(57)【要約】【課題】動作が完了した段階及び完了直前の段階で、動作の対象物等のハンド装置の周囲の状況を的確に認識することができるハンド装置を提供する。【解決手段】ハンド部４０は、リンク部に取り付けられているハンド基部４０ａと、ハンド基部４０ａの先端部から、ハンド基部４０ａの基端部から先端部に向かう方向と交わる方向に延設されている第１指部４０ｂと、ハンド基部４０ａの側面に設けられ、ハンド基部４０ａの側方を撮影可能なカメラ４０ｆとを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームに取り付けられるエンドエフェクタであって、
前記ロボットアームに取り付けられる基部と、
前記基部に設けられた動作部と、
前記動作部から対象物に対して加えられる荷重の方向である第１の方向に対して交わる第２の方向を向くようにして前記基部に設けられ、前記第２の方向を認識可能であるエンドエフェクタ側認識装置とを備えていることを特徴とするエンドエフェクタ。
【請求項２】
請求項１に記載のエンドエフェクタにおいて、
前記動作部は、前記基部に対して移動可能に取り付けられた動作リンク部材であることを特徴とするエンドエフェクタ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のエンドエフェクタにおいて、
前記エンドエフェクタ側認識装置は、前記基部に内蔵されていることを特徴とするエンドエフェクタ。
【請求項４】
基体と、前記基体に連結されている複数のロボットアームとを備えているロボットであって、
前記ロボットアームは、直列的に連結されている複数のリンク部と、前記リンク部に取り付けられているエンドエフェクタと、前記リンク部同士を回動可能に連結する関節機構とを有し、
前記エンドエフェクタは、前記リンク部に取り付けられる基部と、前記基部に設けられた動作部と、前記動作部から対象物に対して加えられる荷重の方向である第１の方向に対して交わる第２の方向を向くようにして前記基部に設けられ、前記第２の方向を認識可能であるエンドエフェクタ側認識装置とを有し、
少なくともいずれか１つの前記ロボットアームを該ロボットアームのエンドエフェクタを接地させて支持脚となるように駆動させるとともに、他の前記ロボットアームを遊脚となるように駆動させることによって、歩行可能であることを特徴とするロボット。
【請求項５】
ロボットアームに取り付けられるハンド装置であって、
前記ロボットアームに取り付けられるハンド基部と、
前記ハンド基部の先端部から、該ハンド基部の基端部から先端部に向かう方向と交わる方向に延設されている指部と、
前記ハンド基部の側面に設けられ、前記ハンド基部の側方を認識可能なハンド側認識装置とを備えていることを特徴とするハンド装置。
【請求項６】
基体と、前記基体に連結されている第１のロボットアーム及び第２のロボットアームを備えているロボットであって、
前記第１のロボットアーム及び前記第２のロボットアームのそれぞれは、直列的に連結されている複数のリンク部と、前記リンク部に取り付けられているハンド装置と、前記リンク部同士を回動可能に連結する関節機構とを有し、
前記ハンド装置は、前記リンク部に取り付けられているハンド基部と、前記ハンド基部の先端部から、該ハンド基部の基端部から先端部に向かう方向と交わる方向に延設されている指部と、前記ハンド基部の側面に設けられ、前記ハンド基部の側方を認識可能なハンド側認識装置とを有し、
前記第１のロボットアームの前記ハンド側認識装置は、前記第１のロボットアーム及び前記第２のロボットアームのいずれもが前記リンク部同士が回動していない基準状態であるときに、前記第２のロボットアームの前記ハンド装置を認識可能な位置に設けられていることを特徴とするロボット。
【請求項７】
基体と、前記基体に連結されているロボットアームと、前記基体に設けられている基体側認識装置とを備えているロボットであって、
前記ロボットアームは、直列的に連結されている複数のリンク部と、前記リンク部に取り付けられているハンド装置と、前記リンク部同士を回動可能に連結する関節機構とを有し、
前記ハンド装置は、前記リンク部に取り付けられているハンド基部と、前記ハンド基部の先端部から、該ハンド基部の基端部から先端部に向かう方向と交わる方向に延設されている指部と、前記ハンド基部の側面に設けられ、前記ハンド基部の側方を認識可能なハンド側認識装置とを有し、
前記基体側認識装置は、前記ハンド装置を認識可能であり、
前記ハンド側認識装置の認識方向は、前記ロボットアームが前記リンク部同士が回動していない基準状態であるときに、前記基体側認識装置の認識方向と交わる方向であることを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押し動作、引き動作、把持動作等の動作を行うハンド装置等のエンドエフェクタ、及び、それを備えたロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基体と、基体に連結されているロボットアームとを備え、そのロボットアームを、基体に取り付けられた可動リンクと、把持動作を行うために可動リンクに取り付けられたエンドエフェクタ（例えば、ハンド装置）とで構成したロボットが知られている。この種のロボットとしては、ロボットアームに取り付けられたカメラ等の認識装置によって、ハンド装置の行う把持動作の状況（例えば、対象物等）を認識するものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に記載のロボットでは、従来、ロボットアームの可動リンクに取り付けられた認識装置を、ハンド装置の先端部の正面（すなわち、ロボットアームを人の腕部とみなした場合に手の平に相当する部分）に設けることによって、ハンド装置の取り付けられている可動リンク又はハンド装置そのものによって認識装置の認識範囲が遮られてしまうという問題を解決している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５５１５６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載のような従来のロボットでは、認識装置がハンド装置の手の平に相当する部分に設けられているので、動作（例えば、把持動作）が完了した段階又はその直前の段階で、対象物そのものによって認識装置の認識範囲が遮られてしまい、動作が適切に行われているか否かを十分に認識できないおそれがあった。
