(57)【要約】【課題】従来のロボットは、通常、比較的単純な移動プラットフォームを備え、また複数の単語と音声を発するある種の音声合成機能も備える。遠隔患者監視や補助機能を実現するロボット・システムを提供することが望ましい。【解決手段】ロボットがハウジングに取り付けられているカメラとモニタを備えている。ロボットは、さらに、ハウジングに取り付けられ、コントローラに結合されているプラットフォームもを備える。コントローラは、ブロードバンド・インターフェイスに結合されている。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブロードバンド・ネットワークに結合されている遠隔制御ロボット・システムであって、
前記ブロードバンド・ネットワークに結合されている第１の遠隔制御ステーションと、
前記ブロードバンド・ネットワークを通じて前記遠隔制御ステーションに結合されているベース・ステーションと、
前記ベース・ステーションに無線で結合され、前記第１の遠隔制御ステーションを介して制御される移動ロボットとを含み、
この移動ロボットは、ロボット・カメラとロボット・モニタを備え、患者の現在のビデオ・イメージと患者の以前からあるビデオ・イメージを前記第１の遠隔制御ステーションに送信し、前記第１の遠隔制御ステーションは、前記患者のイメージを比較することができるように、前記患者の現在のビデオ・イメージと患者の以前からあるビデオ・イメージを並べて表示する、前記遠隔制御ロボット・システム。
【請求項２】
前記遠隔ステーションは、前記ロボット・モニタに結合された遠隔カメラと、前記ロボット・カメラに結合された遠隔モニタを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
さらに、ハウジングに結合されている無線トランシーバを備える請求項２に記載のロボット・システム。
【請求項４】
移動ロボットを遠隔操作して患者を監視する方法であって、
遠隔制御ステーションからベース・ステーションにブロードバンド・ネットワークを介して前記移動ロボットを移動させるコマンドを伝送することと、
前記ベース・ステーションから前記移動ロボットに前記コマンドを無線で伝送することと、
少なくとも１つの自由度で共に動くロボット・カメラとロボット・モニタを備える前記移動ロボットが前記コマンドに応答して移動することと、
前記移動ロボットから前記遠隔制御ステーションに前記患者の現在のビデオ・イメージと患者の以前からあるビデオ・イメージを送信することと、
前記患者のイメージを比較することができるように、前記患者の現在のビデオ・イメージと患者の以前からあるビデオ・イメージを並べて表示することとを含む方法。
【請求項５】
さらに、前記遠隔制御ステーションから前記ロボットにビデオ・イメージを伝送することを含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ブロードバンド・ネットワークを介して通信するロボット・システムであって、
カメラとモニタを備え、前記ブロードバンド・ネットワークを介して送信される、前記ロボットに関する情報を含む、少なくとも１つのロボット・ステータス・コマンドを発生するロボットと、
それぞれがカメラとモニタを備え、かつ、前記ブロードバンド・ネットワークを介して送信される、少なくとも１つの制御コマンドを発生し、そして、前記ロボットから前記ステータス・コマンドを受信する、複数の遠隔ステーションと、
前記遠隔ステーションの１つによる前記ロボットへのアクセスを制御するアービトレータとを含む、前記ロボット・システム。
【請求項７】
ブロードバンド・ネットワークを介してロボットを制御する方法であって、
それぞれがカメラとモニタを備える複数の遠隔制御ステーション間のロボットへのアクセスを調停することと、
前記ロボットへのアクセスを有する遠隔ステーションで少なくとも１つの制御コマンドを発生することと、
前記ブロードバンド・ネットワークを介して前記制御コマンドを送信することと、
カメラとモニタを備えるロボットで前記制御コマンドを受信することと、
前記ロボットに関する情報を含むロボット・ステータス・コマンドをロボットで少なくとも１つ発生することと、
前記ブロードバンド・ネットワークを介して前記ロボット・ステータス・コマンドを送信することと、
前記ロボットへのアクセスを有する遠隔ステーションで前記ロボット・ステータス・コマンドを受信することを含む、前記方法。
【請求項８】
カメラと入力デバイスを含むロボットと、
前記ロボットを制御する制御ステーションと、
前記ロボットの入力デバイスに結合され、前記ロボットの入力デバイスを介してユーザがアクセスできるインターネット・ネットワークとを含むロボット・システム。
【請求項９】
前記入力デバイスは、タッチスクリーンである請求項８に記載のロボット・システム。
【請求項１０】
