JP6218641B2 - ロボットの保持システム - Google Patents

Description

本発明は、ロボットの保持システムに関する。

脚式移動ロボットは、その電源が遮断されると、当該ロボットが備える多関節の脚の姿勢を保持できないため、その直立状態を保つことが難しい。

このため、重心位置よりも高くかつ剛性がある当該ロボットの基体上部に連結機構を連結した後、当該連結機構を上昇させることにより、電源遮断状態で当該ロボットを床面から浮かせた状態で保管する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

なお、以下、前記連結機構の上昇によってロボットが受動的に離床することを「受動離床」といい、自己の脚動作によるロボットの能動的な離床である「能動離床」と区別する。同様に、前記連結機構の下降によってロボットが受動的に着床することを「受動着床」といい、自己の脚動作によるロボットの能動的な着床である「能動着床」と区別する。なお、受動離床及び着床に際して、姿勢の制御または障害物の回避等のためにロボットの脚動作が行われてもよい。

再表０２／０２８６０１号公報

しかし、図１２（ａ）に示されるように、ロボットＲの受動離床前（直立時）に揺動中心Ｐの鉛直線Ｌ１下にロボットＲの重心Ｇが存在しない場合（揺動中心Ｐの鉛直線Ｌ１とロボットＲの重心Ｇとの間隔である第１間隔ｄ１がゼロでない場合）もある。この場合、ロボットＲが受動離床し、かつ、ロボットＲが揺動中心Ｐ回りに揺動可能に支持されると、図１２（ｂ）に黒矢印で示されるように、破線で示すロボットＲの直立時の姿勢から、実線で示すロボットＲの離床時の姿勢（前傾姿勢）となるように、ロボットＲが揺動中心Ｐ（図１２（ｂ）においては、ロボットＲと連結機構Ｈとの連結点）を中心に揺動する可能性がある。たとえば、離床前にロボットＲの受電コネクタに充電器の給電コネクタが接続されていると、このようなロボットＲの揺動によって給電コネクタとの接続状態が不安定になる（またはときとして外れる）おそれもある。

また、図１２（ｂ）に実線で示されるように、ロボットＲが床面から浮いた状態で、重心Ｇを通る鉛直線Ｌ２とロボットＲの仮想支持平面領域の中心点Ｃとの水平間隔である第２間隔ｄ２が大きい場合、そのままロボットＲを下降させるだけではロボットＲが着床できないか、着床できたとしてもロボットＲの姿勢の安定化のための制御が必要となる。

このような問題を解消するためには、たとえば、受動離着床の前に作業員（人間）によって当該ロボットＲの姿勢を補正することが考えられる。たとえば受動着床前に、作業者が揺動中心Ｐより下側のロボットＲの後側から前方に向かって外力Ｆ（白矢印参照）を加えることにより、実線で示される前傾姿勢から、破線で示される直立に近い姿勢にさせることができる。後者の姿勢でロボットＲを着床させることにより、受動着床後のロボットＲの姿勢の安定化が図られる。

しかしながら、受動離床前または受動着床前に作業員の補助が必要となると、作業員の作業負荷が高くなってしまう。また、人が作業するのに適さないような環境下でロボットＲが作業する場合には、受動離床前または受動着床前に作業員がロボットの姿勢を補正することは困難である。

そこで、本発明は、脚式移動ロボットの受動離床または受動着床に際し、作業員の補助がなくとも当該ロボットの確実な姿勢安定化を図りうる脚式移動ロボットの保持システムを提供することを目的とする。

本発明のロボットの保持システムは、
上体及び当該上体から延設されている複数の脚体を有するロボットと、
当該ロボットを離床状態で揺動中心または揺動軸線回りに揺動可能に保持する保持装置と、
前記ロボット及び前記保持装置のそれぞれの動作を制御する制御装置とを備えたロボットの保持システムであって、
前記保持装置は、
前記ロボットの上体に対して連結される連結機構と、
前記連結機構を昇降させることにより、前記連結機構に連結された前記ロボットを昇降させる昇降装置とを備え、
前記制御装置は、
前記ロボットが床面に着床した状態で、前記揺動中心を通る鉛直線または前記揺動軸線を通る鉛直面と前記ロボットの重心との水平間隔である第１間隔を推定するように構成されている間隔推定部と、
前記間隔推定部で推定された前記第１間隔がゼロとなるように、前記ロボットが着床している状態で前記ロボットの姿勢を制御するように構成されている姿勢制御部とを備える。

ここで、”第１間隔がゼロとなるように…前記ロボットの姿勢を制御する”とは、当該第１間隔が厳密にゼロとなるようなロボットの姿勢の制御だけを意味するものではなく、当該第１間隔が十分に微小な値（ほぼゼロ）となるようなロボットの姿勢の制御をも含む。

当該構成の保持システムによれば、ロボットの受動離床前に揺動中心を通る鉛直線または揺動軸線を通る鉛直面に当該ロボットの重心を近づけることができる。このため、受動離床時における第１間隔がゼロでないことに由来するロボットの揺れが軽減または防止されうる。この結果、受動離床の際のロボットの姿勢の確実な安定化が図られる。

本発明の保持システムにおいて、
前記間隔推定部は、前記保持装置が前記ロボットを離床状態で保持している状態において、前記ロボットの重心を通る鉛直線と前記ロボットの前記複数の脚体のそれぞれの着床領域を含む仮想床面において当該複数の着床領域及び当該複数の着床領域の間に挟まれた仮想領域からなる仮想支持平面領域の中心点との水平間隔である第２間隔を推定するように構成され、
前記姿勢制御部は、前記間隔推定部で推定された前記第２間隔がゼロとなるように、前記ロボットが着床する前に前記ロボットの姿勢を制御するように構成されている。

ここで、”第２間隔がゼロとなるように…前記ロボットの姿勢を制御する”とは、当該第２間隔が厳密にゼロとなるようなロボットの姿勢の制御だけを意味するものではなく、当該第２間隔が十分に微小な値（ほぼゼロ）となるようなロボットの姿勢の制御をも含む。

当該構成の保持システムによれば、ロボットの受動着床の前に仮想支持平面領域の中心点の上方にロボットの重心が存在するように制御される。このため、受動着床時にロボットが正常に着床できるとともに、ロボットの姿勢安定化のための制御が不要となる。この結果、受動着床の際のロボットの姿勢の確実な安定化が図られうる。

本発明の保持システムにおいて、
前記ロボットは、バッテリと、前記バッテリを充電する際に使用される受電コネクタとを備え、
前記保持装置は、充電用電源とケーブルで接続され、かつ、前記受電コネクタに接続可能に構成されている給電コネクタを有する充電器と、前記給電コネクタを駆動する駆動機構とを備え、
前記制御装置は、前記ロボットが着床している状態において、前記給電コネクタを前記受電コネクタに接続させるように前記駆動機構の動作を制御する充電制御要素を備える。

本発明の保持システムによれば、ロボットの受動離床の前に給電コネクタが受電コネクタに接続される。また、ロボットが離床した場合には、ロボットの上昇に当該給電コネクタが追従し、給電コネクタと受電コネクタとの接続が維持される。このため、ロボットが離床状態で保持されている状態でも充電処理が続行される。この結果、ロボットを離床状態で保持する際に充電をする場合でも、作業者による給電コネクタの接続の作業者の補助が不要となる。

本発明の保持システムにおいて、
前記ロボットは、前記脚体に作用する水平な軸回りの床反力モーメントを検出する力センサを備え、
前記姿勢制御部は、前記ロボットの受動離床または受動着床処理において、前記床反力モーメントの大きさがゼロでないことを前記力センサが示すことを要件として、前記床反力モーメントの大きさが小さくなるように前記ロボットの姿勢を変更させるように構成されている。

