(57)【要約】【課題】足部に帯電する静電気を効果的に放電して除去するようにした脚式移動ロボットを提供する。【解決手段】基体と、２本の脚部と、そのそれぞれの先端に足関節を介して連結される足部２２と、足部２２と脚部の間に配置されて足関節を駆動する電動モータ２０と、足部と脚部の間に配置されて足部２２が接地する床面Ｆから作用する床反力を検出する６軸力センサ５６とを少なくとも備えると共に、足部２２に床面と接地するときの衝撃を緩衝する緩衝部材２２４を備えてなる脚式移動ロボットにおいて、足部２２の緩衝部材２２４に導電部材２２６を設ける。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、前記基体に連結される複数本の脚部と、前記複数本の脚部のそれぞれの先端に足関節を介して連結される足部と、前記足部と前記脚部の間に配置されて前記足関節を駆動する電動モータと、前記足部と前記脚部の間に配置されて前記足部が接地する床面から作用する床反力を検出する力センサとを少なくとも備えると共に、前記足部に前記床面と接地するときの衝撃を緩衝する緩衝部材を備えてなる脚式移動ロボットにおいて、前記足部の緩衝部材に導電部材を設けたことを特徴とする脚式移動ロボット。
【請求項２】
前記足部の緩衝部材が底面に張り付けられた弾性変形自在な部材からなると共に、前記導電部材が前記緩衝部材の内部に設けられることを特徴とする請求項１記載の脚式移動ロボット。
【請求項３】
前記緩衝部材が凹部を備えると共に、前記凹部に前記導電部材を収容し、よって前記弾性変形が生じたとき、前記導電部材が前記床面に接触するように構成されることを特徴とする請求項１または２記載の脚式移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は脚式移動ロボットに関し、より具体的には足部に帯電する電荷を放電・除去するようにした脚式移動ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
脚式移動ロボットとしては、下記の特許文献１記載のものが知られている。特許文献１記載の脚式移動ロボットは、基体と、基体に連結される２本の脚部と、そのそれぞれの先端に足関節を介して連結される足部とを備えると共に、足部と脚部の間に第２の関節を駆動する電動モータと、足部が接地する床面から作用する床反力を検出する力センサとを少なくとも備える。かかる脚式移動ロボットにおいて、足部はアルミニウム材などから製作される平板なフレームなどからなると共に、その底面には床面と接地するときの衝撃を緩衝するウレタンゴムからなる弾性材（緩衝部材）が貼られる。
【０００３】
このような脚式移動ロボットは床面を移動するとき、弾性体と床面との摩擦、あるいは脚部などを構成するリンク間の摩擦などによって静電気を帯電することがあるが、従来、帯電した静電気を放電する技術として、下記の特許文献２から４に記載のものが知られている。特許文献２記載の技術は無人搬送車に関し、それに帯電した静電気の電位と、対象とするワークを積載した設備のそれとを等しくするため、接触板、接触子および導線よりなる接触機構（放電機構）を備えることを開示する。また、特許文献３から４記載の技術は、固定型の産業ロボットにおいて同様に帯電した静電気の放電・除去を図るように構成している。
【特許文献１】特開平９−９４７８５号公報
【特許文献２】実開平６−０９０９８号公報
【特許文献３】特開平１１−１３８４８８号公報
【特許文献４】特開２００１−２６７０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
脚式移動ロボットにあっても、帯電した電気（電荷）は、その量によっては足部の上に配置された力センサにとってノイズとなるため、帯電した電荷を放電して除去することが望ましい。しかしながら、特許文献２から４記載の技術にあっては無人搬送車あるいは固定型の産業ロボットにおける電荷の放電および除去に関し、脚式移動ロボットについては何等対策するものではなかった。
