CN100344416C

CN100344416C - 机器人装置和控制该装置的方法

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Publication number: CN100344416C
Application number: CNB2004800003682A
Authority: CN
Inventors: 森平智久
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2024-03-23
Also published as: EP1607191A1; WO2004082900A1; CN1697723A; US20050228540A1

Abstract

本发明涉及一种机器人装置和控制该装置的方法，其中，该装置显著增加了娱乐特性。在该机器人装置中，每个具有多级关节机构的腿部连接到身体部分，并且在用于控制该机器人装置的方法中，首先检测外部和/或内部的条件。然后，确定机器人装置是被抱着还是被举起，并根据该确定来控制驱动系统，以停止每个关节机构的操作。

Description

机器人装置和控制该装置的方法

技术领域

本发明涉及机器人装置及其控制方法，并例如适用于具有人的特点的类型的机器人。

背景技术

近年来，在很多公司开发了两足类人型机器人等并商品化。在这些机器人中，有一种类型安装了诸如电荷耦合装置(CCD)照相机和麦克风的每种外部传感器，根据这些外部传感器的输出来识别外部状态，并且机器人能根据识别结果自主地行动。

此外，近来在自主型的类人型机器人中的相对较小的机器人中，已经提出了一种具有以下功能的类型：当机器人被用户举起在手臂中时，机器人检测被举起在手臂中的状态，并根据上述检测结果，将自己的姿势转换到预定的被视为易于用户抱住的姿势(下面被称为被举起在手臂中的姿势)，并放松整个身体。

但是如图25(A)所示，即使机器人RB如上所述将自己的姿势转换到预定的被举起在手臂中的姿势，如果关节部位仍处于僵硬状态，则由于机器人RB的重心等的偏移(图25(B))，用户感觉难于抱住机器人，相反，即使通过使机器人RB进入放松状态也使关节部位处于灵活状态，用户还是感觉难于抱住机器人，因为机器人RB在用户手臂中不稳定(图25(C))。

此外，在用户举起机器人并将机器人举起在手臂中的状态下，还可以认为用户希望用手将该机器人RB的姿势改变为每种姿势，就好像它是一个玩偶。为此，机器人RB必须进入非常放松的状态。但是，如果这样做了，会存在一个问题，即带来在每种致动器中产生电动势这样的对硬件的恶劣影响。

因此，可以考虑通过在每个关节上保持恒定刚性，同时使每个关节具有一定程度的灵活性，并对机器人进行控制以便符合被用户抱住的方式，使用户将机器人举起在手臂中的感觉接近用户将孩子举起在手臂中的感觉，而且还能有效防止在每种致动器中产生电动势这样的对硬件的恶劣影响。

另一方面，在具有上述举起在手臂中的控制功能的机器人中，需要一个确定地检测机器人被举起在用户手臂中的机构。例如，当机器人被举起在用户手臂中时，如果该机器人不能检测到这一点并以类似于放到地面上的状态来操作，则会通过使用户的手指夹在关节部位中以及机器人的手臂和腿撞击用户而可能使用户受到不期望的伤害。

此外，在预料将如上所述被举起在用户手臂中的机器人中，不仅需要考虑机器人在被举起在手臂中的状态下的姿势和状态，还要考虑当机器人被放到地面上时身体的姿势和状态。

实际上，由于上述举起在手臂中的姿势和放松状态的状态就在机器人被放到地面上之前和放下之后还保持着，因此在放下机器人过程中的处理非常麻烦。此外，尽管该机器人是具有人特点的类型，用户还是没有对生命体的自然感觉。因此，存在机器人缺乏作为娱乐机器人的娱乐能力的问题。

此外，由于上述举起在手臂中的姿势和放松状态对于该机器人是不稳定的姿势和状态，因此恐怕机器人会由于在着地后失去平衡而跌倒，并且身体上会出现擦伤或者发生所包含的设备破碎的事故。

发明内容

考虑到上述每个点而进行了本发明，并且本发明提供有一种机器人装置及其控制方法，可以显著改善娱乐能力和安全性。

为了解决上述问题，根据本发明，在具有可移动部件的机器人装置中具有：作用点检测部件，用于检测外力作用在该机器人装置上的作用点；重心检测部件，用于检测机器人装置的重心；以及计划着地区域计算部件，用于计算其中机器人装置的一部分将接触地面的计划着地区域。当机器人被外力从地面上升起时，控制部件控制驱动部件以便控制可移动部件，从而使作用点和重心都包含在计划着地区域上的空间内。

结果是，该机器人装置可以有效防止着地后跌倒，还能在着地时表现出诸如人类通常所做的蹲伏的姿势。

此外，根据本发明，在用于控制具有可移动部件的机器人装置的方法中，包括下列步骤：第一步骤，检测外力作用于机器人装置上的作用点和机器人装置的重心，并计算其中机器人装置的一部分将接触地面的计划着地区域；以及第二步骤，控制可移动部件，从而当机器人装置被外力从地面升起时，使作用点和重心都包含在计划着地区域上的空间内。

结果，根据用于控制机器人装置的该方法，可以有效防止机器人装置着地后跌倒，还能使机器人装置在着地时表现出诸如人类通常所做的蹲伏的姿势。

此外，根据本发明，在一种具有可移动部件的机器人装置中，具有：重心检测部件，用于检测机器人装置的重心；着地部件计算部件，用于计算机器人装置与地面的接触部分；以及距离计算部件，用于计算机器人装置的重心和着地部件之间的距离。基于该机器人装置的重心和着地部件之间的距离来执行举起在手臂中的检测。

结果，在该机器人装置中，在没有特殊传感器等的情况下可以确切地检测到机器人被举起来了。因此，可以有效防止由机器人装置在被举起状态下的操作引起对用户发生伤害，并可以维护用户的安全。

此外，根据本发明，在一种用于控制具有可移动部件的机器人的方法中，具有下列步骤：第一步骤，检测机器人装置的重心，并计算机器人装置与地面的接触部分；第二步骤，计算机器人装置的重心和接触部分之间的距离；以及第三步骤，根据计算的距离来执行举起在手臂中的检测。

结果，根据用于控制机器人装置的该方法，在没有特殊传感器等的情况下能够确切地检测到机器人被举起来了。因此，可以有效防止由机器人装置在被举起状态下的操作引起发生对用户的伤害，并能够维护用户的安全。

此外，根据本发明，在具有分别连接到身体部分的多个腿部的机器人装置中，其中，该多个腿部具有多级关节机构，该机器人装置具有：传感器部件，用于检测外部和/或内部状态；状态确定部件，用于确定由传感器部件检测的外部和/或内部状态是否为被举起在用户手臂中的状态或被举起的状态；以及控制部件，用于根据状态确定部件的确定结果来控制驱动系统，以便停止每个关节机构的操作。

结果，在该机器人装置中，防止了在被举起在用户手臂中的状态下或在被用户举起的状态下移动每个腿部分。由此可以维护用户的安全。

此外，根据本发明，在具有分别具有连接到身体部分的多个腿部的机器人装置中，其中该多个腿部多级关节机构，该机器人装置具有：控制部件，用于控制驱动系统操作每个关节机构，以便当机器人装置处于被举起在用户手臂中的状态时使每个腿部的姿势与用户手臂协调。

结果，在该机器人装置中，当机器人装置处于被举起在用户手臂中的状态时，可以使用户感觉到类似于将孩子举起在手臂中的反应。

此外，根据本发明，在具有分别连接到身体部分的多个腿部的机器人装置中，其中该多个腿部具有多级关节机构，该机器人装置具有：控制部件，用于确定当释放举起在用户手臂中的状态或被举起的状态时身体部分的姿势，并根据上述确定结果来控制驱动系统操作相应于每个腿部的每个关节机构。

结果，该机器人装置可以保持安全性，并能在举起在用户手臂中的状态或被举起的状态被释放之后，表现出自然的形态。

此外根据本发明，在一种用于控制具有分别连接到身体部分的多个腿部的机器人装置的方法中，其中该多个腿部具有多级关节机构，当检测到外部和/或内部状态之后，确定上述检测的外部和/或内部状态是否是被用户举起在手臂中的状态或被举起的状态，并基于上述确定结果来控制驱动系统停止每个关节机构的操作。

结果，在用于控制机器人装置的该方法中，防止了在被举起在用户手臂中的状态或被用户举起的状态下移动每个腿部。由此可以维护用户的安全。

此外，根据本发明，在一种用于控制具有分别连接到身体部分的多个腿部的机器人装置的方法中，其中该多个腿部具有多级关节机构，当该机器人装置处于被举起在用户手臂中的状态时，控制用于操作每个关节机构的驱动系统，以便使每个腿部的姿势与用户手臂协调一致。

结果，在用于控制机器人装置的该方法中，当机器人装置处于被举起在用户手臂中的状态时，可以使用户感觉到类似于将孩子举起在手臂中的自然反应。

此外，根据本发明，在一种用于控制具有分别连接到身体部分的多个腿部的机器人装置的方法中，其中该多个腿部具有多级关节机构，确定当举起在用户手臂中的状态被释放后身体部分的姿势，并根据上述确定结果来控制驱动系统操作相应于每个腿部的每个关节机构。

结果，在该用于控制机器人装置的方法中，可以保持安全性，并能在举起在用户手臂中的状态或被举起的状态被释放之后表现出自然的形态。

根据本发明，在一种具有可移动部件的机器人装置中，提供有：作用点检测部件，用于检测外力作用在机器人装置上的作用点；重心检测部件，用于检测机器人装置的重心；以及计划着地区域计算部件，用于计算其中机器人装置的一部分将接触地面的计划着地区域。当机器人被外力从地面升起时，控制部件控制驱动部件以便控制可移动部件，从而使作用点和重心都包含在计划着地区域上的空间内。由此可以有效防止着地后跌倒，还能在着地时表现出诸如人类通常所做的蹲伏的姿势。因此，可以实现能显著改善娱乐能力的机器人装置。

此外，根据本发明，在用于控制具有可移动部件的机器人装置的方法中，提供有：第一步骤，检测外力作用在机器人装置上的作用点和机器人装置的重心，并计算其中机器人装置的一部分将接触地面的计划着地区域；以及第二步骤，控制可移动部件，从而当机器人装置被外力从地面上升起时，使作用点和重心都包含在计划着地区域上的空间内。由此可以有效防止机器人装置在着地后跌倒，还能使机器人装置在着地时表现出诸如人类通常所做的蹲伏的姿势。因此，可以实现能够显著改善娱乐能力的用于控制机器人装置的方法。

