(57)【要約】【課題】脚車輪型ロボットの姿勢にかかわらず測定を行うのに好適な脚車輪型ロボットを提供する。【解決手段】脚車輪型ロボットは、基体と、基体に対して自由度を有して連結された脚部１２と、脚部１２に回転可能に設けられた駆動輪と、脚部１２を駆動するための動力を付与する関節モータと、脚先センサ２２と、脚先センサ２２の地軸に対する傾斜を検出する姿勢センサ８４と、脚先センサ２２の傾斜を調整するための動力を付与するモータ８２と、姿勢センサ８４の検出結果に基づいて脚先センサ２２の地軸に対する傾斜が一定となるようにモータ８２を制御する制御部８６とを備える。【選択図】  図４
2007190655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、前記基体に対して自由度を有して連結された脚部と、前記脚部に回転可能に設けられた駆動輪とを備え、前記駆動輪の回転により移動する脚車輪型ロボットであって、
前記脚部に傾斜調整可能に設けられた測距センサと、前記測距センサの地軸に対する傾斜が一定となるように前記測距センサの傾斜を調整する傾斜調整手段とを備えることを特徴とする脚車輪型ロボット。
【請求項２】
請求項１において、
前記傾斜調整手段は、前記測距センサの地軸に対する傾斜を検出する傾斜検出手段と、前記測距センサの傾斜を調整するための動力を付与するアクチュエータと、前記傾斜検出手段の検出結果に基づいて前記測距センサの地軸に対する傾斜が一定となるように前記アクチュエータを制御する制御手段とを有することを特徴とする脚車輪型ロボット。
【請求項３】
請求項２において、
前記測距センサで測定した距離に基づいて障害物を認識する障害物認識手段と、前記脚部を駆動するための動力を付与する第２アクチュエータと、前記障害物認識手段の認識結果に基づいて前記第２アクチュエータを制御する第２制御手段とを備えることを特徴とする脚車輪型ロボット。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記測距センサを前記脚部の先端に設けたことを特徴とする脚車輪型ロボット。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記測距センサは、移動方向に存在する物体までの距離を測定する前方測距センサと、接地面までの距離を測定する下方測距センサとを有することを特徴とする脚車輪型ロボット。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、
前記測距センサは、赤外線測距センサまたは超音波測距センサを複数アレイ状に配列して構成されることを特徴とする脚車輪型ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、段差を乗り越えて移動できる脚車輪型ロボットに係り、特に、脚車輪型ロボットの姿勢にかかわらず測定を行うのに好適な脚車輪型ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットの移動機構は、車輪型、クローラ型、脚型またはこれらを組み合わせた機構に分類される。一般に、車輪型ロボットは、平地での移動性は高いが、段差への適応性が低いという問題がある。また、クローラ型ロボットは、不整地に適し、多少の段差であれば乗り越えられるが、積極的な重心移動ができないために急な階段への適応性が低く、平地における移動性が車輪型ロボットより低いという問題があった。また、脚型ロボットは、階段への適応性が最も優れているが、平地での移動性が極端に低いという問題がある。
【０００３】
脚型ロボットとしては、例えば、特許文献１記載の技術が知られている。
特許文献１記載の発明は、脚部の足平上にマークを付けておき、基体に取り付けられた視覚センサから取得された画像データに基づいて、歩行に対する干渉物と脚部の位置関係を把握しながら歩行動作を行う。
【特許文献１】特開２０００−１５３４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、車輪型、クローラ型および脚型の問題を解決するため、脚型と車輪型を組み合わせた脚車輪型ロボットが提案されている。
図１２は、脚車輪型ロボット１００が階段を乗り越える場合を示す図である。
図１３は、階段昇降時に脚部１２が傾斜する状態を示す図である。
脚車輪型ロボット１００は、図１２に示すように、基体１０と、基体１０に対して複数の自由度を有して連結された複数の脚部１２と、各脚部１２の先端に回転可能に設けられた駆動輪２０とを有して構成されている。
