(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の基体と、前記基体の上方に配置された環境認識ユニットと、前記基体の内部に配置され、前記環境認識ユニットを制御するための環境認識ユニット用制御回路と、前記基体の上方に取り付けられ、前記基体に前記環境認識ユニットを連結する連結機構と、前記環境認識ユニット及び前記環境認識ユニット用制御回路を電気的に接続するハーネスとを備えた環境認識装置であって、
前記環境認識ユニットの下面から前記基体に向かって延設されたフレームと、前記環境認識ユニット内に配置された第２センサ用制御機器とを備え、
前記フレームは、側面に前記ハーネスが通る第１開口部が形成され、
前記基体は、前記ハーネスが通る第２開口部を有し、
前記連結機構は、前記環境認識ユニットが前記基体の上面に対してピッチ軸線周りに回動可能となるように、前記フレームを支持し、
前記基体と前記環境認識ユニットとの間に、少なくとも、前記第１開口部と、前記第２開口部と、前記第１開口部と前記第２開口部との間を延びる前記ハーネスの部分とを覆うカバーが設けられ、
前記環境認識ユニットは、前記基体の前方の環境を認識する第１センサと、前記環境認識ユニットの両側面側に設けられ、前記基体の側方の環境を認識する左右一対の第２センサとを有し、
前記第２センサ用制御機器は、前記第２センサの動作を制御し、
前記第２センサは、前記環境認識ユニットから側方に延びる中空の支持部、前記支持部の先端部の下方又は上方に取り付けられた駆動部、前記支持部の前記駆動部とは反対側にヨー軸周りに回動可能に取り付けられた測定部、及び、前記駆動部又は前記測定部と前記第２センサ用制御機器とを電気的に接続する距離センサ用ハーネスを有し、
前記距離センサ用ハーネスは、前記支持部の内部を通って前記環境認識ユニット内に延びていることを特徴とする環境認識装置。
【請求項２】
請求項１に記載の環境認識装置であって、
前記基体は、前記環境認識ユニットの前記フレームの下方に、前記基体を貫く水抜き孔が形成されていることを特徴とする環境認識装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の環境認識装置であって、
前記フレームの内部に、前記環境認識ユニットを回動させる駆動機構を備えていることを特徴とする環境認識装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の環境認識装置であって、
前記カバーの内部に、前記環境認識ユニットを回動させる駆動機構を備えていることを特徴とする環境認識装置。
【請求項５】
中空の基体と、前記基体の上方に配置された環境認識ユニットと、前記基体の内部に配置され、前記環境認識ユニットを制御するための環境認識ユニット用制御回路と、前記基体の上方に取り付けられ、前記基体に前記環境認識ユニットを連結する連結機構と、前記環境認識ユニット及び前記環境認識ユニット用制御回路を電気的に接続するハーネスとを備えた環境認識装置であって、
前記環境認識ユニットの下面から前記基体に向かって延設されたフレームを備え、
前記フレームは、側面に前記ハーネスが通る第１開口部が形成され、側方に延びるように形成された環状突起部を有し、
前記基体は、前記ハーネスが通る第２開口部を有し、
前記連結機構は、前記環境認識ユニットが前記基体の上面に対して平行な軸線周りに回動可能となるように、前記フレームを支持し、
前記基体と前記環境認識ユニットとの間に、少なくとも、前記第１開口部と、前記第２開口部と、前記第１開口部と前記第２開口部との間を延びる前記ハーネスの部分とを覆うカバーが設けられ、
前記カバーは、前記フレームを側方から挟み込んで保持する軸支部を有し、
前記軸支部には、軸支部材側開口部が設けられ、
前記第１開口部は、前記基体に対する前記フレームの回動軸線と重なるように前記環状突起部に設けられ、
前記軸支部材側開口部には、前記環状突起部が嵌め込まれていることを特徴とする環境認識装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の環境認識装置と、関節機構と、前記関節機構を介して前記基体に連結された可動リンクとを備えていることを特徴とするロボット。
【請求項７】
請求項６に記載のロボットであって、
複数の前記可動リンクと、各々の前記可動リンクを前記基体に対して回動可能に連結する複数の前記関節機構とを備え、
前記複数の可動リンクは、前記基体の上部に左右一対に設けられた腕リンクと、前記基体の下部に左右一対に設けられた脚リンクを含み、
前記脚リンク又は前記腕リンクのみによる二足歩行モードと、前記脚リンク及び前記腕リンクによる四足歩行モードとを切り替え可能であり、