インターネットにアクセスする方法であって、
制御ステーションからカメラを有するロボットにコマンドを送信することと、
前記コマンドに応じて前記ロボットを移動させることと、
ロボットの入力デバイスを介してインターネット・ネットワークにアクセスする入力を入力することとを含む、前記方法。
【請求項１１】
カメラとマイクロフォンを含むロボットと、
前記ロボットを制御する制御ステーションとを含み、
前記制御ステーションは、スピーカを含み、このスピーカは、前記ロボットのマイクロフォンに結合され、ステレオ音声を発するロボット・システム。
【請求項１２】
前記ロボットは、移動プラットフォームを含む請求項１１に記載のロボット・システム。
【請求項１３】
ロボットを動作させる方法であって、
制御ステーションからカメラとマイクロフォンを有するロボットにコマンドを送信することと、
前記コマンドに応じて前記ロボットを移動させることと、
前記ロボットのマイクロフォンで音声を捕捉することと、
前記捕捉した音声を前記ロボットから制御ステーションに送信することと、
前記送信された捕捉済みの音声から制御ステーションのスピーカでステレオ音声を発することとを含む、前記方法。
【請求項１４】
カメラとモニタを含むロボットと、
前記ロボットを制御することができ、かつ、整備要員が遠隔で前記ロボットを整備することができる制御ステーションとを含むロボット・システム。
【請求項１５】
遠隔で制御されるロボットを整備する方法であって、
制御ステーションから送信された前記コマンドに応じて前記ロボットを移動させることと、
整備要員制御ステーションにいる整備要員から前記ロボットにアクセスすることと、
前記整備要員制御ステーションを介して遠隔で前記ロボットを整備することとを含む、前記方法。
【請求項１６】
整備することは、動作パラメータを設定することを含む請求項１５に記載のロボットを整備する方法。
【請求項１７】
患者のライブビデオ・イメージと患者の静止イメージとを捕捉することができるカメラを備えるロボットと、
前記患者のライブビデオ・イメージと患者の静止イメージとを同時にディスプレイできるモニタを備える制御ステーションとを含むロボット・システム。
【請求項１８】
患者を見る方法であって、
カメラを備えるロボットへ制御ステーションからコマンドを送信することと、
前記コマンドに応じて前記ロボットを移動させることと、
患者のライブビデオ・イメージと患者の静止イメージとを捕捉することと、
前記制御ステーションのモニタに前記患者のライブビデオ・イメージと患者の静止イメージとを同時にディスプレイすることとを含む、前記方法。
【請求項１９】
制御ステーションのカメラで要員のイメージを捕捉することと、
捕捉した要員のイメージをロボットに送信することと、
送信された捕捉済みの要員のイメージをロボット・モニタにディスプレイすることとをさらに含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
患者の静止イメージは、前記ロボットに格納される請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記ロボットは、面上を移動する請求項１８に記載の患者を見る方法。
【請求項２２】
ロボット命令を提供する遠隔ステーションと、
バッテリー充電ステーションと、
前記バッテリー充電ステーションに自律的に、および、前記ロボット命令に従って移動することができる移動ロボットとを含むロボット・システム。
【請求項２３】
前記移動ロボットは、前記移動ロボットと前記バッテリー充電ステーション間の位置合わせを前記移動ロボットのバッテリーに流れる電流を感知して決定するコントローラを備える請求項２２に記載のロボット・システム。
【請求項２４】
前記バッテリー充電ステーションは、無線で前記移動ロボットを充電する請求項２２に記載のロボット・システム。
【請求項２５】
要員によって操作される遠隔ステーションに結合されたロボットであって、この遠隔ステーションは、該遠隔ステーションでイメージを捕捉するカメラを備え、該ロボットは、
ハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられている移動プラットフォームと、
前記ハウジングに取り付けられ、ハウジングに対して相対的に動くカメラと、
前記ハウジングに取り付けられ、ハウジングに対して相対的に動き、前記遠隔ステーションで捕捉したイメージをディスプレイするモニタと、
前記ハウジングに取り付けられ、前記遠隔ステーションとの通信を制御する高水準のコントローラと、
前記ハウジングに取り付けられ、前記移動プラットフォームを作動させる低水準のコントローラとを備える、前記ロボット。
【請求項２６】
患者のホーム内で患者を監視する方法であって、
遠隔ステーションから制御される移動ロボットを患者のホーム内に提供することと、