【０００５】
脚車輪型ロボット１００は、脚部１２の先端に駆動輪２０が設けられているため、特許文献１記載の発明のように足平上にセンサを取り付けることができず、図１２に示すように、駆動輪２０の付け根に測距センサ２２を取り付けざるを得ない。したがって、脚部１２の姿勢によって測距センサ２２の地軸に対する傾斜角が変化し、図１３（ａ）に示すように、階段の蹴込板に測定波が当たる傾斜角であっても測距センサ２２が地軸に対して傾斜しているため測定誤差が生じる。また、図１３（ｂ）に示すように、蹴込板に測定波が当たらない傾斜角になった場合は、測定自体が不可能となる。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、脚車輪型ロボットの姿勢にかかわらず測定を行うのに好適な脚車輪型ロボットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載の脚車輪型ロボットは、基体と、前記基体に対して自由度を有して連結された脚部と、前記脚部に回転可能に設けられた駆動輪とを備え、前記駆動輪の回転により移動する脚車輪型ロボットであって、前記脚部に傾斜調整可能に設けられた測距センサと、前記測距センサの地軸に対する傾斜が一定となるように前記測距センサの傾斜を調整する傾斜調整手段とを備える。
【０００７】
このような構成であれば、段差のあるところでは、自由度の範囲で脚部が可動し、段差を乗り越えることができる。したがって、脚型ロボットと同様に段差への適応性が高い。
段差を乗り越える際に測距センサが地軸に対して傾斜すると、傾斜調整手段により、測距センサの地軸に対する傾斜が一定となるように測距センサの傾斜が調整される。その結果、測距センサの地軸に対する傾斜が一定またはほぼ一定となる。
また、平地では、車輪走行で移動することができる。したがって、車輪型ロボットと同様に平地での移動性が高い。
【０００８】
さらに、本発明に係る請求項２記載の脚車輪型ロボットは、請求項１記載の脚車輪型ロボットにおいて、前記傾斜調整手段は、前記測距センサの地軸に対する傾斜を検出する傾斜検出手段と、前記測距センサの傾斜を調整するための動力を付与するアクチュエータと、前記傾斜検出手段の検出結果に基づいて前記測距センサの地軸に対する傾斜が一定となるように前記アクチュエータを制御する制御手段とを有する。
【０００９】
このような構成であれば、傾斜検出手段により、測距センサの地軸に対する傾斜が検出され、制御手段により、その検出結果に基づいて測距センサの地軸に対する傾斜が一定となるようにアクチュエータが制御される。アクチュエータが駆動すると、測距センサの傾斜を調整するための動力が付与され、測距センサの傾斜が調整される。
【００１０】
さらに、本発明に係る請求項３記載の脚車輪型ロボットは、請求項２記載の脚車輪型ロボットにおいて、前記測距センサで測定した距離に基づいて障害物を認識する障害物認識手段と、前記脚部を駆動するための動力を付与する第２アクチュエータと、前記障害物認識手段の認識結果に基づいて前記第２アクチュエータを制御する第２制御手段とを備える。
【００１１】
このような構成であれば、段差のあるところでは、測距センサにより、段差までの距離が測定される。そして、障害物認識手段により、測定された距離に基づいて段差が障害物として認識され、第２制御手段により、その認識結果に基づいて第２アクチュエータが制御される。第２アクチュエータが駆動すると、脚部に動力が付与され、自由度の範囲で脚部が駆動し、段差を乗り越えることができる。したがって、未知の障害物を認識しながら脚部の昇降制御を行うので、未知の段差に対して高い適応性を実現することができる。
【００１２】
さらに、本発明に係る請求項４記載の脚車輪型ロボットは、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の脚車輪型ロボットにおいて、前記測距センサを前記脚部の先端に設けた。
このような構成であれば、測距センサが脚部の先端に設けられているので、段差昇降時に駆動輪と段差の距離を精度よく測定することができる。
【００１３】
さらに、本発明に係る請求項５記載の脚車輪型ロボットは、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の脚車輪型ロボットにおいて、前記測距センサは、移動方向に存在する物体までの距離を測定する前方測距センサと、接地面までの距離を測定する下方測距センサとを有する。
