JP7351539B2 - 操作者の動きに基づいてロボットの動きを制御するためのプログラム、方法、およびシステム - Google Patents

操作者の動きに基づいてロボットの動きを制御するためのプログラム、方法、およびシステム Download PDF

Info

Publication number
JP7351539B2
JP7351539B2 JP2021148665A JP2021148665A JP7351539B2 JP 7351539 B2 JP7351539 B2 JP 7351539B2 JP 2021148665 A JP2021148665 A JP 2021148665A JP 2021148665 A JP2021148665 A JP 2021148665A JP 7351539 B2 JP7351539 B2 JP 7351539B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
operator
robot
angle
joint
parameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021148665A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2023041345A (ja
Inventor
達也 關
昌宏 粕谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MELTIN MMI CO., LTD.
Original Assignee
MELTIN MMI CO., LTD.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MELTIN MMI CO., LTD. filed Critical MELTIN MMI CO., LTD.
Priority to JP2021148665A priority Critical patent/JP7351539B2/ja
Priority to PCT/JP2022/034073 priority patent/WO2023038134A1/ja
Publication of JP2023041345A publication Critical patent/JP2023041345A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7351539B2 publication Critical patent/JP7351539B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J3/00—Manipulators of master-slave type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements

Description

本開示は、操作者の動きに基づいてロボットの動きを制御するためのプログラム、方法、およびシステムに関する。
従来、人間の操作者の動きに従って遠隔のロボットを動かす方法が知られている。例えば、特許文献１には、トレース対象の動きを捕らえるセンサと、センサからの信号に基づき変位するアクチュエータとを有し、アクチュエータを変位させてトレース対象に対応する動作を行うことを特徴とするロボットハンドが開示されている。
特開２０１２－２１３８１８号公報
人間の身体形状および可動領域には、個人差がある。さらに、ロボットの寸法および構造は、人間の寸法および構造と必ずしも一致していない。そのため、人間の動きを捕らえるセンサからの信号に基づき、ロボットのアクチュエータを動かすことによって人間の動きに対応する動作をさせたとしても、人間の個人差、および人間とロボットとの間の差異に起因して、操作者が目標とする姿勢にロボットを動かすことができないことがある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、操作者の動きに対応してロボットを操作させる場合に、目標とする姿勢（動きの最終的な形態）に向かってロボットを確実に動かすことができるようなプログラム、方法、およびシステムを提供することを目的とする。
本発明は、例えば以下を提供する。
（項目１）
操作者の動きに基づいてロボットの動きを制御するためのプログラムであって、前記プログラムは、プロセッサ部を備えるコンピュータシステムにおいて実行され、前記プログラムは、
操作者パラメータの値を取得することと、
前記ロボットの目標姿勢および前記目標姿勢に向かう軌道を設定することと、
前記操作者パラメータの値に対応する前記ロボットの前記軌道上の姿勢を決定することと、
前記決定された姿勢に向かって前記ロボットを動かす制御信号を出力することと
を含む処理を前記プロセッサ部に行わせる、プログラム。
（項目２）
前記処理は、前記操作者パラメータの値が閾値以上であるか否かを判定することをさらに含み、
前記姿勢を決定することは、前記操作者パラメータの値が前記閾値以上である場合に行われる、上記項目に記載のプログラム。
（項目３）
前記姿勢を決定することは、前記ロボットの動きが前記操作者の動きに対して先行するように前記姿勢を決定すること、および／または前記ロボットの動きが前記操作者の動きに対して後行するように前記姿勢を決定することを含む、上記項目のいずれかに記載のプログラム。
（項目４）
前記操作者パラメータは、前記操作者の第１の部分に関する第１の操作者パラメータと、前記操作者の第２の部分に関する第２の操作者パラメータとを含み、
前記軌道は、前記操作者の前記第１の部分に対応する前記ロボットの第１の部分に関する第１のロボットパラメータの値と、前記操作者の前記第２の部分に対応する前記ロボットの第２の部分に関する第２のロボットパラメータの値との変化に対応し、前記変化において、前記第１のロボットパラメータの値と前記第２のロボットパラメータの値との比率が、所定の比率を満たす、上記項目のいずれかに記載のプログラム。
（項目５）
前記処理は、前記第１の操作者パラメータの値が第１の閾値以上であるか否か、および前記第２の操作者パラメータの値が第２の閾値以上であるか否かを判定することをさらに含み、
前記姿勢を決定することは、前記第１の操作者パラメータの値が前記第１の閾値以上であり、かつ、前記第２の操作者パラメータの値が前記第２の閾値以上である場合に行われる、上記項目のいずれかに記載のプログラム。
（項目６）
前記第１の閾値は、前記第２の操作者パラメータの値に依存し、
前記第２の閾値は、前記第１の操作者パラメータの値に依存する、上記項目のいずれかに記載のプログラム。
（項目７）
前記操作者パラメータは、前記操作者の第３の部分に関する第３の操作者パラメータをさらに含み、
前記処理は、前記第１の操作者パラメータの値が第１の閾値以上であるか否か、および前記第２の操作者パラメータと前記第３の操作者パラメータとから求まる値が第２の閾値以上であるか否かを判定することをさらに含み、
前記姿勢を決定することは、前記第１の操作者パラメータの値が前記第１の閾値以上であり、かつ、前記第２の操作者パラメータと前記第３の操作者パラメータとから求まる前記値が前記第２の閾値以上である場合に行われる、上記項目のいずれかに記載のプログラム。
（項目８）
前記姿勢を決定することは、
（１）少なくとも前記第１の操作者パラメータと前記第２の操作者パラメータとを変数する第１の関数によって、前記第１のロボットパラメータの値を決定することと、
（２）少なくとも前記第１の操作者パラメータと前記第２の操作者パラメータとを変数とする第２の関数によって、前記第２のロボットパラメータの値を決定することと
を含む、上記項目のいずれかに記載のプログラム。
（項目９）
前記第１の関数および前記第２の関数は、前記ロボットの動きを前記操作者の動きに対して先行させるような前記第１のロボットパラメータの値および前記第２のロボットパラメータの値、ならびに／または前記ロボットの動きを前記操作者の動きに対して後行させるような前記第１のロボットパラメータの値および前記第２のロボットパラメータの値を決定する関数である、上記項目のいずれかに記載のプログラム。
（項目１０）
前記第１の操作者パラメータは、前記操作者の第１の関節の角度であり、
前記第２の操作者パラメータは、前記操作者の第２の関節の角度であり、
前記第１のロボットパラメータは、前記ロボットの前記第１の部分の角度であり、
前記第２のロボットパラメータは、前記ロボットの前記第２の部分の角度である、上記項目のいずれかに記載のプログラム。
（項目１１）
前記第１の操作者パラメータは、前記操作者の手指のＭＰ関節の屈曲角度であり、
前記第２の操作者パラメータは、前記操作者の前記手指のＰＩＰ関節の角度、ＤＩＰ関節の角度、またはＩＰ関節の角度であり、
前記第１のロボットパラメータは、前記ロボットの前記第１の部分の角度であり、
前記第２のロボットパラメータは、前記ロボットの前記第２の部分の角度である、上記項目のいずれかに記載のプログラム。
（項目１２）
前記第１の操作者パラメータは、前記操作者の第１の関節の第１の方向の角度であり、
前記第２の操作者パラメータは、前記操作者の第２の関節の角度であり、
前記第１のロボットパラメータは、前記ロボットの前記第１の部分の第１の方向の角度であり、
前記第２のロボットパラメータは、前記ロボットの前記第２の部分の角度であり、
前記操作者パラメータは、前記操作者の前記第１の関節の第２の方向の角度をさらに含み、
前記姿勢を決定することは、
（３）少なくとも前記操作者の前記第１の関節の前記第１の方向の角度と前記操作者の前記第２の関節の角度とを変数とする第３の関数によって、前記ロボットの前記第１の部分の前記第１の方向の角度を決定することと、
（４）少なくとも前記操作者の前記第１の関節の前記第１の方向の角度と前記操作者の前記第２の関節の角度とを変数とする第４の関数によって、前記ロボットの前記第２の部分の角度を決定することと、
（５）少なくとも前記操作者の前記第１の関節の前記第１の方向の角度と前記操作者の前記第１の関節の前記第２の方向の角度とを変数とする第５の関数によって、前記操作者の前記第１の関節の前記第２の方向に対応する前記ロボットの前記第１の部分の第２の方向の角度を決定することと
を含む、上記項目のいずれかに記載のプログラム。
（項目１３）
前記姿勢を決定することは、前記第１の関節の前記第１の方向の角度が第３の閾値以上であるか否かを判定することをさらに含み、
（６）前記第１の関節の前記第１の方向の角度が前記第３の閾値未満である場合、（５）が行われ、
（７）前記第１の関節の前記第１の方向の角度が前記第３の閾値以上である場合、前記ロボットの前記第１の部分の前記第２の方向の角度が一定の値に決定される、上記項目のいずれかに記載のプログラム。
（項目１４）
前記操作者の前記第１の関節は、前記操作者の拇指以外の手指のＭＰ関節であり、
前記操作者の前記第２の関節は、前記操作者の前記手指のＰＩＰ関節またはＤＩＰ関節であり、
前記第１の関節の前記第１の方向の角度は、前記ＭＰ関節の屈曲角度であり、
前記第１の関節の前記第２の方向の角度は、前記ＭＰ関節の外転角度である、上記項目のいずれかに記載のプログラム。
（項目１５）
前記第１の操作者パラメータは、前記操作者の第１の関節の角度であり、
前記第２の操作者パラメータは、前記操作者の第２の関節の角度であり、
前記第１のロボットパラメータは、前記ロボットの前記第１の部分の角度であり、
前記第２のロボットパラメータは、前記ロボットの前記第２の部分の角度であり、
前記操作者パラメータは、前記操作者の第４の関節のパラメータをさらに含み、
前記姿勢を決定することは、
（８）少なくとも前記操作者の前記第１の関節の角度と前記操作者の前記第２の関節の角度とを変数とする第６の関数によって、前記ロボットの前記第１の部分の角度を決定することと、
（９）少なくとも前記操作者の前記第１の関節の角度と前記操作者の前記第２の関節の角度とを変数とする第７の関数によって、前記ロボットの前記第２の部分の角度を決定することと、
（１０）前記操作者の前記第４の関節のパラメータに基づいて、前記操作者の前記第４の関節の第１の方向の角度成分と前記第４の関節の第２の方向の角度成分とを決定することと、
（１１）少なくとも前記操作者の前記第１の関節の角度と前記操作者の前記第４の関節の前記第１の方向の角度成分とを変数とする第８の関数によって、前記操作者の前記第４の関節の前記第１の方向の角度成分に対応する前記ロボットの前記第４の部分の第１の方向の角度を決定することと
をさらに含む、上記項目のいずれかに記載のプログラム。
（項目１６）
前記姿勢を決定することは、前記操作者の前記第１の関節の角度が第４の閾値以上であるか否か、および前記操作者の前記第４の関節の前記第１の方向の角度成分が第５の閾値以上であるか否かを判定することをさらに含み、
（１２）前記操作者の前記第１の関節の角度が前記第４の閾値未満であるか、または前記操作者の前記第４の関節の前記第１の方向の角度成分が前記第５の閾値未満である場合、（１１）が行われ、
（１３）前記操作者の前記第１の関節の角度が前記第４の閾値以上であり、かつ前記操作者の前記第４の関節の前記第１の方向の角度成分が前記第５の閾値以上である場合、前記ロボットの前記第４の部分の前記第１の方向の角度が一定の値に決定される、上記項目のいずれかに記載のプログラム。
（項目１７）
前記操作者の前記第４の関節は、前記操作者の手の拇指のＣＭ関節であり、
前記第４の関節の第１の方向の角度成分は、前記ＣＭ関節の対立角度であり、
前記第４の関節の第２の方向の角度成分は、前記ＣＭ関節の屈曲角度である、上記項目のいずれかに記載のプログラム。
（項目１８）
前記目標姿勢は、手指のつまみ姿勢である、上記項目のいずれかに記載のプログラム。
（項目１９）
操作者の動きに基づいてロボットの動きを制御するための方法であって、前記方法は、
操作者パラメータの値を取得することと、
前記ロボットの目標姿勢および前記目標姿勢に向かう軌道を設定することと、
前記操作者パラメータの値に対応する前記ロボットの前記軌道上の姿勢を決定することと、
前記決定された姿勢に向かって前記ロボットを動かす制御信号を出力することと
を含む、方法。
（項目２０）
操作者の動きに基づいてロボットの動きを制御する制御信号を生成するためのシステムであって、前記システムは、
操作者パラメータの値を受信する受信部と、
前記ロボットの目標姿勢および前記目標姿勢に向かう軌道を設定する設定手段と、
前記操作者パラメータの値に対応する前記ロボットの前記軌道上の姿勢を決定する姿勢決定手段と、
前記姿勢に向かって前記ロボットを動かす制御信号を生成する制御信号生成手段と、
前記制御信号を出力する出力部と
を備える、システム。
（項目２１）
操作者の動きに基づいてロボットの動きを制御するためのシステムであって、前記システムは、
前記操作者の動きを測定する測定器具と、
上記項目のいずれかに記載のプログラムを実行するように構成されたコンピュータ装置と、
前記ロボットと
を備える、システム。
本発明によれば、操作者の動きに基づいてロボットの動きを制御するためのプログラム、方法、システム等を提供することができ、これにより、操作者間の差異および操作者とロボットの間の差異によらず目標とする姿勢に向かってロボットを確実に動かすことができる。
図１は、操作者の動きに基づいてロボットの動きを制御するためのシステム１０の構成の一例を示す。 図２Ａは、本開示に係るコンピュータ装置２００の構成の一例を示す。 図２Ｂは、本開示に係るコンピュータ装置２００’の構成の一例を示す。 図３Ａは、ロボットの軌道上の姿勢を決定する例示的方法を示す。 図３Ｂは、操作者の動きに対するロボットの動きの先行度の設定の一例を示す図である。 図３Ｃは、ロボットパラメータの値が操作者の動きに対してロボットの動きを先行させるように決定される場合における操作者とロボットとの姿勢の比較の一例を示す。 図４は、複数の目標姿勢および軌道が設定された場合のロボットの例示的姿勢決定方法を示す。 図５は、操作者パラメータの値が閾値以上であるか否かを判定することを含むロボットの例示的姿勢決定方法を示す。 図６は、本開示に係るコンピュータ装置２００によって行われる処理６００の一例を示すフローチャートである。 図７は、本開示に係るコンピュータ装置２００’によって行われる処理７００の一例を示すフローチャートである。 図８は、人間の手の骨格および姿勢の概略図である。 図９Ａは、本開示に係る処理により動きを制御されるロボットを示す。 図９Ｂは、操作者の姿勢とロボットの姿勢との対応を示す。 図１０は、操作者の手指の動きに基づいてロボットにつまみ動作を行わせるための処理１０００の一例を示すフローチャートである。 図１１は、操作者の手指の動きに基づいてロボットにつまみ動作を行わせるための処理１１００の一例を示すフローチャートである。 図１２は、操作者の手指の動きに基づいてロボットにつまみ動作を行わせるための処理１２００の一例を示すフローチャートである。 図１３は、操作者の手指の拇指のＣＭ関節の対立角度成分と屈曲角度成分とを決定するための例示的方法を示す。
以下、本発明を説明する。本明細書において使用される用語は、特に言及しない限り、当該分野で通常用いられる意味で用いられることが理解されるべきである。したがって、他に定義されない限り、本明細書中で使用される全ての専門用語および科学技術用語は、本発明の属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾する場合、本明細書（定義を含めて）が優先する。
（用語の定義）
本明細書において、「操作者」とは、ロボットを動かすための入力を提供する人物を意味する。
本明細書において、操作者またはロボットの「部位」とは、操作者またはロボット全体のうちの一領域を指す。操作者の部位は、例えば、操作者の手指、手、腕、頭、首、腰、脚、上半身、および下半身等を含み、ロボットの部位は、操作者の部位に対応する部位を含む。本明細書において、操作者またはロボットの「部分」とは、操作者またはロボットの部位を構成する一部分を指す。例えば、操作者の部位が手指である場合、操作者の部分は、末節骨、遠位指節間関節、中節骨、近位指節間関節、基節骨、中手指節関節、手根中手関節等を含む。
本明細書において、一方の動きに対して他方の動きが「先行する」とは、同時刻において、一方が将来行うことが予想される動きを他方が行うことを指す。例えば、関節の屈曲運動において、一方の動きに対して他方の動きが先行するということは、関節の伸展状態の角度を０度とした場合、一方の関節角度が３０度であるときに、他方の関節角度が３０度より大きい角度（例えば、３５度、４０度、４５度等）をとることを指す。一方、関節の伸展運動において、一方の動きに対して他方の動きが先行するということは、関節の伸展状態の角度を０度とした場合、一方の関節角度が３０度であるときに、他方の関節角度が３０度より小さい角度（例えば、２５度、２０度、１５度等）をとることを指す。また、本明細書において、一方の動きに対して他方が先行する動きを行っているときのある時刻における他方の姿勢は、一方の姿勢に対して「先行する」姿勢であると称される。
