(57)【要約】  ロボット１は、複数のアームユニット２を連接して得られる。相互接続されるアームユニット２が、その接続部において互いに同軸かつ真円状の端面をそれぞれ有する。一方のアームユニット２が、他方のアームユニット２を接続部の軸線を中心に回転駆動する。ロボット１は、アームユニット２として、曲形状の外形を有するユニットを含むものでよい。
2018021171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアームユニットを連接して得られる多関節ロボットであって、
相互接続されるアームユニットが、その接続部において互いに同軸かつ真円状の端面をそれぞれ有し、一方のアームユニットが他方のアームユニットを前記接続部の軸線を中心に回転駆動することを特徴とする多関節ロボット。
【請求項２】
前記アームユニットとして、曲形状の外形を有するユニットを含むことを特徴とする請求項１に記載の多関節ロボット。
【請求項３】
前記複数のアームユニットの全部または一部について相互接続されるアームユニットの相対位置が制御されることにより、環状姿勢を実現可能に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多関節ロボット。
【請求項４】
前記複数のアームユニットとして、共通の構造を有する複数の汎用ユニットを含み、
前記汎用ユニットは、他の汎用ユニットと連結して駆動力を付与するための駆動機構と、他の汎用ユニットの駆動機構と連結して駆動力を受けるための従動部と、を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多関節ロボット。
【請求項５】
前記複数のアームユニットの先端に、用途に応じたユーティリティユニットが着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多関節ロボット。
【請求項６】
前記アームユニットは、所定の検出対象が近接または接触したことを検出するための検出部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の多関節ロボット。
【請求項７】
前記複数のアームユニットの全部または一部について、相互接続されるアームユニットの相対位置が制御されることにより重心を変化させ、移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の多関節ロボット。
【請求項８】
前記一方のアームユニットは、相互接続されるアームユニットを駆動するための駆動機構と、その駆動機構に電力を供給するバッテリと、そのバッテリを充電するための給電回路と、を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の多関節ロボット。
【請求項９】
前記複数のアームユニットの絶対位置および相対位置が制御されることにより、相互接続されるいずれかのアームユニットが互いを係止し、両者の接続部の軸線周りの回転モーメントを生じさせない姿勢を実現可能であり、その両者の一方が含むバッテリの省電力が可能に構成されていることを特徴とする請求項８に記載の多関節ロボット。
【請求項１０】
複数のアームユニットを連接して得られた多関節ロボットであって、
前記アームユニットとして、曲形状の外形を有するユニットを含み、
相互接続されるアームユニットの一方が他方を接続部の軸線を中心に回転駆動することを特徴とする多関節ロボット。
【請求項１１】
複数のアームユニットを連接して得られる多関節ロボットであって、
先端のアームユニットに装着されるユーティリティユニットを備え、
相互接続されるアームユニットが、その接続部に設けられた回転軸を中心に相対的に回転自在とされ、一方のアームユニットが他方のアームユニットを回転駆動するための駆動機構を内蔵し、
前記ユーティリティユニットは、カメラおよび照明装置を含み、
前記複数のアームユニットは、前記ユーティリティユニットが照射対象となる移動体を前記カメラで追尾しつつ光を照射するよう制御されることを特徴とする多関節ロボット。
【請求項１２】
前記カメラが撮像した画像に基づき、前記移動体の周囲にある影を認識する認識部と、
前記影の大きさが小さくなるように各アームユニットを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１１に記載の多関節ロボット。
【請求項１３】
３つ以上のアームユニットを連接して得られる多関節ロボットであって、
いずれか複数のアームユニットが、接続先のアームユニットを駆動するための駆動機構と、その駆動機構に電力を供給するバッテリと、そのバッテリを充電するための給電回路とを内蔵する駆動アームユニットであることを特徴とする多関節ロボット。
【請求項１４】
前記給電回路は、無線給電回路であり、
前記駆動アームユニットごとに個別に無線充電可能であることを特徴とする請求項１３に記載の多関節ロボット。
【請求項１５】
前記駆動アームユニットは、
前記バッテリからの電力供給を制御する通電制御部と、
前記駆動アームユニットの接地状態を検出する接地検出部と、
を備え、
前記通電制御部は、接地状態が検出されたときに所定条件のもと、前記バッテリからの電力供給を低減又は遮断する省電力モードへ移行することを特徴とする請求項１３または１４に記載の多関節ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アームユニットを連接して構成される多関節ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボット等、複数のアームユニットを連接して構成される多関節ロボットが広く知られている（例えば特許文献１参照）。生産ラインに設置された多関節ロボットは、その接続部にて自在に駆動されることにより、個別に設定された作業を確実かつ正確に行うことができる。また、多関節ロボットを、人間の運動機能を補助する装置として利用する技術も提案されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１４４５５９号公報
【特許文献２】特開２００８−５５５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなロボットは、いずれも多自由度を有するが、基本的に真っ直ぐに伸長できるよう設計がなされている。このため、特許文献１の構成は、関節部においてユニットの対向面に垂直な回転軸を有するところ、その回転軸が対向面の中心には位置できない。このため、ユニットの回転時にその接続部において径方向の形状変化が生じることとなる。産業用ロボットであれば、その作動時に作業員が近づくことは考え難いため、この形状変化が問題となる可能性は低い。しかし、ユーザの近傍で動作するようなロボットとして構成した場合、その関節部にユーザの身体または衣服が干渉するおそれがある。また、特許文献２の構成は、関節部においてユニットの対向面に平行な回転軸を有する。このため、ロボットの駆動時にユニットの関節部に屈曲が生じ、その関節部にユーザの身体または衣服が干渉するおそれがある。このため、いずれの構成であっても作動時には細心の注意を払う必要がある。
また、多関節ロボットは、その関節数が多くなるほど長大化し、作業内容にかかわらず消費電力が大きくなる等、エネルギー効率の面で改善の余地があった。【０００５】
本発明は上記課題認識に基づいて完成された発明であり、その一つの目的は、多関節ロボットの関節部と外部との干渉を防止又は抑制可能な技術を提供することにある。また、本発明のもう一つの目的は、多関節ロボットのエネルギー効率を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様における多関節ロボットは、複数のアームユニットを連接して得られる。相互接続されるアームユニットが、その接続部において互いに同軸かつ真円状の端面をそれぞれ有する。一方のアームユニットが、他方のアームユニットを接続部の軸線を中心に回転駆動する。
