(57)【要約】【課題】複雑な計算処理を要することなく、歩行ロボットの障害物との衝突を検出することができる加速度センサを用いた歩行ロボットの衝突検出装置および歩行ロボットの衝突検出方法を提供する。【解決手段】遊脚判定部５は、現在時点が、歩行ロボットの脚の遊脚時か否かを判定する。衝突判定部６は、現在時点が遊脚時と判定された場合において、歩行ロボットの脚に取り付けた加速度センサ４ａ，４ｂの出力信号に基づいて、歩行ロボットと障害物の衝突を判定する。【選択図】図１
2009095906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行ロボットの衝突検出装置であって、
前記歩行ロボットの脚に取り付けた加速度センサと、
現在時点が、前記歩行ロボットの脚の遊脚時か否かを判定する遊脚判定部と、
現在時点が前記遊脚時と判定された場合において、前記加速度センサの出力信号に基づいて、前記歩行ロボットと障害物の衝突を判定する衝突判定部とを備えた歩行ロボットの衝突検出装置。
【請求項２】
前記歩行ロボットの衝突検出装置は、さらに、
前記歩行ロボットの足の裏に取り付けたタッチまたは圧力センサを備え、
前記遊脚判定部は、
前記タッチまたは圧力センサの出力信号に基づいて、前記遊脚時か否かを判定する、請求項１記載の歩行ロボットの衝突検出装置。
【請求項３】
前記加速度センサは、前記歩行ロボットの進行方向の加速度を検出する、請求項１記載の歩行ロボットの衝突検出装置。
【請求項４】
脚に加速度センサが取り付けられた歩行ロボットの衝突検出方法であって、
現在時点が、前記歩行ロボットの脚の遊脚時か否かを判定するステップと、
現在時点が前記遊脚時と判定された場合において、前記加速度センサの出力信号に基づいて、前記歩行ロボットと障害物の衝突を判定するステップとを備えた歩行ロボットの衝突検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行ロボットの衝突検出装置および歩行ロボットの衝突検出方法に関し、特に、加速度センサを用いて歩行ロボットの衝突を検出する衝突検出装置および衝突検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、歩行ロボットが、家庭などの様々な場所で利用されるようになるにつれて、歩行ロボットと障害物との衝突の検出を安価かつ高精度に行なえることが求められている。
【０００３】
歩行ロボットが障害物に衝突したことを検知する方式として、従来から、指令トルク値とモータの電流値とを用いた方式が用いられている（たとえば、特許文献１を参照）。この方式では、歩行ロボットの脚の各関節軸の関節角度からモータの指令トルクを計算し、これによるモータの電流制限値を計算して、計算した電流制限値と、実際のモータの電流の計測値とを比較することにより、歩行ロボットの衝突の有無を検出する。この方式は複雑な計算処理が必要であり、衝突の有無の検出に長時間を要するため、歩行ロボットを衝突後直ちに停止させることができないという問題がある。
【０００４】
そのため、歩行ロボットに加速度センサを搭載する方法が提案されている（たとえば、特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開２００６−２６３９１６号公報
【特許文献２】特開２００４−１７１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２による加速度センサを用いた衝突検出方法では、歩行ロボットが障害物に衝突した場合だけでなく、歩行ロボットの脚が床面に着地した場合にも、加速度センサから出力される加速度の値は大きくなる。床面への着地を除いて障害物との衝突のみを検出するためには、加速度センサから出力される加速度の周波数成分の分析など複雑な計算処理が必要となる。
【０００６】
それゆえに、本発明の目的は、複雑な計算処理を要することなく、歩行ロボットの障害物との衝突を検出することができる加速度センサを用いた歩行ロボットの衝突検出装置および歩行ロボットの衝突検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、歩行ロボットの衝突検出装置であって、歩行ロボットの脚に取り付けた加速度センサと、現在時点が、歩行ロボットの脚の遊脚時か否かを判定する遊脚判定部と、現在時点が遊脚時と判定された場合において、加速度センサの出力信号に基づいて、歩行ロボットと障害物の衝突を判定する衝突判定部とを備える。
【０００８】
