(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種の異なる移動形態を有する移動ロボットにおいて、
正面及び背面を有する胴体ユニットと、
基端側が前記胴体ユニットに接続され、複数の駆動軸を有する複数の肢体ユニットと、
前記肢体ユニットの先端側に設けられる先端ツールと、を備え、
前記胴体ユニットの前記正面及び前記背面が対向する方向を厚さ方向とし、前記厚さ方向に直交する方向を長さ方向とし、前記厚さ方向及び前記長さ方向に直交する方向を幅方向とし、前記長さ方向の両端側の端面を、上面及び下面とし、前記幅方向の両端側の端面を、左側面及び右側面とすると、
前記複数の肢体ユニットは、同一のユニットとなっており、
前記胴体ユニット及び前記複数の肢体ユニットは、前記胴体ユニットの前記厚さ方向の中央を挟んで、前記正面側の移動動作と前記背面側の移動動作とが対称な動作となるように、前記正面側と前記背面側とを切り替えて移動可能となっており、
前記移動形態としては、
前記胴体ユニットの前記長さ方向を鉛直方向とし、下方側に位置する２つの前記肢体ユニットを脚として機能させる二足歩行モードと、
前記胴体ユニットの前記厚さ方向を鉛直方向とし、４つの前記肢体ユニットを脚として機能させる四足歩行モードとがあり、
前記二足歩行モードと前記四足歩行モードとを切り替えて移動可能となっていることを特徴とする移動ロボット。
【請求項２】
前記胴体ユニット及び前記複数の肢体ユニットは、前記胴体ユニットの前記長さ方向の中央を挟んで、前記上面側の移動動作と前記下面側の移動動作とが対称な動作となるように、前記上面側と前記下面側とを切り替えて移動可能となっていることを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項３】
複数の前記肢体ユニットは、前記胴体ユニットの前記左側面及び前記右側面に対して、少なくとも２つの前記肢体ユニットがそれぞれ取り付けられ、
前記胴体ユニットの前記長さ方向を軸方向として回転する方向をロール方向とし、前記胴体ユニットの前記幅方向を軸方向として回転する方向をピッチ方向とし、前記胴体ユニットの前記厚さ方向を軸方向として回転する方向をヨー方向とすると、
前記肢体ユニットは、前記胴体ユニットの前記厚さ方向に伸ばした状態において、基端側に設けられる少なくとも２つの前記駆動軸が、前記ロール方向の前記駆動軸及び前記ピッチ方向の前記駆動軸であることを特徴とする請求項１または２に記載の移動ロボット。
【請求項４】
前記胴体ユニットの前記長さ方向を軸方向として回転する方向をロール方向とし、前記胴体ユニットの前記幅方向を軸方向として回転する方向をピッチ方向とし、前記胴体ユニットの前記厚さ方向を軸方向として回転する方向をヨー方向とすると、
前記肢体ユニットは、前記胴体ユニットの前記厚さ方向に伸ばした状態において、先端側に設けられる少なくとも２つの前記駆動軸が、前記ロール方向の前記駆動軸及び前記ピッチ方向の前記駆動軸であることを特徴とする請求項１または２に記載の移動ロボット。
【請求項５】
複数の前記肢体ユニットは、前記胴体ユニットの前記左側面及び前記右側面に対して、少なくとも２つの前記肢体ユニットがそれぞれ取り付けられ、
前記胴体ユニットの前記長さ方向を軸方向として回転する方向をロール方向とし、前記胴体ユニットの前記幅方向を軸方向として回転する方向をピッチ方向とし、前記胴体ユニットの前記厚さ方向を軸方向として回転する方向をヨー方向とすると、
前記肢体ユニットは、前記胴体ユニットの前記厚さ方向に伸ばした状態において、基端側に設けられる少なくとも２つの前記駆動軸が、前記ロール方向の前記駆動軸及び前記ピッチ方向の前記駆動軸であり、先端側に設けられる少なくとも２つの前記駆動軸が、前記ロール方向の前記駆動軸及び前記ピッチ方向の前記駆動軸であり、基端側に設けられる２つの前記駆動軸と先端側に設けられる２つの前記駆動軸との間に設けられる少なくとも３つの前記駆動軸が、２つのヨー方向の前記駆動軸及びピッチ方向の前記駆動軸であることを特徴とする請求項１または２に記載の移動ロボット。
【請求項６】
前記胴体ユニットの前記長さ方向を軸方向として回転する方向をロール方向とし、前記胴体ユニットの前記幅方向を軸方向として回転する方向をピッチ方向とし、前記胴体ユニットの前記厚さ方向を軸方向として回転する方向をヨー方向とすると、
前記胴体ユニットは、前記ピッチ方向の駆動軸と、前記ロール方向の駆動軸との少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項７】
前記胴体ユニットは、前記正面側及び前記背面側にそれぞれ設けられる車輪を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項８】
前記肢体ユニットは、１以上の前記駆動軸を含む関節モジュールを複数連結して構成されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項９】
前記肢体ユニットの複数の前記関節モジュールは、異なる種類となる一方で、
複数の前記関節モジュールに設けられる複数の前記駆動軸は、同一となっていることを特徴とする請求項８に記載の移動ロボット。
【請求項１０】
前記肢体ユニットは、
複数の前記駆動軸のうち、所定の前記駆動軸である第１駆動軸と、
複数の前記駆動軸のうち、前記第１駆動軸に対して所定の角度分だけ傾斜させた第２駆動軸と、
内側に前記第２駆動軸を保持すると共に、外側に前記第１駆動軸が取り付けられる保持フレームと、を有し、
前記保持フレームは、前記保持フレームの外面に対して内側に窪んで形成される窪み部を有し、
前記第１駆動軸は、一部が前記窪み部に収容されて、前記保持フレームに取り付けられることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項１１】
前記先端ツールは、前記肢体ユニットに着脱可能となっていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項１２】
前記先端ツールは、地面に接する部位が平坦面に形成され、
前記平坦面には、水平方向に伸びる棒状部材に係止可能な係止溝と、前記棒状部材に引っ掛けることが可能な鈎溝と、が並んで形成されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項１３】
前記先端ツールは、地面に接する部位が平坦面に形成され、
前記平坦面とは反対側の部位には、対象物を把持可能な把持部が設けられていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項１４】
前記先端ツールは、地面に接する部位が平坦面に形成され、前記平坦面とは反対側の部位が前記肢体ユニットに接続され、
前記平坦面には、棒状部材に係止可能な係止溝と、前記棒状部材に引っ掛けることが可能な鈎溝と、が平行に形成され、
前記平坦面内における前記鈎溝側の部位は、空間を挟んで２つに分岐して形成され、
前記空間には、対象物を把持可能な把持部が収容可能に設けられていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項１５】
前記先端ツールは、撮像装置を有することを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項１６】
前記先端ツールは、
前記肢体ユニットに接続される接続部と、
前記接続部を挟んで一方側に設けられるつま先部と、
前記接続部を挟んで他方側に設けられるかかと部と、を有し、
前記つま先部は、つま先立ちして移動するときに地面に接する部位が、曲面となっていることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項１７】
胴体ユニットと、基端側が胴体ユニットに接続される複数の肢体ユニットと、を備える複数種の異なる移動形態を有する移動ロボットに取り付けられる先端ツールであって、
地面に接する部位は、平坦面に形成されており、
前記平坦面には、水平方向に伸びる棒状部材に係止可能な係止溝と、前記棒状部材に引っ掛けることが可能な鈎溝と、が並んで形成されていることを特徴とする先端ツール。
【請求項１８】
胴体ユニットと、基端側が胴体ユニットに接続される複数の肢体ユニットと、を備える複数種の異なる移動形態を有する移動ロボットに取り付けられる先端ツールであって、
地面に接する部位は、平坦面に形成されており、
