(57)【要約】【課題】胴体に可動脚を連結して構成された、優れた脚式移動ロボットを提供する。【解決手段】胴体後方の上端に取っ手を配置し、歩行中や脚式作業中や暴走中には、オペレータは機体の後方からロボットを追いかけて、取っ手を把持することによって容易に捕まえることができる。また、取っ手を操作中に万一足部や腕部が暴走しても、取っ手を掴むオペレータの腕に危害を被る心配がない。また、取っ手の把持部分は緊急停止機構を兼ね備えており、オペレータが取っ手を把持することを検出すると、全身の関節アクチュエータを脱力させる。【選択図】  図１
2008296368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴体と前記胴体に連結された可動脚を備えた脚式移動ロボットであって、
前記胴体の正面にて開閉操作可能に取り付けられた正面カバーと、
前記胴体の正面カバーで被覆される内側に配設された内部アクセス手段と、
を具備することを特徴とする脚式移動ロボット。
【請求項２】
前記内部アクセス手段は、少なくとも機体動作の主電源の挿入口、及び／又は、メモリやその他の拡張機器を交換可能に装着する挿入口を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボット。
【請求項３】
機体動作時における前記正面カバーの開成動作を禁止する開成禁止部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の関節自由度を持つロボットに係り、特に、胴体に可動脚を連結して構成された脚式移動ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気的若しくは磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運動を行う機械装置のことを「ロボット」という。ロボットの語源は、スラブ語の“ＲＯＢＯＴＡ（奴隷機械）”に由来すると言われている。わが国では、ロボットが普及し始めたのは１９６０年代末からであるが、その多くは、工場における生産作業の自動化・無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボットなどの産業用ロボット（ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  ｒｏｂｏｔ）であった。
【０００３】
最近では、イヌやネコのように４足歩行の動物の身体メカニズムやその動作を模したペット型ロボット、あるいは、ヒトのような２足直立歩行を行う動物の身体メカニズムや動作をモデルにしてデザインされた「人間形」若しくは「人間型」と呼ばれるロボット（ｈｕｍａｎｏｉｄ  ｒｏｂｏｔ）など、脚式移動ロボットに関する研究開発が進展し、実用化への期待も高まってきている。
【０００４】
ヒトの生体メカニズムや動作をエミュレートした脚式移動ロボットのことを、特に、「人間形」、若しくは「人間型」のロボット（ｈｕｍａｎｏｉｄ  ｒｏｂｏｔ）と呼ぶ。人間型ロボットは、例えば、生活支援、すなわち住環境その他の日常生活上の様々な場面における人的活動の支援などを行うことができる。
【０００５】
脚式移動ロボットの用途の１つとして、産業活動・生産活動等における各種の難作業の代行が挙げられる。例えば、原子力発電プラントや火力発電プラント、石油化学プラントにおけるメンテナンス作業、製造工場における部品の搬送・組立作業、高層ビルにおける清掃、火災現場その他における救助といったような危険作業・難作業の代行などである。
【０００６】
また、脚式移動ロボットの他の用途として、上述の作業支援というよりも、生活密着型、すなわち人間との「共生」あるいは「エンターティンメント」という用途が挙げられる。この種のロボットは、ヒトあるいはイヌ（ペット）、クマなどの比較的知性の高い脚式歩行動物の動作メカニズムや四肢を利用した豊かな感情表現を忠実に再現する。また、あらかじめ入力された動作パターンを単に忠実に実行するだけではなく、ユーザ（あるいは他のロボット）から受ける言葉や態度（「褒める」とか「叱る」、「叩く」など）に対して動的に対応した、生き生きとした応答表現を実現することも要求される。
【０００７】
従来の玩具機械は、ユーザ操作と応答動作との関係が固定的であり、玩具の動作をユーザの好みに合わせて変更することはできない。この結果、ユーザは同じ動作しか繰り返さない玩具をやがては飽きてしまうことになる。これに対し、インテリジェントなロボットは、対話や機体動作などからなる行動を自律的に選択することから、より高度な知的レベルでリアリスティックなコミュニケーションを実現することが可能となる。この結果、ユーザはロボットに対して深い愛着や親しみを感じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ヒューマノイドのような２足歩行のロボットは、重心位置が高く、歩行時などの立位姿勢での姿勢は不安定である。このため、２足歩行ロボットに関する研究の多くは、立位姿勢における姿勢安定制御に向けられている。言い換えれば、機体の他の部位に関して明確な設計手法を提案するものは少ない。
