CN108942960B - 机器人装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人装置。该机器人装置能够呈现更具有趣味性的运动。一种机器人装置，其具有：主体；第1动作体和第2动作体，其在所述主体内以能够进行动作的方式设置；以及控制部，其控制所述第1动作体的动作和所述第2动作体的动作，所述控制部能够以使所述第1动作体向第1方向进行动作的方式控制所述第1动作体，并且，能够以使所述第2动作体向与第1方向不同的第2方向进行动作的方式控制所述第2动作体。

Description

机器人装置

技术领域

本发明涉及一种机器人装置。

背景技术

作为具有球体的形状的机器人装置，存在专利文献1所述的机器人装置。

专利文献1：日本特开2005－046387号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明提供一种与以往技术相比较能够呈现更具有趣味性的运动的机器人装置。

用于解决问题的方案

为了解决上述课题，本申请发明为一种机器人装置，

该机器人装置具有：

主体；

第1动作体和第2动作体，其位于所述主体内并以能够进行动作的方式设置；以及

控制部，其控制所述第1动作体的动作和所述第2动作体的动作，

所述控制部能够以使所述第1动作体向第1方向进行动作的方式控制所述第1动作体，并且，能够以使所述第2动作体向与第1方向不同的第2方向进行动作的方式控制所述第2动作体。

发明的效果

采用本发明，能够提供一种呈现更具有趣味性的运动的机器人装置。

附图说明

图1是表示与发明的实施方式相对应的机器人装置100的外观的一例子的图。

图2是表示与发明的实施方式相对应的机器人装置100的内部结构的一例子的图。

图3是表示与发明的实施方式相对应的机器人装置100内的动作体的结构例的图。

图4是表示与发明的实施方式相对应的机器人装置100的内部结构的一例子的剖视图。

图5是用于说明基于与发明的实施方式相对应的机器人装置100内的动作体的转动的机器人装置100的动作的图。

图6是表示与发明的实施方式相对应的机器人装置100的内部结构的另一例子的图。

图7是表示与发明的实施方式相对应的机器人装置100的硬件结构的一例子的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明发明的例示的实施方式。另外，在各图中，相同的附图标记表示相同的要素。

图1是表示本申请发明所涉及的机器人装置的一实施方式的整体图。机器人装置100构成为具有球状形状的装置，其外壳构成为：第1外壳体，其包括球状上部主体101和球状下部主体111；以及第2外壳体121，其与地面(接地面)接触。在本实施方式中，机器人装置100构成为能够沿着第1外壳体的球状下部主体111的外表面和第2外壳体121的外表面在规定方向上摆动，并且构成为能够以第2外壳体121为中心进行旋转动作。

在球状上部主体101安装有两个盖构件102。各个盖构件102以能够相对于球状上部主体101开闭的方式安装于球状上部主体101，并在关闭的状态下与球状上部主体101一起形成球状面。而且，在盖构件102上，在球状上部主体101内借助臂部连接有未图示的锤部。根据该结构，在机器人装置100的摆动过程中，利用锤部的摆动，盖构件102以与球状上部主体101之间的连接部分为中心在由箭头106表示的方向上上下进行动作。而且，在各盖构件102的内侧收容有手形构件103。手形构件103能够与未图示的臂构件连接并自球状上部主体101以臂的方式突出。开口104相当于机器人装置100的眼睛，例如埋入有LED等发光元件。接合部105为球状上部主体101与球状下部主体111之间的接合部分，且埋入有LED等发光元件。

机器人装置100的主体利用接合部105分割成球状上部主体101和球状下部主体111。机器人装置100的使用者通过将这样的盖构件102、开口104以及接合部105理解为形成机器人装置100的面部的耳朵、眼睛、嘴巴，能够使使用者进一步感受到对机器人装置100的喜爱。另外，还可以将接合部105设为透明的单独构件、或半透明的单独构架，并安装于球状上部主体101与球状下部主体111之间。而且，还可以在球状上部主体101与球状下部主体111之间形成间隙。此外，由于接合部分形成为波浪状，因此，在接合球状上部主体101和球状下部主体111时，能够抑制不同的朝向上的接合。

