JP2001179663A

JP2001179663A - 脚式移動ロボット及び脚式移動ロボットの制御方法、並びに充電ステーション

Info

Publication number: JP2001179663A
Application number: JP36665199A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Fukushima; 哲治福島; Osamu Koyama; 修小山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2001-07-03

Abstract

(57)【要約】【課題】移動ロボットに対して充電ステーションによ
って充電を行う。【解決手段】脚式移動ロボットは、充電池を搭載した
自立駆動型であり、その行動半径は電源ケーブルの制約
を受けることがない。四肢と電源ケーブルが干渉する可
能性がなく、動作制御が容易になる。該ロボットは、自
律的に充電時期を判断して充電ステーションに立ち寄っ
て充電するので、ユーザなどの外的補助を必要しない。
ユーザは煩雑な充電作業から解放され、充電時期を意識
する必要もない。ロボットによる対戦ゲームなどでは、
ゲームの継続性やリアリティを損なず、観衆はゲームを
堪能することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒトやサル、その
他の動物が持つ生体メカニズムの全部又は一部を模した
構造を有する機械装置すなわちロボットに係り、特に、
２足による脚式移動（歩行）やクロール式移動などによ
り作業空間を自在（無経路）に移動することができる移
動ロボットに関する。

【０００２】更に詳しくは、本発明は、充電式バッテリ
を用いて外部電源ケーブルによる拘束なしに作業空間を
無経路で移動自在な移動ロボット及びその充電メカニズ
ムに係り、特に、自律作業中にバッテリの残存容量が低
下すると充電ステーションに立ち寄って自動的に充電す
るとともに、充電完了とともに充電ステーションから離
れて作業を再開するタイプの移動ロボット及びその充電
メカニズムに関する。

【０００３】

【従来の技術】電気的若しくは磁気的な作用を用いて人
間の動作に似せた運動を行う機械装置のことを「ロボッ
ト」という。ロボットの語源は、スラブ語のＲＯＢＯＴ
Ａ（奴隷機械）に由来すると言われている。わが国で
は、ロボットが普及し始めたのは１９６０年代末からで
あるが、その多くは、工場における生産作業の自動化・
無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボット
などの産業用ロボット（ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｒｏｂ
ｏｔ）であった。

【０００４】最近では、ヒトやサルなどの２足直立歩行
を行う動物の身体メカニズムや動作を模した脚式移動ロ
ボットに関する研究開発が進展し、実用化への期待も高
まってきている。２足直立による脚式移動は、クローラ
式や、４足又は６足式などに比し不安定で姿勢制御や歩
行制御が難しくなるが、不整地や障害物など作業経路上
に凹凸のある歩行面や、階段や梯子の昇降など不連続な
歩行面に対応することができるなど、柔軟な移動作業を
実現できるという点で優れている。

【０００５】ヒトの生体メカニズムや動作をエミュレー
トした脚式移動ロボットのことを、特に、「人間形」、
若しくは「人間型」のロボット（ｈｕｍａｎｏｉｄｒ
ｏｂｏｔ）と呼ぶ。人間型ロボットは、例えば、生活支
援、すなわち住環境その他の日常生活上の様々な場面に
おける人的活動の支援などを行うことができる。

【０００６】人間形若しくは人間型と呼ばれるロボット
を研究・開発する意義を、例えば以下の２つの視点から
把握することができよう。

【０００７】１つは、人間科学的な視点である。すなわ
ち、人間の下肢及び／又は上肢に似た構造のロボットを
作り、その制御方法を考案して、人間の歩行動作をシミ
ュレートするというプロセスを通じて、歩行を始めとす
る人間の自然な動作のメカニズムを工学的に解明するこ
とができる。このような研究成果は、人間工学、リハビ
リテーション工学、あるいはスポーツ科学など、人間の
運動メカニズムを扱う他のさまざまな研究分野の進展に
大いに還元することができるであろう。

【０００８】もう１つは、人間のパートナーとして生活
を支援する、すなわち住環境その他の日常生活上の様々
な場面における人的活動の支援を行うロボットの開発で
ある。この種のロボットは、人間の生活環境のさまざま
な局面において、人間から動作や作法を教わりながら個
々に個性の相違する人間又は環境への適応方法を学習
し、機能面でさらに成長していく必要がある。このと
き、ロボットが「人間形」すなわち人間と同じ形又は同
じ構造をしている方が、人間とロボットとのスムースな
コミュニケーションを行う上で有効に機能するものと考
えられる。

【０００９】例えば、踏んではならない障害物を避けな
がら部屋を通り抜ける方法を実地においてロボットに教
示するような場合、クローラ式や４足式ロボットのよう
に教える相手が自分と全く違う構造をしているよりも、
同じような格好をしている２足歩行ロボットの方がユー
ザ（作業員）ははるかに教え易く、またロボットにとっ
ても教わり易い筈である（例えば、高西著「２足歩行ロ
ボットのコントロール」（自動車技術会関東支部＜高塑
＞Ｎｏ．２５，１９９６ＡＰＲＩＬ）を参照のこと）。

【００１０】人間の作業空間や居住空間のほとんどは、
２足による直立歩行という人間が持つ身体メカニズムや
行動様式に合わせて形成されている。言い換えれば、人
間の住空間は、車輪その他の駆動装置を移動手段とした
現状の機械システムが移動するのには多くの障壁が存在
する。したがって、機械システムすなわちロボットが様
々な人的作業を代行し、さらに人間の住空間に深く浸透
していくためには、ロボットの移動可能範囲が人間のそ
れとほぼ同じであることが好ましい。これが、脚式移動
ロボットの実用化が大いに期待されている所以でもあ
る。人間型の形態を有していることは、ロボットが人間
の住環境との親和性を高める上で必須であるといえる。

【００１１】人間型ロボットの用途の１つとして、産業
活動・生産活動等における各種の難作業の代行が挙げら
れる。例えば、原子力発電プラントや火力発電プラン
ト、石油化学プラントにおけるメンテナンス作業、製造
工場における部品の搬送・組立作業、高層ビルにおける
清掃、火災現場その他における人命救助といったような
危険作業・難作業の代行である。

【００１２】また、人間型ロボットの他の用途として、
難作業の代行などの生活支援というよりも、生活密着
型、すなわち人間との「共生」という用途が挙げられ
る。この種のロボットは、ヒトやサルなどの２足の直立
歩行を行う動物が本来持つ、全身協調型の動作メカニズ
ムを忠実に再現し、その自然に円滑な動作を実現するこ
とを至上の目的とする。また、ヒトやサルなどの知性の
高い直立動物をエミュレートする以上、四肢を用いた動
作が生体として自然であり、且つ、動作が持つ表現力が
豊かであることが望ましい。さらに、予め入力された動
作パターンを単に忠実に実行するだけではなく、相手の
言葉や態度（「褒める」とか「叱る」、「叩く」など）
に呼応した、生き生きとした動作表現を実現することも
要求される。この意味において、ヒトを模したエンター
ティンメント指向の人間型ロボットは、まさに「人間
型」のロボットと呼ぶに相応しい。

【００１３】ところで、上述した各種のロボットはいず
れも、電気電動式の機械装置であり、装置への給電作業
は当然欠かすことができない。

【００１４】アーム型ロボットのように特定の場所に固
定的に設置するタイプのロボットや、行動半径や動さパ
ターンが限定された移動ロボットの場合、商用ＡＣ電源
から電源ケーブルを介して常時給電することができる。

【００１５】これに対し、自律的且つ自在に動き回るタ
イプの移動ロボットの場合、電源ケーブルによって行動
半径が制限されてしまうため、商用ＡＣ電源による給電
は不可能である。この当然の帰結として、移動ロボット
には充電式バッテリによる自律駆動が導入される。バッ
テリ駆動によれば移動ロボットは、電源コンセントの場
所や電源ケーブル長などの物理的な制約を意識せず、人
間の住空間や各種の作業空間を自走することができる。

【００１６】例えば人間型ロボットのように多自由度す
なわち多数のアクチュエータを含む機械装置の場合、電
力消費が大きく、且つ、アクチュエータ始動時のインラ
ッシュ電流を供給するためには、大容量・高出力の充電
池を必要とする（特に、脚部には強力なアクチュエータ
を必要とし、多大の電力を消耗する）。この結果、充電
池の重量は増大し、ロボット本体の総重量の１０〜２０
％程度を占めることになり、また、重量増大によりさら
に消費電力が増えてしまう。しかしながら、電源ケーブ
ルと四肢との干渉や電源ケーブル長による行動半径など
の制約を排し、ロボットの行動自由度を確保するために
は、バッテリ駆動式であることが好ましいという結論に
到達する。

