JP2007319939A - Leg walking type movable body, and system for controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、脚式歩行型の移動体であって、操縦者の操作によりその移動を制御される移動体に関するものである。 The present invention relates to a legged walking type moving body, which is controlled by an operator's operation.
近年、人間が操作することによって移動が制御される移動体として、車両等に代表される車輪駆動による移動体ではなく、脚式歩行型の移動体が開発されつつある。 In recent years, a legged walking type moving body is being developed as a moving body whose movement is controlled by a human operation, instead of a wheel-driven moving body represented by a vehicle or the like.
そして、このような操縦者によって操縦される移動体であって、移動体が単体で移動するものや、操縦者自身が移動体に搭乗しつつ移動体を操縦し、操縦者の移動手段として用いることができるものが開発されている。(例えば特許文献1、2)
このような脚式歩行型の移動体の場合、移動する平面は平坦であることが好ましいが、平面が段差や凹凸部の多い路面である場合であっても、表面が平坦な領域を選択し、脚部の底面をその平坦な部分に接地することで、安定した移動(歩行)が可能になる。そのため、移動する平面に凹凸部がある場合や、平面上に障害物が載置されている場合は、これらを回避して脚部を平面上の平坦な領域のみに接地させるように、操縦者の操作により脚部の接地位置を変更しつつ移動体を移動させる必要がある。 In the case of such a legged walking type moving body, it is preferable that the moving plane is flat, but even if the plane is a road surface with many steps and uneven parts, an area with a flat surface is selected. A stable movement (walking) is possible by grounding the bottom surface of the leg portion to the flat portion. Therefore, if there is an uneven part on the moving plane or if an obstacle is placed on the plane, the driver should avoid this and ground the leg only on a flat area on the plane. It is necessary to move the moving body while changing the ground contact position of the leg by the above operation.
しかしながら、前述のように、平面上の凹凸部や障害物を大きく迂回するような歩行制御を行うと、平面上を移動する移動体の取り得る経路の自由度が制限される。脚式歩行型の移動体の場合、車輪型の移動体と異なり、移動中に急激な方向転換や、その場旋回等の動作を行うことが困難であるため、移動体の取り得る移動経路の自由度が制限されると、移動可能な平面の条件が大きく制約されることになる。 However, as described above, when walking control is performed so as to largely bypass an uneven portion or an obstacle on a plane, the degree of freedom of a path that a moving body moving on the plane can take is limited. In the case of a legged walking type mobile body, unlike a wheel type mobile body, it is difficult to perform a sudden change of direction or turn on the spot during movement. When the degree of freedom is limited, the condition of the movable plane is greatly restricted.
そのため、このような脚式歩行型の移動体においては、平面上を移動する移動体の操縦性を高め、平面の表面形状が平坦な位置のみに、脚部を容易に接地可能にすることが重要となっている。 Therefore, in such a legged walking type moving body, it is possible to improve the maneuverability of the moving body moving on the plane and to make the leg portion easy to ground only at a position where the surface shape of the plane is flat. It is important.
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、操縦者の操縦性を向上させ、移動平面上の将来的な脚部の接地位置を容易に選択可能にする脚式歩行型移動体、および脚式歩行型移動体制御システムを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve such problems, and improves the maneuverability of the operator and makes it possible to easily select the ground contact position of the future leg on the moving plane. An object of the present invention is to provide a type moving body and a legged walking type moving body control system.
本発明にかかる脚式歩行型移動体は、操縦者が脚部の接地位置を変更するように操縦することで、平面上を移動制御可能となるものであり、前記操縦者を搭乗する搭乗部と、前記脚部が接地する接地位置を含む、前記平面上における脚部近傍の領域を撮像する撮像部と、前記撮像部によって撮像された領域の像を表示する表示部と、を備えており、前記表示された領域の像に併せて、操縦者の操縦により変更される脚部の将来的な接地位置を示す仮想的接地位置を、前記表示部に表示することを特徴とするものである。 The legged walking type moving body according to the present invention is capable of controlling movement on a plane by maneuvering so that the pilot changes the ground contact position of the leg, and the riding section on which the pilot is boarded And an imaging unit that captures an area in the vicinity of the leg on the plane, including a grounding position where the leg contacts the ground, and a display unit that displays an image of the area captured by the imaging unit. In addition to the image of the displayed area, a virtual grounding position indicating a future grounding position of the leg that is changed by the pilot's operation is displayed on the display unit. .
上述のような脚式歩行型移動体によれば、搭乗した操縦者が、脚部が次に接地する位置を、表示部により確認することができるため、脚部近傍の平面に凹凸部や段差などが存在する場合であっても、脚部の接地位置が凹凸部や段差を避けるように操縦することができる。このように、移動平面上の将来的な脚部の接地位置を容易に選択することを可能とすることで、移動体の操縦性を向上させることができる。 According to the above-described leg-type walking type moving body, the pilot who has boarded can check the position where the leg part touches down next by the display part. Even if there is such a situation, the landing position of the leg can be steered so as to avoid uneven portions and steps. In this way, it becomes possible to easily select the future grounding position of the leg on the moving plane, thereby improving the maneuverability of the moving body.
