(57)【要約】      （修正有）【課題】組立が容易で強度を向上するのに好適な回転伝達機構の嵌め合い構造を提供する。【解決手段】脚車輪型ロボットは、基体と、回転関節１４と、回転関節１４を介して基体に連結された４つの脚部と、脚部の先端に回転可能に設けられた駆動輪と、回転関節１４を回転駆動する関節モータとを備え、関節駆動部３００は、減速機３１８の軸心上に開口部３０４ａを有し回転軸３１６を収容するハウジング３０２と、軸受３１４が取り付けられた上面カバー３０６とを有し、上面カバー３０６は、軸受３１４の軸心と減速機３１８の軸心とが一致する状態で開口部３０４ａの内周に嵌合するインロー部を有し、上面カバー３０６を、インロー部を開口部３０４ａの内周に嵌合してハウジング３０２に固定した。【選択図】図４
2009050941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝達部材に設けられた第１軸支手段、および前記伝達部材、被伝達部材または前記伝達部材と前記被伝達部材との間に設けられた第２軸支手段で回転軸を支承し、前記回転軸を介して回転力を前記被伝達部材に伝達する回転伝達機構の嵌め合い構造であって、
前記伝達部材は、前記第２軸支手段の軸心上に開口部を有し前記回転軸を収容するためのハウジングと、前記第１軸支手段を取り付けるための取付部材とを備え、
前記取付部材は、当該取付部材に取り付けられた前記第１軸支手段の軸心と前記第２軸支手段の軸心とが一致する状態で前記開口部の内周に嵌合するインロー部を有し、前記取付部材を、前記インロー部を前記開口部の内周に嵌合して前記ハウジングに固定したことを特徴とする回転伝達機構の嵌め合い構造。
【請求項２】
請求項１において、
前記開口部の端面は、前記回転軸を収容する領域の外縁を形成する円弧部と、前記円弧部の端部から延出する直線部とを有し、
前記インロー部は、前記円弧部および前記直線部の内周に嵌合するように形成されていることを特徴とする回転伝達機構の嵌め合い構造。
【請求項３】
請求項１において、
前記開口部の端面は、前記回転軸を収容する領域の外縁を形成する円弧部を有し、前記円弧部には、径方向内側に突出する係止部が設けられており、
前記インロー部は、前記係止部の内周に嵌合するように形成されていることを特徴とする回転伝達機構の嵌め合い構造。
【請求項４】
請求項１において、
前記開口部の端面は、前記回転軸を収容する領域の外縁を形成する円弧部と、前記円弧部の端部から延出する直線部とを有し、前記直線部には、前記ハウジングの内側に突出する係止部が設けられており、
前記インロー部は、前記係止部の内周に嵌合するように形成されていることを特徴とする回転伝達機構の嵌め合い構造。
【請求項５】
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、前記脚部に自由度を付与する関節と、前記脚部に回転可能に設けられた車輪と、前記関節を駆動するための動力を付与するアクチュエータとを備え、前記脚部の駆動および前記車輪の回転により移動し、前記関節は、伝達部材および被伝達部材を有し、前記伝達部材に設けられた第１軸支手段、および前記伝達部材、前記被伝達部材または前記伝達部材と前記被伝達部材との間に設けられた第２軸支手段で回転軸を支承し、前記回転軸を介して回転力を前記被伝達部材に伝達する脚車輪型ロボットの関節嵌め合い構造であって、
前記伝達部材は、前記第２軸支手段の軸心上に開口部を有し前記回転軸を収容するためのハウジングと、前記第１軸支手段を取り付けるための取付部材とを備え、
前記取付部材は、当該取付部材に取り付けられた前記第１軸支手段の軸心と前記第２軸支手段の軸心とが一致する状態で前記開口部の内周に嵌合するインロー部を有し、前記取付部材を、前記インロー部を前記開口部の内周に嵌合して前記ハウジングに固定したことを特徴とする脚車輪型ロボットの関節嵌め合い構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転伝達機構の嵌め合い構造および脚車輪型ロボットの関節嵌め合い構造に係り、特に、組立が容易で強度を向上するのに好適な回転伝達機構の嵌め合い構造および脚車輪型ロボットの関節嵌め合い構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、脚車輪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には、基体と、回転関節と、回転関節を介して基体に連結された４つの脚部と、脚部の先端に回転可能に設けられた駆動輪と、回転関節を回転駆動する関節モータとを備え、脚部の駆動および駆動輪の回転により移動する脚車輪型ロボットが開示されている（同文献〔００２０〕、〔００２１〕、〔００２５〕および図１、図２）。
