(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、前記基体から延設されている複数の肢体と、前記複数の肢体のうち少なくとも１つの肢体である指定肢体の先端部に取り付けられているエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータの出力軸に連結されているブレーキと、前記複数の肢体、前記アクチュエータおよび前記ブレーキのそれぞれの動作を制御する制御装置と、を備えているロボットであって、
前記制御装置が、
前記指定肢体の動作を指定軌道にしたがって制御する主制御要素と、
前記主制御要素により前記指定肢体の動作が前記指定軌道にしたがって制御されている際に、前記エンドエフェクタが対象物に当接する第１態様で、前記エンドエフェクタの内側から外側に向かう方向成分を有する外力を当該対象物から受ける第１相互作用状態が実現された場合、前記エンドエフェクタが前記対象物と前記第１態様とは異なる第２態様で相互作用する第２相互作用状態を実現するための指定動作を前記エンドエフェクタにさせるように、前記アクチュエータに対して制御指令を付与する第１副制御要素と、
前記第１副制御要素により前記アクチュエータに対して前記制御指令が付与された後、前記第２相互作用状態が実現された場合、前記エンドエフェクタの動作停止状態が維持されるように、前記ブレーキに対して制御指令を付与する第２副制御要素と、を備えていることを特徴とするロボット。
【請求項２】
請求項１記載のロボットにおいて、
前記主制御要素が、前記指定肢体の動作が前記指定軌道にしたがって制御している際に、前記第１相互作用状態が実現されなかった場合、前記指定軌道が時系列的に反転された逆指定軌道にしたがって前記指定肢体の動作を制御することを特徴とするロボット。
【請求項３】
請求項１または２記載のロボットにおいて、
前記第１副制御要素が、前記第２副制御要素により前記ブレーキに対して前記制御指令が付与された後、前記エンドエフェクタの動作停止状態が維持されている場合、前記アクチュエータの出力機能を無効化することを特徴とするロボット。
【請求項４】
請求項３記載のロボットにおいて、
前記第１副制御要素が、前記第２副制御要素により前記ブレーキに対して前記制御指令が付与された後、前記エンドエフェクタの動作停止状態が第１指定期間以上にわたり連続して維持されていなかった場合、少なくとも前記指定肢体の動作を停止させることを特徴とするロボット。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１つに記載のロボットにおいて、
前記第２副制御要素が、前記第２相互作用状態が第２指定期間以上にわたり連続して実現されなかった場合、少なくとも前記指定肢体の動作を停止させることを特徴とするロボット。
【請求項６】
基体と、前記基体から延設されている複数の肢体と、前記複数の肢体のうち少なくとも１つの肢体である指定肢体の先端部に取り付けられているエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータの出力軸に連結されているブレーキと、前記複数の肢体、前記アクチュエータおよび前記ブレーキのそれぞれの動作を制御する制御装置と、を備えているロボットの制御方法であって、
前記指定肢体の動作を指定軌道にしたがって制御する主制御過程と、
前記主制御過程において、前記エンドエフェクタが対象物に当接する第１態様で、前記エンドエフェクタの内側から外側に向かう方向成分を有する外力を当該対象物から受ける第１相互作用状態が実現された場合、前記エンドエフェクタが前記対象物と前記第１態様とは異なる第２態様で相互作用する第２相互作用状態を実現するための指定動作を前記エンドエフェクタにさせるように、前記アクチュエータに対して制御指令を付与する第１副制御過程と、
