DE112018001700T5

DE112018001700T5 - Für Robotergelenk geeignete Gelenkstruktur

Info

Publication number: DE112018001700T5
Application number: DE112018001700.1T
Authority: DE
Inventors: Takamitsu IKOMA; Kaname HAYASHI; Minoru Koizumi
Original assignee: Groove X Inc
Current assignee: Groove X Inc
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2019-12-24
Also published as: CN110382181B; CN110382181A; WO2018181640A1; GB2574755A; US20190390704A1; US11519456B2; JP2019214119A; JP6575005B2; JPWO2018181640A1; GB2574755B; GB201913439D0

Abstract

Eine Gelenkstruktur wird verwendet, um eine erste Region und eine zweite Region eines Roboters zu verbinden. Die Gelenkstruktur beinhaltet ein erstes Glied, das in der ersten Region vorgesehen ist, ein zweites Glied, das in der zweiten Region vorgesehen ist und eine Eingriffsfläche aufweist, die mit dem ersten Glied in Eingriff steht, und einen Kopplungsmechanismus, der bewirkt, dass eine Kopplungskraft des ersten Glieds und des zweiten Glieds vollständig genutzt wird, sodass ein Eingriffszustand des ersten Glieds und des zweiten Glieds beibehalten wird. Der Kopplungsmechanismus unterbricht den Eingriffszustand, wenn eine relative Verschiebung des ersten Glieds und des zweiten Glieds aus dem Eingriffszustand einen vorbestimmten Betrag überschreitet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gelenkstruktur, die mehrere Glieder miteinander koppelt, und betrifft insbesondere eine Gelenkstruktur, die für ein Gelenk eines Roboters geeignet ist.
Stand der Technik
Es gab Fortschritte bei der Entwicklung eines autonom handelnden Roboters, wie beispielsweise eines humanoiden Roboters oder eines Haustierroboters, der einem Menschen Interaktion und Trost bietet (siehe z. B. Patentdokument 1). Diese Art von Roboter ist dergestalt, dass sich das Verhalten durch autonomes Lernen auf der Grundlage einer peripheren Situation weiterentwickelt, und es gibt solche, die eine Existenz erreichen, die der eines Lebewesens nahekommt.
Patentdokument 1: JP-A-2000-323219
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Man beachte, dass es auch vorgesehen ist, dass der Roboter im Zuge des autonomen Lernens auf ein Hindernis treffen oder auf einer Stufe stolpern und umfallen könnte, wenn er sich im Innenbereich bewegt. Alternativ kann der Roboter ein Objekt anheben, das sich im Innenbereich befindet. In einem solchen Fall könnte eine unerwartete Belastung auf ein Gelenk des Roboters ausgeübt werden. Da sich das Verhalten dieser Art von Roboter weiterentwickelt, ist es schwierig, den Roboter zu entwerfen und dabei im Voraus einen Bereich von ausgeübten Lasten vorzusehen.
Da die Erfindung eine Erfindung ist, die auf einer Erkenntnis des zuvor beschriebenen Problems beruht, besteht eine Aufgabe darin, eine Gelenkstruktur bereitzustellen, die für ein Gelenk eines Roboters geeignet ist.
Lösung des Problems
Ein Aspekt der Erfindung ist eine Gelenkstruktur, die beim Verbinden einer ersten Region und einer zweiten Region eines Roboters verwendet wird. Die Gelenkstruktur beinhaltet ein erstes Glied, das in der ersten Region vorgesehen ist, ein zweites Glied, das in der zweiten Region vorgesehen ist und eine Eingriffsfläche aufweist, die mit dem ersten Glied in Eingriff steht, und einen Kopplungsmechanismus, der bewirkt, dass eine Kopplungskraft des ersten Glieds und des zweiten Glieds vollständig genutzt wird, sodass ein Eingriffszustand des ersten Glieds und des zweiten Glieds beibehalten wird. Der Kopplungsmechanismus unterbricht den Eingriffszustand, wenn eine relative Verschiebung des ersten Glieds und des zweiten Glieds aus dem Eingriffszustand einen vorbestimmten Betrag überschreitet.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ebenfalls eine Gelenkstruktur. Die Gelenkstruktur beinhaltet ein erstes Glied, eine erste Welle, die von dem ersten Glied gestützt wird, eine zweite Welle, die über ein Gelenk mit der ersten Welle so verbunden ist, dass sie schwenken kann, und ein zweites Glied, das von der zweiten Welle gestützt wird. Ein Durchgangsweg, der die erste Welle und die zweite Welle durchdringt, ist ausgebildet, und die Verdrahtung wird durch den Durchgangsweg eingeführt.
Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Roboter, bei dem eine erste Region und eine zweite Region verbunden sind. Der Roboter beinhaltet ein erstes Glied, das die erste Region konfiguriert, ein zweites Glied, das die zweite Region konfiguriert und eine Eingriffsfläche aufweist, die mit dem ersten Glied in Eingriff steht, und einen Kopplungsmechanismus, der bewirkt, dass eine Kopplungskraft des ersten Glieds und des zweiten Glieds vollständig genutzt wird, sodass ein Eingriffszustand des ersten Glieds und des zweiten Glieds beibehalten wird. Der Kopplungsmechanismus unterbricht den Eingriffszustand, wenn eine relative Verschiebung des ersten Glieds und des zweiten Glieds aus dem Eingriffszustand einen vorbestimmten Betrag überschreitet.
Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ebenfalls ein Roboter. Der Roboter beinhaltet ein erstes Glied, das eine erste Region konfiguriert, eine erste Welle, die von dem ersten Glied gestützt wird, eine zweite Welle, die über ein Gelenk mit der ersten Welle verbunden ist, um zum Schwenken in der Lage zu sein, und ein zweites Glied, das von der zweiten Welle gestützt wird und die zweite Region konfiguriert. Ein Durchgangsweg, der die erste Welle und die zweite Welle durchdringt, ist ausgebildet, und die Verdrahtung wird durch den Durchgangsweg eingeführt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der Erfindung kann eine Gelenkstruktur bereitgestellt werden, die für ein Gelenk eines Roboters geeignet ist.
Figurenliste

