專利名稱：機(jī)器人裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人裝置及其控制方法，例如涉及一種進(jìn)行自然的動(dòng)作的機(jī)器人裝置及其控制方法。
例如，在實(shí)開平5-72630號(hào)公報(bào)中，有一種運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)停止傳感器，對(duì)裝在運(yùn)動(dòng)體上的加速度傳感器測(cè)量的信號(hào)進(jìn)行高通濾波處理，通過(guò)判斷經(jīng)過(guò)這種處理所得到的電壓是否大于預(yù)定的閾值，來(lái)判定運(yùn)動(dòng)體是否在行走中。
但是對(duì)于這種運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)停止傳感器，由于加速度傳感器只安裝在運(yùn)動(dòng)體的前進(jìn)方向的一個(gè)位置處，存在有不能判斷傾斜面的移動(dòng)及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。
在特開平10-113343號(hào)公報(bào)中，提出了一種識(shí)別動(dòng)作及行動(dòng)的方法、裝置及系統(tǒng)。該系統(tǒng)將從安裝在被檢測(cè)體上的測(cè)定器得到的信號(hào)變換為頻率，計(jì)算出特征量，通過(guò)得到計(jì)算出的特征量與數(shù)據(jù)庫(kù)間的相關(guān)性，識(shí)別被檢測(cè)體的動(dòng)作和行動(dòng)。
但是，對(duì)于這種識(shí)別方法、裝置及系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)庫(kù)不充分、不適當(dāng)?shù)那闆r下，不能進(jìn)行正確的識(shí)別，而且，即使為了避免這種問(wèn)題去制作充足的數(shù)據(jù)庫(kù)，也會(huì)出現(xiàn)需要很多時(shí)間、專業(yè)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)的問(wèn)題。
即機(jī)器人裝置包括檢測(cè)裝置，通過(guò)加速度傳感器和/或旋轉(zhuǎn)傳感器檢測(cè)角速度和/或旋轉(zhuǎn)角速度；存儲(chǔ)裝置，將檢測(cè)裝置檢測(cè)出的信號(hào)作為時(shí)間序列信號(hào)以時(shí)間序列予以存儲(chǔ)；計(jì)算裝置，根據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置的時(shí)間序列信號(hào)計(jì)算特定信息；識(shí)別裝置，根據(jù)計(jì)算裝置計(jì)算出的特定信息識(shí)別自己的狀態(tài)；輸出裝置，根據(jù)識(shí)別裝置識(shí)別出的自己的狀態(tài)，輸出行動(dòng)。
這樣，在機(jī)器人裝置中，利用檢測(cè)出的加速度和旋轉(zhuǎn)角速度計(jì)算特定信息，根據(jù)計(jì)算出的特定信息自動(dòng)識(shí)別自己的狀態(tài)進(jìn)行行動(dòng)。
機(jī)器人裝置當(dāng)識(shí)別裝置識(shí)別出的自己的狀態(tài)是被舉起的狀態(tài)時(shí)，將作用于外部的預(yù)定的可動(dòng)部的動(dòng)作停止。
這樣，在機(jī)器人裝置中，可以預(yù)先防止作用于外部的可動(dòng)部所造成的用戶的負(fù)傷。
機(jī)器人裝置的控制方法包括第1步驟，通過(guò)加速度傳感器和/或旋轉(zhuǎn)傳感器檢測(cè)角速度和/或旋轉(zhuǎn)角速度；第2步驟，將檢測(cè)得到的信號(hào)作為時(shí)間序列信號(hào)以時(shí)間序列予以存儲(chǔ)；第3步驟，根據(jù)存儲(chǔ)的時(shí)間序列信號(hào)計(jì)算特定信息；第4步驟，根據(jù)計(jì)算出的特定信息識(shí)別自己的狀態(tài)；第5步驟，根據(jù)識(shí)別出的自己的狀態(tài)，控制機(jī)器人裝置的行動(dòng)。
這樣，機(jī)器人裝置的控制方法通過(guò)自動(dòng)識(shí)別自己的狀態(tài)控制機(jī)器人裝置的行動(dòng)，根據(jù)自己的狀態(tài)變化控制機(jī)器人裝置的行動(dòng)。
機(jī)器人裝置的控制方法當(dāng)識(shí)別裝置識(shí)別的自己的狀態(tài)是被舉起的狀態(tài)時(shí)，將作用于外部的預(yù)定的可動(dòng)部的動(dòng)作停止。
這樣，機(jī)器人裝置控制方法可以預(yù)先防止作用于外部的可動(dòng)部所造成的用戶的負(fù)傷。
圖2是機(jī)器人裝置的外觀透視圖。
圖3是用于說(shuō)明機(jī)器人裝置步行時(shí)的狀態(tài)的概略圖。
圖4是表示狀態(tài)識(shí)別處理程序的流程圖。
圖5是用于說(shuō)明機(jī)器人裝置的各種狀態(tài)的分布值的特性曲線圖。
