JP2016034684A - ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】 風などの外乱によって姿勢が大きく傾くのを防止することができるロボットを提供する。
【解決手段】 浮揚性のあるガスが充填された複数の要素Ｂ１〜Ｂ１３と、要素間を接続する関節部Ｊ１〜Ｊ１１とを有し、要素によって腰部と腰部を支持する脚部とが構成されるロボット本体１と、腰部の所定の姿勢に対する、水平でかつ互いに直交する２方向の腰部の傾きを検出する傾き検出部と、腰部に取付けられ、２方向の各方向に対して正負の推力を発生する姿勢補助装置２とを備え、姿勢補助装置２は、傾き検出部によって腰部の傾きが検出されたときに腰部の傾きを無くす方向に推力を発生するよう構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、屋内外のイベント等で使用されるロボットに関する。

近年、イベント会場等においてロボットが使用されることがある。このようなロボットでは、その本体が、気体が封入された風船状の要素によって構成されているものがある（例えば、特許文献１，２参照）。

２００８−４９４２１号公報 ２００３−１２６５６２号公報

上記のようなロボットは、気体が封入された風船状の要素を用いて軽量化が図られているため、風などの外乱によって姿勢が大きく傾くことがあり、さらには姿勢がより大きく傾いて倒れることもある。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、風などの外乱によって姿勢が大きく傾くのを防止することができるロボットを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、ある実施態様に係るロボットは、浮揚性のあるガスが充填された複数の要素と、前記要素間を接続する関節部とを有し、前記要素によって腰部と前記腰部を支持する脚部とが構成されるロボット本体と、前記腰部の所定の姿勢に対する、水平でかつ互いに直交する２方向の前記腰部の傾きを検出する傾き検出部と、前記腰部に取付けられ、前記２方向の各方向に対して正負の推力を発生する姿勢補助装置とを備え、前記姿勢補助装置は、前記傾き検出部によって前記腰部の傾きが検出されたときに前記腰部の傾きを無くす方向に推力を発生するよう構成されている。

本発明は、以上に説明した構成を有し、風などの外乱によって姿勢が大きく傾くのを防止することができるロボットを提供することができるという効果を奏する。

図１は、第１実施形態のロボットの概略構成の一例を示す正面図である。 図２（ａ），（ｂ）は、図１に示すロボットの関節部を構成する関節ユニットの一例を示す概略斜視図である。 図３（ａ），（ｂ）は、図１に示すロボットの関節部を構成する関節ユニットの一例を示す概略斜視図である。 図４（ａ），（ｂ）は、図１に示すロボットの関節部を構成する関節ユニットの一例を示す概略斜視図である。 図５は、図１に示すロボットの姿勢補助装置の概略構成を示す斜視図である。 図６（ａ）は、図１に示すロボットの対地圧力発生装置を上方から視た概略構成を示す斜視図であり、図６（ｂ）は、同ロボットの対地圧力発生装置を下方から視た概略構成を示す斜視図である。 図７は、図１に示すロボットの制御構成の一例を示すブロック図である。 図８は、図１に示すロボットの歩行時における対地圧力発生装置の動作を示すタイミングチャートである。 図９（ａ）は、姿勢補助装置及びロボットの腰部から下の関節部の一例を示す模式図であり、図９（ｂ）は、同ロボットが直立状態のときに外乱によって姿勢が左方へ傾いたときの動作を説明するための図であり、図９（ｃ）は、同ロボットが直立状態のときに外乱によって姿勢が後方へ傾いたときの動作を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本開示の実施形態について説明する。

以下で説明する実施形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、あくまで一例であり、本開示を限定するものではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する場合がある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状及び寸法比等については正確な表示ではない場合がある。

（第１実施形態）
第１実施形態のロボットは、浮揚性のあるガスが充填された複数の要素と、要素間を接続する関節部とを有し、要素によって腰部と腰部を支持する脚部とが構成されるロボット本体と、腰部の所定の姿勢に対する、水平でかつ互いに直交する２方向の腰部の傾きを検出する傾き検出部と、腰部に取付けられ、２方向の各方向に対して正負の推力を発生する姿勢補助装置とを備え、姿勢補助装置は、傾き検出部によって腰部の傾きが検出されたときに腰部の傾きを無くす方向に推力を発生するよう構成されている。

この構成によれば、姿勢補助装置が、傾き検出部によって腰部の傾きが検出されたときに腰部の傾きを無くす方向に推力を発生することにより、風などの外乱によってロボットの姿勢が傾いた場合でも、ロボットの姿勢が大きく傾くことを抑制し、ロボットの転倒を防止することができる。

上記ロボットにおいて、傾き検出部により腰部の傾きを検出する２方向は、ロボット本体の前後方向と左右方向であり、姿勢補助装置は、ロボット本体の後方向への推力を発生させるために前方向へ送風するダクトファンと、ロボット本体の前方向への推力を発生させるために後方向へ送風するダクトファンと、ロボット本体の左方向への推力を発生させるために右方向へ送風するダクトファンと、ロボット本体の右方向への推力を発生させるために左方向へ送風するダクトファンとを有していてもよい。