本明細書において、一方の動きに対して他方の動きが「後行する」とは、同時刻において、一方が過去に行った動きを他方の動きが行うことを指す。例えば、関節の屈曲運動において、一方の動きに対して他方の動きが後行するということは、関節の伸展状態の角度を０度とした場合、一方の関節角度が３０度であるときに、他方の関節角度が３０度より小さい角度（例えば、２５度、２０度、１５度等）をとることを指す。一方、関節の伸展運動において、一方の動きに対して他方の動きが後行するということは、関節の伸展状態の角度を０度とした場合、一方の関節角度が３０度であるときに、他方の関節角度が３０度より大きい角度（例えば、３５度、４０度、４５度等）をとることを指す。また、本明細書において、一方の動きに対して他方が後行する動きを行っているときのある時刻における他方の姿勢は、一方の姿勢に対して「後行する」姿勢であると称される。
本明細書において、「約」とは、後に続く数値の±１０％を意味する。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
（本システムの構成）
図１は、操作者の動きに基づいてロボットの動きを制御するためのシステム１０の構成の一例を示す。
システム１０は、操作者の動きを測定する測定機器１００と、コンピュータ装置２００と、ロボット３００とを備えている。システム１０では、測定機器１００から取得された操作者の動きに関する情報に基づいて、コンピュータ装置２００が、ロボット３００を動かす制御信号を生成する。そして、コンピュータ装置２００は、生成した制御信号をロボット３００に出力し、それによってロボット３００が動く。
測定機器１００は、ロボット３００に伝達すべき動きを行う操作者の部位（以下では「動作部位」ともいう）に取り付けられるように構成されている。測定機器１００は、操作者の動作部位に取り付けられることが可能であり、かつ操作者の動きに関する情報を測定することが可能な任意の器具であり得る。測定機器１００は、例えば、１つ以上のセンサ（例えば、加速度計、ジャイロセンサ、慣性測定ユニット、角度計、磁気センサ、ひずみゲージ、曲げセンサ等）であり、各々のセンサが操作者に直接取り付けられ得る。別の例では、測定機器１００は、１つ以上のセンサを備える操作者に装着可能なウェアラブルデバイス（例えば、データグローブ、データスーツ等）であり得る。好ましくは、操作者による制約の少ない動きを可能にし、かつ、正確な情報を取得するために操作者に密着して装着され得るように、測定機器１００は、複数の小型のセンサを備えるウェアラブルデバイスであることが好ましい。
図１に示される例では、測定機器１００としてデータグローブが示されている。
動作部位は、操作者の身体の任意の部位であり得る。動作部位は、例えば、手指、手、腕、肩、脚、膝、足首、腰、上半身、下半身、全身等であり得る。しかしながら、本発明の測定機器は、各関節が連携して動く手指の動きに対して特に好ましい。
図１に示される例では、動作部位として、手指が示されている。
操作者の動きに関する情報は、操作者の動作部位に関する任意の情報であり得る。操作者の動きに関する情報は、例えば、動作部位の角度、向き、長さ、太さ、面積、体積、座標、位置、速度（角速度）、加速度（角加速度）、複数の部位間の相対的位置、反力等を含み得る。操作者の動きに関する情報は、例えば、操作者の動作部位の長さ、大きさ、太さ、面積、体積等の動作中不変の値であってもよいし、操作者の動作部位の向き、位置、座標、角度、速度、加速度、筋肉の伸び等、操作者の動きにしたがって変化するパラメータ（以下では「操作者パラメータ」ともいう）であってもよい。なお、操作者の動きに関する情報は、後述される軌道上の姿勢の決定を適切に行うために、操作者パラメータを少なくとも１つ含むことが好ましい。
測定機器１００によって測定された操作者の動きに関する情報は、コンピュータ装置２００に送信される。コンピュータ装置２００は、測定機器１００から操作者の動きに関する情報を受信することと、受信された操作者の動きに関する情報に基づいてロボット３００を動かす制御信号を生成することと、生成された制御信号を出力することとが可能な任意の手段であり得る。コンピュータ装置２００は、例えば、専用のコンピュータ装置であってもよいし、汎用のコンピュータ装置であってもよい。コンピュータ装置２００は、例えば、デスクトップ型、ラップトップ型、タブレット型、スマートフォン型等のコンピュータ装置であってもよい。コンピュータ装置２００は、例えば、測定機器１００および／またはロボット３００に有線で接続されてもよいし、無線で接続されてもよい。例えば、測定機器１００とコンピュータ装置２００とは、ネットワーク（例えば、インターネット、ＬＡＮ等）を介して接続され得る。さらに、コンピュータ装置２００は、例えば、測定機器１００と別個のコンピュータ装置として実装されてもよいし、測定機器１００内に搭載されてもよい。
図１に示される例では、コンピュータ装置２００は、ラップトップ型のコンピュータ装置として示されている。
コンピュータ装置２００によって生成された制御信号は、ロボット３００に送信され得る。ロボット３００は、コンピュータ装置２００によって生成された制御信号に基づいて動き得る任意のロボットであり得る。好ましくは、ロボット３００は、操作者の動作部位に対応する部位を有し得る。例えば、操作者の動作部位が手指である場合、ロボット３００は、操作者の手指に対応する部位を有し得る。もっとも、操作者の動作部位に対応するロボット３００の部位は、必ずしも操作者の動作部位と同一の形状および構造（例えば、部位の長さ、太さ、厚さ、関節の数、関節の自由度等）である必要はなく、ロボット３００が所望される動きを実施し得る限り、操作者の動作部位の形状および構造と異なっていてもよい。ロボット３００の部位が対応する操作者の部位と同一の形状および構造を有している場合、ロボット３００は、操作者の動きを忠実に再現することができる。一方、ロボット３００の部位が、所望される動きを実現するための最小限の形状および構造を有している場合、ロボット３００の動きを決定するための計算量を低減させてロボット３００の反応が遅延することを防止することができる。
図１に示される例では、ロボット３００は、人間の手指と同様の形状および構造を有するロボットハンドとして示されている。
図２Ａは、コンピュータ装置２００の構成の一例を示す。
コンピュータ装置２００は、測定器具１００およびロボット３００に接続されている。コンピュータ装置２００は、受信部２１０と、プロセッサ部２２０と、メモリ部２３０と、出力部２４０とを備える。
受信部２１０は、コンピュータ装置２００の外部から信号を受信することが可能であるように構成されている。受信部２１０は、コンピュータ装置２００の外部から無線または有線で信号を受信する。受信部２１０は、例えば、Ｗｉ－ｆｉ等の無線ＬＡＮを利用して信号を受信してもよい。受信部２１０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離無線通信等を利用して信号を受信してもよい。受信部２１０は、例えば、測定機器１００によって測定された操作者の動きに関する情報を表す信号を測定機器１００から受信する。受信部２１０は、例えば、ユーザによる入力を受信する。受信部２１０は、受信された信号をプロセッサ部２２０に渡し、プロセッサ２２０は、これを取得する。
プロセッサ部２２０は、コンピュータ装置２００全体の動作を制御する。プロセッサ部２２０は、メモリ部２３０に格納されているプログラムを読み出し、そのプログラムを実行する。これにより、コンピュータ装置２００を所望のステップを実行するコンピュータ装置として機能させることが可能である。
メモリ部２３０には、処理の実行に必要とされるプログラムおよびそのプログラムの実行に必要とされるデータ等が格納されている。例えば、メモリ部２３０には、操作者の動きからロボット３００の動きを生成するための処理（例えば、図６、図７を参照して後述される処理）を実現するためのプログラムが格納され得る。ここで、プログラムをどのようにしてメモリ部２３０に格納するかは問わない。例えば、プログラムは、メモリ部２３０にプリインストールされていてもよい。あるいは、プログラムは、ネットワークを経由してダウンロードされることによってメモリ部２３０にインストールされるようにしてもよいし、光ディスクやＵＳＢ等の記憶媒体を介してメモリ部２３０にインストールされるようにしてもよい。
出力部２４０は、コンピュータ装置２００の外部に信号を出力することが可能であるように構成されている。出力部２４０は、ロボット３００へ信号を出力することが可能である。出力部２４０が信号をどのように出力するかは問わない。出力部２４０は、例えば、コンピュータ装置２００の外部に有線で信号を送信してもよいし、無線で送信してもよい。例えば、出力部２４０は、信号の出力先のロボット３００によって取り扱い可能な形式に変換して、または、信号の出力先のロボット３００によって取り扱い可能な応答速度に調整して信号を送信し得る。
プロセッサ部２２０は、設定手段２２１と、姿勢決定手段２２２と、制御信号生成手段２２３とを備える。
設定手段２２１は、ロボット３００の目標姿勢およびその目標姿勢に向かう軌道を設定するように構成されている。
目標姿勢は、ロボット３００が動作の結果、到達することを所望される姿勢であり得る。目標姿勢は、例えば、手指のつまみ姿勢、手指の握り姿勢、手指の伸展姿勢、腕を広げた姿勢、腕を組む姿勢、腕を上方に上げた姿勢、腕を下方に下げた姿勢、膝の屈曲姿勢、膝の伸展姿勢、脚を踏み出す姿勢、脚を蹴り上げた姿勢、上半身の前屈姿勢等、上半身をそらせた姿勢であり得る。目標姿勢は、ロボット３００が目標姿勢に到達したときのロボット３００のある部分に関する１つ以上のパラメータ（以下では「ロボットパラメータ」ともいう）の値に対応し得る。ロボットパラメータは、例えば、ロボット３００のある部分の角度、位置、座標、向き等であり得る。目標姿勢は、ロボット３００の単一の部位の単一の部分に関するロボットパラメータの値に対応していてもよいし（例えば、目標姿勢が膝の屈曲姿勢である場合、目標姿勢は人間の膝に対応するロボット３００の部分の角度により規定され得る）、ロボット３００の単一の部位の複数の部分に関するロボットパラメータの値に対応していてもよいし（例えば、目標姿勢が腕を広げた姿勢である場合、目標姿勢は、少なくとも人間の腕の肘関節に対応するロボット３００の第１の部分の角度と、人間の腕の肩関節に対応するロボット３００の第２の部分の角度とにより規定され得る）、ロボット３００の複数の部位に関するロボットパラメータの値に対応していてもよい（例えば、目標姿勢が手指のつまみ姿勢である場合、目標姿勢は、少なくとも、人間の示指に対応するロボット３００の第１の部位の複数の部分の角度と、人間の拇指に対応するロボット３００の第２の部位の複数の部分の角度とにより規定され得る）。測定機器１００とコンピュータ装置２００との間のデータ通信の遅延を防止するために、かつ／または後述する姿勢決定における計算量を低減させるために、目標姿勢は、可能な限り少数の部分（例えば、１～５つの部分）に関する少数のロボットパラメータ（例えば、１～５つ）の値に対応していることが好ましい。
目標姿勢に向かう軌道は、ロボット３００の部位が目標姿勢に到達するまでに通る軌道であり得る。軌道は、ロボット３００の１つ以上の部分に関する１つ以上のロボットパラメータの変化に対応し得る。軌道は、例えば、目標姿勢に到達するために動かされるロボット３００の単一の部位の単一の部分に関するロボットパラメータの変化に対応していてもよいし、ロボット３００の単一の部位の複数の部分に関するロボットパラメータの変化に対応していてもよいし、ロボット３００の複数の部位の複数の部分に関するロボットパラメータの変化に対応していてもよい。好ましくは、軌道は、目標姿勢を表すために用いられるロボットパラメータ（例えば、手指の角度）と同一のロボットパラメータの変化に対応している。軌道は、ロボット３００の部分の可動範囲全体にわたって設定されてもよいし、人間の可動範囲全体にわたって設定されてもよいし、それらの可動範囲のうちの一部から目標姿勢まで設定されてもよい。操作者によって所望される姿勢に到達することが可能である限り、ロボット３００の軌道が設定される範囲は、任意である。
軌道は、例えば、複数（例えば、２つ、３つ、または４つ等）のロボットパラメータの変化の関係に対応し得る。軌道に対応する複数のパラメータの変化の関係は、ロボット３００が目標姿勢に到達するための軌道を規定することができる限り、任意であり得る。複数のロボットパラメータは、例えば、ロボット３００の単一の部分に関する複数の互いに異なる第１のロボットパラメータと第２のロボットパラメータ（例えば、ロボット３００の第１の部分の角度と第１の部分の向き）であってもよいし、ロボット３００の第１の部分に関する第１のロボットパラメータとロボット３００の第２の部分に関する第２のロボットパラメータ（例えば、ロボット３００の第１の部分の角度と第２の部分の角度、またはロボット３００の第１の部分の角度と第２の部分の向き）であってもよい。軌道に対応する複数のロボットパラメータの変化の関係は、任意の関係であり得、例えば、一定の比率で規定されるような線形関係であってもよいし、非線形の関係であってもよい。
目標姿勢と軌道との関係は、任意であり得る。ある実施形態では、１つの目標姿勢は、１つの軌道に結び付けられ得る。この場合、ロボット３００の姿勢を決定するための計算量が低減させられ得る。別の実施形態では、１つの目標姿勢は、複数の軌道に結び付けられ得る。この場合、操作者の動きに近い軌道または操作者の動きに無理のない軌道を選択して、操作者の動きにより近い軌道上でロボット３００を動かすことによって操作性を高めつつ、ロボット３００を確実に目標姿勢に向けて動かすことができる。さらに別の実施形態では、１つの軌道上に複数の目標姿勢があり得る。これは、複数の段階を有する動作をロボット３００に行わせることにおいて有用であり得る。例えば、ロボット３００に歩行動作を行わせる場合、脚を上げる姿勢を第１の目標姿勢として設定し、脚を前方に降ろして接地させた姿勢を第２の目標姿勢として設定することによって、確実に（例えば、歩行方向に障害物があったとしても障害物を跨いで）ロボット３００を歩行させることを可能にし得る。
設定手段２２１は、任意の方法により目標姿勢を設定し得る。例えば、目標姿勢および軌道の両方が、予めメモリ部２３０に記憶されており、設定手段２２１は、受信部２１０によりユーザの入力を受信したことを契機に、メモリ部２３０から目標姿勢および軌道を読み出して設定し得る。別の実施形態では、目標姿勢が予めメモリ部２３０に記憶されており、設定手段２２１は、目標姿勢をメモリ部２３０から読み出して設定し、軌道を目標姿勢から計算することにより設定し得る。さらに別の実施形態では、軌道が予めメモリ部２３０に記憶されており、設定手段２２１は、軌道をメモリ部２３０から読み出して設定し、目標姿勢を軌道から計算することにより設定し得る。他の実施形態では、目標姿勢および／または軌道は、外部機器に記憶されており、外部機器から受信部２１０によって受信され、設定部２２１によって設定され得る。
姿勢決定手段２２２は、受信部２１０によって受信された操作者の動きに関する情報を取得し、取得された操作者の動きに関する情報と設定手段２２１によって設定された軌道とに基づいて、ロボット３００の軌道上の姿勢を決定するように構成されている。姿勢決定手段２２２は、操作者の動きに関する情報からロボット３００の軌道上の姿勢を決定し得る。具体的には、姿勢決定手段２２２は、操作者の動きに関する情報を取得し、取得された操作者の動きに関する情報に対応するロボット３００の軌道上の姿勢のロボットパラメータの値を決定し得る。操作者の動きに関する情報に対応するロボット３００の軌道上の姿勢のロボットパラメータの値は、軌道上でロボット３００が操作者の動きに近い動きを行うように、すなわち、動作の各時刻において操作者パラメータの値に最も近いロボットの軌道上の姿勢に対応するロボットパラメータの値に決定されてもよいし、軌道上でロボット３００が操作者の動きに先行する動きを行うように、すなわち、操作者パラメータの値に最も近いロボットの軌道上の姿勢に対して先行する姿勢に対応するロボットパラメータの値に決定されてもよい。もっとも、後述されるように、ロボットパラメータの値は、軌道上でロボット３００が操作者の動きに先行する動きを行うように決定されることが、操作者によるロボット３００の操作性、およびロボット３００の物体との相互作用可能性を向上させ得る。さらに、操作者によるロボット３００の操作性を向上させるために、ロボットパラメータの値は、軌道上でロボット３００が操作者の動きに後行する動きを行うように決定されてもよい。ロボット３００の動きを操作者の動きに対して先行させるか、後行させるか、または先行も後行もさせないかは、例えば、実施する動作における操作者による操作のしやすさに合わせて選択され得る。例えば、動作の初期段階では、ロボット３００を操作者の動きに後行させ、動作の中間段階では、ロボット３００に操作者の動きに近い動きを行わせ、動作の最終段階では、ロボット３００を操作者の動きに先行させてもよい。
姿勢決定手段２２２が取得する操作者の動きに関する情報は、少なくとも１つの操作者パラメータの値を含む。少なくとも１つの操作者パラメータは、例えば、操作者の動作部位またはその部分の向き、位置、座標、角度、速度、加速度、筋肉の伸び、皮膚の伸び等であり得る。もっとも、人体は、複雑な構造を有しているので、人体の動きは多くの変数によって規定される。そのため、操作者の動きをロボット３００に可能な限り正確に反映させるために、姿勢決定手段２２２が取得する操作者の動きに関する情報は、少なくとも２つの操作者パラメータ（第１の操作者パラメータおよび第２の操作者パラメータ）の値を含むことが好ましい。
操作者の動きに関する情報からロボット３００の軌道上の姿勢を決定する方法は、任意であり得、例えば、所定の計算式によって計算されてもよいし、操作者パラメータの値と軌道上の姿勢のロボットパラメータの値との対応を表すルックアップテーブルを参照することによって決定されてもよい。もっとも、操作者の動きを連続的にロボット３００に反映するために、ロボット３００の軌道上の姿勢のロボットパラメータの値は、所定の計算式によって計算されることが好ましい。
図３Ａは、ロボット３００の軌道上の姿勢を決定する例示的方法を示す。この例では、第１の操作者パラメータの値および第２の操作者パラメータの値から、ロボット３００の第１のロボットパラメータの値および第２のロボットパラメータの値を計算することにより、ロボット３００の目標姿勢に向かう軌道上の姿勢が決定される。ロボット３００の目標姿勢および軌道は、上述されるように、コンピュータ装置２００の設定手段２２１により設定され得る。図３Ａに示されるグラフにおいて、ロボットパラメータ座標３２０は、ロボット３００の目標姿勢に対応するロボットパラメータの座標であり、直線３２２は、目標姿勢に向かう軌道に対応するロボットパラメータの変化の関係である。この例では、目標姿勢は、ロボット３００の第１の部分の角度α（第１のロボットパラメータ）の値および第２の部分の角度β（第２のロボットパラメータ）の値に対応し、軌道は、角度αと角度βとの間の線形的関係（例えば、β＝ｋα（ｋは定数））に従う変化に対応し、これら２つの部分の角度α、βにより、ロボット３００の軌道上の姿勢が決定される。この例では、ロボット３００の第１の部分は、操作者の第１の関節に対応しており、ロボット３００の第２の部分は、操作者の第２の関節に対応している。姿勢決定手段２２２は、操作者パラメータとして、操作者の第１の関節の角度ａ（第１の操作者パラメータ）と、第２の関節の角度ｂ（第２の操作者パラメータ）とを取得し、これらの操作者パラメータから、ロボット３００の第１の部分の角度αと第２の部分の角度βとを決定する。