前記第１副制御過程において前記アクチュエータに対して前記制御指令が付与された後、前記第２相互作用状態が実現された場合、前記エンドエフェクタの動作停止状態が維持されるように、前記ブレーキに対して制御指令を付与する第２副制御過程と、を含んでいることを特徴とするロボットの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基体と、当該基体から延設されている複数の肢体と、を備えているロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットに用いられているブレーキ付きモータに異常が発見された際に、制動トルクの低下進行を勘案して、モータの励磁の遮断およびブレーキの解除をすることなく当該異常を報知する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５４４４４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、肢体の先端部に取り付けられているエンドエフェクタを物体との相互作用を伴うように動作させながら移動するロボットにおいて、エンドエフェクタを駆動するためにブレーキ付きモータが採用されただけでは、当該相互作用状態に鑑みて当該ロボットの動作が不適当になる場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、肢体の先端部に取り付けられているエンドエフェクタを外界との相互作用を伴うように動作させる際に、当該相互作用状態に鑑みて適当に動作が制御されうるロボットおよびその制御方法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】
本発明は、基体と、前記基体から延設されている複数の肢体と、前記複数の肢体のうち少なくとも１つの肢体である指定肢体の先端部に取り付けられているエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータの出力軸に連結されているブレーキと、前記複数の肢体、前記アクチュエータおよび前記ブレーキのそれぞれの動作を制御する制御装置と、を備えているロボットおよびその制御方法に関する。
【０００７】
本発明のロボットは、前記制御装置が、前記指定肢体の動作を指定軌道にしたがって制御する主制御要素と、前記主制御要素により前記指定肢体の動作が前記指定軌道にしたがって制御されている際に、前記エンドエフェクタが対象物に当接する第１態様で、前記エンドエフェクタの内側から外側に向かう方向成分を有する外力を当該対象物から受ける第１相互作用状態が実現された場合、前記エンドエフェクタが前記対象物と前記第１態様とは異なる第２態様で相互作用する第２相互作用状態を実現するための指定動作を前記エンドエフェクタにさせるように、前記アクチュエータに対して制御指令を付与する第１副制御要素と、前記第１副制御要素により前記アクチュエータに対して前記制御指令が付与された後、前記第２相互作用状態が実現された場合、前記エンドエフェクタの動作停止状態が維持されるように、前記ブレーキに対して制御指令を付与する第２副制御要素と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明のロボットの制御方法は、前記指定肢体の動作を指定軌道にしたがって制御する主制御過程と、前記主制御過程において、前記エンドエフェクタが対象物に当接する第１態様で、前記エンドエフェクタの内側から外側に向かう方向成分を有する外力を当該対象物から受ける第１相互作用状態が実現された場合、前記エンドエフェクタが前記対象物と前記第１態様とは異なる第２態様で相互作用する第２相互作用状態を実現するための指定動作を前記エンドエフェクタにさせるように、前記アクチュエータに対して制御指令を付与する第１副制御過程と、前記第１副制御過程において前記アクチュエータに対して前記制御指令が付与された後、前記第２相互作用状態が実現された場合、前記エンドエフェクタの動作停止状態が維持されるように、前記ブレーキに対して制御指令を付与する第２副制御過程と、を含んでいることを特徴とする。
【０００９】
前記主制御要素が、前記指定肢体の動作が前記指定軌道にしたがって制御している際に、前記第１相互作用状態が実現されなかった場合、前記指定軌道が時系列的に反転された逆指定軌道にしたがって前記指定肢体の動作を制御することが好ましい。
【００１０】
前記第１副制御要素が、前記第２副制御要素により前記ブレーキに対して前記制御指令が付与された後、前記エンドエフェクタの動作停止状態が維持されている場合、前記アクチュエータの出力機能を無効化することが好ましい。
【００１１】
前記第１副制御要素が、前記第２副制御要素により前記ブレーキに対して前記制御指令が付与された後、前記エンドエフェクタの動作停止状態が第１指定期間以上にわたり連続して維持されていなかった場合、少なくとも前記指定肢体の動作を停止させることが好ましい。
【００１２】
