(57)【要約】【課題】簡単な構成により、各関節部の駆動手段の駆動状態を監視して、駆動手段に不具合が発生した場合に、これらの不具合を検出して、これらの不具合を回避するようにした歩行式移動装置、特に二脚歩行式人型ロボットと、その動作制御装置及び動作制御方法を提供する。【解決手段】各関節部の関節駆動用モータ１１ｄ，１１ｅ，１８Ｌ，１８Ｒ乃至３６を駆動制御する動作制御装置４０を備え、動作制御装置４０が、動作計画部４１と、動作生成部４２と、補償部４３と、制御部４４と、検出部としてのロボットの各関節部の角度を検出する角度センサ、即ち角度計測ユニット４５及び両足部１７Ｌ，１７Ｒに備えられたＺＭＰ検出センサと、各駆動手段の駆動状態を監視する駆動監視部４６を備えるように、二脚歩行式人型ロボット１０を構成する。【選択図】        図６
2004188531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、本体に対してそれぞれ関節部を介して揺動可能に取り付けられた複数本の脚部と、各脚部を関節部の周りに揺動させる駆動手段と、各駆動手段をそれぞれ駆動制御する動作制御装置とを有している歩行式移動装置において、
上記動作制御装置が、各駆動手段の駆動状態を監視する駆動監視部を備えていることを特徴とする、歩行式移動装置。
【請求項２】
前記駆動監視部が、各駆動手段の駆動電流値を監視することを特徴とする、請求項１に記載の歩行式移動装置。
【請求項３】
前記駆動監視部が、各駆動手段付近の温度を監視することを特徴とする、請求項１または２に記載の歩行式移動装置。
【請求項４】
前記駆動監視部が、各駆動手段の角度位置を監視することを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載の歩行式移動装置。
【請求項５】
前記駆動手段が、駆動モータの駆動軸と駆動ベルトを介して連結された被駆動部を備えており、
前記駆動監視部が、駆動軸と被駆動部の角度位置情報に基づいて、各駆動手段の駆動ベルトのたわみ量を監視することを特徴とする、請求項１から４の何れかに記載の歩行式移動装置。
【請求項６】
前記駆動監視部が、各駆動手段の駆動状態に不具合発生を検出したとき不具合発生信号を出力し、
前記動作制御装置が、駆動監視部からの不具合発生信号に基づいて当該不具合を発生した駆動手段に対して不具合回避のための駆動制御を行なうことを特徴とする、請求項５に記載の歩行式移動装置。
【請求項７】
前記駆動監視部が、各駆動手段の駆動状態に不具合発生を検出したとき、外部の管理センターにネットワークを介して不具合発生信号及び各駆動手段の駆動状態を送出し、
上記管理センターが、駆動監視部から不具合発生信号及び各駆動手段の駆動状態を受け取ったとき、当該不具合を発生した駆動手段に対して不具合回避のための駆動制御を行なうようにネットワークを介して当該動作制御装置を制御することを特徴とする、請求項５に記載の歩行式移動装置。
【請求項８】
胴体部と、胴体部の下部両側にて揺動可能な中間に膝部，下端に足部を備えた二本の脚部と、胴体部の上部両側にて揺動可能な中間に肘部，下端に手部を備えた腕部と、胴体部の上端に取り付けられた頭部と、を備えており、
上記脚部の足部，下腿部，大腿部と上記腕部の手部，下腕部及び上腕部そして胴体部及び頭部の揺動可能な各関節部をそれぞれ揺動させる駆動手段と、各駆動手段をそれぞれ駆動制御する動作制御装置とを有している二脚歩行式人型ロボットにおいて、
上記動作制御装置が、各駆動手段の駆動状態を監視する駆動監視部を備えていることを特徴とする、二脚歩行式人型ロボット。
【請求項９】
前記駆動監視部が、各駆動手段の駆動電流値を監視することを特徴とする、請求項８に記載の二脚歩行式人型ロボット。
【請求項１０】
前記駆動監視部が、各駆動手段付近の温度を監視することを特徴とする、請求項８または９に記載の二脚歩行式人型ロボット。
【請求項１１】
前記駆動監視部が、各駆動手段の角度位置を監視することを特徴とする、請求項８から１０の何れかに記載の二脚歩行式人型ロボット。
【請求項１２】
前記駆動手段が、駆動モータの駆動軸と駆動ベルトを介して連結された被駆動部を備えており、
前記駆動監視部が、駆動軸と被駆動部の角度位置情報に基づいて各駆動手段の駆動ベルトのたわみ量を監視することを特徴とする、請求項８から１１の何れかに記載の二脚歩行式人型ロボット。
【請求項１３】
前記駆動監視部が、各駆動手段の駆動状態に不具合発生を検出したとき、不具合発生信号を出力し、
前記動作制御装置が、駆動監視部からの不具合発生信号に基づいて当該不具合を発生した駆動手段に対して不具合回避のための駆動制御を行なうことを特徴とする、請求項１２に記載の二脚歩行式人型ロボット。
【請求項１４】
前記駆動監視部が、各駆動手段の駆動状態に不具合発生を検出したとき、外部の管理センターにネットワークを介して不具合発生信号及び各駆動手段の駆動状態を送出し、
上記管理センターが、駆動監視部から不具合発生信号及び各駆動手段の駆動状態を受け取ったとき、当該不具合を発生した駆動手段に対して不具合回避のための駆動制御を行なうように、ネットワークを介して当該動作制御装置を制御することを特徴とする、請求項１２に記載の二脚歩行式人型ロボット。
