JP5035303B2 - 移動体、これを含むシステム、移動体の動作方法、及びプログラム - Google Patents

移動体、これを含むシステム、移動体の動作方法、及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、移動体、これを含むシステム、移動体の動作方法、及びプログラムに関する。
近年、ロボット技術の進展を背景として、ヒトの空間移動に用いられるロボットに係る技術も飛躍的に高度化している。移動型ロボットでは、移動時の安定性/安全性が強く要求される。ロボットの移動時の安全性/安定性を確保するために、各種センサの入力に基づいて、ロボットの姿勢制御を高精度に実行することが強く要求される。なお、移動体として機能するロボットの筐体には、各種センサ、マイコン、電源、及びリンク機構等の様々な電気/機械コンポーネントが内蔵される。
特許文献1には、急傾斜領域や不整地でも安全且つ快適な姿勢をとることができる車椅子が開示されている。シートをほぼ水平状態に保つことで、車椅子の利用者が不安感を抱くことを回避している。特許文献2には、車両用追従走行制御装置が開示されている。運転手が着目物体に心理的圧迫を感じている場合、目標値決定部及び車両状態制御部は加速制御の抑制を考慮した車間距離制御を行う。
特開2000−116718号公報 特開2004−149035号公報
移動体に搭乗した搭乗者が移動体を操縦する場合、搭乗者が意図した操縦内容とは異なるように、移動体が動作してしまう場合がある。例えば、予想以上に速い速度で発進したため、移動体に対して搭乗者が不安感を抱く場合がある。また、予想以上に速い速度で旋回したため、移動体に対して搭乗者が不安感を抱く場合がある。搭乗者の操縦感覚と移動体の実動作との間にずれが生じると、移動体に搭乗して移動することに対して搭乗者が不安感を抱いてしまうおそれがある。
なお、操縦者の操縦感覚は、個々の操縦者に固有のものである。例えば、操縦者の年齢に応じて操縦感覚は異なる場合がある。また、同一の者であっても、操縦時の身体的状態及び心理的状態に応じて、現時点での操縦感覚が、過去の時点の操縦感覚とは異なる場合がある。
上述の説明から明らかなように、搭乗者の心理状態を反映させた条件で移動体を動作させることが強く求められている。
本発明に係る移動体は、搭乗中の搭乗者の心理状態に応じて、搭乗中の前記搭乗者の動作指示に基づく動作内容を修正して動作する。これによって、搭乗者の心理状態を反映させた条件で移動体を動作させることができる。
前記搭乗者によって前記動作指示が入力され、当該動作指示に対応する指令を生成する指示入力部と、少なくとも前記搭乗者の心理状態に応じた値の状態値及び前記指示入力部で生成された前記指令に基づいて、前記動作指示に基づく動作内容とは異なる動作内容で当該移動体を動作させる動作指令を生成する動作指令生成部と、を備える、と良い。
前記状態値は、搭乗中の前記搭乗者の身体状態の検出に基づいて決定される、と良い。これによって、搭乗者の心理状態を高精度で推定することができる。
搭乗中の前記搭乗者の身体状態を検出する検出部と、前記検出部の出力に基づいて前記状態値を生成する状態値生成部と、を更に備える、と良い。
前記状態値生成部は、前記検出部が検出した前記搭乗者の身体状態を評価して生成した評価値に基づいて前記状態値を生成する、と良い。
前記状態値生成部は、前記評価値に加えて、個々の前記搭乗者に割り当てられた識別値に基づいて、前記状態値を生成する、と良い。
前記状態値生成部は、前記評価値及び前記識別値を検索キーとして情報検索し、検索してヒットした値を前記状態値とする、と良い。
前記状態値生成部は、当該移動体が前記搭乗者の動作指示に基づく動作内容を修正して動作しているとき、前記搭乗者の身体状態を再評価し、当該再評価結果に基づいて、同条件時に当該状態値生成部によって生成される前記状態値の値を更新する、と良い。
前記動作指令生成部は、当該移動体が移動しない期間に前記状態値生成部により前記状態値が生成されたとき、前記搭乗者の心理状態を改善するための動作を当該移動体に実行させる動作指令を生成する、と良い。
前記移動体は、車輪部に対して本体部の相対位置が制御された状態で空間移動する移動体である、と良い。
前記本体部の角速度を検出する角速度検出部と、前記車輪部の回転方向における前記本体部と前記車輪部との間の相対位置の変化を計測する計測部と、を更に備え、前記動作指令生成部は、前記状態値及び前記指示入力部で生成された前記指令、前記角速度検出部の出力、及び前記計測部の出力に基づいて、前記動作指令を生成する、と良い。
本発明に係るシステムは、搭乗者によって動作指示が入力され、当該動作指示に対応する指令を生成する指示入力部、及び搭乗中の前記搭乗者の身体状態を検出する検出部を備える複数の移動体と、個々に識別可能な状態で複数の前記移動体夫々が通信可能に接続される情報処理装置と、を備えるシステムであって、前記情報処理装置は、前記検出部の出力に基づいて、前記搭乗者の心理状態に応じた値の状態値を生成し、前記移動体は、少なくとも前記情報処理装置から当該移動体に伝送される前記状態値及び前記指示入力部が生成する前記指令に基づいて、前記動作指示に基づく動作内容を修正して動作する。
本発明に係る移動体の動作方法は、移動体に搭乗中の搭乗者の心理状態を推定するために前記搭乗者の身体状態を検出し、前記搭乗者の前記身体状態の検出結果に応じて、前記搭乗者によって前記移動体に対して指示された動作指示に基づく当該移動体の動作内容を修正する。
本発明に係るプログラムは、移動体に搭乗中の搭乗者の身体状態の検出結果に応じて、前記搭乗者によって前記移動体に対して指示された動作指示に基づく前記移動体の動作内容を修正させる。
本発明によれば、搭乗者の心理状態を反映させた条件で移動体を動作させることが可能になる。
