信号通信システム
【課題】娯楽装置と同様に患者のリハビリテーション運動のためのプラットフォームを提供する。
【解決手段】ロボット装置のアクチュエータと通信する動作センサであって、人間に取り付けられており、この人間の動作を測定する動作センサを具え、前記動作センサが電源と送受信機と通信し、前記送受信機が前記ロボット装置の中央処理ユニットと通信し、前記中央処理ユニットがセンサ信号を受信して処理し、前記センサが検出した入力を前記アクチュエータに通信し、前記人間による位置、速度、加速度および力の入力を検出し、前記ロボット装置の動きを前記人間の測定した動作に対応させる。
【解決手段】ロボット装置のアクチュエータと通信する動作センサであって、人間に取り付けられており、この人間の動作を測定する動作センサを具え、前記動作センサが電源と送受信機と通信し、前記送受信機が前記ロボット装置の中央処理ユニットと通信し、前記中央処理ユニットがセンサ信号を受信して処理し、前記センサが検出した入力を前記アクチュエータに通信し、前記人間による位置、速度、加速度および力の入力を検出し、前記ロボット装置の動きを前記人間の測定した動作に対応させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対する相互参照
これは、非暫定的な実用特許出願である２００１年２月２７日の米国仮出願番号６０／２７１，７６５、タイトルが「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＳＹＳＴＥＭ」の出願日の利益を要求した。
【０００２】
本発明は信号通信システムに関する。特に、本発明は、ロボットとの通信において、センサーとアクチュエータ間が離れている通信を可能にするための装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
従来技術の説明
リハビリテーション治療は、一般的には、身体的なもの、会話−言語によるもの、および／または作業療法に分類される。治療のこれらの形式は、傷から回復する人、または慢性病および／または障害者のために一般的に指導される。ヘルスケアの専門家は、適切なリハビリテーション治療が大きな傷を著しく癒し、健康と回復の促進を援助するかもしれないことを認識している。
【０００４】
リハビリテーションの治療には様々な形式がある。それぞれの個人のために適当な治療法を見つけることは、それらの障害および／または損傷に影響を及ぼしている状況に依存する。適切なリハビリテーションのプログラムを確認する部分は、慢性か一時的かどうか、様々な現存する障害を考慮して個人の能力を評価することである。しかしながら、評価の他の重要な点は、選択された治療に対する忍耐強い動機付けの適切なレベルを維持するか、または治療が忍耐強い動機付けの適切なレベルを維持するために変更されることを可能にする能力である。
【０００５】
リハビリテーション装置およびシステムに関連した技術の一つの形態は、バイオフィードバックである。これは、いくつかの身体機能に対する認識の損失を持っている患者の治療技術である。生体自己制御装置は、患者が知覚の損失に苦しんでおり、特定の身体機能の変化に応じて患者に視覚または聴覚の信号を供給するために、特定の身体機能をモニタする。バイオフィードバックの種類は、筋電計（ＥＭＧ）のバイオフィードバック装置およびシステムである。ＥＭＧシステムは、リハビリテーションを必要とする筋肉を使用する方法を患者に教示することを意図する。ＥＭＧシステムは、一般に、患者に視覚および／または音声信号の形でフィードバックを提供する。ＥＭＧバイオフィードバック装置の最近の発達は、エンハンスド モビリティ テクノロジー（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）に与えられたアメリカ特許出願Ｎｏ．０９／３６１，７５３に示されるように、運動に関係している身体部位と通信するセンサーを含んでいる。本出願において、センサーは特定のリハビリテーション運動に関係している身体の部位に取り付けられ、また、それらのセンサーは、患者の進行を記録し評価するために、それら自身がコンピュータと通信する。したがって、ＥＭＧ装置およびシステムは、練習が実施したリハビリテーションからみて患者の発展を決定するための評価ツールを包含するまで進んだ。
【０００６】
しかしながら、ＥＭＧ装置は、患者の身体の特定のエリアが動作したことを示すためにバイオフィードバックするだけの装置である。ＥＭＧ装置は、患者が特定の運動機能を維持するための動機付け与えるための対話型コンポーネントを含まない。したがって、望ましいことは、バイオフィードバックを提供し、装置上で患者の注意と焦点を維持する対話装置である。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、前記装置の視覚的な動きの形態、または動的な対話を通して、装置のユーザーにフィードバックを提供するために、無線センサーまたはコンソールを経て制御されるロボット装置を含む。
【０００８】
本発明の第１態様は、ユーザーと通信するセンサーを含む。このセンサーは、ユーザーの入力を感知して、センサー信号をロボットに伝達する。このロボットのアクチュエータは、信号を受けて、ユーザー入力がしきい値を上回るときにユーザー入力に応答してロボットの部分を動かすように適応する。このユーザー入力は、身体運動または音声のような物理的なものであり得る。センサーおよびアクチュエータは、無線通信によるものである。さらに、センサーはユーザーに固定されることができ、またはユーザーとロボットアクチュエーターの両方と離れたコンソールに固定されることができる。この装置はまた、センサーデータを蓄積するためにコンピュータを含むようにしてもよい。このコンピュータは、ロボットに内蔵されたり、センサーに内蔵されたり、またロボットの外部に置かれたりする。この装置はまた、ロボットの構成を修正し、ロボットとユーザー間の操作の対話モードを選択し、およびオペレータがユーザー入力を評価することができるように、オペレータインタフェースを含む。加えて、このオペレータインタフェースは、オペレータがロボットとユーザーとの動作の特有な対話モードをプログラムすることができるものであってもよい。このオペレータインタフェースは、ロボットおよびユーザーと離れた場所からアクセスすることができる。ロボットは物理的な装置であることができ、また、仮想的なものであってもよい。
すなわち本発明は、入力を感知してアクチュエータを動作させるために前記アクチュエータと通信し、かつ、処理ユニットに備えられたトランシーバーと通信し、電源を備えたセンサーと、前記センサーと前記アクチュエータとの間で一つ以上の信号を送信して、前記センサーからのフィードバックに応じて前記アクチュエータの制御を可能にする動的制御システムと、を有し、前記処理ユニットは、前記センサーからの信号を受信して処理する信号処理プロセッサーと通信し、かつ、前記センサーの感知した入力を前記アクチュエータに伝え、前記アクチュエータから受信された信号を前記センサーへ伝えるものであり、前記センサーは生物測定センサーであって、その入力が位置、速度、加速度、力、音、温度、電気、赤外線、超音波、ビデオ、圧力、電磁放射である信号通信システムである。
また、本発明の第２態様は、アクチュエータによって動作するロボット装置であって、センサーから前記アクチュエータへの信号を処理するためのコントローラと、入力を感知するためのセンサーを備えて、前記センサーの信号をアクチュエータに通信する動的制御システムと、を有し、前記アクチュエータは、前記動的制御システムからの前記信号を受け取って、定義されたしきい値を超える前記入力に対応してロボット各部を作動させるものであり、前記センサーは生物測定センサーであって、その入力が位置、速度、加速度、力、音であるロボット装置である。ここで前記信号は、無線信号でありうる。
【０００９】
本発明の変形形態としては、ロボット装置を制御するための方法である。この方法は、ロボットと通信してセンサーデータを読み込み、センサーデータ処理し、センサーからロボットと通信しているレシーバまで無線接続によりセンサーデータを送信し、センサーデータを解析し、および解析されたデータに応答してロボットのアクチュエータを作動させる、ステップを含む。センサーデータを処理するステップは、モニタしているセンサーからの物理的入力信号を処理し、アナログからデジタルへの変換、圧縮、マッピング、しきい値との比較（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇ）、フィルタリング、またはパターン認識からなる群から選択された機能を含むことができる。この方法は、ロボットのアクチュエータをリアルタイムで制御するためにロボットにセンサーデータを直接送信するステップを含むことができる。データを解析するステップは、アナログからデジタルへの変換、解凍、復号、マッピング、しきい値との比較、フィルタリング、またはパターン認識からなる群から選択された機能を包含することができる。加えて、この方法は、後から再検討するためにセンサーデータを記録すること、または、後からロボット装置にセンサーデータを実行させることを含むことができる。この記録データは、評価目的のために離れた場所からアクセスされることができ、または、データをロボット装置と連動させて実行することができる。この方法はまた、センサーとロボット間の対話型通信を提供することを含むことができる。加えて、この方法はまた、ロボットまたは離れたコンソールと通信して、近くでまたはネットワーク化されたコンピュータを通して離れたところから、オペレータインタフェースを通してロボットの構成を修正することを可能にすることができる。
【００１０】
また、他の本発明の変形形態としては、コンピュータ読み込み可能な信号関係媒体を含んでいる物品である。この媒体は、無線接続上のデータ送信のための手段、離れたロボット装置の信号の起動を伝達するための手段、センサーとロボット装置のアクチュエータとの構成パラメータを遠隔で設定するための手段、およびロボット装置と通信してロボット装置とユーザー間の動的な対話を提供するための手段を含む。この手段は、記録可能なデータ記憶媒体、調整されたキャリア信号、またはそれらの組み合わせから選択することができる。信号の起動を伝達するための手段は通信プロトコルである。構成パラメータを遠隔で設定するための手段は、グラフィカルユーザーインタフェースを含む。加えて、この物品はまた、信号データの評価をリアルタイムで行う処理を含むことができ、同様に、オペレータとロボット装置との間の離れたところからの対話をリアルタイムで実施する処理を含むことができる。このアクチュエータ起動データは、媒体に保存して記録することができる。この保存されたデータは、それから、媒体中においてロボット装置から離れたコンピュータに送信することができる。
【００１１】
本発明の他の特徴および効果は、本発明の添付の図面と共に後述する好ましい実施例の詳細な説明から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
好適な実施例の説明
概要
図１は、対話型ロボット装置の要素を例示しているブロック図である。その基礎形態において、ロボット１０およびインタフェース２０を含む。ロボット１０は複数の部分を有する。そして、好ましい実施例のそれは人間の格好の典型である。インタフェース２０は、センサー、好ましくは複数のセンサーを含む。各々のセンサーは、異なる場所に配置され、インタフェース２０からロボットへ動作信号を送信するように機能することができる。一実施例において、インタフェースは一組のウェアラブルセンサーと同義である。異なるセンサーは、ユーザーの身体の異なる場所に沿って配置されることができる。例えば、ユーザーは、腕センサー、および足センサーを着用することができ、それらは、それぞれロボット１０の腕アセンブリおよび足アセンブリと通信するためにマップされる。したがって、各々のセンサーはインタフェースユニット２０の一部であり、好ましくはロボット１０の対応しているアセンブリと通信するためにマップされる。
【００１３】
可動部位に対応するロボット１０の各々のサブアセンブリは、インタフェース２０の対応しているセンサーと通信するアクチュエータを含む。ロボットは、インタフェースユニット２０からの信号を受信して、受信した信号を適当なアクチュエータのために変換するためのコントローラを含む。ロボット１０のアクチュエータの各セットは、ロボットのアセンブリと関連していた一致するアクチュエータの動きを制御する。例えば、腕アセンブリは、インタフェース２０の腕センサーから受信した信号に応答してロボットの腕の動きを制御する複数のアクチュエータを含む。ユーザーは、ロボット１０の対応しているボディ部分の動きを制御するために、身体の特定の部位にインタフェース２０のセンサーを着用することができる。インタフェースのセンサーはコントローラに信号を送信し、それは信号を受信してロボット１０の対応しているボディ部分の動作を制御する。したがって、ロボットは、受信した信号に応答してロボット１０の対応している部位を動かす形でユーザーにフィードバックを提供する。
【００１４】
技術的な詳細
ロボット装置
ロボット１０は、様々な形態になることができる。ロボット１０の一つの実施例は、図２に示される。ロボット１０は、ボディ５０と、目３２および口３４を含む顔部材を持つヘッド３０を含む。顔部材に加えて、ロボットは腕４０、およびロボット１０の物理的移動を可能にするための足シャシー６０を含む。付加的な物理的部材が、付加的な運動を可能にするためにロボット１０に取り付けることができるが、ロボット１０の特徴を制限するものであると考えられてはならない。したがって、図２において例示される部材は、単に、ロボットにおいて提供される動作の例を図示するだけである。
【００１５】
図２に示すように、ロボット１０は、ボディアセンブリ５０、腕アセンブリ４０、足シャシー６０、およびヘッドアセンブリ３０を含む。腕アセンブリ４０は、ロボット１０の腕が垂直および水平方向に移動できるように設計されている。足シャシーは、平面上で前進後退運動可能なように、同様に時計回りまたは反時計回りに回転運動可能なようにドライブトレインアセンブリを含む。ヘッドアセンブリは、ヘッドの傾き回動運動を可能にし、同様に時計回りのまたは反時計回り方向のヘッドアセンブリの回転運動を可能にする。保護シェル１５は、アセンブリの外部材を囲み、ロボットに異なる外観を呈するのを可能にするために装飾的なデザイン部材を含むことができる。したがって、図２において例示されるアセンブリは、ロボットの物理的部分の図示であり、各々図示されたアセンブリと通信してセンサーに応答する。
【００１６】
腕アセンブリ４０、足シャシー６０、およびヘッドアセンブリ３０は、各々ロボット１０のボディ５０の異なる部分に接続されている。図３は、ロボットのボディ５０およびボディの異なる部分に対する上記のアセンブリ３０、４０、５０および６０に関連する接続を例示している線図である。ボディ５０とヘッドアセンブリ３０との間は、ボディ５０にヘッドアセンブリ３０を取り付けるためのネックアセンブリ７０である。好ましい実施例において、ネックアセンブリ７０は、ヘッドアセンブリ３０の回転を容易にするためにロールジョイントの形態であることができる。様々なロールジョイントの構造をネックアセンブリ７０において使用することができる。ロールジョイントの一つ例は、図３に示される。ここで例示されるロールジョイントは、ロッド７４上へハンダ付けされたディスク７２を含み、ディスク７２は２つのプレート７６ａおよび７６ｂの間に捕らえられている。このディスク７２は、２のプレート７６ａおよび７６ｂの間で自由に回転する。ロールジョイントは、リベット７８ａおよび７８ｂを有するロボット１０のボディ５０のトップエリアに固定される。ここで述べられるロールジョイントは、単に図示しているだけであり、ロボット１０のボディ５０に対して相対的にヘッドアセンブリに類似な、または付加的な運動能力を提供するために修正されることができる。ロールジョイントに加えて、図３は、電源５６、トランシーバー５７、およびコントローラ５８を含むボディ５０に収容された他の部材を例示する。トランシーバー５７およびコントローラ５８は、電源５６から電力を受ける。加えて、トランシーバー５７は、リモートセンサまたは離れたコンソールから発している信号２５を受けるように適応されている。コントローラ５８によって受信された信号は、ロボット１０内で特定のアセンブリの運動を制御するように割り当てられたモータの操作を制御する。したがって、ロールジョイントの構造は、ヘッドアセンブリ３０に、ピッチおよびヨー動作を可能にする。
【００１７】
図４は、ロボット１０のヘッド３０およびネックアセンブリ７０を示す図である。この図において、ヘッドアセンブリ３０は第１モータ３８ａを含み、ネックアセンブリ７０は第２モータ３８ｂを含む。第１モータ３８ａはネックアセンブリ７０のロールジョイントに接続され、ヘッドアセンブリのピッチ運動を制御する。すなわちロボット１０のヘッドアセンブリ３０を前方または後方へ傾斜を可能にする。より具体的には、ヘッドのチルティングは、ネックアセンブリ７０のロールジョイントのロッド７４に取り付けられたモータ３８ａによって制御される。箱８０は、第１モータ３８ａを密封し、外部の要素から第１モータ３８ａを保護する層として役立つ。加えて、ヘッドカバー８５は、第１モータ３８ａ、ロッド７４、およびロールジョイントのプレート７６ａ、７６ｂを密封する。第１モータ３８ａは、垂直軸に沿ってロッド７４と箱８０の間の相対的な運動を調整することによって、ヘッドアセンブリ３０の傾斜運動を制御する。第２モータ３８ｂは、水平軸に沿ってヘッドアセンブリ３０の回転運動を制御する。回転運動は、ネックアセンブリ７０のロールジョイントのロッド７４およびディスク７２によって制限される。
【００１８】
加えて、ボディアセンブリ５０とヘッドアセンブリ３０は、図３および４において、それぞれ例示されたように、ロボットはまた腕アセンブリを含む。図５は、ロボット１０の二つの腕センブリ４０を示す。図示するように、ロボットは人間の身体形状を模倣するので、ロボット腕アセンブリは２本の腕を持つ。しかし、ロボットは、例示される２つを上回る多数の腕を持ったり、一本の腕に限られたりするように変更されてもよい。
【００１９】
腕アセンブリは、円筒形のハウジング４２によって密封されている。このハウジングはアセンブリ４４を封入する。そして、それは第１モータ４６ａおよび第２モータ４６ｂを含む。第１モータ４６ａおよび第２モータ４６ｂは、円筒形のハウジング４２の内側の表面に固定されている。加えて、第１モータ４６ａは、それに対して固定される第１プッシュロッド９０を有する近接端部４８を持ち、第１プッシュロッド９０の近接端部９２が第１レバーアーム１００に固定される。同様に、第２プッシュロッド１１０の近接端部４９は、第２モータ４６ｂに固定され、第２プッシュロッド１１０の近接端部１１２が第２レバーアーム１２０に固定される。第１レバーアーム１００および第２レバーアーム１２０の両方は、それぞれピン１１５および１２５を含み、各々のレバーアームの回転の軸を規制する。各々の軸ピン１１５、１２５は、それぞれ、各々のレバーアーム１００、１２０の軸外の回転を制限するためにスラストブッシングを持つ。腕アセンブリ４０は、ロボット１０のボディ５０に取り付けられている。動作に際して、モータの回転運動が、線状の運動に変換される。加えて、各々の腕レバー１００、１２０は、この腕１００、１２０の物理的属性に対応し、かつ腕アセンブリの設計機能の構造上の限定範囲内で動作可能なように設計されたシェル１３０によって収容されている。
【００２０】
ヘッドアセンブリ３０、ネックアセンブリ７０、および腕アセンブリ４０に加えて、ロボット１０は、また、ロボット１０に複数方向の移動を提供するためのドライブトレインアセンブリ１３０を有する足シャシー６０を含む。図６は、ドライブトレインアセンブリ１３０の一実施例の図である。ドライブトレインアセンブリ１３０は、ロボット１０のボディアセンブリ５０の底部５２に固定されたハウジング１３２によって封入されている。加えて、ハウジング１３２はモータ１３４、車輪１３６、およびスライダ１３８を封入している。モータ１３４は、シャシー６０の内側の表面に取り付けられている。モータ１３４は、直接機械的な接続により車輪１３６の車軸１４０に固定されている。車軸１４０は、シャシー６０に取り付けられた２の軸受１４２で支えられている。この車輪１３６と隣接している排障器１４４は、車輪１３６を外部の要素から保護する。このスライダ１３８は、好ましくは、バネ仕掛けであって、シャシー６０の下側に固定されており、ロボットが載せられている平面上で低い摩擦接点として機能する。このスライダは、本質的に、ロボット１０の動いている間の転倒を防止する。単一のモータ−車輪アセンブリだけが例示されているが、ドライブトレインアセンブリ１３０は複数のモータと関連する車輪で設計されることができる。したがって、ドライブトレインアセンブリ１３０は、ロボットが平面上で複数の方向に移動することを可能にする。
【００２１】
図７は、リモートセンサに信号を送信し、同様にリモートセンサから信号を受信するための処理ユニット１５０を有するロボットの図である。処理ユニット１５０は、信号を送信および受信するトランシーバー１５５、受信した信号を処理する信号プロセッサ１６０、および信号をモータ１６２に割り当てるための中央処理ユニット（ＣＰＵ）１５８を含む。このＣＰＵ１５８は、処理ユニット１５０からロボット１０のアセンブリの適当なモータまで処理された信号を送る。ロボット１０の各々のモータは、直接または間接的に、アセンブリのモータへおよびモータから、運動信号を受信および送信するための処理ユニット１５０に接続されている。他の実施例において、ロボット１０は処理ユニット１５０を含まなくてもよい。むしろ、ロボット１０の各々のモータは、直接センサーから送信される信号を送受信するためにトランシーバーを含んでいてもよい。したがって、ロボットの各々のモータまたは処理ユニット１５０は、離れた場所からの信号を送受信して適当なアセンブリのモータを動かし制御するように機能する。
【００２２】
図２−７のロボット１０に関連して、センサーまたはセンサーのネットワークは、独立して、またはロボット１０の処理ユニット１５０を通して、ロボットの各々のモータと通信するために提供される。図８は、ロボット１０から離れたユーザーに取り付けられている単一のセンサー１７２の例示１７０である。センサー１７２はまた、電源（不図示）、トランシーバー（不図示）、および信号プロセッサ（不図示）を含むことができる。センサー１７２は、身体の特定の場所にユーザーによって着用され、無線信号によってロボット１０に身体の動きを送信することができる。同様に、送信された信号はロボット１０の処理ユニット１５０によって受信され、ユーザーにフィードバックを提供するために処理される。フィードバックは、様々な形態で表示することができ、センサー１７２に対応しているロボット１０のボディ部分の動きの形での直接のフィードバックを含む。したがって、この実施例は、一つのセンサーから離れたロボット１０のモータへの無線通信の例である。
【００２３】
図９は、中央ユニット２２０と通信するセンサーのネットワークの例示２００である。この図において、センサーのネットワークは、図２−７において例示されたロボット１０のアセンブリに関連して示されている。中央ユニット２２０は、電源２２２およびトランシーバー２２４を収容する。中央ユニット２２０は、ユーザーによって着用される形態で収納され得る。例えば、中央ユニットは、バックパック、ファニーパック、またはユーザーが着用することができる多様な封入物において収納されることができる。手首センサー２３０は、示されているように、手首バンドの形でユーザーの手首に固定される。手首センサー２３０は、手首バンドに固定または縫い込まれているスイッチ２３２を含む。手首センサーのスイッチ２３２は、ロボット１０の腕アセンブリ４０に、ユーザーの手首の動きを伝達するために使われる。ヘッドカバー２４０は、示されるように、ユーザーの頭につけられている。ヘッドカバー２４０は、スイッチ２４２およびジャイロスコープ２４４を含む。スイッチ２４２とジャイロスコープ２４４の両方は、ヘッドカバー２４０に固定または縫い込まれている。ジャイロスコープ２４４は、ヘッドカバー２４０の範囲内のハウジング２４６のなかに密封されている。電力が供給されると、ジャイロスコープ２４４と関連する電子部材は特定の平面上のいずれかの線状の加速中に、抵抗変化を提供する。この抵抗の変化は、中央ユニット２２０のトランシーバー２２４の電子部材に直接割り当てられる。ヘッドカバーのスイッチ２４２およびジャイロスコープ２４４は、ロボット１０のヘッドアセンブリ３０に、ユーザーの頭の動きを伝達するために使われる。同様に、圧力検知のためのスイッチ２５０は、ユーザーの足の下側表面に取り付けられている。ユーザーがスイッチ２５０を踏んだとき、スイッチ２５０はユーザーの圧力を吸収する。スイッチ２５０の起動は、ロボット１０のドライブトレイン１３０の平行移動および／または回転を制御する。各々のセンサー２３０、２４０、および２５０とジャイロスコープ２４４は、中央ユニット２２０に配線でつながれて、または無線周波による無線で、通信することができる。好ましい実施例において、スイッチ２３２、２４２および２５０は、１．５オームの抵抗を通して、トランシーバー２２４におけるポテンショメータの接点に配線される。制御の他の形式に、または多くの種類の障害の用途のために、システムを適応させる設計を選択する問題として、他のセンサーが使用されてもよいことが理解されるべきである。例えば、マイクロフォンは、ユーザーからロボット１０へ音声信号の伝送を可能にするためにユーザーに取り付けることができる。同様に、各々のセンサーは、ユーザーの所望する動きの範囲によって異なるしきい値に調整することができる。したがって、ここで例示されるセンサーネットワーク装置は、ユーザーに固定されるネットワークアセンブリおよび遠隔ロボット１０を無線通信を行う形態の一実施例に過ぎない。
【００２４】
