CN102026783B - 机器人、机器人的控制装置、控制方法及控制程序 - Google Patents

机器人、机器人的控制装置、控制方法及控制程序 Download PDF

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Abstract

本发明的机器人，将基座部(1)和机体部(8)连接成可以通过机体部移动机构(2)相对移动，在机体部(8)上配设具有可以机构性固定各关节的关节锁定机构(28)的机器人手臂(3)，由机器人动作控制单元(47)控制切换：使机器人手臂(3)的任意关节为自由状态而进行机器人手臂(3)的动作的机器人手臂动作模式和使其为锁定状态而使机体部(8)移动的机体部移动模式。

Description

机器人、机器人的控制装置、控制方法及控制程序
技术领域
本发明涉及进行看护抱起或物品的搬运等、重物的提起或搬运等的机器人、机器人的控制装置、控制方法及控制程序。
背景技术
近年来，随着高龄化社会的到来，期待开发出能进行看护等支援的设备或高龄者进行家务作业所用的助力设备等。
对于这样的课题，作为以往的技术，公开有不需要看护者付出很大的劳动、甚至可以在狭窄的通道移动、构成简单成本低且在小规模设施也可以使用、能够获得的看护用移动升降机(参照专利文献1)。另外，还公开有保持了护理者的胳膊的抱起手臂、由使抱起手臂进行升降运动的齿轮传动马达和蜗轮千斤顶等构成的手臂驱动机构部、检测被护理者的载荷的带状开关所构成的换乘机(参照专利文献2)。
专利文献1：特开平9-38150号公报
专利文献2：特开2001-269370号公报
但是，上述专利文献1的以往装置，由于是手动，所以存在所谓操作性不佳而作业效率降低的课题。另外，如果为了提高作业效率而附加马达等致动器而进行自动化，则装置被大型化，重量增加，有可能无法在一般的家庭环境中使用。
另外，上述专利文献2的以往装置，作为操作者的护理者的位置限于装置的座椅的位置，进而在抱起动作时护理者的手伸入被护理者的下方而手被占住，存在无法同时进行其他作业等在使用容易程度方面的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供解决上述以往装置的课题、轻量且大功率并能用于看护的抱起或重物搬运、进而操作性良好、容易使用、作业效率高的机器人、机器人的控制装置、控制方法及控制程序。
为了实现上述目的，本发明如下所示构成。
根据本发明的第一实施方式，提供一种机器人，其具备：
基座部；
机体部；
机体部移动机构，其用腰关节连接上述基座部和上述机体部且使上述机体部相对于上述基座部进行相对移动；
配设在上述机体部且具有多个联杆的同时还具有关节锁定机构的机器人手臂，所述关节锁定机构可以分别将相互连结上述多个联杆的关节与连结上述多个联杆中的一个联杆和上述机体部的关节进行机构固定；
对上述机器人手臂的上述各关节进行驱动而对上述多个联杆进行转动驱动的机器人手臂用致动器；
通过上述机体部移动机构驱动上述机体部使其相对于上述基座部进行相对移动的腰关节用致动器；
对上述关节锁定机构进行驱动的关节锁定机构用致动器；和
机器人动作控制单元，对上述关节锁定机构用致动器、上述机器人手臂用致动器和上述腰关节用致动器分别进行驱动控制，而切换使上述机器人手臂的上述任意关节为自由状态来进行上述机器人手臂的动作的机器人手臂动作模式、和使上述机器人手臂的上述任意关节为锁定状态并使用上述机体部移动机构使上述机体部移动的机体部移动模式。
根据本发明的第十实施方式，提供一种机器人的控制装置，其对如下所述的机器人的动作进行控制，所述机器人具备：
基座部；机体部；用腰关节连接上述基座部和上述机体部且使上述机体部相对于上述基座部进行相对移动的机体部移动机构；配设在上述机体部且具有多个联杆同时还具有关节锁定机构的机器人手臂，所述关节锁定机构可以分别将相互连结上述多个联杆的关节与连结上述多个联杆中的一个联杆和上述机体部的关节机构固定；对上述机器人手臂的上述各关节进行驱动而对上述多个联杆进行转动驱动的机器人手臂用致动器；通过上述机体部移动机构驱动上述机体部使其相对于上述基座部进行相对移动的腰关节用致动器；和对上述关节锁定机构进行驱动的关节锁定机构用致动器；
所述机器人的控制装置，对上述关节锁定机构用致动器、上述机器人手臂用致动器和上述腰关节用致动器分别进行驱动控制，而切换使上述机器人手臂的上述任意关节为自由状态来进行上述机器人手臂的动作的机器人手臂动作模式、和使上述机器人手臂的上述任意关节为锁定状态并使用上述机体部移动机构使上述机体部移动的机体部移动模式。
根据本发明的第十一实施方式，提供一种机器人的控制方法，其对如下所述的机器人的动作进行控制，
所述机器人具备：基座部；机体部；用腰关节连接上述基座部和上述机体部且使上述机体部相对于上述基座部进行相对移动的机体部移动机构；配设在上述机体部且具有多个联杆同时还具有关节锁定机构的机器人手臂，所述关节锁定机构可以分别将相互连结上述多个联杆的关节与连结上述多个联杆中的一个联杆和上述机体部的关节机构固定；对上述机器人手臂的上述各关节进行驱动而对上述多个联杆进行转动驱动的机器人手臂用致动器；通过上述机体部移动机构驱动上述机体部使其相对于上述基座部进行相对移动的腰关节用致动器；和对上述关节锁定机构进行驱动的关节锁定机构用致动器；
所述机器人的控制方法对上述关节锁定机构用致动器、上述机器人手臂用致动器和上述腰关节用致动器分别进行驱动控制，而切换使上述机器人手臂的上述任意关节为自由状态来进行上述机器人手臂的动作的机器人手臂动作模式、和使上述机器人手臂的上述任意关节为锁定状态并使用上述机体部移动机构使上述机体部移动的机体部移动模式。
根据本发明的第十二实施方式，提供一种机器人的控制程序，其对如下所述的机器人的动作进行控制，
所述机器人具备：基座部；机体部；用腰关节连接上述基座部和上述机体部且使上述机体部相对于上述基座部进行相对移动的机体部移动机构；配设在上述机体部且具有多个联杆同时还具有关节锁定机构的机器人手臂，所述关节锁定机构可以分别将相互连结上述多个联杆的关节与连结上述多个联杆中的一个联杆和上述机体部的关节机构固定；对上述机器人手臂的上述各关节进行驱动而对上述多个联杆进行转动驱动的机器人手臂用致动器；通过上述机体部移动机构驱动上述机体部使其相对于上述基座部进行相对移动的腰关节用致动器；和对上述关节锁定机构进行驱动的关节锁定机构用致动器；
所述机器人的控制程序用于使计算机作为机器人动作控制单元发挥功能，所述机器人动作控制单元对上述关节锁定机构用致动器、上述机器人手臂用致动器和上述腰关节用致动器分别进行驱动控制，而切换使上述机器人手臂的上述任意关节为自由状态来进行上述机器人手臂的动作的机器人手臂动作模式、和使上述机器人手臂的上述任意关节为锁定状态并使用上述机体部移动机构使上述机体部移动的机体部移动模式。
发明效果
根据本发明的机器人，通过具有关节锁定机构，可以机构性地保持搬运对象物的重量载荷，所以能够成为轻量的手臂。另外，如果通过关节锁定机构使关节自由，则可以有效活用基于手臂结构的自由度的大小，可以增大针对搬运对象物的定位自由度，成为容易使用的机器人。
另外，根据本发明的机器人，除了具备关节锁定机构的手臂之外，还具备腰机构，从而用于重物提起的强力致动器可以仅在腰机构上使用，能以简洁且轻量的构成实现大功率。
另外，根据本发明的机器人，具备一边进行阻抗控制模式和位置控制模式的切换以及关节锁定机构的锁定及锁定开放动作的切换、一边进行动作控制的机器人动作控制单元，由此可以连续进行手臂的定位、搬运对象物的提起等动作，并且因具备外力检测装置(例如力传感器)而进行阻抗控制，由此可以实现所谓操作者可以用手直接操作手臂的直觉上容易理解的操作法，进而可以成为容易使用的机器人。
另外，根据本发明的机器人的控制装置、控制方法、及控制程序，只要通过对能机构性保持搬运对象物的重量载荷的关节锁定机构的锁定及锁定开放动作进行控制，使关节自由(锁定开放)，则可以在实现轻量的手臂的同时，可以有效活用通过关节而具有多个联杆的手臂结构带来的自由度的大小，可以增大针对搬运对象物的定位的自由度，可以使机器人的控制变得容易，可以容易使用机器人。
另外，根据本发明的机器人的控制装置、控制方法、及控制程序，除了关节锁定机构的动作控制之外，还进行腰机构的动作控制，由此用于重物提起的强力致动器可以设成仅在腰机构上进行动作控制，能以简洁且轻量的构成实现大功率。
另外，根据本发明的机器人的控制装置、控制方法、及控制程序，一边进行阻抗控制模式和位置控制模式的切换以及关节锁定机构的动作的切换，一边对机器人的动作进行控制，由此连续进行手臂的定位、搬运对象物提起等动作，并且根据来自外力检测装置(例如力传感器)的外力信息进行阻抗控制，由此可以实现所谓操作者可以用手直接操作手臂的直觉上容易理解的操作法，进而可以成为容易使用的机器人。
附图说明
本发明的这些和其它目的和特征，由有关附图的优选实施方式的下列记述而明确。其附图如下所示：
图1是表示本发明的一个实施方式涉及的机器人的简要构成的说明图，
图2是表示本发明的上述实施方式涉及的机器人的机构构成的立体图，
图3是表示本发明的上述实施方式涉及的机器人的机构构成的侧视图，
图4是对本发明的上述实施方式涉及的机器人的空压人工肌肉的结构进行说明的图，
图5是表示用于驱动上述空压人工肌肉的空气压力供给驱动系统的构成的图，
图6A是表示本发明的上述实施方式涉及的机器人的左手臂的第三关节的动作的图，
图6B是表示本发明的上述实施方式涉及的机器人的左手臂的第三关节的动作的图，
图6C是表示本发明的上述实施方式涉及的机器人的左手臂的第三关节的动作的图，
图7A是表示本发明的上述实施方式涉及的机器人的关节锁定机构的结构的图，是通过关节轴的截面图，
图7B是上述关节锁定机构的结构从图7A的箭头V方向观察得到的图，
图7C是上述关节锁定机构的结构中对置齿轮的外观侧视图，