前記連結機構は、前記環境認識ユニットが前記基体に対してピッチ軸周りに回動可能となるように、前記フレームを支持してい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、周囲の環境を光学センサや距離センサを用いて認識する環境認識装置及びそれを用いたロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人間と同様に、胴体である基体と、基体の上部に設けられた頭部と、基体の上部左右両側から延設された左右の腕体と、基体の下部から下方に延設された左右の脚体とを備えたロボットがある。
【０００３】
この種のロボットとして、周囲の環境を認識するための光学センサ等を内蔵した頭部を環境認識ユニットとし、胴体部を基体とし、首関節機構を連結機構とした環境認識装置を備えたロボットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
そのような環境認識装置を備えたロボットでは、頭部を基体に対してヨー軸周り、ピッチ軸周り及びロール軸周りに回動可能に構成するとともに、それらの軸のいずれかの内部に、中空の基体の内部に配置された制御機器と頭部である環境認識ユニットとを電気的に接続するハーネスを通す構成が採用されている場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１８３１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来の環境認識装置は、雨水等に対する防水を考慮して構成されたものではないので、頭部の回動の軸と基体との隙間といった関節機構の隙間から、基体の内部へ水が進入してしまうおそれがあった。そこで、環境認識装置を雨水等に接触するおそれのある環境下で使用する場合には、内部機器の保護のために、防水手段を設ける必要があった。
【０００７】
例えば、特許文献１に記載の環境認識装置が用いられているロボットでは、防水手段としてロボット用保護着を採用し、それをロボットに着用させることによって基体内部への水の浸入を防止している。
【０００８】
しかし、このような防水手段は、環境認識装置の動作を妨げるだけではなく、装置の大型化も招いてしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、高い防水性を有する小型の環境認識装置及びそれを用い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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の環境認識装置は、中空の基体と、基体の上方に配置された環境認識ユニットと、基体の内部に配置され、環境認識ユニットを制御するための環境認識ユニット用制御回路と、基体の上方に取り付けられ、基体に環境認識ユニットを連結する連結機構と、環境認識ユニット及び環境認識ユニット用制御回路を電気的に接続するハーネスとを備えた環境認識装置であって、環境認識ユニットの下面から基体に向かって延設されたフレームと、環境認識ユニット内に配置された第２センサ用制御機器とを備え、フレームは、側面にハーネスが通る第１開口部が形成され、基体は、ハーネスが通る第２開口部を有し、連結機構は、環境認識ユニットが基体の上面に対してピッチ軸線周りに回動可能となるように、フレームを支持し、基体と環境認識ユニットとの間に、少なくとも、第１開口部と、第２開口部と、第１開口部と第２開口部との間を延びるハーネスの部分とを覆うカバーが設けられ、環境認識ユニットは、基体の前方の環境を認識する第１センサと、環境認識ユニットの両側面側に設けられ、基体の側方の環境を認識する左右一対の第２センサとを有し、第２センサ用制御機器は、第２センサの動作を制御し、第２センサは、環境認識ユニットから側方に延びる中空の支持部、支持部の先端部の下方又は上方に取り付けられた駆動部、支持部の駆動部とは反対側にヨー軸周りに回動可能に取り付けられた測定部、及び、駆動部又は測定部と第２センサ用制御機器とを電気的に接続する距離センサ用ハーネスを有し、距離センサ用ハーネスは、支持部の内部を通って環境認識ユニット内に延びていることを特徴とする。
【００１１】
基体の上部に環境認識ユニットを備えた環境認識装置では、基体の内部への水の浸入は、基体とその基体及び環境認識ユニットを連結する関節機構との隙間において生じてしまうことが多かった。特に、環境認識ユニットがヨー軸周りに回動可能である場合には、ヨー軸は基体の鉛直方向に延びるものであるので、上方の環境認識ユニットから下方の関節機構のヨー軸へと水が伝わり、その関節機構と基体との隙間から基体の内部へ水が進入してしまうことが多かった。
【００１２】
