(57)【要約】  一または複数の関節を備えるアーム（１４）と、アーム（１４）の有する関節の少なくとも一つに設けられ、当該関節によって連結される２つの部材の位置関係を静電付着によって固定するアーム固定部と、アーム固定部による静電付着をオンオフさせる制御を行う制御部とを備える。
2013099104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一または複数の関節を有するアームと、
前記関節の少なくとも一つに設けられ、当該関節によって連結される２つの部材の位置関係を静電付着によって固定するアーム固定部と、
前記アーム固定部による静電付着をオンオフさせる制御を行う制御部とを有する
ロボットアーム。
【請求項２】
前記アーム固定部は、前記アームが有する関節によって連結される２つの部材どうしを静電付着させることで当該２つの部材の位置関係を固定する
請求項１記載のロボットアーム。
【請求項３】
前記アームが有する関節のすべてが、前記アーム固定部を有する
請求項１または請求項２記載のロボットアーム。
【請求項４】
さらに、前記アームが有する関節によって前記アームと連結される、一または複数の関節を有する対象物を把持するためのハンドと、
前記ハンドが有する関節の少なくとも一つに設けられ、当該関節によって連結される２つの部材の位置関係を静電付着によって固定するハンド固定部とを有し、
前記制御部はさらに、前記ハンド固定部による静電付着をオンオフさせる制御を行う
請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボットアーム。
【請求項５】
前記ハンド固定部は、前記ハンドが有する関節によって連結される２つの部材どうしを静電付着させることで当該２つの部材の位置関係を固定する
請求項４記載のロボットアーム。
【請求項６】
さらに、前記アームが有する関節によって前記アームと連結される、ベースを有する
請求項１〜５のいずれか１項に記載のロボットアーム。
【請求項７】
さらに、前記ベースに取り付けられ、当該ロボットアームの外に置かれた構造物の面に静電付着することによって前記ベースを固定するベース固定部を有し、
前記制御部はさらに、前記ベース固定部による静電付着をオンオフさせる制御を行う
請求項６記載のロボットアーム。
【請求項８】
前記ベースは、前記アームを収納する収納部を有する
請求項６または請求項７記載のロボットアーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、家庭用サービスに用いられるロボットアームに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ロボットの開発が盛んに行われている。例えば、人間が立ち入ることができないような危険地域における作業用のロボットや、高齢者の介助、及び介護アシスト用のロボットなどは、非常に注目を浴びている。【０００３】
近年の家屋ではバリアフリーの観点から屋内に手すりや移乗装置が設置されることがある。このような移乗装置は、ユーザーのトイレや浴室や寝室などでの立ち座りや移乗を補助できるが、その形状や取付位置を容易に変更できないため、ユーザーの行動が制限されがちである。このため、これまでに、高齢者が自立した生活をおくるために高齢者の立ち座りや移乗をアシストするロボットや装置が提案されている。【０００４】
上記のようなロボットとして、対象物を移動させる、または対象物を持ち上げるような多関節のアームを有するロボットが知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００５】
特許文献１に開示されているような多関節のアームを有するロボットでは、アームにより対象物を持ち上げた状態でこの状態を保持するような場合、関節が動かないように固定する制御を行う。このとき、関節を固定するために、関節を駆動するモータに、モータを停止した状態で保持するための電圧を与える制御を行うことが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２７６０６３号公報
【特許文献２】特表２００９−５４０７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、モータの制御における消費電力は大きく、アームを有するロボットにおいて、アームが有する各関節をモータの制御により固定する方法は、消費電力が大きいことが課題である。【０００８】
そこで本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであり、小さい消費電力で関節の固定が可能なアームを有し、かつユーザーの立ち座りをアシスト可能なロボットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本開示の一態様に係るロボットアームは、一または複数の関節を有するアームと、前記関節の少なくとも一つに設けられ、当該関節によって連結される２つの部材の位置関係を静電付着によって固定するアーム固定部と、前記アーム固定部による静電付着をオンオフさせる制御を行う制御部とを有することを特徴とする。【００１０】
また、本開示の一態様に係るロボットアームの前記アーム固定部は、前記アームが有する関節によって連結される２つの部材どうしを静電付着させることで当該２つの部材の位置関係を固定することを特徴とする。【００１１】
このように、アームが有する関節の固定に静電付着を用いることで、消費電力の小さいロボットアームが実現される。【００１２】
また、本開示の一態様に係るロボットアームは、前記アームが有する関節のすべてが、前記アーム固定部を有することを特徴とする。【００１３】
このように、アームが有する関節の全てを静電付着によって固定することで、ロボットアームをさらに低消費電力化することができる。【００１４】
また、本開示の一態様に係るロボットアームは、さらに、前記アームと前記アームが有する関節によって連結される、一または複数の関節を有する対象物を把持するためのハンドと、前記ハンドが有する関節の少なくとも一つに設けられ、当該関節によって連結される２つの部材の位置関係を静電付着によって固定するハンド固定部とを有し、前記制御部はさらに、前記ハンド固定部による静電付着をオンオフさせる制御を行うことを特徴とする。【００１５】
また、本開示の一態様に係るロボットアームの前記ハンド固定部は、前記ハンドが有する関節によって連結される２つの部材どうしを静電付着させることで当該２つの部材の位置関係を固定することを特徴とする。【００１６】
このように、ハンドが有する関節の固定にも静電付着を用いることで、さらに消費電力の小さいロボットアームが実現される。【００１７】
また、本開示の一態様に係るロボットアームは、さらに、前記アームと前記アームが有する関節によって連結されるベースを有することを特徴とする。【００１８】
また、本開示の一態様に係るロボットアームは、さらに、前記ベースに取り付けられ、当該ロボットアームの外に置かれた構造物の面に静電付着することによって前記ベースを固定するベース固定部を有し、前記制御部はさらに、前記ベース固定部による静電付着をオンオフさせる制御を行うことを特徴とする。【００１９】
また、本開示の一態様に係るロボットアームの前記ベースは、前記アームを収納する収納部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本開示によれば、小さい消費電力で関節の固定が可能なアームを有するロボットアームが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、実施の形態に係るロボットアームを前面から見た図である。
【図２】図２は、実施の形態に係るロボットアームを後面から見た図である。
【図３】図３は、アーム固定部及びハンド固定部を表す図である。
【図４】図４は、アームを収納した状態のロボットアームを側面から見た図である。
【図５】図５は、アームを収納した状態のロボットアームを前面から見た図である。
【図６】図６は、アームを収納した状態のロボットアームを後面から見た図である。
【図７】図７は、実施の形態に係るロボットアームのシステム構成を表すブロック図である。
【図８】図８は、実施の形態に係るロボットアームの動作のフローチャートである。
【図９】図９は、実施の形態に係るロボットアームの動作を表す模式図である。
【図１０】図１０は、ロボットアームのアーム固定動作を表す模式図である。
【図１１】図１１は、ロボットアームの歩行アシスト動作を表す模式図である。
【図１２】図１２は、アームが有する関節が間接的に固定される場合の関節の構造を表す図である。
【図１３】図１３は、車輪の上下動作によるベース固定部の制御を表す図である。
【図１４】図１４は、車輪の上下動作によるベース固定部の制御を表す別の図である。
【図１５】図１５は、ベース固定部をベース側面に備えるロボットアームの例を表す図である。
【図１６】図１６は、脚部を備えるロボットアームの外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本開示の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００２４】
まず、実施の形態に係るロボットアームについて図１及び図２を用いて説明する。
【００２５】
図１は、実施の形態に係るロボットアーム１０を前面から見た図である。
【００２６】
図２は、実施の形態に係るロボットアーム１０を後面から見た図である。
【００２７】
図３は、アーム固定部、及びハンド固定部を表す図である。
【００２８】
図１及び図２に示すように、ロボットアーム１０は、走行面を自走するベース１２と、アーム１４と、対象物を把持するハンド１６と、ベース固定部２０とを備える。
【００２９】
なお、自走とは、ロボットアーム１０が、ロボットアーム１０以外の物体から補助されることなく移動することを意味する。自走には、有線又は無線によるユーザーの操作により、ロボットアーム１０が移動することが含まれる。
【００３０】
また、図３に示されるように、アーム１４の関節にはアーム固定部２３ｂが設けられ、ハンド１６の関節にはハンド固定部２３ｃが設けられている。
【００３１】
本実施の形態に係るロボットアーム１０は、主に家庭内（建物内）での使用を目的とした家庭用サービスロボットであり、前方に位置する対象物に対して作業を行う自走式のロボットである。なお、ロボットアーム１０は、ユーザーのリモコン操作により動作する。
【００３２】
走行面を自走するベース１２は、ロボットアーム１０の胴体部分であり、家電や家具の隙間に収納可能なように、軽量、小型に設計されている。
【００３３】
ベース１２の形状は、各面が台形もしくは長方形の６面体（略直方体）である。各面は平面であるが上側の面（アーム１４が接続される側の面）のみ曲面である。ベース１２の形状は、市販の家庭用掃除機に類似する。
【００３４】
ベース１２の材質は、典型的には樹脂であるが、これに限定されない。例えば、軽量な金属であってもよい。また、後述するようにベース１２内には、アーム１４を折りたたんで収納することが可能であり、ベース１２内にはアーム１４及びハンド１６を収納するための収納部１２ａが設けられている。収納部１２ａには、上腕開口部１４ｈに前腕部１４ｂ及びハンド１６が折りたたまれて収納される。
【００３５】
ベース１２は、前面に撮像部１２ｂと、測距部１２ｃとを備える。
【００３６】
撮像部１２ｂは、ロボットアーム１０が自走する走行面を動画で撮影する。撮像部１２ｂは、例えば、ＣＭＯＳカメラである。また、撮像部１２ｂは、撮影方向を変更することができる。したがって、撮像部１２ｂは、ロボットアーム１０の前方の画像も撮影することが可能である。なお、撮像部１２ｂは、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いたものでもよい。また、撮像部１２ｂは、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などの発光装置を備えることで、ロボットアーム１０の周囲が暗い場合も鮮明な画像を撮影できる。
【００３７】
測距部１２ｃは、ロボットアーム１０と、ロボットアーム１０の前方に位置する対象物との距離を測定する。測距部１２ｃは、例えば、超音波センサである。なお、測距部１２ｃは赤外線レーザーを用いた変位センサ等であってもよい。また、ロボットアームが屋外での使用を主目的とするような場合には、測距部１２ｃは、さらに、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を備えるような構成であってもよい。
【００３８】
また、ベース１２の下側には車輪１８（右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂ）が設けられている。右車輪１８ａは、ベース１２の右側面の下側に配置され、左車輪１８ｂは、ベース１２の左側面の下側に配置される。右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂは同一径の円形状であり、右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂの接地面には滑り止めのスリットが設けられている。右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂの材質は、典型的には樹脂であるが、これに限定されない。
【００３９】
ロボットアーム１０は、ベース１２に内蔵される駆動部が車輪１８を回転させることにより走行する。走行時は、ロボットアーム１０は、図１に示されるようにベース１２の第１関節が設けられている側が上側、ベース１２の車輪１８が設けられている側が下側のまま走行する。
【００４０】
このとき、ロボットアーム１０は、ロボットアームの重心が安定するように車輪１８を回転させて走行する。このため、ロボットアーム１０は、２輪ではあるが、転倒することなく安定して走行することができる。
