JP5380630B1 - 自走式ロボットハンド - Google Patents

Abstract

自走する機能を有するベース（１２）と、ベース（１２）に取り付けられたアーム（１４）と、アーム（１４）に取り付けられ、対象物を把持するハンド（１６）と、ベース（１２）に取り付けられ、自走式ロボットハンド（１０）の外に置かれた構造物の面に静電付着することによってベース（１２）を固定するベース固定部（２０）とを備える。

Description

本開示は、家庭用サービスに用いられる自走式ロボットハンドに関する。

近年、ロボットの開発が盛んに行われている。例えば、人間が立ち入ることができないような危険地域における作業用のロボットや、高齢者の介助、及び介護アシスト用のロボットなどは、非常に注目を浴びている。

対象物を移動させる、又は対象物を持ち上げるようなアームを有するロボットでは、ロボットがアームによって重量物を持ち上げることでロボット本体の重心から離れた位置に荷重がかかった場合、ロボットの本体に大きなモーメントが発生する。したがって、本体を何らかの方法で床面に固定する、あるいは本体の安定化のためにカウンターウェイトを配置することでロボット本体を固定し、これによりロボット本体の転倒を防ぐ必要がある。

特許文献１には、ロボット本体を固定する固定手段として、ネジ部を設けることでロボットと、作業対象の物体（対象物）とを固定する方法が開示されている。

特開２００７−２７６０６３号公報 特表２００９−５４０７８５号公報

本開示は、様々な場所において本体の固定が可能で、かつ、軽量、小型のロボットを提供する。

本開示に係る自走式ロボットハンドは、自走する機能を有するベースと、前記ベースに取り付けられたアームと、前記アームに取り付けられ、対象物を把持するためのハンドと、前記ベースに取り付けられ、前記ハンドが前記ベースの前方の対象物を把持する場合に、前記ベースの後方の構造物の面に静電付着することによって前記ベースを固定するベース固定部とを備えることを特徴とする。

本開示によれば、様々な場所において本体（ベース）の固定が可能な、軽量、小型の自走式ロボットハンドが実現される。

図１は、実施の形態に係る自走式ロボットハンドを前面から見た図である。 図２は、実施の形態に係る自走式ロボットハンドを後面から見た図である。 図３は、アームを収納した状態の自走式ロボットハンドを側面から見た図である。 図４は、アームを収納した状態の自走式ロボットハンドを前面から見た図である。 図５は、アームを収納した状態の自走式ロボットハンドを後面から見た図である。 図６は、実施の形態に係る自走式ロボットハンドのシステム構成を表すブロック図である。 図７は、実施の形態に係る自走式ロボットハンドの動作のフローチャートである。 図８は、実施の形態に係る自走式ロボットハンドの動作を表す模式図である。 図９は、自走式ロボットハンドの障害物除去動作のフローチャートである。 図１０は、車輪の上下動作によるベース固定部の制御を表す図である。 図１１は、車輪の上下動作によるベース固定部の制御を表す別の図である。 図１２は、ベース固定部をベース側面に備える自走式ロボットハンドの例を表す図である。 図１３は、脚部を備える自走式ロボットハンドの外観図である。

（本開示の基礎となった知見）
背景技術で述べたように、ロボット本体を固定する様々な固定手段が提案されている。例えば、特許文献１には、ネジ部を設けることでロボットと、作業対象の物体（対象物）とを固定する方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示されている方法では、雄ネジ部を有するロボットを固定するために、ロボットを固定するために対象物に雌ネジ機構を設ける必要がある。したがって、ロボットの作業場所が対象物の置かれている場所に限定される。

特許文献１には、別の固定手段として電磁石や吸盤を使って対象物とロボットとを固定する方法についても開示されている。

電磁石を使ったロボットの固定では、電磁石を用いたロボットの固定手段を設ける必要があるため、ロボットの軽量化、小型化が課題である。ロボットの作業場所が電磁石によりロボットを固定可能な場所（例えば、床面に鉄板が取り付けられている場所）に限定される。

また、吸盤を使った固定手段では、吸盤内の空気をポンプにより吸い出すことでロボット本体を固定するため、固定手段としてさらに吸着用ポンプを備える必要がある。つまり、吸盤を使った固定手段においてもロボットの軽量化及び小型化が課題である。また、ロボットの作業場所についても吸盤が吸着可能な場所に限定される。

これに対し、本開示の一態様に係る自走式ロボットハンドは、自走する機能を有するベースと、前記ベースに取り付けられたアームと、前記アームに取り付けられ、対象物を把持するためのハンドと、前記ベースに取り付けられ、当該自走式ロボットハンドの外に置かれた構造物の面に静電付着することによって前記ベースを固定するベース固定部とを備えることを特徴とする。

このように、本体（ベース）の固定に静電付着を用いることで自走式ロボットハンドの小型化、軽量化が実現される。また、ベースの固定に静電付着を用いるため、場所に応じて適切なベース固定が可能である。すなわち、様々な場所においてベースの固定が可能である。

また、本開示の一態様に係る自走式ロボットハンドの前記ベースは、走行面を自走し、前記ベース固定部は、前記ベースのうち、前記走行面に近い部分である底部、又は、前記ベースの側部に取り付けられてもよい。

