JPH10133733A - アミューズメントロボットの動作教示方法及び動作教示装置 - Google Patents
アミューズメントロボットの動作教示方法及び動作教示装置Info
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- JPH10133733A JPH10133733A JP28965696A JP28965696A JPH10133733A JP H10133733 A JPH10133733 A JP H10133733A JP 28965696 A JP28965696 A JP 28965696A JP 28965696 A JP28965696 A JP 28965696A JP H10133733 A JPH10133733 A JP H10133733A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 教示対象であるアミューズメントロボットの
基になる生物の動作に類似した自然な動きを再現するこ
とができるアミューズメントロボットの動作教示方法及
び動作教示装置を提供する。 【解決手段】 アミューズメントロボット１の全リンク
Ｌの中から代表的なリンクＭi （ｉ＝１，２，・・・，
ｍ）を必要なだけ選出し、選出されたリンクＭiの中か
ら関節を持って接続されているリンクＭj とリンクＭk
の間の逆運動学問題を解いておき、選出された代表的な
リンクＭi に関連付けする手本体４の部位Ｎi （ｉ＝
１，２，・・・，ｍ）を選出し、手本体４の部位Ｎを観
測点として、その位置又は姿勢を３次元位置・姿勢検出
装置２により計測し、コンピュータ３により、上記逆運
動学問題を解くことにより得られた教示データの生成式
に上記計測結果を代入して教示データを得て、上記アミ
ューズメントロボット１の動作教示を行う。
基になる生物の動作に類似した自然な動きを再現するこ
とができるアミューズメントロボットの動作教示方法及
び動作教示装置を提供する。 【解決手段】 アミューズメントロボット１の全リンク
Ｌの中から代表的なリンクＭi （ｉ＝１，２，・・・，
ｍ）を必要なだけ選出し、選出されたリンクＭiの中か
ら関節を持って接続されているリンクＭj とリンクＭk
の間の逆運動学問題を解いておき、選出された代表的な
リンクＭi に関連付けする手本体４の部位Ｎi （ｉ＝
１，２，・・・，ｍ）を選出し、手本体４の部位Ｎを観
測点として、その位置又は姿勢を３次元位置・姿勢検出
装置２により計測し、コンピュータ３により、上記逆運
動学問題を解くことにより得られた教示データの生成式
に上記計測結果を代入して教示データを得て、上記アミ
ューズメントロボット１の動作教示を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アミューズメント
ロボットの動作教示方法及び動作教示装置に関する。
ロボットの動作教示方法及び動作教示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ロボットの動作教示方法とし
ては、１自由度毎に直接的に教示データを入力する方法
や、手本体すなわち動きの手本となる例えば人間のロボ
ットの関節と対応する部位の動きを直接計測して教示デ
ータを得る方法等が知られている。
ては、１自由度毎に直接的に教示データを入力する方法
や、手本体すなわち動きの手本となる例えば人間のロボ
ットの関節と対応する部位の動きを直接計測して教示デ
ータを得る方法等が知られている。
【０００３】また、コンピュータグラフィクスの制作や
医学生理学の分野においては、モーションキャプチャ技
術によって、手本体に設定した注目点の位置や姿勢を時
間でサンプリングしたデータとして測定することが行わ
れている。
医学生理学の分野においては、モーションキャプチャ技
術によって、手本体に設定した注目点の位置や姿勢を時
間でサンプリングしたデータとして測定することが行わ
れている。
【０００４】一般に、人間や動物又はそれらに類似した
外観を持つアミューズメントロボットにおいて、それら
の基礎になっている生物の自由度を全て組み込むこと
は、困難であり、現実的でない。通常、アミューズメン
トロボットに組み込まれる自由度は、要求される演出を
表現できる最低限度の自由度に限定され、設計される。
外観を持つアミューズメントロボットにおいて、それら
の基礎になっている生物の自由度を全て組み込むこと
は、困難であり、現実的でない。通常、アミューズメン
トロボットに組み込まれる自由度は、要求される演出を
表現できる最低限度の自由度に限定され、設計される。
【０００５】例えば、人間の肩及び上腕について考える
と、上体より、まず肩胛骨及び鎖骨によるリンクがあ
り、ここから上腕へとつながっている。したがって、人
体では上腕の姿勢を変えることなく、肩の上下動作や肩
を回す動作を行うことができる。
と、上体より、まず肩胛骨及び鎖骨によるリンクがあ
り、ここから上腕へとつながっている。したがって、人
体では上腕の姿勢を変えることなく、肩の上下動作や肩
を回す動作を行うことができる。
【０００６】ロボットを構成する場合において、この肩
周りの動作が不要とされたときは、鎖骨及び肩胛骨のリ
ンクを省略し、上体から上腕を直接構成することが行わ
れる。これにより、このロボットは上腕を動かすことは
できても肩を回すことはできない仕様となる。
周りの動作が不要とされたときは、鎖骨及び肩胛骨のリ
ンクを省略し、上体から上腕を直接構成することが行わ
れる。これにより、このロボットは上腕を動かすことは
できても肩を回すことはできない仕様となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来より知
られている１自由度毎に直接的に教示データを入力する
方法は、どのような形態のロボットにも対しても教示で
きるのであるが、複数の自由度に対する同時入力ができ
ず、複合的な動きを教示することはできない。当然、全
