JP3942502B2

JP3942502B2 - Robot system, robot control signal distribution apparatus, robot control signal distribution method, program, and computer-readable recording medium recording the program

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Publication number: JP3942502B2
Application number: JP2002196788A
Authority: JP
Inventors: 彰中山; 敏岩城; 雅士奥平; 郁雄北岸; 保町野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2022-07-05
Also published as: JP2004034250A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットシステム、ロボット制御信号配信装置、ロボット制御装置、ロボット制御信号配信方法、ロボット制御方法、プログラム、およびプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関し、特に、オーディオ機器から発せられる音声信号や音楽信号を用いてロボットを制御する、ロボットシステム、ロボット制御信号配信装置、ロボット制御装置、ロボット制御信号配信方法、ロボット制御方法、プログラム、およびプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
［従来の技術１］
従来より、制御のための信号線（たとえばＲＳ２３２Ｃなど）でコンピュータとロボットとを常時接続して、ロボットを、この常時接続されるコンピュータで制御する方法が知られている。
［従来の技術２］
また、従来より、人間の耳に聞こえにくい高周波音波で表現したロボットの制御信号をＡＭ変調またはＦＭ変調し、これをＡＭ変調またはＦＭ変調された通常の音声信号に重畳して空中に放射することにより（特開２００２―１２７０６２）、ロボットに信号線を接続することなくロボットを制御する方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術１のように、ロボットとコンピュータとをＲＳ２３２Ｃなどの信号線で常時接続しなければならないとすると、ロボットの使用中は、ターミナルアダプタやスキャナやプリンターなどのＲＳ２３２Ｃ接続を必要とする他の機器をコンピュータに接続できない。
【０００４】
したがって、上記従来の技術１では、ターミナルアダプタやスキャナやプリンターなどのＲＳ２３２Ｃ接続を必要とする他の機器とロボットとを同時に使用できないという問題があった。
【０００５】
また、上記従来の技術２のように、ＦＭ変調波またはＡＭ変調波を空中に放射してロボットの制御信号を伝送する場合は、空中に放射されたＦＭ変調波またはＡＭ変調波を受信したロボットの信号処理の過程において、非常に急峻な帯域フィルタが必要となる。
【０００６】
したがって、上記従来の技術２には、ロボットにおける上記ＦＭ変調波またはＡＭ変調波のフィルタリングの処理に、非常なコストがかかるという問題があった。
【０００７】
また、上記従来の技術１では、音声信号や音楽信号と首の回転や腕の振りなどのロボットの動作との連動について精密な制御ができないという問題があった。
【０００８】
さらに、上記従来の技術１および従来の技術２では、ロボットの自由度やロボットの台数を追加すると、ロボットの回路構成が非常に複雑になる。
【０００９】
したがって、上記従来の技術１および従来の技術２では、エンタテイメント向けの玩具やエンタテイメント向けコミュニケーション端末の制御の方法（特に、遠隔地同士のロボットコミュニケーション端末の制御の方法）を、かならずしも単純かつ安価に製作できないという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、かかる事情に鑑み、精密に制御できるロボットを、簡潔な構成かつ安価に実現でき、また、ロボットの自由度および台数の変更にも柔軟に対応できる、ロボットシステム、ロボット制御信号配信装置、ロボット制御装置、ロボット制御信号配信方法、ロボット制御方法、プログラム、およびプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記課題は、前記特許請求の範囲に記載の手段により、解決される。
【００１２】
すなわち、請求項１に記載の発明は、ロボットの複数の可動部を制御するロボット制御信号と可聴音信号とを同期させる信号同期手段と、同期のとれた、ロボット制御信号と可聴音信号とを電気的に合成して合成音電気信号を生成する電気信号生成手段と、を備えるロボット制御信号配信装置と、
前記合成音電気信号からロボット制御信号を分離抽出する分離抽出手段と、前記分離抽出手段で分離抽出したロボット制御信号に基づきロボットの可動部を制御する制御手段と、を備えるロボット制御装置と、を有するロボットシステムであって、
前記電気信号生成手段は、前記ロボットが備える複数の可動部それぞれについてのロボット制御信号を、時分割多重変調方式及び周波数分割多重変調方式で多重変調して窓関数を乗じる変調波発生部を備え、
前記変調波発生部は、それぞれの前記可動部に対応する中心周波数をＦｃとし、特定の時間帯における前記可動部の指令値をＡｉｊとし、定数をｋとして、数７で示される変調後の周波数Ｆｇを決定することを特徴とするロボットシステム。
（数７）Ｆｇ＝Ｆｃ＋ｋ×Ａｉｊ
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記ロボット制御装置の分離抽出手段は、前記合成音電気信号をディジタル信号に変換する波形整形部と、前記合成音電気信号の周波数をカウントする周波数カウンタと、を備えることを特徴とする請求項１に記載のロボットシステムである。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記合成音電気信号は、前記ロボット制御信号配信装置から、電気通信回線を介して、前記ロボット制御装置に配信されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロボットシステムである。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、ロボットの複数の可動部を制御するロボット制御信号と可聴音信号とが電気的に合成された合成音電気信号から当該ロボット制御信号を分離抽出する分離抽出手段と、前記分離抽出手段で分離抽出したロボット制御信号に基づきロボットの可動部を制御する制御手段と、を備えるロボット制御装置に対して、前記合成音電気信号を配信するロボット制御信号配信装置であり、
前記ロボット制御信号と前記可聴音信号とを同期させる信号同期手段と、同期のとれた前記ロボット制御信号と前記可聴音信号とを電気的に合成して前記合成音電気信号を生成する電気信号生成手段と、を備え、
前記電気信号生成手段は、前記ロボットが備える複数の可動部それぞれについてのロボット制御信号を、時分割多重変調方式及び周波数分割多重変調方式で多重変調して窓関数を乗じる変調波発生部を備え、
前記変調波発生部は、それぞれの前記可動部に対応する中心周波数をＦｃとし、特定の時間帯における前記可動部の指令値をＡｉｊとし、定数をｋとして、数８で示される変調後の周波数Ｆｇを決定することを特徴とするロボット制御信号配信装置である。
（数８）Ｆｇ＝Ｆｃ＋ｋ×Ａｉｊ
【００１８】
請求項５に記載の発明は、前記合成音電気信号を、電気通信回線を介して、前記ロボット制御装置に配信することを特徴とする請求項４にロボット制御信号配信装置である。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、ロボットの複数の可動部を制御するロボット制御信号と可聴音信号とが電気的に合成された合成音電気信号から当該ロボット制御信号を分離抽出する分離抽出手段と、前記分離抽出手段で分離抽出したロボット制御信号に基づきロボットの可動部を制御する制御手段と、を備えるロボット制御装置に対して、前記合成音電気信号を配信するロボット制御信号配信装置、におけるロボット制御信号配信方法であって、
前記ロボット制御信号配信装置が、前記ロボット制御信号と前記可聴音信号とを同期させる信号同期ステップと、
前記ロボット制御信号配信装置が、同期のとれた前記ロボット制御信号と前記可聴音信号とを電気的に合成して前記合成音電気信号を生成する電気信号生成ステップと、を有し、
前記電気信号生成ステップにおいて、前記ロボットが備える複数の可動部それぞれについてのロボット制御信号を、それぞれの前記可動部に対応する中心周波数をＦｃとし、特定の時間帯における前記可動部の指令値をＡｉｊとし、定数をｋとして、数９で示される変調後の周波数Ｆｇを決定し、時分割多重変調方式及び周波数分割多重変調方式で多重変調して窓関数を乗じる変調波発生ステップを有することを特徴とするロボット制御信号配信方法である。
（数９）Ｆｇ＝Ｆｃ＋ｋ×Ａｉｊ
【００２３】
請求項７に記載の発明は、ロボットの複数の可動部を制御するロボット制御信号と可聴音信号とが電気的に合成された合成音電気信号から当該ロボット制御信号を分離抽出する分離抽出手段と、前記分離抽出手段で分離抽出したロボット制御信号に基づきロボットの可動部を制御する制御手段と、を備えるロボット制御装置に対して、前記合成音電気信号を配信するロボット制御信号配信装置、におけるロボット制御信号配信方法であって、
前記ロボット制御信号配信装置が、前記ロボット制御信号と前記可聴音信号とを同期させる信号同期ステップと、
前記ロボット制御信号配信装置が、前記ロボットが複数の可動部を備える場合に、当該ロボットが備える複数の可動部それぞれについてのロボット制御信号を、時分割多重変調方式または周波数分割多重変調方式で多重変調する変調波発生ステップと、
前記ロボット制御信号配信装置が、前記変調波発生ステップで多重変調されたロボット制御信号と前記可聴音信号とを電気的に合成して前記合成音電気信号を生成する電気信号生成ステップと、を有し、
前記電気信号生成ステップにおいて、前記ロボットが備える複数の可動部それぞれについてのロボット制御信号を、それぞれの前記可動部に対応する中心周波数をＦｃとし、特定の時間帯における前記可動部の指令値をＡｉｊとし、定数をｋとして、数１０で示される変調後の周波数Ｆｇを決定し、時分割多重変調方式及び周波数分割多重変調方式で多重変調して窓関数を乗じる変調波発生ステップを有することを特徴とするロボット制御信号配信方法である。
（数１０）Ｆｇ＝Ｆｃ＋ｋ×Ａｉｊ
【００２４】
請求項８に記載の発明は、前記合成音電気信号は、前記ロボット制御信号配信装置から、電気通信回線を介して、前記ロボット制御装置に配信されることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のロボット制御信号配信方法である。
【００２８】
請求項９に記載の発明は、ロボットの複数の可動部を制御するロボット制御信号と可聴音信号とが電気的に合成された合成音電気信号から当該ロボット制御信号を分離抽出する分離抽出手段と、前記分離抽出手段で分離抽出したロボット制御信号に基づきロボットの可動部を制御する制御手段と、を備えるロボット制御装置に対して、前記合成音電気信号を配信するロボット制御信号配信装置に、
前記ロボット制御信号と前記可聴音信号とを同期させる信号同期ステップと、同期のとれた前記ロボット制御信号と前記可聴音信号とを電気的に合成して前記合成音電気信号を生成する電気信号生成ステップと、を実行させるロボット制御信号配信プログラムであって、