1 ist eine Zeichnung, die ein äußeres Erscheinungsbild eines Roboters gemäß einer Ausführungsform darstellt.
2 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Aufbau des Roboters darstellt.
3 ist eine Seitenansicht, die die Struktur des auf einem Rahmen zentrierten Roboters darstellt.
4 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Robotersystems.
5 ist eine schematische Ansicht einer Emotionskarte.
6 ist ein Hardwarekonfigurationsdiagramm des Roboters.
7 ist ein funktionelles Blockdiagramm des Robotersystems.
8 ist eine perspektivische Ansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild eines Horns darstellt.
9 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Gelenkmechanismus darstellt.
10 sind Schnittansichten, die eine innere Struktur des Gelenkmechanismus darstellen.
11 sind Schnittansichten, die die innere Struktur des Gelenkmechanismus darstellen.
12 ist eine Darstellung, die eine die Drehung einschränkende Struktur eines zweiten Glieds darstellt.
13 sind Zeichnungen, die ein Beispiel für einen Trennungsvorgang (Eingriffsunterbrechung) des zweiten Glieds zeigen.
14 sind Schnittansichten, die eine Gelenkstruktur gemäß einem geänderten Beispiel darstellen.
15 ist eine Schnittansicht, die eine Gelenkstruktur nach einem weiteren geänderten Beispiel darstellt.
16 sind Schnittansichten, die eine Gelenkstruktur nach einem weiteren geänderten Beispiel darstellen.
17 ist eine Schnittansicht, die eine Gelenkstruktur nach einem weiteren geänderten Beispiel darstellt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Ausführungsform der Erfindung ausführlich beschrieben. In der folgenden Beschreibung kann aus Gründen der Zweckmäßigkeit eine Positionsbeziehung jeder Struktur mit einem in den Zeichnungen gezeigten Zustand als Referenz ausgedrückt werden. Außerdem werden in der folgenden Ausführungsform und geänderten Beispielen davon die gleichen Bezugszeichen praktisch identischen Komponenten zugeordnet, und eine Beschreibung davon kann gegebenenfalls weggelassen werden.
Die Ausführungsform beinhaltet eine Struktur, die auf der sogenannten Versetzung bei einem Menschen oder einem Tier basiert, sodass ein Abschnitt, in dem eine erste Region und eine zweite Region verbunden sind, wie beispielsweise ein Gelenk eines Roboters, nicht leicht zerstört wird. Das heißt, eine in einer Fabrik oder dergleichen verwendete Maschine mit einem Arm ist dergestalt, dass im Voraus ein Bereich einer zu handhabenden Last bestimmt wird, und die Maschine ist so konzipiert, dass sie sich ideal bewegt, ohne zerstört zu werden, vorausgesetzt, die Last liegt innerhalb des Bereichs. Währenddessen ist ein Roboter, der die Nutzung in einem Heim als eine Hauptaufgabe hat, dergestalt, dass ein Lastbereich schwer zu ermitteln ist. Wenn ausreichend Spielraum in einer Tragfähigkeit zur Verfügung gestellt wird, wird der Roboter zu einem Roboter einer Schwergewichtsklasse, wie ein Industrieroboter, und die Nutzung in einem Heim ist schwierig. Dennoch ist die Tragfähigkeitskonzeption innerhalb eines bisher in einem Heim zulässigen Bereichs dergestalt, dass beim Ausüben einer Last auf einen Roboter, die eine vorgesehene Grenze überschreitet, ein Gelenk oder dergleichen des Roboters bricht. Insbesondere verhält sich ein autonom handelnder Roboter, dessen Entwicklung seit den vergangenen Jahren gefördert wird, entsprechend einer Auswahl durch den Roboter selbst, und weil sich das Verhalten des Roboters weiterentwickelt, ist die Vorhersage eines Bereichs einer Last, die auf ein Gelenk ausgeübt werden könnte, schwierig. Daher wird in der Ausführungsform eine Konstruktion realisiert, bei der, wenn eine Last, die eine Grenze überschreitet, auf ein Gelenk einwirkt, bewusst eine als Versetzung bezeichnete kontrollierte Zerstörung verursacht wird, wodurch die Last abgelenkt und eine Zerstörung verhindert wird. Im Folgenden werden Einzelheiten dazu beschrieben.
1 ist eine Zeichnung, die ein äußeres Erscheinungsbild eines Roboters 100 gemäß der Ausführungsform darstellt. 1 (a) ist eine Vorderansicht und 1(b) ist eine Seitenansicht.
Der Roboter 100 in der Ausführungsform ist ein autonom handelnder Roboter, der eine Handlung oder Geste basierend auf einer äußeren Umgebung und einem internen Zustand bestimmt. Die äußere Umgebung wird durch verschiedene Arten von Sensoren erkannt, wie beispielsweise eine Kamera oder einen Thermosensor. Der innere Zustand wird als verschiedene Parameter quantifiziert, die Emotionen des Roboters 100 ausdrücken.
Unter der Voraussetzung einer Innenraumhandlung weist der Roboter 100 beispielsweise einen Innenbereich eines Eigenheims als einen Handlungsbereich auf. Im Folgenden wird ein mit dem Roboter 100 beschäftigter Mensch als „Benutzer“ bezeichnet, und ein Benutzer, der ein Mitglied eines Haushalts ist, zu dem der Roboter 100 gehört, wird als „Besitzer“ bezeichnet.
Ein Körper 104 des Roboters 100 hat überall eine abgerundete Form und beinhaltet eine Außenhaut, die aus einem weichen Material ausgebildet ist, das Elastizität aufweist, wie beispielsweise Urethan, Gummi, ein Harz oder eine Faser. Der Roboter 100 kann bekleidet sein. Durch die Annahme des abgerundeten, weichen und angenehm zu berührenden Körpers 104 vermittelt der Roboter 100 dem Benutzer ein Gefühl der Sicherheit und ein angenehmes taktiles Gefühl.
Ein Gesamtgewicht des Roboters 100 beträgt 15 Kilogramm oder weniger, vorzugsweise 10 Kilogramm oder weniger und am besten 5 Kilogramm oder weniger. Eine Höhe des Roboters 100 beträgt 1,2 Meter oder weniger oder vorzugsweise 0,7 Meter oder weniger. Der Benutzer kann den Roboter 100 mit einer Anstrengung halten, die dem des Haltens eines sehr kleinen Babys entspricht.
Der Roboter 100 beinhaltet drei Räder für das Fortbewegen auf drei Rädern. Wie in den Zeichnungen gezeigt, beinhaltet der Roboter 100 ein Paar Vorderräder 102 (ein linkes Rad 102a und ein rechtes Rad 102b) und ein Hinterrad 103. Die Vorderräder 102 sind Antriebsräder, und das Hinterrad 103 ist ein angetriebenes Rad. Obwohl die Vorderräder 102 keinen Lenkmechanismus aufweisen, können die Drehzahl und die Drehrichtung individuell gesteuert werden. Das Hinterrad 103 ist aus einem sogenannten Omni-Rad ausgebildet und dreht sich frei, um zu bewirken, dass sich der Roboter 100 vorwärts und rückwärts sowie nach links und rechts bewegt. Durch das Steuern, dass die Drehzahl des rechten Rades 102b größer ist als die des linken Rades 102a, kann sich der Roboter 100 nach links drehen oder sich gegen den Uhrzeigersinn drehen. Durch das Steuern, dass die Drehzahl des linken Rades 102a größer ist als die des rechten Rades 102b, kann sich der Roboter 100 nach rechts drehen oder sich gegen den Uhrzeigersinn drehen.
Die Vorderräder 102 und das Hinterrad 103 können mittels eines Antriebsmechanismus (ein Schwenkmechanismus und ein Verbindungsmechanismus) vollständig in dem Körper 104 untergebracht werden, wie im Folgenden beschrieben. Ein größerer Abschnitt von jedem Rad ist von dem Körper 104 auch beim Fortbewegen verdeckt, aber wenn jedes Rad vollständig in dem Körper 104 untergebracht ist, befindet sich der Roboter 100 in einem Zustand der Bewegungsunfähigkeit. Das heißt, der Körper 104 senkt sich ab und sitzt auf einer Bodenfläche, begleitet von einem Vorgang der Aufnahme der Räder. Im sitzenden Zustand kommt eine in einem Bodenabschnitt des Körpers 104 ausgebildete flache Sitzfläche 108 (eine Bodenunterseite) mit der Bodenfläche F in Berührung.
Der Roboter 100 weist zwei Arme 106 auf. Die Arme 106 weisen keine Funktion des Greifens eines Objekts auf. Die Arme 106 sind fähig, einfache Handlungen wie beispielsweise Heben, Winken und Schwingen auszuführen. Die beiden Arme 106 können auch einzeln gesteuert werden.
Zwei Augen 100 sind in einer Kopfabschnitt-Vorderseite (ein Gesicht) des Roboters 100 vorgesehen. Eine hochauflösende Kamera 402 ist in dem Auge 110 integriert. Das Auge 110 ist unter Verwendung eines Flüssigkristallelements oder eines organischen EL-Elements auch zur Bildanzeige in der Lage. Ein Lautsprecher ist integriert, und der Roboter 100 ist auch zur einfachen Sprache in der Lage. An einem Scheitelabschnitt des Roboters 100 ist ein Horn 112 befestigt.
Eine omnidirektionale Kamera 400 (eine erste Kamera) ist im Horn 112 des Roboters 100 der Ausführungsform integriert. Die omnidirektionale Kamera 400 kann mit einem Fischaugenobjektiv in alle Richtungen auf- und abwärts und links und rechts (360 Grad: insbesondere praktisch alle Bereiche über dem Roboter 100) zur selben Zeit filmen. Die im Auge 110 integrierte hochauflösende Kamera 402 (eine zweite Kamera) kann nur in eine Richtung vor dem Roboter 100 filmen. Ein Aufnahmebereich der omnidirektionalen Kamera 400 ist groß, aber die Auflösung ist niedriger als die der hochauflösenden Kamera 402.
Darüber hinaus sind im Roboter 100 verschiedene Sensoren integriert, wie z. B. ein Temperatursensor (Thermosensor), der eine periphere Temperaturverteilung in ein Bild umwandelt, eine Mikrofonanordnung, die mehrere Mikrofone aufweist, ein Formmesssensor (Tiefensensor), der eine Form eines Messziels messen kann, sowie ein Ultraschallwellensensor.
2 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Aufbau des Roboters 100 darstellt. 3 ist eine Seitenansicht, die die Struktur des auf einem Rahmen zentrierten Roboters 100 darstellt. 2 entspricht einem Schnitt entlang eines A-A-Pfeils von 3.
Wie in 2 gezeigt, beinhaltet der Körper 104 des Roboters 100 einen Grundrahmen 308, einen Hauptkörperrahmen 310, ein Radabdeckungspaar 312 und eine Außenhaut 314. Der Grundrahmen 308 ist aus Metall ausgebildet und trägt einen inneren Mechanismus zusammen mit dem Konfigurieren einer Welle des Körpers 104. Der Grundrahmen 308 ist durch eine obere Platte 332 und eine untere Platte 334 konfiguriert, die vertikal durch mehrere Seitenplatten 336 verbunden sind. Zwischen den mehreren Seitenplatten 336 ist ein ausreichender Abstand vorgesehen, sodass eine Belüftung durchgeführt werden kann. Eine Batterie 118, eine Steuerungsschaltung 342 und verschiedene Arten von Stellgliedern und dergleichen sind im Inneren des Grundrahmens 308 untergebracht.
Der Hauptkörperrahmen 310 ist aus einem Harzmaterial ausgebildet und beinhaltet einen Kopfabschnittsrahmen 316 und einen Rumpfabschnittsrahmen 318. Der Kopfabschnittsrahmen 316 ist von hohler halbkugelförmiger Form und bildet ein Kopfabschnittsrahmentragwerk des Roboters 100 aus. Der Rumpfabschnittsrahmen 318 ist von gestufter zylindrischer Form und bildet ein Rumpfabschnittsrahmentragwerk des Roboters 100 aus. Der Rumpfabschnittsrahmen 318 ist integral mit dem Grundrahmen 308 verbunden. Der Kopfabschnittsrahmen 316 ist an einem oberen Endabschnitt des Rumpfabschnittsrahmens 318 so befestigt, dass er relativ verschiebbar ist.
Drei Wellen, nämlich eine Gierwelle 321, eine Nickwelle 322 und eine Rollwelle 323 sowie die Stellglieder 324 und 325 zum Antreiben jeder Welle, um sie zu drehen, sind im Kopfabschnittsrahmen 316 vorgesehen. Das Stellglied 324 beinhaltet einen Servomotor zum Antreiben der Gierwelle 321. Das Stellglied 325 beinhaltet mehrere Servomotoren zum Antreiben sowohl der Nickwelle 322 als auch der Rollwelle 323. Die Gierwelle 321 wird für eine Kopfschüttelhandlung angetrieben, die Nickwelle 322 wird für eine Nickhandlung, eine Aufwärtsschauhandlung und eine Abwärtsschauhandlung angetrieben und die Rollwelle 323 wird für eine Kopfneigehandlung angetrieben. Eine Platte 326, die von der Gierwelle 321 gestützt wird, ist an einem oberen Abschnitt des Kopfabschnittsrahmens 316 befestigt.
Eine aus Metall hergestellte Grundplatte 328 ist vorgesehen, um den Kopfabschnittsrahmen 316 und einen inneren Mechanismus davon von unten zu tragen. Die Grundplatte 328 ist über eine Verbindung 330 mit der oberen Platte 332 (der Grundrahmen 308) gekoppelt. Auf der Grundplatte 328 ist eine Stützbasis 335 vorgesehen, und die Stellglieder 324 und 325 sowie ein Querverbindungsmechanismus 329 (ein Pantographmechanismus) werden von der Stützbasis 335 gestützt. Der Querverbindungsmechanismus 329 koppelt die Stellglieder 324 und 325 vertikal und kann bewirken, dass sich ein Abstand zwischen den Stellgliedern 324 und 325 ändert.
Gemäß dieser Art von Konfiguration können das Stellglied 325 und der Kopfabschnittsrahmen 316 integral zum Drehen (Rollen) veranlasst werden, indem die Rollwelle 323 in Drehung versetzt wird, wodurch eine Handlung des Neigens des Halses realisiert werden kann. Außerdem können der Querverbindungsmechanismus 329 und der Kopfabschnittsrahmen 316 integral zum Drehen (Nicken) veranlasst werden, indem die Nickwelle 322 in Drehung versetzt wird, wodurch eine Nickhandlung und dergleichen realisiert werden kann. Die Platte 326 und der Kopfabschnittsrahmen 316 können integral zum Drehen (Gieren) veranlasst werden, indem die Gierwelle 321 in Drehung versetzt wird, wodurch eine Handlung des Kopfschüttelns realisiert werden kann. Darüber hinaus kann eine Aktion zum Strecken und Zusammenziehen des Halses realisiert werden, indem der Querverbindungsmechanismus 329 gestreckt und zusammengezogen wird.
Gemäß dieser Art von Konfiguration können das Stellglied 325 und der Kopfabschnittsrahmen 316 integral zum Drehen (Rollen) veranlasst werden, indem die Rollwelle 323 in Drehung versetzt wird, wodurch eine Handlung des Neigens des Halses realisiert werden kann. Außerdem können der Querverbindungsmechanismus 329 und der Kopfabschnittsrahmen 316 integral zum Drehen (Nicken) veranlasst werden, indem die Nickwelle 322 in Drehung versetzt wird, wodurch eine Nickhandlung und dergleichen realisiert werden kann. Die Platte 326 und der Kopfabschnittsrahmen 316 können integral zum Drehen (Gieren) veranlasst werden, indem die Gierwelle 321 in Drehung versetzt wird, wodurch eine Handlung des Kopfschüttelns realisiert werden kann. Darüber hinaus kann eine Aktion zum Strecken und Zusammenziehen des Halses realisiert werden, indem der Querverbindungsmechanismus 329 gestreckt und zusammengezogen wird.
Der Rumpfabschnittsrahmen 318 beherbergt den Grundrahmen 308 und einen Radantriebsmechanismus 370. Wie in 3 gezeigt, beinhaltet der Radantriebsmechanismus 370 einen Vorderradantriebsmechanismus 374 und einen Hinterradantriebsmechanismus 376. Ein Abschnitt der unteren Hälfte 380 des Rumpfabschnittsrahmens 318 ist von einer glatten, gekrümmten Form, um eine Kontur des Körpers 104 mit Rundheit zu erzeugen. Der Abschnitt der oberen Hälfte 380 ist so ausgebildet, dass er sich allmählich zu einem oberen Abschnitt hin verenat, der einem Halsabschnitt entspricht. Ein Abschnitt der unteren Hälfte 382 des Rumpfabschnittsrahmens 318 ist von geringer Breite, um einen Gehäuseraum S des Vorderrades 102 zwischen dem Abschnitt der unteren Hälfte 382 und der Radabdeckung 312 auszubilden. Eine Begrenzung des Abschnitts der oberen Hälfte 380 und des Abschnitts der unteren Hälfte 382 ist stufenförmig.
Die linken und rechten Seitenwände, die den Abschnitt der unteren Hälfte 382 konfigurieren, sind parallel zueinander und werden von einer im Folgenden beschriebenen Schwenkwelle 378 des Vorderradantriebsmechanismus 374 durchdrungen und stützen die Schwenkwelle 378. Die untere Platte 334 ist so vorgesehen, dass sie einen Öffnungsabschnitt des unteren Endes des Abschnitts der unteren Hälfte 382 verschließt. Mit anderen Worten, der Grundrahmen 308 ist an einem unteren Endabschnitt des Rumpfabschnittsrahmens 318 befestigt und abgestützt.
Das Radabdeckungspaar 312 ist so vorgesehen, dass es den Abschnitt der unteren Hälfte 382 des Rumpfabschnittsrahmens 318 von links und rechts abdeckt. Die Radabdeckung 312 ist aus Harz ausgebildet und so befestigt, dass sie eine glatte Außenfläche (gekrümmte Fläche) bildet, die mit dem Abschnitt der oberen Hälfte 380 des Rumpfabschnittsrahmens 318 durchgehend ist. Ein oberer Endabschnitt der Radabdeckung 312 ist entlang eines unteren Endabschnitts des Abschnitts der oberen Hälfte 380 verbunden. Aufgrund dessen ist der Gehäuseraum S, der nach unten geöffnet ist, zwischen der Seitenwand des Abschnitts der unteren Hälfte 382 und der Radabdeckung 312 ausgebildet.
Die Außenhaut 314 ist aus Urethangummi oder Schaumstoff ausgebildet und bedeckt den Hauptkörperrahmen 310 und die Radabdeckungen 312 von einer Außenseite. Die Arme 106 sind integral mit der Außenhaut 314 geformt. Ein Öffnungsabschnitt 390 ist in einem oberen Endabschnitt der Außenhaut 314 vorgesehen. Ein unterer Endabschnitt des Horns 112 ist über den Öffnungsabschnitt 390 mit dem Kopfabschnittsrahmen 316 verbunden. Das Horn 112 hat einen Gelenkmechanismus 500, der als Gelenk fungiert. Wenn eine übermäßige Belastung auf das Horn 112 ausgeübt wird, wird die Last durch eine Versetzungshandlung des Gelenkmechanismus 500 freigegeben, wodurch eine Beschädigung des Horns 112 verhindert wird. Außerdem durchdringen (eine Stromleitung 130 und eine Signalleitung 132), die mit der Steuerungsschaltung 342 verbunden sind, den Gelenkmechanismus 500 und sind mit der omnidirektionalen Kamera 400 verbunden. Einzelheiten des Gelenkmechanismus 500 werden nachfolgend beschrieben.
