JP2018201166A - 自動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動装置の姿勢が変化しても、光学装置の動作を継続可能とする。【解決手段】ロボット（１）は、胴部（１３）及び頭部（１１）と、頭部に搭載されたカメラ（１１１）と、胴部の姿勢を変化させる脚部（１５）と、カメラを胴部に対して移動させる腕部（１４）及び把持部（１１２）と、脚部による胴部の姿勢の変化に伴うカメラの光軸の変化を抑制するように腕部及び把持部を制御する制御部（２１）と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、光学装置を搭載した自動装置に関する。

自動装置であるロボットに電池や荷物を装着する場合に、ロボットが自律的に安定姿勢に移行する技術がある。特許文献１には、蓄電装置のメンテナンスを行う場合に、ロボットが、各脚体の足平部と、膝関節とを着床させ、各腕体の手先部を着床させた姿勢（人が跪き、手をついてお辞儀をするような姿勢）をとることが開示されている。

また、特許文献２には、荷物を機体重心からずれた位置においた場合でも、荷物運搬ロボットが、荷物の重心位置を自動的に移動させて水平バランスを回復させることが開示されている。

国際公開２００２／０２８６０２号（２００２年０４月１１日公開） 特開２００６−１２３８５４号公報（２００６年０５月１８日公開）

ところが、特許文献１の技術において、ロボットは、頭部に装着された撮像装置により被写体を撮影している最中に、蓄電装置のメンテナンスを行う場合、跪くような姿勢になる。そのため、ロボットにおいて、当該撮像装置の撮影方向が下向きになり、意図する被写体を、継続して撮影することができなくなるという問題が発生する。

また、ロボットは、例えば、頭部に装着された投影装置（プロジェクタ）により映像を投影している最中に、蓄電装置のメンテナンスを行う場合、跪くような姿勢になる。そのため、ロボットにおいて、当該投影装置の投影方向が下向きになり、意図する映像を、継続して投影することができなくなるという問題が発生する。

本発明の一態様は、自動装置の姿勢が変化しても、光学装置の動作を継続可能とすることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る自動装置は、筐体と、上記筐体に搭載された光学装置と、上記筐体の姿勢を変化させる関節機構と、上記光学装置を上記筐体に対して相対的に移動させる駆動部と、上記関節機構による上記筐体の姿勢の変化に伴う上記光学装置の光軸の変化を抑制するように上記駆動部を制御する制御部と、を備えている。

本発明の一態様によれば、自動装置の姿勢が変化しても、光学装置の動作を継続することができるとの効果を奏する。

本発明の実施形態１に係るロボットの姿勢を示す側面図であり、（ａ）は撮影に適した姿勢を示し、（ｂ）は頭部を把持した姿勢を示し、（ｃ）は、撮影方向を維持しながら、安定した姿勢を示す。 本発明の実施形態１に係る把持部の構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る頭部及び腕部を抜粋したＹ−Ｚ平面図であり、（ａ）は変形前の状態を示し、（ｂ）は変形後の状態を示す。 本発明の実施形態１に係る本実施形態に係るロボットのハードウェア構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係るロボットの処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態１に係る姿勢−関節角度テーブルの構成を示す図である。 本発明の実施形態２に係るロボットの姿勢を示す側面図であり、（ａ）は撮影に適した姿勢を示し、（ｂ）は撮影方向を維持しながら、安定した姿勢を示す。 本発明の実施形態３に係る電池１７及びロボット１ｂを示す図であり、（ａ）は電池の外観を示す斜視図であり、（ｂ）はロボットの模式図である。 本発明の実施形態３に係るロボットの姿勢を示す側面図であり、（ａ）は撮影に適した姿勢を示し、（ｂ）は撮影方向を維持しながら、安定した姿勢を示す。 本発明の実施形態３に係るロボットのハードウェア構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態３に係る電池のハードウェア構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態４に係る把持部及び腕部の構成を示す図であり、（ａ）は把持部の斜視図であり、（ｂ）は把持部の正面図であり、（ｃ）は把持部の側面図であり、（ｄ）は腕部の端部を示す側面図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の実施形態１について、図１〜図６に基づいて、詳細に説明する。

（ロボット１の概要）
図１は、本実施形態に係るロボット１の姿勢を示す側面図である。図１の（ａ）は、撮影に適した姿勢を示す。図１の（ｂ）は、頭部を把持した姿勢を示す。図１の（ｃ）は、撮影方向を維持しながら、安定した姿勢を示す。

図１の（ａ）に示すように、ロボット１（自動装置）は、頭部１１（筐体、第２筐体）、首部１２、胴部（筐体、第１筐体）１３、腕部（駆動部、アーム）１４、脚部１５、及び、足部１６を備えている。頭部１１は、カメラ（光学装置）１１１、及び、把持部１１２を備えている。ロボット１は、被写体に対してカメラ１１１を固定した状態で撮影を行う。

なお、ロボット１は、少なくとも、頭部１１及び胴部１３と、頭部１１に搭載されたカメラ１１１と、胴部１３の姿勢を変化させる関節機構と、カメラ１１１を胴部１３に対して相対的に移動させる駆動部と、関節機構による胴部１３の姿勢の変化に伴うカメラ１１１の光軸の変化を抑制するように駆動部を制御する制御部２１と、を備えていればよい。