【請求項１５】
胴体部と、胴体部の下部両側にて揺動可能な中間に膝部，下端に足部を備えた二本の脚部と、胴体部の上部両側にて揺動可能な中間に肘部，下端に手部を備えた腕部と、胴体部の上端に取り付けられた頭部とを備えており、上記脚部の足部，下腿部，大腿部と上記腕部の手部，下腕部及び上腕部そして胴体部及び頭部の揺動可能な各関節部をそれぞれ揺動させる駆動手段とを含む二脚歩行式人型ロボットに関して、各駆動手段をそれぞれ駆動制御する二脚歩行式人型ロボットの動作制御装置において、
上記動作制御装置が、各駆動手段の駆動状態を監視する駆動監視部を備えていることを特徴とする、二脚歩行式人型ロボットの動作制御装置。
【請求項１６】
前記駆動監視部が、各駆動手段の駆動電流値を監視することを特徴とする、請求項１５に記載の二脚歩行式人型ロボット。
【請求項１７】
前記駆動監視部が、各駆動手段付近の温度を監視することを特徴とする、請求項１５または１６に記載の二脚歩行式人型ロボット。
【請求項１８】
前記駆動監視部が、各駆動手段の角度位置を監視することを特徴とする、請求項１５から１７の何れかに記載の二脚歩行式人型ロボット。
【請求項１９】
前記駆動手段が、駆動モータの駆動軸と駆動ベルトを介して連結された被駆動部を備えており、
前記駆動監視部が、駆動軸と被駆動部の角度位置情報に基づいて各駆動手段の駆動ベルトのたわみ量を監視することを特徴とする、請求項１５から１８の何れかに記載の二脚歩行式人型ロボット。
【請求項２０】
前記駆動監視部が、各駆動手段の駆動状態に不具合発生を検出したとき不具合発生信号を出力し、
前記動作制御装置が、駆動監視部からの不具合発生信号に基づいて当該不具合を発生した駆動手段に対して不具合回避のための駆動制御を行なうことを特徴とする、請求項１９に記載の二脚歩行式人型ロボット。
【請求項２１】
前記駆動監視部が、各駆動手段の駆動状態に不具合発生を検出したとき外部の管理センターにネットワークを介して不具合発生信号及び各駆動手段の駆動状態を送出し、
前記管理センターが、駆動監視部から不具合発生信号及び各駆動手段の駆動状態を受け取ったとき、当該不具合を発生した駆動手段に対して不具合回避のための駆動制御を行なうように、ネットワークを介して当該動作制御装置を制御することを特徴とする、請求項１９に記載の二脚歩行式人型ロボット。
【請求項２２】
胴体部と、胴体部の下部両側にて揺動可能な中間に膝部，下端に足部を備えた二本の脚部と、胴体部の上部両側にて揺動可能な中間に肘部，下端に手部を備えた腕部と、胴体部の上端に取り付けられた頭部とを備えており、上記脚部の足部，下腿部，大腿部と上記腕部の手部，下腕部及び上腕部そして胴体部及び頭部の揺動可能な各関節部をそれぞれ揺動させる駆動手段とを含む二脚歩行式人型ロボットに関して、各駆動手段をそれぞれ駆動制御する二脚歩行式人型ロボットの動作制御方法において、
上記動作制御方法が、駆動監視部により各駆動手段の駆動状態を監視することを特徴とする、二脚歩行式人型ロボットの動作制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歩行式移動装置、特に二脚歩行式人型ロボット及びその動作制御装置そして動作制御方法に関し、駆動手段の動作状況を監視して、異常発生または部品劣化を検出するようにした、駆動部監視に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、所謂二脚歩行式人型ロボットは、胴体部と、胴体部の下部両側にて揺動可能な中間に膝部，下端に足部を備えた脚部と、胴体部の上部両側にて揺動可能な中間に肘部，下端に手部を備えた腕部と、胴体部の上端に取り付けられた頭部とを備えており、上記脚部の足部，下腿部，大腿部そして上記腕部の手部，下腕部及び上腕部の揺動可能な関節部をそれぞれ揺動させる駆動手段と、各駆動手段をそれぞれ駆動制御する動作制御装置とを備えて構成されている。
【０００３】
このように構成された二脚歩行式人型ロボットによれば、動作制御装置が、歩行を含む種々の動作を実現するための動作パターンに従って、各関節部に対応する駆動手段をそれぞれ駆動制御して各関節部を適宜に揺動させることにより、二脚歩行あるいは全身運動に実現するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような二脚歩行式ロボットにおける各関節部は、位置制御のための駆動手段を備えており、これらの駆動手段は、駆動モータの駆動軸と被駆動部の回転軸に巻回された駆動ベルトを備え、駆動ベルトを介して被駆動部の回転軸を回転駆動して、被駆動部を揺動させるようになっている。このため、ロボットの歩行等の運動時における駆動手段には大きな負荷がかかってしまう。
【０００５】
ここで、このような駆動手段に過負荷がかかると、過大な電流が流れ、熱が発生する。そして例えば異常加熱によって、内部の永久磁石に悪影響を及ぼし、場合によっては永久磁石が磁力を失うことにもなる。永久磁石が磁力を失う温度は磁石の種類によっても異なるが、減磁効果が発生し始める温度はより低く、例えば強力な駆動手段で利用されているようなネオジウム等から成る永久磁石の場合には、磁石のキュリー温度が３００乃至８００℃の範囲となり、高温に弱いことから、駆動手段の過熱をできるだけ回避することが望ましい。このように、駆動手段の過負荷は、駆動手段の消耗につながることになる。
