JP6369392B2 - Remote control system - Google Patents
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Description
本発明は、遠隔制御システムに関し、例えば、操作者の2足歩行動作に応じて、所定の遅延後に当該動作に追従して実在又は仮想のロボットが2足歩行動作する遠隔制御システムに関する。 The present invention relates to a remote control system, for example, a remote control system in which a real or virtual robot performs a biped walking operation following a predetermined delay in accordance with an operator's biped walking operation.
家事サポートや極限環境において、ロボットを遠隔で制御することで臨機応変にタスクを実行することが可能となる。その際に作業エリアの詳細な事前マップを得られていれば、各種自律移動技術を利用できるが、そのような状況は稀であり、マスタスレーブ制御システム(即ち、遠隔制御システム)を用いてロボットを遠隔で制御することが有用である。 Tasks can be executed flexibly by controlling the robot remotely in housework support and extreme environments. If a detailed advance map of the work area can be obtained at that time, various autonomous movement techniques can be used, but such a situation is rare, and a robot using a master-slave control system (that is, a remote control system) is used. It is useful to control the remote.
例えば、特許文献1の遠隔制御システムは、足平支持機構の左右の足平架台に載せられた操作者の足平が足平架台から受ける作用力を6軸力センサで検出し、これらの検出情報に基づいてロボットの脚部をマスタスレーブ制御している。
For example, the remote control system disclosed in
一般的な遠隔制御システムは、ロボットが操作者の1秒程度前の操作情報を未来情報として用いて動作するように設定されている。つまり、操作者の現在の2足歩行動作に対して1秒程度遅れて当該2足歩行動作をトレースするようにロボットの2足歩行動作が実行される。そのため、ロボットの2足歩行動作と操作者の2足歩行動作との間でタイムラグが生じ、ロボットの操作性が悪い課題を有する。 The general remote control system is set so that the robot operates using the operation information about one second before the operator as future information. That is, the biped walking operation of the robot is executed so as to trace the biped walking operation with a delay of about 1 second with respect to the current biped walking operation of the operator. Therefore, a time lag occurs between the biped walking motion of the robot and the biped walking motion of the operator, and the operability of the robot is poor.
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、ロボットの操作性に優れた遠隔制御システムを実現する。 The present invention has been made to solve such problems, and realizes a remote control system with excellent operability of the robot.
本発明の一形態に係る遠隔制御システムは、操作者の2足歩行動作に応じて、所定の遅延後に当該2足歩行動作に追従して実在又は仮想のロボットが2足歩行動作する遠隔制御システムであって、
前記操作者における支持脚の足平に対する遊脚の足平の位置及び姿勢を検出する第1の検出部と、
前記第1の検出部の検出情報により検出された、前記操作者における支持脚の足平に対する遊脚の足平の位置及び姿勢に対応する、前記ロボットにおける支持脚の足平に対する遊脚の足平の位置及び姿勢を推定する推定部と、
前記推定部により推定した、前記ロボットにおける支持脚の足平に対する遊脚の足平の位置及び姿勢に基づいて、前記ロボットの遊脚の足平を表す遊脚足平表示を生成し、当該遊脚足平表示を示す遊脚足平表示情報と前記ロボットの周辺環境情報とを重畳した重畳情報を、前記ロボットにおいて遊脚の足平がそれらの位置及び姿勢に至る時点よりも先行して、表示する表示部と、
を備える。
A remote control system according to an aspect of the present invention is a remote control system in which a real or virtual robot performs a biped walking operation following a biped walking operation after a predetermined delay in accordance with a biped walking operation of an operator. Because
A first detection unit for detecting a position and posture of a foot of a free leg with respect to a foot of a support leg in the operator;
The leg of the free leg with respect to the foot of the support leg in the robot corresponding to the position and posture of the foot of the free leg with respect to the foot of the support leg of the operator detected by the detection information of the first detection unit. An estimation unit for estimating the position and orientation of the plane;
Based on the position and posture of the free leg's foot with respect to the foot of the supporting leg in the robot estimated by the estimating unit, a free leg foot display representing the free leg's foot of the robot is generated, The superimposed information obtained by superimposing the free leg foot display information indicating the leg foot display and the surrounding environment information of the robot is preceded by the time when the foot of the free leg reaches their position and posture in the robot, A display unit to display;
Is provided.
上述の遠隔制御システムにおいて、前記推定部は、前記操作者における遊脚の離床経過時間に応じた前記ロボットにおける遊脚の第1の移動可能領域を算出し、前記第1の移動可能領域内に前記遊脚足平表示が配置されていないと、前記遊脚足平表示が前記第1の移動可能領域内に配置されるように当該遊脚足平表示を修正することが好ましい。 In the above-described remote control system, the estimation unit calculates a first movable area of the free leg in the robot according to an elapsed time of leaving the free leg of the operator, and the first movable area is within the first movable area. If the free leg foot display is not arranged, it is preferable to correct the free leg foot display so that the free leg foot display is arranged in the first movable region.
上述の遠隔制御システムにおいて、前記表示部は、前記第1の移動可能領域を示す第1の移動可能領域情報を表示することが好ましい。 In the above-described remote control system, it is preferable that the display unit displays first movable area information indicating the first movable area.
上述の遠隔制御システムにおいて、前記推定部は、予め設定されている前記ロボットの歩幅に応じた当該ロボットにおける遊脚の第2の移動可能領域を算出し、前記第2の移動可能領域内に前記遊脚足平表示が配置されていないと、前記遊脚足平表示が前記第2の移動可能領域内に配置されるように当該遊脚足平表示を修正することが好ましい。 In the above-described remote control system, the estimation unit calculates a second movable area of the free leg in the robot according to a preset stride of the robot, and the second movable area includes the second movable area. If the free leg foot display is not arranged, it is preferable to correct the free leg foot display so that the free leg foot display is arranged in the second movable region.
上述の遠隔制御システムにおいて、前記表示部は、前記第2の移動可能領域を示す第2の移動可能領域情報を表示することが好ましい。 In the above-described remote control system, it is preferable that the display unit displays second movable area information indicating the second movable area.
上述の遠隔制御システムにおいて、前記推定部は、前記遊脚足平表示が前記ロボットにおける支持脚の位置及び姿勢に基づいて定められた自己干渉領域と干渉していると、前記遊脚足平表示が前記自己干渉領域に干渉しないように当該遊脚足平表示を修正することが好ましい。 In the above-described remote control system, the estimation unit displays the free leg foot display when the free leg foot display interferes with a self-interference area determined based on a position and a posture of a support leg in the robot. It is preferable to correct the free leg foot display so as not to interfere with the self-interference area.
上述の遠隔制御システムにおいて、前記推定部は、前記ロボットの周辺環境情報に基づいて着床不可能領域を判定して、前記遊脚足平表示が予め設定された条件で前記着床不可能領域に干渉していると、前記遊脚足平表示が前記条件で前記着床不可能領域に干渉しないように当該遊脚足平表示を修正することが好ましい。 In the above-described remote control system, the estimation unit determines a non-landing area based on the surrounding environment information of the robot, and the non-landing area under a condition in which the free leg foot display is set in advance. Preferably, the free leg foot display is corrected so that the free leg foot display does not interfere with the non-landing area under the above condition.
上述の遠隔制御システムにおいて、前記表示部は、前記着床不可能領域を示す着床不可能領域情報を表示することが好ましい。 In the above-described remote control system, it is preferable that the display unit displays non-implantable area information indicating the non-implantable area.