【０００３】
このような脚車輪型ロボットの股関節の構造としては、例えば、基体に設けられた関節駆動部と、脚部の付け根に設けられた関節従動部とを備え、関節駆動部および関節従動部にそれぞれ設けられた軸受で回転軸を支承し、関節駆動部に設けられたモータで回転軸を回転させ、回転軸を介して回転力を関節従動部に伝達する構成を採用することができる。
関節駆動部は、軸受の軸心上に開口部を有し回転軸を収容するハウジングと、軸受が取り付けられた上面カバーとを備え、上面カバーは、ボルトでハウジングに締結することによりハウジングの開口部を被覆して固定される。
【特許文献１】特開２００７−１９０６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１５は、ハウジング９００および上面カバー９１０の嵌め合い構造を示す断面図である。
ハウジング９００には、図１５に示すように、ボルト９０４の軸部とほぼ同径のタップ穴９０２が、上面カバー９１０には、穴位置のばらつきを吸収するためにボルト９０４の軸部よりも１０％程度大径のキリ穴９１２が形成されている。キリ穴９１２およびタップ穴９０２は同軸上に形成されている。そして、上面カバー９１０をハウジング９００の開口部に合わせ、キリ穴９１２およびタップ穴９０２にボルト９０４を通して締結することにより上面カバー９１０を固定する。
【０００５】
このとき、上面カバー９１０に取り付けられた軸受の軸心と、関節従動部に設けられた軸受の軸心を一致させてそれら軸受で回転軸を支承する必要がある。
しかしながら、キリ穴９１２がボルト９０４の軸部よりも大径となっているため、上面カバー９１０の固定時に、図１５（ｂ）に示すように、キリ穴９１２の余裕分だけ上面カバー９１０がずれてしまい、軸受の軸心を一致させにくく組立が困難であるという問題があった。
【０００６】
図１６は、ハウジング９００および上面カバー９１０に加わる外力を示す図である。
脚車輪型ロボットの関節には、脚車輪型ロボットの姿勢によって任意の向きで力が加わる。
しかしながら、ハウジング９００および上面カバー９１０をボルト９０４でのみ固定しているため、図１６に示すように、関節駆動部に加わる力をボルト９０４でのみ受けることとなり、強度が不十分であるという問題もあった。
【０００７】
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、組立が容易で強度を向上するのに好適な回転伝達機構の嵌め合い構造および脚車輪型ロボットの関節嵌め合い構造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】
【０００８】
〔発明１〕  上記目的を達成するために、発明１の回転伝達機構の嵌め合い構造は、伝達部材に設けられた第１軸支手段、および前記伝達部材、被伝達部材または前記伝達部材と前記被伝達部材との間に設けられた第２軸支手段で回転軸を支承し、前記回転軸を介して回転力を前記被伝達部材に伝達する回転伝達機構の嵌め合い構造であって、前記伝達部材は、前記第２軸支手段の軸心上に開口部を有し前記回転軸を収容するためのハウジングと、前記第１軸支手段を取り付けるための取付部材とを備え、前記取付部材は、当該取付部材に取り付けられた前記第１軸支手段の軸心と前記第２軸支手段の軸心とが一致する状態で前記開口部の内周に嵌合するインロー部を有し、前記取付部材を、前記インロー部を前記開口部の内周に嵌合して前記ハウジングに固定した。
【０００９】
このような構成であれば、取付部材は、第１軸支手段の軸心と第２軸支手段の軸心とが一致する状態で開口部の内周に嵌合するインロー部を有するので、取付部材に第１軸支手段を取り付け、インロー部を開口部の内周に嵌合して取付部材をハウジングに固定すると、第１軸支手段の軸心と第２軸支手段の軸心とを一致させて第１軸支手段および第２軸支手段で回転軸を支承することができる。したがって、組立が容易である。
【００１０】
また、伝達部材に加わる力をインロー部でも受けることができるので、強度が向上する。
ここで、ハウジングは、回転軸を収容するためのものであって、回転軸が実際に収容されていることを要しない。以下、発明５の脚車輪型ロボットの関節嵌め合い構造において同じである。
【００１１】
また、取付部材は、第１軸支手段を取り付けるためのものであって、第１軸支手段が実際に取り付けられていることを要しない。以下、発明５の脚車輪型ロボットの関節嵌め合い構造において同じである。
また、第１軸支手段および第２軸支手段には、軸受、減速機その他の軸支手段が含まれる。以下、発明５の脚車輪型ロボットの関節嵌め合い構造において同じである。
【００１２】
