专利名称：双足步行机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种双足步行机器人，具体涉及一种双足步行机器人的尺寸确定技术，更具体的是涉及根据作业对象物群的高度最佳地确定肩关节等从地面开始的设置高度，由此使在现有作业空间内的作业高效率化的双足步行机器人。
此外，通过连接于上身的臂部，可以进行如用改锥(转动螺钉)及板手(板子)紧固螺丝及螺母等作业。另外，通过腿部和臂部动作的有机合作也可以进行开关门并通过及手押转向架等复杂作业。上述动作可以说是高元化实现腿臂协调的结果，同时也成为大幅度提高与人类亲和性的一大要因。
这样，本申请人研究开发的双足步行机器人在现有的作业空间(家庭及工厂等)内，可代替人进行种种作业，而且，在世界上首次启发了使其与人共存成为现实的可能性。
可是，在本申请人的上述的双足步行机器人的研究开发中，为使双足步行机器人的步行动作不仅更接近人类，而且使外观更像人类，将双足步行机器人的身高(直立姿势时的垂直方向的总身长)设定为接近成年人平均身高的1600mm～1800mm左右。
此外，作为以往有关双足步行机器人的技术，提出了多种技术，就其尺寸有各种提议，例如，在论文“全身感觉行动统合研究用人型机器人H6的开发”(第5届模拟机器人讨论会)及“科学幻想中的机器人才华3的动作实验”(第18届日本机器人学会学术讲演会)等中，提出了可在现有作业空间内活动的或从小型轻量化方面考虑身高设定在1200mm～1300mm左右的双足步行机器人。
如要使本申请人根据现有技术采用的身高1600mm～1800mm左右的双足步行机器人在现有的作业空间内作业，存在多处不适合之处。其中之一是电池消耗量的增加。此外，如增加身高，随之而来的是增加重量，而在考虑到在家庭及工厂等处与人共存时，则希望重量尽量轻。
此外，在现有的作业空间中，特别是家庭内环境中的作业对象物，人机学上多数都放置在不仅对成年人，而且对儿童、轮椅使用者等都易使用的高度，接近成年人身高尺寸(具体是通过此尺寸确定的肩关节高度，更具体的是通过肩关节的高度确定的臂部连杆摆动范围(高度))未必是适合作业对象物群的高度。另外，如考虑到与人类的更好的调和性，机器人的尺寸最好在易于与人类亲近的尺寸。从此点讲，接近成年人平均身高的尺寸未必就合适。
另外，通过设定在上述以往技术等中所述的1200mm～1300mm左右或接近此范围的身高，可以在轻量化及易与人亲近方面进行改进。但是，在上述的以往技术等中，目前还未考虑在进行实际作业时关节高度及臂部连杆长度等尺寸上的注意点，实际上在让这样的双足步行机器人进行作业时，不只是简单的按比例减少，与作业对象物群的高度关系也未最佳化，作业效率低，同时还存在不能改进以下所述种种注意点的问题。
例如，一般在机器人的多自由度臂(在双足步行机器人中，腿部连杆及臂部连杆，特别是此处存在问题的臂部连杆的肩关节)上，存在限制其动作的奇异点，但在考虑作业性的情况下，必须避免在高频度作业时发生上述奇异点。
此外，在进行各种作业时，由于需要通过视觉传感器正确确认作业对象物的位置，所以必须充分考虑视觉传感器与作业对象物的相对位置关系。
为解决上述问题，如技术方案1中记载，提供一种双足步行机器人，至少具备上身、借助胯骨关节与上述上身可摇摆地连接的2个腿部连杆、借助肩关节与上述上身可摇摆地连接的2个臂部连杆；通过摆动上述腿部连杆在作业空间内的地面上步行，并同时至少通过驱动上述臂部连杆对上述作业空间内的作业对象物群体进行作业，其特征在于将上述双足步行机器人的直立姿势时从上述腿部连杆的接地端到上述肩关节的高度设定为基于平均上述作业对象物群从地面开始的高度所得的平均值及其标准偏差σ所设定的范围内的值。
由于将双足步行机器人的直立姿势时的上述腿部连杆的地面接地端到上述肩关节的高度设定在基于作业对象物群地面以上高度的平均值及其标准偏差σ设定的范围内的值，能够根据作业对象物群的高度最佳确定肩关节从地面开始的设置高度，因此能够提高现有作业空间内的作业效率。
