机器人、机器人的控制装置、控制方法及控制程序的制作方法

专利名称：机器人、机器人的控制装置、控制方法及控制程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及进行看护抱起或物品的搬运等、重物的提起或搬运等的机器人、机 器人的控制装置、控制方法及控制程序。
背景技术：
近年来，随着高龄化社会的到来，期待开发出能进行看护等支援的设备或高龄 者进行家务作业所用的助力设备等。
对于这样的课题，作为以往的技术，公开有不需要看护者付出很大的劳动、甚 至可以在狭窄的通道移动、构成简单成本低且在小规模设施也可以使用、能够获得的看 护用移动升降机(参照专利文献1)。另外，还公开有保持了护理者的胳膊的抱起手臂、 由使抱起手臂进行升降运动的齿轮传动马达和蜗轮千斤顶等构成的手臂驱动机构部、检 测被护理者的载荷的带状开关所构成的换乘机(参照专利文献2)。
专利文献1 特开平9-38150号公报
专利文献2 特开2001-269370号公报
但是，上述专利文献1的以往装置，由于是手动，所以存在所谓操作性不佳而 作业效率降低的课题。另外，如果为了提高作业效率而附加马达等致动器而进行自动 化，则装置被大型化，重量增加，有可能无法在一般的家庭环境中使用。
另外，上述专利文献2的以往装置，作为操作者的护理者的位置限于装置的座 椅的位置，进而在抱起动作时护理者的手伸入被护理者的下方而手被占住，存在无法同 时进行其他作业等在使用容易程度方面的问题。发明内容
本发明的目的在于，提供解决上述以往装置的课题、轻量且大功率并能用于看 护的抱起或重物搬运、进而操作性良好、容易使用、作业效率高的机器人、机器人的控 制装置、控制方法及控制程序。
为了实现上述目的，本发明如下所示构成。
根据本发明的第一实施方式，提供一种机器人，其具备
基座部；
机体部；
机体部移动机构，其用腰关节连接上述基座部和上述机体部且使上述机体部相 对于上述基座部进行相对移动；
配设在上述机体部且具有多个联杆的同时还具有关节锁定机构的机器人手臂， 所述关节锁定机构可以分别将相互连结上述多个联杆的关节与连结上述多个联杆中的一 个联杆和上述机体部的关节进行机构固定；
对上述机器人手臂的上述各关节进行驱动而对上述多个联杆进行转动驱动的机 器人手臂用致动器；
通过上述机体部移动机构驱动上述机体部使其相对于上述基座部进行相对移动 的腰关节用致动器；
对上述关节锁定机构进行驱动的关节锁定机构用致动器；和
机器人动作控制单元，对上述关节锁定机构用致动器、上述机器人手臂用致动 器和上述腰关节用致动器分别进行驱动控制，而切换使上述机器人手臂的上述任意关节 为自由状态来进行上述机器人手臂的动作的机器人手臂动作模式、和使上述机器人手臂 的上述任意关节为锁定状态并使用上述机体部移动机构使上述机体部移动的机体部移动 模式。
根据本发明的第十实施方式，提供一种机器人的控制装置，其对如下所述的机 器人的动作进行控制，所述机器人具备
基座部；机体部；用腰关节连接上述基座部和上述机体部且使上述机体部相对 于上述基座部进行相对移动的机体部移动机构；配设在上述机体部且具有多个联杆同时 还具有关节锁定机构的机器人手臂，所述关节锁定机构可以分别将相互连结上述多个联 杆的关节与连结上述多个联杆中的一个联杆和上述机体部的关节机构固定；对上述机器 人手臂的上述各关节进行驱动而对上述多个联杆进行转动驱动的机器人手臂用致动器； 通过上述机体部移动机构驱动上述机体部使其相对于上述基座部进行相对移动的腰关节 用致动器；和对上述关节锁定机构进行驱动的关节锁定机构用致动器；
所述机器人的控制装置，对上述关节锁定机构用致动器、上述机器人手臂用致 动器和上述腰关节用致动器分别进行驱动控制，而切换使上述机器人手臂的上述任意关 节为自由状态来进行上述机器人手臂的动作的机器人手臂动作模式、和使上述机器人手 臂的上述任意关节为锁定状态并使用上述机体部移动机构使上述机体部移动的机体部移 动模式。
根据本发明的第十一实施方式，提供一种机器人的控制方法，其对如下所述的 机器人的动作进行控制，
所述机器人具备基座部；机体部；用腰关节连接上述基座部和上述机体部 且使上述机体部相对于上述基座部进行相对移动的机体部移动机构；配设在上述机体部 且具有多个联杆同时还具有关节锁定机构的机器人手臂，所述关节锁定机构可以分别将 相互连结上述多个联杆的关节与连结上述多个联杆中的一个联杆和上述机体部的关节机 构固定；对上述机器人手臂的上述各关节进行驱动而对上述多个联杆进行转动驱动的机 器人手臂用致动器；通过上述机体部移动机构驱动上述机体部使其相对于上述基座部进 行相对移动的腰关节用致动器；和对上述关节锁定机构进行驱动的关节锁定机构用致动 器；
所述机器人的控制方法对上述关节锁定机构用致动器、上述机器人手臂用致动 器和上述腰关节用致动器分别进行驱动控制，而切换使上述机器人手臂的上述任意关节 为自由状态来进行上述机器人手臂的动作的机器人手臂动作模式、和使上述机器人手臂 的上述任意关节为锁定状态并使用上述机体部移动机构使上述机体部移动的机体部移动 模式。
根据本发明的第十二实施方式，提供一种机器人的控制程序，其对如下所述的 机器人的动作进行控制，
所述机器人具备基座部；机体部；用腰关节连接上述基座部和上述机体部 且使上述机体部相对于上述基座部进行相对移动的机体部移动机构；配设在上述机体部 且具有多个联杆同时还具有关节锁定机构的机器人手臂，所述关节锁定机构可以分别将 相互连结上述多个联杆的关节与连结上述多个联杆中的一个联杆和上述机体部的关节机 构固定；对上述机器人手臂的上述各关节进行驱动而对上述多个联杆进行转动驱动的机 器人手臂用致动器；通过上述机体部移动机构驱动上述机体部使其相对于上述基座部进 行相对移动的腰关节用致动器；和对上述关节锁定机构进行驱动的关节锁定机构用致动 器；
所述机器人的控制程序用于使计算机作为机器人动作控制单元发挥功能，所述 机器人动作控制单元对上述关节锁定机构用致动器、上述机器人手臂用致动器和上述腰 关节用致动器分别进行驱动控制，而切换使上述机器人手臂的上述任意关节为自由状态 来进行上述机器人手臂的动作的机器人手臂动作模式、和使上述机器人手臂的上述任意 关节为锁定状态并使用上述机体部移动机构使上述机体部移动的机体部移动模式。
发明效果
根据本发明的机器人，通过具有关节锁定机构，可以机构性地保持搬运对象物 的重量载荷，所以能够成为轻量的手臂。另外，如果通过关节锁定机构使关节自由，则 可以有效活用基于手臂结构的自由度的大小，可以增大针对搬运对象物的定位自由度， 成为容易使用的机器人。
