WO2016143581A1 - 球乗りロボット - Google Patents

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WO2016143581A1
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Inventor
辻滋
北河満
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株式会社村田製作所
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
    • G05D1/0891—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for land vehicles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H11/00—Self-movable toy figures
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H33/00—Other toys
    • A63H33/005—Motorised rolling toys
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C9/00—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
    • G01C9/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/003—Couplings; Details of shafts

Definitions

  • the present invention relates to a ball riding robot, and more particularly, to a ball riding robot capable of maintaining a predetermined posture while maintaining a balance when rotating around a vertical axis.
  • Some ball riding robots are configured to maintain a predetermined posture while maintaining a balance on a single sphere.
  • the robot can move by rolling the sphere or center on a vertical axis that passes through the center of the sphere. Some of them are configured to be able to rotate.
  • Patent Document 1 discloses a ball riding robot 101 as shown in FIG. 5 as an example of such a ball riding robot.
  • a ball riding robot 101 disclosed in Patent Document 1 includes a sphere 110 and a robot main body 120 disposed on the sphere 110.
  • the robot body 120 includes a plurality of drive mechanisms 121 for rolling the sphere 110 and an attitude control actuator 124 for controlling the attitude of the robot body 120.
  • An attitude detection sensor 126 that detects the attitude of the robot body 120 is attached to the inside of the robot body.
  • the robot body 120 on the sphere 110 can be moved to a desired position together with the sphere 110 by driving the plurality of driving mechanisms 121 to roll the sphere 110.
  • the center of gravity is changed by moving the weight disposed on the upper part of the robot body 120 in the horizontal direction by using the posture control actuator 124, and the ball riding robot 101 is moved in a predetermined direction. It is configured to be able to perform posture control by tilting it.
  • the robot body is basically placed on the sphere in such a manner that its center of gravity is located on the vertical axis passing through the center of the sphere, without causing a fall or a fall, It is configured to be able to move with the sphere or rotate on the sphere.
  • the robot body is equipped with decorative members, posture detection sensors, batteries, control devices, etc., it is difficult to position the center of gravity of the robot body on its axis when designing the robot. . Therefore, when the robot body is placed on the sphere in such a manner that the center of gravity is located on the vertical axis, the position and orientation of the posture detection sensor disposed on the robot body is the designed position and orientation ( For example, it is unavoidable to deviate to some extent from a position and orientation that is rotationally symmetric with respect to the axis of the robot body as a rotation axis.
  • the robot body is rotated around the vertical axis passing through the center of the sphere where the center of gravity of the robot body is located (in the yaw direction).
  • the posture detection sensor picks up components in other directions (for example, components in the roll direction) that are generated due to rotation in the yaw direction, and the posture of the robot body cannot be detected accurately. There is a problem that it is difficult to accurately control the.
  • the present invention solves the above-described problems, and accurately controls the posture when a robot body that is on a sphere is rotated (rotated in the yaw direction) about a vertical axis on which the center of gravity is located.
  • An object of the present invention is to provide a ball-carrying robot that can be used.
  • the ball riding robot of the present invention is A sphere
  • a ball riding robot comprising: a robot body configured to roll the sphere and move with the sphere while riding on the sphere;
  • the robot body is A drive mechanism for rotating itself on the sphere in the yaw direction;
  • a yaw direction angular velocity sensor for detecting an angular velocity in the yaw direction of the robot body;
  • a roll direction angular velocity sensor for detecting an angular velocity in the roll direction of the robot body,
  • the robot body is positioned on the sphere in such a posture that the center of gravity of the robot body coincides with the vertical axis passing through the center of the sphere, and the base axis of the roll direction angular velocity sensor is inclined with respect to the horizontal in the pitch direction.
  • the robot main body is configured to be able to rotate while maintaining a predetermined posture.
  • the robot body includes a pitch direction angular velocity sensor that detects an angular velocity in the pitch direction, and based on the angular velocity detected by the pitch direction angular velocity sensor, the roll direction angular velocity sensor It is preferable that an angle at which the base axis is inclined with respect to the horizontal is obtained, and an error in angular velocity in the roll direction is obtained based on the angle.
