JP2004303842A - スタック式制御基板並びにこれを搭載した電子機器及びこれを搭載したロボット - Google Patents

Abstract

【課題】簡単に、かつ、低コストでできる移動式ロボットを提供する。
【解決手段】脚部及び腕部の関節部を各々揺動させる駆動手段と、これを駆動制御する動作制御装置とを有し、動作制御装置４０が、胴体部に設けられた主制御部４１と、各脚部，腕部等に分散配置され且つネットワーク５０を介して主制御部に接続されている複数の副制御部４２とから成り、各副制御部が、主制御部からの駆動制御信号に基づいて制御信号を演算するプロセッサ部４３と、プロセッサ部からの制御信号に基づいて対応する駆動手段を駆動しまたはセンサからの検出出力を主制御部に送出する機能部４４，４５とを有し、プロセッサ部４１と機能部４４，４５がそれぞれ一つの基板上に構成され、これらの基板が互いに積層状態にて直接に接続されるように、移動式ロボット１０を構成する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スタック式制御基板並びにこれを搭載した電子機器及びこれを搭載したロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ロボットの中の、所謂、歩行式ロボットは、前もって設定された歩行パターン（以下、歩容という）データを生成して、この歩容データに従って歩行制御を行なって、所定の歩行パターンで脚部を動作させることにより、歩行を実現するようにしている。
【０００３】
ところで、歩行式ロボットの関節部が多くなるにつれて、このような歩行制御を行なう動作制御装置は、複数のＩ／Ｏ（入力／出力）インターフェイスと高速な演算能力を備えることが必要になってくる。
しかしながら、このような機能を単一のデバイスで実現しようとすると、システムが巨大化してしまい、ロボットの構成を変更あるいは拡張する際に、柔軟性に欠けることになると共に、各関節部の駆動手段への配線やセンサからの配線が煩雑となり、メンテナンスが容易ではなくなってしまう。
【０００４】
このため、従来、胴体部に設けられた主制御部と、各駆動手段やセンサに隣接して設けられた複数の副制御部とから成る動作制御装置が使用されている。
ここで、各副制御部は、一軸モータドライバ専用回路あるいはセンサ専用検出回路として構成されており、それぞれ各関節部における駆動手段毎あるいはセンサ毎に設けられている。
【０００５】
このような構成の動作制御装置によれば、図５に示すように、歩行式ロボット１の主制御部２から、駆動制御信号がネットワーク３を介して各副制御部４に出力されることにより、各副制御部４のモータドライバ４ａが、それぞれ対応する駆動手段を駆動制御することによって、歩行式ロボットの各関節部が駆動され、歩行式ロボットが歩行等の動作を行なうと共に、各副制御部４のセンサ検出回路４ｂが、図示しないセンサからの検出出力を増幅等の処理を行なった後、ネットワーク３を介して主制御部２に送出するようになっている。
このようにして、種々の演算処理を各副制御部４に分散させることによって、高速な演算処理を可能にしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような動作制御装置を備えた歩行式ロボット１においては、各副制御部４は、モータやセンサ毎に、それぞれ専用に構成されており、モータやセンサの機種が変更になると、対応する副制御部４全体を設計し直して、新規に作成する必要があった。
また、副制御部４は、一枚の基板から構成されており、この基板上に上述したモータドライバ４ａやセンサ検出回路４ｂとＣＰＵ４ｃを実装しようとすると、基板が大型化してしまい、ロボットの各部の小型化の要請に反することになってしまう。
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑み、各副制御部を簡単な構成により小型化すると共に、モータやセンサの機種変更の際にも、容易に且つ低コストで対応することができるようにした、スタック式制御基板並びにこれを搭載した電子機器、移動式電子機器及びロボットを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のスタック式制御基板は、ＣＰＵを搭載したＣＰＵ基板と、上記ＣＰＵの入力または出力インターフェース機能を有する機能基板とで、別体に構成される制御基板であって、上記ＣＰＵ基板面の所定個所に上記機能基板との回路接続用の少なくとも１つの第１のコネクタが配設され、また、上記第１のコネクタに対応する位置に合わせて上記機能基板面に第２のコネクタが配設され、上記第１のコネクタと上記第２のコネクタが、上記ＣＰＵ基板と上記機能基板の対向面が所定間隔で積層されて連結固定されるように接続されると共に、上記ＣＰＵ基板の回路と上記機能基板の回路とが接続されることを特徴とする。