此外，根据本发明，在一种具有可移动部件的机器人装置中，提供有：重心检测部件，用于检测机器人装置的重心；着地部件计算部件，用于计算机器人装置与地面的接触部分；以及距离计算部件，用于计算机器人装置的重心和着地部件之间的距离。根据机器人装置的重心和着地部件之间的距离来执行举起在手臂中的检测。由此，在没有特殊传感器等的情况下能够确切地检测到机器人被举起来了。因此，可以有效防止由机器人装置在被举起状态下的操作引起发生对用户的伤害，并能维护用户的安全。因此，可以实现能够显著改善娱乐能力的机器人装置。

此外，根据本发明，在一种用于控制具有可移动部件的机器人的方法中，提供有：第一步骤，检测机器人装置的重心，并计算机器人装置与地面的接触部分；第二步骤，计算机器人装置的重心和接触部分之间的距离；以及第三步骤，根据所计算的距离来执行举起在手臂中的检测。由此，在没有特殊传感器等的情况下，能够确切地检测到机器人被举起来了。因此，可以有效防止由机器人装置在被举起状态下的操作引起发生对用户的伤害，并能维护用户的安全。因此，可以实现能显著改善娱乐能力的用于控制机器人装置的方法。

此外，根据本发明，在具有分别连接到身体部分的多个腿部的机器人装置中，其中该多个腿部具有多级关节机构，该机器人装置提供有：传感器部件，用于检测外部和/或内部状态；状态确定部件，用于确定由传感器部件检测的外部和/或内部状态是否是被举起在用户手臂中的状态或被举起的状态；以及控制部件，用于根据状态确定部件的确定结果来控制驱动系统，以便停止每个关节机构的操作。由此，可以在被举起在用户手臂中的状态下或在被用户举起的状态下维护用户的安全。因此，可以实现能显著改善娱乐能力的机器人装置。

此外，根据本发明，在具有分别连接到身体部分的多个腿部的机器人装置中，其中该多个腿部具有多级关节机构，提供有：控制部件，用于控制驱动系统来操作每个关节机构，以便当机器人装置处于被举起在用户手臂中的状态时，使每个腿部的姿势与用户手臂协调。由此，当机器人装置处于被举起在用户手臂中的状态时，可以使用户感觉到类似于将孩子举起在手臂中的反应。因此，可以实现能显著改善娱乐能力的机器人装置。

此外，根据本发明，在具有分别连接到身体部分的多个腿部的机器人装置中，其中该多个腿部具有多级关节机构，该机器人装置提供有：控制部件，用于确定当举起在用户手臂中的状态或被举起的状态释放后身体部分的姿势，并根据上述确定结果来控制驱动系统操作相应于每个腿部的每个关节机构。由此可以保持安全性，并能在举起在用户手臂中的状态或被举起的状态释放之后表现出自然的形态。因此，可以实现能显著改善娱乐能力的机器人装置。

此外，根据本发明，在一种用于控制具有分别连接到身体部分的多个腿部的机器人装置的方法中，其中该多个腿部具有多级关节机构，当检测到外部和/或内部状态之后，确定上述检测的外部和/或内部状态是否是被用户举起在手臂中的状态或被用户举起的状态，并根据上述确定结果来控制驱动系统停止每个关节机构的操作。由此，可以维护在被举起在用户手臂中的状态或被用户举起的状态下用户的安全。因此，可以实现能显著改善娱乐能力的用于控制机器人装置的方法。

此外，根据本发明，在一种用于控制具有分别连接到身体部分的多个腿部的机器人装置的方法中，其中该多个腿部具有多级关节机构，当该机器人装置处于被举起在用户手臂中的状态时，控制用于操作每个关节机构的驱动系统，以便使每个腿部的姿势与用户手臂协调。由此，当机器人装置处于被举起在用户手臂中的状态时，可以使用户感觉到类似于将孩子举起在手臂中的自然反应。因此，可以实现能显著改善娱乐能力的控制机器人装置的方法。

此外，根据本发明，在一种用于控制具有分别连接到身体部分的多个腿部的机器人装置的方法中，其中该多个腿部具有多级关节机构，确定当举起在用户手臂中的状态或被用户举起的状态被释放后身体部分的姿势，并根据上述确定结果控制用于操作相应于每个腿关节的每个关节机构的驱动系统。由此，可以保持安全性，并能在举起在用户手臂中的状态或被举起的状态被释放之后表现出自然的形态。因此，可以实现能显著改善娱乐能力的用于控制机器人装置的方法。

附图说明

图1是示出机器人的外部结构的透视图。

图2是示出机器人的外部结构的透视图。

图3是示出机器人的外部结构的概念图。

图4是示出机器人的内部结构的框图。

图5是示出机器人的内部结构的框图。

图6是解释第一举起在手臂中的控制的处理过程的流程图。

图7是解释检测举起在手臂中的状态的示意性概念视图。

图8是解释伪顺从控制(false compliance control)的处理过程的流程图。

图9是解释伪顺从控制的示意性概念视图。

图10是解释放下姿势控制的示意性概念视图。

图11是解释用户举起机器人的形式的示意性概念视图。

图12是示出机器人的内部结构的框图。

图13是示出用于检测被举起状态的处理过程的流程图。

图14是解释根据机器人的状态的重心位置差别的侧视图。

图15是解释根据机器人的状态的重心位置差别的侧视图。

图16是示出用于检测被举起状态的处理过程的流程图。

图17是示出用于检测举起在手背中状态的释放的处理过程的流程图。

图18是解释放下姿势控制处理的概念视图。

图19是解释放下姿势控制处理的概念视图。

图20是示出放下姿势控制处理的过程的流程图。

图21是解释对抗不稳定的被举起姿势的姿势控制处理的正视图。

图22是解释对抗不稳定的被举起姿势的姿势控制处理的正视图。

图23是解释对抗不稳定的被举起姿势的姿势控制处理的侧视图。

图24是示出第二举起在手臂中的控制的处理过程的流程图。

图25是解释传统的机器人被举起在手臂中的状态的示意图。

具体实施方式

下面参考附图描述本发明的实施例。

(1)第一实施例

(1-1)机器人1的总体结构

参考图1和2，附图标记1作为整体表示根据本实施例的机器人。通过将头单元4经颈部分3连接到身体单元2的上部，将手臂单元5A和5B分别连接到上述身体单元2上部两侧，并将一对腿单元6A和6B连接到上述身体单元2的下部来形成该机器人。

在这种情况下，如图3所示，颈部3由一个颈关节机构部分13支持，颈关节机构部分13相对于颈关节上下偏转轴10、颈关节左右偏转轴11和颈关节上下偏转轴12具有一定的自由度。此外，如图3所示，头单元4连接到该颈部3的顶端，相对于颈部转轴14具有一定的自由度。由此，在该机器人1中，头单元4可以转向期望的右、左和倾斜方向。

如图1和2所示，每个手臂单元5A由上臂块15、前臂块16和手块17这三个块组成。如图3所示，上臂块15的顶端通过肩关节机构部分20连接到身体单元2，该肩关节机构部分20相对于肩上下偏转轴18和肩转轴19具有一定的自由度。

此时，如图3所示，前臂块16连接到上臂块15，前臂块16相对于上臂左右偏转轴21具有一定的自由度。如图3所示，手块17连接到前臂块16，相对于腕关节左右偏转轴22具有一定的自由度。此外，在前臂块16中，提供有相对于肘上下偏转轴13具有一定自由度的肘关节机构部分24。

由此，在机器人1中，这些手臂单元5A和5B总体上能够以几乎接近人手臂的自由度活动。因此，可以用上述手臂单元5A和5B执行每种运动，例如，通过举起一只手来致意和通过挥动手臂单元5A和5B来跳舞。

此外，五根手指25分别可自由弯曲和伸展地连接到手块17的顶部。由此，机器人可以用这些手指抓取和握住东西。

另一方面，如图1和2明显示出的，每个腿单元6A和6B由大腿块30、小腿块31和足块32这三个块组成。如图3所示，大腿块30的顶端通过大腿关节机构部分36连接到身体单元2，该大腿关节机构部分36相对于大腿关节左右偏转轴33、大腿关节转轴34和大腿关节上下偏转轴35具有一定的自由度。

此时，如图3所示，大腿块30和小腿块31经膝关节机构部分38连接，膝关节机构部分38相对于小腿上下偏转轴37具有一定自由度，并且如图3所示，小腿块31和足块32经由踝关节机构部分41连接在一起，该踝关节机构部分41相对于踝上下偏转轴39和踝转轴40具有一定的自由度。

由此，在机器人1中，这些腿单元6A和6B能以几乎类似于人腿的自由度移动。因此，利用腿单元6A和6B可以执行每种运动，例如走和踢球。

此外，在身体单元2的背部的上部提供有围绕颈部3的把手2A。因此，用户可以使用该把手2A作为把柄举起整个机器人1。

注意，在该机器人1的情况下，如图3所示，每个大腿关节机构部分36由髋关节机构部分44支撑，该髋关节机构部分44相对于躯干转轴42和躯干上下偏转轴43具有一定的自由度。因此，身体单元2也可以在前后和左右方向自由倾斜。

这里，在机器人1中，如图4所示，在包括诸如颈关节机构部分13和肩关节机构部分20的每个关节机构部分的具有每个自由度的部分中，设置分别用于自由度的致动器A₁-A₁₇，作为移动如上所述的头单元4、每个手臂单元5A和5B、每个腿单元6A和6B以及身体单元2的电源。

在身体单元2中，包含用于集成上述整个机器人1的操作控制的主控制部分50、诸如电源电路的外围电路51以及通信电路、电池52等。在每个结构单元(身体单元2、头单元4、每个手臂单元5A和5B、每个腿单元6A和6B)中，包含分别电连接到主控制部分50的子控制部分53A-53D。

此外，在头单元4中，如图5所示，分别在预定位置设置每种外部传感器，例如，用作机器人1的眼睛的一对电荷耦合器件(CCD)相机60A、60B，用作“耳朵”的麦克风61以及用作“嘴”的扬声器62等等。

在诸如每个腿单元6A和6B中的足块32的背面已经把手2A的抓握部分的每个预定部分上设置接触传感器63作为外部传感器。注意，此后，设置在每个腿单元6A和6B中的足块32的背面上的接触传感器63被称为脚底压力传感器63L、63R，设置在把手2A的抓握部分上的作为触觉开关的接触传感器被称为抓握开关63G。

在身体单元2中，设置了诸如电池传感器64和加速度传感器65的每种内部传感器。在每个结构单元中，提供用作内部传感器的电位计P₁-P₁₇，通过使这些电位计分别相应于每个致动器A₁-A₁₇，来检测相应致动器A₁-A₁₇的输出轴的旋转角。

每个CCD相机60A、60B拾取环境状态，并将由此获得的图像信号S1A经由子控制部分53B(未在图5中示出)发送到主控制部分50。另一方面，麦克风61采集每种外部声音，并将由此获得的音频信号S1B经由子控制部分53B发送到主控制部分50。每个接触传感器63检测来自用户的物理动作和对外部物体的物理接触，并将检测结果经由相应子控制部分53A-53D(未在图5中示出)发送到主控制部分50作为压力检测信号S1C。

