JP2004174644A - 脚式移動ロボットの制御装置 - Google Patents
脚式移動ロボットの制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004174644A JP2004174644A JP2002342963A JP2002342963A JP2004174644A JP 2004174644 A JP2004174644 A JP 2004174644A JP 2002342963 A JP2002342963 A JP 2002342963A JP 2002342963 A JP2002342963 A JP 2002342963A JP 2004174644 A JP2004174644 A JP 2004174644A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mobile robot
- robot
- legged mobile
- control device
- detection unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Abstract
【解決手段】脚式移動ロボットは、所定の部位においてユーザの手指などの挟みこみを検出すると、これを回避するための動作を実行する。機械的な可動部の動作によって人間との情報のやりとりやエンタティンメントを目的としたロボットが人の手指などを動作によって挟み込む危害を防止するようになっている。したがって、安全なロボットを提供でき、加えて恐怖感などを人に与えることがなくなり、ロボットとの情報授受を安心して楽しめるという効果がある。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも複数本の可動脚を備えた脚式移動ロボットのための制御装置に係り、特に、自由度の高い脚式移動ロボットが作業中に安全を確保するための制御装置に関する。
【0002】
さらに詳しくは、本発明は、脚式移動ロボットの作業中にオペレータや近隣のユーザを巻き込んだ事故を回避するための制御装置に係り、特に、脚式移動ロボットの作業中に可動部の動作によって人の手指などを挟み込む危害を防止するための制御装置に関する。
【0003】
【従来の技術】
電気的若しくは磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運動を行う機械装置のことを「ロボット」という。ロボットの語源は、スラブ語の”ROBOTA(奴隷機械)”に由来すると言われている。わが国では、ロボットが普及し始めたのは1960年代末からであるが、その多くは、工場における生産作業の自動化・無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボットなどの産業用ロボット(industrial robot)であった。
【0004】
最近では、ヒトやサルなどの2足直立歩行を行う動物の身体メカニズムや動作を模した脚式移動ロボットに関する研究開発が進展し、実用化への期待も高まってきている。2足直立による脚式移動は、クローラ式や、4足又は6足式などに比し不安定で姿勢制御や歩行制御が難しくなるが、不整地や障害物など作業経路上に凹凸のある歩行面や、階段や梯子の昇降など不連続な歩行面に対応することができるなど、柔軟な移動作業を実現できるという点で優れている。
【0005】
また、ヒトの生体メカニズムや動作を再現した脚式移動ロボットのことを、特に、「人間形」、若しくは「人間型」のロボット(humanoid robot)と呼ぶ。人間型ロボットは、例えば、生活支援、すなわち住環境その他の日常生活上のさまざまな場面における人的活動の支援などを行なうことができる。
【0006】
人間の作業空間や居住空間のほとんどは、2足直立歩行という人間が持つ身体メカニズムや行動様式に合わせて形成されおり、車輪その他の駆動装置を移動手段とした現状の機械システムが移動するには多くの障壁が存在する。したがって、機械システムすなわちロボットがさまざまな人的作業を代行し、さらに人間の住空間に深く浸透していくためには、ロボットの移動可能範囲が人間のそれとほぼ同じであることが好ましい。これが、脚式移動ロボットの実用化が大いに期待されている所以でもある。
【0007】
自由度の高い脚式移動ロボットは、あらゆる環境下での使用が想定され、機体の制御系が保証する運用条件を逸脱するような場面が多々存在する。
【0008】
また、機械的な可動部を持ち、その可動部の動作によって人間との情報のやりとりやエンタティンメントを目的としたロボットは、人間が接触して触覚による情報授受を行なう場合、玩具などのロボットと異なり、人間はそのロボットの動作を予期することが困難である。
【0009】
このため、可動部によって指などを挟み込まれる危険があるという課題がある。また、その危険による恐怖感のために情報の授受を楽しむことが困難となるという問題も発生している。
【0010】
したがって、予期しないエラーや誤動作が発生する可能性が他の機械装置に比べ高く、オペレータや近隣のユーザを巻き込んだ事故を起こし易い。したがって、各エラーに対する回避処理をロボットが自律的に行なうことが好ましい。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、自由度の高い脚式移動ロボットが作業中に安全を確保することができる、優れた制御装置を提供することにある。
【0012】
本発明のさらなる目的は、脚式移動ロボットの作業中にオペレータや近隣のユーザを巻き込んだ事故を回避することができる、優れた制御装置を提供することにある。
【0013】
本発明のさらなる目的は、脚式移動ロボットの作業中に可動部の動作によって人の手指などを挟み込む危害を好適に防止することができる、優れた制御装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、少なくとも複数本の可動脚を備えた脚式移動ロボットの制御装置であって、
前記脚式移動ロボットの機械的な可動部とこれに接触する前記脚式移動ロボットの部位に配設され、該可動部の動作による物体の挟み込みを検出する挟み込み検出部と、
前記挟み込み検出部による挟み込みの検出に応答して、挟み込みを回避又は解除する動作を実行する動作制御部と、