そこで、本発明の環境認識装置では、環境認識ユニットの回動を基体の上面に対して平行な軸線周り（ピッチ軸又はロール軸周り）の回動のみとするとともに、その環境認識ユニットを基体に直接嵌め込むのではなく、環境認識ユニットの下方に設けられたフレームを介して連結機構で支持する構成とすることによって（すなわち、軸の周囲に形成されてしまう隙間を水平方向とすることによって）、基体の内部への水の浸入を防止している。
【００１３】
さらに、本発明の環境認識装置では、ハーネスが通る環境認識ユニット側の第１開口部をフレームの側面に形成しているので、その第１開口部と基体側の第２開口部とハーネスの一部を覆うだけで、基体の内部へと水が進入し得る隙間を塞ぐことができる。すなわち、小さなカバーで十分な防水性を確保することができる。
ところで、環境認識ユニットの回動可能範囲を基体に対して水平な軸周りにした場合、従来の装置のようにヨー軸、ピッチ軸及びロール軸の全ての軸周りで回動可能に構成した装置に比べ、１つのセンサで認識可能な範囲が狭くなってしまう。そこで、環境認識ユニットをピッチ軸周りに回動可能に構成する場合には、前方認識用の第１センサと、側方認識用の第２センサとを有する構成にすれば、センサの認識範囲を十分な広さにすることができる。
また、環境認識ユニットの両側面側に左右一対の第２センサを有している場合、距離センサ用ハーネスが支持部の内部空間を通る構成にすれば、その内部空間の環境認識ユニット側の開口部の孔は水平方向となるので、その開口部から環境認識ユニットの内部に水が浸入してしまうことがなく、防水性が低下することがない。
【００１４】
したがって、本発明の環境認識装置によれば、大きな防水手段を用いることなく、高い防水性を得ることができる。
【００１５】
また、本発明の環境認識装置においては、基体は、環境認識ユニットのフレームの下方に、基体を貫く水抜き孔が形成されていることが好ましい。
【００１６】
このような水抜き孔を構成すれば、基体の上部に水が溜まってしまうことが防止されるとともに、その水の排出経路を任意に形成することができるので、装置全体を大型化させずに、さらに防水性を高めることができる。
【００１７】
また、本発明の環境認識装置においては、フレームの内部に、又は、カバーの内部に、環境認識ユニットを回動させる駆動機構を備えていることが好ましい。
【００１８】
このような位置に駆動機構を配置すれば、装置内のスペースを有効に活用して、装置全体の小型化を図ることができる。
【００１９】
また、上記目的を達成するために、本発明の環境認識装置は、中空の基体と、基体の上方に配置された環境認識ユニットと、基体の内部に配置され、環境認識ユニットを制御するための環境認識ユニット用制御回路と、基体の上方に取り付けられ、基体に環境認識ユニットを連結する連結機構と、環境認識ユニット及び環境認識ユニット用制御回路を電気的に接続するハーネスとを備えた環境認識装置であって、環境認識ユニットの下面から基体に向かって延設されたフレームを備え、フレームは、側面にハーネスが通る第１開口部が形成され、側方に延びるように形成された環状突起部を有し、基体は、ハーネスが通る第２開口部を有し、連結機構は、環境認識ユニットが基体の上面に対して平行な軸線周りに回動可能となるように、フレームを支持し、基体と環境認識ユニットとの間に、少なくとも、第１開口部と、第２開口部と、第１開口部と第２開口部との間を延びるハーネスの部分とを覆うカバーが設けられ、カバーは、フレームを側方から挟み込んで保持する軸支部を有し、軸支部には、軸支部材側開口部が設けられ、第１開口部は、基体に対するフレームの回動軸線と重なるように環状突起部に設けられ、軸支部材側開口部には、環状突起部が嵌め込まれていることを特徴とする。
【００２３】
また、上記目的を達成するために、本発明のロボットは、上記いずれかの環境認識装置と、関節機構と、関節機構を介して基体に連結された可動リンクとを備えていることを特徴とする。
【００２４】
このように、上記の環境認識装置は、ロボットに適用することができる。特に、ロボットが人間の形態を模した二足歩行ロボットである場合には、環境認識装置の環境認識ユニットがロボットの頭部となり、連結機構が首関節機構となる。
【００２５】
また、本発明のロボットにおいては、複数の可動リンクと、各々の可動リンクを基体に対して回動可能に連結する複数の関節機構とを備え、複数の可動リンクは、基体の上部に左右一対に設けられた腕リンクと、基体の下部に左右一対に設けられた脚リンクを含み、脚リンク又は腕リンクのみによる二足歩行モードと、脚リンク及び腕リンクによる四足歩行モードとを切り替え可能であり、連結機構は、環境認識ユニットが基体に対してピッチ軸周り又はロール軸周りに回動可能となるように、フレームを支持していることが好ましい。
【００２６】
このように、ロボットが二足歩行モードと四足歩行モードとを切り替えることができるものである場合、二足歩行モード時にロボットの上部となっている面は、四足歩行モード時にはロボットの前面になる。