制御部２１は、胴部１３への電池（付加部品）１７の装着のための装着準備制御を行う。制御部２１は、当該装着準備制御では、関節機構を制御して胴部１３の姿勢を特定の姿勢に変化させるとともに、当該姿勢の変化に伴うカメラ１１１の光軸の変化を抑制するように駆動部を制御する。

ロボット１の筐体は、胴部１３と、胴部１３に対して着脱可能な頭部１１とを備えている。すなわち、首部１２は、胴部１３と頭部１１とを連結した状態とするか、分離した状態とするかを切り替えることができる。カメラ１１１は、頭部１１に搭載される。駆動部は、胴部１３に搭載された腕部１４を備えている。カメラ１１１を胴部１３に対して相対的に移動させるとき、腕部１４が、頭部１１を胴部１３から分離して移動させる。

なお、本実施形態は、ロボット１に電池１７を装着する場合に限定されず、ロボット１に装着可能な付加部品（オプション）を装着する場合一般に適用することができる。そのような付加部品としては、ロボット１の姿勢に影響する程度の重量がある物、例えば、カメラ、及び、当該カメラの支持パーツ等がある。

以下に、ロボット１に電池１７を装着する場合の、ロボット１に関する手順の概要を説明する。まず、ユーザは、ロボット１に電池１７を装着する前に、ロボット１に対して、図１の（ｃ）が示す安定姿勢（特定の姿勢）への移行を指示する。ユーザからロボット１への指示は、ユーザがスマートフォン等の端末を操作することによって行われてもよいし、ロボット１に設けられた操作ボタンをユーザが操作することによって行われてもよい。

前者の場合、端末は、ロボット１の通信部（セルラー通信用モデム、ＷｉＦｉ（登録商標）通信モジュール、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信モジュール等を含む）を通じて、当該端末の操作による指示をＣＰＵ（Central Processing Unit）に対して送信する。

後者の場合、ロボット１において、当該操作ボタンは回路に接続され、当該回路は、ＣＰＵの汎用入出力ポートに通信線で接続され、当該通信線及び当該汎用入出力ポートを通じて、当該操作ボタンによる指示をＣＰＵに対して出力する。

次に、ロボット１は、ユーザから安定姿勢への移行指示を受け付けて、図１の（ｂ）に示すように、腕部１４によって頭部１１を支持する。

そして、ロボット１は、安定姿勢に移行する場合に、腕部１４及び脚部１５の各関節を回転させて、頭部１１の位置、及び、カメラ１１１の撮影方向を維持しつつ、頭部１１と、胴部１３とを分離する。この場合、頭部１１と、胴部１３との間の通信は、信号線１８を介して行われる。信号線１８を介した通信の代わりに、ＷｉＦｉ（登録商標）等の無線通信であってもよい。ロボット１は、腕部１４及び脚部１５の各関節のサーボモータの回転角度センサから各関節の角度を取得し、各関節の角度を参照して、安定姿勢への移行が完了したか否かを判断する。

ユーザは、安定姿勢になったロボット１に対して電池１７を交換した後、元の姿勢に戻る指示を行う。ロボット１は、ユーザからの、元の姿勢に戻る指示を受け付けて、安定姿勢に移行したのとは逆の手順に従って、腕部１４及び脚部１５の各関節の回転により図１の（ｂ）の姿勢に戻り、更に腕部１４の各関節の回転により図１の（ａ）の姿勢に戻る。

なお、電池１７を装着した場合には、ロボット１の姿勢を安定させるために、腕部１４及び脚部１５の各関節の角度は、電池１７を装着していない、図１の（ａ）の状態と異なっていてもよい。

また、電池１７の交換等のメンテナンス時の安定姿勢に関しては、ロボット１の形状に応じて様々な姿勢が考えられる。例えば、主電源たる電池１７を抜き去る場合には、電力量の小さい補助電池だけ装着された状態であっても姿勢を維持できるように、各関節のモータのトルクをオフにしても倒れにくい姿勢とするのがよい。さらに、主電源に加えて、補助電池を追加するような用途の場合、サーボモータのトルクは抜く必要がないので、補助電池を追加しても倒れない姿勢であればよい。

（把持部１１２の構成）
図２は、本実施形態に係る把持部１１２の構成を示す図である。把持部１１２は、腕部１４と連結する機能を有し、例えば、滑り難いエラストマ素材が用いられる。これにより、腕部１４の圧力により、頭部１１を支持することができる。

駆動部は、頭部１１に設けられ、腕部１４と結合する把持部１１２と、頭部１１に設けられ、把持部１１２を回転させるモータ（回転部）１１３とをさらに備えている。そして、ロボット１は、カメラ１１１を頭部１１に対して相対的に移動させるとき、モータ１１３を回転させる。

頭部１１は、把持部１１２、モータ１１３、頭部キャビ１１４、ビス１１５、及び、回転軸１１６を備えている。モータ１１３は、頭部１１自体に固定されており、把持部１１２の回転を制御する。換言すれば、把持部１１２は、頭部１１（光学装置）の両側に設けられ、Ｘ軸（図面の奥行方向の軸）を軸として、頭部１１に対して回転可能である。これにより、カメラ１１１及びプロジェクタの光軸を一定に保つことができる。

