JPH07136957A - インタフェイス装置 - Google Patents
インタフェイス装置Info
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- JPH07136957A JPH07136957A JP5281459A JP28145993A JPH07136957A JP H07136957 A JPH07136957 A JP H07136957A JP 5281459 A JP5281459 A JP 5281459A JP 28145993 A JP28145993 A JP 28145993A JP H07136957 A JPH07136957 A JP H07136957A
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Links
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Landscapes
- Manipulator (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ロボット等に指令を与えるインタフェイス装
置に関し、自然な動作で操作性良く指令を行なえるイン
タフェイス装置を提供することを目的とする。 【構成】 イスの座面の左右方向に力センサ部7,8を
配置し、イスの背もたれの左右方向に力センサ部10,
11を配置し、この力センサ部7,8,10,11によ
りイスに着座したユーザの骨盤回旋を検知し、ユーザの
歩行意思を検知して、二足歩行機械41に移動指令を与
える。
置に関し、自然な動作で操作性良く指令を行なえるイン
タフェイス装置を提供することを目的とする。 【構成】 イスの座面の左右方向に力センサ部7,8を
配置し、イスの背もたれの左右方向に力センサ部10,
11を配置し、この力センサ部7,8,10,11によ
りイスに着座したユーザの骨盤回旋を検知し、ユーザの
歩行意思を検知して、二足歩行機械41に移動指令を与
える。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はインタフェイス装置に係
り、特に、ロボット等に指令を与えるインタフェイス装
置に関する。
り、特に、ロボット等に指令を与えるインタフェイス装
置に関する。
【0002】近年、ロボット等の発達に伴って、ロボッ
トに運動の指令を与えるインタフェイス装置の操作性の
向上が要求されている。
トに運動の指令を与えるインタフェイス装置の操作性の
向上が要求されている。
【0003】このようなインタフェイス装置としてはユ
ーザの随意運動で動作することの多い腕や手の代行運動
には、マニピュレータやハンドをマスタ・スレーブ方式
やレバー等の操作型インタフェイスで対応することが妥
当であるが、移動運動(歩行運動)には、随意運動でな
い部分が多いため、操作を意識せずに済むインタフェイ
スが求められている。
ーザの随意運動で動作することの多い腕や手の代行運動
には、マニピュレータやハンドをマスタ・スレーブ方式
やレバー等の操作型インタフェイスで対応することが妥
当であるが、移動運動(歩行運動)には、随意運動でな
い部分が多いため、操作を意識せずに済むインタフェイ
スが求められている。
【0004】また移動機械に乗り移動する場合、ユーザ
は、自分の脚で歩行する場合と同様にエネルギーを消費
しては意味がないため、エネルギー消費の少ないインタ
フェイスが求められている。
は、自分の脚で歩行する場合と同様にエネルギーを消費
しては意味がないため、エネルギー消費の少ないインタ
フェイスが求められている。
【0005】
【従来の技術】図9に従来の一例の構成図を示す。図9
はマスタースレーブ方式のインタフェイス装置を示す。
はマスタースレーブ方式のインタフェイス装置を示す。
【0006】同図中、61は指の関節の角度及び力の検
出センサ、62は手首の関節の角度及び力の検出セン
サ、63は肘の関節の角度及び力の検出センサ、64は
肩の関節及び力の検出センサ、65は股の関節の角度及
び力の検出センサ、66は膝の関節の角度及び力の検出
センサ、67は足首の関節の角度及び力の検出センサ、
68は足跡の関節の角度及び力の検出センサを示す。こ
れらの各検出センサ61〜68で検出された検出信号は
増幅器69に供給される。
出センサ、62は手首の関節の角度及び力の検出セン
サ、63は肘の関節の角度及び力の検出センサ、64は
肩の関節及び力の検出センサ、65は股の関節の角度及
び力の検出センサ、66は膝の関節の角度及び力の検出
センサ、67は足首の関節の角度及び力の検出センサ、
68は足跡の関節の角度及び力の検出センサを示す。こ
れらの各検出センサ61〜68で検出された検出信号は
増幅器69に供給される。
【0007】増幅器69は検出センサ61〜68から供
給された検出信号を夫々増幅して、制御装置70に供給
する。制御装置70は増幅器69を介して供給された各
関節の角度及び力の検出信号に応じて、ロボット71の
各関節を制御する制御信号を生成し、ロボット71供給
する。
給された検出信号を夫々増幅して、制御装置70に供給
する。制御装置70は増幅器69を介して供給された各
関節の角度及び力の検出信号に応じて、ロボット71の
各関節を制御する制御信号を生成し、ロボット71供給
する。
【0008】ロボット71は制御装置70からの制御信
号に応じてユーザの各関節に対応した関節のアクチュエ
ータを駆動して、ユーザの動きに対応した運動を行う。
号に応じてユーザの各関節に対応した関節のアクチュエ
ータを駆動して、ユーザの動きに対応した運動を行う。
【0009】また、ロボット71にはユーザがロボット
71の状態を知るための視覚及び各関節に印加される力
を検出する検出装置72が設けられている。
71の状態を知るための視覚及び各関節に印加される力