【００２７】
そこで、環境認識装置の環境認識ユニットをピッチ軸周り又はロール軸周りに回動可能なものに構成すれば、いずれのモードの場合であっても、回動の軸が基体の面に対して平行な軸になるので、軸を伝わって基体に水が浸入することがなく、防水性が低下することがない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の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のロボットの環境認識ユニット、首関節機構、上部基体の上方部の構造の一部を示す正面図。
【図６】図１のロボットの首関節機構の構造の一部を断面として示す正面図。
【図７】図１のロボットの首関節機構の構造を示す分解斜視図。
【図８】図１のロボットの距離センサの構造の一部を断面として示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して、本発明に係るロボットの実施形態を説明する。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。
【００３０】
ただし、本発明におけるロボットは、このように構成された人型のロボットに限定されるものではなく、その他の工業用ロボット等、基体と、連結機構と、連結機構を介して基体の上部に連結された環境認識ユニットを含む環境認識装置とを備えたロボットであれば、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ものである。
【００３１】
まず、図１を参照して、本実施形態のロボット１の構成を説明する。
【００３２】
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。
【００３３】
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である。環境認識ユニット２０ａ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（連結機構）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。
【００３４】
なお、本実施形態のロボット１が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を上部基体１０の上方に設けている。しかし、本発明のロボットの環境認識ユニットは、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、上部基体の前方等）に設けてもよい。
【００３５】
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。
【００３６】
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。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が連結されている。
【００３７】
なお、本実施形態のロボット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。
【００３８】
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。本実施形態のロボット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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。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。
【００４１】
なお、本実施形態のロボット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。
【００４２】
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。
【００４３】
次に、図２を参照して、本実施形態のロボット１の関節機構の自由度について説明する。
【００４４】
なお、本実施形態の説明では、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。本実施形態のロボット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。
【００４５】
また、本実施形態の説明では、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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
