JP6377281B2

JP6377281B2 - ロボット、ロボットの制御方法、およびプログラム

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Publication number: JP6377281B2
Application number: JP2017542949A
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Inventors: 貴裕井上; 暁本村; 智隆高橋
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Description

本発明は、起き上がり動作が可能なロボット、ロボットの制御方法、およびプログラムに関する。

従来、起き上がり動作が可能な様々なロボットが提案されている。このようなロボットの例が、特許文献１〜３に開示されている。特許文献１〜３には、仰臥姿勢のときにロボットのＺＭＰ（ゼロモーメントポイント）を足底に向けて移動させながら起き上がり動作を行うロボットの例が開示されている。

特開２００１−１５０３７０号公報（２００１年６月５日公開）特開２００４−２４９３７４号公報（２００４年９月９日公開）特開２００４−１０６１８５号公報（２００４年４月８日公開）

特許文献１〜３に開示されたロボットでは、ロボットの脚部の稼働域が狭かったり（股関節の稼働域が狭い、ロボットに膝関節がないなど）、ロボットの手が短かったりする場合、ＺＭＰをロボットの足底に向けて移動させることはできない。したがって、このような簡素な構成のロボットでは、起き上がり動作が不可能になると言う問題がある。

本発明は上記の課題を解決するために完成されたものである。そしてその目的は、より簡素な構成でありかつ起き上がり動作が可能なロボット、ロボットの制御方法、およびプログラムを実現することにある。

本発明に係るロボットは、上記の課題を解決するために、少なくとも頭部、体幹部、腕部、および脚部を備えているロボットであって、上記ロボットの姿勢を、少なくとも上記脚部の正面側が鉛直上側を向いており、かつ、上記ロボットの支持多角形に平行な平面への上記ロボットの重心の投影点が上記支持多角形の内部にある第１の姿勢から、上記投影点が上記支持多角形の外部における上記脚部側の位置にある第２の姿勢に変化させる姿勢制御部を備えていることを特徴としている。

本発明の一態様によれば、より簡素な構成でありかつ起き上がり動作が可能なロボットを実現することができる。

本発明の一実施形態に係るロボットの外部構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係るロボットの内部構成を示す図である。本発明の一実施形態における首ロール、首ピッチ、および首ヨーの回転方向を説明する図である。本発明の一実施形態に係る仰向け姿勢を取るロボットおよび直立姿勢を取るロボットをそれぞれ示す図である。本発明の一実施形態に係るロボットが、ロボットの姿勢を着座姿勢からブリッジ姿勢に変化させるときの、ロボットの各姿勢を示す図である。本発明の一実施形態に係るロボットが、ロボットの姿勢をブリッジ姿勢からうつ伏せ姿勢に変化させるときの、ロボットの各姿勢を示す図である。

〔実施形態１〕
図１〜図６を参照して、本発明に係る実施形態１について以下に説明する。

（ロボット１の概要）
本実施形態に係るロボット１は、少なくとも頭部２、体幹部３、両腕部（右腕部４、左腕部５）、および両脚部（右脚部６、左脚部７）を有する、いわゆる人型のロボット１である。このロボット１は、従来にない新しい姿勢制御方法を実行することによって、ロボット１の姿勢を着座姿勢からブリッジ姿勢を経てうつ伏せ姿勢に変化させ、最終的に起き上がることができる。

（ロボット１の外部構成）
図１は、本実施形態に係るロボット１の外部構成を示すブロック図である。この図に示すように、ロボット１は、頭部２、体幹部３、右腕部４（腕部）、左腕部５（腕部）、右脚部６（脚部）、および左脚部７（脚部）を備えている。図１には、ロボット１をその正面から視認した場合の外観を示す。

右腕部４は、右上腕部４１、右前腕部４２、および右手部４３によって構成されている。右腕部４における一端（付け根側）から他端（先端側）に向けて、右上腕部４１、右前腕部４２、および右手部４３がこの順番で配置されている。右腕部４の一端が、体幹部３における右肩側に相当する場所に接続されている。左腕部５は、左上腕部５１、左前腕部５２、および左手部５３によって構成されている。左腕部５における一端（付け根側）から他端（先端側）に向いて、左上腕部５１、左前腕部５２、および左手部５３がこの順番で配置されている。左腕部５の一端が、体幹部３における左肩側に相当する場所に接続されている。