【００４１】
なお、図１及び図２の例では、ロボットアーム１０は、右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂの２つの車輪を備える構成であるが、３つ以上の車輪を備える構成であってもよい。
【００４２】
また、ロボットアーム１０の走行手段は、車輪に限定されない。例えば、ロボットアーム１０は走行用のキャタピラを備えてもよい。また、例えば、ロボットアーム１０は、脚部を備え、歩行可能な構成であってもよい。
【００４３】
ベース１２の上側に取り付けられたアーム１４は、上腕部１４ａと、前腕部１４ｂと、複数の関節部分（第１関節１４ｃ〜第５関節１４ｇ）とから構成される多関節のアームである。アーム１４が有する関節には、ベース１２とアーム１４とを連結する関節、アーム１４を構成する上腕部１４ａと、前腕部１４ｂとを連結する関節、及びアーム１４とハンド１６とを連結する関節が含まれる。
【００４４】
また、アーム１４の先端にはハンド１６が接続される。ロボットアーム１０は、前面に位置する対象物に対してアーム１４及びハンド１６を動かすことで作業を行う。
【００４５】
アーム１４の前腕部１４ｂの形状は、細長い６面体である。６面体の長手方向を上下方向とした場合、６面体を構成する４つの側面は、上底と下底の長さに対して高さが長い、略同一形状の台形である。６面体の長手方向を上下方向とした場合、６面体の上面と下面は、略長方形である。
【００４６】
アーム１４の材質は典型的には樹脂であるが、これに限定されない。例えば、アーム１４の材質は、軽量な金属であってもよい。なお、アーム１４及びハンド１６は、ベース１２へ収納可能である。アーム１４及びハンド１６の収納については後述する。
【００４７】
上腕部１４ａの一端は、第１関節１４ｃによりベース１２と接続される。つまり、第一関節は、ベース１２とアーム１４とを連結する関節である。したがって、アーム１４は、第１関節１４ｃにより折り曲げ可能である。
【００４８】
上腕部１４ａの他端は、第２関節１４ｄにより前腕部１４ｂの一端と接続される。つまり、アーム１４を構成する上腕部１４ａと前腕部１４ｂ連結する関節である。したがって、アーム１４は、第２関節１４ｄにより折り曲げ可能である。
【００４９】
なお、アーム１４の可動範囲（折り曲げ可能な範囲）は図１で示されるロボットアーム１０の前面方向に対しては広く、自在に折り曲げ可能である。一方、図２で示されるロボットアーム１０の後面方向に対するアーム１４の可動範囲は狭く、後面への折り曲げは制限される。
【００５０】
第３関節１４ｅ、第４関節１４ｆ、及び第５関節１４ｇはアーム１４とハンド１６とを連結する関節である。
【００５１】
前腕部１４ｂの他端には、第３関節１４ｅが接続される。第３関節１４ｅは、図１の矢印で示される方向に回転する。したがって、第３関節１４ｅに接続されるハンド１６は、回転可能であり、様々な方向から対象物を把持することができる。
【００５２】
以上述べたように、アーム１４が有する関節には、ベース１２とアーム１４とを連結する関節（第１関節１４ｃ）、及びアーム１４を構成する複数の腕部どうしを連結する関節（第２関節１４ｄ）、及び、アーム１４とハンド１６とを連結する関節（第３関節１４ｅ、第４関節１４ｆ、及び第５関節１４ｇ）が含まれる。
【００５３】
ハンド１６は、アーム１４に取り付けられ対象物を把持する部位である。ハンド１６は、長指部１６ａ及び短指部１６ｂで構成される。
【００５４】
ハンド１６には、第４関節１４ｆを介して長指部１６ａが接続され、第５関節１４ｇを介して短指部１６ｂが接続される。したがって、長指部１６ａは、第４関節１４ｆにより折り曲げ可能であり、短指部１６ｂアーム１４は、第５関節１４ｇにより折り曲げ可能である。
【００５５】
したがって、長指部１６ａ及び短指部１６ｂ（ハンド１６）により、ロボットアーム１０は、対象物を把持することができる。
【００５６】
なお、ハンド１６は、後述する静電付着部、電磁石、又はポンプなどを用いて対象物を付着してもよい。すなわち、ハンド１６は、対象物を把持できる構成であればよく、長指部１６ａ及び短指部１６ｂを備える構成に限定されない。
【００５７】
また、長指部１６ａは、関節（第６関節）を有し、当該関節部分で折り曲げ可能である。
【００５８】
上腕部１４ａは、上腕開口部１４ｈを備える。上腕開口部１４ｈは、アーム１４が折りたたまれてベース１２に収納される際に、前腕部１４ｂ、第３関節１４ｅ、第４関節１４ｆ、第５関節１４ｇ、及びハンド１６の収納スペースとして機能する。
【００５９】
なお、ロボットアーム１０は、アーム１４を複数備えてもよい。
【００６０】
ベース固定部２０は、ベース１２の下側（底面）に取り付けられる。ベース固定部２０の有する静電付着部は、ロボットアーム１０の外に置かれた構造物の面に静電付着することによってベース１２を固定する。構造物の面とは、例えば、フローリングの面や、後述する冷蔵庫の筐体面である。本実施の形態では、ロボットアーム１０の後面の下側に取り付けられるが、ベース固定部２０の位置はこれに限定されない。
【００６１】
ここで、ベース１２の固定とは、ロボットアーム１０の作業において、ベース１２に力が加わるような場合に、ベース１２の位置が安定して固定され、作業の妨げにならないことを意味する。例えば、ロボットアーム１０がアーム１４によって重量物を持ち上げ、ベース１２の重心から離れた位置に荷重がかかるような場合に、アーム１４によって重量物を持ち上げられるようにベースが安定して動かない（転倒しない）ことを意味する。また、静電付着とは、静電力を用いた２つの物体の機械的結合を意味し、静電吸着とほぼ同等の意味である。
【００６２】
ベース固定部２０には、例えば、特許文献２（特表２００９−５４０７８５号公報）に記載の静電付着装置が用いられる。特許文献２に記載の静電付着装置では、電圧印可をＯＮ／ＯＦＦするだけで静電付着によるベース１２の固定／解除を切り替えることが可能である。なお、特許文献２に記載の静電付着装置は、構造物への付着面積が１ｃｍ２で約１００ｇ、付着面積が１００ｃｍ２で約８ｋｇの荷重を支えることができる。
【００６３】
このように、ベース１２の固定に静電付着部を有するベース固定部２０を用いることで、ベース１２を静電力によって固定することが可能である。このようなベース固定部２０の構成では、ベース１２を固定する機構や、電磁石、ポンプ等を追加する必要がないため、ロボットアーム１０の小型化、軽量化が可能である。
【００６４】
また、ベース固定部２０は、当該ロボットアーム１０が建物内で使用される場合には、構造物の面である、建物の床面、建物の壁面、又は建物内に設置された物品の表面に静電付着する。
【００６５】
ベース固定部２０は、様々な構造物の材質に静電付着し、ロボットアーム１０を固定することができる。また、例えば、ベース固定部２０の構造物との付着面である静電付着部を、キャタピラ状にすることでベース固定部２０は、凹凸を有する面に対してもベース１２を固定することができる。すなわち、ベース固定部２０により、ロボットアーム１０は、場所に適したベース固定が可能である。
【００６６】
また、ベース固定部２０は、ベース１２から出没自在であり、ベース１２に収納可能である。したがって、ロボットアーム１０の走行中には、ベース固定部２０の静電付着部の高さは、車輪１８の接地面よりも高い。つまり、ベース固定部２０がロボットアーム１０の走行を妨げることはない。
【００６７】
次に、アーム固定部２３ｂ及びハンド固定部２３ｃについて図３を用いて詳細に説明する。
【００６８】
図３は、アーム固定部２３ｂ及びハンド固定部２３ｃを表す図である。
【００６９】
アーム固定部２３ｂ及びハンド固定部２３ｃは、関節によって連結される２つの部材どうしを静電付着させることで当該２つの部材の位置関係を固定する。
【００７０】
上腕部１４ａと前腕部１４ｂとを連結する第２関節１４ｄには、アーム固定部２３ｂとしてアーム用静電付着部２４ｂが設けられる。図３で示されるように、本実施の形態では、アーム用静電付着部２４ｂは、上腕部１４ａの前腕部１４ｂと接触する２つの面にそれぞれに設けられるが、アーム用静電付着部２４ｂは、前腕部１４ｂ側に設けられてもよい。
【００７１】
なお、アーム用静電付着部２４ｂは、上腕部１４ａと前腕部１４ｂとの両方に設けられる必要はない。アーム用静電付着部２４ｂは、関節によって連結される２つの部材のうち、いずれか一方に設けられればよい。
【００７２】
アーム用静電付着部２４ｂの形状は、円形のシート状である。
【００７３】
同様に、アーム固定部２３ｂとしてアーム用静電付着部２４ｃが、前腕部１４ｂとハンド１６とを連結する第３関節１４ｅにも設けられる。図３で示されるように、本実施の形態では、第３関節１４ｅに設けられるアーム用静電付着部２４ｃは、前腕部１４ｂのハンド１６と接する面に設けられるが、ハンド１６の側に設けられてもよい。
【００７４】
アーム用静電付着部２４ｃの形状は、円形のシート状である。
【００７５】
長指部１６ａは、中央部分に第６関節１５を有し、第６関節１５の長指部１６ａの先端の側には、ハンド固定部２３ｃとしてハンド用静電付着部２４ｆが設けられる。ハンド用静電付着部２４ｆは、第６関節１５のアーム１４の側に設けられてもよい。ハンド用静電付着部２４ｆは、長指部１６ａの先端側と、長指部１６ａのハンド側との両方に設けられる必要はない。ハンド用静電付着部２４ｆは、関節によって連結される２つの部材のうち、いずれか一方に設けられればよい。
【００７６】
なお、図示されないが、第１関節１４ｃには、アーム固定部２３ｂとしてアーム用静電付着部２４ａが設けられる。また、第４関節１４ｆには、ハンド固定部２３ｃとしてハンド用静電付着部２４ｄが設けられ、第５関節１４ｇには、ハンド固定部２３ｃとしてハンド用静電付着部２４ｅが設けられる。つまり、アーム１４及びハンド１６が有する関節のすべてが、アーム固定部２３ｂを有する。
【００７７】
なお、アーム用静電付着部２４ａ〜２４ｃ、及びハンド用静電付着部２４ｄ〜２４ｆはアーム１４及びハンド１６の固定が必要な場合のみ、部材に付着（密着）する構成である。したがって、アーム１４の駆動時に、アーム用静電付着部２４ａ〜２４ｃがアーム１４の駆動を妨げることはない。同様に、ハンド１６の駆動時に、ハンド用静電付着部２４ｄ〜２４ｆがアーム１４の駆動を妨げることはない。
【００７８】
次に、ベース１２内にアーム１４及びベース固定部２０を収納した状態のロボットアーム１０について説明する。
【００７９】
図４、図５、及び図６は、アーム１４を収納した状態のロボットアーム１０をそれぞれ側面、前面、後面から見た図である。
【００８０】
上腕部１４ａに設けられた上腕開口部１４ｈには、第２関節１４ｄにより前腕部１４ｂ及びハンド１６が収納される。このため、上腕開口部１４ｈの上下方向の長さは前腕部１４ｂ及びハンド１６の全長よりも長い。
【００８１】
上腕開口部１４ｈに前腕部１４ｂ及びハンド１６が収納された上腕部１４ａは、さらに、第１関節１４ｃによって、ベース１２に設けられた収納部１２ａへ収納される。
【００８２】
図５に示されるように、アーム１４を収納した状態でロボットアーム１０を前面から見た場合、アーム１４はベース１２と一体化するように折りたたまれて収納される。
【００８３】
ベース固定部２０は、折りたたみ可能なレバー２２を有し、レバー２２が折りたたまれることによって収納される。レバー２２及びベース固定部２０は、右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂの回転軸と干渉しないように構成される。
【００８４】
図６に示されるように、ベース固定部２０を収納した状態でロボットアーム１０を後面から見た場合、ベース固定部２０の付着面の高さは、車輪１８の接地面よりも高い。
【００８５】
以上のようにアーム１４及びベース固定部２０がベース１２に収納されることで、ロボットアーム１０は、さらに小型化される。
【００８６】
次に、ロボットアーム１０のシステム構成について説明する。
【００８７】
図７は、本開示の実施の形態に係るロボットアームのシステム構成を表すブロック図である。
【００８８】
ロボットアーム１０は、ベース１２の内部に制御部３０と、撮像部１２ｂと、測距部１２ｃと、通信Ｉ／Ｆ部３６と、機構部４０と、ベース固定部２０と、バランス測定部３７と、アーム固定部２３ｂと、ハンド固定部２３ｃとを備える。
【００８９】
制御部３０は、ＣＰＵ３０ａと、ＲＯＭ３０ｂと、ＲＡＭ３０ｃとからなるコンピュータシステムである。
【００９０】
ＣＰＵ３０ａは、例えば、ＲＯＭ３０ｂに格納された制御プログラムを実行するプロセッサである。
【００９１】
ＲＯＭ３０ｂは、制御プログラム等を保持する読み出し専用メモリである。
【００９２】
ＲＡＭ３０ｃは、ＣＰＵ３０ａが制御プログラムを実行するときに使用するワークエリアとして用いられる揮発性の記憶領域で、読み書き可能なメモリである。また、ＲＡＭ３０ｃは、撮像部１２ｂが撮影した画像データなどを一時的に保持する。
【００９３】
制御部３０は、通信Ｉ／Ｆ部３６が操作部３８から受信した指示（信号）をバス３９を介して受信し、受信した指示に基づいて撮像部１２ｂ、測距部１２ｃ、バランス測定部３７、機構部４０、ベース固定部２０、アーム固定部２３ｂ、及びハンド固定部２３ｃを制御する。
【００９４】
撮像部１２ｂは、制御部３０の制御に基づきロボットアーム１０が自走する走行面の画像を動画で撮影する。
【００９５】
測距部１２ｃは、制御部３０の制御に基づきロボットアーム１０の前面に位置する対象物と、ロボットアーム１０との距離を測定する。
【００９６】
通信Ｉ／Ｆ部３６は、操作部３８からの指示を受信し、指示をバス３９を介して制御部３０へ送信する。通信Ｉ／Ｆ部３６は、無線データ通信により操作部３８からの指示を受信する。無線データ通信は、例えば、無線ＬＡＮや赤外線などを用いた通信である。
【００９７】
バランス測定部３７は、ロボットアーム１０の重量バランスを測定する。バランス測定部３７は、例えば、ジャイロセンサや加速度センサ等である。
【００９８】
