(57)【要約】【課題】複雑な挙動で移動するロボット装置をより低コストで作製可能な技術を提供する。【解決手段】本発明の一側面に係るロボット装置の下部ユニットは、一対の車輪と、前記一対の車輪により支持され、前記ロボット装置の上部ユニットが取り付けられる基台部と、前記一対の車輪の回転を制御するように構成された制御装置と、前記制御装置により制御され、前記一対の車輪の回転に同期して、前記基台部に取り付けられた前記ロボット装置の前記上部ユニットを垂直方向に振動させるように構成された垂直振動機構と、前記制御装置により制御され、前記一対の車輪の回転に同期して、前記基台部に取り付けられた前記ロボット装置の前記上部ユニットを水平方向に振動させるように構成された水平振動機構と、を備える。【選択図】図２
2019155517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット装置の下部ユニットであって、
一対の車輪と、
前記一対の車輪により支持され、前記ロボット装置の上部ユニットが取り付けられる基台部と、
前記一対の車輪の回転を制御するように構成された制御装置と、
前記制御装置により制御され、前記一対の車輪の回転に同期して、前記基台部に取り付けられた前記ロボット装置の前記上部ユニットを垂直方向に振動させるように構成された垂直振動機構と、
前記制御装置により制御され、前記一対の車輪の回転に同期して、前記基台部に取り付けられた前記ロボット装置の前記上部ユニットを水平方向に振動させるように構成された水平振動機構と、
を備える、
下部ユニット。
【請求項２】
前記制御装置は、前記上部ユニットの垂直方向及び水平方向の振動が生物の移動する際の重心位置の揺動を模した動きとなるように、前記垂直振動機構及び前記水平振動機構を制御する、
請求項１に記載の下部ユニット。
【請求項３】
前記制御装置は、前記上部ユニットの垂直方向及び水平方向の振動が、前記生物の移動する際の重心位置の揺動を模した動きとして、人間の移動する際の骨盤の揺動を模した動きとなるように、前記垂直振動機構及び前記水平振動機構を制御する、
請求項２に記載の下部ユニット。
【請求項４】
前記骨盤の揺動を模した動きにおける垂直方向の振動は、第１の周期関数により表され、
前記骨盤の揺動を模した動きにおける水平方向の振動は、第２の周期関数により表され、
前記第１の周期関数と前記第２の周期関数とは速度に応じた位相差を有しており、
前記制御装置は、
前記一対の車輪の回転速度に応じて前記位相差を決定し、
決定した前記位相差を有する前記第１の周期関数及び前記第２の周期関数に基づいて、前記上部ユニットの垂直方向及び水平方向の振動が人間の移動する際の骨盤の揺動を模した動きとなるように、前記垂直振動機構及び前記水平振動機構を制御する、
請求項３に記載の下部ユニット。
【請求項５】
前記一対の車輪はそれぞれ、それぞれの中心からずれて車軸が取り付けられた偏心車輪であり、
前記水平振動機構は、前記一対の偏心車輪により構成される、
請求項１から４のいずれか１項に記載の下部ユニット。
【請求項６】
前記一対の偏心車輪と共に前記基台部を支持する補助車輪を更に備える、
請求項５に記載の下部ユニット。
【請求項７】
上部ユニットと、
前記上部ユニットが取り付けられる下部ユニットであって、請求項１から６のいずれか１項に記載の下部ユニットと、
を備える、
ロボット装置。
【請求項８】
前記上部ユニットは、前記下部ユニットの前記一対の車輪の回転と同期して駆動可能に構成された１又は複数の関節部を含む、
請求項７に記載のロボット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット装置の下部ユニット及びロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人間とロボットとの共生を目指したヒューマンロボットインタラクション（ＨＲＩ：Human Robot Interaction）の研究が盛んに行われている。例えば、非特許文献１では、人型ロボット（いわゆるアンドロイド）を百貨店の販売員として利用し、この人型ロボットが顧客と対話をしながら商品を販売することができるかを検証した結果を報告している。非特許文献２では、日常空間で活動可能なロボットを開発し、そのロボットを小学校で長期運用した結果、一部の子供たちとの間でロボットが有効的な関係を築くことができたことを報告している。非特許文献３では、バス停において、ロボットに追いかけられた人間がそのロボットに対してどのような印象を持つかを調査した結果を報告している。
【０００３】
これらの研究の結果、ロボットが人間らしい動きを行うことが、ロボットと人間との間のインタラクションに影響を与えることが示唆されている。例えば、非特許文献４では、台形状の速度プロファイルで制御されたロボットアームに比べて、人間の手の動きのような速度プロファイルで制御されたロボットアームのほうが、人間に物を受け渡すタスクを実行したときに当該人間の反応速度が短くなることを報告している。非特許文献５では、人間のパーソナルスペースが、対峙するロボットの視線方向に応じて変化することを報告している。非特許文献６では、人間は、接触を行う前に声掛けを行うロボットよりも、声掛けを行わずに接触を行うロボットに対してより好意的に反応したことを報告している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０３４９８４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】渡辺美紀、外２名、「ミナミちゃん：販売を通じたアンドロイドの実社会への応用と検証」、情報処理学会論文誌、Vol.57、No.4、2016年、pp.1251-1261
【非特許文献２】神田崇行、他３名、「対話型ロボットによる小学校での長期相互作用の試み」、ヒューマンインタフェース学会論文誌、Vol.7、No.1、2005年、pp.27-37
【非特許文献３】M. Svenstrup et al., "Pilot study of Person Robot Interaction in a Public Transit Space", Communications in Computer and Information Science, Vol.33 (2009), pp.96-106
【非特許文献４】M. Huber et al., "Human-Robot Interaction in Handing-Over Tasks", in 17th IEEE International Symposium on Robot and Human Interactive Communication (2008), pp.107-112
【非特許文献５】L. Takayama et al.,"Influences on Proxemic Behaviors in Human-Robot Interaction", International Conference on Intelligent Robots (2009), pp.5495-5502