本発明の別の態様における多関節ロボットは、複数のアームユニットを連接して得られ、先端のアームユニットにユーティリティユニットが装着される。ユーティリティユニットは、カメラおよび照明装置を含む。相互接続されるアームユニットは、その接続部に設けられた回転軸を中心に相対的に回転自在とされる。一方のアームユニットが他方のアームユニットを回転駆動するための駆動機構を内蔵する。複数のアームユニットは、ユーティリティユニットが照射対象となる移動体をカメラで追尾しつつ光を照射するよう制御される。
本発明のさらに別の態様における多関節ロボットは、３つ以上のアームユニットを連接して得られる。いずれか複数のアームユニットは、接続先のアームユニットを駆動するための駆動機構と、その駆動機構に電力を供給するバッテリと、そのバッテリを充電するための給電回路とを内蔵する駆動アームユニットである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、多関節ロボットの関節部と外部との干渉を防止又は抑制可能な技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係るロボットの外観を表す図である。
【図２】ユニットの外観を表す図である。
【図３】図２（ｂ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図４】ユニットの接続構造を表す断面図である。
【図５】ロボット全体の接続構造を表す模式図である。
【図６】ロボット装置の機能ブロック図である。
【図７】ロボットの制御方法を模式的に表す図である。
【図８】ロボットの制御方法のさらなる詳細を表す図である。
【図９】制御演算処理に用いる干渉回避マップを表す図である。
【図１０】ロボットの使用例を表す図である。
【図１１】ロボットの移動制御方法の一例を表す図である。
【図１２】変形例に係るロボットの構成を模式的に示す図である。
【図１３】変形例に係るロボットの構成および制御方法を模式的に表す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を表現することがある。また、以下の実施形態およびその変形例について、ほぼ同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜省略することがある。
【００１０】
図１は、実施形態に係るロボット１の外観を表す図である。図１（ａ）はロボット１の伸長姿勢を示し、図１（ｂ）は縮小姿勢を示す。
ロボット１は、複数のアームユニット（以下、単に「ユニット」ともいう）を前後に連接して得られる多関節ロボットである。本実施形態では、基端側から先端側に向けて第１〜第８ユニット２ａ〜２ｈ（これらを特に区別しない場合、「ユニット２」という）が接続されている。ロボット１は、後述する外部制御装置からの指令にしたがって前後のユニット２を相対変位させることにより、様々な姿勢を実現できる。
【００１１】
各ユニット２は、外部制御装置からの制御指令に基づいて一つ前方のユニット２を駆動する。本実施形態では、全てのユニット２が同一構造を有し、適宜置換可能な「汎用ユニット」とされている。各ユニット２は、予め個別に設定されたＩＤにより識別される。本実施形態では基本的に、第１ユニット２ａの位置が、ロボット１の位置および姿勢を演算する際の基準位置とされる。また、各ユニット２の接続関係とＩＤが予め決められている。
【００１２】
第８ユニット２ｈの先端には、ユーティリティユニット４が取り付けられる。ユーティリティユニット４は、ロボット１の用途に応じた対象装置であり、本実施形態では照明装置（例えばＬＥＤ：Light Emitting Diode）である。外部制御装置からの制御指令に基づいて第１〜第８ユニット２ａ〜２ｈが駆動されることにより、図１（ａ）に示すように伸長したり、図１（ｂ）に示すように縮小するなど、ロボット１の姿勢を任意に調整できる。それにより、ユーティリティユニット４の位置や向きを制御できる。これらの詳細については後述する。
【００１３】
図２は、ユニット２の外観を表す図である。図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は正面図、図２（ｃ）は底面図である。図３は、図２（ｂ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ユニット２は、１／４円弧状のボディ１０と、ボディ１０の一端側に設けられた駆動機構１２を備える。駆動機構１２は、前方のユニット２に連結される作動部材１４と、作動部材１４を回転させるモータ１６を含むアクチュエータである。
【００１４】
ボディ１０は、金属や樹脂などの形状が変形しにくい材質からなり、円形（真円）の断面および端面を有する。作動部材１４は、六角形状の板状体（金属板）からなり、その中心軸がモータ１６の回転軸と一体化されている。ボディ１０の他端には、後方のユニット２と接続される連結部１８が設けられている。連結部１８は、「従動部」として機能し、ボディ１０の他端面中央に六角形状の開口部を有し、他のユニット２の作動部材１４を受け入れ可能とされている。
【００１５】
図３に示すように、ボディ１０は、概ね円筒形状をなし、長手方向に沿って１／４円弧状に湾曲した形状を有する。ボディ１０の基端面２２と先端面２４とは互いに直角をなしている。ボディ１０の内部には収容空間２６が形成され、モータ１６、制御基板３０、通信基板３２および電源基板３４が前後に間隔を空けるようにして収容されている。
【００１６】
連結部１８は、段付六角穴形状をなし、小径の開口部３６と大径の嵌合部３８を有する。開口部３６は作動部材１４よりもやや小さく、嵌合部３８は作動部材１４よりやや大きい。このような形状により、作動部材１４が連結される際には、開口部３６がやや押し広げられながらこれを受け入れ、嵌合部３８がしっかりと嵌合する。作動部材１４が連結部１８に一旦嵌合すると、開口部３６と嵌合部３８との段差に引っ掛けられるようにして係止されるため、その脱落が防止される。連結部１８と収容空間２６との間には隔壁４０が設けられている。
【００１７】
モータ１６は、超音波モータであり、ステータ４２、ロータ４４、出力軸４６（回転軸）および軸受４８を含む。ステータ４２は、振動を発生する圧電体（圧電セラミック）、振動を増幅させるベース部材、ロータ４４と接触する摺動する摺動部材等を含む。電圧が印加されることで圧電体が変形し、その変形がベース部材で増幅されつつ伝播される。それにより、圧電体の表面が波状に変形して進行波となり、当接しているロータ４４をその摩擦力によって回転させる。なお、このような超音波モータの構成および動作は公知であるため、その詳細な説明については省略する。
【００１８】
ステータ４２が保持部材５０に固定され、その保持部材５０がボディ１０の先端開口部に圧入されている。それにより、モータ１６がボディ１０にしっかりと支持されている。保持部材５０は、円環状をなし、ボディ１０の先端開口部に同軸状に組み付けられている。ステータ４２およびロータ４４が保持部材５０に同軸状に支持され、出力軸４６が保持部材５０を同軸状に貫通している。それにより、作動部材１４がボディ１０の先端面２４と平行に支持されている。
【００１９】
制御基板３０は、モータ１６の回転を制御するための制御回路５２を実装する。制御回路５２は、図示略のプロセッサや記憶装置を含む。プロセッサは、コンピュータプログラムの実行手段である。記憶装置は、モータ１６の回転駆動量（基準位置からの回転角）等を逐次記憶更新する揮発性メモリを含む。通信基板３２は、外部制御装置と通信するための通信回路５４（通信モジュール）を実装する。電源基板３４は、各回路に電源を供給するためのバッテリ５６およびその充電回路５８を実装する。各基板およびモータ１６は、電源線６０および信号線６２により互いに接続される。バッテリ５６は、電源線６０を介して各回路およびモータ１６に電力を供給する。各回路は信号線６２により制御信号を送受する。バッテリ５６は、リチウムイオン電池などの二次電池である。充電回路５８は、無線給電によりバッテリ５６への充電を実行する。
【００２０】
