制御装置、ロボット、制御方法、ならびに、プログラム
【課題】複数の関節を有する制御対象の表面に対するユーザの操作によって制御対象の形状を適切に変化させる制御装置等を提供する。
【解決手段】制御装置１０１において、回転角取得部１０２は、操作対象が有する棒状体の関節の回転角ｑを取得する。接触角取得部１０３は、棒状体の周囲に設置された接触位置センサの出力から接触角ｓを取得する。和計算部１０４は、回転角ｑと接触角ｓの和（ｑ＋ｓ）を計算する。出力部１０５は、和（ｑ＋ｓ）がいずれの角度範囲に属するか、に応じて、棒状体の関節の屈曲角や振上角を増減させる制御信号を出力する。
【解決手段】制御装置１０１において、回転角取得部１０２は、操作対象が有する棒状体の関節の回転角ｑを取得する。接触角取得部１０３は、棒状体の周囲に設置された接触位置センサの出力から接触角ｓを取得する。和計算部１０４は、回転角ｑと接触角ｓの和（ｑ＋ｓ）を計算する。出力部１０５は、和（ｑ＋ｓ）がいずれの角度範囲に属するか、に応じて、棒状体の関節の屈曲角や振上角を増減させる制御信号を出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の関節を有する制御対象の表面に対するユーザの操作によって制御対象の形状を適切に変化させるのに好適な制御装置、ロボット、制御方法、ならびに、当該入力装置をコンピュータにより制御するためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、タッチパネルなどを用いた接触検出型センサによって、位置を選択したり、各種の指示を行う入力技術が提案されている。
【０００３】
例えば、以下に掲げる特許文献１においては、ユーザが押圧操作によって正負の値や方向を直観的に入力できるようにする入力装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４２９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方で、ロボットの腕等、複数の関節を有する物の表面をユーザが押したり撫でたりすることで、ロボットに対してユーザの指示を適切に伝達したい、という要望は強い。
【０００６】
本発明は、以上のような課題を解決するためのもので、複数の関節を有する制御対象の表面に対するユーザの操作によって制御対象の形状を適切に変化させるのに好適な制御装置、ロボット、制御方法、ならびに、当該入力装置をコンピュータにより制御するためのプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点に係る制御装置は、基体と、基体に対する回転ならびに屈曲が可能な関節を介して一端が接続された棒状体と、関節の屈曲角を変化させることが可能なアクチュエータと、関節の回転角を検知する回転角センサと、当該棒状体の周囲表面の接触位置を検知する接触位置センサと、を備える制御対象を制御し、回転角取得部、接触角取得部、和計算部、出力部を備え、以下のように構成する。
【０００８】
すなわち、回転角取得部は、回転角センサから出力される回転角を取得する。
【０００９】
一方、接触角取得部は、接触位置センサから出力される接触位置から、当該棒状体の長手方向の中心軸周りに垂らした垂線の方向ベクトルと、当該棒状体の周囲表面の所定位置から当該中心軸に垂らした垂線の方向ベクトルと、がなす接触角を取得する。
【００１０】
さらに、和計算部は、取得された回転角と、取得された接触角と、の和を計算する。
【００１１】
そして、出力部は、計算された和の値が、
（１）第１の角度範囲に含まれる場合、関節の屈曲角を増加させ、
（２）第２の角度範囲に含まれる場合、関節の屈曲角を減少させる
制御信号を、制御対象に出力する。
【００１２】
また、本発明の制御装置は、以下のように構成することができる。
【００１３】
すなわち、関節は基体に対して棒状体の振上が可能である。
【００１４】
一方、アクチュエータは、関節の振上角を変化させることが可能である。
【００１５】
さらに、出力部は、計算された和の値が、
（３）第３の角度範囲に含まれる場合、関節の振上角を増加させ、
（４）第４の角度範囲に含まれる場合、関節の振上角を減少させる
制御信号を、制御対象に出力する。
【００１６】
また、本発明制御装置は、以下のように構成することができる。
【００１７】
すなわち、第１の角度範囲と、第２の角度範囲と、は、角度の中心に対して点対称の関係にある。
【００１８】
一方、第３の角度範囲と、第４の角度範囲と、は、当該角度の中心に対して点対称の関係にある。
【００１９】
さらに、第１の角度範囲と、第３の角度範囲と、は、所定の離間角度だけ離間している。
【００２０】
また、本発明の制御装置は、以下のように構成することができる。
【００２１】
すなわち、出力部は、検知された接触位置が所定の範囲の速度で棒状体の中心軸周りに移動した場合、関節の回転角を、当該移動の方向に沿って変化させる制御信号を、制御対象に出力する。
【００２２】
本発明の第２の観点に係るロボットは、上記の制御対象ならびに制御装置を一体に構成する。
【００２３】
また、本発明のロボットにおいて、制御対象は、胴体、上腕、前腕を有し、基体は、当該胴体であり、棒状体は当該上腕であるように構成することができる。
【００２４】
また、本発明のロボットにおいて、制御対象は、胴体、上腕、前腕を有し、基体は、当該上腕であり、棒状体は当該前腕であるように構成することができる。
【００２５】
本発明の第３の観点に係る制御方法は、基体と、基体に対する回転ならびに屈曲が可能な関節を介して一端が接続された棒状体と、関節の屈曲角を変化させることが可能なアクチュエータと、関節の回転角を検知する回転角センサと、当該棒状体の周囲表面の接触位置を検知する接触位置センサと、を備える制御対象を制御する制御方法であって、回転角取得部、接触角取得部、和計算部、出力部を有する制御装置が実行し、以下のように構成する。
【００２６】
すなわち、回転角取得工程では、回転角取得部が、回転角センサから出力される回転角を取得する。
【００２７】
一方、接触角取得工程では、接触角取得部が、接触位置センサから出力される接触位置から、当該棒状体の長手方向の中心軸周りに垂らした垂線の方向ベクトルと、当該棒状体の周囲表面の所定位置から当該中心軸に垂らした垂線の方向ベクトルと、がなす接触角を取得する。
【００２８】
さらに、和計算工程では、和計算部が、取得された回転角と、取得された接触角と、の和を計算する。
【００２９】
そして、出力工程では、出力部が、
（１）計算された和の値が、第１の角度範囲に含まれる場合、関節の屈曲角を増加させ、
（２）計算された和の値が、第２の角度範囲に含まれる場合、関節の屈曲角を減少させる
制御信号を、制御対象に出力する。
【００３０】
本発明の第４の観点に係るプログラムは、上記の制御対象を制御するコンピュータを、上記の制御装置の各部として機能させ、上記の制御方法の各工程を実行させるように構成する。
【００３１】
また、本発明のプログラムは、コンパクトディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ディジタルビデオディスク、磁気テープ、半導体メモリ等のコンピュータ読取可能な情報記憶媒体に記録することができる。
【００３２】
上記プログラムは、プログラムが実行されるコンピュータとは独立して、コンピュータ通信網を介して配布・販売することができる。また、上記情報記憶媒体は、コンピュータやディジタル信号プロセッサとは独立して配布・販売することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、複数の関節を有する制御対象の表面に対するユーザの操作によって制御対象の形状を適切に変化させるのに好適な制御装置、ロボット、制御方法、ならびに、当該入力装置をコンピュータにより制御するためのプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態に係る制御装置の概要構成を示す模式図である。