【非特許文献６】T. Chen et al.,"An Investigation of Responses to Robot-Initiated Touch in a Nursing Context", International Journal of Social Robotics, Vol.6, No.1 （2014）, pp.141-161.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の研究の成果から、より人間らしい動きを行うロボット装置を構成すれば、そのロボット装置と人間との間でより深いインタラクションを実現することができると期待される。例えば、特許文献１で提案されている２足歩行ロボット装置によれば、人間の歩行動作と同じような挙動で移動することができるため、人間との間で円滑にインタラクションを行うことができると期待される。しかしながら、安定的に２足歩行可能なロボット装置は高価であり、低コストで作製可能なものではないという問題点がある。なお、この問題点は、人間の歩行動作と同じような挙動でロボット装置を移動させる場面に特有のものではなく、複雑な挙動でロボット装置を移動させるあらゆる場面で生じ得る。
【０００７】
本発明は、一側面では、このような点を考慮してなされたものであり、その目的は、人間の歩行動作等の複雑な挙動で移動するロボット装置をより低コストで作製可能な技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。
【０００９】
すなわち、本発明の一側面に係るロボット装置の下部ユニットは、一対の車輪と、前記一対の車輪により支持され、前記ロボット装置の上部ユニットが取り付けられる基台部と、前記一対の車輪の回転を制御するように構成された制御装置と、前記制御装置により制御され、前記一対の車輪の回転に同期して、前記基台部に取り付けられた前記ロボット装置の前記上部ユニットを垂直方向に振動させるように構成された垂直振動機構と、前記制御装置により制御され、前記一対の車輪の回転に同期して、前記基台部に取り付けられた前記ロボット装置の前記上部ユニットを水平方向に振動させるように構成された水平振動機構と、を備える。
【００１０】
当該構成に係る下部ユニットでは、垂直振動機構及び水平振動機構それぞれが、一対の車輪の回転に同期して、ロボット装置の上部ユニットを垂直方向及び水平方向それぞれに振動させる。この車輪の回転と同期した垂直方向及び水平方向それぞれの振動によって、人間が歩行する際の身体の挙動等の複雑な挙動を再現することができる。また、当該構成に係る下部ユニットは、ロボット装置の上部ユニットを支持する要素として、２足歩行ユニットではなく、一対の車輪を利用するため、安価に作製可能である。したがって、当該構成によれば、人間の歩行動作等の複雑な挙動で移動するロボット装置をより低コストで作製することができるようになる。
【００１１】
なお、ロボット装置の上部ユニットの構成は、特に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。ロボット装置を人型ロボットとして構成する場合、上部ユニットは、例えば、胴体ユニット、一対の腕ユニット、頭部ユニット等を備えてもよい。垂直方向の振動は、垂直方向（鉛直方向）の移動成分を含んでいれば、その他の方向の移動成分を含んでいてもよい。例えば、垂直方向の振動は、垂直方向に対して９０度未満の角度で傾いた方向に直動する振動であってもよいし、垂直方向の直動と共に、ピッチング、ローリング、及びローリングの少なくともいずれかを含む振動であってもよい。同様に、水平方向の振動は、垂直方向に直交する方向の移動成分を含んでいれば、その他の方向の移動成分を含んでいてもよい。例えば、水平方向の振動は、水平方向に対して９０度未満の角度で傾いた方向に直動する振動であってもよいし、水平方向の直動と共に、ピッチング、ローリング、及びローリングの少なくともいずれかを含む振動であってもよい。
【００１２】
上記一側面に係る下部ユニットにおいて、前記制御装置は、前記上部ユニットの垂直方向及び水平方向の振動が生物の移動する際の重心位置の揺動を模した動きとなるように、前記垂直振動機構及び前記水平振動機構を制御してもよい。当該構成によれば、生物の移動する際の動作を模した動きを実施可能なロボット装置を低コストで作製することができるようになる。
【００１３】
上記一側面に係る下部ユニットにおいて、前記制御装置は、前記上部ユニットの垂直方向及び水平方向の振動が、前記生物の移動する際の重心位置の揺動を模した動きとして、人間の移動する際の骨盤の揺動を模した動きとなるように、前記垂直振動機構及び前記水平振動機構を制御してもよい。当該構成によれば、人間の移動する際の骨盤の揺動を模した動きを実施可能なロボット装置を低コストで作製することができるようになる。
【００１４】
上記一側面に係る下部ユニットにおいて、前記骨盤の揺動を模した動きにおける垂直方向の振動は、第１の周期関数により表されてよく、前記骨盤の揺動を模した動きにおける水平方向の振動は、第２の周期関数により表されてよく、前記第１の周期関数と前記第２の周期関数とは速度に応じた位相差を有していてもよく、前記制御装置は、前記一対の車輪の回転速度に応じて前記位相差を決定し、決定した前記位相差を有する前記第１の周期関数及び前記第２の周期関数に基づいて、前記上部ユニットの垂直方向及び水平方向の振動が人間の移動する際の骨盤の揺動を模した動きとなるように、前記垂直振動機構及び前記水平振動機構を制御してもよい。当該構成によれば、簡単な制御により、人間の移動する際の骨盤の揺動を模した動きを実施可能なロボット装置を低コストで作製することができるようになる。
【００１５】
上記一側面に係る下部ユニットにおいて、前記一対の車輪はそれぞれ、それぞれの中心からずれて車軸が取り付けられた偏心車輪であってよく、前記水平振動機構は、前記一対の偏心車輪により構成されてよい。偏心車輪は、当該偏心車輪の中心からずれて車軸が取り付けられていることにより、回転に伴って基台部を水平方向に傾けることができる。当該構成では、この偏心車輪の挙動を利用して、水平振動機構を実現する。すなわち、一対の偏心車輪によって、水平振動機構を構成する。これにより、当該構成では、一対の車輪を水平振動機構としても機能させることができ、当該一対の車輪とは別ユニットで水平振動機構を設けなくてもよくなる。したがって、当該構成によれば、部品点数を低減することができるため、人間の歩行と同じような挙動で移動するロボット装置を更に低コストで作製することができるようになる。
【００１６】
上記一側面に係る下部ユニットは、前記一対の偏心車輪と共に前記基台部を支持する補助車輪を更に備えてもよい。当該構成によれば、偏心車輪と共に基台部を支持する補助車輪により、安定的に移動可能な下部ユニットを作製することができるようになる。
【００１７】
また、本発明の一側面に係るロボット装置は、上部ユニットと、前記上部ユニットが取り付けられる下部ユニットであって、上記いずれかの形態に係る下部ユニットと、を備える。当該構成によれば、人間の歩行と同じような挙動で移動するロボット装置であって、より低コストで作製可能なロボット装置を提供することができる。
【００１８】