ここで、基体の「幅」とは、鉛直方向では、通常使用される状態において、基体の最も高い位置から最も低い位置までの間を指す。同様に、水平方向では、通常使用される状態において、基体の最も前方となる位置から最も後方となる位置までの間、又は、最も右側となる位置から最も左側となる位置までの間を指す。
【００５２】
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。
【００５３】
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のハンド部４０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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
なお、本発明のロボットにおける腰関節機構、肩関節機構、肘関節機構、手首関節機構、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、ロボットの用途やロボット内の関節の配置スペースに応じて、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。
【００６０】
次に、図３及び図４を参照して、本実施形態のロボット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。
【００６１】
なお、本実施形態の説明において、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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
次に、図１、図５〜図８を参照して、本実施形態のロボット１の上部基体１０、環境認識装置２０及び首関節機構２１の構成について詳細に説明する。
【００６７】
図５に示すように、環境認識装置２０は、上部基体１０の上方に配置された環境認識ユニット２０ａを有している。環境認識ユニット２０ａは、中空の上部基体１０の内部に配置された環境認識ユニット用制御回路２０ｂ（図５では不図示。図１参照。）によって制御される。環境認識ユニット２０ａと上部基体１０とは、首関節機構２１で連結されている。
【００６８】
環境認識ユニット２０ａは、その下面から下方（すなわち、上部基体１０）に向かって首フレーム２０ｃ（フレーム）が延設されている。首フレーム２０ｃが首関節機構２１に回動可能に支持されることによって、環境認識ユニット２０ａは、上部基体１０に対してピッチ軸（Ｙ軸）周りに回動可能となっている。
【００６９】
また、環境認識ユニット２０ａは、上部基体１０の前方の環境を撮影し、認識するための複数のカメラ２０ｄ（第１センサ）と、カメラ２０ｄの間に配置され、ＬＥＤ等で構成されたライト２０ｅと、環境認識ユニット２０ａの両側面側に設けられ、上部基体１０の側方の環境を認識する左右一対のセンサ２０ｆ（第２センサ）とを有している。
【００７０】
なお、本実施形態では、センサ２０ｆとして、レーザレンジファインダ（以下、「ＬＲＦ」という。）を用いている。ＬＲＦ（レーザレンジファインダ）とは、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である。ただし、本発明の第２センサは、ＬＲＦに限定されるものではなく、環境認識ユニット２０ａの側方の外部環境を認識することができるものであればよい。例えば、赤外線センサ等を用いてもよい。
【００７１】
ロボット１では、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のみ回動可能に構成している。しかし、カメラ２０ｄやセンサ２０ｆを上記のように配置しているので、ロボット１の認識範囲は、従来のヨー軸（Ｚ軸）、ピッチ軸（Ｙ軸）及びロール軸（Ｘ軸）の全ての軸周りで回動可能に構成したロボットの認識範囲とほぼ同様の広さになっている。
【００７２】
図６に示すように、首フレーム２０ｃは、側面に首フレーム側開口部２０ｃ１（第１開口部）が形成されている。首フレーム側開口部２０ｃ１には、環境認識ユニット２０ａの内部機器に電気的に接続され、環境認識ユニット２０ａの下方から延びるハーネス２０ｇが通されている。首フレーム側開口部２０ｃ１の周囲からは、首フレーム２０ｃの側方に延びるように形成された環状突起部２０ｃ２が形成されている。
【００７３】
なお、本発明における「フレーム」とは、上記のようないわゆる中空の枠体に限られるものではなく、環境認識ユニットの下面から基体に向かって延設され、内部にハーネスが通る空間が形成されたものであればよい。
【００７４】