また、前記脚式歩行型移動体は、表示部に表示する脚部の将来的な接地位置を予め記憶するか、演算により求めることで平面上に仮想的に表示してもよいが、撮像部により撮像する領域内に、脚部の仮想的接地位置を視覚的に描写する描写部を備えるものであってもよい。なお、前記撮像する領域内に描写される仮想的接地位置は、移動体が移動する平面の表面形状が平坦であると仮定した場合に、脚部が接地すると推定される位置を示すものである。このような仮想的接地位置は、演算により求めてもよいが、移動パターン(歩行パターン)が予め定められている場合は、脚部の接地位置を時系列的に連続して定める歩容データを予め記憶しておき、この記憶された歩容データから仮想的接地位置を特定してもよい。また、仮想的接地位置を描写する手段としては、レーザポインタ等の可視光を照射する光源が好適に用いられ、脚部の接地時に平面に接触した部分の輪郭のみ、または接触した部分全体を描写するものが好適に用いられる。 In addition, the leg-type walking type moving body may store the future grounding position of the leg part displayed on the display unit in advance or display it virtually by calculating, but the imaging unit In the area to be imaged by the above, a depiction part for visually depicting the virtual ground contact position of the leg part may be provided. Note that the virtual grounding position depicted in the area to be imaged indicates a position where the leg is estimated to be grounded when it is assumed that the surface shape of the plane on which the moving body moves is flat. . Such a virtual ground contact position may be obtained by calculation. However, when a movement pattern (walking pattern) is determined in advance, gait data for continuously determining the ground contact position of the leg portion in time series is obtained. It may be stored in advance, and the virtual ground contact position may be specified from the stored gait data. In addition, as a means for describing the virtual grounding position, a light source that emits visible light such as a laser pointer is preferably used, and only the outline of the part in contact with the plane when the leg is grounded or the entire contacted part is depicted. Are preferably used.
また、このような脚式歩行型の移動体の場合、操縦者が搭乗する搭乗部の鉛直下方に位置する平面上の領域付近は、操縦者からの死角領域となりやすいが、このような死角領域は、移動体の脚部の近傍(特に脚部の前方、すなわち移動体の移動方向)を含む場合が多い。したがって、この領域に凹凸部や段差が存在すると、移動体に搭乗した操縦者がそれらの凹凸部や段差を直接視認できなくなる。そのため、前記仮想的接地位置を表示する領域に、前記搭乗部に搭乗する操縦者から直接視認できない死角領域を含め、操縦者が死角領域における脚部の仮想的接地位置を表示部で視認できるようにすることで、移動体の操縦性が大きく向上する。例えば、移動する方向から見た後方部分や側方部分などの死角領域における脚部の仮想的接地位置を表示すると、移動体の移動する方向により自由度を持たせることができる。 In addition, in the case of such a legged walking type moving body, the vicinity of the area on the plane located vertically below the riding section on which the driver is boarded is likely to be a blind spot area from the pilot. Often includes the vicinity of the leg of the moving body (particularly in front of the leg, that is, the moving direction of the moving body). Therefore, if there are uneven portions or steps in this region, it becomes impossible for the operator who has boarded the mobile body to visually recognize these uneven portions and steps. Therefore, the area where the virtual grounding position is displayed includes a blind spot area which cannot be directly visually recognized by the driver who rides on the riding section, so that the pilot can visually recognize the virtual grounding position of the leg in the blind spot area on the display section. By doing so, the maneuverability of the moving body is greatly improved. For example, when the virtual ground contact position of the leg in the blind area such as the rear part or the side part viewed from the moving direction is displayed, the degree of freedom can be given depending on the moving direction of the moving body.
また、表示部に表示する前記仮想的接地位置は、時系列的に連続した複数の仮想的接地位置であることが好ましい。脚部の仮想的接地位置を時系列的に連続して表示することで、現在の脚部の接地位置から数歩先の移動位置までの脚部の接地位置を操縦者が把握できるため、移動する平面上に凹凸部や段差が存在する場合、前もってそれらを回避するように操縦することが可能になる。 Moreover, it is preferable that the virtual grounding positions displayed on the display unit are a plurality of virtual grounding positions continuous in time series. Since the virtual ground contact position of the leg is displayed continuously in chronological order, the operator can grasp the ground contact position from the current ground contact position to the moving position several steps ahead. When there are uneven portions or steps on the plane to be operated, it is possible to steer in advance to avoid them.
なお、表示する連続した複数の仮想的接地位置は、接地位置ごとに各々視覚的に異なる表示としてもよいし、接地位置に関わらず同様の表示としてもよいが、撮像時の脚部の接地位置に近いものほど視覚的に強く表示することが好ましい。このように脚部の接地位置を表示することで、操縦者は、脚部が次に移動する接地位置を知ることができるため、より操縦性が向上する。 A plurality of consecutive virtual grounding positions to be displayed may be visually different for each grounding position, or may be the same display regardless of the grounding position. It is preferable to display visually stronger as it is closer to. By displaying the ground contact position of the leg in this manner, the operator can know the ground contact position where the leg moves next, so that the maneuverability is further improved.
また、本発明にかかる脚式歩行型移動体は、操縦者が搭乗し、搭乗した操縦者が脚部の接地位置を変更するように操縦し、平面上を移動制御可能であるとともに、接地する脚部近傍の平面上に対して、操縦者の操縦により変更される脚部の将来的な接地位置を示す仮想的接地位置を、視覚的に描写する描写部を備えるものであってもよい。 In addition, the legged walking type moving body according to the present invention is such that a pilot rides and the pilot who boarded changes the grounding position of the leg, and can move and control on the plane and is grounded. You may provide the description part which describes visually the virtual grounding position which shows the future grounding position of the leg part changed by a pilot's maneuvering on the plane of the leg vicinity.
このような脚式歩行型移動体は、描写部による仮想的接地位置を搭乗者が視認することで、搭乗者が視認できる位置に凹凸部や段差がある場合に、脚部の接地位置が将来的にそれらの凹凸部や段差に接触するか否かが容易に判別できる。そのため、凹凸部や段差を避けるような操縦が可能となり、操縦性が向上する。 In such a legged walking type mobile body, when the passenger visually recognizes the virtual grounding position by the depiction part, the grounding position of the leg part will be in the future when there is an uneven part or a step in the position where the passenger can visually recognize it. Therefore, it is possible to easily determine whether or not to contact those uneven portions or steps. Therefore, it is possible to perform maneuvering that avoids uneven portions and steps, and the maneuverability is improved.