【０００６】
また、駆動手段の使用に伴って駆動ベルトが劣化して、所謂へたりが発生することがある。このようなへたりは、熟練した技術者が経験に基づいて検出を行なって、新しい駆動ベルトと交換するようにしている。しかしながら、このようなロボットを商品として市場で販売するような場合には、消費者は、このような経験がないことから、駆動ベルトの劣化等を検出することができない。このため、ロボットを常に正常な状態で動作させるためには、例えば定期的にロボットを回収してオーバーホール等の点検を行なう必要がある。
【０００７】
このように、従来の人型ロボットは、各関節部の駆動手段に関して、その駆動状態を監視していないので、駆動手段の過負荷による過熱や、駆動ベルトのへたり等を検出することができず、メンテナンス性が悪いという課題がある。
【０００８】
この発明は、以上の点にかんがみて、簡単な構成により、各関節部の駆動手段の駆動状態を監視して、駆動手段に過負荷がかかった場合や、駆動ベルトにへたりが発生した場合に、これらの不具合を検出することによりこれらの不具合を回避するようにした、歩行式移動装置、特に二脚歩行式人型ロボットと、その動作制御装置及び動作制御方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の第一の構成では、本体と、本体に対してそれぞれ関節部を介して揺動可能に取り付けられた複数本の脚部と、各脚部を関節部の周りに揺動させる駆動手段と、各駆動手段をそれぞれ駆動制御する動作制御装置とを有している歩行式移動装置において、上記動作制御装置が各駆動手段の駆動状態を監視する駆動監視部を備えていることを特徴としている。
【００１０】
本発明による歩行式移動装置は、好ましくは、上記駆動監視部が、各駆動手段の駆動電流値を監視する。
【００１１】
本発明による歩行式移動装置は、好ましくは、上記駆動監視部が、各駆動手段付近の温度を監視する。
【００１２】
本発明による歩行式移動装置は、好ましくは、上記駆動監視部が、各駆動手段の角度位置を監視する。
【００１３】
本発明による歩行式移動装置は、好ましくは、上記駆動手段が、駆動モータの駆動軸と駆動ベルトを介して連結された被駆動部を備えており、上記駆動監視部が、駆動軸と被駆動部の角度位置情報に基づいて各駆動手段の駆動ベルトのたわみ量を監視する。
【００１４】
本発明による歩行式移動装置は、好ましくは、上記駆動監視部が、各駆動手段の駆動状態に不具合発生を検出したとき不具合発生信号を出力し、上記動作制御装置が、駆動監視部からの不具合発生信号に基づいて当該不具合を発生した駆動手段に対して不具合回避のための駆動制御を行なう。
【００１５】
本発明による歩行式移動装置は、好ましくは、上記駆動監視部が、各駆動手段の駆動状態に不具合発生を検出したとき、外部の管理センターにネットワークを介して不具合発生信号及び各駆動手段の駆動状態を送出し、上記管理センターが、駆動監視部から不具合発生信号及び各駆動手段の駆動状態を受け取ったとき、当該不具合を発生した駆動手段に対して、不具合回避のための駆動制御を行なうように、ネットワークを介して当該動作制御装置を制御する。
【００１６】
また、この発明の第二の構成では、胴体部と、胴体部の下部両側にて揺動可能な中間に膝部，下端に足部を備えた二本の脚部と、胴体部の上部両側にて揺動可能な中間に肘部，下端に手部を備えた腕部と、胴体部の上端に取り付けられた頭部と、を備えており、上記脚部の足部，下腿部，大腿部と上記腕部の手部，下腕部及び上腕部そして胴体部及び頭部の揺動可能な各関節部をそれぞれ揺動させる駆動手段と、各駆動手段をそれぞれ駆動制御する動作制御装置とを有している二脚歩行式人型ロボットにおいて、上記動作制御装置が、各駆動手段の駆動状態を監視する駆動監視部を備えていることを特徴としている。
【００１７】
本発明による二脚歩行式人型ロボットは、好ましくは、上記駆動監視部が各駆動手段の駆動電流値を監視する。
【００１８】
本発明による二脚歩行式人型ロボットは、好ましくは、上記駆動監視部が各駆動手段付近の温度を監視する。
【００１９】
本発明による二脚歩行式人型ロボットは、好ましくは、上記駆動監視部が各駆動手段の角度位置を監視する。
【００２０】
本発明による二脚歩行式人型ロボットは、好ましくは、上記駆動手段が、駆動モータの駆動軸と駆動ベルトを介して連結された被駆動部を備えており、上記駆動監視部が、駆動軸と被駆動部の角度位置情報に基づいて各駆動手段の駆動ベルトのたわみ量を監視する。
【００２１】
本発明による二脚歩行式人型ロボットは、好ましくは、上記駆動監視部が、各駆動手段の駆動状態に不具合発生を検出したとき不具合発生信号を出力し、上記動作制御装置が、駆動監視部からの不具合発生信号に基づいて当該不具合を発生した駆動手段に対して不具合回避のための駆動制御を行なう。
【００２２】
