JP2010510895A - ロボットの姿勢検出装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

姿勢を変更できるロボットの姿勢検出装置及び方法を開示する。ロボット姿勢検出装置は、複数のモーター、複数の接触センサ、及びロボット制御部を含む。モーターは、ロボットに取り付けられてロボットの動きを検出する。接触センサは、ロボットに取り付けられてユーザー及び物の接触を区別する。ロボット制御部は、モーター及び接触センサを通じて検出される情報に基づきロボットの姿勢を検出する。

Description

本発明は、姿勢変更が可能なロボットに関し、より詳細には姿勢変更が可能なロボットのその姿勢を検出するためのロボットの姿勢検出装置及びその方法に関する。

一般的に、ロボットは人が行いにくい作業、例えば、重い物を運ぶ作業や、高精密度を必要とする作業、または高温／低温の作業環境における該作業を行わなければならない産業現場において主に使用される。

最近、家庭用ロボット、愛玩用ロボット、人名救助ロボット、人造人間（android）のような様々な非産業型ロボットが開発され登場してきている。居住環境でユーザーと共に生活しながらユーザーと会話したり、ユーザーを手伝うことができる対話型（interactive）のロボットを開発するため、多くの研究がさらに活発に行われている。

産業用ロボットと異なり、人造人間は、姿や動きが人に類似するように開発されている。特に、人造人間は、通常、頭部、胴体、両腕及び両足を有していて、人と類似した姿勢をとる。

このような人造人間は、人と同様に自ら動くことができなければならないため、多くの関連技術が必要になる。特に、動きを制御するため、人造人間にはその姿勢を正確に検出する技法が求められる。

以下に、ロボットの姿勢を制御する技法に関する従来の技術について述べる。

「脚式移動ロボットの動作制御装置及び動作制御方法並びにロボット装置」と題する韓国公開特許第２００４−０１０８５２６（２００４.１２.２４）には、高い自由度で動作可能な複数の関節を有する脚式移動ロボットの動作制御装置、動作制御方法及びロボット装置が記載されている。この発明は、直立姿勢を有する脚式移動ロボットの制御装置及び制御方法、並びにこれを用いたロボット装置を提供する。ロボットに加速度センサ及び姿勢センサ等を取り付け、ＺＭＰ（Zero Movement Point）アルゴリズムを用いて姿勢安定度を判定し、ロボットが直立姿勢を維持して歩行できるようにしている。

「傾きセンサによって二足歩行ロボットの姿勢をリアルタイムで制御する装置及び方法」と題する韓国公開特許第２００５−０００２３０２（２００５.０１.０７）には、リアルタイムの姿勢制御方法が記載されている。ここでは、二足歩行ロボットの前後及び左右の傾きを測定することでロボットの姿勢を制御している。軸方向に対応する傾きを測定するため、一軸の傾きセンサまたは二軸の傾きセンサを用いている。

二足歩行ロボットについて記述されたこれら２つの従来技術は、その姿勢を制御するために加速度センサ、姿勢センサ、傾きセンサを用い、数学的計算を通じて安定した姿勢をとるロボット制御方法を提供している。

「ロボット及びその姿勢制御方法」と題する韓国公開特許第２００１−００２２６６４（２００１.０３.２６）では、ロボットが異常姿勢になったことを検出することで正常姿勢に復帰させるロボットの制御方法が開示されている。この方法では、加速度センサから得られる加速度情報に基づいてロボットの異常姿勢を検出する。また、接触センサの状態情報もロボットの姿勢を検出するために使用されることを教示している。

しかし、これらの従来の技術は、上記したように、独立した状態のロボットによる動きを検出する方法を提供しているが、これらの技術は、ロボットが人と相互作用（interact）している間のロボットの姿勢を検出する方法には言及していない。例えば、人がロボットを抱いているような特殊な状態で、ロボットの姿勢を検出する方法の開発が求められている。

韓国公開特許第２００１−００２２６６４（２００１.０３.２６）では、ロボットの姿勢を判定するために接触センサが使用できると言及している。しかし、これは、触れているかどうかを判定する方法を教示しているだけで、人とロボットとが接触しながら相互作用している状態におけるロボットの姿勢を検出することは不可能である。

韓国公開特許第２００４−０１０８５２６（２００４.１２.２４） 韓国公開特許第２００５−０００２３０２（２００５.０１.０７） 韓国公開特許第２００１−００２２６６４（２００１.０３.２６）

本発明は、上述した先行技術の課題を解決するためになされたもので、本発明の観点では、外部の物体による接触を含むロボットの姿勢を検出するための装置及び方法を提供する。

本発明の他の観点では、人がロボットを抱いている状態のような、人がロボットと接しているときに人とロボットの相互間の感覚の変化に対するロボットの姿勢を検出するための装置及び方法を提供する。

また、本発明の他の観点では、ロボットに接触する外部の物体とロボットが効率的かつ動的に相互作用することを可能にするロボットの姿勢を検出するための装置及び方法を提供する。

