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JP5205864B2 - Tactile analysis method and tactile analysis device - Google Patents
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JP5205864B2 JP2007212698A JP2007212698A JP5205864B2 JP 5205864 B2 JP5205864 B2 JP 5205864B2 JP 2007212698 A JP2007212698 A JP 2007212698A JP 2007212698 A JP2007212698 A JP 2007212698A JP 5205864 B2 JP5205864 B2 JP 5205864B2
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Description

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。   The present invention relates to a tactile analysis method and a tactile analysis device that can visually analyze tactile information of a force that a moving body receives.

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。   Among human senses, visual, auditory, and tactile sensations are important senses that connect machines and humans, or humans and humans that exist in remote places. Image and sound processing technologies that correspond to vision and hearing are rapidly spreading as interfaces with the development of information and communication engineering, and are indispensable as industrial basic technologies. For example, the invention of photography, television, telephones, phonographs, etc. enabled the transmission, storage, and playback of information related to vision and hearing, and the broadcasting of vision and hearing information was also possible using video cameras and televisions. . This is equivalent to making the human sense of vision and hearing transcend time and space. Currently, the development of digital signal processing technology that handles the analysis and processing of such visual and auditory information is progressing day by day.

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。   On the other hand, tactile information, which is one of sensory information, is required to be developed as a new multimedia information next to visual and auditory information, transmitted and stored, and artificially reproduced. Therefore, remote control between the robot system by the master system and slave system, and the haptic (tactile) display that displays the moving position and various information at the position through the tactile sense are technologies for handling tactile information. A lot of research has been done.

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。   However, the visual and auditory information described above is passive and unidirectional sensory information, whereas tactile information is bidirectional sensory information that is bound by the “law of action and reaction” in the real world. Yes, the information can be obtained for the first time by actively touching the environment that is the object of contact, so the haptic information is reproduced using the model base and virtual reality, but the haptic information in the real world has been reproduced. Acquisition is difficult.

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。   On the other hand, in realizing safe operations of future intelligent machines and human-supported robots, it is important to recognize how the environment changes from moment to moment and adapt the robot to that environment. So far, many studies on environment adaptation using a mobile robot as a moving body have been conducted as disclosed in Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2, and the like. It was intended to develop a method to avoid surrounding obstacles and reach the destination in the shortest distance by integrating various sensor information from ultrasonic sensors and ultrasonic sensors. This is equivalent to making a mobile robot express visual and auditory senses and recognizing and adapting to the space.

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。   However, when running a mobile robot in an actual environment, it is necessary to develop it in consideration of safety when it collides with the surrounding people and the environment. In particular, since the contact movement is sensory information that is recognized only after contact occurs, it cannot be handled by a conventional visual-based or auditory-based approach. Therefore, the ability for the robot itself to recognize the contact instantaneously and feed back the contact is required when traveling in an actual environment. Such an ability is called a haptic ability, and it is indispensable to make the robot express the tactile sensation.

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。
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) 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)
Most academic fields (haptics) that deal with tactile sensation mainly use force sensors. However, since the force sensor can detect the force only at the place where it is mounted, the contact point with the environment must be limited in advance or the entire surface of the robot must be covered with the force sensor. Is.
Akiko Inoue, Seiichiro Katsura, Toshiyuki Murakami (A. Inoue, S. Katsura, T. Murakami), “Control Method for Autonomous Mobile Robot Control for Ride (Autonomous Mobile Robot Control for Ride) Quality Improvement by Estimated Human Parameter and Road Condition), 6th Japan-France Congress on Mechatronics & 4th Asia-Europe Congress on Mechatronics-SAITAMA Pp. 459-464, September 9-12, 2003 (September 9-12, 2003) Hirokazu Seki, Takeaki Sugimoto, Susumu Tada (H. Seki, T. Sugimoto, S. Tadakuma), “A Novel Straight Road Driving Control of Power Assisted Wheelchair Based on Estimated Disturbance of Left and Right Wheels” Assisted Wheelchair Based on Disturbance Estimation of Right and Left Wheels), IEEJ Transactions on Industrial Applications, Vol. 126-D No. 6 (Vol.126-D, No.6), pp. 764- 770, June 2006 (June, 2006)

上述したように、従来は移動体に取付けられた力覚センサからの検知信号に基づいて、走行する移動体が周囲の障害物に接触しているか否かを判断しているに過ぎなかったため、例えば任意位置における走行路面の凹凸や摩擦の影響など、移動体に接触する路面や障害物などの周囲状況を定量的に把握することができなかった。 As described above, conventionally, based on a detection signal from a force sensor attached to a moving body, it has only been determined whether or not the moving moving body is in contact with surrounding obstacles. for example it was not possible to ascertain such irregularities or friction influence of road surface at any position, the surroundings of the road surface and obstacles in contact with the mobile quantitatively.

本発明は上記の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、ある場所での移動体に接触する状況を、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ことにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a tactile analysis method and a tactile analysis apparatus that can quantitatively grasp the situation of contact with a moving body at a certain place. There is.

上記課題を解決するために、本発明における触覚の解析方法は、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。 In order to solve the above problems, a tactile analysis method according to the present invention moves a moving body, acquires time-series force and position tactile information received by the moving body during the movement of the moving body, Analyzing the acquired tactile information in the time domain and the position domain, superimposing the frequency analysis data for each position of the moving body as a result of the analysis process so that it can be visualized on the space including the position, Mapping information for mapping the state of the moving object in a position space is generated, and the mapping information is displayed so as to visualize which frequency component amplitude level exists at which position. .

上記各方法においては、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のが好ましい。   In each of the above methods, it is preferable to evaluate the movement or reaction of the moving body based on the mapping information.

また、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のが好ましい。   Moreover, it is preferable to control the operation or reaction of the mobile body based on the mapping information.

上記各方法においては、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のが好ましい。   In each of the above methods, it is preferable that an actuator for driving the movable body is provided, and the tactile information is acquired by a force extracted from the actuator.

代わりに、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のが好ましい。   Instead, it is preferable that an actuator for driving the moving body is provided, and the tactile information is acquired by a force extracted from a system in which the actuator is controlled by a control unit.

また、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。   The force from the actuator is extracted using a position sensor, speed sensor, acceleration sensor, current sensor, force sensor, torque sensor, or strain gauge.

代わりに、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てもよい。   Alternatively, the force from the actuator may be extracted by a disturbance observer.

上記各方法において、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のが好ましい。 In each of the above methods, it is preferable that the association data associating the result of the analysis processing with the movement or reaction of the moving body is stored in the storage unit for each movement or reaction of the moving body.

また、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のが好ましい。   The acquired haptic information is preferably analyzed in the time domain by Fourier transform, wavelet transform, or cosine transform.

さらに、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が好ましい。   Further, it is preferable that the analysis process of the position area is performed by a finite element method.

また、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してもよい。   Further, the position area analysis processing may have a function of continuously interpolating the haptic information at discrete positions.

さらに、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るのが好ましい。 Furthermore, it is preferable to provide a reverse lookup function for specifying the operation or reaction of the mobile object from the association data stored in the storage means, using the result of the analysis process as a search target.

上記方法に対応するように、本発明における触覚の解析装置は、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、を備えている。 Corresponding to the above method, the tactile analysis device according to the present invention includes a moving body, means for acquiring tactile information of time series force and position received by the moving body during the movement of the moving body, The processing means for analyzing the acquired tactile information in the time domain and the position domain, and the frequency analysis data for each position of the moving body, which is the result of the analysis process , are superimposed so as to be visualized on the space including the position. In addition, mapping means for generating mapping information for mapping the state of the moving object in the position space and the mapping information are displayed so that it can be visualized which amplitude level of which frequency component exists at which position. Display control means.

上記各装置においては、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るのが好ましい。   Each of the above devices preferably further comprises means for evaluating the movement or reaction of the moving body based on the mapping information.

また、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るのが好ましい。   Moreover, it is preferable to further comprise a moving body control means for controlling the operation or reaction of the moving body based on the mapping information.

上記各装置においては、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するのが好ましい。   Each of the above devices preferably includes an actuator for driving the moving body, and the tactile information is acquired by a force extracted from the actuator.

代わりに、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するのが好ましい。   Instead, it is preferable that an actuator for driving the moving body is provided, and the tactile information is acquired by a force extracted from a system in which the actuator is controlled by a control unit.

また、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するのが好ましい。   Further, it is preferable that the force from the actuator is extracted using a position sensor, a speed sensor, an acceleration sensor, a current sensor, a force sensor, a torque sensor, or a strain gauge.

代わりに、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てもよい。   Instead, a disturbance observer for extracting the force from the actuator may be provided.

上記各装置において、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するのが好ましい。 In each of the above-described apparatuses, it is preferable that the association data that associates the result of the analysis processing with the operation or reaction of the moving body is stored in the storage unit for each operation or reaction of the moving body.

また前記処理手段は、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のが好ましい。   The processing means preferably analyzes the acquired haptic information in the time domain by Fourier transform, wavelet transform, or cosine transform.

さらに、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が好ましい。   Further, it is preferable that the analysis process of the position area is performed by a finite element method.

また、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していてもよい。   Further, the position area analysis processing may have a function of continuously interpolating the haptic information at discrete positions.

さらに、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るのが好ましい。 Furthermore, it is preferable to include reverse lookup means for specifying the operation or reaction of the moving object from the association data stored in the storage means, using the result of the analysis processing as a search target.

上記請求項1の方法および請求項13の装置によれば、移動体の移動中に、この移動体が受ける時系列的な力と位置の触覚情報を取得し、この触覚情報を時間領域と位置領域で解析処理を施している。そのため、当該解析処理結果である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、移動体の状況を位置空間でマッピングしたマッピング情報を作成し、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ようにすれば、移動体が移動した空間上の位置で、移動体の状況に関する特徴的な周波数を、例えば色や濃淡により可視化表現させることができ、各場所での移動体に接触する状況を、定量的に把握することが可能になる。 According to the method of claim 1 and the apparatus of claim 13, during the movement of the moving body, time-series force and position tactile information received by the moving body is obtained, and the tactile information is obtained from the time domain and the position. Analysis processing is performed in the area. Therefore, the frequency analysis data for each position of the moving object, which is the result of the analysis process, is superimposed so that it can be visualized on the space including the position, and mapping information is created by mapping the situation of the moving object in the position space. If the mapping information is displayed so that the amplitude level of what frequency component is present at which position can be visualized, the position of the moving body is related to the position of the moving body. The characteristic frequency can be visualized and expressed by, for example, colors and shades, and it is possible to quantitatively grasp the situation of contact with the moving body at each location.

上記請求項2の方法および請求項14の装置によれば、マッピング情報には、ある位置における移動体が受ける力の周波数的な特徴が含まれることから、これを分析することによって、移動体がその箇所を移動したときの動作または反応を正しく評価することができる。   According to the method of claim 2 and the apparatus of claim 14, the mapping information includes a frequency characteristic of the force received by the moving body at a certain position. It is possible to correctly evaluate the movement or reaction when moving the part.

上記請求項3の方法および請求項15の装置によれば、マッピング情報に基づいて移動体の動作または反応を制御することにより、例えば障害物だけでなく泥道や砂利道などの乗り心地の悪い路面を回避して、移動体を動作させることができ、周囲環境を考慮した最適な経路に沿って、移動体を制御することが可能になる。   According to the method of claim 3 and the apparatus of claim 15, by controlling the operation or reaction of the moving body based on the mapping information, for example, not only an obstacle but also a road surface with a poor ride comfort such as a muddy road or a gravel road. Thus, the moving body can be operated, and the moving body can be controlled along an optimum path in consideration of the surrounding environment.

上記請求項4の方法および請求項16の装置によれば、アクチュエータを利用して、そこから抽出される力に基づき、触覚情報を取得することが可能になる。   According to the method of claim 4 and the apparatus of claim 16, it is possible to acquire tactile information using an actuator based on the force extracted therefrom.