更具体地讲是，通过根据作业对象物群的高度使肩关节高度最佳化，能够最佳确定借助肩关节连接的臂部连杆的可摆动范围(高度)，因此能提高对作业对象物群的作业性。
如技术方案2中记载，上述范围在700mm～1000mm。
由于肩关节的高度范围为700mm～1000mm，能够提高特别是对家庭环境中的作业对象物群，即相对放置在从成年人到儿童、轮椅使用者等都易使用的高度的作业对象物群的作业性。此外，通过规定肩关节从地面开始的高度，在某种程度上可以附带确定包括机器人总身长的尺寸。如上所述，如将肩关节的高度设定在700mm～1000mm，由于机器人的身长达到大体上能有限模仿人类的1000mm～1300mm的高度，也关系到具有易亲近外观的双足步行机器人的提供。
如技术方案3中记载，上述臂部连杆至少由借助上述肩关节可摆动地与上述上身连接的大臂连杆、借助肘关节可摆动地与上述大臂连杆连接的小臂连杆构成，同时基于上述标准偏差σ设定上述大臂连杆的长度。
由于臂部连杆至少由借助上述肩关节可摆动地与上述上身连接的大臂连杆、借助肘关节可摆动地与上述大臂连杆连接的小臂连杆构成，同时基于作业对象物群的高度的标准偏差σ设定上述大臂连杆的长度，能够根据作业对象物群的高度使大臂连杆长度最佳化，更进一步提高对作业对象物群的作业性。
更具体地讲，在作业对象物群的高度分布密度高的高度区域，通过设定能提高大臂连杆自由度的大臂连杆长度，能够进一步提高对作业对象物群的作业性。
如技术方案4中记载，提供一种双足步骤机器人，至少具备上身、借助胯骨关节与上述上身可摇摆地连接的2个腿部连杆、借助肩关节与上述上身可摇摆地连接的同时端部具有手的2个臂部连杆；通过摆动上述腿部连杆在作业空间内的地面上步行并同时至少通过驱动上述臂部连杆在对上述作业空间内的作业对象物群体进行作业，其特征在于在上述双足步行机器人的直立姿势时，将上述肩关节来取奇异点姿势时的上述腿部连杆从接地端到上述手的高度设定为基于平均上述作业对象物群从地面开始的高度所得的平均值及其标准偏差σ所设定的范围之外的值。
在双足步行机器人的直立姿势时，上述肩关节采取奇异点姿势时的上述腿部连杆从接地端到上述手的高度设定为基于平均上述作业对象物群从地面开始的高度所得的平均值及其标准偏差σ设定的范围外的值，具体是，在作业对象物群的高度分布密度高的高度区域，由于不形成肩关节的奇异点姿势，能够提高在作业对象物群的高度分布密度高的高度区域的臂部连杆的自由度，因此能够进一步提高对作业对象物群的作业性。
如技术方案5中记载，提供一种双足步行机器人至少具备上身、借助胯骨关节与上述上身可摇摆地连接的2个腿部连杆、借助肩关节与上述上身可摇摆地连接的同时端部具有手的2个臂部连杆、借助颈关节与上述上身可摇摆地连接的同时具有由摄像装置组成的视觉传感器的头部；通过摆动上述腿部连杆在作业空间内的地面上步行并同时至少基于从通过上述摄像装置摄取的图像得到的上述作业空间内的信息，通过驱动上述臂部连杆对上述作业空间内的作业对象物群体进行作业，其特征在于在上述双足步行机器人的直立姿势时，在与上述地面平行的水平方向放置上述臂部连杆时连接上述手和上述摄像装置的光轴与上述水平方向形成5度到45度范围内的角度，以此方式放置上述摄像装置。
在双足步行机器人的直立姿势时，在与上述地面平行的水平方向放置上述臂部连杆时，连接上述手和上述摄像装置的光轴与上述水平方向形成5度到45度范围内的角度，换句话说，通过将摄像装置摄取作业对象物群的角度规定在5度到45度范围内，一般能够稳定识别图像，因此能够进一步提高相对作业对象物群的作业性。
如技术方案6中记载，双足步行机器人的构成是在上述双足步行机器人在直立姿势时，上述腿部连杆的从接地端到上述肩关节的高度设定在700mm～1000mm的范围内，同时使上述肩关节和上述摄像装置的从上述地面开始的高度差在150mm～250mm的范围内，以此方式设置上述摄像装置。
