DE112018005162T5

DE112018005162T5 - Roboter, der lustig agiert und dessen Aufbau

Info

Publication number: DE112018005162T5
Application number: DE112018005162.5T
Authority: DE
Inventors: Tomoaki Yokoyama; Kaname HAYASHI
Original assignee: Groove X Inc
Current assignee: Groove X Inc
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2020-06-25
Also published as: GB202005090D0; US20200206904A1; GB2580832B; WO2019054464A1; JPWO2019054464A1; CN111065495A; JP6678897B2; GB2580832A; CN111065495B; US11712796B2

Abstract

Ein Roboter eines Aspekts umfasst eine erste Basis 331, die einen Rumpfabschnitt bildet, eine zweite Basis 332, die einen Kopfabschnitt bildet, einen Verbindungsmechanismus 333, der die erste Basis 331 und die zweite Basis 332 verbindet, und eine Antriebseinheit, die den Verbindungsmechanismus 333 antreibt. Die Antriebseinheit umfasst die Motoren 344 bis 348, die auf der ersten Basis 331 angeordnet sind. Der Verbindungsmechanismus 333 umfasst die Verbindungsmechanismen 361 bis 363, die parallel zueinander angeordnet sind und jeweils von den Motoren 344 bis 348 angetrieben werden. Jeder Verbindungsmechanismus umfasst eine Antriebsverbindung 371, die an einer Rotationswelle des Motors befestigt ist, und eine angetriebene Verbindung 372, die über ein erstes Gelenk 374 mit der Antriebsverbindung 371 und über ein zweites Gelenk 376 mit der zweiten Basis 332 verbunden ist. Das erste Gelenk 374 ist ein einachsiges Scharniergelenk und das zweite Gelenk 376 ein Kreuzgelenk.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Aufbau, um zwei Bereiche in einem Roboter miteinander zu verbinden.
Es gab Fortschritte bei der Entwicklung eines autonom handelnden Roboters, wie beispielsweise eines humanoiden Roboters oder eines Haustierroboters, der Interaktion und Trost für einen Menschen bietet (siehe beispielsweise Patentschrift 1). Von dieser Art von Roboter wird erwartet, dass er durch autonomes Lernen auf der Grundlage einer peripheren Situation ein Verhalten entwickelt und eine einem Lebewesen ähnliche Existenz erreicht. In naher Zukunft könnte ein Roboter einem Benutzer die Art von Trost bieten, die ein Haustier spendet.
Referenzliste
Patentliteratur
Patentschrift 1: JP-A-2000-323219
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei der Entwicklung dieser Art von Roboter ist es wichtig, inwieweit ein Ausdruck, eine Geste oder ein Verhalten des Roboters so gestaltet werden kann, dass er niedlich und nicht fremdartig wirkt. Der Erfinder ist zu der Erkenntnis gelangt, dass eine drollige Bewegung des Roboters leicht realisiert werden kann, indem er einen Aufbau einer Verbindungsstelle im Roboter entwirft.
Da die Erfindung auf der Erkenntnis des oben genannten Problems beruht, besteht das Ziel unter anderem darin, mit einer einfachen Konfiguration eine niedliche Bewegung eines Roboters zu realisieren.
Lösung des Problems
Ein Aspekt der Erfindung ist ein Roboter, bei dem ein erster Bereich und ein zweiter Bereich miteinander verbunden sind. Der Roboter umfasst eine erste Basis, die den ersten Bereich konfiguriert, eine zweite Basis, die den zweiten Bereich konfiguriert, einen Verbindungsmechanismus, der die erste Basis und die zweite Basis verbindet, und eine Antriebseinheit, die den Verbindungsmechanismus antreibt. Die Antriebseinheit umfasst erste bis dritte Aktuatoren, die auf der ersten Basis angeordnet sind. Der Verbindungsmechanismus umfasst erste bis dritte Verbindungsmechanismen, die parallel zueinander angeordnet sind und jeweils von den ersten bis dritten Aktuatoren angetrieben werden. Jeder Verbindungsmechanismus umfasst eine Antriebsverbindung, die an einer Rotationswelle des Aktuators befestigt ist, und eine angetriebene Verbindung, die über ein erstes Gelenk mit der Antriebsverbindung und über ein zweites Gelenk mit der zweiten Basis verbunden ist. Das erste Gelenk ist ein einachsiges Scharniergelenk und das zweite Gelenk ist ein Kreuzgelenk.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ebenfalls ein Roboter. Der Roboter umfasst einen Verbindungsmechanismus, der einen Kopf- und einen Rumpfabschnitt verbindet, einen Aktuator, der den Verbindungsmechanismus antreibt, und eine Steuereinheit, die den Aktuator steuert. Die Steuereinheit kann gleichzeitig oder nacheinander eine erste Steuerung des Fahrens in einer Richtung ausführen, die den Kopfabschnitt veranlasst, sich dem Rumpfabschnitt anzunähern oder sich von ihm wegzubewegen, und eine zweite Steuerung, die den Kopfabschnitt um eine Rollwelle senkrecht zu der vorgenannten Richtung schwenkt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Verbindungsstruktur. Die Verbindungsstruktur umfasst eine erste Basis, eine zweite Basis, einen Verbindungsmechanismus, der die erste Basis und die zweite Basis verbindet, und eine Antriebseinheit, die den Verbindungsmechanismus antreibt. Die Antriebseinheit umfasst erste bis dritte Aktuatoren, die auf der ersten Basis angeordnet sind. Der Verbindungsmechanismus umfasst einen ersten bis dritten Verbindungsmechanismus, die parallel zueinander angeordnet sind und jeweils von den ersten bis dritten Aktuatoren angetrieben werden. Jeder Verbindungsmechanismus umfasst eine Antriebsverbindung, die an einer Rotationswelle des Aktuators befestigt ist, und eine angetriebene Verbindung, die über ein erstes Gelenk mit der Antriebsverbindung und über ein zweites Gelenk mit der zweiten Basis verbunden ist. Das erste Gelenk ist ein einachsiges Scharniergelenk und das zweite Gelenk ein Kreuzgelenk.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Roboter, bei dem ein erster und ein zweiter Bereich miteinander verbunden sind. Der Roboter umfasst eine erste Basis, die den ersten Bereich konfiguriert, eine zweite Basis, die den zweiten Bereich konfiguriert, einen Verbindungsmechanismus, der die erste Basis und die zweite Basis so verbindet, dass sie sich einander annähern und voneinander entfernen können, eine Antriebseinheit, die den Verbindungsmechanismus antreibt, und eine Außenhaut, die den ersten Bereich und den zweiten Bereich bedeckt, während sie den Verbindungsmechanismus von außen abdeckt, und wenigstens in einer Position, die dem Verbindungsmechanismus entspricht, elastisch ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der Erfindung kann eine charakteristische Bewegung eines Roboters durch eine einfache Konfiguration realisiert werden.
Figurenliste

[1] 1 ist eine Zeichnung, die eine Außenansicht eines Roboters gemäß einer Ausführungsform darstellt.
[2] 2 ist eine Schnittansicht, die schematisch eine Struktur des Roboters darstellt.
[3] 3 ist eine Abbildung, die eine Verbindungsstruktur und eine periphere Struktur davon darstellt.
[4] 4 ist eine Abbildung, die den Betrieb der Verbindungsstruktur veranschaulicht.
[5] 5 ist eine Abbildung, die den Betrieb der Verbindungsstruktur veranschaulicht.
[6] 6 ist eine Abbildung, die den Betrieb der Verbindungsstruktur veranschaulicht.
[7] 7 ist eine Abbildung, die den Betrieb der Verbindungsstruktur veranschaulicht.
[8] 8 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Robotersystems.
[9] 9 ist ein Hardware-Konfigurationsdiagramm des Roboters.
[10] 10 ist ein Funktionsblockdiagramm des Robotersystems.
[11] 11 ist eine Zeichnung, die einen Zustand zeigt, bei dem eine Außenhaut vom Roboter entfernt ist.
[12] 12 ist eine Zeichnung, die einen Zustand zeigt, bei dem eine Außenhaut am Roboter angebracht ist.
[13] 13 ist eine schematische Abbildung, die einen Betrieb des Roboters, verursacht durch einen Antrieb der Verbindungsstruktur darstellt.
[14] 14 ist eine schematische Abbildung, die einen Betrieb des Roboters, verursacht durch einen Antrieb der Verbindungsstruktur darstellt.
[15] 15 ist eine schematische Abbildung, die einen Betrieb des Roboters, verursacht durch einen Antrieb der Verbindungsstruktur darstellt.
[16] 16 ist eine Abbildung, die eine Verbindungsstruktur und deren Betrieb gemäß einer Modifikation darstellt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Der Einfachheit halber kann eine Positionsbeziehung zwischen Strukturen ausgedrückt werden, wobei ein Zustand in den Zeichnungen als Referenz in der folgenden Beschreibung dargestellt wird. Auch in der folgenden Ausführungsform und in modifizierten Beispielen davon werden den praktisch identischen Bestandteilen die gleichen Bezugszeichen zugeordnet, und eine Beschreibung davon wird gegebenenfalls weggelassen.
1 ist eine Zeichnung, die eine Außenansicht eines Roboters 100 entsprechend der Ausführungsform darstellt. 1 (a) ist eine Frontansicht und 1 (b) eine Seitenansicht.
Der Roboter 100 ist ein autonom agierender Roboter, der eine Handlung oder Geste basierend auf einer äußeren Umgebung und einem internen Zustand bestimmt. Die äußere Umgebung wird mit verschiedenen Arten von Sensoren wie einer Kamera oder einem Thermosensor erkannt. Der interne Zustand wird als verschiedene Parameter quantifiziert, die Emotionen des Roboters 100 ausdrücken.
Bei einer Innenraumaktion als Voraussetzung hat der Roboter 100 beispielsweise einen Innenraum eines Heims eines Besitzers als Aktionsbereich. Nachfolgend wird ein mit dem Roboter 100 verbundener Mensch als „Benutzer“ bezeichnet.
Ein Körper 104 des Roboters 100 hat eine überall abgerundete Form und umfasst eine Außenhaut, die aus einem weichen Material mit Elastizität gebildet ist. Der Roboter 100 kann bekleidet sein. Durch den angenommenen Körper 104, der abgerundet, weich und angenehm zu berühren ist, vermittelt der Roboter 100 einem Benutzer ein Gefühl von Sicherheit und ein angenehmes Tastgefühl.
Das Gesamtgewicht des Roboters 100 beträgt 15 Kilogramm oder weniger, vorzugsweise 10 Kilogramm oder weniger und noch bevorzugter 5 Kilogramm oder weniger.
Eine Höhe des Roboters 100 beträgt wünschenswerterweise 1,2 Meter oder weniger oder vorzugsweise 0,7 Meter oder weniger. Ein Benutzer kann den Roboter 100 mit einem Kraftaufwand tragen, der praktisch dem Tragen eines sehr jungen Babys entspricht.
Der Roboter 100 umfasst drei Räder für das Fahren auf drei Rädern. Wie in der Zeichnung gezeigt, umfasst 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. Drehzahlen und Drehrichtung der Vorderräder 102 können individuell gesteuert werden. Das Hinterrad dreht sich frei, um zu bewirken, dass sich der Roboter 100 vorwärts und rückwärts sowie nach links und rechts bewegt.