前記第２副制御要素が、前記第２相互作用状態が第２指定期間以上にわたり連続して実現されなかった場合、少なくとも前記指定肢体の動作を停止させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のロボットおよびその制御方法によれば、基体から延設されている複数の肢体のうち、指定肢体の動作が指定軌道にしたがって制御される。「指定軌道」は、指定肢体の動作状態を表わす一または複数の状態量の時系列によって定義されている。この過程で、エンドエフェクタがその外界にある物体と第１態様で相互作用している「第１相互作用状態」が実現された場合、エンドエフェクタの指定動作によって、当該物体との相互作用態様を第１態様とは異なる第２態様に変化させうる蓋然性があるまたは高い。
【００１４】
そこで、この場合、エンドエフェクタを駆動するアクチュエータに対して制御指令が付与されることにより、エンドエフェクタを指定動作させ、エンドエフェクタがその外界にある物体と第２態様で相互作用している「第２相互作用状態」の実現が図られる。第２相互作用状態が実現された場合、ブレーキに対して制御指令が付与されることにより、エンドエフェクタの動作停止状態の維持が図られる。
【００１５】
これにより、エンドエフェクタに対して作用する外力が指定肢体を介して基体に伝達され、当該外力を推進力として基体、ひいてはロボットが全体的に移動することができる。このように、エンドエフェクタと外界（正確には外界に存在する何らかの物体）との相互作用状態に鑑みて、エンドエフェクタの動作が適当に制御される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態としてのロボットの構成説明図。
【図２】本発明の一実施形態としてのロボットの制御装置の構成説明図。
【図３】本発明の一実施形態としてのロボットのエンドエフェクタの構成説明図。
【図４】本発明の一実施形態としてのロボットの制御方法に関する説明図。
【図５Ａ】エンドエフェクタ（手部）の第１相互作用状態に関する説明図。
【図５Ｂ】エンドエフェクタ（手部）の第２相互作用状態に関する説明図。
【図６Ａ】ロボットの動作例に関する説明図。
【図６Ｂ】ロボットの動作例に関する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（ロボットの構成）
図１に示されている本発明の機能装置の一実施形態であるロボット１は脚式移動ロボットであり、人間と同様に、基体１０と、基体１０の上方に配置された頭部１１と、基体１０の基体上部１０２に上部両側から延設された左右の腕体１２と、左右の腕体１２のそれぞれの先端に設けられている手部１２６と、基体１０の基体下部１０４から下方に延設された左右の脚体１４とを備えている。
【００１８】
左右の腕体１２および左右の脚体１４が「複数の肢体」に相当し、左右の腕体１２が「指定肢体」に相当し、左右の手部１２６が「エンドエフェクタ」に相当する。すなわち、本実施形態においては、ロボット１は、２つの指定肢体を含む４つの肢体と、当該２つの指定肢体のそれぞれの先端部に取り付けられている２つのエンドエフェクタと、を備えている。ロボットを構成する肢体の数は２以上の任意の数であってもよく、複数の肢体の中に含まれている指定肢体の数は１以上の任意の数であってもよく、複数の肢体の一部ではなく全部が指定肢体に該当していてもよい。
【００１９】
基体１０は体幹関節機構１０３においてヨー軸回りに相対的に回動しうるように上下に連結された基体上部１０２および基体下部１０４により構成されている。頭部１１は首関節機構１０１において基体１０に対してヨー軸回りに回動する等、動くことができる。
【００２０】
腕体１２は第１腕体リンク１２２と、第２腕体リンク１２４とを備えている。基体１０と第１腕体リンク１２２とは肩関節機構（第１腕関節機構）１２１を介して連結され、第１腕体リンク１２２と第２腕体リンク１２４とは肘関節機構（第２腕関節機構）１２３を介して連結され、第２腕体リンク１２４と手部１２６とは手首関節機構（第３腕関節機構）１２５を介して連結されている。肩関節機構１２１はロール、ピッチおよびヨー軸回りの回動自由度を有し、肘関節機構１２３はピッチ軸回りの回動自由度を有し、手首関節機構１２５はロール、ピッチ、ヨー軸回りの回動自由度を有している。
【００２１】
