２０を選択することによって、昇降システム１１０は、ロボット１００が衝突領域２２０（または目標ステップ領域２２０）を回避するために最小の調整を必要とすることを確実にし得る。
【0028】
いくつかの実装例では、昇降システム１１０は、ステッププランと制約付きマップ２０２との間の関係に基づいて各コントローラ１２０にスコアを付け、最適なスコアを有するコントローラ１２０を選択する。例えば、昇降システム１１０は、制約付きマップ２０２を達成するために、最小の偏差を有するステッププランを備えたコントローラ１２０に対応する最低スコアを有するコントローラ１２０を選択する。いくつかの実施例では、スコアは、ステッププランと制約付きマップ２０２との間の関係に加えて、コントローラ１２０に対するソフト制約または条件に基づくコスト関数に対応する。昇降システム１１０はまた、スコアリングおよび／または選択の前に特定のコントローラ１２０を除外する条件で構成され得る。条件のいくつかの例には、遊足の場所に基づいて地形との望ましい接触が達成可能かどうか、または昇降中に特定のステップ高さが必要かどうかが含まれる。いくつかの構成では、コスト関数は、ステッププランと制約付きマップとの間の偏差が最も重要な条件である異なる条件に重みを適用する。
【0029】
いくつかの実施例では、メモリハードウェア１７４は、昇降システム１１０の動きまたは動きの制約をロボット１００上に局所的に格納する。他の例では、これらの動きまたは制約は、昇降システム１１０によって遠隔的に格納および／またはアクセスされる。例えば、昇降システム１１０は、ネットワーク１８０を介して、リモートシステム１９０と通信する。リモートシステム１９０は、リモートデータ処理ハードウェア１９４およびリモートメモリハードウェア１９６などのリモートリソース１９２を含むサーバまたはクラウドベースの環境であり得る。いくつかの実装例では、動きまたは昇降制約は、リモートリソース１９２を使用してリモートシステム１９０上で格納および／または処理され、ネットワーク１８０を介してロボット１００の昇降システム１１０および／またはコントローラ１２０に伝達される。さらに他の実施例では、昇降システム１１０に関連する異なる出力が、リモートで（例えば、リモートシステム１９０を介して）およびローカルで（例えば、メモリハードウェア１７４を介して）処理および／または格納される。
【0030】
センサーシステム１６０は、１つ以上のセンサー１６２、１６２ａ～ｎを含む。センサー１６２は、視覚／画像センサー、慣性センサー（例えば、慣性測定ユニット（ＩＭＵ））、力センサー、および／または運動学的センサーを含み得る。センサー１６２のいくつかの例としては、ステレオカメラなどのカメラ、走査光検出と測距（ＬＩＤＡＲ）センサー、または走査レーザー検出と測距（ＬＡＤＡＲ）センサーが挙げられる。いくつかの実施例では、センサー１６２は、センサー１６２に対応する感知範囲または領域を定義する、対応する視野Ｆｖを有する。例えば、図１Ａは、ロボット１００の視野ＦＶを示す。各センサー１６２は、センサー１６２が、例えば、１つ以上の軸（例えば、グランドプレーンＧに関するｘ軸、ｙ軸、またはｚ軸）周りの視野ＦＶを変更し得るように、枢動可能および／または回転可能であり得る。
【0031】
センサー１６２を用いて視野ＦＶを調査するときに、センサーシステム１６０は、視野ＦＶに対応するセンサーデータ１６４（画像データとも呼ばれる）を生成する。いくつかの実施例では、センサーデータ１６４は、三次元体積画像センサー１６２によって生成された三次元体積点群に対応する画像データである。追加的または代替的に、ロボット１００が環境１０の周りで動いているとき、センサーシステム１６０は、慣性測定データ（例えば、ＩＭＵによって測定された）を含む、ロボット１００についてのポーズデータを収集する。いくつかの実施例では、ポーズデータは、ロボット１００に関する運動学的データおよび／または向きデータを含む。センサーデータ１６４を用いて、知覚システム２００は、環境１０の周りの地形についてのマップ２１２（または制約付きマップ２０２）を生成し得る。
【0032】
環境１０に関する画像データ、ポーズデータ、慣性データ、運動学的データなどの、センサーシステム１６０によって収集されたセンサーデータ１６４は、ロボット１００の昇降システム１１０（例えば、データ処理ハードウェア１７２およびメモリハードウェア１７２）に伝達され得る。いくつかの実施例では、センサーシステム１６０は、センサーデータ１６４を収集および格納する（例えば、メモリハードウェア１７４、またはリモートリソース１９２のメモリハードウェア１９６内に）。他の実施例では、センサーシステム１６０は、センサーデータ１６４をリアルタイムで収集し、生の（すなわち、未処理の）センサーデータ１６４を格納することなく、センサーデータ１６４を処理する。さらに他の実施例では、昇降システム１１０および／またはリモートリソース１６２が、処理されたセンサーデータ１６４および生のセンサーデータ１６４の両方を格納する。
【0033】
ロボット１００が環境１０の周りで動くとき、センサーシステム１６０は、環境１０の地形に関連するセンサーデータ１６４を収集する。例えば、図１Ａは、ロボット１００が段２０の踊り場の頂上に立っているときに、段２０に関するセンサーデータ１６４を収集しているセンサーシステム１６０を示している。図１Ｃに示されるように、段２０の構造は、センサーデータ１６４の妨害（すなわち、不完全なセンサーデータ１６４）につながる場合がある。例えば、段２０を見上げるまたは見下ろすとき、センサーシステム１６０は、段２０全体を詳細に視覚化することができない。従来の段２０の場合、これはしばしば、踏面２２の前または後の蹴上げ２４が、段２０の踏面２２の部分を視覚的に遮るためである。これらの障害物があると、センサーシステム１６０は、遮られたエリアの実際のセンサーデータ１６４を収集することができない。これは次に、遮られたエリアについてセンサーデータ１６４にギャップをもたらす。
【0034】
図１Ｂを参照すると、パスジェネレータ１３０は、ロボット１００の水平方向の動きを決定するように構成される。例えば、水平方向の動きは、ロボット１００の並進および／または偏揺れを指す。パスジェネレータ１３０は、センサーデータ１６４に基づいて、ロボット１００に関する環境１０内の障害物を決定する。パスジェネレータ１３０は、ステッププランナ１４０がロボット１００の脚１０４の足配置（例えば、ロボット１００の脚１０４の遠位端１０６を配置する場所）を特定し得るように、障害物をステッププランナ１４０に伝達する。ステッププランナ１４０は、知覚システム２００からの入力（例えば、領域２２０、２３０）を使用して、足配置（すなわち、ロボット１００がステップするべき場所）を生成する。
【0035】
