JP5476362B2 - ロボット - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ロボットに関する。

従来より、モータなどの駆動部によって可動部を動かすロボットがある。

ロボットは、駆動部の発熱によって駆動部やロボット内等の温度が上昇するため、この温度上昇を抑制することが求められている。

実施形態のロボットは、構造体と、温度検出手段と、制御部と、を備えている。前記構造体は、可動部および前記可動部を駆動する駆動部を含む。前記温度検出手段は、前記構造体に設けられ、前記構造体の温度を検出する。前記制御部は、前記温度検出手段が検出した温度が規定値を超えた場合、前記駆動部を制御して前記構造体の温度上昇を抑制する。前記制御部は、前記温度検出手段が検出した温度が規定値を超えた場合、前記可動部の可動領域のうち前記可動部から前記駆動部に作用する負荷のうちの最大負荷が作用する部分以外の領域で前記可動部を動作させる。

図１は、実施形態にかかるロボットの外観を示す斜視図である。 図２は、実施形態にかかるロボットの外観の一部を示す正面図である。 図３は、実施形態にかかるロボットの外観を示す底面図である。 図４は、実施形態にかかるロボットの外観を示す側面図であって、腕部が回動した状態を示す図である。 図５は、実施形態にかかるロボットの頭部の外観を示す平面図である。 図６は、実施形態にかかるロボットの頭部の外観を示す側面図である。 図７は、実施形態にかかるロボットの各部の電気的な接続を示すブロック図である。 図８は、実施形態にかかるロボットの制御部が実行する動作制御処理の流れを示すフローチャートである。

以下に、実施形態にかかるロボットを図面を参照して説明する。図１に示すように、ロボット１は、一例として、ショッピングセンター等に設けられた設置台１００に設置される。ロボット１は、各部を動かしてダンス等の動作を行う。本実施形態では、図１に示す状態がロボット１の基準姿勢である。ロボット１は、一例として、内蔵した電池を電源として動作する。

ロボット１は、基部２と、胴体部３と、頭部４と、左右の腕部５，６と、を備えている。胴体部３、頭部４、および腕部５，６は、詳しくは後述するが、基部２に対して相対動（回動）可能となっている。胴体部３、頭部４、および腕部５，６は、可動部の一例である。頭部４には、左右一対のカメラ部１１が設けられ、胴体部３には、音声入出力部１２が設けられている。音声入出力部１２は、スピーカ１３とマイク１４（いずれも図７）とを有している。

基部２は、図２や図３に示すように、基部ハウジング２ａと、左右の足部２ｂと、を有している。左右の足部２ｂは、基部ハウジング２ａに一体形成されている。ロボット１が設置台１００（図１）に載置された状態では、基部ハウジング２ａの底部と左右の足部２ｂの底部とが設置台１００に当接している。

胴体部３は、図１や図２に示すように、基部２の上方に配置されている。胴体部３は、胴体ハウジング３ａを有している。胴体ハウジング３ａの正面部には、開口部３ｂが設けられている。開口部３ｂは、音声入出力部１２によって閉塞されており、音声入出力部１２のスピーカ１３およびマイク１４は、胴体ハウジング３ａの内部に位置している。胴体部３は、連結機構（図示せず）によって、回動軸Ａ１（図２，４）回りに回動可能に基部２に連結されている。連結機構は、別の言い方をすると例えば関節部である。胴体部３の可動範囲は、図３に示すように、基準姿勢に対して左右に規定の規定角度α１ずつとなっている。図３中の矢印Ｂ１は、胴体部３の回動方向を示している。胴体部３は、第１のモータ１５ａ（図７）に連結されており、第１のモータ１５ａによって回動軸Ａ１回りに回動駆動される。胴体部３の回動軸Ａ１回りの回動動作は、腰振り動作とも称される。

図４に示すように、胴体ハウジング３ａの左右の側部には、凹部３ｃ（図面では一方の凹部３ｃのみが示されている）が設けられている。各凹部３ｃは、腕部５または６を受け入れる。各凹部３ｃには、通気口３ｄが設けられている。通気口３ｄは、一例として複数設けられて、網目状をなしている。通気口３ｄは、胴体ハウジング３ａの内外を連通している。通気口３ｄに通風がされることで、胴体ハウジング３ａ内が冷却され、胴体ハウジング３ａ内の温度上昇が抑制される。