Die Vorderräder 102 und das Hinterrad 103 können unter Verwendung eines Antriebsmechanismus (eines Schwenkmechanismus und eines Verbindungsmechanismus) vollständig in dem Körper 104 verstaut werden. Ein größerer Teil jedes Rades wird vom Körper 104 auch beim Fahren verborgen, wenn jedoch jedes Rad vollständig im Körper 104 verstaut ist, befindet sich der Roboter 100 in einem Zustand, in dem er sich nicht bewegen kann. Der Körper 104 senkt sich ab und sitzt auf einer Bodenfläche F, begleitet von einer Betätigung der Räder, die verstaut werden. Im Sitzzustand kommt eine in einem Bodenabschnitt des Körpers 104 ausgebildete Sitzfläche 108 (eine Bodenunterseite) mit der Bodenfläche F in Kontakt.
Der Roboter 100 hat zwei Arme 106. Die Arme 106 haben keine Funktion zum Ergreifen eines Objekts. Die Arme 106 sind in der Lage einfache Aktionen auszuführen, wie Anheben, Winken und Schwenken durch Ziehen oder Lösen eines nicht abgebildeten eingebauten Drahtes. Die beiden Arme 106 können auch einzeln gesteuert werden.
Zwei Augen 110 sind in der Stirnfläche eines Kopfabschnitts (einem Gesicht) des Roboters 100 angeordnet. Das Auge 110 wird mit Hilfe eines Flüssigkristallelements oder eines organischen EL-Elements auf verschiedene Weise ausdrucksvoll dargestellt. Der Roboter 100 ist mit einem Lautsprecher ausgestattet und kann auch eine einfache Sprache sprechen. Ein Horn 112 ist an einem Kopfabschnitt des Roboters 100 angebracht. In das Horn 112 ist eine Vollhimmelskamera eingebaut, die in alle Richtungen, nach oben und unten und nach links und rechts, gleichzeitig filmen kann. Außerdem ist eine hochauflösende Kamera (nicht abgebildet) in der Stirnfläche des Kopfabschnitts des Roboters 100 angeordnet.
2 ist eine Schnittansicht, die schematisch eine Struktur des Roboters 100 darstellt.
Der Körper 104 umfasst einen Basisrahmen 308, einen Hauptkörperrahmen 310, ein Paar Radabdeckungen 312 und die Außenhaut 314. Der Basisrahmen 308 trägt einen inneren Mechanismus sowie die Konfiguration einer Welle des Körpers 104. Der Basisrahmen 308 wird durch eine Vielzahl von Seitenplatten 336 gebildet, die vertikal auf einer unteren Platte 334 angebracht sind. Eine Batterie 118, eine Steuerschaltung 342, verschiedene Arten von Aktuatoren sind innerhalb des Basisrahmens 308 untergebracht.
Der Hauptkörperrahmen 310 umfasst einen Kopfabschnittsrahmen 316 und einen Rumpfabschnittsrahmen 318. Der Kopfabschnittsrahmen 316 hat eine hohle Halbkugelform und bildet eine Kopfabschnittrahmenstruktur des Roboters 100. Der Rumpfabschnittsrahmen 318 hat eine gestufte zylindrische Form und bildet eine Rumpfabschnittrahmenstruktur des Roboters 100. Ein unterer Endabschnitt des Rumpfabschnittsrahmens 318 ist an der unteren Platte 334 befestigt. Der Kopfabschnittsrahmen 316 ist über eine Verbindungsstruktur 330 mit dem Rumpfabschnittsrahmen 318 verbunden.
Der Kopfabschnittsrahmen 316 hat eine Gierwelle 321, eine Nickwelle 322 und eine Rollwelle 323. Eine Kopfschüttelbewegung wird durch eine Drehung (Gieren) des Kopfabschnittsrahmens 316 um die Gierwelle 321, eine Nickbewegung, eine Aufwärts- und eine Abwärtsbewegung durch eine Drehung (Neigen) um die Nickwelle 322 und eine Kippbewegung des Kopfes nach links und rechts durch eine Drehung (Rollen) um die Rollwelle 323 ausgeführt. Position und Winkel jeder Welle in einem dreidimensionalen Raum können sich in Übereinstimmung mit einem Antriebsaspekt der Verbindungsstruktur 330 ändern. Einzelheiten werden im Folgenden beschrieben.
Der Rumpfabschnittsrahmen 318 beherbergt den Basisrahmen 308 und einen Radantriebsmechanismus 370. Der Radantriebsmechanismus 370 umfasst einen Vorderradantriebsmechanismus, der die Vorderräder 102 antreibt und einen Hinterradantriebsmechanismus, der das Hinterrad 103 antreibt, sowie einen Aktuator 379, der die Antriebsmechanismen antreibt und als „Bewegungsmechanismus“ fungiert, der den Roboter 100 in Bewegung setzt. Ein oberer Abschnitt des Rumpfabschnittsrahmens 318 hat eine glatt gewölbte Form, so dass der Umriss des Körpers 104 abgerundet ist. Ein unterer Abschnitt des Rumpfabschnittsrahmens 318 ist von geringer Breite, um einen Gehäuseraum S des Vorderrads 102 zwischen dem Vorderrad 102 und der Radabdeckung 312 zu bilden, und trägt eine Schwenkwelle 378 des Vorderrads 102.
Das Paar Radabdeckungen 312 ist so angeordnet, dass es den unteren Abschnitt des Rumpfabschnittsrahmens 318 links und rechts abdeckt. Die Radabdeckung 312 bildet eine glatte Außenfläche (gewölbte Fläche), die durchgehend mit dem oberen Abschnitt des Rumpfabschnittsrahmen 318 verbunden ist. Ein oberer Endabschnitt der Radabdeckung 312 ist entlang eines unteren Endabschnitts des oberen Abschnitts verbunden. Dadurch wird der nach unten offene Gehäuseraum S zwischen der Seitenwand des unteren Abschnitts und der Radabdeckung 312 gebildet.
Der Vorderradantriebsmechanismus umfasst einen Drehantriebsmechanismus, um das Vorderrad 102 zur Drehung zu veranlassen, und einen Gehäusebetriebsmechanismus, um das Vorderrad 102 in den Gehäuseraum S hinein und aus diesem heraus zu bewegen. Das Vorderrad 102 kann durch einen Antrieb des Vorderradantriebsmechanismus zwischen dem Gehäuseraum S und einer Außenseite hin- und herbewegt werden. Das Hinterrad 103 kann durch einen Antrieb des Hinterradantriebsmechanismus zwischen dem Gehäuseraum S und der Außenseite hin- und herbewegt werden.
Die Außenhaut 314 bedeckt den Hauptkörperrahmen 310 von außen. Die Außenhaut 314 ist so dick, dass man die Elastizität spürt, und besteht aus einem elastischen Material, beispielsweise Urethanschwamm. Deshalb spürt ein Benutzer einen mäßigen Grad an Weichheit, wenn er den Roboter 100 umarmt, und kann natürlichen Körperkontakt herstellen, wie man es bei einem Haustier macht. Ein Berührungssensor vom elektrostatischen Kapazitätstyp ist zwischen dem Hauptkörperrahmen 310 und der Außenhaut 314 angeordnet. Der Berührungssensor ist an mehreren Stellen angebracht, und eine Berührung kann in fast allen Bereichen des Roboters 100 erkannt werden. Da der Berührungssensor an der Innenseite der Außenhaut 314 angebracht ist, erhöht sich der Erfassungsgrad, wenn die Außenhaut 314 transformiert wird. Das heißt, es kann ein Kontaktzustand bestimmt werden, beispielsweise ob eine Person den Roboter 100 fest oder sanft umarmt. Die Arme 106 sind einteilig mit der Außenhaut 314 ausgebildet. In einem oberen Endabschnitt der Außenhaut 314 ist ein Öffnungsabschnitt 390 vorgesehen. Ein unterer Endabschnitt des Horns 112 ist über den Öffnungsabschnitt 390 mit dem Kopfabschnittsrahmen 316 verbunden.
Ein Antriebsmechanismus zum Antrieb des Arms 106 umfasst einen Draht 134, der in die Außenhaut 314 eingebettet ist, und eine Steuerschaltung 340 (Erregerschaltung) des Drahtes 134. Der Draht 134 besteht aus einer Leitung aus einer Formgedächtnislegierung in der Ausführungsform, zieht sich bei Erwärmung zusammen und härtet aus und entspannt und dehnt sich bei Abkühlung. Aus beiden Enden des Drahtes 134 herausgezogene Leitungen werden an die Steuerschaltung 340 angeschlossen. Wenn ein Schalter der Steuerschaltung 340 aktiviert wird, wird der Draht 134 (Leitung aus einer Formgedächtnislegierung) aktiviert.
Der Draht 134 ist so eingegossen oder eingewebt, dass er von der Außenhaut 314 bis zum Arm 106 reicht. Von beiden Enden des Drahtes 134 werden Leitungen in den Rumpfabschnittsrahmen 318 eingezogen. Es kann je ein Draht 134 links und rechts der Außenhaut 314 oder ein Vielfaches des Drahtes 134 parallel links und rechts der Außenhaut 314 angeordnet sein. Der Arm (der Arm 106) kann durch Aktivierung des Drahtes 134 angehoben und der Arm (der Arm 106) durch Unterbrechung der Aktivierung abgesenkt werden. In einer anderen Ausführungsform kann auch ein Draht in der Nähe eines vorderen Endes des Arms 106 angebracht werden, ein Mechanismus, der den Draht in den vorgesehenen Rumpfabschnittsrahmen 318 aufwickelt, und der Arm 106, der von der Drahtlänge bewegt wird, indem er durch den Wickelmechanismus ausgefahren und eingezogen wird.
3 ist eine Abbildung, die eine Verbindungsstruktur 330 und eine periphere Struktur davon darstellt. 3(a) ist eine vergrößerte Schnittansicht und 3(b) ist eine Draufsicht.
Wie in 3(a) dargestellt, umfasst die Verbindungsstruktur 330 eine erste Basis 331, die einen Rumpfabschnitt (eine erste Region) konfiguriert, eine zweite Basis 332, die einen Kopfabschnitt (eine zweite Region) konfiguriert, und einen Verbindungsmechanismus 333, der die beiden Basen verbindet.
Wie in 3(b) dargestellt, hat die erste Basis 331 die Form einer Scheibe und ist an einem oberen Endabschnitt des Rumpfabschnittsrahmens 318 befestigt. Die erste Basis 331 ist parallel zur unteren Platte 334 vorgesehen, und in der Mitte der ersten Basis 331 ist ein Einführungsloch 335 für die Durchführung von Leitungen angeordnet. Drei Motoren (ein erster Motor 344, ein zweiter Motor 346 und ein dritter Motor 348) sind auf der ersten Basis 331 in gleichen Abständen (alle 120 Grad) auf einem virtuellen Kreis VC mit einer axialen Linie L als Mittelpunkt angebracht. Der erste Motor 344 ist hinten, der zweite Motor 346 vorne rechts und der dritte Motor 348 vorne links auf einer Mittelachse des Roboters 100 positioniert. Die Motoren konfigurieren eine „Antriebseinheit“, die den Verbindungsmechanismus 333 antreibt, und fungieren als „erste bis dritte Aktuatoren“, die ein Neigen und ein Rollen des Kopfabschnitts umsetzen, indem sie einen Verbindungsmechanismus antreiben, der nachfolgend beschrieben wird (wird nachfolgend beschrieben).
Die zweite Basis 332 hat eine abgestufte zylindrische Form und ist koaxial mit dem Kopfabschnittsrahmen 316 verbunden. Ein ringförmiger Abstandshalter 337 (ein Gleitlager) ist zwischen einem unteren Abschnitt des Kopfabschnittsrahmens 316 und der zweiten Basis 332 angeordnet. Der Verbindungsmechanismus 333 fungiert als Halsabschnitt (ein Halsgelenk), der den Kopfabschnitt und den Rumpfabschnitt des Roboters 100 verbindet.