【０００６】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、動作が完了した段階及び完了直前の段階で、動作の対象物等のハンド装置の周囲の状況を的確に認識することができるエンドエフェクタ、ハンド装置及びそれを備えたロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のエンドエフェクタは、ロボットアームに取り付けられるエンドエフェクタであって、前記ロボットアームに取り付けられる基部と、前記基部に設けられた動作部と、前記動作部から対象物に対して加えられる荷重の方向である第１の方向に対して交わる第２の方向を向くようにして前記基部に設けられ、前記第２の方向を認識可能であるエンドエフェクタ側認識装置とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
このように、エンドエフェクタの有するエンドエフェクタ側認識装置は、動作部から対象物に対して加えられる荷重の方向である第１の方向に対して交わる方向である第２の方向を向くように設けられており、且つ、その方向を認識可能となっている。
【０００９】
これにより、動作部によって対象物に荷重を加える動作を行う際には、その動作のいずれの段階であっても、対象物によってエンドエフェクタ側認識装置の認識範囲が遮られることがない。
【００１０】
したがって、本発明のエンドエフェクタによれば、動作が完了した段階及び完了直前の段階であっても対象物によってエンドエフェクタ側認識装置の認識範囲が遮られることがないので、エンドエフェクタの周囲の状況を的確に認識することができる。
【００１１】
また、本発明のエンドエフェクタにおいては、前記動作部は、前記基部に対して移動可能に取り付けられた動作リンク部材であることが好ましい。
【００１２】
このように、本発明のエンドエフェクタは、動作部が基部に一体となるように構成されたものに限定されず、動作部が基部に対して移動可能に取り付けられた動作リンク部材として構成されたものであってもよい。
【００１３】
また、本発明のエンドエフェクタにおいては、前記エンドエフェクタ側認識装置は、前記基部に内蔵されていることが好ましい。
【００１４】
表面に凹凸が存在する対象物に対してエンドエフェクタで押し動作等を行う場合、エンドエフェクタ側認識装置が基部から突出した位置に設けられていると、エンドエフェクタ側認識装置が、対象物の凸部に衝突して破損してしまうおそれがある。
【００１５】
そこで、エンドエフェクタ側認識装置を基部に内蔵する構成にすると、押し動作等の最中にエンドエフェクタ側認識装置（具体的にはエンドエフェクタ側認識装置の撮影レンズ等）に対象物が衝突することを防止することができる。
【００１６】
また、上記目的を達成するために、本発明のロボットは、基体と、前記基体に連結されている複数のロボットアームとを備えているロボットであって、前記ロボットアームは、直列的に連結されている複数のリンク部と、前記リンク部に取り付けられているエンドエフェクタと、前記リンク部同士を回動可能に連結する関節機構とを有し、前記エンドエフェクタは、前記リンク部に取り付けられる基部と、前記基部に設けられた動作部と、前記動作部から対象物に対して加えられる荷重の方向である第１の方向に対して交わる第２の方向を向くようにして前記基部に設けられ、前記第２の方向を認識可能であるエンドエフェクタ側認識装置とを有し、少なくともいずれか１つの前記ロボットアームを該ロボットアームのエンドエフェクタを接地させて支持脚となるように駆動させるとともに、他の前記ロボットアームを遊脚となるように駆動させることによって、歩行可能であることを特徴とする。
【００１７】
上記のエンドエフェクタを接地させるようにして歩行を行うと、エンドエフェクタ側認識装置の認識範囲はエンドエフェクタの接地時に接地面に近い位置となり、その認識可能な方向は接地面とほぼ平行となる。これにより、エンドエフェクタ側認識装置によって、接地面の状況を詳細に認識することができる。その結果、エンドエフェクタを接地させる歩行モードのときには、そのようにして認識された情報に基づいて、ロボットを安定して歩行させることができる。
【００１８】
また、上記目的を達成するために、本発明のハンド装置は、ロボットアームに取り付けられるハンド装置であって、前記ロボットアームに取り付けられるハンド基部と、前記ハンド基部の先端部から、該ハンド基部の基端部から先端部に向かう方向と交わる方向に延設されている指部と、前記ハンド基部の側面に設けられ、前記ハンド基部の側方を認識可能なハンド側認識装置とを備えていることを特徴とする。
【００１９】
このように、本発明のハンド装置は、ハンド基部から指部が一体に延設されているので、ハンド基部と指部との間に関節機構が設けられていない。そのため、このハンド装置では、ハンド基部と指部との間に関節機構を備えたハンド装置に比べて、行うことのできる動作の種類は少ないが、ハンド装置全体としての強度を高くすることができる。
