JP2016525973A - 多目的自己推進デバイス - Google Patents
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Abstract
開示されるのは、自己推進デバイスを動作させるための多目的自己推進デバイスおよび方法である。幾つかの変形形態は、内部駆動システムを有する球形筐体、および種々の応用における使用のための多機能ペイロード空間を含むことができる。
Description
本明細書で説明される例は、多目的リモート制御可能自己推進デバイスに関する。
種々のタイプのリモート制御可能デバイスが存在する。例えば、ホビイスト(hobbyists)は、自動車、トラック、飛行機、およびヘリコプターの形式のリモート制御デバイスを操作することが多い。そのようなデバイスは一般的に、コントローラデバイスからコマンドを受信し、および入力に基づいて動作を変更する(例えば、方向または速度)。一部のデバイスは、スマートフォンまたはタブレットなどのデバイス上で動作するアプリケーションの形式で実装することができる、ソフトウェアベースのコントローラを使用する。
本明細書における開示は、同様の参照符号が類似の構成要素を指す添付図面の図において例として示され、かつ限定を目的とするものではない。
駆動システム、球形筐体、付勢機構、および球形筐体内のペイロード空間を含む多目的自己推進デバイスが提供される。付勢機構は、駆動システムによって係合される接触面と直径方向に反対の球形筐体の内面に係合する単一の拡張バネを含むことができる。代わりに、付勢機構は、1つ以上の(例えば、対の)ポータルアクスルを含むことができ、その各々は、球形筐体の内面におけるそれぞれの接点を押すバネおよび接触要素を有する。そのようにして、ポータルアクスルは、鉛直力を生成することができ、鉛直力は同様に、球形筐体を移動させるために、駆動システムに対し持続的に球形筐体の内面に係合することを能動的にさせる。種々の使用および動作のために、ペイロードまたは複数のペイロードを搬送するために自己推進デバイスを実装することができる。
任意のペイロードを搬送するためにペイロード空間を利用することができる。例えば、ペイロードは、自己推進デバイスからコントローラデバイスに画像および/または映像ストリームを送信することができるカメラを含むことができる。コントローラデバイスは、スマートフォン、タブレット、または任意の他の適切な操作デバイスの形式であることができる。さらに、球形筐体は、カメラが画像またはリアルタイムな映像を撮ることを可能にし、それによって、コントローラデバイス(例えば、スマートフォン)のユーザが、映像ストリームを見ることによって自己推進デバイスを制御することを可能にするように透明であってもよい。
さらなる他の変形形態では、ペイロード空間は、民間人および軍事使用のために単一のペイロードまたは複数のペイロードを含む。そのようなペイロードは、カメラ、赤外線センサ、化学センサ、生物学センサ、1つ以上の爆発物、聴取器、またはペイロード空間内で適合することができる任意の他のペイロードのうちの1つ以上を含むことができる。
カメラまたは他の画像捕捉デバイスを含む変形形態の場合、生の(live)画像または映像供給上の位置ポイントに触れることによって、自己推進デバイスを動的に制御する能力をユーザに提供する接触駆動方法が開示される。方法は、自己推進デバイス内に取り付けられたカメラの視野を提供する、自己推進デバイスからの画像または生の映像供給を受信することを含む。この映像供給を、制御されたコンピューティングデバイスまたはモバイルコンピューティングデバイスのタッチセンシティブディスプレイ上に表示することができる。方法はさらに、タッチセンシティブディスプレイ上に、カメラの視野内の位置ポイントのユーザ選択を受信することと、ユーザ選択に基づいて、位置ポイントに誘導するように自己推進デバイスに指示する、自己推進デバイスに送信されることになるコマンド信号を生成することと、を含む。
さらに、方法は、コントローラデバイス上に表示されるときの視野の第1の基準フレームに基づいて、視野における位置ポイントの位置を判定することと、自己推進デバイスに対する位置ポイントに対応する第2の基準フレーム上の位置ポイントの位置をマッピングすることとを含むことができる。そのような配置では、コマンド信号は、第2の基準フレームのみに基づいて自己推進デバイスを誘導するための命令を含むように生成される。さらにまた、生の映像供給の実装形態の場合、コントローラデバイスは、生の映像供給を受信することとともに動的にコマンド信号を生成することができる。
システム概要
図面を参照して、図1は、球形ボールの形式の自己推進デバイスの構成要素を示す例示的なブロック図である。多目的自己推進デバイス100は、ユーザによって操作されるコンピューティングデバイス(例えば、スマートフォン、タブレット、および/またはリモート制御)などの別のデバイスの制御の下で移動するように操作されてもよい。(i)デバイスが移動を開始した後の初期の基準フレームに対する方位および/もしくは位置の自己認識を維持すること、(ii)異なる制御入力に対する種々の範囲のプログラム固有の応答を可能にするように、制御入力をプログラムで処理すること、(iii)ソフトウェア、もしくは自己推進デバイス上のプログラムロジックと通信するプログラムロジックを使用して、別のデバイスがその移動を制御することを可能にすること、ならびに/または(iv)制御デバイスによって解釈可能なソフトウェアであるその移動および状態に対する出力応答を生成すること、のうちの1つ以上を可能にするリソースで自己推進デバイス100を構成することができる。
図面を参照して、図1は、球形ボールの形式の自己推進デバイスの構成要素を示す例示的なブロック図である。多目的自己推進デバイス100は、ユーザによって操作されるコンピューティングデバイス(例えば、スマートフォン、タブレット、および/またはリモート制御)などの別のデバイスの制御の下で移動するように操作されてもよい。(i)デバイスが移動を開始した後の初期の基準フレームに対する方位および/もしくは位置の自己認識を維持すること、(ii)異なる制御入力に対する種々の範囲のプログラム固有の応答を可能にするように、制御入力をプログラムで処理すること、(iii)ソフトウェア、もしくは自己推進デバイス上のプログラムロジックと通信するプログラムロジックを使用して、別のデバイスがその移動を制御することを可能にすること、ならびに/または(iv)制御デバイスによって解釈可能なソフトウェアであるその移動および状態に対する出力応答を生成すること、のうちの1つ以上を可能にするリソースで自己推進デバイス100を構成することができる。
例えば、多目的自己推進デバイス100は、幾つかの相互接続されたサブシステムおよびモジュールを含むことができる。プロセッサ114は、プログラムメモリ104からのプログラム命令を実行する。例えば、機能を追加し、不具合を訂正し、または動作を修正するために、プログラムメモリ104に記憶された命令を変更することができる。一部の例では、プログラムメモリ104は、コンピューティングデバイス上で実行するソフトウェアと通信し、またはソフトウェアで動作可能なプログラム命令を記憶する。自己推進デバイス100が別のコンピューティングデバイスからの制御入力を解釈し、または制御入力に対して応答する方式を変更するために、プログラミング命令の異なるプログラムを実行するようにプロセッサ114を構成することができる。
通信トランスデューサ102とともに無線通信モジュール110は、プロセッサ114と他の外部デバイスとの間でデータを交換する役割を果たすことができる。データ交換は、例えば、通信をもたらし、制御をもたらし、ロジック命令、状態情報をもたらし、および/またはプログラムメモリ104に対する更新をもたらすことができる。一部の例では、プロセッサ114は、状態および/または位置情報に対応する出力を生成することができ、状態および/または位置情報は、次いで、無線通信ポートを介してコントローラデバイスに通信されてもよい。デバイスの移動によって無線通信が望ましくないものとなる。したがって、用語「接続」は、自己推進デバイス100への物理的な取り付けなしになされる論理的なリンクを表すものと理解することができる。
一部の例では、無線通信モジュール110は、BLUETOOTH(登録商標)通信プロトコルを実装することができ、およびトランスデューサ102は、BLUETOOTH(登録商標)信号の送信および受信に適切なアンテナとすることができる。追加、または代替として、無線通信モジュール110は、Wi−Fi通信プロトコルを実装することができ、およびトランスデューサは、Wi−Fi信号の送信および受信に適切なアンテナとすることができる。そのような例では、BLUETOOTH(登録商標)および/またはWi−Fi信号を介してコントローラデバイスによって、自己推進デバイス100を制御することができる。他の無線通信媒体およびプロトコルはまた、代替的な実装形態において使用されてもよい。
センサ112は、周辺環境および状態に関する情報をプロセッサ114に提供することができる。変形形態では、センサ112は、3軸ジャイロスコープ、3軸加速度計、および3軸磁気探知器を含む慣性測定デバイスを含む。さらに、センサ112は、デバイスが移動を開始した後の初期の基準フレームに対するデバイスの方位および/または位置の認識をプロセッサ114が維持することを可能にするための入力を提供することができる。センサ112は、光、温度、湿度を検出し、または化学的濃度もしくは放射能を測定する機器を含むことができる。
状態/可変メモリ106は、例えば、各軸における位置、方位、回転速度および移動速度を含む、デバイスの状態に関する情報を記憶することができる。状態/可変メモリ106はまた、例えば、デバイスが一旦使用されるときの位置および方位情報とともに、デバイスが使用されている(例えば、デバイスが活性化されている)ときのデバイスの初期の基準フレームに対応する情報を記憶することができる。このようにして、自己推進デバイス100は、デバイスが一旦動作中になると、自己推進デバイス100の位置および方位情報を維持するために、状態/可変メモリ106の情報を利用することができる。
クロック108は、プロセッサ114にタイミング情報を提供することができる。例えば、クロック108は、変化の間隔および速度を測定するための時間基準を提供することができる。さらに、クロック108は、曜日、日付、年、時刻、および警告機能を提供することができる。さらにまた、クロック108は、自己推進デバイス100が事前設定された時間に警告し、またはアラートを発することを可能にすることができる。