上述の遠隔制御システムにおいて、前記操作者における右脚の足平に作用する荷重及び左脚の足平に作用する荷重を夫々検出する第2の検出部を備え、
前記推定部は、前記右脚の足平に作用する荷重と前記左脚の足平に作用する荷重との比率に基づいて、前記ロボットの腰の姿勢及び目標ZMPの位置を推定し、
前記表示部は、前記ロボットの腰の姿勢を示す姿勢情報及び目標ZMPの位置を示す位置情報を表示することが好ましい。
In the above-described remote control system, a second detection unit that detects a load acting on the foot of the right leg and a load acting on the foot of the left leg in the operator, respectively,
The estimating unit estimates a posture of the waist of the robot and a position of a target ZMP based on a ratio of a load acting on the right leg foot and a load acting on the left leg foot;
Preferably, the display unit displays posture information indicating a posture of the waist of the robot and position information indicating a position of the target ZMP.
以上、説明したように、ロボットの操作性に優れた遠隔制御システムを実現することができる。 As described above, a remote control system with excellent operability of the robot can be realized.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiment. In addition, for clarity of explanation, the following description and drawings are simplified as appropriate.
<実施の形態1>
先ず、本実施の形態の遠隔制御システムの構成を説明する。図1は、本実施の形態に係る遠隔制御システムの構成図である。
<
First, the configuration of the remote control system of the present embodiment will be described. FIG. 1 is a configuration diagram of a remote control system according to the present embodiment.
遠隔制御システム1は、所謂マスタスレーブ制御システムであり、図1に示すように、2足歩行ロボット3(以下、単にロボットと省略する場合がある。)、第1の検出部4、第2の検出部5、マスタ算出部6及び表示部7を備えている。ここで、第1の検出部4、第2の検出部5、マスタ算出部6及び表示部7を含む単位は、マスタスレーブ制御におけるマスタ装置2に相当し、ロボット3は、マスタスレーブ制御におけるスレーブ装置に相当する。
The
第1の検出部4は、操作者の支持脚の足平と遊脚の足平との相対位置及び相対姿勢を検出する。本実施の形態の第1の検出部4は、複数のモーションキャプチャ装置4aを備えている。複数のモーションキャプチャ装置4aのそれぞれは、足平に複数のマーカー8を付けた操作者を撮像し、その画像を示す画像情報を生成してマスタ算出部6に出力する。ここで、「遊脚」とは、足平が離床した状態だけでなく、足平が離床する直前及び着床した直後の状態までを含んでいる。
The first detection unit 4 detects the relative position and relative posture between the foot of the support leg of the operator and the foot of the free leg. The first detection unit 4 of the present embodiment includes a plurality of
第2の検出部5は、操作者における右脚の足平に作用する荷重及び左脚の足平に作用する荷重を検出する。本実施の形態の第2の検出部5は、一対のフォースプレート5aを備えている。一対のフォースプレート5aは、操作者が、左側のフォースプレート5aに左脚を置き、右側のフォースプレート5aに右脚を置くように載ることで利用される。これにより、一対のフォースプレート5aのそれぞれは、操作者の右脚及び左脚に作用する荷重を検出する。一対のフォースプレート5aのそれぞれは、検出した操作者の右脚及び左脚の荷重を示す荷重情報をマスタ算出部6に出力する。
The second detection unit 5 detects a load acting on the right leg foot and a load acting on the left leg foot of the operator. The second detection unit 5 of the present embodiment includes a pair of
マスタ算出部6は、例えば、PC(Personal Computer)で構成することができる。マスタ算出部6は、第1の検出部4から入力される画像情報(検出情報)に基づいて、操作者の遊脚の脚上げ高さ、及び操作者における右脚の足平と左脚の足平との相対位置並びに相対姿勢を算出し、算出した遊脚の脚上げ高さ、及び操作者における右脚の足平と左脚の足平との相対位置並びに相対姿勢を示す足平位置姿勢情報をロボット3に出力する。
The
マスタ算出部6は、第2の検出部5から入力された荷重情報に基づいて、操作者における脚の離床及び着床を判定する。また、マスタ算出部6は、第2の検出部5から入力された荷重情報をロボット3に出力する。
Based on the load information input from the second detection unit 5, the
マスタ算出部6は、算出した操作者における右脚の足平と左脚の足平との相対位置及び相対姿勢に基づいて、操作者の脚の動きをトレースするように、ロボット3における支持脚の足平と遊脚の足平との相対位置及び相対姿勢を推定(算出)する。つまり、マスタ算出部6は、ロボット3における支持脚の足平と遊脚の足平との相対位置及び相対姿勢を推定する推定部として機能する。
The
マスタ算出部6は、推定した支持脚の足平と遊脚の足平との相対位置及び相対姿勢で当該遊脚が着床したときの足平表示(即ち、遊脚の足平を投影した仮想着床足平表示)を生成する。また、マスタ算出部6は、生成した遊脚の足平表示を示す足平表示情報を、ロボット3に搭載されている検出部9が検出した当該ロボット3の周辺環境を示す周辺環境情報に重畳し、遊脚の足平表示情報をロボット3の周辺環境情報に重畳させた重畳情報を表示部7に出力する。
表示部7は、マスタ算出部6から入力される重畳情報を表示する。
The
The
ロボット3は、当該ロボット3の周辺環境を検出する検出部9を備えている。本実施の形態の検出部9は、KINECT(登録商標)を備えており、ロボット3の周辺環境を検出し、検出したロボット3の周辺環境を示す周辺環境情報(例えば、3D点群情報などの周辺環境画像情報、及びグリッド情報)をマスタ算出部6に出力する。但し、検出部9は、周辺環境を検出することができればよく、レーザーレンジセンサやステレオカメラなどを備えていてもよい。
The
ここで、「周辺環境情報」とは、検出部9により検出された実環境の情報の他、予めモデル化された床面の情報や、周辺に障害物や凹凸などが無いと仮定してモデル化された水平面の情報などが含まれる。但し、「周辺環境情報」とは、少なくともロボット3が歩行する床面に関する情報を含んでいればよく、それが実環境に即しておらず、仮定されたモデルでもよい。
Here, the “peripheral environment information” is a model on the assumption that there are no obstacles or unevenness in the surroundings, information on the floor surface that has been modeled in advance, or information on the real surface detected by the
また、ロボット3は、マスタ算出部6から入力される足平位置姿勢情報及び荷重情報に基づいて、マスタスレーブ制御を実行する。詳細には、ロボット3に搭載されたスレーブ算出部10は、マスタ算出部6から入力される足平位置姿勢情報及び荷重情報に基づいて、ロボット3の2足歩行動作が所定の遅延後に操作者の2足歩行動作を追従するように、ロボット3の目標ZMP、左脚の目標位置並びに目標姿勢、右脚の目標位置並びに目標姿勢、及び腰の目標位置並びに目標姿勢を算出する。ここで、スレーブ算出部10は、例えば、CPU(Central Processing Unit)で構成することができる。そして、スレーブ算出部10は、ロボット3に搭載され、ロボット3の動作を統括的に制御するマイクロコントローラ(マイコン)に含めることができる。
Further, the
