JPS603711A

JPS603711A - ロボット装置

Info

Publication number: JPS603711A
Application number: JP58110925A
Authority: JP
Inventors: Kinji Mori; 森　欣司; Shoji Miyamoto; 宮本　捷二; Koichi Ihara; 廣一井原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-06-22
Filing date: 1983-06-22
Publication date: 1985-01-10
Anticipated expiration: 2009-01-19
Also published as: CA1212164A; US4608525A; EP0129853B1; EP0129853A1; DE3473847D1; JPH065482B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、個別に動作できる細胞ロボットヲ、連結させ
、互いに情報の交換により、協調をとって動けるロボッ
トの構成法と、それを実現する装置に関する。

〔発明つ￥ｔ〕

従来、ロボットとは機能分担され、分担された各部分は
、中央の装置により情報が集められ、かり、そこからの
指令で動かされていた。

そのため、分担された部分ごとに、特定の装置をつくら
ねばならなかった。また、中実装置の故障や暴走により
、ロボット全体がダウンしたり、危険な動作をすること
もありえる。また、対象とする物体の大小により、ロボ
ットもそれに応じて変えざるを得なかった。さらに、ア
ームの関節の数によシ決まる動作の自由度は低く、柔軟
で連続的な動作ができにくくかつ、応答性も低いという
欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、個々に自律的に動ける同じような細胞ロボッ
トを種々に組合せるだけで、１つのロボットができ、中
央の装置はなく、一部の細胞ロボットによってもシステ
ムダウンはせず、個々の細胞ロボットが同時に反応する
ため応答性がよく、柔軟な動作ができるために、細胞ロ
ボットが互いに情報交換をし、かつ、連携をとって自ら
全制御する装置を提供するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、各細胞ロボットがセンサと、手足にあたるア
ームを持ち、自らで動作を制御できるもので、それらを
、互いに接続し、かつ、伝送路で結合することによシ情
報交換を行ない、連携をとって、細胞ロボット群として
動作をさせるものである。この細胞ロボット群としての
動作は、物体にからみつき、握り、移動させる他に、所
定のパターンの形状を構成させることである。

〔発明の実施例〕

第１図は、システムの全体構成を示す。ロボット全体は
、複数の細胞ロボット１１，１２．・・・・・・から構
成され、これら細胞ロボットはアーム１１１゜１２１、
・・・１１２，２１２．・・・により、隣接した細胞ロ
ボットと接続されている。第１図では、細胞ロボットを
２次元上に配置したもので、各細胞ロボツ）１１．１２
．・・・・・・が、横軸アーム１１１　＃１２１、・・
・、縦軸アーム１１２，１２２．・・・により、それぞ
れ横軸上、および縦軸上の細胞ロボットと接続されてい
る。

各細胞ロボットは、それぞれの横、縦軸アームの長さを
調整することで、その構造を第２図のように変化させる
。各細胞ロボット内には、第３図のようなアーム駆動装
置、および、第５図のようなアーム駆動のためのコント
ローラが格納されている。各コントローラは、伝送路に
より、隣接細胞ロボットのコントローラと接続され、情
報交換ができる。この隣接細胞ロボット間の情報交換に
より、各細胞ロボットが連携をとり動作する。

第３図は、細胞ロボットのアーム駆動装置で、アームの
一方は、サーポモ〜り２２１５と歯車２２１３の付いた
アクティブアーム２２１１で、他方は、歯車２２１３の
ガイド２２１４が付いたネガティグアーム２２１２であ
る。アクティブアーム２２１１およびネガティブアーム
２２１２は、それぞれ軸２２１６．２２１７により、細
胞ロボット本体に接続されている。この軸２２１６．２
２１７ｅロックしない限り、アームは、自在に、その方
向を変えられる。また、サーボモータ２２１５によシ歯
車２２１３　％を回転させることにより、アーム長も、
自在に調整できる。

第４図のように、細胞ロボット内には、横、縦軸方向に
、それぞれアクティブアーム２２１１゜２２２１と、ネ
ガティブアーム１２２２，２１１２があり、隣接した４
細胞ロボツトに接続されている。

アクティブアーム２２１１，２２２１により、横、縦軸
方向を任意に移動できる。なお、アクティブアームでも
、サーボモータ２２１５の電源をオフすることにより、
歯車を自由に回転できる（フリー状態）ようにできる。

また、歯車２２１３を固定させ（ロック状態）ることに
より、アーム長を固定してしまうこともできる。さらに
、縦軸のアクティブ／ネガティブアーム１２２２，２２
２１を一体のものとして接続し各自に回転できないよう
に固定する縦軸アーム固定接続装置１２３２がある。細
胞ロボット内は、第５図のような構成になっている。

