JPH04501668A - プログラマブルロボット装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 プログラマブルロボット装置 本発明は、プログラマブルロボット装置に関し、特に教育用プログラマブルロボ ット装置に関する。

従来、教育用プログラマブルロボット装置はそのロボットから離れたコンピュー タがリモートコントロールを行っている。従って、プログラミングは全てコンピ ュータで行われ、ロボット装置はそのコンピュータによりコントロールされてい た。このため、ユーザーが１８Ｍパソコンのようなコンピュータを所有していな いと、そのロボット装置を使用できないという不都合があった。

かかる問題を解決するのが、Ｈａｓｂｒｏ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａ１社が製 作した°Ｂｉｇｔｒａｋ”　ロボットであり、これをコントロールする別個のコ ンピュータは必要でない。

しかし、このロボット装置は極めて限られた数の機能しか実行できなくて、その 機能は主に前進、後退と左右への転回に限られていた。さらにまた、Ｂｉｇｔｒ ａｋ　ロボット装置のプログラミング機能は極めて限られていた。

本発明の一態様において、プログラマブルロボット装置は制御手段と入力手段を 収容するきょう体、記憶手段及びロボット装置を平面上で縦横に移動させる駆動 手段を備えており、各手段は制御手段につながっており；上記制御手段はそのロ ボット装置に多数の機能を行わさせることが可能であり、また上記記憶手段は一 つあるいは複数の所定動作手順を記憶することができ、各手順は一つあるいは複 数の機能を定義し、制御手段はユーザーが入力手段を介して動作手順を定義して 記憶装置に記憶させることができ、さらに、制御手段は記憶された動作手順を選 択し、その後その選択された動作手順で定義された一つ或いは複数の機能を実行 させることができる。

プログラマブルロボット装置に制御手段および入力手段を搭載し、一つあるいは 複数の所定処理手順を記憶できる手段を設けることにより、コンピュータを追加 してそのロボット装置をコントロールする必要がなくなるだけでな（、ロボット 装置が多数の種類の機能を実行するよう容易にまたわかり易くプログラミングす ることができる。

一般的に、多数の動作手順がユーザーにより前もって決定され、この動作手順は ユーザーが任意の順に組み合わしてユーザーが選んだ順に機能を実行させること が可能であり、またこの順は動作手順の順番を変えることにより変えられる。

本発明の第二態様において、プログラマブルロボット装置は制御手段を収容する きよう体、及び制御手段からの信号に応じてロボット装置を平面上を縦横に移動 させる駆動手段を備えており、上記制御手段は制御手段に入力された指令に応じ て、ロボット装置に接続した補助装置をコントロールするよう構成されている。

本発明のこの態様により、ユーザーはロボット装置にその基本的な移動機能に加 えているいろな機能を行わせることができる。

好ましくは、制御手段はロボット装置に接続された多数の補助装置をコントロー ルするように構成することもできる。

一つ又は複数の補助装置はきょう体に内蔵したり、あるいはきょう体の外部に取 り付けても良い、これらの補助装置はステッパモータ、外部からの刺激に応答す るセンサー、サウンドジェネレータ、直流モータあるいは光源から構成すること ができる。

好適な実施例において、制御手段は、また一つあるいは複数の機能または所定の 処理手順をロボット装置に所定回数実行させる反復コマンドにも応答する。

更に、好ましくは、このロボットはきょう体にぴったり合うカバーを含んでおり 、ロボット装置の外観を変えることができる。

以下、本発明によるプログラマブルロボット装置の例を添付図面を参照して説明 する。

図１はプログラマブルロボット装置の一例を示す。

図２は図１に示すプログラマブルロボット装置のキーボードを詳細に示す。

図３は制御方式のブロック図である。

図４はきょう体の前部を半分取り除いたロボット装置の平面図である。

図５はロボット装置の断面図である。

図１は転回運動が楕円の形をしたきよう体２を備えたプログラマブルロボット装 置を示し、そのきよう体にはキーボード３が配設されている。ロボット装置１は マイクロプロセッサ、例えばＺ８０を搭載しており、ユーザーがキーボード３の キーを押した時そのキーに応答するようプログラムされている。また、ロボット 装置１は駆動機構（図１に図示せず）を備えており、これはロボット装置１が駆 動軸や裏面に取り付けた車輪を介して床のような平面を縦横に動くようにマイク ロプロセッサからの信号に応答する。