图8是对本发明的上述实施方式涉及的机器人的上述关节锁定机构的驱动机构进行说明的图，
图9A是对本发明的上述实施方式涉及的机器人的腰机构的动作进行说明的图，
图9B是对本发明的上述实施方式涉及的机器人的腰机构的动作进行说明的图，
图10是本发明的上述实施方式涉及的机器人的空压人工肌肉的特性图，
图11A是对本发明的上述实施方式涉及的机器人的第二联杆中的力传感器的配置进行说明的截面正视图，
图11B是对本发明的上述实施方式涉及的机器人的第二联杆中的力传感器的配置进行说明的截面侧视图，
图12是通过在本发明的上述实施方式涉及的机器人的控制装置中执行的控制程序来实现的机器人动作控制单元的框图，
图13是表示本发明的上述实施方式涉及的机器人的控制装置的位置控制单元的详细内容的图，
图14是表示本发明的上述实施方式涉及的机器人的控制装置的腰角度控制单元的详细内容的图，
图15是示出表示本发明的上述实施方式涉及的机器人的控制装置的动作模式的切换步骤的动作序列表的图，
图16是表示由本发明的上述实施方式涉及的机器人的控制装置的阻抗控制单元实施的控制程序的动作步骤的流程图，
图17A是对本发明的上述实施方式涉及的机器人的搬运动作进行说明的动作图，
图17B是对本发明的上述实施方式涉及的机器人的搬运动作进行说明的动作图，
图17C是对本发明的上述实施方式涉及的机器人的搬运动作进行说明的动作图，
图17D是对本发明的上述实施方式涉及的机器人的搬运动作进行说明的动作图，
图18是对本发明的上述实施方式涉及的机器人的支承腿进行说明的图，
图19是将本发明的上述实施方式涉及的机器人的手臂用于看护时的说明图，
图20是表示本发明的上述实施方式涉及的机器人的手臂为1个时的机构构成的立体图，
图21是表示本发明的上述实施方式涉及的机器人的手臂为固定型时的机构构成的立体图，
图22是用于说明对本发明的上述实施方式涉及的机器人的手臂的第一关节进行驱动的机理的截面图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明涉及的实施方式进行详细说明。
以下，在参照附图对本发明中的实施方式进行详细说明之前，对本发明的各种方式进行说明。
根据本发明的第一实施方式，提供一种机器人，其具备：
基座部；
机体部；
机体部移动机构，其用腰关节连接上述基座部和上述机体部且使上述机体部相对于上述基座部进行相对移动；
配设在上述机体部且具有多个联杆同时还具有关节锁定机构的机器人手臂，所述关节锁定机构可以分别将相互连结上述多个联杆的关节与连结上述多个联杆中的一个联杆和上述机体部的关节机构固定；
对上述机器人手臂的上述各关节进行驱动而对上述多个联杆进行转动驱动的机器人手臂用致动器；
通过上述机体部移动机构驱动上述机体部使其相对于上述基座部进行相对移动的腰关节用致动器；
对上述关节锁定机构进行驱动的关节锁定机构用致动器；和
机器人动作控制单元对上述关节锁定机构用致动器、上述机器人手臂用致动器和上述腰关节用致动器分别进行驱动控制，从而切换使上述机器人手臂的上述任意关节为自由状态来进行上述机器人手臂的动作的机器人手臂动作模式、和使上述机器人手臂的上述任意关节为锁定状态并使用上述机体部移动机构使上述机体部移动的机体部移动模式。
根据本发明的第二实施方式，提供一种第一方式记载的机器人，上述机器人手臂用致动器是空压人工肌肉，上述腰关节用致动器是空压人工肌肉，
上述机器人手臂具有检测施加给上述机器人手臂的外力的外力检测装置，
上述机器人动作控制单元，根据由上述外力检测装置检测出的施加给上述机器人手臂的外力，分别对上述机器人手臂用致动器的上述空压人工肌肉和上述腰关节用致动器的上述空压人工肌肉进行驱动控制，进行机器人手臂动作模式时的上述机器人手臂的动作控制，并且进行机体部移动模式时的机体部移动控制。
根据本发明的第三实施方式，提供一种第二方式记载的机器人，上述机器人动作控制单元，通过阻抗控制进行根据上述外力的手臂动作控制及机体部移动控制。
根据本发明的第四实施方式，提供一种第二方式记载的机器人，上述机器人手臂具有在上述多个联杆中的最前端联杆按照覆盖上述最前端联杆的宽度方向截面的外面的大致一半且长度方向的大致全长的方式配设的外装构件，上述外力检测装置对施加给上述外装构件的外力进行检测。
根据本发明的第五实施方式，提供一种第一～四方式中任一方式记载的机器人，上述机体部移动机构，是使上述机体部相对于上述基座部绕上述腰关节大致前后摆动的腰机构。
根据本发明的第六实施方式，提供一种第五方式记载的机器人，上述腰机构被平移驱动致动器驱动，是使上述机体部相对于上述基座部绕上述腰关节大致前后摆动的机构，该平移驱动致动器通过一端固定在上述基座部、另一端固定在上述机体部而对上述腰关节进行驱动。
根据本发明的第七实施方式，提供一种第一方式记载的机器人，上述关节锁定机构是单向离合机构。
根据本发明的第八实施方式，提供一种第七方式记载的机器人，上述机器人动作控制单元，在上述关节锁定机构为锁定状态时，就上述任意关节而言，针对作用于上述单向离合机构的可动方向的外力进行上述机器人手臂动作模式，针对作用于上述单向离合机构的非可动方向的外力不进行上述机器人手臂动作模式。
根据本发明的第九实施方式，提供一种第七方式记载的机器人，上述机器人动作控制单元，在上述关节锁定机构为锁定状态时，对上述机器人手臂进行伺服刚性比非锁定状态时的伺服刚性低的位置控制。
根据本发明的第十实施方式，提供一种机器人的控制装置，其对如下所述的机器人的动作进行控制，
所述机器人具备：基座部；机体部；用腰关节连接上述基座部和上述机体部且使上述机体部相对于上述基座部进行相对移动的机体部移动机构；配设在上述机体部且具有多个联杆同时具有关节锁定机构的机器人手臂，所述关节锁定机构可以分别将相互连结上述多个联杆的关节与连结上述多个联杆中的一个联杆和上述机体部的关节机构固定；对上述机器人手臂的上述各关节进行驱动而对上述多个联杆进行转动驱动的机器人手臂用致动器；通过上述机体部移动机构驱动上述机体部使其相对于上述基座部进行相对移动的腰关节用致动器；和对上述关节锁定机构进行驱动的关节锁定机构用致动器；
所述机器人的控制装置对上述关节锁定机构用致动器、上述机器人手臂用致动器和上述腰关节用致动器分别进行驱动控制，从而切换使上述机器人手臂的上述任意关节为自由状态来进行上述机器人手臂的动作的机器人手臂动作模式、和使上述机器人手臂的上述任意关节为锁定状态并使用上述机体部移动机构使上述机体部移动的机体部移动模式。
根据本发明的第十一实施方式，提供一种机器人的控制方法，其对如下所述的机器人的动作进行控制，
所述机器人具备：基座部；机体部；用腰关节连接上述基座部和上述机体部且使上述机体部相对于上述基座部进行相对移动的机体部移动机构；配设在上述机体部且具有多个联杆同时具有关节锁定机构的机器人手臂，所述关节锁定机构可以分别将相互连结上述多个联杆的关节与连结上述多个联杆中的一个联杆和上述机体部的关节机构固定；对上述机器人手臂的上述各关节进行驱动而对上述多个联杆进行转动驱动的机器人手臂用致动器；通过上述机体部移动机构驱动上述机体部使其相对于上述基座部进行相对移动的腰关节用致动器；和对上述关节锁定机构进行驱动的关节锁定机构用致动器；
所述机器人的控制方法对上述关节锁定机构用致动器、上述机器人手臂用致动器和上述腰关节用致动器分别进行驱动控制，从而切换使上述机器人手臂的上述任意关节为自由状态来进行上述机器人手臂的动作的机器人手臂动作模式、和使上述机器人手臂的上述任意关节为锁定状态并使用上述机体部移动机构使上述机体部移动的机体部移动模式。
根据本发明的第十二实施方式，提供一种机器人的控制程序，其对如下所述的机器人的动作进行控制，
所述机器人具备：基座部；机体部；用腰关节连接上述基座部和上述机体部且使上述机体部相对于上述基座部进行相对移动的机体部移动机构；配设在上述机体部且具有多个联杆同时具有关节锁定机构的机器人手臂，所述关节锁定机构可以分别将相互连结上述多个联杆的关节与连结上述多个联杆中的一个联杆和上述机体部的关节机构固定；对上述机器人手臂的上述各关节进行驱动而对上述多个联杆进行转动驱动的机器人手臂用致动器；通过上述机体部移动机构驱动上述机体部使其相对于上述基座部进行相对移动的腰关节用致动器；和对上述关节锁定机构进行驱动的关节锁定机构用致动器；
所述机器人的控制程序用于使计算机作为机器人动作控制单元发挥功能，所述机器人动作控制单元，对上述关节锁定机构用致动器、上述机器人手臂用致动器和上述腰关节用致动器分别进行驱动控制，从而切换使上述机器人手臂的上述任意关节为自由状态来进行上述机器人手臂的动作的机器人手臂动作模式、和使上述机器人手臂的上述任意关节为锁定状态并使用上述机体部移动机构使上述机体部移动的机体部移动模式。
以下，使用附图详细说明本发明的实施方式。
(实施方式1)
图1是表示本发明的第一实施方式中的机器人的简要构成的图。另外，图2是表示上述机器人的机构构成的立体图。图3是上述机器人的侧视图。
机器人具备：矩形框体状的基座部1、固定在基座部1上的作为机体部移动机构的一例发挥功能的腰机构2、被腰机构2支承的机体部8、被机体部8的左侧支承的左手臂3a、和被机体部8的右侧支承的右手臂3b这5个模块。
在构成机器人的基座的基座部1的上面配设有长方体的支柱4，在支柱4的上部配设有腰机构2。另外，在基座部1上，在4个角部分别配设有轮子5，可以使机器人整体移动。
腰机构2由围绕腰旋转轴2A的旋转关节(腰关节)构成，连接基座部1和机体部8，可以通过腰机构2使机体部8相对于基座部1前后摆动运动。在这里，基座部1是矩形，所以将基座部1的对置的短边的一侧定义为前侧端部(图2的左手前侧的端部1F)，将另一侧定义为后侧端部(图2的右里侧的端部1B)。由此，相对于前侧端部1F，将右侧的端部(基座部1的对置的长边的一侧的端部)定义为右侧端部1R，将左侧的端部(基座部1的对置的长边的另一侧的端部)定义为左侧端部1L。