センサー３００のネットワークの他の形態が、図１０に示される。この図において、センサーはユーザーに着用されていない。むしろ、センサーはユーザーと離れたコンソール３１０に固定される。このコンソールは、音声信号を送信するためのマイクロフォン３１２の形態、および以下のグループからロボットのモータ制御のために選択されたセンサーを含む。グリップセンサ３１４、ジョイスティック３１６、押しボタン３１８、スライダ３２０、およびダイヤル３２２。センサーの他の例は、以下のグループから選択された機械的および電気的センサー装置を含む。力反射ジョイスティック、押しボタン、およびスライダ。コンソールユニットの目的は、ロボットと通信するために別の通信モードを提供することである。選択された通信モードの構造は、望ましいリハビリテーション運動に依存している。各々のセンサーは、ロボット上の一つ以上のモータにマップされることができる。センサーの作動により、ロボット上の対応するモータは、通信信号を受信する。センサーに加えて、コンソールは、図９に示されたセンサーネットワーク２００の制御ユニットと類似の制御ユニット３３０を含む。制御ユニット３３０は、電源３３２、トランシーバー３３４、および中央処理ユニット３３３を含む。コンソール３１０の制御ユニット３３０は、また、センサーの作動を記録し保存するメモリを含むことができる。加えて、コンソールは、センサー−アクチュエーターシステムの様々な作動モードを表示するためにビデオモニタを含むことができる。例えばユーザーまたは他のオペレータが、センターデータの記録または保存を選択する場合、ユーザーおよび／またはオペレータは、ユーザーによるセンサーの記録された動きおよび関連するモニタ上のこのような記録の表示を、後から選択して実行することができる。ここで例示されるコンソール３３０は、様々なセンサーおよび制御機構を使用できるように設計されている。図１０に示される各々のセンサーは、単に、図２−６に示されるロボットの関連するアセンブリと通信するためのセンサーの一例を示すだけである。加えて、コンソールはセンサーによるユーザーの動きを、記録し、保存し、および／または実行する能力のないリモートセンサの能力のために設計されている。したがって、図１０のコンソールは、単にロボットと通信するために適応するコンソールの一形態を示す図である。
【００２５】
信号通信
センサーネットワーク２００のユニット２２０および３３０とコンソール３１０は、それぞれ、処理に適応して、関連するセンサーから位置付けられたロボット１０のモータまで受信した信号を送る。同様に、各々の制御ユニット２２０および３３０は、ロボット１５０の処理ユニットからの信号を受信し、および適当なアセンブリアクチュエーターに受信された信号を送信するために適応する。図１１は、ユーザー入力データ、およびデータが、リアルタイム制御モードのロボット１０上の適当なアセンブリに処理して送信する方法を例示するフローチャート３５０である。このフローチャート３５０は、リアルタイム制御のロボット１０に対するセンサーネットワークのなかの一つのセンサアセンブリまたはセンサーからの信号の流れを例示する。ユーザーによって着用された物理的センサーの場合、ユーザーはセンサーが固定された身体の一部が動くことによって、センサー入力３５２が変化する。センサーデータはそれから処理３５４され、無線ネットワーク３５６を通じて送信機またはトランシーバーによって送信される。同様に、センサーが聴覚器官センサーである場合、ユーザーはマイクロフォン３５８に話すことによってセンサーを作動させる。聴覚器官データはそれから処理３６０され、および無線ネットワークを通じて送信機またはレシーバによって送信３５６される。この例では、センサーは単一のセンサアセンブリであり、送信機および信号プロセッサは個々のセンサーに一体化している。ロボットへのセンサー信号データの伝送後、信号データは受信３６２され、続いて分析３６４される。データ分析のステップ３６４は、信号データ、マッピング信号データ、フィルタリングデータを圧縮または解凍すること、および／または信号データがしきい値に達したかどうか決定することを包含することができる。データ分析３６４後の信号データは、信号に関連するアセンブリの制御モータに送信３６６される。システムは、その後センサーからの伝送に何らかのエラーがあったかどうか決定するために信号をチェック３６８する。したがって、一つのセンサーはリアルタイム制御モードにおいて、センサーとの通信によって信号がセンサーからアセンブリを動かすためにロボットのモータまで送られる。
【００２６】
図１２は、図１１に示されるそれに対する他の実施例である。図１２は、無線ネットワークの一部で、多数のセンサーのモニタリングを例示しているフロー図３８０であり、センサーデータが処理されて無線でロボット１０上の適当なアセンブリに送信される方法を示している。図１２に示すように、複数のセンサー３８２、３８４および３８６があり、各々のセンサーは、異なる場所にある。センサー３８２、３８４および３８６は、一緒に繋がれて一つの処理ユニット３９０に接続されている。処理ユニット３９０は、信号を受け３９２、信号データを処理３９４し、離れたロボットに無線ネットワークを通じて信号データを送信３９６する。ロボットへの信号データの伝送後、データ信号は受信３９８され、続いて分析４００される。データの分析ステップ４００は、信号データ、マッピング信号データ、フィルタリングデータを解凍すること、信号データがしきい値に達したかどうか決定することを包含することができる。データの分析ステップ４００後、信号が、物理的運動信号の場合には信号に関連したアセンブリの制御モータに送信４０２され、また聴覚器官データの場合にはスピーカに送られる。システムは、その後センサーからの伝送に何らかのエラーがあったかどうか決定するために信号をチェック４０４する。したがって、この実施例は、一つの処理ユニットで通信するリモートセンサの一つのネットワークを示しており、センサー信号データの処理後、データはリアルタイム制御モードのときに離れたロボットに無線で送信される。
【００２７】
図１３は、図１２に示されるそれに対する他の実施例である。図１３は、多数のセンサーサブネットワークのモニタリングを例示しているフロー図４２０であり、離れたロボット１０に信号を送信するために無線サブネットワークのネットワークで通信する方法を例示している。図１２のセンサシステムは、サブネットワーク４３０になり、多数のサブネットワーク４３０、４５０、および４７０は、ロボットと通信する無線ネットワークを構築する。図１３に示すように、各々のサブネットワークは、複数のセンサーを有する。センサーの第１サブネットワーク４３０は、複数のセンサー４３２、４３４および４３６を有し、各々のセンサーは異なる場所にある。センサーの第２サブネットワーク４５０は、複数のセンサー４５２、４５４および４５６を有し、各々のセンサーは異なる場所にある。センサーの第３のサブネットワーク４７０は、複数のセンサー４７２、４７４および４７６を有し、各々のセンサーは異なる場所にある。センサーの各々のサブネットワーク４３０、４５０および４７０は、無線センサーのネットワークの一部である。サブネットワークは無線であるので、各々のサブネットワーク４３０、４５０および４７０は、センサーの他の部材に加えてそれ自身が電源およびトランシーバーを有する。センサーの各々のサブネットワークは、一緒につながれて、それぞれそれ自身の処理ユニット４４０、４６０および４８０に接続されている。適当な処理ユニットは、信号４４２、４６２または４８２を受信し、信号データを処理４４４、４６４または４８４し、離れたロボットへ無線ネットワークを通じて信号データを送信する。続いて、ロボットへの信号データの伝送後、信号データは受信４９０されて、続いて分析４９２される。データ分析のステップ４９２は、信号データ、マッピング信号データ、フィルタリングデータを圧縮または解凍すること、および／または信号データがしきい値に達したかどうかを決定することを包含することができる。データ分析のステップ４９２の後、信号が物理的運動信号の場合は信号に関連するアセンブリを制御するモータに送信４９４され、また聴覚器官データの場合はスピーカに送られる。システムは、その後センサーからの伝送に何らかのエラーがあったかどうか決定するために信号をチェック４９６する。したがって、この実施例は、各々のネットワークが自分自身の処理ユニットを通じて信号データを伝達するリモートセンサの複数のネットワークを示しており、センサー信号データの処理後、データはリアルタイム制御モードにおいて離れたロボットに無線で送信される。
【００２８】
図１１、１２および１３に示すように、センサーは離れたロボットと通信する。センサーデータは、絶えずモニタされて、処理される。図１４は、離れたアクチュエータにセンサーデータを伝送するための処理のプロセスを例示しているフローチャート１０００である。センサーデータが読み取り１００２であるとき、信号プロセッサは、信号がアナログからデジタルへの変換プロセス１００４を要求するかどうか決定しなければならない。センサー上のスイッチがアナログスイッチである場合、信号プロセッサはアナログ形式からデジタル形式にセンサーデータの変換を実行する１００６。しかし、スイッチがデジタルスイッチである場合、信号プロセッサは、信号データのフィルタリングが必要かどうか決定するためにステップ１００４からステップ１００８へ進む。１００８の質問に対する答えがポジティブの場合、信号プロセッサは信号データにフィルターをかける１０１０。信号データにフィルターをかけた１０１０後、または１００８の質問に対する答えがネガティブの場合、信号プロセッサはそれから、対応しているアクチュエータに対する信号データのマッピングが実施されなければならないかどうか決定する１０１６。マッピングステップ１０１６が必要であると決定された場合、センサーからの信号データは出力のための適当なアクチュエータに位置付ける１０１８。システムは、それから信号データの入力がアクチュエータの出力にマップされるかどうか質問する１０２０。ステップ１０２０の質問に対する答えがネガティブの場合、信号データは捨てられて１０２２、システムはセンサーからの信号データを受けるために戻る１０２４。しかし、ステップ１０１６でセンサー信号をアクチュエータにマップする必要がないと決定された場合、または、ステップ１０２０でセンサー信号の入力がアクチュエータにマップされると決定された場合、システムは信号データと最小のしきい値とを比較しなければならないかどうか決定する１０２６。信号データが最小のしきい値レベルを満たさなければならないかどうかの質問に対する答えがポジティブの場合、しきい値データが獲得され１０２８、信号プロセッサはセンサーからの信号データが定められたしきい値に接触したかまたは上回ったかどうか決定する１０３０。しかし、センサー信号データが定められたしきい値と接触または上回らなかった場合、信号データは捨てられて１０２２、システムは、センサーからの信号データを受けるために戻る１０２４。あるいは、ステップ１０２６でセンサー信号データが最小のしきい値に到達する必要はないと決定された場合、または、ステップ１０３０でセンサー信号が定められたしきい値に到達または上回ったと決定された場合、信号プロセッサはそれから信号データを暗号化するかどうか決定しなければならない１０３２。信号データが圧縮されるべき場合１０１２。ステップ１０１２の質問に対する答えがポジティブの場合、信号データは圧縮される１０１４。１０１４において信号データの圧縮後、または、１０１２の質問に対する答えがネガティブの場合、信号プロセッサはそれから信号データが暗号化されなければならないかどうか決定する。信号データが暗号化される場合、信号データはステップ１０３４で暗号化される。その後、信号データは、直接アクチュエータの出力への送信に進む。あるいは、ステップ１０３２においてデータが暗号化される必要はないと決定される場合、信号データはアクチュエータの出力に送信のために進む。したがって、図１４は、ロボットの信号プロセッサに信号を送信するまでの信号データ処理に関係しているステップを概説している。
【００２９】
センサーからの信号データの処理、センサー、センサーネットワーク、またはコンソールからの信号データの送信の処理後、信号データは、ロボットの信号プロセッサによって受信される。図１５は、ロボットの信号プロセッサによって受信された信号データを解析する処理１０５２を示しているフローチャート１０５０である。信号プロセッサは、第一に、信号データがアナログ／デジタル変換１０６０に進むことを必要とするかどうかを決定しなければならない。通常、このステップは、信号データがデジタル形式で送信され、処理ユニット１５０がアナログフォーマットのデータの受信に適応している場合に必要である。アクチュエータが要求する場合、信号プロセッサはステップ１０６２へ進み、デジタルフォーマットからアナログフォーマットに信号データを変換する。データフォーマットの変換後、またはステップ１０６０において信号データがステップ１０６２の変換過程に進む必要がない場合、信号プロセッサは、受信した信号データが暗号化されている場合に信号データが必要とするかどうか決定する１０５４。信号データが暗号化されている場合、信号データは復号１０５５されなければならない。信号データの復号１０５５の後、または信号データが暗号化されていない場合、システムはそれから信号データが圧縮されているかどうか決定しなければならない１０５６。信号データが圧縮されている場合、信号データは解凍されなければならない１０５８。１０５８において信号データの解凍の後、または信号データが圧縮されていないと決定された場合、信号プロセッサは、続いて信号がフィルターをかける必要があるかどうかの決定に進む。ステップ１０６４の質問に対する答えがポジティブの場合、システムは信号データにフィルターをかけるためにステップ１０６６へ進む。１０６６で信号データにフィルターをかけた後、または信号データがフィルターをかけることを必要としない場合、信号プロセッサは、アクチュエータおよび関連するモータに信号データを送信する１０６８前に信号データが圧縮を必要とするかどうか決定する。処理ユニット１５０が圧縮されたデータの受信に適応する場合、信号プロセッサは信号データを圧縮１０７０し、信号データが適当なアクチュエータのためのマッピング手順に進むことを必要とするかどうか決定するためのステップ１０７２へ進む。同様に、ステップ１０６８で信号データが圧縮される必要はないと決定される場合、信号プロセッサはマッピング判定のためのステップ１０７２へ進む。付加的なマッピングを信号データが必要とする場合、信号プロセッサは信号データを適当なアクチュエータのマップ１０７４へ進む。しかし、受信した信号データがアクチュエータにマップされない場合１０７６、信号プロセッサは信号データを廃棄し１０７８、信号プロセッサは次の信号データを受信し処理するために戻る１０８０。
【００３０】
ステップ１０７２で信号プロセッサは、付加的なマッピングが必要でないと決定された場合、またはステップ１０７６で信号プロセッサが適切に信号データを適当なアクチュエータにマップした場合、信号プロセッサは信号データが定められたしきい値と比較する必要があるかどうか決定する１０８２。あらかじめプログラムされたしきい値に基づいて、信号プロセッサは、しきい値のデータを得て１０８４、信号データがしきい値に達しているかまたはしきい値を上回っているかどうか決定する１０８６。信号データがしきい値データに達していないかまたは上回っていない場合１０８６、信号データは廃棄されて１０７８、信号プロセッサは、次の信号データの受信および処理のために戻る１０８０。しかし、信号データがしきい値に達したかまたはしきい値を上回った場合、またはステップ１０８２で信号データが所定のしきい値を満たす必要はないと決定された場合、信号プロセッサはそれから処理ユニットがアナログデジタル変換処理を通じて進む信号を必要とするかどうか決定する１０８８。信号データがアクチュエータによって受け取られるために互換性を持つフォーマットであると決定された場合、信号データは適当なアクチュエータへ送られ、信号プロセッサは追加の信号データを受けるために戻る１０８０。しかし、信号データがアクチュエータによって受信できる互換性を持つフォーマットではない場合、信号データは、適当なアクチュエータに送られる前にアナログデジタル変換１０９０を通じて処理される。したがって、図１５は、ロボットの信号プロセッサによって受け取られた信号データの分析に関連するステップを概説している。
【００３１】
図１１、１２および１３に示すように、システムは、アクチュエータと無線通信するセンサーまたはセンサーのネットワークと共同して機能することができる。加えて、システムは、ロボットから離れたコンソールに取り付けられたセンサーから機能することができる。コンソール３１０は、４つのモード：リアルタイム５０２、レコード５０４、プレイ５０６、または、レコードおよびリアルタイム制御５０８のうちの一つのなかで作動するように適合している。図１６は、モード選択能力を有するコンソールのブロック図５００である。ロボット１０と対話型を始める前に、ユーザーは作動モードを選ばなければならない。図１６に示すように、コンソールは、ボタンと関連する作動モードを示すためのインジケータを有する各々のボタンを有するボタン５０２、５０４、５０６、および５０８の列を包含する。コンソールは、モジュール部分３１２、３１４、３１６、３１８、３２０および３２２を装備している。加えて、コンソールはグラフィカルユーザーインタフェースおよび中央処理ユニットを含むために拡大されることができる。本実施例において、ユーザーはモジュールインタフェースを通じてロボットの作動モード５１０を選ぶことができる。したがって、コンソールは、オペレータが作動モードを選ぶことを可能にするモジュールモードセレクタを含むために拡大されることができる。
【００３２】
図１７は、コンソール、またはコンソールに関連するグラフィカルユーザーインタフェースを通じた作動モードの選択を例示しているフローチャート５５０である。デフォルト作動モードは、リアルタイム制御である。セッションの開始時５５２に、モードはリアルタイム制御のデフォルトモードに初期化される５５４。その後、モードは、モード選択５５５を通じてユーザーによって変更することができる。モード選択５５５は、コンソール５５６の適切な制御から得られる。モード選択のデータは、それから分析される５５８。それは、ユーザーが作動モード５６０の変更を選んだ場合それから決定されなければならない。ユーザーがデフォルト作動モード以外のモードまたは代わりに割り当てられたモードを選んだ場合、作動モードは、更新されて５６２、コンソール５５６の適切な制御から得られる。そうでなければ、デフォルトモードまたは代わりに選択された作動モードは、効力が残る。したがって、ユーザーおよび／またはオペレータは、セッションの初めにまたはロボット１０の操作の次の段階で、作動モードを選ぶことができる。
【００３３】
コンソールユニットは、ロボット装置へのコンソールに固定されたセンサーからデータ通信するためのユニットとして機能する。同様に、コンソールは、センサーからのデータの記録されたファイルを蓄積するためと、ロボット装置１０へ保存されたデータのファイルを送信するための中央処理ユニットを含むことができる。図１９に示すように、通信システム６５０は、ロボット装置１０と無線通信し、同様に無線（ウェアラブル）センサーまたは無線センサー６７０のネットワークを無線通信するコンソール６６０を包含することができる。ロボット装置と通信するコンソール６６０の機能は、モード選択と信号通信を含む複数の機能である。ロボット装置と通信するセンサー６７０のネットワークの機能は、図１１、１２、および１３に示して概説されている。加えて、システム６５０は、ロボット装置１０およびコンソール６６０と通信する無線センサー６７０のネットワークによって設定されることができる。コンソール６６０へのメモリの追加で、コンソールは、コンソールユニット６６０に接続されているセンサーに加えて、無線センサー６７０からセンサーデータを受信して蓄積するために拡大することができる。したがって、ロボット装置は、コンソールに固定されて離れているセンサー、同様に独立した物や人に固定されて離れているセンサーからロボット装置と無線通信できるように拡大することができる。コンソールおよび遠隔のセンサー６７０またはセンサーネットワークからセンサーデータを通信するシステムの展開に加えて、コンソールは、中央処理ユニットを含むために拡大されることができる。中央処理ユニットの目的は、コンソールの保存および記憶容量を拡大することである。これは、保存されたセンサーデータおよび後で再生されたセンサーデータのコンソール６６０での使用を可能にする。加えて、コンソール６６０の中央処理ユニットは、パーソナルコンピュータ６８０および６９０、または外部サーバ６８５に接続のための通信ポート６７５を含むために拡大されることができる。通信ポート６７５は、コンソールと拡大された能力を有するコンピュータ６８０との間のデータ転送を可能にする。コンピュータ６８０は、それから外部コンピュータ６９０と、直接またはイーサネット（登録商標）や他の通信プラットフォームを通した外部サーバ６８５を経て通信することができる。加えて、コンソール６６０は、通信ポート６７５を伴う中央処理ユニットを踏むために拡大される場合、コンソールは直接離れているパーソナルコンピュータ６９０と、またはイーサネット（登録商標）接続または他の通信プラットフォームを通じてネットワークサーバ６８５と通信することができる。外部コンピュータ６８５からコンソール６６０まで接続を維持することによって、システムから離れているユーザーは、様々な方法：セッションのモニタ、遠隔でのロボットとの対話、セッションからのデータのダウンロード、およびローカルユーザーとの情報交換により、システムと相互に対話することができる。離れているＰＣ６９０への間接的なリンクを提供することに加えて、外部サーバ６８５とコンソール６６０またはローカルＰＣ６８０との間の通信接続によっても、ローカルユーザーが外部サーバ６８５から新規なゲームおよび物語をダウンロードすることができる。したがって、外部コンピュータとの通信のためのコンソールユニットの拡大は、システムの機能性を拡大して、および電気通信ネットワークを通じたシステムと通信するためのサポートを提供する。
【００３４】
コンソールおよび関連するロボット１０のデフォルト作動モードは、リアルタイム制御である。リアルタイム制御モードにおいて、コンソール上のセンサーは、ロボット１０の関連するモータの制御を始めるために作動する。センサーからロボット上の対応するアセンブリおよびモータへのデータの流れは、図１１において例示される流れに類似するものである。図１８は、コンソールからロボット上のアクチュエータへのデータの流れを例示しているフロー図５８０である。ユーザーは、動くこと、あるいはコンソール５８５上の制御の一つを起動させることによって入力する。マイクロフォンがコンソール上のセンサーとして提供される場合、入力は実際には聴覚器官である。その後、センサーデータは、それからコンソール５９０の制御から得られる。データを得るステップ後、データの流れが分析される５９２。分析は、一緒に入力されたデータストリームに埋め込まれている多数の制御から得られる信号を切り離して識別するために実行される。分析ステップ５９２の後、システムは作動モードを決定する。作動モードが以前記録されたデータを再生することになっている場合５９４、データはおそらくコンソール５９６から保存された場所から取り込まれて、ロボット装置５９８へ無線ネットワークを通じて送信される。ロボットへのデータファイルの送信後、データストリームが受信され６００、データのなかの信号が続いて分析される６０２。データ分析のステップは、信号データのマッピング、データのフィルタリング、および／または、信号データが定められたしきい値に到達したかどうか決定することを包含することができる。データ分析６０２の後、信号データは、信号に関連するアセンブリを制御するモータ６０４に送信される。システムは、それから、コンソール６０６からの伝送において何かエラーがあったかどうか決定するために、信号を点検する。したがって、再生モードにおいては、信号データは、センサーと関連するアセンブリを動かすために、データファイルからロボットのモータまで、直接または中央処理ユニットを通して送信される。
【００３５】
図１８のステップ５９４において作動モードが以前記録されたデータファイルを再生することになっていないと決定される場合、システムはデータを処理する６０８。データ処理のステップは、データを圧縮すること、データをマップすること、データをしきい値と比較すること、データをフィルターすること、データのパターンを認識すること、を含む。続いて、作動モードがデータを記録すると設定された場合６１０、データはファイルに保存される６１２。この作動モードは、リアルタイムのデータを単にデータを記録するか、または記録して再生するかのいずれかである。現在のモードが単に記録することに設定されている場合６１４、システムはコンソールの制御から追加のデータを受け入れるためにステップ５９０に戻る。しかし、現在のモードが記録およびリアルタイム制御が結合したものである場合、データは無線ネットワークを通じてロボット６１６に送信され、同時にコンソールにおいてデータファイルに保存される。同様に、ステップ６１０で質問に対するレスポンスがネガティブの場合、システムはデフォルトモード、リアルタイム制御６１８になって、ロボットに無線ネットワークを通じて処理されたデータを送信する６１６。ステップ６１６のロボットに対するデータの伝送後、データが受信されて６００、データは続いて分析される６０２。データ分析のステップは、信号データの圧縮または解凍、信号データのマッピング、データのフィルタリング、および／または信号データが定められたしきい値に達したかどうか決定することを含む。データ分析６０４の後、信号データは、信号に関連するアセンブリを制御するモータ６０４に送信される。システムは、それからコンソール６０６からの伝送に何かエラーがあったかどうか決定するために信号を点検する。したがって、再生、記録とリアルタイム制御、または、リアルタイム制御のいずれであっても、処理されたデータは、コンソールからロボットのモータへ、作動したセンサーと関連するアセンブリを動かすために、直接または中央処理ユニットを通じて送信され、付加的に、現在モードがデータ記録である場合、データは、コンソールの中央処理ユニットで処理されて保存され、後から再生される。
【００３６】
図２０は、グラフィカルユーザーインタフェース７１０を含むように拡大されたコンソールユニット７００を示す図である。本実施例において、グラフィカルユーザーインタフェースは、ユーザーが視覚的にモード選択と同様に命令選択と入出力を行うことができるように、コンソールで提供されるモニタに示される。基本形式としてグラフィカルユーザーインタフェースは、ロボット装置との対話型モードのための選択機能を含む。モード選択は、リアルタイム制御７１２、記録７１４、再生７１６、および記録とリアルタイム制御の組み合わせ７１８を包含している。この図において、モード選択は、グラフィカルユーザーインタフェースの一部としてだけ示される。コンソールは、また、図１６に示すように、モジュールのセンサー部材３１２、３１４、３１６、３１８、３２０および３２２を含む。したがって、グラフィカルユーザーインタフェースはセンサーのモジュール部材を越えて、コンソールの作動モードを拡大する。