前記電気信号生成ステップにおいて、ロボット制御信号配信装置に、前記ロボットが備える複数の可動部それぞれについてのロボット制御信号を、それぞれの前記可動部に対応する中心周波数をＦｃとし、特定の時間帯における前記可動部の指令値をＡｉｊとし、定数をｋとして、数１１で示される変調後の周波数Ｆｇを決定し、時分割多重変調方式及び周波数分割多重変調方式で多重変調して窓関数を乗じる変調波発生ステップを実行させることを特徴とするロボット制御信号配信プログラムである。
（数１１）Ｆｇ＝Ｆｃ＋ｋ×Ａｉｊ
【００２９】
請求項１０に記載の発明は、ロボットの複数の可動部を制御するロボット制御信号と可聴音信号とが電気的に合成された合成音電気信号から当該ロボット制御信号を分離抽出する分離抽出手段と、前記分離抽出手段で分離抽出したロボット制御信号に基づきロボットの可動部を制御する制御手段と、を備えるロボット制御装置に対して、前記合成音電気信号を配信するロボット制御信号配信装置に、
前記ロボット制御信号と前記可聴音信号とを同期させる信号同期ステップと、
前記ロボットが複数の可動部を備える場合に、当該ロボットが備える複数の可動部それぞれについてのロボット制御信号を、時分割多重変調方式または周波数分割多重変調方式で多重変調する変調波発生ステップと、
前記変調波発生ステップで多重変調されたロボット制御信号と前記可聴音信号とを電気的に合成して前記合成音電気信号を生成する電気信号生成ステップと、を実行させ、
前記電気信号生成ステップにおいて、ロボット制御信号配信装置に、前記ロボットが備える複数の可動部それぞれについてのロボット制御信号を、それぞれの前記可動部に対応する中心周波数をＦｃとし、特定の時間帯における前記可動部の指令値をＡｉｊとし、定数をｋとして、数１２で示される変調後の周波数Ｆｇを決定し、時分割多重変調方式及び周波数分割多重変調方式で多重変調して窓関数を乗じる変調波発生ステップを実行させることを特徴とするロボット制御信号配信プログラムである。
（数１２）Ｆｇ＝Ｆｃ＋ｋ×Ａｉｊ
【００３０】
請求項１１に記載の発明は、前記合成音電気信号は、前記ロボット制御信号配信装置から、電気通信回線を介して、前記ロボット制御装置に配信されることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のロボット制御信号配信プログラムである。
【００３１】
本発明は、複数のロボットへの制御信号を音信号に変調し、これを音声信号や音楽信号の上に重畳する。
したがって、本発明によれば、コンピュータからロボットへのロボット制御信号の伝送を、音声信号や音楽信号の伝送路上で音声信号や音楽信号とともに行うことができる。
【００３２】
また、本発明に係る変調方法、送信回路、送信アルゴリズム、受信回路、受信アルゴリズムよれば、ロボットにおける計算量および回路規模を小さくできる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に、添付した図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００３４】
図１は、本発明の実施の形態に係るロボットシステムを示す図である。
【００３５】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係るロボットシステムは、Ｗｅｂサーバやストリーミングサーバやメールサーバなどのロボット制御信号配信装置を有するコンピュータ１と、パーソナルコンピュータやＣＤプレイヤーやラジオなどの受信者が有するオーディオ機器２と、受信者が有する熊の形態をしたロボット３と、ロボット制御信号を生成してコンピュータ１にアップロードする送信者が有するコンピュータ４と、を有している。
【００３６】
本実施の形態のロボットシステムにおけるロボットは、次のようにして動作する。
送信者のコンピュータ４で生成されたロボット制御信号は、ロボット制御信号配信装置を有するコンピュータ１にアップロードされ、当該ロボット制御信号配信装置の電気信号生成手段２１に入力される。この電気信号生成手段２１は、入力された音声信号や音楽信号などの可聴音信号とコンピュータ４からアップロードされたロボット制御信号とを合成して合成音電気信号を生成する。
【００３７】
生成された合成音電気信号は、図１に示すように、Ｗｅｂサーバ（コンピュータ１）を介してダウンロードされることにより、ストリーミングサーバ（コンピュータ１）を介してストリーミング配信されることにより、またはメールサーバ（コンピュータ１）を介してメールの添付ファイルとして配信されることにより、パーソナルコンピュータやＣＤプレイヤーやラジオなどの受信者が有するオーディオ機器２に配信される。本発明に係るロボット制御信号は、インターネットやＣＤ−Ｒなどで配信される。したがって、ロボット制御信号を遠隔地から配信することにより、ロボットを遠隔地から制御できる。
【００３８】
また、ロボット制御信号配信装置で生成された合成音電信号は、図１に示すように、ＣＤ−ＲＯＭ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）やＣＤ−Ｒ（ＣＤ−Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）などの記録媒体の中に格納されることによっても、受信者が有するオーディオ機器２に配信され得る。
【００３９】
配信された合成音電信号は、受信者が有するオーディオ機器２で再生され、空中を伝わり、受信者が有する熊の形態をしたロボット３に備え付けられたマイクで受信される。
【００４０】
図１の各ロボット３のマイクで受信された合成音電気信号は、ロボット３が備えるロボット制御装置で復調される。復調された合成音電気信号は、ロボットが備えるロボット制御装置の分離抽出手段に入力され、この分離抽出手段は、入力された合成音電気信号からロボット制御信号を分離し抽出する。抽出されたロボット制御信号は、ロボットが備えるロボット制御装置の制御手段に入力され、この制御手段は、入力されたロボット制御信号に基づき、ロボットの可動部を制御する。
【００４１】
図２は、図１のコンピュータ１が有するロボット制御信号配信装置の構成を示す図である。
【００４２】
図２に示すように、ロボット制御信号配信装置は、電気信号生成手段２１と、信号同期手段２２とを備えている。電気信号生成手段２１は、デジタルローパスフィルタ２１−１と変調波発生部２１−２と角度指令発生部２１−３と、を有しており、信号同期手段２２は、ユーザ入力部２２−１を有している。
【００４３】
ユーザが、コンピュータ４からコンピュータ１にアップロードした図１の各ロボット３への指令、または、ユーザが、コンピュータ１のロボット制御信号配信装置から直接配信しようとする図１の各ロボット３への指令は、図２のロボット制御信号配信装置の信号同期手段におけるユーザ入力部２２−１に入力され、このユーザ入力部２２−１で電気信号に変換される。
【００４４】
この各ロボット３への指令に基づく電気信号は、ユーザ入力部２２−１において、音楽ソースから出力された音声信号や音楽信号などの可聴音信号との同期がとられる。
なお、上記各ロボット３への指令とは、具体的には、各ロボット３の可動部（モータなど）への角度指令を意味する。
【００４５】
図３は、図２のユーザ入力部２２−１の構成例を示す図であり、横軸は時刻、縦軸は各ロボット３への指令に基づく電気信号を示す。
図３の上部の波形は、図２の音楽ソースからの音声信号や音楽信号の波形である。また中部、下部の二つの波形は、ユーザがユーザ入力部２２−１に入力した各ロボット３への指令に基づく上記電気信号であり、具体的には、各ロボット３の可動部（モータなど）への角度指令に基づく電気信号である。
【００４６】
具体的には、図３の中部の波形が、図１の各ロボット３の第１の可動部（モータなど）への角度指令に基づく電気信号であり、図３の下部の波形が、図１の各ロボット３の第２の可動部（モータなど）への角度指令に基づく電気信号である。
すなわち、図３は、図１の各ロボットがそれぞれ２つの可動部（モータなど）を有している場合のユーザ入力部２２−１の構成例を示すものである。
【００４７】
ユーザは、図３のユーザ入力部２２−１を用いることにより、特定の時刻における、各ロボット３の可動部（モータなど）への角度指令に基づく電気信号と、音声信号や音楽信号との関係を把握することができる。
したがって、ユーザは、ロボットへの角度指令値を、音楽信号に同期して教示することができる。
すなわち、ユーザは、図３の上部の音声信号や音楽信号の波形に合わせて、中部または下部における、各可動部への角度指令に基づく電気信号の波形を入力または編集していくことにより、音声や音楽のどの部分でロボットをどのように動作させるのかを自在に設定することができる。
【００４８】
同期が取られた電気信号は、角度指令発生部２１−３に入力される。角度指令発生部２１−３は、ユーザ入力部２２−１において同期がとられたロボットへの指令信号に基づいて、ロボットへの角度指令値を生成する。
なお、角度指令値は、図１の各ロボット３の可動部（モータなど）を直接制御できる具体的な値である点で、ユーザが理解できる表現であるため可動部を直接制御できない上記各ロボット３への指令と相違し、また、当該指令を角度指令値に変換するための信号に過ぎない上記各ロボット３への指令に基づく電気信号とも相違する。
【００４９】
生成された角度指令値は、変調波発生部２１−２に入力され、１８ｋＨｚ付近を中心とする正弦波に変調される。１８ｋＨｚ近傍の信号は、人間の耳の特性上、５０ｄＢ程度の音圧においても、ほとんどの人が聞き取れないことが知られている。
【００５０】
変調された角度指令値は、デジタルローパスフィルタ２１−１で１８ｋＨｚ近傍の周波数成分が抑圧された音楽ソースからの可聴音信号に重畳され、合成音電気信号となり、ロボット制御信号配信装置から出力される。
【００５１】
図４は、図２の電気信号生成手段２１が有する変調波発生部２１−２の動作を示すフローチャートである。
以下、本実施の形態における各ロボット３は、Ｍ１〜Ｍ４という４つのモータを有するものとして説明を進める。ただし、これは、説明の簡単のためであって、実際の適用によるロボットにおけるモータの個数の技術的限界を表すものではない。
【００５２】
図２の変調波発生部２１−２は、その内部のメモリ（図示せず）に、図５に示す変調波中心周波数対応テーブルと図６に示す時間モータ動作対応テーブルとを有している。
さらに、図２の変調波発生部２１−２は、その内部のメモリ（図示せず）に、モータへのポインタと時間へのポインタという２つのポインタを有している。モータへのポインタは、図５に示す変調波中心周波数対応テーブルにおける各モータＭのレコードを指し示し、時間へのポインタは、図６に示す時間モータ動作対応テーブルにおける各時間のレコードを指し示す。
【００５３】
（ステップ１）
変調波発生部２１−２は、変調波中心周波数対応テーブル（図５）においてモータへのポインタが指し示すレコードに格納されている中心周波数Ｆｃを読み出す。図５に示すように、変調波中心周波数対応テーブル（図５）の各レコードには、モータＭの番号（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４）と、このモータＭに対応する中心周波数Ｆｃ（Ｆｃ１、Ｆｃ２、Ｆｃ３、Ｆｃ４）とが格納されている。
【００５４】
（ステップ２）
変調波発生部２１−２は、時間モータ動作対応テーブル（図６）において時間へのポインタが指し示しているレコードであって、かつ、モータへのポインタが変調波中心周波数対応テーブル（図５）で指し示しているモータＭの番号に係る時間モータ動作対応テーブル（図６）におけるフィールドから、モータの角度指令値Ａｉｊを読み出し、この読み出した角度指令値Ａｉｊと、ステップ１で読み出した中心周波数Ｆｃと、下記“数１３”とを用いて、発生させる変調波の周波数Ｆｇを決定する。
【００５５】
【数１３】