時刻ｔｎにおいて、操作者パラメータ３１０ｎとして、操作者の第１の関節の角度ａｎと、操作者の第２の関節の角度ｂｎとが取得される。これに対応する時刻ｔｎにおけるロボット３００の軌道上のロボットパラメータ３３０ｎとして、ロボット３００の第１の部分の角度αｎと、ロボット３００の第２の部分の角度βｎとが決定される。次に、時刻ｔｎ＋１において、操作者パラメータ３１０ｎ＋１として、操作者の第１の関節の角度ａｎ＋１と、操作者の第２の関節の角度ｂｎ＋１とが取得される。これに対応する時刻ｔｎ＋１におけるロボット３００の軌道上のロボットパラメータ３３０ｎ＋１として、ロボット３００の第１の部分の角度αｎ＋１と，ロボット３００の第２の部分の角度βｎ＋１とが決定される。このように、角度α、βの決定を逐次的に繰り返し行うことにより、ロボット３００を軌道３２０上で動かすことができる。
図３Ａに示される例において、ロボット３００の第１の部分の角度αは、少なくとも操作者の第１の関節の角度ａと操作者の第２の関節の角度ｂとを変数する第１の関数によって決定され、ロボット３００の第２の部分の角度βは、少なくとも操作者の第１の関節の角度ａと操作者の第２の関節の角度ｂとを変数する第２の関数によって決定される。例えば、第１の関数は、
α＝Ａ１ｆ（ａ，ｂ）＋Ｂ１
であり、第２の関数は、
β＝Ａ２ｆ（ａ，ｂ）＋Ｂ２
であり得る。ここで、Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２は、任意の定数であり、ｆ（ａ，ｂ）は、操作者の第１の関節角度ａおよび第２の関節角度ｂを変数とする任意の線形または非線形の関数であり得る。第１の関数および第２の関数は、ロボット３００に対して操作者の動きに近い動きを行わせるようにロボットパラメータの値を決定する関数であってもよいし、ロボット３００に対して操作者の動きに先行または後行する動きを行わせるようにロボットパラメータの値を決定する関数であってもよい。第１の関数および第２の関数は、例えば、軌道と操作者の関節角度とのマッピングにおいて操作者の関節角度から最短距離にある直線３２２上の点を導出する関数、目標姿勢到達時のロボットの部分の角度に対する軌道上の角度の比率を、操作者の関節の最大角度に対する現在の関節角度の比率に合わせる関数、操作者の第１の関節角度ａと操作者の第２の関節角度ｂとをそれぞれ重み付けして足し合わせる関数、図３Ａに示されるような、操作者の関節角度から最短距離にある直線３２２上の点からある度合いだけずらされた直線３２２上の点を導出する関数、または他の任意の関数（シグモイド関数等）であり得る。
本発明者らは、第１の関数および第２の関数は、操作者の関節角度から最短距離にある直線３２２上の点からある度合いだけずらされた直線３２２上の点を導出する関数、特に、最短距離にある直線３２２上の点から、操作者の動きに対してロボットの動きを先行させるようにある度合いだけずらされた軌道上の点を導出する関数であることが好ましいことを見出した。図３Ａに示される例では、時刻ｔｎにおけるロボットパラメータ３３０ｎは、操作者パラメータ３１０ｎから最短距離にある直線３２２上の点から先行度３３６ｎだけずらされた点として決定され、時刻ｔｎ＋１におけるロボットパラメータ３３０ｎ＋１は、操作者パラメータ３１０ｎ＋１から最短距離にある直線３２２上の点から先行度３３６ｎ＋１だけずらされた点として決定される。先行度３３６ｎ、３３６ｎ＋１は、操作者パラメータからの直線３２２上の最短距離からずらされる度合いを表す。先行度は、一定値であってもよいし、変動値であってもよい。もっとも、操作者の感じる操作性を向上させるために、先行度は、動作が進むにつれて（例えば、屈曲動作において操作者の関節の屈曲角度が増加するにつれて）増加する値であることが、好ましい。この場合、先行度は、線形的に増加する値であってもよいし、非線形的に（例えば、指数関数的に）増加する値であってもよい。また、先行度によって操作者パラメータからの最短距離からずらされる方向は、動作の進行する方向であることが好ましく、例えば、図３Ａにおいて、操作者の関節角度が増加していく動作（例えば、関節角度の最大伸展状態を０度とした場合、屈曲動作）時には、図３Ａに示されるように直線３２２上で角度が増加する方向にずらされたロボットパラメータが決定され、操作者の角度が減少していく動作（例えば、関節角度の最大伸展状態を０度とした場合、伸展動作）時には、角度が減少する方向にずらされたロボットパラメータが決定される。例えば、操作者の関節の最大伸展状態における操作者パラメータの値（例えば、０度の関節角度）と最大屈曲状態における操作者パラメータの値（例えば、９０度の関節角度）との間に中間値（例えば、４５度の関節角度）が設定される。中間値は、最大伸展状態における操作者パラメータの値と最大伸展状態における操作者パラメータとの間の任意の値であり、必ずしも２つの状態の間の中央値でなくともよい。中間値が設定される場合、姿勢決定手段２２２は、操作者の関節角度が中間値を下回るときには、ロボットの姿勢が伸展方向に先行するように、すなわち操作者の関節角度に対してロボットの対応する部分の角度が小さくなるように、ロボットの姿勢を決定し、操作者の関節角度が中間値を上回るときには、ロボットの姿勢が屈曲方向に先行するように、すなわち操作者の関節角度に対してロボットの対応する部分の角度が大きくなるように、ロボットの姿勢を決定し得る。これにより、動作の進行する方向に合わせて自動でロボットの先行動作を行わせることができる。このように、第１の関数および第２の関数を、ロボットの動作を操作者の動作に対して先行させるようにロボットパラメータの値を決定する関数とすることは、操作者の動作に最も近い（最短距離の）直線上のロボットパラメータの値を求める関数とするよりも、操作者の感じる操作性をさらに向上させることが見出された。
図３Ｂは、操作者の動きに対するロボットの動きの先行度の設定の一例を示す図である。破線で表される直線３３７は、先行度γ＝１の場合、すなわち、図３Ａのマッピングにおいて、操作者パラメータの値から最短距離にある軌道上のロボットパラメータの値が、姿勢決定手段２２２によって各時刻のロボットパラメータの値として決定される場合を表している。一方、実線で表される直線３３８は、先行度γ＝１．５の場合、すなわち、操作者パラメータの値から最短距離にある軌道上のロボットパラメータの値からずらされた値が、姿勢決定手段２２２によって各時刻のロボットパラメータの値として決定される場合を表している。図３Ｂの例において、直線３３８は、運動の開始（操作者パラメータの値から最短距離にある軌道上のロボットパラメータの値が０のとき）直後において、一定の間、決定されるロボットパラメータの値が０となり、操作者パラメータの値から最短距離にある軌道上のロボットパラメータの値がα１以上のとき、決定されるロボットパラメータの値が０以上となっている。そして、操作者パラメータの値から最短距離にある軌道上のロボットパラメータの値が０～α２の間において、決定されるロボットパラメータの値は、操作者パラメータの値から最短距離にある軌道上のロボットパラメータの値を下回っており、これによって、ロボットの動きは操作者の動きに対して後行することとなる。例えば、ロボットハンドによるつまみ動作の初期において、ロボットハンドの各指を最大に伸展させた状態で物体にアプローチすることを操作者が望むときに、操作者が無意識あるいは疲労感等から手をわずかに屈曲させてしまうことがある。このような場合に、姿勢決定手段２２２は、操作者の手のわずかな屈曲をロボットハンドに反映させずロボットハンドの各指を最大伸展状態にし、操作者による屈曲運動の開始後、ロボットハンドの動きを操作者の動きに対して後行させるようにロボットハンドの姿勢を決定し得る。これによって、操作者の望み通りにロボットハンドを制御することができ、操作者がロボットハンドにつまみ動作を行わせるときの動作初期におけるロボットハンドの操作感覚を向上させることができる。
そして、操作者パラメータの値から最短距離にある軌道上のロボットパラメータの値がα２より大きくなると、決定されるロボットパラメータの値は、操作者パラメータの値から最短距離にある軌道上のロボットパラメータの値を上回るようになり、これによって、ロボットの動きは操作者の動きに対して先行することとなる。このように、動作初期ではロボットを操作者の動きに対して後行させ、動作の中途段階でロボットの動きが操作者の動きを追い越し、その後ロボットの動きが操作者の動きに対して先行するように、先行度γおよびロボットの動作開始時点を設定することにより、操作者のロボット操作性がさらに向上させられることが見出された。先行度γおよびロボットの動作開始時点は、ロボットに実行させる様々な動きに対して、操作者の操作感覚を満足させるように様々に設定され得る。
さらに、このような関数を用いることは、ロボットを物体と相互作用させる場合にも有利である。図３Ｃは、ロボットパラメータの値が操作者の動きに対してロボットの動きを先行させるように決定される場合における操作者とロボットとの姿勢の比較の一例を示す。図３Ｃは、時刻ｔｎにおける操作者の手指の姿勢と、同時刻におけるロボットの手指に対応する部位の姿勢とを表す。図３Ｃの例では、操作者の示指と拇指との動きをロボットに伝え、ロボットに物体３５０をつまむ動作を行わせている。時刻ｔｎにおける操作者の示指の姿勢３１１ｎおよび拇指の姿勢３１２ｎに先行するように、ロボットの対応する部位の姿勢３３１ｎ、３３２ｎ（図３Ｃにおいて破線で示されている）が決定され、ロボットはその姿勢に動かされる。しかし、ロボットは、物体３５０の存在により、姿勢３３１ｎ、３３２ｎまで動くことができず、物体３５０に接した姿勢３３１’ｎ、３３２’ｎで静止する。このとき、ロボットは、実際には姿勢３３１ｎ、３３２ｎまで動くように駆動されているため、その駆動力により物体３５０に対して力を加え、その結果、物体３５０をつまんで保持することができる。このように、ロボットの動きを操作者の動きに対して先行させることにより、ハプティクス等による触覚フィードバックを装備することなく、ロボットが見かけ上操作者の姿勢に近い姿勢で物体に力を加えて保持することができる。さらに、物体３５０が変形可能な物体である場合、操作者がさらに示指と拇指とを接近させるように動かすことで、ロボットは、物体３５０にさらに大きな力を加え、物体３５０を変形させることができる。ここで、上述されるようにロボットの動きの先行度を変動値とすることで、見かけ上のロボットの姿勢を操作者との姿勢とを近い状態にしながら、設定された先行度の大きさの分だけ大きい力を物体３５０に力を加えていくことができる。
このような関数によって、操作者パラメータの値に対応する軌道上の姿勢のロボットパラメータの値が逐次的に決定される。
このようにロボット３００の１つの部分のロボットパラメータ（例えば、角度）の値を決定するために操作者の複数の部分（例えば、複数の関節）の操作者パラメータの値を考慮することによって、ロボット３００の動かされる部位全体の動きを考慮に入れて各部分の動きを決定することが可能になる。その結果、ロボット３００は、所定の軌道上で動かされることが可能になる。もっとも、ロボット３００の各部分を決定する関数の変数は、これらに限定されず、同一の部分の他の操作者パラメータ（例えば、操作者の第１の関節の座標）、および／または動きに関係する他の部分に関する操作者パラメータ（例えば、操作者の第３の関節の角度）が関数の変数に含まれ得る。
操作者パラメータの値をそのままロボット３００の対応する部分に反映するのではなく、上述されるように操作者パラメータの値をロボット３００の軌道上の姿勢のロボットパラメータの値に変換することにより、操作者の動きを、ロボット３００の構造に適合する動きに変換することができる。よって、ロボット３００は、確実に目標姿勢に到達するように動くことが可能となる。これにより、操作者間の身体形状、可動領域および運動能力等の個人差、ならびに操作者とロボット３００との間の構造の差異等に依存することなく、ロボット３００に所望の動作（例えば、目標姿勢への到達）を行わせることが可能となり、ロボット３００の操作性が向上させられ得る。
図３Ａに示す例では、ロボット３００の軌道がロボット３００の第１の部分の角度と第２の部分の角度との変化に対応する実施形態について説明されたが、ロボット３００の軌道のためのロボットパラメータは、これに限定されない。ロボット３００の軌道のためのロボットパラメータは、操作者の動作部位の構造、および／またはロボット３００の目標姿勢に依存し得る。ある実施形態では、ロボット３００の軌道は、複数の異なる種類のロボットパラメータ（例えば、角度、向き、座標、速度等の任意の組合せ）の変化に対応し得る。例えば、操作者の動作部位が腕であり、ロボット３００の目標姿勢が机に肘をつく姿勢である場合、ロボット３００の軌道は、人間の肘関節に対応するロボット３００の第３の部分の角度と向きとの変化に対応し得る。別の実施形態では、ロボット３００の軌道は、同一の部分の複数の異なる方向の角度の変化に対応し得る。例えば、操作者の動作部位が腕であり、ロボット３００の目標姿勢が胴体の前方で物を抱える姿勢である場合、人間の腕に対応するロボット３００の第４の部分の動きを規定するために、操作者の肩関節の角度が用いられる。人間の肩関節は、伸展・屈曲方向と、内転・外転方向と、内旋・外旋方向との３つの自由度を有する。そのため、ロボット３００の軌道は、人間の肩関節の伸展・屈曲方向に対応するロボット３００の第４の部分の第１の方向の角度と、人間の肩関節の内転・外転方向に対応するロボット３００の第４の部分の第２の方向の角度と、人間の肩関節の内旋・外旋方向に対応するロボット３００の第４の部分の第３の方向の角度との変化に対応し得る。
また、姿勢決定手段２２２は、所定の条件下においてロボットパラメータの値を一定の値に決定してもよい。例えば、目標姿勢がロボット３００の第１の部位の先端と第２の部位の先端とを接触させた姿勢である場合、第１の部位の先端と第２の部位の先端とが確実に接触する軌道でロボット３００を動かすために、第１の部位の第１の部分の角度を一定の値以内にする必要があり得る。このような場合、姿勢決定手段２２２は、ロボット３００の第１の部位の第１の部分の角度が一定の値を上回らないように、所定の条件下では第１の部位の第１の部分の角度を一定の値に決定し得る。所定の条件は、例えば、操作者パラメータの値が閾値を上回ること、またはロボット３００の第１の部位の第１の部分を決定する計算式によって導出されたロボットパラメータの値が閾値を上回ること等であり得る。
加えて、設定手段２２１は、複数のロボット３００の複数の部位について各々の目標姿勢および軌道を設定し、姿勢決定手段２２２は、ロボット３００の複数の部位の各々の軌道上の姿勢を決定してもよい。例えば、目標姿勢がロボット３００の複数の部位が連動することにより達成される場合（例えば、手指の示指と拇指とのつまみ姿勢、胴体の前方において両腕で物を抱える姿勢等）、各部位について各々の目標姿勢および軌道を設定し、各々の部位の姿勢が決定され得る。この場合、複数の部位の軌道上の姿勢は、互いに関連付けられ得る。例えば、ロボット３００の第１の部位の軌道上の姿勢と、第２の部位の軌道上の姿勢とが決定される場合、ロボット３００の第１の部位の軌道上の姿勢は、少なくとも操作者の第１の指の第１の関節の角度と、操作者の第１の指の第２の関節の角度と、操作者の第２の指の第１の関節の角度とを変数とする第１の関数によって決定され、ロボット３００の第２の部位の軌道上の姿勢は、少なくとも操作者の第２の指の第１の関節の角度と、操作者の第２の指の第２の関節の角度と、操作者の第１の指の第１の関節の角度とを変数とする第２の関数によって決定され得る。この例のように、操作者の第１の部位の第１の関節の角度と操作者の第２の部位の第１の関節の角度とがロボット３００の両方の部位の姿勢の決定に使用されてロボット３００の２つの部位が関連付けられることにより、ロボット３００の２つの部位を連携して動かすことが可能となり得る。
また、操作者の動きに関する情報は、受信部２１０によって受信された値をそのまま使用されてもよいし、姿勢決定手段２２２によって何らかの処理が行われてから使用されてもよい。処理は、操作者の動きに関する情報からロボット３００の軌道を規定する値を抽出するためのものであり得る。例えば、複数の自由度を有する操作者の関節の各方向の角度が測定機器１００によって正確に測定できないことがあり得る。この場合、拇指のＣＭ関節について後述されるように、測定前に関節の各方向の極限状態（例えば、最大屈曲状態と最大伸展状態、最大外転状態と最大内転状態等）を測定し、複数方向のベクトル形式で保存しておき、測定開始後に取得された操作者の角度を各方向の成分に射影することにより、関節の各方向の角度が導出され、導出された各方向の角度が、ロボット３００の軌道上の姿勢の決定のために使用され得る。
別の例では、設定手段２２１は、ロボット３００の同一の部位について複数の目標姿勢を設定し得る。複数の目標姿勢は、例えば、同一の種類であるが形態の異なる姿勢であり得る。例えば、目標姿勢が手指のつまみ姿勢である場合、手指を伸展させて掌から遠位の位置でつまむ姿勢と、手指を屈曲させて拇指ともう一方の指とで略円形を作るように掌の近位の位置で物をつまむ姿勢とが想定される。これらの姿勢の違いをロボット３００に再現させることが所望される場合、複数の異なる形態の目標姿勢が設定され得る。また、複数の目標姿勢は、例えば、異なる種類の姿勢であり得る。例えば、ロボット３００が操作者の手指の動きに基づいて動く場合、設定手段２２１は、第１の目標姿勢として「つまみ姿勢」を設定し、第２の目標姿勢として「把持姿勢」を設定し得る。
設定手段２２１により複数の目標姿勢が設定された場合、姿勢決定手段２２２は、操作者の動きに関する情報に基づいて、複数の目標姿勢およびそれらに向かう軌道の中からいずれかを選択して、ロボット３００の軌道上の姿勢を決定し得る。図４は、複数の目標姿勢および軌道が設定された場合のロボット３００の例示的な姿勢決定方法を示す図である。図４に示される例では、第１の目標姿勢と、第２の目標姿勢とが設定され、第１の目標姿勢は、２つの軌道を有し、第２の目標姿勢は、１つの軌道を有する。図４において、ロボットパラメータ座標４２０は、第１の目標姿勢に対応するロボットパラメータの座標であり、ロボットパラメータ座標４４０は、第２の目標姿勢に対応するロボットパラメータの座標であり、曲線４２２、４２２’は、第１の目標姿勢に向かう軌道に対応するロボットパラメータの変化の関係であり、曲線４４０は、第２の目標姿勢に向かう軌道に対応するロボットパラメータの変化の関係である。