ここで、”床反力モーメントの大きさがゼロでない”とは、当該床反力モーメントの大きさが厳密にゼロとなる状態だけを意味するものではなく、当該床反力モーメントの大きさが十分に微小な値（ほぼゼロ）となるような状態をも含む。

ロボットの受動離床または受動着床に際し、ロボットの脚体が床反力に由来したモーメントを受けていると、離床後にロボットが揺れたり、着床後にロボットの姿勢が崩れたりするおそれがある。この点に着目して構成された本発明の保持システムによれば、脚体が受ける水平な軸回りの床反力モーメントの大きさが小さくなるようにロボットの姿勢が制御される。これにより、ロボットの受動離床または受動着床に際し、ロボットの姿勢の安定化が図られる。

保持装置の左側面図（側壁を不図示）。 制御装置の全体概略図。 凹部空間の説明図。（ａ）は右凹部空間の上面図、（ｂ）はＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）において接続金具が検知スイッチに接触している状態を示す図、（ｄ）はＩＩＩｄ−ＩＩＩｄ断面図、（ｅ）は、（ｂ）において接続金具が検知スイッチに接触した後、回転機構により連結機構が回転させられることにより、係合部が接続部に係合した状態を示す図、（ｆ）はＩＩＩｆ−ＩＩＩｆ断面図。 ロボットの足底から見た仮想支持平面領域の説明図。 保持部の平面図（保持装置の各壁を不図示）。（ａ）はロボットが保持される前の図、（ｂ）はロボットが保持されているときの図。 ロボット保持処理のフローチャート。 受動離床処理のフローチャート。 地球座標系の鉛直方向（Ｚ軸）に対するロボット座標系のＺ軸の傾斜角度を示す図。 本実施形態における保持または起動の各段階におけるロボットの姿勢を説明する図で、（ａ）はロボットが直立している場合の図、（ｂ）は連結機構を接続する場合のロボットの姿勢を示す図、（ｃ）はロボットを受動離床させた直後のロボットの姿勢を示す図、（ｄ）はロボットの電源がＯＦＦである場合のロボットの姿勢を示す図、（ｅ）はロボットの電源をＯＦＦにした状態で保持されているロボットの姿勢を示す図、（ｆ）は、離床状態における離着床基本姿勢を示す図、（ｇ）は受動着床時のロボットの姿勢を示す図、（ｈ）は受動着床後にロボットを直立状態にさせた場合のロボットの姿勢を示す図。 ロボット起動処理のフローチャート。 受動着床処理のフローチャート。 従来の保持時のロボットの姿勢を示す図。

以下、本発明の保持システムに係る実施形態について図面を参照して説明する。ロボット１００または保持装置２００の左右に設けられている各構成要素について、左右を区別する場合はＲまたはＬをつけて表現し、左右を区別しない場合はＲまたはＬをつけずに表現する。

（保持システムの構成）
本発明の保持システムは、脚式移動ロボット（ヒューマノイドロボット）であるロボット１００（図１参照）と、当該ロボット１００を保持するための保持装置２００（図１参照）と、ロボット１００及び保持装置２００のそれぞれの動作を制御するための制御装置３００（図２参照）とから構成されている。

（ロボットの構成）
図１に示されているロボット１００は人間と同様に基体１１０と、基体１１０の上部に設けられた頭部１１１と、基体１１０の上部左右両側から延設された左右の腕体１１２と、腕体１１２の先端部に設けられた手部１１３と、基体１１０の下部から下方に延設された左右の脚体１１４と、脚体１１４の先端部に取り付けられている足平部１１５と、基体１１０に収納されているバッテリ１１７とを備えている。

ロボット１００は、アクチュエータ１３３（図２参照）から伝達される力によって、人間の肩関節、肘関節、手首関節、股関節、膝関節、足首関節等の複数の関節に相当する複数の関節機構において腕体１１２や脚体１１４を屈伸運動させることができる。

腕体１１２は肩関節機構を介して基体１１０に連結された第１腕リンクと、一端が第１腕リンクの端部に肘関節機構を介して連結され、他端が手首関節を介して手部１１３の付根部に連結されている第２腕リンクとを備えている。肩関節機構は、ヨー軸およびピッチ軸のそれぞれの回りの２つの回転自由度を有する。肘関節機構は、ピッチ軸回りの１つの回転自由度を有する。手首関節機構は、ロール軸およびピッチ軸のそれぞれの回りの２つの回転自由度を有する。

脚体１１４は股関節機構を介して基体１１０に連結された第１脚リンクと、一端が第１脚リンクの端部に膝関節機構を介して連結され、他端が足首関節を介して足平部１１５に連結されている第２脚リンクとを備えている。股関節機構は、ヨー軸、ピッチ軸およびロール軸のそれぞれの回りの３つの回転自由度を有する。膝関節機構は、ピッチ軸回りの１つの回転自由度を有する。足首関節機構は、ピッチ軸およびロール軸のそれぞれ回りの２つの回転自由度を有する。ロボット１００は、左右の脚体１１４のそれぞれの受動離床および受動着床の繰り返しを伴う動きによって自律的に移動することができる。

基体１１０は、基体１１０の後側下端に受電コネクタ１１８を備えている。

ロボット１００の凹部１２０については、保持装置２００の連結機構２２０とあわせて説明する。

また、図４に示されるように、ロボット１００の複数の脚体１１４の足平部１１５の足底Ｒ１，Ｒ２を含む仮想床面において、当該足底Ｒ１，Ｒ２と、それぞれの足底に挟まれた仮想領域Ｒ３により、仮想支持平面領域ＳＲが確定される。後述するように、ロボット１００の受動着床に際して、仮想支持平面領域ＳＲの中心点Ｃがロボット１００の重心Ｇを通る鉛直線上に存在するようにロボット１００の姿勢が制御される。本実施形態の「足平部１１５」の足底が本発明の「着床領域」に該当する。

（保持装置の構成）
保持装置２００は、図１及び図５に示されるように、ロボット１００を連結するための左右一対の連結機構２２０と、当該左右一対の連結機構２２０のそれぞれが前端部２３１に取り付けられる略Ｙ字形状の上部フレーム２３０と、当該上部フレーム２３０の後端部２３２を上下に移動可能に支持する支柱２４０と、テーパー状に形成され、かつ、当該テーパー状の先端において支柱２４０の下端に取り付けられた下部フレーム２７０とを備える。

保持装置２００の周囲には、図１に示されるように、略有天矩形箱２１０に囲まれ、前扉２１１と、前扉２１１に対向する後壁２１２と、前扉２１１及び後壁２１２の間に配置された側壁（不図示）と、上壁２１３とを備える。

前扉２１１は、ロボット１００が通行できるように開閉可能に構成されている。後述する保持制御装置３２０によって、前扉２１１の開閉動作が制御される。ロボット１００は、前扉２１１が開状態のときに箱２１０の内部に侵入し、保持装置２００によって保持される。ロボット１００が保持装置２００によって保持されている間、前扉２１１は閉状態に制御される。

連結機構２２０は、連結ロッド２２１と、当該連結ロッド２２１の下側前端部に設けられた略Ｔ形状の接続金具２２２とから構成される。接続金具２２２には、連結ロッド２２１の軸線方向と垂直な方向に、円筒状に形成された２つの係合部２２３ａ，２２３ｂ（以下、総称して係合部２２３と適宜称する。）を備える。

上部フレーム２３０の前端部２３１において、連結ロッド２２１の上端が回転機構２３３に床面と垂直方向の軸周りに回転可能に接続される。上部フレーム２３０の後端部２３２は、支柱２４０に上下方向に移動可能に支持される。より具体的には、支柱２４０に取り付けられた昇降装置２５０に上部フレーム２３０の後端部２３２が固着されており、昇降装置２５０が上下方向に移動することにより、上部フレーム２３０（および上部フレーム２３０に接続された連結機構２２０）が上下方向に移動する。昇降装置２５０としては、例えば、リニアアクチュエータが採用されうる。