上記ロボットにおいて、ロボット本体は複数の脚部を有するとともに、間接部が１軸以上の自由度を有して動作し、ロボット本体が路面を歩行するよう構成されており、各々の脚部の足裏に配設され、路面を吸引する吸引動作を行う吸引装置をさらに備え、吸引装置は、それが配設されている足裏が路面に接する状態のときに吸引動作を行うよう構成されていてもよい。

この構成によれば、ロボットが歩行動作を行う際には安定した歩行動作を行えるとともに、直立状態のときには、その状態を安定して維持することができる。

また、吸引装置は、傾き検出部によって腰部の傾きが検出されたときには、腰部の傾きが検出されていないときの吸引動作と比べて、大きな吸引力を生じるように吸引動作を行うよう構成されていてもよい。

この構成によれば、風などの外乱によってロボットの姿勢が傾いた場合に、吸引力を大きくすることにより、ロボットの転倒防止に寄与することができる。

上記ロボットにおいて、各々の脚部の足裏に配設され、路面に対して送風する送風装置をさらに備え、送風装置は、ロボット本体が歩行する際に、それが配設されている足裏が路面から離れるときに路面に対して送風するよう構成されていてもよい。

この構成によれば、ロボットに歩行動作をスムーズに行わせることができる。

上記ロボットにおいて、関節部は、第１及び第２の板状部材を有し、第１の板状部材と平行な軸の周りに第２の板状部材が回動するよう構成され、第１及び第２の板状部材のそれぞれの一方の表面が要素または他の関節ユニットに対する接続面となる関節ユニットと、互いに平行な面上に対向配置される第３及び第４の板状部材を有し、第３の板状部材と垂直な軸の周りに第４の板状部材が回動するよう構成され、第３及び第４の板状部材のそれぞれの対向面の裏側の面が要素または他の関節ユニットに対する接続面となる関節ユニットとのうちの、いずれか１つ以上の関節ユニットによって構成されていてもよい。

この構成によれば、関節部と要素との接続を容易にできるとともに、２以上の自由度を有する関節部を容易に構成できる。

〔装置構成〕
図１は、第１実施形態のロボットの概略構成の一例を示す正面図である。また、図７は、同ロボットの制御構成の一例を示すブロック図である。なお、本実施形態の説明において、「前」「後」「左」「右」は、ロボットからみた「前」「後」「左」「右」を意味する。

このロボットは、ロボット本体１と、ロボット本体１の腰部に装着された姿勢補助装置２と、ロボット本体１の脚部の足の裏側に装着された対地圧力発生装置（吸引装置及び送風装置）３とを備えている。

ロボット本体１は、ヘリウム等の浮揚性のあるガスが充填された複数の要素（以下、「バルーン要素」という）Ｂ１〜Ｂ１３と、これらのバルーン要素間を接続する複数の関節部Ｊ１〜Ｊ１１とを有して構成されている。

各々のバルーン要素Ｂ１〜Ｂ１３は、例えば、合成樹脂製の袋体あるいは容器にヘリウムが充填されて構成される。各々のバルーン要素Ｂ１〜Ｂ１３の形状、すなわち袋体あるいは容器の形状は、ここでは、直方体形状としているが、円柱状等の他の形状であってもよいし、複数の様々な形状が用いられてもよい。また、袋体は、その形状が崩れないように、適宜、補強部材が設けられてあってもよい。

図２（ａ），（ｂ）、図３（ａ），（ｂ）及び図４（ａ），（ｂ）は、それぞれ関節部を構成する関節ユニットの一例を示す概略斜視図である。

図２（ａ），（ｂ）に示す関節ユニットｊ１は、略四角形の平板状の板状フレームＰ１，Ｐ２を有する。そして、板状フレームＰ１の一辺側近傍に、別の板状フレームＰ２に固定された回動軸ａ１が回動自在に取り付けられている。回動軸ａ１は板状フレームＰ１と平行に配置されている。回動軸ａ１とサーボモータＭ１との連結機構は図示していないが、回動軸ａ１がサーボモータＭ１の駆動によって回動されることによって、例えば図２（ｂ）の矢印Ｓ１で示すように板状フレームＰ２が回動されるように構成されている。また、回動軸ａ１には板状フレームＰ２の回転角度を検出するポテンショメータＱ１が配設されている。サーボモータＭ１は、電源を内蔵しマイクロコントローラ等からなる制御器Ｃ１によって制御される。サーボモータＭ１及び制御器Ｃ１は、板状フレームＰ１に固定されている。この関節ユニットｊ１では、板状フレームＰ１が第１の板状部材に相当し、板状フレームＰ２が第２の板状部材に相当する。