ボディ１０は、割型を用いた樹脂材の射出成形により得られる。すなわち、ボディ１０の左半部と右半部がそれぞれ射出成形により得られ、その一方に駆動機構１２、制御基板３０、通信基板３２および電源基板３４を図示のように組み付ける。その後、他方を被せるように組み付け、接着や溶着等することでユニット２が得られる。
【００２１】
図４は、ユニット２の接続構造を表す断面図である。図４（ａ）は、回転駆動角が０度の状態（基準状態）を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。図４（ｃ）は、回転駆動角が１８０度の状態を示す。図５は、ロボット１全体の接続構造を表す模式図である。図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）は側面図である。
【００２２】
図４（ａ）に示すように、前方のユニット２（「前ユニット２Ｆ」ともいう）と、後方のユニット２（「後ユニット２Ｒ」ともいう）は、連結部１８と作動部材１４との嵌合により接続されている。連結部１８と作動部材１４とは着脱可能である。図４（ｂ）に示すように、両者が六角断面により互いを回転方向に拘束するように嵌合しているため、後ユニット２Ｒの回転駆動力を前ユニット２Ｆへ確実に伝達することができる。後ユニット２Ｒのモータ１６を一方向に駆動すると、図４（ｃ）に示すように、その出力軸４６を中心に前ユニット２Ｆが回転する。
【００２３】
後ユニット２Ｒの先端面と前ユニット２Ｆの後端面とが同軸かつ真円状であるため、この回転駆動時に両者の接続部に径方向の形状変化が生じることがない。このため、例えばユーザがその接続部に触れたとしても、挟まれたり、巻き込まれたりすることがない。なお、本実施形態では後ユニット２Ｒの先端面と前ユニット２Ｆの後端面とを同軸かつ同形状としているが、相似形状としてもよい。
【００２４】
図５（ａ）および（ｂ）に示すように、ロボット１は、最も伸長した状態では平面視波形状かつ側面視直線形状となる。なお、同図では説明の便宜上、鉛直方向をＺ方向とし、これに垂直にＸＹ平面をとった例（Ｘ方向とＹ方向は互いに垂直）を示しているが、ロボット１の位置を表す三次元座標空間を任意に設定してよいことは言うまでもない。また、図示のような直交座標でなく、極座標で表してもよい。
【００２５】
第１ユニット２ａから第８ユニット２ｈに向けて、相互接続されるユニット２の回転軸Ｌ１〜Ｌ７が設けられる。また、先端の第８ユニット２ｈとユーティリティユニット４との間にも回転軸Ｌ８が設けられている。各ユニット２が接続部において相対変位可能（相対的に回動可能）であり、ロボット１は、これらの回転軸の組み合わせの数に応じた自由度を有する。本実施形態では、基端の第１ユニット２ａを基準として各ユニット２の位置が設定される。それにより、ロボット１の姿勢が調整され、ユーティリティユニット４の位置と向きが制御される。
【００２６】
なお、本実施形態では、ユーティリティユニット４のＬＥＤの光軸を回転軸Ｌ８と一致させている。このため、第８ユニット２ｈの出力軸４６を回転させても、光の照射方向の制御には寄与しない。言い換えれば、第８ユニット２ｈを駆動させる必要はない。変形例においては、ユーティリティユニット４のＬＥＤの光軸を回転軸Ｌ８とずらすことにより、ユーティリティユニット４の自由度をさらに向上させてもよい。
【００２７】
第１ユニット２ａ〜第８ユニット２ｈの絶対位置および相対位置を制御することにより、相互接続されるいずれかのユニット２が互いを係止し、両者の接続部の回転軸周りの回転モーメントを生じさせない姿勢を実現できる。例えば、図５（ａ）に示す状態から第２ユニット２ｂのみをＹＺ平面で半時計回りに９０度回動させる。そうすると、第２ユニット２ｂより先端側で相互接続されるユニット２同士が対向面で押し合う形となり、互いの摩擦力により相対回転を規制する。そのため、電気的動力を付与することなく、機械的構造のみによりロボット１の姿勢を保持することができる。図５（ａ）に示す状態から第４ユニット２ｄ、第６ユニット２ｆ、または第８ユニット２ｈのみを９０度回動させた場合も同様である。すなわち、このような特定の姿勢に制御した後に電力をオフにすることで、ロボット１の少なくとも一部を設置面（床面など）から立ち上がらせた状態を非通電にて維持できる。それにより、バッテリ５６の省電力が可能となる。
【００２８】
図６は、ロボット装置１００の機能ブロック図である。
ロボット装置１００は、ロボット１および外部制御装置１０１を含む。ロボット１および外部制御装置１０１の各構成要素は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および各種コプロセッサなどの演算器、メモリやストレージといった記憶装置、それらを連結する有線または無線の通信線を含むハードウェアと、記憶装置に格納され、演算器に処理命令を供給するソフトウェアによって実現される。以下に説明する各ブロックは、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。
【００２９】
ロボット１と外部制御装置１０１は無線通信可能であり、ロボット１の動作は、外部制御装置１０１により制御される。外部制御装置１０１は、ユーザが保有するパーソナルコンピュータ等の端末やサーバ等であってよい。上述のように、ロボット１は、第１〜第８ユニット２ａ〜２ｈ（ユニット２）およびユーティリティユニット４を含む。
【００３０】
ロボット１の各ユニット２は、個別に設定されたＩＤを含む無線信号を定期的に送信する。この無線信号には、ユニット２の位置を特定するための情報（以下「位置特定情報」という）を含む。位置特定情報には、ロボット１の用途に応じた目的物までの距離や方向、相互接続されるユニット２との相対位置（基準位置からの回転角など）を示す情報等が含まれる。なお、変形例においては、外部制御装置１０１からの要求があったときに、ロボット１からその位置特定情報を送信するようにしてもよい。
【００３１】
外部制御装置１０１は、各ユニット２から送信された信号に基づき、ロボット１の現在位置、各ユニットの位置、姿勢などを演算し、これを管理する。そして、ユーザの入力にしたがってロボット１のとるべき姿勢を演算し、その姿勢を実現するためのユニット２ごとの駆動量を演算する。外部制御装置１０１は、ユニット２ごとの制御指令信号をそのユニット２のＩＤを含めて出力する。各ユニット２は、自身のＩＤに該当する指令信号を受け取り、その指令内容にしたがって駆動機構１２を駆動する。それにより、ロボット１がユーザの要求どおりに制御され、その目的を達成することができる。なお、このようなロボット１の具体的制御方法の詳細については後述する。
【００３２】
（ロボット１）
［アームユニット］
ロボット１のユニット２は、通信部１１０、データ処理部１１２、データ格納部１１４、検出部１１６、および無線給電部１１８（給電回路）を含む。通信部１１０は、外部制御装置１０１との通信処理を担当する。データ格納部１１４は、上述した記憶装置を含み、モータ１６の回転角等のデータを逐次格納する。データ処理部１１２は、上述したプロセッサを含み、通信部１１０を介して受信した制御指令に基づいて駆動機構１２を制御するなど、各種処理を実行する。
【００３３】
検出部１１６は、近接検出部１２０およびバッテリ残量検出部１２２を含む。近接検出部１２０は、近接センサを含み、ユニット２と外部の物体との近接や接触を検出する。近接センサとして、電磁誘導を利用する高周波発振型、物体との間の静電容量の変化を検出する静電容量型、あるいは磁石を用いる磁気型のセンサ等を用いることができる。
【００３４】
バッテリ残量検出部１２２は、バッテリ５６の残量を検出する。データ処理部１１２は、バッテリ残量が所定値以下となったときに無線給電部１１８に充電指示を出す。無線給電部１１８は、無線給電方式にてバッテリ５６を充電する。本実施形態では、比較的大きな送電距離が得られる電磁界共鳴方式を採用する。
【００３５】
