(57)【要約】【課題】  小型化および軽量化を図るのに好適なロボットアームを提供する。【解決手段】  ロボットアーム３００は、ナット３２４を直線運動させるリニアアクチュエータ３１０と、リニアアクチュエータ３１０の直線運動方向の一端に配置され、リニアアクチュエータ３１０の直線運動方向と直交する方向を軸心として回転関節１４に固定されたプーリ３５０ａと、リニアアクチュエータ３１０の直線運動方向の他端に配置され、プーリ３５０ａの軸方向を軸回りに回転可能なプーリ３５０ｂと、プーリ３５０ａ、３５０ｂに取り付けられ、ナット３２４が固定されたベルト３６０とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットの関節に連結されるロボットアームであって、
可動子を直線運動させるリニアアクチュエータと、
前記リニアアクチュエータの直線運動方向の一端に配置され、前記リニアアクチュエータの直線運動方向と直交する方向を軸心として前記関節に固定された第１回転車と、
前記リニアアクチュエータの直線運動方向の他端に配置され、前記第１回転車の軸方向を軸回りに回転可能な第２回転車と、
前記第１回転車および前記第２回転車に取り付けられ、前記可動子が固定された伝達手段とを備えることを特徴とするロボットアーム。
【請求項２】
請求項１において、
前記リニアアクチュエータは、
ねじ軸および前記ねじ軸に螺合するナットを有するボールねじ装置と、
前記ねじ軸の一端に連結されたモータとを有し、
前記可動子として前記ナットが前記伝達手段に固定されていることを特徴とするロボットアーム。
【請求項３】
請求項１および２のいずれか１項において、
前記第１回転車および前記第２回転車は、プーリであり、
前記伝達手段は、ベルトであることを特徴とするロボットアーム。
【請求項４】
請求項１および２のいずれか１項において、
前記第１回転車および前記第２回転車は、スプロケットであり、
前記伝達手段は、チェーンであることを特徴とするロボットアーム。
【請求項５】
関節と、前記関節に連結されるロボットアームとを備え、
前記ロボットアームは、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のロボットアームであることを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットの関節に適用されるロボットアームおよびロボットに係り、特に、小型化および軽量化を図るのに好適なロボットアームおよびロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボットアームとしては、例えば、特許文献１、２記載のロボットアームが知られている。
特許文献１記載のロボットアームは、上腕節および前腕節を有し、関節駆動用アクチュエータとしてのエアシリンダを上腕節と前腕節の内骨格構造部材として共用し、上腕節および前腕節それぞれの軸線回りのねじり運動を実現するジョイントは、その節の中央に配置され、節の構造部材の一部を兼ねるエアシリンダのロッドの伸縮運動により駆動される送りねじ機構を内蔵している。
【０００３】
特許文献２記載のロボットアームは、ロボットアームの第１と第２の軸ユニットが、それぞれ、減速機構を一体に組み込んだ減速機一体型モータを備える。第２軸ユニットは、第２軸ユニットのモータの静止部分を第１軸ユニットのモータの減速機構出力軸に直接固定して、または第２軸ユニットのモータの静止部分若しくは減速機構出力軸を一方の側に固定し、他方の側を第１軸ユニットのモータの減速機構出力軸に固定したブラケットを介して、第１軸ユニットに連結する。
【特許文献１】特開２００３−１７５４８４号公報
【特許文献２】特開２００５−１４０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載のロボットアームにあっては、エアシリンダの伸縮動作を軸線回りのねじり運動に変換するために、送りねじ機構が設けられているため（同文献〔００１９〕、図７）、ロボットアームが大型化するとともに重量が増加するという問題があった。
また、特許文献２記載のロボットアームにあっては、関節部分にモータと減速機を用いているため、ロボットアームが大型化するとともに重量が増加するという問題があった。
【０００５】
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、小型化および軽量化を図るのに好適なロボットアームおよび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】