另外，根据本发明的机器人，除了具备关节锁定机构的手臂之外，还具备腰机 构，从而用于重物提起的强力致动器可以仅在腰机构上使用，能以简洁且轻量的构成实 现大功率。
另外，根据本发明的机器人，具备一边进行阻抗控制模式和位置控制模式的切 换以及关节锁定机构的锁定及锁定开放动作的切换、一边进行动作控制的机器人动作控 制单元，由此可以连续进行手臂的定位、搬运对象物的提起等动作，并且因具备外力检 测装置(例如力传感器)而进行阻抗控制，由此可以实现所谓操作者可以用手直接操作手 臂的直觉上容易理解的操作法，进而可以成为容易使用的机器人。
另外，根据本发明的机器人的控制装置、控制方法、及控制程序，只要通过对 能机构性保持搬运对象物的重量载荷的关节锁定机构的锁定及锁定开放动作进行控制， 使关节自由(锁定开放)，则可以在实现轻量的手臂的同时，可以有效活用通过关节而 具有多个联杆的手臂结构带来的自由度的大小，可以增大针对搬运对象物的定位的自由 度，可以使机器人的控制变得容易，可以容易使用机器人。
另外，根据本发明的机器人的控制装置、控制方法、及控制程序，除了关节锁 定机构的动作控制之外，还进行腰机构的动作控制，由此用于重物提起的强力致动器可 以设成仅在腰机构上进行动作控制，能以简洁且轻量的构成实现大功率。
另外，根据本发明的机器人的控制装置、控制方法、及控制程序，一边进行阻 抗控制模式和位置控制模式的切换以及关节锁定机构的动作的切换，一边对机器人的动 作进行控制，由此连续进行手臂的定位、搬运对象物提起等动作，并且根据来自外力检 测装置(例如力传感器)的外力信息进行阻抗控制，由此可以实现所谓操作者可以用手直 接操作手臂的直觉上容易理解的操作法，进而可以成为容易使用的机器人。


本发明的这些和其它目的和特征，由有关附图的优选实施方式的下列记述而明 确。其附图如下所示
图1是表示本发明的一个实施方式涉及的机器人的简要构成的说明图，
图2是表示本发明的上述实施方式涉及的机器人的机构构成的立体图，
图3是表示本发明的上述实施方式涉及的机器人的机构构成的侧视图，
图4是对本发明的上述实施方式涉及的机器人的空压人工肌肉的结构进行说明 的图，
图5是表示用于驱动上述空压人工肌肉的空气压力供给驱动系统的构成的图，
图6A是表示本发明的上述实施方式涉及的机器人的左手臂的第三关节的动作的 图，
图6B是表示本发明的上述实施方式涉及的机器人的左手臂的第三关节的动作的 图，
图6C是表示本发明的上述实施方式涉及的机器人的左手臂的第三关节的动作的 图，
图7A是表示本发明的上述实施方式涉及的机器人的关节锁定机构的结构的图， 是通过关节轴的截面图，
图7B是上述关节锁定机构的结构从图7A的箭头V方向观察得到的图，
图7C是上述关节锁定机构的结构中对置齿轮的外观侧视图，
图8是对本发明的上述实施方式涉及的机器人的上述关节锁定机构的驱动机构 进行说明的图，
图9A是对本发明的上述实施方式涉及的机器人的腰机构的动作进行说明的图，
图9B是对本发明的上述实施方式涉及的机器人的腰机构的动作进行说明的图，
图10是本发明的上述实施方式涉及的机器人的空压人工肌肉的特性图，
图IlA是对本发明的上述实施方式涉及的机器人的第二联杆中的力传感器的配 置进行说明的截面正视图，
图IlB是对本发明的上述实施方式涉及的机器人的第二联杆中的力传感器的配 置进行说明的截面侧视图，
图12是通过在本发明的上述实施方式涉及的机器人的控制装置中执行的控制程 序来实现的机器人动作控制单元的框图，
图13是表示本发明的上述实施方式涉及的机器人的控制装置的位置控制单元的 详细内容的图，
图14是表示本发明的上述实施方式涉及的机器人的控制装置的腰角度控制单元 的详细内容的图，
图15是示出表示本发明的上述实施方式涉及的机器人的控制装置的动作模式的 切换步骤的动作序列表的图，
图16是表示由本发明的上述实施方式涉及的机器人的控制装置的阻抗控制单元 实施的控制程序的动作步骤的流程图，
图17A是对本发明的上述实施方式涉及的机器人的搬运动作进行说明的动作 图，
图17B是对本发明的上述实施方式涉及的机器人的搬运动作进行说明的动作 图，
图17C是对本发明的上述实施方式涉及的机器人的搬运动作进行说明的动作 图，
图17D是对本发明的上述实施方式涉及的机器人的搬运动作进行说明的动作 图，
图18是对本发明的上述实施方式涉及的机器人的支承腿进行说明的图，
图19是将本发明的上述实施方式涉及的机器人的手臂用于看护时的说明图，
图20是表示本发明的上述实施方式涉及的机器人的手臂为1个时的机构构成的 立体图，
图21是表示本发明的上述实施方式涉及的机器人的手臂为固定型时的机构构成 的立体图，
图22是用于说明对本发明的上述实施方式涉及的机器人的手臂的第一关节进行 驱动的机理的截面图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明涉及的实施方式进行详细说明。
以下，在参照附图对本发明中的实施方式进行详细说明之前，对本发明的各种 方式进行说明。
根据本发明的第一实施方式，提供一种机器人，其具备
基座部；
机体部；
机体部移动机构，其用腰关节连接上述基座部和上述机体部且使上述机体部相 对于上述基座部进行相对移动；
配设在上述机体部且具有多个联杆同时还具有关节锁定机构的机器人手臂，所 述关节锁定机构可以分别将相互连结上述多个联杆的关节与连结上述多个联杆中的一个 联杆和上述机体部的关节机构固定；
对上述机器人手臂的上述各关节进行驱动而对上述多个联杆进行转动驱动的机 器人手臂用致动器；
通过上述机体部移动机构驱动上述机体部使其相对于上述基座部进行相对移动 的腰关节用致动器；
对上述关节锁定机构进行驱动的关节锁定机构用致动器；和
机器人动作控制单元对上述关节锁定机构用致动器、上述机器人手臂用致动器 和上述腰关节用致动器分别进行驱动控制，从而切换使上述机器人手臂的上述任意关节 为自由状态来进行上述机器人手臂的动作的机器人手臂动作模式、和使上述机器人手臂 的上述任意关节为锁定状态并使用上述机体部移动机构使上述机体部移动的机体部移动 模式。
根据本发明的第二实施方式，提供一种第一方式记载的机器人，上述机器人手 臂用致动器是空压人工肌肉，上述腰关节用致动器是空压人工肌肉，
上述机器人手臂具有检测施加给上述机器人手臂的外力的外力检测装置，
上述机器人动作控制单元，根据由上述外力检测装置检测出的施加给上述机器 人手臂的外力，分别对上述机器人手臂用致动器的上述空压人工肌肉和上述腰关节用致 动器的上述空压人工肌肉进行驱动控制，进行机器人手臂动作模式时的上述机器人手臂 的动作控制，并且进行机体部移动模式时的机体部移动控制。