〔発明２〕  さらに、発明２の回転伝達機構の嵌め合い構造は、発明１の回転伝達機構の嵌め合い構造において、前記開口部の端面は、前記回転軸を収容する領域の外縁を形成する円弧部と、前記円弧部の端部から延出する直線部とを有し、前記インロー部は、前記円弧部および前記直線部の内周に嵌合するように形成されている。
このような構成であれば、インロー部が円弧部および直線部の内周に嵌合するので、円弧部の円周方向に力が加わっても、インロー部と直線部の係合により取付部材がずれにくい。
【００１３】
〔発明３〕  さらに、発明３の回転伝達機構の嵌め合い構造は、発明１の回転伝達機構の嵌め合い構造において、前記開口部の端面は、前記回転軸を収容する領域の外縁を形成する円弧部を有し、前記円弧部には、径方向内側に突出する係止部が設けられており、前記インロー部は、前記係止部の内周に嵌合するように形成されている。
このような構成であれば、インロー部が係止部の内周に嵌合するので、係止部の突出方向と直交する方向に力が加わっても、インロー部と係止部の係合により取付部材がずれにくい。
【００１４】
〔発明４〕  さらに、発明４の回転伝達機構の嵌め合い構造は、発明１の回転伝達機構の嵌め合い構造において、前記開口部の端面は、前記回転軸を収容する領域の外縁を形成する円弧部と、前記円弧部の端部から延出する直線部とを有し、前記直線部には、前記ハウジングの内側に突出する係止部が設けられており、前記インロー部は、前記係止部の内周に嵌合するように形成されている。
このような構成であれば、インロー部が係止部の内周に嵌合するので、係止部の突出方向と直交する方向に力が加わっても、インロー部と係止部の係合により取付部材がずれにくい。
【００１５】
〔発明５〕  一方、上記目的を達成するために、発明５の脚車輪型ロボットの関節嵌め合い構造は、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、前記脚部に自由度を付与する関節と、前記脚部に回転可能に設けられた車輪と、前記関節を駆動するための動力を付与するアクチュエータとを備え、前記脚部の駆動および前記車輪の回転により移動し、前記関節は、伝達部材および被伝達部材を有し、前記伝達部材に設けられた第１軸支手段、および前記伝達部材、前記被伝達部材または前記伝達部材と前記被伝達部材との間に設けられた第２軸支手段で回転軸を支承し、前記回転軸を介して回転力を前記被伝達部材に伝達する脚車輪型ロボットの関節嵌め合い構造であって、前記伝達部材は、前記第２軸支手段の軸心上に開口部を有し前記回転軸を収容するためのハウジングと、前記第１軸支手段を取り付けるための取付部材とを備え、前記取付部材は、当該取付部材に取り付けられた前記第１軸支手段の軸心と前記第２軸支手段の軸心とが一致する状態で前記開口部の内周に嵌合するインロー部を有し、前記取付部材を、前記インロー部を前記開口部の内周に嵌合して前記ハウジングに固定した。
【００１６】
このような構成であれば、取付部材は、第１軸支手段の軸心と第２軸支手段の軸心とが一致する状態で開口部の内周に嵌合するインロー部を有するので、取付部材に第１軸支手段を取り付け、インロー部を開口部の内周に嵌合して取付部材をハウジングに固定すると、第１軸支手段の軸心と第２軸支手段の軸心とを一致させて第１軸支手段および第２軸支手段で回転軸を支承することができる。したがって、組立が容易である。
【００１７】
また、伝達部材に加わる力をインロー部でも受けることができるので、強度が向上する。
なお、脚車輪型ロボットは、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。
【００１８】
一方、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。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、発明１の回転伝達機構の嵌め合い構造、または発明５の脚車輪型ロボットの関節嵌め合い構造によれば、インロー部を開口部の内周に嵌合して取付部材をハウジングに固定すると、第１軸支手段の軸心と第２軸支手段の軸心とを一致させて第１軸支手段および第２軸支手段で回転軸を支承することができるので、組立が容易になるという効果が得られる。また、伝達部材に加わる力をインロー部でも受けることができるので、強度を向上することができるという効果も得られる。
【００２０】