机体部8由一对四棱柱状的纵框构件8a和一对四棱柱状的横框构件8b的四方框体构成，在机体部8的上端部，在两侧面配设有左手臂3a及右手臂3b，它们可以相互独立地转动。右手臂3b成为与左手臂3a对称的结构，两手臂3a、3b为相同的结构，以下在对手臂3a、3b的构成等进行说明时，作为代表例，以手臂3进行说明。
手臂3由作为上臂的第一联杆6、及作为前臂的第二联杆7两个联杆构成。第一联杆6的基端部通过作为肩关节的第一关节9及第二关节10连接在机体部8的上端部，可以相对于机体部8绕第一关节9轴及绕第二关节10轴相对转动。即，通过第一关节9，第一联杆6可以绕沿着机体部8的各纵框构件8a的轴向的第一关节轴12转动，并且通过第二关节10，第一联杆6可以绕沿着机体部8的上侧的横框构件8b的轴向的第二关节轴13转动。另外，第一联杆6的前端部和第二联杆7的基端部，通过作为肘关节的第三关节11可以相对转动。通过第三关节11，第二联杆7可以相对于第一联杆6绕与第二关节轴13平行的第三关节轴14转动。
在手臂3的第一关节9、第二关节10和第三关节11，配设有作为关节角度传感器的一例的编码器37，可以分别检测出各关节9、10、11的旋转角度(关节角度矢量)q＝[q1，q2，q3]T。不过，q1、q2、q3分别为第一关节9、第二关节10、第三关节11的关节角度。由编码器37检测出的旋转角度的信息向控制装置38输出。
15a、15b、15c、15d、16a、16b、17a、17b、17c、17d、18a、18b、18c、18d、18e、18f是空压人工肌肉，作为通过改变各空压人工肌肉的内部的空气压力来进行收缩伸展而对左手臂3a、右手臂3b和腰机构2的各关节6、10、11、2A进行驱动的机器人手臂用致动器的一例起作用。空压人工肌肉15a、15b、15c、15d，作为进行基于第三关节11的绕第三关节轴14的旋转驱动的手臂第三关节驱动构件而发挥功能。空压人工肌肉16a、16b，作为进行基于第二关节10的绕第二关节轴13的旋转驱动的手臂第二关节驱动构件而发挥功能。空压人工肌肉17a、17b、17c、17d，作为进行基于第一关节9的绕第一关节轴12的旋转驱动的手臂第一关节驱动构件而发挥功能。空压人工肌肉18a、18b、18c、18d、18e、18f，作为对后述的关节锁定机构28的锁定动作进行驱动的锁定动作驱动构件而发挥功能。
19是作为腰关节用致动器或腰机构驱动构件的一例而发挥功能的空压人工肌肉，空压人工肌肉19作为进行绕腰机构2的关节轴2A的旋转驱动的平移驱动致动器而发挥功能。
接着，对于基于空压人工肌肉15a、15b、15c、15d、16a、16b、17a、17b、17c、17d的驱动机构，首先，以基于第三关节11的绕第三关节轴14的旋转运动为例进行说明。空压人工肌肉15a、15b配置在第一联杆6的前侧且位于两侧，且空压人工肌肉15c、15d配置在第一联杆6的后侧且位于两侧。空压人工肌肉15a、15b、15c、15d，各自的一个端部(上侧的端部)在第二关节10的附近以可以自由旋转的方式固定在第一联杆6的基端部，各自的另一个端部(下侧的端部)在第三关节11的附近以可以自由旋转的方式固定在第二联杆7的基端部。另外，在第二联杆7的基端部，前侧的空压人工肌肉15a、15b的另一端部和后侧的空压人工肌肉15c、15d的另一端部分别固定在以第三关节11的第三关节轴14为中心对称的位置。为此，通过分别改变前侧的空压人工肌肉15a、15b和后侧的空压人工肌肉15c、15d的内部的空气压力，而使空压人工肌肉15a、15b和空压人工肌肉15c、15d进行收缩伸展时，空压人工肌肉15a、15b和空压人工肌肉15c、15d发生拮抗，绕第三关节11的第三关节轴14发生旋转运动，第一联杆6和第二联杆7的相对运动被驱动。例如，在按照使前侧的空压人工肌肉15a、15b伸展且使后侧的空压人工肌肉15c、15d收缩的方式驱动时，在图2中，第二联杆7相对于第一联杆6绕第三关节11的第三关节轴14沿着顺时针方向转动。相反，在按照使前侧的空压人工肌肉15a、15b收缩且使后侧的空压人工肌肉15c、15d伸展的方式驱动时，在图2中，第二联杆7相对于第一联杆6绕第三关节11的第三关节轴14沿着逆时针方向转动。
同样地，绕第二关节10的第二关节轴13的旋转运动，通过前侧的空压人工肌肉16a和后侧的空压人工肌肉16b的拮抗驱动得到驱动。即，2个前侧的空压人工肌肉16a配置于机体部8的前侧且配置于纵框构件8a附近，并且，2个后侧的空压人工肌肉16b配置于机体部8的后侧且配置于纵框构件8a附近。空压人工肌肉16a、16b，各自的一端部(上侧的端部)在第二关节10的附近以可以旋转的方式分别固定在由上联杆6的基端部固定的上侧棒状联杆构件8c的两端部，各自的另一端部(下侧的端部)在腰机构2的旋转轴2A的附近固定在由机体部8的下端部固定的下侧棒状联杆构件8d的两端部。另外，相对于机体部8，前侧的空压人工肌肉16a的另一端部和后侧的空压人工肌肉16b的另一端部，分别配置在对称的位置。为此，通过分别改变前侧的空压人工肌肉16a和后侧的空压人工肌肉16b的内部的空气压力，而使空压人工肌肉16a和空压人工肌肉16b进行收缩伸展时，空压人工肌肉16a和空压人工肌肉16b发生拮抗，绕第二关节10的第二关节轴13发生旋转运动，机体部8和手臂3的相对旋转运动被驱动。例如，在按照使前侧的空压人工肌肉16a伸展且使后侧的空压人工肌肉16b收缩的方式驱动时，在图2中，相对于机体部8，手臂3绕第二关节10的第二关节轴13沿着逆时针方向转动，向后侧转动。相反，在按照使前侧的空压人工肌肉16a收缩且使后侧的空压人工肌肉16b伸展的方式驱动时，在图2中，相对于机体部8，手臂3绕第二关节10的第二关节轴13沿着顺时针方向转动，向前侧转动。
另外，关于绕第一关节9的第一关节轴12的旋转运动，由前侧上部和后侧下部的空压人工肌肉17a与前侧下部和后侧上部的空压人工肌肉17b的拮抗驱动所致的旋转运动通过连结构件20传递，从而被驱动。以上的第一关节9的驱动方法，通过图22并以右手臂3b的情况为例进行详细说明。图22是图3中的A-A截面图。空压人工肌肉17a、17b的端部被摆动联杆94连结，摆动联杆94可以绕摆动联杆旋转轴95旋转。在空压人工肌肉17a收缩、空压人工肌肉17b伸展时，摆动联杆94发生箭头U所示的旋转运动，摆动联杆94在连结轴96处与连结构件20b连接，摆动联杆94的旋转运动得以传递，绕右手臂3b的第一关节9的箭头V所示的旋转运动得到驱动。同样地，在左手臂3a的情况下，通过在下部配设的空压人工肌肉17a、17b，连结构件20a被驱动，由此第一关节被驱动。
图4(a)、(b)、(c)是表示图2中所示的空压人工肌肉15a的结构的图。图4(a)示出空压人工肌肉15a的减压状态的正视图，图4(b)示出空压人工肌肉15a的加压状态的正视图，图4(c)示出空压人工肌肉15a的截面图。其他空压人工肌肉15b、15c、15d、16a、16b、17a、17b、17c、17d、后述的18a、18b、18c、18d、18e、18f、19也是相同的结构，在这里，以空压人工肌肉15a为代表进行说明。关于空压人工肌肉15a，如图4所示，在由橡胶材料构成的管状弹性体21的外表面，配设由材料上难以伸展的树脂或金属的纤维软线编成网眼状而成的约束构件22，分别用密封构件23将管状弹性体21的两端部气密密封。通过流体注入流出构件24向管状弹性体21内供给空气等压缩性流体，由此向管状弹性体21的内部空间施加内压时，管状弹性体21主要向半径方向膨胀，但通过约束构件22的作用，转换成管状弹性体21的中心轴方向的收缩运动，全长发生收缩。由于该空压人工肌肉15a主要由弹性体构成，所以具有柔软性，具有所谓是安全且轻量的致动器的特征。
图5是表示用于驱动空压人工肌肉15a的空气压力供给驱动系统的构成的图。在图5中，仅拔出用于驱动左手臂3a的第三关节11的空气压力供给驱动系统进行说明。图5中，25是例如压缩机等空气压力源，26是空气压力过滤器26a、空气压力减压阀26b及空气压力用注油器26c成为1组的空气压力调节组件。
27是例如通过利用电磁铁的力来驱动滑阀等而对流量进行控制的5口流量控制电磁阀。38是例如由一般的个人电脑构成的控制装置，搭载有D/A板41，向5口流量控制电磁阀27输出电压指令值，由此可以对在各流体注入流出构件24a及24b中流过的各空气的流量进行控制。有关控制装置38的详细内容如后所述。
通过图5所示的空气压力供给驱动系统，由空气压力源25生成的高压空气被空气压力调节组件26减压，例如被调节成所谓600kPa的恒定压力，被提供给5口流量控制电磁阀27。5口流量控制电磁阀27的开度，通过控制装置38被控制成与借助D/A板41输出的电压指令值成比例。5口流量控制电磁阀27分别与一对空压人工肌肉15a、15b和一对空压人工肌肉15c、15d的管状弹性体21的流体注入流出构件24连接。一对空压人工肌肉15a、15b和一对空压人工肌肉15c、15d，沿着第一联杆6的长度方向大致平行配置，各自的管状弹性体21的流体注入流出构件24侧的端部，被固定在第一联杆6的第二关节10侧的端部。一对空压人工肌肉15a、15b和一对空压人工肌肉15c、15d各自的管状弹性体21的另一端部侧，以可以自由旋转的方式被第二联杆7支承。在图5中，由于空压人工肌肉15b和15d分别位于成为空压人工肌肉15a和15c的背影的场所，所以未被图示。因此，如以下所述，通过一对空压人工肌肉15a、15b和一对空压人工肌肉15c、15d各自的管状弹性体21进行伸缩，第二联杆7绕第三关节11的第三关节轴14被正反旋转驱动。需要说明的是，将图5中箭头X的右向旋转设为正向，将与箭头X相反的左向旋转设为反向。