ここで、説明を後回しにしたロボット１００の凹部１２０について説明する。ロボット１００の基体１１０の後側上端部には、左右２か所に凹部１２０Ｒ、１２０Ｌが設けられている。図３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、それぞれの凹部１２０には、検知スイッチ１２１と当該検知スイッチ１２１を挟むように互いに対向する２つの接続部１２２ａ及び１２２ｂとが設けられている。

検知スイッチ１２１は、例えば接触センサで構成され、ロボット上方から下降してくる後述する保持装置２００の連結機構２２０（右連結機構２２０Ｒまたは左連結機構２２０Ｌ）と接触可能な位置に設けられている。

接続部１２２ａ、１２２ｂは、図３（ｂ）に示されるように、中央上部が盛り上がった略五角柱状の凹部を備える。当該盛り上がり部分は、係合部２２３ａ，２２３ｂの形状に適合するように円柱状の凹部として構成されている。

該接続部１２２ａ、１２２ｂは、ロボット１００の重心Ｇの位置よりも高い基体１１０の部分に固設されている。このため、ロボット１００の受動離床状態において、ロボット１００の各部に負担（過大な荷重等）がかかりにくい適正なロボット１００の姿勢を保つことができる。

図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示されるように、連結機構２２０の接続金具２２２の下端が検知スイッチ１２１の上端に接触したことにより、当該検知スイッチ１２１と連結機構２２０との接触が検出される。

また、接続金具２２２の一部がロボット１００の検知スイッチ１２１に接触している状態で、回転機構２３３により、連結ロッド２２１が９０度回転されると、図３（ｅ）及び図３（ｆ）に示されるように、接続金具２２２の係合部２２３ａ，２２３ｂがロボット１００の接続部１２２ａ、１２２ｂに係合する。接続金具２２２の係合部２２３ａ，２２３ｂが接続部１２２ａ、１２２ｂに係合している状態で昇降装置２５０により上部フレーム２３０が引き上げられることにより、ロボット１００が受動離床する。この時、接続金具の係合部２２３ａ，２２３ｂが円筒状に形成されているため、ロボットは離床状態において右係合部２２３Ｒ及び左係合部２２３Ｌの中心を通る軸線（右接続部１２２Ｒ及び左接続部１２２Ｌの中心を通る軸線）を揺動軸線ＳＬとして揺動可能となる。また、接続部１２２ａ、１２２ｂが山形の略五角柱状に形成されているため、係合部２２３ａ，２２３ｂが当該接続部１２２ａ、１２２ｂの盛り上がった部分に係合し、揺動軸線ＳＬが固定される。また、回転機構２３３としては、例えば、ギヤードモータが採用されうる。

支柱２４０は、下方が太い柱で構成され、その中段に充電器２６０を備える。充電器２６０は、充電用電源２６１と、当該充電用電源２６１とケーブル２６２を介して接続される給電コネクタ２６３と、給電コネクタ２６３を前後に動かす駆動機構２６４とを備える。

ロボット１００が充電器２６０に背を向けて所定の姿勢で所定の位置に立ち、充電器２６０の駆動機構２６４が給電コネクタ２６３を前進させることにより、受電コネクタ１１８と給電コネクタ２６３が接続される。受電コネクタ１１８と給電コネクタ２６３とが接続された状態で充電処理が開始されることにより、ロボット１００のバッテリ１１７が充電される。なお、給電コネクタ２６３はケーブル２６２が伸びる範囲であれば移動可能であるので、ロボット１００が上昇する場合でも、ロボット１００の上昇に連動して給電コネクタ２６３が伸びる。この結果、ロボット１００の上昇に際しても、給電コネクタ２６３と受電コネクタ１１８との接続が確保され、ロボット１００のバッテリ１１７の充電が継続される。

充電器２６０の詳細な構成としては、例えば、特開２０１２−０１６０８４号公報に記載されている公知の構成が採用されうる。

支柱２４０の下端に取り付けられている下部フレーム２７０は、中央部２７１と両端２７２Ｒ、２７２Ｌとの下端にそれぞれ１又は複数の車輪２７３を備える。また、下部フレーム２７０は、中央部２７１と両端２７２Ｒ、２７２Ｌとにストッパ２７４が上下動自在に、螺挿されている。車輪２７３によって、保持装置２００の移動が可能となっているとともに、ストッパ２７４の下降によって保持装置２００を所定の設置場所に据え付けることができる。また、当該設置場所には、接続立位置修正用床マークＭ１、Ｍ２が敷設される。

（制御装置の構成）
制御装置３００は、図２に示されるようにロボット１００の動作を制御するロボット制御装置３１０と、保持装置２００の動作を制御する保持制御装置３２０と、統合制御装置３３０と、ロボット制御装置３１０及び保持制御装置３２０と統合制御装置３３０とを無線又は有線で接続するネットワーク回線とから構成されている。

ロボット制御装置３１０はロボット１００に搭載されている電子制御ユニット（ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ回路等により構成されている。）またはコンピュータにより構成されている。

ロボット制御装置３１０は内部状態センサ群１３１および外部状態センサ群１３２のそれぞれの出力に基づいて種々の状態変数の値を認識するように構成されている。

なお、内部状態センサ群１３１は主にロボットの姿勢制御用に用いられ、外部状態センサ群１３２は主に自己位置同定用に用いられる。

内部状態センサ群１３１にはロボット１００の傾斜とモーメントを測定するための加速度センサのほか、基体１１０の姿勢を測定するためのジャイロセンサ、各関節機構の回転自由度ごとの屈曲角度等を測定するロータリーエンコーダ、足平部１１５に作用する力を測定する６軸力センサ（６ＡＦセンサ）１３１ａ、バッテリ１１７の出力電圧及び出力電流を検出するためのセンサ並びに連結機構２２０の接続状態を確認する検知スイッチ（接触スイッチ）１２１等が含まれている。本実施形態の「６軸力センサ１３１ａ」が本発明の「力センサ」に該当する。

外部状態センサ群１３２には画像による位置認識を行うイメージセンサ、ＧＰＳユニット、ロボット１００とは独立して設置されたインフラ環境に設けられた外部環境計測用のセンサ（たとえばレーザレンジファインダ）等が含まれる。

ロボット制御装置３１０は、姿勢制御要素３１１と、座標系認識要素３１２と、経路計画・移動指令要素３１３とを備える。姿勢制御要素３１１、座標系認識要素３１２、及び経路計画・移動指令要素３１３のそれぞれは、ＣＰＵ（演算処理装置）と、担当する演算処理を実行するために必要なソフトウェアおよびデータが保存されているメモリ（記憶装置）とにより構成されている。姿勢制御要素３１１及び座標系認識要素３１２のそれぞれを構成するＣＰＵは物理的に共通であってもよいし、別個であってもよい。

各制御要素が「構成されている」とは、当該制御要素を構成する演算処理装置がメモリ等の記憶手段から必要なソフトウェアおよびデータを読み出し、当該データを対象として当該ソフトウェアにしたがった演算処理を実行すること、さらには当該演算処理の結果として制御指令信号を生成し、制御対象に宛てて当該信号を出力すること等により、ロボット１００の行動制御等の目的を達成することを意味する。

本発明の構成要素が情報を「認識する」とは、当該構成要素が情報をデータベースから検索すること、メモリ等の記憶装置から情報を読み取ること、センサ等の出力に基づき情報を測定、算定、推定、判定すること、測定等された情報をメモリに保持すること等、当該情報をさらなる演算処理のために準備または用意するのに必要なあらゆる情報処理を実行することを意味する。

