JP6588624B2

JP6588624B2 - ヒューマノイドロボット

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Publication number: JP6588624B2
Application number: JP2018510278A
Authority: JP
Inventors: 梓網野; 一野瀬　亮子; 亮子一野瀬; 亮介中村; 山本　晃弘; 晃弘山本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2016-04-05
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2019-10-09
Anticipated expiration: 2037-03-08
Also published as: US20190100263A1; TWI630995B; EP3441197A4; EP3441197A1; JPWO2017175532A1; CN109070331A; US11180205B2; TW201738055A; WO2017175532A1

Description

本発明は、ヒューマノイドロボットに関する。

ヒューマノイドロボットとして、例えば特許文献１に記載される技術が知られている。特許文献１には、脚部の先端に駆動可能に取り付けられた車輪、この車輪と胴体との間で並列に取り付けられたバネ及びダンパからなるサスペンション、及び、このサスペンションと胴体との間に取り付けられたアクチュエータを備えるヒューマノイドロボットが開示されている。そして、サスペンションとアクチュエータとは直列に接続され、ヒューマノイドロボットの胴体に搭載された傾斜センサによりロボットの重力方向に対する傾斜角度と角速度を検出し、検出された傾斜角度と角速度に基づきヒューマノイドロボットの目標角度と目標角速度に沿うように、アクチュエータを制御する制御装置を有するヒューマノイドロボットが記載されている。

特開２０１１−４５９７３号公報

しかしながら特許文献１では、電源遮断、制御限界を超える遠心力や外力等の発生時の対応については何ら考慮されていない。従って、電源遮断、制御限界を超える遠心力や外力等の発生時において、ロボットが転倒し、稼働を維持することが不能になる可能性がある。
そこで、本発明は、電源遮断、遠心力或は外力等の発生時の転倒可能性を低減し、稼働継続確率の高いヒューマノイドロボットを提供する。

上記課題を解決するため、本発明のヒューマノイドロボットは、胴体部と、前記胴体部の上部に設けられた頭部と、前記胴体部の上部の左右に一端が接続される左腕及び右腕と、前記胴体部の下部の左右に一端が接続される左足及び右足と、前記左足及び右足の他端に設けられた左走行部及び右走行部と、を備え、前記左走行部は、進行方向前側に左駆動輪と、進行方向後ろ側に進行方向を受動的に変更可能な左従動輪とを有し、前記右走行部は、進行方向前側に右駆動輪と、進行方向後ろ側に進行方向を受動的に変更可能な右従動輪とを有し、前記左駆動輪、右駆動輪、左従動輪、及び右従動輪が接地し移動するヒューマノイドロボットであって、前記左足及び右足は、それぞれ、前記胴体部側より前記左走行部及び右走行部へと向かい、股関節ピッチ軸、膝ピッチ軸、及び足首ピッチ軸の少なくとも３つのピッチ自由度を備え、旋回走行する方向に応じて、前記股関節ピッチ軸と、前記膝ピッチ軸と、前記足首ピッチ軸をそれぞれ駆動し、前記左足と前記右足の垂直方向の長さを相対的に変化させ、前記旋回走行する方向側に重心を変位させることを特徴とする。

本発明によれば、電源遮断、遠心力或は外力等の発生時の転倒可能性を低減し、稼働継続確率の高いヒューマノイドロボットを提供することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例に係る実施例１のヒューマノイドロボットの前方斜視図である。実施例１のヒューマノイドロボットの後方斜視図である。実施例１のヒューマノイドロボットの関節自由度を示す模式図である。実施例１のヒューマノイドロボットが左に旋回走行する様子を示す斜視図である。実施例１のヒューマノイドロボットが右に旋回走行する様子を示す斜視図である。実施例１のヒューマノイドロボットに装着されるプロテクタの位置を示す前方斜視図である。実施例１のヒューマノイドロボットに装着されるプロテクタの位置を示す後方斜視図である。実施例１のヒューマノイドロボットの内部状態表示用ＬＥＤの搭載位置を示す斜視図である。実施例１のヒューマノイドロボットがうつ伏せ状態にあることを示す側面図である。実施例１のヒューマノイドロボットがうつ伏せ状態から直立姿勢へ移行する途中段階の側面図である。実施例１のヒューマノイドロボットがうつ伏せ状態から直立姿勢へ移行する途中段階の側面図である。実施例１のヒューマノイドロボットがうつ伏せ状態から直立姿勢へ移行する途中段階の側面図である。実施例１のヒューマノイドロボットがうつ伏せ状態から直立姿勢へ移行する途中段階の側面図である。実施例１のヒューマノイドロボットがうつ伏せ状態から直立姿勢へ移行する途中段階の側面図である。実施例１のヒューマノイドロボットがうつ伏せ状態から直立姿勢へ復帰した状態を示す側面図である。実施例１のヒューマノイドロボットが仰向け状態にあることを示す側面図である。実施例１のヒューマノイドロボットが仰向け状態から直立姿勢へ移行する途中段階の側面図である。実施例１のヒューマノイドロボットが仰向け状態から直立姿勢へ移行する途中段階の側面図である。実施例１のヒューマノイドロボットが仰向け状態から直立姿勢へ移行する途中段階の側面図である。実施例１のヒューマノイドロボットが仰向け状態から直立姿勢へ移行する途中段階の側面図である。実施例１のヒューマノイドロボットが仰向け状態から直立姿勢へ移行する途中段階の側面図である。実施例１のヒューマノイドロボットが仰向け状態から直立姿勢へ復帰した状態を示す側面図である。実施例１のヒューマノイドロボットが横向きに転倒した状態にあることを示す斜視図である。実施例１のヒューマノイドロボットが横向きに転倒した状態からうつ伏せ状態へ移行する途中段階の斜視図である。実施例１のヒューマノイドロボットが横向きに転倒した状態からうつ伏せ状態へ移行した状態を示す斜視図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る実施例１のヒューマノイドロボットの前方斜視図であり、図２は、ヒューマノイドロボットの後方斜視図である。なお、以下の説明ではヒューマノイドロボット１の進行方向をＸ軸、重力方向をＺ軸、横方向をＹ軸とする。またＸ軸周りの回転をロール（Ｒｏｌｌ）、Ｙ軸周りの回転をピッチ（Ｐｉｔｃｈ）、Ｚ軸周りの回転をヨー（Ｙａｗ）と、それぞれ定義する。

