(57)【要約】【課題】省電力化を実現したロボット装置、その制御方法、及びプログラムを提供すること。【解決手段】ロボット装置１０は、車輪を用いて走行する。また、ロボット装置１０は、走行路面の状態を検出する状態検出手段と、車輪を回転可能に支持し、車輪からの衝撃を吸収するサスペンション手段と、サスペンション手段に対して駆動力を供給する駆動手段と、サスペンション手段の動作をロック及び解除するロック手段と、状態検出手段により検出された走行路面の状態に応じて、ロック手段のロック及び解除と、駆動手段の駆動及び停止と、を制御する制御手段と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を用いて走行するロボット装置であって、
走行路面の状態を検出する状態検出手段と、
車輪を回転可能に支持し、該車輪からの衝撃を吸収するサスペンション手段と、
前記サスペンション手段に対して駆動力を供給する駆動手段と、
前記サスペンション手段の動作をロック及び解除するロック手段と、
前記状態検出手段により検出された前記走行路面の状態に応じて、前記ロック手段のロック及び解除と、前記駆動手段の駆動及び停止と、を制御する制御手段と、
を備える、ことを特徴とするロボット装置。
【請求項２】
請求項１記載のロボット装置であって、
前記制御手段は、
前記状態検出手段により検出された前記走行路面の状態に基づいて、該走行路面が良路であると判断したとき、前記ロック手段にロックさせ、かつ、前記駆動手段を停止させ、
前記状態検出手段により検出された前記走行路面の状態に基づいて、該走行路面が悪路であると判断したとき、前記ロック手段のロックを解除し、かつ、前記駆動手段を駆動させるように制御を行う、ことを特徴とするロボット装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のロボット装置であって、
前記駆動力は、駆動手段の駆動軸を介して前記サスペンション手段に伝達されており、
前記ロック手段は、前記駆動手段の駆動軸の動作をロック及び解除する、ことを特徴とするロボット装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか１項記載のロボット装置であって、
前記状態検出手段は、前記走行路面を撮影する撮影装置と、該撮影装置により撮影された撮影画像に対して所定の画像処理を施す画像処理部と、を有している、ことを特徴するロボット装置。
【請求項５】
車輪を用いて走行するロボット装置の制御方法であって、
走行路面の状態を検出する工程と、
車輪を回転可能に支持し、該車輪からの衝撃を吸収するサスペンション手段に対して駆動手段により駆動力を供給する工程と、
前記サスペンション手段の動作をロック及び解除する工程と、
前記検出された走行路面の状態に応じて、前記サスペンション手段の動作のロック及び解除と、前記駆動手段の駆動及び停止と、を制御する工程と、
を含む、ことを特徴とするロボット装置の制御方法。
【請求項６】
請求項５記載のロボット装置の制御方法であって、
前記検出された走行路面の状態に基づいて、該走行路面が良路であると判断したとき、前記サスペンション手段の動作をロックし、かつ、前記駆動手段を停止させるよう制御する工程と、
前記検出された走行路面の状態に基づいて、該走行路面が悪路であると判断したとき、前記サスペンション手段の動作のロックを解除し、かつ、前記駆動手段を駆動させるよう制御する工程と、
を含む、ことを特徴とするロボット装置の制御方法。
【請求項７】
車輪を用いて走行するロボット装置のプログラムであって、
走行路面の状態を検出する処理と、
車輪を回転可能に支持し、該車輪からの衝撃を吸収するサスペンション手段の動作をロック及び解除する処理と、
前記検出された走行路面の状態に応じて、前記サスペンション手段の動作のロック及び解除と、前記サスペンション手段に駆動力を供給する駆動手段の駆動及び停止と、を制御する処理と、