時刻ｔｎにおいて、コンピュータ装置２００の受信部２１０は、操作者パラメータとして、操作者の第１の関節の角度ａｎと、操作者の第２の関節の角度ｂｎとを受信し、プロセッサ部がａｎとｂｎとを取得する（操作者パラメータ座標４１０ｎ）。これに対応する時刻ｔｎにおけるロボット３００の姿勢４３０ｎを決定するために、姿勢決定手段２２２は、操作者パラメータ座標４１０ｎに対応するロボット３００の各軌道上の姿勢のロボットパラメータ座標を計算し、それぞれの軌道について、ロボットパラメータとして、ロボット３００の第１の部分の角度αｎと、ロボット３００の第２の部分の角度βｎとを算出する。算出されたロボットパラメータ座標のうち、操作者の姿勢に最も近いものが、時刻ｔｎにおけるロボット３００の姿勢のロボットパラメータ座標４３０ｎとして決定される。図４に示される例では、時刻ｔｎにおいて軌道４２２上の姿勢のロボットパラメータ座標が最も操作者パラメータ座標に近いため、姿勢決定手段２２２は、軌道４２２上の姿勢をロボット３００の姿勢として決定する。次に、時刻ｔｎ＋１において、コンピュータ装置２００の受信部２１０は、操作者パラメータとして、操作者の第１の関節の角度ａｎ＋１と、操作者の第２の関節の角度ｂｎ＋１とを受信し、プロセッサ部がａｎ＋１とｂｎ＋１とを取得する（操作者パラメータ座標４１０ｎ＋１）。これに対応する時刻ｔｎ＋１におけるロボット３００の姿勢４３０ｎ＋１を決定するために、姿勢決定手段２２２は、操作者パラメータの値に対応するロボット３００の各軌道上の姿勢のロボットパラメータ座標を計算し、それぞれに軌道について、ロボットパラメータとして、ロボット３００の第１の部分の角度αｎ＋１と、ロボット３００の第２の部分の角度βｎ＋１とを算出する。図４に示される例では、時刻ｔｎ＋１において軌道４２２’の姿勢のロボットパラメータ座標が最も操作者パラメータ座標に近いため、姿勢決定手段２２２は、軌道４２２’上の姿勢をロボット３００の姿勢４３０ｎ＋１として決定する。さらに、時刻ｔｎ＋２において、操作者パラメータ座標４１０ｎ＋２が軌道４４２に最も近いため、姿勢決定手段２２２は、軌道４４２上の姿勢をロボット３００の姿勢４３０ｎ＋２として決定する。この結果、ロボット３００は、第１の目標姿勢ではなく第２の目標姿勢に向かって動き始めることとなる。このように逐次的に操作者の関節角度から、複数の軌道のうちのいずれかの軌道を選択して、ロボット３００の対応する部分の角度を決定することにより、より操作者の動きに近いロボット３００の動きを決定することが可能となる。また、予め複数の目標姿勢および軌道が設定されることにより、操作者が目標姿勢を変更したいときに目標姿勢を設定しなおす必要なく、別の目標姿勢に向けてロボット３００を動かすことが可能となる。
制御信号生成手段２２３は、ロボット３００を制御するための制御信号を生成するように構成されている。制御信号生成手段２２３は、姿勢決定手段２２２によって決定された姿勢へロボット３００を動かすための制御信号を生成する。
生成された制御信号は、出力部２４０を介してロボット３００に送信される。ロボット３００は、制御信号を受信し、受信された制御信号に従って動く。
コンピュータ装置２００の構成は、図２Ａを参照して説明される構成に限定されない。コンピュータ装置２００の構成要素のうち、いずれか複数の構成要素が単一の構成要素として統合されていてもよいし、コンピュータ装置２００の構成要素のうちの１つが複数の構成要素として実装されていてもよい。
図２Ｂは、コンピュータ装置２００の代替実施形態であるコンピュータ装置２００’の構成の一例を示す。コンピュータ装置２００’は、プロセッサ部２２０’が判定手段２２４を備えている点で、コンピュータ装置２００と異なっている。図２Ａを参照して説明した構成要素と同一の構成要素には同一の参照番号を付し、ここでは、詳細な説明が省略される。
コンピュータ装置２００’は、受信部２１０と、プロセッサ部２２０’と、メモリ部２３０と、出力部２４０とを備える。
プロセッサ部２２０’は、コンピュータ装置２００’全体の動作を制御する。プロセッサ部２２０’は、メモリ部２３０に格納されているプログラムを読み出し、そのプログラムを実行する。これにより、コンピュータ装置２００’を所望のステップを実行するコンピュータ装置として機能させることが可能である。
プロセッサ部２２０’は、判定手段２２４と、設定手段２２１と、姿勢決定手段２２２と、制御信号生成手段２２３とを備える。
判定手段２２４は、受信部２１０によって受信された操作者の動きに関する情報を取得し、取得された操作者の動きに関する情報のうちの操作者パラメータの値が所定の閾値以上であるか否かを判定するように構成されている。所定の閾値は、任意の数値であり得るが、操作者が目標姿勢に向けて動いていると判定できる値であることが好ましい。判定手段２２４が、操作者パラメータの値が所定の閾値以上であると判定した場合、姿勢決定手段２２２は、ロボット３００の目標姿勢に向かう軌道上の姿勢を決定し、制御信号生成手段２２３は、軌道上の姿勢へロボット３００を動かす制御信号を生成し得る。一方、判定手段２２４が、操作者パラメータの値が所定の閾値未満であると判定した場合、姿勢決定手段２２２は、ロボット３００の軌道上の姿勢の決定を実施しない。この場合、制御信号生成手段２２３は、操作者の測定された部分に対応するロボット３００の部分を操作者パラメータの値と同一の値になるようにロボット３００を動かす制御信号を生成し得る。例えば、操作者パラメータが操作者の膝関節の角度であり、所定の閾値が４５度である場合、膝関節の角度が４５度以上であるとき、姿勢決定手段２２２は、ロボット３００の立ち上がる姿勢に向かう軌道上の姿勢を決定し、制御信号生成手段２２３は、決定された姿勢に向かってロボット３００を動かす制御信号を生成し得る。一方、膝関節が４５度未満であるとき、制御信号生成手段２２３は、膝関節に対応するロボット３００の部分の角度を測定された操作者の膝関節の角度と同一の値になるように動かす制御信号を生成し得る。操作者パラメータの値が所定の閾値未満である場合のロボット３００の姿勢の決定方法は、他にも、操作者パラメータの値に所定の倍率を乗じた値をロボット３００に適用する方法、または、ロボット３００を、予め決められた動作範囲の中で操作者の動きの速度を模倣して動かす方法等があり得る。
別の実施形態では、判定手段２２４が、操作者パラメータの値が所定の閾値以下であると判定した場合、姿勢決定手段２２２は、ロボット３００の目標姿勢に向かう軌道上の姿勢を決定し得る。一方、判定手段２２４が、操作者パラメータの値が所定の閾値を上回る値であると判定した場合、姿勢決定手段２２２は、ロボット３００の軌道上の姿勢の決定を実施せず、制御信号生成手段２２３が操作者の測定された部分に対応するロボット３００の部分を操作者パラメータの値と同一の値になるように動かす制御信号を生成し得る。この場合、ロボット３００は、操作者パラメータの値が所定の閾値以下である間、目標姿勢に向かう軌道上で動作し、操作者パラメータの値が所定の閾値を上回ると、操作者パラメータの値と一致するように動作する。さらに別の実施形態では、判定手段２２４は、操作者パラメータの値が所定の下限値以上であるか否かを判定することと、操作者パラメータの値が所定の上限値以上であるか否かを判定することとを行い得る。この実施形態では、例えば、判定手段２２４が、操作者パラメータの値が所定の下限値以上かつ所定の上限値未満であると判定した場合、姿勢決定手段２２２は、ロボット３００の目標姿勢に向かう軌道上の姿勢を決定し得、判定手段２２４が、操作者パラメータの値が所定の下限値未満または所定の上限値以上であると判定した場合、制御信号生成手段２２３は、ロボット３００の部分を操作者パラメータの値と同一の値になるように動かす制御信号を生成し得る。
判定手段２２４は、複数の操作者パラメータの各々の値が各々の閾値以上であるか否かを判定し得る。例えば、複数の操作者パラメータは、第１の操作者パラメータと第２の操作者パラメータとを含み、判定手段２２４は、第１の操作者パラメータの値が第１の閾値以上であるか否かを判定することと、第２の操作者パラメータの値が第２の閾値以上であるか否かを判定することとを行い得る。複数の操作者パラメータの値について閾値による判定を行うことにより、操作者の動作全体を考慮して、操作者が目標姿勢に向けて動いているか否かを判定することが可能になる。
図５は、複数の操作者パラメータの各々の値が各々の閾値以上であるか否かを判定することを含む実施形態を示している。判定手段２２４は、操作者の第１の関節の角度ａが第１の閾値５１１以上であるか否かを判定することと、操作者の第２の関節の角度ｂが第２の閾値５１２以上であるか否かを判定することとを行う。第１の閾値５１１および第２の閾値５１２は、操作者が目標姿勢５２０に向かって動いていると判定できる任意の値であり得、２つの閾値は、同一の値であってもよいし、異なる値であってもよい。第１の閾値５１１および第２の閾値５１２は、一定の値であってもよいし、変動する値であってもよい。例えば、操作者の第１の関節と第２の関節との間に依存関係および／または連動する関係がある場合、第１の閾値は、操作者の第２の関節の角度の大きさに依存し、第２の閾値は、操作者の第１の関節の角度の大きさに依存し得る。例えば、人間の身体の構造上第１の関節が屈曲しているときに第２の関節も自然とわずかに屈曲する関係がある場合、このような人間の意志によらない自然な屈曲の影響を排除するために、第２の閾値５１２は、第１の関節の角度が大きいほど大きい値であり得る。図５では、第１の関節の角度ａの第１の閾値５１１は、Ｄｂ＋Ｅ（Ｄ、Ｅは、定数）で表され、第２の関節の角度ｂが大きいほど大きい値である。第２の関節の角度ｂの第２の閾値５１２は、Ｆａ＋Ｇ（Ｆ、Ｇは、定数）で表され、第１の関節の角度ａが大きいほど大きい値である。図５では、一方の閾値と他方の角度との関係が線形であるように描写されているが、この関係は、非線形であってもよい。
判定手段２２４が、操作者の第１の関節の角度ａが第１の閾値５１１以上であり、かつ操作者の第２の関節の角度ｂが第２の閾値５１２以上であると判定した場合、姿勢決定手段２２２は、目標姿勢に向かう軌道上のロボット３００の姿勢を決定し、制御信号生成手段２２３は、決定された軌道上の姿勢に向かってロボット３００を動かす制御信号を生成し得る。一方、判定手段２２４が、操作者の第１の関節の角度ａが第１の閾値５１１未満であり、かつ／または操作者の第２の関節の角度ｂが第２の閾値５１２未満であると判定した場合、制御信号生成手段２２３は、第１の関節に対応するロボット３００の第１の部分の角度がａになり、第２の関節に対応するロボット３００の第２の部分の角度がｂになるようにロボット３００を動かすための制御信号を生成し得る。
図５に示す例では、時刻ｔｎにおいて、コンピュータ装置２００’の受信部２１０は、操作者パラメータ座標５１０ｎとして、操作者の第１の関節の角度ａｎと、操作者の第２の関節の角度ｂｎとを受信し、プロセッサ部２２０’は、ａｎとｂｎとを取得する。判定手段２２４は、操作者の第１の関節の角度ａｎが第１の閾値５１１未満（すなわち、ａｎ＜Ｄｂｎ＋Ｅ）であり、かつ操作者の第２の関節の角度ｂｎが第２の閾値５１２未満（すなわち、ｂｎ＜Ｆａｎ＋Ｇ）であると判定する。この場合、制御信号生成手段２２３は、ロボット３００の第１の部分の角度を操作者の第１の関節の角度と同一の値（すなわち、αｎ＝ａｎ）になり、ロボット３００の第２の部分の角度を操作者の第２の関節の角度と同一の値（すなわち、βｎ＝ｂｎ）になるようにロボット３００を動かすための制御信号を生成する。その後、時刻ｔｎ＋１において、受信部２１０は、操作者パラメータ座標５１０ｎ＋１として、操作者の第１の関節の角度ａｎ＋１と、操作者の第２の関節の角度ｂｎ＋１とを受信し、プロセッサ部２２０’は、ａｎ＋１とｂｎ＋１とを取得する。判定手段２２４は、操作者の第１の関節の角度ａｎ＋１が第１の閾値５１１以上（すなわち、ａｎ＋１≧Ｄｂｎ＋１＋Ｅ）であり、かつ操作者の第２の関節ｂｎ＋１の角度が第２の閾値５１２以上（すなわち、ｂｎ＋１≧Ｆａｎ＋１＋Ｇ）であると判定する。この場合、姿勢決定手段２２２は、目標姿勢に向かう軌道上の姿勢のロボットパラメータ座標５３０ｎ＋１を決定し、制御信号生成手段２２３は、決定された姿勢に向かってロボット３００を動かす制御信号を生成する。
以上のように、判定手段２２４による操作者パラメータの値の判定に基づいてロボット３００の姿勢（動き）の決定方法を変えることにより、操作者が目標姿勢に向かって動いていると判断できない場合には、操作者の動きと同一であるようにロボット３００を動かすように制御し、操作者が目標姿勢に向かって動いていると判断できる場合には、ロボット３００を確実に目標姿勢に向かって動かすように制御することが可能となる。これにより、操作者が所望しないようなロボット３００の動き（例えば、操作者が手指のつまみ姿勢に向かってロボット３００を動かすことを所望していないときに、ロボット３００がつまみ姿勢に向かう軌道上で動くこと）を回避することができる。また、このような判定手段２２４を備えることによって、操作者は、操作者が目標姿勢に向かってロボット３００を動かすことを所望するときにその都度入力等によって目標姿勢および軌道を設定するのではなく、予め目標姿勢および軌道を設定しておくことができる。
図２Ａおよび図２Ｂに示される例では、コンピュータ装置２００の各構成要素がコンピュータ装置２００内に設けられているが、本発明はこれに限定されない。コンピュータ装置２００の各構成要素のいずれかがコンピュータ装置２００の外部に設けられることも可能である。例えば、プロセッサ部２２０もしくはプロセッサ部２２０’、ならびにメモリ部２３０のそれぞれが別々のハードウェア部品で構成されている場合には、各ハードウェア部品が任意のネットワークを介して接続されてもよい。このとき、ネットワークの種類は問わない。各ハードウェア部品は、例えば、ＬＡＮを介して接続されてもよいし、無線接続されてもよいし、有線接続されてもよい。
図２Ａおよび図２Ｂに示される例では、プロセッサ部の各構成要素が同一のプロセッサ部内に設けられているが、本発明はこれに限定されない。プロセッサ部の各構成要素が複数のプロセッサ部に分散される構成も本発明の範囲内である。このとき、複数のプロセッサ部は、同一のハードウェア部品内に位置してもよいし、近傍または遠隔の別個のハードウェア部品内に位置してもよい。
（本システムの処理）
図６は、操作者の動きに基づいてロボット３００の動きを制御するためのシステム１０による処理の一例（処理６００）を示すフローチャートである。処理６００は、コンピュータ装置２００のプロセッサ部２２０によって行われ得る。
ステップＳ６０１の前に、操作者は、まず、測定機器１００を装着する。次いで、測定機器１００をコンピュータ装置２００に接続し、測定機器１００のキャリブレーションを行う。キャリブレーションは、コンピュータ装置２００のプロセッサ部２２０が、測定機器１００によって測定された操作者パラメータの値および他の操作者の動きに関する情報を取得することを可能にするための任意の処理であり得る。キャリブレーションは、操作者の実際の動作を正確に反映させるように実施されてもよいし、操作者のわずかな動きでロボット３００を大きく動かすことができるように実施されてもよい。例えば、処理６００において操作者パラメータとして操作者の第１の関節の角度が用いられる場合、キャリブレーションにおいて、操作者は、測定機器１００が装着された第１の関節を第１の極限状態から第２の極限状態へ可動領域全体にわたって動かすことにより、第１の関節の第１の極限状態と第２の極限状態との間の中間状態がプロセッサ部２２０に正確に認識されるようにし得る。この場合、例えば操作者の実際の第１の関節の角度が４０度であるとき、プロセッサ部２２０は、第１の関節の角度の値を４０度として取得し得、操作者の動きを正確に把握することが可能である。一方、キャリブレーションにおいて、操作者は、測定機器１００が装着された第１の関節を第１の極限状態と第２の極限状態との間の第１の中間状態から第２の中間状態へ可動領域の一部にわたって動かすことにより、プロセッサ部２２０に、操作者の第１の中間状態を第１の極限状態として取得させ、第２の中間状態を第２の極限状態として取得させることができる。この場合、操作者は、本開示に係るロボット制御において、第１の関節を第１の中間状態から第２の中間状態まで動かすだけで、第１の関節の可動領域全体の動きをプロセッサ２２０に伝達することができるため、操作者による操作の負担を軽減させることができる。
操作者が動作部位を動かすと、測定機器１００が、操作者パラメータの値を測定する。操作者パラメータは、上述されるように、操作者の動作部位の角度、向き、位置、座標、速度、加速度等であり得る。測定機器１００が測定する情報は、操作者パラメータ以外の操作者の動きに関する他の情報（例えば、長さ、大きさ、太さ等の不変の情報）も含み得る。測定機器１００は、取得した操作者パラメータの値をコンピュータ装置２００に送信する。コンピュータ装置２００の受信部２１０が、操作者パラメータの値を受信する。受信された操作者パラメータの値は、プロセッサ部２２０に渡される。あるいは、受信された操作者パラメータの値は、キャッシュ等の一時メモリに格納され得る。
ステップＳ６０１では、プロセッサ部２２０が、操作者パラメータの値を取得する。プロセッサ部２２０は、例えば、受信部２１０によって受信された操作者パラメータの値を取得するようにしてもよいし、キャッシュ等の一時メモリから取得するようにしてもよい。
ステップＳ６０２では、プロセッサ部２２０の設定手段２２１が、ロボット３００の目標姿勢および目標姿勢に向かう軌道を設定する。プロセッサ部２２０は、目標姿勢および軌道をメモリ部２３０から読み出すことにより設定し得る。ステップＳ６０２は、ステップＳ６０１の前に行われてもよいし、ステップＳ６０１の後に行われてもよいし、ステップＳ６０１と同時に行われてもよい。
プロセッサ部２２０が操作者パラメータの値を取得し、設定手段２２１がロボット３００の目標姿勢および軌道を設定すると、ステップＳ６０３では、プロセッサ部２２０の姿勢決定手段２２２が、操作者パラメータの値に対応するロボット３００の軌道上の姿勢を決定する。姿勢決定手段２２２は、例えば、操作者パラメータの値に対応するロボット３００のロボットパラメータの値を算出することにより、ロボット３００の軌道上の姿勢を決定する。
ステップＳ６０４では、プロセッサ部２２０の制御信号生成手段２２３が、決定された姿勢に向かってロボット３００を動かす制御信号を生成し、生成された制御信号を出力部２４０を介してロボット３００に出力する。これにより、目標姿勢に向かってロボット３００を動かすことができる。ステップＳ６０４の終了後、処理６００は、再度ステップＳ６０１に戻り、上述の処理を実行する。この処理を繰り返し行うことにより、ロボット３００の動きが経時的に制御される。
上述した例では、コンピュータ装置２００によって処理６００を行うことを説明したが、コンピュータ装置２００’によっても同様に処理６００を行うことができる。
本処理によってロボット３００を制御することは、従来のロボット制御方法と比較していくつかの利点を有する。本処理の利点の１つは、操作者パラメータの測定誤差があってもロボットを所望の軌道で動かすことが可能であることである。例えば、測定機器の精度が高くない場合であっても、本処理は、測定された操作者パラメータの値をロボットの軌道上のロボットパラメータの値に変換して出力するので、ロボットの動きが操作者の動きから大きく乖離することを防ぐことができる。本処理は、この利点を有することにより、上述されるようなデータグローブのみならず、様々な測定方法と組み合わせて実施可能である。本処理は、例えば、モーションキャプチャ技術と組み合わせて実施可能である。モーションキャプチャ技術では、光センサによって検出される反射マーカーが操作者の体表に多数取り付けられ、これらから操作者の情報が取得されるが、センサの間隔が小さい場合（例えば、手指等の緻密な動作を行う部位にマーカーが取り付けられている場合）、隣接するマーカーのデータの分別が困難となり、その結果、測定誤差が発生することがある。このような場合であっても、本処理は、複数の操作者パラメータの値に基づいてロボットの軌道上のロボットパラメータの値を決定し得るので、測定誤差の影響を低減させて、ロボットの動きが操作者の所望する動きから大きく乖離することを防ぐことができる。
