(57)【要約】    【構成】  倒立振子ロボット１０は、台車機構１８の上に載せた人体形状部１２を有し、台車機構１８には、駆動輪２２と前補助輪２４および後補助輪２６とを設け、駆動輪２２を直動シリンダ（３０：図３）で伸縮または出没可能にする。駆動輪２２と補助輪２４および２６とが地面に接触しているときには、台車移動モードで移動する。駆動輪２２を出状態として駆動輪２２だけを地面に接触させるようにすれば、同軸２輪倒立振子移動モードで移動する。    【効果】  台車移動モードと倒立振子移動モードとを動的に切り換えることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動輪を備え、この駆動輪を倒立振子モデルとして制御する、倒立振子ロボットにおいて、
前記駆動輪の前後の少なくとも一方に補助輪を設け、さらに
前記駆動輪か前記補助輪の一方を伸縮するための伸縮機構を設けたことを特徴とする、倒立振子ロボット。
【請求項２】
前記伸縮機構は直動シリンダを含む、請求項１記載の倒立振子ロボット。
【請求項３】
前記補助輪は、前記駆動輪の前の前補助輪と前記駆動輪の後の後補助輪とを含む、請求項１または２記載の倒立振子ロボット。
【請求項４】
前記伸縮機構は前記駆動輪にだけ設けた、請求項３記載の倒立振子ロボット。
【請求項５】
前記伸縮機構は前記前補助輪および前記後補助輪の両方に設けた、請求項３記載の倒立振子ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は倒立振子ロボットに関し、特にたとえば、駆動輪を同軸２輪倒立振子モードで制御する、倒立振子ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
本件発明者等は、特許文献１で、この種の同軸２輪倒立振子コミュニケーションロボットを提案した。この特許文献１の同軸２輪倒立振子ロボットでは、上半身機構の状態に応じて車輪の回転を制御するので、転倒の可能性を可及的排除できる。
【特許文献１】特開２００３−２７１２４３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１で提案される倒立振子ロボットは、バランスを動的にとることで外力に抗することができ、また相手に対して人間らしいフラフラした印象を与えることができるのでコミュニケーションロボットに適しているが、上半身機構の状態や内部状態の変化で不安定な状態になることもある。この不安定状態は近くに人間特に子供が存在するときには危険を感じさせることになり、このようなことは、コミュニケーションロボットとしはできるだけ防止する必要がある。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、より安全でコミュニケーションロボットに一層適する、倒立振子ロボットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、駆動輪を備え、この駆動輪を倒立振子モデルとして制御する、倒立振子ロボットにおいて、駆動輪の前後の少なくとも一方に補助輪を設け、さらに駆動輪か補助輪の一方を伸縮するための伸縮機構を設けたことを特徴とする、倒立振子ロボットである。
【０００６】
請求項１の発明では、たとえば台車機構（１８：実施例において相当する部分の参照符号。以下同様。）に、駆動輪（２２）と、前補助輪（２４）および後補助輪（２６）の少なくとも一方とを設ける。そして、その駆動輪と前補助輪および／または後補助輪との一方に、たとえば直動シリンダ（３０、３６、３８）を含む伸縮機構を設ける。したがって、その伸縮機構によって駆動輪と前補助輪および／または後補助輪との一方の高さ方向の位置を変更することによって、台車移動モードまたは倒立振子移動モードで移動できる。
【０００７】
請求項２の発明は、伸縮機構は直動シリンダを含む、請求項１記載の倒立振子ロボットである。
【０００８】
請求項２の発明では、直動シリンダをたとえばコンピュータで制御することによって、上記台車移動モードおよび倒立振子移動モードを動的に切り換えることができる。
【０００９】
請求項３の発明は、補助輪は、駆動輪の前の前補助輪と駆動輪の後の後補助輪とを含む、請求項１または２記載の倒立振子ロボットである。
【００１０】
請求項４の発明は、伸縮機構は駆動輪にだけ設けた、請求項３記載の倒立振子ロボットである。
【００１１】
請求項４の発明では、駆動輪を出没させることによって、倒立振子移動モードと台車移動モードとを切り換えることができる。
【００１２】
請求項５の発明は、伸縮機構は前補助輪および後補助輪の両方に設けた、請求項３記載の倒立振子ロボットである。
【００１３】
請求項５の発明では、前後の補助輪を同時に出没させることによって、倒立振子移動モードと台車移動モードとを切り換えることができ、さらには、前後補助輪の一方だけを出没させることによって、階段の昇降が可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、倒立振子モードと台車移動モードとを切り換えることができるので、より安全で、コミュニケーションロボットに適した、倒立振子ロボットが得られる。
