(57)【要約】      （修正有）【課題】幅広い範囲の作業タスクに適した人間型ロボットを提供すること。【解決手段】人間型ロボット１０が胴部１１と、一対の腕部２２，２４と、２つの手部と、頸部１４と、頭部１６とを含む。胴部は主軸Ｐに沿って延在し、一対の肩部１８をもたらす。一対の腕部は一対の肩部のそれぞれの１つから可動に延出する。腕部の各々が複数の腕部関節Ｊ１〜Ｊ７を有する。頸部は主軸に沿って胴部から可動に延出する。頸部は少なくとも１つの頸部関節Ｎを有する。頭部は主軸に沿って頸部から可動に延出する。頭部は少なくとも１つの頭部関節Ｈ１，Ｈ２を有する。肩部は、作業空間が肩部の間に画定されるように、肩部の各々の間に画定される振り角において相互に向かって傾斜している。【選択図】図１
2014159078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人間型ロボットにおいて、
主軸に沿って延在し、一対の肩部をもたらす胴部と、
前記一対の肩部のそれぞれから可動に延出する一対の腕部であって、各々が複数の腕部関節を有する、腕部と、
前記主軸に沿って前記胴部から可動に延出する頸部であって、少なくとも１つの頸部関節を有する、頸部と、
前記主軸に沿って前記頸部から可動に延出する頭部であって、少なくとも１つの頭部関節を有する、頭部とを備え、
前記肩部の各々は、作業空間が前記肩部の間に画定されるように、前記肩部の各々の間に画定される振り角で互いに向かって傾斜している、人間型ロボット。
【請求項２】
請求項１に記載のロボットにおいて、
前記振り角は、約１５０度である、ロボット。
【請求項３】
請求項１に記載のロボットにおいて、
前記腕部の各々は、少なくとも７つの腕部関節を有する、ロボット。
【請求項４】
請求項３に記載のロボットにおいて、
前記腕部の各々は、肩部分と、肘部分と、手首部分とを含み、
前記肩部分は、第１、第２、第３の腕部軸をそれぞれ中心にして回転する第１、第２、第３の腕部関節を含み、
前記肘部分は、第４および第５の腕部軸をそれぞれ中心にして回転する第４および第５の腕部関節を含み、
前記手首部分は、第６および第７の腕部軸をそれぞれ中心にして回転する第６および第７の腕部関節を含む、ロボット。
【請求項５】
請求項４に記載のロボットにおいて、
前記振り角は、前記一対の腕部の各々の前記第１の腕部軸の間に画定される、ロボット。
【請求項６】
請求項４に記載のロボットにおいて、
前記第１の腕部軸は、前記第２の腕部軸に対して概ね垂直な関係で延在し、
前記第３の腕部軸は、前記第２の腕部軸に対して概ね垂直な関係で延在する、ロボット。
【請求項７】
請求項４に記載のロボットにおいて、
前記第４の腕部軸は、前記第５の腕部軸に対して概ね垂直な関係で延在する、ロボット。
【請求項８】
請求項４に記載のロボットにおいて、
前記第６の腕部軸は、前記第７の腕部軸に対して概ね垂直な関係で延在する、ロボット。
【請求項９】
請求項１に記載のロボットにおいて、
前記頭部は、第１および第２の頭部関節を有する、ロボット。
【請求項１０】
請求項９に記載のロボットにおいて、
前記第１の頭部関節は、第１の頭部軸を中心にして回転可能であり、前記第２の頭部関
節は、第２の頭部軸を中心にして回転可能である、ロボット。
【請求項１１】
請求項１０に記載のロボットにおいて、
前記第１の頭部軸は、前記第２の頭部軸に対して概ね垂直な関係で延在する、ロボット。
【請求項１２】
請求項１に記載のロボットにおいて、
各々が前記一対の腕部の１つに作動可能にそれぞれ連結された２つの手部を更に備え、
前記手部の各々は、少なくとも１２の独立した自由度を有する、ロボット。
【請求項１３】
請求項１２に記載のロボットにおいて、
前記手部の各々は、少なくとも５つの指部を含む、ロボット。
【請求項１４】
請求項１３に記載のロボットにおいて、
前記５つの指部は、親指部と、第１の主指部と、第２の主指部と、第１の副指部と、第２の副指部とを含み、
前記親指部は、少なくとも４つの自由度をもたらす少なくとも４つの指部関節を有し、
前記主指部の各々は、少なくとも３つの自由度をもたらす少なくとも３つの指部関節を有し、
前記副指部の各々は、少なくとも１つの自由度をもたらす少なくとも３つの指部関節を有する、ロボット。
【請求項１５】
請求項１４に記載のロボットにおいて、
前記親指部は、第１、第２、第３および第４の指部関節軸をそれぞれ中心にして回転する第１、第２、第３および第４の指部関節を含み、
前記第１の主指部は、第５、第６、第７および第８の指部軸をそれぞれ中心にして回転する第５、第６、第７および第８の指部関節を含み、
前記第２の主指部は、第９、第１０、第１１および第１２の指部軸をそれぞれ中心にして回転する第９、第１０、第１１および第１２の指部関節を含み、
前記第１の副指部は、第１３、第１４および第１５の指部軸をそれぞれ中心にして回転する第１３、第１４および第１５の指部関節を含み、
前記第２の副指部は、第１６、第１７および第１８の第１２の指部軸をそれぞれ中心にして回転する第１６、第１７および第１８の指部関節を含む、ロボット。
【請求項１６】
請求項１に記載のロボットにおいて、
台部を更に備え、
前記胴部は、前記主軸に沿って前記台部から可動に延出し、
腰部関節は、前記胴部と前記台部との間に画定される、ロボット。
【請求項１７】
請求項１６に記載のロボットにおいて、
前記腰部関節は、前記主軸を中心にして回転可能である、ロボット。
【請求項１８】
人間型ロボットにおいて、
主軸に沿って延在し、一対の肩部をもたらす胴部と、