また、ロボット制御装置３１０は、図示しない通信装置を介して、保持制御装置３２０及び統合制御装置３３０と通信するように構成されている。

姿勢制御要素３１１は、後述する統合制御装置３３０からの指令に応じて、アクチュエータ１３３の動作を制御することにより、ロボット１００の姿勢を制御するように構成されている。

座標系認識要素３１２は、内部状態センサ群１３１及び外部状態センサ群１３２の出力に応じてロボット１００の所定の箇所（たとえば腰の所定の点）を原点とし、当該所定の箇所からの所定の方向（たとえば腰の前後方向、左右方向、胴体がある方向）をそれぞれＸ、Ｙ、Ｚ軸として、各構成要素の相対的な位置を示す座標系（ロボット座標系）を認識する。また、座標系認識要素３１２は、経路計画・移動指令要素３１３内の地図情報に基づいて、ロボット１００の各構成要素の絶対的な位置を示す座標系（地球座標系）を認識するように構成されている。

経路計画・移動指令要素３１３は、自律的または外部からの指令によって定められた目的地点、経路計画・移動指令要素３１３内の地図情報及び外部状態センサ群１３２の出力に基づいて、ロボット１００の移動経路の計画を策定する。また、経路計画・移動指令要素３１３は、当該策定された計画に基づいて、アクチュエータ１３３の動作を制御することにより、ロボットを目的地点まで移動させる。

図２に示されている保持制御装置３２０は保持装置２００に搭載されている電子制御ユニット（ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ回路等により構成されている。）またはコンピュータにより構成されている。

保持制御装置３２０は内部状態センサ群２８１および外部状態センサ群２８２のそれぞれの出力に基づいて種々の状態変数の値を認識するように構成されている。

また、保持制御装置３２０は、図示しない通信装置を介して、ロボット制御装置３１０及び統合制御装置３３０と通信するように構成されている。

内部状態センサ群２８１には連結機構２２０に係る重さを測定するための力センサ、回転機構２３３の回転角度を測定するためのロータリーエンコーダ、昇降装置２５０の保持装置２００における相対的な位置（保持装置座標系における位置）を測定するためのリニアエンコーダー、充電器２６０の保持装置座標系における位置を測定するためのセンサ、給電コネクタ２６３の接続状況を検出するセンサが含まれている。

外部状態センサ群２８２にはモーションキャプチャーシステムのほか、ロボット１００の位置及び姿勢を測定するため、側壁に設けられているステレオイメージセンサ、及び側壁に設けられている赤外光を用いたアクティブ型センサ等が含まれる。

保持制御装置３２０は、開閉扉制御要素３２１と、連結機構制御要素３２２と、ロボット位置姿勢取得要素３２３と、充電要素３２４とを備える。連結機構制御要素３２２とロボット位置姿勢取得要素３２３と充電要素３２４のそれぞれは、ＣＰＵ（演算処理装置）と、担当する演算処理を実行するために必要なソフトウェアおよびデータが保存されているメモリ（記憶装置）とにより構成されている。開閉扉制御要素３２１と連結機構制御要素３２２とロボット位置姿勢取得要素３２３と充電要素３２４のそれぞれを構成するＣＰＵは物理的に共通であってもよいし、別個であってもよい。

開閉扉制御要素３２１は、統合制御装置３３０からの指令または外部状態センサ群２８２の出力に基づき、前扉２１１の開閉を制御するように構成されている。より具体的には、外部状態センサ群２８２の出力により、ロボット１００が保持装置２００の付近に到達したことが認識されると、開閉扉制御要素３２１は、前扉２１１を開状態に制御する。一方、ロボット１００が保持装置２００から離れた場合、またはロボット１００が保持装置２００に保持されロボット１００の電源がＯＦＦになった場合、開閉扉制御要素３２１は、前扉２１１を閉状態に制御する。

連結機構制御要素３２２は、統合制御装置３３０からの指令に基づき、昇降装置２５０の動作を制御することにより、連結機構２２０の先端位置（接続金具２２２の位置）を制御するように構成されている。連結機構制御要素３２２は、また、統合制御装置３３０からの指令に基づき、回転機構２３３の動作を制御することにより、係合部２２３の接続金具２２２に対する角度を制御するように構成されている。

ロボット位置姿勢取得要素３２３は、内部状態センサ群２８１及び外部状態センサ群２８２の出力に基づき、保持装置座標系におけるロボット１００の位置及び姿勢を認識するように構成されている。また、認識されたロボット１００の位置及び姿勢は、有線または無線通信を介して、統合制御装置３３０へ送信される。

充電要素３２４は、統合制御装置３３０からの指令またはロボット１００からの要求に基づき、駆動機構２６４の動作を制御することにより給電コネクタ２６３を受電コネクタ１１８に接続させ、かつ、接続後に充電処理を実行することによりロボット１００のバッテリ１１７を充電するように構成されている。

図１に示されている統合制御装置３３０は、ロボット１００及び保持装置２００とは別個に存在するサーバにより構成されている。これに代えて、統合制御装置３３０の一部または全部が、ロボット１００に搭載されたコンピュータ、または保持装置２００に搭載されたコンピュータによって構成されてもよい。

統合制御装置３３０は、有線又は無線通信を介してロボット制御装置３１０及び保持制御装置３２０から取得した種々の状態変数を認識する。

統合制御装置３３０は、ロボット位置姿勢推定要素３３１と、ロボット制御要素３３２と、保持装置制御要素３３３とを備える。

ロボット位置姿勢推定要素３３１は、通信を介してロボット１００の地球座標系における位置並びに姿勢を認識するように構成されている。本実施形態の「ロボット位置姿勢推定要素３３１」が本発明の「間隔推定部」に該当する。

ロボット制御要素３３２は、認識されたロボット１００の位置及び姿勢に応じて、ロボット制御装置３１０への指令送信によって、ロボット１００の動作を制御するように構成されている。本実施形態の「ロボット制御要素３３２」が本発明の「姿勢制御部」に該当する。

保持装置制御要素３３３は、連結機構２２０を上昇させるための上昇指令または連結機構２２０を下降させるための下降指令を保持制御装置３２０に送信するように構成されている。また、保持装置制御要素３３３は、ロボット１００から受信したバッテリ１１７の残容量に応じて、充電器２６０の動作を制御する充電指令を保持制御装置３２０に送信するように構成されている。本実施形態の「保持装置制御要素３３３」が本発明の「充電制御要素」及び「離着床条件判定部」に該当する。

以下、統合制御装置３３０の各要素が、ロボット制御装置３１０または保持制御装置３２０との通信を介して、ロボット制御装置３１０または保持制御装置３２０の各要素に指令を送信し、ロボット１００または保持装置２００の各構成要素の動作を制御することを、「統合制御装置３３０の各要素が、各構成要素の動作を制御する」と表現する。また、統合制御装置３３０の各要素が、ロボット制御装置３１０または保持制御装置３２０との通信を介して、内部状態センサ群または外部状態センサ群等の出力（またはその出力値）を認識することを「統合制御装置３３０の各要素が、内部状態センサ群または外部状態センサ群等の出力を取得する」と表現する。

（保持システムの機能・ロボット保持処理）
次に、図５及び図６を参照して、ロボット保持処理について説明する。

本処理は、ロボット１００の作業完了後に、ロボット１００を保持装置２００に電源を遮断、または必要に応じて充電を行いながら保持するための処理である。ロボット１００に搭載されたロボット制御装置３１０の経路計画・移動指令要素３１３は、ロボット１００の作業が完了したことを検知すると、経路計画・移動指令要素３１３内の地図情報に基づいて、ロボット１００を所定の保持装置２００の内部まで移動させるように制御する（図６／ＳＴＥＰ１０２）。さらに詳しくは、保持装置制御要素３３３は、ロボット１００が保持装置２００の付近に到達したことを保持制御装置３２０の外部状態センサ群２８２の出力により認識すると、保持制御装置３２０の前扉２１１を開状態に制御する。ロボット制御要素３３２は、ロボット１００を保持装置２００の内部へ移動させる。