【００１７】バッテリ駆動式の機械装置を使用する場
合、バッテリの充電作業を伴うことが難点となる。特
に、移動ロボットの場合、自動機器・無人機械として使
用するものであるにも拘らず、充電作業は完全自動化の
障壁になる。また、充電のためのバッテリ交換や電源コ
ネクタ接続は、ユーザにとって手間でもある。

【００１８】例えば、人間型ロボットの場合、人間の住
空間の各場面において、生活支援や作業代行を行う最中
に、充電池の容量が低下するたびに、ロボットを停止さ
せて人手で充電作業を行っていたのでは、人間のパート
ナーとしては役割が不充分であり、むしろ人間がロボッ
トのパートナーであるに等しい。

【００１９】そこで、移動ロボットのためのバッテリ充
電を確実且つ完全に自動化する方式として、いわゆる
「充電ステーション」が導入されている。充電ステーシ
ョンとは、その字義通り、移動ロボットのバッテリ充電
を行うための専用スペースのことである。

【００２０】ロボットは、自走式・自律的な作業を行っ
ている期間中にバッテリの残存容量が低下したことを検
知すると、作業を中断して、自ら（すなわち自動的に）
充電ステーションに立ち寄る。充電ステーション内で
は、ロボットと電源との間で所定の電気接続を果たし、
バッテリへの給電を受ける。そして、バッテリが満充電
若しくは所定容量まで回復したら、ロボットは、電源と
の電気接続を解除するとともに充電ステーションを立ち
去って、中断していた作業を再開する。

【００２１】例えば、作業空間内に複数の充電ステーシ
ョンを設置することにより、移動ロボットは、最寄の充
電ステーションで給電を受けることができる。すなわ
ち、移動ロボットは、複数の充電ステーション間をまた
いで移動することができ、行動半径が実質的に拡張され
る。また、１つの充電ステーションを複数のロボット間
で共有することもでき、充電ステーション数を節約する
こともできる。また、充電機能の一部を充電ステーショ
ンに移管することにより、ロボット本体の要求仕様や重
量、コストなどを削減することができる。

【００２２】しかしながら、充電ステーションを用いて
作業期間中に自動的且つ円滑に充電オペレーションを挿
入するためには、移動ロボットを充電ステーションに導
き入れる（あるいは、移動ロボットは充電ステーション
の場所を探索する）とともに、充電ステーションとの間
で位置検出・位置決め制御を行い、電源と正確且つ確実
に接続しなければならない。

【００２３】移動ロボットであっても、予め定義された
固定的な経路上しか移動しないロボット（例えば搬送ロ
ボット）の場合、ロボットを充電ステーション内にセッ
トすることは比較的容易であろう。何故ならば、通常の
作業経路上に充電ステーションを配設しておけば、ロボ
ットは予め定義された作業工程の１つとして充電ステー
ションに立ち寄り、円滑且つ作業の途切れなく充電オペ
レーションを行うことができるからである。

【００２４】これに対し、人間型ロボットのように、自
律的な自由歩行が許容されたロボットの場合、その行動
自由度がゆえに、充電ステーションにロボットをセット
するためには、充電ステーション内におけるロボットの
位置検出や位置決めなど、技術的な困難を伴なう。

【００２５】また、人間ロボットのエンターティンメン
ト性が高まってくると、例えばサーカー・ゲームのよう
な競技、その他対戦ゲームに適用することが考えられ
る。しかしながら、充電容量の低下の度に競技を中断さ
せていたのでは、ゲーム進行の継続性やリアリティが著
しく損なわれ、観衆にとっても面白みが半減してしまう
であろう。一般に、ハーフ・タイムなどゲーム進行上の
インターバルとバッテリ寿命すなわち充電間隔とは一致
しない。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、充電
式バッテリによって自律駆動する移動ロボットのため
の、優れた充電メカニズムを提供することにある。

【００２７】本発明の更なる目的は、バッテリ駆動によ
り作業空間を無経路で自由に移動することができる移動
ロボットのための、優れた充電メカニズムを提供するこ
とにある。

【００２８】本発明の更なる目的は、バッテリ駆動によ
り作業空間を無経路で自在に移動する移動ロボットに対
して充電ステーションによって充電を行うための、優れ
た充電メカニズムを提供することにある。

【００２９】本発明の更なる目的は、充電オペレーショ
ンのために充電ステーションに立ち寄る移動ロボットを
正確且つ確実に電気接続することができる、優れた充電
メカニズムを提供することにある。

【００３０】本発明の更なる目的は、ゲームその他移動
ロボットが実行中の作業の継続性を失うことなく充電オ
ペレーションを自動化することができる、優れた充電メ
カニズムを提供することにある。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を参
酌してなされたものであり、その第１の側面は、少なく
とも下肢と体幹部と構成され前記下肢の運動によって移
動自在な脚式移動ロボットであって、前記ロボットの少
なくとも１つの可動部に対して給電可能な充電式電源部
と、前記充電式電源部の充電電流を受容するための前記
ロボットの外界に露出した電気接続部と、を具備するこ
とを特徴とする脚式移動ロボットである。

【００３２】本発明の第１の側面に係る脚式移動ロボッ
トは、さらに、前記充電式電源部に対する充電開始及び
終了時期を検出する充電管理手段を備えていてもよい。

【００３３】前記充電管理手段は、前記充電式電源部の
残存容量が所定値未満になったことに応答して充電開始
時期を検出するとともに、前記充電式電源部が満充電状
態に到達したことに応答して充電終了時期を検出するよ
うにしてもよい。

【００３４】あるいは、前記充電管理手段は、指定され
た時刻の到達及び／又は所定時間間隔毎に、充電開始時
期及び／又は充電終了時期を検出するようにしてもよ
い。

【００３５】あるいは、前記充電管理手段は、前記脚式
移動ロボットがプレイ中のゲームがインターバルに突入
したことに応答して充電開始時期を検出するとともに、
該インターバルが終了したことに応答して充電終了時期
を検出するようにしてもよい。

【００３６】また、本発明の第１の側面に係る脚式移動
ロボットは、さらに、充電開始時期が検出されたことに
応答して前記電気接続部において充電ステーションとの
合体を行うとともに、充電終了時期が検出されたことに
応答して充電ステーションとの切り離しを行う充電動作
制御手段を備えていてもよい。

【００３７】また、前記電気接続部は、前記脚式移動ロ
ボットの臀部に配設されていてもよい。

【００３８】あるいは、前記電気接続部は、前記脚式移
動ロボットの左右少なくとも一方の前腕部に配設されて
いてもよい。

【００３９】あるいは、前記電気接続部は、前記脚式移
動ロボットの背面部に配設されていてもよい。

【００４０】あるいは、前記電気接続部は、前記脚式移
動ロボットの左右少なくとも一方の足裏部に配設されて
いてもよい。

【００４１】また、本発明の第２の側面は、少なくとも
下肢と体幹部と構成され前記下肢の運動によって移動自
在で少なくとも１つの可動部は充電式電源部によって給
電される脚式移動ロボットの制御方法であって、（ａ）
前記充電式電源部の充電開始時期を検出するステップ
と、（ｂ）充電開始時期の検出に応答して、充電ステー
ションと合体して充電を開始するステップと、（ｃ）前
記充電式電源部の充電終了時期を検出するステップと、
（ｄ）充電終了時期の検出に応答して、前記充電ステー
ションと分離するステップと、を具備することを特徴と
する脚式移動ロボットの制御方法である。

【００４２】前記ステップ（ａ）では、前記充電式電源
部の残存容量が所定値未満になったことに応答して充電
開始時期を検出するようにしてもよい。また、前記ステ
ップ（ｃ）では、前記充電式電源部が満充電状態に到達
したことに応答して充電終了時期を検出するようにして
もよい。

【００４３】あるいは、前記ステップ（ａ）及び／又は
ステップ（ｃ）では、指定された時刻の到達及び／又は
所定時間間隔毎に、充電開始時期及び／又は充電終了時
期を検出するようにしてもよい。

【００４４】あるいは、前記ステップ（ａ）では、前記
脚式移動ロボットがプレイ中のゲームがインターバルに
突入したことに応答して充電開始時期を検出するように
してもよい。また、前記ステップ（ｃ）では、前記脚式
移動ロボットがプレイ中のゲームにおけるインターバル
が終了したことに応答して充電終了時期を検出するよう
にしてもよい。

