(57)【要約】【課題】  往復運動における外力等により生じる位置ずれを簡易、かつ、低コストの手段で効率よく解消する。【解決手段】  頭部２がステッピングモータ２１１により回動制御されるパーソナルロボットであって、頭部２の特定の回動位置を検出する光センサ２１４ａと、光センサ２１４ａからの検出信号に基づき、頭部２を当該頭部２が正面を向いた位置を基準に所定の回動範囲をもって往復運動するようにステッピングモータ２１１を制御する制御手段と、を備え、光センサ２１４ａが、頭部２が正面を向いた位置を検出するように設けられた構成としてある。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の部位がモータにより回動制御されるパーソナルロボットであって、
前記所定の部位の特定の回動位置を検出する検出手段と、
前記検出手段からの検出信号に基づき、前記所定の部位を当該部位が特定の姿態となる位置を基準に所定の回動範囲をもって往復運動するように前記モータを制御する制御手段と、を備え、
前記検出手段が、前記所定の部位が前記特定の姿態となる位置を検出するように設けられたことを特徴としたパーソナルロボット。
【請求項２】
前記制御手段が、往復運動毎に、前記検出手段が、前記所定の部位が前記特定の姿態となる位置を検出するように前記モータを制御する請求項１記載のパーソナルロボット。
【請求項３】
前記検出手段が、前記所定の部位の回動に連動する検出体と当該検出体の有無を検出する所定のセンサを備え、
前記検出体が、前記所定の回動範囲に対応して、前記特定の姿態となる位置を基準に、前記センサが当該検出体を有りとして検出する領域と、無しとして検出する領域に区画された請求項１又は２記載のパーソナルロボット。
【請求項４】
前記所定のセンサを光センサとし、前記検出体を遮光板とした請求項３記載のパーソナルロボット。
【請求項５】
前記所定の回動範囲内における前記所定の部位の回転角度に対応して電気抵抗値が変化する角度検出手段を備える請求項１〜４のいずれか一項に記載のパーソナルロボット。
【請求項６】
前記所定の部位を当該パーソナルロボットの頭部とし、前記特定の姿態となる位置を当該頭部が正面を向いた位置とした請求項１〜５のいずれか一項に記載のパーソナルロボット。
【請求項７】
前記モータをステッピングモータとした請求項１〜６のいずれか一項に記載のパーソナルロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の部位が往復運動するロボットに関し、特に、往復運動において外力などを受けることで生じる位置ずれを効率よく解消することができるパーソナルロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルロボットにおいては、ロボット頭部の首振り運動に代表される回動往復運動を行うものが多く見られ、その回動制御は、モータを正転・反転することで実現されている。
従来のパーソナルロボットにおける頭部の回動制御について以下に説明する。
図９は、従来のパーソナルロボットの頭部の制御機構を示す概略斜視図であり、図１０は、頭部の制御機構のセンサと検出体の関係を示す概略斜視図である。また、図１１は、センサと検出体の関係を示す概略平面図である。
【０００３】
従来のパーソナルロボットは、特に図示はしないが、外観においては、本発明の実施形態におけるパーソナルロボット（図１参照）とほぼ一致しており、頭部が回動するとともに、下部に備えた車輪により自走するマイコン制御のパーソナルロボットである。
そして、頭部の回動制御は、図９に示すような頭部制御機構により行われていた。
これは、所定の台座に備えたモータを駆動源として、モータの回転力をギアや遮光板が形成された検出体を介して頭部に伝達するものである。
同図では、特に図示はしないが、この検出体に頭部が固設され、検出体と連動して、回動するようになっている。
そして、頭部の回動制御は、光センサにより、検出体の遮光板を検出することで行わる（図１０参照）。
【０００４】
具体的には、図１１に示す例では、まず電源投入時に、光センサが遮光板の有りを検出するように所定の回転方向で検出体を一回転するような制御を行う。
これにより、基準となる原点位置を検出する。
続いて、通常時の往復運動を行う制御では、前述した原点位置より所定時間値又は所定パルス数分モータを回転させ、パーソナルロボット頭部が「正面」を向く位置まで回動させる。
そして、その位置を基準として所定の回動範囲内で、時間値又はパルス数を管理するような回動制御を行い、頭部を回動往復運動させていた。
【０００５】
このような往復運動において、外部から負荷が加わらない限り、所定の回動範囲内で繰り返し動作を行うこととなるが、一度外力が加わると、基準位置がずれることで、見当違いの位置で往復運動を行うようになってしまう。
これは特に、上述したような電源投入時に検出した原点より外れた位置で、往復運動を行うような場合に多く見られる。
このような事態を避けるため、位置ずれの補正や原点位置の検出を行う技術がいくつか提案されている。
【０００６】
例えば、状来のパーソナルロボットにおいて、モータ自身で位置の検出が可能なＤＣサーボモータ等を用いて往復運動を回動制御するものが知られている。
これによれば、常に現在位置が監視可能なため、外力等を受けることで生じる位置ずれの補正を適宜行うことができ、位置ずれの少ない製品作りが可能となる。
【０００７】