図３（ａ），（ｂ）に示す関節ユニットｊ２は、四角形の平板状の板状フレームＰ３，Ｐ４を有する。そして、板状フレームＰ４の中央ライン部分が板状の支持フレームＰ４１に結合されており、板状フレームＰ４と支持フレームＰ４１とで断面Ｔ字形状をなしている。そして、板状フレームＰ３の一辺側近傍に、支持フレームＰ４１に固定された回動軸ａ２が回動自在に取り付けられている。回動軸ａ２は板状フレームＰ３と平行に配置されている。回動軸ａ２とサーボモータＭ２との連結機構は図示していないが、回動軸ａ２がサーボモータＭ２の駆動によって回動されることによって、例えば図３（ｂ）の矢印Ｓ２で示すように板状フレームＰ４が回動されるように構成されている。また、回動軸ａ２には板状フレームＰ４の回転角度を検出するポテンショメータＱ２が配設されている。サーボモータＭ２は、電源を内蔵しマイクロコントローラ等からなる制御器Ｃ２によって制御される。サーボモータＭ２及び制御器Ｃ２は、板状フレームＰ３に固定されている。この関節ユニットｊ２では、板状フレームＰ３が第１の板状部材に相当し、板状フレームＰ４が第２の板状部材に相当する。

図４（ａ），（ｂ）に示す関節ユニットｊ３は、互いに平行に対向配置される四角形の平板状の板状フレームＰ５，Ｐ６を有する。そして、板状フレームＰ６の１つの頂点の近傍部分に垂直に貫通する回動軸ａ３が固定され、この回動軸ａ３が板状フレームＰ５に結合された支持フレームＰ５１に回動自在に取り付けられている。回動軸ａ３とサーボモータＭ３との連結機構は図示していないが、回動軸ａ３がサーボモータＭ３の駆動によって回動されることによって、例えば図４（ｂ）の矢印Ｓ３で示すように板状フレームＰ６が回動されるように構成されている。また、回動軸ａ３には板状フレームＰ６の回転角度を検出するポテンショメータＱ３が配設されている。サーボモータＭ３は、電源を内蔵しマイクロコントローラ等からなる制御器Ｃ３によって駆動制御される。サーボモータＭ３及び制御器Ｃ３は、板状フレームＰ５に固定されている。この関節ユニットｊ３では、板状フレームＰ５が第３の板状部材に相当し、板状フレームＰ６が第４の板状部材に相当する。

なお、各関節ユニットｊ１〜ｊ３には、重量バランスをとるためのバランス部ｂ１〜ｂ３が設けられている。

各関節部Ｊ１〜Ｊ１１は、例えば、関節ユニットｊ１〜ｊ３のうちのいずれか１個で、あるいは複数個を組み合わせて構成することができる。複数個を組み合わせる場合には、全て異なる関節ユニットを組み合わせることもできるし、同一の関節ユニットを含めて組み合せることもできる。

ある関節部がある１つの関節ユニットで構成される場合、例えば、膝の関節部Ｊ７が１つの関節ユニットｊ１で構成される場合には、２つの板状フレームＰ１，Ｐ２のそれぞれの接続面Ｐ１ｃ，Ｐ２ｃがバルーン要素Ｂ８，Ｂ９に適宜の接続手段によって接続（固定）される。これにより、例えば関節部Ｊ７は、１自由度を有する関節部となる。

また、ある関節部が３つの関節ユニットで構成される場合には、例えば、関節ユニットｊ１の板状フレームＰ２の接続面Ｐ２ｃと、関節ユニットｊ２の板状フレームＰ４の接続面Ｐ４ｃとが重なるようにして接続し、さらに、関節ユニットｊ２の板状フレームＰ３の接続面Ｐ３ｃと、関節ユニットｊ３の板状フレームＰ６の接続面Ｐ６ｃとが重なるようにして接続する。このようにして、３つの関節ユニットｊ１〜ｊ３を連結して１つの関節部（例えば関節部Ｊ６）を構成する。そして、残りの接続面である関節ユニットｊ１の板状フレームＰ１の接続面Ｐ１ｃと、関節ユニットｊ３の板状フレームＰ５の接続面Ｐ５ｃとを、この関節部で接続される２つのバルーン要素（例えばバルーン要素Ｂ３、Ｂ８）に接続する。これにより、例えば関節部Ｊ６は、３自由度を有する関節部となる。同様にして、ある関節部がある２つの関節ユニットで構成される場合、その関節部は、２自由度を有する関節部となる。

このように、各関節ユニットｊ１〜ｊ３において、板状フレームＰ１〜Ｐ６のそれぞれの接続面Ｐ１ｃ〜Ｐ６ｃが、バルーン要素あるいは他の関節ユニットの板状フレームＰ１〜Ｐ６の接続面Ｐ１ｃ〜Ｐ６ｃに接続されるようにして、１〜３自由度あるいは４以上の自由度を有する関節部を容易に構成することができる。なお、関節ユニット間の接続及び関節ユニットとバルーン要素との接続は、適宜、連結金具（図示せず）等を用いて容易に行うことができる。

