JP2018535840A - 電動人間型ロボット - Google Patents
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Abstract
本発明は、水平面(13)と接触する第1の輪(14)及び第2の輪(15)を含む、基準位置で基準軸(12)に沿って延在する位置決め軸(11)を有し、水平面(13)上で移動することができる電動人間型ロボット(50)に関する。本発明によれば、ロボット(50)は、輪(14、15)の中心を通る垂直面で、輪(14、15)の各々のいずれかの側に延在する曲がり面(18)を有するベース(17)を含み、曲がり面(18)は、任意の第1の接触点に対して、回転中心(O)を規定する、水平面(13)との第1の接触点を、曲がり面(18)の任意の点で形成することができ、ロボット(50)は、その位置決め軸(11)が基準軸(12)に対して非ゼロ角度を形成する任意の位置から基準位置にロボット(50)を戻す傾向があるトルクを生成するために、回転中心(O)とロボット(50)の重心(G)とをずらすように構成されている。
Description
本発明は、特に、専門的な状況、又は子供と交流できる家族の状況の中で可能な電動人間型ロボットに関する。
人間型ロボットは、人体と類似性を示すロボットであるものとする。人間型ロボットは、人体の上部、又は人間の手にたとえられるクランプになっている関節アームのみであってもよい。本発明において、ロボットの本体の上部は、人間の胴体の上部と同様である。人間型ロボットは、大体高性能化され得る。人間型ロボットは、ロボット自体の平衡を静的及び動的に制御して、多分三次元で2つの肢で歩くことができ、又はベース上で単に転がることができる。人間型ロボットは、周囲(音声、視覚、触覚など)から信号を収集して、1つ又は複数の大体高性能化挙動に応じて反応し、音声又はジェスチャーによって他のロボット又は人間と交流することができる。人間型ロボットの現世代の場合、プログラマーは、ロボットに対する一連の事象及び/又はロボットによって実行される動作などの、大体高性能化されたシナリオを生成することができる。これらの動作は、ロボットと交流する人々の特定の挙動を条件とすることができる。
任意の移動車両の場合、従って移動可能なロボットの場合も、移動車両及びその移動車両の周囲の要素の安全性を考慮するのは非常に重要である。特に、ロボット及びそのロボットの周囲の要素の安全性は、ロボット及び/又はそのロボットの周囲の任意の要素を損傷しないように、ロボットが転倒した場合でも、ロボットを中断しないようにすることを含む。同様に、ロボットが子供に当たらないことが望ましい。ロボットとの接触で挟むという危険を回避することも重要である。例えば、人がロボットと接触した場合、その人がロボットの特定の肢と交流している場合でも、人、例えば人の指が、ロボットのアームの下に挟まらないようにするのは重要である。最後に、理想的には、できるだけ安価にこれらの安全基準に対処することが望ましい。
移動を目的とする任意の電動ロボットの場合、ロボットの設計の間、移動性を得る方法の問題がある。2つの足と似ている2つの肢を有する人間型ロボットがある。この解決策は、実現するのが非常に複雑であり、かなりのコストがかかる。更に、この解決策は安全性の観点から不十分である。なぜなら、このようなロボットは、容易に平衡を失い、ロボットが倒れる又は転倒すると、当たることがあり、再度立ち上がる能力を必ずしも有することなく、地面の上にいるままであることがあるからである。3つの輪を含む台によって移動性を確保する人間型ロボットもある。静的局面で当然安定したこの解決策は、かなり高価であり、推定質量中心が支持三角形から瞬間的に離れることがあるので、動的局面中に当たる危険を排除しない。倒立振り子の原理に基づく、互いに面する2つの輪を含む台を用いた移動性解決策もある。この解決策には、3つの輪を用いた解決策よりも高価でないという利点がある。しかし、この解決策は、完全に安全ではない。実際には、制御部材又は能動的安定化アルゴリズムの故障の場合、このような移動性解決策を与えたロボットは、当たり、損傷し、ロボットの周囲に位置する人を多分傷つけることがある。最後に、倒立振り子の原理にも基づく、ボール摩擦(球体ロボットタイプのロボット)によって3つの軸上で駆動される、地面との1つの接触点を用いたシステムがある。上述の場合のように同じ理由で、制御部材又は能動的安定化アルゴリズムの故障の場合、このような移動性解決策を与えたこのようなロボットは、当たり、損傷し、ロボットの周囲に位置する人を多分傷つけることがある。特許出願FR2820985号明細書には、自然復元を用いた対話型移動玩具が記載されているけれども、互いに面する2つの輪の構成では、衝撃の減衰を解決しない。実際には、前後移動で自然復元を確保する。しかし、玩具が直接復元できない場合、横転倒により、玩具が当たることがある。一旦玩具が横に傾斜されると、玩具は、後方に倒れた位置を取るように僅かに回転して、玩具は復元することができる。その結果、横衝撃時に、ロボットは、衝撃を減衰することができない。横衝撃時に物体と衝突した際に、このような玩具は、物体によって感知される力を最小にするように均一に且つ連続的に傾斜することができないので、物体は衝撃の影響を受ける。
