(57)【要約】【課題】  移動体の移動軌道を、直感的に判りやすく制御することができる、移動軌道制御装置および制御方法を提供する。【解決手段】  この制御装置は、入力部１と移動体２とを備える。入力部１は、携帯可能となっている。さらに、入力部１は、検出部１２と処理部１３とを備える。検出部１２は、入力部１の移動（例えば傾斜）を検出する構成となっている。処理部１３は、検出部１２の検出結果に基づいて、移動体２への制御信号を生成する。この制御信号に基づいて、移動体２の移動軌道（例えば重心の移動軌道）が制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力部と移動体とを備え、前記入力部は携帯可能となっており、かつ、前記入力部は、検出部と処理部とを備え、前記検出部は、前記入力部の移動を検出する構成となっており、前記処理部は、前記検出部の検出結果に基づいて、前記移動体への制御信号を生成する構成となっており、前記移動体は、前記制御信号に基づいて移動が制御されることを特徴とする、移動体の移動軌道制御装置。
【請求項２】
前記入力部は、操作者の身体に装着されるものであることを特徴とする請求項１に記載の移動軌道制御装置。
【請求項３】
前記入力部は、携帯電話に備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載の移動軌道制御装置。
【請求項４】
前記検出部は加速度センサであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動軌道制御装置。
【請求項５】
前記移動体は、前記制御信号に基づいて移動体の重心の移動を制御するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の移動軌道制御装置。
【請求項６】
前記入力部と移動体とは、無線または有線での通信により制御信号の送信および／または受信を行うものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の移動軌道制御装置。
【請求項７】
前記検出部は、少なくとも二つの自由度における変化を検出するものである請求項１〜６のいずれか１項記載の移動軌道制御装置。
【請求項８】
前記入力部の移動とは、前記入力部の傾斜であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の移動軌道制御装置。
【請求項９】
前記入力部に対する操作者の移動履歴を記憶し、前記入力部の移動範囲に対する前記移動体の移動量を再設定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の移動軌道制御装置。
【請求項１０】
前記移動体は歩行ロボットであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の移動軌道制御装置。
【請求項１１】
次のステップを有することを特徴とする、移動体の移動軌道制御方法：
（１）操作者が、携帯可能な入力部自体を移動させるステップ；
（２）前記入力部の移動に対応して、前記移動体の重心の移動量を生成するステップ；
（３）前記移動体の重心の移動量に対応して、前記移動体を移動させるステップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体の移動軌道制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
歩行ロボットなどの移動体の移動軌道をリアルタイムで制御する手段としては、例えば、キーボードや、専用端末におけるスティックやボタンがある。
【０００３】
しかしながら、これらの手段では、操作者の体感と移動軌道との整合性が悪く、このため、専門知識が必要で、しかも操作性が悪いという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、移動体の移動軌道を、直感的に判りやすく制御できる制御装置および制御方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る移動体の移動軌道制御装置は、入力部と移動体とを備えている。前記入力部は携帯可能となっている。さらに、前記入力部は、検出部と処理部とを備えている。前記検出部は、前記入力部の移動を検出する構成となっている。前記処理部は、前記検出部の検出結果に基づいて、前記移動体への制御信号を生成する構成となっている。前記移動体は、前記制御信号に基づいて移動が制御される。
【０００６】
前記入力部は、操作者の身体に装着されるものであってもよい。また、前記入力部は、携帯電話に備えられているものであってもよい。
【０００７】
前記検出部は、例えば加速度センサである。
【０００８】
前記移動体は、前記制御信号に基づいて移動体の重心の移動を制御するものであってもよい。
【０００９】
前記入力部と移動体とは、無線または有線での通信により、制御信号の送信および／または受信を行うものであってもよい。
【００１０】