スレーブ算出部10は、算出した情報(目標ZMP、左脚の目標位置並びに目標姿勢、右脚の目標位置並びに目標姿勢、及び腰の目標位置並びに目標姿勢)に基づいて、ロボット3の各関節角度を算出し、算出した関節角度となるように各関節を制御する。具体的には、ロボット3は、各関節として機能する複数のアクチュエータ(図示を省略)を備えている。スレーブ算出部10は、各関節角度として各アクチュエータの目標角度を算出し、各アクチュエータの角度が、算出した目標角度となるように、各アクチュエータを制御する。すなわち、目標ZMP、左脚の目標位置並びに目標姿勢、右脚の目標位置並びに目標姿勢、及び腰の目標位置並びに目標姿勢となる目標角度が算出される。これにより、ロボット3の2足歩行動作が操作者の2足歩行動作を追従するようにマスタスレーブ制御が行われる。
The
次に、本実施の形態の遠隔制御システム1を用いた遊脚の足平表示情報を表示する流れを説明する。図2は、本実施の形態の遠隔制御システムを用いた遊脚の足平表示情報を表示する流れを示すフローチャートである。図3は、ロボットにおける支持脚の足平表示情報及び離床前の遊脚の足平表示情報の表示例を示す図である。図4は、ロボットにおける支持脚の足平表示情報及び離床直後の遊脚の足平表示情報の表示例を示すと共に、ロボットにおける支持脚の座標系及び離床前の遊脚の座標系を説明するための図である。図5は、操作者における脚の動作を模式的に示す図である。図6は、操作者における支持脚の座標系及び遊脚の座標系を説明するための図である。図7は、ロボットにおける支持脚の足平表示情報、ロボットにおける離床直後の遊脚の足平表示情報及び着床直前の遊脚の足平表示情報の表示例を示すと共に、ロボットにおける支持脚の座標系、離床前の遊脚の座標系及び離床後の遊脚の座標系を説明するための図である。図8は、重畳情報を示す図である。図9(a)は、操作者における遊脚が着床する前の表示例を示す図である。図9(b)は、操作者における遊脚が着床した後の表示例を示す図である。なお、図3、図4及び図7では、足平表示情報が明確となるように、ロボット3の周辺環境情報を省略している。
Next, the flow of displaying the foot display information of the free leg using the
先ず、表示部7には、図3に示すように、図示を省略したロボット3の周辺環境情報、及びロボット3における支持脚の足平表示情報並びに離床前の遊脚の足平表示情報を表示する(S1)。ロボット3における支持脚の足平表示情報は、当該支持脚の足平が遊脚動作で着床した際に生成された足平表示を示す足平表示情報である。また、ロボット3における離床前の遊脚の足平表示情報は、当該遊脚の足平が前回の遊脚動作で着床した際に生成された足平表示を示す足平表示情報である。
First, as shown in FIG. 3, the
ここで、図4に示すように、ロボット3内で計算に用いる基準となるグローバル座標系をΣ0、支持脚の座標系をΣrS及び離床前の遊脚の座標系をΣrF0と定義すると、基準座標に対する支持脚における足平中心の位置及び姿勢を表す同次変換行列0TrS及び基準座標に対する離床前の遊脚における足平中心の位置及び姿勢を表す同次変換行列0TrF0は、ロボット3内の計算で一般的に用いられるものである。
Here, as shown in FIG. 4, if the global coordinate system used as a reference in the
次に、操作者は、ロボット3の周辺環境情報、及びロボット3における支持脚の足平表示情報並びに離床前の遊脚の足平表示情報が表示された表示部7を視認しながら、ロボット3の脚をマスタスレーブ制御するために、図5に示すように脚を動作させる(S2)。
Next, the operator recognizes the
次に、マスタ算出部6は、操作者における遊脚が離床したか否かを判定する(S3)。詳細には、マスタ算出部6は、前回の歩行動作(一歩)において操作者の左右何れの脚が遊脚であり、他方の脚が支持脚であることを、一対のフォースプレート5aから入力される荷重情報が示す荷重に基づいて認識している。そして、マスタ算出部6は、操作者における今回の歩行動作で遊脚となる側の脚の足平が離床したか否かを、フォースプレート5aから入力される荷重情報が示す荷重に基づいて判定する。つまり、マスタ算出部6は、例えば、図5に示すように操作者における今回の歩行動作で遊脚となる右脚の足平が離床して、右側のフォースプレート5aから入力される荷重情報が予め設定された第1の閾値より小さくなると、操作者における右脚の足平が離床したと判定する。
Next, the
次に、マスタ算出部6は、操作者における支持脚の足平に対する遊脚の足平の位置(座標)及び姿勢(向き)を算出する(S4)。詳細には、マスタ算出部6は、複数のモーションキャプチャ装置4aのそれぞれから入力された画像情報が示す画像に含まれるマーカー8の動きから、操作者における両脚の足平の位置及び姿勢を算出する。
Next, the
例えば、図6に示すように、操作者における支持脚の座標系をΣhS、操作者における遊脚の座標系をΣhFと定義すると、操作者における支持脚の足平中心(例えば、足平の重心位置)に対する遊脚の足平中心の位置及び姿勢を表す同次変換行列は<数1>のようになり、マスタ算出部6は<数1>のxh、yh及びθを算出する。
For example, as shown in FIG. 6, hS the coordinate system of the support leg sigma in the operator, defining a coordinate system of the free leg and sigma hF in the operator, the foot of the support leg in the operator flat center (e.g., foot The homogeneous transformation matrix representing the position and posture of the foot center of the free leg with respect to the position of the center of gravity) is expressed as <
次に、マスタ算出部6は、操作者における支持脚の足平に対する遊脚の足平の位置及び姿勢に対応する、ロボット3における支持脚の足平中心に対する遊脚の足平中心の位置及び姿勢を推定(算出)する(S5)。例えば、図7に示すように、ロボット3における遊脚の離床後座標系をΣrFと定義し、<数2>を用いて、ロボット3における支持脚の足平中心に対して、操作者における支持脚の足平中心に対する遊脚の足平中心の変化量を適用したロボット3における遊脚の足平中心の位置(x、y及びz座標)及び姿勢(z軸回りの回転角度)をグローバル座標系で推定する。
Next, the
但し、操作者とロボット3とで脚部の長さが大きく異なる場合には、<数3>のように相互の長さの違いを勘案した一定のレート(r)をxh及びyhに掛けたhSThF’をhSThFとして用いてロボット3における遊脚の足平中心の位置及び姿勢を推定してもよい。
However, when the length of the leg portion is greatly different between the operator and the
次に、マスタ算出部6は、推定したロボット3における遊脚の足平中心の位置及び姿勢で当該遊脚が着床したときの足平表示を生成する(S6)。詳細には、マスタ算出部6は、予め設定されているロボット3の足平形状、及び算出したロボット3における遊脚の足平中心の位置及び姿勢に基づいて、足平表示を生成する。
Next, the
次に、マスタ算出部6は、生成した足平表示を示す足平表示情報を、図8に示すように、ロボット3に搭載された検出部9が取得した当該ロボット3の周辺環境を示す周辺環境情報に重畳し、足平表示情報をロボット3の周辺環境情報に重畳させた重畳情報を表示部7に出力する(S7)。ちなみに、足平表示における足平中心の座標及び周辺環境のグリッドの座標などに基づいて、足平表示情報をロボット3の周辺環境情報に重畳させるとよい。
Next, as shown in FIG. 8, the
次に、表示部7は、入力された重畳情報を表示する(S8)。つまり、表示部7には、操作者の遊脚が未だ着床していなくても、ロボット3の遊脚の足平表示情報が表示される。そして、マスタ算出部6は、所定の時間間隔でロボット3における遊脚の足平表示を生成して当該足平表示を示す足平表示情報を表示部7に表示させる。ここで、「所定の時間間隔」としては、操作者が表示部7を見てレスポンス良くマスタスレーブ制御を行うことができるように、高レート(例えば、30fps以上)であることが好ましい。
Next, the
その後、マスタ算出部6は、操作者における遊脚側のフォースプレート5aから入力される荷重情報が示す荷重が予め設定された第2の閾値より大きいか否かを判定し、操作者における遊脚側のフォースプレート5aから入力される荷重情報が示す荷重が第2の閾値より大きいと、操作者の遊脚が着床したと判定する。そして、マスタ算出部6は、操作者の遊脚が着床したと判定した際の遊脚の足平表示を確定足平表示とし、当該確定足平表示における足平中心の位置を示す位置情報及び姿勢を示す姿勢情報をスレーブ算出部10に出力する。スレーブ算出部10は、入力された位置情報及び姿勢情報などに基づいて、上述のようにマスタスレーブ制御を実行する。つまり、ロボット3における遊脚の足平が入力された位置情報が示す位置及び姿勢情報が示す姿勢で着床する前に、表示部7に当該位置情報及び姿勢情報に基づく足平表示を示す足平表示情報が表示される。ちなみに、マスタスレーブ制御は、例えば、目標ZMP軌道を満たす重心軌道計算と目標足平軌道を満たす逆運動学計算に基づく制御などで実行することができるが、本発明の本旨でないため説明を省略する。