电池传感器64以预定周期检测电池52的剩余能量，并将该检测结果发送到主控制部分50作为电池剩余量信号S2A。另一方面，加速度传感器65以预定周期检测三个轴(x轴、y轴和z轴)的加速度，并将检测结果发送到主控制部分50作为加速度检测信号S2B。每个电位计P₁-P₁₇以预定周期检测相应致动器A₁-A₁₇的输出轴的旋转角，并将该检测结果经由相应子控制部分53A-53D发送到主控制部分50作为角度检测信号S1C₁-S2C₁₇。

主控制部分50根据分别从每种外部传感器提供的诸如图像信号S1A、音频信号S1B和压力检测信号S1C的外部传感器信号S1，以及分别由每种内部传感器提供的诸如电池剩余量信号S2A、加速度检测信号S2B和每个角度检测信号S1C₁-S2C₁₇的内部传感器信号S2，来确定机器人1的外部和内部状态、存在/不存在来自用户的物理动作等等，该外部传感器例如是CCD相机60A、60B、麦克风61和每个接触传感器63等，该内部传感器例如是电池传感器64、加速度传感器65和每个电位计P₁-P₁₇。

然后，主控制部分50根据该确定结果、事先存储在内部存储器50A中的控制程序、存储在当时加载的外部存储器66中的每种控制参数等来确定机器人1的后续动作，并根据上述确定结果将控制命令发送到相应的子控制部分53A-53D(图4)。

结果，基于该控制命令，在子控制部分53A-53D的控制下驱动相应致动器A₁-A₁₇。因此，机器人1可以出现每种动作，例如上下和左右地摇摆头单元4。

通过这种方式，机器人1可以根据外部和内部的状态等自主地运动。

(1-2)安装在机器人1上的举起在手臂中的控制功能

下面将描述安装在机器人1上的举起在手臂中的控制功能。

在机器人1上，安装了用于提供最佳的举起在手臂中的状态的功能，该状态对用户来说接近于将小孩举起在手臂中的反应(后面被称为举起在手臂中的控制功能)。机器人1根据存储在内部存储器50A中的控制程序，通过由主控制部分50根据图6所示的举起在手臂中的控制功能处理过程RT1来执行预定控制处理，来显示该举起在手臂中的控制功能。

也就是说，如果机器人1的主开关被接通，则在步骤SP0中主控制部分50启动该举起在手臂中的控制功能处理过程RT1。在下一步骤SP1中，主控制部分50从每种外部传感器获得外部传感器信号S1，并从每种内部传感器获得内部传感器信号S2。然后，主控制部分进行到步骤SP2，根据上述外部传感器信号S1和内部传感器信号S2，来确定机器人1目前是否处于如图25(A)所示的举起在用户手臂中的状态(此后被称为举起在手臂中的状态)。

这里，在步骤SP2中获得肯定结果意味着机器人1已经处于被举起在用户手臂中的状态(或者是后面描述的初始举起在手臂中的姿势)。因此，此时，主控制部分50进行到步骤SP6。

相反，在步骤SP2中获得否定结果意味着机器人1还没有处于被用户举起在手臂中的状态。因此，此时主控制部分50进行到步骤SP3，以确定机器人1当前是否处于被用户举起的状态(此后被称为举起状态)作为举起的前置级。

然后，如果在步骤SP3中获得否定结果，则主控制部分50返回至步骤SP1。此后，主控制部分50重复步骤SP1至SP3-步骤SP1的循环，直到在步骤SP2或SP3中获得肯定结果为止。

此外，如果在步骤SP3中，通过机器人1被用户举起而很快获得肯定结果，则主控制部分50进行到步骤SP4，以控制相应致动器A₁-A₁₇，并停止机器人1的所有当前动作。

然后，主控制部分50进行到步骤SP5，以控制相应致动器A₁-A₁₇，将机器人1的姿势转换到事先作为默认设置的预定的举起在手臂中姿势(此后被称为初始的举起在手臂中姿势)。然后，主控制部分50进行到步骤SP6。

如果进行到该步骤SP6，主控制部分50执行每种关节控制操作，例如从当前举起在手臂中的状态保持最佳的举起在手臂中的状态(后面被称为举起在手臂中的控制)。然后，主控制部分50进行到步骤SP7，等待释放举起在手臂中的状态(即，机器人1被放在地面上)。

然后，如果通过根据外部传感器信号S1和内部传感器信号S2检测到机器人1被放在了地面上而很快在步骤SP7中得到肯定结果，则主控制部分50进行到步骤SP8，根据分别从每个电位计P₁-P₁₇提供的角度检测信号S2C₁-S2C₁₇来确定机器人1的当前姿势，然后，按情况控制相应致动器A₁-A₁₇，并将机器人1的姿势转换为预定的坐姿和躺姿。

此外，主控制部分50然后返回步骤SP1，然后类似地重复步骤SP1至SP8。如果机器人1的主开关不久被断开，则主控制部分50停止该举起在手臂中的控制功能处理过程RT1。

(1-2-1)举起状态检测处理

在此，在图6所示的举起在手臂中的控制功能处理过程RT1的步骤SP1-SP3中，如图7所示，主控制部分50总是监控机器人1的当前状态是否满足下面的第一至第三条件，以检测机器人1目前是否处于通过抓握把手2A而被举起的举起状态。

也就是说，第一条件是抓握开关63G处于检测压力的状态(接通状态)，并且握住把手2A是清楚掌握机器人1被举起的前提条件。第二条件是两个脚底压力传感器63L、63R处于断开状态(也就是说，传感器值几乎为0)，并且机器人1的两个足块32没有处于着地状态也是条件。

第三条件是，通过加速度传感器65的检测结果检测到机器人1在与重力相反的方向加速(图7中箭头“a”的方向)，并且机器人1在与重力方向相反的垂直方向被举起也是条件。由于存在即使机器人1处于躺在地面上等等状态下也能满足上述第一和第二条件的情况，因此需要该第三条件来完善。

通过这种方式，只有在第一至第三条件都满足时，主控制部分50才确定机器人1目前处于被举起状态，并迅速转换到下面的处理操作(也就是步骤SP4)。

(1-2-2)检测到举起状态时的动作

在图6所示的举起在手臂中的控制功能处理过程RT1的步骤SP4中，当主控制部分50检测到机器人1当前处于被举起状态时，主控制部分50停止驱动每种致动器A₁-A₁₇(图4)，以迅速停止所有动作。

由此，主控制部分50防止了在机器人1处于被用户举起的状态时拍打手臂和腿。然后，主控制部分50控制相应致动器A₁-A₁₇，并将机器人1的姿势转换为初始的举起在手臂中的姿势(步骤SP5)。

(1-2-3)在稳定的举起在手臂中的状态下的关节控制

在图6所示的举起在手臂中的控制功能处理过程RT1的步骤SP5中，主控制部分50执行举起在手臂中的控制操作，以便能够总是从作为默认的初始的举起在手臂中的姿势保持最佳的举起在手臂中的状态用于用户。

作为该举起在手臂中的控制操作，一般可以认为在举起在手臂中的状态下，使机器人灵活并执行诸如与用户抱住的方式协调的控制，使得更易于被用户抱住。因此，采用下面描述的一种方法，其中组合了三种举起在手臂中的控制方法。

对此，理想的是，压力传感器事先安装在预计将接触到用户的手臂的部分的所有表面上，并且通过执行阻抗控制等来实现举起在手臂中的控制操作。但是，从整个机器人1的结构变得更为复杂这一观点来看，这是不切实际的。因此，在上述三个举起在手臂中的控制方法中，采用了一种不使用这样的多个压力传感器的技术。

(1-2-3-1)通过伺服增益控制的举起在手臂中的控制方法

在机器人1中，通过将每个致动器A₁-A₁₇(图4)中的伺服增益控制到举起在用户手臂中时所需的较小值，机器人1的姿势可以与用户手臂协调。

但是，如果机器人1的每个关节部件中必须保持一定的刚性，则机器人1在用户手臂中成为不稳定状态，并且无法容易地抱住。因此，考虑每个致动器A₁-A₁₇的输出扭矩和粘度，控制每个致动器A₁-A₁₇的输出扭矩，以便在稍微使机器人1的关节灵活的同时保持恒定的刚性。

(1-2-3-2)通过根据重力进行关节增益控制的举起在手臂中的控制方法

在机器人1上，通过改变使身体方向和重力方向匹配的每个关节增益的调节水平，可以使得用户轻松地从举起在手臂中的状态转换到将机器人放在地面上等。

也就是说，当被用户双臂抱住而使机器人1处于横向状态时，控制每个相应致动器A₁-A₁₇的增益，从而使机器人1下半身的每个关节变得灵活。另一方面，当被用户一只手举起而使机器人1处于垂直方向时，控制每个相应致动器A₁-A₁₇的增益，从而使机器人1下半身的每个关节变得刚硬。

通过如上所述控制每个致动器A₁-A₁₇的增益，可以获得如下效果：当用户用双臂抱住机器人1时(下半身是横向的)，可以轻松地举起在用户手臂中，当用户用一只手举起机器人1时(下半身向下)，通过使机器人1在被放到地面上时姿势稳定而轻松地放下机器人1。

此外，通过如上所述控制每个致动器A₁-A₁₇的增益，如果用户将抓住机器人1的方式从用双手举起机器人1的状态改变为通过只抓住把手2A而用一只手举起的状态，则当机器人1下半身向下时，由于下本身的每个关节变得刚硬，因此可以获得如下效果：机器人1的姿势逐渐返回站立状态，并且很容易地将机器人1放到地面上。

(1-2-3-3)通过伪顺从控制的举起在手臂中的控制方法

在机器人1中，通过对整个身体的动作施加一定的限制从而使机器人1只能在一定的姿势范围内运动，也可以使设计对象做出机器人1处于举起在手臂中状态时的姿势。

通过执行图8所示的伪顺从控制处理过程RT2来对机器人1施加这样的限制，即使由于被用户抓住的方式而在机器人1的脚尖和手臂顶部出现偏差，机器人的每个关节也能跟随该偏差。

实际上，如果在第一举起在手臂中的控制处理过程RT1中进行到步骤SP6，则主控制部分50(图4和5)在步骤SP10中启动图8的伪顺从控制处理过程。在下面的步骤SP11中，主控制部分50通过分别使用机器人1的每个关节的目标角度和由每个相应电位计P₁-P₁₇测量的角度等，并应用直接运动学来计算机器人脚尖和手臂末端的目标位置和测量位置。

在下个步骤SP12中，主控制部分50获得测量位置与目标位置之间的偏差，然后通过对该目标位置添加偏移量来计算参考位置，所述偏移量为预定比率乘以该偏差。

然后，主控制部分50进行到步骤SP13，通过逆运动学方式，通过使用这样获得的参考位置来计算每个关节控制量。然后，主控制部分50进行到步骤SP14，将获得的关节控制量施加到相应致动器A₁-A₁₇(图5)，然后返回至步骤SP11以重复上述处理。