【図２】本実施形態に係る制御装置により制御される制御対象の概要を示す説明図である。
【図３】本実施形態に係る制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】上腕の制御における、角度範囲を表す説明図である。
【図５】前腕の制御における、角度範囲を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に本発明の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態は説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。
【実施例１】
【００３６】
図１は、本実施形態に係る制御装置の概要構成を示す模式図である。以下、本図を参照して説明する。
【００３７】
本図に示すように、制御装置１０１は、回転角取得部１０２、接触角取得部１０３、和計算部１０４、出力部１０５を有する。これら各部は、ロボットの腕等の制御対象の形状の変化を制御する。
【００３８】
制御装置１０１は、制御対象と有線もしくは無線で接続され、各種の情報をやりとりする。
【００３９】
図２は、本実施形態に係る制御装置により制御される制御対象の概要を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。
【００４０】
本図に示すように、制御対象２０１は、以下のような部材を有する。
（１）基体２０２。
（２）基体２０２に回転ならびに屈曲が可能な関節２０３を介して一端が接続された棒状体２０４。関節２０３においてさらに振上を可能とする場合もある。
（３）関節２０３の屈曲角を変化させることが可能なアクチュエータ（図示せず）。関節２０３の回転角や振上角を変化させることを可能とする場合もある。
（４）関節２０３の回転角を検知する回転角センサ（図示せず）。このほか、アクチュエータの動作等を監視するために、関節２０３の屈曲角や振上角を検知する屈曲角センサや振上角センサを検知する設けることもある。
（５）棒状体２０４の周囲表面の接触位置を検知する接触位置センサ２０５。
【００４１】
制御対象２０１は、ロボットの一部をなすもので、基体２０２と、関節２０３と、棒状体２０４としては、以下のような組み合わせがありうる。
（ａ）ロボットの胴体が基体２０２、ロボットの肩関節が関節２０３、ロボットの上腕が棒状体２０４。すなわち、ロボットの肩ならびにその先を制御する場合である。
（ｂ）ロボットの上腕が基体２０２、ロボットの肘関節が関節２０３、ロボットの前腕が棒状体２０４。すなわち、ロボットの肘ならびにその先を制御する場合である。
【００４２】
以下、屈曲角ｐ、回転角ｑ、振上角ｒの関係について、上記（ａ）（ｂ）の場合に合わせて説明する。以下では、腕を下に伸ばし、掌を胴体に向けた状態を基準姿勢とする。
【００４３】
まず、上記（ａ）の場合を考える。肩関節においては、本実施形態に係るロボットは３自由度を有し、屈曲角ｐ、回転角ｑ、振上角ｒを変化させることが可能である。
【００４４】
肩から左右に伸びるような回転軸周りに腕を回転させる角度が、振上角ｒに相当する。基準姿勢では、振上角ｒは０であり、基準姿勢から振上角ｒを正に増加させると、腕が前方に上がり、基準姿勢から振上角ｒを負に減少させると、腕が背面に動くことになる。
【００４５】
ロボットが人間の体をほぼ忠実に模した場合には、振上角ｒは、０〜３６０度の任意の角度をとることができる。
【００４６】
屈曲角ｐは、脇の下の角度に相当する。基準姿勢では、屈曲角ｐは０であり、基準姿勢から屈曲角ｐを増加していくと、腕は左右に広がることになる。
【００４７】
ロボットが人間の体をほぼ忠実に模した場合には、屈曲角ｐは、０〜１８０度の任意の角度をとることができる。
【００４８】
回転角ｑは、上腕を内転もしくは外転させる角度である。基準姿勢では、回転角ｑは０であり、基準姿勢において掌を背面に向ける方向に上腕を回転させる内転では、回転角ｑは増加し、基準姿勢において掌を正面に向ける方向に上腕を回転させる外転では、回転角ｑは減少する。
【００４９】
ロボットが人間の体をほぼ忠実に模した場合には、回転角ｑは、−９０度〜９０度程度の角度をとることができる。
【００５０】
以下では、上記（ｂ）の場合を考える。肘関節においては、本実施形態に係るロボットは２自由度を有し、屈曲角ｐ、回転角ｑを変化させることが可能である。
【００５１】
屈曲角ｐは、上腕に対して肘関節で前腕を曲げる角度である。基準姿勢では、屈曲角ｐは０であり、肘を曲げると屈曲角ｐは増加していく。
【００５２】
ロボットが人間の体をほぼ忠実に模した場合には、屈曲角ｐは、０度〜１７０度程度の角度をとることができる。
【００５３】
回転角ｑは、前腕を内転もしくは外転させる角度である。基準姿勢では、基準姿勢において掌を背面に向ける方向に前腕を回転させる内転では、回転角ｑは増加し、基準姿勢において掌を正面に向ける方向に前腕を回転させる外転では、回転角ｑは減少する。
【００５４】
ロボットが人間の体をほぼ忠実に模した場合には、回転角ｑは、−１３５度〜＋１３５度程度の角度をとることができる。
【００５５】
上記のように、人間の体を模した場合には、各角度に可動範囲を設けることとなるが、これらの可動範囲は、ロボットのハードウェア的な制約によって、適宜定めることとしても良い。
【００５６】
上記のように、棒状体２０４の周囲表面、すなわち、棒状体２０４の長手方向に対する側面全周には、ユーザが触れた接触位置を検知する接触位置センサ２０５が配置されている。
【００５７】
本実施形態では、接触位置を長手方向の中心軸２１１周りの角度によって表すために、接触角ｓという概念を導入する。
【００５８】
接触角ｓとは、
（１）接触位置センサ２０５によって感知された接触位置２２１から中心軸２１１へ垂らした垂線２２２の方向ベクトル２２３と、
（２）棒状体２０４の周囲表面の所定の基準位置２１５から中心軸２１１へ垂らした垂線２２４の方向ベクトル２２５と、
がなす角度である。
【００５９】
上記（ａ）（ｂ）の両方の場合において、基準位置２１５は、腕が基準姿勢にあるときに、腕の背中側の表面に設定されており、腕の内転の方向を正の向きとする。すなわち、回転角ｑの正の向きと同じ回転方向が、接触角ｓの正の向きである。
【００６０】
たとえば、腕が基準姿勢にあるときに、腕を真横外側から押された場合には、接触角ｓは約９０度、ということになる。
【００６１】
接触位置センサ２０５は、２次元的な広がりを持つシート状の形状をしており、棒状体２０４の表面に貼り付けられて、当該シートのいずれの場所がユーザに押圧されているかを感知する。したがって、接触位置センサ２０５の各位置と、「当該各位置から中心軸２１１へ垂らした垂線の方向ベクトルと、基準位置２１５から中心軸２１１へ垂らした垂線の方向ベクトルと、がなす角度」とを、あらかじめ実測等により対応付けておけば、感知された接触位置から接触角ｓを求めることができる。
【００６２】
本実施形態では、接触位置から接触角ｓを求める処理は、後述する通り、制御装置１０１において行われる。
【００６３】
本実施形態では、ロボット全体の姿勢情報を利用するのではなく、ロボットの局所的な姿勢情報として回転角ｑと接触角ｓとを採用し、これらに基づいて、ロボットの局所的な姿勢、屈曲角ｐや振上角ｒを簡易に制御する点に特徴の一つがある。
【００６４】