本発明の観点に従えば、本発明は、ロボットに取り付けられてロボットの動きを検出する複数のモーターと、ロボットに取り付けられてロボットに対するユーザー及び物の接触を区別する複数の接触センサと、モーター及び接触センサを通じて検出される情報に基づきロボットの姿勢を検出するロボット制御部とを含むロボットの姿勢を検出するための装置及び方法を提供する。

各モーターは、モーターの動作を制御するプロセッシング部と、モーターの動作によるロボットの動きを検出し、モーターとロボット制御部との間の通信インターフェイスを提供して検出したロボットの動きをロボット制御部に提供するドライバとを含む。

接触センサは、熱感知機能及び湿度感知機能を有する第１の接触センサと、熱感知機能を有する第２の接触センサと、外部の接触の有無に対する感知機能を有する第３の接触センサのうちいずれか１つにすることができる。

第１の接触センサは、人の接触、物の接触、数ｍｍのような近接した範囲にいる人体が接触していない状態、及び数ｍｍのような近接した範囲にある人体または物が接触していない状態を区別することで接触感知を実行することができる。

第２の接触センサは、人の接触、物の接触、数ｍｍのような近接した範囲にいる人体が接触していない状態、及び数ｍｍのような近接した範囲にある人体または物が接触していない状態を区別することで接触感知を実行することができる。

第３の接触センサは、人体または物が接触している状態と、人体または物が接触していない状態とを区別することで接触感知を実行することができる。

ロボット制御部は、モーター値のみ、センサ値のみ、またはモーター値及びセンサ値の両方、のうちいずれか１つを使用してロボットの姿勢を検出することができる。

ロボット制御部は、プログラムされたモーターまたはセンサの検出値と現在検出されたモーターまたはセンサの検出値とを比較してロボットの姿勢を検出するプログラム姿勢検出方式と、モーター値およびセンサ値の姿勢を学習することでロボットの姿勢を検出する学習姿勢検出方式との何れか１つを使用してロボットの姿勢を検出することができる。

プログラム姿勢検出方式を使用する場合、ロボット制御部は、モーター及び接触センサから検出される情報を収集する状態情報収集部と、モーター及び接触センサから検出される情報に対応して既設定のロボットの姿勢に基づき、収集した情報に対応するロボットの姿勢を検出する姿勢検出部とを含むことができる。

ロボット制御部は、姿勢検出部で収集した情報に対応して検出したロボットの姿勢が既設定のロボットの基準姿勢でない場合、ロボットの姿勢を姿勢検出部で検出したロボットの姿勢が含まれる既設定のロボットの姿勢の類似姿勢グループ内に設定された基準姿勢に修正する。

ロボット制御部は、学習姿勢検出方式を用いる場合、姿勢検出学習用デバイスから学習を通じて得たロボットの学習結果モデルを受け取って保存する保存部と、モーター及び接触センサから検出される情報を収集する状態情報収集部と、保存された学習結果モデルに基づき、収集した情報に対応するロボットの姿勢を検出する姿勢検出部とを含むことができる。

ロボット制御部は、姿勢検出部で検出したロボットの姿勢が基準姿勢でない場合、ロボットの姿勢を姿勢検出部で検出したロボットの姿勢が含まれる既設定のロボットの姿勢の類似姿勢グループ内に設定された基準姿勢に修正する姿勢修正部を含む。

学習モードは、モーターの状態値を入力とするときのロボット姿勢と、モーターの状態値および接触センサ値を入力するときのロボット姿勢と、接触センサ値を入力とするときのロボット姿勢との少なくとも１つを含むことができる。

モーターの状態値は、モーターの状態値、モーターの状態値をシンボル化した値及びモーターのグループ単位の状態値をシンボル化した値の少なくとも１つを含むことができる。

姿勢修正部は、姿勢検出部で検出したロボットの姿勢が、基準姿勢と比較して一致しない場合、モーターの状態値を変更してロボットに対する基準姿勢へ移行させることができる。

姿勢修正部は、ロボット姿勢変更処理を通じてロボットの姿勢が基準姿勢に修正されない場合、ユーザーインターフェイスを通じてユーザーにロボットを基準姿勢に復帰させることを要請することができる。

物体を認識する本発明の他の観点によれば、ロボットに取り付けられた複数のモーターを通じてモーターの状態値に基づいたロボットの動きを検出する段階と、ロボットに取り付けられた複数の接触センサを通じて感知されるロボットに対するユーザー及び物の接触情報を収集する段階と、検出されたロボットの動き情報及び接触情報に基づきロボットの姿勢を検出する段階とを含むロボットの姿勢検出方法が提供される。

この方法は、検出したロボットの姿勢が例外姿勢であるか否かを判別する段階と、検出した姿勢が例外姿勢であれば、検出したロボットの姿勢に最も近似した姿勢を検索する段階と、検出したロボットの姿勢によるモーターの状態値を検索した基準姿勢に対応する値に変更する段階をさらに含むことができる。

この方法は、検出したロボットの姿勢が例外姿勢でなければ、基準姿勢によるモーターの状態値と検出した姿勢とが相互に一致するか否かを判別する段階と、基準姿勢によるモーターの状態値と検出した姿勢とが一致しない場合に、検出した姿勢によるモーターの状態値を基準値に対応する値に変更する段階をさらに含むことができる。

