移動ロボットの駆動装置
【課題】安全性を考慮した低電圧要求と高速移動のための高電圧要求とを共に満足し、よって効率的に電圧を供給するようにした移動ロボットの駆動装置を提供する。
【解決手段】関節を介して連結される複数本のリンク（大腿リンクなど）の関節に配置される電動モータ（１Ｙモータ４２，２Ｙモータ４６など）と、複数本のリンク以外の部位に配置される電源（バッテリ）２８と、電源と電動モータを接続する電力線９０を通じて電源から供給される電圧を通電指令に応じて電動モータに供給して駆動する駆動回路（モータドライバ９２）とを備えた移動ロボットの駆動装置において、電動モータに供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器９８を備えると共に、電動モータと昇圧器と駆動回路とを同一のリンク（大腿リンクなど）に配置する。
【解決手段】関節を介して連結される複数本のリンク（大腿リンクなど）の関節に配置される電動モータ（１Ｙモータ４２，２Ｙモータ４６など）と、複数本のリンク以外の部位に配置される電源（バッテリ）２８と、電源と電動モータを接続する電力線９０を通じて電源から供給される電圧を通電指令に応じて電動モータに供給して駆動する駆動回路（モータドライバ９２）とを備えた移動ロボットの駆動装置において、電動モータに供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器９８を備えると共に、電動モータと昇圧器と駆動回路とを同一のリンク（大腿リンクなど）に配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は移動ロボットの駆動装置に関し、より詳しくは関節に配置された電動モータに駆動電圧を効率的に供給するようにした移動ロボットの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動ロボットは、通例、搭載するバッテリ（電源）から電動モータなどのアクチュエータに駆動電圧を供給されて動作する。その例として特許文献１記載の技術を挙げることができる。特許文献１記載の技術にあっては、基体に股関節を介して連結されると共に、膝関節を介して連結される２本の脚部リンクと、それらの関節に配置される電動モータと、基体に配置されるバッテリ（電源）と、電力線を通じてバッテリから供給される電圧を電動モータに供給して駆動する駆動回路とを備えた脚式移動ロボットの駆動装置において、バッテリの残容量が少なくなったとき、転倒しそうな状況にあると判断し、重心を下げるように動作させている。
【特許文献１】特開平１１−４８１７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した従来技術にあっては、バッテリからの電力線が電動モータによっては関節を跨ぐため、電力線が関節部分で断線して漏電した場合などを考慮すると、電動モータを低電圧で駆動することが望ましい。しかしながら、高速で移動するには電動モータを高電圧で駆動して回転数を上げる必要があり、このように両者の要求は相反するものであった。
【０００４】
従ってこの発明の目的は上記した従来技術の不都合を解消し、安全性を考慮した低電圧要求と高速移動のための高電圧要求とを共に満足し、よって効率的に電圧を供給するようにした移動ロボットの駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、関節を介して連結される複数本のリンクと、前記関節に配置される電動モータと、前記複数本のリンク以外の部位に配置される電源と、前記電源と前記電動モータを接続する電力線と、前記電力線を通じて前記電源から供給される電圧を通電指令に応じて前記電動モータに供給して駆動する駆動回路とを少なくとも備えた移動ロボットの駆動装置において、前記電動モータに供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器を備えると共に、前記電動モータと前記昇圧器と前記駆動回路とを同一のリンクに配置する如く構成した。
【０００６】
請求項２にあっては、基体と、前記基体に股関節を介して接続される大腿リンクと前記大腿リンクに膝関節を介して接続される下腿リンクとからなる複数本の脚部と、前記股関節に配置されると共に、前記大腿リンクを進行方向に駆動する第１の電動モータと、前記膝関節に配置されると共に、前記下腿リンクを前記進行方向に駆動する第２の電動モータと、前記大腿リンクと下腿リンク以外の部位に配置される電源と、前記電源と前記第１、第２の電動モータを接続する電力線と、通電指令に応じて前記電力線を通じて前記電源から供給される電圧を前記第１、第２の電動モータに供給して駆動する駆動回路とを少なくとも備えた移動ロボットの駆動装置において、前記第１、第２の電動モータに供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器を備えると共に、前記第１、第２の電動モータと前記昇圧器と前記第１、第２の電動モータを駆動する駆動回路とを同一のリンクに配置する如く構成した。
【０００７】
請求項３に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、前記昇圧器を前記電力線に介挿すると共に、前記電力線に前記昇圧器をバイパスするバイパス路を設ける如く構成した。
【０００８】
請求項４に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、移動状況に応じて前記昇圧器の昇圧動作を制御する昇圧制御手段を備える如く構成した。
【０００９】
請求項５に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、前記昇圧制御手段は、前記移動状況に応じて予め設定されたテーブル値を検索して前記昇圧器の昇圧動作を制御する如く構成した。
【００１０】
請求項６に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、前記昇圧制御手段は、前記昇圧器の出力電圧を監視し、所定の電圧に昇圧されないとき、前記昇圧動作を中止する如く構成した。
【００１１】
請求項７に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、前記昇圧器と駆動回路の少なくともいずれかに配置される温度センサを備えると共に、前記昇圧制御手段は、前記温度センサを介して検出される温度が所定温度以上であるとき、前記昇圧動作を中止する如く構成した。
【００１２】
請求項８に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、駆動電流を目標値にフィードバック制御するフィードバック制御手段を備えると共に、前記フィードバック制御手段は前記昇圧制御手段の昇圧動作に応じて前記フィードバック制御のゲインを変更する如く構成した。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１にあっては、関節を介して連結される複数本のリンクの関節に配置される電動モータに、電力線を通じて電源から供給される電圧を通電指令に応じて供給して駆動する駆動回路を少なくとも備えた移動ロボットの駆動装置において、電動モータに供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器を備えると共に、電動モータと昇圧器と駆動回路とを同一のリンクに配置する如く構成したので、安全性を考慮した低電圧要求と高速移動のための高電圧要求とを共に満足することができ、よって効率的に電圧を供給することができる。
【００１４】
即ち、駆動回路と同一のリンクに昇圧器を備えることで電力線の送電電圧を低く抑えることができ、電源と電動モータを接続する電力線が関節を跨ぐとき、関節部分で断線して漏電したとしても、不都合が生じることがない。他方、高電圧が必要なときは昇圧器で昇圧して供給することで、高速移動にも対応することができ、よって効率的に電圧を供給することができる。
【００１５】
請求項２にあっては、基体に股関節を介して接続される大腿リンクと大腿リンクに膝関節を介して接続される下腿リンクとからなる複数本の脚部を備えると共に、大腿リンクなどを進行方向に駆動する第１、第２の電動モータに電力線を通じて電源から供給される電圧を通電指令に応じて供給して駆動する駆動回路を少なくとも備えた脚式移動ロボットの駆動装置において、第１、第２の電動モータに供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器を備えると共に、第１、第２の電動機と昇圧器と駆動回路とを同一のリンクに配置する如く構成したので、請求項１と同様、安全性を考慮した低電圧要求と高速移動のための高電圧要求とを共に満足することができ、よって効率的に電圧を供給することができる。
【００１６】
さらに、昇圧器の配置を、電動モータのうち、大腿リンクなどを進行方向に駆動する、換言すれば高電圧が要求されるものに限定して配置すると共に、それらを同一リンクに配置するように構成したので、一層効率的に電圧を供給することができる。
【００１７】
請求項３に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、昇圧器を電力線に介挿すると共に、電力線に昇圧器をバイパスするバイパス路を設ける如く構成したので、上記した効果に加え、バイパス路に逆流防止ダイオードなどを必要とする不都合がある反面、昇圧器を介する場合に比して電力損失を低減することができる。
