JP2001150374A - ロボットの故障診断システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 システム内の故障や異常などを自己診断する
とともに、診断結果をユーザにフィードバックする。 【解決手段】 ユーザから入力された音声がコマンド認
識部において解釈・認識され、診断要求が自己診断部に
通知される。例えば、ユーザは、「自己診断しなさい」
や「（ロボットよ、）調子はどうだい？」などのような
自然な会話形式で自己診断を促すコマンドを入力するこ
とができる。これに対し、ロボットは、「調子良くない
よ」や「気分が悪い」、「脚が痛い」、「お腹が空い
た」などのような自然な会話形式で自己診断結果を表出
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生体のメカニズム
や動作をモデル化して構成されるリアリスティックなロ
ボットに係り、特に、ヒトやサルなどの脚式移動型動物
の身体メカニズムをモデル化した脚式移動ロボットに関
する。

【０００２】更に詳しくは、本発明は、制御系を機上に
搭載して自律的な駆動を行うことができる脚式移動型ロ
ボットの制御システムに係り、特に、システム内の故障
や異常などを自己診断するとともに、診断結果をユーザ
にフィードバックすることができる脚式移動型ロボット
の制御システムに関する。

【０００３】

【従来の技術】電気的若しくは磁気的な作用を用いて人
間の動作に似せた運動を行う機械装置のことを「ロボッ
ト」という。ロボットの語源は、スラブ語のＲＯＢＯＴ
Ａ（奴隷機械）に由来すると言われている。わが国で
は、ロボットが普及し始めたのは１９６０年代末からで
あるが、その多くは、工場における生産作業の自動化・
無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボット
などの産業用ロボット（ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｒｏｂ
ｏｔ）であった。

【０００４】最近では、ヒトやサルなどの２足直立歩行
を行う動物の身体メカニズムや動作を模した脚式移動ロ
ボットに関する研究開発が進展し、実用化への期待も高
まってきている。２足直立による脚式移動は、クローラ
式移動や、４足歩行又は６足式歩行などに比し不安定で
姿勢制御や歩行制御が難しくなるが、柔軟な移動作業を
実現できるという点で優れている。すなわち、２足によ
る脚式移動によれば、不整地や作業経路上に障害物や凹
凸のある床面上の歩行、あるいは、階段や梯子の昇降な
ど不連続な歩行面上の歩行などを、好適に行うことがで
きる。

【０００５】ヒトの生体メカニズムや動作をエミュレー
トした脚式移動ロボットのことを、特に、「人間形」、
若しくは「人間型」のロボット（ｈｕｍａｎｏｉｄ ｒ
ｏｂｏｔ）と呼ぶ。人間形若しくは人間型と呼ばれる脚
式移動ロボットを研究・開発する意義を、例えば以下の
２つの視点から把握することができよう。

【０００６】１つは、人間科学的な視点である。すなわ
ち、人間の下肢及び／又は上肢に似た構造のロボットを
作り、その制御方法を考案して、人間の歩行動作をシミ
ュレートするというプロセスを通じて、歩行を始めとす
る人間の自然な動作のメカニズムを工学的に解明するこ
とができる。このような研究成果は、人間工学、リハビ
リテーション工学、あるいはスポーツ科学など、人間の
運動メカニズムを扱う他のさまざまな研究分野の進展に
大いに還元することができるであろう。

【０００７】もう１つは、人間のパートナーとして生活
を支援する、すなわち住環境その他の日常生活上の様々
な場面における人的活動の支援を行うロボットの開発で
ある。この種のロボットは、人間の生活環境のさまざま
な局面において、人間から教わりながら個々に個性の相
違する人間又は環境への適応方法を学習し、機能面でさ
らに成長していく必要がある。このとき、ロボットが
「人間形」すなわち人間と同じ形又は同じ構造をしてい
る方が、人間とロボットとのスムースなコミュニケーシ
ョンを行う上で有効に機能するものと考えられる。

【０００８】例えば、踏んではならない障害物を避けな
がら部屋を通り抜ける方法を実地においてロボットに教
示するような場合、クローラ式や４足式ロボットのよう
に教える相手が自分と全く違う構造をしているよりも、
同じような格好をしている２足歩行ロボットの方がユー
ザ（作業員）ははるかに教え易く、またロボットにとっ
ても教わり易い筈である（例えば、高西著「２足歩行ロ
ボットのコントロール」（自動車技術会関東支部＜高塑
＞Ｎｏ．２５，１９９６ＡＰＲＩＬ）を参照のこと）。

【０００９】人間の作業空間や居住空間のほとんどは、
２足による直立歩行という人間が持つ身体メカニズムや
行動様式に合わせて形成されている。言い換えれば、人
間の住空間は、車輪その他の駆動装置を移動手段とした
現状の機械システムが移動するのにはあまりに多くの障
壁が存在する。機械システムすなわちロボットが様々な
人的作業を支援又は代行し、さらに人間の住空間に深く
浸透していくためには、ロボットの移動可能範囲が人間
のそれとほぼ同じであることが好ましい。これが、脚式
移動ロボットの実用化が大いに期待されている所以でも
ある。人間型の形態を有していることは、ロボットが人
間の住環境との親和性を高める上で必須であると言え
る。