【００２０】
これにより、このハンド装置は、複雑な動きを必要としない動作（例えば、対象物に指部を係止させて行う引き動作等）を荷重の大きい対象物について行う場合等には、有利に行うことができる。
【００２１】
また、このハンド装置の有するハンド側認識装置は、ハンド基部の側面に設けられ、ハンド基部の側方（例えば、指部が延設されている方向と交わる方向）を認識可能となっている。
【００２２】
これにより、指部によって対象物を係止して引き寄せる動作、指部によって対象物を押す動作等を行う際には、その動作のいずれの段階であっても、対象物によってハンド側認識装置の認識範囲が遮られることがない。
【００２３】
したがって、本発明のハンド装置によれば、動作が完了した段階及び完了直前の段階であっても対象物によってハンド側認識装置の認識範囲が遮られることがないので、ハンド装置の周囲の状況を的確に認識することができる。
【００２４】
また、上記目的を達成するために、本発明のロボットは、基体と、前記基体に連結されている第１のロボットアーム及び第２のロボットアームを備えているロボットであって、前記第１のロボットアーム及び前記第２のロボットアームのそれぞれは、直列的に連結されている複数のリンク部と、前記リンク部に取り付けられているハンド装置と、前記リンク部同士を回動可能に連結する関節機構とを有し、前記ハンド装置は、前記リンク部に取り付けられているハンド基部と、前記ハンド基部の先端部から、該ハンド基部の基端部から先端部に向かう方向と交わる方向に延設されている指部と、前記ハンド基部の側面に設けられ、前記ハンド基部の側方を認識可能なハンド側認識装置とを有し、前記第１のロボットアームの前記ハンド側認識装置は、前記第１のロボットアーム及び前記第２のロボットアームのいずれもが前記リンク部同士が回動していない基準状態であるときに、前記第２のロボットアームの前記ハンド装置を認識可能な位置に設けられていることを特徴とする。
【００２５】
このように、本発明のロボットでは、ハンド側認識装置として、ハンド基部の側面に設けられ、ハンド基部の側方を認識可能なものを採用している。さらに、本発明のロボットでは、第１のロボットアーム及び第２のロボットアームのいずれもが基準状態であるときに、第１のロボットアームのハンド側認識装置が、第２のロボットアームの前記ハンド装置を認識可能に構成している。
【００２６】
これにより、本発明のロボットでは、基準状態（すなわち、そのロボットアームが最大限伸ばされた状態、曲げ動作の行われていない状態）となっている第２のロボットアームのハンド装置を、基準状態となっている第１のロボットアームのハンド側認識装置で、認識することができる。
【００２７】
したがって、本発明のロボットによれば、第２のロボットアームが最大限伸ばされた状態であっても、認識のために第１のロボットアームの曲げ動作を行う必要がなく、そのハンド装置を詳細に認識することができる。また、認識のために第１のロボットアームの曲げ動作が必要ではないので、認識する際の第１のロボットアームの曲げ動作のスペースも省略することができる。
【００２８】
また、上記目的を達成するために、本発明のロボットは、基体と、前記基体に連結されているロボットアームと、前記基体に設けられている基体側認識装置とを備えているロボットであって、前記ロボットアームは、直列的に連結されている複数のリンク部と、前記リンク部に取り付けられているハンド装置と、前記リンク部同士を回動可能に連結する関節機構とを有し、前記ハンド装置は、前記リンク部に取り付けられているハンド基部と、前記ハンド基部の先端部から、該ハンド基部の基端部から先端部に向かう方向と交わる方向に延設されている指部と、前記ハンド基部の側面に設けられ、前記ハンド基部の側方を認識可能なハンド側認識装置とを有し、前記基体側認識装置は、前記ハンド装置を認識可能であり、前記ハンド側認識装置の認識方向は、前記ロボットアームが前記リンク部同士が回動していない基準状態であるときに、前記基体側認識装置の認識方向と交わる方向であることを特徴とする。
【００２９】
このように、本発明のロボットは、ハンド側認識装置の他に、基体にハンド装置を認識可能な基体側認識装置を備えている。さらに、本発明のロボットは、基準状態（すなわち、そのロボットアームが最大限伸ばされた状態）であっても、ハンド側認識装置の認識方向と基体側認識装置の認識方向とが交わる方向となるように構成されている。
【００３０】
したがって、本発明のロボットによれば、ハンド側認識装置と基体側認識装置とで対象物を常に多角的に認識し続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態に係るロボットの構成を模式的に示す正面図。
【図２】図１のロボットの関節機構の自由度を模式的に示す斜視図。
【図３】図１のロボットの二足歩行モードで移動している状態を示す側面図。
【図４】図１のロボットの四足歩行モードで移動している状態を示す側面図。
【図５】図１のロボットのハンド部の一部を示す模式図であり、図５Ａは側面図、図５Ｂは斜視図。
【図６】図１のロボットのハンド部及び腕リンクの一部を断面として示す側面図であり、６Ａは閉状態を示し、６Ｂは開状態を示す。
【図７】図１のロボットのハンド部で対象物を把持した場合を示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照して、実施形態に係るロボットについて説明する。本実施形態のロボット１は、人型のロボットであり、二足歩行モードと四足歩行モードとを切り替えて移動可能に構成されたものである。