好ましくは、歩行ロボットの衝突検出装置は、さらに、歩行ロボットの足の裏に取り付けたタッチまたは圧力センサを備え、遊脚判定部は、タッチまたは圧力センサの出力信号に基づいて、遊脚時か否かを判定する。
【０００９】
好ましくは、加速度センサは、歩行ロボットの進行方向の加速度を検出する。
また、本発明は、脚に加速度センサが取り付けられた歩行ロボットの衝突検出方法であって、現在時点が、歩行ロボットの脚の遊脚時か否かを判定するステップと、現在時点が遊脚時と判定された場合において、加速度センサの出力信号に基づいて、歩行ロボットと障害物の衝突を判定するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複雑な計算処理を要することなく、歩行ロボットの障害物との衝突を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
（構成）
図１は、本発明の第１の実施形態の歩行ロボットの歩行制御装置の構成を表わす機能ブロック図である。
【００１２】
歩行ロボットの歩行制御装置１は、衝突検出装置３と、歩行パターン制御装置２とからなる。
【００１３】
衝突検出装置３は、第１の加速度センサ４ａと、第２の加速度センサ４ｂと、遊脚判定部５と、衝突判定部６とを含む。
【００１４】
歩行パターン制御装置２は、４本の脚それぞれについて、歩行ロボットの前進または後退の歩行パターンを生成して、アクチュエータ（サーボモータ）を制御する。歩行パターンは、脚が床面から離れてから再び床面に着地するまでの１パターンを繰り返したものである。１パターンは、いくつかの軌道から成り立ち、歩行パターン制御装置２は、軌道に沿って脚が動くようにアクチュエータを位置制御する。歩行パターン制御装置２は、右前脚および左前脚のそれぞれについて、脚が床面上の位置から離れるときに、衝突検出装置３内の遊脚判定部５に対して遊脚開始指示を送り、脚が床面上の位置に到着するときに、衝突検出装置３内の遊脚判定部５に対して遊脚終了指示を送る。
【００１５】
遊脚判定部５は、右前脚および左前脚のそれぞれについて、現在時点が、歩行パターン制御装置２からの遊脚開始指示を受け取った後であり、かつ遊脚終了指示を受け取る前である場合には、歩行ロボットのその脚の遊脚時と判定する。
【００１６】
図２は、歩行ロボットの外観の例を簡略して表わした図である。
図２に示すように、この歩行ロボットは、４本の脚を有する。脚は、膝上脚部と、膝下脚部と、床面と接触する足とからなる。たとえば、左前脚は、膝上脚部４１と膝下脚部４２と、左前足４３とからなる。遊脚とは、足の部分が空中にあることをいう。
【００１７】
第１の加速度センサ４ａは、左前脚の膝下脚部の外側の側面に取り付けられる。第２の加速度センサ４ｂは、図示しないが、右前脚の膝下脚部の外側の側面に取り付けられる。第１の加速度センサ４ａおよび第２の加速度センサ４ｂは、歩行ロボットの進行方向の加速度を検出するように調整されている。第１の加速度センサ４ａから出力される信号を第１の加速度といい、第２の加速度センサ４ｂから出力される信号を第２の加速度ということにする。
【００１８】
衝突判定部６は、右前脚および左前脚のそれぞれについて、現在時点が遊脚判定部５によって遊脚時と判定された場合において、第１の加速度センサ４ａまたは第２の加速度センサ４ｂから得られる第１の加速度または第２の加速度の値が所定の閾値Ａを超えるかどうかを調べ、第１の加速度または第２の加速度の値が所定の閾値Ａを超える場合に、歩行ロボットが障害物と衝突したと判定して、歩行パターン制御装置２に引き戻し指示を送る。
【００１９】
（動作）
図３は、第１の実施形態の歩行ロボットの歩行制御手順を表わすフローチャートである。
【００２０】
図３を参照して、まず、歩行パターン制御装置２は、歩行ロボットの前進の歩行パターンを生成して、アクチュエータ（サーボモータ）を制御する（ステップＳ１０１）。
【００２１】
次に、遊脚判定部５は、歩行パターン制御装置２からの、左前脚についての遊脚開始指示および遊脚終了指示に従って、現在時点が左前脚の遊脚時であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。
【００２２】
次に、衝突判定部６は、現在時点が左前脚の遊脚時であると判定された場合に（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、第１の加速度センサ４ａから出力される第１の加速度の値を取得する（ステップＳ１０４）。
【００２３】