【００４５】また、本発明の第３の側面は、少なくとも
下肢と体幹部と構成され前記下肢の運動によって移動自
在な脚式移動ロボットのための充電ステーションであっ
て、略椅子型で、前記脚式移動ロボットが着席した姿勢
にて受容可能なステーション本体と、前記ステーション
本体の表面に露出して、前記ステーション本体に着席し
た前記脚式移動ロボットと電気的に接続するための電気
接続部と、を具備することを特徴とする充電ステーショ
ンである。

【００４６】本発明の第３の側面に係る充電ステーショ
ンにおいて、前記電気接続部は、前記ステーション本体
の座面上に配設されていてもよい。

【００４７】あるいは、前記ステーション本体は背もた
れを備え、前記電気接続部は前記ステーション本体の背
もたれ上に配設されていてもよい。

【００４８】あるいは、前記ステーション本体は肘掛を
備え、前記電気接続部は前記ステーション本体の肘掛上
に配設されていてもよい。

【００４９】

【作用】本発明に係る脚式移動ロボットは、充電バッテ
リを搭載した自立駆動型である。すなわち自走式である
から、その行動半径や動作パターンは電源ケーブルの制
約を受けることがない。

【００５０】また、脚式歩行や上肢を含めた各種の運動
パターン実行期間中に、四肢と電源ケーブルが干渉する
可能性がなく、動作制御が著しく容易になる。

【００５１】また、脚式移動ロボットは、自律的に充電
時期を判断し且つ充電ステーションに立ち寄って自動的
に充電オペレーションを行うことができる。すなわち、
充電のためにユーザなどの外界からの補助を必要しな
い。この結果、ユーザは、ロボットの充電という煩雑な
作業から解放され、また、充電時期を意識する必要もな
くなる。

【００５２】また、充電池の残存容量が低下する度に、
ユーザがロボットを停止して、人手で充電する必要がな
くなる。したがって、将来、人間型ロボットが人間のパ
ートナーとして住空間に深く浸透し、生活の各場面で生
活支援や作業代行を行うようになってきた場合、人間と
の「共生」の可能性がますます高まる。

【００５３】また、ロボット同士による対戦ゲームなど
では、ゲームの継続性など作業のコンテキストを維持
し、リアリティを損なうことなく充電オペレーションを
実行することが可能になる。このため、観衆は、ロボッ
トによるゲームの面白さを、充分に堪能することができ
る。例えば、選手の交代、守備で動作を行わない期間
中、イニングの切り替えやハーフ・タイムなどゲームの
インターバルなどを利用して、自動的に充電作業を行う
ことができる。

【００５４】本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、
後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳
細な説明によって明らかになるであろう。

【００５５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施例を詳解する。

【００５６】図１及び図２には本発明の実施に供される
「人間形」又は「人間型」の脚式移動ロボット１００が
直立している様子を前方及び後方の各々から眺望した様
子を示している。図示の通り、脚式移動ロボット１００
は、脚式移動を行う左右２足の下肢と、体幹部と、左右
の上肢と、頭部とで構成される。

【００５７】左右各々の下肢は、大腿部と、膝関節と、
脛部と、足首と、足平とで構成され、股関節によって体
幹部の略最下端にて連結されている。また、左右各々の
上肢は、上腕と、肘関節と、前腕とで構成され、肩関節
によって体幹部の上方の左右各側縁にて連結されてい
る。また、頭部は、首関節によって体幹部の略最上端中
央に連結されている。

【００５８】体幹部ユニット内には、図１及び図２上で
は見えていない制御部が配備されている。

【００５９】この制御部は、この脚式移動ロボット１０
０を構成する各関節アクチュエータの駆動制御や各セン
サ（後述）などからの外部入力を処理するコントローラ
（主制御部）や、電源回路その他の周辺機器類を搭載し
た筐体である。制御部は、その他、遠隔操作用の通信イ
ンターフェースや通信装置を含んでいてもよい。例え
ば、脚式移動ロボット１００が制御部を背中に背負うよ
うな格好でロボット１００本体に制御部を搭載すること
ができる。但し、制御部の設置場所は特に限定されな
い。

【００６０】図３には、本実施例に係る脚式移動ロボッ
ト１００が具備する関節自由度構成を模式的に示してい
る。図示の通り、脚式移動ロボット１００は、２本の腕
部と頭部１を含む上体と、移動動作を実現する２本の脚
部からなる下肢と、上肢と下肢とを連結する体幹部とで
構成される。

【００６１】頭部１を支持する首関節は、首関節ヨー軸
２と、首関節ピッチ軸３と、首関節ロール軸４という３
自由度を有している。

【００６２】また、各腕部は、肩関節ピッチ軸８と、肩
関節ロール軸９と、上腕ヨー軸１０と、肘関節ピッチ軸
１１と、前腕ヨー軸１２と、手首関節ピッチ軸１３と、
手首関節ロール軸１４と、手部１５とで構成される。手
部１５は、実際には、複数本の指を含む多関節・多自由
度構造体である。但し、手部１５の動作自体は、ロボッ
ト１００の姿勢安定制御や歩行動作制御に対する寄与や
影響が少ないので、本明細書ではゼロ自由度と仮定す
る。したがって、左右の各腕部は７自由度を有するとす
る。

【００６３】また、体幹部は、体幹ピッチ軸５と、体幹
ロール軸６と、体幹ヨー軸７という３自由度を有する。

【００６４】また、下肢を構成する左右各々の脚部は、
股関節ヨー軸１６と、股関節ピッチ軸１７と、股関節ロ
ール軸１８と、膝関節ピッチ軸１９と、足首関節ピッチ
軸２０と、関節ロール軸２１と、足部（足底）２２とで
構成される。股関節ピッチ軸１７と股関節ロール軸１８
の交点は、本実施例に係るロボット１００の股関節位置
を定義するものとする。人体の足部（足底）２２は、実
際には多関節・多自由度の足底を含んだ構造体である
が、本実施例に係る脚式移動ロボット１００の足底はゼ
ロ自由度とする。したがって、左右の各脚部は６自由度
で構成される。

【００６５】以上を総括すれば、本実施例に係る脚式移
動ロボット１００全体としては、合計で３＋７×２＋３
＋６×２＝３２自由度を有することになる。但し、脚式
移動ロボット１００が必ずしも３２自由度に限定される
訳ではない。設計・製作上の制約条件や要求仕様等に応
じて、自由度すなわち関節数を適宜増減することができ
ることは言うまでもない。

【００６６】脚式移動ロボット１００が持つ上述の各関
節自由度は、実際にはアクチュエータを用いて実装され
る。外観上で余分な膨らみを排してヒトの自然体形状に
近似させること、２足歩行という不安定構造体に対して
姿勢制御を行うことなどの要請から、アクチュエータは
小型且つ軽量であることが好ましい。本実施例では、ギ
ア直結型で且つサーボ制御系をワンチップ化してモータ
・ユニットに内蔵したタイプの小型ＡＣサーボ・アクチ
ュエータを搭載することとした。なお、この種のＡＣサ
ーボ・アクチュエータに関しては、例えば本出願人に既
に譲渡されている特願平１１−３３３８６号明細書に開
示されている。

【００６７】図４には、本実施例に係る脚式移動ロボッ
ト１００の制御システム構成を模式的に示している。同
図に示すように、該システムは、ユーザ入力などに動的
に反応して情緒判断や感情表現を司る思考制御モジュー
ル２００と、関節アクチュエータの駆動などロボットの
全身協調運動を制御する運動制御モジュール３００とで
構成される。

【００６８】思考制御モジュール２００は、情緒判断や
感情表現に関する演算処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔ
ｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）２１１や、
ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）
２１２、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）２
１３、及び、外部記憶装置（ハード・ディスク・ドライ
ブなど）２１４で構成される、自己完結処理を行うこと
ができる独立した情報処理装置である。

【００６９】思考制御モジュール２００には、ＣＣＤ
（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）カメ
ラなどの画像入力装置２５１や、マイクなどの音声入力
装置２５２、スピーカなどの音声出力装置２５３、ＬＡ
Ｎ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ：図示しな
い）などを経由してロボット１００外のシステムとデー
タ交換を行う通信インターフェース２５４など各種の装
置が、バス・インターフェース２０１経由で接続されて
いる。