ロボット装置１はマイクロプロセッサに接続された多数のボートをきょう体２上 に備えている。これらのボートにより、補助装置をロボット装置１につなげたり 、キーボード３やマイクロプロセッサを通して制御したりできる。また、マイク ロプロセッサとも接続される補助装置をきょう体２内に配設することも可能であ る。たとえば、サウンドジェネレータをきよう体内に設けることができる。

ロボット装置１は、たとえば吸い込みバッドできよう体２に取り付けた２個の“ 眼”４．５を持ってもよい。

これは幼い子供を引きつけるキャラクタ−をロボット装置１に与える効果がある 。その眼４，５は、できればユーザーがロボット装置１の表情を変えられるよう に動かせる方が良い。また、適当なアクセサリ−を、例えば、吸い込みパッドで 取りつけたり、あるいはきょう体１上に外殻を取り付けたりして、ロボット装置 １が、たとえば、犬２ブンブンいうハチ、消防車などに見えるようにユーザーが 飾ることも可能である。

図３は電源３３．キーボード３．スピーカ３４が接続されたマイクロプロセッサ を装着したメインプリント回路板３２を示す、ボートモータ制御部３５．右げん モータ制御部３６．ボートモータと右げんモータ３８，３９及び拡張プリント回 路板３７もプリント回路板３２と接続している。ステッパモータ４０と他の出力 部４１（即ち、補助装置の接続用）は拡張プリント回路板３７と接続している。

センサからの入力部４２も拡張プリント回路板３７と接続している。

キーボード３からの入力により、プリント回路板３２のマイクロプロセッサに信 号が送られ、次いでこの信号は記憶されるか、あるいはスピーカ３４から音声を 出力させるようなある作用を始める。以下説明するように、拡張プリント回路板 ３７へのたとえばセンサーからの入力４２はロボット装置の外部環境の情報を与 えて、補助装置を作動させる、即ち、ある特定の方向に転回させたり移動させた りするようなある前取ってプログラムされた反応をマイクロプロセッサに始めさ せることができる。

この転回や移動は、マイクロプロセッサが適当なモータ制御部３５または３６を 通してそれぞれのモータ３８または３９にコマンドを送ることにより実現される 。

図４はロボット装置ｌｌ内のレイアウトを示す、きょう体２の中心近（には下側 の面に通じるペン穴４３を持ったキーボード３が設けてあり、かくて、ロボット 装置１は進路をたどったり、あるいはユーザーがプログラムしたようにある特定 の模様を描く進路を設定することができる。キ・−ボード３の下には２個のラン タンバッテリーもしくは充電可能なバッテリーを入れるバッテリー室がある。キ ーボード３の各側には直流モータ３５，３６を牽引車輪５０に接続するためのギ ヤケース４５が設けである。メインプリント回路板３２はきょう体の基板５１に 装着されて、コンピュータとつながるように外端にコネクタ４６を備えている。

このコネクタのそばには、外郭すなわちきょう体２から突き出たオン・オフスイ ッチ４７が取り付けである。この装置１はオン・オフスイッチ４７の反対側の基 板５１の下側の面に設けた安定装置４Ｂにより安定にされる。

図５はロボット装置の動作を拡げるコントロールボックス４９を示す。外部セン サはセンス入力路を通してロボット装置と接続することができる。また、コント ロールボックスには４個の２値出力部とステッパモータが設けである。

図２はマイクロプロセッサに接続されたキーボード３のキーを詳細に示す、矢印 キー６はロボット装置に前進移動するように命令する。矢印キー７はロボット装 置１に後進移動するように命令する。矢印キー９はロボット装置に指定角度台に 転回するように命令する。矢印キー８は指定角度左に転回するように命令する。