【００１０】人間型ロボットの用途の１つとして、産業
活動・生産活動等における各種の難作業の代行が挙げら
れる。例えば、原子力発電プラントや火力発電プラン
ト、石油化学プラントにおけるメンテナンス作業、製造
工場における部品の搬送・組立作業、高層ビルにおける
清掃、火災現場その他における救助といったような危険
作業・難作業の代行である。

【００１１】また、人間型ロボットの他の用途として、
人間と居住空間を同一にする「共生」若しく「エンター
ティンメント」と呼ばれるものである。この種の用途で
は、ロボットは、作業代行などの生活支援というより
も、生活密着という性格が濃厚である。

【００１２】エンターティンメント指向のロボットは、
産業上の特定用途を高速・高精度に実現することより
も、作業期間中に実行する動作パターンそのものが研究
・開発上の主題となる。すなわち、ヒトやサルなどの２
足の直立歩行を行う動物が本来持つ全身協調型の動作メ
カニズムを忠実に再現し、その自然に円滑な動作を実現
することが好ましいとされる。また、ヒトやサルなどの
知性の高い直立動物をエミュレートする以上、四肢を用
いた動作パターンが生体として自然であり、且つ、動作
が持つ表現力がより豊かであることが望ましい。

【００１３】さらに、エンターティンメント型のロボッ
トは、予め入力された動作パターンを単に忠実に実行す
るだけではなく、相手の言葉や態度（「褒める」とか
「叱る」、「叩く」など）に呼応した、生き生きとした
動作表現を実現することも要求される。この意味におい
て、ヒトを模したエンターティンメント指向の人間型ロ
ボットは、まさに「人間型」のロボットと呼ぶに相応し
い。

【００１４】従来の玩具機械は、ユーザ操作と応答動作
との関係が固定・画一的であり、同じ動作しか繰り返さ
ないので、ユーザはやがて飽きてしまうことになる。こ
れに対し、エンターティンメント型のロボットは、動作
生成の時系列モデルに従って動作を実行するが、ユーザ
操作などの外部からの刺激を検出したことに応答してこ
の時系列モデルを変更する、すなわち学習効果を付与す
ることができる。この結果、ユーザ操作と応答動作との
関係はプログラマブルとなり、ユーザにとって飽きな
い、あるいは、ユーザの好みに適応した動作パターンを
提供することができる。また、ユーザは、ロボットの操
作を通して、一種の育成シミュレーションを楽しむこと
ができる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】脚式移動ロボットの作
業空間は非限定的であり、所定の経路上または無経路上
を自在に移動して、所定の若しくは任意の作業を代行し
たり、ヒトやイヌその他の生命体に置き換わる種々のサ
ービスを提供する。

【００１６】また、脚式移動ロボットは、工業製品であ
る以上、故障や異常を最大限に排除した形でユーザに提
供され利用に狭されなければならない。とはいえ、出荷
する全製品に対して異常がないことを保証することは不
可能である。また、ユーザが使用を重ねて部品が摩耗し
たり、経時変化による劣化・老朽化などにより、製品が
故障してしまうことは不可避である。さらに、複雑な姿
勢制御を要求される脚式移動ロボットにおいては、思考
制御や運動制御を繰り返し実行している間、システムが
異常処理を発生したりすることも予想されよう。

【００１７】ユーザは、製品に故障や異常を発見したと
きには、修理・補修などのメンテナンスを行う必要があ
る。このとき、自律駆動するロボットが、ユーザの指令
に応じて、あるいは自らの意思で故障を診断したり、さ
らに故障した場所を教えてくれれば便利である。特に、
人間型ロボットは、「人間らしさ」を持つ有能なユーザ
・インターフェースをそなえているので、ユーザの極自
然な問いかけを介して故障診断の指示を受信し、且つ、
ユーザに対して診断結果を人間らしいアクションで分か
り易く教えてくれることが期待される。

【００１８】また、移動ロボットの場合、システム上で
発生した故障や異常によって、ロボットが暴走してユー
ザ（作業員）に突進するなど、二次的な災害を引き起こ
しかねない。したがって、ロボットが、早期に且つ自律
的に故障や異常の発生を通知してくれることが好まし
い。

【００１９】本発明の目的は、制御系を機上に搭載して
自律的な駆動を行うことができる、優れた脚式移動型ロ
ボットの制御システムを提供することにある。

【００２０】本発明の更なる目的は、システム内の故障
や異常などを自己診断するとともに、診断結果をユーザ
にフィードバックすることができる、優れた脚式移動型
ロボットの制御システムを提供することにある。

【００２１】本発明の更なる目的は、「人間らしさ」を
持つ有能なユーザ・インターフェースを介して故障診断
の指示を受信し、且つ、ユーザに対して診断結果を分か
り易く教えることができる人間型ロボットを提供するこ
とにある。