本発明の実施形態によれば、ロボットの姿勢は、ロボットの動きを検出するモーターと、人による接触と物による接触とを区別する接触センサとを通じて検出される。従って、より多様なロボットの姿勢を検出することができるだけでなく、人と接触しながら相互作用するロボットの姿勢も把握することが可能である。

本発明の一実施形態によれば、ロボットの動きを検出するモーターと、人の接触と物の接触とを区別することができる接触センサとを通じてロボットの姿勢を検出する。これにより、ロボットの多様な姿勢を検出することができ、人と接触しながら相互作用するロボットの姿勢も把握可能である。

本発明によるロボットの姿勢検出装置及びその方法においては、独自に動作しているロボットの姿勢を検出するだけでなく、ロボットと人とが相互接触している状態のロボットの姿勢も検出する。例えば、子供がロボットを人形のようなものと考えて、子供がロボットにたくさん接触する場合でも、ロボットの姿勢を正確に検出できる。これにより、より知能的なロボットの応用開発が可能になる。

また、本発明によるロボットの姿勢検出装置及びその方法においては、検出された姿勢が不安定な姿勢である場合に、ロボットを安定姿勢に復帰させる。何回試してもロボットを安定姿勢に復帰させられない場合は、ロボットに取り付けた出力手段を通じて、ユーザーに安定姿勢への復帰のための助けを求める。これにより、ロボットがたびたび、または継続的に不安定な姿勢になることによって発生しうる誤作動や故障または事故を未然に防ぐことができる。

本発明の実施形態によるモーター及びセンサを有するロボットの例を示した図である。 本発明の実施形態によるロボット制御ユニットを有するロボットの例を示した図である。 本発明の実施形態によるロボット１００に備えられるロボット制御ユニット、モーター部を含むモーター集合部及びセンサ部のネットワーク構成例を示した図である。 本発明の実施形態によるロボットと人との接触例を示した図である。 本発明の実施形態による人と相互作用するロボットの姿勢検出のための他の例を示した図である。 本発明の実施形態によるロボットの検出された姿勢及び例外姿勢から基準姿勢への復帰に対する概念を説明するための図である。 本発明の実施形態によるロボットの姿勢検出方法を示した流れ図である。 本発明の実施形態による学習姿勢検出方法によるロボットの姿勢検出のための構成例を示す図である。 本発明の実施形態による学習姿勢検出方法によるロボットの姿勢検出のための構成例を示す図である。 本発明の実施形態による学習姿勢検出方法によるロボットの姿勢検出のための構成例を示す図である。 本発明の実施形態による学習姿勢検出方法によるロボットの姿勢検出のための構成例を示す図である。 本発明の実施形態によるプログラム姿勢検出方法によるロボットの姿勢検出手段及び姿勢修正手段の構成例を示した図である。

以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。

本発明はモーターとセンサとを用いてロボットの姿勢を把握することができる方法を提案する。

本発明では、人体から発散される熱と湿度を感知する接触センサをロボットの姿勢検出方法と共に提供することで、ロボットが人に接触されたのか、物に接触されたのかを区別できる。従来の技術とは異なり、ロボットが人と相互作用している間でもロボットの姿勢検出が可能である。

また、本発明では、単純な姿勢をメモリにプログラムしておくことでロボットの姿勢を検出するプログラム姿勢検出方法と、モーター／センサのデータを使用した姿勢の学習を通じてロボットの姿勢を検出する学習姿勢検出方法とを提供する。このような方法により、不明確さを有する姿勢も検出することができる。

上述した技術によれば、二足歩行ロボットの姿勢を、モーター値、加速度センサ及び傾きセンサを用いて、数学的計算によって検出している。しかし、本発明では、モーター及び接触センサの両方を使用してロボットが人が接触しているときでもロボットの姿勢を検出できるようにする。

本発明では、前足２本（左右）、後ろ足２本（左右）、モーターで制御される両まぶた及び両耳を備えた頭部、及び胴体を備えた４足ロボットを例に挙げるが、ロボットは２足や４足に制限されない。また、モーター同士がフレームで連結され、各部分も連結されなければならないが、これらはロボットの姿勢検出方法とは直接関連しないため、これらの詳細説明は省略する。また、これらのモーターは動作可能に互いに連結されているものとする。

本発明では、ロボット装置に取り付けられたモーター及びセンサと、モーター、センサ及びこれらの組み合わせを通じて提供される情報によりロボットの姿勢を検出する手段と、検出された姿勢から予め定義された最も安定した姿勢にロボットの姿勢を修正する手段と、ロボットの姿勢を検出する手段及びロボットの姿勢を修正する手段を備えたロボット制御ユニットとを含むロボットの姿勢検出装置及びその方法を提供する。

図１は本発明の実施形態によるモーター及びセンサを有するロボットの例を示した図である。図１の（ａ）は、本発明の実施形態によるロボット１００の正面を示し、図１の（ｂ）はロボット１００の背面を示している。

