JP4556092B2 - Robot apparatus and control method of robot apparatus - Google Patents

Description

【０００６】
が成り立つことから、当該アクチュエータの最大出力トルクをＴとして、この最大出力トルクが次式
【０００７】
【数２】

【０００８】
を満たせば良いことが分かる。
【０００９】
ところが、かかる従来の方法によると、当該アクチュエータに与えられる負荷が過大であり、地面状況（傾斜、凹凸等）やアクチュエータの性能等によっては胴体部５１を円滑かつ確実に起こすことができなくなるおそれがあった。
【００１０】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、円滑かつ確実な動作発現を可能とするロボット装置及びロボット装置の制御方法を提案しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、胴体部ユニットに第１の関節機構を介して接続される第１のリンクと、第１のリンクに第２の関節機構を介して接続される第２のリンクとを有し、胴体部ユニットの尻相当部を地面に接触させた状態のまま、胴体部ユニットを起こす動作を制御するロボット装置において、第１の関節機構に設けられ、当該第１の関節機構内の所定の第１の軸を中心として第１のリンクを回転駆動する第１の駆動手段と、第２の関節機構に設けられ、当該第２の関節機構内の所定の第２の軸を中心として第２のリンクを回転駆動する第２の駆動手段と、第１の駆動手段及び上記第２の駆動手段を制御する制御手段とを具え、制御手段は、胴体部ユニットの尻相当部の局面部を地面に接地させながら、後側の両脚部ユニットを前方向に伸ばし、かつ前脚部ユニットの第２のリンクの先端部を地面に接地した状態から尻相当部の局面部を地面に接地させながら胴体部ユニットを起こす動作に制御する過程において、第１の駆動手段及び第２の駆動手段を制御することにより、第１のリンクを、第２のリンクが地面に対して垂直よりも小さい所定の傾きをもって接触できる所定の回転位置に位置する姿勢にさせた後、第１の駆動手段及び第２の駆動手段を制御して、胴体部に対して第１のリンクを胴体部ユニットに対してピッチ方向に回転しないように第１の駆動手段によって回転トルクを発生させ、かつ地面に対して反発するように第２のリンクを地面に摺動させながら第２の駆動手段によって回転駆動させることにより、第２のリンクと地面となす角を垂直に近づかせ、第１のリンクを胴体部ユニットに固定させながら第１の駆動手段が発生する回転トルクによって胴体部ユニットを起こすように後方向に回転させるようにした。
【００１２】
この結果、胴体部ユニットの尻相当部の局面部を地面に接地させながら、後側の両脚部ユニットを前方向に伸ばし、かつ前脚部ユニットの第２のリンクの先端部を地面に接地した状態から尻相当部の局面部を地面に接地させながら胴体部ユニットを起こす動作に制御する過程において、第１のリンクを、第２のリンクが地面に対して垂直よりも小さい傾きをもって接触できる所定の回転位置に位置する姿勢にさせることができるので、第１の駆動手段で発生する回転トルクによって胴体部ユニットが自重により正面に倒れることなく、胴体部ユニットを第２の駆動手段で発生する小さい回転トルクによって起こすことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【００１６】
（１）本実施の形態によるペットロボットの構成
図１において、１は全体として本実施の形態によるペットロボットを示し、胴体部ユニット２の前後左右にそれぞれ脚部ユニット３Ａ〜３Ｄが連結されると共に、胴体部ユニット２の前端部に首輪部４を介在させて頭部ユニット５が連結されることにより構成されている。
【００１７】
この場合胴体部ユニット２には、図２に示すように、このペットロボット１全体の動作を制御するコントローラ１０と、このペットロボット１の動力源となるバッテリ１１と、バッテリセンサ１２及び温度センサ１３等の各種内部センサと、このペットロボット１の実質上の「口」として機能するスピーカ１４と、各種制御パラメータが格納された着脱自在の外部メモリ１５となどが収納されている。また胴体部ユニット２の上面後端近傍には、その先端部にＬＥＤ（Light Emitting Diode）１６が収納されたジョイステックでなる外見上の尻尾部１７が突出させて設けられている。
【００１８】
また頭部ユニット５には、このペットロボットの実質上の「目」に相当するＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ１８及び実質上の「耳」に相当するマイクロホン１９などが収納されており、その頭頂部にはＬＥＤ２０を内蔵する所定形状の角部２１（図１）が突出させて設けられている。
【００１９】
さらに各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄの太腿部２２及び脛部２３をそれぞれ連結する各膝関節２４や、各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄ及び胴体ユニット２をそれぞれ連結する各股関節２５、並びに頭部ユニット５及び胴体部ユニット２を連結する首関節２６などには、それぞれ対応する自由度数分のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎ及びポテンショメータ２８_１〜２８_ｎが配設されている。
【００２０】
そして頭部ユニット５のＣＣＤカメラ１８は、周囲の状況を撮像し、得られた画像信号Ｓ１をコントローラ１０に送出する。またマイクロホン１９は、ユーザが発した「歩け」、「お座り」又は「ボールを追いかけろ」等の音声指令や周囲音を集音し、かくして得られた音声信号Ｓ２をコントローラ１０に送出する。
【００２１】
また胴体部ユニット２のバッテリセンサ１２は、バッテリ１１の残量を検出して、検出結果をバッテリ残量検出信号Ｓ３としてコントローラ１０に送出し、温度センサ１３は、胴体部ユニット２の内部温度を検出して、検出結果を温度検出信号Ｓ４としてコントローラ１０に送出する。
【００２２】
さらに各ポテンショメータ２８_１〜２８_ｎは、対応するアクチュエータ２７_１〜２７_ｎの出力軸の回転角度を検出して、検出結果を角度検出信号Ｓ５_１〜Ｓ５_ｎとしてコントローラ１０に送出し、胴体部ユニット２の尻尾部１７は、ユーザが操作したときにこれに応じた操作検出信号Ｓ６をコントローラ１０に送出する。
【００２３】
コントローラ１０は、ＣＣＤカメラ１８、マイクロホン１９、バッテリセンサ１２、温度センサ１３、各ポテンショメータ２８_１〜２８_ｎ及び尻尾部１７等から与えられる画像信号Ｓ１、音声信号Ｓ２、バッテリ残量検出信号Ｓ３、温度検出信号Ｓ４、各角度検出信号Ｓ５_１〜Ｓ５_ｎ及び操作検出信号Ｓ６などに基づいて、外部及び内部の状況や、ユーザからの指令及びユーザからの働きかけの有無などを判断する。
【００２４】
そしてコントローラ１０は、この判断結果と予め内部メモリ１０Ａに格納された制御プログラム及び外部メモリ１５に格納されている各種制御パラメータとに基づいて続く行動を決定し、決定結果に基づいて必要なアクチュエータ２７_１〜２７_ｎを振動させることにより、頭部ユニット５を上下左右に振らせたり、各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄを駆動して歩行させるなどの行動をペットロボット１に発現させる。
【００２５】
またこの際コントローラ１０は、必要に応じて所定の音声信号Ｓ７をスピーカ１４に与えることにより当該音声信号Ｓ７に基づく音声を外部に出力させたり、角部２１内や尻尾部１７内のＬＥＤ２０、１６を点灯、消灯又は点滅させる。
【００２６】
このようにしてこのペットロボット１０においては、外部及び内部の状況や、ユーザからの指令及び働きかけの有無、並びに外部メモリ１５に格納された各種制御パラメータ等に応じて自律的に行動し得るようになされている。
【００２７】
（２）コントローラ１０の処理
ここでこのようなペットロボット１の行動生成に関するコントローラ１０の処理について説明する。
【００２８】
図３に示すように、ペットロボット１の行動生成に関するコントローラ１０の処理内容を機能的に分類すると、外部及び内部の状態を認識する状態認識部３０と、状態認識部３０の認識結果に基づいて感情及び本能の状態を決定する感情・本能モデル３１と、状態認識部３０の認識結果及び感情・本能モデル３１において決定された感情・本能の状態に基づいて次の行動を決定する行動決定部３２と、行動決定部３２により決定された行動や動作を行うためのペットロボット１の一連の動作計画を立てる姿勢遷移制御部３３と、姿勢遷移制御部３３により立てられた動作計画に基づいてＬＥＤ１６、２０やアクチュエータ２７_１〜２７_ｎ等のデバイスを制御するデバイス制御部３４とに分けることができる。
【００２９】
この場合状態認識部３０は、ＣＣＤカメラ１８、マイクロホン１９、バッテリセンサ１２、温度センサ１３、各ポテンショメータ２８_１〜２８_ｎ及び尻尾部１７等から与えられる画像信号Ｓ１、音声信号Ｓ２、バッテリ残量検出信号Ｓ３、温度検出信号Ｓ４、各角度検出信号Ｓ５_１〜Ｓ５_ｎ及び操作検出信号Ｓ６などの各種センサ信号Ｓ１０に基づいて特定の状態を認識し、認識結果を状態認識情報Ｄ１として感情・本能モデル３１及び行動決定部３２に通知する。
【００３０】
具体的に状態認識部３０は、ＣＣＤカメラ１８から与えられる画像信号Ｓ１を常時監視し、当該画像信号Ｓ１に基づく画像内に例えば「赤い丸いもの」や「進行方向に位置する物体」を検出したときには「ボールがある」、「障害物がある」と認識して、当該認識結果を感情・本能モデル３１及び行動決定部３２に通知する。
【００３１】
また状態認識部３０は、マイクロホン１９から与えられる音声信号Ｓ２を常時監視し、ＨＭＭ（Hidden Markov Model）法などの音声認識手法により「歩け」、「伏せ」、「ボールを追いかけろ」等の各種音声を認識したときには、これを感情・本能モデル３１及び行動決定部３２に通知する。
【００３２】
さらに状態認識部３０は、バッテリセンサ１２及び温度センサ１４からそれぞれ与えられるバッテリ残量検出信号Ｓ３及び温度検出信号Ｓ４に基づいてバッテリの残量及び内部温度を認識し、認識結果を感情・本能モデル３１及び行動決定部３２に通知する。
【００３３】
さらに状態認識部は、各ポテンショメータ２８_１〜２８_ｎから与えられる角度検出信号Ｓ５_１〜Ｓ５_ｎを常時監視し、例えば頭部ユニット５のピッチ方向のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎに対応するポテンショメータ２８_１〜２８_ｎからの角度検出信号Ｓ５_１〜Ｓ５_ｎに基づいて頭部ユニット５が下又は上を向くように押されたことを検出したときには「誉められた」又は「叱られた」と認識し、認識結果を感情・本能モデル３１及び行動決定部３２に通知する。
【００３４】
さらに状態認識部３０は、尻尾部１７から与えられる操作検出信号Ｓ６を常時監視し、当該操作検出信号Ｓ６に基づいて尻尾部１７が操作されたことを検出すると、当該操作に応じたユーザの意思を認識し、認識結果を感情・本能モデル３１及び行動決定部３２に通知する。
【００３５】
感情・本能モデル部３１は、「喜び」、「悲しみ」、「驚き」、「恐怖」、「嫌悪」及び「怒り」の合計６つの情動について、これら情動ごとにその情動の強さを表すパラメータを保持している。そして感情・本能モデル部３１は、これら各情動のパラメータ値を、それぞれ状態認識部３０から状態認識情報Ｄ１として与えられる「誉められた」、「叱られた」などの特定の認識結果等に基づいて順次変更する。
【００３６】
また感情・本能モデル部３１は、これと同様にして、「愛情欲」、「探索欲」、「運動欲」、「充電欲」及び「睡眠欲」の互いに独立した５つの欲求について、これら欲求ごとにその欲求の強さを表すパラメータを保持している。そして感情・本能モデル部３１は、これら各欲求のパラメータ値を、それぞれ状態認識部３０からの認識結果や経過時間等に基づいて順次変更する。
【００３７】
一方、行動決定部３２は、状態認識部３０から状態認識情報Ｄ１が与えられたときや、現在の行動に移ってから一定時間経過したとき、感情・本能モデル部３１におけるいずれかの情動又は本能のパラメータ値が閾値を超えたときなどに、内部メモリ１０Ａに格納されている制御プログラム及び外部メモリ１５に格納されている制御パラメータに基づいて次の行動を決定する。
【００３８】
具体的に行動決定部３２は、次の行動を決定する手法として、図４に示すように、状態をノードＮＤ_Ａ０〜ＮＤ_Ａｎとして表現し、１つのノードＮＤ_Ａ０から次にどのノードＮＤ_Ａ０〜ＮＤ_Ａｎに遷移するかを、自ノードＮＤ_Ａ０〜ＮＤ_Ａｎにおいて完結し又は各ノードＮＤ_Ａ０〜ＮＤ_Ａｎ間を接続するアークＡＲ_Ａ０〜ＡＲ_Ａｎに対してそれぞれ設定された遷移確率Ｐ_０〜Ｐ_ｎに基づいて確率的に決定する確率オートマトンと呼ばれるアルゴリズムを用いる。