左右の腕部５，６は、図１に示すように、胴体部３の側方に配置されて、胴体部３の胴体ハウジング３ａを挟む位置に位置する。左（一方）の腕部５の構成と右（他方）の腕部６の構成とは、左右対称であるので、以下では左の腕部５について詳細に説明し、右の腕部６について重複する説明は省略する。

腕部５は、図１や図２に示すように、概略円板状に形成されるとともに、外周部から内周部に向かうにつれて厚さが厚くなっている。腕部５は、連結機構７によって、胴体部３の上部に連結されている。腕部５は、連結機構７によって、回動軸Ａ２（図１）回りに回動可能に基部２に連結されており、凹部３ｃの通気口３ｄを開閉可能となっている。詳しくは、腕部５は、上下に回動可能であって、閉位置（図１）と開位置（図２）との間で回動可能となっている。閉位置では、腕部５は、凹部３ｃに重なった状態となっており通気口３ｄを閉じている。開位置では、腕部５は、凹部３ｃから離間した状態となっており通気口３ｄを開放している。胴体部３の回動軸Ａ２回りの可動範囲は、図２に示すように、基準姿勢に対して上方に規定の規定角度α２となっている。図１，２中の矢印Ｂ２は、回動軸Ａ２回りの胴体部３の回動方向を示している。腕部５は、第２のモータ１５ｂ（図７）に連結されており、第２のモータ１５ｂによって回動軸Ａ２回りに回動駆動される。腕部５の回動軸Ａ２回りの回動動作は、羽ばたき動作とも称される。なお、右の腕部６の羽ばたき動作用のモータは、第３のモータ１５ｃ（図７）である。つまり、各腕部５，６毎に、羽ばたき動作用のモータが設けられている。

また、腕部５は、連結機構７によって、回動軸Ａ３（図１）回りに回動可能に基部２に連結されている。詳しくは、腕部５は、前後に回動可能である。回動軸Ａ３回りの胴体部３の可動範囲は、図４に示すように、基準姿勢に対して一方向（前方）に規定の規定角度α３、基準姿勢に対して他方向（後方）に規定の規定角度α４となっている。図１，４中の矢印Ｂ３は、回動軸Ａ３回りの胴体部３の回動方向を示している。腕部５は、第４のモータ１５ｄ（図７）に連結されており、第４のモータ１５ｄによって回動軸Ａ３回りに回動駆動される。腕部５の回動軸Ａ３回りの回動動作は、腕振り動作とも称される。なお、右の腕部６の腕振り動作用のモータは、第５のモータ１５ｅ（図７）である。つまり、各腕部５，６毎に、腕振り動作用のモータが設けられている。

頭部４は、図１や図４に示すように、胴体部３の上方に配置されている。頭部４は、頭部ハウジング４ａを有している。頭部ハウジング４ａの正面部には、左右一対のカメラ部１１が設けられている。

頭部４は、連結機構（図示せず）によって、回動軸Ａ４（図４）回りに回動可能に胴体部３に連結されている。詳しくは、頭部４は、左右に回動可能となっている。図５に示すように、頭部４の回動軸Ａ４回りの可動範囲は、基準姿勢に対して左右に規定角度α５ずつとなっている。図５中の矢印Ｂ４は、胴体部３の回動軸Ａ４回りの回動方向を示している。頭部４は、第６のモータ１５ｆ（図７）に連結されており、第６のモータ１５ｆによって回動軸Ａ４回りに回動駆動される。頭部４の回動軸Ａ４回りの回動動作は、首横振り動作とも称される。

また、頭部４は、連結機構（図示せず）によって、回動軸Ａ５（図５）回りに回動可能に胴体部３に連結されている。詳しくは、頭部４は、上下に回動可能となっている。図６に示すように、頭部４の回動軸Ａ５回りの可動範囲は、基準姿勢に対して上下に規定の規定角度α６ずつとなっている。図６中の矢印Ｂ５は、胴体部３の回動軸Ａ５回りの回動方向を示している。頭部４は、第７のモータ１５ｇ（図７）に連結されており、第７のモータ１５ｇによって回動軸Ａ５回りに回動駆動される。頭部４の回動軸Ａ５回りの回動動作は、首縦振り動作とも称される。