上記請求項5の方法および請求項17の装置によれば、制御手段によりアクチュエータの例えば位置,速度,加速度,トルク,または力を制御しつつ、これらの制御手段とアクチュエータとを組み合わせたシステムから抽出される力に基づき、触覚情報を取得することが可能になる。   According to the method of claim 5 and the apparatus of claim 17, the control means controls, for example, the position, speed, acceleration, torque, or force of the actuator, and is extracted from a system in which these control means and the actuator are combined. The tactile information can be acquired based on the applied force.

上記請求項6の方法および請求項18の装置によれば、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,または歪みゲージの検知出力を利用して、アクチュエータからの力を抽出できる。また、特に力センサで取得した力には、例えば路面との摩擦や、路面の凹凸や、障害物の接触時における衝撃力の程度などの諸情報を全て含んでいるため、それらを統合したインテリジェント化を実現できる。   According to the method of claim 6 and the apparatus of claim 18, the force from the actuator is obtained using the detection output of the position sensor, velocity sensor, acceleration sensor, current sensor, force sensor, torque sensor, or strain gauge. Can be extracted. In particular, the force acquired by the force sensor includes all kinds of information such as friction with the road surface, unevenness of the road surface, and the degree of impact force when contacting obstacles. Can be realized.

上記請求項7の方法および請求項19の装置によれば、外乱オブザーバによってアクチュエータからの力を抽出することで、移動体が受ける時系列な力の触覚情報を取得できるので、力覚センサを用いることなく触覚情報の取得が可能になる。また、外乱オブザーバで取得した力には、例えば路面との摩擦や、路面の凹凸や、障害物の接触時における衝撃力の程度などの諸情報を全て含んでいるため、それらを統合したインテリジェント化を実現できる。   According to the method of claim 7 and the apparatus of claim 19, a force sensor is used because tactile information of time series force received by the moving body can be acquired by extracting the force from the actuator by the disturbance observer. Tactile information can be acquired without any problem. In addition, the force acquired by the disturbance observer includes all kinds of information such as friction with the road surface, unevenness of the road surface, and the degree of impact force when contacting obstacles. Can be realized.

上記請求項8の方法および請求項20の装置によれば、前記解析処理結果が移動体の動作または反応と関連付けられて、記憶手段に関連付けデータとして記憶されるので、移動体が動作する際に受けた力から、移動体の動作または反応に関する特徴を直感的且つ定量的に評価できるような触覚情報の解析処理結果を、触覚ベースで移動体の各動作毎または各反応毎にデータベース化することが可能になる。 According to the method of claim 8 and the apparatus of claim 20, the result of the analysis process is associated with the movement or reaction of the moving body and stored as association data in the storage means. The results of tactile information analysis processing that can intuitively and quantitatively evaluate features related to the movement or reaction of the moving body from the force received in the database are created for each movement or reaction of the moving body on a tactile basis. It becomes possible to do.

上記請求項9の方法および請求項21の装置によれば、画像や音声信号処理などの分野で研究開発が進んでいるフーリエ変換やウェーブレット変換やコサイン変換を採用することで、触覚情報の時間領域における解析処理を容易に行なうことが可能になる。   According to the method of claim 9 and the apparatus of claim 21, the time domain of tactile information is obtained by adopting Fourier transform, wavelet transform, and cosine transform, which are researched and developed in the fields of image and sound signal processing. It is possible to easily perform the analysis process in.

上記請求項10の方法および請求項22の装置によれば、広く知られている有限要素法を用いることで、触覚情報の位置領域における解析処理を容易に行なうことが可能になる。   According to the method of claim 10 and the apparatus of claim 22, analysis processing in the position area of tactile information can be easily performed by using a widely known finite element method.

上記請求項11の方法および請求項23の装置によれば、離散的な各位置の触覚情報から、連続した位置での移動体の動作や反応に関する特徴を取得することが可能になる。   According to the method of claim 11 and the apparatus of claim 23, it is possible to acquire features related to the motion and reaction of the moving body at consecutive positions from the discrete haptic information at each position.

上記請求項12の方法および請求項24の装置によれば、関連付けデータに含まれる解析処理結果を検索対象として、特定の移動体における動作や反応を正しく特定することが可能になる。 According to the method of claim 12 and the apparatus of claim 24, it is possible to correctly specify the operation and reaction in a specific mobile object by using the result of the analysis processing included in the association data as a search target.

本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。   Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below do not limit the contents of the present invention described in the claims. In addition, all of the configurations described below are not necessarily essential requirements of the present invention.

図1は、本発明の好適な一実施例を示す装置の機能的構成を示している。同図において、1は外部から取得した触覚情報を視覚情報化する装置本体であって、これは演算処理機能を有する例えばコンピュータなどにより構成される。装置本体1は、ある時間における力と位置の触覚情報を取得する手段である入力手段2と、入力手段2で取得した触覚情報を時間領域と位置領域すなわち空間領域でそれぞれ解析処理する処理手段3と、処理手段3で得られた空間位置毎の周波数分析データを記憶する記憶手段4と、画面(ディスプレイ)やプリンタなどの視覚的な表示手段5と、後述する移動体11の駆動を制御するモータ制御手段6と、を備えて構成される。   FIG. 1 shows the functional configuration of an apparatus showing a preferred embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes an apparatus main body that converts tactile information acquired from the outside into visual information, and is constituted by, for example, a computer having an arithmetic processing function. The apparatus main body 1 includes an input unit 2 that is a unit that acquires tactile information of force and position at a certain time, and a processing unit 3 that analyzes the tactile information acquired by the input unit 2 in a time region and a position region, that is, a spatial region. And storage means 4 for storing frequency analysis data for each spatial position obtained by the processing means 3, visual display means 5 such as a screen (printer) or a printer, and driving of a moving body 11 to be described later. And a motor control means 6.

移動ロボットとして設けられた移動体11は、接触環境である路面に当接する駆動輪としての左右の車輪12A,12Bと、この車輪12A,12Bにそれぞれ回転力を付与する駆動源としてのモータ13A,13Bとを備え、これらの車輪12A,12Bとモータ13A,13Bにより、移動体11を路面上に走行駆動させるアクチュエータ14を構成している。本実施例で使用するモータ13A,13Bは、モータドライバ15からの数値制御信号により作動し、減速機構を設けることなく車輪12A,12Bを直接駆動するダイレクトドライブ形式のサーボモータであるが、他の形式の駆動源を用いてもよい。モータドライバ15は、モータ制御手段6から出力される左右のトルク指令信号を、それぞれ電流制御信号に変換してモータ13A,13Bに供給するドライバ本来の機能の他に、各モータ13A,13Bひいては各車輪12A,12Bの各回転位置を監視し、それぞれの位置応答信号をモータ制御手段6に出力する検知手段16としての機能をも備えている。   A moving body 11 provided as a mobile robot includes left and right wheels 12A and 12B as drive wheels that contact a road surface that is a contact environment, and motors 13A and 13A as drive sources that apply rotational force to the wheels 12A and 12B, respectively. 13B, and these wheels 12A, 12B and motors 13A, 13B constitute an actuator 14 that drives the moving body 11 on the road surface. The motors 13A and 13B used in this embodiment are direct drive type servomotors that operate according to a numerical control signal from the motor driver 15 and directly drive the wheels 12A and 12B without providing a speed reduction mechanism. A type of drive source may be used. The motor driver 15 converts the left and right torque command signals output from the motor control means 6 into current control signals and supplies them to the motors 13A and 13B. It also has a function as a detection means 16 that monitors each rotational position of the wheels 12A and 12B and outputs a position response signal to the motor control means 6.

前記モータ制御手段6は、移動体11を速度制御するもので、より具体的には、後述する第1の変換部21と、第2の変換部22とにより、移動体11の並進モードと回転モードにおける速度を制御するものである。第1の変換部21は、前記検知手段16から出力される左右の車輪12A,12Bの各位置応答信号から、並進モードと回転モードの各速度応答値を算出するもので、各車輪12A,12Bの位置応答信号をそれぞれの速度応答値に変換する手段として擬似微分器を採用し、また左右の各速度応答値を並進モードと回転モードの各速度応答値に変換する手段として、あらゆる物理的なパラメータにおける実世界の関節空間から仮想的な態様空間への変換を可能にする2次のクオリー(Quarry)行列を用いた変換器を採用している。   The motor control means 6 controls the speed of the moving body 11, and more specifically, the translation mode and rotation of the moving body 11 by a first conversion unit 21 and a second conversion unit 22 which will be described later. It controls the speed in the mode. The first converter 21 calculates the speed response values of the translation mode and the rotation mode from the position response signals of the left and right wheels 12A and 12B output from the detection means 16, and each wheel 12A and 12B. A pseudo-differentiator is used as a means for converting the position response signal of each to a speed response value, and as a means for converting each speed response value of the left and right to each speed response value in translation mode and rotation mode, any physical A converter using a second-order Quarry matrix that enables conversion from a real-world joint space to a virtual aspect space in parameters is adopted.

第2の変換部22は、アクチュエータ14への指令値として与えられる並進モードの速度指令値から、第1の変換部21で算出された並進モードの速度応答値を差し引いた値に、並進モードの速度制御比例ゲインを掛け合わせることで、並進モードの加速度参照値を求め、また同じくアクチュエータ14への指令値として与えられる回転モードの速度指令値から、第1の変換部21で算出された回転モードの速度応答値を差し引いた値に、回転モードの速度制御比例ゲインを掛け合わせることで、回転モードの加速度参照値を求め、これらの並進モードと回転モードの各加速度参照値から、左右のモータ12A,12Bに対するトルク参照値を算出するもので、並進モードと回転モードの各加速度参照値を、左右のモータ12A,12Bに対するトルク参照値に変換する手段として、前記第1の変換部21で用いられたクオリー行列の逆行列を用いた逆変換器を採用している。このクオリー行列の逆行列は、仮想的な態様空間から実世界の関節空間への変換を可能にするものである。   The second conversion unit 22 subtracts the translation mode speed response value calculated by the first conversion unit 21 from the translation mode speed command value given as the command value to the actuator 14. By multiplying by the speed control proportional gain, the acceleration reference value of the translation mode is obtained, and the rotation mode calculated by the first conversion unit 21 from the speed command value of the rotation mode that is also given as the command value to the actuator 14. By multiplying the value obtained by subtracting the speed response value of the rotation mode by the speed control proportional gain of the rotation mode, an acceleration reference value of the rotation mode is obtained, and the left and right motors 12A are obtained from the respective acceleration reference values of the translation mode and the rotation mode. , 12B to calculate torque reference values for the left and right motors 12A, 12B. That the means for converting the torque reference value, adopts the inverse converter using an inverse matrix of said first Quarry matrix used in the conversion unit 21. The inverse matrix of the query matrix enables conversion from a virtual aspect space to a real-world joint space.

そして、これらの第1の変換部21と第2の変換部22により、指令値として与えられた並進モードと回転モードの各速度指令値に、並進モードと回転モードの各速度応答値がそれぞれ追従するような速度制御が、移動体11に対して行なわれる。なお、モータ制御手段6によってアクチュエータ14を速度制御するのではなく、アクチュエータ14を位置制御,加速度制御,トルク制御,または力制御する構成であってもよい。   Then, the speed response values in the translation mode and the rotation mode follow the speed command values in the translation mode and the rotation mode given as command values by the first conversion unit 21 and the second conversion unit 22, respectively. Such speed control is performed on the mobile body 11. Instead of speed control of the actuator 14 by the motor control means 6, the actuator 14 may be configured to perform position control, acceleration control, torque control, or force control.

モータ制御手段6は、上記第1の変換部21および第2の変換部22以外に、左右の車輪12A,12Bに加わる外乱トルクを推定する外乱オブザーバ23,24と、これらの外乱オブザーバ23,24で算出された各推定外乱トルク値から、並進モードと回転モードの各推定外乱値を算出する第3の変換部25と、を備えている。   In addition to the first conversion unit 21 and the second conversion unit 22, the motor control unit 6 includes disturbance observers 23 and 24 that estimate disturbance torque applied to the left and right wheels 12 </ b> A and 12 </ b> B, and these disturbance observers 23 and 24. And a third converter 25 for calculating each estimated disturbance value in the translation mode and the rotation mode from each estimated disturbance torque value calculated in step (b).