【００７０】思考制御モジュール２００では、画像入力
装置２５１から入力される視覚データや音声入力装置２
５２から入力される聴覚データなど、外界からの刺激な
どに従って、脚式移動ロボット１００の現在の感情や意
思を決定することができる。さらに、意思決定に基づい
た振舞い又は行動、すなわち四肢の運動を実行するよう
に、後述する運動制御モジュール３００に対して指令を
発行することができる。

【００７１】一方の運動制御モジュール３００は、ロボ
ット１００の全身協調運動を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔ
ｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）３１１や、
ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）
３１２、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）３
１３、及び、外部記憶装置（ハード・ディスク・ドライ
ブなど）３１４で構成される、自己完結処理を行うこと
ができる独立した情報処理装置である。

【００７２】運動制御モジュール３００には、図３で示
した全身に分散するそれぞれの関節自由度を実現する関
節アクチュエータ、体幹部の姿勢や傾斜を計測する姿勢
センサ３５１、左右の足底の離床又は着床を検出する接
地確認センサ３５２及び３５３、駆動電源を管理する電
源制御装置３５４などの各種の装置が、バス・インター
フェース３０１経由で接続されている。

【００７３】ここで、電源制御装置３５４は、バッテリ
（図示しない）の残存容量などバッテリの状態を監視す
る専用の制御装置である。すなわち、電源制御装置３５
４は、バッテリの端子電圧、充電及び放電時の積算電流
量、バッテリの周囲温度などを常時監視することで、バ
ッテリの残存容量や充電の開始時期や終了時期を検出す
ることができる。電源制御装置３５４は、充電ステーシ
ョン（図４には図示しない）と電気接続するための少な
くとも正負両極を含んだ２以上の電極端子を備えてい
る。電極以外にも、充電ステーションその他の外部シス
テムとの間で充電の開始／終了を通知するための通信イ
ンターフェースや制御信号などの通信手段を含んでいて
もよい。

【００７４】また、電源制御装置３５４は、バス・イン
ターフェース３０１経由で、運動制御モジュール３００
に対してバッテリの充電開始時期や充電終了時期を通知
することができる。

【００７５】本実施例で扱われるバッテリは、充電再利
用可能な２次電池である。より好ましくは、数本〜数十
本の電池セルをカートリッジ形式でパッケージ化し、ロ
ボット１００本体から着脱自在に構成された「バッテリ
・パック」である。ロボット１００に使用される電池セ
ルは、本発明を実現する上で特に限定されない。但し、
関節アクチュエータ（前述）の始動時には過大なインラ
ッシュ電流を必要とするので、瞬時の供給電力が大きい
ニッケル・カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池を用いること
が好ましい。

【００７６】運動制御モジュール３００では、思考制御
モジュール２００から指示された行動を体現すべく、各
関節アクチュエータによる全身協調運動を制御する。す
なわち、ＣＰＵ３１１は、思考制御モジュール２００か
ら指示された行動に応じた動作パターンを外部記憶装置
３１４から取り出し、又は、内部的に動作パターンを生
成する。そして、ＣＰＵ３１１は、指定された動作パタ
ーンに従って、足部運動、ＺＭＰ（ＺｅｒｏＭｏｍｅ
ｎｔＰｏｉｎｔ）軌道、体幹運動、上肢運動、腰部水
平位置及び高さなどを設定するとともに、これらの設定
内容に従った動作を指示する指令値を各関節アクチュエ
ータに転送する。また、ＣＰＵ３１１は、姿勢センサ３
５１の出力信号によりロボット１００の体幹部分の姿勢
や傾きを検出するとともに、各接地確認センサ３５２及
び３５３の出力信号により各可動脚が遊脚又は立脚のい
ずれの状態であるかを検出することによって、脚式移動
ロボット１００の全身協調運動を適応的に制御すること
ができる。

【００７７】さらに、運動制御モジュール３００は、思
考制御モジュール２００において決定された意思通りの
行動がどの程度体現されたか、すなわち処理の状況を、
思考制御モジュール２００に返すようになっている。

【００７８】なお、本明細書で言う「ＺＭＰ」とは、歩
行中の床反力によるモーメントがゼロとなる床面上の点
のことであり、また、「ＺＭＰ軌道」とは、例えば脚式
移動ロボット１００の歩行動作期間中などにＺＭＰが動
く軌跡を意味する。

【００７９】思考制御モジュール２００と運動制御モジ
ュール３００は、共通のプラットフォーム上で構築さ
れ、両者間はバス・インターフェース２０１及び３０１
を介して相互接続されている。

【００８０】脚式移動ロボット１００が、図３に示すよ
うに体幹部に屈曲部（体幹部ピッチ軸５及び／又は体幹
部ロール軸６）を持つような場合には、該屈曲部よりも
上方に思考制御モジュール２００を配置するとともに、
下方に運動系制御モジュール３００を配置することによ
って、該屈曲部を通過する配線は両モジュール間を連結
するバスのみとなるので、配線数を削減し、屈曲部周辺
における電装・配線設計が簡素化する。

【００８１】図４からも判るように、思考制御モジュー
ル２００は、画像入力装置２５１や音声入力装置２５２
のように人間の視覚及び聴覚に相当する装置や、音声出
力装置２５３などのように、頭部に配設された機器類と
の配線が多い。また、脚式移動ロボット１００は可動脚
たる脚部が主要な運動系であることから、運動制御モジ
ュール３００は下半身に向かう配線数が膨大である。し
たがって、思考制御モジュール２００を体幹部の上側
に、運動制御モジュール３００を体幹部の下側に、それ
ぞれ配置することによって、システム全体の総配線長を
短縮すると共に、配線構造を簡素化することができる。

【００８２】また、かくのごとく各制御モジュール２０
０及び３００に分割して配置することによって、上体の
み、あるいは下体のみの交換が可能となるので、上下半
身のいずれか一方における新機能の追加やメンテナンス
作業が容易になる。

【００８３】本実施例に係る脚式移動ロボット１００
は、充電ステーションを用いた自律的すなわち完全に自
動化された充電オペレーションを実行することができ
る。この結果、ユーザを煩雑な充電作業から解放するこ
とができ、ユーザは充電時期を意識する必要がなくな
る。なお、本実施例に適用される充電ステーションの構
成については後に詳解する。

【００８４】本実施例に係る充電オペレーションは、
（１）充電時期の決定、（２）充電ステーションの探
索、（３）充電ステーションとの合体、という各フェー
ズに区分することができる。以下、各フェーズについて
説明する。

【００８５】（１）充電時期の決定充電開始時期は、まず第一に、バッテリが過放電する前
に設定しなければならない。バッテリの残存容量を誤っ
て判断すると、作業中（あるいは充電ステーションに向
かう途上）に、ロボットが突然停止したり転倒してしま
うことになる。

【００８６】また、第二に、作業のコンテキストを維持
するように充電タイミングを設定することが好ましい。
例えば、ロボットが対戦ゲームを実行中に、充電作業の
開始によりゲームの継続性が失われると、リアリティが
著しく損なわれ、観衆はゲームを楽しむことができなく
なる。

【００８７】バッテリが過放電する前に充電オペレーシ
ョンを行うためには、例えば運動制御モジュール３００
が主導的に充電時期を決定することができる。

【００８８】バッテリの残存容量自体は、電源制御装置
３５４が計測している。すなわち、電源制御装置３５４
は、バッテリの端子電圧、充電及び放電時の積算電流
量、バッテリの周囲温度などを常時監視することで、バ
ッテリの残存容量や充電の開始時期／終了時期を検出す
ることができる。

【００８９】運動制御モジュール３００は、電源制御装
置３５４からの検出信号をバス経由で入力して、バッテ
リの残存容量から見た充電の開始時期及び終了時期を判
断することができる。充電開始時期には、運動制御モジ
ュール３００は、実行中の運動パターンを中断して、制
御を充電オペレーションにキックするとともに、思考制
御モジュール２００に対しては充電オペレーションを始
める旨をバス・インターフェース２０１／３０１経由で
通知する。

【００９０】また、充電オペレーションのために一旦中
断した作業を、充電終了後に円滑に再開させるために、
思考制御モジュール２００及び運動制御モジュール３０
０は、充電オペレーションを開始する直前のシステム状
況を保存しておくことが好ましい。

【００９１】図５には、バッテリの残存容量の低下に伴
なって充電オペレーションを制御するための処理手順を
フローチャートの形式で示している。以下、このフロー
チャートの各ステップについて説明する。