体の動きをリアルタイムに教示することはできない。
られている１自由度毎に直接的に教示データを入力する
方法は、どのような形態のロボットにも対しても教示で
きるのであるが、複数の自由度に対する同時入力ができ
ず、複合的な動きを教示することはできない。当然、全
体の動きをリアルタイムに教示することはできない。
【０００８】また、手本体すなわち動きの手本となる例
えば人間のロボットの関節と対応する部位の動きを直接
計測して教示データを得る方法では、ロボットの関節に
１体１で対応する測定箇所における測定結果が得られる
ことを条件として、複合的な動きを教示することはでき
るのである。しかし、実際に多くの関節に対応する動き
を正しく同時計測することは容易ではない。
えば人間のロボットの関節と対応する部位の動きを直接
計測して教示データを得る方法では、ロボットの関節に
１体１で対応する測定箇所における測定結果が得られる
ことを条件として、複合的な動きを教示することはでき
るのである。しかし、実際に多くの関節に対応する動き
を正しく同時計測することは容易ではない。
【０００９】すなわち、ある関節角を測定する際には、
隣接する自由度の影響を受けることなく、その関節角の
みを純粋に測定する必要がある。例えば、上腕と前腕に
何らかの器具を取り付けて肘の曲げ角を測定する場合、
肘は蝶番関節であるので１自由度であるが、前腕は回旋
できるので、この回旋によっても肘の動きの計測に影響
を受けないようにする必要がある。また、逆に、前腕の
回旋角は肘の影響を受けずに計測する必要がある。ま
た、肩関節は３自由度を持つ球関節であり、この３自由
度を分離して計測するのは極めて困難である。また、手
本体には個体差があるので、手本体に取り付ける器具
は、身長や体型などの違いに対応できる必要がある。
隣接する自由度の影響を受けることなく、その関節角の
みを純粋に測定する必要がある。例えば、上腕と前腕に
何らかの器具を取り付けて肘の曲げ角を測定する場合、
肘は蝶番関節であるので１自由度であるが、前腕は回旋
できるので、この回旋によっても肘の動きの計測に影響
を受けないようにする必要がある。また、逆に、前腕の
回旋角は肘の影響を受けずに計測する必要がある。ま
た、肩関節は３自由度を持つ球関節であり、この３自由
度を分離して計測するのは極めて困難である。また、手
本体には個体差があるので、手本体に取り付ける器具
は、身長や体型などの違いに対応できる必要がある。
【００１０】さらに、この方法は、手本体に対する測定
個所がロボットの構造に依存するので、ロボットの関節
位置に合わせて測定点を定める必要があり、構造の異な
るロボット毎に異なる測定器を準備する必要がある。
個所がロボットの構造に依存するので、ロボットの関節
位置に合わせて測定点を定める必要があり、構造の異な
るロボット毎に異なる測定器を準備する必要がある。
【００１１】また、コンピュータグラフィクスの制作や
医学生理学の分野において実用化されている光学式モー
ションキャプチャのシステムでは、検出器であるカメラ
は不動点である地面に固定されている。したがって、こ
のシステムにより手本体の動きを測定する場合、手本体
である動物の胴部から生起している手足、頭、尾等の各
部と胴部との相対関係を求める際に、全て基準座標系で
ある地面を経由した計算処理となり、計算量が多いばか
りでなく、特に胴部の測定誤差は全身に亘って誤差の伝
搬を引き起こすことになる。
医学生理学の分野において実用化されている光学式モー
ションキャプチャのシステムでは、検出器であるカメラ
は不動点である地面に固定されている。したがって、こ
のシステムにより手本体の動きを測定する場合、手本体
である動物の胴部から生起している手足、頭、尾等の各
部と胴部との相対関係を求める際に、全て基準座標系で
ある地面を経由した計算処理となり、計算量が多いばか
りでなく、特に胴部の測定誤差は全身に亘って誤差の伝
搬を引き起こすことになる。
【００１２】ここで、アミューズメントロボットでは、
何らかの物理的な作業を行う産業用ロボットとは異な
り、その作用端の位置や動作精度に対する要求度は低
く、それよりも、その基になる生物の動作に類似した自
然な動きを再現することに重点がおかれる。生物的で自
然な動きは、構成要素の複合的な連携によるものであ
り、単純な関数として記述できるものではない。
何らかの物理的な作業を行う産業用ロボットとは異な
り、その作用端の位置や動作精度に対する要求度は低
く、それよりも、その基になる生物の動作に類似した自
然な動きを再現することに重点がおかれる。生物的で自
然な動きは、構成要素の複合的な連携によるものであ
り、単純な関数として記述できるものではない。
【００１３】また、アミューズメントロボットに模され
る動物の多くは、胴部を持ち、そこから手足、頭、尾が
生起している。動作教示において、最終的に必要となる
のは、各部間の相対的な位置（姿勢）関係であるから、
胴部を基準位置とする各部の測定データすなわち教示デ
ータが得られると都合が良い。
る動物の多くは、胴部を持ち、そこから手足、頭、尾が
生起している。動作教示において、最終的に必要となる
のは、各部間の相対的な位置（姿勢）関係であるから、
胴部を基準位置とする各部の測定データすなわち教示デ
ータが得られると都合が良い。
【００１４】そこで、本発明の目的は、教示対象である
アミューズメントロボットの基になる生物の動作に類似
した自然な動きを再現することができるアミューズメン
トロボットの動作教示方法及び動作教示装置を提供する
ことにある。
アミューズメントロボットの基になる生物の動作に類似
した自然な動きを再現することができるアミューズメン
トロボットの動作教示方法及び動作教示装置を提供する
ことにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明に係るアミューズ
メントロボットの動作教示方法は、アミューズメントロ
ボットの全リンクＬの中から代表的なリンクＭi （ｉ＝