コントローラ２２０１１は、例えば、縦、横方向にある
物体を認識するセンサ２２０１４，２２０２４ネガテイ
ブ縦／横軸ア一ム間の角度を測定する角度センサ２２０
１５　、および、隣接細胞ロボットから伝送路１２２２
．２１２２．２２２３．２２３２ｔ−介して入つてくる
情報をもとに、アームの移動量を計算し、横、縦それぞ
れの方向のアクティプアー入上のサーボモータ２２１５
．２２２５を動かすべく指令をサーボ２２０１２．２２
０２２へ出す。この指令にもとづき、サーボモータ２２
１５．２２２５は回転し、歯車２２１３を回す。サーボ
モータ２２１５．２２２５の回転角は、サーボセンサ２
２０１３．２２０２３で検知され、コントローラ２２０
１１ヘフイードバツクされる。指令回転角と、サーボモ
ータの実際の回転角がズしていれば、コントローラは補
正回転角をサーボへ指令する。

歯車をフリー状態、または、ロック状態にするか否かも
、コントローラが指令する。

第９図に、コントローラの内部構造を示す。コントロー
ラの処理装置２２０１０は、隣接細胞ロボットと伝送路
１２２２，２１２１，２２３２．２２２３と、インター
フェイス２２０１１１．２２０１１２　を介して、デー
タを交換する。また、インターフェイス２２０１１７〜
２２０１１１１を介し、センサ、サーボセンサ、サーボ
モータと信号データの受授を行なう。インターフェイス
２２０１１．２２０１１３゜２２０１１５，２２０１１
７，２２０１１９．２２０１１１１から受けたデ〜り、
または、これらへ送出するデータは、バッファー１　、
２２０１１３へ格納される。一方、インターフェイス２
２０１１４．２２０１１６゜２２０１１８．２２０１１
１０．２２０１１１２を介し送受信するデータは、バッ
ファー２．２２０１１４へ格納される。バッファー１は
、横軸方向、バッファー２は、縦軸方向に関する情報が
格納されている。

処理装置２２０１１０　は、これらバッファ内の情報を
もとに、横軸および縦軸のアクティブアームの調整量を
計算し、その結果を、各アームファイル２２０１１５．
２２０１１６へ格納する。これら７アイル２２０１１５
，２２０１１６内のデータに従い、処理装置２２０１１
０は、サーボモータ２２１５．２２２５を制御する。

各細胞ロボットのアームの動きと、細胞ロボット群とし
ての動きを、第６〜８図を用いて説明する。

細胞ロポツ）１１〜３７は、３行７列に配置され、１７
．２７．３７は、支柱に固定されているとする。これら
細胞ロボット群の目的は、■物体１を囲む、■所定の力
で握る、（■物体ｌを移動する、であり目的に応じ３つ
のステップで、ロボットは動く。先ず、第１ステツプを
説明する。いま、物体１と、細胞ロボット群が、第６図
のように離れているとする。各細胞ロボットは、物体１
と接触していなければ、横軸のアームｆ、ｇばす。仁の
時、縦軸のアームはロックし、かつ、各列の細胞ロボッ
トが平行して移動するように、細胞ロボット２１〜２７
．３１〜３７の横軸アームはフリー状態にしておく。細
胞ロボット１１〜１７は、横軸アームを徐々に延ばして
ゆくと、細胞１１のセンサ２２０２４が、先ず、物体ｌ
ｆ：感知する。以後、１１．２１．３１の横軸アームの
フリー状態を解除する。さらに、各細胞ロボット１１〜
１７のアームが延びると、細胞ロボッ）１１は、物体１
に沿って移動する。これにより、細胞ロボット１１　喀
〜１２間のアームは、細胞ロボツ）３３，２２゜１２間
の縦軸アームに対し、角度θを持つ。各行の隣接する細
胞ロボット対（１１，１２）。

（２１，２２）、（３１，３２）の横軸アームを、互い
に平行にするように、細胞ロボット１１゜２１．３１は
アクティブアームを制御する。そのために、縦／横軸ネ
ガティブアーム角θの変化をアーム角センサ２２０１５
で検知した細胞ロボット１２は定期的に、隣接する横軸
方向および縦軸方向で、アクティブアームを持つ細胞ロ
ボツ）１１゜２２に、その時の角度θを知らせる。同様
に、このデータθを受けた細胞ロボット２２は、細胞ロ
ボット２１と３２へ、転送する。さらに、このデータθ
を受けた細胞ロボット３２は、同様にして、３１へ知ら
せる。このようにして、角度θは定期的に検出され、隣
接細胞ロボットに報知される。