【００１８】
請求項４に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、移動状況に応じて昇圧器の昇圧動作を制御する昇圧制御手段を備える如く構成したので、上記した効果に加え、必要な電圧を過不足なく供給することができ、一層効率的に電圧を供給することができる。
【００１９】
請求項５に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、昇圧制御手段は、移動状況に応じて予め設定されたテーブル値を検索して昇圧器の昇圧動作を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、必要な電圧を過不足なく供給するのが容易となり、一層効率的に電圧を供給することができる。
【００２０】
請求項６に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、昇圧制御手段は、昇圧器の出力電圧を監視し、所定の電圧に昇圧されないとき、昇圧動作を中止する如く構成したので、上記した効果に加え、単に昇圧器の出力を監視するだけでフェールを検出することができ、移動を停止するなど、必要な対策を講じることができる。
【００２１】
請求項７に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、昇圧器と駆動回路の少なくともいずれかに配置される温度センサを備えると共に、昇圧制御手段は、温度センサを介して検出される温度が所定温度以上であるとき、昇圧動作を中止する如く構成したので、上記した効果に加え、温度を通じてフェールを検出することができ、移動を停止するなど、必要な対策を講じることができる。
【００２２】
請求項８に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、駆動電流を目標値にフィードバック制御するフィードバック制御手段を備えると共に、フィードバック制御手段は昇圧制御手段の昇圧動作に応じてフィードバック制御のゲインを変更する如く構成したので、上記した効果に加え、電動モータを必要な回転数で確実に駆動することができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面に即してこの発明に係る移動ロボットの駆動装置を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、この発明の第１実施例に係る移動ロボットの駆動装置が対象とする移動ロボットの正面図であり、図２は図１に示すロボットの側面図である。尚、移動ロボットとしては２足の脚式移動ロボットを例にとる。
【００２５】
図１に示すように、脚式移動ロボット（以下単に「ロボット」という）１０は、複数本、即ち、左右２本の脚部１２Ｌ，１２Ｒ（左側をＬ、右側をＲとする。以下同じ）を備える。脚部１２Ｌ，１２Ｒは、基体（上体）１４の下部に連結される。基体１４の上部には頭部１６が連結されると共に、側方には複数本、即ち、左右２本の腕部２０Ｌ，２０Ｒが連結される。左右の腕部２０Ｌ，２０Ｒの先端には、それぞれハンド（エンドエフェクタ）２２Ｌ，２２Ｒが連結される。
【００２６】
図２に示すように、基体１４の背部には格納部１４ａが設けられ、その内部には中央制御器２４、電源制御器２６が収容されると共に、基体１４の内部にはバッテリ（電源）２８などが収容される。
【００２７】
図３は、図１に示すロボット１０をスケルトンで表す説明図である。以下、同図を参照し、ロボット１０の内部構造について関節を中心に説明する。尚、図示のロボット１０は左右対称であるので、以降Ｌ，Ｒの付記を省略する。
【００２８】
左右の脚部１２は、それぞれ大腿リンク３０と下腿リンク３２と足部３４とを備える。大腿リンク３０は、股関節を介して基体１４に連結される。図３では基体１４を基体リンク３６として簡略的に示す。股関節には、Ｚ軸（ヨー軸）回りの回転軸を有する電動モータ（「１Ｚモータ」という）４０と、Ｙ軸（ピッチ軸。具体的には、ロボット１０の左右方向）回りの回転軸を有する電動モータ（「１Ｙモータ」という）４２と、Ｘ軸（ロール軸。具体的には、ロボット１０の前後方向）回りの回転軸を有する電動モータ（「１Ｘモータ」という）４４が配置され、３自由度を備える。
【００２９】
膝関節にはＹ軸回りの回転軸を有する電動モータ（「２Ｙモータ」という）４６が配置され、１自由度を備える。足関節にはＹ軸回りの回転軸を有する電動モータ（「３Ｙモータ」という）４８とＸ軸回りの回転軸を有する電動モータ（「３Ｘモータ」という）５０が配置され、２自由度を備える。大腿リンク３０と下腿リンク３２は膝関節を介して連結されると共に、下腿リンク３２と足部３４は足関節を介して連結される。脚部１２は、基体１４と脚部１２の適宜位置に配置された１２個の電動モータによって１２個の回転軸が個別に駆動される。
【００３０】
左右の腕部２０は、それぞれ上腕リンク５２と下腕リンク５４を備える。上腕リンク５２は肩関節を介して基体１４に連結される。上腕リンク５２と下腕リンク５４は肘関節を介して連結されると共に、下腕リンク５４とハンド２２は手首関節を介して連結される。
【００３１】
肩関節にはＹ軸回りの回転軸を有する電動モータ５６とＸ軸回りの回転軸を有する電動モータ５８とＺ軸回りの回転軸を有する電動モータ６０が配置され、３自由度を備える。肘関節にはＹ軸回りの回転軸を有する電動モータ６２が配置され、１自由度を備える。手首関節にはＺ軸回りの回転軸を有する電動モータ６４とＹ軸回りの回転軸を有する電動モータ６６とＸ軸回りの回転軸を有する電動モータ６８が配置され、３自由度を備える。腕部２０も、脚部１２と同様、基体１４と腕部２０の適宜位置に配置された１４個の電動モータによって１４個の回転軸が個別に駆動される。
【００３２】
頭部１６は首関節を介して基体１４に連結され、２自由度を備える。首関節には、Ｚ軸回りの回転軸を有する電動モータ７２とＹ軸回りの回転軸を有する電動モータ７４が配置され、２自由度を備える。頭部１６も２個の電動モータによって個別に駆動される。
【００３３】
左右の脚部１２には、それぞれ６軸力センサ７６が取り付けられ、床面から脚部１２に作用する床反力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを示す信号を出力すると共に、左右の腕部２０にも同種の６軸力センサ７８がハンド２２と手首関節の間で取り付けられ、腕部２０に作用する外力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを示す信号を出力する。
【００３４】
基体１４には、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度を示す出力を生じる３個の加速度センサとＸ，Ｙ，Ｚ軸回りの角速度を示す出力を生じる３個の振動ジャイロからなる傾斜計８０が配置される。
【００３５】
頭部１６には、２個のＣＣＤカメラ８２が設置され、ロボット１０の周囲環境をステレオ視で撮影して得た画像を出力すると共に、マイクロフォン８４ａとスピーカ８４ｂからなる音声入出力装置８４が設けられる。
【００３６】
尚、上記した脚部１２と腕部２０を構成する電動モータ４０，４２などのそれぞれにはロータリエンコーダ（図示せず）が配置され、回転角度、即ち、関節角度に応じた信号を出力する。尚、電動モータ４０，４２などは例えばＤＣブラシレスモータからなる。
【００３７】
上記したセンサなどの出力は中央制御器２４に入力される。中央制御器２４はＣＰＵユニットからなり、脚部１２の１Ｚモータ４０などの電動モータの動作を制御して脚部１２を駆動することでロボット１０を移動させると共に、腕部２０の電動モータ５６などの動作を制御して腕部２０を駆動し、さらに頭部１６の電動モータ７２などの動作を制御して頭部１６の向きを調整する。
【００３８】
図４は、上記したバッテリ２８から１Ｚモータ（電動モータ）４０などの電動モータへの駆動電圧の供給を示すブロック図である。尚、同図では腕部２０の構成の図示を省略すると共に、脚部１２も片方のみ示す。
【００３９】
図示の如く、バッテリ２８と１Ｚモータ４０などの６個の電動モータは、電力線９０によって電源制御器２６と３個のモータドライバ（駆動回路）９２、より具体的には９２ａ，９２ｂ，９２ｃを介して接続される。中央制御器２４は信号線９４によって電源制御器２６に双方向から通信自在に接続されると共に、信号線９６によって３個のモータドライバ９２に双方向から通信自在に接続される。３個のモータドライバ９２も内部にＣＰＵを備え、接続される２個の電動モータの動作を制御する。
【００４０】
３個のモータドライバ９２のうち、９２ｂ，９２ｃに接続される電力線９０にはそれぞれ昇圧器９８、より具体的には９８ａ，９８ｂが介挿される。昇圧器９８ａとモータドライバ９２ｂ、および昇圧器９８ｂとモータドライバ９２ｃは信号線１００を介して双方向通信自在に接続される。
【００４１】
バッテリ２８からは比較的低い所定電圧Ｖｍ［Ｖ］が出力される。バッテリ２８から出力される所定電圧Ｖｍは電源制御器２６を介して電力線９０に送出され、電力線９０によってモータドライバ９２（および後述する温度センサなど）には制御電源として、また１Ｚモータ４０などの電動モータには駆動電源として供給される。より正確には、電力線９０は中途で分岐し、その分岐線９０ａを介して制御電源が３個のモータドライバ９２などに動作電源として送られる。