また、特許文献１には、モータにより駆動する工業用ロボットアームを制御する技術として、ロータリーエンコーダとオーバーランセンサを用いて、右回転又は左回転によるオーバーランかを判別する工業用ロボットの自己診断装置の技術が開示されている。
これによれば、エンコーダの２相信号から右回転又は左回転によるオーバーランかを判別し、オーバーランセンサによる非常停止後の補正を可能としている。
【０００８】
また、特許文献２には、一回転を超えて回動するロボットの出力プレートの原点の検出に関するロボット原点検出装置の技術が開示されている。
これは、出力プレートが何回転目であるかを検出する周回検出センサと出力プレートの所定の位置を検出する角度検出センサを用いることで、絶対位置を検出する技術で、これにより、一回転以上回転しても、一回転以内の回転で原点出しができるようになっている。
【０００９】
同様に、特許文献３には、回転軸の動作範囲が一回転を超えるロボットの原点位置検出装置として、ドグとセンサの位置関係が同一になる場合でも、エンコーダのパルス数の違いを利用することにより、全ての回転角度において原点の検出ができる技術が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】特開昭６２−０２４３０６号公報
【特許文献２】特開平０６−２７８０７１号公報
【特許文献３】特開平０８−３１３２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、これまでに開示されているような技術は、以下のような問題があった。
まず、上述したモータ自身で位置の検出が可能なＤＣサーボモータ等を用いて往復運動を回動制御する技術では、使用するＤＣサーボモータ等は、比較的高価であるため、製品が高コスト化するという問題があり、ステッピングモータを代表する安価なモータを利用したコストを抑えたパーソナルロボットの製品作りが求められていた。
【００１２】
同様に、特許文献１の記載された発明では、高価なロータリーエンコーダを用いて位置制御を行っており、製品コストが増大するとともに、制御も複雑となる虞が生じていた。
また、特許文献２や特許文献３では、いずれも一回転以上回転する制御対象の原点を検出するものであるため、特定の位置を基準に往復運動を繰り返すような比較的シンプルな制御には不向きであり、簡易な制御を行うことができなかった。
【００１３】
また、人型パーソナルロボットの可動部位は、特定の姿態となる位置（頭部であれば正面を向いた位置）を基準に往復制御されるものが多いため、このような場合、往復毎に位置を補正することが好ましく、上述したようないずれの技術とは制御内容が異なるものであり、適応性に欠けている。
今後、ますますパーソナルロボットの市場が拡大することが予想されることから、上述したロボットの頭部に代表するように、本来正面を向くべきところが、見当違いな向きに位置するようになってしまうことは、商品価値が低下してしまい、クレーム等の致命的な問題に発展する虞がある。
以上のように、パーソナルロボットに対しては、往復運動における外力等により生じる位置ずれの補正を簡易、かつ、コストを抑えて実現する製品作りが求められているが、現在までのところ、これを実現し得る有効な提案はなされていない。
【００１４】
本発明は、以上のような問題を解決するために提案されたものであり、往復運動を行う際の基準となる位置を検出するようにセンサなどの検出手段を設けることで、外力等により生じる位置ずれを簡易、かつ、低コストの手段により効率よく解消することができるパーソナルロボットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明のパーソナルロボットは、請求項１に記載するように、所定の部位がモータにより回動制御されるパーソナルロボットであって、前記所定の部位の特定の回動位置を検出する検出手段と、前記検出手段からの検出信号に基づき、前記所定の部位を当該部位が特定の姿態となる位置を基準に所定の回動範囲をもって往復運動するように前記モータを制御する制御手段と、を備え、前記検出手段が、前記所定の部位が前記特定の姿態となる位置を検出するように設けられた構成としてある。
【００１６】
このような構成からなる本発明のパーソナルロボットによれば、検出手段が、特定の姿態となる位置を基準に所定の回動範囲をもって往復運動される際に、所定の部位が特定の姿態となる位置を検出するように設けられているため、パーソナルロボットの所定の部位が特定の姿態となる度に、回動位置が検出されることとなり、頻繁に位置補正が可能となる。これより、往復運動において、外力等により生じる位置ずれを効率よく解消することができ、特定の姿態となる位置を基準にした適正な往復運動を行うことができる。
ここで、所定の部位とは、人型パーソナルロボットでいえば、例えば、頭部、腕部、足部などの回動を伴う関節動作を有するような部位をいう。
また、特定の姿態とは、往復運動する際に、動作の中心となる姿態をいい、例えば、人型パーソナルロボットでいえば、頭部が首部を中心に左右に回動する場合には、まっすぐ正面を向いている状態や、腕部が肩部を中心に回動する場合には、真下に下ろしている状態をいう。
そして、特定の姿態となる姿態は、動作が停止している状態で、動作の意味を想起させない自然な姿態、例えば、直立状態などが好ましい。
【００１７】
また、本発明のパーソナルロボットは、請求項２に記載するように、前記制御手段が、往復運動毎に、前記検出手段が、前記所定の部位が前記特定の姿態となる位置を検出するように前記モータを制御する構成とすることができる。