さらに、発明２の回転伝達機構の嵌め合い構造によれば、インロー部が円弧部および直線部の内周に嵌合するので、円弧部の円周方向に力が加わった場合に、取付部材がずれ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、発明３または４の回転伝達機構の嵌め合い構造によれば、インロー部が係止部の内周に嵌合するので、係止部の突出方向と直交する方向に力が加わった場合に、取付部材がずれ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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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１４は、本発明に係る回転伝達機構の嵌め合い構造および脚車輪型ロボットの関節嵌め合い構造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。
【００２２】
図２は、脚車輪型ロボット１００の側面図である。
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
次に、回転関節１４の構成を説明する。
図３は、回転関節１４の斜視図である。
図４は、図３のＡ−Ａ’線に沿った軸方向の断面図である。
回転関節１４は、図３および図４に示すように、基体１０に設けられた関節駆動部３００と、脚部１２の付け根に設けられた関節従動部３３０とを有して構成されている。
【００２７】
関節駆動部３００は、図４に示すように、上面全域にわたって開口部３０４ａが形成されたハウジング３０２と、ハウジング３０２の開口部３０４ａの右半分を被覆して嵌合する上面カバー３０６と、ハウジング３０２の左側面を被覆して嵌合する側面カバー３０７とを有して構成されている。
上面カバー３０６で被覆されていない開口部３０４ａの内周面には、Ｌ字金具３０８の垂直片部が取り付けられている。Ｌ字金具３０８は、その水平片部の上面がハウジング３０２の開口部３０４ａの端面３０４ａｓと同一平面となるように配置されている。
【００２８】
Ｌ字金具３０８の水平片部の上面には、モータ３１０が取り付けられている。モータ３１０の回転軸は、Ｌ字金具３０８の水平片部を上方から貫通し、Ｌ字金具３０８の水平片部の下面側に配置された駆動プーリ３１２ａの軸穴に連結している。
上面カバー３０６の下面には、モータ３１０の回転軸と所定間隔をあけて軸受３１４が取り付けられている。軸受３１４は、その軸心がモータ３１０の回転軸と平行となるように配置され、その外輪が上面カバー３０６に固定されている。
【００２９】
軸受３１４の内輪には、関節従動部３３０に回転力を伝達するための回転軸３１６の一端が固定されている。
回転軸３１６の外周面には、駆動プーリ３１２ａと同一の水平位置に従動プーリ３１２ｂの軸穴が嵌合されている。駆動プーリ３１２ａおよび従動プーリ３１２ｂには、ベルト３１２ｃが巻き掛けられている。
【００３０】
一方、ハウジング３０２の下面には、軸受３１４の軸心上に円状の開口部３０４ｂが形成されている。開口部３０４ｂには、ハーモニックドライブ（登録商標）等の減速機３１８が嵌合されている。減速機３１８の入力軸３１８ａには、回転軸３１６の他端が接続されている。これにより、回転軸３１６は、軸受３１４および減速機３１８の２点で支承される。そして、回転軸３１６は、モータ３１０により駆動プーリ３１２ａが回転し、駆動プーリ３１２ａに巻き掛けたベルト３１２ｃにより従動プーリ３１２ｂが回転することにより回転する。
【００３１】
減速機３１８の出力軸３１８ｂには、関節従動部３３０が接続されている。したがって、関節従動部３３０は、回転軸３１６の回転力が減速機３１８を介して関節従動部３３０に伝達されることにより回転駆動する。
【００３２】
次に、ハウジング３０２および上面カバー３０６の嵌め合い構造を説明する。
図５は、ハウジング３０２を上方からみた斜視図である。
図６は、ハウジング３０２の上面図である。
図７は、図６のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
端面３０４ａｓは、図５ないし図７に示すように、回転軸３１６を収容する領域の外縁を形成する円弧部３０２ａと、円弧部３０２ａの端部から延出し、駆動プーリ３１２ａと従動プーリ３１２ｂとの間の領域の外縁を形成する直線部３０２ｂとを有している。
【００３３】
円弧部３０２ａには、径方向内側に突出する係止部３０２ｃが、直線部３０２ｂには、ハウジング３０２の内側に突出する係止部３０２ｄが形成されている。円弧部３０２ａの直線部３０２ｂとは反対側の端部、および係止部３０２ｃ、３０２ｄの上面には、タップ穴３０２ｅがそれぞれ形成されている。
【００３４】
図８は、上面カバー３０６を下方からみた斜視図である。
図９は、上面カバー３０６の下面図である。
図１０は、図９のＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。