無線給電部１１８は、図示略の受電部、整流回路、安定化回路、充電回路等を含む。受電部は、受電コイル（２次側コイル）および共振用コンデンサ等を含み、図示しない送電装置から送電された交流電力を受け取る。この交流電力は整流回路にて整流されて直流電力となり、安定化回路にて電圧安定化がなされる。充電回路は、その安定化された電力を用いてバッテリ５６への充電を行う。
【００３６】
送電装置は、送電コイル（１次側コイル）および共振用コンデンサ等を含み、外部電源から供給される電力を用いて高周波電力（交流信号）を発生し、送電を行う。外部電源は、例えば外部制御装置１０１（パーソナルコンピュータ等）に設けられるＵＳＢ（Universal Serial Bus）の電源としてもよい。あるいは、外部制御装置１０１とは別に送電装置を設置してもよい。なお、変形例においては電磁誘導方式、電解結合方式、電波方式その他の無線給電方式を採用してもよい。いずれ方式も公知であるため、その説明については省略する。
【００３７】
［ユーティリティユニット］
ユーティリティユニット４は、通信部１３０、データ処理部１３２、データ格納部１３４、検出部１３６、および無線給電部１３８を含む。ユーティリティユニット４は、また、ＬＥＤ等を駆動する駆動部１４４、および電源としてのバッテリ１４６を含む。通信部１３０は、外部制御装置１０１との通信処理を担当する。データ格納部１３４は、記憶装置を含み、後述するカメラの撮像データ等を一時的に格納する。データ処理部１３２は、プロセッサを含み、通信部１３０を介して受信した制御指令に基づいて駆動部１４４を制御するなど、各種処理を実行する。
【００３８】
検出部１３６は、位置検出部１４０およびバッテリ残量検出部１４２を含む。位置検出部１４０は、カメラおよび距離センサを含む。カメラの光軸は、ＬＥＤの光軸とほぼ重なるように設定されている。距離センサは、例えば照射光と反射光との位相差から測定対象までの距離を検出するＴＯＦ（Time of Flight）方式のセンサからなり、外部の対象物までの距離を検出する。照射光としてＬＥＤの光を利用できる。カメラにより対象物を特定したうえで距離センサの検出情報を参照することにより、ユーティリティユニット４から対象物までの距離を演算することができる。また、対象物の位置を三次元空間の原点に設定することで、ロボット１の位置および姿勢を逆算でき、それらの情報をロボット１の制御に利用できる。その詳細については後述する。
【００３９】
バッテリ残量検出部１４２は、バッテリ１４６の残量を検出する。データ処理部１３２は、バッテリ残量が所定値以下となったときに無線給電部１３８に充電指示を出す。無線給電部１３８は、ユニット２と同様の無線給電方式にてバッテリ１４６を充電するが、変形例においては異なる給電方式を採用してもよい。
【００４０】
（外部制御装置１０１）
外部制御装置１０１は、通信部１５０、ユーザインタフェース部（以下「ユーザＩ／Ｆ部」と表記する）１５２、データ処理部１５４およびデータ格納部１５６を含む。通信部１５０は、ロボット１との通信処理を担当する。ユーザＩ／Ｆ部１５２は、キーボードやタッチパネルを介してユーザの操作入力を受け付けるほか、画面表示など、ユーザインタフェースに関する処理を担当する。データ格納部１５６は、各種データを格納する。データ処理部１５４は、通信部１５０により取得されたデータおよびデータ格納部１５６に格納されているデータに基づいて各種処理を実行する。データ処理部１５４は、通信部１５０およびデータ格納部１５６のインタフェースとしても機能する。
【００４１】
データ格納部１５６は、制御データ格納部１７０、動作パターン格納部１７２および状態データ格納部１７４を含む。制御データ格納部１７０は、ユーザの入力にしたがってロボット１の動作を制御するための制御プログラムを格納する。
【００４２】
動作パターン格納部１７２は、ロボット１により実現可能な様々な姿勢や、その姿勢を実現するための各ユニット２の動作パターン（駆動プロセス）を格納する。なお、この動作パターンは、機械学習等により適宜追加することもできる。
【００４３】
状態データ格納部１７４は、ロボット１の現在の位置および姿勢を記憶・更新する。より詳細には、各ユニット２の現在の位置および駆動量（制御量）を、そのユニット２のＩＤに対応づけて記憶・更新する。
【００４４】
データ処理部１５４は、ロボット１の状態を管理する状態管理部１６０、およびロボット１の駆動を制御する制御演算部１６２を含む。状態管理部１６０は、位置管理部１６４および姿勢管理部１６６を含む。位置管理部１６４は、ロボット１を構成する各ユニット２およびユーティリティユニット４の位置情報を管理する。この位置情報は、第１ユニット２ａを基準とした各ユニット２の回転駆動量から特定できる。具体的には、相互接続されるユニット２の接続部の位置として管理される。
【００４５】
姿勢管理部１６６は、ロボット１の姿勢情報（外形状）を管理する。この姿勢情報は、上記位置情報と、ユニット２の形状（本実施形態では１／４円弧形状）から特定できる。姿勢管理部１６６は、ユーザの要求に応じて、ロボット１の現在の姿勢を図示略の表示装置に表示させることができる。
【００４６】
制御演算部１６２は、ユーザの入力にしたがってロボット１の姿勢を変化させるための動作パターンを特定し、その動作パターンに基づいて各ユニット２の駆動量を演算する。そして、ユニット２ごとの制御指令をＩＤと対応づけるようにして順次出力する。本実施形態では制御の安定性を確保するため、全てのユニット２を同時に駆動するのではなく、ロボット１の基端から先端に向けて（つまり、第１ユニット２ａから第８ユニット２ｈに向けて）ユニット２を順番に駆動する。そして、ロボット１が目標の姿勢となり、ユーティリティユニット４が対象物（対象領域）に向けられた後、これを点灯制御する。
【００４７】
次に、ロボット１の制御方法について説明する。
図７は、ロボット１の制御方法を模式的に表す図である。図７（ａ）および（ｂ）は、その制御過程を例示している。
【００４８】
ロボット１を照明装置として機能させるためには、光を照射する対象物Ｇの位置を特定する必要がある。一方、ロボット１は移動体として構成されているため、三次元空間における絶対位置が定まらない。そこで本実施形態では、対象物Ｇとロボット１との相対的な位置関係に基づいて、ロボット１の制御を実行する。具体的には、状態管理部１６０が、対象物Ｇの位置を仮の原点としてロボット１の位置および姿勢を演算し、ロボット１の制御の基準位置を算出する。そして、算出された基準位置が制御演算上の原点となるように逆算し、ロボット１の各部の位置および姿勢を特定する。その後は、その制御演算上の原点を基準として、各ユニット２を制御する。
【００４９】
すなわち、図７（ａ）に示すような三次元空間座標が設定され、対象物Ｇの位置を仮の原点（０，０，０）とする各ユニットの仮の座標（ｘ，ｙ，ｚ）が演算される。ここで、各ユニットの位置は、連接されるユニットとの接続点Ｐ１〜Ｐ８にて特定される。図示のように、第１ユニット２ａと第２ユニット２ｂとの接続点Ｐ１、第２ユニット２ｂと第３ユニット２ｃとの接続点Ｐ２、・・・第８ユニット２ｈとユーティリティユニット４との接続点Ｐ８のように定義されている。
【００５０】
仮の原点は、ユーティリティユニット４のカメラで対象物Ｇを捉えて測距することにより得られる。距離センサ（ＬＥＤ）の光軸と対象物Ｇとの交点（つまり対象物Ｇにおける光の照射／反射中心）が「仮の原点」となる。駆動部１４４がユーティリティユニット４を対象物Ｇに正対させた状態で、位置検出部１４０が、ユーティリティユニット４と仮の原点との距離を検出し、位置情報として外部制御装置１０１に送信する。
【００５１】
外部制御装置１０１がその位置情報を受信すると、位置管理部１６４が、仮の原点からユーティリティユニット４の軸線上にある接続点Ｐ８の仮の座標（ｘ８，ｙ８，ｚ８）を演算する。ここで、各ユニット２の回転駆動量（回転角）の情報が状態データ格納部１７４に格納されているため、相互接続される一方のユニットの座標が分かれば、他方のユニットの座標を算出することができる。このため、位置管理部１６４は、その回転角情報を取り出し、接続点Ｐ７，Ｐ６，Ｐ５，Ｐ４，Ｐ３，Ｐ２，Ｐ１の順に各接続点の仮の座標（ｘ７，ｙ７，ｚ７）〜（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を順次算出する。