本発明の第1実施形態にかかる倒立二輪型ロボットの概略的な斜視図である。 本発明の第1実施形態にかかる倒立二輪型ロボットの概略的なブロック図である。 本発明の第1実施形態にかかる不安感抑制制御の概要を示す説明図である。 本発明の第1実施形態にかかるテーブルの構造を示す説明図である。 本発明の第1実施形態にかかる不安感抑制制御の概要を示す説明図である。 本発明の第1実施形態にかかる倒立二輪型ロボットの動作を示す概略的なフローチャートである。 本発明の第1実施形態にかかる倒立二輪型ロボットの動作を示す概略的なフローチャートである。 本発明の第1実施形態にかかる倒立二輪型ロボットの動作を示す概略的なフローチャートである。 本発明の第2実施形態にかかる倒立二輪型ロボットの概略的なブロック図である。 本発明の第2実施形態にかかる倒立二輪型ロボットが有する送受信部の概略的なブロック図である。 本発明の第3実施形態にかかる倒立二輪型ロボットの概略的なブロック図である。 本発明の第3実施形態にかかる倒立二輪型ロボットの概略的な斜視図である。 本発明の第4実施形態にかかる倒立二輪型ロボットの概略的なブロック図である。 本発明の第4実施形態にかかる倒立二輪型ロボットの概略的な斜視図である。 本発明の第5実施形態にかかる倒立二輪型ロボットの概略的なブロック図である。 本発明の第5実施形態にかかる倒立二輪型ロボットの概略的な斜視図である。 本発明の第6実施形態にかかる倒立二輪型ロボットの概略的なブロック図である。 本発明の第7実施形態にかかる倒立二輪型ロボットの概略的なブロック図である。 本発明の第8実施形態にかかる倒立二輪型ロボットの動作示す概略的な説明図である。 本発明の第9実施形態にかかる倒立二輪型ロボットの概略的な側面図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、各実施の形態は、説明の便宜上、簡略化されている。図面は簡略的なものであるから、図面の記載を根拠として本発明の技術的範囲を狭く解釈してはならない。図面は、もっぱら技術的事項の説明のためのものであり、図面に示された要素の正確な大きさ等は反映していない。同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。上下左右といった方向を示す言葉は、図面を正面視した場合を前提として用いるものとする。
〔第1実施形態〕
以下、図1乃至図8を参照して、本発明の第1実施形態について説明する。図1は、倒立二輪型ロボットの概略的な斜視図である。図2は、倒立二輪型ロボットの概略的なブロック図である。図3は、不安感抑制制御の概要を示す説明図である。図4は、テーブルの構造を示す説明図である。図5は、不安感抑制制御の概要を示す説明図である。図6乃至図8は、倒立二輪型ロボットの動作を示す概略的なフローチャートである。
図1に示すように、倒立二輪型ロボット100は、本体部210、及び車輪部220を有する。本体部210は、座席部211、一組の肘掛部212、センサユニット213、及び足台部214を有する。肘掛部212の先端部分には、ボールコントローラ215が設けられている。センサユニット213は、センサ部213a、及び配線部213bを有する。本体部210内には、各種センサ、マイコン、電源、及びリンク機構等の様々な電気/機械コンポーネントが内蔵されているものとする。
倒立二輪型ロボット100(以下、単にロボット100と呼ぶ場合もある)の搭乗者は、座席部211に着座した状態でボールコントローラ215を操作する。ロボット100は、搭乗者によるボールコントローラ215の操作に応じて動作する。例えば、操縦者がボールコントローラ215を前方に回転させると、ロボット100は倒立状態を維持したまま前方に移動する。また、操縦者がボールコントローラ215を右に回転させると、倒立状態を維持したままロボット100はその場に居ながら右回転する。なお、ロボット100は、搭乗者によるスタートスイッチのスイッチオンに応じて、自動的に倒立状態になるものとする。
搭乗者は、センサユニット213のセンサ部213aを自身の体に貼り付けた状態で、ロボット100を操縦する。本実施形態では、センサユニット213は、搭乗者の単位時間あたりの脈拍(以下、単に脈拍数と呼ぶ)を検出する。ロボット100は、センサユニット213で検出した搭乗者の脈拍数に対応する脈拍値に応じて、ボールコントローラ215から出力される動作指令の指令内容に基づく動作を修正する。現時点での搭乗者の心理状態に応じて、ロボット100の動作を修正することで、搭乗者の心理状態を反映させた条件でロボット100を動作させることができる。なお、脈拍は心拍により生じるものであり、両者を同義に把握しても良い。
例えば、ロボット100の急発進に搭乗者が不安を感じると、ロボット100内では、その加速度が小さくなるような制御が実行される。ロボット100の加速度を小さくすることによって、搭乗者が抱いた不安感を低減させる。このようにして、ロボットの実動作を搭乗者の期待に合致させ、ロボット100を活用した移動方法に対する利用者の満足度を向上させることができる。また、加速度を小さくする等の自動制御によって、危険回避のための操作に要する時間を確保しやすくすることもできる。
ボールコントローラ215は、周知のように、ボールを操作子として採用したコントローラである。ボールコントローラ215の採用によって、搭乗者は、手によってボール体を操作するだけで、ロボット100を操縦することができる。簡易に操作可能な操作子の採用によって、ロボット100の使い勝手を向上させることができる。この場合、特に近距離の移動時にロボット100を有効に活用することができる。
ただし、ロボット100の搭乗者は、ボールコントローラ215の操作に不慣れな場合がある。このような場合、ロボット100の搭乗者が意図した操縦内容とは異なるように、ロボット100が動作してしまう場合がある。搭乗者の操縦感覚とロボット100の実動作との間にずれが生じると、ロボット100に搭乗して移動すること自体に対して搭乗者が不安感を抱いてしまうおそれがある。
本実施形態では、上述のように、ロボット100は、センサユニット213で検出した搭乗者の脈拍数に対応する脈拍値に応じて、ボールコントローラ215から出力される動作指令の指令内容に基づく動作を修正する。搭乗者の操作指示に基づくロボット100の挙動が、搭乗者の心理状態に応じて修正されることで、不慣れなタイプのコントローラを採用した場合であっても、搭乗者の心理状態を反映させた条件でロボット100を動作させることができる。そして、搭乗者の操縦感覚とロボット100の実動作との間にずれが生じることを抑制し、ロボット100に搭乗して移動すること自体に対して搭乗者が不安感を抱いてしまうことを抑制することができる。