１，２，・・・，ｍ）を必要なだけ選出し、選出された
リンクＭi の中から関節を持って接続されているリンク
Ｍj とリンクＭk の間の逆運動学問題を解いておき、選
出された代表的なリンクＭi に関連付けする手本体の部
位Ｎi （ｉ＝１，２，・・・，ｍ）を選出し、手本体の
部位Ｎを観測点として、その位置又は姿勢を計測し、上
記逆運動学問題を解くことにより得られた教示データの
生成式に上記計測結果を代入して教示データを得て、上
記アミューズメントロボットの動作教示を行うことを特
徴とする。
メントロボットの動作教示方法は、アミューズメントロ
ボットの全リンクＬの中から代表的なリンクＭi （ｉ＝
１，２，・・・，ｍ）を必要なだけ選出し、選出された
リンクＭi の中から関節を持って接続されているリンク
Ｍj とリンクＭk の間の逆運動学問題を解いておき、選
出された代表的なリンクＭi に関連付けする手本体の部
位Ｎi （ｉ＝１，２，・・・，ｍ）を選出し、手本体の
部位Ｎを観測点として、その位置又は姿勢を計測し、上
記逆運動学問題を解くことにより得られた教示データの
生成式に上記計測結果を代入して教示データを得て、上
記アミューズメントロボットの動作教示を行うことを特
徴とする。
【００１６】本発明に係るアミューズメントロボットの
動作教示装置は、教示対象であるアミューズメントロボ
ットに教示する動作の手本となる動作を与える手本体
と、上記手本体の各測定部位の３次元位置又は姿勢を検
出する３次元位置・姿勢検出装置と、上記３次元位置・
姿勢検出装置による上記手本体の各測定部位の３次元位
置又は姿勢を示す検出情報に基づいて、上記手本体によ
り与えられた動作の教示データを生成して、上記アミュ
ーズメントロボットの動作教示を行う演算処理装置とを
備え、上記演算処理装置により、上記アミューズメント
ロボットの全リンクＬから選出された代表的なリンクＭ
i （ｉ＝１，２，・・・，ｍ）の中から関節を持って接
続されているリンクＭj とリンクＭk の間の逆運動学問
題を解くことにより得られる教示データの生成式に、選
出された代表的なリンクＭi に関連付けする上記手本体
の部位Ｎi （ｉ＝１，２，・・・，ｍ）の位置又は姿勢
を上記３次元位置・姿勢検出装置により計測して得られ
る計測データを代入して、教示データを得ることを特徴
とする。
動作教示装置は、教示対象であるアミューズメントロボ
ットに教示する動作の手本となる動作を与える手本体
と、上記手本体の各測定部位の３次元位置又は姿勢を検
出する３次元位置・姿勢検出装置と、上記３次元位置・
姿勢検出装置による上記手本体の各測定部位の３次元位
置又は姿勢を示す検出情報に基づいて、上記手本体によ
り与えられた動作の教示データを生成して、上記アミュ
ーズメントロボットの動作教示を行う演算処理装置とを
備え、上記演算処理装置により、上記アミューズメント
ロボットの全リンクＬから選出された代表的なリンクＭ
i （ｉ＝１，２，・・・，ｍ）の中から関節を持って接
続されているリンクＭj とリンクＭk の間の逆運動学問
題を解くことにより得られる教示データの生成式に、選
出された代表的なリンクＭi に関連付けする上記手本体
の部位Ｎi （ｉ＝１，２，・・・，ｍ）の位置又は姿勢
を上記３次元位置・姿勢検出装置により計測して得られ
る計測データを代入して、教示データを得ることを特徴
とする。
【００１７】また、本発明に係るアミューズメントロボ
ットの動作教示装置では、上記３次元位置・姿勢検出装
置により、例えば、上記手本体の胴部を原点位置とする
３次元空間における各測定部位の３次元位置又は姿勢を
検出する。
ットの動作教示装置では、上記３次元位置・姿勢検出装
置により、例えば、上記手本体の胴部を原点位置とする
３次元空間における各測定部位の３次元位置又は姿勢を
検出する。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るアミューズメ
ントロボットの動作教示方法及び動作教示装置の好適な
実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明す
る。
ントロボットの動作教示方法及び動作教示装置の好適な
実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明す
る。
【００１９】本発明に係るアミューズメントロボットの
動作教示装置は、例えば図１に示すように、手本体１と
３次元位置姿勢検出装置２とコンピュータ３から構成さ
れる。
動作教示装置は、例えば図１に示すように、手本体１と
３次元位置姿勢検出装置２とコンピュータ３から構成さ
れる。
【００２０】上記手本体１は、教示対象であるアミュー
ズメントロボット４に教示する動作の手本となる動作を
与える動物やそれらの模型から成る。
ズメントロボット４に教示する動作の手本となる動作を
与える動物やそれらの模型から成る。
【００２１】また、上記３次元位置・姿勢検出装置２
は、３次元位置・姿勢検出用の発信信号を出力する１個
の発信器２Ａとこの発信器２Ａから出力された発信信号
を受信する複数個の受信器２Ｂ，２Ｃ・・・が接続され
ており、各受信器２Ｂ，２Ｃ・・・による受信出力に基
づいて、上記発信器２Ａを原点位置とする３次元空間に
おける各受信器２Ｂ，２Ｃ・・・の位置又は姿勢を示す
検出情報を出力する機能を有するもので、この実施の形
態にではＰＯＬＨＥＭＵＳ社製の磁気式３次元位置姿勢
検出装置が用いられている。そして、この実施形態にお
いて、上記発信器２Ａは上記手本体１の胴部１Ａの原点
位置に取り付けられ、各受信器２Ｂ，２Ｃ・・・は頭部
１Ｂ，前腕手首部１Ｃや腰部１Ｄ・・・等の各測定部位
に取り付けられている。したがって、上記３次元位置・
姿勢検出装置２は、上記手本体１の胴部１Ａを原点位置
とする３次元空間における各測定部位の３次元位置又は
姿勢を検出することにより、上記手本体１の全身が地面
に対してどのように運動していても、その影響を受ける
ことなく胴部と各測定部位の相対関係を計測することが