由此，可以实现根据用户抓住方式的伪顺从控制。结果，可以使用户感觉机器人好像很放松并且与用户抓住的方式协调。

作为具体的例子，下面描述在每个腿单元6A和6B中机器人1从坐在椅子中的状态抬起脚尖就好像向前伸展腿一样的情况。在图9所示的XYZ坐标系中，假定每个腿单元6A和6B中的大腿关节机构部分36的大腿关节上下偏转轴35、膝关节机构部分38的小腿上下偏转轴37以及踝关节机构部分41的踝上下偏转轴39都表示为XZ平面上的Y轴。

首先，通过直接运动学，利用以大腿关节机构部分36的大腿关节上下偏转轴35为中心的角度θ_p1(此后称为目标角度)、以膝关节机构部分38的小腿上下偏转轴37为中心的目标角度θ_p2以及以踝关节机构部分41的踝上下偏转轴39为中心的目标角度θ_p3，来计算在初始的举起在手臂中的姿势中每个腿单元6A和6B的足块32的位置P_p(X_p，Y_p，Z_p)(此后被称为目标脚尖位置)。

接着，即使在该初始举起在手臂中的姿势中，如果在机器人实际上被举起在用户手臂中时施加外力，则通过直接运动学，利用以大腿关节机构部分36的大腿关节上下偏转轴35为中心的角度θ_m1(此后称为测量角度)、以膝关节机构部分38的小腿上下偏转轴37为中心的测量角度θ_m2以及以踝关节机构部分41的踝上下偏转轴39为中心的测量角度θ_m3，来计算该姿势中的足块32的位置P_m(X_m，Y_m，Z_m)(此后称为测量脚尖位置)。

这时，获得了当对每个腿单元6A和6B施加一定的限制从而只能在一定的姿势范围内运动时足块32的位置P_r(X_r，Y_r，Z_r)(此后称为参考脚尖位置)，作为偏移量(＝P_d×比率RATE)与目标脚尖位置P_p每个分量的和，该偏移量等于测量脚尖位置P_m与该目标脚尖位置P_p之间的偏差P_d(＝P_m-P_p)的每个分量乘以该各个分量的比率RATE(r_x，r_y，r_z)。

比率RATE(r_x，r_y，r_z)是用于确定大腿关节机构部分36、膝关节机构部分38和踝关节机构部分41在每个旋转方向中的扭距的参数，并用范围0≤r_x≤1，0≤r_y≤1和0≤r_z≤1来表示。r_x、r_y和r_z越接近于1，扭距越小并且关节部分越灵活。另一方面，它们越接近于0，扭距越大并且关节部件越刚硬。例如，如果假定比率RATE(r_x，r_y，r_z)＝(0.5，0.9，0.5)，则尽管关节部件可以在y方向上轻松运动，它们在x方向和z方向上比较刚硬地运动。

在参考脚尖位置P_r(X_r，Y_r，Z_r)中，变为以大腿关节机构部分36的大腿关节上下偏转轴35为中心的角度θ_r1(此后称为参考对象角度)、以膝关节机构部分38的小腿上下偏转轴37为中心的参考对象角度θ_r2以及以踝关节机构部分41的踝上下偏转轴39为中心的参考对象角度θ_r3。

通过这种方式，例如，如果假定机器人1具有女性特征，则通过将比率设置为RATE(r_x，r_y，r_z)＝(1，0，1)来限制y方向的运动，并且变成控制为只在机器人1不打开腿的方向上运动(看起来很优雅)。

对此，通过事先分别将比率RATE的分量r_x、r_y和r_z设置为根据加速度传感器65的输出的函数，可以根据机器人1的姿势来控制伪顺从控制的程度。例如，通过事先设置为对数函数可以实现这样的控制，即由于重力方向上的迅速变化而使得身体的灵活性突然增加。

此外，通过不仅在以上下偏转轴为中心的旋转方向而且在以转轴和左右偏转轴为中心的旋转方向上施加上述伪顺从控制，可以执行更为精细的控制。另外，通过事先将目标位置设置为类似于放下姿势的位置，可以获得类似于上述举起在手臂中的检测中的动作而再将机器人轻松地放在地面上的优点。

(1-2-3-4)放下姿势控制处理

在第一举起在手臂中的控制处理过程RT1的步骤SP7中，当机器人1被放在地面上时，主控制部分50执行放下姿势控制处理，作为确定举起在手臂中的状态是否被释放(机器人1是否被放在了地面上)的因素，从而可以防止在机器人在接触地面时姿势变得不稳定。

如图10所示，当与地面FL接触时，该放下姿势控制处理是控制在转换机器人1姿势的同时将机器人1转换为站立姿势，从而在确定脚底压力传感器63L、63R上施加了负荷时，使把手2A、整个机器人1的重心G以及足块32变成平行。

在此，在上述伪顺从控制中，目标位置总是设置为放下姿势，并且如果机器人1的下半身还转向重力加速度方向，则增加/减小柔性控制的参数，以更接近于用户将放下机器人1的方向。由此，可以实现更容易被用户放下的姿势。

(1-2-4)从举起在手臂中的姿势的返回控制

在第一举起在手臂中的控制处理过程RT1的步骤SP8中，主控制部分50确定当前姿势并返回该姿势，以便转换为先前的站立姿势和躺下姿势。

也就是说，例如，为了使机器人从举起在手臂中的姿势返回通常的站立姿势，如果机器人1处于放下姿势并且在脚底压力传感器63L、63R上施加了负荷，则确定当前处于放下状态。由此可以安全地将机器人1转换为站立状态。

另一方面，根据加速度传感器65的检测结果，在机器人1处于与重力方向垂直的状态的情况下，则可以确定机器人1目前是横向的。此外，如果还在该条件中加上抓握开关63A处于关断状态，则可以确定机器人1目前处于放在地面上的状态，并且将机器人返回躺下姿势是最佳的。

注意，当执行上述返回控制时，用户通过利用设置在机器人1的肩部的接触传感器63和另一个输入设备来输入何时机器人1返回该姿势的触发，可以防止这样的故障，即当用户将机器人1举起在手臂中时出现返回操作。

(1-3)第一实施例的操作和效果

根据上述结构，当抓握开关63G检测到身体单元2的把手2A被握住，脚底压力传感器63L、63R检测到机器人1的两个足块32没有处于着地状态，并且加速度传感器65检测到机器人1在与重力相反的垂直方向中被举起时，机器人1识别出处于被用户举起在手臂中(或举起)的状态。因此，即使处于躺在地面上的姿势等任意姿势，也一定能识别出机器人被举起在用户手臂中(或被举起)。

接着，当机器人1识别出举起在手臂中的状态之后，机器人1立即停止驱动每个致动器A₁-A₁₇，并停止所有动作，然后原样转换为初始举起在手臂中的状态。因此，在机器人1中，可以防止机器人1处于举起在手臂中的状态时拍打手臂和腿。结果维护了用户的安全。

此外，机器人1通过每个关节控制来执行举起在手臂中的控制操作，例如为用户从该初始举起在手臂中的状态保持最佳的举起在手臂中的状态。因此，机器人1可以通过使身体在举起在手臂中时变得灵活而与被用户抓住的方式协调。

这时，机器人1控制用户举起在手臂中所需的每个致动器A₁-A₁₇的伺服增益为较小，从而它自己的姿势可以与用户手臂协调。

当机器人1处于被用户手臂抱住的横向状态时，机器人1控制每个关节增益，使得身体下半身的每个关节变得很灵活，另一方面，当处于垂直状态时，机器人1控制每个关节增益，使得身体的下半身的每个关节变得刚硬。因此，当用户用手臂抱住机器人1时(下半身是横向的)，一方面是用户很容易就抱住机器人，另一方面当用户用一只手举起机器人时(下半身向下)，可以使用户感觉类似于用手臂抱住孩子的反应，从而当用户重新将机器人放在地面上时，机器人的姿势是稳定并且容易放下的。

此外，通过执行伪顺从控制，即使由于被用户抓住的方式而在机器人1的脚尖和手臂顶部出现偏差，机器人1的每个关节跟随该偏差。因此，可以加上恒定限制，使得整个身体只能在一定姿势内运动。结果，可以改善被用户举起在手臂状态下的姿势的外观。

接着，在执行上述举起在手臂中的控制操作的同时，当机器人1识别出举起在手臂中的状态被释放时，如果机器人1处于放下状态，则机器人返回安全站立姿势，或者如果机器人1横向，则为了返回躺下姿势，机器人1确定当前姿势并返回该姿势，以便转换为先前的站立姿势和躺下姿势。因此，可以保持安全，并在处于举起在手臂中的状态之后表现出自然的样子。

根据上述配置，当机器人1根据每个传感器的检测结果识别出已进入被用户举起在手臂中的状态时，机器人1停止当前所有动作，并转换为初始举起在手臂中的状态，然后通过每个关节控制来执行举起在手臂中的控制操作，例如为用户保持最佳的举起在手臂中的状态。另一方面，然后，当机器人识别出举起在手臂中的状态被释放时，机器人1执行一系列控制操作，使得机器人根据当前姿势转换为站立姿势和躺下姿势。因此，可以向用户提供最佳的举起在手臂中的状态，该状态接近于好像将孩子举起在手臂中的反应。由此可以实现能显著改善娱乐能力的机器人。

(2)第二实施例

(2-1)根据该实施例的机器人的结构

参考图1-4，附图标记70作为整体表示根据第二实施例的机器人。该机器人与根据第一实施例的机器人1类似，除了下面一点，即使通过抓住一个非把手2A的部件而举起该机器人70，也能检测出来。

也就是说，当举起机器人70时，用户不需要总是抓住把手2A。例如，如图11(A)所示，用户可以通过抓住两个肩膀来举起机器人70，以及如图11(B)所示，可以通过抓住头单元4来举起机器人70。

在这种情况下，如果通过抓住一个非把手2A的部件来举起机器人70，例如，如图11(A)所示通过抓住双肩举起的情况，以及如图11(B)所示通过抓住头单元4举起的情况，在与重力相反方向上的用于支撑上述机器人1自重的力作用在相应的关节机构部分上，例如连接被抓住的部件和身体单元2的肩关节机构部分20和颈关节机构部分13。

因此，当在与重力相反方向上的预定水平或更大的力作用在任何一个关节机构部分上，在与机器人70的重力相反的方向上出现加速度，并且每个腿单元6A、6B的任意一个脚底压力传感器63L、63R没有检测到压力并处于关闭状态时，可以确定通过抓住经上述关节机构部分与身体单元2连接的部分，举起了机器人70。