を検出する検出装置72が設けられている。
【0010】検出装置72の映像及び検出信号はユーザ
が作業する場所に設けられたディスプレイや各関節のア
クチュエータ等の感覚伝達装置73に送られ、ユーザに
ロボット71の状態を知らせる。
が作業する場所に設けられたディスプレイや各関節のア
クチュエータ等の感覚伝達装置73に送られ、ユーザに
ロボット71の状態を知らせる。
【0011】図10に従来の他の一例の構成図を示す。
図10はレバー操作による二足歩行機械を示す。同図
中、81は二足歩行機械を示す。二足歩行機械81は右
脚部82、左脚部83よりなり、アクチュエータやセン
サ等が内蔵され、二足歩行運動を行なう。二足歩行機械
81上にはイス84が搭載される。また、イス84の前
部左右にはレバー85,86が設けられ、ユーザ87は
イス84に着座し、レバー85,86を操作することに
より二足歩行機械81を制御して二足歩行機械81に二
足歩行運動を行なわせる。
図10はレバー操作による二足歩行機械を示す。同図
中、81は二足歩行機械を示す。二足歩行機械81は右
脚部82、左脚部83よりなり、アクチュエータやセン
サ等が内蔵され、二足歩行運動を行なう。二足歩行機械
81上にはイス84が搭載される。また、イス84の前
部左右にはレバー85,86が設けられ、ユーザ87は
イス84に着座し、レバー85,86を操作することに
より二足歩行機械81を制御して二足歩行機械81に二
足歩行運動を行なわせる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来のマス
ター・スレーブ方式やレバー等の操作型のインタフェイ
ス装置ではユーザの随意の運動により移動機械への運動
指令が行なわれることになり、ユーザは常時、指令運動
を自分の身体で完全に実行するか、オペレーション動作
を行う必要があるため、操作が煩雑となると共に、大き
な運動量が必要となり、エネルギー消費の大きいものと
なる等の問題点があった。
ター・スレーブ方式やレバー等の操作型のインタフェイ
ス装置ではユーザの随意の運動により移動機械への運動
指令が行なわれることになり、ユーザは常時、指令運動
を自分の身体で完全に実行するか、オペレーション動作
を行う必要があるため、操作が煩雑となると共に、大き
な運動量が必要となり、エネルギー消費の大きいものと
なる等の問題点があった。
【0013】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、自然な動作で、操作性良く指令を行なえるインタフ
ェイス装置を提供することを目的とする。
で、自然な動作で、操作性良く指令を行なえるインタフ
ェイス装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明はユーザの歩行運
動を検出する検出手段と、検出手段で検出されたユーザ
の歩行運動に応じて機械に運動指令を与える指令手段と
を有するインタフェイス装置において、検出手段はユー
ザの腰椎を中心とした回転運動を検出することによりユ
ーザの歩行動作を検出する。
動を検出する検出手段と、検出手段で検出されたユーザ
の歩行運動に応じて機械に運動指令を与える指令手段と
を有するインタフェイス装置において、検出手段はユー
ザの腰椎を中心とした回転運動を検出することによりユ
ーザの歩行動作を検出する。
【0015】請求項2は、前記検出手段を前記ユーザが
着座する椅子に搭載し、ユーザが椅子に与える力に応じ
てユーザの腰椎を中心とした揺動運動を検出する構成と
でなる。
着座する椅子に搭載し、ユーザが椅子に与える力に応じ
てユーザの腰椎を中心とした揺動運動を検出する構成と
でなる。
【0016】請求項3は前記検出手段を前記ユーザの大
腿部により前記椅子の座面に加わる回転力を検出する構
成とし、前記ユーザの腰椎を中心とした回転運動を検出
してなる。
腿部により前記椅子の座面に加わる回転力を検出する構
成とし、前記ユーザの腰椎を中心とした回転運動を検出
してなる。
【0017】請求項4は前記検出手段を前記ユーザの腰
部により前記椅子の背もたれに加わる圧力を検出する構
成とし、前記ユーザの腰椎を中心とした回転運動を検出
してなる。
部により前記椅子の背もたれに加わる圧力を検出する構
成とし、前記ユーザの腰椎を中心とした回転運動を検出
してなる。
【0018】
【作用】人が歩行運動を行なう場合に、一般に腰椎を中
心とした揺動運動を行なう。本発明によれば、人の腰椎
を中心とした揺動運動を検出手段により検出し、歩行動
作を検出し、検出手段により検出された腰椎を中心とし
た揺動運動に応じて指令手段から移動機械に運動指令を
与える。
心とした揺動運動を行なう。本発明によれば、人の腰椎
を中心とした揺動運動を検出手段により検出し、歩行動
作を検出し、検出手段により検出された腰椎を中心とし
た揺動運動に応じて指令手段から移動機械に運動指令を
与える。
【0019】歩行動作は人にとって随意的な運動ではな
く自然な動作で行なえるため、これを検出し、移動機械
に運動指令を与えることにより随意的な動作から解放さ
れ、操作性を向上させることができる。
く自然な動作で行なえるため、これを検出し、移動機械
に運動指令を与えることにより随意的な動作から解放さ
れ、操作性を向上させることができる。
【0020】請求項2によれば、検出手段を椅子に搭載
し、ユーザの椅子に与える力を検出し、ユーザの歩行意
思を検出する構成であり、簡単に実現でき、ユーザは疲
労なく操作できる。
し、ユーザの椅子に与える力を検出し、ユーザの歩行意
思を検出する構成であり、簡単に実現でき、ユーザは疲
労なく操作できる。
【0021】請求項3によれば、椅子の座面に検出手段
を設け、歩行動作時にユーザの大腿部が椅子の座面に与
える回転力を検出することによりユーザの腰椎を中心と