前記平坦面とは反対側の部位には、対象物を把持可能な把持部が設けられていることを特徴とする先端ツール。
【請求項１９】
胴体ユニットと、基端側が胴体ユニットに接続される複数の肢体ユニットと、を備える複数種の異なる移動形態を有する移動ロボットに取り付けられる先端ツールであって、
地面に接する部位は、平坦面に形成され、前記平坦面とは反対側の部位は、前記肢体ユニットに接続され、
前記平坦面には、棒状部材に係止可能な係止溝と、前記棒状部材に引っ掛けることが可能な鈎溝と、が平行に形成され、
前記平坦面内における前記鈎溝側の部位は、空間を挟んで２つに分岐して形成され、
前記空間には、対象物を把持可能な把持部が収容可能に設けられていることを特徴とする先端ツール。
【請求項２０】
撮像装置が設けられることを特徴とする請求項１７から１９のいずれか１項に記載の先端ツール。
【請求項２１】
前記肢体ユニットに接続される接続部と、
前記接続部を挟んで一方側に設けられるつま先部と、
前記接続部を挟んで他方側に設けられるかかと部と、を有し、
前記つま先部は、つま先立ちして移動するときに地面に接する部位が、曲面となっていることを特徴とする請求項１７から２０のいずれか１項に記載の先端ツール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種の異なる移動形態を有する移動ロボット及び先端ツールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、移動ロボットとして、四足歩行を行う移動ロボットが知られている（例えば、特許文献１参照）。この移動ロボットは、多自由度を有するモジュールを複数用いて構成されている。また、移動ロボットとして、複数の要素を多数連結してなる多関節ロボットが知られている（例えば、特許文献２参照）。この多関節ロボットは、複数の要素を多数連結して構成され、要素の一部を起伏運動させて、要素に進行波を形成して移動させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１５４５６号公報
【特許文献２】特開平９−１６８９８２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、移動ロボットは、移動環境に応じて、複数種の異なる移動形態を有することが望ましい。移動形態としては、特許文献１に示すように、四足歩行を行う移動ロボット、または二足歩行を行う移動ロボット等がある。このような移動ロボットは、不整地を移動する際、転倒する可能性がある。移動ロボットの転倒は、故障の要因となるばかりではなく、元の移動形態に復帰する復帰動作を行う必要がある。ここで、移動ロボットが仰向けの状態で転倒した場合、移動ロボットは、復帰動作をスムーズに行うことができず、復帰動作の完了までに時間がかかってしまい、所要のタスクを要求された時間内に達成することが困難となる。
【０００５】
そこで、本発明は、移動環境に応じた移動形態で、移動を好適に行うことができる移動ロボット及び先端ツールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の移動ロボットは、複数種の異なる移動形態を有する移動ロボットにおいて、正面及び背面を有する胴体ユニットと、基端側が前記胴体ユニットに接続され、複数の駆動軸を有する複数の肢体ユニットと、前記肢体ユニットの先端側に設けられる先端ツールと、を備え、前記胴体ユニットは、前記正面及び前記背面が対向する方向を厚さ方向とし、前記厚さ方向に直交する方向を長さ方向とし、前記厚さ方向及び前記長さ方向に直交する方向を幅方向とし、前記長さ方向の両端側の端面を、上面及び下面とし、前記幅方向の両端側の端面を、左側面及び右側面とし、前記複数の肢体ユニットは、同一のユニットとなっており、前記胴体ユニット及び前記複数の肢体ユニットは、前記胴体ユニットの前記厚さ方向の中央を挟んで、前記正面側の移動動作と前記背面側の移動動作とが対称な動作となるように、前記正面側と前記背面側とを切り替えて移動可能となっていることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、胴体ユニットの正面側が上方側となる仰向けの状態で転倒しても、胴体ユニット及び複数の肢体ユニットの正面側と背面側とを切り替えることができる。このため、正面側と背面側とを切り替えることにより、胴体ユニットの正面側が下方側となるうつ伏せの状態から、転倒前の状態に復帰することができる。よって、複数種の異なる移動形態で移動する場合であっても、正面側と背面側とを切り替えることにより、復帰動作等をスムーズに行うことができるため、移動を好適に行うことができる。
【０００８】
また、前記胴体ユニット及び前記複数の肢体ユニットは、前記胴体ユニットの前記長さ方向の中央を挟んで、前記上面側の移動動作と前記下面側の移動動作とが対称な動作となるように、前記上面側と前記下面側とを切り替えて移動可能となっていることが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、移動形態によって上面側または下面側に移動する場合であっても、胴体ユニット及び複数の肢体ユニットの上面側と下面側とを切り替えることにより、上面側への移動と、下面側への移動とを切り替えることができるため、移動を好適に行うことが可能となる。
【００１０】
また、複数の前記肢体ユニットは、前記胴体ユニットの前記左側面及び前記右側面に対して、少なくとも２つの前記肢体ユニットがそれぞれ取り付けられ、前記胴体ユニットの前記長さ方向を軸方向として回転する方向をロール方向とし、前記胴体ユニットの前記幅方向を軸方向として回転する方向をピッチ方向とし、前記胴体ユニットの前記厚さ方向を軸方向として回転する方向をヨー方向とすると、前記肢体ユニットは、前記胴体ユニットの前記厚さ方向に伸ばした状態において、基端側に設けられる少なくとも２つの前記駆動軸が、前記ロール方向の前記駆動軸及び前記ピッチ方向の前記駆動軸であることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、胴体ユニットに対して、肢体ユニットの基端側をロール方向及びピッチ方向に作動させることができるため、肢体ユニットの可動範囲を広いものとすることができる。
【００１２】
また、前記胴体ユニットの前記長さ方向を軸方向として回転する方向をロール方向とし、前記胴体ユニットの前記幅方向を軸方向として回転する方向をピッチ方向とし、前記胴体ユニットの前記厚さ方向を軸方向として回転する方向をヨー方向とすると、前記肢体ユニットは、前記胴体ユニットの前記厚さ方向に伸ばした状態において、先端側に設けられる少なくとも２つの前記駆動軸が、前記ロール方向の前記駆動軸及び前記ピッチ方向の前記駆動軸であることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、先端ツールに対して、肢体ユニットの先端側をロール方向及びピッチ方向に作動させることができる。このため、移動形態として、例えば、腹這い歩行を行う場合には、移動ロボットの高さを低くして、腹這い歩行を行うことができ、高さ方向に制限のある狭隘部を通過することができる。
【００１４】
また、複数の前記肢体ユニットは、前記胴体ユニットの前記左側面及び前記右側面に対して、少なくとも２つの前記肢体ユニットがそれぞれ取り付けられ、前記胴体ユニットの前記長さ方向を軸方向として回転する方向をロール方向とし、前記胴体ユニットの前記幅方向を軸方向として回転する方向をピッチ方向とし、前記胴体ユニットの前記厚さ方向を軸方向として回転する方向をヨー方向とすると、前記肢体ユニットは、前記胴体ユニットの前記厚さ方向に伸ばした状態において、基端側に設けられる少なくとも２つの前記駆動軸が、前記ロール方向の前記駆動軸及び前記ピッチ方向の前記駆動軸であり、先端側に設けられる少なくとも２つの前記駆動軸が、前記ロール方向の前記駆動軸及び前記ピッチ方向の前記駆動軸であり、基端側に設けられる２つの前記駆動軸と先端側に設けられる２つの前記駆動軸との間に設けられる少なくとも３つの前記駆動軸が、２つのヨー方向の前記駆動軸及びピッチ方向の前記駆動軸であることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、胴体ユニットに対して、肢体ユニットの基端側をロール方向及びピッチ方向に作動させることができるため、肢体ユニットの可動範囲を広いものとすることができる。先端ツールに対して、肢体ユニットの先端側をロール方向及びピッチ方向に作動させることができる。このため、移動形態として、例えば、腹這い歩行を行う場合には、移動ロボットの高さを低くして、腹這い歩行を行うことができ、移動時の安定性を高めることができる。また、移動環境が不整地であっても、肢体ユニットの基端部に対して先端側をヨー方向に作動させることで、先端ツールを不整地へ好適に接地させることができるため、移動時の安定性を高めることができる。なお、ヨー方向の駆動軸は、１つが冗長軸となっている。
