JP2023507241A - 随意のデュアルレンジ運動学を用いたプロキシコントローラスーツ - Google Patents

Abstract

オペレータが実際のまたは仮想のリモート空間において実際のまたは仮想のプロキシを制御することを可能にするためのプロキシコントローラスーツは、追跡される空間におけるオペレータの位置を提供するように構成された中央追跡ユニットを含む。プロキシコントローラスーツは、中央追跡ユニットから既知の第１の距離にあるオペレータの第１の付属器官上の第１の位置に取り付けられた第１の運動センサを含み、第１の運動センサの移動は、第１の運動センサを参照して決定される。プロキシコントローラスーツはまた、第１の運動センサから既知の距離にあるオペレータの第１の付属器官上の第２の位置に取り付けられた第２の運動センサを含み、第２の運動センサの移動は、第１の運動センサによって行われた測定値の関数として決定される。【選択図】図１

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１９年１２月３１日に出願された「プロキシコントローラスーツ（Ｐｒｏｘｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｓｕｉｔ）」という名称の米国仮特許出願第６２／９５５，７３５号明細書、および２０２０年５月１１日に出願された 「デュアルレンジ運動学によるプロキシコントローラスーツ（Ｐｒｏｘｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｓｕｉｔ ｗｉｔｈ Ｄｕａｌ Ｒａｎｇｅ Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ）」という名称の米国仮特許出願第６３／０２２，７１３号明細書の利益を主張し、これらの開示は、本明細書に完全に記載されているものとして参照により組み込まれる。

本発明は、一般に、プロキシコントローラの分野に関し、より詳細には、限定するものではないが、オペレータによって着用されるコントローラスーツを使用してロボットプロキシを制御するためのシステムおよび方法に関する。

ロボットは、特定のタスクを実行するように高度に特殊化されている制限された集中的な問題に対処することに成功している。これらのタスクを実行することを可能にする制御システムは、通常、これらのタスクに合わせて調整される。この制限された集中的用途の一例は、自動車製造のためのロボットシステムの使用に見ることができる。これらのロボットは、静的環境内で個別の反復タスクを実行する。

ロボット工学設計者の目標は、より広範囲のタスクにわたって支援を提供するために、より人間に似たロボットを構築することである。人間型ロボットは、人間型対話のために開発されたインフラストラクチャを用いて開放環境をより容易にナビゲートすることができる。例えば、ボタン、ドアノブなど、人間との相互作用のために多くのインターフェースおよび制御が開発されており、これらのインターフェースは、人間の固有の身体的特徴、比率、および能力と係合するように設計されている。

人間型機械（四肢および胴体などを有する）を構築することは不可能なタスクではないが、それらが制限のない環境で自律的に正常に動作するために必要な制御システムを構築することは非常に困難である。それにもかかわらず、ほとんどのロボット設計者は、機械が人間のガイドからの限られた支援による世界で動作しようとする完全な自動化を試みる手法をとってきた。このような自律性は、ロボットが重要な考え方を欠いており、高度なプログラミングおよびセンサを必要とするため、達成が非常に困難である。

自律型ロボットを開発する代わりに、多くの設計者が、人間のオペレータによって遠隔制御される機械である「ロボットプロキシ」を開発するために取り組んできた。いくつかの場合では、それらの設計者は、オペレータの移動を追跡し、ロボットプロキシにそれらの移動を模倣させることを意図したウェアラブルコントロールスーツを企図している。例えば、特許文献１は、人間が制御するプロキシロボットサーロゲートを用いた宇宙探査のシステムおよび方法を記載している。

ロボットプロキシを遠隔制御する際の重要な問題は、オペレータの移動が正確に追跡され、ロボットプロキシに忠実に伝送されることを保証することである。従来のコントローラスーツでは、センサは、追跡システムがオペレータによって装着されたセンサの１つまたは複数との位置登録を失い、その後、オペレータまたはその付属器官の位置を誤解する「ドリフト」を経験する可能性がある。センサドリフトから生じる不正確なデータは、ロボットプロキシがオペレータのセンサの誤解された位置と一致するように指示される場合に特に問題となる。従来技術の欠点に照らして、改良されたロボット制御システムが依然として必要とされている。本発明が対象とするのは、従来技術におけるこれらおよび他の欠点である。

例示的な実施形態では、本発明は、オペレータが実際のまたは仮想のリモート空間で実際のまたは仮想のプロキシを制御することを可能にするためのプロキシコントローラスーツを含む。プロキシコントローラスーツは、追跡される空間内のオペレータの位置を提供するように構成された中央追跡ユニットを含む。プロキシコントローラスーツは、中央追跡ユニットから既知の第１の距離にあるオペレータの第１の付属器官上の第１の位置に取り付けられた第１の運動センサをさらに含み、第１の運動センサの移動は、第１の運動センサを参照して決定される。プロキシコントローラスーツはまた、第１の運動センサから既知の距離にあるオペレータの第１の付属器官上の第２の位置に取り付けられた第２の運動センサを含み、第２の運動センサの移動は、第１の運動センサによって行われた測定値の関数として決定される。

別の実施形態では、本発明は、オペレータが実際のまたは仮想のリモート空間内で実際のまたは仮想のプロキシを制御することを可能にするためのプロキシコントローラスーツを含み、プロキシコントローラスーツは、追跡される空間内のオペレータの位置を提供するように構成された中央追跡ユニットと、各々がオペレータの身体の付属器官または部分に対応する複数のセンサクラスタとを有する。センサクラスタの各々は、複数の運動センサを備える。複数の運動センサの各々の移動は、適用可能なセンサクラスタ内の他の運動センサによって行われた移動の測定値の関数として、中央追跡ユニットの位置を参照して決定される。

さらに別の実施形態では、本発明は、オペレータがリモート空間でロボットプロキシを制御することを可能にするためのプロキシコントローラスーツを含み、プロキシコントローラスーツは、追跡される空間内のオペレータの位置を提供するように構成されたオペレータの胴体に配置された中央追跡ユニットを有する。プロキシコントローラスーツはまた、各々がオペレータの身体の付属器官または一部に対応する複数のセンサクラスタを含み、センサクラスタの各々は複数の運動センサを有する。プロキシコントローラスーツはまた、複数のセンサからの出力をプロキシに伝送されたコマンド信号に変換するスーツコントローラを含む。スーツコントローラは、従来の運動学モデルと、リモートプロキシを制御するための逆運動学モデルとの間でシフトするように構成される。プロキシコントローラスーツは、スーツコントローラからのコマンド信号を受け取り、それらのコマンド信号をプロキシに適用するように構成されたプロキシコントローラをさらに含む。

プロキシコントローラスーツを使用するオペレータによるロボットプロキシの制御を示す図である。

図１のオペレータおよびプロキシコントローラスーツを示す図である。

プロキシコントローラスーツの中央追跡ユニットを示す図である。

中央追跡ユニットおよびそのスーツコントローラシステムへの接続の機能図を提供する。

プロキシコントローラスーツのバイザを示す図である。

プロキシコントローラスーツの握り周辺コントローラの描写を提供する。

図２のプロキシコントローラスーツの運動センサ、中央追跡ユニット、バイザおよびコントローラのネットワーク化された配置を示す図である。

図２のプロキシコントローラスーツ内のネットワーク化された運動センサ間の親子関係を示す図である。

２足ロボットプロキシの描写を提供する図である。

車輪付きトラックロボットプロキシの描写を提供する図である。

プロキシコントローラスーツを有するロボットプロキシの移動を制御する例示的な方法を提供する図である。

対象物体を用いたロボットプロキシの近距離制御のための逆運動学制御スキームに切り替える例示的な方法を提供する図である。

図１から始めて、そこには、ロボットプロキシ２０２を制御する人間のオペレータ２００の描写が示され、プロキシコントローラスーツ１００が人間のオペレータ２００によって着用されている。オペレータ２００は、ロボットプロキシ２０２が位置するリモート空間２０６からある距離だけ離隔されている、追跡されるローカル空間２０４に配置される。プロキシコントローラスーツ１００は、オペレータ２００が実際のまたは仮想のプロキシ２０２（コンピュータ生成された）の移動をリアルタイムで制御することを可能にするためのウェアラブルシステムである。プロキシコントローラスーツ１００は、プライベート、専用、またはパブリックネットワーク２０８を介してロボットプロキシ２０２に接続される。ネットワーク２０８は、有線、無線、パブリック、およびプライベートリソースの組み合わせを含むことができる。人間のオペレータ２００とロボットプロキシ２０２との間の距離は、ネットワーク２０８の可用性、適合性、および全範囲によってのみ制限される。これにより、ロボットプロキシ２０２は、近くの箇所および遠隔箇所で動作し、人間のオペレータ２００にとって危険、困難、または不便な環境で動作することが可能になる。

