JPS62251807A - 学習用コンピユ−タロボツトシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、主にパーソナルコンピュータによって生成さ
れた動作命令プログラムによって機能し、各種周辺装置
を統括してなるパーソナルコンピュータシステムの一構
成要素を形成する学習用ロボットをより発展させ、特に
利用者が専用的に使用できる入出力ポートを確保すると
共に、システムの中核をなすパーソナルコンピュータと
対話をすることもできる双方向通信機能をも備えること
により、直接的間接的に交わされるロボットと利用者と
の間の情報交換の密度及び質を高め、ロボットを操作す
ることによって、近年急速な発展を遂げつつあるマイク
ロコンピュータあるいはパーソナルコンピュータを用い
た機械制御及びそのプログラミングを効率良く学習習得
することができるロボットシステムに関するものである
。

〔従来の技術〕

従来より知られている如く、各種センサを備えマイクロ
コンピュータ制御により周囲環境を知覚しながら自動走
行するロボットは、その多くが迷路通過ロボットに代表
されるホビ一槽内の強いものであり、予め定められた誘
導ラインを単純にトレースしながら走行するものから、
複数種類のセンサとマイクロコンピュータの高速演算処
理機能を有効に利用することで、複数の並行入力情報を
並列複合的に処理し、かなり複雑かつ有機的な動作を実
現するものまで種々存在しており、それらロボットの備
える代表的機能は、概ね以下の如きである。

即ち、ロボット自身が備えている各種センサが検知した
情報を予めプログラムされてなる比較対照データに照ら
して逐次周囲の状況を判断をしながら最適の基本動作パ
ターンを選択することにより、回避動作を主体とする自
動走行を行うもので、通常は自身の判断情報を全てシー
ケンシャルデータとして記憶することにより、新たにセ
ンサの作用に頼ることなく既に走行した通過軌跡を復元
走行することもでき、ロボットが単独で走行するに要す
る情報処理機能は殆ど充足されていたと言っても決して
過言ではなかった。

そして、これらの走行ロボットは小規模ながらもコンピ
ュータ制御回路及び機械的駆動機構、更には各種のセン
サを備えていることから、システムの基本構成形態は本
格的な産業用走行ロボットと全く同じ概念で捕えること
ができ、ロボット技術への入門者がロボットの原理構造
及び制御プログラムを学習するために１個人的に或いは
専門教育の現場等で高価な実用機に代えてかなり利用さ
れるようになっている。

尚、それらの単独走行ロボットに対するプログラムの入
力方法は、ロボット専用に用意された入力装置（専用の
命令言語に対応する専用入力キーボード等）を用いる方
式、パーソナルコンピュータとロボットとをケーブルで
接続してパーソナルコンピュータで作成したプログラム
をロボットのメモリ装置に転送する方式、パーソナルコ
ンピュータ等の外部プログラム装置で作成されたプログ
ラムを書き込み固定した不揮発性メモリを、ロボットに
装着する方式等様々な方式が採られていた。

つまり従来のこの種のロボットは、何れの方式にあって
もプログラム久方時以外においては完全に周囲から孤立
した存在であったのである。

〔発明が解決しようとする問題点３ 以上に述べた従来の学習用ロボットは、それらが単独で
しか機能できないが故に以下の如き欠点を持つものであ
った。

即ち、前述したロボットはソフトウェアプログラムによ
るある程度の自己学習機能を備えていたわけであるが、
ロボットが後天的に取り込んだ外部情報はロボット内部
のコンピュータシステムで処理され、その処理結果は内
部メモリに記憶されるのみであったため、利用者が動作
実行結果を解析する場合には、プログラムの実行を停止
させた後に、プログラムを入力した時とは丁度逆の経路
でパーソナルコンピュータ等にメモリ内のデータを転送
し、そこで初めてデータの解析やプログラムの修正が可
能となるのであった。つまり、従来の学習用ロボットは
パーソナルコンピュータ等のプログラム作成及び解析装
置に対して関連対比させると、紛れも無Ｘ一種のオフラ
イン機械端末装置であり、そのような観点からこれらの
ロボットを捉えるならば、一般のコンピュータシステム
のネットワーク構成と比較しても明らかなごとく機器間
のデータ移動に非常に手間がかかり、利用者にとっての
利用効率が極めて低く、図らずも短い期間のうちに学習
興味を低下させてしまうといった問題を有していたので
ある。

なお、中にはパーソナルコンピュータ等と常時ケーブル
でオンライン接続され逐次データのやりとりが可能なも
のもあったが、その場合ロボット内部にはコンピュータ
を内蔵しておらず、プリンタ等の周辺接続機器と同様に
バソナルコンピュータ等のコンピュータシステムの単な
る機械端末装置でしかなかった。そして、ロボットの行
動範囲が最初から規制を受け、且つ自走式のロボットに
用いる通信方式としてもあまり実際的なものではなかっ
た。