由于在双足步行机器人在直立姿势时的构成是腿部连杆的从接地端到上述肩关节的高度设定在700mm～1000mm的范围内，同时使上述肩关节和上述摄像装置的从上述地面开始的高度差在150mm～250mm的范围内，如此设置上述摄像装置，所以能够提高特别是对家庭环境中的作业对象物群，即对放置在从成年人到儿童、轮椅使用者等易使用的高度的作业对象物群的作业性。此外，通过按如上所述规定肩关节和摄像装置的从地面开始的高度差，一般能够稳定识别图像，因此能够进一步提高对作业对象物群的作业性。此外，机器人的身高大体上达到1000mm～1300mm左右，也关系到具有易于亲近外观的双足步行机器人的提供。
图2是
图1中所示双足步行机器人的右侧面图。
图3是以关节为中心整体表示图1中所示双足步行机器人的内部结构的概略图。
图4是表示图3所示控制装置的详细情况的框图。
图5是表示图1所示双足步行机器人的肩关节高度等的正视图。
图6是表示作为图1所示双足步行机器人作业对象的作业对象物群的说明图。
图7是表示图1所示双足步行机器人的肩关节奇异点姿势高度等的正视图。
图8是表示图1所示双足步行机器人的肩关节和视觉传感器的高度关系等的局部侧面图。
图1是本发明的一个实施方式的双足步行机器人(以下简称“机器人”)1的正视图，图2是其侧面图。
如图1所示，机器人1具有2个腿部连杆2，同时在其上方设置上身(基体)3。在上身3的上部形成头部4，同时在上身3的两侧连接2个臂部连杆5。此外，如图2所示，在上身3的背部设置贮藏部6，在其内部安装有控制装置(后述)及驱动机器人1关节的电动机(驱动源，后述)的电池电源(未图示)等。此外，图1及图2所示的机器人1表示安装有保护内部结构的盖的机器人。
参照图3，以关节为中心说明上述机器人1的内部结构。
如图所示，机器人1在左右各自的腿部连杆2上装有6个关节。
12个关节由腰部腿旋转用的绕垂直轴转动(Z轴或重力轴)的关节10R、10L(右侧为R，左侧为L，以下相同)、胯骨(腰部)的转动方向(绕X轴)的关节12R、12L、胯骨(腰部)的俯仰方向(绕Y轴)的关节14R、14L、膝盖部的俯仰方向(绕Y轴)的关节16R、16L、脚尖部的俯仰方向(绕Y轴)的关节18R、18L、及同一转动方向(绕X轴)的关节20R、20L构成。在腿部连杆下部安装有平板脚(足部)22R、22L。
即，腿部连杆由胯骨关节(腰关节)10R(L)、12R(L)、14R(L)、膝关节16R(L)及足关节18R(L)、20R(L)构成。胯骨关节和膝关节由大腿连杆24R(L)连接，膝关节和足关节由小腿连杆26R(L)连接。
腿部连杆2借助胯骨关节与上身3连接，但图3中作为上身连杆28简要示出上身3。如上所述，臂部连杆5与上身3连接。
臂部连杆5由肩部的俯仰方向的关节30R、30L，相同转动方向的关节32R、32L，臂的旋转用的绕垂直轴转动的关节34R、34L，肘部的绕俯仰轴转动的关节36R、36L，手腕旋转用的绕垂直轴转动的关节38R、38L组成。手腕的顶端安装有手(作业操作装置)40R、40L。
即，臂部连杆5由肩关节30R(L)、32R(L)、34R(L)、肘关节36R(L)及手腕关节38R(L)组成。此外，肩关节和肘关节由大臂连杆42R(L)连接，肘关节和手由小臂连杆44R(L)连接。
此外，头部4借助头部摆动结构48与上身3连接，该头部摆动结构48通过绕垂直轴转动的颈关节46及与之垂直的轴转动头部4。
根据上述构成，腿部连杆2提供左右腿合计12个自由度，在步行中通过在适宜的角度驱动上述12个关节，能够为腿整体提供所希望的动作，能够沿任意3维空间步行。此外，臂部连杆5分别为左右臂提供5个自由度，通过在适宜的角度驱动上述关节能够进行所希望的作业。另外，头部4提供2个自由度，通过在适宜的角度驱动这些关节或摆动结构，能够使头部4朝向所希望的方向。