を具備することを特徴とする脚式移動ロボットの制御装置である。
【0015】
本発明に係る脚式移動ロボットの制御装置によれば、所定の部位においてユーザの手指などの挟みこみを検出すると、これを回避するための動作を実行する。すなわち、機械的な可動部の動作によって人間との情報のやりとりやエンタティンメントを目的としたロボットが人の手指などを動作によって挟み込む危害を防止するようになっている。したがって、安全なロボットを提供でき、加えて恐怖感などを人に与えることがなくなり、ロボットとの情報授受を安心して楽しめるという効果がある。
【0016】
ここで、前記挟み込み検出部は、前記脚式移動ロボットの脚部の腿外側、腿裏側、腿正面、腿内側のうち少なくとも1つに配設される。
【0017】
また、前記挟み込み検出部は、前記脚式移動ロボットの脚部の脛内側又は脛正面のうち少なくとも1つに配設される。
【0018】
また、前記挟み込み検出部は、前記脚式移動ロボットの足の甲に配設される。
【0019】
また、前記挟み込み検出部は、前記脚式移動ロボットの手の脇又は手の肘のうち少なくとも1つに配設される。
【0020】
また、前記挟み込み検出部は、回転軸を持つロボットの可動部とこれに接触するロボット自身のいずれかの部位との間に手・指などが挟まり得る危険なロボット姿勢のとき、ロボット可動部とロボット自身の部位との接触点と回転軸との隙間に挟み込みを検知できる感圧センサで構成することができる。
【0021】
また、前記動作制御部は、ロボットの姿勢状況毎に対応挙動を選択するようにしてもよい。例えば、ロボットの姿勢状況に応じて、ロボットの動作を停止し、又は、挟んだ部位を瞬時に該当する可動部を開放する方向にアクチュエータを動かし、又は瞬時に該当する可動部用アクチュエータを脱力する。
【0022】
また、前記動作制御部は、片足接地時、両足接地時、動態時、静止時毎の対応動作を実行するようにしてもよい。
【0023】
また、前記挟み込み検出部は、男女年齢やその他の条件など、ユーザ毎に挟み込みを検知する力を変えるようにしてもよい。
【0024】
また、前記挟み込み検出部は、部位毎に挟み込みを検知する力を変えるようにしてもよい。
【0025】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【0027】
図1及び図2には本発明の実施に供される「人間形」又は「人間型」の脚式移動ロボット100が直立している様子を前方及び後方の各々から眺望した様子を示している。図示の通り、脚式移動ロボット100は、胴体部と、頭部と、左右の上肢部と、脚式移動を行う左右2足の下肢部とで構成され、例えば胴体に内蔵されている制御部(図示しない)により機体の動作を統括的にコントロールするようになっている。
【0028】
左右各々の下肢は、大腿部と、膝関節と、脛部と、足首と、足平とで構成され、股関節によって体幹部の略最下端にて連結されている。また、左右各々の上肢は、上腕と、肘関節と、前腕とで構成され、肩関節によって体幹部の上方の左右各側縁にて連結されている。また、頭部は、首関節によって体幹部の略最上端中央に連結されている。
【0029】
制御部は、この脚式移動ロボット100を構成する各関節アクチュエータの駆動制御や各センサなどからの外部入力を処理するコントローラ(主制御部)や、電源回路その他の周辺機器類を搭載した筐体である。制御部は、その他、遠隔操作用の通信インターフェースや通信装置を含んでいてもよい。本実施形態に係るロボットの制御システムは、各エラーに対する回避処理をロボットが自律的に行なうように構成されているが、この点については後に詳解する。
【0030】
また、図3には、脚式移動ロボット100の自由度構成を模式的に示している。
【0031】
同図に示すロボットは、二脚二腕を有する人間型ロボットである。本ロボットは、機体に四肢が取り付けられ、肩関節ピッチ軸、肩関節ロール軸、上腕ヨー軸、肘関節ピッチ軸、前腕ヨー軸、手首ロール軸、手首ピッチ軸という7自由度からなる左右の腕部と、股関節ヨー軸、股関節ロール軸、股関節ピッチ軸、膝ピッチ軸、足首ピッチ軸、足首ロール軸という6自由度からなる左右の脚部で構成されている。
【0032】
これらの各関節自由度は、実際にはアクチュエータ・モータにより実現される。本実施形態では、ギア直結型で且つサーボ制御系をワンチップ化してモータ・ユニットに内蔵したタイプの小型ACサーボ・アクチュエータを搭載する。なお、 この種のACサーボ・アクチュエータに関しては、例えば本出願人に既に譲渡されている特開2000−299970号公報(特願平11−33386号明細書)に開示されている。
【0033】
機体には、加速度センサA1及びジャイロG1が搭載されている。また、左右の足底四隅には、足底面垂直方向の床反力を検出する1軸ロードセル(F1〜F8)と、床面までの距離を測定する赤外線測距センサ(D1〜D8)がそれぞれ4つ取り付けられている。また、左右の足底中央部には、それぞれ加速度センサ(A2,A3)及びジャイロ(G2,G3)が取り付けられている。
【0034】
なお、本実施形態に係る脚式移動ロボットは、姿勢制御のための上記センサ群以外にも、オペレータの手指などの挟み込みを検出するためのセンサを装備しているが、この点については後述に譲る。
【0035】
本実施形態に係るロボットの制御システムは、各エラーに対する回避処理をロボットが自律的に行なうように構成されている。図4には、本実施形態に係る脚式移動ロボットに適用される制御システムの機能構成を模式的に示している。
【0036】
図示の通り、本実施形態に係る脚式移動ロボットは、機体に内部実装され自律動作を制御する思考系モジュール20によるコマンドや、機体外に実装された遠隔操作系30からのコマンドに従って動作するようになっている。
【0037】
思考系モジュール20は、機体上における自律的な行動や動作を実現する。
【0038】
また、遠隔操作系のモジュール30は、例えばパーソナル・コンピュータ(PC)のような無線LAN機能を備えた計算機システムで構成され、入力デバイスとPCアプリケーション31を備えている。
【0039】
入力デバイス32は、ジョイスティックやキーボード、マウスなどのユーザ入力装置で構成され、ユーザからの手動操作に基づくロボットに対する指示を受容する。
【0040】