このような構成であれば、階段の昇降時には、前方測距センサにより、階段の蹴込面までの距離が測定され、下方測距センサにより、接地面までの距離が測定される。
【００１４】
さらに、本発明に係る請求項６記載の脚車輪型ロボットは、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の脚車輪型ロボットにおいて、前記測距センサは、赤外線測距センサまたは超音波測距センサを複数アレイ状に配列して構成される。
このような構成であれば、複数の赤外線測距センサまたは超音波測距センサにより、移動方向に存在する段差までの距離が測定される。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明に係る請求項１記載の脚車輪型ロボットによれば、脚車輪型ロボットの姿勢が変化しても測距センサの地軸に対する傾斜が一定またはほぼ一定となるので、従来に比して、測定誤差の発生や測定不可能となる可能性を低減することができるという効果が得られる。
さらに、本発明に係る請求項３記載の脚車輪型ロボットによれば、測距センサを用いて未知の障害物を認識しながら脚部の昇降制御を行うので、未知の段差に対して高い適応性を実現することができるという効果が得られる。
【００１６】
さらに、本発明に係る請求項４記載の脚車輪型ロボットによれば、段差昇降時に駆動輪と段差の距離を精度よく測定することができるという効果が得られる。
さらに、本発明に係る請求項５記載の脚車輪型ロボットによれば、階段の特徴のうち脚部の昇降制御に有効な特徴を検出することができるので、未知の階段に対して高い適応性を実現することができるという効果が得られる。
さらに、本発明に係る請求項６記載の脚車輪型ロボットによれば、測定精度を向上することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１ないし図１０は、本発明に係る脚車輪型ロボットの実施の形態を示す図である。
まず、本発明を適用する脚車輪型ロボット１００の構成を説明する。
図１は、脚車輪型ロボット１００の正面図である。
図２は、脚車輪型ロボット１００の側面図である。
【００１８】
脚車輪型ロボット１００は、図１および図２に示すように、基体１０と、基体１０に連結された４つの脚部１２とを有して構成されている。
基体１０の前方には、２本の脚部１２が回転関節１４を介して左右対称の位置に連結されている。また、基体１０の後方には、２本の脚部１２が回転関節１４を介して左右対称の位置に連結されている。
【００１９】
各脚部１２には、２つの回転関節１６、１８が設けられている。回転関節１４は、下方を軸方向として回転し、回転関節１６、１８は、回転関節１４が図１のような状態であるときは、脚車輪型ロボット１００の側面と直交する方向を軸方向として回転する。したがって、脚部１２は、それぞれ３自由度を有する。
各脚部１２の先端には、回転関節１６、１８と軸方向を同一にして駆動輪２０が回転可能に設けられている。
【００２０】
各脚部１２の先端には、脚車輪型ロボット１００の移動経路上に存在する物体までの距離を測定する前方脚先センサ２２と、接地面までの距離を測定する下方脚先センサ２４とが設けられている。
一方、基体１０の正面の上部中央には、水平面レーザ光を照射する水平レーザ２６が設けられている。また、基体１０の正面の中央左右には、垂直面レーザ光を照射する垂直レーザ２８、３０がそれぞれ設けられている。
【００２１】
基体１０の正面の下部中央には、水平面レーザ光および垂直面レーザ光の反射光を含む画像を撮影するカメラ３２が設けられている。
水平レーザ２６は、カメラ３２で水平面レーザ光の反射光を含む画像が撮影できるように下方に所定角度傾けて設けられている。同様に、垂直レーザ２８は、カメラ３２で垂直面レーザ光の反射光を含む画像が撮影できるように右方に所定角度傾けて設けられ、垂直レーザ３０は、左方に所定角度傾けて設けられている。
カメラ３２の左右には、障害物を検出する障害物センサ３４、３６がそれぞれ設けられている。
【００２２】
図３は、障害物センサ３４、３６の構成を示す図である。
障害物センサ３４、３６は、図３（ａ）に示すように、指向性の低い超音波測距センサを複数アレイ状に配列して構成することができる。また、図３（ｂ）に示すように、指向性の高い赤外線測距センサを複数アレイ状に配列して構成することもできる。アレイ状に配列する構成に限らず、単体で構成してもよい。また、超音波測距センサまたは赤外線測距センサを複数平面上に配列したエリアセンサで構成してもよい。これにより、脚車輪型ロボット１００の移動経路上に存在する物体を大まかに検出することができる。
