以下、本発明の実施形態に係る人型ロボットの基本姿勢設定装置及び基本姿勢設定方法について、添付図面を参照して説明する。まず、基本姿勢設定装置によって基本姿勢の設定の行われる人型ロボットについて説明する。
図1(a)は、本発明の実施形態に係る人型ロボット1の正面図であり、図1(b)は、人型ロボット1の側面図である。
本実施形態の人型ロボット1は、人間を模した形状を有しており、頭部2、胴体部3、腕部4及び脚部5を有している。脚部5の先端部には、足部10が設けられている。足部10の外側には、足先部16が取り付けられている。足先部16は、足部10に対し着脱可能に取り付けられている。
腕部4や脚部5等は、複数のリンクが関節によって接続されることによって構成されている。それぞれのリンク同士の間は、関節の部分で屈曲可能に構成されている。それぞれの関節には、サーボモータやアクチュエータといった駆動装置が配置されている。駆動装置の駆動が制御されることにより、リンク同士の間の屈曲の程度が制御され、腕部4や脚部5等の駆動が制御される。駆動装置は、人型ロボット1の有する屈曲可能な複数の関節に対応して複数備えられている。
人型ロボット1は、脚部5の駆動を制御することにより、2足歩行を行うことが可能に構成されている。また、腕部4、脚部5を駆動させ、手足を移動させることにより、人間と同様の作業を行うことができる。
人型ロボット1の胴体部3における背面部6には、ケーブル7が接続されている。ケーブル7は柔軟な材料によって形成されており、屈曲可能に構成されている。ケーブル7の内部には配線が配置されており、ケーブル7内部に配置された配線を介して人型ロボット1に電源からの電流が供給されている。本実施形態では、ケーブル7からの配線が分岐し、複数の駆動装置に接続されている。ケーブル7からの電流が配線を介して駆動装置に供給されるように構成されている。
なお、本実施形態では、ケーブル7が、人型ロボット1に電流を供給するための配線として用いられる形態について説明しているが、本発明は上記実施形態に限定されない。ケーブル7は、他の機能を有していてもよい。例えば、人型ロボット1を制御する際に、人型ロボット1へ送信する信号や、各種のセンサで検出したデータ等の伝達経路として、ケーブル7が用いられてもよい。また、ケーブル7は、人型ロボット1が転倒しないように、上方から人型ロボット1を支えるためのものであってもよい。また、ケーブル7は、他の用途に用いられてもよい。ケーブル7は、人型ロボット1に対し、取り外し可能に取り付けられていてもよいし、固定的に取り付けられていてもよい。
胴体部3は、下部に腰部8を有している。腰部8は、胴体部3のうちの下部の部分のことである。本実施形態では、腰部8は、胴体部3のうちの脚部5に近い側の部分である。ここでは特に、腰部8は、胴体部3におけるケーブル7の接続された部分から、人間でいうところの骨盤に当たる部分までの領域のことをいうものとする。すなわち、腰部8は、胴体部3におけるケーブル7と人型ロボット1との間の接続部9から、脚部5に近い側の端部までの領域のことをいうものとする。
また、図1(a)、(b)に示されるように、腰部8の外側には、外殻部11が着脱可能に取り付けられている。腰部8の外側に外殻部11が取り付けられているので、仮に人型ロボット1がバランスを崩して転倒したとしても、腰部8が外殻部11によって保護されている。
次に、人型ロボット1の制御構成について説明する。図2に、人型ロボット1における制御構成についてのブロック図を示す。
図2に示されるように、人型ロボット1における制御部14は、演算部14aと、記憶部14bと、サーボ制御部14cとを含む。
制御部14は、例えばマイクロコントローラ等のコンピュータを備えたロボットコントローラである。なお、制御部14は、集中制御する単独の制御部14によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御部14によって構成されていてもよい。
記憶部14bには、ロボットコントローラとしての基本プログラム、各種固定データ等の情報が記憶されている。演算部14aは、記憶部14bに記憶された基本プログラム等のソフトウェアを読み出して実行することにより、人型ロボット1の各種動作を制御する。すなわち、演算部14aは、人型ロボット1の制御指令を生成し、これをサーボ制御部14cに出力する。例えば、演算部14aは、プロセッサユニットによって構成されている。