前記一対の肩部のそれぞれの１つから可動に延出する一対の腕部であって、各々が複数の腕部関節を有する、腕部と、
前記一対の腕部のそれぞれの１つに作動可能に連結される手部であって、各々が少なくとも１２の指部関節を有する少なくとも５つの指部を含む、手部とを備え、
前記肩部の各々は、作業空間が前記肩部の間に画定されるように、前記肩部の各々の間に画定される振り角で互いに向かって傾斜しており、
前記ロボットを実質的に覆う表面薄膜を備えた、人間型ロボット。
【請求項１９】
人間型ロボットにおいて、
主軸に沿って延在し、一対の肩部をもたらす胴部と、
前記一対の肩部のそれぞれの１つから可動に延出する一対の腕部であって、各々が少なくとも７つの腕部関節を有する、腕部と、
前記一対の腕部のそれぞれから可動に延出する一対の手部であって、各々が少なくとも１２の指部関節を有する、手部と、
前記主軸に沿って可動に延在する頭部であって、少なくとも１つの頭部関節を有する、頭部とを備え、
前記肩部の各々は、作業空間が前記肩部の間に画定されるように、前記肩部の各々の間に画定される振り角で互いに向かって傾斜している、人間型ロボット。
【請求項２０】
請求項１９に記載の人間型ロボットにおいて、
前記振り角は、約１５０度である、人間型ロボット。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（連邦政府の支援を受けた研究または開発に関する陳述）
[0001]本発明は、ＮＡＳＡ宇宙活動協定（ＮＡＳＡ  Ｓｐａｃｅ  Ａｃｔ  Ａｇｒｅｅｍｅｎｔ）第ＳＡＡ−ＡＴ−０７−００３号の下において政府支援によりなされた。政府は、本発明において一定の権利を有し得る。
【技術分野】
【０００２】
[0002]本発明は、複数の関節を有する人間型ロボットに関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]典型的なロボットは、関節部またはモータ駆動型ロボット関節を介して相互連結される一連の剛体リンクを使用して、物体を操作することが可能な、自動型デバイスである。典型的なロボットにおける各関節は、自由度（ＤＯＦ：ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  ｆｒｅｅｄｏｍ）とも呼ばれる、少なくとも１つの独立した制御変数を呈する。エンドエフェクタは、例えば作業工具または物体を把持する等、手元の作業を実施するために使用される特定のリンクである。したがって、ロボットの正確な動作制御は、タスクレベルの指定により調整され得て、すなわち、物体レベル制御（すなわちロボットの片手または両手の中に保持された物体の挙動を制御する能力）、エンドエフェクタ制御および関節レベル制御によって、調整され得る。集合的に、種々の制御レベルが協働して、所要のロボット動作性、器用さ、および作業タスク関連機能性を達成する。
【０００４】
[0004]人間型ロボットは、とりわけ、全身、胴部および／または付属物であるか否かにかかわらず、ほぼ人間の構造または外観を有するロボットであり、人間型ロボットの構造的複雑さは、実施される作業タスクの性質に大きく左右される。人間型ロボットの使用は、特に人間が使用するように作製されたデバイスまたはシステムと直接的に相互にやり取りすることが必要な場合に、好ましい場合がある。人間型ロボットの使用はまた、タスク待ち行列が、協働する人間の相手に理解されるように、動作が人間の動作に近づくようにプログラムできて、人間と相互にやり取りすることが必要な場合に、好ましい場合がある。幅広い範囲の作業タスクが人間型ロボットに期待できることにより、異なる制御モードが、同時に必要とされる場合がある。例えば、正確な制御が、加えられるトルクまたは力、動作、および種々の把持のタイプに対する制御と並び、上述の様々な空間内に適用されなければならない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[0005]胴部と、一対の腕部と、頸部と、頭部とを含む人間型ロボットが提供される。胴部は主軸に沿って延在し、一対の肩部をもたらす。一対の腕部は一対の肩部のそれぞれの１つから可動に延出する。腕部の各々が複数の腕部関節を有する。頸部は主軸に沿って胴部から可動に延出する。頸部は少なくとも１つの頸部関節を有する。頭部は主軸に沿って頸部から可動に延出する。頭部は少なくとも１つの頭部関節を有する。肩部は、作業空間が肩部の間に画定されるように、肩部の各々の間に画定される振り角において相互に向かって傾斜している。
【０００６】
[0006]本開示の他の一態様において、胴部と、一対の腕部と、一対の手部と、表面薄膜とを含む人間型ロボットが提供される。胴部は主軸に沿って延在し、一対の肩部をもたらす。一対の腕部は一対の肩部のそれぞれの１つから可動に延出する。肩部は、作業空間が肩部の間に画定されるように、肩部の各々の間に画定される振り角において相互に向かっ
て傾斜している。腕部の各々が複数の腕部関節を有する。手部は一対の腕部のそれぞれの１つに作動可能に連結される。手部の各々は、各手部が少なくとも１２の自由度を有するように少なくとも５つの指部を含む。表面薄膜はロボットを実質的に覆う。
【０００７】
[0007]本開示の更に他の一態様において、人間型ロボットが胴部と、一対の腕部と、一対の手部と、頭部とを含む。胴部は主軸に沿って延在し、一対の肩部をもたらす。一対の腕部は、一対の肩部のそれぞれの１つから可動に延出する。腕部の各々は少なくとも７つの腕部関節を有する。一対の手部は一対の腕部のそれぞれの１つから可動に延出する。手部の各々は少なくとも１２の指部関節を有する。頭部は主軸に沿って可動に延在し、少なくとも１つの頭部関節を有する。肩部は、作業空間が肩部の間に画定されるように、肩部の各々の間に画定される振り角において相互に向かって傾斜している。