拡張ポート120は、付属品またはデバイスを追加するための接続部を設けることができる。拡張ポート120は、オプションまたは増強を追加するための後の拡張および適応性をもたらす。例えば、周辺機器、センサ、処理ハードウェア、記憶装置、ディスプレイ、またはアクチュエータを自己推進デバイス100に追加するために拡張ポート120を使用することができる。
追加、または代替として、拡張ポート120は、アナログまたはデジタル信号を使用して適切に構成された構成要素と通信することが可能なインタフェースを提供することができる。拡張ポート120は、標準または公知の電子インタフェースおよびプロトコルを提供することができる。拡張ポート120はさらに、光学インタフェースを実装することができる。例えば、拡張ポート120に適切なインタフェースは、ユニバーサルシリアルバス(USB)、集積回路間バス(I2C)、シリアルペリフェラルインタフェース(SPI)、またはイーサネット(登録商標)を含む。
ディスプレイ118は、外部のデバイスまたは人間に情報を提示する。ディスプレイ118は、種々の形式の情報を提示することができる。種々の例では、ディスプレイ118は、色およびパターンの光、音声、振動、または感覚上の刺激の組み合わせを生成することができる。一部の例では、ディスプレイ118は、自己推進デバイス100の物理的な動作によって、アクチュエータ126とともに動作して、情報を通信することができる。例えば、自己推進デバイス100は、人間の頭の頷きまたは揺れを模倣して、「はい」または「いいえ」を通信するために作成されてもよい。
追加、または代替として、可視領域または不可視領域のいずれかで、光を放出するようにディスプレイ118を構成することができる。赤外線または紫外線領域における不可視光は、例えば、人間の目には見えないが、専用ディテクタに利用可能な情報を送信するために有益であることがある。さらに、ディスプレイ118は、その相対的強度を可変とすることができ、および放出される光を、混色を形成するために混合することができるように配置される、種々の光周波数を放出する発光ダイオード(LED)の配列を含むことができる。
追加、または代替として、ディスプレイ118は、各々が人間の目に見える主要色を放出する幾つかのLEDを備えたLED配列を含む。プロセッサ114は、各々のLEDの相対的強度を変更して、広範囲の色を生成することができる。光の主要色は、幾つかの色が異なる量で混合されて広範囲な鮮明な色を生成することができる色である。光の主要色の多くの組は、例えば、赤/緑/青、赤/緑/青/白、および赤/緑/青/琥珀を含むものとして知られている。例えば、赤、緑、および青色LEDは共に、ディスプレイ118を備えた3つの利用可能な主要色デバイスの組を備える。変形形態では、主要色の他の組および白色LEDを使用することができる。多くの実装形態では、ディスプレイ118は、配置のために自己推進デバイス100上の基準点を示すために使用される1つ以上のLEDを含むことができる。
エネルギー記憶装置124は、自己推進デバイス100の電子および電子機械構成要素を動作させるエネルギーを記憶する。例えば、エネルギー記憶装置124は、充電池とすることができる。誘導電荷ポート128は、有線電機接続なしにエネルギー記憶装置124を再充電することを可能にすることができる。さらに、誘導電荷ポート128は、磁気エネルギーを受信し、およびそれを電気エネルギーに変換して、エネルギー記憶装置124を再充電することができる。追加、または代替として、誘導電荷ポート128は、外部充電デバイスに無線通信インタフェースを提供することができる。さらに、プラグイン充電手段を、誘導電荷ポート128の追加、または代替として含めることができる。
自己推進デバイス100を、電子デバイスの大部分が電力を使用しない、非常に低い電力、または「ディープスリープ」モードに置くためにディープスリープセンサ122を含めることができる。これは、長期間の記憶、配送、および/またはそのような状態を必要とする自己推進デバイス100の幾つかの実装に対して有益であることがある。例えば、カメラ、動きセンサ、赤外線センサ、および/または化学もしくは生物学センサなどのペイロードを搬送するために、自己推進デバイス100を実装することができる。そのような変形形態では、自己推進デバイス100は、カメラまたは1つ以上のセンサを作動させる事象などのトリガが自己推進デバイス100を自動的に活性化するまで、ディープスリープモードにおいて休眠状態にいることができる。
変形形態では、センサ122は、有線接続なしに、自己推進デバイス100の球形筐体を通じて対象、事象、インシデント、事態、および/または現象を感知することができる。追加、または代替として、ディープスリープセンサ122は、外部磁石を自己推進デバイス100に貼り付けてディープスリープモードを活性化することができる方式で取り付けられたホール効果センサであってもよい。
駆動システムアクチュエータ126は、種々の使用のために電気エネルギーを機械エネルギーに変換することができる。アクチュエータ126の主要な使用は、自己推進デバイス100を推進および操縦することであってもよい。動作およびアクチュエータを操縦することは、駆動システムまたは牽引システムとも称されてもよい。駆動システムによって、プロセッサ114の制御の下、自己推進デバイス100の回転および移動動作が生じる。アクチュエータ126の例は、例えば、ホイール、モータ、ソレノイド、プロペラ、パドルホイール、および振り子を含むことができる。
例えば、駆動システムアクチュエータ126は、各々が減速ギア系を通じて可変速度モータに独立して接続された軸に取り付けられた、2つの平行ホイールの組を含むことができる。そのような例では、2つの独立して動作する駆動モータの動作をプロセッサ114によって制御することができる。
しかしながら、アクチュエータ126は、自己推進デバイス100を回転および移動させることに加え、種々の動作を生成することができる。例えば、アクチュエータ126によって、自己推進デバイス100は、人間のジェスチャ、例えば、頭の頷き、揺れ、身震い、回転またははじきなどの模倣を含む、通信動作を実行することができる。変形形態では、プロセッサは、アクチュエータ126をディスプレイ118と連携させる。同様に、プロセッサ114は、自己推進デバイス100を回転または振動させ、および同時に着色光のパターンを放出させる信号をアクチュエータ126およびディスプレイ118に提供することができる。追加、または代替として、自己推進デバイス100は、動作と同期した光または音声パターンを放出することができる。
他のネットワーク接続デバイスに対するコントローラとして自己推進デバイス100を使用することができる。自己推進デバイス100は、センサおよび無線通信機能を含むことができ、それによって、それは他のデバイスに対するコントローラの役割を実行することができる。例えば、自己推進デバイス100は、手に保持されてもよく、ならびにジェスチャ、動作、回転、および組み合わせ入力などを感知するために使用されてもよい。
機械的設計
図2Aは、自己推進デバイスを示す例示的なブロック図である。自己推進デバイス200は、多目的とすることができ、ならびに球形筐体202、駆動システム201、付勢機構215、およびペイロード空間228を含むことができる。例えば、自己推進デバイス200は、ロボットの球形ボールの形式にあってもよい。自己推進デバイス200は、高齢者の手でそれが容易に握られ、持ち上げられ、および搬送されることを可能にするサイズおよび重量とすることができる。変形形態では、自己推進デバイス200は、より大きく、もしくはより小さくてもよく、および/または特定のペイロードに対してカスタマイズされてもよい。例えば、自己推進デバイス200は、透明な球形筐体を含むように製造されてもよく、および、図3の例で示されるように、例えば、スマートフォンまたはタブレットなどのコントローラデバイスに映像ストリームを提供するために、カメラがペイロード空間内に含まれてもよい。
図2Aは、自己推進デバイスを示す例示的なブロック図である。自己推進デバイス200は、多目的とすることができ、ならびに球形筐体202、駆動システム201、付勢機構215、およびペイロード空間228を含むことができる。例えば、自己推進デバイス200は、ロボットの球形ボールの形式にあってもよい。自己推進デバイス200は、高齢者の手でそれが容易に握られ、持ち上げられ、および搬送されることを可能にするサイズおよび重量とすることができる。変形形態では、自己推進デバイス200は、より大きく、もしくはより小さくてもよく、および/または特定のペイロードに対してカスタマイズされてもよい。例えば、自己推進デバイス200は、透明な球形筐体を含むように製造されてもよく、および、図3の例で示されるように、例えば、スマートフォンまたはタブレットなどのコントローラデバイスに映像ストリームを提供するために、カメラがペイロード空間内に含まれてもよい。
さらに図2Aを参照して、自己推進デバイス200は、デバイスが回転するときに外面と接触する外部球形シェル(または、筐体)202を含む。加えて、自己推進デバイス200は、駆動システム201の構成要素として含まれるホイール218および220が自己推進デバイス200を移動させるように内面204と接触する、球形筐体202の内面204を含む。加えて、自己推進デバイス200は、球形筐体202内に囲まれた幾つかの機械および電子構成要素を含むことができる。
球形筐体202は、無線通信のために使用される信号の送信を可能にし、さらに水分および汚れに影響されないこととすることができる1つ以上の材質の少なくとも一部から構成されてもよい。球形筐体202の材質は、耐久性があり、洗うことが可能であり、および/または防砕性とすることができる。球形筐体202はまた、光の透過を可能にするように構築されてもよく、および光を拡散するようにテクスチャ加工されてもよい。