前記遠隔ステーションを操作する要員のイメージを捕捉することと、
前記要員のイメージを前記移動ロボットに送信することと、
前記移動ロボットのモニタに前記要員のイメージをディスプレイすることと、
前記移動ロボットを移動させるために、前記遠隔ステーションからコマンドを送信することと、
前記コマンドに応じて、前記患者のホーム内で前記移動ロボットを移動させることと、
患者のイメージをロボット・カメラで捕捉することと、
この患者のイメージを前記遠隔ステーションに送信することとを含む、前記方法。
【請求項２７】
前記要員は医者である請求項２６に記載の方法
【請求項２８】
前記要員は介護者である請求項２６に記載の方法
【請求項２９】
患者を監視する方法であって、
異なる時間間隔でロボットを動かし患者を周期的に見にやらせることと、
前記ロボットを電池充電器ステーションに周期的に移動させることと、
前記ロボットの電池を電池充電器ステーションで無線で充電することとを含む、前記方法。
【請求項３０】
前記ロボットが遠隔制御される請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示されている主題は、一般に、医療分野で使用されるロボット工学の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルツハイマー病からストレス性疾患にわたるさまざまな病気を患っている患者に対する遠隔医療を実現する必要性が高まってきている。コストを最小限に抑えるため、そのような患者に対しては在宅医療を実施するのが望ましい。在宅医療には、通常、看護士またはある種の看護助手などの医療サービス提供者の定期的訪問が必要である。財政上のかつ／または人材上の問題から、医療サービス提供者は、患者がある種の補助を必要としているときにその場にいないということがある。さらに、既存の職員についても、絶えず訓練を受けなければならず、これもまた、訓練要員の負担になる。医療サービス提供者が、実際にその場にいることなく、遠隔操作で患者の医療を行うことができるシステムを実現することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
危険な物質の遠隔制御から外科手術の補助に至るまでさまざまな用途にロボットが使われている。例えば、Ｗａｎｇらの米国特許第５，７６２、４５８号では、外科医がロボット制御計測装置を使用して低侵襲的医療処置を実施できるシステムを開示している。また、家庭用の「トイ」ロボットも開発されている。そのようなロボットは、通常、比較的単純な移動プラットフォームを備え、また複数の単語と音声を発するある種の音声合成機能も備える。遠隔患者監視や補助機能を実現するロボット・システムを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ロボットがハウジングに取り付けられているカメラとモニタを備えている。ロボットは、さらに、ハウジングに取り付けられ、コントローラに結合されているプラットフォームもを備える。コントローラは、ブロードバンド・インターフェイスに結合されている。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】ロボット・システムの図である。
【図２】ロボットの電気系統の概略図である。
【図３】ロボットの電気系統の他の概略図である。
【図４】アームが上向き位置にあるロボットの図である。
【図５】アームが下側位置にあるロボットの図である。
【図６】ロボットのホロノーム・プラットフォームの図である。
【図７】ホロノーム・プラットフォームのローラ・アセンブリの図である。
【図８】ロボットのアーム・アセンブリの図である。
【図９】アームのグリッパ・アセンブリの図である。
【図１０】ロボットの充電器の概略図である。
【図１１】ロボットの移動を計算するために使用できるベクトル図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
遠隔制御ロボットを備えるロボット・システムを開示する。ロボットはカメラ、モニタ、ホロノーム・プラットフォームを備えている。それらのすべてがハウジングに取り付けられている。ロボットは、カメラとモニタを備える遠隔制御ステーションにより制御することができる。遠隔制御ステーションは、ロボットに無線で結合されているベース・ステーションにリンクされている。遠隔地にいる介護者が、ロボットを通じてカメラとモニタにより患者を監視し、世話をすることができる。ホロノーム・プラットフォームを使用することにより、ロボットは家庭または施設内を動き回り、患者を特定し、かつ／または患者に追随することができる。
【０００７】