操作部３８は、ロボットアーム１０を遠隔操作可能な液晶ディスプレイ付の専用端末である。操作部３８の液晶ディスプレイは、タッチパネルを有し、ユーザーの操作部３８へのタッチ操作（指示）を検出する。また、操作部３８の液晶ディスプレイには、撮像部１２ｂが撮影する画像が表示可能である。
【００９９】
操作部３８は、例えば、無線データ通信によりユーザーが操作部３８へ入力した指示を通信Ｉ／Ｆ部３６へ送信する。
【０１００】
なお、操作部３８は、市販の携帯端末やタブレット端末であってもよい。つまり、ユーザーは、市販の携帯端末やタブレット端末によってロボットアーム１０を操作してもよい。
【０１０１】
また、操作部３８は、音声取得部（マイク）を備え、ロボットアーム１０は、ユーザーの音声に応じてロボットアーム１０が動作するような構成であってもよい。
【０１０２】
機構部４０は、第１関節１４ｃ〜第５関節１４ｇと、第６関節１５と、右車輪１８ａと、左車輪１８ｂと、レバー２２と、モータ４４ａ〜４４ｉと、駆動部４２ａ〜４２ｉとを備える。
【０１０３】
第１関節１４ｃ〜第５関節１４ｇ、右車輪１８ａ、左車輪１８ｂ、及びレバー２２にはそれぞれモータ４４ａ〜４４ｉと、モータを駆動する駆動部４２ａ〜４２ｉとが１対１で対応付けられている。例えば、第１関節１４ｃには、第１関節１４ｃを動かすモータ４４ａが接続され、モータ４４ａにはモータ４４ａを駆動する駆動部４２ａが設けられる。同様に、例えば、レバー２２には、レバー２２を動かすモータ４４ｈが接続され、モータ４４ｈにはモータ４４ｈを駆動する駆動部４２ｈが設けられる。
【０１０４】
駆動部４２ａ〜４２ｅのそれぞれは、制御部３０の制御に基づき、対応するモータ４４ａ〜４４ｅを駆動することで第１関節１４ｃ〜第５関節１４ｇを動かす。駆動部４２ｉは、制御部３０の制御に基づき、対応するモータ４４ｉを駆動することで第６関節１５を動かす。
【０１０５】
また、駆動部４２ｆ及び４２ｇは、制御部３０の制御に基づき、対応するモータ４４ｆ及び４４ｇを駆動することで左車輪１８ｂ及び右車輪１８ａを回転させる。このとき、制御部３０は、バランス測定部３７の出力に基づき、ロボットアーム１０が転倒しないように車輪１８の回転を制御する。具体的には、制御部３０は、バランス測定部３７が測定するロボットアーム１０の重量バランスの変化に基づき、右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂのそれぞれの回転速度、及び回転方向を制御することでロボットアーム１０の重量バランスを制御する。
【０１０６】
また、駆動部４２ｈは、制御部３０の制御に基づき、対応するモータ４４ｈを駆動することでレバー２２（ベース固定部２０）を動かす。つまり、制御部３０は、ベース固定部２０のベース１２への出し入れを制御する。
【０１０７】
ベース固定部２０は、静電付着部２４を有する。静電付着部２４は、制御部３０の制御に基づき、構造物の面に静電付着してベース１２を固定する。つまり、制御部３０は、ベース固定部２０による静電付着をＯＮ／ＯＦＦ（オンオフ）させる制御を行う。
【０１０８】
アーム固定部２３ｂは、アーム用静電付着部２４ａ、２４ｂ、及び２４ｃを有する。アーム用静電付着部２４ａ、２４ｂ、及び２４ｃは、制御部３０の制御に基づき、それぞれ第１関節１４ｃ、第２関節１４ｄ、及び第３関節１４ｅを静電付着により固定する。なお、制御部３０は、アーム用静電付着部２４ａ、２４ｂ、及び２４ｃそれぞれの静電付着を独立してＯＮ／ＯＦＦ（オンオフ）する制御が可能である。
【０１０９】
ハンド固定部２３ｃは、ハンド用静電付着部２４ｄ、２４ｅ、及び２４ｆを有する。ハンド用静電付着部２４ｄ、２４ｅ、及び２４ｆは、制御部３０の制御に基づき、それぞれ第４関節１４ｆ、第５関節１４ｇ、及び第６関節１５を静電付着により固定する。なお、制御部３０は、ハンド用静電付着部２４ｄ、２４ｅ、及び２４ｆそれぞれの静電付着を独立してＯＮ／ＯＦＦ（オンオフ）する制御が可能である。
【０１１０】
次に、ロボットアーム１０の動作について説明する。本実施の形態では、一例として家庭内でのロボットアーム１０の動作について説明する。
【０１１１】
図８は、ロボットアーム１０の動作のフローチャートである。
【０１１２】
図９は、ロボットアーム１０の動作を表す模式図である。
【０１１３】
まず、ロボットアーム１０はユーザーからの指示を取得する（図８のＳ１０）。具体的には、ユーザーが操作部３８に入力した指示を取得する。
【０１１４】
本開示のロボットアーム１０はユーザーからの抽象的な指示に従い、具体的な動作を行うことが可能である。ユーザーは、例えば、「ジュースが飲みたい」といった比較的あいまいな指示を操作部３８へ入力する。
【０１１５】
次に、ロボットアーム１０は、ユーザーの指示に応じて移動を開始する（図８のＳ１１）。具体的には、ロボットアーム１０は、壁５２に立て掛けられた状態から、制御部３０が車輪１８を制御することで移動する。なお、ロボットアーム１０は、移動中には撮像部１２ｂにて走行面を撮影し、走行面が平らであるかどうかを確認しながら自走する。また、ロボットアーム１０は、測距部１２ｃで前方への距離を測定し、前方に障害物があるか否かを確認しながら自走する。
【０１１６】
ロボットアーム１０は、制御部３０のＲＯＭ３０ｂに制御プログラムを保持する。制御プログラムでは、例えば、「○○が飲みたい」「××が食べたい」といった飲食に関連する指示と、「冷蔵庫の位置まで移動し、冷蔵庫の扉を開け、物を取り出し、ユーザーの元の場所へ移動する」、という動作とが対応付けられている。
【０１１７】
また、ロボットアーム１０は、制御部３０のＲＡＭ３０ｃに家庭内の家具及び家電の配置をマッピングした位置情報を保持している。
【０１１８】
したがって、上記の「ジュースが飲みたい」といった指示が与えられた場合、上記位置情報を参照し、上記プログラムに基づいて図９のように家庭内の冷蔵庫５０の場所まで移動する。
【０１１９】
次に、ロボットアーム１０は、冷蔵庫５０の前の床に静電付着部２４を付着させ、ベース１２を固定する（図８のＳ１２）。
【０１２０】
具体的には、まず、制御部３０は、撮像部１２ｂが撮影する冷蔵庫５０の画像によって、冷蔵庫５０の取っ手を認識する。取っ手の認識には既存の画像認識技術が用いられる。
【０１２１】
続いて、制御部３０は、測距部１２ｃにより、ロボットアーム１０と冷蔵庫５０の取っ手との距離を測定し、アーム１４の長さ等を考慮して冷蔵庫５０の取っ手を把持して扉５０ａを開けるのに最適な位置を求める。
【０１２２】
さらに続いて、制御部３０は、レバー２２を制御して、上記冷蔵庫５０の開閉に最適な位置でベース固定部２０を床面へ降ろす。制御部３０は、静電付着部２４を床に付着させベース１２を固定する。このとき、ロボットアーム１０は、床面に固定されているため、制御部３０は、移動と転倒防止のために回転させていた車輪１８の駆動部４２ｆおよび４２ｇを停止させる。これにより、ロボットアーム１０の消費電力を抑えることができる。
【０１２３】
次に、ロボットアーム１０は、アーム１４を取り出す（図８のＳ１３）。具体的には、制御部３０が、第１関節１４ｃ及び第２関節１４ｄを制御することでアーム１４を取り出す。
【０１２４】
次に、ロボットアーム１０は、ユーザーに指示された作業を行う（図８のＳ１４）。具体的には、まず制御部３０は、第１〜第５関節を制御して冷蔵庫５０の取っ手をハンド１６（長指部１６ａ及び短指部１６ｂ）によって把持し、扉５０ａを開ける。
【０１２５】
続いて、制御部３０は、冷蔵庫５０の中身を撮像部１２ｂが撮影する、ジュースの缶を認識する。このとき、ジュースの缶の形状、模様、色彩などをあらかじめ情報としてＲＡＭ３０ｃに保持し、画像認識技術を用いることでジュースの缶を認識する。
【０１２６】
なお、このとき、例えば、制御部３０は、ユーザーの操作部３８のディスプレイに撮像部１２ｂで撮影した冷蔵庫の中身を表示し、ユーザーに冷蔵庫から取り出す飲み物の指示を求めてもよい。
【０１２７】
制御部３０がジュースの缶を認識した後、ロボットアーム１０は、制御部３０によって第１関節１４ｃ〜第５関節１４ｇを制御してジュースの缶をハンド１６によって把持する。このとき、ロボットアーム１０が固定された位置からジュースの缶を把持することが困難な場合、制御部３０は、一度、静電付着部２４の付着を解除し、最適な位置へ移動し、再度、静電付着部２４を付着させてからジュースの缶を把持する制御を行う。
【０１２８】
制御部３０がハンド１６によってジュースの缶を把持した後、ロボットアーム１０は、ユーザーの元へ移動する。具体的には、まず、制御部３０は、静電付着部２４の付着を解除する。次に、制御部３０は、レバー２２を制御してベース固定部２０を収納する。続いて、ロボットアーム１０は、制御部３０が車輪１８を制御することで移動する。
【０１２９】
このときのユーザーの位置は、操作部３８の位置を上述の無線通信などを用いて検出される。なお、例えば、図８のＳ１０においてユーザーから指示を取得した際に、制御部３０は、ユーザーの位置を検出し、ユーザーの位置情報をＲＡＭ３０ｃに一時的に記録しておいてもよい。また、ユーザーが「家庭内のどの家具または家電の近くにいるか」を音声で伝えておくことで、制御部３０がＲＡＭ３０ｃに保持している家庭内の家具及び家電の配置をマッピングした位置情報を参照し、ユーザーの位置を取得してもよい。
【０１３０】
ロボットアーム１０がユーザーの元に移動する際には、アーム１４は、取り出されたままである。このとき、制御部３０がベース１２とアーム１４との重量のバランスをとって車輪１８を制御することが困難な場合がある。このような場合、制御部３０は、一旦、ベース固定部２０を制御してベース１２を固定した後、第１関節１４ｃ〜第５関節１４ｇを制御し、重量バランスを取りやすいようにアーム１４を縮める。
【０１３１】
ユーザーの元へ移動し、ユーザーにジュースを渡した後、ロボットアーム１０は、まずアーム１４を収納する（図８のＳ１５）。具体的には、制御部３０が、ベース固定部２０を制御してベース１２を固定した後、第１関節１４ｃ及び第２関節１４ｄを制御することでアーム１４を収納する。
【０１３２】
最後に、ロボットアーム１０は、移動して元の場所に戻る（図８のＳ１６）。具体的には、ロボットアーム１０は、制御部３０が、ベース固定部２０のベース１２の固定を解除した後、車輪１８を制御することで移動する。元の場所とは、図９のロボットアーム１０が壁５２に立て掛けられた状態を表す。このとき、ロボットアーム１０は、冷蔵庫を閉じてから元の位置へ戻ってもよい。
【０１３３】
なお、ロボットアーム１０は、上記移動中、撮像部１２ｂで得られた画像を解析することによって走行面が平らであるか否かを確認する。
【０１３４】
ロボットアーム１０は、撮像部１２ｂが撮影した画像により走行面が平らでないと認識した場合には、さらに、走行面に障害物が存在するか否かを判断する。
【０１３５】
ロボットアーム１０は、さらに、撮像部１２ｂが撮影した画像により障害物が存在すると判断したときには、アーム１４及びハンド１６を用いて障害物を除去する。
【０１３６】
次に、ロボットアーム１０のアーム１４の固定動作について説明する。
【０１３７】
図１０は、ロボットアーム１０のアーム固定動作を表す模式図である。
【０１３８】
図１０に示されるように、ロボットアーム１０は、ベース１２を床面に固定し、なおかつアーム１４の関節を固定することで、ユーザー５５が立ち上がるのを補助することができる。つまり、ロボットアーム１０は、いわば、ユーザー５５が床または椅子に座った姿勢やベッドに寝た姿勢などからの立ち上がるのをアシストするため、その時々の状況に適応して、高さや形状を自在に変えられる杖のような役割を果たす。
【０１３９】
図１０のような場合、まず、ロボットアーム１０はユーザー５５からのベース１２及びアーム１４の固定の指示を取得する。具体的には、ユーザー５５が操作部３８に入力した指示を取得する。
【０１４０】
次に、ロボットアーム１０は、ユーザー５５の元に近づいたのち、ベース１２を床面に固定する。具体的には、制御部３０は、レバー２２を制御して、ベース固定部２０を床面へ降ろす。続いて制御部３０は、静電付着部２４を床に付着させベース１２を固定する。このとき、ロボットアーム１０は床面に固定化されているため、移動と転倒防止のために回転させていた車輪１８の駆動部４２ｆおよび４２ｇを停止させて消費電力を抑えることができる。
【０１４１】
次に、ロボットアーム１０は、アーム１４を取り出す。具体的には、制御部３０が、第１関節１４ｃ及び第２関節１４ｄを制御することでアーム１４を取り出す。
【０１４２】
次に、ロボットアーム１０は、アーム１４を静電付着により固定する。具体的には、制御部３０は、アーム固定部２３ｂを制御し、第１関節１４ｃによって連結されるベース１２と、上腕部１４ａとをアーム用静電付着部２４ａによって固定する。このとき、駆動部４２ａからモータ４４ａへ電力は供給されない。つまり制御部３０は、モータ４４ａの制御をオフにする。
【０１４３】
また、制御部３０は、アーム固定部２３ｂを制御し、第２関節１４ｄによって連結される上腕部１４ａと、前腕部１４ｂとをアーム用静電付着部２４ｂによって固定する。このとき、駆動部４２ｂからモータ４４ｂへ電力は供給されない。つまり制御部３０は、モータ４４ｂの制御をオフにする。
【０１４４】
また、さらに、制御部３０は、アーム固定部２３ｂを制御し、第３関節１４ｅによって連結される上腕部１４ａと、ハンド１６とをアーム用静電付着部２４ｃによって固定する。このとき、駆動部４２ｃからモータ４４ｃへ電力は供給されない。つまり制御部３０は、モータ４４ｃの制御をオフにする。
【０１４５】
これにより、ロボットアーム１０は、ベース１２を床面に固定し、なおかつアーム１４の関節を固定するため、ユーザー５５が立ち上がるのを補助することができる。
【０１４６】
また、制御部３０は、アーム固定時にはモータ４４ａ〜４４ｃの制御をオフにしてアーム用静電付着部２４ａ〜２４ｃへ静電付着のための電圧を供給すればよい。これにより、低消費電力なロボットアーム１０が実現される。
【０１４７】
なお、ロボットアーム１０は、アーム１４の固定位置を、撮像部１２ｂを用いて決定することが可能である。
【０１４８】