変形形態では、球形筐体202は、密封されたポリカーボネートプラスチックから作られてもよい。類似の変形形態では、球形筐体202、または内面204のうちの少なくとも1つは、光を拡散するようにテクスチャ加工されてもよい。追加、または代替として、球形筐体202は、関連付けられた取付機構と共に2つの半球形シェルを備えることができ、それによって、内部電子および機械構成要素に接近することを可能にするように球形筐体202を開放することができるようになる。類似の変形形態では、球形筐体202は、コントローラデバイスを使用してユーザによるコマンドプロンプトがあるときに筐体を開放するように構成された自動開放手段を含むことができる。追加、または代替として、ペイロード空間228に配置されたペイロードを正確に置くために球形筐体202を開放することができ、その後に閉じることができ、それによって、ユーザは、自己推進デバイス200を誘導することを継続することができる。球形筐体202はさらに、溝形外面、または牽引のためのノブおよびノジュールを含む外面を含むことができる。
処理、無線通信、推進、および他の機能を有効にするために、球形筐体202の内部に幾つかの電子および機械構成要素を配置することができる。構成要素の中で、デバイスが自らを推進することを可能にするために駆動システム201を含めることができる。図1を参照して上記説明された処理リソースおよび他の制御機構に駆動システム201を結合することができる。さらに図2Aを参照して、自己推進デバイス200の電子構成要素に対する取付点および支持物としての役割を果たすために、運搬装置214を含めることができる。駆動システム201、エネルギー記憶装置216、運搬装置214、付勢機構215、図1を参照して上記説明された他の構成要素、および最後にはペイロード空間228を占有することがある任意のペイロード物品は、球形筐体202に強固に取り付けられなくてもよい。代わりに、駆動システム201に含まれるホイール218、220は、球形筐体202の内面204との摩擦接触にあることができ、およびアクチュエータの動作によって球形筐体202を駆動するように機能することができる。
運搬装置214は、エネルギー記憶装置216との機械接点および電気接点にあることができる。エネルギー記憶装置216は、デバイスおよび電子機器に電力供給するためのエネルギーのリザーバ(reservoir)とすることができ、および誘導電荷ポート226を介して補給されてもよい。例えば、エネルギー記憶装置216は充電池とすることができ、およびリチウムポリマーセルから構成することができる。
運搬装置214は、電子装置、センサ配列、1つ以上のアンテナ、および1つ以上のコネクタに対するプリント回路基板を含む、内部構成要素の大部分に対する取付位置を設けることができると共に、内部構成要素に対する機械取付点を設けることができる。さらに、運搬装置214は、自己推進デバイス200内に配置されているペイロードに対する基部を設けることができる。このようにして、運搬装置214の上面は、ペイロード空間228の底面とすることもできる。しかしながら、例えば、カメラに対して特別に形成されるペイロード空間228、または複数の物品を搬送するための区画を含む1つなどの、ペイロード空間228の他の構成が考えられる。
駆動システム201は、モータ222、224およびホイール218、220を含む。モータ222、224は、関連付けられたシャフト、アクスル、およびギア駆動(図示せず)を通じてホイール218、220に独立して接続する。ホイール218、220は、内面204との物理的接触にあることができる。ホイール218、220が内面204に接触する点は、自己推進デバイス200の駆動機構の必須の部分であり、よって好ましくは摩擦を増大させ、および滑りを低減させる材質で被膜される。例えば、ホイール218、220の周辺を、シリコンゴムタイヤで被膜することができる。
内面204に対してホイール218、220を能動的に押し付けるために付勢機構215を含めることができる。例として、バネ212およびバネ端210は、付勢機構215を備えることができる。特に、バネ212およびバネ端210は、内面204に接触するためにホイール218、220とは直径方向に反対の点に配置されてもよい。バネ212およびバネ端210は、ホイール218、220の滑りを減少させ、または実質的に滑りを除去する接触力を提供することができる。バネ212は、内面204に対してホイール218、220およびバネ端210を平坦に押す小さな力を提供するように選択することができる。
バネ端210は、内面204とのほぼ摩擦なしの接触を提供する。そのようにして、バネ端210は、自己推進デバイス200が駆動システム201によって駆動されるときに内面204に沿って摺動するように構成された円形または準円形面を備える。ほぼ摩擦なしの接触を提供する追加の手段を含めることができる。一部の実装形態では、バネ端210は、バネ端210が内面204に沿って移動する接点において摩擦をさらに減少させる1つ以上のベアリングを含むことができる。さらに、バネ212およびバネ端210は、高感度磁気センサとの干渉を回避するための非磁性材質から構成することができる。
民間人および/または軍事活動のために単一のペイロードまたは複数のペイロードを搬送するためにペイロード空間228を組み込むことができる。例えば、調査もしくは遠隔の映像ストリームに対するカメラ、赤外線センサ、場所に誘導することができ、および爆発させることができる有害物質、爆発物もしくはフラッシュバンを検出する化学もしくは生物学センサ、ならびに/または聴取器のうちの1つ以上を含む、任意の数のペイロードを搬送するためにペイロード空間228を配置することができる。
図2Bは、代替的な付勢機構217を有する自己推進デバイスを示す例示的なブロック図である。図2Bを参照して、付勢機構217は、ペイロード空間228を増大させ、または再構成するための1つ以上の追加ホイール234、236を含むことができる、シャーシ237を組み込むことができる。付勢機構217は、シャーシ237に対して力を与えるように構成された中央ポスト238を含むことができ、シャーシ237は次いで、球形筐体202の内面204に対し追加ホイール234、236を押すことができる。中央ポスト238は、付勢において補助するバネ240を含んでもよく、または含まなくてもよい。代わりに、シャーシ237は、ホイール218、220、234、および236が、直径方向に反対にあるのとは対照的に、同一の半径において内面204に接触するように駆動システム201に近接して設置されてもよい。追加、または代替として、追加ホイール234、236が赤道(駆動システム201が自己推進デバイス200の非常に下に配置される基準フレーム)のやや上の内面204に接触する軸を中央ポスト238が形成するように、シャーシ237が配置されてもよい。それらの配置、および同様の配置は、例えば、ペイロード空間228を最大化または最適化するために含まれてもよい。
図2Cは、ペイロード空間250を改善する別の代替的な付勢機構を有する自己推進デバイスを示す例示的なブロック図である。例えば、図2Aおよび2Bに関して上述した付勢機構と同様に、内面204に対して駆動システムのホイール218、220を能動的に押し付けるように構成された独立付勢機構252が含まれてもよい。独立付勢機構252は、2つ以上の別個のポータルアクスル258、260から構成される。ポータルアクスル258、260は、鉛直値を有する力ベクトルで内面204に対してそれぞれのホイール254、256を押すバネを含んでもよい。内面204に対して押すホイール254、256からの鉛直力は次いで、さらに内面204に対して駆動システム201およびそのそれぞれのホイール254、256を能動的に押し、それによって、駆動システム201が自己推進デバイス200を移動させるための十分な力をもたらす。
示されるように、その2つ以上のポータルアクスル258、260を有する独立付勢機構252は、ペイロード空間250を著しく増大させることを可能にし、そこでは、任意の数の異なるタイプまたはサイズのペイロード(例えば、カメラ、赤外線センサ、化学または生物学センサ、1つ以上の爆発物、聴取器など)を空間250内に配置することができる。図2Aおよび2Bの例によって示される付勢機構の構成を除去することによって、および独立ポータルアクスル258、260を有する独立付勢機構252にそれらを置き換えることによって、広い内部をもたらすために自己推進デバイス200の内部が空にされてもよい(cleared)。独立付勢機構252を備えたポータルアクスル258、260を、運搬装置214上に直接取り付けることができる。ポータルアクスル258、260に対応するバネは、内面204に対してホイール254、256を押し付けるねじれバネの形式にあってもよい。追加、または代替として、バネは、圧縮バネ、クロックバネ、または引張バネのうちの1つ以上から構成されてもよい。代わりに、内面204に対し駆動システム201およびホイール218、220を押す力を維持するためにバネが含まれず、自己推進デバイス200を移動させるのに十分な牽引を可能にする方式で、ポータルアクスル258、260を取り付けることができる。
図3は、カメラを含む自己推進デバイスを示す例示的なブロック図である。多目的自己推進デバイス300は、ペイロード空間310内に取り付けられたカメラ302を含むことができる。例えば、球形筐体304は、カメラ302が自己推進デバイス300の外側を見ることが可能なように透明である。実質的に水平な方位を維持するために、カメラ302を付勢機構上に取り付けることができ、または自己推進デバイス300内に取り付けることができる。例えば、同様のことを達成するために、カメラ302を運搬装置314に取り付けることができる。
カメラの方位を外部の基準フレームとさらに実質的に水平にするように、カメラ302をジャイロスコープまたは他の安定化手段に取り付けることができる。例えば、さらなる安定性を達成し、およびさらに方位を維持するために、安定化手段(図示せず)を付勢機構315および/または運搬装置314に取り付けることができる。自己推進デバイス300が、図2Cを参照して論述されたポータルアクスルを使用して独立付勢機構を有するために、カメラ302を運搬装置314に取り付けることができる。
追加、または代替として、カメラ302をさらに、無線通信モジュールに結合することができる。カメラ302は、無線リンク308によって、写真および/または映像ストリームをコントローラデバイス306に提供することができる。同様の配置では、無線リンク308を介してコントローラデバイス306を使用して、自己推進デバイスをユーザによってリモートに制御することができる。実行されるときに、映像ストリームを利用して自己推進デバイス300を制御することができ、よって、ユーザは、効率的な操作を維持するために、自己推進デバイス300の視野にいる必要はない。
