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身体の動作に基づく制御指令生成方法及び制御指令生成装置 NEW

国内特許コード P170013963
整理番号 (S2013-0933-N0)
掲載日 2017年4月7日
出願番号 特願2015-530946
出願日 平成26年8月7日(2014.8.7)
国際出願番号 JP2014070831
国際公開番号 WO2015020134
国際出願日 平成26年8月7日(2014.8.7)
国際公開日 平成27年2月12日(2015.2.12)
優先権データ
  • 特願2013-164985 (2013.8.8) JP
発明者
  • 小森 雅晴
出願人
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 身体の動作に基づく制御指令生成方法及び制御指令生成装置 NEW
発明の概要 操作者の意図が正確に反映された制御指令を生成することができる、身体の動作に基づく制御指令生成方法及び制御指令生成装置を提供する。
身体の基準部位(17)を基準方向に動作させる基準動作と制御指令とを対応付け、基準部位(17)の動作をもとに制御指令を生成する。基準動作を含む第1の動作(52)と、基準部位(17)の実際の動作である第2の動作(53)に含まれる所定の成分と、を対応付ける数式又はデータベースを準備する。操作者の身体の動作を計測し、計測した動作を第2の動作として数式又はデータベースを用いて、計測した動作を第1の動作に変換し、変換された第1の動作に含まれる基準動作の成分に基づいて制御指令を算出する。
従来技術、競合技術の概要


従来、例えば操作者の上肢の動きを検出し、検出した上肢の動きに対応してロボットアームや画面内の仮想物体などの制御対象を動作させるシステムが知られている(例えば、特許文献1参照)。

産業上の利用分野


本発明は、身体の動作に基づく制御指令生成方法及び制御指令生成装置に関し、詳しくは、身体の動作に基づいて制御指令を生成する方法及び装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
身体の基準部位を基準方向に動作させる基準動作と制御指令とを対応付け、前記基準部位の動作をもとに前記制御指令を生成する、身体の動作に基づく制御指令生成方法であって、
前記基準動作を含む第1の動作と、前記第1の動作に対応する前記基準部位の実際の動作である第2の動作とを対応付ける数式又はデータベースを準備する第1のステップと、
操作者の前記基準部位の動作を計測する第2のステップと、
前記第2のステップで計測した前記動作を前記第2の動作として前記数式又は前記データベースを用いることによって、前記第2のステップで計測した前記動作を前記第1の動作に変換し、変換された前記第1の動作に含まれる前記基準動作の成分に基づいて前記制御指令を算出する第3のステップと、
を備えたことを特徴とする、身体の動作に基づく制御指令生成方法。

【請求項2】
身体の基準部位を基準方向に動作させる基準動作と制御指令とを対応付け、前記基準部位の動作をもとに前記制御指令を生成する、身体の動作に基づく制御指令生成方法であって、
前記基準動作を含む第1の動作と、前記第1の動作に対応する前記基準部位の実際の動作である第2の動作とを対応付ける数式又はデータベースを準備する第1のステップと、
操作者の前記基準部位の動作を計測したデータを取得する第2のステップと、
前記第2のステップで前記データを取得した前記動作を前記第2の動作として前記数式又は前記データベースを用いることによって、前記第2のステップで前記データを取得した前記動作を前記第1の動作に変換し、変換された前記第1の動作に含まれる前記基準動作の成分に基づいて前記制御指令を算出する第3のステップと、
を備えたことを特徴とする、身体の動作に基づく制御指令生成方法。

【請求項3】
前記第1及び第2の動作における前記基準部位の動作が、同一の複数の変数で定義されるとき、
前記第1のステップにおいて準備する前記数式又は前記データベースは、
前記変数のうち1つのみが変化する前記基準部位の動作要素を含む前記第1の動作と、前記動作要素に対応して前記変数のうち複数が変化する動作成分を含む前記第2の動作とを対応付けるものであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。