本発明による二脚歩行式人型ロボットは、好ましくは、上記駆動監視部が、各駆動手段の駆動状態に不具合発生を検出したとき、外部の管理センターにネットワークを介して不具合発生信号及び各駆動手段の駆動状態を送出し、上記管理センターが、駆動監視部から不具合発生信号及び各駆動手段の駆動状態を受け取ったとき、当該不具合を発生した駆動手段に対して不具合回避のための駆動制御を行なうように、ネットワークを介して当該動作制御装置を制御する。
【００２３】
また、この発明の第三の構成は、胴体部と、胴体部の下部両側にて揺動可能な中間に膝部，下端に足部を備えた二本の脚部と、胴体部の上部両側にて揺動可能な中間に肘部，下端に手部を備えた腕部と、胴体部の上端に取り付けられた頭部とを備えており、上記脚部の足部，下腿部，大腿部と上記腕部の手部，下腕部及び上腕部そして胴体部及び頭部の揺動可能な各関節部をそれぞれ揺動させる駆動手段とを含む二脚歩行式人型ロボットに関して、各駆動手段をそれぞれ駆動制御する二脚歩行式人型ロボットの動作制御装置において、上記動作制御装置が、各駆動手段の駆動状態を監視する駆動監視部を備えていることを特徴とするものである。
【００２４】
本発明による二脚歩行式人型ロボットの動作制御装置は、好ましくは、上記駆動監視部が、各駆動手段の駆動電流値を監視する。
【００２５】
本発明による二脚歩行式人型ロボットの動作制御装置は、好ましくは、上記駆動監視部が、各駆動手段付近の温度を監視する。
【００２６】
本発明による二脚歩行式人型ロボットの動作制御装置は、好ましくは、上記駆動監視部が、各駆動手段の角度位置を監視する。
【００２７】
本発明による二脚歩行式人型ロボットの動作制御装置は、好ましくは、上記駆動手段が、駆動モータの駆動軸と駆動ベルトを介して連結された被駆動部を備えており、上記駆動監視部が、駆動軸と被駆動部の角度位置情報に基づいて各駆動手段の駆動ベルトのたわみ量を監視する。
【００２８】
本発明による二脚歩行式人型ロボットの動作制御装置は、好ましくは、上記駆動監視部が、各駆動手段の駆動状態に不具合発生を検出したとき不具合発生信号を出力し、上記動作制御装置が、駆動監視部からの不具合発生信号に基づいて当該不具合を発生した駆動手段に対して不具合回避のための駆動制御を行なう。
【００２９】
本発明による二脚歩行式人型ロボットの動作制御装置は、好ましくは、上記駆動監視部が、各駆動手段の駆動状態に不具合発生を検出したとき、外部の管理センターにネットワークを介して不具合発生信号及び各駆動手段の駆動状態を送出し、上記管理センターが、駆動監視部から不具合発生信号及び各駆動手段の駆動状態を受け取ったとき、当該不具合を発生した駆動手段に対して不具合回避のための駆動制御を行なうように、ネットワークを介して当該動作制御装置を制御する。
【００３０】
さらに、この発明の第四の構成は、胴体部と、胴体部の下部両側にて揺動可能な中間に膝部，下端に足部を備えた二本の脚部と、胴体部の上部両側にて揺動可能な中間に肘部，下端に手部を備えた腕部と、胴体部の上端に取り付けられた頭部とを備えており、上記脚部の足部，下腿部，大腿部と上記腕部の手部，下腕部及び上腕部そして胴体部及び頭部の揺動可能な各関節部をそれぞれ揺動させる駆動手段とを含む二脚歩行式人型ロボットに関して、各駆動手段をそれぞれ駆動制御する二脚歩行式人型ロボットの動作制御方法において、上記動作制御方法が、駆動監視部により各駆動手段の駆動状態を監視することを特徴としている。
【００３１】
上記構成によれば、駆動監視部が、歩行式移動装置、特に二脚歩行式人型ロボットの各関節部に対応する駆動手段の駆動状態を常に監視しているので、何れかの駆動手段に過負荷が発生したり、あるいは部品の劣化等が発生した場合には、即時にこれらの不具合を検出することができる。従って、ロボットの各関節部に対応する駆動手段における不具合の発生が定量的に検出され、熟練した技術者でなくても、これらの不具合を容易に見つけ出すことが可能となる。
【００３２】
上記駆動監視部が、各駆動手段の駆動電流値を監視する場合には、駆動手段の過負荷による過電流を検出することができる。
【００３３】
上記駆動監視部が、各駆動手段付近の温度を監視する場合には、駆動手段の過負荷による過熱を検出することができる。
【００３４】
上記駆動監視部が、各駆動手段の角度位置を監視する場合には、角度位置が変わらずに、駆動電流が流れている場合等に駆動手段に過負荷が発生していることを検出することができる。
【００３５】
上記駆動手段が、駆動モータの駆動軸と駆動ベルトを介して連結された被駆動部を備えており、上記駆動監視部が、駆動軸と被駆動部の角度位置情報に基づいて各駆動手段の駆動ベルトのたわみ量を監視する場合には、発生した駆動軸と被駆動部の角度位置の誤差に基づいて、駆動ベルトのたわみ量を計算することにより駆動ベルトのへたり等の劣化を検出することができる。
【００３６】
上記駆動監視部が、各駆動手段の駆動状態に不具合発生を検出したとき、不具合発生信号を出力し、上記動作制御装置が、駆動監視部からの不具合発生信号に基づいて、当該不具合を発生した駆動手段に対して、不具合回避のための駆動制御を行なう場合には、何れかの駆動手段に不具合が発生した場合、不具合を回避することによって、駆動手段の破壊を未然に防止することができる。