カメラ302は、任意の写真または映像記録装置とすることができる。カメラ302は、それ自体が無線通信手段を含むことができ、それによって、それがコントローラデバイス306と直接リンクすることができる。代わりに、カメラ302をプロセッサに結合することができ、および図1を参照して上述したシステムに含まれる無線モジュールを介して、映像ストリームがコントローラデバイス306に供給されてもよい。
コントローラデバイス306は、リモート制御、スマートフォン、タブレット、または自己推進デバイス300を動作させるアプリケーションもしくは命令を記憶および実行することが可能なカスタマイズデバイスとすることができる。例えば、コントローラデバイス306は、スマートフォンまたはタブレットの形式であることができ、および自己推進デバイスの動作を、スマートフォンまたはタブレットに記憶されたアプリケーションによって実行することができる。代わりに、コントローラデバイス306および自己推進デバイス300を、1つ以上の目的のために特別に製造された、組み合わされたシステムとして製造することができる。例えば、自己推進デバイス300とコントローラデバイス306との組み合わされたシステムを、調査のために特別に使用することができる。さらに、コントローラデバイス306のアプリケーションは、選択された位置に対応するコントローラデバイス306のディスプレイにユーザが触れることができ、および自己推進デバイス300をその位置に誘導させる、「接触および駆動」機能を含むことができる。「接触および駆動」機能はさらに、選択された位置が映像ストリーム上の同一の位置に対応する、コントローラデバイス306のディスプレイ上の位置をユーザが選択することを可能にすることができる。言い換えると、ユーザは、自己推進デバイス300からの映像ストリーム上の位置に「触れる」ことができ、および自己推進デバイス300は自らをその位置に自動的に誘導する。
図4は、ペイロードを含む自己推進デバイスを示す例示的なブロック図である。図4を参照して、自己推進デバイスは、種々の動作のための特定の物品またはペイロード404を搬送および移送するためのペイロード空間406を含む。そのような物品は、赤外線センサ、化学もしくは生物学センサ、爆発物もしくはフラッシュバン(flash bang)、聴取器、および他の機械装置などのうちの1つ以上を含むことができる。それらの物品のうちのいずれか1つ以上はさらに、図3を参照して上述したカメラを含む変形形態に含まれてもよい。
図4の例に示されるように、自己推進デバイス400は、ペイロード404を搬送するためのペイロード空間406を含む。自己推進デバイス400は、ユーザによってそれを投げることができ、次いで、コントローラデバイス412を介してそれを制御することができるような方式で構築されてもよい。例えば、自己推進デバイス400がユーザによって投げられるとき、衝撃を弱めるために保護カバー402を含めることができる。保護カバー402は、着脱可能とすることができ、および/または過度な衝撃の期間の間に自己推進デバイス400から離脱するように構成することができる。そのような例では、自己推進デバイス400は、保護カバー402から抜け出ることができ、およびその意図した目的を進めることができる。
自己推進デバイス400を密封または防水処理するために保護カバー402を含めることができる。例えば、自己推進デバイス400はさらに、その意図する適用に応じて、浮き、または沈むように構成されてもよい。さらに、自己推進デバイス400は、容易に取り戻すことが可能なように、水に入れたときに浮くことができる。
図4に示される例は、単一の目的のために製造されてもよく、または複数回にわたって物品を積み降ろしされるように構成されてもよい。後者は、ユーザによって容易に開放し、または閉じることができる球形筐体408および/または保護カバー402を含むことができる。単一の目的の例は、永続的に密封されるように製造されてもよく、およびそのような配置のペイロード404は、単一の目的のために選択されてもよい。例えば、ペイロード404は、自己推進デバイス400が単一の使用のために利用される爆発物とすることができる。実行されるときに、自己推進デバイス400を選択された位置に誘導し、次いで、爆発させて、効果的に自己推進デバイス400を破壊することができる。
代わりに、ユーザによるコマンドプロンプトがあると開放し、およびそのペイロード404を選択された位置に置くように自己推進デバイス400を構成することができる。次いで、ユーザは、コントローラデバイス412を使用して球形筐体408を閉じ、次に、自己推進デバイス400を誘導することを継続することができる。さらに、自己推進デバイス400およびコントローラデバイス412は、図4に関して上述した「接触および駆動」機能を含むことができる。
図5は、自己推進デバイス514およびコントローラデバイス508の例示的な概略図である。特に、自己推進デバイス514は、コントローラデバイス508から発生することができるプログラミングロジックおよび/または制御によって、その動作において制御されてもよい。自己推進デバイス514は、ユーザ502によって操作することができるコントローラデバイス508の制御の下、動作することが可能である。コントローラデバイス508は、標準または独自無線通信プロトコルを使用して、制御データを自己推進デバイス514に無線で通信することができる。変形形態では、自己推進デバイス514は、センサ、およびその動作(例えば、速度、方向など)のパラメータを制御する内部プログラミングロジックを利用して、少なくとも部分的に自己制御されてもよい。またさらに、自己推進デバイス514は、コントローラデバイス508上でコンテンツを生成または変更する目的で、デバイスの位置および/または動作パラメータに関連するデータを通信することができる。追加の変形形態では、自己推進デバイス514は、その動作および/または内部プログラミングロジックによって、コントローラデバイス508の態様を制御することができる。
本明細書で説明されるように、自己推進デバイス514は、デバイスがコントローラデバイス508によって制御される動作のモードを含む複数の動作モードを有することができ、別のデバイス(例えば、別の自己推進デバイスもしくはコントローラデバイス508)に対するコントローラであり、ならびに/または部分的もしくは全体的に自立的である。
加えて、自己推進デバイス514およびコントローラデバイス508は、他の機能の中で、(i)ユーザ502がコントローラデバイス508を操作して、簡易な指向性入力、コマンド入力、ジェスチャ入力、動きもしくは他の知覚入力、音声入力、またはそれらの組み合わせを含む、複数の入力を生成することを可能にすること、(ii)自己推進デバイス514が、コントローラデバイス508から受信された入力を、コマンドまたはコマンドの組と解釈することを可能にすること、ならびに/あるいは(iii)自己推進デバイス514が、コントローラデバイス508上で状態に作用するために(例えば、コントローラ−ユーザインタフェースに対応するコンテンツなどの状態を表示する)、そのデバイスの位置、動作および/または状態に関するデータを通信することを可能にすること、を含む機能を有効にするために、プログラミングロジックが共有されるコンピューティングプラットフォームを共有することができる。さらに、自己推進デバイス514は、デバイスを使用する追加のプログラミングロジックおよび/または命令を促進するプログラムインタフェースを含むことができる。コントローラデバイス508は、自己推進デバイス514上でプログラミングロジックと通信するプログラムを実行することができる。
したがって、自己推進デバイス514は、アクチュエータ、または動きもしくは指向性動作を生じさせる駆動機構を含むことができる。自己推進デバイス514を、制御デバイス、ロボット、ロボットデバイス、リモートデバイス、自立デバイス、およびリモート制御デバイスを含む、幾つかの関連する用語および表現によって称することができる。変形形態では、自己推進デバイス514は、移動するように構築されてもよく、および種々の媒質において制御されてもよい。例えば、自己推進デバイス514を、平面、砂面、または岩面などの媒質における動作に対して構成することができる。
自己推進デバイス514を、種々の形式で実装することができる。例えば、自己推進デバイス514は、回転、および/またはスピンなどの他の動作を実行することができる球形の対象に相当することができる。変形形態では、自己推進デバイス514は、飛行機、ヘリコプター、ホバークラフト、または気球などの無線制御航空機に相当することができる。他の変形形態では、自己推進デバイス514は、ボートまたは潜水艦などの無線制御船に相当することができる。自己推進デバイス514がロボットであるなどの、多数の他の変形形態をも実装することができる。
さらに、自己推進デバイス514は、外囲器の内部でアクチュエータの動作よる指向性動作が可能な、ほぼ球形の形状にある、密封された空洞筐体を含むことができる。
図5をさらに参照して、ネットワーク通信リンク510および512を使用して、コントローラデバイス508と通信するように自己推進デバイス514を構成することができる。リンク510は、コントローラデバイス508から自己推進デバイス514にデータを転送することができる。リンク512は、自己推進デバイス514からコントローラデバイス508にデータを転送することができる。リンク510および512は、例示のために別個の単一指向性リンクとして示される。例として、単一の双指向性通信リンクは両方の方向で通信を実行する。リンク510およびリンク512は、必ずしもタイプ、帯域幅または容量において同一ではない。例えば、コントローラデバイス508から自己推進デバイス514への通信リンク510は、リンク512と比較して、より高い通信速度および帯域幅が可能であることが多い。一部の状況では、リンク510または512の1つのみが確立される。そのような例では、通信は単一指向性である。