ここで、ｋは定数を示す。また、Ａｉｊはモータの角度指令値であり、ｉは特定の時間帯を示し、ｊはモータＭの番号を示す。したがって、たとえば、Ａ３１は、第３の時間帯におけるモータＭ１に対する角度指令値を示し、Ａ２４は、第２の時間帯におけるモータＭ４に対する角度指令値を示す。
【００５６】
（ステップ３）
変調波発生部２１−２は、上記（ステップ２）で決定した周波数Ｆｇの正弦波（すなわち、変調波）を発生させる。
【００５７】
（ステップ４）
変調波発生部２１−２は、上記（ステップ３）で発生させた正弦波に適度な窓関数を乗じて、この正弦波の波形の立ち上がりおよび立下りをなめらかにする。
【００５８】
（ステップ５）
変調波発生部２１−２は、モータへのポインタを次のモータのレコードへ進め、上記（ステップ１）〜（ステップ４）を繰り返す。もしモータへのポインタの指し示すレコードが最後のモータのレコード（本実施の形態では、モータＭ４のレコード）であるならば、変調波発生部２１−２は、モータへのポインタを最初のモータのレコード（本実施の形態では、モータＭ１のレコード）に戻すとともに、時間へのポインタを次の時間のレコードに進める。
【００５９】
図６の時間モータ動作対応テーブルをみれば分かるように、図２の変調波発生部で発生する変調波は、時分割多重変調方式により、すべてのモータＭに対して、各時間帯の角度指令値を伝送する。また、各モータにそれぞれ固有の中心周波数が割り当てられている図５の変調波中心周波数対応テーブルと、図６の時間モータ動作対応テーブルとを見れば分かるように、図２の変調波発生部で発生する変調波は、周波数分割多重方式により、特定の時間帯における、各モータに対する角度指令値を伝送する。
したがって、図２の変調波発生部２１−２で発生する変調波は、図７の下部に示す波形になる。
【００６０】
図７は、図２の変調波発生部２１−２で発生する変調波を説明する図である。
図７の下部に記載されている波形は、変調波発生部２１−２で発生する変調波であり、図７の上部に記載されている周波数スペクトラムは、この下部に記載されている変調波の周波数スペクトラムである。
【００６１】
本実施の形態においては、図１の各ロボット３はそれぞれ４つのモータを有するため、図７の下部に記載されている変調波には、Ｆｃ１、Ｆｃ２、Ｆｃ３、Ｆｃ４の４つの周波数の正弦波が混合されている。
図７の上部に記載されている周波数スペクトラムは、この４つの周波数の正弦波の混合を示している。
【００６２】
ただし、この変調波には、上述したように、適度な窓関数が乗じられており、
波形の立ち上がりおよび立ち下りが滑らかになっている。このため、変調波発生部２１−２で発生する変調波は、図７の下部に示すように、包絡線形状になっている。
【００６３】
図８は、図１のロボット３が備えるロボット制御装置の構成を示す図である。
図８に示すように、ロボット制御装置は、マイクロホンなどの入力手段８１と分離抽出手段８２と制御手段８３とを有している。そして、分離抽出手段８２は、ハイパスフィルタ８２−１と波形整形部８２−２と周波数カウンタ８２−３とタイマ回路８２−４とを有しており、制御手段８３はモータに接続されるモータ制御部８３−１とこのモータ制御部８３−１に接続されるタイマ回路８３−２とを有している。
【００６４】
ロボット制御装置におけるマイクロホンなどの入力手段８１でピックアップされた合成音電気信号は、ハイパスフィルタ８２−１に入力される。ハイパスフィルタ８２−１に入力された合成音電気信号は、ハイパスフィルタリングにより、その低周波部分に含まれている部屋内の背景雑音および音楽信号が除去される。
ハイパスフィルタ８２−１を通過した合成音電気信号は、波形整形部８２−２に入力され、図９に示すＴＴＬ（ＴｒａｎｓｉｓｔｏｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒＬｏｇｉｃ）レベルのディジタル信号へ変換される。
【００６５】
この波形整形部８２−２は、図９に示すＴＴＬレベルのディジタル信号のような飽和特性をもつアンプや、入力波形と同様の矩形波を出力するＰＬＬ（ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）回路などで実現できる。
【００６６】
波形整形部８２−２から出力されたディジタル信号は、周波数カウンタ８２−３に入力される。周波数カウンタ８２−３は、入力されたディジタル信号とタイマ回路８２−４とを用いて、ハイパスフィルタ８２−１を通過した合成音電気信号の周波数をカウントする。
【００６７】
周波数カウンタ８２−３でカウントされた周波数は、モータ制御部８３−１に入力される。モータ制御部８３−１は、タイマ回路８３−２の下、一定時間間隔で動作し、上記入力された周波数に基づきモータの制御信号を算出し、算出したモータの制御信号を用いて、モータの回転角度を精密に制御する。
【００６８】
なお、本実施の形態においては、上記モータとしてサーボモータを用いるが、本発明は、これに限られるものではない。
また、本実施の形態においては、上記モータの制御信号として、パルス幅変調波（ＰＷＭ：ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を用いるが、本発明は、これに限られるものではない。
【００６９】
また、本実施の形態においては、タイマ回路８３−２がモータ制御部８３−１を動作させる上記一定時間間隔を約２０ミリ秒とするが、本発明はこれに限られるものではない。
【００７０】
図１０は、図８の周波数カウンタ８２−３の動作を示すフローチャートである。
【００７１】
（ステップ１）
周波数カウンタ８２−３は、入力されたディジタル信号の立ち上がりエッジの検出の回数（以下、「立ち上がりエッジ検出回数」という。）を、立ち上がりエッジ検出回数値としてカウントし、この立ち上がりエッジ検出回数値が、タイマ回路８２−４のカウント値のリセットのためにあらかじめ定められた値（以下、「第１の所定の値」という。）に達したか否かを判断する。
【００７２】
周波数カウンタ８２−３は、立ち上がりエッジ検出回数値が、第１の所定の値に達していないと判断した場合には、立ち上がりエッジ検出回数のカウントを続ける。
【００７３】
（ステップ２、ステップ３）
周波数カウンタ８２−３は、立ち上がりエッジ検出回数値が第１の所定の値に達したと上記（ステップ１）において判断した場合には、立ち上がりエッジ検出回数値をリセットする（ステップ２）とともに、タイマ回路８２−４のカウンタ値をリセットする（ステップ３）。
【００７４】
このように、タイマ回路８２−４のカウント値のリセットが、立ち上がりエッジ検出回数値が第１の所定の値に達した場合に行われるのは、周波数のカウントを安定的に行うためである。
【００７５】
（ステップ４、ステップ５）
周波数カウンタ８２−３は、上記（ステップ３）でタイマ回路８２−４のカウント値をリセットした場合、上記（ステップ２）でリセットされた立ち上がりエッジ検出回数値のカウントを再び開始し（ステップ４）、この立ち上がりエッジ検出回数値が、タイマ回路８２−４のカウンタ値を記録するためにあらかじめ定められた値（以下、「第２の所定の値」という。）に達したか否かを判断する（ステップ５）。
【００７６】
（ステップ６）
周波数カウンタ８２−３は、上記（ステップ４）で立ち上がりエッジ検出回数値のカウントを再び開始してから一定の時間（以下、「カウント時間」という。）が経過したにもかかわらず、立ち上がりエッジ検出回数値が第２の所定の値に達しない場合には、上記（ステップ１）に戻る。
一方、周波数カウンタ８２−３は、上記カウント時間が経過するまでは、立ち上がりエッジ検出回数値が第２の所定の値に達しなくとも、立ち上がりエッジ検出回数のカウントを続ける。
【００７７】
（ステップ７）
周波数カウンタ８２−３は、上記（ステップ５）で、立ち上がりエッジ検出回数値が、第２の所定の値に達したと判断した場合には、ディジタル信号が立ち上がった時点、すなわち、立ち上がりエッジ検出回数値が第２の所定の値に達した時点、におけるタイマ回路８２−４のカウンタ値（以下、「計測時間」という。）を、保持する。
【００７８】
（ステップ８）
周波数カウンタ８２−３は、この保持している計測時間で上記第２の所定の値を割った値、すなわち、（第２の所定の値）／（計測時間）が、下記“数２”を満足させるか否かを判断する。
【００７９】
【数２】