本発明は、ロボットに押し付けられているどんな傾斜角でも、及びロボットが傾斜されているどんな方向でもロボットが自然復元するような重量配分、及び特定の形態の挟み防止電動人間型ロボットを提案することによって、上述の問題の全部又は一部を克服することを目的とする。
この目的のために、本発明の主題は、基準位置で基準軸に沿って延在する位置決め軸を有し、水平面上で移動することができる電動人間型ロボットであって、
・水平面と接触する、第1の中心を有する第1の輪及び第2の中心を有する第2の輪と、
・ロボットが水平面上で移動するように第1及び第2の輪を回転駆動することを目的としている電動化ユニットと
を含み、
ロボットは、第1の輪の第1の中心及び第2の輪の第2の中心を通る垂直面で、第1及び第2の輪の各々のいずれかの側に延在する曲がり面を有するベースを含み、曲がり面は、任意の第1の接触点に対して、回転中心を規定する、水平面との第1の接触点を、曲がり面の任意の点で形成することができ、ロボットは、位置決め軸が基準軸に対して非ゼロ角度を形成する任意の位置から基準位置にロボットを戻す傾向があるトルクを生成するために、回転中心とロボットの重心とをずらすように構成されていることを特徴とする、電動人間型ロボットである。
・水平面と接触する、第1の中心を有する第1の輪及び第2の中心を有する第2の輪と、
・ロボットが水平面上で移動するように第1及び第2の輪を回転駆動することを目的としている電動化ユニットと
を含み、
ロボットは、第1の輪の第1の中心及び第2の輪の第2の中心を通る垂直面で、第1及び第2の輪の各々のいずれかの側に延在する曲がり面を有するベースを含み、曲がり面は、任意の第1の接触点に対して、回転中心を規定する、水平面との第1の接触点を、曲がり面の任意の点で形成することができ、ロボットは、位置決め軸が基準軸に対して非ゼロ角度を形成する任意の位置から基準位置にロボットを戻す傾向があるトルクを生成するために、回転中心とロボットの重心とをずらすように構成されていることを特徴とする、電動人間型ロボットである。
一実施形態によれば、第1の輪は第1の転がり面を有し、第2の輪は第2の転がり面を有し、ベースは、中心Oの実質的に楕円体であり、第1の転がり面は、ベースの第1の区分の周囲と実質的に一致し、第2の転がり面は、ベースの第2の区分の周囲と実質的に一致し、第1及び第2の転がり面は、ロボットがゼロ以上の最低地上高を有するようにベースから突出する。
有利なことに、曲がり面及び転がり面は、曲がり面上の最短経路をたどることによって、位置決め軸が基準軸に対して非ゼロ角度を形成する任意の位置から基準位置へのロボットの戻りを、曲がり面の任意の点で可能にするように構成されている。
別の実施形態によれば、第1の輪は、第2の接触点で水平面と接触しており、第2の接触点と直径方向に対向する第1の外部点を有し、第2の輪は、第3の接触点で水平面と接触しており、第3の接触点と直径方向に対向する第2の外部点を有し、第2及び第3の接触点間の距離は、第1及び第2の外部点間の距離未満である。
別の実施形態によれば、ロボットは、ベースに位置決めされている上部と、上部をベースに連結する第1の関節とを含み、第1の関節は、ベースに対する位置決め軸の周りの回転における少なくとも1自由度を有する。
有利なことに、ロボットは、少なくとも1つの上肢と、少なくとも1つの上肢を上部に連結する第2の関節とを含み、第2の関節は、上部に対する回転における少なくとも1自由度を有する。
有利なことに、上部は、
・胸部と、胸部をベースに連結する第1の関節と、
・頭部と、頭部を胸部に連結する第3の関節と
を含み、
第3の関節は、胸部に対する位置決め軸の周りの回転における自由度を有する。
・胸部と、胸部をベースに連結する第1の関節と、
・頭部と、頭部を胸部に連結する第3の関節と
を含み、
第3の関節は、胸部に対する位置決め軸の周りの回転における自由度を有する。
有利なことに、第2の関節は、少なくとも1つの上肢を胸部に連結し、第2の関節は、胸部に対する回転における少なくとも1自由度を有する。
別の実施形態によれば、電動化ユニットは、差動的な方法で第1及び第2の輪を駆動するように構成されている。