また、第１のコネクタと前記第２のコネクタは、一方がプラグで、他方がレセプタクルで構成され、これらのプラグ及びレセプタクルが、着脱可能な接続時だけ、回路接続が行われように前記ＣＰＵ基板面と前記機能基板面に配設されることが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、ＣＰＵを搭載した基板と、このＣＰＵの入力または出力インターフェース機能を有する機能基板と、が、積層されたスタック構造により、電気的接続と機械的接続を容易に行うことができる。
スタック構造であるので、制御基板の各種装置への実装面積を小さくできるので、各種装置への組み込みが容易にできる。また、ＣＰＵを搭載した基板を共通として、機能の異なる機能基板を組み合わせることにより、各種制御基板の製作が容易に、かつ、低コストでできる。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明のスタック式制御基板を搭載した電子機器は、少なくとも主ＣＰＵを組み込んだ基板と、副ＣＰＵを組み込んだ副ＣＰＵ基板と該副ＣＰＵの入力または出力インターフェース機能を有する機能基板とで別体に構成される複数個の制御基板とを備えた電子機器であって、上記各制御基板は、上記副ＣＰＵ基板面の所定個所に上記機能基板との回路接続用の少なくとも１つの第１のコネクタが配設され、また、上記第１のコネクタに対応する位置に合わせて上記機能基板面に第２のコネクタが配設され、上記第１のコネクタと上記第２のコネクタが、上記副ＣＰＵ基板と上記機能基板の対向面が所定間隔で積層されて連結固定されるように接続されると共に、上記副ＣＰＵ基板の回路と上記機能基板の回路とが接続されるスタック式制御基板であることを特徴とする。
また、複数のスタック式制御基板は、共通の副ＣＰＵ基板を備え、機能に応じた前記機能基板を備えると共に、それぞれの副ＣＰＵが、主ＣＰＵとネットワーク接続されていればよい。
また、第１のコネクタと第２のコネクタは、一方がプラグで、他方がレセプタクルで構成され、これらのプラグ及びレセプタクルが、着脱可能な接続時だけ、回路接続が行われように副ＣＰＵ基板面と機能基板面に配設されればよい。
【００１１】
この構成によれば、電子機器の副ＣＰＵを搭載した基板と、副ＣＰＵの入力または出力インターフェース機能を有する機能基板と、が、積層されたスタック式制御基板として実装できる。また、副ＣＰＵが主ＣＰＵとネッタワーク接続されることで、高速に動作する。
多数の副ＣＰＵを有する電子機器においては、副ＣＰＵ基板を共通にして、入出力に応じた機能基板との組み合わせにより、スタック式制御基板を容易に製作できるので、コストが安くなる。
これにより、電子装置の小型化と、高速動作と、低コストが実現できる。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明のスタック式制御基板を搭載したロボットは、少なくとも主ＣＰＵを組み込んだ基板と、副ＣＰＵを組み込んだ副ＣＰＵ基板と該副ＣＰＵのインターフェース機能を有する複数の機能基板とで別体に構成される複数の制御基板と、を備えたロボットであって、上記各制御基板は、上記副ＣＰＵ基板面の所定個所に上記機能基板との回路接続用の少なくとも１つの第１のコネクタが配設され、また、上記第１のコネクタに対応する位置に合わせて上記機能基板面に第２のコネクタが配設され、上記第１のコネクタと上記第２のコネクタが、上記副ＣＰＵ基板と上記機能基板の対向面が所定間隔で積層されて連結固定されるように接続されると共に、上記副ＣＰＵ基板の回路と上記機能基板の回路とが接続されるスタック式制御基板であることを特徴とする。
さらに、複数のスタック式制御基板は、共通の前記副ＣＰＵ基板と、センサ機能を有する入力インターフェースを有する機能基板又はロボット駆動部を駆動する出力インターフェースを有する機能基板と、を備えると共に、それぞれの前記スタック式制御基板の前記副ＣＰＵが、前記主ＣＰＵとネットワーク接続されていることを特徴とする。
さらに、前記第１のコネクタと前記第２のコネクタは、一方がプラグで、他方がレセプタクルで構成され、これらのプラグ及びレセプタクルが、着脱可能な接続時だけ、回路接続が行われように前記副ＣＰＵ基板面と前記機能基板面に配設されることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、ロボットにおいて、副ＣＰＵを搭載した基板と、副ＣＰＵの入力または出力インターフェース機能を有する機能基板と、が、積層されたスタック式制御基板が小型であるので、ロボットの各部に容易に実装できる。また、副ＣＰＵが主ＣＰＵとネッタワーク接続されることで、高速に動作する。
多数の副ＣＰＵを有するロボットにおいては、副ＣＰＵ基板を共通にして、入出力に応じた機能基板との組み合わせによりスタック式制御基板とすることができるので、コストが安くなる。
これにより、ロボットの小型化と、高速動作と、低コストが実現できる。