いくつかの実施例では、知覚システム２００は、環境１０に関する地形のセンサーデータ１６４に基づいてマップ２１２を生成するマップジェネレータ２１０を含む。いくつかの実装例では、マップジェネレータ２１０は、不完全なマップ２１２を生成し、センサーデータ１６４の性質に基づいて、センサーデータ１６４のギャップを埋めるように構成される。言い換えれば、知覚システム２００のマップジェネレータ２１０は、可視地形ＴＶについて収集されたセンサーデータ１６４から、遮られた地形（推定地形ＴＩとも呼ばれる）についての詳細を推定する。センサーデータ１６４に基づいて、マップジェネレータ２１０は、欠落しているセンサーデータ１６４が滑らかな地形または平坦な地形のいずれかに対応すると仮定するようにプログラムされる。センサーデータ１６４が遠方物体に隣接する近方物体を示す場合、マップジェネレータ２１０は、環境１０内のセンサーシステム１６０の妨害が原因でこの近遠コントラストが発生すると仮定する。マップジェネレータ２１０が、妨害が発生したと仮定するとき、マップジェネレータ２１０は、これらのギャップを平坦な地形としてマッピングすることによって、センサーデータ１６４のギャップを埋める。対照的に、センサーデータ１６４が近遠コントラストを示さないとき、マップジェネレータ２１０は、欠落したセンサーデータ１６４がセンサーシステム１６０による視覚不良によるものであると仮定し、欠落したセンサーデータ１６４を滑らかな地形としてマッピングする。一般的に言えば、段２０によって引き起こされる妨害は、マップジェネレータ２１０が段２０の遮られた地形を平坦としてマッピングするように、近遠コントラストを示すセンサーデータ１６４を有する。図１Ｃを参照すると、マップジェネレータ２１０は、蹴上げ２４ａ～ｃによって引き起こされた段２０ａ～ｇの遮られた詳細を、踏面２２ａ～ｃの平坦な部分としてマッピングする（すなわち、妨害のために平坦な推定地形ＴＩを生成する）。
【0036】
図２Ａを参照すると、センサーデータ１６４からマップジェネレータ２１０によって生成されたマップ２１２に基づいて、知覚システム２００は、ロボット１００についての制約付きマップ２０２を生成する（例えば、ロボット１００の昇降システム１１０が実行する）。知覚システム２００は、概して、制約付きマップ２０２または制約付きマップ２０２の一部（例えば、衝突／非衝突領域２２０、２３０）を昇降システム１１０と（例えば、昇降システム１１０のステップロケータ１４０と）通信させる。ステップロケータ１４０は、環境１０を昇降する間に衝突を回避する運動の軌道を計画するように構成されたロボット１００についての軌道プランナ（運動計画とも呼ばれる）を指す。マップ２１２を用いて、知覚システム２００は、ロボット１００に対する段２０上の安全な配置エリアを特定するステップ領域２２０を決定する。脚１０４の遠位端１０６は、ステップ領域２２０内に配置され得、脚１０４の一部と段２０の構造との間の干渉の可能性を低減および／または排除し得る。例えば、図２Ａは、７つの段２０ａ～ｇについてのステップ領域２２０、２２０ａ～ｇを例示している。ステップ領域２２０の外側では、ロボット１００の脚１０４の一部は、段２０の構造との衝突Ｃのリスクがある。いくつかの実装例では、ロボット１００が蹴上げ２４に近づきすぎると、ロボット１００は、段２０を上るまたは下降するときに段２０の一部（例えば、蹴上げ２４または踏面２２の段鼻）に脚１０４の一部を当てるリスクがある。例えば、図２Ａは、そのすねに対応するエリアで衝突Ｃを起こすロボット１００の脚１０４ｄを示している。ここで、衝突Ｃは、ロボット１００が段２０を下降し、ロボット１００の後脚１０４ｄの関節Ｊを曲げるときに、段２０の蹴上げ２４に対して発生している。
【0037】
いくつかの実施例では、ステップ領域２２０の外側が段２０の縁に近すぎて、その結果、このエリアに脚１０４の遠位端１０６を配置すると、ロボット１００の脚１０４が段２０から滑り落ちる原因となる。センサーデータ１６４に基づいてステップ領域２２０を決定することによって、感知システム２００は、ロボット１００が段２０または段状の地形を首尾よく昇降するのを助ける（例えば、最小限の問題または衝突なしで）。ロボット１００による衝突Ｃは、一般に問題であり、なぜなら、衝突Ｃは、ロボット１００が段２０または段状の地形を昇降することを妨げ得、ロボット１００がタスクを実行しているとき、または目的地に走行しているときにタイミングの問題を引き起こし得、段２０を損傷、および／または走行中にロボット１００を損傷し得る（例えば、ロボット１００が段２０から落下する）からである。
【0038】
いくつかの実装例では、知覚システム２００は、各段２０について少なくとも１つの衝突領域２３０（例えば、衝突領域２３０、２３０ａ～ｆ）を決定する。衝突領域２３０は、ロボット１００が段２０、２０ａ～ｎを昇降するときにロボット１００の脚１０４が回避すべき段２０の領域を指す。言い換えれば、衝突領域２３０において、ロボット１００の脚１０４の一部は、段２０の構造と衝突Ｃを起こす可能性が高いか、または必然的に衝突Ｃを起こすことになる。いくつかの実施例では、知覚システム２００は、ステップ領域２２０の代わりに衝突領域２３０（すなわち、ステップなし領域）を決定し、ロボット１００は、段２０を昇降するために衝突領域２３０を回避するように命令を受け取る。他の実施例では、知覚システム２００は、ステップ領域２２０および衝突領域２３０の両方（すなわち、領域２２０、２３０）を決定する。
【0039】
いくつかの構成では、知覚システム２００は、段２０を昇降する前に、ステップ領域２２０および／または衝突領域２３０を決定する。追加的または代替的に、知覚システム２００は、段２０を昇降しながらステップ領域２２０および／または衝突領域２３０を決定し得る（例えば、リアルタイムで連続的に）。例えば、知覚システム２００は、ロボット１００が段２０に遭遇して昇降するときに、ステップ領域２２０および／または衝突領域２３０を連続的に決定する。知覚システム２００が、走行前または走行中のステップ領域２２０および／または衝突領域２３０を決定するかどうかは、ロボット１００のセンサーシステム１６０および／または他のシステム（例えば、昇降システム１１０）の設計能力および／または処理能力に依存し得る。
【0040】
いくつかの実施例では、知覚システム２００は、段２０を昇降する前に、ロボット１００のポーズおよび／または姿勢を考慮に入れる。例えば、ロボット１００は、前方に（すなわち、センサーシステム１６０の前部センサーが昇降方向ＴＤに面するかまたはそれを感知する）または後方に（すなわち、センサーシステム１６０の前部センサーが昇降方向ＴＤの反対側に面する）段２０を上るまたは下降することができる。ここで、知覚システム２００は、ステップ領域２２０および／または衝突領域２３０を決定するために、ロボット１００が段２０を前方または後方に昇降しているかどうかを認識する。段２０を前方に下降するとき、ロボット１００の脚１０４の構造（例えば、脚１０４の関節Ｊの屈曲）のために、各段２０の縁の近くに狭いステップ領域２２０が存在し得る。前進と後退との間の対照的な例として、ロボット１００が段２０を後退して昇降するとき、知覚システム２００は、ロボット１００の脚１０４の構造に基づいて、ステップ領域２２０が踏面２２の中央５０～７０％に対応することを決定する。言い換えれば、知覚システム２００がロボットの向き（例えば、ポーズおよび／または姿勢）を認識するとき、ステップ領域２２０および／または衝突領域２３０は、決定された向きにおける段２０の構造に関連するロボット１００の向きおよび制限を考慮に入れるために変化し得る。
【0041】
知覚システム２００は、センサーデータ１６４および／またはロボット１００の運動学からの地形マップ２１２に基づいて、ステップ領域２２０および／または衝突領域２３０（領域２２０、２３０とも呼ばれる）を決定し得る。いくつかの実施例では、知覚システム２００は、マップ２１２内の高さの不連続性が、地面が急勾配であるエリア（例えば、蹴上げ２４または踏面２２の縁）に対応すると決定する。これらのエリアは、衝突領域２３０として指定され得る。知覚システム２００はまた、運動学を使用して、領域２２０、２３０を決定し得る。例えば、知覚システム２００は、ロボット１００の走行速度（例えば、ロボット１００の重心の速度）および／または領域２２０、２３０を決定するためにロボット１００についての昇降方向ＴＤ（すなわち、走行の方向）を計算に入れる。追加的または代替的に、知覚システム２００は、不十分なセンサーデータ１６４のエリアを衝突領域２３０として指定し得る。
【0042】