ロボット１００が保持装置２００の内部に到達すると、ロボット制御要素３３２は、取得したロボット１００の外部状態センサ群１３２の出力及び保持装置２００の外部状態センサ群２８２の出力に基づき、ロボット１００の位置を取得する（図６／ＳＴＥＰ０１０４）。

ロボット制御要素３３２は、取得したロボット１００の外部状態センサ群１３２の出力から認識される床面に敷設されている接続立位置修正用床マークＭ１、Ｍ２に基づいて、図５（ａ）に示されるロボット１００が保持装置２００を背後にした状態を経て、図５（ｂ）に示されるように、ロボット１００が保持装置２００の下に存在する状態となるように、ロボット１００の立ち位置を修正する（図６／ＳＴＥＰ０１０６）。ロボット１００の立ち位置の修正方法は、例えば特開２００８−４４０６９号公報に記載されている充電スタンドへのアプローチ方法と同様の方法が採用されうる。

ロボット制御要素３３２は、ロボット１００の内部状態センサ群１３１の出力に基づき、ロボット１００のバッテリ１１７の残容量を取得する（図６／ＳＴＥＰ０１１１）。より詳しくは、ロボット制御要素３３２は、当該出力に示されるバッテリ１１７の出力電圧及び出力電流とからバッテリ１１７の開路電圧を推定し、推定した開路電圧と充電量であるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）との関係を規定したマップまたはデータテーブル（以下、マップ等という）を参照して、バッテリ１１７のＳＯＣ（残容量）を推定する。

保持装置制御要素３３３は、バッテリ充電の要否を判定する（図６／ＳＴＥＰ０１１２）。バッテリ充電の要否の判定としては、取得したバッテリ１１７の残容量が所定の値以下か否かの判定、またはロボット１００が次回起動時に予定しているタスクに鑑みて必要な残容量以下か否かの判定等が採用されうる。

当該判定結果が肯定的であった場合（図６／ＳＴＥＰ０１１２‥ＹＥＳ）、統合制御装置３３０は、図６／ＳＴＥＰ０１１３以下の処理を実行する。他方、当該判定結果が否定的であった場合（図６／ＳＴＥＰ０１１２‥ＮＯ）、統合制御装置３３０は、ＳＴＥＰ０１２０以下の処理を実行する。

図６／ＳＴＥＰ０１１３において、ロボット位置姿勢推定要素３３１は、取得したロボット１００の内部状態センサ群１３１の出力（各関節機構の回転自由度ごとの屈曲角度）、外部状態センサ群１３２の出力（ロボット１００及び保持装置２００の地球座標系における位置及び姿勢）及び保持装置２００における内部状態センサ群２８１の出力（充電器２６０の保持装置座標系における位置及び姿勢）に基づき、充電器２６０に対するロボット１００の相対的な位置及び姿勢を認識する。

より詳しくは、ロボット位置姿勢推定要素３３１は、ロボット１００の内部状態センサ群１３１の出力に示される各関節機構の回転自由度ごとの屈曲角度に基づき、ロボット１００の各構成要素のロボット座標系における位置及び姿勢を認識する。そして、ロボット位置姿勢推定要素３３１は、保持装置２００の内部状態センサ群２８１の出力に示される充電器２６０の保持装置座標系における位置及び姿勢に基づいて、充電器２６０の保持装置座標系における位置及び姿勢を認識する。また、ロボット位置姿勢推定要素３３１は、ロボット１００の外部状態センサ群１３２の出力に示される画像を解析し、当該解析結果と記憶要素（不図示）に記憶された地図情報とに基づいて地球座標系におけるロボット１００の位置及び姿勢及び保持装置２００の位置を認識する。

ロボット位置姿勢推定要素３３１は、これらの座標情報に基づき、ロボット１００の各構成要素のロボット座標系における位置と、充電器２６０の保持装置座標系における位置とを地球座標系における位置に変換する。

そして、ロボット位置姿勢推定要素３３１は、変換されたロボット１００の各構成要素及び充電器２６０の地球座標系における位置に基づいて、充電器２６０に対するロボット１００の相対的な位置及び姿勢を認識する。

ロボット制御要素３３２は、ロボット位置姿勢推定要素３３１によって認識された充電器２６０に対するロボット１００の相対的な位置及び姿勢に基づき、充電に適した姿勢となるように、ロボット１００の位置及び姿勢を修正し、給電コネクタ２６３を受電コネクタ１１８に接続する（図６／ＳＴＥＰ０１１４）。

より詳しくは、ロボット制御要素３３２は、充電器２６０に対するロボット１００の相対的な位置及び姿勢と、記憶要素に記憶された充電器２６０に対するロボット１００の所定の位置及び姿勢とを比較する。そして、ロボット制御要素３３２は、比較された位置及び姿勢の結果に基づき、両位置及び姿勢に差分がなくなるように、ロボット１００の位置及び姿勢を修正する。

ロボット１００の位置及び姿勢の修正後、保持装置制御要素３３３は、駆動機構２６４の動作を制御することによって、充電器２６０の給電コネクタ２６３を前進させてロボット１００の受電コネクタ１１８に接続させる。

そして、保持装置制御要素３３３は、保持装置２００の内部状態センサ群２８１の出力（給電コネクタの接続状況）に基づき、充電が可能か否かを判定する（図６／ＳＴＥＰ０１１５）。当該判定結果が肯定的である場合（図６／ＳＴＥＰ０１１５‥ＹＥＳ）、保持装置制御要素３３３は、バッテリ１１７の充電を開始する（図６／ＳＴＥＰ０１１６）。一方、当該判定結果が否定的である場合（図６／ＳＴＥＰ０１１５‥ＮＯ）、統合制御装置３３０は、図６／ＳＴＥＰ０１１３の処理を繰りかえす。

図６／ＳＴＥＰ０１１２の判定結果が否定的である場合、または図６／ＳＴＥＰ１１６の処理の後、統合制御装置３３０は、ロボットの受動離床処理（図７）を実行する（図６／ＳＴＥＰ０１２０）。詳細は後述する。

ロボットの受動離床処理のあと、ロボット制御要素３３２は、ロボット１００の電源を切断する（図６／ＳＴＥＰ１４０）。ロボット１００の電源切断と同時に、保持装置制御要素３３３は、保持装置２００の前扉２１１を閉状態に制御する。

（保持システムの機能・ロボット受動離床処理）
ロボット受動離床処理（図６／ＳＴＥＰ１２０）について、図５、図７及び図９を参照しながら、より詳細に説明する。

ロボット位置姿勢推定要素３３１は、ロボット１００の内部状態センサ群１３１の出力（ロータリーエンコーダに示される各関節機構の回転自由度ごとの屈曲角度及びジャイロセンサに示される基体１１０の傾斜角度）及び保持装置２００の内部状態センサ群２８１の出力（リニアエンコーダーに示される昇降装置２５０の位置）に基づき、受動離床モード姿勢を推定する（図７／ＳＴＥＰ０１２１）。

ここで、受動離床モード姿勢は、揺動軸線ＳＬを通る鉛直面Ｓとロボットの重心Ｇとの水平間隔である第１間隔ｄ１及びロボットの重心Ｇを通る鉛直線Ｌと仮想支持平面領域ＳＲの中心点Ｃとの水平間隔である第２間隔ｄ２とを推定することにより認識されるロボット１００の姿勢である。