ここで、Ｆｃは上記した中心周波数の設定値、Ａｍａｘは最大角度指令値、Ａｍｉｎは最小角度指令値である
【００８０】
周波数カウンタ８２−３は、（第２の所定の値）／（計測時間）が、“数２”を満足させないと判断した場合には、計測時間を破棄して上記（ステップ１）に戻る。
【００８１】
（ステップ９）
一方、周波数カウンタ８２−３は、（第２の所定の値）／（計測時間）が、“数２”を満足させる場合には、上記ハイパスフィルタ８２−１を通過した合成音電気信号が自己と接続しているモータへの指令であると判断し、この合成電気音信号に基づく計測時間を自己が有するメモリ（図示せず）に書き込んだ後、上記（ステップ１）に戻る。
【００８２】
図１１は、図８のモータ制御部８３−１の動作を示すフローチャートである。
【００８３】
（ステップ１）
モータ制御部８３−１は、分離抽出手段の周波数カウンタ８２−３が有するメモリに書き込まれた上記計測時間を読み出す。
【００８４】
（ステップ２）
モータ制御部８３−１は、読み出した計測時間に、サーボモータの仕様および制御ボードのクロック周波数に合った定数を乗じる（以下、この定数を乗じられた計測時間を、「第２の計測時間」という。）。
【００８５】
（ステップ３）
モータ制御部８３−１は、ＰＷＭ出力ピンに対して“１”を出力する。
【００８６】
（ステップ４）
モータ制御部８３−１は、第２の計測時間を、０になるまでデクリメントし、０になった場合に、ＰＷＭ出力ピンに“０”を出力する。
【００８７】
【発明の効果】
【００８９】
したがって、本発明によれば、ロボットの構成を簡潔にできるため、音楽・音声メッセージとともに「動き」を伝えるエンタテイメント要素の高いロボットを用いた新しいコミュニケーションを容易に実現できる。
【００９１】
したがって、本発明によれば、一台のロボットでも複数のロボットでも容易に制御できるため、ユーザは、制御の困難性を考慮することなく、予算の都合に合わせて、ロボットの購入台数を決定できる。
【００９２】
また、本発明によれば、ユーザは後から買い足したロボットについても、先に購入したロボットと同様に制御できる。したがって、本発明によれば、ユーザは、徐々にロボットの台数を増せるため、ユーザのロボットの購買欲を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るロボットシステムを示す図である。
【図２】図１のコンピュータ１が有するロボット制御信号配信装置の構成を示す図である。
【図３】図２のユーザ入力部２２−１の構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における変調波発生部２１−２の動作を示すフローチャートである。
【図５】変調波中心周波数対応テーブルを示す図である。
【図６】時間モータ動作対応テーブルを示す図である。
【図７】図２の変調波発生部２１−２で発生する変調波を説明する図である。
【図８】図１のロボット３が備えるロボット制御装置の構成を示す図である。
【図９】ＴＴＬレベルのディジタル信号へ変換される。
【図１０】図８の周波数カウンタ８２−３の動作を示すフローチャートである。
【図１１】図８のモータ制御部８３−１の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１Ｗｅｂサーバやストリーミングサーバやメールサーバなどのロボット制御信号配信装置を有するコンピュータ
２パーソナルコンピュータやＣＤプレイヤーやラジオなどの受信者が有するオーディオ機器
３受信者が有する熊の形態をしたロボット
４ロボット制御信号を生成してコンピュータ１にアップロードする送信者が有するコンピュータ
２１電気信号生成手段
２１−１デジタルローパスフィルタ
２１−２変調波発生部
２１−３角度指令発生部
２２信号同期手段
２２−１ユーザ入力部
８１マイクロホンなどの入力手段
８２分離抽出手段
８２−１ハイパスフィルタ
８２−２波形整形部
８２−３周波数カウンタ
８２−４タイマ回路
８３制御手段
８３−１モータ制御部
８３−２タイマ回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a robot system, a robot control signal distribution device, a robot control device, a robot control signal distribution method, a robot control method, a program, and a computer-readable recording medium on which the program is recorded. The present invention relates to a robot system, a robot control signal distribution device, a robot control device, a robot control signal distribution method, a robot control method, a program, and a computer-readable recording medium recording the program.
[0002]
[Prior art]
[Prior art 1]
Conventionally, there has been known a method in which a computer and a robot are always connected by a control signal line (for example, RS232C) and the robot is controlled by the constantly connected computer.
[Conventional technology 2]
Conventionally, a robot control signal expressed by high-frequency sound waves that are hard to be heard by the human ear is AM-modulated or FM-modulated, and this is superimposed on a normal audio signal that has been AM-modulated or FM-modulated and emitted into the air. (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-127062), a method of controlling a robot without connecting a signal line to the robot is known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, if it is necessary to always connect the robot and the computer with a signal line such as RS232C as in the prior art 1, an RS232C connection such as a terminal adapter, a scanner, or a printer is required during use of the robot. Other devices cannot be connected to the computer.
[0004]
Therefore, the conventional technique 1 has a problem that the robot cannot be used at the same time with other devices that require RS232C connection such as a terminal adapter, a scanner, and a printer.
[0005]
Further, as in the above-described prior art 2, when a robot control signal is transmitted by emitting an FM modulated wave or AM modulated wave in the air, the robot that has received the FM modulated wave or AM modulated wave emitted in the air In this signal processing process, a very steep bandpass filter is required.
[0006]
Therefore, the conventional technique 2 has a problem that it takes a very high cost to process the FM modulated wave or AM modulated wave in the robot.
[0007]
Further, the conventional technique 1 has a problem that precise control cannot be performed on the linkage of the audio signal or the music signal with the operation of the robot such as the rotation of the neck or the swing of the arm.
[0008]
Further, in the conventional technique 1 and the conventional technique 2, if the degree of freedom of the robot and the number of robots are added, the circuit configuration of the robot becomes very complicated.
[0009]
Therefore, in the conventional technique 1 and the conventional technique 2, the method for controlling entertainment toys and entertainment communication terminals (particularly, the method for controlling robot communication terminals in remote locations) is always manufactured simply and inexpensively. There was a problem that I could not.
[0010]
Therefore, in view of such circumstances, the present invention can realize a robot that can be precisely controlled with a simple configuration and at a low cost, and can flexibly cope with changes in the degree of freedom and the number of robots. It is an object to provide a distribution device, a robot control device, a robot control signal distribution method, a robot control method, a program, and a computer-readable recording medium recording the program.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, the above-mentioned problems are solved by the means described in the claims.
[0012]
  That is, the invention according to claim 1 is a robot.pluralA signal synchronizing means for synchronizing the robot control signal and the audible sound signal for controlling the movable part, and an electric signal for synthesizing the synchronized robot control signal and the audible sound signal to generate a synthesized sound electric signal A robot control signal distribution device comprising:
  A robot controller comprising: a separation and extraction unit that separates and extracts a robot control signal from the synthesized sound electric signal; and a control unit that controls a movable part of the robot based on the robot control signal separated and extracted by the separation and extraction unit;A robot system comprising:
The electrical signal generation means includes a modulation wave generation unit that multiplex-modulates a robot control signal for each of a plurality of movable units provided in the robot by a time division multiplex modulation method and a frequency division multiplex modulation method and multiplies the window function.
  The modulated wave generating unit uses Fc as a center frequency corresponding to each movable part, Aij as a command value of the movable part in a specific time zone, k as a constant, and a frequency after modulation represented by Equation 7. A robot system characterized by determining Fg.
(Expression 7) Fg = Fc + k × Aij
[0014]
  Claim 2The separation and extraction means of the robot control device includes: a waveform shaping unit that converts the synthesized sound electric signal into a digital signal; and a frequency counter that counts the frequency of the synthesized sound electric signal. CharacterizeClaim 1It is a robot system.
[0015]
  Claim 3According to the invention described in item 3, the synthesized sound electric signal is distributed from the robot control signal distribution device to the robot control device via an electric communication line.Claim 1 or claim 2It is a robot system.
[0016]
  Claim 4The invention described inpluralSeparation and extraction means for separating and extracting the robot control signal from a synthesized sound electric signal obtained by electrically synthesizing a robot control signal and an audible sound signal for controlling the movable part, and a robot control signal separated and extracted by the separation and extraction means. A robot control signal distribution device for distributing the synthesized sound electric signal to a robot control device comprising a control means for controlling a movable part of the robot based on
  Signal synchronization means for synchronizing the robot control signal and the audible sound signal, and electrical signal generation for electrically synthesizing the synchronized robot control signal and the audible sound signal to generate the synthesized sound electric signal Means,With
The electrical signal generation means includes a modulation wave generation unit that multiplex-modulates a robot control signal for each of a plurality of movable units provided in the robot by a time division multiplex modulation method and a frequency division multiplex modulation method and multiplies the window function.
  The modulated wave generating unit uses Fc as a center frequency corresponding to each movable part, Aij as a command value of the movable part in a specific time zone, k as a constant, and a frequency after modulation represented by Formula 8. It is characterized by determining FgIt is a robot control signal distribution device.
(Equation 8) Fg = Fc + k × Aij
[0018]
  Claim 5The invention described in (2) is characterized in that the synthesized sound electric signal is distributed to the robot control device via an electric communication line.Claim 4The robot control signal distribution device.
[0022]
  Claim 6The invention described inpluralSeparation and extraction means for separating and extracting the robot control signal from a synthesized sound electric signal obtained by electrically synthesizing a robot control signal and an audible sound signal for controlling the movable part, and a robot control signal separated and extracted by the separation and extraction means. A robot control signal delivery method in a robot control signal delivery device for delivering the synthesized sound electric signal to a robot control device comprising: a control means for controlling a movable part of the robot based on:
  The robot control signal distribution device synchronizes the robot control signal and the audible sound signal; and
  The robot control signal distribution device generates the synthesized sound electrical signal by electrically synthesizing the synchronized robot control signal and the audible sound signal; andHave
  In the electrical signal generation step, the robot control signal for each of the plurality of movable parts provided in the robot is Fc as the center frequency corresponding to each of the movable parts, and the command value of the movable part in a specific time zone is Aij And the constant is k, the modulated frequency Fg is determined by determining the frequency Fg after modulation represented by Equation 9, and performing multiple modulation using the time division multiplexing modulation method and the frequency division multiplexing modulation method, and multiplying by the window function.It is a robot control signal distribution method characterized by having.
(Equation 9) Fg = Fc + k × Aij
[0023]
  Claim 7The invention described inpluralSeparation and extraction means for separating and extracting the robot control signal from a synthesized sound electric signal obtained by electrically synthesizing a robot control signal and an audible sound signal for controlling the movable part, and a robot control signal separated and extracted by the separation and extraction means. A robot control signal delivery method in a robot control signal delivery device for delivering the synthesized sound electric signal to a robot control device comprising: a control means for controlling a movable part of the robot based on:
  The robot control signal distribution device synchronizes the robot control signal and the audible sound signal; and
  When the robot control signal distribution device includes a plurality of movable parts, the robot control signal for each of the plurality of movable parts included in the robot is multiplexed by time division multiplex modulation or frequency division multiplex modulation. Modulating wave generation step to
  The robot control signal distribution device electrically synthesizes the robot control signal multiplex-modulated in the modulated wave generation step and the audible sound signal to generate the synthesized sound electric signal; andHave
  In the electrical signal generation step, the robot control signal for each of the plurality of movable parts provided in the robot is Fc as the center frequency corresponding to each of the movable parts, and the command value of the movable part in a specific time zone is Aij And the constant is k, and the modulated frequency generation step of determining the frequency Fg after modulation shown in Equation 10 and performing multiple modulation by the time division multiplex modulation method and the frequency division multiplex modulation method and multiplying by the window functionIt is a robot control signal distribution method characterized by having.
(Expression 10) Fg = Fc + k × Aij
[0024]
  Claim 8According to the invention described in item 3, the synthesized sound electric signal is distributed from the robot control signal distribution device to the robot control device via an electric communication line.Claim 6 or claim 7This is a robot control signal distribution method.
[0028]
  Claim 9The invention described inpluralSeparation and extraction means for separating and extracting the robot control signal from a synthesized sound electric signal obtained by electrically synthesizing a robot control signal and an audible sound signal for controlling the movable part, and a robot control signal separated and extracted by the separation and extraction means. A robot control signal distribution device for distributing the synthesized sound electric signal to a robot control device comprising:
