JPH11123680A - ロボットの構造記述方法、ロボット装置及びロボットの構成部品 - Google Patents
ロボットの構造記述方法、ロボット装置及びロボットの構成部品Info
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- JPH11123680A JPH11123680A JP22817298A JP22817298A JPH11123680A JP H11123680 A JPH11123680 A JP H11123680A JP 22817298 A JP22817298 A JP 22817298A JP 22817298 A JP22817298 A JP 22817298A JP H11123680 A JPH11123680 A JP H11123680A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 構成部品をスケルトン表現を基本とする要素
構成物の集合体として表現するロボットの構造記述方
法、ロボット装置及びロボットの構成部品を提供する。 【解決手段】 構成部品ＣＰＣi をＪ個の要素構成物PA
RTj とその結合情報からなるものとして、要素構成物PA
RTjの結合情報CONNECTi は、直前の要素構成物への直列
結合を示す記号“−”とｎ個前の要素構成物への結合を
示す“:n”で表現し、形状情報jSHAPEi は、ベクトルj
ｐiにより直線で表し、変換行列jＲiで iPARTj の終点
における次の要素構成物への座標変換を与える。
構成物の集合体として表現するロボットの構造記述方
法、ロボット装置及びロボットの構成部品を提供する。 【解決手段】 構成部品ＣＰＣi をＪ個の要素構成物PA
RTj とその結合情報からなるものとして、要素構成物PA
RTjの結合情報CONNECTi は、直前の要素構成物への直列
結合を示す記号“−”とｎ個前の要素構成物への結合を
示す“:n”で表現し、形状情報jSHAPEi は、ベクトルj
ｐiにより直線で表し、変換行列jＲiで iPARTj の終点
における次の要素構成物への座標変換を与える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＣＰＵを用
いて動きの指令や制御を行うようになされたロボットの
構造記述方法、ロボット装置及びロボットの構成部品に
関する。
いて動きの指令や制御を行うようになされたロボットの
構造記述方法、ロボット装置及びロボットの構成部品に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ロボットの多くは、複数の構成部
品をそれぞれ予め定められた相関関係で予め定められた
状態に結合されることにより所定の形に組み立てられ、
各構成部品を駆動制御することにより、姿勢や動きを変
化させるようになっている。
品をそれぞれ予め定められた相関関係で予め定められた
状態に結合されることにより所定の形に組み立てられ、
各構成部品を駆動制御することにより、姿勢や動きを変
化させるようになっている。
【０００３】例えば、特開平５−２４５７８４号公報に
開示されているロボットでは、複数の関節モジュール
と、複数のアームモジュールとを組み合わせることによ
り所望形状に構築し得るようになっている。そして、こ
のロボットは、各関節モジュールにそれぞれ固有番号を
設定して、制御部が各関節モジュールとの通信により得
られる固有番号に基づいて各関節モジュールの接続順序
を認識し、その認識に基づいて制御プログラムを好適な
ものに書き換えることができるようになっている。
開示されているロボットでは、複数の関節モジュール
と、複数のアームモジュールとを組み合わせることによ
り所望形状に構築し得るようになっている。そして、こ
のロボットは、各関節モジュールにそれぞれ固有番号を
設定して、制御部が各関節モジュールとの通信により得
られる固有番号に基づいて各関節モジュールの接続順序
を認識し、その認識に基づいて制御プログラムを好適な
ものに書き換えることができるようになっている。
【０００４】また、コンピュータ上でコンピュータグラ
フィックス（CG:Computer Graphics）により仮想ロボッ
トや仮想生物などを動かし、上記コンピュータに接続さ
れたセンサなどにより入力情報に応じて仮想ロボットや
仮想生物の行動を変化させるようにしたコンピュータゲ
ームが知られている。
フィックス（CG:Computer Graphics）により仮想ロボッ
トや仮想生物などを動かし、上記コンピュータに接続さ
れたセンサなどにより入力情報に応じて仮想ロボットや
仮想生物の行動を変化させるようにしたコンピュータゲ
ームが知られている。
【０００５】さらに、実ロボットのシミュレーションを
行う場合、実ロボットと同じ形状、質量を持つモデルを
コンピュータ上に構築し、これに重力などの実世界での
物理的に存在する力を作用させ、その動きを計算により
求める方法は、多くのロボットの教科書に記述されてい
る。
行う場合、実ロボットと同じ形状、質量を持つモデルを
コンピュータ上に構築し、これに重力などの実世界での
物理的に存在する力を作用させ、その動きを計算により
求める方法は、多くのロボットの教科書に記述されてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、特開平５−
２４５７８４号公報に開示されているロボットは、マニ
ピュレータを前提にしていることから、構成部品を２つ
以上に分岐して接続するような構成に対応することがで
きず、また、各種センサからの入力情報に基づく制御に
も対応するものではなかった。そこで、本件出願人は、
先に特願平９−１９０４０号として、複数の構成部品か
らなるロボット装置において、構成部品の形状を決定す
るための形状情報を記憶する第１の記憶手段と、構成部
品の運動を記述するのに必要な運動情報を記憶する第２
の記憶手段と、構成部品に収納された電子部品の特性情
報を記憶する第３の記憶手段と、各構成部品の結合状態
を検出する検出手段とを設けるようにしたものを提案し
ている。このロボット装置における制御手段は、検出手
段による検出結果に基づいて全体の構造や、各構成部品
の運動特性を自動的に認識することができる。また、上
記ロボット装置では、制御手段が各構成部品を制御する
ために使用する制御プログラムによって、予め各電子部
品の機能毎に共通に定められた所定のデータフォーマッ
トで表される第１のデータを各電子部品が機能毎に用い
るデータフォーマットで表される第２のデータに変換す
る変換プログラムを各構成部品の各記憶手段に記憶させ
るようにしている。この結果、制御プログラムによって
予め決められたデータフォーマットに依存せずに、各構
成部品を設計することが可能になる。
２４５７８４号公報に開示されているロボットは、マニ
ピュレータを前提にしていることから、構成部品を２つ
以上に分岐して接続するような構成に対応することがで
きず、また、各種センサからの入力情報に基づく制御に
も対応するものではなかった。そこで、本件出願人は、
先に特願平９−１９０４０号として、複数の構成部品か
らなるロボット装置において、構成部品の形状を決定す
るための形状情報を記憶する第１の記憶手段と、構成部
品の運動を記述するのに必要な運動情報を記憶する第２
の記憶手段と、構成部品に収納された電子部品の特性情
報を記憶する第３の記憶手段と、各構成部品の結合状態
を検出する検出手段とを設けるようにしたものを提案し
ている。このロボット装置における制御手段は、検出手
段による検出結果に基づいて全体の構造や、各構成部品
の運動特性を自動的に認識することができる。また、上
記ロボット装置では、制御手段が各構成部品を制御する
ために使用する制御プログラムによって、予め各電子部
品の機能毎に共通に定められた所定のデータフォーマッ
トで表される第１のデータを各電子部品が機能毎に用い
るデータフォーマットで表される第２のデータに変換す
る変換プログラムを各構成部品の各記憶手段に記憶させ
るようにしている。この結果、制御プログラムによって
予め決められたデータフォーマットに依存せずに、各構
成部品を設計することが可能になる。
【０００７】このようにロボット部品に形状や機能情報
を記憶させ、それらを結合の順序を知ることができる仕
組みを持つ信号線結合方式（シリアルバス）で結合する
ことによって、ロボットを制御するＣＰＵがロボットの
形状とセンサやアクチュエータの種類とそれらが取り付
けられている場所を知ることができる。
を記憶させ、それらを結合の順序を知ることができる仕
組みを持つ信号線結合方式（シリアルバス）で結合する
ことによって、ロボットを制御するＣＰＵがロボットの
形状とセンサやアクチュエータの種類とそれらが取り付
けられている場所を知ることができる。
【０００８】特願平９−１９０４０号の開示技術によれ