在球状下部主体111安装有两个盖构件112。各个盖构件112以相对于球状下部主体111可装卸的方式安装于球状下部主体111，并在安装后的状态下与球状下部主体111一起形成球状面。而且，各盖构件112的内侧与未图示的腿构件连接，能够使盖构件112自球状下部主体111以腿的方式突出。自球状下部主体111突出的盖构件112能够与机器人装置100的接地面接触。另外，在本实施方式中，如图1的下侧所示，机器人装置100的朝向将存在眼睛104的一侧设为正面(前侧)，从而指定前后、左右、上下。

接着，参照图2至图4说明机器人装置100的内部机构。图2是表示与本实施方式相对应的机器人装置100的内部结构的一例子的图。图3是从图2所示的内部机构中排除球状下部主体111而表示机器人装置100内的动作体的结构例的图。图4是表示机器人装置100的内部结构的剖视图。图4为图1的A－A线剖视图。但是，为了简单化，盖构件102关闭。

在机器人装置100内设有使球体相对于机器人装置100的正面在前后方向(俯仰轴)上和左右方向(横摆轴)上进行摆动动作的机构。该机构位于球状下部主体111并以互相交叉的方式配置。作为交叉角度，能够设为预先确定的规定值(例如，90度)。

首先，用于使球体在前后方向上进行摆动动作的机构包含臂构件201、动力供给部202、轴承部203、以及平衡重204。臂构件201为跟随自动力供给部202传递的动力在固定角度范围内以规定的转动轴为中心转动的动作体。动力供给部202包含电动机，能够使臂构件201转动。轴承部203支承臂构件201的转动轴而使臂构件201能够转动，并且，具有相对于球状下部主体111对臂构件201进行定位的作用。轴承部203位于将球状下部主体111的轮廓实际上在前后方向上等分的位置，且配置于机器人装置100的内部周面。臂构件201构成为：连接动力供给部202和一侧轴承部203的连接部及连接另一侧轴承部203的连接部；以及臂部，其连接该连接部并作为臂构件201而与该连接部一体化。

平衡重204为位于臂构件201的轴承部203的附近的位置、或臂构件201的端部附近、且利用向下方延伸的支承构件205以垂下的状态保持的锤部。在本实施方式中，对一个臂构件201提供两个平衡重204，但平衡重的数量并不限定于两个，既可以多于两个，也可以是一个。但是，在将平衡重的数量设为1的情况下，根据与对另一臂构件211提供的平衡重的位置之间的关系来确定配置位置。平衡重204以在其位于最下侧的位置且静止的状态下机器人装置100不滚动、且不倾斜地静止的方式相对于臂构件201配置。

通过这样地自臂构件201借助支承构件205配置平衡重204，能够利用臂构件201的转动，简单地变更机器人装置100的重心位置，从而实现机器人装置100的前后方向上的摆动动作。参照图5更详细地进行说明。

同样，用于使球体在左右方向上进行摆动动作的机构包含臂构件211、动力供给部212、轴承部213、以及平衡重214。臂构件211为跟随自动力供给部212传递的动力而在固定角度范围内以规定的转动轴为中心转动的动作体。动力供给部212包含电动机，能够使臂构件转动。轴承部213支承臂构件211的转动轴而使臂构件211能够转动，并且，具有相对于球状下部主体111对臂构件211进行定位的作用。轴承部213位于将球状下部主体111的轮廓实际上在左右方向上等分的位置，且配置于机器人装置100的内周面。臂构件211构成为：连接动力供给部212和一侧轴承部213的连接部及连接另一侧轴承部213的连接部；以及臂部，其连接该连接部并作为臂构件211与该连接部一体化。

平衡重214为位于臂构件211的轴承部213的附近的位置、或臂构件211的端部附近、且利用向下方延伸的支承构件215以垂下的状态保持的锤部。在本实施方式中，对一个臂构件211提供有两个平衡重214，但平衡重的数量并不限定于两个，既可以多于两个，也可以为一个。但是，在将平衡重的数量设为1的情况下，根据与对另一臂构件201提供的平衡重的位置之间的关系来确定配置位置。平衡重214也以在其位于最下侧且静止的状态下机器人装置100不滚动、且不倾斜地静止的方式相对于臂构件211配置。