前記検出部は、少なくとも二つの自由度における変化を検出するものであってもよい。
【００１１】
前記入力部の移動とは、例えば、前記入力部の傾斜である。
【００１２】
本発明に係る制御装置は、前記入力部に対する操作者の移動履歴を記憶し、前記入力部の移動範囲に対する前記移動体の移動量を再設定する構成であっても良い。
【００１３】
前記移動体とは、例えば歩行ロボットである。
【００１４】
本発明に係る移動体の移動軌道制御方法は、次のステップを有している：
（１）操作者が、携帯可能な入力部自体を移動させるステップ；
（２）前記入力部の移動に対応して、前記移動体の重心の移動量を生成するステップ；
（３）前記移動体の重心の移動量に対応して、前記移動体を移動させるステップ。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、移動体の移動軌道を、直感的に判りやすく制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の第１実施形態に係る移動軌道制御装置を、図１〜図５に基づいて説明する。この制御装置は、入力部１と移動体２とを備えている（図１参照）。
【００１７】
入力部１は、携帯可能な大きさとなっている。具体的には、ベルト３を介して腕に取り付けられる程度の大きさとなっている（図２参照）。入力部１は、通信部１１と、検出部１２と処理部１３とを備えている。
【００１８】
通信部１１は、この実施形態では、任意のプロトコルにより、移動体２の通信部２１（後述）と有線または無線で通信できる部分である。通信手段が無線であれば、使用するプロトコルは、例えばブルートゥース（商標）である。このような通信部１１は、既に知られているので、これ以上の説明を省略する。
【００１９】
検出部１２は、入力部１自体の移動を検出するものである。具体的には、この実施形態では、検出部１２として加速度センサが用いられている。また、この実施形態では、この加速度センサは、少なくとも２軸方向（ｘ，ｙ方向）への加速度が検出できるものとなっている。このような加速度センサは既に存在している。
【００２０】
処理部１３は、検出部１２の検出結果に基づいて、移動体２への制御信号を生成するものである。処理部１３は、加速度センサで得られた出力（具体的には、ある幅を持つパルス）に基づいて、入力部１の傾斜角度を生成し、これに基づいて制御信号を生成する。したがって、この実施形態では、検出部１２により、入力部１の傾斜を検出していることになる。つまり、この実施形態では、加速度センサを、傾斜センサとして使用している。このような傾斜の算出自体は良く知られているので説明を省略する。
【００２１】
さらに、処理部１３は、移動体２の重心の移動を制御する制御信号を生成する。処理部１３の詳しい動作は後述する。
【００２２】
移動体２は、例えば歩行ロボットである。移動体２は、通信部２１と、制御部２２と、移動機構２３とを備えている。通信部２１は、前記した通り、通信部１１と通信を行う部分である。制御部２２は、通信部２１で受け取った制御信号に基づいて移動機構２３の動作を制御するものである。このような制御部２２は、例えばマイコンを用いて構成できる。移動機構２３は、例えば、移動体２がロボットであれば、それに配備される各サーボモータやマニピュレータである。
【００２３】
つぎに、本実施形態における制御装置の動作を、図５を参照しながら説明する。
【００２４】
（ステップ５−１）
まず、入力部１を使用者の腕１０に装着する（図２参照）。腕１０は、この例では、左腕であるが、右腕であっても良い。また、腕以外に、足等の他の部位に入力部１を装着することも可能である。この実施形態における入力部１の検出部１２は、＋Ｘ方向および−Ｘ方向の傾き（つまりＹ軸回りの傾き）と、＋Ｙ方向および−Ｙ方向の傾き（つまりＸ軸回りの傾き）とを検出するようになっている（図２参照）。なお、この実施形態では、絶対座標系（ワールド座標系）を仮定して説明する。
【００２５】
（ステップ５−２）
ついで、検出部１２から、規定値（しきい値）以上の入力があると、後述するステップ５−４以降の動作が行われる。本実施形態では、検出部１２における微少な傾きでは、移動体２の動作を行わないようになっている（図５のステップ５−３）。
【００２６】
（ステップ５−４）
検出部１２から規定値以上の入力があると、処理部１３は、移動体２の動作を生成する。この実施形態では、検出部１２での検出値と生成動作との対応が下記表１のようになっている。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
つまり、＋Ｘ方向への傾斜角度は、移動体２の重心の前進量（または前進速度）に対応する。同様に、−Ｘ方向への傾斜角度は、移動体２の重心の後進量（または後進速度）に対応する。したがって、図３に示されるように、例えば、腕を小指側に回転させると前進、腕を親指側に回転させると後退という制御ができる。
【００２９】
さらに、±Ｙ方向への傾斜角度は、移動体２の重心の移動方向（または旋回角度）に対応する。したがって、図４に示されるように、例えば、腕を甲の方向に回転させると左折、手のひらの方向に回転させると右折というような制御ができる。