なお、図1に示すロボット100は、同軸上に配置された一組の車輪部220を有する。個々の車輪部220には、各車輪部に対応するモータが接続されている。ロボット100は、モータの回転制御することで、車輪部220に対する本体部210の位置を制御して空間内を倒立移動する。
次に、図2を参照して、ロボット100の構成について説明する。
図2に示すように、ロボット100は、指示入力部10、脈拍検出部(検出部)11、ID入力部12、抑制係数生成部(状態値生成部)15、倒立制御指令生成部20、角速度検出部25、エンコーダ部26、及び駆動部30を有する。抑制係数生成部15は、制御部16、及びテーブル格納部17を有する。倒立制御指令生成部20は、抑制制御実行部21、及び演算実行部22を有する。駆動部30は、加算部31、モータアンプ部32、シャント抵抗部33、トルク計算部34、及びモータ部35を有する。なお、制御部16、及び倒立制御指令生成部20は、ハードウェアではなく、ソフトウェアにより構成されている。すなわち、これらは、コンピュータを活用し、記憶されたプログラムをCPUで実行することによって実現されるものとする。
はじめに図1に示す構成要素の接続関係について説明する。指示入力部10の出力端子は、抑制制御実行部21の入力端子に接続される。脈拍検出部11の出力端子は、制御部16の入力端子に入力される。ID入力部12の出力端子は、制御部16の入力端子に入力される。制御部16とテーブル格納部17は、相互に入出力可能に構成される。制御部16の出力は、抑制制御実行部21に供給される。抑制制御実行部21の出力は、演算実行部22に供給される。角速度検出部25の出力端子は、演算実行部22の入力端子に接続される。エンコーダ部26の出力端子は、演算実行部22の入力端子に接続される。演算実行部22の出力端子は、加算部31の入力端子に接続される。加算部31の出力端子は、モータアンプ部32の入力端子に接続される。モータアンプ部32の出力端子は、モータ部35の入力端子に接続される。モータアンプ部32とモータ部35間には、シャント抵抗部33が接続されている。トルク計算部34の入力端子は、シャント抵抗部33に接続される。トルク計算部34の出力端子は、加算部31の入力端子に接続される。
指示入力部10は、ロボット100の操縦者の操作指示の入力を受け付け、入力された操作指示に対応する指令値V1を生成する。指示入力部10で生成された指令値V1は、抑制制御実行部21に伝送される。なお、指示入力部10は、図1に示すボールコントローラ215に対応する。なお、本実施形態では、指令値V1に例示される各値は、デジタル値であるものとする。
脈拍検出部11は、ロボット100の搭乗者の脈拍数を検出し、脈拍数に応じた値の脈拍値V2を制御部16に出力する。脈拍数の検出方法は任意である。例えば、血流量を反射光量として検出する光学的方法によって、脈拍数を検出すると良い。搭乗者の手首、足首などの箇所に光学センサが配置されるように、光学センサが添着されたバンド等を用意すると良い。光学的方法に代えて、他の方法(電位の測定、圧力の測定等)で脈拍数を検出しても良い。
ID入力部12は、搭乗者毎に割り当てられたユーザーIDの入力を受け付け、入力されたユーザーIDをユーザーID値V3として制御部16に出力する。ID入力部12の具体的な構成は任意である。指示入力部10とID入力部12とを共通の入力装置で実現しても良い。
抑制係数生成部15は、脈拍値V2とユーザーID値V3に基づいて抑制係数(抑制係数値V4)を生成する。具体的には、次のとおりである。制御部16は、脈拍値V2を評価し、搭乗者の現在の不安レベル(評価値)を求める。次に、制御部16は、脈拍値V2の評価により求めた不安レベル(不安レベル値に等しい)とユーザーID値V3を検索キーとして、テーブル格納部17に格納されたテーブルを検索する。制御部16は、検索によりヒットした抑制係数をテーブル格納部17に格納されたテーブルからリードし、リードした値を抑制係数値V4として抑制制御実行部21に出力する。なお、抑制係数は、搭乗者の心理状態に応じた値の状態値に相当する。
制御部16が実行する脈拍値V2の評価処理について図3を参照して説明する。制御部16は、検出した脈拍値V2が、閾値2、閾値1、及び閾値0を超えるか否かをこの順で判定する。制御部16は、脈拍値V2が閾値2を超える場合、搭乗者の不安レベル=レベル2とする。制御部16は、脈拍値V2が閾値1を超え閾値2以下である場合、搭乗者の不安レベル=レベル1とする。制御部16は、脈拍値V2が閾値0を超え閾値1以下である場合、搭乗者の不安レベル=レベル0とする。より高い値の閾値から順に比較することによって、より早急に不安感の抑制制御を実行することができる。
テーブル格納部17は、テーブルを格納する記憶領域である。テーブル格納部17に格納されたテーブルを図4に示す。図4に示すように、抑制係数は、個々の搭乗者に割り当てられたユーザーIDに関連付けられて格納されている。また、特定のユーザーIDに関連付けられた個々の抑制係数は、不安レベルによって特定可能である。制御部16がユーザーIDと不安レベルとを検索キーとしてテーブル格納部17に格納されたテーブルを検索することによって、特定の抑制係数がヒットする。
倒立制御指令生成部20は、指令値V1、抑制係数値V4、角速度値V11、及びカウント値V12に基づいて、駆動部30の動作状態を決定付ける指令値V15(動作指令)を生成する。なお、倒立制御指令生成部20は、指令値V1に基づく動作内容を抑制係数値V4に応じて修正した条件で駆動部30に伝達される指令値V15を生成する。具体的には、次のとおりである。
抑制制御実行部21は、指令値V1及び抑制係数値V4に基づいて、指令値V5を生成する。指令値V1は、ロボット100に前進、後進、回転等の動作を指示する指令である。他方、抑制係数値V4は、単位時間のロボット100の動作量を抑制するための係数である。抑制制御実行部21は、指令値V1の指令内容を抑制係数値V4に応じて修正する。これによって、指令値V1によって決定付けられるロボット100の動作が、より長い時間をかけて実行されるようになる。なお、搭乗者の不安感を抑制するための具体的な手法は任意であり、本実施形態のような手法に限定されるべきではない。