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明のスタック式制御基板を搭載したロボットは、胴体部と、胴体部の両側にて揺動可能な脚部または腕部と、を含んでおり、脚部及び腕部の揺動可能な関節部をそれぞれ揺動させる複数個の駆動手段と、各駆動手段をそれぞれ駆動制御する動作制御装置と、を有しており、上記動作制御装置が、胴体部に設けられた主制御部と、各脚部，腕部等に分散配置され且つネットワークを介して主制御部に接続されている複数の副制御部と、から構成されていて、各副制御部が、それぞれ主制御部からの駆動制御信号に基づいて少なくとも一つの対応する駆動手段またはセンサ等のための制御信号を演算するプロセッサ部と、プロセッサ部からの制御信号に基づいて対応する駆動手段を駆動しまたはセンサからの検出出力を主制御部に送出する機能部と、から構成されている、移動式ロボットにおいて、各副制御部のプロセッサ部が、一つの基板上に構成されており、これに対して、各副制御部の機能部が、同様に一つの基板上に構成されていると共に、プロセッサ部及び機能部の基板上に設けられたコネクタを介して、対応するプロセッサ部に対して積層状態にて直接に着脱可能に接続されるスタック式制御基板からなることを特徴とする。
また、副プロセッサ部及び機能部の基板上に設けられたコネクタは、一方がプラグであり、他方がレセプタクルで構成され、これらのプラグ及びレセプタクルが、着脱可能な接続時だけ、回路接続が行われように副プロセッサ部及び機能基板に配設すればよい。
前記機能部は、好ましくは、プロセッサ部からの制御信号に基づいて対応する駆動手段を駆動するドライバ部である。
また、機能部は、好ましくは、対応するセンサからの検出出力をネットワークを介して主制御部に送出するセンサ出力部である。
また、ロボットは、好ましくは、移動式ロボットが、歩行式ロボット、二脚歩行式人型ロボット、四脚歩行式ロボット、車輪型ロボットのいずれかである。
【００１５】
上記構成によれば、移動式ロボットが全身運動を行なう際、動作制御装置の主制御部が、要求動作に対応する歩容データに基づいて、各駆動手段を駆動制御するための駆動制御信号を生成して、この駆動制御信号を対応する駆動手段に関連付けられた副制御部にネットワークを介して出力する。
これにより、副制御部は、プロセッサ部により、主制御部からの駆動制御信号に基づいて、対応する各駆動手段毎に制御信号を演算して、各駆動手段に対応する機能部としてのドライバ部に出力する。そして、このドライバ部が、プロセッサ部からの制御信号に基づいて対応する駆動手段を駆動する。
【００１６】
また、例えば各駆動手段に対応して設けられた各関節部の回転角度を検出するセンサや脚部の足裏に設けられた力センサあるいは胴体部に設けられたロボットの姿勢を検出する三次元センサ等のセンサからの検出信号が、対応する副制御部の機能部としてのセンサ出力部に入力される。
これにより、各センサ出力部は、センサからの検出信号を増幅等の信号処理を行なった後、当該副制御部のプロセッサ部により演算処理し、さらにネットワークを介して主制御部に対して出力する。
【００１７】
このようにして、主制御部が、各センサから副制御部のセンサ出力部及びプロセッサ部を介して入力される検出信号を参照しながら、各駆動手段を、それぞれ対応する副制御部のプロセッサ部及びドライバ部により駆動することにより、各関節部が歩容データを実現するために動作し、全体として移動式ロボットが所望の全身運動を行なうことになる。
【００１８】
この場合、動作制御装置の各副制御部を構成するプロセッサ部及び機能部としてのドライバ部及びセンサ出力部が、それぞれ単一の基板上に実装されていると共に、プロセッサ部の基板に対して、各基板上に設けられたコネクタを介して、機能部の基板が直接に接続されるようになっている。
【００１９】
従って、個々の機能部が、種々の駆動手段のためのドライバ部としてそれぞれ構成されていれば、これらの種々の駆動手段に対応することができる。
また、同様にして、個々の機能部が、種々のセンサのためのセンサ出力部としてそれぞれ構成されていれば、これらの種々のセンサに対応することができる。
その際、各副制御部のプロセッサ部は、種々のドライバ部やセンサ出力部に大して、同じ構成でよい。
【００２０】
このようにして、各副制御部は、共通の構成のプロセッサ部に対して、それぞれ種々のドライバ部やセンサ出力部としての機能部を接続することにより、容易に構成され得ることになる。
従って、例えば駆動手段やセンサが異なる種類に変更される場合、各副制御部は、新たな駆動手段やセンサに対応するために、プロセッサ部の基板に対して、機能部の基板を交換すればよいので、設計変更の際の対応を容易に、そして低コストで行なうことができる。
【００２１】
さらに、各副制御部が、プロセッサ部の基板に対して機能部の基板を重ねた状態で構成されることになるので、全体として小型に構成され得る。従って、移動式ロボットの各関節部や足裏等のセンサを組み込む部分、そしてロボット全体が小型に構成され得ることになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施形態に基づいて、この発明を詳細に説明する。