此外，在足关节下方的足部22R(L)中安装有公知的6轴力传感器50，在作用于机器人的外力内，检测出从接地面作用于机器人的地面反作用力的3方向分力Fx、Fy、Fz和力矩的3方向分量Mx、My、Mz。
此外，在头部4的适宜位置中，搭载有由2个摄像装置(CCD摄像机，像素数25万)52a(只示出一个)组成的平行光轴式视觉传感器52，摄取基于头部4转动方向的作业空间。
此外，在上身3上设置了倾斜传感器54，检测相对垂直轴的倾斜及其角速度。另外，各关节的电动机借助减速和提速其输出功率的减速器使前述连杆24、26R(L)等相对变位，同时还设置了检测其旋转量的旋转编码器(未图示)。
如上所述，在贮藏部6的内部装有由微型计算机组成的控制装置60等，6轴力传感器50等的输出(为便于图示，只图示机器人1的右侧)传送给控制装置60。
图4是详细表示控制装置60的构成的框图。
如图所示，控制装置60由微型计算机构成。在图中，倾斜传感器54等的输出通过A/D转换器(图中用“A/D”表示)62变换成数字值，该输出借助信息转移通路64传送给RAM66。此外，在各关节，与电动机相邻配置的编码器的输出借助计数器68输入到RAM66内。
在控制装置60内设有由CPU构成的演算装置70，演算装置70基于ROM72中储存的数据及传感器的输出计算出驱动各关节所需的控制值(操作量)，借助D/A转换器(图中用“D/A”表示)74和各关节设置的促动驱动装置(放大器)76为驱动各关节的电动机输出功率。此外，视觉传感器52的输出输入给未图示的图像处理装置，经适当处理后，作为外界信息具体讲是作业空间及作业对象物的位置信息，输入给控制装置60，用于各关节驱动量(控制值)的确定等。
下面，参照图5至图8说明此实施方式的机器人1中的肩关节的位置(高度)等。
图5是表示机器人1肩关节从地面开始的高度等的正视图。
在继续说明图5之前，参照图6说明此实施方式的机器人1的作业对象物。此实施方式的机器人1的目的主要是在家庭环境(此处所说的“家庭环境”指包括办公室等更广义的家庭环境。)进行轻工作量作业。作为家庭环境中轻工作量作业的对象物，有例如如图6所示的内容。此外，图6所示的作业对象物与其从地面开始的高度的关系是建筑用JIS(日本工业标准)推荐的一部分，除图6所示的内容外，还规定了例如衣架等多数家庭环境内使用的安装部件等的推荐高度。
从图6可知，家庭环境中的作业对象物多分布在某特定的高度范围，具体地讲在700mm～1100mm的范围。此处，如采取上述作业对象物群的高度平均值Havg，大约为862mm(此外，在该平均值中，除图6所示的作业对象物以外，还包括各种物品的推荐高度)。此外，如用公知的标准偏差计算公式求出上述分布的标准偏差σ，大约达到305mm(与平均值Havg同样，不限于图6所示的作业对象物)。即，可以说作业对象物集中在平均值Havg±1/2标准偏差σ(709.5mm～1014.5mm)的范围内。此外，这一倾向当然也多出现在工厂等人类活动的空间内。
下面，考察适应作业对象物群的机器人1的肩关节从地面开始的高度(如换句话讲，与腿部连杆2的地面的接地端即从平板脚22L(R)的底面开始的高度)。如要确定肩关节从地面开始的高度，如果机器人是模仿人类的双足步行机器人，可从外观的角度限定其身高及臂部连杆5的长度等的可采用范围。如果大体确定臂部的长度，也可以从肩关节及肘关节的摆动范围确定臂部连杆整体的摆动范围，更具体讲是确定手40L(R)的作业区域。
发明者们鉴于上述问题进行了反复研究、试验。结果表明，通过将肩关节从地面开始的高度大约设定为“作业对象物群高度的平均值Havg±1/2标准偏差σ”的范围内，采用具有一般可动范围的关节，能够将手40L(R)放置在直立姿势时作业对象物群集中的整个高度范围，所以能提高作业性，同时也不必担心对关节增加过剩负担。