これにより、走行面だけでなく、壁面などにもベースを固定することができる。

また、本開示の一態様に係る自走式ロボットハンドの前記ベース固定部は、当該自走式ロボットハンドが建物内で使用される場合には、前記構造物の面として、当該建物の床面、当該建物の壁面、又は、当該建物内に設置された物品の表面に、静電付着してもよい。

このように、ベースの固定に静電付着を用いるため、場所に応じて適切なベース固定が可能である。

また、本開示の一態様に係る自走式ロボットハンドの前記ベース固定部は、前記ベースから出没自在に、前記ベースに取り付けられてもよい。

これにより、自走式ロボットハンドは、ベースの固定が必要な場合のみベース固定部を用いることができる。

また、本開示の一態様に係る自走式ロボットハンドの前記ベースは、走行面を自走するための、上下方向にスライド可能な車輪を有し、前記ベース固定部は、前記車輪が前記上下方向における下端にスライドされた状態では前記走行面から離間され、かつ、前記車輪が前記上下方向における上端にスライドされた状態では前記走行面に静電付着できる、前記ベースの位置に取り付けられてもよい。

また、本開示の一態様に係る自走式ロボットハンドの前記ベースは、前記アーム及び前記ハンドを収納する収納部を有してもよい。

これにより、ベースにアームを収納したときには、自走式ロボットハンドはさらに小型化される。

また、本開示の一態様に係る自走式ロボットハンドの前記ベースは、前記ベース固定部による静電付着をオンオフさせる制御を行う制御部を有してもよい。

つまり、静電吸着のＯＮ／ＯＦＦは制御部により簡単に切り替えられる。

また、本開示の一態様に係る自走式ロボットハンドは、さらに、前記ベースが自走する走行面を撮像する撮像部を備え、前記制御部はさらに、前記撮像部で得られた画像を解析することによって前記走行面が平らであるか否かを確認してもよい。

これにより、自走式ロボットハンドは走行面が平らであるかどうかを確認することができる。

また、本開示の一態様に係る自走式ロボットハンドの前記制御部は、前記走行面が平らでないと確認した場合には、さらに、前記走行面に障害物が存在するか否かを判断し、障害物が存在すると判断したときには、前記アーム及び前記ハンドを用いて前記障害物を除去してもよい。

これにより、走行面に障害物がある場合においても自走式ロボットハンドは自走することができる。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

（実施の形態）
まず、実施の形態に係るロボットハンドについて図１及び図２を用いて説明する。

図１は、実施の形態に係る自走式ロボットハンド１０を前面から見た図である。

図２は、実施の形態に係る自走式ロボットハンド１０を後面から見た図である。

図１及び図２に示すように、自走式ロボットハンド１０は、走行面を自走するベース１２と、アーム１４と、対象物を把持するハンド１６と、ベース固定部２０とを備える。なお、自走とは、自走式ロボットハンド１０が、自走式ロボットハンド１０以外の物体から補助されることなく移動することを意味する。自走には、有線又は無線によるユーザーの操作により、自走式ロボットハンド１０が移動することが含まれる。

実施の形態に係る自走式ロボットハンド１０は、主に家庭内（建物内）での使用を目的とした家庭用サービスロボットであり、前方に位置する対象物に対して作業を行う自走式のロボットである。なお、自走式ロボットハンド１０は、ユーザーのリモコン操作により動作する。

走行面を自走するベース１２は、自走式ロボットハンド１０の胴体部分であり、家電や家具の隙間に収納可能なように、軽量、小型に設計されている。

ベース１２の形状は、各面が台形もしくは長方形の６面体（略直方体）である。各面は平面であるが上側の面（アーム１４が接続される側の面）のみ曲面である。ベース１２の形状は、市販の家庭用掃除機に類似する。

ベース１２の材質は、典型的には樹脂であるが、これに限定されない。例えば、軽量な金属であってもよい。また、後述するようにベース１２内には、アーム１４を折りたたんで収納することが可能であり、ベース１２内には、アーム１４及びハンド１６を収納するための収納部１２ａが設けられている。収納部１２ａには、上腕開口部１４ｈに前腕部１４ｂ及びハンド１６が折りたたまれて収納される。

ベース１２は、前面に撮像部１２ｂと、測距部１２ｃとを備える。

撮像部１２ｂは、自走式ロボットハンド１０が自走する走行面を動画で撮影する。撮像部１２ｂは、例えば、ＣＭＯＳカメラである。また、撮像部１２ｂは、撮影方向を任意に変更することができる。したがって、撮像部１２ｂは、自走式ロボットハンド１０の前方の画像も撮影することが可能である。なお、撮像部１２ｂは、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いたものでもよい。また、撮像部１２ｂは、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの発光装置を備えることで、自走式ロボットハンド１０の周囲が暗い場合も鮮明な画像を撮影できる。

測距部１２ｃは、自走式ロボットハンド１０と、自走式ロボットハンド１０の前方に位置する対象物との距離を測定する。測距部１２ｃは、例えば、超音波センサである。なお、測距部１２ｃは、赤外線レーザーを用いた変位センサ等であってもよい。また、自走式ロボットハンドが屋外での使用を主目的とするような場合には、測距部１２ｃは、さらに、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を備えるような構成であってもよい。