図１に示すように、ヒューマノイドロボット１は、頭部１０と、胴体部１１、胴体部１１の重力方向上部の左右に設けられた左腕１２Ｌと右腕１２Ｒ、胴体部１１の重力方向下部の左右に設けられた左足１３Ｌと右足１３Ｒ、左足１３Ｌの重力方向下端部に設けられた左走行部１４Ｌ、及び、右足１３Ｒの重力方向下部に設けられた右走行部１４Ｒから構成されている。頭部１０には、カメラ又はマイク等のセンサを搭載している。胴体部１１の内部には、図示しないがコントロールユニット及び姿勢計測を行うセンサを搭載し、ヒューマノイドロボット１の全身動作を制御する。センサとして、例えばジャイロセンサが用いられ、重力方向に対する角度及び角速度を計測する。

胴体部１１の上部であって、頭部１０と胴体部１１を接続する首に相当する部分の前方には周囲環境測定用センサ１０７が搭載されており、周囲環境測定用センサ１０７は周囲物体との距離を測定する。また、図２に示すように、胴体部１１の背面上部左右には、リング状に形成された左ハンガーリング１０３Ｌ及び右ハンガーリング１０３Ｒが設けられている。これら、左ハンガーリング１０３Ｌ及び右ハンガーリング１０３Ｒは、例えばヒューマノイドロボット１を持ち運ぶ際に持ち手として利用され、また、ヒューマノイドロボット１を整備する際に整備用ハンガーに吊るために利用される。更には、左ハンガーリング１０３Ｌ及び右ハンガーリング１０３Ｒは、例えばヒューマノイドロボット１が背面側へ転倒した際に、その衝撃を緩和する。左ハンガーリング１０３Ｌ及び右ハンガーリング１０３Ｒは、衝撃を緩和するため柔軟素材で構成することが望ましい。

左ハンガーリング１０３Ｌ及び右ハンガーリング１０３Ｒの胴体部１１への取り付け部には、図示しないバネを実装することで左ハンガーリング１０３Ｌ及び右ハンガーリング１０３Ｒがより柔軟にしなり、衝撃をさらに緩和することが可能となる。胴体部１１の背面であって、左ハンガーリング１０３Ｌ及び右ハンガーリング１０３Ｒの間に、後方確認用カメラ１０４が搭載されている。後方確認用カメラ１０４は、例えばヒューマノイドロボット１が人を誘導する際に、後方を確認するために使用される。左ハンガーリング１０３Ｌ及び右ハンガーリング１０３Ｒは、後方確認用カメラ１０４の視野を阻害しない角度で取り付けられている。

図１に示すように、ヒューマノイドロボット１の胴体部１１の重力方向上部の左右端には、左腕１２Ｌと右腕１２Ｒがそれぞれ接続されており、左腕１２Ｌと右腕１２Ｒは、例えば物をつかむための左グリッパ１００Ｌ及び右グリッパ１００Ｒをそれぞれの先端部に備えている。また、左腕１２Ｌと右腕１２Ｒの先端部には左手先車輪１０６Ｌ及び右手先車輪１０６Ｒも備えており、例えば手先を地面に接触させ相対運動する場合に摩擦を軽減可能であり、特に、後述する、仰向け状態からの直立姿勢への移行動作時に有効である。左グリッパ１００Ｌと右グリッパ１００Ｒに、左手先車輪１０６Ｌと右手先車輪１０６Ｒを各々設けることにより、把持機能性と仰向け状態からの直立姿勢へのスムーズな移行動作を両立することができる。