何れにしてもコンピュータを内蔵したこの種の自走式ロ
ボットは、内蔵する機能の大半が本来の特徴である走行
制御部分にのみに大きく片寄ってしまっており、同じく
教育学習を目的としたアームロボソ１へ（多くの場合コ
ンピュータは内蔵していない）に比してもかなりホビー
玩具的な要素が強いものとなっていた。

そして加えるに、利用者の学習興味を誘引する面白さと
いう面において従来のロボットは、ロボット自身のコン
ピュータに接続される入出力機器、例えばセンサ、モー
タ、ランプ等は予め一方的かつ固定的に用意されたもの
であるという点において、比較的早い時期に飽きられて
しまう傾向があった。つまり、利用者が興味を持って発
展的な利用を進めるに必須の要素であるところの、ロボ
ットのハードウェア部分（勿論ソフトウェアも関わって
くる）に介入する余地が殆ど与えられていなかったので
ある。

本発明は１以上に示した問題を全て解消し、実用ロボッ
トに極めて近い基本構成形態を備え、且つ利用者の持つ
発展応用意欲にも充分に応えることのできる学習用コン
ピュータロボットシステムを提供することを目的とする
ものである。

〔問題を解決するための手段〕

上述した全ての問題は、所定数の入出力ポート群、及び
該入出力ポート群の所定のポートに直接あるいは各種入
出力インターフェース回路を介して接続された環境知覚
用センサを備え、それらセンサの信号入出力及びロボッ
ト自身の機械的基本パターン動作を統括管理するシステ
ム管理プログラムの下に動作するマイクロコンピュータ
による制御回路を内蔵し、利用者が使用対象とするプロ
グラム言語形態に応じてなる専用のオブジェクトコード
生成装置、あるいは一般のパーソナルコンピュータ等の
、汎用型のオブジェクトコード生成装置により作成及び
入力された操作命令プログラムに従って、走行、転回、
停止、アーム操作等の機械的所要動作を内蔵電源を用い
て再生するマイクロコンピュータロボットシステムにお
いて、ロボットの利用者が任意に使用することができる
利用者専用の入出力ポートを外部端子として導出し、 ロボット外部にて生成した操作命令プログラム及びロボ
ット内部で学習により得られたデータを一旦電波信号に
変換して入出力するための無線送受信回路を内蔵してな
る学習用コンピュータロボットシステムによって解決す
ることができる。

〔発明の作用〕

本発明の学習用コンピュータロボットシステムは、パー
ソナルコンピュータ等の外部装置にて生成した操作プロ
グラムを無線入力することにより作動し、ロボット専用
に用意された各種センサ用の入出力ポート、及びロボッ
トの利用者専用に用意された別個の入出力ポート（ユー
ザ・ポート）に人力する外部入力データにより逐次判断
を下し。

ロボット自身の各入出力ポートへ応答出力するデータを
も含めた実走行経過データ（時系列的に蓄積した走行デ
ータ）を、パーソナルコンピュータ側の要求に従い、無
線によってパーソナルコンピュータに送り出すものであ
る。

〔実施例〕

以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。

第１図は本発明に係る学習用コンピュータロボットシス
テム（以下、単にロボットという）がパーソナルコンピ
ュータとで形成するオンラインシステム構成を示すブロ
ック図であり１図の如くロボット１は、夫々インターフ
ェース回路と共にカートリッジユニット状に構成してロ
ボット１本体の専用入出力ポートｐｔに対して着脱可能
としてなる、超音波センサ、赤外線センサ、音声センサ
。

或いは音声合成装置等の各種入出力変換装置２と。

ロボット利用者が自由に独自の外部機器を接続すること
のできる利用者専用の入出力ポートＰ２と。

触覚センサＴＳ、そしてマイクロコンピュータシステム
の内部入出力ポートに接続された無線送受信Ｖ＆置ＴＲ
Ｉを備えてなるものである。

そしてこのロボット１は、無線送受信装置ＴＲ２を接続
してなるパーソナルコンピュータｌ）Ｃと電波を媒体と
してオンライン接続され、パーソナルコンピュータＰＣ
にて作成あるいは修正された操作プログラムは通信経路
ＣＩを通してロボット１に読み込まれ、一方各種入出力
変換装置ｌｔ２から得た各種検出信号の時系列的データ
及び検出信号データにより自動的に補正したプログラム
（この場合は予め操作プログラム上に自己プログラム修
正用のサブルーチンプログラム等を用意しておく必要が
ある）は通信経路Ｃ２を通してパーソナルコンピュータ
ｐｃに読み込まれる。なお、無線送受信装置ＴＲ２とパ
ーソナルコンピュータＰＣとの接続は通常パーソナルコ
ンピュータＰＣが備えているシリアル通信用入出力ポー
ト（一般にＲ３−２３２Ｃ規格に基づくものが多い）を
利用すると便利である。

