JP2008522880A - ボール・ロボット - Google Patents
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Abstract
Description
・直径に沿って外殻に結合され、主軸の周りを回転するためにバラスト振り子を駆動するように構成される駆動機構を支持する主軸を備える振り子タイプ。
・外殻内側面によって支持され、この内側面に沿って移動可能な駆動機構を備える外殻駆動タイプ。
・外殻の形状を変更することを可能にする伸縮式の主軸を備える振り子タイプのボール・ロボット、
・科学的器具の筐体として使用される中空の主軸を備えるボール・ロボット、
・主駆動モータが振り子内に配置され、駆動ベルト装置を介して主軸の周りを回転するために振り子を駆動し、これによりロボットの質量重心を低下させる振り子タイプのボール・ロボット
を含む。
・改良された横断能力(質量重心を低下させる)。
・任意の方向の移動及びジャンプ。
・大きな衝撃に対する耐性(伸縮式軸、ばねが解放された軸)。
・液体、ガス及び攻撃性の化学物質に対する耐性(密封式外殻)。
・ドリフト監視並びに分析、航行及び自律的動作を促進する通信及びセンサ装置(内側の中空主軸)。
・ドッキング措置を含めた充電装置。
・ドリフト監視並びに分析、航行及び自律的動作を促進するセンサ信号処理(画像処理、音声処理、超音波アレイ信号処理、レーダ信号処理など)。
・簡略化された手動操舵/航行(ロボット動力学の統計的な学習)。
・障害回避、物体/人間の検知及び認識、言葉/ジェスチャによる学習、行動計画、世界表現などの様々な作業に対する自律性(学習の強化、システムの分類、選択主義者の方法、音声及び画像処理)。
・中空の主軸を備える球体又はほぼ球体の密封式外殻
・外殻の内側に配置される機械駆動ユニット
・外殻の内側又は外側のバッテリ電源システム
・1つ又は複数の基地局にデータを送信し、及びそこからデータを受信する1つ又は複数のアンテナを含む無線通信ユニット
・データを記憶し、送受信するコンピュータ処理ユニット
・外殻の内側の測定可能な物理的な量/変化を感知し、収集し伝送するハウスキーピング・センサ・ユニット
・外殻の又は外殻の外側の測定可能な物理的な量/変化を感知し、収集し伝送するセンサ・システム・ユニット
・機械駆動装置及び拡声器、ビデオ・プロジェクタ並びに他の受動的及び能動的なセンサ(超音波、レーザ、ソナー)などの他の作動装置を制御する作動装置システム・ユニット
・センサ・システムによって配信されるセンサ・データの信号処理のためのセンサ・信号処理ユニット
・リアルタイムの自律的適応、並びにセンサ及び記憶された作動装置信号に基づくロボット行動の学習に関する1つ又は複数の学習モジュール。
・無線通信ユニット。
・誘導充電装置。
・ドッキング機構。
・ロボット装置プラットフォームと連絡する送受信ユニット(その無線通信ユニット)。
・ロボット装置プラットフォームから送信される重要なデータを連続的に処理し、視覚化する表示ユニット。
・ロボット装置プラットフォーム、及びその機械制御システム・ユニットと連絡する複数のアンテナのうちの1つと結合する従来型のジョイスティックを有する航行ユニット。
・手動のオペレータが、ロボット装置プラットフォームに搭載された様々な作動装置を作動させることを可能にする実行ユニット。
・ロボットから送受信されたデータに基づいて、ロボット学習の様々な形態を可能にする1つ又は複数の学習モジュール。
のように定義される。
50%≦σ≦55%
55%≦σ≦60%
60%≦σ≦65%
65%≦σ≦70%
70%≦σ≦75%
75%≦σ≦80%
80%≦σ≦85%
85%≦σ≦90%
90%≦σ≦95%
σ>95%
が有利であるはずである。比率σが高いほど横断能力が向上する結果となる。しかし、振り子タイプのボール・ロボットの一般的な設計により、ロボットの堅牢性及び機能性を維持しながらCMを低下させることは容易には果たされない。
a.反対方向の加速による静止状態の回転
b.二次振り子が二次軸の周りを360度回転可能な条件でのボール・ロボットの横方向の動き
c.主軸の垂直方向の配置、上面図
d.主軸の垂直方向の配置、側面図
e.やはり二次振り子が二次軸の周りを360度回転可能な条件で、両振り子を反対方向に回転させ同時に減速させることによって、所望のジャンプ方向に向いている両振り子の回転の急停止を引き起こすことによるジャンプ動作。
・ロボットの主軸が、弾性継ぎ手を有する伸縮式である。