【００２２】本発明の更なる目的は、早期に且つ自律的
に故障や異常の発生を通知してくれる移動ロボットを提
供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を参
酌してなされたものであり、複数の関節アクチュエータ
で構成されるロボットの故障診断システムであって、故
障診断要求を入力する要求入力手段と、ロボットの内部
状態を計測する計測手段と、前記要求入力手段に故障診
断要求が入力されたことに応答して、ロボットの故障診
断を実行する診断手段と、前記診断手段による診断結果
を外部に出力する診断結果出力手段と、を具備すること
を特徴とするロボットの故障診断システムである。

【００２４】ここで、前記要求入力手段は音声による要
求を受容してもよい。あるいは、前記要求入力手段は外
部システムからの要求を通信インターフェース経由で受
容するようにしてもよい。

【００２５】また、前記計測手段は前記関節アクチュエ
ータの関節角度を計測するエンコーダを含み、前記診断
手段は、前記関節アクチュエータに対して指示された目
標関節角度と前記エンコーダが出力する現関節角度との
偏差に基づいて故障診断を行うようにしてもよい。

【００２６】また、前記計測手段は前記関節アクチュエ
ータ内の温度を計測する温度センサを含み、前記診断手
段は、前記温度センサによる計測温度が規定値を越えた
ときに前記関節アクチュエータが故障していると判断す
るようにしてもよい。

【００２７】また、前記ロボットはバッテリ駆動式であ
ってもよい。このような場合には、前記計測手段は前記
バッテリの端子電圧、若しくは、バッテリから各部へ供
給される電源電圧を計測する電源電圧検出部を含み、前
記診断手段は、前記電源電圧検出部の検出電圧が規定値
を外れたときに電源異常と判断するようにしてもよい。

【００２８】また、前記計測手段は、前記ロボットのピ
ッチ軸、ロール軸、又はヨー軸のうち少なくとも１つの
方位角度を検出する姿勢センサを含み、前記診断手段
は、前記姿勢センサが検出した方位角度が規定値を外れ
たときに姿勢異常と判断するようにしてもよい。

【００２９】また、前記計測手段は画像入力装置を含
み、前記診断手段は、前記画像入力手段による入力画像
の認識結果を基に診断するようにしてもよい。あるい
は、前記診断手段は、前記画像入力手段による入力画像
から認識された物体情報や色情報を基に診断するように
してもよい。

【００３０】また、前記計測手段は接触センサ又は力セ
ンサの少なくとも一方を含み、前記診断手段は、前記接
触センサ又は力センサの出力が規定値を越えたときに異
常と判断するようにしてもよい。

【００３１】また、前記診断結果出力手段は、診断結果
を音声出力するようにしてもよい。

【００３２】あるいは、前記診断結果出力手段は、診断
結果を通信インターフェース経由で外部システムに供給
するようにしてもよい。

【００３３】

【作用】本発明に係るロボットは、システム内の故障や
異常などを自己診断するとともに、診断結果をユーザに
フィードバックすることができる。

【００３４】また、本発明に係るロボットは、人間の聴
覚に相当する音声入力装置を介した音声入力によって診
断要求を受容することができるし、また、診断結果を音
声出力によって表出することができる。すなわち、ロボ
ットが本来的に備える「人間らしい」ユーザ・インター
フェースを介して故障診断の指示を受信し、且つ、ユー
ザに対して診断結果を分かり易く教えてくれる訳であ
る。

【００３５】本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、
後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳
細な説明によって明らかになるであろう。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施例を詳解する。

【００３７】図１及び図２には本発明の実施に供される
「人間形」又は「人間型」の脚式移動ロボット１００が
直立している様子を前方及び後方の各々から眺望した様
子を示している。図示の通り、脚式移動ロボット１００
は、脚式移動を行う左右２足の下肢と、体幹部と、左右
の上肢と、頭部とで構成される。

【００３８】左右各々の下肢は、大腿部と、膝関節と、
脛部と、足首と、足平とで構成され、股関節によって体
幹部の略最下端にて連結されている。また、左右各々の
上肢は、上腕と、肘関節と、前腕とで構成され、肩関節
によって体幹部上方の左右各側縁にて連結されている。
また、頭部は、首関節によって体幹部の略最上端中央に
連結されている。

【００３９】体幹部ユニット内には、図１及び図２上で
は見えていない制御部が配備されている。この制御部
は、脚式移動ロボット１００を構成する各関節アクチュ
エータの駆動制御や各センサ（後述）などからの外部入
力を処理するコントローラ（主制御部）や、電源回路そ
の他の周辺機器類を搭載した筐体である。制御部は、そ
の他、遠隔操作用の通信インターフェースや通信装置を
含んでいてもよい。但し、本発明では、制御部の設置場
所は特に限定されない。

【００４０】図３には、本実施例に係る脚式移動ロボッ
ト１００が具備する関節自由度構成を模式的に示してい
る。図示の通り、脚式移動ロボット１００は、２本の腕
部と頭部１を含む上体と、移動動作を実現する２本の脚
部からなる下肢と、上肢と下肢とを連結する体幹部とで
構成される。