また、本処理は、複雑な計算を伴わないため、確実にロボットを目標姿勢に動かすことができるという利点がある。従来技術の一つとして、操作者の動作部位の先端（例えば、指先）のみをセンサによって追跡して、その先端部分に対応するロボットの部分の座標を決定することにより、ロボットを動かす方法がある。この方法では、先端部分に対応するロボットの部分を決定された空間座標に動かすために、ロボット全体をどのように動かすか（例えば、ロボットの関節の角度を何度にするか等）を逐次計算する必要があるため、計算量が膨大となる。また、この方法では、計算において、ロボットの動作に関するパラメータの解が「解なし」となり、ロボットが動作不能となってしまう場合があった。これに対し、本開示に係るロボット制御方法は、予めロボットの目標姿勢および軌道が設定され、軌道は、目標姿勢に到達するために動かされるロボットの部分のロボットパラメータの変化に対応しているため、計算を複雑化させることなく、計算において解なしとなる可能性を低減させることができる。
図７は、コンピュータ装置２００’によって行われる処理７００の一例を示すフローチャートである。
ステップＳ７０１では、プロセッサ部２２０’が、操作者パラメータの値を取得する。
ステップＳ７０２では、プロセッサ部２２０’の判定手段２２４が、取得された操作者操作者パラメータの値が閾値以上であるか否かを判定する。閾値は、任意の数値であり得るが、操作者が目標姿勢に向けて動いていると判定できる値であることが好ましい。
ステップＳ７０３では、プロセッサ部２２０’の設定手段２２１が、ロボット３００の目標姿勢および目標姿勢に向かう軌道を設定する。設定手段２２１は、目標姿勢および軌道をメモリ部２３０から読み出すことにより設定し得る。ステップＳ７０３は、ステップＳ７０１および／またはステップＳ７０２の前に行われてもよいし、それらのステップの後に行われてもよいし、それらのステップと同時に行われてもよい。
ステップＳ７０２において操作者パラメータの値が閾値以上であると判定された場合、処理７００は、ステップＳ７０４に進む。ステップＳ７０４では、プロセッサ部２２０’の姿勢決定手段２２２が、操作者パラメータの値に対応するロボット３００の軌道上の姿勢を決定する。これにより、ロボット３００の姿勢が決定される。
ステップＳ７０５では、プロセッサ部２２０’の制御信号生成手段２２３が、決定された姿勢に向かってロボット３００を動かす制御信号を生成し、生成された制御信号を出力部２４０を介してロボット３００に出力する。これにより、目標姿勢に向かってロボット３００を動かすことができる。ステップＳ７０５の終了後、処理７００は、再度ステップＳ７０１に戻り、上述の処理を繰り返し実行する。なお、ステップＳ７０３は、一度実行された後は、再度実行される必要はない。もっとも、操作者のパラメータの値が大きく変動した場合には、目標姿勢および軌道が再設定されてもよい。
ステップＳ７０２において操作者パラメータの値が閾値未満であると判定された場合、ステップＳ７０６に進む。ステップＳ７０６では、制御信号生成手段２２３が、操作者の動作部位に対応するロボット３００の部分の値が操作者パラメータの値に一致するようにロボット３００を動かす制御信号を生成し、生成された制御信号を出力部２４０を介してロボット３００に出力する。これにより、操作者の動きと一致するようにロボット３００を動かすことができる。ステップＳ７０６の終了後、処理７００は、再度ステップＳ７０１に戻り、上述の処理を実行する。
上述した処理７００により、操作者が目標姿勢に向かって動いていると判断できない場合には、ロボット３００は、操作者の動きと一致するように動かされ、操作者が目標姿勢に向かって動いていると判断できる場合には、ロボット３００は、目標姿勢に向かって動かされる。これにより、処理６００よりさらに操作者の意図を反映させたロボット動作が可能になる。
（ロボットに手指のつまみ動作を行わせる方法）
以下、本開示の処理により操作者の手指の動きに基づいてロボットを動かす処理の実施形態を説明する。もっとも、本開示の処理は、手指の動きに限定されず、操作者の他の部位の動き（例えば、腕、首、肩、頭、顎、腰、脚、上半身、下半身等）にも適用可能であることが意図される。
図８は、人間の手の骨格および姿勢の概略図である。
本明細書において、「ＭＰ関節」は、中手指節関節であり、図８Ａにおいて８０１で示されている。ＭＰ関節は、屈曲方向と外転方向との２自由度を有する。本明細書において、ＭＰ関節の屈曲角度は、図８Ｂに示されるように、掌に対して垂直な平面上におけるＭＰ関節回りの手指の角度を指し、最大伸展状態を０度として表される。本明細書において、ＭＰ関節の外転角度は、図８Ｃに示されるように、掌に対して平行な平面上におけるＭＰ関節回りの手指の角度を指し、第３中手骨８１０（図８Ａ参照）の延在方向を０度として表される。
本明細書において、「ＩＰ関節」は、指節間関節であり、手指の根本から手指の先端の間に位置する指の関節を意味する。「ＰＩＰ関節」は、近位指節間関節であり、拇指以外の手指のＩＰ関節のうち手指の根本に近い方の関節を意味し、図８Ａにおいて８０２で示されている。「ＤＩＰ関節」は、遠位指節間関節であり、拇指以外の手指のＩＰ関節のうち手指の先端に近い方の関節を意味し、図８Ａにおいて８０３で示されている。また、拇指においては、ＩＰ関節は１つのみ存在し、図８Ａにおいて８０２’で示されている。
本明細書において、「ＣＭ関節」は、手根中手関節であり、遠位手根骨と中手骨底との間に画定される関節を意味する。拇指のＣＭ関節８０４は、２自由度を有する鞍関節であり、対立方向と屈曲方向とに可動である。本明細書において、ＣＭ関節の対立角度は、図８Ｄに示されるように、掌に垂直な平面上におけるＣＭ関節回りの拇指の角度であり、拇指を掌と同一平面上に配置したときを０度として表される。本明細書において、ＣＭ関節の屈曲角度は、図８Ｅに示されるように、掌に平行な平面上におけるＣＭ関節回りの拇指の角度であり、拇指を示指から最も遠ざけたときの角度を０度として表される。
図９Ａは、本開示に係る処理により動きを制御されるロボット９００を示す。ロボット９００は、人間の手と同様の形状を有し、人間の手と同様の態様で動作することが可能である。ロボット９００は、人間の手による動きを再現することが可能であれば、人間の手の構造および形状と異なっていてもよい。ロボット９００は、例えば、人間の手より多くの関節を有していてもよいし、人間の手より少ない関節を有していてもよい。ロボット９００のＭＰ関節に対応する部分からＩＰ関節に対応する部分までの距離は、人間の手指のＭＰ関節からＩＰ関節までの距離と異なっていてもよい。このような人間の手の構造および形状と異なるロボットであっても、本開示の処理が適用されることにより、人間の操作者の動きと同等の動きを実現することが可能となる。
以下、操作者の示指と拇指とによるつまみ動作をロボット９００に行わせる実施形態を説明する。もっとも、以下の実施形態は、これに限定されず、示指以外の指（中指、薬指、または小指）と拇指とのつまみ動作、および拇指と他の複数の指とのつまみ動作にも適用可能である。
図９Ａに示されるロボット９００は、人間の手指の示指に対応する第１の部位９２０と、人間の手指の拇指に対応する第２の部位９４０とを有する。ロボット９００の第１の部位９２０は、人間の示指のＭＰ関節に対応する第１の部分９２１と、ＰＩＰ関節に対応する第２の部分９２２と、ＤＩＰ関節に対応する第３の部分９２３とを有する。ロボット９００の第２の部位９４０は、人間の拇指のＭＰ関節に対応する第１の部分９４１と、ＩＰ関節に対応する第２の部分９４２と、ＣＭ関節に対応する第４の部分９４４とを有する。そして、ロボット９００の第１の部位９２０および第２の部位９４０の各部分は、対応する人間の関節と同等かまたはそれ以上の範囲にわたって枢動可能であるように構成され得る。ロボット９００のそれぞれの部分回りの枢動は、コンピュータ装置２００等によって生成され出力される制御信号に従って行われ得る。図９Ａにおいて、ロボット９００の第１の部位９２０は、目標姿勢９２０ｇにあり、ロボット９００の第２の部位９４０は、目標姿勢９４０ｇにある。
ロボット９００の第１の部位９２０の第１の部分９２１は、そこに接続される部材が第１の部分９２１回りで第１の方向９２１ｆおよび第２の方向９２１ａ（第１の方向９２１に垂直な方向）に枢動可能であるように構成される。第１の部位９２０の第１の部分９２１の第１の方向９２１ｆは、人間の示指のＭＰ関節の屈曲方向に対応し、第１の部位９２０の第１の部分９２１の第２の方向９２１ａは、人間のＭＰ関節の外転方向に対応している。ロボット９００の第１の部位９２０の第２の部分９２２は、そこに接続される部材が第２の部分９２２回りで方向９２２ｆに枢動可能であるように構成され、第３の部分９２３は、そこに接続される部材が第３の部分９２３回りで方向９２３ｆに枢動可能であるように構成される。ロボット９００の第２の部位９４０の第１の部分９４１は、そこに接続される部材が第１の部分９４１回りで方向９４１ｆに枢動可能であるように構成され、第２の部分９４２は、そこに接続される部材が第２の部分９４２回りで方向９４２ｆに枢動可能であるように構成される。第２の部位９４０の第４の部分９４４は、そこに接続される部材が第４の部分９４４回りで第１の方向９４４ａおよび第２の方向９４４ｆに枢動可能であるように構成される。第２の部位９４０の第４の部分９４４の第１の方向９４４ａは、人間の拇指のＣＭ関節の対立方向に対応し、第２の部位９４０の第４の部分９４４の第２の方向９４４ｆは、人間の拇指のＣＭ関節の屈曲方向に対応している。
図９Ｂは、操作者の姿勢とロボット９００の姿勢との対応を示す。本開示の処理は、操作者の示指について実行されると、時刻ｔｎのときの操作者の示指のＭＰ関節の屈曲角度ＭＰＨｎおよびＰＩＰ関節の角度ＰＩＰＨｎ基づいて、時刻ｔｎにおけるロボット９００の第１の部位９２０の軌道９２６上の姿勢９２０ｎを決定する。姿勢９２０ｎは、時刻ｔｎにおけるロボット９００の第１の部位９２０の第１の部分９２１の第１の方向の角度ＭＰＲｎおよび第２の部分９２２の角度ＰＩＰＲｎを決定することにより規定され得る。また、別の実施形態では、姿勢９２０ｎは、時刻ｔｎにおけるロボット９００の第１の部位９２０の第１の部分９２１の第１の方向の角度ＭＰＲｎと、第２の部分９２２の角度ＰＩＰＲｎと、第３の部分９２３の角度と決定することにより規定され得る。さらに別の例では、姿勢９２０ｎは、時刻ｔｎにおけるロボット９００の第１の部位９２０の第１の部分９２１の第１の方向の角度ＭＰＲｎと、第１の部分９２１の第２の方向の角度と、第２の部分９２２の角度ＰＩＰＲｎとを決定することにより規定され得る。
図１０は、操作者の手指の動きに基づいてロボット９００につまみ動作を行わせる処理１０００の一例を示すフローチャートである。処理１０００が、ロボット９００の第１の部位９２０と第２の部位９４０とのそれぞれについて実行されることにより、ロボット９００のつまみ動作が行われる。処理１０００は、例えば、上述されるコンピュータ装置２００’のプロセッサ部２２０’により実行され得る。
ステップＳ１００１では、コンピュータ装置２００’のプロセッサ部２２０’が、操作者パラメータとして、操作者の手指のＭＰ関節の屈曲角度とＩＰ関節の角度とを取得する。ＩＰ関節の角度は、拇指以外の指の場合、ＰＩＰ関節の関節角度、ＤＩＰ関節の関節角度、またはその両方の関節角度であり得る。
ステップＳ１００２では、プロセッサ部２２０’の判定手段２２４が、取得されたＭＰ関節の屈曲角度が第１の閾値以上であるか否か、および取得されたＩＰ関節の角度が第２の閾値以上であるか否かを判定する。このステップにより、処理１０００は、操作者の動きがつまみ姿勢に向かっているか否かを判定する。第１の閾値および第２の閾値は、一定値であってもよいし、変動する値であってもよい。もっとも、人間の手指は、ＭＰ関節を屈曲させたとき、ＩＰ関節も自然とわずかに屈曲するように構成され、同様に、ＩＰ関節を屈曲させたとき、ＭＰ関節も自然とわずかに屈曲するように構成されている。そのため、操作者の動きがつまみ姿勢に向かっている否かを判定することにおいて、このような人間の意志によらない自然な手指の屈曲の影響を排除するために、第１の閾値は、ＩＰ関節の角度が大きいほど大きい値であり、第２の閾値５１２は、ＭＰ関節の角度が大きいほど大きい値であることが好ましい。
代替として、ステップＳ１００１で操作者の手指のＤＩＰ関節とＰＩＰ関節との両方が取得された場合、ステップＳ１００２では、判定手段２２４は、ＭＰ関節の屈曲角度が第１の閾値以上であるか否か、およびＤＩＰ関節の角度とＰＩＰ関節の角度とから求まる値が第２の閾値以上であるか否かを判定し得る。人間のＤＩＰ関節とＰＩＰ関節とは、互いに従属して屈曲するように構成されている。そのため、ＤＩＰ関節の角度とＰＩＰ関節の角度とを総合的に判定することにより、操作者がつまみ姿勢に向かって手指を動かしているか否かを判断することが可能である。ＤＩＰ関節の角度とＰＩＰ関節の角度とから求まる値は、例えば、ＤＩＰ関節の角度とＰＩＰ関節の角度との和であってもよいし、ＤＩＰ関節の角度とＰＩＰ関節の角度との平均値であってもよいし、ＤＩＰ関節とＰＩＰ関節とを一定の比率（例えば、１：２、１：３、２：３、３：５等）で重み付けして足し合わせた値であってもよい。
ステップＳ１００３では、プロセッサ部２２０’の設定手段２２１が、ロボット９００のつまみ姿勢およびつまみ姿勢に向かう軌道を設定する。処理１０００が人間の操作者の示指に対応するロボット９００の第１の部位９２０に適用される場合、図９Ａに示されるつまみ姿勢９２０ｇと、図９Ｂに示される軌道９２６とが設定される。処理１０００が人間の操作者の拇指に対応するロボット９００の第２の部位９４０に適用される場合、図９Ａに示されるつまみ姿勢９４０ｇと、つまみ姿勢９４０ｇに向かう軌道とが設定される。これらのつまみ姿勢および軌道は、予めメモリ部２３０に記憶されていており、設定手段２２１がメモリ部２３０から読み出すことにより設定されてもよいし、コンピュータ装置２００’が外部機器と通信することにより取得され、設定手段２２１によって設定されてもよい。軌道９２６は、第１の部位９２０の第１の部分９２１の角度、第２の部分９２２の角度、および／または第３の部分９２３の角度を関連付けることにより規定され得る。例えば、軌道９２６は、第１の部分９２１の屈曲角度と第２の部分９２２の角度とが所定の比率（例えば、１：２、１：３、２：３、２：５等）を満たす軌道であり得る。
ステップＳ１００２において、判定手段２２４が、ＭＰ関節の屈曲角度が第１の閾値以上であり、かつＩＰ関節の角度が第２の閾値以上であると判定した場合、処理１０００は、ステップＳ１００４に進む。ステップＳ１００４～ステップＳ１００５では、プロセッサ部２２０’の姿勢決定手段２２２が、操作者パラメータの値に対応するロボット９００の軌道上の姿勢のロボットパラメータの値を決定する。具体的には、処理１０００がロボットの第１の部位９２０に適用される場合、姿勢決定手段２２２は、ステップＳ１００４において、少なくとも操作者のＭＰ関節の屈曲角度とＩＰ関節の角度とを変数とする第１の関数によって、ロボット９００の第１の部位９２０の第１の部分９２１の第１の方向９２１ｆの角度を決定し、ステップＳ１００５において、少なくとも操作者のＭＰ関節の屈曲角度とＩＰ関節の角度とを変数とする第２の関数によって、ロボット９００の第１の部位９２０の第２の部分９２２の角度を決定する。
ステップＳ１００６では、プロセッサ部２２０’の制御信号生成手段２２３が、決定された姿勢に向かってロボット３００を動かす制御信号を生成し、生成された制御信号を出力部２４０を介してロボット９００に出力する。これにより、目標姿勢に向かってロボット９００を動かすことができる。ステップＳ１００６の終了後、処理１０００は、再度ステップＳ１００１に戻り、上述の処理を繰り返し実行する。
ステップＳ１００２において、判定手段２２４が、操作者のＭＰ関節の屈曲角度が第１の閾値未満であるか、またはＩＰ関節の角度が第２の閾値未満であると判定した場合、処理１０００は、ステップＳ１００７に進む。ステップＳ１００７では、制御信号生成手段２２３が、操作者の動作部位に対応するロボット９００の各部分のロボットパラメータの値が操作者パラメータの値に一致するようにロボット９００を動かす制御信号を生成し、出力部２４０は、生成された制御信号をロボット９００に出力する。これにより、操作者の動きと一致するようにロボット９００を動かすことができる。ステップＳ１００７の終了後、処理１０００は、再度ステップＳ１００１に戻り、上述の処理を繰り返し実行する。
図１１は、操作者の手指の動きに基づいてロボットにつまみ動作を行わせるための処理１１００の一例を示すフローチャートである。処理１１００は、操作者の拇指以外の手指（示指、中指、薬指、または小指）の動きに基づいてロボットの動きを制御するための処理である。処理１１００は、操作者の手指のＭＰ関節の外転角度に基づいてロボットの第１の部分の第２の方向の角度を制御することを含む点で、処理１０００と異なる。処理１１００は、例えばロボット９００の第１の部位９２０について実行される。処理１１００は、例えば、上述されるコンピュータ装置２００’のプロセッサ部２２０’により実行され得る。
ステップＳ１１０１では、コンピュータ装置２００’のプロセッサ部２２０’が、操作者パラメータとして、操作者の拇指以外の手指のＭＰ関節の屈曲角度と、ＭＰ関節の外転角度と、ＩＰ関節の角度とを取得する。ＩＰ関節の角度は、ＰＩＰ関節の角度、ＤＩＰ関節の角度、またはその両方であり得る。測定機器は、ＭＰ関節の屈曲方向の角度を測定するセンサと、外転方向の角度を測定するセンサとの２つの独立したセンサを有しており、これらのセンサから、２方向の角度が測定され得る。なお、ＭＰ関節の屈曲角度と外転角度とは、図１３に関して後述される１つのセンサから各方向の角度成分を決定する手法を用いて決定されてもよい。
ステップＳ１１０２の内容は、処理１０００のステップＳ１００２の内容と同じであるため、詳細な説明が省略される。
ステップＳ１１０３では、設定手段２２１が、ロボット９００のつまみ姿勢およびつまみ姿勢に向かう軌道を設定する。つまみ姿勢および軌道は、予めメモリ部２３０に記憶されており、設定手段２２１がメモリ部２３０から読み出すことにより設定されてもよいし、コンピュータ装置２００’が外部機器と通信することにより取得され、設定手段２２１によって設定されてもよい。軌道９２６は、第１の部位９２０の第１の部分９２１の第１の方向９２１ｆの角度と、第１の部分９２１の第２の方向の角度９２１ａと、第２の部分９２２の角度および／または第３の部分９２３の角度とを関連付けることにより規定され得る。例えば、軌道は、単一の軌道であり、第１の部分９２１の第１の方向９２１ｆの角度と、第１の部分９２１の第２の方向９２２ａの角度と、第２の部分９２２の角度とが所定の比率を満たす軌道であり得る。別の例では、軌道は、複数の軌道であり、第１の部分９２１の第１の方向９２１ｆの角度と第２の部分９２２の角度との間の所定の比率を規定する第１の軌道と、第１の部分９２１の第１の方向９２１ｆの角度と第１の部分９２１の第２の方向９２１ａの角度との間の所定の比率を規定する第２の軌道とを含み得る。