Thereafter, the
上述のS1〜S8の工程は、操作者がロボット3のマスタスレーブ制御を実行する間、継続される。
The above-described steps S1 to S8 are continued while the operator executes master-slave control of the
このように本実施の形態では、操作者における支持脚の足平に対する遊脚の足平の位置及び姿勢に対応する、ロボット3における遊脚の足平表示情報を表示部7に表示する。そのため、操作者は表示部7を見ながら直感的にロボット3をマスタスレーブ制御することができ、ロボット3の操作性が向上する。
As described above, in this embodiment, the foot display information of the free leg in the
しかも、ロボット3における遊脚の足平表示情報を当該ロボット3の周辺環境情報と重畳するように表示するので、操作者は表示部7を見ながら更に直感的にロボット3をマスタスレーブ制御することができる。
In addition, since the foot display information of the free leg in the
ここで、図7に示すように、ロボット3における離床前の遊脚の足平表示情報の足平中心から離床状態の遊脚の足平表示情報の足平中心に向かって矢印を延ばすと、操作者が遊脚の足平の移動を視認し易くなる。 Here, as shown in FIG. 7, when the arrow is extended from the foot center of the foot display information of the free leg before leaving the floor to the foot center of the foot display information of the free leg in the leaving state, as shown in FIG. It becomes easy for the operator to visually recognize the movement of the foot of the free leg.
また、図4、図7及び図9(a)、図9(b)に示すように、操作者が遊脚の各々の足平表示情報を区別できるように、当該各々の足平表示情報の線の種類や表示色を異ならせることが好ましい。これにより、足平表示情報の混同を抑制することができる。 In addition, as shown in FIGS. 4, 7, 9A, and 9B, each foot display information is displayed so that the operator can distinguish each foot display information of the free leg. It is preferable to vary the line type and display color. Thereby, confusion of foot display information can be suppressed.
<実施の形態2>
ロボット3は操作者に比べて最大動作速度が遅い。そのため、操作者の脚の動作に対応するようにロボット3の脚を動作させることができない場合がある。そこで、本実施の形態では、実施の形態1で生成した遊脚の足平表示を、ロボット3が実現可能な範囲内に修正する。
<
The
図10及び図11は、遊脚の足平表示を修正した表示例を示す図である。ちなみに、図11は、図10に対して操作者における遊脚の離床経過時間が長い場合を例示している。なお、図10及び図11では、足平表示情報が明確となるように、ロボット3の周辺環境情報を省略している。
10 and 11 are diagrams illustrating display examples in which the foot display of the free leg is corrected. Incidentally, FIG. 11 exemplifies a case where the elapsed time of leaving the free leg of the operator is longer than that in FIG. 10 and 11, the surrounding environment information of the
本実施の形態のマスタ算出部6は、操作者における遊脚の離床経過時間に応じたロボット3における遊脚の第1の移動可能領域を算出する。詳細には、マスタ算出部6は、予め設定されている経過時間とロボット3における離床前の遊脚の足平中心を中心とした第1の移動可能領域との関係と、操作者における遊脚が離床してからの経過時間と、に基づいて、第1の移動可能領域を算出する。第1の移動可能領域は、例えば、操作者における遊脚の離床経過時間に比例して広くなる。
The
マスタ算出部6は、第1の移動可能領域内に遊脚の足平表示が配置されているか否かを判定する。そして、マスタ算出部6は、第1の移動可能領域内に遊脚の足平表示が配置されていないと、遊脚の足平表示が第1の移動可能領域内に配置されるように当該遊脚の足平表示における足平中心の位置及び姿勢を修正し、修正した位置及び姿勢に基づいて生成(修正)した足平表示を示す足平表示情報を表示部7に表示させる。但し、第1の移動可能領域内に遊脚の足平表示の全てが配置されていない場合であっても、例えば、遊脚の足平表示の足先が第1の移動可能領域の境界上に配置されていれば、第1の移動可能領域内に遊脚の足平表示が配置されているとみなすこともできる。
The
ここで、ロボット3における遊脚の離床前座標系(ΣrF0)に対するロボット3における遊脚の離床後座標系への足平中心の位置及び姿勢の変化量は<数4>で表すことができる。但し、<数4>におけるΔx、Δy、Δθが姿勢及び位置の変化量である。また、rF0TrFは、ロボット3における離床前の遊脚の足平中心に対する離床後の遊脚の足平中心の位置及び姿勢を表す同次変換行列である。0TrF0は、基準座標に対するロボット3における離床前の遊脚の足平中心の位置及び姿勢を表す同次変換行列である。
Here, the amount of change in the position and posture of the foot center from the coordinate system before leaving the floor of the
マスタ算出部6は、当該変化量で遊脚の足平表示が第1の移動可能領域内に収まるようにΔθ、Δx、ΔyをΔθ’、Δx’、Δy’に修正した<数5>により、遊脚の足平表示における足平中心の位置及び姿勢を修正する。
The
これにより、遊脚の足平表示をロボット3が動作可能な第1の移動可能領域内に収めることができる。
Thereby, the foot display of the free leg can be stored in the first movable region in which the
ここで、表示部7には、図10及び図11に示すように、修正後の遊脚の足平表示情報に加えて、第1の移動可能領域を示す第1の移動可能領域情報R1を表示することが好ましい。これにより、操作者は、遊脚の足平が第1の移動可能領域から逸脱しないように直感的に操作することができる。
Here, as shown in FIGS. 10 and 11, the
このとき、図10及び図11に示すように、支持脚の足平表示情報、離床直後の遊脚の足平表示情報、及び修正前の遊脚の足平表示情報の何れかも選択的に表示部7に表示することが好ましい。
At this time, as shown in FIGS. 10 and 11, any of the foot display information of the supporting leg, the foot display information of the free leg immediately after leaving the floor, and the foot display information of the free leg before correction is selectively displayed. It is preferable to display in the
また、支持脚の足平表示情報と、離床直後の遊脚の足平表示情報と、修正前の遊脚の足平表示情報と、修正後の遊脚の足平表示情報と、が区別できるように線の種類や表示色などを夫々変えることが好ましい。これにより、足平表示情報の混同を抑制することができる。
Further, the foot display information of the supporting leg, the foot display information of the free leg immediately after leaving the floor, the foot display information of the free leg before correction, and the foot display information of the free leg after correction can be distinguished. Thus, it is preferable to change the line type and display color, respectively. Thereby, confusion of foot display information can be suppressed.