【００３９】
この場合この確率オートマトンにおける各ノードＮＤ_Ａ０〜ＮＤ_Ａｎ間の接続関係や、各アークＡＲ_Ａ０〜ＡＲ_Ａｎに対する遷移確率Ｐ_１〜Ｐ_ｎ及び、各アークＡＲ_Ａ０〜ＡＲ_Ａｎにそれぞれ対応付けられた行動が制御パラメータ（行動モデル）として外部メモリ１５に格納されている。
【００４０】
そして行動決定部３２は、例えば状態認識部３０から状態認識情報Ｄ１が与えられたときや、現在のノード（ＮＤ_Ａ０）に移ってから一定時間が経過したとき、感情・本能モデル部３１におけるいずれかの情動又は本能のパラメータ値が閾値を超えたときなどに、かかる確率オートマトンにおける次の遷移先のノード（ＮＤ_Ａ０〜ＮＤ_Ａｎ）を各アークＡＲ_Ａ０〜ＡＲ_Ａｎに対する遷移確率Ｐ_０〜Ｐ_ｎに基づいて確率的に決定し、このとき決定したノード（ＮＤ_Ａ０〜ＮＤ_Ａｎ）と元のノード（ＮＤ_Ａ０）をと接続するアーク（ＡＲ_Ａ０〜ＡＲ_Ａｎ）に対応付けられた行動を次に発現すべき行動として、行動決定情報Ｄ２として姿勢遷移制御部３３に通知する。
【００４１】
姿勢遷移制御部３３においては、行動決定部３２から行動決定情報Ｄ２が与えられると、当該行動決定情報Ｄ２に基づく行動を行うためのペットロボット１の一連の動作計画を立て、当該動作計画に基づく動作指令情報Ｄ３をデバイス制御部３４に出力する。
【００４２】
この場合姿勢遷移制御部３３は、かかる動作計画を立てる手法として、例えば図５に示すようなペットロボット１がとり得る姿勢をそれぞれノードＮＤ_Ｂ０〜ＮＤ_Ｂ２とし、遷移可能なノードＮＤ_Ｂ０〜ＮＤ_Ｂ２間を動作を表す有向アークＡＲ_Ｂ０〜ＡＲ_Ｂ５で結び、かつ１つのノードＮＤ_Ｂ０〜ＮＤ_Ｂ２で完結する動作を自己動作アークＡＲ_Ｃ０〜ＡＲ_Ｃ３として表現する有向グラフを用いる。
【００４３】
具体的には、このペットロボット１の場合、各ノードＮＤ_Ｂ０〜ＮＤ_Ｂ２にはそれぞれ「立つ」、「座る」、「伏せる」等の姿勢が対応付けられ、これらノードＮＤ_Ｂ０〜ＮＤ_Ｂ２間をそれぞれ結ぶ各有向アークＡＲ_Ｂ０〜ＡＲ_Ｂ５には姿勢を遷移させるための動作が対応付けられている。また各自己動作アークＡＲ_Ｃ０〜ＡＲ_Ｃ３には、それぞれ「歩く」、「ダンスする」、「頭を揺する」、「お手をする」等の対応するその姿勢において発現できる各種動作が対応付けられている。
【００４４】
そして姿勢遷移制御部３３は、行動決定部３２から「立て」、「歩け」、「ダンスしろ」等の行動指令が行動決定情報Ｄ２として与えられると、有向アークＡＲ_Ｂ０〜ＡＲ_Ｂ２の向きに従いながら、現在のノードＮＤ_Ｂ０〜ＮＤ_Ｂ２から指定された姿勢又は動作が対応付けられたノードＮＤ_Ｂ０〜ＮＤ_Ｂ２又は有向アークＡＲ_Ｂ０〜ＡＲ_Ｂ５若しくは自己動作アークＡＲ_Ｃ０〜ＡＲ_Ｃ３に至る最短経路を探索し、当該探索した経路上の各有向アークＡＲ_Ｂ０〜ＡＲ_Ｂ５や自己動作アークＡＲ_Ｃ０〜ＡＲ_Ｃ３にそれぞれ対応付けられた動作を順次行わせるための動作指令を動作指令情報Ｄ３としてデバイス制御部３４に次々と出力する。
【００４５】
例えば、姿勢制御制御部３３は、ペットロボット１が「伏せる」の姿勢にある場合において、行動決定部３２から「座ってバンザイ」という行動指令が与えられた場合には、「伏せる」の姿勢に対応するノードＮＤ_Ｂ２及び「座る」の姿勢に対応するノードＮＤ_Ｂ１間を結ぶ有向アークＡＲ_Ｂ１に対応付けられた「座る」という動作（以下、これを「座り動作」と呼ぶ）の動作指令と、自己動作アークＡＲ_Ｃ１に対応付けられた「バンザイ」という動作（以下、これを「バンザイ動作」と呼ぶ）の動作指令とをデバイス制御部３４に順次送出することとなる。
【００４６】
デバイス制御部３４においては、姿勢遷移制御部３３が保持する有向グラフの各有向アークＡＲ_Ｂ０〜ＡＲ_Ｂ５や各自己動作アークＡＲ_Ｃ０〜ＡＲ_Ｃ３にそれぞれ対応付けられた各動作にそれぞれ対応させて、その動作をペットロボット１に発現させるためにどのアクチュエータ２７_１〜２７_ｎ（図２）をどのタイミングでどのくらい駆動させるかといった、動作ごとの各アクチュエータ２７_１〜２７_ｎの時系列的な制御内容を規定したファイル（以下、これを動作ファイルと呼ぶ）を外部メモリ１５内に有している。
【００４７】
そしてデバイス制御部３４は、姿勢遷移制御部３３から動作指令情報Ｄ３が与えられるごとに、対応する動作ファイルを順次再生して当該動作ファイルに格納された制御パラメータに基づく駆動信号Ｓ１１_１〜Ｓ１１_ｎを生成し、当該駆動信号Ｓ１１_１〜Ｓ１１_ｎに基づいて対応するアクチュエータ２７_１〜２７_ｎを駆動制御することにより、ペットロボット１に対応する動作を発現させる。
【００４８】
従ってデバイス制御部３４は、例えばペットロボット１が「伏せる」の姿勢にある場合において、姿勢遷移制御部３３から上述の「座り動作」及び「バンザイ動作」の動作指令が順次与えられた場合には、まず「座り動作」に対応する動作ファイルに基づき対応する各アクチュエータ２７_１〜２７_ｎを時系列的に順次制御することによりペットロボット１に「座り動作」を発現させ、この後これに続けて「バンザイ動作」に対応する動作ファイルに基づき対応する各アクチュエータ２７_１〜２７_ｎを時系列的に順次制御することによりペットロボット１に「バンザイ動作」を発現させる。これによりペットロボット１全体として、姿勢を「伏せる」から「座る」に遷移し、その後「バンザイ」するという一連の動作が発現されることとなる。
【００４９】
またデバイス制御部３４は、各種音のＷＡＶＥファイルである複数の音声ファイルと、ＬＥＤ１６、２０（図２）の駆動データが格納された複数のＬＥＤ駆動ファイルを外部メモリ１５内に有しており、かかる動作ファイルの再生時等にその動作ファイルと対応付けられた音声ファイル及び又はＬＥＤ駆動ファイルを同時に再生することにより、ペットロボット１に動作と合わせてスピーカ１４（図２）から音声を出力させたり、ＬＥＤ１６、２０を点滅駆動させる。
【００５０】
このようにしてコントローラ１０においては、外部及び内部の状況や、ユーザからの指令及び働きかけの有無等に応じてペットロボット１を自律的に行動させ得るようになされている。
【００５１】
（３）ペットロボット１における座り動作
次に、このペットロボット１における上述の「座り動作」の具体的動きについて説明する。なおペットロボット１においては、各股関節２５（図１）にピッチ方向（図１において矢印ｙと平行な軸を中心とする回転方向）及びロール方向（図１において矢印ｘと平行な軸を中心とする回転方向）の２自由度を有し、各膝関節２４（図１）にピッチ方向の１自由度を有している。
【００５２】
このペットロボット１の場合、「伏せる」では、図６（Ａ）に示すように、胴体部ユニット２の腹部を地面４０に接地させながら、前後左右の各脚部ユニット３Ａ〜３Ｄをそれぞれ矢印ｘで示す前方向に伸ばした姿勢をとる。
【００５３】
そしてペットロボット１は、この状態から「腕立て伏せ」のときと同様にして、左右前側の脚部ユニット（以下、これらを前脚部ユニットと呼ぶ）３Ａ、３Ｂを屈曲及び伸長することにより、図６（Ｂ）に示すように、胴体部ユニット２の腹部後端部である尻相当部の曲面部２Ｂを地面４０に接地させながら、後側の両脚部ユニット（以下、これらを後脚部ユニットと呼ぶ）３Ｃ、３Ｄを前方向に伸ばし、かつ各前脚部ユニット３Ａ、３Ｂの各脛部２３の先端部をそれぞれ接地させた姿勢に遷移する。
【００５４】
次いでペットロボット１は、各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの膝関節２４のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎと、各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄと胴体部ユニット２とをそれぞれ連結する股関節（以下、これらをそれぞれ後股関節と呼ぶ）２５のピッチ方向のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎとをそれぞれ駆動することにより、図７（Ａ）に示すように、各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの太腿部２２を、これら後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの脛部２３が地面４０と垂直よりも小さい所定の傾きをもって接触した所定の回転位置に位置させた姿勢をとる。
【００５５】
そしてペットロボット１は、この後、胴体部ユニット２に各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの大腿部２２を固定するように（すなわち、各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの大腿部２２がそれぞれ胴体部ユニット２に対して相対的にピッチ方向に回転しないように）、後股関節２５のピッチ方向のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎに発生させるトルクを制御しながら、各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの膝関節２４のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎを駆動してこれら膝関節２４を曲げることにより、各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの脛部２３をそれぞれ地面４０を押すように回転させる。
【００５６】
この結果、各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの脛部２３の回転に伴ってこれら脛部２３が地面２４となす角が垂直に近づき、これに伴ってこれら脛部２３によって各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの膝関節２４が当該脛部２３の長手方向に押されていく。このとき各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの大腿部２２は、それぞれ上述のように胴体部ユニット２に対して相対的にピッチ方向に回転しないように固定されていることにより、胴体部ユニット２が尻相当部の曲面部２Ｂの接地部位を中心として後方向（矢印ｘと逆方向）に倒れるように回転する。
【００５７】
そしてペットロボット１は、このようにして各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの膝関節２４を所定角度まで曲げ終えると、この後これに続けて各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄにおける膝関節２４のピッチ方向のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎを駆動して、各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの脛部２３が地面４０上を前方向に摺動させるようにこれら膝関節２４を伸ばしながら、各後股関節２５のピッチ方向のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎを駆動して、胴体部ユニット２を起こす方向（後方向）に回転させる。
【００５８】
この結果、胴体部ユニット２が尻相当部２Ｂを接地させながら後方向に倒れるように回転しながら徐々に起き上がり、やがて胴体部ユニット２の尻相当部に設けられた図示しない平面部を接地させた状態でこの一連の起き上がり動作が終了して図８に示すような「座る」の姿勢となる。
【００５９】
ここで、このようなペットロボット１の一連の座り動作において、各後股関節２５のピッチ方向のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎに必要なトルクと、各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの膝関節のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎに必要なトルクとを考える。
【００６０】
例えば図６（Ｂ）の状態から、従来のように、後股関節２５のピッチ方向のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎのみを用いて胴体部ユニット２を起こす場合において、当該アクチュエータ２７_１〜２７_ｎが胴体部ユニット２を起こすのに必要なトルクｍを発生させたときに、後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄが接地部位において地面を押す力Ｆは、図９（Ａ）を参照して、次式
【００６１】
【数３】