【００１６】
また、前記胴体ユニットの前記長さ方向を軸方向として回転する方向をロール方向とし、前記胴体ユニットの前記幅方向を軸方向として回転する方向をピッチ方向とし、前記胴体ユニットの前記厚さ方向を軸方向として回転する方向をヨー方向とすると、前記胴体ユニットは、前記ピッチ方向の駆動軸と、前記ロール方向の駆動軸との少なくとも一方を有することが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、ピッチ方向の駆動軸により、胴体ユニットを前屈させたり、仰け反らせたりすることができる。また、ロール方向の駆動軸により、胴体ユニットを捻ることができる。このため、移動形態として、例えば、はしごを昇降する場合、はしごに対して胴体ユニットを前屈させることができるため、肢体ユニットの基端部を、はしご側に近づけることができる。よって、はしごからの胴体ユニットの距離を短くした状態で、はしごを昇降でき、はしごに保護柵が設けられる場合であっても、好適にはしごを昇降することができる。また、例えば、ピッチ方向の駆動軸及びロール方向の駆動軸を用いると、胴体ユニットを仰け反らせた状態で、胴体ユニットを捻ることができるため、肢体ユニットの基端部を高く上げることが可能となる。
【００１８】
また、前記胴体ユニットは、前記正面側及び前記背面側にそれぞれ設けられる車輪を有することが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、胴体ユニットを地面に近づけることで、車輪を地面に接地させることができるため、胴体ユニットが地面に接触することを抑制でき、また、車輪が転動することで、胴体ユニットの移動をスムーズなものとすることができる。
【００２０】
また、前記肢体ユニットは、１以上の前記駆動軸を含む関節モジュールを複数連結して構成されることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、複数の関節モジュールを連結することで、肢体ユニットを簡単に組み立てることができる。また、関節モジュール毎に交換することができるため、肢体ユニットの故障時における交換作業を容易なものとすることができる。
【００２２】
また、前記肢体ユニットの複数の前記関節モジュールは、異なる種類となる一方で、複数の前記関節モジュールに設けられる複数の前記駆動軸は、同一となっていることが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、複数の異なる種類の関節モジュールであっても、同一の駆動軸を用いることができるため、部品の共通化を図ることができる。
【００２４】
また、前記肢体ユニットは、複数の前記駆動軸のうち、所定の前記駆動軸である第１駆動軸と、複数の前記駆動軸のうち、前記第１駆動軸に対して所定の角度分だけ傾斜させた第２駆動軸と、内側に前記第２駆動軸を保持すると共に、外側に前記第１駆動軸が取り付けられる保持フレームと、を有し、前記保持フレームは、前記保持フレームの外面に対して内側に窪んで形成される窪み部を有し、前記第１駆動軸は、一部が前記窪み部に収容されて、前記保持フレームに取り付けられることが好ましい。
【００２５】
この構成によれば、第１駆動軸の一部を窪み部に収容できる分、第１駆動軸の軸方向における長さを短くすることができるため、コンパクト化を図ることができる。
【００２６】
また、前記先端ツールは、前記肢体ユニットに着脱可能となっていることが好ましい。
【００２７】
この構成によれば、異なる種類の先端ツールを付け替えることが可能となる。
【００２８】
また、前記先端ツールは、地面に接する部位が平坦面に形成され、前記平坦面には、水平方向に伸びる棒状部材に係止可能な係止溝と、前記棒状部材に引っ掛けることが可能な鈎溝と、が並んで形成されていることが好ましい。
【００２９】
この構成によれば、移動形態として、二足歩行または四足歩行を行う場合には、平坦面を地面に接地させることができるため、移動時の安定性を高めることができる。また、移動形態として、はしごを昇降する場合には、下方側の２つの肢体ユニットに取り付けられる先端ツールの係止溝に、はしごの踏桟を係止することができ、上方側の２つの肢体ユニットに取り付けられる先端ツールの鈎溝に、はしごの踏桟または支柱を引っ掛けることができる。このため、はしごの昇降を好適に行うことができる。
【００３０】
また、前記先端ツールは、地面に接する部位が平坦面に形成され、前記平坦面とは反対側の部位には、対象物を把持可能な把持部が設けられていることが好ましい。
【００３１】
この構成によれば、移動形態として、二足歩行または四足歩行を行う場合には、平坦面を地面に接地させることができるため、移動時の安定性を高めることができる。また、把持部により対象物を把持することができるため、把持部による作業を行うことが可能となる。
【００３２】
また、前記先端ツールは、地面に接する部位が平坦面に形成され、前記平坦面とは反対側の部位が前記肢体ユニットに接続され、前記平坦面には、棒状部材に係止可能な係止溝と、前記棒状部材に引っ掛けることが可能な鈎溝と、が平行に形成され、前記平坦面内における前記鈎溝側の部位は、空間を挟んで２つに分岐して形成され、前記空間には、対象物を把持可能な把持部が収容可能に設けられていることが好ましい。
【００３３】
この構成によれば、移動形態として、二足歩行または四足歩行を行う場合には、平坦面を地面に接地させることができるため、移動時の安定性を高めることができる。また、移動形態として、はしごを昇降する場合には、下方側の２つの肢体ユニットに取り付けられる先端ツールの係止溝に、はしごの踏桟を係止することができ、上方側の２つの肢体ユニットに取り付けられる先端ツールの鈎溝に、はしごの踏桟または支柱を引っ掛けることができる。このため、はしごの昇降を好適に行うことができる。さらに、把持部により対象物を把持することができるため、把持部による作業を行うことが可能となる。このとき、把持部は、空間に収容することができるため、把持部がはしごの昇降を阻害することを抑制することができる。
【００３４】
また、前記先端ツールは、撮像装置を有することが好ましい。
【００３５】
この構成によれば、撮像装置により撮像された画像により先端ツール周りの環境を視認することができる。
【００３６】
また、前記先端ツールは、前記肢体ユニットに接続される接続部と、前記接続部を挟んで一方側に設けられるつま先部と、前記接続部を挟んで他方側に設けられるかかと部と、を有し、前記つま先部は、つま先立ちして移動するときに地面に接する部位が、曲面となっていることが好ましい。
【００３７】
この構成によれば、例えば、四足歩行時において、肢体ユニットの複数の駆動軸のうち、一部の駆動軸の駆動を停止した場合であっても、先端ツールのつま先部において、曲面となる部位を地面に確実に接地させることができる。このため、一部の駆動軸の駆動を停止できる分、電力消費を抑制することができる。
【００３８】
本発明の先端ツールは、胴体ユニットと、基端側が胴体ユニットに接続される複数の肢体ユニットと、を備える複数種の異なる移動形態を有する移動ロボットに取り付けられる先端ツールであって、地面に接する部位は、平坦面に形成されており、前記平坦面には、水平方向に伸びる棒状部材に係止可能な係止溝と、前記棒状部材に引っ掛けることが可能な鈎溝と、が並んで形成されていることを特徴とする。
【００３９】
この構成によれば、移動形態として、二足歩行または四足歩行を行う場合には、平坦面を地面に接地させることができるため、移動時の安定性を高めることができる。また、移動形態として、はしごを昇降する場合には、下方側の２つの肢体ユニットに取り付けられる先端ツールの係止溝に、はしごの踏桟を係止することができ、上方側の２つの肢体ユニットに取り付けられる先端ツールの鈎溝に、はしごの踏桟または支柱を引っ掛けることができる。このため、はしごの昇降を好適に行うことができる。