した揺動を検出し、ユーザの歩行運動の意思を検出す
る。
を設け、歩行動作時にユーザの大腿部が椅子の座面に与
える回転力を検出することによりユーザの腰椎を中心と
した揺動を検出し、ユーザの歩行運動の意思を検出す
る。
【0022】このため、わずかな筋肉の動きによりユー
ザの歩行意思を検出でき、ユーザは完全に歩行動作を行
なう必要はなく、歩行意思をわずかに示すだけで運動指
令を与えることができる。
ザの歩行意思を検出でき、ユーザは完全に歩行動作を行
なう必要はなく、歩行意思をわずかに示すだけで運動指
令を与えることができる。
【0023】請求項4によれば、椅子の背もたれに検出
手段を設け、歩行動作時にユーザの腰部が椅子の背もた
れに与える圧力を検出することによりユーザの腰椎を中
心とした揺動を検出し、ユーザの歩行運動の意思を検出
する。このため、わずかな筋肉の動きによりユーザの歩
行意思を検出でき、ユーザは完全に歩行動作を行なう必
要はなく、わずかに歩行の意思を示すだけで運動指令を
与えることができる。
手段を設け、歩行動作時にユーザの腰部が椅子の背もた
れに与える圧力を検出することによりユーザの腰椎を中
心とした揺動を検出し、ユーザの歩行運動の意思を検出
する。このため、わずかな筋肉の動きによりユーザの歩
行意思を検出でき、ユーザは完全に歩行動作を行なう必
要はなく、わずかに歩行の意思を示すだけで運動指令を
与えることができる。
【0024】
【実施例】図1に本発明の一実施例の斜視図、図2に本
発明の一実施例の構成図を示す。図2(A)は平面図、
(B)は正面図、(C)は側面図を示す。本実施例のイ
ンタフェイス装置1はイス型をなし、座部2、背もたれ
部3、足置き台4、肘かけ部5より構成される。
発明の一実施例の構成図を示す。図2(A)は平面図、
(B)は正面図、(C)は側面図を示す。本実施例のイ
ンタフェイス装置1はイス型をなし、座部2、背もたれ
部3、足置き台4、肘かけ部5より構成される。
【0025】座部2の座面6には左右方向(矢印A方
向)に力センサ部7,8が並列に埋設され、背もたれ部
3の背もたれ面9には左右方向(矢印A方向)に力セン
サ部10,11が並列に埋設されている。この力センサ
部7,8,10,11により着座した人(ユーザ)の腰
椎を中心とした揺動(骨盤回旋)を検出する。
向)に力センサ部7,8が並列に埋設され、背もたれ部
3の背もたれ面9には左右方向(矢印A方向)に力セン
サ部10,11が並列に埋設されている。この力センサ
部7,8,10,11により着座した人(ユーザ)の腰
椎を中心とした揺動(骨盤回旋)を検出する。
【0026】また、座部2には大腿部固定ベルト12が
設けられ、背もたれ部3には腰部固定ベルト13が設け
られ、足置き部4には足固定フック14が設けられてい
る。インタフェイス装置1にユーザが着座したときに大
腿部固定ベルト12はユーザの大腿部を固定し、腰部固
定ベルト13はユーザの腰部を固定し、足固定フック1
4はユーザの足首を固定する。大腿部固定ベルト12、
腰部固定ベルト13、足固定フック14によりユーザを
インタフェイス装置1に正しく着座させる構成とされて
いる。
設けられ、背もたれ部3には腰部固定ベルト13が設け
られ、足置き部4には足固定フック14が設けられてい
る。インタフェイス装置1にユーザが着座したときに大
腿部固定ベルト12はユーザの大腿部を固定し、腰部固
定ベルト13はユーザの腰部を固定し、足固定フック1
4はユーザの足首を固定する。大腿部固定ベルト12、
腰部固定ベルト13、足固定フック14によりユーザを
インタフェイス装置1に正しく着座させる構成とされて
いる。
【0027】図3に、力センサ部7の分解斜視図、図4
に力センサ部7の断面図を示す。力センサ部7は三軸力
センサ15、プリロード用ブロック16、接触部材1
7、両端ネジ18より構成され、座部2の座面6左(矢
印A1 方向)寄りに形成された凹部19に収納される。
に力センサ部7の断面図を示す。力センサ部7は三軸力
センサ15、プリロード用ブロック16、接触部材1
7、両端ネジ18より構成され、座部2の座面6左(矢
印A1 方向)寄りに形成された凹部19に収納される。
【0028】三軸力センサ15は結晶の配向軸方向の異
なる三枚の円環状の誘電体結晶板20,21,22を電
極23,24,25,26でサンドウィッチ状に積層し
てなる。結晶板20は矢印X方向の歪みに対して最も感
度が得られるように結晶が配向され、結晶板21は矢印
Y方向の歪みに対して最も感度が得られるように結晶が
配向され、結晶板22は矢印Z方向の歪みに対して最も
感度が得られるように結晶が配向されている。
なる三枚の円環状の誘電体結晶板20,21,22を電
極23,24,25,26でサンドウィッチ状に積層し
てなる。結晶板20は矢印X方向の歪みに対して最も感
度が得られるように結晶が配向され、結晶板21は矢印
Y方向の歪みに対して最も感度が得られるように結晶が
配向され、結晶板22は矢印Z方向の歪みに対して最も
感度が得られるように結晶が配向されている。
【0029】結晶板20は電極23,24で挟持され、
矢印X方向に力が加わった場合、電極23,24間に印
加された力に応じた信号が発生する。結晶板21は電極
24,25で挟持され、矢印Y方向に力が印加された場
合、電極24,25間に印加された力に応じた信号が発
生する。結晶板22は電極25,26で挟持され、矢印
Z方向に力が印加された場合、電極25,26間に印加
された力に応じた信号が印加される。
矢印X方向に力が加わった場合、電極23,24間に印
加された力に応じた信号が発生する。結晶板21は電極
24,25で挟持され、矢印Y方向に力が印加された場
合、電極24,25間に印加された力に応じた信号が発
生する。結晶板22は電極25,26で挟持され、矢印
Z方向に力が印加された場合、電極25,26間に印加
された力に応じた信号が印加される。