可動部（胴体部３、頭部４、左右の腕部５，６）を駆動する第１〜第７のモータ１５ａ〜１５ｇは、胴体ハウジング３ａに収容されて、胴体ハウジング３ａに固定されている。第１〜第７のモータ１５ａ〜１５ｇは、可動部を駆動する駆動部（アクチュエータ）の一例である。第１〜第７のモータ１５ａ〜１５ｇは、基部２および可動部（胴体部３、頭部４、左右の腕部５，６）とともに、構造体１６を構成している。なお、以下では、便宜上、第１のモータ１５ａ〜第７のモータ１５ｇを、単にモータ１５と称することもある。

また、ロボット１は、胴体部３に温度センサ２２（図７）を有している。温度センサ２２は、構造体１６の温度を検出するものであり、胴体ハウジング３ａに収容されている。温度センサ２２は、温度検出手段の一例である。温度センサ２２は、胴体ハウジング３ａ内に一つだけ設けられていてもよいし、複数設けられていても良い。また、温度センサ２２は、構造体１６の温度として、胴体ハウジング３ａ内の雰囲気温度を検出してもよいし、各可動部（胴体部３、頭部４、左右の腕部５，６）に設けられて各可動部の温度を検出してもよい。

また、ロボット１は、図７に示すように、制御部２０を備えている。制御部２０は、一例として胴体ハウジング３ａに収容されている。制御部２０は、一例として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、プログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を含むコンピュータである。ＣＰＵは、プログラムに従うことで各種の処理を実行する。

制御部２０には、バスライン２１等を介して、カメラ部１１、スピーカ１３、マイク１４、第１〜第７のモータ１５ａ〜１５ｇ、温度センサ２２、通信部２３等が接続されている。通信部２３は、一例として情報処理装置等のホスト装置と通信を行う。

制御部２０は、カメラ部１１やスピーカ１３、マイク１４等を用いて、顧客へのアシスト処理を行う。一例として、制御部２０は、カメラ部１１で撮像した顧客の画像から顧客の属性（例えば性別や年齢）を判別して、当該顧客に応じた情報（例えば商品の宣伝）をスピーカ（出力部）１４を用いて行う。

また、制御部２０は、動作制御処理として、温度センサ２２が検出した温度が規定値を超えた場合、モータ１５を制御して構造体１６の温度上昇を抑制する。詳細には、ロボット１は、動作モードとして第１の動作モードと第２の動作モード動作を有しており、制御部２０は、第１の動作モードでモータ１５を制御している場合に温度センサ２２が検出した温度が規定値を超えたときに、構造体１６の温度上昇を抑制する第２の動作モードに移行する。ここで、第１の動作モードは、各部に通常動作を行わせるモードであり、第２の動作モードは、各部に温度上昇抑制動作を行わせる行うモードである。

以下に、制御部２０が行う動作制御処理の一例を図８のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。

まず、制御部２０は、第１の動作モードでモータ１５を制御する（ステップＳ１）。詳細には、第１の動作モードでは、制御部２０は、モータ１５を制御して、胴体部３や頭部４、左右の腕部５，６に、腰振り動作や羽ばたき動作、腕振り動作、首横振り動作、首縦振り動作を行わせる。実行させる動作は、１つでもよいし、複数種類の動作であってもよい。複数種類の動作の組み合わせによって、ロボット１はダンス動作等を行う。また、第１の動作モードでは、可動部（胴体部３、頭部４、左右の腕部５，６）の可動領域の全域が使用可能となっている。また、第１の動作モードでは、可動部（胴体部３や頭部４、左右の腕部５，６）の動作速度の最大動作速度を含め全動作速度範囲が使用可能となっている。

制御部２０は、可動部（胴体部３や頭部４、左右の腕部５，６）を制御しながら、温度センサ２２を用いて構造体１６の温度を監視する。構造体１６の温度は、上述のとおり、胴体ハウジング３ａ内の雰囲気温度や、各可動部（胴体部３、頭部４、左右の腕部５，６）の温度である。そして、制御部２０は、温度センサ２２が検出した構造体１６の温度が第１の規定値を超えない場合は（ステップＳ２のＮｏ）、第１の動作モードでのモータ１５の制御を続行する（ステップＳ１）。

