JP2008221431A

JP2008221431A - ロボット

Info

Publication number: JP2008221431A
Application number: JP2007065978A
Authority: JP
Inventors: Azusa Amino; 梓網野; Junichi Tamamoto; 淳一玉本; Ryosuke Nakamura; 亮介中村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2027-03-15
Also published as: US8041458B2; US20080228320A1; KR20080084570A; KR100935450B1; JP4512200B2

Abstract

【課題】
意匠の自由度が制限されず、より構造が簡略で、さらに首部のアクチュエータの負荷を軽減するロボットを得る。
【解決手段】
頭部１と胴体部２と頭部１と胴体部２とを接続する首リンク３を少なくとも有するロボットにおいて、首リンク３に隣接して、周囲物体距離計測手段を胴体部２の上部かつ頭部１と胴体部２との間に設け、周囲物体距離計測手段における距離走査範囲が水平面と平行に設けられていることを特徴とするロボット。
【選択図】図１

Description

本発明はロボット、特に周囲物体距離計測手段を備え、作業対象や障害物との距離を測定しながら目的とする操作，作業を自動的に行うロボットに関する。

人との共存環境で作業するロボットには、周囲物体との接触を回避するため、周囲物体距離計測手段を搭載して、周囲の物体の配置状況を認識し、移動経路を設定することが多い。周囲物体距離計測手段の一例として、平面をレーザ光で走査し、照射したレーザ光が測定対象物にあたり、その反射光が戻ってくるまでの時間を計測し距離を測定するレーザ測域センサがあり、走査範囲を広くとりたいため、周囲に走査範囲を遮蔽するものがない場所にレーザ測域センサを搭載することが多い。従来の技術では、レーザ測域センサの走査範囲を最大限大きく取るために、センサをロボットの頭頂部もしくは腹部や胸部などのボディ前面に取り付けられていた。

特開２００５−１２５４５７号公報

しかし、上述したロボットの頭頂部に周囲物体距離計測手段、例えばレーザ測域センサを取り付けるという従来の構造では、レーザ測域センサを搭載した頭部をアクチュエータによって駆動するため、頭部を作動させるためのアクチュエータの負荷が大きくなる。

さらに、頭部にレーザ測域センサを搭載する場合、レーザ走査面を遮らないような頭部形状とするため、意匠の自由度が著しく制限されていた。

また、特許文献１のように胴体や胸部前部にレーザ測域センサを取り付けると、腕による作業の際に頻度高く遮られ、作業対象や周囲の物体との距離を測定しにくくなる。

本発明の目的は、上述した従来技術を鑑みてなされたもので、より構造が簡略で、さらに首部のアクチュエータの負荷を軽減するロボットを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、頭と胴体とを接続する首リンクに隣接して、周囲物体距離計測手段、例えばレーザ測域センサを、胴体部の上部中央にレーザ測域センサ走査面が水平面と平行に設けられているように、かつ走査範囲の中央がロール軸と平行になるように設けることを特徴とするロボットとした。

本発明によれば、周囲物体距離計測手段、例えばレーザ測域センサの走査範囲を狭めることなく、自然な外見，首アクチュエータトルクの軽減，頭部の多彩な動作による表現，首の構造の簡略化を達成することができる。

以下、発明の実施例を図面を用いて説明する。

図１は本実施例のロボット全体を示した図、図２は本実施例のロボットの頭部の全体を示した図、図３，図４は他の構成を示した図、図５は本実施例のロボットのピッチ軸の動作を説明するための図、図６は本実施例のロボットのロール軸の動作を説明するための図である。

以下の実施例では、周囲物体距離計測手段を、レーザ測域センサを例に用いて説明する。また、本発明を適用するロボットの一例として、ヒューマノイドロボットがあり、それを例に用いて説明する。

ロボット１０１は、頭部１と、胴体部２と、左腕１０２と、右腕１０３と、左足１０４と、右足１０５とから構成される。例えば、左足１０４と右足１０５はロボット１０１の移動に用いられ、左腕１０２と右腕１０３は物体を把持するといった作業に用いられる。本実施例において、頭部１は、ロボット１０１の最上部にあって、胴体部２と接続するように設けられる。

図２は頭部１の構造を示し、ロール方向（矢印Roll），ピッチ方向（矢印Pitch ），ヨー方向（矢印Yaw ）を示した図であり、第１の頭部アクチュエータ６，第２の頭部アクチュエータ８，第３の頭部アクチュエータ１０は動力源（モータ）と減速機と角度検出器（ロータリエンコーダあるいはポテンショメータ）とを内蔵し、接続する部品を駆動する。

頭部１は、胴体部２の上部中央部に長手方向がヨー方向と平行となるよう取り付けられる首リンク３と、胴体部２との接続に対して首リンク３の長手方向逆端に出力軸がヨー方向と平行に取り付けられる第１の頭部アクチュエータ６と、第１の頭部アクチュエータ６の出力軸によってヨー方向にのみ所定の角度だけ揺動される第１の頭部リンク７と、第１の頭部リンク７に出力軸の方向がピッチ方向になるように取り付けられる第２の頭部アクチュエータ８と、第２の頭部アクチュエータ８の出力軸によってピッチ軸方向にのみ所定の角度だけ揺動される第２の頭部リンク９と、第２の頭部リンク９に出力軸の方向がロール方向になるように取り付けられる第３の頭部アクチュエータ１０と、第３の頭部アクチュエータ１０の出力軸によってロール方向にのみ所定の角度だけ揺動される第３の頭部リンク１１と、第３の頭部リンク１１の長手方向ロール方向において正の向きの一端に取り付けられるロボットの顔１２と、ロボットの顔１２の意匠面に取り付けられるロボットの目１３から成る。なお、ロボットの顔１２の意匠面には、必ずしも目が必要というわけではなく、ロボットの正面の向きを示す意匠であればどのような外観でも良い。ここで、頭部１と胴体部２とを接続する首リンク３に隣接して、レーザ測域センサ４を胴体部２の上部中央にレーザ測域センサ走査面５が水平面と平行に設けられている、かつ走査範囲の中央がロール軸と平行になるように配置する。