参照番号で図面をより詳しく見ると、図１は、ロボット・システム１０を示している。ロボット・システム１０は、ロボット１２、ベース・ステーション１４、遠隔制御ステーション１６を備える。遠隔制御ステーション１６は、ネットワーク１８を介してベース・ステーション１４に結合されている。例えば、ネットワーク１８は、インターネットなどのパケット交換網、または公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）などの回線交換ネットワークまたはその他のブロードバンド・システムなどである。ベース・ステーション１４は、モデム２０またはその他のブロードバンド・ネットワーク・インターフェイス・デバイスによりネットワーク１８に結合されている。
【０００８】
遠隔制御ステーション１６は、モニタ２４、カメラ２６、マイク２８、スピーカ３０を備えるコンピュータ２２を含んでいる。コンピュータ２２は、さらに、ジョイスティックまたはマウスなどの入力デバイス３２も備えている。制御ステーション１６は、ロボット１２から離れた場所に配置されるのがふつうである。遠隔制御ステーション１６は１つしか図に示されていないが、システム１０は複数の遠隔ステーションを含むことができる。さらに、ロボット１２は１つしか図に示されていないが、システム１０は、複数のロボット１２を備えることができることは理解できるであろう。一般に、制御される側のロボット１２も、制御する側の遠隔ステーションも数に制限はない。例えば、１つの遠隔ステーション１６を複数のロボット１２に結合することも、また１つのロボット１２を複数の遠隔ステーション１６に結合することもできる。
【０００９】
ロボット１２は、ロボット・ハウジング３６に取り付けられた移動プラットフォーム３４を備えている。また、ロボット・ハウジング３６には、カメラ３８、モニタ４０、マイク４２、スピーカ４４も取り付けられている。マイク４２とスピーカ３０は、ステレオ音声を発することができる。ロボット１２は、さらに、ベース・ステーション１４のアンテナ４６に無線で結合されるアンテナ４４を備えている。システム１０を使用することにより、遠隔制御ステーション１６にいるユーザは、入力デバイス３２を介してロボット１２を動かすことができる。ロボット・カメラ３８は、遠隔ステーション１６にいるユーザが患者を見ることができるように遠隔モニタ２４に結合されている。同様に、ロボット・モニタ４０は、患者がユーザを見ることができるように遠隔カメラ２６に結合されている。マイク２８、４２と、スピーカ３０、４４を使用することにより、患者とユーザとが音声でやり取りすることができる。
【００１０】
遠隔ステーション・コンピュータ２２では、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ＯＳソフトウェアやＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標） ＸＰまたはＬＩＮＵＸなどの他のオペレーティング・システムが動作可能である。さらに、遠隔コンピュータ２２ではビデオ・ドライバ、カメラ・ドライバ、オーディオ・ドライバ、ジョイスティック・ドライバも動作可能である。ビデオ・イメージはＭＰＥＧ ＣＯＤＥＣなどの圧縮ソフトウェアを使用して送受信することができる。
【００１１】
図２、３は、ロボット１２の一実施形態を示している。ロボット１２は、高水準制御システム５０と低水準制御システム５２を備えることができる。高水準制御システム５０は、バス５６に接続されたプロセッサ５４を備えている。バスは、入出力（Ｉ／Ｏ）ポート５８によりカメラ３８に結合され、シリアル出力ポート６０とＶＧＡドライバ６２によりモニタ４０に結合されている。モニタ４０は、患者がモニタ画面に触るだけで入力できるタッチスクリーン機能を備えることができる。
【００１２】
スピーカ４４は、デジタル・アナログ・コンバータ６４によりバス５６に結合される。マイク４２は、アナログ・デジタル・コンバータ６６によりバス５６に結合される。高水準コントローラ５０は、さらに、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）デバイス６８、不揮発性ＲＡＭデバイス７０、大容量記憶デバイス７２を備えることもでき、これらはすべてバス６２に結合されている。大容量記憶デバイス７２には、遠隔制御ステーション１６にいるユーザからアクセスできる患者の医療ファイルを収めることができる。例えば、大容量記憶デバイス７２に患者の画像を格納する。ユーザ、特に、医療サービス提供者は、以前の画像を呼び出して、カメラ３８により送られてきた患者の現在のビデオ・イメージとモニタ２４上で並べて比較することができる。ロボット・アンテナ４４は、無線トランシーバ７４に結合されている。例えば、トランシーバ７４は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａに従って情報を送受信することができる。
【００１３】