以下、一例として、ロボットアーム１０がアーム１４を固定する高さを、撮像部１２ｂを用いて決定する例について説明する。
【０１４９】
この場合、ロボットアーム１０は、まず、撮像部１２ｂが撮影した画像からユーザー５５の位置を認識する。ユーザー５５の認識には、顔認識技術等に代表される画像認識技術が用いられる。このとき、例えば、ロボットアーム１０は、ユーザー５５がアーム１４をつかみやすい位置である、ユーザー５５の腰の高さを算出する。ロボットアーム１０は、ユーザーの腰の高さを上記画像認識技術により直接算出してもよいし、顔認識技術を用いて、顔（頭）の高さ（≒身長）を基準とした所定の高さを腰の高さとして算出してもよい。
【０１５０】
最後に、ロボットアーム１０は、算出したユーザー５５の腰の高さの位置においてアーム１４を固定する。
【０１５１】
また、例えば、ロボットアーム１０は、ユーザー５５までの距離を測距部１２ｃを用いて測定し、アーム１４を固定する位置を決定してもよい。
【０１５２】
また、例えば、ユーザーの音声に応じて、アーム１４の固定位置を決定してもよい。
【０１５３】
具体的には、例えば、ユーザーが発声する「胸」「腰」などの単語と、アーム１４を固定する高さとをあらかじめ制御プログラムにおいて対応付けておく。そして、ユーザー５５の音声をロボットアーム１０は、操作部３８またはロボットアーム１０に設けられた音声取得部（図７において図示せず）により取得し、音声認識技術によってユーザーが発声する単語に応じてアーム１４を固定する高さを決定する。
【０１５４】
さらに、ロボットアーム１０は、同様の技術を用いて、ユーザー５５が発声する「上」「下」などの音声に応じて、アーム１４の固定位置の調整をすることも可能である。
【０１５５】
このように、撮像部１２ｂ、測距部１２ｃ、または音声取得部を用いることにより、ロボットアーム１０は、ユーザー５５がアーム１４をつかみやすい位置にアーム１４を固定することができる。
【０１５６】
なお、図１０で示される場合に、ロボットアームは、さらにハンド１６を固定してもよい。
【０１５７】
具体的には、制御部３０は、ハンド固定部２３ｃを制御し、第４関節１４ｆによって連結されるハンド１６と、長指部１６ａとをハンド用静電付着部２４ｄによって固定してもよい。このとき、駆動部４２ｄからモータ４４ｄへ電力は供給されない。つまり制御部３０は、モータ４４ｄの制御をオフにする。
【０１５８】
また、制御部３０は、ハンド固定部２３ｃを制御し、第５関節１４ｇによって連結されるハンド１６と、短指部１６ｂとをハンド用静電付着部２４ｅによって固定してもよい。このとき、駆動部４２ｅからモータ４４ｅへ電力は供給されない。つまり制御部３０は、モータ４４ｅの制御をオフにする。
【０１５９】
また、制御部３０は、ハンド固定部２３ｃを制御し、第６関節１５によって連結される長指部１６ａの先端側と、長指部１６ａのハンド側とをハンド用静電付着部２４ｆによって固定してもよい。このとき、駆動部４２ｉからモータ４４ｉへ電力は供給されない。つまり制御部３０は、モータ４４ｉの制御をオフにする。
【０１６０】
これにより、制御部３０は、ハンド固定時にはモータ４４ｄ、４４ｅ、４４ｉの制御をオフにしてハンド用静電付着部２４ｄ〜２４ｆへ静電付着のための電圧を供給すればよい。これにより、低消費電力なロボットアーム１０が実現される。
【０１６１】
また、ロボットアーム１０は、アーム１４の関節を固定した状態で走行することでユーザー５５の歩行をアシストすることもできる。
【０１６２】
図１１は、ロボットアーム１０の歩行アシスト動作を表す模式図である。
【０１６３】
ユーザー５５の歩行をアシストする場合、ロボットアーム１０は、アーム１４の関節を固定した状態（図１０で示される状態）のまま、ベース１２の固定を解除する。具体的には、制御部３０は、静電付着部２４の静電付着を解除した後、レバー２２を制御して、ベース固定部２０を収納する。
【０１６４】
次に、ロボットアーム１０は、車輪１８を回転させてユーザー５５の歩行動作をアシスト（誘導）する。具体的には、バランス測定部３７は、関節が固定されたアーム１４へのユーザー５５の加重による重量バランスの変化を測定する。制御部３０は、バランス測定部３７が測定するロボットアーム１０の重量バランスの変化に基づき、右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂのそれぞれの回転速度、及び回転方向を制御することでロボットアーム１０の重量バランスを制御する。
【０１６５】
このように、制御部３０がユーザー５５のアーム１４への加重に応じて車輪１８を制御することで、ロボットアーム１０は、ユーザー５５の体重を支えると共に、ユーザー５５の歩行速度に合わせて自走することができる。
【０１６６】
なお、ロボットアーム１０は、歩行アシスト時に、撮像部１２ｂ、測距部１２ｃまたは音声取得部を用いて、ユーザー５５の指示に基づいて自走の速度や、アーム１４を固定する位置を調整してもよい。
【０１６７】
なお、本実施の形態では、アーム固定部２３ｂ及びハンド固定部２３ｃは、関節によって連結される２つの部材どうしを静電付着させることで当該２つの部材の位置関係を固定すると説明したが、関節そのものの動作を制限することで関節を固定してもよい。つまり、関節によって連結される２つの部材が静電付着されなくてもよい。
【０１６８】
例えば、関節によって連結される２つの部材どうしが直接静電付着されず、２つの部材の位置関係が静電付着によって間接的に固定されてもよい。
【０１６９】
図１２は、２つの部材の位置関係が静電付着によって間接的に固定される場合のアーム１４が有する関節の構造を表す図である。図１２は、例として第２関節１４ｄの構造を表す図である。
【０１７０】
サーボホーン２６は、上腕部１４ａに機構的に接続（固定）される円形状の部品である。またサーボホーン２６の有する開口部には、前腕部１４ｂが有する回転軸であって、図７で示されるモータ４４ｂにより回転する回転軸が機構的に接続される。
【０１７１】
これにより、制御部３０は、モータ４４ｂを駆動させることでアーム１４を第２関節１４ｄによって折り曲げる制御を行う。
【０１７２】
サーボホーン２６の面は、前腕部１４ｂの上腕部１４ａとの接続面に近接する。前腕部１４ｂの上腕部１４ａとの接続面には、アーム固定部２３ｂとしてアーム用静電付着部２５が設けられる。
【０１７３】
これにより、アーム固定部２３ｂは、制御部３０の制御に基づき、前腕部１４ｂとサーボホーン２６をアーム用静電付着部２５により固定することができる。したがって、前腕部１４ｂと上腕部１４ａとが静電付着によりにより間接的に固定される。つまり、アーム固定部２３ｂは、関節によって連結される２つの部材（前腕部１４ｂ及び上腕部１４ａ）の位置関係を静電付着によって固定する。
【０１７４】
このように、関節によって連結される２つの部材の位置関係が静電付着によって間接的に固定される場合も本開示に含まれる。
【０１７５】
なお、上記は、第２関節１４ｄが間接的に固定される例について説明したが、アーム１４が有する他の関節についても同様である。
【０１７６】
また、ハンド１６が有する関節についても、もちろん間接的に固定することが可能である。つまり、ハンド固定部２３ｃは、関節によって連結される２つの部材の位置関係を静電付着によって固定する。
【０１７７】
なお、本実施の形態では、ベース１２とアーム１４とを別の部材として説明したが、ベース１２及びアーム１４を合わせて１つのアームと考えることもできる。この場合、ベース１２は、１つのアームを構成する１つの腕部であり、ベース固定部２０は、アーム１４が有する関節に設けられるアーム固定部２３ｂである。
【０１７８】
また、本実施の形態では、ベース固定部２０は可動であり、ベース１２の固定が必要な場合にのみ、静電付着部２４が走行面に付着可能な構成である。しかしながら、ベース固定部２０の制御方法はこれに限定されない。例えば、ベース固定部２０ではなく、車輪１８を上下方向にスライドさせてベース固定部２０と走行面との距離を制御してもよい。
【０１７９】
図１３及び図１４は、車輪１８の上下動作によるベース固定部２０の制御を表す図である。
【０１８０】
図１３は、ロボットアーム１０を右側面から見た図であり、図１４は、ロボットアーム１０を前面及び後面から見た図である。
【０１８１】
図１３及び図１４で示されるような場合、ベース固定部２０は、ベース１２の底面に静電付着部２４が走行面を向くように固定して配置される。一方、車輪１８は、ベース１２の上下方向にスライド可能である。
【０１８２】
図１４の右の図で示されるように、車輪１８がベース１２の上下方向における下端にスライドされた状態では、ベース固定部２０は、走行面から離間される。つまり、この状態では、ロボットアーム１０は車輪１８を回転させて走行することができる。
【０１８３】
車輪１８が上下方向における上端にスライドされた状態では、ベース固定部２０は走行面に接触する。つまり、この状態では、静電付着部２４は、走行面に静電付着し、ベース１２を固定することができる。
【０１８４】
なお、本実施の形態では、ベース固定部２０は、ベース１２の走行面に近い部分である底部に設けられているが、ベース固定部２０の位置は、これに限定されない。例えば、ベース固定部２０は、ベース１２の側面（車輪１８が取り付けられている面）に設けられてもよい。また、ロボットアーム１０がベース固定部２０を複数備えてもよい。
【０１８５】
図１５は、ベース固定部２０に加えてベース固定部２１をベース１２の側面に備えるロボットアームの例を表す図である。
【０１８６】
図１５のように、ベース１２の底面に設けられたベース固定部２０の静電付着部２４を走行面に静電付着させ、側面に設けられたベース固定部２０の静電付着部を壁面に静電付着させることで、ベース１２は、更に強力に固定される。ここで、側面とは、ベース１２の面のうち、走行面と平行でない面をいう。本実施の形態ではベース１２の車輪１８が設けられる面、撮像部１２ｂ及び測距部１２ｃが実装される面、ベース固定部２０が設けられる面である。
【０１８７】
また、建物内に設置された物品、例えば、冷蔵庫のように自身の重量が大きい場合（通常、容量５００リッターの冷蔵庫の重量は約８０ｋｇ以上）は、該物品自体が床面に固定されているとみなして、開けようとする冷蔵庫の扉以外の面に対して静電付着によりベース１２を固定し、扉の開閉を行うこともできる。
【０１８８】
以上、本開示の一態様に係るロボットアーム１０について実施の形態に基づいて説明した。本開示によれば、小さい消費電力で関節の固定が可能なアームを有し、かつユーザーの立ち座りをアシスト可能なロボットアームが実現される。
【０１８９】
なお、上記の実施の形態では、車輪１８を備えるロボットアーム１０について説明したが、ロボットアームは車輪１８の代わりに脚部を備えてもよい。
【０１９０】
図１６は、脚部を備えるロボットアームの外観図である。
【０１９１】
図１６の（ａ）に示されるように、ロボットアーム６０は、４つの脚部２８ａ〜２８ｄを備え、走行面を自走（歩行）する。
【０１９２】
また、図１６の（ｂ）に示されるように、ロボットアーム６０は、４つの脚部２８ａ〜２８ｄをベース１２の内側に折りたたんで収納することができる。これにより、ロボットアーム６０は、ベース固定部２０の静電付着部を走行面に静電付着させることができる。なお、ベース固定部２０は、脚部２８ａ〜２８ｄの走行面との接触面（いわゆる足の裏部分）に設けられてもよい。
【０１９３】
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
【０１９４】
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【０１９５】
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１９６】
本開示のロボットアームは、小さい消費電力で関節の固定が可能なアームを有し、例えば、家庭内での使用を目的とした介助、介護アシスト用サービスロボットなどとして有用である。
【符号の説明】
【０１９７】
１０、６０  ロボットアーム
１２  ベース
１２ａ  収納部
１２ｂ  撮像部
１２ｃ  測距部
１４  アーム
１４ａ  上腕部
１４ｂ  前腕部
１４ｃ  第１関節
１４ｄ  第２関節
１４ｅ  第３関節
１４ｆ  第４関節
１４ｇ  第５関節
１４ｈ  上腕開口部
１５  第６関節
１６  ハンド
１６ａ  長指部
１６ｂ  短指部
１８  車輪
１８ａ  右車輪
１８ｂ  左車輪
２０  ベース固定部
２１  ベース固定部
２２  レバー
２３ｂ  アーム固定部
２３ｃ  ハンド固定部
２４  静電付着部
２４ａ〜２４ｃ、２５  アーム用静電付着部
２４ｄ〜２４ｆ  ハンド用静電付着部
２６  サーボホーン
２８ａ〜２８ｄ  脚部
３０  制御部
３０ａ  ＣＰＵ
３０ｂ  ＲＯＭ
３０ｃ  ＲＡＭ
３６  通信Ｉ／Ｆ部
３７  バランス測定部
３８  操作部
３９  バス
４０  機構部
４２ａ〜４２ｉ  駆動部
４４ａ〜４４ｉ  モータ
５０  冷蔵庫
５０ａ  扉
５２  壁
５５  ユーザー
【図１】
2013099104.tif 000003
【図２】
2013099104.tif 000004
【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】
2013099104.tif 000011
【図１０】
2013099104.tif 000012
【図１１】
2013099104.tif 000013
【図１２】
2013099104.tif 000014
【図１３】
2013099104.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年4月3日(2013.4.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、家庭用サービスに用いられるロボットアームに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ロボットの開発が盛んに行われている。例えば、人間が立ち入ることができないような危険地域における作業用のロボットや、高齢者の介助、及び介護アシスト用のロボットなどは、非常に注目を浴びている。
