Nova Patents
JP2014176966A

Mobile human interface robot

Abstract

Problem to be solved.To provide a useful mobile human interface robot.

Solution.A mobile human interface robot 100 includes a base 120 that determines a perpendicular center axis line and forward driving direction F, and a holonomic drive system borne by the base 120. The drive system includes first, second, and third passive driving wheels. The driving wheels are equidistantly arranged in the form of a triangle about the perpendicular center axis line, and have driving directions perpendicular to a radial direction axis line with respect to the perpendicular center axis line. A touch sensor system responds to a human touch. A controller issues a drive command to the holonomic drive system on the basis of a touch signal received from the touch sensor system.

JP2014176966A, drawing sheet 1
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Term

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38 claims: 12 independent, 26 dependent

  1. 1
    移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）であって、 垂直中心軸線（Ｚ）及び前方駆動方向（Ｆ）を定める基部（１２０）を有し、 前記基部（１２０）によって支持されたホロノミック駆動システム（２００）を有し、前記駆動システム（２００）は、第１、第２及び第３の被動駆動輪（２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ）を有し、各駆動輪は、前記垂直中心軸線（Ｚ）回りに三角形の形に互いに間隔を置いて配置されると共に前記垂直中心軸線（Ｚ）に対して半径方向軸線（Slip）に垂直な駆動方向（Drive）を有し、 前記ホロノミック駆動システム（２００）と通信状態にあるコントローラ（５００）を有し、 前記基部（１２０）の上方に支持された胴部（１４０）を有し、 前記コントローラ（５００）と通信状態にあるタッチセンサシステム（４８０）を有し、前記タッチセンサシステム（４８０）は、人の接触に応動し、 前記コントローラ（５００）は、前記タッチセンサシステム（４８０）から受け取ったタッチ信号に基づいて駆動指令を前記ホロノミック駆動システム（２００）に出す、移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  2. 2
    前記タッチセンサシステム（４８０）は、少なくとも一部が前記胴部（１４０）に設けられている、請求項１記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  3. 3
    前記基部（１２０）に取り付けられると共に前記胴部（１４０）を支持した作動可能な伸縮式脚部（１３０）を更に有し、前記コントローラ（５００）は、前記タッチセンサシステム（４８０）から受け取った前記タッチ信号に応答して前記脚部の高さ（Ｈ L ）を変更して前記胴部（１４０）の高さ（Ｈ T ）を変更し、好ましくは、前記コントローラ（５００）は、前記タッチセンサシステム（４８０）から受け取った前記タッチ信号に応答して前記脚部（１３０）に命令して前記脚部が前記胴部（１４０）のユーザ高さ変更に対するアクティブな支援を提供するようにする、請求項１又は２記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  4. 4
    前記駆動指令は、前記ロボット（１００）を前記ロボット（１００）と接触状態にあるユーザからの支援により推進する電力減少支援駆動指令を含む、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  5. 5