圖6是用于說(shuō)明噪音的狀態(tài)造成的錯(cuò)誤識(shí)別的特性曲線圖。
圖7是用于說(shuō)明機(jī)器人裝置被拿起時(shí)的狀態(tài)的概略圖。
圖8是用于說(shuō)明機(jī)器人裝置被放下時(shí)的狀態(tài)的概略圖。
圖9是用于說(shuō)明機(jī)器人裝置重新開始步行時(shí)的狀態(tài)的概略圖。


圖10是動(dòng)作抑制處理程序的流程圖。
圖11(A)和圖11(B)是表示手足關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的概略圖。
圖12是表示恢復(fù)行動(dòng)處理程序的流程圖。
圖13是用于說(shuō)明加速度傳感器的檢測(cè)狀態(tài)的特性曲線圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳形態(tài)以下利用附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
(1)本實(shí)施例的機(jī)器人裝置的結(jié)構(gòu)圖1表示本實(shí)施例的機(jī)器人裝置的整體結(jié)構(gòu)，包括控制系統(tǒng)整體的中央處理運(yùn)算部(Central Processing Unit以下稱為CPU)11、具有例如CCD(Charge Coupled Device電荷耦合器件)圖像傳感器的攝像機(jī)(Video Camera)12、存儲(chǔ)攝像機(jī)12的視頻數(shù)據(jù)等的存儲(chǔ)部13、將串行總線的主機(jī)控制器等集成為一體的大規(guī)模集成電路(Large-scale Integrated Circuit以下稱為L(zhǎng)SI)14。
LSI14例如具有由串行通信、并行通信、USB通信等的接口構(gòu)成的通信部14A，通過(guò)該通信部14A與外部的個(gè)人計(jì)算機(jī)100連接。此時(shí)，個(gè)人計(jì)算機(jī)100例如通過(guò)LSI14來(lái)變更例如使CPU11工作的程序，進(jìn)行相應(yīng)的操作。
LSI14具有PC卡接口15，與PC卡規(guī)格等各種設(shè)備、例如ATA(Advanced Technology Attachment)閃存卡等存儲(chǔ)裝置200及無(wú)線通信卡等通信裝置300連接。
LSI14具有時(shí)鐘，未圖示，用于得到實(shí)時(shí)的時(shí)間信息；電池管理器，未圖示，用于進(jìn)行電池的殘余量的管理、及在與時(shí)鐘相關(guān)的時(shí)間進(jìn)行接通電源等的控制。
機(jī)器人裝置1具有由手足、耳、口等構(gòu)成的第1至第4的CPC(Configurable Physical Component可配置物理器件)裝置20、30、40、50。各CPC裝置與LSI14內(nèi)的串行總線端口(SBH)14B連接。在這里，圖中所示的CPC裝置有4個(gè)，但其數(shù)量可以不受限定。
第1CPC裝置20包括根據(jù)來(lái)自LSI14的控制命令，控制該裝置內(nèi)的各電路的集線器(hub)21、暫時(shí)存儲(chǔ)控制信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)等的存儲(chǔ)器22、檢測(cè)加速度的加速度傳感器23、電位器(Potentiometer)24、起關(guān)節(jié)等的作用的傳動(dòng)裝置25。加速度傳感器23以數(shù)十毫秒為單位分別檢測(cè)3個(gè)軸(X軸、Y軸、Z軸)方向的加速度，將該檢測(cè)結(jié)果通過(guò)集線器21、串行總線端口14B送給CPU11。
第2CPC裝置30包括集線器31、存儲(chǔ)器32、由檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角速度的旋轉(zhuǎn)(gyro)傳感器構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)角速度傳感器33、電位器34、傳動(dòng)裝置35。角速度傳感器33以數(shù)十毫秒為單位分別檢測(cè)3個(gè)角(R角、P角、Y角)方向的旋轉(zhuǎn)角速度，將該檢測(cè)結(jié)果通過(guò)集線器31、串行總線端口14B，送給LSI14。
第3的CPC裝置40包括集線器41；存儲(chǔ)器42；發(fā)光二極管(LED)43，例如通過(guò)發(fā)光表示接收到了來(lái)自外部的刺激；接觸式傳感器44，檢測(cè)是否接觸到了外部。
第4的CPC裝置50包括集線器51；存儲(chǔ)器52；喇叭53，具有向外部輸出聲音的“口”的功能；麥克風(fēng)54，具有檢測(cè)外部的聲音的“耳”的功能。
機(jī)器人裝置1的外觀例如如圖2所示，為多足步行機(jī)器人。即機(jī)器人裝置1是多足方向的多關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其形狀為有4個(gè)足2的動(dòng)物。