上記一側面に係るロボット装置において、前記上部ユニットは、前記下部ユニットの前記一対の車輪の回転と同期して駆動可能に構成された１又は複数の関節部を含んでもよい。当該構成によれば、より人間の挙動に近い動作を実施可能なロボット装置を低コストで提供することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、複雑な挙動で移動するロボット装置をより低コストで作製可能な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施の形態に係るロボット装置の一例を模式的に例示する。
【図２】図２は、実施の形態に係る下部ユニットの一例を模式的に例示する。
【図３】図３は、実施の形態に係る下部ユニットの車輪の一例を模式的に例示する。
【図４】図４は、実施の形態に係る下部ユニットの車輪を駆動する駆動部の一例を模式的に例示する。
【図５】図５は、実施の形態に係る下部ユニットの垂直振動機構の一例を模式的に例示する。
【図６】図６は、実施の形態に係るロボット装置のシステム構成の一例を模式的に例示する。
【図７】図７は、人間の歩行する際における骨盤の揺動を例示する。
【図８Ａ】図８Ａは、骨盤の揺動を模した動きのシミュレーション結果を示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、骨盤の揺動を模した動きのシミュレーション結果を示す。
【図８Ｃ】図８Ｃは、骨盤の揺動を模した動きのシミュレーション結果を示す。
【図９】図９は、他の形態に係る下部ユニットの垂直振動機構及び水平振動機構の一例を模式的に例示する。
【図１０】図１０は、他の形態に係る下部ユニットの垂直振動機構及び水平振動機構の一例を模式的に例示する。
【図１１】図１１は、他の形態に係る下部ユニットの垂直振動機構及び水平振動機構の一例を模式的に例示する。
【図１２】図１２は、他の形態に係る下部ユニットの一例を模式的に例示する。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良又は変形が行われてもよい。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。なお、以下の説明では、説明の便宜のため、図面内の向きを基準として説明を行う。
【００２２】
§１  構成例
まず、図１を用いて、本実施形態に係るロボット装置１の構成について説明する。図１は、本実施形態に係るロボット装置１の一例を模式的に例示する。
【００２３】
本実施形態に係るロボット装置１は、移動可能に構成された下部ユニット２と、下部ユニット２に取り付けられ、人間の上半身を模した上部ユニット３と、を備えている。これにより、本実施形態に係るロボット装置１は、移動可能な人型ロボットとして構成される。ただし、本実施形態に係るロボット装置１の種類は、このような人型ロボットに限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。以下、各ユニット（２、３）について詳細に説明する。
【００２４】
［下部ユニット］
まず、図２を更に用いて、本実施形態に係る下部ユニット２について説明する。図２は、本実施形態に係る下部ユニット２の一例を模式的に例示する。下部ユニット２は、ロボット装置１の下端側に配置され、ロボット装置１の上端側の構成要素（本実施形態では、上部ユニット３）を支持し、車輪駆動により移動可能に構成される。この下部ユニット２は、「下肢ユニット」又は「移動機構ユニット」と称されてもよい。
【００２５】
具体的には、本実施形態に係る下部ユニット２は、図２に示されるとおり、基台部２１、一対の車輪２２、水平振動機構２３、及び垂直振動機構２４、を備えている。基台部２１は、フレーム材で構成されており、左右に配置された一対の車輪２２それぞれの車軸２２１が、軸周りに回転可能に基台部２１の下端側に取り付けられている。これにより、基台部２１は、左右に配置された一対の車輪２２により支持されている。この基台部２１の上端側には、垂直振動機構２４を介して、ロボット装置１の上部ユニット３が取り付けられる。
【００２６】
本実施形態に係る下部ユニット２は、一対の車輪２２の回転を制御するように構成された制御装置（後述する制御装置５）を更に備えている。水平振動機構２３は、この制御装置により制御されて、一対の車輪２２の回転に同期して、基台部２１に取り付けられた上部ユニット３を水平方向（具体的には、下部ユニット２の進行方向に垂直な左右方向）に振動させるように構成される。同様に、垂直振動機構２４は、制御装置により制御されて、一対の車輪２２の回転に同期して、基台部２１に取り付けられた上部ユニット３を垂直方向に振動させるように構成される。これにより、下部ユニット２は、水平振動機構２３及び垂直振動機構２４による車輪２２の回転と同期した水平方向及び水平方向それぞれの振動によって、人間が歩行する際の身体の挙動を再現可能に構成されている。
【００２７】
（水平振動機構）
次に、図３及び図４を更に用いて、本実施形態に係る水平振動機構２３について詳細に説明する。図３は、本実施形態に係る車輪２２の一例を模式的に例示する。図４は、車輪２２を駆動する駆動部の一例を模式的に例示する。
【００２８】
本実施形態では、図２及び図３に示されるとおり、各車輪２２は、それぞれの中心２２０からずれて車軸２２１が取り付けられた偏心車輪である。各車輪２２の径は同じであり、両車輪２２の偏心には位相差が設けられている。各車輪２２の形状は真円である。各車輪２２の偏心量及び両車輪２２間の偏心の位相差は、実施の形態に応じて適宜決定されてよいし、手動又は自動的に変更可能に構成されてよい。両車輪２２間の偏心の位相差は、好ましくはπ[rad]である。なお、各車輪２２の半径に円周率πを掛けた積がロボット装置１の見かけ上の歩幅となる。本実施形態に係る水平振動機構２３は、この偏心した一対の車輪２２により構成されている。
【００２９】
すなわち、上部ユニット３は基台部２１に取り付けられ、基台部２１は一対の車輪２２により支持されている。右側の車輪２２の車軸２２１が中心２２０よりも下側にあり、左側の車輪２２の車軸２２１が中心２２０よりも上側にある状態では、地面と車軸２２１との距離が右側よりも左側の方が高くなり、これによって、基台部２１及び上部ユニット３は右側に傾く。一方、右側の車輪２２の車軸２２１が中心２２０よりも上側にあり、左側の車輪２２の車軸が中心２２０よりも下側にある状態では、地面と車軸２２１との距離が左側よりも右側の方が高くなり、これによって、基台部２１及び上部ユニット３は左側に傾く。つまり、一対の車輪２２の回転に応じて、基台部２１及び上部ユニット３は左右方向に交互に傾く。本実施形態に係る水平振動機構２３による水平方向の振動は、この左右方向に交互に傾く動作により実現される。
【００３０】
なお、本実施形態に係る水平方向の振動は、上記のように実現されるため、水平方向の直動の他に、ロール方向の動き（ローリング）を含んでいる。このように、水平振動機構２３による水平方向の振動は、垂直方向に直交する方向の移動成分を含んでいれば、その他の方向の移動成分を含んでいてもよい。例えば、水平方向の振動は、水平方向に対して９０度未満の角度で傾いた方向に直動する振動であってもよいし、水平方向の直動と共に、ピッチング、ローリング、及びローリングの少なくともいずれかを含む振動であってもよい。また、水平振動機構２３による水平方向の振動は、水平方向の直動のみで構成されてもよい。