コントローラデバイス508は、少なくともプロセッサ、および自己推進デバイス514との単一指向性通信を少なくとも確立するのに適切な通信機能を備えた任意のデバイスに相当することができる。そのようなデバイスの例は、モバイルコンピューティングデバイス(例えば、スマートフォンなどの多機能メッセージング/音声通信デバイス)、タブレットコンピュータ、ポータブル通信デバイスおよびパーソナルコンピュータを含むが、それらに限定されない。例えば、コントローラデバイス508は、Cupertino、CaliforniaのAPPLE COMPUTER,INC.から利用可能なIPHONEである。別の例では、コントローラデバイス508は、またAPPLE COMPUTERからのIPADタブレットコンピュータである。さらなる他の例では、コントローラデバイス508は、GOOGLE,INC.からのANDROID(登録商標)オペレーティングシステムを実行するハンドヘルドコンピューティングおよび通信機器のいずれかである。
他に、コントローラデバイス508は、ラップトップまたはデスクトップ構成のいずれかのパーソナルコンピュータとすることができる。例えば、コントローラデバイス508は、自己推進デバイス514と通信するように適切なアプリケーションプログラムで構成された、MICROSOFT WINDOWS(登録商標)オペレーティングシステム、LINUX(登録商標)オペレーティングシステム、またはAPPLE OS/Xオペレーティングシステムを実行する、多目的コンピューティングプラットフォームとすることができる。
変形形態では、コントローラデバイス508は、ユーザ502が自己推進デバイス514を制御し、および自己推進デバイス514と対話することを可能にするために専用化された特殊デバイスとすることができる。
さらに、自己推進デバイス514と通信するために、複数のタイプのコントローラデバイス508を交換可能に使用することができる。追加、または代替として、自己推進デバイス514は、複数のデバイスと通信することが可能であり、および/または複数のデバイスによって制御されることが可能であってもよい(例えば、同時に、または1つずつ)。例えば、自己推進デバイス514は、デバイス514を修正することなく、1つのセッションでIPHONEとリンクされ、後のセッションでANDROID(登録商標)デバイスとリンクされることが可能であってもよい。
したがって、ユーザ502は、自己推進デバイス514を制御し、および/または自己推進デバイス514からコントローラデバイス508上でフィードバックもしくは対話を受信するために、コントローラデバイス508を介して自己推進デバイス514と対話することができる。さらに、ユーザ502は、コントローラデバイス508に提供される種々の機構を通じてユーザ入力504を指定することができる。そのような入力の例は、テキスト入力、音声コマンド、感知面もしくはスクリーンに触れること、物理的な操作、ジェスチャ、タップ、揺らすこと、および上記の組み合わせを含む。
ユーザ502は、フィードバック506を受信するために、コントローラデバイス508と対話することができる。ユーザ入力に応答して、コントローラデバイス508上で、フィードバック506を生成することができる。代替、または追加として、フィードバック506はまた、例えば、自己推進デバイス514の位置または状態に関する、自己推進デバイス514からコントローラデバイス508に通信されるデータに基づいてもよい。限定されることなく、フィードバック506の例は、テキスト表示、グラフィカル表示、音声、音楽、音調パターン、色もしくは光強度の変調、触覚、振動または触覚刺激を含む。フィードバック506は、コントローラデバイス508上で生成される入力と組み合わされてもよい。例えば、コントローラデバイス508は、自己推進デバイス514から通信される位置または状態情報を反映するように修正することができるコンテンツを出力することができる。
例として、ユーザ入力504およびフィードバック506が、感知、思考、知覚、モータ、または他の能力が限定されたユーザ502に対する有用性および近接性を最大化するように、コントローラデバイス508および/または自己推進デバイス514を構成することができる。これによって、ハンディキャップまたは特別な支援を有するユーザが、説明されたシステム500を操作することが可能になる。
図5に示される構成は、通信接続を有する自己推進デバイス514を含む、ネットワークのほとんど無制限の数の考えられる構成のうちの1つのみとすることができる。さらに、本明細書で説明される多数の変形形態は、自己推進デバイスを制御し、および/または自己推進デバイスと対話するために、ユーザがコントローラデバイス508を操作し、または直接インタフェースすることを備えるが、説明される変形形態は、コントローラデバイス508などの中間デバイスの使用なしに、ユーザが自己推進デバイス514を直接制御し、または自己推進デバイス514と対話することを可能にすることを含む。
図6は、自己推進球形デバイス600の動きを生じさせる例示的な技術を示す。図6の例によって示されるように、デバイス600は、回転の中心602および質量の中心606を有し、デバイス600は、平面612と接触する。ロボットデバイス600に対する駆動機構は、デバイス600の球形外囲器の内面と接触する2つの独立制御ホイールアクチュエータ608を備える。また、センサプラットフォーム604が示される。デバイス600の幾つかの構成要素は、例示を簡易にするために図6には示されない。
一定の速度での持続的な動きを達成するために、ホイールアクチュエータ608の動作によって、回転の中心602に対する質量の中心606の変位を維持することができる。回転の中心602に対する質量の中心606の変位は測定することが困難であり、よって、閉ループコントローラに対するフィードバックを取得して一定の速度を維持することが困難である。しかしながら、変位は、センサプラットフォーム604と面612との間の角度610に比例する。本明細書で説明されるように、角度610を種々のセンサ入力から感知または推定することができる。したがって、面612に渡って一定の速度でロボットデバイス600を移動させるホイールアクチュエータ608に対する速度を制限するために、デバイス600に対する速度コントローラを、角度610を使用するように実装することができる。速度コントローラは、所望の速度を生成するために所望の角度610を判定することができ、および所望の角度の設定点を、駆動機構を制限する閉ループコントローラへの入力として設けることができる。
図6は、速度制御のための角度測定の使用を示す。しかしながら、技術はさらに、適切に感知された角度および角速度のフィードバックと共に、転換および回転の制御を提供するように拡張されてもよい。
上述したことから、変形形態では、自己推進デバイス600を制御するために方位角度の知ることが有益であることを理解することができる。デバイスの方位を測定することはまた、他のデバイスのナビゲーションおよび他のデバイスとの位置合わせに有益であることがある。
図7は、センサ配列およびデータの流れを示す例示的なブロック図である。図7を参照して、センサ配列712は、自己推進デバイスに、例えば、その位置、方位、移動の速度、回転、および加速を含む情報を提供するためのセンサの組を含むことができる。多くの他のセンサを、種々の例において要件を満たすために含むことができる。
変形形態では、センサ配列712は、3軸ジャイロセンサ702、3軸加速度計センサ704、および3軸磁力計センサ706を含むことができる。幾つかの変形形態では、グローバルポジショニングシステム(GPS)に対する受信機が含まれる710。しかしながら、GPS信号は一般的に室内では利用可能でなく、よって、GPS受信機を省略することができる。
サイズおよびコストが制限されることから、センサ配列712におけるセンサは、微小電気機械(MEMS)技術を採用する小型化デバイスとすることができる。それらのセンサからのデータは、正確な状態推定値716を生成するフィルタリングおよび処理が必要となることがある。センサ統合および状態推定器714に種々のアルゴリズムを採用することができる。それらのアルゴリズムを、自己推進デバイス上のプロセッサによって実行することができる。
当業者は、センサ配列712におけるセンサからの信号が、雑音、干渉、および安価なセンサの制限された能力によって不完全であり、および歪むことがあることを理解するであろう。しかしながら、センサはまた、適切なセンサ統合および状態推定器の処理714のアプリケーションが、自己推進デバイスの真の状態の適切な状態推定値716を提供することができるように、冗長な情報を提供することができる。
例えば、多くの状況では、磁気探知器データが、近くの浮遊磁場および鉄類によって歪められる。自己推進デバイスの状態の推定(716)において、不良または疑わしい磁気探知器データを拒絶し、および残りのセンサに依存するようにセンサ統合および状態推定器714を構成することができる。一部の例では、所望の目的でセンサデータを改善するために自己推進デバイスの特定の動作を使用することができる。例えば、局地的な磁場をマッピングするために、磁気探知器データを監視している間に全360度進む湾曲運動を通じて自己推進デバイスを回転させることが有益であることがある。場は一般的に短期間の間に比較的不変であるため、局地的な場測定が繰り返され、よって、歪められる場合でさえ、有益である。
アーキテクチャ
図8は、自己推進デバイス810、ならびに自己推進デバイス810を制御し、および自己推進デバイス810と対話するコントローラデバイス850を含む例示的なシステムを示す。自己推進デバイス810を、図1の例によって説明されたようなハードウェアリソースを使用して構築することができる。したがって、自己推進デバイス810は、図2〜4に関する例によって説明されたような球形の対象とすることができる。コントローラデバイス850は、モバイルコンピューティングデバイス(例えば、スマートフォン)、タブレット、またはパーソナルコンピュータなどの多機能デバイスとすることができる。代わりに、コントローラデバイス850は、自己推進デバイス810を制御し、および自己推進デバイス810と通信することに専用化された特殊デバイスに相当することができる。
図8は、自己推進デバイス810、ならびに自己推進デバイス810を制御し、および自己推進デバイス810と対話するコントローラデバイス850を含む例示的なシステムを示す。自己推進デバイス810を、図1の例によって説明されたようなハードウェアリソースを使用して構築することができる。したがって、自己推進デバイス810は、図2〜4に関する例によって説明されたような球形の対象とすることができる。コントローラデバイス850は、モバイルコンピューティングデバイス(例えば、スマートフォン)、タブレット、またはパーソナルコンピュータなどの多機能デバイスとすることができる。代わりに、コントローラデバイス850は、自己推進デバイス810を制御し、および自己推進デバイス810と通信することに専用化された特殊デバイスに相当することができる。