在由控制装置38输出的正的电压指令值从D/A板41被输入到5口流量控制电磁阀27的情况下，如图5所示，成为由空气压力回路符号的A所示的状态，从空气压力源25侧向空压人工肌肉15a、15b的管状弹性体21的流体注入流出构件24侧的流路，借助5口流量控制电磁阀27得以开通，流量与电压指令值的绝对值成比例的空气被提供给空压人工肌肉15a、15b侧。另外，关于空压人工肌肉15c、15d侧，从各自的管状弹性体21的流体注入流出构件24向大气压侧的流路，借助5口流量控制电磁阀27得以开通，流量与电压指令值的绝对值成比例的空气流从各空压人工肌肉15c、15d侧向大气中排气。因此，空压人工肌肉15a、15b的各自全长收缩，空压人工肌肉15c、15d的各自全长伸展，由此从图6A所示的状态向图6B所示的状态，以与电压指令值的绝对值成比例的速度，第三关节11进行绕第三关节轴14的箭头Y所示的右向旋转运动。
另一方面，在由控制装置38输出的负的电压指令值从D/A板41被输入到5口流量控制电磁阀27的情况下，5口流量控制电磁阀27被切换，成为空气压力回路符号的B所示的状态，空压人工肌肉15a、15b和空压人工肌肉15c、15d的动作相反，第三关节11进行绕第三关节轴14的左向旋转运动。即，从空气压力源25侧向空压人工肌肉15c、15d各自的管状弹性体21的流体注入流出构件24侧的流路，借助5口流量控制电磁阀27得以开通，流量与电压指令值的绝对值成比例的空气被提供给各空压人工肌肉15c、15d侧。另外，关于空压人工肌肉15a、15b侧，从各自的管状弹性体21的流体注入流出构件24向大气压侧的流路，借助5口流量控制电磁阀27得以开通，流量与电压指令值的绝对值成比例的空气流从各空压人工肌肉15a、15b侧向大气中排气。因此，空压人工肌肉15c、15d各自的全长收缩，空压人工肌肉15a、15b各自的全长伸展，由此从图6A所示的状态向图6C所示状态，以与电压指令值的绝对值成比例的速度，第三关节11绕第三关节轴14进行箭头Z所示的左向旋转运动。
如上所示，通过空压人工肌肉15a、15b和空压人工肌肉15c、15d来驱动第二联杆7的正反旋转运动，由此来驱动第一联杆6和第二联杆7的摆动运动即角度qL3的旋转运动。
在手臂3的各关节9、10、11，用于固定关节9、10、11的关节锁定机构28a、28b、28c、28d、28e、28f，分别配设在左手臂3a的第一关节9、左手臂3a的第二关节10、左手臂3a的第三关节11、右手臂3b的第一关节9、右手臂3b的第二关节10、和右手臂3b的第三关节11。各关节锁定机构28a、28b、28c、28d、28e、28f具有相同的结构，以下在对各关节锁定机构28a、28b、28c、28d、28e、28f的结构等进行说明时，作为代表例，以关节锁定机构28进行说明。
图7A～图7C示出关节锁定机构28的详细情况。图7A是通过关节轴的截面图。图7B是从图7A的箭头V方向观察得到的图，即，从关节轴的轴向观察形成了一方的对置齿轮的齿轮部的面得到的图。图7C是2个对置齿轮的外观侧视图。
另外，图8示出关节锁定机构28的驱动机构的详细情况。图8是从图3中所示的箭头W的方向观察左手臂3a的第一联杆6得到的图。在右手臂3b的第一联杆6的情况下，成为与图8所示的结构左右对称的结构。
在图8中，29是在对置的面以圆环状具有齿轮部29a的圆板状的固定对置齿轮，中心开有进行锁定及锁定开放动作的关节的关节轴以不能自由旋转的方式插入嵌合的圆形孔29b，被固定成不会相对于由关节连接的结构体中接近基座部1的一侧的结构体及关节轴进行相对移动。例如，在第三关节11的关节锁定机构28c的情况下，固定对置齿轮29固定在接近基座部1的一侧的结构体及作为关节轴的例子的第一联杆6及第三关节轴14，第三关节11的第三关节轴14的前端贯通固定对置齿轮29的孔29b以相对不自由旋转的方式插入嵌合。即，第三关节轴14和固定对置齿轮29固定成一体。需要说明的是，第一联杆6和第二联杆7在第三关节11处通过轴承70连结成可以相对旋转。7g是可以与第二联杆7一体旋转且可以相对于第一联杆6通过轴承70进行相对旋转的轴环(collar)，28g是配置有后述的推压弹簧33等的箱体。
30是在对置的面上以圆环状具有可以与固定对置齿轮29的齿轮部29a啮合的齿轮部30a的圆板状的可动对置齿轮，中心形成有可以与孔29b连通的圆形凹部30b，关节轴(例如在上述第三关节11的关节锁定机构28c的情况下为第三关节轴14的前端部)按照可以相对旋转且可以沿轴向移动的方式插入该凹部30b，可动对置齿轮30以该形态配设成与固定对置齿轮29对置。可动对置齿轮30未被关节轴固定，可以沿着关节轴的轴向平移移动，可以绕旋转轴旋转。另外，在可动对置齿轮30的外周面的一处有向径向突出的引导突起31，与在通过关节连接的结构体内、接近手尖(手臂前端)的一侧的结构体配设的引导槽32啮合。例如，在第三关节11的关节锁定机构28c的情况下，引导槽32配设在第二联杆7(参照图7B)。引导突起31可以相对于引导槽32沿着引导槽32的长度方向(图7B的纸面贯通方向即可动对置齿轮30的厚度方向)进行相对的平移移动。即，可动对置齿轮30和接近手尖的一侧的结构体(在上述的情况下为第二联杆7)，可以沿着关节轴(在上述的情况下为第三关节轴14)的中心轴方向进行相对的平移移动，但关于绕关节轴的中心轴的旋转运动，由于引导突起31和引导槽32的啮合所致的约束，可动对置齿轮30和接近手尖的一侧的结构体(在上述的情况下为第二联杆7)可以进行一体的旋转运动。需要说明的是，图7A示出引导突起31和引导槽32啮合脱离后的状态。
固定对置齿轮29的对置面的齿轮部29a和可动对置齿轮30的对置面的齿轮部30a，各自的截面为锯齿形状，在可动对置齿轮30中与固定对置齿轮29相反侧，且在沿着可动对置齿轮30的中心轴的方向上，被配置在箱体28g的轴环7g内的推压弹簧33的作用力所按压，固定对置齿轮29和可动对置齿轮30相互啮合，由此作为对置齿轮29、30发挥功能。在固定对置齿轮29的齿轮部29a和可动对置齿轮30的齿轮部30a啮合之后，相对于固定对置齿轮29和可动对置齿轮30的绕关节轴的旋转运动，无法在齿轮部29a和齿轮部30a的各自的齿形垂直面彼此(沿着对置齿轮29、30的厚度方向的直立面彼此)发生接触的旋转方向(图7C的箭头方向)上旋转，而被固定。在该情况下，接近基座部1的一侧的结构体(在上述的情况下为第一联杆6)，被固定对置齿轮29固定，接近手尖的一侧的结构体(在上述的情况下为第二联杆7)，借助引导突起31和引导槽32被可动对置齿轮30固定，所以关节(在上述的情况下为第三关节11)被锁定，2个结构体(在上述的情况下为第一联杆6和第二联杆7)间不会产生相对旋转运动。另一方面，齿轮部29a和齿轮部30a的各齿形的斜面彼此(沿着相对于对置齿轮29、30的厚度方向倾斜的方向的斜面彼此)发生接触的旋转(与图7C的箭头方向相反的方向)沿着斜面产生推起，使2个结构体(在上述的情况下为第一联杆6和第二联杆7)间可以相对旋转运动。其结果，关节锁定机构28作为单向离合器发挥功能。
可动对置齿轮30，借助由外侧引导管55和牵引线56构成的操纵线缆57，与用于驱动关节锁定机构的空压人工肌肉18(具体而言为空压人工肌肉18a、18b、18c、18d、18e、18f，但在对结构进行说明时，作为代表例，用18表示)连接。图7A示出引导突起31和引导槽32的啮合脱离后的状态，通过空压人工肌肉18的驱动，利用牵引线56使可动对置齿轮30在中心轴方向上向远离固定对置齿轮29的一侧(图7A的左侧)移动，示出齿轮部29a和齿轮部30a分开的状态。相反，通过空压人工肌肉18的驱动，利用牵引线56使可动对置齿轮30在中心轴方向上向接近固定对置齿轮29的一侧(图7A的右侧)移动时，成为齿轮部29a和齿轮部30a啮合后的状态。在用于驱动关节锁定机构的空压人工肌肉18当中，空压人工肌肉18a(图3中图示)配设于基座部1，对左手臂3a的第一关节9的关节锁定机构28a进行驱动。空压人工肌肉18b(配设于图3中的空压人工肌肉18a的背后)配设于基座部1，对右手臂3b的第一关节9的关节锁定机构28b进行驱动。空压人工肌肉18c(配设于图8中的空压人工肌肉18e的背后)配设于左手臂3a的第一联杆6的内部，对左手臂3a的第二关节10的关节锁定机构28c进行驱动。空压人工肌肉18d(与图8中的空压人工肌肉18c一样配设于右手臂3b)配设于右手臂3b的第一联杆6的内部，对右手臂3b的第二关节10的关节锁定机构28d进行驱动。空压人工肌肉18e(图8中图示)配设于左手臂3a的第一联杆6的内部，对左手臂3a的第三关节11的关节锁定机构28e进行驱动。空压人工肌肉18f(与图8中的空压人工肌肉18e一样配设于右手臂3b)配设于右手臂3b的第一联杆6的内部，对右手臂3b的第三关节11的关节锁定机构28f进行驱动。
向空压人工肌肉18供给高压空气而使空压人工肌肉18收缩时，通过与空压人工肌肉18连结的操纵线缆57的牵引线56来牵引可动对置齿轮30，对抗关节锁定机构28的推压弹簧33的作用力，在中心轴方向上向远离固定对置齿轮29的一侧移动，对置齿轮29、30彼此的齿轮部29a和齿轮部30a的啮合被解除。相反，从空压人工肌肉18排出高压空气使空压人工肌肉18伸展时，操纵线缆57的牵引线56对可动对置齿轮30的拉力被解除，通过关节锁定机构28的推压弹簧33的作用力，使对置齿轮29、30的齿轮部29a和齿轮部30a彼此啮合，关节被锁定，相对旋转运动成为不可能。
关于左手臂3a及右手臂3b的各关节中关节锁定机构28的配置方向，配设成使可以作为单向离合器旋转的方向为图2、图3中的箭头R所示的旋转方向、且使被锁定的方向(不能相对旋转的方向)为与图中的箭头R相反的旋转方向。通过这样配置方向，当在手臂3上搭载有被看护者或搬运物时，关节锁定发挥功能，被看护者或搬运物的重量所致的载荷由关节锁定机构28来负担，可以容易且稳定并以高可靠性进行被看护者或搬运物的保持。