いくつかの実施例では、段２０を昇降する前または昇降している間に、ロボット１００は、ロボット１００の重量分布をロボット１００の前部に向かって（例えば、前脚１０４ａ～ｂに向かって）シフトする。ロボット１００が段２０を昇降しているとき、ロボット１００の重量を脚１０４の遠位端１０６に対して前方にシフトさせることは、脚１０４と段２０との潜在的な衝突Ｃを低減し得る。例えば、図２Ａは、段２０ａ～ｇを下降するロボット１００を示している。ここで、図２Ｂは、ロボット１００の重量を前方にシフトすることにより、下肢（例えば、脚１０４ａ～ｂ）がより垂直にまたは直立し、上肢（例えば、後脚１０４ｃ～ｄ）がより水平になることを可能にすることを例示している。言い換えれば、運動学的には、脚１０４の遠位端１０６（例えば、足）に対して前方にシフトされたときのロボット１００の重心ＣＯＭは、ロボット１００の後脚１０４ｃ～ｄよりもロボット１００の前脚１０４ａ～ｂ上により重量がかかる結果となる。言い換えれば、ロボット１００の質量分布はロボット１００の前方に向かっており、前脚１０４ａ～ｂは、それぞれの遠位端１０６ａ～ｂで垂直力の増加を経験する。図２Ｂは、重心ＣＯＭが、初期位置ＣＯＭ初期からシフトされた位置ＣＯＭシフトに、昇降方向ＴＤに向かってシフトされたことを例示している。このシフトにより、図２Ｂは、点線によれば、後脚のうちの１つ１０４ｄが段２０との衝突Ｃを回避することを示している。いくつかの実施例では、ロボット１００のコントローラ１２０は、重心ダイナミクスの観点から機能する。ここで、このタイプの機能を用いて、ボディプランナ１５０は、図２Ｂに示されるように、段２０を昇降するために重心ＣＯＭを遠位端１０６に対して前方にシフトするようにロボット１００のコントローラ１２０に命令する。
【0043】
いくつかの実施例では、ボディプランナ１５０は、昇降システム１１０によるロボット１００の制御の一部として、ロボット１００についての高さＨＣＯＭおよびピッチＰＣＯＭを決定するように構成される。ここで、ロボット１００の高さＨＣＯＭは、ロボット１００の重心ＣＯＭと段２０（例えば、図２Ａに示すように、重心ＣＯＭの下の踏面２２の表面）との間の距離に対応する。ロボット１００のピッチＰＣＯＭは、概して、（例えば、図２Ａに示すように）ロボット１００のボディ１０２の縦軸ＡＬに沿ったボディ１０２の中心に対するロボット１００の回転を指す。言い換えれば、ロボット１００のピッチを調整することは、ロボット１００のボディ１０２の前部（またはボディ１０２の後部）を、ロボット１００のボディ１０２の中心の周りに、段２０に向かって、または段２０から離れるように回転的に移動させる。ロボット１００が段２０を昇降するとき、ボディプランナ１５０および／またはコントローラ１２０は、１つ以上の段２０について特定された対応する衝突領域２３０に基づいて、ロボット１００の高さおよびピッチを調整し得る。ボディプランナ１５０は、地形マップ２１２（または制約付きマップ２０２）およびステッププランナ１４０からの足跡場所（例えば、各段２０について特定された領域２２０、２３０）などの入力、および一連の制約２４０に基づいて、ロボット１００についての高さＨＣＯＭおよびピッチＰＣＯＭを決定し得る。いくつかの実装例では、ロボット１００についての高さＨＣＯＭおよびピッチＰＣＯＭを決定するために、ボディプランナ１５０は、入力に基づいて制約２４０を満たすロボット１００についての最適軌道を決定するように構成された二次計画法軌道プランナである。例えば、ボディプランナ１５０は、後退ホライズンコントローラである。いくつかの構成では、制約２４０は、ロボット１００および／または段地形の物理的状態に関連している。例えば、ボディプランナ１５０は、高さ制約などの制約２４０を受け取る。高さ制約のそのような例の１つは、ロボット１００（例えば、ロボット１００のボディ）が、ロボット１００がロボット１００の下の表面に接触するのを妨げる（すなわち、ロボット１００の遠位端１０６が段２０に接触するのを妨げる）高さになることができないこと示す制約２４０である。ボディプランナ１５０によって受け取られる高さ制約の別の例は、ロボット１００（例えば、ロボット１００の脚１０４）と段２０との衝突Ｃを防止するための最小高さである。言い換えれば、ロボット１００のボディ１０２は、段２０とロボット１００との間で衝突Ｃが発生するほど段２０に接近（例えば、低く）することはできない。いずれの場合も、制約２４０は、ロボット１００の運動学に基づいて決定され得る。例えば、ボディプランナ１５０は、運動学（例えば、脚１０４に対応する運動学）に基づいて、ロボット１００の脚１０４の１つ以上の遠位端１０６がそれぞれの段２０の表面積に接触していることを決定し得る。同様に、ボディプランナ１５０が、衝突Ｃを防止するためにボディ１０２の最小高さについての制約２４０を決定するとき、最小高さは、ロボット１００の運動学によって決定され得る。
【0044】
説明のために、ロボット１００が段２０を昇降するとき、ボディプランナ１５０は、ロボット１００の各脚１０４についての運動学を特定し得る。各脚１０４についてのこれらの運動学（例えば、脚１０４の関節Ｊに対する脚１０４の屈曲または伸長）は、ボディプランナ１５０が、脚１０４に関連付けられ得る各段２０（例えば、各脚１０４の下にある、または脚１０４の遠位端１０６が接触している対応する段２０）に対するボディ１０２の高さを決定することを可能にする。脚１０４の運動学を特定することによって、ボディプランナ１５０は、ボディ１０２についての高さ調整および／またはピッチ調整が、１つ以上の脚１０４が段２０に接触するのを防ぐ（すなわち、ロボット１００についての高さ制約を満たす）かどうかを決定し得る。例えば、高さ調整またはピッチ調整が、脚１０４が段２０に接触するのを防ぐ場合、段２０に到達することができない脚１０４は、段２０との衝突Ｃのリスクが高くなるか、またはロボット１００に不均衡を引き起こすリスクが高くなることがある。いくつかの実施例では、ロボット１００についての高さ調整またはピッチ調整が高さ制約を満たすかどうかを決定することに加えて、ボディプランナ１５０は、ボディプランナ１５０がボディ１０２の高さＨＣＯＭおよび／またはロボット１００のピッチＰＣＯＭを調整するとき、脚１０４が依然として安全領域に位置する（例えば、遠位端１０６の場所が、衝突領域２３０ではなくステップ領域２２０に位置する）ことを保証する。言い換えれば、ボディプランナ１５０は、ロボット１００の脚１０４が位置する領域２２０、２３０（例えば、ステップ領域２２０または衝突領域２３０）に基づいて、およびロボット１００の各脚１０４についての運動学に基づいて、ボディ１０２の高さＨＣＯＭおよび／またはロボット１００のピッチＰＣＯＭを調整し得る。
【0045】
追加的または代替的に、ボディプランナ１５０は、ボディプランナ１５０が満たそうとする等式制約に対応するコストを受け取り得るが、他の制約とのトレードオフで満たすことができない場合がある。ここで、例えば、ボディプランナ１５０は、脚１０４の１つ以上の遠位端１０６に対して（例えば、ロボット１００の足に対して）、ボディ１０２の股関節の所望の高さを受け取る。ボディプランナ１５０の他の制約は、最小または最大加速度などのロボット１００についての加速度を含み得る。いくつかの実装例では、ボディプランナ１５０は、ロボット１００の設計制約または構造制約を満たす軌道を計画する。例えば、ボディプランナ１５０は、ロボット１００の強度またはロボット１００の動作速度を考慮に入れた軌道を計画する。いくつかの実施例では、ボディプランナ１５０は、ロボット１００の速度、重心ＣＯＭの位置、および／または加速度パラメータと一致する軌道を計画する。ボディプランナ１５０が軌道を決定すると、ボディプランナ１５０は、実行のために軌道をコントローラ１２０に伝達し得る。いくつかの構成では、ボディプランナ１５０は、ロボット１００が環境１０を通過するときに、コントローラ１２０に対して軌道を絶えず伝達し、および／または軌道を更新する。