【００３７】
図２１は、グラフィカルユーザーインタフェースと共にコンソールを例示しているブロック図７３０である。コンソール上のグラフィカルユーザーインタフェース７１０は、図２０において例示したコンソールユニット７００に示されるすべての機能に加えてシステムの対話型作動モードのための選択機能を含む。対話型作動モードは、ロボット装置に、ユーザーの動きおよび音声によって通信することを可能にし、その一方で、ユーザーは動きおよび音声によってロボット装置に応答することができる。対話型作動モードは、対話型ゲーム７２０、物語７２５、またはユーザーがロボット装置１０との対話型のゲーム／物語７３０を作成するための機能の形をとる操作を含む。これらの対話型作動モードの各々は、グラフィカルユーザーインタフェースから選択可能である。本実施例において、コンソール７１０およびロボット装置１０は、対話型作動モードと関連する必要な記憶容量に対応するために中央処理ユニットを含む。対話型作動モードの選択は、ユーザーが利用可能なように独立して選択できる。したがって、対話型作動モードは、コンソールユニットおよびグラフィカルユーザーインタフェース７１０と関係していて、ユーザーに面白い媒体としてのロボット装置と相互に作用することを可能にする。
【００３８】
対話型作動モードのうちの２は、あらかじめプログラムされたゲームの選択および／またはユーザーとロボット装置間の対話型のための物語を要求する。図２２は、あらかじめプログラムされたゲームおよび／または物語を選択するプロセスを例示しているフローチャート７５０である。システムのユーザーは、コンソール装置と関連するグラフィカルユーザーインタフェースの選択ボタンを指示することによって選択を始める７５２。最初の選択７５２の後、ユーザーは、彼らがロボットシステムとの対話型の用途に希望するゲームおよび／または物語を求めてローカルシステムを検索するかどうか指示する７５４。ユーザーが７５４での質問に対する答えにポジティブを提供した場合、ユーザーがゲームおよび／または物語を選択できるようにリストによって紹介される７５６。各々のゲームおよび／または物語は、コンソールユニットにあらかじめプログラムされている。ユーザーには、各々のゲームおよび／または物語の名称および説明がメニューによって提供される。システムはそれから、ユーザーがメニューからゲームおよび／または物語を選ぶ入力７６０をするまで休止して待つ７５８。ユーザー入力後、システムはユーザーが検索要請を出したかどうか照会する。ユーザーがローカルシステムに設置されるゲームおよび／または物語を選んだ場合、システムはそれからゲームおよび／または物語を開始する７６６。加えて、コンソールにおいて蓄積されている、ロボット装置を伴うゲームおよび／または物語をダウンロードしてプレイすることに、適応するためにコンソールは、図１９に示したように、外部のサーバまたはコンピュータと接続のための通信リンクを含む。この構成において、ステップ７５４において、ユーザーが蓄積された対話型部材をローカルシステムから検索することを選択しない場合、コンソールは、特定の離れたネットワークに記録されているかどうか、およびユーザーが遠隔で検索したいかどうか決定するために質問する７６８。システムは離れたネットワークのなかに記録される場合、ユーザーには、それから、ローカルコンソールおよび離れたネットワーク場所の両方を通じて利用可能なすべてのあらかじめプログラムされた対話型ゲームのメニューがステップ７５６で紹介される。しかし、７６８でコンソールが対話型部材にアクセスするための適当な場所に接続されていないと決定される場合、ユーザーは適当な離れた場所に能動的にログインしなければならない７７０。その後で、ユーザーには、離れたネットワーク場所によって利用可能なすべてのあらかじめプログラムされた対話型ゲームのメニューがステップ７５６で紹介される。システムはそれからユーザーがメニューからゲームおよび／または物語を選ぶ７６０まで休止して待つ７５８。ユーザー入力後、システムはユーザーが検索要請を出したかどうか照会する。システムは、それから選択されたゲームまたは物語をダウンロードして７６４、続いてゲームまたは物語を開始する７６６。したがって、ユーザーは、対話型部材のためのグラフィカルユーザーインタフェースによって利用可能なあらかじめプログラムされたゲームを、ローカルにまたは通信リンクによってコンソールに接続された離れた場所から選択することができる。システムは、プログラムが開始されるごとに、または一日に一度、あるいはその両方で、ネットワーク接続がある場合に、自動的にローカル・コンピューターで利用可能なゲーム／物語が選択できるように更新する。
【００３９】
マッピング
ユーザーとロボット装置間の対応関係を定義付けする（マッピング）ために、セラピスト、教育者、または技術者などのような高度なユーザーまたはシステムのオペレータは、マッピングを指示すると同様に、ゲームおよび／または物語を選択することができなければならない。図２３は、マッピング選択を支援するグラフィカルユーザーインタフェースの一実施例を示しているブロック図７８０である。この図において、ユーザーは、リアルタイム制御７１２、記録７１４、再生７１６、記録とリアルタイム制御を含む組み合わせモード７１８の４つのモードを作動モードとして選ぶことができる。同様に、オペレータは、グラフィカルユーザーインタフェースで、あらかじめプログラムされたゲーム７２０、あらかじめプログラムされた物語７２５、または新規な物語の作成７３０を選ぶことができる。対話型作動モードに加えて、グラフィカルユーザーインタフェースはセンサーとロボットアセンブリのマッピングを設定し７３５、センサーとロボットアセンブリに関連したしきい値とゲインを設定する７４０ためのリンク含むために拡大される。したがって、拡大されたグラフィカルユーザーインタフェース７８０は、ロボット装置の部分と関連する制御の設定をオペレータができるようにする。
【００４０】
マッピングは、どんな入力信号が処理されて、いずれの出力ソースとなるかを意志決定するプロセスを実装する処理である。３のマッピングカテゴリがある。（１）１対１、これは１台の入力センサーが１台の出力アクチュエータにリンクされる。（２）１対多、これは、１台の入力センサーが複数の出力アクチュエータにリンクされる。（３）多対１、これは一つ以上のセンサー入力が、一つのアクチュエータにリンクされる。通常、ｎセンサー入力は、ｍアクチュエータ出力に割り当てることができる。図２４は、グラフィカルユーザーインタフェースによるマッピング設定の処理を示しているフローチャート７９０である。システムは、ウェアラブルセンサーネットワークおよび／またはコンソールに接続されているセンサーからのセンサー入力を検出し、同様に、ロボット装置７９４で利用可能なアクチュエータを検出するように促される７９２。センサーは入力装置と称し、アクチュエータは出力装置と称する。各入力装置および各出力装置は、グラフィカルユーザーインタフェース上に一覧され、ユーザーおよび／またはオペレータはそれから所望する任意の配置で出力装置に入力装置を割り当てることが許される７９６。出力への入力の割り当て後、システムはロボットアクチュエーターおよびセンサーの調整を実行する７９８。ロボット装置のアクチュエータおよびセンサーの調整の処理は、図２５に示されて後述するように、他のグラフィカルユーザーインタフェースをオペレータに提供する。グラフィカルユーザーインタフェースはまた、現在のマッピングを試し、入出力マッピングと関連するしきい値とゲインを調整するためにリンクを提供する８０８。したがって、センサーおよびアクチュエータのマッピングを選択する処理は、ユーザーおよび／またはオペレータによって制御することができる。
【００４１】
マッピング構成を設定する処理は、センサーおよびアクチュエータの調整の処理を含む。図２５は、センサーおよびアクチュエータの調整の処理を示すフロー図８１０である。７９８で調整グラフィカルユーザーインタフェースを始めると、即座に、システムは、それらが適切に調整されるかどうか決定するためにマップされたセンサーおよびアクチュエータ上の試験を行う８１２。マップされたセンサーおよびアクチュエータのいずれかが適切に調整されていない場合、システムはマップされたセンサーおよびアクチュエータが調整されていないことを検出する８１４。しかし、マップされたセンサーおよびアクチュエータが適切に調整されている場合、インタフェースはユーザーに、再調整のためにすべてのマップされたセンサーおよびアクチュエータを選択すること８１６、または再調整のために特にマップされたセンサーおよびアクチュエータを選択すること８１８を可能にする。８１４、８１６または８１８が選択されると、システムは、デフォルトで環境が設定されていない調整環境８２０をロードする。調整環境は、ユーザーにゲームまたは物語の文脈の範囲内で、運動を行うことを促す。環境モードか否かで、ユーザーは、個々のセンサーごとの範囲が測定される方法のなかで行動するように促され８２２、センサー能力とユーザー能力を与えられる。センサーがアナログセンサである場合、センサー入力とアクチュエータ出力間のデフォルトゲインを設定することができる８２８。デフォルトゲインは、最大センサー値が最大アクチュエータ出力値に対応し、最小センサー値が最小アクチュエータ出力値に対応する比例関係である。調整ルーチンはそれから、センサー休止レベルを記録する８２６。それは、ユーザーがそれを起動させようとしない間のセンサーからの値である。これは、センサーの雑音レベルの読み込みを与える。デフォルトのしきい値は、その後設定することができる８２４。デフォルトしきい値は、センサー休止レベルより上で、それに選ばれた値になり、センサー範囲として作用する。デフォルトのしきい値およびゲインを計算する正確な方法は、オペレータ（不図示）によって調整することができる。
【００４２】
マッピングプロトコル、調整プロトコルを設定する処理を通じて、またはメイングラフィカルユーザーインタフェースウィンドウから、リンクがセンサーおよびアクチュエータと関連するしきい値とゲインを設定するために、グラフィカルユーザーインタフェースに提供される８０８。しきい値は、アクチュエータが移動する上での定められた限度である。ユーザーからの入力がしきい値未満の場合、関連するモータからの応答はない。同様に、ゲインは、比例したセンサーのためにセンサーの範囲の値に対する出力モータの範囲の値とを結びつける。図２６は、アクチュエータおよびセンサーにそれぞれ割り当てられたペアと関連するゲインとしきい値を設定する処理を例示しているフロー図８３０である。実施の問題として、マッピング構成が、マッピングに関連するしきい値およびゲインの設定の前に設定されなければならないことである。図２６における第１ステップは、システムがアクチュエータ出力へのセンサー入力の割り当てを検出するためにある８３２。各々の割り当ては、その後リストでユーザーに提示される８３４。ユーザーおよび／またはオペレータは、それから以下の中の一つまたはすべてを選ぶことができる：各割り当てのためのしきい値設定の手動調整８３６、各割り当てのためのゲイン設定の手動調整８３８、および適正なしきい値および／またはゲイン設定のために各々の割り当ての試験８４０。一つ以上のセンサー入力が一つのアクチュエータ出力にマップされる場合、デフォルトの関係は、すべてのセンサレベルが、アクチュエータが作動するために、それらのそれぞれのしきい値より上になければならない。加えて、センサー入力からの最小ゲインの算出は、アクチュエータ出力の大きさをセットするために選択される。このデフォルトの関係は、オペレータによって変えることができる（不図示）。したがって、しきい値およびゲイン設定の処理は、システムのユーザーおよび／またはオペレータによって手動調節可能である。
【００４３】
図２７は、ユーザー制御８５２、ゲームまたは物語の環境８５３、およびロボット装置８５４の間をマップする基本的なモードの図８５０である。ユーザーは、ユーザーに取り付けられた無線センサー、コンソールに固定されたセンサー、またはそれらの組み合わせを制御することができる。図２７において、ユーザーは、ロボット装置の聴覚、機能を含むすべての身体的なものを制御する８５４。ユーザーは、センサーのうちの１台以上の作動を通じてロボット装置のすべての動きを始める８５４。センサーの作動に応答して、ロボット装置は、設定されたマッピング、ゲイン、しきい値に基づいて、一つ以上モータを動作させる。このマッピングの実施例において、ゲームまたは物語環境８５３は、ロボットに対する制御を行っていない。この実施例は、デフォルトマッピングのステップであり、そして、それは、ユーザーが、リアルタイム、記録、再生、またはリアルタイムと記録モードにおいてロボットを操作しているところの具体例と同一である。
【００４４】
図２８は、ユーザー制御８５８、ゲームまたは物語環境８５９、およびロボット装置８６０の間の第２マッピングの実施例を示すグラフ図８５６である。ユーザーは、ユーザーに取り付けられた無線センサー、コンソールに固定されたセンサー、またはそれらの組み合わせを制御することができる。このマッピング実施例において、ユーザーの入力は、ロボットにマップされていない、したがって、ユーザーは全くロボットの機能を制御できない。ゲームまたは物語環境だけがロボットを制御し、ユーザーは受動的な観察者である。したがって、この操作のモードにおいて、ゲームおよび／または物語が、ロボット装置の指定された身体部分の動きと、関連するモータを制御している。
【００４５】
図２９は、ユーザー制御８８２、ゲームまたは物語環境８８３、およびロボット装置８８４の間の第３のマッピング実施例を示すグラフ図８８０である。そこにおいて、ロボットの制御は、ユーザーとゲーム／物語環境で分配される。特に、ゲーム／物語環境は、ロボットのスピーカ出力、ヘッドの動き、左腕、および左車輪を制御する。このマッピング実施例は、ユーザーが、センサーの作動によるロボットの左の腕および車輪の動きを、ロボットの右の腕および車輪の動きで再現するようにユーザーに命じるような単純なゲームをプレイすることができる。第２の単純なゲーム実施例は、ユーザーに運動を実行するように言うことであり、そして、ゲーム環境はそれらが正しいときに動きを反映させる。したがって、この作動モードは、ゲーム／物語およびユーザーはそれぞれ、ロボット装置の物理的操縦の制御を制限し、ゲーム／物語は聴覚機能を制御している。
【００４６】
対話型のより複雑な形態は、入出力マッピングが時間と共に変化するまたは動的マッピングされるゲームまたは物語環境によって提供される。図３０は、対話型のこのようなゲームまたは物語で起こることになっているイベントの全体的な概要を例示しているフローチャート８９０である。図２１におけるステップ７６６において、ユーザーがゲームまたは物語の選択処理を終えたとき、ゲームまたは物語は初期化される８９２。図２８で示すように、初期化を通じて、ゲーム／物語がロボットの完全な制御を有するようにマッピングが設定される。ゲーム／物語のパラメータはまた初期化８９２のなかで設定され、消極的な支援を提供されても積極的な支援形式を含み、試みの数だけユーザーは、促されたことに反応し、ゲームまたは物語を終えることの条件となる。ゲームまたは物語がロボットの制御を完全に行う一方、ロボットはゲームまたは物語をユーザーにもたらす８９４。ユーザーはそれから特定のアクション８９６を実行することを促され、その後で、ロボットのいくつかの制御をユーザーに与えるマッピング実施例８８０（図２９）のように、またはロボットのすべての制御をユーザーに与えるマッピング実施例８５０（図２７）のように、更新される。システムは、それからユーザーのレスポンス９００を待つ。ユーザーからの入力９０２後、システムは、ユーザーからロボット制御のいくつか／すべてを削除するためにマッピングを更新する９０４。システムは、ユーザーからの入力が正しいレスポンス９０６であったかどうか決定する。ユーザーからの入力が正しいレスポンスである場合、ロボット装置は積極的な支援の形式としてユーザーにマップされたモータを作動させることで応答する９０８。しかし、ステップ９０６で、ユーザーレスポンスが不正確だったと決定された場合、システムはそれから、消極的な支援がユーザーに提供されなければならないかどうか決定しなければならない９１０。不正確なレスポンスは、（ａ）レスポンスがないこと、（ｂ）レスポンスは正しかったがしきい値未満であること、（ｃ）不正確なセンサー動作、（ｄ）および不正確な聴覚信号、またはそれら何かの組合せ、である。対話型式のゲームまたは物語の場合は、不正確なレスポンスの場合に、ユーザーに消極的な支援を提供するようにプログラムされ９１２、そこにおいて、ロボットは、不正確な入力または入力がない指示をするユーザーに対して視覚または聴覚の応答を提供する。９０８における積極的な支援、９１０における消極的な支援、または消極的な支援に決定されなかった後、ゲームまたは物語の状況が更新される９１４。更新は、ゲームまたは物語の最後のステップを繰り返し（特に不正確なレスポンスの後）、またはゲームまたは物語を続行することである。システムはそれから、ゲームまたは物語が終了に到達したかどうか決定する９１６。終了の状態は、初期化ステップ８９２における設定、および持続時間、試みの数、正確なまたは不正確な試みの数、またはその他の終了条件に基づく。ゲームまたは物語がこの状態に達しなかった場合、ゲームまたは物語は応答をユーザーに促すために、ステップ８９６に戻る。しかし、ステップ９１６でユーザーがゲームまたは物語の終了に到達したと決定された場合、環境のための設定が保存されて９１８、センサーと関連するモータのマッピングはそれらのデフォルト値に変更され９２０、ゲームまたは物語は終結する９２２。マッピングは、ゲーム／物語のなかの２つの時点８９８および９０４、それはユーザーがプロンプトに応答する機会を与えられるすべての時の前後で、ゲーム／物語環境ソフトウェアによって描写されるどんな構成にも変化可能であるゆえに動的である。
【００４７】
あらかじめプログラムされた物語およびゲームのライブラリから、対話型物語およびゲームを選ぶことに加えて、ユーザーはまた、物語および／またはゲームをつくることができる。これを行うことは、ゲームまたは物語を著すための専門知識のレベルに関係なく、ユーザーによって実施することができる。加えて、対話型環境は、セラピスト、教育者、または対話型治療および／または教育的環境を開発するための他専門家によって開発されることができる。図２１に示すように、オペレータは、このグラフィカルユーザーインタフェース７１０を与えられたゲームまたは物語をつくるための手段７３０にアクセスすることができる。
【００４８】
ユーザー、セラピスト、教育者、プログラマ、技術者、またはその他のタイプの専門家オペレータは、特注ゲームおよび／または物語を作成するためにそれを可能にすることを目指しているシステムの能力を利用する。図３１は、図２１および２３に示されるコンソールデザインのなかでリンク７３０の選択によりユーザーに提供されるグラフィカルユーザーインタフェース１１６０の一形式の実施例である。グラフィカルユーザーインタフェース１１６０は、編集される２本のトラックを有する。第１部材はゲームおよび／または物語にサウンド入力を埋め込むためのサウンドトラック１１７０であり、第２部材はゲームおよび／または物語に選択されたアセンブリの動作を埋めるための動作トラック１１７１である。各々のこれらのトラック１１７０および１１７１は、時間のグラフィカルな表現であり、グラフィカルユーザーインタフェース１１６０の残りの部材は、これらのトラックを既存のサウンドライブラリ１１７４および既存の動作ライブラリでつくられたサウンドおよび動作信号で充填されるために利用することができる。これらのリンクは、他のグラフィカルユーザーインタフェースを開き、そこにおいて、ユーザーは、サウンドまたは動作の切り抜きを選び、サウンドトラック１１７０または動作トラック１１７１に加えることができる。さらに、ユーザーは、リンク１１８６を用いてライブラリを増すために新しいサウンドをつくることができる。このリンクはグラフィカルユーザーインタフェース７１０を開き、そして、図２０に例示されているように、ユーザーがサウンドを録音し、ライブラリにそれを保存することができる。同様に、リンク１１８８を用いてライブラリを増すために、ユーザーはロボットの聴覚出力にマップされるマイクロフォンを使用して、新たな動作シーケンスをつくることができる。このリンクはグラフィカルユーザーインタフェース７１０を開き、そして、図２０に例示されているように、ユーザーが、ウェアラブルセンサーおよび／またはロボットのアクチュエータにマップされるコンソール上のセンサーを使用して、動作シーケンス記録し、ライブラリにそれを保存する。サウンドトラック１１７０および動作トラック１１７１は、以前トラックのなかに加えられたサウンドまたは動作シークエンスに、削除すること１１７８、コピーすること１１７６、移動すること１１９８、およびペーストすることによって編集することができる。ユーザーは、また、動作およびサウンドデータ（不図示）をドラッグアンドドロップすることができる。ユーザーは、また、ユーザーがサウンドまたは動作刺激をつくるのを待つ１２００ための時間のセクションを、サウンドトラック１１７０および／または動作トラック１１７１に加えることによって、ゲームまたは物語に対話型部材をつくることができる。同様に、ユーザーは、ユーザー入力がゲームまたは物語環境によって検出される時間のセクションをつくることができる。ゲーム／物語の生成に続くどの時点でも、ユーザーはまた、ゲーム／物語に埋め込まれた聴覚的および物理的動作の点検として作成されたゲーム／物語のテスト１１９６を選ぶことができる。ゲーム／物語の作成の後、またはゲーム／物語をつくる処理のいつの時点でも、ユーザーはゲーム／物語の保存を選択することができる１２０６。例示したグラフィカルユーザーインタフェースは、非常に単純なまたは複雑な対話型ゲームまたは物語をつくるために十分に柔軟なゲームまたは物語を作成するための単純で直観的な手段の一実施例である。利用可能なカスタム化機能を利用することによって、ユーザーは、固有のゲーム／物語をつくるために、グラフィカルユーザーインタフェースの各々のリンクのなかから選択することができる。このグラフィカルユーザーインタフェースはまた、ローカルに示されている間、または以下により非常に詳しく記述されているように離れた場所から、セッションでローカルに示されるかまたは離れた場所からのモニタリングセッションのどちらかで、実質的にロボット装置の物理的および聴覚的機能を制御し、さらに固有のゲーム／物語を作成し、またはシステムの他の機能を利用するために、オペレータに許可を与える。したがって、グラフィカルユーザーインタフェースは、ユーザーに固有のゲームまたは物語をつくることを可能にして、援助するための選択の配列を提供する。
【００４９】
図２３は、記録、再生、およびリアルタイムのモードでロボットを制御する基礎的な能力を使用することで既存のゲームおよび物語をプレイに加えて、ロボットを備えた対話型のゲーム／物語の作成によるロボット装置の能力を拡張することを求める上級ユーザーのためのコンソール設計の実例を示す図面である。しかし、オペレータがローカルまたは離れた場所から、評価またはプログラムの目的のためのどちらでも、ロボット装置を管理している場合には、これらの機能の使用を強化するために、グラフィカルユーザーインタフェースはさらに拡大することができる。図１９に示すように、オペレータは、ローカルＰＣ６８０、離れたＰＣ６９０、またはコンソール６６０を通して、ユーザーのロボット装置１０およびそのセンサーを備えたセッションをモニタし修正することができる。図３２は、ローカルにまたは離れた場所からロボットシステムの高度な機能を使用しようとしているオペレータのためのコンソールユニットのグラフィカルユーザーインタフェースを例示しているブロック図１１４０である。グラフィカルユーザーインタフェース１１４５は、図２３に示されるインタフェースに類似している。本実施例において、ユーザーは４つのモードから作動モードを選ぶことができる：リアルタイム制御７１２、記録７１４、再生７１６、または記録とリアルタイム制御を包含している組み合わせモード７１８。同様に、グラフィカルユーザーインタフェースでオペレータは、前もってプログラムされたゲームを選択すること７２０、前もってプログラムされた物語を選択すること７２５、または新規な物語の作成をすること７３０ができる。グラフィカルユーザーインタフェースはまた、センサーとロボットアセンブリのマッピングの設定７３５、およびセンサーとロボットアセンブリに関連するしきい値とゲインを設定するためのリンクを包含する。加えて、グラフィカルユーザーインタフェース１１４５は、高度な機能を可能にするための付加的なリンクを包含する。オペレータは、以下のリンクから選択することができる：リアルタイムでのユーザーのセッションをモニタすること１１１５、セッションの完成後のセッションからデータを得ること１１２０、またセッションを無効にすること１１２５。したがって、拡大されたグラフィカルユーザーインタフェース１１４５で、セラピスト、教育者、または類似のオペレータは、ロボットシステムの強化された能力を利用することができる。
【００５０】