をコンピュータに実行させるロボット装置のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪からの衝撃をサスペンション手段により吸収して走行するロボット装置、その制御方法、及びプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車輪を用いて走行するロボット装置には、ダンパー等を制御して車輪からの衝撃を積極的に吸収する所謂アクティブサスペンション装置を用いて、姿勢を保持する姿勢制御を行いつつ各種の路面を走行するものがある。一方、関節モータに電磁クラッチが併設され、アームの屈曲をロックする倒立車輪型移動体が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０３５１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記アクティブサスペンション装置は、常時、モータから駆動力の供給を受けて、車輪の衝撃吸収や姿勢制御を行っている。この駆動力の供給は、本来、アクティブサスペンション装置を作動させる必要がある凹凸路などの悪路を走行する場合だけでなく、アクティブサスペンション装置を作動させる必要がない平坦路などの良路を走行する場合にも行われている。したがって、この不要なモータ駆動により、バッテリの電力が大きく消費され、ロボット全体の稼動時間が短くなるという問題が生じている。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、省電力化を実現したロボット装置、その制御方法、及びプログラムを提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、車輪を用いて走行するロボット装置であって、走行路面の状態を検出する状態検出手段と、車輪を回転可能に支持し、該車輪からの衝撃を吸収するサスペンション手段と、前記サスペンション手段に対して駆動力を供給する駆動手段と、前記サスペンション手段の動作をロック及び解除するロック手段と、前記状態検出手段により検出された前記走行路面の状態に応じて、前記ロック手段のロック及び解除と、前記駆動手段の駆動及び停止と、を制御する制御手段と、を備える、ことを特徴とするロボット装置である。
【０００７】
また、この一態様において、前記制御手段は、前記状態検出手段により検出された前記走行路面の状態に基づいて該走行路面が良路であると判断したとき、前記ロック手段にロックさせ、かつ、前記駆動手段を停止させ、前記状態検出手段により検出された前記走行路面の状態に基づいて該走行路面が悪路であると判断したとき、前記ロック手段のロックを解除し、かつ、前記駆動手段を駆動させるように制御を行ってもよい。
【０００８】
さらに、この一態様において、前記駆動力は、駆動手段の駆動軸を介して前記サスペンション手段に伝達されており、前記ロック手段は、前記駆動手段の駆動軸の動作をロック及び解除してもよい。
【０００９】
さらにまた、この一態様において、前記状態検出手段は、前記走行路面を撮影する撮影装置と、該撮影装置により撮影された撮影画像に対して所定の画像処理を施す画像処理部と、を有していてもよい。
【００１０】
他方、上記目的を達成するための本発明の一態様は、車輪を用いて走行するロボット装置の制御方法であって、走行路面の状態を検出する工程と、車輪を回転可能に支持し、該車輪からの衝撃を吸収するサスペンション手段に対して駆動手段により駆動力を供給する工程と、前記サスペンション手段の動作をロック及び解除する工程と、前記検出された走行路面の状態に応じて、前記サスペンション手段の動作のロック及び解除と、前記駆動手段の駆動及び停止と、を制御する工程と、を含む、ことを特徴とするロボット装置の制御方法であってもよい。
【００１１】
また、この一態様において、前記検出された走行路面の状態に基づいて、該走行路面が良路であると判断したとき、前記サスペンション手段の動作をロックし、かつ、前記駆動手段を停止させるよう制御する工程と、前記検出された走行路面の状態に基づいて、該走行路面が悪路であると判断したとき、前記サスペンション手段の動作のロックを解除し、かつ、前記駆動手段を駆動させるよう制御する工程と、を含んでいてもよい。
【００１２】
さらに、上記目的を達成するための本発明の一態様は、車輪を用いて走行するロボット装置のプログラムであって、走行路面の状態を検出する処理と、車輪を回転可能に支持し、該車輪からの衝撃を吸収するサスペンション手段の動作をロック及び解除する処理と、前記検出された走行路面の状態に応じて、前記サスペンション手段の動作のロック及び解除と、前記サスペンション手段に駆動力を供給する駆動手段の駆動及び停止と、を制御する処理と、をコンピュータに実行させるロボット装置のプログラムであってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、省電力化を実現したロボット装置、その制御方法、及びプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態に係るロボット装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るロボット装置の制御処理フローの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るロボット装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施の形態に係るロボット装置１０は、駆動車輪１を回動させて走行するものであり、路面センサ２と、アクティブサスペンション装置３と、バッテリ４と、サスペンション用モータ５と、モータアンプ６と、ＥＣＵ（Electric