【0030】力センサ部7においては三軸力センサ15
は矢印X方向が座部2の前後方向(矢印B方向)に一致
するように凹部19内に配置される。三軸力センサ15
上部にはプリロード用ブロック16が配設される。プリ
ロード用ブロック16には両端ネジ18の一端が螺入さ
れる。両端ネジ18の他端は座部2の凹部19底面に形
成されたネジ穴27に螺入される。この両端ネジ18に
よりプリロード用ブロック16は凹部19内に保持さ
れ、凹部19底面との間で三軸力センサ15を挟持す
る。
は矢印X方向が座部2の前後方向(矢印B方向)に一致
するように凹部19内に配置される。三軸力センサ15
上部にはプリロード用ブロック16が配設される。プリ
ロード用ブロック16には両端ネジ18の一端が螺入さ
れる。両端ネジ18の他端は座部2の凹部19底面に形
成されたネジ穴27に螺入される。この両端ネジ18に
よりプリロード用ブロック16は凹部19内に保持さ
れ、凹部19底面との間で三軸力センサ15を挟持す
る。
【0031】プリロード用ブロック16の上面には接触
部材17が接着される。接触部材17は表面が凹凸状に
形成され、ユーザの大腿部の矢印B方向への運動をプリ
ロード用ブロック16に確実に伝達する構成とされてい
る。
部材17が接着される。接触部材17は表面が凹凸状に
形成され、ユーザの大腿部の矢印B方向への運動をプリ
ロード用ブロック16に確実に伝達する構成とされてい
る。
【0032】プリロード用ブロック16は伝達された力
に応じて三軸力センサ15を歪ませる。三軸力センサ1
5は電極23,24が接続され、矢印B方向に印加され
た力に応じた信号を処理回路等に供給する。
に応じて三軸力センサ15を歪ませる。三軸力センサ1
5は電極23,24が接続され、矢印B方向に印加され
た力に応じた信号を処理回路等に供給する。
【0033】力センサ部8は力センサ部7と同一の構成
をなし、座部2の座面6右(矢印A 2 方向)寄りに配設
された凹部28内に収納される。力センサ部10は力セ
ンサ部7を背もたれ部3の背もたれ面9の右(矢印A1
方向)寄りに形成された凹部29内に矢印Z方向が背も
たれ面9に直角方向(矢印C方向)となるように配設さ
れ、三軸力センサ15の電極25,26間に発生する信
号を検出し、矢印C方向に働く力を検出する構成とされ
ている。
をなし、座部2の座面6右(矢印A 2 方向)寄りに配設
された凹部28内に収納される。力センサ部10は力セ
ンサ部7を背もたれ部3の背もたれ面9の右(矢印A1
方向)寄りに形成された凹部29内に矢印Z方向が背も
たれ面9に直角方向(矢印C方向)となるように配設さ
れ、三軸力センサ15の電極25,26間に発生する信
号を検出し、矢印C方向に働く力を検出する構成とされ
ている。
【0034】力センサ部11は力センサ部7を背もたれ
部3の背もたれ面9の左(矢印A2方向)寄りに形成さ
れた凹部30内に矢印Z方向が背もたれ面9に直角方向
(矢印C方向)となるように配設され、三軸力センサ1
5の電極25,26間に発生する信号を検出し、矢印C
方向に働く力を検出する構成とされている。
部3の背もたれ面9の左(矢印A2方向)寄りに形成さ
れた凹部30内に矢印Z方向が背もたれ面9に直角方向
(矢印C方向)となるように配設され、三軸力センサ1
5の電極25,26間に発生する信号を検出し、矢印C
方向に働く力を検出する構成とされている。
【0035】力センサ部7,8,10,11は信号処理
部31に接続されている。信号処理部31は後述するよ
うに力センサ部7,8,10,11からの信号に基づい
て、歩行運動を検知し、移動機械等に対して運動指令を
出す。
部31に接続されている。信号処理部31は後述するよ
うに力センサ部7,8,10,11からの信号に基づい
て、歩行運動を検知し、移動機械等に対して運動指令を
出す。
【0036】図5に本発明の第1実施例の動作説明図を
示す。ユーザが着座した場合に力センサ部7はユーザの
右大腿部下に位置し、右大腿部の矢印X方向の運動を検
出し、力センサ部8はユーザの左大腿部下に位置し、左
大腿部の矢印X方向の運動を検出し、力センサ部10は
ユーザの右腰部に位置し、右腰部の矢印X方向の運動を
検出し、力センサ部11はユーザの左腰部に位置し、左
腰部の矢印X方向の運動を検出する。
示す。ユーザが着座した場合に力センサ部7はユーザの
右大腿部下に位置し、右大腿部の矢印X方向の運動を検
出し、力センサ部8はユーザの左大腿部下に位置し、左
大腿部の矢印X方向の運動を検出し、力センサ部10は
ユーザの右腰部に位置し、右腰部の矢印X方向の運動を
検出し、力センサ部11はユーザの左腰部に位置し、左
腰部の矢印X方向の運動を検出する。
【0037】まず、歩行運動において左足を前(矢印X
1 方向)に出そうとした場合には図5(A)に示すよう
に腰部が腰椎を中心に矢印D1 方向に回旋するため、右
大腿部及び右腰部は矢印X2 方向に運動し、左大腿部及
び左腰部は矢印X1 方向に運動する。このため、力セン
サ部7及び力センサ部10は矢印X2 方向の力を検出
し、力センサ部8及び力センサ部11は矢印X1 方向の
力を検出する。
1 方向)に出そうとした場合には図5(A)に示すよう
に腰部が腰椎を中心に矢印D1 方向に回旋するため、右
大腿部及び右腰部は矢印X2 方向に運動し、左大腿部及
び左腰部は矢印X1 方向に運動する。このため、力セン
サ部7及び力センサ部10は矢印X2 方向の力を検出
し、力センサ部8及び力センサ部11は矢印X1 方向の
力を検出する。
【0038】また、右足を前(矢印X2 方向)に出そう
とした場合には図5(B)に示すように腰部が腰椎を中
心に矢印D2 方向に回旋するため、右大腿部及び右腰部
は矢印X1 方向に運動し、左大腿部及び左腰部は矢印X
2 方向に運動する。このため、力センサ部7及び力セン
サ部10は矢印X2 方向の力を検出し、力センサ部8及