【００４１】頭部１を支持する首関節は、首関節ヨー軸
２と、首関節ピッチ軸３と、首関節ロール軸４という３
自由度を有している。

【００４２】また、各腕部は、肩関節ピッチ軸８と、肩
関節ロール軸９と、上腕ヨー軸１０と、肘関節ピッチ軸
１１と、前腕ヨー軸１２と、手首関節ピッチ軸１３と、
手首関節ロール軸１４と、手部１５とで構成される。手
部１５は、実際には、複数本の指を含む多関節・多自由
度構造体である。但し、手部１５の動作自体は、ロボッ
ト１００の姿勢安定制御や歩行動作制御に対する寄与や
影響が少ないので、本明細書ではゼロ自由度と仮定す
る。したがって、左右の各腕部は７自由度を有するとす
る。

【００４３】また、体幹部は、体幹ピッチ軸５と、体幹
ロール軸６と、体幹ヨー軸７という３自由度を有する。

【００４４】また、下肢を構成する左右各々の脚部は、
股関節ヨー軸１６と、股関節ピッチ軸１７と、股関節ロ
ール軸１８と、膝関節ピッチ軸１９と、足首関節ピッチ
軸２０と、関節ロール軸２１と、足部（足底）２２とで
構成される。股関節ピッチ軸１７と股関節ロール軸１８
の交点は、本実施例に係るロボット１００の股関節位置
を定義するものとする。人体の足部（足底）２２は、実
際には多関節・多自由度の足底を含んだ構造体である
が、本実施例に係る脚式移動ロボット１００の足底はゼ
ロ自由度とする。したがって、左右の各脚部は６自由度
で構成される。

【００４５】以上を総括すれば、本実施例に係る脚式移
動ロボット１００全体としては、合計で３＋７×２＋３
＋６×２＝３２自由度を有することになる。但し、脚式
移動ロボット１００が必ずしも３２自由度に限定される
訳ではない。設計・製作上の制約条件や要求仕様等に応
じて、自由度すなわち関節数を適宜増減することができ
ることは言うまでもない。

【００４６】脚式移動ロボット１００が持つ上述の各関
節自由度は、実際にはアクチュエータを用いて実装され
る。外観上で余分な膨らみを排してヒトの自然体形状に
近似させること、２足歩行という不安定構造体に対して
姿勢制御を行うことなどの要請から、アクチュエータは
小型且つ軽量であることが好ましい。本実施例では、ギ
ア直結型で且つサーボ制御系をワンチップ化してモータ
・ユニットに内蔵したタイプの小型ＡＣサーボ・アクチ
ュエータを搭載することとした。なお、この種のＡＣサ
ーボ・アクチュエータに関しては、例えば本出願人に既
に譲渡されている特願平１１−３３３８６号明細書に開
示されている。

【００４７】図４には、本実施例に係る脚式移動ロボッ
ト１００の制御システム構成を模式的に示している。同
図に示すように、該システムは、ユーザ入力などに動的
に反応して情緒判断や感情表現を司る思考制御モジュー
ル２００と、関節アクチュエータの駆動などロボットの
全身協調運動を制御する運動制御モジュール３００とで
構成される。

【００４８】思考制御モジュール２００は、情緒判断や
感情表現に関する演算処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔ
ｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２１１や、
ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）
２１２、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２
１３、及び、外部記憶装置（ハード・ディスク・ドライ
ブなど）２１４で構成される、自己完結処理を行うこと
ができる独立した情報処理装置である。

【００４９】思考制御モジュール２００には、ＣＣＤ
（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメ
ラなど視覚センサとしての画像入力装置２５１や、マイ
クロフォンなど聴覚センサとしての音声入力装置２５
２、スピーカなどの音声出力装置２５３、ＬＡＮ（Ｌｏ
ｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ：図示しない）など
を経由してロボット１００外のシステムとデータ交換を
行う通信インターフェース２５４など各種の装置が、バ
ス・インターフェース２０１経由で接続されている。

【００５０】思考制御モジュール２００では、画像入力
装置２５１から入力される視覚データや音声入力装置２
５２から入力される聴覚データなど、外界からの刺激な
どに従って、脚式移動ロボット１００の現在の感情や意
思を決定する。さらに、意思決定に基づいた振舞い又は
行動、すなわち四肢の運動を実行するように、運動制御
モジュール３００に対して指令を発行する。

【００５１】一方の運動制御モジュール３００は、ロボ
ット１００の全身協調運動を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔ
ｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３１１や、
ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）
３１２、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３
１３、及び、外部記憶装置（ハード・ディスク・ドライ
ブなど）３１４で構成される、自己完結処理を行うこと
ができる独立した情報処理装置である。

【００５２】運動制御モジュール３００には、全身に分
散するそれぞれの関節自由度（図３を参照のこと）を実
現する関節アクチュエータ、体幹部の姿勢や傾斜を計測
する姿勢センサ３５１、左右の足底の離床又は着床を検
出する接地確認センサ３５２及び３５３、駆動用バッテ
リなどの電源を管理する電源制御装置などの各種の装置
が、バス・インターフェース３０１経由で接続されてい
る。

【００５３】運動制御モジュール３００のＣＰＵ３１１
は、思考制御モジュール２００から指示された行動を体
現すべく、各関節アクチュエータによる全身協調運動を
制御する。