脚体１４は第１脚体リンク１４２と、第２脚体リンク１４４と、足部１４６とを備えている。基体１０と第１脚体リンク１４２とは股関節機構（第１脚関節機構）１４１を介して連結され、第１脚体リンク１４２と第２脚体リンク１４４とは膝関節機構（第２脚関節機構）１４３を介して連結され、第２脚体リンク１４４と足部１４６とは足関節機構（第３脚関節機構）１４５を介して連結されている。股関節機構１４１はロール、ピッチおよびロール軸回りの回動自由度を有し、膝関節機構１４３はピッチ軸回りの回動自由度を有し、足関節機構１４５はロールおよびピッチ軸回りの回動自由度を有している。股関節機構１４１、膝関節機構１４３および足関節機構１４５は「脚関節機構群」を構成する。
【００２２】
なお、脚関節機構群に含まれる各関節機構の並進および回転自由度は適宜変更されてもよい。また、股関節機構１４１、膝関節機構１４３および足関節機構１４５のうち任意の１つの関節機構が省略された上で、残りの２つの関節機構の組み合わせにより脚関節機構群が構成されていてもよい。さらに、脚体１４が膝関節とは別の第２脚関節機構を有する場合、当該第２脚関節機構が含まれるように脚関節機構群が構成されてもよい。足部１４６の底には着床時の衝撃緩和のため、特開２００１−１２９７７４号公報に開示されているような弾性素材が設けられている。
【００２３】
基体上部１０２および基体下部１０４、頭部１１、腕体１２のリンク１２２および１２４、手部１２６（正確にはその構成要素である手の平部および各指機構のリンク）、脚体１４のリンク１４２および１４４、ならびに足部１４６は、アクチュエータ４１により相対的な位置・姿勢が変更可能な「複数の部位」に該当する。
【００２４】
ロボット１には、その世界座標系における位置および姿勢などの内部状態を測定するための複数の内部状態センサＳ1が搭載されている（図２参照）。ロボット１の各関節機構の屈曲角度（関節角度）に応じた信号を出力するエンコーダ（図示略）、基体１０の姿勢（方位角および仰角により特定される。）に応じた信号を出力する傾斜センサ、および、足部１４６および着床および離床の別を判定するための圧力センサなどが内部状態センサＳ1に該当する。手部１２６（エンドエフェクタ）の外界または外界に存在する物体との相互作用状態を検知するため、当該手部１２６の指定箇所に設けられている接触センサのほか、アクチュエータ４１に対する供給電流を検知するためのセンサなども内部状態センサＳ1に該当する。
【００２５】
ロボット１には、その周辺における物体の位置などの外部状態を測定するための、撮像装置などの外部状態センサＳ2が搭載されている（図２参照）。例えば、頭部１１に搭載され、ロボット１の前方を撮像範囲とするＣＣＤカメラ、赤外線カメラ等、種々の周波数帯域における光を感知しうる左右一対の頭カメラが撮像装置として採用されうる。また、基体１０の前側下部に搭載され、ロボット１の前方下方に向けて発せられた近赤外レーザー光の物体による反射光を検知することによりこの物体の位置や方位等を測定するための腰カメラ（アクティブセンサ）が撮像装置として採用されうる。
【００２６】
ロボット１は、制御装置２と、前記複数の関節機構のそれぞれを駆動することにより、前記複数の部位のそれぞれを駆動する複数の駆動機構４と、をさらに備えている（図２参照）。
【００２７】
（制御装置の構成）
図２に示されている制御装置２は、ハードウェアとしてのＥＣＵ（電子制御ユニット）と、ソフトウェアとしてのアプリケーションプログラムと、により構成されている。ＥＣＵまたはコンピュータは、ＣＰＵまたはマルチコアプロセッサ（演算処理装置）、ＲＯＭまたはＲＡＭなどのメモリ（記憶装置）および入力・出力用のインターフェース回路等により構成されている。
【００２８】
制御装置２は、主制御要素２０と、第１副制御要素２１と、第２副制御要素２２と、を備えている。制御装置２およびその各要素２０、２１および２２は、プロセッサがメモリの所定の領域から必要なデータおよびプログラムを読み出し、当該プログラムにしたがって当該データを対象として担当の演算処理を実行するように構成または設計されている。各要素２０、２１および２２は、共通のプロセッサにより構成されていてもよく、一部の要素およびその他の要素が複数の個別のプロセッサにより構成されていてもよい。例えば、主制御要素２０がメインプロセッサにより構成され、手部１２６（エンドエフェクタ）を構成する駆動機構４ごとにドライバユニットが設けられ、第１副制御要素２１および第２副制御要素２２がドライバユニットを構成するサブプロセッサにより構成されていてもよい。駆動機構４は、後述するようにアクチュエータ４１と、ブレーキ４２と、減速機４３とを備えている。
