(57)【要約】【課題】方向転換や、直進／並進移動するときの機動性を高め、かつ段差乗り越えを可能とし、さらに表現力を高めることができる脚式移動ロボット装置を提供する。【解決手段】脚部ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの接地面側先端には、軸７Ａ、７Ｂ，７Ｃ，７Ｄを中心に回転する車輪４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが取りつけられている。各車輪４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄは、回転駆動手段であるモータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの回転駆動力をそれぞれ受け取り、それぞれ回転する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴体部に対して複数の自由度を有して連結されて移動のために使われる少なくとも二つの脚部と、
前記少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪と、
前記車輪の内の左右一対をそれぞれ直接に回転駆動する二つの駆動手段と、
前記複数の自由度の範囲内で前記少なくとも二つの脚部を動かし、また前記左右一対の車輪を前記二つの駆動手段に駆動させることによって前記胴体部及び脚部の移動を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする脚式移動ロボット装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記少なくとも二つの脚部による歩行移動と、前記少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪による車輪移動とを切り替えることを特徴とする請求項１記載の脚式移動ロボット装置。
【請求項３】
前記制御手段は、さらに前記歩行移動と前記車輪移動とを組み合わせたハイブリッド移動も、前記歩行移動、前記車輪移動の他に行うことができ、それらの移動を切り替えることを特徴とする請求項２記載の脚式移動ロボット装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪の接地面上での向きを、前記少なくとも二つの脚部を複数の自由度の範囲内にて動かして、制御することを特徴とする請求項１記載の脚式移動ロボット装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪の接地面上での方向を統一し、かつ前記二つの駆動手段により各車輪の回転方向を同じにして前記胴体部及び脚部をその方向に直線的に移動させることを特徴とする請求項４記載の脚式移動ロボット装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪の接地面上での向きを異ならせ、かつ前記二つの駆動手段により各車輪の回転方向を異ならせて前記胴体部及び脚部を左又は右に旋回移動させることを特徴とする請求項４記載の脚式移動ロボット装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記少なくとも二つの脚部を複数の自由度の範囲内にて動かして、いずれか一方の脚部を軸にし、残りの脚部の車輪を前記駆動手段にて駆動することによって、前記胴体部を点回転移動させることを特徴とする請求項１記載の脚式移動ロボット装置。
【請求項８】
前記少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪は、接地する位置によって回転半径が変化する形状をしてなり、
前記制御手段は前記複数の自由度の範囲で前記少なくとも二つの脚部を動かして前記車輪の接地面上における回転半径を変化させながら前記二つの駆動手段によって前記二つの車輪を駆動させることを特徴とする請求項１記載の脚式移動ロボット装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記少なくとも二つの脚部による歩行移動と、前記少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪による車輪移動とを切り替えることを特徴とする請求項８記載の脚式移動ロボット装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、さらに前記歩行移動と前記車輪移動とを組み合わせたハイブリッド移動も、前記歩行移動、前記車輪移動と切り替えることを特徴とする請求項９記載の脚式移動ロボット装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪の接地面上での向きを、前記少なくとも二つの脚部を複数の自由度の範囲内にて動かして、制御することを特徴とする請求項２記載の脚式移動ロボット装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪の接地面上での方向を統一し、かつ前記二つの駆動手段により各車輪の回転方向を同じにして前記胴体部及び脚部をその方向に直線的に移動させることを特徴とする請求項１１記載の脚式移動ロボット装置。
【請求項１３】
前記制御手段は、前記少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪の接地面上での向きを異ならせ、かつ前記二つの駆動手段により各車輪の回転方向を異ならせて前記胴体部及び脚部を左又は右に旋回移動させることを特徴とする請求項１１記載の脚式移動ロボット装置。
【請求項１４】
前記制御手段は、前記少なくとも二つの脚部を複数の自由度の範囲内にて動かして、いずれか一方の脚部を軸にし、残りの脚部の車輪を前記駆動手段にて駆動することによって、前記胴体部を点回転移動させることを特徴とする請求項２記載の脚式移動ロボット装置。
【請求項１５】
前記移動制御手段は、前記二つの駆動手段の回転数を同じにすることを特徴とする請求項２記載の脚式移動ロボット装置。
【請求項１６】
前記移動制御手段は、前記少なくとも二つの脚部の自由度の範囲内にて前記車輪の接地位置を異ならせて車輪の回転半径を異ならせ、左又は右方向へのカーブ移動制御を行うことを特徴とする請求項１５記載の脚式移動ロボット装置。
【請求項１７】
前記少なくとも二つの脚部に、前記胴体部を接地面に対して上下することのできる持ち上げ機構を備えることを特徴とする請求項１記載の脚式移動ロボット装置。
【請求項１８】
前記車輪を前記少なくとも二つの脚部の接地面側先端に取り付けることを特徴とする請求項１記載の脚式移動ロボット装置。
【請求項１９】
前記車輪を前記少なくとも二つの脚部の連結部近傍に取り付けることを特徴とする請求項１記載の脚式移動ロボット装置。
【請求項２０】
前記胴体部には尻尾が接続されており、その尻尾に車輪を取り付けることを特徴とする請求項１記載の脚式移動ロボット装置。
【請求項２１】
胴体部に対して複数の自由度を有して連結されて移動のために使われる少なくとも二つの脚部と、前記少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪と、前記車輪の内の左右一対をそれぞれ直接に回転駆動する二つの駆動手段とを備えてなる脚式移動ロボット装置の移動制御方法であって、
前記複数の自由度の範囲内で前記少なくとも二つの脚部を動かす第１の工程と、
前記左右一対の車輪を前記二つの駆動手段に駆動させることによって前記胴体部及び脚部の移動を制御する第２の工程と
を備えることを特徴とする脚式移動ロボット装置の移動制御方法。
【請求項２２】
前記第２の工程は、前記少なくとも二つの脚部による歩行移動と、前記少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪による車輪移動とを切り替えることを特徴とする請求項２１記載の脚式移動ロボット装置の移動制御方法。
【請求項２３】
前記第２の工程は、さらに前記歩行移動と前記車輪移動とを組み合わせたハイブリッド移動も、前記歩行移動、前記車輪移動の他に行うことができ、それらの移動を切り替えることを特徴とする請求項２２記載の脚式移動ロボット装置の移動制御方法。
【請求項２４】
前記第２の工程は前記少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪の接地面上での向きを、前記第１の工程に前記少なくとも二つの脚部を複数の自由度の範囲内にて動かさせて、制御することを特徴とする請求項２１記載の脚式移動ロボット装置の移動制御方法。
【請求項２５】
前記第２の工程は、前記第１の工程によって、前記少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪の接地面上での方向を統一し、かつ前記二つの駆動手段により各車輪の回転方向を同じにして前記胴体部及び脚部をその方向に直線的に移動させることを特徴とする請求項２４記載の脚式移動ロボット装置の移動制御方法。
【請求項２６】
前記第２の工程は、前記第１の工程により、前記少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪の接地面上での向きを異ならせ、かつ前記二つの駆動手段により各車輪の回転方向を異ならせて前記胴体部及び脚部を左又は右に旋回移動させることを特徴とする請求項２４記載の脚式移動ロボット装置の移動制御方法。
【請求項２７】
前記第２の工程は、前記第１の工程により、前記少なくとも二つの脚部を複数の自由度の範囲内にて動かして、いずれか一方の脚部を軸にし、残りの脚部の車輪を前記駆動手段にて駆動することによって、前記胴体部を点回転移動させることを特徴とする請求項２１記載の脚式移動ロボット装置の移動制御方法。
【請求項２８】
前記少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪は、接地する位置によって回転半径が変化する形状をしてなり、
前記第２の工程は、前記第１の工程により前記複数の自由度の範囲で前記少なくとも二つの脚部を動かして前記車輪の接地面上における回転半径を変化させながら前記二つの駆動手段によって前記二つの車輪を駆動させることを特徴とする請求項２１記載の脚式移動ロボット装置の移動制御方法。
【請求項２９】
前記第２の工程は、前記少なくとも二つの脚部による歩行移動と、前記少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪による車輪移動とを切り替えることを特徴とする請求項２８記載の脚式移動ロボット装置の移動制御方法。
【請求項３０】