【0046】
図３Ａ～図３Ｉを参照すると、ロボット１００はまた、衝撃検出器３００を含み得る。衝撃検出器３００は、ロボット１００と環境１０との（例えば、段２０との衝突Ｃ）、またはロボット１００自体との（例えば、前脚１０４ａと後脚１０４ｃとの間の衝突Ｃ）衝撃３１０（例えば、衝突Ｃ）を検出するように構成されている。衝撃３１０に基づいて、衝撃検出器３００は、昇降システム１１０（例えば、コントローラ１２０）および／またはボディプランナ１５０に対して応答３２０を生成し得る。いくつかの実装例では、衝撃検出器３００は、衝撃３１０を検出し、ロボット１００の昇降システム１１０（例えば、コントローラ１２０）による衝撃に対する応答３２０を伝達する。いくつかの実施例では、応答３２０は、ロボット１００に、特定の動きで衝撃３１０に反応するように命令する。他の例では、応答３２０は、ロボット１００に、特定の動き反応なしに環境１０を昇降することを続行する（例えば、動きを続ける）ように命令する。これらの応答３２０の間の違いは、衝撃検出器３００が検出する衝撃３１０のタイプに依存する。
【0047】
衝撃３１０を感知するために、衝撃検出器３００は、ロボット１００のセンサーシステム１６０を利用し得る。衝撃検出器３００は、近接センサー、視覚／画像センサー、慣性センサー、力センサー、運動学的センサーなどのような、衝撃３１０を検出するためのセンサーシステム１６０のセンサー１６２の任意の組み合わせを使用し得る。いくつかの実施例では、衝撃検出器３００は、ロボット１００の運動学とともにセンサーデータ１６４を使用して、ロボット１００の運動中に衝撃３１０が発生するかどうかを決定する。
【0048】
ロボット１００が脚１０４の遠位端１０６をステップ領域２２０内の（すなわち、同じく衝突領域２３０の外側の）目標ステップ場所に移動させる間、衝撃検出器３００は、衝撃３１０を感知するように構成される。いくつかの実施例では、衝撃検出器３００は、脚１０４の遠位端１０６が段２０の対応する目標ステップ場所に接触していること（すなわち、目標ステップ場所での達成されたタッチダウン）を検出する。例えば、遠位端１０６は、段２０の目標ステップ場所として、踏面２２の一部（例えば、ステップ領域２２０内）に接触している。この検出された衝撃３１０に基づいて、衝撃検出器３００は、応答３２０を生成して、対応する目標ステップ場所で段２０と接触している脚１０４を立脚１０４ＳＴとして分類する。言い換えれば、目標ステップ場所に向かって移動していた脚１０４（すなわち、遊脚）は、首尾よくタッチダウンが発生したときに立脚１０４ＳＴとなる。説明のために、図３Ａおよび図３Ｂは、段２０を昇降するロボット１００のシーケンスを示している。シーケンスの第１のフレームでは、ロボット１００（図３Ａにロボット１００ａとして示されている）は、遊脚１０４ＳＷとしての前脚１０４ａと、立脚１０４ＳＴとしての反対側の前脚１０４ｂとを有する。遊脚１０４ａ、１０４ＳＷが着地して衝撃３１０を生成すると（図３Ｂでロボット１００ｂを有する第２のフレームに示されるように）、衝撃検出器３００は、元の立脚１０４ｂ、１０４ＳＴの分類を遊脚１０４ｂ、１０４ＳＷに変更する。
【0049】
遊脚１０４ＳＷは、環境１０の表面と接触していない間に動いている（すなわち、スイングしている）脚１０４を指す。対照的に、立脚１０４ＳＴは、バランスを取り、遊脚１０４ＳＷの動きを支持するために、環境１０の表面上に据えられた（すなわち、接触している）脚１０４を指す。ロボット１００が遊脚１０４ＳＷを移動させるとき、概して、コントローラ１２０は、遊脚１０４ＳＷが妨げられない運動経路に沿って目標ステップ場所まで移動することを意図し、ロボット１００が環境１０を昇降するのを可能にする。遊脚１０４ＳＷが、遊脚１０４ＳＷの動きを妨げる障害物に遭遇する場合、障害物は、計画された動きにおける逸脱を引き起こし得、それは、例えば、ロボット１００がバランスを失うこと（すなわち、トリップおよび／または落下）を引き起こし得るので、問題が発生することがある。
【0050】
いくつかの実施例では、コントローラ１２０は、遊脚相または立脚相がそれぞれ完了する前に、遊脚１０４ＳＷおよび／または立脚１０４ＳＴの分類を変更する。その相が完了する前に脚１０４の分類を変更することによって、コントローラ１２０は、遅延を補償するか、またはコマンド遅延（または動き遅延）を防止して、ロボット１００の滑らかな動きを提供し得る。言い換えれば、コントローラ１２０は、立脚１０４ＳＴのリフトオフおよび遊脚１０４ＳＷのタッチダウンを同期させるように試みることができる。例えば、コントローラ１２０は、タッチダウンの前に、遊脚１０４ＳＷを立脚１０４ＳＴとして分類する。同様に、コントローラ１２０は、そのそれぞれの脚１０４のいずれかの動きに先立って、現在の立脚１０４ＳＴを遊脚１０４ＳＷに分類し得る。いくつかの実施例では、コントローラ１２０は、ロボット１００の両方の遊脚１０４ＳＷがタッチダウンするのを待ってから、前の立脚１０４ＳＴの両方を同時にリフトオフする。これらの実施例では、これは、ロボット１００がバランスを維持するのを助けるために発生する場合がある（例えば、ロボット１００が速歩のようなペース／ケイデンスで段２０を昇降するとき）。
【0051】
図３Ｃなどのいくつかの実装例では、ロボット１００が、遊脚相中に移動のために脚１０４（例えば、後脚１０４ｄ、１０４ＳＷとして示されている）を上げるとき、脚１０４の膝関節ＪＫは、股関節ＪＨ（すなわち、脚１０４がロボット１００のボディ１０２に結合する場所）に対して後方に移動する。例えば、遊脚相は、脚１０４が、ロボット１００のボディ１０２に向かって引っ張られるかまたは持ち上げられる偏心運動と、脚１０４が、ロボット１００のボディ１０２から離れてタッチダウンに向かって（例えば、段２０の踏面２２などの表面に対して）伸ばされる同心運動とを含む。膝関節ＪＫが後方に移動するとき（例えば、偏心運動中に）、脚１０４は、ロボット１００の後ろの物体と衝突Ｃを起こすリスクがあり得る。言い換えれば、膝関節ＪＫが後方に移動するとき、脚１０４は（例えば、膝関節ＪＫで）、壁のような垂直物体または段２０の蹴上げ２４などのロボット１００の後ろの物体との衝撃３１０を有し得る。例えば、ロボット１００が、ロボット１００の後ろに壁を有する段２０の踊り場に立っており、後脚１０４ｃ～ｄのスイング運動が壁に衝撃を与える。ここで、衝撃検出器３００は、ロボット１００の後ろの地形との衝撃３１０を検出し、応答３２０を生成して、膝（すなわち、膝関節ＪＫ）をロボット１００の後ろの地形から離れて前方に移動させる。そうでなければ、ロボット１００が脚１０４を上げ続けた場合、膝関節ＪＫは、ロボット１００の後ろの物体に対してより大きな力を示すことがある。ロボット１００の後ろに物体として壁がある場合、脚１０４を上げ続けることで、膝関節ＪＫをロボット１００の後ろの壁に埋め込んで、壁またはロボット１００に損傷を引き起こすことさえあり得る。
【0052】
いくつかの構成では、ロボット１００が移動している間に、ロボット１００の脚１０４が、対側脚１０４Ｃに衝撃３１０を有する。例えば、遊脚相中に、遊脚１０４ＳＷが、対側立脚１０４Ｃに当たる。対側脚１０４Ｃは、ロボット１００の矢状面ＰＳの周りのロボット１００のボディ１０２の反対側の脚１０４を指す。矢状面ＰＳは、ボディ１０２を左右半分に分割する解剖学的平面である。四足歩行ロボット１００に関して、２つの前脚１０４ａ－ｂは、ロボット１００の矢状面ＰＳに関して互いに反対（すなわち、対側）にあり、一方、同様に、後ろの２つの脚１０４ｃ～ｄは、ロボット１００の矢状面ＰＳに関して互いに反対（すなわち、対側）にある。二足歩行ロボット１００の場合、２つの脚１０４は、常に対側の関係にある。