【０００５】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、足部に力センサなどを備えた脚式移動ロボットにおいて、足部に帯電する静電気を効果的に放電して除去するようにした脚式移動ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、基体と、前記基体に連結される複数本の脚部と、前記複数本の脚部のそれぞれの先端に足関節を介して連結される足部と、前記足部と前記脚部の間に配置されて前記足関節を駆動する電動モータと、前記足部と前記脚部の間に配置されて前記足部が接地する床面から作用する床反力を検出する力センサとを少なくとも備えると共に、前記足部に前記床面と接地するときの衝撃を緩衝する緩衝部材を備えてなる脚式移動ロボットにおいて、前記足部の緩衝部材に導電部材を設ける如く構成した。
【０００７】
請求項２に係る脚式移動ロボットにあっては、前記足部の緩衝部材が底面に張り付けられた弾性変形自在な部材からなると共に、前記導電部材が前記緩衝部材の内部に設けられる如く構成した。
【０００８】
請求項３に係る脚式移動ロボットにあっては、前記緩衝部材が凹部を備えると共に、前記凹部に前記導電部材を収容し、よって前記弾性変形が生じたとき、前記導電部材が前記床面に接触するように構成されるようにした。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に係る脚式移動ロボットにあっては、足部の床面と接地するときの衝撃を緩衝する緩衝部材に導電部材を設ける如く構成したので、足部に帯電した静電気を必要に応じて放電して除去することができ、それによって足部の上方に配置された力センサにとってノイズとなることがない。
【００１０】
また、力センサなどは精度向上のため、周囲、例えば電動モータなどの磁界の影響を受けないように電動モータから絶縁されることが多いが、その結果、足部の上方は絶縁されることとなって、帯電した電荷は足部で蓄積される。帯電した電荷は電位の低い所に放電されるため、その放電エネルギによるショックで力センサの処理回路などを停止させたり、誤動作させる恐れがあるが、上記のように構成したことで、そのような不都合が生じることがない。
【００１１】
請求項２に係る脚式移動ロボットにあっては、足部の緩衝部材が底面に張り付けられた弾性変形自在な部材からなると共に、導電部材が緩衝部材の内部に設けられる如く構成したので、上記した効果に加え、緩衝部材の衝撃緩衝動作を妨げることがないと共に、構造としてコンパクトになる。
【００１２】
請求項３に係る脚式移動ロボットにあっては、緩衝部材が凹部を備えると共に、その凹部に導電部材を収容し、よって弾性変形が生じたとき、導電部材が床面に接触するように構成されるようにしたので、上記した効果に加え、歩行中に足部に荷重が加わって緩衝部材が弾性変形したときに接地して帯電した静電気を放電して除去させることで、万一、ロボットの基体などに収容したバッテリ源から漏電が生じても、足部に荷重が作用していない限り、床面にまで漏電することがない。
【００１３】
また、導電部材は荷重が作用しない限り、凹部に収容されていることから、歩行中に床面と常時接触することがなく、従って導電部材が汚れることが少なく、よってその放電性能が低下することが少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面に即してこの発明に係る脚式移動ロボットを実施するための最良の形態について説明する。
【実施例１】
【００１５】
以下、添付図面を参照してこの発明の第１実施例に係る脚式移動ロボットを説明する。
【００１６】
図１は第１実施例に係る脚式移動ロボットの正面図、図２はその側面図である。尚、脚式移動ロボットとしては、２足のヒューマノイド型（人間型）のロボットを例にとる。
【００１７】
図１に示すように、脚式移動ロボット（以下「ロボット」という）１は、複数個（本）、より具体的には２個（本）の脚部２を備えると共に、その上方には基体（上体）３が設けられる。基体３のさらに上方には頭部４が形成されると共に、基体３の両側には２個（本）の腕部５が連結される。また、図２に示すように、基体３の背部には格納部６が設けられ、その内部には電子制御ユニット（後述）およびバッテリなどが収容される。尚、図１および図２に示すロボット１は、内部構造を保護するためのカバーで被覆される。
