JP4399815B2 - ロボットの制御方法及び制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットの制御方法及び制御装置に係り、特に、人間型の多自由度を有するロボットを遠隔制御する制御方法及び制御装置に関する。

人間型ロボット、特に、二足歩行が可能な人間型ロボットは、極めて多くの自由度を有して人間の動作に相当する動作を実行可能なように構成されている。
このような多自由度ロボットを制御する場合、そのすべての自由度について、操作者が入力指示することは容易ではなく、特に、速い動作をリアルタイムで制御することは極めて難しい。

そこで、多自由度ロボットにおける制御可能な操作変数のうち、操作者にとって操作が可能な数の操作変数を選択して組み合わせた制御モードをあらかじめ複数設定しておき、この複数の制御モードから操作可能な操作変数を操作すると、それ以外の操作変数は、その操作された操作変数の変化に応じて予めプログラムされた制御手法に基づいて間接的に制御されるようにして多自由度ロボットを遠隔制御する方法等が特許文献１により提案されている。
特開２００４−２７６１２３号公報

ところで、この特許文献１に記載された技術では、制御モードの選択と、その選択した制御モードでの操作という２つの操作が必要になる。
そのため、意識的に制御したい部位を特定し、その部位に細かな動作を実行させる場合に好適であるが、多数の部位を同時に動かして、ロボット全体としての姿勢制御を実行させる場合には、操作が煩雑になって難しく、また、高速の動作を実行させ難いという課題があった。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ロボット全体の動作を容易に、また、高速で制御可能な、ロボットの制御方法及びその装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は次の１）〜４）の手段を有する。
１） 複数の自由度を有するロボットを制御するロボットの制御方法において、
前記ロボットが取り得る姿勢から選択された複数の選択姿勢それぞれを特定する前記複数の自由度に対応した変数の組と関連づけられている特定座標と、前記ロボットが取り得る姿勢の内、前記選択姿勢以外の姿勢を特定する前記複数の自由度に対応した変数の組と関連づけられている座標と、を有し、前記特定座標及び前記座標が、互いに隣接して位置する座標が特定する姿勢に対して滑らかに姿勢変化が可能な姿勢を特定する前記変数の組と関連づけられている２次元マップを、表示部が表示手段に表示させるマップ表示ステップと、
表示された前記２次元マップにおける前記特定座標及び前記座標の内の任意の座標を座標情報としてユーザが入力手段により入力する座標入力ステップと、
制御部が、入力された前記座標情報に基づいて、該座標情報に関連づけられた前記変数の組を該変数の組みが予め記憶されている記憶部から読み出し、読み出した前記変数の組が特定する姿勢を取るよう前記ロボットを制御する制御ステップと、
を有するロボットの制御方法である。
２） 前記特定座標の内の２つの特定座標間にある座標は、前記２つの特定座標で特定される２つの姿勢を繋ぐ動作の途中の姿勢を特定する前記変数の組みと関連づけられていることを特徴とする１）に記載のロボットの制御方法である。
３） 複数の自由度を有するロボットを制御するロボットの制御装置において、
前記ロボットが取り得る姿勢から選択された複数の選択姿勢それぞれを特定する前記複数の自由度に対応した変数の組と関連づけられている特定座標と、前記ロボットが取り得る姿勢の内、前記選択姿勢以外の姿勢を特定する前記複数の自由度に対応した変数の組みと関連づけられている座標と、を有し、前記特定座標及び前記座標が、互いに隣接して位置する座標が特定する姿勢に対して滑らかに姿勢変化が可能な姿勢を特定する前記変数の組と関連づけられている２次元マップを前記変数の組と共に記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記２次元マップを表示装置に表示させる表示部と、
表示された前記２次元マップにおける前記特定座標及び前記座標の内の任意の座標を座標情報として入力する入力部と、
入力された前記座標情報に基づいて、該座標情報に関連づけられた前記変数の組を読み出し、読み出された前記変数の組が特定する姿勢を前記ロボットにとらせるよう指示する制御部と、
を備えたことを特徴とするロボットの制御装置である。
４） 前記特定座標の内の２つの特定座標間にある座標は、前記２つの特定座標それぞれが特定する２つの姿勢を繋ぐ動作の途中の姿勢を特定する前記変数の組みと関連づけられていることを特徴とする３）に記載のロボットの制御装置である。

本発明によれば、ロボット全体の動作を容易に、また、高速で制御することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図５を用いて説明する。
図１は、本発明のロボットの制御方法の実施例における選択姿勢例を示す図である。
図２は、本発明のロボットの制御方法の実施例におけるマッピングについて説明する図である。