    前記胴部（１４０）に取り付けられた頸部（１５０）及び前記頸部（１５０）によって支持された頭部（１６０）を更に有し、前記頸部（１５０）は、前記頭部（１６０）を前記胴部（１４０）に対してパンしたり傾動させたりしたりするよう構成され、好ましくは、前記コントローラ（５００）は、頭部タッチを指示する前記タッチセンサシステム（４８０）から受け取った前記タッチ信号に応答して前記頭部（１６０）のユーザ関節運動を可能にすると共に頭部タッチの完了後、前記頭部（１６０）の姿勢を維持する、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  6. 6
    前記コントローラ（５００）は、前記タッチセンサシステム（４８０）から受け取った前記タッチ信号に応答して前記ロボット（１００）に対する接触場所に向くよう前記頭部（１６０）を関節運動させる、請求項５記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  7. 7
    前記頸部（１５０）及び前記頭部（１６０）のうちの少なくとも一方に設けられていて、前記頭部（１６０）のユーザ操作を検出する操作センサ（１５８ａ，１５８ｂ，１６５）を更に有する、請求項５記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  8. 8
    前記タッチセンサシステム（４８０）は、容量センサ（１４７ｔ，１４７ｂ，１４７ｆ，１４７ｒ，１４７ｌ，１６５）、接触センサ（１４７ｔ，１４７ｂ，１４７ｒ，１４７ｌ，１６５）、カメラ（３２０）、三次元イメージセンサ（４５０）及びスイッチ（１４７ｔ，１４７ｂ，１４７ｆ，１４７ｒ，１４７ｌ，１６５）のうちの少なくとも１つを有し、好ましくは、タッチセンサシステムは、前記胴部（１４０）の頂面、底面、右側面、左側面、前面及び後面（１４４，１４６，１４７，１４８，１４９）に取り付けられた接触センサ（１４７ｔ，１４７ｂ，１４７ｆ，１４７ｒ，１４７ｌ）を有する、請求項１〜７のうちいずれか一に移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  9. 9
    前記タッチセンサシステム（４８０）は、前記ロボット（１００）の支持面から３フィート（９１．５ｃｍ）〜５フィート（１５２．５ｃｍ）のところに位置する少なくとも１つの作動可能なタッチ応答式入力（１４７ｔ，１４７ｂ，１４７ｆ，１４７ｒ，１４７ｌ，１６５）を有する、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  10. 10
    前記コントローラ（５００）は、受け取ったタッチとは逆の方向における前記ロボット（１００）の少なくとも一部分の運動抵抗を増大させると共に／或いは前記タッチセンサシステム（４８０）から受け取った前記タッチ信号に応答して駆動を停止させるよう前記駆動システム（２００）に命令を出す、請求項１〜９のうちいずれか一に記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  11. 11
    移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）であって、 前方駆動方向（Ｆ）を有する基部（１２０）と、 前記基部（１２０）によって支持された駆動システム（２００）と、 前記基部（１２０）によって支持されていて、毎秒１００億を超える命令（million instruction(s) per second ：ＭＩＰＳ）を処理することができるロボットコンピュータ（５００）と、 前記基部（１２０）の上方に取り外し可能に支持されると共に前記ロボットコンピュータ（５００）とワイヤレス通信状態にある少なくとも１つのタブレット型コンピュータ（３１０，３１０ａ，３１０ｂ）と、 前記基部（１２０）の上方に支持されていて、前記少なくとも１つのタブレット型コンピュータ（３１０，３１０ａ，３１０ｂ）とは別個に少なくとも１つの自由度の範囲内で動くことができるカメラ（３２０，３２０ａ，３２０ｂ，４５０，４５０ａ，４５０ｂ）とを有する、移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  12. 12
    前記駆動システムは、第１、第２及び第３の被動駆動輪（２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ）を有し、各駆動輪は、前記垂直中心軸線（Ｚ）回りに三角形の形に互いに間隔を置いて配置されると共に前記垂直中心軸線（Ｚ）に対して半径方向軸線（Slip）に垂直な駆動方向（Drive）を有し、好ましくは、各駆動輪（２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ）は、前記駆動輪（２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ）の周囲に沿って設けられた第１及び第２の列（２３２，２３４）をなすローラ（２３０）を有し、各ローラ（２３０）は、前記駆動輪（Ｄ R ）の転動方向に垂直な転動方向（Ｄ r ）を有し、より好ましくは、前記ローラ（２３０）は各々、弧状転動面（２３５）を備え、前記ローラ（２３０）は、一緒になって、前記駆動輪（２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ）の少なくとも実質的に円形の転動面を構成する、請求項１１記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  13. 13