上面カバー３０６には、図８ないし図１０に示すように、軸受３１４の外輪を嵌合するための嵌合穴３０６ａと、嵌合穴３０６ａに取り付けられた軸受３１４の軸心と減速機３１８の軸心とが一致する状態で開口部３０４ａの内周に嵌合するインロー部３０６ｂと、各タップ穴３０２ｅに対応する複数のキリ穴３０６ｃとが形成されている。
【００３５】
インロー部３０６ｂは、円弧部３０２ａおよび直線部３０２ｂの内周に嵌合するように形成されている。これにより、円弧部３０２ａの円周方向に力が加わっても、インロー部３０６ｂと直線部３０２ｂの係合により取付部材がずれにくい。
インロー部３０６ｂは、さらに、係止部３０２ｃ、３０２ｄの内周に嵌合するように形成されている。これにより、係止部３０２ｃ、３０２ｄの突出方向と直交する方向に力が加わっても、インロー部３０６ｂと係止部３０２ｃ、３０２ｄの係合により取付部材がずれにくい。
【００３６】
上面カバー３０６は、インロー部３０６ｂを開口部３０４ａの内周に嵌合し、キリ穴３０６ｃおよびタップ穴３０２ｅにボルトを通して締結することによりハウジング３０２に固定される。
【００３７】
次に、ハウジング３０２および側面カバー３０７の嵌め合い構造を説明する。
図１１は、ハウジング３０２および側面カバー３０７を斜め上からみた斜視図である。
ハウジング３０２の左側面には、図１１に示すように、その全域にわたって開口部３０４ｃが形成されている。開口部３０４ｃの端面３０４ｃｓの角部には、タップ穴３０２ｆがそれぞれ形成されている。
【００３８】
側面カバー３０７には、開口部３０４ｃの内周に嵌合するインロー部３０７ｂと、各タップ穴３０２ｆに対応する複数のキリ穴３０７ｃが形成されている。
側面カバー３０７は、インロー部３０７ｂを開口部３０４ｃの内周に嵌合し、キリ穴３０７ｃおよびタップ穴３０２ｆにボルトを通して締結することによりハウジング３０２に固定される。
【００３９】
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１２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１２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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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１３のフローチャートに示す昇降制御処理を実行する。
図１３は、昇降制御処理を示すフローチャートである。
【００４７】
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１３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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
上面カバー３０６は、軸受３１４の軸心と減速機３１８の軸心とが一致する状態で開口部３０４ａの内周に嵌合するインロー部３０６ｂを有するので、上面カバー３０６に軸受３１４を取り付け、インロー部３０６ｂを開口部３０４ａの内周に嵌合して上面カバー３０６をハウジング３０２に固定すると、軸受３１４の軸心と減速機３１８の軸心とを一致させて軸受３１４および減速機３１８で回転軸を支承することができる。したがって、組立が容易である。
【００５２】
図１４は、ハウジング３０２および上面カバー３０６に加わる外力を示す図である。
また、図１４に示すように、関節駆動部３００に加わる力を、ハウジング３０２および上面カバー３０６を締結するボルト３２０だけでなく、インロー部３０６ｂでも受けることができるので、強度が向上する。
【００５３】
次に、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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
このようにして、本実施の形態は、関節駆動部３００は、減速機３１８の軸心上に開口部３０４ａを有し回転軸３１６を収容するためのハウジング３０２と、軸受３１４を取り付けるための上面カバー３０６とを備え、上面カバー３０６は、上面カバー３０６に取り付けられた軸受３１４の軸心と減速機３１８の軸心とが一致する状態で開口部３０４ａの内周に嵌合するインロー部３０６ｂを有し、上面カバー３０６を、インロー部３０６ｂを開口部３０４ａの内周に嵌合してハウジング３０２に固定した。
【００５６】