  A signal synchronization step for synchronizing the robot control signal and the audible sound signal, and electrical signal generation for electrically synthesizing the synchronized robot control signal and the audible sound signal to generate the synthesized sound electric signal Steps,A robot control signal distribution program for executing
  In the electrical signal generation step, the robot control signal distribution device includes a robot control signal for each of a plurality of movable parts included in the robot, and a center frequency corresponding to each of the movable parts is Fc, and the robot control signal is distributed in a specific time zone. A modulated wave in which the command value of the movable part is Aij, the constant is k, the frequency Fg after modulation shown in Equation 11 is determined, and is multiplexed by the time division multiplex modulation method and the frequency division multiplex modulation method and multiplied by the window function. Occurrence stepThis is a robot control signal distribution program characterized in that
(Equation 11) Fg = Fc + k × Aij
[0029]
  Claim 10The invention described inpluralSeparation and extraction means for separating and extracting the robot control signal from a synthesized sound electric signal obtained by electrically synthesizing a robot control signal and an audible sound signal for controlling the movable part, and a robot control signal separated and extracted by the separation and extraction means. A robot control signal distribution device for distributing the synthesized sound electric signal to a robot control device comprising:
  A signal synchronization step of synchronizing the robot control signal and the audible sound signal;
  When the robot includes a plurality of movable parts, a modulation wave generation step of multiplexing and modulating the robot control signal for each of the plurality of movable parts included in the robot by a time division multiplex modulation method or a frequency division multiplex modulation method;
  An electrical signal generating step of electrically synthesizing the robot control signal and the audible sound signal that are multiplex-modulated in the modulated wave generating step to generate the synthesized sound electrical signal;And execute
  In the electrical signal generation step, the robot control signal distribution device includes a robot control signal for each of a plurality of movable parts included in the robot, and a center frequency corresponding to each of the movable parts is Fc, and the robot control signal is distributed in a specific time zone. A modulated wave in which the command value of the movable part is Aij, the constant is k, the frequency Fg after modulation shown in Equation 12 is determined, and is multiplexed by the time division multiplex modulation method and the frequency division multiplex modulation method and multiplied by the window function. Occurrence stepThis is a robot control signal distribution program characterized in that
(Expression 12) Fg = Fc + k × Aij
[0030]
  Claim 11According to the invention described in item 3, the synthesized sound electric signal is distributed from the robot control signal distribution device to the robot control device via an electric communication line.Claim 9 or claim 10This is a robot control signal distribution program.
[0031]
The present invention modulates a control signal to a plurality of robots into a sound signal and superimposes it on a voice signal or music signal.
Therefore, according to the present invention, the transmission of the robot control signal from the computer to the robot can be performed together with the voice signal and the music signal on the transmission path of the voice signal and the music signal.
[0032]
Further, according to the modulation method, transmission circuit, transmission algorithm, reception circuit, and reception algorithm according to the present invention, the amount of calculation and the circuit scale in the robot can be reduced.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0034]
FIG. 1 is a diagram showing a robot system according to an embodiment of the present invention.
[0035]
As shown in FIG. 1, a robot system according to an embodiment of the present invention includes a computer 1 having a robot control signal distribution device such as a Web server, a streaming server, and a mail server, and reception of a personal computer, a CD player, a radio, and the like. Audio equipment 2 possessed by the user, a robot 3 in the form of a bear possessed by the receiver, and a computer 4 possessed by the sender that generates the robot control signal and uploads it to the computer 1.
[0036]
The robot in the robot system of the present embodiment operates as follows.
The robot control signal generated by the sender's computer 4 is uploaded to the computer 1 having the robot control signal distribution device and input to the electric signal generation means 21 of the robot control signal distribution device. The electrical signal generating means 21 synthesizes an audible sound signal such as an input voice signal or music signal and a robot control signal uploaded from the computer 4 to generate a synthesized sound electrical signal.
[0037]
  As shown in FIG. 1, the generated synthesized sound electric signal is downloaded via a Web server (computer 1), streamed via a streaming server (computer 1), or a mail server. By being distributed as an email attachment via (computer 1), it is distributed to an audio device 2 possessed by a recipient such as a personal computer, a CD player or a radio.The robot control signal according to the present invention is distributed over the Internet, a CD-R, or the like. Therefore, the robot can be controlled from a remote location by distributing the robot control signal from a remote location.
[0038]
Further, as shown in FIG. 1, the synthesized sonoelectric signal generated by the robot control signal distribution device is stored in a recording medium such as a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) or a CD-R (CD-Recordable). By being stored, it can be delivered to the audio device 2 of the receiver.
[0039]
The distributed synthesized sound / electric signal is reproduced by the audio device 2 possessed by the receiver, transmitted through the air, and received by the microphone provided in the robot 3 in the form of a bear possessed by the receiver.
[0040]
The synthesized sound electric signal received by the microphone of each robot 3 in FIG. 1 is demodulated by the robot control device provided in the robot 3. The demodulated synthesized sound / electric signal is input to a separation / extraction means of a robot controller provided in the robot, and the separation / extraction means separates and extracts the robot control signal from the input synthesized sound / electrical signal. The extracted robot control signal is input to a control unit of a robot control device provided in the robot, and the control unit controls a movable part of the robot based on the input robot control signal.
[0041]
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the robot control signal distribution apparatus included in the computer 1 of FIG.
[0042]
As shown in FIG. 2, the robot control signal distribution apparatus includes an electric signal generation unit 21 and a signal synchronization unit 22. The electrical signal generation means 21 has a digital low-pass filter 21-1, a modulation wave generation section 21-2, and an angle command generation section 21-3, and the signal synchronization means 22 provides a user input section 22-1. Have.
[0043]
A command uploaded to the computer 1 from the computer 4 to each robot 3 in FIG. 1 or a command that the user wants to distribute directly from the robot control signal distribution device of the computer 1 to each robot 3 in FIG. 2 is input to the user input unit 22-1 in the signal synchronization means of the robot control signal distribution apparatus of FIG. 2, and is converted into an electric signal by the user input unit 22-1.
[0044]
The electric signal based on the command to each robot 3 is synchronized with an audible sound signal such as an audio signal or a music signal output from the music source in the user input unit 22-1.
The command to each robot 3 specifically means an angle command to the movable part (motor or the like) of each robot 3.
[0045]
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the user input unit 22-1 in FIG. 2, where the horizontal axis indicates time and the vertical axis indicates an electrical signal based on a command to each robot 3.
The upper waveform in FIG. 3 is a waveform of a sound signal or a music signal from the music source in FIG. The two waveforms at the middle and lower portions are the above-described electric signals based on a command to each robot 3 input by the user to the user input unit 22-1, and specifically, a movable part (motor or the like) of each robot 3 It is an electrical signal based on the angle command to
[0046]
Specifically, the middle waveform in FIG. 3 is an electric signal based on an angle command to the first movable part (motor or the like) of each robot 3 in FIG. 1, and the lower waveform in FIG. It is an electric signal based on the angle command to the 2nd movable part (motor etc.) of each robot 3.
That is, FIG. 3 shows a configuration example of the user input unit 22-1 when each robot of FIG. 1 has two movable parts (motors and the like).
[0047]
The user can use the user input unit 22-1 in FIG. 3 to relate an electrical signal based on an angle command to a movable unit (such as a motor) of each robot 3 and a voice signal or a music signal at a specific time. Can be grasped.
Therefore, the user can teach the angle command value to the robot in synchronization with the music signal.
That is, the user inputs or edits the waveform of the electrical signal based on the angle command to each movable part in the middle part or the lower part in accordance with the waveform of the voice signal or music signal in the upper part of FIG. It is possible to freely set how the robot is operated in which part of music and music.
[0048]
The synchronized electrical signal is input to the angle command generator 21-3. The angle command generator 21-3 generates an angle command value for the robot based on the command signal for the robot synchronized in the user input unit 22-1.
The angle command value is a specific value that can directly control the movable part (such as a motor) of each robot 3 in FIG. 1, and is an expression that can be understood by the user. 3 and the electric signal based on the command to each robot 3 which is merely a signal for converting the command into an angle command value.
[0049]
The generated angle command value is input to the modulated wave generator 21-2 and modulated into a sine wave centered around 18 kHz. It is known that a signal in the vicinity of 18 kHz cannot be heard by most people even at a sound pressure of about 50 dB due to the characteristics of the human ear.
[0050]
The modulated angle command value is superimposed on the audible sound signal from the music source in which the frequency component in the vicinity of 18 kHz is suppressed by the digital low-pass filter 21-1, becomes a synthesized sound electric signal, and is output from the robot control signal distribution device. .
[0051]
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the modulated wave generator 21-2 included in the electrical signal generator 21 of FIG.
Hereinafter, each robot 3 in the present embodiment will be described as having four motors M1 to M4. However, this is for simplicity of explanation and does not represent the technical limit of the number of motors in the robot in actual application.
[0052]
2 has a modulation wave center frequency correspondence table shown in FIG. 5 and a time motor operation correspondence table shown in FIG. 6 in its internal memory (not shown).
2 has two pointers, a pointer to the motor and a pointer to time, in its internal memory (not shown). The pointer to the motor indicates the record of each motor M in the modulation wave center frequency correspondence table shown in FIG. 5, and the pointer to the time points to the record of each time in the time motor operation correspondence table shown in FIG.
[0053]
(Step 1)
The modulated wave generator 21-2 reads the center frequency Fc stored in the record indicated by the pointer to the motor in the modulated wave center frequency correspondence table (FIG. 5). As shown in FIG. 5, each record of the modulation wave center frequency correspondence table (FIG. 5) includes a motor M number (M1, M2, M3, M4) and a center frequency Fc (Fc1, F4) corresponding to the motor M. Fc2, Fc3, Fc4) are stored.
[0054]
  (Step 2)
  The modulated wave generator 21-2 is a record indicated by a pointer to time in the time motor operation correspondence table (FIG. 6), and the pointer to the motor is the modulation wave center frequency correspondence table (FIG. 5). The motor angle command value Aij is read from the field in the time motor operation correspondence table (FIG. 6) relating to the number of the motor M indicated, the read angle command value Aij, the center frequency Fc read in step 1, following“Equation 13”Are used to determine the frequency Fg of the modulated wave to be generated.
[0055]
[Formula 13]