【００５４】すなわち、ＣＰＵ３１１は、思考制御モジ
ュール２００から指示された行動に応じた動作パターン
を外部記憶装置３１４から取り出し、又は、内部的に動
作パターンを生成する。そして、ＣＰＵ３１１は、指定
された動作パターンに従って、足部運動、ＺＭＰ（Ｚｅ
ｒｏ Ｍｏｍｅｎｔ Ｐｏｉｎｔ）軌道、体幹運動、上
肢運動、腰部水平位置及び高さなどを設定するととも
に、これらの設定内容に従った動作パターンを実現する
ための指令値を各関節アクチュエータに転送する。

【００５５】また、ＣＰＵ３１１は、姿勢センサ３５１
の出力信号によりロボット１００の体幹部分の姿勢や傾
きを検出するとともに、各接地確認センサ３５２及び３
５３の出力信号により各可動脚が遊脚又は立脚のいずれ
の状態であるかを検出することによって、脚式移動ロボ
ット１００の全身協調運動を適応的に制御することがで
きる。

【００５６】さらに、運動制御モジュール３００は、思
考制御モジュール２００において決定された意思通りの
行動がどの程度進行したか、すなわち処理の状況を、思
考制御モジュール２００に返すようになっている。

【００５７】なお、本明細書で言う「ＺＭＰ」とは、歩
行中の床反力によるモーメントがゼロとなる床面上の点
のことであり、また、「ＺＭＰ軌道」とは、例えばロボ
ット１００の歩行動作期間中などにＺＭＰが動く軌跡を
意味する。

【００５８】思考制御モジュール２００と運動制御モジ
ュール３００は、共通のプラットフォーム上で構築さ
れ、両者間はバス・インターフェース２０１及び３０１
を介して相互接続されている。

【００５９】図５には、脚式移動ロボット１００内にお
いて、思考制御モジュール２００及び運動制御モジュー
ル３００の間で相互に行われるデータ転送の様子を図解
している。

【００６０】思考制御モジュール２００は、画像入力装
置２５１において捕捉される画像データを視覚データと
して取り込むとともに、音声入力装置２５２において入
力される音声データを視覚データとして取り込み、これ
ら外界からの刺激などに従って、脚式移動ロボット１０
０の現在の感情や意思を決定する。

【００６１】また、思考制御モジュール２００は、脚式
移動ロボット１００に対して直接入力される外界の刺激
に応じて意思決定する以外に、通信インターフェース２
５４経由で外部システムから送信されてきたコマンドや
データに従って、脚式移動ロボット１００の現在の感情
や意思を決定することもできる。後者の場合、遠隔地に
所在するユーザが、五感や感情などに関するデータをネ
ットワーク経由でロボット１００に供給したり、コマン
ドを送信して所定の意思決定を促すことができる。

【００６２】この他、運動制御モジュール３００におい
て使用する動作パターン・データを、ネットワーク上の
サーバ（図示しない）から通信インターフェース２５４
経由でロボット１００内にダウンロードすることもでき
る。

【００６３】思考制御モジュール２００は、意思決定に
基づいた振舞い又は行動、すなわち四肢の運動を実行す
るように、運動制御モジュール３００に対して指令を発
行する。また、運動制御モジュール３００からは、指示
した行動がどの程度体現されたか、すなわち処理状況が
戻される。

【００６４】また、思考制御モジュール２００は、自己
が決定した意思に従った運動制御を促すだけでなく、決
定した意思や感情を表現した音声データを音声出力装置
２５３から出力することができる。

【００６５】思考制御モジュール２００は、さらに自己
診断機能部を有する。この自己診断機能部は、運動制御
モジュール３００側との通信内容に基づいて運転制御モ
ジュール３００が異常又は故障を発生しているか否かを
判定することができる。具体的には、以下に示す事態に
おいて異常と判定するようになっている。

【００６６】（１）思考制御モジュール２００が発行し
た意思決定とは無関係の処理状況が運動制御モジュール
３００から返された。 （２）意思決定を発行してから所定時間内に運動制御モ
ジュール３００が該決定に従った処理状況を返さなかっ
た。 （３）運動制御モジュール３００が意味不明の処理状況
を返した。

【００６７】一方の運動制御モジュール３００では、思
考制御モジュール２００から指示された行動を体現すべ
く、各関節アクチュエータを同期駆動することによって
全身協調運動を制御する。すなわち、該当する指定され
た動作パターンに従って、足部運動、ＺＭＰ（Ｚｅｒｏ
Ｍｏｍｅｎｔ Ｐｏｉｎｔ）軌道、体幹運動、上肢運
動、腰部水平位置及び高さなどを設定するとともに、こ
れらの設定内容に従った動作パターンを実現するための
指令値を各関節アクチュエータに転送する。

【００６８】各関節アクチュエータに付設されたエンコ
ーダからは、各関節の回転角度データが戻される。この
結果、運動制御モジュール３００は、各関節の実際の変
位量や変位速度を把握することができる。さらに、関節
の変位角度と各アーム長などの幾何データを所定の幾何
演算処理に投じることで、脚式移動ロボット１００が実
際に行った全身運動パターンを算出することができる。

【００６９】さらに、運動制御モジュール３００には、
姿勢センサ３５１や左右足底の接地確認センサ３５２及
び３５３の検出信号が入力される。これら検出信号や算
出された実際の動作パターンなどを基に、脚式移動ロボ
ット１００の全身協調運動を適応的に制御することがで
きる。