    前記カメラ（３２０，３２０ａ，３２０ｂ，４５０，４５０ａ，４５０ｂ）は、前記ロボット（１００）に隣接して位置する空間ボリュームから点群を得るよう位置決めされたボリューム形点群イメージング装置（４５０，４５０ａ，４５０ｂ）を有し、好ましくは、前記ボリューム形点群イメージング装置（４５０，４５０ａ，４５０ｂ）は、地面よりも約１フィート（３０．５ｃｍ）以上、上方の高さ位置のところに位置決めされると共に前記移動式ロボット（１００）の移動方向において床平面を含む空間ボリュームから点群を得ることができるよう差し向けられている、請求項１１又は１２記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  14. 14
    前記カメラ（３２０，３２０ａ，３２０ｂ，４５０，４５０ａ，４５０ｂ）は、前記基部（１２０）の前縁の近くの領域を視認するよう動くことができる、請求項１３記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  15. 15
    前記タブレット型コンピュータ（３１０，３１０ａ，３１０ｂ）は、少なくとも１５０平方インチ（９６７．７ｃｍ 2 ）の表示領域を有すると共に／或いは前記ロボット（１００）に取り付けられた状態で少なくとも１つの自由度で動くことができるタッチスクリーン（３１２）を有する、請求項１１〜１４のうちいずれか一に記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  16. 16
    前記ロボットコンピュータ（５００）と電気通信状態にあるディスプレイ（３１０ｂ）を更に有し、前記タブレット型コンピュータ（３１０，３１０ａ）は、前記ディスプレイ（３１０ｂ）に取り外し可能に装着でき、前記ディスプレイ（３１０ｂ）は、前記タブレット型コンピュータ（３１０，３１０ａ）が前記ディスプレイ（３１０ｂ）に装着されると不作動状態になり、前記タブレット型コンピュータ（３１０，３１０ａ）が前記ディスプレイ（３１０ｂ）から取り外されると作動状態になる、請求項１５記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  17. 17
    移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）を作動させる方法であって、前記方法は、 ユーザが前記ロボット（１００）にタッチしたことに応答して前記ロボット（１００）のタッチセンサシステム（４８０）からタッチ信号を受け取るステップと、 しきい期間を超えるタッチ持続時間の間、前記ロボットを前記ロボット（１００）への接触場所に基づく方向に駆動するステップと、 前記しきい期間よりも短いタッチ持続時間の間、前記ロボット（１００）のインターフェース（３１０，３２０，３２０ａ，３２０ｂ，４５０，４５０ａ，４５０ｂ）を関節運動させて前記インターフェースが少なくとも実質的に、前記ロボット（１００）への前記接触場所に向くようにするステップと、 前記しきい期間よりも短いタッチ持続時間の間、ゼロ速度駆動指令を出すステップとを有する、方法。
  18. 18
    駆動指令をホロノミック駆動システム（２００）に出して前記ロボット（１００）を前記しきい期間、好ましくは０．２５秒間よりも長いタッチ持続時間、前記受け取ったタッチの前記ロボット（１００）とは逆方向に向く方向に動かすステップを更に有する、請求項１７記載の方法。
  19. 19
    前記ロボット（１００）の頭部（１６０）を前記ロボット（１００）の連結状態の胴部（１４０）に対してパンすること及び傾動させることのうちの少なくとも一方を行って少なくとも実質的に、前記頭部（１６０）を前記しきい期間よりも短いタッチ持続時間の間、前記ロボット（１１０）に対する前記接触場所の方へ向かせるステップを更に有する、請求項１７又は１８記載の方法。
  20. 20
    前記タッチセンサシステム（４８０）は、容量センサ（１４７ｔ，１４７ｂ，１４７ｆ，１４７ｒ，１４７ｌ，１６５）、接触センサ（１４７ｔ，１４７ｂ，１４７ｆ，１４７ｒ，１４７ｌ，１６５）、カメラ（３２０）、三次元イメージセンサ（４５０）及びスイッチ（１４７ｔ，１４７ｂ，１４７ｆ，１４７ｒ，１４７ｌ，１６５）のうちの少なくとも１つを有する、請求項１７〜１９のうちいずれか一に記載の方法。
  21. 21
    移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）であって、 駆動モータ（２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃ）により対応関係をなして駆動される少なくとも１つの駆動輪（２１０，２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ）を有する駆動システム（２００）と、 前記駆動システム（２００）と通信状態にある存在場所突き止めシステム（１７１０）と、 前記駆動システム（２００）及び前記存在場所突き止めシステム（１７１０）と通信状態にある電源（１０５）と、 前記駆動システム（２００）の上方に支持されたタッチ応答入力（１７５）とを有し、 前記タッチ応答入力（１７５）の作動により、前記駆動システム（２００）への配電状態が変更され、それにより前記対応の少なくとも１つの駆動輪（２１０，２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ）への前記駆動モータ（２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃ）の駆動荷重が少なくとも減少する、移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  22. 22