外乱オブザーバ23,24は、左右のモータ13A,13Bに対応してそれぞれ組み込まれており、外乱オブザーバ23は、モータ制御手段6からモータ13Aへのトルク指令信号と、前記検知手段16からモータ制御手段6へのモータ13Aの位置応答信号とを入力として、一側すなわち右側のモータ13Aひいては車輪12Aに加わる外乱トルクを推定すると共に、別な外乱オブザーバ24は、モータ制御手段6からモータ13Bへのトルク指令信号と、前記検知手段16からモータ制御手段6へのモータ13Bの位置応答信号とを入力として、他側すなわち左側のモータ13Bひいては車輪12Bに加わる外乱トルクを推定する。これにより、力覚センサを設けることなく、モータ13A,13Bが受ける外乱を検出することができる。   The disturbance observers 23 and 24 are incorporated corresponding to the left and right motors 13A and 13B, respectively, and the disturbance observer 23 receives the torque command signal from the motor control means 6 to the motor 13A and the detection means 16 to the motor control means. 6 is used as an input to estimate the disturbance torque applied to one side, that is, the right side motor 13A and thus to the wheel 12A, and another disturbance observer 24 receives torque from the motor control means 6 to the motor 13B. The command signal and the position response signal of the motor 13B from the detection means 16 to the motor control means 6 are input, and the disturbance torque applied to the other side, that is, the left side motor 13B and thus the wheel 12B is estimated. Thereby, the disturbance which motor 13A, 13B receives can be detected, without providing a force sensor.

一方、第3の変換部25は、外乱オブザーバ23,24で得られた各推定外乱トルク値を、並進モードと回転モードの各推定外乱値に変換する手段として、ここでも実世界の関節空間から仮想的な態様空間への変換を可能にする2次のクオリー行列を用いた変換器を採用している。ここで用いるクオリー行列は、前記第1の変換部21に組み込んだクオリー行列と同一のものであり、移動体11自体が路面や障害物などから受ける力を、力覚センサなしで得ることができる。   On the other hand, as a means for converting the estimated disturbance torque values obtained by the disturbance observers 23 and 24 into the estimated disturbance values of the translation mode and the rotation mode, the third conversion unit 25 is also used here from the joint space in the real world. A converter using a second-order queuing matrix that enables conversion into a virtual mode space is employed. The quality matrix used here is the same as the quality matrix incorporated in the first conversion unit 21, and the force that the moving body 11 itself receives from the road surface or an obstacle can be obtained without a force sensor. .

モータ制御手段6は、外乱オブザーバ23で得られた推定外乱トルク値を、前記第2の変換部22で得られた右側のモータ12Aへのトルク参照値と加算することで、当該右側のモータ12Aにトルク指令信号を出力すると共に、別な外乱オブザーバ24で得られた推定外乱トルク値を、第2の変換部22で得られた左側のモータ12Bへのトルク参照値と加算することで、当該左側のモータ12Bにトルク指令信号を出力するようになっている。   The motor control means 6 adds the estimated disturbance torque value obtained by the disturbance observer 23 to the torque reference value for the right motor 12A obtained by the second conversion unit 22, thereby the right motor 12A. In addition, the estimated disturbance torque value obtained by another disturbance observer 24 is added to the torque reference value for the left motor 12B obtained by the second conversion unit 22, A torque command signal is output to the left motor 12B.

こうして、本実施例におけるモータ制御手段6は、何れの物理的なパラメータでも、クオリー行列による変換機能によって、並進モードと回転モードのそれぞれで独立した速度制御系を構成することができる。また、外乱についても同様のクオリー行列を用いることで、移動体に加わる並進モードの外乱と回転モードの外乱にそれぞれ分解することが可能になる。   Thus, the motor control means 6 in the present embodiment can constitute independent speed control systems for each of the translation mode and the rotation mode by the conversion function based on the quary matrix for any physical parameter. In addition, by using a similar queuing matrix for disturbance, it is possible to resolve the disturbance into a translation mode disturbance and a rotation mode disturbance applied to the moving body.

図2は、図1に示す移動体11のモデルをあらわしたもので、前述した車輪12A,12Bは、移動体11の本体18の右側および左側にそれぞれ設けられる。前述した並進モードの速度x(以下、明細書中では、1階の微分をあらわす「」を、対応する記号の後に併記する。)は、移動体11が路面Rに沿って移動する速度を意味し、回転モードの速度φは、路面Rと垂直な軸を中心として、移動体11が路面R上で回転する速度を意味する。ここでは、左右の車輪12A,12Bの速度θ ,θ 、および並進モードと回転モードの速度x,φを定め、これらを制御することを考慮している。また、^Fdisは並進モードの推定外乱(以下、明細書中では、推定値をあらわす「^」を、対応する記号の前に併記する。)であり、^Tdisは回転モードの推定外乱である。 FIG. 2 shows a model of the moving body 11 shown in FIG. 1, and the above-described wheels 12A and 12B are provided on the right side and the left side of the main body 18 of the moving body 11, respectively. The speed x · of the translation mode described above (hereinafter, “ · ” representing the first-order differential is written after the corresponding symbol in the specification) is the speed at which the moving body 11 moves along the road surface R. The rotation mode speed φ · means the speed at which the mobile body 11 rotates on the road surface R around an axis perpendicular to the road surface R. Here, it is considered that the speeds θ R · , θ L · of the left and right wheels 12A, 12B and the speeds x · , φ · of the translation mode and the rotation mode are determined and controlled. ^ F dis is an estimated disturbance in the translation mode (hereinafter, “^” representing the estimated value is written in front of the corresponding symbol in the specification), and ^ T dis is an estimated disturbance in the rotation mode. It is.

前記入力手段2は、移動体11の走行時に、ある時間でどのような反作用力が生じているのかという触覚情報を最終的に取得し、後段の処理手段3に出力できれば、どのような構成であってもよい。上述したモータ制御手段6による速度制御系では、路面Rと各車輪12A,12Bとの摩擦や、路面Rの凹凸や、障害物との接触時における衝撃力などを全て含む移動体11への反作用力を、各外乱オブザーバ23,24からの推定外乱値として取り込むと共に、移動体11の位置情報を、モータドライバ15からの位置応答信号により入力手段2が算出している。この場合、入力手段2に備えた計時手段2Aの時間カウントを利用して、ある時間における力と位置を特定する触覚情報を取得する構成であってもよい。また、各外乱オブザーバ23,24からの推定外乱値に代わって、移動体11に取付けられた力覚センサからの検知出力により、反作用力を取り込んでもよい。   The input means 2 can finally acquire tactile information about what kind of reaction force is generated in a certain time during traveling of the mobile body 11 and can output it to the processing means 3 in the subsequent stage. There may be. In the speed control system using the motor control means 6 described above, the reaction to the moving body 11 includes all of the friction between the road surface R and the wheels 12A and 12B, the unevenness of the road surface R, and the impact force when contacting the obstacle. Force is taken in as an estimated disturbance value from each of the disturbance observers 23 and 24, and the position information of the moving body 11 is calculated by the input means 2 from the position response signal from the motor driver 15. In this case, the configuration may be such that the tactile information specifying the force and position at a certain time is acquired by using the time count of the time measuring means 2A provided in the input means 2. Further, instead of the estimated disturbance values from the disturbance observers 23 and 24, the reaction force may be captured by a detection output from a force sensor attached to the moving body 11.

また、別な例として、キーボードやマウスなどの操作手段17を入力手段2に接続し、この操作手段17から操作入力された任意の周囲環境に接触したときの時系列な反作用力のデータと、位置のデータを、そのまま触覚情報として入力手段2が取り込んでもよく、さらに別な例として、時系列な少なくとも反作用力と、位置の触覚情報を記憶した外部媒体18を入力手段2に接続し、外部媒体18から読み出した触覚情報を入力手段2が取り込む構成であってもよい。この場合、上述した計時手段2Aを入力手段2に組み込む必要はない。   Further, as another example, the operation means 17 such as a keyboard or a mouse is connected to the input means 2, and time series reaction force data when touching an arbitrary surrounding environment input from the operation means 17, The input means 2 may directly capture the position data as tactile information. As another example, the external medium 18 storing at least the reaction force in time series and the tactile information on the position is connected to the input means 2, The input unit 2 may be configured to capture the tactile information read from the medium 18. In this case, it is not necessary to incorporate the time measuring means 2A described above into the input means 2.

ここで、処理手段3が必要とする触覚情報は、同じ時間における力と位置の各情報を含んでいて、時間的に同期しているものであってもよいし、違う時間における力と位置の各情報を含んでいて、時間的に非同期なものであってもよい。   Here, the tactile information required by the processing means 3 includes information on the force and position at the same time, and may be synchronized in time, or the force and position at different times. Each information may be included and may be asynchronous in time.

処理手段3は、入力手段2で取得した触覚情報を時間領域で解析する時間領域解析部31と、当該触覚情報を空間領域で解析する空間領域解析部32と、を備えて構成される。時間領域解析部31は、入力手段2で取得した触覚情報を時間領域で周波数解析して、触覚情報に含まれる時間と力との関係を、周波数と振幅(振動レベル)との関係を示す周波数分析データに変換できれば、どのような構成であってもよい。こうした周波数解析は、画像や音声信号処理などの分野で研究開発が進んでおり、高速フーリエ変換(FFT)やウェーブレット変換を用いた手法が例として挙げられる。   The processing unit 3 includes a time domain analysis unit 31 that analyzes the haptic information acquired by the input unit 2 in the time domain, and a spatial domain analysis unit 32 that analyzes the haptic information in the spatial domain. The time domain analysis unit 31 performs frequency analysis on the tactile information acquired by the input unit 2 in the time domain, and shows the relationship between time and force included in the tactile information, and the frequency indicating the relationship between frequency and amplitude (vibration level). Any configuration may be used as long as it can be converted into analysis data. Such frequency analysis has been researched and developed in fields such as image and audio signal processing, and examples include a technique using fast Fourier transform (FFT) and wavelet transform.

一方、空間領域解析部32は、空間領域を小空間に分割して数値解析を行なうもので、これを実現する手法としては、有限要素法がよく知られている。そこで本実施例の空間領域解析部32は、内蔵する有限要素法の変換機能によって、実世界空間を小空間に分割して抽出された触覚情報を時間領域で解析し、その結果を2次元空間に投影できるように、実世界空間上の位置と関連付けできるようになっている。この場合、時間領域解析部31による周波数解析に続いて、空間領域解析部32による空間解析を行なう構成としてもよいし、逆に空間解析に続いて周波数解析を行なう構成としてもよい。或いは、周波数解析と空間解析を並行して行なう構成としてもよいし、周波数解析だけを行なってもよい。   On the other hand, the space region analysis unit 32 performs numerical analysis by dividing the space region into small spaces, and a finite element method is well known as a method for realizing this. Therefore, the space domain analysis unit 32 of the present embodiment analyzes the tactile information extracted by dividing the real world space into small spaces by the built-in conversion function of the finite element method, and the result is analyzed in the two-dimensional space. It can be associated with a position in the real world space so that it can be projected onto the screen. In this case, the configuration may be such that the spatial analysis by the spatial domain analysis unit 32 is performed following the frequency analysis by the time domain analysis unit 31, or conversely the frequency analysis may be performed following the spatial analysis. Alternatively, the frequency analysis and the spatial analysis may be performed in parallel, or only the frequency analysis may be performed.

本実施例では、周波数解析と空間解析を並行して行なうために、時間領域解析部31と空間領域解析部32に共通して、一定の大きさの窓関数を用いて信号を切り出し、その結果をフーリエ変換してスペクトルを計算する短時間フーリエ変換による演算部33を備えている。この演算部33により、ある任意位置において、移動体11が周囲環境から受ける力の周波数成分を得ることができる。この演算部33による解析処理結果は、周囲環境によって異なるものとなり、触覚の特徴を捉えることができる。   In this embodiment, in order to perform frequency analysis and spatial analysis in parallel, a signal is cut out using a window function of a certain size in common to the time domain analysis unit 31 and the spatial domain analysis unit 32, and the result Is provided with a computing unit 33 by short-time Fourier transform for calculating a spectrum by Fourier transform. With this calculation unit 33, it is possible to obtain a frequency component of the force that the moving body 11 receives from the surrounding environment at a certain arbitrary position. The analysis processing result by the calculation unit 33 varies depending on the surrounding environment, and the tactile characteristics can be captured.