このような構成とすることにより、往復運動毎に、所定の部位が特定の姿態となる位置が検出されることで、所定の部位の回動位置が特定され、絶対位置が定まるこことなる。その結果、外力により位置ずれが生じても、その時点で生じていた位置ずれはリセットされ、新たにモータを回動制御することで、適正な位置に所定の部位を回動制御することができる。
【００１８】
また、本発明のパーソナルロボットは、請求項３に記載するように、前記検出手段が、前記所定の部位の回動に連動する検出体と当該検出体の有無を検出する所定のセンサを備え、前記検出体が、前記所定の回動範囲に対応して、前記特定の姿態となる位置を基準に、前記センサが当該検出体を有りとして検出する領域と、無しとして検出する領域に区画された構成とすることができる。
【００１９】
このような構成とすることにより、特定の姿態となる位置（原点）を基準として、センサは、当該検出体を有りとして検出する領域と、無しとして検出する領域の何れかの領域に属することとなり、原点に復帰する場合の回転方向が容易に判別できるとともに、センサが、検出体が有りから無し又は無しから有りに変化するタイミングを検出することで、原点も定まり、往復運動を行うときの原点への復帰が、簡易、かつ、迅速に行うことができる。
【００２０】
ここで、検出体が、所定の部位の回動に「連動する」とは、検出体を所定の部位の回動範囲と一致させるように回動させる場合と、所定の部位の回動範囲と異なる回動範囲となるように回動させる場合がある。
検出体の回動範囲を、所定の部位の回動範囲と一致させるように回動させる構成としては、例えば、所定の部位と検出体を一体的に設ける等により、実現することができる。
この場合においては、所定の部位の回動範囲を一周以上に設定すると、検出体の回動範囲も一周以上となるため、上述したように検出体を、所定の回動範囲に対応して、特定の姿態となる位置を基準に、センサが当該検出体を有りとして検出する領域と、無しとして検出する領域に区画することができなくなるため、所定の部位の回動範囲を一周未満とすることが望ましい。
【００２１】
一方、検出体の回動範囲を、所定の部位の回動範囲と異なる回動範囲となるように回動させる構成としては、例えば、所定の部位と検出体を、ギア等により接続することで実現できる。
この場合においては、所定の部位の回動範囲を一周以上に設定しても、ギア比等を調整することで、検出体の回動範囲を一周未満とすることができるため、上述したように検出体を、所定の回動範囲に対応して、特定の姿態となる位置を基準に、センサが当該検出体を有りとして検出する領域と、無しとして検出する領域に区画することができる。
いずれの場合においても、検出体が、所定の部位に連動して回動することで、所定の部位の回動範囲に対応して、特定の姿態となる位置を基準に、センサが当該検出体を有りとして検出する領域と、無しとして検出する領域に区画されることになり、原点も一義的に定まることになる。
【００２２】
また、本発明のパーソナルロボットは、請求項４に記載するように、前記所定のセンサを光センサとし、前記検出体を遮光板とした構成とすることができる。
このような構成とすることにより、安価で、入手の容易な検知手段が作製可能となり、製品コストの低減を図ることができる。
【００２３】
また、本発明のパーソナルロボットは、請求項５に記載するように、前記所定の回動範囲内における前記所定の部位の回転角度に対応して電気抵抗値が変化する角度検出手段を備える構成とすることができる。
このような構成とすることにより、所定の部位の特定の回動位置を検出する検出手段に加えて、所定の部位の回転角度に対応して電気抵抗値が変化する角度検出手段を備えることで、正確かつ迅速な原点への復帰が可能となる。
特に、検出手段で、回動位置が複数定まる場合において、角度検出手段により、左右のいずれかに回動したほうがより原点に近いか判別する場合や、回動範囲が一周を超えるような場合の原点復帰に最適である。
【００２４】
また、本発明のパーソナルロボットは、請求項６に記載するように、前記所定の部位を当該パーソナルロボットの頭部とし、前記特定の姿態となる位置を当該頭部が正面を向いた位置とした構成とすることができる。
このような構成とすることにより、特に、パーソナルロボットの頭部は、需要者が最も注目する部位であるとともに、正面の向きがずれることは、最も嫌われる部位でもあるため、外力等を受けることで生じる頭部の位置ずれが解消されることで、商品の基本性能の維持を図ることができる。
【００２５】
また、本発明のパーソナルロボットは、請求項７に記載するように、前記モータをステッピングモータとした構成とすることができる。
このような構成とすることにより、ステッピングモータは、安価で、入手の容易な上、制御も簡易であるため、これにより製品コストの低減に寄与することとなる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のパーソナルロボットによれば、往復制御における外力等により生じる位置ずれを簡易、かつ、低コストの手段で、効率よく解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係るパーソナルロボットの好ましい実施形態について、図１〜図８を参照しつつ説明する。
［第一実施形態］