コントローラ５４は、ＬＩＮＵＸ ＯＳオペレーティング・システムで動作するようになっている。コントローラ５４は、さらに、ビデオ・ドライバ、カメラ・ドライバ、オーディオ・ドライバとともにＸ ＷＩＮＤＯＷＳ上で動作し、遠隔制御ステーション１６と通信することができる。ビデオ情報は、ＭＰＥＧ ＣＯＤＥＣ圧縮手法を使用して送受信することができる。ソフトウェアにより、ユーザは患者に電子メールを送信することができ、また患者もユーザに電子メールを送信することができ、あるいは患者はインターネットにアクセスすることもできる。一般に、高水準コントローラ５０は、ロボット１２と遠隔制御ステーション１６との間の通信を制御する動作をする。
【００１４】
高水準コントローラ５０は、シリアル・ポート７６、７８により低水準コントローラ５２にリンクされている。低水準コントローラ５２は、バス８６によりＲＡＭデバイス８２と不揮発性ＲＡＭデバイス８４に結合されたプロセッサ８０を備える。ロボット１２は、複数のモータ８８およびモータ・エンコーダ９０を備える。エンコーダ９０は、モータ８８の出力に関するフィードバック情報を供給する。モータ８８は、デジタル・アナログ・コンバータ９２とドライバ増幅器９４によりバス８６に結合されている。エンコーダ９０は、デコーダ９６によりバス８６に結合されている。ロボット１２は、さらに、多数の近接センサ９８（図１も参照のこと）を備える。位置センサ９８は、信号調整回路１００とアナログ・デジタル・コンバータ１０２によりバス８６に結合されている。
【００１５】
低水準コントローラ５２は、ロボット１２を機械的に作動させるソフトウェア・ルーチンを実行する。例えば、低水準コントローラ５２は、移動プラットフォームを作動させてロボット１２を動かしたり、ロボットのアームを作動させたりする命令を与える。低水準コントローラ５２は、高水準コントローラ５０から移動命令を受け取り、移動命令は、遠隔制御ステーションから移動コマンドとして受け取る。２つのコントローラが図に示されているが、ロボット１２は高水準機能と低水準機能を制御する１つのコントローラを備えるようにしてもよいことを理解されたい。
【００１６】
ロボット１２のさまざまな電気的デバイスは電池１０４から電力を得ることができる。充電器ステーション１０６により電池１０４を充電することができる（図１も参照のこと）。低水準コントローラ５２は、電池１０４の電力レベルを感知する電池制御回路１０８を備えている。低水準コントローラ５２は、電力がしきい値以下に落ちたときにそのことを感知し、メッセージを高水準コントローラ５０に送信することができる。高水準コントローラ５０は、電池電力がしきい値未満に落ちたときに電池１０４を充電器１０６に結合するためにロボット１２を移動させるパワー・マネジメント・ソフトウェア・ルーチンを備えることができる。それとは別に、ユーザが、ロボット１２を電池充電器１０６に向かわせることもできる。さらに、電池を交換することもでき、またロボット１２を電源コード（図に示されていない）により壁面コンセントに結合させておくこともできる。
【００１７】
図４は、ロボット１２の一実施形態を示している。このロボット１２は、ロボット・ハウジング１１２に取り付けられたホロノーム・プラットフォーム１１０を備えている。ホロノーム・プラットフォーム１１０によりロボット１２は任意の方向に移動できる。図に示されていないが、ロボット・ハウジング１１２はバンパーを備えていてもよい。
【００１８】
ロボット１２は、カメラ３８とモニタ４０を支えるアーム１１４を備えている。アーム１１４の自由度は２であり、これにより、カメラ２６とモニタ２４が図４に示されている上側位置から図５に示されている下側位置に移動できる。アーム１１４は、物体を掴むグリッパなどのエンド・エフェクタ１１６を備えている。
【００１９】
ロボット１２は、閉位置と開位置との間で自動的に移動できるドロワー１１８を備えている。ドロワー１１８は、患者に投薬する場合に使用できる。例えば、ドロワー１１８は、特定の時刻に飲まなければならない薬を入れておくことができる。ロボット１２を、ドロワー１１８が所定の時刻に開くようにプログラムすることができる。看護士またはその他の医療サービス提供者は、定期的に、ドロワー１１８を「詰め替え」する。ロボットは、さらに、電池充電器ポート１１９を備えている。薬品について説明されているが、ドロワー１１８はどのような物でも入れることができることは理解されるであろう。
【００２０】
図６に示されているように、ホロノーム・プラットフォーム１１０は、底板１２２に取り付けられている３つのローラ・アセンブリ１２０を備えている。ローラ・アセンブリ１２０は、通常、プラットフォーム１１０を中心に等間隔で並んでおり、任意の方向の移動できる。
【００２１】