ば、バーチャルロボットと名付けたロボット部品の持っ
ている情報とその結合順序を管理しているソフトウエア
オブジェクトを上記シリアルバスとロボット部品の持つ
情報から自動的に構築して、実ロボットを駆動制御する
ことができ、機構系に依存しない機構系独立命令を用い
て共通の制御系により制御可能とした形式の異なる機構
系を備える各種形態のロボット装置を実現することがで
きる。
ば、バーチャルロボットと名付けたロボット部品の持っ
ている情報とその結合順序を管理しているソフトウエア
オブジェクトを上記シリアルバスとロボット部品の持つ
情報から自動的に構築して、実ロボットを駆動制御する
ことができ、機構系に依存しない機構系独立命令を用い
て共通の制御系により制御可能とした形式の異なる機構
系を備える各種形態のロボット装置を実現することがで
きる。
【０００９】本発明の目的は、このようなロボット装置
の構成部品をスケルトン表現を基本とする要素構成物の
集合体として表現するロボットの構造記述方法を提供す
ることにある。
の構成部品をスケルトン表現を基本とする要素構成物の
集合体として表現するロボットの構造記述方法を提供す
ることにある。
【００１０】また、本発明の他の目的は、スケルトン表
現を基本とする要素構成物の集合体として表現される構
造の各種機能を有するロボットとして動作することがで
きるロボット装置を提供することにある。
現を基本とする要素構成物の集合体として表現される構
造の各種機能を有するロボットとして動作することがで
きるロボット装置を提供することにある。
【００１１】さらに、本発明の他の目的は、スケルトン
表現を基本とする要素構成物の集合体として表現される
構造の各種機能を有するロボット装置を構成するロボッ
トの構成部品を提供することにある。
表現を基本とする要素構成物の集合体として表現される
構造の各種機能を有するロボット装置を構成するロボッ
トの構成部品を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明に係るロボットの
構造記述方法は、ロボットの構成部品ＣＰＣi をＪ個の
要素構成物PARTj に分解し、その結合情報CONNECTi及び
ベクトルjｐiと変換行列jＲiからなる形状情報jSHAPEi
によりロボットの構造を示すことを特徴とする。
構造記述方法は、ロボットの構成部品ＣＰＣi をＪ個の
要素構成物PARTj に分解し、その結合情報CONNECTi及び
ベクトルjｐiと変換行列jＲiからなる形状情報jSHAPEi
によりロボットの構造を示すことを特徴とする。
【００１３】このロボットの構造記述方法では、例え
ば、構成部品の結合面終点で次の構成部品の最初の座標
系を与えることができる。
ば、構成部品の結合面終点で次の構成部品の最初の座標
系を与えることができる。
【００１４】本発明に係るロボット装置は、全体を制御
する制御手段と、アクチュエータ及び／又は所定の物理
量を測定するセンサを含む電子部品が収納された複数の
構成部品ＣＰＣから構成され、構成部品の形状を決定す
るための形状情報と、構成部品の運動を記述するのに必
要な運動情報と、構成部品に収納された上記電子部品の
特性情報と、各構成部品の結合状態を示す結合情報によ
り、制御手段が全体を認識して制御するロボット装置で
あって、構成部品ＣＰＣi をＪ個の要素構成物PARTj と
その結合情報からなるものとして、 結合情報CONNECTi 要素構成物PARTjの形状情報jSHAPEi 要素構成物PARTjの動力学情報jDYNi 要素構成物PARTjの機能情報jFUNCi とするとき、結合情報CONNECTiは、直前の要素構成物に
直列結合を示す記号“−”とｎ個前の要素構成物に結合
“:n”で表現し、形状情報jSHAPEi は、ベクトルjｐiに
より直線で表し、変換行列jＲiでiPARTjの終点における
次の要素構成物への座標変換を与え、動力学情報jDYNi
は、iPARTjの質量中心jＧiへのベクトルをiPARTjの座標
系jΣiで表現したjｓi、質量jｍi、jＧiを中心とした慣
性行列jＩi、及びiPARTjの始点における運動方向を与え
る情報jａiからなるとともに、始点に位置する機能が発
生するトルク及び方向が要素構成物PARTj の機能情報jF
UNCiから与えられ、機能情報jFUNCiは、機能がアクチュ
エータやセンサであることを示すインデックスとそれら
の特性を表すデータによって表現し、構成部品の形状を
決定するための形状情報と、構成部品の運動を記述する
のに必要な運動情報と、構成部品に収納された上記電子
部品の特性情報と、各構成部品の結合状態を示す結合情
報により、制御手段が全体を認識して制御することを特
徴とする。
する制御手段と、アクチュエータ及び／又は所定の物理
量を測定するセンサを含む電子部品が収納された複数の
構成部品ＣＰＣから構成され、構成部品の形状を決定す
るための形状情報と、構成部品の運動を記述するのに必
要な運動情報と、構成部品に収納された上記電子部品の
特性情報と、各構成部品の結合状態を示す結合情報によ
り、制御手段が全体を認識して制御するロボット装置で
あって、構成部品ＣＰＣi をＪ個の要素構成物PARTj と
その結合情報からなるものとして、 結合情報CONNECTi 要素構成物PARTjの形状情報jSHAPEi 要素構成物PARTjの動力学情報jDYNi 要素構成物PARTjの機能情報jFUNCi とするとき、結合情報CONNECTiは、直前の要素構成物に
直列結合を示す記号“−”とｎ個前の要素構成物に結合
“:n”で表現し、形状情報jSHAPEi は、ベクトルjｐiに
より直線で表し、変換行列jＲiでiPARTjの終点における
次の要素構成物への座標変換を与え、動力学情報jDYNi
は、iPARTjの質量中心jＧiへのベクトルをiPARTjの座標
系jΣiで表現したjｓi、質量jｍi、jＧiを中心とした慣
性行列jＩi、及びiPARTjの始点における運動方向を与え
る情報jａiからなるとともに、始点に位置する機能が発
生するトルク及び方向が要素構成物PARTj の機能情報jF
UNCiから与えられ、機能情報jFUNCiは、機能がアクチュ
エータやセンサであることを示すインデックスとそれら
の特性を表すデータによって表現し、構成部品の形状を
決定するための形状情報と、構成部品の運動を記述する
のに必要な運動情報と、構成部品に収納された上記電子
部品の特性情報と、各構成部品の結合状態を示す結合情
報により、制御手段が全体を認識して制御することを特
徴とする。
【００１５】さらに、本発明に係るロボットの構成部品
は、部品の物理的特性情報を記憶する記憶手段と、上記
記憶手段に記憶された情報を取り出す手段とを有するこ
とを特徴とする。
は、部品の物理的特性情報を記憶する記憶手段と、上記
記憶手段に記憶された情報を取り出す手段とを有するこ
とを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
て図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】先ず、ロボット装置の概略構成を図１に示
す。この図１に示すロボット装置は、エージェントモデ
ル部１０とＣＰＣ（Configurable Physical Component
）部２０から構成される。エージェントモデル部１０
は、ＣＰＵ１１とＲＡＭ１２，ＲＯＭ１３，シリアルバ
スのホストコントローラ１４及び一般的なＣＰＵ周辺装
置１５からなり、上記シリアルバスのホストコントロー
ラ１４を介してマスタ入出力が行われるようになってい
る。
す。この図１に示すロボット装置は、エージェントモデ
ル部１０とＣＰＣ（Configurable Physical Component
）部２０から構成される。エージェントモデル部１０
は、ＣＰＵ１１とＲＡＭ１２，ＲＯＭ１３，シリアルバ
スのホストコントローラ１４及び一般的なＣＰＵ周辺装
置１５からなり、上記シリアルバスのホストコントロー
ラ１４を介してマスタ入出力が行われるようになってい
る。
【００１８】また、ＣＰＣ部２０は、物理的な構成要素
であるＣＰＣ部品２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２
１Ｅ・・・がツリー構造で結合あるいは分岐させながら
ロボット部品として結合されている。ロボット部品すな
わちＣＰＣ部品は、結合されたシリアルバスの信号線を
分岐させるＨＵＢ２２、信号処理部２３及びメモリ２４
からなる。そして、シリアルバスの信号を処理する信号
処理部２３には、シリアルバスのデバイス側のコントロ
ーラがあり、クロック同期、エラー検出、データパケッ
ト再送要求、アドレス管理等を行っている。また、メモ
リ２４には、ロボット部品としての形状データ、運動方
程式を立てるのに必要な物理的なデータ、この部品が持
っている機能情報あるいはエージェントモデル部１０に