【００２３】
次に、前方脚先センサ２２の取付構造を説明する。
図４は、前方脚先センサ２２の取付構造を示す図である。
各脚部１２の先端には、図４に示すように、脚車輪型ロボット１００の側面と直交する方向の回転軸を持つように減速機８０が設けられている。減速機８０の出力側回転軸には前方脚先センサ２２が、入力側回転軸にはモータ８２がそれぞれ固定されている。
各脚部１２には、前方脚先センサ２２の姿勢を検出する姿勢センサ８４と、姿勢センサ８４の検出結果に基づいてモータ８２を制御する制御部８６とが設けられている。
【００２４】
次に、前方脚先センサ２２の姿勢制御システムを説明する。
図５は、前方脚先センサ２２の姿勢制御システムを示すブロック図である。
前方脚先センサ２２の姿勢制御システムは、図５に示すように、モータ８２、姿勢センサ８４、制御部８６、エンコーダ８８およびドライバ９０を有して構成されている。
【００２５】
姿勢センサ８４は、ジャイロ若しくは加速度センサ、またはその両方を有し、前方脚先センサ２２の地軸に対する傾きを姿勢角γとして検出する。
制御部８６は、前方脚先センサ２２の維持すべき傾斜角を示す目標姿勢角γrefを設定しておき、姿勢センサ８４から姿勢角γを入力し、姿勢角γおよび目標姿勢角γrefから目標角速度ωを算出する。
エンコーダ８８は、モータ８２の回転角度位置θを検出する。
ドライバ９０は、制御部８６から目標角速度ωを、エンコーダ８８から回転角度位置θをそれぞれ入力し、入力した目標角速度ωおよび回転角度位置θに基づいてモータ８２の駆動を制御する。
【００２６】
図６は、前方脚先センサ２２の姿勢制御を示すブロック線図である。
前方脚先センサ２２の姿勢制御では、図６に示すように、目標姿勢角γrefを入力し、入力した目標姿勢角γrefに対して、比例ゲイン係数ｋp、積分ゲイン係数ｋiおよび微分ゲイン係数ｋdを乗じて目標角速度ωを算出し、目標角速度ωから現在の角速度θ′を減算し、減算して得られた追従エラー角速度をドライバ９０に入力する。次いで、追従エラー角速度に基づいてモータ駆動電流ｉをドライバ９０により生成し、生成したモータ駆動電流ｉをモータ指令信号としてモータ８２に出力する。そして、エンコーダ８８から回転角度位置θを入力し、回転角度位置θに外乱γ*が加わったものを姿勢角γとして姿勢センサ８４で検出する。一方、回転角度位置θを微分して得られた現在の角速度θ′をフィードバックする。
なお、下方脚先センサ２４についても、前方脚先センサ２２と同様の取付構造となっており、同様の姿勢制御システムを有して構成されている。この場合、モータ８２、姿勢センサ８４、制御部８６、エンコーダ８８およびドライバ９０は、共通に用いてもよいし、それぞれ個別に設けてもよい。
【００２７】
次に、脚車輪型ロボット１００の移動制御システムを説明する。
図７は、脚車輪型ロボット１００の移動制御システムを示すブロック図である。
各脚部１２の回転関節１４〜１８には、図７に示すように、回転関節１４〜１８を回転駆動する関節モータ４０がそれぞれ設けられている。各関節モータ４０には、関節モータ４０の回転角度位置を検出するエンコーダ４２と、モータ指令信号およびエンコーダ４２の出力信号に基づいて関節モータ４０の駆動を制御するドライバ４４が設けられている。
【００２８】
各脚部１２の駆動輪２０には、駆動輪２０を回転駆動する車輪モータ５０がそれぞれ設けられている。各車輪モータ５０には、車輪モータ５０の回転角度位置を検出するエンコーダ５２と、モータ指令信号およびエンコーダ５２の出力信号に基づいて車輪モータ５０の駆動を制御するドライバ５４が設けられている。
脚車輪型ロボット１００は、さらに、ＣＰＵ６０と、脚車輪型ロボット１００の姿勢を検出する３軸姿勢センサ７０と、カメラ３２の画像信号を処理するビジョンプロセッサ７２と、外部のＰＣ等と無線通信を行う無線通信部７４と、ビジョンプロセッサ７２および無線通信部７４とＣＰＵ６０の入出力を中継するハブ７６と、警告音等を出力するスピーカ７８とを有して構成される。
【００２９】
３軸姿勢センサ７０は、ジャイロ若しくは加速度センサ、またはその両方を有し、地軸に対して脚車輪型ロボット１００の姿勢の傾きを検出する。
ＣＰＵ６０は、モータ指令出力Ｉ／Ｆ６１を介してドライバ４４、５４にモータ指令信号を出力し、角度取込Ｉ／Ｆ６２を介してエンコーダ４２、５２の出力信号を入力する。また、センサ入力Ｉ／Ｆ６３を介して、前方脚先センサ２２、下方脚先センサ２４、障害物センサ３４および３軸姿勢センサ７０からそれぞれセンサ信号を入力する。また、通信Ｉ／Ｆ６４を介してハブ７６と信号の入出力を行い、サウンド出力Ｉ／Ｆ６５を介してスピーカ７８に音声信号を出力する。