如圖3所示，當(dāng)這種機(jī)器人裝置1步行時(shí)，CPU11具體來(lái)說(shuō)是根據(jù)圖4所示狀態(tài)識(shí)別處理程序RT1，監(jiān)視機(jī)器人裝置1的狀態(tài)。
即CPU11在步驟SP0開始該狀態(tài)識(shí)別處理程序RT1時(shí)，接著在步驟SP1接收加速度傳感器23和旋轉(zhuǎn)角速度33檢測(cè)出的加速度信息、旋轉(zhuǎn)角速度信息，其后進(jìn)入步驟SP2，將這些加速度信息、旋轉(zhuǎn)角速度信息按照時(shí)間序列存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部13中。
接著，CPU11進(jìn)入步驟SP3，根據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部13中的時(shí)間序列信號(hào)，計(jì)算出特定信息。例如，CPU11根據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部13的加速度傳感器23的時(shí)間序列信號(hào)，計(jì)算取3個(gè)軸(X軸、Y軸、Z軸)的總和的加速度傳感器23的代表分布值。CPU11也同樣地按照需要，根據(jù)旋轉(zhuǎn)角速度傳感器33的時(shí)間序列信號(hào)，計(jì)算取3個(gè)角(R角、P角、Y角)的總和的代表分布值。
接著CPU11進(jìn)入步驟SP4，判斷該算出的分布值等特定信息。
在這里，圖5表示加速度傳感器23和旋轉(zhuǎn)角速度傳感器33檢測(cè)輸出的分布值的一個(gè)例子。分布值所具有的特性是，當(dāng)機(jī)器人裝置1在地面上行動(dòng)時(shí)最大，并按照機(jī)器人被拿起時(shí)、被放下時(shí)的順序變小。因此，通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定狀態(tài)變化的閾值，可以根據(jù)分布值判定機(jī)器人裝置是在行走、被拿起、還是被放下。根據(jù)圖5，CPU11可以判定分布值為δ2以上時(shí)，機(jī)器人裝置在地面上行動(dòng)；分布值為δ1以上而未達(dá)到δ2時(shí)機(jī)器人裝置被拿起；分布值未達(dá)到δ1時(shí)機(jī)器人裝置被放下。關(guān)于這種具體的判定，將在后面的步驟SP5以后進(jìn)行。
CPU11有時(shí)會(huì)因?yàn)樵胍魧?dǎo)致分布值的劇烈變化而對(duì)狀態(tài)的變化產(chǎn)生錯(cuò)誤識(shí)別。CPU11為了防止這種錯(cuò)誤識(shí)別，如圖6所示，判斷分布值和閾值δ3的關(guān)系，當(dāng)分布值和閾值δ3的關(guān)系連續(xù)在超過(guò)預(yù)定的時(shí)間為一定時(shí)，認(rèn)為狀態(tài)實(shí)際發(fā)生了變化。例如，CPU11可以預(yù)先設(shè)定預(yù)定時(shí)間T，如果只在時(shí)間T1(＜T)期間分布值超過(guò)閾值δ3，判斷是由噪音導(dǎo)致的錯(cuò)誤判定；當(dāng)在時(shí)間T2(＞T)期間分布值超過(guò)閾值δ3時(shí)，判定狀態(tài)發(fā)生了變化，從而進(jìn)行正確的識(shí)別。由此，可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)抗噪音的識(shí)別功能。閾值δ3與上述δ3或δ2相當(dāng)。
CPU11還常時(shí)計(jì)算加速度傳感器23的分布值，根據(jù)需要也計(jì)算旋轉(zhuǎn)角速度傳感器33的分布值。這樣不太增大CPU11的處理負(fù)擔(dān)，提高識(shí)別的能力。
具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)與加速度代表的分布值相比，檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)代表的分布值的變化有顯著的姿勢(shì)變化或動(dòng)作時(shí)，最好不但使用加速度傳感器23，而且同時(shí)使用旋轉(zhuǎn)角速度傳感器33的檢測(cè)輸出。即，在靜止/低速運(yùn)動(dòng)和平移運(yùn)動(dòng)成分多時(shí)，主要是來(lái)自加速度傳感器23的信息重要，反之，當(dāng)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)成分多時(shí)，來(lái)自旋轉(zhuǎn)角速度傳感器變得很重要。因此，在要檢測(cè)的動(dòng)作是高速運(yùn)動(dòng)的情況和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)成分多的情況下，可以使得同時(shí)使用來(lái)自旋轉(zhuǎn)角速度傳感器33的信息的時(shí)間增多。
接著CPU11進(jìn)入步驟SP5，判定特定信息是否是“地面行動(dòng)中”的特性，當(dāng)?shù)玫娇隙ńY(jié)果時(shí)，進(jìn)入步驟SP6，識(shí)別該機(jī)器人裝置1是在地面行動(dòng)中，控制第1CPC裝置20等各CPC裝置，使步行動(dòng)作繼續(xù)進(jìn)行，然后返回步驟SP1。