通过这样地自臂构件211借助支承构件215配置平衡重214，能够利用臂构件211的转动，简单地变更机器人装置100的重心位置，从而实现机器人装置100的左右方向上的摆动动作。参照图5更详细地进行说明。

臂构件201、211构成为沿着轴承部203、213向下方延伸的第1部分(连接部)和连接该第1部分的沿水平方向延伸的第2部分(臂部)。在此，如图4中由点划线401所示，轴承部203和轴承部213相对于球状下部主体111在上下方向上实际配置于相同的高度。因而，驱动臂构件201时的驱动轴的位置和驱动臂构件211时的驱动轴的位置成为相同的高度。于是，以臂构件201与臂构件211不接触的方式，在臂构件201的第1部分和臂构件211的第1部分中使长度不同。在本实施方式中，臂构件211的第1部分的长度较长。与其相对应地，臂构件201使支承构件205的长度延长，臂构件211使支承构件215缩短。由此，如点划线402所示，使平衡重204与平衡重214的位置相同。

这样一来，由于自分别使臂构件201和臂构件211转动的转动轴401到平衡重的位置402的距离在臂构件201和臂构件211中相等，因此，使臂构件201或臂构件211摆动的情况下的重心的偏移量相同，能够使机器人装置100的动作在前后方向(俯仰轴)上和左右方向(横摆轴)上相同。

接着，说明利用臂构件的转动使机器人装置100进行的摆动动作。图5是用于说明与机器人装置100内的动作体的转动相对应的机器人装置100的动作的图。在图5中，机器人装置100位于作为接地面的地面500上。此时，臂构件211为初始状态且平衡重214位于最低的位置。而且，机器人装置100的重心位置位于穿过机器人装置100的中心的点划线501上，且重心位置未变动。因而，机器人装置100在静止下能够稳定地位于地面500上。

相对于此，在使臂构件211向箭头502的方向转动时，由于平衡重214的位置向右上方移动，因此，机器人装置100的重心位置自点划线501向右方偏移，并且，向上侧移动。此时，由于机器人装置100的主体具有球形状，因此，机器人装置100在地面500上向箭头503的方向滚动，从而抵消重心位置的偏移。换言之，机器人装置100与地面500之间的设置位置向箭头503的方向移动。由此，上升的平衡重214的位置下降与机器人装置100滚动的量相对应的量，能够相对地减小重心位置的变化。

此时，臂构件211的转动角度能够设为预先确定的规定值(例如，90度)以内。通过将臂构件211的转动角度限制在规定值以内，即使在机器人装置100内的空间较窄的情况下，通过与另一臂构件的转动动作合并，也能够使机器人装置100进行期望的动作。而且，臂构件211的转动角度能够设为与使机器人装置100摆动的程度相对应的大小。在要较小程度地摆动的情况下，减小转动角度即可，在要较大程度地摆动的情况下，增大转动角度即可。而且，能够利用平衡重214的重量、或数量来控制摆动的程度。在要更大程度地摆动的情况下，变更为更重的平衡重214即可，或者，增加平衡重214的数量即可。而且，能够利用使臂构件211转动的次数来控制摆动的程度。在要更大程度地摆动的情况下，增大转动角度并且增加次数即可。另外，即使在减小摆动的程度的情况下，也能够通过增加次数来持续摆动动作状态。

接着，在使臂构件211向与箭头502相反方向的箭头504的方向转动时，由于平衡重214的位置向左下方移动，因此，机器人装置100的重心位置再次返回到点划线501上，并且，向下侧移动。此时，机器人装置100已向箭头503方向转动。于是，为了再次抵消重心位置的变化，这一次，机器人装置100在地面500上向箭头505方向转动。换言之，机器人装置100与地面500之间的设置位置向箭头505的方向移动。

通过重复以上的臂构件211的转动动作，机器人装置100以消除由臂构件211的转动动作产生的重心位置的变化的方式转动，因此，作为结果，能够实现摆动运动。

以上说明了臂构件211，摆动动作的动作原理在臂构件201的情况下也相同。但是，在臂构件201和臂构件211中，由于转动的方向在前后方向和左右方向上不同，因此，摆动方向不同。