転送してこの部品を制御するためのプログラム等が記憶
されており、エージェントモデル部１０からの要求に対
して、これらのデータやプログラムがシリアルバスから
転送され、あるいは制御命令が入力される。
であるＣＰＣ部品２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２
１Ｅ・・・がツリー構造で結合あるいは分岐させながら
ロボット部品として結合されている。ロボット部品すな
わちＣＰＣ部品は、結合されたシリアルバスの信号線を
分岐させるＨＵＢ２２、信号処理部２３及びメモリ２４
からなる。そして、シリアルバスの信号を処理する信号
処理部２３には、シリアルバスのデバイス側のコントロ
ーラがあり、クロック同期、エラー検出、データパケッ
ト再送要求、アドレス管理等を行っている。また、メモ
リ２４には、ロボット部品としての形状データ、運動方
程式を立てるのに必要な物理的なデータ、この部品が持
っている機能情報あるいはエージェントモデル部１０に
転送してこの部品を制御するためのプログラム等が記憶
されており、エージェントモデル部１０からの要求に対
して、これらのデータやプログラムがシリアルバスから
転送され、あるいは制御命令が入力される。
【００１９】次に、上記ロボット装置のソフトウエア構
成を機能構成部に分割して図２に示す。すなわち、上記
ロボット装置のエージェントモデル部１０は、シリアル
バスを制御するシリアルバスホストコントローラ（ハー
ドウエア及びソフトウエア）１０Ａ、ＣＰＣ部の各ＣＰ
Ｃ部品の情報と結合を管理するバーチャルロボット（ソ
フトウエア）１０Ｂ、ユーザにより与えられるRobot Pa
rt Semanticsのデータに従って各ＣＰＣ部品のロボット
における意味を定義するブループリントロボット（ソフ
トウエア）１０Ｃ、さらに、ブループリントロボット１
０Ｃを自律型ロボットとして機能させるために行動モデ
ルや行動パラメータに応じてセンサ処理や行動制御等を
行うエージェントコントローラ（ソフトウエア）１０Ｄ
から構成される。
成を機能構成部に分割して図２に示す。すなわち、上記
ロボット装置のエージェントモデル部１０は、シリアル
バスを制御するシリアルバスホストコントローラ（ハー
ドウエア及びソフトウエア）１０Ａ、ＣＰＣ部の各ＣＰ
Ｃ部品の情報と結合を管理するバーチャルロボット（ソ
フトウエア）１０Ｂ、ユーザにより与えられるRobot Pa
rt Semanticsのデータに従って各ＣＰＣ部品のロボット
における意味を定義するブループリントロボット（ソフ
トウエア）１０Ｃ、さらに、ブループリントロボット１
０Ｃを自律型ロボットとして機能させるために行動モデ
ルや行動パラメータに応じてセンサ処理や行動制御等を
行うエージェントコントローラ（ソフトウエア）１０Ｄ
から構成される。
【００２０】また、ＣＰＣ部２０は、機能的にはシリア
ルバスデバイスコントローラ２０Ａとロボット機能部２
０Ｂとから構成される。シリアルバスデバイスコントロ
ーラ２０Ａは、シリアルバスから入出力される信号を処
理するもので、機能的にはエージェントモデル部１０の
シリアルバスホストコントローラ１０Ａとプロトコルを
もちデータの授受を行う。ロボット機能部２０Ｂは、シ
リアルバスデバイスコントローラ２０Ａからのデータあ
るいはエージェントモデル部１０側からの命令に従って
動作を行うもので、機能的にはエージェントモデル部１
０のバーチャルロボット１０Ｂとプロトコルをもちデー
タの授受を行う。
ルバスデバイスコントローラ２０Ａとロボット機能部２
０Ｂとから構成される。シリアルバスデバイスコントロ
ーラ２０Ａは、シリアルバスから入出力される信号を処
理するもので、機能的にはエージェントモデル部１０の
シリアルバスホストコントローラ１０Ａとプロトコルを
もちデータの授受を行う。ロボット機能部２０Ｂは、シ
リアルバスデバイスコントローラ２０Ａからのデータあ
るいはエージェントモデル部１０側からの命令に従って
動作を行うもので、機能的にはエージェントモデル部１
０のバーチャルロボット１０Ｂとプロトコルをもちデー
タの授受を行う。
【００２１】このような構成のロボット装置において、
エージェントモデル部１０側では、シリアルバスホスト
コントローラ１０Ａのハードウエア及びそれを制御する
ソフトウエアにより、シリアルデータの入出力の処理が
行われる。すなわち、データ出力時には、シリアルバス
ホストコントローラ１０Ａは、データに同期用のシンク
パターン、ヘッダ情報、データ、誤り検出、訂正符号を
付加し、さらにＮＲＺなどの変調をかけて送出する。そ
して、データ送出後には、送り先からのアクノリッジ信
号などを受信して、そのデータが獲得されたことを確認
してから次のデータ処理に入る。また、データ入力時に
は、シリアルバスホストコントローラ１０Ａは、送られ
てきた信号のクロック同期、シンクパターン検出、ヘッ
ダ情報処理、データ獲得、誤り検出、訂正等を行い、ア
クノリッジ信号を送出する。もし、データに誤りなどが
あった場合には、再送要求の信号を信号を出力する。こ
のようにして、シリアルバスホストコントローラ１０Ａ
は、シリアルバスを介してデータの入出力を行う。
エージェントモデル部１０側では、シリアルバスホスト
コントローラ１０Ａのハードウエア及びそれを制御する
ソフトウエアにより、シリアルデータの入出力の処理が
行われる。すなわち、データ出力時には、シリアルバス
ホストコントローラ１０Ａは、データに同期用のシンク
パターン、ヘッダ情報、データ、誤り検出、訂正符号を
付加し、さらにＮＲＺなどの変調をかけて送出する。そ
して、データ送出後には、送り先からのアクノリッジ信
号などを受信して、そのデータが獲得されたことを確認
してから次のデータ処理に入る。また、データ入力時に
は、シリアルバスホストコントローラ１０Ａは、送られ
てきた信号のクロック同期、シンクパターン検出、ヘッ
ダ情報処理、データ獲得、誤り検出、訂正等を行い、ア
クノリッジ信号を送出する。もし、データに誤りなどが
あった場合には、再送要求の信号を信号を出力する。こ
のようにして、シリアルバスホストコントローラ１０Ａ
は、シリアルバスを介してデータの入出力を行う。
【００２２】また、ＣＰＣ部２０の各ＣＰＣ部品２１
Ａ，２１Ｂ・・・の結合順序は、各ＣＰＣ部品２１Ａ，
２１Ｂ・・・がツリー構造をもって結合されていること
を利用して知ることができる。すなわち、シリアルバス
ホストコントローラ１０Ａが各ＣＰＣ部品に情報を渡す
ためのアドレスを分岐順序と対応付けることにより、シ
リアルバスホストコントローラ１０Ａは各ＣＰＣ部品２
１Ａ，２１Ｂ・・・の結合順序を知ることができる。一
方、ＣＰＣ部品の次の部品への分岐結合部はＣＰＣ部品
内の情報として記憶されており、その情報を用いて、Ｃ
ＰＣ部品の形状及び次に結合される位置、さらに、そこ
に結合された部品の形状などをシリアルバスホストコン
トローラ１０Ａは知ることができる。そこで、シリアル
バスホストコントローラ１０Ａがそれらのデータをバー
チャルロボット１０Ｂに渡すことにより、バーチャルロ
ボット１０Ｂは、自分がどのような形状をしているロボ
ットで、どのような機能を持っていて、それらがどこに
存在しているかを認識するための情報を自動的に獲得す
ることができる。
Ａ，２１Ｂ・・・の結合順序は、各ＣＰＣ部品２１Ａ，
２１Ｂ・・・がツリー構造をもって結合されていること
を利用して知ることができる。すなわち、シリアルバス
ホストコントローラ１０Ａが各ＣＰＣ部品に情報を渡す
ためのアドレスを分岐順序と対応付けることにより、シ
リアルバスホストコントローラ１０Ａは各ＣＰＣ部品２
１Ａ，２１Ｂ・・・の結合順序を知ることができる。一
方、ＣＰＣ部品の次の部品への分岐結合部はＣＰＣ部品
内の情報として記憶されており、その情報を用いて、Ｃ
ＰＣ部品の形状及び次に結合される位置、さらに、そこ
に結合された部品の形状などをシリアルバスホストコン
トローラ１０Ａは知ることができる。そこで、シリアル
バスホストコントローラ１０Ａがそれらのデータをバー
チャルロボット１０Ｂに渡すことにより、バーチャルロ
ボット１０Ｂは、自分がどのような形状をしているロボ
ットで、どのような機能を持っていて、それらがどこに
存在しているかを認識するための情報を自動的に獲得す
ることができる。
【００２３】このように図１及び図２に示した構成のロ
ボット装置では、その物理的な構成要素であるＣＰＣ部
品２１Ａ，２１Ｂ・・・がツリー構造で結合あるいは分
岐させながらロボット部品として結合されているＣＰＣ
部２０を備え、このＣＰＣ部２０の各ＣＰＣ部品２１
Ａ，２１Ｂ・・・の情報と結合順序をシリアルバスを介
して獲得するようにしたエージェントモデル部１０によ
り各ＣＰＣ部品２１Ａ，２１Ｂ・・・を駆動制御するこ
とができる。
ボット装置では、その物理的な構成要素であるＣＰＣ部
品２１Ａ，２１Ｂ・・・がツリー構造で結合あるいは分