根据本发明的第三实施方式，提供一种第二方式记载的机器人，上述机器人动 作控制单元，通过阻抗控制进行根据上述外力的手臂动作控制及机体部移动控制。
根据本发明的第四实施方式，提供一种第二方式记载的机器人，上述机器人手 臂具有在上述多个联杆中的最前端联杆按照覆盖上述最前端联杆的宽度方向截面的外面 的大致一半且长度方向的大致全长的方式配设的外装构件，上述外力检测装置对施加给 上述外装构件的外力进行检测。
根据本发明的第五实施方式，提供一种第一 四方式中任一方式记载的机器 人，上述机体部移动机构，是使上述机体部相对于上述基座部绕上述腰关节大致前后摆 动的腰机构。
根据本发明的第六实施方式，提供一种第五方式记载的机器人，上述腰机构被 平移驱动致动器驱动，是使上述机体部相对于上述基座部绕上述腰关节大致前后摆动的 机构，该平移驱动致动器通过一端固定在上述基座部、另一端固定在上述机体部而对上 述腰关节进行驱动。
根据本发明的第七实施方式，提供一种第一方式记载的机器人，上述关节锁定 机构是单向离合机构。
根据本发明的第八实施方式，提供一种第七方式记载的机器人，上述机器人动 作控制单元，在上述关节锁定机构为锁定状态时，就上述任意关节而言，针对作用于上 述单向离合机构的可动方向的外力进行上述机器人手臂动作模式，针对作用于上述单向 离合机构的非可动方向的外力不进行上述机器人手臂动作模式。
根据本发明的第九实施方式，提供一种第七方式记载的机器人，上述机器人动 作控制单元，在上述关节锁定机构为锁定状态时，对上述机器人手臂进行伺服刚性比非 锁定状态时的伺服刚性低的位置控制。
根据本发明的第十实施方式，提供一种机器人的控制装置，其对如下所述的机 器人的动作进行控制，
所述机器人具备基座部；机体部；用腰关节连接上述基座部和上述机体部且 使上述机体部相对于上述基座部进行相对移动的机体部移动机构；配设在上述机体部且 具有多个联杆同时具有关节锁定机构的机器人手臂，所述关节锁定机构可以分别将相互 连结上述多个联杆的关节与连结上述多个联杆中的一个联杆和上述机体部的关节机构固 定；对上述机器人手臂的上述各关节进行驱动而对上述多个联杆进行转动驱动的机器人 手臂用致动器；通过上述机体部移动机构驱动上述机体部使其相对于上述基座部进行相 对移动的腰关节用致动器；和对上述关节锁定机构进行驱动的关节锁定机构用致动器；
所述机器人的控制装置对上述关节锁定机构用致动器、上述机器人手臂用致动器和上述腰关节用致动器分别进行驱动控制，从而切换使上述机器人手臂的上述任意关 节为自由状态来进行上述机器人手臂的动作的机器人手臂动作模式、和使上述机器人手 臂的上述任意关节为锁定状态并使用上述机体部移动机构使上述机体部移动的机体部移 动模式。
根据本发明的第十一实施方式，提供一种机器人的控制方法，其对如下所述的 机器人的动作进行控制，
所述机器人具备基座部；机体部；用腰关节连接上述基座部和上述机体部且 使上述机体部相对于上述基座部进行相对移动的机体部移动机构；配设在上述机体部且 具有多个联杆同时具有关节锁定机构的机器人手臂，所述关节锁定机构可以分别将相互 连结上述多个联杆的关节与连结上述多个联杆中的一个联杆和上述机体部的关节机构固 定；对上述机器人手臂的上述各关节进行驱动而对上述多个联杆进行转动驱动的机器人 手臂用致动器；通过上述机体部移动机构驱动上述机体部使其相对于上述基座部进行相 对移动的腰关节用致动器；和对上述关节锁定机构进行驱动的关节锁定机构用致动器；
所述机器人的控制方法对上述关节锁定机构用致动器、上述机器人手臂用致动 器和上述腰关节用致动器分别进行驱动控制，从而切换使上述机器人手臂的上述任意关 节为自由状态来进行上述机器人手臂的动作的机器人手臂动作模式、和使上述机器人手 臂的上述任意关节为锁定状态并使用上述机体部移动机构使上述机体部移动的机体部移 动模式。
根据本发明的第十二实施方式，提供一种机器人的控制程序，其对如下所述的 机器人的动作进行控制，
所述机器人具备基座部；机体部；用腰关节连接上述基座部和上述机体部且 使上述机体部相对于上述基座部进行相对移动的机体部移动机构；配设在上述机体部且 具有多个联杆同时具有关节锁定机构的机器人手臂，所述关节锁定机构可以分别将相互 连结上述多个联杆的关节与连结上述多个联杆中的一个联杆和上述机体部的关节机构固 定；对上述机器人手臂的上述各关节进行驱动而对上述多个联杆进行转动驱动的机器人 手臂用致动器；通过上述机体部移动机构驱动上述机体部使其相对于上述基座部进行相 对移动的腰关节用致动器；和对上述关节锁定机构进行驱动的关节锁定机构用致动器；
所述机器人的控制程序用于使计算机作为机器人动作控制单元发挥功能，所述 机器人动作控制单元，对上述关节锁定机构用致动器、上述机器人手臂用致动器和上述 腰关节用致动器分别进行驱动控制，从而切换使上述机器人手臂的上述任意关节为自由 状态来进行上述机器人手臂的动作的机器人手臂动作模式、和使上述机器人手臂的上述 任意关节为锁定状态并使用上述机体部移动机构使上述机体部移动的机体部移动模式。
以下，使用附图详细说明本发明的实施方式。
(实施方式1)
图1是表示本发明的第一实施方式中的机器人的简要构成的图。另外，图2是 表示上述机器人的机构构成的立体图。图3是上述机器人的侧视图。
机器人具备矩形框体状的基座部1、固定在基座部1上的作为机体部移动机构 的一例发挥功能的腰机构2、被腰机构2支承的机体部8、被机体部8的左侧支承的左手 臂3a、和被机体部8的右侧支承的右手臂3b这5个模块。
在构成机器人的基座的基座部1的上面配设有长方体的支柱4，在支柱4的上部 配设有腰机构2。另外，在基座部1上，在4个角部分别配设有轮子5，可以使机器人整 体移动。
腰机构2由围绕腰旋转轴2A的旋转关节(腰关节)构成，连接基座部1和机体部 8，可以通过腰机构2使机体部8相对于基座部1前后摆动运动。在这里，基座部1是矩 形，所以将基座部1的对置的短边的一侧定义为前侧端部(图2的左手前侧的端部1F)， 将另一侧定义为后侧端部(图2的右里侧的端部1B)。由此，相对于前侧端部1F，将右 侧的端部(基座部1的对置的长边的一侧的端部)定义为右侧端部1R，将左侧的端部(基 座部1的对置的长边的另一侧的端部)定义为左侧端部1L。
机体部8由一对四棱柱状的纵框构件8a和一对四棱柱状的横框构件8b的四方框 体构成，在机体部8的上端部，在两侧面配设有左手臂3a及右手臂3b，它们可以相互独 立地转动。右手臂3b成为与左手臂3a对称的结构，两手臂3a、3b为相同的结构，以下 在对手臂3a、3b的构成等进行说明时，作为代表例，以手臂3进行说明。