根据图3、图9A及图9B对腰机构2进行说明。腰机构2被空压人工肌肉19驱动。关于空压人工肌肉19，其一端部以可以自由旋转的方式固定在基座部1，另一端部以可以自由旋转的方式固定在力传递杆34的后端部。力传递杆34的前端部由机体部8固定。如果向空压人工肌肉19供给高压空气使空压人工肌肉19收缩，则力传递杆34被向后方牵引，机体部8以腰机构2的关节轴2A为中心进行摆动运动，从图9A所示的机体部8的前倾状态向图9B所示的机体部8的直立状态立起。相反，从空压人工肌肉19排出高压空气使空压人工肌肉19伸展时，通过机体部8或手臂3的重量，机体部8从图9B所示的机体部8的直立状态向图9A所示的机体部8的前倾状态向前方倾倒。
在对腰机构2进行驱动的空压人工肌肉19上配设与控制装置38连接的压力传感器67(参照图3)，可以通过压力传感器67来测量空压人工肌肉19的内部的压力。从基于该压力传感器67检测的空压人工肌肉19的内部压力Pp和从腰机构2的关节轴2A的编码器37的角度信息得到的空压人工肌肉19的应变ε，可以利用动作模式切换单元47判定是否是机器人提起重物等载荷的状态。在空压人工肌肉19的内部压力Pp、应变ε及收缩力F之间，存在图10所示的关系。只要利用该特性，就可以利用收缩力计算单元194从空压人工肌肉19的内部压力Pp和应变ε算出收缩力Fp，在该已算出的收缩力Fp大于机器人未提起重物等载荷的状态时的收缩力的值时，可以利用动作模式切换单元47判定为机器人在提起重物等载荷。
机器人是否在提起该重物等载荷的判定信息，由后述的动作模式切换单元47来进行，其判定结果向后述的关节锁定机构控制单元59输出。
如图11A及图11B所示，在手臂3的第二联杆7的中央部附近，配设有可以检测出3个方向的平移力的作为外力检测装置的一例发挥功能的、3轴力传感器35。在力传感器35上，以与第二联杆7的结构体之间留有间隙而不接触的形式配设力检测外装罩36，力传感器35检测出在力检测外装罩36和手臂3的第二联杆7之间作用的力，并向控制装置38输出。力检测外装罩36为覆盖第二联杆7的宽度方向截面的外面大致一半及第二联杆7的联杆长度方向的大部分这样的结构，可以在第二联杆7的表面的多数部分检测作用于第二联杆7的力。另外，就图2及图3所示的搬送基本姿势而言，按照位于手臂3的下侧的方式配设力传感器35，即便在手臂3的上面载置有被看护者或搬运物的状态下，被看护者或搬运物也不会接触力传感器35，所以可以在不会受到被看护者或搬运物的影响的情况下，用力传感器35检测外力。
图1及图5等所示的控制装置38，在硬件上由一般的个人电脑构成，除了输入输出IF 40之外的部分都是由个人电脑执行的控制程序39以软件的形式来实现。
输入输出IF 40由与个人电脑的PCI总线等扩展槽(throttle)连接的、D/A板41、A/D板42和计数板43构成。
通过执行用于控制机器人的动作的控制程序39来使控制装置38发挥功能，由左手臂3a及右手臂3b的各关节9、10、11的编码器37输出的关节角度信息，通过计数板43分别被控制装置38取入，另外，由在左手臂3a及右手臂3b配设的力传感器35检测的外力信息，通过A/D板42分别被控制装置38取入，由控制装置38分别算出各关节的旋转动作的控制指令值。已算出的各控制指令值通过D/A板41被提供给5口流量控制电磁阀27，通过5口流量控制电磁阀27来驱动手臂3的各关节9、10、11的空压人工肌肉15a、15b、15c、15d、16a、16b。
图1中，58是动作模式切换开关，配设有前进按钮64、后退按钮65和停止按钮66三个按钮，哪一按钮被按压的信息以数字信号的方式通过I/O被输入到控制装置38。
图12是通过在控制装置38中执行的控制程序39实现的机器人控制系统的框图。换言之，是表示以来自输入输出IF 40的信息为基础通过控制程序39来控制机器人的动作的机器人动作控制单元44的构成的框图。
机器人控制系统具备动作模式切换单元47和阻抗控制单元45。
阻抗控制单元45由左手臂阻抗控制单元45a、右手臂阻抗控制单元45b和腰机构阻抗控制单元45p构成，分别对左手臂3a的动作、右手臂3b的动作和腰机构2的动作进行控制。左手臂阻抗控制单元45a和右手臂阻抗控制单元45b的结构及功能相同，所以，在这里以阻抗控制单元45为代表进行详细说明。需要说明的是，以下，下标i是L或R，分别是指利用左手臂阻抗控制单元45a或右手臂阻抗控制单元45b的输入输出信号。例如，手臂3的关节角度qi是指作为左手臂阻抗控制单元45a的输入信号的左手臂3a的关节角度qL或作为右手臂阻抗控制单元45b的输入信号的右手臂3b的关节角度qR。为了便于理解，在所代表的文字或数字后的括弧内示出左右不同的文字或数字。
阻抗控制单元45(45a或45b)具备阻抗计算单元46(46a或46b)和位置控制单元49(49a或49b)。向阻抗计算单元46(46a或46b)中输入由力传感器35测量的力FiL(FLL或FRL)，手尖目标修正值ridΔ(rLdΔ或rRdΔ)从阻抗计算单元46(46a或46b)输出。位置控制单元49(49a或49b)分别被输入如下的信息，即通过阻抗控制单元45(45a或45b)将从目标轨道生成单元48输入的手臂3(3a或3b)的位置目标值rid(rLd或rRd)与手尖目标修正值ridΔ(rLdΔ或rRdΔ)相加而得到的值ridm(rLdm或rRdm)、及由编码器37测量的的手臂3(3a或3b)的关节角度qi(qL或qR)，关节指令值uiq(uLq或uRq)从位置控制单元49(49a或49b)输出，成为向手臂3(3a或3b)的指令值。
阻抗计算单元46(46a或46b)是发挥使手臂3(3a或3b)实现机械阻抗的功能的部分，根据阻抗参数惯性M、粘滞性D、弹性K、关节角度的当前值qi(qL或qR)、和力传感器35检测出的外力Fi(FL或FR)，利用以下的式(1)通过阻抗计算单元46(46a或46b)计算用于使手臂3(3a或3b)实现机械阻抗的手尖位置目标修正输出ridΔ(rLdΔ或rRdΔ)，并输出。利用阻抗控制单元45(45a或45b)使手尖位置目标修正输出ridΔ(rLdΔ或rRdΔ)加到由目标轨道生成单元48输出的手尖位置目标rid(rLd或rRd)上，生成手尖位置修正目标矢量ridm(rLdm或rRdm)。
r iΔd = ( s 2 M ^ + s D ^ + K ^ ) - 1 F i 式(1)
M ^ = M 0 0 0 M 0 0 0 M 式(2)
D ^ = D 0 0 0 D 0 0 0 D 式(3)
K ^ = K 0 0 0 K 0 0 0 K 式(4)，
s是拉普拉斯算符。需要说明的是，关于阻抗参数惯性M、粘滞性D和弹性K，通过实验反复试验探索机器人的操作性良好的值而分别作出决定。
图13是表示位置控制单元49(49a或49b)的详细内容的图。53是位置误差补偿单元，由正运动学计算单元52从手臂3(3a或3b)经测量的关节角度矢量的当前值qi(qL或qR)计算出的手尖位置矢量ri(rL或rR)、与手尖修正目标矢量ridm(rLdm或rRdm)的误差rie(rLe或rRe)，被输入到位置误差补偿单元53，从位置误差补偿单元53向近似逆运动学计算单元54输出位置误差补偿输出uire(uLre或uRre)。也向近似逆运动学计算单元54输入手臂3(3a或3b)经测量的关节角度矢量的当前值qi(qL或qR)。
另外，位置误差补偿单元53具有如下的功能，其被输入后述的关节锁定机构控制单元59的关节锁定指令，在关节锁定机构28为锁定状态时，使位置误差补偿的伺服增益为非锁定状态时的例如1/2那样的低值(使位置误差补偿输出uire的大小为1/2)，由此使位置控制的伺服刚性降低。
就近似逆运动学计算单元54而言，将向近似逆运动学计算单元54的输入设为uiin，将从近似逆运动学计算单元54的输出设为uiout时，通过近似式uiout＝Jir(qi)-1uiin进行逆运动学的近似计算。不过，
Jir(qi)是满足
ri＝Jir(qi)qi
的关系的雅可比矩阵。通过该数式导出近似式
Figure BPA00001254907600241
所以如果使用逆雅可比矩阵Jir(qi)-1，则可知从手尖位置·姿势误差rie(rLe或rRe)向关节角度误差qie(qLe或qRe)的转换、即从有关误差的手尖座标中的值向关节座标中的值的转换成为可能。同样地，即便是关于误差补偿输出，从手尖座标中的值向关节座标中的值的转换也由逆雅可比矩阵Jir(qi)-1进行，所以位置误差补偿输出uire(uLre或uRre)被输入到近似逆运动学计算单元54，此时来自近似逆运动学计算单元54的输出被输出了用于补偿关节角度误差qie(qLe或qRe)的关节角度误差补偿输出uiqe(uLqe或uRqe)。52是输入从手臂3(3a或3b)输出的各关节轴12、13、14的由编码器37测量的关节角的当前值q即关节角度矢量qi(qL或qR)的正运动学计算单元，进行从手臂3(3a或3b)的关节角度矢量qi(qL或qR)向手尖位置矢量ri(rL或rR)的转换的几何学计算。
关于如上所述构成的阻抗控制单元45(45a或45b)，对动作原理进行说明。
动作的基本是基于位置误差补偿单元53的手尖位置误差rie(rLe或rRe)的反馈控制(位置控制)。作为位置误差补偿单元53，例如如果使用PID补偿器，则按照使手尖位置误差rie(rLe或rRe)会聚为0的方式进行控制，目标手臂3(3a或3b)的动作得以实现。
在阻抗控制模式时，通过阻抗计算单元46(46a或46b)使手尖位置修正输出ridΔ(rLdΔ或rRdΔ)与手臂3(3a或3b)的位置目标值rid(rLd或rRd)相加而进行手尖位置的目标值rid(rLd或rRd)的修正。为此，上述的位置控制系统，其手尖位置的目标值少许错开本来的值，其结果，机械阻抗得以实现。手尖位置目标修正输出ridΔ(rLdΔ或rRdΔ)通过式(1)算出，所以惯性M、粘滞性D和刚性K的机械阻抗得以实现。