Der Vorderradantriebsmechanismus 374 beinhaltet einen Drehantriebsmechanismus, um zu bewirken, dass sich das Vorderrad 102 dreht, und einen Gehäusebetätigungsmechanismus, um zu bewirken, dass das Vorderrad 102 in den Gehäuseraum S ein- und austritt. Das heißt, der Vorderradantriebsmechanismus 374 beinhaltet die Schwenkwelle 378 und ein Stellglied 379. Das Vorderrad 102 weist in einem zentralen Abschnitt einen Direktantriebsmotor (nachfolgend als „DD-Motor“ bezeichnet) 396 auf. Der DD-Motor 396 weist eine äußere Rotorstruktur auf, ein Stator ist an einer Achse 398 befestigt, und ein Rotor ist koaxial an einer Felge 397 des Vorderrades 102 befestigt. Die Achse 398 ist über einen Arm 350 mit der Schwenkwelle 378 integriert. Ein Lager 352, durch das die Schwenkwelle 378 eindringt und das die Schwenkwelle 378 stützt, um schwenkbar zu sein, ist in einer Seitenwand des unteren Abschnitts des Rumpfabschnittsrahmens 318 eingebettet. Eine Dichtungsstruktur (Lagerdichtung) zum hermetischen Abdichten des Rumpfabschnittsrahmens 318 innen und außen ist im Lager 352 vorgesehen. Das Vorderrad 102 kann durch einen Antrieb des Stellglieds 379 zum Hin- und Herbewegen zwischen dem Gehäuseraum S und einer Außenseite angetrieben werden.
Der Hinterradantriebsmechanismus 376 beinhaltet eine Schwenkwelle 354 und ein Stellglied 356. Zwei Arme 358 erstrecken sich von der Schwenkwelle 354, und eine Achse 360 ist integral mit führenden Enden der Arme 358 vorgesehen. Das Hinterrad 103 wird so abgestützt, dass es sich an der Achse 360 drehen kann. Ein in den Zeichnungen weggelassenes Lager, durch das die Schwenkwelle 354 eindringt und das die Schwenkwelle 354 stützt, um schwenkbar zu sein, ist in der Seitenwand des unteren Abschnitts des Rumpfabschnittsrahmens 318 eingebettet. Eine Wellendichtungsstruktur ist ebenfalls im Lager vorgesehen. Das Hinterrad 103 kann durch einen Antrieb des Stellglieds 356 zum Hin- und Herbewegen zwischen dem Gehäuseraum S und der Außenseite angetrieben werden.
Beim Aufnehmen der Räder werden die Stellglieder 379 und 356 in eine Richtung angetrieben. Zu diesem Zeitpunkt schwenkt der Arm 350 zentriert auf der Schwenkwelle 378 und das Vorderrad 102 erhebt sich von der Bodenfläche F. Außerdem schwenkt der Arm 358 zentriert auf der Schwenkwelle 354 und das Hinterrad 103 erhebt sich von der Bodenfläche F. Aufgrund dessen sinkt die Karosserie 104 ab und die Sitzfläche 108 liegt auf der Bodenfläche F auf. Aufgrund dessen wird ein Zustand realisiert, in dem der Roboter 100 sitzt. Indem die Stellglieder 379 und 356 in die entgegengesetzte Richtung angetrieben werden, wird jedes Rad aus dem Gehäuseraum S herausbewegt, wodurch der Roboter 100 zum Stehen gebracht werden kann.
Ein Antriebsmechanismus zum Antreiben des Arms 106 beinhaltet einen in die Außenhaut 314 eingebetteten Draht 134 und eine Antriebsschaltung 340 (Energiezuführungsschaltung) des Drahtes 134. Der Draht 134 ist aus einer Formgedächtnislegierungsleitung in dieser Ausführungsform ausgebildet, zieht sich zusammen und erhärtet sich beim Erwärmen, und entspannt und verlängert sich beim Abkühlen. Die von beiden Enden des Drahtes 134 gezogenen Leitungen sind mit der Antriebsschaltung 340 verbunden. Wenn ein Schalter der Antriebsschaltung 340 aktiviert wird, wird dem Draht 134 (Formgedächtnislegierungsleitung) Energie zugeführt.
Der Draht 134 ist so eingegossen oder eingewebt, dass er sich von der Außenhaut 314 zum Arm 106 erstreckt. Leitungen sind von beiden Enden des Drahtes 134 in den Rumpfabschnittsrahmen 318 gezogen. Ein Draht 134 kann sowohl in einem linken als auch rechten Teil der Außenhaut 314 vorgesehen sein, oder mehrere Drähte 134 können parallel sowohl in einem linken als auch rechten Teil der Außenhaut 314 vorgesehen sein. Der Arm 106 kann durch Zuführen von Energie zum Draht 134 angehoben werden, und der Arm 106 kann durch Unterbrechen der Energiezuführung abgesenkt werden.
Ein Blickwinkel (siehe gestrichelte Pfeile) des Roboters 100 kann durch Steuern eines Drehwinkels der Nickwelle 322 eingestellt werden. In der Ausführungsform wird aus Gründen der Zweckmäßigkeit eine Richtung einer imaginären Geraden, die durch die Nickwelle 322 und das Auge 110 verläuft, als eine Richtung der Blicklinie angesehen. Eine optische Achse der hochauflösenden Kamera 402 stimmt mit der Blicklinie überein. Um einen Berechnungsprozess zu erleichtern, der im Folgenden beschrieben wird, werden außerdem eine gerade Linie, die die omnidirektionale Kamera 400 mit der Nickwelle 322 verbindet, und die Sichtlinie so festgelegt, dass sie einen rechten Winkel bilden.
Die Schlitze 362 und 364, durch die der obere Endabschnitt des Rumpfabschnittsrahmens 318 eingeführt werden kann, sind an der Vorder- und Rückseite des Kopfabschnittsrahmens 316 vorgesehen. Aufgrund dessen kann ein Bewegungsbereich (Drehbereich) des Kopfabschnittsrahmens 316, der auf der Nickwelle 322 zentriert ist, vergrößert werden. In der Ausführungsform wird der Bewegungsbereich mit 90 Grad angenommen, was jeweils 45 Grad nach oben und nach unten von einem Zustand aus sind, bei dem die Blicklinie horizontal ist. Das heißt, ein Grenzwert eines Winkels, bei dem die Blicklinie des Roboters 100 nach oben gerichtet ist (ein Winkel des Blicks nach oben), wird mit 45 Grad angenommen, und ein Grenzwert eines Winkels, bei dem die Blicklinie nach unten gerichtet ist (ein Winkel des Blicks nach unten), wird ebenfalls mit 45 Grad angenommen.
4 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Robotersystems 300.
Das Robotersystem 300 beinhaltet den Roboter 100, einen Server 200 und mehrere externe Sensoren 114. Die mehreren externen Sensoren 114 (externe Sensoren 114a, 114b und so weiter bis 114n) werden im Voraus in einem Haus installiert. Der externe Sensor 114 kann an einer Wandfläche des Hauses befestigt sein oder kann auf einem Boden platziert sein. Positionskoordinaten des externen Sensors 114 sind im Server 200 registriert. Die Positionskoordinaten sind als x- und y-Koordinaten in dem Haus definiert, das als Handlungsbereich des Roboters 100 vorgesehen ist.
Der Server 200 ist in dem Haus installiert. Der Server 200 und der Roboter 100 in dieser Ausführungsform korrespondieren eins zu eins. Der Server 200 bestimmt eine grundlegende Handlung des Roboters 100 basierend auf Informationen, die von den im Roboter 100 integrierten Sensoren und den mehreren externen Sensoren 114 erhalten werden. Der externe Sensor 114 dient zur Verstärkung der Sinnesorgane des Roboters 100, und der Server 200 dient zur Verstärkung der Intelligenz des Roboters 100.
Der externe Sensor 114 sendet regelmäßig ein drahtloses Signal (nachfolgend „Robotersuchsignal“ genannt) einschließlich der ID (nachfolgend „Bakenkennung“ genannt) des externen Sensors 114. Beim Empfangen des Robotersuchsignals gibt der Roboter 100 ein drahtloses Signal (nachfolgend „Roboterantwortsignal“ genannt) einschließlich Bakenkennung zurück. Der Server 200 misst eine Zeit vom Senden des Robotersuchsignals durch den externen Sensor 114 bis zum Empfangen des Roboterantwortsignals und misst eine Entfernung vom externen Sensor 114 zum Roboter 100. Durch Messen der Entfernung zwischen jedem der mehreren externen Sensoren 114 und dem Roboter 100 ermittelt der Server 200 die Positionskoordinaten des Roboters 100. Natürlich kann auch ein Verfahren eingesetzt werden, bei dem der Roboter 100 regelmäßig seine eigenen Positionskoordinaten an den Server 200 sendet.
5 ist eine schematische Ansicht einer Emotionskarte 116.
Die Emotionskarte 116 ist eine im Server 200 gespeicherte Datentabelle. Der Roboter 100 wählt eine Handlung entsprechend der Emotionskarte 116 aus. Die Emotionskarte 116 zeigt eine Größe einer emotionalen Anziehung zu oder Abneigung gegen einen Ort des Roboters 100. Eine x-Achse und eine y-Achse der Emotionskarte 116 geben zweidimensionale Raumkoordinaten an. Eine z-Achse gibt eine Größe einer emotionalen Anziehung oder Abneigung an. Wenn ein z-Wert ein positiver Wert ist, ist eine Anziehung zu einem Ort hoch, und wenn der z-Wert ein negativer Wert ist, ist der Roboter 100 dem Ort gegenüber abgeneigt.
Auf der Emotionskarte 116 ist eine Koordinate P1 ein Punkt in einem Innenraum, der vom Server 200 als Handlungsbereich des Roboters 100 verwaltet wird, bei dem eine Emotion der Anziehung hoch ist (nachfolgend als bevorzugter Punkt bezeichnet). Der bevorzugte Punkt kann ein „sicherer Ort“ sein, beispielsweise hinter einem Sofa oder unter einem Tisch, oder kann ein Ort sein, an dem sich Menschen treffen, oder ein lebendiger Ort, wie ein Wohnzimmer. Der sichere Ort kann auch ein Ort sein, an dem der Roboter 100 in der Vergangenheit sanft gestreichelt oder berührt wurde. Eine Definition, welche Art von Ort der Roboter 100 bevorzugt, ist willkürlich, aber es ist generell wünschenswert, dass ein Ort, der von kleinen Kindern oder von kleinen Tieren wie Hunden oder Katzen bevorzugt wird, als bevorzugter Punkt festgelegt wird.
Eine Koordinate P2 ist ein Punkt, an dem eine Emotion der Abneigung hoch ist (nachfolgend „unerwünschter Punkt“ genannt). Der unerwünschte Punkt kann ein Ort sein, wo es ein lautes Geräusch gibt, wie beispielsweise in der Nähe eines Fernsehers, ein Ort, wo es wahrscheinlich ein Leck gibt, wie ein Badezimmer oder ein Waschraum, ein geschlossener Raum oder ein dunkler Ort, ein Ort, wo der Roboter 100 von einem Benutzer grob behandelt wurde und der eine unangenehme Erinnerung oder Ähnliches hervorruft. Eine Definition, welche Art von Ort der Roboter 100 nicht mag, ist ebenfalls willkürlich, aber es ist generell wünschenswert, dass ein Ort, der von kleinen Kindern oder von kleinen Tieren wie Hunden oder Katzen gefürchtet wird, als unerwünschter Punkt festgelegt wird.
Eine Koordinate Q gibt eine aktuelle Position des Roboters 100 an. Der Server 200 identifiziert Positionskoordinaten des Roboters 100 unter Verwendung des Robotersuchsignals, das regelmäßig von den mehreren externen Sensoren 114 übertragen wird, und des Roboterantwortsignals, das auf das Robotersuchsignal antwortet. Wenn beispielsweise der externe Sensor 114 mit der Bakenkennung = 1 und der externe Sensor 114 mit der Bakenkennung = 2 jeweils den Roboter 100 erfassen, erhält der Server 200 die Entfernungen des Roboters 100 von den beiden externen Sensoren 114 und erhält die Positionskoordinaten des Roboters 100 aus den Entfernungen.
Alternativ sendet der externe Sensor 114 mit der Bakenkennung = 1 das Robotersuchsignal in mehrere Richtungen, und der Roboter 100 gibt das Roboterantwortsignal beim Empfangen des Robotersuchsignals zurück. Auf diese Weise kann der Server 200 feststellen, in welcher Richtung und in welcher Entfernung sich der Roboter 100 von welchem externen Sensor 114 befindet. Zudem kann der Server 200 in einer anderen Ausführungsform eine vom Roboter 100 zurückgelegte Entfernung aus der Drehzahl des Rades 102 berechnen, wodurch die aktuelle Position ermittelt wird, oder kann die aktuelle Position anhand eines von der Kamera erhaltenen Bildes ermitteln. Wenn die Emotionskarte 116 bereitgestellt wird, bewegt sich der Roboter 100 in eine Richtung hin zum bevorzugten Punkt (Koordinate P1) oder in eine Richtung weg vom unerwünschten Punkt (Koordinate P2).
Die Emotionskarte 116 ändert sich dynamisch. Wenn der Roboter 100 an der Koordinate P1 ankommt, nimmt der z-Wert (Anziehungsemotion) an der Koordinate P1 im Laufe der Zeit ab. Aus diesem Grund kann der Roboter 100 ein tierähnliches Verhalten nachahmen, wenn er am bevorzugten Punkt (Koordinate P1) ankommt, „emotional zufrieden zu sein“, und sich mit der Zeit an dem Ort „zu langweilen“. In der gleichen Weise wird die Emotion der Abneigung an der Koordinate P2 im Laufe der Zeit abgeschwächt. Zusammen mit dem Ablauf der Zeit ergibt sich ein neuer bevorzugter Punkt oder unerwünschter Punkt, weswegen der Roboter 100 eine neue Handlungsauswahl durchführt. Der Roboter 100 weist „Interesse“ an einem neuen bevorzugten Punkt auf und führt unaufhörlich eine neue Handlungsauswahl durch.
Die Emotionskarte 116 drückt emotionale Schwankungen als einen internen Zustand des Roboters 100 aus. Der Roboter 100 steuert einen bevorzugten Punkt an, vermeidet einen unerwünschten Punkt, bleibt eine Weile am bevorzugten Punkt und führt mit der Zeit die nächste Handlung aus. Mit dieser Art von Steuerung kann die Handlungsauswahl des Roboters 100 eine menschen- oder tierähnliche Handlungsauswahl sein.
Karten, die eine Handlung des Roboters 100 beeinflussen (nachfolgend zusammenfassend als „Handlungskarten“ bezeichnet), sind nicht auf die in 3 gezeigte Art der Emotionskarte 116 beschränkt. Beispielsweise können verschiedene Handlungskarten wie Neugierde, ein Wunsch, Angst zu vermeiden, ein Wunsch, Gelassenheit zu finden, und ein Wunsch, körperliche Behaglichkeit wie Ruhe, gedämpftes Licht, Kühle oder Wärme zu finden, definiert sein. Ferner kann ein Zielpunkt des Roboters 100 bestimmt werden, indem ein gewichteter Mittelwert der z-Werte von jeder der mehreren Handlungskarten gebildet wird.
Der Roboter 100 kann zusätzlich zu einer Handlungskarte auch Parameter aufweisen, die eine Größe verschiedener Emotionen oder Sinne angeben. Wenn beispielsweise ein Wert eines Einsamkeitsgefühlsparameters zunimmt, kann ein Gewichtungskoeffizient einer Handlungskarte, die Orte bewertet, an denen sich der Roboter 100 wohlfühlt, hochgesetzt werden, und der Wert dieses Emotionsparameters kann verringert werden, wenn der Roboter 100 einen Zielpunkt erreicht. In der gleichen Weise genügt es, dass ein Gewichtungskoeffizient einer Handlungskarte, die Orte bewertet, an denen die Neugierde befriedigt wird, hochgesetzt wird, wenn ein Wert eines Parameters, der ein Gefühl der Langeweile angibt, zunimmt.
6 ist ein Hardwarekonfigurationsdiagramm des Roboters 100.
Der Roboter 100 beinhaltet einen internen Sensor 128, einen Kommunikator 126, eine Speichervorrichtung 124, einen Prozessor 122, einen Antriebsmechanismus 120 und die Batterie 118. Der Antriebsmechanismus 120 beinhaltet den Radantriebsmechanismus 370. Der Prozessor 122 und die Speichervorrichtung 124 sind in der Steuerungsschaltung 342 enthalten. Die Einheiten sind miteinander durch eine Stromleitung 130 und eine Signalleitung 132 verbunden. Die Batterie 118 versorgt über die Stromleitung 130 jede Einheit mit Strom. Jede Einheit sendet und empfängt über die Signalleitung 132 ein Steuersignal. Die Batterie 118 ist eine wiederaufladbare Batterie, wie beispielsweise ein Lithium-Ionen-Akku, und ist eine Stromquelle für den Roboter 100.
Der interne Sensor 128 ist eine Ansammlung verschiedener Arten von Sensoren, die im Roboter 100 integriert sind. Insbesondere ist der interne Sensor 128, zusätzlich zu einer Kamera 410 (die omnidirektionale Kamera 400 und die hochauflösende Kamera 402), eine Mikrofonanordnung 404, ein Temperatursensor 406 und ein Formmesssensor 408, ein Infrarotsensor, ein Tastsensor, ein Beschleunigungssensor, ein Geruchssensor und dergleichen. Der Geruchssensor ist ein bereits bekannter Sensor, der ein Prinzip anwendet, bei dem sich der elektrische Widerstand entsprechend einer Adsorption von Molekülen, die eine Geruchsquelle bilden, ändert.
Der Kommunikator 126 ist ein Kommunikationsmodul, das die drahtlose Kommunikation mit dem Server 200 und verschiedenen Arten von externen Vorrichtungen als Ziel durchführt, wie beispielsweise dem externen Sensor 114 und einer im Besitz des Benutzers befindlichen mobilen Vorrichtung. Die Speichervorrichtung 124 ist aus einem nichtflüchtigen Speicher und einem flüchtigen Speicher konfiguriert und speichert ein Computerprogramm und verschiedene Arten von Festlegungsinformationen. Der Prozessor 122 ist Mittel zur Ausführung des Computerprogramms. Der Antriebsmechanismus 120 ist ein Stellglied, das einen internen Mechanismus steuert. Darüber hinaus sind eine Anzeigevorrichtung, ein Lautsprecher und dergleichen ebenfalls montiert.
Der Prozessor 122 wählt eine Handlung des Roboters 100 aus, während er über den Kommunikator 126 mit dem Server 200 oder dem externen Sensor 114 kommuniziert. Verschiedene Arten von externen Informationen, die vom internen Sensor 128 erhalten werden, beeinflussen ebenfalls die Handlungsauswahl.
Der Antriebsmechanismus 120 steuert hauptsächlich die Räder (die Vorderräder 102), den Kopfabschnitt (den Kopfabschnittsrahmen 316) und den Rumpfabschnitt (den Arm 106). Der Antriebsmechanismus 120 bewirkt eine Änderung der Bewegungsrichtung und einer Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters 100, indem er eine Änderung der Drehzahl und der Drehrichtung von jedem der beiden Vorderräder 102 bewirkt. Außerdem kann der Antriebsmechanismus 120 auch die Räder (die Vorderräder 102 und das Hinterrad 103) anheben und absenken. Wenn sich die Räder heben, sind die Räder vollständig im Körper 104 gelagert, und der Roboter 100 kommt über die Sitzfläche 108 mit einer Bodenfläche in Kontakt und nimmt den sitzenden Zustand an.
Der Arm 106 kann durch den Antriebsmechanismus 120, der den Arm 106 über den Draht 134 zieht, hochgehoben werden. Eine Geste wie ein Winken mit dem Arm kann auch ausgeführt werden, indem der Arm 106 zum Schwingen gebracht wird. Eine komplexere Geste kann auch dargestellt werden, indem eine große Menge des Drahtes 134 verwendet wird.