而且，上述说明了开始摆动动作的情况下的臂构件的动作，以下说明结束摆动动作的情况下的臂构件的动作。在机器人装置100中，如图6所示，可以在装置下侧设有配重，若停止臂构件的转动动作，则自然地机器人装置100自身的摆动的幅度减小，最终结束摆动并在原来的位置停止。

而且，除了这样的自然停止以外，还能够通过使臂构件转动而强制性地停止摆动。机器人装置100的摆动动作的原理在于基于臂构件的转动以及平衡重的移动来抵消重心位置变化。在该原理中，由于机器人装置100向重心位置产生了变化的方向滚动，因此，若使臂构件向与机器人装置100进行转动的方向相反的方向转动，则重心位置以妨碍机器人装置100自身的转动力的方式变化，因此，能够强制性地降低摆动速度。

例如，在机器人装置100向箭头505所示的方向进行转动的情况下，若使臂构件211向箭头502的方向转动，则重心的变化以使机器人装置100向箭头503的方向转动的方式发挥作用，因此，妨碍向箭头505的方向的转动，作为结果，能够妨碍摆动运动。这样一来，通过使臂构件以与机器人装置100的摆动动作相反的相位进行动作，能够谋求停止时间的缩短化。另外，机器人装置100的摆动动作的状态例如能够利用加速度传感器等进行检测。

接着，参照图6说明机器人装置100的底面结构。图6是表示机器人装置100的内部结构的另一例子的图。机器人装置100的底面能够以转动轴600为中心转动。转动方向并不限定于一个方向。

在机器人装置100的底面配置有动力供给部601，动力供给部601利用保持板602相对于球状下部主体111固定。而且，动力供给部601的转动力传递到底面构件604，构成为机器人装置100的除底面构件604以外的部分相对于底面构件604旋转。在此，底面构件604对应于图1的第2外壳121。底面构件604与地面500之间的接触面的至少一部分由具有规定的摩擦的构件(例如，橡胶等)构成，或进行使摩擦系数升高的表面精加工，在动力供给部601的转动力传递到底面构件604时，在该摩擦力的作用下，底面构件604相对于地面500不会旋转而以几乎静止的状态维持。而且，为了增大底面构件604与地面500之间的接地面积，底面构件604能够以接地面侧变得更加平坦的方式构成。由此，底面构件604的外表面的曲率半径R1成为与球状下部主体111的该表面的曲率半径R2不同的值，并成为R1＞R2。

在本实施方式中，在自动力供给部601供给的转动力的作用下，机器人装置100旋转。此时，与底面构件604接触的构件603以使动力供给部601的转动力可靠地传递至机器人装置100的主体的方式固定于球状下部主体111。而且，通过在底面构件604设置多个空隙605等，能够减小与构件603之间的接触接触面积并降低摩擦，从而使机器人装置100主体相对于底面构件604容易旋转。

而且，在机器人装置100的底部侧，在底面构件604的附近、例如机器人装置100的内周面、且在底面构件604的周围配置有规定的配重606。通过配置该配重606从而降低机器人装置100的重心。

接着，参照图7说明与发明的实施方式相对应的硬件结构。机器人装置100作为其结构能够具有控制部701、检测部702、摆动用电动机703、旋转用电动机704、以及输出部705。这些结构记载为用于说明上述发明的实施方式的结构，还可以具有其他的结构。

控制部701控制机器人装置100的动作整体。控制部701根据检测部702的检测结果控制摆动用电动机703和旋转用电动机704。摆动用电动机703相当于图2的动力供给部202、212。控制部701通过控制摆动用电动机703的动作，从而实现机器人装置100的摆动动作和摆动停止动作。而且，旋转用电动机704相当于图6的动力供给部601。控制部701通过控制旋转用电动机704的动作，从而实现机器人装置100的旋转动作和旋转停止动作。

在本实施方式中，控制部701不同时驱动多个电动机。即，在驱动摆动用电动机703的情况下，不驱动旋转用电动机704。同时，在驱动旋转用电动机704的情况下，不驱动摆动用电动机703。而且，在摆动用电动机703中，在对动力供给部202进行驱动的情况下，不驱动动力供给部212，在对动力供给部212进行驱动的情况下，不驱动动力供给部202。另外，通过同时驱动多个电动机、例如同时驱动两个摆动用电动机703，能够使机器人装置100向斜方向(右前左后方向、左前右后方向)进行摆动动作，而且，通过同时驱动摆动用电动机703和旋转用电动机704，还能够进行更复杂的摆动动作。

