机器人教材

摘要

本发明公开了一种机器人教材(1)，以学习机器人(10)的结构为目的，具备能够使用硬件输入输出用中间件(22)的机器人(10)、与至少包含用于使该机器人(10)进行期望的动作的说明书的文档(40)。

权利要求

1.一种机器人教材，其特征在于，具备：机器人，能够使用硬件输入输出用中间件；

文档，至少包含用于使该机器人进行期望的动作的说明书。

2.如权利要求1所述的机器人教材，其特征在于，所述硬件输入输出用中间件搭载于所述机器人。

3.如权利要求1或者2所述的机器人教材，其特征在于，在所述文档中包含有使用了所述硬件输入输出用中间件的程序的生成指南。

4.如权利要求1～3的任一项所述的机器人教材，其特征在于，所述文档为电子数据，能够利用电子设备参照该文档。

说明书

机器人教材

技术领域

[0001] 本发明涉及具备能够使用硬件输入输出用中间件的机器人与包含其说明书等的文档的机器人教材。

背景技术

[0002] 近年来，机器人被利用于各种各样的领域。机器人的利用人员通过使用符合其目的的机器人，从而能够实现常规工作的有效化，此外如果是搭载了人工智能的机器人，则即使是需要时间来学会的高级作业，也能够通过使用机器人来实现工作的有效化。

[0003] 开发这样的机器人的开发技术人员通过将用于进行即时处理的OS(Operating System：操作系统)、用于简易访问与传感器或电机的输入输出的硬件输入输出用中间件(middleware)搭载于机器人，从而使开发本身能够简易地进行。作为该硬件输入输出用中间件，近来，ROS(机器人操作系统)已被广泛利用(例如，参照专利文献1)。

[0004] ROS以简化机器人用的输入输出程序的制作为目的而形成，主要被定位于关于各种硬件的输入输出驱动器，构成为包含关于硬件的访问的各种各样的库(library)。换言之，ROS的核心部分承担着控制塔的作用，该控制塔对被作为ROS的对象的硬件的节点间的通信进行汇总。

[0005] 通过利用这样的ROS，机器人开发人员无需在程序内针对多种硬件对不同的硬件执行不同的程序同时直接访问，而是能够通过简易的手续得到来自传感器的信息，或者驱动电机。

[0006] 现有技术文献

[0007] 专利文献

[0008] 专利文献1：日本特开2018-18502号公报

发明内容

[0009] 发明要解决的技术问题

[0010] 然而，尽管逐渐能够像这样简易地进行机器人开发，但对于以机器人开发人员为目标的学习人员而言，无论如何也不能说仅利用机器人(使其进行动作)就可以学会机器人的运作方式。因此，想要开发机器人的学习人员即使能够熟练使用机器人，也无法容易地着手进行机器人的开发。

[0011] 此外，对于机器人开发的学习人员而言，即使例如通过观察机器人的动作，而一定程度地理解了根据传感器的输入值控制电机的情况，但还是无法知道具体如何生成那样的程序。

[0012] 此外，对于ROS，与ROS对应的机器人虽然存在，但该机器人不是用于学习的，不存在用于使该学习更容易的配套的文档(text)。因此，该情况对于指导者与学习者均成为较大的障碍。

[0013] 对于机器人开发的学习人员而言，通过利用机器人而使其成为机器人开发的立足点即可，但如上所述，在以往不存在使其本身(机器人本身)承担学习文档这样的机器人或者机器人教材。

[0014] 本发明是考虑这样的情况而提出的，其目的在于提供一种机器人教材，以使机器人开发的学习人员学会机器人的运作方式。

[0015] 用于解决上述技术问题的方案

[0016] 为达成上述目的，本发明的机器人教材的特征在于，具备能够使用硬件输入输出用中间件的机器人与至少包含用于使该机器人进行期望的动作的说明书的文档。

[0017] 发明效果

[0018] 本发明的机器人教材构成为如上所述，因此能够学会以关于硬件输入输出用中间件的知识为首的关于机器人的知识和运作方式。进而，不仅如此，还能够广泛地学会以各种各样的世界标准技术为基础的机器人工学的知识。