【００１５】
そして、請求項５の発明では、従来の同軸２輪倒立振子ロボットではできなかった階段昇降が可能になる。
【００１６】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１および図２に示すこの発明の一実施例の同軸２輪倒立振子ロボット（以下、単に「ロボット」ということがある。）１０は、一例として、本件発明者等が既に提案している、商品名「Ｒｏｂｏｖｉｅ−IV」という柔軟な皮膚を有するコミュニケーションロボットである。
【００１８】
このロボット１０は、人体形状部１２を含み、この人体形状部１２は、全身を覆うたとえば発泡ウレタンのような柔軟素材からなる皮膚を有し、その下に多数のピエゾ圧力センサを配し、頭部１４と、２本の腕部１６とを有する。ピエゾ圧力センサは接触センサとして機能し、多数のセンサの検知信号によって、どこの部位がどの程度の圧力で触られているかを知ることができる。そして、たとえば首の部分に関節機構（図示せず）が設けられていて、その関節機構によって頭部１４が旋回俯仰可能に取り付けられる。いずれも図示しないが、頭部１４には、前方を撮影するＣＣＤカメラや、周囲の音を取り込むマイクあるいは対面者に声を発するスピーカなどが組み込まれる。また、腕部１６は肩、肘および手首のそれぞれの関節を有する。なお、この発明は人体形状部１２の形状や構造に関するものではなく、したがって、人体形状部１２の形状や構造はこの発明には関係しないので、これ以上の説明は省略する。
【００１９】
人体形状部１２は台車機構１８上に載置される。この台車機構１８は、人体形状部１２を固定的に取り付けるための取付け部２０を有し、この取付け部２０の下方に、駆動輪２２を前補助輪２４ならびに後補助輪２６を設けている。ただし、これら駆動輪２２、補助輪２４および２６は、図１や図３以降の各図では１つの車輪しか見えないが、図２からよく分かるように、それぞれ左右１対の車輪を有するものである。ただし、それぞれの左右１対の車輪は同じ車軸に取り付けられかつ一体に回転する。
【００２０】
図３にこの台車機構１８を詳細に図解するが、この図３に示すように、駆動輪２２は支持部２８によって回転可能に保持されていて、この支持部２８が直動シリンダ３０のロッドに結合される。ただし、直動シリンダ３０のロッドがそのまま支持部２８として利用されてもよい。直動シリンダ３０が取付け部２０の下面に取り付けられる。直動シリンダ３０は、ロッドすなわち支持部２８を直線的に伸縮する機能を持ち、したがって、この実施例では、直動シリンダ３０をコンピュータ（図示せず）で制御することによって、支持部２８を伸縮でき、結果的に、駆動輪２２の高さ方向の位置を変更することができる。なお、この直動シリンダ３０としては、油圧シリンダなどの流体シリンダや他の任意の形式のものが利用可能であるが、実施例では、応答が速く保持力が大きいので好ましいという理由で、ボールねじを利用した直動シリンダを用いる。
【００２１】
駆動輪２２の高さ方向位置をコンピュータからの指令によって伸長位置と縮減位置とを自動的に切り替えできるという点で、直動シリンダ３０として、コンピュータ制御可能な直動シリンダを用いることが望ましい。しかしながら、駆動輪２２の高さ方向位置を手導的に変更するものでよいなら、他の伸縮機構または出没機構、たとえばリンク機構などを利用することも考えられる。
【００２２】
なお、図３に示すように、前補助輪２４および後補助輪２６は、それぞれ、支持部３２および３４によって取付け部２０に固定的に取り付けられる。したがって、前後補助輪２４および２６は、その高さ方向の位置を変更することはできない。
【００２３】
この実施例において、図３のように直動シリンダ３０を縮めた状態では、直動シリンダ３０のロッドすなわち支持部２８が「没」位置にある。したがって、駆動輪２２と前後補助輪２４お２６とはともに、地面（または床面）３６に接触する。そのため、コンピュータによって駆動輪２２に駆動力を付与すると、この駆動輪２２が前後いずれかの方向に回転され、ロボット１０（図１、図２）が前後いずれかの方向に、台車移動モードで移動する。この台車移動モードでは補助輪２４および２６によって駆動輪２２の前後を支えるので、転倒に関しては非常に安定している。したがって、整地であれば、かなり安全にかつ安定的に移動することができる。
【００２４】
これに対して、直動シリンダ３０を伸ばした状態では、直動シリンダ３０のロッドすなわち支持部２８が「出」位置に伸ばされる。したがって、図４に示すように、駆動輪２２だけが地面３６Ａに接触し、前後補助輪２４および２６はともに、地面３６Ａから浮いた状態となる。この状態では、ロボット１０は、同軸２輪倒立振子モードで移動するので、図３に示す台車移動モードでは移動できなかった図４に示すような不整地（地表に凹凸がある）でも移動することができる。ここで、参照符号３６Ａは地面が不整地であることを示している。
