JP2017516672A - ヒューマノイド型ロボットにおける噛み込み防止システム - Google Patents

Abstract

本発明は、ヒューマノイド型ロボットの使用の安全性に関する。ヒューマノイド型ロボットは、２つの要素（２、３）と、２つの要素を連結する少なくとも１つの自由度を有する関節（１１）とを含み、２つの要素が各々、それら要素の外表面を画定する外皮（２２、２３）を含み、関節（１１）が所与の範囲での移動を可能にし、２つの要素（２、３）のうちの第１の要素が、２つの要素のうちの第２の要素の外皮（２２、２３）の領域（２５、２６）に範囲の終端で実質的に接触するように意図される。本発明によれば、領域（２５、２６）は、所与の力よりも小さな力で所与の距離だけその領域（２５、２６）の変形を可能にするように可撓性である。第１の要素（３）は、可撓性領域（２６）を貫通することにより第２の要素（２）に取り付けられる。

Description

本発明は、ヒューマノイド型ロボットの使用の安全性に関する。

ロボットが、例えば、頭部、胴体部、２つの腕部、２つの手部、２つの脚部または２つの足部などの、人間の外観および機能のある特徴を有する時点で、ロボットをヒューマノイド型と見なすことができる。身体の高さのみを有する一部のロボットをヒューマノイド型と考えることもできる。ヒューマノイドロボットは、車輪を備えたプラットフォーム上をあちこち歩行または移動すること、肢部または頭部を用いて身体動作を行うことが可能である。実施することが可能な身体動作の複雑さは増大し続けている。

これらのロボットは、人間と相互作用するように意図されており、ロボットの身体動作がロボット周囲の人間を負傷させるのを回避することが必要である。より具体的には、ロボットのある関節の動きにおいて、ロボットは、近接して位置する人間の指部を挟む可能性がある。例えば、ロボットの腕部がロボットの胴体部に接近したときに、腕部と胴体部との間での引っ掛かりの危険性がある。より一般には、ロボットの２つの相互に関節接続された要素間での引っ掛かりの危険性が存在する。

引っ掛かりの危険性を低減するためにまたは引っ掛かりの影響を制限するために、いくつかの解決策が考案されている。いかなる引っ掛かりをも回避するために、該当する関節により連結された要素間に十分な隙間を保持することを可能にする当接手段により関節の移動を制限することが可能である。この解決策は、ロボットがある動きをするのを防止することによりロボットの可能性を制限する。その結果、ロボットの擬人化が低下する。

引っ掛かりの影響を制限するために、該当する関節を移動させるアクチュエータにより生成される力を低減することが可能である。この力の低減はまた、ロボットの可能性を制限するため、ロボットは、例えば、もはや大きな荷重を持ち上げることができなくなる。２つの要素が互いに接近するときに、移動の終端でのみアクチュエータの力を制限することが可能である。こうした制限は、アクチュエータの複雑な駆動を伴う。この駆動は、実行するのにコストがかかり、かつロボットの信頼性の低下の原因となる可能性がある。

本発明は、関節の移動の移動の終端で挟む力を制限することを可能にする完全に受動的な解決策によってロボットの動作の安全性を高めることを目的とする。

この目的のために、本発明の主題は、２つの要素と、２つの要素を連結する少なくとも１つの自由度を有する関節とを含むヒューマノイド型ロボットであって、２つの要素が各々、それら要素の外表面を画定する外皮を含み、関節が所与の範囲での移動を可能にし、２つの要素のうちの第１の要素が、２つの要素のうちの第２の要素の外皮の領域に範囲の終端で実質的に接触するように意図される、ヒューマノイド型ロボットである。領域は、所与の力よりも小さな力で所与の距離だけその領域の変形を可能にするように可撓性であり、かつ、その点において、第１の要素は、可撓性領域を貫通することにより第２の要素に取り付けられる。