左足１３Ｌと右足１３Ｒの下方先端部には、上下方向に動作するサスペンションを介して左走行部１４Ｌ及び右走行部１４Ｒを備えている。左走行部１４Ｌ及び右走行部１４Ｒは、それぞれ、ヒューマノイドロボット１の進行方向に対して前方に左駆動輪１０１Ｌ及び右駆動輪１０１Ｒを備え、また後方には左従動輪１０２Ｌ及び右従動輪１０２Ｒを備えている。左従動輪１０２Ｌ及び右従動輪１０２Ｒは、例えばオフセットキャスタ等を用い、左駆動輪１０１Ｌ及び右駆動輪１０１Ｒによる運動を阻害しないように動作する。胴体部１１に左足１３Ｌと右足１３Ｒが接続する構成によりフットプリントが小さく小回りが利き、左駆動輪１０１Ｌ及び右駆動輪１０１Ｒで走行することにより機敏に移動でき、左従動輪１０２Ｌ及び右従動輪１０２Ｒを備えることで、電源遮断や、不測の外乱の発生時の転倒可能性を低減することができ、稼働継続確率の高いヒューマノイドロボット１を実現できる。

図２に示すように、左走行部１４Ｌ及び右走行部１４Ｒの後方上端部には、左スライドパッド１０５Ｌ及び右スライドパッド１０５Ｒをそれぞれ備えている。左スライドパッド１０５Ｌ及び右スライドパッド１０５Ｒは、摩擦係数の小さい材質により構成されており、例えばヒューマノイドロボット１が仰向けに転倒した場合に、地面と接触しつつ運動する際に地面との摩擦抵抗を低減する。

図３は、ヒューマノイドロボット１の関節自由度を示す模式図である。図３に示すように、頭部１０は、頭部ロール軸Ｊ１、頭部ピッチ軸Ｊ２、及び頭部ヨー軸Ｊ３の３つの自由度を備えている。左右の腕１２Ｌ、１２Ｒは、胴体部１１の重力方向上部の左右端部に接続されており、それぞれ、根元から左肩ピッチ軸Ｊ４Ｌ、右肩ピッチ軸Ｊ４Ｒ、左肩ロール軸Ｊ５Ｌ、右肩ロールＪ５Ｒ、左上腕ヨー軸Ｊ６Ｌ、右上腕ヨー軸Ｊ６Ｒ、左肘ピッチ軸Ｊ７Ｌ、右肘ピッチ軸Ｊ７Ｒ、左手首ヨー軸Ｊ８Ｌ、右手首ヨー軸Ｊ８Ｒからなり、さらにその先には左グリッパ軸Ｊ９Ｌ、右グリッパ軸Ｊ９Ｒ及び左手先車輪１０６Ｌ、右手先車輪１０６Ｒを備える。

また、胴体部１１の重力方向下部の左右端部には、左足１３Ｌと右足１３Ｒが接続されており、それぞれ、左股関節ピッチ軸Ｊ１０Ｌ、右股関節ピッチ軸Ｊ１０Ｒ、左膝ピッチ軸Ｊ１１Ｌ、右膝ピッチ軸Ｊ１１Ｒ、左足首ピッチ軸Ｊ１２Ｌ、右足首ピッチ軸Ｊ１２Ｒで構成され、それぞれ３つのピッチ自由度を備えている。左足１３Ｌと右足１３Ｒの胴体部１１との接続部との反対側の端部には、それぞれ、左走行部１４Ｌと右走行部１４Ｒ（図１）を備えている。本実施例のヒューマノイドロボット１は、上記のような自由度で構成されており、地面上の移動に関しては左駆動輪１０１Ｌ及び右駆動輪１０１Ｒの駆動により行い、加減速や左右の重心移動に関しては上記の自由度の関節のいずれかを適切に動作し行う。

図４は、ヒューマノイドロボット１が左に旋回走行する様子を示す斜視図であり、図５は、ヒューマノイドロボットが右に旋回走行する様子を示す斜視図である。左右方向への旋回走行を行う際、旋回半径と走行速度による遠心力が発生し、直立姿勢のまま走行すると安定範囲が小さくなる。そこで、図４に示すように、左に旋回走行する場合は左足１３ＬのＺ方向の長さを右足１３Ｒよりも短くするよう適切に上述の各関節を制御することにより、ヒューマノイドロボット１全体を左側に傾け、重心を直立姿勢から左側に変位させる。これにより安定範囲が広がり、不慮の外乱が発生したときの転倒可能性を低減することができる。

また、図５に示すように、右に旋回走行する場合は右足１３ＲのＺ方向の長さを左足１３Ｌよりも短くするよう適切に上述の各関節を制御することにより、ヒューマノイドロボット１全体を右側に傾け、重心を直立姿勢から右側に変位させる。これにより安定範囲が広がり、不慮の外乱が発生したときの転倒可能性を低減することができる。

図６は、ヒューマノイドロボット１に装着されるプロテクタの位置を示す前方斜視図であり、図７は、ヒューマノイドロボット１に装着されるプロテクタの位置を示す後方斜視図である。ヒューマノイドロボット１に装着されるプロテクタは、仮にヒューマノイドロボット１が転倒した際に、地面との接触による衝撃を緩和する。