び力センサ部11は矢印X1 方向の力を検出する。
とした場合には図5(B)に示すように腰部が腰椎を中
心に矢印D2 方向に回旋するため、右大腿部及び右腰部
は矢印X1 方向に運動し、左大腿部及び左腰部は矢印X
2 方向に運動する。このため、力センサ部7及び力セン
サ部10は矢印X2 方向の力を検出し、力センサ部8及
び力センサ部11は矢印X1 方向の力を検出する。
【0039】力センサ部7,8,10,11からの信号
を検出することによりユーザの腰椎を中心とした回旋運
動を検出することができる。したがってユーザの歩行運
動の検知が行なえ、これに基づいて各種指令を送出する
ことができる。
を検出することによりユーザの腰椎を中心とした回旋運
動を検出することができる。したがってユーザの歩行運
動の検知が行なえ、これに基づいて各種指令を送出する
ことができる。
【0040】このとき、ユーザは完全に歩行運動を実行
する必要はなく、歩行意思を示せばよい。歩行運動は随
意運動ではなく、日常行なわれている極自然な運動であ
るため、随時的動作から解放され、操作性が向上する。
また、完全な歩行運動を行なう必要がないため、ユーザ
の疲労を低減できる。
する必要はなく、歩行意思を示せばよい。歩行運動は随
意運動ではなく、日常行なわれている極自然な運動であ
るため、随時的動作から解放され、操作性が向上する。
また、完全な歩行運動を行なう必要がないため、ユーザ
の疲労を低減できる。
【0041】図6に本発明の一実施例の第1適用例の構
成図を示す。本適用例は原子炉内等の危険領域での作
業、極限状態や宇宙作業用移動機械として二足歩行機械
をユーザが遠隔操作する場合に適用したものである。二
足歩行機械41は送受信装置、制御装置、駆動装置、撮
像装置等が内蔵された本体42、各動作業を行なうアー
ム部43、移動を行なうための二足歩行部44より構成
される。
成図を示す。本適用例は原子炉内等の危険領域での作
業、極限状態や宇宙作業用移動機械として二足歩行機械
をユーザが遠隔操作する場合に適用したものである。二
足歩行機械41は送受信装置、制御装置、駆動装置、撮
像装置等が内蔵された本体42、各動作業を行なうアー
ム部43、移動を行なうための二足歩行部44より構成
される。
【0042】インタフェイス装置1は制御室等に配設さ
れた脚部45に固定され、ユーザは制御室内のインタフ
ェイス装置1に着座して遠隔に配置された二足歩行機械
41に各種指令を発する。このとき、二足歩行部44の
制御はインタフェイス装置1の座部2及び背もたれ部3
に内蔵された力センサ部7,8,10,11により行な
われる。また、アーム部43等の制御は別途設けられた
レバー等の操作により行なわれる。
れた脚部45に固定され、ユーザは制御室内のインタフ
ェイス装置1に着座して遠隔に配置された二足歩行機械
41に各種指令を発する。このとき、二足歩行部44の
制御はインタフェイス装置1の座部2及び背もたれ部3
に内蔵された力センサ部7,8,10,11により行な
われる。また、アーム部43等の制御は別途設けられた
レバー等の操作により行なわれる。
【0043】力センサ部7,8,10,11はアンプ4
6に接続されている。アンプ46は力センサ部7,8,
10,11で検出された検出信号を増幅してA/D(ア
ナログ/ディジタル)変換器47に供給する。A/D変
換器47は検出信号をディジタル信号に変換して制御部
48に供給する。制御部48は力センサ部7,8,1
0,11からの検出信号に基づいて後述するような処理
を行ないユーザの歩行意思を検知して、歩行制御信号を
生成し、二足歩行機械41に供給する。
6に接続されている。アンプ46は力センサ部7,8,
10,11で検出された検出信号を増幅してA/D(ア
ナログ/ディジタル)変換器47に供給する。A/D変
換器47は検出信号をディジタル信号に変換して制御部
48に供給する。制御部48は力センサ部7,8,1
0,11からの検出信号に基づいて後述するような処理
を行ないユーザの歩行意思を検知して、歩行制御信号を
生成し、二足歩行機械41に供給する。
【0044】二足歩行機械41では供給された歩行制御
信号に基づいて電気/空気変換器バルブ等を制御して、
二足歩行部44の動作を制御する。
信号に基づいて電気/空気変換器バルブ等を制御して、
二足歩行部44の動作を制御する。
【0045】図7に本発明の一実施例の第1適用例の動
作説明図を示す。各力センサ部7,8,10,11の出
力のあるサンプリング時刻kの値を、 座面左 力センサ8の出力値…Ftl(k) 座面右 力センサ7の出力値…Ftr(k) 背面左 力センサ11の出力値…Fwl(k) 背面右 力センサ10の出力値…Fwr(k) とすると、座面に加わる相対力 rFt(k)は、 rFt(k)=Ftl(k) −Ftr(k) …(1) 背面に加わる相対力 rFw(k)は、 rFw(k)=Fwl(k) −Fwr(k) …(2) 座面相対力のサンプリング時刻k-1 の値に対する変化量
drFt(k)は、 drFt(k)= rFt(k)− rFt(k-1) …(3) 背面相対力のサンプリング時刻k-1 の値に対する変化量
drF(k) は、 drFw(k)= rFw(k)− rFw(k-1) …(4) で表わされる。このとき、Z軸回りに負方向の骨盤回旋
の必要条件は {(rFt >Srt) ∨(rFw <Srw) }∧ {(drFt >Sdt) ∨(drFw <Sdw) }…(5) が真となる。
作説明図を示す。各力センサ部7,8,10,11の出
力のあるサンプリング時刻kの値を、 座面左 力センサ8の出力値…Ftl(k) 座面右 力センサ7の出力値…Ftr(k) 背面左 力センサ11の出力値…Fwl(k) 背面右 力センサ10の出力値…Fwr(k) とすると、座面に加わる相対力 rFt(k)は、 rFt(k)=Ftl(k) −Ftr(k) …(1) 背面に加わる相対力 rFw(k)は、 rFw(k)=Fwl(k) −Fwr(k) …(2) 座面相対力のサンプリング時刻k-1 の値に対する変化量