本実施形態におけるロボットは、上記のような関節部を構成する関節ユニットを動作させることにより、二足歩行が可能である。なお、各関節部Ｊ１〜Ｊ１１は、関節ユニットｊ１〜ｊ３以外の関節ユニット（関節機構）によって構成されるようにしてもよい。

次に、姿勢補助装置２について説明する。姿勢補助装置２は、腰部を構成するバルーン要素Ｂ３の上に取付けられている。本例では、腰部のバルーン要素Ｂ３とその上の胸部のバルーン要素Ｂ２との間に挟まれて、姿勢補助装置２の上面及び下面がバルーン要素Ｂ２、Ｂ３に固定されている。図５は、姿勢補助装置２の概略構成を示す斜視図である。

姿勢補助装置２は、厚みが薄い直方体状の支持枠２１を有する。この支持枠２１は、格子状の下側フレーム２２と格子状の上側フレーム２３とが複数の支柱部２４で連結されて構成されている。そして、支持枠２１の前側中央部に前方（矢印２５の方向）へ送風する前側ダクトファンＦ１が配置され、支持枠２１の後側中央部に後方（矢印２６の方向）へ送風する後側ダクトファンＦ２が配置されている。また、支持枠２１の右側中央部に右方（矢印２７の方向）へ送風する右側ダクトファンＦ３が配置され、支持枠２１の左側中央部に左方（矢印２８の方向）へ送風する左側ダクトファンＦ４が配置されている。そして、支持枠２１内部の中央部に４つのダクトファンＦ１〜Ｆ４を制御する姿勢補助制御ユニット２０が配置されている。また、支持枠２１内部の中央部には、姿勢補助制御ユニット２０と隣接して、姿勢補助装置２には含まれない中央制御ユニット１０が配置されている。

姿勢補助制御ユニット２０は、図７に示すように、電源を内蔵しマイクロコントローラ等からなる制御器２０１と、中央制御ユニット１０と双方向無線通信を行う無線通信装置２０２と、角速度センサ２０３と、モータ駆動回路Ｄ１〜Ｄ４とを備えている。制御器２０１は、モータ駆動回路Ｄ１〜Ｄ４を介してダクトファンＦ１〜Ｆ４の駆動を制御する。

角速度センサ２０３は、水平でかつ互いに直交する２方向（ここでは、ロボットの前後方向及び左右方向）の軸周りの角速度を検出する。そして、制御器２０１は、角速度センサ２０３の検出値に基づいて上記２方向の傾斜角を算出し、上記２方向についての傾き（傾きの発生）を検出する。この場合、角速度センサ２０３及び制御器２０１によって傾き検出部が構成されている。すなわち、このロボットは、腰部（バルーン要素Ｂ３）及び姿勢補助装置２の水平状態が保たれた姿勢（図１の状態であり、腰部が所定の姿勢の状態）で、歩行動作及び直立姿勢を行うように構成されている。そして、風などの外乱によって腰部が上記所定の姿勢から傾いたとき（すなわちロボットの姿勢が傾いたとき）には、上記傾き検出部（角速度センサ２０３及び制御器２０１）によって２方向（前後方向及び左右方向）の腰部の傾きが検出される。この腰部の傾きは、ロボットの傾きに相当する。

なお、本例では、所定の姿勢に対して、腰部が少しでも傾くと腰部が傾いていることを検出するものとしている（後述のα＝０の場合に相当）が、これに限られず、角速度センサ２０３の検出値に基づいて算出される２方向（前後方向及び左右方向）の傾斜角の絶対値が、予め定められた所定値α（α≧０）より大きくなったときに、腰部が傾いていることを検出（腰部の傾きを検出）するようにしてもよい。また、所定値αは、上記２方向の各方向に対して、別々の値（例えば異なる値、あるいは同じ値の場合もある）として設定されるようにしてもよい。

そして、制御器２０１では、腰部の傾きが検出されたときに、その腰部の傾きを無くす方向に推力を発生させるようにダクトファンＦ１〜Ｆ４を駆動させる。具体的には、腰部（ロボット）が前方向に傾いたときには前側ダクトファンＦ１を駆動させて、後向きの推力を発生させ、腰部（ロボット）が後方向に傾いたときには後側ダクトファンＦ２を駆動させて、前向きの推力（後向きの負の推力）を発生させる。また、腰部（ロボット）が右方向に傾いたときには右側ダクトファンＦ３を駆動させて、左向きの推力を発生させ、腰部（ロボット）が左方向に傾いたときには左側ダクトファンＦ４を駆動させて、右向きの推力（左向きの負の推力）を発生させる。

なお、前側ダクトファンＦ１と後側ダクトファンＦ２とを１つのダクトファンで兼用するようにしてもよいし、右側ダクトファンＦ３と左側ダクトファンＦ４とを１つのダクトファンで兼用するようにしてもよい。