【００２５】
なお、同軸２輪倒立振子モードでの具体的な制御方法は、先に挙げた特許文献１に詳細に説明されているので、ここでは詳細な説明は省略し、この特許文献１の記述を援用することにする。
【００２６】
駆動輪２２と補助輪２４および２６とがともに地面に接触している図３の状態と駆動輪２２だけが地面に接触している図４の状態とを動的に切り換えるためには、たとえばコンピュータによって直動シリンダ３０の出没を制御するようにすればよい。そうすれば、倒立振子で全体がフラフラすることによってコミュニケーション時に相手に与える印象を人間らしいものにすることができる。この倒立振子モードでは、体を押されたときその押圧力に対抗して踏ん張ることができるので、基本的には転倒の可能性は小さいものの、たとえば内部状態の変化によって倒立振子が不安定になった場合またはなりそうな場合には補助輪２４および２６を使って安定させることができる。
【００２７】
なお、上述の実施例では、駆動輪を補助輪に対して相対的に出没させるために、駆動輪２２の支持部２８を直動シリンダ３０のロッドに結合した。しかしながら、図５に示すように、駆動輪２２が固定され、前後補助輪２４および２６がともに直動シリンダ３６および３８のロッドにそれぞれ連結されてもよい。ただし、この実施例の直動シリンダ３６および３８は先の実施例の直動シリンダ３０と同様であるので、重複する説明は省略する。
【００２８】
この実施例において、コンピュータ（図示せず）が２つの直動シリンダ３６および３８をともに「出」位置に制御したときには、図５に示すように、駆動輪２２および補助輪２４および２６がともに地面に接触し、図３と同じく、台車移動モードとなる。これに対して、コンピュータが２つの直動シリンダ３６および３８をともに「没」位置に制御したときには、図６に示すように、駆動輪２２だけが地面３６Ａに接触し、２つの補助輪２４および２６は、浮いた状態になる。この状態では、図４と同様に、倒立振子モードで移動する。したがって、この実施例においても、コンピュータによって直動シリンダ３６および３８を適宜制御することによって、先の実施例と同様に、台車移動モードと倒立振子移動モードとを動的に切り換えることができる。
【００２９】
図５の実施例では、さらに、従来の同軸２輪倒立振子機構ではできなかった階段の昇降が可能である。
【００３０】
図７に示すように、直動シリンダ３８だけを「没」位置にすると、後補助輪２６だけが没位置になり、駆動輪２２と前補助輪２４が同じ出位置となる。したがって、階段の下段から上段に移動しようとするときに図７の状態にすれば、補助輪２６と、駆動輪２２および補助輪２４との高さ方向の位置の違いを形成でき、階段を上ることができる。ただし、階段の上段から下段へ移動しようとするときに図７の状態に制御すれば、同様に、補助輪２６と、駆動輪２２および補助輪２４との段差を形成でき、階段を下ることができる。
【００３１】
図８の場合にも同様に、直動シリンダ３６だけを「没」位置にすると、前補助輪２４だけが没位置になり、駆動輪２２と後補助輪２６が同じ出位置となる。したがって、図７の場合と同じようにして、補助輪２４と、駆動輪２２および補助輪２６との間の段差を形成できるので、階段を上ったり下ったりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１はこの発明の一実施例の同軸２輪倒立振子ロボットの側面を示す図解図である。
【図２】図２はこの実施例の同軸２輪倒立振子ロボットの正面を示す図解図である。
【図３】図３は図１実施例の台車機構の詳細およびそれによって整地を台車モードで移動している状態を示す図解図である。
【図４】図４は図１すなわち図３の実施例の台車機構で不整地を倒立振子モードで移動している状態を示す図解図である。
【図５】図５は図１実施例の台車機構の別の例の詳細およびそれによって整地を台車モードで移動している状態を示す図解図である。
【図６】図６は図１すなわち図５の実施例の台車機構で不整地を倒立振子モードで移動している状態を示す図解図である。
【図７】図７は図１すなわち図５の実施例の台車機構で階段歩行をしている状態の一例を示す図解図である。
【図８】図８は図１すなわち図５の実施例の台車機構で階段歩行をしている状態の他の例を示す図解図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  …同軸２輪倒立振子ロボット
１２  …人体形状部
１８  …台車機構
２０  …取付け部
２２  …駆動輪
２４  …前補助輪
２６  …後補助輪
２８、３２、３４  …支持部
３０、３６、３８  …直動シリンダ
【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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