JP2020032865A - 移動ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】従来の移動するロボットは、柔軟性がないため、平坦でない場所ではバランスを崩し易く、転倒や衝突の衝撃で壊れる可能性があった。【解決手段】胴体と、胴体に設けられるクローラと、クローラに設けられる脚部群とを具備し、脚部群は、柔軟性を有する素材で形成された２以上の脚部で構成される移動ロボットにより、柔軟で、安定性が高く、耐衝撃性にも優れ、その結果、平坦でない場所での移動が容易に行えるロボットが実現される。【選択図】図１

Description

本発明は、移動するロボット等に関するものである。

従来、連接された運動モジュールの収縮により動作するロボットが存在した（例えば、特許文献１参照）。このロボットでは、移動方向に伸縮する運動モジュールの制御装置が、反力取得部と、オフセット算出部と、位相生成部と、伸縮量決定部とを備え、反力取得部は、運動モジュールに掛かる移動方向の反力の大きさを取得し、オフセット算出部は、反力の向きおよび運動モジュールの伸縮状態に基づいてオフセット角周波数を算出し、位相生成部は、基本角周波数とオフセット角周波数とを加算して得られる補正角周波数で位相を生成し、伸縮量決定部は、生成した位相に基づいて運動モジュールの伸縮量を決定することにより、ロボットの耐故障性を高めることができる。

特開２０１７−２１７７２８号公報

しかし、上記のような従来の移動するロボットは、柔軟性がないため、平坦でない場所ではバランスを崩し易く、転倒や衝突の衝撃で壊れる可能性があった。

本第一の発明の移動ロボットは、胴体と、胴体に設けられるクローラと、クローラに設けられる脚部群とを具備し、脚部群は、柔軟性を有する素材で形成された２以上の脚部で構成される移動ロボットである。

かかる構成により、柔軟で、安定性が高く、耐衝撃性にも優れ、その結果、例えば、未知の不整地の移動や階段の昇降といった、平坦でない場所での移動が容易に行えるロボットが実現される。

また、本第二の発明の移動ロボットは、第一の発明に対して、胴体に設けられる荷台をさらに具備する移動ロボットである。

かかる構成により、平坦でない場所で、荷物や人の運搬が行えるロボットが実現される。

また、本第三の発明の移動ロボットは、第一または第二の発明に対して、脚部群を構成する２以上の各脚部は、中空であり、脚部の内外の圧力差により膨張または収縮可能であり、２以上の各脚部内を加圧または減圧する加減圧部をさらに具備する移動ロボットである。

かかる構成により、安定性がより高く、その結果、平坦でない場所でより容易に移動できるロボットが実現される。

また、本第四の発明の移動ロボットは、第三の発明に対して、加減圧部は、脚部群を構成する２以上の脚部のうち、クローラの上側に位置する１以上の各脚部内を減圧することにより、１以上の各脚部を収縮した状態にする、移動ロボットである。

かかる構成により、狭い場所での移動も容易に行える。

また、本第五の発明の移動ロボットは、第三または第四の発明に対して、加減圧部は、脚部群を構成する２以上の脚部のうち、クローラの下側に位置する１以上の各脚部内を加圧することにより、１以上の各脚部を膨張した状態にする、移動ロボットである。

かかる構成により、平坦でない場所での移動が容易に行える。また、狭く、かつ平坦でない場所での移動も容易に行える。

本第六の発明の移動ロボットは、第三の発明に対して、脚部群を構成する２以上の各脚部内には、粒子状の詰め物が存在し、加減圧部は、脚部群を構成する２以上の脚部のうち、クローラの下側に位置する１以上の各脚部内を減圧することにより、当該１以上の各脚部内の詰め物を固化させる、移動ロボットである。

かかる構成により、各脚部のグリップ力が高まり、平坦でない場所での移動がより容易に行える。

また、本第七の発明の移動ロボットは、第三から第六いずれか１つの発明に対して、脚部群を構成する２以上の各脚部は、吸排気口を有し、加減圧部は、脚部群を構成する２以上の各脚部の吸排気口を介して、各脚部内への気体の吸入または各脚部内からの気体の排出を行うことにより、各脚部内を加圧または減圧する移動ロボットである。

かかる構成により、各脚部内の気体を移動させるだけで、安定性を高めることができる。

また、本第八の発明の移動ロボットは、第三から第七いずれか１つの発明に対して、脚部群を構成する２以上の各脚部は、センサを有し、加減圧部は、脚部群を構成する２以上の各脚部のセンサのセンシング結果を用いて、脚部が接地しているか否か又は脚部への圧力である検知結果を取得し、当該検知結果に基づいて、２以上の各脚部内を加圧または減圧する移動ロボットである。

かかる構成により、各脚部にセンサを設けるだけで、安定性を高めることができる。

また、本第九の発明の移動ロボットは、第一または第二の発明に対し、脚部群を構成する２以上の各脚部は、柔軟性を有する発泡性の素材で形成され、当該脚部が接触している接触面から受ける力で変形する、移動ロボットである。

かかる構成により、安定性が高く、平坦でない場所で容易に移動できるロボットが、低コストで実現される。

また、本第十の発明の移動ロボットは、第九の発明に対し、胴体の下側に設けられる伸縮可能な１以上の第二脚部と、胴体の軸の水平面に対する角度を検知する第二センサと、第二センサのセンシング結果を少なくとも用いて、１以上の第二脚部を伸縮させる伸縮部とをさらに具備する移動ロボットである。