附图说明

[0019] 图1是本发明的一实施方式的机器人教材的概略构成图。

[0020] 图2是示出该机器人教材中所包含的机器人的一例的概略控制基本框图。

[0021] 图3是通过目录示出该机器人教材中所包含的文档的内容的图。

[0022] 图4是本发明的其他实施方式的机器人教材的概略构成图。

具体实施方式

[0023] 以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。

[0024] 在以下公开了多种实施方式，首先对这些实施方式的共通事项进行说明。

[0025] 本机器人教材1具备：机器人10，能够使用硬件输入输出用中间件22；文档40，至少包含用于使该机器人10进行期望的动作的说明书(参照图1以及图4)。

[0026] 在此，作为机器人10，除了作为以下的实施方式而说明的人型自律机器人以外，还包含动物型机器人、工业用机器人、通过远程操作进行动作的机器人10。并且，机器人10具有作为与目的相应的机器人10的轮廓(框架)，具备使其进行动作的驱动机构(电机32)和检测机构(传感器31)。

[0027] 本机器人教材1的目的在于，通过精读文档40，以容易理解的形式使机器人开发的学习人员学会机器人10的控制的运作方式，通过使用该机器人教材1，能够成为立志进行机器人开发的人员的机器人入门教材。

[0028] 由于是这样的目的，因此为使机器人10进行期望的动作，将未完成的机器人10提供给利用人员(学习人员)，学习人员可以将其完成使其作为机器人10能够动作，也可以生成用于使机器人10进行动作的应用程序23。即，本机器人教材1也可以是带有教材(文档40)的机器人套件。

[0029] 此外，硬件输入输出用中间件22只要配置在网络5(参照图4)上，以使机器人10能够使用该中间件22即可，但在以下的实施方式中，硬件输入输出用中间件22被搭载于机器人10的主体。在单独利用机器人10的情况下，优选为像这样地将硬件输入输出用中间件22搭载于每个机器人10。

[0030] 硬件输入输出用中间件22进行搭载于机器人10的硬件(传感器31和电机32等)与应用程序23的架桥，在本实施方式的机器人10中使用了近年来普及的ROS22，但不限于此，也可以是其他的中间件。只要是能够作为输入输出驱动器利用的中间件，就可以是任何中间件。

[0031] 首先，对图1所示的机器人教材1进行说明。图1是机器人教材1的概略构成图。图2是该机器人教材1中所包含的机器人10的概略控制基本框图。图3是通过目录41示出机器人教材1中所包含的文档40的内容的图。

[0032] 图1所示的机器人10是具备头部11、颈部12、躯干部13、臂部14以及腿部15等框架的人型机器人。在臂部14与腿部15等各种部位具有关节部16，成为能够进行头部11的旋转或弯曲动作、关节部16处的弯曲动作、站起、单脚站立动作等与人大致相同的动作的骨骼。

[0033] 在机器人10的躯干部13内部安装有电子基板，该电子基板安装有CPU20等电子零件。此外，在框架的各个部位，检测机构(传感器31类)(轴加速传感器、超声波距离传感器、摄像机等)与驱动机构(电机32类)(致动器、伺服电机等)、显示器33(LCD、LED等)搭载于与目的相应的部位。此外，本机器人10也能够作为机器人开发机使用。因此机器人10具备端子(未图示)，使得能够连接键盘等周边设备35。此外，不言自明，在机器人10中包含有电池、电缆等。

[0034] 图2是以框图示出本机器人10的控制基本构成的图。如图2所示，机器人10具备CPU20、OS21(操作系统)、ROS22、应用程序组23、存储部24、传感器31、电机32、有线无线通信装置(未图示)等硬件。

[0035] 作为CPU20虽然没有特别限定，但不言自明，需要与本机器人10中使用的OS21和ROS22对应。

[0036] 作为0S21，只要是至少能够进行多任务动作(即时处理)的OS，就没有限定。此外，作为0S21，优选为包含用户能够利用的库。例如，能够例举近年来普及的Linux(注册商标)等。