図３２に示すように、ローカルにまたは離れた場所からセッションをモニタしているオペレータは、患者、学生、または類似のユーザーのそれからの能力を拡大することができる。図３３は、リアルタイム制御でのロボット装置と対話している患者の発展を評価する処理を例示しているグラフィカルユーザーインタフェース１２５０である。評価処理における第１ステップは、患者を選ぶことである１２５２。オペレータは、いつでもセッションにおいて次の再検討および分析のために患者データ１２５４の保存を選択することができる。患者の選択後、オペレータは、オンライン表示のために、センターおよび関連するモータに関連する信号を選ぶことができる１２５６。選択された各々の信号のために、ウィンドウが信号の活動を表示するために開かれる。オペレータは、その後、いつでも信号の表示方法を変えること１２５８を選択することができる。オペレータは、ロボット装置１２６０と対話している患者の治療の手動評価を実施することを選択することができる。手動評価は、オペレータがユーザーと直接通信し、および／または、要求された動きを実行するようにユーザーに促すためにロボットの機能を操作するものです。オペレータは、センサーと関連するモータの手動設定による調整１２６２を選択することができ、それから、オペレータはいつでもセッションの開始１２６４を選択をすることができる。セッションの間に、オペレータはロボット装置に聴覚性信号および／または特定のモータの物理的動作を始めさせること１２６６を選択することができる。加えて、オペレータは、遠隔セッションに介入して無効にするグラフィカルユーザーインタフェース１２６８を選ぶことができる。手動評価を実行すること１２５６に加えて、オペレータはまた、前もってプログラムされたゲーム／物語を有する対話型を通してユーザーを評価するために選択することができる１２７０。この種の評価において、ユーザーは対話型環境によって要求された活動を実行することを促される。ゲーム／物語の選択に、オペレータは、センサーおよびモータの初期設定を調整するのにグラフィカルユーザーインタフェース１２７１を選ぶことができる。いつでもゲーム／物語の選択に続いて、オペレータはセッション１２７２の始動を選ぶことができる。ゲーム／物語の選択で、さらにセンサーとの通信によるユーザーからの入力で、ロボット装置の動作が始まり、その結果ロボット装置の動作が引き起こされる。対話型環境がプログラムされる方法によって、オペレータは要求されるかも知れないし、またはいずれの環境パラメータでも調整するオプションを有するかもしれない。オペレータが要求されたかまたは評価プログラムによってゲームまたは物語を調整するために要求したかどうか、オペレータは、プログラムされたゲーム／物語環境のプロトコルによってロボット装置に送信されるシステムの制御を無効にするためにグラフィカルユーザーインタフェースを選ぶことができる１２７６。加えて、オペレータは、いつでもプログラムされたゲーム／物語環境の間で、直接ロボットと話しまたは動くことができる１２７４。評価処理のいつでも、オペレータは、セッションデータを保存するためにグラフィカルユーザーインタフェースを開くことができる１２５４。したがって、オペレータは、ローカルにまたは離れた患者を伴うロボット装置のセッションをモニタするための複数の制御を有する。
【００５１】
図３３に示すように、オペレータは、セッションの間に、または、それに先行して、センサーとロボット装置のモータに対する調整を行うことができる。図３４は、図３３のリンク１２６２またはリンク１２７１の選択によりユーザーに提供されるグラフィカルユーザーインタフェース１２８０を示す図である。このグラフィカルユーザーインタフェース１２８０は、オペレータにロボット装置、ユーザー、および評価環境との間の関係を管理している設定を調整する機会を提供する。特に、オペレータは、センサーとモータ間のマッピングプロトコルを設定するためのリンク１２８２、センサーとモータに関連するしきい値とゲインを設定するリンク、およびセンサーとモータを調整するためのリンク１２８６が提供される。各々のこれらのリンクは、関連する図面に示されて、述べられている。
【００５２】
評価セッションの間、オペレータは、いつでもロボットに話させ、または動作させることができる。これは、手動評価のための状況の第一のモードであり、そこにおいて、オペレータは、ロボットに話させまたは動作させるために、図３３のリンク１２６６を選ぶ。あるいは、オペレータは、ロボットに話させまたは動作させるために、図３３のリンク１２７４を選ぶことによってゲームまたは物語の環境に埋め込まれている評価を中断することができる。いずれのリンクも、図３５において例示されているように、ロボットを制御するために、グラフィカルユーザーインタフェース１２１０を開ける。オペレータは、ライブラリで蓄積されたサウンドを選択することによってロボットのサウンドを制御することができ１２１２、それはそれから所望のサウンドを選択するために他のグラフィカルユーザーインタフェースを開ける（不図示）。同様に、オペレータはライブラリで蓄積されたサウンドを選択することによってロボットのサウンドを制御することができ１１８２、それはそれから所望のサウンドを選択するために他のグラフィカルユーザーインタフェースを開ける（不図示）。サウンドまたは動作が蓄積されたライブラリから選択することの他に、オペレータは直接、リアルタイムにロボットの発生を可能にすることができて、またはリアルタイムに個々のロボットの動作を可能にすることができる１１９０。具体的には、オペレータはヘッド動作１１９２または左腕動作１１９４を可能にすることができる。一般に、すべての検出可能なロボット動作は、リンク１１９２および１１９４のような個々に制御するグラフィカルユーザーインタフェースが示される。オペレータは、サウンドおよび動作制御１１９０、１１９２および１１９４を起動させるとき、オペレータが与えられた介入を終えるまで、現在与えられた制御によって影響されるマッピング設定が一時的に放棄される。オペレータは、また、より複雑なやり方、それは一度に一つのロボットアクションを超えるオペレータ制御で、リアルタイムにロボットに話させまたは動作させること選ぶことができる。オペレータは、グラフィカルユーザーインタフェース１２０４のなかの仮想制御を提供するリンクを選ぶ。果として生じるグラフィカルユーザーインタフェースは、オペレータに一度に、一つ、複数、またはすべてのロボット機能の制御を許す仮想制御のセットを含む。オペレータがロボットを制御している間、いくつかの又はすべての現在マッピングの設定は、オペレータが与えられた介入を終わるまで、一時的に放棄される。したがって、グラフィカルユーザーインタフェース１２１０は、リアルタイム評価セッションの間に、いつでも選択された任意の方法でロボットを直接制御するために、オペレータに付加的な制御を提供する。
【００５３】
セッションを始めて、直接ロボットに話させまたは動作させる前に、セッションの設定を調整することに加えて、オペレータは、図３３のリンク１２６６および１２７６、および図３２のリンク１１２５によっていかなる時点でもセッションを無効にする能力を提供される。進行中のセッションを無効にする目的は、オペレータが、マッピング、しきい値、ゲイン、および／または調整をリアルタイムで調整できるようにすることである。これらのプロトコルを調整するためにセッションを無効にするための多数の理由があり、そして、それは専門オペレータが利用可能である必要があることである。このような調整は、セッションの間に明確で不適当な設定に基づくものであるかもしれない。あるいは、オペレータは、患者がしきい値より向上した能力があるか、または患者が定められたしきい値の以下の能力でしか実行できないと決定することができる。したがって無効の有効性は、患者およびセッションの進行、示されている特定の状況に関してオペレータが自分の判断を下すことができることである。図３６は、図３２のリンク１１２５、図３３のリンク１２６８またはリンク１２７６の選択により、オペレータに提供されるグラフィカルユーザーインタフェース１２９０の図である。オペレータは、センサーとモータ間のマッピングプロトコルを設定するためのリンク１２９２、センサーとモータに関連するしきい値およびゲインを設定するリンク１２９４、およびセンサーとモータ１２９６を調整するためのリンクが提供される。各々のこれらのリンクは、関連する図面に示され、上述されている。加えて、オペレータはセッションの一時停止のリンク１２９８が提供される。これは、様々な理由のために必要である。例えば、ユーザーは休むことが必要であり、また、オペレータは直接ロボット装置の存在しない患者と情報交換することを必要とする。一方、様々な理由のために、オペレータは、セッションを終了させ１３００、および／または患者がすべてのセッションのプロトコルを終えたか否かを決定することができる。したがって、グラフィカルユーザーインタフェース１２９０は、実質的に休止してまたは早期にセッションを終えるための付加的な制御をオペレータに提供する。
【００５４】
評価セッションの開始後、またはリアルタイム評価を実行する処理のなかでいつでも、オペレータはセッションを保存すること１２５４に選択することができる。これはオペレータに、評価セッションの間に与えられたセンサーによって登録されたすべての評価環境設定とユーザー活動の記録を保存することを可能にする。図３３のリンク１２５４を選ぶと、即座に、オペレータは図３７に示めされたグラフィカルユーザーインタフェース１２２０が提供される。ユーザーは、ファイルを保存する１２２２ための処理ユニット内での場所と同様にセッションの記録のためのファイル名を選ぶことができる。同様に、ユーザーは、ファイルデータが保存されるフォーマットを選ぶことができる１２２４。このファイルは、セッションに関連するセンサー信号データ、望まれたセンサーデータと特定のしきい値との比較、セッションの間の請求された活動、およびユーザーの遂行能力を含む。センサー、ユーザー、セッションなどからの各々の量的データのセットは、グラフのなかの個々のデータポイント、グラフのなかの要約したデータポイント（平均値、標準偏差など）、表のなかのデータエントリなどとして示すことができる。さらに、各々のデータセットは、全く示されないこともできる。ファイル内のすべてのデータの表示は、データフォーマットで保存される。ユーザーが求めているファイルフォーマットが利用可能でない場合、ユーザーは、ファイルデータフォーマットの形式を作成して１２２６、そのデータフォーマットを保存すること１２２８を選択することができる。ユーザーはデータベース１２３０を選択し、個々のファイルのなかのデータの保存に加えて、あるいはその保存の代わりに、与えられたファイルがデータベースのなかで保存されるように、好きなデータベースへのファイルを保存することができる。したがって、グラフィカルユーザーインタフェース１２２０は、いずれかの名前、場所、および／または所望のフォーマットのなかで評価セッションデータを保存することを選択した後、ユーザーに示される。
【００５５】
オペレータは、ローカルにまたは離れた場所から、リアルタイムにセッションをモニタすることができ、または、それらは一つのセッションに続くセッションデータをモニタすることができる。オペレータは、セッションに続くデータを得るために、グラフィカルユーザーインタフェース１１２０を選ぶことができる。同様に、オペレータはローカルにいる場合、特定のセッションからデータを評価するのにグラフィカルユーザーインタフェース１３２０を選ぶことができる。図３２のリンク１１２０は、図３８のグラフィカルユーザーインタフェース１３２０をオペレータを提供する。このグラフィカルユーザーインタフェースが選択される際に、オペレータはオプションのメニューが提供される。それらは１３２２から特定のファイルをロードすることができ、または、ファイル情報を取り出しまたは保存するための特定のデータベース１３２４を選ぶことができる。いずれの選択でも、オペレータは、一つのまたは多数のセッションのいずれかから、特定のユーザーからの記録を取り出しことができる。ファイルまたはデータベース内のすべてのデータの表示は、データフォーマットで保存される。データは、与えられたオペレータおよび／または与えられたユーザーのデータのためのデフォルトフォーマットセットのなかで示される。データフォーマットは、前もってプログラムされたフォーマットの選択から選ぶことができる１３２６。オペレータは、他のデータフォーマットを選ぶことができ１３２６、また、それらは前のフォーマットを変更してまたは完全に新規なフォーマットを作成することに基づいて、データのためのフォーマットを作成することができ１３２８、処理ユニット１３３０にフォーマットを保存することができる。現在のデータフォーマットは、各々の信号表示を個々に調整することによって調整することができる１３３２。個々のファイル設定に対する何らかの変更は、リンク１３３６を選択することによって続いて保存される。同様に、選ばれたデータベースの内容および設定に対するなんらかの変更は、リンク１３３４を選択することによって続いて保存されることができる。したがって、グラフィカルユーザーインタフェース１３２０は、オペレータに、選択、フォーマット、および保存データ評価ファイルのためのツールの選択を提供する。
【００５６】
ここで示されたグラフィカルユーザーインタフェースは、ロボット装置および関連するセンサーと通信してユーザーまたは専門のオペレータを援助するために使用される単に典型的なインタフェースである。このインタフェースは、ユーザーおよび専門のオペレータの必要によって修正されることができる。加えて、一旦、オペレータが再検討および分析のためにファイルを選択し、それらは患者の発展の分析を実施するためのために異なる道具を使用することができる。
【００５７】
従来技術に勝る利点
好ましい実施例のロボット装置は、生物測定ウェアラブルセンサーおよび／またはコンソール上で起動させている制御を通してロボットを操作することをユーザーに可能にする。装置の効果のうちの一つはその柔軟性であり、そして、それは多くの形式において明らかにされる。第１に、ユーザー入力は、生物測定信号を位置、速度、加速、力、音、電気的な活動、温度、ビデオ、または、ユーザーまたはコンソールのいずれかに位置しているセンサーから出る電磁放射を測定すると感じることができる任意のタイプのセンサーからなることができる。第２に、センサー入力およびロボットのアクチュエータの間の関係は、アクチュエータのいずれかの組み合わせを起動させるのに必要なセンサーのいずれかの組み合わせであることができる。一つ以上のセンサーは一つのアクチュエータにマップされることができ、一つ以上のアクチュエータ出力は一つのセンサー入力にマップされることができる。センサー入力からアクチュエータ出力への関係は、さらに、しきい値およびゲインの設定を調整するために修正することができる。
【００５８】
柔軟性の第３度は、ユーザーがロボットと対話する方法である。ユーザーは、リアルタイムモードおよび／またはユーザーが再生および記録する能力のなかで、センサー入力を起動させることによって、ロボットと対話することができる。加えて、ユーザーおよびロボットは、対話型ゲームまたは物語の範囲内で連係することができる。対話型ゲームまたは物語の間、入力とロボット出力との間のマッピングおよびしきい値設定は、ロボットがゲームまたは物語のコースと状況内の変更を制御することで、自然に動的となることができる。
【００５９】
柔軟性の第４度は、ロボットおよびその入力間の無線接続性に起因する。ユーザーは、ロボットに物理的につなぎとめられることがないので、ユーザーおよびロボットの間の動きに大きな自由度がある。加えて、ロボット、ウェアラブルセンサー、および／または制御コンソールは、ローカル無線通信ネットワークを通じて互いに近くで通信することができ、または、インターネットのような長く遠い通信ネットワークを通じて、互いに離れて通信していることができる。この柔軟性は、非常に他の実施例の数を強化する。例えば、ユーザーが離れたロボットと相互に作用すること、異なる場所からの多数のユーザーが、１の場所で一つまたは多数のロボットと相互に作用すること、および、オペレータに、ユーザーのロボットとの対話型を、リアルタイムまたは後のセッションのどちらでもモニタすることを可能にすることである。
【００６０】
柔軟性の第５度は、対話型ゲームおよび物語の内容を更新する能力によって提供される。ユーザーは、ゲームまたは物語を作成または修正することができ、および／または他の著作者によるゲームおよび／または物語を通信ネットワークにアクセスしてダウンロードすることができる。新しい内容のための手段は、教育、治療、動機付け、および娯楽のアプリケーションのために、重要な連続した興味価値を提供して、ロボット装置の新さを維持する。
【００６１】
ロボット装置を伴ったセッションから記録されたデータを保存する能力は、システムの教育と治療の使用に対する適応性を増強する。データはたとえどんな表示がオペレータによって選択されても、ローカルで、または離れた場所からリアルタイムに見ることができる。加えて、データはオペレータによって選択された表示で、保存することおよび後から見ることができる。さらに、データは、時間の経過を超えて、ロボットシステムを伴うユーザー機能の便利なモニタリングのために、データベースに蓄積することができる。
【００６２】
他の実施例
いうまでもなく、本発明の特定の実施例が本願明細書において例示の目的のために述べられたが、様々な変更態様は本発明の精神と範囲から逸脱することなく、行われることができる。特に、無線センサーと通信するロボット装置は、モータおよびアクチュエータによって制御されるアセンブリを有する物理的装置として示された。しかし、ロボットアセンブリは、また、仮想形態であることができる。本実施例において、ロボットアセンブリは、モニタ上で提供され、ユーザーはこのモニタ上のロボットの様々な部分を制御する。様々なセンサーの入力は、仮想ロボット装置に、異なるアセンブリを移動させ、または仮想環境のなかで特定の方向に移動させる。例えば、ロボット工学的な装置は、対話型ゲームをコンピューターモニターに表示することができ、そこでセンサーの動きが、ユーザーにゲームの異なる様相を制御することを可能にする。
【００６３】
ロボット装置の物理的形態において、装置は、モータと通信するためのセンサーと同様に、様々なアセンブリの動作を制御するためにモータを包含する。センサーおよびモータは、デジタルおよびアナログを含む様々な形態になりうる。例えば、センサーまたはセンサーのネットワークは、手袋または類似部材にあることができる。手袋は、手および／または手首と同様に、異なる指の動きを検知するためのセンサーを包含することができる。ロボット装置は、コンピュータを組み入れるように設計されることができる。コンピュータは、コンソールにあることができ、また、それはコンソールの通信ポートと通信することができ、また、それはロボット装置の部分としてあることができる。
【００６４】
これらの実施例のいずれにおいても、装置から外部コンピュータおよび／またはサーバへファイルのダウンロード、装置へファイルをアップロード、およびセンサーデータの遅れた評価と同様にリアルタイムの両方で、離れた場所から装置の一般的な制御を可能にするために、コンピュータは外部のパーソナルコンピュータおよび／またはサーバに接続されることができる。ユーザーは、また、ネットワークにつながれているコンソールを通じてロボットを制御し、ロボットと離れて位置することができる。ロボット装置の柔軟なネットワーク能力は、介護人と患者が異なる場所にいる場合に、特にテレヘルスアプリケーションに価値がある。
【００６５】
ロボット装置は、また、多数のユーザーおよび多数のコンソールを伴う多数のロボット、およびそれらの任意の数の組み合わせとして構成することができる。この実施例のバリエーションは、装置上の環境および生物測定センサーの多数を取り入れており、ビデオ、超音波、赤外線、圧力センサー、および聴覚を含むが、これらに限定されない。ロボット装置は、自主的に障害を検出して避ける能力、ユーザーを検出して続く能力、または、操作環境に関連してロボットの場所検出および決定する能力、のような高度な性質を伴って構成することができる。したがって、本発明の保護の範囲は、以下の請求項およびそれらの均等物だけによって制限される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、インタフェースおよび関連するロボット部分のブロック図である。
【図２】図２は、ロボットアセンブリの説明図である。
【図３】図３は、ロボットのネックアセンブリの説明図である。
【図４】図４は、ロボットのヘッドアセンブリの説明図である。
【図５】図５は、ロボットの腕アセンブリの説明図である。
【図６】図６は、ロボットのドライブトレインアセンブリの説明図である。
【図７】図７は、中央処理ユニットを有するロボットのブロック図である。
【図８】図８は、離れたアクチュエータと通信する一つの無線センサーの説明図である。
【図９】図９は、中央ユニットと通信するセンサーネットワークの説明図である。
【図１０】図１０は、コンソールのブロック図である。
【図１１】図１１は、センサーの作動およびセンサーデータの処理を例示しているフロー図である。
【図１２】図１２は、無線センサーからのデータの通信と処理を例示しているフロー図である。
【図１３】図１３は、無線センサーのネットワークの部分である無線センサーの作動を例示しているフロー図である。
【図１４】図１４は、センサーデータの処理プロセスを例示しているフローチャートである。
【図１５】図１５は、センサーデータの解析プロセスを例示しているフローチャートである。
【図１６】図１６は、モード選択能力を有するコンソールのブロック図である。
【図１７】図１７は、作動モードの選択を例示しているフローチャートである。
【図１８】図１８は、コンソールからロボットまでデータの流れを例示しているフロー図である。
【図１９】図１９は、システムの通信能力を例示しているブロック図である。
【図２０】図２０は、グラフィカルユーザーインタフェースを有するコンソールを例示しているブロック図である。
【図２１】図２１は、グラフィカルユーザーインタフェースを有するコンソールを例示しているブロック図である。
【図２２】図２２は、対話型ゲーム／物語を選ぶプロセスを例示しているフローチャートである。
【図２３】図２３は、マッピング選択を支えているグラフィカルユーザーインタフェースを例示しているブロック図である。
【図２４】図２４は、センサーおよびアクチュエータのマッピングを設定するためのプロセスを例示しているフロー図である。
【図２５】図２５は、センサーおよびアクチュエータを調整するプロセスを例示しているフロー図である。
【図２６】図２６は、しきい値およびゲインを設定するためのプロセスを例示しているフロー図である。
【図２７】図２７は、操作の対話型ノードのマッピングの説明図である。
【図２８】図２８は、対話型動作モードのマッピングの説明図である。
【図２９】図２９は、対話型作動モードのマッピングの説明図である。
【図３０】図３０は、対話部材のためのマッピングプロセスのフローチャートである。
【図３１】図３１は、対話型物語をつくるための説明図である。
【図３２】図３２は、グラフィカルユーザーインタフェースを有するコンソールを例示しているブロック図である。
【図３３】図３３は、ロボット装置を有するセッションのリアルタイム評価を実施するためのフローチャートである。
【図３４】図３４は、初期設定の調整のための説明図である。
【図３５】図３５は、対話型ゲーム／物語に音および運動を埋め込むための説明図である。
【図３６】図３６は、セッションを無効にするための説明図である。
【図３７】図３７は、つくられた対話型ゲーム／物語をセーブするための説明図である。
【図３８】図３８は、ロボット装置を有するセッションのセッション後の評価を実施するための説明図である。
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対する相互参照
これは、非暫定的な実用特許出願である２００１年２月２７日の米国仮出願番号６０／２７１，７６５、タイトルが「ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＳＹＳＴＥＭ」の出願日の利益を要求した。
【０００２】
本発明は信号通信システムに関する。特に、本発明は、ロボットとの通信において、センサーとアクチュエータ間が離れている通信を可能にするための装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
従来技術の説明
リハビリテーション治療は、一般的には、身体的なもの、会話−言語によるもの、および／または作業療法に分類される。治療のこれらの形式は、傷から回復する人、または慢性病および／または障害者のために一般的に指導される。ヘルスケアの専門家は、適切なリハビリテーション治療が大きな傷を著しく癒し、健康と回復の促進を援助するかもしれないことを認識している。
【０００４】
リハビリテーションの治療には様々な形式がある。それぞれの個人のために適当な治療法を見つけることは、それらの障害および／または損傷に影響を及ぼしている状況に依存する。適切なリハビリテーションのプログラムを確認する部分は、慢性か一時的かどうか、様々な現存する障害を考慮して個人の能力を評価することである。しかしながら、評価の他の重要な点は、選択された治療に対する忍耐強い動機付けの適切なレベルを維持するか、または治療が忍耐強い動機付けの適切なレベルを維持するために変更されることを可能にする能力である。
【０００５】
リハビリテーション装置およびシステムに関連した技術の一つの形態は、バイオフィードバックである。これは、いくつかの身体機能に対する認識の損失を持っている患者の治療技術である。生体自己制御装置は、患者が知覚の損失に苦しんでおり、特定の身体機能の変化に応じて患者に視覚または聴覚の信号を供給するために、特定の身体機能をモニタする。バイオフィードバックの種類は、筋電計（ＥＭＧ）のバイオフィードバック装置およびシステムである。ＥＭＧシステムは、リハビリテーションを必要とする筋肉を使用する方法を患者に教示することを意図する。ＥＭＧシステムは、一般に、患者に視覚および／または音声信号の形でフィードバックを提供する。ＥＭＧバイオフィードバック装置の最近の発達は、エンハンスド モビリティ テクノロジー（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）に与えられたアメリカ特許出願Ｎｏ．０９／３６１，７５３に示されるように、運動に関係している身体部位と通信するセンサーを含んでいる。本出願において、センサーは特定のリハビリテーション運動に関係している身体の部位に取り付けられ、また、それらのセンサーは、患者の進行を記録し評価するために、それら自身がコンピュータと通信する。したがって、ＥＭＧ装置およびシステムは、練習が実施したリハビリテーションからみて患者の発展を決定するための評価ツールを包含するまで進んだ。
【０００６】
しかしながら、ＥＭＧ装置は、患者の身体の特定のエリアが動作したことを示すためにバイオフィードバックするだけの装置である。ＥＭＧ装置は、患者が特定の運動機能を維持するための動機付け与えるための対話型コンポーネントを含まない。したがって、望ましいことは、バイオフィードバックを提供し、装置上で患者の注意と焦点を維持する対話装置である。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、前記装置の視覚的な動きの形態、または動的な対話を通して、装置のユーザーにフィードバックを提供するために、無線センサーまたはコンソールを経て制御されるロボット装置を含む。
【０００８】