【００６２】
により表すことができる。
【００６３】
これに対して、本実施の形態によるペットロボット１のように、この力Ｆを、胴体部ユニット２に対する後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの太腿部２２の位置を固定して当該後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの膝関節２４のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎにより発生させる場合、当該膝関節２４のモーメントＭ_２´は、図９（Ａ）を参照して、近似的に次式
【００６４】
【数４】

【００６５】
で表される。
【００６６】
この場合、次式
【００６７】
【数５】

【００６８】
が成り立つことから、（１）式及び（４）式の比較からも、力点から作用点までの距離（（１）式の場合は（Ｌ_１＋Ｌ_２）、（４）式の場合はＬ_２）が短くなった分、膝関節２４のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎが発生すべきトルクＭ_２´が後股関節２５のピッチ方向のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎにより発生させたトルクＭ_１で胴体部ユニット２を起こす場合に比べて小さくて済むことが分かる。
【００６９】
実際上、例えばＬ１及びＬ２がほぼ等しいときには、膝関節２４のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎが発生すべきトルクＭ_２´は後股関節２５のピッチ方向のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎにより発生させたトルクＭ_１で胴体部ユニット２を起こす場合の約半分となる。
【００７０】
一方、このとき後股関節２５のピッチ方向のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎが胴体部ユニット２を支える（後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの太腿部２２を胴体部ユニット２に対して固定する）のに必要なトルクＭ_２は、次式
【００７１】
【数６】