可撓性領域は、関節または第１の要素のいずれかに接触した状態となるように構成することができる。

ロボットは、２つの要素の一方に属する当接部を含むことができる。範囲の終端において、２つの要素の他方は当接部に接触する。

２つの要素の外皮は大部分が剛性であり、有利には、少なくとも１つの可撓性領域が、外皮の剛性領域に連続して配設される。

可撓性領域は、閉鎖線内で不連続である。第１の要素は、可撓性領域の切れ目を通して外皮を貫通し、かつ外皮の剛性領域は、閉鎖線全体にわたって可撓性領域を囲む。

以下の添付図面により図示されている、例として与えられた実施形態の詳細な説明を読むことで、本発明がより良く理解され、かつ他の利点が明らかになるであろう。

図１ａは、本発明を実装するロボットの２つの例を示す。 図１ｂは、本発明を実装するロボットの２つの例を示す。 図２ａは、図１ｂのロボットの肩部を示す。 図２ｂは、図１ｂのロボットの肩部を示す。 図３は、図１ｂのロボットの腕部を示す。 図４は、図１ｂのロボットの腰部を示す。

明確にするために、異なる図において同じ要素には同じ参照番号が付される。

図１ａおよび１ｂは、ＡＬＤＥＢＡＲＡＮ ＲＯＢＯＴＩＣＳ（商標）社により開発されたヒューマノイド型ロボットの２つの例を示している。図１ａに示すヒューマノイドロボット１０は、頭部１と、胴体部２と、２つの腕部３と、２つの手部４と、２つの脚部５と、２つの足部６とを含む。図１ｂに示すヒューマノイドロボット１０’は、頭部１と、胴体部２と、２つの腕部３と、２つの手部４と、スカート７とを含む。これらの２つのロボットは、人間の形態および人間の動きを再現するためにロボットの異なる肢部の相対的な動きを可能にするいくつかの関節を含む。ロボット１０および１０’は、例えば、胴体部２と腕部３の各々との間に関節１１を含む。ロボットの肩部を形成する関節１１は、人間の肩部により可能な動きのように腕部３を胴体部２に対して移動させることを可能にするために、２つの回転軸線を中心に電動駆動される。

ヒューマノイド型ロボット１０はまた、ロボットの脚部を移動させて歩行動作を再現するためのいくつかの関節、特に、胴体部と大腿部の各々との間の腰部に、大腿部と脚部との間の膝部に、および脚部と足部との間の足首部に連結できる関節を含む。いくつかの形状の電動関節が実装され、１つまたは複数の回転自由度に従って肢部の１つを回転駆動する。

ヒューマノイド型ロボット１０’は、異なるアーキテクチャを有する。安定性を改善し、ロボットの重心を低くするために、ロボットは、脚部ではなく、ロボットを移動させることが可能な三脚部１４をスカート７の基部に含む、スカート７を含む。スカート７はまた、脚部７ａと大腿部７ｂとの間に、膝部のような第１の関節１２を含む。腰部のような第２の関節１３が、胴体部２と大腿部７ｂとを連結する。これらの２つの関節１２および１３は、回転軸線を中心に電動駆動されるピボットリンクである。関節１２の回転軸線Ｘａおよび関節１３の回転軸線Ｘｂは、ロボットを前方または後方に傾斜させることを可能にする、ロボットの２つの肩部を結ぶ軸線に実質的に平行である。

図２ａおよび図２ｂは、ロボット１０’の肩部１１をより詳細に示している。これらの図では、物体２０は、胴体部２と腕部３との間に挟まれる可能性のある人間の指部を示す円形断面で示されている。物体２０は、両図では横断面で示されている。実際には、物体２０は、人間の指部を示す標準化された基準物とすることができる。このゲージは、ロボットの２つの要素間にあまり強く挟まれ過ぎてはならない。具体的には、ロボットは、所与の力よりも大きな力を基準物に及ぼしてはならない。

図２ａにおいて、物体２０は、ロボット１０’の腋下の腕部３の下に配設される。腕部３は、胴体部２に沿って折り返され、腕部３と胴体部２との間の腋下に物体２０を挟む。図２ａに示す例では、ロボット１０’の前頭面に対して直角をなす水平軸線２１を中心とした関節１１の回転に関心が向けられている。前頭面は図２ａの平面に平行であり、かつ水平軸線２１は図の平面に対して直角をなす。関節１１は、軸線２１を中心とした所与の範囲内の角度移動を可能にする。腕部３は、１８０°程度移動することができる。本発明は、腕部３が範囲の終端で移動の終端に達したとき、ここでは、腕部３が胴体部２に沿っているときに、物体２０の挟み込みの効果を制限することを可能にする。当然ながら、図２ｂにより分かるように、垂直軸線を中心とした関節１１の他の回転軸線を中心とした回転のために、かつ概して、関節１１の２つの回転の組み合わされた動きのために、軸線２１を中心とした回転範囲の他方の終端にも本発明が適用できることが理解される。