別の実施形態によれば、ロボットは、ベース内でロボットの重心を移動させることを目的としている電動釣合い重りを含む。
有利なことに、少なくとも1つの上肢は、ベース又は上部に面することができる可撓区域を含む。
別の実施形態によれば、ロボットは、第1の輪の直径を通る軸に沿って第1の輪を並進させ、第2の輪の直径を通る軸に沿って第2の輪を並進させるように構成されている。
添付図面によって例示され、一例として与えられた実施形態の詳細な説明を読むと、本発明は一層良く理解され、他の利点は明白になるであろう。
分かりやすくするために、同じ要素には、異なる図面で同じ参照符号が記載されている。
図1a、図1b、図1c及び図1dは、本発明による人間型ロボットの幾つかの可能な構成を概略的に表す。人間型ロボット10は、電動式にされ、図1aに表すように、基準位置で基準軸12に沿って延在する位置決め軸11を有する。ロボット10は、水平面13上で移動することができ、ロボット10は、水平面13と接触する第1の輪14及び第2の輪15と、ロボットが水平面上で移動するように第1及び第2の輪14、15を回転駆動することを目的としている電動化ユニット16とを含み、第1の輪14は第1の中心を有し、第2の輪15は第2の中心を有する。本発明によれば、ロボット10は、第1の輪14の第1の中心及び第2の輪15の第2の中心を通る垂直面で、第1及び第2の輪14、15の各々のいずれかの側に延在する曲がり面18を有するベース17を含み、曲がり面18は、任意の第1の接触点19に対して、回転中心Oを規定する、水平面13との第1の接触点19を、曲がり面の任意の点で形成することができ、ロボット10は、位置決め軸11が基準軸12(図1bに例示するように)に対して非ゼロ角度20を形成するベース17の周りの任意の位置から基準位置にまっすぐにロボット10を戻す傾向があるトルクを生成するために、回転中心Oとロボット10の重心Gとをずらすように構成されており、位置決め軸11が基準軸12と一致するまで、位置決め軸11は角度20を掃引する。換言すれば、位置決め軸11は、頂点がベース17と水平面13との間の接触点である錐体にあり、錐体ベースが水平面13と平行であるように、ロボット10を傾斜させることができる。位置決め軸11と基準軸12との間の角度20は、ベース17の形状に応じて可能な制限内で、0度と90度との間であることができる。ロボット10の位置決め軸11を、例えば、基準軸12に対して45度だけ傾斜させることができる。
換言すれば、位置決め軸11及び基準軸12は、平面を形成し、生成されるトルクは、ベース17の周りに360度で任意の可能な位置から基準軸12にロボット10を戻す傾向がある。位置決め軸11が基準軸12と一致するまで、2つの軸によって形成される平面で位置決め軸11を移動させる。
従って、ロボット10が傾斜されている場合、ロボットの重量及び水平面13の反作用は、ロボット10をその基準軸に戻すトルクを形成する。このトルクは、回転中心Oとロボット10の重心Gとの間の距離に左右される。重心Gは、回転中心Oを含む水平面13に平行な平面と水平面13との間に常時位置している。更に、このトルクにより、ロボット10に押し付けられているどんな傾斜角でも、及びロボット10が傾斜されているどんな方向でも、ロボット10にロボットの自然復元を可能にする。安定平衡位置へのこの復元又は戻りは、単に、固体の物質に加えられる重力の作用のためであり、決して能動的ではなく、又はアルゴリズムによって駆動された機械的作用の結果ではなく、従って、電子的又は計算の介入無しで起こり、プラットフォームを本質的に安定な状態にする。
図1a、図1b、図1cに表すように、輪14、15は、互いに平行である、又は平行でないことがある。図1dは、ベース17が任意の形状を有することができるという事実を例示する。本発明に必要な1つの条件は、水平面13との接触点19を形成する曲がり面18をベース17が有すること、及びこの接触点19におけるベース17の回転中心とロボット10の重心Gとの間の距離が、戻りトルクを形成する、即ちトルクがロボット10を任意の位置からその基準位置に戻す傾向があることである。その結果、ロボット10を、例えば前方に又は後方に倒すことができるが、任意の方向に横方向に倒すこともできる。この場合、ロボット10は、所謂傾斜位置にある。換言すれば、その位置決め軸11は、垂直軸12に対して非ゼロ角度20を形成し、接触点19に局所的に対する回転中心Oとロボット10の重心Gとの間のずれによって生成されるトルクは、ロボット10を基準位置に戻す傾向がある。即ち、位置決め軸11は基準軸12と一致する。
水平面13に垂直な軸であるとして基準軸12を表すことに留意すべきである。本発明は、水平面13に垂直でない任意の基準軸12にも適用される。実際には、ロボット10の構成によって、ロボット10が基準位置における垂直面に対して傾斜位置にあるようにロボット10の重心Gを完全に位置決めすることができる。この効果を、例えば、ロボット10の形状によって、及び/又はロボット10のベース17に釣合い重りを追加することによって得ることができる。有利なことに、この釣合い重りを空間で電動式にして、基準軸の傾斜を変更することができる。
説明は水平面13上のロボット10の移動について話しているけれども、ロボット10は、水平又は傾斜の任意の平面上で移動することができることにも留意すべきである。
図2a及び図2bは、本発明による人間型ロボット用の楕円体ベース17の幾つかの可能な構成を概略的に表す。第1の輪14は第1の転がり面24を有し、第2の輪15は第2の転がり面25を有する。図2a及び図2bにおいて、ベース17は、中心Oの実質的に楕円体である。第1の転がり面24は、ベース17の第1の区分の周囲と実質的に一致し、第2の転がり面25は、ベース17の第2の区分の周囲と実質的に一致する。第1及び第2の転がり面24、25は、ロボットがゼロ以上の最低地上高を有するようにベース17から突出する。実質的に楕円体のベース17は、回転楕円体だけでなく卵形などの回転面を有する任意のベースを含む。このようなベース17には、全ての方向に且つ位置決め軸11が基準軸12と成すどんな角度でも、水平面13との接触点19をロボット10が有し、ロボット10を任意の位置から基準位置に戻す傾向があるトルクを生成するために回転中心Oとロボット10の重心Gとをずらすように、この接触点に対応付けられた回転中心Oをロボット10が有することができるという利点がある。位置決め軸11と基準軸12との間の角度は90度に及ぶことができること、及びこのようなベースを有する本発明によるロボットは点O及びG間のずれのために自然に復元することが、はっきりと分かる。同様に、位置決め軸11と基準軸12との間の角度が90度を超えた場合、転がり面が楕円面又は回転楕円面のままである限り、安定平衡位置への戻りは可能なままである。
第1の転がり面24がベース17の第1の区分の周囲と実質的に一致するという事実は、第1の輪14の外面が、ベース17のこの点におけるベース17の面と実質的に同じであることを意味する。より詳細には、図2aに表すように、転がり面24は、ベース17の上部でベース17の面と連続している。換言すれば、例えば、輪14とベース17との間に指を挟まないようにするために、安全のため、転がり面24とベース17との間に開空間がない。輪15及び転がり面25にも同じことが当てはまる。ベース17の下部において、転がり面25と同様に、転がり面24は、ロボット10に対する特定の最低地上高を確保するために、ベース17の外形から実質的に延在する。従って、転がり面24及び25は、適切な最低地上高、即ち、2つの輪14、15間のベース17の下部の曲率に対応する最低地上高を確保するために、ベース17の下部から延在する必要がある。更に、ロボット10が自然安定性を失わないために、転がり面24及び25は、ベース17の下部からあまりに遠く離れて延在しないのが賢明なことである。実際には、転がり面24及び25がベース17の下部からあまりに明白に延在する輪14、15をロボット10が有する場合、基準位置に戻ることなく、単純な横衝撃を減らすことができる。更に、有利なことに、輪14、15及び転がり面24及び25は、ロボット10の自然復元を妨げないように構成されている。曲がり面18及び転がり面24及び25は、曲がり面18上の最短経路をたどることによって、位置決め軸11が基準軸12に対して非ゼロ角度20を形成する任意の位置から基準位置へのロボット10の戻りを、曲がり面18の任意の点で可能にするように構成されている。換言すれば、全ての方向に、基準軸11の周りに360度までどんな角度20でも、ロボット10は、傾斜位置から基準位置に自然復元することができる。横衝撃の後でも、ロボット10は、輪14又は15の突起を超えることによって、曲がり面18上の最短経路をたどってまっすぐに復元する。
転がり面24、25はベース17の下部から延在し、転がり面は、全ての点でベース17の外形の外側にあるので、転がり面は、周囲の要素との衝撃の場合、ダンパー機能を確保することもできる。例えば、ロボット10を壁の方へ向けると、転がり面24、25は、壁とまず接触して、緩衝器機能を確保する。同様に、踏板とまず接触するこれらの転がり面24及び25により、踏板を登ることができる。次に、踏板のエッジへの付着性能、従ってロボットの横行性能を向上させるために、これらの面を彫刻することができる。
第1の輪14は、第2の接触点34で水平面13と接触しており、第2の接触点34と直径方向に対向する第1の外部点44を有する。第2の輪15は、第3の接触点35で水平面13と接触しており、第3の接触点35と直径方向に対向する第2の外部点45を有する。ここで、円形の輪を考える。本発明は、直径が楕円の軸のうちの1つの軸であるものとし、直径方向に対向する点が、その軸のうちの1つの軸の一端で輪上に位置している2つの点であるものとする場合における楕円形の輪の場合にも適用される。
有利なことに、第2及び第3の接触点34、35間の距離は、第1及び第2の外部点44、45間の距離未満である。図1bに示すように、本発明は、第2及び第3の接触点34、35間の距離が第1及び第2の外部点44、45間の距離を超える場合にも適用される。それにもかかわらず、第2及び第3の接触点34、35間の距離が第1及び第2の外部点44、45間の距離未満であるという事実は、どんな方向(前、後又は側方)でも、ロボット10の転倒後、基準位置への戻りを保証する。
図3は、前から見た、本発明による人間型ロボット50を表す。電動人間型ロボット50は、ベース17に位置決めされている上部51と、上部51をベース17に連結する第1の関節52とを含む。第1の関節52は、ベース17に対する位置決め軸11の周りの回転における少なくとも1自由度を有する。
本発明による電動人間型ロボット50は、少なくとも1つの上肢61と、上肢61を上部51に連結する第2の関節62とを含む。第2の関節62は、上部51に対する回転における少なくとも1自由度を有する。第2の関節62により、ベース17に沿った実質的に垂直位置から、実質的に垂直位置に(前方に又は後方に延在するアーム)又は垂直位置に(上方に延在するアーム)、アームに連結可能な上肢61を作動させることができる。第2の関節62により、上肢61を上部51に対して回転移動させることもでき、上肢61は、位置決め軸11及び上肢61を含む平面でベース17から離れて延在する。第2の関節62は、上肢61を幾つかの回転の組み合わせに応じて作動させることができる場合、上部51に対する回転における幾つかの自由度を有することができる。
本発明によるロボット50は、第2の上肢、又は幾つかの他の部材を含むことができる。2つの上肢の存在は、ロボット50の人間性に一層多く貢献する。
上部51は、胸部53を含むことができる。この場合、胸部をベース17に対して位置決め軸11の周りに回転移動させるように、第1の関節52は、胸部53をベース17に連結する。上部51は、頭部54を含むこともできる。この場合、第3の関節55は、頭部54を胸部53に連結し、第3の関節55は、胸部53に対する位置決め軸11の周りの回転における自由度を有する。従って、頭部54を、胸部53に対して位置決め軸11の周りに回転移動させて、胸部53自体を、ベース17に対して位置決め軸11の周りに回転移動させる。
第2の関節62は、上肢61を胸部53に連結することができ、胸部53に対する回転における少なくとも1自由度を有する。この構成により、例えば、電動化ユニット16によって駆動される輪14、15を用いてロボット50が動き回る場合、横方向の体積を減らすために、上肢61(又は、2つの上肢がある場合、胸部53のいずれかの側の1つの上肢)をベース17に沿ってロボットの前に(及び第2の上肢の場合、ベース17に沿ってロボットの後ろに)位置決めするように、ロボット50は胸部53を回転させることができ、ベース17の幅とロボット50の全幅(上肢を含む)との間の距離だけ離れた周囲の2つの要素間を、ロボット50は通ることができる。
上肢61は、ベース17又は上部51に面することができる可撓区域63を含むことができる。可撓区域63は、挟み防止機能を有する。実際には、物体又は人間の身体部が上肢61とベース17及び/又は上部51との間に位置しており、上肢61がベース17及び/又は上部51に近付いた場合、物体又は身体部が挟まれ又は押しつぶされないようにするために、可撓区域63は変形される。
少なくとも2つの上肢61を有するロボット50の場合、各上肢の可撓区域63は、把持機能を有することができる。例えば、ロボット50は、上述のように第2の関節62の自由度のために、ロボットの前で2つの上肢61を置くことができる。2つの上肢61を互いに近付けることによって、2つの上肢61の一方の可撓区域63が他方の可撓区域63に面し、物体を、2つの上肢61の間に位置決めして、2つの上肢61の圧力によって保持することができ、物体を損傷することなく物体に接触すると、可撓区域63は変形される。
電動化ユニット16は、差動的に第1及び第2の輪14、15を駆動するように構成可能である。電動化ユニット16は、例えば、2つの輪14、15が異なる速度で回転できる1組のピニオン又は差動歯車、又は、ロボットの所望の軌道に応じて2つのモータを制御できるコンピュータに結合された、1つの輪に各々が対応付けられた2つのモータを含むことができる。従って、2つの輪14、15の差動駆動により、必ずしも直線でない移動をロボットは有することができる。ロボットは、2つの輪のうち一方を回転させ、他方を回転させないことによって、ロボット自体の周りに回転することもでき、又は、2つの輪を反対方向に回転させることによって、ロボット自体で回転することもできる。
更に、本発明による電動人間型ロボットは、ベース17内でロボット50の重心Gを移動させることを目的としている電動釣合い重りを含むことができる。釣合い重りは、できる限り電動化ユニット16のモータであるモータを用いて異なる位置を取ることができる。釣合い重りの位置によって、ロボット50の重心Gは、ベース17内で位置を変えることができる。これにより、ロボットの基準位置を変えることができる。例えば、垂直基準軸を有するロボット50は、釣合い重りの移動後、垂直面に対して数度だけ傾斜した基準軸を有することができ、その逆も可能である。ロボットの重心の移動の可能性は、上述のようにロボットが2つの上肢61の間で物体を把持する場合、特に有利である。例えば、水筒を把持することによって、例えば最初に垂直基準位置にいるロボットは、水筒の重量のために、当然傾斜する。換言すれば、位置決め軸は、基準軸に対して非ゼロ角度を形成する。電動釣合い重りによって、ロボットの重心をベース17内で移動させ、水筒を持つロボットの位置決め軸11を、最初の基準軸と一致するように再位置決めすることができる。
図4は、本発明による人間型ロボット50の可能な横移動を概略的に表す。ロボット50は、位置決め軸11が基準軸12に対して非ゼロ角度20を形成する位置から基準位置にロボット50を戻す傾向があるトルクを生成するために、回転中心Oとロボット50の重心Gとをずらすように構成されている。図4及び図5では、所与の瞬間に、ロボット50は、位置決め軸11が基準軸12に対して非ゼロ角度20を形成する位置にあり、例えば、横方向にロボットに加えられている力に従う。点O及びG間のずれにより、ロボット50を基準位置に戻す、即ち、基準軸12に沿って位置決め軸11戻すように、戻りトルクが生成される。基準位置へのこの戻りにおいて、ロボット50が平衡位置にある、位置決め軸11が基準軸12と一致するまで、ロボット50は、基準軸12の周りに振動する。
図5は、図4のロボット50の横移動と同様に、本発明による人間型ロボット50の可能な前後移動を概略的に表す。曲がり面18の任意の点で水平面13との第1の接触点19を形成するベースの曲がり面18によって、及び輪14、15の外形を含む実質的に楕円体のベース17によって、電動ロボット50は、横方向に、前後に、ロボット50の周りの任意の方向に、この往復移動を有することができることに留意することは重要である。最大可能振幅、即ち、位置決め軸11と基準軸12と間の最大角度は、ベース17の形状が許可するという条件で、180度の値に及ぶことができる。
図6は、挟みやすい区域における本発明による人間型ロボット50の挟み防止機能を強調表示する。既述のように、第1の転がり面24は、ベース17の第1の区分の周囲と実質的に一致し、このことは、第1の輪14の外面がベース17のこの点におけるベース17の面と実質的に同じであることを意味する。より詳細には、転がり面24は、ベース17の上部でベース17の面と連続している。従って、特に、輪14とベース17との間に指を挟まないようにするために、安全のため、転がり面24とベース17との間に開空間がない。輪15及び転がり面25にも同じことが当てはまる。
有利なことに、頭部54を胸部53に連結する第3の関節55をロボット50に位置決めする。頭部54及び胸部53は各々、互いに補完する接触面を有するので、頭部54と胸部53との間に空間がない。従って、指を挟む、又は頭部54と胸部53との間に小型の物体を挟むという危険無しで、頭部54は胸部53に対して回転移動可能である。
同様に、上肢61を上部51(図6では胸部53の高さ)に連結する第2の関節62により、第2の関節62で挟むという危険を回避しながら、上肢61は胸部53に対して回転移動可能である。
最後に、ベース17又は上部51に面する可撓区域63は、挟み防止機能を有する。上肢61とベース17(及び/又は上部51(上肢が上昇位置にある場合))との間に位置決めされた任意の物体又は人間の身体部は、上肢61がベース17(及び/又は上部51(上肢が上昇位置にある場合))に近付くと、可撓区域63がない状態で、押しつぶされる又は挟まれる危険にさらされることがある。区域63は可撓性があるので、上肢61がベース17に近付いた場合、物体又は身体部が挟まれ又は押しつぶされないようにするために、可撓区域63は変形される。
