(57)【要約】  【課題】一台のロボットを種々の人間が容易に兼用できるようにするとともに、また、ロボット制御のための駆動情報を使用者の日頃の動作状態に応じて最適な値に設定できるようにする。  【解決手段】外部環境から加えられた外力や変位に基づいてロボット本体１を駆動制御する場合、まず、使用者の携帯可能な記憶媒体３に、インピーダンス制御用の慣性係数Ｍ、粘性係数Ｄ、剛性係数Ｋ、ロボット本体１の初期形状、ロボット本体１の動作範囲、補助力、手先の位置、手先の動作速度に関する駆動情報を記憶しておく。そして、この記憶媒体３から駆動情報を無線で読み出し、これらの駆動情報を用いてロボット本体１を駆動する。また、このロボット本体１の動作結果に関する情報として、慣性係数、粘性係数、剛性係数、動作範囲、補助力、手先の動作位置、手先の動作速度など情報を記憶媒体３に記憶させる。  【選択図】図1
2006198389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット本体と、当該ロボット本体を駆動制御する制御装置を備えてなるロボットにおいて、前記ロボット本体を駆動制御するための駆動情報を記憶した携帯可能な記憶媒体から当該駆動情報を読み取る読取手段を備え、当該読み取られた駆動情報を用いてロボット本体を駆動制御するようにしたことを特徴とするロボット。
【請求項２】
ロボット本体と、当該ロボット本体を駆動制御する制御装置を備えてなり、前記ロボット本体を用いて人間の動きを補助するロボットにおいて、前記ロボット本体を駆動制御する駆動情報および人間の生体情報を記憶した携帯可能な記憶媒体から前記駆動情報および生体情報を読み取る読取手段と、前記補助される人間から生体情報を取得する生体情報取得手段と、前記生体情報取得手段によって取得された生体情報と前記読取手段によって読み取られた生体情報とが一致することを条件に、前記記憶媒体に記憶された駆動情報を用いてロボット本体を駆動制御するようにしたことを特徴とするロボット。
【請求項３】
前記駆動情報が、インピーダンス制御を行うための慣性係数、粘性係数、剛性係数、ロボット本体の初期形状、ロボット本体の動作範囲、補助力、手先の位置、手先の動作速度のうち少なくとも一つを含むものである請求項１又は２に記載のロボット。
【請求項４】
前記読取手段が、無線によって記憶媒体からの駆動情報を読み取るものである請求項１又は２に記載のロボット。
【請求項５】
更に、前記制御手段によって駆動制御された結果情報を前記記憶媒体に記憶可能に出力する出力手段を備えてなる請求項１又は２に記載のロボット。
【請求項６】
前記結果情報が、インピーダンス制御を行うための慣性係数、粘性係数、剛性係数、ロボット本体の動作範囲、補助力、手先の位置、手先の動作速度のうち少なくとも一つを含むものである請求項３に記載のロボット。
【請求項７】
ロボット本体と当該ロボット本体を駆動制御する制御装置を備えてなるロボットとともに使用される携帯可能な記憶媒体であって、前記ロボット本体を駆動制御するための駆動情報を記憶するメモリと、当該メモリに記憶された駆動情報をロボット側に送信出力する送信手段とを備えた携帯可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間の動きを補助するロボットに関するものであり、より詳しくは、補助される人間の動きに対応した制御を可能にしたロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、介護用ロボットなどのように、人間などの外部環境から加えられる外力や変位を検出してその人間の動きをアシストするいわゆるアシスト型のロボットが提案されている。このアシスト型のロボットに関しては、本発明者が提案するものとして下記の特許文献１に記載するようなものが存在している。
【０００３】
この特許文献１に開示されるロボットは、腕の不自由な被介護者の動きをアシストするもので、被介護者の小さな外力のみを検出するのではなく、被介護者の腕の動きの変位を検出し、その変位に基づいてアームを移動させるようにロボット本体をインピーダンス制御するものである。