Here, k represents a constant. Aij is a motor angle command value, i represents a specific time zone, and j represents a motor M number. Therefore, for example, A31 indicates the angle command value for the motor M1 in the third time zone, and A24 indicates the angle command value for the motor M4 in the second time zone.
[0056]
(Step 3)
The modulated wave generator 21-2 generates a sine wave (that is, a modulated wave) having the frequency Fg determined in (Step 2) above.
[0057]
(Step 4)
The modulation wave generator 21-2 multiplies the sine wave generated in the above (Step 3) by an appropriate window function to smooth the rising and falling of the waveform of the sine wave.
[0058]
(Step 5)
The modulated wave generating unit 21-2 advances the pointer to the motor to the next motor record, and repeats the above (Step 1) to (Step 4). If the record pointed to by the motor pointer is the record of the last motor (in this embodiment, the record of the motor M4), the modulation wave generator 21-2 sets the pointer to the motor to the record of the first motor. Returning to (record of motor M1 in this embodiment), the pointer to time is advanced to the record of the next time.
[0059]
As can be seen from the time motor operation correspondence table of FIG. 6, the modulation wave generated by the modulation wave generation unit of FIG. Transmit value. Further, as can be seen from the modulation wave center frequency correspondence table in FIG. 5 in which a unique center frequency is assigned to each motor and the time motor operation correspondence table in FIG. 6, the modulation wave generation unit in FIG. The generated modulated wave transmits an angle command value for each motor in a specific time zone by frequency division multiplexing.
Therefore, the modulated wave generated by the modulated wave generator 21-2 in FIG. 2 has the waveform shown in the lower part of FIG.
[0060]
FIG. 7 is a diagram for explaining a modulated wave generated by the modulated wave generator 21-2 in FIG.
The waveform described in the lower part of FIG. 7 is a modulated wave generated by the modulated wave generator 21-2, and the frequency spectrum described in the upper part of FIG. It is a frequency spectrum.
[0061]
In the present embodiment, each robot 3 in FIG. 1 has four motors. Therefore, the modulation wave described in the lower part of FIG. 7 includes sine waves of four frequencies Fc1, Fc2, Fc3, and Fc4. Are mixed.
The frequency spectrum described at the top of FIG. 7 shows a mixture of these four frequency sine waves.
[0062]
However, this modulated wave is multiplied by an appropriate window function as described above,
The rise and fall of the waveform is smooth. For this reason, the modulated wave generated by the modulated wave generator 21-2 has an envelope shape as shown in the lower part of FIG.
[0063]
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a robot control device provided in the robot 3 of FIG.
As shown in FIG. 8, the robot control apparatus includes an input unit 81 such as a microphone, a separation / extraction unit 82, and a control unit 83. The separation and extraction unit 82 includes a high-pass filter 82-1, a waveform shaping unit 82-2, a frequency counter 82-3, and a timer circuit 82-4. The control unit 83 is a motor control connected to the motor. And a timer circuit 83-2 connected to the motor control unit 83-1.
[0064]
The synthesized sound electric signal picked up by the input means 81 such as a microphone in the robot control apparatus is input to the high pass filter 82-1. The synthesized sound electric signal input to the high-pass filter 82-1 is subjected to high-pass filtering to remove room background noise and music signals included in the low-frequency part.
The synthesized sound electric signal that has passed through the high-pass filter 82-1 is input to the waveform shaping unit 82-2 and converted into a TTL (Transistor Transistor Logic) level digital signal shown in FIG.
[0065]
The waveform shaping unit 82-2 can be realized by an amplifier having saturation characteristics such as a TTL level digital signal shown in FIG. 9 or a PLL (Phase Locked Loop) circuit that outputs a rectangular wave similar to the input waveform.
[0066]
The digital signal output from the waveform shaping unit 82-2 is input to the frequency counter 82-3. The frequency counter 82-3 uses the input digital signal and the timer circuit 82-4 to count the frequency of the synthesized sound electric signal that has passed through the high-pass filter 82-1.
[0067]
The frequency counted by the frequency counter 82-3 is input to the motor control unit 83-1. The motor control unit 83-1 operates at regular time intervals under the timer circuit 83-2, calculates a motor control signal based on the input frequency, and uses the calculated motor control signal to The rotation angle is precisely controlled.
[0068]
In this embodiment, a servo motor is used as the motor. However, the present invention is not limited to this.
In the present embodiment, a pulse width modulation (PWM) is used as the motor control signal, but the present invention is not limited to this.
[0069]
In the present embodiment, the fixed time interval for the timer circuit 83-2 to operate the motor control unit 83-1 is about 20 milliseconds, but the present invention is not limited to this.
[0070]
FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the frequency counter 82-3 of FIG.
[0071]
(Step 1)
The frequency counter 82-3 counts the number of rising edge detections of the input digital signal (hereinafter referred to as “rising edge detection number”) as a rising edge detection number value. It is determined whether or not a predetermined value (hereinafter referred to as “first predetermined value”) for resetting the count value of the timer circuit 82-4 has been reached.
[0072]
If the frequency counter 82-3 determines that the rising edge detection count value has not reached the first predetermined value, the frequency counter 82-3 continues to count the rising edge detection count.
[0073]
(Step 2, Step 3)
When the frequency counter 82-3 determines that the rising edge detection number value has reached the first predetermined value in (Step 1) above, the frequency counter 82-3 resets the rising edge detection number value (Step 2) and sets a timer. The counter value of the circuit 82-4 is reset (step 3).
[0074]
As described above, the reset of the count value of the timer circuit 82-4 is performed when the rising edge detection count value reaches the first predetermined value in order to stably count the frequency.
[0075]
(Step 4, Step 5)
When the count value of the timer circuit 82-4 is reset in the above (Step 3), the frequency counter 82-3 starts counting the rising edge detection frequency value reset in the above (Step 2) again (Step 4). Then, it is determined whether or not the rising edge detection count value has reached a predetermined value (hereinafter referred to as “second predetermined value”) for recording the counter value of the timer circuit 82-4. (Step 5).
[0076]
(Step 6)
The frequency counter 82-3 detects the rising edge even though a certain time (hereinafter referred to as “counting time”) has elapsed since the counting of the rising edge detection count value was restarted in the above (Step 4). When the numerical value does not reach the second predetermined value, the process returns to the above (step 1).
On the other hand, the frequency counter 82-3 continues to count the number of rising edge detections until the count time elapses even if the rising edge detection number does not reach the second predetermined value.
[0077]
(Step 7)
When the frequency counter 82-3 determines that the rising edge detection frequency value has reached the second predetermined value in the above (step 5), the frequency counter 82-3, when the digital signal rises, that is, the rising edge detection frequency. When the numerical value reaches the second predetermined value, the counter value of the timer circuit 82-4 (hereinafter referred to as “measurement time”) is held.
[0078]
(Step 8)
The frequency counter 82-3 has a value obtained by dividing the second predetermined value by the held measurement time, that is, (second predetermined value) / (measurement time), Determine if you are satisfied.
[0079]
[Expression 2]