前記第２の工程は、さらに前記歩行移動と前記車輪移動とを組み合わせたハイブリッド移動も、前記歩行移動、前記車輪移動と切り替えることを特徴とする請求項２９記載の脚式移動ロボット装置の移動制御方法。
【請求項３１】
前記第２の工程は、前記第１の工程により前記少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪の接地面上での向きを、前記少なくとも二つの脚部を複数の自由度の範囲内にて動かして、制御することを特徴とする請求項２２載の脚式移動ロボット装置の移動制御方法。
【請求項３２】
前記第２の工程は、前記第１の工程により前記少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪の接地面上での方向を統一し、かつ前記二つの駆動手段により各車輪の回転方向を同じにして前記胴体部及び脚部をその方向に直線的に移動させることを特徴とする請求項３１記載の脚式移動ロボット装置の移動制御方法。
【請求項３３】
前記第２の工程は、前記第１の工程により前記少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪の接地面上での向きを異ならせ、かつ前記二つの駆動手段により各車輪の回転方向を異ならせて前記胴体部及び脚部を左又は右に旋回移動させることを特徴とする請求項３１記載の脚式移動ロボット装置の移動制御方法。
【請求項３４】
前記第２の工程は、前記第１の工程により前記少なくとも二つの脚部を複数の自由度の範囲内にて動かして、いずれか一方の脚部を軸にし、残りの脚部の車輪を前記駆動手段にて駆動することによって、前記胴体部を点回転移動させることを特徴とする請求項２２記載の脚式移動ロボット装置の移動制御方法。
【請求項３５】
前記第２の工程は、前記二つの駆動手段の回転数を同じにすることを特徴とする請求項２２記載の脚式移動ロボット装置の移動制御方法。
【請求項３６】
前記第２の工程は、前記第１の工程により前記少なくとも二つの脚部の自由度の範囲内にて前記車輪の接地位置を異ならせて車輪の回転半径を異ならせ、左又は右方向へのカーブ移動制御を行うことを特徴とする請求項３５記載の脚式移動ロボット装置の移動制御方法。
【請求項３７】
前記少なくとも二つの脚部に、前記胴体部を接地面に対して上下することのできる持ち上げ機構を備えることを特徴とする請求項２１記載の脚式移動ロボット装置の移動制御方法。
【請求項３８】
前記車輪を前記少なくとも二つの脚部の接地面側先端に取り付けることを特徴とする請求項２１記載の脚式移動ロボット装置の移動制御方法。
【請求項３９】
前記車輪を前記少なくとも二つの脚部の連結部近傍に取り付けることを特徴とする請求項２１記載の脚式移動ロボット装置の移動制御方法。
【請求項４０】
前記胴体部には尻尾が接続されており、その尻尾に車輪を取り付けることを特徴とする請求項２１記載の脚式移動ロボット装置の移動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも二つの脚部にて歩行する脚式移動ロボット装置及び脚式移動ロボット装置の移動制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、クマのように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、ヒトやサルなどの２足直立歩行を行う動物の身体メカニズムや動作を模した「人間形」若しくは「人間型」のロボット（ｈｕｍａｎｏｉｄ　ｒｏｂｏｔ）など、脚式移動ロボットの構造やその安定歩行制御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。これら脚式移動ロボットは、クローラ式ロボットに比し不安定で姿勢制御や歩行制御が難しくなるが、階段の昇降や障害物の乗り越えなど、柔軟な歩行・走行動作を実現できるという点で優れている。
【０００４】
アーム式ロボットのように、ある特定の場所に植設して用いるような据置きタイプのロボットは、部品の組立・選別作業など固定的・局所的な作業空間でのみ活動する。これに対し、移動式のロボットは、作業空間は非限定的であり、所定の経路上または無経路上を自在に移動して、所定の若しくは任意の人的作業を代行したり、ヒトやイヌあるいはその他の生命体に置き換わる種々のサービスを提供することができる。
【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移動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】
このような脚式移動ロボットとしては、図３３に示すような脚機構を持つものが知られている。このロボット装置１は、４足歩行の脚式移動ロボットであり、胴体部ユニット２の前後左右にそれぞれ脚部ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄが連結されると共に、胴体部ユニット２の前端部に頭部ユニット４４が連結されている。
【０００８】
また、移動する機構のみを考えた場合には、図３４に示すような車輪による移動機構を持つ、自動車のようなメカニズムが考えられる。この自動車２５０における移動機構は、車体２５１に取付られた４つの車輪２５２Ａ，２５２Ｂ，２５２Ｃ，２５２Ｄの回転駆動により車体を接地面上前後、又は左右カーブを切るように移動させる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記図３３に示した脚式移動ロボットの脚機構は、歩行をするためのものであり、方向転換や、直進／並進移動するときには、各脚の胴体部との連結部や、他の連結部のアクチュエータの動きを制御しなければならないため、素早い動作が困難であり、機動性という面で問題があった。
【００１０】
また、前記図３４に示したような車輪による移動機構のみをロボットに取りつけた場合には、段差を乗り越えるときの段差の高さによっては乗り越えができなかったり、また脚部を動かすことなく車輪だけを動かすので表現力が乏しくなることがある。
【００１１】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、方向転換や、直進／並進移動するときの機動性を高め、かつ段差乗り越えを可能とし、さらに表現力を高めることができる脚式移動ロボット装置の提供を目的とする。
【００１２】
また、本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、方向転換や、直進／並進移動するときの機動性を高め、かつ段差乗り越えを可能とし、さらに表現力を高めることができる脚式移動ロボット装置の制御方法の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る脚式移動ロボット装置は、前記課題を解決するために、胴体部に対して複数の自由度を有して連結されて移動のために使われる少なくとも二つの脚部と、前記少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪と、前記車輪の内の左右一対をそれぞれ直接に回転駆動する二つの駆動手段と、前記複数の自由度の範囲内で前記少なくとも二つの脚部を動かし、また前記左右一対の車輪を前記二つの駆動手段に駆動させることによって前記胴体部及び脚部の移動を制御する制御手段とを備える。
【００１４】
このような構成を採ることにより、脚式移動ロボット装置は、複数の自由度の範囲内で少なくとも二つの脚部を動かし、また左右一対の車輪を二つの駆動手段に駆動させるので、少なくとも二つの脚部による歩行移動と、少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪による車輪移動と、歩行移動と車輪移動とのハイブリッド移動とを行うことができる。
【００１５】
本発明に係る脚式移動ロボット装置の移動制御方法は、前記課題を解決するために、胴体部に対して複数の自由度を有して連結されて移動のために使われる少なくとも二つの脚部と、前記少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪と、前記車輪の内の左右一対をそれぞれ直接に回転駆動する二つの駆動手段とを備えてなる脚式移動ロボット装置の移動制御方法であって、前記複数の自由度の範囲内で前記少なくとも二つの脚部を動かす第１の工程と、前記左右一対の車輪を前記二つの駆動手段に駆動させることによって前記胴体部及び脚部の移動を制御する第２の工程とを備える。
【００１６】
このような脚式移動ロボット装置の移動制御方法によれば、複数の自由度の範囲内で少なくとも二つの脚部を動かし、また左右一対の車輪を二つの駆動手段に駆動させるので、少なくとも二つの脚部による歩行移動と、少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪による車輪移動と、歩行移動と車輪移動とのハイブリッド移動とを行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。先ず、第１の実施の形態は、バッテリーから電力の供給を受けたサーボモータにより駆動される４本の脚を備える図１に示す脚式移動ロボット装置１である。例えば、エンターテインメントロボット装置として使われる。
【００１８】
この脚式移動ロボット装置１は、胴体部ユニット２の前後左右にそれぞれ脚部ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄが連結されると共に、胴体部ユニット２の前端部に頭部ユニット４４が連結されて構成されている。
【００１９】
脚部ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄは、それぞれ例えば３自由度を有する。脚部ユニット３Ａを例にとると、図２に示すように、胴体部２側の上部１０Ａは胴体部２との連結部１１Ａにおいて胴体部２に対して前後方向に回転する。また胴体部２に対して開脚するようにも回転する。また、前記上部１０Ａに対する下部８Ａは、上部１０Ａとの連結部９Ａにて前後方向に回転する。したがって、脚部ユニット３Ａは３自由度を有することになる。他の脚部ユニット３Ｂ，３Ｃ，３Ｄも同様であり、上部１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄは胴体部２との連結部１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄにおいて胴体部ユニット２に対して前後方向に回転する。また胴体部ユニット２に対して開脚するようにも回転する。また、前記上部１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄに対する下部８Ｂ、８Ｃ、８Ｄは、上部１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄとの連結部９Ｂ、９Ｃ、９Ｄにて前後方向に回転する。