【００７２】
となる。
【００７３】
従って、次式
【００７４】
【数７】

【００７５】
なる関係が成立すれば、胴体部ユニット２が自重により正面方向に倒れようとするトルクＴ´に負けることなく、後股関節２５のピッチ方向のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎが発生するトルクＭ_２によって後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの太腿部２２を胴体部ユニット２に固定しながら、当該後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの膝関節２４のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎが発生するトルクＭ_２´によって胴体部ユニット２を起こすことができることが分かる。
【００７６】
ここで、このトルクＭ_２と、（１）式のトルクＭ_１との関係を考えると、後股関節２５におけるピッチ方向のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎの最大トルクをＴ_０、当該アクチュエータ２７_１〜２７_ｎに設けられた減速機構の減速比をＺ、この減速機構の伝達効率をηとすると、減速機構を介して出力される最大出力トルクＴは次式
【００７７】
【数８】

【００７８】
であり、減速機構の出力側からアクチュエータ２７_１〜２７_ｎの最大トルクに打ち勝って逆回転させるときに必要な逆回転トルク（（７）式のＴ´）は、次式
【００７９】
【数９】

【００８０】
であるが、伝達効率ηは、次式
【００８１】
【数１０】

【００８２】
を満たすため、次式
【００８３】
【数１１】

【００８４】
なる関係が成立する。
【００８５】
従って、この（１１）式、（２）式及び（７）式からも明らかなように、本実施の形態において後股関節２５のピッチ方向のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎに必要とされるトルクＭ_２は、従来の動作方法において必要であったトルクＭ_１よりも小さい値となることから、当該アクチュエータ２７_１〜２７_ｎとして従来と同じものを用いた場合においても、かかる一連の動作を円滑かつ確実に行うことができる。
【００８６】
またこの後図７（Ｂ）の状態から各後股関節２５及び各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの膝関節２４を駆動して図８の状態に移行する場合も、図９（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの膝関節部２４を屈曲させている分だけ後股関節２５における後脚部ユニットの回転中心Ｐ_１である力点と、その後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄにおける脛部２３先端の接地部位Ｐ_２である作用点との距離ｌが図９（Ａ）のように後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄを伸ばした場合の距離（Ｌ_１＋Ｌ_２）に比べて短い。
【００８７】
従って、このペットロボット１においては、その分胴体部ユニット２を起き上がらせる際の後股関節２５におけるピッチ方向のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎの負荷モーメントが小さく、これに応じて必要なトルクも従来（図９（Ａ））の場合に比べて小さくなることから、当該アクチュエータ２７_１〜２７_ｎとして従来と同じものを用いた場合においても図７（Ｂ）以降の動作も円滑かつ確実に行うことができる。
【００８８】
さらにこのペットロボット１では、図７（Ｂ）以降においては、各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの膝関節２４を、当該後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの脛部２３の接地部位を地面４０上を摺動させながら伸ばすように動作するため、その反作用として胴体部ユニット２を起こす際のアシストともなり、その分より後股関節２５におけるピッチ方向のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎに与えられる負荷を軽減させることができる。
【００８９】
（４）本実施の形態の動作及び効果
以上の構成において、このペットロボット１では、座り動作時、図６（Ｂ）の状態から各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの太腿部を僅かに持ち上げながら、脛部２３の先端部が接地するように膝関節２４を屈曲させ、この後各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの太腿部２２を胴体部ユニット２に固定しながら、各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの脛部２３により地面４０を押すように膝関節２４を屈曲させることにより、図７（Ｂ）の姿勢に移行する。
【００９０】
そしてこの後、各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの脛部２３の接地部位を地面４０上を摺動させながら、当該各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの膝関節２４を伸ばしつつ、後股関節２５におけるピッチ方向のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎが発生するトルクによって胴体部ユニット２を起こすことにより図８の「座る」の姿勢に遷移する。
【００９１】
そしてこのような一連の動きによって、後股関節２５におけるピッチ方向のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎに必要とされるトルクを従来に比べて小さくすることができ、その分従来と同じ出力トルクのアクチュエータを２７_１〜２７_ｎ用いた場合においても、接地面の状況等の影響を受け難くして、かかる座り動作を円滑かつ確実に行わせることができる。
【００９２】
以上の構成によれば、ペットロボット１の座り動作を上述のような後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの屈曲及び伸長動作を利用して行うようにしたことにより、後股関節２５におけるピッチ方向のアクチュエータ２７_１〜２７_ｎに必要とされるトルクを従来に比べて小さくすることができ、座り動作を円滑かつ確実に行わせることができる。かくするにつきペットロボット１の発現動作を自然なものとして、当該ペットロボット１のエンターテイメント性を向上させることができる。
【００９３】
（５）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、本発明を、胴体部ユニット２に第１の関節機構としての股関節部２５を介して第１のリンクとしての大腿部２２が連結されると共に、大腿部２２に第２の関節機構としての膝関節部２４を介して第２のリンクとしての脛部２３が連結された図１のように構成されたペットロボット１に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これ以外の構成のペットロボットや、ペットロボット以外のこの他種々のロボット装置に広く適用することができる。
【００９４】
また上述の実施の形態においては、図７（Ａ）の姿勢において、各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの脛部２３を地面４０と垂直よりも小さい所定の傾きをもって接触させるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの太腿部２２を地面４０（動作基準面）と垂直よりも小さい傾きをもって接触できる所定の回転位置に位置させるのであれば、このときに各後脚部ユニット３Ｃ、３Ｄの脛部２３が地面４０と接触していなくても良い。
【００９５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、胴体部ユニットの尻相当部の局面部を地面に接地させながら、後側の両脚部ユニットを前方向に伸ばし、かつ前脚部ユニットの第２のリンクの先端部を地面に接地した状態から尻相当部の局面部を地面に接地させながら胴体部ユニットを起こす動作に制御する過程において、第１のリンクを、第２のリンクが地面に対して垂直よりも小さい所定の傾きをもって接触できる所定の回転位置に位置する姿勢にさせた後、第１の駆動手段及び第２の駆動手段を制御して、胴体部に対して第１のリンクを胴体部ユニットに対してピッチ方向に回転しないように第１の駆動手段によって回転トルクを発生させ、かつ地面に対して反発するように第２のリンクを地面に摺動させながら第２の駆動手段によって回転駆動させることにより、第２のリンクと地面となす角を垂直に近づかせ、第１のリンクを胴体部ユニットに固定させながら第１の駆動手段が発生する回転トルクによって胴体部ユニットを起こすように後方向に回転させるようにしたことにより、第１のリンクを、第２のリンクが地面に対して垂直よりも小さい傾きをもって接触できる所定の回転位置に位置する姿勢にさせることができるので、第１の駆動手段で発生する回転トルクによって胴体部ユニットが自重により正面に倒れることなく、胴体部ユニットを第２の駆動手段で発生する小さい回転トルクによって起こすことができ、かくして胴体部ユニットを第２の駆動手段で発生する小さい回転トルクによって起こすことができ得るロボット装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態によるペットロボットの外観構成を示す略線的な斜視図である。
【図２】ペットロボットの内部構成を示すブロック図である。
【図３】コントローラの処理の説明に供するブロック図である。
【図４】確率オートマトンの説明に供する概念図である。
【図５】有向グラフの説明に供する概念図である。
【図６】ペットロボットの座り動作の説明供する側面図である。
【図７】ペットロボットの座り動作の説明供する側面図である。
【図８】ペットロボットの座り動作の説明供する側面図である。
【図９】各種姿勢の説明に供する略線図である。
【符号の説明】
１……ペットロボット、２……胴体部ユニット、３Ａ〜３Ｄ……脚部ユニット、１０……コントローラ、２２……太腿部、２３……脛部、２４……膝関節、２５……股関節、４０……地面。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a robot apparatus andRobot equipmentThis control method is suitable when applied to, for example, a pet robot.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a four-legged walking type pet robot has been developed and sold by the present applicant. Such a pet robot has a shape similar to a dog or a cat bred in a general home, and can act autonomously according to user's actions such as “tapping” and “boiling”, the surrounding environment, etc. It was made.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in such a pet robot, for example, as shown in FIG. 9A, the movement of raising the trunk 51 from the forward leaning posture in which both rear legs 50 are extended in the forward direction (arrow a) is performed. This is done by driving only the corresponding actuator at 52 and rotating the trunk portion 51 in the backward direction (in the opposite direction to the arrow a) in a state where the hip equivalent portion of the trunk portion 51 is grounded.
[0004]
In this case, in order to raise the torso 51 by such a method, the length from the hip joint 52 to the knee joint 53 is set to L₁The length from the knee joint 53 to the ground contact portion of the rear leg 50 is L₂, F is the force that the ground contact portion of the rear leg portion 50 acts on the ground 54 when raising the body portion 51, and M is the moment of the hip joint 52 and knee joint 53, respectively.₁And M₁', Where m is the torque required to raise the body part 51,
[0005]
[Expression 1]