【００３０】
次に、ＣＰＵ６０で実行される処理を説明する。
ＣＰＵ６０は、ＲＯＭ等の所定領域に格納されている制御プログラムを起動させ、その制御プログラムに従って、図８のフローチャートに示す昇降制御処理を実行する。
図８は、昇降制御処理を示すフローチャートである。
昇降制御処理は、脚部１２の昇降制御を行う処理であって、ＣＰＵ６０において実行されると、まず、図８に示すように、ステップＳ１００に移行する。
ステップＳ１００では、ビジョンプロセッサ７２から画像を取り込み、ステップＳ１０２に移行する。
ステップＳ１０２では、取り込んだ画像に基づいて光切断法により階段の特徴点を抽出する。
【００３１】
図９は、光切断法の原理を説明するための図である。
光切断法は、三角測量の原理により計測対象上の座標を求める計測法である。図９に計測座標系を示す。
計測対象上の座標Ｐ（x0、y0、z0）は、カメラ３２の撮像素子上の任意の座標をＰs（xi、yi、zi）とすると、下式により求められる。
【００３２】
【数１】
2007190655.tif 000003
【００３３】
次に、得られた三次元座標から、レーザ光の反射光の不連続点または屈曲点を階段の特徴点として抽出する。
図１０は、階段にレーザ光を照射した状態およびカメラ３２の撮像素子の画像を示す図である。
脚車輪型ロボット１００の移動経路上に階段が存在すると、図１０（ａ）左側に示すように、水平レーザ２６から照射された水平面レーザ光が階段の蹴込板および床面で反射し、カメラ３２により、その反射光を含む階段の画像が撮影される。その画像に対して画像処理を行うと、図１０（ａ）右側に示すように、蹴込板での反射光エッジおよび床面での反射光エッジを抽出することができる。そして、そのエッジ画像および上式により得られた三次元座標に基づいて、反射光エッジの不連続点に対応する実座標を算出することができる。
【００３４】
また、図１０（ｂ）左側に示すように、垂直レーザ２８から照射された垂直面レーザ光が階段の蹴込板および踏板で反射し、カメラ３２により、その反射光を含む階段の画像が撮影される。その画像に対して画像処理を行うと、図１０（ｂ）右側に示すように、蹴込板での反射光エッジおよび踏板での反射光エッジを抽出することができる。また、垂直レーザ３０についても同様であり、図１０（ｃ）右側に示すように、蹴込板での反射光エッジおよび踏板での反射光エッジを抽出することができる。そして、それらエッジ画像および上式により得られた三次元座標に基づいて、反射光エッジの屈曲点に対する実座標を算出することができる。
【００３５】
図８に戻り、次いで、ステップＳ１０４に移行して、抽出した特徴点に基づいて階段の幅を算出し、ステップＳ１０６に移行して、抽出した特徴点に基づいて階段の段鼻部の実座標を算出し、ステップＳ１０８に移行する。
ステップＳ１０８では、算出した階段の幅および段鼻部の実座標、並びに３軸姿勢センサ７０のセンサ信号に基づいて逆運動学計算および重心計算を行い、ステップＳ１１０に移行して、ステップＳ１０８の計算結果に基づいて脚先（駆動輪２０）の着地位置を決定し、ステップＳ１１２に移行する。
【００３６】
ステップＳ１１２では、前方脚先センサ２２および下方脚先センサ２４からそれぞれセンサ信号を入力し、ステップＳ１１４に移行して、入力した前方脚先センサ２２のセンサ信号に基づいて蹴込板までの距離を算出し、ステップＳ１１６に移行して、入力した下方脚先センサ２４のセンサ信号に基づいて脚先と踏板の位置関係を算出し、ステップＳ１１８に移行する。
【００３７】
ステップＳ１１８では、決定した着地位置および算出した両距離に基づいてドライバ４４、５４へのモータ指令信号を生成し、ステップＳ１２０に移行して、生成したモータ指令信号をドライバ４４、５４に出力し、ステップＳ１２２に移行する。
ステップＳ１２２では、脚先が踏板に着地したか否かを判定し、脚先が着地したと判定したとき(Yes)は、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。
一方、ステップＳ１２２で、脚先が着地しないと判定したとき(No)は、ステップＳ１１２に移行する。
【００３８】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