【００２０】
また、脚部ユニット３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの接地面側先端には、軸７Ａ、７Ｂ，７Ｃ，７Ｄを中心に回転する車輪４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが取りつけられている。この各車輪は、プラスチック材、ゴム材など材質は問わない。各車輪４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄは、回転駆動手段であるモータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの回転駆動力をそれぞれ受け取り、それぞれ回転する。
【００２１】
なお、各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄの前記接地面側先端にあって、前記各車輪４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの縦方向の例えば後ろには、接地面との接触によって脚部を接地面上に固定することができる踵部を設けてもよい。もちろん、この踵部を接地面に接触させるには、各脚部毎に備えられる３自由度を用いて脚部の接地面側先端の接地場所を車輪側ではなく踵部側にする必要がある。
【００２２】
また、この脚式移動ロボット装置１は、モータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの回転数のコントロールが可能である。例えば各車輪４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの向きが同一の状態で回転数を等しくすればロボット装置１はまっすぐ進むことになる。各モータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ毎の回転数を変化させれば曲がることも可能である。もちろん、モータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄへのバッテリーからの電力供給はコントロール部によって制御され、回転方向の正逆方向への切り替えも可能とされる。
【００２３】
図３は、脚部ユニット３Ａの上部１０Ａに連結部９Ａを介して連結されている下部８Ａの拡大図、及び車輪４Ａの取付部の拡大分解図である。下部８Ａの先に車輪取付部６Ａが設けられ、そこに設けられたモータ取付部にモータ５Ａを固定する。また、車輪取付部６Ａの先端に設けられた軸受け穴に、車輪４Ａに通した車軸７Ａを通し、車輪がモータによって回転するようにしている。
【００２４】
例えば、車輪４Ａは、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、接地面に接地する位置Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３によって車輪の中心からの回転半径が変化する形状をしてなる。モータ５Ａが同速にて回転駆動しているのであれば、前記接地位置Ｌ１よりもＬ２での回転半径は小さいので、接地位置Ｌ２での車輪の回転による脚部ユニット３Ａのみの移動速度は、接地位置Ｌ１での移動速度よりも遅くなる。また、接地位置Ｌ３での車輪の回転による脚部ユニット３Ａのみの移動速度は、接地位置Ｌ２よりも回転半径が大きいので、接地位置Ｌ２での移動速度よりも速くなる。車輪４Ｂ〜４Ｄについても同様の形状をしており、同様の作用がある。各車輪と、各脚部を用いての移動制御については詳細を後述する。
【００２５】
胴体部ユニット２には、図５に示すように、ＣＰＵ１１０、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）１１１、フラッシュＲＯＭ（Ｒｅａｄ　０ｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）１１２、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）カードインターフェース回路１１３及び信号処理回路１１４が内部バス１１５を介して相互に接続されることにより形成されたコントロール部１１６と、このロボット装置１の動力源としてのバッテリー１１７とが収納されている。もちろん、このバッテリー１１７は前記各モータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの動力源となっている。
【００２６】
また、胴体部ユニット２には、脚式移動ロボット装置１の向きや動きの加速度を検出するための角速度センサ１１８及び加速度センサ１１９なども収納されている。
【００２７】
また、頭部ユニット４４には、外部の状況を撮像するとともに、周囲の明るさを検出するためのＣＭＯＳカメラ２０と、前後に倒すといった使用者からの物理的な働きかけを検出するためのタッチセンサ２１と、前方に位置する物体までの距離を測定するための距離センサと、外部音を集音するためのマイクロホンと、各種音声を出力するためのスピーカと、頭部ユニット４４内に格納可能とされたヘッドライト２５と、ロボット装置１の「目」に相当するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）（図示せず）などがそれぞれ所定位置に配置されている。なお、ロボット装置１においては、タッチセンサ２１以外にも、胴体部ユニット２及び頭部ユニット４４の所定位置に複数のタッチセンサが配置されている。例えば頭部に付いているタッチセンサを、ユーザが撫でたときには、頭部センサを撫でられたという内部状況が評価される。
【００２８】
さらに、各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄの関節部（連結部）分や各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄ及び胴体部ユニット２の各連結部分、並びに頭部ユニット４４及び胴体部ユニット２の連結部分などにはそれぞれ前述した自由度数分のアクチュエータ及びポテンショメータが配設されている。例えば、アクチュエータ２６１〜２６ｎはサーボモータを構成として有している。サーボモータの駆動により、脚部ユニット３Ａ〜３Ｄが制御されて、目標の姿勢或いは動作に遷移する。もちろん、歩行動作もサーボモータの駆動により制御された脚部ユニット３Ａ〜３Ｄの接地面に対する自在な動きにより成される。特に、このロボット装置１では、脚部ユニット３Ａ〜３Ｄの各アクチュエータによって、各脚部ユニット毎に３自由度の範囲内で各脚部ユニットを動かして、各車輪４Ａ〜４Ｄの接地位置を例えば前記図４に示したように変えることができる。
【００２９】
そして、これら角速度センサ１１８、加速度センサ１１９、タッチセンサ２１、距離センサ２２、マイクロホン２３、スピーカ２４、及び各ポテンショメータ２７１〜２７ｎなどの各種センサ並びにヘッドライト２５、ＬＥＤ及び各アクチュエータ２６１　〜２６ｎは、それぞれ対応するハブ２８１〜２８ｎを介してコントロール部１６の信号処理回路１１４と接続され、ＣＭＯＳカメラ２０及びバッテリー１１７は、それぞれ信号処理回路１１４と直接接続されている。
【００３０】
信号処理回路１ｌ４は、上述の各センサから供給されるセンサデータや画像データ及び音声データを順次取り込み、これらをそれぞれ内部バス１１５を介してＤＲＡＭ１１１内の所定位置に順次格納する。また信号処理回路１１４は、これと共にバッテリー１１７から供給されるバッテリー残量を表すバッテリー残量データを順次取り込み、これをＤＲＡＭ１１１内の所定位置に格納する。
【００３１】
このようにしてＤＲＡＭ１１１に格納された各センサデータ、画像データ、音声データ及びバッテリー残量データは、この後ＣＰＵ１１０がこの脚式移動ロボット装置１の動作制御を行う際に利用される。
【００３２】
実際上ＣＰＵ１１０は、脚式移動ロボット装置１の電源が投入された初期時、胴体部ユニット２の図示しないメモリカードスロットに装填されたメモリカード２９又はフラッシュＲＯＭ１１２に格納された、行動制御プログラムや、本発明の脚式移動ロボット装置の移動制御方法の具体例である移動制御プログラムをメモリカードインターフェース回路１１３を介して又は直接読み出し、これをＤＲＡＭ１１１に格納する。これらの制御プログラムをＣＰＵ１１０がＤＲＡＭ１１１を作業領域として実行する。すると、脚式移動ロボット装置は、接地面の状態や障害物などの周囲の外部環境や、ユーザによるコマンド、或いは内部環境に応じて、自律的に行動を選択し、その選択した行動の動作や表現の意味に基づいた動作や表現の実行命令を生成し、例えば頭部ユニットや、脚部ユニットのモジュールの動きを制御する。または外部のＰＣなどからの有線、または無線でこのＣＰＵ１１０に指令をあたえて同様に頭部、脚部などの制御を行う。
また、ＣＰＵ１１０は、信号処理回路１１４よりＤＲＡＭ１１１に順次格納される各センサデータ、画像データ、音声データ及びバッテリー残量データに基づいて自己及び周囲の状況や、使用者からの指示及び働きかけの有無などを判断する。
【００３３】
したがって、脚式移動ロボット装置１は、ＣＰＵ１１０により前記行動制御プログラムや、移動制御プログラムを実行することにより、頭部ユニット４４を上下左右に振らせたり、脚部ユニットによる歩行移動、車輪による車輪移動、及び歩行移動と車輪移動とのハイブリッド移動を行うことができる。特に、歩行移動、車輪移動、ハイブリッド移動は、連結部の必要なアクチュエータ２６１〜２６ｎ、各モータ５Ａ〜５Ｂを駆動させ、各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄ、各車輪４Ａ〜４Ｄを駆動させることによって行われる。
【００３４】
また、この際ＣＰＵ１１０は、必要に応じて音声データを生成し、これを信号処理回路１１４を介して音声信号としてスピーカ２４に与えることにより当該音声信号に基づく音声を外部に出力させたり、上述のＬＥＤを点灯、消灯又は点滅させる。また、ＣＰＵ１１０は、後述するように、ＣＭＯＳカメラ２０を用いて周囲の明るさを検出させ、その検出結果に応じてヘッドライト２５を点灯させる。
【００３５】
このようにしてこの脚式移動ロボット装置１においては、自己及び周囲の状況（内部状況及び外部状況）や、使用者からの指示及び働きかけに応じて自律的に行動し得るようになされている。
【００３６】