【００４０】
本発明の他の先端ツールは、胴体ユニットと、基端側が胴体ユニットに接続される複数の肢体ユニットと、を備える複数種の異なる移動形態を有する移動ロボットに取り付けられる先端ツールであって、地面に接する部位は、平坦面に形成されており、前記平坦面とは反対側の部位には、対象物を把持可能な把持部が設けられていることを特徴とする。
【００４１】
この構成によれば、移動形態として、二足歩行または四足歩行を行う場合には、平坦面を地面に接地させることができるため、移動時の安定性を高めることができる。また、把持部により対象物を把持することができるため、把持部による作業を行うことが可能となる。
【００４２】
本発明の他の先端ツールは、胴体ユニットと、基端側が胴体ユニットに接続される複数の肢体ユニットと、を備える複数種の異なる移動形態を有する移動ロボットに取り付けられる先端ツールであって、地面に接する部位は、平坦面に形成され、前記平坦面とは反対側の部位は、前記肢体ユニットに接続され、前記平坦面には、棒状部材に係止可能な係止溝と、前記棒状部材に引っ掛けることが可能な鈎溝と、が平行に形成され、前記平坦面内における前記鈎溝側の部位は、空間を挟んで２つに分岐して形成され、前記空間には、対象物を把持可能な把持部が収容可能に設けられていることを特徴とする。
【００４３】
この構成によれば、移動形態として、二足歩行または四足歩行を行う場合には、平坦面を地面に接地させることができるため、移動時の安定性を高めることができる。また、移動形態として、はしごを昇降する場合には、下方側の２つの肢体ユニットに取り付けられる先端ツールの係止溝に、はしごの踏桟を係止することができ、上方側の２つの肢体ユニットに取り付けられる先端ツールの鈎溝に、はしごの踏桟または支柱を引っ掛けることができる。このため、はしごの昇降を好適に行うことができる。さらに、把持部により対象物を把持することができるため、把持部による作業を行うことが可能となる。このとき、把持部は、空間に収容することができるため、把持部がはしごの昇降を阻害することを抑制することができる。
【００４４】
また、撮像装置が設けられることが好ましい。
【００４５】
この構成によれば、撮像装置により撮像された画像により先端ツール周りの環境を視認することができる。
【００４６】
また、前記肢体ユニットに接続される接続部と、前記接続部を挟んで一方側に設けられるつま先部と、前記接続部を挟んで他方側に設けられるかかと部と、を有し、前記つま先部は、つま先立ちして移動するときに地面に接する部位が、曲面となっていることが好ましい。
【００４７】
この構成によれば、例えば、四足歩行時において、肢体ユニットの複数の駆動軸のうち、一部の駆動軸の駆動を停止した場合であっても、先端ツールのつま先部において、曲面となる部位を地面に確実に接地させることができる。このため、一部の駆動軸の駆動を停止できる分、電力消費を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、実施形態１の移動ロボットの外観斜視図である。
【図２】図２は、実施形態１の移動ロボットに設けられる駆動軸の構成図である。
【図３】図３は、実施形態１の移動ロボットに取り付けられる先端ツールの一例を示す外観斜視図である。
【図４】図４は、実施形態１の移動ロボットに取り付けられる先端ツールの一例を示す外観斜視図である。
【図５】図５は、実施形態１の移動ロボットの二足歩行モードを示す説明図である。
【図６】図６は、実施形態１の移動ロボットの四足歩行モードを示す説明図である。
【図７】図７は、実施形態１の移動ロボットの腹這い歩行モードを示す説明図である。
【図８】図８は、実施形態１の移動ロボットのはしご昇降モードの一例を示す説明図である。
【図９】図９は、実施形態１の移動ロボットのはしご昇降モードの一例を示す説明図である。
【図１０】図１０は、実施形態１の移動ロボットの三足歩行モードの一例を示す説明図である。
【図１１】図１１は、実施形態１の移動ロボットの三足支持作業モードの一例を示す説明図である。
【図１２】図１２は、実施形態１の移動ロボットの復帰動作モードの一例を示す説明図である。
【図１３】図１３は、実施形態１の移動ロボットの四足歩行モード時における折り返し移動の一例を示す説明図である。
【図１４】図１４は、実施形態１の移動ロボットの二足歩行モード時における折り返し移動の一例を示す説明図である。
【図１５】図１５は、実施形態２の移動ロボットの側面図である。
【図１６】図１６は、実施形態３の移動ロボットにおける駆動軸同士の接続の一例を示す断面図である。
【図１７】図１７は、実施形態３の移動ロボットにおける駆動軸同士の接続の一例を示す断面図である。
【図１８】図１８は、実施形態４の移動ロボットに取り付けられる先端ツールの一例を示す外観斜視図である。
【図１９】図１９は、はしごの踏桟に引っ掛けられる先端ツールの断面図である。
【図２０】図２０は、把持部の展開前後における先端ツールの説明図である。
【図２１】図２１は、移動ロボットに取り付けられる先端ツールの一例を示す模式図である。
【図２２】図２２は、移動ロボットに取り付けられる先端ツールの一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。
【００５０】
［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る移動ロボットの外観斜視図である。図２は、実施形態１の移動ロボットに設けられる駆動軸の構成図である。図３は、実施形態１の移動ロボットに取り付けられる先端ツールの一例を示す外観斜視図である。図４は、実施形態１の移動ロボットに取り付けられる先端ツールの一例を示す外観斜視図である。
【００５１】
図１に示す移動ロボット１は、複数種の異なる移動形態を有するロボットであり、移動形態としては、例えば、二足歩行、三足歩行、四足歩行、はしご昇降及び腹這い歩行等が実行可能となっている。この移動ロボット１は、移動環境に応じた移動形態で、予め指定された移動先に移動する。
【００５２】
図１に示すように、移動ロボット１は、胴体ユニット１１と、４つの肢体ユニット１２と、４つの先端ツール１３とを備えている。
【００５３】
胴体ユニット１１は、正面、背面、上面、下面、左側面及び右側面を有する略長方体形状に形成されている。ここで、胴体ユニット１１の正面及び背面が対向する方向を厚さ方向とする。また、厚さ方向に直交すると共に胴体ユニット１１の上面及び下面が対向する方向を長さ方向とする。さらに、厚さ方向及び長さ方向に直交する方向を幅方向とする。この胴体ユニット１１は、長さ方向において並べて設けられる２つの胴体フレーム２１と、２つの胴体フレーム２１の間に設けられる２つの胴体側駆動軸２２と、を有している。
【００５４】
各胴体フレーム２１は、左側面及び右側面にそれぞれ１つの肢体ユニット１２が接続されている。また、各胴体フレーム２１は、ほぼ同一の構成となっている。
【００５５】
図２に示す２つの胴体側駆動軸２２は、ピッチ軸２２ｐと、ロール軸２２ｒからなる。この２つの胴体側駆動軸２２は、同一の構成となっている。ここで、ロール軸２２ｒは、胴体ユニット１１の長さ方向周りに回転する。また、ピッチ軸２２ｐは、胴体ユニット１１の幅方向周りに回転する。さらに、後述する、ヨー軸は、胴体ユニット１１の厚さ方向周りに回転する。
【００５６】
ピッチ軸２２ｐは、胴体ユニット１１を折り曲げるように駆動する。具体的に、ピッチ軸２２ｐは、２つの胴体フレーム２１のうち、一方の胴体フレーム２１の長さ方向と、他方の胴体フレーム２１の長さ方向とが、所定の角度をなすように回転駆動する。ここで、ピッチ軸２２ｐは、例えば、１８０°回転可能に構成されている。このため、胴体ユニット１１は、正面側に前屈する角度が９０°となる。つまり、一方の胴体フレーム２１の長さ方向と、他方の胴体フレーム２１の長さ方向とが、正面側において９０°となるように回転駆動する。また、胴体ユニット１１は、背面側に仰け反る角度が９０°となる。つまり、一方の胴体フレーム２１の長さ方向と、他方の胴体フレーム２１の長さ方向とが、背面側において９０°となるように回転駆動する。
【００５７】
ロール軸２２ｒは、胴体ユニット１１を捻るように駆動する。具体的に、ロール軸２２ｒは、２つの胴体フレーム２１のうち、一方の胴体フレーム２１の幅方向と、他方の胴体フレーム２１の幅方向とが、所定の角度をなすように回転駆動する。ここで、ロール軸２２ｒは、ピッチ軸２２ｐと同様に、例えば、１８０°回転可能に構成されている。このため、胴体ユニット１１は、長さ方向に直交する面内において、一方の胴体フレーム２１に対する他方の胴体フレーム２１の捻れ角度が±９０°となる。つまり、一方の胴体フレーム２１の幅方向と、他方の胴体フレーム２１の幅方向とが、±９０°となるように回転駆動する。