【００７０】図４には図示しなかったが、脚式移動ロボ
ット１００の所定部位に力センサ３５５や接触センサ３
５６、温度センサ３５７などをさらに配備してもよい。
運動制御モジュール３００は、これらのセンサから取り
込まれる力覚データ、触覚データ、温度データを適応制
御のために活用することができる。

【００７１】運動制御モジュール３００は、さらに、自
己診断機能部を有する。この事故診断機能部は、思考制
御モジュール２００側との通信内容に基づいて思考制御
モジュール２００が異常又は故障を発生しているか否か
を判定することができる。具体的には、以下に示す事態
において異常と判定するようになっている。

【００７２】（１）思考制御モジュールから所定の状態
繊維規則に反した順序で意思決定を受け取った。 （２）思考制御モジュールが所定の状態遷移規則上で意
味不明の意思決定を指示した。

【００７３】図５に示すように、思考制御モジュール２
００と運動制御モジュール３００の間には、運動制御モ
ジュール停止信号と思考制御モジュール・リセット信号
という各ハードウェア制御信号線が設けられている。こ
れら制御信号線は、一方の制御モジュールが他方の制御
モジュールの異常処理を発見したときに用いられるが、
この点は後述に譲る。

【００７４】図６には、本実施例に係る脚式移動ロボッ
ト１００が有する自己診断機能を図解している。

【００７５】自己診断部は、画像入力装置（視覚セン
サ）２５１、各関節アクチュエータのエンコーダ、姿勢
センサ３５１、接地確認センサ３５２，３５３、力セン
サ３５５、接触センサ３５６の各々からの検出出力や、
及び、電源制御装置３５４からの電源データなどをモニ
タして、自律的又は外部からの診断要求コマンドに応答
する形式で、ロボット１００内部の状況を自己診断する
ようになっている。なお、電源制御部３５４は、駆動用
バッテリの端子電圧検出部３５４Ａと、バッテリ残存残
容量検出部３５４Ｂとで構成される。

【００７６】本実施例に係る脚式移動ロボット１００
は、診断要求コマンドは、音声入力の形式で、又は、ネ
ットワーク経由で外部システム（図示しない）から受信
することができる。

【００７７】前者の場合、マイクロフォンなどの音声入
力装置２５２においてユーザから入力された音声が、コ
マンド認識部において解釈・認識され、診断要求が自己
診断部に通知される。例えば、ユーザは、「自己診断し
なさい」や「（ロボットよ、）調子はどうだい？」など
のような自然な会話形式で自己診断を促すコマンドをロ
ボット１００に入力することができる。

【００７８】また、後者の場合には、ネットワーク経由
で転送される外部システムからのコマンドが通信インタ
ーフェース２５４において一旦受信された後、コマンド
認識部において解釈・認識され、診断要求が自己診断部
に通知されるようになっている。ネットワーク上の外部
システム（図示しない）は、ロボット操作用のＧＵＩ
（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃ
ｅ）画面を提供していてもよい。

【００７９】また、本実施例に係る脚式移動ロボット１
００では、自己診断部によって判定された自己診断結果
を、システム外部すなわちユーザに対して表出・教示す
ることができる。この結果、ユーザは診断結果に基づい
た対処（例えばロボット１００のメンテナンス作業な
ど）を施すことができる。

【００８０】自己診断結果の表出・教示は、音声出力の
形式で、又は、ネットワーク経由で外部システムに対し
て送信することができる。

【００８１】前者の場合、表出制御部において、診断結
果を表現する音声データを生成して、スピーカなどの音
声出力装置２５３において音声出力することによって、
ユーザに対して診断結果を表出・教示することができ
る。例えば、「調子良くないよ」や「気分が悪い」、
「脚が痛い」、「お腹が空いた」などのような自然な会
話形式で自己診断結果を表出することができる。

【００８２】また、後者の場合には、表出制御部におい
て、診断結果を記述したデータ・フレーム（又はパケッ
ト）を生成して、通信インターフェース２５４を介して
ネットワーク上の外部システムに転送されるようになっ
ている。ネットワーク上の外部システム（図示しない）
は、診断結果の受信に応答して、診断内容を表示するポ
ップアップ・ウィンドウを出現させたり警告音を発する
ようにしてもよい。

【００８３】自己診断部における診断の結果、例えば思
考制御モジュール２００に異常を検出した場合には、運
動制御モジュール３００は、さらに誤った意思決定を受
け取ることにより暴走する危険を回避するために、最も
安全な状態である「立った状態で停止」する状態に退避
する。さらに、運動制御モジュール２００は、思考制御
モジュール２００のリセット信号をイネーブルして、思
考制御モジュール２００をリセットする。そして、運動
制御モジュール２００は、思考制御モジュール２００が
再起動して正常動作を回復するまで待機する。

【００８４】また、自己診断部における診断の結果、運
動制御モジュール３００に異常を検出した場合には、思
考制御モジュール２００は、運動制御モジュール３００
の停止信号をイネーブルして、運動制御モジュール３０
０を停止せしめる。この結果、異常動作を継続して関節
アクチュエータなどの駆動系が暴走して災害が発生す
る、という事態を未然に防止することができる。