頭部キャビ１１４は、モータ１１３と結合する。ビス１１５は、モータ１１３と、頭部キャビ１１４とを固定する。回転軸１１６は、頭部キャビ１１４を貫通して、把持部１１２に固定される。

なお、把持部１１２自体は、腕部１４側に同じ構造を内蔵してもよい。すなわち、把持部１１２を回転させる代わりに、腕部１４の把持部１１２に結合している部位を回転させるようにしてもよい。

（腕部１４及び把持部１１２の動作）
図１の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、例えば、把持部１１２の回転の中心点を原点として、肩の中心位置（胴部１３に対する腕部１４の回転軸の位置）が、Ａ点（Ｙ、Ｚ）からＢ点（Ｙ’、Ｚ’）へ移動すると仮定すれば、逆運動学計算から、把持部１１２の回転角度はαからα’に変化することが容易に算出することができる。従って、（α’−α）だけ把持部１１２を回転させることにより、カメラ１１１の撮影方向を維持することができる。

図３は、本実施形態に係る頭部１１及び腕部１４を抜粋したＹ−Ｚ平面図である。図３（ａ）は、変形前の状態を示す。図３（ｂ）は、変形後の状態を示す。

頭部１１の把持部１１２の中心を原点（０、０）と仮定すれば、頭部１１は原点から移動しないように制御するのであるから、安定姿勢に変形する前後で、肩の中心位置がＡ点からＢ点へ移動するものと考えられる。また、腕部１４の各パーツ間の角度は、α、β→α’、β’に変化する。腕部１４のパーツの長さをＬａ、Ｌｂとすると、Ａ点（Ｙ、Ｚ）及びＢ点（Ｙ’、Ｚ’）は、下記の式（１）〜（４）で求められる。なお、Ｙ、Ｙ’は、Ｙ軸の右方向を正方向とする。また、Ｚ、Ｚ’は、Ｚ軸の下方向を正方向とする。

Ｙ＝Ｌａ×ｓｉｎα＋Ｌｂ×ｓｉｎ（α−β）・・・（１）
Ｚ＝Ｌａ×ｃｏｓα＋Ｌｂ×ｃｏｓ（α−β）・・・（２）
Ｙ’＝Ｌａ×ｓｉｎα’＋Ｌｂ×ｓｉｎ（α’−β’）・・・（３）
Ｚ’＝Ｌａ×ｃｏｓα’＋Ｌｂ×ｃｏｓ（α’−β’）・・・（４）
角度β、β’は、ロボット１本体の姿勢、関節可動範囲等の制限や仕様によって特定できるので、角度α、α’は、Ｙ、Ｚ、Ｙ’、Ｚ’が決まれば、上記式（１）〜（４）から算出することができる。

なお、ロボット１全体の姿勢変化が外部の影響を受けることもあるため、ロボット１は、頭部１１に加速度センサ、ジャイロセンサ、地磁気センサ等を備えており、それらのセンサによりロボット１の姿勢の変化を監視してもよい。ロボット１は、自身の姿勢の誤差が発生した場合、その都度、腕部１４及び脚部１５の各関節の角度を修正する。

（ロボット１のハードウェア構成）
図４は、本実施形態に係るロボット１のハードウェア構成を示すブロック図である。図４に示すように、ロボット１は、制御部２１、カメラ１１１、サーボ制御部２３、メモリ２４、メモリ２５、サーボ２６、電池制御部２７、電池１７、センサ２９、センサ３０、通信部３１、アンテナ３２、通信部３３、及び、アンテナ３４を備えている。

制御部２１は、メモリ２４に一時的に格納されたプログラムを実行する。制御部２１は、プログラムの内容によっては、電池制御部２７等、制御部２１に信号線を介して接続された機能ブロックに対して、例えば、充電を開始する、停止する等の制御を行う。また、制御部２１は、電池１７を保守するために胴部１３の姿勢を変化させる指示を受け付けた場合に、脚部１５の各関節（関節機構）に胴部１３の姿勢を変化させる制御を行い、把持部１１２及び腕部１４（駆動部、アーム）にカメラ１１１を胴部１３に対して相対的に移動させる制御を行う。制御部２１には、ＣＰＵ等が用いられる。

カメラ１１１は、制御部２１の制御信号によって制御され、撮影画像を撮影し、当該撮影画像をメモリ２４、メモリ２５に送信する。サーボ制御部２３は、制御部２１の制御信号によって制御され、サーボ２６に制御信号、制御量情報を送信し、一方、サーボ２６からフィードバック信号を受信して、制御部２１に送信する。

メモリ２４は、電池等により通電している間だけ、記録内容を保持できる記憶装置であり、ＲＡＭ（Random Access Memory）等が用いられる。メモリ２５は、電池等により通電していなくても、記録内容を保持できる記憶装置であり、ＲＯＭ（Read Only Memory）等が用いられる。

サーボ２６は、モータ、減速機、及び、制御回路を備えている。サーボ２６は、制御部２１の制御信号によって、モータの回転角度、回転速度等を制御し、サーボ出力軸の回転量を検出する。