図３は、本発明のロボットの制御方法の実施例におけるマッピングについて説明する他の図である。
図４は、本発明のロボットの制御装置の実施例を説明する図である。

図５は、本発明のロボットの制御装置の実施例を説明するブロック図である。
この実施例において制御するロボットは、例えば関節自由度としてｎの自由度を有する人間型ロボット（以下、単にロボットとも称する）である。

このロボット５０のある姿勢Ｅを特定するためには、
Ｅ＝｛ ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，…，ａｎ ｝
のようなｎ次元のデータ列が必要となる。

そして、このロボット５０にある一連の動作を実行させる際には、このｎ次元のデータ列を所定の制御周期毎にロボット５０に指示してその動作を制御する。このデータは例えば関節角度データである。

所定の動作が例えば時間ｔを要する場合、ｎ×ｔ次元のデータを予め用意し、これを時系列的にロボット５０に指示すれば、ロボット５０にその指示に応じた所定の動作を実行させることができる。このような場合は操作者が都度操作する必要はない。

ここで、例えば、所定の動作以外の所謂アドリブ的な動作を実行させる場合、従来、操作者はｎ次元のデータ列を都度設定して指示しなければならなかった。
自由度ｎは通常３０程度あるので、このような指示による操作は現実的なものではない。

そこで、この実施例は、定常的動作に加えてこれに関連するアドリブ的な動作もリアルタイムで実行させることができるものであり、以下にその具体的な例について詳述する。
この実施例においては、ロボットが取り得る姿勢の内、代表的な複数の姿勢を予め選択し、その各姿勢を特定するｎ次元データそれぞれを２次元マップ上に独立してマッピングしておく。

これにより、マッピングした各姿勢に対応する座標（以下、特定座標と称する）を選択することで、その姿勢をロボットに実行させることができる。
また、マッピングした各姿勢に対応する各特定座標間は、その各特定座標で特定されるロボットの異なる姿勢を滑らかにつなぐ姿勢を特定するｎ次元データが順次マッピングされている。

従って、座標を入力するためのマウス等のポインタにより、例えば第１の特定座標をポイント入力すると、その第１の特定座標に対応づけられた第１のｎ次元データにより特定される第１の姿勢をロボットが示し、次いでポインタを第２の特定座標に向けて移動させると、その移動経路に沿う各座標に対応付けられたｎ次元データにより、第１の姿勢から第２の特定座標に対応づけられた第２の姿勢に至る滑らかな動作をロボットが実行する。

このような制御方法において、予め特定座標に対応づける選択姿勢は、例えば、実行頻度の高い姿勢，一連の動作の区切りとなる姿勢（開始時姿勢，終了時姿勢，中断時姿勢等），あるいは、静止時間がある（長い）姿勢等がある。

上述した制御方法の詳細を図１〜図５を用いて以下に説明する。ここでロボット５０の自由度数ｎは２０とする。
図１は、ロボット５０が取り得る姿勢の中から選択された異なる第１〜第３の姿勢を示している。

第１の姿勢Ａｓは、図１（１）に示される姿勢であり、これはａ１Ａ〜ａ２０Ａまでの２０の関節角度等のデータからなる第１のデータ例Ａにより特定される姿勢である。
第２の姿勢Ｂｓは、図１（２）に示される姿勢であり、これはａ１Ｂ〜ａ２０Ｂまでの２０の関節角度等のデータからなる第２のデータ列Ｂにより特定される姿勢である。

第３の姿勢Ｃｓは、図１（３）に示される姿勢であり、これはａ１Ｃ〜ａ２０
Ｃまでの２０の関節角度等のデータからなる第３のデータ列Ｃにより特定される姿勢である。

これらの選択された第１〜第３の姿勢Ａｓ〜Ｃｓを、２次元マップ５１にマッピングする。
この２次元マップ５１は、図２に示されるように、ｎ×ｎ（ｎ：正の整数）のマス５１ｍで示され、各マス５１ｍは、それぞれｘ，ｙ（ｘ＝１〜ｎ，ｙ＝１〜ｎ）座標（ｘ，ｙ）と一対一対で対応し、座標により特定できる。以下の説明では理解容易のため、ｎ＝１００として説明する。

先に選択した第１〜第３の姿勢Ａｓ〜Ｃｓを、この２次元マップのマス５１ｍにそれぞれ独立してマッピングする。
図２においては、姿勢Ａｓをマス５１ａ（１６，１６）にマッピングし、姿勢Ｂｓをマス５１ｂ（６，８）にマッピングし、姿勢Ｃｓをマス５１ｃ（１７，６）にマッピングしてある。