本発明の第１態様は、ユーザーと通信するセンサーを含む。このセンサーは、ユーザーの入力を感知して、センサー信号をロボットに伝達する。このロボットのアクチュエータは、信号を受けて、ユーザー入力がしきい値を上回るときにユーザー入力に応答してロボットの部分を動かすように適応する。このユーザー入力は、身体運動または音声のような物理的なものであり得る。センサーおよびアクチュエータは、無線通信によるものである。さらに、センサーはユーザーに固定されることができ、またはユーザーとロボットアクチュエーターの両方と離れたコンソールに固定されることができる。この装置はまた、センサーデータを蓄積するためにコンピュータを含むようにしてもよい。このコンピュータは、ロボットに内蔵されたり、センサーに内蔵されたり、またロボットの外部に置かれたりする。この装置はまた、ロボットの構成を修正し、ロボットとユーザー間の操作の対話モードを選択し、およびオペレータがユーザー入力を評価することができるように、オペレータインタフェースを含む。加えて、このオペレータインタフェースは、オペレータがロボットとユーザーとの動作の特有な対話モードをプログラムすることができるものであってもよい。このオペレータインタフェースは、ロボットおよびユーザーと離れた場所からアクセスすることができる。ロボットは物理的な装置であることができ、また、仮想的なものであってもよい。
すなわち本発明は、入力を感知してアクチュエータを動作させるために前記アクチュエータと通信し、かつ、処理ユニットに備えられたトランシーバーと通信し、電源を備えたセンサーと、前記センサーと前記アクチュエータとの間で一つ以上の信号を送信して、前記センサーからのフィードバックに応じて前記アクチュエータの制御を可能にする動的制御システムと、を有し、前記処理ユニットは、前記センサーからの信号を受信して処理する信号処理プロセッサーと通信し、かつ、前記センサーの感知した入力を前記アクチュエータに伝え、前記アクチュエータから受信された信号を前記センサーへ伝えるものであり、前記センサーは生物測定センサーであって、その入力が位置、速度、加速度、力、音、温度、電気、赤外線、超音波、ビデオ、圧力、電磁放射である信号通信システムである。
また、本発明の第２態様は、アクチュエータによって動作するロボット装置であって、センサーから前記アクチュエータへの信号を処理するためのコントローラと、入力を感知するためのセンサーを備えて、前記センサーの信号をアクチュエータに通信する動的制御システムと、を有し、前記アクチュエータは、前記動的制御システムからの前記信号を受け取って、定義されたしきい値を超える前記入力に対応してロボット各部を作動させるものであり、前記センサーは生物測定センサーであって、その入力が位置、速度、加速度、力、音であるロボット装置である。ここで前記信号は、無線信号でありうる。
【０００９】
本発明の変形形態としては、ロボット装置を制御するための方法である。この方法は、ロボットと通信してセンサーデータを読み込み、センサーデータ処理し、センサーからロボットと通信しているレシーバまで無線接続によりセンサーデータを送信し、センサーデータを解析し、および解析されたデータに応答してロボットのアクチュエータを作動させる、ステップを含む。センサーデータを処理するステップは、モニタしているセンサーからの物理的入力信号を処理し、アナログからデジタルへの変換、圧縮、マッピング、しきい値との比較（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇ）、フィルタリング、またはパターン認識からなる群から選択された機能を含むことができる。この方法は、ロボットのアクチュエータをリアルタイムで制御するためにロボットにセンサーデータを直接送信するステップを含むことができる。データを解析するステップは、アナログからデジタルへの変換、解凍、復号、マッピング、しきい値との比較、フィルタリング、またはパターン認識からなる群から選択された機能を包含することができる。加えて、この方法は、後から再検討するためにセンサーデータを記録すること、または、後からロボット装置にセンサーデータを実行させることを含むことができる。この記録データは、評価目的のために離れた場所からアクセスされることができ、または、データをロボット装置と連動させて実行することができる。この方法はまた、センサーとロボット間の対話型通信を提供することを含むことができる。加えて、この方法はまた、ロボットまたは離れたコンソールと通信して、近くでまたはネットワーク化されたコンピュータを通して離れたところから、オペレータインタフェースを通してロボットの構成を修正することを可能にすることができる。
【００１０】
また、他の本発明の変形形態としては、コンピュータ読み込み可能な信号関係媒体を含んでいる物品である。この媒体は、無線接続上のデータ送信のための手段、離れたロボット装置の信号の起動を伝達するための手段、センサーとロボット装置のアクチュエータとの構成パラメータを遠隔で設定するための手段、およびロボット装置と通信してロボット装置とユーザー間の動的な対話を提供するための手段を含む。この手段は、記録可能なデータ記憶媒体、調整されたキャリア信号、またはそれらの組み合わせから選択することができる。信号の起動を伝達するための手段は通信プロトコルである。構成パラメータを遠隔で設定するための手段は、グラフィカルユーザーインタフェースを含む。加えて、この物品はまた、信号データの評価をリアルタイムで行う処理を含むことができ、同様に、オペレータとロボット装置との間の離れたところからの対話をリアルタイムで実施する処理を含むことができる。このアクチュエータ起動データは、媒体に保存して記録することができる。この保存されたデータは、それから、媒体中においてロボット装置から離れたコンピュータに送信することができる。
【００１１】
本発明の他の特徴および効果は、本発明の添付の図面と共に後述する好ましい実施例の詳細な説明から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
好適な実施例の説明
概要
図１は、対話型ロボット装置の要素を例示しているブロック図である。その基礎形態において、ロボット１０およびインタフェース２０を含む。ロボット１０は複数の部分を有する。そして、好ましい実施例のそれは人間の格好の典型である。インタフェース２０は、センサー、好ましくは複数のセンサーを含む。各々のセンサーは、異なる場所に配置され、インタフェース２０からロボットへ動作信号を送信するように機能することができる。一実施例において、インタフェースは一組のウェアラブルセンサーと同義である。異なるセンサーは、ユーザーの身体の異なる場所に沿って配置されることができる。例えば、ユーザーは、腕センサー、および足センサーを着用することができ、それらは、それぞれロボット１０の腕アセンブリおよび足アセンブリと通信するためにマップされる。したがって、各々のセンサーはインタフェースユニット２０の一部であり、好ましくはロボット１０の対応しているアセンブリと通信するためにマップされる。
【００１３】
可動部位に対応するロボット１０の各々のサブアセンブリは、インタフェース２０の対応しているセンサーと通信するアクチュエータを含む。ロボットは、インタフェースユニット２０からの信号を受信して、受信した信号を適当なアクチュエータのために変換するためのコントローラを含む。ロボット１０のアクチュエータの各セットは、ロボットのアセンブリと関連していた一致するアクチュエータの動きを制御する。例えば、腕アセンブリは、インタフェース２０の腕センサーから受信した信号に応答してロボットの腕の動きを制御する複数のアクチュエータを含む。ユーザーは、ロボット１０の対応しているボディ部分の動きを制御するために、身体の特定の部位にインタフェース２０のセンサーを着用することができる。インタフェースのセンサーはコントローラに信号を送信し、それは信号を受信してロボット１０の対応しているボディ部分の動作を制御する。したがって、ロボットは、受信した信号に応答してロボット１０の対応している部位を動かす形でユーザーにフィードバックを提供する。
【００１４】
技術的な詳細
ロボット装置
ロボット１０は、様々な形態になることができる。ロボット１０の一つの実施例は、図２に示される。ロボット１０は、ボディ５０と、目３２および口３４を含む顔部材を持つヘッド３０を含む。顔部材に加えて、ロボットは腕４０、およびロボット１０の物理的移動を可能にするための足シャシー６０を含む。付加的な物理的部材が、付加的な運動を可能にするためにロボット１０に取り付けることができるが、ロボット１０の特徴を制限するものであると考えられてはならない。したがって、図２において例示される部材は、単に、ロボットにおいて提供される動作の例を図示するだけである。
【００１５】
図２に示すように、ロボット１０は、ボディアセンブリ５０、腕アセンブリ４０、足シャシー６０、およびヘッドアセンブリ３０を含む。腕アセンブリ４０は、ロボット１０の腕が垂直および水平方向に移動できるように設計されている。足シャシーは、平面上で前進後退運動可能なように、同様に時計回りまたは反時計回りに回転運動可能なようにドライブトレインアセンブリを含む。ヘッドアセンブリは、ヘッドの傾き回動運動を可能にし、同様に時計回りのまたは反時計回り方向のヘッドアセンブリの回転運動を可能にする。保護シェル１５は、アセンブリの外部材を囲み、ロボットに異なる外観を呈するのを可能にするために装飾的なデザイン部材を含むことができる。したがって、図２において例示されるアセンブリは、ロボットの物理的部分の図示であり、各々図示されたアセンブリと通信してセンサーに応答する。
【００１６】
腕アセンブリ４０、足シャシー６０、およびヘッドアセンブリ３０は、各々ロボット１０のボディ５０の異なる部分に接続されている。図３は、ロボットのボディ５０およびボディの異なる部分に対する上記のアセンブリ３０、４０、５０および６０に関連する接続を例示している線図である。ボディ５０とヘッドアセンブリ３０との間は、ボディ５０にヘッドアセンブリ３０を取り付けるためのネックアセンブリ７０である。好ましい実施例において、ネックアセンブリ７０は、ヘッドアセンブリ３０の回転を容易にするためにロールジョイントの形態であることができる。様々なロールジョイントの構造をネックアセンブリ７０において使用することができる。ロールジョイントの一つ例は、図３に示される。ここで例示されるロールジョイントは、ロッド７４上へハンダ付けされたディスク７２を含み、ディスク７２は２つのプレート７６ａおよび７６ｂの間に捕らえられている。このディスク７２は、２のプレート７６ａおよび７６ｂの間で自由に回転する。ロールジョイントは、リベット７８ａおよび７８ｂを有するロボット１０のボディ５０のトップエリアに固定される。ここで述べられるロールジョイントは、単に図示しているだけであり、ロボット１０のボディ５０に対して相対的にヘッドアセンブリに類似な、または付加的な運動能力を提供するために修正されることができる。ロールジョイントに加えて、図３は、電源５６、トランシーバー５７、およびコントローラ５８を含むボディ５０に収容された他の部材を例示する。トランシーバー５７およびコントローラ５８は、電源５６から電力を受ける。加えて、トランシーバー５７は、リモートセンサまたは離れたコンソールから発している信号２５を受けるように適応されている。コントローラ５８によって受信された信号は、ロボット１０内で特定のアセンブリの運動を制御するように割り当てられたモータの操作を制御する。したがって、ロールジョイントの構造は、ヘッドアセンブリ３０に、ピッチおよびヨー動作を可能にする。
【００１７】
図４は、ロボット１０のヘッド３０およびネックアセンブリ７０を示す図である。この図において、ヘッドアセンブリ３０は第１モータ３８ａを含み、ネックアセンブリ７０は第２モータ３８ｂを含む。第１モータ３８ａはネックアセンブリ７０のロールジョイントに接続され、ヘッドアセンブリのピッチ運動を制御する。すなわちロボット１０のヘッドアセンブリ３０を前方または後方へ傾斜を可能にする。より具体的には、ヘッドのチルティングは、ネックアセンブリ７０のロールジョイントのロッド７４に取り付けられたモータ３８ａによって制御される。箱８０は、第１モータ３８ａを密封し、外部の要素から第１モータ３８ａを保護する層として役立つ。加えて、ヘッドカバー８５は、第１モータ３８ａ、ロッド７４、およびロールジョイントのプレート７６ａ、７６ｂを密封する。第１モータ３８ａは、垂直軸に沿ってロッド７４と箱８０の間の相対的な運動を調整することによって、ヘッドアセンブリ３０の傾斜運動を制御する。第２モータ３８ｂは、水平軸に沿ってヘッドアセンブリ３０の回転運動を制御する。回転運動は、ネックアセンブリ７０のロールジョイントのロッド７４およびディスク７２によって制限される。
【００１８】
加えて、ボディアセンブリ５０とヘッドアセンブリ３０は、図３および４において、それぞれ例示されたように、ロボットはまた腕アセンブリを含む。図５は、ロボット１０の二つの腕センブリ４０を示す。図示するように、ロボットは人間の身体形状を模倣するので、ロボット腕アセンブリは２本の腕を持つ。しかし、ロボットは、例示される２つを上回る多数の腕を持ったり、一本の腕に限られたりするように変更されてもよい。
【００１９】
腕アセンブリは、円筒形のハウジング４２によって密封されている。このハウジングはアセンブリ４４を封入する。そして、それは第１モータ４６ａおよび第２モータ４６ｂを含む。第１モータ４６ａおよび第２モータ４６ｂは、円筒形のハウジング４２の内側の表面に固定されている。加えて、第１モータ４６ａは、それに対して固定される第１プッシュロッド９０を有する近接端部４８を持ち、第１プッシュロッド９０の近接端部９２が第１レバーアーム１００に固定される。同様に、第２プッシュロッド１１０の近接端部４９は、第２モータ４６ｂに固定され、第２プッシュロッド１１０の近接端部１１２が第２レバーアーム１２０に固定される。第１レバーアーム１００および第２レバーアーム１２０の両方は、それぞれピン１１５および１２５を含み、各々のレバーアームの回転の軸を規制する。各々の軸ピン１１５、１２５は、それぞれ、各々のレバーアーム１００、１２０の軸外の回転を制限するためにスラストブッシングを持つ。腕アセンブリ４０は、ロボット１０のボディ５０に取り付けられている。動作に際して、モータの回転運動が、線状の運動に変換される。加えて、各々の腕レバー１００、１２０は、この腕１００、１２０の物理的属性に対応し、かつ腕アセンブリの設計機能の構造上の限定範囲内で動作可能なように設計されたシェル１３０によって収容されている。
【００２０】
ヘッドアセンブリ３０、ネックアセンブリ７０、および腕アセンブリ４０に加えて、ロボット１０は、また、ロボット１０に複数方向の移動を提供するためのドライブトレインアセンブリ１３０を有する足シャシー６０を含む。図６は、ドライブトレインアセンブリ１３０の一実施例の図である。ドライブトレインアセンブリ１３０は、ロボット１０のボディアセンブリ５０の底部５２に固定されたハウジング１３２によって封入されている。加えて、ハウジング１３２はモータ１３４、車輪１３６、およびスライダ１３８を封入している。モータ１３４は、シャシー６０の内側の表面に取り付けられている。モータ１３４は、直接機械的な接続により車輪１３６の車軸１４０に固定されている。車軸１４０は、シャシー６０に取り付けられた２の軸受１４２で支えられている。この車輪１３６と隣接している排障器１４４は、車輪１３６を外部の要素から保護する。このスライダ１３８は、好ましくは、バネ仕掛けであって、シャシー６０の下側に固定されており、ロボットが載せられている平面上で低い摩擦接点として機能する。このスライダは、本質的に、ロボット１０の動いている間の転倒を防止する。単一のモータ−車輪アセンブリだけが例示されているが、ドライブトレインアセンブリ１３０は複数のモータと関連する車輪で設計されることができる。したがって、ドライブトレインアセンブリ１３０は、ロボットが平面上で複数の方向に移動することを可能にする。
【００２１】
図７は、リモートセンサに信号を送信し、同様にリモートセンサから信号を受信するための処理ユニット１５０を有するロボットの図である。処理ユニット１５０は、信号を送信および受信するトランシーバー１５５、受信した信号を処理する信号プロセッサ１６０、および信号をモータ１６２に割り当てるための中央処理ユニット（ＣＰＵ）１５８を含む。このＣＰＵ１５８は、処理ユニット１５０からロボット１０のアセンブリの適当なモータまで処理された信号を送る。ロボット１０の各々のモータは、直接または間接的に、アセンブリのモータへおよびモータから、運動信号を受信および送信するための処理ユニット１５０に接続されている。他の実施例において、ロボット１０は処理ユニット１５０を含まなくてもよい。むしろ、ロボット１０の各々のモータは、直接センサーから送信される信号を送受信するためにトランシーバーを含んでいてもよい。したがって、ロボットの各々のモータまたは処理ユニット１５０は、離れた場所からの信号を送受信して適当なアセンブリのモータを動かし制御するように機能する。
【００２２】
図２−７のロボット１０に関連して、センサーまたはセンサーのネットワークは、独立して、またはロボット１０の処理ユニット１５０を通して、ロボットの各々のモータと通信するために提供される。図８は、ロボット１０から離れたユーザーに取り付けられている単一のセンサー１７２の例示１７０である。センサー１７２はまた、電源（不図示）、トランシーバー（不図示）、および信号プロセッサ（不図示）を含むことができる。センサー１７２は、身体の特定の場所にユーザーによって着用され、無線信号によってロボット１０に身体の動きを送信することができる。同様に、送信された信号はロボット１０の処理ユニット１５０によって受信され、ユーザーにフィードバックを提供するために処理される。フィードバックは、様々な形態で表示することができ、センサー１７２に対応しているロボット１０のボディ部分の動きの形での直接のフィードバックを含む。したがって、この実施例は、一つのセンサーから離れたロボット１０のモータへの無線通信の例である。
【００２３】
図９は、中央ユニット２２０と通信するセンサーのネットワークの例示２００である。この図において、センサーのネットワークは、図２−７において例示されたロボット１０のアセンブリに関連して示されている。中央ユニット２２０は、電源２２２およびトランシーバー２２４を収容する。中央ユニット２２０は、ユーザーによって着用される形態で収納され得る。例えば、中央ユニットは、バックパック、ファニーパック、またはユーザーが着用することができる多様な封入物において収納されることができる。手首センサー２３０は、示されているように、手首バンドの形でユーザーの手首に固定される。手首センサー２３０は、手首バンドに固定または縫い込まれているスイッチ２３２を含む。手首センサーのスイッチ２３２は、ロボット１０の腕アセンブリ４０に、ユーザーの手首の動きを伝達するために使われる。ヘッドカバー２４０は、示されるように、ユーザーの頭につけられている。ヘッドカバー２４０は、スイッチ２４２およびジャイロスコープ２４４を含む。スイッチ２４２とジャイロスコープ２４４の両方は、ヘッドカバー２４０に固定または縫い込まれている。ジャイロスコープ２４４は、ヘッドカバー２４０の範囲内のハウジング２４６のなかに密封されている。電力が供給されると、ジャイロスコープ２４４と関連する電子部材は特定の平面上のいずれかの線状の加速中に、抵抗変化を提供する。この抵抗の変化は、中央ユニット２２０のトランシーバー２２４の電子部材に直接割り当てられる。ヘッドカバーのスイッチ２４２およびジャイロスコープ２４４は、ロボット１０のヘッドアセンブリ３０に、ユーザーの頭の動きを伝達するために使われる。同様に、圧力検知のためのスイッチ２５０は、ユーザーの足の下側表面に取り付けられている。ユーザーがスイッチ２５０を踏んだとき、スイッチ２５０はユーザーの圧力を吸収する。スイッチ２５０の起動は、ロボット１０のドライブトレイン１３０の平行移動および／または回転を制御する。各々のセンサー２３０、２４０、および２５０とジャイロスコープ２４４は、中央ユニット２２０に配線でつながれて、または無線周波による無線で、通信することができる。好ましい実施例において、スイッチ２３２、２４２および２５０は、１．５オームの抵抗を通して、トランシーバー２２４におけるポテンショメータの接点に配線される。制御の他の形式に、または多くの種類の障害の用途のために、システムを適応させる設計を選択する問題として、他のセンサーが使用されてもよいことが理解されるべきである。例えば、マイクロフォンは、ユーザーからロボット１０へ音声信号の伝送を可能にするためにユーザーに取り付けることができる。同様に、各々のセンサーは、ユーザーの所望する動きの範囲によって異なるしきい値に調整することができる。したがって、ここで例示されるセンサーネットワーク装置は、ユーザーに固定されるネットワークアセンブリおよび遠隔ロボット１０を無線通信を行う形態の一実施例に過ぎない。
【００２４】
センサー３００のネットワークの他の形態が、図１０に示される。この図において、センサーはユーザーに着用されていない。むしろ、センサーはユーザーと離れたコンソール３１０に固定される。このコンソールは、音声信号を送信するためのマイクロフォン３１２の形態、および以下のグループからロボットのモータ制御のために選択されたセンサーを含む。グリップセンサ３１４、ジョイスティック３１６、押しボタン３１８、スライダ３２０、およびダイヤル３２２。センサーの他の例は、以下のグループから選択された機械的および電気的センサー装置を含む。力反射ジョイスティック、押しボタン、およびスライダ。コンソールユニットの目的は、ロボットと通信するために別の通信モードを提供することである。選択された通信モードの構造は、望ましいリハビリテーション運動に依存している。各々のセンサーは、ロボット上の一つ以上のモータにマップされることができる。センサーの作動により、ロボット上の対応するモータは、通信信号を受信する。センサーに加えて、コンソールは、図９に示されたセンサーネットワーク２００の制御ユニットと類似の制御ユニット３３０を含む。制御ユニット３３０は、電源３３２、トランシーバー３３４、および中央処理ユニット３３３を含む。コンソール３１０の制御ユニット３３０は、また、センサーの作動を記録し保存するメモリを含むことができる。加えて、コンソールは、センサー−アクチュエーターシステムの様々な作動モードを表示するためにビデオモニタを含むことができる。例えばユーザーまたは他のオペレータが、センターデータの記録または保存を選択する場合、ユーザーおよび／またはオペレータは、ユーザーによるセンサーの記録された動きおよび関連するモニタ上のこのような記録の表示を、後から選択して実行することができる。ここで例示されるコンソール３３０は、様々なセンサーおよび制御機構を使用できるように設計されている。図１０に示される各々のセンサーは、単に、図２−６に示されるロボットの関連するアセンブリと通信するためのセンサーの一例を示すだけである。加えて、コンソールはセンサーによるユーザーの動きを、記録し、保存し、および／または実行する能力のないリモートセンサの能力のために設計されている。したがって、図１０のコンソールは、単にロボットと通信するために適応するコンソールの一形態を示す図である。
【００２５】
信号通信
センサーネットワーク２００のユニット２２０および３３０とコンソール３１０は、それぞれ、処理に適応して、関連するセンサーから位置付けられたロボット１０のモータまで受信した信号を送る。同様に、各々の制御ユニット２２０および３３０は、ロボット１５０の処理ユニットからの信号を受信し、および適当なアセンブリアクチュエーターに受信された信号を送信するために適応する。図１１は、ユーザー入力データ、およびデータが、リアルタイム制御モードのロボット１０上の適当なアセンブリに処理して送信する方法を例示するフローチャート３５０である。このフローチャート３５０は、リアルタイム制御のロボット１０に対するセンサーネットワークのなかの一つのセンサアセンブリまたはセンサーからの信号の流れを例示する。ユーザーによって着用された物理的センサーの場合、ユーザーはセンサーが固定された身体の一部が動くことによって、センサー入力３５２が変化する。センサーデータはそれから処理３５４され、無線ネットワーク３５６を通じて送信機またはトランシーバーによって送信される。同様に、センサーが聴覚器官センサーである場合、ユーザーはマイクロフォン３５８に話すことによってセンサーを作動させる。聴覚器官データはそれから処理３６０され、および無線ネットワークを通じて送信機またはレシーバによって送信３５６される。この例では、センサーは単一のセンサアセンブリであり、送信機および信号プロセッサは個々のセンサーに一体化している。ロボットへのセンサー信号データの伝送後、信号データは受信３６２され、続いて分析３６４される。データ分析のステップ３６４は、信号データ、マッピング信号データ、フィルタリングデータを圧縮または解凍すること、および／または信号データがしきい値に達したかどうか決定することを包含することができる。データ分析３６４後の信号データは、信号に関連するアセンブリの制御モータに送信３６６される。システムは、その後センサーからの伝送に何らかのエラーがあったかどうか決定するために信号をチェック３６８する。したがって、一つのセンサーはリアルタイム制御モードにおいて、センサーとの通信によって信号がセンサーからアセンブリを動かすためにロボットのモータまで送られる。
【００２６】
図１２は、図１１に示されるそれに対する他の実施例である。図１２は、無線ネットワークの一部で、多数のセンサーのモニタリングを例示しているフロー図３８０であり、センサーデータが処理されて無線でロボット１０上の適当なアセンブリに送信される方法を示している。図１２に示すように、複数のセンサー３８２、３８４および３８６があり、各々のセンサーは、異なる場所にある。センサー３８２、３８４および３８６は、一緒に繋がれて一つの処理ユニット３９０に接続されている。処理ユニット３９０は、信号を受け３９２、信号データを処理３９４し、離れたロボットに無線ネットワークを通じて信号データを送信３９６する。ロボットへの信号データの伝送後、データ信号は受信３９８され、続いて分析４００される。データの分析ステップ４００は、信号データ、マッピング信号データ、フィルタリングデータを解凍すること、信号データがしきい値に達したかどうか決定することを包含することができる。データの分析ステップ４００後、信号が、物理的運動信号の場合には信号に関連したアセンブリの制御モータに送信４０２され、また聴覚器官データの場合にはスピーカに送られる。システムは、その後センサーからの伝送に何らかのエラーがあったかどうか決定するために信号をチェック４０４する。したがって、この実施例は、一つの処理ユニットで通信するリモートセンサの一つのネットワークを示しており、センサー信号データの処理後、データはリアルタイム制御モードのときに離れたロボットに無線で送信される。