此外，所谓的“作业对象物群高度的平均值Havg±1/2标准偏差σ”，如上所述，在709.5mm～1014.5mm的范围内，可以说大约在700mm～1000mm左右。如果肩关节的高度达到700mm～1000mm左右，通常在模仿人类时，其身长达到1000mm～1300mm左右。这相当于小学校低年级学生的身高，因此，通过将肩关节高度设定在700mm～1000mm，就能够提供可提高家庭环境中作业性的、易于亲近的、并且外观(尺寸)呈现与人类社会具有亲和性的机器人。
此外，如上所述，臂部连杆5由大臂连杆42L(R)和小臂连杆44L(R)以及多个关节组成。另外，大臂连杆42L(R)和小臂连杆44L(R)的长度比在模仿人类时大约为1∶1。因此，通过设定比“1/2标准偏差σ”更长的大臂连杆42L(R)的长度，结果就能够确定比“标准偏差σ”更长的臂部连杆5的长度。为此，通过将肩关节设定在上述“作业对象物群高度的平均值Havg±1/2标准偏差σ”的范围内，手40L(R)就能够顺利而且准确地到达作业对象物群，能够进一步提高对作业对象物群的作业性。
基于上述理由，如图5所示，此实施方式的机器人1的肩关节从地面开始的高度设定在910mm。由此，可提高家庭环境中的作业性，并且能够设定易亲近的并与人类社会具有亲和性的外观(身长1210mm)。
下面，参照图7说明臂部连杆5，更具体地讲是说明肩关节的奇异点姿势的设定。
如上所述，肩关节是由关节30L(R)、32L(R)、34L(R)组成的具有3个自由度的关节。采用这样多自由度的关节，如前所述存在制约肩关节动作的奇异点姿势。因此，最好是在作业对象物群的范围内不存在该奇异点姿势。
为此，在此实施方式的机器人1中，在作业对象物群的范围内即“作业对象物群高度的平均值Havg±1/2标准偏差σ”的范围内不存在奇异点姿势。具体是，设定为在手40L(R)比作业对象物群高度的最大值即“作业对象物群高度的平均值Havg±1/2标准偏差σ”(1014.5mm)高的位置(1035mm)被驱动时存在奇异点姿势。采用这样的设定，能够进一步提高机器人1对作业对象物群的作业性。此外，关于奇异点姿势的设定方法，本发明人在先前申请的专利特开平11-188668号公报中有详细记载，省略此处的说明。
下面，参照图8说明肩关节和摄像装置52a的位置关系，以及摄像装置52a和手40L(R)的角度。
图8是简要表示水平方向伸长状态时臂部连杆5(表示右侧(右臂))与视觉传感器52，更确切地讲是与摄像装置52a(只图示一个)的位置关系的说明图。
在该图说明之前，首先，简单说明视觉传感器52的光轴和摄像对象的角度与图像识别率的关系。如果视觉传感器52的光轴和摄像对象的角度(视觉传感器52的光轴与摄像对象的水平方向形成的角)增大(即仰角或俯角增大)，图像识别率降低。具体表示以0度角为中心的正规分布。此外，发明者经过种种实验，得知值得实用的角度大约为±45度(从仰角45度到俯角45度)。因此，前提是将视觉传感器52的光轴和摄像对象的角度确定在±45度范围内。
可是，在确定摄像装置52a的安装高度时，如上所述，必须注意把该光轴与摄像对象即作业对象物(图8中用符号100表示)的角度收纳在±45度的范围内。但是，如以作业对象物群为对象，不能一义地确定。另外，由于实际接触作业对象物进行作业的是手40L(R)，可通过把手40L(R)看作作业对象物，使摄像装置52a相对作业对象物的光轴的角度在±45度范围内，这样来确定摄像装置52a的设置高度。
下面返回图8的说明，如图8所示，臂部连杆5由180mm的大臂连杆42L(R)、185mm的小臂连杆44L(R)及140mm的手40L(R)组成，长度为505mm。此外，摄像装置52a的镜头面的位置离肩关节的垂直轴的水平距离大约在80mm。
因此，从摄像装置52a到作业对象物100的水平距离为425mm。基于该水平距离确定由肩关节开始的垂直方向距离(从地面的高度差)，以使摄像装置52a相对作业对象物100(手40L(R))的光轴角度在±45度范围内。在此实施方式的设置中，垂直方向距离定为175mm，所以，摄像装置52a的光轴相对水平方向放置手40L(R)时的手40L(R)的光轴角度具体是俯角达到22.4度。