【００９２】運動制御モジュール３００は、バッテリの
残存容量が所定値を下回ったこと、若しくは充電開始時
期を検出すると（ステップＳ１１）、ロボット１００が
実行中の作業を一旦中断して、充電オペレーションをキ
ックする。なお、後に充電オペレーションが終了して中
断した作業を円滑に再開させるために、思考制御モジュ
ール２００及び運動制御モジュール３００は、充電オペ
レーションを開始する直前のシステム状況を保存してお
くことが好ましい。

【００９３】まず、充電ステーションへの移動を行い
（ステップＳ１２）、次いで、充電ステーションとの接
続を行う（ステップＳ１３）。本実施例に係る充電ステ
ーションの構成や充電ステーションへの移動との接続に
関しては後に説明する。

【００９４】ステップＳ１４では、ロボット１００本体
側と充電ステーション側の電極同士が正確に接続され、
充電を開始可能か否か、すなわち充電電流を供給可能か
否かを判断する。

【００９５】該判断結果が否定的であれば、ステップＳ
１３に戻って、ロボット１００は充電ステーションへの
接続動作を再試行する。また、該判断結果が肯定的であ
れば、充電ステーションは、ロボット１００のバッテリ
に対する充電電流の供給を開始する（ステップＳ１
５）。充電ステーション側が供給する充電電流の出力電
圧−電流特性は、使用されるバッテリの充放電特性に従
う。

【００９６】充電ステーション及び脚式移動ロボット１
００の一方又は双方は、「充電中」、「充電完了（満充
電）」、「異常」などの各種のバッテリ状態を表示する
インジケータを備えていてもよい。この結果、充電期間
中に、ユーザに対して視覚的なフィードバックを与える
ことができる。

【００９７】充電期間中、電源制御装置３５４は、バッ
テリの端子電圧や充電電流の積算電流量、バッテリの周
囲温度などを常時監視しており、バッテリに蓄積された
容量を計測することができる。

【００９８】バッテリが満充電状態に未だ到達していな
ければ、ステップＳ１６の分岐Ｎｏに進んで、充電オペ
レーションを継続して行う。

【００９９】また、バッテリが満充電状態に到達したと
判断されれば、ステップＳ１７の分岐Ｙｅｓに進んで、
充電オペレーションを終了させる。このとき、電源制御
装置３５４は、バス・インターフェース３０１経由で、
運動制御モジュール３００に対して充電が完了した旨を
通知する。また、電源制御装置３５４は、充電ステーシ
ョン側に対しても、所定の通信手段経由で、充電オペレ
ーションを終了する旨を通知してもよい。

【０１００】運動制御モジュール３００は、充電終了の
通知を受けたことに応答して、充電ステーションを立ち
去る運動パターンを速やかに実行して、次の動作へ移行
する（ステップＳ１７）。

【０１０１】ここで言う次の動作とは、充電オペレーシ
ョンのために、ステップＳ１１において中断してしまっ
た作業であってもよい。この場合、思考制御モジュール
２００及び運動制御モジュール３００は、保存しておい
たシステム状態を回復させることによって、ちょうど中
断した時点で作業を再開させることができる。

【０１０２】他方、作業のコンテキストを維持するよう
に充電タイミングを設定するためには、ゲーム進行など
を逐次追跡することができる思考制御モジュール２００
が主導的に充電時期を決定することができる。充電時期
を決定するこの種の方法は、作業の正当な（若しくは自
然な）途切れを利用して充電オペレーションを実行する
ものであり、作業の継続性を害さないという特徴があ
る。

【０１０３】思考制御モジュール２００は、画像入力装
置２５１から入力される視覚データや音声入力装置２５
２から入力される聴覚データなど、外界からの刺激など
に従って、脚式移動ロボット１００の現在の感情や意思
を決定することができる。

【０１０４】また、思考制御モジュール２００は、ロボ
ット１００が対戦ゲームなどの所定の作業を行っている
ときに、ゲームのルールに従って、ロボットが次に実行
する次のプレイ内容を決定することができる。また、現
在のスコアその他ゲームの進行状況や流れ（コンテキス
ト）を解釈して、ロボット１００が当然抱くべき感情や
意思を決定して、運動制御モジュール３００にバス経由
で該決定内容を通知する。

【０１０５】さらに、思考制御モジュール２００は、作
業期間中において、システム・クロックを逐次参照して
いる（あるいは画像入力装置２６１を介して入力される
時計の画像を基にして、現在時刻や時間の経過を計測し
てもよい）。例えば、サッカーのような、時間制の競技
種目・対戦ゲームを実行しているときには、ハーフ・タ
イムを始めとするゲームのインターバルなど、プレーヤ
としてのロボット１００のアクティビティが低下する時
間帯に突入したことを検出することができる。また、野
球など攻守が入れ替わるタイプのゲームを実行している
ときには、ゲームのコンテキストを逐次追跡して、イニ
ングの切り替わりや守備交代すなわちアクティビティが
低下する時間帯に突入したことを検出することができ
る。

【０１０６】本実施例では、思考制御モジュール２００
は、作業継続中にロボット１００のアクティビティが低
下する時間帯に突入したことに応答して、充電オペレー
ションを開始することができる。この種の充電オペレー
ションの場合、本来の充電完了（すなわちバッテリが満
充電状態になること）よりも、むしろ、アクティビティ
の回復を以って充電を停止することが好ましい。アクテ
ィビティの回復は、例えばサッカー・ゲームにおけるゲ
ーム後半の開始その他インターバルの終了や、野球にお
けるイニングの切り替わりや守備交代に相当する。

【０１０７】図６には、ロボット１００のアクティビテ
ィの変化に伴なって充電オペレーションを制御するため
の処理手順をフローチャートの形式で示している。以
下、このフローチャートの各ステップについて説明す
る。

【０１０８】思考制御モジュール２００は、ロボット１
００がプレイ中のゲームがハーフ・タイムなどのインタ
ーバルに突入したこと、あるいは、野球においてイニン
グが切り替わったり選手交代が行われたことなど、作業
のコンテキストに基づいてアクティビティが低下したこ
とを検出すると（ステップＳ２１）、ロボット１００が
実行中の作業を一旦中断して、充電オペレーションをキ
ックする。また、運動制御モジュール３００に対して、
充電オペレーションを開始する旨の通知を、バス・イン
ターフェース２０１／３０１経由で行う。なお、後に充
電オペレーションが終了して中断した作業を円滑に再開
させるために、思考制御モジュール２００及び運動制御
モジュール３００は、充電オペレーションを開始する直
前のシステム状況を保存しておくことが好ましい。

【０１０９】まず、充電ステーションへの移動を行い
（ステップＳ２２）、次いで、充電ステーションとの接
続を行う（ステップＳ２３）。本実施例に係る充電ステ
ーションの構成や充電ステーションへの移動との接続に
関しては後に説明する。

【０１１０】ステップＳ２４では、ロボット１００本体
側と充電ステーション側の電極同士が正確に接続され、
充電を開始可能か否か、すなわち充電電流を供給可能か
否かを判断する。

【０１１１】該判断結果が否定的であれば、ステップＳ
２３に戻って、ロボット１００は充電ステーションへの
接続動作を再試行する。また、該判断結果が肯定的であ
れば、充電ステーションは、ロボット１００のバッテリ
に対する充電電流の供給を開始する（ステップＳ２
５）。充電ステーション側が供給する充電電流の出力電
圧−電流特性は、使用するバッテリの充放電特性に従
う。

【０１１２】充電ステーション及び脚式移動ロボット１
００の一方又は双方は、「充電中」、「充電完了（満充
電）」、「異常」などの各種のバッテリ状態を表示する
インジケータを備えていてもよい。この結果、充電期間
中に、ユーザに対して視覚的なフィードバックを与える
ことができる。

【０１１３】充電期間中、電源制御装置３５４は、バッ
テリの端子電圧や充電電流の積算電流量、バッテリの周
囲温度などを常時監視しており、バッテリに蓄積された
容量を計測することができる。思考制御モジュール２０
０は、電源制御装置３５４による充電終了の通知を、運
動制御モジュール３００経由で受け取ることができる。

【０１１４】また、思考制御モジュール２００は、実時
間を計時し続けてハーフ・タイムの終了を検出したり、
次のイニングに突入したり選手交代などにより、ロボッ
ト１００が再び出動しなければならなくなるタイミング
を自動的に検出することができる。