【００３１】
次に、各車輪２２の駆動方法について説明する。図４に示されるとおり、各車輪２２は、左右方向に延びる車軸２２１の一端部に固定されている。この車軸２２１の他端部側には、かさ歯車２２２が取り付けられている。このかさ歯車２２２には、前後方向に延びるシャフト２２４１の一端部に固定されたかさ歯車２２３が噛み合っている。シャフト２２４１は、モータ２２４に取り付けられており、モータ２２４の駆動によって軸周りに回転するように構成されている。
【００３２】
そのため、モータ２２４の回転力が、シャフト２２４１及び各かさ歯車（２２３、２２２）を介して車軸２２１に伝達されることで、本実施形態に係る各車輪２２は車軸２２１周りに回転する。各車輪２２が回転すると、下部ユニット２は、各車輪２２の回転方向に移動する。これと共に、偏心した各車輪２２の回転は、水平振動機構２３としても作用し、下部ユニット２に取り付けられた上部ユニット３を水平方向に振動させる。これにより、水平振動機構２３は、各車輪２２の回転に同期して、上部ユニット３を水平方向に振動させる。
【００３３】
本実施形態では、車軸２２１の他端部側には、車軸２２１の回転を計測するように構成されたセンサ２２５が取り付けられている。このセンサ２２５によって、車輪２２の回転量が計測される。センサ２２５の種類は、車輪２２の回転量を計測可能であれば、特に限定されなくてもよく、公知のエンコーダ、ポテンショメータが利用されてよい。また、センサ２２５の配置場所は、車輪２２の回転量を計測可能であれば、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。
【００３４】
（垂直振動機構）
次に、図５を更に用いて、本実施形態に係る垂直振動機構２４について詳細に説明する。図５は、本実施形態に係る垂直振動機構２４の一例を模式的に例示する。本実施形態に係る垂直振動機構２４は、いわゆるリニアガイドにより構成される。
【００３５】
具体的には、本実施形態に係る垂直振動機構２４は、本体部２４１、モータ２４２、シャフト２４３、一対のギア２４４（２４４、２４６）、ボールねじ２４５、及び一対のレール材２４７を備えている。一対のレール材２４７は、垂直方向に延びており、フレーム材を介して基台部２１に連結されている。本体部２４１は、一対のレール材２４７の周囲を囲うように形成され、垂直方向にスライド可能な状態で各レール材２４７にそれぞれ取り付けられる一対のブロック部２４１２を備えており、これによって、レール材２４７に沿ってスライド可能に構成されている。この本体部２４１には、上部ユニット３が取り付けられる。
【００３６】
本体部２４１の内側では、それぞれ円形状の一対のギア（２４４、２４６）が、互いに噛み合った状態で、回転可能に基台部２１上に取り付けられている。第１ギア２４４の回転軸には、モータ２４２から垂直方向に延びるシャフト２４３が固定されている。一方、第２ギア２４６の回転軸には、垂直方向に延びるボールねじ２４５が固定されている。本体部２４１は、ボールねじ２４５に取り付けられるナット部２４１１を備えており、ナット部２４１１の内壁には、ボールねじ２４５の雄ネジ部に螺合する雌ネジが形成されている。
【００３７】
そのため、モータ２４２の回転力が、シャフト２４３及び各ギア（２４４、２４６）を介してボールねじ２４５に伝達されることで、ボールねじ２４５は軸周りに回転する。ボールねじ２４５が軸周りに回転すると、この回転力がネジ結合を介して推進力に変換されてナット部２４１１に伝達されることで、ボールねじ２４５に沿ってナット部２４１１が上下に移動する。このナット部２４１１の移動に伴って、本体部２４１は、一対のレール材２４７に沿って垂直方向（上下方向）に移動する。この本体部２４１の上下の移動が一対の車輪２２の回転に同期して生じるように、モータ２４２の駆動が制御される。これによって、垂直振動機構２４は、一対の車輪２２の回転に同期して、本体部２４１に取り付けられた上部ユニット３を垂直方向に振動させる。
【００３８】
本実施形態では、モータ２４２から延びるシャフト２４３と連結した第１ギア２４４には、この第１ギア２４４の回転量を計測可能に構成されたセンサ２４８が取り付けられている。このセンサ２４８によって、第１ギア２４４の回転量に対応するボールねじ２４５の回転量、すなわち、本体部２４１の上下方向の移動量が計測される。センサ２４８の種類は、本体部２４１の移動量を計測可能であれば、特に限定されなくてもよく、公知のエンコーダ、ポテンショメータが利用されてよい。また、センサ２４８の配置場所は、本体部２４１の移動量（すなわち、上部ユニット３の垂直方向の振動量）を計測可能であれば、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。
【００３９】
なお、本実施形態に係る垂直方向の振動は、上記のように実現されるため、垂直方向の直動のみで構成される。しかしながら、垂直方向の振動は、このような形態に限定されなくてもよく、垂直方向の移動成分を含んでいれば、その他の方向の移動成分を含んでいてもよい。例えば、垂直方向の振動は、垂直方向に対して９０度未満の角度で傾いた方向に直動する振動であってもよいし、垂直方向の直動と共に、ピッチング、ローリング、及びローリングの少なくともいずれかを含む振動であってもよい。
【００４０】
［上部ユニット］
次に、本実施形態に係る上部ユニット３について説明する。図１に示されるとおり、本実施形態に係る上部ユニット３は、胴体ユニット３１、一対の腕部ユニット３２、及び頭部ユニット３３を備えている。
【００４１】
胴体ユニット３１は、下部ユニット２の垂直振動機構２４の本体部２４１に連結されており、リンク部材と３つの胴体関節部３１１〜３１３とを備えている。第１胴体関節部３１１は、矢状面において胴体ユニット３１を屈曲可能に構成されている。第２胴体関節部３１２は、冠状面において胴体ユニット３１を屈曲可能に構成されている。第３胴体関節部３１３は、横断面において胴体ユニット３１を屈曲可能に構成されている。各胴体関節部３１１〜３１３には、公知の関節部材が用いられてよい。
【００４２】
胴体ユニット３１の上端部側には、左右に一対の腕部ユニット３２が連結されている。各腕部ユニット３２は、リンク部材と３つの腕関節部３２１〜３２３とを備えている。第１腕関節部３２１及び第２腕関節部３２２は、人間の肩関節に対応して、腕部ユニット３２を屈曲可能に構成されている。第３腕関節部３２３は、人間の肘関節に対応して、腕部ユニット３２を屈曲可能に構成されている。各腕関節部３２１〜３２３には、公知の関節部材が用いられてよい。
【００４３】
胴体ユニット３１の上端部側には、頭部ユニット３３が更に連結されている。頭部ユニット３３は、頭部部材３３０と首関節部３３１とを備える。頭部部材３３０は、適宜構成されてよい。頭部部材３３０には、例えば、カメラ、マイク等の入力装置が設けられてもよい。また、頭部部材３３０には、例えば、ディスプレイ、スピーカ等の出力装置が設けられてもよい。首関節部３３１は、人間の首関節に対応して、頭部ユニット３３を屈曲可能に構成されている。首関節部３３１には、公知の関節部材が用いられてよい。