由于俯角达到22.4度，既能正确识别更上方的作业对象物(直到仰角45度)，又能正确识别更下方的作业对象物(直到俯角45度)。如上所述，由于从摄像装置52a到手40L(R)的水平距离达到425mm，理论上能够正确识别与肩关节的高度差在+600(425+175)～-250(425-175)mm范围内的作业对象物。
实际上，由于臂部连杆5越往在上方或下方驱动，手40L(R)越接近上身，从摄像装置52a到手40L(R)的水平距离越短，越难正确识别上述范围内的作业对象物，但是，不管怎样能够正确识别“作业对象物群高度的平均值Havg±1/2标准偏差σ”范围内的作业对象物。因此，一般能够稳定识别图像，所以能够进一步提高对作业对象物群的作业性。
此外，发明者发现，要正确识别上述的“作业对象物群高度的平均值Havg±1/2标准偏差σ”范围内的作业对象物，摄像装置52a的光轴相对上述的手40L(R)的角度最好设定在+5度到+45度(俯角5度到45度)的范围内。另外，不存在+5度以下是因为摄像装置52a搭接在头部4即肩关节往上的上部。此外，在此实施方式的机器人1中，通过将肩关节和摄像装置52a的从上述地面开始的高度差大致设定在150mm到250mm，可实现上述的角度。
在此实施方式的机器人1中，如上所述，可根据作业对象物群的从地面开始的高度确定肩关节的高度，具体是，通过将肩关节的高度设定在700mm～1000mm，就能够提供可提高家庭环境中作业性的、易亲近的、并且外观(尺寸)呈现与人类社会具有亲和性的机器人。
此外，由于在作业对象物群的范围内即“作业对象物群高度的平均值Havg±1/2标准偏差σ”范围内，不存在奇异点姿势，可以进一步提高对作业对象物群的作业性。
此外，由于摄像装置52a的光轴相对上述的手40L(R)的角度设定在+5度到+45度的范围内，一般能够稳定识别图像，所以能够进一步提高相对作业对象物群的作业性。
如上所述，采用此实施方式，可提供一种至少具备上身3、借助胯骨关节10、12、14R、L与上述上身3可摇摆地连接的2个腿部连杆2、借助肩关节30、32、34R、L与上述上身3可摇摆地连接的2个臂部连杆5的；通过摆动上述腿部连杆2在作业空间内的地面上步行并同时至少通过驱动上述臂部连杆5在对上述作业空间内的作业对象物群体进行作业的双足步行机器人1，将上述双足步行机器人1的直立姿势时从上述腿部连杆2的地面接地端(平板脚22R，L的地面)开始到上述肩关节的高度设定为根据平均上述作业对象物群从地面开始的高度所得的平均值Havg及其标准偏差σ所设定的范围(Havg+1/2σ)内的值。
这样，由于将双足步行机器人的直立姿势时的上述腿部连杆的地面接地端到上述肩关节的高度设定在基于平均作业对象物群地面以上高度所得的平均值及其标准偏差σ设定的范围内的值，所以能够根据作业对象物群的高度最佳确定肩关节从地面开始的设置高度，因此能够提高现有作业空间内的作业效率。
更具体地讲，是通过根据作业对象物群的高度使肩关节高度最佳化，最佳确定借助肩关节连接的臂部连杆的可摆动范围(高度)，因此能够提高对作业对象物群的作业性。
此外，上述范围在700mm～1000mm。
这样，由于肩关节的高度范围在700mm～1000mm，能够提高特别是对家庭环境中的作业对象物群，即相对放置在从成年人到儿童、轮椅使用者等都易使用的高度的作业对象物群的作业性。此外，通过规定肩关节从地面开始的高度，在某种程度上可以附带确定包括机器人整个身长的尺寸。如上所述，如将肩关节的高度设定在700mm～1000mm范围内，由于机器人的身高达到大体上能有限模仿人类的1000mm～1300mm左右的高度，这也关系到具有易亲近外观的双足步行机器人的提供。