Eine zylindrische Schwenkwelle 350 (eine zylindrische Welle), die unten vorsteht, ist in der Mitte des unteren Abschnitts des Kopfabschnittsrahmens 316 angeordnet. Die Schwenkwelle 350 wird koaxial durch die zweite Basis 332 geführt. Die Schwenkwelle 350 kann sich in Bezug auf die zweite Basis 332 mit der Gierwelle 321 als Zentrum schwenken. Ein Motor 354 ist in einem peripheren Randabschnitt innerhalb des Kopfabschnittsrahmens 316 angebracht. Eine Rotationswelle des Motors 354 verläuft durch den unteren Abschnitt des Kopfabschnittsrahmens 316, und an einem vorderen Ende der Rotationswelle ist ein Zahnrad 356 angeordnet. Der Motor 354 fungiert als „Aktuator“, der ein Gieren des Kopfabschnitts umsetzt.
Der Verbindungsmechanismus 333 umfasst drei Verbindungsmechanismen (einen ersten Verbindungsmechanismus 361, einen zweiten Verbindungsmechanismus 362 und einen dritten Verbindungsmechanismus 363), die in der Lage sind, sich in einer axialen Linienrichtung des Rumpfabschnittsrahmens 318 (d.h. in einer vertikalen Richtung) auszudehnen und zusammenzuziehen, und sie können durch Ausdehnen und Kontrahieren der Verbindungsmechanismen Ausdehnungs- und Kontraktionsbewegungen des Halsabschnitts umsetzen. Der erste Verbindungsmechanismus 361 ist mit dem ersten Motor 344, der zweite Verbindungsmechanismus 362 mit dem zweiten Motor 346 und der dritte Verbindungsmechanismus 363 mit dem dritten Motor 348 verbunden.
Jeder Verbindungsmechanismus ist so konfiguriert, dass eine Antriebsverbindung 371 und eine angetriebene Verbindung 372 in Reihe geschaltet sind, und die Verbindungsmechanismen sind parallel zueinander angeordnet. Ein Ende der Antriebsverbindung 371 ist an einer Rotationswelle des Motors befestigt, und ein anderes Ende ist über ein erstes Gelenk 374 mit einem Ende der angetriebenen Verbindung 372 verbunden. Ein Kupplungsabschnitt der Rotationswelle des Motors und der Antriebsverbindung 371 ist auf dem virtuellen Kreis VC angeordnet. Ein anderes Ende der angetriebenen Verbindung 372 ist über ein zweites Gelenk 376 mit der zweiten Basis 332 verbunden. Das erste Gelenk 374 ist ein einachsiges Scharniergelenk und das zweite Gelenk 376 ein Kreuzgelenk. Die Antriebsverbindung 371 kann direkt an der Rotationswelle des Motors oder über ein Untersetzungsgetriebe (ein Getriebe) o.ä. befestigt werden.
Es wird angenommen, dass eine Schwenkwelle (Axiallinie) des ersten Gelenks 374 parallel zur Rotationswelle des Motors liegt. Das zweite Gelenk 376 ist am vorderen Ende eines Armabschnitts 375 angeordnet, der sich in radialer Richtung von der zweiten Basis 332 aus erstreckt. Entsprechend dieser Anordnung kann die zweite Basis 332 in vertikaler Richtung (Z-Richtung) angetrieben werden, und die zweite Basis 332 kann mit der Nickwelle 322 oder der Rollwelle 323 als Zentrum zum Schwenken gebracht werden. Das heißt, es kann eine Ausfahr- und Zusammenziehbewegung, eine Nickbewegung (ein Aufwärts-/Abwärtsblicken), eine Kippbewegung und ähnliches des Halses realisiert werden. Einzelheiten dazu werden nachstehend beschrieben.
Eine lastausgleichende Torsionsfeder 349 ist so angeordnet, dass sie auf der Rotationswelle jedes Motors angebracht werden kann. Eine Endseite der Torsionsfeder 349 ist an einem Hauptkörper des Motors und eine andere Endseite an der Antriebsverbindung 371 befestigt. Dadurch kann ein Teil der vom Kopfabschnitt in Schwerkraftrichtung ausgeübten Last aufgehoben und der Kopfabschnitt in einer voreingestellten Referenzposition gehalten werden, selbst wenn sich der Motor im ausgeschalteten Zustand befindet. Mit anderen Worten, es ist nicht notwendig, den Motor anzutreiben, um den Kopfabschnitt in der Referenzposition zu halten. Eine Ausdehnungs- und Kontraktionsbewegung des Halses kann dadurch realisiert werden, dass der Kopfabschnitt durch einen Antrieb des Motors in Bezug auf die Referenzposition angehoben oder abgesenkt wird. Da nicht die gesamte vom Kopfabschnitt ausgeübte Last vom Motor aufgenommen werden muss, kann eine Belastung (Drehmoment) des Motors reduziert und die Leistungsaufnahme begrenzt werden.
Außerdem ist ein Zahnrad 380 in einem vorgegebenen Bereich am Außenbereich der zweiten Basis 332 angeordnet und greift mit dem Zahnrad 356 des Motors 354 ineinander. In dieser Konfiguration kann der Kopfabschnittsrahmen 316 mit der Gierwelle 321 als Zentrum durch den Antrieb des Motors 354 zum Schwenken gebracht werden, und es kann eine Kopfschüttelbewegung realisiert werden.
Drähte wie eine von der Batterie 118 ausgehende Stromversorgungsleitung und eine von der Steuerschaltung 342 o.ä. ausgehende Signalleitung werden durch das Einführungsloch 335 und die Schwenkwelle 350 mit einem Aktuator des Kopfabschnitts oder des Halsabschnitts verbunden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Motor 354, der einen Gierantrieb ausführt, nicht in der Mitte des Kopfabschnitts, sondern in einem äußeren Randbereich angeordnet ist. Durch die Verlängerung der Drähte entlang der axialen Linie kann verhindert oder eingeschränkt werden, dass sich die Drähte verheddern oder den Betrieb behindern, selbst wenn eine Kopfschüttelbewegung ausgeführt wird.
Da ein ausreichender Abstand in vertikaler Richtung zwischen dem Kopfabschnittsrahmen 316 und dem Rumpfabschnittsrahmen 318 sichergestellt ist, kann ein großer Bewegungsbereich (Drehbereich) des Kopfabschnittsrahmens 316 zentriert auf der Nickwelle 322 und der Rollwelle 323 erreicht werden.
In der Ausführungsform wird ein vertikaler Beweglichkeitsbereich des Kopfabschnittsrahmens 316, der auf der Nickwelle 322 zentriert ist, mit 90 Grad angenommen, der in einem Zustand, in dem die Sichtlinie des Roboters 100 horizontal ist, jeweils 45 Grad nach oben und unten beträgt. Das heißt, ein Grenzwert eines Winkels, bei dem der Roboter 100 nach oben blickt (ein Blickwinkel nach oben), beträgt 45 Grad, und ein Grenzwert eines Winkels, bei dem der Roboter 100 nach unten blickt (ein Blickwinkel nach unten), beträgt -45 Grad.
Außerdem wird ein horizontaler Beweglichkeitsbereich des Kopfabschnittsrahmens 316, der auf der Gierwelle 321 zentriert ist, mit 80 Grad angenommen, der in einem Zustand, in dem die Sichtlinie nach vorne ausgerichtet ist, jeweils 40 Grad nach rechts und links beträgt. Das heißt, ein Grenzwert eines Winkels, bei dem der Roboter 100 nach rechts im Verhältnis zur Vorderseite blickt, beträgt 40 Grad, und ein Grenzwert eines Winkels, bei dem der Roboter 100 nach links blickt, beträgt -40 Grad.
Außerdem wird ein geneigter Beweglichkeitsbereich des Kopfabschnittsrahmens 316, der auf der Rollwelle 323 zentriert ist, mit 60 Grad angenommen, der in einem Zustand, in dem der Kopfabschnitt gerade gehalten wird, jeweils 30 Grad nach rechts und links geneigt ist. Das heißt, ein Grenzwert des Roboters 100, der den Kopf nach rechts kippt, beträgt 30 Grad, und ein Grenzwert des Roboters 100, der den Kopf nach links kippt, beträgt -30 Grad. Der Bewegungsbereich um jede Welle kann bei Bedarf in einer Modifikation geändert werden.
4 bis 7 sind Darstellungen, die die Funktionsweise der Verbindungsstruktur 330 veranschaulichen. 4 zeigt einen Zustand, in dem der Hals verlängert ist, und 5 einen Zustand, in dem der Hals kontrahiert ist. 6 zeigt einen Zustand, in dem eine Nickbewegung ausgeführt wird, und 7 zeigt einen Zustand, in dem eine Kopfschwenkbewegung ausgeführt wird. In jeder Zeichnung gibt es (a) eine Draufsicht, (b) eine perspektivische Ansicht, (c) eine Vorderansicht und (d) eine rechte Seitenansicht. Im Folgenden kann der Einfachheit halber eine Aufwärts-Abwärts-Richtung des Roboters 100 in einem dreidimensionalen Raum als Z-Richtung, eine dazu senkrechte Rechts-Links-Richtung als X-Richtung und eine Vorwärts-Rückwärts-Richtung als Y-Richtung ausgedrückt werden.
Wie in 4 dargestellt, sind die Motoren 344 bis 348 so angeordnet, dass sie in der gleichen Richtung (die Rotationswellen befinden sich auf der gleichen Seite, wie vom Hauptkörper des Motors aus gesehen) um den virtuellen Kreis VC herum angeordnet sind. Indem die Motoren 344 bis 348 in einer Richtung im gleichen Winkel gedreht werden, können alle Verbindungsmechanismen 361 bis 363 gleichmäßig ausgefahren werden, und der Verbindungsmechanismus 333 kann ausgefahren werden. Dadurch kann die zweite Basis 332 zur Trennung von der ersten Basis 331 veranlasst werden, während die Ausrichtung der zweiten Basis 332 konstant bleibt, wodurch ein Ausfahrvorgang des Halsabschnitts des Roboters 100 realisiert werden kann.
Währenddessen können durch die gegenläufige Drehung der Motoren 344 bis 348 alle Verbindungsmechanismen 361 bis 363 gleichmäßig eingeklappt und der Verbindungsmechanismus 333 zur Kontraktion gebracht werden, wie in 5 veranschaulicht. Dadurch kann die zweite Basis 332 in die Nähe der ersten Basis 331 gebracht werden, während die Ausrichtung der zweiten Basis 332 konstant bleibt, wodurch der Halsabschnitt des Roboters 100 verkürzt werden kann. Das heißt, ein Vorgang, bei dem sich der Halsabschnitt ausdehnt oder kontrahiert, kann realisiert werden, indem die Motoren 344 bis 348 in die gleiche Richtung (die eine oder die entgegengesetzte Richtung) gedreht werden.
Ferner kann durch die Drehung des ersten Motors 344 in eine Richtung und die Drehung des zweiten Motors 346 und des dritten Motors 348 in die entgegengesetzte Richtung die zweite Basis 332 veranlasst werden, sich zentriert auf der Nickwelle 322 zu schwenken und nach vorne zu neigen, wie in 6 dargestellt. Dadurch kann der Kopfabschnitt des Roboters 100 nach vorne geneigt werden, wodurch eine Nickbewegung oder ein abwärts gerichteter Blick realisiert werden kann. Obwohl in der Zeichnung weggelassen, kann ein aufwärtsgerichteter Blick realisiert werden, indem der zweite Motor 346 und der dritte Motor 348 in die eine Richtung und der erste Motor 344 in die entgegengesetzte Richtung gedreht werden.