【００３３】
ただし、本発明におけるエンドエフェクタ（ハンド装置）は、このように構成された人型のロボットにのみ適用し得るものではない。そのため、本発明のロボットには、その他の工業用ロボット等、エンドエフェクタ（ハンド装置）を有しているロボットアームを備えているロボットであれば、本実施形態のロボット１とは異なる形態のロボットも含まれる。
【００３４】
まず、図１を参照して、ロボット１の構成を説明する。
【００３５】
ロボット１の胴体は、上部基体１０と、上部基体１０の下方に配置された下部基体１１と、上部基体１０と下部基体１１との間に設けられた腰関節機構１２とで構成されている。上部基体１０と下部基体１１とは、人間の腰関節に対応する腰関節機構１２を介して、相対的に回動可能に連結されている。
【００３６】
ロボット１の頭部は、周囲の環境を認識するための環境認識装置２０の環境認識ユニット２０ａ（基体側認識装置）である。環境認識ユニット２０ａに搭載されている外部環境を撮像するためのカメラ及び外部環境までの距離を認識するためのセンサは、上部基体１０の内部に配置された環境認識ユニット用制御回路２０ｂによって制御されている。環境認識ユニット２０ａは、人間の首関節に対応する首関節機構２１を介して、上部基体１０に対して回動可能に連結されている。
【００３７】
なお、ロボット１は、人型のロボットであるので、人間の頭部に対応する環境認識ユニット２０ａ（基体側認識装置）を上部基体１０の上部に設けている。しかし、本発明のロボットの基体側認識装置は、このような構成に限定されるものではなく、ロボットの使用環境等に応じて、上部基体の上部以外の位置（例えば、上部基体の前方、下部基体等）に設けてもよい。
【００３８】
ロボット１の左右の腕体は、上部基体１０の上部左右両側から延設された一対の腕リンク３０（可動リンク）である。各々の腕リンク３０は、人間の肩関節に対応する肩関節機構３１を介して、上部基体１０に対して回動可能に連結されている。
【００３９】
腕リンク３０は、人間の上腕に対応する第１腕リンク部３０ａと、人間の前腕に対応する第２腕リンク部３０ｂと、人間の肘関節に対応する肘関節機構３０ｃとで構成されている。
【００４０】
第１腕リンク部３０ａは、肩関節機構３１を介して、上部基体１０に対して回動可能に連結されている。第２腕リンク部３０ｂは、肘関節機構３０ｃを介して、第１腕リンク部３０ａに対して回動可能に連結されている。第２腕リンク部３０ｂの先端には、人間の手に対応するハンド部４０（エンドエフェクタ、ハンド装置）が連結されている。
【００４１】
なお、ロボット１では、腕体である腕リンク３０を、第１腕リンク部３０ａと、第２腕リンク部３０ｂと、肘関節機構３０ｃとで構成している。しかし、本発明のロボットの腕体は、このような構成に限定されるものではなく、単一のリンク部を有するものであってもよいし、３つ以上のリンク部及び各リンク部を連結する複数の関節部を有するものであってもよい。
【００４２】
ハンド部４０は、エンドエフェクタの一例である。このハンド部４０は、人間の手首関節に対応する手首関節機構４１を介して、腕リンク３０の第２腕リンク部３０ｂに対して回動可能に連結されている。ロボット１では、ハンド部４０と腕リンク３０とで、マニピュレータとしてのロボットアームが構成されている。
【００４３】
ロボット１の左右の脚体は、下部基体１１の下部から下方に延設された左右一対の脚リンク５０（可動リンク）である。各々の脚リンク５０は、人間の股関節に対応する股関節機構５１を介して、下部基体１１に対して回動可能に連結されている。
【００４４】
脚リンク５０は、人間の大腿に対応する第１脚リンク部５０ａと、人間の下腿に対応する第２脚リンク部５０ｂと、人間の膝関節に対応する膝関節機構５０ｃとで構成されている。
【００４５】
第１脚リンク部５０ａは、股関節機構５１を介して、下部基体１１に対して回動可能に連結されている。第２脚リンク部５０ｂは、膝関節機構５０ｃを介して、第１脚リンク部５０ａに対して回動可能に連結されている。第２脚リンク部５０ｂの先端には、人間の足に対応する足平部６０が連結されている。
【００４６】
なお、ロボット１では、脚体である脚リンク５０を、第１脚リンク部５０ａと、第２脚リンク部５０ｂと、膝関節機構５０ｃとで構成している。しかし、本発明のロボットの脚体は、このような構成に限定されるものではなく、単一のリンク部を有するものであってもよいし、３つ以上のリンク部及び各リンク部を連結する複数の関節部を有するものであってもよい。
【００４７】
足平部６０は、人間の足首関節に対応する足首関節機構６１を介して、脚リンク５０の第２脚リンク部５０ｂに対して、回動可能に連結されている。
【００４８】
次に、図２を参照して、ロボット１の関節機構の自由度について説明する。
【００４９】
なお、本実施形態では、各関節機構が各部材を回動させる方向は、特にことわらない限り、いずれの関節機構も連結された部材を回動させていない姿勢（以下、「基準姿勢」という。）を基準として説明する。ロボット１の場合、基準姿勢は、ロボット１が起立した状態（上部基体１０、下部基体１１、各腕リンク３０及び各脚リンク５０をほぼ鉛直方向に伸ばした状態）となる。
【００５０】
また、本実施形態では、ヨー軸、ピッチ軸、ロール軸は、それぞれ図２に示すように、ロボット１が基準姿勢のときにおけるロボット１の鉛直方向の軸（Ｚ軸）、左右方向の軸（Ｙ軸）、前後方向の軸（Ｘ軸）を意味する。この場合、ヨー軸は、上部基体１０及び下部基体１１の体幹軸である。
【００５１】