接着，在该机器人70中，如图12所示，其中相同的附图标记赋予图5中的相应部件，力传感器FS₁-FS₁₇设置为分别相应于每个致动器A₁-A₁₇，如果在任何一个致动器A₁-A₁₇的输出轴上作用了垂直于上述输出轴方向的力，则可以由相应的力传感器FS₁-FS₁₇检测到。此外，当每个力传感器FS₁-FS₁₇检测到上述力时，力传感器FS₁-FS₁₇将其作为力检测信号S1D₁-S1D₁₇发送到用于集成整个机器人70的操作控制的主控制部分71。

接着，如果根据这些来自力传感器FS₁-FS₁₇的力检测信号S1D₁-S1D₁₇和来自加速度传感器65的加速度检测信号S2B等，检测到通过抓住非把手2A的部分举起了机器人70，则主控制部分71执行类似于通过抓住把手2A被举起的控制处理。另一方面，在上述被抓住的部分经结构不牢固的关节机构部分连接到身体单元2的情况下，主控制部分71向用户提供警告来停止这样做。

按照这种方式，在机器人70中，即使通过抓住非把手2A的部分来举起机器人70，机器人70类似于通过抓住把手2A而被举起地来操作。由此，可以有效防止由于机器人70在举起状态和举起在手臂中状态下挥动手臂和腿而对用户造成伤害，并且还能维护用户的安全。

在此，根据图13所示的举起状态检测处理过程RT3，在主控制部分71的控制下，基于存储在其内部存储器71A中的控制程序来执行该举起状态下的检测处理。

实际上，如果主控制部分71进行到第一举起在手臂中的控制处理过程RT1(图6)的步骤SP3，则在步骤SP20中主控制部分71启动该举起状态检测处理过程RT3，在下个步骤SP21中，主控制部分71根据相应接触传感器63提供的压力检测信号S1C和加速度传感器65提供的加速度检测信号S2B，确定机器人70的当前状态是否满足全部在第一实施例的步骤SP3中描述的抓握开关63G处于开启状态的第一条件，两个脚底压力传感器63L、63R都处于关闭状态的第二条件，以及加速度传感器65在与重力相反的方向上检测到加速度的第三条件。

在步骤SP21中获得肯定结果意味着机器人1处于通过抓住把手2A而被举起的状态(举起状态)。因此，此时，主控制部分71进行至步骤SP25，以确定机器人70处于举起状态，然后进行至步骤SP27以停止举起状态检测处理过程RT3。接着，主控制部分71返回第一举起在手臂中的控制处理过程RT1(图6)，并继续其步骤SP4，然后执行上述第一举起在手臂中的控制处理过程RT1(图6)的步骤SP4-SP8。

相反，在步骤SP21中获得否定结果意味着机器人70没有处于通过抓住把手2A而被举起的状态(举起状态)。因此，此时，主控制部分71进行到步骤SP22，以根据相应接触传感器63提供的压力检测信号S1C、加速度传感器65提供的加速度检测信号S2B和每个力传感器FS₁-FS₁₇提供的力检测信号S1D₁-S1D₁₇，来确定除了满足上述第二和第三条件之外是否还满足第四条件，即在任意一个致动器A₁-A₁₇的输出轴上作用了垂直于该输出轴方向的力。

在步骤SP22中获得肯定结果意味着机器人70处于通过抓住非把手2A的部分而被举起的状态(举起状态)。因此，此时主控制部分71进行到步骤SP23，根据从每个力传感器FS₁-FS₁₇提供的力检测信号S1D₁-S1D₁₇确定连接此时被抓住的部分和身体单元2的关节机构部分是否是预定为在结构上对负荷很脆弱的关节机构部分，例如颈关节机构部分13。

如果在步骤SP23中得到肯定结果，则主控制部分71向扬声器62(图12)发送相应的音频信号S3(图12)，以输出诸如“别抓这儿”、“放我下来”等声音，或者驱动相应的致动器A₁-A₁₇，使机器人70出现预定动作并给用户警告。然后主控制部分71返回步骤SP21。

相反，如果在步骤SP23中获得否定结果，则主控制部分71进行至步骤SP25。在主控制部分71确定机器人70处于举起状态之后，主控制部分71进行至步骤SP27，以停止该举起状态检测处理过程RT3。然后，主控制部分71返回第一举起在手臂中的控制处理过程RT1(图6)，并进行至步骤SP4，接着执行上述第一举起在手臂中的控制处理过程RT1(图6)的步骤SP4-SP8。

注意，在步骤SP22中获得否定结果意味着机器人70目前没有处于被举起状态。此时，主控制部分71进行至步骤SP26。在主控制部分71确定机器人70没有处于举起状态之后，主控制部分71进行到步骤SP27，以停止该举起状态检测处理过程RT3。接着，主控制部分71返回第一举起在手臂中的控制处理过程RT1(图6)，然后返回该第一举起在手臂中的控制处理过程RT1的步骤SP3。

通过这种方式，即使通过抓住非把手2A的部分来举起机器人70，主控制部分71还是能检测到这一点，并能执行必要的控制处理。

(2-2)该实施例的操作和效果

根据上述结构，当满足两个脚底压力传感器63L、63R都处于关断状态的第二条件，加速度传感器65在与重力相反的方向上检测到加速度的第三条件，以及在任意一个致动器A₁-A₁₇上作用了垂直于所述输出轴方向的外力的第四条件时，机器人70被确定处于举起状态，然后停止当前所有动作，并转换为初始的举起在手臂中的姿势，接着执行举起在手臂中的控制操作。

因此，根据机器人70，不仅在通过抓住把手2A来举起机器人70的情况下，还在通过抓住非把手2A的部分来举起机器人70的情况下，机器人70都能检测到这一点。即使在通过抓住非把手2A的部分来举起机器人70的情况下，也可以有效防止由于机器人70在举起状态和举起在手臂中的状态下挥动手臂和腿而对用户造成伤害，并且还能维护用户的安全。

另一方面，与除了用户通过抓住把手2A举起机器人之外不出现举起控制操作的情况相比，通过这样的设计，即在通过抓住非把手2A的部分来举起机器人70的情况下也能执行第一实施例中所述的举起在手臂中的控制操作，可以向用户提供类似于将孩子举起在手臂中的感觉。

根据上述结构，当满足两个脚底压力传感器63L、63R都处于关断状态的第二条件，加速度传感器65在与重力相反的方向上检测到加速度的第三条件，以及在任意一个致动器A₁-A₁₇上作用了垂直于所述输出轴方向的外力的第四条件时，机器人确定被举起来了，然后停止当前所有动作，并转换为初始的举起在手臂中的姿势，接着执行举起在手臂中的控制操作。因此，在通过抓住非把手2A的部分来举起机器人的情况下，机器人也能检测到这一点。由此，在通过抓住非把手2A的部件来举起机器人时的举起状态和举起在手臂中的状态下，可以在维护用户安全的同时向用户提供类似于将孩子举起在手臂中的感觉。因此，可以实现能显著改善娱乐能力的机器人。

(3)第三实施例

(3-1)根据该实施例的机器人的结构

参考图1至4，附图标记80作为整体表示根据第三实施例的机器人。机器人80。与根据第一实施例的机器人1(图1-4)类似，除了下面一点，即，通过利用伺服偏差来检测被举起和举起在手臂中的状态被释放(机器人80被放在地面上)。

也就是说，通常在机器人1中，每个关节机构部分的关节角度已分别由姿势预定。在操作时，分别控制每个致动器A₁-A₁₇，使得每个关节机构部分的关节角度分别变成此时的目标姿势(此后称为目标姿势)所确定的角度。由此，对整个机器人1都可以采取该目标姿势。

但是，当机器人1处于着地状态时，身体的某个部分接触地面并且该部分支撑机器人的自重，在支撑自重的每个关节机构部分上，比该关节机构部分大的身体部分的重量作为负荷施加到支撑该重量的每个关节机构部分上。因此，由于该负荷的影响，在该关节机构部分中的相应致动器A₁-A₁₇不能将输出轴的旋转角度保持为预定用于此时的目标姿势的角度(例如图14(A)和15(A))(此后称为目标角度)；从而出现这样的伺服偏差，即该致动器A₁-A₁₇的输出轴的旋转角度变得小于目标角度。

结果，如图14(C)和15(C)所示，此时出现这样的现象，即支撑机器人1自重的关节机构部分的关节角度变得小于目标姿势中的关节角度(图14(A)和15(A))。由此，在着地状态下，在重力方向上从机器人1中远离地面的任意部件(例如机器人1的重心G)到该机器人1中此时最靠近地面的另一部件(例如机器人的脚底和手指)之间的距离H₂变得小于该目标姿势中的距离H₁。

另一方面，当机器人1处于通过抓住身体的某个部分而被举起的不定状态时，在每个低于被用户抓住的部分的关节机构部分上施加了更低于该关节机构部分的身体部分的重量作为负荷。因此，由于该负荷的影响，在该关节机构部分中的相应致动器A₁-A₁₇无法将输出轴的旋转角度保持为预定用于此时的目标姿势的角度(图14(A)和15(A))，并且出现这样的伺服偏差，即该致动器A₁-A₁₇的输出轴的旋转角度变得小于目标角度。

结果，如图14(B)和15(B)所示，此时出现这样的现象，即低于被用户抓住的部分的机器人1的关节机构部分的关节角度变得大于该目标姿势中的关节角度。由此，在举起状态时，在重力方向上从机器人1中远离地面的任意部件(例如机器人1的重心G)到该机器人1中此时最靠近地面的另一部件(例如机器人的脚底和手指)之间的距离H₂变得大于该目标姿势中的距离H₁。

然后，在根据第三实施例的机器人80中，通过前向运动学，分别计算在重力方向上从此时目标姿势的机器人80的重心G到目标姿势的着地部件之间的距离(此后被称为重心的目标高度)，和在重力方向上从当前机器人80的重心G到着地部件之间的距离(此后被称为重心的测量高度)，并通过比较这些大小，来执行第一举起在手臂中的控制处理过程RT1(图6)的步骤SP3中的举起状态下的检测处理，和步骤SP8中的举起在手臂中状态的被释放的检测处理。

但是在该情况下，也可以考虑由于其它不是机器人被用户举起或举起在手臂中的状态被释放的原因而使机器人80的重心与地面之间的测量高度变得小于或大于重心的目标高度的情况。因此，需要某种对策来避免识别错误。

然后，在机器人80中，通过设置要求来满足以下三个条件：第一，在一定时间段内满足此时机器人80的重心的测量高度大于或小于重心的目标高度的状态，第二，由加速度传感器65(图5)检测的重力方向是稳定的(也就是说机器人80的姿势是稳定的)，第三，在靠近地面的多个部分上，可以关于机器人80的重心的测量高度作出类似的确定，而确定如上所述举起状态和举起在手臂中的状态被释放。