7 ist ein funktionelles Blockdiagramm des Robotersystems 300.
Wie vordem beschrieben, beinhaltet das Robotersystem 300 den Roboter 100, den Server 200 und mehrere externe Sensoren 114. Jede Komponente des Roboters 100 und des Servers 200 wird durch Hardware realisiert, die einen Computer beinhaltet, der aus einer CPU (Zentralprozessoreinheit), verschiedenen Arten von Koprozessoren und dergleichen, einer Speichervorrichtung, die ein Speicher oder eine Speicherung ist, und einer drahtgebundenen oder drahtlosen Kommunikationsleitung, die den Computer und die Speichervorrichtung verbindet, sowie Software, die in der Speichervorrichtung gespeichert ist und dem Computer einen Verarbeitungsbefehl liefert, gebildet ist. Ein Computerprogramm kann aus einem Gerätetreiber, einem Betriebssystem, verschiedenen Arten von Anwendungsprogrammen, die in einer oberen Schicht davon angeordnet sind, und einer Bibliothek, die den Programmen eine gemeinsame Funktion zur Verfügung stellt, konfiguriert sein. Jeder nachstehend beschriebene Block bezeichnet einen Funktionseinheitsblock statt einer Hardwareeinheitkonfiguration. Ein Teil der Funktionen des Roboters 100 kann durch den Server 200 realisiert werden, und ein Teil oder alle Funktionen des Servers 200 können durch den Roboter 100 realisiert werden.
Server 200
Der Server 200 beinhaltet eine Kommunikationseinheit 204, eine Datenverarbeitungseinheit 202 und eine Datenspeichereinheit 206. Die Kommunikationseinheit 204 verwaltet einen Prozess der Kommunikation mit dem externen Sensor 114 und dem Roboter 100. Die Datenspeichereinheit 206 speichert verschiedene Arten von Daten. Die Datenverarbeitungseinheit 202 führt verschiedene Arten von Verfahren auf der Grundlage der von der Kommunikationseinheit 204 erhaltenen Daten und den in der Datenspeichereinheit 206 gespeicherten Daten aus. Die Datenverarbeitungseinheit 202 arbeitet ebenfalls als eine Schnittstelle der Kommunikationseinheit 204 und der Datenspeichereinheit 206.
Die Datenspeichereinheit 206 beinhaltet eine Bewegungsmustereinheit 232, eine Kartenspeichereinheit 216 und eine Speichereinheit für individuelle Daten 218. Der Roboter 100 weist mehrere Vorgangsmuster (Bewegungen) auf. Verschiedene Bewegungen sind definiert, wie das Schwenken des Armes, das Annähern an einen Besitzer beim Drehen und das genaue Ansehen eines Besitzers mit dem Kopf zur Seite.
Die Bewegungsspeichereinheit 232 speichert eine „Bewegungsdatei“, die Steuerungseinzelheiten einer Bewegung definiert. Jede Bewegung ist durch eine Bewegungskennung gekennzeichnet. Die Bewegungsdatei wird auch in die Bewegungsspeichereinheit 160 des Roboters 100 heruntergeladen. Welche Bewegung ausgeführt werden soll, kann vom Server 200 oder vom Roboter 100 bestimmt werden.
Viele der Bewegungen des Roboters 100 sind als zusammengesetzte Bewegungen konfiguriert, die mehrere Einzelbewegungen beinhalten. Wenn sich der Roboter 100 beispielsweise einem Besitzer nähert, kann die Annäherung als eine Kombination aus einer Bewegung der Einheit der Richtungsänderung, um dem Besitzer gegenüberzustehen, einer Bewegung der Einheit, die sich nähert und dabei einen Arm hebt, einer Bewegung der Einheit, die sich nähert und dabei den Körper schüttelt und einer Bewegung der Einheit, die sitzt und dabei beide Arme hebt, ausgedrückt werden. Durch Kombinieren dieser vier Bewegungsarten wird eine Bewegung realisiert, die darin besteht, „sich einem Besitzer zu nähern, auf dem Weg einen Arm zu heben und sich schließlich nach dem Schütteln des Körpers hinzusetzen“. Ein Drehwinkel, eine Winkelgeschwindigkeit und dergleichen eines im Roboter 100 vorgesehenen Stellglieds ist definiert, das mit einer Zeitachse in einer Bewegungsdatei korreliert ist. Verschiedene Bewegungen werden ausgeführt, indem jedes Stellglied zusammen mit dem Zeitablauf entsprechend der Bewegungsdatei (Stellgliedsteuerungsinformationen) gesteuert wird.
Eine Umstellzeit beim Wechseln von einer vorhergehenden Bewegung der Einheit zu einer nachfolgenden Bewegung der Einheit wird als „Intervall“ bezeichnet. Es genügt, dass ein Intervall entsprechend der Zeit definiert ist, die für eine Änderung der Bewegung der Einheit oder Einzelheiten einer Bewegung benötigt wird. Eine Länge eines Intervalls kann geregelt werden. Im Folgenden werden die Einstellungen zum Steuern des Verhaltens des Roboters 100, wie beispielsweise welche Bewegung wann gewählt wird, und Regeln der Leistung jedes Stellglieds, wenn eine Bewegung umgesetzt wird, gemeinsam als „Verhaltensmerkmale“ bezeichnet. Die Verhaltenseigenschaften des Roboters 100 sind durch einen Bewegungsauswahlalgorithmus, eine Bewegungsauswahlwahrscheinlichkeit, eine Bewegungsdatei und dergleichen definiert.
Die Kartenspeichereinheit 216 speichert mehrere Handlungskarten. Die Speichereinheit für individuelle Daten 218 speichert Informationen über einen Benutzer, insbesondere über einen Besitzer. Insbesondere speichert die Speichereinheit für individuelle Daten 218 verschiedene Arten von Parametern, wie beispielsweise die Vertrautheit bezüglich eines Benutzers sowie körperliche Merkmale und Verhaltensmerkmale eines Benutzers. Die Speichereinheit für individuelle Daten 218 kann auch andere Attributinformationen wie Alter und Geschlecht speichern.
Der Roboter 100 identifiziert einen Benutzer anhand der körperlichen Merkmale oder Verhaltensmerkmale des Benutzers. Der Roboter 100 filmt mit der integrierten Kamera ständig eine Außenumgebung. Ferner extrahiert der Roboter 100 die körperlichen Merkmale und Verhaltensmerkmale einer in einem Bild erscheinenden Person. Die körperlichen Merkmale können körperinhärente visuelle Merkmale wie beispielsweise eine Körpergröße, eine gewählte Bekleidung, ein Vorhandensein oder Fehlen einer Brille, eine Hautfarbe, eine Haarfarbe oder eine Ohrgröße sein, oder können auch andere Merkmale wie beispielsweise eine durchschnittliche Körpertemperatur, einen Geruch und eine Sprachqualität beinhalten. Die Verhaltensmerkmale sind insbesondere verhaltensbegleitende Merkmale, wie beispielsweise ein Ort, den der Benutzer bevorzugt, eine Lebhaftigkeit der Bewegung und ein Vorhandensein oder Fehlen des Rauchens. So extrahiert der Roboter 100 beispielsweise Verhaltensmerkmale, dass ein als Vater identifizierter Besitzer oft außerhalb des Hauses ist und zu Hause oft bewegungslos auf einem Sofa liegt, aber eine Mutter oft in einer Küche ist und ein Aktivitätsbereich umfassend ist. Der Roboter 100 clustert Benutzer, die mit hoher Häufigkeit erscheinen, als „Besitzer“, basierend auf körperlichen Merkmalen und Verhaltensmerkmalen, die aus einer großen Menge von Bildinformationen oder anderen Messinformationen gewonnen werden.
Obwohl ein Verfahren zur Identifizierung eines Benutzers anhand der Benutzerkennung einfach und zuverlässig ist, ist es eine Voraussetzung, dass der Benutzer eine Vorrichtung hat, die eine Benutzerkennung bereitstellen kann. Währenddessen ist das Verfahren zur Identifizierung eines Benutzers anhand von körperlichen Merkmalen oder Verhaltensmerkmalen dergestalt, dass eine Bilderkennungsprozesslast groß ist, aber es den Vorteil hat, dass auch ein Benutzer, der keine mobile Vorrichtung hat, identifiziert werden kann. Eines der beiden Verfahren kann allein angewendet werden, oder die Benutzeridentifikation kann unter Verwendung der beiden Verfahren zusammen in ergänzender Weise durchgeführt werden. In dieser Ausführungsform werden die Benutzer auf der Grundlage von körperlichen Merkmalen und Verhaltensmerkmalen geclustert, und ein Benutzer wird unter Verwendung von Deep-Learning (ein mehrschichtiges neuronales Netzwerk) identifiziert.
Der Roboter 100 weist für jeden Benutzer einen internen Vertrautheitsparameter auf. Wenn der Roboter 100 eine Handlung erkennt, die eine Zuneigung gegenüber dem Roboter 100 andeutet, wie beispielsweise das Anheben des Roboters 100 oder das Sprechen mit dem Roboter 100, nimmt die Vertrautheit bezüglich dieses Benutzers zu. Die Vertrautheit nimmt bezüglich eines Benutzers ab, der nicht mit dem Roboter 100 beschäftigt ist, eines Benutzers, der sich grob verhält oder eines selten angetroffenen Benutzers.
Die Datenverarbeitungseinheit 202 beinhaltet eine Positionsverwaltungseinheit 208, eine Kartenverwaltungseinheit 210, eine Erkennungseinheit 212, eine Vorgangsbestimmungseinheit 222 und eine Vertrautheitsverwaltungseinheit 220. Die Positionsverwaltungseinheit 208 identifiziert die Positionskoordinaten des Roboters 100 unter Verwendung des in 4 beschriebenen Verfahrens. Die Positionsverwaltungseinheit 208 kann auch die Positionskoordinaten eines Benutzers in Echtzeit nachverfolgen.
Die Kartenverwaltungseinheit 210 ändert den Parameter jeder Koordinate in den mehreren Handlungskarten unter Verwendung des in Verbindung mit 5 beschriebenen Verfahrens. Die Kartenverwaltungseinheit 210 verwaltet eine Temperaturkarte, die eine Art Handlungskarte ist.
Die Kartenverwaltungseinheit 210 kann eine der mehreren Handlungskarten auswählen oder kann einen gewichteten Mittelwert der z-Werte der mehreren Handlungskarten bilden. Beispielsweise wird angenommen, dass die z-Werte bei einer Koordinate R1 und einer Koordinate R2 auf einer Handlungskarte A die Werte 4 und 3 haben, und die z-Werte bei der Koordinate R1 und der Koordinate R2 auf einer Handlungskarte B die Werte -1 und 3 haben. Bei der Bildung eines einfachen Mittelwerts beträgt der gesamte z-Wert bei der Koordinate R1 4 - 1 = 3, und der gesamte z-Wert bei der Koordinate R2 beträgt 3 + 3 = 6, weswegen der Roboter 100 in Richtung der Koordinate R2 statt in Richtung der Koordinate R1 steuert. Wenn die Handlungskarte A 5-fach bezüglich der Handlungskarte B gewichtet wird, beträgt der gesamte z-Wert bei der Koordinate R1 4 x 5 - 1 = 19 und der gesamte z-Wert an der Koordinate R2 3 x 5 + 3 = 18, weswegen der Roboter 100 in Richtung der Koordinate R1 steuert.
Die Erkennungseinheit 212 erkennt eine äußere Umgebung. In die Erkennung der äußeren Umgebung sind verschiedene Arten der Erkennung einbezogen, wie beispielsweise die Erkennung von Wetter oder Jahreszeit basierend auf Temperatur und Luftfeuchtigkeit, und die Erkennung von Schutz (ein sicherer Bereich) basierend auf einem Maß an Licht und Temperatur. Die Erkennungseinheit 212 beinhaltet ferner eine Personenerkennungseinheit 214 und eine Reaktionserkennungseinheit 228. Die Personenerkennungseinheit 214 erkennt eine Person anhand eines Bildes, das von der im Roboter 100 integrierten Kamera gefilmt wurde, und extrahiert die körperlichen Merkmale und Verhaltensmerkmale der Person. Ferner bestimmt die Personenerkennungseinheit 214 basierend auf den in der Speichereinheit für individuelle Daten 218 registrierten körperlichen Merkmalsinformationen und Verhaltensmerkmalsinformationen welcher Person, wie beispielsweise einem Vater, einer Mutter oder einem ältesten Sohn, der gefilmte Benutzer, das heißt, der Benutzer, den der Roboter 100 ansieht, entspricht. Die Personenerkennungseinheit 214 beinhaltet eine Ausdruckserkennungseinheit 230. Die Ausdruckserkennungseinheit 230 leitet ein Gefühl eines Benutzers unter Verwendung der Bilderkennung eines Ausdrucks des Benutzers ab. Zusätzlich zu einer Person extrahiert die Personenerkennungseinheit 214 beispielsweise auch Merkmale einer Katze oder eines Hundes, die bzw. der ein Haustier ist.
Die Reaktionserkennungseinheit 228 erkennt verschiedene Reaktionshandlungen, die bezüglich des Roboters 100 durchgeführt werden, und klassifiziert die Handlungen als angenehme oder unangenehme Handlungen. Die Reaktionserkennungseinheit 228 erkennt ebenfalls eine Reaktionshandlung eines Besitzers bezüglich einer Handlung des Roboters 100, wodurch die Reaktionshandlung als positive oder negative Reaktion klassifiziert wird. Angenehme und unangenehme Handlungen werden in Abhängigkeit davon unterschieden, ob eine Reaktionshandlung eines Benutzers angenehm oder unangenehm für ein Lebewesen ist. Zum Beispiel ist das Umarmtwerden eine angenehme Handlung für den Roboter 100, und das Getretenwerden ist eine unangenehme Handlung für den Roboter 100. Positive und negative Reaktionen werden in Abhängigkeit davon unterschieden, ob eine Reaktionshandlung eines Benutzers auf eine angenehme Emotion oder eine unangenehme Emotion des Benutzers hinweist. Zum Beispiel ist das Umarmtwerden eine positive Reaktion, die auf eine angenehme Emotion des Benutzers hinweist, und das Getretenwerden ist eine negative Reaktion, die auf eine unangenehme Emotion des Benutzers hinweist.
Die Vorgangsbestimmungseinheit 222 bestimmt eine Bewegung des Roboters 100 in Zusammenarbeit mit einer Steuerungseinheit 150 des Roboters 100. Die Vorgangsbestimmungseinheit 222 stellt einen Bewegungszielpunkt des Roboters 100 und eine Bewegungsroute für den Bewegungszielpunkt zusammen, basierend auf einer Handlungskartenauswahl durch die Kartenverwaltungseinheit 210. Die Vorgangsbestimmungseinheit 222 stellt mehrere Bewegungsrouten zusammen und kann danach eine beliebige der Bewegungsrouten auswählen.
Die Vorgangsbestimmungseinheit 222 wählt eine Bewegung des Roboters 100 aus den mehreren Bewegungen der Bewegungsspeichereinheit 232. Eine Auswahlwahrscheinlichkeit ist mit jeder Bewegung für jede Situation korreliert. Beispielsweise ist ein Auswahlverfahren definiert, bei dem eine Bewegung A mit einer Wahrscheinlichkeit von 20 % ausgeführt wird, wenn eine angenehme Handlung von einem Besitzer ausgeführt wird, und eine Bewegung B mit einer Wahrscheinlichkeit von 5 % ausgeführt wird, wenn eine Temperatur 30 Grad oder mehr erreicht. Ein Bewegungszielpunkt und eine Bewegungsroute werden durch eine Handlungskarte bestimmt, und eine Bewegung wird gemäß verschiedenen Arten von Karten ausgewählt, die im Folgenden beschrieben werden.
Die Vertrautheitsverwaltungseinheit 220 verwaltet die Vertrautheit für jeden Benutzer. Wie vordem beschrieben, ist die Vertrautheit als ein Teil der individuellen Daten in der Speichereinheit für individuelle Daten 218 registriert. Wenn eine angenehme Handlung erkannt wird, erhöht die Vertrautheitsverwaltungseinheit 220 die Vertrautheit bezüglich dieses Benutzers. Wenn eine unangenehme Handlung erkannt wird, verringert die Vertrautheitsverwaltungseinheit 220 die Vertrautheit. Außerdem nimmt die Vertrautheit eines Besitzers, der während eines längeren Zeitraums nicht visuell erkannt wurde, allmählich ab.
Roboter 100
Der Roboter 100 beinhaltet den internen Sensor 128, eine Kommunikationseinheit 142, eine Datenverarbeitungseinheit 136, eine Datenspeichereinheit 148 und den Antriebsmechanismus 120. Der interne Sensor 128 ist eine Sammlung verschiedener Arten von Sensoren. Der interne Sensor 128 beinhaltet die Mikrofonanordnung 404, die Kamera 410, den Temperatursensor 406 und den Formmesssensor 408.
Die Mikrofonanordnung 404, bei der es sich um eine Einheit handelt, bei der mehrere Mikrofone miteinander verbunden sind, ist ein Sprachsensor, der Schall erkennt. Es ist ausreichend, dass die Mikrofonanordnung 404 eine Vorrichtung ist, die Schall erkennt und eine Richtung einer Schallquelle erkennen kann. Die Mikrofonanordnung 404 ist in dem Kopfabschnittsrahmen 316 integriert. Da die Abstände zwischen einer Schallquelle und jedem Mikrofon nicht deckungsgleich sind, kommt es zu Schwankungen beim Zeitpunkt der Schallerfassung. Aus diesem Grund kann eine Position der Schallquelle anhand einer Größe und einer Phase des Klangs an jedem Mikrofon identifiziert werden. Der Roboter 100 kann mithilfe der Mikrofonanordnung 404 eine Position einer Schallquelle und insbesondere eine Richtung der Schallquelle erkennen.
Die Kamera 410 ist eine Vorrichtung, die den Außenbereich filmt. Die Kamera 410 beinhaltet die omnidirektionale Kamera 400 und die hochauflösende Kamera 402. Der Temperatursensor 406 erkennt eine Temperaturverteilung einer externen Umgebung und wandelt die Temperaturverteilung in ein Bild um. Der Formmesssensor 408 ist ein Infrarot-Tiefensensor, der eine Tiefe und damit eine ungleichmäßige Form eines Zielobjekts abtastet, indem er Nahinfrarot-Strahlen von einem Projektor abstrahlt und reflektiertes Licht der Nahinfrarot-Strahlen mit einer Nahinfrarot-Kamera erkennt.
Die Kommunikationseinheit 142 entspricht dem Kommunikator 126 (siehe 6) und verwaltet einen Vorgang der Kommunikation mit dem externen Sensor 114 und dem Server 200. Die Datenspeichereinheit 148 speichert verschiedene Arten von Daten. Die Datenspeichereinheit 148 entspricht der Speichervorrichtung 124 (siehe 6). Die Datenverarbeitungseinheit 136 führt verschiedene Arten von Verfahren auf der Grundlage der von der Kommunikationseinheit 142 erhaltenen Daten und den in der Datenspeichereinheit 148 gespeicherten Daten aus. Die Datenverarbeitungseinheit 136 entspricht dem Prozessor 122 und einem vom Prozessor 122 ausgeführten Computerprogramm. Die Datenverarbeitungseinheit 136 arbeitet ebenfalls als eine Schnittstelle der Kommunikationseinheit 142, des internen Sensors 128, des Antriebsmechanismus 120 und der Datenspeichereinheit 148.