【請求項4】
前記基準部位は、下肢と、上肢と、頚部及び頭部とのうち、少なくとも一つに含まれることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。

【請求項5】
前記基準部位が直線運動する運動成分を含む前記第1の動作と該第1の動作に対応する前記第2の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記運動成分に対応する前記第2の動作の成分が、前記基準部位の曲線運動となることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。

【請求項6】
前記基準部位は、膝関節より足側の部位であり、
前記基準部位が前記身体の前後方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第1の動作と該第1の動作に対応する前記第2の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第2の動作の成分が、前記膝関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、前記膝関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の曲線運動となることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。

【請求項7】
前記基準部位は、膝関節より足側の部位であり、
前記基準部位が前記身体の左右方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第1の動作と該第1の動作に対応する前記第2の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第2の動作の成分が、前記膝関節を含む下肢の股関節と前記膝関節とを結ぶ軸と平行となる方向に見ると、前記膝関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第1の曲線運動と、前記身体の上方から見ると、前記股関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第2の曲線運動とのうち、少なくとも一方を含む曲線運動となることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。

【請求項8】
前記基準部位は、膝関節より足側の部位であり、
前記基準部位が前記身体の上下方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第1の動作と該第1の動作に対応する前記第2の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第2の動作の成分が、前記身体の上下方向に平行な平面であって、前記膝関節を含む下肢の股関節と前記膝関節とを含む平面に対して垂直となる方向に見ると、前記膝関節と前記基準部位とを結ぶ線分の上下方向成分に相当する距離だけ、前記股関節から下に下がった位置を内側とするように曲がった前記基準部位の曲線運動となることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。

【請求項9】
第1の軸を回転中心軸として前記基準部位が回転運動する回転運動成分を含む前記第1の動作と該第1の動作に対応する前記第2の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記回転運動成分に対応する前記第2の動作の成分が、前記第1の軸を回転中心軸とする前記基準部位の第1の回転運動と、前記第1の軸とは異なる第2の軸を回転中心軸とする前記基準部位の第2の回転運動とを含むことを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。

【請求項10】
前記基準部位は、下肢のうち足であり、
前記足を外転又は内転する角度を開き角と定義し、該開き角は、前記足の内転側から外転側に向かって増加し、
前記足を背屈又は底屈する角度を仰角と定義し、該仰角は、前記足の底屈側から背屈側に向かって増加し、
前記足を内反又は外反する角度を傾き角と定義し、該傾き角は、前記足の外反側から内反側に向かって増加するとしたときに、
前記数式又は前記データベースは、
前記第1の動作の変数として、前記開き角を含み、
前記第2の動作の変数として、前記仰角と前記傾き角とのうち少なくとも一方と、前記開き角とを含み、
前記第2の動作の変数として、前記開き角及び前記仰角を含む場合には、
前記第1の動作の変数である前記開き角の増加と、前記第2の動作の変数である前記開き角の増加及び前記第2の動作の変数である前記仰角の増加とを対応付ける第1の特性と、前記第1の動作の変数である前記開き角の減少と、前記第2の動作の変数である前記開き角の減少及び前記第2の動作の変数である前記仰角の減少とを対応付ける第2の特性とのうち、少なくとも一方を有し、
前記第2の動作の変数として、前記開き角及び前記傾き角を含む場合には、
前記第1の動作の変数である前記開き角の増加と、前記第2の動作の変数である前記開き角の増加及び前記第2の動作の変数である前記傾き角の減少とを対応付ける第1の特性と、前記第1の動作の変数である前記開き角の減少と、前記第2の動作の変数である前記開き角の減少及び前記第2の動作の変数である前記傾き角の増加とを対応付ける第2の特性とのうち、少なくとも一方を有する請求項1乃至4、9のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。