【００４４】
各ユニット３１〜３３の寸法及び形状は、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。例えば、地面から頭部ユニット３３の上端までの高さを１２００ｍｍに設定し、地面から一対の腕部ユニット３２の上端までの高さを９３３ｍｍに設定し、一対の腕部ユニット３２の幅を２６４ｍｍに設定してもよい。これにより、平均的な身長の男児をモデルとしたロボット装置１を作製することができる。
【００４５】
［システム構成］
次に、図６を用いて、本実施形態に係るロボット装置１のシステム構成について説明する。図６は、本実施形態に係るロボット装置１のシステム構成の一例を模式的に例示する。
【００４６】
図６に示されるとおり、本実施形態に係るロボット装置１は、各部を制御するように構成された制御装置５を備えている。制御装置５は、制御部５１、記憶部５２、及び外部インタフェース５３が電気的に接続されたコンピュータである。なお、図６では、外部インタフェースは、「外部Ｉ／Ｆ」と記載されている。
【００４７】
制御部５１は、ハードウェアプロセッサであるＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を含み、プログラム及びデータに基づいて各種情報処理を実行するように構成される。記憶部５２は、メモリの一例であり、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ等で構成される。記憶部５２は、プログラム８等の各種情報を記憶する。プログラム８は、ロボット装置１を制御する情報処理を制御装置５に実行させるためのプログラムであり、当該情報処理の一連の命令を含む。
【００４８】
外部インタフェース５３は、外部装置と接続するためのインタフェースであり、接続する外部装置に応じて適宜構成される。本実施形態では、外部インタフェース５３は、一対の車輪２２（水平振動機構２３）、垂直振動機構２４、及び各関節部（３１１〜３１３、３２１〜３２３、３３１）との接続に利用される。これにより、制御装置５は、外部インタフェース５３を介して、一対の車輪２２（水平振動機構２３）、垂直振動機構２４、及び各関節部（３１１〜３１３、３２１〜３２３、３３１）の動作を制御する。
【００４９】
一対の車輪２２（水平振動機構２３）は、マイクロコンピュータ２３１を制御系として備えている。マイクロコンピュータ２３１は、外部インタフェース２３２を介して制御装置５に接続され、制御装置５から動作の指令を受信する。外部インタフェース２３２は、上記外部インタフェース５３と同様に構成されてよい。そして、マイクロコンピュータ２３１は、受信した指令に基づいて、センサ２２５の出力を参照しながら、モータ２２４の駆動を制御する。これにより、一対の車輪２２の回転が制御されると同時に、水平振動機構２３による上部ユニット３の水平方向の振動が制御される。
【００５０】
同様に、垂直振動機構２４は、マイクロコンピュータ２５１を制御系として備えている。マイクロコンピュータ２５１は、外部インタフェース２５２を介して制御装置５に接続され、制御装置５から動作の指令を受信する。外部インタフェース２５２は、上記外部インタフェース５３と同様に構成されてよい。そして、マイクロコンピュータ２５１は、受信した指令に基づいて、センサ２４８の出力を参照しながら、モータ２４２の駆動を制御する。これにより、一対の車輪２２の回転に同期して、垂直振動機構２４による上部ユニット３の垂直方向の振動が制御される。
【００５１】
各関節部（３１１〜３１３、３２１〜３２３、３３１）は、モータ３４１及びセンサ３４２を駆動系として備えている。本実施形態では、各関節部（３１１〜３１３、３２１〜３２３、３３１）の屈曲は、モータ３４１の駆動により実現される。センサ３４２は、各関節部（３１１〜３１３、３２１〜３２３、３３１）の駆動量を計測可能であれば、特に限定されなくてもよく、公知のエンコーダ、ポテンショメータが利用されてよい。
【００５２】
また、各関節部（３１１〜３１３、３２１〜３２３、３３１）は、マイクロコンピュータ３４３を制御系として備えている。マイクロコンピュータ３４３は、外部インタフェース３４４を介して制御装置５に接続され、制御装置５から動作の指令を受信する。外部インタフェース３４４は、上記外部インタフェース５３と同様に構成されてよい。そして、マイクロコンピュータ３４３は、受信した指令に基づいて、センサ３４２の出力を参照しながら、モータ３４１の駆動を制御する。これにより、各関節部（３１１〜３１３、３２１〜３２３、３３１）は、一対の車輪２２の回転と同期して駆動可能に構成される。
【００５３】
以上のように、本実施形態では、制御装置５がロボット装置１の全体の動作を決定するのに対して、個々のマイクロコンピュータ（２３１、２５１、３４３）は、制御装置５が決定した内容に従って、各部の動作を制御する。これにより、制御装置５と各部との間の通信に遅延が生じても、各部の動作が停止するのを防止することができる。
【００５４】
また、制御装置５及び各マイクロコンピュータ（２３１、２５１、３４３）により、ロボット装置１で実行する情報処理の負荷分散を行うことができる。例えば、比較的に負荷の高い情報処理（例えば、ロボット装置１の全体の動作を決定する処理）を制御装置５に実行させ、比較的に負荷の低い情報処理（例えば、モータの駆動を制御する）を各マイクロコンピュータ（２３１、２５１、３４３）に実行させることができる。この場合、制御装置５は、各マイクロコンピュータ（２３１、２５１、３４３）よりも処理能力が高くなるように構成されるのが好ましい。各マイクロコンピュータ（２３１、２５１、３４３）には、モータの駆動を制御可能な比較的に処理能力の低いマイクロコンピュータが利用されてよい。
【００５５】
なお、制御装置５の具体的なハードウェア構成に関して、実施の形態に応じて、適宜、構成要素の省略、置換、及び追加が可能である。例えば、制御部５１は、複数のプロセッサを含んでもよい。ハードウェアプロセッサは、マイクロプロセッサ、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等で構成されてよい。記憶部５２は、制御部５１に含まれるＲＡＭ及びＲＯＭにより構成されてもよい。記憶部５２は、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等の補助記憶装置で構成されてもよい。各マイクロコンピュータ（２３１、２５１、３４３）は省略されてもよい。また、制御装置５には、提供されるサービス専用に設計された情報処理装置の他に、汎用のデスクトップＰＣ（Personal Computer）、ノートＰＣ、タブレットＰＣ、スマートフォンを含む携帯電話等が用いられてよい。
【００５６】
§２  動作例
次に、本実施形態に係るロボット装置１の動作例について説明する。制御装置５は、一対の車輪２２の回転を制御する。これにより、ロボット装置１は、所望の方向に移動する。
【００５７】