[0037] 如上所述，ROS22为硬件输入输出用中间件22，是进行硬件与应用程序23的架桥的软件包。ROS22也优选为包含用户能够利用的库。

[0038] 为了使机器人10进行期望的动作，需要以能够在应用程序23利用的形式生成ROS22。作为ROS22包含：ROS核心22a，承担控制塔的作用，该控制塔汇总与被作为输入输出的对象的硬件的通信；以及ROS节点22b(程序组)，是ROS22的最小的构成要素，对每个单独的处理作为执行程序而生成。

[0039] 另外，ROS22特别是ROS核心22a可以不搭载于机器人10的主体内，也可以配置于本机器人10能够连接的网络5(参照后述的图4)上。

[0040] 作为应用程序23包含利用了用于使机器人10进行与目的相应的动作的ROS22的输入输出程序、内部处理程序。

[0041] 进而，在本机器人10还搭载有存储器、记录磁盘等存储部24，该存储部24具有对上述各种各样的软件生成的数据、预先生成的数据进行储存的磁盘文件或数据库。

[0042] 另一方面，文档40是关于本机器人10的所谓的使用说明书，但不仅如此，还包含有用于使机器人10进行期望的动作的说明书。具体而言，如图1所示，在本文档40包含有搭载了硬件的规格、软件(OS21等基本软件)的规格等的软件、硬件的说明书；以及ROS22的结构或使用了ROS22的编程例的说明书等。进而，在文档40还包含有利用了ROS22的编程步骤以及编程范例。总之，在文档40包含有使用了ROS22的程序的生成指南。

[0043] 如此，本文档40虽然是专门针对本机器人教材1中所包含的机器人10的文档40，但也能够作为机器人开发、特别是使用ROS22访问硬件的程序的开发的入门书利用。进而，也可以包含其他的以世界标准技术为基础的机器人技术、一般的控制工学、电子工学、机械工学等的文档(入门书、专业书)。

[0044] 图3是示出本文档40的目录41的一例的图。参照该目录41对文档40的记载内容进行说明。作为文档40，包含有作为一般的使用说明书定位的内容，具体而言包含有本产品的使用法(Lesson1)、初始设定(Lesson2)、保养等关于利用的注意(Lesson3)等。

[0045] 此外，除这些以外，在文档40还包含有OS21和语言的说明(Lesson4)、使用该语言的控制的编程例(Lesson5)、硬件的规格和程序级别的硬件的访问例(Lesson6～9)等。

[0046] 进而，在本文档40记载有ROS22的概要与ROS22的命令级别使用例(Lesson10)。ROS22的命令级别的使用是指通过周边设备35(键盘等)对期望的硬件(例如传感器31)使用交互式的命令进行输入的方法。在文档40，除了在该命令级别的输入方法外，还说明了在程序的代码上的输入方法。

[0047] 具体而言，通过使用ROS22中所包含的Publisher(承担信息发送功能的ROS节点22b的总称)与Subscriber(承担信息接收功能的ROS节点22b的总称)，能够取得期望的传感器31的值，该例子通过命令级别与程序级别进行例示。

[0048] 学习人员通过执行Publisher能够将来自任意的传感器31的信息储存至ROS核心22a内部的变量，并能够自由地设定其更新频次。并且，作为编程例公开有作为程序如何进行代码化，通过参照该代码，能够理解通过ROS22的、相对于硬件的程序(指令码)级别的访问(输入输出)方法。

[0049] 并且，学习人员通过使用Subscriber，能够以任意的频次获取在ROS核心22a内部定期更新的信息。关于此也能够参照编程例理解作为程序如何进行代码化。此外，基于取得的传感器值，对于电机32的控制，还公开有编程例。

[0050] 如此，由于在文档40刊登有使用ROS22的程序的生成指南，所以如拆卸了机器人10一样运作方式变得明确，其结果，学习人员能够加深对ROS22的理解。此外，也能够实施编程的试行，学习人员通过用实机进行训练，能够学会机器人动作的基础。