【００３７】
上記駆動監視部が、各駆動手段の駆動状態に不具合発生を検出したとき、外部の管理センターにネットワークを介して不具合発生信号及び各駆動手段の駆動状態を送出し、上記管理センターが、駆動監視部から不具合発生信号及び各駆動手段の駆動状態を受け取ったとき、当該不具合を発生した駆動手段に対して不具合回避のための駆動制御を行なうようにネットワークを介して当該動作制御装置を制御する場合には、外部の管理センターが、ネットワークで接続された複数台のロボットの各関節部の駆動状態を把握することにより、何れかのロボットの関節部に対応する駆動手段に不具合が発生したとき、ネットワークを介して当該ロボットの動作制御装置を制御することにより、この不具合回避のための駆動制御を行なわせることができる。これにより、外部の管理センターが同時に複数個のロボットのメンテナンス管理を行なうことができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施形態に基づいて、この発明を詳細に説明する。
図１乃至図２は、この発明による二脚歩行式人型ロボットの一実施形態の構成を示している。図１において、二脚歩行式人型ロボット１０は、胴体部１１と、胴体部１１の下部両側に取り付けられた脚部１２Ｌ，１２Ｒと、胴体部の上部両側に取り付けられた腕部１３Ｌ，１３Ｒと、胴体部の上端に取り付けられた頭部１４と、を含んでいる。
【００３９】
上記胴体部１１は上方の胸部１１ａと下方の腰部１１ｂとに分割されており、胸部１１ａが、前屈部１１ｃにて腰部１１ｂに対して前後方向に揺動可能に、特に前方に前屈可能に、そして左右方向に旋回可能に支持されている。さらに、上記胴体部１１の胸部１１ａには、後述する歩行制御装置５０が内蔵されている。なお、上記前屈部１１ｃは、前後揺動用の関節部１１ｄ及び左右旋回用の関節部１１ｅを備えており、各関節部１１ｄ及び１１ｅは、それぞれ関節駆動用モータ（図２参照）により構成されている。
【００４０】
上記脚部１２Ｌ，１２Ｒは、それぞれ大腿部１５Ｌ，１５Ｒ，下腿部１６Ｌ，１６Ｒ及び足部１７Ｌ，１７Ｒと、から構成されている。ここで、上記脚部１２Ｌ，１２Ｒは、図２に示すように、それぞれ六個の関節部、即ち上方から順に、胴体部１１の腰部１１ｂに対する脚部回旋用の関節部１８Ｌ，１８Ｒ、脚部のロール方向（ｘ軸周り）の関節部１９Ｌ，１９Ｒ、脚部のピッチ方向（ｙ軸周り）の関節部２０Ｌ，２０Ｒ、大腿部１５Ｌ，１５Ｒと下腿部１６Ｌ，１６Ｒの接続部分である膝部２１Ｌ，２１Ｒのピッチ方向の関節部２２Ｌ，２２Ｒ、足部１７Ｌ，１７Ｒに対する足首部のピッチ方向の関節部２３Ｌ，２３Ｒ、足首部のロール方向の関節部２４Ｌ，２４Ｒを備えている。なお、各関節部１８Ｌ，１８Ｒ乃至２４Ｌ，２４Ｒは、それぞれ関節駆動用モータにより構成されている。
【００４１】
このようにして、腰関節は、上記関節部１１ｄ，１１ｅから構成され、股間節は、上記関節部１８Ｌ，１８Ｒ，１９Ｌ，１９Ｒ，２０Ｌ，２０Ｒから構成され、また足関節は、関節部２３Ｌ，２３Ｒ，２４Ｌ，２４Ｒから構成される。これにより、二脚歩行式人型ロボット１０の左右両側の脚部１２Ｌ，１２Ｒは、それぞれ６自由度を与えられ、各種動作中にこれらの１２個の関節部をそれぞれ駆動モータで適宜の角度に駆動制御することにより、脚部１２Ｌ，１２Ｒ全体に所望の動作を与えて、例えば任意に三次元空間を歩行することができるように構成されている。
【００４２】
上記腕部１３Ｌ，１３Ｒは、それぞれ上腕部２５Ｌ，２５Ｒ，下腕部２６Ｌ，２６Ｒ及び手部２７Ｌ，２７Ｒと、から構成されている。ここで、腕部１３Ｌ，１３Ｒの上腕部２５Ｌ，２５Ｒ，下腕部２６Ｌ，２６Ｒ及び手部２７Ｌ，２７Ｒは、上述した脚部１２Ｌ，１２Ｒと同様にして、図２に示すように、それぞれ五個の関節部、即ち上方から順に、肩部にて、胴体部１１に対する上腕部２５Ｌ，２５Ｒのピッチ方向の関節部２８Ｌ，２８Ｒ、ロール方向の関節部２９Ｌ，２９Ｒ、そして左右方向の関節部３０Ｌ，３０Ｒ、上腕部２５Ｌ，２５Ｒと下腕部２６Ｌ，２６Ｒの接続部分である肘部３１Ｌ，３１Ｒにてピッチ方向の関節部３２Ｌ，３２Ｒ、手首部にて下腕部２６Ｌ，２６Ｒに対する手部２７Ｌ，２７Ｒのピッチ方向の関節部３３Ｌ，３３Ｒを備えている。なお、各関節部２８Ｌ，２８Ｒ乃至３３Ｌ，３３Ｒは、それぞれ関節駆動用モータにより構成されている。
【００４３】
このようにして、二脚歩行式人型ロボット１０の左右両側の腕部１３Ｌ，１３Ｒは、それぞれ５自由度を与えられることにより、各種動作中にこれらの１２個の関節部をそれぞれ駆動モータで適宜の角度に駆動制御することにより、腕部１３Ｌ，１３Ｒ全体に所望の動作を与えることができる。ここで、上記肩部におけるピッチ方向の関節部２８Ｌ，２８Ｒは、ロール方向の関節部２９Ｌ，２９Ｒ及び左右方向の関節部３０Ｌ，３０Ｒに対して回転軸が前方にずれて配設されており、前方への腕部１３Ｌ，１３Ｒの振り角度が大きく設定されている。
【００４４】