また、ロボット装置に所定時間だけ静止するよう命令するためのウェイトキー２ ９が設けである。

動作手順キー１０は動作手順をマイクロプロセッサの動作手順メモリに記憶させ ることができ、また、マイクロプロセッサによりどの手順でも呼び出してロボッ ト装置を作動させることが可能である。反復キー１１によりロボット装置１は一 つの動作あるいは一連の動作を指定回数繰り返すことができる。括弧キー１２に より、ユーザーがロボット装置１をプログラムする時に括弧を使用することがで きる。ミュージックキー１３により、マイクロプロセンサをプログラムしてたと えばある音を発生させるようにサウンドジェネレータを作動させることができる 。センスキー１４により、マイクロプロセッサをプログラムして外部からの刺激 にある特定な態様に応答させることができる。スイッチキー１５は光のよ・うな 補助装置を作動可能な４種類のスイッチをオン・オフするために使用する。モー タキー１６を使用してマイクロプロセッサをプログラムしてステップモータをコ ントロールすることができる。

また、ＧＯ主キー７が設けられている。このＧＯ主キー７は、ロボット装置１に 命令してＧＯメモリの命令リストを実行させるのに使用される。これらの命令は 直接キーボード３からロードされていてもよく、動作手順メモリ或いは離れたコ ンピュータからロードされていてもよい。

また、メモリクリアキー３１が設けてあり、これが押されるとＧＯメモリからの 全ての命令をクリアし、さらに、エントリークリアキー３０が設けてあり、間違 ってキーを押した場合、それをマイクロプロセッサから消去して適切な別のキー を押すことができるようになっている。

更に、１〜９および０と表示した数字キー１９〜２８も設けである。これらの数 字キー１９〜２８は他のファンクションキーと組み合わせで使用して、ロボット 、装置１が、たとえば、どれ位前進または後退すべきか、あるいはどれ位の角度 だけ左または右に転回すべきかがわかるようになっている。以下に述べるように 、数字キー１９〜２８は他のファンクションキーと共に使用する。

ロボット装置１はいろいろなふうに動作させることができる。最も簡単なやり方 は、キーボード３からＧＯメモリに直接命令リストを入力し、そしてＧＯ主キー ７を押してその命令リストを実行させる方法である。たとえば、ユーザーがロボ ット装置１に２５単位前進、６５°左へ転回、５７単位後退、１３５度右転回す るよう命令したいと思うとする。この順序の動きをロボット装置１に命令するに は、まず、矢印キー６を押し、続いて、数字キー２０．２３をこの順で押してロ ボット装置１が２５単位移動するように指示する。そして、左転回キー８を押し 、続けて数字キー２４と２３を押してロボット装置に６５゜転回するよう指示す る０次に、後退キー７を押したあとに数字キー２３と２５を押してロボット装置 が５７単位徒退するように指示し、最後に、右転回キー９を押したあとに数字キ ー１９，２１．２３を押して１３５°転回するように指示する。一度これらの命 令を上記キーを押して入力した場合、ＧＯ主キー７を押すとロボット装置１はこ の一連の命令を実行する、すなわち、ロボット装置は２５単位前進し２．６５度 左へ転回し、５７単位後退し、１３５３５度右回する。いま、ＧＯボタン１７を 再び押すとロボット装置１は再び同じ一連の命令を実行する。

上記一連の命令を全て実行した後、ユーザーがロボット装置をさらに２３単位前 進させたい場合、ただ前進キー６を押したのち数字キー２０と２１を押しさえす ればよい。これにより、２３単位前進の命令が既に入力された命令リストに付は 加えられる。いま、ＧＯ主キー押すとロボット装置１は２５単位前進し、６５° 左に転回し、５７単位後退し、】３５°右に転回し、そして２３単位前進する。

しかしながら、このプログラミングの方法では、ユーザーは２３単位前進の命令 を他の命令のどこかに挿入するときにはＧＯメモリを全て再プログラムすること になる。

このために、ユーザーは動作手順キー１０を使用する必要がある。

まず第一に、マイクロプロセッサに動作手順をプログラムしなければならない、 上述した始めの一連の動作手順は次のようにプログラムできる、即ち、動作手順 キーから数字キー２０．２１を押すと共に、続いて動作手順１０を押したあとに 数字キー１つを押し、それから括弧キー１２を押ず、そ・）するとこの一連の命 令は上記したように入力され、続いて括弧キー】２を再び押してマイクロプロセ ッサに動作手順が決定されたことを通知する。