図６に示すように、ヒューマノイドロボット１が前方に転倒した場合には、胴プロテクタＰ１０、及び左右の膝部に設けられた左膝プロテクタＰ１４Ｌ及び右膝プロテクタＰ１４Ｒにより衝撃を緩和する。
ヒューマノイドロボット１が左方向に転倒した場合は、左肩プロテクタＰ１１Ｌ、左肘プロテクタＰ１２Ｌ、及び左足プロテクタＰ１５Ｌにより衝撃を緩和する。また、腕の姿勢によっては左腕１２Ｌが胴体部１１と地面に挟まれ破損する恐れがあるため、左腰プロテクタＰ１３Ｌを備えることにより、胴体部１１と左腕１２Ｌとが直接接触することを防止でき、衝撃を緩和することが可能である。

同様に、ヒューマノイドロボット１が右方向に転倒した場合には、右肩プロテクタＰ１１Ｒ、右肘プロテクタＰ１２Ｒ及び右足プロテクタＰ１５Ｒにより衝撃を緩和する。また、腕の姿勢によっては右腕１２Ｒが胴体部１１と地面に挟まれ破損する恐れがあるため、右腰プロテクタＰ１３Ｒを備えることにより、胴体部１１と右腕１２Ｒとが直接接触することを防止でき、衝撃を緩和することが可能である。

図７に示すように、ヒューマノイドロボット１が後方に転倒した場合は、左ハンガーリング１０３Ｌ及び右ハンガーリング１０３Ｒが地面との接触の衝撃を緩和する。また、左スライドパッド１０５Ｌ及び右スライドパッド１０５Ｒも地面に接触することにより、ヒューマノイドロボット１のカバー面が地面と接触することを防ぎ、カバー面の破損、キズを防止できる。これらのプロテクタは、例えばゴム等のような衝撃を緩和可能な材質により形成されており、複数の衝撃を受けても破損や、特段の性能の劣化なく衝撃を緩和することができる。

また、いずれかのプロテクタを頂点として、それぞれの頂点を結ぶ面よりも外側にヒューマノイドロボット１のカバー面が出ることのないよう構成されているため、仮に、ヒューマノイドロボット１が斜め方向に転倒した場合であっても、地面との接触によるカバー面の破損、キズ等を防止し、美観を保つことが可能である。

図８は、ヒューマノイドロボット１の内部状態表示用ＬＥＤの搭載位置を示す斜視図である。例えばゴム等で形成されたプロテクタは、ＬＥＤ等の光を比較的透過し易いため、プロテクタの裏側に内部状態表示用ＬＥＤ１００Ｈを搭載し、発光タイミングや発光色等を変化させることにより、ヒューマノイドロボット１の内部状態を、外部から容易に視認或は把握することが可能である。

また、内部状態表示用ＬＥＤ１００Ｈはプロテクタの裏側に実装されるため、接触による破損の恐れも少ない。また、後述するヒューマノイドロボット１が転倒状態から直立姿勢へ復帰する際に、ヒューマノイドロボット１が正常に動作中であることを内部状態表示用ＬＥＤ１００Ｈの発光パターンにより示すことで、転倒によりヒューマノイドロボット１が故障したのではないかと不安に思う周囲の人に対して故障していないことを知らせることができ、安心感を与えることができる。図８では胴プロテクタＰ１０の裏側に内部状態表示用ＬＥＤ１００Ｈを設置した例を示したが、必ずしもこれに限られず、他のプロテクタの裏側に内部状態表示用ＬＥＤ１００Ｈを設置する構成としても良い。

図９は、ヒューマノイドロボット１がうつ伏せ状態にあることを示す側面図であり、図１０〜図１４は、ヒューマノイドロボット１がうつ伏せ状態から直立姿勢へ移行する途中段階の側面図であり、図１５は、ヒューマノイドロボット１がうつ伏せ状態から直立姿勢へ復帰した状態を示す側面図である。図９〜図１５の順序で、ヒューマノイドロボット１は、うつ伏せ状態から直立姿勢へ移行する。直立姿勢への復帰の動作は左右対称で行うため、図９〜図１５ではヒューマノイドロボット１の左側のみの側面図を示している。

図９に示すように、ヒューマノイドロボット１の胴体部１１内に搭載された姿勢計測を行うセンサにより、重力方向に対し所定の角度以上の傾きが検出されると、左腕１２Ｌ及び右腕１２Ｒがそれぞれ足方向に伸び、首、腰、左足１３Ｌ、右足１３Ｒも伸びた状態になるよう、胴体部１１内に搭載されたコントロールユニット（図示せず）が上述の図３に示した各軸を駆動する。従って、ヒューマノイドロボット１は、うつ伏せに転倒した直後、胴プロテクタＰ１０、左膝プロテクタＰ１４Ｌ、及び右膝プロテクタＰ１４Ｒのみが地面と接触する。