【0053】
図３Ｄおよび図３Ｅに示すように、脚１０４が対側脚１０４Ｃとの衝撃３１０を有するとき、衝撃検出器３００は、この衝撃３１０を検出し、衝撃３１０のタイプに応じてその応答３２０を変え得る。いくつかの実施例では、検出された衝撃３１０に基づいて、衝撃検出器３００は、応答３２０を生成して、遊脚１０４ＳＷまたは遊脚１０４ＳＷの遠位端１０６を対側立脚１０４Ｃから離れてシフトさせる。言い換えれば、遊脚１０４ＳＷが目標ステップ場所において遠位端１０６のタッチダウンを目指す代わりに、応答３２０は、遊脚１０４ＳＷを調整されたステップ場所にシフトする。ここで、調整されたステップ場所は、段２０のステップ領域２２０内（すなわち、衝突領域２３０の外側）にあるが、対側脚１０４Ｃとの衝撃３１０を打ち消すために、元の目標ステップ場所に対してシフトされる。いくつかの構成では、調整されたステップ場所は、まったく新しい目標ステップ場所である。
【0054】
いくつかの実施例では、衝撃３１０のために、ステップ領域２２０に対応する、または衝突領域２３０の外側のステップ場所は、応答３２０に対する調整されたステップ場所として利用できない場合がある。これらの状況では、衝撃検出器３００および／または知覚システム２００は、地形またはロボット自体とのさらなる衝撃３１０の可能性を最小限に抑える調整されたステップ場所を決定し得る。例えば、調整されたステップ場所は、衝突領域２３０内であり得るが、衝突領域２３０の他の部分よりも衝突Ｃの確率が低い衝突領域２３０のエリア内（例えば、衝突領域２３０の縁の近く）であり得る。いくつかの実装例では、知覚システム２００は、衝突領域２３０についての衝突確率分布を前もって決定するか、または衝撃３１０の時に決定し得、それにより、衝撃検出器３００は、衝突確率分布に基づいてさらなる衝撃を最小化する調整されたステップ場所を有する応答３２０を生成する。いくつかの実施例では、確率分布を使用して、調整されたステップ場所が、衝突Ｃに対する許容可能な確率または信頼水準に対応する閾値に基づいて選択される。言い換えれば、閾値は、修復状況に対して許容可能であり得る衝突領域２３０のいくつかのエリア（例えば、サブ領域）がある一方で、修復状況に対してさえ危険すぎる衝突領域２３０の他の領域があることを表し得る。例えば、いくつかの修復状況では、衝撃３１０は、衝突領域２３０のより危険の少ないエリア内の調整されたステップ場所に移動する脚１０４の遠位端１０６よりもロボット１００に対してより大きなリスクを有する場合がある。より具体的には、かすめる衝撃を引き起こす可能性のある衝突領域２３０のエリアは、修復状況に許容可能であり得る一方で、ロボット１００が段２０を完全に踏み外すことを引き起こす衝突領域２３０のエリアは決して許容可能でない。追加的または代替的に、知覚システム２００は、特定のエリアで発生する可能性のあるタイプの衝撃３１０に対するロボット１００へのリスクによって、衝突領域２３０のエリアに重みを付けるか、または分類することができる。これは、ロボット１００が、リスクが高いが衝撃３１０の可能性が低い衝突領域２３０のエリアを考慮に入れることを可能にし得る。
【0055】
図３Ｄに示されるようにいくつかの実装例では、衝撃３１０により、脚１０４がその対側脚１０４Ｃと交差する結果となる場合（例えば、前脚１０４ａが他の対側前脚１０４ｂＣと交差するように示されている）、衝撃検出器３００は、交差した脚１０４を解くための応答３２０を生成する。例えば、応答３２０は、遊脚１０４ＳＷに、その運動経路を逆転させて、交差した脚１０４を解きほぐし、対側脚１０４Ｃとのさらなる接触を回避するように命令し得る。いくつかの構成では、応答３２０は、衝撃検出器３００が最初に衝撃３１０を検出し、遊脚１０４ＳＷに前方または後方に移動するように命令し（例えば、遊脚１０４ＳＷが立脚１０４ＳＴの前で交差するか、または立脚１０４ＳＴの後ろで交差するかに応じて）、次に、遊脚１０４ＳＷに、脚１０４を交差させず横方向に移動するように命令するような２つの部分からなる応答である。応答３２０が、遊脚１０４ＳＷに別の運動経路をとる（例えば、最初に脚１０４をロボット１００のボディ１０２を横切って横方向に動かして交差を打ち消そうとする）ように命令した場合、遊脚１０４ＳＷはロボット１００をトリップさせることがあるか、または対側立脚１０４Ｃ、１０４ＳＴとさらに衝突することがある。さらに、応答３２０が調整されたステップ場所を生成しなかった場合、遊脚１０４ＳＷは、立脚１０４ＳＴが遊脚１０４ＳＷになるときに、立脚１０４ＳＴのその後の動きをブロックする位置でタッチダウンし得る。
【0056】
他の実装例では、図３Ｅによって示されるように、衝撃３１０により、脚１０４（例えば、前部遊脚１０４ａ、１０４ＳＷ）が、その対側脚１０４Ｃに当たるが、交差しないとき、衝撃検出器３００は、遊脚１０４ＳＷが対側脚１０４Ｃから離れて移動するための応答３２０を生成する。ここで、衝撃検出器３００は、衝撃３１０が、対側脚１０４Ｃとの交差をもたらさない（例えば、遊脚１０４ＳＷが対側脚１０４Ｃの内側に当たる）ことを決定する。対側脚１０４Ｃ（例えば、対側脚１０４ｂＣ）との衝撃３１０が交差をもたらさないとき、衝撃検出器３００は、衝撃３１０を打ち消すための調整された目標場所として遊脚１０４ＳＷをどこに動かすかについてのより多くの応答オプションを有する。例えば、ここでは、遊脚１０４ＳＷをロボット１００のボディ１０２を横切って横方向に動かすことは、脚１０４間のさらなる衝撃をもたらさない可能性が高い。いくつかの構成では、応答３２０は、遊脚１０４ＳＷが、対側脚１０４Ｃの位置から矢状面ＰＳの遊脚の側の調整された目標場所領域２２０に移動することをもたらす。
【0057】
いくつかの実施例では、図３Ｆは、遊脚１０４ＳＷが、その昇降経路を継続するために上に超えてスイングする必要がある物体Ｏとの衝撃３１０（すなわち、ロボット１００をトリップさせ得る衝撃３１０）を有する遊脚１０４ＳＷ（例えば、前脚１０４ｂとして示されている）を示す。言い換えれば、衝撃３１０は、ロボット１００に不安定をもたらし得るトリップ状態を示す。衝撃検出器３００がこの衝撃３１０を検出するとき、衝撃検出器３００は、遊脚１０４ＳＷの遊脚相の段階に基づいて、異なる応答３２０を生成し得る。衝撃検出器３００が、遊脚１０４ＳＷが遊脚相の初期である（例えば、遊脚がロボット１００のボディ１０２に向かって同心運動している）と判断するとき、衝撃検出器３００は、応答３２０を生成して、遊脚１０４ＳＷの遠位端１０６をさらに上昇させる（すなわち、元のリフトオフ面または平面からの遠位端１０６の高さを増加させる）。衝撃検出器３００が、遊脚１０４ＳＷが遊脚相の後期にある（例えば、遊脚１０４ＳＷがタッチダウン場所に向かって偏心運動をしている）と判断するとき、衝撃検出器３００は、応答３２０を生成して、遊脚１０４ＳＷの遠位端１０６を即座にタッチダウンさせる。これらの応答３２０は、ロボット１００が実際に落下するか、またはトリップ状態を示す衝撃３１０からバランスが崩れる可能性を最小限に抑える。
【0058】