Durch eine Drehung des zweiten Motors 346 in eine Richtung und eine Drehung des ersten Motors 344 und des dritten Motors 348 in die entgegengesetzte Richtung kann die zweite Basis 332 veranlasst werden, sich zentriert auf der Rollwelle 323 zu schwenken und nach links zu neigen, wie in 7 dargestellt. Dadurch kann eine Bewegung realisiert werden, bei der der Kopfabschnitt des Roboters 100 zur linken Seite gekippt wird. Obwohl in der Zeichnung weggelassen, kann eine Kippbewegung des Kopfabschnitts des Roboters 100 zur rechten Seite realisiert werden, indem der dritte Motor 348 in die eine Richtung gedreht wird und der erste Motor 344 und der zweite Motor 346 in die entgegengesetzte Richtung gedreht werden.
Es versteht sich von selbst, dass verschiedene Bewegungen, bei denen die oben genannten verschiedenen Bewegungsarten kombiniert (gemischt) werden, wie beispielsweise Neigen des Kopfes bei Ausführung eines nach oben gerichteten Blicks durch Einstellen einer Drehrichtung und einer Drehzahl jedes der Motoren 344 bis 348 realisiert werden können.
Die Konfiguration der Verbindungsstruktur 330 ist so beschaffen, dass die drei Verbindungsmechanismen sich gegenseitig in ihren Bewegungen einschränken. Die Translationsbewegung des Kopfabschnittes ist so beschaffen, dass im Wesentlichen nur eine Bewegung in Z-Richtung und keine Bewegung in X- und Y-Richtung toleriert wird (mit Ausnahme einer geringfügigen Verschiebung durch Kippen der zweiten Basis 332). Das bedeutet, dass eine biologisch unnatürlich erscheinende Bewegung, wie beispielsweise die Achse des Kopfabschnitts, die sich parallel zur Achse des Rumpfabschnitts bewegt, verhindert werden kann. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das erste Gelenk 374 jedes Verbindungsmechanismus ein einachsiges Scharniergelenk ist und eine Achse davon parallel zu einer Motorachse verläuft.
Gleichzeitig wird eine Neigung des Kopfabschnitts um die Nickwelle 322 (eine zur X-Achse parallele Welle) und die Rollwelle 323 (eine zur Y-Achse parallele Welle) toleriert, die entsprechend einer Höhe des Kopfabschnitts verschoben werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das zweite Gelenk 376 jedes Verbindungsmechanismus ein Kreuzgelenk ist.
Wie bereits beschrieben, wird das Schwenken des Kopfabschnitts (eine Kopfschüttelbewegung) durch einen Antrieb des auf der zweiten Basis 332 angebrachten Motors 354 realisiert. Da sich der Kopfabschnittsrahmen 316 selbst mit der zweiten Basis 332 als Referenz dreht, wird die Drehung nicht durch einen Betrieb der Verbindungsstruktur 330 eingeschränkt. Das heißt, eine Kopfschüttelbewegung kann unabhängig von einer Ausdehnungs- und Kontraktionsbewegung des Halsabschnitts, einer Nickbewegung, einer Kopfkippbewegung o.ä. durchgeführt werden und ist eine Aktion, die einer Bewegung der Skelettstruktur eines Lebewesens entspricht.
8 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Robotersystems 300.
Das Robotersystem 300 umfasst den Roboter 100, den Server 200 und eine Vielzahl von externen Sensoren 114. Das Vielzahl der 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 oder auf einem Boden platziert werden. Die Positionskoordinaten des externen Sensors 114 werden auf dem Server 200 registriert. Die Positionskoordinaten, die als Aktionsbereich des Roboters 100 vorgesehen sind, werden im Haus als x, y-Koordinaten definiert.
Der Server 200 bestimmt eine Basisaktion des Roboters 100 auf der Grundlage von Informationen, die von den in dem Roboter 100 enthaltenen Sensoren und der Vielzahl der externen Sensoren 114 empfangen werden.
Der externe Sensor 114 sendet regelmäßig ein drahtloses Signal (im Folgenden als „Robotersuchsignal“ bezeichnet) einschließlich der ID (im Folgenden als „Baken-ID“ bezeichnet) des externen Sensors 114. Beim Empfang des Robotersuchsignals sendet der Roboter 100 ein drahtloses Signal (im Folgenden als „Roboterantwortsignal“ bezeichnet) zurück, das die Baken-ID enthält. Der Server 200 misst eine Zeit von dem externen Sensor 114, der das Robotersuchsignal überträgt, bis er das Roboterantwortsignal empfängt, und misst eine Entfernung von dem externen Sensor 114 zu dem Roboter 100. Durch Messen des Abstands zwischen jedem der Vielzahl der externen Sensoren 114 und dem Roboter 100 identifiziert der Server 200 die Positionskoordinaten des Roboters 100.
9 ist ein Hardware-Konfigurationsdiagramm 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 umfasst den vorgenannten Verbindungsmechanismus 333 (Verbindungsmechanismen 361 bis 363) und den Radantriebsmechanismus 370. Der Prozessor 122 und die Speichervorrichtung 124 sind in der Steuerschaltung 342 enthalten. Die Einheiten sind durch eine Stromleitung 130 und eine Signalleitung 132 miteinander verbunden. Die Batterie 118 versorgt jede Einheit über die Stromleitung 130 mit Strom. Jede Einheit sendet und empfängt über die Signalleitung 132 ein Steuersignal. Die Batterie 118 ist eine wiederaufladbare Lithiumionenbatterie und ist eine Energiequelle des Roboters 100
Der interne Sensor 128 ist eine Sammlung verschiedener Arten von Sensoren, die in den Roboter 100 eingebaut sind. Insbesondere ist der interne Sensor 128 eine Kamera (Vollhimmelskamera, hochauflösende Kamera), ein Mikrofon-Array, ein Abstandssensor (Infrarotsensor), ein Thermosensor, ein Berührungssensor, ein Beschleunigungssensor, ein Geruchssensor und dergleichen. Der Berührungssensor wird zwischen der Außenhaut 314 und dem Hauptkörperrahmen 310 angebracht und erkennt eine Berührung durch einen Benutzer auf der Grundlage einer Änderung der elektrostatischen Kapazität. Der Geruchssensor ist ein bereits bekannter Sensor, der ein Prinzip anwendet, bei dem sich der elektrische Widerstand entsprechend einer Adsorption eines Moleküls ändert, das eine Geruchsquelle bildet.
Der Kommunikator 126 ist ein Kommunikationsmodul, das eine drahtlose Kommunikation mit dem Server 200 und verschiedenen Arten von externen Geräten, wie beispielsweise dem externen Sensor 114 und einem mobilen Gerät, das ein Benutzer besitzt, als Ziel ausführt. Die Speichervorrichtung 124 ist aus einem nichtflüchtigen Speicher und einem flüchtigen Speicher aufgebaut und speichert ein Computerprogramm und verschiedene Arten von Einstellungsinformationen. Der Prozessor 122 ist ein Mittel zum Ausführen eines Computerprogramms. Der Antriebsmechanismus 120 ist ein Aktuator, das einen internen Mechanismus steuert. Darüber hinaus sind auch eine Anzeige, ein Lautsprecher und dergleichen angebracht.
Der Prozessor 122 wählt eine Aktion des Roboters 100 aus, indem er über den Kommunikator 126 mit dem Server 200 oder dem externen Sensor 114 kommuniziert. Verschiedene Arten externer Informationen, die durch den internen Sensor 128 erhalten werden, beeinflussen auch die Aktionsauswahl. Der Antriebsmechanismus 120 steuert hauptsächlich die Bewegung eines Rades (das Vorderrad 102) und den Kopfabschnitt (den Kopfabschnittsrahmen 316). Der Antriebsmechanismus 120 bewirkt eine Änderung der Bewegungsrichtung und der Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters 100, indem er die Drehgeschwindigkeit und die Drehrichtung jedes der beiden Vorderräder 102 ändert. Der Antriebsmechanismus 120 kann auch die Räder (die Vorderräder 102 und das Hinterrad 103) anheben und absenken. Wenn sich die Räder anheben, sind die Räder vollständig in dem Körper 104 gelagert, und der Roboter 100 kommt über die Sitzfläche 108 mit der Bodenfläche F in Kontakt und nimmt den Sitzzustand an. Außerdem steuert der Antriebsmechanismus 120 den Arm 106 über den Draht 134.
10 ist ein Funktionsblockdiagramm des Robotersystems 300.
Wie zuvor beschrieben, umfasst das Robotersystem 300 den Roboter 100, den Server 200 und die Vielzahl von externen Sensoren 114. Jede Komponente des Roboters 100 und des Servers 200 wird durch Hardware realisiert, die einen Computer umfasst, der aus einer CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) gebildet wird, verschiedenen Arten von Co-Prozessoren und dergleichen, einer Speichervorrichtung, die ein Kurzzeitspeicher oder Langzeitspeicher ist, und einer verdrahteten oder drahtlosen Kommunikationsleitung, die den Computer und die Speichervorrichtung miteinander verbindet, sowie auf der Speichervorrichtung gespeicherte Software, die dem Computer einen Verarbeitungsbefehl liefert. Ein Computerprogramm kann aus einem Gerätetreiber, einem Betriebssystem, verschiedenen Arten von Anwendungsprogrammen, die in einer oberen Schicht davon positioniert sind, und einer Bibliothek konfiguriert sein, die den Programmen eine gemeinsame Funktion bietet. Jeder im Folgenden beschriebene Block zeigt einen funktionalen Einheitenblock anstelle einer Konfiguration einer Hardwareeinheit an. 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 umfasst eine Kommunikationseinheit 204, eine Datenverarbeitungseinheit 202 und eine Datenspeichereinheit 206. Die Kommunikationseinheit 204 verwaltet einen Prozess zum Kommunizieren mit dem externen Sensor 114 und dem Roboter 100. Die Datenspeichereinheit 206 speichert verschiedene Arten von Daten. Die Datenverarbeitungseinheit 202 führt verschiedene Arten von Prozessen auf der Grundlage der von der Kommunikationseinheit 204 erfassten Daten und der in der Datenspeichereinheit 206 gespeicherten Daten aus. Die Datenverarbeitungseinheit 202 fungiert auch als eine Schnittstelle der Kommunikationseinheit 204 und der Datenspeichereinheit 206.
Die Datenspeichereinheit 206 enthält eine Bewegungsspeichereinheit 232, eine Kartenspeichereinheit 216 und eine individuelle Datenspeichereinheit 218. Der Roboter 100 hat eine Vielzahl von Betriebsmustern (Bewegungen). Es werden verschiedene Bewegungen definiert, z. B. Winken mit dem Arm 106, Annäherung an einen Benutzer während des Umherstreifens und Anstarren eines Benutzers mit zur Seite geneigtem Kopf.
Die Bewegungsspeichereinheit 232 speichert eine „Bewegungsdatei“, die Steuerdetails einer Bewegung definiert. Jede Bewegung wird durch die Bewegungs-ID identifiziert. Die Bewegungsdatei wird auch in eine Bewegungsspeichereinheit 160 des Roboters 100 heruntergeladen. Welche Bewegung ausgeführt werden soll, kann vom Server 200 oder vom Roboter 100 bestimmt werden. Viele Bewegungen des Roboters 100 sind als zusammengesetzte Bewegungen konfiguriert, die eine Vielzahl von Bauteilbewegungen umfassen.