処理手段3は、時間領域解析部31による解析結果と、空間領域解析部32による解析結果とを統合することで、環境表面のある任意の位置における周波数分析データを、処理手段3の解析処理結果として取得すると、この解析処理結果から移動体11の周囲状況をN次元の空間上に加えてなるマッピング情報を生成するマッピング手段35を備えている。このマッピング手段35は、時間領域解析部31と空間領域解析部32により得られた位置毎の周波数分析データを、その位置を含む空間上に可視化できるように重ね合わせることで、前述のマッピング情報を生成しており、このマッピング情報または移動体の動作毎または反応毎の周波数分析データが、時々刻々記憶手段4に記憶される。   The processing unit 3 integrates the analysis result by the time domain analysis unit 31 and the analysis result by the spatial domain analysis unit 32, thereby converting the frequency analysis data at an arbitrary position on the environmental surface into the analysis processing result of the processing unit 3. As a result, a mapping unit 35 is provided that generates mapping information obtained by adding the surrounding state of the moving body 11 to the N-dimensional space from the analysis processing result. The mapping unit 35 superimposes the frequency analysis data for each position obtained by the time domain analysis unit 31 and the space domain analysis unit 32 so that the frequency analysis data can be visualized on the space including the position, thereby the above mapping information is displayed. This mapping information or frequency analysis data for each movement or reaction of the moving body is stored in the storage means 4 every moment.

マッピング手段35は、移動体11が受ける時系列な力の触覚情報を、時間領域解析部31が時間領域で解析処理して、周波数分析データを生成した場合、この周波数分析データから移動体11の状況を時間の経過に対応させたいわゆる時間空間でのマッピングにより、前述のマッピング情報を作成する。一方、移動体11が受ける時系列な力と、それに対応する位置の触覚情報を、時間領域解析部31と空間領域解析部32が時間領域と空間領域でそれぞれ解析処理して、位置毎の周波数分析データを生成した場合、マッピング手段35は、この周波数分析データから移動体11の状況を位置に対応させたいわゆる位置空間でのマッピングにより、マッピング情報を作成する。何れの場合も、可視化した周波数分析データを処理手段3が生成することで、移動体の状況に関する特徴的な周波数を、例えば色や濃淡により可視化表現させることが可能になる。   When the time domain analysis unit 31 analyzes the tactile information of time series force received by the mobile body 11 in the time domain and generates frequency analysis data, the mapping unit 35 generates the frequency analysis data from the frequency analysis data. The aforementioned mapping information is created by mapping in a so-called time space in which the situation corresponds to the passage of time. On the other hand, the time-series force received by the mobile object 11 and the tactile information of the corresponding position are analyzed by the time-domain analysis unit 31 and the spatial-domain analysis unit 32 in the time-domain and the spatial domain, respectively. When the analysis data is generated, the mapping unit 35 creates mapping information from the frequency analysis data by mapping in a so-called position space in which the state of the mobile body 11 is associated with the position. In any case, by generating the visualized frequency analysis data by the processing means 3, it is possible to visualize and express characteristic frequencies relating to the state of the moving object by, for example, color or shading.

記憶手段4には、前記可視化若しくは可視化されていない周波数分析データが、移動体11の動作や反応を示す識別データ毎に、データベース化されて保存される。ここでは移動体11の動作や反応毎に割り当てられた識別データと、その移動体11の動作や反応に対して触覚情報から得られた例えば周波数とスペクトル強度の可視化情報を記憶した周波数分析データが、一つの関連付けデータとして記憶手段4に記憶保存される。識別データの入力は、例えば装置本体1に接続する操作手段17から行なえるようにすればよい。また、同じ移動体11の動作や反応に対して複数の周波数分析データが存在する場合には、それらを纏めて同じ関連付けデータ内に保存するのが好ましい。これにより、同じ移動体11の動作や反応に対する触覚情報に関し、様々な状況での周波数分析データの特徴を直ちに把握することができる。   The storage means 4 stores the visualized or non-visualized frequency analysis data in a database for each identification data indicating the operation and reaction of the mobile body 11. Here, there is identification data assigned for each operation or reaction of the moving body 11 and frequency analysis data storing, for example, visualization information of frequency and spectrum intensity obtained from tactile information for the operation and reaction of the moving body 11. , Stored in the storage means 4 as one piece of association data. The identification data can be input from the operation means 17 connected to the apparatus main body 1, for example. In addition, when there are a plurality of frequency analysis data for the operation and reaction of the same mobile object 11, it is preferable to store them together in the same association data. Thereby, it is possible to immediately grasp the characteristics of the frequency analysis data in various situations with respect to the tactile information on the operation and reaction of the same moving body 11.

処理手段3は、入力手段2からの触覚情報を解析して、周波数分析データを取得する毎に、この比較対象となる周波数分析データと、記憶手段4から読み出される各関連付けデータ内の周波数分析データとを比較し、前記比較対象となる周波数分析データと同一または類似している周波数分析データが検索されれば、その周波数分析データに関連付けられた識別データを特定して、どのような移動体11の動作や反応に対応するものなのかを表示手段5に出力する判別手段を備えている。さらに判別手段は、記憶手段4に記憶される関連付けデータから、解析処理結果を検索対象として移動体11の動作または反応を特定する逆引き機能を行なえるようになっている。   The processing means 3 analyzes the tactile information from the input means 2 and acquires the frequency analysis data every time it obtains the frequency analysis data, and the frequency analysis data in each association data read from the storage means 4. If the frequency analysis data that is the same as or similar to the frequency analysis data to be compared is retrieved, the identification data associated with the frequency analysis data is identified, and any mobile unit 11 is identified. It is provided with discriminating means for outputting to the display means 5 whether it corresponds to the operation or reaction. Further, the discriminating unit can perform a reverse lookup function for specifying the operation or reaction of the moving body 11 from the association data stored in the storage unit 4 using the analysis processing result as a search target.

なお、ここに提示され、またはここに提示されていない周知の各種変換機能を単独または複数組み合わせて、同様の処理手段3を実現してもよい。例えば時間領域解析部31に内蔵する変換機能として、例えばFFT以外のフーリエ変換や、ウェーブレット変換や、コサイン変換を採用してもよい。ここでいうフーリエ変換とは、離散フーリエ変換や、短時間フーリエ変換などを含み、コサイン変換は、特殊な離散フーリエ変換である離散コサイン変換や、離散コサイン変換の一手法である変形離散コサイン変換などを含む。また、ウェーブレット変換とは、連続ウェーブレット変換や、離散ウェーブレット変換などを含む。   In addition, you may implement | achieve the same process means 3 by combining well-known various conversion functions which are shown here or are not shown here individually or in combination. For example, as a conversion function built in the time domain analysis unit 31, for example, Fourier transform other than FFT, wavelet transform, or cosine transform may be employed. The Fourier transform here includes a discrete Fourier transform, a short-time Fourier transform, and the like. The cosine transform is a discrete cosine transform that is a special discrete Fourier transform, a modified discrete cosine transform that is a method of the discrete cosine transform, and the like. including. The wavelet transform includes continuous wavelet transform and discrete wavelet transform.

また、上記処理手段3は、記憶手段4に保存される各位置に対応した周波数分析データを読み出して、触覚情報を写真のように可視化して表示手段5で表示できるように、当該表示手段5を制御する表示制御手段としての機能を備えている。   The processing means 3 reads out the frequency analysis data corresponding to each position stored in the storage means 4, visualizes the tactile information like a photograph, and displays it on the display means 5. It has a function as a display control means for controlling.

ここで、処理手段3に備えたマッピング手段35や表示制御手段により、触覚情報を可視化する新たな表現技術を、ここでは「ハプトグラフ(Haptograph)」と表現して以後説明する。「ハプトグラフ」は、入力手段2で取得した触覚情報に対し、処理手段3でフーリエ変換やウェーブレット変換のような周波数解析を施し、これを移動体11に接触する環境(路面Rや障害物)の表面形状に基づき空間的に配置することで、どの位置にどのような周波数成分の振幅レベル(スペクトル)が存在するのかを、振幅レベルの強弱に応じた異なる色や濃淡(グラデーション)で、可視化表現させるものである。   Here, a new expression technique for visualizing tactile information by the mapping means 35 and the display control means provided in the processing means 3 will be hereinafter described as “Haptograph”. The “haptograph” performs frequency analysis such as Fourier transform or wavelet transform on the tactile information acquired by the input unit 2 and performs an analysis of the environment (road surface R or obstacle) in contact with the moving body 11. By spatially arranging them based on the surface shape, it is possible to visualize which amplitude level (spectrum) of what frequency component exists at which position in different colors and shades (gradation) according to the strength of the amplitude level. It is something to be made.

因みに「Hapto」とは、ギリシャ語で「触れる」の意味であり、触覚を写真のように視覚化することから「Haptograph」と命名している。本実施例でのハプトグラフは、接触する環境Eの表面から受ける触覚情報を、2次元空間上に配置したものとして定義する。勿論この配置は、1次元または3次元以上であっても構わない。ハプトグラフを用いることで、触覚情報を写真や図のように視覚的に捉えることが可能になるので、より直感的に触覚を認識できるようになる。また、触覚情報を時間領域解析部31で周波数解析し、それによりスペクトルの大きさを例えば色の違いや濃淡で可視化するため、触覚の定量的な評価や比較を行なうことも可能である。   By the way, “Hapto” means “touch” in Greek and is named “Haptograph” because it visualizes the sense of touch like a photograph. The haptograph in the present embodiment is defined as the tactile information received from the surface of the environment E in contact with the haptic information arranged in a two-dimensional space. Of course, this arrangement may be one-dimensional or three-dimensional or more. By using a haptograph, tactile information can be visually perceived like a photograph or a figure, so that the tactile sense can be recognized more intuitively. In addition, frequency analysis of the tactile information is performed by the time domain analysis unit 31 and thereby the spectrum size is visualized by, for example, color difference or shading, so that it is possible to perform quantitative evaluation and comparison of the tactile sense.

前記空間領域解析部32で分割した空間の数は、画像でいえばピクセル(画素)に相当し、分割数は触覚情報の分解能となる。当然、分割数が多ければ詳細な触覚情報を埋め込むことができるが、後述する記憶手段4で保存すべきデータ量も増加する。さらに、空間領域解析部32で分割した小空間を、離散的な点列で構成したハプトグラフだけでなく、小空間を連続的な線と捉えることで、なで動作によるハプトグラフの作成も可能である。   The number of spaces divided by the space region analysis unit 32 corresponds to pixels in the case of an image, and the number of divisions is the resolution of tactile information. Of course, if the number of divisions is large, it is possible to embed detailed tactile information, but the amount of data to be stored in the storage means 4 described later also increases. Furthermore, it is possible to create a haptograph by stroking the small space divided by the space region analysis unit 32, not only by a haptograph composed of discrete point sequences, but also by capturing the small space as a continuous line. .

処理手段3はその他に、マッピング手段35からの可視化表現されたマッピング情報に基づいて、任意の位置に沿って走行する移動体11が受ける力の周波数成分を分析し、その分析結果から移動体11の動作または反応ひいては乗り心地の良し悪しを評価する乗り心地評価手段36を備えている。この乗り心地評価手段36による評価は、必要に応じて表示手段5に表示させることができる。   In addition, the processing means 3 analyzes the frequency component of the force received by the mobile body 11 traveling along an arbitrary position based on the mapping information visualized and expressed from the mapping means 35, and the mobile body 11 is analyzed from the analysis result. Is provided with a ride comfort evaluation means 36 for evaluating the operation or reaction of the vehicle and thus the ride quality. The evaluation by the riding comfort evaluation means 36 can be displayed on the display means 5 as necessary.