Control Unit）７と、電磁ロック機構８と、電磁ロック制御ユニット９と、を備えている。
【００１６】
路面センサ２は、状態検出手段の一具体例であり、ロボット装置１０が走行する走行路面Ｓの状態（凹凸状態、路面の変化、勾配、障害物等）を検出することができる。また、路面センサ２は、例えば、ロボット装置１０の前方、側方、後方等に取付けられ、ロボット装置１０がこれから走行する走行路面Ｓを撮影できるカメラなどの撮影装置２１と、この撮影装置２１により撮影された走行路面Ｓの撮影画像に対して周知の画像処理を施すことにより、走行路面Ｓの状態（凹凸の有無、その段差の大きさ、路面の変化量など）を検出する画像処理部２２と、を有している。
【００１７】
なお、路面センサ２は、撮影装置２１と画像処理部２２とにより構成されているが、これに限らず、走行路面Ｓの状態を検出できる超音波センサ、レーザセンサ、レーダセンサなどの距離センサ、或いは、これらセンサを組み合わせて構成してもよい。路面センサ２は、ＥＣＵ７に接続されており、検出した走行路面Ｓの状態をＥＣＵ７に対して出力する。
【００１８】
アクティブサスペンション装置３は、サスペンション手段の一具体例であり、駆動車輪１を回転可能に支持し、駆動車輪１からの衝撃を吸収しつつ、ロボット装置１０の姿勢を保持する姿勢制御を行う。なお、アクティブサスペンション装置３は、例えば、ダンパーの油圧などを制御することで、走行路面Ｓ等の外部から駆動車輪１を介して入力される振動と逆位相の力を発生させて、ロボット装置１０の振動や姿勢を改善するものある。なお、アクティブサスペンション装置３における詳細な構造及び作用の説明は、周知技術であるため省略する。また、本実施の形態において、駆動車輪１が適用されているが、これに限らず、従動車輪にも適用可能である。
【００１９】
バッテリ４は、例えば、リチウムイオン電池等が用いられており、モータアンプ６に接続されている。また、バッテリ４は、家庭用電源や専用充電器などにより充電され、この充電された電力を、モータアンプ６を介してサスペンション用モータ５や各ユニットに対して供給する。
【００２０】
サスペンション用モータ５は、駆動手段の一具体例であり、アクティブサスペンション装置３に対して駆動力を供給する。また、サスペンション用モータ５は、例えば、駆動軸５１と、モータ本体５２と、モータ本体５２が出力する駆動力を倍加して駆動軸５１に伝達する減速機構５３と、から構成されている。
【００２１】
サスペンション用モータ５の駆動軸５１は、アクティブサスペンション装置３に連結されており、アクティブサスペンション装置３は、駆動軸５１から入力される駆動力を用いて、上述の駆動車輪１の衝撃吸収や姿勢制御を行うための力を発生させる。さらに、サスペンション用モータ５は、モータアンプ６を介してバッテリ４に接続されており、バッテリ４からモータアンプ６を介して供給される電力により駆動する。
【００２２】
モータアンプ６は、ＥＣＵ７及びサスペンション用モータ５に夫々接続されている。また、モータアンプ６は、ＥＣＵ７からの制御信号に応じて、バッテリ４からサスペンション用モータ５に対して供給される電力の増幅率等を制御することで、バッテリ４からサスペンション用モータ５へ供給される電力の制御を行う。なお、モータアンプ６は、ＥＣＵ７に内蔵される構成であってもよい。
【００２３】
ＥＣＵ７は、制御手段の一具体例であり、路面センサ２により検出された走行路面Ｓの状態に応じて、電磁ロック機構８のロック及び解除と、サスペンション用モータ５の駆動及び停止を制御する。例えば、ＥＣＵ７は、電磁ロック制御ユニット９に対して制御信号を送信することで、電磁ロック機構８のロック及び解除を制御する。また、ＥＣＵ７は、モータアンプ６に対して制御信号を送信して、バッテリ４からサスペンション用モータ５へ供給される電力を制御することで、サスペンション用モータ５の駆動及び停止を制御する。
【００２４】