【０１１５】バッテリが満充電状態に未だ到達していな
い、あるいは、ロボットが再び出動時期に未だ到達して
いなければ、ステップＳ２６の分岐Ｎｏに進んで、充電
オペレーションを継続して行う。

【０１１６】バッテリが満充電状態に到達したと判断さ
れれば、電源制御装置３５４は、ステップＳ２７の分岐
Ｙｅｓに進んで、充電オペレーションを終了させる。こ
のとき、電源制御装置３５４は、バス・インターフェー
ス３０１経由で、運動制御モジュール３００に対して充
電が完了した旨を通知する。また、電源制御装置３５４
は、充電ステーション側に対しても、所定の通信手段経
由で、充電オペレーションを終了する旨を通知してもよ
い。

【０１１７】また、ハーフ・タイムなどゲームのインタ
ーバルが終了して、ロボットが再び出動時期に到達した
場合には、ステップＳ２７の分岐Ｙｅｓに進んで、思考
制御モジュール２００は、充電オペレーションを終了さ
せる。このとき、思考制御モジュール２００は、バス・
インターフェース２０１及び３０１経由で、運動制御モ
ジュール３００に対して充電が完了した旨を通知する。
さらに、電源制御装置３５４経由で、充電ステーション
側に対しても充電オペレーションを終了する旨を通知し
てもよい。

【０１１８】運動制御モジュール３００は、充電終了の
通知を受けたことに応答して、充電ステーションを立ち
去る運動パターンを速やかに実行して、次の動作へ移行
する（ステップＳ２７）。

【０１１９】ここで言う次の動作とは、充電オペレーシ
ョンのために、ステップＳ２１において中断してしまっ
た作業、あるいは、ハーフ・タイムを始めとするゲーム
のインターバルに突入する直前の作業であってもよい。
この場合、思考制御モジュール２００及び運動制御モジ
ュール３００は、保存しておいたシステム状態を回復さ
せることによって、ちょうど中断した時点で作業を再開
させることができる。

【０１２０】以上、バッテリの残存容量を勘案した充電
時期の設定と、作業のコンテキストに着目した充電時期
の設定とを、個別に説明してきた。但し、両者を組み合
わせることで、自律的若しくは半自律的に動作するロボ
ット１００に関してより好適な充電時期を決定すること
もできるということも、充分理解されたい。

【０１２１】（２）充電ステーションの探索充電ステーションの探索という作業は、図５で示したフ
ローチャートのステップＳ１２、あるいは、図６で示し
たフローチャートのステップＳ２２において実行され
る。

【０１２２】本実施例に係る脚式移動ロボット１００
は、画像入力装置２５１や、音声入力装置２５２などの
外界から刺激を入力するための装置を含んでいる。例え
ば、画像入力装置２５１による周囲の撮像画像を思考制
御モジュール２００において解析して、充電ステーショ
ンの位置や方向を特定して、自律的に充電ステーション
の探索を行うようにしてもよい。また、充電ステーショ
ンから発される音を手掛かりにして、思考制御モジュー
ル２００が充電ステーションの位置や方向を特定して、
自律的に充電ステーションの探索を行うようにしてもよ
い。あるいは、ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔ
ｗｏｒｋ：図示しない）などを経由してロボット１００
外のシステムが、脚式移動ロボット１００を充電ステー
ションに導くような動作パターンを指示するようにして
もよい。

【０１２３】脚式移動ロボット１００が充電ステーショ
ンを視覚的に追跡するために、充電ステーションの表面
上の目立つ部位に、サイバー・コード^/*/のような視認
性識別データを貼設しておいてもよい。この結果、脚式
移動ロボット１００は、充電ステーションの所定部位に
配設された視認性識別データを目標にして、画像入力装
置２５１の撮像画像を基にして充電ステーションを探索
することができる。したがって、無経路上を自由に移動
する脚式移動ロボット１００の充電作業を自動化するこ
とができる。

【０１２４】また、上記の視認性識別データは、充電ス
テーションの表面に貼設された印刷媒体であってもよ
い。また、該印刷媒体は円筒形、四角柱、球などの立体
的な物体表面上に複数貼設されていてもよい。このよう
な場合、脚式移動ロボット１００は複数方向から識別デ
ータを発見することができ、任意の方向から充電ステー
ションに接近することができる。

【０１２５】また、充電ステーション上の視認性識別デ
ータは、印刷媒体のような静的な画像情報ではなく、表
示装置に画面出力された動的な表示データであってもよ
い。このような場合、作業空間の環境に埋没しない識別
データを動的に切り替えながら用いることができる。ま
た、移動ロボットから距離に応じて表示データを切り替
えることもできる。

【０１２６】また、視認性識別データは充電ステーショ
ンの高所に配設することで、脚式移動ロボット１００は
遠方から充電ステーションの所在を発見することができ
る。

【０１２７】また、充電ステーションは、さらに、光、
赤外線、音波、超音波、電波、磁場のうち少なくとも１
つの信号波を発信する発信手段を備えるとともに、脚式
移動ロボット１００の方は発信手段からの発信波を受信
する受信手段を備えてもよい。このような場合、脚式移
動ロボット１００は、画像入力装置２５１による撮像画
像と受信手段による受信データの双方を基にして、脚式
移動ロボット１００から充電ステーションまでの距離・
方向を算出することができるので、より正確且つ高速に
充電ステーションを探索することができる。

【０１２８】ここで言う発信手段による発信波は、作業
空間において発生する他の信号とは容易に区別・分離で
きる成分で構成されることが好ましい。

【０１２９】また、脚式移動ロボット１００は体幹部ユ
ニットに対して首振り運動可能な頭部ユニットを備え、
画像入力装置２５１及び／又は受信手段はこの頭部ユニ
ットに搭載されていてもよい。このような場合、ロボッ
ト１００本体は移動せず、首振り運動だけで画像入力装
置２５１や受信手段の視野を切り替えることができ、容
易に充電ステーションを発見し、探索することができ
る。

【０１３０】また、充電ステーション側の発信手段は
光、赤外線、音波、超音波、電波、磁場のうち２以上の
信号波を発信するとともに、ロボット１００本体側の受
信手段は、充電ステーションとロボット１００間の距離
に応答して受信信号波を切り換えるようにしてもよい。
例えば、途中に障害物が散在する遠方では回折性の高い
音波を用いて探索し、至近距離では光や赤外線など直進
性の高い信号波に切り換えて正確に探索することができ
る。

【０１３１】また、発信手段は、光をスリット状に出力
するとともに、照射方向に応じて発光するスリットのパ
ターンを切り換えるようにしてもよい。このような場
合、単一の発信手段だけで、脚式移動ロボット１００は
複数方向から充電ステーションに接近することができ
る。

【０１３２】また、発信手段は出力強度及び周波数成分
の異なる２以上の信号波を発信するようにしてもよい。
例えば、高周波信号を高強度で出力するとともに、低周
波信号を低強度で出力することにより、受信手段は、高
周波成分のみ受信する領域では比較的距離が離れている
ことや、低周波成分を受信可能な領域に突入したことに
より充電ステーションに近づいたことを認識することが
できる。

【０１３３】また、充電ステーションは、充電システム
外の機器とデータ交換するための通信手段を備えてもよ
い。通信手段は、例えばネットワーク・インターフェー
ス・カード（ＮＩＣ）であり、例えば外部のホスト・シ
ステムがネットワーク経由で充電ステーションをリモー
ト・コントロールすることができる。

【０１３４】（３）脚式移動ロボット１００と充電ステ
ーションとの合体脚式移動ロボット１００と充電ステーションとの合体と
いう作業は、図５で示したフローチャートのステップＳ
１３、あるいは、図６で示したフローチャートのステッ
プＳ２３において実行される。

【０１３５】脚式移動ロボット１００に対する充電ステ
ーションの構造自体は、一般には任意である。

【０１３６】本実施例では、図７に示すような、椅子型
の充電ステーション５００を採用することにした。椅子
型に構成することにより、脚式移動ロボット１００は、
充電オペレーションのために、充電ステーション５００
上に腰掛けなければならない。この当然の帰結として、
充電オペレーションに対して、ロボット１００が「休憩
する」あるいは「体力を回復させる」というメタファを
与えることができ、ロボット１００が持つエンターティ
ンメント性を高めることができる。

【０１３７】また、本実施例のように２足歩行式のロボ
ット１００が着席した姿勢は、直立時に比し、姿勢保持
のためのエネルギ消費が少なくて済むので、充電効率が
高まる。