Die Datenspeichereinheit 148 beinhaltet eine Bewegungsspeichereinheit 160, die verschiedene Bewegungen des Roboters 100 definiert. Verschiedene Arten von Bewegungsdateien werden in die Bewegungsspeichereinheit 160 von der Bewegungsspeichereinheit 232 des Servers 200 heruntergeladen. Eine Bewegung ist durch eine Bewegungskennung gekennzeichnet. Ein Vorgangszeitpunkt, eine Vorgangszeit, eine Vorgangsrichtung und dergleichen der verschiedenen Stellgliedarten (der Antriebsmechanismus 120) sind chronologisch in einer Bewegungsdatei definiert, um verschiedene Bewegungen auszuführen, wie beispielsweise das Hinsetzen durch Einfahren des Vorderrads 102, das Anheben des Arms 106, den Roboter 100 eine drehende Handlung ausführen lassen, indem bewirkt wird, dass sich die beiden Vorderräder 102 rückwärts drehen oder nur ein Vorderrad 102 dreht, das Schütteln, indem das Vorderrad 102 in einem Zustand gedreht werden, in dem das Vorderrad 102 eingefahren ist, oder das einmalige Anhalten und Zurückschauen beim Bewegen weg von einem Benutzer.
Die Datenverarbeitungseinheit 136 beinhaltet eine Erkennungseinheit 156, eine Steuerungseinheit 150 und eine Sensorsteuerungseinheit 172. Die Steuerungseinheit 150 beinhaltet eine Bewegungssteuerungseinheit 152 und eine Vorgangssteuerungseinheit 154. Die Bewegungssteuerungseinheit 152 bestimmt zusammen mit der Vorgangsbestimmungseinheit 222 des Servers 200 eine Bewegungsrichtung des Roboters 100. Eine auf einer Handlungskarte basierende Bewegung kann vom Server 200 bestimmt werden, und eine sofortige Bewegung, wie beispielsweise das Vermeiden eines Hindernisses, kann durch den Roboter 100 bestimmt werden. Der Antriebsmechanismus 120 bewirkt, dass sich der Roboter 100 durch Antreiben der Vorderräder 102 gemäß einer Anweisung der Vorgangssteuerungseinheit 152 auf einen Zielpunkt zubewegt.
Die Vorgangssteuerungseinheit 154 bestimmt eine Bewegung des Roboters 100 in Zusammenarbeit mit der Vorgangsbestimmungseinheit 222 des Servers 200. Ein Teil der Bewegungen kann vom Server 200 bestimmt werden und andere Bewegungen können vom Roboter 100 bestimmt werden. Außerdem kann eine Konfiguration dergestalt sein, dass der Roboter 100 eine Bewegung bestimmt, aber der Server 200 eine Bewegung bestimmt, wenn eine Verarbeitungslast des Roboters 100 hoch ist. Eine Bewegung, die eine Basis bildet, kann vom Server 200 bestimmt werden, und eine zusätzliche Bewegung kann vom Roboter 100 bestimmt werden. Es ist ausreichend, dass eine Art und Weise, in der ein Bewegungsbestimmungsprozess zwischen dem Server 200 und dem Roboter 100 aufgeteilt ist, nach den Vorgaben des Robotersystems 300 konzipiert ist. Die Vorgangssteuerungseinheit 154 weist den Antriebsmechanismus 120 an, eine ausgewählte Bewegung auszuführen. Der Antriebsmechanismus 120 steuert jedes Stellglied entsprechend der Bewegungsdatei.
Die Handlungssteuerungseinheit 154 kann auch eine Bewegung des Hochhaltens beider Arme 106 als eine Geste der Bitte um „eine Umarmung“ durchführen, wenn sich ein Benutzer mit einem hohen Grad an Vertrautheit in der Nähe befindet, und kann auch eine Bewegung des Nicht-länger-umarmt-werden-Wollens ausführen, indem bewirkt wird, dass die linken und rechten Vorderräder 102 wiederholt zwischen Rückwärtsdrehen und Stoppen wechseln, während sie eingefahren bleiben, wenn die „Umarmung“ langweilig wird. Der Antriebsmechanismus 120 bewirkt, dass der Roboter 100 verschiedene Bewegungen ausführt, indem er die Vorderräder 102, den Arm 106 und den Hals (den Kopfabschnittsrahmen 316) entsprechend einer Anweisung der Vorgangssteuerungseinheit 154 antreibt.
Die Sensorsteuerungseinheit 172 steuert den internen Sensor 128. Insbesondere steuert die Sensorsteuerungseinheit 172 eine Messrichtung durch die hochauflösende Kamera 402, den Temperatursensor 406 und den Formmesssensor 408. Die Messrichtung durch die hochauflösende Kamera 402, den Temperatursensor 406 und den im Kopfabschnitt des Roboters montierten Formmesssensor 408 ändert sich entsprechend der Ausrichtung des Kopfabschnittsrahmens 316. Die Sensorsteuerungseinheit 172 steuert eine Filmrichtung durch die hochauflösende Kamera 402 (d. h., die Sensorsteuerungseinheit 172 steuert die Bewegung des Kopfabschnitts entsprechend der Filmrichtung). Die Sensorsteuerungseinheit 172 und die Kamera 410 fungieren als „Filmeinheit“.
Die Erkennungseinheit 156 analysiert vom internen Sensor 128 erhaltene externe Informationen. Die Erkennungseinheit 156 ist zur visuellen Erkennung (eine visuelle Einheit), Geruchserkennung (eine Geruchseinheit), Klangerkennung (eine Höreinheit) und taktilen Erkennung (eine taktile Einheit) in der Lage. Die Erkennungseinheit 156 erfasst regelmäßig Erkennungsinformationen von der Kamera 410, dem Temperatursensor 406 und dem Formmesssensor 408 und erkennt ein sich bewegendes Objekt wie beispielsweise eine Person oder ein Haustier. Diese Informationen werden zu dem Server 200 übertragen, und die Personenerkennungseinheit 214 des Servers 200 extrahiert die körperlichen Merkmale des sich bewegenden Objekts. Zudem erkennt die Erkennungseinheit 156 auch einen Geruch eines Benutzers und eine Stimme eines Benutzers. Der Geruch und Klang (Stimme) werden nach einem bereits bekannten Verfahren in mehrere Arten eingeteilt.
Wenn eine starke Kraft auf den Roboter 100 ausgeübt wird, erkennt die Erkennungseinheit 156 dies mithilfe des eingebauten Beschleunigungssensors, und die Reaktionserkennungseinheit 228 des Servers 200 erkennt, dass eine „gewalttätige Handlung“ von einem Benutzer in der Nähe durchgeführt wurde. Wenn ein Benutzer den Roboter 100 durch Greifen des Horns 112 anhebt, kann dies ebenfalls als gewalttätige Handlung erkannt werden. Wenn ein Benutzer in einem Zustand des Gegenüberstehens mit dem Roboter 100 in einem bestimmten Lautstärkebereich und einem bestimmten Frequenzband spricht, kann die Personenerkennungseinheit 228 des Servers 200 erkennen, dass eine „Sprechhandlung“ bezüglich des Roboters 100 durchgeführt wurde. Wenn eine Temperatur im Bereich der Körpertemperatur erfasst wird, erkennt die Reaktionserkennungseinheit 228 des Servers 200 außerdem, dass eine „Berührungshandlung“ von einem Benutzer durchgeführt wurde, und wenn eine Aufwärtsbeschleunigung in einem Zustand erkannt wird, in dem eine Berührung erkannt wird, erkennt die Reaktionserkennungseinheit 228 des Servers 200, dass eine „Umarmung“ durchgeführt wurde. Körperkontakt, wenn ein Benutzer den Körper 104 anhebt, kann ebenfalls wahrgenommen werden, und eine Umarmung kann auch durch eine auf die Vorderräder 102 wirkende Last erkannt werden, die abnimmt.
Die Reaktionserkennungseinheit 228 des Servers 200 erkennt verschiedene Arten von Reaktionen eines Benutzers gegenüber dem Roboter 100. „Angenehm“ oder „unangenehm“, „positiv“ oder „negativ“ sind mit einem Teil von typischen Reaktionshandlungen unter verschiedenen Arten von Reaktionshandlungen korreliert. Im Allgemeinen sind fast alle Reaktionshandlungen, die angenehme Handlungen sind, positive Reaktionen, und fast alle Reaktionshandlungen, die unangenehme Handlungen sind, sind negative Reaktionen. Angenehme und unangenehme Handlungen beziehen sich auf die Vertrautheit, und positive und negative Reaktionen beeinflussen die Handlungsauswahl des Roboters 100.
Eine Reihe von Erkennungsverfahren, einschließlich Erkennen, Analysieren und Bestimmen, können von der Erkennungseinheit 212 des Servers 200 allein ausgeführt werden oder von der Erkennungseinheit 156 des Roboters 100 allein ausgeführt werden, oder die beiden können die Erkennungsverfahren unter Aufteilung der Rollen ausführen.
Die Vertrautheitsverwaltungseinheit 220 des Servers 200 ändert die Vertrautheit gegenüber einem Benutzer gemäß einer von der Erkennungseinheit 156 erkannten Reaktionshandlung. Im Wesentlichen nimmt die Vertrautheit gegenüber einem Benutzer zu, der eine angenehme Handlung ausführt, während die Vertrautheit gegenüber einem Benutzer, der eine unangenehme Handlung ausführt, abnimmt.
Die Erkennungseinheit 212 des Servers 200 kann bestimmen, ob eine Reaktion angenehm oder unangenehm ist, und die Kartenverwaltungseinheit 210 kann auf einer Handlungskarte, die die „Verbundenheit mit einem Ort“ darstellt, den z-Wert des Punktes ändern, an dem die angenehme oder unangenehme Handlung ausgeführt wurde. Wenn beispielsweise eine angenehme Handlung in einem Wohnzimmer ausgeführt wird, kann die Kartenverwaltungseinheit 210 einen bevorzugten Punkt mit hoher Wahrscheinlichkeit im Wohnzimmer festlegen. In diesem Fall wird ein positiver Rückmeldungsnutzen dadurch realisiert, dass der Roboter 100 das Wohnzimmer favorisiert und das Wohnzimmer weiter favorisiert, da er Empfänger einer angenehmen Handlung im Wohnzimmer ist.
Die Personenerkennungseinheit 214 des Servers 200 erkennt ein sich bewegendes Objekt aus verschiedenen Arten von Daten, die vom externen Sensor 114 oder dem internen Sensor 128 erhalten werden, und extrahiert daraus Merkmale (körperliche Merkmale und Verhaltensmerkmale). Darüber hinaus führt die Personenerkennungseinheit 214 eine Clusteranalyse mehrerer sich bewegende Objekte anhand dieser Merkmale durch. Nicht nur ein Mensch, sondern auch ein Haustier wie beispielsweise ein Hund oder eine Katze können ein Ziel der Analyse als bewegliches Objekt sein.
Der Roboter 100 führt regelmäßig eine Bildaufnahme aus, und die Personenerkennungseinheit 214 erkennt ein sich bewegendes Objekt aus den Bildern und extrahiert Merkmale des sich bewegenden Objekts. Wenn ein sich bewegendes Objekt erkannt wird, werden körperliche Merkmale und Verhaltensmerkmale auch vom Geruchssensor, einem integrierten Mikrofon mit hoher Richtwirkung, dem Temperatursensor und dergleichen extrahiert. Wenn beispielsweise ein sich bewegendes Objekt in einem Bild erscheint, werden verschiedene Merkmale extrahiert, wie beispielsweise ein Bart, aktiv sein am frühen Morgen, das Tragen von roter Kleidung, das Riechen von Parfüm, eine laute Stimme, das Tragen einer Brille, das Tragen eines Rockes, das Vorhandensein von weißen Haaren, groß sein, füllig sein, sonnengebräunt sein oder sich auf einem Sofa befinden.
Es wird angenommen, dass der Roboter 100 ein sich bewegendes Objekt (Benutzer) in einem Zustand, in dem diese Art der Clusteranalyse mittels Merkmalsextraktion abgeschlossen ist, neu erkennt. Zu diesem Zeitpunkt extrahiert die Personenerkennungseinheit 214 des Servers 200 Merkmale von Messinformationen eines Bildes oder dergleichen, die vom Roboter 100 erhalten wurden, und bestimmt unter Verwendung von Deep-Learning (ein mehrschichtiges neuronales Netzwerk), welchem Cluster ein sich bewegendes Objekt in der Nähe des Roboters 100 entspricht.
Die Bildung eines Clusters durch Merkmalsextraktion (Clusteranalyse) und die Anwendung auf eine clusterbegleitende Merkmalsextraktion (Deep-Learning) können gleichzeitig ausgeführt werden. Die Vertrautheit mit einem sich bewegenden Objekt (Benutzer) ändert sich entsprechend der Art der Behandlung des Roboters 100 durch den Benutzer.
Der Roboter 100 legt eine hohe Vertrautheit fest für eine häufig angetroffene Person, eine Person, die den Roboter 100 häufig berührt, und eine Person, die häufig mit dem Roboter 100 spricht. Währenddessen nimmt die Vertrautheit für eine selten gesehene Person ab, eine Person, die den Roboter 100 nicht oft berührt, eine gewalttätige Person und eine Person, die mit lauter Stimme schimpft. Der Roboter 100 ändert die Vertrautheit jedes Benutzers auf der Grundlage verschiedener Elemente der Informationen des Außenwinkels, die von den Sensoren erfasst werden (visuell, taktil und akustisch).
Als Nächstes werden Einzelheiten des Horns 112 und des Gelenkmechanismus 500 davon beschrieben.
8 ist eine perspektivische Ansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild des Horns 112 darstellt. 9 ist eine perspektivische Ansicht, die den Gelenkmechanismus 500 darstellt. 9(a) ist eine Zeichnung eines ungekoppelten Zustands des Gelenkmechanismus 500 von schräg vorne gesehen (von unterhalb des Horns 112 in 2) und 9(b) ist eine Zeichnung des Gelenkmechanismus 500 im gleichen Zustand von schräg hinten gesehen (von oberhalb des Horns 112 in 2).
Wie in 8 dargestellt, ist das Horn 112 durch einen Hornhauptkörper 502 konfiguriert, der in dem Gelenkmechanismus 500 (eine Gelenkstruktur) eingebaut ist. Die omnidirektionale Kamera 400, die als „Sensormodul“ fungiert, ist im Hornhauptkörper 502 untergebracht. Der Gelenkmechanismus 500 beinhaltet ein erstes Glied 504 und ein zweites Glied 506. Das erste Glied 504 ist im Kopfabschnittsrahmen 316 eingebaut. Der Hornhauptkörper 502 ist im zweiten Glied 506 eingebaut. In der Ausführungsform entspricht der Kopfabschnittsrahmen 316 einer „ersten Region“, und der Hornhauptkörper 502 entspricht einer „zweiten Region“. Obwohl das erste Glied 504 und das zweite Glied 506 in der Ausführungsform aus einem Harzmaterial ausgebildet sind, können das erste Glied 504 und das zweite Glied 506 auch durch Formen eines Metallmaterials erhalten werden.
Das erste Glied 504 weist einen flanschförmigen Abschnitt mit großem Durchmesser 508 auf, und ein Abschnitt einer peripheren Kante des Abschnitts mit großem Durchmesser 508 ist abgeschnitten, um flach zu sein (ein Schnitt 510). Ein kreisförmiges Loch von praktisch der gleichen Form, das mit dem Schnitt 510 in Eingriff steht, ist in einem Kronenabschnitt des Kopfabschnittsrahmens 316 vorgesehen, sodass die Positionierung bei der Durchführung von Montagearbeiten einfach ist. Außerdem ist in einem peripheren Kantenabschnitt einer Rückseite des Abschnitts mit großem Durchmesser 508 eine Eingriffsstruktur 512 ausgebildet, die eine Stufe in einer Umfangsrichtung aufweist. Im Kopfabschnittsrahmen 316 ist eine der Eingriffsstruktur 512 entsprechende Eingriffsstruktur ausgebildet. Das erste Glied 504 kann am Kopfabschnittsrahmen 316 befestigt werden, indem der Abschnitt mit großem Durchmesser 508 so angebracht wird, dass eine Form davon dem kreisförmigen Loch im Kopfabschnittsrahmen 316 entspricht, und das erste Glied 504 wird um eine axiale Linie in Drehung versetzt. Im ersten Glied 504 ist ein Einführungsloch 514 zum Einführen der Verdrahtung L (die Stromleitung 130 und die Signalleitung 132) ausgebildet.
Wie in den 9 a) und b) gezeigt, enthält der Gelenkmechanismus 500 eine erste Welle 516, die sich vom ersten Glied 504 erstreckt, und eine zweite Welle 518, die sich vom zweiten Glied 506 erstreckt. Die erste Welle 516 und die zweite Welle 518 sind über ein Gelenk 520 gekoppelt. Das Gelenk 520 ist ein Universalgelenk und beinhaltet ein Kopplungsglied 522, mit dem die erste Welle 516 und die zweite Welle 518 jeweils so verbunden sind, dass sie zum Schwenken in der Lage sind.
Das erste Glied 504 stützt die erste Welle 516 so, dass es in der Lage ist, um die Achse der ersten Welle 516 zu schwenken. Die zweite Welle 518 stützt das zweite Glied 506 so, dass es in der Lage ist, in einer axialen Richtung zu gleiten. Indem das zweite Glied 506 dazu gebracht wird, aus dem in 9 gezeigten Zustand nach vorne zu gleiten (in einer sich dem ersten Glied 504 nähernden Richtung), können das erste Glied 504 und das zweite Glied 506 dazu gebracht werden, wie in 8 dargestellt miteinander in Eingriff zu treten. Mehrere Eingriffsvorsprünge 524 sind auf einer inneren Umfangsfläche des ersten Glieds 504 vorgesehen, und mehrere Eingriffsnuten 526 sind in einer äußeren Umfangsfläche eines vorderen Endabschnitts des zweiten Glieds 506 vorgesehen. Die Drehung des zweiten Glieds 506 bezüglich des ersten Glieds 504 kann verriegelt werden, indem jeder Eingriffsvorsprung 524 in die entsprechende Eingriffsnut 526 eingreift. Außerdem ist auf einer Rückseite des ersten Glieds 504 ein ringförmiges elastisches Glied 528 (Gummi in der Ausführungsform) vorgesehen. Das elastische Glied 528 absorbiert eine Kraft, die zwischen dem ersten Glied 504 und dem zweiten Glied 506 wirkt, wenn die beiden ineinandergreifen, und wenn sich das zweite Glied 506 von dem ersten Glied 504 löst, wodurch eine Beschädigung oder Verformung des ersten Glieds 504 und des zweiten Glieds 506 verhindert wird. Das elastische Glied 528 fungiert auch als ein „Kopplungsmechanismus“, der das zweite Glied 506 mit einer elastischen Kraft aufnimmt und eine Kopplungskraft der Eingriffsabschnitte der zwei Glieder erhöht.
10 und 11 sind Schnittansichten, die eine innere Struktur des Gelenkmechanismus 500 darstellen. 10 zeigt einen Nicht-Eingreifszustand der zwei Glieder. 10(a) ist ein vertikaler Querschnitt, und 10(b) ist eine Schnittansicht, gesehen entlang eines B-B-Pfeils von 10(a). Währenddessen zeigt 11 einen Eingriffszustand der zwei Glieder. 11 (a) entspricht 10(a), und 11 (b) entspricht 10(b).
Wie in den 10(a) und (b) gezeigt, weist das erste Glied 504 einen unteren, zylindrischen Hauptkörper 530 auf. Ein Flanschabschnitt erstreckt sich von einer Seitenfläche des Hauptkörpers 530 in einer radialen Richtung nach außen und konfiguriert den Abschnitt 508 mit großem Durchmesser. Die erste Welle 516 ist koaxial zum Hauptkörper 530 eingebaut. Ein Einführungsloch 532, durch das ein Endabschnitt der ersten Welle 516 eingeführt wird, ist in einer Mitte eines unteren Abschnitts 531 des Hauptkörpers 530 ausgebildet.