反之，當(dāng)CPU11在步驟SP5得到否定結(jié)果時(shí)，進(jìn)入步驟SP7，判定特定信息是否是“被拿起時(shí)”的特性，當(dāng)?shù)玫娇隙ńY(jié)果時(shí)進(jìn)入步驟SP8。此時(shí)機(jī)器人裝置1如圖7所示，成為被使用者舉起的狀態(tài)。
CPU11在步驟SP8識(shí)別該機(jī)器人裝置1被舉起，控制第1CPC裝置20等各個(gè)CPC裝置，使步行動(dòng)作中止變得安靜，然后返回步驟SP1。
反之，CPU11在步驟SP7得到否定結(jié)果時(shí)，進(jìn)入步驟SP9，判斷特定信息是“被放下時(shí)”的特性，當(dāng)?shù)玫娇隙ńY(jié)果時(shí)，進(jìn)入步驟SP10，當(dāng)?shù)玫椒穸ńY(jié)果時(shí)返回步驟SP1。
CPU11進(jìn)入步驟SP10，識(shí)別該機(jī)器人裝置1被放下，然后，如圖8所示，當(dāng)根據(jù)接觸式傳感器44等的檢測(cè)輸出還識(shí)別是放在地面時(shí)，控制第1CPC裝置20等各CPC裝置，使機(jī)器人裝置按照?qǐng)D9那樣重新開始步行動(dòng)作，然后返回步驟SP1。
在這里，接觸式傳感器44例如是檢測(cè)與外部的接觸的接觸傳感器，或是感知壓力的感壓傳感器，檢測(cè)與地面的接觸狀態(tài)。這樣，再參照檢測(cè)與地面接觸狀態(tài)的檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果，并根據(jù)上述加速度傳感器的加速度和來(lái)自旋轉(zhuǎn)傳感器的旋轉(zhuǎn)角速度，將機(jī)器人裝置的被舉起等的狀態(tài)讀入識(shí)別裝置中，從而能得到可靠性更高的識(shí)別結(jié)果。
即，例如在機(jī)器人裝置被舉起的情況下，由于足部離開地面，足部的接觸開關(guān)必定為斷開狀態(tài)，因此通過(guò)與監(jiān)視加速度和旋轉(zhuǎn)速度的變化同樣地監(jiān)視該信息，能夠提高檢測(cè)機(jī)器人裝置被舉起和被放下的能力。
(2)識(shí)別機(jī)器人裝置被舉起和被放下時(shí)的CPU11的具體的處理在這里，當(dāng)機(jī)器人裝置被舉起時(shí)，CPU11按照?qǐng)D10所示動(dòng)作抑制處理程序RT2來(lái)抑制機(jī)器人裝置1的動(dòng)作。
即當(dāng)CPU在狀態(tài)識(shí)別處理程序RT1的步驟SP8中，識(shí)別機(jī)器人裝置1被舉起時(shí)，在步驟20使該動(dòng)作抑制處理程序RT2開始，接著通過(guò)在步驟SP21控制LSI14內(nèi)部的對(duì)應(yīng)的伺服系統(tǒng)的電路和對(duì)應(yīng)的CPC裝置，來(lái)使機(jī)器人裝置1的各個(gè)足部2的動(dòng)作停止(使對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置25的控制增益為0)，并使各足部2的機(jī)械約束開放，使這些足部2松弛。
實(shí)際上在此機(jī)器人裝置1中，如圖11(A)所示，各足部2的各關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)60的結(jié)構(gòu)為，將固定在各個(gè)傳動(dòng)裝置(電機(jī))25的輸出軸的齒輪，通過(guò)壓縮線圈彈簧62的彈性力，與減速齒輪列咬合。此時(shí)，傳動(dòng)裝置25通過(guò)驅(qū)動(dòng)電磁滑閥，可以如圖11(B)所示沿箭頭a方向移動(dòng)，由此使齒輪61和減速齒輪列63的咬合放開。
在這里，CPU11在步驟SP21，對(duì)各足部2的全關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置25停止施加驅(qū)動(dòng)電壓，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的電磁滑閥64，放開傳動(dòng)裝置25的靜止轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的各足部2的機(jī)械約束，由此使機(jī)器人裝置1的所有的足部2松弛，使該機(jī)器人裝置1變化為用戶容易拿起的狀態(tài)。
接著，CPU11進(jìn)入步驟SP22，通過(guò)控制LSI14內(nèi)部的對(duì)應(yīng)的伺服系統(tǒng)的電路，使頭部3(圖2)和尾部4(圖2)的動(dòng)作延遲，其后進(jìn)入步驟SP23，通過(guò)控制LSI14內(nèi)部的對(duì)應(yīng)的電路，使起到眼睛作用的LED5(圖2)滅燈，并控制喇叭54(圖1)的聲音輸出(鳴叫聲)的音量。