【０００９】
例えば胴体部は、機体の中心に配置され、充分な容積を持つとともに、脚部や腕部などの可動肢を連結しており、機体の構成上重要な役割を果たすべきと思料されるが、そのデザインに関する明確な指針はあまりない。
【００１０】
本発明は上述したような技術的課題を鑑みたものであり、その目的は、胴体に可動脚を連結して構成された、優れた脚式移動ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、胴体と前記胴体に連結された可動脚を備えた脚式移動ロボットであって、
前記可動脚は前記胴体に対してロール軸及びピッチ軸回りの複合的な自由度を持ち、前記胴体と前記可動脚の連結部分において、
前記可動脚に固定された腰部カバー体と、
前記可動脚に対して前記ロール軸回りにのみ回転可能に取り付けられた第１の連結カバー体と、
前記第１の連結カバー体に対して前記ピッチ軸回りに回転可能であるとともに前記可動脚に対して前記ロール軸及び前記ピッチ軸回りに回転可能に取り付けられた１以上の第２の連結カバー体と、
前記第１の連結カバー体に対して前記ピッチ軸回りに回転可能であるとともに前記可動脚に対して前記ロール軸及び前記ピッチ軸回りに回転可能に取り付けられて前記胴体を被覆する胴体カバー体と、
を具備することを特徴とする脚式移動ロボットである。
【００１２】
本発明に係る脚式移動ロボットは、前記可動脚は前記胴体に対してロール軸及びピッチ軸回りの複合的な自由度を備えている。このような場合、胴体と脚部の連結部は相当程度の可動領域を持つことになるため、駆動時に機体の外殻の隙間が生じないように、機体内部を隠蔽するカバー構造を工夫する必要がある。
【００１３】
本発明によれば、腰部カバー体と、第１の連結カバー体と、第２の連結カバー体と、胴体カバー体という４種類のカバーを用いて、胴体部と可動脚の連結部分並びに体幹部において、体幹ロール軸回りの駆動時において、体幹ピッチ軸回りの自由度を制限することなく、且つ、体幹ピッチ軸回りの駆動時において、体幹ロール軸回りの自由度を制限することなく、胴体が体幹部において前屈しながらさらに体幹部において左右方向に揺動するという各自由度における最大限の可動範囲において、内部構造を隠蔽することができる。
【００１４】
また、本発明の第２の側面は、胴体と前記胴体に連結された可動脚を備え、前記可動脚は所定の歩行方向に歩行動作を行なう脚式移動ロボットであって、
前記胴体の前記歩行方向の反対側の面の略上端縁に把持部を備える、
ことを特徴とする脚式移動ロボットである。
【００１５】
本発明の第２の側面に係る脚式移動ロボットは、運搬・格納時の操作性の観点から、オペレータが機体を掴んで持ち上げるための把持部が用意されている。
【００１６】
この把持部は、胴体後方の上端に配設されており、歩行中や脚式作業中、さらには暴走中であっても、オペレータは機体の後方からロボットを追いかけて、把持部を用いて容易に捕まえることができる。また、脚部や腕部などの主要な可動部は基本的に機体前方に向かう関節自由度を与えられているので、把持部を操作中に万一足部や腕部が暴走しても、オペレータの腕にぶつかったりして危害を被る心配が少ない。
【００１７】
例えば仰向けなどの床上姿勢においては、把持部は床面側を向いてしまうので、オペレータの手が届きにくくなる。本発明によれば、把持部は、前記胴体が前記歩行方向の反対側の面において接地した床上姿勢において、床面との間に所定の間隙を持っているので、オペレータは容易に把持部に手を入れることができる。
【００１８】
また、オペレータが把持部を掴むためには、機体の後方に回り込む格好となるので、オペレータの手や姿がカメラなどの視覚認識部の視野に入って、機体の行動計画などに影響を与えることはない。
【００１９】
また、把持部は、暴走時などにおけるロボットの緊急停止機構を兼ねている。把持部の把持部分には、加圧センサが貼設されており、オペレータが把持部を掴んでいることを検出すると、この検出結果に応答して、機体の動作制御部は、全身の関節アクチュエータを脱力させるという脱力機構を備えている。例えば、各関節アクチュエータに最低ゲインを設定したり、出力トルクを最小値に設定することにより、脱力状態を実現することができる。あるいは、すべての又は一部の関節アクチュエータへの給電を停止することによっても、脱力状態を実現することができる。
【００２０】
把持部の操作に応答して脱力オペレーションを行なうので、機体を運搬中にロボットが突然暴走しても、オペレータを怪我させることはない。また、把持部を掴むことによって機体動作が緊急停止しても、機体は把持部で支持されているので、ロボットが転倒する危険もない。
【００２１】
また、本発明の第３の側面は、胴体と前記胴体に連結された可動脚を備えた脚式移動ロボットであって、
前記胴体の正面にて開閉操作可能に取り付けられた正面カバーと、
前記胴体の正面カバーで被覆される内側に配設された内部アクセス手段と、
を具備することを特徴とする脚式移動ロボットである。
【００２２】