また、制御装置１０１を複数用意し、ロボットの各関節２０３の角度を変化させるアクチュエータを駆動して、その屈曲や回転、振上の角度を変化させることで、ロボットの姿勢を変化させることができる。これらの制御装置１０１と制御対象２０１とが一体に構成されることで、自律型ロボットを構成することができる。
【００６５】
この際に、各制御装置１０１において実行される制御処理は、ロボットを制御するコンピュータ上で所定のプログラムを動作させることにより、並列にもしくは逐次的に実行することが可能である。
【００６６】
図３は、本実施形態に係る制御処理の流れを示すフローチャートである。以下、本図ならびに図１を参照して説明する。本処理は、ロボットの各関節２０３について繰り返し実行される処理の一単位を表すものである。したがって、本処理が一旦終了したとしても、また本処理が開始されるように構成し、本処理の終了と開始の間に、適宜他の処理や他の関節２０３に対する処理を実行するのが一般的である。
【００６７】
さて、本処理が開始されると、回転角取得部１０２は、測定対象２０１の回転角センサから出力される回転角ｑを取得する（ステップＳ３０１）。
【００６８】
基準位置や回転方向の正負などが上記の設定に適合するように、回転角センサから取得された値が適宜変換されることによって、回転角ｑが取得される。
【００６９】
ついで、接触角取得部１０３は、測定対象２０１の接触位置センサ２０５から、接触がされているか否か、ならびに、接触されていればその種類を判定する（ステップＳ３０２）。接触していなければ（ステップＳ３０２；Ｎｏ）、本処理を終了する。
【００７０】
撫でるように接触されていれば（ステップＳ３０２；撫で）、その撫で方向に合わせて、棒状体２０４の回転角ｑを所定の角度だけ変化させる制御信号を出力して（ステップＳ３０３）、本処理を終了する。
【００７１】
撫でるように接触とは、接触位置センサ２０５の表面を、接触位置が所定の速度範囲で移動したことを意味する。
【００７２】
本実施形態においては、回転角ｑを変化させて中心軸２１１周りに棒状体２０４の向きを変化させるのは、中心軸２１１と捻れの関係にある方向に棒状体２０４の表面を撫でた場合に限られる。
【００７３】
また、撫で方向と中心軸２１１との角度の相違に応じて、回転角ｑを変化させる量を調整しても良いし、撫で方向と中心軸２１１との角度が、所定の誤差範囲内で直角に近い場合のみ、回転角ｑを変化させ、それ以外の場合には、単に本処理を終了することとしても良い。
【００７４】
一方、押圧するように接触されていれば（ステップＳ３０２；押圧）、接触位置センサ２０５から出力された接触位置から、接触角ｓを取得する（ステップＳ３１２）。
【００７５】
押圧するように接触とは、接触位置センサ２０５の表面の法線方向に単に押圧する接触を意味する。すなわち、接触位置センサ２０５の表面の接触位置が変化したとしても、その速度が、上記の所定の速度範囲（あるいは、当該所定の速度よりも小さい閾値）未満である場合に、押圧されている、と判断されることになる。
【００７６】
回転角取得部１０２ならびに接触角取得部１０３は、コンピュータが有するＣＰＵ（Central Processing Unit）が、外部のセンサとの通信を行うＩ／Ｏポート（Input/Outputポート）などを監視することによって実現される。
【００７７】
また、接触位置と接触角ｓとの対応付けは、コンピュータが有するハードディスク等に記憶された表を参照したり、接触位置センサ２０５の出力に対して所定の演算を施すことによって得られる。
【００７８】
さらに、和計算部１０４は、取得された回転角ｑと、取得された接触角ｓと、の和（ｑ＋ｓ）を計算する（ステップＳ３１３）。本実施形態では、回転角ｑと接触角ｓの和（ｑ＋ｓ）という局所的な情報に基づいてアクチュエータを制御して、ロボットの関節２０３の角度を変化させるのである。また、和の計算は、ＣＰＵが実行する。
【００７９】
そして、出力部１０５は、計算された和（ｑ＋ｓ）の値が、第１の角度範囲、第２の角度範囲、第３の角度範囲、第４の角度範囲のいずれに属するかを調べる（ステップＳ３１４）。
【００８０】
第１の角度範囲に属する場合は（ステップＳ３１４；第１）、出力部１０５は、関節２０３の屈曲角ｐを所定の角度だけ増加させる制御信号を出力して（ステップＳ３１５）、本処理を終了する。
【００８１】
第２の角度範囲に属する場合は（ステップＳ３１４；第２）、関節２０３の屈曲角ｐを所定の角度だけ減少させる制御信号を出力して（ステップＳ３１６）、本処理を終了する。
【００８２】
第３の角度範囲に属する場合は（ステップＳ３１４；第３）、関節２０３の振上角ｒを所定の角度だけ増加させる制御信号を出力して（ステップＳ３１７）、本処理を終了する。
【００８３】
第４の角度範囲に属する場合は（ステップＳ３１４；第４）、関節２０３の振上角ｒを所定の角度だけ減少させる制御信号を出力して（ステップＳ３１８）、本処理を終了する。
【００８４】
第１〜第４のいずれの角度範囲に属しない場合は（ステップＳ３１４；その他）、本処理を終了する。
【００８５】
図４は、上記（ａ）の上腕の制御における、角度範囲を表す説明図である。以下、本図を参照して説明する。
【００８６】
本図右方は、（ｑ＋ｓ） ＝ ０度を、本図上方は、（ｑ＋ｓ） ＝ ９０度を、本図左方は、（ｑ＋ｓ） ＝ １８０度を、本図下方は、（ｑ＋ｓ） ＝ ２７０度を、それぞれ表す。
【００８７】
さて、ロボットが基本姿勢をとっている場合には、回転角ｑは０であるが、ロボットが姿勢を変化させると、回転角ｑも変化する。
【００８８】
ロボットが基本姿勢をとっている場合に、（ｑ＋ｓ）が２７０度付近である、ということは、ロボットの上腕を胴体との間から押し広げたことを意味する。したがって、屈曲角ｐを増加させて、ロボットの上腕を側方に上げることになる。このため、（ｑ＋ｓ）の２７０度付近には、第１の角度範囲４０１が配置されている。
【００８９】
このようにして上腕が側方に広げられた場合に、（ｑ＋ｓ）が９０度付近である、ということは、「気を付け」の姿勢に戻すように上腕を側方から押したことを意味する。したがって、屈曲角ｐを減少させて、ロボットの上腕を側方から下げることになる。このため、（ｑ＋ｓ）の９０度付近には、第２の角度範囲４０２が配置されている。
【００９０】
本図に示すように、第１の角度範囲４０１と、第２の角度範囲４０２と、は、中心４１１に対して点対称の関係にある。
【００９１】
ロボットが基本姿勢をとっている場合に、（ｑ＋ｓ）が０度付近である、ということは、ロボットの上腕を背中側から押したことを意味する。したがって、振上角ｒを増加させてロボットの上腕を振り上げることになる。したがって、（ｑ＋ｓ）の０度付近には、第３の角度範囲４０３が配置されている。
【００９２】
一方、ロボットが基本姿勢をとっている場合に、（ｑ＋ｓ）が１８０度付近である、ということは、ロボットの上腕を腹側（正面側）から押したことを意味する。したがって、振上角ｒを減少させてロボットの上腕を振り下げることになる。したがって、（ｑ＋ｓ）の１８０度付近には、第４の角度範囲４０４が配置されている。
【００９３】
本実施形態では、第３の角度範囲４０３と、第４の角度範囲４０４と、は、中心４１１に対して点対称の関係にある。
【００９４】
さらに、第１の角度範囲４０１、第２の角度範囲４０２、第３の角度範囲４０３、第４の角度範囲４０４の隣り合うもの同士は、所定の離間角度４０５だけ離間している。
【００９５】
この離間角度４０５は、不感区間を設けるもので、微小な接触位置の差によってロボットの動作が劇的に変化してしまうことを防止するものである。
【００９６】
離間角度４０５は、本図に示すように、１０度程度で十分であるが、上腕の直径サイズやユーザの能力等に応じて適宜変更が可能である。
