JP2019198900A - 姿勢制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誤判定の発生を抑制し、制御対象物が持ち上げられた状態であることを高い精度で判定することができる姿勢制御装置を提供する。【解決手段】鉛直方向に沿って人型ロボットＨＲ（制御対象物）の重心Ｇを通る軸を重心軸ＬＧ、正立時における鉛直方向に沿って人型ロボットＨＲ（制御対象物）の重心Ｇを通る軸を基準軸ＬＢ、と設定し、基準軸ＬＢから離れた位置に配置された把持部ＤＨと、重心軸ＬＧと基準軸ＬＢとのなす角度（傾斜角θ）を検出する傾斜角検出手段１１と、人型ロボットＨＲ（制御対象物）が持ち上げられた状態か否かを判定するＥＣＵ１２（判定手段）と、を備え、ＥＣＵ１２（判定手段）は、傾斜角検出手段１１によって検出された角度が、所定の角度範囲ＲＡθ内にある場合に、人型ロボットＨＲ（制御対象物）が持ち上げられた状態であると判定する。【選択図】図７

Description

本発明は、ロボット、および駆動部を有する制御対象物が持ち上げられた状態にあることを検出する姿勢制御装置に関する。

人による持ち運びが可能なロボットには、稼働中に持ち上げられた際に、緊急停止する機能が従来から付与されている。
たとえば、特許文献１では、加速度センサを備え、検出した上下方向の加速度変化から持ち上げられたことを判定し、稼働中の動作を停止させる手法が提案されている。

特開２００７−０４４７８１号公報

ところで、検出した上下方向の加速度変化から持ち上げられたことを判定する手法には、誤判定をする可能性が高いという問題がある。
たとえば、ロボットが走行移動中に、路面の凹凸を乗り越えた場合に、上下方向の加速度変化が検出されて、持ち上げられたと判定してしまうおそれがある。
また、ロボットをエレベータで移動させる場合に、エレベータの上下移動による加速度変化が検出されて、持ち上げられたと判定してしまうおそれがある。

本発明は、前述の課題に鑑みて創案されたものであり、誤判定の発生を抑制し、制御対象物が持ち上げられた状態であることを高い精度で判定することができる姿勢制御装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る姿勢制御装置は、鉛直方向に沿って該制御対象物の重心を通る軸を重心軸、正立時における鉛直方向に沿って制御対象物の重心を通る軸を基準軸、と設定し、該基準軸から離れた位置に配置された把持部と、該重心軸と該基準軸とのなす角度を検出する傾斜角検出手段と、該制御対象物が持ち上げられた状態か否かを判定する判定手段と、を備え、該判定手段は、該傾斜角検出手段によって検出された角度が、所定の角度範囲内にある場合に、該制御対象物が持ち上げられた状態であると判定することを特徴とする。

本発明によれば、誤判定の発生を抑制し、制御対象物が持ち上げられた状態であることを高い精度で判定することができる姿勢制御装置を提供することを目的とする。

本発明の第１実施形態に係る姿勢制御装置を人型ロボットに適用した例を示す前方斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る姿勢制御装置を人型ロボットに適用した例を示す背面図である。 本発明の第１実施形態に係る姿勢制御装置を人型ロボットに適用した例を示す自由度構成図である。 本発明の第１実施形態に係る姿勢制御装置を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る持ち上げ／転倒判定の手順を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る姿勢制御装置を人型ロボットに適用した例を示す左側面図である。 把持部を掴んで人型ロボットを持ち上げた状態を示す左側面図である。 一方の把持部を掴んで人型ロボットを持ち上げた状態を示す背面図である。 本発明の第２実施形態に係る把持部を示す要部拡大図である。 本発明の第３実施形態に係る姿勢制御装置を示すブロック図である。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
≪第１実施形態≫（図１〜図８参照）
本実施形態の姿勢制御装置１は、様々な状況での人型ロボットＨＲ（制御対象物）の姿勢、体勢を検出するもので、制御システムＣＳの一部を構成している。
そこでまず、人型ロボットＨＲの構成について説明する（図１〜図３参照）。

人型ロボットＨＲ（制御対象物）は、人の形を模して作られるとともに、自律的に人の動きを模して動作するロボットで、ヒューマノイドロボット、とも称される。
なお、以下の説明では人型ロボットＨＲの前後方向をＸ軸、左右方向をＹ軸、上下方向をＺ軸と、それぞれ定義する。
またＸ軸周りの回転方向をロール（Ｒｏｌｌ）、Ｙ軸周りの回転方向をピッチ（Ｐｉｔｃｈ）、Ｚ軸周りの回転方向をヨー（Ｙａｗ）と、それぞれ定義する。