また細胞ロボット１１は、１２との間のアーム長ｉ２１
．３１へ知らせる、アクティブアームを持つ細胞ロボッ
ト２１．３１は、第１０図のアルゴリズに従い、それぞ
れの横軸アーム長を計算する。

例えば、細胞ロボット２１は、１１との間のアーム長り
がわかっており、１２．ｉｌから知らされた角度θ、縦
軸アーム長りをもとに、横軸アーム長ｔ（２１，２２）
はｔ（２１，２２）＝ｔ−２ｈｃｏｓθ　・・・・・・（
１）と計算する。また、３１も、同様にしてｔ（３１゜
３２）をｔ（３１，３２）−４−４ｈｃｏｓθ　・・・・・・（
２）と計算する。仁の値に従い、２１．３１は、横軸ア
クティブアームのサーボを動かし、アーム長を調節する
。なお、２１．３１がアーム長を調整する時、１１はア
ーム長を変化させず、かつ、１２は１１との間のアーム
の軸２２１６ｉ回転しないように固定する。

このようにして、細胞ロボット１１は、物体認識センサ
２２０１４，２２０２４をもとに、横軸アームを延ばし
つつも物体から離れないようにアームの角度を変えてゆ
く。これにより、細胞ロボット１２間とのアーム角が変
化すれば、前述のアルゴリズムに従い、各細胞ロボット
２１〜２７．３１〜３７は、アームを調整する。

なお、スムースに、細胞ロボッ）１２〜１７が物体１に
から壱つかすため、各列上の細胞ロボット１２，２２．
３２は、足期的に細胞ロボット１１．２１．３１とのア
ーム角、アーム長音、後方の列上の細胞ロボツ）１３，
２３．３３へ知らせておく。同様に１３．２３．３３も
七の時のアーム角、アーム長ｒ、後方の１４．２４．３
４へ知らせる。このようにして、前方列上のｓｕｎロボ
ットハ、後方列上の細胞ロボットへ、その時々の角度、
アーム長を知らせる。各細胞ロボットが前進し、前方細
胞ロボットのいた位置に来ると、既に送られてきている
これらデータをもとに、アーム角、アーム長全制御する
。

なお、第１０図でアーム角θが小ネくなり、がっ、隣接
細胞ロボット間１１〜１２のアーム長が短くなると、細
胞ロボット３１．３２間のアーム長ｔ（３１，３２）は
、最小アーム長を馴以下ｔ（３１，３２）＝ｔ−４ｈｃ
ｏｓθ ＜１ｍｒとなり、細胞ロボット３１は、アーム角θを実現できな
い７つまり、θを実現できずに、細胞ロボット３１は、
３２に接触してしまう。このような事が起こる可能性が
あるため、各細胞ロボットは、アーム角の実現において
、横軸アーム長の計算値が、前もって決められた最小ア
ーム長を一以下になれば、実際には、最小アーム長ｔ―
を実現するようにサーボを制御する。

アームが、物体にからみついたかどうかの判定は次のよ
うに行う。なお、からみついたと判定したら、次の第２
ステツプに移る。第１１図に、アームが、物体１全囲ん
でいる状況金示す。物体１に接触している両端の細胞ロ
ボツ）１１．１９の間の細胞ロボット１２〜１９と、細
胞ロボット２０は、それぞれの横軸アームの角度を、ア
ーム角七／す２２０１５の値をもとに計算する。縦軸ア
ームのついている側より、反対側に角度θをもてばθ〉
Ｏとし、縦軸アーム側に角贋金もてば、 θ＜０１とする。よって、第１１図では、細胞ロボツ）１６は０
ｇ＜０とし、それ以外の細胞ロボットでは０１・θ２．θ３・θ４・θ６・θ７．θ８．θ９〉０
とする。各細胞ロボットは、周期的に、この角度を父換
し、これらの和θ全計算する。

アームは、物体ｌにからみついたと判定する。

なお、第７図では、細胞ロボット群の先端のうち、１つ
の細胞ロボット１１のみが、物体１全感知するとした。

しかし、第１２図のように、細胞ロボツ）１１，２１．
３１が同時に、物体１を感知することもある。この時、
各細胞群ロボットは、アームを延長できなくなる。また
、第７図の場脅でも、細胞ロボット１１が、物体１に接
した時、物体１上を滑らず、やはり、細胞ロボットのア
ームを延ばせなくなることもある。この時、例えは、Ｍ
１行の細胞ロボット１１を物体に沿って滑らせるように
決めておく。そこで、細胞ロボット２１は、縦軸アクテ
ィブアームを、一定値縮め、かつ、細胞ロボット１１の
横軸アクティブアーム全フリーの状態とする。これによ
り、第１３図のように、細胞ロボット１１は、１２に引
きつけられ６５次に、細胞ロボット１１と１２間のアー
ム角を固定し、１１１Ｂ胞ロボツト２１１よ、縦軸アク
ティブアームをのばし、もとの長さにもどす。以後、前
記通り、第１行目の細胞ロボット１１〜１７が、それぞ
れの横軸アクティブアーム金伸ばして、物体１をかこん
でゆく。