Die erste Welle 516 weist einen scheibenförmigen Basisabschnitt 534, ein Armpaar 536, die sich gabelförmig von einer Seitenfläche des Basisabschnitts 534 erstrecken, und einen kreisförmigen nabenförmigen Wellenabschnitt 538 auf, der sich koaxial von einer gegenüberliegenden Seitenfläche des Basisabschnitts 534 erstreckt. Der Wellenabschnitt 538 wird durch das Einführungsloch 532 eingeführt. Das Armpaar 536 ist symmetrisch über einer axialen Linie des Basisabschnitts 534 angeordnet.
Der Wellenabschnitt 538 ist von einer Längenabmessung derart, dass der Wellenabschnitt 538 leicht aus dem Einführungsloch 532 herausragt, und eine Beilagscheibe 540 ist so angeordnet, dass sie mit einer vorderen Stirnseite des Wellenabschnitts 538 in Kontakt kommt. Die Beilagscheibe 540 hat einen größeren Außendurchmesser als der des Wellenabschnitts 538 und ist mit einer Schraube 542 am Wellenabschnitt 538 befestigt. Wie in den Zeichnungen gezeigt, ist der untere Abschnitt 531 zwischen dem Basisabschnitt 534 und der Beilagscheibe 540 eingeklemmt, aber ein Abstand zwischen dem Basisabschnitt 534 und der Beilagscheibe 540 ist etwas größer als eine Dicke des unteren Abschnitts 531. Gemäß dieser Art von Konfiguration wird die erste Welle 516 bezüglich des ersten Glieds 504 so abgestützt, dass sie sich um die Achse der ersten Welle 516 drehen kann.
Das Kopplungsglied 522 ist so abgestützt, dass es zwischen den vorderen Enden des Armpaares 536 eingeklemmt ist. Das Kopplungsglied 522 bildet einen rechteckigen Zylinder mit quadratischem Querschnitt aus, ein Zapfenpaar 544 ragt von zwei Seitenflächen hervor, die einander gegenüberliegende Seiten von vier Seitenflächen des Kopplungsglieds 522 ausbilden, und ein Zapfenpaar 545 ragt von den verbleibenden zwei Seitenflächen hervor. Das Zapfenpaar 544 ragt koaxial und mit entgegengesetzten Orientierungen hervor und bildet dadurch eine erste Drehwelle. Das Zapfenpaar 545 ragt koaxial und mit entgegengesetzten Orientierungen hervor und bildet dadurch eine zweite Drehwelle. Die axialen Linien der Drehwellen stehen senkrecht zueinander. In einem vorderen Endabschnitt von jedem der beiden Arme 536 ist ein kreisförmiges Stützloch 546 vorgesehen, und das Zapfenpaar 544 greift in jedes Stützloch 546 ein. Infolgedessen können die erste Welle 516 und das Kopplungsglied 522 relativ um die axiale Linie der ersten Drehwelle schwenken.
Die mehreren Eingriffsvorsprünge 524 sind in vorbestimmten Abständen auf einer inneren Umfangsfläche des Hauptkörpers 530 angeordnet. Ein ringförmiger Befestigungsabschnitt 548 ist vorgesehen, der an einem offenen Ende des Hauptkörpers 530 hervorsteht. Eine ringförmige vertiefte Nut 550 ist in einer Rückseite des elastischen Glieds 528 ausgebildet. Das elastische Glied 528 ist auf der ersten Welle 516 montiert, wobei die vertiefte Nut 550 auf dem Montageabschnitt 548 angebracht ist. Außerdem ist ein offenes Ende des elastischen Glieds 528 so ausgebildet, dass es konisch ist (ein konischer Abschnitt 552), wodurch die Aufnahme des zweiten Glieds 506 einfach ist. Das zweite Glied 506 ist dergestalt installiert, dass sein vorderer Endabschnitt entlang des elastischen Glieds 528 gleitet, selbst wenn das zweite Glied 506 bezüglich des ersten Glieds 504 etwas geneigt ist.
Währenddessen weist das zweite Glied 506 einen abgestuften, zylindrischen Hauptkörper 560 auf. Der Hauptkörper 560 weist einen Abschnitt 562 mit kleinem Durchmesser auf, der mit dem ersten Glied 504 in Eingriff steht oder sich von diesem trennt, und einen Abschnitt 564 mit großem Durchmesser, mit dem der Hornhauptkörper 502 verbunden ist. Die zweite Welle 518 ist koaxial bezüglich des Hauptkörpers 560 eingebaut. Ein vorderer Endabschnitt des Abschnitts 562 mit kleinem Durchmesser hat eine R-Form, und die mehreren Eingriffsnuten 526 sind in vorbestimmten Abständen in einer Umfangsfläche des Abschnitts 562 mit kleinem Durchmesser vorgesehen. Eine äußere Umfangsfläche des R-förmigen Abschnitts 562 mit kleinem Durchmesser fungiert als eine „Eingriffsfläche“, die mit dem ersten Glied 504 in Eingriff steht. Ein ringförmiges Magnetglied 566 ist an einem hinteren Endabschnitt des Abschnitts 562 mit kleinem Durchmesser befestigt. Außerdem sind mehrere Führungsabschnitte 568 vorgesehen, die auf einer inneren Umfangsfläche des Abschnitts 562 mit kleinem Durchmesser vorstehen und sich in einer axialen Richtung erstrecken.
Die zweite Welle 518 weist einen zylindrischen Basisabschnitt 570 und ein Armpaar 572 auf, das sich in Gabelform von einer Seitenfläche des Basisabschnitts 570 erstreckt. Das Armpaar 572 ist symmetrisch über einer axialen Linie des Basisabschnitts 570 angeordnet. Ein Einführungsloch 574 zum Einführen der Verdrahtung L hindurch ist in der Mitte des Basisabschnitts 570 ausgebildet. Das Einführungsloch 514, ein Innendurchgang des Kopplungsglieds 522, das Einführungsloch 574 und ein diese verbindender Durchgang fungieren als ein „Durchgangsweg“, der in die erste Welle 516 und die zweite Welle 518 eindringt. Mehrere Führungsnuten (vertiefte Nuten), die jeweils mit den mehreren Führungsabschnitten 568 in Eingriff stehen, sind in einer äußeren Umfangsfläche des Basisabschnitts 570 vorgesehen und erstrecken sich in Richtung einer axialen Linie. Die Drehung des zweiten Glieds 506 bezüglich der zweiten Welle 518 wird durch das Eingreifen der Führungsnuten verhindert. Die Drehung des zweiten Glieds 506 um die axiale Linie wird durch Drehung der ersten Welle 516 gewährleistet.
Ein kreisförmiges Unterstützungsloch 573 ist in einem vorderen Endabschnitt jedes der beiden Arme 572 vorgesehen. Die Unterstützungslöcher 573 stehen jeweils mit dem Zapfenpaar 545 in Eingriff. Infolgedessen können die zweite Welle 518 und das Kopplungsglied 522 relativ um die axiale Linie der zweiten Drehwelle schwenken. Gemäß dieser Art von Konfiguration können die erste Welle 516 und die zweite Welle 518 mittels Kupplungsglied 522 (ein Pfeil mit Strichpunktlinie in den Zeichnungen) umeinander schwenken.
Ein Außendurchmesser des Basisabschnitts 570 ist praktisch gleich einem Innendurchmesser des Abschnitts 562 mit kleinem Durchmesser, und das zweite Glied 506 wird von der zweiten Welle 518 gestützt, um in Richtung einer axialen Linie gleiten zu können. In einer Rückseite des Basisabschnitts 570 ist eine ringförmige Eingriffsnut 576 vorgesehen, und ein ringförmiger Magnet 578 (ein Permanentmagnet in der Ausführungsform) ist angebracht. Der Magnet 578 liegt dem Magnetglied 566 in Richtung der axialen Linie gegenüber.
Wenn das zweite Glied 506 veranlasst wird, entlang der zweiten Welle 518 aus dem in den Zeichnungen gezeigten Zustand zu gleiten, kommt das zweite Glied 506 in die Nähe des ersten Glieds 504 und kommt in Kontakt mit dem elastischen Glied 528. Wenn das zweite Glied 506 weiter gegen die elastische Kraft des elastischen Glieds 528 nach unten gedrückt wird, wird der Abschnitt 562 mit kleinem Durchmesser in den Hauptkörper 530 des ersten Glieds 504 eingeführt, wie in den 11 (a) und (b) gezeigt. Das Einführen wird durch den sich verjüngenden Abschnitt 552 des elastischen Glieds 528 und die R-Form des Abschnitts 562 mit kleinem Durchmesser beschleunigt. Zu diesem Zeitpunkt kann die Drehung des zweiten Glieds 506 blockiert werden, indem die Eingriffsnut 526 in Eingriff mit dem Eingriffsvorsprung 524 gebracht wird. Auf diese Weise kann das erste Glied 504 stabil an dem zweiten Glied 506 in einer korrekten Position befestigt werden.
Außerdem wird zu diesem Zeitpunkt eine Magnetkraft zwischen dem Magneten 578 und dem Magnetglied 566 erzeugt, wodurch das zweite Glied 506 in Richtung der axialen Linie angesaugt (vorgespannt) und eng an der zweiten Welle 518 befestigt wird. Das heißt, die Befestigung in Richtung der axialen Linie des zweiten Glieds 506 an dem ersten Glied 504 ist ebenfalls stabil. Mit anderen Worten, sofern nicht eine die Magnetkraft übersteigende externe Kraft in einem Zustand wirkt, in dem das zweite Glied 506 mit dem ersten Glied 504 in Eingriff steht, trennt sich das zweite Glied 506 nicht von dem ersten Glied 504. Das heißt, das Horn 112 trennt sich nicht vom Kopfabschnittsrahmen 316. Der Widerstand des Horns 112 gegen eine externe Kraft kann durch eine Einstellung der Magnetkraft des Magneten 578 geregelt werden. Der Magnet 578 und das Magnetglied 566 fungieren als „Kopplungsmechanismus“, der bewirkt, dass eine Kopplungskraft des ersten Glieds 504 und des zweiten Glieds 506 vollständig genutzt wird, und fungieren auch als „Vorspannmechanismus“, der eine Vorspannkraft der beiden Glieder in einer Kopplungsrichtung erhöht.
In der Ausführungsform ist die Festigkeit der Hauptkomponenten (des ersten Glieds 504, des zweiten Glieds 506, der ersten Welle 516, der zweiten Welle 518, des Kopplungsglieds 522 und dergleichen), die vom Kopplungsmechanismus (Vorspannmechanismus) im Horn 112 verschieden sind, größer als die Kopplungskraft des Magneten 578 und des magnetischen Glieds 566. Aus diesem Grund wird verhindert, dass das Horn 112 zerstört wird, ohne dass eine Versetzungshandlung des Gelenkmechanismus 500 auftritt. Da das Gewicht des Roboters 100 (eine Last in einer Richtung der Schwerkraft) größer als die zuvor beschriebene Kopplungskraft ist, trennt sich das Horn 112 außerdem beim Ziehen (kommt aufgrund einer Versetzungshandlung heraus). Da das Gewicht des Horns 112 (eine Last in Richtung der Schwerkraft) kleiner als die bisher beschriebene Kopplungskraft ist, kann das Horn 112 darüber hinaus durch die Kopplungskraft gehalten werden (der Eingriffszustand des ersten Glieds 504 und des zweiten Glieds 506 kann gehalten werden), wenn der Roboter 100 normal arbeitet.
Selbst wenn der Eingriff zwischen dem ersten Glied 504 und dem zweiten Glied 506 aufgrund einer externen Kraft unterbrochen wird, die die Kopplungskraft des Magneten 578 und des auf das Horn 112 wirkenden magnetischen Glieds 566 übersteigt, sind die erste Welle 516 und die zweite Welle 518 unterdessen gekoppelt, wodurch die Verbindung zwischen dem zweiten Glied 506 und dem ersten Glied 504 nicht unterbrochen wird. Das heißt, selbst wenn sich das Horn 112 durch einen Umstand wie beispielsweise Versetzung vom Kopfabschnittsrahmen 316 löst, fällt das Horn 112 nicht ab. Die erste Welle 516, die zweite Welle 518 und das Kopplungsglied 522 fungieren als „Verbindungsglied“, das das erste Glied 504 und das zweite Glied 506 verbindet, indem es zwischen den beiden angeordnet ist. Die Festigkeit der Verbindung der ersten Welle 516 und der zweiten Welle 518 durch das Kopplungsglied 522 ist von ausreichender Größe, dass das Horn 112 (das zweite Glied 506) gehalten werden kann, nachdem das erste Glied 504 und das zweite Glied 506 getrennt sind.
12 ist eine Darstellung, die eine die Drehung einschränkende Struktur des zweiten Glieds 506 darstellt. 12(a) ist eine Schnittansicht, gesehen entlang eines C-C-Pfeils von 11 (a). Die 12(b) und (c) sind schematische Ansichten, die eine Drehungsgrenze angeben, wenn sich das zweite Glied 506 aus dem Zustand von 12(a) dreht.
Wie in 12(a) gezeigt, ist zwischen dem unteren Abschnitt 531 des ersten Glieds 504 und dem Basisabschnitt 534 der ersten Welle 516 eine die Drehung einschränkende Struktur vorgesehen, die einen Drehwinkelbereich der ersten Welle 516 um die Achse der ersten Welle 516 begrenzt. Das heißt, im unteren Abschnitt 531 ist eine ringförmige Führungsnut 580 in einer dem Basisabschnitt 534 gegenüberliegenden Fläche ausgebildet. In der Ausführungsform ist der Bereich der Führungsnut 580 auf einen Bereich von 330 Grad eingestellt, wobei die axiale Linie des Basisabschnitts 534 als Mittelpunkt dient, aber der Winkelbereich kann je nach Bedarf in einem Bereich von weniger als 360 Grad eingestellt sein.
Währenddessen ist ein fächerförmiges Verriegelungsstück 582 vorgesehen, das an dem Basisabschnitt 534 auf einer Fläche gegenüber dem unteren Abschnitt 531 vorsteht und lose in die Führungsnut 580 eingreift. In der Ausführungsform ist eine Breite des Verriegelungsstücks 582 in einem Bereich von 330 Grad eingestellt, wobei die axiale Linie des Basisabschnitts 534 als Mittelpunkt dient, aber der Winkelbereich kann je nach Bedarf eingestellt sein.
Wenn sich die erste Welle 516 in eine Richtung dreht, wird die erste Welle 516 an einer Wandung 584 verriegelt, die an einem Umfangsende der Führungsnut 580 positioniert ist, wie in 12(b) gezeigt. Wenn sich die erste Welle 516 in die andere Richtung dreht, wird die erste Welle 516 an einer Wandung 586 verriegelt, die an dem anderen Umfangsende der Führungsnut 580 positioniert ist, wie in 12(c) gezeigt. Aus diesem Grund ist der Drehwinkel der ersten Welle 516 auf einen vorbestimmten Winkelbereich von weniger als 360 Grad (in der Ausführungsform ein Bereich von 300 Grad) begrenzt. Wie bereits erwähnt, wird die Drehung des zweiten Glieds 506 um die axiale Linie durch Drehung der ersten Welle 516 sichergestellt, wodurch ein Drehwinkelbereich des zweiten Glieds 506 auf die gleiche Weise wie der der ersten Welle 516 begrenzt ist.
13 ist eine Zeichnung, die ein Beispiel für einen Trennungsvorgang (Eingriffsunterbrechung) des zweiten Glieds 506 zeigen. Die 13(a) und (b) zeigen den Trennungsvorgang. Um zu bewirken, dass sich das zweite Glied 506 vom ersten Glied 504 trennt, ist es notwendig, zumindest den Eingriff zwischen dem Eingriffsvorsprung 524 und der Eingriffsnut 526 zu unterbrechen, wie in 13(a) dargestellt, um das zu tun, was notwendig ist, um eine Kraftkomponente in Richtung einer axialen Linie auf das zweite Glied 506 wirken zu lassen.
Wenn das zweite Glied 506 um einen vorbestimmten Betrag in eine Richtung weg vom ersten Glied 504 verschoben wird, wird der Eingriff zwischen dem Eingriffsvorsprung 524 und der Eingriffsnut 526 unterbrochen. Indem bewirkt wird, dass eine Kraftkomponente in radialer Richtung in diesem Zustand auf das zweite Glied 506 wirkt, kann das zweite Glied 506 dazu gebracht werden, bezüglich des ersten Glieds 504 zu schwenken, wie in 13 (b) gezeigt. Zu diesem Zeitpunkt kann das zweite Glied 506 um eine axiale Linie L1 der ersten Welle 516, um eine axiale Linie L2 der ersten Drehwelle des Kopplungsglieds 522 und um eine axiale Linie L3 der zweiten Drehwelle des Kopplungsglieds 522 (d. h. um drei Wellen) schwenken. Aufgrund dessen nimmt die Vorgangsfreiheit des Horns 112 zu.
Bislang wurde eine am Roboter 100 angewendete Gelenkstruktur basierend auf einer Ausführungsform beschrieben. Gemäß der Ausführungsform sind das erste Glied 504, das im Hauptkörper des Roboters 100 vorgesehen ist, und das zweite Glied 506, das das Horn 112 konfiguriert, so konfiguriert, dass sie in Eingriff treten und sich trennen können (unterbrechender Eingriff). Selbst wenn während eines Verhaltensprozesses des Roboters 100 eine nicht vorhergesehene externe Kraft auf das Horn 112 ausgeübt wird, wird ein Eingriffszustand unterbrochen, wenn die relative Verschiebung der zwei Glieder eine vorbestimmte Größe überschreitet, und es tritt eine Erscheinung wie eine Versetzung auf, wodurch eine von der externen Kraft resultierende Last abgelenkt werden kann. Aufgrund dessen kann eine Zerstörung des Horns 112 verhindert werden. Außerdem bleibt selbst bei Trennung der beiden Glieder der gekoppelte Zustand der ersten Welle 516 und der zweiten Welle 518 erhalten, wodurch ein Abfallen des Horns 112 verhindert werden kann.
Außerdem ist gemäß der Ausführungsform ein Durchgangsweg ausgebildet, der die erste Welle 516, das Kopplungsglied 522 und die zweite Welle 518 durchdringt, und die Verdrahtung L wird durch den Durchgangsweg eingeführt. Da die Verdrahtung L durch das Gelenk 520 selbst eingeführt wird, kann die Verdrahtung zwischen den Gliedern in einem minimalen Abstand durchgeführt werden. Selbst wenn das Gelenk 520 einen komplexen Drehvorgang durchführt, stört die Verdrahtung L den Vorgang nicht. Da der Drehwinkelbereich der ersten Welle 516 auf weniger als 360 Grad begrenzt ist, kann außerdem das Verdrehen der Verdrahtung L (die Stromleitung 130 und die Signalleitung 132) verhindert oder eingeschränkt werden. Dadurch kann das Durchtrennen und Beschädigen der Verdrahtung L effektiv verhindert werden.
Geändertes Beispiel
14 sind Schnittansichten, die eine Gelenkstruktur gemäß einem geänderten Beispiel darstellen. 14(a) zeigt ein erstes geändertes Beispiel und 14(b) zeigt ein zweites geändertes Beispiel.
Im ersten geänderten Beispiel ist eine Feder 610 (eine Zugfeder) als „Kopplungsmechanismus“ und als „Vorspannmechanismus“ vorgesehen. Ein Ende der Feder 610 ist an einer zweiten Welle 618 befestigt, und ein anderes Ende ist an dem Abschnitt 564 mit großem Durchmesser eines zweiten Glieds 606 befestigt. In der Nähe des hinteren Endes des Abschnitts 562 mit kleinem Durchmesser ist ein Haltering 666 zum Verhindern des Herausfallens der zweiten Welle 618 vorgesehen. Gemäß dieser Art von Konfiguration kann eine Größe (die wahrscheinlich oder unwahrscheinlich eine Versetzung verursacht) einer externen Kraft, die dazu führen sollte, dass ein Horn versetzt wird, durch Auswahl einer Spezifikation (Last) der Feder 610 geregelt werden.