このとき、制御装置５は、水平振動機構２３（一対の車輪２２）及び垂直振動機構２４を制御して、一対の車輪２２の回転に同期して、上部ユニット３を水平方向及び垂直方向に振動させる。上部ユニット３の水平方向及び垂直方向の振動は、生物が移動する（例えば、人間が歩行する）際の重心位置の揺動を模して行われてもよい。人間が歩行する際の重心位置は、骨盤の中央にあることが知られている。そこで、本実施形態では、制御装置５の制御部５１は、プログラム８の命令に従って、上部ユニット３の水平方向及び垂直方向の振動が、生物の移動する際の重心位置の揺動を模した動きとして、人間の移動する際の骨盤の揺動を模した動きとなるように、水平振動機構２３（一対の車輪２２）及び垂直振動機構２４を制御する。
【００５８】
ここで、図７を用いて、人間が移動する際の骨盤の搖動について説明する。図７は、人間が移動する際の骨盤の揺動の一例を模式的に例示する。一方の足が着地してから、他方の足が着地し、その後、一方の足が再度着地するまでを一歩行周期と定義する。人間の重心位置は、歩行を含む多くの姿勢で骨盤の内側に位置している。この人間の重心位置が一歩行周期の間に変動することで、骨盤の揺動が生じる。
【００５９】
具体的には、各脚が着地している間に、当該各脚の足関節及び膝関節が屈曲することで、骨盤の位置は上下に変動する。そのため、一歩行周期の間に、各脚の足関節及び膝関節の屈曲に応じて、骨盤は、上下方向に２度振動する。また、重心を各足に乗せるときに、各足の方向に揺れる。そのため、一歩行周期の間に、骨盤は、左右方向に１度振動する。したがって、一歩行周期の間に、人間の骨盤は、無限大の記号に類似する図７の軌跡Ｓを描くように揺動する。そして、歩行速度が上がるほど、この骨盤の揺動は、Ｖ字に近付いていくことが知られている（例えば、J. Rose, "Human walking Third Edition", Lippincott Williams & Wilkins（2005））。
【００６０】
そこで、本実施形態では、この骨盤の揺動を模した動きにおける垂直方向の振動を第１の周期関数により表現し、骨盤の揺動を模した動きにおける水平方向の振動を第２の周期関数により表現する。そして、第１の周期関数及び第２の周期関数には、速度に応じた位相差を持たせる。これにより、制御装置５は、パラメタ制御により、骨盤の揺動を模した動きを水平振動機構２３及び垂直振動機構２４に実施させることができるようになる。例えば、第１の周期関数は、以下の数１により示される関数であってよく、第２の周期関数は、以下の数２により示される関数であってよい。
【００６１】
【数１】
2019155517.tif 000003
【数２】
2019155517.tif 000004
なお、ｘは、骨盤の揺動に模した動きの水平方向の振動を示し、ｙは、垂直方向の振動を示す。ｔは、時刻を示す。ｗは、車輪２２間の距離を示し、ｅは、各車輪２２の偏心量を示す。ωは、各車輪２２の平坦な地面上での角速度を示し、ｈは、車軸２２１から骨盤と想定する位置までの高さを示す。骨盤と想定する位置は、ロボット装置１内で適宜決定されてよい。φは、第１の周期関数と第２の周期関数との間で設定される速度に応じた位相差を示す。つまり、φには、ωに応じた値が代入される。ただし、各周期関数は、上記数１及び２に限定される訳ではなく、実施形態に応じて適宜決定されてよい。
【００６２】
図８Ａ〜図８Ｃは、以下の表１に示される条件で数１及び数２による振動をシミュレーションした結果を示す。図８Ａは、条件ａでシミュレーションした結果を示し、図８Ｂは、条件ｂでシミュレーションした結果を示し、図８Ｃは、条件ｃでシミュレーションした結果を示す。
【００６３】
【表１】
2019155517.tif 000005
【００６４】
図８Ａ〜図８Ｃに示されるとおり、位相差φを−π（rad）から−π／２（rad）に近付けていくことで、数１及び数２の関数は、人間が歩行する際の骨盤の揺動に模した動きを再現することができることが分かった。
【００６５】
そこで、制御装置５の制御部５１は、各車輪２２の回転速度に応じて位相差φの値を決定する。各車輪２２の回転速度は、角速度で表されてもよいし、センサ２２５の出力値により表されてもよい。本実施形態では、制御部５１は、センサ２２５の出力をマイクロコンピュータ２３１から取得し、取得したセンサ２２５の出力に基づいて、位相差φの値を決定する。
【００６６】
例えば、取得したセンサ２２５の出力に基づいて、各車輪２２の回転速度が所定の速度以下であると判定した場合には、制御部５１は、位相差φの値を−πに設定する。そして、各車輪２２の回転速度が所定の速度を超えていると判定した場合には、制御部５１は、各車輪２２の回転速度に応じて、−πから−π／２に近付けた値に位相差φの値を設定する。
【００６７】
そして、制御部５１は、決定した位相差φを有する第１の周期関数及び第２の周期関数に基づいて、上部ユニット３の水平方向及び垂直方向の振動が人間の移動する際の骨盤の揺動を模した動きとなるように、水平振動機構２３及び垂直振動機構２４を制御する。本実施形態では、水平振動機構２３はそれぞれ偏心した一対の車輪２２により構成されているため、一対の車輪２２の駆動により、水平振動機構２３による水平方向の振動は実現されている。そのため、制御部５１は、一対の車輪２２の駆動する指令をマイクロコンピュータ２３１に送信すると共に、上記数２により示される関数に従って本体部２４１を上下方向に振動させるように垂直振動機構２４のマイクロコンピュータ２５１に指令を送信する。マイクロコンピュータ２５１は、制御装置５からの指令に基づいて、センサ２４８の出力を参照しながら、モータ２４２を駆動する。これにより、制御装置５は、ロボット装置１を移動させている間、人間の移動する際の骨盤の揺動を模した動きで上部ユニット３を振動させることができる。
【００６８】
なお、制御装置５は、一対の車輪２２の回転と同期して、上部ユニット３の各関節部（３１１〜３１３、３２１〜３２３、３３１）を駆動してもよい。例えば、制御部５１は、以下の数３に示される周期関数に基づいて、胴体ユニット３１の第１胴体関節部３１１を駆動してもよい。制御部５１は、数４に示される周期関数に基づいて、腕部ユニット３２の第２腕関節部３２２を駆動してもよい。制御部５１は、数５に示される周期関数に基づいて、頭部ユニット３３の首関節部３３１を駆動してもよい。これにより、制御装置５は、人間の歩容を模した動作でロボット装置１を移動させることができる。
【００６９】
【数３】
2019155517.tif 000006
【数４】
2019155517.tif 000007
【数５】
2019155517.tif 000008
なお、Ｋ1は、胴体ユニット３１の振動を示し、ｊ1は、胴体ユニット３１の振動量の最大値を示す。Ｋ2は、腕部ユニット３２の振動を示し、ｊ2は、腕部ユニット３２の振動量の最大値を示す。Ｋ3は、頭部ユニット３３の振動を示し、ｊ3は、頭部ユニット３３の振動量の最大値を示す。ただし、各関節部の周期関数は、上記数３〜数５の例に限定される訳ではなく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。
【００７０】
§３  特徴
