JP5687467B2 - 触覚センサシステム - Google Patents
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Description
ロボット本体2は、体幹部3、頭部4、右上腕部5、右手部6、左上腕部7、左手部8、右下肢部9、左下肢部10によって構成されている。
触覚センサシステム100は、複数のセンサノード200(触覚センサ)、複数のリレーノード120(中継装置)、ホストノード140(情報統合装置)によって構成されている。
次に、図4〜7に基づいて、センサノード200の構成を説明する。
リレーノード120からセンサノード200への設定情報の提供とセンサノード200内で設定情報記憶部390への書込みタイミングは3つの方法が用意されている。
第1の方法はセンサノード200への電力供給が開始され、n番目のリレーノード120の送信者識別番号IDがリレーノード120に送信された後に、直ちに該当するn番目のセンサノード200へ、リレーノード120から設定情報を送る方法。この時、次に該当するn+1番目のセンサノード200は予め定められた時間待機することにより、バス110の衝突なしに、n番目のセンサノード200の設定が完了し、次のサイクルでn+1番目のセンサノード200の送信者識別番号IDがリレーノード120に送信される。1つのリレーノード120には最大個数が例えば255個と予め定められているので、1つのセンサノード200が送受信を完了し、これを255回繰り返すことにより、リレーノード120以下のセンサノード200全体の設定が完了する。これが完了すると、センサノード200は触覚センサとしての測定を自律的に開始する。この方法は送受信が一対となるので、手順が簡単で確実性が高いことが利点である。
第2の方法はセンサノード200への電力供給が開始された時、各センサノード200が送信者識別番号IDのみを順次送る。例えば、送信者識別番号ID送信のみ最大255回を完了し、次にリレーノード120から順次、センサノード200に対して、設定情報送信を最大255回行い、完了する。これが完了すると、センサノード200は触覚センサとしての測定を自律的に開始する。この方法は、リレーノード120が自分の配下にあるセンサノード数と送信者識別番号ID群を把握してから、設定情報送信を行うので、効率がよく、センサノード群の情報を下に設定情報送信を変化できるという利点がある。
第3の方法は、センサノード200への電力供給が開始された時、各センサノード200が送信者識別番号IDのみを順次送る。例えば、送信者識別番号ID送信のみ最大255回を完了し、次にリレーノード120から一気にセンサノード200群に対して、設定情報送信をブロードキャストとして送り1回で完了する。このとき、ブロードキャストを表す送信者識別番号ID例えば256を用いる。各センサノード200はID256で受け取ったら、各自の設定情報を更新し、速やかに触覚センサとしての測定を自律的に開始する。これにより、簡便、迅速にセンサノード200群の設定が完了する。
これら3つの方法以外に、リレーノード120が設定情報送信を不要と判断したときは、リレーノード120からの設定情報送信は行わない。この時は、センサノード200に予め設定されている設定情報に基づいて、センサノード200は測定を開始する。この判断は、センサノード200内で予め定められた時間が経過しても自分に該当する送信者識別番号ID或いはブロードキャストに対応する設定情報が配達されない場合になされる。
リレーノード120は、中継部401、書き換え部402、電力供給制御部403、優先情報記憶部404、空間座標記憶部405、動作判定部406、複数のセンサノード設定用メモリ407、複数のセンサノードデータメモリ408、センサノード通信部409、ホストノード通信部410、ネットワーク制御部411、マップ作成部412、センサノード修復部413を備えて構成されている。リレーノード120の各構成要素は、CPU(Central Processing Unit)、FPGA(Field Programmable Gate Array),ROM(Read Only Memory),RAM(Random Access Memory)などによって実現されている。
リレーノード120の中継機能は、リレーノード120の最も基本的な機能であって、センサノード200から受け取ったデータをホストノード140へ中継する機能である。
リレーノード120はセンサノード200からの送信者識別番号ID、自己のリレーノードIDを負荷して、ホストノード140へ送信する。これによりホストノード140は、センサノード200を一義的に識別できる。そのため、センサノード200側に付与する送信者識別番号IDの桁数を、例えば8ビット(0〜255)と小さく設定できるという利点がある。
次に、リレーノード120のデータチェック機能を説明する。動作判定部406は、中継部401がセンサノード通信部409を介して受信したデータをモニタリングする。そして、中継部401が受信したデータに異常があると動作判定部406が判定した場合は、中継部401は、そのデータをホストノード140へ中継せずに破棄する。一方、中継部401が受信したデータに異常がないと動作判定部406が判定した場合は、中継部401は、そのデータを前述したようにホストノード140へ中継する。