・中実/中空の主軸が、外殻内でいくつかの弾性継ぎ手(ばね、ゴムの形態の弾性体の部材)に掛かっている。
・地雷探知器
・ガスセンサ
・カメラ
・IR検知器
・UV検知器
・ノイズ検知器
・質量分析計
・RF−IDチップ検出/読み取り
・ガイガー計算管
・薬物検出センサ
・等
・ドリル
・グリップ
・モールド
・拡声器
・消火器
・火炎放射器
・ビデオ・プロジェクタ
・等
である。
・多変量のセンサ、及び/又は作動装置の反応、及び/又はデータ収集、及び/又はデータ分析のための少なくとも2つの球体ロボットの使用
・長い距離、及び/又はRTSの伝送能力を超える動作のための少なくとも2つの球体ロボット及び/又は任意の単一のロボットの使用
・RTSと少なくとも1つの球体ロボット間の、及び/又はデータ分析などのために処理能力を分配する目的で、直接的な少なくとも2つの球体ロボット間の高速データ通信リンク。これは、1つのロボットが高速分析のためにRTSにデータを伝送し、その結果が、該ロボットに伝送して戻されることである。或いはこれは、1つのロボットが興味深いと判断し高速分析を必要とするデータを収集し、単一のロボットではこの高速分析を行うことができないので、分析のために他のロボットに作業の一部を伝送することによって証明される。
・少なくとも1つの再プログラム可能な制御装置(FPGA、MCU等)を備えた球体ロボット制御システム。これは典型的には、ロボットを配置する間、様々な機能を有するFPGAである。案内段階の間、再プログラム可能な装置は、案内データを分析するためにプログラムすることができ、他のデータを処理するために自律的に又は命令によって再プログラムすることができる。
・分散型バスを介して分散知能を備える球体ロボット内部電子機器。球体ロボット・システムは、分散型バスによって接続された複数の処理ユニットにわたって処理能力を分配することができる。
を有する。
1)ボール・ロボット動力学の学習
2)水平方向でロボットの主軸のバランスをとるための学習
3)ロボットの位置を認識するための学習
4)ロボットの近辺の物体/景色/状況を認識するための学習(知覚)
5)物体回避学習
6)周辺を通る最適な経路を計画するための学習
7)例えば経路追従の間、成功した人型ボール・ロボット遠隔制御駆動体の尾行
8)周辺の内部の地理学上の地図の学習
である。
1)所望の作動装置信号が、1つ又は複数の人間の管理者(教師)によって提供される学習作業のための従来の教師あり学習。この場合の可能な実施例は、水平方向で主軸のバランスをとること、ロボットの定位、物体認識、経路追従、物体回避を学習することである。
2)確率的並びに遅延されてもよい利用可能な唯一の情報が、最適化のためにセンサ示度及びスカラー動作手段から構成される、学習作業のための強化学習及び人口的発達方法。この種の学習は一般に、従来の教師あり学習と比べて時間がかかるが、ロボット学習過程における任意の人間の干渉を回避することを可能にする。
3)センサ・データ圧縮及び確率密度推定などの様々な前処理作業のための教師なし学習。しかしこの種の教師なし学習は、教師あり及び/又は強化学習の文脈において、下位区分とみなされる場合があり、及び/又は自己学習又は自己編成のセンサ・システムとみなされる場合がある。
1)人間のオペレータによる、主軸の自己均衡及び球体動力学の自己学習を介してのより簡単な操舵
2)ロボット制御のための、ロボット動力学の自明でないコンピュータ要求の物理的モデリング(解析力学による)を必要としない
3)例えば監視作業などの忍耐力を必要とする経路追従のより簡単な実現
4)簡略化され改良された物体及び人間の認識行動
5)使いやすい障害物回避の利用
6)GPSセンサ読み取り値及び局所センサ入力機構の組合せに基づくロボットの確固とした位置確認
7)人間の監視者によって知能行動として認識される自律的行動の様々な度合いを得るための具体的な可能性(自律的探査並びに物体及び人間の認識でのように)
である。
Claims (26)
- 基本的に球体の外殻と、直径方向の主軸と、前記主軸に枢動可能に結合される少なくとも1つの振り子と、少なくとも2つの駆動モータを備え、前記振り子を駆動するための駆動機構とを備え、前記駆動モータが、前記外殻の内側面の近傍で前記振り子に配置されるボール・ロボット。
- 前記駆動機構が、前記直径方向の主軸の周りを回転するために前記駆動機構を駆動する一次モータを備え、前記一次モータが、前記外殻の内側面の近傍で一次振り子の下部に配置され、前記一次振り子が、その上方端で前記直径方向の主軸によって回転可能に支持され、前記一次モータが、一次伝送装置によって前記主軸の周りを回転するために前記一次振り子を駆動するように配置され、