以上のとおり、本実施形態によれば、水平振動機構２３及び垂直振動機構２４により、人間が歩行する際の身体の挙動（上記実施形態では、骨盤の揺動）に模した動きで上部ユニット３を振動させることができる。また、本実施形態によれば、下部ユニット２は、ロボット装置１の上部ユニット３を支持する要素として、２足歩行ユニットではなく、一対の車輪２２を利用する。そのため、下部ユニット２は、２足歩行ユニットに比べて、安価に作製可能であり、その制御が容易である。したがって、本実施形態によれば、人間の歩行と同じような挙動で移動するロボット装置をより低コストで作製することができるようになる。これにより、人間との間で円滑にインタラクションを行うことのできるロボット装置を低コストで作製可能になることが期待できる。
【００７１】
また、本実施形態では、骨盤の揺動を２つの周期関数により表現し、歩行速度による骨盤の揺動の変化を２つの周期関数の位相差により表現している。そのため、制御装置５は、単純なパラメタ制御により、歩行速度による骨盤の揺動の変化を再現した動きで上部ユニット３を振動させることができる。したがって、本実施形態では、人間の歩容に模した動作を簡単な制御によりロボット装置１に実行させることができる。そのため、人間らしい歩容で移動するロボット装置をより低コストで作製することができる。
【００７２】
更に、本実施形態では、水平振動機構２３は、それぞれ偏心した一対の車輪２２により構成されている。そのため、各車輪とは別体に水平振動機構を設ける形態と比べて、本実施形態では、部品点数及び制御対象の数を減らすことができる。したがって、本実施形態によれば、人間の歩行と同じような挙動で移動するロボット装置を更に低コストで作製することができるようになる。
【００７３】
§４  変形例
以上、本発明の実施の形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。
【００７４】
＜４．１＞
上記実施形態では、制御装置５は、上部ユニット３の水平方向及び垂直方向の振動が人間の移動する際の骨盤の揺動を模した動きとなるように、水平振動機構２３及び垂直振動機構２４を制御している。しかしながら、水平振動機構２３及び垂直振動機構２４の振動により再現される動きは、このような骨盤の揺動を模した動きに限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。
【００７５】
例えば、制御装置５は、上部ユニット３の水平方向及び垂直方向の振動が、人間以外の生物の移動する際の重心位置の揺動を模した動きとなるように、水平振動機構２３及び垂直振動機構２４を制御してもよい。動きを再現する対象の生物は、周期的な挙動で移動し得るあらゆる生物を含んでよく、２足の動物であってもよいし、４足の動物であってもよい。また、制御装置５は、生物の移動する際の重心位置の揺動を模した動き以外の動きを行うように、水平振動機構２３及び垂直振動機構２４を適宜制御してもよい。
【００７６】
＜４．２＞
上記実施形態では、上部ユニット３は、人間の上半身を模した構成を有している。しかしながら、下部ユニット２に取り付けられる上部ユニット３の構成は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。上部ユニット３は、関節部を備えていなくてもよい。例えば、上部ユニット３は、支柱及びこの支柱の上端部に連結されたディスプレイにより構成されてもよい。また、上部ユニット３が備える関節部の数は、上記実施形態の例（１０個）に限定されなくてもよく、１個であってもよいし、２〜９個であってもよいし、１１個以上であってもよい。また、上記実施形態では、各関節部（３１１〜３１３、３２１〜３２３、３３１）は、制御装置５により制御される。しかしながら、上部ユニット３に設ける関節部は、このような例に限定されなくてもよい。例えば、上部ユニット３は、制御装置５による制御によらず、各車輪２２の回転に同期して駆動される関節部を有してもよい。なお、この関節部には、例えば、歯車等の公知の伝達機構を用いて各車輪２２の回転が伝達されてよい。これにより、関節部は、制御装置５の制御によらず、各車輪２２の回転に同期して駆動可能に構成される。
【００７７】
＜４．３＞
上記実施形態では、水平振動機構２３は一対の偏心した車輪２２により構成され、垂直振動機構２４はリニアガイドにより構成されている。しかしながら、水平振動機構２３及び垂直振動機構２４それぞれの構造は、このような例に限定されなくてもよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。例えば、以下のような変形例を挙げることができる。
【００７８】
図９は、変形例に係る水平振動機構２３Ａ及び垂直振動機構２４Ａの一例を模式的に例示する。水平振動機構２３Ａ及び垂直振動機構２４Ａではそれぞれ、水平方向及び垂直方向それぞれの振動を関節部の屈曲により実現する。具体的には、水平振動機構２３Ａは、４つのリンク部材６０１〜６０４と隣接するリンク部材（６０１、６０２）（６０１、６０３）（６０２、６０４）（６０３、６０４）の端部同士を連結する関節部６１１〜６１４とを備えている。この水平振動機構２３Ａでは、関節部６１１がモータにより駆動することで、すなわち、隣接するリンク部材（６０１、６０２）の間の角度が変化することで、その他の関節部６１２〜６１４を駆動し、リンク部材６０４の位置を水平方向に振動させることができる。このリンク部材６０４には、垂直振動機構２４Ａを介して、ロボット装置の上部ユニット３Ａが連結される。そのため、水平振動機構２３Ａは、モータにより関節部６１１を駆動することで、上部ユニット３Ａを水平方向に振動させることができる。
【００７９】
一方、垂直振動機構２４Ａは、水平振動機構２３Ａのリンク部材６０４に連結されており、４つのリンク部材７０１〜７０４と隣接するリンク部材（７０１、７０２）（７０２、７０３）（７０３、７０４）の端部同士を連結する３つの関節部７１１〜７１３とを備えている。ロボット装置の上部ユニット３Ａは、例えば、リンク部材７０４に取り付けられる。この垂直振動機構２４Ａでは、関節部７１１〜７１３のうちの少なくとも１つをモータにより駆動することで、上部ユニット３Ａを垂直方向に振動させることができる。なお、この上部ユニット３Ａは、上記実施形態に係る上部ユニット３と同様に構成されてよい。
【００８０】
図１０は、変形例に係る水平振動機構２３Ｂ及び垂直振動機構２４Ｂの一例を模式的に例示する。水平振動機構２３Ｂ及び垂直振動機構２４Ｂではそれぞれ、ボールねじを用いて水平方向及び垂直方向の振動を実現する。具体的には、水平振動機構２３Ｂは、水平方向の延びるボールねじ６２１と、このボールねじ６２１に取り付けられたナット部６２２とを備えている。ナット部６２２には、ロボット装置の上部ユニット３Ｂが取り付けられる。この上部ユニット３Ｂは、上記実施形態に係る上部ユニット３と同様に構成されてよい。水平振動機構２３Ｂは、モータによりボールねじ６２１を回転させることで、ナット部６２２をボールねじ６２１の延びる左右方向に移動させることができる。これにより、水平振動機構２３Ｂは、ナット部６２２を介して上部ユニット３Ｂを水平方向に振動させることができる。
【００８１】