[0006]
Since the maximum output torque of the actuator is T, this maximum output torque is
[0007]
[Expression 2]

[0008]
If you satisfy
[0009]
However, according to such a conventional method, the load applied to the actuator is excessive, and depending on the ground conditions (inclination, unevenness, etc.), the performance of the actuator, etc., there is a possibility that the body portion 51 cannot be raised smoothly and reliably. there were.
[0010]
  The present invention has been made in consideration of the above points, and a robot apparatus that enables smooth and reliable operation andRobot equipmentThis is an attempt to propose a control method.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve this problem, in the present invention, the body portionunitVia the first joint mechanismConnectedFirst linkWhenThrough the second joint mechanism to the first linkConnectedSecond linkAnd controls the operation of raising the trunk unit while the buttocks equivalent part of the trunk unit is in contact with the ground.In robotic devices,Provided in the first joint mechanism and centered on a predetermined first axis in the first joint mechanismFirst driving means for rotationally driving the first link;Provided in the second joint mechanism and centered on a predetermined second axis in the second joint mechanism.A second driving means for rotationally driving the second link;Driving meansas well asthe aboveControl means for controlling the second drive means;Ingredients, Control meansIs,From the state where the rear leg unit is extended forward and the tip of the second link of the front leg unit is grounded to the ground while the ground surface of the body unit is grounded to the ground. In the process of controlling the operation of raising the body unit while the ground surface portion is grounded to the ground, the second link is controlled by the first link by controlling the first drive means and the second drive means. After making it the attitude | position located in the predetermined | prescribed rotational position which can contact with the predetermined | prescribed inclination smaller than perpendicular | vertical with respect to the ground, a 1st drive means and a 2nd drive means are controlled, and it is 1st with respect to a trunk | drum part. The rotational torque is generated by the first driving means so as not to rotate the link in the pitch direction with respect to the body unit and repels the ground.So that the second linkThe second drive means while sliding on the groundRotateAs a result, the angle between the second link and the ground is brought close to the vertical, and the trunk unit is raised by the rotational torque generated by the first driving means while the first link is fixed to the trunk unit. Rotate toI did it.
[0012]
  As a result,From the state where the rear leg unit is extended forward and the tip of the second link of the front leg unit is grounded to the ground while the ground surface of the body unit is grounded to the ground. In the process of controlling the operation of raising the body unit while the ground surface portion is grounded to the ground, the first link is brought into a predetermined rotational position where the second link can contact with the ground with a smaller inclination than the vertical. Since the body unit is not tilted to the front by its own weight due to the rotational torque generated by the first driving means, the body unit is caused by the small rotational torque generated by the second driving means. be able to.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
(1) Configuration of pet robot according to this embodiment
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a pet robot according to the present embodiment as a whole. Leg units 3 </ b> A to 3 </ b> D are connected to the front, rear, left and right of the body unit 2, and a collar 4 is connected to the front end of the body unit 2. It is comprised by connecting the head unit 5 with interposition.
[0017]
In this case, as shown in FIG. 2, the body unit 2 includes a controller 10 that controls the operation of the entire pet robot 1, a battery 11 that is a power source of the pet robot 1, a battery sensor 12, and a temperature sensor 13. And the like, a speaker 14 functioning as a substantial “mouth” of the pet robot 1, a detachable external memory 15 in which various control parameters are stored, and the like. In the vicinity of the rear end of the upper surface of the body unit 2, an apparent tail portion 17 made of a joystick, in which an LED (Light Emitting Diode) 16 is housed, is provided so as to protrude.
[0018]
The head unit 5 houses a CCD (Charge Coupled Device) camera 18 corresponding to the substantial “eyes” of the pet robot and a microphone 19 corresponding to the substantial “ears”. A corner portion 21 (FIG. 1) having a predetermined shape that houses the LED 20 is provided on the top portion so as to protrude.
[0019]
Furthermore, each knee joint 24 that connects the thigh part 22 and the shin part 23 of each leg unit 3A to 3D, each hip joint 25 that connects each leg unit 3A to 3D and the torso unit 2, and a head unit. 5 and the neck joint 26 that connects the body unit 2 are respectively provided with actuators 27 corresponding to several degrees of freedom.₁~ 27_nAnd potentiometer 28₁~ 28_nIs arranged.
[0020]
The CCD camera 18 of the head unit 5 images the surrounding situation and sends the obtained image signal S1 to the controller 10. The microphone 19 collects voice commands and ambient sounds such as “walk”, “sit down”, and “chase the ball” issued by the user, and sends out the voice signal S2 thus obtained to the controller 10.
[0021]
The battery sensor 12 of the body unit 2 detects the remaining amount of the battery 11 and sends the detection result to the controller 10 as a battery remaining amount detection signal S3. The temperature sensor 13 determines the internal temperature of the body unit 2. Then, the detection result is sent to the controller 10 as a temperature detection signal S4.
[0022]
Furthermore, each potentiometer 28₁~ 28_nCorresponding actuator 27₁~ 27_nThe rotation angle of the output shaft is detected, and the detection result is converted into an angle detection signal S5.₁~ S5_nThe tail portion 17 of the body unit 2 sends an operation detection signal S6 corresponding to the operation to the controller 10 when operated by the user.
[0023]
The controller 10 includes a CCD camera 18, a microphone 19, a battery sensor 12, a temperature sensor 13, and potentiometers 28.₁~ 28_nAnd the image signal S1, the sound signal S2, the battery remaining amount detection signal S3, the temperature detection signal S4, and each angle detection signal S5 given from the tail portion 17 and the like.₁~ S5_nBased on the operation detection signal S6 and the like, the external and internal situations, the command from the user, the presence / absence of the action from the user, and the like are determined.
[0024]
The controller 10 determines the action to be continued based on the determination result, the control program stored in the internal memory 10A in advance and the various control parameters stored in the external memory 15, and the necessary actuator 27 is determined based on the determination result.₁~ 27_nIs caused to cause the pet robot 1 to exhibit actions such as swinging the head unit 5 up and down, left and right, and driving the leg units 3A to 3D to walk.
[0025]
At this time, the controller 10 outputs a sound based on the sound signal S7 to the outside by giving a predetermined sound signal S7 to the speaker 14 as necessary, or the LEDs 20 and 16 in the corner portion 21 and the tail portion 17. Lights up, turns off, or blinks.
[0026]
In this way, the pet robot 10 can act autonomously according to the external and internal situations, the presence / absence of commands and actions from the user, and various control parameters stored in the external memory 15. Has been made.
[0027]
(2) Processing of controller 10
Here, the processing of the controller 10 relating to the action generation of the pet robot 1 will be described.
[0028]
As shown in FIG. 3, when the processing contents of the controller 10 relating to the action generation of the pet robot 1 are functionally classified, the state recognition unit 30 that recognizes the external and internal states and the recognition result of the state recognition unit 30 are used. An emotion / instinct model 31 that determines the state of emotion and instinct, and an action determination unit 32 that determines the next action based on the recognition result of the state recognition unit 30 and the state of emotion / instinct determined in the emotion / instinct model 31. A posture transition control unit 33 for making a series of motion plans of the pet robot 1 for performing the behavior and motion determined by the behavior determination unit 32, and the LEDs 16, based on the motion plan set by the posture transition control unit 33, 20 and actuator 27₁~ 27_nAnd a device control unit 34 for controlling the devices.
[0029]
In this case, the state recognition unit 30 includes a CCD camera 18, a microphone 19, a battery sensor 12, a temperature sensor 13, and each potentiometer 28.₁~ 28_nAnd the image signal S1, the sound signal S2, the battery remaining amount detection signal S3, the temperature detection signal S4, and each angle detection signal S5 given from the tail portion 17 and the like.₁~ S5_nA specific state is recognized based on various sensor signals S10 such as the operation detection signal S6, and the recognition result is notified to the emotion / instinct model 31 and the action determination unit 32 as the state recognition information D1.
[0030]
Specifically, the state recognizing unit 30 constantly monitors the image signal S1 given from the CCD camera 18 and detects, for example, “a red round object” or “an object positioned in the traveling direction” in the image based on the image signal S1. Sometimes it recognizes that “there is a ball” and “there is an obstacle” and notifies the emotion / instinct model 31 and the action determination unit 32 of the recognition result.
[0031]
In addition, the state recognition unit 30 constantly monitors the voice signal S2 given from the microphone 19, and uses various voice recognition methods such as “walk”, “turn down”, and “follow the ball” by a voice recognition method such as an HMM (Hidden Markov Model) method. Is recognized, this is notified to the emotion / instinct model 31 and the action determination unit 32.
[0032]
Further, the state recognizing unit 30 recognizes the remaining battery level and the internal temperature based on the remaining battery level detection signal S3 and the temperature detection signal S4 respectively supplied from the battery sensor 12 and the temperature sensor 14, and the recognition result is expressed as an emotion / instinctive model. 31 and the action determination unit 32 are notified.
[0033]
Further, the state recognizing unit includes each potentiometer 28.₁~ 28_nAngle detection signal S5 given by₁~ S5_nFor example, the actuator 27 in the pitch direction of the head unit 5 is monitored.₁~ 27_nPotentiometer 28 corresponding to₁~ 28_nAngle detection signal S5 from₁~ S5_nWhen the head unit 5 is detected to be pressed downward or upward, it is recognized as “honored” or “beated”, and the recognition result is sent to the emotion / instinct model 31 and the action determination unit. 32.
[0034]
Furthermore, the state recognizing unit 30 constantly monitors the operation detection signal S6 given from the tail unit 17 and detects that the tail unit 17 has been operated based on the operation detection signal S6. And the recognition result is notified to the emotion / instinct model 31 and the action determination unit 32.
[0035]
The emotion / instinct model unit 31 is a parameter that represents the strength of emotion for each of the six emotions of “joy”, “sadness”, “surprise”, “fear”, “disgust”, and “anger”. Holding. Then, the emotion / instinct model unit 31 determines the parameter values of these emotions based on specific recognition results such as “recognized” and “beaten” given as state recognition information D1 from the state recognition unit 30, respectively. To change sequentially.
