JP2007331089A

JP2007331089A - ロボットの操縦システム

Info

Publication number: JP2007331089A
Application number: JP2006207291A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Yoshikawa; 英之吉川
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-05-16
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2007-12-27

Abstract

【課題】ロボットの腕の動きのデータ入力装置として、マスタースレーブ方式があるが、従来のものは、下腕、上腕、肩、背中などにそれぞれに相当する長さの棒を用意し、それを回転自在につなぎ、その各々に回転センサを取り付けたものを、体全体に取り付けるということが一般的であった。これは大掛かりであり、家庭内で使うには大げさすぎる。これを小型で簡易なものにすることが課題である。
【解決手段】関節に回転角センサーを取り付けた小さな左右模擬腕システムを作り、操縦器筐体の両側に、この模擬腕システムを取り付ける。そして、下腕部に指ホルダーを取り付ける。この指ホルダーを指で操縦する。
【選択図】図１

Description

本発明はロボットの腕などの動作を入力し、それをロボットの動作に反映させる技術に関する。
いわゆるマスタースレーブロボットシステムをゲームや玩具などの小型ロボットの操縦に応用したものである。

人間型ロボットでは、腕の動きに関しての入力は、入力する人自身の腕の動きを直接データとしてとりだすのが、一般的に行われている。
その構造は、背中、上腕、下腕などそれぞれの部位に対応する長さの棒を備え、その棒の先端同士を回転自在に固定し、それらの回転角を可変抵抗器やロータリーエンコーダなどで取り出せるように構成する。そしてその構造物を人間が装着して動きを入力する。

また、そのデータは、ロボットのモータの駆動回路に送りこまれて、入力した人の動作とほぼ同じ動作をロボットが行う。これは、人間がマスターであり、ロボットがスレーブになるマスタースレーブシステムである。
特開２００２−２６４０４６

背景技術で説明した、マスタースレーブシステムは人間が、ロボットにさせたい動作をそのまま実行することで、直接入力でき、人間がデーターを扱う必要がないなど優れているが、形が大きくなり、取り付けにも手間がかかり、特に家庭内で楽しむためのロボットなどに使用するには、大げさすぎることが欠点である。
形状が小さく、家庭内で動作させても違和感がないマスタースレーブ式の入力装置を作ることが課題である。

課題を解決するために、操縦器の両側に腕部を模した小さな模擬腕の機構を取り付けた。
すなわち、操縦器の筐体を人間の体になぞらえ、操縦器の両側面に、肩関節回転部分をとりつけ、そこから上腕つぎに下腕がのびる。すなわち、図１のような構成とした。

各関節には、可変抵抗器が取り付けられており、すべての関節での回転角度が読み取られる。またこの例では、可変抵抗器自体が回転する軸、軸受けと角度センサーを兼ねている。
この模擬腕機構は中指や人差し指で操作するように構成されており、ジョイスティックなど他の操縦要素は親指などで操縦することが可能である。

また、歩行など脚の動きに関しては操縦器付属のジョイスティックなどでの操縦を想定している。
図１のように、模擬腕部には、人差し指と中指とではさんでつかむことのできる指ホルダーを回転自在に取り付けた。この指ホルダーには端にフランジ１２が付いていて指の向きを模擬下腕６に伝えやすくなっている。
動作を説明すると、下腕６に付いている指ホルダ１１の方向は自由に操作できるので、これで下腕６の向きは自由に操作できる。つぎに、下腕６と上腕５とつなぐ関節の位置は、指ホルダ１１の向きと位置の両方を変えることで、任意にコントロールできる。それによって、片側が操縦器１に回転自在に固定された上腕５の向きは自由にコントロールできることになる。これで３自由度の片腕分の操縦が可能になる。
同様にしてこれで両腕分６関節の入力がなされる。

従来、マスタースレーブの入力機構は大きくて、大げさな印象のものであったが、本発明によると、小さく手軽なものになり、特に家庭で使用する小さなロボットの操縦などに適している。
小さくても、アームや関節の数は、操縦するロボットと同じであり、操縦器の箱を人の体に見立てると両側の肩に相当する部分から上腕が出ている形になっており、視覚的にも、操縦を認識しやすい。

また、操縦は、操縦器の手持ちで行えるので従来のマスター機構のような装着の手間はいらない。

最良の形態は、図１のように、ジョイスティックなどのついた操縦器の両側に模擬腕システムを設け、下腕に回転自在に指ホルダーをつけた構造である。これによって腕のすべての動きを入力することができる。指ホルダーを下椀に回転自在に付けることにより、腕を真上に上げたり、真下に下げたりする場合でも手のひらを回転せずに単に上下移動するだけで済むことになる。

図３は指ホルダー１１aを筒状にした例である。この場合は人差し指または中指の一本を指ホルダー１１aに入れて操縦することになる。

図４は、指ホルダー１１ｂと下腕６を一体にして作った例である。これを使う場合は２本の指で指ホルダー１１ｂを挟んで使うことになる。材質は軟質のビニールなどやわらかい材料で作ってあり、指ホルダー１１ｂの薄い部分は曲げやすくなっている。そのため、操作する指は水平に近い状態でも、上下に動かすことで、模擬の腕を真上に上げたり、真下に下げたりできる。

図５は実施例２にの指ホルダーをより曲がりやすくするように下腕６に近い部分を細くしたものである。

図６は指ホルダー１１ｄを細い丸棒にした例であり、指との間の回転摩擦を小さくしたものである。フランジ１３は円盤状になっているがこれで指の曲げ力をアームに伝える。
フランジ１３および指ホルダー１１ｄは回転自在に取り付けられていてもよく、そのほうが指に負担がかからない。