Here, Fc is the set value of the center frequency, Amax is the maximum angle command value, and Amin is the minimum angle command value.
[0080]
If the frequency counter 82-3 determines that (second predetermined value) / (measurement time) does not satisfy “Equation 2”, the frequency counter 82-3 discards the measurement time and returns to (Step 1).
[0081]
(Step 9)
On the other hand, when the (second predetermined value) / (measurement time) satisfies “Equation 2”, the frequency counter 82-3 determines that the synthesized sound electric signal that has passed through the high-pass filter 82-1 is self-generated. It is determined that it is a command to the motor connected to, and the measurement time based on this synthesized electric sound signal is written in its own memory (not shown), and then it returns to the above (step 1).
[0082]
FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the motor control unit 83-1 in FIG.
[0083]
(Step 1)
The motor control unit 83-1 reads the measurement time written in the memory included in the frequency counter 82-3 of the separation / extraction means.
[0084]
(Step 2)
The motor control unit 83-1 multiplies the read measurement time by a constant that matches the servo motor specifications and the clock frequency of the control board (hereinafter, the measurement time multiplied by this constant is referred to as “second measurement time”). That said.)
[0085]
(Step 3)
The motor control unit 83-1 outputs “1” to the PWM output pin.
[0086]
(Step 4)
The motor control unit 83-1 decrements the second measurement time until it becomes 0, and when it becomes 0, outputs “0” to the PWM output pin.
[0087]
【The invention's effect】
[0089]
Therefore, according to the present invention, since the configuration of the robot can be simplified, it is possible to easily realize new communication using a robot with a high entertainment element that conveys “movement” together with music / voice messages.
[0091]
Therefore, according to the present invention, since one robot or a plurality of robots can be easily controlled, the user can determine the number of robots to be purchased according to the budget without considering the difficulty of control. .
[0092]
Further, according to the present invention, the user can control a robot that has been purchased later in the same manner as the robot that has been purchased earlier. Therefore, according to the present invention, since the user can gradually increase the number of robots, the user's desire to purchase robots can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a robot system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a robot control signal distribution apparatus included in the computer 1 of FIG.
3 is a diagram illustrating a configuration example of a user input unit 22-1 in FIG.
FIG. 4 is a flowchart showing an operation of a modulated wave generator 21-2 in the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a modulation wave center frequency correspondence table;
FIG. 6 is a diagram showing a time motor operation correspondence table;
7 is a diagram for explaining a modulated wave generated by a modulated wave generator 21-2 in FIG. 2; FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a robot control device provided in the robot 3 of FIG. 1;
FIG. 9 is converted into a digital signal of TTL level.
10 is a flowchart showing the operation of the frequency counter 82-3 of FIG.
FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the motor control unit 83-1 in FIG.
[Explanation of symbols]
1. A computer having a robot control signal distribution device such as a Web server, streaming server, or mail server
2 Audio equipment held by recipients such as personal computers, CD players and radios
Robot which bear form of 3 recipients has
4 A computer of a sender that generates a robot control signal and uploads it to the computer 1
21 Electric signal generating means
21-1 Digital low-pass filter
21-2 Modulated wave generator
21-3 Angle command generator
22 Signal synchronization means
22-1 User input section
81 Input means such as a microphone
82 Separation and extraction means
82-1 High-pass filter
82-2 Waveform shaping unit
82-3 Frequency counter
82-4 Timer circuit
83 Control means
83-1 Motor controller
83-2 Timer circuit