右脚部６は、右腿部６１および右足部６２によって構成されている。右腿部６１の一端（付け根側）が体幹部３の腰側に相当する場所に接続されており、右腿部６１の他端（先端側）に右足部６２が接続されている。左脚部７は、左腿部７１および左足部７２によって構成されている。左腿部７１の一端（付け根側）が体幹部３の腰側に相当する場所に接続されており、左上腕部５１の他端（先端側）に左足部７２が接続されている。

（ロボット１の内部構成）
図２は、本実施形態に係るロボット１の内部構成を示す図である。この図に示すように、ロボット１は、図１に示す各部材に加えて、さらに、姿勢制御部１０、首ロール１１ａ、首ピッチ１１ｂ、首ヨー１１ｃ、右肩ピッチ１２、左肩ピッチ１３、右肘ロール１４、左肘ロール１５、右股ピッチ１６、左股ピッチ１７、右足首ロール１８ａ、右足首ピッチ１８ｂ、左足首ロール１９ａ、および左足首ピッチ１９ｂを備えている。首ロール１１ａ〜左足首ロール１９ａは、本実施形態ではいずれもサーボモータである。

姿勢制御部１０は、首ロール１１ａなどのロボット１の内部部材に接続されており、所定の制御信号を出力することによって、首ロール１１ａなどの動作を制御することによって、ロボット１の姿勢を制御する。

首ロール１１ａ、首ピッチ１１ｂ、および首ヨー１１ｃは、ロボット１における首に相当する場所に配置されている。姿勢制御部１０は、これらを制御することによって、ロボット１における頭部２の動きを制御することができる。

右肩ピッチ１２は、ロボット１における右肩に相当する場所に配置されている。姿勢制御部１０は、これを制御することによって、ロボット１における右腕部４全体の動きを制御することができる。左肩ピッチ１３は、ロボット１における左肩に配置されている。姿勢制御部１０は、これを制御することによって、ロボット１における左腕部５全体の動きを制御することができる。

右肘ロール１４は、ロボット１における右肘に相当する場所に配置されている。姿勢制御部１０は、これを制御することによって、ロボット１における右前腕部４２および右手部４３の動きを制御することができる。左肘ロール１５は、ロボット１における左肘に相当する場所に配置されている。姿勢制御部１０は、これを制御することによって、ロボット１における左前腕部５２および左手部５３の動きを制御することができる。

右股ピッチ１６は、ロボット１における右股に相当する場所に配置されている。姿勢制御部１０は、これを制御することによって、ロボット１における右脚部６全体の動きを制御することができる。左股ピッチ１７は、ロボット１における左股に相当する場所に配置されている。姿勢制御部１０は、これを制御することによって、ロボット１における左脚部７全体の動きを制御することができる。

右足首ピッチ１８ｂおよび右足首ロール１８ａは、ロボット１における右足首に相当する場所に配置されている。姿勢制御部１０は、これらを制御することによって、ロボット１における右足部６２の動きを制御することができる。左足首ピッチ１９ｂおよび左足首ロール１９ａは、ロボット１における左足首に相当する場所に配置されている。姿勢制御部１０は、これらを制御することによって、ロボット１における左足部７２の動きを制御することができる。

（サーボモータの回転軸）
図３は、本実施形態における首ロール１１ａ、首ピッチ１１ｂ、および首ヨー１１ｃの回転方向を説明する図である。この図に示すように、ロボット１に対して、３次元空間内の互いに直交する３つの方向にそれぞれ沿った異なる３つの軸（Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸）を規定する。Ｘ軸は、ロボット１の背面側から正面側に向いた方向に沿った軸である。Ｙ軸は、ロボット１の右側面から左側面に向いた方向に沿った軸である。Ｚ軸は、ロボット１の右足部６２および左足部７２側から体幹部３側に向いた方向に沿った軸である。

図３に示すように、首ロール１１ａ、首ピッチ１１ｂ、首ヨー１１ｃは、それぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿って配置されており、対応する軸を中心にして回転する。Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸における左回りの回転を、サーボモータの正方向Ｐであると規定し、一方、右周りの回転をサーボモータの負方向Ｎであると規定する。首ロール１１ａ〜左足首ピッチ１９ｂは、いずれも、正方向Ｐまたは負方向Ｎに回転することによって、その制御対象である頭部２などの部材を動かす。