また、首フレーム２０ｃの内部には、アクチュエータ等の駆動源、ブレーキ、減速機等で構成された駆動機構２０ｈが配置されている。首フレーム２０ｃは、駆動機構２０ｈから伝達される駆動力によって回動させられる。ロボット１では、この位置に駆動機構２０ｈを配置しているので、他の位置に独立して駆動機構２０ｈを配置するためのスペースを設ける必要がなく、省スペース化が実現されている。
【００７５】
図７に示すように、首関節機構２１は、上部基体１０の上方に配置されたカバー２１ａと、カバー２１ａの中央部の開口部に嵌め込まれ、首フレーム２０ｃを回動可能に軸支する軸支部材２１ｂと、カバー２１ａと軸支部材２１ｂとの間及びカバー２１ａと上部基体１０との間を封止するためのゴム製のＯ−リングであるシール機構２１ｃとを有している。
【００７６】
カバー２１ａとシール機構２１ｃは、防水ボルト（不図示）によって、上部基体１０に一体的に固定されるとともに、係合爪部（不図示）によって、軸支部材２１ｂに固定されているので、カバー２１ａが浮き上がって隙間が生じてしまうことがない。なお、シール機構２１ｃは図６においては図示省略している。
【００７７】
軸支部材２１ｂは、上部基体１０の上面に形成された凹部１０ａに嵌め込まれるようにして、上部基体１０の上方に配置されている。軸支部材２１ｂは、環境認識ユニット２０ａの下面から延設された首フレーム２０ｃを左右から挟み込んで保持するとともに、カバー２１ａの中央部に形成された開口部を封止する。軸支部材２１ｂの一方の側面には、軸支部材側開口部２１ｂ１が形成されている。軸支部材側開口部２１ｂ１には、首フレーム２０ｃの環状突起部２０ｃ２が嵌め込まれる（図６参照。）。
【００７８】
上部基体１０は、第１肩関節機構３１ａの後方側に形成された上部基体側開口部１０ｂ（第２開口部）を有している。環境認識ユニット２０ａから延びるハーネス２０ｇは、上部基体側開口部１０ｂを通って、上部基体１０の内部に配置されている環境認識ユニット用制御回路２０ｂに電気的に接続される。
【００７９】
カバー２１ａは、軸支部材２１ｂの側面（すなわち、首フレーム側開口部２０ｃ１）、上部基体１０の上部基体側開口部１０ｂ、及び、首フレーム側開口部２０ｃ１と上部基体側開口部１０ｂとの間を延びるハーネスの２０ｇの一部を覆っている。
【００８０】
このように、本実施形態のロボット１では、環境認識ユニット２０ａをヨー軸（Ｚ軸）周りには回動をせず、ピッチ軸（Ｙ軸）周りにのみ回動するように構成するとともに、環境認識ユニット２０ａを上部基体１０に直接嵌め込むのではなく、首フレーム２０ｃを軸支部材２１ｂで支持する構成としているので（すなわち、上部基体１０にヨー軸（Ｚ軸）を直接設ける構成ではないので）、軸を伝わって上部基体１０に水が浸入することがない。
【００８１】
また、本実施形態のロボット１では、首フレーム側開口部２０ｃ１を首フレーム２０ｃの側面に形成しているので、その首フレーム側開口部２０ｃ１と上部基体１０側の上部基体側開口部１０ｂとハーネス２０ｇの一部を覆うだけで、上部基体１０の内部へと水が進入し得る隙間を塞ぐことができる。すなわち、比較的小さなカバー２１ａで十分な防水性を得ることができる。
【００８２】
さらに、本実施形態のロボット１は、二足歩行モードと四足歩行モードとを切り替えることができるものであるので、二足歩行モード時にロボットの上部となっている面は、四足歩行モード時にはロボットの前面となる。しかし、ロボット１は、環境認識ユニット２０ａをピッチ軸周りに回動可能なものに構成しているので（すなわち、いずれのモードの場合であっても、回動の軸が上部基体１０の面に対して平行な軸になるので）、軸を伝わって上部基体１０に水が浸入することがない。
【００８３】
また、図６及び図７に示すように、上部基体１０の上面側の環境認識ユニット２０ａの下面から延設された首フレーム２０ｃの下方となる位置には、上部基体１０の前方側までつながるように上部基体１０を貫く水抜き孔１０ｃの入り口側の開口が形成されている。
【００８４】
本実施形態のロボット１では、このような水抜き孔１０ｃが形成されているので、上部基体１０の上部に水が溜まってしまうことが防止されるとともに、その水の排出経路を任意に形成することができるので、さらにその防水性を高められている。
【００８５】
また、図８に示すように、センサ２０ｆは、環境認識ユニット２０ａから側方に延びる支持部２０ｆ１と、支持部２０ｆ１の先端部の下方に取り付けられた駆動部２０ｆ２と、支持部２０ｆ１の先端部の上方に回動可能に取り付けられた測定部２０ｆ３とを有している。
【００８６】
支持部２０ｆ１及び駆動部２０ｆ２の内部には、連通路２０ｆ４が形成されている。連通路２０ｆ４の内部には、距離センサ用ハーネス２０ｆ５が通され、その距離センサ用ハーネス２０ｆ５によって、駆動部２０ｆ２及び測定部２０ｆ３と環境認識ユニット２０ａの内部に配置されている第２センサ用制御機器（不図示）とが電気的に接続されている。
【００８７】