ＳＴＥＰ０１２１をより詳細に説明すると、ロボット位置姿勢推定要素３３１は、記憶要素に記憶されている凹部１２０の接続部１２２の位置から、揺動軸線ＳＬのロボット座標系における座標を推定する。

そして、ロボット位置姿勢推定要素３３１は、各関節機構の回転自由度ごとの屈曲角度に基づいてロボット１００の姿勢を推定する。ロボット位置姿勢推定要素３３１は、当該姿勢に基づいてロボット１００の重心Ｇの位置を推定する。

ロボット位置姿勢推定要素３３１は、ジャイロセンサに示される加速度に基づき、ロボット座標系のＺ軸が、地球座標系の鉛直方向に対して傾斜している角度θ１（図８参照）を算出する。ロボット位置姿勢推定要素３３１は、当該角度θ１に基づいて、幾何学モデルに従って揺動軸線ＳＬを通る鉛直面Ｓをロボット座標系において推定する。

ロボット位置姿勢推定要素３３１は、推定された鉛直面Ｓとロボット１００の重心Ｇの位置に基づき、鉛直面Ｓと重心Ｇとの水平間隔である第１間隔ｄ１を推定する。

次に、ロボット位置姿勢推定要素３３１は、角度θ１と重心Ｇとに基づき、幾何学モデルに従って重心Ｇを通る鉛直線Ｌを推定する。

そして、ロボット位置姿勢推定要素３３１は、各関節機構の回転自由度ごとの屈曲角度に基づいて足平部１１５の足底のロボット座標系における位置を推定する。ロボット位置姿勢推定要素３３１は、推定された足平部１１５の足底のロボット座標系における位置に基づき、仮想支持平面領域ＳＲとその中心点Ｃとを推定する。

ロボット位置姿勢推定要素３３１は、推定された中心点Ｃと鉛直線Ｌとの水平間隔である第２間隔ｄ２を推定する。

ロボット制御要素３３２は、ロボット位置姿勢推定要素３３１によって認識された受動離床モード姿勢に基づき、ロボット１００の姿勢を離着床基本姿勢へ移行させる（図７／ＳＴＥＰ０１２２）。ここで、ロボット１００を離床させた状態では、例えば図９（ａ）に示されるように、揺動軸線ＳＬを通る鉛直面Ｓ上に重心Ｇが位置することになる。一方、例えば図９（ｄ）に示されるように、ロボット１００が着床している段階でロボット１００の重心Ｇが揺動軸線ＳＬを通る鉛直面Ｓ上に存在しないと、ロボットを受動離床させた際にロボット１００が揺動軸線ＳＬ回りに揺れるおそれがある。この揺れのおそれを防止または軽減するため、図９（ｂ）に示されるように、揺動軸線ＳＬを通る鉛直面Ｓ上に重心Ｇ及び重心Ｇを通る鉛直線Ｌ上に仮想支持平面領域ＳＲの中心点Ｃが存在する離着床基本姿勢（ｄ１及びｄ２が０となる姿勢）となるようにロボット１００の姿勢が制御される。

本実施形態においては、ロボット１００の頭部が前方に移動するとともに、腰部が後方に移動するように制御される。離着床基本姿勢となる姿勢は、予め記憶要素に記憶されていてもよく、またはすべての姿勢に対し離着床基本姿勢であるか否かが判定されることにより、都度求められてもよい。

なお、多関節を有するロボットにおいて、揺動軸線ＳＬを通る鉛直面Ｓ上に重心Ｇ及び仮想支持平面領域ＳＲの中心点Ｃが存在する姿勢は複数存在しうる。本実施形態においては、揺動軸線ＳＬを通る鉛直面Ｓ上に重心Ｇ及び仮想支持平面領域ＳＲの中心点Ｃが存在する姿勢のうち、電源ＯＦＦ時及び直立状態との姿勢変化が最も少なく、左右対称である姿勢が離着床基本姿勢として記憶要素に記憶されている。

ロボット位置姿勢推定要素３３１は、ロボット１００の足平部１１５に設けられた６軸力センサ（６ＡＦセンサ）１３１ａの出力に基づき、水平な方向（Ｘ軸方向）回りのモーメントＭＸ及び水平かつＸ軸に垂直な方向（Ｙ軸方向）回りＭＹがいずれも０であるか否かを判定する（図７／ＳＴＥＰ０１２３）。これらのモーメントは、床反力に由来して発生しうる。

当該判定結果が否定的であった場合（図７／ＳＴＥＰ０１２３‥ＮＯ）、ロボット制御要素３３２は、当該差分が小さくなるように、たとえば足踏みによってロボット１００の姿勢を制御する（図７／ＳＴＥＰ０１２４）。

当該判定結果が肯定的であった場合（図７／ＳＴＥＰ０１２３‥ＹＥＳ）またはＳＴＥＰ０１２４の処理のあと、ロボット制御要素３３２は、取得した保持装置２００の外部状態センサ群２８２の出力（ステレオイメージセンサに示されるロボット１００の姿勢）に基づき、図９（ｂ）に示されるロボット１００の姿勢が離着床基本姿勢か否かを判定する（図７／ＳＴＥＰ０１２５）。当該判定結果が否定的であった場合（図７／ＳＴＥＰ０１２５‥ＮＯ）、統合制御装置３３０は、ロボット１００または床面の状態が異常である旨のエラーメッセージを出力して受動離床処理を終了する（図７／ＳＴＥＰ０１２６）。

当該判定結果が肯定的であった場合（図７／ＳＴＥＰ０１２５‥ＮＯ）、ロボット位置姿勢推定要素３３１は、取得したロボット１００の外部状態センサ群１３２（画像によって認識されたロボット１００の地球座標系における位置）に基づき、接続金具２２２の位置が、接続部１２２ａ、１２２ｂと連結機構２２０とを接続させることができる位置にあるか否かを判定する（図７／ＳＴＥＰ０１２７）。

当該判定結果が否定的であった場合（図７／ＳＴＥＰ０１２７‥ＮＯ）、ロボット制御要素３３２は、ロボット１００の姿勢を離着床基本姿勢（図９（ｂ））から歩行に適した通常歩行の姿勢（図９（ａ））へ移行させたのち（図７／ＳＴＥＰ０１２８）、図５（ｂ）に示されるように、接続部１２２ａ、１２２ｂの位置が連結機構２２０と接続可能な位置に来るように、ロボット１００を歩行させてロボット１００の立ち位置を修正する（図７／ＳＴＥＰ０１２９）。ロボット１００の位置を調整するための技術として、たとえば、基体の位置および姿勢を目標軌道にしたがわせながら、ロボットが第１指定エリアから第２指定エリアまで移動した上で立ち止まるようにロボットの動作を制御した後、測定された今回の第２位置偏差および第２姿勢偏差のうち一方または両方に基づき、次回の第２位置偏差および第２姿勢偏差のうち一方または両方が小さくなるように目標軌道を補正する特開２００９−１６６１６２号公報に開示された技術が採用され得る。

その後、統合制御装置３３０は、再度図７／ＳＴＥＰ０１２１以降の処理を実行する。なお、図７／ＳＴＥＰ０１２７の判定結果が所定回数否定的な結果となった場合、ロボット１００の立ち位置精度が異常である旨のエラーを出力して受動離床処理を終了するように、統合制御装置３３０を構成してもよい。

図７／ＳＴＥＰ０１２７の判定結果が肯定的であった場合（図７／ＳＴＥＰ０１２７‥ＹＥＳ）、保持装置制御要素３３３は、昇降装置２５０を下降させる（図７／ＳＴＥＰ０１３０）。保持装置制御要素３３３は、取得したロボット１００の検知スイッチ１２１の出力に基づき、接続金具２２２の先端がロボット１００の検知スイッチ１２１に接触しているか否かを判定する（図７／ＳＴＥＰ０１３１）。