まず、図１〜図５を参照して、本発明に係るパーソナルロボットの第一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るパーソナルロボットを示す概略斜視図であり、図２は、本実施形態に係るパーソナルロボットの頭部の制御機構を示す概略斜視図である。さらに、図３は、本実施形態に係るパーソナルロボットのセンサと検出体を示す概略斜視図である。図４は、本実施形態に係るパーソナルロボットのセンサと検出体の関係を示す概略平面図である。また、図５は、本実施形態に係るパーソナルロボットの制御手段による位置ずれの補正を示す図である。
【００２８】
まず、本実施形態におけるパーソナルロボットの全体の構成について説明する。図１に示すように、本実施形態のパーソナルロボット１は、自走式の人型のパーソナルロボットで、本発明に係る所定の回動範囲をもって往復運動される所定の部位に相当する頭部２と、円筒形の胴体３と、所定のモータで駆動される車輪４と、が設けられている。
各部材は、主にＰＣやＡＢＳ等の合成樹脂より形成されている。
【００２９】
頭部２は、同図に示す例では、球体形状に形成されており、表面には、図示しない「目」や「口」などの顔の中心の目安となるデザインが表されている。
これにより、頭部２における顔の中心が外部から確認できるようになっており、頭部２が、胴体３に対して、本発明に係る特定の姿態となる位置として、「正面」を向く位置が定まることになる。
また、頭部２は、後述する胴体３の内部に設けられた頭部２の制御機構により駆動制御されるようになっている。
【００３０】
胴体３は、同図に示すように、全体として円筒形状に形成されている。そして、図中のａ方向の面が略平面状に形成されることで、胴体の「正面」として外部より判別できるようになっている。これより、前述した頭部２に表されたデザインより、頭部２が胴体３に対してどちらの向きに位置しているか外部より判別可能となる。
【００３１】
胴体３には、車輪４の制御機構と頭部２の制御機構が設けられている。
車輪４の制御機構は、特に図示はしないが安価なステッピングモータを駆動源として、所定の減速ギアを介して、車輪４に回転力が伝達され、車輪４が正転、逆転できる構成となっている。
なお、車輪４は、左右に２つ設けられているので、各々を独立して駆動制御可能となるように、各々の車輪４に対して、駆動源としてステッピングモータを備えている。これにより、各ステッピングモータを独立して制御することにより、パーソナルロボット１は、前後のみならず、右旋回、左旋回も自在に行うことができるようになっている。
【００３２】
次に、図２に示す頭部２の制御機構は、後述する制御装置とともに、本発明に係る制御手段を構成するものである。
頭部２の制御機構は、図２に示す例では、鋼板でプレス加工された台座２１と、頭部２を回動制御する駆動源となる比較的安価なステッピングモータ２１１と、頭部２と連動して回動する本発明に係る検出体２１３と、ステッピングモータ２１１の回転力を検出体２１３に伝達するギア２１２ａ、ギア２１２ｂ，ギア２１２ｃを含む複数のギアと、本発明に係るセンサとして機能する光センサ２１４ａが実装されたセンサ基板２１４から構成されている。
そして、検出体２１３には、前述した頭部２が固設されており、検出体２１３の回動に連動して、頭部２が回動するようになっている。
なお、頭部２の制御機構による頭部２の回動制御については、後述するものとする。
【００３３】
車輪４は、円筒形の部材で、左右に２つ設けられているとともに、前述したように所定の減速ギアを介して、各ステッピングモータで独立して駆動されるようになっている。
【００３４】
次に、頭部２の回動制御について図３及び図４を参照しつつ説明する。
図３は、光センサ２１４ａと検出体２１３を示す概略斜視図であり、図４は、光センサ２１４ａと検出体２１３の関係を示す概略平面図である。
検出体２１３は、後述する光センサ２１４ａとともに本発明に係る検出手段を構成している。
そして、検出体２１３は、本発明に係る遮光板として機能する部材でもあり、所定の軸を中心に前述したステッピングモータ２１１の回転力を受けることで、右回転、左回転できるように設けられている。
図示しない頭部２は、この検出体２１３に固設され、連動して回動するようになっている。
【００３５】
検出体２１３は、各図に示すように、半径の異なる２つ領域を有しており、図４中右側は、後述する光センサ２１４ａが、検出体２１３を有りとして検出する遮光領域Ｂが形成され、図４中左側には、光センサ２１４ａが、検出体２１３を無しとして検出する通光領域Ｃが形成されている。
そして、図４中ａ方向おける遮光領域Ｂと通光領域Ｃの境界は、光センサ２１４ａが、通光と遮光の変化を検出可能な位置となっており、頭部２における顔の中心は、この位置に固設されている。
【００３６】
また、検出体２１３は、この境界を基準に回動するように制御され、検出体２１３が回動する範囲は、回動範囲Ａにより表される領域となっている。
また、この回動範囲Ａ以外の領域は、機構的に回動が制限されるようになっており、検出体２１３の回動範囲が一周未満となっている。
これにより、光センサ２１４ａが検出する、検出体２１３が有りから無し又は無しから有りに変化する位置は、一点に定まることとなるため、原点が一つに特定され、迷うことなく、原点へ復帰することができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、検出体２１３が、頭部２の回動に「連動する」構成として、検出体２１３に頭部２を固設し、検出体２１３を頭部２の回動範囲Ａと一致するように回動させる構成としたが、検出体２１３の回動範囲を頭部２の回動範囲Ａと異なる回動範囲となるように回動させる構成とすることもできる。