【００１８】
図３はロボット１をスケルトンで示す説明図である。同図を参照してその内部構造を関節を中心に説明すると、図示の如く、ロボット１は、左右それぞれの脚部２および腕部５に、１１個の電動モータで動力化された６個の関節を備える。
【００１９】
即ち、ロボット１は、腰部（股部）の股関節に、脚部２を鉛直軸（Ｚ軸あるいは鉛直軸）まわりに回転させる関節を駆動する電動モータ１０Ｒ，１０Ｌ（右側をＲ、左側をＬとする。左右対称であることから、以下Ｒ，Ｌの表記を省略する）と、脚部２をピッチ（進行）方向（Ｙ軸まわり）に揺動させる関節を駆動する電動モータ１２と、脚部２をロール（左右）方向（Ｘ軸まわり）に回転させる関節を駆動する電動モータ１４を備えると共に、膝部に脚部２の下部をピッチ方向（Ｙ軸まわり）に回転させる膝関節を駆動する電動モータ１６を備え、さらに足首に脚部２の先端側をピッチ方向（Ｙ軸まわり）に回転させる足（足首）関節を駆動する電動モータ１８とロール方向（Ｘ軸まわり）に回転させる足（足首）関節を駆動する電動モータ２０を備える。
【００２０】
上記したように、図３において、関節はそれを駆動する電動モータ（あるいは電動モータに接続されてその動力を伝動するプーリなどの伝動要素）の回転軸線で示す。尚、脚部２の先端には足部（足平）２２が取着される。
【００２１】
このように、脚部２の股関節には電動モータ１０，１２，１４がそれらの回転軸線が直交するように配置されると共に、足関節（足首関節）には電動モータ１８，２０がそれらの回転軸線が直交するように配置される。尚、股関節と膝関節は大腿リンク２４で、膝関節と足関節は下腿リンク２６で連結される。
【００２２】
脚部２は股関節を介して基体３に連結されるが、図３では基体３を基体リンク２８として簡略的に示す。前記したように、基体３には腕部５が連結される。
【００２３】
腕部５も、脚部２と同様に構成される。即ち、ロボット１は、肩部の肩関節に、腕部５をピッチ方向に回転させる関節を駆動する電動モータ３０とロール方向に回転させる関節を駆動する電動モータ３２を備えると共に、その自由端側を回転させる関節を駆動する電動モータ３４と、肘部にそれ以降の部位を回転させる関節を駆動する電動モータ３６を備え、さらにその先端側にそれを回転させる手首関節を駆動する電動モータ３８を備える。手首の先にはハンド（エンドエフェクタ）４０が取着される。
【００２４】
即ち、腕部５の肩関節には電動モータ３０，３２，３４がそれらの回転軸線が直交するように配置される。尚、肩関節と肘関節とは上腕リンク４２で、肘関節と手首関節とは下腕リンク４４で連結される。
【００２５】
図示は省略するが、ハンド４０は５本のフィンガ（指）４０ａの駆動機構を備え、フィンガ４０ａで物を把持するなどの作業ができるように構成される。
【００２６】
また、頭部４は、鉛直軸まわりの電動モータ（首関節を構成）４６と、それと直交する軸まわりに頭部４を回転させる頭部揺動機構４８を介して基体３に連結される。図３に示す如く、頭部４の内部には２個のＣＣＤカメラ５０がステレオ視自在に配置されると共に、音声入出力装置５２が配置される。
【００２７】
上記の構成により、脚部２は左右の足について６個の関節を備えて合計１２の自由度を与えられ、６個の関節を適宜な角度で駆動（関節変位）することで、脚部２に所望の動きを与えることができ、ロボット１を任意に３次元空間において歩行させることができる。また、腕部５も左右の腕について５個の関節を備えて合計１０の自由度を与えられ、５個の関節を適宜な角度で駆動（関節変位）することで所望の作業を行わせることができる。さらに、頭部４は２つの自由度からなる関節あるいは揺動機構を与えられ、これらを適宜な角度で駆動することにより所望の方向に頭部４を向けることができる。
【００２８】
