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触覚の解析方法および触覚の解析装置 コモンズ

国内特許コード P110005588
整理番号 7023
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2007-212698
公開番号 特開2009-045682
登録番号 特許第5205864号
出願日 平成19年8月17日(2007.8.17)
公開日 平成21年3月5日(2009.3.5)
登録日 平成25年3月1日(2013.3.1)
発明者
  • 大石 潔
  • 桂 誠一郎
  • 横倉 勇希
出願人
  • 国立大学法人長岡技術科学大学
発明の名称 触覚の解析方法および触覚の解析装置 コモンズ
発明の概要

【課題】ある場所での移動体に接触する周囲状況を、定量的に把握することができる触覚の解析方法および触覚の解析装置を提供する。
【解決手段】移動体11を移動させ、この移動体11の移動中に、当該移動体11が受ける時系列な力の触覚情報を入力手段2により取得し、この入力手段2で取得した触覚情報を、処理手段3によって時間領域で解析処理する。そして、この解析処理結果に基づく移動体11の周囲状況を時間と対応付けて、時間空間でマッピングするマッピング情報を、マッピング手段35で生成する。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


人間の持つ感覚のなかで、機械と人間、若しくは遠隔地に存在する人間と人間との間を結ぶ重要な感覚として、視覚,聴覚,触覚が挙げられる。視覚や聴覚に対応する画像や音声の処理技術は、情報通信工学の発展とともにインターフェースとして急速に広まり、産業の基盤技術として欠かせないものとなっている。例えば、写真,テレビ,電話,蓄音機等の発明により、視覚や聴覚に関する情報の伝送や、保存や、再生が可能となり、さらにはビデオカメラやテレビにより、視覚および聴覚情報の放送も可能になった。これは、あたかも人間が持つ視覚や聴覚が、時間と空間を越えたように感じさせることと等価であるといえる。現在では、そうした視覚や聴覚情報の解析や加工を取り扱うディジタル信号処理技術の開発も、日々進歩している。



一方、感覚情報の一つを担う触覚情報は、視覚や聴覚の情報に次ぐ新たなマルチメディア情報として、これを伝送して保存し、人工的に再現する技術の開発が求められている。そのため、マスターシステムとスレーブシステムとによるロボットシステム間の遠隔操作や、動かしている位置とその位置での各種情報を触覚を介して表示するようなハプティック(触覚)ディスプレイは、触覚情報を扱う技術として多くの研究が行なわれている。



しかしながら、上述した視覚や聴覚に関する情報は受動的で、単方向性の感覚情報であるのに対し、触覚情報は実世界における「作用・反作用の法則」に束縛される双方向性の感覚情報であり、しかも接触対象である環境に能動的に接触することで、初めてその情報が得られるので、モデルベースやヴァーチャルリアリティを応用した触覚情報の再現は行なわれているものの、実世界における触覚情報の取得は困難である。



一方、将来の知的機械や人間支援のロボットの安全な動作の実現にあたっては、時々刻々と変化する環境をいかに認識し、その環境にロボットを適応させるのかが重要な鍵となっている。これまでに、移動体としての移動ロボットなどを用いた環境適応動作に関する研究は、例えば非特許文献1や非特許文献2などに開示されるように多く行なわれてきたものの、その多くはCCDカメラや超音波センサなどからの様々なセンサ情報を統合して、周囲の障害物を回避することや、最短距離で目的地に達する手法を開発するものであった。これはすなわち移動ロボットに視覚と聴覚を発現させ、空間環境認識と適応を行なうことと等価である。



しかしながら、実際の環境に移動ロボットを走行させる際には、周囲の人間や環境に衝突した際の安全性も考慮に入れて開発を行なう必要がある。とりわけ接触動作は、接触が起きて初めて認識される感覚情報であるため、従来のような視覚ベースや聴覚ベースでのアプローチでは対応することができない。したがって、ロボット自身が接触を瞬時に認識し、これをフィードバックするような能力が実際の環境を走行させるときに求められる。こうした能力をハプティック(触覚)能力といい、ロボットに触覚を発現させることが必要不可欠である。



従来の触覚を扱う学問分野(ハプティクス)では、主に力覚センサを使用したものがほとんどであった。しかしながら、力覚センサはそれを搭載した箇所でしか力を検出することができないため、あらかじめ環境との接触点を限定するか、ロボットの表面全てを力覚センサで覆わなければならず、非現実的である。

【非特許文献1】井上 明子,桂 誠一郎,村上 俊之(A.Inoue,S.Katsura,T.Murakami)、「人間のパラメータ推定と路面状態による自律移動ロボットの乗り心地向上のための制御法(Autonomous Mobile Robot Control for Ride Quality Improvement by Estimated Human Parameter and Road Condition)」、第6回日仏メカトロニクス会議およびメカトロニクス-埼玉 第4回アジア-欧州メカトロニクス会議(6th Japan-France Congress on Mechatronics& 4th Asia-Europe Congress on Mechatronics Mechatronics-SAITAMA)、pp.459-464、2003年9月9~12日(September 9-12,2003)

【非特許文献2】関 弘和,杉本 武明,多田隅 進(H.Seki,T.Sugimoto,S.Tadakuma)、「左右車輪の推定外乱に基づくパワーアシスト車椅子の新規な直線道路運転制御法(Novel Straight Road Driving Control of Power Assisted Wheelchair Based on Disturbance Estimation of Right and Left Wheels)、電気学会 産業応用部門誌(IEEJ Transactions on Industrial Applications)、第126巻D 第6号(Vol.126-D,No.6)、pp.764-770、2006年6月(June,2006)