検出体２１３の回動範囲を、頭部２の回動範囲Ａと異なる回動範囲となるように回動させる構成としては、例えば、頭部２と検出体２１３を、ギア等により接続することで実現できる。
【００３８】
この場合においては、頭部２の回動範囲Ａが一周以上であっても、ギア比等を調整することで、検出体２１３の回動範囲を一周未満とすることができるため、上述したように検出体２１３を、回動範囲Ａに対応して、頭部２が「正面」を向いた位置を基準に、光センサ２１４ａが当該検出体２１３を有りとして検出する領域と、無しとして検出する領域に区画することができる。
いずれにしても、検出体２１３が、頭部２に「連動して」回動することで、検出体２１３が、頭部２の回動範囲Ａに対応して、頭部２が「正面」を向いた位置を基準に、光センサ２１４ａが当該検出体２１３を有りとして検出する領域と、無しとして検出する領域に区画されることになり、原点も一義的に定まることになる。
【００３９】
次に、光センサ２１４ａは、前述した検出体２１３とともに本発明に係る検出手段を構成している。
光センサ２１４ａは、発光部と受光部を一体に備える反射型の光センサからなり、発光部と受光部を上面に向けてセンサ基板２１４に実装されている（図３参照）。
また、光センサ２１４ａは、前述した胴体３の「正面」の中央に位置するように配設されており、これにより、上記の検出体２１３の遮光領域Ｂと通光領域Ｃの境界（頭部２における顔の中心）と光センサ２１４ａの検出位置が一致したときに、頭部２が「正面」を向いた位置となり、本発明に係る特定の姿態となるようになっている。
【００４０】
以上のことより、検出体２１３は、回動範囲Ａに対応して、頭部２が「正面」を向いた位置を基準に、光センサ２１４ａが当該検出体２１３を有りとして検出する遮光領域Ｂと、無しとして検出する通光領域Ｃに区画されていることになる。
なお、本実施形態では、図４に示すように、頭部２における顔の中心をａ方向にして、頭部２を検出体２１３に固設させるとともに、光センサ２１４ａを胴体３の「正面」に配設したが、光センサ２１４ａを胴体３の背面で、ａ方向と概ね反対の遮光領域Ｂと通光領域Ｃの境界の位置に配設することもできる。この場合でも、光センサ２１４ａが、頭部２が「正面」を向いた位置を検出するように設けられていることは言うまでもない。
【００４１】
次に、以上のような構成からなる本実施形態のパーソナルロボット１における頭部の動作（回動制御）について説明する。
頭部２は、図示しない制御装置により回動制御されるようになっている。
制御装置は、前述した頭部２の制御機構とともに本発明に係る制御手段を構成しており、所定のＣＰＵとＲＯＭ，ＲＡＭ及びＩ／Ｏポート等の種々の電子部品が実装されたマイコンとして構成されている。
Ｉ／Ｏポートには、前述したステッピングモータ２１１と光センサ２１４ａが制御可能となるように接続されている。
これより、制御装置は、光センサ２１４ａからの検出体２１３の有無の検出信号を受けて、ＲＯＭに記憶されたプログラムに基づきＣＰＵが実行することにより、ステッピングモータ２１１を回動制御するようになっている。
なお、この制御装置は、車輪４に設けられた２つのステッピングモータも制御しているが、説明は省略し、本発明の特徴的な説明のみにとどめるものとする。
【００４２】
上記の制御装置により行われる頭部２の回動制御には、電源投入時の頭部２が「正面」を向いた位置となるよう回動制御する原点検出制御と、頭部２が「正面」を向いた位置を基準に往復運動を行う往復制御がある。
原点検出制御とは、当該パーソナルロボット１の電源を投入することにより、頭部２が「正面」を向いた位置となるようにステッピングモータ２１１を回動する制御である。
具体的には、電源投入時において、光センサ２１４ａの検出位置には、検出体２１３の遮光領域Ｂ又は通光領域Ｃの何れかの領域が属するか不定である。
しかしながら、前述したように検出体２１３が、頭部２の回動範囲に対応して、頭部２が「正面」を向いた位置を基準に、光センサ２１４ａが当該検出体２１３を有りとして検出する遮光領域Ｂと、無しとして検出する通光領域Ｃに区画されるため、光センサ２１４ａが、電源投入時に、検出体２１３を有りとして検出しているか、又は無しとして検出しているかにより、どちらにステッピングモータ２１１を回転すれば頭部２が「正面」を向いた位置となるか、瞬時に判別することが可能である。
【００４３】
さらに詳細には、光センサ２１４ａが、検出体２１３を有りとして検出している場合には、検出体２１３を左回転するようにステッピングモータ２１１を制御し、反対に、検出体２１３を無しとして検出している場合には、検出体２１３を右回転するようにステッピングモータ２１１を制御することができる。
そして、各々遮光から通光又は通光から遮光の変化の検出信号が得られるタイミングで、ステッピングモータ２１１を停止することにより、頭部２が「正面」を向いた位置、すなわち原点となり、電源投入時の原点検出制御が終了する。
【００４４】
このように、検出体２１３が、頭部２の回動範囲に対応して、頭部２が「正面」を向いた位置を基準に、回動範囲Ａを遮光領域Ｂと通光領域Ｃに区画されることにより、光センサ２１４ａは、回動範囲Ａに対応して、何れかの領域に属することになる。これより、原点に復帰する場合の回転方向が容易に判別できるとともに、光センサ２１４ａが、検出体２１３が有りから無し又は無しから有りに変化するタイミングを検出することで、原点を検出可能となるため、原点への復帰が、簡易、かつ、迅速に行うことができる。
【００４５】
続いて、往復制御は、頭部２が、「正面」を向いた位置を基準に、回動範囲Ａ内において左回転又は右回転を交互に行うような制御で、光センサ２１４ａの検出信号に基づき、ステッピングモータ２１１を制御するようになっている。