いくつかの実施例では、衝撃検出器３００は、衝撃３１０を検出するが、計画外の動き（すなわち、衝撃３１０に基づく反応運動）をもたらす応答３２０を生成しない。言い換えれば、ロボット１００の少なくとも１つの脚１０４が衝撃３１０を経験したとしても、衝撃検出器３００は、（ａ）この衝撃３１０に対して応答３２０を生成しないか、または（ｂ）元の移動経路を続行するために応答３２０を生成するか、のいずれかである。いくつかの実施例では、衝撃３１０の後、昇降システム１１０（例えば、コントローラ１２０）が閾値期間内に応答３２０を受信しない場合、昇降システム１１０は、衝撃３１０が発生しなかったかのように動きを続行する。他の実施例では、衝撃３１０の後、昇降システム１１０は、さらなる動きを続行する前に応答３２０を待つように構成され、それにより、衝撃検出器３００は、「応答なし」などのプレースホルダ応答３２０、またはロボット１００に元の移動経路を続行するように明示的に命令する応答３２０を生成する。
【0059】
図３Ｇは、衝撃検出器３００が、ロボット１００のボディ１０２に対する脚１０４の上部（例えば、脚１０４の大腿部に対応する）の衝撃３１０を検出する例である。例えば、図３Ｇは、ロボット１００のボディ１０２に対して衝撃３１０を生成する前脚１０４ｂを例示している。ここで、ロボット１００のボディ１０２に対する大腿部の衝撃３１０があったとしても、衝撃３１０は、衝撃３１０に基づく反応運動を引き起こす応答３２０をもたらさない。
【0060】
別の例として、図３Ｈは、衝撃検出器３００が、脚１０４が表面（例えば、段２０の踏面２２）をリフトオフするときに、脚１０４の遠位端１０６（例えば、前脚１０４ａの遠位端１０６ａ）の衝撃３１０を検出することを示している。例えば、脚１０４が遊脚相の早期に立脚１０４ＳＴから遊脚１０４ＳＷに移行するとき、脚１０４（例えば、遊脚１０４ａ、１０４ＳＷ）のリフトオフは、衝撃３１０（例えば、表面に対するロボット１００の遠位端１０６ａまたは足のスカッフィング）を生成する。リフトオフスカッフィングはまた、立脚１０４ＳＴの遠位端１０６が段状の地形に少なくとも部分的に埋め込まれるようになるときに、段状の地形上に発生することがあり、それにより、立脚１０４ＳＴが続いて遊脚相を開始するとき、部分的な埋め込みからそれぞれの脚１０４を外す上向きの動きが衝撃３１０を引き起こす。衝撃検出器３００が、衝撃３１０が脚１０４の遠位端１０６のリフトオフスカッフィングに対応することを検出するとき、衝撃検出器３００は、衝撃３１０に基づく反応運動の応答３２０を生成しない。ここで、衝撃検出器３００は、リフトオフスカッフィング後、遊脚１０４ＳＷが上方に動き続け、衝撃３１０を引き起こす障害物を自然に乗り越える可能性があるため、反応運動を生成しない場合がある。
【0061】
さらに別の実施例では、図３Ｉに示されるように、衝撃検出器３００は、ロボット１００の下の地形に対するロボット１００の脚１０４（例えば、後脚１０４ｄ）の膝関節ＪＫの衝撃３１０を検出する。ここで、衝撃検出器３００は、このタイプの衝撃３１０が多くの場合、かすめる衝撃であるので、衝撃３１０に基づく反応運動の応答３２０を生成しない。例えば、ロボット１００が段２０を下降しており、ロボット１００のボディ１０２が低すぎる間、遊脚１０４ＳＷは、走行方向ＴＤにおいて前方にスイングし、膝関節ＪＫは、遊脚１０４ＳＷがスイングして越えようとしている段２０（段２０ａとして示されている）をクリップする。これは多くの場合、かすめる衝撃３１０であり、遊脚１０４ＳＷは、かすめる衝撃に続いてスイングし続けるので、ロボット１００が段２０を首尾よく昇降するために反応運動の応答３２０は多くの場合必要ではない。これは、ロボット１００のボディ１０２の高さと脚１０４の運動学との組み合わせのために発生することがある。言い換えれば、脚１０４は、膝関節ＪＫがそれぞれの脚１０４についての遊脚相の位置の間に真っ直ぐ下に突き刺さるように構成され得る。遊脚相中のこの膝関節ＪＫの位置によって、膝関節ＪＫは、段２０の角（例えば、踏面２２の角または段２０の段鼻２６）をクリップすることができる。
【0062】
いくつかの実施例では、ロボット１００が段２０または段状の地形を昇降するのを助けるために、ボディプランナ１５０は、コントローラ１２０に、遊脚１０４ＳＷの膝関節ＪＫをロボット１００の矢状面ＰＳから離れて位置決めするように命令する。例えば、図３Ｊは、ロボット１００の矢状面ＰＳから離れて、脚１０４の中立位置から離れて（例えば、第１の軸Ａ１の横方向外側に）位置決めされた膝関節ＪＫを例示している。言い換えれば、多くの場合、ロボット１００の脚１０４の中立位置は、ロボット１００の脚１０４が概してグランドプレーン（例えば、段２０の踏面２２の表面）に垂直であるときに発生し、それにより、膝関節ＪＫは、概して、股関節ＪＨの下に整列されて、遠位端１０６で脚１０４にかかる任意の力を均等に分散させ、関節ＪＫ、ＪＨにかかるトルクを最小限に抑えるように試みる。ここで、図３Ｊは、股関節ＪＨおよび膝関節ＪＫが第２の軸Ａ２に沿って整列するときの中立位置としての前立脚１０４ｂ、１０４ＳＴを示す。遊脚１０４ＳＷの膝関節ＪＫをロボット１００の矢状面ＰＳから離れて位置決めすることによって、遊脚１０４ＳＷに関連付けられた膝関節ＪＫは、衝突検出器３００による応答３２０をもたらす衝突Ｃおよび段２０または段状の地形を昇降するための移動経路からの潜在的な逸脱を引き起こす可能性が低く成り得る。
【0063】
いくつかの実施例では、図３Ｋによって示されるように、段２０を昇降している間のロボット１００は、先導脚１０４Ｌおよび後続脚１０４Ｔを有する。これらの実施例では、ロボット１００は、四足歩行ロボットの場合、前脚１０４ａ～ｂのうちの１つおよび後脚１０４ｃ～ｄのうちの１つが実質的に互いに一致して動くように、段２０を上下に這って進むことができる。例えば、前脚１０４ａ～ｂは、ロボット１００のボディ１０２の反対側にある後脚１０４ｃ～ｄと同様の時間に移動し、それにより、ロボット１００は、這うように移動して段２０を昇降する。いくつかの実施例では、先導脚１０４Ｌは、段２０を上るまたは下降するために最初に移動する脚１０４を指し、一方、後続脚１０４Ｔは、ロボット１００が段２０を昇降するタイミングで先導脚１０４Ｌに続く脚１０４を指す。前脚１０４ａ～ｂと後脚１０４ｃ～ｄとは一致して動くことができるので、脚１０４の各セット（例えば、フロントセットおよびバックセット）は、先導脚１０４Ｌおよび後続脚１０４Ｔを有する。いくつかの実施例では、先導脚１０４Ｌは、ロボット１００が段２０を昇降するときに、最初の遊脚１０４ＳＷによって決定され、一方、後続脚１０４Ｔは、最初の立脚１０４ＳＴに対応する。いくつかの構成では、先導脚１０４Ｌ（または遊脚１０４ＳＷ）の遠位端１０６を段２０の目標ステップ場所に移動するとき、ロボット１００は、後続脚１０４Ｔの遠位端１０６を、先導脚１０４Ｌに対する段２０の下方（上る場合）または上方（下降する場合）に位置する後続段２０の対応するステップ領域２２０内に位置する後続ステップ場所に位置決めする。例えば、図３Ｋは、ロボットが段２０を上っているときの、第１の段２０ａにおける先導脚１０４ａ、１０４Ｌと、第１の段２０ａの下方の第２の段２０ｂにおける後続脚１０４ｂ、１０４Ｔとを示している。図示の実施例では、後続脚１０４Ｔが位置決めされている後続段２０に関連付けられた第２の段２０ｂは、先導脚１０４Ｌのための目標ステップ場所に関連付けられた第１の段２０ａに隣接している。しかしながら、他の実施例では、一つ以上の中間段２０が、先導脚１０４Ｌのための目標ステップ場所に関連付けられた先導段２０と、後続脚１０４Ｔのための後続ステップ場所に関連付けられた後続段２０との間に存在してもよい。例えば、図１Ａを参照して、より浅い深さｄを有する踏面２２および／またはより短い高さｈを有する蹴上げ２４を有する段２０は、目標ステップ場所に移動するときに、先導脚１０４Ｌ（または遊脚１０４ＳＷ）が１つ以上の段を通り過ぎることを可能にし得、それにより、１つ以上の中間段２０が、先導脚１０４Ｌのための目標ステップ場所に関連付けられた先導段２０と、後続脚１０４Ｔのための後続ステップ場所に関連付けられた後続段２０との間に存在する。