ある姿勢が他の姿勢と比べて違いが大きい程、両者のマッピング間隔を広く取るのが好ましい。
また、ある姿勢が他の２つの姿勢の概ね中間の姿勢である場合には、その姿勢を他の姿勢のマッピング位置の中間にマッピングさせるのがよい。

この図２においては、１００×１００＝１００００個のマス５１ｍの内の３つを特定座標５１ａ〜５１ｃとしてマッピングしたので、残りの（１００００−３）個のマス５１ｍには、隣接するマス５１ｍで特定される姿勢に対して滑らかな姿勢変化となるように、新たな姿勢を設定しその姿勢を特定するデータ列が対応づけられる。

従って、１００００個のマス５１ｍには、選択した３個の代表姿勢を含めて１００００種類の姿勢がその姿勢を特定するデータ列を介して対応づけられる。
詳しくは、特定座標５１ａ〜５１ｃ近傍のマス５１ｍには、その特定座標５１ａ〜５１ｃにマッピングされた選択姿勢に近い姿勢がマッピングされており、特定座標５１ａ〜５１ｃから離れる程、選択姿勢から遠い姿勢がマッピングされている。

また、例えば２つの特定座標５１ａ，５１ｂ間のマスには、その２つの特定座標５１ａ，５１ｂにマッピングされた２つの選択姿勢を繋ぐ動作の途中の姿勢が順次マッピングされている。

マッピングさせたデータ列の内の、一関節角度データａ１について、２次元マップ５１上での値をトレースすると、例えば図３のような等高線状の模様になる。
また、ｎ次元データを２次元マップにマッピングする手法として、データ列のデータ毎に図３に示すような等高線を作成して入力したり、自己組織化マップ等の周知のマップ化技術を利用することができる。

上述した制御方法でロボットを制御する制御装置の一例について図４及び図５（ブロック図）を用いて説明する。
この制御装置６０は、表示装置である液晶表示装置１１と、画面に表示されたカーソルを移動させ入力指示を行う入力装置であるマウス１２と、液晶表示装置１１とマウス１２と接続され、通信部１３ａと制御部１３ｂと記憶部１３ｍとを備えた制御装置１３とを有して構成されている。

通信部１３ａは、ロボット５０と制御部１３ｂとの間の信号の送受信を無線等により実行する。
記憶部１３ｍは、２次元マップ５１の各マスの座標情報と各座標情報に対応づけられたデータ列とを予め記憶している。

表示装置（液晶表示装置）１１は、制御装置１３から送出された画像信号により２次元マップ５１を表示する
この制御装置６０によれば、操作者は、入力装置（マウス）１２を操作し、表示装置１１の画面上に表示されるカーソル１１ａを移動して画面に表示された２次元マップ５１の所望の座標のマス５１ｍ１に位置させ、その位置情報をクリックにより制御装置１３に送出することができる。

制御装置１３の制御部１３ｂは、入力装置１２から送出された位置情報に基づいてそのマス５１ａに対応づけられたｎ次元データを記憶部１３ｍから読み出し、その読み出したｎ次元データで特定される姿勢を取るように、通信部１３ａを介してロボット５０に指示する。

また、操作者は、入力装置１２であるマウスを所謂ドラッグさせることで、カーソル１１ａを２次元マップ５１上で移動可能である共にその移動軌跡５１ｋ上の複数のマスの座標を位置情報として連続的に制御部１３に送出することができる。

制御部１３ｂは、この連続的な位置情報に基づいて、連続的な姿勢制御、すなわち、動作の制御をロボット５０に対して指示する。
上述したマッピングは、別の言い方をするならば、予め設定した複数の姿勢を基準姿勢としてそれぞれ２次元マップにマッピングし、この基準姿勢に関連する関連姿勢のマップ位置を、両姿勢の関連度合いに応じて決定した基準姿勢のマップ位置からの距離と方向に対応する位置とすることで、２次元マップ全体のマッピングを行うものである。

そして、この２次元マップの所望の座標を選択して制御装置に入力することで、選択した座標と関連づけられたデータ列に基づく姿勢をロボットに実行させるものである。
これにより、ロボットの多数の部位を同時に動かすことができ、ロボット全体の姿勢を制御することが容易となる。また、変化する姿勢も高速で指示できるので、静的動作ばかりでなく、動的な動作も容易に実行させることができる。

本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。
通信部１３ａは、無線あるいは有線に拘わらずインターネットを介してロボット５０を遠隔制御できるものでもよい。

ロボット５０と制御部１３ｂとは、双方向で信号の授受を行うものでももちろんよい。例えば、ロボット５０にカメラを搭載し、ロボット５０から送出された画像情報を表示装置１１に２次元マップと共に表示して操作者が視認できるように構成してもよい。