【００８５】次に、自己診断部において実行される自己
診断機能について例示しておく。

【００８６】（１）関節角度 関節アクチュエータの各々に指示される目標関節角度指
令に対して、駆動位置決め後に各エンコーダからフィー
ドバックされる現在位置情報すなわち関節角度を確認
し、目標関節角度との偏差を記録する。その偏差が規定
量を越えるような場合には、「位置決め異常」という故
障診断結果を発行する。

【００８７】（２）温度計測 各関節アクチュエータ（又は可動率の高い一部の関節ア
クチュエータ）には温度センサ３５７が内蔵され、アク
チュエータの内部温度を計測している。この温度データ
を定期的に監視し、その値を逐次記録する。そして、温
度値が規定値を越える（あるいは不自然な温度変動を生
じた）ような場合には、「温度異常」という故障診断結
果を発行する。

【００８８】（３）電源電圧 電源制御装置３５４は、駆動用バッテリの電源電圧や、
各制御モジュール２００，３００、各関節アクチュエー
タに供給される電源電圧を常時監視して、その計測値を
逐次記録する。電源電圧が規定値を大幅に逸脱した場合
には、「電源電圧異常」という故障診断結果を発行す
る。電源電圧が規定値を下回るときは、バッテリの残存
容量が低下している（放電状態）可能性がある。また、
電源電圧が規定値を越えるときは、暴走や制御回路の故
障などを招来する惧れがある。

【００８９】（４）通信制御 本実施例において使用される各関節アクチュエータは、
ギア直結型で且つサーボ制御系をワンチップ化してモー
タ・ユニットに内蔵したタイプの小型ＡＣサーボ・アク
チュエータである（前述）。各アクチュエータのサーボ
制御系は、上位の運動制御モジュール３００と通信を行
い、駆動指示値の受信とエンコーダ出力の送信を行う。
運動制御モジュール３００は、各関節アクチュエータと
の通信内容を常に監視しており、異常を検出すると「関
節の異常」という故障診断結果を発行する。

【００９０】（５）姿勢 脚式移動ロボット１００の体幹部に装備されている姿勢
センサ３５１の出力により、ピッチ軸、ロール軸、及び
ヨー軸各々の方位角度を計測することができる。通常の
歩行動作を行っている期間中に、ピッチ軸、ロール軸、
又はヨー軸の少なくとも１つの方位角度が規定値を外れ
る場合には、「姿勢異常」という故障診断結果を発行す
る。また、通常の歩行動作以外の動作期間中において
も、ピッチ軸、ロール軸、又はヨー軸の方位角度が指令
された運動姿勢に対する規定値を外れる場合には、「姿
勢異常」という故障診断結果を発行する。

【００９１】この他にも、自己診断部は、画像入力装置
２５１や力センサ３５５、接触センサ３５６の出力に基
づいて故障や異常を検出してもよい。

【００９２】例えば、画像入力装置２５１を視覚センサ
として用い、入力画像から認識された物体情報（物体の
形状や輪郭・エッジなど）や該物体の色情報を基に診断
することができる。

【００９３】あるいは、接触センサ又は力センサの出力
が規定値を越えたときには、外力が印加されていなどと
して、異常と判断することができる。

【００９４】［追補］以上、特定の実施例を参照しなが
ら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や
代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示とい
う形態で本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈
されるべきではない。本発明の要旨を判断するために
は、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきで
ある。

【００９５】

【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
制御系を機上に搭載して自律的な駆動を行うことができ
る、優れた脚式移動型ロボットの制御システムを提供す
ることができる。

【００９６】また、本発明によれば、システム内の故障
や異常などを自己診断するとともに、診断結果をユーザ
にフィードバックすることができる、優れた脚式移動型
ロボットの制御システムを提供することができる。

【００９７】また、本発明によれば、「人間らしさ」を
持つ有能なユーザ・インターフェースを介して故障診断
の指示を受信し、且つ、ユーザに対して診断結果を分か
り易く教えることができる人間型ロボットを提供するこ
とができる。

【００９８】また、本発明によれば、早期に且つ自律的
に故障や異常の発生を通知してくれる移動ロボットを提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に供される脚式移動ロボット１０
０を前方から眺望した様子を示た図である。