ローカル空間２０４内の人間のオペレータ２００およびプロキシコントローラスーツ１００の位置および移動は、プロキシコントローラスーツ１００の内部および外部のリソースを使用してリアルタイムで決定および更新され得る。例えば、追跡されるローカル空間２０４内のプロキシコントローラスーツ１００の位置は、全地球測位衛星（ＧＰＳ）システム２１０、外部カメラシステム２１２もしくはローカル無線位置システム２１４（Ｗｉ－ＦｉおよびＢｌｕｅｔｏｏｔｈを含む）、またはこれらのシステムの組み合わせを使用して決定され得る。いくつかの実施形態では、ローカル空間２０４は、ローカル空間２０４内の実質的に固定された位置に留まりながら、オペレータ２００が様々な方向に歩行または他の様態で歩行することを可能にするトレッドミル２１６または他の可動性センサを含む。

プロキシコントローラスーツ１００からの出力は、プロキシコントローラスーツ２１８に提示され、プロキシコントローラスーツ１００によって生成された信号を解釈し、解釈された信号をネットワーク２０８を介してプロキシコントローラ２２０に渡す。スーツコントローラ２１８およびプロキシコントローラ２２０はスタンドアロンモジュールとして示されているが、いくつかの実施形態では、スーツコントローラ２１８およびプロキシコントローラ２２０の機能は、ローカル、ダイレクト、または分散型コンピュータネットワークを介してプロキシ２０２およびプロキシコントローラスーツ１００に接続された１つまたは複数のコンピュータに組み込まれることが理解されよう。

図２を参照すると、そこには、人間のオペレータ１００によって着用されたプロキシコントローラスーツ１００の拡大図が示されている。プロキシコントローラスーツ１００は、中央追跡ユニット１０２、複数の運動センサ１０４、運動センサメインボード１０６、バイザ１０８、および１つまたは複数の周辺コントローラ１１０を有する。中央追跡ユニット１０２および運動センサ１０４は、オペレータの身体の指定された部分でオペレータ２００に取り付けられ、オペレータ２００の移動を正確に追跡するために使用される。従来技術のプロキシ制御システムとは異なり、プロキシコントローラスーツ１００は、ローカル空間２０４内のコントローラスーツ１００の位置を正確に追跡し、報告する中央追跡ユニット１０２と、中央追跡ユニット１０２の位置に対するオペレータ２００の腕、脚、体、および頭の移動を正確に追跡する様々な運動センサ１０４との間の固有の調整を利用する。センサのこの新規な配置は、中央追跡ユニット１０２を使用して空間内のコントローラスーツ１００の位置および移動を識別し、次いで、各々が中央追跡ユニット１０２に直接または間接的に戻って参照される運動センサ１０４の骨格ネットワークの一部としてコントローラスーツ１００の個別の部分（例えば、腕、手袋、脚または靴）の位置および移動を識別することによって、センサドリフトを最小限に抑える。

運動センサ１０４が移動を検出すると、運動センサの移動は中央追跡ユニット１０２に繋ぎ戻される。運動センサメインボード１０６は、有線もしくは無線接続、またはデータを送信および収集するための任意の他の十分な手段を介して、運動センサ１０４から運動データを収集する。バイザ１０８は、プロキシコントローラスーツ１００およびプロキシ環境に関する情報を表示し、聴覚コマンド、運動データ、またはユーザもしくはユーザの環境によって提供される任意の他のデータなどのユーザからの情報を収集する。

図１は、コントローラスーツ１００内の中央追跡ユニット１０２、バイザ１０８、運動センサ１０４、および運動センサメインボード１０６の特定の配置を示しているが、コントローラスーツ１００内のこれらの構成要素の代替の配置および構成もまた、
例示的な実施形態の範囲内に入ると考えられたい。いくつかの実施形態では、プロキシコントローラスーツ１００は、より少ないまたは追加の運動センサ１０４と、１つまたは複数の中央追跡ユニット１０２とを有することができる。いくつかの実施形態では、中央追跡ユニット１０２および運動センサメインボード１０６は、単一のユニットに統合されることができ、またはバイザ１０８または周辺コントローラ１１０などのプロキシコントローラスーツ１００の他の要素と組み合わされ得る。プロキシコントローラスーツ１００の様々な要素は、一般に、有線（図示のように）または無線接続で互いに接続されることが理解されよう。センサデータ、環境データ、コントローラコマンド、または任意の他の適切なデータを含み得るデータは、有線または無線接続を介してこれらの構成要素間で送信される。

図３を参照すると、中央追跡ユニット１０２の図が示されている。この実施形態では、中央追跡ユニット１０２は、１対の広角（魚眼）カメラ１１２、ステレオ撮像レンズ１１４、低照度条件で照明するためのＩＲプロジェクタ１１６、およびＲＧＢセンサ１１８を含む。中央追跡ユニット１０２はまた、統合運動センサ１０４を含むことができる。上述したように、中央追跡ユニット１０２は、追跡されるローカル空間２０４内のプロキシコントローラスーツ１００の総位置を決定するために使用される。

図４の機能図に示すように、中央追跡ユニット１０２は、中央追跡ユニット１０２、したがってプロキシコントローラスーツ１００の移動および位置が、広角カメラ１１２、ステレオ撮像レンズ１１４、光（赤外線または可視）プロジェクタ１１６、ＲＧＢセンサ１１８、および運動センサ１０４のうちの１つまたは複数を使用して決定される 「内外の」 技術を使用して、ローカル空間２０４内のプロキシコントローラスーツ１００の位置を決定する。運動センサ１０４および左右の広角カメラ１１２は協働して、カメラ１１２によって撮影された画像の変化を見て、運動センサ１０４によって検出された運動を読み取ることによって、ローカル空間２０４内の中央追跡ユニット１０２の移動を追跡する。ＲＧＢセンサ１１８およびステレオ撮像レンズ１１４は協働して、中央追跡ユニット１０２の前方の被写界深度を測定する。この情報は、中央追跡ユニット１０２内で、メインボード１０６または外部コンピュータを使用して処理されて、ローカル空間２０４内の中央追跡ユニット１０２の絶対位置を決定する。

いくつかの実施形態では、中央追跡ユニット１０２の位置の決定は、外部カメラシステム２１２、全地球測位衛星（ＧＰＳ）システム２１０との接続、およびローカル無線位置システム２１４などの、プロキシコントローラスーツ１００の外部にあるセンサによって拡張または検証される。さらに他の実施形態では、中央追跡ユニット１０２は、外部カメラシステム２１２などの外部センサがローカル空間２０４内の中央追跡ユニット１０２の位置を検出および追跡するために使用される「外部」位置特定システムに主にまたは完全に依存する。中央追跡ユニット１０２は、様々な異なる位置でオペレータ２００に取り付けられ得るが、中央追跡ユニット１０２は、分散型運動センサ１０４のテザリングポイントとして機能するように、頭部または胴体など（図示のように）の中央位置に最適に配置される。