腰関節機構１２は、上部基体１０の下方に配置された第１腰関節機構１２ａと、第１腰関節機構１２ａと下部基体１１との間に配置された第２腰関節機構１２ｂとで構成されている。
【００５２】
第１腰関節機構１２ａは、上部基体１０を、下部基体１１及び第２腰関節機構１２ｂに対してピッチ軸周りに回動可能に連結している。第２腰関節機構１２ｂは、上部基体１０及び第１腰関節機構１２ａを、下部基体１１に対してヨー軸周りに回動可能に連結している。
【００５３】
首関節機構２１は、環境認識ユニット２０ａを、上部基体１０に対してピッチ軸周りに回動可能に連結している。
【００５４】
腕リンク３０の肘関節機構３０ｃは、人間の前腕に対応する第２腕リンク部３０ｂを、人間の上腕に対応する第１腕リンク部３０ａに対してピッチ軸周りに回動可能に連結している。
【００５５】
肩関節機構３１は、上部基体１０の鉛直方向の幅及び水平方向の幅の範囲内に位置するように配置された第１肩関節機構３１ａと、第１肩関節機構３１ａの側方であって上部基体１０の外側に配置された第２肩関節機構３１ｂと、第２肩関節機構３１ｂ及び腕リンク３０の第１腕リンク部３０ａの間に配置された第３肩関節機構３１ｃとで構成されている。
【００５６】
第１肩関節機構３１ａは、第２肩関節機構３１ｂを、上部基体１０に対してヨー軸周りに回動可能に連結している。第２肩関節機構３１ｂは、第３肩関節機構３１ｃを、第１肩関節機構３１ａに対してピッチ軸周り及びロール軸周りに回動可能に連結している。第３肩関節機構３１ｃは、腕リンク３０を、第２肩関節機構３１ｂに対してヨー軸周りに回動可能に連結している。
【００５７】
手首関節機構４１は、腕リンク３０の第２腕リンク部３０ｂのハンド部４０側に配置された第１手首関節機構４１ａと、第１手首関節機構４１ａとハンド部４０との間に配置された第２手首関節機構４１ｂとで構成されている。
【００５８】
第１手首関節機構４１ａは、第２手首関節機構４１ｂを、第２腕リンク部３０ｂに対してヨー軸周りに回動可能に連結している。第２手首関節機構４１ｂは、ハンド部４０を、第１手首関節機構４１ａに対してロール軸周り及びピッチ軸周りに回動可能に連結している。
【００５９】
脚リンク５０の膝関節機構５０ｃは、人間の下肢に対応する第２脚リンク部５０ｂを、人間の大腿に対応する第１脚リンク部５０ａに対してピッチ軸周りに回動可能に連結している。
【００６０】
股関節機構５１は、下部基体１１の下方に配置された第１股関節機構５１ａと、第１股関節機構５１ａの脚リンク５０側に配置された第２股関節機構５１ｂとで構成されている。
【００６１】
第１股関節機構５１ａは、第２股関節機構５１ｂを、下部基体１１に対してヨー軸周りに回動可能に連結している。第２股関節機構５１ｂは、脚リンク５０を、第１股関節機構５１ａに対してピッチ軸周り及びロール軸周りに回動可能に連結している。
【００６２】
足首関節機構６１は、足平部６０を、第２脚リンク部５０ｂに対してピッチ軸周り及びロール軸周りに回動可能に連結している。
【００６３】
なお、本発明のロボットにおける腰関節機構、首関節機構、肩関節機構、肘関節機構、膝関節機構、股関節機構、足首関節機構の構成は、上記の構成に限定されるものではなく、ロボットの用途、ロボット内の関節の配置スペース等に応じて、適宜変更してよい。例えば、いずれかの関節機構を省略してもよいし、上記以外の関節機構を追加してもよい。
【００６４】
次に、図３及び図４を参照して、ロボット１の２つの歩行モードについて説明する。なお、図３においては、理解を容易にするために、腕リンク３０を図示省略している。
【００６５】
なお、本実施形態において、ハンド部４０又は足平部６０を「接地させる」とは、ハンド部４０又は足平部６０がロボット１に作用する力に抗する接触反力を受けるように、ハンド部４０又は足平部６０を外部環境に接触させることを意味する。
【００６６】
図３に示すように、二足歩行モードでは、一対の脚リンク５０の一方の先端の足平部６０を接地面Ａに接地させた状態（その一方の脚リンク５０を支持脚とした状態）で、他方の脚リンク５０の先端の足平部６０を空中移動させ、さらに接地させること（その他方の脚リンク５０を遊脚として動作させること）が繰り返される。この場合、脚リンク５０のそれぞれの遊脚としての動作は、交互に行われる。また、図示省略した腕リンク３０は、非接地状態となっている。
【００６７】
図４に示すように、四足歩行モードでは、腕リンク３０の先端のハンド部４０及び脚リンク５０の先端の足平部６０のうちの２つ又は３つを接地面Ａに接地させた状態（その２つ又は３つの腕リンク３０及び脚リンク５０を支持脚とした状態）で、残りの２つ又は１つのハンド部４０又は足平部６０を空中移動させ、さらに接地させること（その残りの２つ又は１つの腕リンク３０又は脚リンク５０を遊脚として動作させること）が繰り返される。この場合、遊脚として動作させる腕リンク３０又は脚リンク５０は、所定の規則で周期的に切り替えられる。
【００６８】
ただし、四足歩行モードの動作は、上記の動作に限定されるものではない。例えば、腕リンク３０の先端のハンド部４０及び脚リンク５０の先端の足平部６０のうちの１つを接地面Ａに接地させた状態（その１つのハンド部４０又は足平部６０を支持脚とした状態）で、残りの３つのハンド部４０及び足平部６０を空中移動させ、さらに接地させること（その残りの３つのハンド部４０又は足平部６０を遊脚として動作させること）を繰り返すようにすることも可能である。
【００６９】
また、腕リンク３０の先端のハンド部４０及び脚リンク５０の先端の足平部６０を一斉に空中に移動させて（すなわち、ロボット１をジャンプさせて）、さらに接地させることを繰り返すようにすることも可能である。
【００７０】