PCアプリケーション31は、ロボットと無線LAN経由で接続し、実ロボットとの間でデータ交換を行なう。PCアプリケーション31は、入力デバイス信号を常時監視し、それをロボット用のコマンドに変換し、ロボットに送信するとともに、ロボット側からの返答やエラー通知を受け取ることができる。
【0041】
ゲートウェイ19は、例えばTCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)などの通信プロトコルを実装し、遠隔操作系30などの外部のコンピュータとの通信(無線又は有線)を実現するロボット内オブジェクトである。
【0042】
ロボットの各リソース管理及び姿勢遷移制御モジュール11は、送られてきたコマンドに応じて、頭、体、腕、脚といったリソース単位で処理を分配する。また、姿勢遷移に関して、整合性を判断し、コマンドに対し不整合な姿勢から整合性のある姿勢へとの遷移も担当する。
【0043】
復帰マネージャ12は、ロボットが未知姿勢に陥ったときに、未知姿勢から最も近い既知姿勢へと復帰し、所定の姿勢遷移モデルへ復帰させる。
【0044】
エージェント群は、各リソースに対する動作を計画し、内容に応じたロコモーション生成、モーション再生などの依頼を行なう。図示の例では、エージェント群には、頭部の動作を計画するHeadAgent13A、胴体の動作を計画するBodyAgent13B、歩行動作を計画するWalkAgent13Cなどが用意されている。
【0045】
ロコモーション生成部14は、エージェントからの依頼に応じて、リアルタイムに歩容を生成するオブジェクトであり、生成結果に対して、姿勢の安定化も考慮して、下肢の各関節角度を算出し、デバイスへの指令値を作成する。
【0046】
モーション再生部15は、エージェントからの依頼されたモーションに応じて、各関節角度の指令値を変更する。
【0047】
エラー検出部16は、常時、各デバイスからのセンサ値を参照し、エラー状態の有無を監視する。ここで言うエラー状態として、例えば、トルク・リミッタ、過電流検出、挟み込み、転倒、安定判別などを挙げることができる。各エラーには、あらかじめ優先順位が設定されており、優先順位の高いものから検出及び回避処理を行なう。
【0048】
本実施形態では、ロコモーション生成部14とモーション再生部15にはゲート(Gate)17という概念が導入されている。このゲート17がオープンしている間は、ロコモーション生成部14とモーション再生部15はクライアントからのコマンドを受け付けるが、ゲート17がクローズすると、コマンドを拒否することができる。また、ゲート17のオープン/クローズ操作は、エラー検出部16が担当する。また、ゲート17のクローズ時にも、ゲート17は、エラー検出部16からのコマンドには対処することができ、エラー回避動作を実現することができる。
【0049】
デバイス・マネージャ18は、アクチュエータやセンサなど、ロボットを構成する各デバイスと通信を行ない、指令値の送信や計測値の受信を行なう。
【0050】
図4に示す制御システムの基本動作は、遠隔操作系30においては、PC上のアプリケーション31で入力デバイス信号を監視し、ロボット用コマンドに変換する。作成されたコマンドは無線LAN経由でロボット内のゲートウェイ19を通して、ロボットのリソース管理及び姿勢遷移制御系モジュール11に送られる。その後、そのコマンドに対する返答が同様にPCアプリケーション31に送られる。
【0051】
エラー検出時には、依頼されたコマンドがロボット内部処理によって、すべてブロックされ、操作系入力における影響がロボットに悪影響を及ぼすことはない。また、発生したエラーの種別も操作系に送られるので、それに応じた、入力デバイス32へのフィードバックを掛けることができる。また、エラー解消時には、その旨の通知が操作系に送られ、遠隔操作系からの通常のコマンド入力を再開することができる。
【0052】
一方、ロボットの自律行動時には、遠隔操作系30の代わりに思考系モジュール20からコマンド送信を行なうことができる。エラー検出時には、依頼されたコマンドがロボット内部処理によって、すべてブロックされる。また、エラー解消時には、その旨の通知が操作系に送られ、遠隔操作系30からの通常のコマンド入力を再開することができる。また、エラー発生時にも、思考系モジュール20においてエラー種別に応じた任意の感情表現を行なうなどの処理に利用できる。
【0053】
以下、この制御システムの動作について説明する。
【0054】
遠隔操作を行なう場合、PCアプリケーション31は、入力デバイス32を介して得られた入力情報を基にロボットに対するコマンドを発行し、これを無線LAN経由でロボットに転送する。
【0055】
ロボットの各リソース管理及び姿勢遷移制御11モジュールは、ゲートウェイ19を介して、遠隔操作系30からのコマンドを受信すると、該当するエージェント13によって各リソースに対する動作を計画し、その内容に応じて、ロコモーション生成部14又はモーション再生部15に動作の発現を依頼する。ロコモーション生成部14又はモーション再生部15は、デバイス・マネージャ18をコールして、該当するロボットの各種デバイスに対して指令値を送信する。
【0056】
ロボットの各種デバイスからは、指令値に基づいて駆動したときに検出されるセンサ情報を、指令の伝播とは逆の経路で、入力デバイスまで伝達される。
【0057】
また、デバイス・マネージャ18は、遠隔操作系30からの指令値に基づいて駆動したときに検出されるセンサ情報を、エラー検出部16にも通知する。
【0058】
エラー検出部16は、センサ情報に基づいて、トルク・リミッタ、過電流検出、挟み込み、転倒、安定判別などのエラーを検出する。そして、機体上のエラーを検出すると、ロコモーション生成部14とモーション再生部15にゲート17のクローズを指示する。ロコモーション生成部14とモーション再生部15は、ゲート・クローズに応答して、ゲート17を介したクライアント(遠隔操作系30又は思考系モジュール20)からのコマンドを拒否する。
【0059】
また、エラー検出部16は、ゲート17のクローズ指示とともに、ロコモーション生成部14又はモーション再生部15に対して、エラー検出時の機体動作を依頼するコマンドを発行する。
【0060】
また、エラー検出部16は、エラーを検出したとき、ロボットの各リソース管理及び姿勢遷移制御モジュール11に対してエラー通知を行なう。ロボットの各リソース管理及び姿勢遷移制御モジュール11は、ゲートウェイ19経由で遠隔操作系30にエラー種別を通知する。また、思考系モジュール20にもエラー種別を通知する。