【００４２】
図示の構成により、モータドライバ９２ａを介して１Ｚモータ４０，１Ｘモータ４４には所定電圧Ｖｍがそのまま駆動電圧として供給される一方、モータドライバ９２ｂ，９２ｃを介して１Ｙモータ４２，２Ｙモータ４６、３Ｙモータ４８、３Ｘモータ５０には所定電圧Ｖｍ、あるいは所定電圧Ｖｍを昇圧器９８で最大４倍（４Ｖｍ）まで昇圧してなる電圧が駆動電圧として供給される。
【００４３】
信号線９６はＡＲＣＮＥＴ（ＲＳ４８５ベースの通信）やイーサネット（登録商標）からなり、体内ネットワークを形成する。６軸力センサ７６の出力は、信号線９６を通じて中央制御器２４に送られる。また、３個のモータドライバ９２と２個の昇圧器９８の内部には温度センサ１０２がそれぞれ配置され、配置部位の温度を示す出力を生じる。温度センサ１０２の出力も信号線９６を介して（図示せず）中央制御器２４およびモータドライバ９２に送られる。図示は省略するが、１Ｚモータ４０などに配置されるロータリエンコーダの出力も信号線９６を介して中央制御器２４およびモータドライバ９２に送られる。
【００４４】
先に述べた如く、中央制御器２４は脚部１２の１Ｚモータ４０などの動作を制御して脚部１２を駆動する。即ち、中央制御器２４は予め設定された歩容から決定される動作（歩行）モードに基づき、それぞれの電動モータについて位置/速度/電流（トルク）制御指令をモータドライバ９２に送る一方、その指令に対する実動作値がモータドライバ９２から中央制御器２４に送られる。その他にも、温度、異常、モータドライバ９２の固有の設定値などの情報が中央制御器２４とモータドライバ９２の間で送受される。
【００４５】
同様に、中央制御器２４と電源制御器２６の間においても、信号線９４を介して電力制御指令、電圧/電流などの情報と温度/異常/設定値などの各種情報が送受され、頭部１６、腕部２０、脚部１２への電力の分配を含む電力制御が実行される。
【００４６】
図５は、図４に示すモータドライバ９２などのロボット１０における配置を具体的に示す、図２と同様なロボット１０の側面図である。
【００４７】
図示の如く、中央制御器２４と電源制御器２６は格納部１４ａに収納され、バッテリ２８は基体１４の内部に配置されることから、電力線９０や信号線（体内ネットワーク）９６は、股関節や膝関節を跨いて大腿リンク３０や下腿リンク３２に張り巡らされる。電力線９０は、関節部分では関節の動きを考慮して緩やかに配線される。
【００４８】
モータドライバ９２ａは基体１４に配置される一方、１Ｚモータ４０と１Ｘモータ４４は大腿リンク３０に配置され、従って両者は同一のリンクに配置されない。他方、モータドライバ９２ｂと１Ｙモータ４２，２Ｙモータ４６と昇圧器９８ａとは同一のリンク（大腿リンク３０）に配置される。また、モータドライバ９２ｃと３Ｙモータ４８，３Ｘモータ５０と昇圧器９８ｂとも同一のリンク（下腿リンク３２）に配置される。
【００４９】
より具体的には、大腿リンク３０を進行方向に駆動する１Ｙモータ４２と、下腿リンク３２を進行方向に駆動する２Ｙモータ４６と、それらのモータドライバ９２ｂとその昇圧器９８ａは、同一のリンク（大腿リンク３０）に配置される。さらに、足部３４を進行方向に駆動する３Ｙモータ４８と進行方向に直交する左右方向に駆動する３Ｘモータ５０と、それらのモータドライバ９２ｃとその昇圧器９８ｂも、同一のリンク（下腿リンク３２）に配置される。
【００５０】
ここで、本願の課題について説明すると、図１７は特許文献１記載技術などで使用される、バッテリ２８から１Ｚモータ４０などへの駆動電圧の供給を示す、図４と同様のブロック図である。
【００５１】
図１７に示す構成の場合、バッテリ２８から電力線９０を通じて所定電圧Ｖｍを数倍してなる高電圧が１Ｚモータ４０などの電動モータに供給されるため、ロボット１０が転倒したときに関節部分で電力線９０が断線して露出する恐れがある。従って、安全性を考慮すると、低い電圧でモータに電力を供給することが望ましい。ロボット１０が直立状態もしくはそれほど高速動作をしない場合、ある程度低電圧（例えば所定電圧を２倍した程度の値（２Ｖｍ））でも動作することは可能である。
【００５２】
しかしながら、ロボット１０が高速歩行するためには電動モータの回転数を上げる必要があるため、電動モータの大きさや効率の面からも必然的に電圧は高くする必要があり、ロボット１０の電源電圧を低くすることは困難であった。つまり安全を考慮した低電圧化と高速歩行のための高電圧化は設計上相反していた。尚、この明細書で「高速歩行」は歩行動作のみならず、走行動作も含む意味で使用する。
【００５３】
図４および図５に示す構成はそれを解決するものであり、図１７に示す構成に加え、モータドライバ９２ｂ，９２ｃの前段に昇圧器９８ａ，９８ｂを介挿すると共に、昇圧器９８ａとモータドライバ９２ｂおよび１Ｙモータ４２などは同じリンク内に配置し、それらを接続する電力線９０が関節を跨がないようにした。ただし、１Ｚモータ４０と１Ｘモータ４４は、特に高速回転を必要とするものではなく、モータドライバ９２ａとの間の電力線９０が股関節を跨ぐため、モータドライバ９２ａには昇圧器９８を配置しないことした。
【００５４】
モータドライバ９２ｂ，９２ｃは、直立や低速歩行時はこの昇圧器９８ａ，９８ｂをオフしておく。他方、高速歩行動作の時には中央制御器２４からモータドライバ９２ｂ，９２ｃに信号線（体内ネットワーク）９６を介して高速歩行（動作）モードの情報を送り、これを受けたモータドライバ９２ｂ，９２ｃは信号線１００を介して駆動電圧コントロール信号を送り、昇圧器９８ａ，９８ｂをオンする。
【００５５】
これにより、オンされた昇圧器９８ａ，９８ｂの後段のモータドライバ９２ｂ，９２ｃには高圧の駆動電力が供給され、モータドライバ９２ａ，９２ｂは信号線９６を介して中央制御器２４から受信した動作モードに対応した電流フィードバックゲインに設定を変更することで所望のモータ回転数を得る。
【００５６】
高速歩行はロボット１０が約１．８ｋｍ／ｈを超える速度で歩行する動作モード、低速歩行はそれ未満で歩行する動作モードを意味する。低速歩行では遊脚期間であってもいずれの電動モータの回転数も低いが、高速歩行では遊脚期間中に１Ｙモータ４２と２Ｙモータ４６に高速回転が要求される。従って、図５に関して説明した如く、少なくともそれらの電動モータについては昇圧器９８を設けると共に、モータドライバ９２も含めて同一のリンクに配置するようにした。
【００５７】
次に駆動電圧が変わったときのモータドライバ９２の制御について説明すると、モータドライバ９２は高速/低速の動作モードに対応した電流フィードバックゲインに設定を変更することで、電動モータに要求される回転速度を実現する。図６にモータ制御のフィードバックループを示す。
【００５８】
１Ｚモータ４０などのＤＣブラシレスモータは、一般に、図６に示されるように、位置と速度と電流についてフィードバック制御される。電流フィードバックゲインＫｉ、より具体的には比例ゲインＫｉｐおよび積分ゲインＫｉｉは、位置フィードバックループと速度フィードバックループの内側で電動モータに流れる電流を制御するループのフィードバック量の大きさを表す。
【００５９】
電動モータのエネルギーはトルク×回転数であり、トルクは電流に比例し、回転数は電圧に比例する。同じエネルギーであれば電圧と電流は反比例の関係にあるので、電圧の増加率だけ電流を抑えるようにする。つまり、以下の式の通りに駆動電圧の切り替えを電流フィードバックゲインに反映することで電動モータに流す電流を変え、電圧を変えても所期の動作を実現させることができる。
Ｋｉ＝Ｃ／Ｖ （Ｋｉ：電流フィードバックゲイン，Ｖ：駆動電圧，Ｃ：定数）
【００６０】
このように電圧変動に対して電動モータの動作特性を維持するには、電流フィードバックゲインを調整するのが最も簡単で理にかなった手法となる。また、フィードバックゲインは電流ゲインでなければならず、位置ゲインや速度ゲインでは実現はできない。
【００６１】
図７はこの実施例に係る移動ロボットの駆動装置の動作を示すフロー・チャートである。図示のプログラムは中央制御器２４によって実行される。
【００６２】
図８は図７の処理で設定される駆動電圧などの特性を示す説明図である。図８に示す値は２Ｙモータ４６についての値であるが、１Ｙモータ４２についても同様である。図８に示す如く、図７に示す処理において駆動電圧は歩行時以外では所定電圧Ｖｍのままとするが、歩行を開始した後は歩行速度に応じてその２倍（２Ｖｍ）あるいは４倍（４Ｖｍ）昇圧する。
【００６３】
電流フィードバックゲインは駆動電圧に応じて設定する。即ち、比例ゲインＫｉｐと積分ゲインＫｉｉは、駆動電圧が最大となるときの値をそれぞれａ，ｂとすると、駆動電圧が減少するにつれて２倍（２ａ，２ｂ）あるいは４倍（４ａ，４ｂ）となるように設定する。
【００６４】
尚、この実施例に係るロボット１０は、１Ｙモータ４２と２Ｙモータ４６が所定電圧Ｖｍで駆動されるときは直立するのみで歩行できず、２Ｖｍで駆動される場合には低速歩行は可能であるが、高速歩行はできず、４Ｖｍで駆動されて初めて高速歩行も可能となるものとする。また、図７には１Ｙモータ４２と２Ｙモータ４６についての処理のみを示すが、その他の電動モータも昇圧されない点を除くと、図７に示す処理に類似した処理で制御される。
【００６５】