以下、図５〜図７を参照して、ハンド部４０について詳細に説明する。なお、図５及び図６におけるハンド部４０は、基準姿勢時においてロボット１の右側に位置し、右手を構成するものである。
【００７１】
まず、図５を参照して、ハンド部４０の構成について詳細に説明する。
【００７２】
ハンド部４０は、人間の手の平及び手の甲に対応するハンド基部４０ａ（基部）と、人間の人差し指、中指、薬指及び小指に対応する単一の部材である第１指部４０ｂ（動作部、動作リンク部材）と、人間の親指に対応する第２指部４０ｃとを備えている。
【００７３】
第１指部４０ｂは、ハンド基部４０ａの先端部から、そのハンド基部４０ａの基端部から先端部に向かう方向（図５ＡではＺ方向（ハンド基部４０ａの長手方向））と交わる方向（図５ＡではＸ方向で左側）に延設されている。第１指部４０ｂは、ハンド基部４０ａと一体的に構成され、ハンド基部４０ａに固定されている。第１指部４０ｂのハンド基部４０ａとは反対側の面には、緩衝部材４０ｄが取り付けられている。
【００７４】
このように構成された第１指部４０ｂを備えるハンド部４０では、押し動作の際には、第１指部４０ｂは、そのハンド基部４０ａとは反対側の面（すなわち、緩衝部材４０ｄ）を介して対象物に荷重を加える。一方、引き動作の際には、第１指部４０ｂのハンド基部４０ａ側の面を介して対象物に荷重を加える。
【００７５】
ところで、従来のロボットでは、ハンド装置は、ハンド基部と第１指部とが関節機構を介して連結されたものであったので、その関節部分の強度がそれほど高いものではなかった。そのため、押し動作又は引き動作の際に対象物に大きな荷重を加えると（すなわち、第１指部に大きな力が加えると）、その関節機構に破損が生じてしまうおそれがあった。
【００７６】
これに対し、本実施形態のロボット１では、ハンド部４０は、第１指部４０ｂがハンド基部４０ａに固定されたものである（すなわち、従来のロボットのハンド装置のように関節機構を介して連結されたものではない）ので、従来のハンド装置に比べて全体としての強度が高くなっている。
【００７７】
そのため、ハンド部４０では、押し動作又は引き動作の際に対象物に大きな荷重を加えても（すなわち、第１指部４０ｂに大きな力が加えても）、ハンド基部４０ａと第１指部４０ｂとの間に破損が生じにくい。また、押し動作の際には、緩衝部材４０ｄが第１指部４０ｂを保護するので、第１指部４０ｂそのものにも破損が生じにくい。
【００７８】
また、ハンド部４０は強度が十分に高いので、ロボット１の自重を支えるように対象物を保持しても破損が生じることがない。そのため、ハンド部４０の動作と腕リンク３０の回動とによって、梯子を上るような移動も行うことができる。さらに、ハンド部４０の第１指部４０ｂ（本実施形態では、第１指部４０ｂに取り付けられた緩衝部材４０ｄ）を接地させて移動することもできる。
【００７９】
図６に示すように、第２指部４０ｃは、第１指部４０ｂの先端部のハンド基部４０ａ側の面と対向するように、ハンド基部４０ａに取り付けられている。第２指部４０ｃは、ハンド基部４０ａの内部に設けられた駆動機構４０ｅによって、第２指部４０ｃの先端部を第１指部４０ｂに接近又は離間するように回動させられる。
【００８０】
このように第２指部４０ｃが構成されているので、ハンド部４０は、第１指部４０ｂが固定されていても、第１指部４０ｂと第２指部４０ｃとによって対象物Ｏを摘まむ動作等を容易に行うことができる。
【００８１】
また、ハンド部４０は、ハンド基部４０ａに内蔵されているカメラ４０ｆ（エンドエフェクタ側認識装置、ハンド側認識装置）と、カメラ４０ｆの撮影範囲を照明する投光器４０ｇとを備えている。カメラ４０ｆ及び投光器４０ｇは、ハンド基部４０ａの側面（Ｙ軸方向側の面）に、ハンド基部４０ａの延設方向（Ｚ軸方向）及び第１指部４０ｂが延設されている方向（Ｘ軸方向）と交わる方向（Ｙ軸方向）を撮影及び照明することができるように配置されている。
【００８２】
すなわち、カメラ４０ｆは、動作リンク部材である第１指部４０ｂの先端部による押し動作の方向（Ｘ軸方向）、及び、第１指部４０ｂのハンド基部４０ａとは反対側の面による押し動作の方向（Ｚ軸方向）と交わる方向（Ｙ軸方向。すなわち、第１指部４０ｂから対象物Ｏに対して加えられる荷重の方向（第１の方向）と交わる方向（第２の方向））を向いており、Ｙ軸方向を認識することができるように設けられている。
【００８３】
これにより、第１指部４０ｂによって対象物Ｏを係止して引き寄せる動作、第１指部４０ｂによって対象物Ｏを押す動作、及び、第１指部４０ｂの先端部でスイッチ等を押す動作等を行う際には、その動作のいずれの段階であっても、対象物Ｏによってカメラ４０ｆの視野（認識範囲）及び投光器４０ｇの照明光が遮られることがない。
【００８４】
具体的には、例えば、図７に示すように、左右のハンド部４０Ｒ，４０Ｌで梯子（対象物Ｏ）を掴んだ場合、梯子を掴む前の段階においても、梯子を掴む直前の段階であっても、梯子をつかんだ段階であっても、対象物Ｏである梯子によってカメラ４０ｆの視野（破線で示した領域）が遮られることがない。
【００８５】
したがって、ハンド部４０によれば、動作が完了した段階及び完了直前の段階であっても対象物Ｏによってカメラ４０ｆの視野及び投光器４０ｇの照明光が遮られることがないので、ハンド部４０の周囲の状況を的確に認識することができる。
【００８６】
また、ハンド部４０においては、カメラ４０ｆ及び投光器４０ｇがハンド基部４０ａに内蔵されている。そのため、動作（特に押し動作）の対象物の表面に凹凸が存在している場合であっても、カメラ４０ｆ及び投光器４０ｇが、対象物の凸部に衝突することがない。
【００８７】