【０００８】
[0008]添付の図面と関連させて理解することにより、本発明を実施するための最良の形態の以下の詳細な説明から、本発明の上述の特徴および利点ならびに他の特徴および利点が、容易に明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】[0009]胴部と、頸部と、頭部と、一対の腕部と、一対の手部とを有する人間型ロボットの略図である。
【図２】[0010]図１の人間型ロボットの１つの腕部の肩部分および肘部分の略図である。
【図３】[0011]図１の人間型ロボットの１つの腕部の１つの手部および手首部分の略図である。
【図４】[0012]図３の手部の親指部の略図である。
【図５】[0013]図１の人間型ロボットの、その肩部の間に画定される振り角の例示を伴う略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[0014]同様の符号が複数の図面にわたって同一または類似の構成要素を指す図面を参照すると、図１は、複数の自由度（ＤＯＦ）により１つまたは複数の仕事を実施するように適合化された複数の関節を有する器用な人間型ロボット１０を示す。複数のＤＯＦは、標準的な工具および組立体構成要素を操作するために要求される程度の器用さをロボット１０に提供する。各ロボットの関節は、例えば、関節モータ、リニアアクチュエータ、ロータリアクチュエータ等の１つまたは複数のアクチュエータ（図示せず）を包含し、ならびに／または、それによって駆動される。その結果、ロボット１０は、重要な作業を実施するように構成される。具体的には、ロボット１０は、現在人間によって実施されている組立て、建設、および、保守の仕事を実施するように構成される。更に、ロボット１０は、人間の規模にように構成でき、ロボット１０が、人間の作業者用に標準的に設計された同じ作業空間３０を共有することを可能にする。
【００１１】
[0015]ロボット１０は、頸部１４と腰部１２との間に延在する胴部１１を含む。頭部１６は頸部１４に作動可能に取り付けられる。更に詳細には、胴部１１は主軸Ｐに沿って延在し、主軸Ｐに対して概ね垂直方向の関係に一対の肩部１８をもたらす。頸部１４は、概ね主軸Ｐに沿って延在する。頸部１４は、対応するＤＯＦをもたらす少なくとも１つの頸部関節Ｎを含む。頸部１４は、胴部１１に対して頸部軸Ａを中心にして枢動するように構成される頸部関節Ｎを含む。頸部関節Ｎは、胴部１１と頸部１４のベース２０との間に画定できる。頸部軸Ａは主軸Ｐに対して概ね垂直方向の関係に延在する。頸部関節Ｎは頸部軸Ａを中心にして胴部１１に対して頸部１４を傾けるように構成される。頭部１６を胴部１１に対して傾ける場合に、頭部１６が胴部１１および／または頸部１４と接触することを防止するために、頸部関節Ｎは頭部１６に移動量を付加するように構成される。
【００１２】
[0016]頭部１６は概ね主軸Ｐに沿って頸部１４から延出する。頭部１６は２つの頭部１６関節を有し、それらは２つの対応するＤＯＦをもたらす。頭部１６は、頸部１４と、胴部１１および主軸Ｐに対して１つまたは複数の頭部関節において動くように構成される。更に詳細には、頭部１６は第１の頭部関節Ｈ１および第２の頭部関節Ｈ２を含む。第１の頭部関節Ｈ１は、頭部１６が頸部１４および胴部１１に対して第１の頭部軸Ｂ１を中心にして回転するように構成される。第１の頭部関節Ｈ１の第１の頭部軸Ｂ１は頸部軸Ａに対して概ね垂直方向の関係に延在する。第１の頭部関節Ｈ１は、頭部１６が頸部１４および胴部１１に対して第１の頭部軸Ｂ１を中心にして枢動またはパンするように構成される。第２の頭部関節Ｈ２は、頭部１６が頸部１４および胴部１１に対して第２の頭部軸Ｂ２を中心にして回転するように構成される。第２の頭部関節Ｈ２の第２の頭部軸Ｂ２は、第１の頭部軸Ｂ１に対して概ね垂直方向の関係、および、頸部軸Ａに対して概ね平行に間隔をあけた関係に延在する。第２の頭部関節Ｈ２は、第２の頭部軸Ｂ２を中心にして頸部１４に対して頭部１６を傾けるか、または、ピッチさせるように構成される。したがって、頸部関節Ｎと一緒に、第１の頭部関節Ｈ１および第２の頭部関節Ｈ２は、胴部１１に対する頭部１６の動きのために、それぞれピッチ、ロール、ピッチの調整を与える。
【００１３】
[0017]更に、胴部１１に対する第１の頭部軸Ｂ１の向きは、第２の頭部軸Ｂ２を中心とする頭部１６、および／または、頸部軸Ａを中心とする頸部１４の動きに基づいて変化する。同様に、第２の頭部軸Ｂ２は、頭部１６が第１の頭部関節Ｈ１を中心にして回転する際、第１の頭部軸Ｂ１を中心にして回転するように構成される。したがって、頸部１４は、頭部１６を回転、およびまた、大幅に平行移動させる脊椎状の多数のピッチ関節構造をもたらし、胴部１１との干渉を最小にする。頸部関節Ｎ、および、頭部関節Ｈ１、Ｈ２は標準パン／チルト構成単位以上のことを行って、手部２６、２８がロボット１０の胴部１１の前にある場合に充分な機械視覚範囲を達成しながら、手部２６、２８が胴部１１に近い作業空間３０を利用している場合にも、頭部１６内からの機械視覚範囲を拡大する。
【００１４】