また、本発明にかかる脚式歩行型移動体制御システムは、脚部の接地位置を変更することで、平面上を移動可能な脚式歩行型移動体と、操縦者の操作により前記脚式歩行型移動体の遠隔操作を行うための制御装置と、を備えており、前記脚式歩行移動体が、脚部の接地する接地位置を含む、前記平面上における脚部近傍の領域を撮像する撮像部を備えるとともに、前記制御装置が、前記撮像部によって撮像された領域の像を表示する表示部を備えており、前記表示された領域の像に併せて、操縦者の操縦により変更される脚部の将来的な接地位置を示す仮想的接地位置を、前記表示部に表示することを特徴とする。 The leg-type walking type mobile body control system according to the present invention includes a leg-type walking type mobile body that can move on a plane by changing a grounding position of the leg portion, and the leg-type walking type mobile body that is operated by a driver. And a control device for remotely operating the movable body, and the legged walking moving body images an area in the vicinity of the leg portion on the plane including a grounding position where the leg portion touches the ground. And a display unit that displays an image of the area imaged by the imaging unit, and a leg that is changed by the pilot's operation in accordance with the image of the displayed area. A virtual grounding position indicating a future grounding position of the unit is displayed on the display unit.
上述のような脚式歩行型移動体制御システムによれば、移動体を遠隔操作する操縦者が、移動体の脚部が次に接地する接地位置を、表示部により確認することができる。したがって、移動体の移動する平面に凹凸部や段差などが存在する場合であっても、操縦者の操作により、脚部の接地位置が凹凸部や段差を避けるように、移動体の動きを制御することができる。このように、移動平面上の将来的な脚部の接地位置を容易に選択することができるため、移動体の操縦性を向上することができる。 According to the above-described leg-type walking-type moving body control system, a pilot who remotely operates the moving body can check the grounding position where the leg of the moving body is next grounded on the display unit. Therefore, even if there are uneven parts or steps on the plane on which the moving object moves, the movement of the moving object is controlled so that the ground contact position of the legs avoids the uneven parts or steps by the operator's operation. can do. In this way, since the future contact position of the leg on the moving plane can be easily selected, the maneuverability of the moving body can be improved.
前述のような脚式歩行型移動体制御システムは、移動体の備える撮像部により撮像する領域内に、脚部の仮想的接地位置を視覚的に描写する描写部を備えるものであってもよい。このような仮想的接地位置を描写する手段としては、レーザポインタ等の可視光を照射する光源が好適に用いられる。なお、このような光源は、移動体に取り付けられてもよいし、移動体とは別体に設けられ、移動体の動きを推測して脚部の仮想的接地位置を描写するものであってもよい。 The above-described leg-type walking-type moving body control system may include a depiction unit that visually describes the virtual ground contact position of the leg in the region imaged by the imaging unit included in the moving body. . As a means for depicting such a virtual grounding position, a light source that emits visible light such as a laser pointer is preferably used. In addition, such a light source may be attached to the moving body or provided separately from the moving body, and the virtual grounding position of the leg portion is depicted by estimating the movement of the moving body. Also good.
また、表示部に表示する前記仮想的接地位置は、時系列的に連続した複数の仮想的接地位置であることが好ましい。脚部の仮想的接地位置を時系列的に連続して表示することで、現在の脚部の接地位置から数歩先の移動位置までの脚部の接地位置を操縦者が把握できるため、移動する平面上に凹凸部や段差が存在する場合、前もってそれらを回避するように操縦することが可能になる。 Moreover, it is preferable that the virtual grounding positions displayed on the display unit are a plurality of virtual grounding positions continuous in time series. Since the virtual ground contact position of the leg is displayed continuously in chronological order, the operator can grasp the ground contact position from the current ground contact position to the moving position several steps ahead. When there are uneven portions or steps on the plane to be operated, it is possible to steer in advance to avoid them.
なお、表示する連続した複数の仮想的接地位置は、接地位置ごとに各々視覚的に異なる表示としてもよいし、接地位置に関わらず同様の表示としてもよいが、撮像時の脚部の接地位置に近いものほど視覚的に強く表示することが好ましい。このように脚部の接地位置を表示することで、操縦者は、脚部が次に移動する接地位置を知ることができるため、より操縦性が向上する。 A plurality of consecutive virtual grounding positions to be displayed may be visually different for each grounding position, or may be the same display regardless of the grounding position. It is preferable to display visually stronger as it is closer to. By displaying the ground contact position of the leg in this manner, the operator can know the ground contact position where the leg moves next, so that the maneuverability is further improved.
以上、説明したように、本発明によると、操縦者の操縦性を向上させ、移動平面上の将来的な脚部の接地位置を容易に選択可能にする脚式歩行型移動体、および脚式歩行型移動体制御システムを提供することができる。 As described above, according to the present invention, the legged walking type moving body that improves the maneuverability of the operator and makes it possible to easily select the ground contact position of the future leg on the moving plane, and the leg type A walking type moving body control system can be provided.
発明の実施の形態1.
以下に、図1から図6を参照しつつ本発明の実施の形態1にかかる脚式歩行型移動体(以下、単に移動体という)について説明する。この実施の形態においては、移動体を操縦する操縦者が移動体に搭乗し、操縦者自身の移動手段として用いる例を示すものとする。
Embodiment 1 of the Invention
A legged walking type moving body (hereinafter simply referred to as a moving body) according to Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to FIGS. In this embodiment, an example is shown in which a driver who controls a moving body gets on the moving body and uses it as a moving means of the driver himself.