ここで図５を参照すると、バイザ１０８の一実施形態が示されている。バイザ１０８は、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）１２０、内蔵マイクロホン１２２、スピーカまたはイヤピース１２４を含む。バイザ１０８は、任意選択的に、一体型運動センサ１０４を含むことができる。バイザ１０８は、一般に、プロキシ２０２の状態に関する視覚情報（例えば、バッテリ強度、信号強度、動作温度、ＣＰＵ負荷、プロキシ２０２の現在の状態および姿勢）をローカル空間２０４内のオペレータ２００の位置にオーバーレイまたは交互にしながら、プロキシ２０２から出力されたビデオおよびオーディオをオペレータ２００に表示するように構成される。バイザ１０８はまた、マイクロホン１２２を介してオペレータ２００からの口頭コマンドを受け入れるように構成され得る。バイザ１０８は、プロキシコントローラスーツ１００内に統合するためにオーダーメイドすることができるが、適切なバイザは、Ｏｃｕｌｕｓ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ、ＨＴＣ、および他の製造業者から入手可能である。

いくつかの実施形態では、ディスプレイは、プロキシ２０２の１人称視覚的表現、プロキシ２０２の周りのリモート空間２０６、および周辺コントローラ１１０（またはプロキシコントローラスーツ１００の他の部分）の位置の仮想表現のオーバーレイを含む。このようにして、オペレータ２００は、プロキシ２０２を取り囲むリモート空間およびリモート空間内のプロキシ２０２の目に見える移動の２次元または３次元描写を得ると同時に、オペレータ２００がプロキシ２０２を制御するためにプロキシコントローラスーツ１００内を移動するにつれて、プロキシコントローラスーツ１００の検出された位置および相関の仮想化オーバーレイを通じてオペレータ２００に視覚フィードバックもまた提供する。このシステムはまた、プロキシコントローラスーツ１００の移動がもはやプロキシ２０２の移動と正確に位置合わせされ、登録されていないかどうかをオペレータ２００が迅速に判断することを可能にする。

図６を参照すると、周辺コントローラ１１０の一例が示されている。この実施形態では、周辺コントローラ１１０は、オペレータの指および親指の移動を検出および測定するためにオペレータ２００によって着用される手袋として構成される。この実施形態では、周辺コントローラ１１０は、オペレータの手の位置および移動を監視するための一体型運動センサ１０４を含む。他の実施形態では、周辺コントローラ１１０は、ロボットプロキシ２０２の態様を制御するように特に設計されたボタン、ジョイスティック、または他の入力デバイス、またはロボットプロキシ２０２によって使用される手段もしくはインターフェースで構成される。周辺コントローラ１１０は、有線または無線接続を介して中央追跡ユニット１０２またはメインボード１０６に接続され得る。

図７および図８を参照すると、プロキシコントローラスーツ１００内の分散型運動センサ１０４の階層表現が示されている。運動センサ１０４は、相互リンクされた骨格ネットワークに配置され、直接または運動センサメインボード１０６を介して中央追跡ユニット１０２に機能的に繋がれる。プロキシコントローラスーツ１００内では、中央追跡ユニット１０２は、運動センサ１０４によって生成された運動信号が基づく基準点として機能する。中央追跡ユニット１０２は、追跡されるローカル空間２０４内のプロキシコントローラスーツ１００の総位置を正確に追跡するために不可欠であり、その結果、プロキシコントローラスーツ１００内の離散運動センサ１０４の正確な位置は、センサドリフトエラーなしで追跡され得る。中央追跡ユニット１０２は、共通の集中位置基準点を提供することによって、運動センサ１０４のためのより正確な追跡システムを提供する。

例示的な実施形態では、運動センサ１０４は、運動（加速度および／または回転）を検出するように構成される。いくつかの実施形態では、運動センサ１０４は、加速度および向きの変化を測定する慣性測定ユニット（「ＩＭＵ」）であり、その後、速度および移動に数学的に外挿され得る。適切な運動センサは市販されており、Ａｄａｆｒｕｉｔ９－ＤＯＦ Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ＩＭＵ Ｆｕｓｉｏｎ Ｂｒｅａｋｏｕｔ ＢＮＯ０５５、ならびにジャイロスコープおよび加速度計の機能を含む同様の特性を有するカスタムセンサを含む。

加速度および向きの変化を検出するのに有効であるが、従来のＩＭＵセンサは、追跡空間内に明確な位置を提供するように構成されていない。位置情報を従来のＩＭＵセンサの出力のみに依存すると、プロキシコントローラスーツ１００の位置および移動を正確に追跡する努力を妨げるセンサドリフトエラーが生じる可能性がある。多くの既存の運動捕捉スーツで提供される解決策は、カルマンフィルタリング、すなわち、その既知の以前の位置およびその状態に影響を及ぼす追加のパラメータ（３Ｄ空間におけるその速度または軌跡など）に基づいてアイテムの目標位置を予測することを試みるアルゴリズムを使用することである。しかしながら、試験は、この手法が実質的なドリフトエラーをもたらす可能性もあることを示している。これらのエラーは、離散運動センサの出力がプロキシを正確に制御するために使用される用途での採用を妨げる。

これらのセンサドリフトエラーに対処するために、運動センサ１０４およびコントロールスーツ１００の他の構成要素は、中央追跡ユニット１０２に機能的に繋ぎ戻される。中央追跡ユニット１０２は追跡空間内で追跡され、絶対位置を有するので、中央追跡ユニット１０２の正確な位置を他の運動センサに適用することができ、それによってドリフトを排除することができる。このプロセスは、カルマンフィルタリングを使用せずにドリフトを排除し、プロキシ２０２を制御する際により高い精度を提供する。したがって、運動センサ１０４を中央追跡ユニット１０２に繋ぎ戻すことによって、すべての運動センサ１０４の正確な追跡を達成するために、中央追跡ユニット１０２の絶対位置を正確に追跡するだけでよい。

一般に、運動センサ１０４は、各運動センサ１０４がオペレータの骨格の異なる部分の移動を追跡し、その移動を基準中央追跡ユニット１０２に戻して関連付けるように、オペレータの身体上の位置に戦略的に配置される。例えば、オペレータの右前腕（例えば、図７の「ＭＳ１１」）に配置された運動センサは、右前腕の加速度および向きを測定する。単独では、「ＭＳ１１」運動センサ１０４からの出力のみを使用してオペレータの右前腕の位置を正確に識別することは困難であろう。しかしながら、オペレータの右手（ＭＳ１０）から右腕（ＭＳ１１およびＭＳ１２）の上方へ中央追跡ユニット１０２（ＭＳ１３）までのセンサの骨格クラスタ内の他の運動センサ１０４の出力を離散運動センサ１０４の出力に組み合わせることにより、前腕の移動および位置が正確に追跡され得る。例えば、手首センサ（ＭＳ１０）および前腕センサ（ＭＳ１１）のみが加速度または向きの変化を報告し、「右腕センサクラスタ」内の他のセンサが移動を報告しない場合、スーツコントローラ２１８は、運動をオペレータの肘を中心としたねじれまたは回転として解釈することができる。このようにして、コントロールスーツ１００は、「仮想」骨格の移動として出力され得る運動センサ１０４によって生成されたデータを正確に解釈するための基礎として、オペレータの骨格によって生成された固定位置関係を活用する。

例示的な実施形態では、各運動センサ１０４の回転および加速度は、一般にオペレータの胴体上の中央追跡ユニット１０２からオペレータの四肢に配置される運動センサ１０４まで延在するセンサクラスタ１２６の一部として測定および分析される。中央追跡ユニット１０２はルートノードとして機能し、他のすべての運動センサ１０４は、骨格センサクラスタ１２６内でそれに親になっている。運動センサ１０４から中央追跡ユニット１０２の親子構造は図８に示されており、中央追跡ユニット１０２はすべてのセグメント化されたグループの親子構造の最終親である。初期較正位置に対する任意の運動センサ１０４の回転は、子運動センサの回転を親運動センサの回転（または回転の欠如）と比較することによって決定され得る。プロキシ２０２の移動は、この相対回転に一致するように決定および設定され得る。これは、プロキシ２０２内の類似の対応する点で実施される同じ回転によって達成される。

図７に示すように、プロキシコントローラスーツ１００は、１５（１５）個の運動センサ１０４（ＭＳ１５を介してＭＳＩと符号付けされている）と、単一の中央追跡ユニット１０２とを有する。説明したように、運動センサ１０４は、データ接続を介して中央追跡ユニット１０２に繋ぎ戻されるグループ化されたセンサクラスタ１２６に分割される。これらのセンサクラスタ１２６を使用して、仮想骨格構造に近似させることができる。近似は、プロキシコントローラスーツ１００を較正することによって作成される。較正段階中、コントロールスーツ１００はオペレータ２００によって着用され、中央追跡ユニット１０２と各分散型運動センサ１０４との間の距離、および各相互リンクされた運動センサ１０４間の距離は推定または測定され得る。

運動センサ１０４は、ストラップ、接着剤、磁石、または他の取り付け機構を使用してオペレータの身体に取り付けられ得る。いくつかの実施形態では、様々な運動センサ１０４は、オペレータによって着用されるスーツまたは衣服に統合される。いくつかの実施形態では、運動センサ１０４は、オペレータの以下の箇所、上腕／二頭筋（ＭＳ９およびＭＳ１２）、前腕部（ＭＳ８、ＭＳ１１）、手首の上の手の上部（ＭＳ７およびＭＳ１０）、大腿四頭筋（ＭＳ３およびＭＳ６）、脛／ふくらはぎ（ＭＳ１およびＭＳ５）、足の甲（ＭＳ２およびＭＳ４）、頭（ＭＳ１４）、上部胴体（ＭＳ１３）および背中／腰（ＭＳ１５）に配置される。

図８に示すように、プロキシコントローラスーツ１００は、運動センサ１０４の５つのクラスタ１２６で構成することができ、センサクラスタ１２６は、左二頭筋、前腕、および手に配置された運動センサ１０４を有し、第２のセンサクラスタ１２６は、右二頭筋、前腕、および手に運動センサ１０４を有し、第３のセンサクラスタ１２６は、左足、脚、大腿および背中の点に運動センサ１０４を有し、第４のセンサクラスタ１２６は、右足、脚、大腿および背中の点に運動センサ１０４を有し、第５のセンサクラスタ１２６は、オペレータ２００の頭に配置された運動センサ１０４（またはバイザ１０８）を有する。本明細書で別途述べられているように、他の実施形態は、追加の、またはより少ない運動センサ１０４、またはセグメント化されたグループ、または異なる向きおよび構成で繋がれたセグメント化されたグループを含むことができることが理解されよう。

較正中、セグメント化されたグループ内の運動センサ１０４間の距離を推定または測定し、次いで精度を調整することができる。例えば、第１のセンサクラスタでの較正中に、ＭＳ１０運動センサ（右手）からＭＳ１１（右前腕）までの距離が測定される。次に、ＭＳ１１（右前腕）からＭＳ１２（右上腕）までの距離が測定される。最後に、ＭＳ１２（右二頭筋）からＭＳ１３（中央追跡ユニット１０２／胴体）までの距離が測定される。このようにして、右腕センサクラスタ１２６上の各運動センサ１０４は、右腕の各部分が中央追跡ユニット１０２を参照して追跡空間内で追跡されるように、中央追跡ユニット１０２に繋ぎ戻される。左腕センサクラスタ１２６（ＭＳ７～ＭＳ９）、左脚センサクラスタ１２６（ＭＳ１～ＭＳ３）、右脚センサクラスタ１２６（ＭＳ４～ＭＳ６）についても同様の処理が繰り返され得る。いくつかの実施形態では、左右の脚クラスタ１２６は、腰の運動センサ（ＭＳ１５）に繋がれ、次いで中央追跡ユニット１０２に繋ぎ戻され、それによって追加の胴体センサクラスタ１２６（ＭＳ１５およびＭＳ１３）を生成する。これらのセグメント化されたグループは、プロキシ２０２の移動の基準となる仮想骨格構造を生成する。

オペレータの身体の様々な部分の移動を正確に検出する目的でオペレータの骨格構造を活用することに加えて、プロキシ２０２と、コントロールスーツ１００によって生成される仮想骨格との間の正確な縮尺を確立することも重要である。オペレータ２００およびプロキシ２０２が全く同じサイズである場合、オペレータ２０２による各移動は、プロキシ２０２において１：１の基準で再現され得る。オペレータ２００がレバーを把持するために腕を１２インチ上げる場合、プロキシ２０２はその腕を同じ距離だけ上げる。一方、オペレータ２００とプロキシ２０２とが同じサイズまたは比率でない場合、異種プロキシ２０２が適切に応答するように、コントロールスーツ１００によって検出された移動を適切に拡大縮小（スケーリング）することが重要である。プロキシ２０２内の関節角度はオペレータ２００の関節角度と位置合わせすることができるが、プロキシの四肢の長さがオペレータの四肢と一致するように比率的にスケーリングされない限り、プロキシ２０２の絶対的な肢位置はオペレータ２００の対応する肢と一致しない。したがって、較正ルーチンの間、コントロールスーツ１００によって生成された仮想骨格の各セグメントのサイズは、プロキシ２０２の対応する寸法に一致するように拡大縮小され得る（スケーラブル）。較正プロセスは、プロキシコントローラスーツ１００が、同じ向上した精度で異なるサイズのオペレータ２００によって使用されることを可能にする。

図９および図１０を参照すると、プロキシ２０２のサンプル図が示されている。プロキシ２０２は、腕、手、胴体、および頭を有する一般的な人間型である。プロキシ２０２は、脚（図９に示すように）または車輪付きもしくは追跡されるモビリティシステム（図１０に示すように）を含むことができる。また、プロキシ２０２は、リモート空間２０６からの音を検出するための１つまたは複数のプロキシマイクロホン２２４と、プロキシ２０２からの音を出力するように構成されたプロキシスピーカ２２６とを含むことができる。いくつかの実施形態では、プロキシマイクロホン２２４は、プロキシ２０２によって記録されたような指向性フォーマットの音をオペレータ２００が知覚することを可能にするように、プロキシコントローラスーツ１００に渡されるマルチチャネル音を記録するように構成される。例えば、音源からプロキシ２０２の正面および左側に発する音は、音の方向を示す方法で、プロキシコントローラスーツ１００を介してオペレータ２００のために再生される。バイザ１０８によって提供される視野内の視覚的方向インジケータもまた、音の方向を識別するためにオペレータ２００によって使用され得る。プロキシ２０２は、プロキシ２０２とプロキシコントローラ２２０との間でデータを交換するように構成された通信モジュール２２８を含む。

例示的な実施形態では、プロキシ２０２は、プロキシ２０２を取り囲むフィールドの視覚的描写を提供する１つまたは複数のプロキシカメラ２２２を含む。いくつかの実施形態では、プロキシカメラ２２２によって提示される視覚的表現は、バイザ１０８内の２次元の平坦または湾曲表現でオペレータ２００に表示される標準的な２次元ビデオである。２次元表現は、いくつかの用途において適切または十分であり得るが、オペレータ２００にとって利用可能な深度知覚の欠如は、リモート３次元空間においてプロキシ２０２を正確に制御するための努力を妨げる可能性がある。

他の実施形態では、プロキシカメラ２２２は、プロキシ２０２を取り囲むリモート空間２０６の３次元表現を提供するように構成される。プロキシカメラ２２２は、プロキシ２０２を取り囲む領域の完全な３次元仮想現実表現をレンダリングするように構成されることができ、これはプロキシコントローラスーツ１００のバイザ１０８内に３次元形式で表示され得る。プロキシ２０２を取り囲む空間の正確な３次元モデルを構築し、このモデルをプロキシコントローラスーツ１００に忠実に戻すことにより、２次元視野に関連する深度知覚の問題に対処しながら、ロボットプロキシ２０２を取り囲む物体の位置、サイズ、および縮尺のはるかに正確な表現が可能になる。

視覚データが３次元フォーマットでプロキシコントローラスーツ１００に戻される実施形態では、プロキシカメラ２２２は、標準ＲＧＢカラーデータに加えて、取り込まれたフレーム内の各ピクセルの距離情報を提供する深度カメラを使用してデータを収集するように構成される。プロキシコントローラ２２０およびスーツコントローラ２１８は、３次元画像データを処理し、このデータを使用してポイントクラウドを構築するように構成され得る。画像内の各ピクセルは、対応する距離だけ離れたプロキシカメラ２２２の向きに対して、多角形または形状として３次元空間にレンダリングされる。結果として得られる３次元モデルは、プロキシ２０２を取り囲む物体のリアルタイム表現を、それらの物体とプロキシ２０２との間の距離に基づいて適切な深度および縮尺で提供する。物体は、プロキシカメラ２２２から得られたテクスチャおよび色を使用して、または自動画像処理アルゴリズムを使用して物体の３次元表現にテクスチャを適用するカスタムシェーダの使用によって示され得る。

他の実施形態では、特にプロキシ２０２とプロキシコントローラスーツ１００との間の帯域幅が制限されている場合、３次元表現は、単純化されたテクスチャのないワイヤフレームメッシュとしてバイザ１０８に渡されることができる。これにより、情報をレンダリングするビデオ処理の全体的な要求が低減され、通信帯域幅要件の制約が緩和される。プロキシコントローラスーツ１００を介してオペレータ２００に提示されるワイヤメッシュ表現は、物体が完全にレンダリングされた画像でオペレータ２００に表示されない場合でも、プロキシ２０２を取り囲む物体の３次元描写の正確な距離、位置、縮尺、および比率を提供する。したがって、この解決策は、プロキシコントローラスーツ１００のオペレータ２００にとって、プロキシ２０２を取り囲む現実世界を 「仮想現実」 にする効果を有する。３次元仮想現実においてリモート空間２０６の環境を眺めることによって、オペレータ２００に正確な奥行き感を提供することは、オペレータ２００がプロキシ２０２を用いてリモート空間２０６内の物体を正確に操作することをはるかに容易にし、同時に、リモート空間２０６を介してプロキシ２０２をナビゲートするための改善された障害物回避も提供する。

リモート空間２０６の３次元視覚表現を展開する第１の方法では、プロキシカメラ２８８は、プロキシ２０２の視野内の物体を取り込むように構成される。この方法では、プロキシ２０２からの現在の視野の外側またはそれを超える画像を捕捉するための努力なしに、プロキシ２０２からの直接の視野を記録することによって、リモート空間の３次元表現がリアルタイムで構築される。

リモート空間２０６の３次元視覚的表現を構築する第２の方法では、プロキシカメラ２８８は、プロキシ２０２を取り囲むリモート空間２０６のより完全な３次元表現（プロキシ２０２の直接の視野外の物体を含む）を構築するように構成される。リモート空間２０６の完全な３次元表現は、３次元画像を捕捉することによって構築されことができ、リモート空間２０６内の位置によって記憶され、インデックス付けされることができる。プロキシ２０２がリモート空間２０６内の同じ場所に戻ると、格納された画像は、オペレータ２００への表示のために、またはプロキシ２０２によって取得された新しい画像に基づいて比較および改良のために検索されることができる。この方法は、プロキシ２０２が単一の前向き深度カメラ２８８を含むアプリケーションに適している。プロキシ２０２の視線が、以前にスキャンされ、リモート空間２０６の３次元モデルに統合された物体に戻ると、オペレータ２００には、プロキシの現在の視野に相関する既存の３次元モデルの部分が示される。

別の実施形態では、プロキシ２０２を取り囲むリモート空間２０６の完全な３次元表現は、プロキシ２０２の直接の向きまたは方向に関係なく、プロキシ２０２を取り囲む全体の位置をスキャンする深度機能を有する戦略的に配置されたプロキシカメラ２８８の配列を使用することによって生成される。これにより、オペレータ２００は、プロキシ２０２の前方視野の外側を移動または変化している可能性がある物体を含む、リモート空間２０６の完全な没入型仮想表現をリアルタイムで知覚することができる。

プロキシコントロールスーツ１００がリモート空間２０６の完全な３次元表現に関連して使用される場合、オペレータ２００は、ビデオゲームなどの完全な仮想環境内で仮想プロキシを制御するために、オペレータ２００がプロキシコントローラスーツ１００を使用するのと同じ方法でプロキシ２０２を制御する。したがって、プロキシコントローラスーツ１００は、リモートロボットプロキシ２０２を制御するのによく適しているが、プロキシコントローラスーツ１００は、ビデオゲームまたは他の完全な仮想環境内の仮想プロキシを制御するのにも同様によく適しており、それは例示的な実施形態の範囲内にあると考えられる。

図１に概略的に示すように、プロキシコントローラスーツ１００は、各々がプロキシコントローラスーツ１００とプロキシ２０２との間でデータを受信、処理、および送信するように構成された、スーツコントローラ２１８およびプロキシコントローラ２２０を介してプロキシ２０２とデータネットワークを介して通信する。スーツコントローラ２１８は、運動センサメインボード１０６からの運動情報などの情報、ならびにプロキシコントローラスーツ１００の位置および移動を追跡するのに有用であり得る任意の他の情報を収集する。スーツコントローラ２１８はまた、プロキシコントローラ２２０、センサ、または他の適切な入力から情報を受信することができる。スーツコントローラ２１８は、バイザ１０８などのプロキシコントローラスーツ１００の構成要素またはプロキシコントローラスーツ１００の任意の他の適切な構成要素にデータを送信することができる。

上述したように、スーツコントローラ２１８は、中央追跡ユニット１０２の位置およびすべての運動センサデータを使用して、各身体部分の絶対位置を計算するために、スーツコントローラソフトウェアを実装する。スーツコントローラ２１８は、ＰＣ、タブレット、スマートフォン、または任意の他の十分なコンピューティングデバイスなどの外部汎用コンピューティングデバイスとすることができる。スーツコントローラ２１８はまた、マイクロコントローラ、システムオンチップ、マイクロＰＣ、または他の小型コンピューティングフォームファクタとしてユーザに取り付けられた構成要素としてプロキシコントローラスーツ１００に取り付けられ得る。スーツコントローラ２１８はまた、情報を計算すること、解釈すること、変換すること、クリーニングすること、正規化すること、およびスーツデータを圧縮することなどの機能を実行し、その結果、それはプロキシコントローラ２２０に最適なフォーマットで送信されることができ、プロキシ２０２の移動および動作を制御するために、モータ、センサ、および／またはデバイスを作動させるコマンドを実行するためにプロキシコントローラソフトウェアによって利用される。

プロキシコントローラ２２０は、スーツコントローラ２１８から運動コマンドを受け取る。プロキシコントローラ２２０は、次いで、移動または他の動作コマンドとしてプロキシ２０２に送信されるコマンドを処理する。プロキシコントローラ２２０からプロキシ２０２への移動コマンドは、プロキシ２０２上のモータおよび他のデバイスを作動させるためのコマンドを含むことができる。プロキシコントローラ２２０はまた、環境データ（例えば、温度、ガス組成など）ならびにオーディオおよび視覚データをプロキシ２０２からスーツコントローラ２１８に送り返すことができる。当業者、ならびに以下に説明する他の実施形態および説明によって、プロキシコントローラスーツ１００は、コントローラ、追加のセンサ、ディスプレイ、接続構成要素、およびユーザフィードバックデバイスなどの追加の構成要素も有し得ることが理解されよう。

スーツコントローラ２１８はまた、スーツ１００の構成要素からデータを送受信するなどの他の機能を実行するために使用される。受信データは、周辺コントローラ１１０から送信されたフレックスセンサデータ、バイザ１０８内のマイクロホン１２２によって送信されたオーディオデータ、または有線または無線接続で送信され得る他の任意のデータを含むことができる。送信データは、プロキシ２０２によって感知され、視覚、聴覚、触覚モータ、または環境データなどのスーツ１００に送信された視覚またはオーディオデータに基づくフィードバックデータを含むことができる。スーツコントローラ２１８はまた、オペレータのサイズおよび身長、バイザディスプレイの明るさ、音量、電力設定、触覚フィードバック感度、ＴＣＰ／ＩＰネットワーク構成、または任意の他のプロキシコントローラスーツ設定に基づいて、ユーザがプロキシコントローラスーツ１００を較正することを可能にする視覚インターフェースを提供することによって、スーツ較正設定または他のプロキシコントローラスーツ１００設定を変更するために使用され得る。

スーツコントローラ２１８はまた、運動センサ１０４または中央追跡ユニット１０２に基づかない移動情報をプロキシに送信するために使用され得る。例えば、スーツコントローラ２１８は、運動センサ１０４の移動がもはやプロキシ２０２を移動させないようにプロキシに切断信号を送信し、運動センサ１０４および中央追跡ユニット１０２に基づいて追跡された移動を再び開始するために後続または再接続信号を送信するために使用され得る。プロキシに位置リセット信号を送信することもでき、これはプロキシに、較正のためにＴ位置などの予めプログラムされた位置をとるように通知することができる。ジャンプ、走行、歩行、着席、発話、または任意の他の移動もしくは動作コマンドなどの、スーツコントローラを介して送信され得るコマンドとして、他のプリセット移動もまた設定され得る。これらのコマンドは、スーツコントローラ２１８に直接与えられる入力、バイザを介して与えられるジェスチャもしくは聴覚信号などのユーザによって与えられる他の命令、またはデータおよび命令をスーツコントローラ２１８に入力する任意の他の十分な手段に基づくことができる。

プロキシコントローラ２２０は、プロキシコントロールソフトウェアを実行する物理ハードウェアデバイスである。プロキシコントローラ２２０は、プロキシ２０２が制御を担当する機械またはロボット、ローカルモータ、サーボ、スピーカ、およびセンサなどの部品を含むことができるプロキシ２０２の様々な部分に接続される。プロキシコントローラ２２０は、プロキシコントロールソフトウェアからコマンドを受信した場合に、これらすべての構成要素への接続を維持し、それらを可能にし、作動させ、または利用するため動作を行う。プロキシコントローラ２２０が実行するコマンドの多くは、プロキシコントローラスーツ１００のオペレータ２００によって実行されている運動または動作のために、スーツコントローラ２１８のソフトウェアからもたらされる。プロキシコントローラ２２０はまた、データをスーツコントローラ２１８に戻って転送して、プロキシコントローラスーツ１００のオペレータ２００にフィードバックを提供するために使用される。

プロキシコントローラ２２０はまた、プロキシ２０２およびプロキシコントローラスーツ１００の入出力デバイスとの間でデータを送受信するなどの追加の機能を実行するために使用され得る。このデータは、スクリーン、マイクロホン、スピーカ、触覚フィードバックデバイス、または入力および出力を提供することができる任意の他のデバイスなど、プロキシ２０２またはプロキシコントローラスーツ１００上の入出力デバイスからのオーディオおよび視覚データを含むことができる。このデータは、プロキシコントローラ２２０およびプロキシ２０２に接続されたカメラ、マイクロホン、または任意の他の入力装置などの様々な周辺機器によって送信または受信され得る。プロキシコントローラ２２０はまた、較正設定を変更し、スケジュールされたイベントを実行し、または他のプロキシ設定を変更するために使用され得る。プロキシコントローラ２１８はまた、環境データ、またはリモート空間２０６に関する任意の他のデータを送信するために使用され得る。プロキシコントローラ２２０は、プロキシ２０２が受信または感知することができる他のタイプのデータおよび命令を送受信することができることが理解されよう。

使用中、運動センサ１０４は、運動センサ１０４からの情報を収集して分析する運動センサメインボード１０６に接続される。運動センサデータは、運動センサメインボード１０６によってスーツコントローラソフトウェアによる分析のためにスーツコントローラ２１８に送信される。追跡された中央追跡ユニット１０２の位置は、中央追跡ユニット１０２ によって（または外部センサによって）感知され、追跡された位置データは、スーツコントローラ２１８に送信される。中央追跡ユニット１０２の追跡された位置データおよび運動センサ１０４の移動データを使用して、スーツコントローラ２１８は、オペレータの身体のすべての追跡されたセグメントの絶対位置を決定する。次いで、このデータは、スーツコントローラ２１８によってプロキシコントローラ２２０に送信され、プロキシコントローラ２２０は、コントロールスーツ１００からの移動データを処理し、プロキシ２０２のための指示された移動およびコマンドに変換する。

コントロールスーツ１００を使用してプロキシ２０２を制御することができる前に、コントロールスーツ１００およびプロキシ２０２は、プロキシ２０２の状態および向きにコントロールスーツ１００の位置を登録するために共通の位置に配置されるべきである。例えば、スケーリング処理に続いて、プロキシ２０２を初期位置またはデフォルト位置に配置し、次いでデフォルト位置をコントロールスーツ１００と一致させるようにオペレータに指示することが望ましい可能性がある。いくつかの実施形態では、人間型プロキシ２０２は、プロキシ２０２の腕が胴体から外側に略水平な位置に横方向に伸ばされる「Ｔポーズ」に配置される。次に、オペレータは、コントロールスーツ１００を着用している間に「Ｔポーズ」に一致して、コントロールスーツ１００の位置および向きをプロキシ２０２に登録することができる。プロキシ２０２およびコントロールスーツ１００を最初に登録するために使用されるプロセスは、プロキシ２０２の解剖学的設計ならびにコントロールスーツ１００内のセンサのタイプおよび構成に依存することが理解されよう。

図１１を参照すると、プロキシ２０２を制御するためにプロキシコントローラスーツ１００を使用するための例示的なプロセスが示されている。具体的には、図１１は、適切に較正されたコントロールスーツ１００を使用して、人間型プロキシ２０２にその右腕を上げるように命令するためのプロセスを説明する。参考のために、腕は、上述のように較正および位置合わせに使用され得るＴポーズ位置から持ち上げられる。ステップ３００でオペレータが「右腕を振る」と、右手（ＭＳ１０）および右前腕（ＭＳ１１）の運動センサ１０４は、手および前腕の加速度および回転を検知する。これらの測定値を、肩センサ（ＭＳ１２）および胴体（ＭＳ１３－中央追跡ユニット１０２）によって測定された移動の欠如と比較する。

ステップ３０２において、運動データは、運動センサメインボード１０６およびスーツコントローラ２１８に送信される。ステップ３０４において、各運動センサ１０４の運動データは、次に、スーツコントローラソフトウェアによって相対回転を計算するために使用される。相対回転は、右腕のセンサクラスタ内の各運動センサ１０４の親運動センサの回転（または回転の欠如）と比較した子運動センサの回転である。この例では、第１の子運動センサは手（ＭＳ１０）であり、第１の親は前腕（ＭＳ１１）である。中央追跡ユニット１０２が親になるまで、運動センサのセグメント化されたグループごとに、第２の子は前腕（ＭＳ１１）であり、第２の親は肩（ＭＳ１２）などになる。ステップ３０６では、相対位置データをパッケージ化してプロキシコントローラ１０８に転送する。次いで、ステップ３０８において、相対位置データが、有線または無線接続を介して、プロキシコントローラ２２０に送信される。ステップ３１０において、データは、プロキシコントローラ２２０によって受信され、処理のためにアンパックされる。次に、ステップ３１２において、位置データがプロキシコントローラソフトウェアによって分析され、相対回転が、運動センサ１０４がユーザ上に置かれた点と同じプロキシ２０２上の相対点で決定される。次に、最後のステップ３１４において、プロキシ移動が開始され、プロキシ２０２は、それらの移動に基づいてユーザによって所望される方法で移動する。

図１２を参照すると、プロキシ２０２を制御するために従来の運動学モデルから逆運動学モデルに切り替えるための方法が示されている。上述した従来の運動学モデルでは、プロキシ２０２は、これらの移動の大きさを調整するためのスケーリングの有無にかかわらず、オペレータ２００の移動に従うように命令される。より大きな全体的な移動の検出、解釈、変換、および適用によく適しているが、従来の順運動学モデルは、プロキシの端末リンケージの正確な位置決めを必要とする特定の移動（例えば、プロキシ２０２の握り）には望ましくない場合がある。これらの状況では、プロキシ２０２の移動が、末端リンケージを目標位置に配置するために必要な介在リンケージの移動を決定する前に、最初に目標位置での末端リンケージの所望の配置（例えば、プロキシの握り）に基づいて決定される逆運動学モデルに切り替えることが望ましい場合がある。以下に説明するように、スーツコントローラ２１８およびプロキシコントローラ２２０は、逆運動学モデルに自動的にまたは手動で切り替えて、目標位置におけるプロキシ２０２の一部の配置の精度を高めるようにプログラムされ得る。

ステップ４００で開始して、スーツコントローラ２１８は、プロキシコントローラスーツ１００の周辺コントローラ１１０が、バイザ１０８に表示されたリモート空間２０６内のプロキシ２０２の表現内でオペレータ２００によって選択された対象物体の閾値距離内にあるかどうかを決定する。このようにして、オペレータ２００は、周辺コントローラ１１０を使用して、バイザ１０８に表示される視覚的表現を通じて、リモート空間内の特定の対象物体（例えば、レバー）を選択することができ、次いで、プロキシコントローラ２２０は、対象物体とプロキシ２０２の手との間の距離を決定する。プロキシ２０２と対象物体との間の距離が閾値距離未満である場合（例えば、５メートル、１メートル、０．５メートル、０．２５メートル、０．１メートル以内）、プロキシコントローラ２２０およびスーツコントローラ２１８は、逆運動学モードにスーツコントローラを自動的に配置するように構成され得る。他の実施形態では、図１２に示すように、プロセスは、周辺コントローラ１１０上のグリップボタンまたは他の入力機能が選択された場合に、スーツコントローラ２１８が逆運動学モードに手動で配置されるステップ４０２として継続する。

逆運動学モードが選択されると、オペレータ２００は、バイザ１０８のディスプレイ内の対象物体の視覚的表現上で周辺コントローラ１１０の仮想表現を移動または維持する。次いで、ステップ４０４において、プロキシコントローラ２２０は、プロキシ２０２の手の仮想表現が対象物体上の周辺コントローラ１１０の仮想位置と一致するように、プロキシ２０２の手を移動する。次いで、ステップ４０６で、プロキシコントローラ２２０および／またはスーツコントローラ２１８は、プロキシ２０２の手をリモート空間２０６内の対象物体に実際に移動させるためのプロキシ移動解を計算する。プロキシ移動解は、リモート空間２０６内の他の物体との接触、干渉、または制限を回避するように計算され得る。このようにして、プロキシ２０２（またはプロキシの手または他の端末リンケージ）の移動は、プロキシ２０２内の中間リンケージのための移動解に戻る前に、プロキシの端末リンケージの所望の終了位置を周辺コントローラ１１０の配置と一致させることによって決定される。このようにして、プロキシコントローラスーツ１００、スーツコントローラ２１８、プロキシコントローラ２２０、およびプロキシ２０２は協働して、プロキシ２０２の端部リンケージの配置および位置がオペレータ２００とプロキシ２０２との間の総モータ移動の複製よりも優先されるプロキシ２０２の微細なモータ移動を行うのに特に適している、手動または自動で起動される逆運動学移動モデルを提供する。

「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ）」という用語およびそれらの文法上の変形は、１つまたは複数の構成要素、特徴、ステップ、もしくは整数またはそれらの群の追加を排除するものではなく、これらの用語は、構成要素、特徴、ステップ、または整数を指定するものとして解釈されるべきであることを理解されたい。本明細書で使用される場合、「プロキシコントロールシステム」 という用語は、プロキシコントローラスーツ１００、スーツコントローラ２１８、プロキシコントローラ２２０、およびプロキシ２０２の集合を指す。

明細書または特許請求の範囲が「追加の」要素に言及する場合、それは追加の要素が２つ以上存在することを排除しない。特許請求の範囲または明細書が「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」要素に言及する場合、そのような言及は、その要素が１つしかないと解釈されるべきではないことを理解されたい。本明細書が、構成要素、特徴、構造、または特性を「含んでもよい（ｍａｙ）」、「含んでもよい（ｍｉｇｈｔ）」、「含んでもよい（ｃａｎ）」、または「含んでもよい（ｃｏｕｌｄ）」と述べている場合、その特定の構成要素、特徴、構造、または特性を含める必要はないことを理解されたい。

適用可能な場合、状態図、流れ図、またはその両方を使用して実施形態を説明することができるが、本発明はそれらの図または対応する説明に限定されない。例えば、流れは、図示された各ボックスまたは状態を通って、または図示および説明されたのと全く同じ順序で移動する必要はない。

本発明の方法は、選択されたステップまたはタスクを手動で、自動的に、またはそれらの組み合わせで実行または完了することによって実施され得る。

「方法」という用語は、本発明が属する技術分野の実施者に知られているか、または知られている方法、手段、技術および手順から容易に開発される方法、手段、技術および手順を含むがこれらに限定されない所与のタスクを達成するための方法、手段、技術および手順を指すことができる。

本開示の目的のために、本明細書では、数字が続く「少なくとも」という用語は、その数字で始まる範囲の開始を示すために使用される（これは、定義されている変数に応じて、上限を有するかまたは上限を有しない範囲であってもよい）。例えば、「少なくとも１」 は、１または１超を意味する。本明細書では、「多くとも」の後に数字が続く用語は、その数字で終わる範囲の終わり（これは、定義されている変数に応じて、下限として１または０を有する範囲、または下限を有しない範囲であってもよい）を示すために使用される。例えば、「最大４」は４または４未満を意味し、「最大４０％」は４０％または４０％未満を意味する。近似の用語（例えば、「約（ａｂｏｕｔ）」、「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」、「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」など）は、別段の指示がない限り、関連技術で使用される通常および通例の意味に従って解釈されるべきである。特定の定義がなく、関連技術における通常および通例の使用がない場合、そのような用語は、基底値の±１０％であると解釈されるべきである。

本明細書において、範囲を「（第１の数）～（第２の数）」または「（第１の数）－（第２の数）」と記載した場合、第１の数を下限とし、第２の数を上限とする範囲を意味する。例えば、２５から１００は、下限が２５であり、上限が１００である範囲を意味すると解釈されるべきである。加えて、範囲が与えられている場合、文脈がそうでないことを示さない限り、その範囲内のすべての可能な部分範囲または区間も特に意図されることに留意されたい。例えば、明細書が２５から１００の範囲を示す場合、そのような範囲はまた、２６～１００、２７～１００など、２５～９９、２５～９８などの部分範囲、ならびに記載された範囲内の下限値および上限値の任意の他の可能な組み合わせ、例えば、３３～４７、６０～９７、４１～４５、２８～９６などを含むことが意図される。この段落では、例示のみを目的として整数範囲値が使用されており、特に除外されない限り、小数および小数値（例えば、４６．７～９１．３）も、可能な部分範囲の終点として意図されると理解されるべきであることに留意されたい。

本明細書で２つ以上の定義されたステップを含む方法を参照する場合、定義されたステップは任意の順序でまたは同時に（文脈がその可能性を除外する場合を除いて）実行されることができ、方法はまた、定義されたステップのいずれかの前、定義されたステップの２つの間、または定義されたステップのすべての後に（文脈がその可能性を除外する場合を除いて）実行される１つまたは複数の他のステップを含むことができることに留意されたい。

さらに、近似の用語（例えば、「約（ａｂｏｕｔ）」、「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」、「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」など）は、本明細書で別段の指示がない限り、関連技術で使用される通常および通例の意味に従って解釈されるべきであることに留意されたい。本開示内の特定の定義がなく、関連技術における通常および通例の使用がない場合、そのような用語は、基底値のプラスまたはマイナス１０％であると解釈されるべきである。

さらに、本発明の追加の態様は、本明細書に添付され、および／または本明細書と共に提出される１つまたは複数の付属書に見出すことができ、その開示は、この時点で完全に記載されているかのように参照により本明細書に組み込まれる。

したがって、本発明は、目的を実行し、上述の目的および利点、ならびにそれらに固有の目的および利点を達成するようによく適合されている。本発明の装置は、添付の図面に関連して特定の好ましい実施形態を参照して本明細書で説明および図示されているが、本明細書で図示または示唆されたものとは別に、本発明の概念の精神から逸脱することなく、当業者によって様々な変更およびさらなる修正が行われ得る。

米国特許第９，５７３，２７６号明細書

Claims (20)

1. オペレータが実際のまたは仮想のリモート空間において実際のまたは仮想のプロキシを制御することを可能にするためのプロキシコントローラスーツであって、
   中央追跡ユニットであって、追跡される空間内の前記オペレータの位置を提供するように構成される、中央追跡ユニットと、
   前記中央追跡ユニットから既知の第１の距離で前記オペレータの第１の付属器官上の第１の位置に取り付けられた第１の運動センサであって、前記第１の運動センサの移動は、前記第１の運動センサを参照して決定される、第１の運動センサと、
   前記第１の運動センサから既知の距離で前記オペレータの前記第１の付属器官上の第２の位置に取り付けられた第２の運動センサであって、前記第２の運動センサの移動は、前記第１の運動センサによって行われた測定値の関数として決定される、第２の運動センサと、を備える、プロキシコントローラスーツ。
2. 前記第１の運動センサおよび前記第２の運動センサはそれぞれ、前記オペレータの骨格構造内の関節の異なる側に対応する位置で前記第１の付属器官に取り付けられる、請求項１に記載のプロキシコントローラスーツ。
3. 前記リモート空間の視覚的表現を前記オペレータに提供するバイザをさらに備える、請求項１に記載のプロキシコントローラスーツ。
4. 前記バイザが、前記リモート空間の３次元レンダリングを前記オペレータに提供する仮想現実ヘッドセットである、請求項３に記載のプロキシコントローラスーツ。
5. 前記中央追跡ユニットが、
   １つまたは複数の広角カメラと、
   １つまたは複数のステレオ捕捉レンズと、
   赤外線投光器と、を備える、請求項３に記載のプロキシコントローラスーツ。
6. １つまたは複数の周辺コントローラをさらに備える、請求項３に記載のプロキシコントローラスーツ。
7. 前記１つまたは複数の周辺コントローラが、前記オペレータによって着用されるように構成された手袋である、請求項６に記載のプロキシコントローラスーツ。
8. 前記第１の運動センサは、加速度および向きの変化を測定するように構成された慣性測定ユニットである、請求項１に記載のプロキシコントローラスーツ。
9. 前記中央追跡ユニットは、外部カメラシステムなしで前記追跡される空間内の前記オペレータの位置を追跡するように構成される、請求項１に記載のプロキシコントローラスーツ。
10. 前記中央追跡ユニットが、外部カメラシステムを用いて前記追跡された空間内の前記オペレータの位置を追跡するように構成される、請求項１に記載のプロキシコントローラスーツ。
11. オペレータが実際のまたは仮想のリモート空間内で実際のまたは仮想のプロキシを制御することを可能にするためのプロキシコントローラスーツであって、
    前記オペレータの胴体上に配置された中央追跡ユニットであって、追跡空間内の前記オペレータの位置を提供するように構成される、中央追跡ユニットと、
    複数のセンサクラスタであって、前記複数のセンサクラスタの各々が前記オペレータの身体の付属器官または一部に対応し、前記センサクラスタの各々が複数の運動センサを含む、複数のセンサクラスタと、を備え、
    前記複数の運動センサの各々の移動は、前記適用可能なセンサクラスタ内の他の運動センサによって行われた前記移動の測定値の関数として、前記中央追跡ユニットの位置を参照して決定される、プロキシコントローラスーツ。
12. 前記複数の運動センサの各々は、前記複数の運動センサが前記オペレータの実際の骨格に近似する仮想骨格を形成するように、前記センサクラスタ内に配置される、請求項１２に記載のプロキシコントローラスーツ。
13. 前記対応するセンサクラスタ内の前記複数の運動センサの各々の間の距離は、較正ルーチン中に決定される、請求項１２に記載のプロキシコントローラスーツ。
14. 前記仮想骨格内のセグメントの前記サイズおよび比率は、前記プロキシの前記対応する部分のサイズおよび比率に一致するようにスケーラブルである、請求項１３に記載のプロキシコントローラスーツ。
15. オペレータがリモート空間でロボットプロキシを制御することを可能にするためのプロキシコントローラスーツであって、
    前記オペレータの胴体上に配置された中央追跡ユニットであって、追跡空間内の前記オペレータの位置を提供するように構成された中央追跡ユニットと、
    複数のセンサクラスタであって、前記複数のセンサクラスタの各々が前記オペレータの身体の付属器官または一部に対応し、前記センサクラスタの各々が複数の運動センサを含む、複数のセンサクラスタと、
    前記複数のセンサからの出力を前記プロキシに伝送されるコマンド信号に変換するスーツコントローラであって、前記スーツコントローラは、従来の運動学モデルと逆運動学モデルとの間でシフトするように構成される、スーツコントローラと、
    前記スーツコントローラからの前記コマンド信号を受け取り、それらのコマンド信号を前記プロキシに適用するように構成されたプロキシコントローラと、を備える、プロキシコントローラスーツ。
16. 前記オペレータは、前記プロキシの制御を従来の運動学モデルから逆運動学モデルに手動でシフトさせることができる、請求項１５に記載のプロキシコントローラスーツ。
17. 前記スーツコントローラは、前記プロキシが前記対応するプロキシ付属器官の正確な制御を実行することを必要とするように、前記オペレータが付属器官を伸ばして対象物体と互いに作用しあう場合、前記従来の運動学モデルから前記逆運動学モデルに自動的にシフトする、請求項１５に記載のプロキシコントローラスーツ。
18. 前記プロキシコントローラは、前記対応するプロキシ付属器官を前記対象物体上に配置し、次いで、前記逆運動学モデルを適用しながら、前記プロキシ内に任意の介在するリンケージを含む前記必要な移動の解決策を決定するように構成される、請求項１５に記載のプロキシコントローラスーツ。
19. 前記ロボットプロキシは、前記リモート空間を視覚的にスキャンして、前記リモート空間の３次元仮想表現を構築するように構成された、１つまたは複数のプロキシカメラを備える、請求項１５に記載のプロキシコントローラスーツ。
20. 前記リモート空間の前記３次元仮想表現を前記オペレータに表示するように構成されたバイザをさらに備える、請求項１９に記載のプロキシコントローラスーツ。

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