次に、衝突判定部６は、第１の加速度の値が所定の閾値Ａを超える場合に（ステップＳ１０５でＹＥＳ）、歩行ロボットが障害物に衝突したと判定し、歩行パターン制御装置２に引き戻し指示を送る。歩行パターン制御装置２は、引き戻し指示を受けると、歩行ロボットを後退される歩行パターンを生成して、アクチュエータ（サーボモータ）を制御する（ステップＳ１０６）。
【００２４】
ステップＳ１０３でＮＯの場合に、遊脚判定部５は、歩行パターン制御装置２からの、右前脚についての遊脚開始指示および遊脚終了指示に従って、現在時点が右前脚の遊脚時であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。
【００２５】
次に、衝突判定部６は、現在時点が右前脚の遊脚時であると判定された場合に（ステップＳ１０８でＹＥＳ）、第２の加速度センサ４ｂから出力される第２の加速度の値を取得する（ステップＳ１０９）。
【００２６】
次に、衝突判定部６は、第２の加速度の値が所定の閾値Ａを超える場合に（ステップＳ１１０でＹＥＳ）、歩行ロボットが障害物に衝突したと判定し、歩行パターン制御装置２に引き戻し指示を送る。歩行パターン制御装置２は、引き戻し指示を受けると、歩行ロボットを後退される歩行パターンを生成して、アクチュエータ（サーボモータ）を制御する（ステップＳ１１１）。
【００２７】
（実験結果）
次に、障害物との検出時の加速度センサの出力信号がどのように変化するかを調べた実験結果について説明する。
【００２８】
図４は、実験結果を表わす図である。
図４を参照して、左前脚に付けられた第１の加速度センサ４ａから出力される信号８１が表わされている。第１の加速度センサ４ａから出力される信号８１のうち、左前脚が遊脚時以外の期間の信号が信号８２であり、左前脚が遊脚時の期間の信号が信号８３である。
【００２９】
同様に、右前脚に付けられた第２の加速度センサ４ｂから出力される信号８４が表わされている。第２の加速度センサ４ｂから出力される信号８４のうち、右前脚が遊脚時以外の期間の信号が信号８５であり、右前脚が遊脚時の期間の信号が信号８６である。
【００３０】
図４に示すように、左前脚が障害物に衝突した時点とその近辺の信号８１の波形は波形８８となる。信号８１は、床面との接触の影響によっても波形が変化しており、信号８１によって障害物との衝突があったかどうかを判定するのは困難であることがわかる。
【００３１】
これに対して、信号８３の波形は波形８７のようになり、適切な閾値を設定すれば、この信号８３を用いて障害物との衝突を検出することができることがわかる。
【００３２】
以上のように、第１の実施形態によれば、遊脚時の加速度センサの出力信号を用いることによって、足が床面に着地した場合を混同することなく、歩行ロボットと障害物との衝突の有無を判定することができる。また、第１の実施形態では、歩行パターンに基づいて、遊脚を判定するので、遊脚の判定のために特別な装置を必要としない。
【００３３】
［第２の実施形態］
（構成）
図５は、本発明の第２の実施形態の歩行ロボットの歩行制御装置の構成を表わす機能ブロック図である。図５の歩行ロボットの歩行制御装置１１において、図１の歩行ロボットの歩行制御装置１と同一の構成については同一の符号を付している。
【００３４】
図５の装置が図１の装置と異なる点は、衝突検出装置１３である。具体的には、図５の装置が第１の圧力センサ１２ａおよび第２の圧力センサ１２ｂを含む点と、遊脚判定部１５の判定方法が相違する。以下、これらの相違点について説明する。
【００３５】
第１の圧力センサ１２ａは、左前足の裏に取り付けられる。第２の圧力センサ１２ｂは、右前足の裏に取り付けられる。第１の圧力センサ１２ａから出力される信号を第１の圧力といい、第２の圧力センサ１２ｂから出力される信号を第２の圧力ということにする。
【００３６】
遊脚判定部１５は、第１の圧力が所定の閾値Ｂ未満の場合に、現在時点が左前脚の遊脚時であると判定し、第２の圧力が所定の閾値Ｂ未満の場合に、現在時点が右前脚の遊脚時であると判定する。
【００３７】
（動作）
図６は、第２の実施形態の歩行ロボットの歩行制御手順を表わすフローチャートである。
【００３８】
図６を参照して、まず、歩行パターン制御装置２は、歩行ロボットの前進の歩行パターンを生成して、アクチュエータ（サーボモータ）を制御する（ステップＳ２０１）。
【００３９】
次に、遊脚判定部１５は、第１の圧力センサ１２ａから出力される第１の圧力を取得する（ステップＳ２０２）。
【００４０】
遊脚判定部１５は、第１の圧力が所定の閾値Ｂ未満の場合に（ステップＳ２０３でＹＥＳ）、現在時点が左前脚の遊脚時であると判定し、衝突判定部６は、第１の加速度センサ４ａから出力される第１の加速度の値を取得する（ステップＳ２０４）。
【００４１】