また前記モータ制御手段6は、マッピング手段35から出力されるマッピング情報に基づき、障害物や凹凸の大きい路面Rを避けた経路を設定し、その設定経路に沿って移動体11が走行できるように、当該移動体11の動作や反応を制御する移動体制御手段としての機能をも備えている。   Further, the motor control means 6 sets a route avoiding an obstacle or a rough road surface R based on the mapping information output from the mapping means 35 so that the mobile body 11 can travel along the set route. Also, it has a function as a moving body control means for controlling the operation and reaction of the moving body 11.

次に、上記構成に基づき、本実施例における触覚の視覚的表現方法の各手順を、図3のフローチャートを参照して説明する。装置本体1を起動させ、処理動作を開始させると、入力手段2はステップS2において、後段の処理手段3に送出するための触覚情報を取得する。この触覚情報の取得には、ステップS1の接触動作が先に行なわれる。   Next, based on the above configuration, each procedure of the tactile visual expression method in this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. When the apparatus main body 1 is activated and the processing operation is started, the input unit 2 acquires tactile information to be sent to the subsequent processing unit 3 in step S2. For the acquisition of the tactile information, the contact operation in step S1 is performed first.

具体的には、モータ制御手段6から移動体11のモータドライバ15に左右のトルク指令信号が出力されると、モータドライバ15はこの左右のトルク指令信号を電流制御信号に変換してモータ13A,13Bに供給する。これにより各モータ13A,13Bの駆動力が対応する車輪12A,12Bに直接伝達し、移動体11が路面R上を走行する。移動体11の速度は、上述したようにモータ制御手段6によって制御され、検知手段16からはモータ13A,13Bの位置応答信号がモータ制御手段6に時々刻々と送出される。   Specifically, when the left and right torque command signals are output from the motor control means 6 to the motor driver 15 of the moving body 11, the motor driver 15 converts the left and right torque command signals into current control signals to convert the motor 13A, 13B. As a result, the driving force of the motors 13A and 13B is directly transmitted to the corresponding wheels 12A and 12B, and the moving body 11 travels on the road surface R. The speed of the moving body 11 is controlled by the motor control means 6 as described above, and the position response signals of the motors 13A and 13B are sent from the detection means 16 to the motor control means 6 every moment.

モータ制御手段6は、それぞれの外乱オブザーバ23,24によって、モータ13A,13Bが受ける外乱トルク値が推定される。この推定外乱トルク値は、第3の変換部25によって並進モードと回転モードの各推定外乱値に変換され、移動体11が受ける力の情報として入力手段2に取り込まれる。一方、前記検知手段16からの各位置応答信号は、そのまま入力手段2にも送出され、入力手段2はこの位置応答信号から、移動体11がどの位置にいるのかという位置の情報を算出する。なお、当該位置の情報は、モータ制御手段6で算出してもよい。   In the motor control means 6, the disturbance torque values received by the motors 13A and 13B are estimated by the disturbance observers 23 and 24, respectively. The estimated disturbance torque value is converted into each estimated disturbance value in the translation mode and the rotation mode by the third conversion unit 25, and is taken into the input unit 2 as information on the force received by the moving body 11. On the other hand, each position response signal from the detection means 16 is sent to the input means 2 as it is, and the input means 2 calculates position information as to which position the moving body 11 is from the position response signal. Note that the position information may be calculated by the motor control means 6.

ステップS2において、入力手段2は取り込まれた力と位置の情報の経時的な変化を触覚情報として取得するために、内蔵する計時手段2Aの時計カウントを用いて、時間と力および時間と位置とを関連付ける。因みに、入力手段2に取り込まれる力や位置の情報に、予め時間情報が関連付けられている場合は、これをそのまま触覚情報として取得することができる。また、検知手段16に代わり操作手段17や外部媒体18から直接触覚情報を取得する場合には、ステップS1の手順を省略することも可能である。   In step S2, the input means 2 uses the clock count of the built-in time measuring means 2A to acquire time-dependent changes in the captured force and position information as tactile information, and Associate. Incidentally, when time information is associated in advance with the information on the force and position taken into the input means 2, it can be acquired as it is as tactile information. Further, when the direct contact information is acquired from the operation means 17 or the external medium 18 instead of the detection means 16, the procedure of step S1 can be omitted.

こうして、ステップS2において触覚情報が得られると、処理手段3の時間領域解析部31と空間領域解析部32は、ある任意位置において移動体11が受ける力の周波数成分を得るために、これを例えば短時間フーリエ変換やGaborウェーブレット変換などの時間情報を残した周波数解析手法で信号処理し、触覚情報の時間領域および空間領域としての解析を行なう(ステップS3)。これにより、移動体11が走行した位置に沿った任意の位置毎の周波数解析データを得ることができる。   Thus, when the tactile information is obtained in step S2, the time domain analysis unit 31 and the spatial domain analysis unit 32 of the processing means 3 obtain the frequency component of the force received by the moving body 11 at a certain arbitrary position, for example, Signal processing is performed by a frequency analysis method such as short-time Fourier transform or Gabor wavelet transform, which leaves time information, and the tactile information is analyzed as a time domain and a spatial domain (step S3). Thereby, the frequency analysis data for every arbitrary positions along the position where the mobile body 11 traveled can be obtained.

こうして時間領域解析部31と空間領域解析部32が、実空間の任意の位置に対応した周波数解析データを処理手段3の解析処理結果として生成すると、次のステップS4でマッピング手段35がマッピング情報を生成し、このマッピング情報および/または解析処理結果を記憶手段4に保存する。さらには必要に応じて、この記憶手段4からマッピング情報および/または解析処理結果を読み出し、処理手段3に備えた表示制御手段が、前述した「ハプトグラフ」に基づくマッピング情報を表示手段5に表示させ、一連の処理を終了する。   Thus, when the time domain analysis unit 31 and the space domain analysis unit 32 generate frequency analysis data corresponding to an arbitrary position in the real space as an analysis processing result of the processing unit 3, the mapping unit 35 generates mapping information in the next step S4. The mapping information and / or analysis processing result is generated and stored in the storage unit 4. Further, if necessary, the mapping information and / or the analysis processing result is read from the storage unit 4 and the display control unit provided in the processing unit 3 causes the display unit 5 to display the mapping information based on the “haptograph” described above. Then, a series of processing is completed.

ここでのマッピング情報は、「ハプトグラフ」の概念を逸脱しない限り、どのようなものであっても構わない。例えば、移動体11の移動に沿った任意の位置上に、所定範囲の周波数におけるスペクトルの度合を、線,色,濃淡などで可視化させてもよい。また、点在する固定した位置の周波数解析データ間を直線などで補間し、メッシュ状に繋いで連続的に表示させてもよい。   The mapping information here may be any information as long as it does not deviate from the concept of “haptograph”. For example, the degree of spectrum in a predetermined range of frequencies may be visualized with lines, colors, shadings, etc. on an arbitrary position along the movement of the moving body 11. Alternatively, the frequency analysis data at fixed positions that are scattered may be interpolated with a straight line or the like, and may be continuously displayed in a mesh form.

いて、上記実施例に基づく実験例について、その装置構成と実験結果を説明する。 Continued stomach, experimental examples based on the above examples illustrate the experimental results and device configuration.

先ず実験環境として、図4(a)に示すように凹凸の少ないコンクリート路面と、図4(b)に示すように凹凸付きの鉄板とを、連続する路面Rとしてそれぞれ用意し、その上に移動体11としてのパワーアシスト車椅子ロボットを走行させた。ここでは、各外乱オブザーバ23,24によって取得した路面Rからの並進モードと回転モードの推定外乱情報を、Gaborウェーブレット変換を用いて信号処理を行ない、走行路面に対応した空間上に配置することにより、触覚情報を可視化して表現する「ハプトグラフ」のマッピング情報を作成した。   First, as an experimental environment, a concrete road surface with less unevenness as shown in FIG. 4 (a) and an iron plate with unevenness as shown in FIG. 4 (b) are prepared as a continuous road surface R, respectively, and moved thereon. The power assist wheelchair robot as the body 11 was run. Here, the estimated disturbance information of the translation mode and the rotation mode from the road surface R acquired by the respective disturbance observers 23 and 24 is subjected to signal processing using Gabor wavelet transform and arranged on a space corresponding to the traveling road surface. , “Haptograph” mapping information that visualizes and expresses tactile information was created.

「ハプトグラフ」は、人間の動作や環境との接触によって生じる反作用力信号をフーリエ変換やウェーブレット変換を用いて周波数解析し、これを空間情報として統合することで生成が行なわれるものであるが、特に本実施例では、「ハプトグラフ」に基づいた触覚スキャン機能を、移動体11であるパワーアシスト車椅子ロボットに埋め込み、走行路面における触覚ベースでの環境マップ(マッピング情報)を作成している。   “Haptograph” is generated by frequency analysis of reaction force signal generated by human movement or contact with environment using Fourier transform or wavelet transform, and integrating it as spatial information. In the present embodiment, a tactile scan function based on “haptograph” is embedded in a power assist wheelchair robot that is the moving body 11 to create a tactile-based environment map (mapping information) on the traveling road surface.

図5および図6は、何れも走行後の実験結果を示している。図5は直進方向(並進モード)の成分、図6は回転方向(回転モード)の成分を示しており、それぞれの図において上段の波形は、外乱オブザーバ23,24と第3の変換部25で取得した推定外乱値と位置との関係を示し、下段はこれを「ハプトグラフ」に変換して得たマッピング情報を示している。「ハプトグラフ」によるマッピング情報では、走行位置毎に周波数成分の違いが色やグラデーションの濃淡で定量的に表現されているため、0.9m付近の位置で、路面Rがコンクリートから凹凸付きの鉄板に変化しているのを直感的に把握することができる。さらに、凹凸付きの鉄板上の走行時には、10Hz付近の成分のスペクトルが強く表れていることから、これらのマッピング情報に基づいて、乗り心地評価手段36が移動体11の乗り心地を定量的に評価することも可能である。このような凹凸付きの鉄板の走行に際しては、モータ制御手段6に備えた移動体制御手段の機能により、例えば速度を変更するか、或いは凹凸付きの鉄板を回避して走行を行なうかなどの対応をとることで、これまでの視覚ベースや聴覚ベースのアプローチでは実現できなかった触覚ベースでの安全で安心な動作を実現することが可能である。このように、「ハプトグラフ」に基づく走行路面のマッピング情報が得られれば、パワーアシスト車椅子ロボットだけでなく、今後の人間支援ロボットの安全な動作計画や適応動作の実現に対して有用である。   5 and 6 both show the experimental results after running. FIG. 5 shows the component in the straight direction (translation mode), and FIG. 6 shows the component in the rotation direction (rotation mode). The upper waveforms in each figure are the disturbance observers 23 and 24 and the third conversion unit 25. The relationship between the acquired estimated disturbance value and the position is shown, and the lower part shows mapping information obtained by converting this into a “hapt graph”. In the mapping information based on “Haptograph”, the difference in frequency components is expressed quantitatively in shades of color and gradation for each running position, so the road surface R changes from concrete to uneven iron plate at a position near 0.9 m. You can intuitively understand what you are doing. Further, since the spectrum of the component near 10 Hz appears strongly when traveling on the uneven iron plate, the riding comfort evaluation means 36 quantitatively evaluates the riding comfort of the moving body 11 based on these mapping information. It is also possible to do. When traveling such an uneven steel plate, the function of the moving body control means provided in the motor control means 6, for example, whether to change the speed or avoid the uneven iron plate to travel By adopting, it is possible to realize a safe and secure operation based on a tactile sensation that could not be realized with conventional visual-based and auditory-based approaches. Thus, if the road surface mapping information based on the “haptograph” is obtained, it is useful not only for the power assist wheelchair robot but also for the future realization of safe motion planning and adaptive motion of the human support robot.