【請求項11】
前記基準部位は、下肢のうち足であり、
前記足を背屈又は底屈する角度を仰角と定義し、該仰角は、前記足の底屈側から背屈側に向かって増加し、
前記足を内反又は外反する角度を傾き角と定義し、該傾き角は、前記足の外反側から内反側に向かって増加するとしたときに、
前記数式又は前記データベースは、
前記第1の動作の変数として、前記仰角を含み、
前記第2の動作の変数として、前記仰角及び前記傾き角を含み、
前記第1の動作の変数である前記仰角の増加と、前記第2の動作の変数である前記仰角の増加及び前記第2の動作の変数である前記傾き角の増加とを対応付ける第1の特性と、前記第1の動作の変数である前記仰角の減少と、前記第2の動作の変数である前記仰角の減少及び前記第2の動作の変数である前記傾き角の減少とを対応付ける第2の特性とのうち、少なくとも一方を有する請求項1乃至4、9のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。

【請求項12】
前記基準部位は、下肢のうち足であり、
前記足を内反又は外反する角度を傾き角と定義し、該傾き角は、前記足の外反側から内反側に向かって増加し、
前記足を外転又は内転する角度を開き角と定義し、該開き角は、前記足の内転側から外転側に向かって増加し、
前記足を背屈又は底屈する角度を仰角と定義し、該仰角は、前記足の底屈側から背屈側に向かって増加するとしたときに、
前記数式又は前記データベースは、
前記第1の動作の変数として、前記傾き角を含み、
前記第2の動作の変数として、前記開き角と前記仰角とのうち少なくとも一方と、前記傾き角とを含み、
前記第2の動作の変数として、前記傾き角及び前記開き角を含む場合には、
前記第1の動作の変数である前記傾き角の増加と、前記第2の動作の変数である前記傾き角の増加及び前記第2の動作の変数である前記開き角の減少とを対応付ける第1の特性と、前記第1の動作の変数である前記傾き角の減少と、前記第2の動作の変数である前記傾き角の減少及び前記第2の動作の変数である前記開き角の増加とを対応付ける第2の特性とのうち、少なくとも一方を有し、
前記第2の動作の変数として、前記傾き角及び前記仰角を含む場合には、
前記第1の動作の変数である前記傾き角の増加と、前記第2の動作の変数である前記傾き角の増加及び前記第2の動作の変数である前記仰角の減少とを対応付ける第1の特性と、前記第1の動作の変数である前記傾き角の減少と、前記第2の動作の変数である前記傾き角の減少及び前記第2の動作の変数である前記仰角の増加とを対応付ける第2の特性とのうち、少なくとも一方を有する請求項1乃至4、9のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。

【請求項13】
前記基準部位は、肘関節より手側の部位であり、
前記基準部位が前記身体の上下方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第1の動作と該第1の動作に対応する前記第2の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第2の動作の成分が、前記肘関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、前記肘関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の曲線運動となることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。

【請求項14】
前記基準部位は、肘関節より手側の部位であり、
前記基準部位が前記身体の左右方向に直線運動する直線運動成分を含む前記第1の動作と該第1の動作に対応する前記第2の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第2の動作の成分が、前記肘関節を含む上肢の肩関節と前記肘関節とを結ぶ軸と平行となる方向に見ると、前記肘関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第1の曲線運動と、前記身体の前方から見ると、前記肩関節側を内側とするように曲がった前記基準部位の第2の曲線運動とのうち、少なくとも一方を含む曲線運動となることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。

【請求項15】
前記基準部位は、上肢のうち手であり、
前記手を背屈又は掌屈する角度を開き角と定義し、
前記手を外転又は内転する角度を仰角と定義し、
前記手を回内又は回外する角度を傾き角と定義したときに、
前記数式又は前記データベースは、
前記開き角と前記仰角とのうち少なくとも一方が変化する前記基準部位の動作要素を含む前記第1の動作と、前記動作要素に対応して前記傾き角が変化する動作成分を含む前記第2の動作とを対応付けるものであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。