図８は、肩回転入力もできる場合の操縦器１の例である。模擬肩板３０は、回転軸３２を通して、操縦器１に回転自在に取り付けられている。また図８のように肩板３０の両端に上腕の関節が固定されている。
ボクシングゲームで肩を回転させてパンチを出す場合、右指は伸ばし、左指は引くことにより、模擬肩板３０には左回転のモーメントが加わり、模擬肩板３０は左に少し回転する。これは可変抵抗器３１が回転する。そして、この信号は図７のロボットの肩回転軸２７と腕を動かし、右パンチの動作をする。

ロボット側に肩回転の機構がない場合でも、両脚の骨盤に対する水平回転機構がある場合はこれを使って、骨盤を水平回転させてボクシングのパンチを出すことができる。

図９は、操縦器１をベルト３４で操縦者に固定し、操縦グリップを手で握って模擬腕を動かす例である。
操縦者は、操縦器１をベルト３４を締めて腹部に固定する。操縦器１の両側に前例と同様の模擬腕システムを設け、すべての関節には可変抵抗器をつけて回転角を読み取るようにする。模擬下腕６の先端にはグリップ支え板３６を介してグリップ３５が回転自在に取り付けてある。
そして、グリップ３５を握り、模擬腕全体の操作を行う。

この操縦グリップ３５には操縦用のジョイスティックやスイッチ類もついていて、この操縦グリップだけでロボットの全操縦を行うことができる。
図１０は操縦グリップの上面図(a)、正面図(b)、側面図(c)である。グリップ支え板３６はグリップ３５を握る手の指が模擬下腕６とぶつかるのを避けるためのものである。

また、グリップ支え板３６と模擬下腕６とは回転自在に取り付けてあり、グリップの向きを変えなくても模擬下腕を上に上げたり下に下げたりすることが可能になっている。
ただし、グリップ支え板３６と模擬下腕６を完全に固定してあっても、手首を上下に曲げれば模擬下腕を垂直に上げたり下げたりすることは可能である。

図１１はグリップ式の模擬腕システムに模擬肩板３０を付け加えたものである。模擬肩板３０は回転軸３２で操縦器１に回転自在に取り付けられている。また模擬肩板３０と操縦器１の間にバネ４０がかけてあり、通常はバネでバランスがとれて模擬肩板３０と操縦器１は並行になっている。図１１のように左手を引っ込め、右手を前に出すと、グリップ３５、下腕６、上腕５で引っ張られて、模擬肩板３０は、少し左回転する。
この状態が、ロボットに伝えられると、ロボットの肩が左回転し、右腕が伸びて、ボクシングの右パンチを出したことになる。

本発明の操縦器主要部と操作を示す図マスター部分を左右に伸ばした図 (a)上面図 (b)側面図 (c)指ホルダー１１の側面図指ホルダーの実施例１ (a)上面図 (b)正面図 (c)側面図指ホルダーの実施例２ (a)上面図 (b)正面図 (c)側面図指ホルダーの実施例３ (a)上面図 (b)正面図 (c)側面図指ホルダーの実施例４ (a)上面図 (b)正面図 (c)側面図被操縦ロボットの参考システム図腰回転付きの操縦器の操作を示す図グリップで操縦するようにした操縦システム操縦グリップ肩板回転入力つきグリップ操縦システム

符号の説明

１操縦器
２可変抵抗器
３可変抵抗器
４可変抵抗器
５模擬上腕
６模擬下腕
７可変抵抗器の軸
９可変抵抗器の軸
１０可変抵抗器の軸
１１指ホルダー
１１ａ指ホルダー
１１ｂ指ホルダー
１１ｃ指ホルダー
１１ｄ指ホルダー
１２フランジ
１３フランジ
１４軸
１５ジョイスティック
１５ａジョイスティック
１６中指
１７人差し指
１８親指
１９切り欠き
２０ロボットのボディ
２１肩関節
２２肩関節
２３上腕
２４関節
２５腕
２６手
２７肩回転軸
３０模擬肩板
３１可変抵抗器
３２肩回転軸
３３人の体
３４ベルト
３５グリップ
３６グリップ支え板
３７コントロールスイッチ
４０バネ

Claims

ロボットの上腕、下腕とこれらをつなぐ複数の関節のつながりを模した模擬腕システムを有する操縦器であって、
上腕と肩部をつなぐ関節を前記操縦器に固定し、少なくともひとつの模擬腕に指ホルダーを取り付け、前記模擬関節に曲げの角度を検出する検出器を取り付けたことを特徴とする操縦器
操縦器によってロボットが操縦される操縦システムであって、
ロボットは、一端を肩関節とする複数の関節と腕で構成された腕システムを有し、前記操縦器は、前記腕システムを模した模擬腕システムを有し、前記模擬腕システムの一端にある模擬肩関節を前記操縦器に固定し、前記模擬腕システムの少なくともひとつの模擬腕に指ホルダーを固定し、前記模擬腕システムの各関節には曲げ角度の検出器を付け、前記曲げ角度のデータは前記被操縦ロボットに送られ、前記被操縦ロボットは前記曲げ角度のデータに基づいて、前記模擬腕システムの動きと同様の動きをさせることを特徴とするロボット操縦システム。
前記指ホルダーは前記模擬腕に、回転自在にとりつけることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の操縦器。
ロボットの上腕、下腕とこれらをつなぐ複数の関節のつながりを模した模擬腕システムを有する操縦器であって、
前記操縦器を操縦者の体に固定する手段と、
前記上腕を前記関節のひとつを通して前記操縦器に固定することと、
前記下腕に操縦グリップを取り付けることと、
前記模擬関節に曲げの角度を検出する検出器を取り付けたことを特徴とする操縦器。