図７は、ローラ・アセンブリ１２０の一実施形態を示している。各アセンブリ１２０は、一対のトランスミッション・ローラ１２６により駆動される駆動ボール１２４を備えている。アセンブリ１２０は、リテーナ・リング１２８と複数のブッシング１３０を備え、これにより、ボール１２４はｘ方向とｙ方向に回転できるが、ｚ方向には移動できない。
【００２２】
トランスミッション・ローラ１２６はモータ・アセンブリ１３２に結合されている。アセンブリ１３２は、図３に示されているモータ８８に対応している。モータ・アセンブリ１３２はモータ１３６に取り付けられている出力プーリーを備えている。出力プーリー１３４は、駆動ベルト１４０により一対のボール・プーリー１３８に結合される。ボール・プーリー１３８は、トランスミッション・ブラケット１４４に取り付けられた駆動ピン１４２に取り付けられている。トランスミッション・ローラ１２６は、ローラ・ピン１４６によりトランスミッション・ブラケット１４４に取り付けられている。トランスミッション・ブラケット１４４は、それぞれ、ハウジングの一部により支えられているピン１４３を備える。
【００２３】
出力プーリー１３４の回転により、ボール・プーリー１３８も回転する。ボール・プーリー１３８の回転により、トランスミッション・ローラ１２６が回転し、摩擦力を通じてボール１２４をスピンさせる。ボール１２４のスピンによりロボット１２が移動する。駆動ボール１２６は、ボール１２６の１つが常にボール１２４と接触しているように位相はずれとなっている。ローラ・ピン１４６とブラケット１４４により、トランスミッション・ローラ１２６は自由にスピンし、他のローラ・アセンブリ１２０の１つがロボット１２を駆動し、移動させているときに直交方向の受動的移動が可能になる。
【００２４】
図８、９は、アーム１１４の一実施形態を示している。アーム１１４は、ロボット・ハウジング１２の固定板１５２に回転できるように取り付けられている第１のリンケージ１５０を備えている。アーム１１４は、さらに、第１のリンケージ１５０に回転できるように接続されている第２のリンケージ１５４と、第２のリンケージ１５４に回転できるように接続されている第３のリンケージ１５６も備えることができる。
【００２５】
第１のリンケージ１５０は、ギア・アセンブリ１６２により第１のモータ１５８とモータ・エンコーダ１６０に結合されている。モータ１５８が回転すると、リンケージ１５０とアーム１１４の対応する回転動作が行われる。リンケージ１５０は、ベアリング１６４により固定板１５２に結合されている。
【００２６】
第２のリンケージ１５４は、ギア・アセンブリ１７０とプーリー・アセンブリ１７２により第２のモータ１６６とエンコーダ１６８に結合されている。プーリー・アセンブリ１７２は、第１のモータ１５８のギア・アセンブリ１６２を突き抜けるピン１７４によりギア・アセンブリ１７０に接続されている。第２のリンケージ１５４は、第１のリンケージ１５０に相対的にスピンするピン１７６に取り付けられている。プーリー・アセンブリ１７２は、ピン１７４、１７６にそれぞれ取り付けられている一対のプーリー１８０、１８２を結合するベルト１７８を備えている。ピン１７６はベアリング１８２により第１のリンケージ１５０に結合されている。アーム１１４は、電線１８３をリンケージ１５０、１５４、１５６内を通して内部を引き回せるように構成されている。
【００２７】
第３のリンケージ１５６は、第２のリンケージ１５４に相対的スピンすることができるピン１８４に接続されている。ピン１８４は、ベアリング・アセンブリ１８６により第２のリンケージ１５４に結合されている。第３のリンケージ１５６は、一対のプーリー・アセンブリ１８８により第１のリンケージ１５０に結合されている。プーリー・アセンブリ１８８により、第１のリンケージ１５０と第２のリンケージ１５４がどこにあろうと、第３のリンケージ１５６の水平位置が保証される。図４、５に示されているように、第３のリンケージ１５６は、常に、水平位置にある。これにより、カメラ２６は、常に、同じ向きになり、患者を見たときに遠隔制御ステーションで方向を見失う可能性を減少させることができる。
【００２８】
グリッパ１１６は第３のリンケージ１５６に取り付けられている。グリッパ１１６は、底板１９２に回転できるように取り付けられている一対のフィンガー１９０を備えている。フィンガー１９０は、ギア・アセンブリ１９８によりモータ１９４とエンコーダ１９６に結合されている。底板１９２は、ベアリング・アセンブリ２００により第３のリンケージ１５６に結合される。モータ１９４により、底板１９２とフィンガー１９２を第３のリンケージ１５６に対してスピンさせることができる。
【００２９】
グリッパ１１６は、さらにフィンガー１９０のカム面２０４に係合して、グリッパ・フィンガー１９０を開位置と閉位置との間で動かすプッシュ・ロッド２０２を備えている。プッシュ・ロッド２０２は、リンケージ・アセンブリ２０８によりモータ２０６とエンコーダ（図に示されていない）に結合されている。モータ２０６を作動させると、プッシュ・ロッド２０２は平行移動し、フィンガー１９０が移動する。モータ２０６は、力フィードバックを遠隔制御ステーションに送り返す力センサを備えている。遠隔制御ステーションの入力デバイスは、グリッパ・フィンガー１９０に力が加えられるのをユーザが感じられるようにする力フィードバック機構を備えている。