以下説明すると、Ｓ１０でパワーオンを実行する。図４を参照してこの処理を説明すると、中央制御器２４は電源制御器２６に対し、バッテリ２８からモータドライバ９２ｂに所定電圧Ｖｍを供給するように指令する。モータドライバ９２ｂは電源制御器２６から指令された所定電圧Ｖｍが供給されたとき、パワーオンが完了した旨の信号を中央制御器２４に送る。
【００６６】
次いでＳ１２に進み、サーボオンを実行する。即ち、中央制御器２４はモータドライバ９２ｂに対し、１Ｙモータ４２などを制御原点位置まで回転した後、その位置で停止させるように指令する。モータドライバ９２ｂはその指令に応じた動作を実行し、それが終了したとき、サーボオンが完了（サーボ機構の有効化動作が完了）した旨の信号を中央制御器２４に送る。
【００６７】
次いでＳ１４に進み、ロボット１０を直立姿勢となるように制御する。具体的には、サーボオンが完了した後、ロボット１０をリフタ（図示せず）から降ろし、６軸力センサ７６と傾斜計８０の出力に基づいて直立状態を保つように制御する。
【００６８】
次いでＳ１６に進み、歩行開始指令（高速／低速歩行の動作モード信号からなる）をモータドライバ９２ａ，９２ｂ，９２ｃに出力する。即ち、中央制御器２４からモータドライバ９２ｂに動作モード信号を送ることで高速歩行動作の開始前に駆動電圧を上げさせる一方、モータドライバ９２の電流フィードバックゲインを下げさせることにより、１Ｙモータ４２などの高速回転に対応させる。
【００６９】
次いでＳ１８に進み、温度センサ１０２で検出された昇圧器９８あるいはモータドライバ９２の温度が所定値を超える温度異常が生じているか否か判断し、否定されるときはＳ２０に進み、モータドライバ９２においてＳ１６で出力された歩行開始指令の動作モードに応じて電流フィードバックゲインの設定を変更させ、Ｓ２２に進み、昇圧器９８をオンさせて動作モードに応じて２Ｖｍあるいは４Ｖｍに昇圧させる。尚、この時点まで駆動電圧は所定電圧Ｖｍのままとする。
【００７０】
次いでＳ２４に進み、昇圧器９８の昇圧動作が正常か否か判断する。これは昇圧器９８の出力電圧をモータドライバ９２ｂ，９２ｃのＡ／Ｄコンバータ（図示せず）でモニタさせ、所定の電圧範囲に昇圧されているか判断することで行う。
【００７１】
Ｓ２４で肯定されるときはＳ２６に進み、ロボット１０の歩行を開始し、Ｓ２８に進んで歩行終了となるまで継続する。次いでＳ３０に進み、モータへの供給電圧を定常状態のＶｍに降圧させ、Ｓ３２に進み、Ｖｍに対応した電流フィードバックゲインに設定を変更させる。次いでＳ３４に進み、直立姿勢に再び制御し、Ｓ３６に進んでサーボオフ（電動モータの停止）し、Ｓ３８に進み、パワーオフ（バッテリ２８からの電圧供給停止）する。
【００７２】
尚、Ｓ１８で肯定される場合、あるいはＳ２４で否定される場合、即ち、温度異常が生じたか、あるいは所定の電圧範囲に昇圧されない場合、昇圧動作を実行しないか、実行しているときは中止する。
【００７３】
図９は、図７の処理を示すタイム・チャートである。
【００７４】
図示の如く、歩行動作開始直前の直立時に電流フィードバックゲインの設定値を変更し、続いて昇圧器９８で昇圧し、歩行が終了した直後に逆の手順で降圧して電流フィードバックゲインの設定値を変更する。即ち、電流フィードバックゲインの設定値は昇圧器９８の電圧を上げる前に変更し、電圧を下げた後に変更する。図では左脚の昇圧器とモータドライバの制御期間を表記していないが、右脚と同様の処理が行われる。このように、昇圧する前に電流フィードバックゲインを下げ、逆に降圧した後に電流フィードバックゲインを上げるようにしている。この順序が逆の場合はモータが発振する場合があるので、安全を考えてこのように設定する。
【００７５】
尚、昇圧が完了する前に電流フィードバックゲインが下げられる事態も生じ得るが、その場合にはモータのトルクが不足することも考えられる。しかしながら、切り替えのタイミングは直立時であるため、トルク不足が若干であれば、それによる影響は少ないと思われる。これは、第２実施例で切り替えのタイミングを遊脚とするときも同様である。いずれにしても、この切り替えのタイミングのずれは、少なければ少ないほど望ましい。
【００７６】
上記した如く、第１実施例にあっては、関節、即ち、股関節、膝関節、足関節を介して連結される複数本（２本）のリンク（大腿リンク３０、下腿リンク３２）の関節に配置される１Ｙモータ４２などの電動モータに、電力線９０を通じてバッテリ（電源）２８から供給される電圧を通電指令に応じて供給して駆動するモータドライバ（駆動回路）９２ａ，９２ｂ，９２ｃを少なくとも備えた移動ロボット１０の駆動装置において、１Ｙモータ４２などの電動モータに供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器９８ａ，９８ｂを備えると共に、１Ｙモータ４２などと昇圧器９８ａ、９８ｂと駆動回路９２ｂ，９２ｃとを同一のリンク（大腿リンク３０、下腿リンク３２）に配置する如く構成した。
【００７７】
より具体的には、基体１４に股関節を介して接続される大腿リンク３０と大腿リンク３０に膝関節を介して接続される下腿リンク３２とからなる複数本（２本）の脚部１２を備えると共に、少なくとも大腿リンク３０などを進行方向に駆動する１Ｙモータ（第１の電動モータ）４２と２Ｙモータ（第２の電動モータ）４６に電力線９０を通じてバッテリ（電源）２８から供給される電圧を通電指令に応じて供給して駆動するモータドライバ（駆動回路）９２ｂ，９２ｃを少なくとも備えた脚式移動ロボット１０の駆動装置において、少なくとも１Ｙモータ４２と２Ｙモータ４６に供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器９８ａを備えると共に、少なくとも１Ｙモータ４２などと昇圧器９８ａとモータドライバ９２ｂとを同一のリンク（大腿リンク）３２に配置する如く構成した。
【００７８】
これにより、安全性を考慮した低電圧要求と高速移動のための高電圧要求とを共に満足することができ、よって効率的に電圧を供給することができる。即ち、モータドライバ９２ｂ，９２ｃと同一のリンクに昇圧器９８ａ，９８ｂを備えることで電力線９０の電圧を低く抑えることができ、バッテリ２８と１Ｙモータ４２などの電動モータを接続する電力線９０が関節を跨ぐとき、関節部分で断線するなどして漏電したとしても、それほど不都合は生じない。他方、高電圧が必要なときは昇圧器９８ａ，９８ｂで昇圧して供給することで、高速移動にも対応することができ、よって効率的に電圧を供給することができる。
【００７９】
さらに、昇圧器９８ａ，９８ｂの配置を、電動モータのうちの高電圧が要求されるもの、即ち、大腿リンク３０などを進行方向に駆動する１Ｙモータ４２，２Ｙモータ４６，３Ｙモータ４８などに限定して配置すると、それらを大腿リンク３０などの同一のリンクに配置するように構成したので、一層効率的に電圧を供給することができる。
【００８０】
さらに、１Ｙモータ４２などで駆動電圧は全て昇圧器９８を介した出力とするため、バッテリ２８の電圧が変動しても駆動電圧を一定に保つことができ、モータ動作を安定にすることができる。また、駆動電圧と制御電圧を同じ値（Ｖｍ）とすることで、図１７に示した従来技術で使用される電源制御器２６内の降圧器が不要となり、電源制御器２６からモータドライバ９２への電力線９０も１本のケーブルになるため、軽量かつ低コストにすることができる。ただし、電圧が低くなる分電流を多く流す必要があるため、電力線９０はより太くなることも予想されるが、それを超えるメリットがある。
【００８１】
また、移動状況に応じて昇圧器９８の昇圧動作を制御する昇圧制御手段（Ｓ１６からＳ２２）を備える、より具体的には歩行開始指令（動作モード信号）を送り、高速歩行動作開始前に駆動電圧を上げさせる一方、モータドライバ９２を介して電流フィードバックゲインを下げさせることにより電動モータの高速回転に対応させる如く構成したので、上記した効果に加え、必要な電圧を過不足なく供給することができ、一層効率的に電圧を供給することができる。
【００８２】
また、昇圧制御手段は、昇圧器９８の出力電圧を監視し、所定の電圧に昇圧されないとき、昇圧動作を中止する（Ｓ２４，Ｓ３０）如く構成したので、上記した効果に加え、単に昇圧器９８の出力を監視するだけでフェールを検出することができ、移動を停止するなど、必要な対策を講じることができる。
【００８３】
また、昇圧器９８とモータドライバ９２の少なくともいずれかに配置される温度センサ１０２を備えると共に、昇圧制御手段は、温度センサを介して検出される温度が所定温度以上であるとき、昇圧動作を中止する（Ｓ１８，Ｓ３０）如く構成したので、上記した効果に加え、温度を通じてフェールを検出することができ、移動を停止するなど、必要な対策を講じることができる。
【００８４】
また、駆動電流を目標値にフィードバック制御するフィードバック制御手段（中央制御器２４，モータドライバ９２）を備えると共に、昇圧制御手段の昇圧動作に応じて電流フィードバック制御のゲインを変更する（Ｓ２０）如く構成したので、上記した効果に加え、２Ｙモータ４６などを必要な回転数で確実に駆動することができる。
【実施例２】
【００８５】
図１０はこの発明の第２実施例に係る移動ロボットの駆動装置の動作を示す、図７と同様のフロー・チャートである。図示のプログラムも、中央制御器２４によって実行される。
【００８６】