〔発明１〕  上記目的を達成するために、発明１のロボットアームは、ロボットの関節に連結されるロボットアームであって、可動子を直線運動させるリニアアクチュエータと、前記リニアアクチュエータの直線運動方向の一端に配置され、前記リニアアクチュエータの直線運動方向と直交する方向を軸心として前記関節に固定された第１回転車と、前記リニアアクチュエータの直線運動方向の他端に配置され、前記第１回転車の軸方向を軸回りに回転可能な第２回転車と、前記第１回転車および前記第２回転車に取り付けられ、前記可動子が固定された伝達手段とを備える。
【０００７】
このような構成であれば、リニアアクチュエータにより可動子が直線運動すると、可動子が固定された伝達手段が直線運動し、リニアアクチュエータの両端に配置された第１回転車および第２回転車に伝達手段を介して動力が伝達される。第１回転車は、関節に固定されているので、伝達手段からの動力により関節とロボットアームが相対的に回転する。すなわち、関節を軸回りとしてロボットアームが回転する。
【０００８】
このように、ロボットアームの伸長方向と、リニアアクチュエータの直線運動方向とを一致させ、出力となる関節の回転軸方向をリニアアクチュエータの直線運動方向と直交する方向とする変換機構を採用することにより、リニアアクチュエータの直線運動をコンパクトな構成で回転運動に変換することができる。
ここで、リニアアクチュエータは、少なくとも一方向に可動子を直線運動させるものであればよく、必ずしも往復運動させるものであることを要しない。
【０００９】
〔発明２〕  さらに、発明２のロボットアームは、発明１のロボットアームにおいて、前記リニアアクチュエータは、ねじ軸および前記ねじ軸に螺合するナットを有するボールねじ装置と、前記ねじ軸の一端に連結されたモータとを有し、前記可動子として前記ナットが前記伝達手段に固定されている。
このような構成であれば、モータの回転に伴ってねじ軸が回転し、ねじ軸に螺合されたナットが直線運動する。そして、ナットが固定された伝達手段が直線運動し、第１回転車および第２回転車に伝達手段を介して動力が伝達される。
【００１０】
〔発明３〕  さらに、発明３のロボットアームは、発明１および２のいずれか１のロボットアームにおいて、前記第１回転車および前記第２回転車は、プーリであり、前記伝達手段は、ベルトである。
このような構成であれば、リニアアクチュエータにより可動子が直線運動すると、可動子が固定されたベルトが直線運動し、第１プーリおよび第２プーリにベルトを介して動力が伝達される。第１プーリは、関節に固定されているので、ベルトからの動力により関節とロボットアームが相対的に回転する。
【００１１】
〔発明４〕  さらに、発明４のロボットアームは、発明１および２のいずれか１のロボットアームにおいて、前記第１回転車および前記第２回転車は、スプロケットであり、前記伝達手段は、チェーンである。
このような構成であれば、リニアアクチュエータにより可動子が直線運動すると、可動子が固定されたチェーンが直線運動し、第１スプロケットおよび第２スプロケットにチェーンを介して動力が伝達される。第１スプロケットは、関節に固定されているので、チェーンからの動力により関節とロボットアームが相対的に回転する。
【００１２】
〔発明５〕  一方、上記目的を達成するために、発明５のロボットは、関節と、前記関節に連結されるロボットアームとを備え、前記ロボットアームは、発明１ないし４のいずれか１項に記載のロボットアームである。
このような構成であれば、発明１ないし４のいずれか１項に記載のロボットアームと同等の作用が得られる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、発明１のロボットアームによれば、ロボットアームの伸長方向と、リニアアクチュエータの直線運動方向とを一致させ、出力となる関節の回転軸方向をリニアアクチュエータの直線運動方向と直交する方向とする変換機構を採用することにより、リニアアクチュエータの直線運動をコンパクトな構成で回転運動に変換することができるので、送りねじ機構のような大型な変換機構を設けなくてすみ、従来に比して、大型化および重量の増加を抑制することができるという効果が得られる。
【００１４】
一方、発明５のロボットによれば、発明１ないし４のいずれか１項に記載のロボットアームと同等の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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５は、本発明に係るロボットアームおよび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。
【００１６】
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の前部には、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の後部には、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。回転関節１４は、脚車輪型ロボット１００の底面と直交する方向を軸方向として回転する。すなわち、ヨー軸回りに回転する。