[0036]
Similarly, the emotion / instinct model unit 31 performs these needs for five independent needs of “loving desire”, “searching desire”, “exercise desire”, “charging desire”, and “sleep desire”. Each holds a parameter representing the strength of the desire. Then, the emotion / instinct model unit 31 sequentially changes the parameter values of each desire based on the recognition result from the state recognition unit 30, the elapsed time, and the like.
[0037]
On the other hand, when the state recognition information D1 is given from the state recognition unit 30 or when a certain period of time has passed since the transition to the current behavior, the behavior determination unit 32 performs any emotion or instinct in the emotion / instinct model unit 31. When the parameter value exceeds the threshold, the next action is determined based on the control program stored in the internal memory 10A and the control parameter stored in the external memory 15.
[0038]
Specifically, as shown in FIG. 4, the behavior determination unit 32 determines a state as a node ND as a method for determining the next behavior._A0~ ND_AnAs one node ND_A0From which node ND_A0~ ND_AnWhether the local node ND_A0~ ND_AnCompleted at each node ND_A0~ ND_AnArc AR to connect between_A0~ AR_AnTransition probability P set for each₀~ P_nAn algorithm called a stochastic automaton that is determined probabilistically based on the above is used.
[0039]
In this case, each node ND in this stochastic automaton_A0~ ND_AnConnection relationship between each arc AR_A0~ AR_AnTransition probability P for₁~ P_nAnd each arc AR_A0~ AR_AnThe behaviors associated with each are stored in the external memory 15 as control parameters (behavior model).
[0040]
The behavior determination unit 32 receives the current node (ND) when the state recognition information D1 is given from the state recognition unit 30, for example._A0), The next transition destination node (ND in the probabilistic automaton, such as when any emotion or instinct parameter value in the emotion / instinct model unit 31 exceeds a threshold value, etc._A0~ ND_An) For each arc AR_A0~ AR_AnTransition probability P for₀~ P_nBased on the node (ND) determined at this time_A0~ ND_An) And the original node (ND_A0) And arc (AR)_A0~ AR_An) Is notified to the posture transition control unit 33 as behavior determination information D2 as the behavior to be expressed next.
[0041]
In the posture transition control unit 33, when the action determination information D2 is given from the action determination unit 32, a series of operation plans of the pet robot 1 for performing an action based on the action determination information D2 is made, and based on the operation plan The operation command information D3 is output to the device control unit 34.
[0042]
In this case, the posture transition control unit 33 uses, as a method for making such an operation plan, the postures that the pet robot 1 can take as shown in FIG._B0~ ND_B2And a transitionable node ND_B0~ ND_B2Directed arc AR that represents the movement between_B0~ AR_B5And one node ND_B0~ ND_B2Complete the operation with self-operation arc AR_C0~ AR_C3A directed graph expressed as
[0043]
Specifically, in the case of this pet robot 1, each node ND_B0~ ND_B2Each of the nodes ND is associated with postures such as “standing”, “sitting”, and “declining”._B0~ ND_B2Each directed arc AR that connects each other_B0~ AR_B5Is associated with an action for changing the posture. Each self-operating arc AR_C0~ AR_C3Are associated with various actions that can be manifested in the corresponding postures such as “walking”, “dancing”, “shaking the head”, “handing”, and the like.
[0044]
Then, the posture transition control unit 33, when an action command such as “stand”, “walk”, “dance” is given as the action determination information D2 from the action determination unit 32, the directed arc AR_B0~ AR_B2The current node ND while following the direction of_B0~ ND_B2Node ND associated with the posture or motion specified from_B0~ ND_B2Or directed arc AR_B0~ AR_B5Or self-motion arc AR_C0~ AR_C3Search for the shortest route to reach each directed arc AR on the searched route_B0~ AR_B5And self-motion arc AR_C0~ AR_C3The operation commands for sequentially performing the operations respectively associated with are sequentially output to the device control unit 34 as the operation command information D3.
[0045]
For example, when the pet robot 1 is in the “lie down” posture, when the action command “sit down and banzai” is given from the action determining unit 32, the posture control control unit 33 assumes the “down” posture. Corresponding node ND_B2And the node ND corresponding to the “sitting” posture_B1Directed arc AR to connect_B1Motion command associated with “sitting” (hereinafter referred to as “sitting motion”) and a self-motion arc AR_C1The operation command of the operation “Banzai” (hereinafter referred to as “Banzai operation”) associated with is sequentially sent to the device control unit 34.
[0046]
In the device control unit 34, each directed arc AR of the directed graph held by the posture transition control unit 33._B0~ AR_B5And each self-operation arc AR_C0~ AR_C3In order to cause the pet robot 1 to express the movement corresponding to each movement respectively associated with₁~ 27_nEach actuator 27 for each operation such as how much (FIG. 2) is driven at which timing.₁~ 27_nThe external memory 15 has a file (hereinafter referred to as an operation file) that defines the time-series control contents.
[0047]
Then, each time the motion command information D3 is given from the posture transition control unit 33, the device control unit 34 sequentially reproduces the corresponding motion file and drives the drive signal S11 based on the control parameters stored in the motion file.₁~ S11_nAnd the drive signal S11₁~ S11_nCorresponding actuator 27₁~ 27_nBy driving and controlling, the operation corresponding to the pet robot 1 is expressed.
[0048]
Therefore, for example, when the pet robot 1 is in the “lie down” posture, the device control unit 34, when the above-described “sitting operation” and “banzai operation” operation commands are sequentially given from the posture transition control unit 33, First, the corresponding actuator 27 based on the operation file corresponding to the “sitting operation”.₁~ 27_nAre sequentially controlled in time series to cause the pet robot 1 to develop a “sitting operation”, and thereafter, the corresponding actuator 27 corresponding to the “banzai operation” is based on the operation file.₁~ 27_nAre controlled in time series to cause the pet robot 1 to develop a “banzai movement”. As a result, the pet robot 1 as a whole exhibits a series of actions of changing the posture from “turn down” to “sit” and then “banzai”.
[0049]
In addition, the device control unit 34 has a plurality of sound files that are WAVE files of various sounds and a plurality of LED drive files in which drive data of the LEDs 16 and 20 (FIG. 2) are stored in the external memory 15. By simultaneously playing the voice file associated with the action file and / or the LED drive file at the time of playing the action file, the pet robot 1 can output voice from the speaker 14 (FIG. 2) together with the action. The LEDs 16 and 20 are driven to blink.
[0050]
In this way, the controller 10 can make the pet robot 1 act autonomously in accordance with external and internal situations, instructions from the user, presence / absence of actions, and the like.
[0051]
(3) Sitting operation in the pet robot 1
Next, a specific movement of the above-described “sitting operation” in the pet robot 1 will be described. In the pet robot 1, each hip joint 25 (FIG. 1) has a pitch direction (a rotation direction centering on an axis parallel to the arrow y in FIG. 1) and a roll direction (centering on an axis parallel to the arrow x in FIG. 1). 2), each knee joint 24 (FIG. 1) has one degree of freedom in the pitch direction.
[0052]
In the case of this pet robot 1, in the “turn down”, as shown in FIG. Take the posture extended in the forward direction indicated by.
[0053]
Then, in the same manner as in the case of “push-up” from this state, the pet robot 1 bends and extends the left and right front leg units (hereinafter referred to as “front leg unit”) 3A and 3B as shown in FIG. As shown in B), both the rear leg units (hereinafter referred to as rear leg units) while the curved surface 2B corresponding to the buttocks corresponding to the rear end of the abdomen of the body unit 2 is grounded to the ground 40. ) 3C and 3D are extended in the forward direction, and a transition is made to a posture in which the tip portions of the shin portions 23 of the front leg units 3A and 3B are grounded.
[0054]
Next, the pet robot 1 moves the actuator 27 of the knee joint 24 of each rear leg unit 3C, 3D.₁~ 27_nAnd the actuator 27 in the pitch direction of the hip joints (hereinafter referred to as “rear hip joints”) 25 respectively connecting the rear leg units 3C, 3D and the body unit 2 respectively.₁~ 27_n7A, as shown in FIG. 7A, the thighs 22 of the rear leg units 3C, 3D and the shin parts 23 of the rear leg units 3C, 3D are perpendicular to the ground 40. The posture is set at a predetermined rotational position in contact with a predetermined inclination smaller than that.
[0055]
After that, the pet robot 1 fixes the thighs 22 of the rear leg units 3C and 3D to the body unit 2 (that is, the thighs 22 of the rear leg units 3C and 3D are respectively The actuator 27 in the pitch direction of the rear hip joint 25 so as not to rotate in the pitch direction relative to the body unit 2.₁~ 27_nThe actuator 27 of the knee joint 24 of each rear leg unit 3C, 3D while controlling the torque generated in the₁~ 27_nAnd the knee joints 24 are bent to rotate the shin portions 23 of the rear leg units 3C and 3D so as to push the ground 40, respectively.
[0056]
As a result, as the shin part 23 of each of the rear leg units 3C and 3D rotates, the angle formed by the shin part 23 and the ground 24 approaches vertically, and accordingly, each of the rear leg unit 3C is moved by the shin part 23. The 3D knee joint 24 is pushed in the longitudinal direction of the shin part 23. At this time, the thigh 22 of each of the rear leg units 3C and 3D is fixed so as not to rotate in the pitch direction relative to the body unit 2 as described above. Rotates so as to fall backward (in the direction opposite to the arrow x) around the ground contact portion of the curved surface portion 2B corresponding to the hip.
[0057]
Then, when the pet robot 1 finishes bending the knee joints 24 of the rear leg units 3C and 3D to a predetermined angle in this manner, the pitch of the knee joints 24 in the rear leg units 3C and 3D is subsequently continued. Direction actuator 27₁~ 27_nAnd the knee joints 24 are extended so that the shin portions 23 of the rear leg units 3C and 3D slide forward on the ground 40, and the actuators 27 in the pitch direction of the rear hip joints 25 are extended.₁~ 27_nIs driven to rotate in the direction in which the body unit 2 is raised (backward).
[0058]
As a result, the body unit 2 rises gradually while rotating so as to fall backward while the buttocks equivalent part 2B is grounded, and finally a flat part (not shown) provided in the buttocks equivalent part of the trunk unit 2 is grounded. In this state, the series of rising motions is finished, and the posture of “sitting” as shown in FIG. 8 is obtained.
[0059]
Here, in such a series of sitting operations of the pet robot 1, the actuator 27 in the pitch direction of each rear hip joint 25.₁~ 27_nTorque required for the knee joint actuator 27 of each rear leg unit 3C, 3D₁~ 27_nConsider the torque required for this.
[0060]
For example, from the state of FIG. 6B, the actuator 27 in the pitch direction of the rear hip joint 25 as in the prior art.₁~ 27_nWhen the body unit 2 is raised using only the actuator 27, the actuator 27₁~ 27_nReferring to FIG. 9 (A), the force F by which the rear leg units 3C and 3D push the ground at the ground contact portion when the torque m necessary for raising the body unit 2 is generated is expressed by the following equation.
[0061]
[Equation 3]