【0064】
一般的に言えば、ロボット１００は、環境１０内の地形の構造に関する多くの仮定を含まなくてもよい。仮定なしで、ロボット１００のシステムは、センサーデータ１６４を分析して、環境１０内の地形のタイプを決定する。このアプローチには、ノイズの多いセンサーデータ１６４に対して、またはより広義には多数の地形の可能性があるため、問題があることが判明することがある。段２０の場合、段２０は、例えば、建築基準法、人間工学的原理、または他の建設の伝統に基づく、踏面２２、蹴上げ２４、および段鼻２６などの既知の形状を含むことが多い。いくつかの構成では、ロボット１００は、段２０の既知の形状を利用し、図４に示されるような段トラッカ４００を含む。段トラッカ４００は、段２０が一貫した構造を提示するという仮定を利用するロボット１００のシステムである。段２０についての構造的仮定に基づいて、段トラッカ４００は、センサーデータ１６４を受信し、段２０についてのその仮定をセンサーデータ１６４に適合させようとするように構成される。段２０についての構造的仮定がセンサーデータ１６４に適合するとき、段トラッカ４００は、センサーデータ１６４に対応する地形を段２０として特定する。いくつかの実施例では、段トラッカ４００がセンサーデータ１６４内の段２０を特定するとき、段トラッカ４００は、センサーデータ１６４から段２０についてのさらなる詳細を決定することに進む。これらの詳細は、段２０の正確な向き（例えば、ロボット１００に対して）、各段２０の深さ「ｄ」、各段２０の高さ「ｈ」などを含み得る。図４は、段２０のセットがセンサーデータ１６４上に課せられた（例えば、ステレオカメラからの）センサーデータ１６４の点群を示す。ここで、段トラッカ４００は、段２０がセンサーデータ１６４内に存在するという仮定を使用することによって、センサーデータ１６４が段構造のピッチに類似する点群パターンを有することを特定する。この例は、段トラッカ４００が、環境１０についてノイズの多いセンサーデータ１６４があっても、段２０を特定するのに有利であり得ることを例示している。
【0065】
図５は、段２０を通り抜ける方法５００の実施例である。動作５０２において、方法５００は、段２０を有する環境１０内で動くロボット１００についての画像データ１６４を受信する。ロボット１００は、２つ以上の脚１０４を含む。動作５０４において、方法５００は、ロボット１００が段２０を昇降する前に、動作５０４ａおよび動作５０４ｂを実行する。動作５０４ａにおいて、方法５００は、各段２０について、受信した画像データ１６４に基づいて対応するステップ領域２２０を決定する。ステップ領域２２０は、ロボット１００の対応する遊脚１０４ＳＷの遠位端１０６のための対応する段２０上の安全な配置エリアを特定する。動作５０４ｂにおいて、方法５００は、ロボット１００の重量分布をロボット１００の前部に向かってシフトさせる。動作５０６において、ロボット１００が段２０を昇降するとき、各段２０について、方法５００は、ロボット１００の対応する遊脚１０４ＳＷの遠位端１０６を目標ステップ場所に移動させる。目標ステップ場所は、段２０の対応するステップ領域２２０内にある。
【0066】
図６は、本文献に記載されているロボット１００のシステム（例えば、昇降システム１１０、コントローラ１２０、知覚システム２００、衝撃検出器３００、段トラッカ４００など）および方法（例えば、方法５００）を実装するために使用され得る例示的なコンピューティングデバイス６００の概略図である。コンピューティングデバイス６００は、ラップトップ、デスクトップ、ワークステーション、パーソナルデジタルアシスタント、サーバ、ブレードサーバ、メインフレーム、および他の適切なコンピュータなどの様々な形態のデジタルコンピュータを表すことが意図される。ここに示されている構成要素、それらの接続および関係、ならびにそれらの機能は、例示のみを意図しており、本文献で説明および／または特許請求されている本発明の実装を制限することを意味するものではない。
【0067】
コンピューティングデバイス６００は、プロセッサ６１０と、メモリ６２０と、ストレージデバイス６３０と、メモリ６２０および高速拡張ポート６５０に接続する高速インターフェース／コントローラ６４０と、低速バス６７０およびストレージデバイス６３０に接続する低速インターフェース／コントローラ６６０と、を含む。構成要素６１０、６２０、６３０、６４０、６５０、および６６０の各々は、様々なバスを使用して相互接続されており、共通のマザーボード上に、または必要に応じて他の様態で取り付けられ得る。プロセッサ６１０は、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）のためのグラフィカル情報を、高速インターフェース６４０に結合されたディスプレイ６８０などの外部入力／出力デバイス上に表示するために、メモリ６２０内またはストレージデバイス６３０上に格納された命令を含む、コンピューティングデバイス６００内で実行するための命令を処理し得る。他の実装例では、必要に応じて、複数のプロセッサおよび／または複数のバスが、複数のメモリおよび複数のタイプのメモリとともに使用され得る。また、複数のコンピューティングデバイス６００が、各デバイスが必要な動作の一部を提供する状態で（例えば、サーババンク、ブレードサーバのグループ、またはマルチプロセッサシステムとして）、接続され得る。
【0068】
メモリ６２０は、コンピューティングデバイス６００内に非一時的に情報を格納する。メモリ６２０は、コンピュータ可読媒体、揮発性メモリユニット、または不揮発性メモリユニットであり得る。非一時的メモリ６２０は、コンピューティングデバイス６００で使用するために、プログラム（例えば、命令のシーケンス）またはデータ（例えば、プログラム状態情報）を一時的または永続的に格納するために使用される物理デバイスであり得る。不揮発性メモリの例としては、以下に限定されないが、フラッシュメモリおよび読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）／プログラム可能な読み取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）／消去可能なプログラム可能な読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）／電気的に消去可能なプログラム可能な読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）（例えば、通常、ブートプログラムなどのファームウェアに使用される）が挙げられる。揮発性メモリの例としては、以下に限定されないが、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、相変化メモリ（ＰＣＭ）、ならびにディスクまたはテープが挙げられる。
【0069】
ストレージデバイス６３０は、コンピューティングデバイス６００に大容量ストレージを提供することができる。いくつかの実装例では、ストレージデバイス６３０は、コンピュータ可読媒体である。様々な異なる実装例では、ストレージデバイス６３０は、フロッピーディスクデバイス、ハードディスクデバイス、光ディスクデバイス、またはテープデバイス、フラッシュメモリもしくは他の同様のソリッドステートメモリデバイス、またはストレージエリアネットワークもしくは他の構成のデバイスを含むデバイスのアレイであり得る。追加の実装例では、コンピュータプログラム製品は、情報担体内に実体的に具体化される。コンピュータプログラム製品は、実行されると、上記のような１つ以上の方法を実行する命令を含む。情報担体は、メモリ６２０、ストレージデバイス６３０、またはプロセッサ６１０上のメモリなどの、コンピュータ可読媒体または機械可読媒体である。