産業上の利用分野


本発明は、移動体が受ける力の触覚情報を、視覚的に解析し得る触覚の解析方法および触覚の解析装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
移動体を移動させ、
この移動体の移動中に、当該移動体が受ける時系列な力と位置の触覚情報を取得し、
前記取得した前記触覚情報を時間領域と位置領域で解析処理し、
前記解析処理結果である前記移動体の位置毎の周波数分析データを、当該位置を含む空間上に可視化できるように重ね合せて、前記移動体の状況を位置空間でマッピングするマッピング情報を生成し、
どの位置にどのような周波数成分の振幅レベルが存在するのかを可視化表現できるように、前記マッピング情報を表示させることを特徴とする触覚の解析方法。

【請求項2】
前記マッピング情報に基づいて、前記移動体の動作または反応を評価することを特徴とする請求項1記載の触覚の解析方法。

【請求項3】
前記マッピング情報に基づいて、前記移動体の動作または反応を制御することを特徴とする請求項1記載の触覚の視覚的解析方法。

【請求項4】
前記移動体を駆動するアクチュエータを備え、このアクチュエータから抽出した力によって、前記触覚情報を取得することを特徴とする請求項1~3の何れか一つに記載の触覚の解析方法。

【請求項5】
前記移動体を駆動するアクチュエータを備え、このアクチュエータが制御手段により制御されているシステムから抽出した力によって、前記触覚情報を取得することを特徴とする請求項1~3の何れか一つに記載の触覚の解析方法。

【請求項6】
前記アクチュエータからの力が、位置センサ,速度センサ,加速度センサ,電流センサ,力センサ,トルクセンサ,または歪みゲージを用いて抽出されることを特徴とする請求項4または5記載の触覚の解析方法。

【請求項7】
前記アクチュエータからの力が、外乱オブザーバにより抽出されることを特徴とする請求項4または5記載の触覚の解析方法。

【請求項8】
前記解析処理結果と前記移動体の動作または反応とを関連付けた関連付けデータを、当該移動体の動作毎または反応毎に記憶手段に記憶させることを特徴とする請求項1~7の何れか一つに記載の触覚の解析方法。

【請求項9】
前記取得した触覚情報をフーリエ変換またはウェーブレット変換またはコサイン変換により時間領域で解析処理することを特徴とする請求項1~8の何れか一つに記載の触覚の解析方法。

【請求項10】
前記位置領域の解析処理が、有限要素法により行なわれることを特徴とする請求項1~9の何れか一つに記載の触覚の解析方法。

【請求項11】
前記位置領域の解析処理が、離散的な各位置の前記触覚情報を連続して補間する機能を有することを特徴とする請求項1~9の何れか一つに記載の触覚の解析方法。

【請求項12】
前記記憶手段に記憶される関連付けデータから、前記解析処理結果を検索対象として前記移動体の動作または反応を特定する逆引き機能を備えたことを特徴とする請求項8記載の触覚の解析方法。

【請求項13】
移動体と、
この移動体の移動中に、当該移動体が受ける時系列な力と位置の触覚情報を取得する手段と、
前記取得した前記触覚情報を時間領域と位置領域で解析処理する処理手段と、
前記解析処理結果である前記移動体の位置毎の周波数分析データを、当該位置を含む空間上に可視化できるように重ね合せて、前記移動体の状況を位置空間でマッピングするマッピング情報を生成するマッピング手段と、
どの位置にどのような周波数成分の振幅レベルが存在するのかを可視化表現できるように、前記マッピング情報を表示させる表示制御手段と、
を備えたことを特徴とする触覚の解析装置。

【請求項14】
前記マッピング情報に基づいて、前記移動体の動作または反応を評価する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項13記載の触覚の解析装置。

【請求項15】
前記マッピング情報に基づいて、前記移動体の動作または反応を制御する移動体制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項13記載の触覚の解析装置。

【請求項16】
前記移動体を駆動するアクチュエータを備え、このアクチュエータから抽出した力によって、前記触覚情報を取得する構成としたことを特徴とする請求項13~15の何れか一つに記載の触覚の解析装置。

【請求項17】
前記移動体を駆動するアクチュエータを備え、このアクチュエータが制御手段により制御されているシステムから抽出した力によって、前記触覚情報を取得する構成としたことを特徴とする請求項13~15の何れか一つに記載の触覚の解析装置。

【請求項18】
前記アクチュエータからの力を、位置センサ,速度センサ,加速度センサ,電流センサ,力センサ,トルクセンサ,または歪みゲージを用いて抽出する構成としたことを特徴とする請求項16または17記載の触覚の解析装置。

【請求項19】
前記アクチュエータからの力を抽出する外乱オブザーバを備えたことを特徴とする請求項16または17記載の触覚の解析装置。

【請求項20】
前記解析処理結果と前記移動体の動作または反応とを関連付けた関連付けデータを、当該移動体の動作毎または反応毎に記憶手段に記憶させる構成としたことを特徴とする請求項13~19の何れか一つに記載の触覚の解析装置。

【請求項21】
前記処理手段は、前記取得した触覚情報をフーリエ変換またはウェーブレット変換またはコサイン変換により時間領域で解析処理するものであることを特徴とする請求項13~20の何れか一つに記載の触覚の解析装置。

【請求項22】
前記位置領域の解析処理が、有限要素法により行なわれることを特徴とする請求項13~21の何れか一つに記載の触覚の解析装置。

【請求項23】
前記位置領域の解析処理が、離散的な各位置の前記触覚情報を連続して補間する機能を有することを特徴とする請求項13~21の何れか一つに記載の触覚の解析装置。

【請求項24】
前記記憶手段に記憶される関連付けデータから、前記解析処理結果を検索対象として前記移動体の動作または反応を特定する逆引き手段を備えたことを特徴とする請求項20記載の触覚の解析装置。
産業区分
  • その他運輸
  • 工業用ロボット
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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