| 【発明の名称】 |
マスター・スレーブ式遠隔操作型二足歩行ロボット |
| 【発明者】 |
【氏名】廣瀬 茂男
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| 【要約】 |
【課題】多くの人々がマスター・スレーブ方式で操作することにより「操作次第で歩行できる」とのロボットの「遊び」の要素を体験可能な遠隔操作型ロボットを提供すること。
【解決手段】操作者の身体に装着されるマスター操作装置１００により遠隔操作されるマスター・スレーブ式遠隔操作型二足歩行ロボット１０において、胴１２と、胴１２の上方部に回動自在に連結された一対の腕部１６ａ、１６ｂと、胴１２の下方部に連結された一対の脚部１８とを具備し、１８脚部の大腿部２２、下腿部２４、足部３０を駆動する駆動モータ４４、４６、４８を胴１２内部に配設した。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 操作者の身体に装着されるマスター操作装置により遠隔操作されるマスター・スレーブ式遠隔操作型二足歩行ロボットにおいて、胴と、前記胴の上方部に回動自在に連結された一対の腕部と、前記胴の下方部に連結された一対の脚部とを具備し、前記脚部は、前記胴の下方部において腰部回転軸を介して回動自在に連結された大腿部と、前記大腿部の下端部において膝部回転軸を介して回動自在に連結された下腿部と、前記下腿部の下端において足首回転軸を介して回動自在に連結された足部とを有しており、前記ロボットは、更に、前記腰部回転軸、膝部回転軸、足首回転軸の各々を独立に回転させる腰部駆動モータ、膝部駆動モータ、足首駆動モータを具備し、前記駆動モータの各々は前記胴内に配設されて、張力伝達部材を介して前記駆動モータの各々の回転動力を対応する前記回転軸に伝達するようになっているマスター・スレーブ式遠隔操作型二足歩行ロボット。
【請求項２】 前記足部は、前記ロボットを左右方向に容易に揺動させるようになっている請求項１に記載のマスター・スレーブ式遠隔操作型二足歩行ロボット。
【請求項３】 前記足部は、その底面に柔軟に変形する板状の部材を有しており、前記ロボットを左右方向に容易に揺動させるようになっている請求項１に記載のマスター・スレーブ式遠隔操作型二足歩行ロボット。
【請求項４】 前記足部は、その底面が下方に突出する湾曲面を有しており、前記ロボットを左右方向に容易に揺動させるようになっている請求項１に記載のマスター・スレーブ式遠隔操作型二足歩行ロボット。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はマスター・スレーブ式遠隔操作型二足歩行ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】これまで、多くの人々が身近なロボットとして感じることのできるヒューマノイドの研究も多方面で行われており、先行している各々の研究はこの分野に多大な成果を残している。また、近年、様々なロボットコンテストを初めとした多くの大会が催され、特にアミューズメントの分野において人々がロボットを接する機会が確実に増加している。アミューズメントロボットがより身近な存在になるにつれ、ロボットは「見て楽しむ」ものから「参加する」「体験する」ものになると考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、多くの人々がマスター・スレーブ方式で操作することにより「操作次第で歩行できる」とのロボットの「遊び」の要素を体験可能なマスター・スレーブ式遠隔操作型二足歩行ロボットを提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明は、操作者の身体に装着されるマスター操作装置により遠隔操作されるマスター・スレーブ式遠隔操作型二足歩行ロボットにおいて、胴と、前記胴の上方部に回動自在に連結された一対の腕部と、前記胴の下方部に連結された一対の脚部とを具備し、前記脚部は、前記胴の下方部において腰部回転軸を介して回動自在に連結された大腿部と、前記大腿部の下端部において膝部回転軸を介して回動自在に連結された下腿部と、前記下腿部の下端において足首回転軸を介して回動自在に連結された足部とを有しており、前記ロボットは、更に、前記腰部回転軸、膝部回転軸、足首回転軸の各々を独立に回転させる腰部駆動モータ、膝部駆動モータ、足首駆動モータを具備し、前記駆動モータの各々は前記胴内に配設されて、張力伝達部材を介して前記駆動モータの各々の回転動力を対応する前記回転軸に伝達するようになっているマスター・スレーブ式遠隔操作型二足歩行ロボットを要旨とする。本発明によれば、胴内に脚部の各関節を回転させる駆動モータを配設したために、脚部が軽量化され、かつ、関節の回転角度を大きくすることが可能となる。
【０００５】前記足部は、好ましくは、前記ロボットを左右方向に容易に揺動させるようになっている。これにより、操作者は容易にロボットを左右方向に揺動させ、ロボットの足部を床面から上方へ離反させることが可能となり、従って、ロボットは、その少ない自由度、簡単な制御装置により容易に足を前後に振り出すことが可能となり容易に歩行可能となる。このように、ロボットを左右方向に容易に揺動可能とするために、前記足部は、好ましくは、その底面に柔軟に変形する板状の部材を有し、または、その底面が下方に突出する湾曲面を有することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。なお、図１は本発明によるマスター・スレーブ式遠隔操作型二足歩行ロボットの好ましい実施形態の正面断面図を示しており、図１の紙面に垂直な方向を前後方向とし、図１の紙面内で水平方向を左右方向と定義する。
【０００７】本発明の好ましい実施形態によるマスター・スレーブ式遠隔操作型二足歩行ロボット１０（以下、単にロボット１０と記載する）は、３自由度の脚と、１自由度の腕で構成する８自由度の２脚２腕のロボットである。ロボット１０は胴１２を有しており、胴１２の上部または肩部１２ａから一対の腕１６ａ、１６ｂが、胴１２の両側部に沿って延設されている。より詳細は、腕１６ａ、１６ｂは胴１２の内部に配設された腕駆動モータ１４の出力軸１４ｂに連結されている。一対の腕１６ａ、１６ｂの各々を駆動する腕駆動モータ１４は、胴１２に対して前後方向に平行な軸線回りに回動自在に連結されており、胴１２に対する各々の腕１６ａ、１６ｂの角度を調節可能となっている。図１において向かって左側の腕１６ａは胴１２の側部から離反した位置にあり、右側の腕１６ｂは胴１２の側部に沿った位置にある。
【０００８】胴１２の下部には一対の脚部１８が、腰部回転軸２０を中心として回動自在に連結されている。脚部１８は、膝回転軸２６により回動自在に連結された大腿部２２と下腿部２４とを有しており、下腿部２４の下端部には、足首回転軸２８を介して足部３０が回動自在に連結されている。腰部回転軸２０には腰部プーリ３２が固着され、膝部回転軸２６には膝部プーリ３４が固着され、足首回転軸２８には足首プーリ３６が固着されている。腰部プーリ３２、膝部プーリ３４、足首プーリ３６の各々は、張力伝達部材としてのベルトまたはワイヤ３８、４０、４２を介して腰部駆動モータ４４、膝部駆動モータ４６、足首駆動モータ４８の各々の出力軸に連結されている。特に、本実施形態では、回動動作する大腿部２２および下腿部２４内にベルトまたはワイヤ４０、４２を適正に張り渡すために、腰部回転軸２０、膝部回転軸２６には、ベルトまたはワイヤ４０、４２のための案内プーリ５４、５６が取り付けられている。また、脚部１８内には、膝部および足首を駆動するベルトまたはワイヤ４０、４２に適当な張力を付与するためのテンショナとしての回転体５０、５２が設けられている。
【０００９】また、腰部回転軸２０、膝部回転軸２６、足首回転軸２８内には、胴１２に対する大腿部２２の回転位置、大腿部２２に対する下腿部２４の回転位置、下腿部２４に対する足部３０の回転位置を検知するための回転検知手段としてのポテンシオメータ５４、５６、５８が配設されている。更に、足部３０は、床面に接する底面３０ａにゴム等の柔軟な材料が貼付されており、ロボット１０が歩行する際の衝撃を吸収するようになっている。また、底面３０ａを柔軟な材料にて形成することにより、底面３０ａが容易に変形して、ロボット１０は、図１において矢印Ｒで示すように左右方向に揺動、すなわちローリングし易くなる。ロボット１０をローリングし易くするために、足部３０の底面を図３に示すように、足部３０の前後方向に延びる中心軸に対して対称な蒲鉾形に類する湾曲面にて形成しても良い。
【００１０】ロボット１０の操作装置は、ロボット１０を操作する操作者の身体に装着する所謂マスター操作装置１００を具備しており、マスター操作装置１００は、操作者の肩から上腕にかけて装着される腕マスター操作部１２０と、操作者の腰から脚の外側に沿って足首にかけて装着される脚マスター操作部１３０から成る。腕マスター操作部１２０は、例えば、操作者の両肩の間に延設させたアルミニウムパイプ１１０の両端にポテンシオメータ１０２を取り付け、腕ポテンシオメータ１０２に操作者の腕の動きを検知するための検知部１０２ａを連結して形成することができる。脚マスター操作部１３０は、操作者の大腿部、下腿部および足部に対応させた大腿部１１２、下腿部１１４および足部１１６を具備し降り、操作者の腰、膝、足首の各動作を検知するための腰ポテンシオメータ１０４、膝ポテンシオメータ１０６、足首ポテンシオメータ１０８が配設されている。
【００１１】以下、本実施形態によるロボット１０の作用を説明する。先ず、操作者が図２に示すようにマスター操作装置１００をその身体に装着する。その状態で、操作者がその手足を動かすと、その動作は、腕ポテンシオメータ１０２、腰ポテンシオメータ１０４、膝ポテンシオメータ１０６、足首ポテンシオメータ１０８により、特に、操作者の腕の胴に対する回転角度、大腿部の胴に対する回転角度、下腿部の大腿部に対する回転角度、足の下腿部に対する回転角度が検知される。これは、例えばマイクロコンピュータ等の処理装置（図示せず）により処理されて、回転角度および角速度等が生成され、無線または有線の通信手段（図示せず）を介してロボット１０の腕駆動モータ１４、腰部駆動モータ４４、膝部駆動モータ４６、足首駆動モータ４８の各々のためのドライバー回路（図示せず）に指令信号として伝達される。
【００１２】前記ドライバー回路は、この指令信号に応答して各々の駆動モータ１４、４４、４６、４８を駆動する。腕駆動モータ１４の回転は、出力軸１４ｂに直結されている腕１６ａ、１６ｂに直接伝達され、腕駆動モータ１４の回転角に一致する回転角を以て腕１６ａ、１６ｂが回転する。駆動モータ４４、４６、４８の回転は、ベルトまたはワイヤ３８、４０、４２を介して腰部プーリ３２、膝部プーリ３４、足首プーリ３６に伝達され、腰部回転軸２０、膝部回転軸２６、足首回転軸２８の各々を回転させる。腰部回転軸２０、膝部回転軸２６、足首回転軸２８の各々の回転角は、腕ポテンシオメータ１４ａ、腰ポテンシオメータ１０４、膝ポテンシオメータ１０６、足首ポテンシオメータ１０８により検知され、その出力がフィードバック信号として前記ドライバー回路に入力され、各駆動モータ１４、４４、４６、４８がフィードバック制御される。
【００１３】本実施形態では、ロボット１０の足部３０の底面３０ａは、ロボット１０のローリング動作を容易にするようになっているために、操作者は容易にロボット１０を図１の矢印Ｒで示す左右方向に揺動させ、ロボット１０の足部３０を床面から上方へ離反させることが可能となっている。これにより、ロボット１０は、その少ない自由度、簡単な制御装置により容易に足を前後に振り出すことが可能となり容易に歩行可能となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】８９９００００１３
【氏名又は名称】財団法人 理工学振興会
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| 【出願日】 |
平成１３年３月１２日（２００１．３．１２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７５１７
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 敬 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−２６４０４６（Ｐ２００２−２６４０４６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年９月１８日（２００２．９．１８） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−６９４９９（Ｐ２００１−６９４９９） |
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