これにより、軸受３１４の軸心と減速機３１８の軸心とを一致させて軸受３１４および減速機３１８で回転軸３１６を支承することができるので、組立が容易になる。また、関節駆動部３００に加わる力をインロー部３０６ｂでも受けることができるので、強度を向上することができる。さらに、ハウジング３０２および上面カバー３０６の嵌め合いにより軸受３１４および減速機３１８の位置決めができるので、軸受３１４の位置を決めるための位置決めピンを設ける必要がない。さらに、上面カバー３０６を固定するボルト３２０が数本脱落したとしても、少なくとも１つ残っていれば、上面カバー３０６がずれる可能性を低減することができる。
【００５７】
さらに、本実施の形態では、端面３０４ａｓは、回転軸３１６を収容する領域の外縁を形成する円弧部３０２ａと、円弧部３０２ａの端部から延出する直線部３０２ｂとを有し、インロー部３０６ｂは、円弧部３０２ａおよび直線部３０２ｂの内周に嵌合するように形成されている。
これにより、円弧部３０２ａの円周方向に力が加わった場合に、上面カバー３０６がずれる可能性を低減することができる。
【００５８】
さらに、本実施の形態では、円弧部３０２ａには、径方向内側に突出する係止部３０２ｃが形成されており、インロー部３０６ｂは、係止部３０２ｃの内周に嵌合するように形成されている。
これにより、係止部３０２ｃの突出方向と直交する方向に力が加わった場合に、上面カバー３０６がずれる可能性を低減することができる。
【００５９】
さらに、本実施の形態では、直線部３０２ｂには、ハウジング３０２の内側に突出する係止部３０２ｄが形成されており、インロー部３０６ｂは、係止部３０２ｄの内周に嵌合するように形成されている。
これにより、係止部３０２ｄの突出方向と直交する方向に力が加わった場合に、上面カバー３０６がずれる可能性を低減することができる。
【００６０】
さらに、本実施の形態では、ハウジング３０２の左側面を被覆して嵌合する側面カバー３０７を備え、側面カバー３０７は、開口部３０４ｃの内周に嵌合するインロー部３０７ｂを有し、側面カバー３０７を、インロー部３０７ｂを開口部３０４ｃの内周に嵌合してハウジング３０２に固定した。
これにより、関節駆動部３００に加わる力をインロー部３０７ｂでも受けることができるので、強度をさらに向上することができる。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
上記実施の形態において、関節駆動部３００は、発明１または５の伝達部材に対応し、上面カバー３０６は、発明１または５の取付部材に対応し、軸受３１４は、発明１または５の第１軸支手段に対応し、減速機３１８は、発明１または５の第２軸支手段に対応している。また、関節従動部３３０は、発明１または５の被伝達部材に対応し、関節モータ４０は、発明５のアクチュエータに対応している。
【００６７】
なお、上記実施の形態においては、減速機３１８を、関節駆動部３００と関節従動部３３０との間に設けて構成したが、これに限らず、関節駆動部３００および関節従動部３３０の一方に設け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、減速機３１８を設けて構成したが、減速機３１８に代えて軸受を設けて構成することもできる。この場合、例えば、軸受の外輪を関節駆動部３００に固定し、軸受の内輪で回転軸３１６を固定し、回転軸３１６に関節従動部３３０を接続する。
【００６８】
また、上記実施の形態においては、駆動プーリ３１２ａおよび従動プーリ３１２ｂの減速比について特に説明しなかったが、駆動プーリ３１２ａおよび従動プーリ３１２ｂの減速比を調整することにより駆動プーリ３１２ａおよび従動プーリ３１２ｂを、回転速度およびトルクを調整するトルク調整手段（例えば、減速機）として構成することもできる。また、モータ３１０および回転軸３１６が所定間隔をあけて配置され、駆動プーリ３１２ａ、従動プーリ３１２ｂおよびベルト３１２ｃを介してモータ３１０の回転力が回転軸３１６に伝達される構成であるので、モータ３１０、回転軸３１６またはモータ３１０と回転軸３１６の間にトルク調整手段を挿入することもできる。
【００６９】
また、上記実施の形態においては、回転関節１４の嵌め合い構造に適用したが、これに限らず、回転関節１６、１８の嵌め合い構造に適用することもできる。
また、上記実施の形態においては、第１走査処理における距離情報の取得を離散的（第２走査処理で回転させてから第１走査処理で距離情報を取得）に行う構成としたが、これに限らず、走査角度と測定距離との対応付けを行うことで連続的（第２走査処理で回転させつつ、第１走査処理で距離情報を取得）に行う構成とすることもできる。
【００７０】
また、上記実施の形態においては、ＣＰＵ６０からの指令信号に基づいて、走査角度範囲および走査単位角度を設定するように構成としたが、これに限らず、３次元距離測定装置２００にあらかじめ設定しておく構成とすることもできる。