【０１３８】また、本実施例のように２足歩行式のロボ
ット１００が着席した姿勢は、脚式移動ロボット１００
が折り畳まれた状態となるので、他の姿勢に比し、充電
オペレーションのための収容空間や床面積を節約するこ
とができる。

【０１３９】図７に示す例では、充電ステーション５０
０の座面上に電極端子を含む電気接続部５０１が配設さ
れている。このような場合、図８に示すように、脚式移
動ロボット１００の臀部付近に電源制御装置３５４を配
設するとともに、この電源制御装置３５４の底面部に座
面側の電気接続部５０１と接合する電気接続部３５５を
突設させておけば、「椅子に座る」という自然な動作で
ロボット１００と充電ステーション５００との電気的接
続が果たされる。

【０１４０】互いの電気接続部３５５及び５０１は、少
なくとも充電電流供給のための正極端子及び負極端子を
含むものとする。

【０１４１】また、電気接続部３５５及び５０１は、脚
式移動ロボット１００と充電ステーション間でデータ交
換を実現する通信手段をさらに備えてもよい。かかる通
信手段は、例えば、ＲＳ−２３２Ｃ、ＩＥＥＥ（Ｉｎｓ
ｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄ
ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｓ）１２８
４、ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕ
ｓ）、ｉ−Ｌｉｎｋ、ＩｒＤＡ（ＩｎｆｒａｒｅｄＤ
ａｔａＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）など、特にインター
フェース・プロトコルは特定されない。例えば、充電ス
テーション５００内に脚式移動ロボット１００を収容し
たときの誘導作業（正確な位置決めなど）や、充電の開
始及び終了時期の通知などに、このような通信手段を使
用することができる。

【０１４２】また、脚式移動ロボット１００側の臀部３
５４の底面、あるいは充電ステーション５００側に測長
センサやＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅ
ｖｉｃｅ）カメラのような計測機器を設け、充電ステー
ション５００と脚式移動ロボット１００が合体する様子
を監視して、ロボット１００が充電ステーション５００
に接近する動作を適応的に制御するようにしてもよい。

【０１４３】図７に示した例では、電気接続部５０１
は、椅子の座面に設置されているが、特にこれに限定さ
れず、他の部位であってもよい。例えば、椅子の背もた
れに電気接続部５０１を設置するとともに（図示しな
い）、脚式移動ロボット１００の臀部ではなく背面部に
対向する電気接続部３５５を配備してもよい。この場
合、充電オペレーションに対して、背もたれにもたれて
「くつろぐ」というメタファを与えることができる。

【０１４４】あるいは、充電ステーション５００が肘掛
を持ち（図示しない）、この肘掛の上端面に電気接続部
５００を設けるとともに、ロボット１００側の前腕部下
面に電気接続部３５５を配設するようにしてもよい。

【０１４５】また、図７に示すように、椅子の座面に電
気接続部５０１を配設する場合であっても、さらに図９
に示すように、ロボット１００の臀部をテーパ形状に構
成するとともに、充電ステーション５００の座面にもテ
ーパ状の受面を形設ことによって、両者の合体時の位置
決め作業を簡単化することができる。

【０１４６】また、充電ステーション５００の電気接続
部５０１の場所は、座面や肘掛、背もたれなど椅子表面
上の部位に必ずしも限定されない。例えば、脚式移動ロ
ボット１００の足裏部に電気接続部３５５を配設すると
ともに、該足裏部が接地するマットなどの部位を電気接
続部５０１として利用することができる。このような場
合には、脚式移動ロボット１００が床面上の所定場所を
踏むという自然な動作によって両者間の電気接続が果た
され、充電オペレーションを開始することができる。

【０１４７】《注釈》＊サイバーコード：サイバーコードとは、２次元バーコ
ードの一種であり、図１０に示すように、サイバーコー
ドの所在を表すための「ガイド・バー表示領域」と、２
次元状のコード・パターンを表示する「コード・パター
ン表示領域」とで構成される。コード・パターン表示領
域内は、ｎ×ｍマトリックス（同図では７×７）に配列
されたセルで構成され、各セルを白又は黒の２値表現す
ることで識別情報を付与することができる。但し、コー
ド・パターン表示領域の４隅のコーナー・セルは、識別
情報としてではなく位置合わせ（ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉ
ｏｎ）パターンとして常に黒パターンとなっている。サ
イバーコードの認識手順は、撮像画像を２値化するステ
ップと、２値画像中からガイド・バーの候補を発見する
ステップと、ガイド・バーの位置や方向に基づいてコー
ナー・セルを探索するステップと、ガイド・バー及びコ
ーナー・セルを検出したことに応答して画像ビットマッ
プ・パターンを復号化するステップとに大別される。サ
イバーコードの詳細については、例えば、本出願人に既
に譲渡されている特願平１０−１８４３５０号明細書
（「画像処理装置および方法、並びに提供媒体」）にも
開示されている。

【０１４８】［追補］以上、特定の実施例を参照しなが
ら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や
代用を成し得ることは自明である。

【０１４９】上述した実施例では、脚式移動ロボットの
充電オペレーションに対して「椅子に座る」という安ら
ぎのメタファを与えているが、必ずしもこのような形態
には限定されない。例えば、所定の棒につかまるなどの
指定動作を実行したときに充電を開始するようにすれば
よい。その場合、当然、互いに接触する部分に給電用の
電極を含む電気接続部を備えている必要がある。

【０１５０】また、上述した実施例では、脚式移動ロボ
ットと充電ステーションとで構成される充電システムを
採用しているが、必ずしもこのような形態には限定され
ない。例えば、２台以上の脚式移動ロボット同士が握手
を行う動作によって、一方のロボットから他方のロボッ
トに給電するようにしてもよい。このような形態は、充
電オペレーションに対して「救済」若しくは「手を差し
伸べる」というメタファを与えることができる。また、
そのような場合には、互いの掌に受給電用の電極を含む
電気接続部を備えている必要がある。

【０１５１】また、上述した実施例では、脚式移動ロボ
ット１００が自律的に充電ステーション５００に移動す
るようになっているが、必ずしもこれに限定されない。
例えば、脚式移動ロボット１００の作業空間上の所定場
所に給電用電極をモザイク状に配設し、他方の脚式移動
ロボット１００の足裏部にも受電用電極を配置して、対
応する電極同士が接続を果たした場合に充電を開始する
ようにしてもよい。

【０１５２】要するに、例示という形態で本発明を開示
してきたのであり、限定的に解釈されるべきではない。
本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許
請求の範囲の欄を参酌すべきである。

【０１５３】

【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
充電式バッテリによって自律駆動する移動ロボットのた
めの、優れた充電メカニズムを提供することができる。

【０１５４】また、本発明によれば、バッテリ駆動によ
り作業空間を無経路で自由に移動することができる移動
ロボットのための、優れた充電メカニズムを提供するこ
とができる。

【０１５５】また、本発明によれば、バッテリ駆動によ
り作業空間を無経路で自在に移動する移動ロボットに対
して充電ステーションによって充電を行うことができ
る、優れた充電メカニズムを提供することができる。

【０１５６】また、本発明によれば、充電オペレーショ
ンのために充電ステーションに立ち寄る移動ロボットを
正確且つ確実に電気接続することができる、優れた充電
メカニズムを提供することができる。

【０１５７】本発明に係る脚式移動ロボットは、充電池
を搭載した自立駆動型であり、その行動半径や動作パタ
ーンは電源ケーブルの制約を受けることがない。

【０１５８】また、脚式歩行や上肢を含めた各種の運動
パターン実行期間中に、四肢と電源ケーブルが干渉する
可能性がなく、動作制御が著しく容易になる。

【０１５９】また、脚式移動ロボットは、自律的に充電
時期を判断し且つ充電ステーションに立ち寄って自動的
に充電オペレーションを行うことができる。すなわち、
充電のためにユーザなどの外界からの補助を必要しな
い。ユーザは、ロボットの充電という煩雑な作業から解
放され、また、充電時期を意識する必要もなくなる。

【０１６０】充電池の残存容量が低下する度に、ユーザ
がロボットを停止して、人手で充電する必要がなくな
る。したがって、将来、人間型ロボットが人間のパート
ナーとして住空間に深く浸透し、生活の各場面で生活支
援や作業代行を行うようになってきた場合、人間との
「共生」の可能性がますます高まる。