【００２９】
主制御要素２０は、各腕体１２の動作および各脚体１４の動作を含む、ロボット１の全体的な動作を指定軌道にしたがって制御する。第１副制御要素２１は、主制御要素２０により各腕体１２（指定肢体）の動作が指定軌道にしたがって制御されている際に、手部１２６がその外界と第１態様で相互作用する「第１相互作用状態」が実現された場合、この手部１２６がその外界と第１態様とは異なる第２態様で相互作用する「第２相互作用状態」を実現するための指定動作を手部１２６にさせるように、アクチュエータ４１に対して制御指令を付与する。第２副制御要素２２は、第１副制御要素２１によりアクチュエータ４１に対して制御指令が付与された後、第２相互作用状態が実現された場合、手部１２６の動作停止状態が維持されるように、ブレーキ４２に対して制御指令を付与する。
【００３０】
（エンドエフェクタの構成）
図３に示されている右側の手部１２６は、基準姿勢時においてロボット１の右側に位置し、右手を構成するものである。手部１２６は、人間の手の平及び手の甲に対応するハンド基部１２６１と、人間の人差し指、中指、薬指及び小指に対応する単一の部材である第１指部１２６２と、人間の親指に対応する第２指部１２６４と、を備えている。
【００３１】
第１指部１２６２は、ハンド基部１２６１の長手方向の先端部から、ハンド基部１２６１に対して屈曲して延びている。第１指部１２６２は、ハンド基部１２６１と一体的に構成され、ハンド基部１２６１に固定されている。このように構成された第１指部１２６２を備える手部１２６では、押し動作の際には、第１指部１２６２は、そのハンド基部１２６１とは反対側の面を介して対象物に荷重を加える。一方、引き動作の際には、第１指部１２６２のハンド基部１２６１側の面を介して対象物に荷重を加える。
【００３２】
第１指部１２６２は、ハンド基部１２６１の長手方向及び第１指部１２６２の延びる方向に対し直交する方向（Ｙ軸方向）で、第２指部１２６４よりも長く形成されるとともに、第２指部１２６４の先端部と対向する位置に、ハンド基部１２６１から離れる方向（Ｘ軸方向）に突出する突起部１２６３を有している。このような突起部１２６３を有しているので、手部１２６は、第１指部１２６２の先端部でもボタン等を押すという動作ができる。突起部１２６３は、第１指部１２６２の幅等に応じて、省略されてもよい。
【００３３】
第２指部１２６４は、第１指部１２６２の先端部のハンド基部１２６１側の面と対向するように、ハンド基部１２６１に取り付けられている。第２指部１２６４は、ハンド基部１２６１の内部に設けられた駆動機構４によって、第２指部１２６４の先端部を第１指部１２６２に接近または離間するように第２指部が回動させられる。このように第２指部１２６４が構成されているので、手部１２６は、第１指部１２６２と第２指部１２６４とによって対象物を摘まむまたは把持するといった動作等の精密な動きが要求される動作も容易に行うことができる。
【００３４】
第２指部１２６４は、第２指部１２６４の先端部を第１指部１２６２に接近させた状態（以下「閉状態」という。）で突起部１２６３と当接する爪部１２６５を有している。ハンド基部１２６１の長手方向及び第１指部１２６２の延びる方向に対し直交する方向（Ｙ軸方向）における爪部１２６５の長さは、第１指部１２６２の突起部１２６３の長さに対応している。
【００３５】
このような爪部１２６５を有しているので、手部１２６は、第１指部１２６２と第２指部１２６４とで摘まむことが難しい小さな対象物も、突起部１２６３と爪部１２６５とで、容易に摘まむことができる。また、この爪部１２６５を利用することによって、突起部１２６３では押すことが難しい小さなボタンを押すといった動作も可能となる。第２指部１２６４において、爪部１２６５が省略されてもよい。
【００３６】
駆動機構４は、第２指部１２６４の先端部を第１指部１２６２に対して接近または離間するように、ハンド基部１２６１の内部に位置する軸線４０の回りに、第２指部１２６４を回動させる。
【００３７】
駆動機構４は、電動モータなどのアクチュエータ４１と、アクチュエータ４１からの駆動力の伝達を制御する電磁ブレーキなどのブレーキ４２と、ブレーキ４２を介して伝達されたアクチュエータ４１からの駆動力を減速して第２指部１２６４に伝達する減速機４３とにより構成されている。また、駆動機構４は、駆動時には図５Ａに示されているように第２指部１２６４が開状態となり、非駆動時には図５Ｂに示されているように第２指部１２６４が閉状態となるように構成されている。閉状態では、手部１２６は、第１指部１２６２のハンド基部１２６１側の面と、第２指部１２６４のハンド基部１２６１側の面と、ハンド基部１２６１の第１指部１２６２が延びている側の面とで、対象物Ｏｂを３点接触によって把持することができる。