演算実行部22は、指令値V5、角速度値V11、及びカウント値V12に基づいて、指令値V15を生成する。ロボット100は、図1に示すように倒立二輪型の移動体である。従って、操縦者の指示に応じてロボット100を移動させる際にも、ロボット100が倒立状態を維持していることが前提条件として必要になる。ロボット100が倒立状態を維持しながら搭乗者の操作指示に応じた内容で動作することができるように、演算実行部22は、所定のアルゴリズムを採用し、入力値V5、V11、V12に基づいて指令値V15を生成する。
図5を参照して、倒立制御指令生成部20の動作について説明する。指示入力部10から抑制制御実行部21に伝達した指令値V1が、(a)に示すような速度で目標速度まで加速することをロボット100に命じるものだとする。指令値V1に応じてロボット100が目標速度まで加速する過程で、搭乗者が不安感を感じ、単位時間あたりの脈拍(以下、単に脈拍数と呼ぶ)が増加したものとする。搭乗者の脈拍の増加に伴い、脈拍検出部11から出力される脈拍値V2の値が増加する。制御部16は、脈拍値V2と閾値との比較に基づいて不安レベルを決定し、ユーザーIDと不安レベルに基づいてテーブル検索し、ヒットした抑制係数を抑制制御実行部21に転送する。抑制制御実行部21は、指令値V1の指令内容を抑制係数値V4に応じて修正する。これによって、(a)に示すような速度で目標速度まで加速するロボット100の動作が、(b)に示すように(a)よりも長い時間をかけて目標速度まで加速するように修正される。これによって、搭乗者が感じた不安を排除することができる。なお、抑制系数値V4による指令値V1の修正方法は、所望の関係式を採用すれば良い。
角速度検出部25は、本体部210の角速度を検出する。角速度検出部25の具体的な構成は任意である。例えば、角速度検出部25は、MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems)を活用した角速度センサを有し、この角速度センサから出力されるアナログ値をデジタル値に変換して角速度値を出力する。角速度検出部25は、ロール、ピッチ、ヨーの3軸方向の回転を角速度として検出するように構成されていても良い。角速度の積分によって角度は算出される。これによって、車輪部220に対する本体部210の傾き状態を算出することができる。
エンコーダ部26は、一組の車輪部220に対応付けられた一組のエンコーダ部から構成される。右輪に対応するエンコーダは、右輪の相対的な回転量を検出し、回転量に応じたカウント値V12を出力する。左輪に対応するエンコーダも同様である。なお、エンコーダの具体的な構成は任意である。例えば、光学式又は磁気式エンコーダのいずれかを採用しても良い。光学式エンコーダの場合、エンコーダは、車輪に設けられた回転体の外周領域に形成されたスリットの数を光学的に検出し、スリット数に応じたカウント値を出力する。磁気式エンコーダの場合、エンコーダは、上述の回転体の外周領域に順次配置された磁石の個数を磁気的に検出し、磁石数に応じたカウント値を出力する。
駆動部30は、指令値V15に基づいてロボット100を駆動する。具体的には、次のとおりである。
加算部31は、指令値V15とトルク値V20に基づいて指令値V25を生成する。指令値V15、トルク値V20らのデジタル値は、加算部31で加算されて指令値V25となる。指令値V25は、指令値V15の絶対値とトルク値V20の絶対値間の差分値に対応する。指令値V15は、モータ部35に発生している現在のトルクを無視して算出される。モータ部35で発生している現在のトルクに応じた値を有するトルク値を指令値V15から差し引くことによって、意図したトルクを発生させることが可能になる。
モータアンプ部32は、指令値V25に応じた値の駆動電圧を生成し、モータ部35へ出力する。時間的に連続して指令値V25が入力するため、モータアンプ部32からモータ部35へは時間的に電圧値が変動する電圧波形が供給される。
モータ部35は、入力される電圧波形に応じて動力を生成する。モータ部35で生成された動力は、車輪部220に供給される。
モータアンプ部32とモータ部35間に接続されたシャント抵抗部33で検出される電流値に基づいてトルク計算部34はトルクを計算する。トルク計算部34は、計算したトルクをトルク値V20として加算部31へ出力する。
次に、図6を参照して、ロボット100の動作について説明する。
まず、ユーザーIDが入力される(S500)。具体的には、搭乗者は、ID入力部12にユーザーIDを入力する。ID入力部12は、搭乗者によるユーザーIDの入力に応じて、ユーザーID値V3を制御部16に出力する。
次に、倒立状態になる(S501)。具体的には、搭乗者は、操作子の操作によって、ロボット100を倒立状態にする。指示入力部10は、搭乗者による操作子の操作に応じて、指令値V1を生成する。ロボット100は、指令値V1に応じて倒立状態になる。なお、ロボット100が倒立状態のとき、車輪部220に対して本体部210が鉛直方向に沿って起立した状態にある。
次に、脈拍数を検出する(S502)。具体的には、脈拍検出部11は、単位時間当たりの搭乗者の脈拍を検出し、検出した脈拍数に応じた値の脈拍値V2を制御部16に出力する。
次に、脈拍数を評価する(S503)。具体的には、制御部16は、脈拍値V2に基づいて、搭乗者の脈拍数を評価する。なお、制御部16による脈拍値V2の評価方法は、図7を参照して説明する。
脈拍値の評価の結果、搭乗者が不安感を感じていることが推定される場合、不安感の抑制処理を実行する(S505)。具体的には、制御部16は、脈拍値の評価により算出した不安レベルとユーザーIDを検索キーとして、テーブル格納部17に格納されたテーブルを検索する。制御部16は、検索によりヒットした値をテーブル格納部17に格納されたテーブルからリードし、この値を抑制係数値V4として抑制制御実行部21に出力する。倒立制御指令生成部20は、指令値V1を抑制係数値V4に応じて修正し、指令値V5、角速度値V11、及びカウント値V12に基づいて指令値V15を生成する。このようにして、搭乗者が感じた不安感を抑制する不安感抑制制御が実行される。具体的には、図5を用いて説明したように、より長い時間をかけて目標速度まで加速するようにロボット100の動作内容を修正し、搭乗者が感じた不安が増大することを抑制することができる。