本発明の第３の側面に係る脚式移動ロボットは、胴体を利用して内部アクセス手段を実現している。より具体的には、胴体正面にＰＣカード・スロット、メモリ・スティック用スロット、バッテリ収容口などを配設して、内部アクセスを可能にしている。さらに、正面カバーを取り付けて、通常動作時にはこれらを外界から隠蔽して、機体デザイン上の美観を整えるとともに、機体オペレーション時の脱落防止や取り外し禁止を実現する。
【００２３】
このような内部アクセス手段に装着されている部品類が機体動作中に突発的に取り外されると、機器の誤動作や破損を引き起こしかねない。例えば、主電源であるバッテリ・パックが抜き取られると、ロボットは姿勢維持用あるいは姿勢安定制御の駆動電力を失ってしまう。また、メモリ・アクセス中にメモリ・スティックやＰＣカードが抜き取られると、実行中の動作の次の処理ステップを失うことから、誤動作や暴走の危険がある。
【００２４】
そこで、本発明によれば、機体オペレーション中は正面カバーの開成操作を禁止する手段を備え、機体オペレーション中におけるこれら装着部品類の取り外しや交換を制限するようにしている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、胴体に可動脚を連結して構成された、優れた脚式移動ロボットを提供することができる。
【００２６】
本発明によれば、機体の中心に配置され、充分な容積を持つとともに、脚部や腕部などの可動肢を連結している胴体のデザインに関する明確な指針を得ることができる。
【００２７】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００２９】
Ａ．脚式移動ロボットの機械的構成
図１及び図２には本発明の実施に供される「人間形」又は「人間型」の脚式移動ロボット１００が直立している様子を前方及び後方の各々から眺望した様子を示している。図示の通り、脚式移動ロボット１００は、胴体部と、頭部と、左右の上肢部と、脚式移動を行う左右２足の下肢部とで構成され、例えば胴体に内蔵されている制御部（図示しない）により機体の動作を統括的にコントロールするようになっている。
【００３０】
左右各々の下肢は、大腿部と、膝関節と、脛部と、足首と、足平とで構成され、股関節によって体幹部の略最下端にて連結されている。また、左右各々の上肢は、上腕と、肘関節と、前腕とで構成され、肩関節によって体幹部の上方の左右各側縁にて連結されている。また、頭部は、首関節によって体幹部の略最上端中央に連結されている。
【００３１】
制御部は、この脚式移動ロボット１００を構成する各関節アクチュエータの駆動制御や各センサ（後述）などからの外部入力を処理するコントローラ（主制御部）や、電源回路その他の周辺機器類を搭載した筐体である。制御部は、その他、遠隔操作用の通信インターフェースや通信装置を含んでいてもよい。
【００３２】
このように構成された脚式移動ロボット１００は、制御部による全身協調的な動作制御により、２足歩行を実現することができる。かかる２足歩行は、一般に、以下に示す各動作期間に分割される歩行周期を繰り返すことによって行われる。すなわち、
【００３３】
（１）右脚を持ち上げた、左脚による単脚支持期
（２）右足が接地した両脚支持期
（３）左脚を持ち上げた、右脚による単脚支持期
（４）左足が接地した両脚支持期
【００３４】
脚式移動ロボット１００における歩行制御は、あらかじめ下肢の目標軌道を計画し、上記の各期間において計画軌道の修正を行うことによって実現される。すなわち、両脚支持期では、下肢軌道の修正を停止して、計画軌道に対する総修正量を用いて腰の高さを一定値で修正する。また、単脚支持期では、修正を受けた脚の足首と腰との相対位置関係を計画軌道に復帰させるように修正軌道を生成する。
【００３５】
歩行動作の軌道修正を始めとして、機体の姿勢安定制御には、一般に、ＺＭＰに対する偏差を小さくするための位置、速度、及び加速度が連続となるように、５次多項式を用いた補間計算により行う。ＺＭＰ（Ｚｅｒｏ  Ｍｏｍｅｎｔ  Ｐｏｉｎｔ）を歩行の安定度判別の規範として用いている。ＺＭＰによる安定度判別規範は、歩行系から路面には重力と慣性力、並びにこれらのモーメントが路面から歩行系への反作用としての床反力並びに床反力モーメントとバランスするという「ダランベールの原理」に基づく。力学的推論の帰結として、足底接地点と路面の形成する支持多角形（すなわちＺＭＰ安定領域）の辺上あるいはその内側にピッチ軸及びロール軸モーメントがゼロとなる点、すなわち「ＺＭＰ（Ｚｅｒｏ  Ｍｏｍｅｎｔ  Ｐｏｉｎｔ）」が存在する。
【００３６】
図３には、この脚式移動ロボット１００が具備する関節自由度構成を模式的に示している。同図に示すように、脚式移動ロボット１００は、２本の腕部と頭部１を含む上肢と、移動動作を実現する２本の脚部からなる下肢と、上肢と下肢とを連結する体幹部とで構成された、複数の肢を備えた構造体である。
【００３７】
頭部を支持する首関節（Ｎｅｃｋ）は、首関節ヨー軸１と、第１及び第２の首関節ピッチ軸２Ａ及び２Ｂと、首関節ロール軸３という４自由度を有している。