【００５２】
このようにして基端の接続点Ｐ１の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）が得られると、位置管理部１６４は、これを制御演算上の原点（０，０，０）となるようにして、接続点Ｐ２〜Ｐ８の座標を逆算する。なお、接続点Ｐ１を回転軸上に有する第１ユニット２ａは、その全長にわたって床面Ｆ（設置面）に接地しているものと考える。このように基端の接続点Ｐ１を制御上の原点（０，０，０）したことで、第２ユニット２ｂの回転角に基づき接続点Ｐ２の座標（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）が演算でき、その接続点Ｐ２の座標と第３ユニット２ｃの回転角とに基づき接続点Ｐ３の座標（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）が演算できる。
【００５３】
同様にして、位置管理部１６４は、接続点Ｐ４〜Ｐ８の座標（Ｘ４，Ｙ４，Ｚ４）〜（Ｘ８，Ｙ８，Ｚ８）を順次算出する。そして、先端の接続点Ｐ８の座標（Ｘ８，Ｙ８，Ｚ８）から対象物Ｇの制御上の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を特定する。姿勢管理部１６６は、算出された接続点Ｐ１〜Ｐ８の座標と各ユニットの形状に基づき、ロボット１の姿勢を演算する。これらの演算結果は、状態データ格納部１７４に格納される。姿勢管理部１６６は、ユーザの要求に応じてロボット１の姿勢を表示装置に表示させる。
【００５４】
制御演算部１６２は、上述のようにして得られたロボット１の各部の位置情報と、対象物Ｇの位置情報とに基づき、ユーザの要求に応じた制御を実行する。例えば、ユーティリティユニット４を対象物Ｇにより近づける等の制御を実行する。その際、基端の第１ユニット２ａの位置（接続点Ｐ１の位置）を基準とし、第２〜第８ユニット２ｂ〜２ｈの回転駆動量を演算し、これを実現するための制御指令信号を出力する。なお、相互接続される２つのユニット２のうち、基端側のユニットが先端側のユニットを制御することとなるため、第２〜第８ユニット２ｂ〜２ｈの回転駆動量を、第１〜第７ユニット２ａ〜２ｇの回転制御量とする。そして、その回転制御量を示す指令信号を、制御対象のユニット２のＩＤに対応づけて出力する。
【００５５】
ロボット１側では、各ユニット２が、自己のＩＤが付された制御指令信号を受け取り、駆動機構１２（モータ１６）を駆動する。既に述べたように、ロボット１の安定した制御を実現するために、基端側のユニット２に対応する制御指令信号から順次送信される。このため、ロボット１は、基端側のユニット２から順に駆動されることとなる。制御内容によって駆動されないユニット２があることは言うまでもない。
【００５６】
ところで、例えば対象物Ｇが低位置にある場合、先端側（前半側）のユニット２のみ駆動すれば足りる場合がある。そこで、制御演算部１６２は、制御基準となるユニット２を切り替える。すなわち、図７（ｂ）に示すように、第１〜第３ユニット２ａ〜２ｃまでを接地できる場合、それらのうち最も前方にある第３ユニット２ｃを基準とする。そして、第３ユニット２ｃが駆動する接続点Ｐ３が制御上の原点（０，０，０）となるように座標系を設定する。
【００５７】
このようにすることにより、接続点Ｐ３を原点（０，０，０）としてユーティリティユニット４の位置ひいては対象物Ｇの位置を特定するまでの演算量を削減することができ、状態管理部１６０の処理負荷を低減することができる。また、接地しているユニット２の消費電力を抑えることができる。
【００５８】
図８は、ロボット１の制御方法のさらなる詳細を表す図である。図９は、制御演算処理に用いる干渉回避マップを表す図である。
制御演算部１６２は、上述のように制御量を演算する際、ロボット１が制御過程で障害物に干渉しないようにする。例えば図８に示すように、ロボット１の周囲に対象物Ｇのほか、障害物ＯＢ１〜ＯＢ３がある場合を想定する。同図は、図７（ｂ）に示したように接続点Ｐ３が制御上の原点（０，０，０）となる場合を例示する。
【００５９】
図示の例では、接続点Ｐ４およびＰ７が鉛直方向に伸びる回転軸Ｌ４，Ｌ７を有する。第５ユニット２ｅより先端側が回転軸Ｌ４を中心に回転し、第８ユニット２ｈより先端側が回転軸Ｌ７を中心に回転する。仮に第８ユニット２ｈを固定して、第５ユニット２ｅを回転させると、ユーティリティユニット４の先端が回転軸Ｌ４を旋回軸として旋回することとなり、その先端の軌道である円Ｃ１，Ｃ２よりも内方に障害物との干渉領域ができる。より具体的には、右旋回の移動限界が障害物ＯＢ３の点Ｐ３１であり、左旋回の移動限界が障害物ＯＢ２の点Ｐ２１となる。このため、制御量として、点Ｐ２１と点Ｐ３１との間の角度範囲が設定される。
【００６０】
仮に第５ユニット２ｅを固定して、第８ユニット２ｈを回転させると、ユーティリティユニット４の先端が回転軸Ｌ４を旋回軸として旋回することとなり、その先端の軌道である円Ｃ３よりも内方に障害物との干渉領域ができる。図示の例では、右旋回の移動限界が障害物ＯＢ２の点Ｐ２２であり、左旋回の移動限界が障害物ＯＢ２の点Ｐ２３となる。このため、制御量として、点Ｐ２２と点Ｐ２３との間の角度範囲が設定される。もちろん、これは一例であり、ロボット１の現在位置、旋回軸の設定等により角度範囲の設定は変化する。
【００６１】
このような制御を実現するために、制御演算部１６２は、図９に示すような干渉回避マップ１８０を逐次更新しつつ保持する。干渉回避マップ１８０は、障害物、その障害物が干渉対象となる回転軸、障害物において干渉回避すべき座標等をパラメータとして含む。図示の例では、ロボット１に最も近接した干渉回避座標として、障害物ＯＢ１に関して回転軸Ｌ４について点Ｐ１１が特定されている。また、障害物ＯＢ２に関して、回転軸Ｌ４について点Ｐ２１が特定され、回転軸Ｌ７について点Ｐ２２，Ｐ２３が特定されている。さらに、障害物ＯＢ３に関して、回転軸Ｌ４について点Ｐ３１が特定されている。
【００６２】
このような干渉回避マップ１８０は、ロボット１の制御に先立って予め特定の姿勢を設定しておき、制御開始時の初期動作としてその特定の姿勢から各ユニット２を順次回転させ、距離センサや近接センサにより移動限界を探索するなどして設定してもよい。
【００６３】
図１０は、ロボット１の使用例を表す図である。
図示の例では、ロボット１を机１８２の上に設置する電気スタンドとして機能させている。上述した制御を実行することにより、ロボット１は、本棚１８４等の障害物との干渉を回避した状態で、対象物である文書１８６を照らすことができる。ロボット１の基端部が机１８２の角に引っ掛かる形で支持され、安定した照明を実現している。
【００６４】
図１１は、ロボット１の移動制御方法の一例を表す図である。図１１（ａ）〜（ｃ）は、その移動制御過程を示す。
ロボット１を移動させる方法は種々考えられるが、本実施形態のように複数のユニット２により環状姿勢を構成できる場合、その環状姿勢を利用した転動制御により移動することができる。
【００６５】
具体的には、ロボット１を図１（ｂ）に示したようにとぐろを巻く姿勢とし、環状部を床面Ｆに立てる（図１１（ｃ）参照）。このとき、ロボット１の重心Ｇｘは、環状部の中心Ｏとほぼ一致する。この状態から、図１１（ａ）に示すように、ロボット１の前部を立ち上げることで、重心Ｇｘが中心Ｏからずれ、ロボット１に前方への回転モーメントが作用する。それにより、ロボット１が前転しながら移動を開始する。この前転動作に合わせてロボット１の前部を巻くことにより、図１１（ｂ）および（ｃ）に示すように、ロボット１が床面Ｆに干渉することなく、その慣性により回転できる。図１１（ａ）〜（ｃ）の制御を繰り返すことにより、ロボット１の移動を継続することができる。
【００６６】
以上に説明したように、本実施形態のロボット１によれば、相互接続されるユニット２が、その接続部において互いに同軸かつ真円状の端面をそれぞれ有する。そして、その一方のユニット２が、他方のユニット２を接続部の軸線を中心に回転駆動される。このため、ロボット１の駆動時に関節部（接続部）の形状変化が生じることがなく、関節部と外部（特にユーザ）との干渉を防止できる。