また、ベース１２の下側には、車輪１８（右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂ）が設けられている。右車輪１８ａは、ベース１２の右側面の下側に配置され、左車輪１８ｂは、ベース１２の左側面の下側に配置される。右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂは同一径の円形状であり、右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂの接地面には滑り止めのスリットが設けられている。右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂの材質は、典型的には樹脂であるが、これに限定されない。

自走式ロボットハンド１０は、ベース１２に内蔵される駆動部が車輪１８を回転させることにより走行する。走行時は、自走式ロボットハンド１０は、図１に示されるようにベース１２の第１関節が設けられている側が上側、ベース１２の車輪１８が設けられている側が下側のまま走行する。

このとき、自走式ロボットハンド１０は、自走式ロボットハンドの重心が安定するように車輪１８を回転させて走行する。このため、自走式ロボットハンド１０は、２輪ではあるが、転倒することなく安定して走行することができる。

なお、図１及び図２の例では、自走式ロボットハンド１０は、右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂの２つの車輪を備える構成であるが、３つ以上の車輪を備える構成であってもよい。

また、自走式ロボットハンド１０の走行手段は、車輪に限定されない。例えば、自走式ロボットハンド１０は走行用のキャタピラを備えてもよい。また、例えば、自走式ロボットハンド１０は、脚部を備え、歩行可能な構成であってもよい。

ベース１２の上側に取り付けられたアーム１４は、上腕部１４ａと、前腕部１４ｂと、複数の関節部分（第１関節１４ｃ〜第５関節１４ｇ）とから構成される多関節のアームである。アーム１４が有する関節には、ベース１２とアーム１４とを連結する関節、アーム１４を構成する上腕部１４ａと、前腕部１４ｂとを連結する関節、及びアーム１４とハンド１６とを連結する関節が含まれる。

また、アーム１４の先端には、ハンド１６が接続される。自走式ロボットハンド１０は、前面に位置する対象物に対してアーム１４及びハンド１６を動かすことで作業を行う。

アーム１４の前腕部１４ｂの形状は、細長い６面体である。６面体の長手方向を上下方向とした場合、６面体を構成する４つの側面は、上底と下底の長さに対して高さが長い、略同一形状の台形である。６面体の長手方向を上下方向とした場合、６面体の上面と下面とは、略長方形である。

アーム１４の材質は、典型的には樹脂であるが、これに限定されない。例えば、アーム１４の材質は、軽量な金属であってもよい。なお、アーム１４及びハンド１６は、ベース１２へ収納可能である。アーム１４及びハンド１６の収納については後述する。

上腕部１４ａの一端は、第１関節１４ｃによりベース１２と接続される。つまり、第一関節は、ベース１２とアーム１４とを連結する関節である。したがって、アーム１４は、第１関節１４ｃにより折り曲げ可能である。

上腕部１４ａの他端は、第２関節１４ｄにより前腕部１４ｂの一端と接続される。つまり、アーム１４を構成する上腕部１４ａと前腕部１４ｂ連結する関節である。したがって、アーム１４は、第２関節１４ｄにより折り曲げ可能である。

なお、アーム１４の可動範囲（折り曲げ可能な範囲）は、図１に示される自走式ロボットハンド１０の前面方向に対しては広く、自在に折り曲げ可能である。一方、図２に示される自走式ロボットハンド１０の後面方向に対するアーム１４の可動範囲は狭く、後面への折り曲げは制限される。

第３関節１４ｅ、第４関節１４ｆ、及び第５関節１４ｇは、アーム１４とハンド１６とを連結する関節である。

前腕部１４ｂの他端には、第３関節１４ｅが接続される。第３関節１４ｅは、図１の矢印で示される方向に回転する。したがって、第３関節１４ｅに接続されるハンド１６は、回転可能であり、様々な方向から対象物を把持することができる。

ハンド１６は、アーム１４に取り付けられ対象物を把持する部位である。ハンド１６は、長指部１６ａ及び短指部１６ｂで構成される。

ハンド１６には、第４関節１４ｆを介して長指部１６ａが接続され、第５関節１４ｇを介して短指部１６ｂが接続される。したがって、長指部１６ａは、第４関節１４ｆにより折り曲げ可能であり、短指部１６ｂは、第５関節１４ｇにより折り曲げ可能である。

したがって、長指部１６ａ及び短指部１６ｂにより、自走式ロボットハンド１０は、対象物を把持することができる。

なお、ハンド１６は、後述する静電付着部、電磁石、又はポンプなどを用いて対象物を付着してもよい。すなわち、ハンド１６は、対象物を把持できる構成であればよく、長指部１６ａ及び短指部１６ｂを備える構成に限定されない。

上腕部１４ａは、上腕開口部１４ｈを備える。上腕開口部１４ｈは、アーム１４が折りたたまれてベース１２に収納される際に、前腕部１４ｂ、第３関節１４ｅ、第４関節１４ｆ、第５関節１４ｇ、及びハンド１６の収納スペースとして機能する。

なお、自走式ロボットハンド１０は、アーム１４を複数備えてもよい。

ベース固定部２０は、ベース１２の下側（底面）に取り付けられる。ベース固定部２０が有する静電付着部は、自走式ロボットハンド１０の外に置かれた構造物の面に静電付着することによってベース１２を固定する。構造物の面とは、例えば、フローリングの面や、後述する冷蔵庫の筐体面である。本実施の形態では、自走式ロボットハンド１０の後面の下側に取り付けられるが、ベース固定部２０の位置は、これに限定されない。