【００３０】
さらに、±Ｘ方向または±Ｙ方向への傾斜角度（回転角度）が深くなると、対応する方向への移動速度を上昇させるという制御も可能である。
【００３１】
処理部１３は、移動体２の重心の変動量に対応して、移動機構２３の動作量（例えば各マニュピレータの動作量）を生成する。つまり、移動体２に対して重心の変動を生じさせることができるように、移動機構２３の動作量を決定する。
【００３２】
重心の変動量に対応する移動機構２３（マニュピレータ等）の動作量の算出は、従来から知られているものと同様である。以下、移動体２が歩行ロボットである場合の、算出方法の概要について説明する。
【００３３】
（動作量算出の概要）
（ａ）現在の移動体２の運動方向と運動量とに基づいて、重心変動量に対応するモーメントを計算
（ｂ）重心変動量に対応する、以下についての歩行予定（随時変動）を予測
・着地位置
・タイミング
・方向
・速さ
（ｃ）重心の運動範囲を下記のように限定（転倒防止のため）
・変化に対応する初期速度を指定速度に制限
・変化時間を制限
（ｄ）重心位置と重心速度とから、進むべき重心軌道を生成
（ｅ）制御周期により、重心軌道を分解
例えば、制御周期を１０msecとすれば、３秒後までの重心軌道は、下記の式のように３００ポイントに分解され、このポイント毎の目標値が指定される。
３×１０００÷１０＝３００
【００３４】
（ステップ５−５）
ついで、処理部１３で生成した動作信号（特定の動作コマンドではなく、移動機構２３の動作量を示す信号）を、通信部１１および通信部２１を介して、移動体２に伝達する。
【００３５】
なお、この実施形態では、移動機構２３の動作量を入力部１で生成しているが、これに限るものではない。例えば、入力部１では、入力部１の傾斜角度、または、移動体２における重心の変動量までを生成して移動体２に送り、移動体２において、移動機構２３の動作量を算出しても良い。
【００３６】
移動体２が歩行ロボットである場合、動作信号の指定は、例えば次のようになる。前提として、前記したように、各ポイントについての目標値が指定されているものとする。すると、処理部１３は、所望の重心軌道をトレースするように、軌道指定ポイント毎に、１〜ｎ個の各自由度の変化を、角度、加速度または角加速度にて指定する。この指定値に基づいて、動作信号が生成される。この指定値は、各駆動部分の機構と質量モデルとに依存する。なお、ロボット移動における全身協調については、重心軌道を制御することにより達成される。また、ロボットにおける各自由度は、歩行運動を行う自由度と、重心制御のために使う自由度とに振り分けられる。
【００３７】
（ステップ５−６）
ついで、移動体２の制御部２２が、通信部２１から動作信号を受け取る。制御部２２は、この動作信号に従って、移動機構２３を動作させる。これにより、歩行ロボットなどの移動体２を移動させることができる。
【００３８】
この実施形態では、腕に取り付けた入力部１を傾斜させるだけで、移動体２の前後進および右左折を制御することができる。この操作は、移動体２の動作との対応が体感的に判りやすい。したがって、移動体２の操作が容易となるという利点がある。
【００３９】
しかも、この実施形態では、移動体２の重心位置の移動を制御しているので、特に移動体２が歩行ロボットである場合には、滑らかな移動軌道を得ることができる。すると、移動体２が不意に転倒するというような不都合を防止することができる。
【００４０】
さらに、この実施形態では、移動体２の移動をコマンドにより制御するのではなく、移動体２の重心位置を動的に生成して制御している。このため、移動体２の移動制御をリアルタイムでかつ容易に行うことが可能となるという利点もある。
【００４１】
また、この実施形態では、歩行ロボットとしての移動体２に対して、その最大性能の範囲内で、リアルタイムに、任意スピードかつ任意方向の歩行軌道を生成し、付与できる。つまり、すべての方向に、思いのままの速度でロボットを移動させることができるという利点がある。例えば、ロボットの最大速度が１００m/分とすると、１分間以内に、半径１００mの円内であれば、どこにでも、どんなスピードでも、好きな軌道を通って（その軌道も随時変更ができる）、移動ができる。
【００４２】
さらに、この実施形態では、腕の「回転」（または傾斜）を用いて、歩行ロボットとしての移動体２の移動を制御している。回転角（角度）は連続量であることから、この連続量に、歩行ロボットの性能を適宜割り当てることにより、ロボットの性能を最大限に活用できる。回転を用いた、このような制御方法は、使用者が体感的に理解しやすく、移動制御が容易となる。もちろん、ロボットの制御周期、サーボの位置決め精度、制御周波数などは、ロボットに依存する。特に、一般に行われているコマンド制御との比較においては、このことは大きな利点である。
【００４３】
（第２実施形態）
つぎに、本発明の第２実施形態に係る移動軌道制御装置を、図６に基づいて説明する。この実施形態では、操作者の腕の移動履歴を考慮して、制御量の割り当てを行う。