在此，在图5所示的集成整个机器人80的操作控制的主控制部分81的控制下，基于存储在其内部存储器81A(图5)中的控制程序，根据图16所示的举起状态检测处理过程RT4或图16所示的状态被释放检测处理过程RT5，来执行举起状态和举起在手臂中的状态被释放的检测处理。

实际上，如果主控制部分81进行至第一举起在手臂中的控制处理过程RT1(图6)的步骤SP3，则主控制部分81在步骤SP30启动如图16所示的举起状态检测处理过程RT4。在下个步骤SP31中，主控制部分81根据在第一举起在手臂中的控制处理过程RT1(图6)的步骤SP1中获得的来自加速度传感器65的加速度检测信号S2B，来确定机器人80的姿势是否稳定。

如果在步骤SP31中获得否定的结果，则主控制部分81进行至步骤SP38。此后，机器人80当前不处于举起状态，主控制部分81进行到步骤SP39，以停止该举起状态检测处理过程RT4。接着，主控制部分81返回第一举起在手臂中的控制处理过程RT1的步骤SP1。

相反，如果在步骤SP31中获得肯定结果，则主控制部分81进行到步骤SP32，以根据第一举起在手臂中的控制处理过程RT1(图6)的步骤SP1中获得的来自加速度传感器65的加速度检测信号S2B，来检测重力方向。

接着，主控制部分81进行到步骤SP33，以根据每个致动器A₁-A₁₇的当前目标角度，基于前向运动学来计算此时机器人80的目标姿势，和在该目标姿势中的重心的目标高度。

具体地说，通过假定目标姿势的机器人80的重心和着地部件之间的每个关节机构部分的关节角度的每个目标角度分别为θ_r1..θ_rn，并假定根据前向运动学并使用该目标角度来获得重心的目标高度的算术运算为L(θ_i)(i＝1，2，...，n)，则主控制部分81通过下面的等式来计算重心的目标高度Lr：

Lr＝L(θ_r1，...，θ_rn) (1)

此外，在下个步骤SP34中，主控制部分81基于前向运动学，根据从每个电位计P₁-P₁₇获得的相应致动器A₁-A₁₇的输出轴的当前角度来计算机器人80的当前姿势和重心的当前测量高度Lm，其中，该当前角度是基于在第一举起在手臂中的控制处理过程RT1(图6)的步骤SP1中的角度检测信号S1D₁-S2D₁₇获得的。

具体地说，通过假定机器人的重心和着地部件之间的每个关节机构部分的关节角度的当前测量值分别为θ_m1…θ_mn，主控制部分50通过下面的等式来计算重心的测量高度Lm：

Lm＝L(θ_m1，...，θ_mn) (2)

此时，主控制部分50对此时以该姿势着地的多个部分计算重心的测量高度Lm，例如，如果机器人处于图14所示的站立姿势则基于两个脚底计算测量高度，如果机器人处于图15所示的四肢着地的姿势，则分别基于两只手和两个脚底计算测量高度。

然后，主控制部分81进行到步骤SP35，以确定步骤SP44中计算的所有重心测量高度Lm是否大于重心的目标高度Lr。

在此，在步骤SP35中获得否定结果意味着，重心的测量高度Lm小于重心的目标高度Lr，也就是说，可以确定，与图14(A)和15(A)所示的此时的目标姿势相比，机器人80的当前姿势处于如图14(C)和15(C)所示的着地状态的姿势(此后被称为着地状态姿势)。

因此，此时主控制部分81进行至步骤SP38，以确定机器人80当前不处于被举起的状态，然后进行到步骤SP39，以停止该举起状态检测处理过程RT4。接着，主控制部分81返回至第一举起在手臂中的控制处理过程RT1(图6)的步骤SP1。

相反，在步骤SP35中获得肯定结果意味着，重心的测量高度Lm大于重心的目标高度Lr，也就是说，可以确定，与此时图14(A)和15(A)所示的目标姿势相比，机器人80的当前姿势处于如图14(B)和15(B)所示的不固定状态的姿势(此后被称为不固定状态姿势)。

因此，此时主控制部分81进行到步骤SP36，以确定重心测量高度Lm大于重心目标高度Lr的状态是否持续了一定的时间段。如果获得否定结果，则主控制部分81进行至步骤SP38，以确定机器人80当前不处于被举起状态。然后主控制部分81进行到步骤SP39以停止该举起状态检测处理过程RT4，接着返回至第一举起在手臂中的控制处理过程RT1(图6)的步骤SP1。

相反，如果在步骤SP36中获得肯定结果，则主控制部分81进行到步骤SP37以确定机器人80当前处于被举起的状态。然后主控制部分81进行到步骤SP39以停止该举起状态检测处理过程RT4，接着返回至第一举起在手臂中的控制处理过程RT1(图6)的步骤SP4。

另一方面，如果主控制部分81进行至第一举起在手臂中的控制处理过程RT1的步骤SP7，则主控制部分81在步骤SP40中启动如图17所示的举起在手臂中的状态的释放检测处理过程RT5。然后，类似于举起状态检测处理过程RT4(图16)的步骤SP31-SP34，主控制部分81执行步骤SP41-SP44的后续处理。

然后，主控制部分81进行到步骤SP45，以确定步骤SP44中计算的重心的测量高度Lm是否小于步骤SP43中计算的重心的目标高度Lr。

在此，在步骤SP35中获得否定结果意味着，重心的测量高度Lm大于重心的目标高度Lr，也就是说，可以确定，与此时图14(A)和15(A)所示的目标姿势相比，机器人80的当前姿势处于如图14(B)和15(B)所示的不固定状态姿势。

因此，此时主控制部分81进行至步骤SP48，以确定机器人80当前还未从举起在手臂中的状态释放，然后进行到步骤SP49，以停止该举起在手臂中的状态释放检测处理过程RT5。然后，主控制部分81返回至第一举起在手臂中的控制处理过程RT1(图6)的步骤SP7。

相反，在步骤SP45中获得肯定结果意味着，重心的测量高度Lm小于重心的目标高度Lr，也就是说，可以确定，与此时图14(A)和15(A)所示的目标姿势相比，机器人80的当前姿势处于如图14(C)和15(C)所示的着地状态姿势。

因此，此时，主控制部分81进行到步骤SP46，以确定重心的测量高度Lm小于重心的目标高度Lr的状态是否持续了预定的时间。如果获得否定结果，则主控制部分81进行至步骤SP48以确定机器人80当前还没有从举起在手臂中的状态释放。然后，主控制部分81进行到步骤SP49以停止该举起在手臂中的状态的释放检测处理过程RT5，然后返回至第一举起在手臂中的控制处理过程RT1(图6)的步骤SP7。

相反，如果在步骤SP46中获得肯定结果，则主控制部分81进行到步骤SP47以确定机器人80当前没有被用户举起在手臂中。然后，主控制部分81进行到步骤SP49以停止该举起在手臂中的状态的释放检测处理过程RT5，然后，返回至第一举起在手臂中的控制处理过程RT1(图6)的步骤SP8。

通过这种方式，主控制部分81可以通过使用伺服偏差来检测举起状态和举起在手臂中的状态被释放。

(3-2)该实施例的操作和效果

根据上述结构，当此时重心的测量高度大于重心的目标高度的状态已持续了一段时间，机器人80此时的姿势稳定，并且对靠近地面的多个部件也可以就机器人80的重心测量高度作出类似断言时，机器人80确定其当前处于被举起状态。然后，机器人80停止当前所有动作，并转换到初始的举起在手臂中的姿势，然后执行举起在手臂中的控制操作。

此外，当此时重心的测量高度小于重心的目标高度的状态持续了一段时间，机器人80此时的姿势稳定，并且对靠近地面的多个部件也可以就机器人80的重心测量高度作出类似断言时，机器人80确定举起在手臂中的状态被释放。然后，机器人80确定当前姿势，并转换到站立姿势和躺下姿势。

因此，根据类似于第二实施例的机器人70的机器人80，不管是通过抓住把手2A来举起机器人70的情况，还是通过抓住非把手2A的部分来举起机器人70的情况，机器人70都能检测到这一点。在通过抓住非把手2A的部分来举起机器人70的举起在手臂中的状态下，也可以有效防止由于机器人70挥动手臂和腿而对用户造成伤害，并且还能维护用户的安全。

此外，根据该机器人80，不需要诸如用于检测处理所述举起状态或举起在手臂中状态被释放的新传感器的器件。因此，机器人80可以构造得比第二实施例的机器人70更轻更小。

根据上述结构，当此时重心的测量高度大于重心的目标高度的状态持续了一段时间，机器人80此时的姿势稳定，并且对靠近地面的多个部件也可以就机器人80的重心测量高度作出类似断言时，机器人80确定其当前处于被举起状态。然后，机器人80停止当前所有动作，并转换到初始的举起在手臂中姿势，接着执行举起在手臂中的控制操作。另一方面，当此时重心的测量高度小于重心的目标高度的状态持续了一段时间，机器人80此时的姿势稳定，并且对靠近地面的多个部件也可以就机器人80的重心测量高度作出类似断言时，机器人80确定举起在手臂中的状态被释放。然后，机器人80确定当前的姿势，并转换到站立姿势和躺下姿势。由此，除了可以获得类似于第二实施例的效果之外，机器人80可以构造得比第二实施例的机器人70更轻更小。因此，可以实现能显著改善娱乐能力的机器人。

(4)第四实施例

(4-1)根据该实施例的机器人结构

参考图1-4，附图标记90作为整体表示根据第四实施例的机器人。机器人90与根据第二实施例的机器人70类似，除了下面一点，即，在举起在手臂中的状态下，机器人90设计为根据用户的要求将自己的姿势转换为预定的放下姿势。

也就是说，当用户将用其手臂抱住的机器人90放在地面上时，用户不总是抓着把手。例如，如图18所示，用户可以通过使机器人90横向并支撑下肩部分和下臀部分来抓住机器人90。

然后，如果假定机器人1在这种情况下不转换到任何放下姿势，则出现着地时机器人90的姿势变得不稳定并在着地后跌倒的情况，还可能在身体上弄出擦伤，并对诸如每种外部传感器和身体中包含的内部传感器的精密部件造成损害。

因此，在根据第四实施例的机器人90中，在第一举起在手臂中的控制处理过程RT1(图6)的步骤SP7中，当用户宣布希望机器人90转换为放下姿势时，如图18所示，预先确定应当着地的部分，从而机器人90重心G的投影点(此后称为重心的投影点)P_G位于夹在机器人90的着地部件之间或被该着地部件围绕的地面区域(此后称为计划着地区域)AR内，机器人90移动可移动的部分，例如手臂单元5A、5B和腿单元6A、6B，使得机器人从该部分着地。