次に、図１０に示す姿勢に移行する。胴体部１１内に搭載されたコントロールユニット（図示せず）は、左肩ピッチ軸Ｊ４Ｌ、右肩ピッチ軸Ｊ４Ｒ、左肘ピッチ軸Ｊ７Ｌ、及び右肘ピッチ軸Ｊ７Ｒを所定の角度駆動し、左手先車輪１０６Ｌ及び右手先車輪１０６Ｒを接地させる。また、コントロールユニット（図示せず）は、左手先車輪１０６Ｌ及び右手先車輪１０６Ｒの回転軸の向きがＹ軸と平行となるよう、左腕１２Ｌ及び右腕１２Ｒの各軸を適切に駆動する。

次に図１１に示すように、ヒューマノイドロボット１の胴体部１１内に搭載されたコントロールユニット（図示せず）は、左肩ピッチ軸Ｊ４Ｌ及び右肩ピッチ軸Ｊ４Ｒを駆動し、左手先車輪１０６Ｌ、右手先車輪１０６Ｒ、左膝プロテクタＰ１４Ｌ、及び右膝プロテクタＰ１４Ｒが接地する姿勢に移行する。

次に図１２に示すように、ヒューマノイドロボット１の胴体部１１内に搭載されたコントロールユニット（図示せず）は、左腕１２Ｌと右腕１２Ｒを伸ばす向きに、左肩ピッチ軸Ｊ４Ｌ、右肩ピッチ軸Ｊ４Ｒ、左肘ピッチ軸Ｊ７Ｌ、及び右肘ピッチ軸Ｊ７Ｒを駆動する。これと同時に、胴体部１１内に搭載されたコントロールユニット（図示せず）は、左足１３Ｌと右足１３Ｒを縮める向きに、左股関節ピッチ軸Ｊ１０Ｌ、右股関節ピッチ軸Ｊ１０Ｒ、左膝ピッチ軸Ｊ１１Ｌ、右膝ピッチ軸Ｊ１１Ｒ、左足首ピッチ軸Ｊ１２Ｌ、及び右足首ピッチ軸Ｊ１２Ｒを駆動する。この姿勢では、左手先車輪１０６Ｌ、右手先車輪１０６Ｒ、左膝プロテクタＰ１４Ｌ、及び右膝プロテクタＰ１４Ｒが接地する。

次に図１３に示すように、ヒューマノイドロボット１の胴体部１１内に搭載されたコントロールユニット（図示せず）は、左手先車輪１０６Ｌと左膝プロテクタＰ１４Ｌの接地点を近づける向きに、また、右手先車輪１０６Ｒと右膝プロテクタＰ１４Ｒの接地点を近づける向きに、それぞれ、左肩ピッチ軸Ｊ４Ｌ及び右肩ピッチ軸Ｊ４Ｒを駆動する。左膝プロテクタＰ１４Ｌ及び右膝プロテクタＰ１４Ｒの接地点を中心に、図１３の右回りにヒューマノイドロボット１全体が回転し、左駆動輪１０１Ｌ及び右駆動輪１０１Ｒが接地するまで、この動作を行う。

次に、図１４に示すように、ヒューマノイドロボット１の胴体部１１内に搭載されたコントロールユニット（図示せず）は、左従動輪１０２Ｌ及び右従動輪１０２Ｒが接地するように、左駆動輪１０１Ｌ及び右駆動輪１０１Ｒの接地点を中心として、ヒューマノイドロボット１全体が図１４の右回りに回転するよう左股関節ピッチ軸Ｊ１０Ｌ及び右股関節ピッチ軸Ｊ１０Ｒを駆動する。この時、補助的に左腕１２Ｌの姿勢を変更しても良い。左駆動輪１０１Ｌ、右駆動輪１０１Ｒ、左従動輪１０２Ｌ、及び右従動輪１０２Ｒのみが接地した後、ヒューマノイドロボット１の胴体部１１内に搭載されたコントロールユニット（図示せず）は、左足１３Ｌ及び右足１３Ｒのそれぞれの上述の図３に示した関節軸を所定の角度駆動し、図１５に示すようにヒューマノイドロボット１は直立姿勢に移行する。これにより、ヒューマノイドロボット１は、うつ伏せ状態から直立姿勢への復帰が完了する。

なお、うつ伏せの姿勢（うつ伏せ状態）は転倒の恐れのない安定な姿勢のため、バッテリ残量が減った場合に緊急回避的にこの姿勢をとることが望ましい。そこで、動作不能となるレベルまでバッテリ残量が減った場合、ヒューマノイドロボット１の胴体部１１内に搭載されたコントロールユニット（図示せず）からの指令により、上述の図９〜図１５に示したうつ伏せからの起き上がりシーケンスを逆に実行し、うつ伏せ状態に移行することにより、省電力モードへの移行や、電源ＯＦＦを行うことが可能である。

図１６は、ヒューマノイドロボット１が仰向け状態にあることを示す側面図であり、図１７〜図２１は、ヒューマノイドロボット１が仰向け状態から直立姿勢へ移行する途中段階の側面図であり、図２２は、ヒューマノイドロボット１が仰向け状態から直立姿勢へ復帰した状態を示す側面図である。図１６〜図２２の順序で、ヒューマノイドロボット１は、仰向け状態から直立姿勢へ移行する。ここでも直立姿勢への復帰の動作は左右対称で行うため、図１６〜図２２ではヒューマノイドロボット１の左側のみの側面図を示している。

図１６に示すように、ヒューマノイドロボット１の胴体部１１内に搭載された姿勢計測を行うセンサにより、重力方向に対し所定の角度以上の傾きが検出されると、左腕１２Ｌ及び右腕１２Ｒが足方向に伸び、首、腰、左足１３Ｌ、右足１３Ｒも伸びた状態になるよう、胴体部１１内に搭載されたコントロールユニット（図示せず）が上述の図３に示した各軸を駆動する。従って、ヒューマノイドロボット１は、仰向けに転倒した直後、左ハンガーリング１０３Ｌ、右ハンガーリング１０３Ｒ、左スライドパッド１０５Ｌ、右スライドパッド１０５Ｒ、左従動輪１０２Ｌ、及び右従動輪１０２Ｒのみが地面と接触する。

次に、図１７に示すように、ヒューマノイドロボット１の胴体部１１内に搭載されたコントロールユニット（図示せず）は、左肩ピッチ軸Ｊ４Ｌ、右肩ピッチ軸Ｊ４Ｒ、左肘ピッチ軸Ｊ７Ｌ、及び右肘ピッチ軸Ｊ７Ｒを所定の角度駆動し、左手先車輪１０６Ｌ及び右手先車輪１０６Ｒを地面に接触させる準備姿勢に移行する。

次に、図１８に示すように、ヒューマノイドロボット１の胴体部１１内に搭載されたコントロールユニット（図示せず）は、左手先車輪１０６Ｌ及び右手先車輪１０６Ｒで地面を押すように、左肩ピッチ軸Ｊ４Ｌ、右肩ピッチ軸Ｊ４Ｒ、左肘ピッチ軸Ｊ７Ｌ、及び右肘ピッチ軸Ｊ７Ｒを駆動し、胴体部１１を持ち上げる。

次に、図１９に示すように、ヒューマノイドロボット１の胴体部１１内に搭載されたコントロールユニット（図示せず）は、左足１３Ｌ及び右足１３Ｒを縮める向きに、左股関節ピッチ軸Ｊ１０Ｌ、右股関節ピッチ軸Ｊ１０Ｒ、左膝ピッチ軸Ｊ１１Ｌ、右膝ピッチ軸Ｊ１１Ｒ、左足首ピッチ軸Ｊ１２Ｌ、及び右足首ピッチ軸Ｊ１２Ｒを駆動する。次に図２０に示すように、ヒューマノイドロボット１の胴体部１１内に搭載されたコントロールユニット（図示せず）は、左手先車輪１０６Ｌ、右手先車輪１０６Ｒで地面を押すように、左肩ピッチ軸Ｊ４Ｌ、左肩ピッチ軸Ｊ４Ｒ、左肘ピッチ軸Ｊ７Ｌ、及び右肘ピッチ軸Ｊ７Ｒを駆動し、左従動輪１０２Ｌ及び右従動輪１０２Ｒを中心に図２０の左回りにヒューマノイドロボット１全体を回転させる。図２１に示すように、ヒューマノイドロボット１全体が回転した後、左駆動輪１０１Ｌ、右駆動輪１０１Ｒ、左従動輪１０２Ｌ、及び右従動輪１０２Ｒのみが地面と接触する。その後、ヒューマノイドロボット１の胴体部１１内に搭載されたコントロールユニット（図示せず）は、左足１３Ｌ及び右足１３Ｒのそれぞれの上述の図３に示した関節軸を所定の角度駆動し、図２２に示すように直立姿勢に移行する。これにより、ヒューマノイドロボット１は、仰向け状態から直立姿勢への復帰が完了する。

図２３は、ヒューマノイドロボット１が横向きに転倒した状態にあることを示す斜視図であり、図２４は、ヒューマノイドロボット１が横向きに転倒した状態からうつ伏せ状態へ移行する途中段階の斜視図であり、図２５は、ヒューマノイドロボット１が横向きに転倒した状態からうつ伏せ状態へ移行した状態を示す斜視図である。ヒューマノイドロボット１が、横向きに転倒した状態から直立姿勢に移行するためには、一旦うつ伏せの姿勢を経由する。すなわち、図２３〜図２５に示す順序で横向きからうつ伏せ状態になり、図９〜図１５に示す順序で直立姿勢に移行する。左側面を下に転倒した場合と、右側面を下に転倒した場合での動作は左右対称であるため、ここでは左側を下に転倒した場合の動作のみ説明する。

図２３に示すように、ヒューマノイドロボット１の胴体部１１内に搭載された姿勢計測を行うセンサにより、重力方向に対し所定の角度以上の傾きが検出されると、左腕１２Ｌ及び右腕１２Ｒがそれぞれ足方向に伸び、首、腰、左足１３Ｌ、右足１３Ｒも伸びた状態になるよう、胴体部１１内に搭載されたコントロールユニット（図示せず）が上述の図３に示した各軸を駆動する。そして、胴体部１１内に搭載されたコントロールユニット（図示せず）は、左腕１２Ｌが胴体部１１と地面との間に挟まり動作不能となることを回避するため、左腕１２Ｌを後ろに引くよう左肩ピッチ軸Ｊ４Ｌ及び左肘ピッチ軸Ｊ７Ｌを駆動する。従って、ヒューマノイドロボット１は、左側を下にして横向きに転倒した直後、左足プロテクタＰ１５Ｌ、左肩プロテクタＰ１１Ｌ、及び左肘プロテクタＰ１２Ｌで地面と接触する。

次に、図２４に示すように、ヒューマノイドロボット１の胴体部１１内に搭載されたコントロールユニット（図示せず）は、右股関節ピッチ軸Ｊ１０Ｒと右膝ピッチ軸Ｊ１１Ｒを右膝がヒューマノイドロボット１の機体前方に出る向きに駆動する。これにより重心が機体前方（Ｘ方向）に移動するため、機体はＺ軸周りに回転する。この時、左肩プロテクタＰ１１Ｌと、胴プロテクタＰ１０、左膝プロテクタＰ１４Ｌが地面と接触（接地）する。その後、ヒューマノイドロボット１の胴体部１１内に搭載されたコントロールユニット（図示せず）は、上述の図３に示した各軸を図２３と同様の角度に戻す。これにより、図２５に示すように、ヒューマノイドロボット１はうつ伏せ状態へ移行する。以上により、ヒューマノイドロボット１は、横向きに転倒した状態からうつ伏せ状態への移行が完了する。右側面を下に転倒した場合も、左右を逆にして同様の動作を行いうつ伏せ状態に移行する。その後、図９〜図１５に示したように、ヒューマノイドロボット１はうつ伏せ状態から直立姿勢へ復帰する。

以上の通り、ヒューマノイドロボット１が、転倒時にうつ伏せ、仰向け、横向きのいずれの状態になっても、直立姿勢に復帰することができ、稼働を継続することができる。また、転倒時にうつ伏せ、仰向け、横向きのいずれの状態になっても、いずれかのプロテクタのみで地面と接触するため、転倒時の衝撃を緩和して性能劣化を防止し、カバーの破損やキズを防止して、稼働を継続することができる。

本実施例によれば、フットプリントが小さく機敏に稼働可能なヒューマノイドロボット（人型のロボット）が不測の外乱により転倒して、性能劣化やカバー面の損傷がおき、稼働継続不能になることがあるという課題に対して、左従動輪１０２Ｌ、右従動輪１０２Ｒ、左足１３Ｌ、及び右足１３Ｒの長さ制御により転倒可能性を低減することが可能となる。また、仮に、ヒューマノイドロボットが転倒した場合であっても、各部のプロテクタ、左ハンガーリング１０３Ｌ、及び右ハンガーリング１０３Ｒにより衝撃を緩和して性能劣化を抑制し、カバー面の破損、キズ等を防止して美観を保ち、各軸の駆動により直立姿勢へ復帰して稼働を継続することが可能であり、稼働継続確率の高いヒューマノイドロボットを提供することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

１・・・ヒューマノイドロボット，１０・・・頭部，１１・・・胴体部，１２Ｌ・・・左腕，１２Ｒ・・・右腕，１３Ｌ・・・左足，１３Ｒ・・・右足，１４Ｌ・・・左走行部，１４Ｒ・・・右走行部，１００Ｌ・・・左グリッパ，１００Ｒ・・・右グリッパ，１０１Ｌ・・・左駆動輪，１０１Ｒ・・・右駆動輪，１０２Ｌ・・・左従動輪，１０２Ｒ・・・右従動輪，１０３Ｌ・・・左ハンガーリング，１０３Ｒ・・・右ハンガーリング，１０４・・・後方確認用カメラ，１０５Ｌ・・・左スライドパッド，１０５Ｒ・・・右スライドパッド，１０６Ｌ・・・左手先車輪，１０６Ｒ・・・右手先車輪，１０７・・・周囲環境測定用センサ，Ｊ１・・・頭部ロール軸，Ｊ２・・・頭部ピッチ軸，Ｊ３・・・頭部ヨー軸，Ｊ４Ｌ・・・左肩ピッチ軸，Ｊ４Ｒ・・・右肩ピッチ軸，Ｊ５Ｌ・・・左肩ロール軸，Ｊ５Ｒ・・・右肩ロール軸，Ｊ６Ｌ・・・左上腕ヨー軸，Ｊ６Ｒ・・・右上腕ヨー軸，Ｊ７Ｌ・・・左肘ピッチ軸，Ｊ７Ｒ・・・右肘ピッチ軸，Ｊ８Ｌ・・・左手首ヨー軸，Ｊ８Ｒ・・・右手首ヨー軸，Ｊ９Ｌ・・・左グリッパ軸，Ｊ９Ｒ・・・右グリッパ軸，Ｊ１０Ｌ・・・左股関節ピッチ軸，Ｊ１０Ｒ・・・右股関節ピッチ軸，Ｊ１１Ｌ・・・左膝ピッチ軸，Ｊ１１Ｒ・・・右膝ピッチ軸，Ｊ１２Ｌ・・・左足首ピッチ軸，Ｊ１２Ｒ・・・右足首ピッチ軸，Ｐ１０・・・胴プロテクタ，Ｐ１１Ｌ・・・左肩プロテクタ，Ｐ１１Ｒ・・・右肩プロテクタ，Ｐ１２Ｌ・・・左肘プロテクタ，Ｐ１２Ｒ・・・右肘プロテクタ，Ｐ１３Ｌ・・・左腰プロテクタ，Ｐ１３Ｒ・・・右腰プロテクタ，Ｐ１４Ｌ・・・左膝プロテクタ，Ｐ１４Ｒ・・・右膝プロテクタ，Ｐ１５Ｌ・・・左足プロテクタ，Ｐ１５Ｒ・・・右足プロテクタ，１００Ｈ・・・内部状態表示用ＬＥＤ

Claims

胴体部と、前記胴体部の上部に設けられた頭部と、前記胴体部の上部の左右に一端が接続される左腕及び右腕と、前記胴体部の下部の左右に一端が接続される左足及び右足と、前記左足及び右足の他端に設けられた左走行部及び右走行部と、を備え、
前記左走行部は、進行方向前側に左駆動輪と、進行方向後ろ側に進行方向を受動的に変更可能な左従動輪とを有し、
前記右走行部は、進行方向前側に右駆動輪と、進行方向後ろ側に進行方向を受動的に変更可能な右従動輪とを有し、
前記左駆動輪、右駆動輪、左従動輪、及び右従動輪が接地し移動するヒューマノイドロボットであって、
前記左足及び右足は、それぞれ、前記胴体部側より前記左走行部及び右走行部へと向かい、股関節ピッチ軸、膝ピッチ軸、及び足首ピッチ軸の少なくとも３つのピッチ自由度を備え、
旋回走行する方向に応じて、前記股関節ピッチ軸と、前記膝ピッチ軸と、前記足首ピッチ軸をそれぞれ駆動し、前記左足と前記右足の垂直方向の長さを相対的に変化させ、前記旋回走行する方向側に重心を変位させることを特徴とするヒューマノイドロボット。
請求項１に記載のヒューマノイドロボットにおいて、
前記左腕及び右腕は、それぞれ、前記胴体部側より先端部側へと向かい、肩ピッチ軸、肘ピッチ軸の少なくとも２つのピッチ自由度を備えることを特徴とするヒューマノイドロボット。
請求項２に記載のヒューマノイドロボットにおいて、
前記左腕及び右腕の先端部に、それぞれ左手先車輪及び右手先車輪を有することを特徴とするヒューマノイドロボット。
請求項１に記載のヒューマノイドロボットにおいて、
前記左腕の一端が前記胴体部に接続される接続部付近の外側に張り出すよう装着された左肩プロテクタと、
前記右腕の一端が前記胴体部に接続される接続部付近の外側に張り出すよう装着された右肩プロテクタと、
前記左腕及び右腕の長手方向の中間部付近にそれぞれ装着された左肘プロテクタ及び右肘プロテクタと、
前記胴体部の背面上部の左右にそれぞれ設けられたリング状の左ハンガーリング及び右ハンガーリングと、
前記胴体部の前面部分に装着された胴プロテクタと、
前記左足及び右足の長手方向の中間部付近に前方に突き出すようそれぞれ装着された左膝プロテクタ及び右膝プロテクタと、
前記左足及び右足の外側の側面にそれぞれ装着された左足プロテクタ及び右足プロテクタと、
前記胴体部の左右側面に装着された左腰プロテクタ及び右腰プロテクタと、を備えることを特徴とするヒューマノイドロボット。
請求項４に記載のヒューマノイドロボットにおいて、
前記左肩プロテクタ、右肩プロテクタ、左肘プロテクタ、右肘プロテクタ、胴プロテクタ、左足プロテクタ、右足プロテクタ、左腰プロテクタ、右腰プロテクタ、左ハンガーリング、及び右ハンガーリングは、ゴムにより構成されることを特徴とするヒューマノイドロボット。
請求項５に記載のヒューマノイドロボットにおいて、
前記左肩プロテクタ、右肩プロテクタ、左肘プロテクタ、右肘プロテクタ、胴プロテクタ、左足プロテクタ、右足プロテクタ、左腰プロテクタ、及び右腰プロテクタのうち少なくとも１つのプロテクタの裏側にＬＥＤを有し、
ヒューマノイドロボットの内部状態を、前記ＬＥＤから発せられ前記プロテクタを透過する透過光により表示することを特徴とするヒューマノイドロボット。
請求項６に記載のヒューマノイドロボットにおいて、
前記ＬＥＤは、前記ヒューマノイドロボットの内部状態に応じて、
発光タイミング及び／又は発光色を変化させることを特徴とするヒューマノイドロボット。
請求項１に記載のヒューマノイドロボットにおいて、
前記左駆動輪と前記左従動輪は相互にオフセット配置され、且つ、前記右駆動輪と前記右従動輪は相互にオフセット配置されることを特徴とするヒューマノイドロボット。