【０００３】
近年の家屋ではバリアフリーの観点から屋内に手すりや移乗装置が設置されることがある。このような移乗装置は、ユーザーのトイレや浴室や寝室などでの立ち座りや移乗を補助できるが、その形状や取付位置を容易に変更できないため、ユーザーの行動が制限されがちである。このため、これまでに、高齢者が自立した生活をおくるために高齢者の立ち座りや移乗をアシストするロボットや装置が提案されている。
【０００４】
上記のようなロボットとして、対象物を移動させる、または対象物を持ち上げるような多関節のアームを有するロボットが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１に開示されているような多関節のアームを有するロボットでは、アームにより対象物を持ち上げた状態でこの状態を保持するような場合、関節が動かないように固定する制御を行う。このとき、関節を固定するために、関節を駆動するモータに、モータを停止した状態で保持するための電圧を与える制御を行うことが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２７６０６３号公報
【特許文献２】特表２００９−５４０７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、モータの制御における消費電力は大きく、アームを有するロボットにおいて、アームが有する各関節をモータの制御により固定する方法は、消費電力が大きいことが課題である。
【０００８】
そこで本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであり、小さい消費電力で関節の固定が可能なアームを有し、かつユーザーの立ち座りをアシスト可能なロボットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本開示の一態様に係るロボットアームは、一または複数の関節を有するアームと、前記関節の少なくとも一つに設けられ、当該関節によって連結される２つの部材の位置関係を静電付着によって固定するアーム固定部と、前記アーム固定部による静電付着をオンオフさせる制御を行う制御部とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本開示の一態様に係るロボットアームの前記アーム固定部は、前記アームが有する関節によって連結される２つの部材どうしを静電付着させることで当該２つの部材の位置関係を固定することを特徴とする。
【００１１】
このように、アームが有する関節の固定に静電付着を用いることで、消費電力の小さいロボットアームが実現される。
【００１２】
また、本開示の一態様に係るロボットアームは、前記アームが有する関節のすべてが、前記アーム固定部を有することを特徴とする。
【００１３】
このように、アームが有する関節の全てを静電付着によって固定することで、ロボットアームをさらに低消費電力化することができる。
【００１４】
また、本開示の一態様に係るロボットアームは、さらに、前記アームと前記アームが有する関節によって連結される、一または複数の関節を有する対象物を把持するためのハンドと、前記ハンドが有する関節の少なくとも一つに設けられ、当該関節によって連結される２つの部材の位置関係を静電付着によって固定するハンド固定部とを有し、前記制御部はさらに、前記ハンド固定部による静電付着をオンオフさせる制御を行うことを特徴とする。
【００１５】
また、本開示の一態様に係るロボットアームの前記ハンド固定部は、前記ハンドが有する関節によって連結される２つの部材どうしを静電付着させることで当該２つの部材の位置関係を固定することを特徴とする。
【００１６】
このように、ハンドが有する関節の固定にも静電付着を用いることで、さらに消費電力の小さいロボットアームが実現される。
【００１７】
また、本開示の一態様に係るロボットアームは、さらに、前記アームと前記アームが有する関節によって連結されるベースを有することを特徴とする。
【００１８】
また、本開示の一態様に係るロボットアームは、さらに、前記ベースに取り付けられ、当該ロボットアームの外に置かれた構造物の面に静電付着することによって前記ベースを固定するベース固定部を有し、前記制御部はさらに、前記ベース固定部による静電付着をオンオフさせる制御を行うことを特徴とする。
【００１９】
また、本開示の一態様に係るロボットアームの前記ベースは、前記アームを収納する収納部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本開示によれば、小さい消費電力で関節の固定が可能なアームを有するロボットアームが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、実施の形態に係るロボットアームを前面から見た図である。
【図２】図２は、実施の形態に係るロボットアームを後面から見た図である。
【図３】図３は、アーム固定部及びハンド固定部を表す図である。
【図４】図４は、アームを収納した状態のロボットアームを側面から見た図である。
【図５】図５は、アームを収納した状態のロボットアームを前面から見た図である。
【図６】図６は、アームを収納した状態のロボットアームを後面から見た図である。
【図７】図７は、実施の形態に係るロボットアームのシステム構成を表すブロック図である。
【図８】図８は、実施の形態に係るロボットアームの動作のフローチャートである。
【図９】図９は、実施の形態に係るロボットアームの動作を表す模式図である。
【図１０】図１０は、ロボットアームのアーム固定動作を表す模式図である。
【図１１】図１１は、ロボットアームの歩行アシスト動作を表す模式図である。
【図１２】図１２は、アームが有する関節が間接的に固定される場合の関節の構造を表す図である。
【図１３】図１３は、車輪の上下動作によるベース固定部の制御を表す図である。
【図１４】図１４は、車輪の上下動作によるベース固定部の制御を表す別の図である。
【図１５】図１５は、ベース固定部をベース側面に備えるロボットアームの例を表す図である。
【図１６】図１６は、脚部を備えるロボットアームの外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本開示の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００２４】
まず、実施の形態に係るロボットアームについて図１及び図２を用いて説明する。
【００２５】
図１は、実施の形態に係るロボットアーム１０を前面から見た図である。
【００２６】
図２は、実施の形態に係るロボットアーム１０を後面から見た図である。
【００２７】
図３は、アーム固定部、及びハンド固定部を表す図である。
【００２８】
図１及び図２に示すように、ロボットアーム１０は、走行面を自走するベース１２と、アーム１４と、対象物を把持するハンド１６と、ベース固定部２０とを備える。
【００２９】
なお、自走とは、ロボットアーム１０が、ロボットアーム１０以外の物体から補助されることなく移動することを意味する。自走には、有線又は無線によるユーザーの操作により、ロボットアーム１０が移動することが含まれる。
【００３０】
また、図３に示されるように、アーム１４の関節にはアーム固定部２３ｂが設けられ、ハンド１６の関節にはハンド固定部２３ｃが設けられている。
【００３１】
本実施の形態に係るロボットアーム１０は、主に家庭内（建物内）での使用を目的とした家庭用サービスロボットであり、前方に位置する対象物に対して作業を行う自走式のロボットである。なお、ロボットアーム１０は、ユーザーのリモコン操作により動作する。
【００３２】
走行面を自走するベース１２は、ロボットアーム１０の胴体部分であり、家電や家具の隙間に収納可能なように、軽量、小型に設計されている。
【００３３】
ベース１２の形状は、各面が台形もしくは長方形の６面体（略直方体）である。各面は平面であるが上側の面（アーム１４が接続される側の面）のみ曲面である。ベース１２の形状は、市販の家庭用掃除機に類似する。
【００３４】
ベース１２の材質は、典型的には樹脂であるが、これに限定されない。例えば、軽量な金属であってもよい。また、後述するようにベース１２内には、アーム１４を折りたたんで収納することが可能であり、ベース１２内にはアーム１４及びハンド１６を収納するための収納部１２ａが設けられている。収納部１２ａには、上腕開口部１４ｈに前腕部１４ｂ及びハンド１６が折りたたまれて収納される。
【００３５】
ベース１２は、前面に撮像部１２ｂと、測距部１２ｃとを備える。
【００３６】
撮像部１２ｂは、ロボットアーム１０が自走する走行面を動画で撮影する。撮像部１２ｂは、例えば、ＣＭＯＳカメラである。また、撮像部１２ｂは、撮影方向を変更することができる。したがって、撮像部１２ｂは、ロボットアーム１０の前方の画像も撮影することが可能である。なお、撮像部１２ｂは、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いたものでもよい。また、撮像部１２ｂは、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などの発光装置を備えることで、ロボットアーム１０の周囲が暗い場合も鮮明な画像を撮影できる。
【００３７】
測距部１２ｃは、ロボットアーム１０と、ロボットアーム１０の前方に位置する対象物との距離を測定する。測距部１２ｃは、例えば、超音波センサである。なお、測距部１２ｃは赤外線レーザーを用いた変位センサ等であってもよい。また、ロボットアームが屋外での使用を主目的とするような場合には、測距部１２ｃは、さらに、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を備えるような構成であってもよい。
【００３８】
また、ベース１２の下側には車輪１８（右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂ）が設けられている。右車輪１８ａは、ベース１２の右側面の下側に配置され、左車輪１８ｂは、ベース１２の左側面の下側に配置される。右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂは同一径の円形状であり、右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂの接地面には滑り止めのスリットが設けられている。右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂの材質は、典型的には樹脂であるが、これに限定されない。
【００３９】
ロボットアーム１０は、ベース１２に内蔵される駆動部が車輪１８を回転させることにより走行する。走行時は、ロボットアーム１０は、図１に示されるようにベース１２の第１関節が設けられている側が上側、ベース１２の車輪１８が設けられている側が下側のまま走行する。
【００４０】
このとき、ロボットアーム１０は、ロボットアームの重心が安定するように車輪１８を回転させて走行する。このため、ロボットアーム１０は、２輪ではあるが、転倒することなく安定して走行することができる。
【００４１】
なお、図１及び図２の例では、ロボットアーム１０は、右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂの２つの車輪を備える構成であるが、３つ以上の車輪を備える構成であってもよい。
【００４２】
また、ロボットアーム１０の走行手段は、車輪に限定されない。例えば、ロボットアーム１０は走行用のキャタピラを備えてもよい。また、例えば、ロボットアーム１０は、脚部を備え、歩行可能な構成であってもよい。
【００４３】
ベース１２の上側に取り付けられたアーム１４は、上腕部１４ａと、前腕部１４ｂと、複数の関節部分（第１関節１４ｃ〜第５関節１４ｇ）とから構成される多関節のアームである。アーム１４が有する関節には、ベース１２とアーム１４とを連結する関節、アーム１４を構成する上腕部１４ａと、前腕部１４ｂとを連結する関節、及びアーム１４とハンド１６とを連結する関節が含まれる。
【００４４】
また、アーム１４の先端にはハンド１６が接続される。ロボットアーム１０は、前面に位置する対象物に対してアーム１４及びハンド１６を動かすことで作業を行う。
【００４５】
アーム１４の前腕部１４ｂの形状は、細長い６面体である。６面体の長手方向を上下方向とした場合、６面体を構成する４つの側面は、上底と下底の長さに対して高さが長い、略同一形状の台形である。６面体の長手方向を上下方向とした場合、６面体の上面と下面は、略長方形である。
【００４６】
アーム１４の材質は典型的には樹脂であるが、これに限定されない。例えば、アーム１４の材質は、軽量な金属であってもよい。なお、アーム１４及びハンド１６は、ベース１２へ収納可能である。アーム１４及びハンド１６の収納については後述する。
【００４７】
上腕部１４ａの一端は、第１関節１４ｃによりベース１２と接続される。つまり、第一関節は、ベース１２とアーム１４とを連結する関節である。したがって、アーム１４は、第１関節１４ｃにより折り曲げ可能である。
【００４８】
上腕部１４ａの他端は、第２関節１４ｄにより前腕部１４ｂの一端と接続される。つまり、アーム１４を構成する上腕部１４ａと前腕部１４ｂ連結する関節である。したがって、アーム１４は、第２関節１４ｄにより折り曲げ可能である。
【００４９】
なお、アーム１４の可動範囲（折り曲げ可能な範囲）は図１で示されるロボットアーム１０の前面方向に対しては広く、自在に折り曲げ可能である。一方、図２で示されるロボットアーム１０の後面方向に対するアーム１４の可動範囲は狭く、後面への折り曲げは制限される。
【００５０】
第３関節１４ｅ、第４関節１４ｆ、及び第５関節１４ｇはアーム１４とハンド１６とを連結する関節である。