自己推進デバイス810は、プログラムライブラリ820に記憶された1つ以上のプログラム816を実行することができる。プログラムライブラリ820における各々のプログラム816は、デバイスが特定の条件にどのように応答し、デバイスが制御入力813(例えば、コントローラデバイス850上で入力されたユーザ入力)にどのように応答するかの命令、および/またはデバイスが実行される動作のモード(例えば、自立に対する制御モードなど)を含む、デバイスを動作させるための命令またはルールを含むことができる。
プログラムライブラリ820はまた、一部のユーザ入力が共通の方式で解釈されることを可能にする命令を含む、複数のプログラムによって共有することができる命令セットを維持することができる。プログラムがデバイスの関数およびリソースのライブラリにアクセスすることを可能にするために、アプリケーションプログラムインタフェース(API)830をデバイス810上で実行することができる。例えば、API830は、モータ制御(例えば、速度または方向)、状態遷移、センサデバイス解釈、および/または無線通信を実行するプログラムで使用することができる関数を含むことができる。
幾つかの実装形態では、デバイス810は、無線通信ポート812の使用を通じてプログラムおよびプログラミング命令を無線で受信することができる。変形形態では、デバイス810は、拡張ポート120(図1を参照)などの他のポートを介して、外部ソース880からプログラムおよびプログラミング命令882を受信することができる。プログラムリソースは、例えば、デバイスのユーザに提供される媒体(例えば、SDカード)、プログラムをダウンロードすることができるネットワークリソースもしくはウェブサイト、ならびに/またはコントローラデバイス850から無線通信ポート812を介して通信されるプログラムおよび/もしくは命令セットから発生することができる。幾つかの実装形態では、ソフトウェアで自己推進デバイス810と対話し、および/または自己推進デバイス810を制御するように、コントローラデバイス850をプログラムで構成することができる。構成されると、コントローラデバイス850は、そのプログラムの構成と一致する命令を自己推進デバイス810に通信することができる。例えば、コントローラデバイス850は、自己推進デバイス810を制御し、または自己推進デバイス810と対話するアプリケーションをダウンロードすることができる。コントローラデバイス850において固有の無線通信機能(例えば、セルラ機能、Wi−Fi機能など)を使用して、例えば、ネットワークから(例えばApp Storeから)、またはウェブサイトから、アプリケーションをダウンロードすることができる。コントローラデバイス850によってダウンロードされるアプリケーションは、自己推進デバイス810に通信することができる命令セットを含むことができる。
コントローラデバイス850は、自己推進デバイス810と通信もしくは対話し、および/または自己推進デバイス810を制御することに専用化され、またはそれらに特有のプログラム856を実行することができる。変形形態では、コントローラデバイス850上で実行するプログラム856は、自己推進デバイス810上で実行することができる対応プログラム816Aを含むことができる。プログラム856、816Aは、共有プラットフォームまたはシステムとして実行することができる。例えば、以下で説明されるように、コントローラデバイス850上で動作するプログラム856は、対応ランタイムプログラム816Aと協調して、自己推進デバイス810からのデータ信号に基づいて、自己推進デバイス810に対する入力を生成し、およびコントローラデバイス850上で出力を生成することができる。例えば、プログラム856は、(i)自己推進デバイス810からの一部の予想される出力をもたらす、対応ランタイムプログラム816Aの結果として自己推進デバイス810上で解釈可能な入力をユーザが提供するための案内を促し、または提供し、および(ii)コントローラデバイス850上で動作するプログラム856によって出力されるコンテンツに作用する方式で、自己推進デバイス810からフィードバック818を受信する、ユーザインタフェース860を生成することができる。後者の場合、例えば、コンピュータ生成コンテンツを、自己推進デバイス810の位置または動作に基づいて変更することができる。
特に、コントローラデバイス850上で、プログラム856は、コントローラデバイス上でユーザ入力を促し、および/または解釈するためのロジック862を含む、ユーザインタフェース860を設けることができる。種々の形式の入力を、特定の方式で、例えば、機械スイッチもしくはボタンでのユーザ対話、タッチスクリーン入力、音声入力、ジェスチャ入力、またはデバイスの動作を含む、コントローラデバイス850上で入力することができる。
したがって、デバイスの種々のリソースを利用して、入力を受信および処理するために、コントローラデバイス850上で固有のアプリケーションプログラムインタフェースを利用するようにプログラム856を構成することができる。多くの既存の多機能または汎用コンピューティングデバイス(例えば、スマートフォンまたはタブレット)を、タッチスクリーン入力(例えば、マルチタッチ入力もしくはジェスチャ入力)、光入力(例えば、カメラ画像感知入力)、音声入力およびデバイス動作入力(例えば、デバイス全体を揺らし、もしくは移動させること)を含む、多種類の入力を検出するように構成することができる。ユーザインタフェース860は、特定の種類の入力(例えば、ユーザが指を置くべき視覚マーカを含み、デバイスを移動させることをユーザに指示し、または視覚および/もしくは音声プロンプトをユーザに提供するなど)をユーザに促し、ならびに入力を、自己推進デバイス810にシグナリングされる制御情報に解釈するロジック862を含むことができる。
一部の実装形態では、コントローラデバイス850上で生成された入力をコマンドとして解釈することができ、次いで、自己推進デバイス810にシグナリングすることができる。他の実装形態では、コントローラデバイス850上で入力された入力を、自己推進デバイス810上のプログラムリソースによるコマンドとして解釈することができる。コマンドの形式のユーザ入力を解釈することによって、自己推進デバイス810は、インテリジェント、かつ構成可能である形式で、ユーザ入力に応答することができる。例えば、自己推進デバイス810は、指向性でない方式で、本来的に指向性であるユーザ入力を解釈することができる。例えば、ユーザは、ユーザ入力における固有の方向とは異なる方式で自己推進デバイス810を移動させるために、方向に対応するジェスチャ入力を入力することができる。例えば、ユーザは、停止、回転、帰宅、または照明出力などを変更するコマンドとしてデバイスが解釈することができる(ランタイムプログラム816Aに基づいて)左手のジェスチャを入力することができる。
ユーザインタフェース860はまた、自己推進デバイス810から受信されるデータを解釈する出力ロジック864を含むことができる。そのようにして、自己推進デバイス810は、状態情報および/または位置情報(例えば、デバイスが移動するときの後など)などの情報をコントローラデバイス850に通信することができる。一実装形態では、コントローラデバイス850上でユーザ入力から解釈されるコマンドに応答して、自己推進デバイス810からコントローラデバイス850に通信が行われてもよい。別の実装形態では、持続期間の間にデバイスの持続的な移動の結果として生成される持続的なフィードバックの形式で、自己推進デバイス810から通信が行われてもよい。変形形態では、デバイス850上の出力は、種々の考えられる形状因子のうちの1つを有するコントローラデバイスに相当することができる。プログラム856は、自己推進デバイス810を制御するためのゲームコンテキストおよび/または異なるユーザ−インタフェースパラダイムをグラフィカルに提供するようにインタフェースを構成することができる。プログラム856は、自己推進デバイス810の動作、位置、または状態に基づいて、それらの実装形態において生成されたコンテンツに直接作用するように動作することができる。
動作において、自己推進デバイス810は、そのプログラムライブラリ820に記憶されたプログラム命令の1つ以上の組を使用してプログラムランタイム816Aを実行することができる。プログラムランタイム816Aは、例えば、ユーザによって選択されるプログラム、あるいはデフォルトで実行され、または一部の他の条件もしくはトリガに応答して実行される1つに相当することができる。他の機能の中で、プログラムランタイム816Aは、(i)コントローラデバイス850からの制御入力を解釈し、(ii)入力の解釈に基づいて、デバイス動作を制御および示し、ならびに/または(iii)自己推進デバイス810からコントローラデバイス850に情報を通信する、ためにデバイスの機能およびリソースを利用するプログラム特有命令の組を実行することができる。
プログラムランタイム816Aは、センサ制御ロジック821および入力制御ロジック823を含む、駆動制御ロジック831を実行することができる。センサ制御ロジック821は、自己推進デバイスの駆動システムまたは装置の速度、方向、または他の動作を制御するためのデバイスセンサ入力811を解釈することができる。センサ入力811は、自己推進デバイス810の加速度計、磁気探知器、および/またはジャイロスコープから提供されるなどのデータに相当することができる。センサデータはまた、GPSデータ、温度データなどを含むデバイスの動作、位置、状態または動作条件に関する、デバイス上で取得される他の情報を含むことができる。プログラム816Aは、センサ入力811を駆動装置制御パラメータ825として解釈するためのパラメータ、ルールまたは命令を実行することができる。入力制御ロジック823は、コントローラデバイス850から受信される制御入力813を解釈することができる。一部の実装形態では、ロジック823は、入力813から判定される駆動装置制御パラメータ825を出力する際に、入力をコマンドとして解釈することができる。入力駆動ロジック823はまた、制御入力813および/またはその解釈がランタイムプログラム816Aに特有となるように、プログラム特有であってもよい。駆動装置制御ロジックは、駆動装置制御を実行するために、センサ/入力制御ロジック821、823を通じて生成されるようなパラメータを使用することができる。