この実験例では、パワーアシスト車椅子ロボットの安全で安心な動作を実現させるための手法として触覚機能を付与し、時々刻々と変化する走行路面環境を認識させることができた。特に、外乱オブザーバ23,24で得た推定外乱情報を、走行路面に対応した空間上に「ハプトグラフ」により可視化することで、触覚ベースでの環境マップの作成が可能になる。これにより、凸凹の路面を走行する際には速度を変更したり、或いは乗り心地の悪い路面ならば、その路面の走行を回避したりすることで、安全且つ安心な動作を実現することが可能である。   In this experimental example, a tactile function was added as a method for realizing a safe and secure operation of the power-assisted wheelchair robot, and the running road surface environment changing from moment to moment could be recognized. In particular, the estimated disturbance information obtained by the disturbance observers 23 and 24 is visualized by a “hapt graph” on a space corresponding to the traveling road surface, so that a tactile-based environment map can be created. This makes it possible to achieve safe and secure operation by changing the speed when traveling on uneven road surfaces, or by avoiding traveling on the road surface if it is uncomfortable to ride. It is.

図7は、本実施例で実現できる「ハプトグラフ」に基づいた環境マップによる軌道計画の概要を示したものである。移動体11として安全且つ安心な動作を実現する最適な経路は、マッピング手段35により作成されたマッピング情報に基づき計画される。また、ここでは特別なセンサを付加する必要がなく、従来の全ての電動車椅子へ適用が可能であるため、高齢化社会における福祉機器開発などにも大きく貢献できると考えられる。   FIG. 7 shows an outline of the trajectory plan based on the environment map based on the “hapt graph” that can be realized in the present embodiment. The optimum route for realizing a safe and secure operation as the mobile body 11 is planned based on the mapping information created by the mapping means 35. In addition, it is not necessary to add a special sensor here, and since it can be applied to all conventional electric wheelchairs, it is considered that it can greatly contribute to the development of welfare equipment in an aging society.

次に、別な実験例について説明する。ここで使用する実験システムも、図1に基づいており、移動体11には駆動源たるモータ13A,13Bとして、本体18内の左右に2台のダイレクトドライブ方式のサーボモータが搭載される。なお、外乱オブザーバ23,24を組み込んでいる関係で、移動体11には力センサなどを必要とせず、搭載していない。   Next, another experimental example will be described. The experimental system used here is also based on FIG. 1, and two direct drive servo motors are mounted on the left and right sides of the main body 18 as motors 13A and 13B serving as driving sources. Since the disturbance observers 23 and 24 are incorporated, the moving body 11 does not require a force sensor or the like and is not mounted.

ここでの実験例では、制御周期を100μsとしている。また、実験で設定した各パラメータは表1の通りである。   In the experimental example here, the control period is set to 100 μs. Table 1 shows the parameters set in the experiment.

実験で用いた移動体11の全長は1000mmであり、全幅は600mmとなっている。また、並進モード速度指令値xcmdを0.3m/s,回転モード速度指令値φcmdを0rad/sとして実験を行った。「ハプトグラフ」に基づくマッピング情報を取得する対象となる路面Rは、前述の実験例と同じくコンクリートと滑り止めための凹凸が付けられた鉄板を使用した。また、空転時においての「ハプトグラフ」に基づくマッピング情報も取得した。 The total length of the moving body 11 used in the experiment is 1000 mm, and the total width is 600 mm. In addition, the translation mode speed command value x · cmd was set to 0.3 m / s, and the rotation mode speed command value φ · cmd was set to 0 rad / s. As the road surface R from which the mapping information based on the “haptograph” is acquired, an iron plate provided with unevenness for preventing slipping and concrete was used as in the above-described experimental example. In addition, mapping information based on the “haptograph” at the time of idling was also acquired.

図8〜図13は、何れも走行後の実験結果を示している。図8,図10および図12の各図において、上段の波形は外乱オブザーバ23,24と第3の変換部25で取得した並進モードの推定外乱^Fdisと位置との関係を示し、下段はこれを短時間フーリエ変換した解析結果、すなわち「ハプトグラフ」に基づくマッピング情報を示している。また、図9,図11および図13の各図において、上段の波形は外乱オブザーバ23,24と第3の変換部25で取得した回転モードの推定外乱^Tdisと位置との関係を示し、下段はこれを短時間フーリエ変換した解析結果、すなわち「ハプトグラフ」に基づくマッピング情報を示している。 8 to 13 show the experimental results after running. 8, 10, and 12, the upper waveform shows the relationship between the disturbance observers 23 and 24 and the estimated translation mode disturbance F dis acquired by the third converter 25 and the position, and the lower waveform The mapping information based on the analysis result obtained by short-time Fourier transform, that is, the “haptograph” is shown. 9, 11, and 13, the upper waveform shows the relationship between the disturbance observers 23 and 24 and the estimated rotational mode disturbance T dis acquired by the third converter 25 and the position, The lower part shows the analysis result obtained by short-time Fourier transform, that is, mapping information based on the “haptograph”.

前記演算部33による短時間フーリエ変換に用いた窓関数はハミング窓であり、その窓幅は0.15mである。また、短時間フーリエ変換は移動体1の存在位置を基準として行なわれる。従って処理手段3の解析処理により得られる「ハプトグラフは、ある任意位置において移動体11が受けた力の周波数特性を示すことができる。   The window function used for the short-time Fourier transform by the calculation unit 33 is a Hamming window, and the window width is 0.15 m. The short-time Fourier transform is performed with reference to the position where the moving body 1 exists. Therefore, the “hapt graph obtained by the analysis processing of the processing means 3 can show the frequency characteristics of the force received by the moving body 11 at a certain arbitrary position.

図8および図9に示すのは、空転時における実験結果を示している。ここでは各車輪12A,12Bが空転状態,すなわち空気だけが路面Rに接触している状態である。このときの「ハプトグラフ」に基づくマッピング情報は、ほぼ全ての位置と周波数において、振幅が10dbよりも低い色や濃淡(例えば、青色)で表されているが、150Hz付近の周波数では、それよりも振幅が若干高い別な色や濃淡(例えば、水色)の部分が存在する。これは、システムがもつ固有の周波数成分である。並進モードと回転モードにおける「ハプトグラフ」に基づくマッピング情報の間には、直流成分を除いて違いが見られないことが確認できる。すなわち、どちらの環境モードに対しても同じような状況であることがわかる。   FIG. 8 and FIG. 9 show experimental results during idling. Here, each wheel 12A, 12B is in an idling state, that is, only air is in contact with the road surface R. The mapping information based on the “haptograph” at this time is expressed in colors and shades (for example, blue) whose amplitude is lower than 10 db at almost all positions and frequencies. There are different colors and shades (for example, light blue) with slightly higher amplitude. This is a unique frequency component of the system. It can be confirmed that there is no difference between the mapping information based on the “haptograph” in the translation mode and the rotation mode except for the DC component. That is, it can be seen that the situation is the same for both environmental modes.

一方、図10と図11は、移動体11がコンクリート路面を走行した時の実験結果を示している。各図における「ハプトグラフ」に基づくマッピング情報では、空転時に比べて前述した振幅が若干高い色や濃淡(例えば、水色)の部分が多いことがわかる。これは、路面Rの凹凸や摩擦の影響によって、低周波成分が強く表れているのが原因である。また、図10と図11の下段のマッピング情報をそれぞれ比較すると、並進モードと回転モードでは、「ハプトグラフ」の表れ方に大きな違いはみられない。これは、路面Rがコンクリートである場合には殆ど凹凸がなく、移動体11の走行時に、並進方向及び回転方向の路面Rから受ける力に違いがないためである。   On the other hand, FIG. 10 and FIG. 11 have shown the experimental result when the mobile body 11 drive | worked the concrete road surface. In the mapping information based on the “haptograph” in each figure, it can be seen that there are many portions of the color and lightness and shade (for example, light blue) whose amplitude is slightly higher than that during the idling. This is because the low frequency component appears strongly due to the unevenness of the road surface R and friction. Further, when the mapping information in the lower part of FIG. 10 and FIG. 11 is compared, there is no significant difference in the appearance of the “hapt graph” between the translation mode and the rotation mode. This is because there is almost no unevenness when the road surface R is concrete, and there is no difference in the force received from the road surface R in the translational direction and the rotational direction when the mobile body 11 travels.

図12と図13は、移動体11が滑り止め付鉄板を走行した時の実験結果を示している。ここでは、各図における「ハプトグラフ」に基づくマッピング情報から明らかなように、路面Rが凹凸であることの状況が強く表れている。また、移動体11がコンクリート路面を走行する時の場合に比べて、並進モードと回転モードにおける「ハプトグラフ」の表れ方が異なることも把握できる。さらに、得られたマッピング情報から、並進モードと回転モードそれぞれにおいて、移動体11の走行状況や乗り心地を可視化できていることが確認できる。   12 and 13 show experimental results when the moving body 11 travels on a non-slip iron plate. Here, as is clear from the mapping information based on the “hapt graph” in each figure, the situation that the road surface R is uneven is strongly shown. It can also be understood that the appearance of the “hapt graph” in the translation mode and the rotation mode is different from that in the case where the moving body 11 travels on a concrete road surface. Furthermore, from the obtained mapping information, it can be confirmed that the traveling state and riding comfort of the moving body 11 can be visualized in each of the translation mode and the rotation mode.

このように上記実施例では、移動体11である移動ロボットに路面環境の認識を実行させることを提案し、具体的には第1の変換部21におけるクオリー行列を用いて、モータ制御手段6により並進モードと回転モードの2つの環境モードに分解して、移動体11に対する制御を行った。その結果、並進モードの速度と、回転モードの速度について独立に制御が可能となる。   As described above, in the above-described embodiment, it is proposed that the mobile robot as the mobile body 11 recognizes the road surface environment. Specifically, the motor control unit 6 uses the query matrix in the first conversion unit 21. The mobile body 11 was controlled by decomposing it into two environmental modes, a translation mode and a rotation mode. As a result, the speed in the translation mode and the speed in the rotation mode can be controlled independently.

また、移動体11の左右の車輪12A,12Bに加わる外乱トルクは、外乱オブザーバ23,24を用いることで力覚センサなしで推定できる。なお、外乱オブザーバ23,24は装置本体1に組み込まれたモータ制御手段6と一体であっても、また独立した構成の別体であっても構わない。この外乱オブザーバ23,24で得られた関節空間における外乱トルクも、第3の変換部25におけるクオリー行列によって、並進モードと回転モードの2つの環境モードに分解することができる。分解されたそれぞれの環境モードについて、「ハプトグラフ」を空間上に重ね合わせたマッピング情報を作成することで、走行状況や乗り心地の可視化を実現できる。さらに実験では、並進モードと回転モードの「ハプトグラフ」に基づくマッピング情報では、路面Rによって同等な場合と異なる場合があることも確認された。   Further, the disturbance torque applied to the left and right wheels 12A and 12B of the moving body 11 can be estimated without using a force sensor by using the disturbance observers 23 and 24. The disturbance observers 23 and 24 may be integrated with the motor control means 6 incorporated in the apparatus main body 1 or may be separate from each other. The disturbance torque in the joint space obtained by the disturbance observers 23 and 24 can also be decomposed into two environmental modes of the translation mode and the rotation mode by the quarry matrix in the third conversion unit 25. For each decomposed environmental mode, visualization of the driving situation and the ride comfort can be realized by creating mapping information in which the “haptograph” is superimposed on the space. Furthermore, in the experiment, it was also confirmed that the mapping information based on the “haptograph” of the translation mode and the rotation mode may differ depending on the road surface R.

マッピング情報に含まれる「ハプトグラフ」は、処理手段3による周波数解析が施されているため、任意位置における凹凸や摩擦の影響などを表現することが可能である。従って、ある場所での路面状況の把握を行なうことができる。作成された「ハプトグラフ」を空間に配置した触覚地図すなわちマッピング情報が作成できれば、このマッピング情報に基づきモータ制御手段6に組み込まれた移動体制御手段が移動体11の最適な経路を判断して、移動体11は障害物だけでなく泥道や砂利道などの悪路を回避することができるようになる。また、走行路面のセンシングにも応用可能である。   Since the “haptograph” included in the mapping information has been subjected to frequency analysis by the processing means 3, it is possible to express the effects of unevenness and friction at an arbitrary position. Therefore, it is possible to grasp the road surface condition at a certain place. If a tactile map in which the created “haptograph” is arranged in space, that is, mapping information, can be created, the moving body control means incorporated in the motor control means 6 determines the optimum route of the moving body 11 based on this mapping information, The mobile body 11 can avoid not only obstacles but also bad roads such as mud roads and gravel roads. It can also be applied to sensing the road surface.

