(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の右脚部および第１の左脚部が連結された第１の下半身胴体部と、
前記下半身胴体部に連結され、前記下半身胴体部に対してYaw軸回転およびPitch軸回転が可能であり、右腕部および左腕部が連結された上半身胴体部と
を備えた歩行ロボットへの着脱が可能な歩行ロボット用付加装置であって、
前記第１の下半身胴体部の背面に着脱が可能な延長部材と、
前記第１の下半身胴体部と同じ構造を有し、前記延長部材の先端に連結され、第２の右脚部および第２の左脚部が連結された第２の下半身胴体部と
を備え、
前記第１の下半身胴体部の内部には第１のバッテリーパックが固定され、前記第２の下半身胴体部の内部には第２のバッテリーパックが固定されており、
前記延長部材は前記第１のバッテリーパックと前記第２のバッテリーパックに固定されることを特徴とする歩行ロボット用付加装置。
【請求項２】
前記延長部材の一端は、第１の着脱部を備え、
前記延長部材の他端は、第２の着脱部を備え、
前記第１の着脱部が前記第１のバッテリーパックにボルトによって固定され、
前記第２の着脱部が前記第２のバッテリーパックにボルトによって固定されることを特徴とする請求項１に記載の歩行ロボット用付加装置。
【請求項３】
前記第１のバッテリーパックは、前記第１の下半身胴体部の外装カバーを固定するための第１の雌ネジ部を備え、
前記第２のバッテリーパックは、前記第２の下半身胴体部の外装カバーを固定するための第２の雌ネジ部を備え、
前記第１の雌ネジ部を利用して前記第１の着脱部の前記第１のバッテリーパックへのボルトによる固定が行われ、
前記第２の雌ネジ部を利用して前記第２の着脱部の前記第２のバッテリーパックへのボルトによる固定が行われることを特徴とする請求項２に記載の歩行ロボット用付加装置。
【請求項４】
前記延長部材に荷台を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の歩行ロボット用付加装置。
【請求項５】
前記延長部材に機器搭載用の搭載部を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の歩行ロボット用付加装置。
【請求項６】
前記第２の右脚部および第２の左脚部の動作は、前記第１の下半身胴体部から送られてくる制御信号によって制御されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の歩行ロボット用付加装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２足歩行型の歩行ロボットに取り付ける付加装置に係り、特に人型ロボットが備える２足に加えて、補助足や補助輪を着脱可能とし、必要に応じて姿勢の安定性を高めることができる構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ロボットの発達はめざましく、特に人型ロボットに代表される対人親和性を考慮した移動ロボットは、実用化の域に到達しつつある。人型ロボットは、人間と同様の立ち振る舞いが可能であるので、人間と協調しての各種の作業、人間が操作することを想定して作られた機器の操作（例えば重機の操作）、災害支援活動、介護等に利用されることが期待されている。
【０００３】
人型ロボットにおける２足歩行や２足による姿勢の維持は、複雑な制御が必要であり、ＣＰＵやサーボモータに大きな負担を与える。人型ロボットが２足で自立した状態を維持する場合、見た目に動きはなくても、脚部各関節のサーボモータは動作しており、微妙な姿勢制御を絶えず動的に繰り返すことで、姿勢が維持されている。このような制御において、制御系のＣＰＵは、常に演算を繰り返し、また脚部各関節のサーボモータにおいては絶えず電力が消費される。このため、姿勢を維持するだけであっても大きな電力を消費する。また、姿勢を維持するだけであっても、脚部各部の関節を駆動するサーボモータに負荷が加わるので、サーボモータの信頼性や寿命に悪影響を与えることにもなる。
【０００４】
また実用性の観点から、人型ロボットは、自身に搭載したバッテリーを電力源として稼働しなければならず、稼働時間を延ばすために低消費電力化を追求することは重要である。また、２足で自立するための姿勢制御にＣＰＵの演算能力の多くが費やされると、手先を利用した作業の制御やその他の制御（例えば、撮像画像の解析結果を反映した動作）の応答性に悪影響が及ぶ場合がある。具体的には、手先の動きの反応が遅くなったり、撮像画像に基づいた動きの反応が遅くなったりする不都合が発生する。複数のＣＰＵや高速動作のＣＰＵを用いることにより、この問題に対応することは可能であるが、それは高消費電力化、高コスト化、ハードウェアおよびソフトウェアの複雑化および大規模化を招くので好ましくない。
【０００５】
特許文献１に記載されているような４足歩行型とすれば、安定性が向上するので、上述した２足歩行型の姿勢制御における高電力消費およびＣＰＵへの高負荷を緩和することが可能である。しかしながら、４足歩行型では、人間と同様な手を利用しての作業を行うことができる優位性が失われる。なお、引用文献１には、４足歩行型のペット型ロボットに２足で立ち上がることができるモードを与えた構成が記載されているが、これは犬のような四肢をもった動物が２足で立ち上がる状態を模した動きであり、２足歩行型の人型ロボットとしての機能が得られる訳ではない。
【０００６】