【0070】
高速コントローラ６４０が、コンピューティングデバイス６００の帯域幅集中動作を管理する一方で、低速コントローラ６６０は、より低い帯域幅集中動作を管理する。そのようなデューティの割り当ては、例示にすぎない。いくつかの実装例では、高速コントローラ６４０は、メモリ６２０と、ディスプレイ６８０（例えば、グラフィックプロセッサまたはアクセラレータを介して）と、様々な拡張カード（図示せず）を受け入れ得る高速拡張ポート６５０と、に結合されている。いくつかの実装例では、低速コントローラ６６０は、ストレージデバイス６３０と、低速拡張ポート６９０と、に結合されている。様々な通信ポート（例えば、ＵＳＢ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、イーサネット、ワイヤレスイーサネット）を含み得る低速拡張ポート６９０は、キーボード、ポインティングデバイス、スキャナなどの１つ以上の入力／出力デバイスに、または、例えば、ネットワークアダプタを介して、スイッチもしくはルータなどのネットワーキングデバイスに結合され得る。
【0071】
コンピューティングデバイス６００は、図に示すように、いくつかの異なる形態で実装され得る。例えば、それは、標準サーバ６００ａとして、もしくはそのようなサーバ６００ａのグループ内で複数回、ラップトップコンピューター６００ｂとして、またはラックサーバシステム６００ｃの一部として実装され得る。
【0072】
本明細書に記載のシステムおよび技術の様々な実装は、デジタル電子および／もしくは光回路、集積回路、特別に設計されたＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、コンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、ならびに／またはそれらの組み合わせで実現され得る。これらの様々な実装は、データおよび命令をストレージシステムから受信するため、かつデータおよび命令をストレージシステムに送信するために結合された、専用または汎用であってもよい、少なくとも１つのプログラマブルプロセッサと、少なくとも１つの入力デバイスと、少なくとも１つの出力デバイスと、を含むプログラマブルシステム上で実行可能および／または解釈可能な１つ以上のコンピュータプログラム内での実装を含み得る。
【0073】
これらのコンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、またはコードとしても知られる）は、プログラマブルプロセッサ用の機械命令を含み、高レベル手続き型および／もしくはオブジェクト指向プログラミング言語で、ならびに／またはアセンブリ言語／機械語で実装され得る。本明細書で使用される場合、「機械可読媒体」および「コンピュータ可読媒体」という用語は、プログラマブルプロセッサに機械命令および／またはデータを提供するために使用される任意のコンピュータプログラム製品、非一時的なコンピュータ可読媒体、装置、および／またはデバイス（例えば、磁気ディスク、光ディスク、メモリ、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ））を指し、機械命令を機械可読信号として受け取る機械可読媒体を含む。「機械可読信号」という用語は、プログラマブルプロセッサに機械命令および／またはデータを提供するために使用される任意の信号を指す。
【0074】
本明細書で説明されるプロセスおよびロジックフローは、入力データを操作して出力を生成することによって機能を実行するために、１つ以上のコンピュータプログラムを実行する１つ以上のプログラマブルプロセッサによって実行され得る。プロセスおよびロジックフローはまた、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）の専用論理回路によっても実行され得る。コンピュータプログラムの実行に好適なプロセッサには、例として、汎用および専用マイクロプロセッサの両方、ならびに任意の種類のデジタルコンピュータのうちの任意の１つ以上のプロセッサが含まれる。概して、プロセッサは、読み取り専用メモリもしくはランダムアクセスメモリ、またはその両方から命令および／またはデータを受信することになる。コンピュータの必須要素は、命令を実行するためのプロセッサ、ならびに命令およびデータを格納するための１つ以上のメモリデバイスである。概して、コンピュータはまた、データを格納するための１つ以上の大容量ストレージデバイス、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、もしくは光ディスクを含むか、または大容量ストレージデバイスからデータを受信、もしくはデータを転送、もしくはその両方を行うように動作可能に結合される。しかしながら、コンピュータは必ずしもそのようなデバイスを有する必要はない。コンピュータプログラム命令およびデータを格納するための好適なコンピュータ可読媒体には、すべての形態の不揮発性メモリ、媒体、およびメモリデバイスが含まれ、例としては、例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、およびフラッシュメモリデバイスなどの半導体メモリデバイス、例えば、内蔵ハードディスクまたは取り外し可能ディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、ならびにＣＤ ＲＯＭディスクおよびＤＶＤ－ＲＯＭディスクが挙げられる。プロセッサおよびメモリは、専用論理回路によって補足されるか、または専用論理回路に組み込まれ得る。
【0075】
ユーザとの相互作用を提供するために、本開示の１つ以上の態様は、ユーザに情報を表示するための、例えば、ＣＲＴ（陰極線管）、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）モニタ、もしくはタッチスクリーンなどの表示デバイス、ならびに任意選択で、ユーザがコンピュータに入力を提供できるキーボード、および、例えば、マウスもしくはトラックボールなどのポインティングデバイスを有するコンピュータ上に実装され得る。他の種類のデバイスを使用して、ユーザとの相互作用を提供することもでき、例えば、ユーザに提供されるフィードバックは、例えば、視覚的フィードバック、聴覚的フィードバック、または触覚的フィードバックなどの任意の形態の感覚フィードバックであり得、ユーザからの入力は、音響、音声、または触覚入力を含む任意の形態で受け取ることができる。さらに、コンピュータは、ユーザによって使用されるデバイスにドキュメントを送信し、当該デバイスからドキュメントを受信することによって、例えば、ウェブブラウザから受信された要求に応答して、ユーザのクライアントデバイス上のウェブブラウザにウェブページを送信することによって、ユーザと相互作用することができる。
【0076】
多数の実装例が説明されてきた。それでもなお、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な修正が行われ得ることが理解されよう。したがって、他の実装は、以下の特許請求の範囲内にある。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図3F】
【図3G】
【図3H】
【図3I】
【図3J】
【図3K】
【図4】
【図5】
【図6】