ここでは、本来ロボットの移動を行なうための「脚」としてしか用いられていなかった車輪12A,12Bを、路面Rに対するセンサとして使うことができるようになる。さらに、路面環境の「ハプトグラフ」を記憶手段4に記憶蓄積して、これを環境情報として時々刻々データベース化しておけば、移動体11が未知の路面Rを走行したときに、記憶手段4から環境情報を適宜読み出して、似たような路面環境を探し出したり、環境の推測を行なったりすることも可能となる。   Here, the wheels 12A and 12B, which were originally used only as “legs” for moving the robot, can be used as sensors for the road surface R. Furthermore, if the “haptograph” of the road surface environment is stored and accumulated in the storage means 4 and this is made into a database every moment as environmental information, the environment from the storage means 4 when the mobile body 11 travels on an unknown road surface R. It is also possible to read out information appropriately to find a similar road surface environment or to estimate the environment.

以上のように本実施例では、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し、この解析処理結果に基づく移動体11の周囲の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で生成する方法と装置を提供している。 As described above, in this embodiment, the moving body 11 is moved, and the tactile information of the time series force received by the moving body 11 is acquired by the input means 2 while the moving body 11 is moving. The tactile information acquired in (2) is analyzed in the time domain by the processing means 3, mapping information for mapping in the time space by associating the situation around the mobile body 11 based on the result of the analysis processing with time, and mapping means A method and apparatus for generating at 35 is provided.

ここでは、移動体11の移動中に、この移動体11が受ける時系列的な力の触覚情報を取得し、この触覚情報を時間領域で解析処理を施している。そのため、当該解析処理結果から移動体の状況を時間空間でマッピングしたマッピング情報を作成すれば、移動体11の状況に関する特徴的な周波数を表現させることができ、ある場所での移動体11に接触する状況を、定量的に把握することが可能になる。 Here, tactile information of time-series force received by the moving body 11 is acquired while the moving body 11 is moving, and the tactile information is analyzed in the time domain. Therefore, by creating mapping information in which the situation of the moving object is mapped in time space from the result of the analysis process , a characteristic frequency related to the situation of the moving object 11 can be expressed, and the moving object 11 at a certain place can be expressed. It is possible to quantitatively grasp the contact situation.

また本実施例では、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して可視化し、この可視化した解析処理結果から移動体11の状況を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で生成する方法と装置を提供している。 Further, in this embodiment, the moving body 11 is moved, and the tactile information of the time series force received by the moving body 11 is acquired by the input means 2 while the moving body 11 is moving. Method and apparatus for generating tactile information by analyzing means in the time domain by the processing means 3 and visualizing the mapping information for mapping the situation of the moving object 11 in time space from the result of the visualized analysis processing Is provided.

この場合は、移動体11の移動中に、この移動体11が受ける時系列的な力の触覚情報を取得し、この触覚情報を時間領域で可視化できるように解析処理を施している。そのため、当該解析処理結果から移動体11の状況を時間空間でマッピングしたマッピング情報を作成すれば、移動体11の状況に関する特徴的な周波数を、例えば色や濃淡により可視化表現させることができ、ある場所での移動体11に接触する状況を、定量的に把握することが可能になる。 In this case, while the moving body 11 is moving, tactile information of time-series force received by the moving body 11 is acquired, and analysis processing is performed so that the tactile information can be visualized in the time domain. Therefore, if mapping information is created by mapping the state of the moving body 11 in time space from the result of the analysis processing , a characteristic frequency related to the state of the moving body 11 can be visualized and expressed by, for example, color and shading, It is possible to quantitatively grasp the situation in contact with the moving body 11 at a certain place.

また実施例では、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と位置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によって時間領域と位置領域で移動体11が移動する位置毎に解析処理し、この解析処理結果である移動体11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、移動体11の周囲の状況を、位置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、表示制御手段がマッピング情報を表示させる方法と装置を提供している。 In the embodiment, the moving body 11 is moved, and time-series force and position tactile information received by the moving body 11 is acquired by the input means 2 while the moving body 11 is moving. The tactile information is analyzed by the processing means 3 for each position where the moving body 11 moves in the time domain and the position area, and the frequency analysis data for each position of the moving body 11 as a result of this analysis processing is used to calculate the position. The mapping means 35 generates mapping information for mapping the situation around the moving body 11 in the position space so that it can be visualized on the including space, and the amplitude level of what frequency component exists at which position. The display control means provides a method and apparatus for displaying the mapping information so that it can be visualized.

この場合は、移動体11の移動中に、この移動体11が受ける時系列的な力と位置の触覚情報を取得し、この触覚情報を時間領域と位置領域で解析処理を施している。そのため、当該解析処理結果である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、移動体の状況を位置空間でマッピングしたマッピング情報を作成し、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ようにすれば、移動体11の状況に関する特徴的な周波数を、例えば色や濃淡により可視化表現させることができ、各場所での移動体11に接触する状況を、定量的に把握することが可能になる。 In this case, during the movement of the moving body 11, time-series force and position tactile information received by the moving body 11 are acquired, and the tactile information is analyzed in the time domain and the position domain. Therefore, the frequency analysis data for each position of the moving object, which is the result of the analysis process, is superimposed so that it can be visualized on the space including the position, and mapping information is created by mapping the situation of the moving object in the position space. If the mapping information is displayed so that the amplitude level of what frequency component is present at which position can be visualized, the characteristic frequency related to the situation of the mobile object 11 can be expressed by, for example, color or shading. Thus, it is possible to visualize and to quantitatively grasp the situation of contact with the mobile body 11 at each place.

さらに実施例では、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と位置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によって時間領域と位置領域で移動体11が移動する位置毎に解析処理して可視化し、この可視化した解析処理結果に基づく移動体11の周囲の状況を、位置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で生成する方法と装置を提供している。 Further, in the embodiment, the moving body 11 is moved, and time-series force and position tactile information received by the moving body 11 is acquired by the input means 2 while the moving body 11 is moving. The tactile information thus obtained is analyzed and visualized for each position where the moving body 11 moves in the time domain and the position area by the processing means 3, and the situation around the moving body 11 based on the result of the visualized analysis processing is displayed as a position. A method and apparatus for generating mapping information to be mapped in space by the mapping means 35 is provided.

この場合は、移動体11の移動中に、この移動体11が受ける時系列的な力と位置の触覚情報を取得し、この触覚情報を時間領域と位置領域で可視化できるように解析処理を施している。そのため、当該解析処理結果から移動体の状況を位置空間でマッピングしたマッピング情報を作成すれば、移動体11の状況に関する特徴的な周波数を、例えば色や濃淡により可視化表現させることができ、各場所での移動体11に接触する状況を、定量的に把握することが可能になる。 In this case, during the movement of the mobile body 11, time-series force and position tactile information received by the mobile body 11 is acquired, and analysis processing is performed so that the tactile information can be visualized in the time domain and the position domain. ing. Therefore, by creating mapping information in which the state of the moving object is mapped in the position space from the result of the analysis process , a characteristic frequency related to the state of the moving object 11 can be visualized and expressed by, for example, colors and shades. It is possible to quantitatively grasp the situation where the moving body 11 is touched at the place.

そして本実施例では、前記マッピング情報に基づいて、移動体11の乗り心地を評価するために、移動体11の動作または反応を評価する手段としての乗り心地評価手段36をさらに備えている。処理手段3により得られたマッピング情報には、ある位置における移動体が受ける力の周波数的な特徴が含まれることから、これを分析することによって、移動体11がその箇所を移動したときの動作または反応を、その移動体11の乗り心地として正しく評価することができる。   In this embodiment, in order to evaluate the riding comfort of the moving body 11 based on the mapping information, the riding comfort evaluation means 36 as a means for evaluating the operation or reaction of the moving body 11 is further provided. The mapping information obtained by the processing means 3 includes the frequency characteristics of the force received by the moving body at a certain position. By analyzing this, the operation when the moving body 11 moves through the location. Alternatively, the reaction can be correctly evaluated as the riding comfort of the mobile body 11.

また本実施例では、前記マッピング情報に基づいて、移動体11の動作または反応を制御するために、これを実現する移動体制御手段を例えばモータ制御手段6としてさらに備えている。マッピング情報に基づいて移動体11の動作または反応を制御することにより、例えば障害物だけでなく泥道や砂利道などの乗り心地の悪い路面を回避して、移動体11を動作させることができ、周囲環境を考慮した最適な経路に沿って、移動体11を制御することが可能になる。   Further, in this embodiment, in order to control the operation or reaction of the mobile body 11 based on the mapping information, a mobile body control means for realizing this is further provided as the motor control means 6, for example. By controlling the operation or reaction of the mobile body 11 based on the mapping information, the mobile body 11 can be operated while avoiding not only obstacles but also inferior road surfaces such as muddy roads and gravel roads, It becomes possible to control the moving body 11 along an optimum route in consideration of the surrounding environment.

この場合、移動体11を駆動するためのアクチュエータ14を備え、このアクチュエータ14から抽出した力によって、触覚情報を取得する。こうすれば、アクチュエータ14を利用して、そこから抽出される力に基づき、触覚情報を取得することが可能になる。   In this case, an actuator 14 for driving the mobile body 11 is provided, and tactile information is acquired by the force extracted from the actuator 14. This makes it possible to acquire tactile information using the actuator 14 based on the force extracted from the actuator 14.

また代わりに、移動体11を駆動するためのアクチュエータ14を備え、このアクチュエータ14が制御手段であるモータ制御手段6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、触覚情報を取得してもよい。当該モータ制御手段6によりアクチュエータ14の例えば位置,速度,加速度,トルク,または力を制御しつつ、これらのモータ制御手段6とアクチュエータ14とを組み合わせたシステムから抽出される力に基づき、触覚情報を取得することが可能になる。   Alternatively, an actuator 14 for driving the moving body 11 may be provided, and the tactile information may be acquired by a force extracted from a system in which the actuator 14 is controlled by the motor control means 6 that is a control means. While controlling, for example, the position, speed, acceleration, torque, or force of the actuator 14 by the motor control means 6, tactile information is obtained based on the force extracted from the system combining the motor control means 6 and the actuator 14. It becomes possible to acquire.

また上記アクチュエータ14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場合、これらのセンサやゲージの検知出力を利用して、アクチュエータ14からの力を抽出できる。さらに、特に力センサで取得した力には、例えば路面Rとの摩擦や、路面Rの凹凸や、障害物の接触時における衝撃力の程度などの諸情報を全て含んでいるため、それらを統合したインテリジェント化を実現できる。   When the force from the actuator 14 is extracted using a position sensor, speed sensor, acceleration sensor, current sensor, force sensor, torque sensor, or strain gauge, the detection output of these sensors or gauges is used. The force from the actuator 14 can be extracted. In addition, especially the force acquired by the force sensor includes all information such as friction with the road surface R, unevenness of the road surface R, and the degree of impact force when contacting obstacles. Can be realized.

また、アクチュエータ14からの力を、外乱オブザーバ23,24により抽出する構成であってもよい。外乱オブザーバ23,24によってアクチュエータ14からの力を抽出することで、移動体11が受ける時系列な力の触覚情報を取得できるので、力覚センサを用いることなく触覚情報の取得が可能になる。さらに、外乱オブザーバ23,24で取得した力には、例えば路面Rとの摩擦や、路面Rの凹凸や、障害物の接触時における衝撃力の程度などの諸情報を全て含んでいるため、それらを統合したインテリジェント化を実現できる。   Moreover, the structure which extracts the force from the actuator 14 with the disturbance observers 23 and 24 may be sufficient. By extracting the force from the actuator 14 by the disturbance observers 23 and 24, it is possible to acquire tactile information of time-series force received by the moving body 11, so that it is possible to acquire tactile information without using a force sensor. Furthermore, since the forces acquired by the disturbance observers 23 and 24 include all kinds of information such as friction with the road surface R, unevenness of the road surface R, and the degree of impact force at the time of obstacle contact, It is possible to realize intelligent integration.