Zusätzlich zu einer Aktionskarte, die eine situationsgerechte Aktion des Roboters definiert, speichert die Kartenspeichereinheit 216 auch eine Karte, die einen Dispositionszustand eines Hindernisses wie beispielsweise eines Stuhls oder Tisches anzeigt. Die Einzeldatenspeichereinheit 218 speichert Informationen über einen Benutzer. Insbesondere speichert die Einzeldatenspeichereinheit 218 die Vertrautheit mit einem Benutzer sowie Stammdaten, die physische Merkmale und Verhaltensmerkmale des Benutzers enthalten. Die Einzeldatenspeichereinheit 218 kann auch andere Attributinformationen wie Alter und Geschlecht speichern.
Der Roboter 100 hat einen internen Vertrautheitsparameter für jeden Benutzer. Wenn der Roboter 100 eine Handlung erkennt, die eine Sympathie für den Roboter 100 anzeigt, wie beispielsweise Hochheben des Roboters 100 oder Sprechen mit dem Roboter 100, nimmt die Vertrautheit gegenüber diesem Benutzer zu. Die Vertrautheit nimmt ab in Bezug auf einen Benutzer, der sich nicht mit dem Roboter 100 beschäftigt, einen Benutzer, der sich grob verhält, oder einen Benutzer, den man nur gelegentlich trifft.
Die Datenverarbeitungseinheit 202 umfasst eine Positionsverwaltungseinheit 208, eine Erkennungseinheit 212, eine Betriebssteuereinheit 222 und eine Vertrautheitsverwaltungseinheit 220. Die Positionsverwaltungseinheit 208 identifiziert die Positionskoordinaten des Roboters 100 unter Verwendung des unter 8 beschriebenen Verfahrens. Die Positionsverwaltungseinheit 208 kann auch Positionskoordinaten eines Benutzers in Echtzeit verfolgen.
Die Erkennungseinheit 212 erkennt eine externe Umgebung. Verschiedene Arten der Erkennung, wie beispielsweise die Erkennung von Wetter oder Jahreszeit basierend auf Temperatur und Luftfeuchtigkeit und die Erkennung von Schutz (sicherer Bereich) basierend auf Lichtmenge und Temperatur, sind in die Erkennung der äußeren Umgebung einbezogen. Eine Erkennungseinheit 150 des Roboters 100 erfasst verschiedene Arten von Umgebungsinformationen mit Hilfe des internen Sensors 128 und überträgt die Umgebungsinformationen an die Erkennungseinheit 212 des Servers 200, nachdem sie eine primäre Verarbeitung durchgeführt hat.
Die Erkennungseinheit 212 umfasst ferner eine Personenerkennungseinheit 214 und eine Reaktionserkennungseinheit 228. Die Personenerkennungseinheit 214 bestimmt, welcher Person ein aufgenommener Benutzer entspricht, indem sie einen Merkmalsvektor, der aus einem von der in den Roboter 100 eingebauten Kamera aufgenommenen Bild extrahiert wurde, mit einem Merkmalsvektor eines Benutzers (Cluster) vergleicht, der zuvor in der Einzeldatenspeichereinheit 218 registriert wurde (ein Benutzeridentifikationsverfahren). Die Personenerkennungseinheit 214 umfasst eine Ausdruckerkennungseinheit 230. Die Ausdruckserkennungseinheit 230 leitet eine Emotion eines Benutzers ab, indem sie eine Bilderkennung eines Ausdrucks des Benutzers durchführt.
Die Reaktionserkennungseinheit 228 erkennt verschiedene Reaktionshandlungen, die von einem Benutzer in Bezug auf den Roboter 100 ausgeführt werden, und klassifiziert die Aktionen als angenehme oder unangenehme Aktionen. Außerdem erkennt die Reaktionserkennungseinheit 228 eine Reaktion eines Benutzers in Bezug auf eine Aktion des Roboters 100 und klassifiziert die Reaktion als positive oder negative Reaktion. Es wird zwischen angenehmen und unangenehmen Aktionen unterschieden, je nachdem, ob eine Reaktion eines Benutzers für ein Tier angenehm oder unangenehm ist.
Die Betriebssteuereinheit 222 bestimmt eine Bewegung des Roboters 100 in Verbindung mit einer Betriebssteuereinheit 152 des Roboters 100. Die Betriebssteuereinheit 222 stellt einen Bewegungszielpunkt des Roboters 100 und eine Bewegungsroute für den Bewegungszielpunkt zusammen. Die Betriebssteuereinheit 222 stellt ein Vielfaches der Bewegungsrouten zusammen und kann dann jede der Bewegungsrouten auswählen. Die Betriebssteuereinheit 222 wählt eine Bewegung des Roboters 100 aus einem Vielfachen von Bewegungen der Bewegungsspeichereinheit 232 aus.
Die Vertrautheitsverwaltungseinheit 220 verwaltet die Vertrautheit für jeden Benutzer. Die Vertrautheit wird als ein Teil der individuellen Daten in der Einzeldatenspeichereinheit 218 registriert. Wenn eine angenehme Aktion erkannt wird, erhöht die Vertrautheitsverwaltungseinheit 220 die Vertrautheit mit diesem Benutzer. Wenn eine unangenehme Aktion erkannt wird, nimmt die Vertrautheit ab. Auch die Vertrautheit eines Besitzers, der über einen längeren Zeitraum nicht visuell erkannt wurde, nimmt allmählich ab.
Roboter 100
Der Roboter 100 umfasst eine Kommunikationseinheit 142, eine Datenverarbeitungseinheit 136, eine Datenspeichereinheit 148, den internen Sensor 128 und den Antriebsmechanismus 120. Die Kommunikationseinheit 142 entspricht dem Kommunikator 126 (siehe 9) und verwaltet einen Prozess der Kommunikation mit dem externen Sensor 114, dem Server 200 und einem weiteren Roboter 100. Die Datenspeichereinheit 148 speichert verschiedene Arten von Daten. Die Datenspeichereinheit 148 entspricht der Speichervorrichtung 124 (siehe 9). Die Datenverarbeitungseinheit 136 führt verschiedene Arten von Prozessen auf der Grundlage der von der Kommunikationseinheit 142 erfassten Daten und der in der Datenspeichereinheit 148 gespeicherten Daten aus. Die Datenverarbeitungseinheit 136 entspricht dem Prozessor 122 und einem Computerprogramm, das von dem Prozessor 122 ausgeführt wird. Die Datenverarbeitungseinheit 136 fungiert auch als eine Schnittstelle der Kommunikationseinheit 142, des internen Sensors 128, des Antriebsmechanismus 120 und der Datenspeichereinheit 148.
Die Datenspeichereinheit 148 umfasst die Bewegungsspeichereinheit 160, die die verschiedenen Bewegungsarten des Roboters 100 definiert.
Verschiedene Arten von Bewegungsdateien werden von der Bewegungsspeichereinheit 232 des Servers 200 in die Bewegungsspeichereinheit 160 heruntergeladen. Eine Bewegung wird durch die Bewegungs-ID identifiziert. Ein Arbeitstakt, eine Betriebszeit, eine Betriebsrichtung und dergleichen der verschiedenen Arten von Aktuatoren (der Antriebsmechanismus 120) sind chronologisch in einer Bewegungsdatei definiert, um verschiedene Bewegungen auszuführen.
Verschiedene Arten von Daten können auch von der Kartenspeichereinheit 216 und der Einzeldatenspeichereinheit 218 in die Datenspeichereinheit 148 heruntergeladen werden.
Die Datenverarbeitungseinheit 136 umfasst die Erkennungseinheit 150 und die Betriebssteuereinheit 152. Die Erkennungseinheit 150 analysiert die vom internen Sensor 128 erhaltenen externen Informationen. Die Erkennungseinheit 150 ist in der Lage, die visuelle Erkennung (eine visuelle Einheit), die Geruchserkennung (eine olfaktorische Einheit), die Klangerkennung (eine akustische Einheit) und die taktile Erkennung (eine taktile Einheit) durchzuführen.
Die Erkennungseinheit 150 filmt mit der eingebauten Vollhimmelskamera regelmäßig eine Außenansicht und erfasst ein sich bewegendes Objekt wie eine Person oder ein Haustier. Die Erkennungseinheit 150 extrahiert einen Merkmalsvektor aus einem gefilmten Bild eines sich bewegenden Objekts. Wie vorstehend beschrieben, ist ein Merkmalsvektor eine Sammlung von Parametern (Merkmalsgrößen), die physikalische Eigenschaften und Verhaltensmerkmale eines sich bewegenden Objekts angeben. Wenn ein sich bewegendes Objekt erfasst wird, werden auch physikalische Eigenschaften und Verhaltensmerkmale aus einem Geruchssensor, einem eingebauten Richtmikrofon, einem Temperatursensor und ähnlichem extrahiert. Diese Eigenschaften werden ebenfalls quantifiziert und bilden eine Merkmalsvektorkomponente.
Die Vertrautheitsverwaltungseinheit 220 des Servers 200 ändert die Vertrautheit gegenüber einem Benutzer entsprechend einer von der Erkennungseinheit 150 erkannten Reaktion. Im Prinzip nimmt die Vertrautheit gegenüber einem Benutzer, der eine angenehme Aktion ausführt, zu, während die Vertrautheit gegenüber einem Benutzer, der eine unangenehme Aktion ausführt, abnimmt.
Die Betriebssteuereinheit 152 entscheidet zusammen mit der Betriebssteuereinheit 222 des Servers 200 über die Bewegungsrichtung des Roboters 100. Eine auf einer Aktionskarte basierende Bewegung kann vom Server 200 bestimmt werden, und eine augenblickliche Bewegung wie das Ausweichen vor einem Hindernis kann vom Roboter 100 bestimmt werden. Der Antriebsmechanismus 120 bewirkt, dass der Roboter 100 auf einen Bewegungszielpunkt zusteuert, indem er die Vorderräder 102 (den Radantriebsmechanismus 370) gemäß einer Anweisung der Betriebssteuereinheit 152 antreibt.
Die Betriebssteuereinheit 152 entscheidet in Zusammenarbeit mit der Betriebssteuereinheit 222 des Servers 200 über eine Bewegung des Roboters 100. Ein Teil der Bewegungen kann durch den Server 200 und andere Bewegungen durch den Roboter 100 bestimmt werden. Eine Konfiguration kann auch so beschaffen sein, dass der Roboter 100 zwar eine Bewegung bestimmt, der Server 200 jedoch eine Bewegung bestimmt, wenn die Verarbeitungslast des Roboters 100 hoch ist. Eine Konfiguration kann so aussehen, dass eine Bewegung, die eine Basis bildet, durch den Server 200 und eine zusätzliche Bewegung durch den Roboter 100 bestimmt wird. Es reicht aus, dass die Art und Weise, wie ein bewegungsbestimmender Prozess zwischen dem Server 200 und dem Roboter 100 aufgeteilt wird, in Übereinstimmung mit den Spezifikationen des Robotersystems 300 ausgelegt wird.
Die Betriebssteuereinheit 152 weist den Antriebsmechanismus 120 an, eine ausgewählte Bewegung auszuführen. Der Antriebsmechanismus 120 steuert jeden Aktuator in Übereinstimmung mit einer Bewegungsdatei. Wenn in der Bewegungsdatei eine Bewegung des Kopfabschnitts festgelegt ist, führt die Betriebssteuereinheit 152 die Steuerung der Bewegung durch den Antrieb des Verbindungsmechanismus 333 aus.