【００６７】
ユニット２として曲形状（１／４円弧状）の外形を有するものを採用したため、ロボット１が真っ直ぐに（直線状に）伸長することはないが、複数のユニット２の回転角を制御することにより、一方向に延びる姿勢を容易に実現できる。
【００６８】
また、複数のユニット２を、共通の構造を有する汎用ユニットとしたため、部品や金型の共通化、製造工数の削減等によるコスト低減を実現できる。また、ＩＤで識別するだけで足りるため、ユニット数の増減もし易い。汎用ユニットとして回転動作が共通するため、ユニット数に応じた制御プログラムの切り替えや変更も容易である。
【００６９】
なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。
【００７０】
図１２は、変形例に係るロボットの構成を模式的に示す図である。図１２（ａ）〜（ｃ）は変形例を示し、図１２（ｄ）は既に説明した実施形態の構成を示す。
上記実施形態では図１２（ｄ）に示すように、ユニット２を、円環状部材を４等分した構成（つまり１／４円弧状）とした例を示した。変形例においては、例えば図１２（ａ）に示すように、四角環状部材を４等分した構成（ユニット２０１）としてもよい。あるいは、図１２（ｂ）に示すように、三角環状部材を３等分した構成（ユニット２０２）としてもよし、図１２（ｃ）に示すように、六角環状部材を６等分した構成（ユニット２０３）としてもよい。ただし、ユニットの接続部において互いに同軸かつ真円状の端面をそれぞれ有するものとする。このような構成としても、ロボットの環状姿勢を実現できる。あるいは、それ以外の構成を採用してもよい。
【００７１】
上記実施形態では、図６に示したように、１つのロボット１と１つの外部制御装置１０１によりロボット装置１００が構成されるとして説明したが、ロボット１の機能の一部は外部制御装置１０１により実現されてもよいし、外部制御装置１０１の機能の一部または全部がロボット１に割り当てられてもよい。１つの外部制御装置１０１が複数のロボット１をコントロールしてもよいし、複数の外部制御装置１０１が協働して１以上のロボット１をコントロールしてもよい。
【００７２】
ロボット１や外部制御装置１０１以外の第３の装置が、機能の一部を担ってもよい。図６において説明したロボット１の各機能と外部制御装置１０１の各機能の集合体は、大局的には１つの「ロボット」として把握することも可能である。１つまたは複数のハードウェアに対して、本発明を実現するために必要な複数の機能をどのように配分するかは、各ハードウェアの処理能力やロボット装置１００に求められる仕様等に鑑みて決定されればよい。
【００７３】
上記実施形態では、ユーティリティユニット４として「照明装置」を例示した。変形例においては、例えばカメラ等の撮像装置としてもよい。あるいは、鋏や鉗子等の切断又は把持装置としてもよい。その他、種々の装置としてよい。また、複数のユニット２そのものを、それらの姿勢によって物を把持する把持機構として機能させてもよい。例えば、ユーザに装着させることにより、もう一つの手として機能させてもよい。また、ユーティリティユニット４を複数種類用意し、それらをロボット１に着脱可能としてもよい。用途に応じてユーティリティユニット４を切り替え可能としてもよい。
【００７４】
上記実施形態では、複数のアームユニットのそれぞれを外部制御装置により制御する構成を示した。変形例においては、複数のアームユニットとして、マスターユニットとスレーブユニットを含めてもよい。そして、マスターユニットのみが、外部制御装置との通信を行う構成としてもよい。すなわち、マスターユニットは、外部制御装置およびスレーブユニットのそれぞれと通信するための通信部と、外部制御装置からの指令に基づき、スレーブユニットへ出力する制御指令を演算する制御部と、を含んでもよい。スレーブユニットは、マスターユニットと通信するための通信部と、マスターユニットから受信した制御指令に基づき、相互接続されるアームユニットを駆動する駆動部と、を含んでもよい。
【００７５】
スレーブユニットは、相互接続されるアームユニットの基準位置からの回転位置を検出する検出部を含み、検出した回転位置を示す情報を前記マスターユニットに送信してもよい。マスターユニットは、スレーブユニットから受信した情報に基づき、スレーブユニットへの制御指令を演算してもよい。マスターユニットとスレーブユニットは、相互の機能を切り替え可能であってもよい。また、複数のアームユニットとして、複数のスレーブユニットを含めてもよい。複数のスレーブユニットを互いに通信可能としてもよい。
【００７６】
例えば、ロボットの基端等、所定位置に位置するユニットを「マスターユニット」として機能させてもよい。マスターユニットは、外部制御装置からの指令を受け取り、他のユニットに対して個別に制御指令を出力する。他のユニットは、「スレーブユニット」として機能し、マスターユニットからの制御指令に基づいて一つ前方のユニットを駆動する。なお、マスターとスレーブのいずれであるかにかかわらず、全てのユニットが同一構造を有し、適宜置換可能な「汎用ユニット」とされてもよい。マスターとスレーブのいずれであるかは、各ユニットに設定されたＩＤにより識別される。
【００７７】
上記実施形態では、ユニット２の形状はすべて同一であるとしたが、複数の異なる形状のユニット２が組み合わされていてもよい。この場合、ユニット２は、自身を特定するＩＤとともに、ユニット２の種類を特定するタイプＩＤとを対応付けて送信する。図６のデータ格納部１５６は、タイプＩＤに関連付けて、ユニット２の外形や、連接点となる駆動機構１２と連結部１８との位置関係などの情報を保持する。制御演算部１６２は、タイプＩＤに関連付けられた外形に関する情報を参照して、ユニット２の位置を計算する。これにより、形状の異なるユニット２が連結されている場合でも正確に位置を計算できる。
【００７８】
一般にユーティリティユニット４の接続されている先端部より、基部になるユニット２の方が、モータ１６のトルクを強力にする必要がある。モータ１６のトルクが大きくなるほど、それを収納するユニット２の外径は大きくなる。このため、図３の基端面２２と先端面２４の外径のサイズを変えた形状にしてもよい。例えば、基端面２２の外径のサイズは、先端面２４の外径のサイズより大きくしてもよい。これにより、太さの異なるユニットを滑らかに接続できる。
【００７９】
上記実施形態では述べなかったが、複数のユニット２のうちバッテリ５６の残量が基準値以下となったものに対し、駆動機構１２（モータ１６）への負荷を低減する省電力制御モードを設けてもよい。例えば該当するユニット２について、上述のように、相互接続されるユニット２との位置関係で機械的構造のみにより現状の位置を保持するように、ロボット１の姿勢を制御してもよい。すなわち、該当するユニット２のモータ１６に電気的負荷が実質的にかからないように姿勢を制御してもよい。その場合、該当するユニット２のバッテリ５６からの電力供給をオフにしてもよい。
【００８０】
上記実施形態では述べなかったが、複数のユニット２同士を無線通信可能としてもよい。あるいは、複数のユニット２同士を有線通信可能としてもよい。その場合、前後のユニット２の一方の電源線および信号線を接続部の軸線に沿うような形で引き出し、他方の電源線、信号線にそれぞれ接続してもよい。その場合、各線をいわゆるコンタクトスイッチに接続してもよい。有線接続の場合、バッテリを基端のユニット２等、特定のユニットにのみ設けてもよい。
【００８１】
上記実施形態では、モータ１６を超音波モータとしたが、ステッピングモータ、ＤＣモータその他のモータとしてもよい。そして、モータの回転を停止させるためのブレーキ構造を設けてもよい。例えば、ドラム式のブレーキなどを採用することができる。また、モータの駆動のために、いわゆるハーモニックドライブ（登録商標）を採用してもよい。このドライブは、ウェーブ・ジェネレータ、フレクスプライン、サーキュラ・スプラインを含んで構成される波動歯車装置である。
【００８２】