【００３８】
また、各腕部は、その自由度として、肩（Ｓｈｏｕｌｄｅｒ）における肩関節ピッチ軸４と、肩関節ロール軸５と、上腕ヨー軸６、肘（Ｅｌｂｏｗ）における肘関節ピッチ軸７と、手首（Ｗｒｉｓｔ）における手首関節ヨー軸８と、手部とで構成される。手部は、複数本の指を含む多関節・多自由度構造体であるが、その詳細については後に詳解する。
【００３９】
また、体幹部（Ｔｒｕｎｋ）は、体幹ピッチ軸９と、体幹ロール軸１０という２自由度を有する。
【００４０】
また、下肢を構成する各々の脚部は、股関節（Ｈｉｐ）における股関節ヨー軸１１と、股関節ピッチ軸１２と、股関節ロール軸１３と、膝（Ｋｎｅｅ）における膝関節ピッチ軸１４と、足首（Ａｎｋｌｅ）における足首関節ピッチ軸１５と、足首関節ロール軸１６と、足部とで構成される。
【００４１】
Ｂ．脚式移動ロボットの胴体構造
Ｂ−１．腰部構造
本実施形態に係る脚式移動ロボット１００は、上半身においても豊かな関節自由度を備え、より自然でリアリスティックな機体動作を実現することができる。
【００４２】
例えば、図３に示すように、股関節ピッチ軸１２及び体幹ピッチ軸９を備え、前屈動作を行なうことができる。さらに、股関節ロール軸１３及び体幹ロール軸１０を備え、立脚に対して胴体を左右方向に揺動させることができる。また、腰部において、股関節と体幹の双方において、ピッチ軸及びロール軸の自由度を持つことから、これら４つの関節自由度を用いた複合的な動作により、胴体と脚部の連結部は相当程度の可動領域を持つ。
【００４３】
他方、各関節部位においては、可動角を確保しながら機体の内部構造を隠蔽する必要がある。何故ならば、駆動時に機体の外殻の隙間が生じると、ユーザの指の挟み込みや、隙間からの異物混入による故障の原因となりかねないからである。
【００４４】
１つの関節部位において単一の関節自由度しか備えていない場合には、当該自由度に沿って出現するカバー構造を設けることによって、可動角を確保しながら機体の内部構造を容易に隠蔽することができる。これに対し、２以上の関節自由度を備える場合には、一方の関節軸の駆動時に、他方の関節軸の自由度を制限することなく、内部構造の隠蔽する機構は容易ではない。
【００４５】
本実施形態に係る脚式移動ロボット１００の場合、上述したように、股関節並びに体幹部においてピッチ軸及びロール軸の２方向の自由度を持つとともに、各軸回りの駆動を同時に行うという複合的な動作を行なうことから、隠蔽機構もこれに対応しなければならない。
【００４６】
まず、脚式移動ロボット１００の股関節並びに体幹部における複合的な自由度構成について、図４〜図８、並びに図２９を参照しながら説明する。
【００４７】
図４及び図５、図２９には、外筐（外殻若しくはカバー）を取り外して、内部構造を露出した状態の胴体の背面図、左側面図、並びに左正面斜視図をそれぞれ示している。図４並びに図５に示すように、本実施形態に係る脚式移動ロボット１００の胴体部には、左右の腕部を連結並びに駆動するための左右の肩関節ピッチ軸アクチュエータＡ4と、胴体部を体幹付近において左右方向に揺動させるための体幹ロール軸アクチュエータＡ10と、胴体部を体幹付近において前後方向の屈曲すなわち前屈動作を可能にするための体幹ピッチ軸アクチュエータＡ9と、左右の脚部を連結してヨー軸回りの回転すなわち足部の向きを与えるための股関節ヨー軸アクチュエータＡ11と、左右の足部を連結してそれぞれに対して左右方向の揺動運動を与えるための股関節ロール軸アクチュエータＡ13が搭載されている。また、胴体後方の略上端縁には取っ手１１０が形設されている（後述）。
【００４８】
図６及び図７には、体幹ロール軸アクチュエータＡ10の駆動により、胴体部が体幹部において右方向に揺動している様子を、正面並びに背面からそれぞれ示している。さらに、図８には、体幹ピッチ軸アクチュエータＡ9の駆動により、胴体部が体幹部において前屈している様子を示している。
【００４９】
このように、本実施形態に係る脚式移動ロボット１００は、体幹部においてピッチ軸及びロール軸の２方向の自由度を持つとともに、各軸回りの駆動を同時に行うという複合的な動作を行なうことができる。このような場合、胴体が体幹部において前屈しながらさらに体幹部において左右方向に揺動するという各自由度における最大限の可動範囲において、一方の関節軸の駆動時に、他方の関節軸の自由度を制限することなく、内部構造の隠蔽する必要がある。例えば、体幹ロール軸１０回りの駆動時において、体幹ピッチ軸９回りの自由度を制限することなく、内部構造を隠蔽しなければならない。同様に、体幹ピッチ軸９回りの駆動時において、体幹ロール軸１０回りの自由度を制限することなく、内部構造を隠蔽しなければならない。
【００５０】
本実施形態では、腰部カバー体１２１と、第１の連結カバー体１２２と、第２の連結カバー体１２３と、胴体カバー体１２４という４種類のカバーを用いて、胴体部と可動脚の連結部分並びに体幹部において、体幹ロール軸１０回りの駆動時において、体幹ピッチ軸９回りの自由度を制限することなく、且つ、体幹ピッチ軸９回りの駆動時において、体幹ロール軸１０回りの自由度を制限することなく、胴体が体幹部において前屈しながらさらに体幹部において左右方向に揺動するという各自由度における最大限の可動範囲において、内部構造を隠蔽することとした。