図１乃至図２は、本発明を適用した移動式ロボットである二脚歩行式人型ロボットの一実施形態の構成を示している。
移動式ロボットの例として、二脚歩行式人型ロボットについて説明する。
図１において、二脚歩行式人型ロボット１０は、胴体部１１と、胴体部１１の下部両側に取り付けられた脚部１２Ｌ，１２Ｒと、胴体部の上部両側に取り付けられた腕部１３Ｌ，１３Ｒと、胴体部の上端に取り付けられた頭部１４と、を含んでいる。
【００２３】
上記脚部１２Ｌ，１２Ｒは、それぞれ大腿部１５Ｌ，１５Ｒ，下腿部１６Ｌ，１６Ｒ及び足部１７Ｌ，１７Ｒと、から構成されている。
ここで、上記脚部１２Ｌ，１２Ｒは、それぞれ六個の関節部、即ち上方から順に、胴体部１１に対する脚部回旋用の関節部１８Ｌ，１８Ｒ、脚部のロール方向の関節部１９Ｌ，１９Ｒ、脚部のピッチ方向の関節部２０Ｌ，２０Ｒ、大腿部１５Ｌ，１５Ｒと下腿部１６Ｌ，１６Ｒの接続部分である膝部２１Ｌ，２１Ｒのピッチ方向の関節部２２Ｌ，２２Ｒ、足部１７Ｌ，１７Ｒに対する足首部のピッチ方向の関節部２３Ｌ，２３Ｒ、足首部のロール方向の関節部２４Ｌ，２４Ｒを備えている。
尚、各関節部１８Ｌ，１８Ｒ乃至２４Ｌ，２４Ｒは、それぞれ関節駆動用モータにより構成されている。
【００２４】
このようにして、股間節は、上記関節部１８Ｌ，１８Ｒ，１９Ｌ，１９Ｒ，２０Ｌ，２０Ｒから構成され、また足関節は、関節部２３Ｌ，２３Ｒ，２４Ｌ，２４Ｒから構成されることになる。
これにより、二脚歩行式人型ロボット１０の左右両側の脚部１２Ｌ，１２Ｒは、それぞれ６自由度を与えられることになり、各種動作中にこれらの１２個の関節部をそれぞれ駆動モータにより適宜の角度に駆動制御することにより、脚部１２Ｌ，１２Ｒ全体に所望の動作を与えて、例えば任意に三次元空間を歩行することができるように構成されている。
【００２５】
上記腕部１３Ｌ，１３Ｒは、それぞれ上腕部２５Ｌ，２５Ｒ，下腕部２６Ｌ，２６Ｒ及び手部２７Ｌ，２７Ｒと、から構成されている。
ここで、上記腕部１３Ｌ，１３Ｒの上腕部２５Ｌ，２５Ｒ，下腕部２６Ｌ，２６Ｒ及び手部２７Ｌ，２７Ｒは、上述した脚部１２Ｌ，１２Ｒと同様にして、図２に示すように、それぞれ五個の関節部、即ち上方から順に、肩部にて、胴体部１１に対する上腕部２５Ｌ，２５Ｒのピッチ方向の関節部２８Ｌ，２８Ｒ、ロール方向の関節部２９Ｌ，２９Ｒ、上腕部２５Ｌ，２５Ｒと下腕部２６Ｌ，２６Ｒの接続部分である肘部３０Ｌ，３０Ｒにてピッチ方向の関節部３１Ｌ，３１Ｒ、手首部にて下腕部２６Ｌ，２６Ｒに対する手部２７Ｌ，２７Ｒのピッチ方向の関節部３２Ｌ，３２Ｒを備えている。
尚、各関節部２８Ｌ，２８Ｒ乃至３２Ｌ，３２Ｒは、それぞれ関節駆動用モータにより構成されている。
【００２６】
このようにして、二脚歩行式人型ロボット１０の左右両側の腕部１３Ｌ，１３Ｒは、それぞれ４自由度を与えられることにより、各種動作中にこれらの１０個の関節部をそれぞれ駆動モータにより適宜の角度に駆動制御することにより、腕部１３Ｌ，１３Ｒ全体に所望の動作を与えることができるように構成されている。
【００２７】
上記頭部１４は、胴体部１１の上端に取り付けられており、例えば視覚としてのカメラや聴覚としてのマイクが搭載されている。
ここで、上記頭部１４は、図２に示すように、首のピッチ方向の関節部３３及び左右方向の関節部３４を備えている。
尚、各関節部３３，３４は、それぞれ関節駆動用モータにより構成されている。
【００２８】
このようにして、二脚歩行式人型ロボット１０の頭部１４は、２自由度を与えられることにより、各種動作中にこれらの２個の関節部３３，３４をそれぞれ駆動モータにより適宜の角度に駆動制御することにより、頭部１４を左右方向または前後方向に動かすことができるように構成されている。
【００２９】
さらに、上記胴体部１１には、姿勢を検出するための三次元センサとしてのジャイロ・加速度センサ１１ａが備えられている。
三次元の姿勢を検出するために、ジャイロ・加速度センサ１１ａは、角加速度を検出する３軸ジャイロセンサと加速度を検知する３軸加速度センサを有している。ここで、ジャイロ・加速度センサ１１ａは、二脚歩行式人型ロボット１０の重心に近い部位であれば、任意の位置に設置できる。
三次元センサの構成の１例として、１枚のボードに制御部（ＣＰＵ）とジャイロセンサ２個（２軸）と加速度センサ１個（２軸）を有する場合には、このボードを２枚使用することで、１軸を使用しないか、予備とすることで、３軸のジャイロ・加速度センサ１１ａを構成することができる。
【００３０】
また、上記各足部１７Ｌ，１７Ｒには、所謂足裏にかかる圧力を検出するための力センサ３５Ｌ，３５Ｒがそれぞれ四隅に備えられている。
【００３１】
図２は、図１に示した二脚歩行式人型ロボット１０の電気的構成を示している。