[0018]図１を参照すると、一対の腕部２２、２４すなわち左腕部２２および右腕部２４は、胴部１１の対向する側部から延出する。一対の手部２６、２８すなわち左手部２６および右手部２８はそれぞれ左腕部２２および右腕部２４から延出する。当業者は、ロボット１０が人間の形を模倣することを意図されているため、様々な肢部−例えば、腕部２２、２４、手部２６、２８等−は左右対称であり、左右両方の側部に等しい左右対称の骨格構造を基本的に含むことを理解するだろう。したがって、本明細書において、同じ左右の構成要素は、左を指すための符号「Ｌ」、および、右を指す符号「Ｒ」を一緒に備えた同じ符号によって判別される。更に、符号「Ｌ」および「Ｒ」は、例示的ロボット１０の構成要素を説明するために利用されており、したがって、図１のように正面から見た場合、右腕部２４および右手部２８は実際は、図面の左になるだろう。
【００１５】
[0019]図１を参照すると、各腕部２２、２４は、対応する７つのＤＯＦをもたらす７つの腕部関節Ｊ１〜Ｊ７を有する。腕部関節Ｊ１〜Ｊ７の数は、腕部２２、２４の各々が７つのＤＯＦを伴って連結することを可能にし、胴部１１の前の広い作業空間３０（図５に示す）をロボット１０に提供し、それぞれの手部２６、２８の固定されたデカルト座標の位置および向きを維持しながら、１つまたは複数の腕部２２、２４の肘部３２を動かす能力をロボット１０に提供する。各腕部２２、２４は肩部分３４と、肘部分３２と、手首部分３８図３とを含む。図１および２を参照すると、肩部分３４は、第１、第２および第３の腕部軸Ｃ１〜Ｃ３をそれぞれ中心にして胴部１１に対して可動である第１、第２および第３の腕部関節Ｊ１〜Ｊ３を含む。第１の腕部軸Ｃ１は、第２の腕部軸Ｃ２に対して概ね垂直方向の関係に延在する。第３の腕部軸Ｃ３は第２の腕部軸Ｃ２に対して概ね垂直方向の関係に延在する。肘部分３２は第４の腕部軸Ｃ４および第５の腕部軸Ｃ５をそれぞれ中心にして胴部１１に対して可動である第４の腕部関節Ｊ４および第５の腕部関節Ｊ５を含
む。第４の腕部軸Ｃ４は第５の腕部軸Ｃ５に対して概ね垂直方向の関係に延在する。図１および３を参照すると、手首部分３８は、第６の軸Ｃ６および第７の軸Ｃ７をそれぞれ中心にして胴部１１に対して可動である第６の腕部関節Ｊ６および第７の腕部関節Ｊ７を含む。第６の腕部軸Ｃ６は第７の腕部軸Ｃ７に対して概ね垂直方向の関係に延在する。腕部２２、２４は、７つのみのＤＯＦを有することに限定されず、当業者に知られているように、所望されるいくつのＤＯＦでも使用できることは理解されるべきである。
【００１６】
[0020]図１および３を参照すると、各手部２６、２８は、一緒に働く１８の指部関節Ｆ１〜Ｆ１８を有して、対応する１２のＤＯＦをもたらす。１８の指部関節Ｆ１〜Ｆ１８は、ロボット１０の手部２６、２８が、容認される数の製造上の把持を実現することを可能にする。それらの複数の実現可能な製造上の把持が、当業者に知られたタイプのものであることは理解されるべきである。更に詳細には、各手部２６、２８は、人間のように器用な、力の、工具の把持を達成するように構成された４つの指部４０〜４６、および、向かい合わせにできる親指部４８を含む。４つの指部４０〜４６は第１の主指部４０および第２の主指部４２、ならびに、第１の副指部４４および第２の副指部４６を含む。人間の手と同様に、４つの指部４０〜３６および親指部４８を含む、ロボット１０の手部２６、２８は、部分的に過伸展でき、限られた空間内で物体を捕捉、または、操作する前に、良好な把持前の位置を得る。
【００１７】
[0021]図４を参照すると、各親指部４８は、第１、第２、第３および第４の指部軸Ｄ１〜Ｄ４をそれぞれ中心にして運動する第１、第２、第３および第４の指部関節Ｆ１〜Ｆ４を有し、４つのＤＯＦをもたらす。親指部４８の４つの指部関節Ｆ１〜Ｆ４は親指部４８にねじれを組み込み、それによって、人間に近い可動域、および、４つの指部４０〜４６に対する広範な相対位置が獲得される。
【００１８】
[0022]戻って図３を参照すると、４つの指部４０〜４６は合わせて残りの１４の指部関節Ｆ５〜Ｆ１８および８つのＤＯＦをもたらす。更に詳細には、第１の主指部４０は、第５、第６、第７および第８の指部軸Ｄ５〜Ｄ８をそれぞれ中心にして運動する第５、第６、第７および第８の指部関節Ｆ５〜Ｆ８を含む。第５の指部関節Ｆ５および第６の指部関節Ｆ６はリンク機構（図示せず）によって連結され、それによって、それらは、１つだけのＤＯＦで一体に動きながら、第５の指部軸Ｄ５および第６の指部軸Ｄ６をそれぞれ中心にして回転する。したがって、第１の主指部４０は４つの指部関節Ｆ５〜Ｆ８を有するが、３つのＤＯＦだけが独立に作用する。同様に、第２の主指部４２は、第９、第１０、第１１および第１２の指部軸Ｄ９〜Ｄ１２をそれぞれ中心にして運動する第９、第１０、第１１および第１２の指部関節Ｆ９〜Ｆ１２を含む。第９の指部関節Ｆ９および第１０の指部関節Ｆ１０はリンク機構（図示せず）によって連結され、それによって、それらは、１つだけのＤＯＦで一体に動きながら、第９の指部軸Ｄ９および第１０の指部軸Ｄ１０をそれぞれ中心にして回転する。したがって、第２の主指部４２は４つの指部関節Ｆ９〜Ｆ１２を有するが、３つのＤＯＦだけが独立に作用する。
【００１９】
[0023]第１の副指部４４は、第１３、第１４および第１５の指部軸Ｄ１３〜Ｄ１５を中心にして運動する第１３、第１４および第１５の指部関節Ｆ１３〜Ｆ１５を含む。第１３の指部関節Ｆ１３および第１４の指部関節Ｆ１４はリンク機構（図示せず）によって連結され、それによって、第１３の指部関節Ｆ１３および第１４の指部関節Ｆ１４は、１つだけのＤＯＦで一体に動きながら、第１３の指部軸Ｄ１３および第１４の指部軸Ｄ１４をそれぞれ中心にして回転する。第２の副指部４６は第１６、第１７および第１８の指部軸Ｄ１６〜Ｄ１８をそれぞれ中心にして運動する第１６、第１７および第１８の指部関節Ｆ１６〜Ｆ１８を含む。第１６の指部関節Ｆ１６および第１７の指部関節Ｆ１７はリンク機構（図示せず）によって連結され、それによって、第１６の指部関節Ｆ１６および第１７の指部関節Ｆ１７は、１つだけのＤＯＦで一体に動きながら、第１６の指部軸Ｄ１６および