図１１は、図１０の処理で設定される駆動電圧などの特性を示す、図８と同様の説明図である。第２実施例においては図１１に示すように駆動電圧を第１実施例と同様に歩行時以外と歩行時で相違させると共に、低速歩行時と高速歩行時の支持脚時では２Ｖｍとする一方、高速回転が要求される高速歩行時の遊脚時では４Ｖｍとした。電流フィードバックゲインの設定値の変更は、第１実施例と同様である。
【００８７】
また、図１１に示す値は２Ｙモータ４６についての値であるが、１Ｙモータ４２についても同様であることも第１実施例と異ならない。また、１Ｙモータ４２と２Ｙモータ４６についての処理のみを示すが、その他の電動モータも類似した処理で制御されることも第１実施例と同様である。
【００８８】
以下説明すると、Ｓ１００からＳ１０４まで第１実施例と同様の処理を行った後、Ｓ１０６に進み、歩行時直前に歩行開始信号をモータドライバ９２に出力し、Ｓ１０８に進み、歩行を開始させる。
【００８９】
Ｓ１１０においてモータドライバ９２ｂにおいて歩行開始信号に応じて直立スタート時の設定電圧である２Ｖｍに昇圧させるために電流フィードバックゲインの設定値を変更させ、Ｓ１１２において昇圧器９８ａをオンさせて２Ｖｍに昇圧させる。次いでＳ１１４に進み、昇圧されたか否か判断し、肯定されるときはＳ１１６に進み、温度異常が生じたか否か判断する。
【００９０】
Ｓ１１６で否定されるときはＳ１１８に進み、動作モードの更新、即ち、図１１に示す動作モードをモータドライバ９２ｂ，９２ｃに逐次出力し、Ｓ１１２に進み、モータドライバ９２ｂにおいて図１１に示す特性に基づいて高速駆動が要求されるか否か判断させる。Ｓ１２０で肯定されるときはＳ１２２に進み、モータドライバ９２ｂ，９２ｃを介して図１１の特性に基づいて電流フィードバックゲインを高速駆動時の設定値に変更させ、Ｓ１２４に進み、昇圧器９８の出力を４Ｖｍに昇圧させる。次いでＳ１２６に進み、昇圧されたか否か再び判断する。
【００９１】
他方、Ｓ１２０で否定されるときはＳ１２８に進み、低速駆動で足りるので、図１１の特性に基づいてモータドライバ９２ｂを介して２Ｖｍに降圧させ、次いでＳ１３０に進み、２Ｖｍに対応する電流フィードバックゲインに設定値に変更させる。
【００９２】
次いでＳ１３２に進み、歩行終了か否か判断し、否定される限り、上記した処理を繰り返す一方、肯定されるときはＳ１３４に進んで定常状態のＶｍに降圧させ、Ｓ１３６に進み、電流フィードバックゲインの設定値を対応する値に変更し、第１実施例と同様、Ｓ１３８からＳ１４２の処理を経て終了する。尚、Ｓ１１４で否定される、あるいはＳ１１６で肯定される、あるいはＳ１２６で否定されるときはＳ１３４に進む。
【００９３】
図１２は図１０の処理を示すタイム・チャートである。
【００９４】
ロボット１０が直立状態から歩き始めたときに最初に出す脚が遊脚となり、反対の脚は支持脚となる。高速回転が必要になるのは、高速歩行時に遊脚である右足を大きく前に出すときで、この期間を黒色で示す。
【００９５】
通常、高速回転が必要になるのは遊脚時である。換言すれば遊脚であり、しかも高速回転する瞬間だけ電圧が高ければ足りるので、第２実施例においては、４Ｖｍへの昇圧あるいは４Ｖｍからの降圧のタイミングを遊脚時とし、その瞬間のみ高圧となるに制御するようにした。
【００９６】
上記の如く、第２実施例に係る移動ロボットの駆動装置においても移動状況に応じて予め設定されたテーブル値、即ち、図１１に示す特性を検索して遊脚時に高速駆動が可能となるように昇圧器９８の昇圧動作を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、必要な電圧を過不足なく供給するのが容易となり、一層効率的に電圧を供給することができる。
【００９７】
さらに、４Ｖｍへの昇圧あるいは４Ｖｍからの降圧のタイミングを転倒の危険性が少ない遊脚時としたことで、駆動電圧と電流フィードバックゲインの設定のずれにより、万一１Ｙモータ４２などが発振したとしても、転倒の可能性を低減することができる。
【００９８】
尚、残余の構成および効果は、第１実施例と異ならない。
【実施例３】
【００９９】
図１３はこの発明の第３実施例に係る移動ロボットの駆動装置の動作を示す、図７と同様のフロー・チャートである。図示のプログラムも、中央制御器２４によって実行される。
【０１００】
図１４は第３実施例の電圧変更特性を２Ｙモータ４６について示す、図８あるいは図１１と同様の説明図である。第３実施例においては、図１４に示す如く、ロボット１０の動作から推定される必要関節角速度、即ち、膝関節の角速度ω［ｒａｄ／ｓｅｃｏｎｄ］から、それに対応した電圧レベルと電流フィードバックゲインの設定値を予めテーブル値として用意し、細やかな制御を可能とした。
【０１０１】
第１、第２実施例と相違する点に焦点をおいて説明すると、Ｓ２００からＳ２１０まで第１、第２実施例と同様の処理を行った後、Ｓ２１２に進み、関節角速度ωを更新する。即ち、中央制御器２４は歩行開始後、図１４に示す特性に従って膝関節の角速度ωをω１からω４の間でモータドライバ９２ｂに逐次出力する。尚、図１４に示す値は２Ｙモータ４６についての値であるが、１Ｙモータ４２についても同様である。
【０１０２】
次いでＳ２１４において関節角速度ωの変更があると判断されるとき、Ｓ２１６においてモータドライバ９２ｂを介して電流フィードバックゲインの設定を変更し、Ｓ２１８において設定電圧、即ち、昇圧器９８ａの出力電圧を変更させ、Ｓ２２０で電圧が変更されたか否か判断し、上記した処理をＳ２２２で歩行終了と判断されるまで繰り返す。尚、残余の処理は第１、第２実施例のそれと同様である。１Ｙモータ４２と２Ｙモータ４６についての処理のみを図示したが、その他の電動モータも類似した処理で制御されることも第１、第２実施例と同様である。
【０１０３】
図１５は図１３の処理を示すタイム・チャートである。
【０１０４】
上記の如く、第３実施例に係る移動ロボットの駆動装置においても、移動状況に応じて予め設定されたテーブル値、即ち、図１４に示すようにロボット１０の動作から推定される膝関節の角速度に基づき、それに対応した電圧レベルと電流フィードバックゲインを検索して昇圧器９８ａの昇圧動作を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、必要な電圧を過不足なく供給するのが容易となり、一層効率的に電圧を供給することができる。
【０１０５】
尚、残余の構成および効果は、第１実施例と異ならない。
【実施例４】
【０１０６】
図１６は、この発明に係る移動ロボットの駆動装置の第４の実施例を示す、図４と同様の駆動装置のブロック図である。
【０１０７】
第４実施例においては、昇圧器９８ａ，９８ｂを電力線９０に介挿すると共に、電力線９０に昇圧器９８ａ，９８ｂをバイパスするバイパス路９０ａを設ける如く構成した。バイパス路９０ａには逆流防止ダイオード１０４が設置される。
【０１０８】
また、バッテリ２８の出力電圧を２Ｖｍとし、電源制御器２６の降圧器２６ａでＶｍに降圧するようにした。即ち、電力線９０に加え、第２の電力線１０６を設け、電力線９０を介して駆動電圧２Ｖｍを供給すると共に、第２の電力線１０６を介して降圧された制御電圧Ｖｍを供給するようにした。
【０１０９】
第４実施例は上記の如く構成したので、バイパス路に逆流防止ダイオード１０４を必要とする不都合がある反面、昇圧器９８を介する場合に比して電力損失を低減することができる。尚、ダイオード１０４はＦＥＴに置き換えることも可能である。
【０１１０】
第１から第４実施例は上記の如く、関節を介して連結される複数本のリンク（大腿リンク３０、下腿リンク３２）と、前記関節に配置される電動モータ（１Ｙモータ４２，２Ｙモータ４６など）と、前記複数本のリンク以外の部位に配置される電源（バッテリ）２８と、前記電源と前記電動モータを接続する電力線９０と、前記電力線を通じて前記電源から供給される電圧を通電指令に応じて前記電動モータに供給して駆動する駆動回路（モータドライバ９２）とを少なくとも備えた移動ロボット１０の駆動装置において、前記電動モータに供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器９８を備えると共に、前記電動モータと前記昇圧器と前記駆動回路とを同一のリンク（大腿リンク３０あるいは下腿リンク３２）に配置する如く構成した。
【０１１１】
また、基体１４と、前記基体に股関節を介して接続される大腿リンク３０と前記大腿リンクに膝関節を介して接続される下腿リンク３２とからなる複数本の脚部１２と、前記股関節に配置されると共に、前記大腿リンクを進行方向に駆動する第１の電動モータ（１Ｙモータ４２）と、前記膝関節に配置されると共に、前記下腿リンクを前記進行方向に駆動する第２の電動モータ（２Ｙモータ４６）と、前記大腿リンクと下腿リンク以外の部位に配置される電源（バッテリ）２８と、前記電源と前記第１、第２の電動モータを接続する電力線９０と、通電指令に応じて前記電力線を通じて前記電源から供給される電圧を前記第１、第２の電動モータに供給して駆動する駆動回路（モータドライバ９２ｂ）とを少なくとも備えた移動ロボット１０の駆動装置において、前記第１、第２の電動モータ（１Ｙモータ４２，２Ｙモータ４６）に供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器９８ａを備えると共に、前記第１、第２の電動モータ（１Ｙモータ４２，２Ｙモータ４６）と前記昇圧器９８ａと前記第１、第２の電動モータを駆動する駆動回路（モータドライバ９２ｂ）とを同一のリンク（大腿リンク３０）に配置する如く構成した。