岐させながらロボット部品として結合されているＣＰＣ
部２０を備え、このＣＰＣ部２０の各ＣＰＣ部品２１
Ａ，２１Ｂ・・・の情報と結合順序をシリアルバスを介
して獲得するようにしたエージェントモデル部１０によ
り各ＣＰＣ部品２１Ａ，２１Ｂ・・・を駆動制御するこ
とができる。
【００２４】次に、このような構成のロボット装置のロ
ボット部品ＣＰＣi を構成する要素構成物PARTj の結合
情報CONNECTiについて説明する。
ボット部品ＣＰＣi を構成する要素構成物PARTj の結合
情報CONNECTiについて説明する。
【００２５】図３に簡単なロボット部品ＣＰＣi とその
要素構成物PART0,PART1 を示す。このロボット部品ＣＰ
Ｃi において、要素構成物PART0 は、シリアルバスのホ
ストに近い側の結合部を始点にもち、要素構成物PART1
は、要素構成物PART0 の終点に結合しており、始点には
回転の自由度をもつ機構系、終点には次の部品を結合す
るための結合部をもっている。このような構造のロボッ
ト部品ＣＰＣi を構成している要素構成物PARTj の結合
情報CONNECTiは、直前の要素構成物への直列結合を示す
記号“−”を用いて表現し、 CONNECTi＝｛PART0−PART1｝ にて定義する。
要素構成物PART0,PART1 を示す。このロボット部品ＣＰ
Ｃi において、要素構成物PART0 は、シリアルバスのホ
ストに近い側の結合部を始点にもち、要素構成物PART1
は、要素構成物PART0 の終点に結合しており、始点には
回転の自由度をもつ機構系、終点には次の部品を結合す
るための結合部をもっている。このような構造のロボッ
ト部品ＣＰＣi を構成している要素構成物PARTj の結合
情報CONNECTiは、直前の要素構成物への直列結合を示す
記号“−”を用いて表現し、 CONNECTi＝｛PART0−PART1｝ にて定義する。
【００２６】また、図４は、要素構成物PART0〜PART4を
結合してなる分岐のあるロボット部品ＣＰＣi を示す。
ただし、簡単のために、回転駆動機構などは表現せず、
ただ要素構成物を結合した図を示してある。この場合の
結合情報CONNECTiは、 CONNECTi＝｛PART0−PART1−PART2:2PART3−PART4｝ という表現にて定義する。ここで、記号“:2”は、２つ
前の要素構成物（この例では、PART0 ）に直接接続する
という意味を定義している。ここで、PARTi のインデッ
クスｉは並んでいる順序に０，１，２，・・・、Ｊ−１
（Ｊは要素構成物の個数）と定義すれば、 CONNECTi＝｛−−:2−｝ となる。一般に、結合情報CONNECTiは、記号“−”と記
号“:n”とで表せるものとなる。このようにして、要素
構成物の結合の表現を定義することにより、様々な形状
あるいは機能の部品を表現することができる。
結合してなる分岐のあるロボット部品ＣＰＣi を示す。
ただし、簡単のために、回転駆動機構などは表現せず、
ただ要素構成物を結合した図を示してある。この場合の
結合情報CONNECTiは、 CONNECTi＝｛PART0−PART1−PART2:2PART3−PART4｝ という表現にて定義する。ここで、記号“:2”は、２つ
前の要素構成物（この例では、PART0 ）に直接接続する
という意味を定義している。ここで、PARTi のインデッ
クスｉは並んでいる順序に０，１，２，・・・、Ｊ−１
（Ｊは要素構成物の個数）と定義すれば、 CONNECTi＝｛−−:2−｝ となる。一般に、結合情報CONNECTiは、記号“−”と記
号“:n”とで表せるものとなる。このようにして、要素
構成物の結合の表現を定義することにより、様々な形状
あるいは機能の部品を表現することができる。
【００２７】次に、要素構成物の形状情報SHAPEiについ
て説明する。
て説明する。
【００２８】この発明の実施の形態では、要素構成物の
形状は、図３、図４に示すようなスケルトン表現を最も
基本的な表現とし採用する。一般に、このようなスケル
トン表現において必要となるのは、要素構成物が結合す
る点においてどのように回転させるかという情報と要素
構成物の長さの情報である。ここでは、これらの情報を
変換行列jＲiとベクトルjｐiで表現する。
形状は、図３、図４に示すようなスケルトン表現を最も
基本的な表現とし採用する。一般に、このようなスケル
トン表現において必要となるのは、要素構成物が結合す
る点においてどのように回転させるかという情報と要素
構成物の長さの情報である。ここでは、これらの情報を
変換行列jＲiとベクトルjｐiで表現する。
【００２９】すなわち、要素構成物PARTj は、始点を結
合する前要素構成物の終点にとり、終点を次の要素構成
物を結合する点にとるベクトル jｐi でその長さと方向
を表現する。このとき、ベクトルjｐiは要素構成物PART
j で定義されている局所座標系jΣiで表されるものとす
る。ただし、局所座標系jΣiは前要素構成物の終点で定
義されるものとする。その理由は、ロボット部品ＣＰＣ
i の部品結合を考えた場合、ロボット部品ＣＰＣi-1 と
ロボット部品ＣＰＣi が結合している場合、ロボット部
品ＣＰＣi-1 の終点で結合面の方向が決まっているた
め、ロボット部品ＣＰＣi-1 にその変換行列を定義しな
ければならず、ロボット部品ＣＰＣi の始点における座
標変換はロボット部品ＣＰＣi-1 の終点で定義された変
換行列により変換されたものを用いるという仮定を用い
ることができるからである。したがって、ロボット部品
内の表現もこれに従うものとする。
合する前要素構成物の終点にとり、終点を次の要素構成
物を結合する点にとるベクトル jｐi でその長さと方向
を表現する。このとき、ベクトルjｐiは要素構成物PART
j で定義されている局所座標系jΣiで表されるものとす
る。ただし、局所座標系jΣiは前要素構成物の終点で定
義されるものとする。その理由は、ロボット部品ＣＰＣ
i の部品結合を考えた場合、ロボット部品ＣＰＣi-1 と
ロボット部品ＣＰＣi が結合している場合、ロボット部
品ＣＰＣi-1 の終点で結合面の方向が決まっているた
め、ロボット部品ＣＰＣi-1 にその変換行列を定義しな
ければならず、ロボット部品ＣＰＣi の始点における座
標変換はロボット部品ＣＰＣi-1 の終点で定義された変
換行列により変換されたものを用いるという仮定を用い
ることができるからである。したがって、ロボット部品
内の表現もこれに従うものとする。
【００３０】通常、要素構成物PARTi の始点には、回転
駆動可能な機構系あるいは直進運動可能な機構系が構成
されたりするが、これらの回転軸や並行移動軸の表現が
必要である。後述するように、変換行列により決定され
るＺ軸方向にこれらの運動の正方向を合わせることによ
り、情報量を減らすことができる。
駆動可能な機構系あるいは直進運動可能な機構系が構成
されたりするが、これらの回転軸や並行移動軸の表現が
必要である。後述するように、変換行列により決定され
るＺ軸方向にこれらの運動の正方向を合わせることによ
り、情報量を減らすことができる。
【００３１】上述の図４に示したロボット部品ＣＰＣi
の要素構成物PART0〜PART4によるスケルトン表現を図５
に示す。
の要素構成物PART0〜PART4によるスケルトン表現を図５
に示す。
【００３２】ここで、要素構成物PART0 のその座標系 j
Σi（jＯi−jＸi,jＹi,jＺi）(j=0)は、その原点jＯiで
結合する前部品の終点の座標系と同一とする。この例で
は、変換行列jＲi(j=1,2,4)は単位に行列に等しく回転
変換をしていない。しかし、jｐi(j=2,4)の終点で定義
する変換行列jＲi(j=3,5)は次のロボット部品の結合点
であるが、ここで回転変換を行っている。
Σi（jＯi−jＸi,jＹi,jＺi）(j=0)は、その原点jＯiで
結合する前部品の終点の座標系と同一とする。この例で
は、変換行列jＲi(j=1,2,4)は単位に行列に等しく回転
変換をしていない。しかし、jｐi(j=2,4)の終点で定義
する変換行列jＲi(j=3,5)は次のロボット部品の結合点
であるが、ここで回転変換を行っている。
【００３３】したがって、形状情報SHAPEiは、一般的
に、 SHAPEi＝｛（jｐi,j+1Ｒi），j=0,,,J-1｝ となる。ここで、ｊの番号は結合情報CONNECTiで決定さ
れる要素構成物の番号に一致させる。ただし、変換行列
j+1Ｒi は、３×３の行列であり、９の要素で表現され
るが、座標回転を表現するという制約上、一般に３つの
パラメータで表現できることが知られている。したがっ
て、スケルトン表現の要素構成物の形状情報は、ベクト
ルjｐiの３要素と変換行列を生成するのに必要な３要素
の計６要素で構成される。
に、 SHAPEi＝｛（jｐi,j+1Ｒi），j=0,,,J-1｝ となる。ここで、ｊの番号は結合情報CONNECTiで決定さ