手臂3由作为上臂的第一联杆6、及作为前臂的第二联杆7两个联杆构成。第一 联杆6的基端部通过作为肩关节的第一关节9及第二关节10连接在机体部8的上端部，可 以相对于机体部8绕第一关节9轴及绕第二关节10轴相对转动。S卩，通过第一关节9， 第一联杆6可以绕沿着机体部8的各纵框构件8a的轴向的第一关节轴12转动，并且通过 第二关节10，第一联杆6可以绕沿着机体部8的上侧的横框构件池的轴向的第二关节轴 13转动。另外，第一联杆6的前端部和第二联杆7的基端部，通过作为肘关节的第三关 节11可以相对转动。通过第三关节11，第二联杆7可以相对于第一联杆6绕与第二关节 轴13平行的第三关节轴14转动。
在手臂3的第一关节9、第二关节10和第三关节11，配设有作为关节角度传感 器的一例的编码器37，可以分别检测出各关节9、10、11的旋转角度(关节角度矢量)q =[q1 q2, q3]To不过，l·、q2>屮分别为第一关节9、第二关节10、第三关节11的关 节角度。由编码器37检测出的旋转角度的信息向控制装置38输出。
15a、 15b、 15c、 15d、 16a、 16b、 17a、 17b、 17c、 17d、 18a、 18b、 18c、 18d、 18e、18f是空压人工肌肉，作为通过改变各空压人工肌肉的内部的空气压力来进行收缩 伸展而对左手臂3a、右手臂3b和腰机构2的各关节6、10、11、2A进行驱动的机器人手 臂用致动器的一例起作用。空压人工肌肉15a、15b、15c、15d，作为进行基于第三关节 11的绕第三关节轴14的旋转驱动的手臂第三关节驱动构件而发挥功能。空压人工肌肉 16a、16b，作为进行基于第二关节10的绕第二关节轴13的旋转驱动的手臂第二关节驱动 构件而发挥功能。空压人工肌肉17a、17b、17c、17d，作为进行基于第一关节9的绕第 一关节轴12的旋转驱动的手臂第一关节驱动构件而发挥功能。空压人工肌肉18a、18b、 18c、18d、18e、18f，作为对后述的关节锁定机构观的锁定动作进行驱动的锁定动作驱 动构件而发挥功能。
19是作为腰关节用致动器或腰机构驱动构件的一例而发挥功能的空压人工肌 肉，空压人工肌肉19作为进行绕腰机构2的关节轴2A的旋转驱动的平移驱动致动器而发 挥功能。
接着，对于基于空压人工肌肉15a、15b、15c、15d、16a、16b、17a、17b、17c、17d的驱动机构，首先，以基于第三关节11的绕第三关节轴14的旋转运动为例进 行说明。空压人工肌肉15a、15b配置在第一联杆6的前侧且位于两侧，且空压人工肌肉 15c、15d配置在第一联杆6的后侧且位于两侧。空压人工肌肉15a、15b、15c、15d，各 自的一个端部(上侧的端部)在第二关节10的附近以可以自由旋转的方式固定在第一联 杆6的基端部，各自的另一个端部(下侧的端部)在第三关节11的附近以可以自由旋转的 方式固定在第二联杆7的基端部。另外，在第二联杆7的基端部，前侧的空压人工肌肉 15a、15b的另一端部和后侧的空压人工肌肉15c、15d的另一端部分别固定在以第三关节 11的第三关节轴14为中心对称的位置。为此，通过分别改变前侧的空压人工肌肉15a、 15b和后侧的空压人工肌肉15c、15d的内部的空气压力，而使空压人工肌肉15a、15b和 空压人工肌肉15c、15d进行收缩伸展时，空压人工肌肉15a、15b和空压人工肌肉15c、 15d发生拮抗，绕第三关节11的第三关节轴14发生旋转运动，第一联杆6和第二联杆7 的相对运动被驱动。例如，在按照使前侧的空压人工肌肉15a、15b伸展且使后侧的空压 人工肌肉15c、15d收缩的方式驱动时，在图2中，第二联杆7相对于第一联杆6绕第三关 节11的第三关节轴14沿着顺时针方向转动。相反，在按照使前侧的空压人工肌肉15a、 1 收缩且使后侧的空压人工肌肉15c、15d伸展的方式驱动时，在图2中，第二联杆7相 对于第一联杆6绕第三关节11的第三关节轴14沿着逆时针方向转动。
同样地，绕第二关节10的第二关节轴13的旋转运动，通过前侧的空压人工肌肉 1 和后侧的空压人工肌肉16b的拮抗驱动得到驱动。即，2个前侧的空压人工肌肉1 配置于机体部8的前侧且配置于纵框构件8a附近，并且，2个后侧的空压人工肌肉16b配 置于机体部8的后侧且配置于纵框构件8a附近。空压人工肌肉16a、16b，各自的一端部 (上侧的端部)在第二关节10的附近以可以旋转的方式分别固定在由上联杆6的基端部固 定的上侧棒状联杆构件8c的两端部，各自的另一端部(下侧的端部)在腰机构2的旋转 轴2A的附近固定在由机体部8的下端部固定的下侧棒状联杆构件8d的两端部。另外， 相对于机体部8，前侧的空压人工肌肉1 的另一端部和后侧的空压人工肌肉16b的另一 端部，分别配置在对称的位置。为此，通过分别改变前侧的空压人工肌肉1 和后侧的 空压人工肌肉16b的内部的空气压力，而使空压人工肌肉1 和空压人工肌肉16b进行收 缩伸展时，空压人工肌肉1 和空压人工肌肉16b发生拮抗，绕第二关节10的第二关节 轴13发生旋转运动，机体部8和手臂3的相对旋转运动被驱动。例如，在按照使前侧的 空压人工肌肉1 伸展且使后侧的空压人工肌肉1 收缩的方式驱动时，在图2中，相对 于机体部8，手臂3绕第二关节10的第二关节轴13沿着逆时针方向转动，向后侧转动。 相反，在按照使前侧的空压人工肌肉1 收缩且使后侧的空压人工肌肉1 伸展的方式驱 动时，在图2中，相对于机体部8，手臂3绕第二关节10的第二关节轴13沿着顺时针方 向转动，向前侧转动。
另外，关于绕第一关节9的第一关节轴12的旋转运动，由前侧上部和后侧下部 的空压人工肌肉17a与前侧下部和后侧上部的空压人工肌肉17b的拮抗驱动所致的旋转运 动通过连结构件20传递，从而被驱动。以上的第一关节9的驱动方法，通过图22并以右 手臂3b的情况为例进行详细说明。图22是图3中的A-A截面图。空压人工肌肉17a、 17b的端部被摆动联杆94连结，摆动联杆94可以绕摆动联杆旋转轴95旋转。在空压人 工肌肉17a收缩、空压人工肌肉17b伸展时，摆动联杆94发生箭头U所示的旋转运动，摆动联杆94在连结轴96处与连结构件20b连接，摆动联杆94的旋转运动得以传递，绕 右手臂3b的第一关节9的箭头V所示的旋转运动得到驱动。同样地，在左手臂3a的情 况下，通过在下部配设的空压人工肌肉17a、17b，连结构件20a被驱动，由此第一关节 被驱动。