なお、不安感の抑制処理(S505)の実行後、制御部16は、脈拍値の評価ステップ(S503)までステップバックする。また、脈拍値の評価の結果、搭乗者が不安感を感じていることが推定されない場合、制御部16は、脈拍値の評価ステップを継続する。なお、搭乗者の脈拍値は、所定間隔ごとに脈拍検出部11から出力されるものとする。
次に、図7を参照して、制御部16による脈拍値の評価方法について説明する。適宜、図3もあわせて参照するものとする。
脈拍値の検出後(S502)、制御部16は、脈拍値V2が閾値2を超えるか否かを判定する(S503a)。脈拍値V2>閾値2の場合、制御部16は搭乗者の不安レベル=2であることを検出する。
次に、制御部16は、脈拍値V2が閾値1を超えるか否かを判定する(S503b)。脈拍値V2>閾値1の場合、制御部16は搭乗者の不安レベル=1であることを検出する。
次に、制御部16は、脈拍値V2が閾値0を超えるか否かを判定する(S503c)。脈拍値V2>閾値0の場合、制御部16は搭乗者の不安レベル=0であることを検出する。
脈拍値V2が閾値0以下の場合、制御部16は、搭乗者が不安を感じていないことを検出する。
次に、図8を参照して、制御部16によって実行されるテーブル更新制御について説明する。なお、このテーブル更新制御は、搭乗者の選択によって活性化されるものとする。
まず、図6のステップS505で説明した不安感の抑制処理を実行する。
次に、ステップS505の抑制処理によって、搭乗者の不安感が低減されたか否かを判定する(S601)。つまり、所定時間後の搭乗者の脈拍数が所定の閾値以下になったかどうかを判断する。具体的には、制御部16は、抑制係数値V4の出力時点から時間計測を開始し、所定時間後に取得した脈拍値V2が所定の閾値以下になったか否かを判定する。
ステップS601の結果、脈拍値が所定閾値以下でない場合、抑制係数を更新する(S602)。具体的には、制御部16は、テーブル格納部17に格納されたテーブルにアクセスし、現在のユーザーIDに関連付けられた抑制係数の値を増加させる。例えば、制御部16は、図4に示すように、ユーザーID=0002によって関連付けられた各抑制係数を1.5倍にする。なお、ステップS601の結果、脈拍値が所定閾値以下である場合、抑制係数を更新しない(S603)。
図4に示す場合、ユーザーID=0001によって関連付けられた各抑制係数が初期値である。ユーザーID=0002によって関連付けられた各抑制係数は、上述の更新処理によって更新されている。
本実施形態では、搭乗者間の不安感解消時間のばらつきに応じて、抑制係数を更新する。これによって、個々の搭乗者に適した不安感抑制制御を実現することができる。なお、抑制係数の更新はロボット100によって自動的に実行される場合に限られることはなく、搭乗者の発意に基づいて抑制係数を更新しても良い。つまり、抑制係数は固定値ではなく、個々の搭乗者に対応して決定付けられるものであれば良い。
上述の説明から明らかなように、本実施形態では、脈拍検出部11で検出した脈拍値V2に応じて、指令値V1に基づくロボット100の動作内容を修正する。より具体的には、脈拍値V2を評価し、この評価結果に応じて抑制係数を決定し、決定した抑制係数に応じて指令値V1の指令内容を修正し、修正後の指令値V5、角速度値V11、及びカウント値V12に基づいて指令値V15を生成する。これによって、指令値V1に基づくロボット100の動作内容を、搭乗者の不安が低減させる方向に修正することができる。たとえば、ロボット100が急発進し、搭乗者が不安を抱いたとき、その後のロボット100の加速度を小さくし、搭乗者の不安が増大することを効果的に抑制することができる。
また、本実施形態では、搭乗者の身体状態の測定(搭乗者の脈拍数の測定)に基づいて搭乗者の心理状態を推定する。換言すると、搭乗者の生体情報の取得に基づいて、搭乗者の心理状態を推定する。搭乗者の身体状態を測定することで搭乗者の心理状態の変化を即時に検出し、不安感の抑制制御という形でロボット100の動作にフィードバックすることができる。
また、本実施形態では、予め抑制係数をテーブルに用意し、脈拍値に基づいて抑制係数を検索することができる。これによって迅速に抑制係数を生成し、抑制制御実行部21へ供給することができる。
また、本実施形態では、脈拍値を複数の閾値で評価し、搭乗者が感じている不安の程度を不安レベルとして算出する。そして、不安レベルに基づいて抑制係数を探索する。これによって、テーブルに格納するデータ量を必要な程度に抑えることができる。また、現実的に必要になる範囲で不安感の抑制制御を実行することができる。
また、本実施形態では、ユーザーIDに関連付けられて抑制係数が記憶されている。従って、搭乗者毎に適切な値の抑制係数を設定することができる。特に、本実施形態では、ロボット100の学習機能により、不安感抑制制御に対する個々の搭乗者の反応に応じて、不安感抑制制御がより効果的となるように抑制係数の値を更新する。これによって、ロボット100の使用の継続によって、各ロボット100は、各搭乗者にフィットした抑制制御を実行することができるようになる。
〔第2実施形態〕
以下、図9及び図10を参照して、本発明の第2実施形態について説明する。図9は、倒立二輪型ロボットの概略的なブロック図である。図10は、倒立二輪型ロボットが有する送受信部の概略的なブロック図である。
図9に示すように、システム1000は、複数のロボット100、及び情報処理サーバー200を有する。本実施形態では、第1実施形態とは異なり、ロボット100に設けられていた抑制係数生成部15は、情報処理サーバー200内に統合されている。これによって、個々のロボット100が持っているユーザ毎の抑制係数を共有化することができる。
図9に示すように、ロボット100は、ロボットID保持部13、及び情報通信部40を有する。情報通信部40は、制御部41及び送受信部42を有する。情報処理サーバー200は、送受信部51、及び抑制係数生成部15を有する。