接著CPU11進(jìn)入步驟SP24，通過(guò)PC卡接口15，將此時(shí)保持的狀態(tài)和與學(xué)習(xí)相關(guān)的各種參數(shù)等數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)裝置200。
CPU11在步驟SP25中，禁止此后對(duì)存儲(chǔ)裝置200的數(shù)據(jù)的讀寫，然后進(jìn)入步驟SP26，在結(jié)束該動(dòng)作抑制處理程序RT2后，返回狀態(tài)識(shí)別處理程序RT1的步驟SP1。
另一方面，當(dāng)此后機(jī)器人裝置1被拿起時(shí)，CPU11根據(jù)圖12所示恢復(fù)行動(dòng)處理程序RT3，恢復(fù)機(jī)器人裝置1的行動(dòng)。
即CPU11在狀態(tài)識(shí)別處理程序RT1的步驟SP10中識(shí)別出機(jī)器人裝置1被拿起時(shí)，在步驟SP30使該恢復(fù)動(dòng)作處理程序RT3開始，接著，在步驟SP31發(fā)出對(duì)存儲(chǔ)裝置200的數(shù)據(jù)讀寫的許可。CPU11還通過(guò)控制對(duì)應(yīng)的CPC裝置，來(lái)使各個(gè)足部2產(chǎn)生機(jī)械約束(使圖11的電磁滑閥64的驅(qū)動(dòng)停止)。
接著CPU11進(jìn)入步驟SP32，通過(guò)控制LSI14內(nèi)部對(duì)應(yīng)的電路，從喇叭53(圖1)輸出預(yù)定模式的聲音，使與“眼睛”相當(dāng)?shù)腖ED5亮燈，和/或使尾部4動(dòng)作，向用戶通知?jiǎng)幼饕鸦謴?fù)。
接著CPU11在步驟SP34從存儲(chǔ)裝置200讀出必要的數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)控制LSI14內(nèi)部的對(duì)應(yīng)的伺服系統(tǒng)的電路，來(lái)使各足部2的動(dòng)作再次開始，其后進(jìn)入步驟SP35，在結(jié)束該恢復(fù)行動(dòng)處理RT3后，返回狀態(tài)識(shí)別處理程序RT1的步驟SP1。
(3)本實(shí)施例的動(dòng)作和效果在上述結(jié)構(gòu)中，在該機(jī)器人裝置1中，將加速度傳感器23和/或旋轉(zhuǎn)角速度傳感器33檢測(cè)的加速度信息和/或旋轉(zhuǎn)角速度按照時(shí)間序列存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部13，并根據(jù)該加速度信息和/或旋轉(zhuǎn)角速度信息計(jì)算分布值等特定信息，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果識(shí)別自己的狀態(tài)，根據(jù)識(shí)別結(jié)果來(lái)行動(dòng)。
因此，在該機(jī)器人裝置1中，用戶不需要向該機(jī)器人裝置1明確提供將該機(jī)器人裝置1舉起和將其放下的信息。通過(guò)這樣由機(jī)器人裝置1自身進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，可以實(shí)現(xiàn)更自然的機(jī)器人和人的相互作用。
當(dāng)由周圍的環(huán)境和第三者對(duì)該機(jī)器人裝置1施加外力的情況下，由于可以識(shí)別特定信息的變化，所以可以根據(jù)外力進(jìn)行反應(yīng)(行動(dòng)、聲音、音階等的輸出)，可以構(gòu)成智能的娛樂性強(qiáng)的機(jī)器人裝置1。
而且由于可以根據(jù)與特定信息相關(guān)的內(nèi)容來(lái)判定是否實(shí)際執(zhí)行了目標(biāo)的姿勢(shì)和行動(dòng)，因此可以利用這一點(diǎn)來(lái)檢測(cè)該機(jī)器人裝置1的行動(dòng)是否正確。
另外，當(dāng)該機(jī)器人裝置1被舉起時(shí)，進(jìn)行使各足部2的動(dòng)作停止等抑制該機(jī)器人裝置1的動(dòng)作，另一方面，當(dāng)其后機(jī)器人裝置1被放下時(shí)，使各足部2的動(dòng)作重新開始，恢復(fù)行動(dòng)。
因此在該機(jī)器人裝置1中，可以防止當(dāng)用戶舉起該機(jī)器人裝置1時(shí)被該機(jī)器人裝置1的足部2的關(guān)節(jié)和足部2與身體間夾住，或者被機(jī)器人裝置1的動(dòng)作驚嚇而使機(jī)器人裝置1落到了自己的腳上，而使用戶受傷，并且會(huì)給舉起該機(jī)器人裝置1的用戶帶來(lái)恭順感和親切感，在使用時(shí)產(chǎn)生舒適感。