連通路２０ｆ４は、支持部２０ｆ１の内部に形成されているので、環境認識ユニット２０ａ側の開口部の孔は水平方向となっている。そのため、開口部から環境認識ユニット２０ａの内部に水が浸入してしまうことがない。
【００８８】
なお、本実施形態では、駆動部２０ｆ２を支持部２０ｆ１の下方に配置し、測定部２０ｆ３を支持部２０ｆ１の上方に配置している。しかし、駆動部２０ｆ２を支持部２０ｆ１の上方に配置し、測定部２０ｆ３を支持部２０ｆ１の下方に配置してもよい。
【００８９】
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。
【００９０】
例えば、上記実施形態においては、首関節機構２１は、環境認識ユニット２０ａを、ピッチ軸周りに回動可能に連結している。しかし、本発明はそのような構成に限定されるものではなく、連結機構は、基体の上方に取り付けられ、環境認識ユニットを基体の上面に対して平行な軸線周りに回動可能となるように、環境認識ユニットと基体とを連結するものであればよい。すなわち、環境認識ユニットをロール軸周りに回動可能に連結してもよい。
【００９１】
また、上記実施形態においては、環境認識装置２０は、ロボット１の前方を撮影するカメラ２０ｄと側方を認識する左右一対のセンサ２０ｆとを備えている。しかし、本発明はそのような構成に限定されるものではなく、他のセンサを用いてもよい。例えば、中央に１つだけセンサを設け、そのセンサをヨー軸周りに回転せるようにしてもよい。
【００９２】
また、上記実施形態においては、環境認識ユニット２０ａを回動させる駆動機構２０ｈを、環境認識ユニット２０ａの下面から延設された首フレーム２０ｃの内部に配置している。しかし、本発明はそのような構成に限定されるものではなく、駆動機構は他の場所に配置してもよい。例えば、ハーネスが通る孔を覆うためのカバー内の空間に配置してもよい。
【００９３】
また、上記実施形態においては、カバー２１ａと軸支部材２１ｂとを別部材として構成している。しかし、本発明のカバーはこのような構成に限定されるものではない。例えば、カバーと軸支部材とを一体のものとして構成してもよい。
【００９４】
また、上記実施形態においては、上部基体１０に水抜き孔１０ｃを形成している。しかし、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、水抜き孔１０ｃを省略してもよい。
【００９５】
また、上記実施形態においては、軸支部材２１ｂは、上部基体１０の上面に形成された凹部１０ａに嵌め込まれるようにして、上部基体１０の上方に配置されている。しかし、本発明の連結機構はそのような構成に限定されるものではない。例えば、上部基体１０の上面を平坦な形状とし、その面に防水ボルト等によって固定してもよい。
【００９６】
また、上記実施形態においては、カバー２１ａとゴム製のＯ−リングであるシール機構２１ｃを、防水ボルトや係合爪部によって、上部基体１０及び軸支部材２１ｂに固定している。しかし、本発明はそのような構成に限定されるものではなく、他の手段を用いて固定してもよい。例えば、カバーやシール機構を、上部基体や軸支部材に接着してもよい。また、シール機構としては、ゴム製のＯ−リングの他、接着剤による接着、かしめ、圧入、ネジ止め等を用いて構成したものを用いてもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１…ロボット、１０…上部基体、１０ａ…凹部、１０ｂ…上部基体側開口部（第２開口部）、１０ｃ…水抜き孔、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、２０ｂ…環境認識ユニット用制御回路、２０ｃ…首フレーム（フレーム）、２０ｃ１…フレーム側開口部（第１開口部）、２０ｃ２…環状突起部、２０ｄ…カメラ（第１センサ）、２０ｅ…ライト、２０ｆ…センサ（第２センサ）、２０ｆ１…支持部、２０ｆ２…駆動部、２０ｆ３…測定部、２０ｆ４…連通路、２０ｆ５…距離センサ用ハーネス、２０ｇ…ハーネス、２０ｈ…駆動機構、２１…首関節機構（連結機構）、２１ａ…カバー、２１ｂ…軸支部材、２１ｂ１…軸支部材側開口部、２１ｃ…シール機構、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…ハンド部、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、４１ｄ…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…地面。
【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８】
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