【００９７】
図５は、上記（ｂ）の前腕の制御における、角度範囲を表す説明図である。以下、本図を参照して説明する。
【００９８】
本図に示す方向は図４と同様であるが、本図においては、第１の角度範囲４０１ならびに第２の角度範囲４０２のみが配置されており、第３の角度範囲４０３ならびに第４の角度範囲４０４は用意されていない。これは、前腕の制御においては、肘関節に振上角ｒの変化が用意されていないからである。
【００９９】
さて、基本姿勢から上腕を操作して、上腕（ならびに前腕）が側方に単純に広げられている場合を考える。このとき、掌は地面の方向を向くことになる。したがって、前腕の（ｑ＋ｓ）＝９０度付近を押圧されると、肘を折り曲げることになり、屈曲角ｐが増加することになるから、この範囲に、第１の角度範囲４０１が配置される。
【０１００】
第２の角度範囲４０１は、これとは中心４１１に対して点対称の関係にあるように配置するのが一般的である。
【０１０１】
なお、屈曲角ｐ、回転角ｑ、振上角ｒについて、いずれの方向を基準方向とし、いずれの方向を正の回転とするか、に応じて、これらの角度範囲は適宜変更が可能である。
【０１０２】
このように、第１乃至第４の角度範囲４０１、４０２、４０３、４０４ならびに離間角度４０５を、各制御対象２０１に設定された基準位置や基準方向に応じて、適宜設定することで、ロボットの上腕や前腕に限らず、その他の部材、たとえば、頭部や脚部等においても、ユーザが部材表面を押圧した場合に、ユーザに直観的な方向に部材の向きが変化するような制御が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明によれば、複数の関節を有する制御対象の表面に対するユーザの操作によって制御対象の形状を適切に変化させるのに好適な制御装置、ロボット、制御方法、ならびに、当該入力装置をコンピュータにより制御するためのプログラムを提供することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１０１ 制御装置
１０２ 回転角取得部
１０３ 接触角取得部
１０４ 和計算部
１０５ 出力部
２０１ 制御対象
２０２ 基体
２０３ 関節
２０４ 棒状体
２０５ 接触位置センサ
２１１ 中心軸
２１５ 基準位置
２２１ 接触位置
２２２ 垂線
２２３ 方向ベクトル
２２４ 垂線
２２５ 方向ベクトル
４０１ 第１の角度範囲
４０２ 第２の角度範囲
４０３ 第３の角度範囲
４０４ 第４の角度範囲
４０５ 離間角度
４１１ 中心
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の関節を有する制御対象の表面に対するユーザの操作によって制御対象の形状を適切に変化させるのに好適な制御装置、ロボット、制御方法、ならびに、当該入力装置をコンピュータにより制御するためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、タッチパネルなどを用いた接触検出型センサによって、位置を選択したり、各種の指示を行う入力技術が提案されている。
【０００３】
例えば、以下に掲げる特許文献１においては、ユーザが押圧操作によって正負の値や方向を直観的に入力できるようにする入力装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４２９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方で、ロボットの腕等、複数の関節を有する物の表面をユーザが押したり撫でたりすることで、ロボットに対してユーザの指示を適切に伝達したい、という要望は強い。
【０００６】
本発明は、以上のような課題を解決するためのもので、複数の関節を有する制御対象の表面に対するユーザの操作によって制御対象の形状を適切に変化させるのに好適な制御装置、ロボット、制御方法、ならびに、当該入力装置をコンピュータにより制御するためのプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点に係る制御装置は、基体と、基体に対する回転ならびに屈曲が可能な関節を介して一端が接続された棒状体と、関節の屈曲角を変化させることが可能なアクチュエータと、関節の回転角を検知する回転角センサと、当該棒状体の周囲表面の接触位置を検知する接触位置センサと、を備える制御対象を制御し、回転角取得部、接触角取得部、和計算部、出力部を備え、以下のように構成する。
【０００８】
すなわち、回転角取得部は、回転角センサから出力される回転角を取得する。
【０００９】
一方、接触角取得部は、接触位置センサから出力される接触位置から、当該棒状体の長手方向の中心軸周りに垂らした垂線の方向ベクトルと、当該棒状体の周囲表面の所定位置から当該中心軸に垂らした垂線の方向ベクトルと、がなす接触角を取得する。
【００１０】
さらに、和計算部は、取得された回転角と、取得された接触角と、の和を計算する。
【００１１】
そして、出力部は、計算された和の値が、
（１）第１の角度範囲に含まれる場合、関節の屈曲角を増加させ、
（２）第２の角度範囲に含まれる場合、関節の屈曲角を減少させる
制御信号を、制御対象に出力する。
【００１２】
また、本発明の制御装置は、以下のように構成することができる。
【００１３】
すなわち、関節は基体に対して棒状体の振上が可能である。
【００１４】
一方、アクチュエータは、関節の振上角を変化させることが可能である。
【００１５】
さらに、出力部は、計算された和の値が、
（３）第３の角度範囲に含まれる場合、関節の振上角を増加させ、
（４）第４の角度範囲に含まれる場合、関節の振上角を減少させる
制御信号を、制御対象に出力する。
【００１６】
また、本発明制御装置は、以下のように構成することができる。
【００１７】
すなわち、第１の角度範囲と、第２の角度範囲と、は、角度の中心に対して点対称の関係にある。
【００１８】
一方、第３の角度範囲と、第４の角度範囲と、は、当該角度の中心に対して点対称の関係にある。
【００１９】
さらに、第１の角度範囲と、第３の角度範囲と、は、所定の離間角度だけ離間している。
【００２０】
また、本発明の制御装置は、以下のように構成することができる。
【００２１】
すなわち、出力部は、検知された接触位置が所定の範囲の速度で棒状体の中心軸周りに移動した場合、関節の回転角を、当該移動の方向に沿って変化させる制御信号を、制御対象に出力する。
【００２２】
本発明の第２の観点に係るロボットは、上記の制御対象ならびに制御装置を一体に構成する。
【００２３】
また、本発明のロボットにおいて、制御対象は、胴体、上腕、前腕を有し、基体は、当該胴体であり、棒状体は当該上腕であるように構成することができる。
【００２４】
また、本発明のロボットにおいて、制御対象は、胴体、上腕、前腕を有し、基体は、当該上腕であり、棒状体は当該前腕であるように構成することができる。
【００２５】
本発明の第３の観点に係る制御方法は、基体と、基体に対する回転ならびに屈曲が可能な関節を介して一端が接続された棒状体と、関節の屈曲角を変化させることが可能なアクチュエータと、関節の回転角を検知する回転角センサと、当該棒状体の周囲表面の接触位置を検知する接触位置センサと、を備える制御対象を制御する制御方法であって、回転角取得部、接触角取得部、和計算部、出力部を有する制御装置が実行し、以下のように構成する。
【００２６】
すなわち、回転角取得工程では、回転角取得部が、回転角センサから出力される回転角を取得する。
【００２７】
一方、接触角取得工程では、接触角取得部が、接触位置センサから出力される接触位置から、当該棒状体の長手方向の中心軸周りに垂らした垂線の方向ベクトルと、当該棒状体の周囲表面の所定位置から当該中心軸に垂らした垂線の方向ベクトルと、がなす接触角を取得する。