なお、本発明のカメラ（エンドエフェクタ側認識装置、ハンド側認識装置（以下、これらを総称する場合は単に「認識装置」という。））は、エンドエフェクタ（ハンド装置）によって対象物に対して行われる動作の方向に交わる方向を認識可能なものであればよい。そのため、その認識方向は、必ずしも第１指部４０ｂの延設されている方向と交わらなくてもよい。また、認識装置は、必ずしも基部に内蔵しなくてもよい。例えば、動作の対象物が表面の平坦なものに限定される場合等には、認識装置は、ハンド基部に外付けされていてもよい。
【００８８】
また、ロボット１では、ハンド部４０のハンド側認識装置として、カメラ４０ｆ（すなわち、光学的な撮影を行う機器）を採用している。しかし、本発明の認識装置は、カメラ等の光学的な撮影を行う機器に限定されるものではなく、認識対象であるハンド装置の周囲の状況を認識可能なものであればよい。
【００８９】
例えば、認識装置として、ＬＲＦ（レーザレンジファインダ）のように、照射したレーザ光が外部環境に反射して戻ってくるまでの時間を測定し、その時間に基づいて、外部環境までの距離を測定するものを採用してもよい。なお、ＬＲＦ等を採用する場合には、撮影対象を照明するための投光器４０ｇを省略してもよい。
【００９０】
次に、図６を参照して、ハンド部４０の第２指部４０ｃの回動について説明する。
【００９１】
駆動機構４０ｅは、第２指部４０ｃの先端部を第１指部４０ｂに対して接近又は離間するように、ハンド基部４０ａの内部に位置する支点Ｐ周りに、第２指部４０ｃを回動させる。
【００９２】
このように第２指部４０ｃが回動するので、図６Ａに示すように、第２指部４０ｃの先端部を第１指部４０ｂに接近させた状態（以下、「閉状態」という。）では、ハンド部４０は、第１指部４０ｂのハンド基部４０ａ側の面と、第２指部４０ｃのハンド基部４０ａ側の面と、ハンド基部４０ａの第１指部４０ｂが延びている側の面とで、対象物Ｏを３点接触によって把持することができる。
【００９３】
また、閉状態では、第２指部４０ｃの先端部は、第１指部４０ｂの先端部よりもハンド基部４０ａに近い位置に位置するので、閉状態では、ハンド部４０全体がより小型化される。そのため、狭所で作業を行う際には、閉状態とすることで、エンドエフェクタであるハンド部４０を容易に作業領域まで移動させることができる。その結果、ハンド部４０と外部環境との接触を防止して、ハンド部４０の破損を防止することができる。
【００９４】
一方、図６Ｂに示すように、第２指部４０ｃの先端部を第１指部４０ｂの先端部から離間させた状態（以下、「開状態」という。）は、第２指部４０ｃは、第１指部４０ｂよりも突出した位置に位置するので、ハンド部４０は、第２指部４０ｃの先端部でボタン等を押すという動作ができる。
【００９５】
次に、図１，図４及び図５を参照して、各動作時におけるカメラ４０ｆの撮影範囲について説明する。
【００９６】
図１に示すように、ロボット１は、上部基体１０と、上部基体１０に連結されている一対の腕リンク３０とを備えている。
【００９７】
腕リンク３０は、第１腕リンク部３０ａと、第２腕リンク部３０ｂと、第１腕リンク部３０ａと第２腕リンク部３０ｂとを直列的に、且つ、回動可能に連結する肘関節機構３０ｃとで構成されており、第２腕リンク部３０ｂの先端部には、ハンド部４０が取り付けられている。すなわち、腕リンク３０とハンド部４０とで、マニピュレータとしてのロボットアームが構成されている。
【００９８】
ここで、本実施形態では、腕リンク３０の肘関節機構３０ｃを回動させていない状態を、ロボットアームの基準状態とする。この基準状態において、ロボットアームは最も伸びた状態となる。
【００９９】
このようなロボットアームを備えているロボット１では、一方のロボットアーム（第１のロボットアーム）のハンド部４０のカメラ４０ｆは、左右のロボットアームがいずれも基準状態であるときに、他方のロボットアーム（第２のロボットアーム）のハンド部４０を撮影可能となっている。
【０１００】
具体的には、図４に示すように、左右のロボットアームをいずれも上部基体１０の下方に伸ばしてハンド部４０を接地している姿勢のときに、左右のハンド部４０の一方のカメラ４０ｆは、他方のハンド部４０及びその周囲の状況を撮影可能となっている。
【０１０１】
このように、ロボット１では、基準状態（すなわち、そのロボットアームが最大限伸ばされた状態）となっている一方のロボットアームのハンド部４０を、基準状態（すなわち、曲げ動作の行われていない状態）となっている他方のロボットアームのカメラ４０ｆで、認識することができる。
【０１０２】
すなわち、ロボット１では、従来のロボットのようにハンド装置の手の平部分に認識装置を設けた構成とは異なり、最大限伸ばした状態となっている一方のロボットアームに対して、他方のロボットアームのカメラ４０ｆを、その他方のロボットアームの曲げ動作を行わなくても、向けることができる。すなわち、両方のロボットアームを最大限伸ばした状態のまま、一方のロボットアームのハンド装置を、他方のロボットアームのカメラの撮影範囲に位置させることができる。
【０１０３】
これにより、ロボット１では、曲げ動作を行わなくてもよい分だけ、従来のロボットよりも、撮影を行うハンド部４０に設けられているカメラ４０ｆを撮影対象のハンド部４０に近づけることができるので、ハンド部４０及びその周囲の状況について、詳細な撮影を行うことができる。また、撮影を行うハンド部４０を備えるロボットアームの曲げ動作を必要としないので、その曲げ動作のためのスペースも省略することができる。
【０１０４】
また、図１に示すように、ロボット１は、上部基体１０の上方に、ロボット１の頭部として、環境認識ユニット２０ａ（基体側認識装置）が設けられている。
【０１０５】