drFt(k)は、 drFt(k)= rFt(k)− rFt(k-1) …(3) 背面相対力のサンプリング時刻k-1 の値に対する変化量
drF(k) は、 drFw(k)= rFw(k)− rFw(k-1) …(4) で表わされる。このとき、Z軸回りに負方向の骨盤回旋
の必要条件は {(rFt >Srt) ∨(rFw <Srw) }∧ {(drFt >Sdt) ∨(drFw <Sdw) }…(5) が真となる。
【0046】ただし、 Srt(>0)…座面相対力の骨盤回旋方向判定の閾値 Srw(<0)…背面相対力の骨盤回旋方向判定の閾値 Sdt(>0)…座面相対力の変化量の骨盤回旋方向判定
の閾値 Sdw(<0)…背面相対力の変化量の骨盤回旋方向判定
の閾値 とする。
の閾値 Sdw(<0)…背面相対力の変化量の骨盤回旋方向判定
の閾値 とする。
【0047】同様にして、Z軸回りに正方向の骨盤回旋
の必要条件は {(rFt <−Srt)∨(rFw >−Srw)}∧ {(drFt <−Sdt)∨(drFw >−Sdw) }…(6) が真となる。
の必要条件は {(rFt <−Srt)∨(rFw >−Srw)}∧ {(drFt <−Sdt)∨(drFw >−Sdw) }…(6) が真となる。
【0048】また、歩行の速さは、立脚相の脚の送り速
度と歩幅を、座部に加える相対力の変化量drFt または
背部に加わる相対力の変化量drFw に基づいて決定す
る。
度と歩幅を、座部に加える相対力の変化量drFt または
背部に加わる相対力の変化量drFw に基づいて決定す
る。
【0049】制御部48ではまず、インタフェイス装置
1の力センサ部7,8,10,11からの検出信号より
力センサ部7,8,10,11の受ける力Ftr,Ftl,
Fwr,Fwlを検出する(ステップS1)。次に、式(1)
、式(2) より相対力 rFt(k)、 rFw(k)を求める(ス
テップS2)。ここで、図5(A)に示すように、座部
の力センサ部8は、X方向に力Ftl(k) を受け、力セン
サ部8は、X方向に力Ftr(k) を受けた場合、ユーザの
左右大腿部が座部の力センサ部7,8に正常に接触して
いるならば、図4(A)から明らかなように、Ftl(k)
>Ftr(k) となり、上記の式(1) より、相対力 rFt(k)
は正の値となる。
1の力センサ部7,8,10,11からの検出信号より
力センサ部7,8,10,11の受ける力Ftr,Ftl,
Fwr,Fwlを検出する(ステップS1)。次に、式(1)
、式(2) より相対力 rFt(k)、 rFw(k)を求める(ス
テップS2)。ここで、図5(A)に示すように、座部
の力センサ部8は、X方向に力Ftl(k) を受け、力セン
サ部8は、X方向に力Ftr(k) を受けた場合、ユーザの
左右大腿部が座部の力センサ部7,8に正常に接触して
いるならば、図4(A)から明らかなように、Ftl(k)
>Ftr(k) となり、上記の式(1) より、相対力 rFt(k)
は正の値となる。
【0050】同様に、腰部の力センサ部10は、X方向
に力Fwlを受け、力センサ部11は、X方向に力Fwr
(k) を受ける。
に力Fwlを受け、力センサ部11は、X方向に力Fwr
(k) を受ける。
【0051】ユーザの腰部が背もたれ部の力センサ部1
0,11に正常に接触しているならば、図4(A)から
明らかなように、Fwl(k) <Fwr(k) となり、上記の式
(2)より、相対力 rFt(k)は負の値となる。
0,11に正常に接触しているならば、図4(A)から
明らかなように、Fwl(k) <Fwr(k) となり、上記の式
(2)より、相対力 rFt(k)は負の値となる。
【0052】本適用例では、骨盤回旋の認識率を高める
ために、座部と背部に加わる相対力について、(rFt >
Srt) ∨( rFw <Srw)…(7) が真であることを、骨
盤回旋検出の第1の条件とする。
ために、座部と背部に加わる相対力について、(rFt >
Srt) ∨( rFw <Srw)…(7) が真であることを、骨
盤回旋検出の第1の条件とする。
【0053】次に、式(7) の条件が、定常的に満たされ
るような場合を避けるために、相対力の変化量を考慮す
る。このため、力 rFt(k) 、 rFw(k)の変化量を求め
る(ステップS3)。
るような場合を避けるために、相対力の変化量を考慮す
る。このため、力 rFt(k) 、 rFw(k)の変化量を求め
る(ステップS3)。
【0054】上式(3)に示すように座面に加わる相対力
のサンプリング時刻k-1 の値に対する変化量はdrFt(k)
となる。
のサンプリング時刻k-1 の値に対する変化量はdrFt(k)
となる。
【0055】ユーザが歩行意思を発現し続け、左右大腿
部が座部のセンサに正常に接触しているならば、 rFt
(k)> rFt(k-1)となり、上記の式(1) より、相対力 r
Ft(k)の変化量drFt(k)は正の値となる。
部が座部のセンサに正常に接触しているならば、 rFt
(k)> rFt(k-1)となり、上記の式(1) より、相対力 r
Ft(k)の変化量drFt(k)は正の値となる。
【0056】同様に、上式(4) に示すように背部に加わ
る相対力のサンプリング時刻k-1 の値に対する変化量は
drFw(k)となる。
る相対力のサンプリング時刻k-1 の値に対する変化量は
drFw(k)となる。
【0057】ユーザが歩行意思を発現し続け、腰部が背
もたれ部のセンサに正常に接触しているならば、 rFw
(k)< rFw(k-1)となり、上記の式(1) より、相対力 r
Fw(k)の変化量drFw(k)は負の値となる。
もたれ部のセンサに正常に接触しているならば、 rFw