次に、リレーノード120の設定機能を説明する。リレーノード120の設定機能とは、図5に示すセンサノード200の設定情報記憶部390をリレーノード120が設定乃至随時、書き換える機能である。
センサノード200は、送信者識別番号IDをリレーノード120へ送信するがこのとき、自分の設定情報をリレーノード120へ送信することもできる。リレーノード120はセンサノード200からの設定情報を受け取り、リレーノード120内の設定情報と比較する。両者の設定情報が一致していれば、センサノード200の設定が完了し正常に動作していると判定できる。もし、設定情報が一致していなければ、リレーノード120は再度設定動作を実施する。もし、再度の設定でもセンサノード200からの設定情報とリレーノード120内の設定情報が一致しない場合は、該当するセンサノード200が異常と判断し、リレーノード120は該当するセンサノード200を停止するか、或いは該当するセンサノード200からのデータを削除し、ホストノード140へ送らない。これにより、センサノード200の健康状態や動作状態を監視し、良好なデータのみを取り扱うことができる。また、センサノード200の異常を検知することができる。
リレーノード120が配下のセンサノード200群の電源をOFF/ONしてセンサノード200の設定情報を書き換えるタイミングとして、下記の方法がある。
ホストノード140からの命令で該当するリレーノード120が該当するセンサノード200群の感度(分解能、閾値、測定レンジ)や応答性(サンプリング間隔、送信間隔)などを変更する。これにより、動作が変化したときの対応が可能となる。例えば、手に物をもっていないときは、手部の信号はあまり要らないので、測定レンジを大きくし、応答も減らす。手に物をもとうとするときは、手部からの触覚情報が欲しいので、測定レンジを適当な幅に縮め、応答も増やすことにより、動的に触覚センサシステム100の感度、応答性を変えることができる。
リレーノード120自体で配下のセンサノード200群の状態がおかしいと判断したときは配下のセンサノード200群の電源をOFF/ONしてセンサノード200群の動作状態を確認することができる。
センサノード200が複数のセンサ機能を持っている場合は、ホストノード140からの命令、或いはリレーノード120の判断でセンサノード200の機能をセンサノード200群の電源をOFF/ONして、センサノード200の機能を選択できる。例えば、単軸力センサ出力を多軸力センサ出力としたり、内蔵する温度センサと切り替えたりすることができる。
また、バス110に制御線を追加し、リレーノード120側に制御線を制御、例えばON/OFFする部位をもたせ、センサノード200に制御線による設定モードと動作モードを判定する部位を持たせる。制御線によってリレーノード120がセンサノード200の設定モードと動作モードとを制御することで、リレーノード120からセンサノード200の設定情報記憶部390への設定が、電源ONの状態の動作時でもできるようにすることもできる。
次に、リレーノード120のネットワーク輻輳制御機能について説明する。即ち、ネットワーク制御部411は、バス110上のデータ間の衝突を検知したり、センサノード設定用メモリ407に記憶されている状態監視情報を読み込んだりすることで、バス110上でのネットワークトラフィックを監視し、管理する。ネットワーク制御部411は、上記の検知や監視等の結果として、バス110上の通信が混雑していると判断した場合は、バス110上の通信の混雑を緩和するよう、当該バス110上のセンサノード200の設定情報記憶部390の設定情報を書き換え部402に書き換えさせる。その際、当該バス110上での衝突率(単位時間あたりの衝突回数)や再送回数、待ち時間が所定値よりも下がるように、ネットワーク制御部411は、書き換え部402に設定情報記憶部390を書き換えさせる。バス110上の通信の混雑を緩和するには、例えば、図5に示す閾値データ390bを増大させることが有効である。これによれば、閾値判定部330は、より多くのデジタルセンサ信号を破棄するようになり、結果、バス110上に送信データが出力される頻度が低下する。
次に、リレーノード120のマップ作成機能について説明する。即ち、マップ作成部412は、中継部401が各センサノード200から受信し、センサノードデータメモリ408に保存されているデータに基づいて、各センサノード200の空間座標情報を生成し、生成した空間座標情報を空間座標記憶部405に保存する。空間座標情報とは、自己に接続されている各センサノード200の空間座標に関する情報である。例えば、マップ作成部412は、右手部6をサイコロ形状のオブジェクトに意図的に接触させたり、球状のオブジェクトに意図的に接触させる等を繰り返すことで、各センサノード200が右手部6のどの位置に配置されているかを特定することができる。そして、中継部401は、空間座標記憶部405に保存されている空間座標情報に基づいて、センサノードデータメモリ408に保存されているデータを空間的に正規化(アドレス化)した上で、ホストノード140に当該データを送信する。ここで、「空間的に正規化」とは、例えば各データにXYZ値又はrθ値を付加することを意味する。