また、上記実施の形態において、３次元距離測定装置２００は、ｙrs’軸回りおよびｚrs軸回りに測距センサを回転させる構成としたが、これに限らず、測距センサの測定方向に対して互いに直交する２つの軸であれば、どの方向の軸回りでもよい。さらに、このような回転機構に限らず、測距センサの測定方向とは異なる第１走査方向に測距センサを移動させ、測距センサの測定方向および第１走査方向とは異なる第２走査方向に測距センサを移動させるように移動機構として構成することもできる。この場合、移動経路の形状としては、直線のほか円弧その他の曲線を採用することができる。回転機構と移動機構の組み合わせることもできる。
【００７１】
また、上記実施の形態においては、測距センサ自身を回転させているが、これに限らず、光学式の測距センサであれば、測定方向の光軸上に挿入したミラーを回転させてもよい。
また、上記第１および第２の実施の形態においては、本発明に係る回転伝達機構の嵌め合い構造および脚車輪型ロボットの関節嵌め合い構造を脚車輪型ロボット１００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、直動関節で脚構造を実現する脚車輪型ロボットや他の構成のロボット、それらロボットの関節その他の回転伝達機構に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【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】回転関節１４の斜視図である。
【図４】図３のＡ−Ａ’線に沿った軸方向の断面図である。
【図５】ハウジング３０２を上方からみた斜視図である。
【図６】ハウジング３０２の上面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【図８】上面カバー３０６を下方からみた斜視図である。
【図９】上面カバー３０６の下面図である。
【図１０】図９のＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。
【図１１】ハウジング３０２および側面カバー３０７を斜め上からみた斜視図である。
【図１２】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１３】昇降制御処理を示すフローチャートである。
【図１４】ハウジング３０２および上面カバー３０６に加わる外力を示す図である。
【図１５】ハウジング９００および上面カバー９１０の嵌め合い構造を示す断面図である。
【図１６】ハウジング９００および上面カバー９１０に加わる外力を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
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                関節駆動部
３０２                ハウジング
３０２ａ              円弧部
３０２ｂ              直線部
３０２ｃ、３０２ｄ    係止部
３０２ｅ、３０２ｆ    タップ穴
３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ  開口部
３０４ａｓ、３０４ｃｓ  端面
３０６                上面カバー
３０６ｂ、３０７ｂ    インロー部
３０６ｃ、３０７ｃ    キリ穴
３０７                側面カバー
３１０                モータ
３１２ａ              駆動プーリ
３１２ｂ              従動プーリ
３１４                軸受
３１６                回転軸
３１８                減速機
３３０                関節従動部
【図１】
2009050941.tif 000003
【図２】
2009050941.tif 000004
【図３】
2009050941.tif 000005
【図４】
2009050941.tif 000006
【図５】
2009050941.tif 000007
【図６】
2009050941.tif 000008
【図７】
2009050941.tif 000009
【図８】
2009050941.tif 000010
【図９】
2009050941.tif 000011
【図１０】
2009050941.tif 000012
【図１１】
2009050941.tif 000013
【図１２】
2009050941.tif 000014
【図１３】
2009050941.tif 000015
【図１４】
2009050941.tif 000016
【図１５】
2009050941.tif 000017
【図１６】
2009050941.tif 000018