具体的には、原点検出制御に続いて、光センサ２１４ａが、遮光領域Ｂと通光領域Ｃの境界を検出している場合、すなわち頭部２が「正面」を向いた位置を検出した後に右に向かせる制御は、右方向に回転する位相の所定数のパルスをステッピングモータ２１１に出力することにより、パルス数に対応する角度分、頭部２が右を向くこととなり、反対に、左に向かせる制御は、左方向に回転する位相の所定数のパルスをステッピングモータ２１１に出力することにより、パルス数に対応する角度分、頭部２が左を向くこととなる。
【００４６】
また、光センサ２１４ａが、遮光領域Ｂに属し、検出体２１３を有りとして検出している場合、すなわち頭部２が、右を向いているときに、次に反対側の左を向くような回動制御を行うときには、前述した原点検出制御を経ることで、一旦「正面」を向いた位置を検出した後、左方向に回転する位相の所定数のパルスをステッピングモータ２１１に出力する。
反対に、光センサ２１４ａが、通光領域Ｃに属し、検出体２１３を無しとして検出している場合、すなわち頭部２が、左を向いているときに、次に反対側の右を向くような回動制御を行うときには、同様に前述した原点検出制御を経ることで、一旦「正面」を向いた位置を検出した後、右方向に回転する位相の所定数のパルスをステッピングモータ２１１に出力する。
【００４７】
これによれば、頭部２が、左右何れかに向いている場合に、次に反対側を向く回動制御を行うときに、必ず、制御手段である制御装置が、センサ２１４ａが頭部２が「正面」を向いた位置を検出するようにステッピングモータ２１１を制御する原点検出制御を経ることになる。
具体的には、遮光領域Ｂと通光領域Ｃのいずれかの領域内において、意図しない外力による位置ずれが生じていても、次に異なる領域に回動する際に、必ず光センサ２１４ａが、遮光領域Ｂと通光領域Ｃの境界を検出することになる。
これより、センサ２１４ａが、遮光領域Ｂと通光領域Ｃの境界、すなわち原点としての頭部２が「正面」を向いた位置を検出し、検出信号を出力することで、頭部２の回動位置が特定され、絶対位置が定まるこことなる。その結果、外力による位置ずれが生じても、その時点で生じていた位置ずれはリセットされ、この検出信号に基づき、新たにステッピングモータ２１１を回動制御することで、適正な位置に頭部２を回動制御することができる。
【００４８】
さらに詳細には、図５に示す例では、原点検出制御を行わず、前述した従来技術のように単にパルス数で往復制御する相対的な位置制御の場合の位置ずれを示した図であり、例えば、１パルス分ずれて速く頭部２が「正面」を向いた位置（原点）Ｚ１となったようなときに、常に固定パルス数送る制御を行うとすると、正規の到達位置Ｎをオーバーランして、１パルス分ずれた到達位置Ｚ２となってしまう。しかしながら、上述した原点検出制御を介在させることで、１パルス分ずれた位置Ｚ１が、頭部２が「正面」を向いた位置（原点）として、センサ２１４ａにより絶対位置として検出・認識されるため、１パルス分のずれがこの時点でリセットされて、この検出に基づき、所定のパルス数をステッピングモータ２１１に出力すれば、到達位置が正規の到達位置Ｎに補正されるように回動制御することができる。
これにより、頭部２が、左から右又は右から左に向くような動作の変化毎に原点に復帰することになり、頻繁に位置ずれが補正されることとなる。
【００４９】
また、頭部２が、意図しない外力を受けて次の所望する回動方向と同じ領域に属していても、一旦原点検出制御を経た後に、所定数のパルスをステッピングモータ２１１に出力して、同じ領域に戻るような制御を行うことにすれば、さらに位置ずれを補正する頻度が増し、適正な往復運動を繰り返すことができる。
このように、光センサ２１４ａが、往復運動する際の基準となる頭部２が「正面」を向いた位置を検出するように設けられているため、頻繁に位置ずれが補正され、外力等により生じる位置ずれを効率よく解消することができ、適正な往復運動を行うことができる。
また、往復運動毎に、制御手段である制御装置が、センサ２１４ａが頭部２が「正面」を向いた位置を検出するようにステッピングモータ２１１を制御する原点検出制御を介在させることで、常に位置ずれが解消され、正確な往復運動を繰り返し行うことができる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態のパーソナルロボット１によれば、頭部２が「正面」を向いた位置を基準に回動範囲Ａをもって往復運動される際に、光センサ２１４ａが、頭部２が「正面」を向いた位置を検出するように設けられているため、頭部２が「正面」を向いた位置となる度に、回動位置が検出されることとなり、頻繁に位置ずれの補正が可能となる。これより、往復運動において、外力等により生じる位置ずれを効率よく解消することができ、頭部２が「正面」を向いた位置を基準にした適正な往復運動を行うことができる。
【００５１】
［第二実施形態］
次に、本発明に係るパーソナルロボットの第二実施形態について、図６、図７と図８を参照しつつ説明する。
図６は、本実施形態に係るパーソナルロボットの頭部の制御機構を示す概略斜視図であり、図７は、本実施形態に係るパーソナルロボットのセンサと検出体の関係を示す概略平面図である。また、図８は、本実施形態に係るパーソナルロボットのロータリーセンサの特性を示す図である。