次に、左右の対地圧力発生装置３（３Ｌ，３Ｒ）について説明する。ロボットの左足に設けられた左側の対地圧力発生装置３Ｌと右足に設けられた右側の対地圧力発生装置３Ｒとは同一の構成であり、それぞれ脚部の足裏に配設されている。図６（ａ）は、対地圧力発生装置３を上方から視た概略構成を示す斜視図であり、図６（ｂ）は、対地圧力発生装置３を下方から視た概略構成を示す斜視図である。

この対地圧力発生装置３は、下面パネル３１上に複数の支柱部３３を介して上面パネル３２が取り付けられている。これらの２つのパネル３１，３２には、全面に格子状に設けられた補強部分（図示せず）があってもよい。そして、２つのパネル３１，３２の間であって、略中央部分に、負圧用電動ファンＦｎと加圧用電動ファンＦｐとが配設されている。そして、下面パネル３１には、電動ファンＦｎ，Ｆｐと対応する位置に穴３４，３５が設けられている。そして、負圧用電動ファンＦｎは、それが駆動することにより、下面パネル３１の下側の空気を吸い込む（吸気する）。すなわち、路面５０（図１）に対して吸引するよう構成されている。一方、加圧用電動ファンＦｐは、それが駆動することにより、下面パネル３１の下側へ空気を吐き出す、すなわち、路面５０に対して送風する（風圧を与える）よう構成されている。ここで、下面パネル３１を、その全周縁部分３１ａが下方へ均一に突出した構造とすることにより、負圧用電動ファンＦｎ及び加圧用電動ファンＦｐによる圧力の変化を効果的に路面５０に与えることができる。

また、２つのパネル３１，３２の間には、２つの電動ファンＦｎ，Ｆｐを制御する対地圧力発生制御ユニット３０が配置されている。

対地圧力発生制御ユニット３０は、図７に示すように、電源を内蔵しマイクロコントローラ等からなる制御器３０１と、中央制御ユニット１０と双方向無線通信を行う無線通信装置３０２と、モータ駆動回路Ｄｐ，Ｄｎとを備えている。制御器３０１は、モータ駆動回路Ｄｐ，Ｄｎを介して電動ファンＦｐ，Ｆｎの駆動を制御する。

なお、２つの電動ファンＦｐ，Ｆｎを１つの電動ファンで兼用するようにしてもよい。

また、関節部Ｊ１〜Ｊ１１の各々を構成する各関節ユニットは、図７では、１つの関節制御ユニット（４１〜４ｎ）と１つのサーボモータ（４１ａ〜４ｎａ）とで示されている。サーボモータ４１ａ〜４ｎａは、その関節ユニットに用いられている、前述のサーボモータＭ１〜Ｍ３に相当する。関節制御ユニット４１〜４ｎは、それぞれ、中央制御ユニット１０と双方向無線通信を行う無線通信装置、サーボモータ４１ａ〜４ｎａを駆動制御する制御器（前述の制御器Ｃ１〜Ｃ３）、及びポテンショメータ（前述のポテンショメータＱ１〜Ｑ３）等を備えている。

また、中央制御ユニット１０は、姿勢補助制御ユニット２０、左右の対地圧力発生制御ユニット３０及び関節制御ユニット４１〜４ｎのそれぞれの無線通信装置との間で、例えば２．４ＧＨｚ帯の双方向無線通信を行う無線通信装置と、ロボットを遠隔操作するリモートコントローラ等との間で、例えば２．４ＧＨｚ帯の双方向無線通信を行う無線通信装置と、マイクロコントローラ等からなる制御器と、加速度センサ及び電源等を備えている。また、中央制御ユニット１０には、音声データを音声として出力するための音声出力装置を備えていてもよい。

中央制御ユニット１０では、リモートコントローラ等からのロボットの操作情報（動作指示情報）を受信し、その操作情報に基づいて関節部Ｊ１〜Ｊ１１を構成する各関節ユニットを動作させるための指令信号を関節制御ユニット４１〜４ｎへ送信し、関節制御ユニット４１〜４ｎでは、指令信号に基づいてサーボモータ４１ａ〜４ｎａの駆動を制御する。これにより、公知の人型二足歩行ロボットと同様にして歩行動作等を行うことができる。

また、本実施形態では、歩行動作時に両足に設けられた対地圧力発生装置３を動作させるよう構成されている。中央制御ユニット１０では、上記の操作情報（動作指示情報）に基づいて左右両方の対地圧力発生装置３（３Ｌ，３Ｒ）を動作させるための指令信号を両方の対地圧力発生制御ユニット３０へ送信し、各々の対地圧力発生制御ユニット３０では、指令信号に基づいて負圧用電動ファンＦｎ及び加圧用電動ファンＦｐの駆動を制御する。