次に、衝突判定部６は、第１の加速度の値が所定の閾値Ａを超える場合に（ステップＳ２０５でＹＥＳ）、歩行ロボットが障害物に衝突したと判定し、歩行パターン制御装置２に引き戻し指示を送る。歩行パターン制御装置２は、引き戻し指示を受けると、歩行ロボットを後退される歩行パターンを生成して、アクチュエータ（サーボモータ）を制御する（ステップＳ２０６）。
【００４２】
ステップＳ２０３でＮＯの場合に、遊脚判定部１５は、第２の圧力センサ１２ｂから出力される第２の圧力を取得する（ステップＳ２０７）。
【００４３】
遊脚判定部１５は、第２の圧力が所定の閾値Ｂ未満の場合に（ステップＳ２０８でＹＥＳ）、現在時点が右前脚の遊脚時であると判定し、衝突判定部６は、第２の加速度センサ４ｂから出力される第２の加速度の値を取得する（ステップＳ２０９）。
【００４４】
次に、衝突判定部６は、第２の加速度の値が所定の閾値Ａを超える場合に（ステップＳ２１０でＹＥＳ）、歩行ロボットが障害物に衝突したと判定し、歩行パターン制御装置２に引き戻し指示を送る。歩行パターン制御装置２は、引き戻し指示を受けると、歩行ロボットを後退される歩行パターンを生成して、アクチュエータ（サーボモータ）を制御する（ステップＳ２１１）。
【００４５】
以上のように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、遊脚時の加速度センサの出力信号を用いることによって、足が床面に着地した場合を混同することなく、歩行ロボットと障害物との衝突の有無を判定することができる。また、足裏に取り付けた圧力センサを用いることによって、遊脚の判定を正確に行なうことができる。
【００４６】
（変形例）
本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、たとえば以下のような変形例を含む。
【００４７】
（１）  タッチセンサ
本発明の第２の実施形態では、遊脚を判定するために、圧力センサを足裏に取り付けて、足裏に作用する圧力を検出するものとしたが、これに限定するものではない。たとえば、足裏にタッチセンサを取り付けて、足裏が接地したときにＯＮの信号を出力し、接地しないときにはＯＦＦの信号を出力させ、遊脚判定部は、左前足の裏に取り付けたタッチセンサからの信号がＯＮのときに、現在時点が左前脚の遊脚時であると判定し、右前足の裏に取り付けたタッチセンサからの信号がＯＮのときに、現在時点が右前脚の遊脚時であると判定する。
【００４８】
（２）  歩行ロボット
本発明の実施形態では、４脚の歩行ロボットを例にして説明したが、これに限定するものではなく、本発明の実施形態の障害物の衝突検出方法は、たとえば２脚の歩行ロボットにも適用できる。
【００４９】
（３）  歩行ロボットの衝突時の処理
本発明の実施形態では、歩行ロボットが障害物に衝突したと判定した場合には、歩行ロボットに引き戻し動作をさせたが、これに限定するものではない。たとえば、歩行ロボットを停止させることとしてもよい。
【００５０】
（４）  歩行ロボットの形状
図２の歩行ロボットの外観図は、一例であって、歩行ロボットの形状はこれに限定するものではない。歩行ロボットの脚は、膝上脚部と膝下脚部の２つに分離されているものとしたが、分離されていないものであってもよい。また、加速度センサは、膝下腿部の内側または内部に取り付けることとしてもよい。
【００５１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施形態の歩行ロボットの歩行制御装置の構成を表わす機能ブロック図である。
【図２】歩行ロボットの外観の例を簡略して表わした図である。
【図３】第１の実施形態の歩行ロボットの歩行制御手順を表わすフローチャートである。
【図４】実験結果を表わす図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の歩行ロボットの歩行制御装置の構成を表わす機能ブロック図である。
【図６】第２の実施形態の歩行ロボットの歩行制御手順を表わすフローチャートである。
【符号の説明】
【００５３】
１，１１  歩行ロボットの歩行制御装置、２  歩行パターン制御装置、３，１３  衝突検出装置、４ａ  第１の加速度センサ、４ｂ  第２の加速度センサ、５  遊脚判定部、６  衝突判定部、１２ａ  第１の圧力センサ、１２ｂ  第２の圧力センサ、１５  遊脚判定部、４１  膝上脚部、４２  膝下脚部、４３  左前足。
【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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