人型ロボットＨＲは、最上部に頭部ＨＲ１を備え、頭部ＨＲ１を下から首部ＨＲ２を介して、胴体部ＨＲ３が支えている（図１、図２参照）。
胴体部ＨＲ３には、上部の左右側縁に肩部ＨＲ４を介して、腕部ＨＲ５（右腕部ＨＲ５Ｒ、左腕部ＨＲ５Ｌ）が配置されている。
胴体部ＨＲ３には、下部の左右側縁に脚部ＨＲ６（右脚部ＨＲ６Ｒ、左脚部ＨＲ６Ｌ）が配置されている。また、胴体部背面ＨＲ３Ｂには、一対の把持部ＤＨが配置されている。

首部ＨＲ２には、３つのモータＭが設置されている（図３参照）。
１つ目は、頭部ＨＲ１を左右に傾ける（ロール）頭部かしげモータＭ２１である。
２つ目は、頭部ＨＲ１を上下方向（ピッチ）に揺動する頭部上下モータＭ２２である。
３つ目は、頭部ＨＲ１を左右方向（ヨー）に振る頭部左右モータＭ２３である。
そして、これら３つのモータＭが、首関節として機能するとともに、これら３つのモータＭを独立、協調して駆動することで、人と同様の頭部の動きが再現される。

肩部ＨＲ４には、２つのモータＭが設置されている（図３参照）。
１つ目は、腕を左右方向に揺動（ロール）する肩左右モータＭ４１である。
２つ目は、腕を前後方向に揺動（ピッチ）する肩前後モータＭ４２である。
そして、これら２つのモータＭが、肩関節として機能するとともに、これら２つのモータＭを独立、協調して駆動することで、人と同様の肩の動きが再現される。

腕部ＨＲ５には、４つのモータＭが設置されている（図３参照）。
１つ目は、上腕部のひねりを行う上腕ひねりモータＭ５１である。
２つ目は、肘の曲げ伸ばしを行う肘モータＭ５２である。
３つ目は、前腕部のひねりを行う前腕ひねりモータＭ５３である。
４つ目は、指で物を掴む動作を行うグリップモータＭ５４である。
そして、これら４つのモータＭを独立、協調して駆動することで、人と同様の腕の動きが再現されるとともに、物を掴めるように構成されている。また、腕部ＨＲ５の先端には、空転可能な手輪ＤＴ４が設置されている。

脚部ＨＲ６には、３つのモータＭが設置されている（図３参照）。
１つ目は、股関節の曲げ伸ばしを行う股関節モータＭ６１である。
２つ目は、膝の曲げ伸ばしを行う膝モータＭ６２である。
３つ目は、足首の曲げ伸ばしを行う足首モータＭ６３である。
そして、これら３つのモータＭを独立、協調して駆動することで、人と同様の脚の動きが再現される。また、脚部ＨＲ６の下端には、走行手段ＤＴが配置されている（図１〜図３参照）。

走行手段ＤＴは、脚部ＨＲ６の下端に配置された走行モータＤＴ１、駆動輪ＤＴ２、従動輪ＤＴ３、および腕部ＨＲ５の先端に設置された手輪ＤＴ４で構成されている。走行手段ＤＴを備えることで、人型ロボットＨＲは直立姿勢のままで接地面上を走行移動することができる。

走行モータＤＴ１は、駆動手段として、駆動輪ＤＴ２を転動する際の駆動力を発生する。
駆動輪ＤＴ２は、走行モータＤＴ１と連動して、正転、後転する。
従動輪ＤＴ３は、駆動輪ＤＴ２による走行移動を補助しつつ、阻害しないように、空転可能に配置されている。従動輪ＤＴ３は、たとえばオフセットキャスタ等で構成される。

手輪ＤＴ４は、人型ロボットＨＲが四つん這いの姿勢、しゃがんで手を着いた姿勢等、腕部ＨＲ５の先端を接地させた姿勢での走行移動を行う際に使用され、手輪ＤＴ４が、腕部ＨＲ５と接地面との摩擦抵抗を軽減する。そして、腕部ＨＲ５を接地させた姿勢をとることで、直立姿勢の場合よりも安定して走行移動を行うことができる。

一対の把持部ＤＨ（左把持部ＤＨＬ、右把持部ＤＨＲ）は、たとえば人型ロボットＨＲを持ち運ぶ際に持ち手として用いられる（図１、図２参照）。
一対の把持部ＤＨは、互いに同様の形状に形成されており、同径の円環形状を備えている。また、一対の把持部ＤＨは、胴体部背面ＨＲ３Ｂに背面視で、基準軸ＬＢを挟んで線対称に配置されている（図２参照）。