なお、本実施の形態では、第1の移動可能領域情報R1を一定の速度で広くしているが、厳密にロボット3の姿勢に基づいた足平の移動可能速度で第1の移動可能領域情報R1を広くしてもよい。
In the present embodiment, the first movable area information R1 is widened at a constant speed. However, the first movable area information is strictly at a foot movable speed based on the posture of the
また、本実施の形態の第1の移動可能領域は、ロボット3における離床前の遊脚の足平中心を中心としているが、中心となる位置は特に限定されず、例えば、ロボット3が直立状態で遊脚となる側の脚の足平中心を第1の移動可能領域の中心としてもよい。
Further, the first movable region of the present embodiment is centered on the foot center of the free leg before leaving the floor in the
<実施の形態3>
ロボット3は関節の可動範囲などの制限が人より厳しく、予め安全に歩行し得る脚の振り出し幅(歩幅)や姿勢の許容値が設定されている。そこで、本実施の形態では、実施の形態1又は2で生成した遊脚の足平表示における足平中心の位置及び姿勢が当該許容値を逸脱していれば、許容値内に収まるように修正する。
<
The
図12及び図13は、ロボットの左右の脚の足平中心間の距離を説明するための図である。図14は、遊脚の足平表示を修正した表示例を示す図である。なお、図12では、ロボット3の脚部のみを示している。また、図14では、遊脚の足平表示情報が明確となるように、ロボット3の周辺環境情報を省略している。
12 and 13 are diagrams for explaining the distance between the foot centers of the left and right legs of the robot. FIG. 14 is a diagram illustrating a display example in which the foot display of the free leg is corrected. In FIG. 12, only the legs of the
図12及び図13に示すように、ロボット3が直立状態での左右の脚の足平中心間の距離をw、ロボット3における支持脚となる側の脚の足平中心(座標系はΣrS)に対するロボット3における遊脚となる側の足平中心の位置及び姿勢を遊脚足平基準座標(座標系はΣrFC)と定義すると、遊脚足平基準座標は<数6>のように表することができる。
As shown in FIGS. 12 and 13, the distance between the foot centers of the left and right legs when the
但し、0TrFCは、基準座標に対するロボット3が直立状態で遊脚となる側の脚の足平中心の位置及び姿勢を表す同次変換行列である。0TrSは、基準座標に対するロボット3が直立状態で支持脚となる側の脚の足平中心の位置及び姿勢を表す同次変換行列である。rSTrFCは、ロボット3が直立状態で支持脚となる側の脚の足平中心に対する遊脚となる側の脚の足平中心の位置及び姿勢を表す同次変換行列である。
However, 0 T rFC is a homogeneous transformation matrix that represents the position and posture of the foot center of the leg that is the free leg when the
なお、<数6>において左脚が遊脚の場合wに+符号が付き、右脚が遊脚の場合はwに−符号が付く。
In <
マスタ算出部6は、遊脚足平基準座標に対する遊脚の足平表示における足平中心の位置及び姿勢が予め設定されているロボット3の歩幅及び姿勢の許容値を逸脱しているか否かを判定する。そして、マスタ算出部6は、遊脚足平基準座標に対する遊脚の足平表示における足平中心の位置及び姿勢が予め設定されているロボット3の歩幅及び姿勢の許容値を逸脱していると、遊脚の足平表示における足平中心の位置及び姿勢が許容値内に収まるように当該足平表示における足平中心の位置及び姿勢を修正し、修正した位置及び姿勢に基づいて生成(修正)した足平表示を示す足平表示情報を表示部7に表示させる。
The
詳細には、マスタ算出部6は、先ず遊脚足平基準座標に対する遊脚の足平表示における足平中心の位置及び姿勢を<数7>により算出する。但し、rFCTrFは、ロボット3が直立状態で遊脚となる側の脚の足平中心に対する離床後の遊脚の足平中心の位置及び姿勢を表す同次変換行列である。
Specifically, the
そして、マスタ算出部6は、Δθ、Δx及びΔyが歩幅及び姿勢の許容値内に収まるように、Δθ’、Δx’及びΔy’に改変して遊脚の足平表示における足平中心の位置及び姿勢を<数8>のように修正する。
Then, the
これにより、遊脚の足平表示における足平中心の位置及び姿勢を予め設定されているロボット3の歩幅及び姿勢の許容値内に収めることができる。
As a result, the position and posture of the foot center in the foot display of the free leg can be kept within the preset allowable values of the stride and posture of the
ここで、表示部7には、修正後の足平表示情報に加えて、図14に示すように、少なくともロボット3の歩幅内で遊脚の足平が着床可能な領域(第2の移動可能領域)を示す第2の移動可能領域情報R2を表示することが好ましい。これにより、操作者は遊脚の足平が第2の移動可能領域から逸脱しないように直感的に操作することができる。
Here, in addition to the corrected foot display information, the
このとき、図14に示すように、ロボット3が直立状態での左右の脚の足平表示情報、ロボット3における離床直後の遊脚の足平表示情報、及び修正前の遊脚の足平表示情報の何れかも選択的に表示部7に表示することが好ましい。
At this time, as shown in FIG. 14, the foot display information of the left and right legs when the
また、ロボット3が直立状態での左右の脚の足平表示情報と、ロボット3における離床直後の遊脚の足平表示情報と、修正前の遊脚の足平表示情報と、修正後の遊脚の足平表示情報と、が区別できるように線の種類や表示色を夫々変えることが好ましい。これにより、足平表示情報の混同を抑制することができる。
Also, the foot display information of the left and right legs when the
なお、本実施の形態の第2の移動可能領域は、ロボット3が直立状態で遊脚となる側の足平中心を遊脚足平基準座標としたが、遊脚足平基準座標となる位置は特に限定されず、例えば、ロボット3における離床前の遊脚の足平中心を遊脚足平基準座標としてもよい。
In the second movable region of the present embodiment, the center of the foot on the side that becomes the free leg when the
<実施の形態4>
本実施の形態では、遊脚の足平表示が自己干渉領域に干渉することにより自己干渉を推定し、遊脚の足平表示が自己干渉領域に干渉しないように当該遊脚の足平表示を修正する。
<Embodiment 4>
In this embodiment, self-interference is estimated by the foot display of the free leg interfering with the self-interference area, and the foot display of the free leg is displayed so that the foot display of the free leg does not interfere with the self-interference area. Correct it.