【特許文献１】特開２００４−１２３４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このようなインピーダンス制御は、人間の動きに対応した動作を行わせるもので、例えば、人間が軽い物を持った場合には軽くアームを動かし、また、人間が重い物を持った場合には硬くアームを動かすようにしたものである。具体的には、下記の式１によってロボット本体を制御されるものである。
【０００５】
Ｍｐ"＋Ｄｐ'＋Ｋｐ＝Ｆ  …（式１）
Ｍ  ：インピーダンス特性における慣性係数
Ｄ  ：インピーダンス特性における粘性係数
Ｋ  ：インピーダンス特性における剛性係数
Ｆ  ：ロボットアームの先端に作用する外力
ｐ  ：算出すべきロボット本体のエンドエフェクタの位置
ｐ’：算出すべきロボット本体のエンドエフェクタの速度
ｐ"：算出すべきロボット本体のエンドエフェクタの加速度
【０００６】
なお、これらのエンドエフェクタの位置ｐ、速度ｐ’、加速度ｐ"は、それぞれ差分によって演算されるものである。そして、インピーダンス制御は、この式１を用いて、算出された位置ｐにエンドエフェクタを移動させるようにアクチュエータを駆動制御するようにしたものである。
【０００７】
ところで、このようなインピーダンス制御のパラメータＭ（慣性係数）、Ｄ（粘性係数）、Ｋ（剛性係数）などは、一般に、動作開始前にオペレータによって直接制御装置にキーボードを用いて入力される。
【０００８】
しかしながら、ロボットの汎用化が進み、一台のロボットを種々の人間が兼用するようになった場合、使用者が交代するたびに、オペレータがその使用者に応じてパラメータＭ（慣性係数）、Ｄ（粘性係数）、Ｋ（剛性係数）などを設定し直さなければならないといった問題が生ずる。
【０００９】
また、このようなパラメータＭ（慣性係数）、Ｄ（粘性係数）、Ｋ（剛性係数）は、使用者の運動能力に応じて設定されるものであるが、これらの値は、使用者の日頃の動作状態を正確に把握しておかなければ最適に設定することができない。
【００１０】
そこで、本発明は上記課題に着目してなされたもので、汎用性を持たせたロボットにおいて、使用者が交代する都度、キーボードを用いてパラメータを設定し直す必要がなく、人間に対応した制御を行えるようにしたロボットを提供することを目的とする。
【００１１】
また、第二の目的として、ロボット本体を駆動するための駆動情報を使用者の日頃の動作状態に応じて最適な値に設定できるようにしたロボットを提供することを第二の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のロボットは、上記課題を解決するために、ロボット本体と、当該ロボット本体を駆動制御する制御装置を備えてなるロボットにおいて、前記ロボット本体を駆動制御するための駆動情報を記憶した携帯可能な記憶媒体から当該駆動情報を読み取る読取手段とを備え、当該読み取られた駆動情報を用いてロボット本体を駆動制御するようにしたものである。
【００１３】
このように構成すれば、使用者ごとにパラメータなどを記憶媒体に記憶させておけば、そのパラメータをロボットに読み取らせるだけで、その使用者に対応した最適な制御を行わせることができ、使用者が交代する都度、オペレータがその使用者に対応してパラメータを設定し直さなければならないといった不具合を解消することができる。
【００１４】
また、好ましい態様として、記憶媒体に使用者の生体情報も記憶させておき、その生体情報とカメラなどによって使用者から直接得られた生体情報とが一致していることを条件に、前記記憶媒体に記憶された駆動情報に基づいた制御を行う。
【００１５】
このようにすれば、その通信エリア内に複数のロボットが存在したとしても、顔認識などを行うことによって実際のロボット使用者と記憶媒体に記憶された生体情報とを照合することができるため、ロボットと人間とが対応しなくなるという不具合を解消することができる。
【００１６】
また、このような駆動情報としては、ロボット本体をインピーダンス制御するための慣性係数、粘性係数、剛性係数、ロボット本体の初期形状、ロボット本体の動作範囲、補助力、手先の位置、手先の動作速度のうち少なくとも一つを含むものを用いる。
【００１７】