電池制御部２７は、電池の状態（電圧、電流）の検知、及び、充放電の制御を行う。なお、制御部２１は、電池制御部２７と同様の制御を行うことができる。

電池１７は、各ハードウェアへ電源供給するために、＋端子、ＧＮＤ端子を備える。電池１７は、サーミスタ等の温度センサ、及び、その制御信号線を備えていてもよい。

センサ２９は、加速度センサ、ジャイロセンサ、地磁気センサ等であり、ロボット１の頭部１１に内蔵される。センサ２９は、現状のカメラ１１１の光軸の方向を検出するために、加速度センサによって重力方向を検知し、ジャイロセンサ、及び、地磁気センサによって、時系列における光軸の回転方向の変位量を測定することができる。

センサ３０は、加速度センサ、ジャイロセンサ、地磁気センサ等であり、ロボット１の胴部１３に内蔵される。センサ３０は、センサ２９と同様に、胴部１３の重力方向及び回転方向の変位量を測定することができる。

通信部３１は、セルラー通信用モデム、及び、アナログフロントエンドを備えている。アンテナ３２は、通信部３１に接続される。通信部３３は、ＷｉＦｉ（登録商標）通信モジュール、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信モジュール、及び、アナログフロントエンドを備えている。アンテナ３４は、通信部３３に接続される。アナログフロントエンドは、信号検出デバイスであるアンテナ３２又は３４と、デジタル信号処理デバイスである制御部２１とを結ぶアナログ回路である。

図５は、本実施形態に係るロボット１の処理を示すフローチャートである。本処理は、ロボット１がユーザの操作により安定姿勢への移行指示を受け付けた場合に行う処理である。

（ステップＳ５０１）
ロボット１において、まず、制御部２１は、カメラ１１１が撮影動作中であるか否かを判定する。カメラ１１１が撮影動作中である場合に、制御部２１は、ステップＳ５０２〜Ｓ５１２の処理を実行する。カメラ１１１が撮影動作中でない場合に、制御部２１は、ステップＳ５１３の処理を実行する。

（ステップＳ５０２）
制御部２１は、腕部１４の端部が頭部１１の左右に位置する姿勢をとった場合の各関節の角度（以下、「関節角度」という）の目標値を取得する。詳細には、制御部２１は、メモリ２５に記憶された姿勢−関節角度テーブルＴ１を参照して、腕部１４の端部が頭部１１の左右に位置する姿勢に対応する所定の姿勢番号に対応する関節角度を取得する。

図６は、本実施形態に係る姿勢−関節角度テーブルＴ１の構成を示す図である。姿勢−関節角度テーブルＴ１は、ロボット１の姿勢番号と、腕部１４及び脚部１５の各関節の角度値とを対応付けたテーブルであり、メモリ２５に格納される。制御部２１は、サーボ制御部２３に指示することにより、関節番号に対応するサーボ２６に対して角度値を設定する。これにより、各関節が回転することで、ロボット１が所定の姿勢に移行する。

（ステップＳ５０３）
制御部２１は、サーボ制御部２３を介して、腕部１４の関節角度の現在値を取得する。

（ステップＳ５０４）
制御部２１は、サーボ制御部２３及びサーボ２６を介して、腕部１４の関節角度の目標値と、現在値との差分だけ、腕部１４の各関節を回転させる。これにより、２つの腕部１４の端部が、それぞれ、頭部１１の２つの把持部１１２の横に位置付く。

（ステップＳ５０５）
制御部２１は、頭部１１の把持部１１２と、腕部１４の端部とが連結した（把持部１１２を腕部１４で挟み込んで固定した）場合の関節角度の目標値を取得する。詳細には、制御部２１は、姿勢−関節角度テーブルＴ１を参照して、把持部１１２と、腕部１４の端部とが連結した姿勢に対応する所定の姿勢番号に対応する関節角度を取得する。そして、制御部２１は、腕部１４の関節角度の現在値を取得し、腕部１４の関節角度の目標値と、現在値との差分だけ、腕部１４の各関節を回転させる。これにより、ロボット１は、頭部１１の左右両側にある把持部１１２を、腕部１４の端部で挟み込み、圧力をかけて固定し、支持させる。

（ステップＳ５０６）
制御部２１は、首部１２に、胴部１３と頭部１１との間の連結を解除させる。これにより、ロボット１は、胴部１３から頭部１１を切り離す。

（ステップＳ５０７）
制御部２１は、撮影時の安定姿勢における、腕部１４以外、すなわち、脚部１５等の関節角度の目標値を取得する。詳細には、制御部２１は、メモリ２５に記憶された姿勢−関節角度テーブルＴ１を参照して、撮影時の安定姿勢に相当する姿勢番号に対応する関節角度を取得する。

（ステップＳ５０８）
制御部２１は、サーボ制御部２３を介して、腕部１４および脚部１５等の関節角度の現在値を取得する。そして、制御部２１は、腕部１４および脚部１５等の関節角度、及び、各パーツの長さから、肩の中心位置Ａ点の座標を算出する。

（ステップＳ５０９）
制御部２１は、脚部１５等の関節角度の目標値と、現在値との差分を取得する。

（ステップＳ５１０）
制御部２１は、脚部１５等の関節角度の目標値に基づいて、撮影時の安定姿勢における肩の中心位置Ｂ点の座標を算出する。

（ステップＳ５１１）
制御部２１は、肩の中心位置がＡ点からＢ点に移動する場合の、腕部１４の関節角度の差分を取得する。すなわち、上記式（１）〜（４）を参照して、制御部２１は、腕部１４の関節角度の目標値と、現在値との差分を算出する。