Im zweiten geänderten Beispiel ist ein Elektromagnet 630 als „Kopplungsmechanismus“ und als „Vorspannmechanismus“ vorgesehen. Mehrere Elektromagnete 630 sind in der Nähe des hinteren Endes des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 562 entlang einer inneren Umfangsfläche des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 562 angeordnet. Ein magnetisches Glied 678 ist auf einer zweiten Welle 628 in einer Seite angeordnet, die jedem Elektromagnet gegenüberliegt. Die Steuerungseinheit 150 steuert eine Stromversorgung zum Elektromagneten 630. Gemäß dieser Art der Konfiguration kann eine Eingriffskraft (Kopplungskraft und Vorspannkraft) zwischen dem ersten Glied 504 und einem zweiten Glied 626 durch Regeln eines dem Elektromagneten 630 zugeführten Stromwertes gesteuert werden. Das heißt, eine Größe (die wahrscheinlich oder unwahrscheinlich eine Versetzung verursacht) einer externen Kraft, die dazu führen sollte, dass ein Horn versetzt wird, kann entsprechend einer Situation, in der sich der Roboter befindet, geregelt werden.
15 ist eine Schnittansicht, die eine Gelenkstruktur gemäß einem weiteren geänderten Beispiel (ein drittes geändertes Beispiel) darstellt.
Im dritten geänderten Beispiel ist zusätzlich zur Konfiguration des ersten geänderten Beispiels ein Verriegelungsmechanismus 710 vorgesehen, der einen Eingriffszustand eines ersten Glieds 704 und eines zweiten Glieds 706 verriegeln kann. Der Verriegelungsmechanismus 710 umfasst eine Schraube 712 (ein Schraubenbolzen), die das erste Glied 704 und das zweite Glied 706 festziehen kann, sowie einen Motor 714, der die Schraube 712 in eine Richtung des Festschraubens oder Lösens antreibt. Die Steuerungseinheit 150 steuert den Motor 714.
Ein Einführungsloch 716 zum Einführen der Schraube 712 ist in dem ersten Glied 704 durchdringend ausgebildet. Ein Lager 718 ist in einem geöffneten Endabschnitt des Einführungslochs 716 angeordnet. Ein Zahnrad 720 ist koaxial und integral in einem hinteren Endabschnitt der Schraube 712 vorgesehen. Das Zahnrad 720 steht in Eingriff mit einem Abtriebszahnrad 722 des Motors 714. Eine Beilagscheibe 726 ist zwischen einer Endfläche des ersten Glieds 704 und dem Zahnrad 720 angeordnet. Unterdessen ist in einem Abschnitt mit großem Durchmesser 764 des zweiten Glieds 706 ein Innengewindeabschnitt 730 vorgesehen, und ein Außengewindeabschnitt 728 der Schraube 712 ist mit dem Innengewindeabschnitt 730 verschraubt.
Dadurch, dass der Motor 714 so angetrieben wird, dass er sich in eine Richtung dreht, kann die Schraube 712 in eine Festziehrichtung (in der Zeichnung rechts) angetrieben werden. Dadurch, dass der Motor 714 so angetrieben wird, dass er sich in die andere Richtung dreht, kann die Schraube 712 in eine Löserichtung (in der Zeichnung links) angetrieben werden. Dadurch, dass die Schraube 712 in der Löserichtung angetrieben wird und der Außengewindeabschnitt 728 dazu gebracht wird, sich aus dem Innengewindeabschnitt 730 zurückzuziehen, können das erste Glied 704 und das zweite Glied 706 dazu gebracht werden, sich zu trennen. Gemäß dieser Art von Konfiguration kann die Kopplungsfestigkeit des ersten Glieds 704 und des zweiten Glieds 706 durch Festziehen der beiden erhöht werden. Beispielsweise ist diese Art der Konfiguration wirksam, wenn eine Notwendigkeit entsteht, einen gekoppelten Zustand beizubehalten, selbst wenn ein Horn bricht.
16 sind Schnittansichten, die eine Gelenkstruktur gemäß einem weiteren geänderten Beispiel (ein viertes geändertes Beispiel) darstellen. 16(a) zeigt einen Eingriffszustand eines ersten Glieds und eines zweiten Glieds, und 16(b) zeigt einen getrennten Zustand.
Im vierten geänderten Beispiel ist ein Faltenbalg 810 als „Kopplungsmechanismus“ und als „Vorspannmechanismus“ vorgesehen. Ein Ende des Faltenbalgs 810 ist an einem ersten Glied 804 befestigt, und ein anderes Ende ist an einem zweiten Glied 806 befestigt. Da der Faltenbalg 810 Elastizität in Richtung einer axialen Linie aufweist, fungiert der Faltenbalg 810 als „Vorspannmechanismus“, der das erste Glied 804 und das zweite Glied 806 in einer Eingriffsrichtung vorspannt. In diesem geänderten Beispiel ist keine erste Welle oder zweite Welle vorgesehen. Das Einführungsloch 514 zum Einführen der Verdrahtung L hindurch ist in dem ersten Glied 804 vorgesehen.
Durch Hinzuführen einer externen Kraft im Eingriffszustand, wie in 16(a) gezeigt, kann das zweite Glied 806 dazu gebracht werden, sich in einer versetzten Ausrichtung zu trennen, wie in 16(b) dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt fungiert der Faltenbalg 810 als ein „Verbindungsglied“, das verhindert, dass das zweite Glied 806 herausfällt. Gemäß dieser Art von Konfiguration kann eine Teilmenge der Gelenkstruktur reduziert werden, wodurch eine Kostenreduzierung erreicht werden kann.
Eine Außenhaut aus Schaumstoff (Urethan) oder dergleichen kann anstelle des Faltenbalgs 810 angeordnet sein. Auch können die beiden Glieder mit Draht verbunden sein. Der Draht kann ein Formgedächtnislegierungsdraht sein. Der Draht kann durch Energiezufuhr oder Blockieren der Energiezufuhr des Drahtes zum Anspannen oder Entspannen gebracht werden. Beispielsweise kann der Draht beim Aufrechterhalten eines Eingriffszustandes der zwei Glieder zum Anspannen und beim Ermöglichen der Trennung zum Entspannen gebracht werden.
17 ist eine Schnittansicht, die eine Gelenkstruktur gemäß einem weiteren geänderten Beispiel (ein fünftes geändertes Beispiel) darstellt.
In der fünften Ausführungsform wird der Gelenkmechanismus 500 der zuvor beschriebenen Ausführungsform an einem Schultergelenk eines Roboters 900 (ein humanoider Roboter) angewendet. Ein Schulterabschnitt 902 des Roboters 900 entspricht einer „ersten Region“, und ein Armteil 904 entspricht einer „zweiten Region“. Das erste Glied 504 konfiguriert den Schulterabschnitt 902 und das zweite Glied 506 den Armabschnitt 904. Auf eine Beschreibung der Einzelheiten des Armabschnitts 904 wird verzichtet.
Ein Zahnrad 920 ist so befestigt, dass es zwischen der Schraube 542 und der Beilagscheibe 540 eingeklemmt ist. Das Zahnrad 920 steht in Eingriff mit einem Abtriebszahnrad 922 eines Motors 914. Die Steuerungseinheit 150 steuert den Motor 914. Der Armabschnitt 904 kann durch Antreiben des Motors 914 zum Drehen gebracht werden. Wenn ferner dem Armabschnitt 904 eine externe Kraft eines vorbestimmten Wertes oder größer zugeführt wird, trennt sich das zweite Glied 506 vom ersten Glied 504 und die externe Kraft kann abgelenkt werden. Auf diese Weise kann der Gelenkmechanismus 500 der bisher beschriebenen Ausführungsform auch an einem Schulterabschnittsgelenk angewendet werden. Natürlich kann der Gelenkmechanismus 500 mit jedem im Roboter 900 vorgesehenen Gelenk kombiniert werden. Es versteht sich, dass der Gelenkmechanismus 500 auf die gleiche Weise in den ersten bis vierten geänderten Beispielen am Schultergelenk des Roboters 900 angewendet werden kann.
Da die Erfindung nicht auf die bisher beschriebene Ausführungsform und das geänderte Beispiel beschränkt ist, können Komponenten geändert und ausgeführt sein, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Verschiedene Erfindungen können durch geeignetes Kombinieren mehrerer Komponenten gebildet werden, die in der zuvor beschriebenen Ausführungsform und dem geänderten Beispiel offenbart sind. Außerdem können einige Komponenten aus der Gesamtheit der Komponenten, die in der bisher beschriebenen Ausführungsform und dem geänderten Beispiel gezeigt ist, weggelassen sein.
Obwohl eine Beschreibung gegeben wurde, die davon ausgeht, dass das Robotersystem 300 aus einem Roboter 100, einem Server 200 und mehreren externen Sensoren 114 konfiguriert ist, kann ein Teil der Funktionen des Roboters 100 durch den Server 200 realisiert sein, und ein Teil oder alle Funktionen des Servers 200 können dem Roboter 100 zugeteilt sein. Ein Server 200 kann mehrere Roboter 100 steuern, oder mehrere Server 200 können einen oder mehrere der Roboter 100 in Zusammenarbeit steuern.
Eine von dem Roboter 100 und dem Server 200 verschiedene dritte Vorrichtung kann einen Teil der Funktionen verwalten. Eine Sammlung der Funktionen des Roboters 100 und der in 7 beschriebenen Funktionen des Servers 200 kann auch umfassend als ein „Roboter“ verstanden werden. Es genügt, dass ein Verfahren zum Verteilen der mehreren Funktionen, die zur Realisierung der Erfindung bezüglich eines oder mehrerer Hardwareelemente erforderlich sind, unter Berücksichtigung der Verarbeitungsfähigkeit jedes Hardwareelements, der für das Robotersystem 300 erforderlichen Spezifikationen und dergleichen bestimmt wird.
In der bisher beschriebenen Ausführungsform ist die omnidirektionale Kamera 400 als Beispiel für ein im zweiten Glied vorgesehenes „Sensormodul“ gezeigt, ist jedoch nicht darauf beschränkt, sodass verschiedene Sensoren, wie beispielsweise ein Temperatursensor, vorgesehen sein können. Anstelle eines „Sensormoduls“ kann ein „Stellgliedmodul“, wie beispielsweise ein Motor, eingesetzt sein. Die Verdrahtung L (eine Stromleitung, eine Signalleitung und dergleichen) ist ebenfalls mit dem Stellgliedmodul verbunden.
Obwohl in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform nicht erwähnt, kann ein Magnetsensor (berührungsloser Sensor), der aus einem Hallelement oder dergleichen ausgebildet ist, in der Nähe des Magnetglieds 566 angeordnet sein, und die Befestigung oder Abnahme des Magneten 578 und des Magnetelements 566 (das heißt, ob das erste Glied 504 und das zweite Glied 506 in Eingriff stehen oder nicht) erkannt werden. Eine Tatsache, dass das Horn 112 herausgegangen ist, kann basierend auf der Trennungserkennung und einem Alarmsignalausgang bestimmt werden. Die Steuerungseinheit 150 kann die Stromversorgung des Stromversorgungssystems des Roboters 100 oder dergleichen als Reaktion auf einen Eingang des Alarmsignals abschalten. Alternativ kann eine Netzteilschaltung selbst unterbrochen werden.
Beispiele, bei denen die zuvor beschriebene Gelenkstruktur auf ein Horn oder ein Schultergelenk angewendet wird, werden in der zuvor beschriebenen Ausführungsform und in geänderten Beispielen vorgestellt. In einem weiteren geänderten Beispiel kann die Gelenkstruktur auf einen anderen Gelenkabschnitt wie beispielsweise ein Arm- oder Gliedgelenk oder ein Fingergelenk angewendet werden. Wenn beispielsweise ein zweibeinig gehender Roboter umfällt, wird eine nicht vorhergesehene Kraft auf einen Arm ausgeübt, und ein Gelenk könnte brechen. Ein Fuß könnte rutschen, während ein zweibeinig gehender Roboter geht, ein Schritt des Roboters könnte sich weiter öffnen als vorgesehen, und ein Hüftgelenk könnte brechen. In einem solchen Fall kann eine fatale Zerstörung verhindert werden, wenn es aufgrund der bisher beschriebenen Art von Gelenkmechanismus eine Versetzungsstruktur gibt. Die Versetzungsstruktur muss nicht notwendigerweise an einer Stelle sein, die Versetzungsstruktur kann beispielsweise in jedem Gelenk (Handgelenk, Ellenbogen und Schulter) eines Arms vorgesehen sein. Dadurch, dass die Gelenke beim Umkippen des Roboters aus dem Handgelenk versetzt werden, kann der Roboter beim Ablenken eines Stoßes zum Umfallen gebracht werden.
In der bisher beschriebenen Ausführungsform ist ein Kugelgelenk als Beispiel für das Gelenk 520 dargestellt, aber ein geformtes Gelenk oder ein anderes Gelenk kann ebenfalls verwendet werden. Wenn das Einführen einer Verdrahtung durch einen schwenkbaren Abschnitt des Gelenks in Betracht gezogen wird, ist die Verwendung eines Universalgelenks vorzuziehen.
Ein Beispiel, bei dem das zweite Glied 506 unter Verwendung des elastischen Glieds 528 in das erste Glied 504 eingeführt und unter Verwendung des Hauptkörpers 530 fixiert wird, ist in der zuvor beschriebenen Ausführungsform dargestellt, wie in 11 gezeigt. Das heißt, ein Basisabschnitt eines Abschnitts des ersten Glieds 504, mit dem das zweite Glied 506 in Eingriff steht, ist ein hartes Harzmaterial, und ein vorderer Endabschnitt ist ein elastisches Glied.
In einem geänderten Beispiel kann der gesamte Abschnitt des ersten Glieds 504, mit dem das zweite Glied 506 in Eingriff steht, ein elastisches Glied sein.
Obwohl in der zuvor beschriebenen Ausführungsform nicht erwähnt, kann die Größe einer Last, die bewirken soll, dass sich das zweite Glied löst (versetzt wird), unter Verwendung einer Position (Schwenkdrehpunktposition) des Kopplungsglieds 522 bezüglich des zweiten Glieds 506 geregelt werden. Dies liegt daran, dass sich ein Drehmoment entsprechend einem Abstand zwischen einer Position, in der eine externe Kraft wirkt, und der Drehpunktposition unterscheidet. Je länger beispielsweise die zweite Welle 518 ist, desto größer wird das Drehmoment, wodurch die Trennung erleichtert werden kann. Bei der physikalischen Regelung einer Last, die auf diese Weise eine Trennung bewirken soll, kann die durch den Eingriffsvorsprung 524 und die Eingriffsnut 526 gebildete Eingriffsstruktur weggelassen werden. Auf diese Weise kann das zweite Glied 506 zur Trennung veranlasst werden, ohne dass das zweite Glied 506 in Richtung der axialen Linie gleitet.
Obwohl in der bisher beschriebenen Ausführungsform nicht erwähnt, können ein erstes und ein zweites Glied einen Verriegelungsabschnitt enthalten, der die beiden Glieder in einem Eingriffszustand miteinander verriegelt. Beispielsweise kann eine Struktur eingesetzt werden, bei der das zweite Glied an das erste Glied angehakt ist. Eine Konfiguration kann dergestalt sein, dass ein verriegelter Zustand durch eine elastische Umwandlung des Verriegelungsabschnitts unterbrochen werden kann.
In der bisher beschriebenen Ausführungsform ist ein Magnet (ein Kopplungsmechanismus und ein Vorspannmechanismus) zwischen einer zweiten Welle und einem zweiten Glied angeordnet, aber der Magnet kann zwischen einem ersten Glied und dem zweiten Glied angeordnet sein.
Im fünften geänderten Beispiel sind der Motor 914 und die erste Welle 516 durch ein Zahnrad verbunden, aber der Motor 914 und die erste Welle 516 können durch eine Kupplung verbunden sein.
Eine Gelenkstruktur der bisher beschriebenen Ausführungsform kann ebenfalls wie folgt verstanden werden. Das heißt, die Gelenkstruktur ist konfiguriert, ein erstes Glied, eine vom ersten Glied gestützte erste Welle, eine zweite Welle, die über ein Gelenk so mit der ersten Welle gekoppelt ist, dass sie schwenkbar ist, und ein von der zweiten Welle gestütztes zweites Glied zu beinhalten, um zu einer relativen Verschiebung in der Lage zu sein, wobei das zweite Glied an dem ersten Glied gemäß einer relativen Verschiebung des zweiten Glieds bezüglich der zweiten Welle befestigt oder von ihm abgelöst werden kann. In der Gelenkstruktur ist ein Führungsabschnitt vorgesehen, der ein Gleiten des zweiten Glieds in einer Längsrichtung der zweiten Welle führt.
Eine Konfiguration dergestalt, dass das Einführungsloch 514 in einer von der axialen Linie des ersten Glieds 504 getrennten Position vorgesehen ist und die vom zweiten Glied 506 ausgehende Verdrahtung L durch das Einführungsloch 514 hindurch eingeführt wird, ist in der zuvor beschriebenen Ausführungsform dargestellt, wie in 10(a) gezeigt. Diese Art der Konfiguration ist dergestalt, dass eine Möglichkeit besteht, dass die Verdrahtung L um einen Außenumfang der ersten Welle 516 gemäß einem Drehwinkelbereich des zweiten Glieds 506 bezüglich des ersten Glieds 504 gewickelt wird. Aus diesem Grund ist es gut, wenn eine Länge der Verdrahtung L unter Berücksichtigung des Drehwinkelbereichs mit Spielraum festgelegt wird.
Ein Beispiel, bei dem das Einführungsloch 514 in einer von der axialen Linie des ersten Glieds 504 getrennten Position vorgesehen ist, während der Drehwinkelbereich der ersten Welle 516 auf weniger als 360 Grad begrenzt ist, wodurch das Verdrehen der Verkabelung L eingeschränkt ist und das Durchschneiden und Beschädigen verhindert wird, ist in der bisher beschriebenen Ausführungsform dargestellt. In einem geänderten Beispiel kann ein Einführungsloch auf der axialen Linie des ersten Glieds 504 (das heißt auf der axialen Linie der ersten Welle 516) vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein Einführungsloch dergestalt vorgesehen sein, dass die Schraube 542 in Richtung der axialen Linie eindringt und als ein Abschnitt des bisher beschriebenen „Durchgangswegs“ eingesetzt wird. Der „Durchgangsweg“ ist konfiguriert aus einem Weg, der die erste Welle 516 in deren Richtung der axialen Linie durchdringt, einem Weg, der die zweite Welle 518 in deren Richtung der axialen Linie durchdringt, und einem Weg, der das Kopplungsglied 522 (das Verbindungsglied) durchdringt. Gemäß dieser Art von Konfiguration kann die Verdrahtung L entlang der axialen Linien der ersten Welle 516 und der zweiten Welle 518 verlängert werden. Infolgedessen ist die Verdrahtung L weniger verdrehbar, und das Durchschneiden und Unterbrechen der Verdrahtung L kann verhindert werden, selbst wenn das zweite Glied 506 zum Drehen um die axiale Linie gebracht wird. Es ist nicht länger erforderlich, den Drehwinkelbereich der ersten Welle 516 auf weniger als 360 Grad zu begrenzen, und dem zweiten Glied 506 kann es gestattet werden, sich frei um die axiale Linie zu drehen.
Bezugszeichenliste