特に、この脚式移動ロボット装置１は、内部状況及び外部状況、あるいはユーザからの指示及び働きかけに応じて、前記歩行移動、車輪移動、ハイブリッド移動を切り替えて行うことができる。例えば、ユーザにより、「こっちに早く来て」という命令には、車輪移動により迅速な移動を行う。また、階段を上る必要があるときには、歩行移動を行う。また、「踊って」という命令や、「回って」という命令に対しては、ハイブリッド移動を行う。
【００３７】
次に、第１の実施の形態である、脚式移動ロボット装置１の各種移動について説明する。
【００３８】
この脚式移動ロボット装置１は、脚部ユニット３Ａ〜３Ｄのみを用いて歩行移動を行う。また脚部ユニット３Ａ〜３Ｄの各３自由度によって各車輪が接地面に接地する位置を変化させることにより、各車輪の中心からの回転半径を異ならせ、あるいは異ならせずに各車輪４Ａ〜４Ｄを用いて車輪移動を行う。さらに、この脚式移動ロボット装置１は、前記歩行移動と前記車輪移動とを組み合わせたハイブリッド移動を行う。
【００３９】
先ず、歩行移動について簡単に説明する。歩行移動は、従来より行われている４つの脚部ユニット３Ａ〜３Ｄを用いた動作である。各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄの関節（連結）部分や各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄ及び胴体部ユニット２の各連結部分に配設された、前述した自由度数分のポテンショメータを用いた位置制御を行いながら、サーボモータを構成しているアクチュエータによって４脚部ユニット３Ａ〜３Ｄを接地面に対して自在に動かすことによりなされる。
【００４０】
ここでいう自在に動かすとは、前進歩行移動であれば、例えば左前脚部４Ａを前に進め、その直後に対向する右後脚部４Ｄを前に進め、続いて右前脚部４Ｂを前に進め、その直後に対向する左脚部４Ｃを前に進めるような、モデルとする犬、猫等の動物の歩行移動に基づくように４つの脚部ユニットを動かすことである。この前進歩行移動のとき、前記車輪４Ａ〜４Ｄは、各モータ５Ａ〜５Ｄにより回転駆動されておらず、接地面に接触しても回転しないようにされている。
【００４１】
また、４脚部ユニット３Ａ〜３Ｄを接地面に対して自在に動かすことによる後進移動であれば、例えば左後脚部４Ｃを後に進め、その直後に対向する右前脚部４Ｂを後に進め、続いて右後脚部４Ｄを後に進め、その直後に対向する左前脚部４Ａを後に進めることによる。このときも、前記車輪４Ａ〜４Ｄは、各モータ５Ａ〜５Ｄにより回転駆動されておらず、接地面に接触しても回転しないようにされている。
【００４２】
また、前進歩行移動において、左側の前後脚部４Ａ、４Ｃの移動距離よりも右側の前後脚部４Ｂ、４Ｄの移動距離を大きくすれば左側に曲がって前進することができる。このとき、左側の前後脚部４Ａ、４Ｃの移動距離と右側の前後脚部４Ｂ、４Ｄの移動距離の差を大きくすれば左側へより速く方向転換をすることができる。右側に曲がって前進するときは右側の前後脚部４Ｂ、４Ｄの移動距離よりも左側の前後脚部４Ａ、４Ｃの移動距離を大きくすればよい。後進歩行移動においても、連結部のサーボモータの回転を逆回転にし、同様に各脚部を正転のときとは逆の動きで動かせば後ろに進みながら左側に曲がったり、右側に曲がったりできる。
【００４３】
次に、車輪移動について説明する。
先ず、車輪を用いての直線的な前進又は後進移動について説明する。４つの脚部ユニット３Ａ〜３Ｄを図６及び図７に示すように真上から見て左右対称となるように接地面に向かってやや斜め方向に伸ばし、各車輪４Ａ〜４Ｄの接地位置を、各車輪４Ａ〜４Ｄの中心からの回転半径が等しくなるようにして直線的に前進又は後進移動する。この場合、モータ５Ａ〜５Ｄの回転速度を全て等しくすれば、脚式移動ロボット装置１は、接地面上を図６及び図７に記す矢印のように直線的に移動する。前進、後進はモータ５Ａ〜５Ｄの回転方向を逆転させることによる。４つの脚部ユニット３Ａ〜３Ｄの脇の角度を広げたり狭めたりすると、ロボット装置の体高を変えて前進、後退移動ができる。また、タイヤの接地部が変化するので、モーターの回転速度が同じであっても、ロボットの移動速度を変化させることができる。
【００４４】
次に、車輪を用いた左右への直線的な移動について説明する。４つの脚部ユニット３Ａ〜３Ｄの上部１０Ａ〜１０Ｄを図８及び図９に示すように真上から見て左右対称となるように接地面と平行に開き、下部８Ａ〜８Ｄを内側に”くの字形”に折りたたみ、車輪４Ａ〜４Ｄの向きを胴体部ユニット２の長手方向に対して直角になるようにして図中矢印で示すように左右方向に直線的に移動する。車輪４Ａ〜４Ｄを前記向きにするには、各脚部ユニットと胴体部との連結部１１Ａ〜１１Ｂの２自由度により、車輪４Ａ〜４Ｄを胴体部ユニット２の長手方向に対して直角になるように上部１０Ａ〜１０Ｄを接地面に平行に曲げ、さらに各脚部ユニットの上部と下部との連結部９Ａ〜９Ｄの１自由度により下部８Ａ〜８Ｄを折り曲げる。もちろん、連結部１１Ａ〜１１Ｄと、連結部９Ａ〜９Ｄは前記ポテンショメータからの位置データを基にアクチュエータが動かす。この場合も、モータ５Ａ〜５Ｄの回転方向を逆転させることによる左、又は右への直線移動が可能となる。
【００４５】
次に、車輪を用いたその場での旋回移動について説明する。前脚部ユニット３Ａ、３Ｂを図１０〜図１２に示すように、胴体部ユニット２の長手方向（頭部ユニット４４側を前とした場合）に対して”ハの字形”になるように折り曲げ、車輪４Ａ、４Ｂが胴体部ユニット２の長手方向に対して各４５度で閉じるようにする。また、後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄを図１０〜図１２に示すように、胴体部ユニット２の長手方向（頭部側を前とした場合）に対して”逆ハの字形”になるように折り曲げ、車輪４Ｃ、４Ｄが胴体部ユニット２の長手方向に対して４５度で開くようにする。もちろん、連結部１１Ａ〜１１Ｄと、連結部９Ａ〜９Ｄを前記ポテンショメータからの位置データを基にアクチュエータで動かすことによる。この場合、モータ５Ａ及び５Ｃにより左側の前脚部ユニット３Ａ、後脚部ユニット３Ｃを正回転、モータ５Ｂ及び５Ｄにより右側の前脚部ユニット３Ｂ、後ろ脚部ユニット３Ｄを逆回転にすると右旋回となり、モータ５Ａ及び５Ｃにより左側の前脚部ユニット３Ａを逆回転、５Ｂ及び５Ｄにより右側の前脚部ユニット３Ｂ、後ろ脚部ユニット３Ｄを正回転にすると左旋回となる。
【００４６】
次に、車輪を用いた、ある場所を回転中心とした左回転移動について説明する。図１３〜図１５に示すように、左前脚部ユニット３Ａの上部１１Ａ、人間でいうところの肘を胴体部ユニット２に、脇を締めるように付け、さらに下部８Ａを折りたたんで、車輪４Ａを接地させる。この車輪４Ａを回転中心とする。この状態で、左後脚部ユニット３Ｃを車輪４Ｃを含めどこも接地面に接触させることなく持ち上げる。また、右側の前脚部ユニット３Ｂを胴体部ユニット２の長手方向（頭部ユニット４４側を前とした場合）に対して”ハの字形”の片側になり、車輪の向きが車輪４Ａの回転中心に対して接線方向になるように、また後脚部ユニット３Ｄを前述した”逆ハの字形”の片側になり、車輪の向きが車輪４Ａの回転中心に対して接線方向になるように折り曲げる。この状態で、モータ５Ｂ及び５Ｄにより右側の前脚部ユニット３Ｂ、後ろ脚部ユニット３Ｄを正回転にすると、左前脚部ユニット３Ａを中心Ｃとした、図中矢印方向の点左回転移動をする。なお、この移動では、回転中心と回転するポイントを変更すれば、回転半径を変えることが可能である。
【００４７】
次に、車輪を用いた、ある場所を回転中心とした右回転移動について説明する。図１６〜図１８に示すように、右前脚部ユニット３Ｂの上部１１Ｂを胴体部ユニット２に、脇を締めるように付け、さらに下部８Ｂを折りたたんで、車輪４Ｂを接地する。この車輪４Ｂを回転中心とする。この状態で、右後脚部ユニット３Ｄを前述したように持ち上げる。また、左側の前脚部ユニット３Ａを胴体部ユニット２の長手方向（頭部ユニット４４側を前とした場合）に対して”ハの字形”の片側になり、車輪４Ｂの回転中心に対して車輪の向きが接線方向になるように、また後脚部ユニット３Ｃを前述した”逆ハの字形”の片側になり車輪４Ｂの回転中心に対して車輪の向きが接線方向になるように折り曲げる。この状態で、モータ５Ａ及び５Ｃにより左側の前脚部ユニット３Ａ、後ろ脚部ユニット３Ｃを正回転にすると、右前脚部ユニット３Ｂを中心Ｃとした、図中矢印方向の点右回転移動をする。
【００４８】
次に、車輪を用いた左回転移動について説明する。図１９及び図２０に示すように、右側の前脚部ユニット３Ｂ、後脚部ユニット３Ｄを胴体部ユニット２からほぼ垂直に接地面に伸ばし、左側の前脚部ユニット３Ａ、後脚部ユニット３Ｃを胴体部ユニット２から斜めに接地面に向かってやや開いて接地させる。すると、右側の前脚部ユニット３Ｂ及び後脚部ユニット３Ｄの車輪４Ｂ及び車輪４Ｄは、図４の（ａ）を準用して示すように略垂直に接地面に接地する。これに対して左側の前脚部ユニット３Ａ及び後脚部ユニット３Ｃの車輪４Ａ及び車輪４Ｃは図４の（ｂ）を準用して示すように接地位置Ｌ２で接地する。これらのことからも分かる通り、左側の前脚部ユニット３Ａ及び後脚部ユニット３Ｃの車輪４Ａ及び車輪４Ｃは、右側の前脚部ユニット３Ｂ及び後脚部ユニット３Ｄの車輪４Ｂ及び車輪４Ｄよりも回転半径が短くなる。各モータ５Ａ〜５Ｄは同じ回転数で各車輪４Ａ〜４Ｄを回しているので、回転半径の長い右側の車輪４Ｂ及び車輪４Ｄが、回転半径の短い左側の車輪４Ａ及び車輪４Ｃよりも接地面に対して速く移動することになる。またこのとき、各車輪の向きは旋回の回転中心に対して接線方向になるようにする。このようにすると、図１９及び図２０に示すように、脚式移動ロボット装置１は、図中の矢印で示すように左回転移動を行う。
【００４９】
次に、車輪を用いた右回転移動について説明する。図２１及び図２２に示すように、左側の前脚部ユニット３Ａ、後脚部ユニット３Ｃを胴体部ユニット２からほぼ垂直に接地面に伸ばし、右側の前脚部ユニット３Ｂ、後脚部ユニット３Ｄを胴体部ユニット２から斜めに接地面に向かってやや開いて接地させる。すると、左側の前脚部ユニット３Ａ及び後脚部ユニット３Ｃの車輪４Ａ及び車輪４Ｃは、図４の（ａ）を適用して示すように略垂直に接地面に接地する。これに対して右側の前脚部ユニット３Ｂ及び後脚部ユニット３Ｄの車輪４Ｂ及び車輪４Ｄは図４の（ｂ）を準用して示すように接地位置Ｌ２で接地する。これらのことからも分かる通り、右側の前脚部ユニット３Ｂ及び後脚部ユニット３Ｄの車輪４Ｂ及び車輪４Ｄは、左側の前脚部ユニット３Ａ及び後脚部ユニット３Ｃの車輪４Ａ及び車輪４Ｃよりも回転半径が短くなる。各モータ５Ａ〜５Ｄは同じ回転数で各車輪４Ａ〜４Ｄを回しているので、回転半径の長い右側の車輪４Ａ及び車輪４Ｃが、回転半径の短い左側の車輪ＢＡ及び車輪４Ｄよりも接地面に対して速く移動することになる。またこのとき、各車輪の向きは旋回の回転中心に対して接線方向になるようにする。このようにすると、図２１及び図２２に示すように、脚式移動ロボット装置１は、図中の矢印で示すように右回転移動を行う。