いま、この一連の動作手順は動作手順メモリに動作手順ｌとラベルを付けて記憶 されている。その動作手順に違ったラベルを与えるには、違う数字キー１９〜２ ８を押すだけでよい、たとえば、動作手順４とラベルを付けるには、動作手順キ ーＩＯを押した後に数字キー１９ではなく数字キー２２を押せばよい。

ロボット装置ｌにその動作手順を実行するよ・うに命令するためには、ユ・−ザ ーは動作手順キー１０を押したあと数字キー１９を押し、それからＧＯ主キー７ を押す。これにより、動作手順命令はＧＯプログラムとしてＧＯメモリにロー　 ドされ、すると、ロボット装置１はＧＯプログラム内の命令を実行する。ロボッ ト装置１に先ず手順の命令を実行し、次に２３単位前進するよう命令するには、 ユーザーは動作手順キー１０に続いて数字キー１９を押し、次に前方キー６に続 いて数字キー２０．２１を押し、続いて、Ｇｏキー１７を押す。これによりロボ ット装置１は２５単位前進し、６５度左に転回し、５７単位後退し、１３５３５ 度右回し、２３単位前進するように命令される。

但し、いまロボット装置は動作手順の命令を実行する前に２３単位前進するよう にも命令することができる。これを行うには、まずユーザーは前方キー６を押し 、それ動作手順キー１０と数字キー２２を押したあと続けてキー１０を押したの ち数字キー１９を押し、次にＧＯボタン１７を押す、これによりロボット装置１ は２３単位前進し、さらに２５単位前進し、６５度右に転回し、５７単位後退し 、１３５３５度右回するように命令される。

ＧＯ主キー７を押すと、動作手順６ば５回繰り返されて、ロボット装置は五角形 の形をたどる。動作手順を削除するためには、動作手順キー１０に続き、どの動 作手順かを指示する数字キーを押し、次に括弧キー１２を２回押び高２オンを示 す、構文はＴｍｎの形式をしており、Ｔはスイッチキー１５．ｍはスイッチキー の数（１〜４）。

ｎはオン・オフを示す１あるいは２である。たとえば、スイッチキーｉ５を押し 、続いて数字キー　１９　、それから数字キル２０イニ押すと、たとえば、補助 装置を構成１−る）イトと接続している場合もあるスイッチ１をオンする。スイ ッチキーｉ　５および２回数字キー　１９を押すことにより、第一スイッチはオ フになるゆ互いに相違するスイッチを、オン・オフする命令は、動作手順及び反 復機能の中に組み入れるＪ：（１丁もできる。たとえばロボット装置１にライ１ を点けて２０単位前進するように命令するためにＬＪ−２次の動作手順を定め得 る。動作手順キー１０に綺、いて数字キー２０９次に括弧キー１２を押す。スイ ッチキー１５を押し、続いて数字キー１９．２０を押し、前方キー（５に続いて 数字キー２０．２８を押し、それからスイ・ンチキ・−１５に続いて２回数字ギ ー１９を押し、ぞして括弧キ〜　１２を押す。これらの命令は動作手順キー１０ に続いて数字キー２０とＧＯ主キー７とを押すことにより実行される。すると、 ロボット装置１はこの例においてライトに電力を供給するスイッチ１をオンにし 、該ロボット装置は２０単位前進し、そして、スイッチ１はオフにされる。

ミュージックキー］３は、ロボット装置１にサウンドジェネレータが備ね−って いると曲を発生するのに使用できる。他の機能のように、ロボッ［・装置１が一 連の命令を実行している間、曲を演奏できるようにその曲を演奏する動作手順を 定めることができ、また、これらの命令内の曲の位置は、命令内の曲を定めてい る動作手順の位置を変えることにより変更することができる。その曲を含む動作 手順も他の動作手順に組み込むこともできる。