【００５１】
図９には、腰部カバー体１２１を斜視した様子を示している。この腰部カバー体１２１は、胴体の下端を覆う断面略Ｕ字形の成型体であり、その底面において左右の可動脚の股関節ヨー軸アクチュエータＡ11を挿通するための開口が形設されている。腰部カバー体１２１の背面側は、体幹ロール軸１０回りの回転に倣った曲面が形設されている。
【００５２】
また、図１０及び図１１には、この腰部カバー体１２１を図４〜図６に示した脚式移動ロボット１００の胴体に取り付けた様子を示している。股関節カバー体１２１は、左右の可動脚の股関節ヨー軸アクチュエータＡ11を挿通しており、左右の可動脚に固定された格好となり、体幹ピッチ軸９及び体幹ロール軸１０のいずれの動作にも影響されない。
【００５３】
図１２には、第１の連結カバー体１２２を斜視した様子を示している。第１の連結カバー体１２２は、上記の腰部カバー体１２１の直近上位のカバーであり、その底面には腰部カバー体１２１を収容するための開口を持つ略筒状の構造体である。また、第１の連結カバー体１２２の背面側には、腰部カバー体１２１の背面に倣った、体幹ロール軸１０回りの略回転形状の曲面が形設されている。この第１の連結カバー体１２２の左右の各側面において体幹ピッチ軸９回りの動作を開放するための切り欠き部１２２Ａが形設されている。また、この切り欠き部１２２Ａの端縁には、胴体フレーム側と係合するための係合部１２２Ｂが設けられている。
【００５４】
図１３には、この第１の連結カバー体１２２を図４〜図６に示した脚式移動ロボット１００の胴体に取り付けた様子を示している。第１の連結カバー体１２２は、その底面において腰部カバー体１２１を挿通するとともに、左右の切り欠き部１２２Ｂにおいて体幹ピッチ軸９の動作を開放していることから、左右の可動脚に対して体幹ロール軸１０回りの自由度のみが与えられており、体幹ピッチ軸９の動作に影響されない。
【００５５】
図１４には、第２の連結カバー体１２３を斜視した様子を示している。第２の連結カバー体１２３は、上記の第１の連結カバー体１２２の直近上位のカバーであり、第１の連結カバー体１２２の背面に倣った体幹ロール軸１０回りの略回転形状の曲面が形設されている略Ｕ字形状の成型体である。このＵ字の左右の略先端縁には、体幹ピッチ軸９に対して回動可能に支持される取付け部１２３Ａが配設されている。
【００５６】
図１５には、この第２の連結カバー体１２３を図４〜図６に示した脚式移動ロボット１００の胴体に取り付けた様子を示している。第２の連結カバー体１２３は、その底面において第１の連結カバー体１２２を挿通するとともに、左右の取付け部１２３Ｂにおいて体幹ピッチ軸９回りに回動可能に支持されていることから、左右の可動脚に対して体幹ピッチ軸９及び体幹ロール軸１０回りの自由度が与えられている。
【００５７】
図１６には、さらに胴体カバー体１２４を図４〜図６に示した脚式移動ロボット１００の胴体に取り付けた様子を示している。胴体カバー体１２４は、その底面において第２の連結カバー体１２３を挿通するとともに、左右の腕部を取り付けていることから、体幹部より上側の胴体と一体的に動くとともに、左右の可動脚に対しては、体幹ピッチ軸９及び体幹ロール軸１０回りの自由度が与えられている。
【００５８】
図１７には、本実施形態に係る脚式移動ロボット１００が基本的な立位姿勢をとっている様子を示している。この状態では、第１の連結カバー体１２２並びに第２の連結カバー体１２３は、胴体カバー体１２４内に収容されていて、外界からは隠れている。
【００５９】
また、図１８には、脚式移動ロボット１００が体幹ピッチ軸９回りの駆動により前屈している様子を示している。
【００６０】
上述したように、第１の連結カバー体１２２は、左右の可動脚に対しては、体幹ロール軸１０回りの自由度しか与えられておらず、図示のような体格ピッチ軸９回りの動作には追従せず、可動脚に対して同じ相対位置関係でとどまる。これに対し、第２の連結カバー体１２３並びに胴体カバー体１２４はいずれも、可動脚に対して体幹ピッチ軸９回りの回転自由度が与えられている。したがって、体幹ピッチ軸９回りの駆動により前屈姿勢をとった場合には、それぞれ可動脚に対して体幹ピッチ軸９回りに動作する。この結果、図示のように、胴体カバー体１２４内に収容されていた第１の連結カバー体１２２及び第２の連結カバー体１２３が出現して、腰部を覆い尽くす。すなわち、体幹ピッチ軸９回りの最大限の可動範囲において、機体の内部構造を隠蔽することができる。
【００６１】
図１９には、上述したような前傾姿勢において、さらに体幹ロール軸１０回りの駆動により脚に対し左側に揺動しているときに各連結カバー体１２２及び１２３が動作する様子を背面側から示している。また、図２８には、上述したような前傾姿勢において、さらに体幹ロール軸１０回りの駆動により脚に対し左側に揺動しているときの脚式移動ロボット１００の様子を背面側から示している。
【００６２】