    前記タッチ応答入力（１７５）の作動により、前記駆動システム（２００）への配電が終了し、他方、前記存在場所突き止めシステム（１７１０）への配電を続行させることができると共に／或いは前記対応の駆動モータ（２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃ）からの少なくとも１つの駆動輪（２１０，２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ）の結合解除が生じる、請求項２１記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  23. 23
    前記駆動システム（２００）は、前記タッチ応答入力（１７５）の作動に応答して、前記ロボット（１００）を移動させると共に前記ロボット（１００）のユーザ運動を支援することしかできない電力減少駆動指令を出す、請求項２１又は２２記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  24. 24
    前記タッチ応答入力（１７５）は、地面よりも約３フィート（９１．５ｃｍ）〜約５フィート（１５２．５ｃｍ）上方に位置している、請求項２１〜２３のうちいずれか一に記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  25. 25
    前記存在場所突き止めシステム（１７１０）は、センサシステム（４００）と、前記駆動システム（２００）、前記センサシステム（４００）、前記電源（１０５）及び前記タッチ応答入力（１７５）と通信状態にあるコントローラ（５００）とを有する、請求項２１〜２４のうちいずれ一に記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  26. 26
    前記センサシステム（４００）は、慣性測定ユニット（４７０）、オドメータ、全地球測位システム、レーザスキャナ（４４０）、ソナー近接センサ（４１０）及び三次元イメージセンサ（４５０）のうちの少なくとも１つを有する、請求項２５記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  27. 27
    前記存在場所突き止めシステム（１７１０）は、三次元イメージセンサ（４５０）、レーザスキャナ（４４０）、１つ又は２つ以上のソナー近接センサ（４１０）、前記少なくとも１つの駆動輪（２１０，２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ）のための駆動輪エンコーダ（１３８ａ）及び駆動輪モータフィードバックのうちの少なくとも１つを有する、請求項２１〜２６のうちいずれか一に記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  28. 28
    前記駆動システム（２００）は、第１、第２及び第３のホロノミック的に駆動される駆動輪（２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ）を有し、各駆動輪は、前記ロボット（１００）の垂直軸線（Ｚ）回りに三角形の形に間隔を置いて配置されると共に前記垂直軸線（Ｚ）に対して半径方向軸線（Slip）に垂直な駆動方向（Drive）を有する、請求項２１〜２７のうちいずれか一に記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  29. 29
    前記駆動システム（２００）を支持した基部（１２０）と、 前記基部（１２０）から上方に延びる作動可能な伸縮式脚部（１３０）と、 前記脚部（１３０）によって支持されていて、地面よりも約３フィート（９１．５ｃｍ）〜約５フィート（１５２．５ｃｍ）上方に位置する胴部（１４０）とを更に有し、前記タッチ応答入力（１７５）は、前記胴部（１４０）に設けられている、請求項２１〜２８のうちいずれか一に記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  30. 30
    前記タッチ応答入力（１７５）は、接触センサ、容量センサ、作動可能なボタン及びスイッチのうちの少なくとも１つを有する、請求項２１〜２９のうちいずれか一に記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  31. 31