ここで、ベース１２の固定とは、自走式ロボットハンド１０の作業において、ベース１２に力が加わるような場合に、ベース１２の位置が安定して固定され、作業の妨げにならないことを意味する。例えば、自走式ロボットハンド１０がアーム１４によって重量物を持ち上げ、ベース１２の重心から離れた位置に荷重がかかるような場合に、アーム１４によって重量物を持ち上げられるようにベースが安定して動かない（転倒しない）ことを意味する。また、静電付着とは、静電力を用いた２つの物体の機械的結合を意味し、静電吸着とほぼ同等の意味である。

ベース固定部２０には、例えば、特許文献２（特表２００９−５４０７８５号公報）に記載の静電付着装置が用いられる。特許文献２に記載の静電付着装置では、電圧印可をＯＮ／ＯＦＦするだけで静電付着によるベース１２の固定／解除を切り替えることが可能である。なお、特許文献２に記載の静電付着装置は、構造物への付着面積が１ｃｍ^２で約１００ｇ、付着面積が１００ｃｍ^２で約８ｋｇの荷重を支えることができる。

このように、ベース１２の固定に静電付着部を有するベース固定部２０を用いることで、ベース１２を静電力によって固定することが可能である。このようなベース固定部２０の構成では、ベース１２を固定する機構や、電磁石、ポンプ等を追加する必要がないため、自走式ロボットハンド１０の小型化、軽量化が可能である。

また、ベース固定部２０は、当該自走式ロボットハンド１０が建物内で使用される場合には、構造物の面である、建物の床面、建物の壁面、又は建物内に設置された物品の表面に静電付着する。

ベース固定部２０は、様々な構造物の材質に静電付着し、自走式ロボットハンド１０を固定することができる。また、例えば、ベース固定部２０の構造物との付着面である静電付着部を、キャタピラ状にすることで、ベース固定部２０は、凹凸を有する面に対してもベース１２を固定することができる。すなわち、ベース固定部２０により、自走式ロボットハンド１０は、場所に適したベース固定が可能である。

また、ベース固定部２０は、ベース１２から出没自在であり、ベース１２に収納可能である。したがって、自走式ロボットハンド１０の走行中には、ベース固定部２０の静電付着部の高さは、車輪１８の接地面よりも高い。つまり、ベース固定部２０が自走式ロボットハンド１０の走行を妨げることはない。

次に、ベース１２内にアーム１４及びベース固定部２０を収納した状態の自走式ロボットハンド１０について説明する。

図３、図４、及び図５は、アーム１４を収納した状態の自走式ロボットハンド１０をそれぞれ側面、前面、後面から見た図である。

上腕部１４ａに設けられた上腕開口部１４ｈには、第２関節１４ｄにより前腕部１４ｂ及びハンド１６が収納される。このため、上腕開口部１４ｈの上下方向の長さは前腕部１４ｂ及びハンド１６の全長よりも長い。

上腕開口部１４ｈに前腕部１４ｂ及びハンド１６が収納された上腕部１４ａは、さらに、第１関節１４ｃによって、ベース１２に設けられた収納部１２ａへ収納される。

図４に示されるように、アーム１４を収納した状態で自走式ロボットハンド１０を前面から見た場合、アーム１４はベース１２と一体化するように折りたたまれて収納される。

ベース固定部２０は、折りたたみ可能なレバー２２を有し、レバー２２が折りたたまれることによって収納される。レバー２２及びベース固定部２０は、右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂの回転軸と干渉しないように構成される。

図５に示されるように、ベース固定部２０を収納した状態で自走式ロボットハンド１０を後面から見た場合、ベース固定部２０の付着面の高さは、車輪１８の接地面よりも高い。

以上のようにアーム１４及びベース固定部２０がベース１２に収納されることで、自走式ロボットハンド１０は、さらに小型化される。

次に、自走式ロボットハンド１０のシステム構成について説明する。

図６は、実施の形態に係る自走式ロボットハンドのシステム構成を表すブロック図である。

自走式ロボットハンド１０は、ベース１２の内部に制御部３０と、撮像部１２ｂと、測距部１２ｃと、通信Ｉ／Ｆ部３６と、機構部４０と、ベース固定部２０と、バランス測定部３７とを備える。

制御部３０は、ＣＰＵ３０ａと、ＲＯＭ３０ｂと、ＲＡＭ３０ｃとからなるコンピュータシステムである。

ＣＰＵ３０ａは、例えば、ＲＯＭ３０ｂに格納された制御プログラムを実行するプロセッサである。

ＲＯＭ３０ｂは、制御プログラム等を保持する読み出し専用メモリである。

ＲＡＭ３０ｃは、ＣＰＵ３０ａが制御プログラムを実行するときに使用するワークエリアとして用いられる揮発性の記憶領域で、読み書き可能なメモリである。また、ＲＡＭ３０ｃは、撮像部１２ｂが撮影した画像データなどを一時的に保持する。

制御部３０は、通信Ｉ／Ｆ部３６が操作部３８から受信した指示（信号）をバス３９を介して受信し、受信した指示に基づいて撮像部１２ｂ、測距部１２ｃ、通信Ｉ／Ｆ部３６、バランス測定部３７、機構部４０、及びベース固定部２０を制御する。