此外，上述臂部连杆5至少由借助上述肩关节可摆动地与上述上身3连接的大臂连杆42R、L和借助肘关节36R、L可摆动地与上述大臂连杆连接的小臂连杆44R、L组成，同时基于上述标准偏差σ设定上述大臂连杆的长度。
这样，由于臂部连杆的构成至少由借助上述肩关节可摆动地与上述上身连接的大臂连杆、借助肘关节可摆动地与上述大臂连杆连接的小臂连杆组成，同时基于作业对象物群高度的标准偏差σ设定大臂连杆的长度，能够根据作业对象物群的高度最佳确定大臂连杆的长度，能够更进一步提高对作业对象物群的作业性。
更具体地讲，在作业对象物群的高度分布密度高的高度区域，通过设定能提高大臂连杆自由度的大臂连杆的长度，能够进一步提高对作业对象物群的作业性。
此外，提供一种双足步行机器人，至少具备上身3、借助胯骨关节10、12、14R、L与上述上身3可摇摆地连接的2个腿部连杆2、借助肩关节30、32、34R、L可摇摆地与上述上身3连接且端部具有手40R、L的2个臂部连杆5；通过摆动上述腿部连杆2在作业空间内的地面上步行并同时至少通过驱动上述臂部连杆5在对上述作业空间内的作业对象物群体进行作业，其中，在上述双足步行机器人1处于直立姿势时，将在上述肩关节采取奇异点姿势时的上述腿部连杆2从接地端(平板脚22R，L的底面)开始到上述手的高度设定为基于平均上述作业对象物群从地面开始的高度所得的平均值Havg及其标准偏差σ所设定的范围(Havg+1/2σ)之外的值。
这样，在双足步行机器人的直立姿势时，由于将在上述肩关节采取奇异点姿势时的腿部连杆从接地端到手的高度设定为基于平均作业对象物群从地面开始的高度所得的平均值及其标准偏差σ所设定的范围之外的值，具体是，在作业对象物群的高度分布密度高的高度区域，不形成肩关节的奇异点姿势，这样就能够提高在作业对象物群的高度分布密度高的区域的臂部连杆的自由度，由此能够进一步提高相对作业对象物群的作业性。
此外，提供一种双足步行机器人1，至少具备上身3、借助胯骨关节10、12、14R、L与上述上身3可摇摆地连接的2个腿部连杆2、借助肩关节30、32、34R、L可摇摆地与上述上身3连接且端部具有手40R、L的2个臂部连杆5、借助颈关节46R、L可摇摆地与上述上身3连接的并具有由摄像装置52a构成的视觉传感器52的头部4；通过摆动上述腿部连杆2在作业空间内的地面上步行并同时至少根据从上述摄像装置52a摄取的图像得到的上述作业空间内的信息，通过驱动上述臂部连杆5对上述作业空间内的作业对象物群体进行作业，其中，在上述双足步行机器人1的直立姿势时，在与上述地面平行的水平方向放置上述臂部连杆5时，连接上述手40R、L和上述摄像装置52a的光轴与上述水平方向形成5度到45度范围内的角度，以此方式放置上述摄像装置52a。
这样，在双足步行机器人的直立姿势时，在与上述地面平行的水平方向放置上述臂部连杆时，连接手和摄像装置的光轴与上述水平方向形成5度到45度范围内的角度，如此进行摄像装置的设置。换句话说，通过将摄像装置摄取作业对象物群的角度规定在5度到45度范围内，一般能够稳定识别图像，因此能够进一步提高对作业对象物群的作业性。
此外，上述双足步行机器人1在直立姿势时的上述腿部连杆2的从接地端到上述肩关节的高度设定在700mm～1000mm的范围内，同时上述肩关节和上述摄像装置52a的从上述地面开始的高度的差确定在150mm～250mm的范围内，如此设置上述摄像装置52a。
这样，由于摄像装置设置为，将双足步行机器人在直立姿势时的腿部连杆的从接地端到上述肩关节的高度设定在700mm～1000mm的范围内，同时使肩关节和摄像装置从上述地面开始的高度的差设定在150mm～250mm的范围内，所以能够提高特别是对家庭环境中的作业对象物群，即对放置在从成年人到儿童、轮椅使用者等易使用的高度的作业对象物群的作业性。此外，通过按如上所述规定肩关节和摄像装置的从地面开始的高度的差，一般能够稳定识别图像，因此能够进一步提高对作业对象物群的作业性。此外，由于机器人的身高大体上达到1000mm～1300mm左右，这也关系到具有易亲近外观的双足步行机器人的提供。