【００５１】
前腕部１４ｂの他端には、第３関節１４ｅが接続される。第３関節１４ｅは、図１の矢印で示される方向に回転する。したがって、第３関節１４ｅに接続されるハンド１６は、回転可能であり、様々な方向から対象物を把持することができる。
【００５２】
以上述べたように、アーム１４が有する関節には、ベース１２とアーム１４とを連結する関節（第１関節１４ｃ）、及びアーム１４を構成する複数の腕部どうしを連結する関節（第２関節１４ｄ）、及び、アーム１４とハンド１６とを連結する関節（第３関節１４ｅ、第４関節１４ｆ、及び第５関節１４ｇ）が含まれる。
【００５３】
ハンド１６は、アーム１４に取り付けられ対象物を把持する部位である。ハンド１６は、長指部１６ａ及び短指部１６ｂで構成される。
【００５４】
ハンド１６には、第４関節１４ｆを介して長指部１６ａが接続され、第５関節１４ｇを介して短指部１６ｂが接続される。したがって、長指部１６ａは、第４関節１４ｆにより折り曲げ可能であり、短指部１６ｂアーム１４は、第５関節１４ｇにより折り曲げ可能である。
【００５５】
したがって、長指部１６ａ及び短指部１６ｂ（ハンド１６）により、ロボットアーム１０は、対象物を把持することができる。
【００５６】
なお、ハンド１６は、後述する静電付着部、電磁石、又はポンプなどを用いて対象物を付着してもよい。すなわち、ハンド１６は、対象物を把持できる構成であればよく、長指部１６ａ及び短指部１６ｂを備える構成に限定されない。
【００５７】
また、長指部１６ａは、関節（第６関節）を有し、当該関節部分で折り曲げ可能である。
【００５８】
上腕部１４ａは、上腕開口部１４ｈを備える。上腕開口部１４ｈは、アーム１４が折りたたまれてベース１２に収納される際に、前腕部１４ｂ、第３関節１４ｅ、第４関節１４ｆ、第５関節１４ｇ、及びハンド１６の収納スペースとして機能する。
【００５９】
なお、ロボットアーム１０は、アーム１４を複数備えてもよい。
【００６０】
ベース固定部２０は、ベース１２の下側（底面）に取り付けられる。ベース固定部２０の有する静電付着部は、ロボットアーム１０の外に置かれた構造物の面に静電付着することによってベース１２を固定する。構造物の面とは、例えば、フローリングの面や、後述する冷蔵庫の筐体面である。本実施の形態では、ロボットアーム１０の後面の下側に取り付けられるが、ベース固定部２０の位置はこれに限定されない。
【００６１】
ここで、ベース１２の固定とは、ロボットアーム１０の作業において、ベース１２に力が加わるような場合に、ベース１２の位置が安定して固定され、作業の妨げにならないことを意味する。例えば、ロボットアーム１０がアーム１４によって重量物を持ち上げ、ベース１２の重心から離れた位置に荷重がかかるような場合に、アーム１４によって重量物を持ち上げられるようにベースが安定して動かない（転倒しない）ことを意味する。また、静電付着とは、静電力を用いた２つの物体の機械的結合を意味し、静電吸着とほぼ同等の意味である。
【００６２】
ベース固定部２０には、例えば、特許文献２（特表２００９−５４０７８５号公報）に記載の静電付着装置が用いられる。特許文献２に記載の静電付着装置では、電圧印可をＯＮ／ＯＦＦするだけで静電付着によるベース１２の固定／解除を切り替えることが可能である。なお、特許文献２に記載の静電付着装置は、構造物への付着面積が１ｃｍ２で約１００ｇ、付着面積が１００ｃｍ２で約８ｋｇの荷重を支えることができる。
【００６３】
このように、ベース１２の固定に静電付着部を有するベース固定部２０を用いることで、ベース１２を静電力によって固定することが可能である。このようなベース固定部２０の構成では、ベース１２を固定する機構や、電磁石、ポンプ等を追加する必要がないため、ロボットアーム１０の小型化、軽量化が可能である。
【００６４】
また、ベース固定部２０は、当該ロボットアーム１０が建物内で使用される場合には、構造物の面である、建物の床面、建物の壁面、又は建物内に設置された物品の表面に静電付着する。
【００６５】
ベース固定部２０は、様々な構造物の材質に静電付着し、ロボットアーム１０を固定することができる。また、例えば、ベース固定部２０の構造物との付着面である静電付着部を、キャタピラ状にすることでベース固定部２０は、凹凸を有する面に対してもベース１２を固定することができる。すなわち、ベース固定部２０により、ロボットアーム１０は、場所に適したベース固定が可能である。
【００６６】
また、ベース固定部２０は、ベース１２から出没自在であり、ベース１２に収納可能である。したがって、ロボットアーム１０の走行中には、ベース固定部２０の静電付着部の高さは、車輪１８の接地面よりも高い。つまり、ベース固定部２０がロボットアーム１０の走行を妨げることはない。
【００６７】
次に、アーム固定部２３ｂ及びハンド固定部２３ｃについて図３を用いて詳細に説明する。
【００６８】
図３は、アーム固定部２３ｂ及びハンド固定部２３ｃを表す図である。
【００６９】
アーム固定部２３ｂ及びハンド固定部２３ｃは、関節によって連結される２つの部材どうしを静電付着させることで当該２つの部材の位置関係を固定する。
【００７０】
上腕部１４ａと前腕部１４ｂとを連結する第２関節１４ｄには、アーム固定部２３ｂとしてアーム用静電付着部２４ｂが設けられる。図３で示されるように、本実施の形態では、アーム用静電付着部２４ｂは、上腕部１４ａの前腕部１４ｂと接触する２つの面にそれぞれに設けられるが、アーム用静電付着部２４ｂは、前腕部１４ｂ側に設けられてもよい。
【００７１】
なお、アーム用静電付着部２４ｂは、上腕部１４ａと前腕部１４ｂとの両方に設けられる必要はない。アーム用静電付着部２４ｂは、関節によって連結される２つの部材のうち、いずれか一方に設けられればよい。
【００７２】
アーム用静電付着部２４ｂの形状は、円形のシート状である。
【００７３】
同様に、アーム固定部２３ｂとしてアーム用静電付着部２４ｃが、前腕部１４ｂとハンド１６とを連結する第３関節１４ｅにも設けられる。図３で示されるように、本実施の形態では、第３関節１４ｅに設けられるアーム用静電付着部２４ｃは、前腕部１４ｂのハンド１６と接する面に設けられるが、ハンド１６の側に設けられてもよい。
【００７４】
アーム用静電付着部２４ｃの形状は、円形のシート状である。
【００７５】
長指部１６ａは、中央部分に第６関節１５を有し、第６関節１５の長指部１６ａの先端の側には、ハンド固定部２３ｃとしてハンド用静電付着部２４ｆが設けられる。ハンド用静電付着部２４ｆは、第６関節１５のアーム１４の側に設けられてもよい。ハンド用静電付着部２４ｆは、長指部１６ａの先端側と、長指部１６ａのハンド側との両方に設けられる必要はない。ハンド用静電付着部２４ｆは、関節によって連結される２つの部材のうち、いずれか一方に設けられればよい。
【００７６】
なお、図示されないが、第１関節１４ｃには、アーム固定部２３ｂとしてアーム用静電付着部２４ａが設けられる。また、第４関節１４ｆには、ハンド固定部２３ｃとしてハンド用静電付着部２４ｄが設けられ、第５関節１４ｇには、ハンド固定部２３ｃとしてハンド用静電付着部２４ｅが設けられる。つまり、アーム１４及びハンド１６が有する関節のすべてが、アーム固定部２３ｂを有する。
【００７７】
なお、アーム用静電付着部２４ａ〜２４ｃ、及びハンド用静電付着部２４ｄ〜２４ｆはアーム１４及びハンド１６の固定が必要な場合のみ、部材に付着（密着）する構成である。したがって、アーム１４の駆動時に、アーム用静電付着部２４ａ〜２４ｃがアーム１４の駆動を妨げることはない。同様に、ハンド１６の駆動時に、ハンド用静電付着部２４ｄ〜２４ｆがアーム１４の駆動を妨げることはない。
【００７８】
次に、ベース１２内にアーム１４及びベース固定部２０を収納した状態のロボットアーム１０について説明する。
【００７９】
図４、図５、及び図６は、アーム１４を収納した状態のロボットアーム１０をそれぞれ側面、前面、後面から見た図である。
【００８０】
上腕部１４ａに設けられた上腕開口部１４ｈには、第２関節１４ｄにより前腕部１４ｂ及びハンド１６が収納される。このため、上腕開口部１４ｈの上下方向の長さは前腕部１４ｂ及びハンド１６の全長よりも長い。
【００８１】
上腕開口部１４ｈに前腕部１４ｂ及びハンド１６が収納された上腕部１４ａは、さらに、第１関節１４ｃによって、ベース１２に設けられた収納部１２ａへ収納される。
【００８２】
図５に示されるように、アーム１４を収納した状態でロボットアーム１０を前面から見た場合、アーム１４はベース１２と一体化するように折りたたまれて収納される。
【００８３】
ベース固定部２０は、折りたたみ可能なレバー２２を有し、レバー２２が折りたたまれることによって収納される。レバー２２及びベース固定部２０は、右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂの回転軸と干渉しないように構成される。
【００８４】
図６に示されるように、ベース固定部２０を収納した状態でロボットアーム１０を後面から見た場合、ベース固定部２０の付着面の高さは、車輪１８の接地面よりも高い。
【００８５】
以上のようにアーム１４及びベース固定部２０がベース１２に収納されることで、ロボットアーム１０は、さらに小型化される。
【００８６】
次に、ロボットアーム１０のシステム構成について説明する。
【００８７】
図７は、本開示の実施の形態に係るロボットアームのシステム構成を表すブロック図である。
【００８８】
ロボットアーム１０は、ベース１２の内部に制御部３０と、撮像部１２ｂと、測距部１２ｃと、通信Ｉ／Ｆ部３６と、機構部４０と、ベース固定部２０と、バランス測定部３７と、アーム固定部２３ｂと、ハンド固定部２３ｃとを備える。
【００８９】
制御部３０は、ＣＰＵ３０ａと、ＲＯＭ３０ｂと、ＲＡＭ３０ｃとからなるコンピュータシステムである。
【００９０】
ＣＰＵ３０ａは、例えば、ＲＯＭ３０ｂに格納された制御プログラムを実行するプロセッサである。
【００９１】
ＲＯＭ３０ｂは、制御プログラム等を保持する読み出し専用メモリである。
【００９２】
ＲＡＭ３０ｃは、ＣＰＵ３０ａが制御プログラムを実行するときに使用するワークエリアとして用いられる揮発性の記憶領域で、読み書き可能なメモリである。また、ＲＡＭ３０ｃは、撮像部１２ｂが撮影した画像データなどを一時的に保持する。
【００９３】
制御部３０は、通信Ｉ／Ｆ部３６が操作部３８から受信した指示（信号）をバス３９を介して受信し、受信した指示に基づいて撮像部１２ｂ、測距部１２ｃ、バランス測定部３７、機構部４０、ベース固定部２０、アーム固定部２３ｂ、及びハンド固定部２３ｃを制御する。
【００９４】
撮像部１２ｂは、制御部３０の制御に基づきロボットアーム１０が自走する走行面の画像を動画で撮影する。
【００９５】
測距部１２ｃは、制御部３０の制御に基づきロボットアーム１０の前面に位置する対象物と、ロボットアーム１０との距離を測定する。
【００９６】
通信Ｉ／Ｆ部３６は、操作部３８からの指示を受信し、指示をバス３９を介して制御部３０へ送信する。通信Ｉ／Ｆ部３６は、無線データ通信により操作部３８からの指示を受信する。無線データ通信は、例えば、無線ＬＡＮや赤外線などを用いた通信である。
【００９７】
バランス測定部３７は、ロボットアーム１０の重量バランスを測定する。バランス測定部３７は、例えば、ジャイロセンサや加速度センサ等である。
【００９８】
操作部３８は、ロボットアーム１０を遠隔操作可能な液晶ディスプレイ付の専用端末である。操作部３８の液晶ディスプレイは、タッチパネルを有し、ユーザーの操作部３８へのタッチ操作（指示）を検出する。また、操作部３８の液晶ディスプレイには、撮像部１２ｂが撮影する画像が表示可能である。
【００９９】
操作部３８は、例えば、無線データ通信によりユーザーが操作部３８へ入力した指示を通信Ｉ／Ｆ部３６へ送信する。
【０１００】
なお、操作部３８は、市販の携帯端末やタブレット端末であってもよい。つまり、ユーザーは、市販の携帯端末やタブレット端末によってロボットアーム１０を操作してもよい。
【０１０１】
また、操作部３８は、音声取得部（マイク）を備え、ロボットアーム１０は、ユーザーの音声に応じてロボットアーム１０が動作するような構成であってもよい。
【０１０２】
機構部４０は、第１関節１４ｃ〜第５関節１４ｇと、第６関節１５と、右車輪１８ａと、左車輪１８ｂと、レバー２２と、モータ４４ａ〜４４ｉと、駆動部４２ａ〜４２ｉとを備える。
【０１０３】
第１関節１４ｃ〜第５関節１４ｇ、右車輪１８ａ、左車輪１８ｂ、及びレバー２２にはそれぞれモータ４４ａ〜４４ｉと、モータを駆動する駆動部４２ａ〜４２ｉとが１対１で対応付けられている。例えば、第１関節１４ｃには、第１関節１４ｃを動かすモータ４４ａが接続され、モータ４４ａにはモータ４４ａを駆動する駆動部４２ａが設けられる。同様に、例えば、レバー２２には、レバー２２を動かすモータ４４ｈが接続され、モータ４４ｈにはモータ４４ｈを駆動する駆動部４２ｈが設けられる。
【０１０４】
駆動部４２ａ〜４２ｅのそれぞれは、制御部３０の制御に基づき、対応するモータ４４ａ〜４４ｅを駆動することで第１関節１４ｃ〜第５関節１４ｇを動かす。駆動部４２ｉは、制御部３０の制御に基づき、対応するモータ４４ｉを駆動することで第６関節１５を動かす。
【０１０５】
また、駆動部４２ｆ及び４２ｇは、制御部３０の制御に基づき、対応するモータ４４ｆ及び４４ｇを駆動することで左車輪１８ｂ及び右車輪１８ａを回転させる。このとき、制御部３０は、バランス測定部３７の出力に基づき、ロボットアーム１０が転倒しないように車輪１８の回転を制御する。具体的には、制御部３０は、バランス測定部３７が測定するロボットアーム１０の重量バランスの変化に基づき、右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂのそれぞれの回転速度、及び回転方向を制御することでロボットアーム１０の重量バランスを制御する。
【０１０６】
また、駆動部４２ｈは、制御部３０の制御に基づき、対応するモータ４４ｈを駆動することでレバー２２（ベース固定部２０）を動かす。つまり、制御部３０は、ベース固定部２０のベース１２への出し入れを制御する。