【００２７】
図１３は、図１２に示されるそれに対する他の実施例である。図１３は、多数のセンサーサブネットワークのモニタリングを例示しているフロー図４２０であり、離れたロボット１０に信号を送信するために無線サブネットワークのネットワークで通信する方法を例示している。図１２のセンサシステムは、サブネットワーク４３０になり、多数のサブネットワーク４３０、４５０、および４７０は、ロボットと通信する無線ネットワークを構築する。図１３に示すように、各々のサブネットワークは、複数のセンサーを有する。センサーの第１サブネットワーク４３０は、複数のセンサー４３２、４３４および４３６を有し、各々のセンサーは異なる場所にある。センサーの第２サブネットワーク４５０は、複数のセンサー４５２、４５４および４５６を有し、各々のセンサーは異なる場所にある。センサーの第３のサブネットワーク４７０は、複数のセンサー４７２、４７４および４７６を有し、各々のセンサーは異なる場所にある。センサーの各々のサブネットワーク４３０、４５０および４７０は、無線センサーのネットワークの一部である。サブネットワークは無線であるので、各々のサブネットワーク４３０、４５０および４７０は、センサーの他の部材に加えてそれ自身が電源およびトランシーバーを有する。センサーの各々のサブネットワークは、一緒につながれて、それぞれそれ自身の処理ユニット４４０、４６０および４８０に接続されている。適当な処理ユニットは、信号４４２、４６２または４８２を受信し、信号データを処理４４４、４６４または４８４し、離れたロボットへ無線ネットワークを通じて信号データを送信する。続いて、ロボットへの信号データの伝送後、信号データは受信４９０されて、続いて分析４９２される。データ分析のステップ４９２は、信号データ、マッピング信号データ、フィルタリングデータを圧縮または解凍すること、および／または信号データがしきい値に達したかどうかを決定することを包含することができる。データ分析のステップ４９２の後、信号が物理的運動信号の場合は信号に関連するアセンブリを制御するモータに送信４９４され、また聴覚器官データの場合はスピーカに送られる。システムは、その後センサーからの伝送に何らかのエラーがあったかどうか決定するために信号をチェック４９６する。したがって、この実施例は、各々のネットワークが自分自身の処理ユニットを通じて信号データを伝達するリモートセンサの複数のネットワークを示しており、センサー信号データの処理後、データはリアルタイム制御モードにおいて離れたロボットに無線で送信される。
【００２８】
図１１、１２および１３に示すように、センサーは離れたロボットと通信する。センサーデータは、絶えずモニタされて、処理される。図１４は、離れたアクチュエータにセンサーデータを伝送するための処理のプロセスを例示しているフローチャート１０００である。センサーデータが読み取り１００２であるとき、信号プロセッサは、信号がアナログからデジタルへの変換プロセス１００４を要求するかどうか決定しなければならない。センサー上のスイッチがアナログスイッチである場合、信号プロセッサはアナログ形式からデジタル形式にセンサーデータの変換を実行する１００６。しかし、スイッチがデジタルスイッチである場合、信号プロセッサは、信号データのフィルタリングが必要かどうか決定するためにステップ１００４からステップ１００８へ進む。１００８の質問に対する答えがポジティブの場合、信号プロセッサは信号データにフィルターをかける１０１０。信号データにフィルターをかけた１０１０後、または１００８の質問に対する答えがネガティブの場合、信号プロセッサはそれから、対応しているアクチュエータに対する信号データのマッピングが実施されなければならないかどうか決定する１０１６。マッピングステップ１０１６が必要であると決定された場合、センサーからの信号データは出力のための適当なアクチュエータに位置付ける１０１８。システムは、それから信号データの入力がアクチュエータの出力にマップされるかどうか質問する１０２０。ステップ１０２０の質問に対する答えがネガティブの場合、信号データは捨てられて１０２２、システムはセンサーからの信号データを受けるために戻る１０２４。しかし、ステップ１０１６でセンサー信号をアクチュエータにマップする必要がないと決定された場合、または、ステップ１０２０でセンサー信号の入力がアクチュエータにマップされると決定された場合、システムは信号データと最小のしきい値とを比較しなければならないかどうか決定する１０２６。信号データが最小のしきい値レベルを満たさなければならないかどうかの質問に対する答えがポジティブの場合、しきい値データが獲得され１０２８、信号プロセッサはセンサーからの信号データが定められたしきい値に接触したかまたは上回ったかどうか決定する１０３０。しかし、センサー信号データが定められたしきい値と接触または上回らなかった場合、信号データは捨てられて１０２２、システムは、センサーからの信号データを受けるために戻る１０２４。あるいは、ステップ１０２６でセンサー信号データが最小のしきい値に到達する必要はないと決定された場合、または、ステップ１０３０でセンサー信号が定められたしきい値に到達または上回ったと決定された場合、信号プロセッサはそれから信号データを暗号化するかどうか決定しなければならない１０３２。信号データが圧縮されるべき場合１０１２。ステップ１０１２の質問に対する答えがポジティブの場合、信号データは圧縮される１０１４。１０１４において信号データの圧縮後、または、１０１２の質問に対する答えがネガティブの場合、信号プロセッサはそれから信号データが暗号化されなければならないかどうか決定する。信号データが暗号化される場合、信号データはステップ１０３４で暗号化される。その後、信号データは、直接アクチュエータの出力への送信に進む。あるいは、ステップ１０３２においてデータが暗号化される必要はないと決定される場合、信号データはアクチュエータの出力に送信のために進む。したがって、図１４は、ロボットの信号プロセッサに信号を送信するまでの信号データ処理に関係しているステップを概説している。
【００２９】
センサーからの信号データの処理、センサー、センサーネットワーク、またはコンソールからの信号データの送信の処理後、信号データは、ロボットの信号プロセッサによって受信される。図１５は、ロボットの信号プロセッサによって受信された信号データを解析する処理１０５２を示しているフローチャート１０５０である。信号プロセッサは、第一に、信号データがアナログ／デジタル変換１０６０に進むことを必要とするかどうかを決定しなければならない。通常、このステップは、信号データがデジタル形式で送信され、処理ユニット１５０がアナログフォーマットのデータの受信に適応している場合に必要である。アクチュエータが要求する場合、信号プロセッサはステップ１０６２へ進み、デジタルフォーマットからアナログフォーマットに信号データを変換する。データフォーマットの変換後、またはステップ１０６０において信号データがステップ１０６２の変換過程に進む必要がない場合、信号プロセッサは、受信した信号データが暗号化されている場合に信号データが必要とするかどうか決定する１０５４。信号データが暗号化されている場合、信号データは復号１０５５されなければならない。信号データの復号１０５５の後、または信号データが暗号化されていない場合、システムはそれから信号データが圧縮されているかどうか決定しなければならない１０５６。信号データが圧縮されている場合、信号データは解凍されなければならない１０５８。１０５８において信号データの解凍の後、または信号データが圧縮されていないと決定された場合、信号プロセッサは、続いて信号がフィルターをかける必要があるかどうかの決定に進む。ステップ１０６４の質問に対する答えがポジティブの場合、システムは信号データにフィルターをかけるためにステップ１０６６へ進む。１０６６で信号データにフィルターをかけた後、または信号データがフィルターをかけることを必要としない場合、信号プロセッサは、アクチュエータおよび関連するモータに信号データを送信する１０６８前に信号データが圧縮を必要とするかどうか決定する。処理ユニット１５０が圧縮されたデータの受信に適応する場合、信号プロセッサは信号データを圧縮１０７０し、信号データが適当なアクチュエータのためのマッピング手順に進むことを必要とするかどうか決定するためのステップ１０７２へ進む。同様に、ステップ１０６８で信号データが圧縮される必要はないと決定される場合、信号プロセッサはマッピング判定のためのステップ１０７２へ進む。付加的なマッピングを信号データが必要とする場合、信号プロセッサは信号データを適当なアクチュエータのマップ１０７４へ進む。しかし、受信した信号データがアクチュエータにマップされない場合１０７６、信号プロセッサは信号データを廃棄し１０７８、信号プロセッサは次の信号データを受信し処理するために戻る１０８０。
【００３０】
ステップ１０７２で信号プロセッサは、付加的なマッピングが必要でないと決定された場合、またはステップ１０７６で信号プロセッサが適切に信号データを適当なアクチュエータにマップした場合、信号プロセッサは信号データが定められたしきい値と比較する必要があるかどうか決定する１０８２。あらかじめプログラムされたしきい値に基づいて、信号プロセッサは、しきい値のデータを得て１０８４、信号データがしきい値に達しているかまたはしきい値を上回っているかどうか決定する１０８６。信号データがしきい値データに達していないかまたは上回っていない場合１０８６、信号データは廃棄されて１０７８、信号プロセッサは、次の信号データの受信および処理のために戻る１０８０。しかし、信号データがしきい値に達したかまたはしきい値を上回った場合、またはステップ１０８２で信号データが所定のしきい値を満たす必要はないと決定された場合、信号プロセッサはそれから処理ユニットがアナログデジタル変換処理を通じて進む信号を必要とするかどうか決定する１０８８。信号データがアクチュエータによって受け取られるために互換性を持つフォーマットであると決定された場合、信号データは適当なアクチュエータへ送られ、信号プロセッサは追加の信号データを受けるために戻る１０８０。しかし、信号データがアクチュエータによって受信できる互換性を持つフォーマットではない場合、信号データは、適当なアクチュエータに送られる前にアナログデジタル変換１０９０を通じて処理される。したがって、図１５は、ロボットの信号プロセッサによって受け取られた信号データの分析に関連するステップを概説している。
【００３１】
図１１、１２および１３に示すように、システムは、アクチュエータと無線通信するセンサーまたはセンサーのネットワークと共同して機能することができる。加えて、システムは、ロボットから離れたコンソールに取り付けられたセンサーから機能することができる。コンソール３１０は、４つのモード：リアルタイム５０２、レコード５０４、プレイ５０６、または、レコードおよびリアルタイム制御５０８のうちの一つのなかで作動するように適合している。図１６は、モード選択能力を有するコンソールのブロック図５００である。ロボット１０と対話型を始める前に、ユーザーは作動モードを選ばなければならない。図１６に示すように、コンソールは、ボタンと関連する作動モードを示すためのインジケータを有する各々のボタンを有するボタン５０２、５０４、５０６、および５０８の列を包含する。コンソールは、モジュール部分３１２、３１４、３１６、３１８、３２０および３２２を装備している。加えて、コンソールはグラフィカルユーザーインタフェースおよび中央処理ユニットを含むために拡大されることができる。本実施例において、ユーザーはモジュールインタフェースを通じてロボットの作動モード５１０を選ぶことができる。したがって、コンソールは、オペレータが作動モードを選ぶことを可能にするモジュールモードセレクタを含むために拡大されることができる。
【００３２】
図１７は、コンソール、またはコンソールに関連するグラフィカルユーザーインタフェースを通じた作動モードの選択を例示しているフローチャート５５０である。デフォルト作動モードは、リアルタイム制御である。セッションの開始時５５２に、モードはリアルタイム制御のデフォルトモードに初期化される５５４。その後、モードは、モード選択５５５を通じてユーザーによって変更することができる。モード選択５５５は、コンソール５５６の適切な制御から得られる。モード選択のデータは、それから分析される５５８。それは、ユーザーが作動モード５６０の変更を選んだ場合それから決定されなければならない。ユーザーがデフォルト作動モード以外のモードまたは代わりに割り当てられたモードを選んだ場合、作動モードは、更新されて５６２、コンソール５５６の適切な制御から得られる。そうでなければ、デフォルトモードまたは代わりに選択された作動モードは、効力が残る。したがって、ユーザーおよび／またはオペレータは、セッションの初めにまたはロボット１０の操作の次の段階で、作動モードを選ぶことができる。
【００３３】
コンソールユニットは、ロボット装置へのコンソールに固定されたセンサーからデータ通信するためのユニットとして機能する。同様に、コンソールは、センサーからのデータの記録されたファイルを蓄積するためと、ロボット装置１０へ保存されたデータのファイルを送信するための中央処理ユニットを含むことができる。図１９に示すように、通信システム６５０は、ロボット装置１０と無線通信し、同様に無線（ウェアラブル）センサーまたは無線センサー６７０のネットワークを無線通信するコンソール６６０を包含することができる。ロボット装置と通信するコンソール６６０の機能は、モード選択と信号通信を含む複数の機能である。ロボット装置と通信するセンサー６７０のネットワークの機能は、図１１、１２、および１３に示して概説されている。加えて、システム６５０は、ロボット装置１０およびコンソール６６０と通信する無線センサー６７０のネットワークによって設定されることができる。コンソール６６０へのメモリの追加で、コンソールは、コンソールユニット６６０に接続されているセンサーに加えて、無線センサー６７０からセンサーデータを受信して蓄積するために拡大することができる。したがって、ロボット装置は、コンソールに固定されて離れているセンサー、同様に独立した物や人に固定されて離れているセンサーからロボット装置と無線通信できるように拡大することができる。コンソールおよび遠隔のセンサー６７０またはセンサーネットワークからセンサーデータを通信するシステムの展開に加えて、コンソールは、中央処理ユニットを含むために拡大されることができる。中央処理ユニットの目的は、コンソールの保存および記憶容量を拡大することである。これは、保存されたセンサーデータおよび後で再生されたセンサーデータのコンソール６６０での使用を可能にする。加えて、コンソール６６０の中央処理ユニットは、パーソナルコンピュータ６８０および６９０、または外部サーバ６８５に接続のための通信ポート６７５を含むために拡大されることができる。通信ポート６７５は、コンソールと拡大された能力を有するコンピュータ６８０との間のデータ転送を可能にする。コンピュータ６８０は、それから外部コンピュータ６９０と、直接またはイーサネット（登録商標）や他の通信プラットフォームを通した外部サーバ６８５を経て通信することができる。加えて、コンソール６６０は、通信ポート６７５を伴う中央処理ユニットを踏むために拡大される場合、コンソールは直接離れているパーソナルコンピュータ６９０と、またはイーサネット（登録商標）接続または他の通信プラットフォームを通じてネットワークサーバ６８５と通信することができる。外部コンピュータ６８５からコンソール６６０まで接続を維持することによって、システムから離れているユーザーは、様々な方法：セッションのモニタ、遠隔でのロボットとの対話、セッションからのデータのダウンロード、およびローカルユーザーとの情報交換により、システムと相互に対話することができる。離れているＰＣ６９０への間接的なリンクを提供することに加えて、外部サーバ６８５とコンソール６６０またはローカルＰＣ６８０との間の通信接続によっても、ローカルユーザーが外部サーバ６８５から新規なゲームおよび物語をダウンロードすることができる。したがって、外部コンピュータとの通信のためのコンソールユニットの拡大は、システムの機能性を拡大して、および電気通信ネットワークを通じたシステムと通信するためのサポートを提供する。
【００３４】
コンソールおよび関連するロボット１０のデフォルト作動モードは、リアルタイム制御である。リアルタイム制御モードにおいて、コンソール上のセンサーは、ロボット１０の関連するモータの制御を始めるために作動する。センサーからロボット上の対応するアセンブリおよびモータへのデータの流れは、図１１において例示される流れに類似するものである。図１８は、コンソールからロボット上のアクチュエータへのデータの流れを例示しているフロー図５８０である。ユーザーは、動くこと、あるいはコンソール５８５上の制御の一つを起動させることによって入力する。マイクロフォンがコンソール上のセンサーとして提供される場合、入力は実際には聴覚器官である。その後、センサーデータは、それからコンソール５９０の制御から得られる。データを得るステップ後、データの流れが分析される５９２。分析は、一緒に入力されたデータストリームに埋め込まれている多数の制御から得られる信号を切り離して識別するために実行される。分析ステップ５９２の後、システムは作動モードを決定する。作動モードが以前記録されたデータを再生することになっている場合５９４、データはおそらくコンソール５９６から保存された場所から取り込まれて、ロボット装置５９８へ無線ネットワークを通じて送信される。ロボットへのデータファイルの送信後、データストリームが受信され６００、データのなかの信号が続いて分析される６０２。データ分析のステップは、信号データのマッピング、データのフィルタリング、および／または、信号データが定められたしきい値に到達したかどうか決定することを包含することができる。データ分析６０２の後、信号データは、信号に関連するアセンブリを制御するモータ６０４に送信される。システムは、それから、コンソール６０６からの伝送において何かエラーがあったかどうか決定するために、信号を点検する。したがって、再生モードにおいては、信号データは、センサーと関連するアセンブリを動かすために、データファイルからロボットのモータまで、直接または中央処理ユニットを通して送信される。
【００３５】
図１８のステップ５９４において作動モードが以前記録されたデータファイルを再生することになっていないと決定される場合、システムはデータを処理する６０８。データ処理のステップは、データを圧縮すること、データをマップすること、データをしきい値と比較すること、データをフィルターすること、データのパターンを認識すること、を含む。続いて、作動モードがデータを記録すると設定された場合６１０、データはファイルに保存される６１２。この作動モードは、リアルタイムのデータを単にデータを記録するか、または記録して再生するかのいずれかである。現在のモードが単に記録することに設定されている場合６１４、システムはコンソールの制御から追加のデータを受け入れるためにステップ５９０に戻る。しかし、現在のモードが記録およびリアルタイム制御が結合したものである場合、データは無線ネットワークを通じてロボット６１６に送信され、同時にコンソールにおいてデータファイルに保存される。同様に、ステップ６１０で質問に対するレスポンスがネガティブの場合、システムはデフォルトモード、リアルタイム制御６１８になって、ロボットに無線ネットワークを通じて処理されたデータを送信する６１６。ステップ６１６のロボットに対するデータの伝送後、データが受信されて６００、データは続いて分析される６０２。データ分析のステップは、信号データの圧縮または解凍、信号データのマッピング、データのフィルタリング、および／または信号データが定められたしきい値に達したかどうか決定することを含む。データ分析６０４の後、信号データは、信号に関連するアセンブリを制御するモータ６０４に送信される。システムは、それからコンソール６０６からの伝送に何かエラーがあったかどうか決定するために信号を点検する。したがって、再生、記録とリアルタイム制御、または、リアルタイム制御のいずれであっても、処理されたデータは、コンソールからロボットのモータへ、作動したセンサーと関連するアセンブリを動かすために、直接または中央処理ユニットを通じて送信され、付加的に、現在モードがデータ記録である場合、データは、コンソールの中央処理ユニットで処理されて保存され、後から再生される。
【００３６】
図２０は、グラフィカルユーザーインタフェース７１０を含むように拡大されたコンソールユニット７００を示す図である。本実施例において、グラフィカルユーザーインタフェースは、ユーザーが視覚的にモード選択と同様に命令選択と入出力を行うことができるように、コンソールで提供されるモニタに示される。基本形式としてグラフィカルユーザーインタフェースは、ロボット装置との対話型モードのための選択機能を含む。モード選択は、リアルタイム制御７１２、記録７１４、再生７１６、および記録とリアルタイム制御の組み合わせ７１８を包含している。この図において、モード選択は、グラフィカルユーザーインタフェースの一部としてだけ示される。コンソールは、また、図１６に示すように、モジュールのセンサー部材３１２、３１４、３１６、３１８、３２０および３２２を含む。したがって、グラフィカルユーザーインタフェースはセンサーのモジュール部材を越えて、コンソールの作動モードを拡大する。
【００３７】
図２１は、グラフィカルユーザーインタフェースと共にコンソールを例示しているブロック図７３０である。コンソール上のグラフィカルユーザーインタフェース７１０は、図２０において例示したコンソールユニット７００に示されるすべての機能に加えてシステムの対話型作動モードのための選択機能を含む。対話型作動モードは、ロボット装置に、ユーザーの動きおよび音声によって通信することを可能にし、その一方で、ユーザーは動きおよび音声によってロボット装置に応答することができる。対話型作動モードは、対話型ゲーム７２０、物語７２５、またはユーザーがロボット装置１０との対話型のゲーム／物語７３０を作成するための機能の形をとる操作を含む。これらの対話型作動モードの各々は、グラフィカルユーザーインタフェースから選択可能である。本実施例において、コンソール７１０およびロボット装置１０は、対話型作動モードと関連する必要な記憶容量に対応するために中央処理ユニットを含む。対話型作動モードの選択は、ユーザーが利用可能なように独立して選択できる。したがって、対話型作動モードは、コンソールユニットおよびグラフィカルユーザーインタフェース７１０と関係していて、ユーザーに面白い媒体としてのロボット装置と相互に作用することを可能にする。
【００３８】
対話型作動モードのうちの２は、あらかじめプログラムされたゲームの選択および／またはユーザーとロボット装置間の対話型のための物語を要求する。図２２は、あらかじめプログラムされたゲームおよび／または物語を選択するプロセスを例示しているフローチャート７５０である。システムのユーザーは、コンソール装置と関連するグラフィカルユーザーインタフェースの選択ボタンを指示することによって選択を始める７５２。最初の選択７５２の後、ユーザーは、彼らがロボットシステムとの対話型の用途に希望するゲームおよび／または物語を求めてローカルシステムを検索するかどうか指示する７５４。ユーザーが７５４での質問に対する答えにポジティブを提供した場合、ユーザーがゲームおよび／または物語を選択できるようにリストによって紹介される７５６。各々のゲームおよび／または物語は、コンソールユニットにあらかじめプログラムされている。ユーザーには、各々のゲームおよび／または物語の名称および説明がメニューによって提供される。システムはそれから、ユーザーがメニューからゲームおよび／または物語を選ぶ入力７６０をするまで休止して待つ７５８。ユーザー入力後、システムはユーザーが検索要請を出したかどうか照会する。ユーザーがローカルシステムに設置されるゲームおよび／または物語を選んだ場合、システムはそれからゲームおよび／または物語を開始する７６６。加えて、コンソールにおいて蓄積されている、ロボット装置を伴うゲームおよび／または物語をダウンロードしてプレイすることに、適応するためにコンソールは、図１９に示したように、外部のサーバまたはコンピュータと接続のための通信リンクを含む。この構成において、ステップ７５４において、ユーザーが蓄積された対話型部材をローカルシステムから検索することを選択しない場合、コンソールは、特定の離れたネットワークに記録されているかどうか、およびユーザーが遠隔で検索したいかどうか決定するために質問する７６８。システムは離れたネットワークのなかに記録される場合、ユーザーには、それから、ローカルコンソールおよび離れたネットワーク場所の両方を通じて利用可能なすべてのあらかじめプログラムされた対話型ゲームのメニューがステップ７５６で紹介される。しかし、７６８でコンソールが対話型部材にアクセスするための適当な場所に接続されていないと決定される場合、ユーザーは適当な離れた場所に能動的にログインしなければならない７７０。その後で、ユーザーには、離れたネットワーク場所によって利用可能なすべてのあらかじめプログラムされた対話型ゲームのメニューがステップ７５６で紹介される。システムはそれからユーザーがメニューからゲームおよび／または物語を選ぶ７６０まで休止して待つ７５８。ユーザー入力後、システムはユーザーが検索要請を出したかどうか照会する。システムは、それから選択されたゲームまたは物語をダウンロードして７６４、続いてゲームまたは物語を開始する７６６。したがって、ユーザーは、対話型部材のためのグラフィカルユーザーインタフェースによって利用可能なあらかじめプログラムされたゲームを、ローカルにまたは通信リンクによってコンソールに接続された離れた場所から選択することができる。システムは、プログラムが開始されるごとに、または一日に一度、あるいはその両方で、ネットワーク接続がある場合に、自動的にローカル・コンピューターで利用可能なゲーム／物語が選択できるように更新する。
【００３９】
マッピング