図示したように、各モーター部１５１〜１５５は、物理的動きを行うモーターと、モーターの制御及びロボットの全体的動作を制御する図２に示すロボット制御ユニットとの通信機能を行うドライバと、で構成されている。モーター部１５１〜１５５は、ロボット１００が基準位置からどれだけ移動したか等の自身の位置値情報を提供することができる。

モーター集合部１１０、１２０、１３０、１４０は、モーター部１５１〜１５５のような複数のモーター部のセットを示したものである。すなわち、各モーター集合部１１０、１２０、１３０、１４０は、フレームで連結された少なくとも２つのモーター部を備えている。

本発明の実施形態によるロボット１００は、センサ部１６０〜１７６を備えている。各センサ部１６０〜１７６は、以下の特性のうち、少なくとも１つの特性を有するセンサである。

第一に、センサ部１６０〜１７６は、熱に対する感知機能及び湿度に対する感知機能を有する第１の接触センサ１を含む。第１の接触センサ１は、人体から発散される熱及び湿度を感知することができる。

第二に、センサ部１６０〜１７６は、熱に対する感知機能を有する第２の接触センサ２を含む。第２の接触センサ２は、人の体から発散される熱を感知することができる。

第三に、センサ部１６０〜１７６は、接触されたかどうかを感知する第３の接触センサ３を含む。

三つの特性のうちの１つを有するセンサ部１６０〜１７６のセンサは、センサが感知した値をロボット制御ユニット２００に伝送し、感知された値をロボット制御ユニット２００から受信するドライバと共に、ロボット１００に備えられる。ドライバは、センサが感知した値とデータとを、ロボット制御ユニット２００との間で送受信する。

センサ部１６０〜１７６の第１の接触センサ１は、人体が接触したこと、物が接触したこと、人体が近くにあるが接触していないこと、及び人体や物が近くになく、接触もしていないことの感知機能を区別することができる。

センサ部１６０〜１７６の第２の接触センサ２は、人体が接触したこと、物が接触したこと、人体が近くにあるが接触していないこと、及び人体や物が近くになく、接触もしていないことの感知機能を区別することができる。

センサ部１６０〜１７６の第３の接触センサ３は、人または物が接触したこと及び接触していないことの感知機能を区別することができる。

本実施形態では、第１の接触センサ１及び第２の接触センサ２の特徴を有するセンサを通じて感知機能を提供する。

第３の接触センサ３のような通常の接触センサは、接触されたかどうかを感知するが、第１及び第２の接触センサ１、２は、人が触れたか、物が触れたかを区別することができる。これらのセンサ１、２は、本発明の実施形態によるロボット１００の姿勢検出方法に利用することができる。

センサ部１６０〜１７６の第１及び第２の接触センサ１、２を使用しても、第１及び第２の接触センサ１、２は、人体の外部に露出した部分と衣服で覆われた部分とを感知したときに異なる検出値を出力する場合がある。しかし、このような場合も実験値に基づいて明確に区別することができるため、その詳細説明は省略する。

図１に示すように、本実施形態によるロボット１００は、複数のモーター部、例えば５つのモーター部１５１〜１５５を備えている。

例えば、モーター部１５２は右まぶたを制御し、モーター部１５３は左まぶたを制御する。また、モーター部１５１とモーター部１５４は、夫々右耳と左耳を制御する。

本実施形態では、ロボット１００の様々な姿勢を検出するために、モーター部だけでなくセンサ部が、脚部、まぶた及び耳を備えたロボットの様々な部分に取り付けられる。例えば、耳が前に折れまがった状態、または右まぶたが閉じられた状態は、本実施形態によるロボットの姿勢検出装置及び方法における検出対象となる。

図１の（ｂ）は、センサ部１７２及び１７６が取り付けられたロボット１００の背面を示している。モーター部１５１〜１５５と同様に、センサ部１７２〜１７６も、ロボットの胴体のどの位置にも取り付けることができる。一般的に、センサ部は、頻繁に床面と接触する部分に主として取り付けられる。

本実施形態では、センサ部１７２〜１７６は、頻繁に床面と接触する部分だけでなく、人と頻繁に接触する部分にも取り付けられる。例えば、センサ部１７２〜１７６を、ロボット１００の後頭部、耳、額、腰、脇腹及び尻などの、人と頻繁に接触する部分に取り付けることができる。

図２は、本発明の実施形態によるロボット制御ユニット２００を備えたロボット１００を示した図である。

図示したように、ロボット制御ユニット２００は、ロボット１００の内部に取り付けられる。図２では、ロボット制御ユニット２００をロボット１００の腹部に取り付けているが、ロボット制御ユニット２００は、ロボット１００の他の部分に取り付けることもできる。

添付図面には、ロボット１００への電源供給部を示してはいないが、電源はバッテリーから供給することができるため、詳細説明は省略する。

図３は、本発明の実施形態によるロボット１００に備えられるロボット制御ユニット２００、モーター部１５１〜１５５を含むモーター集合部１１０〜１４０、及びセンサ部１６０〜１７６のネットワーク構成例を示した図である。