第２ステツプは、細胞ロボット群が、囲んだ物体１を、
所定の力で握ることである。そのために、まず、各細胞
ロボットは、横軸アームケ延長することをやめる。そし
て、第１行目以外の細胞ロボット２１〜２７．３１〜３
７は、それぞれ、縦、横方向のアーム角を固定する。次
Ｖこ、物体１に接する細胞ロボット１１〜１６と細胞ロ
ボット２１〜２６間の縦軸アーム長を伸ばすよう、２１
〜２６は制御する。所定の長さ伸したら、この物体１の
しめつけの制御は終了する。

第３ステツプは、握った物体の移動である。このためＶ
Ｃは、物体１に接している細胞ロボット１１〜１６以外
の列上にある細胞ロボットが、アーム長音第１ステップ
と同様にして変えればよい。

なお、本ロボットは、多数の細胞ロボットから構成され
ているため、一部細胞ロボットの故障によっても、ロボ
ット全体はダウンしない、例えば、第７図で、第２行目
の細胞ロボット２２が故障し、フリー状態になってしま
うとする。この時、隣接細胞ロボットのアーム長の制御
だけによっても、２２のアーム長は、一意的に決まって
しまう。第１行目の細胞ロボット１２が故障した時、縦
／横軸アーム角θが計測できない。そのため、１１゜２
１．３１、それまでのアーム長全固定しておく。

また、３行目の細胞ロボット３２が故障した時、何ら、
他細胞ロボットは制御法金変える必要がない。ただし、
第１列目の細胞ロボツ）１１，２１゜３１のどれかが故
障した時は、上記、第２ステツプの物体のしめつけ制御
ができなくなるため、第２行目の１２．２２．３２が、
代替して制御する。

なお、上記では、物体１が存在する時の細胞ロボット群
の制御法を示したが、物体１が存在せず、これら細胞ロ
ボット群に所定のパター／に応じた動作をさせることも
できる。そのためには、第１行目の各細胞ロボットに、
横軸アーム長と、アーム角θをそれぞれ知らせ、これに
応じて谷Ｉ圃胞ロボットが制御すればよい。

以上の収明でも明らかなように、各細胞ロボットのハー
ド、ソフトは均質であり、隣接細胞ロボット間のコミュ
ニケーションのみにより、各自、制御するため、細胞ロ
ボット数の増大、減少によっても、各細胞ロボットの円
味を全く変更する必要はない。

なお、上記のロボットの構造は、３行からなる四角形状
のものを考えたが、４行以上からなるもの、また、六角
形状などの構造に対しても、同様にして実現できる。

また、各細胞ロボットのアームの制御は、上記に示した
以外の方法でも何ら問題ない。

Ｃ工。。。　１本発明により、自律した同一の機能を持つ細胞ロボツｌ
ｌ−単に組合すだけで、ロボットをｌＩＩ成でき、対酸
に応じ、組合せる細胞ロボットの個数を変えればよい。

また、組合せの変更や、細胞ロボットの拡張、縮少にか
かわりなく、他の細胞ロボットのハード、ソフトの変更
は不要である。これら細胞ロボットの一部故障によって
も、ロボット全体はダウンすることなく、所定の機能を
続行できる。また、多数の細胞ロボットヲ使用でき、ロ
ボット全体としての動作の自由度は、接続された細胞ロ
ボットの数に応じて増大する。！ｉだ、各細胞ロボット
が独自に動作するため、ロボット全体としての応答性が
改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１３図は本発明の詳細な説明図でｆＪ＋　図第　Ｊ　図Ｚ　４　図第　５　図第　ｑ　図Ｔｌρ　図ｆ−４′／Ｌα幣び ■　１１　図第　１２　図￥Ｊ１３図

Claims

【特許請求の範囲】

ビルディングブロック的にロボットが構成され、インテ
リジェンスをもった個々の細胞ロボットの組合せよりな
り、隣接細胞ロボット間の情報交換にもとづき、個々の
細胞ロボットが自らの動作を制御し、かつ全体としての
動作も協調をもたせると共に一部の細胞ロボットの故障
や拡張によっても、各細胞ロボットはハード、ソフトを
変更せず制御できるように構成した細胞型ロボット装置
。