また、特許文献２には、２足歩行型の移動ロボットの各構成装置をモジュール化し、人型ロボットを構成する装置の汎用性を高めることを目的とした発明が記載されている。しかしながら、２足歩行ロボットの優位性を生かしながら、上述したような問題に対処する点に関しては何ら記載されていない。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−６６３８１号（要約書）
【特許文献２】特開２００５−１６１４４７号（要約書）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した問題があるにしても、２足歩行可能な人型ロボットは、段差や階段、あるいは足場の悪い場所における移動が可能であり、また人間と同様な動きを行えるという優位性がある。そこで、本発明は、上述した２足歩行型の人型ロボットが２足で立った状態を維持するために必要なＣＰＵやモータへの高負荷状態を解消することができ、同時に２足歩行型の人型ロボットの優位性も生かすことができるような技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、第１の右脚部および第１の左脚部が連結された第１の下半身胴体部と、前記下半身胴体部に連結され、前記下半身胴体部に対してYaw軸回転およびPitch軸回転が可能であり、右腕部および左腕部が連結された上半身胴体部とを備えた歩行ロボットへの着脱が可能な歩行ロボット用付加装置であって、前記第１の下半身胴体部の背面に着脱が可能な延長部材と、前記第１の下半身胴体部と同じ構造を有し、前記延長部材の先端に連結され、第２の右脚部および第２の左脚部が連結された第２の下半身胴体部とを備え、前記第１の下半身胴体部の内部には第１のバッテリーパックが固定され、前記第２の下半身胴体部の内部には第２のバッテリーパックが固定されており、前記延長部材は前記第１のバッテリーパックと前記第２のバッテリーパックに固定されることを特徴とする歩行ロボット用付加装置である。
【００１０】
２足歩行型の歩行ロボットとしては、人間の腰部分に相当する下半身胴体部と、この下半身胴体部に備えた２本の脚部とを備え、２本足で歩行動作が可能な構成を挙げることができる。この構造においては、人間でいう上半身に相当する部分は必ずしも必要ではなく、人間の上半身に相当する部分に、任意の機能を持った構成を備えることができる。また、２足歩行型の歩行ロボットとしては、人間の腰部分に相当する下半身胴体部と、人間の胸郭に相当する上半身胴体部に備えた人型ロボットを挙げることができる。この人型ロボットは、２本の手を備え、人間の身体能力に模した機能を備えている。
【００１１】
本発明においては、補助脚部を装着することで、２足で姿勢を維持する必要がなくなり、姿勢制御のための演算を行うＣＰＵや脚部のサーボモータへの負担を軽減することができる。このため、低消費電力化が実現される。また、サーボモータへの負担が減るので、サーボモータの信頼性を高め、その寿命を延ばすことができる。さらに、制御系ＣＰＵへの負荷を低減することができるので、制御系ＣＰＵの能力を姿勢維持以外の制御に発揮させ易い状態で稼働させることができる。すなわち、２足歩行状態においては、２足による姿勢維持のための演算にＣＰＵの機能を割かなければならず、そのために人型ロボットの場合における手先の細かい制御や画像認識処理等にＣＰＵの機能を十分に振り分けることがでない場合があった。しかしながら、本発明によれば、姿勢維持のためのＣＰＵへの負荷を大きく低減することができるので、ＣＰＵの機能を姿勢維持以外の処理や動作に優先的に振り分けることができる。このため、限られたハードウェア資源を利用して、ＣＰＵへの負荷が大きくなる細かい作業や画像処理機能を利用した作業等を効率よく実行することができる。
【００１２】
また、本発明の歩行ロボット用付加装置は、歩行ロボットへの着脱が自在である。このため、２足歩行機能が有効となる段差がある場所や足場が悪い場所での稼働においては、歩行ロボット用付加装置を外して、２足歩行型の移動ロボットとして稼働させ、２足＋補助脚でよい状況では歩行ロボット用付加装置を装着した形態で稼働させることができる。また、人型ロボットの場合、重機の運転といった人型ロボットでなければできない状況においては、歩行ロボット用付加装置を外して、２足歩行型の形態で稼働させ、２足＋補助脚でよい状況においては、歩行ロボット用付加装置を装着した形態で稼働させることができる。また、歩行ロボット用付加装置は、母体である歩行ロボットに対して着脱自在であるので、上述した形態を作業環境や作業内容に合わせて適宜選択することが可能となる。つまり、現場において、作業内容に対応させて、２足歩行の態様または２足＋補助脚の態様を適宜選択することができる。
【００１３】
本発明の歩行ロボットは、下半身胴体部を備え、着脱可能手段は、前記下半身胴体部に着脱可能である構成とすることは好ましい。この態様によれば、歩行ロボットは少なくとも人間の腰部分に相当する下半身胴体部を備えていればよい。この下半身胴体部に少なくとも一つの脚部が連結される。勿論、この下半身胴体部に左右の２足を連結した構造とすることもできる。この態様のバリエーションとしては、人間でいう上半身の代わりに下半身胴体部に各種の構造を配置した例を挙げることができる。具体的には、下半身胴体部上に荷台を配置し、荷物の運搬機能を有した２足歩行ロボット、あるいは下半身胴体部上に視覚装置や各種センサを配置した２足歩行型の警備ロボットといった例を挙げることができる。
【００１４】