在該機(jī)器人裝置1中，由于當(dāng)機(jī)器人裝置1被舉起時(shí)，禁止對(duì)存儲(chǔ)裝置200的數(shù)據(jù)的讀寫，因此可以防止例如存儲(chǔ)裝置200的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫處理時(shí)，因?yàn)橛脩魧⒃摍C(jī)器人裝置1掉下而產(chǎn)生對(duì)存儲(chǔ)裝置200內(nèi)的數(shù)據(jù)的破壞和向存儲(chǔ)裝置寫入不正確的數(shù)據(jù)。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，將加速度傳感器23和/或旋轉(zhuǎn)角速度傳感器33檢測(cè)出的加速度信息和/或旋轉(zhuǎn)角速度信息按時(shí)間序列存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部13，并根據(jù)該加速度信息和/或旋轉(zhuǎn)角速度信息計(jì)算分布值等特定信息，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果識(shí)別自己的狀態(tài)，根據(jù)識(shí)別結(jié)果來(lái)行動(dòng)，從而可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)自己的狀態(tài)變化控制行動(dòng)，進(jìn)而可以容易地識(shí)別傾斜面的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等自身的狀況，并能夠自身行動(dòng)的機(jī)器人裝置。
通過(guò)抑制機(jī)器人裝置1被拿起時(shí)的動(dòng)作，可以實(shí)現(xiàn)能夠防止被拿起時(shí)的機(jī)器人裝置1的動(dòng)作造成用戶負(fù)傷，從而提高安全性和趣味性的機(jī)器人裝置。
(4)其它的實(shí)施例在本發(fā)明的上述實(shí)施例中，說(shuō)明了根據(jù)機(jī)器人裝置1的各個(gè)傳感器的檢測(cè)輸出的分布值，識(shí)別機(jī)器人裝置1自身的步行、舉起、放下的3個(gè)狀態(tài)的情況，但本發(fā)明不限于此，例如在與其它的行動(dòng)模式對(duì)應(yīng)的分布值和數(shù)字濾波的頻率有特性的情況下，其它的模式也可以同樣地進(jìn)行識(shí)別。
在上述實(shí)施例中，對(duì)于特定信息的計(jì)算，說(shuō)明了利用分布值和從數(shù)字濾波輸出的頻率特性的情況，但本發(fā)明不限于此，如果存在其它計(jì)算對(duì)應(yīng)于機(jī)器人裝置1的行動(dòng)模式的特性的方法，也可以使用這個(gè)方法的特性。
在上述實(shí)施例中，說(shuō)明了在狀態(tài)識(shí)別處理程序RT1的步驟SP3中利用分布值的情況，但本發(fā)明不限于此，例如也可以對(duì)加速度傳感器23和旋轉(zhuǎn)角速度傳感器33的檢測(cè)輸出使用數(shù)字濾波。
實(shí)際上，數(shù)字濾波可以只提取時(shí)間序列的特定頻率成分，通過(guò)設(shè)定適當(dāng)?shù)念l率，可以將機(jī)器人裝置1的行動(dòng)中的頻率成分、被舉起時(shí)的頻率成分、被放下時(shí)的頻率成分分別分離。在頻率的定性的關(guān)系中，行動(dòng)中的頻率最高、然后從大到小依次是被舉起時(shí)的頻率、被放下時(shí)的頻率。
在這里利用使用數(shù)字濾波時(shí)的這些性質(zhì)，通過(guò)與使用分布值的情況相同地設(shè)定適當(dāng)?shù)拈撝?，可以識(shí)別機(jī)器人裝置1自身的狀態(tài)。
在上述實(shí)施例中，說(shuō)明了機(jī)器人裝置1被舉起時(shí)停止各足部2的動(dòng)作的情況，但本發(fā)明不限于此，可以在機(jī)器人裝置被舉起時(shí)，使機(jī)器人裝置的姿勢(shì)轉(zhuǎn)換為用戶容易拿起的姿勢(shì)，例如成為將各足部2彎曲的匍匐姿勢(shì)，可以由此提高舒適感。
在上述實(shí)施例中，說(shuō)明了機(jī)器人裝置1被舉起時(shí)停止足部2的動(dòng)作的情況，但本發(fā)明不限于此，例如在將本發(fā)明用于根據(jù)用戶的使用狀況、在學(xué)習(xí)的同時(shí)改變性格的趣味性機(jī)器人的情況下，可以在被舉起時(shí)根據(jù)該性格改變行動(dòng)模式，從而提高趣味性。
在上述實(shí)施例中，說(shuō)明了機(jī)器人裝置1被舉起時(shí)停止足部2的動(dòng)作的情況，但本發(fā)明不限于此，也可以根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器人裝置的形狀和形態(tài)，使對(duì)有可能造成用戶負(fù)傷的外部作用的可動(dòng)部的動(dòng)作停止。
在上述實(shí)施例中，說(shuō)明了機(jī)器人裝置被舉起時(shí)禁止對(duì)存儲(chǔ)裝置200的數(shù)據(jù)的讀寫，但本發(fā)明不限于此，例如可以在根據(jù)攝像機(jī)12的視頻數(shù)據(jù)，檢測(cè)當(dāng)落下的存儲(chǔ)裝置200讀寫數(shù)據(jù)時(shí)有可能破壞存儲(chǔ)裝置200內(nèi)的數(shù)據(jù)的情況下(例如檢測(cè)出自己的移動(dòng)方向可認(rèn)為是崖壁的邊緣等)，禁止對(duì)存儲(chǔ)裝置200的數(shù)據(jù)的讀寫。