図1は、移動体10を側方(移動体の移動する方向を向いて右方向)から見た様子を概略的に表す概略図であり、移動体10に操縦者75が搭乗している様子を表している。そして図2は、図1に示す移動体10を後方から見た様子を表している。なお、図1および図2においては、説明の便宜上、移動体10が進行する向き(前後方向)をx軸、移動体10が進行する方向について水平方向に直交する向き(左右方向)をy軸、移動体の鉛直方向に延びる向き(上下方向)をz軸とし、これらの3軸からなる座標系を用いて説明する。
FIG. 1 is a schematic view schematically showing a state in which the
図1に示すように、移動体10は、操縦者75が搭乗する搭乗部100と、この搭乗部100に結合された腰部64と、腰部64に対して回動自在に固定される脚部12と、を備えた2足歩行型のロボットであり、操縦者75の操作によってその移動が制御されるものである。以下、詳細に説明する。
As shown in FIG. 1, the moving
2足歩行を行うための脚部12は、右脚14と左脚15から構成されている。詳細には、右脚14は右股関節16、右上腿18、右膝関節20、右下腿22、右足首関節24、右足先26を備え、同様に、左脚15は左股関節13、左上腿17、左膝関節25、左下腿19、左足首関節21、左足先23を備えている。右脚14と左脚15とはほぼ同様の構成を備えたものであるため、右脚14についてのみの説明を行い、左脚15についての説明は省略する。
The
図1および図2に示すように、右脚14は、右股関節16、股ヨーク28、股クロスシャフト30、股x軸回り駆動機構32、股y軸回り駆動機構33、股z軸回り駆動機構34等を備えている。股ヨーク28は、下方に向かって開いた略コ字状に形成されている。図3に示すように、股クロスシャフト30は、十字状に形成され、股ヨーク28と右上腿18は、股クロスシャフト30を介して接続されている。また、股クロスシャフト30は、股ヨーク28と右上腿18に対して回転可能に構成されており、その結果、右上腿18は、股ヨーク28に対して、x軸回りとy軸回りの角度が可変となるように構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
股x軸回り駆動機構は32は、股x軸モータ40、股x軸モータ側プーリ38、股関節側x軸プーリ43、ベルト39を備えている。股x軸モータ40は、ヨーク28に固定されている。股x軸モータ側プーリ38は、股x軸モータ40の駆動軸40aに取付けられている。股関節側x軸プーリ43は、股クロスシャフト30に固定されている。ベルト39は、股x軸モータ側プーリ38と股関節側x軸プーリ43に巻付けられている。股x軸モータ40が回転して股x軸モータ側プーリ38が回転すると、ベルト39を介して股関節側x軸プーリ43も回転する。股関節側x軸プーリ43が回転すると、それに固定されている股クロスシャフト30のx軸回りの角度が変化する。このため、右股関節16のx軸回りの関節角が変化する。股x軸モータ40を正転したり逆転したりすることにより、右上腿18が右側に持ち上げられたり、左側に持ち上げられたりする。
The crotch x-axis
股y軸回り駆動機構は33は、股y軸モータ46、股y軸モータ側プーリ49、股関節側y軸プーリ50、ベルト52を備えている。股y軸モータ46は右上腿18に固定されるとともに、股y軸モータ側プーリ49は股y軸モータ46の駆動軸に取付けられている。また、股関節側y軸プーリ50は、股クロスシャフト30に固定されており、ベルト52は、股y軸モータ側プーリ49と股関節側y軸プーリ50に巻付けられている。このような構成によって、股y軸モータ46が回転すると、股y軸モータ側プーリ49が回転し、股y軸モータ側プーリ49が回転すると、ベルト52を介して股関節側y軸プーリ50が回転する。さらに、股関節側y軸プーリ50の回転にともなって、股クロスシャフト30のy軸回りの角度、すなわち、右股関節16のy軸回りの関節角を変化させることができる。このように、股y軸モータ46を正転したり逆転したりすることにより、右上腿18を右股関節16回りに前方側に持ち上げたり、後方側に持ち上げたりすることができる。
The crotch y-axis
また、図3に詳細に示すように、股z軸回り駆動機構は34は、股z軸モータ54、股z軸モータ側プーリ56、股関節側z軸プーリ58、ベルト60等を備えている。股z軸モータ54はブラケット62を介して腰部64に固定されている。詳しくは後述するが、腰部64は、座席部100と結合されている。股z軸モータ側プーリ56は、股z軸モータ54の駆動軸に取付けられている。股関節側z軸プーリ58は、シャフト66によって股ヨーク28と連結されている。このため、股ヨーク28は、股関節側z軸プーリ58とともにz軸回りに回転する。シャフト66は、腰部64内に設けられているベアリング(図示省略)によって、回転可能に支持されている。ベルト60は、股z軸モータ側プーリ56と股関節側z軸プーリ58に巻付けられている。股z軸モータ54が回転すると、股z軸モータ側プーリ56が回転する。股z軸モータ側プーリ56が回転すると、ベルト52を介して股関節側z軸プーリ58が回転する。股関節側z軸プーリ58の回転にともなって股ヨーク28は回転し、それとともに右股関節16のz軸回りの関節角が変化する。股z軸モータ54が正転したり逆転したりすると、右股関節16のz軸回りの関節角が一方向に変化したり、他方向に変化したりする。右股関節16のz軸回りの関節角が一方向に変化したり、他方向に変化したりすると、右脚14が内股になったり、外股になったりする。
As shown in detail in FIG. 3, the crotch z-axis
右膝関節20は、シャフト70と膝関節駆動機構72を備えている。シャフト70は、右上腿18と右下腿22をy軸回りに回転可能に接続している。膝関節駆動機構72は、膝モータ74、膝モータ側プーリ78、膝関節側プーリ76、ベルト79を有している。膝モータ74は、右上腿18に固定されている。膝モータ側プーリ78は、膝モータ74の駆動軸に取付けられている。膝関節側プーリ76は、右下腿22に固定されている。ベルト79は、膝モータ側プーリ78と膝関節側プーリ76に巻付けられている。膝モータ74が回転すると、膝モータ側プーリ78が回転する。膝モータ側プーリ78が回転すると、ベルト79を介して膝関節側プーリ76が回転する。膝関節側プーリ76が回転すると、右膝関節20のy軸回りの関節角が変化する。このように、膝モータ74を正転したり逆転したりすることにより、右下腿22を右膝関節20回りに前方側に持ち上げたり、後方側に持ち上げたりすることができる。
The right knee joint 20 includes a
なお、右下腿22を右膝関節20回りに前方側に持ち上げると、右上腿18と右下腿22は前方側に向かって開いた状態(右上腿18の延長線よりも前方側に、右下腿22が右膝関節20回りに回転した状態)、いわゆる「鳥足状態」をとることができる。なお、本実施の形態では、移動体10としてこのような「鳥足状態」を取り得るものを例示しているが、本発明はこれに限られたものではなく、人間のように、右上腿18と右下腿22が後方側に向かって開いた状態(右上腿18の延長線よりも後方側に、右下腿22が右膝関節20回りに回転した状態)を取り得るものであってもよい。
When the right
右足首関節24は、足首ヨーク80、足首クロスシャフト82、足首x軸回り駆動機構83、足首y軸回り駆動機構84を備えている。足首ヨーク80は、上方に向かって開いた略コ字状に形成されている。足首クロスシャフト82は、股クロスシャフト30と同様に十字状に形成されている。足首ヨーク80と右下腿22は、足首クロスシャフト82を介して接続されている。足首ヨーク80には、右足先26が固定されている。このように右下腿22と右足先26が右足首関節24を介して接続されているので、右足先26は右下腿22に対して、x軸回りとy軸回りの角度が可変となる。