本発明において、歩行ロボットは、下半身胴体部と上半身胴体部とを備えた人型ロボットであり、着脱可能手段は、下半身胴体部に着脱可能とされる構造とすることは好ましい。下半身胴体部というのは、人間の腰部分に相当する部分である。この部分に歩行ロボット用付加装置を装着することで、人型ロボットと歩行ロボット用付加装置とを結合した状態における安定性と運動性とを両立することができる。すなわち、人型ロボットの脚部は、脚としての動作があるので、装着部分として適当ではなく、また人型ロボットの上半身胴体部は、下半身胴体部に対してYaw軸回転（上半身を左右に捻る運動）およびPitch軸回転（上半身を前後に折り曲げる運動）を行うので、歩行ロボット用付加装置を装着する部位として適当ではない。これに対して、下半身胴体部は、人型ロボットの動作の基準となる部分であるので、歩行ロボット用付加装置を装着した際に、全体の動きに無理が生じず、また確実に安定性を確保することができる。
【００１５】
本発明において、歩行ロボット用付加装置が、着脱可能手段を一端に備えた延長部材と、この延長部材の他端に固定される補助脚部の取り付けベースとを備えた構造とすることは好ましい。この態様によれば、延長部材によって補助脚部が歩行ロボットから離れた位置で接地する構造が実現できるので、高い安定性を得ることができる。また、延長部材に荷台や各種機器を取り付けることができるので、移動ロボットとしての機能を拡張することができる。
【００１６】
また上記の態様において、補助脚部の取り付けベースを歩行ロボットの下半身胴体部と同じ構造とすることは好ましい。こうすることで、構成部材をユニット化することができ、低コスト化を図ることができる。また、歩行ロボット用付加装置の脚部構造を歩行ロボットと同じにすることができるので、部品や制御方法を母体である歩行ロボットと共通化することができ、低コスト化を追究することができる。また、下半身胴体部にバッテリーを搭載した構造とした場合、歩行ロボット単体の場合に比較して、歩行ロボット用付加装置を装着した状態におけるバッテリーの容量を２倍にすることができる。本発明の歩行ロボット用付加装置を歩行ロボットに装着した場合、姿勢制御に要する消費電力を大きく削減することができるので、このバッテリー容量が倍増されることで、稼働時間を飛躍的に増大させることができる。
【００１７】
本発明において、補助脚部は上下方向に伸縮可能であり、その先端に車輪を備えている構造とすることは好ましい。この態様によれば、母体である歩行ロボットが姿勢を上下させた場合に、それに応じて補助脚部を伸縮させ、歩行ロボット用付加装置を上下させることができる。こうすることで、簡単な構造でありながら、姿勢を崩さずに全体を上下させることができる。また、移動に際しては、車輪の機能により、歩行ロボットの移動に歩行ロボット用付加装置を追従させることができる。この態様によれば、補助脚部の上下だけであるので、サーボモータの数を減らすことができ、また制御が簡単であり、低消費電力化を追究することができる。さらに、構造をシンプルにできるので、低コスト化を追求することができる。
【００１８】
本発明において、延長部材に荷台を設ける構造とすることは好ましい。この態様によれば、本発明の歩行ロボット用付加装置を装着した歩行ロボットの荷物運搬能力を高めることできる。また、荷物の運搬中に手を使うことができる構成を実現することができる。
【００１９】
本発明において、歩行ロボット用付加装置の延長部材に機器搭載用の搭載部を設ける構造とすることは好ましい。この態様によれば、作業内容に適した機材を延長部材上に備えることができる。例えば、搭載部に溶接機材を搭載した溶接ロボット、台座上に塗装機材を搭載した塗装ロボットを簡単に得ることができる。この態様によれば、歩行ロボットを一つの母体ユニットとして利用して、作業内容に合った専用機能を有した移動ロボットを得ることができる。特に本発明の歩行ロボット用付加装置は、作業現場において着脱可能であるので、作業内容に合わせた仕様あるいは態様の選択をロボットの稼働現場で適宜行うことができる。搭載部は、各種の機器を固定することができる構造であればよい。搭載部の構造としては、機器を載せて固定するための台座や固定手段を備えた専用スペースを挙げることができる。
【００２０】
本発明の歩行ロボット用付加装置において、補助脚部の動作が、装着対象である歩行ロボットから送られてくる制御信号によって制御されるようにすることは好ましい。この態様によれば、歩行ロボットに歩行ロボット用付加装置を装着した状態において、補助脚部の動作が歩行ロボットからの制御信号に基づいて行われる。本発明は、自律動作が可能な歩行ロボットの機能拡張を目的とするものであり、補助脚部は母体となる歩行ロボットの動作を補助するように機能することが重要となる。上記の態様によれば、母体となる歩行ロボットの動きを効果的にアシストする動作を補助脚部に行わせることができる。
【００２１】
本発明は、上述したような歩行ロボット用付加装置を装着した歩行ロボットとして把握することもできる。すなわち、２足歩行型の歩行ロボットに補助脚が付加された構造の移動ロボットの発明として把握することもできる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、２足歩行型の歩行ロボットに補助脚部を装着することで、姿勢制御に伴うＣＰＵやモータの負担を低減し、低消費電力化を図ることができ、ロボットの稼働時間を延ばすことができる。また、限られたＣＰＵの能力を姿勢制御以外の処理に有効に利用することができる。一方、階段での作業や重機の操作といった２足歩行型の歩行ロボット（特に人型ロボット）に適した環境においては、本発明の付加装置を歩行ロボットから取り外すことで、歩行ロボットの２足歩行機能を生かすことができる。このように、本発明によれば、作業内容や作業環境に応じて、２足歩行型の歩行ロボットの機能を、２足歩行機能を重視した稼働形態と、低消費電力化を追究し、さらに２足歩行機能や２足による姿勢制御に要するＣＰＵの機能を他の制御機能に有効に利用することができる稼働形態とに使い分けることができる。そして、２足歩行型の歩行ロボットの汎用性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（１） 第１の実施形態