撮像部１２ｂは、制御部３０の制御に基づき自走式ロボットハンド１０が自走する走行面の画像を動画で撮影する。

測距部１２ｃは、制御部３０の制御に基づき自走式ロボットハンド１０の前面に位置する対象物と、自走式ロボットハンド１０との距離を測定する。

通信Ｉ／Ｆ部３６は、操作部３８からの指示を受信し、指示をバス３９を介して制御部３０へ送信する。通信Ｉ／Ｆ部３６は、無線データ通信により操作部３８からの指示を受信する。無線データ通信は、例えば、無線ＬＡＮや赤外線などを用いた通信である。

バランス測定部３７は、自走式ロボットハンド１０の重量バランスを測定する。バランス測定部３７は、例えば、ジャイロセンサや加速度センサ等である。

操作部３８は、自走式ロボットハンド１０を遠隔操作可能な液晶ディスプレイ付の専用端末である。操作部３８の液晶ディスプレイは、タッチパネルを有し、ユーザーの操作部３８へのタッチ操作（指示）を検出する。また、操作部３８の液晶ディスプレイには、撮像部１２ｂが撮影する画像が表示可能である。

操作部３８は、例えば、無線データ通信によりユーザーが操作部３８へ入力した指示を通信Ｉ／Ｆ部３６へ送信する。

なお、操作部３８は、市販の携帯端末やタブレット端末であってもよい。つまり、ユーザーは、市販の携帯端末やタブレット端末によって自走式ロボットハンド１０を操作してもよい。

また、操作部３８は、音声取得部（マイク）を備え、自走式ロボットハンド１０は、ユーザーの音声に応じて自走式ロボットハンド１０が動作するような構成であってもよい。

機構部４０は、第１関節１４ｃ〜第５関節１４ｇと、右車輪１８ａと、左車輪１８ｂと、レバー２２と、モータ４４ａ〜４４ｈと、駆動部４２ａ〜４２ｈとを備える。

第１関節１４ｃ〜第５関節１４ｇ、右車輪１８ａ、左車輪１８ｂ、及びレバー２２にはそれぞれモータ４４ａ〜４４ｈと、モータを駆動する駆動部４２ａ〜４２ｈとが１対１で対応付けられている。例えば、第１関節１４ｃには、第１関節１４ｃを動かすモータ４４ａが接続され、モータ４４ａにはモータ４４ａを駆動する駆動部４２ａが設けられる。同様に、例えば、レバー２２には、レバー２２を動かすモータ４４ｈが接続され、モータ４４ｈにはモータ４４ｈを駆動する駆動部４２ｈが設けられる。

駆動部４２ａ〜４２ｅのそれぞれは、制御部３０の制御に基づき、対応するモータ４４ａ〜４４ｅ駆動することで第１関節１４ｃ〜第５関節１４ｇを動かす。

また、駆動部４２ｆ及び４２ｇは、制御部３０の制御に基づき、対応するモータ４４ｆ及び４４ｇを駆動することで左車輪１８ｂ及び右車輪１８ａを回転させる。このとき、制御部３０は、バランス測定部３７の出力に基づき、自走式ロボットハンド１０が転倒しないように車輪１８の回転を制御する。具体的には、制御部３０は、バランス測定部３７が測定する自走式ロボットハンド１０の重量バランスの変化に基づき、右車輪１８ａ及び左車輪１８ｂのそれぞれの回転速度、及び回転方向を制御することで自走式ロボットハンド１０の重量バランスを制御する。

また、駆動部４２ｈは、制御部３０の制御に基づき、対応するモータ４４ｈを駆動することでレバー２２（ベース固定部２０）を動かす。つまり、制御部３０は、ベース固定部２０のベース１２への出し入れを制御する。

ベース固定部２０は、静電付着部２４を有する。静電付着部２４は、制御部３０の制御に基づき、構造物の面に静電付着してベース１２を固定する。つまり、制御部３０は、ベース固定部２０による静電付着をＯＮ／ＯＦＦ（オンオフ）させる制御を行う。

次に、自走式ロボットハンド１０の動作について説明する。本実施の形態では、一例として家庭内での自走式ロボットハンド１０の動作について説明する。

図７は、自走式ロボットハンド１０の動作のフローチャートである。

図８は、自走式ロボットハンド１０の動作を表す模式図である。

まず、自走式ロボットハンド１０はユーザーからの指示を取得する（図７のＳ１０）。具体的には、ユーザーが操作部３８に入力した指示を取得する。

自走式ロボットハンド１０はユーザーからの抽象的な指示に従い、具体的な動作を行うことが可能である。ユーザーは、例えば、「ジュースが飲みたい」といった比較的あいまいな指示を操作部３８へ入力する。

次に、自走式ロボットハンド１０は、ユーザーの指示に応じて移動を開始する（図７のＳ１１）。具体的には、自走式ロボットハンド１０は、壁５２に立て掛けられた状態から、制御部３０が車輪１８を制御することで移動する。なお、自走式ロボットハンド１０は、移動中には撮像部１２ｂにて走行面を撮影し、走行面が平らであるかどうかを確認しながら自走する。また、自走式ロボットハンド１０は、測距部１２ｃで前方への距離を測定し、前方に障害物があるか否かを確認しながら自走する。