できる。
は、３次元位置・姿勢検出用の発信信号を出力する１個
の発信器２Ａとこの発信器２Ａから出力された発信信号
を受信する複数個の受信器２Ｂ，２Ｃ・・・が接続され
ており、各受信器２Ｂ，２Ｃ・・・による受信出力に基
づいて、上記発信器２Ａを原点位置とする３次元空間に
おける各受信器２Ｂ，２Ｃ・・・の位置又は姿勢を示す
検出情報を出力する機能を有するもので、この実施の形
態にではＰＯＬＨＥＭＵＳ社製の磁気式３次元位置姿勢
検出装置が用いられている。そして、この実施形態にお
いて、上記発信器２Ａは上記手本体１の胴部１Ａの原点
位置に取り付けられ、各受信器２Ｂ，２Ｃ・・・は頭部
１Ｂ，前腕手首部１Ｃや腰部１Ｄ・・・等の各測定部位
に取り付けられている。したがって、上記３次元位置・
姿勢検出装置２は、上記手本体１の胴部１Ａを原点位置
とする３次元空間における各測定部位の３次元位置又は
姿勢を検出することにより、上記手本体１の全身が地面
に対してどのように運動していても、その影響を受ける
ことなく胴部と各測定部位の相対関係を計測することが
できる。
【００２２】さらに、上記コンピュータ３は、教示対象
であるアミューズメントロボット４について、逆運動学
問題を解いて教示データの生成式を求めておき、上記３
次元位置・姿勢検出装置２による検出出力すなわち上記
手本体１の胴部１Ａに取り付けられた上記発信器２Ａを
原点位置とする３次元空間における上記手本体１の頭部
１Ｂ，前腕手首部１Ｃや腰部１Ｄの各測定部位に取り付
けられた各受信器２Ｂ，２Ｃ・・・の位置又は姿勢を示
す検出情報を上記教示データの生成式に代入することに
よって教示データを生成し、この教示データを教示対象
であるアミューズメントロボット４に供給する。
であるアミューズメントロボット４について、逆運動学
問題を解いて教示データの生成式を求めておき、上記３
次元位置・姿勢検出装置２による検出出力すなわち上記
手本体１の胴部１Ａに取り付けられた上記発信器２Ａを
原点位置とする３次元空間における上記手本体１の頭部
１Ｂ，前腕手首部１Ｃや腰部１Ｄの各測定部位に取り付
けられた各受信器２Ｂ，２Ｃ・・・の位置又は姿勢を示
す検出情報を上記教示データの生成式に代入することに
よって教示データを生成し、この教示データを教示対象
であるアミューズメントロボット４に供給する。
【００２３】この実施の形態では、次の手順に従った動
作教示方法によりアミューズメントロボット４の動作教
示を行う。
作教示方法によりアミューズメントロボット４の動作教
示を行う。
【００２４】すなわち、上記アミューズメントロボット
４の前リンクＬの中から代表的なリンクＭi （ｉ＝１，
２，・・・，ｍ）を必要なだけ選出する。
４の前リンクＬの中から代表的なリンクＭi （ｉ＝１，
２，・・・，ｍ）を必要なだけ選出する。
【００２５】そして、選出されたリンクＭi の中から関
節を持って接続されているリンクＭj とリンクＭk の間
の逆運動学問題を解いておく。
節を持って接続されているリンクＭj とリンクＭk の間
の逆運動学問題を解いておく。
【００２６】また、選出された代表的なリンクＭi に関
連付けする手本体１の部位Ｎi （ｉ＝１，２，・・・，
ｍ）を選出する。
連付けする手本体１の部位Ｎi （ｉ＝１，２，・・・，
ｍ）を選出する。
【００２７】次に、手本体１の部位Ｎを観測点として、
その位置や姿勢の計測を行う。
その位置や姿勢の計測を行う。
【００２８】そして、上記逆運動学問題を解くことによ
り得られた教示データの生成式に上記計測結果を代入し
て教示データを得る。
り得られた教示データの生成式に上記計測結果を代入し
て教示データを得る。
【００２９】このように、手本体１の動きを計測して教
示データを得ることにより、複雑な動きでも自然な動作
の教示を行うことができる。また、同時に多くの関節に
対する教示データを得ることにより、複合的あるいは有
機的な動作の教示を行うことができる。また、一般に非
常に多自由度である手本体の骨格のモデル化など手本体
自体の運動学的あるいは逆運動学的が考慮を全く必要と
することなく、自然な動作の教示を行うことができる。
さらに、代表的なリンクＭi と、それに関連付けされる
手本体の部位（観測点）Ｎi は、その間に制約はなく、
逆運動学問題が解けるように選択されればよい。したが
って、全く構造の異なる教示対象、例えば恐竜のような
現在実在しない動物の動作を、例えば人間を手本として
教示することもできる。また、計測したデータを保存し
ておき、違う構造のロボットに対して教示を行うことも
可能である。
示データを得ることにより、複雑な動きでも自然な動作
の教示を行うことができる。また、同時に多くの関節に
対する教示データを得ることにより、複合的あるいは有
機的な動作の教示を行うことができる。また、一般に非
常に多自由度である手本体の骨格のモデル化など手本体
自体の運動学的あるいは逆運動学的が考慮を全く必要と
することなく、自然な動作の教示を行うことができる。
さらに、代表的なリンクＭi と、それに関連付けされる
手本体の部位（観測点）Ｎi は、その間に制約はなく、
逆運動学問題が解けるように選択されればよい。したが
って、全く構造の異なる教示対象、例えば恐竜のような
現在実在しない動物の動作を、例えば人間を手本として
教示することもできる。また、計測したデータを保存し
ておき、違う構造のロボットに対して教示を行うことも
可能である。
【００３０】さらに、選出した代表的なリンクＭi （ｉ
＝１，２，・・・，ｍ）の中から関節を持って接続され
ているリンクＭj とリンクＭk の間にあるロボットの自
由度の教示データを定められる限り、それに関連付けさ
れる手本体の部位（観測点）Ｎj ，Ｎk の取り方は任意
であり、それらの間に手本体の自由度が幾つあっても良
い。したがって、例えば、肩を回す動作が不要とされた
人間型ロボットに対しては、上体及び上腕の位置データ
を使わずに、姿勢データのみから教示データを計算する
ようにすることにより、手本体１が上腕を動かしたとき