本実施例では、前記解析処理結果と移動体11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11の動作毎または反応毎に記憶手段4に記憶させる方法と装置を提供している。 In the present embodiment, there is provided a method and apparatus for storing association data in which the result of the analysis processing and the operation or reaction of the moving body 11 are associated with each other in each storage unit 4 for each operation or reaction of the moving body 11. Yes.

前記解析処理結果が移動体11の動作または反応と関連付けられて、記憶手段4に関連付けデータとして記憶されるので、移動体11が動作する際に受けた力から、移動体11の動作または反応に関する特徴を直感的且つ定量的に評価できるような触覚情報の解析処理結果を、触覚ベースで移動体11の各動作毎または各反応毎にデータベース化することが可能になる。 Since the result of the analysis process is associated with the operation or reaction of the moving body 11 and stored as the association data in the storage unit 4, the operation or reaction of the moving body 11 is obtained from the force received when the moving body 11 operates. The result of the tactile information analysis process that can intuitively and quantitatively evaluate the characteristics related to can be made into a database for each operation or each reaction of the moving body 11 on a tactile basis.

さらに本実施例の処理手段3は、入力手段2で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または空間領域で解析処理し、また有限要素法を用いた変換により空間領域で解析処理している。つまり、画像や音声信号処理などの分野で研究開発が進んでいる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や、空間領域を小空間に分割して数値解析を行なう手法としてよく知られている有限要素法を採用することで、触覚情報の時間領域や空間領域における解析処理を容易に行なうことが可能になる。   Further, the processing means 3 of the present embodiment analyzes the haptic information acquired by the input means 2 in the time domain or the spatial domain by Fourier transformation, wavelet transformation or cosine transformation, and in the spatial domain by transformation using the finite element method. Analyzing process. In other words, the Fourier transform, wavelet transform, or cosine transform, which has been researched and developed in fields such as image and audio signal processing, and the finite element method that is well known as a method for numerical analysis by dividing a spatial domain into small spaces By adopting, it becomes possible to easily perform analysis processing in the time domain and the spatial domain of tactile information.

また、前記位置領域の解析処理が、離散的な各位置の触覚情報を連続して補間する機能を有する場合、この離散的な各位置の触覚情報から、連続した位置での移動体11の動作や反応に関する特徴を取得することが可能になる。   Further, in the case where the analysis processing of the position area has a function of continuously interpolating the tactile information at each discrete position, the operation of the moving body 11 at the continuous position from the discrete tactile information at each position. It is possible to acquire characteristics related to the response.

さらに、前記処理手段3として、記憶手段4に記憶される関連付けデータから、この関連付けデータに含まれる解析処理結果を検索対象として、移動体11の動作や反応を特定する逆引き手段を備えるのが好ましい。こうした逆引き機能によって、関連付けデータに含まれる解析処理結果を検索対象として、特定の移動体11における動作や反応を正しく特定することが可能になる。 Further, examples of the processing unit 3, the association data or found to be stored in the storage unit 4, as a search target results of the analysis process contained in the association data, reverse means for specifying an operation or reaction of the mobile 11 Is preferably provided. By such reverse function, as a search target results of the analysis process contained in the associated data makes it possible to identify the behavior and reaction properly in particular mobile 11.

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲において種々の変形実施が可能である。実施例では、路面R上を走行する移動体11について説明したが、空間を移動する移動体についても、本発明の概念を同様に適用できる。   In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation implementation is possible in the range of the summary of this invention. In the embodiment, the moving body 11 traveling on the road surface R has been described. However, the concept of the present invention can be similarly applied to a moving body that moves in space.

上記実施例で提示した「ハプトグラフ」により、触覚情報を可視化することが可能になったため、実世界における触覚をより直感的且つ定量的に表現することができる。とりわけ本発明では、移動体による走行路面(経路)の「ハプトグラフ」を作成することで、周囲状況の違いを周波数解析により可視化した触覚情報ベースでの環境マップを、マッピング情報として作成することが可能である。また、本実施例で提案する装置や方法により、例えば凹凸付きの鉄板が路面の一部に存在する場合は、その鉄板上を走行する際に速度を変更するか、さもなければ鉄板を回避して走行を行なうかなどの対応を、上述した移動体制御手段で判断させることで、これまでの触覚ベースや聴覚ベースのアプローチでは実現できなかった触覚ベースでの安全且つ安心な移動体の動作制御を実現することが可能になる。したがって、その産業上の応用は計り知れないものとなり得る。   Since the “haptograph” presented in the above embodiment makes it possible to visualize the tactile information, the tactile sense in the real world can be expressed more intuitively and quantitatively. In particular, in the present invention, by creating a “haptograph” of the traveling road surface (route) by a moving body, it is possible to create an environment map based on a tactile information base that visualizes differences in surrounding conditions by frequency analysis as mapping information It is. Also, according to the apparatus and method proposed in this embodiment, for example, when an uneven iron plate is present on a part of the road surface, the speed is changed when traveling on the iron plate, or the iron plate is avoided otherwise. By using the above-mentioned moving body control means to determine whether the vehicle is running, the tactile-based safe and reliable movement control of the moving body that has not been possible with conventional tactile-based and auditory-based approaches. Can be realized. Therefore, its industrial application can be immeasurable.

本発明の一実施例における触覚の解析装置に関し、その全体構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an overall configuration of a tactile analysis device according to an embodiment of the present invention. 同上、移動体のモデルを模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed the model of the mobile body typically same as the above. 同上、図1における触覚の解析装置が実行する処理手順をあらわしたフローチャートである。3 is a flowchart showing a processing procedure executed by the tactile analysis device in FIG. 同上、実験走行環境の一例を示す路面の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the road surface which shows an example of experiment running environment same as the above. 同上、図4における路面上に移動体を走行させたときの直進方向の実験結果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a result of an experiment in a straight traveling direction when a moving body travels on the road surface in FIG. 4. 同上、図4における路面上に移動体を走行させたときの回転方向の実験結果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing experimental results in a rotation direction when a moving body travels on the road surface in FIG. 4. 同上、移動体の最適な軌道計画の概要を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the outline | summary of the optimal track | orbit plan of a moving body same as the above. 同上、空転時における並進モードの実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result of the translation mode at the time of idling. 同上、空転時における回転モードの実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result of the rotation mode at the time of idling. 同上、移動体がコンクリート路面を走行した時の並進モードの実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result of the translation mode when a moving body drive | works the concrete road surface same as the above. 同上、移動体がコンクリート路面を走行した時の回転モードの実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result of the rotation mode when a moving body drive | works the concrete road surface same as the above. 同上、移動体が滑り止め付鉄板を走行した時の並進モードの実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result of a translation mode when a moving body drive | works the iron plate with a non-slip | skid as above. 同上、移動体が滑り止め付鉄板を走行した時の回転モードの実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result of the rotation mode when a moving body drive | works the iron plate with a non-slip | skid same as the above.

2 入力手段
3 処理手段(逆引き手段)
6 モータ制御手段(移動体制御手段)
11 移動体
14 アクチュエータ
23,24 外乱オブザーバ
25 第3の変換部(変換手段)
35 マッピング手段
36 乗り心地評価手段(移動体の動作または反応を評価する手段)
2 Input means 3 Processing means (reverse lookup means)
6 Motor control means (moving body control means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Mobile body 14 Actuator 23, 24 Disturbance observer 25 3rd conversion part (conversion means)
35 Mapping means 36 Riding comfort evaluation means (means for evaluating movement or reaction of a moving body)

Claims (24)

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。
Move the moving object,
While moving the moving body, obtain tactile information of time series force and position received by the moving body,
Analyzing the acquired tactile information in a time domain and a position domain,
The frequency analysis data for each position of the moving body, which is the result of the analysis process, is superimposed so that it can be visualized on the space including the position, and mapping information for mapping the state of the moving body in the position space is generated. ,
A tactile analysis method, characterized in that the mapping information is displayed so as to visualize which frequency component amplitude level is present at which position.
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。   The tactile analysis method according to claim 1, wherein the movement or reaction of the moving body is evaluated based on the mapping information. 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。   The tactile visual analysis method according to claim 1, wherein an operation or a reaction of the moving body is controlled based on the mapping information. 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。   The tactile sense analysis method according to any one of claims 1 to 3, further comprising an actuator that drives the movable body, wherein the tactile information is acquired by a force extracted from the actuator. 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。   4. The tactile information is obtained by a force extracted from a system that includes an actuator that drives the moving body, and the actuator is controlled by a control unit. 5. Tactile analysis method. 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。   6. The tactile analysis method according to claim 4, wherein the force from the actuator is extracted by using a position sensor, a speed sensor, an acceleration sensor, a current sensor, a force sensor, a torque sensor, or a strain gauge. . 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。   6. The tactile analysis method according to claim 4, wherein the force from the actuator is extracted by a disturbance observer. 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。 The association data associating the result of the analysis processing with the movement or reaction of the moving body is stored in a storage unit for each movement or reaction of the moving body. Tactile analysis method described in 1. 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。   9. The tactile analysis method according to claim 1, wherein the acquired tactile information is analyzed in a time domain by Fourier transform, wavelet transform, or cosine transform. 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。   The tactile analysis method according to claim 1, wherein the analysis processing of the position area is performed by a finite element method. 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。   The tactile analysis method according to claim 1, wherein the position region analysis processing has a function of continuously interpolating the tactile information at discrete positions. 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。 9. The tactile analysis method according to claim 8, further comprising a reverse lookup function that specifies an operation or a reaction of the moving object from the association data stored in the storage means, using the result of the analysis process as a search target. . 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。
A moving object,
Means for acquiring tactile information of time series force and position received by the moving body during the movement of the moving body;
Processing means for analyzing the acquired tactile information in a time domain and a position domain;
The frequency analysis data for each position of the moving object, which is the result of the analysis process, is superimposed so that it can be visualized on the space including the position, and mapping information for mapping the state of the moving object in the position space is generated. Mapping means;
Display control means for displaying the mapping information so as to visualize which frequency component amplitude level exists at which position;
A tactile analysis device characterized by comprising:
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。   14. The tactile analysis device according to claim 13, further comprising means for evaluating an action or reaction of the moving body based on the mapping information. 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。   The tactile analysis device according to claim 13, further comprising a moving body control unit that controls an operation or a reaction of the moving body based on the mapping information. 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。   The tactile analysis device according to any one of claims 13 to 15, further comprising an actuator for driving the moving body, wherein the tactile information is acquired by a force extracted from the actuator. 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。   16. The actuator according to claim 13, further comprising an actuator for driving the movable body, wherein the tactile information is acquired by a force extracted from a system in which the actuator is controlled by a control unit. Tactile analysis device described in 1. 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。   18. The tactile sense sensor according to claim 16, wherein the force from the actuator is extracted using a position sensor, a speed sensor, an acceleration sensor, a current sensor, a force sensor, a torque sensor, or a strain gauge. Analysis device. 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。   The tactile analysis device according to claim 16 or 17, further comprising a disturbance observer for extracting a force from the actuator. 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。 The association data associating the result of the analysis processing with the movement or reaction of the moving body is configured to be stored in a storage unit for each movement or reaction of the moving body. The tactile analysis device according to any one of the above. 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。   21. The tactile analysis according to claim 13, wherein the processing means analyzes the acquired tactile information in a time domain by Fourier transform, wavelet transform, or cosine transform. apparatus. 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。   The tactile analysis device according to any one of claims 13 to 21, wherein the position region analysis processing is performed by a finite element method. 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。   The tactile analysis device according to any one of claims 13 to 21, wherein the position region analysis processing has a function of continuously interpolating the tactile information at discrete positions. 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。 21. The tactile analysis device according to claim 20, further comprising reverse lookup means for specifying an operation or a reaction of the moving object from the association data stored in the storage means, using the result of the analysis processing as a search target. .
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