【００３８】
このため、手部１２６は、動作中に駆動力の供給が停止したとしても、対象物を把持した状態が解除されないので、対象物を落下させてしまうことがない。また、ロボット１が梯子を上っている場合等には、ロボット１の落下が防止される。
【００３９】
電動モータ等のアクチュエータ４１は、一般的に、瞬時的に大きなトルク（以下、その最大のトルクを「瞬時最大トルク」という。）を発生させることができるが、定格トルク（保持トルク）は、瞬時最大トルクよりも低くなるという特徴がある。
【００４０】
そのため、従来のロボットの手部で対象物を掴み続ける動作を行うためには、十分に大きな定格トルク（保持トルク）を持つモータ（すなわち、サイズの大きなモータ）を使用しなくてはならず、手部全体の大型化を招いていた。しかるに、駆動機構４が、第２指部１２６４と第２指部１２６４を回動させる駆動力を発生するアクチュエータ４１との間に、ブレーキ４２を有する構成となっている。ブレーキ４２は、駆動時（通電時）に第２指部１２６４の作動を可能にし、非駆動時に第２指部１２６４の作動を停止させるように構成されている。
【００４１】
この手部１２６で対象物を掴み続ける動作を行う場合、まず、ブレーキ４２に通電してアクチュエータ４１からの駆動力を第２指部１２６４に伝達可能な状態とし、次に、アクチュエータ４１で発生した瞬時最大トルクで第２指部１２６４を回動させて対象物を掴み（第２指部１２６４を開状態とした後に閉状態とし）、その後、ブレーキ４２の通電を遮断して第２指部１２６４を固定する。
【００４２】
すなわち、手部１２６は、アクチュエータ４１において生じる駆動力がゼロの状態で、対象物を掴んだ状態（アクチュエータ４１が定格トルクを発生し続けているのと同じ状態）を保持することができる。
【００４３】
そのため、手部１２６に用いられるアクチュエータ４１は、対象物を掴む際に第２指部１２６４を回動させるために十分な瞬時最大トルクを発生させることができるものであればよく、従来のロボットよりも小型のアクチュエータを採用することができる。その結果、駆動機構４は、ブレーキ４２を備えていても、全体として従来の駆動機構よりも小型・軽量なものとすることができる。手部１２６とは異なる関節機構のうち一部または全部を構成する駆動機構４においてはブレーキ４２が省略されてもよい。
【００４４】
（ロボットの制御方法）
主制御要素２０が、内部状態センサＳ1および外部状態センサ2のそれぞれの出力信号に基づき、ロボット１の内部状態および外部状態を検知する（図４／ＳＴＥＰ０２）。例えば、図６Ａおよび図６Ｂに示されているように、ロボット１がはしごＬを昇る場合、その一対の縦木Ｌ１（奥側の縦木Ｌ１のみが図示されている。）およびこれらの間に架け渡されている複数の横木Ｌ２（ｊ）（ｊ＝１，２，‥）の位置が外部状態として検知され、ロボット１の全体重心位置のほか、ロボット１が手部１２６および足部１４６のそれぞれにおいて横木Ｌ２（ｊ）から受ける外力または反力が内部状態として検知される。
【００４５】
主制御要素２０が、検知したロボット１の内部状態および外部状態に基づき、腕体１２および脚体１４の指定軌道を含むロボット１の全体的な行動計画または歩容を生成する（図４／ＳＴＥＰ０４）。例えば、図６Ａに示されているように、左側の足部１４６を横木Ｌ２（ｋ）（ｋ＝１，２，‥）に載せ、左側の手部１２６で横木Ｌ２（ｋ＋３）を把持し、かつ、右側の足部１４６を横木Ｌ２（ｋ＋１）に載せるために右側の脚体１４を動かしている状態で、右側の手部１２６をはしごＬから離間した状態（ｔ＝ｔ1）から、横木Ｌ２（ｋ＋４）を把持した状態（ｔ＝ｔ2）に遷移させるような歩容が生成される。さらに、図６Ｂに示されているように、右側の足部１４６を横木Ｌ２（ｋ＋１）に載せ、右側の手部１２６で横木Ｌ２（ｋ＋４）を把持し、かつ、左側の足部１４６を横木Ｌ２（ｋ＋２）に載せるために左側の脚体１４を動かしている状態で、左側の手部１２６をはしごＬから離間した状態（ｔ＝ｔ3）から、横木Ｌ２（ｋ＋５）を把持した状態（ｔ＝ｔ4）に遷移させるような歩容が生成される。
【００４６】