前記駆動機構がさらに、二次振り子と、前記主軸と交差し前記一次振り子に取り付けられる二次軸の周りを回転するために、前記二次振り子を駆動するモータとを備え、前記二次モータが、前記外殻の内側面の近傍で前記二次振り子の下部に配置され、前記二次モータが、二次伝送装置によって前記二次軸の周りを回転するために、前記二次振り子を駆動するように配置される、請求項1に記載のボール・ロボット。 - 前記駆動機構が、前記主軸の両側で前記二次軸に配置される2つの二次振り子を備える、請求項2に記載のボール・ロボット。
- 前記外殻の内側面の近傍で前記二次振り子の下部にすべて配置される電源(バッテリ)と、制御システム等とを備える、請求項2に記載のボール・ロボット。
- 前記電源、制御システム等が、前記二次振り子の横軸の周りを回転可能な回転部材に配置される、請求項4に記載のボール・ロボット。
- 前記駆動機構が、前記外殻の内側面の近傍で駆動振り子に配置される一次及び二次駆動モータを備え、前記一次モータが、一次伝送装置によって前記主軸の周りを回転するために、前記駆動振り子を駆動するように配置され、前記二次モータが、二次伝送装置によって前記主軸と交差する二次軸の周りを回転するために、前記駆動振り子を駆動するように配置される、請求項1に記載のボール・ロボット。
- 前記駆動機構が、前記外殻の内側面の近傍で第2の駆動振り子に配置される第3の駆動モータを備え、前記第3の駆動モータが、第3の伝送装置によって前記二次軸の周りを回転するために、前記第2の駆動振り子を駆動するように配置される、請求項6に記載のボール・ロボット。
- ボール形外殻と、前記外殻に取り付けられ前記外殻の回転の前記主軸と同軸である直径方向の主軸と、前記外殻の内側に配置され前記直径方向の軸によって支持される駆動機構とを備え、前記直径方向の軸が、回転の前記主軸に沿った前記外殻の寸法変化に対応するように配置されるボール・ロボット。
- 前記直径方向の軸が、弾性の方式で前記外殻に取り付けられる、請求項8に記載のボール・ロボット。
- 前記直径方向の軸が弾性の伸縮式の軸である、請求項8に記載のボール・ロボット。
- 前記伸縮式の軸が、前記外殻に固定される2つの端部と、前記駆動機構を担持する中間部とを備え、前記中間部が、例えばスプラインによって前記端部に対して回転できないように配置される、請求項10に記載のボール・ロボット。
- 前記直径方向の軸が、少なくとも1つの弾性部材によって前記外殻に取り付けられる、請求項9に記載のボール・ロボット。
- 前記直径方向の軸が、前記ロボットに担持される付加的センサ及び/又は作動手段(装置)を収容するように構成される中空管である、請求項1から12までのいずれか一項に記載のボール・ロボット。
- 前記管が円形、矩形又は多角形の横断面形状を有する、請求項13に記載のボール・ロボット。
- 前記管が、締め付け構造及び嵌め合い構造を有する付加的装置を備える、請求項13に記載のボール・ロボット。
- 前記付加的装置が、前記ロボットの主電源によって電力を供給される、請求項13に記載のボール・ロボット。
- 前記管が、前記付加的装置に電力を伝導する電源インターフェースを備える、請求項16に記載のボール・ロボット。
- 前記ロボットが、メイン・コンピュータと、前記メイン・コンピュータと前記付加的装置間の通信のための通信インターフェースとを備える、請求項13に記載のボール・ロボット。
- 前記通信インターフェースが無線である、請求項18に記載のボール・ロボット。
- 前記通信インターフェースが、前記管に通信インターフェース接続及び前記付加的装置に嵌め合い接続を有するワイヤ・タイプである、請求項18に記載のボール・ロボット。
- 前記管が前記外殻に開口の延長部を形成する、請求項13に記載のボール・ロボット。
- 前記管が前記外殻の2つの開口をつなぎ、前記外殻及び前記管が一緒に前記駆動機構を収容する内部容積を封入する閉じた構造物を形成する、請求項13に記載のボール・ロボット。
- 前記外殻の前記開口に端部キャップが配置される、請求項22に記載のボール・ロボット。
- 前記端部キャップが、前記外殻の前記開口に対して延長可能である、請求項23に記載のボール・ロボット。
- 前記端部キャップが、前記無線通信システム用のアンテナを備える、請求項23に記載のボール・ロボット。
- 自己学習制御システムを有するボール・ロボット。
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