第１７の指部軸Ｄ１６をそれぞれ中心にして回転する。
【００２０】
[0024]更に、各副指部４４、４６は劣駆動である。すなわち、それは、２つの独立に制御可能な自由度（第１の関節Ｆ１５、Ｆ１８、および、第２の関節Ｆ１４、Ｆ１７と第３の関節Ｆ１３、Ｆ１６との連結された組み合わせ）を有するが、副指部４４、４６は、単一のＤＯＦとしてだけ各々制御できるように、指部アクチュエータ（符号なし）を割り当てられる。換言すれば、各副指部４４、４６の第１の指部関節Ｆ１５、Ｆ１８および第２の指部関節Ｆ１４、Ｆ１７の角度位置の合計だけが制御でき、各角度位置は独立に制御できない。各副指部４４、４６は、第１の関節Ｆ１５、Ｆ１１８および第２の関節Ｆ１４、Ｆ１７のための単一の屈筋腱（図示せず）およびその対応するアクチュエータを有する。副指部４４、４６両方の第１の関節Ｆ１５、Ｆ１８および第２の関節Ｆ１４、Ｆ１７のための伸筋腱は共通のアクチュエータを共有する。このようにして、２つの副指部４４、４６は合計で６つの関節を有するが、それらは、２つのＤＯＦとしてだけ制御され、３つだけのアクチュエータによって作動されるように、アクチュエータが割り当てられる。
【００２１】
[0025]特に図２〜４を参照すると、右腕部２４および右手部２８だけが示されるが、指部関節Ｆ１〜Ｆ１８および対応する指部軸Ｄ１〜Ｄ１８の説明は左手部２６と同様であることは理解されるべきである。手部２６、２８は、当業者に知られているように、所望されるいくつの指部関節Ｆ１〜Ｆ１８およびＤＯＦでも使用でき、１２の対応するＤＯＦを伴う１８の指部関節Ｆ１〜Ｆ１８を有することに限定されないことも理解されるべきである。
【００２２】
[0026]腰部１２は、台部５０と胴部１１との間に画定される。台部５０は、ロボット１０を支持するために構成される。腰部１２は、対応するＤＯＦをもたらす１つの腰部関節Ｗを有する。腰部１２は主軸Ｐに沿って延在する。更に詳細には、腰部１２は主軸Ｐを中心にして回転し、ロボット１０の作業空間３０および視界について、３６０度全方向の操作を提供するように構成できる。腰部１２は、当業者に知られているように、所望されるいくつの腰部関節Ｗも使用できて、所望されるいくつのＤＯＦをも提供し、１つだけの腰部関節Ｗを有することに限定されないことは理解されるべきである。
【００２３】
[0027]ロボット１０は、複雑な人間のタスクを実施するために同時に両方の手部２６、２８で作業するように構成される。図５を参照すると、肩部１８、ならびに、したがって腕部２２、２４および連結された手部２６、２８は、頸部軸Ａに対して相互に向かって傾斜している。肩部１８の傾斜、および、胴部１１に対して連結された腕部２２、２４は、ロボット１０が、胴部１１の前の作業空間３０を大幅に増大させる振り角５２を獲得することを可能にし、その作業空間では手部２６、２８が重なり合って、一緒に作業できる。これは、作業空間３０は振り角５２によって決まることによる。更に詳細には、腕部２２、２４がその振り角で取り付けられる場合、ロボット１０は、ロボット１０の胴部１１の前に重なり合って使用できる広い作業空間３０を獲得する。再び図５を参照すると、振り角５２は、肩部１８の各々を貫通して延在する第１の腕部軸Ｃ１の間の角度として画定できる。作業空間３０はこの振り角５２内に画定される。約１５０度の最適化された振り角５２は、２つの手２６、２８による作業空間３０を最大で５０％まで増大させるために使用できる。加えて、振り角５２を増大させることによって、作業空間３０の容量５４も増加できる。振り角５２は、当業者に知られているように、所望されるどのような振り角５２も使用できて、１５０度だけに限定されないことは理解されるべきである。振り角５２によって作業空間３０を増大させることによって、ロボット１０の２つの腕部２２、２４による操縦がもたらされ、各手部２６、２８で１つの物体を把持することによって２つの物体を組み立てるような、２つの手で把持することを必要とする物体の操作、または、他の２つの手による作業の実施をする器用さをロボット１０に与える。
【００２４】
[0028]ロボット１０は、大型の工具および機械設備（図示せず）の操作に適応した強度および感知レベルを獲得するようにも構成できる。手部２６、２８は、手部２６、２８がどの向きにあっても、例えば、９．１ｋｇ（２０ポンド）程度の重荷重を堅固に把持するように充分強力にできる。腕部２２、２４、手部２６、２８および指部４０〜４８は、柔軟な材料、小さい物体、人間の工具等を操作するための力の制御または器用さを有するようにも構成できる。指部４０〜４８は、組立てに使う重要な形状を検知するのに充分な検出感度を有するようにも構成できる。腕部２２、２４は、完全に伸展された場合であっても、非常に高い負荷を及ぼすように構成できる。力センサ（図示せず）は、腰部１２、腕部２２、２４および手部２６、２８に備えられて、ロボット１０の接触位置での剛性を変えるために、ロボット１０の制御装置（図示せず）にデータを提供する。接触位置には手部２６、２８、指部４０〜４８、肘部３２等があり得る。ロボット１０の剛性は、繊細な材料を扱う場合の柔らかい接触から、重量物を動かす場合のとても硬い接触まで変化するようにプログラム化できる。接触センサ（図示せず）は、物体表面の形状を特定するために指部に備えることができ、ロボット１０がタスクを実施している場合に視野を増強させる皮膚感覚を提供する。