一方、垂直振動機構２４Ｂは、垂直方向に延びるボールねじ７２１と、このボールねじ７２１に取り付けられたナット部７２２を備えている。ナット部７２２には、水平振動機構２３Ｂが取り付けられている。この垂直振動機構２４Ｂは、モータによりボールねじ７２１を回転させることで、ナット部７２２をボールねじ７２１の延びる上下方向に移動させることができる。これにより、垂直振動機構２４Ｂは、ナット部７２２及び水平振動機構２３Ｂを介して、上部ユニット３Ｂを垂直方向に振動させることができる。
【００８２】
図１１は、変形例に係る水平振動機構２３Ｃ及び垂直振動機構２４Ｃの一例を模式的に例示する。水平振動機構２３Ｃ及び垂直振動機構２４Ｃではそれぞれ、ラック・アンド・ピニオン構造を用いて水平方向及び垂直方向の振動を実現する。具体的には、水平振動機構２３Ｃは、水平方向の延びるラック６３１と、このラック６３１の歯に噛み合ったピニオン６３２とを備えている。ラック６３１には、垂直振動機構２４Ｃを介して、ロボット装置の上部ユニット３Ｃが取り付けられる。この上部ユニット３Ｃは、上記実施形態に係る上部ユニット３と同様に構成されてよい。この水平振動機構２３Ｃは、モータによりピニオン６３２を回転させることで、ラック６３１を左右方向に移動させることができる。これにより、水平振動機構２３Ｃは、ラック６３１及び垂直振動機構２４Ｃを介して、上部ユニット３Ｃを水平方向に振動させることができる。
【００８３】
一方、垂直振動機構２４Ｃは、垂直方向に延びるラック７３１と、このラック７３１の歯に噛み合ったピニオン７３２とを備えている。ラック７３１には、上部ユニット３Ｃが取り付けられている。この垂直振動機構２４Ｃは、モータによりピニオン７３２を回転させることで、ラック７３１を上下方向に移動させることができる。これにより、垂直振動機構２４Ｃは、ラック７３１を介して上部ユニット３Ｃを垂直方向に振動させることができる。
【００８４】
なお、図９〜図１１のように、水平振動機構を各車輪２２とは別体に設ける場合、水平振動機構は、各車輪２２を制御するマイクロコンピュータ２３１とは別のマイクロコンピュータを備えてもよい。これにより、各車輪２２の回転を制御するマイクロコンピュータ２３１とは別のマイクロコンピュータにより、水平振動機構の振動を制御することができる。
【００８５】
また、図１２に示されるように、下部ユニット２は、基台部２１を支持する１又は複数の補助車輪を更に備えてもよい。図１２は、本変形例に係る下部ユニット２Ｄの一例を例示する。本変形例では、下部ユニット２Ｄの基台部２１Ｄは矩形状に形成されており、それぞれ偏心した一対の車輪２２は、基台部２１の後方側に配置されている。これに対して、基台部２１の前方側には、左右方向に一対の補助車輪２７が取り付けられる。下部ユニット２Ｄは、これらの点を除き、上記実施形態に係る下部ユニット２と同様に構成されている。本変形例では、各補助車輪２７は、偏心させずに利用される。すなわち、各補助車輪２７は、中心軸周りに回転可能に基台部２１の前方側に取り付けられている。これにより、下部ユニット２Ｄの安定性を高めることができる。
【００８６】
なお、図１２の例では、補助車輪２７の数は、２つである。しかしながら、補助車輪２７の数は、このような例に限定されなくてもよく、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。また、図１２の例では、補助車輪２７の径は、車輪２２の径よりも小さくなっている。しかしながら、補助車輪２７の径は、このような例に限定されなくてもよく、車輪２２の径と同じであってもよいし、車輪２２の径よりも大きくなっていてもよい。更に、各補助車輪２７の配置場所は、図１２の例に限定されなくてもよく、下部ユニットの安定性を高めることができるのであれば、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。また、補助車輪２７に代えて、例えば、ボールベアリング等の、回転可能に構成された回転機構が用いられてもよい。この回転機構によっても、下部ユニットの安定性を高めることができる。
【００８７】
＜４．４＞
上記実施形態において、各車輪２２の径は、人間の歩幅に対応して決定されてよい。この場合、各車輪２２の径は人間の歩幅に対応するのに対して、各車輪２２の偏心量は、水平方向の振動量を決定するため、歩行の際の身体の水平方向の揺れに相当する。そのため、径及び偏心量を変更した複数種類の各車輪２２を用意して、下部ユニット２において、用意した各車輪２２を適宜取り換えてもよい。また、各車輪２２は、その径及び偏心量を適宜調節可能に構成されてもよい。例えば、各車輪２２にアクチュエータを取り付けることで、偏心量を調節可能に構成することができる。このとき、各車輪２２は、回転を停止したときに偏心量が無くなるように制御されてもよい。これにより、ロボット装置１が、移動を停止したときに傾かないようにしたり、移動中の歩容を変化させたりすることができる。また、各車輪２２は、その形状を真円から楕円等の任意の形状に変形可能に構成されてもよい。これによっても、ロボット装置１が、移動を停止したときに傾かないようにしたり、移動中の歩容を変化させたりすることができる。また、各車輪２２は、駆動量を異ならせることで、両車輪２２の偏心の位相差を調節可能に構成されてよい。これにより、下部ユニット２が移動を停止した際に、両車輪２２間の位相差を無くすように制御することで、ロボット装置１を直立した状態で静止させることができる。更に、両車輪２２間の位相差を無くした状態で、各車輪２２を回転させることで、つま先立ちした状態、背伸びをした状態等の表現をロボット装置１にさせることができる。
【符号の説明】
【００８８】
１…ロボット装置、
２…下部ユニット、
２１…基台部、
２２…車輪（偏心車輪）、２２０…中心、
２２１…車軸、２２２・２２３…かさ歯車、
２２４…モータ、２２５…センサ、
２３…水平振動機構、２３１…マイクロコンピュータ、
２３２…外部インタフェース、
２４…垂直振動機構、
２４１…本体部、２４１１…ナット部、２４１２…ブロック部、
２４２…モータ、２４３…シャフト、
２４４…第１ギア、２４５…ボールねじ、２４６…第２ギア、
２４７…レール材、２４８…センサ、
２５１…マイクロコンピュータ、２５２…外部インタフェース、
３…上部ユニット、
３１…胴体ユニット、
３１１…第１胴体関節部、３１２…第２胴体関節部、
３１３…第３胴体関節部、
３２…腕部ユニット、
３２１…第１腕関節部、３２２…第２腕関節部、３２３…第３腕関節部、
３３…頭部ユニット、３３０…頭部部材、３３１…首関節部、
３４１…モータ、３４２…センサ、
３４３…マイクロコンピュータ、３４４…外部インタフェース、
５…制御装置、
５１…制御部、５２…記憶部、５３…外部インタフェース
【図１】
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【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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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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