The right ankle joint 24 includes an
足首x軸回り駆動機構は83は、足首x軸モータ88、足首x軸モータ側プーリ85、足首関節側x軸プーリ87、ベルト86を備えている。足首x軸モータ88は、右下腿22に固定されている。足首x軸モータ側プーリ85は、足首x軸モータ88の駆動軸に取付けられている。足首関節側x軸プーリ87は、足首クロスシャフト82に固定され、ベルト86は、足首x軸モータ側プーリ85と足首関節側x軸プーリ87に巻付けられている。このような構成により、足首x軸モータ88が回転すると、足首x軸モータ側プーリ85が回転し、足首x軸モータ側プーリ86が回転すると、ベルト86を介して足首関節側x軸プーリ87が回転する。そして、足首関節側x軸プーリ87が回転することによって、足首クロスシャフト82とともに足首ヨーク80のx軸回りの角度が変化する。すなわち、足首x軸モータ88を正転させたり逆転させたりすることで、右足先26のつま先の向きを上下に制御することができる。
The ankle x-axis
足首y軸回り駆動機構は84は、足首y軸モータ89、足首y軸モータ側プーリ90、足首関節側y軸プーリ91、ベルト92を備えている。足首y軸モータ89は右下腿22に固定されている。足首y軸モータ側プーリ90は、足首y軸モータ89の駆動軸に取付けられている。足首関節側y軸プーリ91は、足首クロスシャフト82に対して固定され、ベルト92は、足首y軸モータ側プーリ90と足首関節側y軸プーリ91に巻付けられている。したがって、足首y軸モータ89が回転すると、足首y軸モータ側プーリ90が回転し、足首y軸モータ側プーリ90が回転すると、ベルト92を介して足首関節側y軸プーリ91が回転する。そして、足首関節側y軸プーリ91が回転すると、足首クロスシャフト82とともに右足首ヨーク80のy軸回りの角度が変化する。足首y軸モータ89を正転させたり逆転させたりすることで、右足先26のつま先の向きを左右に制御することができる。
The ankle y-axis
また、図1および図2に示すように、左脚15は、左股関節13、左上腿17、左膝関節25、左下腿19、左足首関節21、左足先23を備えるものであり、この左脚15の構成は前述した右脚14の構成とほぼ同様であるため、詳細な説明は省略する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
次に、脚部12に載置された搭乗部100について図1および図2および図4を参照しつつ説明する。搭乗部100は、操縦者75が着座するための座席106と、操縦者により操作される操作部108(右操作部108a、左操作部108b)と、脚部12の近傍領域を撮像する撮像部150と、撮像部150により得られる前記脚部近傍の領域を表示する表示部160と、描写部としてのレーザ光照射部170とを備えている。また、図1、図2に示されるように、搭乗部100は第1フレーム102および第2フレーム104を備え、第1フレーム102は座席106の座面の下面と、背当ての後面に沿う形状に形成されており、第2フレーム104は、第1フレーム102と結合され、座席106の左右と前方下部に配置される。また、図2に示されるように、第1フレーム102は、座席106の下方で、ブラケット112を介して腰部64と結合されている。座席106は、結合部材114を介してブラケット112と結合されている。
Next, the
また、座席106の背当て後方には、第1フレーム102に固定されて、箱状の収容部120a、120bが設けられており、収容部120aには、ロボット10の動作を制御する制御部130が、収容部120bには図示しないバッテリー等が収容されている。
Further, box-shaped
撮像部150は、座席106の底面近傍に固定され、脚部12の足先付近の外部環境を視覚的に撮像し、撮像した情報を映像データとして出力する、一般的なカメラやエリアセンサなどで構成される。一方、表示部160は、座席106近くの、操縦者75が視認可能な位置に固定的または可動的に取り付けられたディスプレイであり、撮像部150により撮像された映像データ(像)を適度な解像度で表示する機能を備えるものである。また、操作部108は、一般的なジョイスティックなどの操作子を備えた操縦手段であり、前後左右を含む任意の方向について、操作子を角度を無段階的に傾斜可能に構成されるものである。そして、操作部108は、右操作部108aおよび左操作部108bとから構成されており、操縦者75の操作により傾斜した各操作部の操作子の傾斜角度に応じて、脚部12の駆動量や駆動パターンを変更し、移動体10の動きを制御するものである。
The
また、レーザ光照射部170は、座席106の底面に取り付けられ、操縦者75の操作によって変化する脚部12の足先(右足先26、左足先23)の平面上における将来的な接地位置(仮想的接地位置)を概略的に平面上に視覚的に描写する。詳細には、図示は省略するが、レーザ光照射部170は、右足先26および左足先23の底面形状にほぼ等しい形状を移動する平面上において視覚的に描写する2つのレーザ光源と、これらのレーザ光源位置および/または向きを変更するアクチュエータとを備えるものである。このアクチュエータは、x軸、y軸方向の2軸について前記レーザ光源を回動可能にするものであり、これらのアクチュエータによって、平面上に視覚的に描写する足先の底面形状(すなわち、仮想的接地位置)の位置を変化することができる。
In addition, the laser
なお、レーザ光照射部170によって描写される仮想的接地位置は、操縦者75から死角となっている領域(死角領域)に描写されることが好ましく、かつ、撮像部150により撮像される領域も、この死角領域を含む領域であることが好ましい。この死角領域としては、操縦者75の姿勢や視線の高さ等によっても異なるが、概ね平面上の脚部12付近で、座席106の鉛直下方に位置する領域付近が該当する。すなわち撮像部150は、操縦者75が着座する座席106等の鉛直下方付近などの、操縦者75が視認することができず、障害物等が存在しても操縦により避けることが困難な領域を撮像する。
Note that the virtual grounding position depicted by the laser
また、搭乗部100を構成する座席の背当て付近に設けられた収容部120aの内部には、操縦者75が操作部108を操作した結果に基づいて脚部12を駆動させるための制御部130が組み込まれている。図4に示すように、制御部130は、脚部12を駆動し、移動体10を動かすための歩容データを記憶する記憶領域131と、この記憶領域131に記憶された歩容データを読み出す演算処理部132と、脚部12に含まれるモータを駆動するモータ駆動部132と、を備えている。これらの各構成要素は、収容部120bの内部に設けられたバッテリー(図示せず)から電力を供給されることで動作する。
In addition, a
記憶領域131に記憶された歩容データは、操作部108から送られる信号で特定される脚部12の移動量に対応づけて、脚部12の足先(右足先26、左足先23)の位置と移動体本体(本実施の形態においては搭乗部100)の位置とを、移動体の移動する空間を定める座標系(例えばxyz座標系)において経時的に指示するものである。
The gait data stored in the
演算処理部132は、操作部108からの信号に基づいて変化する歩容データを読み出すとともに、読み出した歩容データによって特定される移動体10の姿勢を実現するために必要な脚部12の関節角を算出し、算出した関節角に基づく信号をモータ駆動部133に送信する。モータ駆動部133は、演算処理部132より送信された信号に基づいて、各モータ(股x軸モータ40、股y軸モータ46、股z軸モータ54、膝モータ74、足首x軸モータ88、足首y軸モータ89など)の駆動量を特定し、これらの駆動量でモータを駆動させるためのモータ駆動信号を各モータに送信する。これによって脚部12の駆動量が変更され、移動体10の動きが制御される。