上記頭部１４は、胴体部１１の上部１１ａの上端に取り付けられており、例えば視覚としてのカメラや聴覚としてのマイクが搭載されている。ここで、上記頭部１４は、図２に示すように、首のピッチ方向の関節部３５及び左右方向の関節部３６を備えている。なお、各関節部３５，３６は、それぞれ関節駆動用モータにより構成されている。
【００４５】
このようにして、二脚歩行式人型ロボット１０の頭部１４は２自由度を与えられ、各種動作中にこれらの２個の関節部３５，３６をそれぞれ駆動モータで適宜の角度に駆動制御して、頭部１４を左右方向または前後方向に動かすことができる。ここで、上記ピッチ方向の関節部３５は、左右方向の関節部３６に対して回転軸が前方にずれて配設されており、前方への頭部１４の揺動角度が大きく設定されている。
【００４６】
さらに、上記二脚歩行式人型ロボット１０においては、胴体部１１の前屈部１１ｃの関節部１１ｄと、脚部１２Ｌ，１２Ｒの前後方向の関節部即ち股間節の関節部２０Ｌ，２０Ｒ，膝部の関節部２２Ｌ，２２Ｒ，足首部の関節部２３Ｌ，２３Ｒは、図３及び図４に示す角度範囲で揺動可能に支持されている。即ち、足首部の関節部２３Ｌ，２３Ｒは、その揺動角度θ１が−２０乃至＋２０度以上の角度範囲で揺動可能である。膝部の関節部２２Ｌ，２２Ｒは、その揺動角度θ２が−１２０乃至０度以上の角度範囲で揺動可能である。腰関節の関節部２０Ｌ，２０Ｒは、その揺動角度θ３が−４５乃至＋６０度以上の角度範囲で揺動可能である。また、胴体部１１の前屈部１１ｃは、その揺動角度θ４が、−１０乃至＋６０度以上の角度範囲で揺動可能である。
【００４７】
これに対して、胴体部１１の前屈部１１ｃの関節部１１ｅは、図５に示す角度範囲で揺動可能に支持されている。即ち、前屈部１１ｃの関節部１１ｅは、その揺動角度θ５が、図５（Ａ）に示す左方に関して−４５度以上、そして図５（Ｂ）に示す右方に関して＋４５度以上の角度範囲で旋回可能である。
【００４８】
図６は、図１乃至図５に示した二脚歩行式人型ロボット１０の電気的構成を示している。図６において、二脚歩行式人型ロボット１０は、駆動手段、即ち上述した各関節部即ち関節駆動用モータ１１ｄ，１１ｅ，１８Ｌ，１８Ｒ乃至３６を駆動制御する動作制御装置４０を備えている。
【００４９】
上記動作制御装置４０は、動作計画部４１と、動作生成部４２と、補償部４３と、制御部４４と、検出部としてのロボットの各関節部の角度を検出する角度センサ即ち角度計測ユニット４５及び両足部１７Ｌ，１７Ｒに備えられたＺＭＰ検出センサ（図示せず）と、動作監視部４６と、を備えている。なお、二脚歩行式ロボット１０の座標系として、前後方向をｘ方向（前方＋），横方向をｙ方向（内方＋）そして上下方向をｚ方向（上方＋）とするｘｙｚ座標系を使用する。
【００５０】
上記動作計画部４１は、外部から入力された次の動作指令に基づいて、当該動作指令に対応する動作を計画する。即ち、動作計画部４１は、当該動作指令に対応する動作を行なうために必要なロボットの各部の角運動量を計算して、ロボットの動作軌道すなわち動作計画を生成する。なお、上記動作計画部４１は、後述するように動作監視部４６からロボットの現在の姿勢等が入力されており、動作計画の生成の際に、このロボットの現在の姿勢等を参照する。
【００５１】
上記動作生成部４２は、動作データとして、二脚歩行式人型ロボット１０の動作に必要な各関節部１５Ｌ，１５Ｒ乃至３６の角度データを生成する。その際、上記動作生成部４２は、後述する補償部４３からの指令に基づいて内部のパラメータ及び角度データを修正するようになっている。
【００５２】
上記補償部４３は、動作生成部４２からの各関節部の角度データθｒｅｆに基づいてＺＭＰ目標値を計算すると共に、角度計測ユニット４５からの姿勢情報及び前記ＺＭＰ検出センサからの検出出力に基づいてＺＭＰ実際値を計算する。そして、上記補償部４３は、このＺＭＰ実際値をＺＭＰ目標値と比較して、その差に基づいてＺＭＰ補償量を計算して、動作生成部４２に出力する。これにより、動作生成部４２は、補償部４３からのＺＭＰ補償量がフィードバックされ、このＺＭＰ補償量に基づいて動作データを修正して、モード信号と共に制御部４４に出力する。
【００５３】
また、上記制御部４４は、動作生成部４２からの修正された動作データ及びモード信号に基づいて各関節駆動用モータの駆動信号を生成し、力制御モードまたは位置制御モードにて各関節駆動用モータを駆動制御する。なお、制御部４４は、力制御モード時には各関節駆動用モータに対して所定のトルクで駆動制御を行なう。また、制御部４４は、位置制御モード時には各関節駆動用モータに対して所定の角度位置まで駆動制御を行なう。
【００５４】
上記角度計測ユニット４５は、各関節部の関節駆動用モータに備えられた例えばロータリエンコーダ等により各関節駆動用モータの駆動軸の角度情報が入力されることにより、各関節駆動用モータの駆動軸の角度位置、即ち角度及び角速度そして角度モーメントに関する状態情報、即ちロボット１０の姿勢情報θｒｅａｌを計測して、補償部４３及び動作監視部４６に出力する。さらに、角度計測ユニット４５は、図７に示すように、各関節駆動用モータ５０の駆動軸５１と駆動ベルト５２を介して連結された被駆動部５３の角度位置も検出し、第二の角度情報として出力する。
【００５５】