【００２８】
さらに、和計算工程では、和計算部が、取得された回転角と、取得された接触角と、の和を計算する。
【００２９】
そして、出力工程では、出力部が、
（１）計算された和の値が、第１の角度範囲に含まれる場合、関節の屈曲角を増加させ、
（２）計算された和の値が、第２の角度範囲に含まれる場合、関節の屈曲角を減少させる
制御信号を、制御対象に出力する。
【００３０】
本発明の第４の観点に係るプログラムは、上記の制御対象を制御するコンピュータを、上記の制御装置の各部として機能させ、上記の制御方法の各工程を実行させるように構成する。
【００３１】
また、本発明のプログラムは、コンパクトディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ディジタルビデオディスク、磁気テープ、半導体メモリ等のコンピュータ読取可能な情報記憶媒体に記録することができる。
【００３２】
上記プログラムは、プログラムが実行されるコンピュータとは独立して、コンピュータ通信網を介して配布・販売することができる。また、上記情報記憶媒体は、コンピュータやディジタル信号プロセッサとは独立して配布・販売することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、複数の関節を有する制御対象の表面に対するユーザの操作によって制御対象の形状を適切に変化させるのに好適な制御装置、ロボット、制御方法、ならびに、当該入力装置をコンピュータにより制御するためのプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態に係る制御装置の概要構成を示す模式図である。
【図２】本実施形態に係る制御装置により制御される制御対象の概要を示す説明図である。
【図３】本実施形態に係る制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】上腕の制御における、角度範囲を表す説明図である。
【図５】前腕の制御における、角度範囲を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に本発明の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態は説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。
【実施例１】
【００３６】
図１は、本実施形態に係る制御装置の概要構成を示す模式図である。以下、本図を参照して説明する。
【００３７】
本図に示すように、制御装置１０１は、回転角取得部１０２、接触角取得部１０３、和計算部１０４、出力部１０５を有する。これら各部は、ロボットの腕等の制御対象の形状の変化を制御する。
【００３８】
制御装置１０１は、制御対象と有線もしくは無線で接続され、各種の情報をやりとりする。
【００３９】
図２は、本実施形態に係る制御装置により制御される制御対象の概要を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。
【００４０】
本図に示すように、制御対象２０１は、以下のような部材を有する。
（１）基体２０２。
（２）基体２０２に回転ならびに屈曲が可能な関節２０３を介して一端が接続された棒状体２０４。関節２０３においてさらに振上を可能とする場合もある。
（３）関節２０３の屈曲角を変化させることが可能なアクチュエータ（図示せず）。関節２０３の回転角や振上角を変化させることを可能とする場合もある。
（４）関節２０３の回転角を検知する回転角センサ（図示せず）。このほか、アクチュエータの動作等を監視するために、関節２０３の屈曲角や振上角を検知する屈曲角センサや振上角センサを検知する設けることもある。
（５）棒状体２０４の周囲表面の接触位置を検知する接触位置センサ２０５。
【００４１】
制御対象２０１は、ロボットの一部をなすもので、基体２０２と、関節２０３と、棒状体２０４としては、以下のような組み合わせがありうる。
（ａ）ロボットの胴体が基体２０２、ロボットの肩関節が関節２０３、ロボットの上腕が棒状体２０４。すなわち、ロボットの肩ならびにその先を制御する場合である。
（ｂ）ロボットの上腕が基体２０２、ロボットの肘関節が関節２０３、ロボットの前腕が棒状体２０４。すなわち、ロボットの肘ならびにその先を制御する場合である。
【００４２】
以下、屈曲角ｐ、回転角ｑ、振上角ｒの関係について、上記（ａ）（ｂ）の場合に合わせて説明する。以下では、腕を下に伸ばし、掌を胴体に向けた状態を基準姿勢とする。
【００４３】
まず、上記（ａ）の場合を考える。肩関節においては、本実施形態に係るロボットは３自由度を有し、屈曲角ｐ、回転角ｑ、振上角ｒを変化させることが可能である。
【００４４】
肩から左右に伸びるような回転軸周りに腕を回転させる角度が、振上角ｒに相当する。基準姿勢では、振上角ｒは０であり、基準姿勢から振上角ｒを正に増加させると、腕が前方に上がり、基準姿勢から振上角ｒを負に減少させると、腕が背面に動くことになる。
【００４５】
ロボットが人間の体をほぼ忠実に模した場合には、振上角ｒは、０〜３６０度の任意の角度をとることができる。
【００４６】
屈曲角ｐは、脇の下の角度に相当する。基準姿勢では、屈曲角ｐは０であり、基準姿勢から屈曲角ｐを増加していくと、腕は左右に広がることになる。
【００４７】
ロボットが人間の体をほぼ忠実に模した場合には、屈曲角ｐは、０〜１８０度の任意の角度をとることができる。
【００４８】
回転角ｑは、上腕を内転もしくは外転させる角度である。基準姿勢では、回転角ｑは０であり、基準姿勢において掌を背面に向ける方向に上腕を回転させる内転では、回転角ｑは増加し、基準姿勢において掌を正面に向ける方向に上腕を回転させる外転では、回転角ｑは減少する。
【００４９】
ロボットが人間の体をほぼ忠実に模した場合には、回転角ｑは、−９０度〜９０度程度の角度をとることができる。
【００５０】
以下では、上記（ｂ）の場合を考える。肘関節においては、本実施形態に係るロボットは２自由度を有し、屈曲角ｐ、回転角ｑを変化させることが可能である。
【００５１】
屈曲角ｐは、上腕に対して肘関節で前腕を曲げる角度である。基準姿勢では、屈曲角ｐは０であり、肘を曲げると屈曲角ｐは増加していく。
【００５２】
ロボットが人間の体をほぼ忠実に模した場合には、屈曲角ｐは、０度〜１７０度程度の角度をとることができる。
【００５３】
回転角ｑは、前腕を内転もしくは外転させる角度である。基準姿勢では、基準姿勢において掌を背面に向ける方向に前腕を回転させる内転では、回転角ｑは増加し、基準姿勢において掌を正面に向ける方向に前腕を回転させる外転では、回転角ｑは減少する。
【００５４】
ロボットが人間の体をほぼ忠実に模した場合には、回転角ｑは、−１３５度〜＋１３５度程度の角度をとることができる。
【００５５】
上記のように、人間の体を模した場合には、各角度に可動範囲を設けることとなるが、これらの可動範囲は、ロボットのハードウェア的な制約によって、適宜定めることとしても良い。
【００５６】
上記のように、棒状体２０４の周囲表面、すなわち、棒状体２０４の長手方向に対する側面全周には、ユーザが触れた接触位置を検知する接触位置センサ２０５が配置されている。
【００５７】
本実施形態では、接触位置を長手方向の中心軸２１１周りの角度によって表すために、接触角ｓという概念を導入する。
【００５８】
接触角ｓとは、
（１）接触位置センサ２０５によって感知された接触位置２２１から中心軸２１１へ垂らした垂線２２２の方向ベクトル２２３と、
（２）棒状体２０４の周囲表面の所定の基準位置２１５から中心軸２１１へ垂らした垂線２２４の方向ベクトル２２５と、