一方、制御部２０は、温度センサ２２が検出した構造体１６の温度が第１の規定値を超えた場合は（ステップＳ２のＹｅｓ）、第１の動作モードから第２の動作モードに移行して、第２の動作モードでモータ１５の制御を行う（ステップＳ３）。制御部２０は、第２の動作モードでは、第１の例として、第２および第３のモータ１５ｂ，１５ｃを制御して左右の腕部５，６に胴体ハウジング３ａの通気口３ｄを開放状態とさせる動作を行わせて、構造体１６の温度上昇を抑制する。この動作は、一例として、第１の動作モードで左右の腕部５，６によって通気口３ｄが閉塞されていた状態から、第２の動作モードに移行した場合に行われる。また、上記動作は、他の一例として、第１の動作モードで、左右の腕部５，６が、通気口３ｄを閉塞する動作を含む羽ばたき動作をしていた場合に、第２の動作モードに移行した場合に行われる。この他の一例の場合には、通気口３ｄを閉塞する位置（閉位置）へ左右の腕部５，６が回動しないように制御される。以上説明した動作によって、第２の動作モード中は、常に通気口３ｄが開放状態となり通気経路が確保される。これにより、通気口３ｄによって胴体ハウジング３ａ内の換気が良好に行われて胴体ハウジング３ａ内の熱が胴体ハウジング３ａ外へ放出され、構造体１６の温度（胴体ハウジング３ａ内の温度や各モータ１５の温度）が低下する。

また、第２の動作モードにおける制御の第２の例として、制御部２０は、第２および第３のモータ１５ｂ，１５ｃを制御して通気口３ｄから胴体ハウジング３ａ内への送風を行う送風動作を左右の腕部５，６に行わせて、構造体１６の温度上昇を抑制する。この送風動作は、羽ばたき動作によってなされる。この送風動作は、一例として、第１の動作モードで左右の腕部５，６によって通気口３ｄが閉塞されていた状態から、第２の動作モードに移行した場合に行われる。この送風動作によって、通気口３ｄから胴体ハウジング３ａ内へ強制的に送風が行われる。また、送風動作によって、通気口３ｄを通る空気の流速が増加する。この送風動作によって、胴体ハウジング３ａ内の熱が胴体ハウジング３ａ外へ放出され、構造体１６の温度（胴体ハウジング３ａ内の温度や各モータ１５の温度）が低下する。

また、第２の動作モードにおける制御の第３の例として、制御部２０は、左右の腕部５，６の可動領域のうち左右の腕部５，６から第２および第３のモータ１５ｂ，１５ｃに作用する負荷のうちの最大負荷が作用する部分以外の領域（制限可動領域）で左右の腕部５，６を動作させる。上記の最大負荷が作用する部分以外の領域は、制限可動領域とも称される。ここで、腕部５，６から第２および第３のモータ１５ｂ，１５ｃに作用する負荷のうちの最大負荷が作用する部分は、本実施形態では、腕部５，６の重量による第２および第３のモータ１５ｂ，１５ｃに作用するモーメント（回転モーメント）が最大となる位置である。この位置は、本実施形態では、腕部５，６が水平状態とる位置、即ち腕部５，６の重心が図２中の水平線Ｄと一致する位置（最大モーメント位置）である。そして、制限可動領域は、一例として、腕部５，６の可動領域（図２中の規定角度α２の範囲）から上記の最大モーメント位置を含む規定の領域（図２中の規定角度α７の領域）を除いた領域である。なお、この規定の領域は、腕部５，６の可動領域よりも小さい領域である。そして、制御部２０は、制限可動領域中に腕部５，６の重心が位置するように、第３のモータ１５ｂ，１５ｃを制御する。このように可動領域を制限することで、可動領域を制限しない場合に比べて、第２および第３のモータ１５ｂ，１５ｃの発熱が抑制されて第２および第３のモータ１５ｂ，１５ｃの発熱量が小さくなる。これにより、構造体１６の温度の上昇が可動領域を制限しない場合に比べて抑制される。