【００５８】
なお、実施形態１では、２つの胴体フレーム２１の間に設けられる胴体側駆動軸２２を２つ設けたが、この構成に特に限定されず、移動ロボット１が用いられる移動環境に応じて適宜設けてもよい。
【００５９】
４つの肢体ユニット１２は、胴体ユニット１１の左側面及び右側面に対して、２つの肢体ユニット１２がそれぞれ取り付けられている。具体的には、上記のように、２つの肢体ユニット１２が、一方の胴体フレーム２１の左側面及び右側面に接続され、残りの２つの肢体ユニット１２が、他方の胴体フレーム２１の左側面及び右側面に接続されている。この４つの肢体ユニット１２は、同一の構成となっている。次に、各肢体ユニット１２について説明する。なお、４つの肢体ユニット１２は、同一の構成となっていることから、下記の説明では、１つの肢体ユニット１２について説明し、残りの３つの肢体ユニット１２については説明を省略する。また、実施形態１では、４つの肢体ユニット１２を用いたが、複数の肢体ユニット１２であればよく、個数は特に限定されない。
【００６０】
肢体ユニット１２は、その基端部が胴体ユニット１１に取り付けられ、その先端部に先端ツール１３が取り付けられている。このため、肢体ユニット１２は、その先端側が地面に接地する側となっている。この肢体ユニット１２は、複数種の異なる関節モジュール３１を有し、複数種の異なる関節モジュール３１を連結して構成されている。また、肢体ユニット１２は、複数の肢体側駆動軸３２を有しており、各関節モジュール３１に１以上の肢体側駆動軸３２が配置されている。
【００６１】
複数種の関節モジュール３１は、肢体ユニット１２の基端側から順に、基端関節モジュール３５と、中間関節モジュール３６と、先端関節モジュール３７と、を有している。
【００６２】
基端関節モジュール３５は、２つの肢体側駆動軸３２と、２つの肢体側駆動軸３２を保持する保持フレーム４１とを有している。２つの肢体側駆動軸３２は、肢体ユニット１２の基端側から順に、ピッチ軸３２ｐと、ロール軸３２ｒとを有している。ここで、ピッチ軸３２ｐのピッチ方向、ロール軸３２ｒのロール方向及び後述するヨー軸３２ｙのヨー方向とは、肢体ユニット１２を、胴体ユニット１１の厚さ方向に沿って伸ばした時に規定される方向である。
【００６３】
ピッチ軸３２ｐは、胴体ユニット１１に対して肢体ユニット１２を回転するように駆動する。つまり、ピッチ軸３２ｐは、胴体ユニット１１の左側面及び右側面の面内において、幅方向を軸方向として、肢体ユニット１２を回転駆動する。
【００６４】
ロール軸３２ｒは、肢体ユニット１２の基端部に対して肢体ユニット１２先端部を回転するように駆動する。つまり、ロール軸３２ｒは、胴体ユニット１１の上面及び下面の面内において、長さ方向を軸方向として、先端側の肢体ユニット１２の一部を回転駆動する。
【００６５】
図１に示す中間関節モジュール３６は、３つの肢体側駆動軸３２と、それらを保持する保持フレーム４２とを有している。３つの肢体側駆動軸３２は、図２に示すように肢体ユニット１２の基端側から順に、ヨー軸３２ｙと、ピッチ軸３２ｐと、ヨー軸３２ｙからなる。
【００６６】
中間関節モジュール３６のヨー軸３２ｙは、肢体ユニット１２が伸びる方向を軸方向として、肢体ユニット１２の基端部に対して肢体ユニット１２の先端部を回転させる。なお、２つのヨー軸３２ｙは、１つが冗長軸となっている。
【００６７】
中間関節モジュール３６のピッチ軸３２ｐは、肢体ユニット１２が伸びる方向において、肢体ユニット１２の基端部に対して肢体ユニット１２の先端部を折り曲げるように回転させる。
【００６８】
先端関節モジュール３７は、２つの肢体側駆動軸３２と、それらを保持する保持フレーム４３とを有している。２つの肢体側駆動軸３２は、肢体ユニット１２の基端側から順に、ピッチ軸３２ｐと、ロール軸３２ｒとを有している。なお、先端関節モジュール３７については、基端関節モジュール３５と同様の構成であるため、説明を省略する。
【００６９】
このように構成される肢体ユニット１２は、計７つの肢体側駆動軸３２を有していることから、７自由度となっている。つまり、肢体ユニット１２は、基端部側から順に、ピッチ方向、ロール方向、ヨー方向、ピッチ方向、ヨー方向、ピッチ方向、ロール方向の肢体側駆動軸３２となっている。なお、実施形態１では、７自由度としたが、少なくとも７自由度であればよく、７自由度以上であってもよい。
【００７０】
４つの先端ツール１３は、４つの肢体ユニット１２に対して、着脱自在となっており、使用環境に応じて複数種用意されている。４つの先端ツール１３は、同一の構成となっていることから、下記の説明では、１つの先端ツール１３について説明し、残りの３つの先端ツール１３については説明を省略する。この先端ツール１３は、エンドエフェクタとも呼称されている。なお、図３では、複数種の先端ツール１３のうち、一種の先端ツール１３ａを説明し、図４では、複数種の先端ツール１３のうち、他の一種の先端ツール１３ｂを説明する。
【００７１】
図３に示す先端ツール１３ａは、主として、移動ロボット１が二足歩行または四足歩行を行うと共に、はしごを昇降する際に用いられる。先端ツール１３ａは、肢体ユニット１２に着脱自在に取り付けられる接続部５１と、接続部５１を挟んで一方側に設けられるつま先部５２と、接続部５１を挟んで他方側に設けられるかかと部５３と、を有する。先端ツール１３ａは、肢体ユニット１２への取付側とは反対側の部位が、地面に接する部位となっており、地面に接する部位には、平坦面Ｐ１が形成されている。
【００７２】
この平坦面Ｐ１には、はしごの踏桟に係止可能な係止溝５４と、はしごの踏桟または支柱（棒状部材）に引っ掛けることが可能な鈎溝５５とが形成されている。係止溝５４は、平坦面Ｐ１において、つま先部５２とかかと部５３とをつなぐ方向とは直交する方向に、延在して形成されている。この係止溝５４は、つま先部５２とかかと部５３とをつなぐ方向に並べて２本形成され、２本の係止溝５４は、平行に形成されている。なお、２本の係止溝５４のうち、１本の係止溝５４は、接続部５１の位置に形成され、他の１本の係止溝５４は、かかと部５３の位置に形成される。鈎溝５５は、平坦面Ｐ１において、つま先部５２とかかと部５３とをつなぐ方向とは直交する方向に、延在して形成されている。つまり、鈎溝５５は、２本の係止溝５４と平行に形成されている。この鈎溝５５は、つま先部５２の位置に形成される。なお、実施形態１において、鈎溝５５は、つま先部５２の平坦面Ｐ１（下面）に形成したが、鈎溝５５は、かかと部５３の上面に設けることも可能である。
【００７３】
図４に示す先端ツール１３ｂは、主として、移動ロボット１が二足歩行または四足歩行を行うと共に、各種作業を行う際に用いられる。先端ツール１３ｂは、肢体ユニット１２に着脱自在に取り付けられる接続部６１と、接続部６１を挟んで一方側に設けられるつま先部６２と、接続部６１を挟んで他方側に設けられるかかと部６３と、を有する。先端ツール１３ｂは、肢体ユニット１２への取付側とは反対側の部位が、地面に接する部位となっており、地面に接する部位には、平坦面Ｐ２が形成されている。
【００７４】
また、先端ツール１３ｂは、平坦面Ｐ２とは反対側のつま先部６２に、対象物を把持可能な把持部６４が設けられている。把持部６４は、複数本の指を含んで構成され、複数本の指は、作業時において展開される一方で、歩行時において折り畳まれる。
【００７５】
このように構成される移動ロボット１、より具体的には、胴体ユニット１１及び４つの肢体ユニット１２は、厚さ方向の中央を挟んで、正面側の移動動作と背面側の移動動作とが対称の移動動作を実行可能な構成となっている。また、胴体ユニット１１及び４つの肢体ユニット１２は、長さ方向の中央を挟んで、上面側の移動動作と下面側の移動動作とが対称の移動動作を実行可能な構成となっている。さらに、胴体ユニット１１及び４つの肢体ユニット１２は、幅方向の中央を挟んで、左側面側の移動動作と右側面側の移動動作とが対称の移動動作を実行可能な構成となっている。
【００７６】