また、画像表示部１１の画面に、２次元マップ５１と共に、現在のロボット５０の姿勢２０や、カーソルが位置するマスでのロボット５０の姿勢（図示せず）を表示してもよい。

入力装置１１は、マウスに限るものではなく、ジョイスティック等の周知の入力装置を用いてもよい。
２次元マップへの姿勢マッピングは、全身の姿勢に限るものではない。例えば、上半身と下半身とを分け、それぞれに独立した２次元マップを設けて独立的に制御可能としてもよい。

ロボット５０は、人間型に限るものではなく、動物型のペットロボットや、掃除ロボット等の機能ロボットであってもよい。
また、制御するロボット５０は、実在のものでなくてもよい。実施例の制御方法や制御装置は、仮想の多自由度ロボットとしてインターネットゲーム等に登場するバーチャルロボットを制御する制御方法や制御装置に適用することもできる。

本発明のロボットの制御方法の実施例における選択姿勢例を示す図である。 本発明のロボットの制御方法の実施例におけるマッピングについて説明する図である。 本発明のロボットの制御方法の実施例におけるマッピングについて説明する他の図である。 本発明のロボットの制御装置の実施例を説明する図である。 本発明のロボットの制御装置の実施例を説明するブロック図である。

符号の説明

１１ 表示装置
１１ａ カーソル
１２ 入力装置（マウス）
１３ 制御装置
１３ａ 通信部
１３ｂ 制御部
１３ｍ 記憶部
５０ ロボット
５１ ２次元マップ
５１ａ〜５１ｃ 特定座標
５１ｋ 移動軌跡
５１ｍ マス
６０ 制御装置
Ａｓ〜Ｃｓ 第１〜第３の姿勢
Ａ〜Ｃ 第１〜第３のデータ列

Claims (4)

1. 複数の自由度を有するロボットを制御するロボットの制御方法において、
   前記ロボットが取り得る姿勢から選択された複数の選択姿勢それぞれを特定する前記複数の自由度に対応した変数の組と関連づけられている特定座標と、前記ロボットが取り得る姿勢の内、前記選択姿勢以外の姿勢を特定する前記複数の自由度に対応した変数の組と関連づけられている座標と、を有し、前記特定座標及び前記座標が、互いに隣接して位置する座標が特定する姿勢に対して滑らかに姿勢変化が可能な姿勢を特定する前記変数の組と関連づけられている２次元マップを、表示部が表示手段に表示させるマップ表示ステップと、
   表示された前記２次元マップにおける前記特定座標及び前記座標の内の任意の座標を座標情報としてユーザが入力手段により入力する座標入力ステップと、
   制御部が、入力された前記座標情報に基づいて、該座標情報に関連づけられた前記変数の組を該変数の組みが予め記憶されている記憶部から読み出し、読み出した前記変数の組が特定する姿勢を取るよう前記ロボットを制御する制御ステップと、
   を有するロボットの制御方法。
2. 前記特定座標の内の２つの特定座標間にある座標は、前記２つの特定座標で特定される２つの姿勢を繋ぐ動作の途中の姿勢を特定する前記変数の組みと関連づけられていることを特徴とする請求項１記載のロボットの制御方法。
3. 複数の自由度を有するロボットを制御するロボットの制御装置において、
   前記ロボットが取り得る姿勢から選択された複数の選択姿勢それぞれを特定する前記複数の自由度に対応した変数の組と関連づけられている特定座標と、前記ロボットが取り得る姿勢の内、前記選択姿勢以外の姿勢を特定する前記複数の自由度に対応した変数の組みと関連づけられている座標と、を有し、前記特定座標及び前記座標が、互いに隣接して位置する座標が特定する姿勢に対して滑らかに姿勢変化が可能な姿勢を特定する前記変数の組と関連づけられている２次元マップを前記変数の組と共に記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された前記２次元マップを表示装置に表示させる表示部と、
   表示された前記２次元マップにおける前記特定座標及び前記座標の内の任意の座標を座標情報として入力する入力部と、
   入力された前記座標情報に基づいて、該座標情報に関連づけられた前記変数の組を読み出し、読み出された前記変数の組が特定する姿勢を前記ロボットにとらせるよう指示する制御部と、
   を備えたことを特徴とするロボットの制御装置。
4. 前記特定座標の内の２つの特定座標間にある座標は、前記２つの特定座標それぞれが特定する２つの姿勢を繋ぐ動作の途中の姿勢を特定する前記変数の組みと関連づけられていることを特徴とする請求項３記載のロボットの制御装置。

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