JP4649806B2 - ロボット装置及びロボット装置の衝撃吸収方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、落下等によって加わる衝撃を吸収する衝撃吸収機構を有するロボット装置及びそのロボット装置の衝撃吸収方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気的又は磁気的な作用を用いて人間（生物）の動作に似た運動を行う機械装置を「ロボット」という。我が国において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・無人化等を目的としたマニピュレータや搬送ロボット等の産業用ロボット（Industrial Robot）であった。
【０００３】
最近では、人間のパートナーとして生活を支援する、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を支援する実用ロボットの開発が進められている。このような実用ロボットは、産業用ロボットとは異なり、人間の生活環境の様々な局面において、個々に個性の相違した人間、又は様々な環境への適応方法を自ら学習する能力を備えている。例えば、犬、猫のように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、或いは、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「人間型」又は「人間形」ロボット（Humanoid Robot）等の脚式移動ロボットは、既に実用化されつつある。
【０００４】
これらの脚式移動ロボットは、産業用ロボットと比較して、エンターテインメント性を重視した様々な動作を行うことができるため、エンターテインメントロボットと呼称される場合もある。
【０００５】
脚式移動ロボットは、動物や人間の容姿にできる限り近い外観形状とされ、動物や人間の動作にできる限り近い動作を行うように設計されている。例えば、上述した４足歩行の「ペット型」ロボットの場合は、一般家庭において飼育される犬や猫に似た外観形状を有し、ユーザ（飼い主）からの「叩く」や「撫でる」といった働きかけや、周囲の環境等に応じて自律的に行動する。例えば、自律的な行動として、実際の動物と同様に、「吠える」、「寝る」等といった行動をする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ユーザがこのような脚式移動ロボットを扱っている際に、誤って落下させてしまうような状況が考えられる。
【０００７】
従来、このような場合に脚式移動ロボットのメカ機構に加わる衝撃を吸収する機構はなく、部品の剛性によってメカ機構を保護していた。
【０００８】
しかし、部品剛性が弱ければ、塑性変形及び破壊を生じるという問題点があり、特に「胴体」とされる本体から突出した頭部や脚部において顕著であった。
【０００９】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、落下等によって加わる衝撃を吸収する衝撃吸収機構を有するロボット装置、及びそのロボット装置の衝撃吸収方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明に係るロボット装置は、本体に対して可動とされる可動部が連結されてなるロボット装置であって、回転軸を有し、上記可動部を該回転軸により回転自在に支持する支持部材と、上記支持部材と上記本体とを接続する接続部材とを有し、上記接続部材は、上記可動部の回転方向に曲折され、該接続部材の一端に第１の取り付け部材を介して上記本体が連結されるとともに、該接続部材の他端に第２の取り付け部材を介して上記支持部材が連結され、上記可動部に衝撃が加えられた際に該第１の取り付け部材を支点として撓み、上記可動部及び上記支持部材を該衝撃により該可動部が移動した方向とは逆の方向に移動させて上記可動部に加えられた衝撃を吸収することを特徴としている。
【００１２】
また、ロボット装置においては、上記第１の取り付け部材は、上記接続部材に対して上記支持部材の方向に予圧をかける。
【００１３】
このようなロボット装置は、例えば落下等によって本体に接続される頭部や脚部等の可動部に衝撃が加わった際にも、接続部材が弾性変形することにより衝撃が吸収される。
【００１４】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係るロボット装置の衝撃吸収方法は、本体に対して可動とされる可動部が連結されてなり、該可動部を回転軸により回転自在に支持する支持部材と、該支持部材と該本体とを接続する接続部材とを有するロボット装置の衝撃吸収方法であって、上記可動部の回転方向に曲折され、該接続部材の一端に第１の取り付け部材を介して上記本体が連結されるとともに、該接続部材の他端に第２の取り付け部材を介して上記支持部材が連結される上記接続部材によって、上記可動部に衝撃が加えられた際に該第１の取り付け部材を支点として撓み、上記可動部及び上記支持部材を該衝撃により該可動部が移動した方向とは逆の方向に移動させて上記可動部に加えられた衝撃を吸収することを特徴としている。
【００１６】
また、ロボット装置の衝撃吸収方法においては、上記第１の取り付け部材によって上記接続部材に対して上記支持部材の方向に予圧をかける。
【００１７】
このようなロボット装置の衝撃吸収方法では、例えば落下等によって本体に接続される頭部や脚部等の可動部に衝撃が加わった際にも、接続部材が弾性変形することにより衝撃が吸収される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
本発明の一構成例として示すロボット装置は、内部状態に応じて自律動作するロボット装置である。このロボット装置は、少なくとも上肢と体幹部と下肢とを備え、上肢及び下肢、又は下肢のみを移動手段とする脚式移動ロボットである。脚式移動ロボットには、４足歩行の動物の身体メカニズムやその動きを模倣したペット型ロボットや、下肢のみを移動手段として使用する２足歩行の動物の身体メカニズムやその動きを模倣したロボット装置があるが、本実施の形態として示すロボット装置は、４足歩行タイプの脚式移動ロボットである。
【００２０】
このロボット装置は、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を支援する実用ロボットであり、内部状態（怒り、悲しみ、喜び、楽しみ等）に応じて行動できるほか、４足歩行の動物が行う基本的な動作を表出できるエンターテインメントロボットである。
【００２１】
このロボット装置は、特に、頭部、胴体部、上肢部、下肢部等を有している。各部の連結部分及び関節に相当する部位には、運動の自由度に応じた数のアクチュエータ及びポテンショメータが備えられており、制御部の制御によって目標とする動作を表出できる。
【００２２】
さらに、ロボット装置は、周囲の状況を画像データとして取得するための撮像部や、外部から受ける作用を検出するための各種センサや、外部から受ける物理的な働きかけ等を検出するための各種スイッチ等を備えている。撮像部としては、小型のＣＣＤ（Charge-Coupled Device）カメラを使用する。また、各種センサには、加速度を検出する加速度センサ、ＣＣＤカメラによって撮像した被写体までの距離を計測する距離センサ等がある。各種スイッチには、使用者によって触られたことを検出する接点型の押下スイッチ、使用者によって操作されたことを検出する操作スイッチ等がある。これらは、ロボット装置外部又は内部の適切な箇所に設置されている。
【００２３】
また、本発明の一構成例として示すロボット装置は、胴体部に対して可動とされた頭部に加えられた衝撃を吸収する衝撃吸収機構を有している。
【００２４】
本実施の形態については、先ずロボット装置の構成について説明し、その後ロボット装置における本発明の適用部分について詳細に説明する。
【００２５】
ロボット装置１は、図１に示すように、胴体部ユニット２の前後左右に脚部ユニット３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄが連結され、胴体部ユニット２の前端部に頭部ユニット４が連結されて構成されている。
【００２６】
胴体部ユニット２には、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）１１、フラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）１２、ＰＣ（Personal Computer）カードインターフェイス回路１３及び信号処理回路１４が内部バス１５を介して相互に接続されることにより形成されたコントロール部１６と、このロボット装置１の動力源としてのバッテリ１７とが収納されている。また、胴体部ユニット２には、ロボット装置１の向きや動きの加速度を検出するための加速度センサ１９が収納されている。また、胴体部ユニット２には、鳴き声等の音声又はメロディを出力するためのスピーカ２０が、図１に示すように所定位置に配置されている。また、胴体部ユニット２の尻尾部５には、使用者からの操作入力を検出する検出機構としての操作スイッチ２１が備えられている。操作スイッチ２１は、使用者による操作の種類を検出できるスイッチであって、ロボット装置１は、操作スイッチ２１によって検出される操作の種類に応じて、例えば「誉められた」か「叱られた」かを認識する。
【００２７】
頭部ユニット４には、外部の状況や対象物の色、形、動き等を撮像するためのＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ２２と、前方に位置する対象物までの距離を測定するための距離センサ２３と、外部音を集音するためのマイク２４と、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）を備えた発光部２５等が、図１に示すように所定位置にそれぞれ配置されている。ただし、発光部２５は、構成の説明等においては、必要に応じてＬＥＤ２５と示す。また、頭部ユニット４内部には、図１には図示しないが、ユーザの頭部ユニット４に対する接触を間接的に検出するための検出機構として頭部スイッチ２６が備えられている。頭部スイッチ２６は、例えば、使用者の接触によって頭部が動かされた場合、その傾き方向を検出できるスイッチであって、ロボット装置１は、頭部スイッチ２６によって検出される頭部の傾き方向に応じて、「誉められた」か「叱られた」かを認識する。
【００２８】
各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄの関節部分、各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄと胴体部ユニット２との連結部分、頭部ユニット４と胴体部ユニット２との連結部分には、自由度数分のアクチュエータ２８１〜２８ｎ及びポテンショメータ２９１〜２９ｎがそれぞれ配設されている。アクチュエータ２８１〜２８ｎは、例えば、サーボモータを備えている。サーボモータの駆動により、脚部ユニット３Ａ〜３Ｄが制御されて目標の姿勢、或いは動作に遷移する。各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄの先端の「肉球」に相当する位置には、主としてユーザからの接触を検出する検出機構としての肉球スイッチ２７Ａ〜２７Ｄが設けられ、ユーザによる接触等を検出できるようになっている。
【００２９】
ロボット装置１は、このほかにも、ここでは図示しないが、該ロボット装置１の内部状態とは別の動作状態（動作モード）を表すための発光部や、充電中、起動中、起動停止等、内部電源の状態を表す状態ランプ等を、適切な箇所に適宜備えていてもよい。
【００３０】
そして、ロボット装置１において、操作スイッチ２１、頭部スイッチ２６及び肉球スイッチ２７等の各種スイッチと、加速度センサ１９、距離センサ２３等の各種センサと、スピーカ２０、マイク２４、発光部２５、各アクチュエータ２８１〜２８ｎ、各ポテンショメータ２９１〜２９ｎは、それぞれ対応するハブ３０１〜３０ｎを介してコントロール部１６の信号処理回路１４と接続されている。一方、ＣＣＤカメラ２２及びバッテリ１７は、それぞれ信号処理回路１４と直接接続されている。
【００３１】
信号処理回路１４は、上述の各種スイッチから供給されるスイッチデータ、各種センサから供給されるセンサデータ、画像データ及び音声データを順次取り込み、これらをそれぞれ内部バス１５を介してＤＲＡＭ１１内の所定位置に順次格納する。また信号処理回路１４は、これとともにバッテリ１７から供給されるバッテリ残量を表すバッテリ残量データを順次取り込み、ＤＲＡＭ１１内の所定位置に格納する。
【００３２】
このようにしてＤＲＡＭ１１に格納された各スイッチデータ、各センサデータ、画像データ、音声データ及びバッテリ残量データは、ＣＰＵ１０が当該ロボット装置１の動作制御を行う際に使用される。
【００３３】
ＣＰＵ１０は、ロボット装置１の電源が投入された初期時において、フラッシュＲＯＭ１２に格納された制御プログラムを読み出して、ＤＲＡＭ１１に格納する。又は、ＣＰＵ１０は、図１に図示しない胴体部ユニット２のＰＣカードスロットに装着された半導体メモリ装置、例えば、メモリカード３１に格納された制御プログラムをＰＣカードインターフェイス回路１３を介して読み出してＤＲＡＭ１１に格納する。
【００３４】
ＣＰＵ１０は、上述のように信号処理回路１４よりＤＲＡＭ１１に順次格納される各センサデータ、画像データ、音声データ、及びバッテリ残量データに基づいて自己及び周囲の状況や、使用者からの指示及び働きかけの有無を判断している。
【００３５】
さらに、ＣＰＵ１０は、この判断結果とＤＲＡＭ１１に格納した制御プログラムとに基づく行動を決定する。ＣＰＵ１０は、当該決定結果に基づいてアクチュエータ２８１〜２８ｎの中から必要とするアクチュエータを駆動することによって、例えば頭部ユニット４を上下左右に振らせたり、各脚部ユニット３Ａ乃至３Ｄを駆動して歩行させたりする。また、ＣＰＵ１０は、必要に応じて音声データを生成し、信号処理回路１４を介してスピーカ２０に供給する。また、ＣＰＵ１０は、上述の発光部２５におけるＬＥＤの点灯及び消灯を指示する信号を生成し、発光部２５を点灯したり消灯したりする。
【００３６】
このように、ロボット装置１は、自己及び周囲の状況や、使用者からの指示及び働きかけに応じて自律的に行動する。
【００３７】
ところで、本実施の形態として示すロボット装置１は、内部状態に応じて自律的に行動できるロボット装置である。ロボット装置１を制御する制御プログラムのソフトウェア構成の一例は、図３に示すようになる。この制御プログラムは、上述したように、予めフラッシュＲＯＭ１２に格納されており、ロボット装置１の電源投入初期時において読み出される。
【００３８】
図３において、デバイス・ドライバ・レイヤ２００は、制御プログラムの最下位層に位置し、複数のデバイス・ドライバからなるデバイス・ドライバ・セット２０１から構成されている。この場合、各デバイス・ドライバは、ＣＣＤカメラ２２（図２）やタイマ等の通常のコンピュータで用いられるハードウェアに直接アクセスすることを許されたオブジェクトであり、対応するハードウェアからの割り込みを受けて処理を行う。
【００３９】
また、ロボティック・サーバ・オブジェクト２０２は、デバイス・ドライバ・レイヤ２００の最下位層に位置し、例えば上述の各種センサやアクチュエータ２８１〜２８ｎ等のハードウェアにアクセスするためのインターフェイスを提供するソフトウェア群でなるバーチャル・ロボット２０３と、電源の切換えなどを管理するソフトウェア群でなるパワーマネージャ２０４と、他の種々のデバイス・ドライバを管理するソフトウェア群でなるデバイス・ドライバ・マネージャ２０５と、ロボット装置１の機構を管理するソフトウェア群でなるデザインド・ロボット２０６とから構成されている。
【００４０】
マネージャ・オブジェクト２０７は、オブジェクト・マネージャ２０８及びサービス・マネージャ２０９から構成されている。オブジェクト・マネージャ２０８は、ロボティック・サーバ・オブジェクト２０２、ミドル・ウェア・レイヤ２１０、及びアプリケーション・レイヤ２１１に含まれる各ソフトウェア群の起動や終了を管理するソフトウェア群であり、サービス・マネージャ２０９は、メモリカード３１（図２）に格納されたコネクションファイルに記述されている各オブジェクト間の接続情報に基づいて各オブジェクトの接続を管理するソフトウェア群である。
【００４１】
ミドル・ウェア・レイヤ２１０は、ロボティック・サーバ・オブジェクト２０２の上位層に位置し、画像処理や音声処理などのこのロボット装置１の基本的な機能を提供するソフトウェア群から構成されている。また、アプリケーション・レイヤ２１１は、ミドル・ウェア・レイヤ２１０の上位層に位置し、当該ミドル・ウェア・レイヤ２１０を構成する各ソフトウェア群によって処理された処理結果に基づいてロボット装置１の行動を決定するためのソフトウェア群から構成されている。
【００４２】
なお、ミドル・ウェア・レイヤ２１０及びアプリケーション・レイヤ２１１の具体的なソフトウェア構成をそれぞれ図４及び図５に示す。
【００４３】
ミドル・ウェア・レイヤ２１０は、図４に示すように、騒音検出用、温度検出用、明るさ検出用、音階認識用、距離検出用、姿勢検出用、接触検出用、操作入力検出用、動き検出用及び色認識用の各信号処理モジュール２２０〜２２９並びに入力セマンティクスコンバータモジュール２３０などを有する認識系２５０と、出力セマンティクスコンバータモジュール２４７並びに姿勢管理用、トラッキング用、モーション再生用、歩行用、転倒復帰用、ＬＥＤ点灯用及び音再生用の各信号処理モジュール２４０〜２４６等を有する出力系２５１とから構成されている。
【００４４】
認識系２５０の各信号処理モジュール２２０〜２２９は、ロボティック・サーバ・オブジェクト２０２のバーチャル・ロボット２０３によりＤＲＡＭ１１（図２）から読み出される各スイッチデータ、各センサデータ、音声データ又は画像データのうちの対応するデータを取り込み、当該データに基づいて所定の処理を施して、処理結果を入力セマンティクスコンバータモジュール２３０に与える。ここで、例えば、バーチャル・ロボット２０３は、所定の通信規約によって、信号の授受或いは変換をする部分として構成されている。
【００４５】
入力セマンティクスコンバータモジュール２３０は、これら各信号処理モジュール２２０〜２２８から与えられる処理結果に基づいて、「うるさい」、「暑い」、「明るい」、「ドミソの音階が聞こえた」、「障害物を検出した」、「転倒を検出した」、「叱られた」、「誉められた」、「動く物体を検出した」又は「ボールを検出した」等の自己及び周囲の状況や、使用者からの指令及び働きかけを認識し、認識結果をアプリケーション・レイヤ２１１に出力する。
【００４６】
アプリケーション・レイヤ２１１は、図５に示すように、行動モデルライブラリ２６０、行動切換モジュール２６１、学習モジュール２６２、感情モデル２６３及び本能モデル２６４の５つのモジュールから構成されている。
【００４７】
行動モデルライブラリ２６０には、図６に示すように、「バッテリ残量が少なくなった場合」、「転倒復帰する場合」、「障害物を回避する場合」、「感情を表現する場合」、「ボールを検出した場合」などの予め選択されたいくつかの条件項目にそれぞれ対応させて、それぞれ独立した行動モデルが設けられている。
【００４８】
そして、これら行動モデルは、それぞれ入力セマンティクスコンバータモジュール２３０から認識結果が与えられたときや、最後の認識結果が与えられてから一定時間が経過したときなどに、必要に応じて後述のように感情モデル２６３に保持されている対応する情動のパラメータ値や、本能モデル２６４に保持されている対応する欲求のパラメータ値を参照しながら続く行動をそれぞれ決定し、決定結果を行動切換モジュール２６１に出力する。
【００４９】
なお、本具体例として示すロボット装置１の場合、各行動モデルは、次の行動を決定する手法として、図７に示すような１つのノード（状態）ＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎから他のどのノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎに遷移するかを有限確率オートマトンと呼ばれるアルゴリズムを用いて次の行動を決定している。有限確率オートマトンとは、ノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎのうちの１つのノードから他のどのノードに遷移するか否かを各ノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎの間を接続するアークＡＲＣ１〜ＡＲＣｎ−１に対してそれぞれ設定された遷移確率Ｐ１〜Ｐｎに基づいて確率的に決定するアルゴリズムである。
【００５０】
具体的に、各行動モデルは、それぞれ自己の行動モデルを形成するノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎにそれぞれ対応させて、これらノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎ毎に図８に示すような状態遷移表２７０を有している。
【００５１】
この状態遷移表２７０では、そのノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎにおいて遷移条件とする入力イベント（認識結果）が「入力イベント名」の行に優先順に列記され、その遷移条件についてのさらなる条件が「データ名」及び「データ範囲」の行における対応する列に記述されている。
【００５２】
したがって、図８の状態遷移表２７０で表されるノードＮＯＤＥ１００では、「ボールを検出（ＢＡＬＬ）」という認識結果が与えられた場合に、当該認識結果とともに与えられるそのボールの「大きさ（ＳＩＺＥ）」が「０から１０００」の範囲であることや、「障害物を検出（ＯＢＳＴＡＣＬＥ）」という認識結果が与えられた場合に、当該認識結果とともに与えられるその障害物までの「距離（ＤＩＳＴＡＮＣＥ）」が「０から１００」の範囲であることが他のノードに遷移するための条件となっている。
【００５３】
また、このノードＮＯＤＥ１００では、認識結果の入力がない場合でも、行動モデルが周期的に参照する感情モデル２６３及び本能モデル２６４にそれぞれ保持された各情動及び各欲求のパラメータ値のうち、感情モデル２６３に保持された「喜び（Joy）」、「驚き（Surprise）」若しくは「悲しみ（Sadness）」のいずれかのパラメータ値が「５０から１００」の範囲であるときには他のノードに遷移することができるようになっている。
【００５４】
また、状態遷移表２７０では、「他のノードヘの遷移確率」の欄における「遷移先ノード」の列にそのノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎから遷移できるノード名が列記されているとともに、「入力イベント名」、「データ名」及び「データの範囲」の行に記述された全ての条件が揃ったときに遷移できるほかの各ノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎへの遷移確率が「他のノードヘの遷移確率」の欄内の対応する箇所にそれぞれ記述され、そのノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎに遷移する際に出力すべき行動が「他のノードヘの遷移確率」の欄における「出力行動」の行に記述されている。なお、「他のノードヘの遷移確率」の欄における各行の確率の和は１００［％］となっている。
【００５５】
したがって、図８の状態遷移表２７０で表されるノードＮＯＤＥ１００では、例えば「ボールを検出（ＢＡＬＬ）」し、そのボールの「ＳＩＺＥ（大きさ）」が「０から１０００」の範囲であるという認識結果が与えられた場合には、「３０［％］」の確率で「ノードＮＯＤＥ１２０（node 120）」に遷移でき、そのとき「ＡＣＴＩＯＮ１」の行動が出力されることとなる。
【００５６】
各行動モデルは、それぞれこのような状態遷移表２７０として記述されたノードＮＯＤＥ０〜 ＮＯＤＥｎが幾つも繋がるようにして構成されており、入力セマンティクスコンバータモジュール２３０から認識結果が与えられたときなどに、対応するノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎの状態遷移表を利用して確率的に次の行動を決定し、決定結果を行動切換モジュール２６１に出力するようになされている。
【００５７】
図５に示す行動切換モジュール２６１は、行動モデルライブラリ２６０の各行動モデルからそれぞれ出力される行動のうち、予め定められた優先順位の高い行動モデルから出力された行動を選択し、当該行動を実行すべき旨のコマンド（以下、これを行動コマンドという。）をミドル・ウェア・レイヤ２１０の出力セマンティクスコンバータモジュール２４７に送出する。なお、この実施の形態においては、図７において下側に表記された行動モデルほど優先順位が高く設定されている。
【００５８】
また、行動切換モジュール２６１は、行動完了後に出力セマンティクスコンバータモジュール２４７から与えられる行動完了情報に基づいて、その行動が完了したことを学習モジュール２６２、感情モデル２６３及び本能モデル２６４に通知する。
【００５９】
学習モジュール２６２は、入力セマンティクスコンバータモジュール２３０から与えられる認識結果のうち、「叱られた」や「誉められた」等、使用者からの働きかけとして受けた教示の認識結果を入力する。そして、学習モジュール２６２は、この認識結果及び行動切換モジュール２６１からの通知に基づいて、「叱られた」ときにはその行動の発現確率を低下させ、「誉められた」ときにはその行動の発現確率を上昇させるように、行動モデルライブラリ２６０における対応する行動モデルの対応する遷移確率を変更する。
【００６０】
また、感情モデル２６３は、「喜び（Joy）」、「悲しみ（Sadness）」、「怒り（Anger）」、「驚き（Surprise）」、「嫌悪（Disgust）」及び「恐れ（Fear）」の合計６つの情動について、各情動毎にその情動の強さを表すパラメータを保持している。そして、感情モデル２６３は、これら各情動のパラメータ値を、それぞれ入力セマンティクスコンバータモジュール２３０から与えられる「叱られた」及び「誉められた」などの特定の認識結果と、経過時間及び行動切換モジュール２６１からの通知となどに基づいて周期的に更新する。
【００６１】
具体的には、感情モデル２６３は、入力セマンティクスコンバータモジュール２３０から与えられる認識結果と、そのときのロボット装置１の行動と、前回更新してからの経過時間となどに基づいて所定の演算式により算出されるそのときのその情動の変動量を△Ｅ［ｔ］、現在のその情動のパラメータ値をＥ［ｔ］、その情動の感度を表す係数をｋｅとして、（１）式によって次の周期におけるその情動のパラメータ値Ｅ［ｔ＋１］を算出し、これを現在のその情動のパラメータ値Ｅ［ｔ］と置き換えるようにしてその情動のパラメータ値を更新する。また、感情モデル２６３は、これと同様にして全ての情動のパラメータ値を更新する。
【００６２】
【数１】
【００６３】
なお、各認識結果や出力セマンティクスコンバータモジュール２４７からの通知が各情動のパラメータ値の変動量△Ｅ［ｔ］にどの程度の影響を与えるかは予め決められており、例えば「叱られた」といった認識結果は「怒り」の情動のパラメータ値の変動量△Ｅ［ｔ］に大きな影響を与え、「誉められた」といった認識結果は「喜び」の情動のパラメータ値の変動量△Ｅ［ｔ］に大きな影響を与えるようになっている。
【００６４】
ここで、出力セマンティクスコンバータモジュール２４７からの通知とは、いわゆる行動のフィードバック情報（行動完了情報）であり、行動の出現結果の情報であり、感情モデル２６３は、このような情報によっても感情を変化させる。これは、例えば、「吠える」といった行動により怒りの感情レベルが下がるといったようなことである。なお、出力セマンティクスコンバータモジュール２４７からの通知は、上述した学習モジュール２６２にも入力されており、学習モジュール２６２は、その通知に基づいて行動モデルの対応する遷移確率を変更する。
【００６５】
なお、行動結果のフィードバックは、行動切換モジュール２６１の出力（感情が付加された行動）によりなされるものであってもよい。
【００６６】
また、本能モデル２６４は、「運動欲（exercise）」、「愛情欲（affection）」、「充電欲（以下、食欲（appetite）と記す。）」及び「好奇心（curiosity）」の互いに独立した４つの欲求について、これら欲求毎にその欲求の強さを表すパラメータを保持している。そして、本能モデル２６４は、これらの欲求のパラメータ値を、それぞれ入力セマンティクスコンバータモジュール２３０から与えられる認識結果や、経過時間及び行動切換モジュール２６１からの通知などに基づいて周期的に更新する。
【００６７】
具体的には、本能モデル２６４は、「運動欲」、「愛情欲」及び「好奇心」については、認識結果、経過時間及び出力セマンティクスコンバータモジュール２４７からの通知などに基づいて所定の演算式により算出されるそのときのその欲求の変動量をΔＩ［ｋ］、現在のその欲求のパラメータ値をＩ［ｋ］、その欲求の感度を表す係数ｋｉとして、所定周期で（２）式を用いて次の周期におけるその欲求のパラメータ値Ｉ［ｋ＋１］を算出し、この演算結果を現在のその欲求のパラメータ値Ｉ［ｋ］と置き換えるようにしてその欲求のパラメータ値を更新する。また、本能モデル２６４は、これと同様にして「食欲」を除く各欲求のパラメータ値を更新する。
【００６８】
【数２】
【００６９】
なお、認識結果及び出力セマンティクスコンバータモジュール２４７からの通知などが各欲求のパラメータ値の変動量△Ｉ［ｋ］にどの程度の影響を与えるかは予め決められており、例えば出力セマンティクスコンバータモジュール２４７からの通知は、「疲れ」のパラメータ値の変動量△Ｉ［ｋ］に大きな影響を与えるようになっている。
【００７０】
なお、本実施の形態においては、各情動及び各欲求（本能）のパラメータ値がそれぞれ０から１００までの範囲で変動するように規制されており、また係数ｋｅ、ｋｉの値も各情動及び各欲求毎に個別に設定されている。
【００７１】
ミドル・ウェア・レイヤ２１０の出力セマンティクスコンバータモジュール２４７は、図４に示すように、上述のようにしてアプリケーション・レイヤ２１１の行動切換モジュール２６１から与えられる「前進」、「喜ぶ」、「鳴く」又は「トラッキング（ボールを追いかける）」といった抽象的な行動コマンドを出力系２５１の対応する信号処理モジュール２４０〜２４６に与える。
【００７２】
そしてこれら信号処理モジュール２４０〜２４６は、行動コマンドが与えられると当該行動コマンドに基づいて、その行動をするために対応するアクチュエータ２８１〜２８ｎ（図２）に与えるべきサーボ指令値や、スピーカ２０（図２）から出力する音の音声データ及び／又は発光部２５（図２）のＬＥＤに与える駆動データを生成し、これらのデータをロボティック・サーバ・オブジェクト２０２のバーチャル・ロボット２０３及び信号処理回路１４（図２）を介して対応するアクチュエータ２８１〜２８ｎ、スピーカ２０又は発光部２５に順次送出する。
【００７３】
このようにしてロボット装置１は、制御プログラムに基づいて自己（内部）及び周囲（外部）の状況や、使用者からの指示及び働きかけに応じた自律的な行動ができる。
【００７４】
続いて、以下に、本発明の適用部分である衝撃吸収機構について詳細に説明する。この衝撃吸収機構は、例えば落下等によりロボット装置１の頭部ユニット４に加えられた衝撃を弾性部材の弾性力により吸収するものである。
【００７５】
具体的に、落下等により頭部ユニット４に対して図９の矢印ａで示す方向に衝撃が加わった場合を考える。ここで、ロボット装置１の「頸部」に相当する可動部材１３０は、支持部材１２０に連結され、支持部材１２０は、弾性部材１１０の一端において取付部材１６０ａ，１６０ｂを介して結合固定されている。また、弾性部材１１０の他端においては、胴体部ユニット２の内部に格納される内部筐体１４０と取付部材１６０ｃ乃至１６０ｆを介して連結されている。このように、弾性部材１１０は、その一端において取付部品１６０ｃ乃至１６０ｆを介して内部筐体１４０と接続されているが、他端においては内部筐体１４０に対して固定されていない。したがって、図中矢印ａで示す方向に衝撃が加わった場合には、取付部品１６０ｅ，１６０ｆを支点として弾性部材１１０が撓むとともに、可動部材１３０及び支持部材１２０が内部筐体１４０に対して図中矢印ｂで示す方向に移動する。この弾性部材１１０の弾性変形によって衝撃が吸収される。
【００７６】
以下、このような衝撃吸収機構の構成について詳細に説明する。ここで、以下の記載において、垂直とは、ロボット装置１の腹部から背部へと貫通する方向を指し、水平とは、ロボット装置１の肩部と尻尾部とを結ぶ方向を指すものとする。なお、この方向は説明の便宜上決定したものであって、本実施の形態で示す方向のみに限定されない。
【００７７】
衝撃吸収機構における弾性部材１１０及び支持部材１２０の詳細を図１０に示す。弾性部材１１０は、例えば板バネ等の弾性を有するものである。この弾性部材１１０は、略長方形形状の部材の１つの短辺に接して略長方形形状の部材が切り抜かれて、基部１１１と２つの腕部１１２ａ，１１２ｂとを有する略コの字形状とされている。さらに、この腕部１１２ａ，１１２ｂは、後述する内部筐体１４０の形状に合わせて、水平面１１３ａ，１１３ｂ、傾斜面１１４ａ，１１４ｂ、及び垂直面１１５ａ，１１５ｂを有するように折曲加工され、折曲部には、補強のためのリブ１１６ａ乃至１１６ｄが設けられている。
【００７８】
腕部１１２ａ，１１２ｂの垂直面１１５ａ，１１５ｂの一端には、後述する取付部品１６０ａ，１６０ｂを挿通するための挿通孔１１７ａ，１１７ｂが設けられている。また、垂直面１１５ａ，１１５ｂには、切り起こし片１１８ａ，１１８ｂが設けられており、その先端は、垂直面１１５ａ，１１５ｂと略平行となるように、折曲加工されている。弾性部材１１０と支持部材１２０とは、後述するように、この取付部品１６０ａ，１６０ｂ及び切り起こし片１１８ａ，１１８ｂを介して接続固定される。さらに、垂直面１１５ａ，１１５ｂの端部には、弾性部材１１０の裏面に向かって折曲部１１９ａ，１１９ｂが設けられている。この折曲部１１９ａ，１１９ｂについては、後述する。
【００７９】
基部１１１の一端には、内部筐体１４０と接続するための後述する取付部品１６０ｃ及び１６０ｄがそれぞれ挿通する挿通孔１１７ｃ及び１１７ｄが設けられている。また、腕部１１２ａ，１１２ｂの水平面１１３ａ，１１３ｂの一端には、取付部品１６０ｅ，１６０ｆを挿通するための挿通孔１１７ｅ，１１７ｆが設けられている。弾性部材１１０と内部筐体１４０とは、この１６０ｃ乃至１６０ｆを介して接続固定される。
【００８０】
一方、支持部材１２０は、図１０に示すように、後述する可動部材１３０を駆動するための駆動モータ１２１を有している。また、支持部材１２０は、可動部材１３０を軸装するための回転軸１２２を有している。駆動モータ１２１の回転力は、図示しないギアを介して回転軸１２２に伝えられ、これにより、可動部材１３０は、回転軸１２２を回転中心として略９０°の回転角の範囲内で、開口部１２３の領域を回転駆動される。
【００８１】
また、支持部材１２０は、水平面１２４ａ，１２４ｂ、傾斜面１２５ａ，１２５ｂ、及び垂直面１２６ａ，１２６ｂとを有しており、これらの面において弾性部材１１０と接するようになされている。ここで、弾性部材１１０の水平面１１３ａ，１１３ｂが支持部材１２０の水平面１２４ａ，１２４ｂに、傾斜面１１４ａ，１１４ｂが傾斜面１２５ａ，１２５ｂに、垂直面１１５ａ，１１５ｂが垂直面１２６ａ，１２６ｂにそれぞれ対応する。
【００８２】
また、垂直面１２６ａ，１２６ｂには、上述した切り起こし片１１８ａ，１１８ｂを係止するための係止口１２７ａ，１２７ｂと取付部品１６０ａ，１６０ｂを挿通するための挿通孔１２８ａ，１２８ｂとが設けられている。
【００８３】
ところで、上述した弾性部材１１０と支持部材１２０とは、取付部品１６０ａ，１６０ｂ及び切り起こし片１１８ａ，１１８ｂを介して接続固定される。以下、詳細に説明する。図１１に示すように、切り起こし片１１８ａ，１１８ｂは、水平部１５０ａ，１５０ｂと垂直部１５１ａ，１５１ｂとを有している。また、水平部１５０ａ，１５０ｂの長さは、支持部材１２０の垂直面１２６ａ，１２６ｂにおける部材の厚さと略同一とされている。この切り起こし片１１８ａ，１１８ｂが、支持部材１２０の係止口１２７ａ，１２７ｂに係止されることで、弾性部材１１０が支持部材１２０に係止される。さらに、取付部品１６０ａ，１６０ｂが弾性部材１１０の挿通孔１１７ａ，１１７ｂ及び支持部材１２０の挿通孔１２８ａ，１２８ｂに挿通されることによって、結合固定される。
【００８４】
本実施の形態における衝撃吸収機構は、上述のように接続固定された弾性部材１１及び支持部材１２０に、ロボット装置１の「頸部」に相当する可動部材１３０が接続されることで構成される。すなわち、図１２に示すように、可動部材１３０は、略円筒形状を有し、支持部材１２０の回転軸１２２により回動自在に軸装される。
【００８５】
支持部材１２０と弾性部材１１０とは、例えば螺子である取付部品１６０ａ，１６０ｂによって接続される。
【００８６】
また、弾性部材１１０と内部筐体１４０とは、取付部品１６０ｃ乃至１６０ｆによって接続される。具体的には、図１３に示すように、弾性部材１１０の挿通孔１１７ｃ乃至１１７ｆと内部筐体１４０の挿通孔１４１ｃ乃至１４１ｆとに取付部品１６０ｃ乃至１６０ｆが挿通されることによって結合固定される。これにより、内部筐体１４０の上部にある解放部が弾性部材１１０によって覆われ、支持部材１２０は、内部筐体１４０の内部に格納される。すなわち、弾性部材１１０は、内部筐体１４０の一部を構成するものである。
内部筐体１４０の前面には、切欠部１４２ａ，１４２ｂが設けられており、この切欠部１４２ａ，１４２ｂにおいて上述した弾性部材１１０の折曲部１１９ａ，１１９ｂが係合される。さらに、図１４に示すように、内部筐体１４０の前面の縁部１４３ａ，１４３ｂに弾性部材１１０の裏面が接することで位置決めされる。
【００８７】
ここで、図１５に示すように、取付部品１６０ｃ，１６０ｄは、取付部品１６０ｅ，１６０ｆよりも上方に位置するように構成されている。この結果、弾性部材１１０には支持部材１２０の方向に向かって予圧が与えられるため、通常の動作時に弾性部材１１０の撓みが生じず、ガタつくことがない。さらに、この予圧によって、弾性部材１１０の裏面が内部筐体１４０の縁部１４３ａ，１４３ｂの方向に向かって圧接される。
【００８８】
以上のような構成を有する衝撃吸収機構の可動部材１３０に対して、例えば落下等により、上述した図９中の矢印ａで示す方向に衝撃が加わった場合を考える。弾性部材１１０は、その一端において取付部品１６０ｃ乃至１６０ｆによって内部筐体１４０と接続されているが、他端においては内部筐体１４０に対して固定されていない。したがって、図中矢印ａで示す方向に衝撃が加わった場合には、取付部品１６０ｅ，１６０ｆを支点として弾性部材１１０が撓み、内部筐体１４０の縁部１４３ａ，１４３ｂから離反するとともに、可動部材１３０及び支持部材１２０が内部筐体１４０に対して図中矢印ｂで示す方向に移動する。この弾性変形によって衝撃が吸収される。
【００８９】
このように、本実施の形態における衝撃吸収機構によれば、弾性部材１１０の一端において可動部材１３０を支持する支持部材１２０が接続され、他端において内部筐体１４０が接続されることで、弾性部材１１０の弾性力により、可動部材１３０に加わった衝撃を吸収することができる。
【００９０】
なお、本発明は、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。例えば、本実施の形態では、４足歩行の脚式移動ロボットに関して説明したが、ロボット装置は、内部状態に応じて動作するものであれば適用可能であって、移動手段は、４足歩行、さらには脚式移動方式に限定されない。
【００９１】
また、本実施の形態では、衝撃吸収機構は、頭部ユニットへの衝撃を吸収するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、脚部ユニット等についても同様の機構を備えることにより、これらに加わる衝撃を吸収することが可能となる。
【００９２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係るロボット装置は、本体に対して可動とされる可動部が連結されてなるロボット装置であって、上記可動部を可動に支持する支持部材と、上記支持部材と上記本体とを接続する接続部材とを有し、上記接続部材は、上記可動部に加えられた衝撃を吸収することを特徴としている。
【００９３】
ここで、ロボット装置においては、上記接続部材の一端に上記本体が連結されるとともに、他端に上記支持部が連結されており、上記接続部材が弾性変形することにより、上記可動部に加えられた衝撃が吸収される。
【００９４】
また、ロボット装置においては、上記接続部材及び上記支持部材のがたつきを防止するために、上記本体に対する方向に予圧をかけて、上記本体と上記接続部材とが連結される。
【００９５】
このようなロボット装置によれば、例えば落下等によって本体に接続される頭部や脚部等の可動部に衝撃が加わった際にも、接続部材が弾性変形することにより衝撃が吸収され、ロボット装置のメカ機構が塑性変形又は破壊等することを防止することができる。
【００９６】
また、本発明に係るロボット装置の衝撃吸収方法は、本体に対して可動とされる可動部が連結されてなるロボット装置の衝撃吸収方法であって、上記可動部を可動に支持する支持部と上記本体とを接続する接続部材によって、上記可動部に加えられた衝撃を吸収することを特徴としている。
【００９７】
ここで、ロボット装置の衝撃吸収方法においては、上記接続部材の一端に上記本体が連結されるとともに、他端に上記支持部が連結されており、上記接続部材が弾性変形することにより、上記可動部に加えられた衝撃が吸収される。
【００９８】
また、ロボット装置の衝撃吸収方法においては、上記接続部材及び上記支持部材のがたつきを防止するために、上記本体に対する方向に予圧をかけて、上記本体と上記接続部材とが接続される。
【００９９】
このようなロボット装置の衝撃吸収方法によれば、例えば落下等によって本体に接続される頭部や脚部等の可動部に衝撃が加わった際にも、接続部材が弾性変形することにより衝撃が吸収され、ロボット装置のメカ機構が塑性変形又は破壊等することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一構成例として示すロボット装置の外観を示す外観図である。
【図２】本発明の一構成例として示すロボット装置の構成を示す構成図である。
【図３】本発明の一構成例として示すロボット装置の制御プログラムのソフトウェア構成を示す構成図である。
【図４】本発明の一構成例として示すロボット装置の制御プログラムのうち、ミドル・ウェア・レイヤの構成を示す構成図である。
【図５】本発明の一構成例として示すロボット装置の制御プログラムのうち、アプリケーション・レイヤの構成を示す構成図である。
【図６】本発明の一構成例として示すロボット装置の制御プログラムのうち、行動モデルライブラリの構成を示す構成図である。
【図７】本発明の一構成例として示すロボット装置の行動を決定するためのアルゴリズムである有限確率オートマトンを説明する模式図である。
【図８】本発明の一構成例として示すロボット装置の行動を決定するための状態遷移条件を表す図である。
【図９】本発明の一構成例として示すロボット装置における衝撃吸収機構によって衝撃が吸収される様子を説明する側面図である。
【図１０】同衝撃吸収機構における弾性部材及び支持部材の構成を示す斜視図である。
【図１１】同弾性部材と同支持部材との接続を説明する断面図である。
【図１２】同衝撃吸収機構の構成を示す側面図である。
【図１３】同衝撃吸収機構と本体との連結を説明する斜視図である。
【図１４】同弾性部材と同本体との接続を説明する斜視図である。
【図１５】同弾性部材に予圧がかけられる構成を説明する側面図である。
【符号の説明】
１ ロボット装置、２ 胴体部ユニット、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ 脚部ユニット、４ 頭部ユニット、５ 尻尾部、１１０ 弾性部材、１１１ 基部、１１２ａ，１１２ｂ 腕部、１１７ａ，１１７ｂ，１１７ｃ，１１７ｄ 挿通孔、１１８ａ，１１８ｂ 切り起こし片、１１９ａ，１１９ｂ 折曲部、１２０ 支持部材、１２１ 駆動モータ、１２２ 回転軸、１２７ａ，１２７ｂ 係止口、１２８ａ，１２８ｂ 挿通孔、１３０ 可動部位、１４０ 内部筐体、１４１ｃ，１４１ｄ，１４１ｅ，１４１ｆ 挿通孔、１４２ａ，１４２ｂ 切欠部、１４３ａ，１４３ｂ 縁部
【発明の属する技術分野】
本発明は、落下等によって加わる衝撃を吸収する衝撃吸収機構を有するロボット装置及びそのロボット装置の衝撃吸収方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気的又は磁気的な作用を用いて人間（生物）の動作に似た運動を行う機械装置を「ロボット」という。我が国において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・無人化等を目的としたマニピュレータや搬送ロボット等の産業用ロボット（Industrial Robot）であった。
【０００３】
最近では、人間のパートナーとして生活を支援する、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を支援する実用ロボットの開発が進められている。このような実用ロボットは、産業用ロボットとは異なり、人間の生活環境の様々な局面において、個々に個性の相違した人間、又は様々な環境への適応方法を自ら学習する能力を備えている。例えば、犬、猫のように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、或いは、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「人間型」又は「人間形」ロボット（Humanoid Robot）等の脚式移動ロボットは、既に実用化されつつある。
【０００４】
これらの脚式移動ロボットは、産業用ロボットと比較して、エンターテインメント性を重視した様々な動作を行うことができるため、エンターテインメントロボットと呼称される場合もある。
【０００５】
脚式移動ロボットは、動物や人間の容姿にできる限り近い外観形状とされ、動物や人間の動作にできる限り近い動作を行うように設計されている。例えば、上述した４足歩行の「ペット型」ロボットの場合は、一般家庭において飼育される犬や猫に似た外観形状を有し、ユーザ（飼い主）からの「叩く」や「撫でる」といった働きかけや、周囲の環境等に応じて自律的に行動する。例えば、自律的な行動として、実際の動物と同様に、「吠える」、「寝る」等といった行動をする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ユーザがこのような脚式移動ロボットを扱っている際に、誤って落下させてしまうような状況が考えられる。
【０００７】
従来、このような場合に脚式移動ロボットのメカ機構に加わる衝撃を吸収する機構はなく、部品の剛性によってメカ機構を保護していた。
【０００８】
しかし、部品剛性が弱ければ、塑性変形及び破壊を生じるという問題点があり、特に「胴体」とされる本体から突出した頭部や脚部において顕著であった。
【０００９】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、落下等によって加わる衝撃を吸収する衝撃吸収機構を有するロボット装置、及びそのロボット装置の衝撃吸収方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明に係るロボット装置は、本体に対して可動とされる可動部が連結されてなるロボット装置であって、回転軸を有し、上記可動部を該回転軸により回転自在に支持する支持部材と、上記支持部材と上記本体とを接続する接続部材とを有し、上記接続部材は、上記可動部の回転方向に曲折され、該接続部材の一端に第１の取り付け部材を介して上記本体が連結されるとともに、該接続部材の他端に第２の取り付け部材を介して上記支持部材が連結され、上記可動部に衝撃が加えられた際に該第１の取り付け部材を支点として撓み、上記可動部及び上記支持部材を該衝撃により該可動部が移動した方向とは逆の方向に移動させて上記可動部に加えられた衝撃を吸収することを特徴としている。
【００１２】
また、ロボット装置においては、上記第１の取り付け部材は、上記接続部材に対して上記支持部材の方向に予圧をかける。
【００１３】
このようなロボット装置は、例えば落下等によって本体に接続される頭部や脚部等の可動部に衝撃が加わった際にも、接続部材が弾性変形することにより衝撃が吸収される。
【００１４】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係るロボット装置の衝撃吸収方法は、本体に対して可動とされる可動部が連結されてなり、該可動部を回転軸により回転自在に支持する支持部材と、該支持部材と該本体とを接続する接続部材とを有するロボット装置の衝撃吸収方法であって、上記可動部の回転方向に曲折され、該接続部材の一端に第１の取り付け部材を介して上記本体が連結されるとともに、該接続部材の他端に第２の取り付け部材を介して上記支持部材が連結される上記接続部材によって、上記可動部に衝撃が加えられた際に該第１の取り付け部材を支点として撓み、上記可動部及び上記支持部材を該衝撃により該可動部が移動した方向とは逆の方向に移動させて上記可動部に加えられた衝撃を吸収することを特徴としている。
【００１６】
また、ロボット装置の衝撃吸収方法においては、上記第１の取り付け部材によって上記接続部材に対して上記支持部材の方向に予圧をかける。
【００１７】
このようなロボット装置の衝撃吸収方法では、例えば落下等によって本体に接続される頭部や脚部等の可動部に衝撃が加わった際にも、接続部材が弾性変形することにより衝撃が吸収される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
本発明の一構成例として示すロボット装置は、内部状態に応じて自律動作するロボット装置である。このロボット装置は、少なくとも上肢と体幹部と下肢とを備え、上肢及び下肢、又は下肢のみを移動手段とする脚式移動ロボットである。脚式移動ロボットには、４足歩行の動物の身体メカニズムやその動きを模倣したペット型ロボットや、下肢のみを移動手段として使用する２足歩行の動物の身体メカニズムやその動きを模倣したロボット装置があるが、本実施の形態として示すロボット装置は、４足歩行タイプの脚式移動ロボットである。
【００２０】
このロボット装置は、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を支援する実用ロボットであり、内部状態（怒り、悲しみ、喜び、楽しみ等）に応じて行動できるほか、４足歩行の動物が行う基本的な動作を表出できるエンターテインメントロボットである。
【００２１】
このロボット装置は、特に、頭部、胴体部、上肢部、下肢部等を有している。各部の連結部分及び関節に相当する部位には、運動の自由度に応じた数のアクチュエータ及びポテンショメータが備えられており、制御部の制御によって目標とする動作を表出できる。
【００２２】
さらに、ロボット装置は、周囲の状況を画像データとして取得するための撮像部や、外部から受ける作用を検出するための各種センサや、外部から受ける物理的な働きかけ等を検出するための各種スイッチ等を備えている。撮像部としては、小型のＣＣＤ（Charge-Coupled Device）カメラを使用する。また、各種センサには、加速度を検出する加速度センサ、ＣＣＤカメラによって撮像した被写体までの距離を計測する距離センサ等がある。各種スイッチには、使用者によって触られたことを検出する接点型の押下スイッチ、使用者によって操作されたことを検出する操作スイッチ等がある。これらは、ロボット装置外部又は内部の適切な箇所に設置されている。
【００２３】
また、本発明の一構成例として示すロボット装置は、胴体部に対して可動とされた頭部に加えられた衝撃を吸収する衝撃吸収機構を有している。
【００２４】
本実施の形態については、先ずロボット装置の構成について説明し、その後ロボット装置における本発明の適用部分について詳細に説明する。
【００２５】
ロボット装置１は、図１に示すように、胴体部ユニット２の前後左右に脚部ユニット３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄが連結され、胴体部ユニット２の前端部に頭部ユニット４が連結されて構成されている。
【００２６】
胴体部ユニット２には、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）１１、フラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）１２、ＰＣ（Personal Computer）カードインターフェイス回路１３及び信号処理回路１４が内部バス１５を介して相互に接続されることにより形成されたコントロール部１６と、このロボット装置１の動力源としてのバッテリ１７とが収納されている。また、胴体部ユニット２には、ロボット装置１の向きや動きの加速度を検出するための加速度センサ１９が収納されている。また、胴体部ユニット２には、鳴き声等の音声又はメロディを出力するためのスピーカ２０が、図１に示すように所定位置に配置されている。また、胴体部ユニット２の尻尾部５には、使用者からの操作入力を検出する検出機構としての操作スイッチ２１が備えられている。操作スイッチ２１は、使用者による操作の種類を検出できるスイッチであって、ロボット装置１は、操作スイッチ２１によって検出される操作の種類に応じて、例えば「誉められた」か「叱られた」かを認識する。
【００２７】
頭部ユニット４には、外部の状況や対象物の色、形、動き等を撮像するためのＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ２２と、前方に位置する対象物までの距離を測定するための距離センサ２３と、外部音を集音するためのマイク２４と、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）を備えた発光部２５等が、図１に示すように所定位置にそれぞれ配置されている。ただし、発光部２５は、構成の説明等においては、必要に応じてＬＥＤ２５と示す。また、頭部ユニット４内部には、図１には図示しないが、ユーザの頭部ユニット４に対する接触を間接的に検出するための検出機構として頭部スイッチ２６が備えられている。頭部スイッチ２６は、例えば、使用者の接触によって頭部が動かされた場合、その傾き方向を検出できるスイッチであって、ロボット装置１は、頭部スイッチ２６によって検出される頭部の傾き方向に応じて、「誉められた」か「叱られた」かを認識する。
【００２８】
各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄの関節部分、各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄと胴体部ユニット２との連結部分、頭部ユニット４と胴体部ユニット２との連結部分には、自由度数分のアクチュエータ２８１〜２８ｎ及びポテンショメータ２９１〜２９ｎがそれぞれ配設されている。アクチュエータ２８１〜２８ｎは、例えば、サーボモータを備えている。サーボモータの駆動により、脚部ユニット３Ａ〜３Ｄが制御されて目標の姿勢、或いは動作に遷移する。各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄの先端の「肉球」に相当する位置には、主としてユーザからの接触を検出する検出機構としての肉球スイッチ２７Ａ〜２７Ｄが設けられ、ユーザによる接触等を検出できるようになっている。
【００２９】
ロボット装置１は、このほかにも、ここでは図示しないが、該ロボット装置１の内部状態とは別の動作状態（動作モード）を表すための発光部や、充電中、起動中、起動停止等、内部電源の状態を表す状態ランプ等を、適切な箇所に適宜備えていてもよい。
【００３０】
そして、ロボット装置１において、操作スイッチ２１、頭部スイッチ２６及び肉球スイッチ２７等の各種スイッチと、加速度センサ１９、距離センサ２３等の各種センサと、スピーカ２０、マイク２４、発光部２５、各アクチュエータ２８１〜２８ｎ、各ポテンショメータ２９１〜２９ｎは、それぞれ対応するハブ３０１〜３０ｎを介してコントロール部１６の信号処理回路１４と接続されている。一方、ＣＣＤカメラ２２及びバッテリ１７は、それぞれ信号処理回路１４と直接接続されている。
【００３１】
信号処理回路１４は、上述の各種スイッチから供給されるスイッチデータ、各種センサから供給されるセンサデータ、画像データ及び音声データを順次取り込み、これらをそれぞれ内部バス１５を介してＤＲＡＭ１１内の所定位置に順次格納する。また信号処理回路１４は、これとともにバッテリ１７から供給されるバッテリ残量を表すバッテリ残量データを順次取り込み、ＤＲＡＭ１１内の所定位置に格納する。
【００３２】
このようにしてＤＲＡＭ１１に格納された各スイッチデータ、各センサデータ、画像データ、音声データ及びバッテリ残量データは、ＣＰＵ１０が当該ロボット装置１の動作制御を行う際に使用される。
【００３３】
ＣＰＵ１０は、ロボット装置１の電源が投入された初期時において、フラッシュＲＯＭ１２に格納された制御プログラムを読み出して、ＤＲＡＭ１１に格納する。又は、ＣＰＵ１０は、図１に図示しない胴体部ユニット２のＰＣカードスロットに装着された半導体メモリ装置、例えば、メモリカード３１に格納された制御プログラムをＰＣカードインターフェイス回路１３を介して読み出してＤＲＡＭ１１に格納する。
【００３４】
ＣＰＵ１０は、上述のように信号処理回路１４よりＤＲＡＭ１１に順次格納される各センサデータ、画像データ、音声データ、及びバッテリ残量データに基づいて自己及び周囲の状況や、使用者からの指示及び働きかけの有無を判断している。
【００３５】
さらに、ＣＰＵ１０は、この判断結果とＤＲＡＭ１１に格納した制御プログラムとに基づく行動を決定する。ＣＰＵ１０は、当該決定結果に基づいてアクチュエータ２８１〜２８ｎの中から必要とするアクチュエータを駆動することによって、例えば頭部ユニット４を上下左右に振らせたり、各脚部ユニット３Ａ乃至３Ｄを駆動して歩行させたりする。また、ＣＰＵ１０は、必要に応じて音声データを生成し、信号処理回路１４を介してスピーカ２０に供給する。また、ＣＰＵ１０は、上述の発光部２５におけるＬＥＤの点灯及び消灯を指示する信号を生成し、発光部２５を点灯したり消灯したりする。
【００３６】
このように、ロボット装置１は、自己及び周囲の状況や、使用者からの指示及び働きかけに応じて自律的に行動する。
【００３７】
ところで、本実施の形態として示すロボット装置１は、内部状態に応じて自律的に行動できるロボット装置である。ロボット装置１を制御する制御プログラムのソフトウェア構成の一例は、図３に示すようになる。この制御プログラムは、上述したように、予めフラッシュＲＯＭ１２に格納されており、ロボット装置１の電源投入初期時において読み出される。
【００３８】
図３において、デバイス・ドライバ・レイヤ２００は、制御プログラムの最下位層に位置し、複数のデバイス・ドライバからなるデバイス・ドライバ・セット２０１から構成されている。この場合、各デバイス・ドライバは、ＣＣＤカメラ２２（図２）やタイマ等の通常のコンピュータで用いられるハードウェアに直接アクセスすることを許されたオブジェクトであり、対応するハードウェアからの割り込みを受けて処理を行う。
【００３９】
また、ロボティック・サーバ・オブジェクト２０２は、デバイス・ドライバ・レイヤ２００の最下位層に位置し、例えば上述の各種センサやアクチュエータ２８１〜２８ｎ等のハードウェアにアクセスするためのインターフェイスを提供するソフトウェア群でなるバーチャル・ロボット２０３と、電源の切換えなどを管理するソフトウェア群でなるパワーマネージャ２０４と、他の種々のデバイス・ドライバを管理するソフトウェア群でなるデバイス・ドライバ・マネージャ２０５と、ロボット装置１の機構を管理するソフトウェア群でなるデザインド・ロボット２０６とから構成されている。
【００４０】
マネージャ・オブジェクト２０７は、オブジェクト・マネージャ２０８及びサービス・マネージャ２０９から構成されている。オブジェクト・マネージャ２０８は、ロボティック・サーバ・オブジェクト２０２、ミドル・ウェア・レイヤ２１０、及びアプリケーション・レイヤ２１１に含まれる各ソフトウェア群の起動や終了を管理するソフトウェア群であり、サービス・マネージャ２０９は、メモリカード３１（図２）に格納されたコネクションファイルに記述されている各オブジェクト間の接続情報に基づいて各オブジェクトの接続を管理するソフトウェア群である。
【００４１】
ミドル・ウェア・レイヤ２１０は、ロボティック・サーバ・オブジェクト２０２の上位層に位置し、画像処理や音声処理などのこのロボット装置１の基本的な機能を提供するソフトウェア群から構成されている。また、アプリケーション・レイヤ２１１は、ミドル・ウェア・レイヤ２１０の上位層に位置し、当該ミドル・ウェア・レイヤ２１０を構成する各ソフトウェア群によって処理された処理結果に基づいてロボット装置１の行動を決定するためのソフトウェア群から構成されている。
【００４２】
なお、ミドル・ウェア・レイヤ２１０及びアプリケーション・レイヤ２１１の具体的なソフトウェア構成をそれぞれ図４及び図５に示す。
【００４３】
ミドル・ウェア・レイヤ２１０は、図４に示すように、騒音検出用、温度検出用、明るさ検出用、音階認識用、距離検出用、姿勢検出用、接触検出用、操作入力検出用、動き検出用及び色認識用の各信号処理モジュール２２０〜２２９並びに入力セマンティクスコンバータモジュール２３０などを有する認識系２５０と、出力セマンティクスコンバータモジュール２４７並びに姿勢管理用、トラッキング用、モーション再生用、歩行用、転倒復帰用、ＬＥＤ点灯用及び音再生用の各信号処理モジュール２４０〜２４６等を有する出力系２５１とから構成されている。
【００４４】
認識系２５０の各信号処理モジュール２２０〜２２９は、ロボティック・サーバ・オブジェクト２０２のバーチャル・ロボット２０３によりＤＲＡＭ１１（図２）から読み出される各スイッチデータ、各センサデータ、音声データ又は画像データのうちの対応するデータを取り込み、当該データに基づいて所定の処理を施して、処理結果を入力セマンティクスコンバータモジュール２３０に与える。ここで、例えば、バーチャル・ロボット２０３は、所定の通信規約によって、信号の授受或いは変換をする部分として構成されている。
【００４５】
入力セマンティクスコンバータモジュール２３０は、これら各信号処理モジュール２２０〜２２８から与えられる処理結果に基づいて、「うるさい」、「暑い」、「明るい」、「ドミソの音階が聞こえた」、「障害物を検出した」、「転倒を検出した」、「叱られた」、「誉められた」、「動く物体を検出した」又は「ボールを検出した」等の自己及び周囲の状況や、使用者からの指令及び働きかけを認識し、認識結果をアプリケーション・レイヤ２１１に出力する。
【００４６】
アプリケーション・レイヤ２１１は、図５に示すように、行動モデルライブラリ２６０、行動切換モジュール２６１、学習モジュール２６２、感情モデル２６３及び本能モデル２６４の５つのモジュールから構成されている。
【００４７】
行動モデルライブラリ２６０には、図６に示すように、「バッテリ残量が少なくなった場合」、「転倒復帰する場合」、「障害物を回避する場合」、「感情を表現する場合」、「ボールを検出した場合」などの予め選択されたいくつかの条件項目にそれぞれ対応させて、それぞれ独立した行動モデルが設けられている。
【００４８】
そして、これら行動モデルは、それぞれ入力セマンティクスコンバータモジュール２３０から認識結果が与えられたときや、最後の認識結果が与えられてから一定時間が経過したときなどに、必要に応じて後述のように感情モデル２６３に保持されている対応する情動のパラメータ値や、本能モデル２６４に保持されている対応する欲求のパラメータ値を参照しながら続く行動をそれぞれ決定し、決定結果を行動切換モジュール２６１に出力する。
【００４９】
なお、本具体例として示すロボット装置１の場合、各行動モデルは、次の行動を決定する手法として、図７に示すような１つのノード（状態）ＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎから他のどのノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎに遷移するかを有限確率オートマトンと呼ばれるアルゴリズムを用いて次の行動を決定している。有限確率オートマトンとは、ノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎのうちの１つのノードから他のどのノードに遷移するか否かを各ノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎの間を接続するアークＡＲＣ１〜ＡＲＣｎ−１に対してそれぞれ設定された遷移確率Ｐ１〜Ｐｎに基づいて確率的に決定するアルゴリズムである。
【００５０】
具体的に、各行動モデルは、それぞれ自己の行動モデルを形成するノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎにそれぞれ対応させて、これらノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎ毎に図８に示すような状態遷移表２７０を有している。
【００５１】
この状態遷移表２７０では、そのノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎにおいて遷移条件とする入力イベント（認識結果）が「入力イベント名」の行に優先順に列記され、その遷移条件についてのさらなる条件が「データ名」及び「データ範囲」の行における対応する列に記述されている。
【００５２】
したがって、図８の状態遷移表２７０で表されるノードＮＯＤＥ１００では、「ボールを検出（ＢＡＬＬ）」という認識結果が与えられた場合に、当該認識結果とともに与えられるそのボールの「大きさ（ＳＩＺＥ）」が「０から１０００」の範囲であることや、「障害物を検出（ＯＢＳＴＡＣＬＥ）」という認識結果が与えられた場合に、当該認識結果とともに与えられるその障害物までの「距離（ＤＩＳＴＡＮＣＥ）」が「０から１００」の範囲であることが他のノードに遷移するための条件となっている。
【００５３】
また、このノードＮＯＤＥ１００では、認識結果の入力がない場合でも、行動モデルが周期的に参照する感情モデル２６３及び本能モデル２６４にそれぞれ保持された各情動及び各欲求のパラメータ値のうち、感情モデル２６３に保持された「喜び（Joy）」、「驚き（Surprise）」若しくは「悲しみ（Sadness）」のいずれかのパラメータ値が「５０から１００」の範囲であるときには他のノードに遷移することができるようになっている。
【００５４】
また、状態遷移表２７０では、「他のノードヘの遷移確率」の欄における「遷移先ノード」の列にそのノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎから遷移できるノード名が列記されているとともに、「入力イベント名」、「データ名」及び「データの範囲」の行に記述された全ての条件が揃ったときに遷移できるほかの各ノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎへの遷移確率が「他のノードヘの遷移確率」の欄内の対応する箇所にそれぞれ記述され、そのノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎに遷移する際に出力すべき行動が「他のノードヘの遷移確率」の欄における「出力行動」の行に記述されている。なお、「他のノードヘの遷移確率」の欄における各行の確率の和は１００［％］となっている。
【００５５】
したがって、図８の状態遷移表２７０で表されるノードＮＯＤＥ１００では、例えば「ボールを検出（ＢＡＬＬ）」し、そのボールの「ＳＩＺＥ（大きさ）」が「０から１０００」の範囲であるという認識結果が与えられた場合には、「３０［％］」の確率で「ノードＮＯＤＥ１２０（node 120）」に遷移でき、そのとき「ＡＣＴＩＯＮ１」の行動が出力されることとなる。
【００５６】
各行動モデルは、それぞれこのような状態遷移表２７０として記述されたノードＮＯＤＥ０〜 ＮＯＤＥｎが幾つも繋がるようにして構成されており、入力セマンティクスコンバータモジュール２３０から認識結果が与えられたときなどに、対応するノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎの状態遷移表を利用して確率的に次の行動を決定し、決定結果を行動切換モジュール２６１に出力するようになされている。
【００５７】
図５に示す行動切換モジュール２６１は、行動モデルライブラリ２６０の各行動モデルからそれぞれ出力される行動のうち、予め定められた優先順位の高い行動モデルから出力された行動を選択し、当該行動を実行すべき旨のコマンド（以下、これを行動コマンドという。）をミドル・ウェア・レイヤ２１０の出力セマンティクスコンバータモジュール２４７に送出する。なお、この実施の形態においては、図７において下側に表記された行動モデルほど優先順位が高く設定されている。
【００５８】
また、行動切換モジュール２６１は、行動完了後に出力セマンティクスコンバータモジュール２４７から与えられる行動完了情報に基づいて、その行動が完了したことを学習モジュール２６２、感情モデル２６３及び本能モデル２６４に通知する。
【００５９】
学習モジュール２６２は、入力セマンティクスコンバータモジュール２３０から与えられる認識結果のうち、「叱られた」や「誉められた」等、使用者からの働きかけとして受けた教示の認識結果を入力する。そして、学習モジュール２６２は、この認識結果及び行動切換モジュール２６１からの通知に基づいて、「叱られた」ときにはその行動の発現確率を低下させ、「誉められた」ときにはその行動の発現確率を上昇させるように、行動モデルライブラリ２６０における対応する行動モデルの対応する遷移確率を変更する。
【００６０】
また、感情モデル２６３は、「喜び（Joy）」、「悲しみ（Sadness）」、「怒り（Anger）」、「驚き（Surprise）」、「嫌悪（Disgust）」及び「恐れ（Fear）」の合計６つの情動について、各情動毎にその情動の強さを表すパラメータを保持している。そして、感情モデル２６３は、これら各情動のパラメータ値を、それぞれ入力セマンティクスコンバータモジュール２３０から与えられる「叱られた」及び「誉められた」などの特定の認識結果と、経過時間及び行動切換モジュール２６１からの通知となどに基づいて周期的に更新する。
【００６１】
具体的には、感情モデル２６３は、入力セマンティクスコンバータモジュール２３０から与えられる認識結果と、そのときのロボット装置１の行動と、前回更新してからの経過時間となどに基づいて所定の演算式により算出されるそのときのその情動の変動量を△Ｅ［ｔ］、現在のその情動のパラメータ値をＥ［ｔ］、その情動の感度を表す係数をｋｅとして、（１）式によって次の周期におけるその情動のパラメータ値Ｅ［ｔ＋１］を算出し、これを現在のその情動のパラメータ値Ｅ［ｔ］と置き換えるようにしてその情動のパラメータ値を更新する。また、感情モデル２６３は、これと同様にして全ての情動のパラメータ値を更新する。
【００６２】
【数１】
なお、各認識結果や出力セマンティクスコンバータモジュール２４７からの通知が各情動のパラメータ値の変動量△Ｅ［ｔ］にどの程度の影響を与えるかは予め決められており、例えば「叱られた」といった認識結果は「怒り」の情動のパラメータ値の変動量△Ｅ［ｔ］に大きな影響を与え、「誉められた」といった認識結果は「喜び」の情動のパラメータ値の変動量△Ｅ［ｔ］に大きな影響を与えるようになっている。
【００６４】
ここで、出力セマンティクスコンバータモジュール２４７からの通知とは、いわゆる行動のフィードバック情報（行動完了情報）であり、行動の出現結果の情報であり、感情モデル２６３は、このような情報によっても感情を変化させる。これは、例えば、「吠える」といった行動により怒りの感情レベルが下がるといったようなことである。なお、出力セマンティクスコンバータモジュール２４７からの通知は、上述した学習モジュール２６２にも入力されており、学習モジュール２６２は、その通知に基づいて行動モデルの対応する遷移確率を変更する。
【００６５】
なお、行動結果のフィードバックは、行動切換モジュール２６１の出力（感情が付加された行動）によりなされるものであってもよい。
【００６６】
また、本能モデル２６４は、「運動欲（exercise）」、「愛情欲（affection）」、「充電欲（以下、食欲（appetite）と記す。）」及び「好奇心（curiosity）」の互いに独立した４つの欲求について、これら欲求毎にその欲求の強さを表すパラメータを保持している。そして、本能モデル２６４は、これらの欲求のパラメータ値を、それぞれ入力セマンティクスコンバータモジュール２３０から与えられる認識結果や、経過時間及び行動切換モジュール２６１からの通知などに基づいて周期的に更新する。
【００６７】
具体的には、本能モデル２６４は、「運動欲」、「愛情欲」及び「好奇心」については、認識結果、経過時間及び出力セマンティクスコンバータモジュール２４７からの通知などに基づいて所定の演算式により算出されるそのときのその欲求の変動量をΔＩ［ｋ］、現在のその欲求のパラメータ値をＩ［ｋ］、その欲求の感度を表す係数ｋｉとして、所定周期で（２）式を用いて次の周期におけるその欲求のパラメータ値Ｉ［ｋ＋１］を算出し、この演算結果を現在のその欲求のパラメータ値Ｉ［ｋ］と置き換えるようにしてその欲求のパラメータ値を更新する。また、本能モデル２６４は、これと同様にして「食欲」を除く各欲求のパラメータ値を更新する。
【００６８】
【数２】
なお、認識結果及び出力セマンティクスコンバータモジュール２４７からの通知などが各欲求のパラメータ値の変動量△Ｉ［ｋ］にどの程度の影響を与えるかは予め決められており、例えば出力セマンティクスコンバータモジュール２４７からの通知は、「疲れ」のパラメータ値の変動量△Ｉ［ｋ］に大きな影響を与えるようになっている。
【００７０】
なお、本実施の形態においては、各情動及び各欲求（本能）のパラメータ値がそれぞれ０から１００までの範囲で変動するように規制されており、また係数ｋｅ、ｋｉの値も各情動及び各欲求毎に個別に設定されている。
【００７１】
ミドル・ウェア・レイヤ２１０の出力セマンティクスコンバータモジュール２４７は、図４に示すように、上述のようにしてアプリケーション・レイヤ２１１の行動切換モジュール２６１から与えられる「前進」、「喜ぶ」、「鳴く」又は「トラッキング（ボールを追いかける）」といった抽象的な行動コマンドを出力系２５１の対応する信号処理モジュール２４０〜２４６に与える。
【００７２】
そしてこれら信号処理モジュール２４０〜２４６は、行動コマンドが与えられると当該行動コマンドに基づいて、その行動をするために対応するアクチュエータ２８１〜２８ｎ（図２）に与えるべきサーボ指令値や、スピーカ２０（図２）から出力する音の音声データ及び／又は発光部２５（図２）のＬＥＤに与える駆動データを生成し、これらのデータをロボティック・サーバ・オブジェクト２０２のバーチャル・ロボット２０３及び信号処理回路１４（図２）を介して対応するアクチュエータ２８１〜２８ｎ、スピーカ２０又は発光部２５に順次送出する。
【００７３】
このようにしてロボット装置１は、制御プログラムに基づいて自己（内部）及び周囲（外部）の状況や、使用者からの指示及び働きかけに応じた自律的な行動ができる。
【００７４】
続いて、以下に、本発明の適用部分である衝撃吸収機構について詳細に説明する。この衝撃吸収機構は、例えば落下等によりロボット装置１の頭部ユニット４に加えられた衝撃を弾性部材の弾性力により吸収するものである。
【００７５】
具体的に、落下等により頭部ユニット４に対して図９の矢印ａで示す方向に衝撃が加わった場合を考える。ここで、ロボット装置１の「頸部」に相当する可動部材１３０は、支持部材１２０に連結され、支持部材１２０は、弾性部材１１０の一端において取付部材１６０ａ，１６０ｂを介して結合固定されている。また、弾性部材１１０の他端においては、胴体部ユニット２の内部に格納される内部筐体１４０と取付部材１６０ｃ乃至１６０ｆを介して連結されている。このように、弾性部材１１０は、その一端において取付部品１６０ｃ乃至１６０ｆを介して内部筐体１４０と接続されているが、他端においては内部筐体１４０に対して固定されていない。したがって、図中矢印ａで示す方向に衝撃が加わった場合には、取付部品１６０ｅ，１６０ｆを支点として弾性部材１１０が撓むとともに、可動部材１３０及び支持部材１２０が内部筐体１４０に対して図中矢印ｂで示す方向に移動する。この弾性部材１１０の弾性変形によって衝撃が吸収される。
【００７６】
以下、このような衝撃吸収機構の構成について詳細に説明する。ここで、以下の記載において、垂直とは、ロボット装置１の腹部から背部へと貫通する方向を指し、水平とは、ロボット装置１の肩部と尻尾部とを結ぶ方向を指すものとする。なお、この方向は説明の便宜上決定したものであって、本実施の形態で示す方向のみに限定されない。
【００７７】
衝撃吸収機構における弾性部材１１０及び支持部材１２０の詳細を図１０に示す。弾性部材１１０は、例えば板バネ等の弾性を有するものである。この弾性部材１１０は、略長方形形状の部材の１つの短辺に接して略長方形形状の部材が切り抜かれて、基部１１１と２つの腕部１１２ａ，１１２ｂとを有する略コの字形状とされている。さらに、この腕部１１２ａ，１１２ｂは、後述する内部筐体１４０の形状に合わせて、水平面１１３ａ，１１３ｂ、傾斜面１１４ａ，１１４ｂ、及び垂直面１１５ａ，１１５ｂを有するように折曲加工され、折曲部には、補強のためのリブ１１６ａ乃至１１６ｄが設けられている。
【００７８】
腕部１１２ａ，１１２ｂの垂直面１１５ａ，１１５ｂの一端には、後述する取付部品１６０ａ，１６０ｂを挿通するための挿通孔１１７ａ，１１７ｂが設けられている。また、垂直面１１５ａ，１１５ｂには、切り起こし片１１８ａ，１１８ｂが設けられており、その先端は、垂直面１１５ａ，１１５ｂと略平行となるように、折曲加工されている。弾性部材１１０と支持部材１２０とは、後述するように、この取付部品１６０ａ，１６０ｂ及び切り起こし片１１８ａ，１１８ｂを介して接続固定される。さらに、垂直面１１５ａ，１１５ｂの端部には、弾性部材１１０の裏面に向かって折曲部１１９ａ，１１９ｂが設けられている。この折曲部１１９ａ，１１９ｂについては、後述する。
【００７９】
基部１１１の一端には、内部筐体１４０と接続するための後述する取付部品１６０ｃ及び１６０ｄがそれぞれ挿通する挿通孔１１７ｃ及び１１７ｄが設けられている。また、腕部１１２ａ，１１２ｂの水平面１１３ａ，１１３ｂの一端には、取付部品１６０ｅ，１６０ｆを挿通するための挿通孔１１７ｅ，１１７ｆが設けられている。弾性部材１１０と内部筐体１４０とは、この１６０ｃ乃至１６０ｆを介して接続固定される。
【００８０】
一方、支持部材１２０は、図１０に示すように、後述する可動部材１３０を駆動するための駆動モータ１２１を有している。また、支持部材１２０は、可動部材１３０を軸装するための回転軸１２２を有している。駆動モータ１２１の回転力は、図示しないギアを介して回転軸１２２に伝えられ、これにより、可動部材１３０は、回転軸１２２を回転中心として略９０°の回転角の範囲内で、開口部１２３の領域を回転駆動される。
【００８１】
また、支持部材１２０は、水平面１２４ａ，１２４ｂ、傾斜面１２５ａ，１２５ｂ、及び垂直面１２６ａ，１２６ｂとを有しており、これらの面において弾性部材１１０と接するようになされている。ここで、弾性部材１１０の水平面１１３ａ，１１３ｂが支持部材１２０の水平面１２４ａ，１２４ｂに、傾斜面１１４ａ，１１４ｂが傾斜面１２５ａ，１２５ｂに、垂直面１１５ａ，１１５ｂが垂直面１２６ａ，１２６ｂにそれぞれ対応する。
【００８２】
また、垂直面１２６ａ，１２６ｂには、上述した切り起こし片１１８ａ，１１８ｂを係止するための係止口１２７ａ，１２７ｂと取付部品１６０ａ，１６０ｂを挿通するための挿通孔１２８ａ，１２８ｂとが設けられている。
【００８３】
ところで、上述した弾性部材１１０と支持部材１２０とは、取付部品１６０ａ，１６０ｂ及び切り起こし片１１８ａ，１１８ｂを介して接続固定される。以下、詳細に説明する。図１１に示すように、切り起こし片１１８ａ，１１８ｂは、水平部１５０ａ，１５０ｂと垂直部１５１ａ，１５１ｂとを有している。また、水平部１５０ａ，１５０ｂの長さは、支持部材１２０の垂直面１２６ａ，１２６ｂにおける部材の厚さと略同一とされている。この切り起こし片１１８ａ，１１８ｂが、支持部材１２０の係止口１２７ａ，１２７ｂに係止されることで、弾性部材１１０が支持部材１２０に係止される。さらに、取付部品１６０ａ，１６０ｂが弾性部材１１０の挿通孔１１７ａ，１１７ｂ及び支持部材１２０の挿通孔１２８ａ，１２８ｂに挿通されることによって、結合固定される。
【００８４】
本実施の形態における衝撃吸収機構は、上述のように接続固定された弾性部材１１及び支持部材１２０に、ロボット装置１の「頸部」に相当する可動部材１３０が接続されることで構成される。すなわち、図１２に示すように、可動部材１３０は、略円筒形状を有し、支持部材１２０の回転軸１２２により回動自在に軸装される。
【００８５】
支持部材１２０と弾性部材１１０とは、例えば螺子である取付部品１６０ａ，１６０ｂによって接続される。
【００８６】
また、弾性部材１１０と内部筐体１４０とは、取付部品１６０ｃ乃至１６０ｆによって接続される。具体的には、図１３に示すように、弾性部材１１０の挿通孔１１７ｃ乃至１１７ｆと内部筐体１４０の挿通孔１４１ｃ乃至１４１ｆとに取付部品１６０ｃ乃至１６０ｆが挿通されることによって結合固定される。これにより、内部筐体１４０の上部にある解放部が弾性部材１１０によって覆われ、支持部材１２０は、内部筐体１４０の内部に格納される。すなわち、弾性部材１１０は、内部筐体１４０の一部を構成するものである。
内部筐体１４０の前面には、切欠部１４２ａ，１４２ｂが設けられており、この切欠部１４２ａ，１４２ｂにおいて上述した弾性部材１１０の折曲部１１９ａ，１１９ｂが係合される。さらに、図１４に示すように、内部筐体１４０の前面の縁部１４３ａ，１４３ｂに弾性部材１１０の裏面が接することで位置決めされる。
【００８７】
ここで、図１５に示すように、取付部品１６０ｃ，１６０ｄは、取付部品１６０ｅ，１６０ｆよりも上方に位置するように構成されている。この結果、弾性部材１１０には支持部材１２０の方向に向かって予圧が与えられるため、通常の動作時に弾性部材１１０の撓みが生じず、ガタつくことがない。さらに、この予圧によって、弾性部材１１０の裏面が内部筐体１４０の縁部１４３ａ，１４３ｂの方向に向かって圧接される。
【００８８】
以上のような構成を有する衝撃吸収機構の可動部材１３０に対して、例えば落下等により、上述した図９中の矢印ａで示す方向に衝撃が加わった場合を考える。弾性部材１１０は、その一端において取付部品１６０ｃ乃至１６０ｆによって内部筐体１４０と接続されているが、他端においては内部筐体１４０に対して固定されていない。したがって、図中矢印ａで示す方向に衝撃が加わった場合には、取付部品１６０ｅ，１６０ｆを支点として弾性部材１１０が撓み、内部筐体１４０の縁部１４３ａ，１４３ｂから離反するとともに、可動部材１３０及び支持部材１２０が内部筐体１４０に対して図中矢印ｂで示す方向に移動する。この弾性変形によって衝撃が吸収される。
【００８９】
このように、本実施の形態における衝撃吸収機構によれば、弾性部材１１０の一端において可動部材１３０を支持する支持部材１２０が接続され、他端において内部筐体１４０が接続されることで、弾性部材１１０の弾性力により、可動部材１３０に加わった衝撃を吸収することができる。
【００９０】
なお、本発明は、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。例えば、本実施の形態では、４足歩行の脚式移動ロボットに関して説明したが、ロボット装置は、内部状態に応じて動作するものであれば適用可能であって、移動手段は、４足歩行、さらには脚式移動方式に限定されない。
【００９１】
また、本実施の形態では、衝撃吸収機構は、頭部ユニットへの衝撃を吸収するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、脚部ユニット等についても同様の機構を備えることにより、これらに加わる衝撃を吸収することが可能となる。
【００９２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係るロボット装置は、本体に対して可動とされる可動部が連結されてなるロボット装置であって、上記可動部を可動に支持する支持部材と、上記支持部材と上記本体とを接続する接続部材とを有し、上記接続部材は、上記可動部に加えられた衝撃を吸収することを特徴としている。
【００９３】
ここで、ロボット装置においては、上記接続部材の一端に上記本体が連結されるとともに、他端に上記支持部が連結されており、上記接続部材が弾性変形することにより、上記可動部に加えられた衝撃が吸収される。
【００９４】
また、ロボット装置においては、上記接続部材及び上記支持部材のがたつきを防止するために、上記本体に対する方向に予圧をかけて、上記本体と上記接続部材とが連結される。
【００９５】
このようなロボット装置によれば、例えば落下等によって本体に接続される頭部や脚部等の可動部に衝撃が加わった際にも、接続部材が弾性変形することにより衝撃が吸収され、ロボット装置のメカ機構が塑性変形又は破壊等することを防止することができる。
【００９６】
また、本発明に係るロボット装置の衝撃吸収方法は、本体に対して可動とされる可動部が連結されてなるロボット装置の衝撃吸収方法であって、上記可動部を可動に支持する支持部と上記本体とを接続する接続部材によって、上記可動部に加えられた衝撃を吸収することを特徴としている。
【００９７】
ここで、ロボット装置の衝撃吸収方法においては、上記接続部材の一端に上記本体が連結されるとともに、他端に上記支持部が連結されており、上記接続部材が弾性変形することにより、上記可動部に加えられた衝撃が吸収される。
【００９８】
また、ロボット装置の衝撃吸収方法においては、上記接続部材及び上記支持部材のがたつきを防止するために、上記本体に対する方向に予圧をかけて、上記本体と上記接続部材とが接続される。
【００９９】
このようなロボット装置の衝撃吸収方法によれば、例えば落下等によって本体に接続される頭部や脚部等の可動部に衝撃が加わった際にも、接続部材が弾性変形することにより衝撃が吸収され、ロボット装置のメカ機構が塑性変形又は破壊等することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一構成例として示すロボット装置の外観を示す外観図である。
【図２】本発明の一構成例として示すロボット装置の構成を示す構成図である。
【図３】本発明の一構成例として示すロボット装置の制御プログラムのソフトウェア構成を示す構成図である。
【図４】本発明の一構成例として示すロボット装置の制御プログラムのうち、ミドル・ウェア・レイヤの構成を示す構成図である。
【図５】本発明の一構成例として示すロボット装置の制御プログラムのうち、アプリケーション・レイヤの構成を示す構成図である。
【図６】本発明の一構成例として示すロボット装置の制御プログラムのうち、行動モデルライブラリの構成を示す構成図である。
【図７】本発明の一構成例として示すロボット装置の行動を決定するためのアルゴリズムである有限確率オートマトンを説明する模式図である。
【図８】本発明の一構成例として示すロボット装置の行動を決定するための状態遷移条件を表す図である。
【図９】本発明の一構成例として示すロボット装置における衝撃吸収機構によって衝撃が吸収される様子を説明する側面図である。
【図１０】同衝撃吸収機構における弾性部材及び支持部材の構成を示す斜視図である。
【図１１】同弾性部材と同支持部材との接続を説明する断面図である。
【図１２】同衝撃吸収機構の構成を示す側面図である。
【図１３】同衝撃吸収機構と本体との連結を説明する斜視図である。
【図１４】同弾性部材と同本体との接続を説明する斜視図である。
【図１５】同弾性部材に予圧がかけられる構成を説明する側面図である。
【符号の説明】
１ ロボット装置、２ 胴体部ユニット、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ 脚部ユニット、４ 頭部ユニット、５ 尻尾部、１１０ 弾性部材、１１１ 基部、１１２ａ，１１２ｂ 腕部、１１７ａ，１１７ｂ，１１７ｃ，１１７ｄ 挿通孔、１１８ａ，１１８ｂ 切り起こし片、１１９ａ，１１９ｂ 折曲部、１２０ 支持部材、１２１ 駆動モータ、１２２ 回転軸、１２７ａ，１２７ｂ 係止口、１２８ａ，１２８ｂ 挿通孔、１３０ 可動部位、１４０ 内部筐体、１４１ｃ，１４１ｄ，１４１ｅ，１４１ｆ 挿通孔、１４２ａ，１４２ｂ 切欠部、１４３ａ，１４３ｂ 縁部
Claims (6)
- 本体に対して可動とされる可動部が連結されてなるロボット装置であって、
回転軸を有し、上記可動部を該回転軸により回転自在に支持する支持部材と、
上記支持部材と上記本体とを接続する接続部材とを有し、
上記接続部材は、上記可動部の回転方向に曲折され、該接続部材の一端に第１の取り付け部材を介して上記本体が連結されるとともに、該接続部材の他端に第２の取り付け部材を介して上記支持部材が連結され、上記可動部に衝撃が加えられた際に該第１の取り付け部材を支点として撓み、上記可動部及び上記支持部材を該衝撃により該可動部が移動した方向とは逆の方向に移動させて上記可動部に加えられた衝撃を吸収するロボット装置。 - 上記第１の取り付け部材は、上記接続部材に対して上記支持部材の方向に予圧をかける請求項１記載のロボット装置。
- 上記ロボット装置は、動物を模した形状を有し、
上記可動部材は、上記ロボット装置の頭部を構成する請求項１記載のロボット装置。 - 本体に対して可動とされる可動部が連結されてなり、該可動部を回転軸により回転自在に支持する支持部材と、該支持部材と該本体とを接続する接続部材とを有するロボット装置の衝撃吸収方法であって、
上記可動部の回転方向に曲折され、該接続部材の一端に第１の取り付け部材を介して上記本体が連結されるとともに、該接続部材の他端に第２の取り付け部材を介して上記支持部材が連結される上記接続部材によって、上記可動部に衝撃が加えられた際に該第１の取り付け部材を支点として撓み、上記可動部及び上記支持部材を該衝撃により該可動部が移動した方向とは逆の方向に移動させて上記可動部に加えられた衝撃を吸収するロボット装置の衝撃吸収方法。 - 上記第１の取り付け部材によって上記接続部材に対して上記支持部材の方向に予圧をかける請求項４記載のロボット装置の衝撃吸収方法。
- 上記ロボット装置は、動物を模した形状を有し、
上記可動部材は、上記ロボット装置の頭部を構成する請求項４記載のロボット装置の衝撃吸収方法。
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