上述したように、第１の連結カバー体１２２は、左右の可動脚に対しては、体幹ロール軸１０回りの自由度のみが与えられている。また、第２の連結カバー体１２３並びに胴体カバー体１２４はいずれも、可動脚に対して体幹ピッチ軸９及び体幹ロール軸１０双方の回転自由度が与えられている。したがって、既に胴体カバー体１２４から出現している第１の連結カバー体１２２及び第２の連結カバー体１２３は、胴体カバー体１２４とともに、可動脚に対して体幹ロール軸１０回りに作動して、機体の内部構造を隠蔽することができる。このとき、体幹ロール軸１０回りの駆動時において、体幹ピッチ軸９回りの自由度を制限することなく、内部構造を隠蔽している、ということを充分に理解されたい。
【００６３】
Ｂ−２．機体の運搬・格納
脚式移動ロボット１００も、他の機械装置と同様、未使用時には運搬したり所定の保管場所に格納する必要がある。機械装置の多くは、運搬・格納時の操作性の観点から、ハンドル若しくは取っ手が用意されている。
【００６４】
自律作業を行なう脚式移動ロボット１００にハンドルを取り付ける際、以下の事柄に留意しながら設計すべきであると本発明者らは思料する。
【００６５】
（１）立ち姿勢、床上姿勢（仰向け、うつ伏せ）などいずれの姿勢であっても把持し易いこと。
（２）歩行中など脚式作業中、さらには暴走中であっても把持し易いこと。
（３）ハンドルで把持している最中にロボットが突然暴走しても、オペレータを怪我させないこと。
（４）歩行中など脚式作業中にハンドルを掴もうとしても、ロボットが転倒する危険がないこと。
（５）ハンドルを掴もうとするオペレータの手や姿がカメラなどの視覚認識部の視野に入って、機体の行動計画などに影響を与えないこと。
【００６６】
このような配慮から、本実施形態に係る脚式移動ロボット１００は、胴体後方の略上端縁に取っ手１１０が形設されている（図１及び図２を参照のこと）。
【００６７】
胴体後方の上端に取っ手１１０を配置することによって、歩行中や脚式作業中、さらには暴走中であっても、オペレータは機体の後方からロボットを追いかけて、取っ手１１０を把持することによって容易に捕まえることができる。また、脚部や腕部などの主要な可動部は基本的に機体前方に向かう関節自由度を与えられているので、取っ手１１０を操作中に万一足部や腕部が暴走しても、取っ手１１０を掴むオペレータの腕にぶつかったりして危害を被る心配が少ない。
【００６８】
例えば仰向けなどの床上姿勢においては、取っ手１１０は床面側を向いてしまうので、オペレータの手が届きにくくなる。本実施形態では、図２０に示すように、取っ手１１０を背中よりも低く形成することにより、仰向け姿勢においても取っ手１１０と床面の間には間隙が設けられ、オペレータは容易に取っ手１１０に手を入れることができる。
【００６９】
また、オペレータが取っ手１１０を掴むためには、機体の後方に回り込む格好となるので、オペレータの手や姿がカメラなどの視覚認識部の視野に入って、機体の行動計画などに影響を与えることはない。
【００７０】
本実施形態では、取っ手１１０は、暴走時などにおけるロボットの緊急停止機構を兼ねている。取っ手１１０の把持部分には、加圧センサが貼設されており、オペレータが取っ手１１０を把持することを検出すると、この検出結果に応答して、機体の動作制御部は、全身の関節アクチュエータを脱力させるという脱力機構を備えている（図２１を参照のこと）。例えば、各関節アクチュエータに最低ゲインを設定したり、出力トルクを最小値に設定することにより、脱力状態を実現することができる。あるいは、すべての又は一部の関節アクチュエータへの給電を停止することによっても、脱力状態を実現することができる。
【００７１】
取っ手１１０のハンドル操作に応答して脱力オペレーションを行なうので、機体を運搬中にロボットが突然暴走しても、オペレータを怪我させることはない。また、取っ手１１０を掴むことによって機体動作が緊急停止しても、機体は取っ手１１０で支持されているので、ロボットが転倒する危険もない。
【００７２】
また、取って１１０の他の用途として、後頭部の保護を挙げることができる。図３に示したように、本実施形態に係る脚式移動ロボットは、第１及び第２の首関節ピッチ軸２Ａ及び２Ｂを備え、両ピッチ軸の駆動により、頭部は機体の前後方向に対して広い可動範囲を備えている。
【００７３】
図２１には、頭部が機体の前後方向に動作する様子を示している。図示の通り、頭部は、頭を前にもたげたような前方位置と、頭が正面を向くような基本位置と、頭を胴体後方に垂らしたような後方位置を備えている。この後方位置において、後頭部は取っ手１１０が定義する最後端位置よりも内側に収容されている。
【００７４】
例えば、機体が後方に転倒した場合、床面との衝突時に受ける外力のために、第１及び第２の首関節ピッチ軸２Ａ及び２Ｂが受動的に動作してしまい、元の姿勢に拘わらず頭部が後方位置に移動してしまう。このとき、後頭部が床面に衝突してしまうと、頭部や首関節ピッチ軸アクチュエータが破損してしまう危険がある。これに対し、本実施形態では、図２１に示すように、後頭部は取っ手１１０が定義する最後端位置によって保護されている。