ユーザーとロボット装置間の対応関係を定義付けする（マッピング）ために、セラピスト、教育者、または技術者などのような高度なユーザーまたはシステムのオペレータは、マッピングを指示すると同様に、ゲームおよび／または物語を選択することができなければならない。図２３は、マッピング選択を支援するグラフィカルユーザーインタフェースの一実施例を示しているブロック図７８０である。この図において、ユーザーは、リアルタイム制御７１２、記録７１４、再生７１６、記録とリアルタイム制御を含む組み合わせモード７１８の４つのモードを作動モードとして選ぶことができる。同様に、オペレータは、グラフィカルユーザーインタフェースで、あらかじめプログラムされたゲーム７２０、あらかじめプログラムされた物語７２５、または新規な物語の作成７３０を選ぶことができる。対話型作動モードに加えて、グラフィカルユーザーインタフェースはセンサーとロボットアセンブリのマッピングを設定し７３５、センサーとロボットアセンブリに関連したしきい値とゲインを設定する７４０ためのリンク含むために拡大される。したがって、拡大されたグラフィカルユーザーインタフェース７８０は、ロボット装置の部分と関連する制御の設定をオペレータができるようにする。
【００４０】
マッピングは、どんな入力信号が処理されて、いずれの出力ソースとなるかを意志決定するプロセスを実装する処理である。３のマッピングカテゴリがある。（１）１対１、これは１台の入力センサーが１台の出力アクチュエータにリンクされる。（２）１対多、これは、１台の入力センサーが複数の出力アクチュエータにリンクされる。（３）多対１、これは一つ以上のセンサー入力が、一つのアクチュエータにリンクされる。通常、ｎセンサー入力は、ｍアクチュエータ出力に割り当てることができる。図２４は、グラフィカルユーザーインタフェースによるマッピング設定の処理を示しているフローチャート７９０である。システムは、ウェアラブルセンサーネットワークおよび／またはコンソールに接続されているセンサーからのセンサー入力を検出し、同様に、ロボット装置７９４で利用可能なアクチュエータを検出するように促される７９２。センサーは入力装置と称し、アクチュエータは出力装置と称する。各入力装置および各出力装置は、グラフィカルユーザーインタフェース上に一覧され、ユーザーおよび／またはオペレータはそれから所望する任意の配置で出力装置に入力装置を割り当てることが許される７９６。出力への入力の割り当て後、システムはロボットアクチュエーターおよびセンサーの調整を実行する７９８。ロボット装置のアクチュエータおよびセンサーの調整の処理は、図２５に示されて後述するように、他のグラフィカルユーザーインタフェースをオペレータに提供する。グラフィカルユーザーインタフェースはまた、現在のマッピングを試し、入出力マッピングと関連するしきい値とゲインを調整するためにリンクを提供する８０８。したがって、センサーおよびアクチュエータのマッピングを選択する処理は、ユーザーおよび／またはオペレータによって制御することができる。
【００４１】
マッピング構成を設定する処理は、センサーおよびアクチュエータの調整の処理を含む。図２５は、センサーおよびアクチュエータの調整の処理を示すフロー図８１０である。７９８で調整グラフィカルユーザーインタフェースを始めると、即座に、システムは、それらが適切に調整されるかどうか決定するためにマップされたセンサーおよびアクチュエータ上の試験を行う８１２。マップされたセンサーおよびアクチュエータのいずれかが適切に調整されていない場合、システムはマップされたセンサーおよびアクチュエータが調整されていないことを検出する８１４。しかし、マップされたセンサーおよびアクチュエータが適切に調整されている場合、インタフェースはユーザーに、再調整のためにすべてのマップされたセンサーおよびアクチュエータを選択すること８１６、または再調整のために特にマップされたセンサーおよびアクチュエータを選択すること８１８を可能にする。８１４、８１６または８１８が選択されると、システムは、デフォルトで環境が設定されていない調整環境８２０をロードする。調整環境は、ユーザーにゲームまたは物語の文脈の範囲内で、運動を行うことを促す。環境モードか否かで、ユーザーは、個々のセンサーごとの範囲が測定される方法のなかで行動するように促され８２２、センサー能力とユーザー能力を与えられる。センサーがアナログセンサである場合、センサー入力とアクチュエータ出力間のデフォルトゲインを設定することができる８２８。デフォルトゲインは、最大センサー値が最大アクチュエータ出力値に対応し、最小センサー値が最小アクチュエータ出力値に対応する比例関係である。調整ルーチンはそれから、センサー休止レベルを記録する８２６。それは、ユーザーがそれを起動させようとしない間のセンサーからの値である。これは、センサーの雑音レベルの読み込みを与える。デフォルトのしきい値は、その後設定することができる８２４。デフォルトしきい値は、センサー休止レベルより上で、それに選ばれた値になり、センサー範囲として作用する。デフォルトのしきい値およびゲインを計算する正確な方法は、オペレータ（不図示）によって調整することができる。
【００４２】
マッピングプロトコル、調整プロトコルを設定する処理を通じて、またはメイングラフィカルユーザーインタフェースウィンドウから、リンクがセンサーおよびアクチュエータと関連するしきい値とゲインを設定するために、グラフィカルユーザーインタフェースに提供される８０８。しきい値は、アクチュエータが移動する上での定められた限度である。ユーザーからの入力がしきい値未満の場合、関連するモータからの応答はない。同様に、ゲインは、比例したセンサーのためにセンサーの範囲の値に対する出力モータの範囲の値とを結びつける。図２６は、アクチュエータおよびセンサーにそれぞれ割り当てられたペアと関連するゲインとしきい値を設定する処理を例示しているフロー図８３０である。実施の問題として、マッピング構成が、マッピングに関連するしきい値およびゲインの設定の前に設定されなければならないことである。図２６における第１ステップは、システムがアクチュエータ出力へのセンサー入力の割り当てを検出するためにある８３２。各々の割り当ては、その後リストでユーザーに提示される８３４。ユーザーおよび／またはオペレータは、それから以下の中の一つまたはすべてを選ぶことができる：各割り当てのためのしきい値設定の手動調整８３６、各割り当てのためのゲイン設定の手動調整８３８、および適正なしきい値および／またはゲイン設定のために各々の割り当ての試験８４０。一つ以上のセンサー入力が一つのアクチュエータ出力にマップされる場合、デフォルトの関係は、すべてのセンサレベルが、アクチュエータが作動するために、それらのそれぞれのしきい値より上になければならない。加えて、センサー入力からの最小ゲインの算出は、アクチュエータ出力の大きさをセットするために選択される。このデフォルトの関係は、オペレータによって変えることができる（不図示）。したがって、しきい値およびゲイン設定の処理は、システムのユーザーおよび／またはオペレータによって手動調節可能である。
【００４３】
図２７は、ユーザー制御８５２、ゲームまたは物語の環境８５３、およびロボット装置８５４の間をマップする基本的なモードの図８５０である。ユーザーは、ユーザーに取り付けられた無線センサー、コンソールに固定されたセンサー、またはそれらの組み合わせを制御することができる。図２７において、ユーザーは、ロボット装置の聴覚、機能を含むすべての身体的なものを制御する８５４。ユーザーは、センサーのうちの１台以上の作動を通じてロボット装置のすべての動きを始める８５４。センサーの作動に応答して、ロボット装置は、設定されたマッピング、ゲイン、しきい値に基づいて、一つ以上モータを動作させる。このマッピングの実施例において、ゲームまたは物語環境８５３は、ロボットに対する制御を行っていない。この実施例は、デフォルトマッピングのステップであり、そして、それは、ユーザーが、リアルタイム、記録、再生、またはリアルタイムと記録モードにおいてロボットを操作しているところの具体例と同一である。
【００４４】
図２８は、ユーザー制御８５８、ゲームまたは物語環境８５９、およびロボット装置８６０の間の第２マッピングの実施例を示すグラフ図８５６である。ユーザーは、ユーザーに取り付けられた無線センサー、コンソールに固定されたセンサー、またはそれらの組み合わせを制御することができる。このマッピング実施例において、ユーザーの入力は、ロボットにマップされていない、したがって、ユーザーは全くロボットの機能を制御できない。ゲームまたは物語環境だけがロボットを制御し、ユーザーは受動的な観察者である。したがって、この操作のモードにおいて、ゲームおよび／または物語が、ロボット装置の指定された身体部分の動きと、関連するモータを制御している。
【００４５】
図２９は、ユーザー制御８８２、ゲームまたは物語環境８８３、およびロボット装置８８４の間の第３のマッピング実施例を示すグラフ図８８０である。そこにおいて、ロボットの制御は、ユーザーとゲーム／物語環境で分配される。特に、ゲーム／物語環境は、ロボットのスピーカ出力、ヘッドの動き、左腕、および左車輪を制御する。このマッピング実施例は、ユーザーが、センサーの作動によるロボットの左の腕および車輪の動きを、ロボットの右の腕および車輪の動きで再現するようにユーザーに命じるような単純なゲームをプレイすることができる。第２の単純なゲーム実施例は、ユーザーに運動を実行するように言うことであり、そして、ゲーム環境はそれらが正しいときに動きを反映させる。したがって、この作動モードは、ゲーム／物語およびユーザーはそれぞれ、ロボット装置の物理的操縦の制御を制限し、ゲーム／物語は聴覚機能を制御している。
【００４６】
対話型のより複雑な形態は、入出力マッピングが時間と共に変化するまたは動的マッピングされるゲームまたは物語環境によって提供される。図３０は、対話型のこのようなゲームまたは物語で起こることになっているイベントの全体的な概要を例示しているフローチャート８９０である。図２１におけるステップ７６６において、ユーザーがゲームまたは物語の選択処理を終えたとき、ゲームまたは物語は初期化される８９２。図２８で示すように、初期化を通じて、ゲーム／物語がロボットの完全な制御を有するようにマッピングが設定される。ゲーム／物語のパラメータはまた初期化８９２のなかで設定され、消極的な支援を提供されても積極的な支援形式を含み、試みの数だけユーザーは、促されたことに反応し、ゲームまたは物語を終えることの条件となる。ゲームまたは物語がロボットの制御を完全に行う一方、ロボットはゲームまたは物語をユーザーにもたらす８９４。ユーザーはそれから特定のアクション８９６を実行することを促され、その後で、ロボットのいくつかの制御をユーザーに与えるマッピング実施例８８０（図２９）のように、またはロボットのすべての制御をユーザーに与えるマッピング実施例８５０（図２７）のように、更新される。システムは、それからユーザーのレスポンス９００を待つ。ユーザーからの入力９０２後、システムは、ユーザーからロボット制御のいくつか／すべてを削除するためにマッピングを更新する９０４。システムは、ユーザーからの入力が正しいレスポンス９０６であったかどうか決定する。ユーザーからの入力が正しいレスポンスである場合、ロボット装置は積極的な支援の形式としてユーザーにマップされたモータを作動させることで応答する９０８。しかし、ステップ９０６で、ユーザーレスポンスが不正確だったと決定された場合、システムはそれから、消極的な支援がユーザーに提供されなければならないかどうか決定しなければならない９１０。不正確なレスポンスは、（ａ）レスポンスがないこと、（ｂ）レスポンスは正しかったがしきい値未満であること、（ｃ）不正確なセンサー動作、（ｄ）および不正確な聴覚信号、またはそれら何かの組合せ、である。対話型式のゲームまたは物語の場合は、不正確なレスポンスの場合に、ユーザーに消極的な支援を提供するようにプログラムされ９１２、そこにおいて、ロボットは、不正確な入力または入力がない指示をするユーザーに対して視覚または聴覚の応答を提供する。９０８における積極的な支援、９１０における消極的な支援、または消極的な支援に決定されなかった後、ゲームまたは物語の状況が更新される９１４。更新は、ゲームまたは物語の最後のステップを繰り返し（特に不正確なレスポンスの後）、またはゲームまたは物語を続行することである。システムはそれから、ゲームまたは物語が終了に到達したかどうか決定する９１６。終了の状態は、初期化ステップ８９２における設定、および持続時間、試みの数、正確なまたは不正確な試みの数、またはその他の終了条件に基づく。ゲームまたは物語がこの状態に達しなかった場合、ゲームまたは物語は応答をユーザーに促すために、ステップ８９６に戻る。しかし、ステップ９１６でユーザーがゲームまたは物語の終了に到達したと決定された場合、環境のための設定が保存されて９１８、センサーと関連するモータのマッピングはそれらのデフォルト値に変更され９２０、ゲームまたは物語は終結する９２２。マッピングは、ゲーム／物語のなかの２つの時点８９８および９０４、それはユーザーがプロンプトに応答する機会を与えられるすべての時の前後で、ゲーム／物語環境ソフトウェアによって描写されるどんな構成にも変化可能であるゆえに動的である。
【００４７】
あらかじめプログラムされた物語およびゲームのライブラリから、対話型物語およびゲームを選ぶことに加えて、ユーザーはまた、物語および／またはゲームをつくることができる。これを行うことは、ゲームまたは物語を著すための専門知識のレベルに関係なく、ユーザーによって実施することができる。加えて、対話型環境は、セラピスト、教育者、または対話型治療および／または教育的環境を開発するための他専門家によって開発されることができる。図２１に示すように、オペレータは、このグラフィカルユーザーインタフェース７１０を与えられたゲームまたは物語をつくるための手段７３０にアクセスすることができる。
【００４８】
ユーザー、セラピスト、教育者、プログラマ、技術者、またはその他のタイプの専門家オペレータは、特注ゲームおよび／または物語を作成するためにそれを可能にすることを目指しているシステムの能力を利用する。図３１は、図２１および２３に示されるコンソールデザインのなかでリンク７３０の選択によりユーザーに提供されるグラフィカルユーザーインタフェース１１６０の一形式の実施例である。グラフィカルユーザーインタフェース１１６０は、編集される２本のトラックを有する。第１部材はゲームおよび／または物語にサウンド入力を埋め込むためのサウンドトラック１１７０であり、第２部材はゲームおよび／または物語に選択されたアセンブリの動作を埋めるための動作トラック１１７１である。各々のこれらのトラック１１７０および１１７１は、時間のグラフィカルな表現であり、グラフィカルユーザーインタフェース１１６０の残りの部材は、これらのトラックを既存のサウンドライブラリ１１７４および既存の動作ライブラリでつくられたサウンドおよび動作信号で充填されるために利用することができる。これらのリンクは、他のグラフィカルユーザーインタフェースを開き、そこにおいて、ユーザーは、サウンドまたは動作の切り抜きを選び、サウンドトラック１１７０または動作トラック１１７１に加えることができる。さらに、ユーザーは、リンク１１８６を用いてライブラリを増すために新しいサウンドをつくることができる。このリンクはグラフィカルユーザーインタフェース７１０を開き、そして、図２０に例示されているように、ユーザーがサウンドを録音し、ライブラリにそれを保存することができる。同様に、リンク１１８８を用いてライブラリを増すために、ユーザーはロボットの聴覚出力にマップされるマイクロフォンを使用して、新たな動作シーケンスをつくることができる。このリンクはグラフィカルユーザーインタフェース７１０を開き、そして、図２０に例示されているように、ユーザーが、ウェアラブルセンサーおよび／またはロボットのアクチュエータにマップされるコンソール上のセンサーを使用して、動作シーケンス記録し、ライブラリにそれを保存する。サウンドトラック１１７０および動作トラック１１７１は、以前トラックのなかに加えられたサウンドまたは動作シークエンスに、削除すること１１７８、コピーすること１１７６、移動すること１１９８、およびペーストすることによって編集することができる。ユーザーは、また、動作およびサウンドデータ（不図示）をドラッグアンドドロップすることができる。ユーザーは、また、ユーザーがサウンドまたは動作刺激をつくるのを待つ１２００ための時間のセクションを、サウンドトラック１１７０および／または動作トラック１１７１に加えることによって、ゲームまたは物語に対話型部材をつくることができる。同様に、ユーザーは、ユーザー入力がゲームまたは物語環境によって検出される時間のセクションをつくることができる。ゲーム／物語の生成に続くどの時点でも、ユーザーはまた、ゲーム／物語に埋め込まれた聴覚的および物理的動作の点検として作成されたゲーム／物語のテスト１１９６を選ぶことができる。ゲーム／物語の作成の後、またはゲーム／物語をつくる処理のいつの時点でも、ユーザーはゲーム／物語の保存を選択することができる１２０６。例示したグラフィカルユーザーインタフェースは、非常に単純なまたは複雑な対話型ゲームまたは物語をつくるために十分に柔軟なゲームまたは物語を作成するための単純で直観的な手段の一実施例である。利用可能なカスタム化機能を利用することによって、ユーザーは、固有のゲーム／物語をつくるために、グラフィカルユーザーインタフェースの各々のリンクのなかから選択することができる。このグラフィカルユーザーインタフェースはまた、ローカルに示されている間、または以下により非常に詳しく記述されているように離れた場所から、セッションでローカルに示されるかまたは離れた場所からのモニタリングセッションのどちらかで、実質的にロボット装置の物理的および聴覚的機能を制御し、さらに固有のゲーム／物語を作成し、またはシステムの他の機能を利用するために、オペレータに許可を与える。したがって、グラフィカルユーザーインタフェースは、ユーザーに固有のゲームまたは物語をつくることを可能にして、援助するための選択の配列を提供する。
【００４９】
図２３は、記録、再生、およびリアルタイムのモードでロボットを制御する基礎的な能力を使用することで既存のゲームおよび物語をプレイに加えて、ロボットを備えた対話型のゲーム／物語の作成によるロボット装置の能力を拡張することを求める上級ユーザーのためのコンソール設計の実例を示す図面である。しかし、オペレータがローカルまたは離れた場所から、評価またはプログラムの目的のためのどちらでも、ロボット装置を管理している場合には、これらの機能の使用を強化するために、グラフィカルユーザーインタフェースはさらに拡大することができる。図１９に示すように、オペレータは、ローカルＰＣ６８０、離れたＰＣ６９０、またはコンソール６６０を通して、ユーザーのロボット装置１０およびそのセンサーを備えたセッションをモニタし修正することができる。図３２は、ローカルにまたは離れた場所からロボットシステムの高度な機能を使用しようとしているオペレータのためのコンソールユニットのグラフィカルユーザーインタフェースを例示しているブロック図１１４０である。グラフィカルユーザーインタフェース１１４５は、図２３に示されるインタフェースに類似している。本実施例において、ユーザーは４つのモードから作動モードを選ぶことができる：リアルタイム制御７１２、記録７１４、再生７１６、または記録とリアルタイム制御を包含している組み合わせモード７１８。同様に、グラフィカルユーザーインタフェースでオペレータは、前もってプログラムされたゲームを選択すること７２０、前もってプログラムされた物語を選択すること７２５、または新規な物語の作成をすること７３０ができる。グラフィカルユーザーインタフェースはまた、センサーとロボットアセンブリのマッピングの設定７３５、およびセンサーとロボットアセンブリに関連するしきい値とゲインを設定するためのリンクを包含する。加えて、グラフィカルユーザーインタフェース１１４５は、高度な機能を可能にするための付加的なリンクを包含する。オペレータは、以下のリンクから選択することができる：リアルタイムでのユーザーのセッションをモニタすること１１１５、セッションの完成後のセッションからデータを得ること１１２０、またセッションを無効にすること１１２５。したがって、拡大されたグラフィカルユーザーインタフェース１１４５で、セラピスト、教育者、または類似のオペレータは、ロボットシステムの強化された能力を利用することができる。
【００５０】
図３２に示すように、ローカルにまたは離れた場所からセッションをモニタしているオペレータは、患者、学生、または類似のユーザーのそれからの能力を拡大することができる。図３３は、リアルタイム制御でのロボット装置と対話している患者の発展を評価する処理を例示しているグラフィカルユーザーインタフェース１２５０である。評価処理における第１ステップは、患者を選ぶことである１２５２。オペレータは、いつでもセッションにおいて次の再検討および分析のために患者データ１２５４の保存を選択することができる。患者の選択後、オペレータは、オンライン表示のために、センターおよび関連するモータに関連する信号を選ぶことができる１２５６。選択された各々の信号のために、ウィンドウが信号の活動を表示するために開かれる。オペレータは、その後、いつでも信号の表示方法を変えること１２５８を選択することができる。オペレータは、ロボット装置１２６０と対話している患者の治療の手動評価を実施することを選択することができる。手動評価は、オペレータがユーザーと直接通信し、および／または、要求された動きを実行するようにユーザーに促すためにロボットの機能を操作するものです。オペレータは、センサーと関連するモータの手動設定による調整１２６２を選択することができ、それから、オペレータはいつでもセッションの開始１２６４を選択をすることができる。セッションの間に、オペレータはロボット装置に聴覚性信号および／または特定のモータの物理的動作を始めさせること１２６６を選択することができる。加えて、オペレータは、遠隔セッションに介入して無効にするグラフィカルユーザーインタフェース１２６８を選ぶことができる。手動評価を実行すること１２５６に加えて、オペレータはまた、前もってプログラムされたゲーム／物語を有する対話型を通してユーザーを評価するために選択することができる１２７０。この種の評価において、ユーザーは対話型環境によって要求された活動を実行することを促される。ゲーム／物語の選択に、オペレータは、センサーおよびモータの初期設定を調整するのにグラフィカルユーザーインタフェース１２７１を選ぶことができる。いつでもゲーム／物語の選択に続いて、オペレータはセッション１２７２の始動を選ぶことができる。ゲーム／物語の選択で、さらにセンサーとの通信によるユーザーからの入力で、ロボット装置の動作が始まり、その結果ロボット装置の動作が引き起こされる。対話型環境がプログラムされる方法によって、オペレータは要求されるかも知れないし、またはいずれの環境パラメータでも調整するオプションを有するかもしれない。オペレータが要求されたかまたは評価プログラムによってゲームまたは物語を調整するために要求したかどうか、オペレータは、プログラムされたゲーム／物語環境のプロトコルによってロボット装置に送信されるシステムの制御を無効にするためにグラフィカルユーザーインタフェースを選ぶことができる１２７６。加えて、オペレータは、いつでもプログラムされたゲーム／物語環境の間で、直接ロボットと話しまたは動くことができる１２７４。評価処理のいつでも、オペレータは、セッションデータを保存するためにグラフィカルユーザーインタフェースを開くことができる１２５４。したがって、オペレータは、ローカルにまたは離れた患者を伴うロボット装置のセッションをモニタするための複数の制御を有する。
【００５１】
図３３に示すように、オペレータは、セッションの間に、または、それに先行して、センサーとロボット装置のモータに対する調整を行うことができる。図３４は、図３３のリンク１２６２またはリンク１２７１の選択によりユーザーに提供されるグラフィカルユーザーインタフェース１２８０を示す図である。このグラフィカルユーザーインタフェース１２８０は、オペレータにロボット装置、ユーザー、および評価環境との間の関係を管理している設定を調整する機会を提供する。特に、オペレータは、センサーとモータ間のマッピングプロトコルを設定するためのリンク１２８２、センサーとモータに関連するしきい値とゲインを設定するリンク、およびセンサーとモータを調整するためのリンク１２８６が提供される。各々のこれらのリンクは、関連する図面に示されて、述べられている。
【００５２】
評価セッションの間、オペレータは、いつでもロボットに話させ、または動作させることができる。これは、手動評価のための状況の第一のモードであり、そこにおいて、オペレータは、ロボットに話させまたは動作させるために、図３３のリンク１２６６を選ぶ。あるいは、オペレータは、ロボットに話させまたは動作させるために、図３３のリンク１２７４を選ぶことによってゲームまたは物語の環境に埋め込まれている評価を中断することができる。いずれのリンクも、図３５において例示されているように、ロボットを制御するために、グラフィカルユーザーインタフェース１２１０を開ける。オペレータは、ライブラリで蓄積されたサウンドを選択することによってロボットのサウンドを制御することができ１２１２、それはそれから所望のサウンドを選択するために他のグラフィカルユーザーインタフェースを開ける（不図示）。同様に、オペレータはライブラリで蓄積されたサウンドを選択することによってロボットのサウンドを制御することができ１１８２、それはそれから所望のサウンドを選択するために他のグラフィカルユーザーインタフェースを開ける（不図示）。サウンドまたは動作が蓄積されたライブラリから選択することの他に、オペレータは直接、リアルタイムにロボットの発生を可能にすることができて、またはリアルタイムに個々のロボットの動作を可能にすることができる１１９０。具体的には、オペレータはヘッド動作１１９２または左腕動作１１９４を可能にすることができる。一般に、すべての検出可能なロボット動作は、リンク１１９２および１１９４のような個々に制御するグラフィカルユーザーインタフェースが示される。オペレータは、サウンドおよび動作制御１１９０、１１９２および１１９４を起動させるとき、オペレータが与えられた介入を終えるまで、現在与えられた制御によって影響されるマッピング設定が一時的に放棄される。オペレータは、また、より複雑なやり方、それは一度に一つのロボットアクションを超えるオペレータ制御で、リアルタイムにロボットに話させまたは動作させること選ぶことができる。オペレータは、グラフィカルユーザーインタフェース１２０４のなかの仮想制御を提供するリンクを選ぶ。果として生じるグラフィカルユーザーインタフェースは、オペレータに一度に、一つ、複数、またはすべてのロボット機能の制御を許す仮想制御のセットを含む。オペレータがロボットを制御している間、いくつかの又はすべての現在マッピングの設定は、オペレータが与えられた介入を終わるまで、一時的に放棄される。したがって、グラフィカルユーザーインタフェース１２１０は、リアルタイム評価セッションの間に、いつでも選択された任意の方法でロボットを直接制御するために、オペレータに付加的な制御を提供する。