图4(a)、(b)、(c)是表示图2中所示的空压人工肌肉15a的结构的图。图4(a) 示出空压人工肌肉15a的减压状态的正视图，图4(b)示出空压人工肌肉15a的加压状态的 正视图，图4(c)示出空压人工肌肉15a的截面图。其他空压人工肌肉15b、15c、15d、 16a、16b、17a、17b、17c、17d、后述的 18a、18b、18c、18d、18e、18f、19 也是相同 的结构，在这里，以空压人工肌肉15a为代表进行说明。关于空压人工肌肉15a，如图4 所示，在由橡胶材料构成的管状弹性体21的外表面，配设由材料上难以伸展的树脂或金 属的纤维软线编成网眼状而成的约束构件22，分别用密封构件23将管状弹性体21的两 端部气密密封。通过流体注入流出构件M向管状弹性体21内供给空气等压缩性流体， 由此向管状弹性体21的内部空间施加内压时，管状弹性体21主要向半径方向膨胀，但通 过约束构件22的作用，转换成管状弹性体21的中心轴方向的收缩运动，全长发生收缩。 由于该空压人工肌肉15a主要由弹性体构成，所以具有柔软性，具有所谓是安全且轻量的 致动器的特征。
图5是表示用于驱动空压人工肌肉15a的空气压力供给驱动系统的构成的图。 在图5中，仅拔出用于驱动左手臂3a的第三关节11的空气压力供给驱动系统进行说明。 图5中，25是例如压缩机等空气压力源，沈是空气压力过滤器^a、空气压力减压阀^b 及空气压力用注油器26c成为1组的空气压力调节组件。
27是例如通过利用电磁铁的力来驱动滑阀等而对流量进行控制的5 口流量控制 电磁阀。38是例如由一般的个人电脑构成的控制装置，搭载有D/A板41，向5 口流量 控制电磁阀27输出电压指令值，由此可以对在各流体注入流出构件2如及24b中流过的 各空气的流量进行控制。有关控制装置38的详细内容如后所述。
通过图5所示的空气压力供给驱动系统，由空气压力源25生成的高压空气被空 气压力调节组件26减压，例如被调节成所谓600kRi的恒定压力，被提供给5 口流量控制 电磁阀27。5 口流量控制电磁阀27的开度，通过控制装置38被控制成与借助D/A板41 输出的电压指令值成比例。5 口流量控制电磁阀27分别与一对空压人工肌肉15a、15b和 一对空压人工肌肉15c、15d的管状弹性体21的流体注入流出构件M连接。一对空压人 工肌肉15a、1 和一对空压人工肌肉15c、15d，沿着第一联杆6的长度方向大致平行配 置，各自的管状弹性体21的流体注入流出构件M侧的端部，被固定在第一联杆6的第二 关节10侧的端部。一对空压人工肌肉15a、15b和一对空压人工肌肉15c、15d各自的管 状弹性体21的另一端部侧，以可以自由旋转的方式被第二联杆7支承。在图5中，由于 空压人工肌肉15b和15d分别位于成为空压人工肌肉15a和1 的背影的场所，所以未被 图示。因此，如以下所述，通过一对空压人工肌肉15a、15b和一对空压人工肌肉15c、 15d各自的管状弹性体21进行伸缩，第二联杆7绕第三关节11的第三关节轴14被正反旋 转驱动。需要说明的是，将图5中箭头X的右向旋转设为正向，将与箭头X相反的左向 旋转设为反向。
在由控制装置38输出的正的电压指令值从D/A板41被输入到5 口流量控制电磁阀27的情况下，如图5所示，成为由空气压力回路符号的A所示的状态，从空气压力源 25侧向空压人工肌肉15a、1 的管状弹性体21的流体注入流出构件M侧的流路，借助5 口流量控制电磁阀27得以开通，流量与电压指令值的绝对值成比例的空气被提供给空压 人工肌肉15a、1 侧。另外，关于空压人工肌肉15c、15d侧，从各自的管状弹性体21 的流体注入流出构件M向大气压侧的流路，借助5 口流量控制电磁阀27得以开通，流量 与电压指令值的绝对值成比例的空气流从各空压人工肌肉15c、15d侧向大气中排气。因 此，空压人工肌肉15a、1 的各自全长收缩，空压人工肌肉15c、15d的各自全长伸展， 由此从图6A所示的状态向图6B所示的状态，以与电压指令值的绝对值成比例的速度， 第三关节11进行绕第三关节轴14的箭头Y所示的右向旋转运动。
另一方面，在由控制装置38输出的负的电压指令值从D/A板41被输入到5 口 流量控制电磁阀27的情况下，5 口流量控制电磁阀27被切换，成为空气压力回路符号的 B所示的状态，空压人工肌肉15a、15b和空压人工肌肉15c、15d的动作相反，第三关节 11进行绕第三关节轴14的左向旋转运动。S卩，从空气压力源25侧向空压人工肌肉15c、 15d各自的管状弹性体21的流体注入流出构件M侧的流路，借助5 口流量控制电磁阀27 得以开通，流量与电压指令值的绝对值成比例的空气被提供给各空压人工肌肉15c、15d 侧。另外，关于空压人工肌肉15a、1 侧，从各自的管状弹性体21的流体注入流出构 件对向大气压侧的流路，借助5 口流量控制电磁阀27得以开通，流量与电压指令值的绝 对值成比例的空气流从各空压人工肌肉15a、1 侧向大气中排气。因此，空压人工肌肉 15c、15d各自的全长收缩，空压人工肌肉15a、1 各自的全长伸展，由此从图6A所示 的状态向图6C所示状态，以与电压指令值的绝对值成比例的速度，第三关节11绕第三关 节轴14进行箭头Z所示的左向旋转运动。
如上所示，通过空压人工肌肉15a、15b和空压人工肌肉15c、15d来驱动第二联 杆7的正反旋转运动，由此来驱动第一联杆6和第二联杆7的摆动运动即角度C^3的旋转 运动。
在手臂3的各关节9、10、11，用于固定关节9、10、11的关节锁定机构^a、 28b> 28c> 28d> 28e> 28f,分别配设在左手臂3a的第一关节9、左手臂3a的第二关节 10、左手臂3a的第三关节11、右手臂3b的第一关节9、右手臂3b的第二关节10、和右 手臂3b的第三关节11。各关节锁定机构观3、28b> 28c> 28d> 28e、28f具有相同的结 构，以下在对各关节锁定机构^a、28b> 28c> 28d> 28e> 28f的结构等进行说明时，作 为代表例，以关节锁定机构28进行说明。
图7A 图7C示出关节锁定机构观的详细情况。图7A是通过关节轴的截面 图。图7B是从图7A的箭头V方向观察得到的图，即，从关节轴的轴向观察形成了一方 的对置齿轮的齿轮部的面得到的图。图7C是2个对置齿轮的外观侧视图。
另外，图8示出关节锁定机构观的驱动机构的详细情况。图8是从图3中所示 的箭头W的方向观察左手臂3a的第一联杆6得到的图。在右手臂3b的第一联杆6的情 况下，成为与图8所示的结构左右对称的结构。
在图8中，四是在对置的面以圆环状具有齿轮部2 的圆板状的固定对置齿轮， 中心开有进行锁定及锁定开放动作的关节的关节轴以不能自由旋转的方式插入嵌合的圆 形孔^b，被固定成不会相对于由关节连接的结构体中接近基座部1的一侧的结构体及关节轴进行相对移动。例如，在第三关节11的关节锁定机构28c的情况下，固定对置齿 轮四固定在接近基座部1的一侧的结构体及作为关节轴的例子的第一联杆6及第三关节 轴14，第三关节11的第三关节轴14的前端贯通固定对置齿轮四的孔^b以相对不自由 旋转的方式插入嵌合。即，第三关节轴14和固定对置齿轮四固定成一体。需要说明 的是，第一联杆6和第二联杆7在第三关节11处通过轴承70连结成可以相对旋转。k 是可以与第二联杆7 —体旋转且可以相对于第一联杆6通过轴承70进行相对旋转的轴环 (collar)，28g是配置有后述的推压弹簧33等的箱体。