【００２５】
[0029]ロボット１０は、間の障壁なく人間と並んで働くようにも構成できる。ロボット１０と人間との間のどのような障壁も排除する能力は、力を制限し、ロボット１０と人間との間の意図しない接触を判別する独立した処理装置と共に、冗長な力センサ（図示せず）を使用することによって達成できる。更に、近接センサは、人間がロボット１０の作業環境に進入したことを判別するように構成できる。人間がロボット１０の作業環境に進入した場合、ロボット１０の作動速度は遅くなるように自動的に調整でき、ロボット１０の動きを、ロボット１０と相互にやり取りする人間にとって、より予測可能で快適なものにする。更に、腕部２２、２４、手部２６、２８、頭部１６、胴部１１等の剛性は、人間がロボット１０と相互にやり取りする場合、人間を快適にしておくように、動的に調整できる。工具および部品と相互にやり取りするために、ロボット１０の剛性を調整するために使用されるのと同じ方法が、人間がロボット１０と接触する場合、ロボット１０を柔らかくするために使用できる。例えば、ロボット１０と人間との間の剛接触を排除するために、柔らかい表面薄膜５６をロボット１０上に配置できる。更に、人間型ロボットは、力センサ、温度、ならびに関節位置センサ機械視覚および近接センサ等の複数のセンサ（図示せず）も装備でき、または、他の適切なセンサが、人間がロボットの作業空間に進入した場合についての重複した情報を提供するために、または、作業環境に関する追加情報を提供するために、ロボット１０内に一体化できる。
【００２６】
[0030]本発明を実施するための最良の形態が詳細に説明されてきたが、この発明に関係する技術に精通する者は、添付の請求の範囲内で、本発明を実行する様々な代替の設計や実施形態を理解するであろう。
【図１】
2014159078.tif 000003
【図２】
2014159078.tif 000004
【図３】
2014159078.tif 000005
【図４】
2014159078.tif 000006
【図５】
2014159078.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月22日(2014.5.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人間型ロボットにおいて、
主軸に沿って延在し、一対の肩部をもたらす胴部と、
前記一対の肩部のそれぞれから可動に延出する一対の腕部であって、
前記腕部の各々は、肩部分と、肘部分と、手首部分とを含み、
前記肩部分の各々は、第１、第２、第３の腕部軸をそれぞれ中心にして回転する第１、第２、第３の腕部関節を含み、
前記肘部分の各々は、第４および第５の腕部軸をそれぞれ中心にして回転する第４および第５の腕部関節を含み、
前記手首部分の各々は、第６および第７の腕部軸をそれぞれ中心にして回転する第６および第７の腕部関節を含む、腕部と、
前記主軸に沿って前記胴部から可動に延出する頸部であって、
前記主軸に対して概ね垂直な関係で延在する少なくとも１つの頸部関節を有し、
前記頸部関節は前記胴部と前記頸部の基部との間に画定されて前記頸部が前記胴部に対して頸部軸を中心にピッチするように構成された、頸部と、
前記主軸に沿って前記頸部から可動に延出する頭部であって、
第１および第２の頭部関節を有し、
前記第１の頭部関節は第１の頭部軸を中心に前記頸部に対して回転可能であり、前記第２の頭部関節は第２の頭部軸を中心に前記頸部に対して回転可能であり、
前記第１の頭部軸は前記第２の頭部軸に対して概ね垂直な関係で延在し、
前記第２の頭部軸は前記頸部軸に対して間隔をあけて概ね平行な関係で延在して、前記頭部が前記頸部に対して前記第２の頭部軸を中心にピッチするように構成された、頭部とを備え、
前記肩部の各々は、作業空間が前記肩部の間に画定されるように、前記肩部の各々の間に画定される振り角で互いに向かって傾斜している、人間型ロボット。
【請求項２】
請求項１に記載のロボットにおいて、
前記振り角は、約１５０度である、ロボット。
【請求項３】
請求項１に記載のロボットにおいて、
前記振り角は、前記一対の腕部の各々の前記第１の腕部軸の間に画定される、ロボット。
【請求項４】
請求項１に記載のロボットにおいて、
前記第１の腕部軸は、前記第２の腕部軸に対して概ね垂直な関係で延在し、
前記第３の腕部軸は、前記第２の腕部軸に対して概ね垂直な関係で延在する、ロボット。
【請求項５】
請求項１に記載のロボットにおいて、
前記第４の腕部軸は、前記第５の腕部軸に対して概ね垂直な関係で延在する、ロボット。
【請求項６】
請求項１に記載のロボットにおいて、
前記第６の腕部軸は、前記第７の腕部軸に対して概ね垂直な関係で延在する、ロボット。
【請求項７】
請求項１に記載のロボットにおいて、
各々が前記一対の腕部の１つに作動可能にそれぞれ連結された２つの手部を更に備え、
前記手部の各々は、少なくとも１２の独立した自由度を有する、ロボット。
【請求項８】
請求項７に記載のロボットにおいて、
前記手部の各々は、少なくとも５つの指部を含む、ロボット。
【請求項９】
請求項８に記載のロボットにおいて、
前記５つの指部は、親指部と、第１の主指部と、第２の主指部と、第１の副指部と、第２の副指部とを含み、
前記親指部は、少なくとも４つの自由度をもたらす少なくとも４つの指部関節を有し、
前記主指部の各々は、少なくとも３つの自由度をもたらす少なくとも３つの指部関節を有し、
前記副指部の各々は、少なくとも１つの自由度をもたらす少なくとも３つの指部関節を有する、ロボット。
【請求項１０】
請求項９に記載のロボットにおいて、