図7は、最低地上高を変更する、本発明による人間型ロボット50の能力を例示する。ベース17の下部において、転がり面25と同様に、転がり面24は、ロボット10に対する特定の最低地上高を確保するために、ベース17の外形から実質的に延在する。従って、転がり面24及び25は、適切な最低地上高、即ち、2つの輪14、15間のベース17の下部の曲率に対応する最低地上高を確保するために、ベース17の下部から延在する必要がある。図7に表すように、本発明による電動人間型ロボット50は、第1の輪14の直径を通る軸74に沿って第1の輪14を並進させ、第2の輪15の直径を通る軸75に沿って第2の輪15を並進させることができるように構成可能である。このように輪14及び15を並進させることによって、ロボット50の最低地上高を増大する。この構成により、ロボット50は、ベース17が障害物と接触することなく、障害物の上を移動することによって、小型の障害物を横断することができる。より一般的には、この構成により、ロボット50は、あらゆる種類の地形、特に、芝生の外側、又は覆いがあまり均一でないテラスの上で動き回ることができる。輪14及び15を並進させるロボット50の能力により、ロボット50は、段板状の障害物を横断することができる。実際には、滑らかでない輪が、付着性によって最大輪の直径の半分まで高さ方向に横断することができると、一般的に考えられる。実質的に前方へ輪14及び15を並進させることによって、輪14及び15のみが段板と接触し、ロボットは、ベース17が段板に触れることなく、段板を横断することができる。更に、転がり面24、25の覆いを賢明に選択することによって、ロボットは、あらゆる地形上で容易に動き回ることができる。更に、移動におけるロボットの付着性を増大するために、スパイク底タイプの彫刻された転がり面24、25を考えることができる。これは、ロボット50の屋外使用(テラス、芝生、道)、及び例えば高さの差又は床の粗さの差がある空間における屋内使用に、特に有利である。
最後に、輪14及び15を並進させることによって、基準軸12に沿ってロボット50を並進させることができる。その結果、ロボット50が上昇又は下降される。輪14及び15の回転中心をずらすことによって、輪14及び15のこの並進を得ることができる。例えば、電動化ユニット16に組み込み可能なモータ、及びカムの使用によって、輪14及び15の回転中心をずらすことができる。
更に、ロボットの移動を容易にするためにロボットが可動である場合、ロボットの最低地上高を増大するように輪14及び15を並進させる状況を十分考えることができる。同様に、衝撃の場合、輪14及び15を並進させる、即ち、ロボットの最低地上高を減少する又は取り消すように輪14及び15を後退させることができる。その結果、ロボットは、輪が地面と接触することなく、基準位置に自然復元して戻るために、曲がり面18上で傾斜することができる。
輪14及び15を、横へ傾斜させるように互いに独立して並進させることもできる。更に、輪14及び15を同時に並進させて、一方の輪から他方の輪によたよたと歩く、又は支持体上で沈んだり立ち上がったりするという印象を与えることができるロボットの表現力を増大することもできる。
Claims (12)
- 基準位置で基準軸(12)に沿って延在する位置決め軸(11)を有し、水平面(13)上で移動することができる電動人間型ロボット(10、50)であって、
・前記水平面(13)と接触する、第1の中心を有する第1の輪(14)及び第2の中心を有する第2の輪(15)と、
・前記ロボット(10、50)が前記水平面(13)上で移動するように前記第1及び第2の輪(14、15)を回転駆動することを目的としている電動化ユニット(16)と
を含み、
前記ロボット(10、50)は、前記第1の輪(14)の前記第1の中心及び前記第2の輪(15)の前記第2の中心を通る垂直面で、前記第1及び第2の輪(14、15)の各々のいずれかの側に延在する曲がり面(18)を有するベース(17)を含み、前記曲がり面(18)は、任意の第1の接触点(19)に対して、回転中心(O)を規定する、前記水平面(13)との第1の接触点(19)を、前記曲がり面(18)の任意の点で形成することができ、前記ロボット(10、50)は、前記位置決め軸(11)が前記基準軸(12)に対して非ゼロ角度(20)を形成する前記ベース(17)の周りの任意の位置から前記基準位置にまっすぐに前記ロボット(10、50)を戻す傾向があるトルクを生成するために、前記回転中心(O)と前記ロボット(10、50)の重心(G)とをずらすように構成されており、前記位置決め軸(11)が前記基準軸(12)と一致するまで、前記位置決め軸(11)は前記角度(20)を掃引することを特徴とする、電動人間型ロボット(10、50)。 - 前記第1の輪(14)は第1の転がり面(24)を有し、前記第2の輪(15)は第2の転がり面(25)を有し、前記ベース(17)は、中心Oの実質的に楕円体であり、前記第1の転がり面(24)は、前記ベース(17)の第1の区分の周囲と実質的に一致し、前記第2の転がり面(25)は、前記ベース(17)の第2の区分の周囲と実質的に一致し、前記第1及び第2の転がり面(24、25)は、前記ロボット(10、50)がゼロ以上の最低地上高を有するように前記ベース(17)から突出することを特徴とする、請求項1に記載の電動人間型ロボット(10、50)。
- 前記曲がり面(18)及び前記転がり面(24、25)は、前記曲がり面(18)上の最短経路をたどることによって、前記位置決め軸(11)が前記基準軸(12)に対して非ゼロ角度(20)を形成する任意の位置から前記基準位置への前記ロボット(10、50)の戻りを、前記曲がり面(18)の任意の点で可能にするように構成されていることを特徴とする、請求項2に記載の電動人間型ロボット(10、50)。
- 前記第1の輪(14)は、第2の接触点(34)で前記水平面(13)と接触しており、前記第2の接触点(34)と直径方向に対向する第1の外部点(44)を有し、前記第2の輪(15)は、第3の接触点(35)で前記水平面(13)と接触しており、前記第3の接触点(35)と直径方向に対向する第2の外部点(45)を有し、前記第2及び第3の接触点(34、35)間の距離は、前記第1及び第2の外部点(44、45)間の距離未満であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電動人間型ロボット。
- 前記ベース(17)に位置決めされている上部(51)と、前記上部(51)を前記ベース(17)に連結する第1の関節(52)とを含み、前記第1の関節(52)は、前記ベース(17)に対する前記位置決め軸(11)の周りの回転における少なくとも1自由度を有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の電動人間型ロボット(50)。
- 少なくとも1つの上肢(61)と、前記少なくとも1つの上肢(61)を前記上部(51)に連結する第2の関節(62)とを含み、前記第2の関節(62)は、前記上部(51)に対する回転における少なくとも1自由度を有することを特徴とする、請求項5に記載の電動人間型ロボット(50)。
- 前記上部(51)は、
・胸部(53)と、前記胸部(53)を前記ベース(17)に連結する前記第1の関節(52)と、
・頭部(54)と、前記頭部(54)を前記胸部(53)に連結する第3の関節(55)と
を含み、
前記第3の関節(55)は、前記胸部(53)に対する前記位置決め軸(11)の周りの回転における自由度を有することを特徴とする、請求項5又は6に記載の電動人間型ロボット(50)。 - 前記第2の関節(62)は、前記少なくとも1つの上肢(61)を前記胸部(53)に連結し、前記第2の関節(62)は、前記胸部(53)に対する回転における少なくとも1自由度を有することを特徴とする、請求項6又は7に記載の電動人間型ロボット(50)。
- 前記電動化ユニット(16)は、差動的な方法で前記第1及び第2の輪(14、15)を駆動するように構成されていることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の電動人間型ロボット(10、50)。
- 前記ベース(17)内で前記ロボット(10、50)の前記重心(G)を移動させることを目的としている電動釣合い重りを含むことを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の電動人間型ロボット(10、50)。
- 前記少なくとも1つの上肢(61)は、前記ベース(17)又は前記上部(51)に面することができる可撓区域(63)を含むことを特徴とする、請求項6〜10のいずれか一項に記載の電動人間型ロボット(50)。
- 前記第1の輪(14)の直径を通る軸(74)に沿って前記第1の輪(14)を並進させ、前記第2の輪(15)の直径を通る軸(75)に沿って前記第2の輪(15)を並進させるように構成されていることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載の電動人間型ロボット(10、50)。
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