【００７５】
Ｂ−３．機体への内部アクセス
多くの情報機器類は、機器内部へのアクセス手段を備えている。例えば、カード・スロットやコネクタなどを持ち、外部記憶装置やその他の機能拡張用の周辺装置を収容したり接続する。また、バッテリ駆動の機器においては、バッテリの取り外し、交換作業が必須となっている。
【００７６】
本実施形態に係る脚式移動ロボット１００は、胴体を利用して内部アクセス機構を実現している。より具体的には、胴体正面にＰＣカード・スロット、メモリ・スティック用スロット、バッテリ収容口などを配設して、内部アクセスを可能にしている。さらに、正面カバーを取り付けて、通常動作時にはこれらを外界から隠蔽して、機体デザイン上の美観を整えるとともに、機体オペレーション時の脱落防止や取り外し禁止を実現する。
【００７７】
図２３には、正面カバー１０１を閉じた状態の胴体正面を示している。また、図２４には、正面カバー１０１を開いた状態の胴体正面を示している。さらに、図２５には、正面カバー１０１を開いた状態の胴体側面を示している。各図に示すように、正面カバー１０１は、その略下端縁にて胴体正面側に対して回動自在にヒンジ結合されており、胴体に対する開閉操作が可能となっている。また、正面カバー１０１の内側の略上端には、ラッチなどの係止部（図示しない）が配設されており、正面カバー１０１の閉成時には胴体正面側の対応部位と係合して、閉成状態を維持するようになっている。
【００７８】
図２４に示すように、正面カバー１０１で覆われている胴体正面には、バッテリ交換口１０２と、メモリ・スティック用スロット１０３と、ＰＣカード・スロット１０４などの内部アクセス手段が用意されている。
【００７９】
バッテリ交換口１０２には、機体の駆動用電源としてのバッテリ・パックを着脱可能に収容することができる。本実施形態において使用されるバッテリ・八苦には、このバッテリ交換口１０２に対する交換操作を用意するための取っ手が取り付けられている（図２６を参照のこと）。また、メモリ・スティック用スロット１０３には、機体の動作制御用のプログラムや機体の動作パターンを記述したモーション・データなどを格納したメモリ・スティックを交換可能に挿入することができる。ロボット本体側では、メモリ・スティックからこれらプログラムやモーション・データをインストールしたり、あるいはメモリ・スティックからメイン・メモリにロードして機体動作を実行する。また、ＰＣカード・スロット１０４には、メモリ・カードやハード・ディスク・カード、無線ＬＡＮカードなどＰＣＭＣＩＡ／ＪＥＩＤＡにおいて規定された使用に従う各種のＰＣカードを交換可能に挿入することができる。その他、機体の内部状態などをインジケートするための表示部１０５も配設されている。
【００８０】
このような内部アクセス手段に装着されている部品類が機体動作中に突発的に取り外されると、機器の誤動作や破損を引き起こしかねない。例えば、主電源であるバッテリ・パックが抜き取られると、ロボットは姿勢維持用あるいは姿勢安定制御の駆動電力を失ってしまう。また、メモリ・アクセス中にメモリ・スティックやＰＣカードが抜き取られると、実行中の動作の次の処理ステップを失うことから、誤動作や暴走の危険がある。
【００８１】
本実施形態では、正面カバー１０１は、機体オペレーション中におけるこれら装着部品類の取り外しや交換を制限する機能を持つ。すなわち、機体オペレーション中は正面カバー１０１の開成操作が禁止され、バッテリやメモリ・スティックの抜去を行なえなくする。
【００８２】
図２７には、部品類の交換作業を禁止するための機能構成を模式的に示している。
【００８３】
開閉部１１１は、胴体に対して回動自在にヒンジ結合された正面カバー１０１からなる。この開閉部１１１の他端には、ラッチなどの係止部が配設されており、開閉操作部１１２はユーザ操作に応答してこのラッチを解除する。
【００８４】
開成禁止部１１３は、例えばソレノイドなどの部品で構成され、開閉操作部１１２へのユーザ操作に係らず、ラッチの解除を禁止して、開閉部１１１が開かないようにする。機体動作をコントロールする機体動作制御部１１４が稼動中はこの開成禁止部１１３が付勢されて、開閉部１１１が開かない。この結果、内部に収容されているバッテリやメモリ・スティックなどの部品の取り外しが禁止される。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
以上、特定の実施例を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や代用を成し得ることは自明である。
【００８６】
本発明の要旨は、必ずしも「ロボット」と称される製品には限定されない。すなわち、電気的若しくは磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運動を行う機械装置であるならば、例えば玩具等のような他の産業分野に属する製品であっても、同様に本発明を適用することができる。