【図２】本発明の実施に供される脚式移動ロボット１０
０を後方から眺望した様子を示た図である。

【図３】本実施例に係る脚式移動ロボット１００が具備
する自由度構成モデルを模式的に示した図である。

【図４】本実施例に係る脚式移動ロボット１００の制御
システム構成を模式的に示した図である。

【図５】脚式移動ロボット１００内において、思考制御
モジュール２００及び運動制御モジュール３００間で行
われるデータ転送の様子を示した図である。

【図６】脚式移動ロボット１００が有する自己診断機能
を示したブロック図である。

【符号の説明】

１…頭部，２…首関節ヨー軸 ３…首関節ピッチ軸，４…首関節ロール軸 ５…体幹ピッチ軸，６…体幹ロール軸 ７…体幹ヨー軸，８…肩関節ピッチ軸 ９…肩関節ロール軸，１０…上腕ヨー軸 １１…肘関節ピッチ軸，１２…前腕ヨー軸 １３…手首関節ピッチ軸，１４…手首関節ロール軸 １５…手部，１６…股関節ヨー軸 １７…股関節ピッチ軸，１８…股関節ロール軸 １９…膝関節ピッチ軸，２０…足首関節ピッチ軸 ２１…足首関節ロール軸，２２…足部（足底） ３０…頭部ユニット，４０…体幹部ユニット ５０…腕部ユニット，５１…上腕ユニット ５２…肘関節ユニット，５３…前腕ユニット ６０…脚部ユニット，６１…大腿部ユニット ６２…膝関節ユニット，６３…脛部ユニット ８０…制御ユニット，８１…主制御部 ８２…周辺回路 ９１，９２…接地確認センサ ９３…姿勢センサ １００…脚式移動ロボット ２００…思考制御モジュール ２０１…バス・インターフェース ２１１…ＣＰＵ，２１２…ＲＡＭ，２１３…ＲＯＭ ２１４…外部記憶装置 ２５１…画像入力装置（ＣＣＤカメラ） ２５２…音声入力装置（マイク） ２５３…音声出力装置（スピーカ） ２５４…通信インターフェース ３００…運動制御モジュール ３０１…バス・インターフェース ３１１…ＣＰＵ，３１２…ＲＡＭ，３１３…ＲＯＭ ３１４…外部記憶装置 ３５１…姿勢センサ ３５２，３５３…接地確認センサ ３５４…電源制御装置

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の関節アクチュエータで構成されるロ
   ボットの故障診断システムであって、 故障診断要求を入力する要求入力手段と、 ロボットの内部状態を計測する計測手段と、 前記要求入力手段に故障診断要求が入力されたことに応
   答して、ロボットの故障診断を実行する診断手段と、 前記診断手段による診断結果を外部に出力する診断結果
   出力手段と、を具備することを特徴とするロボットの故
   障診断システム。
2. 【請求項２】前記要求入力手段は音声による要求を受容
   することを特徴とする請求項１に記載のロボットの故障
   診断システム。
3. 【請求項３】前記要求入力手段は外部システムからの要
   求を通信インターフェース経由で受容することを特徴と
   する請求項１に記載のロボットの故障診断システム。
4. 【請求項４】前記計測手段は前記関節アクチュエータの
   関節角度を計測するエンコーダを含み、 前記診断手段は、前記関節アクチュエータに対して指示
   された目標関節角度と前記エンコーダが出力する現関節
   角度との偏差に基づいて故障診断を行う、ことを特徴と
   する請求項１に記載のロボットの故障診断システム。
5. 【請求項５】前記計測手段は前記関節アクチュエータ内
   の温度を計測する温度センサを含み、 前記診断手段は、前記温度センサによる計測温度が規定
   値を越えたときに前記関節アクチュエータが故障してい
   ると判断する、ことを特徴とする請求項１に記載のロボ
   ットの故障診断システム。
6. 【請求項６】前記ロボットはバッテリ駆動式であり、 前記計測手段は前記バッテリの端子電圧、若しくは、バ
   ッテリから各部へ供給される電源電圧を計測する電源電
   圧検出部を含み、 前記診断手段は、前記電源電圧検出部の検出電圧が規定
   値を外れたときに電源異常と判断する、ことを特徴とす
   る請求項１に記載のロボットの故障診断システム。
7. 【請求項７】前記計測手段は、前記ロボットのピッチ
   軸、ロール軸、又はヨー軸のうち少なくとも１つの方位
   角度を検出する姿勢センサを含み、 前記診断手段は、前記姿勢センサが検出した方位角度が
   規定値を外れたときに姿勢異常と判断する、ことを特徴
   とする請求項１に記載のロボットの故障診断システム。
8. 【請求項８】前記計測手段は画像入力装置を含み、 前記診断手段は、前記画像入力手段による入力画像の認
   識結果を基に診断する、ことを特徴とする請求項１に記
   載のロボットの故障診断システム。
9. 【請求項９】前記計測手段は画像入力装置を含み、 前記診断手段は、前記画像入力手段による入力画像から
   認識された物体情報を基に診断する、ことを特徴とする
   請求項１に記載のロボットの故障診断システム。
10. 【請求項１０】前記計測手段は画像入力装置を含み、 前記診断手段は、前記画像入力手段による入力画像から
    認識された色情報を基に診断する、を特徴とする請求項
    １に記載のロボットの故障診断システム。
11. 【請求項１１】前記計測手段は接触センサ又は力センサ
    の少なくとも一方を含み、 前記診断手段は、前記接触センサ又は力センサの出力が
    規定値を越えたときに異常と判断する、ことを特徴とす
    る請求項１に記載のロボットの故障診断システム。
12. 【請求項１２】前記診断結果出力手段は、診断結果を音
    声出力することを特徴とする請求項１に記載のロボット
    の故障診断システム。
13. 【請求項１３】前記診断結果出力手段は、診断結果を通
    信インターフェース経由で外部システムに供給すること
    を特徴とする請求項１に記載のロボットの故障診断シス
    テム。