れる要素構成物の番号に一致させる。ただし、変換行列
j+1Ｒi は、３×３の行列であり、９の要素で表現され
るが、座標回転を表現するという制約上、一般に３つの
パラメータで表現できることが知られている。したがっ
て、スケルトン表現の要素構成物の形状情報は、ベクト
ルjｐiの３要素と変換行列を生成するのに必要な３要素
の計６要素で構成される。
【００３４】次に、運動方程式を立てるために必要な動
力学情報DYNiについて説明する。
力学情報DYNiについて説明する。
【００３５】ここで、ロボットの制御理論の教科書で
は、ロボットの逆運動力学と順運動力学の問題としてロ
ボット制御の理論が説明されている。
は、ロボットの逆運動力学と順運動力学の問題としてロ
ボット制御の理論が説明されている。
【００３６】逆運動力学問題及び順運動力学問題におけ
る運動方程式を導出する方法としては、ロボットの持っ
ている各種エネルギー関数に注目し、それらをラグラン
ジュの方程式に代入する方法やロボットの各リンクに対
する力とモーメントの釣合い、作用、反作用に注目し、
ニュートンの運動方程式とオイラーの運動方程式を用い
ることによりロボット全体の運動方程式を求めていく方
法等が知られている。いずれにしても、必要な情報DYNi
は、上述の結合情報CONNECTi及び形状情報SHAPEiの他
に、それぞれの要素構成物iPARTjの局所座標系jΣiで表
現される質量中心jＧiの位置ベクトルjｓi、質量jｍi及
びjＧiを中心とした慣性行列jＩiである。すなわち、 DYNi＝｛jｓi,jｍi,jＩi｝ となる。
る運動方程式を導出する方法としては、ロボットの持っ
ている各種エネルギー関数に注目し、それらをラグラン
ジュの方程式に代入する方法やロボットの各リンクに対
する力とモーメントの釣合い、作用、反作用に注目し、
ニュートンの運動方程式とオイラーの運動方程式を用い
ることによりロボット全体の運動方程式を求めていく方
法等が知られている。いずれにしても、必要な情報DYNi
は、上述の結合情報CONNECTi及び形状情報SHAPEiの他
に、それぞれの要素構成物iPARTjの局所座標系jΣiで表
現される質量中心jＧiの位置ベクトルjｓi、質量jｍi及
びjＧiを中心とした慣性行列jＩiである。すなわち、 DYNi＝｛jｓi,jｍi,jＩi｝ となる。
【００３７】また、要素構成物の原点がどのような動き
が可能なものか、回転、直動あるいは固定かを示し、回
転なら回転軸、直動ならその直動の軸を与える必要があ
る。このような原点における可能な動きを表現するもの
をjMOTMODEi として表すものとする。このjMOTMODEi
は、運動方程式に関係する量ではあるが、機能情報と考
えることもできる。この実施の形態では、jMOTMODEi は
機能情報jFUNCiに含まれるものとする。
が可能なものか、回転、直動あるいは固定かを示し、回
転なら回転軸、直動ならその直動の軸を与える必要があ
る。このような原点における可能な動きを表現するもの
をjMOTMODEi として表すものとする。このjMOTMODEi
は、運動方程式に関係する量ではあるが、機能情報と考
えることもできる。この実施の形態では、jMOTMODEi は
機能情報jFUNCiに含まれるものとする。
【００３８】そして、機能情報jFUNCiは、上述のjMOTMO
DEi とPARTj の始点に存在する機能素子の種類を表現
し、さらにその特性を表現するものである。機能素子の
種類は、アクチュエータであればFUNCID＝０、音響出力
装置であるならばFUNCID＝１というように、予め定義さ
れた番号によって管理されるものとする。
DEi とPARTj の始点に存在する機能素子の種類を表現
し、さらにその特性を表現するものである。機能素子の
種類は、アクチュエータであればFUNCID＝０、音響出力
装置であるならばFUNCID＝１というように、予め定義さ
れた番号によって管理されるものとする。
【００３９】また、機能素子の特性は、その、機能素子
毎に定義される特性データのフォーマットに従って記述
されるものとする。機能素子がアクチュエータでなけれ
ば、その始点は固定であるものとする。したがって、jM
OTMODEi はアクチュエータの特性情報の一部であると考
える。
毎に定義される特性データのフォーマットに従って記述
されるものとする。機能素子がアクチュエータでなけれ
ば、その始点は固定であるものとする。したがって、jM
OTMODEi はアクチュエータの特性情報の一部であると考
える。
【００４０】ここで、jMOTMODEi は、基本的に回転動作
と並進動作の組合せ、あるいは、固定である。回転自由
度は、回転可能な軸を最大３軸（それらは、直交座表系
を仮定する）設定でき、並進可能な方向に関しても同様
に最大３軸設定できるものとする。なお、対応する軸設
定がない場合は、その軸自由度に関しては固定であるも
のとする。すなわち、 jMOTMODEi ＝｛(jr0i,jr1i,jr2i),(jpa0i,jpa1i,jpa
2i)｝ となる。一般に、これら回転軸jrkiと並進軸jpaki(k=0,
1,2)は、要素構成物PARTj の座標系で表現されるべきベ
クトルであり、これらが全て０ベクトルであれば固定を
表現する。
と並進動作の組合せ、あるいは、固定である。回転自由
度は、回転可能な軸を最大３軸（それらは、直交座表系
を仮定する）設定でき、並進可能な方向に関しても同様
に最大３軸設定できるものとする。なお、対応する軸設
定がない場合は、その軸自由度に関しては固定であるも
のとする。すなわち、 jMOTMODEi ＝｛(jr0i,jr1i,jr2i),(jpa0i,jpa1i,jpa
2i)｝ となる。一般に、これら回転軸jrkiと並進軸jpaki(k=0,
1,2)は、要素構成物PARTj の座標系で表現されるべきベ
クトルであり、これらが全て０ベクトルであれば固定を
表現する。
【００４１】あるいは、 jMOTMODEi ＝｛（jr0i，，），（ ，，）｝ のように表現することで１つの回転自由度しかないこと
を示すと定義することができる。
を示すと定義することができる。
【００４２】なお、アクチュエータの特性はこのjMOTMO
DEi の他にも回転スピードやトルク特性などが考えられ
る。また、稼働可能範囲なども有用な情報である。しか
し、この実施の形態では、アクチュエータに関しての特
性情報はこのjMOTMODEi のみを考えるものとする。
DEi の他にも回転スピードやトルク特性などが考えられ
る。また、稼働可能範囲なども有用な情報である。しか
し、この実施の形態では、アクチュエータに関しての特
性情報はこのjMOTMODEi のみを考えるものとする。
【００４３】FUNCID＝０は、ただの結合を表し、特に機
能はないものとする。
能はないものとする。
【００４４】FUNCID＝１は、アクチュエータを表し、標
本化周波数Fs、量子化数Q 、jMOTMODEi がそれに関する
情報である。
本化周波数Fs、量子化数Q 、jMOTMODEi がそれに関する
情報である。
【００４５】FUNCID＝２は、音響出力素子を表し、標本
化周波数Fs、量子化数Q がそれに関する情報である。
化周波数Fs、量子化数Q がそれに関する情報である。
【００４６】FUNCID＝３は、画像出力装置を表し、横方
向画素数IMX、縦方向画素数IMY、フレーム／フィールド
比F 、画像フォーマットForm、量子化数Q1,Q2,Q3がそれ
に関する情報である。
向画素数IMX、縦方向画素数IMY、フレーム／フィールド
比F 、画像フォーマットForm、量子化数Q1,Q2,Q3がそれ
に関する情報である。
【００４７】FUNCID＝４は、角度検出センサを表し、標
本化周波数Fs、量子化数Q 、検出角度範囲Min,Max がそ
れに関する情報である。
本化周波数Fs、量子化数Q 、検出角度範囲Min,Max がそ
れに関する情報である。
【００４８】FUNCID＝５は、音響センサを表し、標本化
周波数Fs、量子化数Q 、チャンネル数CHなどがそれに関
する情報となる。
周波数Fs、量子化数Q 、チャンネル数CHなどがそれに関
する情報となる。
【００４９】FUNCID＝６は、画像センサを表し、横方向
画素数IMX、縦方向画素数IMY、フレーム／フィールド比
F 、画像フォーマットForm、量子化数Q1,Q2,Q3がそれに
関する情報である。ここで、Form＝０はＹＵ／ＹＶでQ1
はＹ、Q2はＶ、Q3はＵの量子化数を表す。また、Form＝
０はＲＧＢでQ1はＲ、Q2はＧ、Q3はＢの量子化数を表
す。
画素数IMX、縦方向画素数IMY、フレーム／フィールド比
F 、画像フォーマットForm、量子化数Q1,Q2,Q3がそれに
関する情報である。ここで、Form＝０はＹＵ／ＹＶでQ1
はＹ、Q2はＶ、Q3はＵの量子化数を表す。また、Form＝