図８は、歩行動作時におけるロボットの左足の上下位置（左足の下端の高さ）と、右足の上下位置（右足の下端の高さ）と、左足の負圧用電動ファン（左側対地圧力発生装置３Ｌの負圧用電動ファンＦｎ）、右足の負圧用電動ファン（右側対地圧力発生装置３Ｒの負圧用電動ファンＦｎ）、左足の加圧用電動ファン（左側対地圧力発生装置３Ｌの加圧用電動ファンＦｐ）及び右足の加圧用電動ファン（右側対地圧力発生装置３Ｒの加圧用電動ファンＦｐ）のオンオフ動作とを示すタイミングチャートである。

図８では、時刻ｔ１からｔ２までは左足が路面５０（図１）から上昇して浮いた状態となり、時刻ｔ３からｔ４までは右足が浮いた状態となっている。

左足の負圧用電動ファンＦｎは、左足が路面５０に接している状態のときに駆動（ＯＮ）状態となり、左足が路面５０から上昇した状態のとき（時刻ｔ１からｔ２の間）には駆動停止（ＯＦＦ）状態となるように制御される。同様に、右足の負圧用電動ファンＦｎは、右足が路面５０に接している状態のときに駆動（ＯＮ）状態となり、右足が路面５０から上昇した状態のとき（時刻ｔ３からｔ４の間）には駆動停止（ＯＦＦ）状態となるように制御される。これにより、路面５０に接している方の足の負圧用電動ファンＦｎが駆動して路面５０を吸引するため、ロボットに安定した歩行動作を行わせることができる。

一方、左足の加圧用電動ファンＦｐは、左足が路面５０に接している状態から上昇するときに所定時間（Ｔ１）の間、駆動（ＯＮ）される。同様に、右足の加圧用電動ファンＦｐは、右足が路面５０に接している状態から上昇するときに所定時間（Ｔ２）の間、駆動（ＯＮ）される。これにより、路面５０から離れる方の足の加圧用電動ファンＦｐが駆動して路面５０に対して風圧を与えるため、ロボットに歩行動作をスムーズに行わせることができる。

なお、上記において、両足が路面５０に接している状態のときには、両足の負圧用電動ファンＦｎを低出力（吸引力が小さい状態）で駆動させ、片足のみが路面５０に接している状態のときには、路面５０に接している片足側の負圧用電動ファンＦｎを中出力（吸引力が中程度の状態）で駆動させるようにしてもよい。

そして、風などの外乱によってロボットの姿勢が傾いたときには、路面５０に接している足（片足または両足）の負圧用電動ファンＦｎを高出力（吸引力が大きい状態）で駆動させるようにしてもよい。ここで、ロボットの姿勢が傾いたことは姿勢補助制御ユニット２０で検出され、傾き検出信号が姿勢補助制御ユニット２０から中央制御ユニット１０へ送信される。中央制御ユニット１０では、上記傾き検出信号を受信すると、対地圧力発生装置３Ｒ，３Ｌの制御ユニット３０へ負圧用電動ファンＦｎを高出力で駆動させる指令信号を送信する。

このように、風などの外乱によってロボットの姿勢が傾いたときに負圧用電動ファンＦｎを高出力で駆動することにより、路面５０に対する吸引力を大きくし、ロボットが倒れるのを防ぐのに効果がある。

次に、ロボットが直立状態のときに外乱によって姿勢が傾いた場合の姿勢補助装置２及び関節部の動作の一例について、図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）を参照して説明する。

図９（ａ）は、姿勢補助装置２及びロボットの腰部から下の関節部の一例を示す模式図である。

この例では、ロボットの右足側において、関節部Ｊ６は２つの関節ユニットｊ１１Ｒ、ｊ１２Ｒで構成され、関節部Ｊ７は１つの関節ユニットｊ１３Ｒで構成され、関節部Ｊ８は２つの関節ユニットｊ１４Ｒ、ｊ１５Ｒで構成されている。同様に、左足側において、関節部Ｊ９は２つの関節ユニットｊ１１Ｌ、ｊ１２Ｌで構成され、関節部Ｊ１０は１つの関節ユニットｊ１３Ｌで構成され、関節部Ｊ１１は２つの関節ユニットｊ１４Ｌ、ｊ１５Ｌで構成されている。

図９（ａ）では、関節ユニットｊ１１Ｒ〜ｊ１５Ｒ、ｊ１１Ｌ〜ｊ１５Ｌのそれぞれの形状が円柱で模式的に示されており、この円柱の中心軸を中心に回動できるよう構成されている。このような各関節ユニットｊ１１Ｒ〜ｊ１５Ｒ、ｊ１１Ｌ〜ｊ１５Ｌは、前述の図２（ａ），（ｂ）、図３（ａ），（ｂ）、図４（ａ），（ｂ）に示す関節ユニットｊ１〜ｊ３を用いて構成されていてもよいし、公知の関節ユニット（関節機構）を用いて構成されていてもよい。