【０１０７】
ベース固定部２０は、静電付着部２４を有する。静電付着部２４は、制御部３０の制御に基づき、構造物の面に静電付着してベース１２を固定する。つまり、制御部３０は、ベース固定部２０による静電付着をＯＮ／ＯＦＦ（オンオフ）させる制御を行う。
【０１０８】
アーム固定部２３ｂは、アーム用静電付着部２４ａ、２４ｂ、及び２４ｃを有する。アーム用静電付着部２４ａ、２４ｂ、及び２４ｃは、制御部３０の制御に基づき、それぞれ第１関節１４ｃ、第２関節１４ｄ、及び第３関節１４ｅを静電付着により固定する。なお、制御部３０は、アーム用静電付着部２４ａ、２４ｂ、及び２４ｃそれぞれの静電付着を独立してＯＮ／ＯＦＦ（オンオフ）する制御が可能である。
【０１０９】
ハンド固定部２３ｃは、ハンド用静電付着部２４ｄ、２４ｅ、及び２４ｆを有する。ハンド用静電付着部２４ｄ、２４ｅ、及び２４ｆは、制御部３０の制御に基づき、それぞれ第４関節１４ｆ、第５関節１４ｇ、及び第６関節１５を静電付着により固定する。なお、制御部３０は、ハンド用静電付着部２４ｄ、２４ｅ、及び２４ｆそれぞれの静電付着を独立してＯＮ／ＯＦＦ（オンオフ）する制御が可能である。
【０１１０】
次に、ロボットアーム１０の動作について説明する。本実施の形態では、一例として家庭内でのロボットアーム１０の動作について説明する。
【０１１１】
図８は、ロボットアーム１０の動作のフローチャートである。
【０１１２】
図９は、ロボットアーム１０の動作を表す模式図である。
【０１１３】
まず、ロボットアーム１０はユーザーからの指示を取得する（図８のＳ１０）。具体的には、ユーザーが操作部３８に入力した指示を取得する。
【０１１４】
本開示のロボットアーム１０はユーザーからの抽象的な指示に従い、具体的な動作を行うことが可能である。ユーザーは、例えば、「ジュースが飲みたい」といった比較的あいまいな指示を操作部３８へ入力する。
【０１１５】
次に、ロボットアーム１０は、ユーザーの指示に応じて移動を開始する（図８のＳ１１）。具体的には、ロボットアーム１０は、壁５２に立て掛けられた状態から、制御部３０が車輪１８を制御することで移動する。なお、ロボットアーム１０は、移動中には撮像部１２ｂにて走行面を撮影し、走行面が平らであるかどうかを確認しながら自走する。また、ロボットアーム１０は、測距部１２ｃで前方への距離を測定し、前方に障害物があるか否かを確認しながら自走する。
【０１１６】
ロボットアーム１０は、制御部３０のＲＯＭ３０ｂに制御プログラムを保持する。制御プログラムでは、例えば、「○○が飲みたい」「××が食べたい」といった飲食に関連する指示と、「冷蔵庫の位置まで移動し、冷蔵庫の扉を開け、物を取り出し、ユーザーの元の場所へ移動する」、という動作とが対応付けられている。
【０１１７】
また、ロボットアーム１０は、制御部３０のＲＡＭ３０ｃに家庭内の家具及び家電の配置をマッピングした位置情報を保持している。
【０１１８】
したがって、上記の「ジュースが飲みたい」といった指示が与えられた場合、上記位置情報を参照し、上記プログラムに基づいて図９のように家庭内の冷蔵庫５０の場所まで移動する。
【０１１９】
次に、ロボットアーム１０は、冷蔵庫５０の前の床に静電付着部２４を付着させ、ベース１２を固定する（図８のＳ１２）。
【０１２０】
具体的には、まず、制御部３０は、撮像部１２ｂが撮影する冷蔵庫５０の画像によって、冷蔵庫５０の取っ手を認識する。取っ手の認識には既存の画像認識技術が用いられる。
【０１２１】
続いて、制御部３０は、測距部１２ｃにより、ロボットアーム１０と冷蔵庫５０の取っ手との距離を測定し、アーム１４の長さ等を考慮して冷蔵庫５０の取っ手を把持して扉５０ａを開けるのに最適な位置を求める。
【０１２２】
さらに続いて、制御部３０は、レバー２２を制御して、上記冷蔵庫５０の開閉に最適な位置でベース固定部２０を床面へ降ろす。制御部３０は、静電付着部２４を床に付着させベース１２を固定する。このとき、ロボットアーム１０は、床面に固定されているため、制御部３０は、移動と転倒防止のために回転させていた車輪１８の駆動部４２ｆおよび４２ｇを停止させる。これにより、ロボットアーム１０の消費電力を抑えることができる。
【０１２３】
次に、ロボットアーム１０は、アーム１４を取り出す（図８のＳ１３）。具体的には、制御部３０が、第１関節１４ｃ及び第２関節１４ｄを制御することでアーム１４を取り出す。
【０１２４】
次に、ロボットアーム１０は、ユーザーに指示された作業を行う（図８のＳ１４）。具体的には、まず制御部３０は、第１〜第５関節を制御して冷蔵庫５０の取っ手をハンド１６（長指部１６ａ及び短指部１６ｂ）によって把持し、扉５０ａを開ける。
【０１２５】
続いて、制御部３０は、冷蔵庫５０の中身を撮像部１２ｂが撮影する、ジュースの缶を認識する。このとき、ジュースの缶の形状、模様、色彩などをあらかじめ情報としてＲＡＭ３０ｃに保持し、画像認識技術を用いることでジュースの缶を認識する。
【０１２６】
なお、このとき、例えば、制御部３０は、ユーザーの操作部３８のディスプレイに撮像部１２ｂで撮影した冷蔵庫の中身を表示し、ユーザーに冷蔵庫から取り出す飲み物の指示を求めてもよい。
【０１２７】
制御部３０がジュースの缶を認識した後、ロボットアーム１０は、制御部３０によって第１関節１４ｃ〜第５関節１４ｇを制御してジュースの缶をハンド１６によって把持する。このとき、ロボットアーム１０が固定された位置からジュースの缶を把持することが困難な場合、制御部３０は、一度、静電付着部２４の付着を解除し、最適な位置へ移動し、再度、静電付着部２４を付着させてからジュースの缶を把持する制御を行う。
【０１２８】
制御部３０がハンド１６によってジュースの缶を把持した後、ロボットアーム１０は、ユーザーの元へ移動する。具体的には、まず、制御部３０は、静電付着部２４の付着を解除する。次に、制御部３０は、レバー２２を制御してベース固定部２０を収納する。続いて、ロボットアーム１０は、制御部３０が車輪１８を制御することで移動する。
【０１２９】
このときのユーザーの位置は、操作部３８の位置を上述の無線通信などを用いて検出される。なお、例えば、図８のＳ１０においてユーザーから指示を取得した際に、制御部３０は、ユーザーの位置を検出し、ユーザーの位置情報をＲＡＭ３０ｃに一時的に記録しておいてもよい。また、ユーザーが「家庭内のどの家具または家電の近くにいるか」を音声で伝えておくことで、制御部３０がＲＡＭ３０ｃに保持している家庭内の家具及び家電の配置をマッピングした位置情報を参照し、ユーザーの位置を取得してもよい。
【０１３０】
ロボットアーム１０がユーザーの元に移動する際には、アーム１４は、取り出されたままである。このとき、制御部３０がベース１２とアーム１４との重量のバランスをとって車輪１８を制御することが困難な場合がある。このような場合、制御部３０は、一旦、ベース固定部２０を制御してベース１２を固定した後、第１関節１４ｃ〜第５関節１４ｇを制御し、重量バランスを取りやすいようにアーム１４を縮める。
【０１３１】
ユーザーの元へ移動し、ユーザーにジュースを渡した後、ロボットアーム１０は、まずアーム１４を収納する（図８のＳ１５）。具体的には、制御部３０が、ベース固定部２０を制御してベース１２を固定した後、第１関節１４ｃ及び第２関節１４ｄを制御することでアーム１４を収納する。
【０１３２】
最後に、ロボットアーム１０は、移動して元の場所に戻る（図８のＳ１６）。具体的には、ロボットアーム１０は、制御部３０が、ベース固定部２０のベース１２の固定を解除した後、車輪１８を制御することで移動する。元の場所とは、図９のロボットアーム１０が壁５２に立て掛けられた状態を表す。このとき、ロボットアーム１０は、冷蔵庫を閉じてから元の位置へ戻ってもよい。
【０１３３】
なお、ロボットアーム１０は、上記移動中、撮像部１２ｂで得られた画像を解析することによって走行面が平らであるか否かを確認する。
【０１３４】
ロボットアーム１０は、撮像部１２ｂが撮影した画像により走行面が平らでないと認識した場合には、さらに、走行面に障害物が存在するか否かを判断する。
【０１３５】
ロボットアーム１０は、さらに、撮像部１２ｂが撮影した画像により障害物が存在すると判断したときには、アーム１４及びハンド１６を用いて障害物を除去する。
【０１３６】
次に、ロボットアーム１０のアーム１４の固定動作について説明する。
【０１３７】
図１０は、ロボットアーム１０のアーム固定動作を表す模式図である。
【０１３８】
図１０に示されるように、ロボットアーム１０は、ベース１２を床面に固定し、なおかつアーム１４の関節を固定することで、ユーザー５５が立ち上がるのを補助することができる。つまり、ロボットアーム１０は、いわば、ユーザー５５が床または椅子に座った姿勢やベッドに寝た姿勢などからの立ち上がるのをアシストするため、その時々の状況に適応して、高さや形状を自在に変えられる杖のような役割を果たす。
【０１３９】
図１０のような場合、まず、ロボットアーム１０はユーザー５５からのベース１２及びアーム１４の固定の指示を取得する。具体的には、ユーザー５５が操作部３８に入力した指示を取得する。
【０１４０】
次に、ロボットアーム１０は、ユーザー５５の元に近づいたのち、ベース１２を床面に固定する。具体的には、制御部３０は、レバー２２を制御して、ベース固定部２０を床面へ降ろす。続いて制御部３０は、静電付着部２４を床に付着させベース１２を固定する。このとき、ロボットアーム１０は床面に固定化されているため、移動と転倒防止のために回転させていた車輪１８の駆動部４２ｆおよび４２ｇを停止させて消費電力を抑えることができる。
【０１４１】
次に、ロボットアーム１０は、アーム１４を取り出す。具体的には、制御部３０が、第１関節１４ｃ及び第２関節１４ｄを制御することでアーム１４を取り出す。
【０１４２】
次に、ロボットアーム１０は、アーム１４を静電付着により固定する。具体的には、制御部３０は、アーム固定部２３ｂを制御し、第１関節１４ｃによって連結されるベース１２と、上腕部１４ａとをアーム用静電付着部２４ａによって固定する。このとき、駆動部４２ａからモータ４４ａへ電力は供給されない。つまり制御部３０は、モータ４４ａの制御をオフにする。
【０１４３】
また、制御部３０は、アーム固定部２３ｂを制御し、第２関節１４ｄによって連結される上腕部１４ａと、前腕部１４ｂとをアーム用静電付着部２４ｂによって固定する。このとき、駆動部４２ｂからモータ４４ｂへ電力は供給されない。つまり制御部３０は、モータ４４ｂの制御をオフにする。
【０１４４】
また、さらに、制御部３０は、アーム固定部２３ｂを制御し、第３関節１４ｅによって連結される上腕部１４ａと、ハンド１６とをアーム用静電付着部２４ｃによって固定する。このとき、駆動部４２ｃからモータ４４ｃへ電力は供給されない。つまり制御部３０は、モータ４４ｃの制御をオフにする。
【０１４５】
これにより、ロボットアーム１０は、ベース１２を床面に固定し、なおかつアーム１４の関節を固定するため、ユーザー５５が立ち上がるのを補助することができる。
【０１４６】
また、制御部３０は、アーム固定時にはモータ４４ａ〜４４ｃの制御をオフにしてアーム用静電付着部２４ａ〜２４ｃへ静電付着のための電圧を供給すればよい。これにより、低消費電力なロボットアーム１０が実現される。
【０１４７】
なお、ロボットアーム１０は、アーム１４の固定位置を、撮像部１２ｂを用いて決定することが可能である。
【０１４８】
以下、一例として、ロボットアーム１０がアーム１４を固定する高さを、撮像部１２ｂを用いて決定する例について説明する。
【０１４９】
この場合、ロボットアーム１０は、まず、撮像部１２ｂが撮影した画像からユーザー５５の位置を認識する。ユーザー５５の認識には、顔認識技術等に代表される画像認識技術が用いられる。このとき、例えば、ロボットアーム１０は、ユーザー５５がアーム１４をつかみやすい位置である、ユーザー５５の腰の高さを算出する。ロボットアーム１０は、ユーザーの腰の高さを上記画像認識技術により直接算出してもよいし、顔認識技術を用いて、顔（頭）の高さ（≒身長）を基準とした所定の高さを腰の高さとして算出してもよい。
【０１５０】
最後に、ロボットアーム１０は、算出したユーザー５５の腰の高さの位置においてアーム１４を固定する。
【０１５１】
また、例えば、ロボットアーム１０は、ユーザー５５までの距離を測距部１２ｃを用いて測定し、アーム１４を固定する位置を決定してもよい。
【０１５２】
また、例えば、ユーザーの音声に応じて、アーム１４の固定位置を決定してもよい。
【０１５３】
具体的には、例えば、ユーザーが発声する「胸」「腰」などの単語と、アーム１４を固定する高さとをあらかじめ制御プログラムにおいて対応付けておく。そして、ユーザー５５の音声をロボットアーム１０は、操作部３８またはロボットアーム１０に設けられた音声取得部（図７において図示せず）により取得し、音声認識技術によってユーザーが発声する単語に応じてアーム１４を固定する高さを決定する。
【０１５４】
さらに、ロボットアーム１０は、同様の技術を用いて、ユーザー５５が発声する「上」「下」などの音声に応じて、アーム１４の固定位置の調整をすることも可能である。
【０１５５】
このように、撮像部１２ｂ、測距部１２ｃ、または音声取得部を用いることにより、ロボットアーム１０は、ユーザー５５がアーム１４をつかみやすい位置にアーム１４を固定することができる。
【０１５６】
なお、図１０で示される場合に、ロボットアームは、さらにハンド１６を固定してもよい。
【０１５７】
具体的には、制御部３０は、ハンド固定部２３ｃを制御し、第４関節１４ｆによって連結されるハンド１６と、長指部１６ａとをハンド用静電付着部２４ｄによって固定してもよい。このとき、駆動部４２ｄからモータ４４ｄへ電力は供給されない。つまり制御部３０は、モータ４４ｄの制御をオフにする。
【０１５８】
また、制御部３０は、ハンド固定部２３ｃを制御し、第５関節１４ｇによって連結されるハンド１６と、短指部１６ｂとをハンド用静電付着部２４ｅによって固定してもよい。このとき、駆動部４２ｅからモータ４４ｅへ電力は供給されない。つまり制御部３０は、モータ４４ｅの制御をオフにする。