そして、移動ロボット１は、図示しない制御装置によって移動制御される。具体的に、制御装置は、移動ロボット１に設けられる上記の各種駆動軸２２，３２の回転駆動を制御することで、移動制御を実行している。ここで、移動ロボット１の移動制御は、自律移動制御としてもよいし、オペレータによる遠隔操作により移動制御してもよいし、これらを組み合わせて移動制御してもよい。実施形態１において、移動ロボット１の移動制御は、オペレータが移動環境を把握し、把握した移動環境に応じて、オペレータが移動ロボット１の移動形態を選択すると共に、移動先を指定する。この後、移動ロボット１は、選択された移動形態と、指定された移動先とに基づいて、移動を行う。
【００７７】
ここで、移動制御される移動ロボット１は、図５から図１０に示すように、複数種の異なる移動形態に応じた複数の移動モードを有している。図５は、実施形態１の移動ロボットの二足歩行モードを示す説明図である。図６は、実施形態１の移動ロボットの四足歩行モードを示す説明図である。図７は、実施形態１の移動ロボットの腹這い歩行モードを示す説明図である。図８は、実施形態１の移動ロボットのはしご昇降モードの一例を示す説明図である。図９は、実施形態１の移動ロボットのはしご昇降モードの一例を示す説明図である。図１０は、実施形態１の移動ロボットの三足歩行モードの一例を示す説明図である。複数の移動モードとしては、二足歩行モード、三足歩行モード、四足歩行モード、はしご昇降モード、及び腹這い歩行モードを有している。
【００７８】
図５に示すように、二足歩行モードにおいて、移動ロボット１は、胴体ユニット１１の長さ方向を鉛直方向とし、下方側に位置する２つの肢体ユニット１２を脚とし、上方側に位置する２つの肢体ユニット１２を腕として機能させる。
【００７９】
図６に示すように、四足歩行モードにおいて、移動ロボット１は、胴体ユニット１１の厚さ方向を鉛直方向とし、４つの肢体ユニット１２を脚として機能させる。なお、四足歩行モードでは、胴体ユニット１１の一部を、地面に接地させた状態で移動する胴体接地四足歩行モードを実行してもよい。
【００８０】
図７に示すように、腹這い歩行モードにおいて、移動ロボット１は、胴体ユニット１１の厚さ方向を鉛直方向とし、４つの肢体ユニット１２を脚として機能させる。ここで、４つの肢体ユニット１２は、基端関節モジュール３５がロール軸３２ｒ及びピッチ軸３２ｐを有していることから、胴体ユニット１１の正面及び背面の面内に沿わせた作動が実行可能となる。また、４つの肢体ユニット１２は、先端関節モジュール３７がロール軸３２ｒ及びピッチ軸３２ｐを有していることから、先端ツール１３の平坦面Ｐ１，Ｐ２に沿わせた作動が実行可能となる。このため、移動ロボット１は、腹這い歩行モードにおいて、鉛直方向における高さが高くなることを抑制でき、地面に這いつくばった状態で、移動することが可能となる。
【００８１】
図８及び図９に示すように、はしご昇降モードにおいて、移動ロボット１は、胴体ユニット１１の長さ方向を鉛直方向とし、下方側に位置する２つの肢体ユニット１２を脚とし、上方側に位置する２つの肢体ユニット１２を腕として機能させる。ここで、はしご７１は、鉛直方向に延びる平行に配置された２本の支柱７２と、２本の支柱７２同士を接続する水平方向に延びる複数の踏桟７３と、はしご７１を使用する使用者を保護するための保護柵７４とを含んで構成されている。保護柵７４は円筒形状に形成されており、その内部が使用者または移動ロボット１の通路となっている。
【００８２】
移動ロボット１は、はしご昇降モードにおいて、先端ツール１３として、図３に示す先端ツール１３ａを用いている。移動ロボット１は、脚として機能する２つの肢体ユニット１２に取り付けられる先端ツール１３ａの係止溝５４に、はしご７１の踏桟７３を係止する。また、移動ロボット１は、腕として機能する２つの肢体ユニット１２に取り付けられる先端ツール１３ａの鈎溝５５に、はしご７１の踏桟７３を引っ掛ける。この状態で、移動ロボット１は、脚として機能する２つの肢体ユニット１２を交互に作動させて、はしご７１の踏桟７３を１つずつ昇降し、また、腕として機能する２つの肢体ユニット１２を交互に作動させて、はしご７１の踏桟７３を１つずつ昇降することで、はしご７１を昇降する。ここで、胴体ユニット１１は、ピッチ軸２２ｐを有していることから、胴体ユニット１１のはしご７１側の面を前屈させた状態で、はしご７１を昇降する。胴体ユニット１１を前屈させると、４つの肢体ユニット１２の基端部がはしご７１側に近づく。このため、移動ロボット１は、移動ロボット１全体をはしご７１側に寄せることで、移動ロボット１とはしご７１との間の距離Ｌを短くでき、保護柵７４の内側に収まった状態で、はしご７１を昇降することが可能となる。
【００８３】
図９に示すように、移動ロボット１がはしご７１を登り切る場合において、肢体ユニット１２は、２つのヨー軸３２ｙを有している。このため、移動ロボット１は、片脚及び片腕となる２つの肢体ユニット１２をはしご７１に固定した状態で、固定された片脚のヨー軸３２ｙを駆動させることにより、自由となる片脚の肢体ユニット１２がはしご７１から離れた着地点７５に接地するように、胴体ユニット１１を回転することが可能となる。このように、移動ロボット１は、はしご昇降モードにおいて、はしご７１の昇降だけでなく、はしご７１の登り切りも行うことができる。
【００８４】
図１０に示すように、三足歩行モードにおいて、移動ロボット１は、胴体ユニット１１の厚さ方向を鉛直方向とし、３つの肢体ユニット１２を脚とし、残りの１つの肢体ユニット１２を作業用のマニピュレータとして機能させる。このため、移動ロボット１は、脚として機能する３つの肢体ユニット１２を移動制御して歩行すると共に、１つの肢体ユニット１２により作業を行うことが可能となる。なお、三足歩行モードでは、胴体ユニット１１の一部を、地面に接地させた状態で移動する胴体接地三足歩行モードを実行してもよい。
【００８５】
また、移動ロボット１は、図１１に示すように、３つの肢体ユニット１２を脚とし支持しつつ、１つの肢体ユニット１２を作業用のマニピュレータとして機能させる三足支持作業モードを実行することで、高所への作業を実行している。図１１は、実施形態１の移動ロボットの三足支持作業モードの一例を示す説明図である。移動ロボット１は、胴体ユニット１１にピッチ軸２２ｐ及びロール軸２２ｒが設けられている。このため、移動ロボット１は、三足支持作業モードにおいて、ピッチ軸２２ｐを駆動することにより、胴体ユニット１１を仰け反らせることができ、また、ロール軸２２ｒを駆動することにより、胴体ユニット１１を捻ることができる。このため、移動ロボット１は、マニピュレータとして機能する１つの肢体ユニット１２の基端部を、鉛直方向の上方側に位置させることができるため、高所への作業を実行可能としている。
【００８６】
また、移動ロボット１は、図１２に示すように、転倒時において元の移動モードに復帰する復帰動作モードを実行可能となっている。図１２は、実施形態１の移動ロボットの復帰動作モードの一例を示す説明図である。移動ロボット１は、転倒時において、移動ロボット１の正面が上方側となる仰向け状態となった場合、正面及び背面を切り替えることで、移動ロボット１の正面が下方側となるうつ伏せの状態とすることができる。このため、うつ伏せ状態から、元の移動モードに復帰できる。例えば、元の移動モードが四足歩行モードである場合には、うつ伏せ状態から、４つの肢体ユニット１２により、胴体ユニット１１を鉛直方向の上方側に持ち上げることで、四足歩行モードにできるため、迅速に復帰することが可能となる。
【００８７】
また、移動ロボット１は、正面及び背面を切り替える、または上面及び下面を切り替えることで、例えば、図１３及び図１４に示す移動を実行することが可能となる。図１３は、実施形態１の移動ロボットの四足歩行モード時における折り返し移動の一例を示す説明図である。また、図１４は、実施形態１の移動ロボットの二足歩行モード時における折り返し移動の一例を示す説明図である。
【００８８】
図１３に示すように、移動ロボット１が、一方向に延びる階段から、踊り場を経て、一方向の逆方向に延びる階段を移動する場合について説明する。このとき、移動ロボット１は、階段を安定的に移動可能なように、四足歩行モードとなっている。四足歩行モードとなる移動ロボット１は、胴体ユニット１１の上面側を先頭側として、一方向に階段を移動した後、踊り場に到達する。踊り場に到達した移動ロボット１は、向きを変えることなく、踊り場において、一方向に延びる階段から逆方向に延びる階段まで移動する。この後、移動ロボット１は、胴体ユニット１１の上面及び下面を切り替えることで、胴体ユニット１１の上面側を先頭側として、逆方向に階段を移動することが可能となる。
【００８９】