根据以上的阻抗控制单元45(45a或45b)的原理，机器人的操作者用手保持作为手臂3(3a或3b)的外装构件的一例发挥功能的力检测外装罩36，在对力检测外装罩36施加力时，在手臂3(3a或3b)施加了力的方向上动作，所以仅仅在保持手臂3(3a或3b)的情况使其活动，就能实现手臂3(3a或3b)的操作，可以容易地进行定位。
腰机构阻抗控制单元45p的构成也与阻抗控制单元45(45a或45b)相同，但维数为一维。利用腰阻抗计算单元50的计算，是根据阻抗参数惯性m、粘滞性d、弹性k、腰角度的当前值qp、和由力传感器35检测出的外力Fi(FL或FR)，根据以下的式(5)计算腰角度目标修正输出qpΔd，并输出。腰角度目标修正输出qpΔd与由目标轨道生成单元48输出的腰角度目标qpd相加，生成腰角度修正目标矢量qpdm。
qpΔd＝(s2m+sd+k)-1Fz               式(5)
不过，式(5)中，s是拉普拉斯算符，Fz是选择左手臂3a的力传感器35的检测值的竖直方向成分FLz和右手臂3b的力传感器35的检测值的竖直方向成分FRz内绝对值大的值。该Fz(FLz或FRz)的值的选择通过传感器选择单元51进行。由此，左手臂3a的力传感器35或右手臂3b的力传感器35任何一个有外力输入时，腰机构2都会动作。
角度控制单元60是图14所示的构成，上述生成的腰角度修正目标矢量qpdm和腰角度qp的腰角度误差qpe被输入到角度误差补偿单元61，从角度误差补偿单元61向腰机构2输出腰角度指令值upqe。作为角度误差补偿单元61，例如如果使用PID补偿器，则在角度控制单元60中按照使腰角度误差qpe会聚为0的方式进行控制，实现目标腰机构2的动作。
根据如上所示构成的腰机构阻抗控制单元45p，机器人的操作者使左手臂3a和右手臂3b的任意一个、或双方同时活动以便用手保持力检测外装罩36提起时，腰机构2立起来，手臂3整体上升，相反，如果使其活动以便用手保持力检测外装罩36下拉，则腰机构2按照向前侧倾倒的方式动作，手臂3整体下降。
动作模式切换单元47从位置控制单元49(49a或49b)输入手尖位置矢量ri(rL或rR)及从腰机构2输入腰角度的当前值qp，根据如图15所示的动作序列表，对动作序列进行控制(详细内容如后所述。)，进行左手臂阻抗控制单元45a、右手臂阻抗控制单元45b和腰机构阻抗控制单元45p的控制模式的切换、借助关节锁定机构控制单元59的关节锁定机构28的锁定工作及锁定开放的切换、及向目标轨道生成单元48的动作指令。动作模式切换单元47，在动作模式切换开关58的前进按钮64被按压时使得进入下一个序列，在动作模式切换开关58的后退按钮65被按压时返回以前的序列，在各序列进行对应于各步骤的控制模式的切换。
另外，在动作模式切换开关58的停止开关66被按压的情况下，动作模式切换单元47停止目标轨道生成单元48的动作，并将左手臂3a及右手臂3b的控制模式切换成位置控制，将腰机构2的控制模式切换成角度控制模式。如果目标轨道生成单元48停止动作，在不更新于停止后的瞬间输出的目标轨道的情况下继续输出，所以左手臂3a、右手臂3b及腰机构2的动作分别停止，机器人的动作停止。该停止动作在机器人的动作变得异常等时使机器人的动作立即停止时是有效的。
对于左手臂阻抗控制单元45a、右手臂阻抗控制单元45b和腰机构阻抗控制单元45p，动作模式切换单元47分别进行位置控制模式和阻抗控制模式的切换。动作模式切换单元47在位置控制模式时使阻抗计算单元46的输出为0，由此发挥使手臂3(3a或3b)的动作追踪手尖位置目标值的位置控制的功能，另一方面，阻抗控制模式时使阻抗计算单元46(46a或46b)的输出有效，由此发挥使手臂3(3a或3b)的动作按照具有针对外力设定的机械阻抗特性的方式进行动作的阻抗控制的功能。
同样地，动作模式切换单元47，对于腰机构2，也通过在角度控制模式时使腰阻抗计算单元50的输出为0，由此作为腰角度控制发挥功能，另一方面，通过在阻抗控制模式时使腰阻抗计算单元50的输出有效，发挥按照腰机构2具有针对外力设定的机械阻抗特性的方式动作的阻抗控制的功能。
另外，动作模式切换单元47，向关节锁定机构控制单元59发送指令，进行关节锁定机构28的锁定工作及锁定开放的控制。
手臂3(3a或3b)是否在提起重物等载荷的信息通过动作模式切换单元47输入到关节锁定机构控制单元59，仅在由动作模式切换单元47判定为未提起重物等载荷时，由关节锁定机构控制单元59进行关节锁定机构28的锁定开放动作，在由动作模式切换单元47判定为在提起重物等载荷时，由关节锁定机构控制单元59施加联锁这样的动作以便不会进行关节锁定机构28的锁定开放动作。由此，当手臂3(3a或3b)在提起重物等载荷时，关节锁定机构控制单元59不会误将关节锁定机构28的锁定开放，所以可以进一步提高安全性。
另外，关节锁定机构控制单元59向位置误差补偿单元53发送关节锁定指令，在关节锁定时动作以使位置控制的伺服刚性降低。由此可以防止由于位置误差补偿单元53所致的位置控制不必要地发生关节的旋转运动、固定对置齿轮29和可动对置齿轮30彼此以过大的力啮合，可以在解除关节锁定机构时减小固定对置齿轮29和可动对置齿轮30的接触的啮合面间的摩擦，可以顺畅地进行开放动作。
目标轨道生成单元48，输出用于实现目标手臂3(3a或3b)的动作的手尖位置目标矢量rid(rLd或rRd)。关于目标手臂3(3a或3b)的动作，对应于目标作业而事先将各通过点的位置信息(rid0、rid1、rid2…)即(rLd0、rLd1、rLd2…)或(rRd0、rRd1、rRd2…)以数值的形式，使用作为控制装置38的外部输入单元(外部输入装置)93的一例的键盘向目标轨道生成单元48输入，目标轨道生成单元48使用多项式插补对各点间的轨道进行增补，生成手尖位置目标矢量rid(rLd或rRd)。关于腰角度目标值(腰角度目标矢量)qpd，也与手臂3(3a或3b)的动作一样，通过目标轨道生成单元48生成目标腰机构2的角度控制动作(换言之为机体部8的摆动动作)的轨道。即，对应于目标作业而事先将各通过点的位置信息(qpd0、qpd1、qpd2…)以数值的形式，由外部输入单元93向目标轨道生成单元48输入，目标轨道生成单元48使用多项式插补对各点间的轨道进行增补，生成腰角度目标矢量qpd。
动作模式切换单元47在手臂3(3a或3b)的位置控制模式时或腰机构2的角度控制模式时指定通过点的位置信息(rid0、rid1、rid2…)即((rLd0、rLd1、rLd2…)或(rRd0、rRd1、rRd2…))、或(qpd0、qpd1、qpd2…)，使利用目标轨道生成单元48的轨道插补进行动作。
另外，在阻抗控制模式时，使利用目标轨道生成单元48的轨道插补停止，利用目标轨道生成单元48使切换成阻抗控制模式后的瞬间的手尖位置目标值rid(rLd或rRd)或腰角度目标值qpd得以维持。另外，在从阻抗控制模式切换成位置控制模式或从阻抗控制模式切换成角度控制模式时，通过目标轨道生成单元48使切换后的瞬间的手尖位置ri(rL或rR)或腰角度qp为目标轨道的起始点，自此通过目标轨道生成单元48重新使轨道插补进行动作。
关于基于以上原理的控制程序39的实际动作步骤，根据图16的流程图进行说明。
首先，在步骤S1中，通过各编码器37测量的关节角度数据(关节变量矢量或关节角度矢量qi)(qL或qR)被控制装置38取入。
接着，在步骤S2中，手臂3(3a或3b)的运动学计算所需的雅可比矩阵Jir(JLr或JRr)等的计算由近似逆运动学计算单元54进行。
接着，在步骤S3中，由正运动学计算单元52根据来自手臂3(3a或3b)的关节角度数据(关节角度矢量qi)(qL或qR)计算手臂3(3a或3b)的当前的手尖位置矢量ri(rL或rR)，并输出所计算的当前的手尖位置矢量ri(rL或rR)(利用正运动学计算单元52的处理)。
接着，在步骤S4中，通过目标轨道生成单元48，判断来自动作模式切换单元47的控制模式的指令(换言之，根据来自动作模式切换单元47的指令值，由目标轨道生成单元48判断控制模式是位置控制模式还是阻抗控制模式)，在通过目标轨道生成单元48判断为阻抗控制模式的情况时，进入步骤S5，在通过目标轨道生成单元48判断为位置控制模式的情况时，进入步骤S5’分别进行处理。
在步骤S5中，在阻抗控制模式的情况下，由力传感器35测量的外力Fi(FL或FR)被控制装置38的阻抗计算单元46(46a或46b)取入。
接在步骤S5之后，在步骤S6中，在阻抗控制模式的情况下，通过目标轨道计算单元48记录切换成阻抗控制模式后的瞬间的手尖位置矢量ri(rL或rR)(用正运动学计算单元52进行计算，在图12中经由动作模式切换单元47输入到目标轨道计算单元48的手尖位置矢量ri(rL或rR))，作为手尖位置目标矢量rid(rLd或rRd)被输出，保持在阻抗控制单元45(45a或45b)中。
接在步骤S6之后，在步骤S7中，在阻抗控制模式的情况下，根据在阻抗计算单元46(46a或46b)内预先设定的机械阻抗参数惯性M粘滞性D和弹性K、以及由力传感器35测量的施加给手臂3(3a或3b)的外力Fi(FL或FR)，由阻抗计算单元46计算手尖位置目标修正输出ridΔ(rLdΔ或rRdΔ)(利用阻抗计算单元46的处理)。随后，进入步骤S8。
另一方面，在步骤S5’中，在位置控制模式的情况下，通过阻抗计算单元46使手尖位置目标修正输出ridΔ(rLdΔ或rRdΔ)为0矢量(利用阻抗计算单元46的处理)。
接在步骤S5’之后，在步骤S6’中，利用目标轨道计算单元48计算手臂3(3a或3b)的手尖位置目标矢量rid(rLd或rRd)，所计算的手尖位置目标矢量rid(rLd或rRd)被输出到阻抗控制单元45(45a或45b)。随后，进入步骤S8。