ここで更にロボット１を詳細に示すと、第２図に示すご
ときブロック構成を有するものである。

即ちロボット１は、マイクロプロセッサＭＰＵ、該マイ
クロプロセッサＭＰＵに電源オンと共に自動的に起動し
、ロボットのコンピュータとしての所定の基本機能、例
えば、ロボットシステム内のデータの受渡手順等を定め
ると共に、各種の動作処理サブルーチンを内蔵するシス
テム管理プログラム（モニタプログラム）を予め格納し
ておく読出し専用ランダムアクセスメモリＲＯＭ、パー
ソナルコンピュータＰＣ側から入力されるロボットの操
作プログラムや各種入出力変換装置２から得た各種検出
信号データや演算処理中間データを逐次記憶する随時書
込み読出しランダムアクセスメモリＲｗＭ、ロボット専
用に用意された各種入出力変換袋［２を接続する入出力
ポートＰ１及び利用者専用の入出カポ−１−Ｐ２を形成
する並列人出力制御回［１’ＩＯ、パーソナルコンピュ
ータＰＣとの間で無線又借をするために送信用並列出力
データを直列出力データにそして受信した直列入力デー
タを並列入力データに変換するシリアル／パラレル変換
装置ｓｐｃ、及びこのシリアル／パラレル変換Ｍｗｌｓ
ｐｃに入出力する直列形式データの入出力制御を司る直
列入出力制御回路５ＩＯ（一般に単線非同期式送受信装
置：υＳＲＴ素子を用いる）、走行及びアームの動作系
統を形成するパルスモータ等の機械駆動部Ｍ、及び前記
直列入出力制御回路ＳＩＯの出力信号を電波信号に変換
してパーソナルコンピュータＰＣに送信する無線送信回
路ＴＸと、逆にパーソナルコンピュータＰＣから送信さ
れる電波を受けて元の直列デジタル信号にｔｊＩ調して
直列入出力制御回路ＳＩＯに与える無線受信回路１１Ｘ
とで形成される無線送受信装置ｌＴＲ１により構成され
るものである。

尚、前記のマイクロプロセッサＭＰＵ、読出し専用ラン
ダムアクセスメモリＲＯＭ、随時書込み読出しランダム
アクセスメモリＲＶＭ等の集積回路チップは、前記各メ
モリの容量がある程度小さくても問題とならない場合、
及びメモリ素子のみをチップ外に増設してもメリットが
ある場合にはこれらの回路要素全てを１つの半導体チッ
プ上に収めてなるワンチップマイクロコンピュータに置
き換えることが可能である。

また、並列入出力制御回路ＰＩＯの特定の入出力ビット
部分が構成するロボット専用の入出力ポートｐｔに接続
される。超音波センサ、赤外線センサ。

音声センサ、或いは音声合成装置等の各種入出力変換装
置２は、前記入出力ポートＰＩに対してコネクタにより
適宜脱着可能な如くにカートリッジユニット形式に構成
され、各入出力変換装置１￥２（図では超音波送受信用
ユニット）は夫々が自身のユニット内に前記入出力ポー
トＰｌとの電気的整合を確保するインターフェイス回路
ＩＦを内蔵している。

ところで、これらの各々が異なった性状を有する入出力
変換装置２を制御するために、ロボットのシステム管理
プログラムは、当然に異なった入出力変換装置２各々に
対応する個別の制御用プログラムルーチンを備えており
、それら複数の制御用ルーチンから所要のルーチンを呼
び出すにあたり。

本実施例では各出力変換装置！！２に予め判別用２進コ
ードを与えておき、利用者が入出力変換装置２を交換す
る際にバイナリスイッチ（ディップ（ＤＩＩ））スイッ
チ）　ＢＳにより所定のコードを設定し。

システム管理プログラムが接続された入出力変換装置２
を自動的に判別できるようにしている。尚、この判別用
２進コード設定機構はバイナリスイッチＢＳを用いずに
、各入出力変換装置２の接続コネクタ部に前記のバイナ
リスイッチＢＳの所要極数に相当する接続極を確保して
予めコード設定しておくことにより、完全な自動判別機
構を実現することもできる。