ここで、「自己干渉」とは、ロボット3の遊脚と支持脚、あるいは、ロボット3の膝同士など、ロボット自身に接触することである。本実施の形態では、実施の形態1乃至3で生成した遊脚の足平表示が支持脚の足平表示と干渉している場合、遊脚の足平表示が支持脚の足平表示と干渉しないように当該遊脚の足平表示を修正する。つまり、本実施の形態の自己干渉領域は、支持脚の足平表示が存在する領域であり、支持脚と遊脚との干渉に対応する。
Here, “self-interference” refers to contact with the robot itself such as the free leg and support leg of the
図15(a)は、遊脚の足平表示が支持脚の足平表示と干渉する場合の支持脚の足平表示と遊脚の足平表示との関係を示す図である。図15(b)は、遊脚の足平表示が支持脚の足平表示と干渉しないように修正した遊脚の足平表示と支持脚の足平表示との関係を示す図である。 FIG. 15A is a diagram showing the relationship between the foot display of the supporting leg and the foot display of the free leg when the foot display of the free leg interferes with the foot display of the supporting leg. FIG. 15B is a diagram illustrating the relationship between the foot display of the free leg and the foot display of the support leg, which is corrected so that the foot display of the free leg does not interfere with the foot display of the support leg.
図15(a)に示すように、遊脚の足平表示が支持脚の足平表示と干渉する場合、マスタ算出部6は、遊脚の足平表示が支持脚の足平表示と干渉しないように当該足平表示における足平中心の位置及び姿勢を修正し、修正した位置及び姿勢に基づいて生成(修正)した遊脚の足平表示を示す足平表示情報を表示部7に表示させる。
As shown in FIG. 15A, when the free leg's foot display interferes with the supporting leg's foot display, the
例えば、遊脚の足平表示を支持脚における座標系のy軸方向に移動させることで、遊脚の足平表示が支持脚の足平表示と干渉しないように当該遊脚の足平表示を修正する。但し、遊脚の足平表示を支持脚の足平表示と干渉しないように修正できればよく、例えば、遊脚の足平表示を当該遊脚における座標系のy軸方向に移動させてもよい。 For example, the foot display of the free leg is displayed so that the foot display of the free leg does not interfere with the foot display of the support leg by moving the foot display of the free leg in the y-axis direction of the coordinate system of the support leg. Correct it. However, it is only necessary to correct the foot display of the free leg so as not to interfere with the foot display of the support leg. For example, the foot display of the free leg may be moved in the y-axis direction of the coordinate system of the free leg.
これにより、ロボット3における支持脚の足平と遊脚の足平との干渉を抑制することができる。このとき、修正後の遊脚の足平表示情報に加えて、修正前の遊脚の足平表示情報を表示部7に表示してもよい。
Thereby, interference with the foot of the supporting leg and the foot of the free leg in the
<実施の形態5>
本実施の形態でも、遊脚の足平表示が自己干渉領域に干渉することにより自己干渉を推定し、遊脚の足平表示が自己干渉領域に干渉しないように当該遊脚の足平表示を修正する。
<Embodiment 5>
Also in the present embodiment, self-interference is estimated by the foot display of the free leg interfering with the self-interference area, and the foot display of the free leg is displayed so that the foot display of the free leg does not interfere with the self-interference area. Correct it.
詳細には、実施の形態1乃至4で生成した遊脚の足平表示における足平中心の位置及び姿勢に基づいてロボット3をマスタスレーブ制御する際に、支持脚の膝と遊脚の膝とが干渉(即ち、自己干渉)する場合、支持脚の膝と遊脚の膝とが干渉しないように当該遊脚の足平表示を修正する。
Specifically, when performing master-slave control of the
図16(a)は、支持脚の膝と遊脚の膝とが干渉する場合の支持脚の足平表示と遊脚の足平表示との関係を示す図である。図16(b)は、支持脚の膝と遊脚の膝とが干渉しないように修正した遊脚の足平表示と支持脚の足平表示との関係を示す図である。 FIG. 16A is a diagram illustrating the relationship between the foot display of the support leg and the foot display of the free leg when the knee of the support leg and the knee of the free leg interfere with each other. FIG. 16B is a diagram illustrating the relationship between the foot display of the free leg and the foot display of the support leg that has been corrected so that the knee of the support leg and the knee of the free leg do not interfere with each other.
図16(a)に示すように支持脚の膝と遊脚の膝とが干渉する場合、マスタ算出部6は、図16(b)に示すように支持脚の膝と遊脚の膝とが干渉しないように当該遊脚の足平表示における足平中心の位置及び姿勢を修正し、修正した位置及び姿勢に基づいて生成(修正)した遊脚の足平表示を示す足平表示情報を表示部7に表示させる。
When the supporting leg knee and the free leg knee interfere with each other as shown in FIG. 16A, the
例えば、支持脚の足平表示の前方領域(図16(a)及び図16(b)のハッチング部分)に遊脚の足平表示が干渉していると、マスタ算出部6は、支持脚の膝と遊脚の膝とが干渉していると判定し、支持脚の足平表示の前方領域に遊脚の足平表示が干渉しないように当該遊脚の足平表示を修正し、修正後の遊脚の足平表示を示す足平表示情報を表示部7に表示させる。つまり、本実施の形態の自己干渉領域は、支持脚の前方領域であり、支持脚の膝と遊脚の膝との干渉に対応する。但し、本実施の形態のロボット3は、鳥脚のように後方に膝が曲がるタイプのロボットではないため、自己干渉領域が支持脚の前方領域のみであるが、鳥脚のように後方に膝が曲がるタイプのロボットを用いる場合は、支持脚の後方領域も自己干渉領域とすればよい。
For example, if the foot display of the free leg interferes with the front area of the foot display of the support leg (the hatched portion in FIG. 16A and FIG. 16B), the
詳細には、遊脚の足平表示を支持脚における座標系のy軸方向に移動させることで、遊脚の足平表示が支持脚の足平表示の前方領域に干渉しないように当該遊脚の足平表示を修正する。但し、遊脚の足平表示が支持脚の足平表示の前方領域に干渉しないように当該遊脚の足平表示を修正できればよく、例えば、遊脚の足平表示を当該遊脚における座標系のy軸方向に移動させてもよい。 Specifically, the free leg's foot display is moved in the y-axis direction of the coordinate system of the support leg so that the free leg's foot display does not interfere with the front area of the support leg's foot display. Correct the foot display of. However, the foot display of the free leg may be corrected so that the foot display of the free leg does not interfere with the front area of the foot display of the support leg. May be moved in the y-axis direction.
これにより、ロボット3における支持脚の膝と遊脚の膝との干渉を抑制することができる。このとき、修正後の遊脚の足平表示情報に加えて、修正前の遊脚の足平表示情報を表示部7に表示してもよい。
Thereby, the interference of the knee of the supporting leg and the knee of the free leg in the
<実施の形態6>
本実施の形態では、ロボット3の周辺環境に基づいて当該ロボット3の歩行不可能領域(着床不可能領域)を判定し、実施の形態1乃至5で生成した遊脚の足平表示が歩行不可能領域と予め設定された条件で干渉している場合、遊脚の足平表示が当該条件で歩行不可能領域と干渉しないように遊脚の足平表示を修正する。
<
In the present embodiment, a non-walkable area (non-landing area) of the
先ず、歩行不可能領域である凸部の回避動作を説明する。ここで、図17は、ロボットが歩行する環境を模式的に示す図である。図18は、重畳情報を示す図である。図19は、遊脚の足平表示に設けたサンプリング点を説明するための図である。図20(a)は、遊脚の足平表示が凸部に干渉した状態の表示例を示す図である。図20(b)は、遊脚の足平表示が凸部に干渉しないように当該遊脚の足平表示を修正した状態の表示例を示す図である。図20(c)は、補間した足平軌跡を示す図である。なお、図18などでは、歩行可能領域(着床可能領域)を○で示し、凸部を●で示し、凹部を×で示している。 First, the avoidance operation of the convex portion that is an unwalkable area will be described. Here, FIG. 17 is a diagram schematically illustrating an environment in which the robot walks. FIG. 18 is a diagram showing superposition information. FIG. 19 is a diagram for explaining sampling points provided in the foot display of the free leg. FIG. 20A is a diagram illustrating a display example in a state where the foot display of the free leg interferes with the convex portion. FIG. 20B is a diagram illustrating a display example in a state where the foot display of the free leg is corrected so that the foot display of the free leg does not interfere with the convex portion. FIG. 20C shows the interpolated foot trajectory. In addition, in FIG. 18 etc., the walkable area | region (landing possible area | region) is shown by (circle), the convex part is shown by ●, and the recessed part is shown by x.
図17に示すような環境において、ロボット3に搭載されている検出部9で当該ロボット3の周辺環境を検出すると、例えば、図18に示す周辺環境画像情報及びグリッド情報を得ることができる。ここで、周辺環境画像情報とグリッド情報とは重畳されており、各々のグリッド情報が示すグリッドは基準座標系での座標を有している。そして、マスタ算出部6は、当該座標(特にz座標)に基づいて、歩行可能領域であるか、歩行不可能領域である凸部及び凹部であるか、を判定する。
In the environment as shown in FIG. 17, when the surrounding environment of the
そして、マスタ算出部6は、図19に示すように遊脚の足平表示に設けたサンプリング点が、図20(a)に示すように歩行不可能領域である凸部のグリッドに干渉していると、歩行不可能と判定する。
Then, as shown in FIG. 19, the
ちなみに、図19の例では、5×7のサンプリング点を規則的に配置しているが、サンプリング点の個数や配置は特に限定されず、少なくとも、遊脚の足平表示の周縁に沿って配置されていればよい。 Incidentally, in the example of FIG. 19, 5 × 7 sampling points are regularly arranged, but the number and arrangement of the sampling points are not particularly limited, and are arranged at least along the periphery of the free leg's foot display. It only has to be done.
マスタ算出部6は、歩行不可能と判定すると、図20(c)に示すように、遊脚の足平表示とロボット3における離床直後の遊脚の足平表示との間の足平軌跡を補間する。
When the
そして、マスタ算出部6は、図20(b)に示すように、サンプリング点が凸部のグリッドに接触した足平軌跡の一つ前(即ち、サンプリング点が凸部のグリッドに接触した足平軌跡に対して一つ離床側)の足平軌跡が遊脚の足平表示となるように当該遊脚の足平表示を修正(ひいては、推定したロボット3における遊脚の足平中心の位置及び姿勢を修正)し、修正後の遊脚の足平表示を示す足平表示情報を表示部7に表示させる。これにより、ロボット3が歩行する際に当該ロボット3の足平が凸部と接触することを抑制できる。
Then, as shown in FIG. 20B, the
このとき、表示部7には、修正後の遊脚の足平表示情報及び周辺環境情報に加えて、ロボット3における支持脚の足平表示情報、ロボット3における離床直後の遊脚の足平表示情報、及び修正前の遊脚の足平表示情報の何れかを選択的に表示してもよい。
At this time, the
また、図20(b)に示すように、サンプリング点が接触したグリッドを示すグリッド情報を他のグリッドを示すグリッド情報と区別して表示することが好ましい。これにより、操作者は足平軌跡が接触した位置を特定することができる。 Further, as shown in FIG. 20B, it is preferable to display the grid information indicating the grid touched by the sampling points separately from the grid information indicating other grids. Thereby, the operator can specify the position where the foot locus contacts.
次に、歩行不可能領域である凹部の回避動作を説明する。ここで、図21(a)は、遊脚の足平表示が凹部に干渉した状態の表示例を示す図である。図21(b)は、遊脚の足平表示が凹部に干渉しないように当該遊脚の足平表示を修正した状態の表示例を示す図である。図21(c)は、補間した足平軌跡を示す図である。 Next, the avoidance operation of the recessed portion that is an unwalkable area will be described. Here, FIG. 21A is a diagram illustrating a display example in which the foot display of the free leg interferes with the recess. FIG. 21B is a diagram illustrating a display example in a state where the foot display of the free leg is corrected so that the foot display of the free leg does not interfere with the recess. FIG. 21C shows the interpolated foot trajectory.
上述のように、図18に示すグリッド情報を得ると、マスタ算出部6は、各々のグリッド情報が示すグリッドの座標に基づいて、歩行可能領域であるか、歩行不可能領域である凸部及び凹部であるか、を判定する。
As described above, when the grid information shown in FIG. 18 is obtained, the
そして、マスタ算出部6は、遊脚の足平表示のサンプリング点が、図21(a)に示すように歩行不可能領域である凹部のグリッドに予め設定された条件で干渉していると、歩行不可能と判定する。ここで、「予め設定された条件」としては、足平中心が歩行不可能領域に配置されている場合、又は予め設定された個数のサンプリング点が歩行不可能領域に配置された場合などを設定することができる。 Then, when the sampling point of the foot display of the free leg interferes with the grid of the concave portion that is a non-walkable area as shown in FIG. It is determined that walking is impossible. Here, the “preset condition” is set when the center of the foot is arranged in the non-walking area or when a preset number of sampling points are arranged in the non-walking area. can do.
マスタ算出部6は、歩行不可能と判定すると、図21(c)に示すように、遊脚の足平表示とロボット3における離床直後の遊脚の足平表示との間の足平軌跡を補間する。
When the
そして、マスタ算出部6は、図21(b)に示すように、遊脚の足平表示のサンプリング点が凹部のグリッドに予め設定された条件で干渉した足平軌跡の一つ前の足平軌跡が遊脚の足平表示となるように当該遊脚の足平表示を修正(ひいては、推定したロボット3における遊脚の足平中心の位置及び姿勢を修正)し、修正後の遊脚の足平表示を示す足平表示情報を表示部7に表示させる。これにより、ロボット3が歩行する際に当該ロボット3の足平が凹部に着床することを抑制できる。
Then, as shown in FIG. 21 (b), the
このとき、表示部7には、修正後の遊脚の足平表示情報及び周辺環境情報に加えて、ロボット3における支持脚の足平表示情報、ロボット3における離床直後の遊脚の足平表示情報、及び修正前の遊脚の足平表示情報の何れかを選択的に表示してもよい。また、図21(b)に示すように、凹部にはみ出したサンプリング点を表示することが好ましい。これにより、操作者は凹部への足平のはみ出し具合を視認することができる。
At this time, the
<実施の形態7>
実施の形態1乃至6の表示情報に加えて、ロボット3の腰の姿勢(即ち、z軸回りの回転角度)を示す姿勢情報及び目標ZMPの位置を示す位置情報を表示部7に表示することが好ましい。ここで、図22は、操作者における左脚の足平に作用する荷重と右脚の足平に作用する荷重とを模式的に示す図である。図23は、ロボットの腰の姿勢及び目標ZMPの位置の表示例を示す図である。
<
In addition to the display information of the first to sixth embodiments, the posture information indicating the waist posture of the robot 3 (that is, the rotation angle around the z axis) and the position information indicating the position of the target ZMP are displayed on the
マスタ算出部6は、予め設定されている操作者における左脚の足平に作用する荷重と右脚の足平に作用する荷重との比率とロボット3の腰の姿勢及び目標ZMPの位置との関係と、検出した操作者における左脚の足平に作用する荷重と右脚の足平に作用する荷重との比率と、に基づいて、ロボット3の腰の姿勢及び目標ZMPの位置を推定(算出)し、推定したロボット3の腰の姿勢を示す姿勢情報及び目標ZMPの位置を示す位置情報を表示部7に表示させる。
The
詳細には、マスタ算出部6は、操作者における左脚の足平に作用する荷重と右脚の足平に作用する荷重とが等しい場合、ロボット3の腰の姿勢は当該ロボット3の左脚の向きと右脚の向きとの中間の向きに向き、目標ZMPは左右の足平の足平中心を結ぶ線の中央に配置されていると推定する。
Specifically, the
そして、マスタ算出部6は、図22に示すように操作者における左脚の足平に作用する荷重に対して右脚の足平に作用する荷重が大きくなるに従って、図23に示すようにロボット3の腰の姿勢が右脚の向いている方向に近付き、目標ZMPが左右の脚の足平中心を結ぶ線上で右側に移動するように、ロボット3の腰の姿勢及び目標ZMPの位置を推定する。
Then, as shown in FIG. 23, the
また、マスタ算出部6は、操作者における右脚の足平に作用する荷重に対して左脚の足平に作用する荷重が大きくなるに従って、ロボット3の腰の姿勢が左脚の向いている方向に近付き、目標ZMPの位置が左右の脚の足平中心を結ぶ線上で左側に移動するように、ロボット3の腰の姿勢及び目標ZMPの位置を推定する。
Further, the
これにより、操作者は、支持脚の足平表示と遊脚の足平表示との関係でのロボット3の腰の姿勢及び目標ZMPの位置を視認することができる。
Thereby, the operator can visually recognize the posture of the waist of the
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。 The embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above, and can be changed without departing from the technical idea of the present invention.
例えば、実施の形態1乃至7を組み合わせて実施することができる。
For example,
例えば、実施の形態1乃至7では、操作者における脚の足平中心及びロボット3の脚の足平中心を基準として足平表示を生成しているが、基準位置は特に限定されず、足先でもよい。
For example, in
例えば、実施の形態1乃至7では、スレーブとしてロボット3を用いたが、画像内で2足歩行するキャラクタ(例えば、仮想のロボット)がスレーブであってもよい。この場合、キャラクタの周辺環境情報としては、予め設定されているキャラクタの周辺環境を示す周辺環境情報を用いればよい。
For example, in
例えば、実施の形態1乃至7では、マスタ算出部6が、推定した支持脚の足平と遊脚の足平との相対位置及び相対姿勢で当該遊脚が着床したときの足平表示を生成し、生成した遊脚の足平表示を示す足平表示情報を、ロボット3に搭載されている検出部9が検出した当該ロボット3の周辺環境を示す周辺環境情報に重畳しているが、この限りでない。表示部7が、推定した支持脚の足平と遊脚の足平との相対位置及び相対姿勢で当該遊脚が着床したときの足平表示を生成し、生成した遊脚の足平表示を示す足平表示情報を、ロボット3に搭載されている検出部9が検出した当該ロボット3の周辺環境を示す周辺環境情報に重畳してもよい。
For example, in
例えば、第1の検出部のモーションキャプチャ方式として、光学式モーションキャプチャを利用する例を説明したが、機械式又は磁気式等の他のモーションキャプチャ方式を利用するようにしてもよい。 For example, as an example of using the optical motion capture as the motion capture method of the first detection unit, another motion capture method such as a mechanical method or a magnetic method may be used.
例えば、第2の検出部は、例えば、操作者が力センサを備えた靴を履くことで、操作者の右脚及び左脚のそれぞれから力センサに加えられる力を、右脚及び左脚にそれぞれ作用する荷重として検出するようにしてもよい。そして、右脚及び左脚の力センサのそれぞれは、検出した力を示す荷重情報を生成してマスタ算出部6に出力するようにすればよい。
For example, the second detection unit, for example, applies the force applied to the force sensor from each of the right leg and the left leg of the operator to the right leg and the left leg by the operator wearing shoes equipped with the force sensor. You may make it detect as a load which each acts. Then, each of the right leg and left leg force sensors may generate load information indicating the detected force and output the load information to the
例えば、マスタ算出部6とスレーブ算出部10との間の通信の形式も、有線・無線を問わない。すなわち、マスタ算出部6及びロボット3のそれぞれは、有線及び無線のうち、採用した通信方式に応じた通信モジュールを備え、その通信モジュールを介して通信を行うこととなるが、その実現方法は一般的であるため、説明を省略する。
For example, the form of communication between the
1 遠隔制御システム
2 マスタ装置
3 2足歩行ロボット(ロボット)
4 第1の検出部、4a モーションキャプチャ装置
5 第2の検出部、5a フォースプレート
6 マスタ算出部
7 表示部
8 マーカー
9 検出部
10 スレーブ算出部
1
4 First detection unit, 4a Motion capture device 5 Second detection unit,
Claims (9)
前記操作者における支持脚の足平に対する遊脚の足平の位置及び姿勢を検出する第1の検出部と、
前記第1の検出部の検出情報により検出された、前記操作者における支持脚の足平に対する遊脚の足平の位置及び姿勢に対応する、前記ロボットにおける支持脚の足平に対する遊脚の足平の位置及び姿勢を推定する推定部と、
前記推定部により推定した、前記ロボットにおける支持脚の足平に対する遊脚の足平の位置及び姿勢に基づいて、前記ロボットの遊脚の足平を表す遊脚足平表示を生成し、当該遊脚足平表示を示す遊脚足平表示情報と前記ロボットの周辺環境情報とを重畳した重畳情報を、前記ロボットにおいて遊脚の足平がそれらの位置及び姿勢に至る時点よりも先行して、表示する表示部と、
を備える、遠隔制御システム。 A remote control system in which a real or virtual robot performs a biped walking operation following a biped walking operation after a predetermined delay in accordance with the biped walking operation of an operator,
A first detection unit for detecting a position and posture of a foot of a free leg with respect to a foot of a support leg in the operator;
The leg of the free leg with respect to the foot of the support leg in the robot corresponding to the position and posture of the foot of the free leg with respect to the foot of the support leg of the operator detected by the detection information of the first detection unit. An estimation unit for estimating the position and orientation of the plane;
Based on the position and posture of the free leg's foot with respect to the foot of the supporting leg in the robot estimated by the estimating unit, a free leg foot display representing the free leg's foot of the robot is generated, The superimposed information obtained by superimposing the free leg foot display information indicating the leg foot display and the surrounding environment information of the robot is preceded by the time when the foot of the free leg reaches their position and posture in the robot, A display unit to display;
A remote control system comprising:
前記推定部は、前記右脚の足平に作用する荷重と前記左脚の足平に作用する荷重との比率に基づいて、前記ロボットの腰の姿勢及び目標ZMPの位置を推定し、
前記表示部は、前記ロボットの腰の姿勢を示す姿勢情報及び目標ZMPの位置を示す位置情報を表示する、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の遠隔制御システム。 A second detection unit for detecting a load acting on the right leg foot and a load acting on the left leg foot of the operator, respectively;
The estimating unit estimates a posture of the waist of the robot and a position of a target ZMP based on a ratio of a load acting on the right leg foot and a load acting on the left leg foot;
The remote control system according to claim 1, wherein the display unit displays posture information indicating a posture of the waist of the robot and position information indicating a position of a target ZMP.
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