次に、リレーノード120の優先中継機能について説明する。即ち、中継部401は、各センサノード200から受信したデータを単にFIFO方式でホストノード140に中継するのではなく、優先情報記憶部404に記憶されている優先情報に従ってホストノード140に中継することが望ましい。つまり、中継部401に優先度付キューを記憶させておく記憶部を設けるということである。ここで、優先情報とは、自己にバス110を介して接続されている各センサノード200を優先付けするための情報である。例えば、ホストノード140からの指令により特定箇所のセンサノード200のデータが優先的に要求される場合、そのセンサノード200の優先度は高いレベルに設定される。そして、中継部401は、優先情報記憶部404に記憶されている優先情報に基づいて、そのセンサノード200のデータを、他のセンサノード200のデータよりも先にホストノード140へ中継する。
次に、リレーノード120の修復機能を説明する。
そして、ホストノード140は、センサノード200からの送信データを受信し、全情報を統合する。ホストノード140による情報統合により、触覚センサシステム100のどこにどの程度の力が印加されているか等が検出される。
リレーノード120によりセンサノード200群を区分することにより、センサ密度、センサ感度群(低、中、高群)、センサ種群をリレーノード120がまとめて管理できるようになる。即ち、手部ではセンサ感度が高い群をまとめる。足部ではセンサ感度が低い群でまとめる。体部では中の感度でセンサ密度が低い群をまとめる。また、力センサ群、圧力センサ群、温度センサ群を各リレーノード120でまとめることにより、設定が容易となり、ホストノード140の付加が大幅に低減されると共に、センサ群を設定する時に非常にわかりやすく、リレーノード120以下をまとめて設定、測定できるので、設置、メンテ、修復、データ処理が容易となる。
2 ロボット本体
120 リレーノード
140 ホストノード
200 センサノード
Claims (11)
- 機器の本体の表面に配置された複数の触覚センサと、
前記複数の触覚センサから出力された出力信号を中継する中継手段を有する中継装置と、
前記中継装置の前記中継手段によって中継された前記出力信号を受信して処理する情報統合装置と、
を備え、
前記複数の触覚センサを前記機器の本体の部位に応じて少なくとも2つ以上の区分に区分し、各区分毎に、前記中継装置を配置し、
前記中継装置は、自己に接続された各触覚センサの空間座標に関する情報としての空間座標情報を記憶する空間座標記憶手段を更に備え、
前記中継装置の前記中継手段は、前記空間座標記憶手段に記憶されている前記空間座標情報に基づいて、自己に接続された各触覚センサから受信した信号を、前記空間座標情報を付加した上で前記情報統合装置へ中継する、
機器の触覚センサシステム。 - 請求項1に記載の機器の触覚センサシステムであって、
各触覚センサは、自己の動作条件に関する設定情報を記憶する設定情報記憶手段を備える、
機器の触覚センサシステム。 - 請求項2に記載の機器の触覚センサシステムであって、
各触覚センサの前記設定情報記憶手段は、随時、書き換え可能に構成されている、
機器の触覚センサシステム。 - 請求項3に記載の機器の触覚センサシステムであって、
前記中継装置は、自己に接続された各触覚センサの前記設定情報記憶手段を書き換え可能な書き換え手段を更に備える、
機器の触覚センサシステム。 - 請求項4に記載の機器の触覚センサシステムであって、
前記中継装置の前記書き換え手段は、自己に接続された各触覚センサの前記設定情報記憶手段を、前記中継装置の前記書き換え手段にとっても各触覚センサにとっても把握可能な特定のタイミングで書き換えるように構成されている、
機器の触覚センサシステム。 - 請求項5に記載の機器の触覚センサシステムであって、
前記特定のタイミングとは、前記複数の触覚センサへの電力供給開始時である、
機器の触覚センサシステム。 - 請求項6に記載の機器の触覚センサシステムであって、
各区分毎に、前記複数の触覚センサへの電力供給をオンオフ可能に構成されている、
機器の触覚センサシステム。 - 請求項7に記載の機器の触覚センサシステムであって、
前記中継装置は、自己に接続された各触覚センサへの電力供給をオンオフするための電力供給制御手段を備える、
機器の触覚センサシステム。 - 請求項1〜8の何れかに記載の機器の触覚センサシステムであって、
前記中継装置は、自己に接続された各触覚センサを優先付けする優先情報を記憶する優先情報記憶手段を更に備え、
前記中継装置の前記中継手段は、前記優先情報記憶手段に記憶されている前記優先情報に基づいて、自己に接続された各触覚センサのうち優先度の高い触覚センサから受信した信号を前記情報統合装置へ優先的に中継する、
機器の触覚センサシステム。 - 請求項1〜9の何れかに記載の機器の触覚センサシステムであって、
前記中継装置は、自己に接続された各触覚センサから受信した信号に基づいて、その触覚センサの動作が正常であるかを判定する動作判定手段を更に備え、
前記中継装置の前記中継手段は、動作が正常であると前記動作判定手段が判定した前記触覚センサからの信号のみを前記情報統合装置に中継する、
機器の触覚センサシステム。 - 請求項1〜10の何れかに記載の機器の触覚センサシステムであって、
各触覚センサは、前記中継装置へ信号を非同期で出力するように構成されている、
機器の触覚センサシステム。
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