がなす角度である。
【００５９】
上記（ａ）（ｂ）の両方の場合において、基準位置２１５は、腕が基準姿勢にあるときに、腕の背中側の表面に設定されており、腕の内転の方向を正の向きとする。すなわち、回転角ｑの正の向きと同じ回転方向が、接触角ｓの正の向きである。
【００６０】
たとえば、腕が基準姿勢にあるときに、腕を真横外側から押された場合には、接触角ｓは約９０度、ということになる。
【００６１】
接触位置センサ２０５は、２次元的な広がりを持つシート状の形状をしており、棒状体２０４の表面に貼り付けられて、当該シートのいずれの場所がユーザに押圧されているかを感知する。したがって、接触位置センサ２０５の各位置と、「当該各位置から中心軸２１１へ垂らした垂線の方向ベクトルと、基準位置２１５から中心軸２１１へ垂らした垂線の方向ベクトルと、がなす角度」とを、あらかじめ実測等により対応付けておけば、感知された接触位置から接触角ｓを求めることができる。
【００６２】
本実施形態では、接触位置から接触角ｓを求める処理は、後述する通り、制御装置１０１において行われる。
【００６３】
本実施形態では、ロボット全体の姿勢情報を利用するのではなく、ロボットの局所的な姿勢情報として回転角ｑと接触角ｓとを採用し、これらに基づいて、ロボットの局所的な姿勢、屈曲角ｐや振上角ｒを簡易に制御する点に特徴の一つがある。
【００６４】
また、制御装置１０１を複数用意し、ロボットの各関節２０３の角度を変化させるアクチュエータを駆動して、その屈曲や回転、振上の角度を変化させることで、ロボットの姿勢を変化させることができる。これらの制御装置１０１と制御対象２０１とが一体に構成されることで、自律型ロボットを構成することができる。
【００６５】
この際に、各制御装置１０１において実行される制御処理は、ロボットを制御するコンピュータ上で所定のプログラムを動作させることにより、並列にもしくは逐次的に実行することが可能である。
【００６６】
図３は、本実施形態に係る制御処理の流れを示すフローチャートである。以下、本図ならびに図１を参照して説明する。本処理は、ロボットの各関節２０３について繰り返し実行される処理の一単位を表すものである。したがって、本処理が一旦終了したとしても、また本処理が開始されるように構成し、本処理の終了と開始の間に、適宜他の処理や他の関節２０３に対する処理を実行するのが一般的である。
【００６７】
さて、本処理が開始されると、回転角取得部１０２は、測定対象２０１の回転角センサから出力される回転角ｑを取得する（ステップＳ３０１）。
【００６８】
基準位置や回転方向の正負などが上記の設定に適合するように、回転角センサから取得された値が適宜変換されることによって、回転角ｑが取得される。
【００６９】
ついで、接触角取得部１０３は、測定対象２０１の接触位置センサ２０５から、接触がされているか否か、ならびに、接触されていればその種類を判定する（ステップＳ３０２）。接触していなければ（ステップＳ３０２；Ｎｏ）、本処理を終了する。
【００７０】
撫でるように接触されていれば（ステップＳ３０２；撫で）、その撫で方向に合わせて、棒状体２０４の回転角ｑを所定の角度だけ変化させる制御信号を出力して（ステップＳ３０３）、本処理を終了する。
【００７１】
撫でるように接触とは、接触位置センサ２０５の表面を、接触位置が所定の速度範囲で移動したことを意味する。
【００７２】
本実施形態においては、回転角ｑを変化させて中心軸２１１周りに棒状体２０４の向きを変化させるのは、中心軸２１１と捻れの関係にある方向に棒状体２０４の表面を撫でた場合に限られる。
【００７３】
また、撫で方向と中心軸２１１との角度の相違に応じて、回転角ｑを変化させる量を調整しても良いし、撫で方向と中心軸２１１との角度が、所定の誤差範囲内で直角に近い場合のみ、回転角ｑを変化させ、それ以外の場合には、単に本処理を終了することとしても良い。
【００７４】
一方、押圧するように接触されていれば（ステップＳ３０２；押圧）、接触位置センサ２０５から出力された接触位置から、接触角ｓを取得する（ステップＳ３１２）。
【００７５】
押圧するように接触とは、接触位置センサ２０５の表面の法線方向に単に押圧する接触を意味する。すなわち、接触位置センサ２０５の表面の接触位置が変化したとしても、その速度が、上記の所定の速度範囲（あるいは、当該所定の速度よりも小さい閾値）未満である場合に、押圧されている、と判断されることになる。
【００７６】
回転角取得部１０２ならびに接触角取得部１０３は、コンピュータが有するＣＰＵ（Central Processing Unit）が、外部のセンサとの通信を行うＩ／Ｏポート（Input/Outputポート）などを監視することによって実現される。
【００７７】
また、接触位置と接触角ｓとの対応付けは、コンピュータが有するハードディスク等に記憶された表を参照したり、接触位置センサ２０５の出力に対して所定の演算を施すことによって得られる。
【００７８】
さらに、和計算部１０４は、取得された回転角ｑと、取得された接触角ｓと、の和（ｑ＋ｓ）を計算する（ステップＳ３１３）。本実施形態では、回転角ｑと接触角ｓの和（ｑ＋ｓ）という局所的な情報に基づいてアクチュエータを制御して、ロボットの関節２０３の角度を変化させるのである。また、和の計算は、ＣＰＵが実行する。
【００７９】
そして、出力部１０５は、計算された和（ｑ＋ｓ）の値が、第１の角度範囲、第２の角度範囲、第３の角度範囲、第４の角度範囲のいずれに属するかを調べる（ステップＳ３１４）。
【００８０】
第１の角度範囲に属する場合は（ステップＳ３１４；第１）、出力部１０５は、関節２０３の屈曲角ｐを所定の角度だけ増加させる制御信号を出力して（ステップＳ３１５）、本処理を終了する。
【００８１】
第２の角度範囲に属する場合は（ステップＳ３１４；第２）、関節２０３の屈曲角ｐを所定の角度だけ減少させる制御信号を出力して（ステップＳ３１６）、本処理を終了する。
【００８２】
第３の角度範囲に属する場合は（ステップＳ３１４；第３）、関節２０３の振上角ｒを所定の角度だけ増加させる制御信号を出力して（ステップＳ３１７）、本処理を終了する。
【００８３】
第４の角度範囲に属する場合は（ステップＳ３１４；第４）、関節２０３の振上角ｒを所定の角度だけ減少させる制御信号を出力して（ステップＳ３１８）、本処理を終了する。
【００８４】
第１〜第４のいずれの角度範囲に属しない場合は（ステップＳ３１４；その他）、本処理を終了する。
【００８５】
図４は、上記（ａ）の上腕の制御における、角度範囲を表す説明図である。以下、本図を参照して説明する。
【００８６】
本図右方は、（ｑ＋ｓ） ＝ ０度を、本図上方は、（ｑ＋ｓ） ＝ ９０度を、本図左方は、（ｑ＋ｓ） ＝ １８０度を、本図下方は、（ｑ＋ｓ） ＝ ２７０度を、それぞれ表す。
【００８７】
さて、ロボットが基本姿勢をとっている場合には、回転角ｑは０であるが、ロボットが姿勢を変化させると、回転角ｑも変化する。
【００８８】
ロボットが基本姿勢をとっている場合に、（ｑ＋ｓ）が２７０度付近である、ということは、ロボットの上腕を胴体との間から押し広げたことを意味する。したがって、屈曲角ｐを増加させて、ロボットの上腕を側方に上げることになる。このため、（ｑ＋ｓ）の２７０度付近には、第１の角度範囲４０１が配置されている。
【００８９】
このようにして上腕が側方に広げられた場合に、（ｑ＋ｓ）が９０度付近である、ということは、「気を付け」の姿勢に戻すように上腕を側方から押したことを意味する。したがって、屈曲角ｐを減少させて、ロボットの上腕を側方から下げることになる。このため、（ｑ＋ｓ）の９０度付近には、第２の角度範囲４０２が配置されている。
【００９０】