(k)< rFw(k-1)となり、上記の式(1) より、相対力 r
Fw(k)の変化量drFw(k)は負の値となる。
【0058】本適用例では、骨盤の認識率を高めるため
に、座部と背部に加わる相対力の変化量について、(dr
Ft >Sdt)∨(drFw <Sdw)が真であることを、骨
盤回旋検出の第2の条件とする(ステップS4,S
5)。
に、座部と背部に加わる相対力の変化量について、(dr
Ft >Sdt)∨(drFw <Sdw)が真であることを、骨
盤回旋検出の第2の条件とする(ステップS4,S
5)。
【0059】歩行意識の誤った検出を防ぐために、骨盤
回旋の相対力とその変化の符号によって骨盤の回転方向
を認識し、相対力とその変化の大きさによって、歩行意
思の有無を判定している。
回旋の相対力とその変化の符号によって骨盤の回転方向
を認識し、相対力とその変化の大きさによって、歩行意
思の有無を判定している。
【0060】すなわち、第1の条件と第2の条件とのA
ND {(rFt >Srt) ∨(rFw <Srw) }∧ {(drFt >Sdt) ∨(drFw <Sdw) }…(5) が真であることを、骨盤回旋検出の必要条件としている
(ステップS4〜S7)。式(5) の条件が真ならば、本
発明のインタフェイス装置は、ユーザの左脚を出そうと
する歩行意思が発現したものと見なし、二本足移動機の
左脚を動作させる。
ND {(rFt >Srt) ∨(rFw <Srw) }∧ {(drFt >Sdt) ∨(drFw <Sdw) }…(5) が真であることを、骨盤回旋検出の必要条件としている
(ステップS4〜S7)。式(5) の条件が真ならば、本
発明のインタフェイス装置は、ユーザの左脚を出そうと
する歩行意思が発現したものと見なし、二本足移動機の
左脚を動作させる。
【0061】左脚の動作の速さは、立脚相の脚の送り速
度と歩幅を、座部に加わる相対力の変化量dtFt または
背部に加わる相対力の変化量drFw に基づいて決定され
る。制御部48はdrFt(k)又はdrFw(k)に基づいて左脚
を動作させる制御信号を生成し、二足歩行機械41に供
給する(ステップS12,S13)。
度と歩幅を、座部に加わる相対力の変化量dtFt または
背部に加わる相対力の変化量drFw に基づいて決定され
る。制御部48はdrFt(k)又はdrFw(k)に基づいて左脚
を動作させる制御信号を生成し、二足歩行機械41に供
給する(ステップS12,S13)。
【0062】また、図5(B)に示す右脚を前進させる
意思を示した場合、ステップS4〜S7の条件が満たさ
れず、ステップS8〜S11の条件 {(rFt <−Srt)∨(rFwt>−Srw)}∧ {(drFt <−Sdt)∨(drFw >−Sdw) }…(6) が真となる。制御部48は左脚同様にdrFt(k)又はdrF
n(k)に基づいて右脚を動作させる制御信号を生成し、二
足歩行機械41に供給(ステップS14,S15)。
意思を示した場合、ステップS4〜S7の条件が満たさ
れず、ステップS8〜S11の条件 {(rFt <−Srt)∨(rFwt>−Srw)}∧ {(drFt <−Sdt)∨(drFw >−Sdw) }…(6) が真となる。制御部48は左脚同様にdrFt(k)又はdrF
n(k)に基づいて右脚を動作させる制御信号を生成し、二
足歩行機械41に供給(ステップS14,S15)。
【0063】また、ステップS4〜S11の条件がない
場合には停止しているものと判断し、ステップS1に戻
り、ステップS1〜S15が再び実行される。
場合には停止しているものと判断し、ステップS1に戻
り、ステップS1〜S15が再び実行される。
【0064】なお、直立のための制御は本体42内の制
御装置により常時実行されており、二足歩行機械41が
転倒することはない。
御装置により常時実行されており、二足歩行機械41が
転倒することはない。
【0065】図8は本発明の一実施例の第2適用例の構
成図を示す。本適用例は本実施例のインタフェイス装置
1を二足歩行機械5 1に搭載したものである。同図中、
図5と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省
略する。本適用例ではアンプ46、A/D変換器47、
制御部48はインタフェイス装置1又は二足歩行機械5
1に内蔵され、二足歩行機械51は自立の制御を独自に
行なうと共に制御48からの制御信号に応じて歩行運動
を行なう。
成図を示す。本適用例は本実施例のインタフェイス装置
1を二足歩行機械5 1に搭載したものである。同図中、
図5と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省
略する。本適用例ではアンプ46、A/D変換器47、
制御部48はインタフェイス装置1又は二足歩行機械5
1に内蔵され、二足歩行機械51は自立の制御を独自に
行なうと共に制御48からの制御信号に応じて歩行運動
を行なう。
【0066】なお、上記の第1,第2適用例では二足歩
行機械に本実施例のインタフェイス装置1を適用した例
について説明したが、二足歩行機械に限定されるもので
はなく自動車等に適用できる。
行機械に本実施例のインタフェイス装置1を適用した例
について説明したが、二足歩行機械に限定されるもので
はなく自動車等に適用できる。
【0067】例えば、自動車について言えば、最初の骨
盤回旋によりクラッチを接続し、骨盤回旋の停止をもっ
てブレーキ動作させる構成が考えられる。また、減速比
は相対力の変化に対応させ、操舵は、Z軸回りの正負各
骨盤回旋の変化量により、差動で行うことができる。
盤回旋によりクラッチを接続し、骨盤回旋の停止をもっ
てブレーキ動作させる構成が考えられる。また、減速比
は相対力の変化に対応させ、操舵は、Z軸回りの正負各
骨盤回旋の変化量により、差動で行うことができる。