胴体部２のおよび腕部３の外表面は、それぞれ外皮２２および２３を形成する。移動の終端において、腕部３が胴体部２に沿って延びているときに、腕部３の外皮２３と胴体部２の外皮２２とが互いに実質的に接触する。より具体的には、各外皮については、２つの外皮間の間隙が物体２０の断面よりも小さい領域がある。この領域は、腕部３の外皮２３には参照番号２５および胴体部２の外皮２２には参照番号２６が付される。本発明によれば、接触するように意図された、領域２５、２６の一方または領域２５、２６の両方は、所与の力よりも小さい力で所与の距離だけその領域の変形を可能にするように可撓性である。所与の距離は、物体２０の断面である。所与の距離は、例えば、５ｍｍ程度であり、子供の指部の直径を示す。所与の力とは、物体２０の挟み込みにおいて可能とされ得る最大力を示す。

該当する外皮の１つまたは複数の領域２５、２６の変形は、腕部３が胴体部２に対する移動終端位置から離れたときにそれら領域２５、２６の初期形状を回復するようにそれぞれの弾性域において行われる。物体２０がないときには、外皮２２の領域２６と外皮２３の領域２５との間に僅かな隙間、領域２５と２６との間に力のないまたは軽い圧力さえない接触が生じ得る。

これらの可撓性領域２５および２６の存在は、ロボットが人間の形態に近似することを可能にする。外皮の可撓性領域２５および２６を、例えば、シリコーンまたはゴムを主体とする弾性材料で作製された膜から形成することができる。

関節１１の移動の終端は、関節１１の動きを可能にするアクチュエータの駆動によりまたは関節１１の内部に配設された機械的当接部により生じ得る。

図示の例において、可撓性領域２５は、領域２５を規定する閉鎖線２７内で連続している。外皮２３の剛性領域２８は、閉鎖線２７全体にわたって可撓性領域２５を囲む。腕部３について、外皮２３は、大部分が剛性である。１つまたは複数の可撓性領域２５は、外皮２３上に配設される。これらの領域２３は、ロボット１０’の別の要素、この場合は胴体部２に腕部３が実質的に接触する可能性がある箇所に位置する。

胴体部２の可撓性領域２６は、領域２６を規定する閉鎖線３０内で不連続である。腕部３は、可撓性領域２６の切れ目を通して胴体部の外皮２２を貫通する。外皮２２の剛性領域３１は、閉鎖線３０全体にわたって可撓性領域２６を囲む。換言すれば、胴体部２の外皮２２は、腕部３に関しては、大部分が剛性である。可撓性領域２６は、閉鎖線３０に沿って剛性領域３１に固定される。可撓性領域２６は、剛性領域２２に固定されるとともに胴体部２に対する腕部３の取付部を囲むスカートを形成する。腕部３を完全に囲むことにより、可撓性領域２６は、関節１１の回転の全ての組み合わせで腕部３が胴体部２に接近することを可能にする。更に、可撓性領域２６は、そのスカート形状によって、関節１１内への望ましくない物体の侵入を制限することを可能にする。この目的のために、可撓性領域２６は、胴体部２に対する腕部３の取付部に接触した状態となるように構成される。可撓性領域２６は、関節１１または腕部３のいずれかに接触した状態とすることができる。可撓性領域２６は、特に、関節１１を周囲の塵から保護することを可能にする。可撓性領域２６はまた、ロボットの内部で起こり得るあらゆる異常を封じ込めることを可能にする。これは、例えば、電気的故障に関連する火災の始まりおよびロボットの内部での壊れた機械部品の保持である可能性がある。

図２ｂは、略垂直に上方に延びる腕部３を示している。腕部３は、その回転範囲の終端における軸線２１を中心とした回転移動の終端であって、図２ａに示す終端とは反対側の終端にある。腕部３の外皮２３の剛性領域２８は、胴体部２の外皮２２の可撓性領域２６内に僅かに押し込まれる。この押し込みは、矢印３２の高さにおいて視認できる。この図において、物体２０は、肩部と腕部３との間に挟まれた状態で示されている。物体２０の挟み込みの影響を制限するために、腕部３は、第２の可撓性領域２５を含むことができる。胴体部２では、物体２０は、胴体部２の可撓性領域２６内に押し込まれる。