右肘ロール１４、左肘ロール１５、右足首ロール１８ａ、および左足首ロール１９ａも、首ロール１１ａと同様にＸ軸に沿って配置され、Ｘ軸を中心に回転する。右肩ピッチ１２、左肩ピッチ１３、右股ピッチ１６、左股ピッチ１７、右足首ピッチ１８ｂ、および左足首ピッチ１９ｂも、首ピッチ１１ｂと同様に、Ｙ軸に沿って配置され、Ｙ軸を中心に回転する。

（起き上がり動作の流れ）
図４は、本実施形態に係るうつ伏せ姿勢を取るロボット１および直立姿勢を取るロボット１をそれぞれ示す図である。本実施形態では、ロボット１は、所定の起き上がり動作を行うことによって、ロボット１の姿勢を、図４の（ａ）に示すうつ伏せ姿勢から、図４の（ｂ）に示す直立姿勢に変化させる。この起き上がり動作時に、ロボット１は、その姿勢をまずうつ伏せ姿勢から着座姿勢（第１の姿勢）に変化させ、次に着座姿勢からブリッジ姿勢（第２の姿勢）に変化させ、最後にブリッジ姿勢から直立姿勢に変化させる。

（着座姿勢への変化）
図５は、本実施形態に係るロボット１が、ロボット１の姿勢を着座姿勢からブリッジ姿勢に変化させるときの、ロボット１の各姿勢を示す図である。ロボット１は、まずロボット１の姿勢を、図４の（ａ）に示す仰向け姿勢から、図５の（ａ）に示す着座姿勢に変化させる。このとき行われるロボット１の姿勢制御は一般的であるので、その詳細な説明を省略する。ここでいう着座姿勢とは、ロボットの接地面Ｍにロボット１が着座している姿勢のことである。

（ブリッジ姿勢への変化）
ロボット１が図５の（ａ）に示す着座姿勢を取るとき、両腕部（右腕部４、左腕部５）がロボット１の設置面Ｍから浮いており、両脚部（右脚部６、左脚部７）が設置面Ｍに接触している。これによりロボット１の支持多角形Ｒが、両脚部（右脚部６、左脚部７）によってロボット１に形成される。図５の（ａ）では、両脚部（右脚部６、左脚部７）の正面側が、鉛直上側に向けている。さらに、支持多角形Ｒに平行な平面へのロボット１の重心の投影点Ｔが、支持多角形Ｒの内部にある。ここでいう「投影点Ｔ」とは、ロボット１の静力学的な重心が平面に投影した点および動力学的な重心が平面に投影した点の、いずれの意味でもあり得る。

姿勢制御部１０は、ロボット１が着座姿勢を取るとき、両肩ピッチ（右肩ピッチ１２、左肩ピッチ１３）を正方向Ｐに回転することによって、両手部（右手部４３、左手部５３）が体幹部３の背面から離れていくように、両腕部（右腕部４、左腕部５）を体幹部３の背面側に移動させる。さらに姿勢制御部１０は、両股ピッチ（右股ピッチ１６、左股ピッチ１７）を負方向Ｎに回転することによって、頭部２、体幹部３、および両腕部（右腕部４、左腕部５）をロボット１の背面側に傾ける。この結果、両手部（右手部４３、左手部５３）がロボット１の設置面Ｍに接触し、ロボット１の姿勢は、図５の（ｂ）に示す姿勢に変化する。このとき支持多角形Ｒは、設置面Ｍに接触している両手部（右手部４３、左手部５３）および両脚部（右脚部６、左脚部７）によって形成される。

ロボット１が図５の（ｂ）に示す姿勢を取るとき、姿勢制御部１０は、両肩ピッチ（右肩ピッチ１２、左肩ピッチ１３）をさらに正方向Ｐに回転し、かつ、両股ピッチ（右股ピッチ１６、左股ピッチ１７）をさらに負方向Ｎに回転する。これにより姿勢制御部１０は、ロボット１の腰部を設置面Ｍから浮かせる。この結果、ロボット１の姿勢は、図５の（ｃ）に示す姿勢に変化する。このときロボット１は、両手部（右手部４３、左手部５３）および両足部（右足部６２、左足部７２）によって体幹部３を支えつつ、腰部を浮かせた姿勢を取っている。