【請求項16】
前記基準部位は、手の第2~5指のうち少なくとも1つの特定指のDIP関節より指先側の部位であり、
前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の手首関節中心から前記手の前記第2~5指の基節骨が動きうる範囲内に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第1の動作と該第1の動作に対応する前記第2の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第2の動作の成分は前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分であり、前記曲線運動成分の曲線は、前記特定指のPIP関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記特定指の前記PIP関節と前記特定指の前記DIP関節とのうち少なくとも一方があることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。

【請求項17】
前記基準部位は、手の第2~5指のうち少なくとも1つの特定指のDIP関節より指先側の部位であり、
前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の前記第5指の基節骨が動きうる範囲内から前記手の前記第2指の基節骨が動きうる範囲内に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第1の動作と該第1の動作に対応する前記第2の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第2の動作の成分は前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分であり、前記曲線運動成分の曲線は、前記特定指のMP関節中心を通るとともに前記特定指のPIP関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と前記特定指の前記MP関節中心とを含む平面に垂直となる仮想直線と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記仮想直線に前記基準部位から下した垂線の足となる点があることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。

【請求項18】
前記基準部位は、手の第1指のIP関節より指先側の部位であり、
前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の第5指の基節骨が動きうる範囲内から前記手の第2指の基節骨が動きうる範囲内に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第1の動作と該第1の動作に対応する前記第2の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第2の動作の成分は前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分であり、前記曲線運動成分の曲線は、前記第1指の前記IP関節の曲げ伸ばし運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記第1指の前記IP関節と、前記第1指のMP関節と、前記第1指の手根中手関節とのうち少なくとも一つがあることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。

【請求項19】
前記基準部位は、手の第1指のIP関節より指先側の部位であり、
前記手の手のひら乃至甲に固定された座標系において前記手の前記手のひらから前記手の前記甲に向かうように予め定めた一つの方向定義直線と平行に前記基準部位が直線運動する直線運動成分を含む前記第1の動作と該第1の動作に対応する前記第2の動作とを対応付ける前記数式又は前記データベースは、
前記直線運動成分に対応する前記第2の動作の成分は前記基準部位が曲線運動する曲線運動成分であり、前記曲線運動成分の曲線は、前記第1指の手根中手関節の掌側外転・掌側内転運動の回転中心軸と平行となる方向に見ると、凸状又は凹状の曲線であり、前記曲線の両端を通る直線で二分される領域のうち前記曲線が存在しない一方の領域と、前記曲線および前記直線によって囲まれる領域と、前記直線上とのうち少なくとも一つに、前記第1指の前記手根中手関節があることを取り込んだ数式又はデータベースであることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一つに記載の身体の動作に基づく制御指令生成方法。

【請求項20】
身体の基準部位を基準方向に動作させる基準動作と制御指令とを対応付け、前記基準部位の動作をもとに前記制御指令を生成する、身体の動作に基づく制御指令生成装置であって、
前記基準動作を含む第1の動作と、前記第1の動作に対応する前記基準部位の実際の動作である第2の動作とを対応付ける数式を定義する第1のデータ、又は前記第1の動作と前記第2の動作とを対応付けるデータベースを構成する第2のデータを格納する記憶部と、
操作者の前記基準部位の動作を計測した測定データの入力を受け付ける入力受付部と、
前記記憶部に格納された前記第1又は第2のデータと前記入力受付部が入力を受け付けた前記測定データとを参照し、前記入力受付部が前記測定データの入力を受け付けた前記操作者の前記基準部位の前記動作を前記第2の動作として、前記記憶部に前記第1又は第2のデータが格納された前記数式又は前記データベースを用いることによって、前記入力受付部が前記測定データの入力を受け付けた前記操作者の前記基準部位の前記動作を前記第1の動作に変換し、変換された前記第1の動作に含まれる前記基準動作の成分に基づいて前記制御指令を算出する制御指令算出部と、
を備えたことを特徴とする、身体の動作に基づく制御指令生成装置。
国際特許分類(IPC)
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出願権利状態 公開
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