脈拍検出部11の出力端子は、制御部41に接続される。ID入力部12の出力端子は、制御部41に接続される。ロボットID保持部13の出力端子は、制御部41に接続される。制御部41の出力は、抑制制御実行部21に供給される。制御部41の入出力端子は送受信部42の入出力端子に接続される。送受信部42と送受信部51間は無線回線を介して接続される。送受信部51の入出力端子は、制御部16の入出力端子に接続される。
ロボットID保持部13には、各ロボット100に割り当てられたロボットID(識別値)が保持されている。なお、ロボットID保持部13は、ロボット内部の不揮発性メモリ(ROM)かハードディスク(HDD)からなる。ロボットID保持部13から制御部41へは、ロボットID値V6が供給される。
制御部41は、脈拍値V2、ユーザーID値V3、及びロボットID値V6を、情報処理サーバー200へ送受信部42を介して伝送する。制御部16は、送受信部51を介してロボット100から伝送された伝送値を受信する。制御部16は、第1実施形態と同様に、脈拍値V2を評価する。そして、制御部16は、評価結果から決定された不安レベル値及びユーザーID値を検索キーとしてテーブルを検索する。制御部16は、テーブルの検索によってヒットした抑制係数をテーブル格納部17からリードする。そして、制御部16は、リードした抑制係数値、及び一時的に保持しているロボットID値を送受信部51をロボット100へ介して伝送する。なお、制御部16は、ロボットID値を一時的に保持する保持領域を有するものとする。
制御部41は、情報処理サーバー200から送受信部42を介して受信したロボットID値とロボットID保持部13に保持されたロボットID値が一致するか否かを判定する。両者の値が一致する場合、制御部41は、ロボットID値と同時に受信した抑制係数値を抑制制御実行部21へ供給する。抑制制御実行部21の動作は、第1実施形態と同様である。
上述の機構を採用することによって、本実施形態においても第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、図10に示すように、送受信部42は、送信部42a、及び受信部42bを有する。送受信部51は、送信部51a、及び受信部51bを有する。送信部42aの出力は、受信部51bへ供給される。送信部51aの出力は、受信部42bへ供給される。なお、無線伝送の具体的方法は任意である。例えば、電波を活用して、ロボット100と情報処理サーバー200間の無線通信を実現すれば良い。電波通信に代えて、光通信で実現しても良い。また、無線通信ではなく、有線通信で両者を通信可能に接続させても良い。
上述の説明から明らかなように、本実施形態では、個々のロボット100に個別に設けられていた抑制係数生成部15を情報処理サーバー200内に統合する。これによって、個々のロボット100の構成を簡素化し、その低価格化を図ることができる。また、多数のロボット100が必要になるシステムの低価格化を図ることができる。また、このような場合であっても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
〔第3実施形態〕
以下、図11及び図12を参照して、本発明の第3実施形態について説明する。図11は、倒立二輪型ロボットの概略的なブロック図である。図12は、倒立二輪型ロボットの概略的な斜視図である。
本実施形態では、第1実施形態とは異なり、搭乗者の脈拍の検出に代えて、搭乗者の発汗量を検出する。このような場合であっても第1実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、不安感の抑制制御の具体的な手法は、第1実施形態と同様である。
図11に示すように、ロボット100は、発汗量検出部(検出部)91を備える。発汗量検出部91の出力端子は、制御部16に接続される。発汗量検出部91は、任意の方法により発汗量を検出する。例えば、湿度センサを活用して発汗量を検出すると良い。そのほか、換気カプセル発汗計、皮膚電位計を採用しても良い。
図12の点線250に示すように、搭乗者の人体が露出するボールコントローラ215付近の領域に発汗量検出部91を配置すると良い。ただし、図1と同様のセンサユニット213を採用しても良い。
〔第4実施形態〕
以下、図13及び図14を参照して、本発明の第4実施形態について説明する。図13は、倒立二輪型ロボットの概略的なブロック図である。図14は、倒立二輪型ロボットの概略的な斜視図である。
本実施形態では、第1実施形態とは異なり、搭乗者の脈拍の検出に代えて、搭乗者の呼吸数を検出する。このような場合であっても第1実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、不安感の抑制制御の具体的な手法は、第1実施形態と同様である。
図13に示すように、ロボット100は、呼吸数検出部(検出部)92を備える。呼吸数検出部92の出力端子は、制御部16に接続される。呼吸数検出部92は、任意の方法により呼吸数を検出する。例えば、搭乗者の微振動を検出することによって、呼吸数を検出すると良い。この場合、搭乗者がロボット100に接触する領域に圧力センサを配置し、この圧力センサの出力に基づいて搭乗者の呼吸数を検出すると良い。
図14の点線250に示すように、搭乗者がロボット100に接触するボールコントローラ215付近の領域に呼吸数検出部92を配置すると良い。また、搭乗者がロボット100に接触する座部領域に呼吸数検出部92を配置しても良い。
〔第5実施形態〕
以下、図15及び図16を参照して、本発明の第5実施形態について説明する。図15は、倒立二輪型ロボットの概略的なブロック図である。図16は、倒立二輪型ロボットの概略的な斜視図である。
本実施形態では、第1実施形態とは異なり、搭乗者の眼球運動を観察し、特定の眼球運動をしたか否かに基づいて搭乗者の不安感を検出する。このような場合であっても第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
図15に示すように、ロボット100は、眼球監視部93及びパターン格納部17aを有する。眼球監視部93は、連続して取得した撮像画像から眼球の軌跡を求め、求めたデータを制御部16に出力する。制御部16は、パターン格納部17aに格納されて運動軌跡情報に基づいて、眼球監視部93で今回取得した眼球の運動軌跡が搭乗者の不安感を示すものであるか否かを判定する。