また、図１４に示すように、移動ロボット１が、一方向に延びる階段から、踊り場を経て、一方向の逆方向に延びる階段を移動する場合について説明する。このとき、移動ロボット１は、階段を安定的に移動可能なように、四足歩行モードとなる一方で、図１４の踊り場は、図１３の踊り場に比して狭いことから、踊り場では二足歩行モードとなる。四足歩行モードとなる移動ロボット１は、胴体ユニット１１の上面側を先頭側として、一方向に階段を移動した後、踊り場に到達する。踊り場に到達した移動ロボット１は、二足歩行モードに切り替えられる。この後、二足歩行モードとなる移動ロボット１は、向きを変えることなく、踊り場において、一方向に延びる階段から逆方向に延びる階段まで横歩きで移動する。この後、移動ロボット１は、胴体ユニット１１の正面及び背面を切り替えた後、四足歩行モードに移行する。そして、移動ロボット１は、胴体ユニット１１の上面側を先頭側として、逆方向に階段を移動することが可能となる。
【００９０】
以上のように、実施形態１によれば、胴体ユニット１１の正面側が上方側となる仰向けの状態で転倒しても、胴体ユニット１１及び４つの肢体ユニット１２の正面側と背面側とを切り替えることができる。このため、正面側と背面側とを切り替えることにより、胴体ユニット１１の正面側が下方側となるうつ伏せの状態から、転倒前の状態に復帰することができる。よって、複数種の異なる移動形態で移動する場合であっても、正面側と背面側とを切り替えることにより、復帰動作等をスムーズに行うことができるため、移動を好適に行うことができる。
【００９１】
また、実施形態１によれば、移動形態によって上面側または下面側に移動する場合であっても、胴体ユニット１１及び４つの肢体ユニット１２の上面側と下面側とを切り替えることにより、上面側への移動と、下面側への移動とを切り替えることができるため、移動を好適に行うことが可能となる。
【００９２】
また、実施形態１によれば、胴体ユニット１１の左側面及び右側面に肢体ユニット１２を設け、また、胴体ユニット１１に対して、肢体ユニット１２の基端側をロール方向及びピッチ方向に作動させることができるため、肢体ユニット１２の可動範囲を広いものとすることができる。
【００９３】
また、実施形態１によれば、先端ツール１３に対して、肢体ユニット１２の先端側をロール方向及びピッチ方向に作動させることができる。このため、移動形態として、例えば、腹這い歩行モードを実行する場合には、移動ロボット１の高さを低くして、腹這い歩行を行うことができ、高さ方向に制限のある狭隘部を通過することができる。
【００９４】
また、実施形態１によれば、移動環境が不整地であっても、肢体ユニット１２の基端部に対して先端側をヨー方向に作動させることで、先端ツール１３を不整地へ好適に接地させることができるため、移動時の安定性を高めることができる。また、２つのヨー軸３２ｙのうち、１つが冗長軸となっていることから、ヨー軸３２ｙが１つ故障しても歩行の継続が可能であり、移動時の安定性をさらに高めることができる。
【００９５】
また、実施形態１によれば、胴体ユニット１１にピッチ軸２２ｐを設けることで、胴体ユニット１１を前屈させたり、仰け反らせたりすることができる。また、胴体ユニット１１にロール軸２２ｒを設けることで、胴体ユニット１１を捻ることができる。このため、移動形態として、例えば、図８に示すはしご７１を昇降する場合、はしご７１に対して胴体ユニット１１を前屈させることができるため、肢体ユニット１２の基端部を、はしご７１側に近づけることができる。よって、はしご７１からの胴体ユニット１１の距離を短くした状態で、はしご７１を昇降でき、はしご７１に保護柵７４が設けられる場合であっても、好適にはしご７１を昇降することができる。また、胴体ユニット１１にピッチ軸２２ｐ及びロール軸２２ｒを設けることで、図１１に示す三足支持作業モードにおいて、胴体ユニット１１を仰け反らせた状態で、胴体ユニット１１を捻ることができるため、肢体ユニット１２の基端部を高く上げることが可能となる。
【００９６】
また、実施形態１によれば、肢体ユニット１２を複数の関節モジュール３１を連結して構成することで、肢体ユニット１２を簡単に組み立てることができる。また、関節モジュール３１毎に交換することができるため、肢体ユニット１２の故障時における交換作業を容易なものとすることができる。
【００９７】
また、実施形態１によれば、複数の異なる種類の関節モジュール３１であっても、同一の肢体側駆動軸３２を用いることができるため、部品の共通化を図ることができる。
【００９８】
また、実施形態１によれば、先端ツール１３を、肢体ユニット１２に着脱可能に取り付けることで、異なる種類の先端ツール１３を付け替えることが可能となる。
【００９９】
また、実施形態１によれば、図３に示す先端ツール１３ａを用いることで、二足歩行または四足歩行を行う場合には、平坦面Ｐ１を地面に接地させることができるため、移動時の安定性を高めることができる。また、はしご７１を昇降する場合には、下方側の２つの肢体ユニット１２に取り付けられる先端ツール１３ａの係止溝５４に、はしご７１の踏桟７３を係止することができ、上方側の２つの肢体ユニット１２に取り付けられる先端ツール１３ａの鈎溝５５に、はしご７１の踏桟７３または支柱７２を引っ掛けることができる。このため、はしご７１の昇降を好適に行うことができる。
【０１００】
また、実施形態１によれば、図４に示す先端ツール１３ｂを用いることで、二足歩行または四足歩行を行う場合には、平坦面Ｐ２を地面に接地させることができるため、移動時の安定性を高めることができる。また、把持部６４により対象物を把持することができるため、移動ロボット１は、把持部６４による作業を行うことが可能となる。
【０１０１】
［実施形態２］
次に、図１５を参照して、実施形態２に係る移動ロボット１０１について説明する。図１５は、実施形態２の移動ロボットの側面図である。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。
【０１０２】
実施形態２の移動ロボット１０１は、その胴体ユニット１１の左側面及び右側面に、複数の車輪１０２が取り付けられている。具体的に、複数の車輪１０２は、左側面及び右側面に４つずつ配置される。各側面に設置される４つの車輪１０２のうち、２つの車輪１０２は、正面側に配置され、残りの２つの車輪１０２は、背面側に配置される。そして、８つの車輪１０２は、胴体ユニット１１の厚さ方向、長さ方向及び幅方向における位置が対称となるように配置される。各車輪１０２は、幅方向を軸方向として回転可能となっており、正面側の４つの車輪１０２は、胴体ユニット１１の正面から突出するように配置され、同様に、背面側の４つの車輪１０２は、胴体ユニット１１の背面から突出するように配置されている。
【０１０３】
以上のように、実施形態２によれば、胴体ユニット１１を地面に近づけて、車輪１０２を地面に接地させることで、胴体ユニット１１で自重を支持することができることから、肢体ユニット１１に加わる負荷を軽減することができ、また、車輪１０２が転動することで、胴体ユニット１１の移動をスムーズなものとすることができる。なお、車輪１０２を設けることは、胴体接地三足歩行モード及び胴体接地四足歩行モードにおいて、特に有用である。
【０１０４】
［実施形態３］
次に、図１６及び図１７を参照して、実施形態３に係る移動ロボット１１１について説明する。図１６は、実施形態３の移動ロボットにおける駆動軸同士の接続の一例を示す断面図である。図１７は、実施形態３の移動ロボットにおける駆動軸同士の接続の一例を示す断面図である。なお、実施形態３でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１及び２と異なる部分について説明し、実施形態１及び２と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。
【０１０５】
実施形態３の移動ロボット１１１において、図１６に示す各肢体ユニット１２は、複数の肢体側駆動軸３２のうち、所定の第１駆動軸３２ａと、第１駆動軸３２ａに対して所定の角度分だけ傾斜させた第２駆動軸３２ｂと、を有している。ここで、第１駆動軸３２ａ及び第２駆動軸３２ｂは、ロール軸３２ｒ、ピッチ軸３２ｐ及びヨー軸３２ｙのいずれであってもよい。また、肢体ユニット１２は、内側に第２駆動軸３２ｂを保持すると共に、外側に第１駆動軸３２ａが取り付けられる保持フレーム３３を有する。ここで、保持フレーム３３は、基端関節モジュール３５の保持フレーム４１、中間関節モジュール３６の保持フレーム４２及び先端関節モジュール３７の保持フレーム４３のいずれであってもよい。