【００１７】
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。すなわち、回転関節１４が図１の状態であるときは、ピッチ軸回りに回転し、回転関節１４が図１の状態から９０度回転した状態であるときは、ロール軸回りに回転する。したがって、脚部１２は、それぞれ３自由度を有する。
【００１８】
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。
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。
【００１９】
一方、基体１０の正面には、３次元距離測定装置２００が取り付けられている。３次元距離測定装置２００は、測距センサの測定方向に対して直交する２つの軸回りに測距センサを回転させ、これにより得られた測定結果に基づいて、測定範囲内に存在する物体上の連続面を認識する。
３次元距離測定装置２００の座標系（以下、センサ座標系という。）は、基体１０の奥行き（前後の長さ）方向をｘrs軸、基体１０の幅（左右の長さ）方向をｙrs軸、基体１０の高さ方向をｚrs軸とする。なお、測距センサの原点位置においては、測距センサの測定方向がｘrs軸と一致し、測距センサの第１回転軸がｙrs軸と一致する。測距センサの第１回転軸は、ｚ軸回りの走査角度によって向きが変化するが、原点位置においてｙrs軸と一致するため、説明の便宜上、測距センサの第１回転軸をｙrs’軸と表記する。
【００２０】
次に、脚部１２の構成を説明する。
図３は、脚部１２の一部であって、回転関節１４およびこれに連結されるロボットアーム３００を示す斜視図である。
ロボットアーム３００は、図３に示すように、伸長方向に往復直線運動を行うリニアアクチュエータ３１０を有して構成されている。
【００２１】
リニアアクチュエータ３１０は、ロボットアーム３００のリンクを構成し、ボールねじ装置３２０と、ボールねじ装置３２０を駆動するモータ４０とを有して構成されている。
ボールねじ装置３２０は、外周面に螺旋状の軸軌道溝を形成したねじ軸３２２と、内周面に軸軌道溝に対向するナット軌道溝を形成したナット３２４と、軸軌道溝とナット軌道溝とを螺合させる複数のボール（不図示）と、ねじ軸３２２等を支持する左側板３２８、仕切板３２６および右側板３３６と、左側板３２８等を連結するフレーム３３０ａ、３３０ｂ、３３８ａ、３３８ｂとを有して構成されている。
【００２２】
ねじ軸３２２の一端は、仕切板３２６に設置された深溝玉軸受等の軸受（不図示）により回転可能に支持されている。ねじ軸３２２の他端は、左側板３２８に設置された深溝玉軸受等の軸受（不図示）により回転可能に支持されている。
左側板３２８および仕切板３２６は、対向して配置され、２本のフレーム３３０ａ、３３０ｂにより連結されている。
【００２３】
ナット３２４の底面には、ガイド板３３２が取り付けられている。ガイド板３３２には、ねじ軸３２２およびフレーム３３０ａ、３３０ｂを挿通する穴が形成されている。そのため、ナット３２４は、ガイド板３３２を介してフレーム３３０ａ、３３０ｂに案内されながらねじ軸３２２上を移動する。
ねじ軸３２２の一端には、モータ４０が配置され、カップリング（不図示）を介してねじ軸３２２とモータ４０が連結されている。
【００２４】
モータ４０は、ステッピングモータ等の正逆回転可能なものであって、正方向（または逆方向）の回転によりナット３２４を左側板３２８側に移動させ、逆方向（または正方向）の回転によりナット３２４を仕切板３２６側に移動させる。
モータ４０の底面には、右側板３３６が取り付けられている。右側板３３６および仕切板３２６は、２本のフレーム３３８ａ、３３８ｂにより連結されている。
【００２５】
ロボットアーム３００は、さらに、リニアアクチュエータ３１０の直線運動方向の両端にそれぞれ配置された一対のプーリ３５０ａ、３５０ｂと、プーリ３５０ａ、３５０ｂに巻き掛けられた無端のベルト３６０とを有して構成されている。
リニアアクチュエータ３１０の左側板３２８側には、回転関節１４が配置されている。回転関節１４は、プーリ３５０ａを取り付けるコの字状のブラケット３５２を有している。そして、プーリ３５０ａは、リニアアクチュエータ３１０の直線運動方向と直交する方向を軸心として、ブラケット３５２にその回転軸が固定されて取り付けられている。
【００２６】
ブラケット３５２は、円弧状の円弧端面３５２ａを有し、円弧端面３５２ａは、左側板３２８の外向きの面に当接している。そして、左側板３２８の外向きの面と円弧端面３５２ａが摺接しながら、リニアアクチュエータ３１０が回転関節１４を軸回りに回転する。