なお、パターン一致/不一致を判定する具体的な方法は任意である。例えば、比較対象とするパターンを複数の部分に分割し、一致する部分の割合が所定値以上であれば、パターン一致と判定する。制御部16は、パターン一致/不一致の判定過程で算出した値に基づいて、搭乗者の不安レベルを算出する。不安レベルとユーザーIDに基づいて抑制係数を求める点は第1実施形態と同様である。
図16に示すように、搭乗者の眼球部分を撮像することができる位置に眼球監視部93を配置すると良い。なお、眼球監視部93の撮像部としては、CCDイメージセンサ、CMOSイメージセンサ等の一般的なイメージセンサを採用すると良い。
〔第6実施形態〕
以下、図17を参照して、本発明の第6実施形態について説明する。図17は、倒立二輪型ロボットの概略的なブロック図である。
本実施形態では、第1実施形態とは異なり、搭乗者の脈拍の検出に代えて、搭乗者の皮膚電気抵抗を検出する。このような場合であっても第1実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、不安感の抑制制御の具体的な手法は、第1実施形態と同様である。
図17に示すように、ロボット100は、皮膚電気抵抗検出部(検出部)94を備える。皮膚電気抵抗検出部94の出力端子は、制御部16に接続される。皮膚電気抵抗検出部94は、任意の方法により搭乗者の皮膚電気抵抗を検出する。例えば、搭乗者の皮膚に対して一対の検出電極を接触させ、両検出電極間に流れる微弱電流を検出することによって搭乗者の不安状態を検出しても良い。なお、検出される電流値が減少すると、搭乗者が不安を抱いていることが推定される。
皮膚電気抵抗検出部94を搭乗者に取り付ける方法は任意である。例えば、第1実施形態と同様の方法を採用し、センサ部分を搭乗者の皮膚(例えば、手の皮膚)に付ければ良い。
〔第7実施形態〕
以下、図18を参照して、本発明の第7実施形態について説明する。図18は、倒立二輪型ロボットの概略的なブロック図である。なお、不安感の抑制制御の具体的な手法は、第1実施形態と同様である。
本実施形態では、第1実施形態とは異なり、搭乗者の脈拍の検出に代えて、搭乗者の皮温度を検出する。このような場合であっても第1実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、不安感の抑制制御の具体的な手法は、第1実施形態と同様である。
図18に示すように、ロボット100は、皮膚温度検出部(検出部)95を備える。皮膚温度検出部95の出力端子は、制御部16に接続される。皮膚温度検出部95は、任意の方法により搭乗者の皮膚温度を検出する。例えば、搭乗者の皮膚に対してサーミスタの検出電極を付ければ良い。なお、皮膚温度が低下すると、搭乗者が不安感を抱いていることを推定される。
皮膚温度検出部95を搭乗者に取り付ける方法は任意である。例えば、第1実施形態と同様の方法を採用し、センサ部分を搭乗者の皮膚(例えば、手の皮膚)に付ければ良い。
〔第8実施形態〕
以下、図19を参照して、本発明の第8実施形態について説明する。図19は、倒立二輪型ロボットの動作示す概略的な説明図である。なお、不安感の抑制制御の具体的な手法は、第1実施形態と同様である。
本実施形態では、倒立制御指令生成部20は、次の2つの条件を満足すると、図19に示すように揺りかごのように前後へ動作する。第1条件は、ロボット100が倒立状態で停止していることである。これは、角速度検出部25、エンコーダ部26の各出力から算出できる。第2条件は、制御部16が抑制係数を伝送してきた場合である。このとき、搭乗者は自身の操作指示に基づくロボット100の動作に対して不安感を感じているのではなく、倒立状態のロボット100に搭乗していること自体に対して不安感を感じていることが推定できる。
本実施形態では、上述のように、倒立制御指令生成部20は、上述の条件を満足すると、図19に示すように揺りかごのように揺動する。これによって、ロボット100に搭乗中の搭乗者の不安感を低減することができる。なお、搭乗者の不安感が低減されるような動作であれば良く、揺りかごのように動作することに限定されるべきではない。また、どのような時間間隔でどの程度の揺れを生じさせるかは任意である。
搭乗者の不安感をモニターしながら、揺れ動作を実行しても良い。例えば、脈拍検出部11から出力される脈拍値を抑制制御実行部21に対して制御部16を介して供給する。抑制制御実行部21は、転送された脈拍値をモニターし、揺れ速度を増減する過程で最も脈拍値が低くなる条件を検出する。このような機構を採用すれば、現在の搭乗者に最も適した条件を検出することができる。なお、適宜、ユーザーIDに対応づけて検出した条件を記憶しても良い。また、揺れの程度(前後への車輪部の回転量)の最適値を見つけても良い。
〔第9実施形態〕
以下、図20を参照して、本発明の第9実施形態について説明する。図20は、倒立二輪型ロボットの概略的な側面図である。
図20に示すように、本実施形態に係るロボット100は、上述の実施形態におけるものとは異なるタイプである。このような場合であっても上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。ロボット内の具体的なハードウェア、ソフトウェア構造は、上述の実施形態と同様である。
図20に示すように、ロボット100は、ベース部301、延長フレーム部302、ハンドル部303、及び車輪部304を有する。ベース部301、延長フレーム部302、及びハンドル部303は、本体部を構成する。搭乗者は、ベース部301上に立ち、ハンドル部303を把持して、ロボット100を操縦する。なお、ロボット100の操作子としては、上述の実施形態と同様、ボールコントローラを採用しても良い。移動方向を支持するボタンが設けられたハンドル等の他の操作子を採用しても良い。ロボット100の外観、その具体的な構造は任意である。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。上述の各実施形態は独立したものではなく、相互に組み合わせ可能であり、組み合わせによる相乗効果も得られるものとする。ワイヤードロジックのように予めハードウェアを活用してロジックを組むことによって、上述の機能ブロック(抑制係数生成部、倒立制御指令生成部)を実現させてもよい。これらの機能ブロックをソフトウェア制御で実現しても良い。つまり、プログラムをCPUで実行することで機能ブロックを具現化させても良い。