当該判定結果が否定的である場合（図７／ＳＴＥＰ０１３１‥ＮＯ）、保持装置制御要素３３３は、昇降装置２５０の下降を続行する（図７／ＳＴＥＰ０１３０）。他方、当該判定結果が肯定的であった場合（図７／ＳＴＥＰ０１３１‥ＹＥＳ）、すなわち、図３（ｃ）に示されるように、接続金具２２２の先端がロボット１００の接触センサに接触している場合、保持装置制御要素３３３は、回転機構２３３の動作を制御することにより、連結ロッド２２１を９０度回転させる（図７／ＳＴＥＰ０１３２）。これにより、接続金具２２２の係合部２２３が接続部１２２ａ、１２２ｂと係合する。

この状態において、保持装置制御要素３３３は、昇降装置２５０の動作を制御することにより、連結ロッド２２１を上昇させる（図７／ＳＴＥＰ０１３３）。

保持装置制御要素３３３は、取得した保持装置２００の内部状態センサ群２８１の荷重センサ及びロボット１００の内部状態センサ群１３１の足平部１１５に設けられた６軸力センサ１３１ａの出力に基づき、荷重スイッチがＯＮであり、なおかつ、６軸力センサ１３１ａのＺ軸（床面に垂直な軸）方向の力が０であるか否かを判定する（図７／ＳＴＥＰ０１３４）。

当該判定結果が否定的である場合（図７／ＳＴＥＰ０１３４‥ＮＯ）、保持装置制御要素３３３は、昇降装置２５０の動作異常または連結ロッドはずれが発生している旨のエラーメッセージを出力して、受動離床処理を終了する（図７／ＳＴＥＰ０１３５）。

当該判定結果が肯定的である場合（図７／ＳＴＥＰ０１３４‥ＹＥＳ）、図９（ｃ）に示されるように、ロボット１００の離床に成功している。この後、ロボット１００の電源がＯＦＦにされることにより（図６／ＳＴＥＰ０１４０）、ロボット１００の姿勢が図９（ｄ）に示されるような、第２間隔ｄ２がゼロでない姿勢となる。この姿勢のまま、ロボット１００は保持される。

（保持システムの機能・ロボット起動処理）
次に、図９及び図１０を参照して、ロボット保持処理によって保持装置２００に保持されたロボット１００を起動させるロボット起動処理について説明する。

当該ロボット起動処理の開始時において、保持装置２００に保持されたロボット１００は、図９（ｅ）に示されるように、第２間隔ｄ２がゼロではない姿勢となっている。

ロボット制御要素３３２は、ロボット制御装置３１０に対し、ロボット１００の電源をＯＮにする指令を送信する（図１０／ＳＴＥＰ０２０２）。当該指令を受信したロボット制御装置３１０によって、ロボット１００の電源がＯＮにされる。

ロボット制御要素３３２は、ロボット制御装置３１０にロボット１００の座標系を設定させる（図１０／ＳＴＥＰ０２０４）。当該指令を受信したロボット制御装置３１０は、例えば、ロボット１００のロータリーエンコーダに示される各構成要素の回転自由度ごとの屈曲角度に基づき、ロボット１００の各構成要素のロボット座標系における位置及び姿勢を認識する。また、ロボット制御装置３１０は、保持制御装置３２０との通信を介して取得した保持制御装置３２０のリニアエンコーダーに示される昇降装置２５０の地球座標系における位置並びに記憶要素に記憶されている保持装置２００の各構成要素の地球座標系における位置から、幾何学モデルに従ってロボット１００と連結機構との連結部分の地球座標系における位置を認識する。そして、ロボット制御装置３１０は、ロボット座標系における各構成要素の位置及び姿勢を、当該ロボット１００と連結機構との連結部分の地球座標系における位置及びジャイロセンサに示される基体１１０の傾斜角度にもとづいて、地球座標系に換算することにより、ロボット１００の各構成要素の地球座標系における位置及び姿勢を認識する。

保持装置制御要素３３３は、受動着床処理（図１１）を実行する（図１０／ＳＴＥＰ０２１０）。受動着床処理の詳細は後述する。

ロボット制御要素３３２は、ロボットが受動着床した後（図９（ｇ））、図９（ｈ）に示されるように、ロボット１００の背筋を伸ばすようにロボット１００の姿勢を制御することにより、ロボット１００の姿勢を直立状態に移行させる（図１０／ＳＴＥＰ０２２４）。

保持装置制御要素３３３は、取得した保持装置２００の内部状態センサ群２８１の出力（給電コネクタ２６３の接続状況）に基づき、充電器２６０の給電コネクタ２６３がロボット１００の受電コネクタ１１８に接続されているか否かを判定する（図１０／ＳＴＥＰ０２２６）。当該判定結果が肯定的である場合（図１０／ＳＴＥＰ０２２６‥ＹＥＳ）、保持装置制御要素３３３は、充電処理が行われている場合には充電処理を停止し（図１０／ＳＴＥＰ０２２８）、給電コネクタ２６３の接続を解除する（図１０／ＳＴＥＰ０２３０）。これらの処理のあと、保持装置制御要素３３３は、前扉２１１を開状態に制御する。

（保持システムの機能・受動着床処理）
次に、図９及び図１１を参照して、図１０／ＳＴＥＰ０２１０の受動着床処理の詳細について説明する。

当該受動着床処理の開始時において、保持装置２００に保持されたロボット１００は、図９（ｅ）に示されるように、第２間隔ｄ２がゼロではない姿勢となっている。

ロボット位置姿勢推定要素３３１は、取得したロボット１００の内部状態センサ群１３１の出力（基体１１０の姿勢及び各関節機構の回転自由度ごとの屈曲角度）に基づき、受動着床モード姿勢を認識する（図１１／ＳＴＥＰ０２１１）。

受動着床モード姿勢は、揺動軸線ＳＬを通る鉛直面Ｓとロボットの重心Ｇとの水平間隔である第１間隔ｄ１及びロボットの重心Ｇを通る鉛直線Ｌと仮想支持平面領域ＳＲの中心点Ｃとの水平間隔である第２間隔ｄ２とを推定することにより認識されるロボット１００の姿勢である。

受動着床モード姿勢の認識方法については、受動離床モード姿勢と同様であるので、説明を割愛する。

ロボット制御要素３３２は、認識された受動着床モード姿勢に基づき、ロボット１００の姿勢を離着床基本姿勢（図９（ｆ））へ移行させる（図１１／ＳＴＥＰ０２１２）。より具体的には、ロボット制御要素３３２は、第１間隔ｄ１及び第２間隔ｄ２が共にゼロとなるように、ロボット１００の姿勢を制御する。

保持装置制御要素３３３は、取得した保持装置２００の外部状態センサ群２８２の出力（ステレオイメージセンサに示されるロボット１００の姿勢）に基づき、ロボット１００の姿勢が離着床基本姿勢（図９（ｆ）参照）であるか否かを判定する（図１１／ＳＴＥＰ０２１３）。当該判定結果が否定的である場合（図１１／ＳＴＥＰ０２１３‥ＮＯ）、ロボット制御要素３３２は、離着床基本姿勢との差分を修正するようにロボット１００の姿勢を変更させる（図１１／ＳＴＥＰ０２１４）。

当該判定結果が肯定的である場合（図１１／ＳＴＥＰ０２１３‥ＹＥＳ）または図１１／ＳＴＥＰ０２１４のあと、保持装置制御要素３３３は、昇降装置２５０を下降させることにより、連結ロッド２２１に連結されたロボット１００を引き下げる（図１１／ＳＴＥＰ０２１５）。