図示したように、モーター部１５１〜１５５、１１１、１１２及びセンサ部１６０〜１７６は、ロボット制御ユニット２００内にあるバス２３０を通じて、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１０及びメモリ２２０と接続される。各モーター集合部１１０〜１４０は、モーター部１５１〜１５５、１１１、１１２の集合を示したものである。モーター集合部１１０〜１４０は、モーター部１５１〜１５５、１１１、１１２と同様に、バス２３０を通じて連結される。

図４及び図５は、本発明の実施形態によるロボット１００と人との接触例を示した図である。

図４は、本発明の実施形態によるロボット１００が人５００と相互作用しているときの姿勢検出例を示す図である。

図４に示されたように、ロボット１００の両後ろ足に取り付けた２つの接触センサ１６０、１６２に人５００の腹部Ｂ２、Ｂ３が接触し、人５００の右手Ｂ１がロボット１００の尻に取り付けられた接触センサ１６１に接触している。

接触されたか否かだけを判断する第３の接触センサ３のような、通常のセンサを使用した場合には、ロボット１００が尻を床面に接している状態と、ロボット１００が２本の前足を上げていて２本の後ろ足が床面に接している状態とを区別できない。

そこで、本発明の実施形態では、上記したロボットの２つの姿勢を区別するため、第１および第２の接触センサ１、２と同一の特性を有する接触センサを用いる。

熱と湿度とを感知することができる第１の接触センサ１を使用する場合、人体から発散される熱と湿度に対する情報を予め記憶させておき、ロボット１００に人５００が接触したとき、第１の接触センサ１が記憶された情報に基づいてこれを判断する。

熱を感知する第２の接触センサ２を使用する場合、第２の接触センサ２は人体から発散される熱を感知できるので、第２の接触センサ２は、ロボット１００が床面に接しているか、人５００が触れているかを区別できる。

本実施形態では、熱及び湿度を感知できる第１および第２の接触センサ１、２を使用することで、ロボット１００が独自に動作する場合の姿勢だけでなく、人５００と相互作用している場合にもロボットの姿勢を検出することができる。

図５は、本発明の実施形態による人と相互作用するロボットの姿勢検出のための他の例を示した図である。

図示したように、ロボット１００が尻と両後ろ足を床面に接触した状態で、人５００がロボット１００の両前足を手で掴んでいる。

ロボット１００が人５００と相互作用していないとき、すなわち、ロボット１００が独立して姿勢を取っているときは、図５に示す状態のロボット１００の姿勢を把握することは不可能である。本実施形態では、ロボット１００が人５００と接触した２箇所と、床面に接触しているロボット１００の他の２箇所とを区別できる。そのため、ロボット１００が両前足で人５００に接していて、尻が床面に接しているという、ロボット１００の姿勢を把握することができる。

図５から、ロボット姿勢検出装置及び方法は、ロボット１００が人と無関係に動作する場合だけではなく、ロボット１００が人と相互作用している場合の姿勢までも把握できる優位性を有することが明らかである。

本実施形態によれば、ロボットの姿勢を、モーター値のみを使用したり、センサ値のみを使用したり、またはモーター及びセンサの両方の値を使用して検出することができる。

図６は、本発明の実施形態によるロボットの検出された姿勢及び例外姿勢から基準姿勢への復帰に対する概念を説明するための図である。

図６のように、ロボット１００の類似姿勢グループ６１０、６２０は、モーター値やセンサ値に該当する姿勢に対応して設定された値と完全には一致しないが、その値が一定範囲内の値であり、同じ姿勢として取り扱える姿勢のグループをいう。

例えば、ロボット１００が座っているような同じ姿勢でもモーター値やセンサ値が異なることがあるため、多様な類似姿勢グループをユーザーが定義することができる。本実施形態では、判断されたロボットの姿勢を検出姿勢６１２、６２２と定義する。検出された姿勢が、ロボット１００が上下逆になっているなどの不安定な姿勢でとても珍しい場合は、例外姿勢６１３または６２３として定義する。

本発明の実施形態による姿勢修正手段は、検出姿勢６１２、６２２や例外姿勢６１３、６２３を基準姿勢６１１、６２１に修正する。ここで、基準姿勢６１１、６２１とは、類似姿勢グループ６１０、６２０の標準となる姿勢、即ち、ロボット１００の最も安定した姿勢をいう。

本実施形態では、検出姿勢６１２、６２２や例外姿勢６１３、６２３から最も近い基準姿勢６１１、６２１を探すために、センサ値および２つのベクトルの間の最短距離を探す方法を使用することができる。

図７は、本発明の実施形態によるロボットの姿勢検出方法を示した流れ図である。

前述のように、ロボット１００はモーターとセンサとを通じて収集した情報によってロボット１００の姿勢を検出する（Ｓ１１０）。

姿勢を検出した後、ロボット１００は、検出した姿勢が例外姿勢であるか否かを判断する（Ｓ１２０）。

Ｓ１２０において、ロボット１００が、検出した姿勢が例外姿勢であると判断した場合、ロボット１００は、検出した姿勢と最も近い基準姿勢をメモリ２２０から検索する（Ｓ１３０）。

Ｓ１２０において、ロボット１００が、検出した姿勢が例外姿勢でないと判断した場合、ロボット１００は、検出した姿勢のモーター値と設定された基準姿勢のモーター値とを比較する（Ｓ１５０）。

