JP4600551B2 - Mobile robot - Google Patents
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Description
本発明は、多数の関節自由度を持つロボットに係り、特に、胴体に可動脚を連結して構成された脚式移動ロボットに関する。 The present invention relates to a robot having a large number of joint degrees of freedom, and more particularly to a legged mobile robot configured by connecting a movable leg to a body.
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。 A mechanical device that uses an electrical or magnetic action to perform a movement resembling human movement is called a “robot”. It is said that the word “robot” comes from the Slavic word “ROBOTA (slave machine)”. In Japan, robots started to spread from the end of the 1960s, but many of them are industrial robots such as manipulators and transfer robots for the purpose of automating and unmanned production operations in factories. Met.
最近では、イヌやネコのように４足歩行の動物の身体メカニズムやその動作を模したペット型ロボット、あるいは、ヒトのような２足直立歩行を行う動物の身体メカニズムや動作をモデルにしてデザインされた「人間形」若しくは「人間型」と呼ばれるロボット（ｈｕｍａｎｏｉｄ ｒｏｂｏｔ）など、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。 Recently, the model is based on the body mechanism and movement of a four-legged animal such as a dog or a cat, or a pet-type robot that mimics its movement, or a human-like animal that walks upright on two legs. Research and development related to legged mobile robots such as the “humanoid” or “humanoid” robots have been progressed, and expectations for practical use are also increasing.
ヒトの生体メカニズムや動作をエミュレート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様々な場面における人的活動の支援などを行うことができる。 A legged mobile robot that emulates a human biological mechanism or movement is particularly called a “humanoid” or “humanoid robot”. The humanoid robot can provide, for example, life support, that is, support for human activities in various situations in daily life such as a living environment.
脚式移動ロボットの用途の１つとして、産業活動・生産活動等における各種の難作業の代行が挙げられる。例えば、原子力発電プラントや火力発電プラント、石油化学プラントにおけるメンテナンス作業、製造工場における部品の搬送・組立作業、高層ビルにおける清掃、火災現場その他における救助といったような危険作業・難作業の代行などである。 One of the uses of legged mobile robots is to perform various difficult operations in industrial activities and production activities. For example, maintenance work at nuclear power plants, thermal power plants, petrochemical plants, transportation and assembly work of parts at manufacturing plants, cleaning of high-rise buildings, substitution of dangerous work and difficult work such as rescue at fire sites etc. .
また、脚式移動ロボットの他の用途として、上述の作業支援というよりも、生活密着型、すなわち人間との「共生」あるいは「エンターティンメント」という用途が挙げられる。この種のロボットは、ヒトあるいはイヌ（ペット）、クマなどの比較的知性の高い脚式歩行動物の動作メカニズムや四肢を利用した豊かな感情表現を忠実に再現する。また、あらかじめ入力された動作パターンを単に忠実に実行するだけではなく、ユーザ（あるいは他のロボット）から受ける言葉や態度（「褒める」とか「叱る」、「叩く」など）に対して動的に対応した、生き生きとした応答表現を実現することも要求される。 Further, as other uses of the legged mobile robot, rather than the above-described work support, there is a life-contact type, that is, a “symbiosis” or “entertainment” with a human. This type of robot faithfully reproduces the rich emotional expression using the movement mechanism and limbs of relatively intelligent legged walking animals such as humans, dogs (pets), and bears. In addition, it does not simply execute a pre-input motion pattern faithfully, but dynamically responds to words and attitudes received from the user (or other robots) (such as “giving up”, “speaking”, “hitting”). It is also required to realize corresponding and vivid response expressions.
従来の玩具機械は、ユーザ操作と応答動作との関係が固定的であり、玩具の動作をユーザの好みに合わせて変更することはできない。この結果、ユーザは同じ動作しか繰り返さない玩具をやがては飽きてしまうことになる。これに対し、インテリジェントなロボットは、対話や機体動作などからなる行動を自律的に選択することから、より高度な知的レベルでリアリスティックなコミュニケーションを実現することが可能となる。この結果、ユーザはロボットに対して深い愛着や親しみを感じる。 In the conventional toy machine, the relationship between the user operation and the response operation is fixed, and the operation of the toy cannot be changed according to the user's preference. As a result, the user eventually gets bored with the toy that repeats only the same action. In contrast, an intelligent robot autonomously selects an action consisting of a dialogue, a body motion, and the like, so that realistic communication can be realized at a higher intelligent level. As a result, the user feels deep attachment and familiarity with the robot.
ヒューマノイドのような２足歩行のロボットは、重心位置が高く、歩行時などの立位姿勢での姿勢は不安定である。このため、２足歩行ロボットに関する研究の多くは、立位姿勢における姿勢安定制御に向けられている。言い換えれば、機体の他の部位に関して明確な設計手法を提案するものは少ない。 A biped robot such as a humanoid has a high center of gravity, and the posture in a standing posture such as when walking is unstable. For this reason, much research on biped robots is directed to posture stability control in a standing posture. In other words, few suggest a clear design method for other parts of the aircraft.
例えば胴体部は、機体の中心に配置され、充分な容積を持つとともに、脚部や腕部などの可動肢を連結しており、機体の構成上重要な役割を果たすべきと思料されるが、そのデザインに関する明確な指針はあまりない。 For example, the torso is located in the center of the aircraft, has a sufficient volume, and is connected to movable limbs such as legs and arms, and is thought to play an important role in the configuration of the aircraft. There are few clear guidelines on the design.
本発明は上述したような技術的課題を鑑みたものであり、その目的は、胴体に可動脚を連結して構成された、優れた脚式移動ロボットを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described technical problems, and an object thereof is to provide an excellent legged mobile robot configured by connecting a movable leg to a trunk.
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、胴体と前記胴体に連結された可動脚を備えた脚式移動ロボットであって、
前記可動脚は前記胴体に対してロール軸及びピッチ軸回りの複合的な自由度を持ち、前記胴体と前記可動脚の連結部分において、
前記可動脚に固定された腰部カバー体と、
前記可動脚に対して前記ロール軸回りにのみ回転可能に取り付けられた第１の連結カバー体と、
前記第１の連結カバー体に対して前記ピッチ軸回りに回転可能であるとともに前記可動脚に対して前記ロール軸及び前記ピッチ軸回りに回転可能に取り付けられた１以上の第２の連結カバー体と、
前記第１の連結カバー体に対して前記ピッチ軸回りに回転可能であるとともに前記可動脚に対して前記ロール軸及び前記ピッチ軸回りに回転可能に取り付けられて前記胴体を被覆する胴体カバー体と、
を具備することを特徴とする脚式移動ロボットである。
The present invention has been made in view of the above problems, the first side of the present invention is a legged mobile robot including a trunk and a movable leg connected to the trunk,
The movable leg has a complex degree of freedom around the roll axis and the pitch axis with respect to the body, and at the connecting part of the body and the movable leg
A lumbar cover body fixed to the movable leg;
A first connection cover body attached to the movable leg so as to be rotatable only around the roll axis;
One or more second connection cover bodies that are rotatable about the pitch axis with respect to the first connection cover body and are rotatably attached to the movable legs about the roll axis and the pitch axis. When,
A body cover body that is rotatable about the pitch axis with respect to the first connecting cover body and is rotatably attached to the movable leg about the roll axis and the pitch axis to cover the body; ,
It is a legged mobile robot characterized by comprising.
本発明に係る脚式移動ロボットは、前記可動脚は前記胴体に対してロール軸及びピッチ軸回りの複合的な自由度を備えている。このような場合、胴体と脚部の連結部は相当程度の可動領域を持つことになるため、駆動時に機体の外殻の隙間が生じないように、機体内部を隠蔽するカバー構造を工夫する必要がある。 In the legged mobile robot according to the present invention, the movable leg has multiple degrees of freedom around the roll axis and the pitch axis with respect to the body. In such a case, the connecting part between the fuselage and the leg has a considerable movable area, so it is necessary to devise a cover structure that conceals the inside of the fuselage so that there is no gap between the outer shells of the fuselage during driving. There is.