（ステップＳ５１２）
制御部２１は、腕部１４の関節角度の差分、及び、脚部１５等の関節角度の差分だけ、各関節を回転させる。これにより、ロボット１は、撮影時の安定姿勢をとると共に、カメラ１１１の撮影方向および光軸を保持することができる。

（ステップＳ５１３）
制御部２１は、腕部１４及び脚部１５等の関節角度の現在値を取得し、姿勢−関節角度テーブルＴ１を参照して、カメラ１１１による撮影等を行わない、通常時の安定姿勢における、当該関節角度の目標値を取得する。次に、制御部２１は、上記関節角度の現在値と、目標値との差分を算出して、その差分だけ各関節を回転させる。これにより、ロボット１は、通常時の安定姿勢をとることができる。

上記の構成によれば、ロボット１の姿勢を変更しても、カメラ１１１の撮影方向を維持することができる。なお、カメラ１１１をプロジェクタに置き換えてもよい。その場合、ロボット１の姿勢を変更しても、プロジェクタの投影方向を維持することができる。

さらに、カメラ１１１による撮影中に、電池１７が消耗して交換が必要になり、かつ、カメラ１１１による撮影を継続したい場合に、ロボット１が転倒しない姿勢に変形しつつも、安定して同じ被写体を撮影し続けることができる。

詳細には、頭部１１及び胴部１３と、カメラ１１１と、胴部１３の姿勢を変化させる脚部１５と、を備えたロボット１において、カメラ１１１が動作中に、カメラ１１１を胴部１３に対して相対的に移動させる（腕部１４を屈曲、もしくは、延伸させ、または、Ｘ軸を中心軸として回転可能な把持部１１２を回転させる）ことにより、カメラ１１１の光軸の変化を抑制することができる。

さらに、カメラ１１１が搭載された頭部１１を、腕部１４が胴部１３から分離して移動させるので、カメラ１１１を任意の位置に移動させることができる。また、カメラ１１１が搭載された頭部１１に設けられ、腕部１４と接続する把持部１１２が回転するので、カメラ１１１の光軸を任意の角度にすることができる。

なお、変形例として、制御部２１は、カメラ１１１が撮影した撮影画像を切り出し、胴部１３の姿勢が変化する前の光軸と、胴部１３の姿勢が変化した後の光軸との相対関係に応じて、撮影画像の切り出し位置を変更してもよい。この構成によれば、ロボット１の姿勢が変化した場合に、カメラ１１１の光軸の変化が十分に抑制されていなくても、一定の切り出し画像を取得することができる。

〔実施形態２〕
本発明の実施形態２について、図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態は、ユーザがロボット１ａに指示する方法、及び、ロボット１ａが関節角度の目標値を取得する方法が実施形態１と異なる。他の構成、手順、及び、処理は、実施形態１と同様である。

図７は、本実施形態に係るロボット１ａの姿勢を示す側面図である。図７（ａ）は、撮影に適した姿勢を示す。図７（ｂ）は、撮影方向を維持しながら、安定した姿勢を示す。

図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ロボット１ａは、胴部１３において、電池１７と有線接続する有線接続部（接続部）２０を備えている。ロボット１ａの有線接続部２０と、電池１７との間に、電池ケーブル１９が接続されている。電池ケーブル１９は、電池１７の＋（プラス）端子線１９１、−（マイナス）端子線１９２、ＧＮＤ（グランド）線１９３、及び、通信線１９４を備えた、４線式のケーブルである。

ユーザは、ロボット１ａに電池１７を装着する前に、有線接続部２０に電池ケーブル１９を接続する。ロボット１ａの制御部２１は、有線接続部２０が電池１７と有線接続した場合に、実施形態１で説明した装着準備制御を行う。

制御部２１は、電池ケーブル１９に含まれる通信線１９４、及び、有線接続部２０を通じて、電池１７から、電池１７の重さ、大きさ、安定姿勢への移行後の脚部１５等の関節角度の目標値を取得する。

そして、制御部２１は、図５に示すフローチャートのように制御を行うことで、ロボット１ａが安定姿勢に移行する。

上記の構成によれば、ロボット１ａの姿勢を変更しても、カメラ１１１の撮影方向を維持することができる。なお、カメラ１１１をプロジェクタに置き換えてもよい。その場合、ロボット１ａの姿勢を変更しても、プロジェクタの投影方向を維持することができる。

さらに、ユーザは、ロボット１ａの安定姿勢への移行が完了した後に、ロボット１ａに電池１７を安全に装着することができる。また、制御部２１は、有線接続部２０が電池１７と有線接続した場合に、装着準備制御を行うので、ユーザが電池ケーブル１９を装着する行為を、ロボット１ａに対する安定姿勢への指示とすることにより、ユーザの操作手順を簡略化することができる。

なお、ロボット１ａが小さく、手に持てる程度の大きさである場合には、電池ケーブル１９は、極端に短くてもよく、接点端子程度の長さであってもよい。これは、ロボット１ａが手に持てる程度の大きさである場合、電池１７を装着する際の安定度よりも、電池１７を装着した後に戻る、立ち姿勢が安定する関節角度にすることの方が重要だからである。