  • the robot body is equipped with a pitch direction angular velocity sensor that detects the angular velocity in the pitch direction, and based on the angular velocity detected by the pitch direction angular velocity sensor, obtains the angle at which the base axis of the roll direction angular velocity sensor is inclined with respect to the horizontal, Since it is configured to obtain the error of the angular velocity in the roll direction based on the angle, it is possible to provide a ball riding robot that can rotate more stably in the yaw direction.
  • the robot body is positioned on the sphere in such a posture that the center of gravity of the robot body coincides with the vertical axis passing through the center of the sphere, and the base axis of the roll direction angular velocity sensor is horizontally in the pitch direction.
  • the robot body is rotated in the yaw direction centered on the vertical axis while tilting relative to the vertical axis, correction is made to cancel the detection error of the angular velocity in the roll direction that occurs based on the tilt of the base axis of the roll direction angular velocity sensor. Since this is done, it is possible to accurately control the posture when rotating around the vertical axis (rotating in the yaw direction), and the robot body can be stably rotated in a predetermined posture Can provide a simple ball riding robot.
  • the front of the ball riding robot is the robot design and display method.
  • Etc. can be arbitrarily determined. That is, in the present invention, which direction of the ball riding robot is the front direction can be arbitrarily determined. For example, the same effect can be obtained even if the roll direction and the pitch direction are replaced with each other. be able to.
  • the ball riding robot 1 rolls the sphere 10 while being on the sphere 10 and can move together with the sphere 10.
  • a robot body 20 configured as described above.
  • the ball riding robot 1 is remotely operated by a control device (not shown) such as a computer, moves on the stage 5 by rolling the sphere 10, and is centered on a vertical axis v 1 passing through the center of the sphere 10. It is configured to be able to rotate in the yaw direction.
  • a control device such as a computer
  • Sphere 10 of ball riding robot 1 is a spherical rigid body made of a resin material.
  • the sphere 10 may be made of a metal material, or may be formed by coating the metal material with a resin material.
  • it is desirable that the surface of the robot body 20 has an appropriate frictional resistance so that the robot body 20 does not slide down and the driving force from the following omni wheels 21a to 23a is sufficiently transmitted.
  • the robot body 20 includes three drive mechanisms 21, 22, and 23 for rotating on the sphere 10 in the yaw direction.
  • the robot body 20 includes a pitch direction angular velocity sensor 25 that detects an angular velocity in the pitch direction, a roll direction angular velocity sensor 26 that detects an angular velocity in the roll direction, and a yaw direction angular velocity sensor 27 that detects an angular velocity in the yaw direction.
  • the robot body 20 incorporates a control unit 30 (see FIG. 4) that performs arithmetic processing on input signals from these angular velocity sensors 25 to 27 and outputs drive commands to the respective drive mechanisms 21 to 23.
  • the drive mechanisms 21 to 23 are omni wheels 21a, 22a, and 23a for enabling the robot body 20 to move in all directions, and geared servo motors 21b and 22b that rotate the omni wheels 21a to 23a, respectively. 23b.
  • the drive mechanisms 21 to 23 are arranged on the sphere 10 so that the axial centers of the drive mechanisms 21 to 23 branch in a trifurcated manner with respect to the vertical direction V, and the outer peripheral surfaces of the omni wheels 21a to 23a are in contact with the surface of the sphere 10. It is installed.
  • the robot body 20 can move in any direction together with the sphere 10, and the robot body 20 can rotate in the yaw direction on the sphere 10. It is configured as follows. When the robot body 20 rotates, the sphere 10 may stop or may rotate slightly in the reverse direction.
  • the ball riding robot 1 of this embodiment is configured such that the horizontal position on the stage 5 can be controlled by control means not shown in FIG.
  • the robot body 20 includes a circuit board 28 that functions as the control unit 30.
  • the pitch direction angular velocity sensor 25 and the roll direction angular velocity sensor 26 described above are mounted on the circuit board 28.
  • the yaw direction angular velocity sensor 27 is disposed inside the cover 29 of the robot body 20 so that its base axis is parallel to the vertical direction V.
  • the ball riding robot 1 of this embodiment includes the drive mechanisms 21 to 23, the pitch direction angular velocity sensor 25, the roll direction angular velocity sensor 26, the yaw direction angular velocity sensor 27, and the like.
  • the axis T of the robot body 20 and the vertical axis v1 coincide with each other as shown in FIG.
  • the axis T and the vertical axis v1 have a predetermined angle ( ⁇ p in this embodiment)
  • the main surface of the circuit board 28 is a predetermined angle with respect to the horizontal in the pitch direction (in this embodiment).