[0062]
Can be represented by
[0063]
On the other hand, like the pet robot 1 according to the present embodiment, this force F is used to fix the position of the thighs 22 of the rear leg units 3C, 3D with respect to the torso unit 2 and the rear leg unit. Actuator 27 of 3C, 3D knee joint 24₁~ 27_nIn the case of generating by the moment M of the knee joint 24₂′ Is approximately expressed by the following equation with reference to FIG.
[0064]
[Expression 4]

[0065]
It is represented by
[0066]
In this case,
[0067]
[Equation 5]

[0068]
From the comparison of Equations (1) and (4), the distance from the power point to the action point (in the case of Equation (1) (L₁+ L₂), L in the case of equation (4)₂) Becomes shorter, the actuator 27 of the knee joint 24₁~ 27_nTorque M to be generated₂'Is the actuator 27 in the pitch direction of the rear hip joint 25₁~ 27_nTorque M generated by₁It can be seen that the size can be reduced compared with the case where the body unit 2 is raised.
[0069]
In practice, for example, when L1 and L2 are substantially equal, the actuator 27 of the knee joint 24₁~ 27_nTorque M to be generated₂'Is the actuator 27 in the pitch direction of the rear hip joint 25.₁~ 27_nTorque M generated by₁Is about half of the case where the body unit 2 is raised.
[0070]
On the other hand, at this time, the actuator 27 in the pitch direction of the rear hip joint 25 is used.₁~ 27_nTorque M required to support the torso unit 2 (fix the thighs 22 of the rear leg units 3C and 3D to the torso unit 2).₂Is
[0071]
[Formula 6]

[0072]
It becomes.
[0073]
Therefore, the following formula
[0074]
[Expression 7]

[0075]
If the following relationship is established, the actuator 27 in the pitch direction of the rear hip joint 25 without losing the torque T ′ that the body unit 2 tends to fall in the front direction due to its own weight.₁~ 27_nTorque M to generate₂By fixing the thighs 22 of the rear leg units 3C, 3D to the body unit 2, the actuator 27 of the knee joint 24 of the rear leg units 3C, 3D is secured.₁~ 27_nTorque M to generate₂It can be seen that the body unit 2 can be raised by '.
[0076]
Here, this torque M₂And torque M in equation (1)₁, The actuator 27 in the pitch direction at the rear hip joint 25.₁~ 27_nThe maximum torque of T₀, The actuator 27₁~ 27_nWhen the speed reduction ratio of the speed reduction mechanism provided in Z is Z and the transmission efficiency of this speed reduction mechanism is η, the maximum output torque T output via the speed reduction mechanism is
[0077]
[Equation 8]

[0078]
The actuator 27 from the output side of the speed reduction mechanism₁~ 27_nThe reverse rotation torque (T 'in the equation (7)) required for reverse rotation overcoming the maximum torque of
[0079]
[Equation 9]

[0080]
However, the transmission efficiency η is given by
[0081]
[Expression 10]

[0082]
In order to satisfy
[0083]
## EQU11 ##

[0084]
This relationship is established.
[0085]
Therefore, as is apparent from the equations (11), (2), and (7), the actuator 27 in the pitch direction of the rear hip joint 25 in the present embodiment.₁~ 27_nTorque M required for₂Is the torque M required in the conventional operation method.₁Therefore, the actuator 27₁~ 27_nEven when the same conventional one is used, such a series of operations can be performed smoothly and reliably.
[0086]
Further, when the rear hip joints 25 and the knee joints 24 of the respective rear leg units 3C and 3D are driven from the state shown in FIG. 7B, the state shown in FIG. 9A and FIG. ), The rotation center P of the rear leg unit at the rear hip joint 25 is equivalent to the amount of bending of the knee joint part 24 of each rear leg unit 3C, 3D.₁And the ground contact part P at the tip of the shin 23 in the leg units 3C and 3D.₂Is a distance (L when the rear leg units 3C and 3D are extended as shown in FIG. 9A).₁+ L₂Short).
[0087]
Therefore, in this pet robot 1, the actuator 27 in the pitch direction at the rear hip joint 25 when the trunk unit 2 is raised up.₁~ 27_nThe load moment of the actuator 27 is small, and accordingly, the required torque is also smaller than in the conventional case (FIG. 9A).₁~ 27_nEven when the same conventional one is used, the operation after FIG. 7B can be performed smoothly and reliably.
[0088]
Further, in this pet robot 1, after FIG. 7B, the knee joint 24 of each rear leg unit 3C, 3D is connected to the ground portion of the shin part 23 of the rear leg unit 3C, 3D on the ground 40. Since it operates to extend while being slid, it also serves as an assist in raising the trunk unit 2 as its reaction, and accordingly, the actuator 27 in the pitch direction at the rear hip joint 25.₁~ 27_nIt is possible to reduce the load applied to the.
[0089]
(4) Operation and effect of the present embodiment
In the above configuration, in the pet robot 1, during the sitting operation, the tip of the shin part 23 is grounded while slightly lifting the thighs of the rear leg units 3C and 3D from the state shown in FIG. 6B. The knee joint 24 is bent as described above, and thereafter the ground 40 is fixed by the shin part 23 of each of the rear leg units 3C, 3D while fixing the thigh part 22 of each of the rear leg units 3C, 3D to the body unit 2. By bending the knee joint 24 so as to push, the posture of FIG.
[0090]
After that, while sliding the grounding portion of the shin part 23 of each rear leg unit 3C, 3D on the ground 40, while extending the knee joint 24 of each rear leg unit 3C, 3D, Actuator 27 in the pitch direction₁~ 27_nThe body unit 2 is raised by the torque generated by the movement of the body portion 2 to shift to the “sitting” posture in FIG.
[0091]
Then, by such a series of movements, the actuator 27 in the pitch direction at the rear hip joint 25.₁~ 27_nThe torque required for the actuator can be reduced compared to the conventional one, and the actuator having the same output torque as that of the conventional actuator can be reduced accordingly.₁~ 27_nEven when it is used, it is difficult to be affected by the condition of the ground contact surface, and the sitting operation can be performed smoothly and reliably.
[0092]
According to the above configuration, the sitting motion of the pet robot 1 is performed using the bending and extending motions of the rear leg units 3C and 3D as described above, so that the actuator 27 in the pitch direction at the rear hip joint 25 can be obtained.₁~ 27_nTherefore, the torque required for the seating can be reduced as compared with the conventional case, and the sitting operation can be performed smoothly and reliably. As a result, the expression performance of the pet robot 1 can be made natural and the entertainment characteristics of the pet robot 1 can be improved.
[0093]
(5) Other embodiments
In the above-described embodiment, the present invention is configured such that the thigh 22 as the first link is connected to the body unit 2 via the hip joint 25 as the first joint mechanism, and the thigh The case of applying to the pet robot 1 configured as shown in FIG. 1 in which the shin portion 23 as the second link is connected to the joint 22 through the knee joint portion 24 as the second joint mechanism has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be widely applied to pet robots having other configurations and various other robot devices other than pet robots.
[0094]
In the above-described embodiment, the case where the shin portion 23 of each rear leg unit 3C, 3D is brought into contact with the ground 40 with a predetermined inclination smaller than vertical in the posture of FIG. However, the present invention is not limited to this, and the point is that the thigh part 22 of each rear leg unit 3C, 3D is positioned at a predetermined rotational position where the thigh part 22 can contact the ground 40 (motion reference plane) with a smaller inclination than the vertical. If so, the shin portion 23 of each of the rear leg unit 3C, 3D does not have to be in contact with the ground 40 at this time.
[0095]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention,From the state where the rear leg unit is extended forward and the tip of the second link of the front leg unit is grounded to the ground while the ground surface of the body unit is grounded to the ground. In the process of controlling the action of raising the body unit while grounding the ground part of the part to the ground,The first link is the second linkAgainst the groundSmaller than verticalPredeterminedPositioned at a predetermined rotational position where contact can be made with an inclinationI was in a posture to doAfter the firstDriving meansAnd the second driving means to control the first link with respect to the body portion.Do not rotate in the pitch direction relative to the fuselage unitIn the first drive meansRotateGenerate torque,And repels the groundSo that the second linkThe second drive means while sliding on the groundRotateAs a result, the angle between the second link and the ground is brought close to the vertical, and the trunk unit is raised by the rotational torque generated by the first driving means while the first link is fixed to the trunk unit. Rotate toBy doing so,Since the first link can be in a posture positioned at a predetermined rotational position where the second link can come into contact with the ground with an inclination smaller than perpendicular to the ground, the fuselage is produced by the rotational torque generated by the first driving means. Without causing the body unit to fall to the front due to its own weight, the body unit can be caused by a small rotational torque generated by the second drive means,ThusThe fuselage unit can be caused by a small rotational torque generated by the second driving means.A robot apparatus can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an external configuration of a pet robot according to an embodiment.
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of the pet robot.
FIG. 3 is a block diagram for explaining processing of a controller.
FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining a stochastic automaton.
FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining a directed graph.
FIG. 6 is a side view for explaining the sitting operation of the pet robot.
FIG. 7 is a side view for explaining the sitting operation of the pet robot.
FIG. 8 is a side view for explaining the sitting operation of the pet robot.
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining various postures;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pet robot, 2 ... Torso unit, 3A-3D ... Leg unit, 10 ... Controller, 22 ... Thigh, 23 ... Thigh, 24 ... Knee joint, 25 ... Hip joint , 40 ... the ground.

Claims (3)

Having a first link connected to the body unit via the first joint mechanism and a second link which is connected via a second joint mechanism to the first link, the body portion In the robot apparatus for controlling the operation of raising the body unit while the unit corresponding to the bottom of the unit is in contact with the ground ,
A first driving means provided in the first joint mechanism, and configured to rotate the first link around a predetermined first axis in the first joint mechanism;
A second driving means provided in the second joint mechanism, for rotating the second link around a predetermined second axis in the second joint mechanism;
And control means for controlling said first drive means and said second drive means,
The control means includes
The ground leg portion of the trunk unit is grounded to the ground, the rear leg units are extended forward, and the front end of the second link of the front leg unit is grounded to the ground. In the process of controlling the operation of raising the trunk unit while grounding the phase portion of the butt equivalent portion from the state to the ground,
By controlling the first driving means and the second driving means , the predetermined rotation that allows the first link to contact the second link with a predetermined inclination smaller than perpendicular to the ground. After making the posture located in the position,
The first driving means is controlled so as not to rotate the first link with respect to the body portion in the pitch direction with respect to the body portion unit by controlling the first driving means and the second driving means. Therefore the rotational torque is generated, and by rotationally driving by the second driving means while the second link is slid into the ground so as to repel against the ground, and the second link The angle formed with the ground is brought close to the vertical, and the body unit is rotated backward so that the body unit is raised by the rotational torque generated by the first driving means while fixing the first link to the body unit.
Robot apparatus. A reduction mechanism having a predetermined reduction ratio with respect to the first driving means is provided.
The robot apparatus according to claim 1. Having a first link connected to the body unit via the first joint mechanism and a second link which is connected via a second joint mechanism to the first link, the body portion In the control method of the robot apparatus for controlling the operation of raising the body unit while the unit corresponding to the bottom of the unit is in contact with the ground ,
A first driving step of rotating the first link around a predetermined first axis in the first joint mechanism by a first driving means provided in the first joint mechanism;
A second driving step of rotating the second link around a predetermined second axis in the second joint mechanism by a second driving means provided in the second joint mechanism;
A control step for controlling the first driving step and the second driving step;
With
The control step is
The ground leg portion of the trunk unit is grounded to the ground, the rear leg units are extended forward, and the front end of the second link of the front leg unit is grounded to the ground. In the process of controlling the operation of raising the trunk unit while grounding the phase portion of the butt equivalent portion from the state to the ground,
By controlling the first driving step and the second driving step, the first link can contact the first link with a predetermined inclination smaller than perpendicular to the ground. After making the posture located in the position,
Controlling the first driving step and the second driving step to prevent the first link from rotating in the pitch direction relative to the body unit with respect to the body unit; The second link and the second link are rotated by the second driving step while rotating the second link against the ground so as to generate a rotational torque by the second driving step. An angle formed with the ground is brought close to the vertical, and while the first link is fixed to the body unit, the body unit is rotated backward so that the body unit is raised by the rotational torque generated by the first driving step.
Method of controlling the robot apparatus.

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