つまり、一対の把持部ＤＨは、基準軸ＬＢから前後方向（Ｘ軸方向）に離れた位置に配置されている（図６参照）。
さらに、一対の把持部ＤＨは、後述する後方カメラＤＳ４の視野（画角）を遮らない位置、角度で胴体部背面ＨＲ３Ｂに取り付けられている。
このため、一対の把持部ＤＨは、胴体部ＨＲ３の背中から翼が生えているかのような態様を呈している。

次に、制御システムＣＳについて説明する（図４参照）。
制御システムＣＳは、人の様々な動きを人型ロボットＨＲに再現させるために、前述の各モータＭを独立、協調して駆動するための構成である。制御システムＣＳは、センサＤＳ、姿勢制御装置１を備えている。そして、制御システムＣＳは、各センサＤＳから得た情報を元に、周囲の状況、人型ロボットＨＲの状態等を判定し、判定結果を各モータＭの制御に反映させる。

次に、制御システムＣＳを構成する様々なセンサについて説明する。
センサＤＳは、人型ロボットＨＲの周囲の情報、人型ロボットＨＲの状態等を把握するための構成で、人型ロボットＨＲの様々な部位に、様々な種類のセンサＤＳが配置されている（図１、図２参照）。
頭部ＨＲ１には、頭部前方の視覚情報を入手するためのカメラＤＳ１、周囲の聴覚情報（音情報）を入手するためのマイクＤＳ２等が配置されている。

カメラＤＳ１、マイクＤＳ２は、頭部ＨＲ１の動きに連動して移動し、前方だけでなく、左右側方の視覚情報、聴覚情報（音情報）等を入手する。
首部ＨＲ２には、前方に向けて周囲環境測定用センサＤＳ３が配置されている。
周囲環境測定用センサＤＳ３は、周囲の物体、障害物等との距離を測定する（図１参照）。

胴体部背面ＨＲ３Ｂには、後方カメラＤＳ４が設置されている（図２参照）。
後方カメラＤＳ４は、左把持部ＤＨＬ、および右把持部ＤＨＲの間に設置されている。後方カメラＤＳ４は、たとえば人型ロボットＨＲが、先導して人を誘導、案内する際に、後方を確認するために使用される。

次に、姿勢制御装置１の構成について説明する。
姿勢制御装置１は、人型ロボットＨＲの動作中の姿勢を制御するための構成である（図４参照）。姿勢制御装置１は、傾斜角検出手段１１、ＥＣＵ１２（Electronic Control Unit）を備えている。
傾斜角検出手段１１は、鉛直方向に沿って人型ロボットＨＲ（制御対象物）の重心Ｇを通る重心軸ＬＧと基準軸ＬＢとのなす角度（傾斜角θ）、および角速度を取得するための構成である。本実施形態では、傾斜角検出手段１１として、ジャイロセンサＤＳ５を採用している。

ジャイロセンサＤＳ５は、特定の計測方式に限定されるものではなく、人型ロボットＨＲが運用される状況、環境、仕様に応じて、振動式、地磁気式、光学式、流体式、機械式等の計測方式から適宜選択される。
なお、本実施形態では、傾斜角検出手段１１として、ジャイロセンサＤＳ５を採用しているが、ジャイロセンサＤＳ５に限定するものではなく、傾斜角θ、角速度ｄθを計測、検出可能な手段であれば、適宜採用することができる。

たとえば、傾斜角の計測に対して、ＭＥＭＳ技術（Micro Electro Mechanical System）を活用した静電容量型の傾斜センサ（図示せず）、電解液技術を活用した抵抗型の傾斜センサ（図示せず）、複数の加速度センサ（図示せず）を組合わせたもの等が、採用可能である。
つまり、人型ロボットＨＲが運用される状況、環境、仕様に応じて、より適切な計測方式のセンサを適宜選択することができる。

ＥＣＵ１２（判定手段）は、姿勢判定部１３、機構制御部１４を備えている。また、ＥＣＵ１２は、ジャイロセンサＤＳ５、各モータＭに接続されている。
姿勢判定部１３は、傾斜角検出手段１１（ジャイロセンサＤＳ５）の出力信号からロール軸、ピッチ軸、ヨー軸の回転角度（ロール角、ピッチ角、ヨー角）、および角速度を取得する。また、姿勢判定部１３は、取得した回転速度、角速度を元に、持ち上げ／転倒判定を行う。

持ち上げ／転倒判定は、人型ロボットＨＲが持ち上げられた状態なのか、転倒した状態なのか、どちらでもない状態（たとえば正立した状態）なのか、を判定する。
持ち上げ／転倒判定は、角度判定と、角速度判定とで構成されている。
機構制御部１４は、姿勢判定部１３による持ち上げ／転倒判定の判定結果を受け、判定結果に応じて、所定のモータＭの動作を制御する。

次に、持ち上げ／転倒判定の判定手順について説明する（図６、図７参照）。
本実施形態では、一対の把持部ＤＨの両方を掴んで、人型ロボットＨＲを持ち上げる場合について説明する。

＜角度判定＞
角度判定では、把持部ＤＨを掴んで、人型ロボットＨＲを持ち上げた場合、傾斜角θが所定の角度範囲ＲＡθ内に収まることを利用している。
本実施形態では、傾斜角θは、人型ロボットＨＲの重心軸ＬＧと基準軸ＬＢとのなす角度、と定義する。
重心軸ＬＧは、鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って人型ロボットＨＲの重心Ｇを通る軸、と定義する。

基準軸ＬＢは、静態時における鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って人型ロボットＨＲの重心Ｇを通る軸、と定義する。
静態時とは、人型ロボットＨＲが直立姿勢で接地面上に正立した状態、と定義する。
つまり、静態時には、基準軸ＬＢと重心軸ＬＧが一致する。

傾斜角θのピッチ方向成分（ピッチ角度）をθＰと称し、傾斜角θのロール方向成分（ロール角度）をθＲと称する。
傾斜角θは、角度φに角度ψを加算した角度（θ＝φ＋ψ）である。

角度φは、人型ロボットＨＲが接地面に置かれた状態の姿勢で、ジャイロセンサＤＳ５が検出する角度である。
角度ψは、把持部ＤＨと重心Ｇを結んだ直線（持ち上げられた状態での重心軸ＬＧ）と、基準軸ＬＢとのなす角度である。
なお、静態時は、角度φ＝０、角度ψ＝θであるため、角度φ、角度ψの図示は省略する。

≪角度判定（ピッチ方向）≫
把持部ＤＨは、基準軸ＬＢに対してＸ軸方向にずれて配置されているため、人型ロボットＨＲは、持ち上げた際にＹ軸周りのピッチ方向に傾く。そこで、ピッチ方向の傾きについて、数式１と数式２とを用いて判定する。
数式１ （θＨ＋Δθ１）≧θＰ＞（θＨ−Δθ２）
数式２ ｜θＰ｜＞（θＨ＋Δθ１）

角度θＨｐは、把持部ＤＨを掴んで持ち上げられた際の傾斜角θのピッチ方向の平均値である。
角度Δθ１、Δθ２は、実験などを元に、あらかじめ設定された角度(＞０)である。
たとえば、角度Δθ１、Δθ２には、把持部ＤＨを掴んで持ち上げる際に、把持部ＤＨの掴み方、掴む部位によって生じる角度のばらつきを設定する。

数式１が成立した場合は、ピッチ方向について、持ち上げられた状態にあると判定し、数式２が成立した場合は、ピッチ方向について、転倒状態であると判定する。
また、数式１、数式２がともに不成立の場合は、ピッチ方向について、接地面上に立っている状態、たとえば正立状態と判定する。

≪角度判定（ロール方向）≫
接地面の傾きが所定の角度を超えると、人型ロボットＨＲは正立できずに転倒してしまう。そこで、ロール方向の傾きについて、数式３を用いて判定する。
数式３ ｜θＲ｜＞Δθ３
角度Δθ３は、実験などを元に、あらかじめ設定された角度(＞０)である。

たとえば、角度Δθ３は、これ以上大きくなると、人型ロボットＨＲがロール方向に正立できない角度（立っていられない角度）に設定される。
数式３が成立した場合は、ロール方向について、転倒状態であると判定し、数式３が不成立の場合は、ロール方向について、正立状態であると判定する。

≪角度判定（結果判定）≫
ピッチ方向、ロール方向の少なくともどちらか一方が転倒状態と判定した場合、人型ロボットＨＲとしては転倒状態にあると判定する。
ピッチ方向が持ち上げられた状態と判定され、ロール方向が正立状態と判定された場合、人型ロボットＨＲとしては持ち上げられた状態と判定する。
ピッチ方向、ロール方向の両方が正立状態と判定された場合、人型ロボットＨＲとしては正立状態と判定する。

＜角速度判定＞
角速度判定では、角度判定で検出された傾斜角θ（姿勢角）が、通常の制御状態の中で検出されたものか、否かを判定する。
たとえば、持ち上げられる途中の状態、倒れる途中の状態等で検出されたものなのか、否か、を判定する。
角速度判定は、検出された角度、角速度の大きさで判断する。

角速度判定は、静止状態、および通常の制御状態で検出される角速度ｄθが、持ち上げられる際、転倒する際など、に検出される場合ほど大きくならないことを利用している。
ジャイロセンサＤＳ５が検出する角速度ｄθのピッチ方向成分（ピッチ角速度）をｄθＰと称し、角速度ｄθのロール方向成分（ロール角速度）をｄθＲと称する。
数式４ ｜θＰ｜＜Δθ４
数式５ ｜θＲ｜＜Δθ５
数式６ ｜ｄθＰ｜＜Δｄθ６
数式７ ｜ｄθＲ｜＜Δｄθ７

数式４〜７の全てが成立した場合、姿勢判定部１３は、姿勢を制御できている、通常の制御状態にあると判定する。
また、数式４〜７のうち、いずれか１つでも不成立の場合、姿勢判定部１３は、姿勢を制御できていない、非制御下状態にあると判定する。
Δθ４、Δθ５、Δdθ６、Δdθ７は持ち上げ検出システムに対して設定された角度、角速度(＞０)である。

たとえば、角度Δθ４は、これ以上大きくなると、人型ロボットＨＲがピッチ方向に正立できない角度（立っていられない角度）に設定される。
角度Δθ５は、これ以上大きくなると、人型ロボットＨＲがロール方向に正立できない角度に設定される。

角速度Δdθ６は、通常の制御状態では、人型ロボットＨＲの姿勢がこれ以上早くピッチ方向に変化することはない角速度に設定される。
角速度Δdθ７は、通常の制御状態では、人型ロボットＨＲの姿勢がこれ以上早くロール方向に変化することはない角速度に設定される。
なお、角速度の代わりに加速度を用いて、通常の制御状態であるか否かの判定を行う手法を用いることが可能であり、同様の作用効果が得られる。

＜最終判定＞
最終判定では、角度判定の判定結果と角速度判定の判定結果から、人型ロボットＨＲがどのような状態なのかを判定する。
角度判定で正立状態、角速度判定で通常制御と判定された場合、人型ロボットＨＲは、接地面上に正立している、と判定する。
角度判定で正立状態、角速度判定で非制御下と判定された場合、人型ロボットＨＲは、正立した姿勢で持ち上げられている、と判定する。

角度判定で持ち上げられた状態、角速度判定で通常制御と判定された場合、人型ロボットＨＲは、接地面上にある（たとえば、障害物にもたれ掛かった状態）、と判定する。
角度判定で持ち上げられた状態、角速度判定で非制御下と判定された場合、人型ロボットＨＲは、持ち上げられている、と判定する。

角度判定で転倒状態、角速度判定で通常制御と判定された場合、人型ロボットＨＲは、接地面上にある（たとえば、転倒後の状態）、と判定する。
角度判定で転倒状態、角速度判定で非制御下と判定された場合、人型ロボットＨＲは、転倒している、と判定する。

次に、姿勢判定部１３による持ち上げ／転倒判定の流れをフローチャートＦＬで説明する（図５参照）。
まず、ステップＳ１では、ジャイロセンサＤＳ５の出力信号から、人型ロボットＨＲのロール軸、ピッチ軸、ヨー軸の回転角度、角速度を取得する。
ステップＳ２では、角度判定を行う。
角度判定を行い、正立状態と判定した場合には、ステップＳ３へ移行し、持ち上げられた状態、または転倒状態と判定した場合には、ステップＳ１３へ移行する。

ステップＳ３では、姿勢判定部１３は、角速度判定を行う。
角速度判定を行い、通常の制御状態と判定した場合には、正立していると最終判定して、正立信号を出力し（ステップＳ５）、処理を終了する。
また、角速度判定で、通常の制御状態ではないと判定した場合には、持ち上げられていると最終判定し、ステップＳ４へ移行する。

ステップＳ４では、姿勢判定部１３は、保持する持ち上げ状態変数を更新して、持ち上げ信号を機構制御部１４へ送信し、処理を終了する。
ステップＳ１３では、持ち上げられた状態か、転倒状態か、の判定を行う。
持ち上げられた状態と判定した場合には、ステップＳ１４へ移行し、転倒状態と判定した場合には、ステップＳ２４へ移行する。

ステップＳ１４では、姿勢判定部１３は、角速度判定を行う。
角速度判定を行い、通常の制御状態と判定した場合には、接地面上にあると最終判定して、ステップＳ１５へ移行する。
角速度判定で、通常の制御状態ではないと判定した場合には、持ち上げられていると最終判定し、持ち上げ信号を出力し（ステップＳ１６）、処理を終了する。
ステップＳ１５では、姿勢判定部１３は、保持する持ち上げ状態変数を更新して、接地信号を機構制御部１４へ送信し、処理を終了する。

ステップＳ２４では、姿勢判定部１３は、角速度判定を行う。
角速度判定を行い、通常の制御状態と判定した場合には、接地面上にあると最終判定し、ステップＳ２５へ移行する。
角速度判定で、通常の制御状態ではないと判定した場合には、転倒していると最終判定し、転倒信号を出力し（ステップＳ２６）、処理を終了する。
ステップＳ２５では、姿勢判定部１３は、保持する持ち上げ状態変数を更新して、接地信号を機構制御部１４へ送信し、処理を終了する。

次に、第１実施形態の姿勢制御装置１の作用効果について説明する。
本実施形態では、把持部ＤＨが人型ロボットＨＲ（制御対象物）の基準軸ＬＢからＸ軸方向へ離れた位置（人型ロボットＨＲの胴体部背面ＨＲ３Ｂ）に配置されている。
そして、把持部ＤＨを掴んで、人型ロボットＨＲを持ち上げた場合、重心軸ＬＧと基準軸ＬＢとのなす傾斜角θが所定の角度範囲ＲＡθ内に収まる。

そこで、ＥＣＵ１２（判定手段）は、傾斜角θが所定の角度範囲ＲＡθ内に収まっている場合には、人型ロボットＨＲが持ち上げられた状態であると判定している。
これによって、誤判定の発生を抑制し、人型ロボットＨＲ（制御対象物）が持ち上げられた状態であることを高い精度で検出することができる。

本実施形態では、傾斜角検出手段１１として、ジャイロセンサＤＳ５を採用している。ジャイロセンサＤＳ５は、姿勢制御を行う際に、一般的に広く用いられるセンサであるため、重心軸ＬＧと基準軸ＬＢとのなす角度を検出するために、専用のセンサを新たに設置する必要がない。
このため、コストの増大、および人型ロボットＨＲ（制御対象物）の大型化をもたらすことなく、持ち上げられた状態を高い精度で検出することができる。

本実施形態では、ＥＣＵ１２（判定手段）は、傾斜角検出手段１１の検出した角度の絶対値が、所定の角度範囲ＲＡθの絶対値よりも大きい場合に、転倒状態と判定している。そして、転倒状態を正確に検出できることで、転倒時の制御（起きあがり動作等）へ速やかに移行することができる。
これによって、倒れた状態で動作を継続することによる故障等を防止することができる。

なお、本実施形態では、説明の都合で前後方向の傾きについてのみ説明したが、左右方向の傾き（ロール方向の傾き）についても考慮することが可能である。
たとえば、把持部ＤＨの左右どちらか一方のみを掴んで持ち上げるような場合には、前後方向だけでなく、左右方向にも傾斜する（図８参照）。そして、左右方向の傾きについても、前後方向の傾きと同様に、所定の角度範囲に収まる。
このため、前後方向の傾きと左右方向の傾きを合わせて考慮することで、把持部ＤＨの一方を掴んで持ち上げるような場合であっても、持ち上げられた状態をより高い精度で判定することができる。

また、本実施形態では、説明の都合で直立姿勢での持ち上げについて説明したが、直立姿勢に限定するものではない。
たとえば、上体を傾けたお辞儀姿勢、床の上にしゃがんだ姿勢等、直立姿勢以外の様々な姿勢のまま持ち上げられた場合についても、それぞれの姿勢での傾斜角θの角度範囲を設定することができる。
このため、姿勢が変わることで重心の位置が変わる場合であっても、本願の作用効果を得ることができる。

また、本実施形態では、持ち上げられる制御対象物を人型ロボットＨＲとしているが、本願発明は、このような形態の物品に限定するものではない。
たとえば、犬のように四本脚で歩行する動物型ロボット（図示せず）、自律走行型掃除機（図示せず）等、様々な形態の物品を制御対象物とすることが可能であり、同様の作用効果が得られる。
つまり、本発明は、第１実施形態の構成に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。

＜第２実施形態＞（図９参照）
次に、姿勢制御装置１の第２実施形態について、図面を参照しながら説明する。 前述の姿勢制御装置１と同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
前述の第１実施形態と大きく異なる構成は、把持部ＤＨの取付形態である。

前述の第１実施形態の把持部ＤＨは、人型ロボットＨＲの背面に固定された状態で設置されている。これに対して、本実施形態の把持部ＤＨは、人型ロボットＨＲの背面にピッチ方向へ揺動可能な状態で設置されている。
把持部ＤＨは、把持基体ＤＨ１、把持本体ＤＨ２を備えている。

把持基体ＤＨ１は、人型ロボットＨＲの背面に固定されている。また、把持基体ＤＨ１は、軸支孔ＤＨ１ａ、揺動円弧ＤＨ１ｂを備えている。
軸支孔ＤＨ１ａは、把持基体ＤＨ１を貫通する貫通孔で構成されている。
揺動円弧ＤＨ１ｂは、軸支孔ＤＨ１ａを中心とする円弧状に貫通するスリットで構成されている。

把持本体ＤＨ２は、環形状を備えている。また、把持本体ＤＨ２は、支軸ＤＨ２ａ、円弧軸ＤＨ２ｂを備えている。
支軸ＤＨ２ａは、軸周りに回転可能に、軸支孔ＤＨ１ａに支持されている。
円弧軸ＤＨ２ｂは、揺動円弧ＤＨ１ｂ内を円弧に沿って移動可能に構成されている。
そして、把持本体ＤＨ２は、支軸ＤＨ２ａを介して、把持基体ＤＨ１に揺動可能に軸支され、把持本体ＤＨ２が揺動する際に、円弧軸ＤＨ２ｂが揺動円弧ＤＨ１ｂ内を移動する。
つまり、揺動円弧ＤＨ１ｂによって、把持本体ＤＨ２の揺動範囲が規定されている。

また、把持本体ＤＨ２は、揺動円弧ＤＨ１ｂの他端側から一端側に向かって、捻りバネ（図示せず）等によって、付勢保持されている。
このため、通常運用時には、把持本体ＤＨ２は、揺動範囲の一端（図９における右側端部）に位置している。

また、持ち上げられた際には、把持本体ＤＨ２は、揺動範囲の他端（図９における左側端部）に移動する。
つまり、把持部ＤＨは、正立時の形態と、持ち上げられた状態での形態とが異なるように、胴体部背面ＨＲ３Ｂに組み付けられている。

次に、持ち上げ／転倒判定の判定手順の変更点について説明する。
人型ロボットＨＲを持ち上げる際に、一対の把持部ＤＨの両方を掴んで持ち上げる手順は、本実施形態においても、前述の第１実施形態と同様である。
また、持ち上げ／転倒判定が、角度判定（持ち上げ状態確認）と、角速度判定（姿勢情報の比較）とで構成されている点も、第１実施形態と同様である。

持ち上げ／転倒判定で異なる点は、ピッチ方向の角度判定で用いる数式である。
本実施形態では、数式１の代わりに数式８、数式２の代わりに数式９をそれぞれ用いて判定を行う。
なお、数式８、数式９のζは、一対の把持本体ＤＨ２を掴んで持ち上げた際に、把持本体ＤＨ２が揺動することで変化する傾斜角の変化分である。
数式８ （θＨ＋ζ＋Δθ１）≧θＰ＞（θＨ＋ζ−Δθ２）
数式９ ｜θＰ｜＞（θＨ＋ζ＋Δθ１）

次に、第２実施形態の姿勢制御装置１の作用効果について説明する。
本実施形態では、把持部ＤＨは、正立時の形態と、持ち上げられた状態での形態とが異なるように、胴体部背面ＨＲ３Ｂに組み付けられている。
つまり、把持部ＤＨを掴んで人型ロボットＨＲ（制御対象物）を持ち上げた際に、重心軸ＬＧと基準軸ＬＢとのなす傾斜角θが、ピッチ方向に変化するように、把持部ＤＨは組み付けられている。
このように構成することで、持ち上げられた状態での傾斜角θを、通常の制御状態（自律運用状態）では発生頻度の低い姿勢の角度に設定することができる。

これによって、通常の制御状態では、持ち上げられたのと同様の姿勢が発生し難くなるため、誤判定をさらに抑制することができる。
また、これによって、通常の制御状態（自律運用状態）では、腕部ＨＲ５の動きを妨げない位置、カメラＤＳ１の画角を遮らない位置、に把持部ＤＨを設置することができる。

＜第３実施形態＞（図１０参照）
次に、姿勢制御装置１の第３実施形態について、図面を参照しながら説明する。 前述の姿勢制御装置１と同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
前述の第１実施形態と大きく異なる構成は、ＥＣＵ１２が警報手段１５を備えている点である。警報手段１５は、姿勢判定部１３、機構制御部１４に接続されている。

警報手段１５は、人型ロボットＨＲが持ち上げられたり、転倒したことを周囲に報知するための構成である。
警報手段１５は、警報部１５ａ、スピーカ１５ｂを備えている。
警報部１５ａは、ＥＣＵ１２から持ち上げ信号、転倒信号等の信号を受信した場合、受信した信号に応じて、あらかじめ用意されたメニューから警報を出力する。警報部１５ａは、持ち上げ、転倒信号を受信してから、設定された時間が経過するまでに接地信号を受信しない場合等、あらかじめ設定された条件を満たした場合に、警報を出力する。
スピーカ１５ｂは、警報部１５ａからの出力を警報音、および音声として流し、周囲に知らせる。

なお、本実施形態の警報手段１５では、報知手段として、聴覚に訴えるスピーカ１５ｂを備えているが、これに限定するものではない。
たとえば、視覚に訴える報知手段を併せて備えることも可能である。視覚に訴える報知手段として、胴体部ＨＲ３等の一部、または全体を発光、点滅させたり、文字情報をモニターに表示させる構成とすることが可能である。

また、警報部１５ａは、外部のモニタリングシステム(図示せず)に警報信号を出力し、警備員に知らせる手法をとることも可能である。
さらに、警報のレベルに応じて、人型ロボットＨＲが保有するソフトウェア、データなどの情報を消去したり、人型ロボットＨＲが起動できなくしたりすることも可能である。
なお、警報は、特定の手順による操作によって解除される。

次に、第３実施形態の姿勢制御装置１の作用効果について説明する。
本実施形態では、ＥＣＵ１２が警報手段１５を備えている。
このような構成とすることで、人型ロボットＨＲが、持ち上げられたと判定された場合に、警報を発することができる。
これによって、部外者等による人型ロボットＨＲの持ち去り、盗難を防止することができる。

また、人型ロボットＨＲが、転倒したと判定された場合に、警報を発することができる。
これによって、溝に嵌ったり、障害物に引っ掛かったまま倒れてしまい、自力で起きあがれなくなった場合に、倒れたままの状態で周囲に気付かれずに、そのまま放置されることを防止することができる。

１ 姿勢制御装置
１１ 傾斜角検出手段
１２ ＥＣＵ（判定手段）
ＨＲ 人型ロボット（制御対象物）
Ｇ 重心
ＬＧ 重心軸
ＬＢ 基準軸
ＤＨ 把持部
θ 傾斜角
ＲＡθ 所定の角度範囲
ＤＳ５ ジャイロセンサ

Claims (6)

1. 鉛直方向に沿って制御対象物の重心を通る軸を重心軸、
   正立時における鉛直方向に沿って該制御対象物の重心を通る軸を基準軸、
   と設定し、
   該基準軸から離れた位置に配置された把持部と、
   該重心軸と該基準軸とのなす角度を検出する傾斜角検出手段と、
   該制御対象物が該把持部を掴んで持ち上げられた状態か否かを判定する判定手段と、
   を備え、
   該判定手段は、
   該傾斜角検出手段によって検出された角度が、所定の角度範囲内にある場合に、該制御対象物が持ち上げられた状態であると判定する
   ことを特徴とする姿勢制御装置。
2. 請求項１に記載の姿勢制御装置において、
   前記傾斜角検出手段は、
   ジャイロセンサである
   ことを特徴とする姿勢制御装置。
3. 請求項１、または請求項２に記載の姿勢制御装置において、
   前記把持部は、
   正立時の形態と、持ち上げられた状態での形態とが異なるように、
   前記制御対象物に組み付けられた
   ことを特徴とする姿勢制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の姿勢制御装置において、
   前記判定手段による持ち上げられた状態の判定を受けて、
   前記制御対象物が持ち上げられたことを報知する警報手段を備える
   ことを特徴とする姿勢制御装置。
5. 請求項１、または請求項２に記載の姿勢制御装置において、
   前記判定手段は、
   前記傾斜角検出手段の検出した角度の絶対値が、所定の角度範囲の最大値よりも大きい場合には、転倒状態と判定する
   ことを特徴とする姿勢制御装置。
6. 請求項５に記載の姿勢制御装置において、
   前記判定手段による転倒状態の判定を受けて、
   前記制御対象物が倒れたことを報知する警報手段を備える
   ことを特徴とする姿勢制御装置。

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