【０１１２】
また、第４実施例に示す如く、前記昇圧器９８を前記電力線９０に介挿すると共に、前記電力線９０に前記昇圧器９８をバイパスするバイパス路９０ａを設ける如く構成した。
【０１１３】
また、移動状況に応じて前記昇圧器の昇圧動作を制御する昇圧制御手段（Ｓ１６からＳ２２；Ｓ１０６からＳ１３０；Ｓ２０６からＳ２１８）を備える如く構成した。
【０１１４】
また、前記昇圧制御手段は、前記移動状況に応じて予め設定されたテーブル値を検索して前記昇圧器９８の昇圧動作を制御する（Ｓ１６からＳ２２；Ｓ１０６からＳ１３０；Ｓ２０６からＳ２２０）如く構成した。
【０１１５】
また、前記昇圧制御手段は、前記昇圧器９８の出力電圧を監視し、所定の電圧に昇圧されないとき、前記昇圧動作を中止する（Ｓ２４，Ｓ３０；Ｓ１１４，Ｓ１３４；Ｓ２２０，Ｓ２２４）如く構成した。
【０１１６】
また、前記昇圧器９８と駆動回路（モータドライバ９２）の少なくともいずれかに配置される温度センサを備えると共に、前記昇圧制御手段は、前記温度センサを介して検出される温度が所定温度以上であるとき、前記昇圧動作を中止する（Ｓ１８，Ｓ３０；Ｓ１１６，Ｓ１３４；Ｓ２１０，Ｓ２２４）如く構成した。
【０１１７】
また、駆動電流を目標値にフィードバック制御するフィードバック制御手段（Ｓ２０；Ｓ１２２，Ｓ１３０；Ｓ２１６，Ｓ２２６）を備えると共に、前記フィードバック制御手段は前記昇圧制御手段の昇圧動作に応じて前記フィードバック制御のゲイン（電流フィードバックゲイン）を変更する（Ｓ２０；Ｓ１２２，Ｓ１３０；Ｓ２１６，Ｓ２２６）如く構成した。
【０１１８】
尚、上記において、脚部１２についてのみ示したが、腕部２０についても同様であり、関節を跨ぐモータドライバについて昇圧器を設けると共に、それらを同一のリンクに配置するようにしても良い。
【０１１９】
また、１個のモータドライバ９２で２個の電動モータを制御するようにしたが、モータドライバ９２で制御する電動モータの数はそれに限られるものではなく、モータドライバ９２のＣＰＵの処理能力や重量、大きさ、配線の複雑さなどさまざまな要因を考慮した上で決定される。例えば、モータドライバ９２が非常に軽量で小型であれば、電動モータ１個に対して１個のモータドライバで制御することも可能である。またＣＰＵの処理能が十分高ければ、１個のモータドライバで４個の電動モータを制御することもできる。
【０１２０】
また、１Ｙモータ４２と２Ｙモータ４６を制御するモータドライバ９２ｂと３Ｙモータ４８と３Ｘモータ５０を制御するモータドライバ９２ｃの双方に昇圧器９８を配置したが、１Ｙモータ４２と２Ｙモータ４６を制御するモータドライバ９２ｂのみに昇圧器９８を配置するようにしても良い。
【０１２１】
また、電流フィードバックゲインを駆動電圧から算出したが、モータ回転数と駆動電圧は比例関係にあるので、以下の様にモータ回転数から算出しても良い。
Ｋｉ＝Ｃ／Ｎ （Ｎ：モータ回転数、Ｃ：定数）
【０１２２】
また、図８、図１１および図１４において動作モードの数を３あるいは４としたが、それに限られるものではない。このように、数パターン程度までが現実的ではないかと考えられる。
【０１２３】
また、中央制御器２４の出力に応じて駆動電圧を変更するようにしたが、６軸力センサ７６の出力から着床や離床を判断して行っても良い。
【０１２４】
また、移動体の例として移動ロボット、特に脚式移動ロボットを示したが、この発明はそれに限られるものではなく、関節を介して連結される複数本のリンクを備えると共に、その関節に配置された電動モータに関節以外の部位に配置された電源から電圧を供給する移動ロボットであれば、どのようなものにも妥当する。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】この発明の第１実施例に係る移動ロボットの駆動装置が対象とする移動ロボットの正面図である。
【図２】図１に示すロボットの側面図である。
【図３】図１に示すロボットをスケルトンで示す説明図である。
【図４】図２に示すバッテリから電動モータへの駆動電圧の供給を示すブロック図である。
【図５】図４に示すモータドライバなどのロボットおける配置を具体的に示す、図２と同様なロボットの側面図である。
【図６】図４などに示す電動モータ制御のフィードバックループを示すブロック図である。
【図７】この発明の第１実施例に係る移動ロボットの駆動装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図８】図７に示す処理で設定される駆動電圧と電流フィードバックゲインの特性を示す説明図である。
【図９】図７に示す処理を示すタイム・チャートである。
【図１０】この発明の第２実施例に係る移動ロボットの駆動装置の動作を示す、図７と同様のフロー・チャートである。
【図１１】図１０に示す処理で設定される駆動電圧と電流フィードバックゲインの特性を示す説明図である。
【図１２】図１０に示す処理を示すタイム・チャートである。
【図１３】この発明の第３実施例に係る移動ロボットの駆動装置の動作を示す、図７と同様のフロー・チャートである。
【図１４】図１３に示す処理で設定される駆動電圧と電流フィードバックゲインの特性を示す説明図である。
【図１５】図１３に示す処理を示すタイム・チャートである。
【図１６】この発明に係る移動ロボットの駆動装置の第４の実施例を示す、図４と同様の駆動装置のブロック図である。
【図１７】従来技術に係る移動ロボットの駆動装置を示す、図４と同様の駆動装置のブロック図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１０ 脚式移動ロボット（移動ロボット）、１２ 脚部、１４ 基体、２０ 腕部、２４ 中央制御器、２６ 電源制御器、２８ バッテリ（電源）、３０ 大腿リンク、３２ 下腿リンク、４０ １Ｚモータ（電動モータ）、４２ １Ｙモータ（電動モータ）、４４ １Ｘモータ（電動モータ）、４６ ２Ｙモータ（電動モータ）、４８ ３Ｙモータ（電動モータ）、５０ ３Ｘモータ（電動モータ）、９０ 電力線、９２ モータドライバ（駆動回路）、９６ 信号線、９８ 昇圧器、１０２ 温度センサ、１０４ 逆流防止ダイオード、１０６ 第２の電力線
【技術分野】
【０００１】
この発明は移動ロボットの駆動装置に関し、より詳しくは関節に配置された電動モータに駆動電圧を効率的に供給するようにした移動ロボットの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動ロボットは、通例、搭載するバッテリ（電源）から電動モータなどのアクチュエータに駆動電圧を供給されて動作する。その例として特許文献１記載の技術を挙げることができる。特許文献１記載の技術にあっては、基体に股関節を介して連結されると共に、膝関節を介して連結される２本の脚部リンクと、それらの関節に配置される電動モータと、基体に配置されるバッテリ（電源）と、電力線を通じてバッテリから供給される電圧を電動モータに供給して駆動する駆動回路とを備えた脚式移動ロボットの駆動装置において、バッテリの残容量が少なくなったとき、転倒しそうな状況にあると判断し、重心を下げるように動作させている。
【特許文献１】特開平１１−４８１７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した従来技術にあっては、バッテリからの電力線が電動モータによっては関節を跨ぐため、電力線が関節部分で断線して漏電した場合などを考慮すると、電動モータを低電圧で駆動することが望ましい。しかしながら、高速で移動するには電動モータを高電圧で駆動して回転数を上げる必要があり、このように両者の要求は相反するものであった。
【０００４】
従ってこの発明の目的は上記した従来技術の不都合を解消し、安全性を考慮した低電圧要求と高速移動のための高電圧要求とを共に満足し、よって効率的に電圧を供給するようにした移動ロボットの駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、関節を介して連結される複数本のリンクと、前記関節に配置される電動モータと、前記複数本のリンク以外の部位に配置される電源と、前記電源と前記電動モータを接続する電力線と、前記電力線を通じて前記電源から供給される電圧を通電指令に応じて前記電動モータに供給して駆動する駆動回路とを少なくとも備えた移動ロボットの駆動装置において、前記電動モータに供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器を備えると共に、前記電動モータと前記昇圧器と前記駆動回路とを同一のリンクに配置する如く構成した。
【０００６】
請求項２にあっては、基体と、前記基体に股関節を介して接続される大腿リンクと前記大腿リンクに膝関節を介して接続される下腿リンクとからなる複数本の脚部と、前記股関節に配置されると共に、前記大腿リンクを進行方向に駆動する第１の電動モータと、前記膝関節に配置されると共に、前記下腿リンクを前記進行方向に駆動する第２の電動モータと、前記大腿リンクと下腿リンク以外の部位に配置される電源と、前記電源と前記第１、第２の電動モータを接続する電力線と、通電指令に応じて前記電力線を通じて前記電源から供給される電圧を前記第１、第２の電動モータに供給して駆動する駆動回路とを少なくとも備えた移動ロボットの駆動装置において、前記第１、第２の電動モータに供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器を備えると共に、前記第１、第２の電動モータと前記昇圧器と前記第１、第２の電動モータを駆動する駆動回路とを同一のリンクに配置する如く構成した。