に、鎖骨及び肩胛骨による肩関節位置の移動の影響を受
けないようにすることができる。リンクＭj とリンクＭ
k の選び方により、このようなロボットにない手本体の
自由度による影響をなくすことが可能である。
＝１，２，・・・，ｍ）の中から関節を持って接続され
ているリンクＭj とリンクＭk の間にあるロボットの自
由度の教示データを定められる限り、それに関連付けさ
れる手本体の部位（観測点）Ｎj ，Ｎk の取り方は任意
であり、それらの間に手本体の自由度が幾つあっても良
い。したがって、例えば、肩を回す動作が不要とされた
人間型ロボットに対しては、上体及び上腕の位置データ
を使わずに、姿勢データのみから教示データを計算する
ようにすることにより、手本体１が上腕を動かしたとき
に、鎖骨及び肩胛骨による肩関節位置の移動の影響を受
けないようにすることができる。リンクＭj とリンクＭ
k の選び方により、このようなロボットにない手本体の
自由度による影響をなくすことが可能である。
【００３１】ここで、例えば、上記アミューズメントロ
ボット４における頭部１Ｂの動作に対する要求仕様が うなずき動作 首を傾げる動作 顔を左右に向ける動作 であるとき、首部の構造としては図２に示すような例が
考えられる。すなわち、上体と頭部をそれぞれ末端リン
クＬB ，ＬH として、そのあいだが首３関節とリンクＬ
H1，ＬH2よって接続されている。
ボット４における頭部１Ｂの動作に対する要求仕様が うなずき動作 首を傾げる動作 顔を左右に向ける動作 であるとき、首部の構造としては図２に示すような例が
考えられる。すなわち、上体と頭部をそれぞれ末端リン
クＬB ，ＬH として、そのあいだが首３関節とリンクＬ
H1，ＬH2よって接続されている。
【００３２】この例に適用した場合、本発明に係る動作
教示方法では、末端リンクＬB ，ＬH を代表的なリンク
ＭB ，ＭH として選出する。
教示方法では、末端リンクＬB ，ＬH を代表的なリンク
ＭB ，ＭH として選出する。
【００３３】そして、この代表的なリンクＭB ，ＭH 間
の逆運動学問題を解くと、上記リンクＭB ，ＭH 上のフ
レームをそれぞれ｛Ｂ｝，｛Ｈ｝とし、フレーム｛Ｂ｝
に対するフレーム｛Ｈ｝の位置と姿勢が測定され、次の
同次変換行列B HＴで表されるとき、
の逆運動学問題を解くと、上記リンクＭB ，ＭH 上のフ
レームをそれぞれ｛Ｂ｝，｛Ｈ｝とし、フレーム｛Ｂ｝
に対するフレーム｛Ｈ｝の位置と姿勢が測定され、次の
同次変換行列B HＴで表されるとき、
【００３４】
【数１】
【００３５】各関節角θ1 ，θ2 ，θ3 は、回転行列B H
Ｒの要素を用いて、
Ｒの要素を用いて、
【００３６】
【数２】
【００３７】で求められる。
【００３８】また、選出された代表的なリンクＭB ，Ｍ
H に関連付けする手本体１の部位ＮB ，ＮH として、Ｎ
B には手本体１の頭部を選出し、ＮH として手本体１の
上体を選出する。
H に関連付けする手本体１の部位ＮB ，ＮH として、Ｎ
B には手本体１の頭部を選出し、ＮH として手本体１の
上体を選出する。
【００３９】次に、手本体１の各部位ＮB ，ＮH を観測
点として、その位置や姿勢の計測を行う。これにより、
手本体１の各部位ＮB ，ＮH 上のフレームをそれぞれ
｛Ｂ’｝，｛Ｈ’｝とし、フレーム｛Ｂ’｝に対するフ
レーム｛Ｈ’｝の回転行列B HＲ’を測定結果として得
る。
点として、その位置や姿勢の計測を行う。これにより、
手本体１の各部位ＮB ，ＮH 上のフレームをそれぞれ
｛Ｂ’｝，｛Ｈ’｝とし、フレーム｛Ｂ’｝に対するフ
レーム｛Ｈ’｝の回転行列B HＲ’を測定結果として得
る。
【００４０】そして、B HＲ＝B HＲ’とみなして、上記逆
運動学問題を解くことにより得られた教示データの生成
式（１）に上記計測結果を代入して、各関節角θ1 ，θ
2 ，θ3 を教示データとして得る。
運動学問題を解くことにより得られた教示データの生成
式（１）に上記計測結果を代入して、各関節角θ1 ，θ
2 ，θ3 を教示データとして得る。
【００４１】以上の動作教示方法によりアミューズメン
トロボット４の頭部の各動作 関節角θ3 に対応するうなずき動作 関節角θ2 に対応する首を傾げる動作 関節角θ1 に対応する顔を左右に向ける動作 に関して、手本体１の自然な動きと同じ動作を行わせる
ことができる。
トロボット４の頭部の各動作 関節角θ3 に対応するうなずき動作 関節角θ2 に対応する首を傾げる動作 関節角θ1 に対応する顔を左右に向ける動作 に関して、手本体１の自然な動きと同じ動作を行わせる
ことができる。
【００４２】なお、上記各部位ＮB ，ＮH の位置や姿勢
の計測動作と各関節角θ1 ，θ2 ，θ3 の演算処理を適
当なサンプリング周期を持って反復実行することによ
り、各関節角θ1 ，θ2 ，θ3 の時系列データを得て一
連の教示データとする。
の計測動作と各関節角θ1 ，θ2 ，θ3 の演算処理を適
当なサンプリング周期を持って反復実行することによ
り、各関節角θ1 ，θ2 ，θ3 の時系列データを得て一
連の教示データとする。
【００４３】次に、本発明を人体型アミューズメントロ
ボットに適用する例について説明する。
ボットに適用する例について説明する。
【００４４】例えば図３の（Ａ）に示すように、３自由
度のボールジョイント部ＢＪを１０個と１自由度の旋回
関節部ＲＪを４個用いて構成される３４自由度の人体型
アミューズメントロボット１０では、ボールジョイント
部ＢＪをジンバル機構で構成すると、ジンバル機構には
中間的なリンクが２つ含まれるので、全リンク数は３４
となる。そこで、本発明方法に従って、この全リンクＬ
の中から、代表的なリンクＭi として、図３の（Ａ）に
示す１５個のリンクＬ1 〜Ｌ15を選出し、その代表的な
リンクに関連付けするために図３の（Ｂ）に示す手本体
４０の各部位Ｎ1 〜Ｎ15を選出して、各部位Ｎ1 〜Ｎ15
の姿勢を測定することで、３４自由度の関節角すなわち
教示データの全てを求めることができる。
度のボールジョイント部ＢＪを１０個と１自由度の旋回
関節部ＲＪを４個用いて構成される３４自由度の人体型
アミューズメントロボット１０では、ボールジョイント
部ＢＪをジンバル機構で構成すると、ジンバル機構には
中間的なリンクが２つ含まれるので、全リンク数は３４
となる。そこで、本発明方法に従って、この全リンクＬ
の中から、代表的なリンクＭi として、図３の（Ａ）に
示す１５個のリンクＬ1 〜Ｌ15を選出し、その代表的な
リンクに関連付けするために図３の（Ｂ）に示す手本体
４０の各部位Ｎ1 〜Ｎ15を選出して、各部位Ｎ1 〜Ｎ15
の姿勢を測定することで、３４自由度の関節角すなわち
教示データの全てを求めることができる。
【００４５】ここでは、測定基準フレームはＮ1 にある
ものとし、Ｎ1 に対するＮ2 〜Ｎ１５の姿勢を表す回転
行列を１ ２Ｒ〜 1 15Ｒとする。
ものとし、Ｎ1 に対するＮ2 〜Ｎ１５の姿勢を表す回転
行列を１ ２Ｒ〜 1 15Ｒとする。
【００４６】ボールジョイント部ＢＪの３自由度及び旋
回関節部ＲＪの１自由度の関節角は、関節を挟む両端の
間の回転行列がわかれば求められるので、この例のよう
に代表リンクを選出すれば、各代表リンクの姿勢から全
自由度を求めることができる。その代表リンクの姿勢デ
ータとして、手本体４０の測定結果1 2Ｒ〜 1 15Ｒを代入
することにより、教示データを得る。すなわち、接続関
係にある代表リンク間の回転行列として1 2Ｒ〜 1 15Ｒを
用いることにより、次の表ｌに示す代表リンク間の回転
行列から３４個の全関節角を求めることができる。
回関節部ＲＪの１自由度の関節角は、関節を挟む両端の
間の回転行列がわかれば求められるので、この例のよう
に代表リンクを選出すれば、各代表リンクの姿勢から全
自由度を求めることができる。その代表リンクの姿勢デ
ータとして、手本体４０の測定結果1 2Ｒ〜 1 15Ｒを代入
することにより、教示データを得る。すなわち、接続関
係にある代表リンク間の回転行列として1 2Ｒ〜 1 15Ｒを
用いることにより、次の表ｌに示す代表リンク間の回転
行列から３４個の全関節角を求めることができる。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【発明の効果】本発明に係るアミューズメントロボット
の動作教示方法では、アミューズメントロボットの全リ
ンクＬから選出した代表的なリンクＭi （ｉ＝１，２，
・・・，ｍ）の中から関節を持って接続されているリン
クＭj とリンクＭk の間の逆運動学問題を解いておき、
選出された代表的なリンクＭi に関連付けする手本体の
部位Ｎi （ｉ＝１，２，・・・，ｍ）を観測点として、
その位置又は姿勢を計測し、上記逆運動学問題を解くこ
とにより得られた教示データの生成式に上記計測結果を
代入して教示データを得ることにより、教示対象である
アミューズメントロボットの基になる生物の動作に類似
した自然な動きを再現することができる極めて自然な動
作の教示を行うことができる。すなわち、手本体の動き
を計測して教示データを得るので、複雑な動きでも自然
な動作の教示を行うことができる。また、同時に多くの
関節に対する教示データが得られるので、複合的あるい
は有機的な動作の教示を行うことができる。また、一般
に非常に多自由度である手本体の骨格のモデル化など手
本体自体の運動学的あるいは逆運動学的が考慮を全く必
要とすることなく、自然な動作の教示を行うことができ
る。さらに、代表的なリンクＭi と、それに関連付けさ
れる手本体の部位（観測点）Ｎi は、その間に制約はな
く、逆運動学問題が解けるように選択されればよい。し
たがって、全く構造の異なる教示対象、例えば恐竜のよ
うな現在実在しない動物の動作を、例えば人間を手本と
して教示することもできる。また、計測したデータを保
存しておき、違う構造のロボットに対して教示を行うこ
とも可能である。
の動作教示方法では、アミューズメントロボットの全リ
ンクＬから選出した代表的なリンクＭi （ｉ＝１，２，
・・・，ｍ）の中から関節を持って接続されているリン
クＭj とリンクＭk の間の逆運動学問題を解いておき、
選出された代表的なリンクＭi に関連付けする手本体の
部位Ｎi （ｉ＝１，２，・・・，ｍ）を観測点として、
その位置又は姿勢を計測し、上記逆運動学問題を解くこ
とにより得られた教示データの生成式に上記計測結果を
代入して教示データを得ることにより、教示対象である
アミューズメントロボットの基になる生物の動作に類似
した自然な動きを再現することができる極めて自然な動
作の教示を行うことができる。すなわち、手本体の動き
を計測して教示データを得るので、複雑な動きでも自然
な動作の教示を行うことができる。また、同時に多くの
関節に対する教示データが得られるので、複合的あるい
は有機的な動作の教示を行うことができる。また、一般
に非常に多自由度である手本体の骨格のモデル化など手
本体自体の運動学的あるいは逆運動学的が考慮を全く必
要とすることなく、自然な動作の教示を行うことができ
る。さらに、代表的なリンクＭi と、それに関連付けさ
れる手本体の部位（観測点）Ｎi は、その間に制約はな
く、逆運動学問題が解けるように選択されればよい。し
たがって、全く構造の異なる教示対象、例えば恐竜のよ
うな現在実在しない動物の動作を、例えば人間を手本と
して教示することもできる。また、計測したデータを保
存しておき、違う構造のロボットに対して教示を行うこ
とも可能である。
【００４９】さらに、選出した代表的なリンクＭi （ｉ
＝１，２，・・・，ｍ）の中から関節を持って接続され
ているリンクＭj とリンクＭk の間にあるロボットの自
由度の教示データを定められる限り、それに関連付けさ
れる手本体の部位（観測点）Ｎj ，Ｎk の取り方は任意
であり、それらの間に手本体の自由度が幾つあっても良
い。したがって、例えば、肩を回す動作が不要とされた
人間型ロボットに対しては、上体及び上腕の位置データ