The
また、演算処理部132は、読み出した歩容データに基づいてモータの駆動を行うように指令するほか、移動体10に組み込まれたジャイロや加速度計などセンサSからの信号を受けて、モータの駆動量を調整する。このように、センサSにより検出した移動体10に作用する外力や、移動体10の姿勢などに応じて脚部12の関節角を調整することで、移動体10が安定した状態を維持することができる。
In addition to instructing the motor to be driven based on the read gait data, the
さらに、演算処理部132は、読み出した歩容データや、ジャイロ等のセンサなどから特定される脚部12の足先(右足先26、左足先23)の基準点を、移動体10の移動する空間座標(xyz座標)で特定する。そして、演算処理部132は、レーザ光照射部170により照射されることで描写される右足先および左足先の仮想的接地位置が、前記基準点に基づいてレーザ光源によって描写されるように、アクチュエータの駆動量を制御する。
Further, the
図5は、前述のようにレーザ光照射部170により描写された仮想的接地位置と、撮像時の脚部(右足先26および左足先23)とを含む領域Rを撮像部150により撮像し、その撮像された像が表示部160に表示された様子を示す。なお、本実施の形態においては、仮想的接地位置として、右足先26の次の仮想的接地位置と、左足先23の次の仮想的接地位置とが描写されるものとする。
5, the
図5に示すように、レーザ光照射部170により描写された仮想的接地位置173a,173bは、撮像部150により撮像される脚部12の足先(右足先26、左足先23)の位置から、操作部108の操作状態に応じて特定される足先の次の(仮想的な)接地位置を示すものである。この図に示すように、右足先26の仮想的接地位置173aは、左足先23の仮想的接地位置173bよりも脚部の近くに位置するため、仮想的接地位置173aは仮想的接地位置173bよりも視覚的に強く描写されている。視覚的に強く描写する手法としては、描写する色を濃くしたり、照射するレーザ光の強度を強め、明度を大きくするなどの手段が用いられる。
As shown in FIG. 5, the
また、前述した図5は、撮像された平面上の領域R内に、障害物となる凸部180が存在する場合における、表示部160に表示される画面を表している。図5に示すように、撮像時の脚部12の接地位置から、次の脚部(右足先)の接地位置を示す仮想的接地位置173aは、領域R内の凸部180に重なっていないが、さらに次の脚部(左足先)の接地位置を示す仮想的接地位置173bは、凸部180に重なっている。操縦者75は、表示部160に表示されたこのような像を見ることで、将来的に移動体10の脚部12が凸部180を踏み、不安定な状態となる可能性が高いことが認識できる。
Further, FIG. 5 described above represents a screen displayed on the
次に、図5に示す状態から、操縦者75が操作部108を操作し、脚部12を駆動することで、脚部12の仮想的接地位置が変更された様子を撮像し、その撮像した結果を表示した表示部の様子を図6に示す。
Next, from the state shown in FIG. 5, the
図6に示すように、領域Rにおいて、操縦者75の操作により、仮想的接地位置173a、173bはともに凸部180に重ならなくなった様子が表示部160に表示される。操縦者75は、表示部160に表示された、このような脚部12の状態(足先の将来的な位置)を認識することで、移動体10を安定して移動させるように操縦することが容易に可能となる。
As shown in FIG. 6, in the region R, a state in which the
なお、この実施の形態においては、仮想的接地位置を表示部に表示する手段として、実際に撮像部で撮像する領域に視覚的に仮想的接地位置を描写する例を示したが、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、歩容データ等に基づいて、現在の脚部の接地位置を求め、操作部の操作量等から、次に脚部12が移動する接地位置(仮想的接地位置)を演算により求め、その位置を仮想的に表示部に表示するようにしてもよい。この場合、描写部としては前述のようなレーザ光照射部は必要ではなく、演算処理により脚部の仮想的接地位置を求め、それを表示部にその仮想的接地位置を仮想的に描写する、所定のプログラムを含む、描写手段としてのハードウェアを備えていればよい。
In this embodiment, as an example of displaying the virtual ground position on the display unit, an example in which the virtual ground position is visually depicted in a region actually captured by the imaging unit has been shown. It is not limited to this. That is, based on gait data and the like, the current ground contact position of the leg is obtained, and the ground contact position (virtual ground position) where the
また、前述の実施の形態において、描写部としては、右足先と左足先の仮想的接地位置を一つずつ描写する例を挙げたが、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、各々の足先の仮想的接地位置を数歩分ずつ描写し、表示部に描写した複数の仮想的接地位置を表示するものであってもよい。このようにすると、操縦者は、前もって移動体の脚部の接地位置をより前もって知ることができるため、操作性がさらに向上する。 Further, in the above-described embodiment, an example in which the virtual ground positions of the right foot tip and the left foot tip are depicted one by one as the depiction unit is described, but the present invention is not limited to this. That is, the virtual grounding position of each toe may be depicted for several steps, and a plurality of virtual grounding positions depicted on the display unit may be displayed. In this way, the operator can know in advance the ground contact position of the leg of the moving body in advance, so that the operability is further improved.
発明の実施の形態2.
次に、本発明の実施の形態2にかかる脚式歩行型移動体(以下、単に移動体という)10aについて説明する。この実施の形態にかかる移動体10aにおいては、前述の実施の形態1で説明した移動体10とほぼ同様の構成を備えており、重複する構成については説明を省略するものとする。
Embodiment 2 of the Invention