電動モータ１０などのそれぞれにはロータリエンコーダ（図示せず）が設けられ、電動モータの回転軸の回転を通じて対応する関節の角度、角速度、および角加速度の少なくともいずれかを示す信号を出力する。尚、電動モータ１０などは具体的には、ＤＣサーボモータからなる。
【００２９】
足部２２には公知の６軸力センサ（以下「力センサ」という）５６が取着され、ロボットに作用する外力の内、接地面からロボット１に作用する床反力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを示す信号を出力する。尚、力センサ５６は公知の如く、荷重を伝達する２つのフランジ部を連結すると共に、そこに複数のひずみ検出素子を取り付けてなり、それらの出力信号に基づいてセンサ基準点に作用する力やモーメントの各成分を算出して出力する構造を備える。
【００３０】
手首関節とハンド４０の間には同種の力センサ（６軸力センサ）５８が取着され、ロボット１に作用する床反力以外の外力、具体的にはハンド４０に対象物から作用する外力（対象物反力）の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを示す信号を出力する。
【００３１】
基体３には傾斜センサ６０が設置され、鉛直軸に対する基体３の傾き（傾斜角度）とその角速度の少なくともいずれか、即ち、ロボット１の基体３の傾斜（姿勢）などの状態量を示す信号を出力する。
【００３２】
これら力センサ５６などの出力群は、格納部６に収容されたマイクロコンピュータからなる電子制御ユニット（Electric Control Unit 。以下「ＥＣＵ」という）７０に送られる（図示の便宜のためロボット１の右側についてのみ、入出力を図示する）。ＥＣＵ７０はＣＰＵ、メモリおよび入出力インターフェースなどからなるマイクロコンピュータを備え、ロボット１が安定な姿勢で移動できるように、関節角変位指令を算出して各関節を構成する電動モータ１０などの駆動を制御する。格納部６には、電動モータ１０などの駆動回路（モータドライバ）７２が回路ユニットとして収容されると共に、無線系７４とバッテリ７６も収容される。
【００３３】
ＥＣＵ７０は、無線系７４を介して同様にマイクロコンピュータからなる操作用ＥＣＵ７８と通信自在に接続される。操作用ＥＣＵ７８は操作用ユーザＩ／Ｆ７８ａを備え、ユーザ（操作者）が操作用ユーザＩ／Ｆ７８ａから入力した緊急停止などのコマンドは、無線系７４を通じてＥＣＵ７０に送られる。
【００３４】
上記した構成において、ＥＣＵ７０はそのメモリに格納された歩容パラメータに基づいてロボット１の歩行（移動）に歩容を生成し、生成された歩容に基づいて各関節の変位量（駆動量）を決定し、決定された変位量となるように駆動回路７２を介して該当する電動モータを駆動する。また、ＥＣＵ７０は、操作用ＥＣＵ７８を介して操作コマンドが入力されたとき、それに応じて停止などの動作を行なう。
【００３５】
本願の特徴は、上記したロボット１において、足部２２に帯電した静電気を放電して除去するようにした構成にあるので、以下、それについて説明する。
【００３６】
図４は、図１から図３に示す足部２２の付近の構造を模式的に示す、足部２２の付近の側面図、図５はその底面図である。尚、足部２２の構造は具体的には、特許文献１に記載される構造に類似するものである。
【００３７】
図４に示す如く、足部２２と脚部２の間、より具体的には足部２２と脚部２を構成する下腿リンク２６の間には、足関節を構成する電動モータの１つである電動モータ２０が配置されると共に、その下部には力センサ５６が配置される。力センサ５６は、検出精度を上げるため、上方の電動モータ２０と下部の足部２２の間で絶縁材２２０を介して絶縁される。
【００３８】
足部２２は、アルミニウムなどの金属材（導電材）からなる平板なフレーム２２２を備えると共に、その下部の床面Ｆと接触する底面には、弾性変形自在な素材、例えばウレタンゴム材からなる緩衝部材（弾性体）２２４が貼られる。緩衝部材２２４は、足部２２が床面Ｆと接地するとき（荷重が作用するとき）、図６に示す如く、弾性変形し、足部２２を介してロボット１に作用する衝撃を緩和する。
【００３９】