30是在对置的面上以圆环状具有可以与固定对置齿轮四的齿轮部2 啮合的齿 轮部30a的圆板状的可动对置齿轮，中心形成有可以与孔29b连通的圆形凹部30b，关节 轴(例如在上述第三关节11的关节锁定机构28c的情况下为第三关节轴14的前端部)按 照可以相对旋转且可以沿轴向移动的方式插入该凹部30b，可动对置齿轮30以该形态配 设成与固定对置齿轮四对置。可动对置齿轮30未被关节轴固定，可以沿着关节轴的轴 向平移移动，可以绕旋转轴旋转。另外，在可动对置齿轮30的外周面的一处有向径向突 出的引导突起31，与在通过关节连接的结构体内、接近手尖(手臂前端)的一侧的结构 体配设的引导槽32啮合。例如，在第三关节11的关节锁定机构28c的情况下，引导槽 32配设在第二联杆7(参照图7B)。引导突起31可以相对于引导槽32沿着引导槽32的 长度方向(图7B的纸面贯通方向即可动对置齿轮30的厚度方向)进行相对的平移移动。 即，可动对置齿轮30和接近手尖的一侧的结构体(在上述的情况下为第二联杆7)，可以 沿着关节轴(在上述的情况下为第三关节轴14)的中心轴方向进行相对的平移移动，但关 于绕关节轴的中心轴的旋转运动，由于引导突起31和引导槽32的啮合所致的约束，可动 对置齿轮30和接近手尖的一侧的结构体(在上述的情况下为第二联杆7)可以进行一体的 旋转运动。需要说明的是，图7A示出引导突起31和引导槽32啮合脱离后的状态。
固定对置齿轮四的对置面的齿轮部29a和可动对置齿轮30的对置面的齿轮部 30a,各自的截面为锯齿形状，在可动对置齿轮30中与固定对置齿轮四相反侧，且在沿 着可动对置齿轮30的中心轴的方向上，被配置在箱体^g的轴环k内的推压弹簧33的 作用力所按压，固定对置齿轮四和可动对置齿轮30相互啮合，由此作为对置齿轮四、30 发挥功能。在固定对置齿轮四的齿轮部^a和可动对置齿轮30的齿轮部30a啮合之后， 相对于固定对置齿轮四和可动对置齿轮30的绕关节轴的旋转运动，无法在齿轮部2 和 齿轮部30a的各自的齿形垂直面彼此(沿着对置齿轮四、30的厚度方向的直立面彼此)发 生接触的旋转方向(图7C的箭头方向)上旋转，而被固定。在该情况下，接近基座部1 的一侧的结构体(在上述的情况下为第一联杆6)，被固定对置齿轮四固定，接近手尖的 一侧的结构体(在上述的情况下为第二联杆7)，借助引导突起31和引导槽32被可动对置 齿轮30固定，所以关节(在上述的情况下为第三关节11)被锁定，2个结构体(在上述的 情况下为第一联杆6和第二联杆7)间不会产生相对旋转运动。另一方面，齿轮部29a和 齿轮部30a的各齿形的斜面彼此(沿着相对于对置齿轮四、30的厚度方向倾斜的方向的 斜面彼此)发生接触的旋转(与图7C的箭头方向相反的方向)沿着斜面产生推起，使2 个结构体(在上述的情况下为第一联杆6和第二联杆7)间可以相对旋转运动。其结果， 关节锁定机构观作为单向离合器发挥功能。
可动对置齿轮30，借助由外侧引导管55和牵引线56构成的操纵线缆57，与用于驱动关节锁定机构的空压人工肌肉18(具体而言为空压人工肌肉18a、18b、18c、 18d、18e、18f，但在对结构进行说明时，作为代表例，用18表示)连接。图7A示出引 导突起31和引导槽32的啮合脱离后的状态，通过空压人工肌肉18的驱动，利用牵引线 56使可动对置齿轮30在中心轴方向上向远离固定对置齿轮四的一侧(图7A的左侧)移 动，示出齿轮部2 和齿轮部30a分开的状态。相反，通过空压人工肌肉18的驱动，利 用牵引线56使可动对置齿轮30在中心轴方向上向接近固定对置齿轮四的一侧(图7A的 右侧)移动时，成为齿轮部2 和齿轮部30a啮合后的状态。在用于驱动关节锁定机构 的空压人工肌肉18当中，空压人工肌肉18a(图3中图示)配设于基座部1，对左手臂3a 的第一关节9的关节锁定机构28a进行驱动。空压人工肌肉18b (配设于图3中的空压人 工肌肉18a的背后)配设于基座部1，对右手臂3b的第一关节9的关节锁定机构2 进行 驱动。空压人工肌肉18c(配设于图8中的空压人工肌肉18e的背后)配设于左手臂3a的 第一联杆6的内部，对左手臂3a的第二关节10的关节锁定机构28c进行驱动。空压人 工肌肉18d(与图8中的空压人工肌肉18c—样配设于右手臂3b)配设于右手臂3b的第一 联杆6的内部，对右手臂3b的第二关节10的关节锁定机构28d进行驱动。空压人工肌 肉18e(图8中图示)配设于左手臂3a的第一联杆6的内部，对左手臂3a的第三关节11 的关节锁定机构28e进行驱动。空压人工肌肉18f(与图8中的空压人工肌肉18e—样配 设于右手臂3b)配设于右手臂3b的第一联杆6的内部，对右手臂3b的第三关节11的关 节锁定机构28f进行驱动。
向空压人工肌肉18供给高压空气而使空压人工肌肉18收缩时，通过与空压人工 肌肉18连结的操纵线缆57的牵引线56来牵引可动对置齿轮30，对抗关节锁定机构28 的推压弹簧33的作用力，在中心轴方向上向远离固定对置齿轮四的一侧移动，对置齿轮 29, 30彼此的齿轮部2 和齿轮部30a的啮合被解除。相反，从空压人工肌肉18排出高 压空气使空压人工肌肉18伸展时，操纵线缆57的牵引线56对可动对置齿轮30的拉力被 解除，通过关节锁定机构观的推压弹簧33的作用力，使对置齿轮四、30的齿轮部^a 和齿轮部30a彼此啮合，关节被锁定，相对旋转运动成为不可能。
关于左手臂3a及右手臂3b的各关节中关节锁定机构观的配置方向，配设成使 可以作为单向离合器旋转的方向为图2、图3中的箭头R所示的旋转方向、且使被锁定的 方向(不能相对旋转的方向)为与图中的箭头R相反的旋转方向。通过这样配置方向， 当在手臂3上搭载有被看护者或搬运物时，关节锁定发挥功能，被看护者或搬运物的重 量所致的载荷由关节锁定机构观来负担，可以容易且稳定并以高可靠性进行被看护者或 搬运物的保持。
根据图3、图9A及图9B对腰机构2进行说明。腰机构2被空压人工肌肉19驱 动。关于空压人工肌肉19，其一端部以可以自由旋转的方式固定在基座部1，另一端部 以可以自由旋转的方式固定在力传递杆34的后端部。力传递杆34的前端部由机体部8 固定。如果向空压人工肌肉19供给高压空气使空压人工肌肉19收缩，则力传递杆34被 向后方牵引，机体部8以腰机构2的关节轴2A为中心进行摆动运动，从图9A所示的机 体部8的前倾状态向图9B所示的机体部8的直立状态立起。相反，从空压人工肌肉19 排出高压空气使空压人工肌肉19伸展时，通过机体部8或手臂3的重量，机体部8从图 9B所示的机体部8的直立状态向图9A所示的机体部8的前倾状态向前方倾倒。