図９（ｂ）は、ロボットが直立している状態のときに、風などの外乱によって姿勢が左方へ傾いたときの動作を説明するための図である。図９（ｂ）では、この場合の動作を説明する上で必要な関節ユニットｊ１１Ｒ，ｊ１１Ｌ，ｊ１５Ｒ，ｊ１５Ｌのみを示し、他の関節ユニットは省略している。

図９（ｂ）において、（状態１）に示すように、ロボットが直立状態のときに、外乱によってロボットが左方へ傾いたとする（状態２）。このとき、姿勢補助制御ユニット２０では、角速度センサ２０３の出力に基づいて左方向への傾きが発生したことを検出し、制御器２０１は、左側ダクトファンＦ４を駆動させて傾き方向とは逆の右向きの推力（右方向への推力）を発生させるとともに、左方向への傾きが発生したことを示す傾き検出信号を中央制御ユニット１０へ送信する。

中央制御ユニット１０では、姿勢補助制御ユニット２０からの傾き検出信号に基づいて、ロボットが傾いている方向とは逆方向に重心を移動させるための指令信号を関節ユニットｊ１１Ｒ，ｊ１１Ｌ，ｊ１５Ｒ，ｊ１５Ｌへ送信する。これにより、関節ユニットｊ１１Ｒ，ｊ１１Ｌ，ｊ１５Ｒ，ｊ１５Ｌが（状態３）の矢印で示す方向に回動する。

次に、制御器２０１は、角速度センサ２０３で逆方向の角速度が検出されると、その旨を中央制御ユニット１０へ送信するとともに、左側ダクトファンＦ４の駆動を停止させる。そして、中央制御ユニット１０では、ロボットが直立状態に戻るための指令信号を関節ユニットｊ１１Ｒ，ｊ１１Ｌ，ｊ１５Ｒ，ｊ１５Ｌへ送信する。これにより、関節ユニットｊ１１Ｒ，ｊ１１Ｌ，ｊ１５Ｒ，ｊ１５Ｌが（状態４）の矢印で示す方向に回動し、（状態５）の直立状態に戻る。

なお、外乱によってロボットが右方へ傾いた場合には、上記と左右逆方向となる動作が行われる。

次に、図９（ｃ）は、ロボットが直立している状態のときに、風などの外乱によって姿勢が後方へ傾いたときの動作を説明するための図である。図９（ｃ）では、この場合の動作を説明する上で必要な関節ユニットｊ１２（＝ｊ１２Ｒ、ｊ１２Ｌ），ｊ１４（＝ｊ１４Ｒ、ｊ１４Ｌ）のみを示し、他の関節ユニットは省略している。

図９（ｃ）において、（状態１）に示すように、ロボットが直立状態のときに、外乱によってロボットが後方へ傾いたとする（状態２）。このとき、姿勢補助制御ユニット２０では、角速度センサ２０３の出力に基づいて後方向への傾きが発生したことを検出し、制御器２０１は、後側ダクトファンＦ２を駆動させて傾き方向とは逆の前向きの推力（前方向への推力）を発生させるとともに、後方向への傾きが発生したことを示す傾き検出信号を中央制御ユニット１０へ送信する。

中央制御ユニット１０では、姿勢補助制御ユニット２０からの傾き検出信号に基づいて、ロボットが傾いている方向と逆方向に重心を移動させるための指令信号を関節ユニットｊ１２，ｊ１４へ送信する。これにより、関節ユニットｊ１２，ｊ１４が（状態３）の矢印で示す方向に回動する。

次に、制御器２０１は、角速度センサ２０３で逆方向の角速度が検出されると、その旨を中央制御ユニット１０へ送信するとともに、後側ダクトファンＦ２の駆動を停止させる。そして、中央制御ユニット１０では、ロボットが直立状態に戻るための指令信号を関節ユニットｊ１２，ｊ１４へ送信する。これにより、関節ユニットｊ１２，ｊ１４が（状態４）の矢印で示す方向に回動し、（状態５）の直立状態に戻る。

なお、外乱によってロボットが前方へ傾いた場合には、上記と前後逆方向となる動作が行われる。

また、ロボットは、腰部（姿勢補助装置２）が水平状態を維持して歩行するように構成されているので、ロボットが直立して静止している状態のときにかぎらず、歩行しているときでも、風や路面の凹凸などの影響によりロボットの姿勢が傾いた場合には、ロボットの姿勢を起こす方向（姿勢の傾きを無くす方向）へ推力が発生するように、ダクトファンＦ１〜Ｆ４を駆動させる。また、２つのダクトファン（Ｆ１とＦ４，Ｆ２とＦ４，Ｆ２とＦ３，Ｆ１とＦ３）を同時に駆動させる場合もある。

このように姿勢補助装置２を備えることによって、風などの外乱によってロボットの姿勢が傾いた場合でも、ロボットの姿勢が大きく傾くことを抑制し、ロボットの転倒を防止することができる。また、前述のように、対地圧力発生装置３の負圧用電動ファンＦｎを高出力で駆動させることによって、よりロボットの転倒を防止できる。

なお、本実施形態では、角速度センサ２０３を姿勢補助制御ユニット２０に備えているが、中央制御ユニット１０に備えるようにしてもよい。この場合、姿勢補助装置２のダクトファンＦ１〜Ｆ４を駆動させるときには、例えば、中央制御ユニット１０内の制御器が、角速度センサ２０３の出力に基づいてロボットの姿勢の傾きを検出し、ダクトファンＦ１〜Ｆ４を駆動させる指令信号を姿勢補助制御ユニット２０へ送信するよう構成される。また、姿勢補助制御ユニット２０が中央制御ユニット１０に内蔵された構成、すなわち、中央制御ユニット１０が姿勢補助制御ユニット２０の機能をも有するように構成されてあってもよい。

また、本実施形態では、二足歩行型のロボットを用いて説明したが、三足以上の多足歩行型のロボットにも、姿勢補助装置２及び対地圧力発生装置３を適用することができる。また、歩行不能なロボット（例えば、図１のロボットにおいて、脚部の下端が台車あるいは路面に固定されている場合等）に対して、姿勢補助装置２を適用することで、外乱によって姿勢が大きく傾くのを防止することができる。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、イベント会場等において使用され、風などの外乱によって姿勢が大きく傾くのを防止することができるロボット等として有用である。

１ ロボット本体
２ 姿勢補助装置
３ 対地圧力発生装置
１０ 中央制御ユニット
２０ 姿勢補助制御ユニット
３０ 対地圧力発生制御ユニット
２０１ 制御器
２０３ 角速度センサ
Ｂ１〜Ｂ１３ 要素（バルーン要素）
Ｆ１〜Ｆ４ ダクトファン
Ｆｎ 負圧用電動ファン
Ｆｐ 加圧用電動ファン
Ｊ１〜Ｊ１１ 関節部

Claims (6)

1. 浮揚性のあるガスが充填された複数の要素と、前記要素間を接続する関節部とを有し、前記要素によって腰部と前記腰部を支持する脚部とが構成されるロボット本体と、
   前記腰部の所定の姿勢に対する、水平でかつ互いに直交する２方向の前記腰部の傾きを検出する傾き検出部と、
   前記腰部に取付けられ、前記２方向の各方向に対して正負の推力を発生する姿勢補助装置とを備え、
   前記姿勢補助装置は、
   前記傾き検出部によって前記腰部の傾きが検出されたときに前記腰部の傾きを無くす方向に推力を発生するよう構成された、ロボット。
2. 前記傾き検出部により前記腰部の傾きを検出する２方向は、前記ロボット本体の前後方向と左右方向であり、
   前記姿勢補助装置は、
   前記ロボット本体の後方向への推力を発生させるために前方向へ送風するダクトファンと、前記ロボット本体の前方向への推力を発生させるために後方向へ送風するダクトファンと、前記ロボット本体の左方向への推力を発生させるために右方向へ送風するダクトファンと、前記ロボット本体の右方向への推力を発生させるために左方向へ送風するダクトファンとを有した、
   請求項１に記載のロボット。
3. 前記ロボット本体は複数の前記脚部を有するとともに、前記間接部が１軸以上の自由度を有して動作し、前記ロボット本体が路面を歩行するよう構成されており、
   各々の前記脚部の足裏に配設され、路面を吸引する吸引動作を行う吸引装置をさらに備え、
   前記吸引装置は、それが配設されている前記足裏が路面に接する状態のときに吸引動作を行うよう構成された、
   請求項１または２に記載のロボット。
4. 前記吸引装置は、前記傾き検出部によって前記腰部の傾きが検出されたときには、前記腰部の傾きが検出されていないときの吸引動作と比べて、大きな吸引力を生じるように吸引動作を行うよう構成された、
   請求項３に記載のロボット。
5. 各々の前記脚部の足裏に配設され、路面に対して送風する送風装置をさらに備え、
   前記送風装置は、前記ロボット本体が歩行する際に、それが配設されている前記足裏が路面から離れるときに前記路面に対して送風するよう構成された、
   請求項３または４に記載のロボット。
6. 前記関節部は、
   第１及び第２の板状部材を有し、前記第１の板状部材と平行な軸の周りに前記第２の板状部材が回動するよう構成され、前記第１及び第２の板状部材のそれぞれの一方の表面が前記要素または他の関節ユニットに対する接続面となる関節ユニットと、
   互いに平行な面上に対向配置される第３及び第４の板状部材を有し、前記第３の板状部材と垂直な軸の周りに前記第４の板状部材が回動するよう構成され、前記第３及び第４の板状部材のそれぞれの対向面の裏側の面が前記要素または他の関節ユニットに対する接続面となる関節ユニットとのうちの、
   いずれか１つ以上の関節ユニットによって構成された、
   請求項１〜５のいずれかに記載のロボット。

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