[4]

200

SERVER
[6]

118

BATTERIE

120

ANTRIEBSMECHANISMUS

122

PROZESSOR

124

SPEICHERVORRICHTUNG

126

KOMMUNIKATOR

408

FORMMESSSENSOR

406

TEMPERATURSENSOR

404

MIKROFONANORDNUNG

402

HOCHAUFLÖSENDE KAMERA

400

OMNIDIREKTIONALE KAMERA

410

KAMERA

128

INTERNER SENSOR
[7]

100

ROBOTER

114

EXTERNER SENSOR

120

ANTRIEBSMECHANISMUS

128

INTERNER SENSOR

136

DATENVERARBEITUNGSEINHEIT

142

KOMMUNIKATIONSEINHEIT

148

DATENSPEICHEREINHEIT

150

STEUERUNGSEINHEIT

152

BEWEGUNGSSTEUERUNGSEINHEIT

154

VORGANGSSTEUERUNGSEINHEIT

156

ERKENNUNGSEINHEIT

160

BEWEGUNGSSPEICHEREINHEIT

172

SENSORSTEUERUNGSEINHEIT

400

OMNIDIREKTIONALE KAMERA

402

HOCHAUFLÖSENDE KAMERA

404

MIKROFONANORDNUNG

406

TEMPERATURSENSOR

408

FORMMESSSENSOR

410

KAMERA

200

SERVER

202

DATENVERARBEITUNGSEINHEIT

204

KOMMUNIKATIONSEINHEIT

206

DATENSPEICHEREINHEIT

208

POSITIONSVERWALTUNGSEINHEIT

210

KARTENVERWALTUNGSEINHEIT

212

ERKENNUNGSEINHEIT

214

PERSONENERKENNUNGSEINHEIT

216

KARTENSPEICHEREINHEIT

218

SPEICHEREINHEIT FÜR INDIVIDUELLE DATEN

220

VERTRAUTHEITSVERWALTUNGSEINHEIT

222

VORGANGSBESTIMMUNGSEINHEIT

228

REAKTIONSERKENNUNGSEINHEIT

230

AUSDRUCKSERKENNUNGSEINHEIT

232

BEWEGUNGSSPEICHEREINHEIT

Claims

Gelenkstruktur, die beim Verbinden einer ersten Region und einer zweiten Region eines Roboters verwendet wird, wobei die Gelenkstruktur Folgendes umfasst: ein erstes Glied, das in der ersten Region vorgesehen ist; ein zweites Glied, das in der zweiten Region vorgesehen ist und eine Eingriffsfläche aufweist, die mit dem ersten Glied in Eingriff steht; und einen Kopplungsmechanismus, der bewirkt, dass eine Kopplungskraft des ersten Glieds und des zweiten Glieds vollständig genutzt wird, sodass ein Eingriffszustand des ersten Glieds und des zweiten Glieds beibehalten wird, wobei der Kopplungsmechanismus den Eingriffszustand unterbricht, wenn eine relative Verschiebung des ersten Glieds und des zweiten Glieds aus dem Eingriffszustand einen vorbestimmten Betrag überschreitet.
Gelenkstruktur nach Anspruch 1, wobei der Kopplungsmechanismus ein Vorspannmechanismus ist, der das zweite Glied in eine Richtung dergestalt vorspannt, dass das zweite Glied mit dem ersten Glied in Eingriff kommt.
Gelenkstruktur nach Anspruch 1 oder 2, umfassend ein Verbindungsglied, das zwischen dem ersten Glied und dem zweiten Glied angeordnet ist und die beiden verbindet, selbst wenn der Eingriffszustand des ersten Glieds und des zweiten Glieds unterbrochen ist.
Gelenkstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein elastisches Glied in einem Eingriffsabschnitt von dem ersten Glied und/oder dem zweiten Glied vorgesehen ist.
Gelenkstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: eine erste Welle, die von dem ersten Glied gestützt wird; und eine zweite Welle, die über ein Gelenk mit der ersten Welle verbunden ist, um zum Schwenken in der Lage zu sein, wobei das zweite Glied von der zweiten Welle gestützt wird, um zu einer relativen Verschiebung in der Lage zu sein, und der Kopplungsmechanismus den Eingriffszustand des ersten Glieds und des zweiten Glieds gemäß einer Positionsbeziehung des zweiten Glieds bezüglich der zweiten Welle realisiert oder unterbricht.
Gelenkstruktur nach Anspruch 5, wobei ein Durchgangsweg, der die erste Welle und die zweite Welle durchdringt, ausgebildet ist, und die Verdrahtung durch den Durchgangsweg eingeführt wird.
Gelenkstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend einen Sensor, der eine Trennung des ersten Glieds und des zweiten Glieds erfasst.
Gelenkstruktur, umfassend: ein erstes Glied; eine erste Welle, die von dem ersten Glied gestützt wird; eine zweite Welle, die über ein Gelenk mit der ersten Welle verbunden ist, dass sie schwenken kann; und ein zweites Glied, das von der zweiten Welle gestützt wird, wobei ein Durchgangsweg, der die erste Welle und die zweite Welle durchdringt, ausgebildet ist, und die Verdrahtung durch den Durchgangsweg eingeführt wird.
Gelenkstruktur nach Anspruch 8, wobei die erste Welle durch das erste Glied so gestützt wird, dass sie sich um eine Achse der ersten Welle drehen kann.
Gelenkstruktur nach Anspruch 9, ferner umfassend eine Drehungsregelungsstruktur, die einen Bereich eines Drehwinkels der ersten Welle auf einen vorbestimmten Winkelbereich von weniger als 360 Grad begrenzt.
Gelenkstruktur nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei ein Sensormodul am zweiten Glied befestigt ist und die Verdrahtung mit dem Sensormodul verbunden ist.
Roboter, bei dem eine erste Region und eine zweite Region verbunden sind, wobei der Roboter Folgendes umfasst: ein erstes Glied, das die erste Region konfiguriert; ein zweites Glied, das die zweite Region konfiguriert und eine Eingriffsfläche aufweist, die mit dem ersten Glied in Eingriff steht; und einen Kopplungsmechanismus, der bewirkt, dass eine Kopplungskraft des ersten Glieds und des zweiten Glieds vollständig genutzt wird, sodass ein Eingriffszustand des ersten Glieds und des zweiten Glieds beibehalten wird, wobei der Kopplungsmechanismus den Eingriffszustand unterbricht, wenn eine relative Verschiebung des ersten Glieds und des zweiten Glieds aus dem Eingriffszustand einen vorbestimmten Betrag überschreitet.
Roboter, bei dem eine erste Region und eine zweite Region verbunden sind, wobei der Roboter Folgendes umfasst: ein erstes Glied, das die erste Region konfiguriert; eine erste Welle, die von dem ersten Glied gestützt wird; eine zweite Welle, die über ein Gelenk mit der ersten Welle verbunden ist, um zum Schwenken in der Lage zu sein; und ein zweites Glied, das von der zweiten Welle gestützt wird und die zweite Region konfiguriert, wobei ein Durchgangsweg, der die erste Welle und die zweite Welle durchdringt, ausgebildet ist, und die Verdrahtung durch den Durchgangsweg eingeführt wird.