かかる構成により、移動困難な状況からの脱出が容易になる。

本発明によれば、クローラを用い、かつ、そのクローラに、柔軟性を有する素材で形成された２以上の脚部で構成される脚部群を設けたことにより、柔軟で、安定性が高く、耐衝撃性にも優れ、その結果、平坦でない場所での移動が容易に行える移動ロボットが実現される。

実施の形態における移動ロボットの上面図 移動ロボットの、断面Ａにおける断面図 岩場を移動中である移動ロボットの、断面Ａにおける断面図 岩場を移動中である移動ロボットの、断面Ｂにおける断面図 加減圧部の処理を説明するフローチャート 加減圧部を実現するアナログ電子アメーバの回路図 移動ロボットの一変形例を示す概念図 移動ロボットの他の変形例を示す概念図

以下、移動ロボット等の実施形態について図面を参照して説明する。なお、実施の形態において同じ符号を付した構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明を省略する場合がある。

本実施の形態における移動ロボット１は、移動するロボットである。移動ロボット１は、道路や整地等の平坦な場所に限らず、例えば、階段や不整地等の平坦でない場所をも移動する。平坦でない場所を移動する場合は特に、転倒や衝突等による故障のリスクが高いため、移動ロボット１は、安定性が高く、耐衝撃性にも優れた、柔軟な構造を有する。なお、かかるロボットは、例えば、アメーバのような単純な生物に類似した構成を有するアメーバ型ロボットでもよい。

また、移動ロボット１は、自律的に移動するための各種のセンサを有していてもよい。各種のセンサとは、例えば、加速度センサ、ジャイロスコープ、方位センサ、接触センサ、距離センサ、圧力センサ、イメージセンサ、マイクロフォン等であるが、その種類は問わない。なお、各種のセンサは、自律移動以外の移動や動作に用いられてもよいことは言うまでもない。また、移動ロボット１は、現在位置を取得するためのＧＰＳ受信機も有していることは好適である。

または、移動ロボット１は、外部の装置からの遠隔操作で移動するための通信手段を有していてもよい。外部の装置とは、例えば、携帯端末、または専用のコントローラ等である。なお、携帯端末とは、例えば、スマートフォン、タブレット端末、携帯電話機、ノートＰＣ等であるが、その種類は問わない。通信手段とは、例えば、ＮＩＣ(Network interface controller)等の通信モジュールであるが、放送モジュールでもよく、移動ロボット１の遠隔操作が可能であれば、そのタイプは問わない。なお、通信手段は、遠隔操作以外の用途（例えば、情報の送信等）に用いられてもよいことは言うまでもない。

図１は、本実施の形態における移動ロボット１の上面図である。また、図２は、移動ロボット１の、断面Ａにおける断面図である。なお、断面Ａとは、クローラ１２を左右に二等分する面である。左右とは、移動ロボット１が真直ぐ前進する際の進行方向を前方とした場合の左右である。

移動ロボット１は、胴体１１、胴体１１に設けられるクローラ１２、クローラ１２に設けられる脚部群１３、クローラ１２および脚部群１３等を制御する制御部１４、ならびに胴体１１に設けられる荷台１５を備える。なお、クローラとは、無限軌道であり、キャタピラ（登録商標）とも呼ばれる。

なお、本実施の形態では、例えば、胴体１１の左右に、一対のクローラ１２が設けられるが、胴体１１の下に、一のクローラ１２が設けられてもよい。前者の場合、脚部群１３は、通常、一対のクローラ１２の各々に設けられる。後者の場合は、一のクローラ１２内の左側および右側に、一対の脚部群１３が設けられてもよい。

また、本実施の形態では、荷台１５は、胴体１１の上に設けられるが、胴体１１の前または後ろ又は内側に設けられてもよいし、胴体１１の上、前または後ろのうち１カ所以上に設けられても構わない。

さらに、本実施の形態では、制御部１４は、胴体１１の内部に設けられるが、胴体１１の外部に設けられてもよいし、脚部１３１や荷台１５等に設けられてもよいし、移動ロボット１の外部に設けられても構わない。移動ロボット１の外部に設けられる制御部１４は、例えば、無線通信モジュールを有する携帯端末によって実現され、携帯端末から離れた場所に位置する移動ロボット１のクローラ１２等を、無線または有線で遠隔制御する。なお、携帯端末とは、例えば、スマートフォン、タブレット端末、携帯電話機、ノートＰＣ等であるが、その種類は問わない。

クローラ１２は、例えば、２以上の車輪１２１、当該２以上の車輪１２１の外周を囲む履帯１２２、および当該２以上の車輪１２１のうち１以上を駆動する駆動機構（図示しない）などで構成される。駆動機構により車輪１２１が駆動されることで、履帯１２２が回転し、移動ロボット１は移動する。その際、左右の車輪１２１が独立に駆動されて、左右の履帯１２２が互いに順方向または逆方向に回転することで、移動ロボット１は、左右に曲がったり、超信地旋回（スピンターンともいう）したりすることができる。また、車輪１２１が順方向または逆方向に駆動されることで、移動ロボット１は、前進または後退することができる。