    移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）であって、 垂直中央軸線（Ｚ）回りに実質的に三角形の形をした対称形状を定めると共に第１、第２及び第３の部分（１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ）を有する基部（１２０）を有し、 前記基部（１２０）によって支持されたホロノミック駆動システム（２００）を有し、前記駆動システム（２００）は、第１、第２及び第３の被動駆動輪（２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ）を有し、各駆動輪は、前記垂直中心軸線（Ｚ）回りに三角形の形に互いに間隔を置いて配置されると共に対応の前記第１、前記第２及び前記第３の基部部分（１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ）により支持され、各駆動輪（２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ）は、前記垂直中心軸線（Ｚ）に対して半径方向軸線（Slip）に垂直な駆動方向（Drive）を有し、 前記基部（１２０）から上方に延びると共に可変高さ（Ｈ L ）を有する脚部（１３０）を有し、 前記脚部（１３０）によって支持された胴部（１４０）を有し、前記胴部（１４０）は、前記基部（１２０）から張り出した底面（１４４）を有する肩（１４２）を備え、 前記胴部（１４０）の前記底面（１４４）に設けられていて、前記駆動システム（２００）の前方駆動方向（Ｆ）に沿って下方に向いた胴部イメージングセンサ（４５０，４５０ａ）を有し、前記胴部イメージングセンサ（４５０，４５０ａ）は、前記ロボット（１００）の周りのシーンの三次元イメージを捕捉し、 前記胴部（１４０）によって支持された頸部（１５０）を有し、 前記頸部（１５０）によって支持された頭部（１６０）を有し、前記頸部（１５０）は、前記頭部（１６０）を前記垂直中心軸線（Ｚ）に対してパンさせたり傾動させたりし、 前記頭部（１６０）によって支持されたディスプレイ（３１０，３１０ａ，３１０ｂ，３１２）を有する、移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  32. 32
    前記ディスプレイ（３１０，３１０ａ，３１０ｂ，３１２）は、前記頭部（１６０）に解除可能に取り付けられ、好ましくは、前記ディスプレイ（３１０，３１０ａ，３１０ｂ，３１２）は、タッチスクリーン（３１２）を備えたタブレット型コンピュータ（３１０，３１０ａ，３１０ｂ）を有する、請求項３１記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  33. 33
    前記ディスプレイ（３１０，３１０ａ，３１０ｂ，３１２）は、前記頭部（１６０）から取り外されると、前記ディスプレイ（３１０，３１０ａ，３１０ｂ，３１２）の存在場所を突き止めるロケータ（３１５）を有する、請求項３１又は３２記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  34. 34
    前記頭部（１６０）に解除可能に取り付けられたタブレット型コンピュータ（３１０，３１０ｂ）を更に有し、前記タブレット型コンピュータ（３１０，３１０ｂ）は、前記ディスプレイ（３１０，３１０ａ）に解除可能に装着される、請求項３１〜３３のうちいずれか一に記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  35. 35
    前記頭部（１６０）に取り付けられたカメラ（３２０，３２０ａ，３２ｂ，４５０，４５０ａ，４５０ｂ）を更に有する、請求項３１〜３４のうちいずれか一に記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  36. 36
    前記頭部（１６０）に取り付けられると共に前記ロボット（１００）の周りのシーンの三次元イメージを捕捉する頭部イメージングセンサ（３２０，３２０ａ，３２０ｂ，４５０，４５０ｂ）を更に有し、前記頭部イメージングセンサ（３２０，３２０ａ，３２０ｂ，４５０，４５０ｂ）は、好ましくは、前記ロボット（１００）の周りの空間ボリュームから点群を得ることができるよう位置決めされたボリューム形点群イメージング装置（４５０，４５０ｂ）を有する、請求項３１〜３５のうちいずれか一に記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  37. 37
    前記頸部（１５０）に取り付けられると共に前記頭部（１６０）を前記頸部（１５０）から遠ざけて支持するアーム（１９０）を更に有する、請求項３１〜３６のうちいずれか一に記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
  38. 38
    前記胴部（１４０）に取り付けられたマニピュレータアーム（１８０）及び前記マニピュレータアーム（１８０）の遠位端部に取り付けられたエンドエフェクタ（１８２）を更に有し、好ましくは、前記マニピュレータアーム（１８０）は、長さが可変である、請求項３１〜３７のうちいずれか一に記載の移動式ヒューマンインターフェースロボット（１００）。
Independent claims38