本図に示すように、第１の角度範囲４０１と、第２の角度範囲４０２と、は、中心４１１に対して点対称の関係にある。
【００９１】
ロボットが基本姿勢をとっている場合に、（ｑ＋ｓ）が０度付近である、ということは、ロボットの上腕を背中側から押したことを意味する。したがって、振上角ｒを増加させてロボットの上腕を振り上げることになる。したがって、（ｑ＋ｓ）の０度付近には、第３の角度範囲４０３が配置されている。
【００９２】
一方、ロボットが基本姿勢をとっている場合に、（ｑ＋ｓ）が１８０度付近である、ということは、ロボットの上腕を腹側（正面側）から押したことを意味する。したがって、振上角ｒを減少させてロボットの上腕を振り下げることになる。したがって、（ｑ＋ｓ）の１８０度付近には、第４の角度範囲４０４が配置されている。
【００９３】
本実施形態では、第３の角度範囲４０３と、第４の角度範囲４０４と、は、中心４１１に対して点対称の関係にある。
【００９４】
さらに、第１の角度範囲４０１、第２の角度範囲４０２、第３の角度範囲４０３、第４の角度範囲４０４の隣り合うもの同士は、所定の離間角度４０５だけ離間している。
【００９５】
この離間角度４０５は、不感区間を設けるもので、微小な接触位置の差によってロボットの動作が劇的に変化してしまうことを防止するものである。
【００９６】
離間角度４０５は、本図に示すように、１０度程度で十分であるが、上腕の直径サイズやユーザの能力等に応じて適宜変更が可能である。
【００９７】
図５は、上記（ｂ）の前腕の制御における、角度範囲を表す説明図である。以下、本図を参照して説明する。
【００９８】
本図に示す方向は図４と同様であるが、本図においては、第１の角度範囲４０１ならびに第２の角度範囲４０２のみが配置されており、第３の角度範囲４０３ならびに第４の角度範囲４０４は用意されていない。これは、前腕の制御においては、肘関節に振上角ｒの変化が用意されていないからである。
【００９９】
さて、基本姿勢から上腕を操作して、上腕（ならびに前腕）が側方に単純に広げられている場合を考える。このとき、掌は地面の方向を向くことになる。したがって、前腕の（ｑ＋ｓ）＝９０度付近を押圧されると、肘を折り曲げることになり、屈曲角ｐが増加することになるから、この範囲に、第１の角度範囲４０１が配置される。
【０１００】
第２の角度範囲４０１は、これとは中心４１１に対して点対称の関係にあるように配置するのが一般的である。
【０１０１】
なお、屈曲角ｐ、回転角ｑ、振上角ｒについて、いずれの方向を基準方向とし、いずれの方向を正の回転とするか、に応じて、これらの角度範囲は適宜変更が可能である。
【０１０２】
このように、第１乃至第４の角度範囲４０１、４０２、４０３、４０４ならびに離間角度４０５を、各制御対象２０１に設定された基準位置や基準方向に応じて、適宜設定することで、ロボットの上腕や前腕に限らず、その他の部材、たとえば、頭部や脚部等においても、ユーザが部材表面を押圧した場合に、ユーザに直観的な方向に部材の向きが変化するような制御が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明によれば、複数の関節を有する制御対象の表面に対するユーザの操作によって制御対象の形状を適切に変化させるのに好適な制御装置、ロボット、制御方法、ならびに、当該入力装置をコンピュータにより制御するためのプログラムを提供することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１０１ 制御装置
１０２ 回転角取得部
１０３ 接触角取得部
１０４ 和計算部
１０５ 出力部
２０１ 制御対象
２０２ 基体
２０３ 関節
２０４ 棒状体
２０５ 接触位置センサ
２１１ 中心軸
２１５ 基準位置
２２１ 接触位置
２２２ 垂線
２２３ 方向ベクトル
２２４ 垂線
２２５ 方向ベクトル
４０１ 第１の角度範囲
４０２ 第２の角度範囲
４０３ 第３の角度範囲
４０４ 第４の角度範囲
４０５ 離間角度
４１１ 中心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、前記基体に対する回転ならびに屈曲が可能な関節を介して一端が接続された棒状体と、前記関節の屈曲角を変化させることが可能なアクチュエータと、前記関節の回転角を検知する回転角センサと、当該棒状体の周囲表面の接触位置を検知する接触位置センサと、を備える制御対象を制御する制御装置であって、
前記回転角センサから出力される回転角を取得する回転角取得部、
前記接触位置センサから出力される接触位置から、当該棒状体の長手方向の中心軸周りに垂らした垂線の方向ベクトルと、当該棒状体の周囲表面の所定位置から当該中心軸に垂らした垂線の方向ベクトルと、がなす接触角を取得する接触角取得部、
前記取得された回転角と、前記取得された接触角と、の和を計算する和計算部、
前記計算された和の値が、
（１）第１の角度範囲に含まれる場合、前記関節の屈曲角を増加させ、
（２）第２の角度範囲に含まれる場合、前記関節の屈曲角を減少させる
制御信号を、前記制御対象に出力する出力部
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置であって、
前記関節は前記基体に対して前記棒状体の振上が可能であり、
前記アクチュエータは、前記関節の振上角を変化させることが可能であり、
前記出力部は、前記計算された和の値が、
（３）第３の角度範囲に含まれる場合、前記関節の振上角を増加させ、
（４）第４の角度範囲に含まれる場合、前記関節の振上角を減少させる
制御信号を、前記制御対象に出力する
ことを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の制御装置であって、
前記第１の角度範囲と、前記第２の角度範囲と、は、角度の中心に対して点対称の関係にあり、
前記第３の角度範囲と、前記第４の角度範囲と、は、当該角度の中心に対して点対称の関係にあり、
前記第１の角度範囲と、前記第３の角度範囲と、は、所定の離間角度だけ離間している
ことを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の制御装置であって、
前記出力部は、前記検知された接触位置が所定の範囲の速度で前記棒状体の中心軸周りに移動した場合、
前記関節の回転角を、当該移動の方向に沿って変化させる
制御信号を、前記制御対象に出力する
ことを特徴とする制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の制御対象ならびに制御装置を一体に構成することを特徴とするロボット。
【請求項６】
請求項５に記載のロボットであって、
前記制御対象は、胴体、上腕、前腕を有し、前記基体は、当該胴体であり、前記棒状体は当該上腕である
ことを特徴とするロボット。
【請求項７】
請求項５に記載のロボットであって、
前記制御対象は、胴体、上腕、前腕を有し、前記基体は、当該上腕であり、前記棒状体は当該前腕である
ことを特徴とするロボット。
【請求項８】
基体と、前記基体に対する回転ならびに屈曲が可能な関節を介して一端が接続された棒状体と、前記関節の屈曲角を変化させることが可能なアクチュエータと、前記関節の回転角を検知する回転角センサと、当該棒状体の周囲表面の接触位置を検知する接触位置センサと、を備える制御対象を制御する制御装置が実行する制御方法であって、当該制御装置は、回転角取得部、接触角取得部、和計算部、出力部を有し、
前記回転角取得部が、前記回転角センサから出力される回転角を取得する回転角取得工程、
前記接触角取得部が、前記接触位置センサから出力される接触位置から、当該棒状体の長手方向の中心軸周りに垂らした垂線の方向ベクトルと、当該棒状体の周囲表面の所定位置から当該中心軸に垂らした垂線の方向ベクトルと、がなす接触角を取得する接触角取得工程、
前記和計算部が、前記取得された回転角と、前記取得された接触角と、の和を計算する和計算工程、
前記出力部が、
（１）前記計算された和の値が、第１の角度範囲に含まれる場合、前記関節の屈曲角を増加させ、
（２）前記計算された和の値が、第２の角度範囲に含まれる場合、前記関節の屈曲角を減少させる
制御信号を、前記制御対象に出力する出力工程
を備えることを特徴とする制御方法。
【請求項９】
基体と、前記基体に対する回転ならびに屈曲が可能な関節を介して一端が接続された棒状体と、前記関節の屈曲角を変化させることが可能なアクチュエータと、前記関節の回転角を検知する回転角センサと、当該棒状体の周囲表面の接触位置を検知する接触位置センサと、を備える制御対象を制御するコンピュータを、
前記回転角センサから出力される回転角を取得する回転角取得部、
前記接触位置センサから出力される接触位置から、当該棒状体の長手方向の中心軸周りに垂らした垂線の方向ベクトルと、当該棒状体の周囲表面の所定位置から当該中心軸に垂らした垂線の方向ベクトルと、がなす接触角を取得する接触角取得部、
前記取得された回転角と、前記取得された接触角と、の和を計算する和計算部、
前記計算された和の値が、
（１）第１の角度範囲に含まれる場合、前記関節の屈曲角を増加させ、
（２）第２の角度範囲に含まれる場合、前記関節の屈曲角を減少させる
制御信号を、前記制御対象に出力する出力部
として機能させることを特徴とするプログラム。
【請求項１】
基体と、前記基体に対する回転ならびに屈曲が可能な関節を介して一端が接続された棒状体と、前記関節の屈曲角を変化させることが可能なアクチュエータと、前記関節の回転角を検知する回転角センサと、当該棒状体の周囲表面の接触位置を検知する接触位置センサと、を備える制御対象を制御する制御装置であって、
前記回転角センサから出力される回転角を取得する回転角取得部、
前記接触位置センサから出力される接触位置から、当該棒状体の長手方向の中心軸周りに垂らした垂線の方向ベクトルと、当該棒状体の周囲表面の所定位置から当該中心軸に垂らした垂線の方向ベクトルと、がなす接触角を取得する接触角取得部、
前記取得された回転角と、前記取得された接触角と、の和を計算する和計算部、
前記計算された和の値が、
（１）第１の角度範囲に含まれる場合、前記関節の屈曲角を増加させ、
（２）第２の角度範囲に含まれる場合、前記関節の屈曲角を減少させる
制御信号を、前記制御対象に出力する出力部
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置であって、
前記関節は前記基体に対して前記棒状体の振上が可能であり、
前記アクチュエータは、前記関節の振上角を変化させることが可能であり、
前記出力部は、前記計算された和の値が、
（３）第３の角度範囲に含まれる場合、前記関節の振上角を増加させ、
（４）第４の角度範囲に含まれる場合、前記関節の振上角を減少させる
制御信号を、前記制御対象に出力する
ことを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の制御装置であって、
前記第１の角度範囲と、前記第２の角度範囲と、は、角度の中心に対して点対称の関係にあり、
前記第３の角度範囲と、前記第４の角度範囲と、は、当該角度の中心に対して点対称の関係にあり、
前記第１の角度範囲と、前記第３の角度範囲と、は、所定の離間角度だけ離間している
ことを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の制御装置であって、
前記出力部は、前記検知された接触位置が所定の範囲の速度で前記棒状体の中心軸周りに移動した場合、
前記関節の回転角を、当該移動の方向に沿って変化させる
制御信号を、前記制御対象に出力する
ことを特徴とする制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の制御対象ならびに制御装置を一体に構成することを特徴とするロボット。
【請求項６】
請求項５に記載のロボットであって、
前記制御対象は、胴体、上腕、前腕を有し、前記基体は、当該胴体であり、前記棒状体は当該上腕である
ことを特徴とするロボット。
【請求項７】
請求項５に記載のロボットであって、
前記制御対象は、胴体、上腕、前腕を有し、前記基体は、当該上腕であり、前記棒状体は当該前腕である
ことを特徴とするロボット。
【請求項８】
基体と、前記基体に対する回転ならびに屈曲が可能な関節を介して一端が接続された棒状体と、前記関節の屈曲角を変化させることが可能なアクチュエータと、前記関節の回転角を検知する回転角センサと、当該棒状体の周囲表面の接触位置を検知する接触位置センサと、を備える制御対象を制御する制御装置が実行する制御方法であって、当該制御装置は、回転角取得部、接触角取得部、和計算部、出力部を有し、
前記回転角取得部が、前記回転角センサから出力される回転角を取得する回転角取得工程、
前記接触角取得部が、前記接触位置センサから出力される接触位置から、当該棒状体の長手方向の中心軸周りに垂らした垂線の方向ベクトルと、当該棒状体の周囲表面の所定位置から当該中心軸に垂らした垂線の方向ベクトルと、がなす接触角を取得する接触角取得工程、
前記和計算部が、前記取得された回転角と、前記取得された接触角と、の和を計算する和計算工程、
前記出力部が、
（１）前記計算された和の値が、第１の角度範囲に含まれる場合、前記関節の屈曲角を増加させ、
（２）前記計算された和の値が、第２の角度範囲に含まれる場合、前記関節の屈曲角を減少させる
制御信号を、前記制御対象に出力する出力工程
を備えることを特徴とする制御方法。
【請求項９】
基体と、前記基体に対する回転ならびに屈曲が可能な関節を介して一端が接続された棒状体と、前記関節の屈曲角を変化させることが可能なアクチュエータと、前記関節の回転角を検知する回転角センサと、当該棒状体の周囲表面の接触位置を検知する接触位置センサと、を備える制御対象を制御するコンピュータを、
前記回転角センサから出力される回転角を取得する回転角取得部、
前記接触位置センサから出力される接触位置から、当該棒状体の長手方向の中心軸周りに垂らした垂線の方向ベクトルと、当該棒状体の周囲表面の所定位置から当該中心軸に垂らした垂線の方向ベクトルと、がなす接触角を取得する接触角取得部、
前記取得された回転角と、前記取得された接触角と、の和を計算する和計算部、
前記計算された和の値が、
（１）第１の角度範囲に含まれる場合、前記関節の屈曲角を増加させ、
（２）第２の角度範囲に含まれる場合、前記関節の屈曲角を減少させる
制御信号を、前記制御対象に出力する出力部
として機能させることを特徴とするプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−８１５４１（Ｐ２０１２−８１５４１Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２８３７７（Ｐ２０１０−２２８３７７）
【出願日】平成２２年１０月８日（２０１０．１０．８）
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【出願人】（０００２１９６０２）東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月８日（２０１０．１０．８）
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【出願人】（０００２１９６０２）東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]