在步骤S8中，手尖位置目标矢量rid(rLd或rRd)和手尖位置目标修正输出ridΔ(rLdΔ或rRdΔ)的和由阻抗控制单元45(45a或45b)进行计算，作为其计算结果的手尖位置修正目标矢量ridm(rLdm或rRdm)和由正运动学计算单元52计算并输出的当前的手尖位置矢量ri(rL或rR)的差即手尖位置的误差rie(rLe或rRe)，由位置误差补偿单元53进行计算(利用位置误差补偿单元53的处理)。作为位置误差补偿单元53的具体例，考虑PID补偿器。通过适当调节常数的作为对角矩阵的比例、微分、积分三个增益，使基于位置误差补偿单元53的控制起作用以便位置误差会聚为0。
接着，在步骤S9，用近似逆运动学计算单元54对在步骤S2中计算得到的雅可比矩阵Jir(JLr或JRr)的逆矩阵施以乘法运算，由此利用近似逆运动学计算单元54，将位置误差补偿输出uire(uLre或uRre)从有关手尖位置的误差的值转换成为有关关节角度的误差的值即关节角度误差补偿输出uiqe(uLqe或uRqe)(利用近似逆运动学计算单元54的处理)。
接着，在步骤S10中，关节角度误差补偿输出uiqe(uLqe或uRqe)从近似逆运动学计算单元54通过D/A板41被提供给5口流量控制电磁阀27，改变施加给5口流量控制电磁阀27的电磁铁的电压，由此空压人工肌肉15a、15b、15c、15d、16a、16b、17a、17b、17c、17d分别被驱动，手臂3(3a或3b)的各关节轴12、13、14的旋转运动、及腰机构2的摆动运动分别发生。
以上的步骤S1～步骤S10作为控制的计算循环反复执行，由此手臂3(3a或3b)及腰机构2的动作的控制得以实现。
接着，对使用图15的序列表及图17A～图17D的动作图进行搬运作业时的动作序列的流程、及控制模式的切换进行说明。
<序列1(基本位)>
在序列1(基本位)中，左手臂3a及右手臂3b为位置控制模式，腰机构2为角度控制模式，左手臂3a、右手臂3b、及腰机构2分别动作，机器人成为图17A所示的基本姿势。
<序列2(左手臂操作)>
在序列2(左手臂操作)中，左手臂3a为阻抗控制模式，在操作者用手90向左手臂3a的第二联杆7的力检测外装罩36施加力时，左手臂3a进行动作，所以通过人(操作者)用手90把持左手臂3a的第二联杆7的力检测外装罩36，而可以操作左手臂3a，经过图17B的状态，向搬运对象物62的下方插入左手臂3a而配置，达到图17C的搬运对象物支承准备状态。
对搬运对象物62进行支承的支承腿63，例如如果为从图17A中箭头U所示的方向观察得到的图即图18所示的结构，可以容易地将手臂插入搬运对象物62的下方而配置。即，在图18中，就支承腿63而言，在下端固定于支承板63d且上端固定有搬运对象物载置板63c的一对纵支柱63a间架设两根横支柱63b而构成，在一对搬运对象物载置板63c上载置有搬运对象物62的状态下，在一对纵支柱63a间具有可以插入左手臂3a及右手臂3b的空间63p。由此，向该空间63p内插入由人(操作者)的手90把持的左手臂3a的第二联杆7的力检测外装罩36而配置，由此可以将左手臂3a的第二联杆7配置在搬运对象物62的一侧的下方。
另外，在进行看护抱起作业时，看护者提起被看护者的上半身或腿部以使其稍稍离开床等，向所形成的间隙插入左手臂3a即可。
<序列3(右手臂操作)>
在序列3(右手臂操作)中，右手臂3b为阻抗控制模式，在操作者用手90向右手臂3b的第二联杆7的力检测外装罩36施加力时，右手臂3b进行动作，所以通过人(操作者)用手90把持右手臂3b的第二联杆7的力检测外装罩36，而可以操作右手臂3b，向搬运对象物62的下方插入右手臂3b而配置(将右手臂3b配置在与图17C的左手臂3a的位置相同的位置，成为搬运对象物支承准备状态)。此时，左手臂3a被切换成位置控制模式，被保持在序列2中操作的位置(图17C的位置)，其姿势被固定
(图进行与17B及图17C的左手臂3a的动作相同的右手臂3b的动作)。
<序列4(关节锁定)>
在序列4(关节锁定)中，左手臂3a及右手臂3b的全部关节9、10、11的各关节锁定机构28进行动作，全部关节9、10、11被固定，左手臂3a及右手臂3b的姿势被固定。此时，右手臂3b被切换成位置控制模式，被保持在序列3中操作的位置(图17C的位置)，此时的姿势被固定。需要说明的是，左手臂3a为被切换成位置控制模式之后的状态，所以成为左手臂3a及右手臂3b双方被切换成位置控制模式的状态，左手臂3a及右手臂3b的姿势分别被固定。
<序列5(升降)>
在序列5(升降)中，腰机构2被切换成阻抗控制，在人(操作者)用手90对左手臂3a或右手臂3b中任意一方的手臂3的第二联杆7的力检测外装罩36施加力时，腰机构2进行动作，所以通过人(操作者)用手90把持第二联杆7的力检测外装罩36来按压第二联杆7，由此成为利用腰机构2的动作使左手臂3a及右手臂3b双方同时上升的动作，实现搬运对象物62的上升，从图17C的搬运对象物支承准备状态成为图17D的搬运对象物提起状态。此时，人(操作者)把持第二联杆7的力检测外装罩36并下拉，由此成为利用腰机构2的动作使左手臂3a及右手臂3b下降的动作，实现搬运对象物62的下降，返回至搬运对象物62由支承腿63支承的图17C的状态。
<序列6(关节锁定开放)>
在序列6(关节锁定开放)中，就搬运对象物62被支承腿63支承的图17C的状态而言，左手臂3a及右手臂3b的全部关节9、10、11的各关节锁定机构28进行动作，全部关节9、10、11的固定被解除。左手臂3a及右手臂3b的各控制直接为位置控制模式，左手臂3a及右手臂3b的各位置被保持。
<序列7(左手臂操作)>
在序列7(左手臂操作)中，就搬运对象物62被支承腿63支承的图17C的状态而言，左手臂3a为阻抗控制模式，在用手90向左手臂3a的第二联杆7的力检测外装罩36施加力时，左手臂3a进行动作，所以通过人(操作者)用手90把持第二联杆7的力检测外装罩36，而可以操作左手臂3a，使左手臂3a脱离由支承腿63支承的搬运对象物62的下方的空间63p，经过图17B的状态，恢复至图17A的初始状态。
<序列8(右手臂操作)>
在序列8(右手臂操作)中，就搬运对象物62被支承腿63支承的图17C的状态而言，右手臂3b为阻抗控制模式，在用手90向右手臂3b的第二联杆7的力检测外装罩36施加力时，右手臂3b进行动作，所以通过人(操作者)用手90保持第二联杆7的力检测外装罩36，而可以操作右手臂3b，使右手臂3b从由支承腿63支承的搬运对象物62的下方的空间63p脱离。以后，返回至序列1，如果反复进行步骤(序列)，则可以连续动作。
动作模式切换单元47，在动作模式切换开关58的前进按钮64被按压时，使以上的动作序列进行至下一个序列，在后退按钮65被按压时，返回至以前的序列，游戏实现一序列的动作，可以进行搬运作业或看护抱起作业。
以上，根据本发明的上述实施方式涉及的机器人，通过具备关节锁定机构28，如果对关节9、10、11实施锁定，则手臂3a、3b可以机构性地(结构上)保持搬运对象物62的重量载荷，所以没有必要具备强力的致动器，可以成为轻量的手臂3。另外，如果使关节9、10、11自由，则可以有效活用手臂结构所致的自由度的大小，可以增加针对搬运对象物62的定位的自由度，可以成为容易使用的机器人。
另外，除了具备关节锁定机构28的手臂3之外，通过具备腰机构2，用于提起重物的强力致动器仅为腰机构2，所以可以以简洁且轻量的构成实现大功率。
另外，通过使关节锁定机构28为单向离合机构，不仅可以在机构上应对搬运对象物62的重量载荷，还对手臂3进行定位，即便在进行了关节锁定之后，也可以对单向离合机构的可动方向进行再调节。即，上述机器人动作控制单元44可以在上述关节锁定机构28为锁定状态时，在上述任意关节中，对作用于上述单向离合机构的可动方向的外力进行上述机器人手臂动作模式，对作用于上述单向离合机构的非可动方向作用的外力不进行上述机器人手臂动作模式。进而，在进行关节锁定后的利用腰机构2的升降动作时，在手臂3接触了位于手臂3下方的物体等的情况下，可以通过单向离合机构减小手臂3对物体等的冲击力，可以确保安全性。
另外，通过具备边进行阻抗控制模式和位置控制模式的切换、及关节锁定机构28的切换边对动作进行控制的控制装置38，可以连续地进行手臂3的定位、搬运对象物62的提起等动作，通过具备力传感器35来进行阻抗控制，实现所谓操作者可以用手直接操作手臂的直觉上容易理解的操作法，进而可以成为容易使用的机器人。
本发明的上述实施方式涉及的机器人，例如如图19所示，可以抱起在床91上就寝的被看护者92，用于搬运的看护作业。在进行看护中的抱起作业时，首先，看护者稍微提起在床91上就寝的被看护者92的上半身，例如看护者(操作者)用手90握住左手臂3a来操作左手臂3a，向被看护者92的上半身的下侧插入左手臂3a。随后，看护者稍微提起被看护者92的腿部，看护者(操作者)用手90握住右手臂3b来操作右手臂3b，向被看护者92的腿部的下侧插入右手臂3b后，用各关节锁定机构28锁定左手臂3a和右手臂3b的各关节9、10、11后，进行利用腰机构2的被看护者92的提起动作即可。
需要说明的是，在本实施方式中，用空压人工肌肉进行手臂3的驱动，但并不限于此，也可以是利用马达进行驱动的构成。即便在利用马达驱动手臂3的情况下，也可通过设定关节锁定机构28，而马达不会受到搬运物的载荷的影响，所以可以是小型且轻量的马达，可以成为轻量的机器人。
另外，在本实施方式中，示出具有2个手臂3a、3b的构成，但并不限于此，如图20所示，也可以是1个手臂3a的构成，即便在该情况下，也可以同样进行搬运物的提起动作，由于手臂的个数少，所以部件数量少，可以成为更轻量的机器人手臂。
另外，在本实施方式中，为利用轮子5的移动型的形态，并不限于这些，即便是图21所示的支柱4被固定在固定台1A的固定型的机器人，也可以进行相同的动作。