而且，對(duì)于加速度傳感器23的機(jī)器人裝置的狀態(tài)的檢測(cè)，也不限于上述實(shí)施例的說(shuō)明。例如，可以根據(jù)下述的角速度傳感器23的輸出檢測(cè)機(jī)器人裝置的狀態(tài)。
對(duì)加速度傳感器23的X軸、Y軸、Z軸的3個(gè)方向的時(shí)間序列信號(hào)分別采樣，作為加速度信息予以存儲(chǔ)。
當(dāng)一定時(shí)間的時(shí)間序列的加速度信息(以下稱為時(shí)間序列信息)被存儲(chǔ)時(shí)，對(duì)每個(gè)軸的時(shí)間序列信息進(jìn)行低通濾波，提取低頻成分。根據(jù)時(shí)刻t的各軸的低頻成分Gi(i=x,y,z)，由公式(1)計(jì)算整體的模方G(t)。G(1)=Gx(1)2+Gy(1)2+Gz(1)2---(1)]]>該G(t)表示將機(jī)器人裝置1舉起時(shí)圖13所示特性。即一旦G(t)比通常時(shí)的G0的值減少，則其后迅速超過(guò)通常值G0，最后在通常值G0穩(wěn)定。通過(guò)檢測(cè)這種G(t)的變化，可以檢測(cè)出機(jī)器人裝置1被舉起。具體來(lái)說(shuō)，是按照下述過(guò)程來(lái)檢測(cè)被舉起。
首先存儲(chǔ)通過(guò)公式(2)計(jì)算出的值在某個(gè)閾值(第1閾值)以上的時(shí)刻T0、和此時(shí)刻T0時(shí)的G(t)(以下稱為G1)。在這里，G0是通常值，通常為9.8(重力加速度)。
ΔG1=G0-G(t)(2)然后在從時(shí)刻T0開始的預(yù)定時(shí)間ΔT內(nèi)，根據(jù)(3)式計(jì)算。
ΔG2=G(t)-G1(3)當(dāng)根據(jù)公式(3)得到的ΔG2在某個(gè)閾值(第2閾值)以上時(shí)，可以檢測(cè)出機(jī)器人裝置被舉起。
在按照這種方式檢測(cè)出自己的狀態(tài)的情況下，當(dāng)然也可以參照檢測(cè)與地面的接觸狀態(tài)的檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果。
工業(yè)應(yīng)用性根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)一種機(jī)器人裝置及其控制方法，通過(guò)加速度傳感器和/或旋轉(zhuǎn)傳感器檢測(cè)角速度和/或旋轉(zhuǎn)角速度，將檢測(cè)出的信號(hào)作為時(shí)間序列的時(shí)間序列信號(hào)存儲(chǔ)，根據(jù)存儲(chǔ)的時(shí)間序列信號(hào)計(jì)算特定信息，根據(jù)計(jì)算出的特定信息識(shí)別自己的狀態(tài)，根據(jù)識(shí)別出的自己的狀態(tài)控制機(jī)器人裝置的行動(dòng)，從而可以容易地識(shí)別傾斜面的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的自身的狀況，來(lái)達(dá)到自己行動(dòng)。
而且，能夠?qū)崿F(xiàn)一種機(jī)器人裝置及其控制方法，當(dāng)識(shí)別自己的狀態(tài)是被舉起的狀態(tài)時(shí)，通過(guò)停止作用于外部的預(yù)定的可動(dòng)部的動(dòng)作，能夠防止作用于外部的可動(dòng)部的動(dòng)作所造成的用戶的負(fù)傷，從而能提高安全性。
權(quán)利要求
1．一種機(jī)器人裝置，其特征在于，包括檢測(cè)裝置，通過(guò)加速度傳感器和/或旋轉(zhuǎn)傳感器檢測(cè)角速度和/或旋轉(zhuǎn)角速度；存儲(chǔ)裝置，將上述檢測(cè)裝置檢測(cè)出的信號(hào)作為時(shí)間序列信號(hào)以時(shí)間序列予以存儲(chǔ)；計(jì)算裝置，根據(jù)存儲(chǔ)在上述存儲(chǔ)裝置的時(shí)間序列信號(hào)計(jì)算特定信息；識(shí)別裝置，根據(jù)上述計(jì)算裝置計(jì)算出的特定信息識(shí)別自己的狀態(tài)；輸出裝置，根據(jù)上述識(shí)別裝置識(shí)別出的上述自己的狀態(tài)，輸出行動(dòng)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人裝置，其特征在于，上述計(jì)算裝置根據(jù)上述時(shí)間序列信號(hào)計(jì)算分布值；上述識(shí)別裝置根據(jù)上述計(jì)算裝置計(jì)算出的分布值，識(shí)別自己的狀態(tài)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人裝置，其特征在于，上述計(jì)算裝置對(duì)上述時(shí)間序列信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，計(jì)算特定的頻率成分；上述識(shí)別裝置根據(jù)上述計(jì)算裝置計(jì)算出的頻率成分識(shí)別自己的狀態(tài)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人裝置，其特征在于，當(dāng)上述識(shí)別裝置識(shí)別出的自己的狀態(tài)是被舉起的狀態(tài)時(shí)，上述輸出裝置將作用于外部的預(yù)定的可動(dòng)部的動(dòng)作停止。