【００３０】
ロボット１２は、１人または複数の患者を監視する、かつ／または補助する必要のある家庭または施設内に配置される。施設としては、病院または養護施設が考えられる。例としては、ロボット１２を、医療サービス提供者が患者を監視かつ／または補助することができる家庭に配置することができる。同様に、友人または家族の一員が患者と通信することができる。ロボットと遠隔制御ステーションの両方にあるカメラとモニタにより、患者と遠隔制御ステーションにいる人との間でテレビ会議ができる。
【００３１】
遠隔ステーション１６にある入力デバイス３２を操作することによりロボット１２を家庭または施設中を操縦することができる。ロボット１２は、さらに、自律的移動も可能である。例えば、遠隔ステーション１６からの入力なしで、特定の時刻に患者の部屋に自動的に出向き、ドロワー１１８内の薬品を投与するようにロボット１２をプログラムすることができる。ロボット１２を、２４時間、１週間に７日、患者を監視かつ／または補助するようにプログラムすることができる。このような監視機能は、ロボットの自律的充電機能により強化される。
【００３２】
ロボット１０を、複数のユーザにより制御することができる。これに対応して、ロボットは調停システムを備えている。調停システムを、ロボット１２のオペレーティング・システムに組み込むことができる。例えば、調停手法を高水準コントローラ５０のオペレーティング・システム内に組み込むことができる。
【００３３】
例えば、ユーザを、ロボット自体、ローカル・ユーザ、介護者、医者、家族、またはサービス提供者などに分類することができる。ロボットは、ロボットのオペレーションと矛盾する入力コマンドを無効にすることができる。例えば、ロボットが壁に当たった場合、壁の方向へ移動し続けることを要求するコマンドがさらに送られてきてもシステムはすべて無視することができる。ローカル・ユーザはロボットとともに物理的に存在する人である。ロボットは、ローカル・オペレーションを可能にする入力デバイスを備えることも可能である。例えば、ロボットは、音声コマンドを受け取り、解釈する音声認識システムを組み込むことができる。
【００３４】
介護者は、患者を遠隔監視する人である。医者は、ロボットを遠隔制御し、さらにロボット・メモリ内に格納されている医療ファイルにアクセスできる医療専門家である。家族とサービス提供ユーザがロボットに遠隔アクセスする。サービス提供ユーザは、ソフトウェアをアップグレードしたり、動作パラメータを設定するなどの方法によりシステムの整備を行うことができる。
【００３５】
ロボット１２と遠隔ステーション１６との間でメッセージ・パケットを伝送することができる。パケットはコマンドとフィードバックを与える。それぞれのパケットは、複数のフィールドに分かれている。例えば、パケットは、ＩＤフィールド、前進速度フィールド、角速度フィールド、停止フィールド、バンパー・フィールド、センサ範囲フィールド、構成フィールド、テキスト・フィールド、デバッグ・フィールドを含むことができる。
【００３６】
遠隔ユーザの識別は、遠隔制御ステーション１６からロボット１２に伝送される情報のＩＤフィールド内に設定することができる。例えば、ユーザは、遠隔制御ステーション１６により実行されるアプリケーション・ソフトウェア内のセットアップ・テーブルにユーザＩＤを入力することができる。すると、ユーザＩＤは、ロボットに伝送されるそれぞれのメッセージとともに送信される。
【００３７】
ロボット１２は、排他モードと共有モードの２つの異なるモードのうちの１つで動作することができる。排他モードでは１人のユーザのみがロボットの制御にアクセスできる。排他モードでは、優先度をそれぞれのタイプのユーザに割り当てることができる。例えば、優先度を、ローカル、医者、介護者、家族、サービス提供ユーザの順とすることができる。共有モードでは、２人以上のユーザがロボットへのアクセスを共有できる。例えば、介護者がロボットにアクセスして、その後介護者が共有モードにして、医者もロボットにアクセスできるようにすることが可能である。介護者と医者は両者とも、患者と同時テレビ会議を行うことができる。
【００３８】