Next, a legged walking type moving body (hereinafter simply referred to as a moving body) 10a according to a second embodiment of the present invention will be described. The moving
図7に示すように、実施の形態2を表す移動体10aは、図1、2に示す移動体10とほぼ同様の構成を備えているが、以下の点で異なる。すなわち、この実施の形態においては、レーザ光照射部170は、操縦者75の視認可能な領域に仮想的接地位置(173a,173b)を描写するように構成されている。この視認可能な領域としては、操縦者75の姿勢や視線の高さ等によって異なるが、脚部12の前方(移動体10aの進行方向)付近などを含む、操縦者75が座席106に着座した状態で視認可能な脚部12付近の領域が該当する。
As shown in FIG. 7, the moving
このように構成された移動体10aは、レーザ光照射部170が移動体10aの移動する方向のやや前方付近において、仮想的接地位置を描写することができる。したがって、操縦者75は、移動する平面上の前方(移動方向)に障害物などが存在する場合に、移動体10aが移動するにつれて、そのような障害物を避けて移動できるか否かを視認により容易に判断することができる。また、仮想的接地位置が障害物に重なる場合は、仮想的接地位置を障害物と重ならないように操作部を操作することで、簡単に障害物を回避するように移動することができる。
The moving
発明の実施の形態3.
次に、図8を用いて本発明の実施の形態3に係る脚式歩行型移動体制御システムについて説明する。この脚式歩行型移動体制御システム、前述の実施の形態とは異なり、移動体に操縦者は搭乗しておらず、移動体を操縦する操縦者が移動体から離れた位置で移動体を遠隔操縦することで移動体の移動を制御する。なお、本実施の形態に含まれる移動体10bは、前述の実施の形態に含まれる移動体から、搭乗部に相当する部分を除いたものであり、移動する手段としての脚部等は前述の実施の形態において説明したものと同様の構成を備えるものとする。以下、詳細に説明する。
Embodiment 3 of the Invention
Next, a legged walking type moving body control system according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. Unlike the above-described embodiment, this leg-type walking type mobile body control system does not have a pilot on board the mobile body, and the pilot operating the mobile body remotely moves the mobile body at a position away from the mobile body. The movement of the moving object is controlled by maneuvering. The moving
図8に示すように、実施の形態3に係る脚式歩行型移動体制御システム(以下、単に移動体制御システムという)200は、移動体10bと、操縦者(図示せず)によって操作される制御装置210とを備えている。
As shown in FIG. 8, a legged walking type mobile body control system (hereinafter simply referred to as a mobile body control system) 200 according to Embodiment 3 is operated by a
移動体10bは、前述の実施の形態で説明した移動体の備える脚部と同様の構成によって動作する脚部12と、脚部12に載置された移動体本体130aを備える、歩行型のロボットであり、脚部12を交互に移動させることで歩行を行うように構成されている。移動体本体130aには、歩容データを記憶する記憶領域(図示せず)が設けられており、この歩容データを記憶領域から読み出すことで、移動体10bが安定して移動できる脚部12の足先の位置を経時的に得ることができる。
The moving
移動体本体130aは、脚部12が回動自在に取り付けられる胴体、頭部、2本の腕部等から構成されており、ヒューマノイド型のロボットとしての概観を備えている.これらの脚部12や移動体本体は、後述する制御装置210の操作部211を操作することで、所定の動きをするように制御されている。
The
また、移動体本体130aの胴体部分には、撮像部150やレーザ光照射部170が設けられており、撮像部150は移動体10bの移動方向前方の平面上を撮像する.レーザ光照射部170は、撮像部150によって撮像されるエリア内に、脚部12(足先26,23)の仮想的接地位置173a,173bに該当する位置に足先の輪郭等を描写する.レーザ光照射部170が描写する仮想的接地位置は、移動体本体130aに記憶された歩容データに基づいて決定される。そして、レーザ光照射部170は歩容データに基づいて決定された位置に仮想的接地位置を描写するように駆動される。
In addition, an
制御装置210は、移動体10bに対して有線または無線等の通信手段で移動を制御する制御信号を送信するものであり、操作部211と、操作部211が接続される制御装置本体212と、信号送信部213と、表示部214と、を備えている。制御装置本体212は、演算処理部等を備え、操縦者75が操作した操作部211の操作量等に基づいて、移動体本体10bを制御するための制御信号を生成する。本実施の形態では、操作部211としてはジョイスティック等の既知の操作手段が用いられ、制御装置本体212に含まれる演算処理部は、操作部211を操作することによって、移動体10bの移動する方向や移動速度、または移動開始や停止、腕を用いた作業などを指示する制御信号を生成するものとする。また、表示部214には、撮像部150により撮像された像が表示され、操縦者75は、この表示部214に表示された映像を視認しながら、移動体10bの操縦を行う。
The
このような移動体制御システム200において、操縦者75が制御装置210の操作部211を操作することにより、移動体10bの脚部12や移動体本体130aの腕部などを動かすように、指示を与えることができる。そして、移動体10bが操縦者75の視覚領域外で移動を行う場合であっても、移動体の移動する平面上の障害物や段差などを考慮して、移動体の脚部の接地位置を容易に定めるように操縦することが可能になる。
In such a moving
以上、本発明にかかる実施の形態についての説明を行ったが、前述の実施の形態1〜3においては、本発明はこれに限られるものではない.例えば、操作部としては、ジョイスティック等の操作子が例示されているが、これに代えて、撮像部によって撮像された像を、タッチパネルによって表示し、このタッチパネル中において操縦者が触れることで、仮想的接地位置を決定するようなものを用いてもよい。このようにすると、操縦者は、表示された移動体前方のエリア内で最も適した位置(障害物や段差等が無い位置)に脚部(足先)を移動させるように、仮想的接地位置を用意に選択することができる。 As mentioned above, although embodiment about this invention was described, in above-mentioned Embodiment 1-3, this invention is not limited to this. For example, an operation unit such as a joystick is exemplified as the operation unit, but instead, an image captured by the imaging unit is displayed on the touch panel, and the operator touches the virtual part by touching the touch panel in the touch panel. It is also possible to use a device that determines the ground contact position. In this way, the operator moves the virtual grounding position so that the leg (toe) moves to the most suitable position (position where there is no obstacle or step) in the area in front of the displayed moving body. Can be selected easily.