自走式ロボットハンド１０は、制御部３０のＲＯＭ３０ｂに制御プログラムを保持する。制御プログラムでは、例えば、「○○が飲みたい」「××が食べたい」といった飲食に関連する指示と、「冷蔵庫の位置まで移動し、冷蔵庫の扉を開け、物を取り出し、ユーザーの元の場所へ移動する」、という動作とが対応付けられている。

また、自走式ロボットハンド１０は、制御部３０のＲＡＭ３０ｃに家庭内の家具及び家電の配置をマッピングした位置情報を保持している。

したがって、上記の「ジュースが飲みたい」といった指示が与えられた場合、上記位置情報を参照し、上記プログラムに基づいて図８のように家庭内の冷蔵庫５０の場所まで移動する。

次に、自走式ロボットハンド１０は、冷蔵庫５０の前の床に静電付着部２４を付着させ、ベース１２を固定する（図７のＳ１２）。

具体的には、まず、制御部３０は、撮像部１２ｂが撮影する冷蔵庫５０の画像によって、冷蔵庫５０の取っ手を認識する。取っ手の認識には既存の画像認識技術が用いられる。

続いて、制御部３０は、測距部１２ｃにより、自走式ロボットハンド１０と冷蔵庫５０の取っ手との距離を測定し、アーム１４の長さ等を考慮して冷蔵庫５０の取っ手を把持して扉５０ａを開けるのに最適な位置を求める。

さらに続いて、制御部３０は、レバー２２を制御して、上記冷蔵庫５０の開閉に最適な位置でベース固定部２０を床面へ降ろす。制御部３０は、静電付着部２４を床に付着させベース１２を固定する。このとき、自走式ロボットハンド１０は、床面に固定化されているため、制御部３０は、移動と転倒防止のために回転させていた車輪１８の駆動部４２ｆおよび４２ｇを停止させる。これにより、自走式ロボットハンド１０の消費電力を抑えることができる。

次に、自走式ロボットハンド１０は、アーム１４を取り出す（図７のＳ１３）。具体的には、制御部３０が、第１関節１４ｃ及び第２関節１４ｄを制御することでアーム１４を取り出す。

次に、自走式ロボットハンド１０は、ユーザーに指示された作業を行う（図７のＳ１４）。具体的には、まず制御部３０は、第１関節１４ｃ〜第５関節１４ｇを制御して冷蔵庫５０の取っ手をハンド１６（長指部１６ａ及び短指部１６ｂ）によって把持し、扉５０ａを開ける。

続いて、制御部３０は、冷蔵庫５０の中身を撮像部１２ｂが撮影する、ジュースの缶を認識する。このとき、ジュースの缶の形状、模様、色彩などをあらかじめ情報としてＲＡＭ３０ｃに保持し、画像認識技術を用いることでジュースの缶を認識する。

なお、このとき、例えば、制御部３０は、ユーザーの操作部３８のディスプレイに撮像部１２ｂで撮影した冷蔵庫の中身を表示し、ユーザーに冷蔵庫から取り出す飲み物の指示を求めてもよい。

制御部３０がジュースの缶を認識した後、自走式ロボットハンド１０は、制御部３０によって第１関節１４ｃ〜第５関節１４ｇを制御してジュースの缶をハンド１６によって把持する。このとき、自走式ロボットハンド１０が固定された位置からジュースの缶を把持することが困難な場合、制御部３０は、一度、静電付着部２４の付着を解除し、最適な位置へ移動し、再度、静電付着部２４を付着させてからジュースの缶を把持する制御を行う。

制御部３０がハンド１６によってジュースの缶を把持した後、自走式ロボットハンド１０は、ユーザーの元へ移動する。具体的には、まず、制御部３０は、静電付着部２４の付着を解除する。次に、制御部３０は、レバー２２を制御してベース固定部２０を収納する。続いて、自走式ロボットハンド１０は、制御部３０が車輪１８を制御することで移動する。

このときのユーザーの位置は、操作部３８の位置を上述の無線通信などを用いて検出される。なお、例えば、図７のＳ１０においてユーザーから指示を取得した際に、制御部３０は、ユーザーの位置を検出し、ユーザーの位置情報をＲＡＭ３０ｃに一時的に記録しておいてもよい。また、ユーザーが「家庭内のどの家具又は家電の近くにいるか」を音声で伝えておくことで、制御部３０がＲＡＭ３０ｃに保持している家庭内の家具及び家電の配置をマッピングした位置情報を参照し、ユーザーの位置を取得してもよい。

自走式ロボットハンド１０がユーザーの元に移動する際には、アーム１４は、取り出されたままである。このとき、制御部３０がベース１２とアーム１４との重量のバランスをとって車輪１８を制御することが困難な場合がある。このような場合、制御部３０は、一旦、ベース固定部２０を制御してベース１２を固定した後、第１関節１４ｃ〜第５関節１４ｇを制御し、重量バランスを取りやすいようにアーム１４を縮める。

ユーザーの元へ移動し、ユーザーにジュースを渡した後、自走式ロボットハンド１０は、まずアーム１４を収納する（図７のＳ１５）。具体的には、制御部３０が、ベース固定部２０を制御してベース１２を固定した後、第１関節１４ｃ及び第２関節１４ｄを制御することでアーム１４を収納する。