一方、リニアアクチュエータ３１０の右側板３３６側には、プーリ３５０ｂを取り付けるコの字状のブラケット３５４が配置されている。ブラケット３５４は、右側板３３６の外向きの面に取り付けられている。そして、プーリ３５０ｂは、プーリ３５０ａの軸方向を軸回りに回転可能にブラケット３５４に取り付けられている。
【００２７】
ベルト３６０には、Ｌ字金具３３４によりガイド板３３２が固定されている。Ｌ字金具３３４は、その垂直片部がガイド板３３２に、その水平片部がベルト３６０の内周面にそれぞれ止め具により取り付けられている。
このように、ロボットアーム３００は、ロボットアーム３００の伸長方向と、リニアアクチュエータ３１０の直線運動方向とを一致させ、出力となる回転関節１４の回転軸方向をリニアアクチュエータ３１０の直線運動方向と直交する方向とする変換機構を採用することにより、リニアアクチュエータ３１０の直線運動をコンパクトな構成で回転運動に変換することができる。
なお、回転関節１６、１８が連結するリンク、並びに回転関節１８および駆動輪２０が連結するリンクも、ロボットアーム３００と同様に構成されている。
【００２８】
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４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。
各モータ４０には、図４に示すように、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。
【００２９】
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、外部のＰＣ等と無線通信を行う無線通信部７４と、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ている。
【００３０】
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、３次元距離測定装置２００、前方脚先センサ２２、下方脚先センサ２４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。
【００３１】
次に、３次元距離測定装置２００の構成を説明する。
３次元距離測定装置２００は、測距センサと、測距センサをｙrs’軸回りに回転させるｙrs’軸回転機構と、測距センサをｚrs軸回りに回転させるｚrs軸回転機構と、測距センサの測定結果に基づいて連続面を認識するセンシングプロセッサとを有して構成されている。
【００３２】
センシングプロセッサは、まず、ＣＰＵ６０からの指令信号に基づいて、ｙrs’軸回転機構およびｚrs軸回転機構の走査角度範囲および走査単位角度を設定し、ｙrs’軸回転機構に指令信号を出力することにより、走査角度範囲内において、測距センサを走査単位角度ずつｙrs’軸回りに回転させるとともに、各走査角度に応じた距離情報を測定する第１走査処理を実行する。
【００３３】
次いで、測定した距離情報に対してフィルタリング処理を実行してノイズ成分を除去し、ノイズ除去後の回転座標系の距離情報を直交座標系の座標情報に変換し、変換された座標情報に基づいてハフ変換等により直交座標系における線分を検出する。
そして、検出した線分の端点を連続面の境界として判定し、連続面の境界として判定した端点の座標情報をセンサ座標系に変換し、変換された座標情報をＲＡＭ等のメモリに記憶する。
【００３４】
ｙrs’軸回りの走査範囲で測定可能な領域（以下、走査平面という。）の１つについてこれら一連の処理が終了すると、ｚrs軸回転機構に指令信号を出力することにより、走査角度範囲内において、測距センサを走査単位角度ずつｚrs軸回りに回転させる第２走査処理を実行する。
すべての走査平面についてこれら一連の処理が終了すると、メモリの座標情報に基づいて面データを生成する。連続面の境界として判定した端点を結ぶ線分は、物体上の連続面と走査平面が交わる交線であるので、面データの生成は、例えば、ある走査平面において、連続面の境界として判定した端点を結ぶ線分と、ｚrs軸回りに隣接する走査平面において、連続面の境界として判定した端点を結ぶ線分との傾きおよび座標が所定範囲にあるものを連続面と判定し、それら線分に対応する座標情報を対応付けたり、公知の補間法を用いてつなぎ合わせたりすることにより行う。例えば、傾きが０に近い連続面は、水平面とみなすことができるので、そこが歩行可能な面であると判定することができる。
そして、センサ入力Ｉ／Ｆ６３を介して面データをＣＰＵ６０に出力する。
【００３５】
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５のフローチャートに示す昇降制御処理を実行する。
図５は、昇降制御処理を示すフローチャートである。
【００３６】
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５に示すように、ステップＳ１００に移行する。