緩衝部材２２４には、図５に示す如く、足部２２の長手方向中心線（破線）を境としてその両側に２箇所ずつ、計４箇所において凹部（切り欠き）２２４ａが穿設され、その内部に導電部材２２６が収容される。導電部材は銅など導電性に優れた金属材からなり、その一端（一面）はフレーム２２２に接触すると共に、その他端（多面）は、緩衝部材２２４の表面から内方に後退して位置するように、緩衝部材２２４の内部に設けられる（配置される）。尚、導電部材として導電性ゴム材を用いても良い。
【００４０】
即ち、導電部材２２６は、緩衝部材２２４の凹部２２４ａに収容され、ロボット１が歩行するとき、図６に示す如く、足部２２が着地したときの荷重によって緩衝部材２２４が弾性変形して収縮したとき、床面Ｆと接触し、図６（および図４）に矢印で示す如く、足部２２のフレーム２２２および緩衝部材２２４に帯電している静電気を床面Ｆに（さらにはその下部の床材へと）放電して除去するように構成される。
【００４１】
床面Ｆは、通常、マットあるいは樹脂材などが敷き詰められていることから、床面Ｆは導電体からは製作されていない。しかしながら、静電気も電気の一種であるので、より電位の低い方に流れようとする。床面Ｆは導電体ではないとしても、その下部には床材や柱などの建物の構造物を介して電位零の大地があるので、結果として、図７に示す如く、足部２２に帯電している静電気は、床面Ｆに向かって流れようとする。また、床面Ｆは導電体ではないとしても、完全絶縁体ではないので、エネルギ的には微小な静電気ならば、十分に放電できると考えられる。
【００４２】
仮に、床面Ｆの抵抗値を１ＭΩ、静電気の帯電圧を４ｋＶとすると、４ｋＶ／１ＭΩ＝４ｍＡとなり、その値まで放電可能となる。しかしながら、微小エネルギである静電気ではこの値まで流れることがないことから、よって上記した構成によって足部２２に帯電した静電気は床Ｆに十分放電できると考えられる。
【００４３】
このように、この実施例に係るロボット１にあっては、足部２２の床面Ｆと接地するときの衝撃を緩衝する緩衝部材２２４に導電部材２２６を設ける如く構成したので、足部２２に帯電した静電気を必要に応じて放電して除去することができ、それによって足部２２の上方に配置された力センサ５６にとってノイズとなることがない。
【００４４】
図８は、この実施例に係るロボット１の帯電電圧を従来技術（特許文献１に示す）と比較して示す説明グラフである。従来技術にあっては帯電電圧が経時的に増加するのに対し、この実施例にあっては上記の如く構成したことで、帯電電圧は増加することなく、微小な一定に保たれる。尚、図８に示す特性は、床面Ｆの材質や湿度によって変化することはいうまでもない。
【００４５】
また、力センサ５６を精度向上のため、図４に示す如く、周囲、例えば電動モータ２０の磁界の影響を受けないように電動モータ２０から絶縁されるように構成した場合、足部２２の上方は絶縁されることとなって、帯電した電荷は足部２２で蓄積される。帯電した電荷は電位の低い所に放電されるため、その放電エネルギによるショックで力センサの処理回路などを停止させたり、誤動作させる恐れがあるが、上記のように構成したことで、そのような不都合が生じることがない。
【００４６】
また、足部２２の緩衝部材２２４が底面に張り付けられた弾性変形自在な部材（ウレタンゴムなど）からなると共に、導電部材２２６が緩衝部材２２４の内部に設けられる如く構成したので、上記した効果に加え、緩衝部材２２４の衝撃緩衝動作を妨げることがないと共に、構造としてコンパクトになる。
【００４７】
また、緩衝部材２２４が凹部２２４ａを備えると共に、その凹部２２４ａに導電部材２２６を収容し、よって弾性変形が生じたとき、導電部材２２６が床面Ｆに接触するように構成されるようにしたので、上記した効果に加え、歩行中に足部２２に荷重が加わって緩衝部材２２４が弾性変形したときに接地して帯電した静電気を放電して除去させることで、万一、ロボット１の基体２などに収容したバッテリ７６などからの漏電が生じても、足部２２に荷重が作用していない限り、床面Ｆにまで漏電することがない。
【００４８】