各図に示す本実施形態に係るパーソナルロボット１は、上述した第一実施形態の変形実施形態であり、光センサ２１４ａが、検出体を有りとして検出する遮光領域Ｂを検出した場合に、頭部２が「正面」を向いた位置になるとともに、本発明に係る角度検出手段であるロータリーセンサ２１５を備えた構成となっている。
従って、その他の構成部分は、第一実施形態と同様となっており、同様の構成部分については、図中で第一実施形態と同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５２】
図６及び７に示す例では、頭部２の制御機構のギア２１２ｃには、連動して回動するギア２１２ｄが設けられている。
さらに、ギア２１２ｄには、回動範囲Ａ内における頭部２の回転角度に対応して電気抵抗値が変化するロータリーセンサ２１５が設けられている。
また、本実施形態では、光センサ２１４ａが、検出体２１３を有りとして検出する遮光領域Ｂを検出した場合に、頭部２が「正面」を向いた位置になるように、検出体２１３が形成されている。
ロータリーセンサ２１５は、図８に示すように、当該センサに内設するギアの一周を一周期として電気的抵抗値が繰り返し変化するもので、本実施形態では、頭部２の回動範囲Ａに係る回転角度に対してほぼ一対一に電気抵抗値が変化するようになっている。
しかしながら、本実施形態に係るロータリーセンサ２１５は、製品コストの低減を図るため、比較的安価な製品を用いており、電気抵抗値と回転角度との誤差が大きいことが想定されるため、ロータリーセンサ２１５は、光センサ２１４ａの補助として用いるものとする。
【００５３】
このような構成からなる本実施形態に係る検出手段による頭部２の回動制御について、以下に説明する。
まず、原点検出制御では、パーソナルロボット１の電源を投入することにより、頭部２が「正面」を向いた位置となるように制御される。
具体的には、光センサ２１４ａが検出体２１３を有りとして検出した場合には、頭部２が「正面」を向いた位置であると判別でき、原点検出制御は終了される。
一方、光センサ２１４ａが検出体２１３を無しとして検出した場合には、ロータリーセンサ２１５の電気的抵抗値を電圧の変化に変換するとともに、これをＡ／Ｄ変換し、Ｉ／Ｏポートを介して読み取る。
これにより、読み取られた電気的抵抗値から回転角度が決定され（図８）、回動範囲Ａ内における現在の位置をほぼ特定することができるため、ステッピングモータ２１１の回転すべき方向が定まることとなる。
【００５４】
その結果、ステッピングモータ２１１を頭部２が「正面」を向く位置となる方向に回転させると同時に、光センサ２１４ａが検出体２１３を有りとして検出したときに（遮光領域Ｂを検出したとき）、ステッピングモータ２１１を停止することで、原点検出制御は終了される。
また、読み取られた電気的抵抗値に対応する回転角度により、「正面」を向いた位置（原点）より現在の位置が所定の角度以上離れていると判別された場合には、ステッピングモータ２１１に出力するパルスの周波数を高くすることで、より速く原点に復帰させることができ、初期化の動作を迅速に行うことができる。
【００５５】
続いて、往復制御は、頭部２が、「正面」を向いた位置を基準に、回動範囲Ａ内において左回転又は右回転を交互に行うように制御される。
具体的には、光センサ２１４ａが、遮光領域Ｂを検出している場合、すなわち頭部２が「正面」を向いた位置にあるときの右に向かせる制御は、右方向に回転する位相の所定数のパルスをステッピングモータ２１１に出力することにより、パルス数に対応する角度分、頭部２が右を向くこととなり、反対に、左に向かせる制御は、左方向に回転する位相の所定数のパルスをステッピングモータ２１１に出力することにより、パルス数に対応する角度分、頭部２が左を向くこととなる。
【００５６】
また、光センサ２１４ａが、検出体２１３を無しとして検出している場合は、回動位置が複数特定される。この場合は頭部２が、左又は右を向いていることとなる。
このような状態で、次に反対を向くような回動制御を行うときに、単に直前に与えられた所定パルス数戻るのみでは、外力等を要因とする位置ずれが生じていた場合には、頭部２が見当違いな方向に回動することとなる。
そこで、必ず前述した原点検出制御を経て、一旦「正面」を向いた位置を検出した後、右又は左方向に回転する位相の所定の数のパルスをステッピングモータ２１１に出力する。
【００５７】
その結果、必ず頭部２が「正面」を向いた位置を検出した後に、所定のパルス数分を回動されるため、頭部２が、意図しない外力を受けて次の所望する回動方向と同じ向きに属していても、「正面」を向いた位置を検出するように制御されるため、動作毎に原点に復帰することで、生じていた位置ずれがリセットされ、頻繁に回動位置が補正されることとなる。
このように、光センサ２１４ａが、往復運動する際の基準となる頭部２が「正面」を向いた位置を検出するように設けられているため、頻繁に回動位置が補正され、外力等により生じる位置ずれを効率よく解消することができ、適正な往復運動を行うことができる。
また、往復運動毎に、必ず頭部２が「正面」を向いた位置を検出するようにステッピングモータ２１１を制御する原点検出制御を介在させることで、常に位置ずれが解消され、正確な往復運動を繰り返し行うことができる。
【００５８】
また、ロータリーセンサ２１５を補助的に用いることで、光センサ２１４ａにより検出される回動位置により、頭部２の向きが左又は右のいずれを向いているのか複数特定されるような場合に、ロータリーセンサ２１５により読み取られた電気的抵抗値から回転角度が決定され、回動範囲Ａ内における現在の位置をほぼ特定することができるため、ステッピングモータ２１１の回転すべき方向を瞬時に判別することができる。