０はＲＧＢでQ1はＲ、Q2はＧ、Q3はＢの量子化数を表
す。
【００５０】FUNCID＝７は、接触の力を検出する接触セ
ンサを表し、標本化周波数Fs、量子化数Q 、検出範囲Mi
n,Max 、有効チャンネルindex(0/1,0/1,0/1)がそれに関
する情報である。
ンサを表し、標本化周波数Fs、量子化数Q 、検出範囲Mi
n,Max 、有効チャンネルindex(0/1,0/1,0/1)がそれに関
する情報である。
【００５１】FUNCID＝８は、加速度センサを表し、標本
化周波数Fs、量子化数Q 、検出範囲Min,Max 、有効チャ
ンネルindex(0/1,0/1,0/1)がそれに関する情報である。
化周波数Fs、量子化数Q 、検出範囲Min,Max 、有効チャ
ンネルindex(0/1,0/1,0/1)がそれに関する情報である。
【００５２】FUNCID＝９は、角速度センサを表し、標本
化周波数Fs、量子化数Q 、検出範囲Min,Max 、有効チャ
ンネルindex(0/1,0/1,0/1)がそれに関する情報である。
化周波数Fs、量子化数Q 、検出範囲Min,Max 、有効チャ
ンネルindex(0/1,0/1,0/1)がそれに関する情報である。
【００５３】ここで、接触センサFUNCID＝７、加速度セ
ンサFUNCID＝８及び角速度センサFUNCID＝９におけるin
dex は、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）軸方向の検出可能を意味する。
０はその方向の検出素子がなく、１はあることを示す。
したがって、これらのセンサでは、変換行列により検出
の方向を局所座標の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に合わせる必要があ
る。
ンサFUNCID＝８及び角速度センサFUNCID＝９におけるin
dex は、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）軸方向の検出可能を意味する。
０はその方向の検出素子がなく、１はあることを示す。
したがって、これらのセンサでは、変換行列により検出
の方向を局所座標の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に合わせる必要があ
る。
【００５４】このように、FUNCID及びそれに従って定義
される特性情報description dataによりロボット部品の
どこにどの機能が付いているかを知ることができる。
される特性情報description dataによりロボット部品の
どこにどの機能が付いているかを知ることができる。
【００５５】以上のように、機能情報jFUNCiは、 jFUNCi＝｛（FUNCID），｛description data｝｝ という表現をとる。
【００５６】以上の定義をまとめると、この実施の形態
では、ロボットを構成するロボット部品である構成部品
ＣＰＣi をＪ個の要素構成物PARTj とその結合情報から
なるものとして、 結合情報CONNECTi 要素構成物PARTjの形状情報jSHAPEi 要素構成物PARTjの動力学情報jDYNi 要素構成物PARTjの機能情報jFUNCi とするとき、 (1) 結合情報CONNECTiは、直前の要素構成物への直列結
合を示す記号“−”とｎ個前の要素構成物に結合するこ
とを示す記号“:n”で表現する。
では、ロボットを構成するロボット部品である構成部品
ＣＰＣi をＪ個の要素構成物PARTj とその結合情報から
なるものとして、 結合情報CONNECTi 要素構成物PARTjの形状情報jSHAPEi 要素構成物PARTjの動力学情報jDYNi 要素構成物PARTjの機能情報jFUNCi とするとき、 (1) 結合情報CONNECTiは、直前の要素構成物への直列結
合を示す記号“−”とｎ個前の要素構成物に結合するこ
とを示す記号“:n”で表現する。
【００５７】(2) 形状情報jSHAPEiは、要素構成物PARTj
の骨ともいうべきものをベクトルjｐiにより直線で表
し、変換行列jＲiでiPARTjの終点における次の要素構成
物への座標変換を与える。
の骨ともいうべきものをベクトルjｐiにより直線で表
し、変換行列jＲiでiPARTjの終点における次の要素構成
物への座標変換を与える。
【００５８】(3) 動力学情報jDYNi は、iPARTjの座標系
jΣiで表現したiPARTjの質量中心jＧiへのベクトル
jｓi、質量jｍi、jＧiを中心とした慣性行列jＩiからな
る。
jΣiで表現したiPARTjの質量中心jＧiへのベクトル
jｓi、質量jｍi、jＧiを中心とした慣性行列jＩiからな
る。
【００５９】(4) 機能情報jFUNCiは、機能がアクチュエ
ータや各種センサであることを示すindex、FUNCID とそ
れらの特性を表すデータによって表現される。特に、ア
クチュエータの場合は、PARTjの始点における可動性を
定義するjMOTMODEiにより特性を表す。jMOTMODEi は、
回転軸ベクトルを３つ、並進軸ベクトルを３つ与えるも
のである。
ータや各種センサであることを示すindex、FUNCID とそ
れらの特性を表すデータによって表現される。特に、ア
クチュエータの場合は、PARTjの始点における可動性を
定義するjMOTMODEiにより特性を表す。jMOTMODEi は、
回転軸ベクトルを３つ、並進軸ベクトルを３つ与えるも
のである。
【００６０】以上のデータにより単純ではあるが、部品
のスケルトン表現及び運動方程式に必要なパラメータと
機能情報を与えることができる。
のスケルトン表現及び運動方程式に必要なパラメータと
機能情報を与えることができる。
【００６１】なお、以上はすべて論理的な情報フォーマ
ットであったが、メモリ上にどのようなビット配列で記
録するか、あるいはシリアルバス上をどのようなビット
配列で伝送するに関しては言及していない。このような
物理フォーマットレベルでの情報フォーマットは、最も
簡単なものでは、例えば、論理フォーマットで定義した
値あるいは｛，−，：などの記号をアスキーフォーマッ
トで、また、値は整数０，１、固定小数点表示３．１４
あるいは３．１４Ｅ−１０などの浮動小数点表示にした
ものをそのままアスキーフォーマットで１バイトずつ記
録し、それを１バイトずつＬＳＢファーストで転送する
フォーマットなどがある。
ットであったが、メモリ上にどのようなビット配列で記
録するか、あるいはシリアルバス上をどのようなビット
配列で伝送するに関しては言及していない。このような
物理フォーマットレベルでの情報フォーマットは、最も
簡単なものでは、例えば、論理フォーマットで定義した
値あるいは｛，−，：などの記号をアスキーフォーマッ
トで、また、値は整数０，１、固定小数点表示３．１４
あるいは３．１４Ｅ−１０などの浮動小数点表示にした
ものをそのままアスキーフォーマットで１バイトずつ記
録し、それを１バイトずつＬＳＢファーストで転送する
フォーマットなどがある。
【００６２】ここで、この実施の形態では、結合情報を
記号“−”，“:n”を用いて表現したが、それ以外の記
号であっても同様である。また、結合情報を表現する方
法として、その他にもツリー構造を表現するデータ構造
などがよく知られており、始点の集合と各始点毎にその
始点と別の始点を結ぶ集合を定義することによっても定
義することができる。
記号“−”，“:n”を用いて表現したが、それ以外の記
号であっても同様である。また、結合情報を表現する方
法として、その他にもツリー構造を表現するデータ構造
などがよく知られており、始点の集合と各始点毎にその
始点と別の始点を結ぶ集合を定義することによっても定
義することができる。
【００６３】また、この実施の形態では、要素構成物PA
RTj の始点に機能が存在するように記述しているが、こ
れらを終点に存在するように記述することも可能であ
る。全ての機能を終点に定義し、０ベクトルを使うこと
で最初の始点に存在していた機能も終点に定義し直すこ
とができる。また、始点と終点の両方に機能を持たせる
ことを許す表現も可能である。
RTj の始点に機能が存在するように記述しているが、こ
れらを終点に存在するように記述することも可能であ
る。全ての機能を終点に定義し、０ベクトルを使うこと
で最初の始点に存在していた機能も終点に定義し直すこ
とができる。また、始点と終点の両方に機能を持たせる
ことを許す表現も可能である。
【００６４】さらに、この実施の形態では、形状がスケ
ルトン表現であるが、部品の長さを与えるベクトルjｐi
に、部品の幅を与えるベクトルjwidthi と高さを与える
ベクトルjheightiを加えることにより、直方体の表現も
可能である。また、一般に、ベクトルjｐiに垂直な切断
平面の形をスタート点を与えるベクトルjstarti と反時
計廻り方向に正の角度ｗをもつ座標系でjｐiからの距離