主制御要素２０が、少なくとも一方（本実施形態では一方のみ）の腕体１２を指定軌道にしたがって作動させるため、少なくとも当該腕体１２の肩関節機構１２１、肘関節機構１２３および手首関節機構１２５のそれぞれを構成するアクチュエータ４１に対して制御指令を出力する（図４／ＳＴＥＰ０６）。一方の腕体１２の動作が指定軌道にしたがって制御されている間、他の腕体１２および左右の脚体１４のうち少なくとも一部の動作も指定軌道にしたがって同時に制御されていてもよい。
【００４７】
その後、指定軌道にしたがって腕体１２が作動している過程で、第１副制御要素２１が、エンドエフェクタである手部１２６がその外界と第１態様で相互作用する「第１相互作用状態」が実現されたか否かを判定する（図４／ＳＴＥＰ１０）。第１態様としては、例えば、図５Ａに示されているように開状態の手部１２６の第１指部１２６２に対してその内側（基部１２６１側）から外側に向かう方向成分を有する外力が、対象物Ｏｂ（はしごＬの横木Ｌ２（ｋ））から作用している態様があげられる。
【００４８】
当該判定は、例えば、内部状態センサＳ1を構成する、第１指部１２６２の内側に配置されている外力センサもしく接触センサにより外力が検知されたか否かに応じて実行される。当該判定は、基部１２６１などに配置された加速度センサにより検知される手部１２６の加速度が断続的にまたは大きく変化したか否かに応じて実行されてもよい。
【００４９】
そのほか、後述するように手部１２６の指定動作によって第２相互作用状態を実現可能なあらゆる状態が第１相互作用状態として定義されていてもよい。具体的には、開状態の手部１２６の第１指部１２６２のほか、基部１２６１および第２指部１２６４などに対してその内側から外側に向かう方向成分を有する外力が、対象物Ｏｂから作用している態様が第１態様として定義されていてもよい。
【００５０】
第１副制御要素２１が、第１相互作用状態が実現されたと判定した場合（図４／ＳＴＥＰ１０‥ＹＥＳ）、手部１２６に指定動作をさせるため、当該手部１２６のアクチュエータ４１に対して制御指令を付与または出力する（図４／ＳＴＥＰ１２）。指定動作としては、例えば、図５Ａに示されている開状態から、図５Ｂに示されている閉状態に遷移するように、第２指部１２６４を軸線４０回りに回動させる動作があげられる。
【００５１】
その一方、第１副制御要素２１が、指定軌道にしたがって腕体１２を作動させたにもかかわらず第１相互作用状態が実現されなかったと判定した場合（図４／ＳＴＥＰ１０‥ＮＯ）、主制御要素２０が当該判定結果に応じて腕体１２を「逆指定軌道」にしたがって作動させるように該当するアクチュエータ４１に対して制御指令を付与する（図４／ＳＴＥＰ２２）。これにより、例えば図６Ａに示されているように、ｔ＝ｔ1（破線参照）からｔ＝ｔ2（実線参照）かけて手部１２６を横木Ｌ（ｋ＋４）に接近させるような右腕体１２の位置・姿勢軌道とは時系列的に逆の位置・姿勢軌道、すなわち手部１２６を横木Ｌ（ｋ＋４）から離間させるような位置・姿勢軌道にしたがって右腕体１２が動かされる。その後、ロボット１の内部状態および外部状態の検知処理（図４／ＳＴＥＰ０２）以降の処理が繰り返される。
【００５２】
第１副制御要素２１により制御指令がアクチュエータ４１に付与された後、第２副制御要素２２が、エンドエフェクタである手部１２６がその外界と第２態様で相互作用する「第２相互作用状態」が実現されたか否かを判定する（図４／ＳＴＥＰ１４）。第２態様としては、例えば、図５Ｂに示されているように閉状態の手部１２６の第１指部１２６２および第２指部１２６４のそれぞれに対してその内側（基部１２６１側）から外側に向かう方向成分を有する外力が、対象物Ｏｂ（はしごＬの横木Ｌ２（ｋ））から作用している態様があげられる。
【００５３】
当該判定は、例えば、アクチュエータ４１の制御指令に含まれる第２指部１２６４の回動角度の指令値と、角度センサにより検知される実際値との偏差が所定値以上であるか否かに応じて実行される。当該判定は、アクチュエータ４１（正確にはその駆動回路）への制御指令に含まれる電流指令値と、電流センサにより検知される実際値との偏差が所定値以上であるか否かに応じて実行されてもよい。
【００５４】
第２副制御要素２２が、第２相互作用状態が実現されたと判定した場合（図４／ＳＴＥＰ１４‥ＹＥＳ）、手部１２６を動作停止状態に維持するため、当該手部１２６のブレーキ４２に対して制御指令を付与または出力する（図４／ＳＴＥＰ１６）。これにより、手部１２６が図５Ｂに示されている閉状態に維持されうる。
【００５５】