図２において、二脚歩行式人型ロボット１０は、要求動作に対応して歩容データを生成し、この歩容データに基づいて、さらに各センサ、即ち上記加速度計１１ａ及び力センサ３５Ｌ，３５Ｒからの検出信号を参照しながら、駆動手段、即ち上述した各関節部１８Ｌ，１８Ｒ乃至３２Ｌ，３２Ｒ，３３，３４即ち関節駆動用モータを駆動制御する動作制御装置４０を備えている。
【００３２】
上記動作制御装置４０は、主制御部４１と、複数個の副制御部４２と、から構成されている。
上記主制御部４１は、ＣＰＵ４１ａを備えており、二脚歩行式人型ロボット１０の胴体部１１に設けられており、各関節部１８Ｌ，１８Ｒ乃至３２Ｌ，３２Ｒ，３３，３４の関節駆動用モータに備えられた、例えば、ロータリエンコーダ等により各関節駆動用モータの角度情報が副制御部４２を介して入力されることにより、各関節駆動用モータの角度位置を計測し、この角度位置に基づいて、各関節駆動用モータを駆動制御するようになっている。
その際、主制御部４１は、上記ジャイロ・加速度センサ１１ａからの検出出力に基づいて、ロボットの姿勢を検出すると共に、上記力センサ３５Ｌ，３５Ｒからの検出出力に基づいて、床反力を演算して、この床反力とロボットの姿勢そして上述した各関節駆動用モータの角度位置に基づいて、歩容データを修正し、駆動制御信号として副制御部４２に出力するようになっている。
【００３３】
上記各副制御部４２は、二脚歩行式人型ロボット１０の各関節部に対応して設けられており、デイジーチェーン型のネットワーク５０を介して、主制御部４１に対して接続されている。
尚、一つの副制御部４２が、複数個、例えば３個の関節部に対応して設けられていてもよい。
【００３４】
各副制御部４２は、図２に示すように、二種類の構成のもの、即ち副制御部４２ａ及び４２ｂがある。
第一の構成の副制御部４２ａは、プロセッサ部４３と、ドライバ部４４と、から構成されている。
また、第二の構成の副制御部４２ｂは、プロセッサ部４３と、センサ入力部４５と、から構成されている。
【００３５】
上記プロセッサ部４３は、各副制御部４２ａ，４２ｂにて同一の構成であって、ＣＰＵ４３ａを備えている。
そして、上記プロセッサ部４３は、副制御部４２ａにおいては、主制御部４１からの駆動制御信号から、各関節駆動用モータの制御信号を生成して、ドライバ部４４に出力するようになっていると共に、副制御部４２ｂにおいては、センサ入力部４５からの検出信号をＣＰＵ４３ａにより演算処理して、ネットワークを介して主制御部４１に対して送出するようになっている。
【００３６】
さらに、プロセッサ部４３は、主制御部４１と通信するための入出力バス４３ｂを備えている。この入出力バス４３ｂは、図示の場合、二つ設けられており、主制御部４１または他の副制御部４２のプロセッサ部４３の入出力バス４３ｂに接続され得るようになっている。
【００３７】
これにより、プロセッサ部４３は、入出力バス４３ｂを介して、主制御部４１から直接にあるいは他の副制御部４２を介して入力される制御信号により、モータの目標角度，目標電流値，追従速度等を設定する。
また、プロセッサ部４３は、入出力バス４３ｂを介して、直接にあるいは他の副制御部４２を介して主制御部４１に対して、ドライバ部４４からの現在の目標位置，現在のモータ角度，現在の電流値等を出力する。
【００３８】
上記ドライバ部４４は、プロセッサ部４３からの制御信号に従って、入出力コネクタ４４ａを介して対応する関節駆動用モータを駆動すると共に、入出力コネクタ４４ａを介して各関節駆動用モータの角度情報が入力されるようになっている。
尚、ドライバ部４４は、複数個（例えば３個）の関節駆動用モータを担当するようにしてもよい。
【００３９】
また、上記センサ入力部４５は、各種センサ、即ちジャイロ・加速度センサ１１ａ及び力センサ３５Ｌ，３５Ｒが入力コネクタ４５ａに接続されることにより、これらのセンサからセンサ入力部４５を介してアナログまたはデジタルの検出信号が入力される。これにより、プロセッサ部４３は、これらの検出信号を、入出力バス４３ｂを介して主制御部４１に出力する。
【００４０】
図３は、図２の副制御部４２の具体的な構成を示す概略斜視図であり、図４は図３の副制御部の概略側面図を示す図である。
ここで、各副制御部４２におけるプロセッサ部４３は、図３及び図４に示すように、一つの基板（ＣＰＵ基板）上に実装されており、また機能部としてのドライバ部４４及びセンサ入力部４５も、同様に一つの基板（機能基板）上に実装されている。
そして、ＣＰＵ基板４６は、ＣＰＵ４３ａ及び入出力バス４３ｂを備えると共に、さらにドライバ部４４またはセンサ入力部４５の機能基板４７と直接に重ねて接続するための第１のコネクタとしてのコネクタ４６ａ，４６ｂを備えている。なお、図３及び図４に示すように、コネクタ４６ａ，４６ｂは、機能基板４７と向かい合うＣＰＵ基板４６の面に配設されており、さらにコネクタ４６ａとコネクタ４６ｂとは、一定の距離隔てて基板面上に並設されている。具体的には、略直方体形状のコネクタ４６ａ，４６ｂは、その長さ方向を略四角形状のＣＰＵ基板４６の縁と平行にして、相対するＣＰＵ基板４６上の位置に設けられている。
【００４１】