なお、ＥＣＵ７は、例えば、制御処理、演算処理等を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）７１と、ＣＰＵ７１によって実行される制御プログラム、演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）７２と、処理データ等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）７３と、を有する、マイクロコンピュータを中心にハードウェア構成されている。
【００２５】
電磁ロック機構８は、ロック手段の一具体例であり、サスペンション用モータ５の駆動軸５１に設けられている。電磁ロック機構８は、例えば、サスペンション用モータ５の駆動軸５１を挟み込むことにより、駆動軸５１をロックする構成となっているが、これに限らず、駆動軸５１を固定できれば任意の構成が適用可能である。
【００２６】
また、電磁ロック機構８は、電磁ロック制御ユニット９に接続されている。電磁ロック機構８は、電磁ロック制御ユニット９からの制御信号に応じて、サスペンション用モータ５の駆動軸５１をロックすることで駆動軸５１の動作をロックし、アクティブサスペンション装置３の動作をロックし、あるいは、そのロックを解除することで駆動軸５１の動作を可能にし、アクティブサスペンション装置３の動作を可能にする。
【００２７】
なお、電磁ロック機構８は、サスペンション用モータ５の駆動軸５１をロック及び解除しているが、これに限らず、例えば、サスペンション用モータ５の減速機構５３、モータ本体５２、あるいはアクティブサスペンション装置３自体をロックしてもよく、アクティブサスペンション装置３の動作をロック及び解除できれば任意の構成でよい。また、電磁ロック機構８を用いて、サスペンション用モータ５の動作をロックしているが、これに限らず、機械式ロック機構を用いてもよく、任意のロック機構を適用することができる。
【００２８】
電磁ロック制御ユニット９は、ＥＣＵ７に接続されており、ＥＣＵ７からの制御信号に応じて、電磁ロック機構８のロック及び解除を制御する。なお、電磁ロック制御ユニット９は、ＥＣＵ７に内蔵される構成であってもよい。
【００２９】
ところで、従来のアクティブサスペンション装置は、常時、サスペンション用モータから駆動力（例えば、７０〜８０％の駆動トルク）の供給を受けて、車輪の衝撃吸収や姿勢制御を行っている。この駆動力の供給は、本来、アクティブサスペンション装置を作動させる必要がある凹凸路などの悪路を走行する場合だけでなく、アクティブサスペンション装置を作動させる必要がない平坦路などの良路を走行する場合にも行われている。この不要なモータ駆動により、バッテリの電力が大きく消費され、ロボット全体の稼動時間が短くなるという問題が生じている。
【００３０】
そこで、本実施の形態に係るロボット装置１０において、ＥＣＵ７は、路面センサ２により検出された走行路面Ｓの状態に応じて、電磁ロック機構８のロック及び解除と、サスペンション用モータ５の駆動及び停止と、を制御する。
【００３１】
例えば、ＥＣＵ７は、路面センサ２により検出された走行路面Ｓの状態に基づいて、走行路面Ｓが平坦路などの良路であると判断したとき、電磁ロック機構８にロックさせ、かつ、サスペンション用モータ５を完全に停止させる。これにより、良路走行時に不要となるサスペンション用モータ５の消費電力（不要なアクティブサスペンション装置３の保持電力）を削減し、ロボット装置１０の省電力化を図ることができる。
【００３２】
なお、電磁ロック機構８を駆動する電力は、サスペンション用モータ５を駆動する電力と比較して遥かに小さいため、大幅に省電力化を図ることができ、この省電力化により、ロボット装置１０の駆動時間（又は航続距離）を大幅に伸ばすことが期待できる。
【００３３】
一方、ＥＣＵ７は、路面センサ２により検出された走行路面Ｓの状態に基づいて、走行路面Ｓが凹凸路などの悪路であると判断したとき、電磁ロック機構８のロックを解除し、かつ、サスペンション用モータ５を駆動させるように制御を行う。これにより、サスペンション用モータ５を駆動させ、アクティブサスペンション装置３を通常通り作動させることで、ロボット装置１０への衝撃を最適に抑制し、姿勢を制御することができる。すなわち、走行路面Ｓからロボット装置１０へ入力される衝撃を抑制しつつ、ロボット装置１０の省電力化を実現することができる。
【００３４】
次に、本実施の形態に係るロボット装置１０の制御方法について、詳細に説明する。図２は、本実施の形態に係るロボット装置の制御処理フローの一例を示すフローチャートである。なお、図２に示す制御処理は、所定時間毎に繰り返し実行される。
【００３５】