ステップＳ１００では、３次元距離測定装置２００から面データを入力し、ステップＳ１０２に移行して、入力した面データに基づいて、センサ座標系の座標をグローバル座標系の座標に変換し、連続面の境界線上の点を階段の特徴点として検出する。
【００３７】
次いで、ステップＳ１０４に移行して、検出した階段の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、検出した階段の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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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し、これを乗り越える場合を説明する。
まず、３次元距離測定装置２００により、連続面の境界が判定され、面データが生成される。次いで、ステップＳ１００、Ｓ１０２を経て、ＣＰＵ６０により、面データが入力され、入力された面データに基づいて階段の特徴点が検出される。そして、ステップＳ１０４〜Ｓ１１０を経て、検出された階段の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。
【００４１】
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。
一方、平地では、脚車輪型ロボット１００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。
【００４２】
次に、回転関節１４を駆動させる場合を例にとってロボットアーム３００の動作を説明する。
ドライバ４４によりモータ４０が駆動されると、モータ４０の回転に伴ってねじ軸３２２が回転し、ねじ軸３２２に螺合されたナット３２４が直線運動する。そして、ナット３２４が固定されたベルト３６０が直線運動し、リニアアクチュエータ３１０の両端に配置されたプーリ３５０ａ、３５０ｂにベルト３６０を介して動力が伝達される。プーリ３５０ａは、回転関節１４に固定されているので、ベルト３６０からの動力により回転関節１４とロボットアーム３００が相対的に回転する。すなわち、回転関節１４を軸回りとしてロボットアーム３００が回転する。
【００４３】
このようにして、本実施の形態では、ロボットアーム３００は、ナット３２４を直線運動させるリニアアクチュエータ３１０と、リニアアクチュエータ３１０の直線運動方向の一端に配置され、リニアアクチュエータ３１０の直線運動方向と直交する方向を軸心として回転関節１４に固定されたプーリ３５０ａと、リニアアクチュエータ３１０の直線運動方向の他端に配置され、プーリ３５０ａの軸方向を軸回りに回転可能なプーリ３５０ｂと、プーリ３５０ａ、３５０ｂに取り付けられ、ナット３２４が固定されたベルト３６０とを備える。
【００４４】
これにより、ロボットアーム３００の伸長方向と、リニアアクチュエータ３１０の直線運動方向とを一致させ、出力となる回転関節１４の回転軸方向をリニアアクチュエータ３１０の直線運動方向と直交する方向とする変換機構を採用することにより、リニアアクチュエータ３１０の直線運動をコンパクトな構成で回転運動に変換することができるので、送りねじ機構のような大型な変換機構を設けなくてすみ、従来に比して、大型化および重量の増加を抑制することができる。
【００４５】
また、リニアアクチュエータ３１０本体をロボットアーム３００のリンクとして構成することにより、軽量化を図ることができる。さらに、減速比の高いボールねじ装置３２０を使用することにより、歯車等の減速機も不要となり、さらに軽量化を図ることができる。
さらに、本実施の形態では、測距センサをｙrs’軸回りに回転させるｙrs’軸回転機構と、測距センサをｚrs軸回りに回転させるｚrs軸回転機構とを備え、ｙrs’軸回転機構により測距センサを回転させながらｙrs’軸回転機構の走査単位角度ごとに測距センサの測定結果を取得する第１走査を、ｚrs軸回転機構により測距センサを回転させながらｚrs軸回転機構の走査単位角度ごとに行う第２走査を行うことにより、ｙrs’軸回転機構の走査単位角度ごとおよびｚrs軸回転機構の走査単位角度ごとの測定結果を取得する。
【００４６】
これにより、連続面として物体の立体的な形状を把握することができるので、脚型ロボットや脚車輪型ロボット１００のように複雑な姿勢制御を必要とするロボットの姿勢制御にさらに好適な認識結果を得ることができる。また、測距センサを回転させる回転機構を採用したので、移動機構に比して、走査に必要なスペースが小さくてすみ、走査のための機構が簡素となり、しかも高速な走査を実現することができる。
【００４７】
さらに、本実施の形態では、脚先センサ２２、２４を備え、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。