変形形態では、自己推進デバイス810の他の態様を制御するために、センサ/入力制御ロジック821、823を使用することができる。変形形態では、センサ/入力制御ロジック821、823は、ユーザ入力またはデバイス動作条件(例えば、デバイスが停止することになる)などの一部の条件に応答して、デバイスの状態を制御することができる状態出力827を生成するランタイムプログラム816Aの命令を実行することができる。例えば、照明出力(例えば、LED外部出力)、音声出力、またはデバイス動作状態(例えば、動作および/または電力状態のモード)は、状態出力827によって作用されてもよい。
加えて、ランタイムプログラム816Aは、コントローラデバイス850上で動作する自己推進デバイスプログラム856に対する出力インタフェース826を生成することができる。出力インタフェース826は、フィードバック818を備えるデータを生成することができる。例えば、出力インタフェース826は、位置、動作(例えば、速度、回転)、状態(例えば、出力デバイスの状態)、および/または方位情報(例えば、初期の基準フレームに対するデバイスの位置および方位)に基づいたデータを生成することができる。出力インタフェース826はまた、例えば、ランタイムプログラム816Aに関連する事象を識別するデータを生成することができる。例えば、出力インタフェース826は、デバイスがその動きにおいて破壊されること、または破壊的な事象に遭遇することなどの事象を識別することができる。出力インタフェース826はまた、例えば、ランタイムプログラム816Aの命令に基づいて、プログラム特有出力を生成することができる。例えば、ランタイムプログラム816Aは、別のプログラムが必要としないセンサ読込値を必要とすることがある。出力インタフェース826は、ランタイムプログラム816Aの実行を通じて実行される他の動作と関連するセンサ読込値を取得するための命令を実行することができる。
さらに、自己推進デバイス810は、コントローラデバイス850に対する複数のモードで動作可能であってもよい。制御モードでは、コントローラデバイス850から通信される制御信号を介して、制御入力813によってその動作および/または状態において自己推進デバイス810を制御することができる。一部の実装形態では、自己推進デバイス810は、制御またはフィードバックするようにコントローラデバイス850上の動作に作用する方式で、コントローラデバイス850と対にすることができる。自己推進デバイス810はまた、例えば、センサ入力811に応答して、および制御入力813の必要なしに、制御パラメータ825がデバイス上でプログラムにより生成される自立モードで動作可能であってもよい。さらに、自己推進デバイス810は、「接触および駆動」モードにあるコントローラデバイス850に沿って動作することができ、このモードでは、ユーザは、自己推進デバイス810の映像ストリーム上の選択された位置に触れることができ、および自己推進デバイス810は、対応する位置に自立的に誘導することができる。またさらに、変形形態では、自己推進デバイス810は、コントローラデバイス850または別の自己推進デバイス810のいずれかに対するコントローラとして動作することができる。例えば、デバイスは、コントローラデバイス850の状態に作用するように移動することができる。デバイスは、1つの動作セッションの間に複数のモードで動作することができる。動作のモードをランタイムプログラム816Aによって判定することができる。
自己推進デバイス810は、コントローラデバイス850からの制御入力813を解釈するための命令セットのライブラリを含むことができる。例えば、自己推進デバイスは、複数のプログラムに対する命令を記憶することができ、およびプログラムの少なくとも一部に対する命令は、コントローラデバイス850上で実行する対応プログラムを含むことができる。自己推進デバイス上で維持されるライブラリは、記憶された命令を追加、削除、または修正することができるという点で、動的とすることができる。例えば、自己推進デバイスに記憶されたプログラムを追加することができ、または別のプログラムを修正することができる。
コントローラデバイス850上で実行されるとき、各々のプログラムは、特定の組の入力を認識する命令を含み、異なるプログラムは、異なる入力を認識することができる。例えば、ゴルフプログラムは、コントローラデバイス850上のスイングの動きを入力として認識することができ、仮想ステアリング機構を提供することに専用化された別のプログラムによって、一部の動きを無視することができる。自己推進デバイス810上で実行されるとき、各々のプログラムは、特定の認識された入力と関連付けられた制御入力813を解釈し、または制御入力813をコマンドおよび制御パラメータにマッピングする命令を含むことができる。
変形形態では、自己推進デバイスは、そのプログラムライブラリを動的に再構成することを可能とすることができる。例えば、新たに認識される入力に対応する制御入力813を処理するようにプログラムを修正することができる(例えば、コントローラデバイス810によって受信される命令を通じて)。別の例として、自己推進デバイス810は、自己推進デバイス810が使用中の間にプログラムを切り替えることが可能であってもよい。プログラムが切り替えられるとき、異なる組の入力を認識することができ、および/または各々の入力を、自己推進デバイス810上で異なって解釈することができる。
接触および駆動方法
図9は、自己推進デバイスを動作させる例示的な方法を示すフローチャートである。図9を参照して、コントローラデバイスのユーザ(例えば、スマートフォン、テーブル、リモート制御、または他のモバイルコンピューティングデバイス)は、自己推進デバイスから画像または映像供給を受信することができる。自己推進デバイスは、本来的には球形である必要はないが、むしろ、本明細書で説明されたコントローラデバイスによって制御することが可能な任意のデバイスとすることができる。自己推進デバイスは、他の機能の中で、透明球形筐体、筐体内に配置されたカメラ、および映像供給をコントローラデバイスにストリーミングすることができる無線リンクを含むように構成されてもよい。このようにして、コントローラデバイスは、自己推進デバイス内に配置されたカメラから供給を受信することができる(900)。さらに、コントローラデバイスは、供給をコントローラデバイス上で表示することができるように(902)ディスプレイスクリーンを含むことができる。コントローラデバイスは、ユーザが表示された供給と直接対話することを可能にするタッチスクリーン機能を含むことができる。
図9は、自己推進デバイスを動作させる例示的な方法を示すフローチャートである。図9を参照して、コントローラデバイスのユーザ(例えば、スマートフォン、テーブル、リモート制御、または他のモバイルコンピューティングデバイス)は、自己推進デバイスから画像または映像供給を受信することができる。自己推進デバイスは、本来的には球形である必要はないが、むしろ、本明細書で説明されたコントローラデバイスによって制御することが可能な任意のデバイスとすることができる。自己推進デバイスは、他の機能の中で、透明球形筐体、筐体内に配置されたカメラ、および映像供給をコントローラデバイスにストリーミングすることができる無線リンクを含むように構成されてもよい。このようにして、コントローラデバイスは、自己推進デバイス内に配置されたカメラから供給を受信することができる(900)。さらに、コントローラデバイスは、供給をコントローラデバイス上で表示することができるように(902)ディスプレイスクリーンを含むことができる。コントローラデバイスは、ユーザが表示された供給と直接対話することを可能にするタッチスクリーン機能を含むことができる。
次いで、ユーザは、表示された映像供給上の対象または位置ポイントを選択することができる。したがって、位置ポイントのユーザ選択は、コントローラデバイスによって受信される(904)。ユーザは、自己推進デバイスの基準のフレームにおける物理的な対象に対応するスクリーン上の対象に触れることによって、位置ポイントを選択することができる。追加、または代替として、ユーザは、表示されている対象を識別する音声コマンドを提供することができる。ユーザによる選択を受信すると、コントローラデバイスは、次いで、自己推進デバイスへの位置情報(それを物理的な位置ポイントに移動させる(908))に基づいて、コマンド信号を生成することができる。自己推進デバイスは、対象に直接移動することができ、また最終的に対象の位置に到達するために障害物の周囲で誘導を実行することができる。
追加、または代替として、コントローラデバイスはさらに、ユーザの基準フレーム、および/またはコントローラデバイスの基準フレームに基づいて、ディスプレイスクリーン上に示された対象の位置を判定するように構成されてもよい。コントローラデバイスはまた、コントローラデバイス上に表示された位置ポイントの相対位置を、自己推進デバイスの基準フレームにおける位置ポイントの位置とマッピングすることができる(906)。このようにして、画像/映像供給を介して、マッピングされた相対位置に基づいて、対象の位置に移動するように、自己推進デバイスをコントローラデバイスによって案内することができ、そこでは、コントローラデバイスは、相対位置を算出する処理手段を含むことができる。
結論
本明細書で説明される1つ以上の例は、コンピューティングデバイスによって実行される方法、技術、および動作が、プログラムで実行され、またはコンピュータにより実行される方法として実行されることを規定する。プログラムでとは、コードまたはコンピュータ実行可能命令の使用によることを意味する。プログラムで実行されるステップは、自動であってもよく、または自動でなくてもよい。
本明細書で説明される1つ以上の例は、コンピューティングデバイスによって実行される方法、技術、および動作が、プログラムで実行され、またはコンピュータにより実行される方法として実行されることを規定する。プログラムでとは、コードまたはコンピュータ実行可能命令の使用によることを意味する。プログラムで実行されるステップは、自動であってもよく、または自動でなくてもよい。