【0061】
ロコモーション生成部14又はモーション再生部15は、エラー検出部16からのコマンドに従って、エラー回避処理を行なう。また、ロコモーション生成部14又はモーション再生部15は、コマンド実行に伴うステータスをエラー検出部16に返す。
【0062】
エラー検出部16は、ロボットの各種デバイスからのセンサ情報に基づいて、エラーが解除されたかどうかを判別する。そして、エラーが解除されると、ロコモーション生成部14及びモーション再生部15に対してゲート17のオープンを指示する。ゲート17のオープンに伴い、ロコモーション生成部14及びモーション再生部15は、ゲート17を介したクライアントからのコマンドを受け付けることができる。
【0063】
また、エラー検出部16は、ロボットの各リソース管理及び姿勢遷移制御モジュール11にも、エラー解除を通知する。ロボットの各リソース管理及び姿勢遷移制御モジュール11は、ゲートウェイ19経由で遠隔操作系30に復帰終了通知を送るとともに、思考系モジュール20にも復帰終了通知を送る。
【0064】
図5には、歩行操作時における脚式移動ロボットのエラー検出処理の手順をフローチャートの形式で示している。
【0065】
脚式移動ロボットの電源を投入すると、ハードウェアの自己診断やその他の初期化処理が実行される(ステップS1)。
【0066】
次いで、PCなどで構成される遠隔操作系との間で、無線LANあるいはその他のネットワーク形態でのコネクションを確立し(ステップS2)、コマンドの授受が可能な状態となる。
【0067】
遠隔操作系30から機体操作に関するコマンドを受信すると(ステップS3)、ロボットの各リソースの管理及び姿勢遷移制御モジュール11は、操作内容が現在の機体の姿勢遷移モデル上の状態と整合するかどうかを判別する(ステップS4)。
【0068】
操作コマンドが姿勢遷移モデル上の状態と整合しない場合には、操作コマンドと整合性のとれた姿勢を検索して(ステップS5)、姿勢遷移を実行する(ステップS6)。
【0069】
次いで、ロコモーション生成部14又はモーション再生部15は、遠隔操作系30から入力された操作コマンドの各パラメータ(歩幅、歩行周期、方向)に応じた各関節角を逆キネマティクスなどの手法により導出する(ステップS7)。そして、デバイス・マネージャ18は、各足底センサの値から姿勢安定化を考慮した制御量を付加し(ステップS8)、各アクチュエータへ指令値を送信する(ステップS9)。
【0070】
遠隔操作系30からのコマンドの入力がなかった場合(ステップS3)、又は、入力コマンドの処理が完了した後(ステップS9)、エラー検出部16は、デバイス・マネージャ18から返されるセンサ情報に基づいてエラーの検出を行なう(ステップS10)。
【0071】
エラーが検出されなかった場合には、ステップS3に戻り、遠隔操作系30からの次のコマンド入力を待機する。一方、エラーが検出された場合には、エラー検出部は、ロコモーション生成部14及びモーション再生部15にエラーを通知して他の動作を停止するとともに、ロボットの各リソース管理及び姿勢遷移制御モジュール11にもエラー通知する(ステップS12)。ロボットの各リソース管理及び姿勢遷移制御モジュール11は、さらにその上位の遠隔操作系へエラー種別の通知を行なう。
【0072】
エラー検出部16は、機体の動作保証という観点から、エラー検出の優先順位を持っている。本実施形態では、トルク・リミッタ、過電流、挟み込み、転倒検出、安定判別の順で優先順位が与えられている。
【0073】
エラー検出部16は、まず各関節アクチュエータにおけるトルク・リミッタのエラー検出を行なう(ステップS12)。ここでエラーが検出された場合には、トルク・リミッタの働いている箇所となる各関節アクチュエータのゲインを落とし、各関節角度指令値を計測値に変更し、トルクを下げる(ステップS13)。
【0074】
次いで、エラー検出部16は、各関節アクチュエータにおける過電流の検出を行なう(ステップS14)。過電流が検出された場合には、過電流発生個所となる関節アクチュエータのゲインを落とし、各関節角度指令値を計測値に変更し、トルクを下げる(ステップS15)。
【0075】
次いで、エラー検出部16は、各関節における挟み込みの検出を行なう(ステップS16)。挟み込みが検出された場合には、所定の挟み込み対処動作を実行する(ステップS17)。本実施形態では、触覚を利用した接触による人間との情報授受を行なう際に、手指などの挟み込みを回避する動作を実行するようになっているが、この点については後に詳解する。
【0076】
次いで、エラー検出部16は、機体の転倒の有無を検出する(ステップS18)。転倒を検出した場合、各関節アクチュエータのゲインを落とし、倒れる向きに応じた受身姿勢をとる(ステップS19)。
【0077】
次いで、エラー検出部16は、機体の安定度判別を行なう(ステップS20)。安定を失っている場合には、倒れないように脚を踏ん張り重心を上げる動作を行なうよう、ロコモーション生成部又はモーション再生部に指示する(ステップS21)。
【0078】
ステップS13,S15,S17,S19,又はS21のいずれかにおいて検出されたエラーに応じた処理を行なった後、又はエラーが検出されなかった場合、エラーが解消したかどうかを判別する(ステップS22)。
【0079】
エラーが解消されなかった場合には、ステップS10に戻り、上述したエラー検出処理を繰り返し実行する。
【0080】
また、エラーが解消された場合には、ロボットの各リソース管理及び姿勢遷移制御モジュール11は、現在の未知姿勢に最も近い既知姿勢を検索し(ステップS23)、姿勢遷移を実行してから(ステップS24)、ステップS3に戻り、遠隔操作系からの次のコマンドの入力を待機する。
【0081】
図5に示すフローチャートのステップS17では、所定の部位においてユーザの手指などの挟みこみを検出すると、これを回避するための動作を実行する。すなわち、機械的な可動部の動作によって人間との情報のやりとりやエンタティンメントを目的としたロボットが人の手指などを動作によって挟み込む危害を防止するようになっている。
【0082】