また、前述の実施の形態においては、2足歩行型の脚式移動体の例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、4足歩行タイプの移動体であっても、それ以上の脚部を備える移動体であっても、脚式歩行で移動する移動体については本発明を広く適用することができる。 In the above-described embodiment, an example of a biped walking type legged mobile body has been described, but the present invention is not limited to this. That is, the present invention can be widely applied to a mobile body that moves by legged walking, whether it is a mobile body of a quadruped walking type or a mobile body that has more legs.
10、10a、10b・・・脚式歩行型移動体(移動体)
12・・・脚部
75・・・操縦者
100・・・搭乗部
150・・・撮像部
160、214・・・表示部
170・・・描写部(レーザ光照射部)
173a,173b・・・仮想的接地位置
200・・・脚式移動体制御システム
210・・・制御装置
10, 10a, 10b ... Leg type walking type moving body (moving body)
12 ...
173a, 173b ...
Claims (13)
前記操縦者を搭乗する搭乗部と、
前記脚部が接地する接地位置を含む、前記平面上における脚部近傍の領域を撮像する撮像部と、
前記撮像部によって撮像された領域の像を表示する表示部と、を備えており、
前記表示された領域の像に併せて、操縦者の操縦により変更される脚部の将来的な接地位置を示す仮想的接地位置を、前記表示部に表示することを特徴とする脚式歩行型移動体。 It is a legged walking type mobile body that can move and control on the plane by maneuvering the pilot to change the ground contact position of the leg,
A boarding section for boarding the pilot;
An imaging unit for imaging a region in the vicinity of the leg on the plane, including a grounding position where the leg is grounded;
A display unit that displays an image of a region imaged by the imaging unit,
In addition to the image of the displayed area, a virtual grounding position indicating a future grounding position of the leg that is changed by the pilot's operation is displayed on the display unit. Moving body.
接地する脚部近傍の平面上に対して、操縦者の操縦により変更される脚部の将来的な接地位置を示す仮想的接地位置を、視覚的に描写する描写部を備えていることを特徴とする脚式歩行型移動体。 A legged walking type mobile body on which a pilot boarded, piloted on board, piloted so as to change the ground contact position of the leg, and can be moved and controlled on a plane,
It is provided with a depiction part that visually describes a virtual grounding position indicating a future grounding position of the leg that is changed by the pilot's operation on a plane near the leg to be grounded. Legged walking type moving body.
前記脚式歩行移動体が、脚部の接地する接地位置を含む、前記平面上における脚部近傍の領域を撮像する撮像部を備えるとともに、
前記制御装置が、前記撮像部によって撮像された領域の像を表示する表示部を備えており、
前記表示された領域の像に併せて、操縦者の操縦により変更される脚部の将来的な接地位置を示す仮想的接地位置を、前記表示部に表示することを特徴とする脚式歩行型移動体制御システム。 A legged walking type movable body that can move on a plane by changing the ground contact position of the leg, and a control device for remotely operating the legged walking type movable body by the operation of the operator A legged walking type moving body control system,
The leg-type walking moving body includes an imaging unit that captures an area in the vicinity of the leg on the plane including a grounding position where the leg contacts the ground,
The control device includes a display unit that displays an image of a region imaged by the imaging unit;
In addition to the image of the displayed area, a virtual grounding position indicating a future grounding position of the leg that is changed by the pilot's operation is displayed on the display unit. Mobile control system.
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