【００４４】
この実施形態でも、第１実施形態と同様にして、移動体２の移動制御を行う。その間、操作者の腕がどの範囲で移動したかを測定し、例えば制御部２２に記憶しておく。例えば、所定期間の間、＋Ｘ方向へは９０°、−Ｘ方向へは４５°、＋Ｙ方向へは９０°、−Ｙ方向へは６０°の移動範囲であったとする（図６参照）。なお、この例では、説明を簡易とするため、ブラスの角度のみを用いて説明するが、実際は、マイナスの角度範囲までを対象とする。得られた情報は、通信部２１、通信部１１を介して、入力部１の処理部１３に送る。
【００４５】
前記の場合、処理部１３は、−Ｘ方向への傾斜については、０°から４５°の範囲に対して、所定の制御範囲を割り当て直す。つまり、１°当たりの制御量を増やす。−Ｙ方向への傾斜についても同様である。すると、動かしにくい方向への制御においては、少ない傾斜により大きな制御量を得ることができる。これにより、身体の特性や年齢などにより入力部１を傾斜させにくい方向への制御を容易に行うことができる。もちろん、この再割り当てを実行する場合は、その旨を操作者に予告することが好ましい。第２実施形態における他の構成および利点は、第１実施形態と同様なので、これ以上の説明を省略する。
【００４６】
つぎに、本発明の第３実施形態に係る移動軌道制御装置を、図７に基づいて説明する。この実施形態では、入力部１が、携帯電話４の内部または表面に備えられている。携帯電話４には、圧力センサ４１が備えられている。圧力センサ４１は、操作者が携帯電話４を把持したときの圧力を関知できるようになっている。入力部１は、圧力センサ４１からの出力が規定値を越えたときに動作する。この構成によれば、携帯電話４を把持しながら移動させることによって、移動体２の移動軌道を制御できる。第３実施形態における他の構成および利点は、第１実施形態と同様なので、これ以上の説明を省略する。
【００４７】
なお、前記各実施形態においては、Ｘ方向とＹ方向という２次元方向での傾斜から、移動体２の動作量を生成している。つまり、二つの自由度における変化を用いて、移動体２への動作信号を生成している。しかしながら、さらにＺ方向での傾斜から、移動体２の動作量（例えば上下運動）を生成しても良い。さらに、これらとは交差する他の方向での傾斜を用いてもよい。
【００４８】
さらに、前記各実施形態においては、入力部１の傾斜を検出部１２により検出する構成となっているが、検出する物理量としては、傾斜でなくとも、加速度、速度、変位、角加速度または角速度であってもよい。これらの物理量に対応して、移動体２の動作量を生成することが可能である。
【００４９】
また、３次元空間における６自由度のうち、いずれかまたは複数の自由度における変化を用いて、移動体２における移動信号を生成しても良い。
【００５０】
また、前記各実施形態における移動体２としては、ロボットの他にも、車両や飛行機などの他の移動体であってもよい。また、移動体２としては、自走しないものでもよい。さらには、移動体２は、腕のみが動くロボットでもよい。つまり、移動体２は、全体の一部のみが空間中を移動するものを含む。
【００５１】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得るものである。
また、前記実施形態を実現するための各部（機能ブロックを含む）の具体的手段は、ハードウエア、ソフトウエア、ネットワーク、これらの組み合わせ、その他の任意の手段を用いることができる。
さらに、機能ブロックどうしが複合して一つの機能ブロックまたは装置に集約されても良い。また、一つの機能ブロックの機能が複数の機能ブロックまたは装置の協働により実現されても良い。さらに、機能ブロックどうしは、ネットワークで連結されて相互に通信可能なものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態における移動軌道制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の制御装置の動作を説明するための説明図である。
【図３】図１の制御装置の動作を説明するための説明図である。
【図４】図１の制御装置の動作を説明するための説明図である。
【図５】図１の制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態における移動軌道制御装置の動作を説明するための説明図である。
【図７】本発明の第３実施形態における移動軌道制御装置に用いられる入力部の説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  入力部
１１  通信部
１２  検出部
１３  処理部
２  移動体
２１  通信部
２２  制御部
２３  移動機構
３  ベルト
４  携帯電話
４１  圧力センサ
１０  使用者の腕
【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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