在对腰机构2进行驱动的空压人工肌肉19上配设与控制装置38连接的压力传感 器67(参照图幻，可以通过压力传感器67来测量空压人工肌肉19的内部的压力。从基 于该压力传感器67检测的空压人工肌肉19的内部压力Pp和从腰机构2的关节轴2A的编 码器37的角度信息得到的空压人工肌肉19的应变ε，可以利用动作模式切换单元47判 定是否是机器人提起重物等载荷的状态。在空压人工肌肉19的内部压力Ρρ、应变ε及收 缩力F之间，存在图10所示的关系。只要利用该特性，就可以利用收缩力计算单元194 从空压人工肌肉19的内部压力Pp和应变ε算出收缩力Fp，在该已算出的收缩力Fp大于 机器人未提起重物等载荷的状态时的收缩力的值时，可以利用动作模式切换单元47判定 为机器人在提起重物等载荷。
机器人是否在提起该重物等载荷的判定信息，由后述的动作模式切换单元47来 进行，其判定结果向后述的关节锁定机构控制单元59输出。
如图IlA及图IlB所示，在手臂3的第二联杆7的中央部附近，配设有可以检 测出3个方向的平移力的作为外力检测装置的一例发挥功能的、3轴力传感器35。在力 传感器35上，以与第二联杆7的结构体之间留有间隙而不接触的形式配设力检测外装罩 36，力传感器35检测出在力检测外装罩36和手臂3的第二联杆7之间作用的力，并向控 制装置38输出。力检测外装罩36为覆盖第二联杆7的宽度方向截面的外面大致一半及 第二联杆7的联杆长度方向的大部分这样的结构，可以在第二联杆7的表面的多数部分检 测作用于第二联杆7的力。另外，就图2及图3所示的搬送基本姿势而言，按照位于手 臂3的下侧的方式配设力传感器35，即便在手臂3的上面载置有被看护者或搬运物的状态 下，被看护者或搬运物也不会接触力传感器35，所以可以在不会受到被看护者或搬运物 的影响的情况下，用力传感器35检测外力。
图1及图5等所示的控制装置38，在硬件上由一般的个人电脑构成，除了输入输 出IF 40之外的部分都是由个人电脑执行的控制程序39以软件的形式来实现。
输入输出IF 40由与个人电脑的PCI总线等扩展槽(throttle)连接的、D/A板41、 A/D板42和计数板43构成。
通过执行用于控制机器人的动作的控制程序39来使控制装置38发挥功能，由左 手臂3a及右手臂3b的各关节9、10、11的编码器37输出的关节角度信息，通过计数板 43分别被控制装置38取入，另外，由在左手臂3a及右手臂3b配设的力传感器35检测的 外力信息，通过A/D板42分别被控制装置38取入，由控制装置38分别算出各关节的旋 转动作的控制指令值。已算出的各控制指令值通过D/A板41被提供给5 口流量控制电 磁阀27，通过5 口流量控制电磁阀27来驱动手臂3的各关节9、10、11的空压人工肌肉 15a、 15b、 15c、 15d、 16a、 16b。
图1中，58是动作模式切换开关，配设有前进按钮64、后退按钮65和停止按钮 66三个按钮，哪一按钮被按压的信息以数字信号的方式通过I/O被输入到控制装置38。
图12是通过在控制装置38中执行的控制程序39实现的机器人控制系统的框 图。换言之，是表示以来自输入输出IF 40的信息为基础通过控制程序39来控制机器人 的动作的机器人动作控制单元44的构成的框图。
机器人控制系统具备动作模式切换单元47和阻抗控制单元45。
阻抗控制单元45由左手臂阻抗控制单元45a、右手臂阻抗控制单元45b和腰机构阻抗控制单元45p构成，分别对左手臂3a的动作、右手臂3b的动作和腰机构2的动 作进行控制。左手臂阻抗控制单元45a和右手臂阻抗控制单元45b的结构及功能相同， 所以，在这里以阻抗控制单元45为代表进行详细说明。需要说明的是，以下，下标i是 L或R，分别是指利用左手臂阻抗控制单元45a或右手臂阻抗控制单元45b的输入输出信 号。例如，手臂3的关节角度Cll是指作为左手臂阻抗控制单元45a的输入信号的左手臂 3a的关节角度％或作为右手臂阻抗控制单元4 的输入信号的右手臂3b的关节角度ciR。 为了便于理解，在所代表的文字或数字后的括弧内示出左右不同的文字或数字。
阻抗控制单元45 (45a或45b)具备阻抗计算单元46 (46a或46b)和位置控制单元 49 (49a或49b)。向阻抗计算单元46 或46b)中输入由力传感器；35测量的力 或卩皿)，手尖目标修正值ι·1(1Δ(ι·ωΔ或i"RdJ从阻抗计算单元46 或46b)输出。位置控 制单元49 (49a或49b)分别被输入如下的信息，即通过阻抗控制单元45 (45a或45b)将从 目标轨道生成单元48输入的手臂3 (3a或3b)的位置目标值i"ld(i"Ld或rRd)与手尖目标修正 值ι·ωΔ(ι·ωΔ或ι·ΜΔ)相加而得到的值rldm(rUm或rRdm)、及由编码器37测量的的手臂3 (3a或 3b)的关节角度Ci1 (qL或qR)，关节指令值Iiiq (uLq或uRq)从位置控制单元49 (49a或49b)输 出，成为向手臂3 (3a或3b)的指令值。
阻抗计算单元46 (46a或46b)是发挥使手臂3 (3a或3b)实现机械阻抗的功能的 部分，根据阻抗参数惯性M、粘滞性D、弹性K、关节角度的当前值Ci1 ((^或90、和力传 感器35检测出的外力FJFl或&)，利用以下的式(1)通过阻抗计算单元46 或46b) 计算用于使手臂3 (3a或3b)实现机械阻抗的手尖位置目标修正输出ι·ωΔ (rLd.或rRdJ，并 输出。利用阻抗控制单元45 (45a或45b)使手尖位置目标修正输出(rLd.或i"RdJ加到 由目标轨道生成单元48输出的手尖位置目标!^(!。或！^)上，生成手尖位置修正目标矢量 ridm (rLdm 或 rRdm) °
TiM =(52M + 5D + K)"1 Fi式(1)
权利要求
1.一种机器人，其具备 基座部；机体部；机体部移动机构，其用腰关节连接所述基座部和所述机体部且使所述机体部相对于 所述基座部进行相对移动；机器人手臂，其配设在所述机体部且具有多个联杆以及关节锁定机构，所述关节锁 定机构可以分别对相互连结所述多个联杆的关节和连结所述多个联杆中一个联杆与所述 机体部的关节进行机构固定；机器人手臂用致动器，其对所述机器人手臂的各个所述关节进行驱动而驱动所述多 个联杆转动；腰关节用致动器，其经由所述机体部移动机构进行驱动使所述机体部相对于所述基 座部进行相对移动；关节锁定机构用致动器，其对所述关节锁定机构进行驱动；和 机器人动作控制单元，其对所述关节锁定机构用致动器、所述机器人手臂用致动 器和所述腰关节用致动器分别进行驱动控制而切换机器人手臂动作模式和机体部移动模 式，所述机器人手臂动作模式为将所述机器人手臂的所述任意关节设成自由状态而使所 述机器人手臂动作的模式，所述机体部移动模式为将所述机器人手臂的所述任意关节设 成锁定状态而使用所述机体部移动机构使所述机体部移动的模式。