上記動作監視部４６は、角度計測ユニット４５からのＺＭＰ実際値としての（角度及び角度モーメントを含む）角度情報が入力されており、これにより、常に二脚歩行式人型ロボット１０の動作状態を監視している。そして、動作監視部４６は、動作計画，ＺＭＰ目標値から実際のロボットの動作が大きくずれたとき、現在の状態およびずれ量を動作計画部４１にフィードバックして動作計画部４１に動作計画の再生成を行なわせる。
【００５６】
さらに、動作監視部４６は、各関節部の駆動用モータに関してそれぞれ角度計測ユニット４５からの駆動側の角度情報及び被駆動側の第二の角度情報が入力されると共に、各駆動用モータの駆動電流値及び温度が入力されている。ここで、各駆動用モータの駆動電流値は、制御部４４からの駆動信号により検出されると共に、各駆動用モータの温度は、モータに備えられた温度センサ（図示せず）により検出されるようになっている。
【００５７】
そして、動作監視部４６は、駆動監視部として、各駆動用モータの駆動電流値及び温度に基づいて当該駆動用モータの駆動状態を常に監視し、駆動電流値が急激に増大したりあるいは温度が急激に上昇した場合に、過負荷が発生したとして、不具合発生信号を動作計画部４１に送出して、動作計画部４１に不具合回避のための動作計画の再生成を行なわせる。
【００５８】
また、動作監視部４６は、同様に駆動監視部として、各駆動用モータの角度計測ユニット４５からの角度情報及び第二の角度情報に基づいて、これらの角度誤差に駆動ベルトのヤング率を乗算することにより当該駆動用モータの駆動ベルトのたわみ量を計算する。これにより、動作監視部４６は、このたわみ量を動作計画部４１にフィードバックすることにより、動作計画部４１にこのたわみ量を見込んだ動作計画の再生成を行なわせ、あるいはこのたわみ量を利用して、当該関節部の所謂コンプライアンス制御を行なうことができると共に、このたわみ量から当該駆動ベルトのへたりを検出して、駆動ベルトの交換時期を判定することができる。
【００５９】
本発明実施形態による二脚歩行式ロボット１０は以上のように構成されており、動作制御装置４０は、以下のように動作する。
まず、動作計画部４１が、外部から入力された次の動作指令に基づいて、当該動作指令に対応する動作を計画し、ロボットの動作計画を生成する。そして、動作生成部４２が、動作計画部４１により生成された動作計画に基づいて二脚歩行式人型ロボット１０の動作に必要な各関節部の角度データを生成すると共に、補償部４３により計算されたＺＭＰ補償量に基づいて角度データを修正して、制御部４４に出力する。これにより、制御部４４は、動作生成部４２からの修正された動作データに基づいて各関節駆動用モータの駆動信号を生成し、各関節駆動用モータを駆動制御する。
【００６０】
ここで、上記動作監視部４６は、図８のフローチャートに示すように、各関節部の駆動用モータの駆動状態を監視する。まず、ステップＳＴ１にて、制御部４３が駆動信号を生成して、関節用駆動モータに対してこの駆動信号を送出すると、ステップＳＴ２にて、動作監視部４６は、当該駆動モータの温度センサからの検出信号により当該駆動モータの温度を許容温度ｔｔと比較する。そして、当該駆動モータの温度が許容温度ｔｔ以下の場合には、ステップＳＴ３にて、当該駆動モータの角度情報及び第二の角度情報の角度誤差を許容値ｐｔと比較する。これにより、角度誤差が許容値ｐｔ以下の場合には、再びステップＳＴ１に戻り、駆動モータの駆動信号の生成を繰り返して、動作を継続する。
【００６１】
これに対して、角度誤差が許容値ｐｔを越えている場合には、ステップＳＴ４にて、角度誤差が許容値ｐｔを越えている違反期間と許容時間ｄｔと比較する。そして、違反期間が許容時間ｄｔ以下の場合には、同様にしてステップＳＴ１に戻る。これに対して、違反期間が許容時間ｄｔを越えている場合には、ステップＳＴ５にて、角度誤差が許容値ｐｔを越え且つその違反期間が許容時間ｄｔを越えた旨を、許容違反情報として保存する。
【００６２】
また、上記ステップＳＴ２にて、当該駆動モータの温度が許容温度ｔｔを越えている場合には、ステップＳＴ６にて、駆動モータの駆動電流値を電流許容値ｉｔと比較する。そして、駆動モータの駆動電流値が電流許容値ｉｔ以下の場合には、再びステップＳＴ１に戻る。これに対して、駆動モータの駆動電流値が電流許容値ｉｔを越えている場合には、ステップＳＴ７にて、駆動モータの駆動電流値が電流許容値ｉｔを越えている違反期間と許容時間ｄｔとを比較する。そして、違反期間が許容時間ｄｔ以下の場合には、再びステップＳＴ１に戻る。また、違反期間が許容時間ｄｔを越えている場合には、動作監視部４６は、当該駆動モータがロックした状態であると判断して、不具合発生信号を動作計画部４１に出力する。これにより、ステップＳＴ８にて、動作計画部４１は、当該駆動モータがトルク制御モードである場合にはステップＳＴ９にて目標印加トルクを低減させて、所謂コンプライアンス制御を行ない、また当該駆動モータが力制御モードである場合には、ステップＳＴ１０にて、当該駆動モータの目標位置を修正するように動作計画を再生成し、これに基づいて動作生成部４２が上記不具合を回避して、駆動モータの過負荷を排除するように制御部４３を介して駆動モータの制御を行なう。そして、ステップＳＴ９またはＳＴ１０の後、動作監視部４６は、温度及び駆動電流値とその違反期間そして回避内容（目標印加トルク低減または目標位置修正）を、上記許容違反情報として保存する。