これに対して、機能基板４７は、ドライバ部４４またはセンサ入力部４５の機能を実現するための回路を備えていると共に、さらにＣＰＵ基板４６上に直接に重ねて接続するための第２のコネクタとしてのコネクタ４７ａ，４７ｂを備えている。これらのコネクタ４７ａ，４７ｂは、コネクタ４６ａ，４６ｂが実装されたＣＰＵ基板４６面と向かい合う機能基板４７の面に配設されている。具体的には、コネクタ４７ａはＣＰＵ基盤４６のコネクタ４６ｂの位置と対応する機能基盤４７面上に設けられ、コネクタ４７ｂはコネクタ４６ａのＣＰＵ基盤４６における位置と対応する機能基盤４７面に設けられている。
【００４２】
なお、ＣＰＵ基板４６と機能基板４７とが、例えば、図３及び図４に示すように同一及び同程度の四角形状に形成されている場合には、両基板４６，４７の各角部をぞれぞれ対応させて、後述のようにスタックさせる上下方向の垂直軸上において対応する両基板４６，４７の角部が対峙するように、コネクタ４６ａ，４６ｂをＣＰＵ基板４６に配設し、これらに対応させてコネクタ４７ａ，４７ｂを機能基板４７に配設する。また、両基板４６，４７は同一形状に限らず、一方の基板を他方の基板より大きく形成してもよい。
【００４３】
上記ＣＰＵ基板４６のコネクタ４６ａ及び機能基板４７のコネクタ４７ａは、プラグとして構成されており、また上記ＣＰＵ基板４６のコネクタ４６ｂ及び機能基板４７のコネクタ４７ｂは、レセプタクルとして構成されている。
これにより、ＣＰＵ基板４６上に機能基板４７が重ねられたとき、機能基板４７のコネクタ４７ａがＣＰＵ基板４６のコネクタ４６ｂと接続され、機能基板４７のコネクタ４７ｂがＣＰＵ基板４６のコネクタ４６ａと接続されることにより、コネクタの挿入ミスが防止されるようになっている。
ここで、上記コネクタ４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂは、それぞれＣＰＵ基板４６と機能基板４７との間の必要な結線、例えばプロセッサ部４３からドライバ部４４への制御信号，ドライバ部４４からプロセッサ部４３への関節部の角度位置，センサ入力部４５からプロセッサ部４３へのセンサ検出信号そして電源及びアース等を提供するようになっている。
このように、上記ＣＰＵ基板４６及び上記機能基板４７のコネクタ４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂとが、着脱かつ交換可能に積層して回路接続されると共に、連結固定されることで、スタック式制御基板を構成することができる。
【００４４】
本発明実施形態による二脚歩行式人型ロボット１０は以上のように構成されており、以下のように動作する。
即ち、動作制御装置の主制御部４１が、要求動作に基づいて歩容データを生成する。また、ジャイロ・加速度センサ１１ａと双方の足部１７Ｌ，１７Ｒに備えられた力センサ３５Ｌ，３５Ｒが、それぞれ、姿勢と力を検出して、副制御部４２ｂを介して主制御部４１に出力すると共に、各関節部が、その角度位置を副制御部４２ａを介して主制御部４１に出力する。
【００４５】
これにより、主制御部４１が、力センサ３５Ｌ，３５Ｒからの検出出力に基づいて、床反力を演算して、この床反力及び各関節部の角度位置やジャイロ・加速度センサ１１ａによる姿勢などに基づいて、歩容データを修正し、ネットワーク５０を介して副制御部４２ａに出力する。
副制御部４２ａのプロセッサ部４３は、この修正した歩容データに基づいて、各関節駆動用モータの制御信号を生成し、ドライバ部４４に出力する。
そして、ドライバ部４４が、この制御信号に基づいて、各関節部の関節駆動用モータを駆動する。
このようにして、二脚歩行式人型ロボット１０は、要求動作に対応して、歩行等の動作を行なうことになる。
【００４６】
ここで、各副制御部４２即ち４２ａ，４２ｂは、ＣＰＵ基板４６上に構成されたプロセッサ部４３と、機能基板４７上に構成された機能部としてのドライバ部４４，センサ入力部４５と、から構成されており、同じ構成のＣＰＵ基板４６が、副制御部４２ａ及び４２ｂに対して共通に使用され得る。
従って、副制御部４２が、それぞれ接続される駆動手段としての関節駆動用モータや各種センサの機種変更等の仕様変更に対応するためには、副制御部４２ａ，４２ｂのドライバ部４４やセンサ入力部４５を構成する機能基板４７のみを交換すればよいので、設計変更時のコストが低減され得ることになる。
さらに、機能基板４７は、コネクタ４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂを介して、ＣＰＵ基板４６に対して直接に接続され得るので、接続ケーブル等が不要となり、容易に接続することが可能である。
【００４７】
また、各副制御部４２がＣＰＵ基板４６及び機能基板４７を積層することにより構成されるので、副制御部４２全体が小型に構成され得ることになり、ロボットの各関節部等の狭いスペースであっても、確実に配置され得るので、ロボットの小型化にも対応することができる。
【００４８】