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人裝置，其特征在于，當(dāng)上述識(shí)別裝置識(shí)別出的自己的狀態(tài)是被舉起的狀態(tài)時(shí)，上述輸出裝置將對(duì)外部存儲(chǔ)裝置的各種信息的讀寫動(dòng)作停止。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人裝置，其特征在于，當(dāng)上述識(shí)別裝置識(shí)別出的自己的狀態(tài)是被舉起的狀態(tài)時(shí)，上述輸出裝置將機(jī)器人裝置的姿勢(shì)轉(zhuǎn)換為用戶容易拿起的預(yù)定的姿勢(shì)。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人裝置，其特征在于，還具有檢測(cè)與地面的接觸狀態(tài)的接觸狀態(tài)檢測(cè)裝置；上述識(shí)別裝置根據(jù)上述接觸狀態(tài)檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果識(shí)別自己的狀態(tài)。
8．一種機(jī)器人裝置的控制方法，其特征在于，包括第1步驟，通過(guò)加速度傳感器和/或旋轉(zhuǎn)傳感器檢測(cè)角速度和/或旋轉(zhuǎn)角速度；第2步驟，將上述檢測(cè)得到的信號(hào)作為時(shí)間序列信號(hào)以時(shí)間序列予以存儲(chǔ)；第3步驟，根據(jù)上述存儲(chǔ)的時(shí)間序列信號(hào)計(jì)算特定信息；第4步驟，根據(jù)上述計(jì)算出的特定信息識(shí)別自己的狀態(tài)；第5步驟，根據(jù)上述識(shí)別出的自己的狀態(tài)，控制機(jī)器人裝置的行動(dòng)。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的機(jī)器人裝置的控制方法，其特征在于，在上述第3步驟中，根據(jù)上述存儲(chǔ)的時(shí)間序列信號(hào)計(jì)算作為特定信息的分布值；在上述第4步驟中，根據(jù)上述計(jì)算裝置計(jì)算出的分布值，識(shí)別自己的狀態(tài)。
10．根據(jù)權(quán)利要求8所述的機(jī)器人裝置的控制方法，其特征在于，在上述第3步驟中，通過(guò)對(duì)上述存儲(chǔ)的時(shí)間序列信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，計(jì)算作為上述特定信息的特定的頻率成分；在上述第4步驟中，根據(jù)上述計(jì)算出的頻率成分識(shí)別自己的狀態(tài)。
11．根據(jù)權(quán)利要求8所述的機(jī)器人裝置的控制方法，其特征在于，在上述第5步驟中，當(dāng)上述識(shí)別的自己的狀態(tài)是被舉起的狀態(tài)時(shí)，將作用于機(jī)器人裝置的外部的預(yù)定的可動(dòng)部的動(dòng)作停止。
12．根據(jù)權(quán)利要求8所述的機(jī)器人裝置的控制方法，其特征在于，在上述第5步驟中，當(dāng)上述識(shí)別的自己的狀態(tài)是被舉起的狀態(tài)時(shí)，將對(duì)外部存儲(chǔ)裝置的各種信息的讀寫動(dòng)作停止。
13．根據(jù)權(quán)利要求8所述的機(jī)器人裝置的控制方法，其特征在于，在上述第5步驟中，當(dāng)上述識(shí)別出的自己的狀態(tài)是被舉起的狀態(tài)時(shí)，將上述機(jī)器人裝置的姿勢(shì)轉(zhuǎn)換為用戶容易拿起的預(yù)定的姿勢(shì)。
14．根據(jù)權(quán)利要求8所述的機(jī)器人裝置的控制方法，其特征在于，在上述第4步驟中，檢測(cè)與地面的接觸狀態(tài)，根據(jù)該檢測(cè)結(jié)果識(shí)別自己的狀態(tài)。
全文摘要
通過(guò)加速度傳感器和旋轉(zhuǎn)傳感器檢測(cè)加速度信息和旋轉(zhuǎn)角速度及旋轉(zhuǎn)角度信息,將檢測(cè)出的信號(hào)按照時(shí)間序列存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部。根據(jù)存儲(chǔ)的時(shí)間序列信號(hào)計(jì)算分布等特定信息,根據(jù)該特定信息判定機(jī)器人裝置的狀態(tài)。當(dāng)識(shí)別該狀態(tài)是被舉起的狀態(tài)時(shí),將作用于外部的預(yù)定的可動(dòng)部的動(dòng)作停止。
文檔編號(hào)B25J13/00GK1309597SQ9980877
公開日2001年8月22日 申請(qǐng)日期1999年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月30日
發(fā)明者高村成一 申請(qǐng)人:索尼公司