此时，如图19(A)所示，由于机器人90的结构限制以及被用户抓住，也会出现包括重心投影点P_G的计划着地区域AR不能由手臂单元5A、5B和腿单元6A、6B形成的情况。但在这种情况下，如图19(B)所示，为了避免由在其中紧密设置着诸如CCD相机60A、60B和麦克风61的精密器件的头单元4来支撑重量，选择着地部件，使得结构相对坚固的部分着地，例如身体单元2。

在此，根据图20所示的放下姿势控制处理过程RT6，在图12所示的集成机器人90的全部操作控制的主控制部分91的控制下，基于存储在其内部存储器91A(图12)中的控制程序来执行所述放下姿势控制处理。

实际上，在第一举起在手臂中的控制处理过程RT1(图6)的步骤SP7中，如果用户通过告诉机器人例如“我要把你放下”以及按住设置在肩部件上的接触传感器63来宣布希望机器人90转换为放下姿势，则主控制部分91在步骤SP50中启动该放下姿势控制处理过程RT6，并在下个步骤SP51中，主控制部分91根据加速度传感器65(图12)提供的加速度检测信号S2B来检测重力方向。

然后，主控制部分91进行到步骤SP52，以通过假定机器人90身体每个部分“i”(i＝1，2，...)的质量为m_i，该部分在x方向和y方向上与重心的距离分别为x_i，y_i，通过下列等式来获得此时机器人90的重心的投影点的位置G(x，y)：

接着，主控制部分91进行到步骤SP53，以根据此时对机器人90姿势的每个识别结果，选择最靠近地面并且没被抓住的机器人90的部分作为被建议着地的部分(此后被称为建议着地的部件)，其中，每个识别结果是根据每个电位计P₁-P₁₇(图12)提供的角度检测信号S2D₁-S2D₁₇以及加速度传感器65(图12)提供的加速度检测信号S2B识别的，没被抓住的部分是根据每个力传感器FS₁-FS₁₇提供的力检测信号S1D₁-S1D₁₇识别的。这时，主控制部分91选择所述建议着地的部分，除了其中紧密设置着精密器件的头单元4和非头单元的结构脆弱部件之外。

然后，主控制部分91进行到步骤SP54，以通过根据需要来移动没被抓住的一些关节机构部分来确定是否可以形成计划着地区域AR，以便由步骤SP53中选择的建议着地的部件包括重心的投影点P_G。

如果在步骤SP54中获得否定结果，则主控制部分91返回步骤SP53，以选择下一个比先前选择为建议着地部件更靠近地面的部分。然后，主控制部分91进行到步骤SP54，以通过同时使用先前选择为建议着地的部分和现在选择为建议着地的部分，来确定是否可以形成计划着地区域AR，以便包括重心的投影点P_G。

如果在步骤SP54中获得否定结果，则主控制部分91返回步骤SP53，接着重复步骤SP53-SP54-SP53的循环，直到在步骤SP54中获得肯定结果为止，同时类似地顺序选择也可以作为建议着地部件的最靠近地面的部件。

然后，如果主控制部分91很快完成了选择用于形成包括重心投影点P_G在内的计划着地区域AR的建议部件，并且在步骤SP54中获得了肯定结果，则主控制部分91进行到步骤SP55，以驱动相应的致动器A₁-A₁₇，以便形成相应的计划着地区域AR。

结果，例如，如果右手臂单元5B和右腿单元6B被选择为建议着地的部件，如图18所示，则驱动手臂单元5B和腿单元6B，使得手臂单元5B和腿单元6B在身体单元2之前着地，并且使得在它们着地时，重心投影点PG位于由手臂单元5B和腿单元6B形成的计划着地区域AR内。

另一方面，例如，如果两个手臂单元5A、5B和身体单元2的胸部都被选择为建议着地的部件，如图19所示，则驱动每个手臂单元5A、5B等，使得每个手臂单元5A和5B和身体单元2的胸部同时着地，并且使得在它们着地时，重心投影点PG位于由手臂单元5A、5B和身体单元2的胸部形成的计划着地区域AR内。注意，此时驱动头单元4向后倾斜，从而在每个手臂单元5A和5B以及身体单元的胸部着地时头单元4不着地。

然后，主控制部分91进行到步骤SP56，以根据来自加速度传感器65(图12)的加速度检测信号S2B和来自相应接触传感器63(图12)的压力检测信号S1C等，来确定机器人90的身体是否着地。如果获得肯定结果，则主控制部分91返回步骤SP51，接着重复步骤SP51至SP56-SP51的循环，直到在步骤SP56中获得肯定结果为止。

如果主控制部分91根据来自加速度传感器65的加速度检测信号S2B和来自相应接触传感器63的压力检测信号S1C等很快检测到机器人90的身体已着地，则主控制部分91进行至步骤SP57，以停止该放下姿势控制处理过程RT6。然后，主控制部分91进行至第一举起在手臂中的控制处理过程RT1(图6)的步骤SP8。

通过这种方式，在主控制部分91中，可以根据用户命令将机器人90的姿势转换为相应于当前姿势的预定放下姿势。

(4-2)该实施例的操作和效果

根据上述结构，机器人90根据用户希望机器人90转换为放下姿势的声明来选择着地部件，使得重心投影点PG位于计划着地区域AR内，并移动诸如手臂单元5A、5B和腿单元6A、6B的可移动部件，从而用该部件着地。

因此，在该机器人90中，可以有效防止由于机器人90的姿势在着地时变得不稳定且机器人90在着地后跌倒的情况而在身体上出现擦伤，以及在诸如每个外部传感器和身体内包含的内部传感器的精密部件内出现故障的可能性。

此外，通过如上操作机器人90，可以表现出人通常在着地时所做的蹲伏姿势。因此，可以改善作为类人型娱乐表演的娱乐表演能力。

根据上述配置，机器人90根据用户希望机器人90转换为放下姿势的声明来选择着地部件，使得重心投影点PG位于计划着地区域AR内，并改变其自身的姿势以便根据需要用该部分着地。由此，可以在有效防止机器人90被放下时出现擦伤和在精密部件中出现故障的同时，表现出象人一样的姿势。因此，可以实现能在维护身体保养的同时改善娱乐表演能力的机器人。

(5)第五实施例

(5-1)根据该实施例的机器人的结构

根据图1-4，附图标记100作为整体表示根据第五实施例的机器人。机器人100与根据第四实施例的机器人90类似，除了下面一点，即，在非稳定姿势下举起身体时，设计机器人100进行操作以便使该姿势稳定。

也就是说，当用户举起机器人100时，考虑到机器人在被举起之后的身体稳定性，用户不总是选择一个把持部件。例如，当机器人100如图21(A)所示举起一个手臂单元5A时，用户通过如图21(B)所示抓住该手臂单元5A的顶部来举起机器人100，用户还可以通过抓住机器人100的双肩来举起机器人100，在该状态下身体如图23(A)所示倾斜。

例如，在通过如图21(B)所示抓住一个手臂单元5A来举起机器人100的情况下，由于机器人100的重心位置和作用点(被用户抓住的点)之间的平衡，机器人100的被举起的身体进行钟摆式的振荡，然后机器人100的身体如图21(B)所示最终静止在机器人100的重心位置和作用点平衡的位置上。另一方面，如果通过如图23(A)所示抓住机器人100的双肩而在身体倾斜的状态下举起机器人100，则机器人100最终静止在该状态。

在这种情况下，在机器人100的身体最终以如上所述的不稳定姿势静止的状态下，如果肩关节机构部分20(参见图4)的致动器A₅-A₇和肘关节机构部分24的致动器A₈(参见图4)的伺服增益保持得较高，则机器人100的重量这个大负荷就施加到这些致动器A₅-A₈上，另一方面，在举起机器人的用户身上不仅施加了机器人100的重量，还施加了机器人100在不稳定姿势下由于扭距而造成的负荷。

然后，在根据第五实施例的机器人100中，当身体在不稳定姿势下被举起时，充分降低存在于此时被用户抓住的部件和身体单元2之间的每个关节机构部分中的致动器A₁-A₁₇的伺服增益。由此，可以减小施加在此时支撑机器人100自重的致动器A₁-A₁₇上的负荷，也可以减小施加在举起机器人100的用户身上的负荷。

例如，在图21的例子中，如果检测到上述举起，则机器人1充分降低相应于被抓住的手臂单元5A的肩关节机构部分20和肘关节机构部分24中的所有致动器A₅-A₈的伺服增益。结果，如图22(A)所示，自重改变了机器人100的身体倾斜度，以便转换为稳定姿势，其中基于被抓住的手臂单元5A，重心位于被抓点(操作点)的垂直方向的下方。

在图23的例子中，充分降低两个肩关节机构部分20中的所有致动器A₅-A₇的伺服增益。结果，如图23(B)所示，机器人100的身体倾斜度变化，以转换为稳定姿势，其中，从侧面来看，以每个手臂单元5A、5B为中心，机器人100的重心位置位于被抓点(作用点)的垂直方向的下方。

另一方面，在如上所述通过抓住使身体变得不稳定的部件来举起机器人100的情况下，希望用户立即将机器人100放在地面上，而不是如图6的第一举起在手臂中的控制处理过程RT1的步骤SP4-SP7中所述那样转换为举起在手臂中的控制处理。因此可以认为，希望立即转换为放下姿势控制处理。

因此，在机器人100中，如果检测到身体在不稳定姿势下被举起，例如，如图22(B)和图23(B)所示，则执行如图20所述的放下姿势控制处理，使得如图18和19所述被抓点(作用点)和机器人100的重心G都包含在计划着地区域AR(图18、19)上的空间内。由此，即使机器人100被立即放到地面FL上，机器人100也能以稳定姿势着地。

在此，根据图24所示的第二举起在手臂中的控制处理过程RT7，在如图12所示的集成机器人100的全部操作控制的主控制部分101的控制下，基于存储在其内部存储器101A(图12)中的控制程序，执行机器人100的举起在手臂中的控制处理。

也就是说，如果机器人100的开关被接通，则主控制部分101在步骤SP60中启动该第二举起在手臂中的控制处理过程RT7，并执行类似于图6所述的第一举起在手臂中的控制处理过程RT1的步骤SP1-SP3的下列步骤SP61-SP63。

如果在步骤SP63中得到肯定结果，则主控制部分101进行到步骤SP64，以根据分别从每个力传感器FS₁-FS₁₇提供的力检测信号S1D₁-S1D₁₇来确定被用户抓住的部件(被抓部件)。

接着，主控制部分101进行到步骤SP65，以根据对机器人100的当前姿势的每个识别结果、重力方向和步骤SP64中确定的被用户抓住的部件来确定当前机器人100是否处于不稳定姿势，其中，该识别结果是基于此时分别由每个电位计P₁-P₁₇(图12)提供角度检测信号S2D₁-S2D₁₇识别的，该重力方向是基于加速度传感器65(图12)提供的加速度检测信号S2B识别的。