図２において、頭部１のロボットの顔１２が正面前方を向いた状態を基準姿勢とする。首リンク３は、レーザ測域センサ走査面５の死角に配されており、レーザ測域センサ４の視界を何ら妨げない。このように頭部１を構成することにより、以下のような利点がある。

第１に、３つのアクチュエータによって可動される頭部１ではなく、胴体部２にレーザ測域センサ４を取り付けるために、頭部１を可動するための第１の頭部アクチュエータ６と第２の頭部アクチュエータ８と第３の頭部アクチュエータ１０の負荷が小さくなることにより省電力化が得られるという効果がある。

第２に、３つのアクチュエータによって可動される頭部１ではなく、胴体部２にレーザ測域センサ４を取り付けるために、頭部１の姿勢によらず、レーザ測域センサ４は周囲の障害物や物体との距離を測定できるという利点がある。

第３に、頭部１にレーザ測域センサ４を配しないことにより、ロボット頭部の外観デザインの自由度が増し、より人と親和性のある自然な外観を獲得できる。

第４に、ロボットの首部に相当する部分にレーザ測域センサ４を配置するため、腕による作業時にレーザ測域センサ走査面５が遮られることが少ないという利点がある。

また、図２では、レーザ測域センサ４を前向きに１つ配しているが、全範囲を走査するために図３のように前後に２つ配してもよいし、図４のように左右に２つ配しても良い。

図５は、頭部１をピッチ軸方向から見た図である。図５において、レーザ測域センサ４の上面と第２の頭部アクチュエータ８の出力軸との距離をｌ₁ 、第２の頭部アクチュエータ８によって一体となって揺動される第２の頭部リンク９，第３の頭部アクチュエータ
１０，第３の頭部リンク１１，ロボットの顔１２のうち第２の頭部アクチュエータ８の出力軸からの距離が最も遠い点と、第２の頭部アクチュエータ８の出力軸との距離をＲ₁ とすると、ｌ₁＞Ｒ₁となるよう各要素の寸法が決定されており、第２の頭部アクチュエータ８を所定の角度だけ揺動させても、頭部の構成要素はレーザ測域センサ走査面５の障害となることはない。

図６は、頭部１をロール軸方向後方から見た図で、頭部１の構成要素が見やすいように首リンク３を省いて示してある。図６において、レーザ測域センサ４の上面と第３の頭部アクチュエータ１０の出力軸との距離をｌ₂ 、第３の頭部アクチュエータ１０によって一体となって揺動される第３の頭部リンク１１，ロボットの顔１２のうち、第３の頭部アクチュエータ１０の出力軸からの距離が最も遠い点と、第３の頭部アクチュエータ１０の出力軸との距離をＲ₂ とすると、ｌ₂＞Ｒ₂となるよう各要素の寸法が決定されており、第３の頭部アクチュエータ１０を所定の角度だけ揺動させても、頭部１の構成要素はレーザ測域センサ操作面の障害となることはない。

なお、上記の実施例において、頭部１は３自由度の場合を説明したが、それに限らず、ヨー軸，ロール軸，ピッチ軸のみ、またはそのうちの２つの組合せにおいて適用可能である。

本実施例に係るロボットの全体を説明するための図。本実施例に係るロボットの頭部を説明するための図。本発明の他の構成を説明するための図。本発明の他の構成を説明するための図。ロボットの頭部のピッチ軸動作を説明するための図。ロボットの頭部のロール軸動作を説明するための図。

符号の説明

１頭部
２胴体部
３首リンク
４レーザ測域センサ
５レーザ測域センサ走査面
６第１の頭部アクチュエータ
７第１の頭部リンク
８第２の頭部アクチュエータ
９第２の頭部リンク
１０第３の頭部アクチュエータ
１１第３の頭部リンク
１２ロボットの顔
１３ロボットの目
１０１ロボット
１０２左腕
１０３右腕
１０４左足
１０５右足

Claims

頭部と胴体部と前記頭部と前記胴体部とを接続する首リンクを少なくとも有するロボットにおいて、前記首リンクに隣接して、周囲物体距離計測手段を前記胴体部の上部かつ前記頭部と前記胴体部との間に設けることを特徴とするロボット。
前記周囲物体距離計測手段における距離走査範囲が水平面と平行に設けられていることを特徴とする請求項１記載のロボット。
前記周囲物体距離計測手段は、前記頭部に設けられた顔の意匠のある方向に、前記周囲物体距離計測手段の走査範囲の中央を向けるように、かつ前記首リンクに隣接して設けることを特徴とした請求項１乃至２記載のロボット。
前記周囲物体距離計測手段を、前記首リンクを挟んで２つ設けることを特徴とする請求項１乃至２記載のロボット。
前記周囲物体距離計測手段は、平面をレーザ光で走査し、照射したレーザ光が測定対象物にあたり、その反射光が戻ってくるまでの時間を計測し距離を測定するレーザ測域センサであることを特徴とする請求項１乃至４記載のロボット。
ロボットの形状は人の外観を模した形状であることを特徴とする請求項１乃至５記載のロボット。