を使わずに、姿勢データのみから教示データを計算する
ようにすることにより、手本体が上腕を動かしたとき
に、鎖骨及び肩胛骨による肩関節位置の移動の影響を受
けないようにすることができる。リンクＭj とリンクＭ
k の選び方により、このようなロボットにない手本体の
自由度による影響をなくすことが可能である。
＝１，２，・・・，ｍ）の中から関節を持って接続され
ているリンクＭj とリンクＭk の間にあるロボットの自
由度の教示データを定められる限り、それに関連付けさ
れる手本体の部位（観測点）Ｎj ，Ｎk の取り方は任意
であり、それらの間に手本体の自由度が幾つあっても良
い。したがって、例えば、肩を回す動作が不要とされた
人間型ロボットに対しては、上体及び上腕の位置データ
を使わずに、姿勢データのみから教示データを計算する
ようにすることにより、手本体が上腕を動かしたとき
に、鎖骨及び肩胛骨による肩関節位置の移動の影響を受
けないようにすることができる。リンクＭj とリンクＭ
k の選び方により、このようなロボットにない手本体の
自由度による影響をなくすことが可能である。
【００５０】本発明に係るアミューズメントロボットの
動作教示装置では、演算処理装置により、アミューズメ
ントロボットの全リンクＬから選出された代表的なリン
クＭi （ｉ＝１，２，・・・，ｍ）の中から関節を持っ
て接続されているリンクＭｊとリンクＭｋ の間の逆運
動学問題を解くことにより得られる教示データの生成式
に、選出された代表的なリンクＭi に関連付けする手本
体の部位Ｎi （ｉ＝１，２，・・・，ｍ）の位置又は姿
勢を３次元位置・姿勢検出装置により計測して得られる
計測データを代入して教示データを得て、教示対象であ
る上記アミューズメントロボットの基になる生物の動作
に類似した自然な動きを再現することができる極めて自
然な動作の教示を行うことができる。
動作教示装置では、演算処理装置により、アミューズメ
ントロボットの全リンクＬから選出された代表的なリン
クＭi （ｉ＝１，２，・・・，ｍ）の中から関節を持っ
て接続されているリンクＭｊとリンクＭｋ の間の逆運
動学問題を解くことにより得られる教示データの生成式
に、選出された代表的なリンクＭi に関連付けする手本
体の部位Ｎi （ｉ＝１，２，・・・，ｍ）の位置又は姿
勢を３次元位置・姿勢検出装置により計測して得られる
計測データを代入して教示データを得て、教示対象であ
る上記アミューズメントロボットの基になる生物の動作
に類似した自然な動きを再現することができる極めて自
然な動作の教示を行うことができる。
【００５１】また、本発明に係るアミューズメントロボ
ットの動作教示装置では、上記３次元位置・姿勢検出装
置で、例えば、上記手本体の胴部を原点位置とする３次
元空間における各測定部位の３次元位置又は姿勢を検出
することにより、全身が地面に対してどのように運動し
ていても、その影響を受けることなく胴部と各測定部位
の相対関係を計測することができる。
ットの動作教示装置では、上記３次元位置・姿勢検出装
置で、例えば、上記手本体の胴部を原点位置とする３次
元空間における各測定部位の３次元位置又は姿勢を検出
することにより、全身が地面に対してどのように運動し
ていても、その影響を受けることなく胴部と各測定部位
の相対関係を計測することができる。
【図１】本発明に係るアミューズメントロボットの動作
教示装置の要部構成を示す図である。
教示装置の要部構成を示す図である。
【図２】アミューズメントロボットの首部の構造例を示
す図である。
す図である。
【図３】本発明の人体型アミューズメントロボットへの
適用例を説明するための図である。
適用例を説明するための図である。
１，４０ 手本体、２ ３次元位置・姿勢検出装置、２
Ａ 発信器、２Ｂ，２Ｃ・・・ 受信器、３ コンピュ
ータ、４，１０ アミューズメントロボット
Ａ 発信器、２Ｂ，２Ｃ・・・ 受信器、３ コンピュ
ータ、４，１０ アミューズメントロボット
Claims (3)
- 【請求項１】 アミューズメントロボットの全リンクＬ
の中から代表的なリンクＭi （ｉ＝１，２，・・・，
ｍ）を必要なだけ選出し、 選出されたリンクＭi の中から関節を持って接続されて
いるリンクＭj とリンクＭk の間の逆運動学問題を解い
ておき、 選出された代表的なリンクＭi に関連付けする手本体の
部位Ｎi （ｉ＝１，２，・・・，ｍ）を選出し、 手本体の部位Ｎを観測点として、その位置又は姿勢を計
測し、 上記逆運動学問題を解くことにより得られた教示データ
の生成式に上記計測結果を代入して教示データを得て、 上記アミューズメントロボットの動作教示を行うことを
特徴とするアミューズメントロボットの動作教示方法。 - 【請求項２】 教示対象であるアミューズメントロボッ
トに教示する動作の手本となる動作を与える手本体と、 上記手本体の各測定部位の３次元位置又は姿勢を検出す
る３次元位置・姿勢検出装置と、 上記３次元位置・姿勢検出装置による上記手本体の各測
定部位の３次元位置又は姿勢を示す検出情報に基づい
て、上記手本体により与えられた動作の教示データを生
成して、上記アミューズメントロボットの動作教示を行
う演算処理装置とを備え、 上記演算処理装置は、上記アミューズメントロボットの
全リンクＬから選出された代表的なリンクＭi （ｉ＝
１，２，・・・，ｍ）の中から関節を持って接続されて
いるリンクＭj とリンクＭk の間の逆運動学問題を解く
ことにより得られる教示データの生成式に、選出された
代表的なリンクＭi に関連付けする上記手本体の部位Ｎ
ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｍ）の位置又は姿勢を上記３
次元位置・姿勢検出装置により計測して得られる計測デ
ータを代入することにより、教示データを得ることを特
徴とするアミューズメントロボットの動作教示装置。 - 【請求項３】 上記３次元位置・姿勢検出装置は、上記
手本体の胴部を原点位置とする３次元空間における各測
定部位の３次元位置又は姿勢を検出することを特徴とす
る請求項２記載のアミューズメントロボットの動作教示
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28965696A JPH10133733A (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | アミューズメントロボットの動作教示方法及び動作教示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28965696A JPH10133733A (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | アミューズメントロボットの動作教示方法及び動作教示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10133733A true JPH10133733A (ja) | 1998-05-22 |
Family
ID=17746063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28965696A Pending JPH10133733A (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | アミューズメントロボットの動作教示方法及び動作教示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10133733A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002081157A1 (fr) * | 2001-04-03 | 2002-10-17 | Sony Corporation | Robot mobile a deux jambes, procede de commande de mouvement et support de stockage |
| JP2005523827A (ja) * | 2002-04-30 | 2005-08-11 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 一組の可動部分を有するロボット用のアニメートシステム |
| JP2007125670A (ja) * | 2005-11-07 | 2007-05-24 | Advanced Telecommunication Research Institute International | ロボット用表現動作変換システム |
| WO2007088743A1 (ja) * | 2006-02-01 | 2007-08-09 | Honda Motor Co., Ltd. | ロボットの関節構造 |
| JP2010089248A (ja) * | 2008-10-09 | 2010-04-22 | National Chiao Tung Univ | ハンドパペットマニピュレーションシステム |
-
1996
- 1996-10-31 JP JP28965696A patent/JPH10133733A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002081157A1 (fr) * | 2001-04-03 | 2002-10-17 | Sony Corporation | Robot mobile a deux jambes, procede de commande de mouvement et support de stockage |
| US7024276B2 (en) | 2001-04-03 | 2006-04-04 | Sony Corporation | Legged mobile robot and its motion teaching method, and storage medium |
| JP2005523827A (ja) * | 2002-04-30 | 2005-08-11 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 一組の可動部分を有するロボット用のアニメートシステム |
| JP2007125670A (ja) * | 2005-11-07 | 2007-05-24 | Advanced Telecommunication Research Institute International | ロボット用表現動作変換システム |
| WO2007088743A1 (ja) * | 2006-02-01 | 2007-08-09 | Honda Motor Co., Ltd. | ロボットの関節構造 |
| JP4971984B2 (ja) * | 2006-02-01 | 2012-07-11 | 本田技研工業株式会社 | ロボットの関節構造 |
| JP2010089248A (ja) * | 2008-10-09 | 2010-04-22 | National Chiao Tung Univ | ハンドパペットマニピュレーションシステム |
| US8571707B2 (en) | 2008-10-09 | 2013-10-29 | National Chiao Tung University | Glove puppet manipulating system |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061121 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070122 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20070213 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |