JP7048921B2 - ロボット装置の下部ユニット及びロボット装置 - Google Patents
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Description
まず、図1を用いて、本実施形態に係るロボット装置1の構成について説明する。図1は、本実施形態に係るロボット装置1の一例を模式的に例示する。
まず、図2を更に用いて、本実施形態に係る下部ユニット2について説明する。図2は、本実施形態に係る下部ユニット2の一例を模式的に例示する。下部ユニット2は、ロボット装置1の下端側に配置され、ロボット装置1の上端側の構成要素(本実施形態では、上部ユニット3)を支持し、車輪駆動により移動可能に構成される。この下部ユニット2は、「下肢ユニット」又は「移動機構ユニット」と称されてもよい。
次に、図3及び図4を更に用いて、本実施形態に係る水平振動機構23について詳細に説明する。図3は、本実施形態に係る車輪22の一例を模式的に例示する。図4は、車輪22を駆動する駆動部の一例を模式的に例示する。
次に、図5を更に用いて、本実施形態に係る垂直振動機構24について詳細に説明する。図5は、本実施形態に係る垂直振動機構24の一例を模式的に例示する。本実施形態に係る垂直振動機構24は、いわゆるリニアガイドにより構成される。
次に、本実施形態に係る上部ユニット3について説明する。図1に示されるとおり、本実施形態に係る上部ユニット3は、胴体ユニット31、一対の腕部ユニット32、及び頭部ユニット33を備えている。
次に、図6を用いて、本実施形態に係るロボット装置1のシステム構成について説明する。図6は、本実施形態に係るロボット装置1のシステム構成の一例を模式的に例示する。
次に、本実施形態に係るロボット装置1の動作例について説明する。制御装置5は、一対の車輪22の回転を制御する。これにより、ロボット装置1は、所望の方向に移動する。
以上のとおり、本実施形態によれば、水平振動機構23及び垂直振動機構24により、人間が歩行する際の身体の挙動(上記実施形態では、骨盤の揺動)に模した動きで上部ユニット3を振動させることができる。また、本実施形態によれば、下部ユニット2は、ロボット装置1の上部ユニット3を支持する要素として、2足歩行ユニットではなく、一対の車輪22を利用する。そのため、下部ユニット2は、2足歩行ユニットに比べて、安価に作製可能であり、その制御が容易である。したがって、本実施形態によれば、人間の歩行と同じような挙動で移動するロボット装置をより低コストで作製することができるようになる。これにより、人間との間で円滑にインタラクションを行うことのできるロボット装置を低コストで作製可能になることが期待できる。
以上、本発明の実施の形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。
上記実施形態では、制御装置5は、上部ユニット3の水平方向及び垂直方向の振動が人間の移動する際の骨盤の揺動を模した動きとなるように、水平振動機構23及び垂直振動機構24を制御している。しかしながら、水平振動機構23及び垂直振動機構24の振動により再現される動きは、このような骨盤の揺動を模した動きに限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。
上記実施形態では、上部ユニット3は、人間の上半身を模した構成を有している。しかしながら、下部ユニット2に取り付けられる上部ユニット3の構成は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。上部ユニット3は、関節部を備えていなくてもよい。例えば、上部ユニット3は、支柱及びこの支柱の上端部に連結されたディスプレイにより構成されてもよい。また、上部ユニット3が備える関節部の数は、上記実施形態の例(10個)に限定されなくてもよく、1個であってもよいし、2~9個であってもよいし、11個以上であってもよい。また、上記実施形態では、各関節部(311~313、321~323、331)は、制御装置5により制御される。しかしながら、上部ユニット3に設ける関節部は、このような例に限定されなくてもよい。例えば、上部ユニット3は、制御装置5による制御によらず、各車輪22の回転に同期して駆動される関節部を有してもよい。なお、この関節部には、例えば、歯車等の公知の伝達機構を用いて各車輪22の回転が伝達されてよい。これにより、関節部は、制御装置5の制御によらず、各車輪22の回転に同期して駆動可能に構成される。
上記実施形態では、水平振動機構23は一対の偏心した車輪22により構成され、垂直振動機構24はリニアガイドにより構成されている。しかしながら、水平振動機構23及び垂直振動機構24それぞれの構造は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。例えば、以下のような変形例を挙げることができる。
上記実施形態において、各車輪22の径は、人間の歩幅に対応して決定されてよい。この場合、各車輪22の径は人間の歩幅に対応するのに対して、各車輪22の偏心量は、水平方向の振動量を決定するため、歩行の際の身体の水平方向の揺れに相当する。そのため、径及び偏心量を変更した複数種類の各車輪22を用意して、下部ユニット2において、用意した各車輪22を適宜取り換えてもよい。また、各車輪22は、その径及び偏心量を適宜調節可能に構成されてもよい。例えば、各車輪22にアクチュエータを取り付けることで、偏心量を調節可能に構成することができる。このとき、各車輪22は、回転を停止したときに偏心量が無くなるように制御されてもよい。これにより、ロボット装置1が、移動を停止したときに傾かないようにしたり、移動中の歩容を変化させたりすることができる。また、各車輪22は、その形状を真円から楕円等の任意の形状に変形可能に構成されてもよい。これによっても、ロボット装置1が、移動を停止したときに傾かないようにしたり、移動中の歩容を変化させたりすることができる。また、各車輪22は、駆動量を異ならせることで、両車輪22の偏心の位相差を調節可能に構成されてよい。これにより、下部ユニット2が移動を停止した際に、両車輪22間の位相差を無くすように制御することで、ロボット装置1を直立した状態で静止させることができる。更に、両車輪22間の位相差を無くした状態で、各車輪22を回転させることで、つま先立ちした状態、背伸びをした状態等の表現をロボット装置1にさせることができる。
2…下部ユニット、
21…基台部、
22…車輪(偏心車輪)、220…中心、
221…車軸、222・223…かさ歯車、
224…モータ、225…センサ、
23…水平振動機構、231…マイクロコンピュータ、
232…外部インタフェース、
24…垂直振動機構、
241…本体部、2411…ナット部、2412…ブロック部、
242…モータ、243…シャフト、
244…第1ギア、245…ボールねじ、246…第2ギア、
247…レール材、248…センサ、
251…マイクロコンピュータ、252…外部インタフェース、
3…上部ユニット、
31…胴体ユニット、
311…第1胴体関節部、312…第2胴体関節部、
313…第3胴体関節部、
32…腕部ユニット、
321…第1腕関節部、322…第2腕関節部、323…第3腕関節部、
33…頭部ユニット、330…頭部部材、331…首関節部、
341…モータ、342…センサ、
343…マイクロコンピュータ、344…外部インタフェース、
5…制御装置、
51…制御部、52…記憶部、53…外部インタフェース
Claims (15)
- ロボット装置の下部ユニットであって、
一対の車輪と、
前記一対の車輪により支持され、前記ロボット装置の上部ユニットが取り付けられる基台部と、
前記一対の車輪の回転を制御するように構成された制御装置と、
前記制御装置により制御され、前記一対の車輪の回転に同期して、前記基台部に取り付けられた前記ロボット装置の前記上部ユニットを垂直方向に振動させるように構成された垂直振動機構と、
前記制御装置により制御され、前記一対の車輪の回転に同期して、前記基台部に取り付けられた前記ロボット装置の前記上部ユニットを水平方向に振動させるように構成された水平振動機構と、
を備え、
前記制御装置は、前記上部ユニットの垂直方向及び水平方向の振動が、人間の移動する際の骨盤の揺動を模した動きとなるように、前記垂直振動機構及び前記水平振動機構を制御し、
前記骨盤の揺動を模した動きにおける垂直方向の振動は、第1の周期関数により表され、
前記骨盤の揺動を模した動きにおける水平方向の振動は、第2の周期関数により表され、
前記第1の周期関数と前記第2の周期関数とは速度に応じた位相差を有しており、
前記制御装置は、
前記一対の車輪の回転速度に応じて前記位相差を決定し、
決定した前記位相差を有する前記第1の周期関数及び前記第2の周期関数に基づいて、前記上部ユニットの垂直方向及び水平方向の振動が人間の移動する際の骨盤の揺動を模した動きとなるように、前記垂直振動機構及び前記水平振動機構を制御する、
下部ユニット。 - ロボット装置の下部ユニットであって、
一対の車輪と、
前記一対の車輪により支持され、前記ロボット装置の上部ユニットが取り付けられる基台部と、
前記一対の車輪の回転を制御するように構成された制御装置と、
前記制御装置により制御され、前記一対の車輪の回転に同期して、前記基台部に取り付けられた前記ロボット装置の前記上部ユニットを垂直方向に振動させるように構成された垂直振動機構と、
前記制御装置により制御され、前記一対の車輪の回転に同期して、前記基台部に取り付けられた前記ロボット装置の前記上部ユニットを水平方向に振動させるように構成された水平振動機構と、
を備え、
前記一対の車輪はそれぞれ、それぞれの中心からずれて車軸が取り付けられた偏心車輪であり、
前記水平振動機構は、前記一対の偏心車輪により構成される、
下部ユニット。 - 前記制御装置は、前記上部ユニットの垂直方向及び水平方向の振動が生物の移動する際の重心位置の揺動を模した動きとなるように、前記垂直振動機構及び前記水平振動機構を制御する、
請求項2に記載の下部ユニット。 - 前記制御装置は、前記上部ユニットの垂直方向及び水平方向の振動が、前記生物の移動する際の重心位置の揺動を模した動きとして、人間の移動する際の骨盤の揺動を模した動きとなるように、前記垂直振動機構及び前記水平振動機構を制御する、
請求項3に記載の下部ユニット。 - 前記骨盤の揺動を模した動きにおける垂直方向の振動は、第1の周期関数により表され、
前記骨盤の揺動を模した動きにおける水平方向の振動は、第2の周期関数により表され、
前記第1の周期関数と前記第2の周期関数とは速度に応じた位相差を有しており、
前記制御装置は、
前記一対の車輪の回転速度に応じて前記位相差を決定し、
決定した前記位相差を有する前記第1の周期関数及び前記第2の周期関数に基づいて、前記上部ユニットの垂直方向及び水平方向の振動が人間の移動する際の骨盤の揺動を模した動きとなるように、前記垂直振動機構及び前記水平振動機構を制御する、
請求項4に記載の下部ユニット。 - 前記一対の車輪はそれぞれ、それぞれの中心からずれて車軸が取り付けられた偏心車輪であり、
前記水平振動機構は、前記一対の偏心車輪により構成される、
請求項1に記載の下部ユニット。 - 前記一対の偏心車輪と共に前記基台部を支持する補助車輪を更に備える、
請求項2または6に記載の下部ユニット。 - 上部ユニットと、
前記上部ユニットが取り付けられる下部ユニットであって、請求項1から7のいずれか1項に記載の下部ユニットと、
を備える、
ロボット装置。 - 前記上部ユニットは、前記下部ユニットの前記一対の車輪の回転と同期して駆動可能に構成された1又は複数の関節部を含む、
請求項8に記載のロボット装置。 - 上部ユニットと、
前記上部ユニットが取り付けられる下部ユニットであって、
一対の車輪と、
前記一対の車輪により支持され、前記ロボット装置の上部ユニットが取り付けられる基台部と、
前記一対の車輪の回転を制御するように構成された制御装置と、
前記制御装置により制御され、前記一対の車輪の回転に同期して、前記基台部に取り付けられた前記ロボット装置の前記上部ユニットを垂直方向に振動させるように構成された垂直振動機構と、
前記制御装置により制御され、前記一対の車輪の回転に同期して、前記基台部に取り付けられた前記ロボット装置の前記上部ユニットを水平方向に振動させるように構成された水平振動機構と、
を備える、
下部ユニットと、
を備え、
前記上部ユニットは、前記下部ユニットの前記一対の車輪の回転と同期して駆動可能に構成された1又は複数の関節部を含む、
ロボット装置。 - 前記制御装置は、前記上部ユニットの垂直方向及び水平方向の振動が生物の移動する際の重心位置の揺動を模した動きとなるように、前記垂直振動機構及び前記水平振動機構を制御する、
請求項10に記載のロボット装置。 - 前記制御装置は、前記上部ユニットの垂直方向及び水平方向の振動が、前記生物の移動する際の重心位置の揺動を模した動きとして、人間の移動する際の骨盤の揺動を模した動きとなるように、前記垂直振動機構及び前記水平振動機構を制御する、
請求項11に記載のロボット装置。 - 前記骨盤の揺動を模した動きにおける垂直方向の振動は、第1の周期関数により表され、
前記骨盤の揺動を模した動きにおける水平方向の振動は、第2の周期関数により表され、
前記第1の周期関数と前記第2の周期関数とは速度に応じた位相差を有しており、
前記制御装置は、
前記一対の車輪の回転速度に応じて前記位相差を決定し、
決定した前記位相差を有する前記第1の周期関数及び前記第2の周期関数に基づいて、前記上部ユニットの垂直方向及び水平方向の振動が人間の移動する際の骨盤の揺動を模した動きとなるように、前記垂直振動機構及び前記水平振動機構を制御する、
請求項12に記載のロボット装置。 - 前記一対の車輪はそれぞれ、それぞれの中心からずれて車軸が取り付けられた偏心車輪であり、
前記水平振動機構は、前記一対の偏心車輪により構成される、
請求項10から13のいずれか1項に記載のロボット装置。 - 前記一対の偏心車輪と共に前記基台部を支持する補助車輪を更に備える、
請求項14に記載のロボット装置。
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JP2018043976A JP7048921B2 (ja) | 2018-03-12 | 2018-03-12 | ロボット装置の下部ユニット及びロボット装置 |
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TAKANORI, Onuma et al.,Development of JARoW-II Active Robotic Walker Reflecting Pelvic Movements while Walking,Intelligent Service Robotics,2017年01月11日,Volume 10,pages 95-107,<URL: https://dspace.jaist.ac.jp/dspace/bitstream/10119/15057/1/23055.pdf> |
鄭 聖熹,人と同等の上半身自由度を有する車輪倒立型ヒューマノイドの開発-機構設計と制御システムの実装-,ロボティクス・メカトロニクス講演会2015講演論文集,一般社団法人日本機械学会 |
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