これにより、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、従来に比して、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。
【００４８】
さらに、本実施の形態では、３次元距離測定装置２００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。
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。
【００４９】
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。
【００５０】
上記実施の形態において、ナット３２４は、発明１または２の可動子に対応し、プーリ３５０ａは、発明１または３の第１回転車に対応し、プーリ３５０ｂは、発明１または３の第２回転車に対応し、ベルト３６０は、発明１ないし３の伝達手段に対応している。
なお、上記実施の形態においては、プーリ３５０ａ、３５０ｂおよびベルト３６０を用いて構成したが、これに代えて、２つのスプロケットおよびチェーンを用いて構成することもできる。また、これに準ずる他の構成も採用することができる。
【００５１】
また、上記実施の形態においては、ボールねじ装置３２０を挟んで回転関節１４の反対側にモータ４０を配置したが、これに限らず、回転関節１４、モータ４０およびボールねじ装置３２０の順で配置することもできる。
また、上記実施の形態においては、リニアアクチュエータ３１０を用いて構成したが、これに限らず、リニアアクチュエータとしては、電気式（電磁式、静電式、圧電式等）、流体圧式（油圧式、水圧式等）、空圧式その他任意の方式のアクチュエータを採用することができる。
【００５２】
また、上記実施の形態においては、リニアアクチュエータ３１０を往復直線運動を行うものとして構成したが、これに限らず、一方向にのみ直線運動を行うものとして構成することもできる。
また、上記実施の形態においては、本発明に係るロボットアームおよびロボットを、回転関節１４〜１８が連結するリンク、並びに回転関節１８および駆動輪２０が連結するリンクに適用したが、これに限らず、それらリンクのうちいずれかに適用し、他のリンクには他の駆動機構を採用することもできる。
【００５３】
また、上記実施の形態においては、本発明に係るロボットアームおよびロボットを、脚車輪型ロボット１００の脚部１２に適用したが、これに限らず、本発明の主旨を逸脱しない範囲で他の場合にも適用可能である。例えば、脚車輪型ロボット１００その他のロボットの腕部、脚部、指部その他関節に連結されるロボットアームに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【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】脚部１２の一部であって、回転関節１４およびこれに連結されるロボットアーム３００を示す斜視図である。
【図４】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５】昇降制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５５】
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
４０、５０            モータ
４２、５２            エンコーダ
４４、５４            ドライバ
７０                  ３軸姿勢センサ
２００                ３次元距離測定装置
３００                ロボットアーム
３１０                リニアアクチュエータ
３２０                ボールねじ装置
３２２                ねじ軸
３２４                ナット
３２６                仕切板
３２８                左側板
３３０ａ、３３０ｂ、３３８ａ、３３８ｂ  フレーム
３３２                ガイド板
３３４                Ｌ字金具
３３６                右側板
３５０ａ、３５０ｂ    プーリ
３５２、３５４        ブラケット
３５２ａ              円弧端面
３６０                ベルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009190117.tif 000006
【図５】
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