また、第２の動作モードにおける制御の第４の例として、制御部２０は、可動部（胴体部３や頭部４、左右の腕部５，６）の動作速度のうち最大動作速度よりも低い動作速度で可動部を動作させる。このように動作速度を制限することで、動作速度を制限しない場合に比べて、モータ１５の出力（駆動速度、回転数）が低く抑制されてモータ１５の発熱量の増大が抑制される。これにより、構造体１６の温度の上昇が抑制される。なお、上記の第２の動作モードにおける制御の第１〜第４の例は、単独で実施してもよいし、組み合わせて実施してもよい。

そして、第２の動作モードに移行した制御部２０は、第２の動作モードで可動部（胴体部３や頭部４、左右の腕部５，６）を制御しながら、温度センサ２２を用いて構造体１６の温度を監視する。そして、制御部２０は、温度センサ２２が検出した構造体１６の温度が第２の規定値を超えない場合は（ステップＳ４のＮｏ）、第２の動作モードでのモータ１５の制御を続行する（ステップＳ３）。第２の規定値は、第１の規定値以下の温度であるが、第１の規定値よりも低い温度であることがより好適である。

第２の動作モードによる可動部（胴体部３や頭部４、左右の腕部５，６）の動作によって構造体１６が冷却されて、構造体１６の温度が第２の規定値以下になった場合は（ステップＳ４のＹｅｓ）、制御部２０は、第２の動作モードから第１の動作モードに移行して、第１の動作モードでモータ１５を制御する（ステップＳ１）。

以上、説明したとおり、本実施形態では、温度センサ２２が検出した温度が規定値を超えた場合、制御部２０が、モータ１５を制御して構造体１６の温度上昇を抑制する。したがって、モータ１５の温度上昇や胴体ハウジング３ａ内の温度上昇などの構造体１６の温度上昇を抑制することができる。これにより、モータ１５や制御部２０の寿命が短くなるのを抑制することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…ロボット、３…胴体部（可動部）、３ａ…胴体ハウジング（ハウジング）、３ｄ…通気口、４…頭部（可動部）、５，６…腕部（可動部）、１５…第１〜第７のモータ（駆動部）、１６…構造体、２０…制御部、２２…温度センサ（温度検出手段）。

特開平７−１１２３９４号公報

Claims (5)

1. 可動部および前記可動部を駆動する駆動部を含む構造体と、
   前記構造体に設けられ、前記構造体の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段が検出した温度が規定値を超えた場合、前記駆動部を制御して前記構造体の温度上昇を抑制する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記温度検出手段が検出した温度が規定値を超えた場合、前記可動部の可動領域のうち前記可動部から前記駆動部に作用する負荷のうちの最大負荷が作用する部分以外の領域で前記可動部を動作させるロボット。
2. 前記制御部は、第１の動作モードで前記駆動部を制御している場合に前記温度検出手段が検出した温度が前記規定値を超えたときに、前記構造体の温度上昇を抑制する第２の動作モードに移行する請求項１に記載のロボット。
3. 前記駆動部および前記温度検出手段を収容しているとともに、通気口が形成されたハウジングを備え、
   前記可動部は、前記通気口を開閉可能であり、
   前記制御部は、前記温度検出手段が検出した温度が規定値を超えた場合、前記駆動部を制御して前記可動部に前記通気口を開放状態とさせる動作を行わせる請求項１または２に記載のロボット。
4. 前記駆動部および前記温度検出手段を収容しているとともに、通気口が形成されたハウジングを備え、
   前記可動部は、前記通気口を開閉可能であり、
   前記制御部は、前記温度検出手段が検出した温度が規定値を超えた場合、前記駆動部を制御して前記通気口から前記ハウジング内への送風を行う送風動作を前記可動部に行わせる請求項１ないし３のいずれか一項に記載のロボット。
5. 前記制御部は、前記温度検出手段が検出した温度が規定値を超えた場合、前記可動部の動作速度のうち最大動作速度よりも低い動作速度で前記可動部を動作させる請求項１ないし４のいずれか一項に記載のロボット。

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