上記実施形態では、相互接続されるユニット２が、その接続部に設けられた回転軸（出力軸４６）を中心に相対的に回転自在とされ、一方のユニット２が他方のユニット２を回転駆動するための駆動機構１２を内蔵する構成（つまりユニット２ごとに駆動機構１２を備える構成）を例示した。このような構成によれば、ロボット１の用途に応じてユニット２を増減させることで、その可動範囲を最適化することが可能となる。それにより、多関節ロボットの汎用性を高める等の課題を解決できるようになる。なお、このような観点からは、相互接続されるユニット２の端面が、必ずしも同軸かつ真円状でなくてもよい。
【００８３】
上記実施形態では、ユーティリティユニット４が、カメラおよび照明装置（ＬＥＤ）を含み、光の照射対象である対象物Ｇを照射する例を示した（図７，図８参照）。この対象物Ｇは、静止した物や領域であってもよいし、移動体であってもよい。複数のユニット２は、ユーティリティユニット４がその移動体をカメラで追尾しつつ光を照射できるよう制御されてもよい。
【００８４】
図１３は、変形例に係るロボットの構成および制御方法を模式的に表す図である。図１３（ａ）および（ｂ）は、その制御過程を例示している。
本変形例では、ロボット２０１が電気スタンドとして構成されている。この電気スタンドは、机で作業しているユーザの手元を常に照らし、ユーザの手が移動したとしても手元が暗くならないように照射位置を調整する。ロボット２０１は、机上に設置可能なベース２１０と、ベース２１０に固定されたロボット本体２１２を有する。ベース２１０は机と固定するための固定機構を備えてもよい。ロボット本体２１２は、上記実施形態のロボット１と同様の構成を有し、その基端の第１ユニット２ａがベース２１０に固定されている。
【００８５】
ベース２１０は、制御装置２２０を内蔵する。制御装置２２０は、上記実施形態の外部制御装置１０１と同様の構成を有する。制御装置２２０は、状態管理部１６０および制御演算部１６２を有する（図６参照）。状態管理部１６０は、「認識部」として機能し、ユーティリティユニット４のカメラが撮像した画像に基づき、光の照射対象である対象物（移動体）およびその影を認識する。制御演算部１６２は、「制御部」として機能し、移動体の移動方向と影の方向とに基づいて各ユニット２を制御する。
【００８６】
ロボット２０１は、図１０に示したような机上に設置される。ベース２１０が机１８２の角隅部等、ユーザの邪魔にならない位置に載置され、その上面からロボット本体２１２が延出する。ロボット２０１は、対象物を検知しない間、図１３（ｂ）のようにとぐろを巻いた姿勢（待機状態）を保持する。このとき、ＬＥＤは消灯状態とされる。
【００８７】
ロボット２０１は、ユーティリティユニット４から半径所定距離内に対象物が近づくと、これを検出してＬＥＤの点灯モードに移行し、ロボット本体２１２を伸長させる。例えば、状態管理部１６０は、赤外線センサを有し、赤外センサにより熱源を検出した場合に、カメラを起動して画像処理を開始する。画像処理により、机に向かうユーザを検出した場合に、ロボット本体２１２を伸長させる。また、ユーザが机を離れ、一定期間が経過するとロボット２０１は待機姿勢に戻る。このように、ロボット２０１は、とぐろを巻いた姿勢の待機モードと、延出した状態の照射モードの２つのモードで動作し、ユーザの有無に応じてモードが切り替わる。
【００８８】
照射モードにおいて、ロボット２０１は、画像処理に基づいてユーザの指先（ユーザが持つペンの先端でもよい：「移動体」に該当する）を検出し、常に指先の周囲が明るくなるように光を照射する。ロボット２０１は、指先を追尾することでその移動方向を特定し、指先の移動方向と影の方向とに基づいて各ユニット２を制御する。具体的には、指先の移動方向と影の方向（影が延びる方向）とがほぼ一致するように、ユーティリティユニット４の位置および角度を調整するよう各ユニット２を制御しつつ、光を照射する。また、影の範囲が最小になるように各ユニット２を制御して光を照射してもよい。
【００８９】
このような制御により、ユーザが持つペン先の手前側を明るくできるため、ユーザの執筆作業の効率を高めることができる。なお、このとき、例えば影の長さを所定範囲に収めるように制御することで影の大きさを小さくする、あるいは、影そのものが生じ難くしてもよい。また、ユーザの顔を認識することにより、光がユーザの目に向かないよう、ユーティリティユニット４の角度を制御してもよい。もちろん、ロボット２０１がユーザの視線の妨げにならないように制御される。
【００９０】
制御装置２２０の状態管理部１６０は、マイク（図示せず）を有し、ユーザの声（指示）を認識する「音声認識部」として機能してもよい。本実施形態のユニット２０１は、ユーザの指先を自動的に認識し、手先周辺を照らすが、状況に応じて照射位置の調整が必要になる場合がある。その場合、ユーザは、「少し右」「少し上」など言葉で指示をすることで、ユニット２０１は音声を認識し、指示された方向へ照射位置を調整する。また、ロボット２０１は、ユーザの指示に基づいて対象物を特定し、これに光を照射するよう制御してもよい。例えば、ユーザが模型を組み立てている場合、ユーザが「模型を照らして」や「ここ」と指示すれば、ユーザの指先ではなく模型を追尾するように照らす。「ずっとここを照らして」「ここにロック」のように持続を指示すれば、追尾を停止し、その場所を照らし続けてもよい。このような電気スタンドとして利用する場合においても、主に図５や図７を用いて説明した手法で各ユニット２を制御し、消費電力を抑える。
【００９１】
上記実施形態では、ロボット１が３つ以上のユニット２を備え、全てのユニット２が、駆動機構１２，バッテリ５６および給電回路（無線給電部１１８）を内蔵する駆動アームユニットである例を示した。変形例においては、一部のユニット２にこれらのいずれかを含まないものがあってもよい。
【００９２】
駆動アームユニットごとにバッテリ５６を個別に無線充電可能とされている。複数の駆動アームユニットについて、充電の順番に優先順位を設けてもよい。例えば、充電残量が少ないユニットほど優先順位を高くしてもよい。あるいは、ユーティリティユニット４に近いユニットほど充電を優先させるようにしてもよい。それにより、ユーティリティユニット４の最低限の機能を長時間発揮させ易くなる。
【００９３】
上記実施形態では、図７（ｂ）に関連して説明したように、接地しているユニット２の消費電力を抑えることができるようにした。各ユニット２のデータ処理部１３２は、対応するバッテリ１４６からの電力供給を制御する「通電制御部」として機能する。近接検出部１２０は、対応するユニット２の接地状態（接地有無）を検出する「接地検出部」として機能する。具体的には、データ処理部１３２は、対応するユニット２が接地状態にあるときに所定条件のもと、対応するバッテリ１４６から各回路（制御回路５２，通信回路５４等）や駆動機構１２への電力供給を低減又は遮断する省電力モードへ移行してもよい。省電力モードは、いわゆるスリープ状態（スタンバイ）や休止状態であってもよい。制御回路５２以外への電力供給を遮断するものでもよい。あるいは、制御回路５２への供給電力を通常動作時の定常電力よりも低い待機電力に保持するものでもよい。定常電力を間欠的に供給するものでもよい。制御回路５２のＣＰＵへ供給するクロックを一時的に遮断するものでもよい。
【００９４】
例えば、前方（ユーティリティユニット４側）のユニット２が接地状態であることを条件に、省電力モードへ移行してもよい。このとき、相互接続されるユニット２同士で直接通信可能とし、接地情報を確認してもよい。あるいは、相互接続されるユニット２が、制御装置（外部制御装置１０１や制御装置２２０）を介して互いの接地情報を共有してもよい。このような構成により、多関節ロボットの作業内容や動作状態に応じていずれかのユニット２について消費電力を低減でき、多関節ロボットのエネルギー効率を高めることができる。
【００９５】
上記実施形態では、多関節ロボットの一例として電気スタンドを例示したが、マニピュレータその他の多関節ロボットとしても構成できることは言うまでもない。
【図１】