このとき、ロボット１００は、検出した姿勢のモーター値が設定された基準姿勢のモーター値と一致するか否かを判別する（Ｓ１６０）。

検出した姿勢のモーター値が設定された基準姿勢のモーター値と一致すると、ロボット１００は、Ｓ１１０段階で検出した姿勢がロボット１００の正確な姿勢であると判断し、姿勢検出動作を終了する（Ｓ１７０）。

一方、Ｓ１３０段階で例外姿勢である判断された検出姿勢と最も近い基準姿勢を検出（検索）した後、またはＳ１６０段階で、検出した姿勢のモーター値の少なくとも１つが設定された基準姿勢のモーター値と一致しない場合、ロボット１００は、メモリ２２０に保存されたモーター値を基準姿勢に変更し、ロボット１００は、再び姿勢検出段階Ｓ１１０を実行する。

上記した段階を繰り返すことができる。例えば、ロボット１００が上下逆になった後で、ロボット１００が最も近い基準姿勢への復帰を試みることがある。数回試してもロボット１００が基準姿勢に復帰できない場合は、ロボット１００は、ロボット１００に取り付けられたスピーカー、ＬＥＤ、ＬＣＤのようなユーザーインターフェイスを通じて、ユーザーに基準姿勢に復帰することを援助するよう要請することができる。ユーザーが、ロボット１００が基準姿勢に復帰することを手助けしても、ロボット１００が完全には基準姿勢に復帰できないことがある。このような場合に、ロボット１００は、上述の段階を繰り返すことで基準姿勢へ復帰することができる。一般的に、ロボット１００はスピーカー、ＬＣＤ、ＬＥＤ等の外部出力装置を有するため、本実施形態では、スピーカーやＬＣＤ、ＬＥＤを備えたロボット１００を別途に図示しない。

本発明の一実施形態では、モーター値やセンサ値をメモリ２２０に予め記憶させておき、記憶した値が検出された姿勢の値と一致するか、または類似するとき、ロボットが、記憶した値に基づいてロボット自身の姿勢を判断する。これが、プログラム姿勢検出方法である。本発明の他の実施形態では、ロボットは、学習を通じて姿勢を判断することができる。これが、学習姿勢検出方法である。

図１２は、本発明の実施形態によるプログラム姿勢検出方法によるロボットの姿勢検出手段及び姿勢修正手段の構成例を示した図である。

図１２において、状態収集プログラム２２１は、ロボット制御ユニット２００のメモリ２２０内にあるセンサ情報を通じて、ロボット１００のモーターやセンサの値を読み出し、読み出した値を姿勢検出プログラム２２４に出力する。

姿勢検出プログラム２２４は、モーター値やセンサ値の組み合わせと、姿勢との対応関係を予めメモリに記憶し、状態収集プログラム２２１から入力されたモーター値やセンサ値と比較して姿勢を判断する。

姿勢が基準姿勢でない場合、ロボット１００のロボット制御ユニット２００は、姿勢修正プログラム２２２を通じて基準姿勢への復帰を試みる。姿勢修正手段は後に詳しく説明する。

本実施形態において、メモリ２２０に予め記憶されているロボット１００の姿勢情報は、（モーター値ベクトル、姿勢）、（センサ値ベクトル、姿勢）、及び（モーター値ベクトル、センサ値ベクトル、姿勢）にすることができる。即ち、本実施形態では、ロボット１００の姿勢情報を、モーター値のみを使用した姿勢、センサ値のみを使用した姿勢、及びモーター値とセンサ値の両方を使用した姿勢のうちの少なくとも１つを使用して構成することができる。

例えば、図４に示したセンサ値を用いた状態をプログラムする場合は、（センサ値ベクトル、姿勢）は、（１６０状態値、１６１状態値、１６２状態値、・・・、１７５姿勢値、姿勢値）とすることができる。第１の接触センサ１および第２の接触センサ２を用いる場合、（センサ値ベクトル、姿勢）は、（ＨＵＭＡＮ＿ＴＯＵＣＨ、ＨＵＭＡＮ＿ＴＯＵＣＨ、ＨＵＭＡＮ＿ＴＯＵＣＨ、ＮＯ＿ＴＯＵＣＨ、・・・、ＮＯ＿ＴＯＵＣＨ、ｐｏｓｔｕｒｅ１）とすることができる。

このような場合、モーター値またはセンサ値をシンボル化して用いることができる。また、モーターの場合、グループ単位で値をシンボル化することもできる。例えば、各足の姿勢を１０個に区分して、足全体の姿勢のモーター値をそれらから選択した１の値を１つのシンボル化された値として処理することもできる。

モーターの場合、動いた角度をそのまま用いることもできる。例えば、検出された値が、（ａｎｇｌｅ１＜ｖａｌｕｅ＜ａｎｇｌｅ２）である場合に、検出された値が２つの値（ａｎｇｌｅ１、ａｎｇｌｅ２）の間にあるということを確認するテストを行うことができる。以上のように、モーター値やセンサ値の場合、これらの値をそのまま用いたり、その値をシンボル化して用いたり、またはグループ単位で値をシンボル化して用いることができる。