Die Betriebssteuereinheit 152 kann auch eine Bewegung zum Hochhalten beider Arme 106 als eine Geste ausführen, die eine „Umarmung“ verlangt, wenn sich ein Benutzer mit einem hohen Grad an Vertrautheit in der Nähe befindet, und sie kann auch eine Bewegung ausführen, die bedeutet, dass er nicht mehr umarmt werden will, indem abwechselnd und wiederholt bewirkt wird, dass das linke und das rechte Vorderrad 102 sich rückwärts drehen und in einem untergebrachten Zustand anhalten, wenn er der „Umarmung“ überdrüssig ist. 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 von der Betriebssteuereinheit 152 antreibt.
Als nächstes werden eine charakteristische Konfiguration und Funktionen des Roboters 100 beschrieben.
11 ist eine Zeichnung, die einen Zustand darstellt, bei dem die Außenhaut 314 von dem Roboter 100 entfernt ist. 12 ist eine Zeichnung, die einen Zustand darstellt, in dem die Außenhaut 314 am Roboter 100 angebracht ist. In jeder Zeichnung ist (a) eine rechte Seitenansicht, (b) eine Vorderansicht und (c) eine Rückansicht dargestellt. Das äußere Erscheinungsbild des Roboters 100 ist quasi beidseitig symmetrisch.
Wie in 11 dargestellt, ist der Verbindungsmechanismus 333 zwischen dem Kopfabschnittsrahmen 316 und dem Rumpfabschnittsrahmen 318 angeordnet. Wie vorstehend beschrieben, wird die Belastung des Kopfabschnitts durch die vorgesehene Torsionsfeder 349 aufgehoben (siehe 3(b)), wodurch der Kopfabschnittsrahmen 316 in einer vorbestimmten Position über dem Rumpfabschnittsrahmen 318 gehalten wird, auch wenn der Verbindungsmechanismus 333 nicht angetrieben wird.
Eine Vielzahl von Passungsnuten zum teilweisen Einpassen der Außenhaut 314 sind jeweils in dem Kopfabschnittsrahmen 316 und dem Rumpfabschnittsrahmen 318 angeordnet. Das heißt, die bogenförmigen Passungsnuten 504, 506 und 508 sind so angeordnet, dass sie den Gesichtsbereich 500 an der Vorderseite des Kopfabschnittsrahmens 316 umschließen. Unterdessen ist eine längliche Passungsnut 510 in einem vorderseitigen unteren Teil des Rumpfabschnittsrahmens 318 und eine bogenförmige Passungsnut 512 in einem rückseitigen unteren Abschnitt angeordnet. Eine Gehäuseöffnung 377 zur Aufnahme des Hinterrads 103 ist in einem rückseitigen unteren Abschnitt des Rumpfabschnittsrahmens 318 angeordnet, und die Passungsnut 512 ist in einem Randbereich der Gehäuseöffnung 377 ausgebildet.
Wie in 12 dargestellt, ist die Außenhaut 314 so angebracht, dass sie den Hauptkörperrahmen 310 abdeckt. Ein kreisförmiger Öffnungsabschnitt 502 zur Darstellung eines Gesichtsbereichs 500 des Kopfabschnittsrahmens 316 ist in einer oberen Vorderseite der Außenhaut 314 angeordnet. Die Außenhaut 314 reicht bis zu einer vorderen und einer hinteren Gesichtsseite des Roboters 100 und ist auch am Rumpfabschnittsrahmen 318 befestigt. In der Ausführungsform ist die Radabdeckung 312 freiliegend, aber diese kann durch die Außenhaut 314 abgedeckt werden.
Die Außenhaut 314 ist so konfiguriert, dass eine Außenfläche aus einem elastischen Basismaterial mit einer Außenhautschicht bedeckt ist und aus einem weichen Material gebildet wird, das sich überall gut anfühlt. Die Außenhaut 314 umfasst einen beutelförmigen Abschnitt 524, der den Kopfabschnittsrahmen 316 bedeckt, ein Paar Armabschnitte 526, die sich von der linken und rechten Seitenfläche des beutelförmigen Abschnitts 524 nach unten erstrecken, einen verlängerten Abschnitt 528, der sich von einer Vorderseite des beutelförmigen Abschnitts 524 nach unten erstreckt, und einen verlängerten Abschnitt 530, der sich von einer Rückseite des beutelförmigen Abschnitts 524 nach unten erstreckt.
Der Öffnungsabschnitt 502 ist in der Vorderseite des beutelförmigen Abschnitts 524 und der Öffnungsabschnitt 390 ist in einem Scheitelabschnitt ausgebildet. Die bogenförmigen Passungselemente 534, 536 und 538 sind auf einer Innenseite des beutelförmigen Abschnitts 524 angeordnet, so dass sie den Öffnungsabschnitt 502 umschließen. Gleichzeitig ist ein längliches Passungselement 540 auf einer Innenfläche des unteren Abschnitts des verlängerten Abschnitts 528 und ein bogenförmiges Passungselement 542 auf einer Innenfläche des unteren Abschnitts des verlängerten Abschnitts 530 angeordnet.
Die Passungselemente 534 bis 538 haben Formen, die komplementär zu den jeweiligen Passungsnuten 504 bis 508 des Kopfabschnittsrahmens 316 sind. Die Passungselemente 540 und 542 haben Formen, die komplementär zu den jeweiligen Passungsnuten 510 und 512 des Rumpfabschnittsrahmens 318 sind. Die Passungselemente 534 bis 542 sind aus einem harten Material wie beispielsweise Harz geformt, und die Außenhaut 314 wird am Hauptkörperrahmen 310 befestigt, indem die Passungselemente 534 bis 542 in die Passungsnuten 504 bis 512 eingepasst werden.
Wenn der Hauptkörperrahmen 310 mit der Außenhaut 314 bedeckt wird, entsteht ein Kontaktbereich (Nahkontaktbereich) zwischen den beiden. Eine Kontaktregion des Kopfabschnitts 550, eine Kontaktregion des Bauchabschnitts 552 und eine Kontaktregion des Rückenabschnitts 554 sind in der gleichen Zeichnung dargestellt. Der Hauptkörperrahmen 310 und die Außenhaut 314 stehen in diesen Kontaktregionen in engem Kontakt miteinander. Da jedoch eine Schwenkung des Kopfabschnitts und eine Ausdehnung und Kontraktion des Halsabschnitts stattfindet, kommt es zu einer dreidimensionalen Transformation zwischen den Kontaktregionen der Außenhaut 314. Mit anderen Worten, da die Kontaktregionen vorhanden sind, kann es zu einer Verdrehung oder Dehnung zwischen den Kontaktregionen kommen. In der Ausführungsform ist zwischen den Kontaktregionen der Außenhaut 314 ein erhöhter Elastizitätsbereich vorgesehen, in dem die Elastizität teilweise erhöht ist, damit auch bei dieser Art von Verdrehung oder Dehnung keine Betriebsbehinderung des Roboters 100 auftritt. Der Bereich mit erhöhter Elastizität ist in einem Bereich angeordnet, der während des Betriebs des Roboters 100 einer erheblichen Zug-, Druck-, Torsions- oder Scherspannung ausgesetzt ist.
Das heißt, dass zwischen der Kontaktregion des Kopfabschnitts 550 und der Kontaktregion des Bauchabschnitts 552 im Basismaterial eine Region mit erhöhter Elastizität 556 und zwischen der Kontaktregion des Kopfabschnitts 550 und der Kontaktregion des Rückenabschnitts 554 eine Region mit erhöhter Elastizität 558 vorgesehen ist. Die Außenhaut 314 steht in engem Kontakt mit dem Kopfabschnittsrahmen 316 und dem Rumpfabschnittsrahmen 318 in einer Position, die von einem Bereich mit erhöhter Elastizität entfernt ist. Auch im Armabschnitt 526 ist die mit einer Betätigung des Arms 106 einhergehende Streckung und Kontraktion erforderlich, weshalb eine erhöhte Elastizität im Bereich 560 vorgesehen ist. Die Regionen mit erhöhter Elastizität 556 bis 560 sind so angeordnet, dass sie den Verbindungsmechanismus 333 von außen abdecken, wodurch die Elastizität in einer Position, die dem Verbindungsmechanismus 333 in der Außenhaut 314 entspricht, erhöht wird.
Das Basismaterial besteht aus einem porösen Schaumstoff (Urethanschwamm in der Ausführungsform). Jeder Bereich mit erhöhter Elastizität wird durch eine große Anzahl von Öffnungen gebildet, die optimal in einem entsprechenden Bereich des Basismaterials angeordnet sind. Jede Öffnung durchdringt jeden entsprechenden Bereich in einer Dickenrichtung des Basismaterials. Aufgrund dieser angeordneten Öffnungsform ist die für die Transformation erforderliche Kraft geringer als ohne Öffnung. Dadurch kann die für die Betätigung des Kopfabschnittsrahmens 316 erforderliche Antriebskraft reduziert werden. Das heißt, der Verbindungsmechanismus 333 (die Verbindungsmechanismen 361 bis 363) kann reibungsfrei angetrieben werden. Außerdem ist es aufgrund von Öffnungen im Basismaterial unwahrscheinlich, dass bei einer Transformation Falten (ein welliger Zustand) auftreten.
13 bis 15 sind schematische Darstellungen, die einen Betrieb des Roboters 100 darstellen, der durch einen Antrieb der Verbindungsstruktur 330 verursacht wird. 13(a) bis (d) zeigen veranschaulichen beispielhaft einen Betrieb des Kopfabschnitts, der durch die Verbindungsstruktur 330 verursacht wird. 14 und 15 veranschaulichen einen Gesamtbetrieb des Roboters 100, der mit einem Betrieb des Kopfabschnitts einhergeht. (a) bis (d) in jeder Zeichnung zeigen einen Betriebsablauf.
Wie bereits beschrieben, kann ein Kontraktionsvorgang des Halsabschnitts des Roboters 100, wie in 13(a) dargestellt, durch den Antrieb des Verbindungsmechanismus 333 (die Verbindungsstruktur 330), wie in 5 dargestellt, realisiert werden. Ein Ausdehnungsvorgang des Halsabschnitts des Roboters 100, wie in 13(b) dargestellt, kann durch den Antrieb des Verbindungsmechanismus 333, wie in 4 dargestellt, realisiert werden. Bei der Durchführung dieser Vorgänge führt die Betriebssteuereinheit 152 eine „erste Steuerung“ des Antriebs in einer Richtung aus, die bewirkt, dass sich der Kopfabschnitt dem Rumpfabschnitt nähert oder von diesem wegbewegt.
Ein Kippvorgang des Kopfabschnitts des Roboters 100 nach links oder rechts, wie in 13(c) und (d) dargestellt, kann durch den Antrieb des Verbindungsmechanismus 333, wie in 7 dargestellt, realisiert werden. Bei der Durchführung dieses Vorgangs führt die Betriebssteuereinheit 152 eine „zweite Steuerung“ aus, die bewirkt, dass der Kopfabschnitt um die Rollwelle schwenkt. Durch die Kombination dieser Betriebsarten kann der Roboter 100 zu einer komischen Bewegung veranlasst werden.
Eine rhythmische Bewegung kann beispielsweise durch die Wiederholung einer Ausdehnung und einer Kontraktion des Halsabschnitts bei gleichzeitiger Bewegung des Roboters 100 realisiert werden, wie in 14(a) bis (d) dargestellt. Auch eine komische und niedliche Bewegung kann durch die Wiederholung einer Kippbewegung des Halsabschnitts nach links und rechts realisiert werden (insbesondere durch die Wiederholung einer Bewegung wie (c) → (b) → (a) → (b) → (c) → (d) → (e) → (d) → (c) → (b) und so weiter), während der Roboter 100 bewegt wird, wie in 15(a) bis (d) dargestellt. Bei der Durchführung dieser Vorgänge führt die Betriebssteuereinheit 152 die erste Steuerung und die zweite Steuerung gleichzeitig oder nacheinander aus, indem sie den Verbindungsmechanismus 333 antreibt, während sie die Bewegung des Roboters 100 durch den Antrieb des Radantriebsmechanismus 370 steuert.