調停方式は、通知、タイムアウト、キュー、コール・バックの４つの機構のうちの１つを持つことができる。通知機構によって、他のユーザがロボットへのアクセス権を有していること、またはアクセスを望んでいることを現在のユーザまたは要求側ユーザに知らせることができる。タイムアウト機構を使用すると、特定のタイプのユーザに対してロボットへのアクセスを終了させるまでの所定の時間を設定することができる。キュー機構は、ロボットにアクセスするための順番待ちリストである。コール・バック機構は、ロボットをアクセスできることをユーザに知らせるものである。例えば、家族ユーザは、ロボットを自由に使用できるようになっているという知らせを電子メール・メッセージで受け取ることができる。表１および２は、これらの機構によりさまざまなユーザからのアクセス要求を解決する方法を示している。
【００３９】
【表１】
2010246954.tif 000003
【００４０】
【表２】
2010246954.tif 000004
2010246954.tif 000005
【００４１】
ステーション１６とロボット１２との間で伝送される情報を暗号化することができる。さらに、ユーザがシステム１０に入るのにパスワードを入力しなければならないようにもできる。選択されたロボットに対し、ステーション１６から電子鍵が与えられる。ロボット１２は、その鍵の正当性を確認し、別の鍵をステーション１６に返す。鍵は、セッションで伝送される情報を暗号化するために使用される。
【００４２】
図１０は、電池充電器一実施形態を示している。ロボット・ポート１１９は、電池充電器ステーション１０６の一次巻線２５２に磁気的に結合されている二次巻線２５０を備えている。一次巻線２５２は、リレー回路２５６、ヒューズ２５８、スイッチ２６０によりコンセント２５４に結合されている。リレー２５６は、充電器コントローラ２６２により制御される。
【００４３】
充電器コントローラ２６２は充電器赤外線（ＩＲ）トランシーバ２６４に接続されている。充電器ＩＲトランシーバ２６４はロボットＩＲトランシーバ２６６に結合される。ロボットＩＲトランシーバ２６６は低水準コントローラ５２に接続される。ロボット１０は、さらに、ステーション１０６上のターゲット２７０を感知することができるアライメント・センサ２６８を備えることもできる。例えば、センサ２６８は、発光器とターゲット２７０から反射された光線を検出する光受容器を備えている。コントローラ５２は、さらに、電池１０４に流れ込む電流を感知し、ロボット１２がドッキング・ステーション１０６と位置が合っているかどうかを判別することもできる
【００４４】
二次巻線２５０は、充電器回路２７２により電池１０４に接続されている。二次巻線２５０と一次巻線２５２は、それぞれ、電線２７４を磁気コア２７６に巻き付けたものである。ステーション１０６は、さらに、二次巻線２５０に磁気的に伝達される電圧を高めるオシレータ／チョッパー回路（図に示されていない）を備えることもできる。
【００４５】
ロボット１０は、動作時に、自律的に、またはユーザ制御により、電池充電器ステーション１０６へ移動する。ロボット１０は、センサ２６８の位置がターゲット２７０と合うまで移動させられる。その後、低水準コントローラ５２は、トランシーバ２６４、２６６を通じてコマンドを充電器コントローラ２６２に送信する。続いて、充電器コントローラ２６２は、電力が巻線２５０、２５２を通じて電池１０４に伝達されるリレー２５６を閉じる。電池１０４が充電されるか、または電池充電プロセスがユーザにより中断されると、低水準コントローラ５２が、リレー２５６を開くコマンドを充電器コントローラ２６２に送信する。その後、ロボット１０は、充電ステーション１０６から離れる。
【００４６】
図１１は、以下の式でロボットの移動量を計算するために使用できるベクトル図を示している。
【００４７】
【数１】
2010246954.tif 000006
ただし、
Ｗ1＝第１のボール１２４の駆動角速度。
Ｗ2＝第２のボール１２４の駆動角速度。
Ｗ3＝第３のボール１２４の駆動角速度。
Ｖ＝ロボットの入力線速度。Ｖは、Ｖx＝｜Ｖ｜ｃｏｓθおよびＶy＝｜Ｖ｜ｓｉｎθとなる成分ＶxおよびＶyを持つ。
Ψ＝ロボットの入力角速度。
【００４８】
角速度ベクトルをｗ＝［ｗ1，ｗ2，ｗ3］Tとする。（４）
【００４９】
【数２】
2010246954.tif 000007
また、速度ベクトルは以下のとおりである。
Ｖ＝［ｖｘ，ｖｙ，Ψ］T （６）
Ｗ＝Ａ・Ｖ （７）
【００５０】
角速度ベクトルｗは、式（７）から計算され、モータ・エンコーダにより測定された実際のｗ波と比較される。何らかのアルゴリズムで、誤り訂正ルーチンを実行し、実際のものと目的のものとの差を補正する。
【００５１】
いくつかの実施形態の例について説明され、付属の図面に示されているが、そのような実施形態は、広範な本発明を単に例示しているだけであり、制約してはおらず、当業者であれば他のさまざまな修正を行えるであろうから、本発明は図に示され説明されている特定の構成および配列に制限されないことは理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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