脚部群１３は、柔軟性を有する素材で中空に形成された２以上の脚部１３１で構成される。

柔軟性を有する素材とは、例えば、ゴムやエストラマ等の弾性材の膜である。または、柔軟性を有する素材は、ＰＶＣ等の樹脂の膜でもよいし、かかる樹脂膜がコーディングされた布などでもよく、その種類は問わない。

中空に形成されることは、例えば、柔軟性を有する素材の膜で囲まれた空間に、流体が充填されることにより、中が空の脚部が形成されることである。流体とは、流動性を有する連続体である。充填される流体は、通常、気体であるが、例えば、液体やジェルなどでもよく、固体以外の連続体であれば、何でもよい。

なお、気体は、比重が液体等に比べて小さいため、脚部１３１等の内部に気体を充填すれば、移動ロボット１の重量を軽くできると共に、その運動性を高めることもできる。また、気体は、外部からの圧力に対する体積の変化が、液体等に比べて極めて大きいため、脚部１３１等の内部に気体を充填すれば、耐衝撃性やクッション性をより高めることができる。

充填される気体は、通常、空気であるが、例えば、窒素やヘリウムなどの不活性ガス等でもよく、その種類は問わない。なお、充填される液体は、例えば、水や油などであるが、その種類も問わない。

または、中空に形成されることは、例えば、金型を用いて、中空の脚部が形成されることでもよいし、回転体や角柱等の形状を有する素材の内部をくりぬくことにより、中空の脚部が形成されることでも構わない。かかる場合、中空の脚部内には、通常、空気が存在する。ただし、中空の脚部内に、空気以外の気体、または気体以外の流体が、事後的に充填されてもよい。

従って、中空に形成されつつある又は中空に形成された脚部１３１内には、通常、空気などの気体が存在するため、脚部１３１の素材は、適切な水準の気密性も要する。この点、弾性材の膜や樹脂膜は、柔軟性および気密性を有しており、脚部１３１の素材として好適である。特に、弾性材の膜は、伸縮性をも有しており、脚部１３１の素材として、より好適である。

脚部群１３を構成する２以上の各脚部１３１は、当該脚部１３１の内外の圧力差により膨張または収縮可能である。圧力は、通常、気圧であるが、水圧や油圧等でもよい。圧力差は、通常、内外の気圧差であるが、例えば、当該脚部１３１内の水圧または油圧等と、外気圧との差でもよい。

制御部１４は、移動ロボット１の動きを制御する。制御部１４は、例えば、前述した各種のセンサによるセンシング結果を用いて、移動ロボット１の姿勢、移動方向、または速度のうち１以上を制御する。また、制御部１４は、例えば、ＧＰＳ受信機を用いて取得した現在位置と、図示しない格納部に格納されている地図情報とを用いて、移動ロボット１の移動経路を決定してもよい。なお、制御部１４による姿勢等の制御は、移動ロボット１内の各種のセンサによるセンシング結果のみを用いた自律制御でもよいし、外部の装置からの制御信号に基づく遠隔制御でも構わない。

制御部１４は、加減圧部１４１を含む。加減圧部１４１は、脚部群１３を構成する２以上の各脚部１３１内を加圧または減圧する。

詳しくは、脚部群１３を構成する２以上の各脚部１３１は、例えば、吸排気口１３１１を有する。加減圧部１４１は、２以上の各脚部１３１の吸排気口１３１１を介して、各脚部１３１内への気体の吸入、または各脚部１３１内からの気体の排出を行うことにより、各脚部１３１内を加圧または減圧する。

このため、吸排気口１３１１は、例えば、図示しないファンを有している。加減圧部１４１は、２以上の各脚部１３１の吸排気口１３１１が有するファンを、順方向または逆方向に回転させることにより、各脚部１３１内への吸気または各脚部１３１内からの排気を実現してもよい。

この場合、移動ロボット１は、２以上の各脚部１３１の吸排気口１３１１を繋ぐ通気路１６をさらに備えていてもよい。２以上の吸排気口１３１１が通気路１６を介して繋がれる結果、２以上の各脚部１３１の内部および通気路１６の内部からなる一の密閉された空間が形成されることは好適である。

加減圧部１４１は、上記のような一の密閉された空間を構成する２以上の各脚部１３１内の気体を、通気路１６を通って移動させることにより、各脚部１３１内を加減圧してもよい。

加減圧部１４１は、例えば、図３に示すように、脚部群１３を構成する２以上の脚部１３１のうち、クローラ１２の上側に位置する１以上の各脚部１３１内を減圧することにより、当該上側の１以上の各脚部を収縮しきった状態にする一方、クローラ１２の下側に位置する１以上の各脚部１３１内を加圧することにより、当該下側の１以上の各脚部１３１を膨張した状態にする。

図３は、凹凸のある岩場を移動中である移動ロボット１の、断面Ａにおける断面図である。図３に示したような状態は、例えば、加減圧部１４１が、クローラ１２の上側に位置する１以上の各脚部１３１内の気体を、クローラ１２の下側に位置する１以上の各脚部１３１内に移動させることにより実現され得る。

詳しくは、脚部群１３を構成する２以上の各脚部１３１は、例えば、センサ１３１２をさらに有する。センサ１３１２は、例えば、接触センサまたは圧力センサである。センサ１３１２は、通常、２以上の各脚部１３１の先端または先端付近に設けられる。

加減圧部１４１は、例えば、２以上の各脚部１３１のセンサ１３１２によるセンシング結果を用いて、当該脚部１３１が接地しているか否か又は当該脚部１３１への圧力である検知結果を取得する。そして、加減圧部１４１は、当該検知結果に基づいて、２以上の各脚部１３１内を加圧または減圧する。

センシング結果は、例えば、接触または非接触のいずれかを示す信号である。これを用いて取得される検知結果は、例えば、接地状態または非接地状態のいずれかを示すフラグである。接地状態とは、当該脚部１３１が接地している状態であり、非接地状態とは、当該脚部１３１が接地していない状態である。

または、センシング結果は、圧力に応じて変化する信号でもよく、これによる検知結果は、圧力を示す値でもよい。ここでいう圧力とは、当該脚部１３１に加わる外部からの圧力である。圧力は、当該脚部１３１が、接地している場合には、閾値以上または閾値より大きい値を示し、接地していない場合には、閾値より小さい又は閾値以下の値を示す。

加減圧部１４１は、例えば、検知結果が接地状態を示す１以上のセンサ１３１２に対応する１以上の脚部１３１内を加圧することにより、当該１以上の各脚部１３１を膨張状態にする。その一方、加減圧部１４１は、検知結果が非接地状態を示す１以上のセンサ１３１２に対応する１以上の脚部１３１内を減圧することにより、当該１以上の各脚部１３１を膨張状態にする。

または、加減圧部１４１は、例えば、検知結果が閾値以上もしくは閾値より高い圧力を示す１以上のセンサ１３１２に対応する１以上の脚部１３１内を加圧することにより、当該１以上の各脚部１３１を膨張状態にする一方、検知結果が閾値未満もしくは閾値以下の圧力を示す１以上のセンサ１３１２に対応する１以上の脚部１３１内を減圧することにより、当該１以上の各脚部１３１を膨張状態にしてもよい。

あるいは、加減圧部１４１は、いずれかのセンサ１３１２による検知結果が、接地状態から非接地状態への変化を示したこと、または圧力の低下を示したことに応じて、当該センサ１３１２に対応する脚部１３１が、クローラ１２の下側から上側に変位したと判断し、当該脚部１３１内の減圧を開始することにより、クローラ１２の上側に位置する１以上の各脚部１３１を収縮した状態にしてもよい。

その一方、加減圧部１４１は、いずれかのセンサ１３１２による検知結果が、非接地状態から接地状態への変化を示したこと、または圧力の上昇を示したことに応じて、当該センサ１３１２に対応する脚部１３１が、クローラ１２の上側から下側に変位したと判断し、当該脚部１３１内の加圧を開始することにより、クローラ１２の下側に位置する１以上の各脚部１３１を膨張した状態にしてもよい。

クローラ１２の下側に位置する１以上の各脚部１３１は、加減圧部１４１からの加圧により膨張しつつ、当該脚部１３１が接している接触面の形状に応じて変形する。接触面は、例えば、地面であるが、建物内の床や階段などでもよい。地面は、例えば、平地でもよいし、凹凸のある岩場などでも構わない。

また、２以上の各脚部１３１の吸排気口１３１１には、例えば、図示しないロック機構が設けられている。ロック機構とは、脚部１３１内への気体の出入りを遮断するための機構である。ロック機構は、例えば、空気弁であるが、吸排気口１３１１をロックおよびロック解除可能であれば何でもよい。

加減圧部１４１は、例えば、クローラ１２の下側に位置する１以上の各脚部１３１内を加圧し、各脚部１３１が接触面の形状に応じて変形した後に、各脚部１３１の吸排気口１３１１をロックしてもよい。変形した後とは、例えば、各脚部１３１に対する加圧開始から、予め決められた時間が経過した時点である。または、センサ１３１２が圧力センサである場合、変形した後とは、各脚部１３１のセンサ１３１２の検知結果である圧力の値が閾値を超えた時点でも構わない。

荷台１５とは、荷物を積み込むための部材である。荷台１５には、例えば、人や動物が乗り込んでも構わない。荷台１５もまた、脚部１３１と同じく、柔軟性を有する素材で中空に形成された部材であることは好適である。中空の荷台１５の素材は、通常、中空の脚部１３１の素材とは異なるが、同じでもよい。例えば、荷台１５の素材は、柔軟性がより高く、脚部１３１の素材は、強度がより高いことは好適である。脚部１３１と荷台１５とで、異なる種類の素材を用いてもよいし、同じ種類で厚みが異なる素材を用いても構わない。

図４は、凹凸のある岩場を移動中である移動ロボット１の、断面Ｂにおける断面図である。この中空の荷台１５内には、例えば、粒子状の詰め物が詰められている。粒子状の詰め物は、例えば、プラスチック等の樹脂の粒でもよいし、そば殻等でもよく、その種類は問わない。また、粒子のサイズは、例えば、数ｍｍ程度であるが、１ｍｍ未満でもよいし、１ｃｍ以上でもよく、その数値は問わない。これによって、凹凸のある場所や斜面であっても、荷台１５内の積み荷が安定する。

なお、上記のような粒子状の詰め物は、例えば、脚部群１３を構成する２以上の各脚部１３１内にも存在していてもよい。それによって、凹凸のある場所や斜面での各脚部１３１のグリップ力が高まる。

この場合、加減圧部１４１は、例えば、クローラ１２の下側に位置する１以上の各脚部１３１内を減圧し、各脚部１３１が接触面の形状に応じて変形した後に、各脚部１３１の吸排気口１３１１をロックすることは好適である。それによって、各脚部１３１内の詰め物にジャミング転移が生じ、固化する。

ジャミング転移とは、多数の粒子の集合体において、粒子の密度がしきい値より低い場合、その集合体は流体的に振る舞うが、粒子の密度がしきい値より高くなると、その集合体は固体的な振る舞いを示すようになる現象をいう。本実施の形態では、かかる現象を固化と称する。各脚部１３１が接触面の形状に応じて変形した後、各脚部１３１内の詰め物がジャミング転移によって固化する結果、各脚部１３１のグリップ力がより一層高まり、移動ロボット１は、より安定した移動を行える。

また、中空の荷台１５は、吸排気口１３１１を有する。なお、前述した通気路１６は、この荷台１５の吸排気口１３１１にも繋がっていてもよい。加減圧部１４１は、当該吸排気口１３１１を介して、荷台１５内への吸気、および荷台１５内からの排気をも行う。

例えば、荷台１５と胴体１１との間に、重量センサが設けられており、加減圧部１４１は、積み荷の重量に応じて、荷台１５内を加減圧する。詳しくは、例えば、重量センサが検知した重量の値が閾値よりも大きい又は閾値以上である場合、加減圧部１４１は、荷台１５内を加圧して、荷台１５を凹み難くする。

その一方、重量センサが検知した重量の値が閾値以下である又は閾値より小さい場合には、加減圧部１４１は、荷台１５内を減圧して、荷台１５を凹み易くする。これによって、積み荷の重さによらず、荷台１５内での積み荷の安定を保つことができる。

制御部１４、および加減圧部１４１は、例えば、ＭＰＵやメモリ等で実現され得る。制御部１４等の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはＲＯＭ等の記録媒体に記録されている。ただし、処理手順は、ハードウェア（専用回路）で実現してもよい。

加減圧部１４１を実現するメモリには、例えば、２以上の各センサ１３１２ごとに、当該センサ１３１２に対応する脚部１３１を識別する脚部識別子と、当該センサ１３１２に対する加減圧の状態を示す状態情報とが格納される。状態情報は、例えば、加圧中、減圧中、またはロック中のいずれかを示す。

また、メモリには、第一条件および第二条件も格納される。第一条件は、例えば、当該脚部１３１に対する加圧の開始からの経過時間が閾値を超えた、という旨の条件であるが、当該脚部１３１が膨張しきった、という旨の条件でもよい。

第二条件は、例えば、当該脚部１３１が収縮しきった、という旨の条件であるが、当該脚部１３１に対する減圧の開始からの経過時間が閾値を超えた、という旨の条件でもよい。

加減圧部１４１は、例えば、図５に示すような処理を実行してもよい。図５は、加減圧部１４１の処理を説明するフローチャートである。

（ステップＳ５０１）加減圧部１４１は、いずれかのセンサ１３１２による検知結果が、非接地状態から接地状態への変化を示したか否かを判別する。いずれかのセンサ１３１２による検知結果が、非接地状態から接地状態への変化を示した場合は、ステップＳ５０２に進み、非接地状態から接地状態への変化を示していない場合は、ステップＳ５０３に進む。

（ステップＳ５０２）加減圧部１４１は、当該センサ１３１２に対応する脚部１３１に対するロックを解除し、加圧を開始する。なお、これに伴い、加減圧部１４１は、当該脚部１３１に対応するフラグを、“ロック中”から“加圧中”に変更する。その後、ステップＳ５０１に戻る。

（ステップＳ５０３）加減圧部１４１は、加圧中の脚部１３１が第一条件を満たしたか否かを判断する。加圧中の脚部１３１が、第一条件を満たした場合はステップＳ５０４に進み、第一条件を満たしていない場合はステップＳ５０５に進む。

（ステップＳ５０４）加減圧部１４１は、当該脚部１３１に対する加圧を停止し、ロックを行う。なお、これに伴い、加減圧部１４１は、当該脚部１３１に対応するフラグを、“加圧中”から“ロック中”に変更する。その後、ステップＳ５０１に戻る。

（ステップＳ５０５）加減圧部１４１は、いずれかのセンサ１３１２による検知結果が、接地状態から非接地状態への変化を示したか否かを判別する。いずれかのセンサ１３１２による検知結果が、接地状態から非接地状態への変化を示した場合は、ステップＳ５０６に進み、接地状態から非接地状態への変化を示していない場合は、ステップＳ５０７に進む。

（ステップＳ５０６）加減圧部１４１は、当該センサ１３１２に対応する脚部１３１に対するロックを解除し、減圧を開始する。なお、これに伴い、加減圧部１４１は、当該脚部１３１に対応するフラグを、“ロック中”から“減圧中”に変更する。その後、ステップＳ５０１に戻る。

（ステップＳ５０７）加減圧部１４１は、減圧中の脚部１３１が第二条件を満たしたか否かを判断する。減圧中の脚部１３１が、第二条件を満たした場合はステップＳ５０８に進み、第二条件を満たしていない場合はステップＳ５０１に戻る。

（ステップＳ５０８）加減圧部１４１は、当該脚部１３１に対する減圧を停止し、ロックを行う。その後、ステップＳ５０１に戻る。なお、これに伴い、加減圧部１４１は、当該脚部１３１に対応するフラグを、“減圧中”から“ロック中”に変更する。その後、ステップＳ５０１に戻る。

なお、図５のフローチャートにおいて、移動ロボット１の電源オンやプログラムの起動に応じて処理が開始し、電源オフや処理終了の割り込みにより処理は終了する。ただし、処理の開始または終了のトリガは問わない。

以下、移動ロボット１の具体例について説明する。本実施形態における移動ロボット１は、図１および図２に示されたような構成を有し、図３および図４に示されたような動きをする。移動ロボット１は、その移動手段であるクローラ１２に設けられた脚部群１３が、単細胞のアメーバ生物の仮足のような動きをすることから、例えば、アメーバ型移動ロボットと呼ぶこともできる。そして、アメーバ型移動ロボットである移動ロボット１の加減圧部１４１は、アメーバ型最適化チップによって実現されてもよい。

アメーバ型最適化チップとは、脚部群１３を構成する２以上の各脚部１３１に対する加圧および減圧の最適な組み合わせを、例えば、ＳＡＴ（satisfiability problem：充足可能性問題）や巡回セールスマン問題等の組み合わせ最適化問題等の解探索のアルゴリズムを用いて、高速に探索し得るように設計されたチップである。

アメーバ型最適化チップは、例えば、図６に示すような、アナログ電子アメーバを用いて実現されてもよい。アナログ電子アメーバは、並列接続された２以上（例えば、８個）のコンデンサを含むアメーバコアと、当該２以上のコンデンサに対応する２以上（例えば、８個）の出力Ｘを受け、２以上（例えば、８個）のフィードバック信号Ｌを当該２以上のコンデンサに返すバウンスバック制御論理回路とを備える。

アメーバコアに含まれる２以上のコンデンサは、脚部群１３を構成する２以上の脚部１３１に対応する。２以上のコンデンサに対応する２以上の出力Ｘは、当該２以上の脚部１３１を駆動する電流である。

フィードバック信号とは、状態変数を更新するための信号である。状態変数とは、２以上の各脚部１３１の状態を示す変数である。状態変数は、例えば、当該脚部１３１が接地しているか否か（すなわち、接地状態、または非接地状態のいずれか）を示す変数である。または、状態変数は、当該脚部１３１への外部からの圧力を示す変数でもよい。

バウンスバック制御論理回路は、アメーバコアからの２以上の出力Ｘに対し、バウンスバック制御を実現する２以上のフィードバック信号Ｌを生成するように、論理ゲートによって構成された回路である。バウンスバック制御とは、バウンスバックルールに基づく制御である。バウンスバックルールとは、アメーバ生物の動きの制約に相当するルールであるといってもよい。アメーバ生物の動きの制約とは、例えば、アメーバ生物は、仮足を、ある程度のゆらぎを以て、一方向に拡張するという制約である。または、アメーバ生物の動きの制約は、体積保存による、変形の制約であってもよい。

バウンスバック制御は、更新が必要な状態変数のみが確率的に揺らぐように導く制御であることは好適である。これによって、バウンスバック制御論理回路は、更新が不要な状態変数を改悪せずに、探索を進行させることができる。

なお、図６に示したアナログ電子アメーバについては、例えば、“Kasai, S., Aono, M., Naruse, M.: Amoeba-inspired computing architecture implemented using charge dynamics in parallel capacitance network, Applied Physics Letters, Vol.103, 163703 (2013)”に記載されており、詳細な説明は省略する。

以上、本実施の形態によれば、移動ロボット１は、胴体１１と、胴体１１に設けられるクローラ１２と、クローラ１２に設けられる脚部群１３とを具備し、脚部群１３は、柔軟性を有する素材で中空に形成された２以上の脚部１３１で構成されることにより、柔軟で、安定性が高く、耐衝撃性にも優れ、その結果、例えば、未知の不整地の移動や階段の昇降といった、平坦でない場所での移動が容易に行えるロボットが実現される。

また、移動ロボット１は、胴体１１に設けられる荷台１５をさらに具備することにより、平坦でない場所で、荷物や人の運搬が行えるロボットが実現される。

また、脚部群１３を構成する２以上の各脚部１３１は、脚部１３１内の気圧により膨張または収縮可能であり、移動ロボット１は、２以上の各脚部１３１内を加圧または減圧する加減圧部１４１をさらに具備することにより、安定性がより高く、その結果、平坦でない場所でより容易に移動できるロボットが実現される。

また、加減圧部１４１は、脚部群１３を構成する２以上の脚部１３１のうち、クローラ１２の上側に位置する１以上の各脚部１３１内を減圧することにより、１以上の各脚部１３１を収縮した状態にする。それによって、移動ロボット１は、狭い場所での移動も容易に行える。

また、加減圧部１４１は、脚部群１３を構成する２以上の脚部１３１のうち、クローラ１２の下側に位置する１以上の各脚部１３１内を加圧することにより、１以上の各脚部１３１を膨張した状態にする。それによって、移動ロボット１は、平坦でない場所での移動が容易に行える。また、移動ロボット１は、狭く、かつ平坦でない場所での移動も容易に行える。

また、脚部群１３を構成する２以上の各脚部１３１は、吸排気口１３１１を有し、加減圧部１４１は、脚部群１３を構成する２以上の各脚部１３１の吸排気口１３１１を介して、各脚部１３１内への気体の吸入または各脚部１３１内からの気体の排出を行うことにより、各脚部１３１内を加圧または減圧する。従って、移動ロボット１は、各脚部１３１内の気体を移動させる簡単な構成で、安定性を高めることができる。

また、移動ロボット１は、脚部群１３を構成する２以上の各脚部１３１は、センサ１３１２を有し、加減圧部１４１は、脚部群１３を構成する２以上の各脚部１３１のセンサ１３１２センシング結果を用いて、脚部１３１が接地しているか否か又は脚部１３１への圧力である検知結果を取得し、当該検知結果に基づいて、２以上の各脚部１３１内を加圧または減圧する。従って、移動ロボット１は、各脚部１３１にセンサ１３１２を設けた簡単な構成で、安定性を高めることができる。

なお、本実施の形態において、脚部群１３を構成する２以上の各脚部１３１は、柔軟性を有する素材で中空に形成されたが、各脚部１３１は、柔軟性を有する素材で形成されていれば、必ずしも中空でなくてもよい。各脚部１３１は、例えば、柔軟性を有する発泡性のフォーム材で形成されてもよい。柔軟性を有する発泡性のフォーム材とは、例えば、ポリエチレンやゴムなどの柔軟な素材を用いて、多数の気泡を含むように形成された部材であり、具体的には、例えば、スポンジ、低反発素材などである。この種の脚部１３１としては、例えば、スポンジで形成された脚部、ウレタン等の低反発素材で形成された脚部などが挙げられる。この種の脚部１３１は、当該脚部１３１が接触している接触面から受ける力で変形する。荷台１５もまた、中空でなくてもよく、例えば、低反発素材などで形成されてよい。脚部群１３を構成する２以上の脚部１３１、および荷台１５のいずれも中空でない場合、移動ロボット１は、加減圧部１４１を有していなくてよいことは言うまでもない。

（変形例１）
なお、上記のように、クローラ１２に設けられる脚部群１３を構成する２以上の各脚部１３１が、スポンジ等のフォーム材で形成されていて、接触面の形状に応じて受動的に変形する場合、移動ロボット１は、階段等の段差で前進不能となる状況（以下、デッドロックと記す）に陥りやすく、かかるデッドロックからの脱出が、もう一つの課題となる。

そこで、移動ロボット１は、例えば、図７に示すような、胴体１１の下側に設けられる伸縮可能な１以上の第二脚部１７をさらに備えることは好適である。この場合、制御部１４は、１以上の第二脚部１７を伸縮させる伸縮部（図示しない）をさらに含む。

例えば、胴体１１に、第二センサ（図示しない）が設けられている。第二センサは、胴体１１の軸が水平面に対してなす角度（つまり、仰角θ）を検知する。ここでいう軸とは、胴体１１の重心ｇを通り、かつ胴体１１を左右対称に分ける線である。第二センサは、例えば、傾斜センサであるが、加速度センサまたはジャイロスコープのうち１以上で実現されてもよく、仰角θの検出が可能であれば、そのタイプは問わない。

伸縮部は、第二センサのセンシング結果を少なくとも用いて、１以上の第二脚部１７を伸縮させる。伸縮部は、例えば、距離センサやイメージセンサなど、第二センサ以外のセンサのセンシング結果をも用いて、１以上の第二脚部１７を伸縮させてもよい。

具体的には、１以上の第二脚部１７は、例えば、胴体１１の下側の後ろ寄りに設けられる。かかる１以上の第二脚部１７は、移動ロボット１が階段や斜面を上る能力を高める。伸縮部は、第二センサのセンシング結果を用いて、例えば、仰角θが閾値よりも大きい場合に、１以上の第二脚部１７を伸長させる。それによって、仰角θは小さくなり、スポンジ等のフォーム材で形成された２以上の各脚部１３１の、接触面に対する摩擦力が大きくなる結果、移動ロボット１の階段や斜面を上る能力が向上する。

なお、胴体１１の下側には、例えば、上記のような後ろ寄りの１以上の第二脚部１７に代えて、またはこれに加えて、前寄りの１以上の第二脚部（図示しない）が設けられていてもよい。伸縮部は、例えば、距離センサ等のセンシング結果を用いて、階段等の段差への接近を検知した場合に、胴体１１下側の前寄りに位置する１以上の第二脚部を伸長させる。それによって、胴体１１の前側が持ち上がり、クローラ１２の一部が上の段に乗り易くなる。

クローラ１２の一部が上の段に乗ると、伸縮部は、前寄りの１以上の第二脚部を収縮させる。クローラ１３の回転により、クローラ１３に設けられている脚部群１３と階段の接触面との間で摩擦力が生じる結果、移動ロボット１は前進する。

ただし、上記の摩擦力だけでは移動ロボット１が前進不能となった場合に、伸縮部は、仰角θが閾値よりも大きい又は閾値以上であるか否かを判断し、仰角θが閾値よりも大きい又は閾値以上である場合に、胴体１１下側の後ろ寄りに位置する１以上の第二脚部１７を伸長させてもよい。

なお、上記変形例１で述べたようなデッドロックは、クローラ１２の各脚部１３１が、スポンジ等のフォーム材で形成されている場合に限らず、例えば、図２に示したように、中空を有する場合にも生じ得る。そこで、クローラ１２の各脚部１３１が中空を有する場合にも、胴体１１の下側に、伸縮可能な１以上の第二脚部１７を設けることで、デッドロックからの脱出を容易にすることは好適である。

（変形例２）
または、クローラ１２に設けられた脚部群１３を構成する２以上の各脚部１３１が中空を有する移動ロボット１において、加減圧部１４１は、例えば、図８に示すように、クローラ１２の下側に位置する１以上の脚部１３１のうち、後ろ寄りに位置する１以上の各脚部１３１内を、より高い圧力で加圧し、より大きく膨張させることによっても、移動ロボット１は、デッドロックからの脱出を図ることができる。

（変形例３）
なお、クローラ１２の各脚部１３１は、柔軟性を有する機構で構成されてもよい。柔軟性を有する機構は、例えば、柔軟性を有する部材と、当該部材を変位させるアクチュエータとで実現されてもよい。柔軟性を有する部材とは、例えば、柔軟性を有する素材で中空に形成された部材でもよいし、スポンジ等のフォーム材でも構わない。

アクチュエータは、当該部材を、通常、クローラ１２の面に対して垂直な方向に変位させるが、クローラ１２の面に対して傾斜した方向に移動させてもよい。また、アクチュエータは、例えば、一次元的な変位のみが可能なリニアアクチュエータであるが、二次元的な変位も可能なアクチュエータでもよい。なお、かかる事項は、胴体１１の下側に設けられる伸縮可能な１以上の第二脚部１７にも当てはまる。

また、本実施の形態では、中空である２以上の各脚部１３１内には、通常、空気等の気体が存在するものとして説明したが、例えば、水などの液体が充填されている場合は、吸気を「給水」、排気を「排水」、吸排気口１３１１を「吸排水口１３１１」、通気路１６を「通水路１６」などのように読み替えればよい。

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

以上のように、本発明にかかる移動ロボットは、柔軟で、安定性が高く、耐衝撃性にも優れ、その結果、例えば、未知の不整地の移動や階段の昇降といった、平坦でない場所での移動が容易に行える、という効果を有し、また、階段等の段差で前進不能となった状態からの脱出を図ることができるという効果も有し、移動ロボット等として有用である。

１ 移動ロボット
１１ 胴体
１２ クローラ
１３ 脚部群
１４ 制御部
１５ 荷台
１６ 通気路
１７ 第二脚部
１２１ 車輪
１２２ 履帯
１３１ 脚部
１４１ 加減圧部
１３１１ 吸排気口
１３１２ センサ

Claims (10)

1. 胴体と、
   前記胴体に設けられるクローラと、
   前記クローラに設けられる脚部群とを具備し、
   前記脚部群は、
   柔軟性を有する素材で形成された２以上の脚部で構成される移動ロボット。
2. 前記胴体に設けられる荷台をさらに具備する請求項１記載の移動ロボット。
3. 前記脚部群を構成する２以上の各脚部は、中空であり、当該脚部の内外の圧力差により膨張または収縮可能であり、
   前記２以上の各脚部内を加圧または減圧する加減圧部をさらに具備する請求項１または請求項２記載の移動ロボット。
4. 前記加減圧部は、
   前記脚部群を構成する２以上の脚部のうち、前記クローラの上側に位置する１以上の各脚部内を減圧することにより、当該１以上の各脚部を収縮した状態にする、請求項３記載の移動ロボット。
5. 前記加減圧部は、
   前記脚部群を構成する２以上の脚部のうち、前記クローラの下側に位置する１以上の各脚部内を加圧することにより、当該１以上の各脚部を膨張した状態にする、請求項３または請求項４記載の移動ロボット。
6. 前記脚部群を構成する２以上の各脚部内には、粒子状の詰め物が存在し、
   前記加減圧部は、
   前記脚部群を構成する２以上の脚部のうち、前記クローラの下側に位置する１以上の各脚部内を減圧することにより、当該１以上の各脚部内の詰め物を固化させる、請求項３記載の移動ロボット。
7. 前記脚部群を構成する２以上の各脚部は、吸排気口を有し、
   前記加減圧部は、
   前記脚部群を構成する２以上の各脚部の吸排気口を介して、各脚部内への気体の吸入または各脚部内からの気体の排出を行うことにより、各脚部内を加圧または減圧する請求項３から請求項６いずれか一項に記載の移動ロボット。
8. 前記脚部群を構成する２以上の各脚部は、センサを有し、
   前記加減圧部は、
   前記脚部群を構成する２以上の各脚部のセンサのセンシング結果を用いて、当該脚部が接地しているか否か又は当該脚部への圧力である検知結果を取得し、当該検知結果に基づいて、２以上の各脚部内を加圧または減圧する請求項３から請求項７いずれか一項に記載の移動ロボット。
9. 前記脚部群を構成する２以上の各脚部は、柔軟性を有する発泡性の素材で形成され、当該脚部が接触している接触面から受ける力で変形する請求項１または請求項２記載の移動ロボット。
10. 前記胴体の下側に設けられる伸縮可能な１以上の第二脚部と、
    前記胴体の軸の水平面に対する角度を検知する第二センサと、
    前記第二センサのセンシング結果を少なくとも用いて、前記１以上の第二脚部を伸縮させる伸縮部とをさらに具備する請求項９記載の移動ロボット。