さらに、読み取られた電気的抵抗値に対応する回転角度により、「正面」を向いた位置（原点）より現在の位置が所定の角度以上離れていると判別された場合には、ステッピングモータ２１１に出力するパルスの周波数を高くすることで、より速く原点に復帰させることができ、外力等により生じる位置ずれの補正を迅速に行うことができる。
【００５９】
以上のように、本実施形態のパーソナルロボット１によれば、頭部２が「正面」を向いた位置を基準に回動範囲Ａをもって往復運動される際に、光センサ２１４ａが、頭部２が「正面」を向いた位置を検出するように設けられているため、頭部２が「正面」を向いた位置となる度に、回動位置が検出されることとなり、頻繁に位置ずれの補正が可能となる。これより、往復運動において、外力等により生じる位置ずれを効率よく解消することができ、頭部２が「正面」を向いた位置を基準にした適正な往復運動を行うことができる。
特に、ロータリーセンサ２１５を併用することで、読み取られた電気的抵抗値から回転角度が決定され、回動範囲Ａ内における現在の位置をほぼ特定することができ、自ずと復帰すべき原点も特定されるため、ステッピングモータ２１１の回転すべき方向のみならず、回転速度も調整して、より速く原点への復帰ができ、位置ずれを迅速に解消することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、回動範囲Ａは一周以内としてあるが、一周以上の回動範囲を有する場合でもロータリーセンサ２１５を併用することで対応することができる。すなわち、回動範囲Ａが一周以上であっても、ロータリーセンサ２１５の電気的抵抗値と回転角度が一体一の関係となるように、すなわち、当該センサに内設するギアが一周未満となるように介在するギアのギア比を調整することで、実現することができる。
【００６１】
以上、本発明のパーソナルロボットについて、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明に係るパーソナルロボットは、上述の実施形態に限定されるものでなく、以下のように本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、各実施形態では、検出手段として、光センサと遮光板を用いる構成としたが、アクチュエータを備えたマイクロスイッチと回転板により構成することもでき、この場合には、上述した第一実施形態に係る検出体２１３の周縁にアクチュエータを摺接せさることで、頭部２が「正面」を向いた位置を検出することもできる。
また、各実施形態では、パーソナルロボットの所定の部位を頭部としたが、腕や足など含む回動を伴う関節動作を有する部位に適用できることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、回動を伴う部位を往復制御するパーソナルロボットに広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第一実施形態に係るパーソナルロボットを示す概略斜視図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係るパーソナルロボットの頭部の制御機構を示す概略斜視図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係るパーソナルロボットのセンサと検出体を示す概略斜面図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係るパーソナルロボットのセンサと検出体の関係を示す概略平面図である。
【図５】本発明の第一実施形態に係るパーソナルロボットの制御手段による位置ずれの補正を示す図である。
【図６】本発明の第二実施形態に係るパーソナルロボットの頭部の制御機構を示す概略斜視図である。
【図７】本発明の第二実施形態に係るパーソナルロボットのセンサと検出体の関係を示す概略平面図である。
【図８】本発明の第二実施形態に係るパーソナルロボットのロータリーセンサの特性を示す図である。
【図９】従来のパーソナルロボットの頭部の制御機構を示す概略斜視図である。
【図１０】従来のパーソナルロボットのセンサと検出体を示す概略斜面図である。
【図１１】従来のパーソナルロボットのセンサと検出体を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  パーソナルロボット
２  頭部
２１  台座
２１１  ステッピングモータ
２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ  ギア
２１３  検出体
２１４  センサ基板
２１４ａ  光センサ
２１５  ロータリーセンサ
３  胴体
４  車輪
【図１】
2008200827.tif 000003
【図２】
2008200827.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008200827.tif 000006
【図５】
2008200827.tif 000007
【図６】
2008200827.tif 000008
【図７】
2008200827.tif 000009
【図８】
2008200827.tif 000010
【図９】
2008200827.tif 000011
【図１０】
2008200827.tif 000012
【図１１】
2008200827.tif 000013