本明細書で説明される1つ以上の例を、プログラムモジュールまたはコンポーネントを使用して実装することができる。プログラムモジュールまたはコンポーネントは、1つ以上の定められたタスクまたは機能を実行することが可能な、プログラム、サブルーチン、プログラムの一部、またはソフトウェアコンポーネントもしくはハードウェアコンポーネントを含んでもよい。本明細書で使用されるように、モジュールまたはコンポーネントは、他のモジュールまたはコンポーネントと独立してハードウェアコンポーネント上に存在することができる。代わりに、モジュールまたはコンポーネントは、共有された要素、または他のモジュール、プログラムもしくは機械の処理とすることができる。
さらに、本明細書で説明される1つ以上の例は、1つ以上のプロセッサによって実行可能な命令の使用を通じて実装されてもよい。それらの命令は、コンピュータ可読媒体上で搬送されてもよい。図で示され、または説明された機械は、以下で、本発明の例を実装する命令を搬送および/または実行することができる、処理リソースおよびコンピュータ可読媒体の例を提供する。特に、本発明の例で示される多数の機械は、プロセッサ、ならびにデータおよび命令を保持する種々の形式のメモリを含む。コンピュータ可読媒体の例は、パーソナルコンピュータまたはサーバ上のハードドライブなどの永続的メモリ記憶装置を含む。コンピュータ記憶媒体の他の例は、ポータブル記憶ユニット(CDまたはDVDユニット)、フラッシュメモリ(多くの携帯電話およびタブレットに持ち込まれるなど))、および磁気メモリを含む。コンピュータ、端末、ネットワーク対応デバイス(例えば、携帯電話などのモバイルデバイス)は全て、プロセッサ、メモリおよびコンピュータ可読媒体に記憶された命令を利用する機械およびデバイスの例である。加えて、例は、コンピュータプログラム、またはそのようなプログラムを搬送することが可能なコンピュータ使用可能な搬送媒体の形式で実装されてもよい。
添付図面を参照して、示された例を本明細書で詳細に説明したが、特定の例および詳細への変形が本開示に含まれる。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲、およびその均等物によって定義されることを意図する。さらに、個々にまたは例の一部としてのいずれかで説明された特定の特徴を、個々に説明された他の特徴、または他の例の一部と組み合わせることができる。よって、組合せの説明がないことによって、本発明者がそのような組み合わせに対する権利を主張することが排除されるべきではない。
本発明の幾つかの例を上記説明したが、説明された例は、例としてのみに過ぎないことが理解されよう。したがって、本発明は、説明された例に基づいて限定されるべきではない。むしろ、本明細書で説明された本発明の範囲は、上記の説明および添付図面と併せて考慮されるときに、続く特許請求の範囲に照らしてのみ限定されるべきである。
Claims (19)
- 自己推進デバイスであって、
球形筐体と、
前記球形筐体内に配置された駆動システムであって、1つ以上のホイールに電力供給する、駆動システムと、
前記駆動システムの上に取り付けられた運搬装置であって、前記球形筐体内でペイロード空間の底面に対応する上面を有する、運搬装置と、
前記運搬装置に結合された付勢機構であって、左側ポータルアクスルおよび右側ポータルアクスルを含み、前記左側ポータルアクスルおよび前記右側ポータルアクスルの各々は、前記ペイロード空間の前記底面に取り付けられ、および前記球形筐体の内面に対して力を提供するために接触要素に結合されたバネを含む、付勢機構と
を備え、前記力は、前記球形筐体を移動させるために、前記1つ以上のホイールを能動的に押し付けて、前記球形筐体の前記内面を持続的に係合させるために十分な付勢を提供する鉛直ベクトルを含む、自己推進デバイス。 - 前記球形筐体を包み込む保護カバーをさらに備え、前記保護カバーは、激しい衝撃の期間の間に離脱するように構成される、請求項1に記載の自己推進デバイス。
- 前記駆動システムに結合された1つ以上のバッテリーと、
前記1つ以上のバッテリーに結合された誘導電荷ポートであって、前記1つ以上のバッテリーの誘導電荷を有効にする、誘導電荷ポートと
をさらに備える、請求項1に記載の自己推進デバイス。 - 前記自己推進デバイス内に配置された1つ以上のバッテリーに結合され、かつ前記駆動システムに結合された充電ポートをさらに備え、前記充電ポートは、前記1つ以上のバッテリーをプラグイン充電するように構成されている、請求項1に記載の自己推進デバイス。
- 前記左側ポータルアクスルと前記右側ポータルアクスルとの間の前記ペイロード空間の前記底面に結合されたカメラをさらに備え、前記球形筐体は光学的に透明である、請求項1に記載の自己推進デバイス。
- 前記左側ポータルアクスルと前記右側ポータルアクスルとの間の前記ペイロード空間の前記底面に取り付けられたカメラスタビライザをさらに備え、前記カメラは、前記カメラスタビライザに取り付けられる、請求項5に記載の自己推進デバイス。
- 前記ペイロード空間内に配置された化学センサ、赤外線センサ、動きセンサ、聴取器、または生物学センサのうちの1つ以上をさらに備える、請求項1に記載の自己推進デバイス。
- 前記ペイロード空間内に配置された1つ以上の爆発物をさらに備える、請求項1に記載の自己推進デバイス。
- 前記球形筐体は、前記自己推進デバイスが実質的に防水になることを可能にするように密封可能である、請求項1に記載の自己推進デバイス。
- 前記駆動システムを動作させるプロセッサと結合された受信機をさらに備え、前記受信機は、外部コントローラから命令信号を受信し、および前記プロセッサに前記命令信号を送信し、前記プロセッサは、前記自己推進デバイスを誘導するための前記駆動システムに対するコマンドとして前記命令信号を実行する、請求項1に記載の自己推進デバイス。
- 前記プロセッサは、前記球形筐体上でドア機構を動作させ、前記球形筐体は、前記外部コントローラから前記プロセッサによって受信される開放命令があると、前記ドア機構を介して機械的に開放する、請求項10に記載の自己推進デバイス。
- 前記ペイロード空間の前記底面に取り付けられたスタビライザをさらに備え、前記スタビライザは、前記自己推進デバイスが動いているときにペイロードに対する実質的に一定の方位を維持するジャイロスコープを含む、請求項1に記載の自己推進デバイス。
- 前記スタビライザは、前記自己推進デバイス上の衝撃の間に、前記ペイロード上の衝撃力を減少させる緩和システムをさらに含む、請求項12に記載の自己推進デバイス。
- 自己推進デバイスを動作させる、コンピュータにより実行される方法であって、モバイルコンピューティングデバイスの1つ以上のプロセッサによって実行され、かつ、
前記自己推進デバイスから画像を受信するステップであって、前記画像は、前記自己推進デバイス内に取り付けられた画像捕捉デバイスの視野を提供する、ステップと、
前記モバイルコンピューティングデバイスのタッチセンシティブディスプレイ上に前記画像を表示するステップと、
前記タッチセンシティブディスプレイ上で、前記画像捕捉デバイスの前記視野内の位置ポイントのユーザ選択を受信するステップと、
前記ユーザ選択に基づいて、前記自己推進デバイスに送信されることになるコマンド信号を生成するステップであって、前記コマンド信号は、前記位置ポイントに誘導するように前記自己推進デバイスに指示する、ステップと
を含む、方法。 - 前記モバイルコンピューティングデバイス上に表示されるときの前記視野の第1の基準フレームに基づいて、前記視野における前記位置ポイントの位置を判定するステップと、
前記自己推進デバイスに対する前記位置ポイントに対応する第2の基準フレーム上の前記位置ポイントの前記位置をマッピングするステップと
をさらに含み、前記コマンド信号は、前記第2の基準フレームのみに基づいて、前記自己推進デバイスを誘導するための命令を含むように生成される、請求項14に記載の方法。 - 前記画像は、前記自己推進デバイス内で前記画像捕捉デバイスから提供される生の映像供給であり、前記コマンド信号を生成するステップは、前記生の映像供給を受信するのと同時に動的に実行される、請求項14に記載の方法。
- 命令を記憶した非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令は、モバイルコンピューティングデバイスの1つ以上のプロセッサによって実行されると、さらに前記モバイルコンピューティングデバイスに、
自己推進デバイスから画像を受信することであって、前記画像は、前記自己推進デバイス内に取り付けられた画像捕捉デバイスの視野を提供する、受信することと、
前記モバイルコンピューティングデバイスのタッチセンシティブディスプレイ上に前記画像を表示することと、
前記タッチセンシティブディスプレイ上で、前記画像捕捉デバイスの前記視野内の位置ポイントのユーザ選択を受信することと、
前記ユーザ選択に基づいて、前記自己推進デバイスに送信されることになるコマンド信号を生成することであって、前記コマンド信号は、前記位置ポイントに誘導するように前記自己推進デバイスに指示する、生成することと
を実行させる、非一時的コンピュータ可読媒体。 - 前記命令は、前記1つ以上のプロセッサによって実行されると、さらに前記モバイルコンピューティングデバイスに、
前記モバイルコンピューティングデバイス上に表示されるときの前記視野の第1の基準フレームに基づいて、前記視野における前記位置ポイントの位置を判定することと、
前記自己推進デバイスに対する前記位置ポイントに対応する第2の基準フレーム上の前記位置ポイントの前記位置をマッピングすることと
を実行させ、前記コマンド信号は、前記第2の基準フレームのみに基づいて、前記自己推進デバイスを誘導するための命令を含むように生成される、請求項17に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。 - 前記画像は、前記自己推進デバイス内で前記画像捕捉デバイスから提供される生の映像供給であり、前記コマンド信号を生成することは、前記生の映像供給を受信するのと同時に動的に実行される、請求項17に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
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