〔実施形態３〕
本発明の実施形態３について、図８〜図１１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態は、ユーザがロボット１ｂに指示する方法が実施形態１と異なる。ロボット１ｂにおいては、電池１７が、無線通信により、胴部１３の姿勢を変化させる指示を制御部２１に送信する。他の構成、手順、及び、処理は、実施形態１と同様である。

図８（ａ）は、本実施形態に係る電池１７の外観を示す斜視図である。図８（ａ）に示すように、電池１７は、近距離無線通信アンテナ（以下、「ＮＦＣアンテナ」という）１７１、及び、コネクタ１７２を備えている。図８（ｂ）は、本実施形態に係るロボット１ｂの模式図である。図８（ｂ）に示すように、ロボット１ｂは、胴部１３において、電池１７と無線接続するＮＦＣアンテナ（接続部）１３１を備えている。電池１７のＮＦＣアンテナ１７１と、ロボット１ｂのＮＦＣアンテナ１３１とは、互いに通信可能である。

図９は、本実施形態に係るロボット１ｂの姿勢を示す側面図である。図９（ａ）は、撮影に適した姿勢を示す。図９（ｂ）は、撮影方向を維持しながら、安定した姿勢を示す。

図１０は、本実施形態に係るロボット１ｂのハードウェア構成を示すブロック図である。図１０に示すように、ロボット１は、制御部２１、カメラ１１１、サーボ制御部２３、メモリ２４、メモリ２５、サーボ２６、電池制御部２７、電池１７、センサ２９、センサ３０、ＮＦＣ制御部３５、ＮＦＣアナログ回路３６、及び、ＮＦＣアンテナ１３１を備えている。カメラ１１１、サーボ制御部２３、メモリ２４、メモリ２５、サーボ２６、電池制御部２７、センサ２９、センサ３０に関しては、実施形態１と同様である。

制御部２１は、ＮＦＣアンテナ１３１が電池１７と無線接続した場合に、実施形態１で説明した装着準備制御を行う。

ＮＦＣ制御部３５は、近距離無線通信用の制御部であり、制御部２１から取得した信号及びデータを、ＮＦＣアナログ回路３６に送信し、ＮＦＣアンテナ１３１から輻射させる。一方、ＮＦＣ制御部３５は、ＮＦＣアンテナ１３１から受信した信号を、ＮＦＣアナログ回路３６経由で取得し、制御部２１に出力する。

ＮＦＣアナログ回路３６は、近距離無線通信用のＡＦＥ（Analog Front End、アナログフロントエンド）であり、ＮＦＣ制御部３５から受信したデジタル信号を、電力の連続的な変化に変換して、ＮＦＣアンテナ１３１から輻射する。一方、ＮＦＣアナログ回路３６は、ＮＦＣアンテナ１３１から受信した電力の連続的な変化をデジタル信号に変換して、ＮＦＣ制御部３５に出力する。

ＮＦＣアンテナ１３１は、ＮＦＣアナログ回路３６から取得した電力を効率よく輻射し、一方、効率よく電波を受信し、電力変化に変換して、ＮＦＣアナログ回路３６に出力する。

図１１は、本実施形態に係る電池１７のハードウェア構成を示すブロック図である。電池１７は、コネクタ１７２、電源制御部１７３、電源１７４、サーミスタ１７５、及び、ＮＦＣタグ１７８を備えている。

コネクタ１７２は、ロボット１ｂに接続される部分であり、＋端子、−端子、サーミスタ端子を備えている。＋端子、及び、−端子は、電源制御部１７３に接続されている。サーミスタ端子は、サーミスタ１７５に接続されている。

電源制御部１７３は、電源１７４の保護回路である。電源１７４は、バッテリ等が用いられる。サーミスタ１７５は、温度測定用のセンサである。

ＮＦＣタグ１７８は、ＮＦＣアンテナ１７１によって励起された電力によって動作する。ＮＦＣタグ１７８は、ＮＦＣアンテナ１７１、ＮＦＣアナログ回路１７６、及び、ＮＦＣ制御部１７７を備えている。

ＮＦＣアンテナ１７１は、ＮＦＣアナログ回路１７６から取得した電力を効率よく輻射し、一方、効率よく電波を受信し、電力変化に変換して、ＮＦＣアナログ回路１７６に出力する。

ＮＦＣアナログ回路１７６は、近距離無線通信用のＡＦＥであり、ＮＦＣ制御部１７７から受信したデジタルデータを、電力の連続的な変化に変換して、ＮＦＣアンテナ１７１から輻射する。一方、ＮＦＣアナログ回路１７６は、ＮＦＣアンテナ１７１から受信した電力の連続的な変化を信号に変換して、ＮＦＣ制御部１７７に出力する。

ＮＦＣ制御部１７７は、近距離無線通信用の制御部であり、信号及びデータを、ＮＦＣアナログ回路１７６に送信し、ＮＦＣアンテナ１７１から輻射させる。一方、ＮＦＣ制御部１７７は、ＮＦＣアンテナ１７１から受信した信号を、ＮＦＣアナログ回路１７６経由で取得する。

図９（ａ）に示すように、ユーザは、ロボット１ｂに電池１７を装着するために、ロボット１ｂの電池装着位置に電池１７を近付ける。これにより、電池１７のＮＦＣアンテナ１７１と、ロボット１ｂのＮＦＣアンテナ１３１とが通信可能になる。