2.如权利要求1所述的机器人，其中，所述机器人手臂用致动器是空压人工肌肉，所述腰关节用致动器是空压人工肌肉， 所述机器人手臂具有检测施加给所述机器人手臂的外力的外力检测装置， 所述机器人动作控制单元，根据由所述外力检测装置检测出的施加给所述机器人手 臂的外力，分别对所述机器人手臂用致动器的所述空压人工肌肉和所述腰关节用致动器 的所述空压人工肌肉进行驱动控制，在机器人手臂动作模式时进行所述机器人手臂的动 作控制，并且在机体部移动模式时进行机体部移动控制。
3.如权利要求2所述的机器人，其中，所述机器人动作控制单元，通过阻抗控制进行根据所述外力的手臂动作控制及机体 部移动控制。
4.如权利要求2所述的机器人，其中，所述机器人手臂具有在所述多个联杆中最前端联杆按照覆盖所述最前端联杆的宽度 方向截面的大致一半外面且长度方向的大致全长的方式配设的外装构件，所述外力检测 装置对施加给所述外装构件的外力进行检测。
5.如权利要求1 4中任意一项所述的机器人，其中，所述机体部移动机构，是使所述机体部相对于所述基座部绕所述腰关节大致前后摆 动的腰机构。
6.如权利要求5所述的机器人，其中，所述腰机构是被平移驱动致动器驱动而使所述机体部相对于所述基座部绕所述腰关 节大致前后摆动的机构，该平移驱动致动器通过一端固定在所述基座部、另一端固定在 所述机体部而对所述腰关节进行驱动。
7.如权利要求1所述的机器人，其中， 所述关节锁定机构是单向离合机构。
8.如权利要求7所述的机器人，其中，所述机器人动作控制单元，在所述关节锁定机构为锁定状态时，在所述任意关节， 针对作用于所述单向离合机构的可动方向的外力进行所述机器人手臂动作模式，针对作 用于所述单向离合机构的非可动方向的外力不进行所述机器人手臂动作模式。
9.如权利要求7所述的机器人，其中，所述机器人动作控制单元，在所述关节锁定机构为锁定状态时，对所述机器人手臂 进行伺服刚性比非锁定状态时的伺服刚性低的位置控制。
10.一种机器人的控制装置，其对机器人的动作进行控制，所述机器人具备 基座部；机体部；机体部移动机构，其用腰关节连接所述基座部和所述机体部且使所述机体部相对于 所述基座部进行相对移动；机器人手臂，其配设在所述机体部且具有多个联杆以及关节锁定机构，所述关节锁 定机构可以分别对相互连结所述多个联杆的关节和连结所述多个联杆中的一个联杆与所 述机体部的关节进行机构固定；机器人手臂用致动器，其对所述机器人手臂的各个所述关节进行驱动而驱动所述多 个联杆转动；腰关节用致动器，其经由所述机体部移动机构进行驱动使所述机体部相对于所述基 座部进行相对移动；和关节锁定机构用致动器，其对所述关节锁定机构进行驱动，所述机器人的控制装置，对所述关节锁定机构用致动器、所述机器人手臂用致动 器和所述腰关节用致动器分别进行驱动控制而切换机器人手臂动作模式和机体部移动模 式，所述机器人手臂动作模式为将所述机器人手臂的所述任意关节设成自由状态而使所 述机器人手臂动作的模式，所述机体部移动模式为将所述机器人手臂的所述任意关节设 成锁定状态而使用所述机体部移动机构使所述机体部移动的模式。
11.一种机器人的控制方法，其对机器人的动作进行控制，所述机器人具备 基座部；机体部；机体部移动机构，其用腰关节连接所述基座部和所述机体部且使所述机体部相对于 所述基座部进行相对移动；机器人手臂，其配设在所述机体部且具有多个联杆以及关节锁定机构，所述关节锁 定机构可以分别对相互连结所述多个联杆的关节和连结所述多个联杆中的一个联杆与所 述机体部的关节进行机构固定；机器人手臂用致动器，其对所述机器人手臂的各个所述关节进行驱动而驱动所述多 个联杆转动；腰关节用致动器，其经由所述机体部移动机构进行驱动使所述机体部相对于所述基 座部进行相对移动；和关节锁定机构用致动器，其对所述关节锁定机构进行驱动，所述机器人的控制方法对所述关节锁定机构用致动器、所述机器人手臂用致动器和 所述腰关节用致动器分别进行驱动控制而切换机器人手臂动作模式和机体部移动模式， 所述机器人手臂动作模式为将所述机器人手臂的所述任意关节设成自由状态而使所述机 器人手臂动作的模式，所述机体部移动模式为将所述机器人手臂的所述任意关节设成锁 定状态而使用所述机体部移动机构使所述机体部移动的模式。
12. 一种机器人的控制程序，其对机器人的动作进行控制，所述机器人具备 基座部； 机体部；机体部移动机构，其用腰关节连接所述基座部和所述机体部且使所述机体部相对于 所述基座部进行相对移动；机器人手臂，其配设在所述机体部且具有多个联杆以及关节锁定机构，所述关节锁 定机构可以分别对相互连结所述多个联杆的关节和连结所述多个联杆中的一个联杆与所 述机体部的关节进行机构固定；机器人手臂用致动器，其对所述机器人手臂的各个所述关节进行驱动而驱动所述多 个联杆转动；腰关节用致动器，其经由所述机体部移动机构进行驱动使所述机体部相对于所述基 座部进行相对移动；和关节锁定机构用致动器，其对所述关节锁定机构进行驱动，所述机器人的控制程序用于使计算机作为机器人动作控制单元发挥功能，所述机器 人动作控制单元对所述关节锁定机构用致动器、所述机器人手臂用致动器和所述腰关节 用致动器分别进行驱动控制而切换机器人手臂动作模式和机体部移动模式，所述机器人 手臂动作模式为将所述机器人于臂的所述任意关节设成自由状态而使所述机器人手臂动 作的模式，所述机体部移动模式为将所述机器人手臂的所述任意关节设成锁定状态而使 用所述机体部移动机构使所述机体部移动的模式。
全文摘要
本发明的机器人，将基座部(1)和机体部(8)连接成可以通过机体部移动机构(2)相对移动，在机体部(8)上配设具有可以机构性固定各关节的关节锁定机构(28)的机器人手臂(3)，由机器人动作控制单元(47)控制切换使机器人手臂(3)的任意关节为自由状态而进行机器人手臂(3)的动作的机器人手臂动作模式和使其为锁定状态而使机体部(8)移动的机体部移动模式。
文档编号A61G5/00GK102026783SQ200980117239
公开日2011年4月20日 申请日期2009年6月2日 优先权日2008年6月6日
发明者冈崎安直, 小野敦, 浅井胜彦 申请人:松下电器产业株式会社