[0051] 此外，如图4所示，在本文档刊登有作为附录的命令参考、使用语言的简易规则、使用了这些内容的简易的样本程序。

[0052] 如此，本文档40公开有与本机器人教材1中所包含的机器人10对应的机器人10的运作方式，因此能够作为用于培养机器人开发人员的简易的教材来利用。此外，在文档40不仅可以公开部分程序，也可以将所有程序以代码级别公开，并与ROS22、控制动作对应地呈现。进而，在文档40还可以包含机器人工学的一般知识、专业书级别的内容。

[0053] 如上所述，根据本机器人教材1，机器人学习人员无需准备用于学习机器人技术的环境架构和课程，就能够全面地学习世界标准技术和新一代技术。

[0054] 此外，如示出其他实施方式的图4所示，文档40也可以是电子数据。例如，该电子文档数据40A可以配置于云51中，能够在其他的电子设备52进行参照。此外，电子文档数据40A可以保存在特定的个人计算机等电子设备52的存储介质53或网络上，也可以保存在机器人10内。此外，该电子文档数据40A只要以能够在电子机器52读取的方式保存即可。如图例所示，该存储介质53如果以能够由机器人10对其进行访问的方式可连接，则在ROS22由于硬件的变更而更新时，可以及时地更新与其相关的事项。保存有文档40的电子设备52也可以是例如远程操作机器人10的遥控器。

[0055] 此外，在本实施方式中，经由网络5连接有多个机器人10，在这其中的1台母机用机器人10搭载有ROS22。通过这样的1个ROSS22能够使多个机器人10单独地进行动作。

[0056] 在上文中，对在机器人10准备有OS21、ROS22、应用程序23等软件的机器人教材1进行了说明，但也可以是由学习人员生成这些软件的一部分或者全部这样的机器人教材1。即，也可以是机器人10仅搭载有传感器31和电机32，但作为机器人不进行动作。

[0057] 例如，也可以在机器人10搭载有传感器31和电机32等，但没有对ROS22进行分配。在该情况下，为了辅助对ROS22的分配，可以在文档40或电子文档数据40A中包含有学习人员能够写入的用于输入输出对应表的工作表。

[0058] 此外，对于应用程序23，也可使是能够由学习人员生成并进行安装的应用程序。在该情况下，可以在文档40刊登有使生成的程序与OS21相关联的OS21的生成、更新等的步骤。

[0059] 如此，学习人员通过上述这样的步骤生成使机器人10处于能够动作的状态的软件，在这样的机器人教材1的情况下，也可以设置能够重置为初始状态的命令或者开关，使得一次完成之后，其他的学习人员同样能够学习。例如也可以使其能够对OS21、ROS22、应用程序23各自进行重置。

[0060] 此外，机器人10也可以是AI型机器人。机器人10也可以具备根据AI的自律动作用的决策引擎(未图示)，从而在电子文档数据40A或数据库保存基于该决策引擎的各种动作的概要。也可以是机器10进行学习并学会各种知识，从而将基于该学习结果的动作更新至电子文档数据40A或数据库。

[0061] 附图标记说明

[0062] 1    机器人教材

[0063] 5    网络

[0064] 10   机器人

[0065] 11   头部

[0066] 12   颈部

[0067] 13   躯干部

[0068] 14   臂部

[0069] 15   腿部

[0070] 16   关节部

[0071] 20   CPU

[0072] 21   OS

[0073] 22   ROS(硬件输入输出用中间件)

[0074] 22a  ROS核心

[0075] 22b  ROS节点

[0076] 23   应用程序(组)

[0077] 24   存储部

[0078] 25   决策引擎

[0079] 31   传感器

[0080] 32   电机

[0081] 33   显示器

[0082] 35   周边设备

[0083] 40   文档

[0084] 41   目录

[0085] 51   云

[0086] 52   电子设备

[0087] 53   存储介质。