この環境認識ユニット２０ａの認識方向は、腕リンク３０とハンド部４０とで構成されたロボットアームが基準状態であるときに（すなわち、ロボットアームが最大限伸ばされ、そのロボットアームのハンド部４０が最も離れた位置にあっても）、カメラ４０ｆの撮影範囲と交わる方向となっている。
【０１０６】
具体的には、図４に示すように、左右のロボットアームをいずれも上部基体１０の下方に伸ばしてハンド部４０を接地している姿勢のときに、環境認識ユニット２０ａは接地面Ａを上方から認識し、ハンド部４０のカメラ４０ｆは、接地面Ａとほぼ平行となる方向を認識する。
【０１０７】
さらに、ハンド部４０のカメラ４０ｆは、対象物（例えば、ハンド部４０が接地される（ハンド部４０で押し動作が行われる）接地面Ａ）の状況を、動作の段階を問わず撮影し続けることができるようになっている。
【０１０８】
そのため、ロボット１では、環境認識ユニット２０ａとカメラ４０ｆとで、ロボットアームの状態及び動作の段階を問わず、対象物を常に多角的に認識し続けることができる。
【０１０９】
また、ロボット１が四足歩行モードのときには、カメラ４０ｆの撮影範囲は、接地面Ａに近い位置となり、その撮影範囲の方向は、接地面Ａとほぼ平行となるので、カメラ４０ｆによって接地面Ａの状況を詳細に撮影することができる。その結果、四足歩行モードのときには、カメラ４０ｆによって撮影された状況に基づいて、ロボット１を安定して歩行させることができる。
【０１１０】
以上、図示の実施形態について説明したが、本発明はこのような形態に限られるものではない。
【０１１１】
例えば、上記実施形態においては、ハンド部４０（すなわち、ハンド装置）をエンドエフェクタとしている。しかし、本発明におけるエンドエフェクタは、ハンド装置として用いられるものに限定されるものではない。
【０１１２】
例えば、動作部として、動作部を第１指部４０ｂのような基部と一体に構成された動作リンク部材ではなく、基部に対して移動可能な動作リンク部材を採用してもよい。例えば、特許文献１に記載のエンドエフェクタのように、多数の動作リンク部材を備えているものであってもよい。
【０１１３】
また、上記実施形態においては、ハンド部４０に設けられた第１指部４０ｂの動作方向（第１の方向）を基準として、ハンド側認識装置であるカメラ４０ｆの認識範囲（第２の方向）を規定している。しかし、本発明における認識範囲（第２の方向）は、第１指部４０ｂを基準とした方向に限定されるものではなく、エンドエフェクタの動作部が対象物に加える荷重の方向（第１の方向）に基づいて規定されていればよい。
【０１１４】
例えば、動作リンク部材を備えず、基部の一部分を動作部として対象物に押し付けることによって動作を行うエンドエフェクタ（基部による押圧動作のみができるようなエンドエフェクタ）の場合には、その押圧動作の方向を第１の方向として、認識装置の認識方向（第２の方向）を規定すればよい。
【０１１５】
また、上記実施形態においては、左右一対の腕リンク３０（ロボットアーム）及び脚リンク５０を備えた人型のロボット１に、カメラ４０ｆを備えたハンド部４０を採用した構成について説明している。
【０１１６】
しかし、本発明のロボットは、そのような構成に限定されるものではなく、認識装置付きのエンドエフェクタを有するロボットアームを複数備えたロボット、又は、認識装置付きのエンドエフェクタを有するロボットアーム及び基体側認識装置付きの基体を備えたロボットであればよい。そのため、例えば、脚リンクの代わりに駆動輪等を備えたロボットであってもよい。
【０１１７】
また、上記実施形態においては、腕リンク３０とハンド部４０とでロボットアームを構成している。ここで、腕リンク３０は、第１腕リンク部３０ａと、第２腕リンク部３０ｂと、第１腕リンク部３０ａと第２腕リンク部３０ｂとを直列的に、且つ、回動可能に連結する肘関節機構３０ｃとで構成されている。
【０１１８】
しかし、本発明のロボットアームは、そのような構成に限定されるものではなく、直列的に連結されている複数のリンク部と、前記リンク部に取り付けられているハンド装置と、前記リンク部同士を回動可能に連結する関節機構を備えるものであればよい。そのため、例えば、リンク部を３つ以上備える構成であってもよい。
【符号の説明】
【０１１９】
１…ロボット、１０…上部基体、１１…下部基体、１２…腰関節機構、１２ａ…第１腰関節機構、１２ｂ…第２腰関節機構、２０…環境認識装置、２０ａ…環境認識ユニット（基体側認識装置）で、２０ｂ…環境認識ユニット用制御回路、２１…首関節機構、３０…腕リンク（可動リンク）、３０ａ…第１腕リンク部、３０ｂ…第２腕リンク部、３０ｃ…肘関節機構、３１…肩関節機構、３１ａ…第１肩関節機構、３１ｂ…第２肩関節機構、３１ｃ…第３肩関節機構、４０，４０Ｌ，４０Ｒ…ハンド部（エンドエフェクタ、ハンド装置）、４０ａ…ハンド基部（基部）、４０ｂ…第１指部（動作部、動作リンク部材）、４０ｃ…第２指部、４０ｄ…緩衝部材、４０ｅ…駆動機構、４０ｆ…カメラ（エンドエフェクタ側認識装置、ハンド側認識装置）、４０ｇ…投光器、４１…手首関節機構、４１ａ…第１手首関節機構、４１ｂ…第２手首関節機構、４１ｃ…駆動部、５０…脚リンク（可動リンク）、５０ａ…第１脚リンク部、５０ｂ…第２脚リンク部、５０ｃ…膝関節機構、５１…股関節機構、５１ａ…第１股関節機構、５１ｂ…第２股関節機構、６０…足平部、６１…足首関節機構、Ａ…接地面、Ｏ…対象物、Ｐ…第２指部４０ｃの回動の支点。
【図１】
2018144219.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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