【００５０】
これらの車輪を用いた左、右回転移動において、左側脚部及び右側脚部の接地位置を各連結部の自由度の範囲内で変更し、左側車輪４Ａ及び４Ｃと、右側車輪４Ｂ及び４Ｄの接地面に対する位置の差が大きくなるように変更すれば、回転半径を変更しながら、左右に回転することができる。
【００５１】
以上が、車輪移動についての説明であるが、車輪を用いての直線的な前進又は後進移動や、車輪を用いた左右への直線的な移動では、各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄを開脚しながら行うこともできる。開脚した場合、車輪４Ａ〜４Ｄの接地位置によっては、車輪の回転半径が前記図６及び図７や、図８及び図９に示したときよりも短くなることがあるので、移動速度は遅くなる。
【００５２】
また、車輪を用いたその場での旋回移動や、ある場所を回転中心とした左右回転移動や、左右回転移動は、特に車輪自体にステアリング機構を付けてはおらず、各脚部の自由度を用いたステアリング機構や、タイヤの接地位置を変化させることによるステアリング機構により、達成されている。
【００５３】
次に、ハイブリッド移動について説明する。前述したように、このハイブリッド移動は、前記歩行移動と前記車輪移動とを組み合わせたものである。ここでは、図示を省略して説明する。
【００５４】
先ず、フォワード加速移動について説明する。歩行移動により前に歩きながら、車輪を前に回転させれば、脚式移動ロボット装置１は接地面に対して加速して前進するいわゆるフォワード加速移動を行う。
【００５５】
次に、バック加速移動について説明する。前記フォワード加速移動とは逆に、歩行移動により後ろに歩きながら、車輪を後ろに回転させれば、脚式移動ロボット装置１は接地面に対して加速して後進するいわゆるバック加速移動を行う。
【００５６】
次に、後ろに歩きながら車輪を前に回転させる移動について説明する。歩行移動により後ろに歩きながら、車輪を前に回転させる。このとき、前への車輪移動の速度が後ろに歩く速度よりも速いと脚部ユニット３Ａ〜３Ｄは後ろに歩いているように動いているが実際には前に進んでいるという移動となる。
【００５７】
次に、前に歩きながら車輪を後ろに回転させる移動について説明する。歩行移動により前に歩きながら、車輪を後ろに回転させる。このとき、後ろへの車輪移動の速度が前に歩く速度よりも速いと脚部ユニット３Ａ〜３Ｄは前に歩いているように動いているが実際には後ろに進んでいるという移動となる。
【００５８】
次に、脚部ユニットは歩行しているように動いているが移動はしていないという動きについて説明する。歩行移動により前及び後ろに歩きながら車輪を歩く方向と逆に回転させ、その速度を合わせると、歩行移動は行っているように見えるが、実際には移動はしていない動きとなる。
【００５９】
さらに、まっすぐ歩行しているときに、車輪を右側または左側だけ回転させると、左旋回、または右旋回ができる。旋回歩行をしているときに、同様に片側だけ車輪を動かせば、より急激な旋回が可能である。
【００６０】
これらの歩行移動、車輪移動、さらにはハイブリッド移動を組み合わせ行うことにより、脚式移動ロボット装置１は、機動性を発揮して目的位置へ迅速に移動することができる。また、表現力を豊かに移動することができる。
【００６１】
また、車輪移動において、前後への直進移動時や、左右への直進移動時には、脚部ユニット３Ａ〜３Ｄにより、胴体部ユニット２の接地面からの高さを自由に変えることができる。これにより、さらに機動性が増す。
【００６２】
また、車輪移動において、その場で左右に回転するときにも、脚部ユニット３Ａ〜３Ｄにより、胴体部ユニット２の接地面からの高さを自由に変えることができる。
【００６３】
また、歩行移動と車輪移動を使い分けることにより、例えば平坦地においては車輪移動により高速に移動し、段差部では歩行移動により段差を乗り越えることができるので、さらに機動性を高めることができる。
【００６４】
また、前述したように、車輪移動や、ハイブリット移動においては、タイヤの接地位置を変えることにより、車輪の回転数を変えることなく、移動速度を変えることができ、各車輪の駆動コントロール部を簡易化できる。また、同様に左右のタイヤの接地位置を変えることにより、移動速度を変えることができ、左又は右旋回を可能とする。
【００６５】
また、車輪移動においては、旋回するときに生じる内輪差を歩行機構を用い車輪を持ち上げることにより解消することができる。
【００６６】
次に、図２３〜図２８を用いて脚式移動ロボット装置１のソフトウェア構成について説明する。脚式移動ロボット装置１におけるソフトウェア構成は、図２３に示すようになる。この図２３において、デバイス・ドライバ・レイヤ３０は、この前記移動制御プログラムの最下位層に位置し、複数のデバイス・ドライバからなるデバイス・ドライバ・セット３１から構成されている。この場合、各デバイス・ドライバは、ＣＭＯＳカメラ２０（図５）やタイマ等の通常のコンピュータで用いられるハードウェアに直接アクセスすることを許されたオブジェクトであり、対応するハードウェアからの割り込みを受けて処理を行う。
【００６７】
また、ロボティック・サーバ・オブジェクト３２は、デバイス・ドライバ・レイヤ３０の上位に位置し、例えば上述の各種センサやアクチュエータ２５１〜２５ｎ等のハードウェアにアクセスするためのインターフェースを提供するソフトウェア群でなるバーチャル・ロボット３３と、電源の切換えなどを管理するソフトウェア群でなるバワーマネージャ３４と、他の種々のデバイス・ドライバを管理するソフトウェア群でなるデバイス・ドライバ・マネージャ３５と、脚式移動ロボット装置１の機構を管理するソフトウェア群でなるデザインド・ロボット３６とから構成されている。
【００６８】
マネージャ・オブジェクト３７は、オブジェクト・マネージャ３８及びサービス・マネージャ３９から構成されている。オブジェクト・マネージャ３８は、ロボティック・サーバ・オブジェクト３２、ミドル・ウェア・レイヤ４０、及びアプリケーション・レイヤ４１に含まれる各ソフトウェア群の起動や終了を管理するソフトウェア群であり、サービス・マネージャ３９は、メモリカード２９（図５）に格納されたコネクションファイルに記述されている各オブジェクト間の接続情報に基づいて各オブジェクトの接続を管理するソフトウェア群である。
【００６９】
ミドル・ウェア・レイヤ４０は、ロボティック・サーバ・オブジェクト３２の上位層に位置し、画像処理や音声処理などのこのロボット装置１の基本的な機能を提供するソフトウェア群から構成されている。
【００７０】
また、アプリケーション・レイヤ４１は、ミドル・ウェア・レイヤ４０の上位層に位置し、当該ミドル・ウェア・レイヤ４０を構成する各ソフトウェア群によって処理された処理結果に基づいてロボット装置１の行動を決定するためのソフトウェア群から構成されている。
【００７１】
なお、ミドル・ウェア・レイヤ４０及びアプリケーション・レイヤ４１の具体なソフトウェア構成をそれぞれ図２４、図２５に示す。
【００７２】
ミドル・ウェア・レイヤ４０は、図２４に示すように、騒音検出用、温度検出用、明るさ検出用、音階認識用、距離検出用、姿勢検出用、タッチセンサ用、動き検出用及び色認識用の各信号処理モジュール５０〜５８並びに入力セマンティクスコンバータモジュール５９などを有する認識系６０と、出力セマンティクスコンバータモジュール６８並びに姿勢管理用、トラッキング用、モーション再生用、歩行用、転倒復帰用、ライト点灯用及び音再生用の各信号処理モジュール６１〜６７などを有する出力系６９とから構成されている。
【００７３】
認識系６０の各信号処理モジュール５０〜５８は、ロボティック・サーバ・オブジェクト３２のバーチャル・ロボット３３によりＤＲＡＭ１１１（図５）から読み出される各センサデータや画像データ及び音声データのうちの対応するデータを取り込み、当該データに基づいて所定の処理を施して、処理結果を入力セマンティクスコンバータモジュール５９に与える。ここで、例えば、バーチャル・ロボット３３は、所定の通信規約によって、信号の授受或いは変換をする部分として構成されている。
【００７４】
入力セマンティクスコンバータモジュール５９は、これら各信号処理モジュール５０〜５８から与えられる処理結果に基づいて、「うるさい」、「暑い」、「明るい」、「ボールを検出した」、「転倒を検出した」、「撫でられた」、「叩かれた」、「ドミソの音階が聞こえた」、「動く物体を検出した」又は「障害物を検出した」などの自己及び周囲の状況（内部状況及び外部状況）や、使用者からの指令及び働きかけを認識し、認識結果をアプリケーション・レイヤ４１（図２４）に出力する。
【００７５】
アプリケーション・レイヤ４ｌは、図２５に示すように、行動モデルライブラリ７０、行動切換モジュール７１、学習モジュール７２、感情モデル７３及び本能モデル７４の５つのモジュールから構成されている。
【００７６】
行動モデルライブラリ７０には、図２６に示すように、「バッテリー残量が少なくなった場合」、「転倒復帰する」、「障害物を回避する場合」、「感情を表現する場合」、「ボールを検出した場合」などの予め選択されたいくつかの条件項目にそれぞれ対応させて、それぞれ独立した行動モデル７０１〜７０ｎが設けられている。もちろん、「歩行移動する」、「車輪移動する」、「ハイブリッド移動する」という行動モデルも設けられることになる。
【００７７】
そして、これら行動モデル７０１〜７０ｎ等は、、それぞれ入力セマンティクスコンバータモジュール５９から認識結果が与えられたときや、最後の認識結果が与えられてから一定時間が経過したときなどに、必要に応じて後述のように感情モデル７３に保持されている対応する情動のパラメータ値や、本能モデル７４に保持されている対応する欲求のパラメータ値を参照しながら続く行動をそれぞれ決定し、決定結果を行動切換モジュール７１に出力する。
【００７８】
なお、この実施の形態の場合、各行動モデル７０１〜７０ｎは、次の行動を決定する手法として、図２７に示すような１つのノード（状態）ＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎから他のどのノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎに遷移するかを各ノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎに間を接続するアークＡＲＣ１〜ＡＲＣｎに対してそれぞれ設定された遷移確率Ｐ１〜Ｐｎに基づいて確率的に決定する有限確率オートマトンと呼ばれるアルゴリズムを用いる。