前記親指部は、第１、第２、第３および第４の指部関節軸をそれぞれ中心にして回転する第１、第２、第３および第４の指部関節を含み、
前記第１の主指部は、第５、第６、第７および第８の指部軸をそれぞれ中心にして回転する第５、第６、第７および第８の指部関節を含み、
前記第２の主指部は、第９、第１０、第１１および第１２の指部軸をそれぞれ中心にして回転する第９、第１０、第１１および第１２の指部関節を含み、
前記第１の副指部は、第１３、第１４および第１５の指部軸をそれぞれ中心にして回転する第１３、第１４および第１５の指部関節を含み、
前記第２の副指部は、第１６、第１７および第１８の第１２の指部軸をそれぞれ中心にして回転する第１６、第１７および第１８の指部関節を含む、ロボット。
【請求項１１】
請求項１に記載のロボットにおいて、
台部を更に備え、
前記胴部は、前記主軸に沿って前記台部から可動に延出し、
腰部関節は、前記胴部と前記台部との間に画定される、ロボット。
【請求項１２】
請求項１１に記載のロボットにおいて、
前記腰部関節は、前記主軸を中心にして回転可能である、ロボット。
【請求項１３】
人間型ロボットにおいて、
主軸に沿って延在し、一対の肩部をもたらす胴部と、
前記一対の肩部のそれぞれの１つから可動に延出する一対の腕部と、
前記一対の腕部のそれぞれの１つに作動可能に連結される手部と、
前記主軸に沿って前記胴部から可動に延出する頸部であって、
前記主軸に対して概ね垂直な関係で延在する少なくとも１つの頸部関節を有し、
前記頸部関節は前記胴部と前記頸部の基部との間に画定されて前記頸部が前記胴部に対して頸部軸を中心にピッチするように構成された、頸部と、
前記主軸に沿って前記頸部から可動に延出する頭部であって、
第１および第２の頭部関節を有し、
前記第１の頭部関節は第１の頭部軸を中心に前記頸部に対して回転可能であり、前記第２の頭部関節は第２の頭部軸を中心に回転可能であり、
前記第１の頭部軸は前記第２の頭部軸に対して概ね垂直な関係で延在し、
前記第２の頭部軸は前記頸部軸に対して間隔をあけて概ね平行な関係で延在して、前記頭部が前記頸部に対して前記第２の頭部軸を中心にピッチするように構成された、頭部とを備えた、人間型ロボット。
【請求項１４】
人間型ロボットにおいて、
主軸に沿って延在し、一対の肩部をもたらす胴部と、
前記一対の肩部のそれぞれの１つから可動に延出する一対の腕部であって、
各々が少なくとも７つの腕部関節を有して、７の自由度をもたらす、腕部と、
前記一対の腕部のそれぞれから可動に延出する一対の手部であって、
各々が少なくとも１２の指部関節を有する、手部と、
前記主軸に沿って可動に延在する頭部であって、
少なくとも１つの頭部関節を有する、頭部と、
前記主軸に沿って前記胴部から可動に延出する頸部であって、
前記主軸に対して概ね垂直な関係で延在する少なくとも１つの頸部関節を有し、
前記頸部関節は前記胴部と前記頸部の基部との間に画定されて前記頸部が前記胴部に対して頸部軸を中心にピッチするように構成された、頸部と、
前記主軸に沿って前記頸部から可動に延出する頭部であって、
頭部関節を有し、
前記頭部関節は頭部軸を中心に回転可能であり、
前記頭部軸は前記頸部軸に対して間隔をあけて概ね平行な関係で延在して、前記頭部が前記頸部に対して前記頭部軸を中心にピッチするように構成された、頭部とを備え、
前記肩部の各々は、作業空間が前記肩部の間に画定されるように、前記肩部の各々の間に画定される振り角で互いに向かって傾斜している、人間型ロボット。
【請求項１５】
請求項１４に記載のロボットにおいて、
前記振り角は、約１５０度である、ロボット。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
[0030]本発明を実施するための最良の形態が詳細に説明されてきたが、この発明に関係する技術に精通する者は、添付の請求の範囲内で、本発明を実行する様々な代替の設計や実施形態を理解するであろう。
（項目１）
人間型ロボットにおいて、
主軸に沿って延在し、一対の肩部をもたらす胴部と、
前記一対の肩部のそれぞれから可動に延出する一対の腕部であって、
前記腕部の各々は、肩部分と、肘部分と、手首部分とを含み、
前記肩部分の各々は、第１、第２、第３の腕部軸をそれぞれ中心にして回転する第１、第２、第３の腕部関節を含み、
前記肘部分の各々は、第４および第５の腕部軸をそれぞれ中心にして回転する第４および第５の腕部関節を含み、
前記手首部分の各々は、第６および第７の腕部軸をそれぞれ中心にして回転する第６および第７の腕部関節を含む、腕部と、
前記主軸に沿って前記胴部から可動に延出する頸部であって、
前記主軸に対して概ね垂直な関係で延在する少なくとも１つの頸部関節を有し、
前記頸部関節は前記胴部と前記頸部の基部との間に画定されて前記頸部が前記胴部に対して頸部軸を中心にピッチするように構成された、頸部と、
前記主軸に沿って前記頸部から可動に延出する頭部であって、
第１および第２の頭部関節を有し、
前記第１の頭部関節は第１の頭部軸を中心に前記頸部に対して回転可能であり、前記第２の頭部関節は第２の頭部軸を中心に前記頸部に対して回転可能であり、
前記第１の頭部軸は前記第２の頭部軸に対して概ね垂直な関係で延在し、
前記第２の頭部軸は前記頸部軸に対して間隔をあけて概ね平行な関係で延在して、前記頭部が前記頸部に対して前記第２の頭部軸を中心にピッチするように構成された、頭部とを備え、
前記第１の腕部軸は、前記第２の腕部軸に対して概ね垂直な関係で延在し、
前記第３の腕部軸は、前記第２の腕部軸に対して概ね垂直な関係で延在し、