【0068】
【発明の効果】上述の如く、本発明の請求項1によれ
ば、歩行動作を検出して、検出した歩行動作に応じて機
械に運動指令を与えることができるため、自然な動作で
運動指令を与えることができ、随意的な動作から解放さ
れ、操作性を向上させることができる等の特長を有す
る。
ば、歩行動作を検出して、検出した歩行動作に応じて機
械に運動指令を与えることができるため、自然な動作で
運動指令を与えることができ、随意的な動作から解放さ
れ、操作性を向上させることができる等の特長を有す
る。
【0069】請求項2によれば、検出手段を椅子に搭載
することでユーザは疲労なく操作が行なえる等の特長を
有する。
することでユーザは疲労なく操作が行なえる等の特長を
有する。
【0070】請求項3によれば、大腿部のわずかな筋肉
の動きによりユーザの歩行動作を検出できるため、ユー
ザの疲労が少ないと共に、随意的な動作から解放され、
操作性を向上させ得る等の特長を有する。
の動きによりユーザの歩行動作を検出できるため、ユー
ザの疲労が少ないと共に、随意的な動作から解放され、
操作性を向上させ得る等の特長を有する。
【0071】請求項4によれば、腰部のわずかな筋肉の
動きによりユーザの歩行動作を検出できるため、ユーザ
の疲労が少ないと共に随意的な動作から解放され、操作
性を向上させ得る等の特長を有する。
動きによりユーザの歩行動作を検出できるため、ユーザ
の疲労が少ないと共に随意的な動作から解放され、操作
性を向上させ得る等の特長を有する。
【図1】本発明の一実施例の斜視図である。
【図2】本発明の一実施例の構成図である。
【図3】本発明の一実施例の要部の分解斜視図である。
【図4】本発明の一実施例の要部の断面図である。
【図5】本発明の一実施例の動作説明図である。
【図6】本発明の一実施例の第1適用例の構成図であ
る。
る。
【図7】本発明の一実施例の第1適用例の動作説明図で
ある。
ある。
【図8】本発明の一実施例の第2適用例の構成図であ
る。
る。
【図9】従来の一例の構成図である。
【図10】従来の一例の構成図である。
1 インタフェイス装置 2 座部 3 背もたれ部 4 足置き台 5 肘かけ部 6 座面 9 背面 7,8,10,11 力センサ部
Claims (4)
- 【請求項1】 ユーザの歩行運動を検出する検出手段
(7,8,10,11)と、該検出手段(7,8,1
0,11)で検出された該ユーザの歩行動作に応じて機
械に運動指令を与える指令手段(31)とを有するイン
タフェイス装置において、 前記検出手段(7,8,10,11)は、前記ユーザの
腰椎を中心とした回転運動を検出することにより前記ユ
ーザの歩行動作を検出することを特徴とするインタフェ
イス装置。 - 【請求項2】 前記検出手段(7,8,10,11)
と、前記検出手段(7,8,10,11)を有する前記
ユーザが着座する椅子とからなる請求項1記載のインタ
フェイス装置。 - 【請求項3】 前記検出手段(7,8)は前記ユーザの
大腿部により前記椅子の座面に加わる回転力を検出し、
前記ユーザの腰椎を中心とした回転運動を検出すること
を特徴とする請求項2記載のインタフェイス装置。 - 【請求項4】 前記検出手段(10,11)は前記ユー
ザの腰部により前記椅子の背もたれに加わる圧力を検出
し、前記ユーザの腰椎を中心とした回転運動を検出する
ことを特徴とする請求項2又は3記載のインタフェイス
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5281459A JPH07136957A (ja) | 1993-11-10 | 1993-11-10 | インタフェイス装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5281459A JPH07136957A (ja) | 1993-11-10 | 1993-11-10 | インタフェイス装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07136957A true JPH07136957A (ja) | 1995-05-30 |
Family
ID=17639479
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5281459A Withdrawn JPH07136957A (ja) | 1993-11-10 | 1993-11-10 | インタフェイス装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07136957A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006150568A (ja) * | 2004-12-01 | 2006-06-15 | Toyota Motor Corp | 搭乗型ロボット及びその座席の姿勢保持方法 |
JP2007319940A (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Toyota Motor Corp | 脚式搭乗型ロボット |
WO2010029669A1 (ja) | 2008-09-11 | 2010-03-18 | トヨタ自動車株式会社 | 移動体、及びその制御方法 |
JP2010063683A (ja) * | 2008-09-11 | 2010-03-25 | Toyota Motor Corp | 移動体、及びその制御方法 |
JP2010063684A (ja) * | 2008-09-11 | 2010-03-25 | Toyota Motor Corp | 移動体、及びその制御方法 |
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