如果采用本发明，通过根据作业对象物群的从地面开始的高度确定双足步行机器人的肩关节高度，具体是将其设定为700mm～1000mm，从而能够提供在家庭环境中作业性高、而且易亲近并外观(尺寸)呈现与人类社会具有亲和性的机器人。此外，由于在作业对象物群的范围内即“作业对象物群高度的平均值Havg±1/2标准偏差σ”范围内不存在奇异点姿势，可以更进一步提高对作业对象物群的作业性。此外，由于摄像装置的光轴相对手的角度设定在+5度到+45度的范围内，一般能稳定识别图像，由此更进一步提高对作业对象物群的作业性。
权利要求
1.一种双足步行机器人，至少具备上身、借助胯骨关节与上述上身可摇摆地连接的2个腿部连杆、借助肩关节与上述上身可摇摆地连接的2个臂部连杆；通过摆动上述腿部连杆在作业空间内的地面上步行，并同时至少通过驱动上述臂部连杆对上述作业空间内的作业对象物群体进行作业，其特征在于将上述双足步行机器人的直立姿势时从上述腿部连杆的接地端到上述肩关节的高度设定为基于平均上述作业对象物群从地面开始的高度所得的平均值及其标准偏差σ所设定的范围内的值。
2.如权利要求1记载的双足步行机器人，其特征在于上述范围在700mm～1000mm。
3.如权利要求1或2记载的双足步行机器人，其特征在于上述臂部连杆至少由借助肩关节与上述上身可摇摆地连接的大臂连杆和借助肘关节与上述大臂连杆可摇摆地连接的小臂连杆构成，同时基于上述标准偏差σ设定上述大臂连杆的长度。
4.一种双足步行机器人，至少具备上身、借助胯骨关节与上述上身可摇摆地连接的2个腿部连杆、借助肩关节与上述上身可摇摆地连接的同时端部具有手的2个臂部连杆；通过摆动上述腿部连杆在作业空间内的地面上步行并同时至少通过驱动上述臂部连杆在对上述作业空间内的作业对象物群体进行作业，其特征在于在上述双足步行机器人的直立姿势时，将上述肩关节采取奇异点姿势时的上述腿部连杆从接地端到上述手的高度设定为基于平均上述作业对象物群从地面开始的高度所得的平均值及其标准偏差σ所设定的范围之外的值。
5.一种双足步行机器人，至少具备上身、借助胯骨关节与上述上身可摇摆地连接的2个腿部连杆、借助肩关节与上述上身可摇摆地连接的同时端部具有手的2个臂部连杆、借助颈关节与上述上身可摇摆地连接的同时具有由摄像装置组成的视觉传感器的头部；通过摆动上述腿部连杆在作业空间内的地面上步行并同时至少基于从通过上述摄像装置摄取的图像得到的上述作业空间内的信息，通过驱动上述臂部连杆对上述作业空间内的作业对象物群体进行作业，其特征在于在上述双足步行机器人的直立姿势时，在与上述地面平行的水平方向放置上述臂部连杆时连接上述手和上述摄像装置的光轴与上述水平方向形成5度到45度范围内的角度，以此方式放置上述摄像装置。
6.如权利要求5记载的双足步行机器人，其特征在于将上述双足步行机器人的直立姿势时从上述腿部连杆的接地端到上述肩关节的高度设定为700mm～1000mm的范围内，同时上述肩部关节和上述摄像装置从上述地面开始的高度差定在150mm～250mm的范围内，以此方式放置上述摄像装置。
全文摘要
一种双足步行机器人，将双足步行机器人1的直立姿势时腿部连杆2的从地面接地端到肩关节的高度，确定在根据平均作业对象物群从地面的高度得到的平均值Havg及其标准偏差σ设定的范围(Havg+1/2σ)内的值，具体是从700mm到1000mm左右范围内的值。由此，可根据作业对象物群的高度最佳确定从肩关节到地面的设置高度，因此能够提高在现有作业空间内的作业效率。
文档编号B25J5/00GK1474737SQ01819032
公开日2004年2月11日 申请日期2001年11月16日 优先权日2000年11月17日
发明者平井和雄, 森井健二, 广濑真人, 二, 人 申请人:本田技研工业株式会社