【００８７】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲の記載を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の実施に供される脚式移動ロボットが直立している様子を前方から眺望した様子を示した図である。
【図２】本発明の実施に供される脚式移動ロボットが直立している様子を後方から眺望した様子を示した図である。
【図３】脚式移動ロボットが具備する関節自由度構成を模式的に示した図である。
【図４】脚式移動ロボット１００が持つ股関節並びに体幹部における複合的な自由度構成を説明するための図である。
【図５】脚式移動ロボット１００が持つ股関節並びに体幹部における複合的な自由度構成を説明するための図である。
【図６】脚式移動ロボット１００が持つ股関節並びに体幹部における複合的な自由度構成を説明するための図である。
【図７】脚式移動ロボット１００が持つ股関節並びに体幹部における複合的な自由度構成を説明するための図である。
【図８】脚式移動ロボット１００が持つ股関節並びに体幹部における複合的な自由度構成を説明するための図である。
【図９】腰部カバー体１２１の斜視図である。
【図１０】腰部カバー体１２１を図４〜図５に示した脚式移動ロボット１００の胴体に取り付けた様子を示した背面図である。
【図１１】腰部カバー体１２１を図４〜図５に示した脚式移動ロボット１００の胴体に取り付けた様子を示した斜視図である。
【図１２】第１の連結カバー体１２２を斜視した様子を示した図である。
【図１３】第１の連結カバー体１２２を図４〜図５に示した脚式移動ロボット１００の胴体に取り付けた様子を示した斜視図である。
【図１４】第２の連結カバー体１２３を斜視した様子を示した図である。
【図１５】第２の連結カバー体１２３を図４〜図５に示した脚式移動ロボット１００の胴体に取り付けた様子を示した背面図である。
【図１６】胴体カバー体１２４を図４〜図５に示した脚式移動ロボット１００の胴体に取り付けた様子を示した図である。
【図１７】本実施形態に係る脚式移動ロボット１００が基本的な立位姿勢をとっている様子を示した左側面図である。
【図１８】体幹ピッチ軸９回りの駆動により脚式移動ロボット１００が前屈した様子を示した左側面図である。
【図１９】前屈姿勢の脚式移動ロボット１００がさらに体幹ロール軸１０回りの駆動により脚に対し左側に揺動しているときに各連結カバー体１２２及び１２３が動作する様子を示した背面図である。
【図２０】取っ手１１０を背中よりも低く形成することにより、脚式移動ロボット１００の仰向け姿勢において取っ手１１０と床面の間には間隙が設けられている様子を示した図である。
【図２１】取っ手１１０の把持動作に応じて全身の関節アクチュエータを脱力させるという脱力メカニズムを模式的に示した図である。
【図２２】頭部が機体の前後方向に動作する様子を示した図である。
【図２３】正面カバー１０１を閉じた状態の胴体正面を示した図である。
【図２４】正面カバー１０１を開いた状態の胴体正面を示した図である。
【図２５】正面カバー１０１を開いた状態の胴体側面を示した図である。
【図２６】取っ手が取り付けられたバッテリ・パックを示した図である。
【図２７】部品類の交換作業を禁止するための機能構成を模式的に示した図である。
【図２８】前屈姿勢の脚式移動ロボット１００がさらに体幹ロール軸１０回りの駆動により脚に対し左側に揺動している様子を示した背面図である。
【図２９】脚式移動ロボット１００が持つ股関節並びに体幹部における複合的な自由度構成を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８９】
１…首関節ヨー軸
２Ａ…第１の首関節ピッチ軸
２Ｂ…第２の首関節（頭）ピッチ軸
３…首関節ロール軸
４…肩関節ピッチ軸
５…肩関節ロール軸
６…上腕ヨー軸
７…肘関節ピッチ軸
８…手首関節ヨー軸
９…体幹ピッチ軸
１０…体幹ロール軸
１１…股関節ヨー軸
１２…股関節ピッチ軸
１３…股関節ロール軸
１４…膝関節ピッチ軸
１５…足首関節ピッチ軸
１６…足首関節ロール軸
３０…頭部ユニット，４０…体幹部ユニット
５０…腕部ユニット，５１…上腕ユニット
５２…肘関節ユニット，５３…前腕ユニット
６０…脚部ユニット，６１…大腿部ユニット
６２…膝関節ユニット，６３…脛部ユニット
８０…制御ユニット，８１…主制御部
８２…周辺回路
９１，９２…接地確認センサ
９３，９４…加速度センサ
９５…姿勢センサ
９６…加速度センサ
１００…脚式移動ロボット
１０１…正面カバー
１０２…バッテリ交換口
１０３…メモリ・スティック用スロット
１０４…ＰＣカード・スロット
１０５…表示部
１１０…取っ手
１２１…腰部かバー体
１２２…第１の連結カバー体
１２３…第２の連結カバー体
１２４…胴体カバー体
【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２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図２０】
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