Bisher wurden die Verbindungsstruktur 330 des Roboters 100 und seine Funktionsweise anhand einer Ausführungsform beschrieben. Gemäß der Ausführungsform kann eine ausgeprägte Bewegung des Roboters 100 durch eine einfache Konfiguration realisiert werden, wobei die drei Verbindungsmechanismen 361 bis 363 parallel angeordnet sind und eine Kombination aus einem Scharnier- und einem Kreuzgelenk für deren Gelenkabschnitte verwendet wird. Das heißt, dass eine Ausdehnungs- und Kontraktionsbewegung des Halsabschnitts entlang der axialen Linie des Rumpfabschnitts durch die Rotationswelle des Motors und die Schwenkwelle des Scharniergelenks, die sich an beiden Enden der Antriebsverbindung befinden, parallel ausgeführt werden kann. Darüber hinaus kann eine Nickbewegung oder eine Kopfkippbewegung ausgeführt werden, ohne dass eine Ausdehnungs- und Kontraktionsbewegung des Halsabschnitts behindert wird, indem die angetriebene Verbindung und die zweite Basis über ein Kreuzgelenk verbunden sind. Dies ist eine Bewegung, die der Skelettstruktur eines Lebewesens entspricht und dem Benutzer einen natürlichen Eindruck vermitteln kann, ohne ein Fremdartigkeitsgefühl auszulösen. Insbesondere kann die oben erwähnte komische und niedliche Bewegung auch dadurch realisiert werden, dass gleichzeitig oder nacheinander eine Ausdehnung und Kontraktion des Halsabschnitts und ein Drehen des Kopfabschnitts durchgeführt wird, was bei einem Benutzer ein Gefühl der Zuneigung hervorrufen soll. Es wird auch angenommen, dass dies den Marktwert des Roboters 100 wie den eines Haustiers erhöhen wird.
Außerdem kann durch das Schwenken des Kopfabschnitts, das durch die Beschränkung der Verbindungsstruktur 330 auf Rollen und Neigen sowie durch einen separaten Antrieb (den Motor 354) für das Gieren verursacht wird, eine Vereinfachung und Betriebsstabilität der Verbindungsstruktur 330 erreicht werden. Eine Vereinfachung und Stabilität der Steuerung der Verbindungsstruktur 330 kann ebenfalls erreicht werden.
Außerdem kann durch die weiche Außenhaut 314, die den Verbindungsmechanismus 333 (die Verbindungsmechanismen 361 bis 363) von außen abdeckt, verhindert werden, dass der Verbindungsmechanismus 333 einen Benutzer stört. Anstatt zu zögern, den Roboter 100 zu berühren, berührt ein Benutzer aufgrund des guten Tastgefühls der Außenhaut 314 eifrig den Roboter 100. Auch wenn diese Art von Außenhaut 314 vorgesehen ist, ist ein Teil der Außenhaut 314, die den Verbindungsmechanismus 333 abdeckt, ein Bereich mit erhöhter Elastizität, wodurch die Außenhaut 314 daran gehindert werden kann, einen Widerstand gegen eine Betätigung des Kopfabschnitts zu bilden.
Die Erfindung ist nicht auf die bisher beschriebene Ausführungsform und Modifikationen beschränkt, sondern es können auch Komponenten modifiziert und ausgeführt werden, ohne dass der Geltungsbereich der Erfindung verlassen wird. Verschiedene Erfindungen können durch die Kombination einer Vielzahl von Komponenten, die in der bisher beschriebenen Ausführungsform und Modifikationen offengelegt wurden, gebildet werden. Auch können einige Komponenten aus allen in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform und den Modifikationen dargestellten Komponenten weggelassen werden.
In der bisher beschriebenen Ausführungsform wird als Beispiel eine Konfiguration angegeben, wobei die erste Basis 331 an dem Rumpfabschnittsrahmen 318 befestigt ist und die Motoren 344 bis 348 auf der ersten Basis 331 angebracht sind. In einer Modifikation kann ein Abschnitt des Rumpfabschnitts 318 als erste Basis verwendet werden, und die Motoren 344 bis 348 werden direkt am Rumpfabschnittsrahmen 318 befestigt.
In der bisher beschriebenen Ausführungsform ist der Verbindungsmechanismus 333 aus drei Verbindungsmechanismen aufgebaut. In einer Modifikation kann ein Verbindungsmechanismus aus vier oder mehr Verbindungsmechanismen konfiguriert werden. Beachten Sie, dass im Hinblick auf die Realisierung der Translation in einer axialen Richtung (Z-Richtung) und des Schwenkens (Rollen und Neigen) um zwei Wellen drei Verbindungsmechanismen, wie in der bisher beschriebenen Ausführungsform, völlig ausreichend sind und es wird angenommen, dass sie optimal sind zur einfachen Realisierung des Mechanismus.
Die bisher beschriebene Ausführungsform zeigt ein Beispiel, wobei die Torsionsfeder 349 entlang der Rotationswellen der Motoren 344 bis 348 angeordnet ist, um eine Last zwischen dem Kopfabschnitt und dem Rumpfabschnitt aufzuheben (eine Last, die durch das Gewicht des Kopfabschnitts ausgeübt wird, wird aufgehoben). Bei einer Modifikation kann eine Last aufgehoben werden, indem eine Feder (eine Schraubenfeder, eine Tellerfeder oder ähnliches) beispielsweise zwischen der zweiten Basis 332 und der ersten Basis 331 eingefügt wird. Das heißt, da sie nicht auf die Rotationswelle jedes Aktuators beschränkt ist, kann zwischen einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich eine Feder zur Aufhebung der Last angeordnet werden.
Obwohl ein Aspekt eines Roboters in der bisher beschriebenen Ausführungsform dargestellt wurde, ist die bisher beschriebene Verbindungsstruktur auch auf einen anderen humanoiden Roboter, einen Haustierroboter oder dergleichen anwendbar. Da sie nicht auf einen Kopfabschnitt und einen Rumpfabschnitt beschränkt ist, können ein „erster Bereich“ und ein „zweiter Bereich“, wie beispielsweise ein Rumpfabschnitt und ein Armabschnitt, mit einem Verbindungsabschnitt (ein Gelenk oder ähnliches) des Roboters als Begrenzung festgelegt werden. Außerdem kann der bisher beschriebene Verbindungsmechanismus zwischen den beiden Bereichen angewendet werden. Die bisher beschriebene Verbindungsstruktur kann auch auf einen Stuhl, ein Beinabschnitt eines Tisches, ein Armabschnitt eines Lampenfußes (eine Leselampe o.ä.), einen Bereich, der eine physische Bewegung in einem Arcade-Spiel vom Typ Runde 1 begleitet, oder ähnliches angewendet werden.
In der bisher beschriebenen Ausführungsform wird ein Beispiel gezeigt, bei dem ein Verbindungsmechanismus durch einen Verbindungsmechanismus realisiert wird. Im Hinblick auf die Realisierung der oben erwähnten komischen Bewegung kann diese hauptsächlich durch Steuerung realisiert werden und ist nicht auf die oben erwähnte Art von Mechanismus beschränkt. Zum Beispiel kann ein Vielfaches an Motoren für die Realisierung jeder Schwenkbewegung (Rollen und Neigen) um zwei Wellen separat angeordnet werden. Alternativ kann die oben erwähnte Translation in eine axiale Richtung und die Schwenkbewegung um zwei Wellen durch die Anordnung eines Vielfachen von Hydraulikkolben anstelle eines Vielfachen von Verbindungsmechanismen und die Steuerung eines Hubs jedes Kolbens realisiert werden. Alternativ kann ein Solenoid oder ein anderer Aktuator verwendet werden. Selbst wenn diese Art von Konfiguration verwendet wird, können die oben genannten ersten und zweiten Steuerungen ausgeführt werden.
Obwohl in der bisher beschriebenen Ausführungsform nicht erwähnt, kann eine Außenhaut dadurch konfiguriert werden, dass ein elastisches Stoffmaterial auf einer Oberfläche eines Basismaterials angeordnet wird. Auf diese Weise wird ein poröser Teil des Basismaterials unsichtbar, und das taktile Empfinden kann weiter verbessert werden. Als Struktur für die Anordnung des Stoffmaterials auf der Oberfläche des Basismaterials kann die Struktur gebildet werden, indem man einen Beutel mit dem Stoffmaterial entsprechend der Form des Basismaterials herstellt und das Basismaterial in den Beutel einhüllt.
Eine Konfiguration, bei der der beutelförmige Teil 524 in der Außenhaut 314 angeordnet ist und durch Bedecken des Kopfabschnittsrahmens 316 damit in Verbindung gebracht wird, wird als Beispiel in der bisher beschriebenen Ausführungsform dargestellt. In einem modifizierten Beispiel kann ein Abschnitt einer Außenhaut, der nicht die Form eines Beutels hat, durch Einhaken des Abschnitts an einer vorbestimmten Stelle (einem Endabschnitt oder dergleichen) an einem Hauptkörperrahmen in Verbindung gebracht werden, und Spannung kann auf einen verlängerten Abschnitt mit dem Eingriffsabschnitt als Drehpunkt ausgeübt werden. Der „Eingriffsabschnitt“ kann verschiedene Strukturen umfassen, wie beispielsweise eine Befestigungsstruktur oder eine Verhakungsstruktur. Es reicht aus, dass ein „beuteiförmiger Abschnitt“ aus einer Struktur besteht, die in einen bestimmten Bereich (einen Abschnitt) eines Roboters greift, indem der bestimmte Bereich mit dem beutelförmigen Abschnitt bedeckt wird, und von dem bestimmten Bereich aufgenommen wird.
Obwohl in der bisher beschriebenen Ausführungsform nicht erwähnt, kann ein Bereich mit erhöhter Elastizität realisiert werden, indem man ihn so konfiguriert, dass die Dicke eines vorbestimmten Bereichs des Basismaterials relativ gering ist. Das Basismaterial kann auch in einer Schichtform konfiguriert werden, und es kann in einer Dickenrichtung ein Unterschied zwischen einem Bereich mit erhöhter Elastizität und einem anderen Bereich angeordnet werden.
In der bisher beschriebenen Ausführungsform besteht das Basismaterial einer Außenhaut aus einem Urethanschwamm, es kann aber auch ein anderer Schwamm, beispielsweise ein Gummischwamm, verwendet werden. Ein Gummischwamm kann beispielsweise durch Einkneten eines Schaummittels, eines Weichmachers oder ähnliches in Gummi und Vulkanisierung erzeugt werden.
In der bisher beschriebenen Ausführungsform wird als Basismaterial der Außenhaut ein aus einem porösen Schaumstoff geformtes Material verwendet, aber es kann auch ein anderes Material mit Elastizität verwendet werden. Ein Basismaterial kann beispielsweise aus einem elastischen Körper wie Gummi gebildet werden. Es ist zu beachten, dass ein weiches, poröses Material wie beispielsweise ein Schwamm vorzuziehen ist, um die Elastizität der Last und den Widerstand gegen eine Bewegung des Roboters zu begrenzen.