【００７９】
具体的に、各行動モデル７０１〜７０ｎは、それぞれ自己の行動モデル７０１〜７０ｎを形成するノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎにそれぞれ対応させて、これらノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎごとに図２８に示すような状態遷移表８０を有している。
【００８０】
この状態遷移表８０では、そのノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎにおいて遷移条件とする入力イベント（認識結果）が「入力イベント名」の列に優先順に列記され、その遷移条件についてのさらなる条件が「データ名」及び「データ範囲」の列における対応する行に記述されている。
【００８１】
したがって、図２８の状態遷移表８０で表されるノードＮＯＤＥ１００では、「ボールを検出（ＢＡＬＬ）」という認識結果が与えられた場合に、当該認識結果と共に与えられるそのボールの「大きさ（ＳＩＺＥ）」が「０から１０００」の範囲であることや、「障害物を検出（ＯＢＳＴＡＣＬＥ）」という認識結果が与えられた場合に、当該認識結果と共に与えられるその障害物までの「距離（ＤＩＳＴＡＮＣＥ）」が「０から１００」の範囲であることが他のノードに遷移するための条件となっている。
【００８２】
また、このノードＮＯＤＥ１００では、認識結果の入力がない場合においても、行動モデル７０１〜７０ｎが周期的に参照する感情モデル７３及び本能モデル７４にそれぞれ保持された各情動及び各欲求のパラメータ値のうち、感情モデル７３に保持された「喜び（ｊｏｙ）」、「驚き（ｓｕｒｐｒｉｓｅ）」若しくは「悲しみ（ＳＵＤＮＥＳＳ）」のいずれかのパラメータ値が「５０から１００」の範囲であるときには他のノードに遷移することができるようになっている。
【００８３】
また、状態遷移表８０では、「他のノードヘの遷移確率」の欄における「遷移先ノード」の行にそのノードＮＯＤＥ０〜　ＮＯＤＥｎから遷移できるノード名が列記されていると共に、「入力イベント名」、「データ値」及び「データの範囲」の列に記述された全ての条件が揃ったときに遷移できる他の各ノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎへの遷移確率が「他のノードヘの遷移確率」の欄内の対応する箇所にそれぞれ記述され、そのノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎに遷移する際に出力すべき行動が「他のノードヘの遷移確率」の欄における「出力行動」の行に記述されている。なお、「他のノードヘの遷移確率」の欄における各行の確率の和は１００［％］となっている。
【００８４】
したがって、図２８の状態遷移表８０で表されるノードＮＯＤＥ１００では、例えば「ボールを検出（ＢＡＬＬ）」し、そのボールの「ＳＩＺＥ（大きさ）」が「０から１０００」の範囲であるという認識結果が与えられた場合には、「３０［％］」の確率で「ノードＮＯＤＥ１２０（ｎｏｄｅ　１２０）」に遷移でき、そのとき「ＡＣＴＩＯＮ１」の行動が出力されることとなる。
【００８５】
各行動モデル７０１〜７０ｎは、それぞれこのような状態遷移表８０として記述されたノードＮＯＤＥ０〜　ＮＯＤＥｎがいくつも繋がるようにして構成されており、入力セマンティクスコンバータモジュール５９から認識結果が与えられたときなどに、対応するノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎの状態遷移表を利用して確率的に次の行動を決定し、決定結果を行動切換モジュール７１に出力するようになされている。
【００８６】
図２５に示す行動切換モジュール７１は、行動モデルライブラリ７０の各行動モデル７０１〜７０ｎからそれぞれ出力される行動のうち、予め定められた優先順位の高い行動モデル７０１〜７０ｎ等から出力された行動を選択し、当該行動を実行すべき旨のコマンド（以下、これを行動コマンドという。）をミドル・ウェア・レイヤ４０の出力セマンティクスコンバータモジュール６８に送出する。なお、この実施の形態においては、図２６において下側に表記された行動モデル７０１〜７０ｎほど優先順位が高く設定されている。
【００８７】
また、行動切換モジュール７１は、行動完了後に出力セマンティクスコンバータモジュール６８から与えられる行動完了情報に基づいて、その行動が完了したことを学習モジュール７２、感情モデル７３及び本能モデル７４に通知する。
【００８８】
一方、学習モジュール７２は、入力セマンティクスコンバータモジュール５９から与えられる認識結果のうち、「叩かれた」や「撫でられた」など、使用者からの働きかけとして受けた教示の認識結果を入力する。
【００８９】
そして、学習モジュール７２は、この認識結果及び行動切換モジュール７１からの通知に基づいて、「叩かれた（叱られた）」ときにはその行動の発現確率を低下させ、「撫でられた（誉められた）」ときにはその行動の発現確率を上昇させるように、行動モデルライブラリ７０における対応する行動モデル７０１〜７０ｎの対応する遷移確率を変更する。
【００９０】
他方、感情モデル７３は、「喜び（ｊｏｙ）」、「悲しみ（ｓａｄｎｅｓｓ）」、「怒り（ａｎｇｅｒ）」、「驚き（ｓｕｒｐｒｉｓｅ）」、「嫌悪（ｄｉｓｇｕｓｔ）」及び「恐れ（ｆｅａｒ）」の合計６つの情動について、各情動ごとにその情動の強さを表すパラメータを保持している。そして、感情モデル７３は、これら各情動のパラメータ値を、それぞれ入力セマンティクスコンバータモジュール５９から与えられる「叩かれた」及び「撫でられた」などの特定の認識結果と、経過時間及び行動切換モジュール７１からの通知などに基づいて周期的に更新する。
【００９１】
具体的には、感情モデル７３は、入力セマンティクスコンバータモジュール５９から与えられる認識結果と、そのときのロボット装置１の行動と、前回更新してからの経過時間などに基づいて所定の演算式により算出されるそのときのその情動の変動量を△Ｅ［ｔ］、現在のその情動のパラメータ値をＥ［ｔ］、その情動の感度を表す係数をｋｅとして、（１）式によって次の周期におけるその情動のパラメータ値Ｅ［ｔ＋１］を算出し、これを現在のその情動のパラメータ値Ｅ［ｔ］と置き換えるようにしてその情動のパラメータ値を更新する。また、感情モデル７３は、これと同様にして全ての情動のパラメータ値を更新する。
【００９２】
【数１】
2004034169.tif 000003
【００９３】
なお、各認識結果や出力セマンティクスコンバータモジュール６８からの通知が各情動のパラメータ値の変動量△Ｅ［ｔ］にどの程度の影響を与えるかは予め決められており、例えば「叩かれた」といった認識結果は「怒り」の情動のパラメータ値の変動量△Ｅ［ｔ］に大きな影響を与え、「撫でられた」といった認識結果は「喜び」の情動のパラメータ値の変動量△Ｅ［ｔ］に大きな影響を与えるようになっている。
【００９４】
ここで、出力セマンティクスコンバータモジュール６８からの通知とは、いわゆる行動のフィードバック情報（行動完了情報）であり、行動の出現結果の情報であり、感情モデル７３は、このような情報によっても感情を変化させる。これは、例えば、「吠える」といった行動により怒りの感情レベルが下がるといったようなことである。なお、出力セマンティクスコンバータモジュール６８からの通知は、上述した学習モジュール７２にも入力されており、学習モジュール７２は、その通知に基づいて行動モデル７０１〜７０ｎの対応する遷移確率を変更する。
【００９５】
なお、行動結果のフィードバックは、行動切換モジュレータ７１の出力（感情が付加された行動）によりなされるものであってもよい。
【００９６】
一方、本能モデル７４は、「運動欲（ｅｘｅｒｃｉｓｅ）」、「愛情欲（ａｆｆｅｃｔｉｏｎ）」、「食欲（ａｐｐｅｔｉｔｅ）」及び「好奇心（ｃｕｒｉｏｓｉｔｙ）」の互いに独立した４つの欲求について、これら欲求ごとにその欲求の強さを表すパラメータを保持している。そして、本能モデル７４は、これらの欲求のパラメータ値を、それぞれ入力セマンティクスコンバータモジュール５９から与えられる認識結果や、経過時間及び行動切換モジュール７１からの通知などに基づいて周期的に更新する。
【００９７】
具体的には、本能モデル７４は、「運動欲」、「愛情欲」及び「好奇心」については、認識結果、経過時間及び出力セマンティクスコンバータモジュール６８からの通知などに基づいて所定の演算式により算出されるそのときのその欲求の変動量をΔＩ［ｋ］、現在のその欲求のパラメータ値をＩ［ｋ］、その欲求の感度を表す係数ｋｉとして、所定周期で（２）式を用いて次の周期におけるその欲求のパラメータ値Ｉ［ｋ＋１］を算出し、この演算結果を現在のその欲求のパラメータ値Ｉ［ｋ］と置き換えるようにしてその欲求のパラメータ値を更新する。また、本能モデル７４は、これと同様にして「食欲」を除く各欲求のパラメータ値を更新する。
【００９８】
【数２】
2004034169.tif 000004
【００９９】
なお、認識結果及び出力セマンティクスコンバータモジュール６８からの通知などが各欲求のパラメータ値の変動量△Ｉ［ｋ］にどの程度の影響を与えるかは予め決められており、例えば出力セマンティクスコンバータモジュール６８からの通知は、「疲れ」のパラメータ値の変動量△Ｉ［ｋ］に大きな影響を与えるようになっている。
【０１００】
なお、このロボット装置１においては、各情動及び各欲求（本能）のパラメータ値がそれぞれ０から１００までの範囲で変動するように規制されており、また係数ｋｅ、ｋｉの値も各情動及び各欲求ごとに個別に設定されている。
【０１０１】
一方、ミドル・ウェア・レイヤ４０の出力セマンティクスコンバータモジュール６８は、図２４に示すように、上述のようにしてアプリケーション・レイヤ４１の行動切換モジュール７１から与えられる「前進」、「喜ぶ」、「鳴く」又は「トラッキング（ボールを追いかける）」といった抽象的な行動コマンドを出力系６９の対応する信号処理モジュール６１〜６７に与える。
【０１０２】
そしてこれら信号処理モジュール６１〜６７は、行動コマンドが与えられると当該行動コマンドに基づいて、その行動を行うために対応するアクチュエータ２５１〜２５ｎ（図５）に与えるべきサーボ指令値や、スピーカ２４（図５）から出力する音の音声データ及び又は「目」のＬＥＤに与える駆動データを生成し、これらのデータをロボティック・サーバ・オブジェクト３２のバーチャル・ロボット３３及び信号処理回路１４（図５）を順次介して対応するアクチュエータ２５１〜２５ｎ又はスピーカ２４又はＬＥＤに順次送出する。
【０１０３】