サーボ制御部14cは、演算部14aにより生成された制御指令に基づいて、人型ロボット1のそれぞれの関節に対応する駆動装置の駆動を制御するように構成されている。
次に、人型ロボット1の基本姿勢を設定する基本姿勢設定装置について説明する。
図3(a)に、人型ロボット1の基本姿勢の設定を行う基本姿勢設定装置100の斜視図を示し、図3(b)に、基本姿勢設定装置100を側面から見た側面図を示し、図3(c)に、基本姿勢設定装置100を正面から見た正面図を示し、図3(d)に、基本姿勢設定装置100における腰部位置決定部110についての正面図を示す。
基本姿勢設定装置100は、人型ロボット1における腰部8の位置決めを行う腰部位置決定部110と、人型ロボット1における足部10の位置決めを行う足部位置決定部120とを備えている。腰部位置決定部110は、人型ロボット1における腰部8の前側の位置を受け、腰部8の位置決めを行う。足部位置決定部120は、人型ロボット1の足部10を受け、腰部位置決定部110によって位置決めされた腰部8の位置に基づき、足部10の位置決めを行う。
本実施形態では、腰部位置決定部110は、腰部8と当接する腰部当接部111を備えている。本実施形態では、腰部位置決定部110における腰部8と当接する腰部当接部111が、水平面に対し垂直な面となるように設けられている。
人型ロボット1の腰部8を腰部位置決定部110の腰部当接部111に当接させることによって、基本姿勢時の腰部8の位置決めが行われる。本実施形態では、腰部位置決定部110によって位置決めの行われた腰部8の位置に対し、足部10の位置についての位置決めが行われる。
また、本実施形態では、足部位置決定部120は、人型ロボット1の足部10と当接する足部当接部121を備えている。本実施形態では、人型ロボット1の足部10と当接する足部当接部121が、水平面となるように設けられている。
足部10の位置決めを行う足部位置決定部120は、板状の足部位置決定板122に2つ設けられている。足部位置決定板122における側方の両端部に近い位置に、それぞれ足部位置決定部120が設けられている。
本実施形態では、足部位置決定板122に凹部123が形成されている。凹部123は、内側に、足先部16が取り外された状態の円筒状の足部10を挿入可能に形成されている。足部当接部121は、足部10の挿入される凹部123の内側に形成されている。
足部位置決定部120上の所定の位置に足部10を配置することによって基本姿勢時の足部10の位置の設定を行う。本実施形態では、足部位置決定部120における足部当接部121に足部10を当接させることにより、基本姿勢時の足部10の位置の設定が行われる。
また、足部位置決定板122における2つの足部位置決定部120の間の位置から柱状部材130が上方に向かって延びるように配置されている。本実施形態では、足部位置決定板122における幅方向に沿った略中央の位置に、柱状部材130が取り付けられている。このように、柱状部材130は、足部位置決定板122から鉛直方向上方に延びるように設けられている。
本実施形態では、腰部位置決定部110は、柱状部材130の上側の先端部に設けられている。柱状部材130に設けられた腰部位置決定部110は、腰部位置決定部110がちょうど人型ロボット1の腰部8に当接するような高さの位置に設けられている。
腰部位置決定部110には、板状に構成された腰部位置決定部110を貫通するように穴が設けられ、穴にはネジ113が挿入されている。本実施形態では、6つの穴及び6つのネジ113が設けられている。また、腰部位置決定部110における6つの穴及び6つのネジ113が設けられた領域の内部に、人型ロボット1の腰部8と当接させる際の位置決めの際の基準となる穴114が設けられている。本実施形態では、2つの位置決め用の穴114が設けられている。