また、同図中における８旧よ電源用電池Ｂの出力電圧が
予め定められた一定値を下回ると自動的に機械駆動系統
の電気的負荷を遮断して、随時書込み読出しランダムア
クセスメモリ１１１１１の記憶内容の破壊を防止する′
ｆ１１ｇ監視回路であり、この電源監視回路はマイクロ
プロセッサＭＰＵの管理下に置かれ、電源監視回路口に
が電源遮断要求信号を送出すると、マイクロプロセッサ
ＭＰＵは遮断指令信号を出力してモータ等の電気械駆動
系統の電源経路を遮断し、停止直前に実行したプログラ
ムステップの次プログラムステップの格納メモリアドレ
スを所定の格納領域に記憶してロボット操作プログラム
の実行を停止し、その後電源電圧が回復したならば電源
監視回路１１Ｍ１士マイクロプロセッサＭＰＵに対して
遮断解除要求信号を送出し、マイクロプロセッサＭＰＵ
は遮断指令信号の出力を停止して電源遮断を解除し、続
いて、停止直後のプログラムステップから実行を再開す
るものである。

〔発明の効果〕

以上詳述の如く、本発明に係る学習用コンピュータロボ
ットシステムは、カートリッジユニット方式により様々
なセンサ等を交換利用できると共に、ロボットの利用者
が任意に使用できる利用者専用の入出力ポートを外部端
子として導出したので、予め用意された各種の付加装置
の制御に関して学ぶことができろばかりか、利用者が独
自に製作した付加装置を接続利用することも可能となり
、その結果、ハードウェアの関連技術をも含めてマイク
ロコンピュータシステム制御に不可欠の入出力制御を深
く理解することが可能となったのである。

そして、ロボット外部にて生成した操作命令プログラム
及びロボット内部で学習により得られたデータを一旦電
波信号に変換して入出力するための無線送受信回路を内
蔵したので、物理的動作範囲（空間）の制約を全く考慮
せずに、パーソナルコンピュータ側即ち利用者側の要求
により、随時。

ロボット側に収容したプログラムや種々のデータの更新
や訂正を行うことも可能となり、そして更に、ある程度
実行速度は低下するが、システム管理プログラムの組み
力次第で、ロボットの内部の操作プログラムを一括自動
実行させずに、パーソナルコンピュータと対話形式で逐
次実行させることも可能となる等、利用者の要求に応じ
て極めて広範に拡張利用が可能であると共に、内蔵１１
ｇ電圧が一定値を下回ると自動的に機械駆動系統の電気
的負荷を遮断する電源監視回路を備えたことによって内
蔵プログラムの破壊を防ぐこともできる等、信頼性も極
めて高く、あらゆる面からあらゆる実用ロボットに極め
て近い構成を実現することができ、コンピュータ制御に
よるロボット及びパーソナルコンピュータ自身を含めた
広汎の意味でのコンピュータシステムそして更には基礎
的な通信ネットワークシステムの学習理解に大きく貢献
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る学習用コンピュータロ
ボットシステムの概略システム構成図。 第２図はロボットの内部構成を示すブロック図である。 １・・・学習用コンビュータロボッ１〜システム・２・
・・入出力変換装置、　ＰＩ、ｐ２・・・入出力ポート
、　　ＴＲＩ、Ｔｌ＋２　＝　−−ｆｉ線送送受信装置
　ＰＣ・・・パーソナルコンピュータ、　ＢＳ・・・バ
イナリスイッチ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定数の入出力ポート群、及び該入出力ポート群
   の所定のポートに直接あるいは各種入出力インターフェ
   ース回路を介して接続された環境知覚用センサを備え、
   それらセンサの信号入出力及びロボット自身の機械的基
   本パターン動作を統括管理するシステム管理プログラム
   の下に動作するマイクロコンピュータによる制御回路を
   内蔵し、利用者が使用対象とするプログラム言語形態に
   応じてなる専用のオブジェクトコード生成装置、あるい
   は一般のパーソナルコンピュータ等の、汎用型のオブジ
   ェクトコード生成装置により作成及び入力された操作命
   令プログラムに従って、走行、転回、停止、アーム操作
   等の機械的所要動作を内蔵電源を用いて再生するマイク
   ロコンピュータロボットシステムにおいて、 ロボットの利用者が任意に使用することができる利用者
   専用の入出力ポートを外部端子として導出し、 ロボット外部にて生成した操作命令プログラム及びロボ
   ット内部で学習により得られたデータを一旦電波信号に
   変換して入出力するための無線送受信回路を内蔵してな
   ることを特徴とする学習用コンピュータロボットシステ
   ム。
2. （２）特許請求の範囲第１項の記載において、制御回路
   が、内蔵電源電圧が一定値を下回ると自動的に機械駆動
   系統の電気的負荷を遮断する電源監視回路を含んでなる
   ことを特徴とする学習用コンピュータロボットシステム
   。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項の記載におい
   て、各種センサが、それぞれインターフェース回路を備
   えたカートリッジユニットに構成され、該カートリッジ
   ユニットがロボット外部に導出された特定の入出力ポー
   トに着脱可能であることを特徴とする学習用コンピュー
   タロボットシステム。