JPWO2018181640A1 - ロボットの関節に好適なジョイント構造 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態におけるロボット100は、外部環境および内部状態に基づいて行動や仕草(ジェスチャー)を決定する自律行動型のロボットである。外部環境は、カメラやサーモセンサなど各種のセンサにより認識される。内部状態はロボット100の感情を表現するさまざまなパラメータとして定量化される。
図2に示すように、ロボット100のボディ104は、ベースフレーム308、本体フレーム310、一対のホイールカバー312および外皮314を含む。ベースフレーム308は、金属からなり、ボディ104の軸芯を構成するとともに内部機構を支持する。ベースフレーム308は、アッパープレート332とロアプレート334とを複数のサイドプレート336により上下に連結して構成される。複数のサイドプレート336間には通気が可能となるよう、十分な間隔が設けられている。ベースフレーム308の内方には、バッテリー118、制御回路342および各種アクチュエータ等が収容されている。
ロボットシステム300は、ロボット100、サーバ200および複数の外部センサ114を含む。家屋内にはあらかじめ複数の外部センサ114(外部センサ114a、114b、・・・、114n)が設置される。外部センサ114は、家屋の壁面に固定されてもよいし、床に載置されてもよい。サーバ200には、外部センサ114の位置座標が登録される。位置座標は、ロボット100の行動範囲として想定される家屋内においてx,y座標として定義される。
感情マップ116は、サーバ200に格納されるデータテーブルである。ロボット100は、感情マップ116にしたがって行動選択する。感情マップ116は、ロボット100の場所に対する好悪感情の大きさを示す。感情マップ116のx軸とy軸は、二次元空間座標を示す。z軸は、好悪感情の大きさを示す。z値が正値のときにはその場所に対する好感が高く、z値が負値のときにはその場所を嫌悪していることを示す。
ロボット100は、内部センサ128、通信機126、記憶装置124、プロセッサ122、駆動機構120およびバッテリー118を含む。駆動機構120は、上述した車輪駆動機構370を含む。プロセッサ122と記憶装置124は、制御回路342に含まれる。各ユニットは電源線130および信号線132により互いに接続される。バッテリー118は、電源線130を介して各ユニットに電力を供給する。各ユニットは信号線132により制御信号を送受する。バッテリー118は、リチウムイオン電池などの二次電池であり、ロボット100の動力源である。
上述のように、ロボットシステム300は、ロボット100、サーバ200および複数の外部センサ114を含む。ロボット100およびサーバ200の各構成要素は、CPU(Central Processing Unit)および各種コプロセッサなどの演算器、メモリやストレージといった記憶装置、それらを連結する有線または無線の通信線を含むハードウェアと、記憶装置に格納され、演算器に処理命令を供給するソフトウェアによって実現される。コンピュータプログラムは、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、それらの上位層に位置する各種アプリケーションプログラム、また、これらのプログラムに共通機能を提供するライブラリによって構成されてもよい。以下に説明する各ブロックは、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。ロボット100の機能の一部はサーバ200により実現されてもよいし、サーバ200の機能の一部または全部はロボット100により実現されてもよい。
サーバ200は、通信部204、データ処理部202およびデータ格納部206を含む。通信部204は、外部センサ114およびロボット100との通信処理を担当する。データ格納部206は各種データを格納する。データ処理部202は、通信部204により取得されたデータおよびデータ格納部206に格納されているデータに基づいて各種処理を実行する。データ処理部202は、通信部204およびデータ格納部206のインタフェースとしても機能する。
ロボット100は、内部センサ128、通信部142、データ処理部136、データ格納部148および駆動機構120を含む。内部センサ128は、各種センサの集合体である。内部センサ128は、マイクロフォンアレイ404、カメラ410、温度センサ406および形状測定センサ408を含む。
図8は、ツノ112の外観を表す斜視図である。図9は、ジョイント機構500を表す斜視図である。図9(a)はジョイント機構500の連結解除状態を斜め前方(図2におけるツノ112の下方)からみた図であり、図9(b)はジョイント機構500の同状態を斜め後方(図2におけるツノ112の上方)からみた図である。
図14は、変形例に係るジョイント構造を表す断面図である。図14(a)は第1変形例を示し、図14(b)は第2変形例を示す。
第1変形例では、「連結機構」および「付勢機構」として、ばね610(引きばね)が設けられている。ばね610の一端が第2軸618に固定され、他端が第2部材606の大径部564に固定されている。小径部562の後端近傍には、第2軸618の脱落を防止するための止輪666が設けられている。このような構成によれば、ばね610の仕様(荷重)を選択することにより、ツノを脱臼させるべき外力の大きさ(脱臼しやすい/し難い)を調整できる。
第3変形例では、第1変形例の構成に加え、第1部材704と第2部材706との嵌合状態をロック可能なロック機構710が設けられている。ロック機構710は、第1部材704と第2部材706とを締結可能なねじ712(ボルト)と、ねじ712を締結又は解除方向に駆動するモータ714を含む。制御部150が、モータ714を制御する。
第4変形例では、「連結機構」および「付勢機構」として、ベローズ810が設けられている。ベローズ810の一端が第1部材804に固定され、他端が第2部材806に固定されている。ベローズ810は、軸線方向の弾性力を有するため、第1部材804と第2部材806とを嵌合方向に付勢する「付勢機構」として機能する。本変形例では、第1軸および第2軸は設けられていない。第1部材804には、配線Lを挿通させるための挿通孔514が設けられている。
第5変形例では、上記実施形態のジョイント機構500を、ロボット900(ヒューマノイドロボット)の肩関節に適用している。ロボット900の肩部902が「第1部位」に該当し、腕部904が「第2部位」に該当する。第1部材504が肩部902を構成し、第2部材506が腕部904を構成している。なお、腕部904の詳細については説明を省略する。
Claims (13)
- ロボットの第1部位と第2部位との接続に用いられるジョイント構造であって、
前記第1部位に設けられる第1部材と、
前記第2部位に設けられ、前記第1部材と嵌合する嵌合面を有する第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材との嵌合状態が維持されるよう前記第1部材と前記第2部材との連結力を発揮させる連結機構と、
を備え、
前記連結機構は、前記嵌合状態からの前記第1部材と前記第2部材との相対変位が所定量を超えた場合に、前記嵌合状態を解除することを特徴とするジョイント構造。 - 前記連結機構は、前記第2部材を前記第1部材と嵌合する方向に付勢する付勢機構であることを特徴とする請求項1に記載のジョイント構造。
- 前記第1部材と前記第2部材との嵌合状態が解除されても、前記第1部材と前記第2部材との間に介在して両者をつなぐ接続部材を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のジョイント構造。
- 前記第1部材および前記第2部材の少なくとも一方の嵌合部に弾性部材が設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のジョイント構造。
- 前記第1部材に支持される第1軸と、
前記第1軸とジョイントを介して回動可能に連結される第2軸と、
をさらに備え、
前記第2部材が、前記第2軸に相対変位可能に支持され、
前記連結機構は、前記第2部材の前記第2軸に対する相対的な位置関係に応じて、前記第1部材と前記第2部材との嵌合状態を実現又は解除することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のジョイント構造。 - 前記第1軸および前記第2軸を貫通する貫通路が形成され、
前記貫通路に配線が挿通されることを特徴とする請求項5に記載のジョイント構造。 - 前記第1部材と前記第2部材との離脱を検出するセンサを備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のジョイント構造。
- 第1部材と、
前記第1部材に支持される第1軸と、
前記第1軸とジョイントを介して回動可能に連結される第2軸と、
前記第2軸に支持される第2部材と、
を備え、
前記第1軸および前記第2軸を貫通する貫通路が形成され、
前記貫通路に配線が挿通されることを特徴とするジョイント構造。 - 前記第1軸が、前記第1部材により自軸周りに回転可能に支持されていることを特徴とする請求項8に記載のジョイント構造。
- 前記第1軸の回転角度範囲を360度未満の所定角度範囲に制限する回転規制構造をさらに備えることを特徴とする請求項9に記載のジョイント構造。
- 前記第2部材にセンサモジュールが固定され、
前記配線が前記センサモジュールに接続されていることを特徴とする請求項8〜10のいずれかに記載のジョイント構造。 - 第1部位と第2部位とが接続されるロボットであって、
前記第1部位を構成する第1部材と、
前記第2部位を構成し、前記第1部材と嵌合する嵌合面を有する第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材との嵌合状態が維持されるよう前記第1部材と前記第2部材との連結力を発揮させる連結機構と、
を備え、
前記連結機構は、前記嵌合状態からの前記第1部材と前記第2部材との相対変位が所定量を超えた場合に、前記嵌合状態を解除することを特徴とするロボット。 - 第1部位と第2部位とが接続されるロボットであって、
前記第1部位を構成する第1部材と、
前記第1部材に支持される第1軸と、
前記第1軸とジョイントを介して回動可能に連結される第2軸と、
前記第2軸に支持され、前記第2部位を構成する第2部材と、
を備え、
前記第1軸および前記第2軸を貫通する貫通路が形成され、
前記貫通路に配線が挿通されることを特徴とするロボット。
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