詳細には、電池１７がロボット１ｂに接近すると、ロボット１ｂのＮＦＣアンテナ１３１は、電池１７に内蔵されているＮＦＣタグ１７８を電磁誘導によって起動する。これにより、近距離無線通信プロトコルによる通信経路が確立され、電池１７のＮＦＣアンテナ１７１と、ロボット１ｂのＮＦＣアンテナ１３１とが通信可能になる。

ロボット１ｂにおいて、ＮＦＣ制御部３５は、電池１７との近距離無線通信が確立したことを制御部２１に通知する。制御部２１は、メモリ２５に記録された手順によって、ＮＦＣ制御部３５の通信先が電池１７であると判定する。その判定により、制御部２１は、電池１７の装着のために、安定姿勢への移行指示があったと認識して、図５のフローチャートが示す処理を実行する。

上記の構成によれば、ロボット１ｂの姿勢を変更しても、カメラ１１１の撮影方向を維持することができる。なお、カメラ１１１をプロジェクタに置き換えてもよい。その場合、ロボット１ｂの姿勢を変更しても、プロジェクタの投影方向を維持することができる。

さらに、ロボット１ｂの安定姿勢への移行が完了して、電池１７を装着してもバランスが崩れない安定状態となった場合に、ロボット１ｂに電池１７を安全に装着することができる。また、制御部２１は、ＮＦＣアンテナ１３１が電池１７と無線接続した場合に、装着準備制御を行うので、近距離無線通信を用いることにより、実施形態２の場合の、ユーザが電池ケーブル１９を接続する手間を省くことができる。

なお、上記に記載した、ＮＦＣアンテナ１３１及びＮＦＣアンテナ１７１による非接触通信手段を、磁石及び磁気センサに置き換えて、磁石の位置によって、電池１７を検出するようにしてもよい。

〔実施形態４〕
本発明の実施形態４について、図１２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

本実施形態は、実施形態１における把持部１１２及び腕部１４を詳細化したものである。他の構成、手順、及び、処理は、実施形態１と同様である。

図１２は、本実施形態に係る把持部１１２及び腕部１４の構成を示す図である。図１２（ａ）は、把持部１１２の斜視図である。図１２（ｂ）は、把持部１１２の正面図である。図１２（ｃ）は、把持部１１２の側面図である。図１２（ｄ）は、腕部１４の端部を示す側面図である。

図１２（ａ）は、図２と同じ図である。図１２（ｂ）、（ｃ）に示すように、把持部１１２は、その表面に穴部１１７、１１８を備えている。一方、図１２（ｄ）に示すように、腕部１４は、その端部において、穴部１１７、１１８に嵌合する突起部１４１、１４２を備えている。

図５のステップＳ５０５において、ロボット１は、頭部１１の左右両側にある把持部１１２を、腕部１４の端部で挟み込む場合に、腕部１４の突起部１４１、１４２を、それぞれ把持部１１２の穴部１１７、１１８に嵌合させる。ロボット１は、腕部１４で左右から把持部１１２を挟み込むことにより、頭部１１を安定的に支持することができる。頭部１１は、モータ１１３によって、その回転軸１１６を中心として、任意の角度に回転し、固定することができる。

上記の構成によれば、ロボット１の姿勢を変更しても、カメラ１１１の撮影方向を維持することができる。なお、カメラ１１１をプロジェクタに置き換えてもよい。その場合、ロボット１の姿勢を変更しても、プロジェクタの投影方向を維持することができる。

さらに、ロボット１は、実施形態１における頭部１１を、腕部１４に回転可能に固定することにより、カメラ１１１やプロジェクタ等の光学装置の光軸を変化させることなく、電池１７を保守するための安定姿勢に移行することができる。

なお、把持部１１２と、腕部１４との固定方法は、上記の固定方法に限られる訳ではなく、他の固定方法であってもよい。

〔ソフトウェアによる実現例〕
ロボット１の制御ブロック（特に制御部２１）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、ロボット１は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る自動装置（ロボット１）は、筐体（頭部１１、胴部１３）と、上記筐体に搭載された光学装置（カメラ１１１）と、上記筐体の姿勢を変化させる関節機構（脚部１５）と、上記光学装置を上記筐体に対して相対的に移動させる駆動部（把持部１１２、腕部１４）と、上記関節機構による上記筐体の姿勢の変化に伴う上記光学装置の光軸の変化を抑制するように上記駆動部を制御する制御部（２１）と、を備えている。

上記の構成によれば、自動装置の姿勢が変化しても、駆動部によって、光学装置の光軸の変化を抑制することができるため、光学装置の動作を継続することができる。

本発明の態様２に係る自動装置は、上記態様１において、上記制御部が、上記筐体への付加部品（電池１７）の装着のための装着準備制御を行い、当該装着準備制御では、上記関節機構を制御して上記筐体の姿勢を特定の姿勢に変化させるとともに、当該姿勢の変化に伴う上記光学装置の光軸の変化を抑制するように上記駆動部を制御することとしてもよい。

上記の構成によれば、付加部品を装着するときに、自動装置の姿勢を付加部品の装着に適した特定の姿勢に変化させることができると共に、光学装置の動作を継続させることができる。

本発明の態様３に係る自動装置は、上記態様２において、上記付加部品と有線接続または無線接続する接続部（有線接続部２０、ＮＦＣアンテナ１３１）をさらに備え、上記制御部は、上記接続部が上記付加部品と有線接続または無線接続した場合に、上記装着準備制御を行うこととしてもよい。

上記の構成によれば、付加部品を有線接続または無線接続することにより、制御部が、付加部品の装着のための装着準備制御を行うため、付加部品を自動装置に装着する場合の、ユーザの操作手順を簡略化することができる。

本発明の態様４に係る自動装置は、上記態様１から３において、上記筐体が、第１筐体（胴部１３）と、第１筐体に対して着脱可能な第２筐体（頭部１１）と、を備え、上記光学装置が、第２筐体に搭載され、上記駆動部が、第１筐体に搭載されたアーム（腕部１４）を備え、上記光学装置を上記筐体に対して相対的に移動させるとき、当該アームが、第２筐体を第１筐体から分離して移動させることとしてもよい。

上記の構成によれば、光学装置が搭載された第２筐体を、アームが第１筐体から分離して移動させるので、駆動部は、光学装置を任意の位置に移動させることができる。これにより、光学装置の光軸の変化を好適に抑制することができる。

本発明の態様５に係る自動装置は、上記態様４において、上記駆動部が、第２筐体に設けられ、上記アームと結合する把持部（１１２）と、第２筐体に設けられ、上記把持部を回転させる回転部（モータ１１３）と、をさらに備え、上記光学装置を上記筐体に対して相対的に移動させるとき、上記回転部を回転させることとしてもよい。

上記の構成によれば、光学装置が搭載された第２筐体に設けられ、アームと接続する把持部が回転するので、駆動部は、光学装置の光軸を任意の角度にすることができる。これにより、光学装置の光軸の変化を好適に抑制することができる。

本発明の態様６に係る自動装置は、上記態様５において、上記把持部と上記アームとが嵌合するようになっていてもよい。

上記の構成によれば、光学装置の光軸の変化をより好適に抑制することができる。

本発明の態様７に係る自動装置は、上記態様１から６において、上記光学装置が、撮影画像を撮影し、上記制御部が、上記撮影画像を切り出し、上記筐体の姿勢が変化する前の上記光軸と、上記筐体の姿勢が変化した後の上記光軸との相対関係に応じて、上記撮影画像の切り出し位置を変更することとしてもよい。

上記の構成によれば、自動装置の姿勢が変化した場合に、光学装置の光軸の変化が十分に抑制されていなくても、一定の切り出し画像を取得することができる。

本発明の各態様に係る制御部は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記制御部（ソフトウェア要素）として動作させることにより上記自動装置をコンピュータにて実現させる自動装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１ ロボット（自動装置）
１１ 頭部（筐体、第２筐体）
１１１ カメラ（光学装置）
１１２ 把持部（駆動部）
１１３ モータ（回転部）
１３ 胴部（筐体、第１筐体）
１３１ ＮＦＣアンテナ（無線接続部）
１４ 腕部（駆動部、アーム）
１５ 脚部（関節機構）
１７ 電池（付加部品）
２０ 有線接続部
２１ 制御部

Claims (7)

1. 筐体と、
   上記筐体に搭載された光学装置と、
   上記筐体の姿勢を変化させる関節機構と、
   上記光学装置を上記筐体に対して相対的に移動させる駆動部と、
   上記関節機構による上記筐体の姿勢の変化に伴う上記光学装置の光軸の変化を抑制するように上記駆動部を制御する制御部と、
   を備えていることを特徴とする自動装置。
2. 上記制御部は、
   上記筐体への付加部品の装着のための装着準備制御を行い、
   当該装着準備制御では、上記関節機構を制御して上記筐体の姿勢を特定の姿勢に変化させるとともに、当該姿勢の変化に伴う上記光学装置の光軸の変化を抑制するように上記駆動部を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の自動装置。
3. 上記付加部品と有線接続または無線接続する接続部をさらに備え、
   上記制御部は、上記接続部が上記付加部品と有線接続または無線接続した場合に、上記装着準備制御を行う
   ことを特徴とする請求項２に記載の自動装置。
4. 上記筐体は、
   第１筐体と、
   第１筐体に対して着脱可能な第２筐体と、
   を備え、
   上記光学装置は、第２筐体に搭載され、
   上記駆動部は、第１筐体に搭載されたアームを備え、上記光学装置を上記筐体に対して相対的に移動させるとき、当該アームが、第２筐体を第１筐体から分離して移動させる
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の自動装置。
5. 上記駆動部は、
   第２筐体に設けられ、上記アームと結合する把持部と、
   第２筐体に設けられ、上記把持部を回転させる回転部と、
   をさらに備え、
   上記光学装置を上記筐体に対して相対的に移動させるとき、上記回転部を回転させる
   ことを特徴とする請求項４に記載の自動装置。
6. 上記把持部と上記アームとが嵌合するようになっていることを特徴とする請求項５に記載の自動装置。
7. 上記光学装置は、撮影画像を撮影し、
   上記制御部は、
   上記撮影画像を切り出し、
   上記筐体の姿勢が変化する前の上記光軸と、上記筐体の姿勢が変化した後の上記光軸との相対関係に応じて、上記撮影画像の切り出し位置を変更する
   ことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の自動装置。

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