100 倒立二輪型ロボット

10 指令入力部
11 脈拍検出部
12 ID入力部
13 ロボットID保持部
15 抑制係数生成部
16 制御部
17 テーブル格納部
17a パターン格納部
20 倒立制御指令生成部
21 抑制制御実行部
22 演算実行部
25 角速度検出部
26 エンコーダ部
30 駆動部
31 加算部
32 モータアンプ部
33 シャント抵抗部
34 トルク計算部
35 モータ部
40 情報通信部
41 制御部
42 送受信部
51 送受信部

91 発汗量検出部
92 呼吸数検出部
93 眼球監視部
94 皮膚電気抵抗検出部
95 皮膚温度検出部

200 情報処理サーバー

1000 システム

Claims (8)

  1. 車輪部に対して本体部の相対位置が制御された状態で空間移動する移動体に搭乗者が搭乗中に、前記移動体に対して前記搭乗者が抱く不安感に基づく前記搭乗者の身体状態を検出する検出部と、
    前記検出部が検出した前記搭乗者の身体状態を評価して生成した評価値に基づいて状態値を生成する状態値生成部と、
    前記搭乗者によって動作指示が入力され、当該動作指示に対応する指令を生成する指示入力部と、
    少なくとも前記状態値及び前記指示入力部で生成された前記指令に基づいて、前記動作指示に基づく動作内容を前記搭乗者の不安感が抑制されるように修正し、前記動作指示に基づく動作内容とは異なる動作内容で当該移動体を動作させる動作指令を生成する動作指令生成部と、を備え、
    前記状態値生成部は、当該移動体が前記搭乗者の動作指示に基づく動作内容を修正して動作しているとき、前記搭乗者の身体状態を再評価し、当該再評価結果に基づいて、同条件時に当該状態値生成部によって生成される前記状態値の値を更新する移動体。
  2. 前記状態値生成部は、前記評価値に加えて、個々の前記搭乗者に割り当てられた識別値に基づいて、前記状態値を生成することを特徴とする請求項1に記載の移動体。
  3. 前記状態値生成部は、前記評価値及び前記識別値を検索キーとして情報検索し、検索してヒットした値を前記状態値とすることを特徴とする請求項2に記載の移動体。
  4. 前記動作指令生成部は、当該移動体が移動しない期間に前記状態値生成部により前記状態値が生成されたとき、前記搭乗者の心理状態を改善するための動作を当該移動体に実行させる動作指令を生成することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の移動体。
  5. 前記本体部の角速度を検出する角速度検出部と、
    前記車輪部の回転方向における前記本体部と前記車輪部との間の相対位置の変化を計測する計測部と、を更に備え、
    前記動作指令生成部は、前記状態値及び前記指示入力部で生成された前記指令、前記角速度検出部の出力、及び前記計測部の出力に基づいて、前記動作指令を生成することを特徴とする請求項1に記載の移動体。
  6. 搭乗者によって動作指示が入力され、当該動作指示に対応する指令を生成する指示入力部、及び搭乗中の移動体に対して前記搭乗者が抱く不安感に基づく前記搭乗者の身体状態を検出する検出部を備え、車輪部に対して本体部の相対位置が制御された状態で空間移動する複数の移動体と、
    個々に識別可能な状態で複数の前記移動体夫々が通信可能に接続される情報処理装置と、
    を備えるシステムであって、
    前記情報処理装置は、
    前記検出部が検出した前記搭乗者の身体状態を評価して生成した評価値に基づいて状態値を生成する状態値生成部と、
    少なくとも前記状態値及び前記指示入力部で生成された前記指令に基づいて、前記動作指示に基づく動作内容を前記搭乗者の不安感が抑制されるように修正し、前記動作指示に基づく動作内容とは異なる動作内容で当該移動体を動作させる動作指令を生成する動作指令生成部と、を備え、
    前記状態値生成部は、当該移動体が前記搭乗者の動作指示に基づく動作内容を修正して動作しているとき、前記搭乗者の身体状態を再評価し、当該再評価結果に基づいて、同条件時に当該状態値生成部によって生成される前記状態値の値を更新する、システム。
  7. 車輪部に対して本体部の相対位置が制御された状態で空間移動する移動体に搭乗者が搭乗中に、前記移動体に対して前記搭乗者が抱く不安感に基づく前記搭乗者の身体状態を検出するステップと、
    検出した前記搭乗者の身体状態を評価して生成した評価値に基づいて状態値を生成するステップと、
    少なくとも前記状態値及び前記搭乗者によって入力された動作指示に対応する指令に基づいて、前記動作指示に基づく動作内容を前記搭乗者の不安感が抑制されるように修正し、前記動作指示に基づく動作内容とは異なる動作内容で当該移動体を動作させる動作指令を生成するステップと、
    前記移動体が前記搭乗者の動作指示に基づく動作内容を修正して動作しているとき、前記搭乗者の身体状態を再評価し、当該再評価結果に基づいて、同条件時に生成される前記状態値の値を更新するステップと、
    を備える、移動体の動作方法。
  8. コンピュータに、
    車輪部に対して本体部の相対位置が制御された状態で空間移動する移動体に搭乗者が搭乗中に、前記移動体に対して前記搭乗者が抱く不安感に基づく前記搭乗者の身体状態を検出する処理と、
    検出した前記搭乗者の身体状態を評価して生成した評価値に基づいて状態値を生成する処理と、
    少なくとも前記状態値及び前記搭乗者によって入力された動作指示に対応する指令に基づいて、前記動作指示に基づく動作内容を前記搭乗者の不安感が抑制されるように修正し、前記動作指示に基づく動作内容とは異なる動作内容で当該移動体を動作させる動作指令を生成する処理と、
    前記移動体が前記搭乗者の動作指示に基づく動作内容を修正して動作しているとき、前記搭乗者の身体状態を再評価し、当該再評価結果に基づいて、同条件時に生成される前記状態値の値を更新する処理と、
    を実行させる、プログラム。
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