ｒを与える関数を考え、この関数を適当な方法で圧縮し
たデータを表現としてもつ方法なども考えられる。その
様子を図６に示す。この場合、圧縮は、例えば１０度の
角度毎にサンプルして、それをＡＤＰＣＭする方法を採
る。
ルトン表現であるが、部品の長さを与えるベクトルjｐi
に、部品の幅を与えるベクトルjwidthi と高さを与える
ベクトルjheightiを加えることにより、直方体の表現も
可能である。また、一般に、ベクトルjｐiに垂直な切断
平面の形をスタート点を与えるベクトルjstarti と反時
計廻り方向に正の角度ｗをもつ座標系でjｐiからの距離
ｒを与える関数を考え、この関数を適当な方法で圧縮し
たデータを表現としてもつ方法なども考えられる。その
様子を図６に示す。この場合、圧縮は、例えば１０度の
角度毎にサンプルして、それをＡＤＰＣＭする方法を採
る。
【００６５】なお、形状に関するこのようなデータは一
般に大量となるため、製造会社を示すindex とその製品
番号を示すindex により、部品内ではなく別のメディア
から与えることも可能である。
般に大量となるため、製造会社を示すindex とその製品
番号を示すindex により、部品内ではなく別のメディア
から与えることも可能である。
【００６６】次に、このようにして定義されるロボット
構成部品の具体例を図７に示す。
構成部品の具体例を図７に示す。
【００６７】この図７に示した具体例は、要素構成物PA
RT0〜PART4を結合してなるロボットの脚部の部品であっ
て、３関節を有し、足先に接触センサを有する部品であ
る。このロボット構成部品は、図８に示すように５つの
リンクで表現できる部品である。
RT0〜PART4を結合してなるロボットの脚部の部品であっ
て、３関節を有し、足先に接触センサを有する部品であ
る。このロボット構成部品は、図８に示すように５つの
リンクで表現できる部品である。
【００６８】このロボット構成部品の結合情報CONNECTi
は、次式で示される。
は、次式で示される。
【００６９】CONNECT＝｛0−1−2−3−｝ また、形状情報SHAPEは、次の数１で示される。
【００７０】
【数１】
【００７１】また、動力学情報jDYNiは、次の数２で示
される。
される。
【００７２】
【数２】
【００７３】さらに、機能情報jFUNCiは、次の数３で示
される。
される。
【００７４】
【数３】
【００７５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るロボ
ットの構造記述方法では、部品を要素構成物に分解し、
その結合情報CONNECTi及びベクトルjｐiと変換行列jＲi
からなる形状情報jSHAPEi によりロボットの構造を示す
ことにより、スケルトン表現を基本とする要素構成物の
集合体としてロボットの構造を表現することができる。
ットの構造記述方法では、部品を要素構成物に分解し、
その結合情報CONNECTi及びベクトルjｐiと変換行列jＲi
からなる形状情報jSHAPEi によりロボットの構造を示す
ことにより、スケルトン表現を基本とする要素構成物の
集合体としてロボットの構造を表現することができる。
【００７６】このロボットの構造記述方法では、例え
ば、部品の結合面終点で次の構成部品の最初の座標系を
与えることができる。
ば、部品の結合面終点で次の構成部品の最初の座標系を
与えることができる。
【００７７】また、このロボットの構造記述方法では、
結合情報CONNECTi及びベクトルjｐiと変換行列jＲiを比
較的自由に設定でき、様々な機能を有する複合部品でも
ベクトルjｐiの始点あるいは終点にその機能が存在する
と定義することにより表現が可能である。
結合情報CONNECTi及びベクトルjｐiと変換行列jＲiを比
較的自由に設定でき、様々な機能を有する複合部品でも
ベクトルjｐiの始点あるいは終点にその機能が存在する
と定義することにより表現が可能である。
【００７８】本発明に係るロボット装置では、構成部品
ＣＰＣi をＪ個の要素構成物PARTjとその結合情報から
なるものとして、 結合情報CONNECTi 要素構成物PARTjの形状情報jSHAPEi 要素構成物PARTjの動力学情報jDYNi 要素構成物PARTjの機能情報jFUNCi とするとき、結合情報CONNECTiは、直前の要素構成物へ
の直列結合を示す記号“−”とｎ個前の要素構成物への
結合を示す“:n”で表現し、形状情報jSHAPEiは、ベク
トルjｐiにより直線で表し、変換行列jＲiで iPARTj の
終点における次の要素構成物への座標変換を与え、動力
学情報jDYNiは、iPARTj の質量中心jＧiへのベクトルを
iPARTjの座標系jΣiで表現したjｓi、質量jｍi、jＧiを
中心とした慣性行列jＩi、及びiPARTjの始点における運
動方向を与える情報jａiからなるとともに、始点に位置
する機能が発生するトルク及び方向が要素構成物PARTj
の機能情報jFUNCiから与えられ、機能情報jFUNCiは、機
能がアクチュエータやセンサであることを示すインデッ
クスとそれらの特性を表すデータによって表現し、構成
部品の形状を決定するための形状情報と、構成部品の運
動を記述するのに必要な運動情報と、構成部品に収納さ
れた上記電子部品の特性情報と、各構成部品の結合状態
を示す結合情報により、制御手段が全体を認識して制御
することにより、スケルトン表現を基本とする要素構成
物の集合体として表現される構造の各種機能を有するロ
ボットとして動作することができる。
ＣＰＣi をＪ個の要素構成物PARTjとその結合情報から
なるものとして、 結合情報CONNECTi 要素構成物PARTjの形状情報jSHAPEi 要素構成物PARTjの動力学情報jDYNi 要素構成物PARTjの機能情報jFUNCi とするとき、結合情報CONNECTiは、直前の要素構成物へ
の直列結合を示す記号“−”とｎ個前の要素構成物への
結合を示す“:n”で表現し、形状情報jSHAPEiは、ベク
トルjｐiにより直線で表し、変換行列jＲiで iPARTj の
終点における次の要素構成物への座標変換を与え、動力
学情報jDYNiは、iPARTj の質量中心jＧiへのベクトルを
iPARTjの座標系jΣiで表現したjｓi、質量jｍi、jＧiを
中心とした慣性行列jＩi、及びiPARTjの始点における運
動方向を与える情報jａiからなるとともに、始点に位置
する機能が発生するトルク及び方向が要素構成物PARTj
の機能情報jFUNCiから与えられ、機能情報jFUNCiは、機
能がアクチュエータやセンサであることを示すインデッ
クスとそれらの特性を表すデータによって表現し、構成
部品の形状を決定するための形状情報と、構成部品の運
動を記述するのに必要な運動情報と、構成部品に収納さ
れた上記電子部品の特性情報と、各構成部品の結合状態
を示す結合情報により、制御手段が全体を認識して制御
することにより、スケルトン表現を基本とする要素構成
物の集合体として表現される構造の各種機能を有するロ
ボットとして動作することができる。
【００７９】本発明に係るロボットの構成部品では、部
品の物理的特性情報を記憶する記憶手段と、上記記憶手
段に記憶された情報を取り出す手段とを有するので、上
記記憶手段から取り出される情報に基づいて部品の物理
的特性を特定することができる。
品の物理的特性情報を記憶する記憶手段と、上記記憶手
段に記憶された情報を取り出す手段とを有するので、上
記記憶手段から取り出される情報に基づいて部品の物理
的特性を特定することができる。
【００８０】本発明に係るロボットの構成部品は、例え
ば上記記憶手段から取り出される情報に基づいて動作す
る制御手段をさらに有することにより、他の構成部品と
組み合わせてスケルトン表現を基本とする要素構成物の
集合体として表現される構造の各種機能を有するロボッ
トを構成することができる。
ば上記記憶手段から取り出される情報に基づいて動作す
る制御手段をさらに有することにより、他の構成部品と
組み合わせてスケルトン表現を基本とする要素構成物の
集合体として表現される構造の各種機能を有するロボッ
トを構成することができる。
【００８１】本発明に係るロボットの構成部品では、上
記物理的特性情報として、例えば、構成部品の形状を決
定する形状情報、構成部品の運動を記述するのに必要な
運動情報、構成部品に収納される部品の機能情報（例え
ば、機能がアクチュエータやセンサであることを示すイ
ンデックスと、それらの特性を表すデータによって表現
した情報）、構成部品の結合状態を示す結合情報を上記
記憶手段に記憶することができる。
記物理的特性情報として、例えば、構成部品の形状を決
定する形状情報、構成部品の運動を記述するのに必要な
運動情報、構成部品に収納される部品の機能情報（例え
ば、機能がアクチュエータやセンサであることを示すイ
ンデックスと、それらの特性を表すデータによって表現