【０００７】
請求項３に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、前記昇圧器を前記電力線に介挿すると共に、前記電力線に前記昇圧器をバイパスするバイパス路を設ける如く構成した。
【０００８】
請求項４に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、移動状況に応じて前記昇圧器の昇圧動作を制御する昇圧制御手段を備える如く構成した。
【０００９】
請求項５に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、前記昇圧制御手段は、前記移動状況に応じて予め設定されたテーブル値を検索して前記昇圧器の昇圧動作を制御する如く構成した。
【００１０】
請求項６に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、前記昇圧制御手段は、前記昇圧器の出力電圧を監視し、所定の電圧に昇圧されないとき、前記昇圧動作を中止する如く構成した。
【００１１】
請求項７に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、前記昇圧器と駆動回路の少なくともいずれかに配置される温度センサを備えると共に、前記昇圧制御手段は、前記温度センサを介して検出される温度が所定温度以上であるとき、前記昇圧動作を中止する如く構成した。
【００１２】
請求項８に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、駆動電流を目標値にフィードバック制御するフィードバック制御手段を備えると共に、前記フィードバック制御手段は前記昇圧制御手段の昇圧動作に応じて前記フィードバック制御のゲインを変更する如く構成した。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１にあっては、関節を介して連結される複数本のリンクの関節に配置される電動モータに、電力線を通じて電源から供給される電圧を通電指令に応じて供給して駆動する駆動回路を少なくとも備えた移動ロボットの駆動装置において、電動モータに供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器を備えると共に、電動モータと昇圧器と駆動回路とを同一のリンクに配置する如く構成したので、安全性を考慮した低電圧要求と高速移動のための高電圧要求とを共に満足することができ、よって効率的に電圧を供給することができる。
【００１４】
即ち、駆動回路と同一のリンクに昇圧器を備えることで電力線の送電電圧を低く抑えることができ、電源と電動モータを接続する電力線が関節を跨ぐとき、関節部分で断線して漏電したとしても、不都合が生じることがない。他方、高電圧が必要なときは昇圧器で昇圧して供給することで、高速移動にも対応することができ、よって効率的に電圧を供給することができる。
【００１５】
請求項２にあっては、基体に股関節を介して接続される大腿リンクと大腿リンクに膝関節を介して接続される下腿リンクとからなる複数本の脚部を備えると共に、大腿リンクなどを進行方向に駆動する第１、第２の電動モータに電力線を通じて電源から供給される電圧を通電指令に応じて供給して駆動する駆動回路を少なくとも備えた脚式移動ロボットの駆動装置において、第１、第２の電動モータに供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器を備えると共に、第１、第２の電動機と昇圧器と駆動回路とを同一のリンクに配置する如く構成したので、請求項１と同様、安全性を考慮した低電圧要求と高速移動のための高電圧要求とを共に満足することができ、よって効率的に電圧を供給することができる。
【００１６】
さらに、昇圧器の配置を、電動モータのうち、大腿リンクなどを進行方向に駆動する、換言すれば高電圧が要求されるものに限定して配置すると共に、それらを同一リンクに配置するように構成したので、一層効率的に電圧を供給することができる。
【００１７】
請求項３に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、昇圧器を電力線に介挿すると共に、電力線に昇圧器をバイパスするバイパス路を設ける如く構成したので、上記した効果に加え、バイパス路に逆流防止ダイオードなどを必要とする不都合がある反面、昇圧器を介する場合に比して電力損失を低減することができる。
【００１８】
請求項４に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、移動状況に応じて昇圧器の昇圧動作を制御する昇圧制御手段を備える如く構成したので、上記した効果に加え、必要な電圧を過不足なく供給することができ、一層効率的に電圧を供給することができる。
【００１９】
請求項５に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、昇圧制御手段は、移動状況に応じて予め設定されたテーブル値を検索して昇圧器の昇圧動作を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、必要な電圧を過不足なく供給するのが容易となり、一層効率的に電圧を供給することができる。
【００２０】
請求項６に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、昇圧制御手段は、昇圧器の出力電圧を監視し、所定の電圧に昇圧されないとき、昇圧動作を中止する如く構成したので、上記した効果に加え、単に昇圧器の出力を監視するだけでフェールを検出することができ、移動を停止するなど、必要な対策を講じることができる。
【００２１】
請求項７に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、昇圧器と駆動回路の少なくともいずれかに配置される温度センサを備えると共に、昇圧制御手段は、温度センサを介して検出される温度が所定温度以上であるとき、昇圧動作を中止する如く構成したので、上記した効果に加え、温度を通じてフェールを検出することができ、移動を停止するなど、必要な対策を講じることができる。
【００２２】
請求項８に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、駆動電流を目標値にフィードバック制御するフィードバック制御手段を備えると共に、フィードバック制御手段は昇圧制御手段の昇圧動作に応じてフィードバック制御のゲインを変更する如く構成したので、上記した効果に加え、電動モータを必要な回転数で確実に駆動することができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面に即してこの発明に係る移動ロボットの駆動装置を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、この発明の第１実施例に係る移動ロボットの駆動装置が対象とする移動ロボットの正面図であり、図２は図１に示すロボットの側面図である。尚、移動ロボットとしては２足の脚式移動ロボットを例にとる。
【００２５】
図１に示すように、脚式移動ロボット（以下単に「ロボット」という）１０は、複数本、即ち、左右２本の脚部１２Ｌ，１２Ｒ（左側をＬ、右側をＲとする。以下同じ）を備える。脚部１２Ｌ，１２Ｒは、基体（上体）１４の下部に連結される。基体１４の上部には頭部１６が連結されると共に、側方には複数本、即ち、左右２本の腕部２０Ｌ，２０Ｒが連結される。左右の腕部２０Ｌ，２０Ｒの先端には、それぞれハンド（エンドエフェクタ）２２Ｌ，２２Ｒが連結される。
【００２６】
図２に示すように、基体１４の背部には格納部１４ａが設けられ、その内部には中央制御器２４、電源制御器２６が収容されると共に、基体１４の内部にはバッテリ（電源）２８などが収容される。
【００２７】
図３は、図１に示すロボット１０をスケルトンで表す説明図である。以下、同図を参照し、ロボット１０の内部構造について関節を中心に説明する。尚、図示のロボット１０は左右対称であるので、以降Ｌ，Ｒの付記を省略する。
【００２８】
左右の脚部１２は、それぞれ大腿リンク３０と下腿リンク３２と足部３４とを備える。大腿リンク３０は、股関節を介して基体１４に連結される。図３では基体１４を基体リンク３６として簡略的に示す。股関節には、Ｚ軸（ヨー軸）回りの回転軸を有する電動モータ（「１Ｚモータ」という）４０と、Ｙ軸（ピッチ軸。具体的には、ロボット１０の左右方向）回りの回転軸を有する電動モータ（「１Ｙモータ」という）４２と、Ｘ軸（ロール軸。具体的には、ロボット１０の前後方向）回りの回転軸を有する電動モータ（「１Ｘモータ」という）４４が配置され、３自由度を備える。
【００２９】
膝関節にはＹ軸回りの回転軸を有する電動モータ（「２Ｙモータ」という）４６が配置され、１自由度を備える。足関節にはＹ軸回りの回転軸を有する電動モータ（「３Ｙモータ」という）４８とＸ軸回りの回転軸を有する電動モータ（「３Ｘモータ」という）５０が配置され、２自由度を備える。大腿リンク３０と下腿リンク３２は膝関節を介して連結されると共に、下腿リンク３２と足部３４は足関節を介して連結される。脚部１２は、基体１４と脚部１２の適宜位置に配置された１２個の電動モータによって１２個の回転軸が個別に駆動される。