Claims

A signal synchronization means for synchronizing the robot control signal and the audible sound signal for controlling a plurality of movable parts of the robot, and a synthesized sound electric signal by electrically synthesizing the synchronized robot control signal and the audible sound signal. An electric signal generating means for generating a robot control signal distribution device,
A separation extraction unit for separating and extracting a robot control signal from the synthesized sound electric signal, and control means for controlling the movable portion of the robot on the basis of the separate extracted robot control signal in the separation and extraction unit, and a robot controller comprising, a A robot system comprising:
The electrical signal generation means includes a modulation wave generation unit that multiplex-modulates a robot control signal for each of a plurality of movable units provided in the robot by a time division multiplex modulation method and a frequency division multiplex modulation method and multiplies the window function.
The modulated wave generating unit uses Fc as a center frequency corresponding to each movable part, Aij as a command value of the movable part in a specific time zone, k as a constant, and a frequency after modulation represented by Equation 1. A robot system characterized by determining Fg.
(Expression 1) Fg = Fc + k × Aij

The separation and extraction means of the robot control device includes a waveform shaping unit that converts the synthesized sound electric signal into a digital signal;
A frequency counter for counting the frequency of the synthesized sound electric signal;
The robot system according to claim 1, further comprising:

3. The robot system according to claim 1, wherein the synthesized sound electric signal is distributed from the robot control signal distribution device to the robot control device via an electric communication line. 4.

Separation and extraction means for separating and extracting the robot control signal from a synthesized sound electric signal obtained by electrically synthesizing a robot control signal and an audible sound signal for controlling a plurality of movable parts of the robot, and separating and extracting by the separation and extraction means A robot control signal distribution device that distributes the synthesized sound electric signal to a robot control device including a control unit that controls a movable part of the robot based on a robot control signal
A signal synchronization means for synchronizing the robot control signal and the audible sound signal;
An electrical signal generating means for electrically synthesizing the synchronized robot control signal and the audible sound signal to generate the synthesized sound electrical signal ;
The electrical signal generation means includes a modulation wave generation unit that multiplex-modulates a robot control signal for each of a plurality of movable units provided in the robot by a time division multiplex modulation method and a frequency division multiplex modulation method and multiplies the window function.
The modulated wave generating unit uses Fc as a center frequency corresponding to each movable part, Aij as a command value of the movable part in a specific time zone, k as a constant, and a frequency after modulation represented by Formula 2. A robot control signal distribution apparatus characterized by determining Fg.
(Expression 2) Fg = Fc + k × Aij

The robot control signal distribution device according to claim 4 ,
The synthesized sound electrical signals, telecommunications via the line, the robot controller to the characteristics and to Carlo bot control signal distribution apparatus to deliver.

Separation and extraction means for separating and extracting the robot control signal from a synthesized sound electric signal obtained by electrically synthesizing a robot control signal and an audible sound signal for controlling a plurality of movable parts of the robot, and separating and extracting by the separation and extraction means A robot control signal distribution method in a robot control signal distribution apparatus that distributes the synthesized sound electric signal to a robot control apparatus comprising: a control unit that controls a movable part of a robot based on a robot control signal;
The robot control signal distribution device synchronizes the robot control signal and the audible sound signal; and
The robot control signal distribution device has an electrical signal generation step of electrically synthesizing the synchronized robot control signal and the audible sound signal to generate the synthesized sound electrical signal ;
In the electrical signal generation step, the robot control signal for each of the plurality of movable parts provided in the robot is Fc as the center frequency corresponding to each of the movable parts, and the command value of the movable part in a specific time zone is Aij And a constant wave generation step of determining a frequency Fg after modulation represented by the equation (3), performing a multiplex modulation by a time division multiplex modulation method and a frequency division multiplex modulation method, and multiplying by a window function. Robot control signal distribution method.
(Expression 3) Fg = Fc + k × Aij

Separation and extraction means for separating and extracting the robot control signal from a synthesized sound electric signal obtained by electrically synthesizing a robot control signal and an audible sound signal for controlling a plurality of movable parts of the robot, and separating and extracting by the separation and extraction means A robot control signal distribution method in a robot control signal distribution apparatus that distributes the synthesized sound electric signal to a robot control apparatus comprising: a control unit that controls a movable part of a robot based on a robot control signal;
The robot control signal distribution device synchronizes the robot control signal and the audible sound signal; and
When the robot control signal distribution device includes a plurality of movable parts, the robot control signal for each of the plurality of movable parts included in the robot is multiplexed by time division multiplex modulation or frequency division multiplex modulation. Modulating wave generation step to
Yes the robot control signal distribution apparatus, and a electric signal generating step of generating the synthesized sound electrical signal electrically synthesized with the audible sound signal and multiplexed modulated robot control signal in the modulation wave generation step And
In the electrical signal generation step, the robot control signal for each of the plurality of movable parts provided in the robot is Fc as the center frequency corresponding to each of the movable parts, and the command value of the movable part in a specific time zone is Aij And a constant wave generation step of determining a frequency Fg after modulation represented by the equation (4), performing a multiplex modulation by a time division multiplex modulation method and a frequency division multiplex modulation method, and multiplying by a window function. Robot control signal distribution method.
(Expression 4) Fg = Fc + k × Aij

8. The robot control signal distribution method according to claim 6, wherein the synthesized sound electric signal is distributed from the robot control signal distribution device to the robot control device via an electric communication line. .

Separation and extraction means for separating and extracting the robot control signal from a synthesized sound electric signal obtained by electrically synthesizing a robot control signal and an audible sound signal for controlling a plurality of movable parts of the robot, and separating and extracting by the separation and extraction means A robot control signal delivery device for delivering the synthesized sound electric signal to a robot control device comprising: a control means for controlling a movable part of the robot based on a robot control signal
A signal synchronization step of synchronizing the robot control signal and the audible sound signal;
An electric signal generation step of electrically synthesizing the synchronized robot control signal and the audible sound signal to generate the synthesized sound electric signal ;
In the electrical signal generation step, the robot control signal distribution device includes a robot control signal for each of a plurality of movable parts included in the robot, and a center frequency corresponding to each of the movable parts is Fc, and the robot control signal is distributed in a specific time zone. and a command value of the movable portion and Aij, the constant number as k, determines the frequency Fg after modulation indicated by the number 5, when multiplexed modulation division multiplexing modulation method and frequency division multiplexing modulation scheme multiplied by the window function modulation A robot control signal distribution program for executing a wave generation step .
(Expression 5) Fg = Fc + k × Aij

Separation and extraction means for separating and extracting the robot control signal from a synthesized sound electric signal obtained by electrically synthesizing a robot control signal and an audible sound signal for controlling a plurality of movable parts of the robot, and separating and extracting by the separation and extraction means A robot control signal delivery device for delivering the synthesized sound electric signal to a robot control device comprising: a control means for controlling a movable part of the robot based on a robot control signal
A signal synchronization step of synchronizing the robot control signal and the audible sound signal;
When the robot includes a plurality of movable parts, a modulation wave generation step of multiplexing and modulating the robot control signal for each of the plurality of movable parts included in the robot by a time division multiplex modulation method or a frequency division multiplex modulation method;
An electrical signal generation step of electrically synthesizing the robot control signal and the audible sound signal that are multiplexed and modulated in the modulated wave generation step to generate the synthesized sound electrical signal ;
In the electrical signal generation step, the robot control signal distribution device includes a robot control signal for each of a plurality of movable parts included in the robot, and a center frequency corresponding to each of the movable parts is Fc, and the robot control signal is distributed in a specific time zone. A modulated wave in which the command value of the movable part is Aij, the constant is k, the frequency Fg after modulation represented by Equation 6 is determined, and is multiplexed by the time division multiplex modulation method and the frequency division multiplex modulation method and multiplied by the window function A robot control signal distribution program for executing a generation step .
(Expression 6) Fg = Fc + k × Aij

The synthesized sound electric signal is transmitted from the robot control signal distribution device via an electric communication line.
The robot control signal delivery program according to claim 9 or 10, wherein the program is delivered to the robot control device.