脚車輪型ロボット１００の移動経路上に階段が存在すると、水平レーザ２６から照射された水平面レーザ光、および垂直レーザ２８、３０から照射された垂直面レーザ光がそれぞれ階段で反射し、カメラ３２により、それら反射光を含む画像が撮影される。次いで、ステップＳ１００、Ｓ１０２を経て、カメラ３２で撮影された画像が取り込まれ、取り込まれた画像から階段の特徴点が抽出される。そして、ステップＳ１０４〜Ｓ１１０を経て、抽出された特徴点に基づいて階段の幅および段鼻部の実座標が算出され、算出された階段の幅および段鼻部の実座標に基づいて脚先の着地位置が決定される。
【００３９】
さらに、ステップＳ１１２〜Ｓ１１６を経て、脚先センサ２２、２４からそれぞれセンサ信号が入力され、蹴込板までの距離および脚先と踏板の位置関係が算出される。そして、ステップＳ１１８、Ｓ１２０を経て、決定された着地位置および算出された両距離に基づいてモータ指令信号が生成され、生成されたモータ指令信号がドライバ４４、５４に出力される。これにより、駆動輪２０が回転するとともに回転関節１４〜１８が駆動し、脚車輪型ロボット１００が姿勢を適切に保ちつつ階段を乗り越える。また、状況によっては階段を回避、停止する。したがって、脚型ロボットと同様に階段への適応性が高い。
【００４０】
また、階段昇降の際に脚先センサ２２、２４が傾斜すると、姿勢センサ８４により、脚先センサ２２、２４の地軸に対する傾斜が検出され、制御部８６により、その検出結果に基づいて脚先センサ２２、２４の地軸に対する傾斜が一定となるようにモータ指令信号が生成され、生成されたモータ指令信号がドライバ９０に出力される。これにより、モータ８２の動力が減速機８０に伝達し、脚先センサ２２、２４の傾斜が調整される。その結果、脚先センサ２２、２４の地軸に対する傾斜が一定またはほぼ一定となる。
【００４１】
また、平地では、車輪走行で移動することができる。したがって、車輪型と同様に平地での移動性が高い。
このようにして、本実施の形態では、脚先センサ２２、２４の地軸に対する傾斜を検出する姿勢センサ８４と、脚先センサ２２、２４の傾斜を調整するための動力を付与するモータ８２と、姿勢センサ８４の検出結果に基づいて脚先センサ２２、２４の地軸に対する傾斜が一定となるようにモータ８２を制御する制御部８６とを備える。
【００４２】
これにより、脚車輪型ロボット１００の姿勢が変化しても脚先センサ２２、２４の地軸に対する傾斜が一定またはほぼ一定となるので、従来に比して、測定誤差の発生や測定不可能となる可能性を低減することができる。
さらに、本実施の形態では、レーザ２６〜３０およびカメラ３２からなる画像センサと、脚先センサ２２、２４とを備え、カメラ３２で撮影した画像および脚先センサ２２、２４で測定した距離に基づいて階段を認識し、その認識結果に基づいてモータ４０、５０を制御する。
【００４３】
これにより、画像センサおよび脚先センサ２２、２４を用いて未知の階段を認識しながら脚部１２の昇降制御を行うので、未知の階段に対して高い適応性を実現することができる。また、人が活動する環境での動作を行えるので、人と一緒に行動する用途に用いられるホームロボット、パーソナルロボット等に好適である。
さらに、本実施の形態では、画像センサを基体１０の正面に設け、脚先センサ２２、２４を脚部１２の先端に設けた。
【００４４】
これにより、脚車輪型ロボット１００の移動経路上に存在する物体を広い視野で検出することができるとともに、階段昇降時に駆動輪２０と階段の距離を精度よく測定することができる。
さらに、本実施の形態では、移動方向に対して所定角度にレーザ光を照射するレーザ２６〜３０と、レーザ２６〜３０から所定距離隔てて設けられかつレーザ光の反射光を含む画像を撮像するカメラ３２とを備え、カメラ３２で撮影した画像に基づいて光切断法により階段を認識する。
【００４５】
これにより、階段の特徴のうち脚部１２の昇降制御に有効な特徴を検出することができるので、未知の階段に対してさらに高い適応性を実現することができる。
さらに、本実施の形態では、水平レーザ２６から照射された水平面レーザ光の反射光の撮影状態に基づいて階段の幅を算出し、垂直レーザ２８、３０から照射された２つの垂直面レーザ光の反射光の撮影状態に基づいて階段の段鼻部の実座標を算出する。
【００４６】
これにより、階段の特徴のうち脚部１２の昇降制御にさらに有効な特徴を検出することができるので、未知の階段に対してさらに高い適応性を実現することができる。
さらに、本実施の形態では、前方脚先センサ２２の測定結果に基づいて階段の蹴込板までの距離を算出し、下方脚先センサ２４の測定結果に基づいて駆動輪２０と階段の踏板の位置関係を算出する。