さらに、上記二脚歩行式人型ロボット１０に、さらに新たな間接部やセンサなどを追加することも可能である。ロボット１０内に設けられた副制御部４２に追加用の複制御部４２を各入出力バス４３ｂをネットワーク連結用ケーブルを介して連結して、ロボット内に組み入れることができる。これにより、ロボットの拡張性が向上する。
【００４９】
上述した実施形態においては、脚部１２Ｌ，１２Ｒは６自由度を、そして腕部１３Ｌ，１３Ｒは４自由度を、そして頚部は２自由度を有しているが、これに限らず、より小さい自由度またはより大きい自由度を有していてもよい。
また、上述した実施形態においては、移動式ロボットとして、二脚歩行式人型ロボットについて説明したが、これに限らず、四脚歩行式ロボットなどの歩行式ロボットや、車輪型ロボット等に対しても本発明を適用し得ることは明らかである。
【００５０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、各副制御部は、共通の構成のプロセッサ部に対して、それぞれ種々のドライバ部やセンサ出力部としての機能部を接続することにより、容易に構成され得ることになる。
従って、例えば駆動手段やセンサが異なる種類に変更される場合、各副制御部は、新たな駆動手段やセンサに対応するために、プロセッサ部の基板に対して、機能部の基板を交換すればよいので、設計変更の際の対応を容易に、そして低コストで行なうことができる。
さらに、各副制御部が、プロセッサ部の基板に対して機能部の基板を重ねた状態で構成されることになるので、全体として小型に構成され得る。
従って、歩行式ロボットの各関節部や足裏等のセンサを組み込む部分、そしてロボット全体が小型に構成され得ることになる。
このようにして、本発明によれば、各副制御部を簡単な構成により小型化すると共に、モータやセンサの機種変更の際にも、容易に且つ低コストで対応することができるようにした、極めて優れた移動式ロボットが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した二脚歩行式人型ロボットの一実施形態の内部構造を示す概略斜視図である。
【図２】図１の二脚歩行式人型ロボットにおける動作制御装置の主制御部及び副制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】図２の副制御部の具体的な構成を示す概略斜視図である。
【図４】図３の副制御部の概略側面図である。
【図５】従来の歩行式ロボットにおける動作制御装置の主制御部及び副制御部の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ 移動式ロボット（二脚歩行式人型ロボット）
１１ 胴体部
１１ａ ジャイロ・加速度センサ（三次元センサ）
１２Ｌ，１２Ｒ 脚部
１３Ｌ，１３Ｒ 腕部
１４ 頭部
１５Ｌ，１５Ｒ 大腿部
１６Ｌ，１６Ｒ 下腿部
１７Ｌ，１７Ｒ 足部
１８Ｌ，１８Ｒ乃至２４Ｌ，２４Ｒ 関節部（関節駆動用モータ）
２１Ｌ，２１Ｒ 膝部
２５Ｌ，２５Ｒ 上腕部
２６Ｌ，２６Ｒ 下腕部
２７Ｌ，２７Ｒ 手部
２８Ｌ，２８Ｒ乃至３２Ｌ，３２Ｒ 関節部（関節駆動用モータ）
３０Ｌ，３０Ｒ 肘部
３３，３４ 関節部（関節駆動用モータ）
３５Ｌ，３５Ｒ 力センサ
４０ 動作制御装置
４１ 主制御部
４２，４２ａ，４２ｂ 副制御部
４３ プロセッサ部
４３ａ ＣＰＵ
４３ｂ 入出力バス
４４ ドライバ部
４４ａ 入出力コネクタ
４５ センサ入力部
４６ ＣＰＵ基板
４７ 機能基板
５０ ネットワーク

Claims (13)

1. ＣＰＵを搭載したＣＰＵ基板と、
   上記ＣＰＵの入力または出力インターフェース機能を有する機能基板とで、別体に構成される制御基板であって、
   上記ＣＰＵ基板面の所定個所に上記機能基板との回路接続用の少なくとも１つの第１のコネクタが配設され、
   また、上記第１のコネクタに対応する位置に合わせて上記機能基板面に第２のコネクタが配設され、
   上記第１のコネクタと上記第２のコネクタが、上記ＣＰＵ基板と上記機能基板の対向面が所定間隔で積層されて連結固定されるように接続されると共に、上記ＣＰＵ基板の回路と上記機能基板の回路とが接続されることを特徴とする、スタック式制御基板。
2. 前記第１のコネクタと前記第２のコネクタは、一方がプラグで、他方がレセプタクルで構成され、これらのプラグ及びレセプタクルが、着脱可能な接続時だけ、回路接続が行われように前記ＣＰＵ基板面と前記機能基板面に配設されることを特徴とする、請求項１に記載のスタック式制御基板。
3. 少なくとも主ＣＰＵを組み込んだ基板と、
   副ＣＰＵを組み込んだ副ＣＰＵ基板と該副ＣＰＵの入力または出力インターフェース機能を有する機能基板とで別体に構成される複数個の制御基板と、を備えた電子機器であって、
   上記各制御基板は、
   上記副ＣＰＵ基板面の所定個所に上記機能基板との回路接続用の少なくとも１つの第１のコネクタが配設され、
   また、上記第１のコネクタに対応する位置に合わせて上記機能基板面に第２のコネクタが配設され、
   上記第１のコネクタと上記第２のコネクタが、上記副ＣＰＵ基板と上記機能基板の対向面が所定間隔で積層されて連結固定されるように接続されると共に、上記副ＣＰＵ基板の回路と上記機能基板の回路とが接続されるスタック式制御基板であることを特徴とする、スタック式制御基板を搭載した電子機器。
4. 前記複数のスタック式制御基板は、共通の前記副ＣＰＵ基板を備え、機能に応じた前記機能基板を備えると共に、それぞれの前記副ＣＰＵが、前記主ＣＰＵとネットワーク接続されていることを特徴とする、請求項３に記載のスタック式制御基板を搭載した電子機器。
5. 前記第１のコネクタと前記第２のコネクタは、一方がプラグで、他方がレセプタクルで構成され、これらのプラグ及びレセプタクルが、着脱可能な接続時だけ、回路接続が行われように前記副ＣＰＵ基板面と前記機能基板面に配設したことを特徴とする、請求項３又は４に記載のスタック式制御基板を搭載した電子機器。
6. 少なくとも主ＣＰＵを組み込んだ基板と、
   副ＣＰＵを組み込んだ副ＣＰＵ基板と該副ＣＰＵのインターフェース機能を有する複数の機能基板とで別体に構成される複数の制御基板と、を備えたロボットであって、
   上記各制御基板は、
   上記副ＣＰＵ基板面の所定個所に上記機能基板との回路接続用の少なくとも１つの第１のコネクタが配設され、
   また、上記第１のコネクタに対応する位置に合わせて上記機能基板面に第２のコネクタが配設され、
   上記第１のコネクタと上記第２のコネクタが、上記副ＣＰＵ基板と上記機能基板の対向面が所定間隔で積層されて連結固定されるように接続されると共に、上記副ＣＰＵ基板の回路と上記機能基板の回路とが接続されるスタック式制御基板であることを特徴とする、スタック式制御基板を搭載したロボット。
7. 前記複数のスタック式制御基板は、共通の前記副ＣＰＵ基板と、センサ機能を有する入力インターフェースを有する機能基板又はロボット駆動部を駆動する出力インターフェースを有する機能基板と、を備えると共に、それぞれの前記スタック式制御基板の前記副ＣＰＵが、前記主ＣＰＵとネットワーク接続されていることを特徴とする、請求項６に記載のスタック式制御基板を搭載したロボット。
8. 前記第１のコネクタと前記第２のコネクタは、一方がプラグで、他方がレセプタクルで構成され、これらのプラグ及びレセプタクルが、着脱可能な接続時だけ、回路接続が行われように前記副ＣＰＵ基板面と前記機能基板面に配設されることを特徴とする、請求項６又は７に記載のスタック式制御基板を搭載したロボット。
9. 胴体部と、胴体部の両側にて揺動可能な脚部または腕部と、を含んでおり、
   上記脚部及び腕部の揺動可能な関節部をそれぞれ揺動させる複数個の駆動手段と、各駆動手段をそれぞれ駆動制御する動作制御装置と、を有しており、
   上記動作制御装置が、胴体部に設けられた主制御部と、各脚部，腕部等に分散配置され且つネットワークを介して主制御部に接続されている複数の副制御部と、から構成されていて、
   上記各副制御部が、それぞれ主制御部からの駆動制御信号に基づいて少なくとも一つの対応する駆動手段またはセンサ等のための制御信号を演算するプロセッサ部と、プロセッサ部からの制御信号に基づいて対応する駆動手段を駆動しまたはセンサからの検出出力を主制御部に送出する機能部と、から構成されている、移動式ロボットであって、
   各副制御部のプロセッサ部が、一つの基板上に構成されており、
   これに対して、各副制御部の機能部が、同様に一つの基板上に構成されていると共に、プロセッサ部及び機能部の基板上に設けられたコネクタを介して、対応するプロセッサ部に対して積層状態にて直接に着脱可能に接続されるスタック式制御基板からなることを特徴とする、スタック式制御基板を搭載したロボット。
10. 前記副プロセッサ部及び機能部の基板上に設けられたコネクタは、一方がプラグであり、他方がレセプタクルで構成され、これらのプラグ及びレセプタクルが、着脱可能な接続時だけ、回路接続が行われように前記副プロセッサ部及び機能基板に配設したことを特徴とする、請求項９に記載のスタック式制御基板を搭載したロボット。
11. 前記機能部が、プロセッサ部からの制御信号に基づいて対応する駆動手段を駆動するドライバ部であることを特徴とする、請求項９又は１０に記載のスタック式制御基板を搭載したロボット。
12. 前記機能部が、対応するセンサからの検出出力をネットワークを介して主制御部に送出するセンサ出力部であることを特徴とする、請求項９〜１１の何れかに記載のスタック式制御基板を搭載したロボット。
13. 前記ロボットが、歩行式ロボット、二脚歩行式人型ロボット、四脚歩行式ロボット、車輪型ロボットのいずれかであることを特徴とする、請求項９〜１２の何れかに記載のスタック式制御基板を搭載したロボット。

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