另外，在本实施方式中，动作序列如图15所示的动作序列表那样，分别对左手臂3a及右手臂3b进行了操作，但并不限于此，也可以是对任意一方的手臂进行操作，另一手臂的动作同步进行而为相同动作或左右对称的动作。在该情况下，动作模式切换单元47使操作的手臂为阻抗控制模式，使同步的手臂为位置控制模式，在进行相同动作时，使同步的手臂的手尖位置的目标值为被操作的手臂的手尖位置ri(rL或rR)，在进行左右对称的动作时，使同步的手臂的手尖位置的目标值成为仅使所操作的手臂的手尖位置ri(rL或rR)的水平方向成分负向翻转得到的值即可。
另外，如上所述，不是左手臂3a及右手臂3b同步同时活动，而是在操作一方的手臂时，记录手臂的手尖位置ri(rL或rR)的轨道或最终到逹点，随后，在下一个序列中，如果通过位置控制使另一方的手臂到达所记录的轨道最终到达点，则可以按照时间差同步的方式进行动作。
另外，在本实施方式中，关于使腰机构2动作的阻抗控制，使阻抗参数惯性m、粘滞性d、弹性k为恒定值进行了说明，但并不限于此，就动作模式切换单元47而言，也可以设定成改变它们的参数。例如，一开始将粘滞性d设定成例如20那样的较大的值，力传感器35对力进行探测，腰机构2的提起动作开始时，用例如2秒的时间缓慢减少至例如5那样的较小的值。在该情况下，在提起动作开始时粘滞性大，可以防止腰机构2急剧活动。进而，如果继续提起动作，则粘滞性缓慢减小，以更轻的力进行动作。通过如此使阻抗参数可变，即便在重物的提起动作中，也可以安全且顺畅地实现作业。
进而，通过适当组合上述各实施方式中的任意实施方式，可以发挥各自的效果。
产业上的可利用性
本发明的机器人、机器人的控制装置、控制方法、及控制程序，在家庭或福利设施等进行抱起等看护作业的机器人或进行重物等物品的提起、搬运的机器人中是有用的。另外，不限于家庭用机器人，也可以用于产业用机器人、或生产设备等中用于重物等的搬运的可动机构。
本发明参照附图对优选的实施方式进行了充分记述，但对于熟悉该技术的人来说，自然会进行各种变形或修正。这样的变形或修正只要未超出基于技术方案的本发明的范围，就可以理解为被本发明所包含。

Claims (10)

1.一种机器人，其具备：
基座部；
机体部；
机体部移动机构，其用腰关节连接所述基座部和所述机体部且使所述机体部相对于所述基座部进行相对移动；
机器人手臂，其配设在所述机体部且具有多个联杆以及关节锁定机构，所述关节锁定机构可以分别对相互连结所述多个联杆的关节和连结所述多个联杆中一个联杆与所述机体部的关节进行机构固定；
机器人手臂用致动器，其对所述机器人手臂的所述关节进行驱动而驱动所述多个联杆转动；
腰关节用致动器，其经由所述机体部移动机构进行驱动使所述机体部相对于所述基座部进行相对移动；
关节锁定机构用致动器，其对所述关节锁定机构进行驱动；
外力检测装置，其配设在所述机器人手臂上并对操作者施加给所述机器人手臂的外力进行检测；和
机器人动作控制单元，其对所述关节锁定机构用致动器、所述机器人手臂用致动器和所述腰关节用致动器分别进行驱动控制而切换机器人手臂动作模式和机体部移动模式，所述机器人手臂动作模式为将所述机器人手臂的所述任意关节设成自由状态而使所述机器人手臂动作的模式，所述机体部移动模式为将所述机器人手臂的所述任意关节设成锁定状态而使用所述机体部移动机构使所述机体部移动的模式，并且，在所述关节锁定机构进行动作而关节被固定时，所述机器人手臂被切换成位置控制模式的状态，所述机器人手臂的姿势被固定；然后，将所述机体部移动机构切换成阻抗控制；在所述关节锁定机构进行动作而关节的固定被解除时，所述机器人手臂的控制直接为位置控制模式，所述机器人手臂的位置被保持，将所述机体部移动机构切换成角度控制，然后，所述机器人手臂切换成阻抗控制。
2.如权利要求1所述的机器人，其中，
所述机器人动作控制单元，在提起着作业对象的状态时，按照无法解除所述关节锁定机构的所述固定状态的方式实施联锁。
3.如权利要求1～2中任意一项所述的机器人，其中，
所述机体部移动机构是使所述机体部相对于所述基座部绕所述腰部关节大致前后摆动的腰机构。
4.如权利要求3所述的机器人，其中，
所述腰机构是被平移驱动致动器驱动而使所述机体部相对于所述基座部绕所述腰关节大致前后摆动的机构，该平移驱动致动器通过一端固定在所述基座部、另一端固定在所述机体部而对所述腰关节进行驱动。
5.如权利要求1所述的机器人，其中，
所述关节锁定机构是单向离合机构。
6.如权利要求5所述的机器人，其中，
所述机器人动作控制单元，在所述关节锁定机构为锁定状态时，在所述任意关节，针对作用于所述单向离合机构的可动方向的外力，对所述关节锁定机构用致动器、所述机器人手臂用致动器和所述腰关节用致动器分别进行驱动控制而进行所述机器人手臂动作模式，所述机器人手臂动作模式为将所述机器人手臂的所述任意关节设成自由状态而使所述机器人手臂动作的模式，针对作用于所述单向离合机构的非可动方向的外力不进行所述机器人手臂动作模式。
7.如权利要求5所述的机器人，其中，
所述机器人动作控制单元，在所述关节锁定机构为锁定状态时，对所述机器人手臂进行伺服刚性比非锁定状态时的伺服刚性低的位置控制。
8.一种机器人的控制装置，其对机器人的动作进行控制，所述机器人具备：
基座部；
机体部；
机体部移动机构，其用腰关节连接所述基座部和所述机体部且使所述机体部相对于所述基座部进行相对移动；
机器人手臂，其配设在所述机体部且具有多个联杆以及关节锁定机构，所述关节锁定机构可以分别对相互连结所述多个联杆的关节和连结所述多个联杆中的一个联杆与所述机体部的关节进行机构固定；
机器人手臂用致动器，其对所述机器人手臂的所述关节进行驱动而驱动所述多个联杆转动；
腰关节用致动器，其经由所述机体部移动机构进行驱动使所述机体部相对于所述基座部进行相对移动；和
关节锁定机构用致动器，其对所述关节锁定机构进行驱动，
所述机器人的控制装置，其对所述关节锁定机构用致动器、所述机器人手臂用致动器和所述腰关节用致动器分别进行驱动控制而切换机器人手臂动作模式和机体部移动模式，所述机器人手臂动作模式为将所述机器人手臂的所述任意关节设成自由状态而使所述机器人手臂动作的模式，所述机体部移动模式为将所述机器人手臂的所述任意关节设成锁定状态而使用所述机体部移动机构使所述机体部移动的模式，并且，在所述关节锁定机构进行动作而关节被固定时，所述机器人手臂被切换成位置控制模式的状态，所述机器人手臂的姿势被固定；然后，将所述机体部移动机构切换成阻抗控制；在所述关节锁定机构进行动作而关节的固定被解除时，所述机器人手臂的控制直接为位置控制模式，所述机器人手臂的位置被保持，将所述机体部移动机构切换成角度控制，然后，所述机器人手臂切换成阻抗控制。
9.一种机器人的控制方法，其对机器人的动作进行控制，所述机器人具备：
基座部；
机体部；
机体部移动机构，其用腰关节连接所述基座部和所述机体部且使所述机体部相对于所述基座部进行相对移动；
机器人手臂，其配设在所述机体部且具有多个联杆以及关节锁定机构，所述关节锁定机构可以分别对相互连结所述多个联杆的关节和连结所述多个联杆中的一个联杆与所述机体部的关节进行机构固定；
机器人手臂用致动器，其对所述机器人手臂的所述关节进行驱动而驱动所述多个联杆转动；
腰关节用致动器，其经由所述机体部移动机构进行驱动使所述机体部相对于所述基座部进行相对移动；和
关节锁定机构用致动器，其对所述关节锁定机构进行驱动，
所述机器人的控制方法在对所述关节锁定机构用致动器、所述机器人手臂用致动器和所述腰关节用致动器分别进行驱动控制而切换机器人手臂动作模式和机体部移动模式，所述机器人手臂动作模式为将所述机器人手臂的所述任意关节设成自由状态而使所述机器人手臂动作的模式，所述机体部移动模式为将所述机器人手臂的所述任意关节设成锁定状态而使用所述机体部移动机构使所述机体部移动的模式，并且，所述关节锁定机构进行动作而关节被固定时，所述机器人手臂被切换成位置控制模式的状态，所述机器人手臂的姿势被固定；然后，将所述机体部移动机构切换成阻抗控制；在所述关节锁定机构进行动作而关节的固定被解除时，所述机器人手臂的控制直接为位置控制模式，所述机器人手臂的位置被保持，将所述机体部移动机构切换成角度控制，然后，所述机器人手臂切换成阻抗控制。
10.一种使计算机执行机器人的控制程序而控制机器人的方法，其对机器人的动作进行控制，所述机器人具备：
基座部；
机体部；
机体部移动机构，其用腰关节连接所述基座部和所述机体部且使所述机体部相对于所述基座部进行相对移动；
机器人手臂，其配设在所述机体部且具有多个联杆以及关节锁定机构，所述关节锁定机构可以分别对相互连结所述多个联杆的关节和连结所述多个联杆中的一个联杆与所述机体部的关节进行机构固定；
机器人手臂用致动器，其对所述机器人手臂的所述关节进行驱动而驱动所述多个联杆转动；
腰关节用致动器，其经由所述机体部移动机构进行驱动使所述机体部相对于所述基座部进行相对移动；和
关节锁定机构用致动器，其对所述关节锁定机构进行驱动，
所述机器人的控制程序用于使计算机作为机器人动作控制单元发挥功能，所述机器人动作控制单元对所述关节锁定机构用致动器、所述机器人手臂用致动器和所述腰关节用致动器分别进行驱动控制而切换机器人手臂动作模式和机体部移动模式，所述机器人手臂动作模式为将所述机器人手臂的所述任意关节设成自由状态而使所述机器人手臂动作的模式，所述机体部移动模式为将所述机器人手臂的所述任意关节设成锁定状态而使用所述机体部移动机构使所述机体部移动的模式，并且，在所述关节锁定机构进行动作而关节被固定时，所述机器人手臂被切换成位置控制模式的状态，所述机器人手臂的姿势被固定；然后，将所述机体部移动机构切换成阻抗控制；在所述关节锁定机构进行动作而关节的固定被解除时，所述机器人手臂的控制直接为位置控制模式，所述机器人手臂的位置被保持，将所述机体部移动机构切换成角度控制，然后，所述机器人手臂切换成阻抗控制。
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