図８乃至図１１は、本発明の実施形態による学習姿勢検出方法によるロボットの姿勢検出のための構成例を示す図である。

図８は、本発明の実施形態による学習を用いたロボット姿勢検出方法を示した図である。

図示したように、学習姿勢検出方法は、姿勢学習をさせる際に、ロボット制御ユニット２００がインターフェイスケーブル３１０を通じて姿勢検出学習用コンピュータ３００に接続されていなければならない。

ここで、図１１に示した状態収集プログラム２２１は、モーター値とセンサ値とを収集し、収集したモーターとセンサ値とを、図８及び図９に示した姿勢検出学習用コンピュータ３００の姿勢検出学習プログラム４００に伝達する。

図９は、図８の本発明の実施形態によるロボット姿勢検出手段を示した図である。

図示したように、ロボット１００のロボット制御ユニット２００と通信する姿勢検出学習用コンピュータ３００は、姿勢検出学習プログラム４００を備える。姿勢検出学習プログラム４００は、データ収集部４１０、学習データ４２０、学習アルゴリズム４３０及び学習結果モデル４４０を含む。

データ収集部４１０は、ロボット制御ユニット２００から伝達されたデータを学習データ４２０として保存する。学習アルゴリズム４３０は、学習データ４２０を用いて姿勢学習をし、その結果を学習結果モデル４４０として保存する。

姿勢学習の過程で、ユーザー５００が介在する必要がある。これはデータを収集する段階である。データを収集する段階では、ユーザーは、単にモーター値やセンサ値を保存するのではなく、これら値に関連するロボットの姿勢を入力しなければならない。このような機械的な学習の工程は当業者に周知であるため、詳細な説明は省略する。

図１０は、本発明の実施形態によるロボット姿勢検出のための学習データの構成例を示す図である。

図示したように、学習のためのデータとしてモーター状態値４２１、４２２、４２３と、センサ状態値４２４、４２５とを用い、それによってロボット１００の姿勢４２６を得ている。

本発明による学習データの構成は、図１０に示されたものに制限されない。学習データは、モーター値やセンサ値を用いることも、モーター値やセンサ値をシンボル化して得られた値を用いることも、モーター値やセンサ値をグループ単位でシンボル化して得られた値を用いることもできる。これについては前述した。

図１１は、本発明の実施形態による学習結果モデルを用いた姿勢検出手段及び姿勢修正手段を示した図である。

図９での学習を通じて学習結果モデル４４０が生成されると、これの複写４４１がロボット制御ユニット２００内のメモリに記録され、姿勢検出に使用される。

ここで、状態収集プログラム２２１がモーターやセンサの値を読み出して、姿勢検出プログラム２２３に読み出した値を伝達すると、姿勢検出プログラム２２３は、学習結果モデル４４０の複写４４１を用いてロボット１００の姿勢を検出する。検出された姿勢が基準姿勢でない場合、姿勢修正プログラム２２２はロボット１００の検出姿勢を基準姿勢へと復帰させる。姿勢修正手段及び姿勢修正方法については、図６及び図７を参照して既に説明したため、詳細説明は省略する。

以上、本発明を、好ましい実施形態に関連して説明したが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲によって特定される発明の趣旨及び範囲から逸脱しない限り、変形や変更が可能であることが明らかであろう。

Claims (19)