  • ⁇ p Inclined state.
  • the base axis Y1 of the roll direction angular velocity sensor 26 is also in a state of being inclined at a predetermined angle ( ⁇ p in this embodiment) with respect to the horizontal in the pitch direction.
  • the angular velocity in the roll direction detected by the roll direction angular velocity sensor 26 is An error generated based on the inclination of the base axis Y1 of the roll direction angular velocity sensor 26 is included. That is, a component in the roll direction generated due to the rotation in the yaw direction is picked up, and this becomes an error included in the detected value of the angular velocity in the roll direction.
  • the ball riding robot 1 has a roll generated based on the inclination of the base axis Y1 of the roll direction angular velocity sensor 26 when the robot body 20 is rotated around the vertical axis v1 in the above-described state.
  • the correction is made to cancel the detection error of the angular velocity in the direction.
  • the angular velocity in the roll direction after performing the above-described correction is based on the following (formula 1) when the inclination angle of the base axis Y1 of the roll direction angular velocity sensor 26 with respect to the horizontal is ⁇ p. Is calculated.
  • ⁇ r1 ( ⁇ r ⁇ y ⁇ sin ⁇ p ) (Expression 1) ⁇ r1 : Angular velocity in the roll direction after correction ⁇ r : Angular velocity in the roll direction before correction (angular velocity detected by the roll direction angular velocity sensor) ⁇ y : Angular velocity in the yaw direction ⁇ p : Inclination angle in the pitch direction (inclination angle of the basic axis of the roll direction angular velocity sensor with respect to the horizontal)
  • the angular velocity ( ⁇ y ⁇ sin ⁇ p ) generated in the roll direction is obtained as an error component corresponding to the angular velocity ⁇ y generated in the yaw direction. (See FIG. 3).
  • the angular velocity ( ⁇ y ⁇ sin ⁇ p ) is obtained as an error component from the angular velocity (before correction) ⁇ r detected by the roll direction angular velocity sensor 26 as an error component from the angular velocity (before correction) ⁇ r detected by the roll direction angular velocity sensor 26, the angular velocity ⁇ r1 in the roll direction after correction is obtained. Is required.
  • the angular velocity ⁇ y generated in the yaw direction can be detected by the yaw direction angular velocity sensor 27 described above.
  • the ball riding robot 1 uses the corrected angular velocity ⁇ r1 in the roll direction obtained as described above, and the robot body 20 on the sphere 10 rotates in the yaw direction.
  • the robot body 20 can be stably rotated in the yaw direction by controlling the tilt in the roll direction.
  • the roll direction inclination ⁇ r (not shown) of the robot body 20 is calculated by integrating the corrected angular velocity ⁇ r1 in the roll direction with time t.
  • the robot body 20 can be stably rotated in the yaw direction by controlling the inclination ⁇ r in the roll direction to approach a target value (for example, the inclination is 0). .
  • the pitch direction inclination angle ⁇ p in (Equation 1) of the above embodiment is such that, as shown in FIG.
  • An angle ⁇ p (fixed value) formed by the axis T of the robot body 20 and the vertical axis v1 in a riding state may be used, and an actual inclination angle ⁇ p calculated from the angular velocity detected by the pitch direction angular velocity sensor 25 may be used. It is also possible to use (variation value).
  • the present invention can also be applied when rotating in the yaw direction while moving at a constant speed.