In der bisher beschriebenen Ausführungsform wurde eine Beschreibung vorgelegt, die sich auf die Bewegung des Kopfausschnitts konzentriert, aber eine noch dynamischere und komischere Bewegung kann durch den Wechsel der Positionen, in denen das linke und rechte Vorderrad 102 angehoben oder abgesenkt wird, realisiert werden. Das heißt, der Roboter 100 kann einen Mechanismus enthalten, der das Anheben oder Absenken der Vorderräder 102 bewirkt. Auf diese Weise kann der Roboter 100 auch den gesamten Körper 104 nach rechts oder links kippen, indem der Hebemechanismus so gesteuert wird, dass die Positionen, in denen das linke und rechte Vorderrad 102 angehoben oder abgesenkt wird, voneinander abweichen. Außerdem kann der Roboter 100 die Positionen, in denen das linke und rechte Vorderrad 102 angehoben oder abgesenkt wird, so einstellen, dass sich der Körper 104 nach rechts neigt, wenn er sich beim Fahren nach rechts dreht, und er kann die Positionen, in denen das linke und rechte Vorderrad 102 angehoben oder abgesenkt wird, so einstellen, dass sich der Körper 104 nach links neigt, wenn er sich nach links dreht. Durch die Einstellung des angehobenen oder abgesenkten Zustands des linken und rechten Vorderrads 102 zusätzlich zur Bewegung des Kopfabschnitts kann auf diese Weise eine dynamischere und komischere Bewegung realisiert werden.
16 ist eine Darstellung, die eine Verbindungsstruktur und deren Funktionsweise gemäß einer Modifikation darstellt. 16(a) ist eine Draufsicht. 16(b) ist eine Seitenansicht, die die Peripherie einer Verbindungsstruktur darstellt. 16(c) ist eine Draufsicht, die schematisch eine durch die Verbindungsstruktur verursachte Bewegung eines Kopfabschnitts darstellt. Die Pfeile in den Zeichnungen weisen von einem Roboter aus gesehen in Vorwärtsrichtung.
In der bisher beschriebenen Ausführungsform werden die axiale Linie L der ersten Basis 331 und der Gierwelle 321 aufeinander abgestimmt, wie in 3(b) dargestellt. Die Axiallinie L ist die axiale Linie des Kopfabschnittsrahmens 316 und gleichzeitig die zentrale Achse des Verbindungsmechanismus 333. Die zweite Basis 332 kommt in die Nähe der ersten Basis 331 oder bewegt sich von ihr weg, indem sie entlang der Axiallinie L verschoben wird, wodurch eine ausdehnende und kontrahierende Bewegung des Halsabschnitts realisiert wird.
Bei der Modifikation wird die Gierwelle 321 dazu veranlasst, von der Axiallinie L abzuweichen und gegenüber der Mitte eines Kopfabschnittsrahmens 416 außermittig zu werden, wie in 16(a) und (b) dargestellt. Insbesondere wird die Gierwelle 321 dazu veranlasst, hinter die Axiallinie L abzuweichen. Zusammen mit diesem weichen auch ein Passungsabschnitt des Kopfabschnittsrahmens 416 und eine zweite Basis 432 (d.h. die Position der Schwenkwelle 350) und ein Teilkreismittelpunkt des Zahnrads 380 entsprechend der Gierwelle 321 bis hinter die Axiallinie L ab.
Entsprechend dieser Art von Konfiguration kann das Verhalten des Kopfabschnitts, wenn der Roboter nach links oder rechts zurückblickt, an das eines Lebewesens angenähert und natürlicher gestaltet werden. Das heißt, in der bisher beschriebenen Ausführungsform, die in 3(b) dargestellt ist, schwenkt der Rahmen des Kopfabschnitts 316 um seine Mittelachse, wodurch beim Zurückschauen keine Abweichung zwischen dem Kopfabschnitt und dem Rumpfabschnitt auftritt und die Möglichkeit besteht, dass die Handlung als tierähnliches Verhalten unnatürlich erscheint. In Bezug auf diesen Punkt weicht der Gierwelle 321 des Kopfabschnittsrahmens 416 gemäß der Ausführungsform von der Mittelachse ab, wie in 16(c) dargestellt, wodurch bei einer Rückblickbewegung eine Abweichung zwischen Kopf- und Rumpfabschnitt entstehen kann. Auch in der Außenhaut 314 kann ein mäßiger Grad der Transformation auftreten. Dadurch kann die Bewegung einem tierähnlichen Verhalten angenähert werden.
Auch bei der Modifikation ist die Außenhaut 314 so angeordnet, dass sie den Verbindungsmechanismus 333 abdeckt, wobei der Verbindungsmechanismus 333 vor Störungen durch einen Benutzer geschützt werden kann. Auch durch die Verbindung der ersten Basis 331 und der zweiten Basis 332, so dass sie sich einander annähern und voneinander entfernen können, kann eine komische Bewegung realisiert werden.
Ein Beispiel, bei dem das erste Gelenk 374 ein einachsiges Scharniergelenk und das zweite Gelenk 376 ein Kreuzgelenk ist, wird in der bisher beschriebenen Ausführungsform dargestellt. In einer Modifikation können die Art und Kombination der Gelenke nach Bedarf geändert werden, beispielsweise indem sowohl für das erste Gelenk 374 als auch für das zweite Gelenk 376 Kreuzgelenke verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000323219 A [0003]

Claims

Roboter, bei dem ein erster Bereich und ein zweiter Bereich verbunden sind, wobei der Roboter Folgendes umfasst: Eine erste Basis, die den ersten Bereich bildet; eine zweite Basis, die den zweiten Bereich bildet; einen Verbindungsmechanismus, der die erste Basis und die zweite Basis verbindet; und eine Antriebseinheit, die den Verbindungsmechanismus antreibt, wobei die Antriebseinheit erste bis dritte Aktuatoren umfasst, die auf der ersten Basis angeordnet sind, der Verbindungsmechanismus umfasst erste bis dritte Verbindungsmechanismen, die parallel zueinander angeordnet sind und jeweils von den ersten bis dritten Aktuatoren angetrieben werden, wobei jeder Verbindungsmechanismus umfasst eine Antriebsverbindung, die an einer Rotationswelle des Aktuators befestigt ist und eine angetriebene Verbindung, die über ein erstes Gelenk mit der Antriebsverbindung und über ein zweites Gelenk mit der zweiten Basis verbunden ist, wobei das erste Gelenk ein einachsiges Scharniergelenk und das zweite Gelenk ein Kreuzgelenk ist.
Roboter nach Anspruch 1, wobei der erste Bereich ein Rumpfabschnitt und der zweite Bereich ein Kopfabschnitt ist.
Roboter nach Anspruch 2, bei dem an der Rotationswelle jedes Aktuators eine lastausgleichende Torsionsfeder angeordnet ist.
Roboter nach Anspruch 2 oder 3, bei dem im Kopfabschnitt ein Aktuator zur Realisierung einer Kopfschüttelbewegung um eine Gierwelle angeordnet ist.
Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, eine Außenhaut umfassend, die den ersten Bereich und den zweiten Bereich bedeckt, während sie den Verbindungsmechanismus von außen abdeckt, wobei die Außenhaut in mindestens einer dem Verbindungsmechanismus entsprechenden Position elastisch ist.
Roboter umfassend: Einen Verbindungsmechanismus, der einen Kopfabschnitt und einen Rumpfabschnitt verbindet; einen Aktuator, der den Verbindungsmechanismus antreibt; und eine Steuereinheit, die den Aktuator steuert, wobei die Steuereinheit gleichzeitig oder nacheinander eine erste Steuerung des Antriebs in einer Richtung bewirkt, dass sich die Kopfeinheit dem Rumpfabschnitt nähert oder von ihm wegbewegt, und eine zweite Steuerung, die bewirkt, dass sich der Kopfabschnitt um eine Rollwelle senkrecht zu der vorgenannten Richtung schwenkt.
Roboter nach Anspruch 6, wobei der Verbindungsmechanismus erste bis dritte parallel zueinander angeordnete Verbindungsmechanismen umfasst, von denen jeder den Kopfabschnitt und den Rumpfabschnitt verbindet, der Aktuator erste bis dritte Aktuatoren umfasst, die an dem Rumpfabschnitt befestigt sind und die jeweils die ersten bis dritten Verbindungsmechanismen antreiben, wobei jeder Verbindungsmechanismus umfasst eine Antriebsverbindung, die an einer Rotationswelle des Aktuators befestigt ist, und eine angetriebene Verbindung, die über ein erstes Gelenk mit der Antriebsverbindung und über ein zweites Gelenk mit dem Kopfabschnitt verbunden ist, wobei das erste Gelenk ein einachsiges Scharniergelenk und das zweite Gelenk ein Kreuzgelenk ist.
Roboter nach Anspruch 6 oder 7, einen Bewegungsmechanismus umfassend, der den Roboter zur Bewegung veranlasst, wobei die Steuereinheit die erste und zweite Steuerung ausführen kann, während sie die Bewegung mit Hilfe des Bewegungsmechanismus steuert.
Eine Verbindungsstruktur, umfassend: Eine erste Basis; Eine zweite Basis; Einen Verbindungsmechanismus, der eine erste Basis und eine zweite Basis verbindet; und eine Antriebseinheit, die den Verbindungsmechanismus antreibt, wobei die Antriebseinheit erste bis dritte Aktuatoren umfasst, die auf der ersten Basis angeordnet sind, der Verbindungsmechanismus erste bis dritte Verbindungsmechanismen umfasst, die parallel zueinander angeordnet sind und jeweils von den ersten bis dritten Aktuatoren angetrieben werden, wobei jeder Verbindungsmechanismus umfasst eine Antriebsverbindung, die an einer Rotationswelle des Aktuators befestigt ist und eine angetriebene Verbindung, die mit der Antriebsverbindung über eine erstes Gelenk verbunden ist und über ein zweites Gelenk mit der zweiten Basis verbunden ist, wobei das erste Gelenk ein einachsiges Scharniergelenk und zweite Gelenk ein Kreuzgelenk ist.
Roboter, wobei ein erster Bereich und ein zweiter Bereich verbunden sind, umfassend: Eine erste Basis, die einen ersten Bereich bildet; Eine zweite Basis, die einen zweiten Bereich bildet; einen Verbindungsmechanismus, der die erste Basis und die zweite Basis so verbindet, dass sie sich einander annähern und voneinander wegbewegen können; eine Antriebseinheit, die den Verbindungsmechanismus antreibt; und eine Außenhaut, die den ersten und den zweiten Bereich bedeckt, während sie den Verbindungsmechanismus von außen abdeckt, und wenigstens in einer dem Verbindungsmechanismus entsprechenden Position elastisch ist.
Roboter nach Anspruch 10, bei dem sich die zweite Basis der ersten Basis annähert oder von ihr wegbewegt, indem sie entlang einer zentralen Achse des Verbindungsmechanismus verschoben wird, wobei eine Schwenkwelle parallel zur zentralen Achse angeordnet ist und die zweite Basis so gelagert ist, dass sie um die Schwenkwelle schwenken kann.
Roboter nach Anspruch 11, wobei der erste Bereich ein Rumpfabschnitt, der zweite Bereich ein Kopfabschnitt und die Schwenkwelle hinter der Mittelachse als Gierwelle des Kopfabschnitts angeordnet ist.
Roboter nach Anspruch 12, wobei der Verbindungsmechanismus ein Vielfaches an Verbindungsmechanismen zur Realisierung von Rollen und Neigen des Kopfabschnitts umfasst, wobei der Roboter ferner einen Aktuator umfasst, der die zweite Basis um die Rotationswelle schwenken lässt, um ein Gieren des Kopfabschnitts zu erzeugen.