以上に説明した、ミドル・ウェア・レイヤ４０と、アプリケーション・レイヤ４１と、バーチャルロボット３３により、本発明の実施の形態の脚式移動ロボット装置１が実行する移動制御プログラムが構築される。
【０１０４】
ミドル・ウェア・レイヤ４０内の認識系６０の騒音検出用、温度検出用、明るさ検出用、音階認識用、距離検出用、姿勢検出用、タッチセンサ用、動き検出用及び色認識用の各信号処理モジュール５０〜５８は、処理結果を入力セマンティクスコンバータモジュール５９に与える。
【０１０５】
入力セマンティクスコンバータモジュール５９は、これら各信号処理モジュール５０〜５８から与えられる処理結果に基づいて、「うるさい」、「暑い」、「明るい」、「ボールを検出した」、「転倒を検出した」、「撫でられた」、「叩かれた」、「ドミソの音階が聞こえた」、「動く物体を検出した」又は「障害物を検出した」などの自己及び周囲の状況（内部状況及び外部状況）や、使用者からの指令及び働きかけを認識し、認識結果をアプリケーション・レイヤ４１（図２４）に出力する。
【０１０６】
行動モデルライブラリ７０は、入力セマンティクスコンバータモジュール５９から認識結果が与えられたときに、必要に応じて感情モデル７３に保持されている対応する情動のパラメータ値や、本能モデル７４に保持されている対応する欲求のパラメータ値を参照しながら続く行動をそれぞれ決定し、決定結果を行動切換モジュール７１に出力する。具体的に、各行動モデル７０１〜７０ｎは、入力セマンティクスコンバータモジュール５９から認識結果が与えられたときなどに、対応するノードＮＯＤＥ０〜ＮＯＤＥｎの状態遷移表を利用して確率的に次の行動を決定し、決定結果を行動切換モジュール７１に出力する。
【０１０７】
行動切換モジュール７１は、行動モデルライブラリ７０の各行動モデル７０１〜７０ｎからそれぞれ出力される行動のうち、予め定められた優先順位の高い行動モデル７０１〜７０ｎから出力された行動を選択し、当該行動を実行すべき旨のコマンド（行動コマンド又は動作・表現実行指定）をミドル・ウェア・レイヤ４０の出力セマンティクスコンバータモジュール６８に送出する。
【０１０８】
出力セマンティクスコンバータモジュール６８は、行動制御システム１００の動作・表現実行管理部１０３に相当する。アプリケーション・レイヤ４１の行動切換モジュール７１から与えられる「前進」、「喜ぶ」、「鳴く」又は「トラッキング（ボールを追いかける）」といった前記動作・表現実行指令を、前記制御指令に分解して出力系６９の対応する信号処理モジュール６１〜６７に与える。
【０１０９】
これら信号処理モジュール６１〜６７は、前記動作・表現実行指令から分解された制御指令に基づいて、その行動を行うために対応するアクチュエータ２５１〜２５ｎ（図５）に与えるべきサーボ指令値や、スピーカ２４（図５）から出力する音の音声データ及び又は「目」のＬＥＤに与える駆動データを生成し、これらのデータをロボティック・サーバ・オブジェクト３２のバーチャル・ロボット３３及び信号処理回路１４（図５）を順次介して対応するアクチュエータ２５１〜２５ｎ又はスピーカ２４又はＬＥＤに順次送出する。
【０１１０】
次に、本発明が適用できるいくつかの他の実施の形態について説明する。
【０１１１】
先ず、第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態は、図２９に示す脚式移動ロボット装置２２０である。バッテリーから電力の供給を受けたサーボモータにより駆動される４本の脚部を自在に駆動しての歩行移動と、それら４本の脚部に備えられた４つの車輪による車輪移動と、さらに歩行移動と車輪移動を組み合わせたハイブリッド移動を行う。
【０１１２】
４本の脚部ユニット、すなわち左前脚部ユニット、右前脚部ユニット、左後脚部ユニット、左後脚部ユニットは、胴体部に対して連結部２２１Ａ、２２１Ｂ、２２１Ｃ、２２１Ｄで連結している。そして、前記４本の脚部ユニットは、連結部２２１Ａ、２２１Ｂ、２２１Ｃ、２２１Ｄにより、胴体部の長手方向に前後する自由度を有している。また、各脚部ユニットはその上部と下部とを、連結部２２２Ａ、２２２Ｂ、２２２Ｃ、２２２Ｄにより連結している。この連結部２２２Ａ、２２２Ｂ、２２２Ｃ、２２２Ｄは、胴体部を接地面に対して上下することのできる自由度を有している。また、前記４本の脚部ユニットの接地面側先端には車輪２２４Ａ、２２４Ｂ、２２４Ｃ、２２４Ｄが取りつけられている。これら、車輪２２４Ａ、２２４Ｂ、２２４Ｃ、２２４Ｄは、プラスチック材でも、ゴム材等でもよく、特に材料は問わない。各車輪２２４Ａ，２２４Ｂ，２２４Ｃ，２２４Ｄは、回転駆動手段である４つのモータの回転駆動力をそれぞれ受け取り、それぞれ回転する。さらに、各脚部ユニットにおいて、連結部２２２Ａ〜２２２Ｄと車輪２２４Ａ〜２２４Ｄとの間には、図示した矢印Ｌ（左回り）、Ｒ（右回り）方向に、サーボモータであるアクチュエータによって回転される回転部２２３Ａ〜２２３Ｄが備えられている。
【０１１３】
この脚式移動ロボット装置２２０は、連結部２２１Ａ〜２２１Ｄをアクチュエータによって駆動することによって歩行移動を行うことができる。また、車輪２２４Ａ〜２２４Ｄを各モータにより回転駆動することによって車輪移動を行うことができる。この車輪移動の最中、連結部２２２Ａ〜２２２Ｄにより、胴体部を接地面に対して上下することができる。また、回転部２２３Ａ〜２２３Ｄを、各車輪２２４Ａ〜２２４Ｄのステアリング機構として使うことができる。
【０１１４】
したがって、この脚式移動ロボット装置２２０によれば、歩行移動はもちろん、前後方向、左右方向への直線移動や、その場での旋回、左右回転移動も可能である。
【０１１５】
さらに、車輪移動に際しては、連結部２２２Ａ〜２２２Ｄにより、胴体部を接地面に対して上下することができるので、胴体部の高さに障害物を発見したときは胴体部を持ち上げて障害物を跨ぐことができる。また、連結部２２２Ａ〜２２２Ｄをアクティブサスペンションとして働かせ、路面に凹凸があってもその高さの違いを吸収し、ロボット装置本体の姿勢を水平に保つことが可能となる。斜面を移動するときには、胴体部を水平面に対して平行に保って移動することができる。
【０１１６】
また、この脚式移動ロボット装置２２０にあっても、歩行移動と車輪移動とを組み合わせることにより、前述したような、フォワード加速移動、バック加速移動、後ろに歩きながら車輪を前に回転させる移動、前に歩きながら車輪を後ろに回転させる移動、脚部ユニットは歩行しているように動いているが移動はしていないというようなハイブリッド移動も可能である。
【０１１７】
次に、第３の実施の形態について説明する。この第３の実施の形態は、図３０に示す脚式移動ロボット装置２２５である。バッテリーから電力の供給を受けたモータによって駆動される、４本の脚部に備えられた４つの車輪による車輪移動を行うことができる。この車輪移動の際には、脚部ユニットの動きと車輪移動を組み合わせたユニークな動きをすることができる。
【０１１８】
４本の脚部ユニット、すなわち左前脚部ユニット、右前脚部ユニット、左後脚部ユニット、左後脚部ユニットは、接地面に対して逆Ｌ字型に形成されている。これらの４本の脚部ユニットは、胴体部に対して連結部２２６Ａ、２２６Ｂ、２２６Ｃ、２２６Ｄで連結している。そして、前記４本の脚部ユニットは、連結部２２６Ａ、２２６Ｂ、２２６Ｃ、２２６Ｄにより、胴体部を接地面に対して上下に位置させることができる。また、前記４本の脚部ユニットの接地面側先端には車輪２２８Ａ、２２８Ｂ、２２８Ｃ、２２８Ｄが取りつけられている。これら、車輪２２８Ａ、２２８Ｂ、２２８Ｃ、２２８Ｄは、プラスチック材でも、ゴム材等でもよく、特に材料は問わない。各車輪２２８Ａ，２２８Ｂ，２２８Ｃ，２２８Ｄは、回転駆動手段である４つのモータの回転駆動力をそれぞれ受け取り、それぞれ回転する。さらに、各脚部ユニットにおいて、車輪２２８Ａ〜２２８Ｄの上には、図示した矢印Ｌ（左回り）、Ｒ（右回り）方向に、サーボモータであるアクチュエータによって回転される回転部２２７Ａ〜２２７Ｄが備えられている。
【０１１９】
この脚式移動ロボット装置２２５は、車輪２２８Ａ〜２２８Ｄを各モータにより回転駆動することによって車輪移動を行うことができる。この車輪移動の最中、連結部２２６Ａ〜２２６Ｄにより、胴体部を接地面に対して上下することができる。また、回転部２２７Ａ〜２２７Ｄを、各車輪２２８Ａ〜２２８Ｄのステアリング機構として使うことができる。
【０１２０】
したがって、この脚式移動ロボット装置２２５によれば、前後方向、左右方向への直線移動や、その場での旋回、左右回転移動も可能である。
【０１２１】
さらに、車輪移動に際しては、連結部２２６Ａ〜２２６Ｄにより、胴体部を接地面に対して上下することができるので、胴体部の高さに障害物を発見したときは胴体部を持ち上げて障害物を跨ぐことができる。また、連結部２２６Ａ〜２２６Ｄをアクティブサスペンションとして働かせ、路面に凹凸があってもその高さの違いを吸収し、ロボット装置本体の姿勢を水平に保つことが可能となる。斜面を移動するときには、胴体部を水平面に対して平行に保って移動することができる。
【０１２２】
次に、第４の実施の形態について説明する。この第４の実施の形態は、図３１の（ａ）に示す脚式移動ロボット装置２３０である。
【０１２３】
この脚式移動ロボット装置２３０は、バッテリーから電力の供給を受けたサーボモータによって駆動される４本の脚部を自在に駆動しての歩行移動と、前記４本の脚部の内の後ろ側の２本の脚部に備えられた二つの駆動輪と，前側の２本の脚部に備えられた二つの従動輪とによる車輪移動と、さらに歩行移動と車輪移動を組み合わせたハイブリッド移動を行う。
【０１２４】
４本の脚部ユニット、すなわち左前脚部ユニット、右前脚部ユニット、左後脚部ユニット、左後脚部ユニットは、胴体部に対して連結部２３１Ａ、２３１Ｂ、２３１Ｃ、２３１Ｄで連結している。また、各脚部ユニットは、上部と下部とをアクチュエータによって駆動される連結部２３３Ａ、２３３Ｂ、２３３Ｃ、２３３Ｄによって連結している。したがって、これらの連結部２３１Ａ〜２３１Ｄ、２３３Ａ〜２３３Ｄを用いることにより、脚式移動ロボット装置２３０は歩行移動を行うことができる。
【０１２５】
また、４本の脚部ユニットの接地面側先端には、車輪２３４Ａ〜２３４Ｄが取りつけられている。この内、後ろ側の左脚部ユニットと右脚部ユニットに取付けられている車輪２３４Ｃと２３４Ｄは、図示しないそれぞれ近傍に取りつけられたモータからの駆動力によって回転駆動される駆動輪となる。前側の左脚部ユニットと右脚部ユニットに取付けられている車輪２３４Ａと２３４Ｂは従動輪となる。さらに前側の左脚部ユニットと右脚部ユニットの連結部２３１Ａ、２３１Ｂと、連結部２３３Ａと２３３Ｂとの間には、前記従動輪２３４Ａと２３４Ｂを図中の矢印Ｌ、Ｒ方向に回転させるためのステアリング機構である回転部２３２Ａ、２３２Ｂが設けられている。