そして、ロボット１００が受動着床する程度まで連結ロッド２２１を下降させた後、ロボット位置姿勢推定要素３３１は、取得したロボット１００の足平部１１５の６軸力センサ１３１ａの出力に基づき、ＭＸ及びＭＹがゼロであるか否かを判定する（図１１／ＳＴＥＰ０２１６）。もし、ＭＸまたはＭＹがゼロでない場合に、ロボット１００と連結機構２２０との係合を解除すると、ロボット１００の姿勢が乱れる可能性があるからである。

当該判定結果が否定的であった場合（図１１／ＳＴＥＰ０２１６‥ＮＯ）、保持装置制御要素３３３は、昇降装置２５０の動作を制御することにより、連結ロッド２２１を上昇させ（図１１／ＳＴＥＰ０２１７）、図１１／ＳＴＥＰ０２１４以下の処理を再実行する。なお、所定の回数ＳＴＥＰ０２１６の判定結果が否定的となった場合、統合制御装置３３０は、ロボット１００または床の状態が異常である旨のエラーメッセージを出力して受動着床処理を中止してもよい。

ＳＴＥＰ０２１６の判定結果が肯定的である場合（図１１／ＳＴＥＰ０２１６‥ＹＥＳ）、保持装置制御要素３３３は、連結機構２２０の係合を解除する処理を実行する（図１１／ＳＴＥＰ０２１８）。より具体的には、ロボット１００の受動着床後、保持装置制御要素３３３は、回転機構２３３の動作を制御することにより、連結機構２２０と接続部１２２ａ、１２２ｂとの係合を解除する。そして、保持装置制御要素３３３は、昇降機構の動作を制御することにより、連結機構２２０を上昇させる。

以上の処理により、図９（ｇ）に示されるように、ロボット１００が保持状態から着床状態に移行する。

（本実施形態の保持システムによる作用・効果）
本実施形態の保持システムによれば、ロボット１００の受動離床前に揺動軸線ＳＬを通る鉛直面にロボット１００の重心Ｇを近づけることができる。このため、受動離床時における第１間隔ｄ１がゼロでないことに由来するロボット１００の揺れが軽減または防止されうる。この結果、受動離床の際のロボット１００の姿勢の確実な安定化が図られうる。

本実施形態の保持システムによれば、ロボット１００の受動着床の前に仮想支持平面領域ＳＲの中心点Ｃの上方にロボット１００の重心Ｇが存在するように制御される。このため、受動着床時にロボット１００が正常に着床できるとともに、ロボット１００の姿勢安定化のための制御が不要となる。この結果、受動着床の際のロボット１００の姿勢の確実な安定化が図られうる。

本実施形態の保持システムによれば、ロボット１００の受動離床の前に給電コネクタ２６３が受電コネクタ１１８に接続される。また、ロボット１００が離床した場合には、ロボット１００の上昇に当該給電コネクタ２６３が追従し、給電コネクタ２６３と受電コネクタ１１８との接続が維持される。このため、ロボット１００が離床状態で保持されている状態でも充電処理が続行される。この結果、ロボット１００を離床状態で保持する際に充電をする場合でも、作業者による給電コネクタ２６３の接続の作業者の補助が不要となる。

ロボット１００の受動離床または受動着床に際し、ロボット１００の脚体が床反力に由来したモーメントＭＸまたはＭＹを受けていると、離床後にロボット１００が揺れたり、着床後にロボット１００の姿勢が崩れたりするおそれがある。この点に着目して構成された本実施形態の保持システムによれば、脚体１１４が受ける水平な軸回りの床反力モーメントＭＸまたはＭＹの大きさが小さくなるようにロボット１００の姿勢が制御される。これにより、ロボット１００の受動離床または受動着床に際し、ロボット１００の姿勢の安定化が図られる。

（他の実施形態）
本実施形態では２つの接続部１２２ａ、１２２ｂと連結機構２２０の組とによってロボット１００を上昇させたが、これに代えて、１つの接続部１２２ａ、１２２ｂと、１本の連結機構２２０の組とによってロボット１００を上昇させてもよい。

また、連結機構とロボット１００との接続方法（本実施形態では、連結機構２２０と接続部１２２ａ、１２２ｂとの係合）を規格化することにより、異なるロボットも同一の保持装置２００に保持することが出来る。

ロボット１００が揺動軸線ＳＬ回りに揺動可能に保持装置２００によって保持されることに代えて、ロボット１００が１点の揺動中心回りに揺動可能に保持装置２００によって保持されてもよい。

また、連結機構２２０に代えて、真空吸引または把持によりロボットと連結する部材が採用されうる。この場合、ロボット１００に接続部を設けなくともよい。

１００‥ロボット、１２２‥接続部、２００‥保持装置、２２０‥連結機構、２２１‥連結ロッド、２２２‥接続金具、３００‥制御装置、Ｇ‥ロボットの重心、Ｃ‥仮想支持平面領域の中心点、３３１‥ロボット位置姿勢推定要素（間隔推定部）、３３２‥ロボット制御要素（姿勢制御部）。

Claims (4)

1. 本発明のロボットの保持システムは、
   上体及び当該上体から延設されている複数の脚体を有するロボットと、
   当該ロボットを離床状態で揺動中心または揺動軸線回りに揺動可能に保持する保持装置と、
   前記ロボット及び前記保持装置のそれぞれの動作を制御する制御装置とを備えたロボットの保持システムであって、
   前記保持装置は、
   前記ロボットの上体に対して連結される連結機構と、
   前記連結機構を昇降させることにより、前記連結機構に連結された前記ロボットを昇降させる昇降装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記ロボットが床面に着床した状態で、前記揺動中心を通る鉛直線または前記揺動軸線を通る鉛直面と前記ロボットの重心との水平間隔である第１間隔を推定するように構成されている間隔推定部と、
   前記間隔推定部で推定された前記第１間隔がゼロとなるように、前記ロボットが着床している状態で前記ロボットの姿勢を制御するように構成されている姿勢制御部とを備えることを特徴とするロボットの保持システム。
2. 請求項１記載のロボットの保持システムにおいて、
   前記間隔推定部は、前記保持装置が前記ロボットを離床状態で保持している状態において、前記ロボットの重心を通る鉛直線と前記ロボットの前記複数の脚体のそれぞれの着床領域を含む仮想床面において当該複数の着床領域及び当該複数の着床領域の間に挟まれた仮想領域からなる仮想支持平面領域の中心点との水平間隔である第２間隔を推定するように構成され、
   前記姿勢制御部は、前記間隔推定部で推定された前記第２間隔がゼロとなるように、前記ロボットが着床する前に前記ロボットの姿勢を制御するように構成されていることを特徴とするロボットの保持システム。
3. 請求項１または２記載のロボットの保持システムにおいて、
   前記ロボットは、バッテリと、前記バッテリを充電する際に使用される受電コネクタとを備え、
   前記保持装置は、充電用電源とケーブルで接続され、かつ、前記受電コネクタに接続可能に構成されている給電コネクタを有する充電器と、前記給電コネクタを駆動する駆動機構とを備え、
   前記制御装置は、前記ロボットが着床している状態において、前記給電コネクタを前記受電コネクタに接続させるように前記駆動機構の動作を制御する充電制御要素を備えることを特徴とするロボットの保持システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載のロボットの保持システムにおいて、
   前記ロボットは、前記脚体に作用する水平な軸回りの床反力モーメントを検出する力センサを備え、
   前記姿勢制御部は、前記ロボットを離床または着床させる際において、前記床反力モーメントの大きさがゼロでないことを前記力センサが示すことを要件として、前記床反力モーメントの大きさが小さくなるように前記ロボットの姿勢を変更させるように構成されていることを特徴とするロボットの保持システム。