【００５３】
セッションを始めて、直接ロボットに話させまたは動作させる前に、セッションの設定を調整することに加えて、オペレータは、図３３のリンク１２６６および１２７６、および図３２のリンク１１２５によっていかなる時点でもセッションを無効にする能力を提供される。進行中のセッションを無効にする目的は、オペレータが、マッピング、しきい値、ゲイン、および／または調整をリアルタイムで調整できるようにすることである。これらのプロトコルを調整するためにセッションを無効にするための多数の理由があり、そして、それは専門オペレータが利用可能である必要があることである。このような調整は、セッションの間に明確で不適当な設定に基づくものであるかもしれない。あるいは、オペレータは、患者がしきい値より向上した能力があるか、または患者が定められたしきい値の以下の能力でしか実行できないと決定することができる。したがって無効の有効性は、患者およびセッションの進行、示されている特定の状況に関してオペレータが自分の判断を下すことができることである。図３６は、図３２のリンク１１２５、図３３のリンク１２６８またはリンク１２７６の選択により、オペレータに提供されるグラフィカルユーザーインタフェース１２９０の図である。オペレータは、センサーとモータ間のマッピングプロトコルを設定するためのリンク１２９２、センサーとモータに関連するしきい値およびゲインを設定するリンク１２９４、およびセンサーとモータ１２９６を調整するためのリンクが提供される。各々のこれらのリンクは、関連する図面に示され、上述されている。加えて、オペレータはセッションの一時停止のリンク１２９８が提供される。これは、様々な理由のために必要である。例えば、ユーザーは休むことが必要であり、また、オペレータは直接ロボット装置の存在しない患者と情報交換することを必要とする。一方、様々な理由のために、オペレータは、セッションを終了させ１３００、および／または患者がすべてのセッションのプロトコルを終えたか否かを決定することができる。したがって、グラフィカルユーザーインタフェース１２９０は、実質的に休止してまたは早期にセッションを終えるための付加的な制御をオペレータに提供する。
【００５４】
評価セッションの開始後、またはリアルタイム評価を実行する処理のなかでいつでも、オペレータはセッションを保存すること１２５４に選択することができる。これはオペレータに、評価セッションの間に与えられたセンサーによって登録されたすべての評価環境設定とユーザー活動の記録を保存することを可能にする。図３３のリンク１２５４を選ぶと、即座に、オペレータは図３７に示めされたグラフィカルユーザーインタフェース１２２０が提供される。ユーザーは、ファイルを保存する１２２２ための処理ユニット内での場所と同様にセッションの記録のためのファイル名を選ぶことができる。同様に、ユーザーは、ファイルデータが保存されるフォーマットを選ぶことができる１２２４。このファイルは、セッションに関連するセンサー信号データ、望まれたセンサーデータと特定のしきい値との比較、セッションの間の請求された活動、およびユーザーの遂行能力を含む。センサー、ユーザー、セッションなどからの各々の量的データのセットは、グラフのなかの個々のデータポイント、グラフのなかの要約したデータポイント（平均値、標準偏差など）、表のなかのデータエントリなどとして示すことができる。さらに、各々のデータセットは、全く示されないこともできる。ファイル内のすべてのデータの表示は、データフォーマットで保存される。ユーザーが求めているファイルフォーマットが利用可能でない場合、ユーザーは、ファイルデータフォーマットの形式を作成して１２２６、そのデータフォーマットを保存すること１２２８を選択することができる。ユーザーはデータベース１２３０を選択し、個々のファイルのなかのデータの保存に加えて、あるいはその保存の代わりに、与えられたファイルがデータベースのなかで保存されるように、好きなデータベースへのファイルを保存することができる。したがって、グラフィカルユーザーインタフェース１２２０は、いずれかの名前、場所、および／または所望のフォーマットのなかで評価セッションデータを保存することを選択した後、ユーザーに示される。
【００５５】
オペレータは、ローカルにまたは離れた場所から、リアルタイムにセッションをモニタすることができ、または、それらは一つのセッションに続くセッションデータをモニタすることができる。オペレータは、セッションに続くデータを得るために、グラフィカルユーザーインタフェース１１２０を選ぶことができる。同様に、オペレータはローカルにいる場合、特定のセッションからデータを評価するのにグラフィカルユーザーインタフェース１３２０を選ぶことができる。図３２のリンク１１２０は、図３８のグラフィカルユーザーインタフェース１３２０をオペレータを提供する。このグラフィカルユーザーインタフェースが選択される際に、オペレータはオプションのメニューが提供される。それらは１３２２から特定のファイルをロードすることができ、または、ファイル情報を取り出しまたは保存するための特定のデータベース１３２４を選ぶことができる。いずれの選択でも、オペレータは、一つのまたは多数のセッションのいずれかから、特定のユーザーからの記録を取り出しことができる。ファイルまたはデータベース内のすべてのデータの表示は、データフォーマットで保存される。データは、与えられたオペレータおよび／または与えられたユーザーのデータのためのデフォルトフォーマットセットのなかで示される。データフォーマットは、前もってプログラムされたフォーマットの選択から選ぶことができる１３２６。オペレータは、他のデータフォーマットを選ぶことができ１３２６、また、それらは前のフォーマットを変更してまたは完全に新規なフォーマットを作成することに基づいて、データのためのフォーマットを作成することができ１３２８、処理ユニット１３３０にフォーマットを保存することができる。現在のデータフォーマットは、各々の信号表示を個々に調整することによって調整することができる１３３２。個々のファイル設定に対する何らかの変更は、リンク１３３６を選択することによって続いて保存される。同様に、選ばれたデータベースの内容および設定に対するなんらかの変更は、リンク１３３４を選択することによって続いて保存されることができる。したがって、グラフィカルユーザーインタフェース１３２０は、オペレータに、選択、フォーマット、および保存データ評価ファイルのためのツールの選択を提供する。
【００５６】
ここで示されたグラフィカルユーザーインタフェースは、ロボット装置および関連するセンサーと通信してユーザーまたは専門のオペレータを援助するために使用される単に典型的なインタフェースである。このインタフェースは、ユーザーおよび専門のオペレータの必要によって修正されることができる。加えて、一旦、オペレータが再検討および分析のためにファイルを選択し、それらは患者の発展の分析を実施するためのために異なる道具を使用することができる。
【００５７】
従来技術に勝る利点
好ましい実施例のロボット装置は、生物測定ウェアラブルセンサーおよび／またはコンソール上で起動させている制御を通してロボットを操作することをユーザーに可能にする。装置の効果のうちの一つはその柔軟性であり、そして、それは多くの形式において明らかにされる。第１に、ユーザー入力は、生物測定信号を位置、速度、加速、力、音、電気的な活動、温度、ビデオ、または、ユーザーまたはコンソールのいずれかに位置しているセンサーから出る電磁放射を測定すると感じることができる任意のタイプのセンサーからなることができる。第２に、センサー入力およびロボットのアクチュエータの間の関係は、アクチュエータのいずれかの組み合わせを起動させるのに必要なセンサーのいずれかの組み合わせであることができる。一つ以上のセンサーは一つのアクチュエータにマップされることができ、一つ以上のアクチュエータ出力は一つのセンサー入力にマップされることができる。センサー入力からアクチュエータ出力への関係は、さらに、しきい値およびゲインの設定を調整するために修正することができる。
【００５８】
柔軟性の第３度は、ユーザーがロボットと対話する方法である。ユーザーは、リアルタイムモードおよび／またはユーザーが再生および記録する能力のなかで、センサー入力を起動させることによって、ロボットと対話することができる。加えて、ユーザーおよびロボットは、対話型ゲームまたは物語の範囲内で連係することができる。対話型ゲームまたは物語の間、入力とロボット出力との間のマッピングおよびしきい値設定は、ロボットがゲームまたは物語のコースと状況内の変更を制御することで、自然に動的となることができる。
【００５９】
柔軟性の第４度は、ロボットおよびその入力間の無線接続性に起因する。ユーザーは、ロボットに物理的につなぎとめられることがないので、ユーザーおよびロボットの間の動きに大きな自由度がある。加えて、ロボット、ウェアラブルセンサー、および／または制御コンソールは、ローカル無線通信ネットワークを通じて互いに近くで通信することができ、または、インターネットのような長く遠い通信ネットワークを通じて、互いに離れて通信していることができる。この柔軟性は、非常に他の実施例の数を強化する。例えば、ユーザーが離れたロボットと相互に作用すること、異なる場所からの多数のユーザーが、１の場所で一つまたは多数のロボットと相互に作用すること、および、オペレータに、ユーザーのロボットとの対話型を、リアルタイムまたは後のセッションのどちらでもモニタすることを可能にすることである。
【００６０】
柔軟性の第５度は、対話型ゲームおよび物語の内容を更新する能力によって提供される。ユーザーは、ゲームまたは物語を作成または修正することができ、および／または他の著作者によるゲームおよび／または物語を通信ネットワークにアクセスしてダウンロードすることができる。新しい内容のための手段は、教育、治療、動機付け、および娯楽のアプリケーションのために、重要な連続した興味価値を提供して、ロボット装置の新さを維持する。
【００６１】
ロボット装置を伴ったセッションから記録されたデータを保存する能力は、システムの教育と治療の使用に対する適応性を増強する。データはたとえどんな表示がオペレータによって選択されても、ローカルで、または離れた場所からリアルタイムに見ることができる。加えて、データはオペレータによって選択された表示で、保存することおよび後から見ることができる。さらに、データは、時間の経過を超えて、ロボットシステムを伴うユーザー機能の便利なモニタリングのために、データベースに蓄積することができる。
【００６２】
他の実施例
いうまでもなく、本発明の特定の実施例が本願明細書において例示の目的のために述べられたが、様々な変更態様は本発明の精神と範囲から逸脱することなく、行われることができる。特に、無線センサーと通信するロボット装置は、モータおよびアクチュエータによって制御されるアセンブリを有する物理的装置として示された。しかし、ロボットアセンブリは、また、仮想形態であることができる。本実施例において、ロボットアセンブリは、モニタ上で提供され、ユーザーはこのモニタ上のロボットの様々な部分を制御する。様々なセンサーの入力は、仮想ロボット装置に、異なるアセンブリを移動させ、または仮想環境のなかで特定の方向に移動させる。例えば、ロボット工学的な装置は、対話型ゲームをコンピューターモニターに表示することができ、そこでセンサーの動きが、ユーザーにゲームの異なる様相を制御することを可能にする。
【００６３】
ロボット装置の物理的形態において、装置は、モータと通信するためのセンサーと同様に、様々なアセンブリの動作を制御するためにモータを包含する。センサーおよびモータは、デジタルおよびアナログを含む様々な形態になりうる。例えば、センサーまたはセンサーのネットワークは、手袋または類似部材にあることができる。手袋は、手および／または手首と同様に、異なる指の動きを検知するためのセンサーを包含することができる。ロボット装置は、コンピュータを組み入れるように設計されることができる。コンピュータは、コンソールにあることができ、また、それはコンソールの通信ポートと通信することができ、また、それはロボット装置の部分としてあることができる。
【００６４】
これらの実施例のいずれにおいても、装置から外部コンピュータおよび／またはサーバへファイルのダウンロード、装置へファイルをアップロード、およびセンサーデータの遅れた評価と同様にリアルタイムの両方で、離れた場所から装置の一般的な制御を可能にするために、コンピュータは外部のパーソナルコンピュータおよび／またはサーバに接続されることができる。ユーザーは、また、ネットワークにつながれているコンソールを通じてロボットを制御し、ロボットと離れて位置することができる。ロボット装置の柔軟なネットワーク能力は、介護人と患者が異なる場所にいる場合に、特にテレヘルスアプリケーションに価値がある。
【００６５】
ロボット装置は、また、多数のユーザーおよび多数のコンソールを伴う多数のロボット、およびそれらの任意の数の組み合わせとして構成することができる。この実施例のバリエーションは、装置上の環境および生物測定センサーの多数を取り入れており、ビデオ、超音波、赤外線、圧力センサー、および聴覚を含むが、これらに限定されない。ロボット装置は、自主的に障害を検出して避ける能力、ユーザーを検出して続く能力、または、操作環境に関連してロボットの場所検出および決定する能力、のような高度な性質を伴って構成することができる。したがって、本発明の保護の範囲は、以下の請求項およびそれらの均等物だけによって制限される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、インタフェースおよび関連するロボット部分のブロック図である。
【図２】図２は、ロボットアセンブリの説明図である。
【図３】図３は、ロボットのネックアセンブリの説明図である。
【図４】図４は、ロボットのヘッドアセンブリの説明図である。
【図５】図５は、ロボットの腕アセンブリの説明図である。
【図６】図６は、ロボットのドライブトレインアセンブリの説明図である。
【図７】図７は、中央処理ユニットを有するロボットのブロック図である。
【図８】図８は、離れたアクチュエータと通信する一つの無線センサーの説明図である。
【図９】図９は、中央ユニットと通信するセンサーネットワークの説明図である。
【図１０】図１０は、コンソールのブロック図である。
【図１１】図１１は、センサーの作動およびセンサーデータの処理を例示しているフロー図である。
【図１２】図１２は、無線センサーからのデータの通信と処理を例示しているフロー図である。
【図１３】図１３は、無線センサーのネットワークの部分である無線センサーの作動を例示しているフロー図である。
【図１４】図１４は、センサーデータの処理プロセスを例示しているフローチャートである。
【図１５】図１５は、センサーデータの解析プロセスを例示しているフローチャートである。
【図１６】図１６は、モード選択能力を有するコンソールのブロック図である。
【図１７】図１７は、作動モードの選択を例示しているフローチャートである。
【図１８】図１８は、コンソールからロボットまでデータの流れを例示しているフロー図である。
【図１９】図１９は、システムの通信能力を例示しているブロック図である。
【図２０】図２０は、グラフィカルユーザーインタフェースを有するコンソールを例示しているブロック図である。
【図２１】図２１は、グラフィカルユーザーインタフェースを有するコンソールを例示しているブロック図である。
【図２２】図２２は、対話型ゲーム／物語を選ぶプロセスを例示しているフローチャートである。
【図２３】図２３は、マッピング選択を支えているグラフィカルユーザーインタフェースを例示しているブロック図である。
【図２４】図２４は、センサーおよびアクチュエータのマッピングを設定するためのプロセスを例示しているフロー図である。
【図２５】図２５は、センサーおよびアクチュエータを調整するプロセスを例示しているフロー図である。
【図２６】図２６は、しきい値およびゲインを設定するためのプロセスを例示しているフロー図である。
【図２７】図２７は、操作の対話型ノードのマッピングの説明図である。
【図２８】図２８は、対話型動作モードのマッピングの説明図である。
【図２９】図２９は、対話型作動モードのマッピングの説明図である。
【図３０】図３０は、対話部材のためのマッピングプロセスのフローチャートである。
【図３１】図３１は、対話型物語をつくるための説明図である。
【図３２】図３２は、グラフィカルユーザーインタフェースを有するコンソールを例示しているブロック図である。
【図３３】図３３は、ロボット装置を有するセッションのリアルタイム評価を実施するためのフローチャートである。
【図３４】図３４は、初期設定の調整のための説明図である。
【図３５】図３５は、対話型ゲーム／物語に音および運動を埋め込むための説明図である。
【図３６】図３６は、セッションを無効にするための説明図である。
【図３７】図３７は、つくられた対話型ゲーム／物語をセーブするための説明図である。
【図３８】図３８は、ロボット装置を有するセッションのセッション後の評価を実施するための説明図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号通信システムにおいて：
ロボット装置のアクチュエータと通信する動作センサであって、人間に取り付けられており、この人間の動作を測定する動作センサを具え；
前記動作センサが電源と送受信機と通信し；
前記送受信機が前記ロボット装置の中央処理ユニットと通信し；
前記中央処理ユニットがセンサ信号を受信して処理し、前記センサが検出した入力を前記アクチュエータに通信し；
会話型動作モードを提供する動的制御システムであって、前記アクチュエータと通信する前記ロボット装置が動作を介して前記人間と通信し、前記人間が前記アクチュエータと通信する前記センサの動きを介して前記ロボット装置に応答する動的制御システムを具え；
前記ロボット装置の前記アクチュエータと通信する前記動作センサが、前記人間による位置、速度、加速度および力の入力を検出し、前記ロボット装置の動きを前記人間の測定した動作に対応させる；
ことを特徴とする信号通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の信号通信システムにおいて、前記動作センサがワイヤレスセンサであることを特徴とする信号通信システム。
【請求項３】
請求項１に記載の信号通信システムにおいて、前記ロボット装置が物理的ロボットあるいはバーチャルロボットであることを特徴とする信号通信システム。
【請求項４】
請求項１に記載の信号通信システムにおいて、前記ロボット装置を用いて前記センサから受信したデータを保存して評価するアッセンブリマネージャを具えることを特徴とする信号通信システム。
【請求項５】
請求項１に記載の信号通信システムにおいて、前記中央処理ユニットが前記アクチュエータと通信する部分内、前記センサと通信する部分内、または、前記アクチュエータと通信する部分外の位置、に設けられていることを特徴とする信号通信システム。
【請求項６】
請求項１に記載の信号通信システムが更に、前記検出した入力の評価を可能にするオペレータインターフェースを具え、当該オペレータインターフェースが前記アクチュエータと前記センサから遠隔位置で、または、前記アクチュエータと前記センサに対して局所的な位置からアクセス可能であることを特徴とする信号通信システム。
【請求項７】
請求項６に記載の信号通信システムにおいて、前記評価がリアルタイムで、または非リアルタイムで行われることを特徴とする信号通信システム。
【請求項８】
請求項１に記載の信号通信システムにおいて、前記動作センサが、前記ロボット装置の対応するアクチュエータにマッピングされていることを特徴とする信号通信システム。
【請求項９】
信号通信システムにおいて：
ロボット装置のアクチュエータと通信する動作センサであって、当該動作センサが人間と通信しており、当該人間によって与えられる動作を測定するセンサを具え；
前記動作センサが電源と送受信機と通信しており；
前記送受信機が前記ロボット装置の中央処理ユニットと通信しており；
前記中央処理ユニットがセンサ信号を受信してこれを処理し、前記センサが検出した入力を前記アクチュエータに通信し；
会話型動作モードを提供する動的制御システムであって、前記アクチュエータと通信する前記ロボット装置が動作を介して前記人間と通信し、当該人間が前記アクチュエータと通信する前記センサが測定した動作を介して前記ロボット装置に応答する動的制御システムを具え；
前記ロボット装置の前記アクチュエータと通信する前記動作センサが、前記人間による位置、速度、加速度、および力の入力を検出し、前記ロボット装置の動きを前記人間の動作に対応させる；
ことを特徴とする信号通信システム。
【請求項１０】
請求項８に記載の信号通信システムにおいて、ユーザの入力がバーチャルあるいは物理的な入力であることを特徴とする信号通信システム。
【請求項１１】
請求項８に記載の信号通信システムにおいて、前記センサが、グリップセンサ、ジョイスティック、プッシュボタン、スライダ、およびダイアルの少なくとも一つを具えることを特徴とする信号通信システム。
【請求項１】
信号通信システムにおいて：
ロボット装置のアクチュエータと通信する動作センサであって、人間に取り付けられており、この人間の動作を測定する動作センサを具え；
前記動作センサが電源と送受信機と通信し；
前記送受信機が前記ロボット装置の中央処理ユニットと通信し；
前記中央処理ユニットがセンサ信号を受信して処理し、前記センサが検出した入力を前記アクチュエータに通信し；
会話型動作モードを提供する動的制御システムであって、前記アクチュエータと通信する前記ロボット装置が動作を介して前記人間と通信し、前記人間が前記アクチュエータと通信する前記センサの動きを介して前記ロボット装置に応答する動的制御システムを具え；
前記ロボット装置の前記アクチュエータと通信する前記動作センサが、前記人間による位置、速度、加速度および力の入力を検出し、前記ロボット装置の動きを前記人間の測定した動作に対応させる；
ことを特徴とする信号通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の信号通信システムにおいて、前記動作センサがワイヤレスセンサであることを特徴とする信号通信システム。
【請求項３】
請求項１に記載の信号通信システムにおいて、前記ロボット装置が物理的ロボットあるいはバーチャルロボットであることを特徴とする信号通信システム。
【請求項４】
請求項１に記載の信号通信システムにおいて、前記ロボット装置を用いて前記センサから受信したデータを保存して評価するアッセンブリマネージャを具えることを特徴とする信号通信システム。
【請求項５】
請求項１に記載の信号通信システムにおいて、前記中央処理ユニットが前記アクチュエータと通信する部分内、前記センサと通信する部分内、または、前記アクチュエータと通信する部分外の位置、に設けられていることを特徴とする信号通信システム。
【請求項６】
請求項１に記載の信号通信システムが更に、前記検出した入力の評価を可能にするオペレータインターフェースを具え、当該オペレータインターフェースが前記アクチュエータと前記センサから遠隔位置で、または、前記アクチュエータと前記センサに対して局所的な位置からアクセス可能であることを特徴とする信号通信システム。
【請求項７】
請求項６に記載の信号通信システムにおいて、前記評価がリアルタイムで、または非リアルタイムで行われることを特徴とする信号通信システム。
【請求項８】
請求項１に記載の信号通信システムにおいて、前記動作センサが、前記ロボット装置の対応するアクチュエータにマッピングされていることを特徴とする信号通信システム。
【請求項９】
信号通信システムにおいて：
ロボット装置のアクチュエータと通信する動作センサであって、当該動作センサが人間と通信しており、当該人間によって与えられる動作を測定するセンサを具え；
前記動作センサが電源と送受信機と通信しており；
前記送受信機が前記ロボット装置の中央処理ユニットと通信しており；
前記中央処理ユニットがセンサ信号を受信してこれを処理し、前記センサが検出した入力を前記アクチュエータに通信し；
会話型動作モードを提供する動的制御システムであって、前記アクチュエータと通信する前記ロボット装置が動作を介して前記人間と通信し、当該人間が前記アクチュエータと通信する前記センサが測定した動作を介して前記ロボット装置に応答する動的制御システムを具え；
前記ロボット装置の前記アクチュエータと通信する前記動作センサが、前記人間による位置、速度、加速度、および力の入力を検出し、前記ロボット装置の動きを前記人間の動作に対応させる；
ことを特徴とする信号通信システム。
【請求項１０】
請求項８に記載の信号通信システムにおいて、ユーザの入力がバーチャルあるいは物理的な入力であることを特徴とする信号通信システム。
【請求項１１】
請求項８に記載の信号通信システムにおいて、前記センサが、グリップセンサ、ジョイスティック、プッシュボタン、スライダ、およびダイアルの少なくとも一つを具えることを特徴とする信号通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【公開番号】特開２００８−１７８９７３（Ｐ２００８−１７８９７３Ａ）
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３９６７４（Ｐ２００７−３３９６７４）
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【分割の表示】特願２００２−５６８６１０（Ｐ２００２−５６８６１０）の分割
【原出願日】平成１４年２月２７日（２００２．２．２７）
【出願人】（５０３３１０２７９）アンソロトロニックス インコーポレイテッド (1)
【出願人】（３０４０３２２０６）ユニバーシティー オブ メリーランド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【分割の表示】特願２００２−５６８６１０（Ｐ２００２−５６８６１０）の分割
【原出願日】平成１４年２月２７日（２００２．２．２７）
【出願人】（５０３３１０２７９）アンソロトロニックス インコーポレイテッド (1)
【出願人】（３０４０３２２０６）ユニバーシティー オブ メリーランド (1)
【Ｆターム（参考）】
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