図4(a)に、人型ロボット1における腰部8のうち、下部に設けられた腰部下部ブロック20の正面図を示し、図4(b)に、腰部下部ブロック20の斜視図を示す。図4(b)は、腰部下部ブロック20を斜め下方から見た図である。図4(a)、(b)には、外殻部11(図1)が取り外されている状態について示されている。腰部8についての位置設定が行われる際には、外殻部11が取り外される。
人型ロボット1側の腰部下部ブロック20には、基本姿勢設定装置100によって人型ロボット1の基本姿勢の設定が行われる際に、基本姿勢設定装置100の腰部当接部111と当接するロボット側腰部当接部21が設けられている。
本実施形態では、基本姿勢設定装置100側の腰部当接部111が水平面に対し垂直な面であるので、腰部当接部111に対応するロボット側腰部当接部21についても、基本姿勢の設定が行われる際に、水平面に対し垂直な面となるように形成されている。
ロボット側腰部当接部21には、ネジ穴22が設けられている。本実施形態では、ロボット側腰部当接部21に6つのネジ穴22が設けられている。また、ロボット側腰部当接部21における6つのネジ穴22が設けられた領域の内部に、基本姿勢設定装置100の腰部当接部111と当接させる際の位置決めの基準となる穴23が設けられている。本実施形態では、2つの位置決め用の穴23が設けられている。
基本姿勢設定装置100側の腰部当接部111に設けられた位置決め用の穴114と、人型ロボット1側のロボット側腰部当接部21に設けられた位置決め用の穴23とは、互いに対応する位置に形成されている。腰部当接部111に設けられた位置決め用の穴114と、ロボット側腰部当接部21に設けられた位置決め用の穴23との両方に挿入される位置に、位置決め用のピン115が配置される(図3(b))。位置決め用のピン115が、腰部当接部111に設けられた位置決め用の穴114と、ロボット側腰部当接部21に設けられた位置決め用の穴23との両方に挿入されることによって、腰部当接部111と、ロボット側腰部当接部21との間が、精度良く位置決めされる。
次に、人型ロボット1における基本姿勢の設定について説明する。
図5(a)に人型ロボット1が基本姿勢設定装置100に取り付けられた状態の人型ロボット1及び基本姿勢設定装置100についての正面図を示し、図5(b)に人型ロボット1及び基本姿勢設定装置100についての側面図を示し、図5(c)に人型ロボット1及び基本姿勢設定装置100についての斜視図を示す。
人型ロボット1の基本姿勢の設定を行う際には、基本姿勢設定装置100に人型ロボット1が取り付けられる。基本姿勢設定装置100に人型ロボット1を取り付ける際には、人型ロボット1側のロボット側腰部当接部21を、基本姿勢設定装置100側の腰部当接部111に当接させる。その際、位置決め用のピン115を、ロボット側腰部当接部21に設けられた位置決め用の穴23と、腰部当接部111に設けられた位置決め用の穴114との両方に挿入されるように、ロボット側腰部当接部21と腰部当接部111との間に配置する。これにより、ロボット側腰部当接部21と、腰部当接部111との間の位置決めが行われる。
ロボット側腰部当接部21と腰部当接部111との間の位置決めが行われた状態で、ロボット側腰部当接部21が腰部当接部111に当接すると、そこでネジ113による締結が行われる。これにより、人型ロボット1のロボット側腰部当接部21による、基本姿勢設定装置100側の腰部当接部111への取り付けが行われる(S1)。このようにして、人型ロボット1における腰部8の前側の位置を腰部位置決定部110における腰部当接部111に当接させて腰部8の位置の設定が行われる(腰部位置決め工程)。
また、基本姿勢設定装置100に人型ロボット1を取り付ける際には、人型ロボット1の足部10を、基本姿勢設定装置100における足部位置決定部120上の所定の位置に配置させる。本実施形態では、足部10を、基本姿勢設定装置100における足部位置決定部120上の足部当接部121に配置させる。足部当接部121は水平面となるように形成されているので、足部当接部121上に足部10を配置することにより、足部10の基本姿勢時の足部10の位置が設定される。
本実施形態では、足部10を足部位置決定部120上に配置させる際には、足部10から足先部16が取り外される。足先部16の取り外された円筒状の足部10が、足部位置決定部120における凹部123の内側に配置される。足部10が凹部123の内側に挿入され、足部10の先端部が凹部123の内側における底面の足部当接部121に当接する。足部10が足部当接部121に当接することにより、足部10が基本姿勢時の位置に配置される(S2)。その位置で、基本姿勢時の足部10の位置決めが行われる。このとき、腰部位置決め工程で位置決めの行われた腰部8の位置に対し、足部10の位置についての位置決めが行われる。
このようにして、足部10を、足部位置決定部120の所定の位置に当接させて、位置決めの行われている腰部8の位置に対し、足部10の位置についての位置決めが行われる(足部位置決め工程)。
図5(a)〜(c)に示されるように、人型ロボット1が基本姿勢設定装置100に取り付けられると、人型ロボット1による基本姿勢時の腰部8の位置と足部10の位置が設定される。
本実施形態では、脚部5は、6自由度を有するように構成されている。従って、腰部8についての位置と足部10についての位置が設定されることにより、腰部8から足部10にかけての、脚部5についての位置決めを行うことができる。
また、人型ロボット1における腰部8を基本姿勢設定装置100に当接させ、腰部8の位置が直接的に位置決めされるので、腰部8の位置を精度良く位置決めすることができる。
本実施形態では、人型ロボット1の姿勢を制御する際に、腰部8の位置が基準とされる。例えば、腰部8の位置についての位置決めが行われ、腰部8の位置を基準として周囲の部材についての位置決めが行われる。基本姿勢時における腰部8の位置を正確に設定することができるので、その後の周囲の部材の位置を正確に位置決めすることができる。
人型ロボット1の腰部8の前側の位置を腰部位置決定部110の腰部当接部111に当接させ、足部10を足部位置決定部120の足部当接部121に当接させると、このときの人型ロボット1の姿勢を、人型ロボット1の基本姿勢として設定する(S3)。このようにして、人型ロボット1の基本姿勢が設定される。
本実施形態では、特に、腰部8における前側の位置を、基本姿勢設定装置100の腰部当接部111に当接させることにより、腰部8の基本姿勢時の位置決めが行われる。すなわち、腰部8における、人間でいうところの骨盤の前側の位置を、基本姿勢設定装置100の腰部当接部111に当接させることにより、腰部8の基本姿勢時の位置決めが行われる。従って、腰部8における後側下部と基本姿勢設定装置100との間の接触が抑えられる。
本実施形態では、腰部8における後側下部には、ケーブル7から人型ロボット1の内部に延びた配線が配置されている。
仮に、腰部8における下部の位置が基本姿勢設定装置100と接触して基本姿勢時の腰部8の位置決めが行われる場合には、基本姿勢時の腰部8の位置決めが行われるごとに腰部8における下部の位置と基本姿勢設定装置100とが繰り返し接触することになる。そのため、腰部8における下部の位置と基本姿勢設定装置100とが繰り返し接触することにより配線が切れ、そこで断線が生じる可能性がある。
これに対し、本実施形態では、腰部8の前側の位置で基本姿勢設定装置100と当接することにより、腰部8における後側下部と基本姿勢設定装置100との間の接触が抑えられている。従って、基本姿勢における腰部8の位置決めの際に、腰部8に配置されている配線が基本姿勢設定装置100と接触することを抑えることができる。これにより、腰部8に配置された配線を断線から保護することができる。
また、本実施形態では、図5(b)に示されるように、腰部8の後側下部には、人型ロボット1が座る際に腰部8を保護するためのフレーム17が取り付けられる。腰部8の後側下部にフレーム17が取り付けられているので、腰部8の後側下部には基本姿勢設定装置100と当接させるためのスペースがない。また、フレーム17は、腰部8を保護するために取り付けられているので、他の部材と接触することを前提に取り付けられている。従って、フレーム17に位置ずれが生じる可能性が高く、基本姿勢設定装置100にフレーム17を当接させて基本姿勢時の腰部8の位置決めを行うことは難しい。