控制部701还控制输出部705的动作。例如，输出部705能够包含埋入于图1的开口104的LED等发光元件、埋入于接合部105的LED等发光元件这样的发光部。而且，输出部705还能够作为声音输出部发挥功能，能够包含进行声音输出的扬声器。控制部701能够根据检测部702的检测结果、机器人装置100的摆动动作、旋转动作控制这些发光元件的发光。而且，此时，还能够进行规定的声音输出。

检测部702能够包含加速度传感器那样的检测机器人装置100的动作的传感器。控制部701通过根据来自加速度传感器的输出信号判断机器人装置100的摆动状态，并控制摆动用电动机703，能够实现摆动动作和摆动停止动作。而且，在进行旋转动作的情况下，控制部701能够根据检测部702的检测结果判定机器人装置100的摆动是否完全停止，在判断为摆动完全停止之后，开始旋转动作。

检测部702还能够包含检测来自外部的声音输入的像麦克风那样的声音检测单元。该情况下，控制部701能够分析利用麦克风检测到的声音的内容，并借助输出部705的扬声器输出与分析结果相对应的声音。此时，可以使发光元件的发光形态以成为与所输出的声音内容一致的图案的方式变化。而且，检测部702能够包含多个麦克风。控制部701能够根据利用多个麦克风检测的声音的大小等信息，指定声音的发生源的方向。控制部701在能够指定声音的发生源的方向时，通过使旋转用电动机704进行动作并使机器人装置100旋转，能够以机器人装置100的正面朝向该方向的方式控制机器人装置100。

Claims (21)

1.一种机器人装置，其中，

该机器人装置具有：

主体；

第1动作体和第2动作体，其位于所述主体内并以能够进行动作的方式设置；以及

控制部，其控制所述第1动作体的动作和所述第2动作体的动作，

所述控制部能够以使所述第1动作体向第1方向进行动作的方式控制所述第1动作体，并且，能够以使所述第2动作体向与第1方向不同的第2方向进行动作的方式控制所述第2动作体，