これにより、階段の特徴のうち脚部１２の昇降制御にさらに有効な特徴を検出することができるので、未知の階段に対してさらに高い適応性を実現することができる。
【００４７】
上記実施の形態において、前方脚先センサ２２および下方脚先センサ２４は、請求項１ないし５記載の測距センサに対応し、前方脚先センサ２２は、請求項５記載の前方測距センサに対応し、下方脚先センサ２４は、請求項５記載の下方測距センサに対応し、モータ８２、姿勢センサ８４および制御部８６は、請求項１または２記載の傾斜調整手段に対応している。また、モータ８２は、請求項２または３記載のアクチュエータに対応し、姿勢センサ８４は、請求項２記載の傾斜検出手段に対応し、制御部８６は、請求項２または３記載の制御手段に対応している。
【００４８】
上記実施の形態において、モータ４０は、請求項３記載の第２アクチュエータに対応し、ステップＳ１００〜Ｓ１１６は、請求項３記載の障害物認識手段に対応し、ステップＳ１２０、Ｓ１２２は、請求項３記載の第２制御手段に対応している。
なお、上記実施の形態においては、脚部１２の前方に脚先センサ２２、２４を設けたが、これに限らず、例えば、次の構成を採用することができる。
【００４９】
図１１は、測距センサの取付構造を示す図である。
第１の構成として、図１１（ａ）に示すように、脚部１２の前方および後方に脚先センサ２２、２４を設けてもよい。
第２の構成として、図１１（ｂ）に示すように、脚先センサ２２、２４を複数の測距センサから構成してもよい。
第３の構成として、図１１（ｃ）に示すように、脚先センサ２２、２４を、複数の測距センサをアレイ状に配列して構成してもよい。
このような構成であれば、より多くの測距センサで検出を行うので、測定精度を向上することができる。
また、上記実施の形態においては、本発明に係る脚車輪型ロボットを、階段を乗り越える場合について適用したが、これに限らず、階段以外の段差を乗り越える場合についても同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】脚車輪型ロボット１００の正面図である。
【図２】脚車輪型ロボット１００の側面図である。
【図３】障害物センサ３４、３６の構成を示す図である。
【図４】前方脚先センサ２２の取付構造を示す図である。
【図５】前方脚先センサ２２の姿勢制御システムを示すブロック図である。
【図６】前方脚先センサ２２の姿勢制御を示すブロック線図である。
【図７】脚車輪型ロボット１００の移動制御システムを示すブロック図である。
【図８】昇降制御処理を示すフローチャートである。
【図９】光切断法の原理を説明するための図である。
【図１０】階段にレーザ光を照射した状態およびカメラ３２の撮像素子の画像を示す図である。
【図１１】測距センサの取付構造を示す図である。
【図１２】脚車輪型ロボット１００が階段を乗り越える場合を示す図である。
【図１３】階段昇降時に脚部１２が傾斜する状態を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００                脚車輪型ロボット
１０                  基体
１２                  脚部
１４〜１８            回転関節
２０                  駆動輪
２２、２４            脚先センサ
２６                  水平レーザ
２８、３０            垂直レーザ
３２                  カメラ
３４、３６            障害物センサ
４０、５０、８２      モータ
４２、５２、８８      エンコーダ
４４、５４、９０      ドライバ
７０                  ３軸姿勢センサ
８０                  減速機
８４                  姿勢センサ
８６                  制御部
【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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【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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