最後に、自走式ロボットハンド１０は、移動して元の場所に戻る（図７のＳ１６）。具体的には、自走式ロボットハンド１０は、制御部３０が、ベース固定部２０のベース１２の固定を解除した後、車輪１８を制御することで移動する。元の場所とは、図８の自走式ロボットハンド１０が壁５２に立て掛けられた状態を表す。このとき、自走式ロボットハンド１０は、冷蔵庫を閉じてから元の位置へ戻ってもよい。

なお、自走式ロボットハンド１０は、上記移動中、撮像部１２ｂで得られた画像を解析することによって走行面が平らであるか否かを確認する。

自走式ロボットハンド１０は、撮像部１２ｂが撮影した画像により走行面が平らでないと認識した場合には、さらに、走行面に障害物が存在するか否かを判断する。

自走式ロボットハンド１０は、さらに、撮像部１２ｂが撮影した画像により障害物が存在すると判断したときには、アーム１４及びハンド１６を用いて障害物を除去する。

図９は、このような、自走式ロボットハンドの障害物除去動作のフローチャートである。

まず、自走式ロボットハンド１０は、走行中に撮像部１２ｂにより走行面を撮影する（Ｓ２０）。具体的には、制御部３０は、撮像部１２ｂにより走行面の画像を撮影する。

次に、自走式ロボットハンド１０は、走行面が平らであるかどうかを確認する（Ｓ２１）。具体的には、制御部３０は、撮像部１２ｂにより撮影した画像について画像認識技術を用いて解析し、走行面が平らであるかどうかを判断する。

例えば、制御部３０は、撮影した画像をいくつかの小領域に分割し、小領域ごとにＳＡＤ（Ｓｕｍ ｏｆ Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）を求め、ＳＡＤの変化が大きい領域、つまり色の変化が大きい領域を平らでないと判断することができる。ＳＡＤとは、画像を構成する各画素について、当該画像と時間的に連続する画像の対応する画素との輝度差の絶対値を求め、求めた各画素の輝度差の絶対値を合計したパラメータである。

制御部３０が走行面が平らであると判断した場合（Ｓ２１でＹｅｓ）、自走式ロボットハンド１０は、そのまま走行を続ける。

制御部３０が走行面が平らでないと判断した場合（Ｓ２１でＮｏ）、自走式ロボットハンド１０は、さらに、走行面に障害物が存在するかどうかを確認する（Ｓ２２）。具体的には、制御部３０は、撮像部１２ｂで撮影する画像について、さらに詳細な解析を行い、走行面に障害物が存在するかどうかを確認する。

例えば、制御部３０は、撮影した画像の輝度の変化が急峻な点を算出することで、障害物を認識することができる。

このとき、制御部３０は、さらに測距部１２ｃで前方への距離を測定することで障害物を確認してもよい。

制御部３０が障害物は存在しないと判断した場合（Ｓ２２でＮｏ）、自走式ロボットハンド１０は、そのまま走行を続ける。

制御部３０が障害物は存在すると判断した場合（Ｓ２２でＹｅｓ）、自走式ロボットハンド１０は、アーム１４によって障害物を除去する（Ｓ２３）。

なお、上記は、障害物除去動作の一例である。例えば、走行面が平らであるかの確認と、走行面に障害物があるかの確認は並行して行われてもよい。

また、本実施の形態では、ベース固定部２０は可動であり、ベース１２の固定が必要な場合にのみ、静電付着部２４が走行面に付着可能な構成である。しかしながら、ベース固定部２０の制御方法はこれに限定されない。例えば、ベース固定部２０ではなく、車輪１８を上下方向にスライドさせてベース固定部２０と走行面との距離を制御してもよい。

図１０及び図１１は、車輪１８の上下動作によるベース固定部２０の制御を表す図である。

図１０は、自走式ロボットハンド１０を右側面から見た図であり、図１１は、自走式ロボットハンド１０を前面及び後面から見た図である。

図１０及び図１１で示されるような場合、ベース固定部２０は、ベース１２の底面に静電付着部２４が走行面を向くように固定して配置される。一方、車輪１８は、ベース１２の上下方向にスライド可能である。

図１１の左の図で示されるように、車輪１８がベース１２の上下方向における下端にスライドされた状態では、ベース固定部２０は、走行面から離間される。つまり、この状態では、自走式ロボットハンド１０は車輪１８を回転させて走行することができる。

車輪１８が上下方向における上端にスライドされた状態では、ベース固定部２０は走行面に接触する。つまり、この状態では、静電付着部２４は、走行面に静電付着し、ベース１２を固定することができる。

なお、本実施の形態では、ベース固定部２０は、ベース１２の走行面に近い部分である底部に設けられているが、ベース固定部２０の位置は、これに限定されない。例えば、ベース固定部２０は、ベース１２の側面（車輪１８が取り付けられている面）に設けられてもよい。また、自走式ロボットハンド１０がベース固定部２０を複数備えてもよい。

図１２は、ベース固定部２０に加えてベース固定部２１をベース１２の側面に備える自走式ロボットハンド１０の例を表す図である。

図１２のように、ベース１２の底面に設けられたベース固定部２０の静電付着部２４を走行面に静電付着させ、側面に設けられたベース固定部２１の静電付着部を壁面に静電付着させることで、ベース１２は、更に強力に固定される。ここで、側面とは、ベース１２の面のうち、走行面と平行でない面をいう。本実施の形態ではベース１２の車輪１８が設けられる面、撮像部１２ｂ及び測距部１２ｃが実装される面、ベース固定部２０が設けられる面である。