所述第1动作体包含第1锤部和支承所述第1锤部的第1臂部，

所述第2动作体包含第2锤部和支承所述第2锤部的第2臂部，

所述第1动作体和所述第2动作体以所述第1臂部和所述第2臂部在所述主体内交叉的方式设置，

所述主体利用第1外壳体和能够与接地面接触的第2外壳体形成为球体形状，

所述机器人装置构成为利用所述第1臂部或所述第2臂部的转动，能够沿着所述第1外壳体和所述第2外壳体中的至少任一者的外表面摆动，

所述机器人装置还具有第3动力供给部，该第3动力供给部供给用于使所述第1外壳体相对于所述第2外壳体旋转的第3动力。

2.根据权利要求1所述的机器人装置，其中，

所述第1动作体还能够向作为与所述第1方向相反的方向的第3方向进行动作，

所述第2动作体还能够向作为与所述第2方向相反的方向的第4方向进行动作。

3.根据权利要求1或2所述的机器人装置，其中，

所述第1动作体能够在所述第1方向上在第1角度内进行动作，

所述第2动作体能够在所述第2方向上在所述第1角度内进行动作。

4.根据权利要求1所述的机器人装置，其中，

所述第1动作体包含多个所述第1锤部，

以相对于所述第1臂部垂下的状态在所述第1臂部的一侧的端部附近和所述第1臂部的另一侧的端部附近分别至少设有一个第1锤部，

所述第2动作体包含多个所述第2锤部，

以相对于所述第2臂部垂下的状态在所述第2臂部的一侧的端部附近和所述第2臂部的另一侧的端部附近分别至少设有一个第2锤部。

5.根据权利要求1所述的机器人装置，其中，

在所述主体内，所述第1臂部在比所述第2臂部靠上侧的位置与所述第2臂部交叉。

6.根据权利要求1所述的机器人装置，其中，

所述第1锤部和所述第2锤部在所述主体内相对于所述主体的接地面设于同一高度位置。

7.根据权利要求1所述的机器人装置，其中，

所述第1臂部和所述第2臂部在所述主体的内侧以能够摆动的方式设置。

8.根据权利要求1所述的机器人装置，其中，

该机器人装置还具有：

第1动力供给部，其向所述第1动作体供给第1动力；以及

第2动力供给部，其向所述第2动作体供给第2动力，

所述第1动作体还包含连接所述第1动力供给部和所述第1臂部的第1连接部，

所述第2动作体还包含连接所述第2动力供给部和所述第2臂部的第2连接部。

9.根据权利要求8所述的机器人装置，其中，

所述第1臂部构成为利用经由所述第1连接部由所述第1动力供给部供给的所述第1动力能够摆动，

所述第2臂部构成为利用经由所述第2连接部由所述第2动力供给部供给的所述第2动力能够摆动。

10.根据权利要求8所述的机器人装置，其中，

在所述控制部中，

通过控制所述第1动力供给部和所述第2动力供给部，从而控制所述第1动作体的动作和所述第2动作体的动作，

在控制所述第1动力供给部而使所述第1动作体进行动作的过程中，以使所述第2动作体不进行动作的方式控制所述第2动力供给部，

在控制所述第2动力供给部而使所述第2动作体进行动作的过程中，以使所述第1动作体不进行动作的方式控制所述第1动力供给部。

11.根据权利要求1或2所述的机器人装置，其中，

所述主体构成为利用所述第1动作体的动作或所述第2动作体的动作能够摆动，

所述控制部以如下方式进行控制：在所述主体的摆动动作过程中，使所述第1动作体或所述第2动作体以与所述主体的摆动动作相反的相位进行动作。

12.根据权利要求11所述的机器人装置，其中，

所述控制部以如下方式进行控制：在所述主体的摆动动作过程中，通过使所述第1动作体、或所述第2动作体以与所述主体的摆动动作相反的相位进行动作，与不以该相反的相位进行动作的情况相比，到所述主体的摆动停止为止的时间缩短。

13.根据权利要求1或2所述的机器人装置，其中，

所述第1外壳体的外表面的曲率半径与第2外壳体的外表面的曲率半径不同。

14.根据权利要求1或2所述的机器人装置，其中，

构成为利用所述第1动作体的动作、或所述第2动作体的动作，能够从所述第2外壳体的至少一部分与接地面接触、且所述第1外壳体未与所述接地面接触的第1动作状态向所述第1外壳体的至少一部分和所述第2外壳体的至少一部分与所述接地面接触的第2动作状态转移。

15.根据权利要求1或2所述的机器人装置，其中，

所述第2外壳体的外表面的至少一部分由降低相对于接地面的滑动的构件构成。

16.根据权利要求1或2所述的机器人装置，其中，

在所述主体内，在所述第2外壳体的附近还具有第3锤部。

17.根据权利要求1或2所述的机器人装置，其中，

所述控制部在使所述第1动作体或所述第2动作体进行动作的情况下，控制所述第3动力供给部，以使所述第1外壳体相对于所述第2外壳体不进行旋转。

18.根据权利要求1或2所述的机器人装置，其中，

该机器人装置还具有检测声音输入的声音检测部，

所述控制部根据利用所述声音检测部检测到的声音判断该声音的发生源的方向，

且控制所述第3动力供给部，以使所述机器人装置朝向已判断的方向。

19.根据权利要求1或2所述的机器人装置，其中，

在所述第1外壳体形成有面部。

20.根据权利要求1或2所述的机器人装置，其中，

所述第1外壳体具有发光部，

所述第1外壳体以能够分割的方式接合一侧的外壳体和另一侧的外壳体，

所述发光部以经由接合所述一侧的外壳体和另一侧的外壳体的接合部、或形成于所述一侧的外壳体与另一侧的外壳体之间的间隙可见的方式发光。

21.根据权利要求1或2所述的机器人装置，其中，

该机器人装置还具有：

声音输出部；以及

声音检测部，其检测声音输入，

所述控制部控制所述声音输出部，以使其输出与所述声音检测部检测到的声音相对应的声音。

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