【０１５９】
また、制御部３０は、ハンド固定部２３ｃを制御し、第６関節１５によって連結される長指部１６ａの先端側と、長指部１６ａのハンド側とをハンド用静電付着部２４ｆによって固定してもよい。このとき、駆動部４２ｉからモータ４４ｉへ電力は供給されない。つまり制御部３０は、モータ４４ｉの制御をオフにする。
【０１６０】
これにより、制御部３０は、ハンド固定時にはモータ４４ｄ、４４ｅ、４４ｉの制御をオフにしてハンド用静電付着部２４ｄ〜２４ｆへ静電付着のための電圧を供給すればよい。これにより、低消費電力なロボットアーム１０が実現される。
【０１６１】
また、ロボットアーム１０は、アーム１４の関節を固定した状態で走行することでユーザー５５の歩行をアシストすることもできる。
【０１６２】
図１１は、ロボットアーム１０の歩行アシスト動作を表す模式図である。
【０１６３】
ユーザー５５の歩行をアシストする場合、ロボットアーム１０は、アーム１４の関節を固定した状態（図１０で示される状態）のまま、ベース１２の固定を解除する。具体的には、制御部３０は、静電付着部２４の静電付着を解除した後、レバー２２を制御して、ベース固定部２０を収納する。
【０１６４】
次に、ロボットアーム１０は、車輪１８を回転させてユーザー５５の歩行動作をアシスト（誘導）する。具体的には、バランス測定部３７は、関節が固定されたアーム１４へのユーザー５５の加重による重量バランスの変化を測定する。制御部３０は、バランス測定部３７が測定するロボットアーム１０の重量バランスの変化に基づき、右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂのそれぞれの回転速度、及び回転方向を制御することでロボットアーム１０の重量バランスを制御する。
【０１６５】
このように、制御部３０がユーザー５５のアーム１４への加重に応じて車輪１８を制御することで、ロボットアーム１０は、ユーザー５５の体重を支えると共に、ユーザー５５の歩行速度に合わせて自走することができる。
【０１６６】
なお、ロボットアーム１０は、歩行アシスト時に、撮像部１２ｂ、測距部１２ｃまたは音声取得部を用いて、ユーザー５５の指示に基づいて自走の速度や、アーム１４を固定する位置を調整してもよい。
【０１６７】
なお、本実施の形態では、アーム固定部２３ｂ及びハンド固定部２３ｃは、関節によって連結される２つの部材どうしを静電付着させることで当該２つの部材の位置関係を固定すると説明したが、関節そのものの動作を制限することで関節を固定してもよい。つまり、関節によって連結される２つの部材が静電付着されなくてもよい。
【０１６８】
例えば、関節によって連結される２つの部材どうしが直接静電付着されず、２つの部材の位置関係が静電付着によって間接的に固定されてもよい。
【０１６９】
図１２は、２つの部材の位置関係が静電付着によって間接的に固定される場合のアーム１４が有する関節の構造を表す図である。図１２は、例として第２関節１４ｄの構造を表す図である。
【０１７０】
サーボホーン２６は、上腕部１４ａに機構的に接続（固定）される円形状の部品である。またサーボホーン２６の有する開口部には、前腕部１４ｂが有する回転軸であって、図７で示されるモータ４４ｂにより回転する回転軸が機構的に接続される。
【０１７１】
これにより、制御部３０は、モータ４４ｂを駆動させることでアーム１４を第２関節１４ｄによって折り曲げる制御を行う。
【０１７２】
サーボホーン２６の面は、前腕部１４ｂの上腕部１４ａとの接続面に近接する。前腕部１４ｂの上腕部１４ａとの接続面には、アーム固定部２３ｂとしてアーム用静電付着部２５が設けられる。
【０１７３】
これにより、アーム固定部２３ｂは、制御部３０の制御に基づき、前腕部１４ｂとサーボホーン２６をアーム用静電付着部２５により固定することができる。したがって、前腕部１４ｂと上腕部１４ａとが静電付着によりにより間接的に固定される。つまり、アーム固定部２３ｂは、関節によって連結される２つの部材（前腕部１４ｂ及び上腕部１４ａ）の位置関係を静電付着によって固定する。
【０１７４】
このように、関節によって連結される２つの部材の位置関係が静電付着によって間接的に固定される場合も本開示に含まれる。
【０１７５】
なお、上記は、第２関節１４ｄが間接的に固定される例について説明したが、アーム１４が有する他の関節についても同様である。
【０１７６】
また、ハンド１６が有する関節についても、もちろん間接的に固定することが可能である。つまり、ハンド固定部２３ｃは、関節によって連結される２つの部材の位置関係を静電付着によって固定する。
【０１７７】
なお、本実施の形態では、ベース１２とアーム１４とを別の部材として説明したが、ベース１２及びアーム１４を合わせて１つのアームと考えることもできる。この場合、ベース１２は、１つのアームを構成する１つの腕部であり、ベース固定部２０は、アーム１４が有する関節に設けられるアーム固定部２３ｂである。
【０１７８】
また、本実施の形態では、ベース固定部２０は可動であり、ベース１２の固定が必要な場合にのみ、静電付着部２４が走行面に付着可能な構成である。しかしながら、ベース固定部２０の制御方法はこれに限定されない。例えば、ベース固定部２０ではなく、車輪１８を上下方向にスライドさせてベース固定部２０と走行面との距離を制御してもよい。
【０１７９】
図１３及び図１４は、車輪１８の上下動作によるベース固定部２０の制御を表す図である。
【０１８０】
図１３は、ロボットアーム１０を右側面から見た図であり、図１４は、ロボットアーム１０を前面及び後面から見た図である。
【０１８１】
図１３及び図１４で示されるような場合、ベース固定部２０は、ベース１２の底面に静電付着部２４が走行面を向くように固定して配置される。一方、車輪１８は、ベース１２の上下方向にスライド可能である。
【０１８２】
図１４の右の図で示されるように、車輪１８がベース１２の上下方向における下端にスライドされた状態では、ベース固定部２０は、走行面から離間される。つまり、この状態では、ロボットアーム１０は車輪１８を回転させて走行することができる。
【０１８３】
車輪１８が上下方向における上端にスライドされた状態では、ベース固定部２０は走行面に接触する。つまり、この状態では、静電付着部２４は、走行面に静電付着し、ベース１２を固定することができる。
【０１８４】
なお、本実施の形態では、ベース固定部２０は、ベース１２の走行面に近い部分である底部に設けられているが、ベース固定部２０の位置は、これに限定されない。例えば、ベース固定部２０は、ベース１２の側面（車輪１８が取り付けられている面）に設けられてもよい。また、ロボットアーム１０がベース固定部２０を複数備えてもよい。
【０１８５】
図１５は、ベース固定部２０に加えてベース固定部２１をベース１２の側面に備えるロボットアームの例を表す図である。
【０１８６】
図１５のように、ベース１２の底面に設けられたベース固定部２０の静電付着部２４を走行面に静電付着させ、側面に設けられたベース固定部２０の静電付着部を壁面に静電付着させることで、ベース１２は、更に強力に固定される。ここで、側面とは、ベース１２の面のうち、走行面と平行でない面をいう。本実施の形態ではベース１２の車輪１８が設けられる面、撮像部１２ｂ及び測距部１２ｃが実装される面、ベース固定部２０が設けられる面である。
【０１８７】
また、建物内に設置された物品、例えば、冷蔵庫のように自身の重量が大きい場合（通常、容量５００リッターの冷蔵庫の重量は約８０ｋｇ以上）は、該物品自体が床面に固定されているとみなして、開けようとする冷蔵庫の扉以外の面に対して静電付着によりベース１２を固定し、扉の開閉を行うこともできる。
【０１８８】
以上、本開示の一態様に係るロボットアーム１０について実施の形態に基づいて説明した。本開示によれば、小さい消費電力で関節の固定が可能なアームを有し、かつユーザーの立ち座りをアシスト可能なロボットアームが実現される。
【０１８９】
なお、上記の実施の形態では、車輪１８を備えるロボットアーム１０について説明したが、ロボットアームは車輪１８の代わりに脚部を備えてもよい。
【０１９０】
図１６は、脚部を備えるロボットアームの外観図である。
【０１９１】
図１６の（ａ）に示されるように、ロボットアーム６０は、４つの脚部２８ａ〜２８ｄを備え、走行面を自走（歩行）する。
【０１９２】
また、図１６の（ｂ）に示されるように、ロボットアーム６０は、４つの脚部２８ａ〜２８ｄをベース１２の内側に折りたたんで収納することができる。これにより、ロボットアーム６０は、ベース固定部２０の静電付着部を走行面に静電付着させることができる。なお、ベース固定部２０は、脚部２８ａ〜２８ｄの走行面との接触面（いわゆる足の裏部分）に設けられてもよい。
【０１９３】
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
【０１９４】
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【０１９５】
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１９６】
本開示のロボットアームは、小さい消費電力で関節の固定が可能なアームを有し、例えば、家庭内での使用を目的とした介助、介護アシスト用サービスロボットなどとして有用である。
【符号の説明】
【０１９７】
１０、６０  ロボットアーム
１２  ベース
１２ａ  収納部
１２ｂ  撮像部
１２ｃ  測距部
１４  アーム
１４ａ  上腕部
１４ｂ  前腕部
１４ｃ  第１関節
１４ｄ  第２関節
１４ｅ  第３関節
１４ｆ  第４関節
１４ｇ  第５関節
１４ｈ  上腕開口部
１５  第６関節
１６  ハンド
１６ａ  長指部
１６ｂ  短指部
１８  車輪
１８ａ  右車輪
１８ｂ  左車輪
２０  ベース固定部
２１  ベース固定部
２２  レバー
２３ｂ  アーム固定部
２３ｃ  ハンド固定部
２４  静電付着部
２４ａ〜２４ｃ、２５  アーム用静電付着部
２４ｄ〜２４ｆ  ハンド用静電付着部
２６  サーボホーン
２８ａ〜２８ｄ  脚部
３０  制御部
３０ａ  ＣＰＵ
３０ｂ  ＲＯＭ
３０ｃ  ＲＡＭ
３６  通信Ｉ／Ｆ部
３７  バランス測定部
３８  操作部
３９  バス
４０  機構部
４２ａ〜４２ｉ  駆動部
４４ａ〜４４ｉ  モータ
５０  冷蔵庫
５０ａ  扉
５２  壁
５５  ユーザー
【手続補正２】
【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】
一または複数の関節を有するアームと、
前記関節の少なくとも一つに設けられ、当該関節によって連結される２つの部材の位置関係を静電付着によって固定するアーム固定部と、
前記アーム固定部による静電付着をオンオフさせる制御を行う制御部とを有する
ロボットアーム。
【請求項２】
前記アーム固定部は、前記アームが有する関節によって連結される２つの部材どうしを静電付着させることで当該２つの部材の位置関係を固定する
請求項１記載のロボットアーム。
【請求項３】
前記アームが有する関節のすべてが、前記アーム固定部を有する
請求項１または請求項２記載のロボットアーム。
【請求項４】
さらに、前記アームが有する関節によって前記アームと連結される、一または複数の関節を有する対象物を把持するためのハンドと、
前記ハンドが有する関節の少なくとも一つに設けられ、当該関節によって連結される２つの部材の位置関係を静電付着によって固定するハンド固定部とを有し、
前記制御部はさらに、前記ハンド固定部による静電付着をオンオフさせる制御を行う
請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボットアーム。
【請求項５】
前記ハンド固定部は、前記ハンドが有する関節によって連結される２つの部材どうしを静電付着させることで当該２つの部材の位置関係を固定する
請求項４記載のロボットアーム。
【請求項６】
さらに、前記アームが有する関節によって前記アームと連結される、ベースを有する
請求項１〜５のいずれか１項に記載のロボットアーム。
【請求項７】
さらに、前記ベースに取り付けられ、当該ロボットアームの外に置かれた構造物の面に静電付着することによって前記ベースを固定するベース固定部を有し、
前記制御部はさらに、前記ベース固定部による静電付着をオンオフさせる制御を行う
請求項６記載のロボットアーム。
【請求項８】
前記ベースは、前記アームを収納する収納部を有する
請求項６または請求項７記載のロボットアーム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2013099104.tif 000019
【図２】
2013099104.tif 000020
【図３】
2013099104.tif 000021
【図４】
2013099104.tif 000022
【図５】
2013099104.tif 000023
【図６】
2013099104.tif 000024
【図７】
2013099104.tif 000025
【図８】
2013099104.tif 000026
【図９】
2013099104.tif 000027
【図１０】
2013099104.tif 000028
【図１１】
2013099104.tif 000029
【図１２】
2013099104.tif 000030
【図１３】
2013099104.tif 000031
【図１４】
2013099104.tif 000032
【図１５】
2013099104.tif 000033
【図１６】
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【国際調査報告】
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2013099104.tif 000036
2013099104.tif 000037
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