また、導電部材２２６は荷重が作用しない限り、凹部２２４ａに収容されていることから、歩行中に床面Ｆと常時接触することがなく、従って導電部材２２６は汚れることが少なく、よってその放電性能が低下することが少ない。
【実施例２】
【００４９】
図９は、この発明の第２実施例に係る脚式移動ロボット、より具体的にはその足部２２の付近の構造を示す、図４と類似する足部２２の付近の側面図である。
【００５０】
第１実施例と相違する点に焦点をおいて説明すると、第２実施例にあっては、緩衝部材２２４を導電性ゴム材から製作するようにした。即ち、ゴムの中にカーボンブラックなどの導電材２２６ａを添加してなる材料から緩衝部材２２４を製作するようにした（図で導電材２２６ａを誇張して示す）。従って、緩衝部材２２４は導電部材２２６と一体に製作、換言すれば、緩衝部材２２４に導電部材２２６を、あるいは緩衝部材２２４の内部に導電部材２２６を設けるように構成した。
【００５１】
第２実施例においては上記の如く構成したことで、緩衝部材２２４が床面Ｆと接触している限り、帯電した静電気が放電され続ける。最初に述べた如く、静電気の帯電は歩行時の緩衝部材２２４と床面Ｆとの摩擦などによって生じるが、ロボット１の歩行時、足部２２は交互に床面Ｆに接触するので、第２実施例においては、実際には、静電気の帯電がほとんど生じないことになる。
【００５２】
このように第２実施例に係るロボット１においては、第１実施例のように荷重が作用したときのみ放電される構成とは若干異なるものの、静電気が帯電しない、あるいは帯電しても直ちに放電して除去されるので、第１実施例で述べたとほぼ同様の効果を得ることができる。
【００５３】
尚、導電性ゴムに代え、導電性樹脂、即ち、導電性のない高分子マトリックスの中に導電性のある金属や金属繊維、カーボンブラック、グラスファイト、炭素繊維、銀粒子などを混合・分散させたものを用いても良い。
【００５４】
また、上記において力センサの例として６軸力センサを示したが、それに限られるものではなく、足部を介してロボットに作用する床反力を検出するものならば、どのようなものでも良い。
【００５５】
また、脚式移動ロボットとして２足ロボットを例示したが、それに限られるものではなく、３足以上のロボットであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】この発明の第１実施例に係る脚式移動ロボットの正面図である。
【図２】図２に示すロボットの側面図である。
【図３】図１および図２に示すロボットをスケルトンで示す説明図である。
【図４】図１に示すロボットの足部付近の構造を模式的に示す、足部付近の側面図である。
【図５】図４に示す足部の底面図である。
【図６】図４に示す足部に荷重が作用した状態を示す、足部の側面図である。
【図７】図４に示す足部において帯電した静電気の床への放電を説明する説明図である。
【図８】図４に示す足部の構造の効果を示す説明グラフである。
【図９】この発明の第２実施例に係る脚式移動ロボットを示す、図４と同様の足部付近の側面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１    脚式移動ロボット（ロボット）
２    脚部
３    基体
２０    電動モータ
２２    足部
５６    ６軸力センサ（力センサ）
２２４    衝撃緩衝部材
２２４ａ  凹部
２２６    導電部材
２２６ａ  導電材
Ｆ    床面
【図１】
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【図２】
2006082200.tif 000004
【図３】
2006082200.tif 000005
【図４】
2006082200.tif 000006
【図５】
2006082200.tif 000007
【図６】
2006082200.tif 000008
【図７】
2006082200.tif 000009
【図８】
2006082200.tif 000010
【図９】
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