本実施形態においては、２足歩行型の移動ロボットの一例である人型ロボットに本発明を適用した場合の例を説明する。図１は、本実施形態の移動ロボットの概要を示す斜視図である。図１（Ａ）は、全体の概要を示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、（Ａ）に示す構成の一部を示す斜視図である。図２は、図１に示す移動ロボットの正面図（Ａ）と側面図（Ｂ）である。図１および図２に示す移動ロボットは、２足歩行型の人型ロボット１００と歩行ロボット用付加装置２００とを結合させた構造を有している。図３は、２足歩行型の人型ロボット１００の正面図（Ａ）、側面図（Ｂ）および斜視図（Ｃ）である。
【００２４】
本実施形態においては、図３に示す人型ロボット１００に歩行ロボット用付加装置２００を着脱可能な状態で連結することにより、図３に示す２足歩行型の人型ロボット１００と、図１に示す４足の移動ロボットとを適宜選択可能にしたことを特徴とする。以下、母体となる２足歩行型の人型ロボット１００、さらに歩行ロボット用付加装置２００について順次説明する。
【００２５】
（１−Ａ）２足歩行型ロボット
まず、基本となる２足歩行型の人型ロボット１００について説明する。図３に示す人型ロボット１００は、自律制御型の２足歩行可能な人型ロボットである。この人型ロボットは、工事現場等における作業や介護作業といった人間がこれまで行ってきた作業を行うことを目的としている移動ロボットの一例である。
【００２６】
図３に示すように、人型ロボット１００は、上半身胴体部１０１と下半身胴体部１０２とが連結された構造を備えている。上半身胴体部１０１は人体の胸郭部分に相当し、下半身胴体部１０２は腰部分に相当する。上半身胴体部１０１と下半身胴体部１０２とは、腰関節部１１５によって連結され、上半身胴体部１０１は、下半身胴体部１０２に対して捻り回転（Yaw軸回転）および前後回転（Pitch軸回転）が行えるようになっている。なお、Yaw軸回転というのは、人体でいうと、直立した状態における鉛直軸回りの回転のことをいう。またPitch軸回転というのは、人体でいうと、人体を左右水平方向に貫く軸回りの回転のことをいう。ちなみに、人体の体を前後に貫く軸回りの回転のことをロール軸回転という。
【００２７】
上半身胴体部１０１には、右肩関節１０３を介して右腕部１０４が連結され、左肩関節１０６を介して左腕部１０７が連結され、首１１３を介して頭部１１４が連結されている。右腕部１０４の先端には、物を掴むことができるハンド機構１０５が配置され、同様に左腕部１０７の先端にもハンド機構１０８が配置されている。ハンド機構１０５および１０８は、人間の手先と同様な機能を有する手先部分であり、物を掴んだり、指に相当する部分に物を引っ掛けて引っ張ったりすることができる。また、上半身胴体部１０１内には、全体の動作を制御するＣＰＵボードおよびその他の制御基板が収められている。
【００２８】
下半身胴体部１０２には、右股関節１０９を介して右脚部１１０が、左股関節１１１を介して左脚部１１２が連結されている。また、下半身胴体部１０２の内部には、動力源となるバッテリーが格納されている。左右の各脚部も人間の脚部と同様な機能を発現する動きが可能であり、２足歩行機能は勿論、しゃがむ、中腰になるといった動作を行うことができる。
【００２９】
頭部１１４には、カメラが配置されている。このカメラによって撮像した画像は、上半身胴体部１０１内に収められたＣＰＵボードによって解析され、視覚情報として取得される。人型ロボット１００は、この視覚情報に基づいて各種の自律動作を行うことができる。
【００３０】
人型ロボット１００は、人間と同様な動きを行うことが可能であるので、対人親和性が高い。また２足歩行による段差や階段における移動や姿勢の維持、あるいは建設現場や土木作業現場といった足場が平坦でない場所における移動や姿勢の維持が可能であるので、人間と共同しての各種の作業、重機の操作、介護といった用途の利用に適している。
【００３１】
図４は、下半身胴体部１０２の概要を示す斜視図（Ａ）と側面図（Ｂ）である。図４に示すように、下半身胴体部１０２の背面（人間の臀部に相当する部分）には、取り外し可能な外装カバー１１６が取り付けられている。外装カバー１１６には、ボルト１１６ａを通すためのボルト孔１１６ｂと補助固定用のビス１１６ｃを通すためのビス孔１１６ｄが形成されている。また、下半身胴体部１０２は、ボルト１１６ａが貫通するボルト挿通孔１０２ａと、ビス１１６ｃが螺合される雌ネジ部（図示せず）が形成されている。図４（Ｂ）に示すように、下半身胴体部１０２内には、バッテリーパック１０２ｂが格納されており、ボルト１１６ａは、このバッテリーバック１０２ｂに形成された雌ネジ部１０２ｃに螺合される。この構造によれば、外装カバー１１６がボルト１１６ａによって、バッテリーパック１０２ｂに固定される。バッテリーパック１０２ｂは、強固な構造であり、また下半身胴体部１０２の骨格構造に固定されているので、上述した結合構造とすることで、外装カバー１１６を下半身胴体部１０２に強固に固定することができる。また、後述するようにこの構造によれば、延長部材２０２（例えば図５参照）を下半身胴体部１０２に強固に固定することができる。
【００３２】
外装カバー１１６を下半身胴体部１０２に装着するには、まず両者の相対的な位置を合わせた状態とする。次に、ボルト１１６ａをボルト孔１１６ｂおよびボルト挿通孔１０２ａに挿入し、雌ネジ部１０２ｃに螺合させる。さらに、ビス１１６ｃをビス孔１１６ｄに差し込んでそれを雌ネジ部（図示せず）に螺合させる。ボルト１１６ａとビス１１６ｃは、簡単に装着および取り外すことが可能であるので、下半身胴体部１０２の背面への外装カバー１１６の着脱は簡単に行うことができる。
【００３３】
ボルト１１６ａや補助固定用のビス１１６ｃの代わりに、クイックリリースファスナと呼ばれる固定部材を用いることもできる。クイックリリースファスナは、工具を用いずにワンタッチで固定および固定の解除を行うことができる固定部材である。クイックリリースファスナは、ピン状の構造を有し、先端部分に相手部材が引っ掛かる凸部を備えており、所定構造の固定用孔に挿入し回転させると、先端が孔の内部構造に係合し、孔から引き抜けなくなり、ボルトやビスと同様に部材の固定を行うことができる。なお、外装カバー１１６の下半身胴体部１０２への固定構造としては、外装カバー１１６および／または下半身胴体部１０２に係合手段を設け、外装カバー１１６を下半身胴体部１０２に嵌め込んで固定する構造としてもよい。
【００３４】
（１−Ｂ）歩行ロボット用付加装置
図５は、歩行ロボット用付加装置の分解状態を示す斜視図である。図６は、歩行ロボット用付加装置を示す正面図（Ａ）、側面図（Ｂ）および斜視図（Ｃ）である。図５および図６に示すように、歩行ロボット用付加装置２００は、下半身胴体部２０１、右脚部２０６および左脚部２０８、および延長部材２０２を備えている。
【００３５】
下半身胴体部２０１は、脚部の取り付けベースとして機能する部分であり、母体である人型ロボット１００の下半身胴体部１０２と同じものを、前後逆にして利用したものである。下半身胴体部２０１には、右股関節２０５を介して右脚部２０６が連結され、左股関節２０７を介して左脚部２０８が連結されている。左右の脚部も人型ロボット１００と同じものが利用されている。
【００３６】
下半身胴体部２０１の内部には、バッテリーや電子機器が収められている。また、下半身胴体部２０１には、開口２１０が形成され、そこにはコネクタ２１１が設けられている。コネクタ２１１を介して、外部からの電力供給や外部への電力の供給、制御信号の外部への出力や外部からの入力を行うことができる。開口２１０の縁部分２１２は、延長部材２０２を受ける受け面であり、そこには、ボルト２０４ａが貫通するボルト挿通孔と位置決め孔２１４が設けられている。なお、図示省略されているが、開口２１０内には、バッテリーパックが固定格納され、このバッテリーバックに設けられた雌ネジ部にボルト２０４ａがねじ込まれる。この点は、図４に示す下半身胴体部１０２の場合と同じである。
【００３７】
本実施形態においては、人型ロボット１００に歩行ロボット用付加装置２００を連結した状態において、人型ロボット１００の下半身胴体部１０２の背面に配置された図示しないコネクタと、コネクタ２１１とが図示しない延長ケーブルによって接続される。この延長ケーブルを介して、人型ロボット１００から歩行ロボット用付加装置２００に制御信号が送られ、また歩行ロボット用付加装置２００側の各種センシングデータが人型ロボット１００に送られる。また、人型ロボット１００と歩行ロボット用付加装置２００にそれぞれ搭載されたバッテリーの共有化が実現される。この構成によれば、図１に示す移動ロボットの移動に際して、人型ロボット１００からの制御信号によって、歩行ロボット用付加装置２００側の脚部２０６と２０８の動作が制御される。これにより、人型ロボット１００の動作に対応して、それを補助するように歩行ロボット用付加装置２００が動き、自律制御型の４足歩行ロボットとして稼働させることができる。
【００３８】
図１に示すように、延長部材２０２は、歩行ロボット用付加装置２００の下半身胴体部２０１と人型ロボット１００の下半身胴体部１０２とを連結するための部材である。図７は、延長部材２０２を示す上面図（Ａ）、正面図（Ｂ）、斜視図（Ｃ）および側面図（Ｄ）である。図５および図６に示すように、延長部材２０２は、断面がＨ型の金属部材を利用して構成され、両端に同じ構造の着脱部２０３と２０４を備えている。着脱部２０３を利用して、人型ロボット１００の下半身胴体部１０２に対する着脱が行われ、着脱部２０４を利用して、歩行ロボット用付加装置２００の下半身胴体部２０１に対する着脱が行われる。
【００３９】
なお、図７には、延長部材２０２に着脱部２０４が装着され、図５に示す着脱部２０３は取り外されている状態が示されている。図７における符号２１５および２１６は、図７には示されていない着脱部２０３（例えば図５を参照）を延長部材２０２に固定するためのＬ型アングルである。説明は省略するが、着脱部２０４においてもこのＬ型アングルを用いた固定構造が採用されている。
【００４０】
図５に示すように、着脱部２０３には、位置決め用の突起２０３ｃとボルト２０３ａを通すためのボルト孔２０３ｂが形成されている。延長部材２０２の下半身胴体部１０２への装着は、まず位置決め用の突起２０３ｃを図示しない下半身胴体部１０２背面の位置決め孔に合わせ、次にボルト２０３ａをボルト孔２０３ｂおよびに図４に示すボルト挿通孔１０２ａに通す。そして、下半身胴体部１０２内のバッテリーパック１０２ｂに設けられた雌ネジ部１０２ｃにボルト２０３ａを螺合させ固定する。前述したように、バッテリーパック１０２ｂは、下半身胴体部１０２の骨格構造にしっかりと固定されているので、延長部材２０２をバッテリーパック１０２ｂにボルト２０３ａによって固定することで、下半身胴体部１０２と延長部材２０２（歩行ロボット用付加装置２００）との連結構造を強固なものとすることができる。
【００４１】
同様に、着脱部材２０４には、図７に示すように位置決め用の突起２０４ｃとボルト２０４ａを通すためのボルト孔（図では、ボルト２０４ａが挿入されている）が形成されている。図５に示すように、延長部材２０２の下半身胴体部２０１への装着は、まず位置決め用の突起２０４ｃ（図７参照）を位置決め孔２１４に差し込んで両者間の位置決めを行い、次にボルト２０４ａをボルト挿通孔２１３に通し、図示しないバッテリーパックの雌ネジ部に螺合させることで行われる。
【００４２】
（１−Ｃ）装着方法
以下、人型ロボット１００に歩行ロボット用付加装置２００を装着し、図１に示す移動ロボットを得る手順の一例を説明する。まず、図３に示す２足歩行型の人型ロボット１００の下半身胴体部１０２の背面に装着された外装カバー１１６を取り外す。この外装カバー１１６の取り外しは、図４に示すボルト１１６ａとビス１１６ｃを外すことで簡単に行うことができる。
【００４３】
次に図５に示すように、人型ロボット１００側の下半身胴体部１０２と歩行ロボット用付加装置２００の下半身胴体部２０１との間に延長部材２０２を挟むように配置し、着脱部２０３と下半身胴体部１０２との位置を合わせ、また着脱部２０４と下半身胴体部２０１との位置を合わせる。この位置合わせを行った状態において、ボルト２０３ａおよびボルト２０４ａをねじ込み締め付けを行う。こうして、下半身胴体部１０２と延長部材２０２とを結合し、下半身胴体部２０１と延長部材２０２とを結合し、図１および図２に示す人型ロボット１００に歩行ロボット用付加装置２００を装着した状態を得る。
【００４４】
また、図示省略されているが、人型ロボット１００の下半身胴体部１０２の背面に配置されたコネクタに延長ケーブルの一端を接続し、この延長ケーブルの他端をコネクタ２１１に接続する。この図示しない延長ケーブルにより、人型ロボット１００から歩行ロボット用付加装置２００に各種の制御信号が送られ、また歩行ロボット用付加装置２００側で検出される各種センシングデータが人型ロボット１００に送られる。また、互いのバッテリーを共有化するための電源線の接続が行われる。この延長ケーブルの接続によって、人型ロボット１００の動作に連動させて、歩行ロボット用付加装置２００の脚部を動かし、４足歩行を行うことができる。
【００４５】
上述した人型ロボット１００への歩行ロボット用付加装置２００の装着作業、あるいは人型ロボット１００から歩行ロボット用付加装置２００を取り外す作業は、ボルトやビスの取り付け／取り外し、さらにコネクタの着脱によって行うことができるので、例えばロボットの稼働現場において容易に行うことができる。
【００４６】
（１−Ｄ）使い分けの例
以下、図３に示す２足歩行型と図１に示す４足歩行型の使い分けの一例を示す。例えば、土木作業現場において人型ロボットに資材の運搬や作業の補助を行わせる場合を考える。この際、作業を行う足場が傾斜地や段差があるような場所である場合、図３に示す２足歩行型の人型ロボット１００を稼働させることが適している。すなわち、図３に示す２足歩行型の人型ロボット１００は、人間と同様に２本の脚部１１０および１１２を使って、足場が傾斜地や段差があるような場所であっても歩行や姿勢の維持を行うことができる。したがって、そのような足場においては、図３に示す人型ロボット１００の優位性を効果的に発揮することができる。また、人間が操作することを前提としたブルドーザやクレーンといった重機をロボットに操作させる場合も、左右のハンド機構１０８および１０５を使ったレバーやスイッチの操作、さらに左右の脚部１１２および１１０を使ったペダルの操作等を行うことができる２足歩行型の人型ロボット１００の形態（図３の状態）が適している。
【００４７】
一方、平坦な場所において、ロボットに荷物の運搬や各種の作業を行わせる場合、平坦な場所を移動することができればよいので、脚部１１０および１１２による２足歩行にこだわる必要はない。この場合は、図１に示すような脚部１１０、１１２、２０６および２０８による４足歩行型を選択することで、稼働時間の延長、資材等の運搬能力の向上、ハンド機構１０５および１０８を使った各種作業の作業性の向上、といった効果を得ることができる。
【００４８】
以下、２足歩行型から４足歩行型にすることの優位性について説明する。まず、４足歩行型が２足歩行型に比較して稼働時間を長くすることができる点について説明する。２足歩行型の場合、単に直立するだけであっても、動的な姿勢制御が必要となる。このため、見た目で静止している状態であっても、常に高速演算およびサーボモータの細かい動的な制御が行われており、電力消費が大きい。
【００４９】
これに対して、図１に示すような４足歩行型とした場合、２足歩行のような動的な制御を行わなくても、姿勢を安定させることができるので、演算用ＣＰＵやサーボモータの負担は大きく緩和される。このため、消費電力を大きく下げることができる。また、図１に示す例の場合は、付加した下半身胴体部２０１にも本体側の下半身胴体部１０２内に内蔵されるバッテリーと同様なバッテリーが内蔵されるので、バッテリー容量を２足歩行型の場合に比較して２倍にすることができる。このため、上述した姿勢制御に必要な電力の低減効果と相まって、ロボットの稼働時間を飛躍的に延ばすことができる。
【００５０】
次に、４足歩行型にすることによって、資材等の運搬能力が向上する優位性について説明する。図１に示すような４足歩行型の移動ロボットは、安定性に優れ、また重量を支える脚部が符号１１０、１１２、２０６および２０８によって示される４つであるので、図３に示す２足歩行型の人型ロボット１００に比較して、より高重量の荷物を運搬することができる。また、延長部材２０２や下半身胴体部２０１を荷台とし、そこに荷物を搭載するようなこともできるので、図３に示す２足歩行型の人型ロボット１００に比較して、より高重量で且つ大きな荷物の運搬を行うことも可能となる。また、延長部材２０２や下半身胴体部２０１を荷台に利用した場合、荷物を搭載している状態において、腕部１０４および１０７を使うことができる。つまり、荷物を搭載した状態において、腕部１０４および１０７、さらにそれらの手先のハンド機構１０５および１０８を用いた各種の作業を行うことができる。
【００５１】
図８は、荷台を設けた４足歩行型の移動ロボットの正面図（Ａ）と側面図（Ｂ）である。図８に示す例においては、歩行ロボット用付加装置２００を構成する延長部材２０２上に搭載部として台座２２０を配置し、その上に荷台２２１が設けられている。この態様によれば、荷台２２１上に荷物を載せ、それを運搬することができる。また、人型ロボット１００が備える右腕部１０４のハンド機構１０５、さらに左腕部１０７のハンド機構１０８を利用して、荷台２２１上に荷物を載せたり、それを降ろしたりする作業を行うこともできる。
【００５２】
また、荷台２２１の代わりに馬の鞍や椅子のような人間が載ったり座ったりする構造、あるいは担架のような人を搬送する構造を配置することで、人間を載せて運搬する機能を得ることもできる。このような構造は、例えば災害救助現場等における救難用ロボットに利用することができる。
【００５３】
次に、４足歩行型にすることによって、手を使った各種作業の作業性を向上させることができる優位性について説明する。４足歩行型にした場合、ＣＰＵに加わる演算（姿勢制御のための演算）の負担が低減されるので、ＣＰＵの演算能力を手先のハンド機構１０５および１０８の細かい制御に優先的に振り分けることができる。このため、ハンド機構１０５および１０８を用いた作業の作業性を高めることができる。このことは、ＣＰＵへの負担が大きい画像解析に基づいた手作業を行う場合に特に有利となる。また４足歩行型にした場合、安定性が向上するので、バランスが取りやすくなり、２足歩行型の場合に比較して、ハンド機構１０５およびハンド機構１０８を用いた重量物の扱いや各種機器の扱いに有利となる。また、図１に示すような形態においては、延長部材２０２や下半身胴体部２０１に機材を搭載し、その機材を用いた作業を、ハンド機構１０５およびハンド機構１０８を用いて行うことができる。例えば、延長部材２０２上に溶接機材を搭載し、右腕部１０４の手先のハンド機構１０５に溶接棒を持ち、さらに左腕部１０７の手先のハンド機構１０８で溶接する部材を支えながらの溶接作業を行うことができる。
【００５４】
（２） 第２の実施形態
図９は、本発明を利用した他の実施形態を示す側面図である。図９に示すように、本実施形態においては、歩行ロボット用付加装置２００を構成する下半身胴体部２０１が備える脚部として、先端に車輪２２３を備えた上下に伸縮する伸縮脚部２２２を採用する。伸縮脚部２２２は、シリンダ部２２２ａとピストン部２２２ｂとを備えている。ピストン２２ｂがシリンダ部２２２ａ内に出入りすることで、伸縮脚部２２２の伸縮が行われる。ピストン２２２ｂの先端には、地面や床に接地する車輪２２３（キャスター）が配置されている。この構成によれば、母体である人型ロボット１００がその２足歩行機能によって移動すると、車輪２２３の働きによって、歩行ロボット用付加装置２００がその動きに追従する。なお、この構成における人型ロボット１００に対する歩行ロボット用付加装置２００の装着構造は、第１の実施形態の場合と同じである。
【００５５】
この構成においては、母体である人型ロボット１００の姿勢の上下に合わせて、ピストン部２２２ｂがシリンダ部２２２ａ内に出入りし、全体の姿勢の上下が制御される。この伸縮脚部２２２の動きは、人型ロボット１００側からの制御信号によって制御される。なお、ピストン部２２２ｂのシリンダ部２２２ａに対する動きは、例えばモータドライブ機構によって駆動される。この駆動機構としては、アクチュエータや油圧機構を用いることもできる。
【００５６】
図１０は、図９に示す構成の移動ロボットが姿勢を下げた場合の状態を示す側面図である。この場合、人型ロボット１００が脚部の膝を曲げてその姿勢を低くすると、その動きに対応して、ピストン部２２２ｂがシリンダ部２２２ａ内に移動し、伸縮脚部２２２が収縮する。こうして、図１０に示すような姿勢が維持される。このような動作を行うことで、荷台２２１に荷物を載せている場合における荷物の転落や荷崩れを防ぐことができる。またこの構成においては、歩行ロボット用付加装置２００における動作制御を簡単にすることができ、また電力消費を低く抑えることができる。このため、移動ロボットとしての稼働時間を図８に示す構成の場合に比較してさらに延ばすことができる。
【００５７】
（３） 第３の実施形態
図１１は、本発明を利用した他の実施形態を示す側面図である。図１１には、図１に示す構成において、延長部材２０２上に台座２２０を設け、この台座上に塗装装置２２４を搭載し、右腕部１０４を用いて吹き付け塗装作業を行う状態が示されている。
【００５８】
塗装装置２２４は、塗料のタンクと塗料を送りだすポンプとを備えた塗装装置本体２２５、複数の関節を備えた屈曲自在なアーム２２６を備えている。アーム２２６には、塗料を輸送するホース２２７が架設され、その先端には、ノズル２２９を備えた吹き付け装置２２８が配置されている。塗料は、塗装装置本体２２５からホース２２７を利用して、吹き付け装置２２８に送られ、ノズル２２９から噴射される。人型ロボット１００は、自身の右腕部１０４先端に備えたハンド機構１０５によって吹き付け装置２２８を掴み、右腕部１０４を動かすことで、ノズル２２９から吹き付ける塗料の吹き付け方向を自在に制御することができる。また、吹き付け装置２２８は、塗料の噴射をＯＮ／ＯＦＦする図示しないレバーを備えており、このレバーをハンド機構１０５によって操作することで、吹き付けの有無を選択することができる。
【００５９】
この例によれば、塗装装置２２４以外は、汎用性のあるユニットを利用することができるので、コスト増を招かずに人型ロボット１００を塗装用移動ロボットとして活用することができる。すなわち、用途に合わせて人型ロボット１００の機能を拡張することができる。こうして、人型ロボット１００の汎用性を高めることができる。
【００６０】
図１１に示す構成は、消化液、各種の薬品、あるいは洗浄液等を吹き付ける用途に利用することもできる。また、塗装装置２２４の代わりとして、例えば、溶接装置や照明装置を台座２２０上に搭載し、人型ロボット１００を溶接ロボットや照明ロボットとして活用することもできる。
【００６１】
（４） 第４の実施形態
図１２は、本発明を利用した他の実施形態を示す側面図（Ａ）と正面図（Ｂ）である。この例では、図１に示す構成において、延長部材２０２上に台座２２０を配置し、その上に他の人型ロボットの上半身部分４００を搭載している。
【００６２】
人型ロボットの上半身部分４００は、母体となる人型ロボット１００から下半身胴体部１０２を取り外したものと同等の機能を有する。すなわち、上半身部分４００は、図３に示す上半身胴体部１０１と同様な基本構造を有する上半身胴体部４０１を備えている。上半身胴体部４０１は、右腕部４０２と左腕部４０４を備え、上部に頭部４０８を備えている。右腕部４０２の先端は、ハンド機構４０３（図１３参照）を備え、左腕部４０４の先端には、ハンド機構４０５を備えている。これら腕の機能は、母体の人型ロボット１００と同じである。上半身胴体部４０１は、垂直延長部４０６を介して、台座２２０上に固定されている。また、上半身胴体部４０１は、垂直延長部４０６に対して、Yaw軸回転が可能になっている。符号４０７の部分は、人型ロボット１００と上半身部分４００との連携を制御する制御部である。なお、図においては、人型ロボットの上半身部分４００のデザインを母体となる人型ロボット１００と異なるデザインとしているが、これは同じデザインであってもよい。
【００６３】
図１３（Ａ）および（Ｂ）は、図１２に示す移動ロボットの作業の様子を示す概念図である。本実施形態によれば、図１３に示すように、人型ロボット１００と、これと同様な上半身の機能を有する上半身部分４００とに、同時あるいは協動させて手を利用した作業を行わせることができる。すなわち、人型ロボット１００には、そのハンド機構１０５および１０８を用いて、例えば符号４１０によって示される作業範囲における各種の作業を行わせることができる。また、上半身部分４００には、そのハンド機構４０３および４０５を用いて、例えば符号４１１によって示される作業範囲における各種の作業を行わせることができる。また、図１３（Ｂ）に示すように、上半身部４００をYaw軸回転させることで、作業範囲４１１を変更することができる。このような体を捻ることで、作業範囲を適宜変更できる機能は、人型ロボット１００においても同じである。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、２足歩行が可能な歩行ロボットに装着する機能拡張ユニットとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】発明を利用した移動ロボットを示す斜視図である。
【図２】発明を利用した移動ロボットを示す正面図（Ａ）と側面図（Ｂ）である。
【図３】発明を適用可能な人型ロボットの正面図（Ａ）、側面図（Ｂ）および斜視図（Ｃ）である。
【図４】下半身胴体部の斜視図（Ａ）と側面図（Ｂ）である。
【図５】発明を利用した歩行ロボット用付加装置の分解状態を示す斜視図である。
【図６】発明を利用した歩行ロボット用付加装置の正面図（Ａ）、側面図（Ｂ）および斜視図（Ｃ）である。
【図７】発明を利用した歩行ロボット用付加装置に利用される延長部材の上面図（Ａ）、正面図（Ｂ）、斜視図（Ｃ）および側面図（Ｄ）である。
【図８】発明を利用した移動ロボットの他の例を示す正面図（Ａ）と側面図（Ｂ）である。
【図９】発明を利用した移動ロボットの他の例を示す側面図である。
【図１０】図９に示す移動ロボットの稼働状態を示す側面図である。
【図１１】発明を利用した移動ロボットの他の例を示す側面図である。
【図１２】発明を利用した移動ロボットの他の例を示す側面図（Ａ）と正面図（Ｂ）である。
【図１３】図１２に示す移動ロボットの稼働状態を示す第１の概念図（Ａ）と第２の概念図（Ｂ）である。
【符号の説明】
【００６６】
１００…人型ロボット、１０１…上半身胴体部、１０２…下半身胴体部、２００…歩行ロボット用付加装置、２０１…下半身胴体部、２０２…延長部材、２０３…着脱部、２０４…着脱部、２２０…台座、２２１…荷台、２２４…塗装装置。
【図１】
0004846342.tif 000002
【図２】
0004846342.tif 000003
【図３】
0004846342.tif 000004
【図４】
0004846342.tif 000005
【図５】
0004846342.tif 000006
【図６】
0004846342.tif 000007
【図７】
0004846342.tif 000008
【図８】
0004846342.tif 000009
【図９】
0004846342.tif 000010
【図１０】
0004846342.tif 000011
【図１１】
0004846342.tif 000012
【図１２】
0004846342.tif 000013
【図１３】
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