した情報）、構成部品の結合状態を示す結合情報を上記
記憶手段に記憶することができる。
【図１】本発明を適用したロボット装置の概略構成を示
す構成例を示すブロック図である。
す構成例を示すブロック図である。
【図２】上記ロボット装置のソフトウエア構成を機能構
成部に分割して示す図である。
成部に分割して示す図である。
【図３】本発明に係るロボット装置を構成するロボット
部品とその要素構成物を模式的に示す図である。
部品とその要素構成物を模式的に示す図である。
【図４】分岐のあるロボット部品とその要素構成物を模
式的に示す図である。
式的に示す図である。
【図５】図４に示したロボット部品の要素構成物による
スケルトン表現を示す図である。
スケルトン表現を示す図である。
【図６】要素構成物の形状の他の表現例を示す図であ
る。
る。
【図７】ロボット構成部品の具体例として３関節の脚部
品を示す図である。
品を示す図である。
【図８】上記脚部品のリンク構造を示す図である。
１０ エージェントモデル部、１０Ａ シリアルバスコ
ントローラ、１０Ｂバーチャルロボット、１０Ｃ ブル
ープリントロボット、１０Ｄ エージェントコントロー
ラ、１１ ＣＰＵ、１２ ＲＡＭ１３ ＲＯＭ、１４
ホストコントローラ１４、２０ ＣＰＣ部、２０Ａ シ
リアルバスデバイスコントローラ、２０Ｂ ロボット機
能部 ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ・・・
ＣＰＣ部品、２２ ＨＵＢ、２３ 信号処理部、２４
メモリ
ントローラ、１０Ｂバーチャルロボット、１０Ｃ ブル
ープリントロボット、１０Ｄ エージェントコントロー
ラ、１１ ＣＰＵ、１２ ＲＡＭ１３ ＲＯＭ、１４
ホストコントローラ１４、２０ ＣＰＣ部、２０Ａ シ
リアルバスデバイスコントローラ、２０Ｂ ロボット機
能部 ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ・・・
ＣＰＣ部品、２２ ＨＵＢ、２３ 信号処理部、２４
メモリ
Claims (10)
- 【請求項１】 ロボットの構成部品ＣＰＣi をＪ個の要
素構成物PARTj に分解し、 その結合情報CONNECTi及びベクトルjｐiと変換行列jＲi
からなる形状情報jSHAPEi によりロボットの構造を示す
ことを特徴とするロボットの構造記述方法。 - 【請求項２】 構成部品の結合面終点で次の構成部品の
最初の座標系を与えることを特徴とする請求項１記載の
ロボットの構造記述方法。 - 【請求項３】 全体を制御する制御手段と、アクチュエ
ータ及び／又は所定の物理量を測定するセンサを含む電
子部品が収納された複数の構成部品ＣＰＣから構成さ
れ、構成部品の形状を決定するための形状情報と、構成
部品の運動を記述するのに必要な運動情報と、構成部品
に収納された上記電子部品の特性情報と、各構成部品の
結合状態を示す結合情報により、制御手段が全体を認識
して制御するロボット装置であって、 構成部品ＣＰＣi をＪ個の要素構成物PARTj とその結合
情報からなるものとして、 結合情報CONNECTi 要素構成物PARTjの形状情報jSHAPEi 要素構成物PARTjの動力学情報jDYNi 要素構成物PARTjの機能情報jFUNCi とするとき、 結合情報CONNECTiは、直前の要素構成物に直列結合を示
す記号“−”とｎ個前の要素構成物に結合“:n”で表現
し、 形状情報jSHAPEiは、ベクトルjｐiにより直線で表し、
変換行列jＲiで iPARTjの終点における次の要素構成物
への座標変換を与え、 動力学情報jDYNi は、iPARTjの質量中心jＧiへのベクト
ルを iPARTj の座標系jΣiで表現したjｓi、質量jｍi、
jＧiを中心とした慣性行列jＩi、及びiPARTjの始点にお
ける運動方向を与える情報jａiからなるとともに、始点
に位置する機能が発生するトルク及び方向が要素構成物
PARTj の機能情報jFUNCiから与えられ、機能情報jFUNCi
は、機能がアクチュエータやセンサであることを示すイ
ンデックスとそれらの特性を表すデータによって表現
し、 構成部品の形状を決定するための形状情報と、構成部品
の運動を記述するのに必要な運動情報と、構成部品に収
納された上記電子部品の特性情報と、各構成部品の結合
状態を示す結合情報により、制御手段が全体を認識して
制御することを特徴とするロボット装置。 - 【請求項４】 部品の物理的特性情報を記憶する記憶手
段と、 上記記憶手段に記憶された情報を取り出す手段とを有す
ることを特徴とするロボットの構成部品。 - 【請求項５】 上記記憶手段から取り出される情報に基
づいて動作する制御手段をさらに有することを特徴する
請求項４記載のロボットの構成部品。 - 【請求項６】 上記物理的特性情報として、構成部品の
形状を決定する形状情報を上記記憶手段に記憶すること
を特徴する請求項４記載のロボットの構成部品。 - 【請求項７】 上記物理的特性情報として、構成部品の
運動を記述するのに必要な運動情報を上記記憶手段に記
憶することを特徴する請求項４記載のロボットの構成部
品。 - 【請求項８】 上記物理的特性情報として、構成部品に
収納される部品の機能情報を上記記憶手段に記憶するこ
とを特徴する請求項４記載のロボットの構成部品。 - 【請求項９】 上記機能情報として、機能がアクチュエ
ータやセンサであることを示すインデックスと、それら
の特性を表すデータによって表現した情報を上記記憶手
段に記憶することを特徴する請求項８記載のロボットの
構成部品。 - 【請求項１０】 上記物理的特性情報として、構成部品
の結合状態を示す結合情報を上記記憶手段に記憶するこ
とを特徴する請求項４記載のロボットの構成部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22817298A JPH11123680A (ja) | 1997-08-22 | 1998-08-12 | ロボットの構造記述方法、ロボット装置及びロボットの構成部品 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22689697 | 1997-08-22 | ||
| JP9-226896 | 1997-08-22 | ||
| JP22817298A JPH11123680A (ja) | 1997-08-22 | 1998-08-12 | ロボットの構造記述方法、ロボット装置及びロボットの構成部品 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11123680A true JPH11123680A (ja) | 1999-05-11 |
Family
ID=26527399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22817298A Withdrawn JPH11123680A (ja) | 1997-08-22 | 1998-08-12 | ロボットの構造記述方法、ロボット装置及びロボットの構成部品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11123680A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011114778A1 (ja) * | 2010-03-15 | 2011-09-22 | オムロン株式会社 | 表示装置、表示方法、プログラム、仮想機構ライブラリ、およびコンピュータ読み取り可能な記録媒体 |
-
1998
- 1998-08-12 JP JP22817298A patent/JPH11123680A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011114778A1 (ja) * | 2010-03-15 | 2011-09-22 | オムロン株式会社 | 表示装置、表示方法、プログラム、仮想機構ライブラリ、およびコンピュータ読み取り可能な記録媒体 |
| JP2011192019A (ja) * | 2010-03-15 | 2011-09-29 | Omron Corp | 表示装置、表示方法、プログラム、仮想機構ライブラリ、およびコンピュータ読み取り可能な記録媒体 |
| US9507339B2 (en) | 2010-03-15 | 2016-11-29 | Omron Corporation | Display device, display method, program, virtual mechanism library, and computer readable recording medium |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20051101 |