ロボット１が図５の（ｃ）の姿勢を取るとき、姿勢制御部１０は、両肩ピッチ（右肩ピッチ１２、左肩ピッチ１３）をさらに正方向Ｐに回転し、かつ、両股ピッチ（右股ピッチ１６、左股ピッチ１７）をさらに負方向Ｎに回転する。これにより姿勢制御部１０は、ロボット１の腰部を設置面Ｍからより一層浮かせる。加えて、姿勢制御部１０は、両足首ピッチ（右足首ピッチ１９ａ、左足首ピッチ１９ｂ）を正方向Ｐに回転することによって両足部（右足部６２、左足部７２）を動かす。これにより、両足部（右足部６２、左足部７２）の裏面が設置面Ｍに接触する。この結果、ロボット１の姿勢は、図５の（ｃ）に示す姿勢から図５の（ｄ）に示す姿勢に変化する。

ロボット１が図５の（ｄ）の姿勢を取るとき、姿勢制御部１０は、両肩ピッチ（右肩ピッチ１２、左肩ピッチ１３）をさらに正方向Ｐに回転する。これにより、ロボット１全体のバランスが維持される。すなわち、ロボット１は倒れることなく安定した姿勢を取る。同時に姿勢制御部１０は、両股ピッチ（右股ピッチ１６、左股ピッチ１７）を負方向Ｎに回転し、かつ、両足首ピッチ（右足首ピッチ１９ａ、左足首ピッチ１９ｂ）を正方向Ｐに回転する。これにより姿勢制御部１０は、両足部（右足部６２、左足部７２）を、設置面Ｍに接触させた状態で両腕部（右腕部４、左腕部５）側に移動させる。この結果、ロボット１の姿勢は、図５の（ｅ）に示す姿勢に変化する。

ロボット１が図５の（ｅ）に示す姿勢を取るとき、姿勢制御部１０は、両肩ピッチ（右肩ピッチ１２、左肩ピッチ１３）および両足首ピッチ（右足首ピッチ１９ａ、左足首ピッチ１９ｂ）をさらに正方向Ｐに回転し、かつ、両股ピッチ（右股ピッチ１６、左股ピッチ１７）をさらに負方向Ｎに回転する。これにより姿勢制御部１０は、両足部（右足部６２、左足部７２）を、設置面Ｍに接触させた状態で体幹部３の背面側において両腕部（右腕部４、左腕部５）側に移動させる。この結果、ロボット１の姿勢は、図５の（ｆ）に示すブリッジ姿勢（第２の姿勢）に変化する。両足部（右足部６２、左足部７２）が設置面Ｍに接触した状態で移動するので、ロボット１の姿勢は、図５の（ｆ）に示すブリッジ姿勢に安定して変化することができる。

ロボット１が図５の（ｆ）に示すブリッジ姿勢を取るとき、体幹部３の正面および頭部２の正面は、鉛直上側を向けている。さらに、ロボット１の重心の投影点Ｔは、支持多角形Ｒの外部における両脚部（右脚部６、左脚部７）側の位置にある。このことから、図５の（ｆ）に示すように、ロボット１を両脚部（右脚部６、左脚部７）側に倒す力Ｆ（ロボット１をその正面側に倒す力）が、ロボット１に働く。

（うつ伏せ姿勢への変化）
図６は、本実施形態に係るロボット１が、ロボット１の姿勢をブリッジ姿勢からうつ伏せ姿勢に変化させるときの、ロボット１の各姿勢を示す図である。ロボット１は、図５の（ｆ）に示すブリッジ姿勢を取ると、ロボット１に働く力Ｆによって、ロボット１の前方に自然に倒れ始める。この結果、ロボット１の姿勢は、図６の（ａ）に示す姿勢に変化する。このとき姿勢制御部１０は、両股ピッチ（右股ピッチ１６、左股ピッチ１７）などのサーボモータをまったく制御していない。すなわちロボット１は、自然にロボット１の正面側に倒れ始める。ロボット１がさらに両脚部（右脚部６、左脚部７）側に倒れることによって、ロボット１の重心の投影点Ｔが、再び、支持多角形Ｒの内部に移動する。