【０１２６】
したがって、４つの脚部ユニットが接地状態にあれば、後ろの左右の脚部ユニットの先端に取りつけられた駆動輪２３４Ｃ、２３４Ｄによる駆動にて、前進、後進の直線移動が可能となる。また、回転部２３２Ａ、２３２Ｂのステアリング機構により前の左右脚部ユニットの下部が進む方向に向けられるので、脚式移動ロボット装置２３０は例えば左又は右方向への回転、旋回が可能となる。
【０１２７】
さらに、この脚式移動ロボット装置２３０は、尻尾の先にも従動輪となる車輪３５が取りつけられているので、後ろの左右脚部ユニットにて立ち上がったときには、図３１の（ｂ）に示すように、車輪３５が従動輪となったいわゆるお座り状態での車輪移動が可能となる。
【０１２８】
もちろん、この脚式移動ロボット装置２３０においても、歩行移動と車輪移動とを組み合わせることにより、前述したような、フォワード加速移動、バック加速移動、後ろに歩きながら車輪を前に回転させる移動、前に歩きながら車輪を後ろに回転させる移動、脚部ユニットは歩行しているように動いているが移動はしていないというようなハイブリッド移動も可能である。
【０１２９】
次に、第５の実施の形態について説明する。この第５の実施の形態は、図３２に示す脚式移動ロボット装置２４０である。
【０１３０】
この脚式移動ロボット装置２４０は、バッテリーから電力の供給を受けたサーボモータによって駆動される４本の脚部を自在に駆動しての歩行移動と、前記４本の脚部の内の後ろ側の２本の脚部に備えられた二つの駆動輪と，前側の２本の脚部に備えられた二つの従動輪とによる車輪移動を行う。
【０１３１】
ただし、この脚式移動ロボット装置４０は、前記二つの駆動輪２４４Ｃ、２４４Ｄと二つの従動輪２４４Ａ、２４４Ｂとをこれまでに説明した実施の形態のように接地側先端に取りつけているのでなく、４つの脚部ユニットの上部と下部とを連結している連結部２４３Ａ〜２４３Ｄの直ぐ下に取りつけている。
【０１３２】
以下、詳細に説明する。４本の脚部ユニット、すなわち左前脚部ユニット、右前脚部ユニット、左後脚部ユニット、左後脚部ユニットは、胴体部に対して２自由度を持つ連結部２４１Ａ、２４１Ｂ、２４１Ｃ、２４１Ｄで連結している。また、各脚部ユニットは、上部と下部とを１自由度を持つ連結部２４３Ａ、２４３Ｂ、２４３Ｃ、２４３Ｄによって連結している。したがって、これらの連結部２４１Ａ〜２４１Ｄ、２４３Ａ〜２４３Ｄを用いることにより、脚式移動ロボット装置２４０は自由度３を有する歩行移動を行うことができる。
【０１３３】
また、４本の脚部ユニットの上部と下部との連結部２４３Ａ〜２４３Ｄの近傍には、車輪２４４Ａ〜２４４Ｄが取りつけられている。この内、後ろ側の左脚部ユニットと右脚部ユニットに取付けられている車輪２４４Ｃと２４４Ｄは、図示しないそれぞれ近傍に取りつけられたモータからの駆動力によって回転駆動される駆動輪となる。前側の左脚部ユニットと右脚部ユニットに取付けられている車輪２４４Ａと２４４Ｂは従動輪となる。
【０１３４】
したがって、脚式移動ロボット装置２４０は、足先を用いた歩行移動と、脚部を曲げた状態での車輪移動ができる。特に、この脚式移動ロボット装置２４０は、足先に車輪を付けていないので、その足先にセンサや、ハンドリング機構を配置することができる。
【０１３５】
なお、これまで説明した第１の実施の形態から第５の実施の形態までの各脚式移動ロボット装置においては、駆動輪となる車輪は、近傍に取りつけられたモータによって他の車輪と同じ回転数にて回転駆動するだけでさまざまな移動が可能となっている。つまり、前述したコントロール部による各モータ毎の回転数の制御は行わなくてもよい。
【０１３６】
もちろん、各車輪の回転数を、例えばエンコーダや、タコジェネレータなどで測定しながら、各モータ毎に回転駆動力を制御することにより、より細やかな車輪移動のための制御を行うことも可能である。
【０１３７】
また、前記各実施の形態は、全て４足移動ロボット装置であったが、本発明は２足歩行ロボット装置に適用されてもよい。
【０１３８】
また、前記移動制御プログラムは、脚式移動ロボット装置１等の外部状況や、内部状況、あるいはユーザによるコマンドに応じて自律的に実行されるという内容の説明を行ったが、もちろん、オペレータによる遠隔操作にて実行されてもよい。
【０１３９】
また、自律的に実行するときには、接地面の状態を判断して一番適切な移動を行う。
【０１４０】
また、被写体に近づきながらカメラによる撮影が指示されたときには、胴体部ユニットや、頭部ユニットが縦、横にぶれたりすることがない、車輪移動を自律的に判断することも可能である。
【０１４１】
また、斜面を移動するときにも、前記サスペンション機構を適用して、胴体部を水平に保つように移動を制御することも可能である。
【０１４２】
また、前記各実施の形態では、自由度は３又は２として説明したが、連結部の多いロボット装置であれば、さらに自由度が多くなるので、本発明を適用することにより、さらに機動性を向上し、表現力を高めることができる。
【０１４３】
【発明の効果】
本発明に係る脚式移動ロボット装置は、複数の自由度の範囲内で少なくとも二つの脚部を動かし、また左右一対の車輪を二つの駆動手段に駆動させるので、少なくとも二つの脚部による歩行移動と、少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪による車輪移動と、歩行移動と車輪移動とのハイブリッド移動とを行うことができるので、方向転換や、直進／並進移動するときの機動性を高め、かつ段差乗り越えを可能とし、さらに表現力を高めることができる。
【０１４４】
本発明に係る脚式移動ロボット装置の移動制御方法は、複数の自由度の範囲内で少なくとも二つの脚部を動かし、また左右一対の車輪を二つの駆動手段に駆動させるので、少なくとも二つの脚部による歩行移動と、少なくとも二つの脚部にそれぞれ取りつけられる車輪による車輪移動と、歩行移動と車輪移動とのハイブリッド移動とを行うことができるので、方向転換や、直進／並進移動するときの機動性を高め、かつ段差乗り越えを可能とし、さらに表現力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の脚式移動ロボット装置の外観斜視図である。
【図２】第１の実施の形態の脚式移動ロボット装置の要部を露出した外観斜視図である。
【図３】第１の実施の形態の脚式移動ロボット装置の要部の拡大分解図である。
【図４】車輪の形状を説明するための図である。
【図５】脚式移動ロボット装置の回路構成を示すブロック図である。
【図６】脚式移動ロボット装置の直線的な前進又は後進移動を説明するための斜視図である。
【図７】脚式移動ロボット装置の直線的な前進又は後進移動を説明するための平面図である。
【図８】脚式移動ロボット装置の左右への直線的移動を説明するための平面図である。
【図９】脚式移動ロボット装置の左右への直線的移動を説明するための斜視図である。
【図１０】脚式移動ロボット装置のその場での旋回移動を説明するための斜視図である。
【図１１】脚式移動ロボット装置のその場での旋回移動を説明するための側面図である。
【図１２】脚式移動ロボット装置のその場での旋回移動を説明するための平面図である。
【図１３】脚式移動ロボット装置のある点を中心とした左回転移動を説明するための斜視図である。
【図１４】脚式移動ロボット装置のある点を中心とした左回転移動を説明するための背面図である。
【図１５】脚式移動ロボット装置のある点を中心とした左回転移動を説明するための平面図である。
【図１６】脚式移動ロボット装置のある点を中心とした右回転移動を説明するための斜視図である。
【図１７】脚式移動ロボット装置のある点を中心とした右回転移動を説明するための背面図である。
【図１８】脚式移動ロボット装置のある点を中心とした右回転移動を説明するための平面図である。
【図１９】脚式移動ロボット装置の左回転移動を説明するための斜視図である。
【図２０】脚式移動ロボット装置の左回転移動を説明するための平面図である。
【図２１】脚式移動ロボット装置の右回転移動を説明するための斜視図である。
【図２２】脚式移動ロボット装置の右回転移動を説明するための平面図である。
【図２３】脚式移動ロボット装置のソフトウェア構成を示すブロック図である。
【図２４】脚式移動ロボット装置のソフトウェア構成におけるミドル・ウェア・レイヤの構成を示すブロック図である。
【図２５】脚式移動ロボット装置のソフトウェア構成におけるアプリケーション・レイヤの構成を示すブロック図である。
【図２６】同アプリケーション・レイヤの行動モデルライブラリの構成を示すブロック図である。
【図２７】脚式移動ロボット装置の行動決定のための情報となる有限確率オートマトンを説明するために使用した図である。
【図２８】有限確率オートマトンの各ノードに用意された状態遷移表を示す図である。
【図２９】本発明の第２の実施の形態の脚式移動ロボット装置の概略図である。
【図３０】本発明の第３の実施の形態の脚式移動ロボット装置の概略図である。
【図３１】本発明の第４の実施の形態の脚式移動ロボット装置の概略図である。
【図３２】本発明の第５の実施の形態の脚式移動ロボット装置の概略図である。
【図３３】従来の４足移動ロボット装置の斜視図である。
【図３４】従来の車輪型移動装置の斜視図である。
【符号の説明】
１　脚式移動ロボット装置、２　胴体部、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ　脚部ユニット、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ　車輪、５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ　モータ、９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ　連結部（肘関節に相当）、１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ　連結部（肩、股関節に相当）
【図１】
2004034169.tif 000005
【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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【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３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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