より一般には、胴体部２および／または腕部３は、その箇所に位置決めされた必要な数の可撓性領域を有するか、またはこれらの２つの要素（胴体部２および腕部３）の外皮が、互いに接近するかまたは更には胴体部２に対する腕部３の異なる動きで衝突し得る。腕部３のおよび胴体部２の外皮は、大部分が剛性である。それら外皮上に作製される１つまたは複数の可撓性領域２５、２６は、それぞれ剛性領域２８および３１に連続して配設される。

図３は、ロボット１０’の前腕部３５に連結された腕部３を示している。図３の平面に対して直角をなす軸線３７を中心とした回転移動度を確保する肘部３６は、腕部３と前腕部３５とを連結する。腕部３には、肘部３６が貫通して延びるスカート形状の可撓性領域２６がある。前腕部３５では、可撓性領域３８が、前腕部３５の外皮４０の剛性領域３９に沿って広がる。可撓性領域３８は、前腕部３５を完全に囲むとともに、前腕部３５の閉鎖線に沿って広がることができる。代替的に、可撓性領域３８は、剛性領域３９を規定する閉鎖線に部分的にのみ沿って広がることができる。そして、可撓性領域３８は、第１の回転方向における肘部３６の回転において、前腕部３５が腕部３に最も近接する高さにリップ形状で配設される。第１の方向とは反対方向の回転において、前腕部３５が腕部３に実質的に整列する。肘部３６の後部では、前腕部３５上の可撓性領域を省略することが可能である。腕部３の可撓性領域２６は、挟み込みに起因するいかなる損傷をも回避するのに十分なものとすることができる。肘部３６が単一の回転自由度しか有さないとしても肘部３６を完全に囲む可撓性領域を設けることが有利である。可撓性領域２６の一部は、引っ掛かり防止機能を有さないが、異物に対する保護機能およびロボット内部における障害の抑制機能を保持する。

図４は、ロボット１０’の腰部１３をより詳細に示している。腰部１３は、胴体部２とスカート７との間に１つまたは２つの自由度を有することができる。２つの脚部５を有するロボット１０における腰部と同様の構成であり得る。腰部１３の角度移動範囲は、例えば９０°未満である。このような角度移動のためには、腰部により連結されたロボットの要素のうちの１つ要素の外皮上の可撓性領域があれば十分であり得る。図示の例において、領域２６は、胴体部２の底部を形成する。肩部１１または肘部３６に関して、領域２６は、ここでは、胴体部の垂直軸線を中心に胴体部２を取り囲む。

Claims (4)

1. ２つの要素（２、３、７、３５）と、前記２つの要素を連結する少なくとも１つの自由度を有する関節（１１、１３、３６）とを含むヒューマノイド型ロボットであって、前記２つの要素が各々、それら要素の外表面を画定する外皮（２２、２３、４０）を含み、前記関節（１１、１３、３６）が所与の範囲での移動を可能にし、前記２つの要素（２、３、７、３５）のうちの第１の要素が、前記２つの要素のうちの第２の要素の前記外皮（２２、２３、４０）の領域（２５、２６、３８）に前記範囲の終端で実質的に接触するように意図されるヒューマノイド型ロボットにおいて、前記領域（２５、２６、３８）が、所与の力よりも小さな力で所与の距離だけ前記領域（２５、２６、３８）の変形を可能にするように可撓性であることと、前記第１の要素（３、７、３５）が、前記可撓性領域（２６）を貫通することにより前記第２の要素（２、３）に取り付けられることとを特徴とする、ヒューマノイド型ロボット。
2. 前記可撓性領域（２６）が、前記関節（１１、１３、３６）または前記第１の要素（３、７、３５）のいずれかに接触した状態となるように構成されることを特徴とする、請求項１に記載のロボット。
3. 前記ロボットが前記２つの要素（２、３、７、３５）の一方に属する当接部を含むことと、前記範囲の終端において、前記２つの要素（２、３、７、３５）の他方が前記当接部に接触することとを特徴とする、請求項１または２に記載のロボット。
4. 前記２つの要素（２、３、７、３５）の前記外皮（２２、２３、４０）は大部分が剛性であることと、少なくとも１つの可撓性領域（２５、２６、３８）が、前記外皮（２２、２３、４０）の剛性領域（２８、３１、３９）に連続して配設されることとを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボット。

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