【０１６１】また、ロボットによる対戦ゲームなどで
は、ゲームの継続性など作業のコンテキストを維持し、
リアリティを損なうことなく充電オペレーションを実行
することが可能になる。このため、観衆は、ロボットに
よるゲームの面白さを、充分に堪能することができる。
例えば、選手の交代、守備で動作を行わない期間中、イ
ニングの切り替えやハーフ・タイムなどゲームのインタ
ーバルなどを利用して、自動的にロボットの充電作業を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に供される脚式移動ロボット１０
０を前方から眺望した様子を示た図である。

【図２】本発明の実施に供される脚式移動ロボット１０
０を後方から眺望した様子を示た図である。

【図３】本実施例に係る脚式移動ロボット１００が具備
する自由度構成モデルを模式的に示した図である。

【図４】本実施例に係る脚式移動ロボット１００の制御
システム構成を模式的に示した図である。

【図５】バッテリの残存容量の低下に伴なって充電オペ
レーションを制御するための処理手順を示したフローチ
ャートである。

【図６】ロボット１００のアクティビティの変化に伴な
って充電オペレーションを制御するための処理手順を示
したフローチャートである。

【図７】本実施例に係る充電ステーション５００の外観
構成を示した図である。

【図８】充電ステーション５００に適合する脚式移動ロ
ボット１００の外観（背面）を示した図である。

【図９】充電ステーション５００と電源制御装置３５４
の他の構成例を示した図である。

【図１０】サイバー・コードの一例を示した図である。

【符号の説明】１…頭部，２…首関節ヨー軸３…首関節ピッチ軸，４…首関節ロール軸５…体幹ピッチ軸，６…体幹ロール軸７…体幹ヨー軸，８…肩関節ピッチ軸９…肩関節ロール軸，１０…上腕ヨー軸１１…肘関節ピッチ軸，１２…前腕ヨー軸１３…手首関節ピッチ軸，１４…手首関節ロール軸１５…手部，１６…股関節ヨー軸１７…股関節ピッチ軸，１８…股関節ロール軸１９…膝関節ピッチ軸，２０…足首関節ピッチ軸２１…足首関節ロール軸，２２…足部（足底）３０…頭部ユニット，４０…体幹部ユニット５０…腕部ユニット，５１…上腕ユニット５２…肘関節ユニット，５３…前腕ユニット６０…脚部ユニット，６１…大腿部ユニット６２…膝関節ユニット，６３…脛部ユニット８０…制御ユニット，８１…主制御部８２…周辺回路９１，９２…接地確認センサ９３…姿勢センサ１００…脚式移動ロボット２００…思考制御モジュール２０１…バス・インターフェース２１１…ＣＰＵ，２１２…ＲＡＭ，２１３…ＲＯＭ２１４…外部記憶装置２５１…画像入力装置（ＣＣＤカメラ）２５２…音声入力装置（マイク）２５３…音声出力装置（スピーカ）２５４…通信インターフェース３００…運動制御モジュール３０１…バス・インターフェース３１１…ＣＰＵ，３１２…ＲＡＭ，３１３…ＲＯＭ３１４…外部記憶装置３５１…姿勢センサ３５２，３５３…接地確認センサ３５４…電源制御装置３５５…電気接続部５００…充電ステーション５０１…電気接続部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｈ０２Ｊ 7/00 ３０１Ｈ０２Ｊ 7/00 ３０１ＡＦターム(参考） 3F060 BA07 CA14 HA02 5G003 FA01 FA08 GC05 5H030 AA03 AA04 AS11 BB01 DD20 DD21 FF41 FF52

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも下肢と体幹部と構成され前記下
肢の運動によって移動自在な脚式移動ロボットであっ
て、前記ロボットの少なくとも１つの可動部に対して給電可
能な充電式電源部と、前記充電式電源部の充電電流を受容するための前記ロボ
ットの外界に露出した電気接続部と、を具備することを
特徴とする脚式移動ロボット。
【請求項２】さらに、前記充電式電源部に対する充電開
始及び終了時期を検出する充電管理手段を具備すること
を特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボット。
【請求項３】前記充電管理手段は、前記充電式電源部の
残存容量が所定値未満になったことに応答して充電開始
時期を検出するとともに、前記充電式電源部が満充電状
態に到達したことに応答して充電終了時期を検出するこ
とを特徴とする請求項２に記載の脚式移動ロボット。
【請求項４】前記充電管理手段は、指定された時刻の到
達及び／又は所定時間間隔毎に、充電開始時期及び／又
は充電終了時期を検出することを特徴とする請求項２に
記載の脚式移動ロボット。
【請求項５】前記充電管理手段は、前記脚式移動ロボッ
トがプレイ中のゲームがインターバルに突入したことに
応答して充電開始時期を検出するとともに、該インター
バルが終了したことに応答して充電終了時期を検出する
ことを特徴とする請求項２に記載の脚式移動ロボット。
【請求項６】さらに、充電開始時期が検出されたことに
応答して前記電気接続部において充電ステーションとの
合体を行うとともに、充電終了時期が検出されたことに
応答して充電ステーションとの切り離しを行う充電動作
制御手段を具備することを特徴とする請求項２に記載の
脚式移動ロボット。
【請求項７】前記電気接続部は、前記脚式移動ロボット
の臀部に配設されたことを特徴とする請求項１に記載の
脚式移動ロボット。
【請求項８】前記電気接続部は、前記脚式移動ロボット
の左右少なくとも一方の前腕部に配設されたことを特徴
とする請求項１に記載の脚式移動ロボット。
【請求項９】前記電気接続部は、前記脚式移動ロボット
の背面部に配設されたことを特徴とする請求項１に記載
の脚式移動ロボット。
【請求項１０】前記電気接続部は、前記脚式移動ロボッ
トの左右少なくとも一方の足裏部に配設されたことを特
徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボット。
【請求項１１】少なくとも下肢と体幹部と構成され前記
下肢の運動によって移動自在で少なくとも１つの可動部
は充電式電源部によって給電される脚式移動ロボットの
制御方法であって、（ａ）前記充電式電源部の充電開始
時期を検出するステップと、（ｂ）充電開始時期の検出
に応答して、充電ステーションと合体して充電を開始す
るステップと、（ｃ）前記充電式電源部の充電終了時期
を検出するステップと、（ｄ）充電終了時期の検出に応
答して、前記充電ステーションと分離するステップと、
を具備することを特徴とする脚式移動ロボットの制御方
法。
【請求項１２】前記ステップ（ａ）では、前記充電式電
源部の残存容量が所定値未満になったことに応答して充
電開始時期を検出することを特徴とする請求項１１に記
載の脚式移動ロボットの制御方法。
【請求項１３】前記ステップ（ｃ）では、前記充電式電
源部が満充電状態に到達したことに応答して充電終了時
期を検出することを特徴とする請求項１１に記載の脚式
移動ロボットの制御方法。
【請求項１４】前記ステップ（ａ）及び／又はステップ
（ｃ）では、指定された時刻の到達及び／又は所定時間
間隔毎に、充電開始時期及び／又は充電終了時期を検出
することを特徴とする請求項１１に記載の脚式移動ロボ
ットの制御方法。
【請求項１５】前記ステップ（ａ）では、前記脚式移動
ロボットがプレイ中のゲームがインターバルに突入した
ことに応答して充電開始時期を検出することを特徴とす
る請求項１１に記載の脚式移動ロボットの制御方法。
【請求項１６】前記ステップ（ｃ）では、前記脚式移動
ロボットがプレイ中のゲームにおけるインターバルが終
了したことに応答して充電終了時期を検出することを特
徴とする請求項１１に記載の脚式移動ロボットの制御方
法。
【請求項１７】少なくとも下肢と体幹部と構成され前記
下肢の運動によって移動自在な脚式移動ロボットのため
の充電ステーションであって、略椅子型で、前記脚式移動ロボットが着席した姿勢にて
受容可能なステーション本体と、前記ステーション本体の表面に露出して、前記ステーシ
ョン本体に着席した前記脚式移動ロボットと電気的に接
続するための電気接続部と、を具備することを特徴とす
る充電ステーション。
【請求項１８】前記電気接続部は前記ステーション本体
の座面上に配設されていることを特徴とする請求項１７
に記載の充電ステーション。
【請求項１９】前記ステーション本体は背もたれを備
え、前記電気接続部は前記ステーション本体の背もたれ上に
配設されていることを特徴とする請求項１７に記載の充
電ステーション。
【請求項２０】前記ステーション本体は肘掛を備え、前記電気接続部は前記ステーション本体の肘掛上に配設
されていることを特徴とする請求項１７に記載の充電ス
テーション。