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Abstract

　球体上に乗ったロボット本体を、その重心が位置する鉛直軸を中心に回転（ヨー方向に回転）させる場合に、精度よく姿勢を制御することが可能な球乗りロボットを提供する。　ロボット本体２０の重心Ｇが球体の中心１０ａを通る鉛直軸ｖ１と一致するような姿勢でロボット本体２０が球体１０上に位置し、ロール方向角速度センサ２６の基軸Ｙ１が、ピッチ方向に、水平に対して傾斜した状態（傾斜角度θp）で、ロボット本体２０を、鉛直軸ｖ１を中心とするヨー方向に回転させた場合において、ロール方向角速度センサ２６の基軸Ｙ１の傾斜に基づいて生じる、ロール方向の角速度の検出誤差を打ち消す補正を行うことにより、ロボット本体２０が所定の姿勢を保ちつつ回転することができるように構成する。

Description

球乗りロボット
　本発明は、球乗りロボットに関し、詳しくは、鉛直軸を中心に回転する場合にバランスをとりながら所定の姿勢を保つことのできる球乗りロボットに関する。
　球乗りロボットには、１つの球体上でバランスをとりながら所定の姿勢を保つことができるように構成されたものがあり、球体を転動させて移動したり、球体中心を通る鉛直軸を中心に回転したりすることができるように構成されたものがある。
　そして、特許文献１には、そのような球乗りロボットの一例として、図５に示すような球乗りロボット１０１が開示されている。
　特許文献１に開示されている球乗りロボット１０１は、球体１１０と、球体１１０上に配設されたロボット本体１２０とを備えている。
　ロボット本体１２０は、球体１１０を転動させるための複数の駆動機構１２１と、ロボット本体１２０の姿勢を制御する姿勢制御用アクチュエータ１２４を備えている。また、ロボット本体の内部には、ロボット本体１２０の姿勢を検出する姿勢検知センサ１２６が取り付けられている。
　そして、複数の駆動機構１２１を駆動して球体１１０を転がすことで、球体１１０に乗ったロボット本体１２０が、球体１１０とともに所望の位置まで移動することができるように構成されている。
　また、この球乗りロボット１０１においては、姿勢制御用アクチュエータ１２４を用いて、ロボット本体１２０の上部に配設された重りを水平方向に移動させることで重心を変え、球乗りロボット１０１を所定の方向に傾けて姿勢制御を行うことができるように構成されている。
特開２００５－３４２８１８号公報
　ところで、球乗りロボットにおいて、ロボット本体は、基本的に、その重心が球体の中心を通る鉛直軸上に位置するような態様で球体上に乗せられることにより、転倒や落下などを招くことなく、球体とともに移動したり、球体の上で回転したりすることができるように構成されている。
　一方、ロボット本体には、装飾部材や、姿勢検知センサ、バッテリー、制御機器などを備えていることから、ロボットを設計するにあたり、ロボット本体の重心を、その軸線上に位置させることは困難である。
　したがって、ロボット本体を、その重心が上記鉛直軸上に位置するような態様で球体上に乗せた場合、ロボット本体に配設された姿勢検知センサの位置や向きなどは、設計した位置や向き（例えば、ロボット本体の軸線を回転軸として回転対称になるような位置や向き）からある程度ずれてしまうことは避けがたいのが実情である。
　そして、姿勢検知センサの位置や向きなどが意図する位置や向きからずれた状態で、ロボット本体を、例えば、ロボット本体の重心が位置する、球体の中心を通る鉛直軸廻りに回転（ヨー方向に回転）させた場合、姿勢検知センサが、ヨー方向の回転に起因して発生する他の方向の成分（例えばロール方向の成分）を拾ってしまい、正確な姿勢検知ができず、ロボット本体の姿勢を精度よく制御することが困難になるという問題点がある。
　本発明は、上記課題を解決するものであり、球体上に乗ったロボット本体を、その重心が位置する鉛直軸を中心に回転（ヨー方向に回転）させた場合に、精度よく姿勢を制御することが可能な球乗りロボットを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明の球乗りロボットは、
　球体と、
　前記球体上に乗った状態で、前記球体を転動させ、前記球体とともに移動することができるように構成されたロボット本体と
　を備えた球乗りロボットであって、
　前記ロボット本体が、
　前記球体上を自身がヨー方向に回転するための駆動機構と、
　前記ロボット本体のヨー方向の角速度を検出するヨー方向角速度センサと、
　前記ロボット本体のロール方向の角速度を検出するロール方向角速度センサと
　を有し、
　前記ロボット本体の重心が前記球体の中心を通る鉛直軸と一致するような姿勢で前記ロボット本体が前記球体上に位置し、前記ロール方向角速度センサの基軸が、ピッチ方向に、水平に対して傾斜した状態で、前記ロボット本体を、前記鉛直軸を中心とするヨー方向に回転させた場合において、前記ロール方向角速度センサの前記基軸の前記傾斜に基づいて生じる、ロール方向の角速度の検出誤差を打ち消す補正を行うことにより、前記ロボット本体が所定の姿勢を保ちつつ回転することができるように構成されていることを特徴としている。
　また、本発明の球乗りロボットは、前記ロボット本体が、ピッチ方向の角速度を検出するピッチ方向角速度センサを備え、前記ピッチ方向角速度センサで検出した角速度をもとに、前記ロール方向角速度センサの前記基軸が水平に対して傾斜している角度を求め、前記角度に基づいて、前記ロール方向の角速度の誤差を求めるように構成されていることが好ましい。
　ロボット本体が、ピッチ方向の角速度を検出するピッチ方向角速度センサを備え、ピッチ方向角速度センサで検出した角速度をもとに、ロール方向角速度センサの基軸が水平に対して傾斜している角度を求め、前記角度に基づいて、ロール方向の角速度の誤差を求めるように構成されているので、より安定してヨー方向に回転することが可能な球乗りロボットを提供することができる。
　本発明の球乗りロボットは、ロボット本体の重心が球体の中心を通る鉛直軸と一致するような姿勢でロボット本体が球体上に位置し、ロール方向角速度センサの基軸が、ピッチ方向に、水平に対して傾斜した状態で、ロボット本体を、鉛直軸を中心とするヨー方向に回転させた場合において、ロール方向角速度センサの基軸の傾斜に基づいて生じる、ロール方向の角速度の検出誤差を打ち消す補正を行うようにしているので、鉛直軸を中心に回転（ヨー方向に回転）する場合に、精度よく姿勢を制御することが可能で、ロボット本体を、所定の姿勢で安定して回転させることが可能な球乗りロボットを提供することができる。
　なお、本発明では、球乗りロボットが正面を向いた場合の、前後に傾く方向をピッチ方向、左右に傾く方向をロール方向としているが、球乗りロボットの正面は、ロボットの意匠や展示の方法などより任意に決められることができる。すなわち、本発明において、球乗りロボットのどの向きを正面とするかは、任意に決めることのできる事項であり、例えば、ロール方向とピッチ方向を互いに置き換えて構成しても、同様の効果を得ることができる。
本発明の実施形態にかかる球乗りロボットの概略を示した斜視図である。 本発明の実施形態にかかる球乗りロボットの側面図であり、ロボット本体の重心が球体中心を通る鉛直軸に一致している状態を示す図である。 図２に示したロボット本体をヨー方向に回転させた場合に発生するヨー方向の角速度と、誤差成分としてロール方向に発生する角速度を示す図である。 本発明の実施形態にかかる球乗りロボットの制御入出力図である。 従来の球乗りロボットを示す図である。
　次に、本発明の実施形態を示して本発明をさらに詳しく説明する。
　本発明の実施形態にかかる球乗りロボット１は、図１に示すように、１つの球体１０と、球体１０上に乗った状態で球体１０を転動させ、球体１０とともに移動することができるように構成されたロボット本体２０とを備えている。
　球乗りロボット１は、コンピュータなどの制御装置（図示せず）により遠隔操作され、球体１０を転動させることでステージ５上を移動し、また、球体１０の中心を通る鉛直軸ｖ１を中心としてヨー方向に回転することができるように構成されている。
　なお、この実施形態では、球乗りロボット１を、ステージ５上の同一位置で、鉛直軸ｖ１を中心としてヨー方向に回転させる場合を中心に説明を行う。
　球乗りロボット１の球体１０は、樹脂材料からなる球形の剛体である。球体１０は、金属材料から構成されていてもよく、また、金属材料を樹脂材料で被覆することにより形成されたものであってもよい。ただし、ロボット本体２０が滑り落ちたりせず、また、下記のオムニホイール２１ａ～２３ａからの駆動力が十分に伝わるように、表面は適切な摩擦抵抗を有するものであることが望ましい。
　ロボット本体２０は、球体１０上を自身がヨー方向に回転するための３つの駆動機構２１，２２，２３を備えている。
　また、ロボット本体２０は、ピッチ方向の角速度を検出するピッチ方向角速度センサ２５と、ロール方向の角速度を検出するロール方向角速度センサ２６と、ヨー方向の角速度を検出するヨー方向角速度センサ２７とを備えている。
　ロボット本体２０には、これらの角速度センサ２５～２７からの入力信号を演算処理し、それぞれの駆動機構２１～２３へ駆動指令を出力する制御部３０（図４参照）が内蔵されている。
　駆動機構２１～２３は、ロボット本体２０を全方位に移動可能とするためのオムニホイール（ｏｍｎｉ　ｗｈｅｅｌ）２１ａ，２２ａ，２３ａと、オムニホイール２１ａ～２３ａをそれぞれ回転させるギア付きサーボモータ２１ｂ，２２ｂ，２３ｂを備えている。駆動機構２１～２３は、その軸心が鉛直方向Ｖに対して三叉状に分岐するように配設され、オムニホイール２１ａ～２３ａの外周面が球体１０の表面に接するように球体１０上に配設されている。
　この駆動機構２１～２３を駆動させることにより、ロボット本体２０が、球体１０とともに任意の方向に移動することが可能で、かつ、ロボット本体２０が球体１０上において、ヨー方向に回転することができるように構成されている。なお、ロボット本体２０が回転する際に、球体１０は停止していてもよいし、逆方向に少し回転していてもよい。
　また、この実施形態の球乗りロボット１においては、そのステージ５上の水平方向の位置を、図１には示していない制御手段により制御することができるように構成されている。
　また、ロボット本体２０は、制御部３０として機能する回路基板２８を有しており、上述したピッチ方向角速度センサ２５とロール方向角速度センサ２６は、回路基板２８に実装されている。また、ヨー方向角速度センサ２７は、その基軸が鉛直方向Ｖと平行になるように、ロボット本体２０のカバー２９の内側に配設されている。
　この実施形態の球乗りロボット１は、上述のように、駆動機構２１～２３や、ピッチ方向角速度センサ２５、ロール方向角速度センサ２６、ヨー方向角速度センサ２７などを備えており、ロボット本体２０は、その重心Ｇが球体１０の中心を通る鉛直軸ｖ１上に位置するように球体１０上に乗った状態においては、図２に示すように、ロボット本体２０の軸線Ｔと鉛直軸ｖ１とが一致せず、軸線Ｔと鉛直軸ｖ１とは所定の角度（この実施形態ではθp）を有しており、回路基板２８の主面はピッチ方向に、水平に対して所定の角度（この実施形態ではθp）傾斜した状態となる。
　その結果、ロール方向角速度センサ２６の基軸Ｙ１も、ピッチ方向に、水平に対して所定の角度（この実施形態ではθp）傾斜した状態となる。
　そのため、例えば、ロボット本体２０を、その重心Ｇが位置する球体１０の中心を通る鉛直軸ｖ１を中心に、ヨー方向に回転させると、ロール方向角速度センサ２６により検出されるロール方向の角速度には、ロール方向角速度センサ２６の基軸Ｙ１の傾斜に基づいて生じる誤差が含まれることになる。すなわち、ヨー方向の回転に起因して発生するロール方向の成分を拾ってしまい、それが、ロール方向の角速度の検出値に含まれる誤差となる。
　そのため、この実施形態にかかる球乗りロボット１は、上述の状態で、ロボット本体２０を鉛直軸ｖ１を中心に回転させた場合において、ロール方向角速度センサ２６の基軸Ｙ１の傾斜に基づいて生じる、ロール方向の角速度の検出誤差を打ち消す補正を行うように構成されている。
　具体的には、上述の補正を行った後の、ロール方向の角速度は、ロール方向角速度センサ２６の基軸Ｙ１の水平に対する傾斜角度がθpである場合に、以下に示す（式１）に基づいて計算される。
　ωr1 ＝（ωr－ωy・ｓｉｎθp ）・・・（式１）
　　　ωr1：補正後のロール方向の角速度
　　　ωr ：補正前のロール方向の角速度（ロール方向角速度センサで検出する角速度）
　　　ωy ：ヨー方向の角速度
　　　θp ：ピッチ方向の傾斜角度（ロール方向角速度センサの基軸の、水平に対する傾斜角度）
　すなわち、球乗りロボット１は、ロボット本体２０をヨー方向に回転させる場合に、ヨー方向に発生する角速度ωyに対応して誤差成分としてロール方向に発生する角速度（ωy・ｓｉｎθp）を求め（図３参照）、ロール方向角速度センサ２６にて検出した角速度（補正前）ωrから誤差成分としての角速度（ωy・ｓｉｎθp）を減算することで、補正後のロール方向の角速度ωr1が求められる。
　なお、ヨー方向に発生する角速度ωyは、上述したヨー方向角速度センサ２７で検出することができる。
　そして、この実施形態にかかる球乗りロボット１は、上述のようにして求めた、補正後のロール方向の角速度ωr1を用いて、球体１０上のロボット本体２０がヨー方向に回転する場合の、ロール方向の傾きを制御して、ロボット本体２０が安定してヨー方向に回転することができるように構成されている。
　具体的には、以下に示す（式２）に基づき、補正後のロール方向の角速度ωr1を時間ｔで積分することで、ロボット本体２０のロール方向の傾きθr（図示せず）を算出し、このロール方向の傾きθrが、目標値（例えば傾きが０）に近づくように制御されることにより、ロボット本体２０が安定してヨー方向に回転することができるように構成されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　なお、上記実施形態の（式１）におけるピッチ方向の傾斜角度θpとしては、図２に示すように、ロボット本体２０が、その重心Ｇが鉛直軸ｖ１上に位置するように球体１０上に乗った状態における、ロボット本体２０の軸線Ｔと鉛直軸ｖ１のなす角度θp（固定値）を用いてもよく、また、ピッチ方向角速度センサ２５で検出した角速度から算出した実際の傾斜角度θp（変動値）を用いることも可能である。
　また、上記実施形態では、球乗りロボット１を、ステージ５上の同一位置で、鉛直軸ｖ１を中心としてヨー方向に回転させる場合を中心に説明を行ったが、球乗りロボット１を水平方向に等速に移動させながらヨー方向に回転させる場合にも、本発明を適用することが可能である。
　本発明はさらにその他の点においても上記の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲内において種々の応用、変形を加えることが可能である。
　１　　　　　　　球乗りロボット
　５　　　　　　　ステージ
　１０　　　　　　球体
　１０ａ　　　　　球体の中心
　２０　　　　　　ロボット本体
　２１，２２，２３　駆動機構
　２１ａ，２２ａ，２３ａ　オムニホイール
　２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ　ギア付きサーボモータ
　２５　　　　　　ピッチ方向角速度センサ
　２６　　　　　　ロール方向角速度センサ
　２７　　　　　　ヨー方向角速度センサ
　２８　　　　　　回路基板
　２９　　　　　　カバー
　３０　　　　　　制御部
　Ｇ　　　　　　　ロボット本体の重心
　Ｈ　　　　　　　水平方向
　Ｔ　　　　　　　ロボット本体の軸線
　Ｖ　　　　　　　鉛直方向
　ｖ１　　　　　　球体の中心を通る鉛直軸（ヨー方向の基軸）
　Ｘ　　　　　　　ピッチ方向の基軸
　Ｙ　　　　　　　ロール方向の基軸
　Ｙ１　　　　　　ロール方向角速度センサの基軸
　ωy 　　　　　　ヨー方向の角速度
　ωy・ｓｉｎθp  誤差成分としてロール方向に発生する角速度
　θp 　　　　　　ピッチ方向の傾斜角度
　

Claims (2)

  1. 　球体と、
    　前記球体上に乗った状態で、前記球体を転動させ、前記球体とともに移動することができるように構成されたロボット本体と
    　を備えた球乗りロボットであって、
    　前記ロボット本体が、
    　前記球体上を自身がヨー方向に回転するための駆動機構と、
    　前記ロボット本体のヨー方向の角速度を検出するヨー方向角速度センサと、
    　前記ロボット本体のロール方向の角速度を検出するロール方向角速度センサと
    　を有し、
    　前記ロボット本体の重心が前記球体の中心を通る鉛直軸と一致するような姿勢で前記ロボット本体が前記球体上に位置し、前記ロール方向角速度センサの基軸が、ピッチ方向に、水平に対して傾斜した状態で、前記ロボット本体を、前記鉛直軸を中心とするヨー方向に回転させた場合において、前記ロール方向角速度センサの前記基軸の前記傾斜に基づいて生じる、ロール方向の角速度の検出誤差を打ち消す補正を行うことにより、前記ロボット本体が所定の姿勢を保ちつつ回転することができるように構成されていること
    　を特徴とする球乗りロボット。
  2. 　前記ロボット本体が、ピッチ方向の角速度を検出するピッチ方向角速度センサを備え、前記ピッチ方向角速度センサで検出した角速度をもとに、前記ロール方向角速度センサの前記基軸が水平に対して傾斜している角度を求め、前記角度に基づいて、前記ロール方向の角速度の誤差を求めるように構成されていること
    　を特徴とする請求項１記載の球乗りロボット。
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