【００６３】
このようにして、二脚歩行式人型ロボット１０は、動作制御装置４０の動作によって要求動作を実行することになる。その際、動作監視部４６が、駆動監視部として、各関節部の駆動モータの駆動状態、即ち温度，駆動電流値を監視することにより駆動モータの過負荷を検出すると共に、駆動側及び被駆動側の角度誤差により駆動ベルトのたわみ量を計算して、そのへたりを検出することができる。従って、熟練した技術者でなくても、動作監視部４６の監視内容に基づいて駆動モータの過負荷発生を判断することができ、駆動ベルトのへたりを検出することができるので、ロボット１０のメンテナンスを確実に行ない、ロボット１０の安全性を確保することができる。
【００６４】
さらに、動作監視部４６は、上述したステップＳＴ５にて、許容違反情報を保存する際に、例えばネットワークを介して外部の管理センターに許容違反情報を送信するようにしてもよい。この場合、管理センターが、個々のロボットの各関節部の駆動モータの不具合発生を把握するので、製品としてのロボット全体の不具合発生状況を把握して、ロボットの制御内容を向上させるための情報を得て、個々のロボットのメンテナンスの必要性を判断して、判断結果をネットワークを介して個々のロボットに送信することもできる。
【００６５】
また、動作監視部４６は、駆動ベルトのたわみ量に基づいて、駆動ベルトのへたりを検出して、不具合発生信号を動作計画部４１に送出することにより、動作計画部４１は、不具合を回避するように動作計画の再生成を行なうようになっているが、これに限らず、動作監視部４６は、駆動ベルトのへたりを検出して駆動ベルトの交換時期を検知し、なんらかの表示手段等により交換時期をユーザに知らせるようにしてもよく、またネットワークを介して交換時期を外部の管理センターに知らせるようにしてもよい。
【００６６】
上述した実施形態においては、動作制御装置４０は、ＺＭＰ規範の動作制御を行なうようになっているが、これに限らず、他の任意の方法によってロボットの動作制御を行なうようにしてもよいことは明らかである。
また、上述した実施形態においては、二脚歩行式人型ロボット１０について説明したが、これに限らず、関節部を備えた少なくとも複数本の脚部を有する歩行式移動装置に対して本発明を適用し得ることは明らかである。
【００６７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、簡単な構成により、歩行式移動装置、特に二脚歩行式人型ロボットの各関節部の駆動手段の駆動状態を監視して、駆動手段に過負荷がかかった場合や、駆動ベルトにへたりが発生した場合に、これらの不具合を検出することにより、これらの不具合を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による二脚歩行式人型ロボットの一実施形態の外観を示し、（Ａ）は概略正面図、（Ｂ）は概略側面図である。
【図２】図１の二脚歩行式人型ロボットの機械的構成を示す概略図である。
【図３】図１の二脚歩行式人型ロボットの前屈部及び脚部の各関節部の前方への揺動限界を示す概略図である。
【図４】図１の二脚歩行式人型ロボットの前屈部及び脚部の各関節部の後方への揺動限界を示す概略図である。
【図５】図１の二脚歩行式人型ロボットの前屈部の各関節部の、（Ａ）左方向への旋回限界及び（Ｂ）右方向への旋回限界をそれぞれ示す概略図である。
【図６】図１の二脚歩行式人型ロボットの電気的構成を示すブロック図である。
【図７】図１の二脚歩行式人型ロボットの各関節部の駆動モータの詳細な構成を示す概略図である。
【図８】図１の二脚歩行式人型ロボットの駆動状態の監視動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０      二脚歩行式人型ロボット
１１      胴体部
１１ａ    上部
１１ｂ    下部
１１ｃ    前屈部
１１ｄ，１１ｅ    関節部（関節駆動用モータ）
１２Ｌ，１２Ｒ    脚部
１３Ｌ，１３Ｒ    腕部
１４      頭部
１５Ｌ，１５Ｒ    大腿部
１６Ｌ，１６Ｒ    下腿部
１７Ｌ，１７Ｒ    足部
１８Ｌ，１８Ｒ乃至２４Ｌ，２４Ｒ    関節部（関節駆動用モータ）
２１Ｌ，２１Ｒ    膝部
２５Ｌ，２５Ｒ    上腕部
２６Ｌ，２６Ｒ    下腕部
２７Ｌ，２７Ｒ    手部
２８Ｌ，２８Ｒ乃至３３Ｌ，３３Ｒ    関節部（関節駆動用モータ）
３１Ｌ，３１Ｒ    肘部
３５，３６    関節部（関節駆動用モータ）
４０    動作制御装置
４１    動作計画部
４２    動作生成部
４３    補償部
４４    制御部
４５    角度計測ユニット
４６    動作監視部（駆動監視部）
【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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