このようにすれば、使用者の運動能力に合わせてロボット本体の動作に硬さや柔らかさを持たせることができるため、例えば、重たい物を持つような使用者に対しては硬い動きを行わせ、また、軽い物を持つ使用者に対しては柔らかい動きにして迅速な移動を可能にすることができる。また、使用者の体格や姿勢などに応じてロボット本体の初期形状を設定することができるため、ロボットを使用する際に、使用者の姿態に合わせて身体をロボット本体に装着させることができるようになる。
【００１８】
更に、このような駆動情報を記憶媒体からロボット側に無線で送信できるようにする。
【００１９】
このようにすれば、無線通信エリアにその記憶媒体が入ってきただけで、その使用者の駆動情報を読み取ることができるため、手の動きの不自由な被介護者であっても、容易にその使用者に適した駆動情報を読み取らせることができる。
【００２０】
加えて、このようにロボットを駆動制御した結果情報を記憶媒体に記憶させるようにする。
【００２１】
このようにすれば、駆動制御中にその使用者の動作状態を記憶媒体に記憶させておけば、その情報を後日チェックするだけで、その使用者が日常生活でどのような動きをしているのかを把握することができ、わざわざオペレータが現場の動作状態を観察してパラメータなどを設定し直すといった煩わしさを解消することができる。
【００２２】
そして、このように動作状態を記憶させる場合、インピーダンス制御を行うための慣性係数、粘性係数、剛性係数、ロボット本体の動作範囲、補助力、手先の位置、手先の動作速度のうち少なくとも一つを含むようにする。
【００２３】
このようにすれば、記憶媒体にあらかじめ設定されている駆動情報が使用者の動作に適しているか否かを把握することができるようになる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明では、ロボット本体と、当該ロボット本体を駆動制御する制御装置を備えてなるロボットにおいて、前記ロボット本体を駆動制御するための駆動情報を記憶した携帯可能な記憶媒体から当該駆動情報を読み取る読取手段とを備え、当該読み取られた駆動情報を用いてロボット本体を駆動制御するようにしたので、ロボットの使用者が交代しても、駆動情報をロボットに読み取らせるだけで、その使用者に対応した最適な制御を行わせることができるようになる。これにより、使用者が交代する都度、オペレータがキーボードなどを用いてパラメータなどを設定し直すといった不具合を解消することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態におけるロボット１００の使用状態を示したものであって、記憶媒体３を保持した使用者がロボット１００を使用する状態を示したものである。また、図２から図５は、そのロボット本体１の先端部近傍の機構図を示したものであり、また図６及び図７は、ロボット１００のインピーダンス制御装置２のブロック図及び制御線図を示したものである。
【００２６】
この実施の形態におけるロボット１００は、図１に示すように、腕の不自由な人間の腕の動きをアシストするもので、ロボット本体１と、インピーダンス制御装置２とを備えて構成される。このロボット本体１は、人間の腕を載置した状態でその変位を許容する変位機構１１（図２〜図５参照）と、複数の関節によって接続された複数のアーム１０と、このアーム１０を駆動させるための図示しないアクチュエータを具備してなり、また、インピーダンス制御装置２は、このロボット本体１をインピーダンス制御するコンピュータによって構成される。このインピーダンス制御装置２は、ロボット本体１内に組み込むようにしても良く、若しくは、ロボット本体１に隣接した位置に設けるようにしても良い。但し、余り離れた位置にこのインピーダンス制御装置２を設けると、他人の記憶媒体３の駆動情報を読み取ってしまう可能性があるため、ロボット本体１の動作範囲内に設けるのが好ましい。図１においては、このインピーダンス制御装置２をロボット本体１の近傍に設けた場合について例示している。そして、このロボット１００は、利用者が保持している記憶媒体３からその内部に記憶されている駆動情報を無線で読み取り、その駆動情報を用いてロボット本体１をインピーダンス制御し、また、そのロボット本体１を駆動制御した結果情報を記憶媒体３に送信出力して記憶させるようにしている。
【００２７】
なお、この実施の形態においては、ロボット１００として、人間の腕を保持するアーム形状のロボット１００を例に挙げて説明するが、これに限らず、例えば、人間の身体全体を包み込み、その人間の手足の動きを検知してロボットの脚部や腕部のアームを動かすようなロボットなどにも適用することができる。
【００２８】
まず、このロボット本体１の機構について説明する。ロボット本体１の先端部分に設けられる変位機構１１は、図２などに示すように、人間の肘から手首までの上腕部分を載置する湾曲した載置部材１１ｄを有する載置台１１ａと、アーム先端１０ａ部分に取り付けられる平面状のベース部材１１ｃと、これらの載置台１１ａとベース部材１１ｃとを連結する連結部材１１ｂとを具備してなる。この載置台１１ａとベース部材１１ｃは、連結部材１１ｂによって平行リンク機構を構成しており、載置部材１１ｄを図３〜図５に示すような方向に移動させるようにしている。
【００２９】
載置台１１ａは、載置部材１１ｄに溶着されてなるもので、載置部材１１ｄと一体となって変位できるようになっている。この載置部材１１ｄは、人間の上腕部分を包み込むようにな湾曲形状をなしており、ベルトなどによって人間の腕を拘束することなく、その上方部分を自由に開放できるようにしている。すなわち、ベルトなどによって腕を拘束すると、使用者に不安感を持たせることになるため、腕を載置するだけでその動きに追従できるようにしている。
【００３０】
アーム１０の先端に取り付けられたベース部材１１ｃは、この載置台１１ａの下方位置に上向き凹状に設けられるもので、その凹状に構成された両側面に、２本の線状の連結部材１１ｂを回動可能に取り付けている。そして、この連結部材１１ｂによって、図３の破線で示すように、腕を左右方向に平行移動させ、また、図４の破線で示すように、腕を傾動させられるようにし、更には、図５の破線で示すように、腕を左右にスウィングさせるようにしている。なお、図３は、変位機構１１の正面図を示し、図４は、変位機構の側面図、図５は、変位機構の平面図を示している。
【００３１】
このように構成された変位機構１１の内部には、変位検出センサ１２が設けら、また、その変位機構１１の下方には力覚センサ１３が設けられている。
【００３２】
この変位検出センサ１２は、図２などに示すように、ケーシング１２ｃから突出するスティック１２ａと、スティック１２ａの傾動角度を検出する図示しないエンコーダを具備してなる。そして、載置台１１ａの変位に伴ってそのスティック１２ａを傾動させ、そのスティック１２ａの先端部分のｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の変位を検出する。このスティック１２ａの傾動範囲は、ケーシング１２ｃに設けられた窓部１２ｄの範囲内に規制され、これによって載置台１１ａ及び載置部材１１ｄの変位量も規制される。
【００３３】
力覚センサ１３は、アーム先端１０ａとベース部材１１ｃとの間に挟み込まれるようにして取り付けられるもので、腕から作用するｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の外力、及び、ｘ軸回り、ｙ軸回り、ｚ軸回りの外力（トルク）を検出する。
【００３４】
一方、インピーダンス制御装置２は、パーソナルコンピュータやサーボドライバなどによって構成され、内蔵するＣＰＵやメモリなどを用いて、図６に示す変位検出手段２０、外力検出手段２１、送受信手段２２、演算手段２３、制御手段２４を機能させ、また、後述するカメラ４から送信されてくる画像情報に基づいて使用者の顔を認識する生体認証手段２５を機能させる。
【００３５】
このうち変位検出手段２０は、変位機構１１の内部に設けられた変位検出センサ１２からの信号に基づいてスティック１２ａの先端部の座標位置を検出する。この検出は、あらかじめサンプリング時間を設定し、このサンプリング時間毎に変位検出センサ１２のエンコーダの変位角度θi（ｉ＝ｘ、ｙ、ｚ）を読み出すことによって行う。そして、これによりスティック先端部１２ｂの座標ｐ0は、下式２〜式４によって算出される。
【００３６】
ｘ軸方向；ｐ0＝Ｌｓｉｎθx＋ｐ      （式２）
【００３７】
ｙ軸方向；ｐ0＝Ｌｓｉｎθy＋ｐ      （式３）
【００３８】
ｚ軸方向；ｐ0＝Ｌｃｏｓθz＋ｐ      （式４）
【００３９】
なお、ここでＬはスティック１２ａの長さであり、ｐはアーム先端１０ａの座標であって記憶媒体３に記憶された初期形状に関する情報から逐次演算されるものである。
【００４０】
外力検出手段２１は、アーム先端１０ａに設けられた力覚センサ１３からの入力信号に基づいて外部環境の外力を検出する。この外力の検出についても同様に、あらかじめサンプリング時間を設定し、このサンプリング時間毎に力覚センサ１３の信号を読み出して、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の外力Ｆi（ｉ＝ｘ、ｙ、ｚ）を検出する。この力覚センサ１３で検出できる外力の閾値は、ノイズの影響によるロボット本体１の誤動作を防止できる程度の大きさに設定される。
【００４１】
送受信手段２２は、本発明における読出手段を構成するもので、インピーダンス制御のために用いられるパラメータである慣性係数Ｍ、粘性係数Ｄ、剛性係数Ｋなどの駆動情報を記憶媒体３から読み取る。この読み取りは、無線によって行われる。また、この送受信手段２２は、ロボット本体１を駆動制御した際に得られた結果情報を記憶媒体３に送信してメモリ３０に記憶させる。
【００４２】
この記憶媒体３は、利用者が携帯しうる大きさを有するもので、内部にメモリ３０やＩＣチップ３１などを有し、また、無線によってインピーダンス制御装置２と通信を行うための送受信手段３２を設けている。この記憶媒体３には、ロボット１００を駆動制御させるための駆動情報として次のような情報が記憶されている。
（１）慣性係数Ｍの初期値、下限値、上限値
（２）粘性係数Ｄの初期値、下限値、上限値
（３）剛性係数Ｋの初期値、下限値、上限値
（４）慣性係数Ｍ、粘性係数Ｄ、剛性係数Ｋの関係情報
（５）ロボット本体を利用者が使用する際のアームの初期位置
（６）使用者の氏名、年齢、性別、身長、体重、各種運動能力、生体情報
（７）ロボット本体の動作範囲
（８）補助力の下限値、上限値
（９）手先の位置、動作速度の下限値、上限値
【００４３】
なお、ここで（６）における生体情報とは、その使用者の顔や体型などのような人間固有の情報であり、画像処理技術を用いて人間を特定できるようにした情報である。
【００４４】
更に、このメモリ３０には、ロボット１００の駆動制御に対する結果情報を格納するための結果情報エリアが設けられており、このエリアに格納された情報を後日読み出して、医者やオペレータなどに表示できるようにしている。この結果情報を見た医者やオペレータは、その使用者の日常生活における運動適正などを把握し、その適正に応じたパラメータなどを設定して記憶媒体３に記憶させる。この結果情報エリアには、次のような結果情報が記憶される。
【００４５】
（１）慣性係数Ｍの値
（２）粘性係数Ｄの値
（３）剛性係数Ｋの値
（４）補助力
（５）手先の位置、動作速度
【００４６】
また、このロボット１００には、使用者の顔を撮像できるようにしたカメラ４が接続可能に設けられている。このカメラ４は、使用者の顔を撮像できるような比較的離れた位置に設けられる。このようなカメラ４は、一台であってもよく、また、複数台であってもよい。一台のカメラであれば、その使用者の顔の向きが変わった場合には、その顔の画像を取得することができないため、視野角を広くするか、もしくは、設置位置を変更できるようにするのが好ましい。一方、複数台のカメラを設けた場合は、生体情報を取得するために最適な画像を撮像するカメラを選択するのが好ましい。このように複数台のカメラを用いる場合は、カメラとロボット本体１との間に障害物が存在するような場合に有効であり、また、逆光などによって画像をうまく取得できないような場合にも、他のカメラを用いて顔の画像を取得することができるので有効である。
【００４７】
このカメラ４によって取得された顔の画像は、有線もしくは無線によってインピーダンス制御装置２まで送信され、生体認証手段２５によって顔の画像の特徴点などの生体情報が抽出される。一般的に生体認証を行う場合、撮影した顔の画像から、傾きや位置を検出して補正し、特徴点(眼の中心、唇の端など)の位置や点同士の距離などを計測する。このように計測された生体情報は、あらかじめ記憶媒体３に記憶されていた生体情報と一致するか否か判断され、これらの生体情報が一致している場合には、記憶媒体３に記憶されていた駆動情報を用いてロボット本体１を駆動制御する。一方、これらの生体情報が一致しない場合は、「一致しない」旨のエラー出力を行って再度照合を促すか、もしくは、一般的な駆動情報としてあらかじめ記憶されていたパラメータなどを用いてロボット本体１を駆動制御できるようにする。
【００４８】
次に、このように構成されたロボット１００などを用いて人間の動作を補助する場合の作用について説明する。まず、人間がロボット１００を使用する場合、あらかじめ駆動情報を格納した記憶媒体３を保持しておき、その状態で腕をロボット本体の載置部材１１ｄに載置する。すると、記憶媒体３に記憶された駆動情報が無線によって読み取られるとともに、カメラ４によって撮像されたその人間の顔情報を取得し、顔の特徴点などの抽出が行われる。そこで、この抽出された顔の特徴点などの生体情報と記憶媒体３に記憶されていた生体情報が一致している場合には、その記憶媒体３に記憶されている駆動情報を用いてロボット本体１を駆動制御する。具体的には、まず、インピーダンス制御を行うために、初期の慣性係数Ｍ、剛性係数Ｋ、粘性係数Ｄなどをセットするとともに、アーム１０の初期位置などをセットし、ロボット本体１を制御していく。この制御方法について具体的に説明する。
【００４９】
まず、外部環境がロボット本体１に外力を加えた場合、その外部環境の力の平衡点（外力がゼロとなる座標）は常に移動するため、外部環境を、平衡点の移動するバネとみなして、
【００５０】
Ｆ(t)＝Ｋh(ｐ(t)―ｐ1(t))      （式５）
【００５１】
と仮定する。なお、ここでＦは外部環境の外力、ｐ1は外部環境の平衡点、ｐは外部環境とロボット１００の接触位置における座標である。剛性係数Ｋhやロボット１００の接触位置ｐは、最初は記憶媒体３から読み取った初期値が設定される。
【００５２】
ところで、外部環境が低速で変位する場合、サンプリング時間内においては、平衡点の移動は微少範囲にとどまると仮定することができるため（ｐ1(t)≒ｐ1(t−ts)）、隣接サンプリング時間における平衡点の移動を無視することができる。よって、時刻tにおける式５から時刻(t−ts)における式５を引くことにより、
【００５３】
ΔＦ(t)=ＫhΔｐ(t)      （式６）
【００５４】
なる関係式が得られる。これにより、外部環境の平衡点の項ｐ1(t)を消去し、外部環境の剛性係数Ｋhを推定していく。
【００５５】
一方、外部環境が高速に変位する場合、サンプリング時間における平衡点の移動を無視することができないため、アーム先端１０ａの速度vを考慮した式
【００５６】
Δｐ(t)=ｐ(t)―ｐ(t−ts)―tsv(t−ts)      （式７）
【００５７】
を用いる。なお、このｐについては、ロボット本体１のコンプライアンスを考慮するようにしても良く、この場合、式７のｐは下式のｐ*に置換される。
【００５８】
ｐ*(t)=ｐ(t)＋Ｃend(t)Ｆ(t)      （式８）
（Ｃend(t)；ロボット本体１のコンプライアンス行列）
【００５９】
そして、式６を用いて逐次最小二乗法などで外部環境の剛性係数Ｋhを推定していく。
【００６０】
このようにして得られた外部環境の剛性係数Ｋhに対応して粘性係数Ｄを変化させる場合、図８に示すような剛性係数Ｋhと粘性係数Ｄの比例関係を示す情報や、あるいは、あらかじめ人間の動きに対応して設定された最適な関数などを記憶媒体３に記憶しておき、これに従って剛性係数Ｋhに対応した粘性係数Ｄを算出していく。
【００６１】
このようにすれば、例えば、人間がロボット本体１に支持されながら比較的重い物を保持するような場合、人間がしっかりとその運搬物を持つ（Ｋhが増大した状態）ことでロボット１００側にもその動きに対応した硬さ（粘性係数Ｄが増大した状態）を持たせることができ、また、逆に、軽量物を軽く保持する（Ｋhが減少した状態）場合、人間側のしなやかな動きに対応してロボット１００側にもしなやかさ（粘性係数Ｄが減少した状態）を持たせることができるようになる。
【００６２】
演算手段２３は、このように変位検出手段２０によって検出されたスティック先端部１２ｂの座標及び外力検出手段２１によって検出された外力を入力値として、また、駆動情報設定手段によって設定された慣性係数Ｍ、粘性係数Ｄ、剛性係数Ｋを用いてアーム先端１０ａの位置ｐ、速度ｐ’、加速度ｐ"を演算する。この演算は、インピーダンス特性の微分方程式である下記の式９を用いて行われる。
【００６３】
Ｍｐ"＋Ｄｐ'＋Ｋ(ｐ−ｐ0）＝Ｆ      （式９）
【００６４】
制御手段２４は、このように算出された速度ｐ’に関する信号をサーボドライバを介してアクチュエータに出力し、フェードバック制御によってこの算出された位置ｐにアーム先端１０ａを移動させるように制御する。そして、この制御手段２４によって制御された結果情報は一旦メモリに蓄積された後、記憶媒体３に送信出力される。
【００６５】
次に、ロボット１００の制御方法について図７の制御線図を用いて説明する。
【００６６】
まず、使用者がロボット１００の通信エリアに入ってきた場合、送受信手段２２を介してその使用者の保持する記憶媒体３から生体情報を取得するとともに、カメラ４を用いてその使用者の顔情報を取得する。そして、生体認証手段２５を用いて、その使用者の顔の特徴点などを抽出し、あらかじめ記憶媒体３に記憶されていた顔の特徴点などに関する生体情報と比較する。そして、これらの情報が一致している場合、次に、その記憶媒体３からパラメータ慣性係数Ｍ、粘性係数Ｄ、剛性係数Ｋを読み取って演算手段２３に入力し、また、その記憶媒体３に記憶されていた初期形状に対応して載置部材１１ｄの位置をその使用者に適した位置に移動させる。この状態で、載置部材１１ｄに使用者の腕が載置され、外力及び変位が加えられると、サンプリング時間毎にその外力や変位を力覚センサ１３及び変位検出センサ１２によって検出し、これらの変位値及び外力を入力値として、式９を用いて、アーム先端１０ａの位置ｐ、速度ｐ’、加速度ｐ"を算出する。この算出された速度ｐ'をサーボドライバを介してアクチュエータに出力し、アーム先端１０ａの位置をその算出された位置ｐに移動させるようフィードバック制御する。この制御においては、インピーダンス特性の微分方程式を用いているため、(ｐ−ｐ0)の項がゼロに近づくようにアーム先端１０ａが移動する。すなわち、スティック１２ａの角度θi（ｉ＝ｘ、ｙ、ｚ）がゼロとなるようにアーム先端１０ａを移動させ、これによって、常に人間の腕の動きに追従させる。そして、このインピーダンス制御された結果情報を一旦メモリに蓄積し、定期的にまとめて記憶媒体３に送信して結果情報記憶エリアに（１）慣性係数Ｍの値、（２）粘性係数Ｄの値、（３）剛性係数Ｋの値、（４）補助力、（５）手先動作の位置、速度などの情報を記憶させる。
【００６７】
このように上記実施の形態によれば、ロボット本体１と、このロボット本体１を駆動制御するためのインピーダンス制御装置２を備えてなるロボット１００において、前記ロボット本体１をインピーダンス制御するための駆動情報を記憶した携帯可能な記憶媒体３から駆動情報を読み取る送受信手段２２を備え、この読み取られた駆動情報を用いてロボット本体１を駆動制御するようにしたので、介護される人間毎に駆動情報を個別に設定して記憶媒体３に記憶させておけば、これを読み取るだけで、その人間の最適なインピーダンス制御を行うことができる。これにより、使用者が交代する都度、オペレータがその使用者に対応したパラメータを設定し直さなければならないといった不具合を解消することができる。
【００６８】
また、ロボット本体１をインピーダンス制御するためのパラメータである慣性係数Ｍ、粘性係数Ｄ、剛性係数Ｋ、ロボット本体１のアーム１０の初期形状、ロボット本体の動作範囲、補助力、動作速度を記憶媒体３に記憶させておき、これらの情報に従ってロボット１００をインピーダンス制御するようにしたので、使用者の運動能力に合わせてロボット本体１の動作に硬さや柔らかさを持たせることができる。また、使用者の体格や姿勢などに応じた位置に載置部材１１ｄを移動させることができるので、背の低い使用者に対しては腕の載置位置を低くするなどして、腕を簡単に載せられるようにすることができる。
【００６９】
更に、駆動情報を無線で読み取らせるようにしたので、無線の通信エリアにその記憶媒体３が入っただけで、その使用者の駆動情報などを読み取ることができ、被介護者の手が不自由であっても、容易にその使用者に適した駆動情報を読み取らせることができる。
【００７０】
加えて、このようにロボット本体１を駆動制御した結果状態を記憶媒体３に記憶させるようにしたので、その記憶媒体３に記憶された結果情報を見るだけで、その使用者に対してどのようなパラメータである慣性係数Ｍ、粘性係数Ｄ、剛性係数Ｋなどを設定すれば良いのかを把握することができ、わざわざオペレータがそのロボット１００の設置場所に出向いて動作状態を把握し、そこでパラメータなどの駆動情報を設定しなければならないといった煩わしさを解消することができる。
【００７１】
また、このような結果情報として、インピーダンス制御の慣性係数、粘性係数、剛性係数や、ロボット本体の動作範囲、補助力、手先の位置、手先の動作速度を記憶媒体３に記憶させるようにしたので、記憶媒体３にあらかじめ設定されている駆動情報が使用者の動作に適しているか否かを把握することができるようになる。
【００７２】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。
【００７３】
例えば、上記実施の形態では、インピーダンス制御によってロボット１００を駆動制御させる場合について説明したが、他の制御方法によってロボットを制御させる場合についても適用することができる。また、上記実施の形態では、腕の動きを補助するロボット１００について説明したが、これに限らず、人間の手足の動きを補助できるようにしたロボットにも適用することができる。また、インピーダンス制御の際の変位検出センサなどの機構については、上述のような機構以外にも他の機構を用いるようにしてもよい。
【００７４】
また、上記実施の形態では、記憶媒体３に記憶された駆動情報を無線で読み取るようにしているが、これに限らず、ロボット本体１、若しくは、インピーダンス制御装置２側にカードリーダを設けておき、これに記憶媒体３を挿入させることによって駆動情報を読み取らせるようにしても良い。
【００７５】
更に、上記実施の形態では、慣性係数Ｍ、粘性係数Ｄ、剛性係数Ｋの初期値などを記憶させているが、年齢や性別、各種運動能力などに応じてインピーダンス制御装置２側でこれらのパラメータの値を自動的に設定し、これによってロボット本体１を駆動制御するようにしても良い。
【００７６】
加えて、上記実施の形態では、携帯可能な記憶媒体３としてメモリ３０やＩＣチップ３１、送受信手段３２を有するようなものを例に挙げているが、このような記憶媒体３としては、カード形状を有するものや、コイン形状を有するものなどの他、携帯電話などのようなものであっても良い。
【００７７】
また、上記実施の形態では、生体情報の認証として顔の認証を具体例に挙げて説明したが、顔の認証だけに限らず、虹彩、指紋など他の生体情報を認証して本人を確認できるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施の形態を示すロボットと記憶媒体との通信状態を示す図
【図２】同形態におけるロボット本体の先端部近傍を示す図
【図３】同形態における変位機構の左右方向の動作状態を示す正面図
【図４】同形態における変位機構の傾動状態を示す側面図
【図５】同形態における変位機構のスウィング状態を示す平面図
【図６】同形態におけるインピーダンス制御装置と記憶媒体の機能ブロック図
【図７】同形態におけるインピーダンス制御装置の制御線図
【図８】同形態における記憶媒体に記憶される慣性係数と粘性係数との関係を示す図
【符号の説明】
【００７９】
１・・・ロボット本体
２・・・インピーダンス制御装置
３・・・記憶媒体
４・・・カメラ
１０・・・アーム
１０ａ・・・アーム先端
１１・・・変位機構
１１ａ・・・載置台
１１ｂ・・・連結部材
１１ｃ・・・ベース部材
１１ｄ・・・載置部材
１２・・・変位検出センサ
１２ａ・・・スティック
１２ｂ・・・スティック先端部
１２ｃ・・・ケーシング
１２ｄ・・・窓部
１３・・・力覚センサ
２０・・・変位検出手段
２１・・・外力検出手段
２２・・・読取手段
２３・・・演算手段
２４・・・制御手段
２５・・・生体認証手段
３０・・・記憶媒体のメモリ
３１・・・記憶媒体のＩＣチップ
３２・・・記憶媒体の送受信手段
【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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