回転軸を持つロボットの可動部とこれに接触するロボット自身のいずれかの部位との間に手・指などが挟まり得る危険なロボット姿勢のとき、ロボット可動部とロボット自身の部位との接触点と回転軸との隙間(12mm以下に限定しない)に挟み込みを検知できる感圧センサを挟み込みセンサとして備える。
【0083】
感圧センサは、例えばシート型やボタン型構造のものを採用することができる。あるいは、回転軸にトルク・リミッタ機構を備える。また、ロボット筐体表面に柔軟で手、指などの被挟み込み対象物をその摩擦などにより加え込まないような形状、摩擦特性を持つ材料を備える。
【0084】
図6及び図7には、図1〜2に示した脚式移動ロボット100の各部位への挟み込みセンサの配置例を示している。また、下表には、挟み込みセンサの設置部位をまとめている。
【0085】
【表1】
【0086】
図6及び図7に示すように、機体上で挟み込みを起こす危険があると推測される部位18箇所に、挟み込みセンサを配設している。
【0087】
挟み込みセンサが挟み込みを検出するための挟み込み条件を定量的にするために、本発明者らは、人の指や爪について、挟み込みに対して耐えられる痛さの限界力の調査を実施した。下表には、この限界力テストの結果をまとめている。但し、指を押す物はステンレス製φ12mmの円柱とアルミ製平板の2種類とし、測定箇所は、人差し指の指先腹、爪、第1関節爪側、指先側面の4箇所とした。
【0088】
【表2】
【0089】
限界力テストの結果、挟み込み条件の最低荷重は2kgであることが確認された。これを基に、本実施形態では、挟み込みセンサで感知する感圧力を2kgと設定する。
【0090】
挟み込みセンサは、例えばシート状の感圧センサ(シート面全体で力を感じる)、これにより挟み込む部分を広範囲にカバーし、安全性が高まる。感圧センサの取付け範囲は、ロボット可動部とロボット自身の部位との接触点と回転軸との隙間とする。
【0091】
人の手や指などが、その挟み込み力が2kgを超えると、ロボットの動作が停止され、部位毎の条件によって挟んだ部位を瞬時に開く動作をしたり、瞬時に脱力したり、ロボットの姿勢状況毎に対応挙動を選択する。これにより、ロボットが姿勢を崩し転倒したりすることによる人への2次災害を回避する。
【0092】
また、回転軸にトルク・リミッタ機構を備え、ロボット筐体表面に柔軟で手、指などへの挟み込み力を分散し、危害を軽減、手・指などをロボット筐体表面の摩擦等により咥え込まないような形状、摩擦特性を持つ材料を備えるものとする。安全上、抜ける方向は前でも後ろでも構わないが、咥え込まれてロボット転倒時に一緒に持っていかれることを避けなければならない。指を咥え込んだまま機体が転倒すると非常に危険である。
【0093】
本実施形態では、各部位毎に、挟み込みを検出したときのロボットの対処動作としての適応制御方法を割り当てている。また、各部位毎に、センサ感圧力やトルク・リミット値を適量にする。センサ出力により挟み込みが検知されたら、瞬時に該当する可動部用アクチュエータの動作を止め、アクチュエータのトルク又は力を減じ、該当する可動部を開放する方向にアクチュエータを動かす。
【0094】
また、本実施形態では、ロボットの姿勢状況毎に、挟み込みを検出したときのロボットの対処動作としてのロボットの適応制御方法を割り当てる。センサ出力により挟み込みが検知されたら、瞬時に該当する可動部用アクチュエータの動作を止め、アクチュエータのトルク又は力を減じ、姿勢を大きく崩し転倒することによる2次災害を回避しつつ、該当する可動部を開放する方向にアクチュエータを動かす。
【0095】
特に、脚の状態姿勢に応じて挟み込みセンサの検知後の対応方法を変えることで、アクチュエータのトルク又は力を減じ、姿勢を大きく崩し転倒することによる2次災害を回避する。例えば、片足接地時、両足接地時、動態時、静止時毎の対応動作を実行する。
【0096】
図8には、脚についての挟み込みセンサによる適応姿勢・挙動の動作手順をフローチャートの形式で示している。このような動作手順は、ロコモーション生成部14又はモーション再生部15がエラー検出部16からのエラー通知に応答して実行する。同図に示すように、足が地面に接地しているか否か、歩行中か立ち止まっているかにより、適応方法を選択するようになっている。
【0097】
挟み込みセンサを検知したときのロボットの姿勢状態が動態接地の場合、さらに、その接地状態を確認する(ステップS1)。
【0098】
両足接地の場合には、挟んだ軸を開放するように動き、転倒しないように他方の脚でバランスをとり(ステップS2)、安定姿勢へと移行する。
【0099】
また、片足接地の場合、挟んだ軸を開放するように動き、接地していない他方の脚を接地し、バランスをとるように適応制御して(ステップS3)、両足で安定姿勢をとるようにする。
【0100】
ここで、ステップS2又はS3において、バランスをとることに失敗した場合には、安全な転倒制御に従い、機体が倒れることによって、安全を確保する(ステップS4)。
【0101】
一方、挟み込みセンサを検知したときのロボットの姿勢状態が静態接地の場合、片足、両足ともに接地状態にし(ステップS5)、挟んだ軸を介抱する様に元の姿勢に戻り(ステップS6)、安定姿勢を保つ。
【0102】
ここで、元の姿勢に戻ることができない場合には、安全な転倒制御に従い、機体が倒れることで、安全を確保する(ステップS7)。
【0103】
ステップS4又はS7において、挟み込み回避の動作により、ロボットが転倒した場合、人や周辺への危害を防止するために、転倒の姿勢や転倒動作の適応制御方法を割り当てる。
【0104】
また、男女年齢やその他の条件など、ユーザ毎に挟み込みセンサの検知する力を変えるようにしてもよい。ユーザ固有の条件等については、視覚や音声で認識する。
【0105】
この場合、接触するユーザの体格など手の大きさや耐力によって適用する挟み込みセンサが検知する値をレベル分けし、ユーザに適した対応ができるようにする。例えば、下記表のようにあらかじめモード(ABC・・)を分けておく。小さな子供や女性の場合、センサの検知する力の大きさを小さくし、より安全性を高める。この場合、アプリケーションレベルも場合分けされる(ゲイン値・動作速度の調整など)。
【0106】
【表3】
【0107】
また、部位毎に挟み込みセンサで検知する力を変えるようにしてもよい。また、部位によって挟み込み形状や挟まれるモーメント位置によって検知する力を変えるようにしてもよい。
【0108】
[追補]
以上、特定の実施例を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や代用を成し得ることは自明である。
【0109】
本発明の要旨は、必ずしも「ロボット」と称される製品には限定されない。すなわち、電気的若しくは磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運動を行う機械装置であるならば、例えば玩具等のような他の産業分野に属する製品であっても、同様に本発明を適用することができる。
【0110】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【0111】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、自由度の高い脚式移動ロボットが作業中に安全を確保することができる、優れた制御装置を提供することができる。
【0112】
また、本発明によれば、脚式移動ロボットの作業中にオペレータや近隣のユーザを巻き込んだ事故を回避することができる、優れた制御装置を提供することができる。
【0113】
また、本発明によれば、脚式移動ロボットの作業中に可動部の動作によって人の手指などを挟み込む危害を好適に防止することができる、優れた制御装置を提供することができる。
【0114】
本発明に係る脚式移動ロボットの制御装置によれば、オペレータとの間で触覚を利用した接触による情報の授受を行なうときに、手や指などを挟み込まれる危険をなくすことができる。したがって、安全なロボットを提供することができ、加えて恐怖感などを人に与えることがなくなり、ロボットとの情報授受を安心して楽しめるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施に供される脚式移動ロボット100が直立している様子を前方から眺望した様子を示した図である。
【図2】本発明の実施に供される脚式移動ロボット100が直立している様子を後方から眺望した様子を示した図である。
【図3】脚式移動ロボット100の自由度構成を模式的に示した図である。
【図4】脚式移動ロボットに適用される制御システムの機能構成を模式的に示した図である。
【図5】歩行操作時における脚式移動ロボットのエラー検出処理の手順を示したフローチャートである。
【図6】脚式移動ロボット100の各部位への挟み込みセンサの配置例を示した図である。
【図7】脚式移動ロボット100の各部位への挟み込みセンサの配置例を示した図である。
【図8】脚についての挟み込みセンサによる適応姿勢・挙動の動作手順を示したフローチャートである。
【符号の説明】
11…ロボットの各リソースの管理及び姿勢遷移制御モジュール
12…復帰マネージャ
13…エージェント
14…ロコモーション生成部
15…モーション再生部
16…エラー検出部
17…ゲート
18…デバイス・マネージャ
19…ゲートウェイ
20…思考系モジュール
30…遠隔操作系
31…PCアプリケーション
32…入力デバイス
Claims (11)
- 少なくとも複数本の可動脚を備えた脚式移動ロボットの制御装置であって、
前記脚式移動ロボットの機械的な可動部とこれに接触する前記脚式移動ロボットの部位に配設され、該可動部の動作による物体の挟み込みを検出する挟み込み検出部と、
前記挟み込み検出部による挟み込みの検出に応答して、挟み込みを回避又は解除する動作を実行する動作制御部と、
を具備することを特徴とする脚式移動ロボットの制御装置。 - 前記挟み込み検出部は、前記脚式移動ロボットの脚部の腿外側、腿裏側、腿正面、腿内側のうち少なくとも1つに配設される、
ことを特徴とする請求項1に記載の脚式移動ロボットの制御装置。 - 前記挟み込み検出部は、前記脚式移動ロボットの脚部の脛内側又は脛正面のうち少なくとも1つに配設される、
ことを特徴とする請求項1に記載の脚式移動ロボットの制御装置。 - 前記挟み込み検出部は、前記脚式移動ロボットの足の甲に配設される、
ことを特徴とする請求項1に記載の脚式移動ロボットの制御装置。 - 前記挟み込み検出部は、前記脚式移動ロボットの手の脇又は手の肘のうち少なくとも1つに配設される、
ことを特徴とする請求項1に記載の脚式移動ロボットの制御装置。 - 前記挟み込み検出部は、回転軸を持つロボットの可動部とこれに接触するロボット自身のいずれかの部位との間に手・指などが挟まり得る危険なロボット姿勢のとき、ロボット可動部とロボット自身の部位との接触点と回転軸との隙間に挟み込みを検知できる感圧センサで構成される、
ことを特徴とする請求項1に記載の脚式移動ロボットの制御装置。 - 前記動作制御部は、ロボットの姿勢状況毎に対応挙動を選択する、
ことを特徴とする請求項1に記載の脚式移動ロボットの制御装置。 - 前記動作制御部は、ロボットの姿勢状況に応じて、ロボットの動作を停止し、又は、挟んだ部位を瞬時に該当する可動部を開放する方向にアクチュエータを動かし、又は瞬時に該当する可動部用アクチュエータを脱力する、
ことを特徴とする請求項1に記載の脚式移動ロボットの制御装置。 - 前記動作制御部は、片足接地時、両足接地時、動態時、静止時毎の対応動作を実行する、
ことを特徴とする請求項1に記載の脚式移動ロボットの制御装置。 - 前記挟み込み検出部は、男女年齢やその他の条件など、ユーザ毎に挟み込みを検知する力を変える、
ことを特徴とする請求項1に記載の脚式移動ロボットの制御装置。 - 前記挟み込み検出部は、部位毎に挟み込みを検知する力を変える、
ことを特徴とする請求項1に記載の脚式移動ロボットの制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002342963A JP4155804B2 (ja) | 2002-11-26 | 2002-11-26 | 脚式移動ロボットの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002342963A JP4155804B2 (ja) | 2002-11-26 | 2002-11-26 | 脚式移動ロボットの制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004174644A true JP2004174644A (ja) | 2004-06-24 |
JP4155804B2 JP4155804B2 (ja) | 2008-09-24 |
Family
ID=32704882
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002342963A Expired - Lifetime JP4155804B2 (ja) | 2002-11-26 | 2002-11-26 | 脚式移動ロボットの制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4155804B2 (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014213416A (ja) * | 2013-04-25 | 2014-11-17 | トヨタ自動車株式会社 | ロボット装置及びその動作方法 |
JP2015157352A (ja) * | 2014-01-27 | 2015-09-03 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | ロボット、ロボットの制御装置及び制御方法、並びに、ロボット用制御プログラム |
WO2015137038A1 (ja) * | 2014-03-14 | 2015-09-17 | ソニー株式会社 | ロボットアーム装置、ロボットアーム制御方法及びプログラム |
FR3021573A1 (fr) * | 2014-06-03 | 2015-12-04 | Aldebaran Robotics | Systeme anti coincement dans un robot a caractere humanoide |
WO2016068346A1 (ja) * | 2014-10-28 | 2016-05-06 | シャープ株式会社 | ロボット、ロボットの制御方法、およびプログラム |
JP2017516671A (ja) * | 2014-06-03 | 2017-06-22 | ソフトバンク・ロボティクス・ヨーロッパSoftbank Robotics Europe | ヒューマノイド型ロボットの安全性 |
JP7098080B1 (ja) * | 2021-09-08 | 2022-07-08 | 三菱電機株式会社 | ロボット制御装置 |
-
2002
- 2002-11-26 JP JP2002342963A patent/JP4155804B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014213416A (ja) * | 2013-04-25 | 2014-11-17 | トヨタ自動車株式会社 | ロボット装置及びその動作方法 |
JP2015157352A (ja) * | 2014-01-27 | 2015-09-03 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | ロボット、ロボットの制御装置及び制御方法、並びに、ロボット用制御プログラム |
US10299868B2 (en) | 2014-03-14 | 2019-05-28 | Sony Corporation | Robot arm apparatus, robot arm control method, and program |
WO2015137038A1 (ja) * | 2014-03-14 | 2015-09-17 | ソニー株式会社 | ロボットアーム装置、ロボットアーム制御方法及びプログラム |
US10675106B2 (en) | 2014-03-14 | 2020-06-09 | Sony Corporation | Robot arm apparatus, robot arm control method, and program |
WO2015185671A1 (fr) * | 2014-06-03 | 2015-12-10 | Aldebaran Robotics | Système anti coincement dans un robot à caractère humanoïde |
CN106573371A (zh) * | 2014-06-03 | 2017-04-19 | 软银机器人欧洲公司 | 仿人形机器人中的抗干扰*** |
JP2017516671A (ja) * | 2014-06-03 | 2017-06-22 | ソフトバンク・ロボティクス・ヨーロッパSoftbank Robotics Europe | ヒューマノイド型ロボットの安全性 |
JP2017516672A (ja) * | 2014-06-03 | 2017-06-22 | ソフトバンク・ロボティクス・ヨーロッパSoftbank Robotics Europe | ヒューマノイド型ロボットにおける噛み込み防止システム |
US10137579B2 (en) | 2014-06-03 | 2018-11-27 | Softbank Robotics Europe | Anti-jamming system in a humanoid-type robot |
RU2684026C2 (ru) * | 2014-06-03 | 2019-04-03 | Софтбэнк Роботикс Юроп | Система защиты от защемления в роботе-гуманоиде |
FR3021573A1 (fr) * | 2014-06-03 | 2015-12-04 | Aldebaran Robotics | Systeme anti coincement dans un robot a caractere humanoide |
JP2016083747A (ja) * | 2014-10-28 | 2016-05-19 | シャープ株式会社 | ロボット、ロボットの制御方法、およびプログラム |
WO2016068346A1 (ja) * | 2014-10-28 | 2016-05-06 | シャープ株式会社 | ロボット、ロボットの制御方法、およびプログラム |
JP7098080B1 (ja) * | 2021-09-08 | 2022-07-08 | 三菱電機株式会社 | ロボット制御装置 |
US12017372B2 (en) | 2021-09-08 | 2024-06-25 | Mitsubishi Electric Corporation | Robot control device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4155804B2 (ja) | 2008-09-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7053579B2 (en) | Device and method of controlling operation of robot apparatus | |
CN110290900B (zh) | 移动容纳了人类操作者的外骨骼的方法 | |
Zhou et al. | RML glove—An exoskeleton glove mechanism with haptics feedback | |
Lee et al. | Human–robot cooperation control based on a dynamic model of an upper limb exoskeleton for human power amplification | |
KR100687461B1 (ko) | 로보트 및 로보트용 관절 장치 | |
US7236852B2 (en) | Motion controlling apparatus and method and remote controlling apparatus and method for legged mobile robot | |
JP2004188535A (ja) | 脚式移動ロボット並びに脚式移動ロボットの関節軸として適用されるアクチュエータ装置 | |
JP6568940B2 (ja) | ユーザーを支持するロボットシステム | |
JP2001150374A (ja) | ロボットの故障診断システム | |
JP2001277163A (ja) | ロボットの制御装置及び制御方法 | |
US10406683B2 (en) | Robot and control method thereof | |
US20050228540A1 (en) | Robot device and method of controlling the same | |
WO2007139135A1 (ja) | ロボット及び制御装置 | |
Petersen et al. | Mass and friction optimization for natural motion in hands-on robotic surgery | |
Itadera et al. | Predictive optimization of assistive force in admittance control-based physical interaction for robotic gait assistance | |
JP4155804B2 (ja) | 脚式移動ロボットの制御装置 | |
KR20230066011A (ko) | 외골격을 움직이기 위한 방법 | |
Brygo et al. | Tele-manipulation with a humanoid robot under autonomous joint impedance regulation and vibrotactile balancing feedback | |
JP3558220B2 (ja) | ロボット装置に用いられる手部装置及びロボット装置 | |
JP2001138272A (ja) | 脚式移動ロボット及びその動作制御方法 | |
JP3615539B2 (ja) | ロボット装置の動作制御装置及び動作制御方法、並びにロボット装置の遠隔操作装置及び遠隔操作方法 | |
Sanchez et al. | Four-arm manipulation via feet interfaces | |
JP2003266340A (ja) | 脚式移動ロボット | |
JP2001138273A (ja) | 脚式移動ロボット及びその制御方法 | |
Sian et al. | A framework for remote execution of whole body motions for humanoid robots |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050901 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070807 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071005 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080408 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080526 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080708 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080708 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110718 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4155804 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110718 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120718 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120718 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130718 Year of fee payment: 5 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |