JP2021102233A - 制御装置及びロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リンク機構を駆動させる電源が停止した際に、リンク機構又は該リンク機構を含むロボット装置の姿勢を安定させる。【解決手段】関節を駆動させるモータ部の端子間を電気的に接続することで、前記モータ部の駆動に制動をかける制動部と、センサにて検出された情報に基づいて、前記制動部の各々から前記モータ部の各々への制動を制御する制動制御部と、を備える、制御装置。【選択図】図１

Description

本開示は、制御装置及びロボット装置に関する。

近年、電気的又は磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運動を行う機械装置（いわゆる、ロボット装置）が普及している。ロボット装置は、複数のリンク及び関節にて構成されるリンク機構を用いることで、人間の動作に似せた運動を行うことができる。

例えば、工業分野では、生産作業を自動化するマニピュレータ又は搬送ロボットなどの産業用ロボットが広く用いられている。また、生活分野では、ユーザの日常動作を支援する生活密着型の支援ロボットが用いられている。

ここで、ロボット装置に備えられるリンク機構は、リンク機構の姿勢を維持するために、静止状態であっても関節を駆動させるモータにて制動トルクを発生させていることがある。そのため、リンク機構への制動トルクが解除された場合、ロボット装置又はリンク機構の自重によってリンク機構に急激な姿勢変化が生じてしまう。このようなロボット装置の急激な姿勢変化等は、ユーザ又は周辺環境との衝突を引き起こす可能性があるため、ロボット装置のユーザビリティを著しく低下させてしまう。

そのため、下記の特許文献１には、ロボットアームの電磁ブレーキを解除した際に、解除された電磁ブレーキに対応するモータにて発電制動を行うことで、該モータに連結されたロボットアームが自重によって下降することを制動する技術が開示されている。

特開２００６−２６３８９４号公報

しかし、上記の特許文献１に開示された技術では、制動が掛けられたロボットアームの位置自体を制御していない。そのため、特許文献１に開示された技術では、ロボットアームの自重による下降速度を緩和することができても、ロボットアームの姿勢又は位置によっては、ロボット装置全体の姿勢が不安定化してしまうことがあった。

そこで、リンク機構の関節を駆動させるモータに電力が供給されない場合に、該リンク機構又は該リンク機構を含むロボット装置の姿勢をより安定させることが可能な技術が求められていた。

本開示によれば、関節を駆動させるモータ部の端子間を電気的に接続することで、前記モータ部の駆動に制動をかける制動部と、センサにて検出された情報に基づいて、前記制動部の各々から前記モータ部の各々への制動を制御する制動制御部と、を備える、制御装置が提供される。

また、本開示によれば、モータ部にて駆動する関節を有する複数のリンク機構と、前記複数のリンク機構の各々において、前記モータ部の端子間を電気的に接続することで、前記モータ部の駆動に制動をかける複数の制動部と、センサにて検出された情報に基づいて、前記制動部から前記モータ部への制動の各々を制御する制動制御部と、を備える、ロボット装置が提供される。

本開示によれば、電源停止時に、センサにて検出したロボット装置又はリンク機構の各々の姿勢情報に基づいて、ロボット装置の姿勢が安定化するように、リンク機構を駆動させる関節の各々にて生じる制動力の有無又は大きさを制御することが可能である。

以上説明したように本開示によれば、リンク機構の関節を駆動させるモータに電力が供給されない場合に、該リンク機構を含むロボット装置の姿勢をより安定させることが可能である。

なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。

本開示の一実施形態に係る制御装置が適用され得るロボット装置の一例を示す模式図である。 同実施形態に係る制御装置を含む関節の構成の一例を示すブロック図である。 同実施形態に係るセンサ装置を含む関節のより具体的な構成の一例を示す説明図である。 同実施形態に係る制御装置の制御の一例を示すフローチャート図である。 同実施形態に係る制御装置の第１の変形例を示す模式図である。 同実施形態に係る制御装置の第２の変形例を示す模式図である。 同実施形態に係る制御装置の第３の変形例を示す模式図である。 同実施形態に係る制御装置の第４の変形例を示す模式図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．概要
２．構成例
３．具体例
４．制御例
５．変形例
５．１．第１の変形例
５．２．第２の変形例
５．３．第３の変形例
５．４．第４の変形例

＜１．概要＞
まず、図１を参照して、本開示の一実施形態に係る制御装置の概要について説明する。図１は、本実施形態に係る制御装置が適用され得るロボット装置の一例を示す模式図である。

なお、本明細書において、ロボット装置とは、リンク及び関節から構成されるリンク機構を含む脚部又は腕部を備えるロボットを表す。なお、ロボット装置が備えるリンク機構の数は、少なくとも１つ以上であればよい。例えば、ロボット装置は、脚部を用いて歩行移動が可能な脚式移動体であってもよく、腕部を用いて物体を保持等することが可能な据え付けのマニピュレータ装置であってもよい。

図１に示すように、ロボット装置１００は、本体部２００と、本体部２００に結合され、本体部２００を支持する脚部３００−１、３００−２、３００−３（以下、まとめて脚部３００と称することもある）と、を備える。なお、ロボット装置１００が備える脚部３００の数は、歩行動作が可能な２以上であればよく、上限は特に定めない。

脚部３００は、複数のリンクと、該複数のリンクの各々を連結する関節とによって構成される。脚部３００は、モータによって関節が駆動されることで、関節に連結された複数のリンクを互いに回動自在に動かすことができる。例えば、ロボット装置１００は、脚部３００−１、３００−２、３００−３をそれぞれ制御することで歩行動作を行うことができる。このようなロボット装置１００は、例えば、荷物の搬送等に用いられ得る。

このような脚式のロボット装置１００では、静止した正立状態であっても、ロボット装置１００の自重を支持するために、脚部３００の各々の姿勢を維持可能であることが求められる。

脚部３００の各々の姿勢を維持する一方法としては、例えば、脚部３００に含まれる関節の各々に備えられるモータに電力を供給することで、モータにて脚部３００の姿勢を維持するためのトルクを発生させることが考えられる。ただし、この方法では、何らかの要因でモータへの電力供給が停止した場合、脚部３００の姿勢を維持するためのトルクが失われるため、ロボット装置１００は、正立することができず、自重による急激な姿勢変化を起こしてしまう。

また、脚部３００の各々の姿勢を維持する他の方法としては、例えば、歩行状態から正立状態に遷移した際に、構成部材の剛性によって機構的に自重を支持することが可能な安定形態にロボット装置１００を変形させることが考えられる。ただし、この方法では、歩行状態から正立状態への遷移時、及び正立状態から歩行状態への遷移時のたびに変形動作が行われるため、ロボット装置１００の円滑な動作が制限されてしまう。また、このような変形機構が設けられることによって、ロボット装置１００の機動性能が低下する可能性がある。

さらに、脚部３００の各々の姿勢を維持する他の方法としては、例えば、脚部３００の関節の駆動を制動するブレーキを別途設けることで、該ブレーキの制動力によってロボット装置１００の姿勢を維持することが考えられる。ただし、この方法では、ブレーキの具備によって脚部３００の重量及び大きさが増加してしまうため、ロボット装置１００の機動性能が低下する可能性がある。

なお、ブレーキとしては、安価かつ制御性が高い摩擦式の電磁クラッチブレーキが広く普及している。摩擦式の電磁クラッチブレーキには、電力の供給時に制動力を発揮する励磁作動型、及び電力の非供給時に制動力を発揮する無磁作動型の２種類が存在する。

しかし、励磁作動型の電磁クラッチブレーキは、電力供給がない場合には作動しないため、何らかの要因でロボット装置１００への電力供給が停止した場合、脚部３００の姿勢を維持するための制動力を発生させることができない。一方、無磁作動型の電磁クラッチブレーキは、電力供給がない場合でも脚部３００の姿勢を維持するための制動力を発生させることができる。ただし、無磁作動型の電磁クラッチブレーキでは、ロボット装置１００の歩行時に、電磁クラッチブレーキに電力供給を行い、脚部３００への制動力を解除する必要がある。そのため、ロボット装置１００の歩行時の電力消費が増加してしまう。

本発明者らは、上述した事情を鑑みることで、本開示に係る技術を想到するに至った。本開示の一実施形態に係る制御装置は、脚部３００の関節を駆動させるモータの端子間を電気的に接続することで、モータに制動力を発生させ、かつセンサにて検出した情報に基づいて該制動力の大きさを制御するものである。

具体的には、図１に示すように、ロボット装置１００の正立時に電源が停止した場合、ロボット装置１００では、脚部３００の各々の関節にトルクを発生させていたモータの駆動も停止してしまう。そのため、ロボット装置１００は、脚部３００の各々の姿勢を維持できず、自重によって脚部３００の各々を屈曲させるように姿勢を変化させる。

このときのロボット装置１００の自重による姿勢変化は急激に生じるため、脚部３００−１、３００−２、３００−３に加えられる重量が不均一となることで、脚部３００−１、３００−２、３００−３で姿勢変化の速度及び変化量が異なることがあり得る。このような場合、ロボット装置１００は、バランスを崩した不安定な姿勢となってしまう。

本実施形態に係る制御装置は、ロボット装置１００の姿勢変化等をセンサにて検出し、該センサが検出した情報に基づいて、脚部３００の各々の関節を駆動させるモータにて発生させる制動力を制御する。例えば、図１では、制御装置は、屈曲の程度が大きく、より大きな重量が加えられている脚部３００−１の関節を駆動させるモータに、より大きな制動力を発生させることで、脚部３００−１の屈曲の速度を低下させることができる。これにより、制御装置は、ロボット装置１００の姿勢のバランスを保ちつつ、脚部３００の各々を屈曲させることで、ロボット装置１００の姿勢を円滑に安定状態に遷移させることができる。

したがって、本実施形態に係るロボット装置１００は、脚部３００に関節の駆動を制動するためのブレーキを別途設けなくとも、ロボット装置１００の姿勢を安定させ、かつ電力供給が停止した場合に急激な姿勢変化が生じることを抑制することができる。

特に、図１で示すような脚式のロボット装置１００では、車輪等の構造部材で自重を支持することが可能な車輪式の移動体と異なり、正立時に関節等の可動機構に制動を掛けることで自重を支持している。そのため、脚式のロボット装置１００では、電源停止等によって関節等に掛かる制動が解除された場合に、正立姿勢の維持が困難となる。したがって、本実施形態に係る制御装置は、脚式のロボット装置１００において、より有効に効果を奏し得る。

また、図１で示すような脚式のロボット装置１００では、正立時に脚部３００のリンク機構が略延伸状態となっているため、関節に対する制動が解除されて、脚部３００のリンク機構が略屈折状態となった際の姿勢の変化量が大きい。したがって、脚式のロボット装置１００では、電源停止時に急激な姿勢変化が生じることで、ロボット装置１００が周辺環境に衝突等してしまう可能性がある。そのため、本実施形態に係る制御装置は、脚式のロボット装置１００において、より有効に効果を奏することが可能であり、ロボット装置１００のユーザビリティを向上させることが可能である

＜２．構成例＞
次に、図２を参照して、本実施形態に係る制御装置を含む関節の構成例について説明する。図２は、本実施形態に係る制御装置を含む関節の構成の一例を示すブロック図である。

図２に示すように、関節４００は、例えば、電源部４２０と、モータ部４１０と、制動部４３０と、制動制御部４４２と、制御部４４１と、を備える。関節４００は、例えば、リンク機構において、複数のリンクを回動自在に連結する関節である。なお、センサ部４５０は、関節４００、脚部３００、ロボット装置１００又は周辺環境の情報を検出するため、検出する情報に対応する位置に設けられる。

電源部４２０は、関節４００を駆動させるモータ部４１０に電力を供給する。具体的には、電源部４２０は、電力を蓄積する電源と、電源からの電力の取り出しを制御する制御回路とを含む。例えば、電源部４２０は、電源としてバッテリ（すなわち、二次電池）又はキャパシタなどの直流電源を含んでもよい。この構成によれば、電源部４２０は、モータ部４１０にて逆起電力が生じた場合、バッテリ又はキャパシタなどの直流電源に逆起電力を回生することができる。なお、電源部４２０に回生された逆起電力は、例えば、制御部４４１又は制動制御部４４２を動作させるために用いられてもよい。

なお、電源部４２０は、電力を蓄積可能な上記電源に加えて、他の電源（例えば、発電機など）を内部に備えていてもよい。また、電源部４２０は、外部の電源から電力を調達するインターフェース（例えば、コンセントプラグなど）をさらに備えていてもよい。例えば、電源部４２０は、ロボット装置１００の内部又は外部に設けられた他の電源から電力を調達するインターフェースを備えていてもよい。

モータ部４１０は、電源部４２０から供給された電気エネルギーを力学エネルギーに変換する。具体的には、モータ部４１０は、供給された電力を動力に変換するモータと、モータを制御する制御回路とを含む。例えば、モータ部４１０は、磁場及び電流の相互作用（すなわち、ローレンツ力）を利用して電力を回転運動又は直線運動に変換する電動機を含んでもよい。モータ部４１０は、回転運動を行う直流モータ又は交流モータを含んでもよく、直線運動を行うリニアモータを含んでもよい。

より具体的には、モータ部４１０は、三相交流モータを含んでもよい。三相交流モータは、広く普及しており、様々な種類を容易に入手可能であるため、モータ部４１０は、関節４００に結合されたリンク等の大きさに応じて適切なトルクを出力することが可能である。

制動部４３０は、モータ部４１０の端子の各々を電気的に接続することで、モータ部４１０に制動トルクを生じさせる。具体的には、制動部４３０は、電源部４２０からの電力供給が停止した際に、抵抗器を介して又は抵抗器を介さずにモータ部４１０の端子の各々を電気的に接続することで、モータ部４１０に閉回路を形成する。これにより、関節４００の回転等によってモータ部４１０が回転させられた場合、モータ部４１０は電動機として機能し、逆起電力による電流を発生させる。発生した逆起電力による電流は、閉回路を通ってモータ部４１０に戻り、モータ部４１０の回転とは逆方向の回転抵抗を生じさせるため、制動部４３０は、モータ部４１０の回転等とは逆方向の制動力をモータ部４１０に発生させることができる。このようなブレーキは、ダイナミックブレーキとも称される。

ダイナミックブレーキの大きさは、モータ部４１０の回転速度に比例するため、ロボット装置１００又は脚部３００の姿勢変化の変化速度が速いほど、大きな制動力をモータ部４１０に掛けることができる。すなわち、制動部４３０によるダイナミックブレーキは、モータ部４１０に対する油圧ダンパ等のように機能する。

例えば、モータ部４１０が三相交流モータを含む場合、制動部４３０は、３つの端子のうちの少なくとも２以上を電気的に接続することで、ダイナミックブレーキによる制動力を発生させることができる。また、モータ部４１０が直流モータを含む場合、制動部４３０は、プラス及びマイナスの２つの端子を電気的に接続することで、ダイナミックブレーキによる制動力を発生させることができる。

なお、制動部４３０が発揮するブレーキ機能は、いわゆる回生ブレーキとは異なる。回生ブレーキは、関節４００の回転等によってモータ部４１０にて発生した逆起電力を電源部４２０にて回収することで、モータ部４１０に制動力を発生させるブレーキである。ただし、回生ブレーキは、上述したダイナミックブレーキと比較して制動力が弱い。本実施形態に係る制御装置では、急激な姿勢変化に対応して制動力を発生させることが重要であるため、より大きな制動力を発生させることが可能なダイナミックブレーキの方が回生ブレーキよりも好適である。

また、脚式のロボット装置１００では、モータ部４１０への制動力に変換されるエネルギーは、脚部３００又はロボット装置１００の姿勢の位置エネルギーに起因するため、エネルギー総量が比較的少ない。そのため、脚式のロボット装置１００では、該位置エネルギーを回生ブレーキによって電力として回収するメリットが小さく、かつモータ部４１０にて問題なく熱消費することが可能である。したがって、脚式のロボット装置１００では、モータ部４１０に対する制動にダイナミックブレーキを用いることが適切であると考えられる。

一方、回生ブレーキが主として用いられる車輪式の移動体では、モータへの制動力に変換されるエネルギーは、移動体の移動による運動エネルギーに起因するため、エネルギー総量が比較的多い。そのため、車輪式の移動体では、該運動エネルギーを回生ブレーキによって電力として回収するメリットが大きい。また、車輪式の移動体では、該運動エネルギーをモータにて熱消費した場合、モータが膨大な熱量によって損傷する可能性がある。したがって、車輪式の移動体では、モータに対する制動に回生ブレーキを用いることが適切であると考えられる。

制動制御部４４２は、制動部４３０がモータ部４１０に発生させる制動の有無、及び制動の大きさを制御する。具体的には、制動制御部４４２は、センサ部４５０にて検出された情報に基づいて、制動部４３０の各々がモータ部４１０の各々に発生させる制動を制御する。

例えば、制動制御部４４２は、ロボット装置１００の姿勢に関する情報に基づいて、ロボット装置１００の姿勢が所定の安定状態となるように、制動部４３０の各々がモータ部４１０の各々に発生させる制動を制御してもよい。または、制動制御部４４２は、関節４００の各々の駆動位置に関する情報に基づいて、関節４００の各々の駆動位置が同じになるように、制動部４３０の各々がモータ部４１０の各々に発生させる制動を制御してもよい。または、制動制御部４４２は、ロボット装置１００が搬送する物体の状態に関する情報に基づいて、搬送される物体が所定の安定状態となるように、制動部４３０の各々がモータ部４１０の各々に発生させる制動を制御してもよい。または、制動制御部４４２は、ロボット装置１００の周辺環境に関する情報に基づいて、ロボット装置１００が周辺環境に与える影響が小さくなるように、制動部４３０の各々がモータ部４１０の各々に発生させる制動を制御してもよい。

制動制御部４４２は、例えば、回路を切り替える機械式リレー又はスイッチングトランジスタのオンオフを制御し、モータ部４１０の各々の端子間の回路を切り替えることで、制動部４３０の各々による制動の有無を制御してもよい。

また、制動部４３０によるダイナミックブレーキの制動力の大きさは、モータ部４１０に流れる電流量に比例する。そのため、制動制御部４４２は、モータ部４１０の端子の各々の間に介在する抵抗器の有無、又は抵抗器の電気抵抗の大きさを制御することで、モータ部４１０に流れる電流量を制御し、制動部４３０による制動の大きさを制御することができる。具体的には、制動制御部４４２は、回路を切り替える機械式リレー又はスイッチングトランジスタによって回路を切り替え、モータ部４１０の各々の端子間の抵抗器の有無、種類又は数を切り替えることで、制動部４３０の各々による制動の大きさを制御してもよい。または、制動制御部４４２はモータ部４１０の各々の端子間に介在する可変抵抗器の電気抵抗値の大きさを制御することで、制動部４３０の各々による制動の大きさを制御してもよい。

制動制御部４４２は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）又は制御ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などの演算装置であってもよい。

なお、制動制御部４４２は、必ずしも高級な（すなわち、複雑な演算処理が可能な）ＣＰＵ等でなくともよい。制動制御部４４２による制御は、後述する制御部４４１による制御と比較して、判断及び制御を簡素化することができるため、例えば、低級な（すなわち、単純な判断を行う）ハードウェアロジック回路等であってもよい。このような場合、制動制御部４４２は、電力の消費量を削減することができるため、電源停止時に制御部４４１及び制動制御部４４２を動作させるための予備電源の容量を縮小することができる。または、制動制御部４４２は、電源停止時に、モータ部４１０の逆起電力による回生電力のみで動作可能となり得る。

制御部４４１は、関節４００が設けられるロボット装置１００の制御装置等からの指令に基づいて、モータ部４１０を駆動させる。具体的には、制御部４４１は、ロボット装置１００の制御装置等からの指令に基づいて、モータ部４１０にて発生させるトルクを制御してもよい。すなわち、制御部４４１は、いわゆるトルク制御にて、モータ部４１０を駆動させてもよい。ただし、制御部４４１は、指示する位置まで関節４００に連結されたリンクを移動させる位置制御にて、モータ部４１０を駆動させてもよい。例えば、制御部４４１は、ＣＰＵ、ＭＰＵ又は制御ＩＣなどの演算装置であってもよい。

センサ部４５０は、制動制御部４４２による関節４００の各々への制動の大きさ又は有無を判断するための情報を検出する。具体的には、センサ部４５０は、関節４００、脚部３００、ロボット装置１００、ロボット装置１００が搬送する物体、又はロボット装置１００の周辺環境に関する情報を検出してもよい。例えば、センサ部４５０は、関節４００又は脚部３００に取り付けられたロータリーエンコーダ、脚部３００の接地面に取り付けられた力覚センサ、ロボット装置１００に取り付けられた加速度センサ若しくはジャイロセンサ、ロボット装置１００に取り付けられた測距センサ若しくは撮像装置、又はロボット装置１００に取り付けられ、搬送される物体を撮像する撮像装置などであってもよい。

以上にて説明したように、本実施形態に係る制御装置は、ロボット装置１００の脚部３００に設けられた関節４００に制動トルクを与えていた電源が停止した場合に、ダイナミックブレーキによって関節４００の駆動に制動を掛けることが可能である。これによれば、制御装置は、ロボット装置１００の電源が停止した場合に、ロボット装置１００の急激な姿勢変化を緩和することで、ロボット装置１００の姿勢を円滑に安定状態に遷移させることができる。

特に、本実施形態に係る制御装置は、電力を消費しないダイナミックブレーキによって関節４００の駆動に制動を掛けることが可能である。そのため、モータ部４１０にて発生する逆起電力を用いて制動制御部４４２を動作させた場合、制御装置は、実質的に無電源でロボット装置１００の姿勢を制御することが可能となる。

＜３．具体例＞
続いて、図３を参照して、本実施形態に係る制御装置を含む関節４００の具体例について説明する。図３は、本実施形態に係るセンサ装置を含む関節４００のより具体的な構成の一例を示す説明図である。

図３に示すように、関節４００は、バッテリ４２３及びキャパシタ４２２を含む電源部４２１と、モータ４１１と、インバータ回路４１２と、ドライバ４１３と、制動調整回路４３１と、安全装置４２４と、演算装置４４０と、を備える。なお、センサ部４５０の構成は、上述した構成と実質的に同様であるためここでの説明は省略する。

バッテリ４２３は、直流電力を供給可能な直流電源であり、例えば、リチウムイオン二次電池であってもよい。ただし、バッテリ４２３は、その他の一次電池又は二次電池であってもよい。バッテリ４２３は、キャパシタ４２２と比較して大容量の電力を蓄えることができるため、モータ４１１の駆動のための主電源として機能する。

キャパシタ４２２は、静電容量によって電力を蓄電する受動素子である。キャパシタ４２２は、例えば、比較的大容量の蓄電を可能とする電解キャパシタ又は電気二重層キャパシタであってもよい。キャパシタ４２２は、バッテリ４２３よりも蓄電及び放電が容易であるため、モータ４１１にて発生した逆起電力を蓄える蓄電装置として機能する。

バッテリ４２３及びキャパシタ４２２は、例えば、互いに並列に接続されることによって、電源部４２１を構成する。これによれば、電源部４２１は、モータ４１１にて発生した逆起電力をキャパシタ４２２に蓄電し、かつキャパシタ４２２に蓄電された電力をバッテリ４２３の電力と併せて、モータ４１１又は演算装置４４０の駆動に用いることができる。

安全装置４２４は、電源部４２１とモータ４１１との間に設けられ、過電流又は過電圧等の異常が発生した場合、電源部４２１とモータ４１１とを電気的に切り離す。具体的には、安全装置４２４は、電源部４２１とモータ４１１との間の電源線にて、電流又は電圧が閾値を超えた場合、電源部４２１とモータ４１１とを電気的に切り離してもよい。安全装置４２４は、例えば、ヒューズ若しくはＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタなどの受動素子、又は電子スイッチ若しくはメカスイッチなどのスイッチ素子であってもよい。安全装置４２４が作動した場合、電源部４２１からモータ４１１への電力供給が遮断され得る。このような場合、上述したダイナミックブレーキによるモータ４１１への制御された制動が行われ得る。

モータ４１１は、電気エネルギーを回転の力学的エネルギーに変換する。モータ４１１は、例えば、三相交流電流を３つのコイルに供給し、回転する磁界を発生させることで、回転軸に接続された回転子を回転させる三相交流モータであってもよい。三相交流モータは、汎用性が高いため、様々な関節４００のモータ４１１として用いることが可能である。ただし、関節４００が適用されるロボット装置１００によっては、モータ４１１は、他の交流モータ又は直流モータであってもよい。

インバータ回路４１２は、直流電流を交流電流に変換する回路である。具体的には、インバータ回路４１２は、スイッチング素子を各相二組ずつ用いた回路であり、電源部４２１から供給された直流電流をモータ４１１に供給可能な三相交流電流に変換する。インバータ回路４１２は、電源部４２１から供給される電流をモータ４１１に供給可能とするために設けられる。そのため、電源部４２１及びモータ４１１の種類によっては、インバータ回路４１２は、設けられない場合もあり得る。

インバータ回路４１２が設けられる場合、インバータ回路４１２の内部のローサイドのスイッチングトランジスタをすべてオフ状態とし、ハイサイドのスイッチングトランジスタの少なくとも２つ以上をオン状態とすることで、モータ４１１の端子間を電気的に接続することができる。これにより、モータ４１１には、ダイナミックブレーキによる制動力が生じる。したがって、インバータ回路４１２は、上述した制動部４３０として機能し得る。このようなインバータ回路４１２の内部のスイッチングトランジスタの制御は、例えば、演算装置４４０内の制動制御部４４２によって制御され得る。

制動調整回路４３１は、インバータ回路４１２とモータ４１１との間に設けられ、インバータ回路４１２とモータ４１１との間の電気抵抗の大きさを変更する。具体的には、制動調整回路４３１は、インバータ回路４１２とモータ４１１との間に、スイッチ素子のみを含む回路と、異なる固定抵抗器及びスイッチ素子を含む複数の回路とを並列に設けることで構成されてもよい。

制動調整回路４３１は、モータ４１１の各端子の間の電気抵抗の大きさを変化させることで、モータ４１１にて発生する制動力の大きさを変化させる。すなわち、制動調整回路４３１は、スイッチ素子によってインバータ回路４１２とモータ４１１との間の回路の電気抵抗を切り替えることで、モータ４１１の各端子間の電気抵抗の大きさを変化させることができる。

ドライバ４１３は、演算装置４４０からのトルク指令に基づいて、インバータ回路４１２を駆動させることで、モータ４１１に所望のトルクを発生させる。具体的には、ドライバ４１３は、演算装置４４０からのトルク指令に基づいて、インバータ回路４１２の各スイッチングトランジスタを制御し、任意の電圧及び周波数の三相交流電流を生成させることで、モータ４１１にて所望のトルクを発生させる。

また、ドライバ４１３は、演算装置４４０からの指令に基づいて、制動調整回路４３１をスイッチ素子のオンオフを切り替えることで、モータ４１１に発生させる制動の有無及び大きさを制御する。ドライバ４１３は、例えば、モータ４１１及びインバータ回路４１２に設けられた制御ＩＣであってもよい。

演算装置４４０は、ロボット装置１００の全体動作を制御する制御装置等からの指令に基づいて、モータ４１１にて発生させるトルクを算出し、ドライバ４１３にトルク指令を出力する。また、演算装置４４０は、センサ部４５０が検出した情報等に基づいて、モータ４１１の各々に発生させる制動の有無及び大きさを制御する。演算装置４４０は、例えば、ＣＰＵ、ＭＰＵ又は制御ＩＣなどであってもよい。演算装置４４０は、ドライバ４１３と併せて、制御部４４１及び制動制御部４４２として機能し得る。

＜４．制御例＞
続いて、図４を参照して、本実施形態に係る制御装置の制御の一例について説明する。図４は、本実施形態に係る制御装置の制御の一例を示すフローチャート図である。

図４に示すように、まず、モータ部４１０に電源が投入される（Ｓ１０１）。その後、電源部４２０に異常等が発生した場合（Ｓ１０３）、電源部４２０は、電力供給を停止する（Ｓ１０５）。または、安全装置４２４が電源部４２０の異常を検出し、電源部４２０とモータ部４１０との間の電気的な接続を切り離すことで、電力供給を停止してもよい。

このとき、センサ部４５０は、例えば、ロボット装置１００に設けられた加速度センサ又はジャイロセンサにてロボット装置１００の姿勢に関する情報を検出する（Ｓ１０７）。なお、すでにロボット装置１００の姿勢制御のためにロボット装置１００の姿勢に関する情報が検出されている場合は、ステップＳ１０７は省略されてもよい。続いて、制動制御部４４２は、検出されたロボット装置１００の姿勢に関する情報に基づいて、ロボット装置１００の姿勢を所定の安定状態に遷移させるように、どのモータ部４１０に制動を掛けるか、及び制動の出力を決定し（Ｓ１０９）、モータ部４１０に制動を掛ける。その後、再度、センサ部４５０は、ロボット装置１００に設けられた加速度センサ又はジャイロセンサにてロボット装置１００の姿勢に関する情報を検出する（Ｓ１１１）。

ここで、制動制御部４４２は、検出されたロボット装置１００の姿勢があらかじめ設定した姿勢安定の条件を満たすか否かを判断する（Ｓ１１３）。姿勢安定の条件が満たされない場合（Ｓ１１３／Ｎｏ）、制動制御部４４２は、ステップＳ１０９に戻って、ステップＳ１１１にて検出したロボット装置１００の姿勢に関する情報に基づいて、制動を掛けるモータ部４１０及び制動の出力を決定し（Ｓ１０９）、モータ部４１０に制動を掛ける。

一方、姿勢安定の条件が満たされる場合（Ｓ１１３／Ｙｅｓ）、制動制御部４４２は、ロボット装置１００の姿勢が安定化したと判断して、全てのモータ部４１０に所定の制動力を掛けることを決定し（Ｓ１１５）、すべてのモータ部４１０に制動を掛ける。これにより、制動制御部４４２は、ロボット装置１００の姿勢を安定させたまま、脚部３００の各々を屈曲状態に遷移させることができる。

その後、所定のタイミングで、センサ部４５０は、ロボット装置１００の姿勢に関する情報を検出し（Ｓ１１７）、制動制御部４４２にて、ロボット装置１００の姿勢が不安定化したか否かを判断する（Ｓ１１９）。ロボット装置１００の姿勢が不安定化したと判断される場合（Ｓ１１９／Ｙｅｓ）、制動制御部４４２は、ステップＳ１０９に戻って、ステップＳ１１７にて検出したロボット装置１００の姿勢に関する情報に基づいて、制動を掛けるモータ部４１０及び制動の出力を決定し（Ｓ１０９）、モータ部４１０に制動を掛ける。一方、ロボット装置１００の姿勢が不安定化したと判断されない場合（Ｓ１１９／Ｎｏ）、ステップＳ１１５に戻る。その後、所定のタイミングで、センサ部４５０は、ロボット装置１００の姿勢に関する情報を検出する（Ｓ１１７）。

以上のような制御により、本実施形態に係る制御装置は、電源が停止した場合でも、ロボット装置１００の急激な姿勢変化に制動を掛けながら、ロボット装置１００の姿勢を安定させることができる。これによれば、本実施形態に係る制御装置は、ロボット装置１００のユーザビリティを向上させることが可能である

＜５．変形例＞
以下では、図５〜図８を参照して、本実施形態に係る制御装置の変形例について説明する。図５〜図８は、本実施形態に係る制御装置の第１〜第４の変形例を示す模式図である。

（５．１．第１の変形例）
第１の変形例では、制御装置は、ロボット装置１００の姿勢の安定化よりも、ロボット装置１００が周辺環境に与える影響が小さくなるように、制動部４３０の各々がモータ部４１０の各々に発生させる制動を制御する。

例えば、図５に示すように、本体部２００と、脚部３００−１、３００−２、３００−３、３００−４（まとめて脚部３００とも称する）とを備える脚式のロボット装置１００が障害物５１０に向かって歩行している場合を考える。ここで、ロボット装置１００の電源が停止した場合、ロボット装置１００は、慣性によって、障害物５１０に向かって倒れ込む可能性が高い。そのため、本変形例に係る制御装置は、ロボット装置１００の姿勢安定化よりも、障害物５１０とロボット装置１００との衝突を避けることを優先して、ロボット装置１００の脚部３００の各々への制動を制御してもよい。

具体的には、制御装置は、ロボット装置１００に備えられた撮像装置又は測距センサ等にて検出した情報に基づいて、ロボット装置１００の周辺の障害物５１０等の存在を検出し、障害物５１０と衝突しないように脚部３００の各々への制動を制御してもよい。例えば、制御装置は、ロボット装置１００の進行方向に向かって右側の脚部３００−２、３００−４への制動を、左側の脚部３００−１、３００−３への制動よりも小さくしてもよい。これにより、脚部３００−２、３００−４の方が脚部３００−１、３００−３よりも大きく屈曲するようになるため、ロボット装置１００は、進行方向に向かって右側に倒れ込むように姿勢を崩すことになる。したがって、制御装置は、ロボット装置１００の進行方向の正面に存在する障害物５１０を回避するように、ロボット装置１００の姿勢を制御することが可能である。

第１の変形例によれば、制御装置は、電源停止時に、ロボット装置１００と周辺環境に存在する物体との衝突を回避するように、ロボット装置１００の脚部３００への制動を制御することができる。これによれば、制御装置は、ロボット装置１００の安全性及びユーザビリティを向上させることができる。

（５．２．第２の変形例）
第２の変形例では、制御装置は、ロボット装置１００が搬送する物体が所定の安定状態となるように、制動部４３０の各々がモータ部４１０の各々に発生させる制動を制御する。

例えば、図６に示すように、本体部２００と、脚部３００−１、３００−２、３００−３、３００−４（まとめて脚部３００とも称する）とを備える脚式のロボット装置１００が液体を満たした容器（搬送物５２０）を搬送している場合を考える。ここで、ロボット装置１００の電源が停止した場合、ロボット装置１００は、容器に満たされた液体をこぼし、搬送物５２０を損傷させてしまう可能性が高い。そのため、本変形例に係る制御装置は、搬送物５２０の状態を安定化させることを優先して、ロボット装置１００の脚部３００の各々への制動を制御してもよい。

具体的には、制御装置は、ロボット装置１００に備えられた撮像装置、又は搬送物５２０を保持する架台に備えられた加速度センサ若しくはジャイロセンサ等にて検出した情報に基づいて、搬送物５２０の状態を検出し、搬送物５２０の状態が安定化するように脚部３００の各々への制動を制御してもよい。

例えば、制御装置が、脚部３００−１、３００−２、３００−３、３００−４の各々に制動を掛けることができる場合、制御装置は、ロボット装置１００の姿勢及び搬送物５２０の状態の両方が所定の安定状態になるように制動力を制御してもよい。ロボット装置１００の背部にて搬送物５２０を搬送している場合、ロボット装置１００の姿勢が安定化する条件、及び搬送物５２０の状態が安定化する条件は一致する可能性が高い。そのため、制御装置は、ロボット装置１００の姿勢及び搬送物５２０の状態の両方が所定の安定状態になるように、脚部３００−１、３００−２、３００−３、３００−４の各々への制動を制御してもよい。

一方、制御装置が、３００−３、３００−４の各々にのみ制動を掛けることができる場合、制御装置は、搬送物５２０の状態が所定の安定状態になるように制動を制御してもよい。ロボット装置１００が搬送物５２０を搬送する様態によっては、ロボット装置１００の姿勢が安定化する条件と、搬送物５２０の状態が安定化する条件とが一致しない場合があり得る。このような場合、制御装置は、搬送物５２０の状態が所定の安定状態になるように、脚部３００−３、３００−４の各々への制動を制御してもよい。例えば、制御装置は、搬送物５２０である容器内の液体への慣性による揺れを抑え、液体の液面が波立たないように、脚部３００−３、３００−４の各々への制動を制御してもよい。より具体的には、制御装置は、直前の運動状態に応じて脚部３００−３、３００−４の各々への制動を制御することで、搬送物５２０である容器内の液体への揺れを抑えてもよい。

第２の変形例によれば、制御装置は、電源停止時に、ロボット装置１００が搬送する搬送物５２０を保護し、搬送物５２０の状態を安定化させるように、ロボット装置１００の脚部３００への制動を制御することができる。これによれば、制御装置は、電源停止時に、ロボット装置１００が搬送する搬送物５２０が損傷することを防止することができる。

（５．３．第３の変形例）
第３の変形例では、制御装置は、着地時の衝撃が小さくなる受身姿勢へロボット装置１００を誘導するように、制動部４３０の各々がモータ部４１０の各々に発生させる制動を制御する。

例えば、図７に示すように、本体部２００と、脚部３００−１、３００−２、３００−３、３００−４（まとめて脚部３００とも称する）とを備える脚式のロボット装置１００が跳躍している場合を考える。ここで、滞空時にロボット装置１００の電源が停止した場合、ロボット装置１００は、着地時の姿勢を制御できずに転倒又は地面に衝突してしまう可能性が高い。そのため、本変形例に係る制御装置は、ロボット装置１００の姿勢が受身姿勢となるように脚部３００の各々への制動を制御してもよい。

具体的には、制御装置は、脚部３００の接地面の各々に備えられた力覚センサ等が検出した情報に基づいて、ロボット装置１００が滞空している場合に、受身姿勢となるように脚部３００の各々への制動を制御してもよい。例えば、制御装置は、ロボット装置１００の進行方向側の脚部３００−３、３００−４に制動を掛け、進行方向と反対側の脚部３００−２、３００−１に制動を掛けないことで、ロボット装置１００を受身姿勢に誘導してもよい。その後、脚部３００−１、３００−２、３００−３、３００−４が接地した場合、制御装置は、接地した脚部３００の各々に制動を掛けることで、脚部３００が着地による衝撃を吸収するダンパとして機能するように制御してもよい。

第３の変形例によれば、制御装置は、ロボット装置１００が跳躍した際に過負荷等で電源が停止した場合に、着地による衝撃を緩和する受身姿勢となるようにロボット装置１００の姿勢を制御することが可能である。これによれば、制御装置は、跳躍による着地時に、ロボット装置１００に過度の衝撃が加えられることを防止することができる。

（５．４．第４の変形例）
第４の変形例では、制御装置は、ロボット装置１００が腕部にて搬送する搬送物５３０の姿勢を安定化させるように、制動部４３０の各々がモータ部４１０の各々に発生させる制動を制御する。

例えば、図８に示すように、本体部２００と、腕部３０１−１、３０１−２（まとめて腕部３０１とも称する）とを備えるロボット装置１００が腕部３０１−１、３０１−２にて搬送物５３０を保持している場合を考える。ここで、ロボット装置１００の電源が停止した場合、ロボット装置１００は、搬送物５３０の質量を支持できず、搬送物５３０を落下させてしまう可能性が高い。そのため、本変形例に係る制御装置は、搬送物５３０を安定的に降下させ、搬送物５３０への損傷を軽減するように、ロボット装置１００の腕部３０１の各々への制動を制御してもよい。

具体的には、制御装置は、ロボット装置１００に備えられた撮像装置又は腕部３０１に備えられた角度センサ等にて検出した情報に基づいて、搬送物５３０の状態を検出し、搬送物５３０の状態が安定化するように腕部３０１の各々への制動を制御してもよい。例えば、制御装置は、ロボット装置１００の腕部３０１の各々に大きな制動力を掛け、さらにより沈降している腕部３０１−１にさらに大きな制動力を掛けることで、搬送物５３０の状態を安定化させてもよい。