その一方、第２副制御要素２２が、第２相互作用状態が実現されなかったと判定した場合（図４／ＳＴＥＰ１４‥ＮＯ）、当該否定的な判定結果が第２指定期間または第２指定回数以上にわたり継続したか否かを判定する（図４／ＳＴＥＰ２４）。当該判定結果が否定的である場合（図４／ＳＴＥＰ２４‥ＮＯ）、第２相互作用状態の実現有無が引き続き判定される（図４／ＳＴＥＰ１４）。その一方、当該判定結果が肯定的である場合（図４／ＳＴＥＰ２４‥ＹＥＳ）、主制御要素２０が当該判定結果に応じて、ロボット１の動作を停止させるように該当するアクチュエータ４１に対して制御指令を付与する（図４／ＳＴＥＰ２８）。
【００５６】
第２副制御要素２２が、手部１２６のブレーキ４２に対して制御指令を付与した後、手部１２６の動作停止状態または制動状態が維持されているか否かを判定する（図４／ＳＴＥＰ１８）。当該判定は、例えば、第２相互作用状態の実現有無の判定と同様に実行される。
【００５７】
第２副制御要素２２が、手部１２６の動作停止状態が維持されていると判定した場合（図４／ＳＴＥＰ１８‥ＹＥＳ）、当該手部１２６のアクチュエータ４１を無効化する（図４／ＳＴＥＰ２０）。例えば、アクチュエータ４１の位置または角度の制御ループのゲインを「０」に設定するなど、アクチュエータ４１それ自体が動作しないようにされる。
【００５８】
その後、ロボット１の内部状態および外部状態の検知以降の処理（図４／ＳＴＥＰ０２）が繰り返される。これにより、例えば図６Ａおよび図６Ｂに示されているような形態でロボット１がはしごＬを昇ることができる。なお、前記のように手部１２６のアクチュエータ４１が無効化され、かつ、ブレーキ４２が制動状態にある腕体１２の動作が制御される場合、アクチュエータ４１が有効化され、かつ、ブレーキ４２の制動状態が解除される。
【００５９】
第２副制御要素２２が、手部１２６の動作停止状態が実現されなかったと判定した場合（図４／ＳＴＥＰ１８‥ＮＯ）、当該否定的な判定結果が第１指定期間または第１指定回数以上にわたり継続したか否かを判定する（図４／ＳＴＥＰ２６）。当該判定結果が否定的である場合（図４／ＳＴＥＰ２６‥ＮＯ）、手部１２６の動作停止状態の実現有無が引き続き判定される（図４／ＳＴＥＰ１８）。その一方、当該判定結果が肯定的である場合（図４／ＳＴＥＰ２６‥ＹＥＳ）、主制御要素２０が当該判定結果に応じて、ロボット１の動作を停止させるように該当するアクチュエータ４１に対して制御指令を付与する（図４／ＳＴＥＰ２８）。
【００６０】
（作用効果）
本発明のロボット１およびその制御方法によれば、基体１０から延設されている複数の肢体１２、１４のうち「指定肢体」に該当する腕体１２の動作が指定軌道にしたがって制御される。この過程で、エンドエフェクタである手部１２６がはしごＬの横木Ｌ２（ｊ）と第１態様で相互作用している「第１相互作用状態」が実現された場合、手部１２６を閉状態から開状態に遷移させる指定動作によって、手部１２６に当該横木Ｌ２（ｊ）を把持させうる蓋然性があるまたは高い（図５Ａ参照）。
【００６１】
そこで、この場合、手部１２６を駆動するアクチュエータ４１に対して制御指令が付与されることにより、この手部１２６を把持動作させ、手部１２６が横木Ｌ２（ｊ）と第２態様で相互作用している「第２相互作用状態」の実現が図られる（図４／ＳＴＥＰ１０‥ＹＥＳ→ＳＴＥＰ１２、図５Ｂ参照）。第２相互作用状態が実現された場合、ブレーキ４２に対して制御指令が付与されることにより、手部１２６の動作停止状態の維持が図られる（図４／ＳＴＥＰ１４‥ＹＥＳ→ＳＴＥＰ１６参照）。
【００６２】
これにより、手部１２６に対して横木Ｌ２（ｊ）作用する外力または反力が腕体１２を介して基体１０に伝達され、当該外力を推進力として基体１０、ひいてはロボット１が全体的に移動することができる（図６Ａ→図６Ｂ参照）。このように、手部１２６と外界（正確には外界に存在する何らかの物体）との相互作用状態に鑑みて、当該手部１２６の動作が適当に制御される。
【符号の説明】
【００６３】
１‥ロボット、２‥制御装置、４‥駆動機構、１０‥基体、１２‥腕体（指定肢体）、１４‥脚体（肢体）、２０‥主制御要素、２１‥第１副制御要素、２２‥第２副制御要素、１２６‥手部（エンドエフェクタ）、４１‥アクチュエータ（アクチュエータ）、４２‥ブレーキ、４３‥減速機。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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