2018021171.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年11月6日(2017.11.6)
【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】
複数のアームユニットを連接して得られる多関節ロボットであって、
前記アームユニットとして、曲形状の外形を有するユニットを含み、
相互接続されるアームユニットが、その接続部において互いに同軸かつ真円状の端面をそれぞれ有し、一方のアームユニットが他方のアームユニットを前記接続部の軸線を中心に回転駆動し、
前記複数のアームユニットの全部または一部について相互接続されるアームユニットの相対位置が制御されることにより、螺旋状の姿勢を実現可能に構成されていることを特徴とする多関節ロボット。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
前記複数のアームユニットとして、共通の構造を有する複数の汎用ユニットを含み、
前記汎用ユニットは、他の汎用ユニットと連結して駆動力を付与するための駆動機構と、他の汎用ユニットの駆動機構と連結して駆動力を受けるための従動部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の多関節ロボット。
【請求項５】
前記複数のアームユニットの先端に、用途に応じたユーティリティユニットが着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は４に記載の多関節ロボット。
【請求項６】
前記アームユニットは、所定の検出対象が近接または接触したことを検出するための検出部を有することを特徴とする請求項１又は４に記載の多関節ロボット。
【請求項７】
前記複数のアームユニットの全部または一部について、相互接続されるアームユニットの相対位置が制御されることにより重心を変化させ、移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は４に記載の多関節ロボット。
【請求項８】
前記一方のアームユニットは、相互接続されるアームユニットを駆動するための駆動機構と、その駆動機構に電力を供給するバッテリと、そのバッテリを充電するための給電回路と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の多関節ロボット。
【請求項９】
前記複数のアームユニットの絶対位置および相対位置が制御されることにより、相互接続されるいずれかのアームユニットが対向面の押圧力により互いを係止し、両者の接続部の軸線周りの回転モーメントを生じさせない特定の姿勢を実現可能であり、その特定の姿勢においてその両者の一方が含むバッテリからの電力供給をオフにすることで省電力が可能に構成されていることを特徴とする請求項８に記載の多関節ロボット。
【請求項１０】
（削除）
【請求項１１】
複数のアームユニットを連接して得られる多関節ロボットであって、
先端のアームユニットに装着されるユーティリティユニットを備え、
相互接続されるアームユニットが、その接続部に設けられた回転軸を中心に相対的に回転自在とされ、一方のアームユニットが他方のアームユニットを回転駆動するための駆動機構を内蔵し、
前記ユーティリティユニットは、カメラおよび照明装置を含み、
前記複数のアームユニットは、待機モードにおいては螺旋状の縮小姿勢を保持し、照射モードにおいて伸長姿勢とされ、前記ユーティリティユニットが照射対象となる移動体を前記カメラで追尾しつつ光を照射するよう制御されることを特徴とする多関節ロボット。
【請求項１２】
前記カメラが撮像した画像に基づき、前記移動体の周囲にある影を認識する認識部と、
前記影の大きさが小さくなるように各アームユニットを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１１に記載の多関節ロボット。
【請求項１３】
３つ以上のアームユニットを連接して得られる多関節ロボットであって、
いずれか複数のアームユニットが、接続先のアームユニットを駆動するための駆動機構と、その駆動機構に電力を供給するバッテリと、そのバッテリを充電するための給電回路とを内蔵する駆動アームユニットであり、
前記駆動アームユニットは、
前記バッテリからの電力供給を制御する通電制御部と、
前記駆動アームユニットの接地状態を検出する接地検出部と、
を備え、
前記通電制御部は、接地状態が検出されたときに、前方のアームユニットが接地状態であることを条件に、前記バッテリからの電力供給を低減又は遮断する省電力モードへ移行することを特徴とする多関節ロボット。
【請求項１４】
前記給電回路は、無線給電回路であり、
前記駆動アームユニットごとに個別に無線充電可能であることを特徴とする請求項１３に記載の多関節ロボット。
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月26日(2018.4.26)
【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】
複数のアームユニットを連接して得られる多関節ロボットであって、
連接された複数のアームユニットの先端に、用途に応じたユーティリティユニットが着脱可能に構成され、
前記アームユニットとして、一端と他端との間に共通の曲形状の外形を有する複数の汎用ユニットを含み、
相互接続される汎用ユニットが、その接続部において互いに同軸かつ真円状の端面をそれぞれ有し、一方の汎用ユニットにおいて駆動機構を構成する回転軸が端面の中心から垂直に延出し、他方の汎用ユニットの端面に対して垂直に接続され、前記他方の汎用ユニットを前記回転軸を中心に回転駆動し、
前記複数の汎用ユニットの全部または一部について前記回転軸の回転角度を制御することで、相互接続される汎用ユニットの相対位置が調整されることにより、螺旋状の姿勢を実現可能に構成されていることを特徴とする多関節ロボット。
【請求項２】
前記汎用ユニットは、所定の検出対象が近接または接触したことを検出するための検出部を有することを特徴とする請求項１に記載の多関節ロボット。
【請求項３】
前記複数の汎用ユニットの全部または一部について、相互接続される汎用ユニットの相対位置が制御されることにより重心を変化させ、移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多関節ロボット。
【請求項４】
前記一方の汎用ユニットは、前記他方の駆動機構に電力を供給するバッテリと、そのバッテリを充電するための給電回路と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の多関節ロボット。
【請求項５】
前記複数の汎用ユニットの絶対位置および相対位置が制御されることにより、相互接続されるいずれかの汎用ユニットが重力による対向面の押圧力により互いを係止し、両者の接続部の軸線周りの回転モーメントを生じさせない特定の姿勢を実現可能であり、その特定の姿勢においてその両者の一方が含むバッテリからの電力供給をオフにすることで省電力が可能に構成されていることを特徴とする請求項４に記載の多関節ロボット。
【請求項６】
前記ユーティリティユニットは、カメラおよび照明装置を含み、
前記複数の汎用ユニットは、待機モードにおいては螺旋状の縮小姿勢を保持し、照射モードにおいて伸長姿勢とされ、前記ユーティリティユニットが照射対象となる移動体を前記カメラで追尾しつつ光を照射するよう制御されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の多関節ロボット。
【請求項７】
前記カメラが撮像した画像に基づき、前記移動体の周囲にある影を認識する認識部と、
前記影の大きさが小さくなるように各汎用ユニットを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項６に記載の多関節ロボット。
【国際調査報告】
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