【０１０６】
保持フレーム３３には、保持フレーム３３の外面に対して内側に窪んで形成される窪み穴１１２が形成されている。この窪み穴１１２には、第１駆動軸３２ａの一端部が収容される。第１駆動軸３２ａの一端部には、径方向の外側に突出する円環形状のフランジ部１１３が形成され、フランジ部１１３と窪み穴１１２の周縁部とが、締結部材１１４によって締結されることで、第１駆動軸３２ａが保持フレーム３３に固定される。
【０１０７】
また、図１７に示す各肢体ユニット１２において、保持フレーム３３には、保持フレーム３３の外面に対して内側に窪んで貫通形成される雌ねじ部１１６が形成されている。この雌ねじ部１１６には、第１駆動軸３２ａの一端部が収容される。第１駆動軸３２ａの一端部には、雌ねじ部１１６に螺合する雄ねじ部１１７が形成され、雌ねじ部１１６と雄ねじ部１１７とが締結されることで、第１駆動軸３２ａが保持フレーム３３に固定される。
【０１０８】
以上のように、実施形態３によれば、第１駆動軸３２ａの一部を窪み穴１１２または雌ねじ部１１６に収容できる分、第１駆動軸３２ａの軸方向において、第１駆動軸３２ａ及び第２駆動軸３２ｂを含む長さｌを短くすることができるため、肢体ユニット１２のコンパクト化を図ることができる。
【０１０９】
［実施形態４］
次に、図１８から図２０を参照して、実施形態４に係る移動ロボット１２１について説明する。図１８は、実施形態４の移動ロボットに取り付けられる先端ツールの一例を示す外観斜視図である。図１９は、はしごの踏桟に引っ掛けられる先端ツールの断面図である。図２０は、把持部の展開前後における先端ツールの説明図である。なお、実施形態４でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１から３と異なる部分について説明し、実施形態１から３と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。
【０１１０】
実施形態４に係る移動ロボット１２１の肢体ユニット１２に取り付けられる、図１８から図２０に示す先端ツール１３ｃは、図３の先端ツール１３ａ及び図４の先端ツール１３ｂの両方の機能を兼ね備えたものとなっている。先端ツール１３ｃは、肢体ユニット１２に着脱自在に取り付けられる接続部１２５と、接続部１２５を挟んで一方側に設けられるつま先部１２６と、を有する。なお、接続部１２５を挟んで他方側に設けられるかかと部は、つま先部１２６と同様の構成としてもよいし、図３の先端ツール１３ａのかかと部５３、または図４の先端ツール１３ｂのかかと部６３と同様の構成としてもよく、特に限定されない。
【０１１１】
先端ツール１３ｃは、肢体ユニット１２への取付側とは反対側の部位が、地面に接する部位となっており、地面に接する部位には、平坦面Ｐ３が形成されている。平坦面Ｐ３には、先端ツール１３ａと同様に、係止溝（図示省略）及び鈎溝５５が形成されている。鈎溝５５は、つま先部１２６の位置に形成されている。ここで、つま先部１２６は、つま先部１２６とかかと部とをつなぐ方向に直交する方向において、空間部１２９を挟んで２つに分岐して形成されることで、２つの分岐部１２７が形成される。この２つの分岐部１２７は、鈎溝５５が形成されていることから、鈎爪状に形成されている。また、先端ツール１３ｃには、空間部１２９の接続部１２５側の部位に、平坦面Ｐ３と同一面を有する係止部１２８が形成されている。このため、先端ツール１３ｃのつま先部１２６を、はしご７１の踏桟７３に引っ掛ける場合、図１９に示すように、踏桟７３を挟んで一方側に２つの分岐部１２７が位置し、踏桟７３を挟んで他方側に係止部１２８が位置するように、分岐部１２７の鈎溝５５に踏桟７３を収容する。
【０１１２】
ここで、図１９に示すように、踏桟７３が延在する方向において、係止部１２８は、２つの分岐部１２７の間に配置されている。このため、踏桟７３の延在する方向に対して、つま先部１２６の位置決め誤差により先端ツール１３ｃの向きが大きくずれた状態でも、先端ツール１３ｃにより踏桟７３を引っ掛けることが可能となる。
【０１１３】
また、この先端ツール１３ｃの空間部１２９には、対象物を把持可能な把持部１３０が収容可能に設けられている。把持部１３０は、複数本の指を有しており、各分岐部１２７の形状に沿わせた状態で、空間部１２９に収容されている。この把持部１３０は、図２０に示すように、作業時において複数の指が展開される一方で、歩行時において複数の指が折り畳まれる。
【０１１４】
以上のように、実施形態４によれば、先端ツール１３ｃを用いて、二足歩行または四足歩行を行う場合には、平坦面Ｐ３を地面に接地させることができるため、移動時の安定性を高めることができる。また、先端ツール１３ｃを用いて、はしご７１を昇降する場合には、下方側の２つの肢体ユニット１２に取り付けられる先端ツール１３ｃの係止溝に、はしご７１の踏桟７３を係止することができ、上方側の２つの肢体ユニット１２に取り付けられる先端ツール１３ｃの鈎溝５５に、はしご７１の踏桟７３または支柱７２を引っ掛けることができる。このため、はしご７１の昇降を好適に行うことができる。さらに、把持部１３０により対象物を把持することができるため、把持部１３０による作業を行うことが可能となる。このとき、把持部１３０は、空間部１２９に収容することができるため、把持部１３０がはしご７１の昇降を阻害することを抑制することができる。
【０１１５】
なお、図２１に示す先端ツール１３ｄ及び図２２に示す先端ツール１３ｅを適用してもよい。図２１及び図２２は、移動ロボットに取り付けられる先端ツールの一例を示す模式図である。
【０１１６】
図２１に示す先端ツール１３ｄは、肢体ユニット１２に着脱自在に取り付けられる接続部１３５と、接続部１３５を挟んで一方側に設けられるつま先部１３６と、接続部１３５を挟んで他方側に設けられるかかと部１３７とを有する。また、先端ツール１３ｄは、地面に接する部位にカメラ（撮像装置）１３８が設けられ、カメラ１３８は、接続部１３５の位置に設けられている。
【０１１７】
図２１の先端ツール１３ｄを用いれば、カメラ１３８により撮像された画像により先端ツール１３ｄ周りの移動環境を、移動ロボット１２１を操作するオペレータが把握し易いものとすることができる。
【０１１８】
図２２に示す先端ツール１３ｅは、肢体ユニット１２に着脱自在に取り付けられる接続部１４５と、接続部１４５を挟んで一方側に設けられるつま先部１４６と、接続部１４５を挟んで他方側に設けられるかかと部１４７とを有する。つま先部１４６は、つま先立ちして移動するときに地面に接する部位が、曲面１４８となっている。
【０１１９】
図２２の先端ツール１３ｅを用いれば、例えば、四足歩行時において、肢体ユニット１２の複数の肢体側駆動軸３２のうち、一部の肢体側駆動軸３２の駆動を停止した場合であっても、先端ツール１３ｅのつま先部１４６において、曲面１４８となる部位を地面に確実に接地させることができる。このため、一部の肢体側駆動軸３２の駆動を停止できる分、電力消費を抑制することができる。
【符号の説明】
【０１２０】
１  移動ロボット
１１  胴体ユニット
１２  肢体ユニット
１３  先端ツール
２１  胴体フレーム
２２  胴体側駆動軸
２２ｐ  ピッチ軸
２２ｒ  ロール軸
３１  関節モジュール
３２  肢体側駆動軸
３２ｒ  ロール軸
３２ｐ  ピッチ軸
３２ｙ  ヨー軸
３５  基端関節モジュール
３６  中間関節モジュール
３７  先端関節モジュール
５１  接続部
５２  つま先部
５３  かかと部
５４  係止溝
５５  鈎溝
６１  接続部
６２  つま先部
６３  かかと部
６４  把持部
７１  はしご
７２  支柱
７３  踏桟
７４  保護柵
１０１  移動ロボット（実施形態２）
１０２  車輪
１１１  移動ロボット（実施形態３）
１１２  窪み穴
１１３  フランジ部
１１４  締結部材
１１６  雌ねじ部
１１７  雄ねじ部
１２１  移動ロボット（実施形態４）
１２５  接続部
１２６  つま先部
１２７  分岐部
１２８  係止部
１２９  空間部
１３０  把持部
１３８  カメラ
１４８  曲面
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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