本発明によれば、腰部カバー体と、第１の連結カバー体と、第２の連結カバー体と、胴体カバー体という４種類のカバーを用いて、胴体部と可動脚の連結部分並びに体幹部において、体幹ロール軸回りの駆動時において、体幹ピッチ軸回りの自由度を制限することなく、且つ、体幹ピッチ軸回りの駆動時において、体幹ロール軸回りの自由度を制限することなく、胴体が体幹部において前屈しながらさらに体幹部において左右方向に揺動するという各自由度における最大限の可動範囲において、内部構造を隠蔽することができる。 According to the present invention, using the four types of covers, that is, the waist cover body, the first connection cover body, the second connection cover body, and the body cover body, the connection portion of the trunk portion and the movable leg, and the trunk portion In this case, the degree of freedom around the trunk roll axis is not limited when driving around the trunk roll axis, and the degree of freedom around the trunk roll axis is limited when driving around the trunk pitch axis. In addition, the internal structure can be concealed in the maximum movable range in each degree of freedom in which the trunk is bent forward at the trunk and further swings in the horizontal direction at the trunk.
また、本発明の第２の側面は、胴体と前記胴体に連結された可動脚を備え、前記可動脚は所定の歩行方向に歩行動作を行なう脚式移動ロボットであって、
前記胴体の前記歩行方向の反対側の面の略上端縁に把持部を備える、
ことを特徴とする脚式移動ロボットである。
The second aspect of the present invention is a legged mobile robot comprising a trunk and a movable leg connected to the trunk, wherein the movable leg performs a walking motion in a predetermined walking direction,
A gripping portion is provided at the substantially upper end edge of the surface opposite to the walking direction of the trunk,
This is a legged mobile robot.
本発明の第２の側面に係る脚式移動ロボットは、運搬・格納時の操作性の観点から、オペレータが機体を掴んで持ち上げるための把持部が用意されている。 The legged mobile robot according to the second aspect of the present invention is provided with a grip portion for an operator to grip and lift the airframe from the viewpoint of operability during transportation and storage.
この把持部は、胴体後方の上端に配設されており、歩行中や脚式作業中、さらには暴走中であっても、オペレータは機体の後方からロボットを追いかけて、把持部を用いて容易に捕まえることができる。また、脚部や腕部などの主要な可動部は基本的に機体前方に向かう関節自由度を与えられているので、把持部を操作中に万一足部や腕部が暴走しても、オペレータの腕にぶつかったりして危害を被る心配が少ない。 This gripping part is located at the upper rear end of the fuselage, and it is easy for the operator to follow the robot from the back of the aircraft and use the gripping part even during walking, leg work, or even runaway Can be caught. In addition, since the main movable parts such as legs and arms are basically given the degree of joint freedom toward the front of the aircraft, even if the legs or arms run away while operating the gripping part, There is little worry that it will hit the operator's arm and cause harm.
例えば仰向けなどの床上姿勢においては、把持部は床面側を向いてしまうので、オペレータの手が届きにくくなる。本発明によれば、把持部は、前記胴体が前記歩行方向の反対側の面において接地した床上姿勢において、床面との間に所定の間隙を持っているので、オペレータは容易に把持部に手を入れることができる。 For example, in a posture on the floor such as on its back, the gripping part faces the floor surface side, so that the operator's hand is difficult to reach. According to the present invention, since the gripping portion has a predetermined gap with the floor surface in the above-ground posture in which the body is grounded on the surface opposite to the walking direction, the operator can easily attach the gripping portion to the gripping portion. You can put your hand.
また、オペレータが把持部を掴むためには、機体の後方に回り込む格好となるので、オペレータの手や姿がカメラなどの視覚認識部の視野に入って、機体の行動計画などに影響を与えることはない。 In addition, since the operator is likely to go around the back of the aircraft in order to grab the grip, the operator's hand or figure will enter the field of view of the visual recognition unit such as a camera and affect the action plan of the aircraft. There is no.
また、把持部は、暴走時などにおけるロボットの緊急停止機構を兼ねている。把持部の把持部分には、加圧センサが貼設されており、オペレータが把持部を掴んでいることを検出すると、この検出結果に応答して、機体の動作制御部は、全身の関節アクチュエータを脱力させるという脱力機構を備えている。例えば、各関節アクチュエータに最低ゲインを設定したり、出力トルクを最小値に設定することにより、脱力状態を実現することができる。あるいは、すべての又は一部の関節アクチュエータへの給電を停止することによっても、脱力状態を実現することができる。 The gripping part also serves as an emergency stop mechanism for the robot during runaway. A pressure sensor is affixed to the grip portion of the grip portion. When it is detected that the operator is gripping the grip portion, in response to this detection result, the motion control unit of the airframe It has a weakness mechanism that weakens the power. For example, the weak state can be realized by setting the minimum gain for each joint actuator or setting the output torque to the minimum value. Alternatively, the weakened state can also be realized by stopping the power supply to all or some of the joint actuators.
把持部の操作に応答して脱力オペレーションを行なうので、機体を運搬中にロボットが突然暴走しても、オペレータを怪我させることはない。また、把持部を掴むことによって機体動作が緊急停止しても、機体は把持部で支持されているので、ロボットが転倒する危険もない。 Since the weakening operation is performed in response to the operation of the gripping portion, even if the robot suddenly runs away while the aircraft is being transported, the operator is not injured. Further, even if the operation of the airframe is urgently stopped by grasping the grip portion, the airframe is supported by the grip portion, so there is no risk of the robot falling over.
また、本発明の第３の側面は、胴体と前記胴体に連結された可動脚を備えた脚式移動ロボットであって、
前記胴体の正面にて開閉操作可能に取り付けられた正面カバーと、
前記胴体の正面カバーで被覆される内側に配設された内部アクセス手段と、
を具備することを特徴とする脚式移動ロボットである。
The third aspect of the present invention is a legged mobile robot having a trunk and a movable leg connected to the trunk,
A front cover attached to the front of the body so as to be opened and closed;
Internal access means disposed on the inside which is covered with a front cover of the fuselage;
It is a legged mobile robot characterized by comprising.
本発明の第３の側面に係る脚式移動ロボットは、胴体を利用して内部アクセス手段を実現している。より具体的には、胴体正面にＰＣカード・スロット、メモリ・スティック用スロット、バッテリ収容口などを配設して、内部アクセスを可能にしている。さらに、正面カバーを取り付けて、通常動作時にはこれらを外界から隠蔽して、機体デザイン上の美観を整えるとともに、機体オペレーション時の脱落防止や取り外し禁止を実現する。 The legged mobile robot according to the third aspect of the present invention realizes internal access means using the trunk. More specifically, a PC card slot, a memory stick slot, a battery slot, and the like are arranged on the front of the body to enable internal access. In addition, a front cover is attached, and these are concealed from the outside world during normal operation to improve the aesthetics of the aircraft design and to prevent falling off and prohibition during aircraft operation.
このような内部アクセス手段に装着されている部品類が機体動作中に突発的に取り外されると、機器の誤動作や破損を引き起こしかねない。例えば、主電源であるバッテリ・パックが抜き取られると、ロボットは姿勢維持用あるいは姿勢安定制御の駆動電力を失ってしまう。また、メモリ・アクセス中にメモリ・スティックやＰＣカードが抜き取られると、実行中の動作の次の処理ステップを失うことから、誤動作や暴走の危険がある。 If parts mounted on such internal access means are suddenly removed during the operation of the airframe, the equipment may malfunction or be damaged. For example, when a battery pack as a main power source is removed, the robot loses driving power for posture maintenance or posture stability control. Also, if the memory stick or PC card is removed during memory access, the processing step next to the operation being executed is lost, and there is a risk of malfunction or runaway.
そこで、本発明によれば、機体オペレーション中は正面カバーの開成操作を禁止する手段を備え、機体オペレーション中におけるこれら装着部品類の取り外しや交換を制限するようにしている。 Therefore, according to the present invention, means for prohibiting the opening operation of the front cover is provided during the aircraft operation, and the removal and replacement of these mounted parts during the aircraft operation are restricted.
本発明によれば、胴体に可動脚を連結して構成された、優れた脚式移動ロボットを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the outstanding leg type mobile robot comprised by connecting a movable leg to the trunk | drum can be provided.
本発明によれば、機体の中心に配置され、充分な容積を持つとともに、脚部や腕部などの可動肢を連結している胴体のデザインに関する明確な指針を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a clear guide regarding the design of the trunk which is disposed at the center of the aircraft and has a sufficient volume, and which connects movable limbs such as legs and arms.
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。 Other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from more detailed description based on embodiments of the present invention described later and the accompanying drawings.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Ａ．脚式移動ロボットの機械的構成
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。
A. Each how the legged mobile robot 100 is standing upright front and rear of is subjected to an "humanoid" or "human-type" of the present invention the mechanical configuration diagram 1 and 2 of the legged mobile robot It shows a view from the top. As shown in the figure, the legged mobile robot 100 includes a torso, a head, left and right upper limbs, and left and right lower limbs that perform legged movement. For example, a control unit built in the torso. (Not shown) controls the overall operation of the aircraft.
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。 Each of the left and right lower limbs is composed of a thigh, a knee joint, a shin, an ankle, and a foot, and is connected by a hip joint at the substantially lower end of the trunk. The left and right upper limbs are composed of an upper arm, an elbow joint, and a forearm, and are connected to the left and right side edges above the trunk by shoulder joints. The head is connected to the substantially uppermost center of the trunk by a neck joint.
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（後述）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。 The control unit is equipped with a controller (main control unit) that processes the external inputs from the joint actuators and sensors (described later) that constitute the legged mobile robot 100, and a power supply circuit and other peripheral devices. It is the housing which was made. In addition, the control unit may include a communication interface and a communication device for remote operation.
このように構成された脚式移動ロボット１００は、制御部による全身協調的な動作制御により、２足歩行を実現することができる。かかる２足歩行は、一般に、以下に示す各動作期間に分割される歩行周期を繰り返すことによって行われる。すなわち、 The legged mobile robot 100 configured as described above can realize bipedal walking by whole body cooperative operation control by the control unit. Such biped walking is generally performed by repeating a walking cycle divided into the following operation periods. That is,
（１）右脚を持ち上げた、左脚による単脚支持期
（２）右足が接地した両脚支持期
（３）左脚を持ち上げた、右脚による単脚支持期
（４）左足が接地した両脚支持期
(1) Single leg support period with left leg lifted right leg (2) Both leg support period with right leg grounded (3) Single leg support period with right leg lifted with left leg (4) Both legs with left leg grounded Support period
脚式移動ロボット１００における歩行制御は、あらかじめ下肢の目標軌道を計画し、上記の各期間において計画軌道の修正を行うことによって実現される。すなわち、両脚支持期では、下肢軌道の修正を停止して、計画軌道に対する総修正量を用いて腰の高さを一定値で修正する。また、単脚支持期では、修正を受けた脚の足首と腰との相対位置関係を計画軌道に復帰させるように修正軌道を生成する。 The walking control in the legged mobile robot 100 is realized by planning the target trajectory of the lower limb in advance and correcting the planned trajectory in each of the above periods. That is, in the both-leg support period, the correction of the lower limb trajectory is stopped, and the waist height is corrected at a constant value using the total correction amount with respect to the planned trajectory. In the single leg support period, a corrected trajectory is generated so that the relative positional relationship between the corrected ankle and waist of the leg is returned to the planned trajectory.
歩行動作の軌道修正を始めとして、機体の姿勢安定制御には、一般に、ＺＭＰに対する偏差を小さくするための位置、速度、及び加速度が連続となるように、５次多項式を用いた補間計算により行う。ＺＭＰ（Ｚｅｒｏ Ｍｏｍｅｎｔ Ｐｏｉｎｔ）を歩行の安定度判別の規範として用いている。ＺＭＰによる安定度判別規範は、歩行系から路面には重力と慣性力、並びにこれらのモーメントが路面から歩行系への反作用としての床反力並びに床反力モーメントとバランスするという「ダランベールの原理」に基づく。力学的推論の帰結として、足底接地点と路面の形成する支持多角形（すなわちＺＭＰ安定領域）の辺上あるいはその内側にピッチ軸及びロール軸モーメントがゼロとなる点、すなわち「ＺＭＰ（Ｚｅｒｏ Ｍｏｍｅｎｔ Ｐｏｉｎｔ）」が存在する。 Starting with correcting the trajectory of walking motion, the attitude stabilization control of the aircraft is generally performed by interpolation calculation using a fifth order polynomial so that the position, speed, and acceleration for reducing the deviation from ZMP are continuous. . ZMP (Zero Moment Point) is used as a standard for determining the stability of walking. The standard for discriminating the stability by ZMP is the principle of D'Alembert that gravity and inertia force from the walking system to the road surface, and these moments balance with the floor reaction force and the floor reaction force moment as a reaction from the road surface to the walking system. based on. As a result of the dynamic reasoning, the point where the pitch axis and roll axis moments become zero on or inside the side of the support polygon (that is, the ZMP stable region) formed by the sole contact point and the road surface, that is, “ZMP (Zero Moment”. Point) "exists.
図３には、この脚式移動ロボット１００が具備する関節自由度構成を模式的に示している。同図に示すように、脚式移動ロボット１００は、２本の腕部と頭部１を含む上肢と、移動動作を実現する２本の脚部からなる下肢と、上肢と下肢とを連結する体幹部とで構成された、複数の肢を備えた構造体である。 FIG. 3 schematically shows a joint degree-of-freedom configuration of the legged mobile robot 100. As shown in the figure, a legged mobile robot 100 connects an upper limb including two arms and a head 1, a lower limb including two legs that realize a moving operation, and an upper limb and a lower limb. It is a structure having a plurality of limbs, which is composed of a trunk.
頭部を支持する首関節（Ｎｅｃｋ）は、首関節ヨー軸１と、第１及び第２の首関節ピッチ軸２Ａ及び２Ｂと、首関節ロール軸３という４自由度を有している。 The neck joint (Neck) that supports the head has four degrees of freedom: a neck joint yaw axis 1, first and second neck joint pitch axes 2 </ b> A and 2 </ b> B, and a neck joint roll axis 3.
また、各腕部は、その自由度として、肩（Ｓｈｏｕｌｄｅｒ）における肩関節ピッチ軸４と、肩関節ロール軸５と、上腕ヨー軸６、肘（Ｅｌｂｏｗ）における肘関節ピッチ軸７と、手首（Ｗｒｉｓｔ）における手首関節ヨー軸８と、手部とで構成される。手部は、複数本の指を含む多関節・多自由度構造体であるが、その詳細については後に詳解する。 Each arm portion has a degree of freedom as a shoulder joint pitch axis 4 at the shoulder, a shoulder joint roll axis 5, an upper arm yaw axis 6, an elbow joint pitch axis 7 at the elbow, and a wrist ( Wrist) is composed of a wrist joint yaw axis 8 and a hand portion. The hand portion is a multi-joint / multi-degree-of-freedom structure including a plurality of fingers, and details thereof will be described later.
また、体幹部（Ｔｒｕｎｋ）は、体幹ピッチ軸９と、体幹ロール軸１０という２自由度を有する。 The trunk (Trunk) has two degrees of freedom: a trunk pitch axis 9 and a trunk roll axis 10.
また、下肢を構成する各々の脚部は、股関節（Ｈｉｐ）における股関節ヨー軸１１と、股関節ピッチ軸１２と、股関節ロール軸１３と、膝（Ｋｎｅｅ）における膝関節ピッチ軸１４と、足首（Ａｎｋｌｅ）における足首関節ピッチ軸１５と、足首関節ロール軸１６と、足部とで構成される。 In addition, each leg constituting the lower limb includes a hip joint yaw axis 11 at the hip joint (Hip), a hip joint pitch axis 12, a hip joint roll axis 13, a knee joint pitch axis 14 at the knee (Knee), and an ankle (Ankle). ), An ankle joint pitch axis 15, an ankle joint roll axis 16, and a foot.
Ｂ．脚式移動ロボットの胴体構造
Ｂ−１．腰部構造
本実施形態に係る脚式移動ロボット１００は、上半身においても豊かな関節自由度を備え、より自然でリアリスティックな機体動作を実現することができる。
B. Body structure of legged mobile robot
B-1. Lumbar structure The legged mobile robot 100 according to the present embodiment has a rich degree of joint freedom even in the upper body, and can realize more natural and realistic airframe operation.
例えば、図３に示すように、股関節ピッチ軸１２及び体幹ピッチ軸９を備え、前屈動作を行なうことができる。さらに、股関節ロール軸１３及び体幹ロール軸１０を備え、立脚に対して胴体を左右方向に揺動させることができる。また、腰部において、股関節と体幹の双方において、ピッチ軸及びロール軸の自由度を持つことから、これら４つの関節自由度を用いた複合的な動作により、胴体と脚部の連結部は相当程度の可動領域を持つ。 For example, as shown in FIG. 3, a hip joint pitch axis 12 and a trunk pitch axis 9 are provided, and a forward bending operation can be performed. Furthermore, the hip roll shaft 13 and the trunk roll shaft 10 are provided, and the trunk can be swung in the left-right direction with respect to the standing leg. In the waist, both the hip joint and the trunk have degrees of freedom of the pitch axis and roll axis, so the combined action using these four joint degrees of freedom makes the connecting part between the trunk and the leg considerable. It has a movable area.
他方、各関節部位においては、可動角を確保しながら機体の内部構造を隠蔽する必要がある。何故ならば、駆動時に機体の外殻の隙間が生じると、ユーザの指の挟み込みや、隙間からの異物混入による故障の原因となりかねないからである。 On the other hand, in each joint part, it is necessary to conceal the internal structure of the airframe while ensuring a movable angle. This is because a gap in the outer shell of the fuselage during driving may cause a failure due to a user's finger being caught or foreign matter entering from the gap.
１つの関節部位において単一の関節自由度しか備えていない場合には、当該自由度に沿って出現するカバー構造を設けることによって、可動角を確保しながら機体の内部構造を容易に隠蔽することができる。これに対し、２以上の関節自由度を備える場合には、一方の関節軸の駆動時に、他方の関節軸の自由度を制限することなく、内部構造の隠蔽する機構は容易ではない。 In the case where only one joint degree of freedom is provided in one joint part, by providing a cover structure that appears along the degree of freedom, the internal structure of the aircraft can be easily concealed while ensuring a movable angle. Can do. On the other hand, when two or more joint degrees of freedom are provided, it is not easy to conceal the internal structure without restricting the degree of freedom of the other joint axis when driving one joint axis.
本実施形態に係る脚式移動ロボット１００の場合、上述したように、股関節並びに体幹部においてピッチ軸及びロール軸の２方向の自由度を持つとともに、各軸回りの駆動を同時に行うという複合的な動作を行なうことから、隠蔽機構もこれに対応しなければならない。 In the case of the legged mobile robot 100 according to the present embodiment, as described above, the hip joint and the trunk have a degree of freedom in the two directions of the pitch axis and the roll axis, and simultaneously drive around each axis. The concealment mechanism must cope with this because it performs the action.
まず、脚式移動ロボット１００の股関節並びに体幹部における複合的な自由度構成について、図４〜図８、並びに図２９を参照しながら説明する。 First, a composite degree of freedom configuration in the hip joint and trunk of the legged mobile robot 100 will be described with reference to FIGS. 4 to 8 and FIG. 29.
図４及び図５、図２９には、外筐（外殻若しくはカバー）を取り外して、内部構造を露出した状態の胴体の背面図、左側面図、並びに左正面斜視図をそれぞれ示している。図４並びに図５に示すように、本実施形態に係る脚式移動ロボット１００の胴体部には、左右の腕部を連結並びに駆動するための左右の肩関節ピッチ軸アクチュエータＡ4と、胴体部を体幹付近において左右方向に揺動させるための体幹ロール軸アクチュエータＡ10と、胴体部を体幹付近において前後方向の屈曲すなわち前屈動作を可能にするための体幹ピッチ軸アクチュエータＡ9と、左右の脚部を連結してヨー軸回りの回転すなわち足部の向きを与えるための股関節ヨー軸アクチュエータＡ11と、左右の足部を連結してそれぞれに対して左右方向の揺動運動を与えるための股関節ロール軸アクチュエータＡ13が搭載されている。また、胴体後方の略上端縁には取っ手１１０が形設されている（後述）。 4, 5, and 29 show a rear view, a left side view, and a left front perspective view of the body with the outer casing (outer shell or cover) removed and the internal structure exposed. As shown in FIGS. 4 and 5, the trunk portion of the legged mobile robot 100 according to the present embodiment includes left and right shoulder joint pitch axis actuators A 4 for connecting and driving the left and right arm portions, and the trunk portion. A trunk roll axis actuator A 9 for swinging the body part in the left-right direction near the trunk, and a trunk pitch axis actuator A 9 for allowing the body part to bend in the front-rear direction, that is, to bend forward in the vicinity of the trunk. And the hip joint yaw axis actuator A 11 for connecting the left and right legs to provide rotation around the yaw axis, that is, the direction of the foot, and the left and right feet and The hip joint roll axis actuator A 13 is provided. A handle 110 is formed at a substantially upper edge at the rear of the body (described later).
図６及び図７には、体幹ロール軸アクチュエータＡ10の駆動により、胴体部が体幹部において右方向に揺動している様子を、正面並びに背面からそれぞれ示している。さらに、図８には、体幹ピッチ軸アクチュエータＡ9の駆動により、胴体部が体幹部において前屈している様子を示している。 6 and 7, by the driving of the trunk roll axis actuator A 10, a state in which the body portion is swung to the right in the trunk show respectively from the front and rear. Further, FIG. 8 shows a state where the trunk is bent forward at the trunk by driving the trunk pitch axis actuator A 9 .
このように、本実施形態に係る脚式移動ロボット１００は、体幹部においてピッチ軸及びロール軸の２方向の自由度を持つとともに、各軸回りの駆動を同時に行うという複合的な動作を行なうことができる。このような場合、胴体が体幹部において前屈しながらさらに体幹部において左右方向に揺動するという各自由度における最大限の可動範囲において、一方の関節軸の駆動時に、他方の関節軸の自由度を制限することなく、内部構造の隠蔽する必要がある。例えば、体幹ロール軸１０回りの駆動時において、体幹ピッチ軸９回りの自由度を制限することなく、内部構造を隠蔽しなければならない。同様に、体幹ピッチ軸９回りの駆動時において、体幹ロール軸１０回りの自由度を制限することなく、内部構造を隠蔽しなければならない。 As described above, the legged mobile robot 100 according to the present embodiment performs a complex operation of having a degree of freedom in two directions of the pitch axis and the roll axis in the trunk and simultaneously driving around each axis. Can do. In such a case, the degree of freedom of the other joint axis when driving one joint axis in the maximum movable range in each degree of freedom in which the trunk swings forward at the trunk and further swings left and right in the trunk. It is necessary to conceal the internal structure without restricting. For example, when driving around the trunk roll axis 10, the internal structure must be concealed without limiting the degree of freedom around the trunk pitch axis 9. Similarly, when driving around the trunk pitch axis 9, the internal structure must be concealed without restricting the degree of freedom around the trunk roll axis 10.
本実施形態では、腰部カバー体１２１と、第１の連結カバー体１２２と、第２の連結カバー体１２３と、胴体カバー体１２４という４種類のカバーを用いて、胴体部と可動脚の連結部分並びに体幹部において、体幹ロール軸１０回りの駆動時において、体幹ピッチ軸９回りの自由度を制限することなく、且つ、体幹ピッチ軸９回りの駆動時において、体幹ロール軸１０回りの自由度を制限することなく、胴体が体幹部において前屈しながらさらに体幹部において左右方向に揺動するという各自由度における最大限の可動範囲において、内部構造を隠蔽することとした。 In the present embodiment, a connecting portion between the body portion and the movable leg is used by using four types of covers, that is, the waist cover body 121, the first connection cover body 122, the second connection cover body 123, and the body cover body 124. In the trunk, the degree of freedom around the trunk pitch axis 9 is not limited when driven around the trunk roll axis 10, and the circumference around the trunk roll axis 10 is driven when driven around the trunk pitch axis 9. Without limiting the degree of freedom, the internal structure is concealed in the maximum movable range in each degree of freedom in which the trunk is bent forward at the trunk and further swings left and right in the trunk.
図９には、腰部カバー体１２１を斜視した様子を示している。この腰部カバー体１２１は、胴体の下端を覆う断面略Ｕ字形の成型体であり、その底面において左右の可動脚の股関節ヨー軸アクチュエータＡ11を挿通するための開口が形設されている。腰部カバー体１２１の背面側は、体幹ロール軸１０回りの回転に倣った曲面が形設されている。 FIG. 9 shows a perspective view of the waist cover body 121. The waist cover body 121 is a molded body of substantially U-shaped section which covers the torso of the lower end, an opening for inserting the hip joint yaw axis actuator A 11 of the movable left and right legs in the bottom surface is Katachi設. On the back side of the waist cover body 121, a curved surface following the rotation around the trunk roll shaft 10 is formed.
また、図１０及び図１１には、この腰部カバー体１２１を図４〜図６に示した脚式移動ロボット１００の胴体に取り付けた様子を示している。股関節カバー体１２１は、左右の可動脚の股関節ヨー軸アクチュエータＡ11を挿通しており、左右の可動脚に固定された格好となり、体幹ピッチ軸９及び体幹ロール軸１０のいずれの動作にも影響されない。 10 and 11 show a state in which the waist cover body 121 is attached to the body of the legged mobile robot 100 shown in FIGS. The hip joint cover 121 is inserted through the hip joint yaw axis actuator A 11 of the left and right movable legs, and is fixed to the left and right movable legs. Is not affected.
図１２には、第１の連結カバー体１２２を斜視した様子を示している。第１の連結カバー体１２２は、上記の腰部カバー体１２１の直近上位のカバーであり、その底面には腰部カバー体１２１を収容するための開口を持つ略筒状の構造体である。また、第１の連結カバー体１２２の背面側には、腰部カバー体１２１の背面に倣った、体幹ロール軸１０回りの略回転形状の曲面が形設されている。この第１の連結カバー体１２２の左右の各側面において体幹ピッチ軸９回りの動作を開放するための切り欠き部１２２Ａが形設されている。また、この切り欠き部１２２Ａの端縁には、胴体フレーム側と係合するための係合部１２２Ｂが設けられている。 FIG. 12 shows a perspective view of the first connection cover body 122. The first connection cover body 122 is a cover directly above the waist cover body 121 described above, and is a substantially cylindrical structure having an opening for accommodating the waist cover body 121 on the bottom surface thereof. Further, on the back side of the first connecting cover body 122, a substantially rotational curved surface around the trunk roll shaft 10 is formed following the back surface of the waist cover body 121. A notch 122A for opening the movement around the trunk pitch axis 9 is formed on each of the left and right side surfaces of the first connecting cover body 122. Further, an engaging portion 122B for engaging with the body frame side is provided at the edge of the notch portion 122A.
図１３には、この第１の連結カバー体１２２を図４〜図６に示した脚式移動ロボット１００の胴体に取り付けた様子を示している。第１の連結カバー体１２２は、その底面において腰部カバー体１２１を挿通するとともに、左右の切り欠き部１２２Ｂにおいて体幹ピッチ軸９の動作を開放していることから、左右の可動脚に対して体幹ロール軸１０回りの自由度のみが与えられており、体幹ピッチ軸９の動作に影響されない。 FIG. 13 shows a state in which the first connection cover body 122 is attached to the body of the legged mobile robot 100 shown in FIGS. 4 to 6. Since the first connecting cover body 122 is inserted through the waist cover body 121 at the bottom surface and the operation of the trunk pitch shaft 9 is opened at the left and right cutout portions 122B, Only the degree of freedom around the trunk roll axis 10 is given, and the movement of the trunk pitch axis 9 is not affected.
図１４には、第２の連結カバー体１２３を斜視した様子を示している。第２の連結カバー体１２３は、上記の第１の連結カバー体１２２の直近上位のカバーであり、第１の連結カバー体１２２の背面に倣った体幹ロール軸１０回りの略回転形状の曲面が形設されている略Ｕ字形状の成型体である。このＵ字の左右の略先端縁には、体幹ピッチ軸９に対して回動可能に支持される取付け部１２３Ａが配設されている。 FIG. 14 shows a perspective view of the second connection cover body 123. The second connection cover body 123 is a cover directly above the first connection cover body 122, and is a curved surface having a substantially rotational shape around the trunk roll shaft 10 that follows the back surface of the first connection cover body 122. Is a substantially U-shaped molded body. A mounting portion 123 </ b> A that is rotatably supported with respect to the trunk pitch shaft 9 is disposed at the substantially right and left leading edges of the U shape.
図１５には、この第２の連結カバー体１２３を図４〜図６に示した脚式移動ロボット１００の胴体に取り付けた様子を示している。第２の連結カバー体１２３は、その底面において第１の連結カバー体１２２を挿通するとともに、左右の取付け部１２３Ｂにおいて体幹ピッチ軸９回りに回動可能に支持されていることから、左右の可動脚に対して体幹ピッチ軸９及び体幹ロール軸１０回りの自由度が与えられている。 FIG. 15 shows a state in which the second connecting cover body 123 is attached to the trunk of the legged mobile robot 100 shown in FIGS. 4 to 6. Since the second connection cover body 123 is inserted through the first connection cover body 122 at the bottom surface thereof and is supported by the left and right attachment portions 123B so as to be rotatable around the trunk pitch axis 9, A degree of freedom about the trunk pitch axis 9 and the trunk roll axis 10 is given to the movable leg.
図１６には、さらに胴体カバー体１２４を図４〜図６に示した脚式移動ロボット１００の胴体に取り付けた様子を示している。胴体カバー体１２４は、その底面において第２の連結カバー体１２３を挿通するとともに、左右の腕部を取り付けていることから、体幹部より上側の胴体と一体的に動くとともに、左右の可動脚に対しては、体幹ピッチ軸９及び体幹ロール軸１０回りの自由度が与えられている。 FIG. 16 shows a state in which the body cover body 124 is further attached to the body of the legged mobile robot 100 shown in FIGS. The torso cover body 124 is inserted through the second connecting cover body 123 on the bottom surface and has left and right arms attached thereto, so that it moves integrally with the torso above the trunk and moves to the left and right movable legs. On the other hand, the degree of freedom around the trunk pitch axis 9 and the trunk roll axis 10 is given.
図１７には、本実施形態に係る脚式移動ロボット１００が基本的な立位姿勢をとっている様子を示している。この状態では、第１の連結カバー体１２２並びに第２の連結カバー体１２３は、胴体カバー体１２４内に収容されていて、外界からは隠れている。 FIG. 17 shows a state in which the legged mobile robot 100 according to the present embodiment takes a basic standing posture. In this state, the first connection cover body 122 and the second connection cover body 123 are accommodated in the body cover body 124 and are hidden from the outside.
また、図１８には、脚式移動ロボット１００が体幹ピッチ軸９回りの駆動により前屈している様子を示している。 FIG. 18 shows a state in which the legged mobile robot 100 is bent forward by driving around the trunk pitch axis 9.
上述したように、第１の連結カバー体１２２は、左右の可動脚に対しては、体幹ロール軸１０回りの自由度しか与えられておらず、図示のような体格ピッチ軸９回りの動作には追従せず、可動脚に対して同じ相対位置関係でとどまる。これに対し、第２の連結カバー体１２３並びに胴体カバー体１２４はいずれも、可動脚に対して体幹ピッチ軸９回りの回転自由度が与えられている。したがって、体幹ピッチ軸９回りの駆動により前屈姿勢をとった場合には、それぞれ可動脚に対して体幹ピッチ軸９回りに動作する。この結果、図示のように、胴体カバー体１２４内に収容されていた第１の連結カバー体１２２及び第２の連結カバー体１２３が出現して、腰部を覆い尽くす。すなわち、体幹ピッチ軸９回りの最大限の可動範囲において、機体の内部構造を隠蔽することができる。 As described above, the first connecting cover body 122 is given only a degree of freedom around the trunk roll axis 10 for the left and right movable legs, and operates around the physique pitch axis 9 as shown. Does not follow and stays in the same relative positional relationship with respect to the movable leg. On the other hand, both the second connecting cover body 123 and the trunk cover body 124 are given a degree of freedom of rotation about the trunk pitch axis 9 with respect to the movable leg. Therefore, when the forward bending posture is taken by driving around the trunk pitch axis 9, it moves around the trunk pitch axis 9 with respect to the movable legs. As a result, as shown in the drawing, the first connection cover body 122 and the second connection cover body 123 that are accommodated in the body cover body 124 appear and cover the waist. That is, the internal structure of the aircraft can be concealed within the maximum movable range around the trunk pitch axis 9.
図１９には、上述したような前傾姿勢において、さらに体幹ロール軸１０回りの駆動により脚に対し左側に揺動しているときに各連結カバー体１２２及び１２３が動作する様子を背面側から示している。また、図２８には、上述したような前傾姿勢において、さらに体幹ロール軸１０回りの駆動により脚に対し左側に揺動しているときの脚式移動ロボット１００の様子を背面側から示している。 FIG. 19 shows how the connection cover bodies 122 and 123 operate in the forward tilt posture as described above when the left and right legs are swung to the left by driving around the trunk roll shaft 10. It shows from. In addition, FIG. 28 shows a state of the legged mobile robot 100 from the back side in the forward tilt posture as described above and when the leg-type mobile robot 100 is further swung to the left with respect to the leg by driving around the trunk roll shaft 10. ing.
上述したように、第１の連結カバー体１２２は、左右の可動脚に対しては、体幹ロール軸１０回りの自由度のみが与えられている。また、第２の連結カバー体１２３並びに胴体カバー体１２４はいずれも、可動脚に対して体幹ピッチ軸９及び体幹ロール軸１０双方の回転自由度が与えられている。したがって、既に胴体カバー体１２４から出現している第１の連結カバー体１２２及び第２の連結カバー体１２３は、胴体カバー体１２４とともに、可動脚に対して体幹ロール軸１０回りに作動して、機体の内部構造を隠蔽することができる。このとき、体幹ロール軸１０回りの駆動時において、体幹ピッチ軸９回りの自由度を制限することなく、内部構造を隠蔽している、ということを充分に理解されたい。 As described above, the first connection cover body 122 is given only the degree of freedom around the trunk roll axis 10 for the left and right movable legs. Further, both the second connecting cover body 123 and the trunk cover body 124 are provided with degrees of freedom of rotation of both the trunk pitch axis 9 and the trunk roll axis 10 with respect to the movable leg. Therefore, the first connection cover body 122 and the second connection cover body 123 that have already appeared from the body cover body 124 operate together with the body cover body 124 around the trunk roll shaft 10 with respect to the movable leg. The internal structure of the aircraft can be hidden. At this time, it should be fully understood that the internal structure is concealed without limiting the degree of freedom around the trunk pitch axis 9 during driving around the trunk roll axis 10.
Ｂ−２．機体の運搬・格納
脚式移動ロボット１００も、他の機械装置と同様、未使用時には運搬したり所定の保管場所に格納する必要がある。機械装置の多くは、運搬・格納時の操作性の観点から、ハンドル若しくは取っ手が用意されている。
B-2. Carrying and storing legged mobile robot 100, like other mechanical devices, also needs to be transported or stored in a predetermined storage location when not in use. Many mechanical devices are provided with a handle or a handle from the viewpoint of operability during transportation and storage.
自律作業を行なう脚式移動ロボット１００にハンドルを取り付ける際、以下の事柄に留意しながら設計すべきであると本発明者らは思料する。 The present inventors contemplate that when a handle is attached to the legged mobile robot 100 that performs autonomous work, the design should be performed while paying attention to the following matters.
（１）立ち姿勢、床上姿勢（仰向け、うつ伏せ）などいずれの姿勢であっても把持し易いこと。
（２）歩行中など脚式作業中、さらには暴走中であっても把持し易いこと。
（３）ハンドルで把持している最中にロボットが突然暴走しても、オペレータを怪我させないこと。
（４）歩行中など脚式作業中にハンドルを掴もうとしても、ロボットが転倒する危険がないこと。
（５）ハンドルを掴もうとするオペレータの手や姿がカメラなどの視覚認識部の視野に入って、機体の行動計画などに影響を与えないこと。
(1) It should be easy to hold in any posture such as a standing posture and a posture on the floor (facing up, lying down).
(2) It must be easy to grip even during legged work such as walking or even during a runaway.
(3) Do not injure the operator even if the robot suddenly runs out of control while gripping with the handle.
(4) There is no danger of the robot falling over even if it tries to grab the handle during legged work such as walking.
(5) The operator's hand or figure trying to grab the handle should enter the field of view of the visual recognition unit such as a camera and not affect the action plan of the aircraft.
このような配慮から、本実施形態に係る脚式移動ロボット１００は、胴体後方の略上端縁に取っ手１１０が形設されている（図１及び図２を参照のこと）。 From such consideration, the legged mobile robot 100 according to the present embodiment has a handle 110 formed at a substantially upper edge at the rear of the body (see FIGS. 1 and 2).
胴体後方の上端に取っ手１１０を配置することによって、歩行中や脚式作業中、さらには暴走中であっても、オペレータは機体の後方からロボットを追いかけて、取っ手１１０を把持することによって容易に捕まえることができる。また、脚部や腕部などの主要な可動部は基本的に機体前方に向かう関節自由度を与えられているので、取っ手１１０を操作中に万一足部や腕部が暴走しても、取っ手１１０を掴むオペレータの腕にぶつかったりして危害を被る心配が少ない。 By arranging the handle 110 at the upper rear end of the fuselage, the operator can easily follow the robot from the rear of the aircraft and grasp the handle 110 even during walking, leg work, or even runaway. Can be caught. In addition, since the main movable parts such as legs and arms are basically given the degree of joint freedom toward the front of the aircraft, even if the legs or arms run away while operating the handle 110, There is less concern that the operator may hit the handle 110 and hit the arm.
例えば仰向けなどの床上姿勢においては、取っ手１１０は床面側を向いてしまうので、オペレータの手が届きにくくなる。本実施形態では、図２０に示すように、取っ手１１０を背中よりも低く形成することにより、仰向け姿勢においても取っ手１１０と床面の間には間隙が設けられ、オペレータは容易に取っ手１１０に手を入れることができる。 For example, in a posture on the floor such as on the back, the handle 110 faces the floor surface side, so that the operator's hand is difficult to reach. In the present embodiment, as shown in FIG. 20, by forming the handle 110 lower than the back, a gap is provided between the handle 110 and the floor surface even in the supine position, and the operator can easily hold the handle 110 on the handle 110. Can be entered.
また、オペレータが取っ手１１０を掴むためには、機体の後方に回り込む格好となるので、オペレータの手や姿がカメラなどの視覚認識部の視野に入って、機体の行動計画などに影響を与えることはない。 In addition, since the operator is likely to go behind the aircraft to grab the handle 110, the operator's hand and figure enter the field of view of the visual recognition unit such as a camera and affect the action plan of the aircraft. There is no.
本実施形態では、取っ手１１０は、暴走時などにおけるロボットの緊急停止機構を兼ねている。取っ手１１０の把持部分には、加圧センサが貼設されており、オペレータが取っ手１１０を把持することを検出すると、この検出結果に応答して、機体の動作制御部は、全身の関節アクチュエータを脱力させるという脱力機構を備えている（図２１を参照のこと）。例えば、各関節アクチュエータに最低ゲインを設定したり、出力トルクを最小値に設定することにより、脱力状態を実現することができる。あるいは、すべての又は一部の関節アクチュエータへの給電を停止することによっても、脱力状態を実現することができる。 In the present embodiment, the handle 110 also serves as an emergency stop mechanism for the robot during a runaway. A pressure sensor is affixed to the grip portion of the handle 110. When the operator detects that the handle 110 is gripped, in response to the detection result, the motion control unit of the aircraft moves the joint actuators of the whole body. It is equipped with a weakness mechanism that causes weakness (see FIG. 21). For example, the weak state can be realized by setting the minimum gain for each joint actuator or setting the output torque to the minimum value. Alternatively, the weakened state can also be realized by stopping the power supply to all or some of the joint actuators.
取っ手１１０のハンドル操作に応答して脱力オペレーションを行なうので、機体を運搬中にロボットが突然暴走しても、オペレータを怪我させることはない。また、取っ手１１０を掴むことによって機体動作が緊急停止しても、機体は取っ手１１０で支持されているので、ロボットが転倒する危険もない。 Since the weakening operation is performed in response to the handle operation of the handle 110, even if the robot suddenly runs away while the aircraft is being transported, the operator is not injured. Further, even if the operation of the airframe is urgently stopped by gripping the handle 110, the airframe is supported by the handle 110, so there is no danger of the robot falling over.
また、取って１１０の他の用途として、後頭部の保護を挙げることができる。図３に示したように、本実施形態に係る脚式移動ロボットは、第１及び第２の首関節ピッチ軸２Ａ及び２Ｂを備え、両ピッチ軸の駆動により、頭部は機体の前後方向に対して広い可動範囲を備えている。 Further, as another application of the taking 110, protection of the back of the head can be mentioned. As shown in FIG. 3, the legged mobile robot according to the present embodiment includes first and second neck joint pitch axes 2A and 2B, and the head is moved in the front-rear direction of the aircraft by driving both pitch axes. On the other hand, it has a wide range of motion.
図２１には、頭部が機体の前後方向に動作する様子を示している。図示の通り、頭部は、頭を前にもたげたような前方位置と、頭が正面を向くような基本位置と、頭を胴体後方に垂らしたような後方位置を備えている。この後方位置において、後頭部は取っ手１１０が定義する最後端位置よりも内側に収容されている。 FIG. 21 shows how the head moves in the front-rear direction of the aircraft. As shown in the figure, the head has a front position where the head is swung forward, a basic position where the head faces the front, and a rear position where the head hangs behind the torso. In this rear position, the back of the head is housed inside the rearmost position defined by the handle 110.
例えば、機体が後方に転倒した場合、床面との衝突時に受ける外力のために、第１及び第２の首関節ピッチ軸２Ａ及び２Ｂが受動的に動作してしまい、元の姿勢に拘わらず頭部が後方位置に移動してしまう。このとき、後頭部が床面に衝突してしまうと、頭部や首関節ピッチ軸アクチュエータが破損してしまう危険がある。これに対し、本実施形態では、図２１に示すように、後頭部は取っ手１１０が定義する最後端位置によって保護されている。 For example, when the aircraft falls backward, the first and second neck joint pitch axes 2A and 2B operate passively due to the external force received during a collision with the floor surface, regardless of the original posture. The head moves to the rear position. At this time, if the back of the head collides with the floor surface, the head or the neck joint pitch axis actuator may be damaged. On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 21, the back of the head is protected by the rearmost position defined by the handle 110.
Ｂ−３．機体への内部アクセス
多くの情報機器類は、機器内部へのアクセス手段を備えている。例えば、カード・スロットやコネクタなどを持ち、外部記憶装置やその他の機能拡張用の周辺装置を収容したり接続する。また、バッテリ駆動の機器においては、バッテリの取り外し、交換作業が必須となっている。
B-3. Internal Access to Airframe Many information devices have access means to the inside of the device. For example, it has a card slot, a connector, etc., and accommodates or connects an external storage device or other peripheral device for function expansion. Also, in battery-powered equipment, battery removal and replacement work is essential.
本実施形態に係る脚式移動ロボット１００は、胴体を利用して内部アクセス機構を実現している。より具体的には、胴体正面にＰＣカード・スロット、メモリ・スティック用スロット、バッテリ収容口などを配設して、内部アクセスを可能にしている。さらに、正面カバーを取り付けて、通常動作時にはこれらを外界から隠蔽して、機体デザイン上の美観を整えるとともに、機体オペレーション時の脱落防止や取り外し禁止を実現する。 The legged mobile robot 100 according to the present embodiment realizes an internal access mechanism using the trunk. More specifically, a PC card slot, a memory stick slot, a battery slot, and the like are arranged on the front of the body to enable internal access. In addition, a front cover is attached, and these are concealed from the outside world during normal operation to improve the aesthetics of the aircraft design and to prevent falling off and prohibition during aircraft operation.
図２３には、正面カバー１０１を閉じた状態の胴体正面を示している。また、図２４には、正面カバー１０１を開いた状態の胴体正面を示している。さらに、図２５には、正面カバー１０１を開いた状態の胴体側面を示している。各図に示すように、正面カバー１０１は、その略下端縁にて胴体正面側に対して回動自在にヒンジ結合されており、胴体に対する開閉操作が可能となっている。また、正面カバー１０１の内側の略上端には、ラッチなどの係止部（図示しない）が配設されており、正面カバー１０１の閉成時には胴体正面側の対応部位と係合して、閉成状態を維持するようになっている。 FIG. 23 shows the front of the body with the front cover 101 closed. FIG. 24 shows the front of the body with the front cover 101 opened. Further, FIG. 25 shows a side surface of the body with the front cover 101 opened. As shown in each figure, the front cover 101 is hinged to the front side of the fuselage at the substantially lower edge thereof so as to be rotatable, and can be opened and closed with respect to the fuselage. In addition, a latching portion (not shown) such as a latch is disposed at a substantially upper end inside the front cover 101. When the front cover 101 is closed, the front cover 101 is engaged with a corresponding portion on the front side of the body and closed. It is designed to maintain the mature state.
図２４に示すように、正面カバー１０１で覆われている胴体正面には、バッテリ交換口１０２と、メモリ・スティック用スロット１０３と、ＰＣカード・スロット１０４などの内部アクセス手段が用意されている。 As shown in FIG. 24, internal access means such as a battery exchange port 102, a memory stick slot 103, and a PC card slot 104 are prepared on the front side of the body covered with the front cover 101.
バッテリ交換口１０２には、機体の駆動用電源としてのバッテリ・パックを着脱可能に収容することができる。本実施形態において使用されるバッテリ・八苦には、このバッテリ交換口１０２に対する交換操作を用意するための取っ手が取り付けられている（図２６を参照のこと）。また、メモリ・スティック用スロット１０３には、機体の動作制御用のプログラムや機体の動作パターンを記述したモーション・データなどを格納したメモリ・スティックを交換可能に挿入することができる。ロボット本体側では、メモリ・スティックからこれらプログラムやモーション・データをインストールしたり、あるいはメモリ・スティックからメイン・メモリにロードして機体動作を実行する。また、ＰＣカード・スロット１０４には、メモリ・カードやハード・ディスク・カード、無線ＬＡＮカードなどＰＣＭＣＩＡ／ＪＥＩＤＡにおいて規定された使用に従う各種のＰＣカードを交換可能に挿入することができる。その他、機体の内部状態などをインジケートするための表示部１０５も配設されている。 A battery pack as a power source for driving the aircraft can be detachably accommodated in the battery exchange port 102. A handle for preparing an exchange operation for the battery exchange port 102 is attached to the battery 8 used in the present embodiment (see FIG. 26). In addition, a memory stick storing a motion control program describing a program for controlling the operation of the aircraft and an operation pattern of the aircraft can be inserted into the memory stick slot 103 in a replaceable manner. On the robot body side, these programs and motion data are installed from the memory stick, or loaded into the main memory from the memory stick to execute the aircraft operation. In addition, various PC cards conforming to the use prescribed in PCMCIA / JEIDA such as a memory card, a hard disk card, and a wireless LAN card can be inserted into the PC card slot 104 in a replaceable manner. In addition, a display unit 105 is also provided for indicating the internal state of the aircraft.
このような内部アクセス手段に装着されている部品類が機体動作中に突発的に取り外されると、機器の誤動作や破損を引き起こしかねない。例えば、主電源であるバッテリ・パックが抜き取られると、ロボットは姿勢維持用あるいは姿勢安定制御の駆動電力を失ってしまう。また、メモリ・アクセス中にメモリ・スティックやＰＣカードが抜き取られると、実行中の動作の次の処理ステップを失うことから、誤動作や暴走の危険がある。 If parts mounted on such internal access means are suddenly removed during the operation of the airframe, the equipment may malfunction or be damaged. For example, when a battery pack as a main power source is removed, the robot loses driving power for posture maintenance or posture stability control. Also, if the memory stick or PC card is removed during memory access, the processing step next to the operation being executed is lost, and there is a risk of malfunction or runaway.
本実施形態では、正面カバー１０１は、機体オペレーション中におけるこれら装着部品類の取り外しや交換を制限する機能を持つ。すなわち、機体オペレーション中は正面カバー１０１の開成操作が禁止され、バッテリやメモリ・スティックの抜去を行なえなくする。 In the present embodiment, the front cover 101 has a function of restricting removal and replacement of these mounted parts during the aircraft operation. That is, during the operation of the machine, the opening operation of the front cover 101 is prohibited, and the battery and the memory stick cannot be removed.
図２７には、部品類の交換作業を禁止するための機能構成を模式的に示している。 FIG. 27 schematically shows a functional configuration for prohibiting parts replacement work.
開閉部１１１は、胴体に対して回動自在にヒンジ結合された正面カバー１０１からなる。この開閉部１１１の他端には、ラッチなどの係止部が配設されており、開閉操作部１１２はユーザ操作に応答してこのラッチを解除する。 The opening / closing part 111 is composed of a front cover 101 that is hingedly connected to the body. An engaging portion such as a latch is disposed at the other end of the opening / closing portion 111, and the opening / closing operation portion 112 releases the latch in response to a user operation.
開成禁止部１１３は、例えばソレノイドなどの部品で構成され、開閉操作部１１２へのユーザ操作に係らず、ラッチの解除を禁止して、開閉部１１１が開かないようにする。機体動作をコントロールする機体動作制御部１１４が稼動中はこの開成禁止部１１３が付勢されて、開閉部１１１が開かない。この結果、内部に収容されているバッテリやメモリ・スティックなどの部品の取り外しが禁止される。 The opening prohibition unit 113 is configured by a component such as a solenoid, for example, and prohibits the release of the latch so that the opening / closing unit 111 does not open regardless of the user operation on the opening / closing operation unit 112. While the airframe operation control unit 114 for controlling the airframe operation is in operation, the opening prohibition unit 113 is energized and the opening / closing unit 111 is not opened. As a result, removal of components such as a battery and a memory stick housed inside is prohibited.
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。 The present invention has been described in detail above with reference to specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can make modifications and substitutions of the embodiments without departing from the gist of the present invention.
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。 The gist of the present invention is not necessarily limited to a product called a “robot”. That is, as long as it is a mechanical device that performs a movement resembling human movement using an electrical or magnetic action, the present invention similarly applies to products belonging to other industrial fields such as toys. Can be applied.
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、特許請求の範囲の記載を参酌すべきである。 In short, the present invention has been disclosed in the form of exemplification, and the description of the present specification should not be interpreted in a limited manner. In order to determine the gist of the present invention, the description of the scope of claims should be considered.
１…首関節ヨー軸
２Ａ…第１の首関節ピッチ軸
２Ｂ…第２の首関節（頭）ピッチ軸
３…首関節ロール軸
４…肩関節ピッチ軸
５…肩関節ロール軸
６…上腕ヨー軸
７…肘関節ピッチ軸
８…手首関節ヨー軸
９…体幹ピッチ軸
１０…体幹ロール軸
１１…股関節ヨー軸
１２…股関節ピッチ軸
１３…股関節ロール軸
１４…膝関節ピッチ軸
１５…足首関節ピッチ軸
１６…足首関節ロール軸
３０…頭部ユニット，４０…体幹部ユニット
５０…腕部ユニット，５１…上腕ユニット
５２…肘関節ユニット，５３…前腕ユニット
６０…脚部ユニット，６１…大腿部ユニット
６２…膝関節ユニット，６３…脛部ユニット
８０…制御ユニット，８１…主制御部
８２…周辺回路
９１，９２…接地確認センサ
９３，９４…加速度センサ
９５…姿勢センサ
９６…加速度センサ
１００…脚式移動ロボット
１０１…正面カバー
１０２…バッテリ交換口
１０３…メモリ・スティック用スロット
１０４…ＰＣカード・スロット
１０５…表示部
１１０…取っ手
１２１…腰部かバー体
１２２…第１の連結カバー体
１２３…第２の連結カバー体
１２４…胴体カバー体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Neck joint yaw axis 2A ... 1st neck joint pitch axis 2B ... 2nd neck joint (head) pitch axis 3 ... Neck joint roll axis 4 ... Shoulder joint pitch axis 5 ... Shoulder joint roll axis 6 ... Upper arm yaw axis 7 ... Elbow joint pitch axis 8 ... Wrist joint yaw axis 9 ... Trunk pitch axis 10 ... Trunk roll axis 11 ... Hip joint yaw axis 12 ... Hip joint pitch axis 13 ... Hip joint roll axis 14 ... Knee joint pitch axis 15 ... Ankle joint pitch Axis 16 ... Ankle joint roll axis 30 ... Head unit, 40 ... Trunk unit 50 ... Arm unit, 51 ... Upper arm unit 52 ... Elbow joint unit, 53 ... Forearm unit 60 ... Leg unit, 61 ... Thigh unit 62 ... knee joint unit, 63 ... shin unit 80 ... control unit, 81 ... main control unit 82 ... peripheral circuit 91, 92 ... grounding confirmation sensor 93, 94 ... acceleration sensor 95 ... posture sensor 9 ... Acceleration sensor 100 ... Legged mobile robot 101 ... Front cover 102 ... Battery exchange port 103 ... Memory stick slot 104 ... PC card slot 105 ... Display part 110 ... Handle 121 ... Waist or bar body 122 ... First connection Cover body 123 ... second connection cover body 124 ... trunk cover body
Claims (4)
前記胴体の前記移動方向の反対側の面の略上端縁に、前記胴体が前記移動方向の反対側の面において接地した床上姿勢において床面との間に所定の間隙を持つ把持部を備える、
ことを特徴とする移動ロボット。 Fuselage and provided with a moving means connected to the body, the moving means is a mobile robot to perform a moving operation in a predetermined moving direction,
Substantially upper edge of the opposite side of the moving direction of the body comprises a grip portion having a predetermined gap between the floor surface in a floor posture the body is grounded at an opposite side surface of the moving direction,
A mobile robot characterized by that.
ことを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット。 An arm part attached to the body part so as to have a degree of freedom mainly in the moving direction of the aircraft,
The mobile robot according to claim 1.
前記把持検出部における検出結果に応答して、機体の動作を脱力する動作制御部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット。 A grip detection unit for detecting that an operator grips the grip unit;
In response to the detection result in the grip detection unit, an operation control unit that weakens the operation of the aircraft,
The mobile robot according to claim 1, further comprising:
前記胴体が持つ把持部取付面の略上端縁に取り付けられた、前記移動ロボットが前記把持部取付面において接地した姿勢において床面との間に所定の間隙を持つ把持部を備える、A gripping part attached to a substantially upper end edge of the gripping part mounting surface of the trunk and having a predetermined gap between the mobile robot and the floor surface in a posture in contact with the gripping part mounting surface;
ことを特徴とする移動ロボット。A mobile robot characterized by that.
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