ステップＳ１１０２において、判定手段２２４が、ＭＰ関節の屈曲角度が第１の閾値以上であり、かつＩＰ関節の角度が第２の閾値以上であると判定した場合、処理１１００は、ステップＳ１１０４に進む。ステップＳ１１０４～ステップＳ１１０８では、プロセッサ部２２０’の姿勢決定手段２２２が、操作者パラメータの値に対応するロボット９００の軌道上の姿勢を決定する。ステップＳ１１０４では、姿勢決定手段２２２は、少なくとも操作者のＭＰ関節の屈曲角度とＩＰ関節の角度とを変数とする第３の関数によって、ロボット９００の第１の部位９２０の第１の部分９２１の第１の方向９２１ｆの角度を決定する。ステップＳ１１０５では、姿勢決定手段２２２は、少なくとも操作者のＭＰ関節の屈曲角度とＩＰ関節の角度とを変数とする第４の関数によって、ロボット９００の第１の部位９２０の第２の部分９２２の角度を決定する。
ステップＳ１１０６～ステップＳ１１０８の処理は、操作者の手指の外転角度に対応するロボット９００の第１の部位９２０の部分９２１の第２の方向９２１ａの角度を決定するための処理である。人間の拇指以外の手指のＭＰ関節回りの外転角度は、ＭＰ関節回りの屈曲角度に依存する。ＭＰ関節の屈曲角度が増大すると、ＭＰ関節の外転角度は自然と小さくなる（つまり、示指、薬指、または小指が屈曲する場合、それらの指が中指に近づく）。そして、ＭＰ関節の屈曲角度がある大きさになると、ＭＰ関節の外転角度はほぼ０度となる。このような人間の自然な動きをロボット９００の動きに反映させるために、このような処理が実行される。
ステップＳ１１０６では、姿勢決定手段２２２は、操作者のＭＰ関節の屈曲角度が、第３の閾値未満であるか否かを判定する。これにより、人間の手指のＭＰ関節の屈曲角度がある大きさになるとＭＰ関節の外転角度はほぼ０度となるという特性を、ロボット９００に反映させることができる。第３の閾値は、第１の閾値より大きい値であり得る。
ステップＳ１１０６において操作者のＭＰ関節の屈曲角度が第３の閾値未満であると判定された場合、処理１１００は、ステップＳ１１０７に進む。ステップＳ１１０７では、姿勢決定手段２２２が、少なくとも操作者のＭＰ関節の屈曲角度と外転角度とを変数とする第５の関数によって、ロボット９００の第１の部分９２１の第２の方向９２１ａの角度を決定する。第５の関数は、図３Ａに示されるような、操作者パラメータの値からロボットの軌道上の姿勢のロボットパラメータの値を決定する関数であってもよいし、操作者のＭＰ関節の屈曲角度の大きさに基づいてロボット９００の第１の部分９２１の第２の方向９２１ａの角度を修正する関数であってもよい。後者の場合、第５の関数は、例えば、操作者のＭＰ関節の角度の増加に伴ってロボット９００の第１の部分９２１の第２の方向９２１ａの角度の取り得る範囲を狭める関数であり得る。例えば操作者のＭＰ関節の屈曲角度が２０°であり、ロボット９００の第１の部分９２１の第２の方向９２１ａの角度の取り得る範囲が－２°～＋２°である場合において、操作者のＭＰ関節の外転角度が＋１°と測定された場合、ロボット９００の第１の部分９２１の第２の方向９２１ａの角度も＋１°に決定され、一方で、操作者のＭＰ関節の外転角度が＋３°と測定された場合、ロボット９００の第１の部分９２１の第２の方向９２１ａの角度のとり得る範囲を逸脱しているので、その範囲に収まるように、＋２°に修正され得る。このように、操作者のＭＰ関節の外転角度を、上述される軌道上の姿勢ではなく、より簡便な方法によりロボット９００に反映されるようにすることで、本処理を低減させることができる。
一方、ステップＳ１１０６において操作者のＭＰ関節の外転角度が第３の閾値以上であると判定された場合、処理１１００は、ステップＳ１１０８に進む。ステップＳ１１０８では、姿勢決定手段２２２が、ロボット９００の第１の部分９２１の第２の方向９２１ａの角度を一定の値に決定する。一定の値は、例えば０度であり得る。
ステップＳ１１０９では、プロセッサ部２２０’の制御信号生成手段２２３が、決定された姿勢に向かってロボット９００を動かす制御信号を生成し、出力部２４０は、生成された制御信号をロボット９００に出力する。これにより、目標姿勢に向かってロボット９００を動かすことができる。ステップＳ１１０９の終了後、処理１１００は、再度ステップＳ１１０１に戻り、上述の処理を繰り返し実行する。
ステップＳ１１０２において、判定手段２２４が、ＭＰ関節の屈曲角度が第１の閾値未満であるか、またはＩＰ関節の角度が第２の閾値未満であると判定した場合、処理１１００は、ステップＳ１１１０に進む。ステップＳ１１１０では、制御信号生成手段２２３が、操作者の動作部位に対応するロボット９００の各部分のロボットパラメータの値が操作者パラメータの値に一致するようにロボット９００を動かす制御信号を生成し、出力部２４０は、生成された制御信号をロボット９００に出力する。これにより、操作者の動きと一致するようにロボット９００を動かすことができる。ステップＳ１１１０の終了後、処理１１００は、再度ステップＳ１１０１に戻り、上述の処理を繰り返し実行する。
処理１１００は、拇指以外の手指について、操作者の手指のＭＰ関節の屈曲角度およびＩＰ関節の角度に加え、操作者の手指のＭＰ関節の外転角度も考慮して目標姿勢に向かう軌道を決定するため、処理１０００よりもさらに確実にロボット９００を目標姿勢に向かって動かすことが可能になる。人間の手指の外転角度は非常に微量であるため、これをセンサによって正確に取得できないこともある。そのため、センサによって取得された外転角度をそのままロボットに反映させた場合、ロボットに正確につまみ動作を実行させることができない（例えば、拇指に対応する部分の先端と示指に対応する部分の先端とが接触しない）ことがあり得る。これを回避するために、処理１１００は特に有用である。
図１２は、操作者の手指の動きに基づいてロボット９００につまみ動作を行わせるための処理１２００の一例を示すフローチャートである。処理１２００は、操作者の拇指のＣＭ関節の角度に基づいてロボットの第４の部分を制御することを含む点で、処理１０００および処理１１００と異なる。処理１２００は、例えばロボット９００の第２の部位９４０について実行される。処理１２００は、例えば、上述されるコンピュータ装置２００’のプロセッサ部２２０’により実行され得る。
ステップＳ１２０１では、コンピュータ装置２００’のプロセッサ部２２０’が、操作者の拇指のＭＰ関節の角度と、ＩＰ関節の角度と、ＣＭ関節のパラメータの値とを取得する。
ステップＳ１２０２の内容は、処理１０００のステップＳ１００２の内容と同じであるため、詳細な説明が省略される。
ステップＳ１２０３では、設定手段２２１が、ロボット９００のつまみ姿勢およびつまみ姿勢に向かう軌道を設定する。つまみ姿勢および軌道は、予めメモリ部２３０に記憶されていており、設定手段２２１がメモリ部２３０から読み出すことにより設定されてもよいし、コンピュータ装置２００’が外部機器と通信することにより取得され、設定手段２２１によって設定されてもよい。軌道は、ロボット９００の第２の部位９４０の第１の部分９４１の角度と、第２の部分９４２の角度と、第４の部分９４４の第１の方向９４４ａの角度および／または第４の部分９４４の第２の方向９４４ｆの角度とを関連付けることにより規定され得る。例えば、軌道は、単一の軌道であり、第２の部位９４０の第１の部分９４１の角度と、第２の部分９４２の角度と、第４の部分９４４の第１の方向９４４ａの角度とが所定の比率（例えば、１：２、１：３、２：３、２：５等）を満たす軌道であり得る。別の例では、軌道は、複数の軌道であり、第１の部分９４１の角度と第２の部分９４２の角度との間の所定の比率を規定する第１の軌道と、第１の部分９４１の角度と第４の部分９４４の第１の方向９４４ａの角度との間の所定の比率を規定する第２の軌道とを含み得る。
ステップＳ１２０２において、判定手段２２４が、ＭＰ関節の角度が第１の閾値以上であり、かつＩＰ関節の角度が第２の閾値以上であると判定した場合、処理１２００は、ステップＳ１２０４に進む。ステップＳ１２０４～ステップＳ１２０９では、プロセッサ部２２０’の姿勢決定手段２２２が、操作者パラメータの値に対応するロボット９００の軌道上の姿勢を決定する。
ステップＳ１２０４では、姿勢決定手段２２２は、少なくとも操作者の拇指のＭＰ関節の角度とＩＰ関節の角度とを変数とする第１の関数によって、ロボット９００の第２の部位９４０の第１の部分９４１の角度を決定する。ステップＳ１２０５では、姿勢決定手段２２２は、少なくとも操作者の拇指のＭＰ関節の角度とＩＰ関節の角度とを変数とする第２の関数によって、ロボット９００の第２の部位９４０の第２の部分９４２の角度を決定する。
ステップＳ１２０６～ステップＳ１２０９の処理は、操作者の拇指のＣＭ関節の対立角度に対応するロボット９００の第２の部位９４０の第４の部分９４４の第１の方向９４４ａの角度を決定するための処理である。つまみ姿勢において、拇指は、掌に対向する位置に配置される。掌に対する拇指全体の位置は、主に、拇指のＣＭ関節の対立角度とＭＰ関節の角度とに依存する。そこで、処理１２００は、ロボット９００が第２の部位９４０をつまみ姿勢９０４ｇの位置に確実に移動させることができるように、操作者パラメータの値に基づいてロボット９００の第２の部位９４０の第４の部分９４４の第１の方向９４４ａを制御するための処理を実行する。
人間の拇指のＣＭ関節は、上述されるように、２自由度を有する鞍関節であり、対立角度と屈曲角度とによりその動きが規定される。しかし、従来のＣＭ関節の動きを測定するセンサ（例えば、曲げセンサ）は、対立角度成分と屈曲角度成分とが混在した情報しか取得することができないことがあり、ＣＭ関節の正確な対立角度と屈曲角度とを独立して取得することが困難であり得る。
そこで、ステップＳ１２０６において、姿勢決定手段２２２は、操作者のＣＭ関節のパラメータの値に基づいて、操作者のＣＭ関節の対立角度成分と屈曲角度成分とを決定する処理を行う。ＣＭ関節の角度成分の決定は、任意の方法で行われる。角度成分の決定の一例として、姿勢決定手段２２２は、予め求められた各角度成分の最大ベクトルを取得し、操作者のＣＭ関節のパラメータの値と最大ベクトルとに基づいて各角度成分を決定し得る。例えば、処理１２００は、ステップＳ１２０１の前に拇指のＣＭ関節のキャリブレーションを行い、ＣＭ関節の対立角度成分の最大ベクトルと、屈曲角度成分の最大ベクトルとを決定し得る。図１３は、操作者のＣＭ関節の対立角度成分と屈曲角度成分とを決定するための例示的方法を示す図である。図１３に示す例では、ＣＭ関節のキャリブレーションは、ＣＭ関節に設置されたセンサの値に基づいて実施される。このセンサは、例えば、曲げセンサであり得る。ＣＭ関節のキャリブレーションにおいて、プロセッサ部２２０’は、ＣＭ関節回りの対立角度および屈曲角度を共に０にした状態におけるセンサの値３５１と、対立角度を最大値Ａｍａｘにし、屈曲角度を０にしたときのセンサの値３５２と、対立角度を０にし、屈曲角度を最大値Ｆｍａｘにしたときのセンサの値３５３と、対立角度を最大値Ａｍａｘにし、屈曲角度を最大値Ｆｍａｘにしたときのセンサの値３５４とを取得する。そして、センサの値３５１からセンサの値３５２へ伸びるベクトル３６０、および、センサの値３５１からセンサの値３５３へ伸びるベクトル３７０が決定される。ベクトル３６０の大きさは、ＣＭ関節の対立方向の最大角度を示しており、ベクトル３７０の大きさは、ＣＭ関節の屈曲方向の最大角度を示している。
姿勢決定手段２２２は、時刻ｔｎにおいて取得されたＣＭ関節のセンサ値３５０ｎを、図１３のようにマッピングする。そして、姿勢決定手段２２２は、センサ値３５０ｎから、対立方向ベクトル３６０と屈曲方向ベクトル３７０とに射影し、センサの値３５０ｎの対立方向の基底ベクトル３６０ｎと屈曲方向の基底ベクトル３７０ｎとを決定する。そして、姿勢決定手段２２２は、対立方向ベクトル３６０に対する対立方向規定ベクトル３６０ｎの割合を求めることによって、時刻ｔｎにおける対立角度を決定し、屈曲方向ベクトル３７０に対する屈曲方向基底ベクトル３７０ｎの割合を求めることによって、時刻ｔｎにおける屈曲角度を決定する。
ステップＳ１２０７では、姿勢決定手段２２２は、操作者のＭＰ関節の角度が第４の閾値未満であるか、またはステップＳ１２０６において決定された操作者のＣＭ関節の対立角度成分が第５の閾値未満であるかを判定する。
ステップＳ１２０７において、操作者のＭＰ関節の角度が第４の閾値未満であるか、またはＣＭ関節の対立角度成分が第５の閾値未満であると判定された場合、処理１２００は、ステップＳ１２０８に進む。ステップＳ１２０８では、姿勢決定手段２２２は、少なくとも操作者のＭＰ関節の角度とＣＭ関節の対立角度成分とを変数とする第６の関数によって、ロボット９００の第２の部位９４０の第４の部分９４４の第１の方向９４４ａの角度を決定する。
一方、ステップＳ１２０７において操作者のＭＰ関節の角度が第４の閾値以上であり、かつＣＭ関節の対立角度成分が第５の閾値以上であると判定された場合、処理１２００は、ステップＳ１２０９に進む。ステップＳ１２０９では、姿勢決定手段２２２は、ロボット９００の第２の部位９４０の第４の部分９４４の第１の方向９４４ａの角度を一定の値に決定する。これにより、ロボット９００の第２の部位９４０の第４の部分９４４の第１の方向９４４ａの角度を大きく動かし過ぎることに起因して目標姿勢に到達されなくなることが回避され得る。例えば、ロボット９００の第１の部位９２０と第２の部位９４０とでつまみ動作を行う場合、第２の部位９４０の第４の部分９４４の第１の方向９４４ａの角度が大き過ぎると、第１の部位９２０の先端と第２の部位９４０の先端とが接触しないことがあり得る。よって、姿勢決定手段２２２は、ステップＳ１２０９の処理を実行することにより、上記のような事態を回避し得る。一定の値は、予め決定されている値であってもよいし、第１の部位９２０の軌道から計算される値であってもよい。
ステップＳ１２１０では、プロセッサ部２２０’の制御信号生成手段２２３が、決定された姿勢に向かってロボット９００を動かす制御信号を生成し、出力部２４０は、生成された制御信号をロボット９００に出力する。これにより、操作者の動きに基づいて目標姿勢に向かってロボット９００を動かすことができる。ステップＳ１２１０の終了後、処理１２００は、再度ステップＳ１２０１に戻り、上述の処理を繰り返し実行する。
ステップＳ１２０２において、判定手段２２４が、操作者のＭＰ関節の角度が第１の閾値未満であるか、またはＩＰ関節の角度が第２の閾値未満であると判定した場合、処理１２００は、ステップＳ１２１１に進む。ステップＳ１２１１では、制御信号生成手段２２３が、操作者の動作部位に対応するロボット９００の部分のロボットパラメータの値が操作者パラメータの値に一致するようにロボット９００を動かす制御信号を生成し、出力部２４０は、生成された制御信号をロボット９００に出力する。これにより、操作者の動きと一致するようにロボット９００を動かすことができる。ステップＳ１２１１の終了後、処理１２００は、再度ステップＳ１２０１に戻り、上述の処理を繰り返し実行する。
処理１２００は、操作者の拇指のＭＰ関節の屈曲角度およびＩＰ関節の角度に加え、操作者の拇指のＣＭ関節の対立角度も考慮して目標姿勢に向かう軌道を決定するため、処理１０００よりもさらに確実にロボット９００を目標姿勢に向かって動かすことが可能になる。
処理１０００、１１００および１１２０は、操作者の手指の関節の角度に基づいてロボット９００をつまみ姿勢に向かって動かす例を説明しているが、本開示はこれに限定されない。これらの処理は、関節の角度に限定されず、例えば、手指のＭＰ関節の空間座標（第１の操作者パラメータ）とＩＰ関節の空間座標（第２の操作者パラメータ）とに基づいて、手指の先端の空間座標（第１の操作者パラメータ）と掌の中心の空間座標（第２の操作者パラメータ）とに基づいて、または、手指の先端と掌の中心との距離（第１の操作者パラメータ）と、ＩＰ関節の角度（第２の操作者パラメータ）とに基づいて、実行され得る。
上記では、本開示に係るプログラムを用いてロボットに手指のつまみ動作を行わせるための処理が説明されたが、本開示の範囲はこれに限定されない。本開示の処理は、操作者の動作部位のうちのいくつかの部分の情報に基づいてロボットを目標姿勢に向かって動かすことができるため、操作者の動作部位全体の情報に基づくロボット動作と比較して、データ量が低減され、ロボット制御におけるパラメータを単純化することができる。これにより、人体のうち複雑な構造または複雑な運動形態を有する部位の動きであっても、ロボットに確実に所望の動作を行わせることが可能になる。例えば、人間の頸椎は複雑な構造を有しているが、頸椎に関する少数のパラメータのみを測定し、測定されたパラメータの値からロボットの軌道上の姿勢を決定することによって、少ないデータ量で頸椎の動きをロボットに伝達することができる。
また、本開示の処理のように閾値を用いてロボットを動作させるモードを変更することにより、ロボットを所定の軌道上で動かす場合と、操作者の入力（例えば、操作者パラメータ）に忠実に動かす場合と、一定の姿勢の固定する場合とを詳細に設定することが可能になる。これにより、ロボットの動作を全て操作者の入力に忠実に行わせる場合と比較して、測定機器とロボットとの間の通信量が低減し得る。さらに、閾値による動作モード変更機能を備えることにより、ロボットが所定の軌道上での動作中に特殊な状況（例えば、障害物の存在）に遭遇したときに、操作者がロボットの動作モードを変更するような動きをすることによって、ロボットを操作者に忠実に動くモードに切り替えることができるため、ロボットをそのような特殊な状況に適応させることが容易である。
上述した例では、特定の順序で処理６００、７００、１０００、１１００、１２００の各ステップが行われることを説明したが、説明された順序は一例に過ぎない。処理６００、７００、１０００、１１００、１２００の各ステップは、論理的に可能な任意の順序で行われることができる。
また、処理６００、７００、１０００、１１００、１２００の各ステップは、一実施形態においては、省略されてもよく、別の実施形態においては、他のステップと置換されてもよい。
処理６００、７００、１０００、１１００、１２００は、プロセッサ部２２０とメモリ部２３０に格納されたプログラムとによって実現することが説明されたが、本発明はこれに限定されない。処理６００、７００、１０００、１１００、１２００の各ステップのうちの少なくとも１つは、制御回路などのハードウェア構成によって実現されてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明は、例えば、本開示の処理を行うプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体によっても具現化され得る。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。
本発明は、操作者の動きに基づいてロボットの動きを制御するためのプログラム、システムおよび方法等を提供するものとして有用である。
１０ 操作者の動きに基づいてロボットの動きを制御するためのシステム
１００ 測定機器
２００ コンピュータ装置
３００ ロボット

Claims (20)

  1. 操作者の動きに基づいてロボットの動きを制御するためのプログラムであって、前記プログラムは、プロセッサ部を備えるコンピュータシステムにおいて実行され、前記プログラムは、
    操作者パラメータの値を取得することと、
    前記ロボットの目標姿勢および前記ロボットの部位が前記目標姿勢に到達するまでに通る軌道を設定することと、
    前記操作者パラメータの値に対応する前記ロボットの前記軌道上の姿勢を決定することと、
    前記決定された姿勢に向かって前記ロボットを動かす制御信号を出力することと
    を含む処理を前記プロセッサ部に行わせ、前記操作者パラメータは、前記操作者の第１の部分に関する第１の操作者パラメータと、前記操作者の第２の部分に関する第２の操作者パラメータとを含み、
    前記軌道は、前記操作者の前記第１の部分に対応する前記ロボットの第１の部分に関する第１のロボットパラメータの値と、前記操作者の前記第２の部分に対応する前記ロボットの第２の部分に関する第２のロボットパラメータの値との変化に対応し、前記変化において、前記第１のロボットパラメータの値と前記第２のロボットパラメータの値との比率が、所定の比率を満たす、プログラム。
  2. 前記処理は、前記操作者パラメータの値が閾値以上であるか否かを判定することをさらに含み、
    前記姿勢を決定することは、前記操作者パラメータの値が前記閾値以上である場合に行われる、請求項１に記載のプログラム。
  3. 前記姿勢を決定することは、前記ロボットの動きが前記操作者の動きに対して先行するように前記姿勢を決定すること、および／または前記ロボットの動きが前記操作者の動きに対して後行するように前記姿勢を決定することを含む、請求項１または２に記載のプログラム。
  4. 前記処理は、前記第１の操作者パラメータの値が第１の閾値以上であるか否か、および前記第２の操作者パラメータの値が第２の閾値以上であるか否かを判定することをさらに含み、
    前記姿勢を決定することは、前記第１の操作者パラメータの値が前記第１の閾値以上であり、かつ、前記第２の操作者パラメータの値が前記第２の閾値以上である場合に行われる、請求項１に記載のプログラム。
  5. 前記第１の閾値は、前記第２の操作者パラメータの値に依存し、
    前記第２の閾値は、前記第１の操作者パラメータの値に依存する、請求項４に記載のプログラム。
  6. 前記操作者パラメータは、前記操作者の第３の部分に関する第３の操作者パラメータをさらに含み、
    前記処理は、前記第１の操作者パラメータの値が第１の閾値以上であるか否か、および前記第２の操作者パラメータと前記第３の操作者パラメータとから求まる値が第２の閾値以上であるか否かを判定することをさらに含み、
    前記姿勢を決定することは、前記第１の操作者パラメータの値が前記第１の閾値以上であり、かつ、前記第２の操作者パラメータと前記第３の操作者パラメータとから求まる前記値が前記第２の閾値以上である場合に行われる、請求項１に記載のプログラム。
  7. 前記姿勢を決定することは、
    （１）少なくとも前記第１の操作者パラメータと前記第２の操作者パラメータとを変数とする第１の関数によって、前記第１のロボットパラメータの値を決定することと、
    （２）少なくとも前記第１の操作者パラメータと前記第２の操作者パラメータとを変数とする第２の関数によって、前記第２のロボットパラメータの値を決定することと
    を含む、請求項１および４～６のいずれか一項に記載のプログラム。
  8. 前記第１の関数および前記第２の関数は、前記ロボットの動きを前記操作者の動きに対して先行させるような前記第１のロボットパラメータの値および前記第２のロボットパラメータの値、ならびに／または前記ロボットの動きを前記操作者の動きに対して後行させるような前記第１のロボットパラメータの値および前記第２のロボットパラメータの値を決定する関数である、請求項７に記載のプログラム。
  9. 前記第１の操作者パラメータは、前記操作者の第１の関節の角度であり、
    前記第２の操作者パラメータは、前記操作者の第２の関節の角度であり、
    前記第１のロボットパラメータは、前記ロボットの前記第１の部分の角度であり、
    前記第２のロボットパラメータは、前記ロボットの前記第２の部分の角度である、請求項１～８のいずれか一項に記載のプログラム。
  10. 前記第１の操作者パラメータは、前記操作者の手指のＭＰ関節の屈曲角度であり、
    前記第２の操作者パラメータは、前記操作者の前記手指のＰＩＰ関節の角度、ＤＩＰ関節の角度、またはＩＰ関節の角度であり、
    前記第１のロボットパラメータは、前記ロボットの前記第１の部分の角度であり、
    前記第２のロボットパラメータは、前記ロボットの前記第２の部分の角度である、請求項１～８に記載のプログラム。
  11. 前記第１の操作者パラメータは、前記操作者の第１の関節の第１の方向の角度であり、
    前記第２の操作者パラメータは、前記操作者の第２の関節の角度であり、
    前記第１のロボットパラメータは、前記ロボットの前記第１の部分の第１の方向の角度であり、
    前記第２のロボットパラメータは、前記ロボットの前記第２の部分の角度であり、
    前記操作者パラメータは、前記操作者の前記第１の関節の第２の方向の角度をさらに含み、
    前記姿勢を決定することは、
    （３）少なくとも前記操作者の前記第１の関節の前記第１の方向の角度と前記操作者の前記第２の関節の角度とを変数とする第３の関数によって、前記ロボットの前記第１の部分の前記第１の方向の角度を決定することと、
    （４）少なくとも前記操作者の前記第１の関節の前記第１の方向の角度と前記操作者の前記第２の関節の角度とを変数とする第４の関数によって、前記ロボットの前記第２の部分の角度を決定することと、
    （５）少なくとも前記操作者の前記第１の関節の前記第１の方向の角度と前記操作者の前記第１の関節の前記第２の方向の角度とを変数とする第５の関数によって、前記操作者の前記第１の関節の前記第２の方向に対応する前記ロボットの前記第１の部分の第２の方向の角度を決定することと
    を含む、請求項１および４～６のいずれか一項に記載のプログラム。
  12. 前記姿勢を決定することは、前記第１の関節の前記第１の方向の角度が第３の閾値以上であるか否かを判定することをさらに含み、
    （６）前記第１の関節の前記第１の方向の角度が前記第３の閾値未満である場合、（５）が行われ、
    （７）前記第１の関節の前記第１の方向の角度が前記第３の閾値以上である場合、前記ロボットの前記第１の部分の前記第２の方向の角度が一定の値に決定される、請求項１１に記載のプログラム。
  13. 前記操作者の前記第１の関節は、前記操作者の拇指以外の手指のＭＰ関節であり、
    前記操作者の前記第２の関節は、前記操作者の前記手指のＰＩＰ関節またはＤＩＰ関節であり、
    前記第１の関節の前記第１の方向の角度は、前記ＭＰ関節の屈曲角度であり、
    前記第１の関節の前記第２の方向の角度は、前記ＭＰ関節の外転角度である、請求項１１または１２に記載のプログラム。
  14. 前記第１の操作者パラメータは、前記操作者の第１の関節の角度であり、
    前記第２の操作者パラメータは、前記操作者の第２の関節の角度であり、
    前記第１のロボットパラメータは、前記ロボットの前記第１の部分の角度であり、
    前記第２のロボットパラメータは、前記ロボットの前記第２の部分の角度であり、
    前記操作者パラメータは、前記操作者の第４の関節のパラメータの値をさらに含み、
    前記姿勢を決定することは、
    （８）少なくとも前記操作者の前記第１の関節の角度と前記操作者の前記第２の関節の角度とを変数とする第６の関数によって、前記ロボットの前記第１の部分の角度を決定することと、
    （９）少なくとも前記操作者の前記第１の関節の角度と前記操作者の前記第２の関節の角度とを変数とする第７の関数によって、前記ロボットの前記第２の部分の角度を決定することと、
    （１０）前記操作者の前記第４の関節のパラメータの値に基づいて、前記操作者の前記第４の関節の第１の方向の角度成分と前記第４の関節の第２の方向の角度成分とを決定することと、
    （１１）少なくとも前記操作者の前記第１の関節の角度と前記操作者の前記第４の関節の前記第１の方向の角度成分とを変数とする第８の関数によって、前記操作者の前記第４の関節の前記第１の方向の角度成分に対応する前記ロボットの第４の部分の第１の方向の角度を決定することと
    をさらに含む、請求項１および４～６のいずれか一項に記載のプログラム。
  15. 前記姿勢を決定することは、前記操作者の前記第１の関節の角度が第４の閾値以上であるか否か、および前記操作者の前記第４の関節の前記第１の方向の角度成分が第５の閾値以上であるか否かを判定することをさらに含み、
    （１２）前記操作者の前記第１の関節の角度が前記第４の閾値未満であるか、または前記操作者の前記第４の関節の前記第１の方向の角度成分が前記第５の閾値未満である場合、（１１）が行われ、
    （１３）前記操作者の前記第１の関節の角度が前記第４の閾値以上であり、かつ前記操作者の前記第４の関節の前記第１の方向の角度成分が前記第５の閾値以上である場合、前記ロボットの前記第４の部分の前記第１の方向の角度が一定の値に決定される、請求項１４に記載のプログラム。
  16. 前記操作者の前記第４の関節は、前記操作者の手の拇指のＣＭ関節であり、
    前記第４の関節の第１の方向の角度成分は、前記ＣＭ関節の対立角度であり、
    前記第４の関節の第２の方向の角度成分は、前記ＣＭ関節の屈曲角度である、請求項１４または１５に記載のプログラム。
  17. 前記目標姿勢は、手指のつまみ姿勢である、請求項１～１６のいずれか一項に記載のプログラム。
  18. 操作者の動きに基づいてロボットの動きを制御するための方法であって、前記方法は、
    操作者パラメータの値を取得することと、
    前記ロボットの目標姿勢および前記ロボットの部位が前記目標姿勢に到達するまでに通る軌道を設定することと、
    前記操作者パラメータの値に対応する前記ロボットの前記軌道上の姿勢を決定することと、
    前記決定された姿勢に向かって前記ロボットを動かす制御信号を出力することと
    を含み、前記操作者パラメータは、前記操作者の第１の部分に関する第１の操作者パラメータと、前記操作者の第２の部分に関する第２の操作者パラメータとを含み、
    前記軌道は、前記操作者の前記第１の部分に対応する前記ロボットの第１の部分に関する第１のロボットパラメータの値と、前記操作者の前記第２の部分に対応する前記ロボットの第２の部分に関する第２のロボットパラメータの値との変化に対応し、前記変化において、前記第１のロボットパラメータの値と前記第２のロボットパラメータの値との比率が、所定の比率を満たす、方法。
  19. 操作者の動きに基づいてロボットの動きを制御する制御信号を生成するためのシステムであって、前記システムは、
    操作者パラメータの値を受信する受信部と、
    前記ロボットの目標姿勢および前記ロボットの部位が前記目標姿勢に到達するまでに通る軌道を設定する設定手段と、
    前記操作者パラメータの値に対応する前記ロボットの前記軌道上の姿勢を決定する姿勢決定手段と、
    前記姿勢に向かって前記ロボットを動かす制御信号を生成する制御信号生成手段と、
    前記制御信号を出力する出力部と
    を備え、前記操作者パラメータは、前記操作者の第１の部分に関する第１の操作者パラメータと、前記操作者の第２の部分に関する第２の操作者パラメータとを含み、
    前記軌道は、前記操作者の前記第１の部分に対応する前記ロボットの第１の部分に関する第１のロボットパラメータの値と、前記操作者の前記第２の部分に対応する前記ロボットの第２の部分に関する第２のロボットパラメータの値との変化に対応し、前記変化において、前記第１のロボットパラメータの値と前記第２のロボットパラメータの値との比率が、所定の比率を満たす、システム。
  20. 操作者の動きに基づいてロボットの動きを制御するためのシステムであって、前記システムは、
    前記操作者の動きを測定する測定器具と、
    請求項１～１７のいずれか一項に記載のプログラムを実行するように構成されたコンピュータ装置と、
    前記ロボットと
    を備える、システム。
JP2021148665A 2021-09-13 2021-09-13 操作者の動きに基づいてロボットの動きを制御するためのプログラム、方法、およびシステム Active JP7351539B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021148665A JP7351539B2 (ja) 2021-09-13 2021-09-13 操作者の動きに基づいてロボットの動きを制御するためのプログラム、方法、およびシステム
PCT/JP2022/034073 WO2023038134A1 (ja) 2021-09-13 2022-09-12 操作者の動きに基づいてロボットの動きを制御するためのプログラム、方法、およびシステム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021148665A JP7351539B2 (ja) 2021-09-13 2021-09-13 操作者の動きに基づいてロボットの動きを制御するためのプログラム、方法、およびシステム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023041345A JP2023041345A (ja) 2023-03-24
JP7351539B2 true JP7351539B2 (ja) 2023-09-27