1. ロボットに取り付けられて前記ロボットの動きを検出する複数のモーターと、
   前記ロボットに取り付けられて前記ロボットに対するユーザー及び物の接触を区別する複数の接触センサと、
   前記モーター及び前記接触センサを通じて検出される情報に基づき前記ロボットの姿勢を検出するロボット制御部と
   を含むことを特徴とするロボットの姿勢検出装置。
2. 前記モーターは、
   前記モーターの動作を制御するプロセッシング部と、
   前記モーターと前記ロボット制御部との通信インターフェイスを提供して、前記モーターの動作による前記ロボットの動きを検出して前記ロボット制御部に提供するドライバと
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のロボットの姿勢検出装置。
3. 前記接触センサは、
   熱に対する感知機能及び湿度に対する感知機能を有する第１の接触センサ、熱に対する感知機能を有する第２の接触センサ、及び外部の接触の可否に対する感知機能を有する第３の接触センサ、のうちいずれか１つである
   ことを特徴とする請求項１に記載のロボットの姿勢検出装置。
4. 前記第１の接触センサは、
   人が接触したこと、物が接触したこと、近接した範囲にいる人体が接触していないこと、及び近接した範囲に人体または物がおらず接触もしていないこと、を区別することで前記接触感知を行う
   ことを特徴とする請求項３に記載のロボットの姿勢検出装置。
5. 前記第２の接触センサは、
   人が接触したこと、物が接触したこと、近接した範囲にいる人体が接触していないこと、及び近接した範囲に人体がおらず接触もしていないこと、を区別することで前記接触感知を行う
   ことを特徴とする請求項３に記載のロボットの姿勢検出装置。
6. 前記第３の接触センサは、
   人体または物が接触したこと、及び人体または物が接触していないことを区別することで前記接触感知を行う
   ことを特徴とする請求項３に記載のロボットの姿勢検出装置。
7. 前記ロボット制御部は、
   前記モーター値、前記センサ値、及び前記モーターとセンサの値の両方、のうちいずれか１つを使用して前記ロボットの姿勢を検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載のロボットの姿勢検出装置。
8. 前記ロボット制御部は、
   予めプログラムされた姿勢値と現在の検出値とを比較して前記ロボットの姿勢を検出するプログラム姿勢検出方式と、前記モーター値及びセンサ値の姿勢学習を通じて前記ロボットの姿勢を検出する学習姿勢検出方式のうちいずれか１つを用いてロボットの姿勢を検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載のロボットの姿勢検出装置。
9. 前記ロボット制御部は、前記プログラム姿勢検出方式を用いる場合、
   前記モーター及び前記接触センサから検出される情報を収集する状態情報収集部と、
   前記モーター及び前記接触センサが検出する情報に対応して設定された姿勢情報に基づき、前記収集した情報に対応する前記ロボットの姿勢を検出する姿勢検出部と
   を含むことを特徴とする請求項８に記載のロボットの姿勢検出装置。
10. 前記ロボット制御部は、
    収集した情報に対応して前記姿勢検出部で検出したロボットの姿勢が、姿勢検出部で検出したロボットの姿勢が含まれる既設定のロボットの姿勢の類似姿勢グループ内に設定される基準姿勢でない場合、前記ロボットの姿勢を前記基準姿勢に修正する姿勢修正部を含む
    ことを特徴とする請求項９に記載のロボットの姿勢検出装置。
11. 前記ロボット制御部は、前記学習姿勢検出方式を用いる場合、
    姿勢検出学習用デバイスから学習を通じて得た前記ロボットの学習結果モデルを受け取り、受け取った学習結果モデルを保存する保存部と、
    前記モーター及び前記接触センサから検出された情報を収集する状態情報収集部と、
    前記保存された学習結果モデルに基づき、前記収集した情報に対応する前記ロボットの姿勢を検出する姿勢検出部と
    を含むことを特徴とする請求項８に記載のロボットの姿勢検出装置。
12. 前記ロボット制御部は、
    前記姿勢検出部で検出した前記ロボットの姿勢が、前記姿勢検出部で検出したロボットの姿勢が含まれる既設定のロボットの姿勢の類似姿勢グループ内に設定された基準姿勢でない場合、前記ロボットの姿勢を基準姿勢に修正する姿勢修正部を含む
    ことを特徴とする請求項１１に記載のロボットの姿勢検出装置。
13. 前記学習結果モデルは、
    前記モーターの状態値を入力としたときのロボット姿勢と、前記モーターの状態値と前記接触センサの状態値とを入力としたときのロボット姿勢と、前記接触センサの値を入力としたときのロボット姿勢、のうち少なくとも１つを含む
    ことを特徴とする請求項１２に記載のロボットの姿勢検出装置。
14. 前記モーターの状態値は、
    前記モーターの状態値、前記モーターの状態値をシンボル化して得られた値、及び前記モーターのグループ単位の状態値をシンボル化して得られた値のうち少なくとも１つを含む
    ことを特徴とする請求項１３に記載のロボットの姿勢検出装置。
15. 前記姿勢修正部は、
    前記姿勢検出部で検出した姿勢がロボットの基準姿勢と一致していない場合に、前記モーターの状態値を変更することで前記検出した姿勢を基準姿勢に移行する
    ことを特徴とする請求項１０または請求項１２に記載のロボットの姿勢検出装置。
16. 前記姿勢修正部は、
    前記ロボット姿勢修正処理によって前記ロボットの姿勢が基準姿勢に修正されない場合に、ユーザーインターフェイスを通じてユーザーに前記ロボットを現在の検出姿勢から基準姿勢に復帰させることを要請する
    ことを特徴とする請求項１５に記載のロボットの姿勢検出装置。
17. ロボットに取り付けられた複数のモーターからの状態値に基づいて前記ロボットの動きを検出する段階と、
    前記ロボットに取り付けられた接触センサを通じて感知される、前記ロボットに対するユーザーまたは物の接触情報を収集する段階と、
    前記検出された動きの情報及び接触情報に基づき前記ロボットの姿勢を検出する段階と
    を含むことを特徴とするロボットの姿勢検出方法。
18. 前記検出したロボットの姿勢が例外姿勢であるか否かを判別する段階と、
    前記検出した姿勢が例外姿勢である場合に、前記検出したロボットの姿勢が最も近似する基準姿勢を検索する段階と、
    前記検出したロボットの姿勢によるモーターの状態値を、前記検索した基準姿勢に対応する値に変更する段階と
    をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のロボットの姿勢検出方法。
19. 前記検出したロボットの姿勢が例外姿勢でない場合に、前記基準姿勢と前記検出した姿勢のモーターの状態値が互いに一致するか否かを判別する段階と、
    前記基準姿勢と前記検出した姿勢のモーターの状態値が一致しない場合に、前記検出した姿勢のモーターの状態値を前記基準姿勢に対応する値に変更する段階と
    をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載のロボットの姿勢検出方法。

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