第４の変形例によれば、制御装置は、腕部３０１にて搬送物５３０を搬送するロボット装置１００において、電源が停止した場合でも、搬送物５３０を安定的にゆっくりと降下させることができる。これによれば、制御装置は、ロボット装置１００が搬送する搬送物５３０への損傷を軽減することが可能である。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
関節を駆動させるモータ部の端子間を電気的に接続することで、前記モータ部の駆動に制動をかける制動部と、
センサにて検出された情報に基づいて、前記制動部の各々から前記モータ部の各々への制動を制御する制動制御部と、
を備える、制御装置。
（２）
前記センサは、前記関節の各々の駆動位置に関する情報を検出し、
前記制動制御部は、前記関節の各々の駆動位置に基づいて、前記制動を制御する、前記（１）に記載の制御装置。
（３）
前記制動制御部は、前記モータ部への電力供給が停止した場合、前記制動を制御する、前記（１）又は（２）に記載の制御装置。
（４）
前記制動制御部は、電気的に接続された前記端子間の電気抵抗の大きさを制御することで、前記制動の大きさを制御する、前記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の制御装置。
（５）
前記制動制御部は、前記モータ部にて生じる逆起電力を供給されることで動作する、前記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の制御装置。
（６）
前記モータ部は、電動機を含む、前記（１）〜（５）のいずれか一項に記載の制御装置。
（７）
前記制動は、前記電動機の回転によって発生した電流を前記電動機に戻すことで生じるダイナミックブレーキである、前記（６）に記載の制御装置。
（８）
モータ部にて駆動する関節を有する複数のリンク機構と、
前記複数のリンク機構の各々において、前記モータ部の端子間を電気的に接続することで、前記モータ部の駆動に制動をかける複数の制動部と、
センサにて検出された情報に基づいて、前記制動部から前記モータ部への制動の各々を制御する制動制御部と、
を備える、ロボット装置。
（９）
前記センサは、前記関節の各々の駆動位置に関する情報を検出し、
前記制動制御部は、前記関節の各々の駆動位置に基づいて、前記制動の各々を制御する、前記（８）に記載のロボット装置。
（１０）
前記センサは、前記ロボット装置の姿勢に関する情報を検出し、
前記制動制御部は、前記ロボット装置の姿勢に基づいて、前記制動の各々を制御する、前記（８）に記載のロボット装置。
（１１）
前記制動制御部は、前記ロボット装置の姿勢が所定の安定状態に遷移するように、前記制動の各々を制御する、前記（１０）に記載のロボット装置。
（１２）
前記センサは、前記ロボット装置が搬送する物体の状態に関する情報を検出し、
前記制動制御部は、前記物体の状態に基づいて、前記制動の各々を制御する、前記（８）に記載のロボット装置。
（１３）
前記センサは、前記ロボット装置の周辺環境に関する情報を検出し、
前記制動制御部は、前記ロボット装置の周辺環境に基づいて、前記制動の各々を制御する、前記（８）に記載のロボット装置。
（１４）
前記制動制御部は、前記複数の制動部の各々において前記制動を掛けるか否かを制御する、前記（８）〜（１３）のいずれか一項に記載のロボット装置。
（１５）
前記制動制御部は、前記複数の制動部の各々における前記制動の大きさを制御する、前記（８）〜（１４）のいずれか一項に記載のロボット装置。
（１６）
前記モータ部は、電力供給によって前記複数のリンク機構の姿勢を維持しており、
前記制動制御部は、前記モータ部への前記電力供給が停止した場合、前記制動の各々を制御する、前記（８）〜（１５）のいずれか一項に記載のロボット装置。
（１７）
前記複数のリンク機構は、前記ロボット装置の脚部である、前記（８）〜（１６）のいずれか一項に記載のロボット装置。

１００ ロボット装置
２００ 本体部
３００ 脚部
４００ 関節
４１０ モータ部
４１１ モータ
４１２ インバータ回路
４１３ ドライバ
４２０、４２１ 電源部
４２２ キャパシタ
４２３ バッテリ
４２４ 安全装置
４３０ 制動部
４３１ 制動調整回路
４４０ 演算装置
４４１ 制御部
４４２ 制動制御部
４５０ センサ部

Claims (17)

1. 関節を駆動させるモータ部の端子間を電気的に接続することで、前記モータ部の駆動に制動をかける制動部と、
   センサにて検出された情報に基づいて、前記制動部の各々から前記モータ部の各々への制動を制御する制動制御部と、
   を備える、制御装置。
2. 前記センサは、前記関節の各々の駆動位置に関する情報を検出し、
   前記制動制御部は、前記関節の各々の駆動位置に基づいて、前記制動を制御する、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記制動制御部は、前記モータ部への電力供給が停止した場合、前記制動を制御する、請求項１に記載の制御装置。
4. 前記制動制御部は、電気的に接続された前記端子間の電気抵抗の大きさを制御することで、前記制動の大きさを制御する、請求項１に記載の制御装置。
5. 前記制動制御部は、前記モータ部にて生じる逆起電力を供給されることで動作する、請求項１に記載の制御装置。
6. 前記モータ部は、電動機を含む、請求項１に記載の制御装置。
7. 前記制動は、前記電動機の回転によって発生した電流を前記電動機に戻すことで生じるダイナミックブレーキである、請求項６に記載の制御装置。
8. モータ部にて駆動する関節を有する複数のリンク機構と、
   前記複数のリンク機構の各々において、前記モータ部の端子間を電気的に接続することで、前記モータ部の駆動に制動をかける複数の制動部と、
   センサにて検出された情報に基づいて、前記制動部から前記モータ部への制動の各々を制御する制動制御部と、
   を備える、ロボット装置。
9. 前記センサは、前記関節の各々の駆動位置に関する情報を検出し、
   前記制動制御部は、前記関節の各々の駆動位置に基づいて、前記制動の各々を制御する、請求項８に記載のロボット装置。
10. 前記センサは、前記ロボット装置の姿勢に関する情報を検出し、
    前記制動制御部は、前記ロボット装置の姿勢に基づいて、前記制動の各々を制御する、請求項８に記載のロボット装置。
11. 前記制動制御部は、前記ロボット装置の姿勢が所定の安定状態に遷移するように、前記制動の各々を制御する、請求項１０に記載のロボット装置。
12. 前記センサは、前記ロボット装置が搬送する物体の状態に関する情報を検出し、
    前記制動制御部は、前記物体の状態に基づいて、前記制動の各々を制御する、請求項８に記載のロボット装置。
13. 前記センサは、前記ロボット装置の周辺環境に関する情報を検出し、
    前記制動制御部は、前記ロボット装置の周辺環境に基づいて、前記制動の各々を制御する、請求項８に記載のロボット装置。
14. 前記制動制御部は、前記複数の制動部の各々において前記制動を掛けるか否かを制御する、請求項８に記載のロボット装置。
15. 前記制動制御部は、前記複数の制動部の各々における前記制動の大きさを制御する、請求項８に記載のロボット装置。
16. 前記モータ部は、電力供給によって前記複数のリンク機構の姿勢を維持しており、
    前記制動制御部は、前記モータ部への前記電力供給が停止した場合、前記制動の各々を制御する、請求項８に記載のロボット装置。
17. 前記複数のリンク機構は、前記ロボット装置の脚部である、請求項８に記載のロボット装置。
    
    

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