また、建物内に設置された物品、例えば、冷蔵庫のように自身の重量が大きい場合（通常、容量５００リッターの冷蔵庫の重量は約８０ｋｇ以上）は、当該物品自体が床面に固定されているとみなして、開けようとする冷蔵庫の扉以外の面に対して静電付着によりベース１２を固定し、扉の開閉を行うこともできる。

以上、本実施の形態に係る自走式ロボットハンド１０について実施の形態に基づいて説明した。本開示によれば、静電付着によりベース１２を固定するベース固定部を設けることで、軽量化、小型化された自走式ロボットハンド１０が実現される。

なお、上記の実施の形態では、車輪１８を備える自走式ロボットハンド１０について説明したが、自走式ロボットハンドは車輪１８の代わりに脚部を備えてもよい。

図１３は、脚部を備える自走式ロボットハンドの外観図である。

図１３の（ａ）に示されるように、自走式ロボットハンド６０は、４つの脚部２８ａ〜２８ｄを備え、走行面を自走（歩行）する。

また、図１３の（ｂ）に示されるように、自走式ロボットハンド６０は、４つの脚部２８ａ〜２８ｄをベース１２の内側に折りたたんで収納することができる。これにより、自走式ロボットハンド６０は、ベース固定部２０の静電付着部を走行面に静電付着させることができる。なお、ベース固定部２０は、脚部２８ａ〜２８ｄの走行面との接触面（いわゆる足の裏部分）に設けられてもよい。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示の自走式ロボットハンドは、様々な場所においてベースの固定が可能で、かつ、軽量、小型のロボットであり、例えば、家庭内での使用を目的とした介助、介護アシスト用サービスロボットなどとして有用である。

１０、６０ 自走式ロボットハンド
１２ ベース
１２ａ 収納部
１２ｂ 撮像部
１２ｃ 測距部
１４ アーム
１４ａ 上腕部
１４ｂ 前腕部
１４ｃ 第１関節
１４ｄ 第２関節
１４ｅ 第３関節
１４ｆ 第４関節
１４ｇ 第５関節
１４ｈ 上腕開口部
１６ ハンド
１６ａ 長指部
１６ｂ 短指部
１８ 車輪
１８ａ 右車輪
１８ｂ 左車輪
２０、２１ ベース固定部
２２ レバー
２４ 静電付着部
２８ａ〜２８ｄ 脚部
３０ 制御部
３０ａ ＣＰＵ
３０ｂ ＲＯＭ
３０ｃ ＲＡＭ
３６ 通信Ｉ／Ｆ部
３７ バランス測定部
３８ 操作部
３９ バス
４０ 機構部
４２ａ〜４２ｈ 駆動部
４４ａ〜４４ｈ モータ
５０ 冷蔵庫
５０ａ 扉
５２ 壁

Claims (9)

1. 自走式ロボットハンドであって、
   自走する機能を有するベースと、
   前記ベースに取り付けられたアームと、
   前記アームに取り付けられ、対象物を把持するためのハンドと、
   前記ベースに取り付けられ、前記ハンドが前記ベースの前方の対象物を把持する場合に、前記ベースの後方の構造物の面に静電付着することによって前記ベースを固定するベース固定部とを備える
   自走式ロボットハンド。
2. 前記ベースは走行面を自走し、
   前記ベース固定部は、前記ベースのうち、前記走行面に近い部分である底部、又は、前記ベースの側部に取り付けられている
   請求項１記載の自走式ロボットハンド。
3. 前記ベース固定部は、当該自走式ロボットハンドが建物内で使用される場合には、前記構造物の面として、当該建物の床面、当該建物の壁面、又は、当該建物内に設置された物品の表面に、静電付着する
   請求項１又は２記載の自走式ロボットハンド。
4. 前記ベース固定部は、前記ベースから出没自在に、前記ベースに取り付けられている
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の自走式ロボットハンド。
5. 前記ベースは、走行面を自走するための、上下方向にスライド可能な車輪を有し、
   前記ベース固定部は、前記車輪が前記上下方向における下端にスライドされた状態では前記走行面から離間され、かつ、前記車輪が前記上下方向における上端にスライドされた状態では前記走行面に静電付着できる、前記ベースの位置に取り付けられている
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の自走式ロボットハンド。
6. 前記ベースは、前記アーム及び前記ハンドを収納する収納部を有する
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の自走式ロボットハンド。
7. 前記ベースは、前記ベース固定部による静電付着をオンオフさせる制御を行う制御部を有する
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の自走式ロボットハンド。
8. さらに、前記ベースが自走する走行面を撮像する撮像部を備え、
   前記制御部はさらに、前記撮像部で得られた画像を解析することによって前記走行面が平らであるか否かを確認する
   請求項７記載の自走式ロボットハンド。
9. 前記制御部は、前記走行面が平らでないと確認した場合には、さらに、前記走行面に障害物が存在するか否かを判断し、障害物が存在すると判断したときには、前記アーム及び前記ハンドを用いて前記障害物を除去する
   請求項８記載の自走式ロボットハンド。

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