路面センサ２の撮影装置２１は、これから走行する走行路面Ｓを撮影し、画像処理部２２は、撮影装置２１により撮影された走行路面Ｓの撮影画像に対して周知の画像処理を行い、走行路面Ｓの状態を検出し（ステップＳ１０１）、検出した走行路面Ｓの状態をＥＣＵ７に対して出力する。
【００３６】
ＥＣＵ７は、路面センサ２の画像処理部２２により検出された走行路面Ｓの状態に基づいて、これから走行する走行路面Ｓが凹凸路なでの悪路であるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。ここで、悪路とは、例えば、その路面を走行したときに駆動車輪１から一定以上の衝撃が入力されると推測される路面（凹凸路など）を指す。ＥＣＵ７は、例えば、悪路と判断できる凹凸パターンをＲＡＭ７３に予め記憶しており、路面センサ２により検出された走行路面Ｓの状態がその凹凸パターンと略合致するとき、その走行路面Ｓが悪路であると判断する。
【００３７】
ＥＣＵ７は、走行路面Ｓが悪路ではなく良路であると判断すると（ステップＳ１０２のＮＯ）、電磁ロック制御ユニット９に制御信号を送信することで、電磁ロック機構８を制御してサスペンション用モータ５の駆動軸５１をロックさせる（ステップＳ１０３）。これにより、アクティブサスペンション装置３は、駆動軸５１を介して電磁ロック機構８によりその位置にロックされ、保持される。
【００３８】
さらに、ＥＣＵ７は、モータアンプ６を制御してバッテリ４からサスペンション用モータ５への電力供給を停止することで、サスペンション用モータ５の駆動を停止する（ステップＳ１０４）。これにより、良路走行時に不要となるサスペンション用モータ５の消費電力を削減し、ロボット装置１０の省電力化を図ることができる。
【００３９】
一方、ＥＣＵ７は、走行路面Ｓが悪路であると判断すると（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、電磁ロック制御ユニット９に制御信号を送信することで、電磁ロック機構８を制御して、そのロックを解除させる（ステップＳ１０５）。
【００４０】
さらに、ＥＣＵ７は、モータアンプ６を制御してバッテリ４からサスペンション用モータ５へ電力供給させることで、サスペンション用モータ５を駆動させる（ステップＳ１０６）。これにより、アクティブサスペンション装置３を通常通り作動させることで、ロボット装置１０への衝撃を最適に抑制することができる。
【００４１】
以上、本実施の形態に係るロボット装置１０において、ＥＣＵ７は、路面センサ２により検出された走行路面Ｓの状態に応じて、電磁ロック機構８のロック及び解除と、サスペンション用モータ５の駆動及び停止と、を制御する。これにより、走行路面Ｓからロボット装置１０へ入力される衝撃を抑制しつつ、ロボット装置１０の省電力化を実現することができる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【００４３】
また、上記実施の形態において、任意の処理を、ＣＰＵ７１にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。この場合、コンピュータプログラムは、記録媒体に記録して提供することも可能であり、また、インターネットその他の通信媒体を介して伝送することにより提供することも可能である。
【００４４】
さらに、記憶媒体には、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＲＯＭカートリッジ、バッテリバックアップ付きＲＡＭメモリカートリッジ、フラッシュメモリカートリッジ、不揮発性ＲＡＭカートリッジ等が含まれる。さらにまた、通信媒体には、電話回線等の有線通信媒体、マイクロ波回線等の無線通信媒体等が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、例えば、良路や悪路などの走行路面を、車輪からの衝撃をサスペンション手段により吸収しつつ走行するロボット装置、その制御方法、及びプログラムに利用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１    駆動車輪
２    路面センサ
３    アクティブサスペンション装置
４    バッテリ
５    サスペンション用モータ
６    モータアンプ
７    ＥＣＵ
８    電磁ロック機構
９    電磁ロック制御ユニット
１０    ロボット装置
【図１】
2011167798.tif 000003
【図２】
2011167798.tif 000004