慣性によって引き続きロボット１は前方に倒れ続け、ロボット１の姿勢は図６の（ｂ）に示す姿勢から図６の（ｃ）に示す姿勢に変化する。このとき、両腕部（右腕部４、左腕部５）は設置面Ｍから離れ、宙に浮く。両足部（右足部６２、左足部７２）は依然として設置面Ｍに接触している。したがって、支持多角形Ｒは両足部（右足部６２、左足部７２）によって形成される。

ロボット１が図６の（ｃ）に示す姿勢を取るとき、姿勢制御部１０は、両肩ピッチ（右肩ピッチ１２、左肩ピッチ１３）を負方向Ｎに回転することによって、両腕部（右腕部４、左腕部５）を体幹部３の正面側に移動させる。さらに、両股ピッチ（右股ピッチ１６、左股ピッチ１７）を正方向Ｐに回転することによって、頭部２、体幹部３、および両腕部（右腕部４、左腕部５）を、ロボット１の正面側に移動させる（体幹部３などを起こす）。これらの結果、ロボット１の姿勢は、図６の（ｃ）に示す姿勢から、図６の（ｄ）に示す姿勢に変化し、さらに、図６の（ｅ）に示す姿勢に変化する。

ロボット１が図６の（ｅ）に示す姿勢を取るとき、姿勢制御部１０は、引き続き両肩ピッチ（右肩ピッチ１２、左肩ピッチ１３）を負方向Ｎに回転することによって、両腕部（右腕部４、左腕部５）を体幹部３の正面側にさらに移動させる。これによりロボット１の姿勢は、図６の（ｅ）に示す姿勢から、図６の（ｆ）に示す姿勢に変化し、この姿勢変化によって、投影点Ｔが、支持多角形Ｒの内部から、支持多角形Ｒの外部における両脚部（右脚部６、左脚部７）側の位置に再び移動する。この結果、ロボット１を体幹部３の正面側に倒す力Ｆがロボット１に再び働くので、ロボット１はその正面側により一層倒れやすくなる。

ロボット１が図６の（ｆ）の姿勢を取るとき、姿勢制御部１０は、引き続き両肩ピッチ（右肩ピッチ１２、左肩ピッチ１３）を負方向Ｎに回転する。これによりロボット１は、両腕部（右腕部４、左腕部５）を体幹部３の正面側に移動させつつ、正面側に倒れ続ける。この結果、ロボット１の姿勢は、図６の（ｆ）に示す姿勢から、図６の（ｇ）に示す姿勢に変化する。この姿勢変化によって、両足部（右足部６２、左足部７２）が設置面Ｍから離れ、宙に浮く。さらに、体幹部３の下側および両脚部（右脚部６、左脚部７）の上側が設置面Ｍに接触する。

ロボット１が図６の（ｇ）の姿勢を取るとき、姿勢制御部１０は、引き続き両肩ピッチ（右肩ピッチ１２、左肩ピッチ１３）を負方向Ｎに回転する。これによりロボット１は、両腕部（右腕部４、左腕部５）を体幹部３の正面側にさらに移動させつつ、正面側に倒れ続ける。この結果、ロボット１の姿勢は、図６の（ｇ）に示す姿勢から、図６の（ｈ）に示す姿勢（うつ伏せ姿勢）に変化する。この姿勢変化によって、ロボット１の体幹部３は大きく設置面Ｍに向いて倒れ、両手部（右手部４３、左手部５３）が設置面Ｍに接触する。これにより支持多角形Ｒは、両手部（右手部４３、左手部５３）および両足部（右足部６２、左足部７２）によって形成される。再び、投影点Ｔが支持多角形Ｒの内部に移動する。

（直立姿勢への変化）
ロボット１は、ロボット１の姿勢を、図６の（ｈ）に示すうつ伏せ姿勢から、図４の（ｂ）に示す直立姿勢に変化させる。このとき行われるロボット１の制御は一般的であるので、その詳細な説明を省略する。ロボット１がいったん図６の（ｈ）に示すうつ伏せ姿勢を取れば、その姿勢を直立姿勢に変化させること（すなわち起きあがること）は、容易である。

なお、図５および図６に示すように、姿勢制御部１０は、ロボット１の姿勢を、支持多角形Ｒの大きさを徐々に小さくし、一定の大きさに達したら再び支持多角形Ｒの大きさを徐々に大きくするように、ロボット１の姿勢を順次変化させる制御を行っているとも言える。

（本実施形態の利点）
ロボット１は、図５の（ｆ）に示すブリッジ姿勢を取るために、両足部（右足部６２、左足部７２）の底にＺＭＰを移動させる必要がない。したがって、両腕部（右腕部４、左腕部５）が短かったり、または膝関節がなかったりする簡素な構成のロボット１であっても、ブリッジ姿勢を取ることができる。このように、本発明の一実施形態によれば、より簡素な構成でありかつ起き上がり動作が可能なロボットを実現することができる。

〔実施形態２〕
本実施形態では、姿勢制御部１０は、両腕部（右腕部４、左腕部５）の先端（両足部（右足部６２、左足部７２））を設置面Ｍから浮かせた状態で、両脚部（右脚部６、左脚部７）を体幹部３の背面において両腕部（右腕部４、左腕部５）側に移動させることによって、ロボット１の姿勢を図５の（ｅ）に示す姿勢から図５の（ｆ）に示すブリッジ姿勢に変化させる。これにより、ロボット１の置かれた場所が、平面でない場所、異物または突起物がある場所、またはゴム等の滑りにくい物体が表面にある場所であっても、ロボット１の姿勢を図５の（ｆ）に示すブリッジ姿勢に変化させることができる。

〔実施形態３〕
図２に示すロボット１の機能ブロック（姿勢制御部１０）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（備えられている）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、ロボット１は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）又は記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。

上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路等を用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

〔ソフトウェアによる実現例〕
図２に示すロボット１の機能ブロック（姿勢制御部１０）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（備えられている）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、ロボット１は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（又はＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）又は記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係るロボットは、少なくとも頭部、体幹部、腕部、および脚部を備えているロボットであって、上記ロボットの姿勢を、少なくとも上記脚部の正面側が鉛直上側を向いており、かつ、上記ロボットの支持多角形に平行な平面への上記ロボットの重心の投影点が上記支持多角形の内部にある第１の姿勢から、上記投影点が上記支持多角形の外部における上記脚部側の位置にある第２の姿勢に変化させる姿勢制御部を備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、ロボットの姿勢が第１の姿勢から第２の姿勢に変化すると、ロボットの支持多角形内の重心の投影点が、支持多角形の外部におけるロボットの脚部側の位置に移動する。この結果、ロボットを脚部側に倒す力がロボットに働くので、ロボットの姿勢を第２の姿勢からうつ伏せ姿勢に自然に変化させることができる。ロボットがいったんうつ伏せ姿勢を取れば、二本足姿勢を取ることは容易である。

ロボットは、上述した第２の姿勢を取る際、脚部の足底にロボットのＺＭＰを移動させる必要はない。すなわち、腕部が短かったりあるいはひざ関節が無かったりするより簡素な構成のロボットであっても、第２の姿勢を取ることができる。

以上のように、本発明の一態様によれば、より簡素な構成でありかつ起き上がり動作が可能なロボットを実現することができる。

本発明の態様２に係るロボットは、上記態様１において、上記第２の姿勢は、上記体幹部の正面側または上記頭部の正面側が鉛直上側を向いている姿勢であることを特徴としている。

上記の構成によれば、ロボットの姿勢を、第２の姿勢からうつ伏せ姿勢に自然に変化させることができる。

本発明の態様３に係るロボットは、上記態様１または２において、上記第１の姿勢は、上記ロボットが着座している姿勢であり、上記姿勢制御部は、上記脚部を上記体幹部の背面側において上記腕部の方に移動させることによって、上記ロボットの姿勢を上記第２の姿勢に変化させることを特徴としている。

上記の構成によれば、着座姿勢から起きあがることができるロボットを実現することができる。

本発明の態様４に係るロボットは、上記態様３において、上記姿勢制御部は、上記脚部の先端を上記ロボットの設置面に接触させた状態で上記脚部を移動させることによって、上記ロボットの姿勢を上記第２の姿勢に変化させることを特徴としている。

上記の構成によれば、ロボットの姿勢を安定して第２の姿勢に変化させることができる。

本発明の態様５に係るロボットは、上記態様３において、上記姿勢制御部は、上記脚部の先端を浮かせた状態で上記脚部を移動させることによって、上記ロボットの姿勢を上記第２の姿勢に変化させることを特徴としている。

上記の構成によれば、ロボットの置かれた場所が、平面でない場所、異物または突起物がある場所、またはゴム等の滑りにくい物体が表面にある場所であっても、ロボットの姿勢を第２の姿勢に変化させることができる。

本発明の態様６に係るロボットは、上記態様３〜５のいずれかにおいて、上記姿勢制御部は、上記ロボットが上記第２の姿勢を取ることによって上記ロボットの正面側に倒れ始めた後、上記腕部を上記体幹部の正面側に移動させることを特徴としている。

上記の構成によれば、容易に起き上がることが可能なうつ伏せ姿勢をロボットに取らせることができる。

本発明の態様７に係るロボットの制御方法は、少なくとも頭部、体幹部、腕部、および脚部を備えているロボットの制御方法であって、上記ロボットの姿勢を、少なくとも上記脚部の正面側が鉛直上側を向いており、かつ、上記ロボットの支持多角形に平行な平面への上記ロボットの重心の投影点が上記支持多角形の内部にある第１の姿勢から、上記投影点が上記支持多角形の外部における上記脚部側の位置にある第２の姿勢に変化させる姿勢制御工程を有することを特徴としている。

上記の構成によれば、より簡素な構成でありかつ起き上がり動作が可能なロボットを実現することができる。

本発明の各態様に係るロボットは、コンピュータによって実現してもよい。この場合、コンピュータを上記ロボットが備える各部として動作させることによって上記ロボットをコンピュータにて実現させるロボットの制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることによって、新しい技術的特徴を形成することもできる。

１ロボット、２頭部、３体幹部、４右腕部、５左腕部、６右脚部、７左脚部、１０姿勢制御部、１１ａ首ロール、１１ｂ首ピッチ、１１ｃ首ヨー、１２右肩ピッチ、１３左肩ピッチ、１４右肘ロール、１５左肘ロール、１６右股ピッチ、１７左股ピッチ、１８ａ右足首ロール、１８ｂ右足首ピッチ、１９ａ左足首ロール、１９ｂ左足首ピッチ、４１右上腕部、４２右前腕部、４３右手部、５１左上腕部、５２左前腕部、５３左手部、６１右腿部、６２右足部、７１左腿部、７２左足部

Claims

少なくとも頭部、体幹部、腕部、および脚部を備えているロボットであって、
上記ロボットの姿勢を、少なくとも上記脚部の正面側が鉛直上側を向いており、かつ、上記ロボットの支持多角形に平行な平面への上記ロボットの重心の投影点が上記支持多角形の内部にある第１の姿勢から、上記投影点が上記支持多角形の外部における上記脚部側の位置にある第２の姿勢に変化させる姿勢制御部を備えていることを特徴とするロボット。
上記第２の姿勢は、上記体幹部の正面側または上記頭部の正面側が鉛直上側を向いている姿勢であることを特徴とする請求項１に記載のロボット。
上記第１の姿勢は、上記ロボットが着座している姿勢であり、
上記姿勢制御部は、上記脚部を上記体幹部の背面側において上記腕部の方に移動させることによって、上記ロボットの姿勢を上記第２の姿勢に変化させることを特徴とする請求項１または２に記載のロボット。
上記姿勢制御部は、上記脚部の先端を上記ロボットの設置面に接触させた状態で上記脚部を移動させることによって、上記ロボットの姿勢を上記第２の姿勢に変化させることを特徴とする請求項３に記載のロボット。
上記姿勢制御部は、上記脚部の先端を浮かせた状態で上記脚部を移動させることによって、上記ロボットの姿勢を上記第２の姿勢に変化させることを特徴とする請求項３に記載のロボット。
上記姿勢制御部は、上記ロボットが上記第２の姿勢を取ることによって上記ロボットの正面側に倒れ始めた後、上記腕部を上記体幹部の正面側に移動させることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のロボット。
少なくとも頭部、体幹部、腕部、および脚部を備えているロボットの制御方法であって、
上記ロボットの姿勢を、少なくとも上記脚部の正面側が鉛直上側を向いており、かつ、上記ロボットの支持多角形に平行な平面への上記ロボットの重心の投影点が上記支持多角形の内部にある第１の姿勢から、上記投影点が上記支持多角形の外部における上記脚部側の位置にある第２の姿勢に変化させる姿勢制御工程を有することを特徴とするロボットの制御方法。
請求項１から６のいずれか１項に記載のロボットとしてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、コンピュータを上記姿勢制御部として機能させるためのプログラム。