同様に、モータキー１６を使用１．てマイクロプロセッサをプログラムし”Ｃき ょう体ζ、ご取り付けた補助装置のステンパュータを作動させることができ、ま た、センスキー１４を１吏用してマイクロプロセッサζこ滑部からの刺激にある 決すった態様に応答するよう命令することができる。

ステッパモータの構文は、Ｍｘｙの形式からなり、ここで、Ｍはモータキー・１ ６．Ｘはステッパモータが回転するべき方向（ｌはモータからモータ軸をみたと きステッパモータは時計方向に回転し、２はステッパモータは反時計方向に回転 する）を示す１または２．ｙはステッパモータが取るステップの数を示す１から ９９９迄の数である。

この例では、モータキー１６に続いて数字キー２０゜数字キー１９．そして数字 キー２８を押す。これによりステッパモータへの電源のスイッチが入り、モータ が１０回そのステップ角だけ回転する。そのステッパモータのスイッチを切るた めに、モータキー１６を操作した後でＸまたはｙの値を入れることはない。前方 キー６を押したあと、続いて数字キー１９．モータキー１６．数字キー２０，１ ９．２８を、次にモータキー１６．左方向キー８．数字キー２７と２８を押ｒ、 、これによりマコボット装置１は１単位前進し、ス・グソバモータはオンになり 、モータは１０ステップ進み、ステッパモータへの電力が切られ、ロボット装置 ｌは左へ９０’転回する。

切り換えた出力命令およびステッパモー・夕命令は他のどんな命令のようにも動 作手順に使用できる。

センスキー・の構文ばＳ　ＩＴＩｎの形式をしており、ここでＳばセンスキーＸ ４．ｍは１から５までの数で各々以下の通りで・ある、 ｍ−１ｌ−ｌボンド装置はＬｌからＨＩＧＩ（＾・の移行（１０−からｈｉｇｈ への割込）にのみ反応する。

ｍ　＝　２　日ボット装置はＨＩＧＨからＬＯＷへの移行（ｈｉｇｈから１ｏｉ ｙへの割込）にのみ反応する。

ｍ−３ｒ：１ボツト装置はＬＯＷからＨＩ　Ｇ　ＨあるいはＨＩ　Ｇ　Ｈから１ ．ＯＫへの移行（ｉｏ脚からｈｉｇｈあるいはｈｉｇｈからｌｏｗへの割込）の いずれかに反応する。

ｍ＝４ｍ初に状態が１．０−ならば、ロボット装置は反応し、さもなければ移行 を検出した際反応する。

Ｉｎ　””　５　最初に状態カ月１１ＧＩＩならば、ロボット装置は反応し１、 さもなければ移行壱検出した際反応する； ｎは、割込が発生してから、ジャンプすべきセンス手順を示ず１から９９迄の数 である。

例とし２て、ＬｉからＨＩＧＨへの移行に反応するようにセンサを起動し、割込 みの際゛ジャンプ′し、割込みがなげればｌＯ単位前進して９０＠右に転回する ことを手順５に指定する。このために、センスキー１４を押し、続いて数字キー １９，２３．前方キー６、数字キー１９゜２８を押し、次に右方向キー９．数字 キー２７．２８を押す。

割込みの生じた結果、指定センス手順が実行された後、プロセッサは°ＧＯへ戻 る゛、すなわち、メインプログラムあるいは動作手順からセンス手順にジャンプ した箇所に戻り、そのプログラムまたは動作手順に残ったものを続けて実行する 。

センス手順を起動するため？、こ、センスキー１４を押してセンスコマンドを入 力するが、ｍとＨの値は入力しない。センス手順を実行中は新たな割込みは何ら 効果はなく（それがさらに別のセンスコマンドを含んでいない場合）、メインプ ログラムに戻って初めてセンスキ＋＋ａ　ハを効になる。メイン手順で動作可能 な有効割込みの数には制限がない。