本実施形態では、人型ロボット1が腰部8の前側の位置で基本姿勢設定装置100と当接することにより基本姿勢時の腰部8の位置決めが行われるので、腰部8の後側下部にスペースが生じる。そのため、そこで生じたスペースに、人型ロボット1が座る際に腰部8を保護するためのフレーム17を取り付けることができる。
フレーム17が取り付けられた状態で基本姿勢時の腰部8の位置決めを行うことができるので、腰部8の位置決めが正確に行われながら、人型ロボット1が座る際には腰部8を確実に保護することができる。
また、本実施形態では、基本姿勢設定装置100側の腰部位置決定部110における腰部当接部111が、水平面に対し垂直な面であるので、腰部当接部111が人型ロボット1の前後方向に薄い形状を有することができる。基本姿勢設定装置100における腰部当接部111が、人型ロボット1の前後方向に薄い形状を有しているので、基本姿勢設定装置100を前後方向に対し小型化することができる。さらに本実施形態では、腰部当接部111が板状に形成されているので、さらに基本姿勢設定装置100を前後方向に対し小型化することができる。
また、本実施形態では、足部10と当接する足部当接部が水平面となるように形成されている。足部10と当接する足部当接部121が水平面となるように形成されているので、足部10が安定した状態で、足部10を足部当接部121に当接させることができる。従って、足部10が安定した状態で、足部10の位置決めを行うことができる。
また、足部位置決定部120は、板状の足部位置決定板122に設けられている。足部位置決定部120の設けられた足部位置決定板122が板状の形状を有しているので、鉛直方向について足部位置決定部120を小型化させることができる。
また、腰部位置決定部110は、足部位置決定板122から鉛直方向上方に延びた柱状部材130の上側の先端部に設けられている。腰部位置決定部110が柱状部材130の先端部に設けられているので、鉛直方向について基本姿勢設定装置100を小型化させることができる。
なお、上記実施形態では、基本姿勢設定装置100の腰部位置決定部110が人型ロボット1の腰部8に当接して腰部8の位置決めを行い、足部位置決定部120が人型ロボット1の足部10に当接して足部10の位置決めを行う形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。腰部8の位置決めと、足部10の位置決めに追加して、他の部材についても基本姿勢設定装置100が位置決めを行うようにしてもよい。
また、上記実施形態では、基本姿勢設定装置100の腰部位置決定部110における腰部8の前側の位置と当接する腰部当接部111が、水平面に対し垂直な面である形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。人型ロボット1の腰部8の前側及び基本姿勢設定装置100の腰部当接部111は、水平面に対し垂直な面でなくてもよい。それぞれが対応する形状を有し、腰部8が腰部当接部111に当接して腰部8の位置の設定を行うことができるのであれば、腰部8及び腰部当接部111は、他の形状を有していてもよい。
また、上記実施形態では、基本姿勢設定装置100の足部位置決定部120における足部10と当接する足部当接部121が水平面である形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。人型ロボット1の足部10及び基本姿勢設定装置100の足部当接部121は、水平面でなくてもよい。それぞれが対応する形状を有し、足部10が足部当接部121に当接して足部10の位置決めを行うことができるのであれば、足部10及び足部当接部121は、他の形状を有していてもよい。
また、上記実施形態では、基本姿勢設定装置100の足部位置決定部120が板状の足部位置決定板122に設けられ、腰部位置決定部110が足部位置決定板122から鉛直方向上方に延びた柱状部材130の上側の先端部に設けられている形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。腰部位置決定部110が腰部8に当接して腰部8の位置決めを行い、足部位置決定部120が足部10に当接して足部10の位置決めを行うことができるのであれば、基本姿勢設定装置100は、他の構成を有していてもよい。