Family

ID=85506484

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021148665A Active JP7351539B2 (ja) 2021-09-13 2021-09-13 操作者の動きに基づいてロボットの動きを制御するためのプログラム、方法、およびシステム

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7351539B2 (ja)
WO (1) WO2023038134A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012213818A (ja) 2011-03-31 2012-11-08 Institute Of National Colleges Of Technology Japan ロボットハンドおよびその遠隔制御方法
JP2015202537A (ja) 2014-04-14 2015-11-16 ファナック株式会社 力に応じて動かすロボットのロボット制御装置およびロボットシステム
JP2016047591A (ja) 2014-08-27 2016-04-07 キヤノン株式会社 ロボット教示装置、方法、およびロボットシステム
JP2018089736A (ja) 2016-12-01 2018-06-14 トヨタ自動車株式会社 マスタスレーブシステム
JP2020151362A (ja) 2019-03-22 2020-09-24 国立大学法人電気通信大学 グリッパ構造、人工アーム、及びグリッパ装置
JP2020179466A (ja) 2019-04-25 2020-11-05 株式会社日立製作所 軌道計画装置、軌道計画方法及びプログラム

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012213818A (ja) 2011-03-31 2012-11-08 Institute Of National Colleges Of Technology Japan ロボットハンドおよびその遠隔制御方法
JP2015202537A (ja) 2014-04-14 2015-11-16 ファナック株式会社 力に応じて動かすロボットのロボット制御装置およびロボットシステム
JP2016047591A (ja) 2014-08-27 2016-04-07 キヤノン株式会社 ロボット教示装置、方法、およびロボットシステム
JP2018089736A (ja) 2016-12-01 2018-06-14 トヨタ自動車株式会社 マスタスレーブシステム
JP2020151362A (ja) 2019-03-22 2020-09-24 国立大学法人電気通信大学 グリッパ構造、人工アーム、及びグリッパ装置
JP2020179466A (ja) 2019-04-25 2020-11-05 株式会社日立製作所 軌道計画装置、軌道計画方法及びプログラム

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023041345A (ja) 2023-03-24
WO2023038134A1 (ja) 2023-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102230421B1 (ko) 가상 모델 제어 방법 및 장치
CN110312471B (zh) 从神经肌肉活动测量中导出控制信号的自适应系统
Griffin et al. Calibration and mapping of a human hand for dexterous telemanipulation
EP2991592B1 (en) Coordinated control for an arm prosthesis
JP4890199B2 (ja) ロボットハンドおよびロボット
JP6678832B2 (ja) 遠隔制御マニピュレータシステムおよび制御装置
Santaera et al. Low-cost, fast and accurate reconstruction of robotic and human postures via IMU measurements
JP2010131702A (ja) ロボット装置
US20160247016A1 (en) Method for recognizing gestures of a human body
US10551927B2 (en) Force reflecting system
JP2011115248A (ja) 装着型動作支援装置
JP5108032B2 (ja) 多関節構造体教示装置
Cunningham et al. The supernumerary robotic 3 rd thumb for skilled music tasks
JP7035309B2 (ja) マスタスレーブシステム
Rohling et al. Optimized fingertip mapping for teleoperation of dextrous robot hands
Rohling et al. Optimized fingertip mapping: a general algorithm for robotic hand teleoperation
JP7351539B2 (ja) 操作者の動きに基づいてロボットの動きを制御するためのプログラム、方法、およびシステム
KR101227092B1 (ko) 로봇의 동작 제어 시스템 및 동작 제어 방법
US9529445B2 (en) Input device and input method
KR101568084B1 (ko) 이족보행로봇의 보행 모방 제어장치
Fröhlich et al. Gesture recognition of the upper limbs—from signal to symbol
KR102225769B1 (ko) 손가락 단위 단방향 움직임을 갖는 햅틱 컨트롤러의 가상 물체 파지 제어 시스템 및 방법
JP2019126879A (ja) 把持装置
CN110877335A (zh) 一种基于混合滤波器自适应无标记机械臂轨迹跟踪方法
WO2014186546A2 (en) Apparatus and method for augmenting functionality of a human hand using supernumerary artificial appendages

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230118

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20230118

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230215

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230405

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230609

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230727

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230824

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230907

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7351539

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150