前記肩部の各々は、作業空間が前記肩部の間に画定されるように、前記第１の腕部軸が前記主軸に対して垂直な関係で延在して前方に傾斜し、前記一対の腕部の各々の前記第１の腕部軸どうしの間に画定される振り角が１５０度である、人間型ロボット。
（項目２）
項目１に記載のロボットにおいて、
前記第４の腕部軸は、前記第５の腕部軸に対して概ね垂直な関係で延在する、ロボット。
（項目３）
項目１に記載のロボットにおいて、
前記第６の腕部軸は、前記第７の腕部軸に対して概ね垂直な関係で延在する、ロボット。
（項目４）
項目１に記載のロボットにおいて、
各々が前記一対の腕部の１つに作動可能にそれぞれ連結された２つの手部を更に備え、
前記手部の各々は、少なくとも１２の独立した自由度を有する、ロボット。
（項目５）
項目４に記載のロボットにおいて、
前記手部の各々は、少なくとも５つの指部を含む、ロボット。
（項目６）
項目５に記載のロボットにおいて、
前記５つの指部は、親指部と、第１の主指部と、第２の主指部と、第１の副指部と、第２の副指部とを含み、
前記親指部は、少なくとも４つの自由度をもたらす少なくとも４つの指部関節を有し、
前記主指部の各々は、少なくとも３つの自由度をもたらす少なくとも３つの指部関節を有し、
前記副指部の各々は、少なくとも１つの自由度をもたらす少なくとも３つの指部関節を有する、ロボット。
（項目７）
項目６に記載のロボットにおいて、
前記親指部は、第１、第２、第３および第４の指部関節軸をそれぞれ中心にして回転する第１、第２、第３および第４の指部関節を含み、
前記第１の主指部は、第５、第６、第７および第８の指部軸をそれぞれ中心にして回転する第５、第６、第７および第８の指部関節を含み、
前記第２の主指部は、第９、第１０、第１１および第１２の指部軸をそれぞれ中心にして回転する第９、第１０、第１１および第１２の指部関節を含み、
前記第１の副指部は、第１３、第１４および第１５の指部軸をそれぞれ中心にして回転する第１３、第１４および第１５の指部関節を含み、
前記第２の副指部は、第１６、第１７および第１８の第１２の指部軸をそれぞれ中心にして回転する第１６、第１７および第１８の指部関節を含む、ロボット。
（項目８）
項目１に記載のロボットにおいて、
台部を更に備え、
前記胴部は、前記主軸に沿って前記台部から可動に延出し、
腰部関節は、前記胴部と前記台部との間に画定される、ロボット。
（項目９）
項目８に記載のロボットにおいて、
前記腰部関節は、前記主軸を中心にして回転可能である、ロボット。
（項目１０）
人間型ロボットにおいて、
主軸に沿って延在し、一対の肩部をもたらす胴部と、
前記一対の肩部のそれぞれの１つから可動に延出する一対の腕部と、
前記一対の腕部のそれぞれの１つに作動可能に連結される手部と、
前記主軸に沿って前記胴部から可動に延出する頸部であって、
前記主軸に対して概ね垂直な関係で延在する少なくとも１つの頸部関節を有し、
前記頸部関節は前記胴部と前記頸部の基部との間に画定されて前記頸部が前記胴部に対して頸部軸を中心にピッチするように構成された、頸部と、
前記主軸に沿って前記頸部から可動に延出する頭部であって、
第１および第２の頭部関節を有し、
前記第１の頭部関節は第１の頭部軸を中心に前記頸部に対して回転可能であり、前記第２の頭部関節は第２の頭部軸を中心に回転可能であり、
前記第１の頭部軸は前記第２の頭部軸に対して概ね垂直な関係で延在し、
前記第２の頭部軸は前記頸部軸に対して間隔をあけて概ね平行な関係で延在して、前記頭部が前記頸部に対して前記第２の頭部軸を中心にピッチするように構成された、頭部とを備え、
前記第１の腕部軸は、前記第２の腕部軸に対して概ね垂直な関係で延在し、
前記第３の腕部軸は、前記第２の腕部軸に対して概ね垂直な関係で延在し、
前記肩部の各々は、作業空間が前記肩部の間に画定されるように、前記第１の腕部軸が前記主軸に対して垂直な関係で延在して前方に傾斜し、前記一対の腕部の各々の前記第１の腕部軸どうしの間に画定される振り角が１５０度である、人間型ロボット。
（項目１１）
人間型ロボットにおいて、
主軸に沿って延在し、一対の肩部をもたらす胴部と、
前記一対の肩部のそれぞれの１つから可動に延出する一対の腕部であって、
各々が少なくとも７つの腕部関節を有して、７の自由度をもたらす、腕部と、
前記一対の腕部のそれぞれから可動に延出する一対の手部であって、
各々が少なくとも１２の指部関節を有する、手部と、
前記主軸に沿って可動に延在する頭部であって、
少なくとも１つの頭部関節を有する、頭部と、
前記主軸に沿って前記胴部から可動に延出する頸部であって、
前記主軸に対して概ね垂直な関係で延在する少なくとも１つの頸部関節を有し、
前記頸部関節は前記胴部と前記頸部の基部との間に画定されて前記頸部が前記胴部に対して頸部軸を中心にピッチするように構成された、頸部と、
前記主軸に沿って前記頸部から可動に延出する頭部であって、
頭部関節を有し、
前記頭部関節は頭部軸を中心に回転可能であり、
前記頭部軸は前記頸部軸に対して間隔をあけて概ね平行な関係で延在して、前記頭部が前記頸部に対して前記頭部軸を中心にピッチするように構成された、頭部とを備え、
前記第１の腕部軸は、前記第２の腕部軸に対して概ね垂直な関係で延在し、
前記第３の腕部軸は、前記第２の腕部軸に対して概ね垂直な関係で延在し、
前記肩部の各々は、作業空間が前記肩部の間に画定されるように、前記第１の腕部軸が前記主軸に対して垂直な関係で延在して前方に傾斜し、前記一対の腕部の各々の前記第１の腕部軸どうしの間に画定される振り角が１５０度である、人間型ロボット。
【外国語明細書】
2014159078000001.pdf