如果在步骤SP65中获得否定结果，则主控制部分101进行到步骤SP66，然后执行类似于图6所述的第一举起在手臂中的控制处理过程RT1的步骤SP4-SP8的步骤SP66-SP70的处理。

相反，如果在步骤SP65中获得肯定结果，则主控制部分101进行至步骤SP71，以便将存在于步骤SP64中确定的被用户抓住部件和身体单元2之间的每个关节机构部分中的所有致动器A₁-A₁₇的伺服增益减小为足够小的值(例如，“0”或接近0的预定值)。

然后，主控制部分101进行到步骤SP72，以根据图20所述的放下姿势控制处理过程RT6来选择着地部件，使得重心的投影点P_G(图18和19)位于计划着地区域AR(图18和19)内，并更改它自己的姿势，以按照场合要求用该部件着地。

接着，主控制部分101进行至步骤SP69，接着执行类似于图6所述的第一举起在手臂中控制处理过程RT1的步骤SP7和SP8的步骤SP69和SP70的处理。

通过这种方式，当机器人100在不稳定姿势下被举起时，主控制部分101执行举起在手臂中的控制处理。

(5-2)该实施例的操作和效果

根据上述结构，当身体在不稳定姿势下被举起时，机器人100充分降低存在于此时被用户抓住的部件和身体单元2之间的每个关节机构部分中的致动器A₁-A₁₇的伺服增益，并在此后立即执行放下姿势控制处理。

因此，在机器人100中，即使在身体在不稳定姿势下被举起的情况下，也可以有效防止将机器人100的重量这个大负荷施加在相应致动器A₁-A₁₇上，并防止将机器人100在不稳定姿势下的转矩所产生的负荷施加在举起机器人的用户身上。因此，可以有效减小施加在举起机器人100的用户身上的负荷，同时防止由该举起产生的损害。

此外，在这种情况下，机器人100执行放下姿势控制处理，使得机器人100的被抓点(作用点)和重心G都包含在计划着地区域AR上的空间内，从而即使机器人100被立即放到地面FL上，机器人100还是能以稳定姿势着地。因此，可以有效防止着地后的跌倒，并且能表现出人类着地时通常所做的蹲伏动作。

根据上述结构，当机器人100的身体在不稳定姿势下被举起时，充分降低存在于此时被用户抓住的部件和身体单元2之间的每个关节机构部分中的致动器A₁-A₁₇的伺服增益，并在此后立即执行放下姿势控制处理。因此，可以有效减小施加在举起机器人100的用户身上的负荷，同时防止由该举起产生的损害。因此，可以实现能改善娱乐表现能力的机器人。

此外，根据上述结构，执行放下姿势控制处理，使得机器人100的被抓点(作用点)和重心G都包含在计划着地区域AR上的空间内。因此，可以有效防止着地后的跌倒，并且能表现出好象人类着地时所做的纠正姿势的动作。因此，可以实现能改善娱乐表现能力的机器人。

(6)其它实施例

在上述实施例中，处理的是如图1至4的情况，本发明可以用于机器人1、70、80、90、100，其中，具有多级关节机构的多个腿单元6A和6B分别连接到身体单元2。但是，本发明不限于此，还能广泛地应用于其它每种机器人装置。

在上述实施例中处理的是这种情况，其中，采用了检测外部和/或内部状态的传感器部件、设置在把手(抓住部件)2A上的抓握开关(抓住传感器)63G、设置在足块32上的脚底压力传感器63L、63R以及加速度传感器65。但是，本发明不仅限于此，还可以广泛采用其它每种传感器部件，只要其可以用于确定是否处于被用户手臂抱住的状态或举起的状态。

在上述实施例中处理的是这种情况，其中采用了设置在身体单元2内的主控制部分50作为控制部件，用于在确定外部和/或内部状态是举起在用户手臂中的状态还是举起状态之后控制致动器(驱动系统)A₁-A₁₇，以根据上述确定结果停止大腿关节机构部分36、膝关节机构部分38和踝关节机构部分41。但是本发明不限于此，还可以采用具有其它每种结构的控制部件。

此外，作为每个关节机构，可以包含颈部3中的颈关节机构部分13、每个手臂单元5A、5B中的肩关节机构部分20和肘关节机构部分24。在这种情况下，在确定是在举起在手臂中的状态还是在举起状态之后，用作控制部件的主控制部分50可以控制致动器(驱动系统)A₁-A₁₇，以停止颈关节机构部分13、肩关节机构部分20和肘关节机构部分24的操作。

在上述实施例中处理的是这种情况，其中，当机器人处于举起在用户手臂中的状态时，用作控制部件的主控制部分50控制用于操作大腿关节机构部分36、膝关节机构部分38和踝关节机构部分41的致动器(驱动系统)A₁-A₁₇，以使每个腿单元6A、6B的姿势与手臂协调。但是，本发明不限于此，简短地说，可以采用其它每种控制方法，只要在该方法中当机器人处于举起在用户手臂中的状态时，机器人可以使用户感觉类似于将孩子举起在手臂中的反应。

作为每个关节机构，可以包含颈部3中的颈关节机构部分13、每个手臂单元5A、5B中的肩关节机构部分20和肘关节机构部分24。在这种情况下，当机器人处于举起在用户手臂中的状态时，用作控制部件的主控制部分50可以控制用于操作颈关节机构部分13、肩关节机构部分20和肘关节机构部分24的致动器(驱动系统)A₁-A₁₇，以使颈部3和每个手臂单元5A、5B的姿势与用户手臂协调。

在上述实施例中处理的这种情况，当机器人处于举起在用户手臂中的状态并且身体单元2横向时，用作控制部件的主控制单元50控制致动器(驱动系统)A₁-A₁₇，使得相应每个腿单元6A、6B的大腿关节机构部分36、膝关节机构部分38和踝关节机构部分41变得灵活，另一方面，当身体单元2垂直时，主控制部分50控制致动器(驱动系统)A₁-A₁₇，使得相应每个腿单元6A、6B的大腿关节机构部分36、膝关节机构部分38和踝关节机构部分41变得不易弯曲。但是本发明不限于此，简要地说，还可以采用其他控制方法，只要在这种方法中当机器人处于举起在用户手臂中的状态时，机器人可以使用户感觉类似于将孩子举起在手臂中的反应。

此外，作为每个关节机构，可以包含颈部3中的颈关节机构部分13、每个手臂单元5A、5B中的肩关节机构部分20和肘关节机构部分24。在这种情况下，当机器人处于举起在用户手臂中的状态并且身体单元2横向时，用作控制部件的主控制部分50可以控制致动器(驱动系统)A₁-A₁₇，使得相应颈部3和每个手臂单元5A、5B的颈关节机构部分13、肩关节机构部分20和肘关节机构部分24变得灵活，另一方面，当身体单元2垂直时，主控制部分50控制致动器(驱动系统)A₁-A₁₇，使得相应颈部3和每个手臂单元5A、5B的颈关节机构部分13、肩关节机构部分20和肘关节机构部分24变得不易弯曲。

在上述实施例中处理的是应用伪顺从控制的情况，其中，用作控制部件的主控制部分50事先设置大腿关节机构部分36、膝关节机构部分38和踝关节机构部分41的随动程度(following degree)，并且当偏差出现在相应于举起在手臂中的状态的每个腿单元6A、6B的姿势中时，主控制部分50根据控制量来控制致动器(驱动系统)A₁-A₁₇，其中该控制量等于随动程度加上偏差。但是本发明不限于此，简要地说，还可以采用其他控制方法，只要在这种方法中当机器人处于举起在用户手臂中的状态时，机器人可以使用户感觉类似于将孩子举起在手臂中的反应。

此外，作为每个关节机构，可以包含颈部3中的颈关节机构部分13、每个手臂单元5A、5B中的肩关节机构部分20和肘关节机构部分24。在这种情况下，用作控制部件的主控制部分50事先设置颈关节机构部分13、肩关节机构部分20和肘关节机构部分24的随动程度，并且当偏差出现在相应于举起在手臂中状态的颈部3和每个手臂单元5A、5B的姿势中时，主控制部分50可以根据控制量来控制致动器(驱动系统)A₁-A₁₇，其中该控制量等于随动程度加上偏差。

在上述实施例中处理的是这种情况，其中在举起在用户手臂中的状态或举起状态被释放时，用作控制部件的主控制部分确定身体单元2的姿势，并根据该确定结果来控制用于操作相应于每个腿单元6A、6B的大腿关节机构部分36、膝关节机构部分38和踝关节机构部分41的致动器(驱动系统)A₁-A₁₇。但是本发明不限于此，简要地说，还可以采用其他控制方法，只要在举起在用户手臂中的状态或举起状态被释放之后可以维护安全性和表现出自然状态。

此外，作为每个关节机构，可以包含颈部3中的颈关节机构部分13、每个手臂单元5A、5B中的肩关节机构部分20和肘关节机构部分24。在这种情况下，当举起在用户手臂中的状态或举起状态被释放时，用作控制部件的主控制部分50可以确定身体单元2的姿势，并且可以根据上述确定结果来控制用于操作相应于颈部3和每个手臂单元5A、5B的颈关节机构部分13、肩关节机构部分20和肘关节机构部分24的致动器(驱动系统)A₁-A₁₇。

此外，在第五实施例中处理的是姿势控制处理的情况，例如检测外力作用在机器人100上的作用点和机器人100的重心G，计算其中机器人100的某个部件着地的计划着地区域AR，并且当机器人被外力从地面上举起时，作用点和重心G都包含在该计划着地区域AR上的空间内。当时本发明不限于此，还可以执行这样的姿势控制处理，例如检测零力矩点(ZMP，zero moment point)而不是重心G，并且当机器人被外力从地面上举起时，作用点和重心G都包含在该计划着地区域AR上的空间内。

工业实用性

除了类人型机器人，本发明可广泛应用于各种形式的机器人装置。

Claims

1.一种具有可移动部件的机器人装置，包括：

驱动部件，用于驱动所述可移动部件；

控制部件，用于控制所述驱动部件；

作用点检测部件，用于检测外力作用在所述机器人装置上的作用点；

重心检测部件，用于检测所述机器人装置的重心；以及

计划着地区域计算部件，用于计算其中所述机器人装置的一部分将与地面接触的计划着地区域；

其中，当所述机器人装置被外力从地面上举起时，所述控制部件控制所述驱动部件以便控制所述可移动部件，从而使所述作用点和所述重心包含在所述计划着地区域上的空间内。

2.一种用于控制具有可移动部件的机器人装置的方法，包括：

第一步骤，检测外力作用在机器人装置上的作用点和机器人装置的重心，并计算其中该机器人装置的一部分将与地面接触的计划着地区域；以及

第二步骤，控制所述可移动部件，使得当机器人装置被外力从地面上举起时，所述作用点和重心包含在所述计划着地区域上的空间内。