センス手順の実行終了時の’ＧＯに戻る゛　はデフォルトであり、他のオプショ ンにできる場合がある。センス手順の終わりの応答をプログラムするには、入力 形式はＳ［ａ］で、Ｓはセンスキー１４でａは１から３までの数で次の通り、 ａ””ＩＧＯに戻る ａ＝２　停止 ａ＝３　別のセンス入力で割込みがかかる迄はその手順を繰り返してからＧＯへ 戻る。

処理手順にＳ［ａ］コマンドが現れなければ、デフォルトのＳ［１１が取られる 。

センサの例としては、′壁は１ｍ離れている”というステートメントに対する返 答が、その壁がもっと遠く離れている時、ＦＡＬＳＥ　（ＬＯＷ）となるような ステートメントを用いて設定できる近接センサが挙げられ、その距離に到達した 時にＦＡＬＳＥ　（ＬＯＷ）からＴＲＵＥ　（ＨＩＧＨ）への移行によって割込 が引き起こされる。この割込はセンス手順として格納されるある取るべき動作を 引き起こす。

ミュージックキー１３によりサウンドをプログラムすることができ、このキーを プログラムするための構文はａｂの形式をしている、ここで、ａは持続時間を表 す１から８までの数、ｂはピッチを表す１から１３までの数である。無音（休止 ）は１４の数で表す、−例を短い低ピンチ音、体止、長い高ビ・ンチ音で示す。

これはミュージックキー１３に続いて２回数字キー１９を押し、ミュージックキ ー１３に続いて数字キー２２２次に数字キー１９、数字キー２２．ミド−シック キー１３を押し、そして数字キー２６．数字キー１９．数字キー２１を押すこと によってなされる。定義の際、１がＣ，２がＣ＃と半音階上がる。持続時間は、 ２１が１６分音符、２が８分音符、３が４分音符などである。

テンポ及びオクターブの単位はミュージックキー１３に続いて括弧キー１２．数 字、テンポ用の１から５まで（最速〜最遅）のＸ、オクタ・−ブ用の１から３ま で（最低〜最高）のｙ、それから再び括弧キー１２を使用して設定できる。テン ポの１から５まではそれぞれ１７０．１４０゜１００、８０．６０　と定義され る。

距離および転回の単位はテンポ及びオクターブの単位と同じように変えることが できる。

プログラム作成中は、各キーが押される毎にその命令が有効かどうかに応じて調 子が肯定的または否定的なサウンドが発生される。

ＦＩＧ　、　、？ 閑瞥瑣審報牛 国際調査報告

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．きょう体と、制御手段および入力手段，記憶手段およびロボット装置を平面 上で縦横に移動させる駆動手段とを具備するプログラマブルロボット装置であっ て、各手段は制御手段に接続されており、制御手段はロボット手段に多数の機能 を実行させることができ、これにより記憶手段は各動作手順が一つあるいは複数 の機能を定義する一つあるいは複数の所定動作手順を記憶でき、制御手段は入力 手段を介して記憶装置に記憶させる動作手順をユーザーに定義させることができ 、また、制御手段は記憶された動作手順を選択することができ、その後その制御 手段は前記選択した動作手順で定義した一つあるいは複数の機能を実行させるプ ログラマブルロボット装置。
2. ２．各所定の動作手順は指定回数繰り返すように設定できる、請求の範囲１に記 載のロボット装置。
3. ３．制御手段および制御手段からの信号に応答してロボット装置を平面上で縦横 に移動させる駆動手段を収容しているきょう体を具備し、前記制御手段は制御手 段に入力した命令に応答してロボット装置に接続された補助装置をコントロール するように構成されているプログラマブルロボット装置。
4. ４．請求の範囲３および１あるいは２に記載の装置。
5. ５．前記補助装置がステッバモークを備えている、請求の範囲４に記載の装置。
6. ６．さらに、外部からの刺激を検出して制御手段に記憶された所定応答手順を動 作開始させることのできるセンサを備えた、前記請求の範囲のいずれかに記載の ロボット装置。
7. ７．前記センサが光センサである、請求の範囲６に記載のロボット装置。
8. ８．さらに、ロボット装置の外観を変えるためきょう体に取りつけるきょう体カ バーを備えた、前記請求の範囲のいずれかに記載のロボット装置。