【００３０】
左右の腕部２０は、それぞれ上腕リンク５２と下腕リンク５４を備える。上腕リンク５２は肩関節を介して基体１４に連結される。上腕リンク５２と下腕リンク５４は肘関節を介して連結されると共に、下腕リンク５４とハンド２２は手首関節を介して連結される。
【００３１】
肩関節にはＹ軸回りの回転軸を有する電動モータ５６とＸ軸回りの回転軸を有する電動モータ５８とＺ軸回りの回転軸を有する電動モータ６０が配置され、３自由度を備える。肘関節にはＹ軸回りの回転軸を有する電動モータ６２が配置され、１自由度を備える。手首関節にはＺ軸回りの回転軸を有する電動モータ６４とＹ軸回りの回転軸を有する電動モータ６６とＸ軸回りの回転軸を有する電動モータ６８が配置され、３自由度を備える。腕部２０も、脚部１２と同様、基体１４と腕部２０の適宜位置に配置された１４個の電動モータによって１４個の回転軸が個別に駆動される。
【００３２】
頭部１６は首関節を介して基体１４に連結され、２自由度を備える。首関節には、Ｚ軸回りの回転軸を有する電動モータ７２とＹ軸回りの回転軸を有する電動モータ７４が配置され、２自由度を備える。頭部１６も２個の電動モータによって個別に駆動される。
【００３３】
左右の脚部１２には、それぞれ６軸力センサ７６が取り付けられ、床面から脚部１２に作用する床反力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを示す信号を出力すると共に、左右の腕部２０にも同種の６軸力センサ７８がハンド２２と手首関節の間で取り付けられ、腕部２０に作用する外力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを示す信号を出力する。
【００３４】
基体１４には、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度を示す出力を生じる３個の加速度センサとＸ，Ｙ，Ｚ軸回りの角速度を示す出力を生じる３個の振動ジャイロからなる傾斜計８０が配置される。
【００３５】
頭部１６には、２個のＣＣＤカメラ８２が設置され、ロボット１０の周囲環境をステレオ視で撮影して得た画像を出力すると共に、マイクロフォン８４ａとスピーカ８４ｂからなる音声入出力装置８４が設けられる。
【００３６】
尚、上記した脚部１２と腕部２０を構成する電動モータ４０，４２などのそれぞれにはロータリエンコーダ（図示せず）が配置され、回転角度、即ち、関節角度に応じた信号を出力する。尚、電動モータ４０，４２などは例えばＤＣブラシレスモータからなる。
【００３７】
上記したセンサなどの出力は中央制御器２４に入力される。中央制御器２４はＣＰＵユニットからなり、脚部１２の１Ｚモータ４０などの電動モータの動作を制御して脚部１２を駆動することでロボット１０を移動させると共に、腕部２０の電動モータ５６などの動作を制御して腕部２０を駆動し、さらに頭部１６の電動モータ７２などの動作を制御して頭部１６の向きを調整する。
【００３８】
図４は、上記したバッテリ２８から１Ｚモータ（電動モータ）４０などの電動モータへの駆動電圧の供給を示すブロック図である。尚、同図では腕部２０の構成の図示を省略すると共に、脚部１２も片方のみ示す。
【００３９】
図示の如く、バッテリ２８と１Ｚモータ４０などの６個の電動モータは、電力線９０によって電源制御器２６と３個のモータドライバ（駆動回路）９２、より具体的には９２ａ，９２ｂ，９２ｃを介して接続される。中央制御器２４は信号線９４によって電源制御器２６に双方向から通信自在に接続されると共に、信号線９６によって３個のモータドライバ９２に双方向から通信自在に接続される。３個のモータドライバ９２も内部にＣＰＵを備え、接続される２個の電動モータの動作を制御する。
【００４０】
３個のモータドライバ９２のうち、９２ｂ，９２ｃに接続される電力線９０にはそれぞれ昇圧器９８、より具体的には９８ａ，９８ｂが介挿される。昇圧器９８ａとモータドライバ９２ｂ、および昇圧器９８ｂとモータドライバ９２ｃは信号線１００を介して双方向通信自在に接続される。
【００４１】
バッテリ２８からは比較的低い所定電圧Ｖｍ［Ｖ］が出力される。バッテリ２８から出力される所定電圧Ｖｍは電源制御器２６を介して電力線９０に送出され、電力線９０によってモータドライバ９２（および後述する温度センサなど）には制御電源として、また１Ｚモータ４０などの電動モータには駆動電源として供給される。より正確には、電力線９０は中途で分岐し、その分岐線９０ａを介して制御電源が３個のモータドライバ９２などに動作電源として送られる。
【００４２】
図示の構成により、モータドライバ９２ａを介して１Ｚモータ４０，１Ｘモータ４４には所定電圧Ｖｍがそのまま駆動電圧として供給される一方、モータドライバ９２ｂ，９２ｃを介して１Ｙモータ４２，２Ｙモータ４６、３Ｙモータ４８、３Ｘモータ５０には所定電圧Ｖｍ、あるいは所定電圧Ｖｍを昇圧器９８で最大４倍（４Ｖｍ）まで昇圧してなる電圧が駆動電圧として供給される。
【００４３】
信号線９６はＡＲＣＮＥＴ（ＲＳ４８５ベースの通信）やイーサネット（登録商標）からなり、体内ネットワークを形成する。６軸力センサ７６の出力は、信号線９６を通じて中央制御器２４に送られる。また、３個のモータドライバ９２と２個の昇圧器９８の内部には温度センサ１０２がそれぞれ配置され、配置部位の温度を示す出力を生じる。温度センサ１０２の出力も信号線９６を介して（図示せず）中央制御器２４およびモータドライバ９２に送られる。図示は省略するが、１Ｚモータ４０などに配置されるロータリエンコーダの出力も信号線９６を介して中央制御器２４およびモータドライバ９２に送られる。
【００４４】
先に述べた如く、中央制御器２４は脚部１２の１Ｚモータ４０などの動作を制御して脚部１２を駆動する。即ち、中央制御器２４は予め設定された歩容から決定される動作（歩行）モードに基づき、それぞれの電動モータについて位置/速度/電流（トルク）制御指令をモータドライバ９２に送る一方、その指令に対する実動作値がモータドライバ９２から中央制御器２４に送られる。その他にも、温度、異常、モータドライバ９２の固有の設定値などの情報が中央制御器２４とモータドライバ９２の間で送受される。
【００４５】
同様に、中央制御器２４と電源制御器２６の間においても、信号線９４を介して電力制御指令、電圧/電流などの情報と温度/異常/設定値などの各種情報が送受され、頭部１６、腕部２０、脚部１２への電力の分配を含む電力制御が実行される。
【００４６】
図５は、図４に示すモータドライバ９２などのロボット１０における配置を具体的に示す、図２と同様なロボット１０の側面図である。
【００４７】
図示の如く、中央制御器２４と電源制御器２６は格納部１４ａに収納され、バッテリ２８は基体１４の内部に配置されることから、電力線９０や信号線（体内ネットワーク）９６は、股関節や膝関節を跨いて大腿リンク３０や下腿リンク３２に張り巡らされる。電力線９０は、関節部分では関節の動きを考慮して緩やかに配線される。
【００４８】
モータドライバ９２ａは基体１４に配置される一方、１Ｚモータ４０と１Ｘモータ４４は大腿リンク３０に配置され、従って両者は同一のリンクに配置されない。他方、モータドライバ９２ｂと１Ｙモータ４２，２Ｙモータ４６と昇圧器９８ａとは同一のリンク（大腿リンク３０）に配置される。また、モータドライバ９２ｃと３Ｙモータ４８，３Ｘモータ５０と昇圧器９８ｂとも同一のリンク（下腿リンク３２）に配置される。
【００４９】
より具体的には、大腿リンク３０を進行方向に駆動する１Ｙモータ４２と、下腿リンク３２を進行方向に駆動する２Ｙモータ４６と、それらのモータドライバ９２ｂとその昇圧器９８ａは、同一のリンク（大腿リンク３０）に配置される。さらに、足部３４を進行方向に駆動する３Ｙモータ４８と進行方向に直交する左右方向に駆動する３Ｘモータ５０と、それらのモータドライバ９２ｃとその昇圧器９８ｂも、同一のリンク（下腿リンク３２）に配置される。
【００５０】
ここで、本願の課題について説明すると、図１７は特許文献１記載技術などで使用される、バッテリ２８から１Ｚモータ４０などへの駆動電圧の供給を示す、図４と同様のブロック図である。
【００５１】
図１７に示す構成の場合、バッテリ２８から電力線９０を通じて所定電圧Ｖｍを数倍してなる高電圧が１Ｚモータ４０などの電動モータに供給されるため、ロボット１０が転倒したときに関節部分で電力線９０が断線して露出する恐れがある。従って、安全性を考慮すると、低い電圧でモータに電力を供給することが望ましい。ロボット１０が直立状態もしくはそれほど高速動作をしない場合、ある程度低電圧（例えば所定電圧を２倍した程度の値（２Ｖｍ））でも動作することは可能である。
【００５２】
しかしながら、ロボット１０が高速歩行するためには電動モータの回転数を上げる必要があるため、電動モータの大きさや効率の面からも必然的に電圧は高くする必要があり、ロボット１０の電源電圧を低くすることは困難であった。つまり安全を考慮した低電圧化と高速歩行のための高電圧化は設計上相反していた。尚、この明細書で「高速歩行」は歩行動作のみならず、走行動作も含む意味で使用する。
【００５３】
図４および図５に示す構成はそれを解決するものであり、図１７に示す構成に加え、モータドライバ９２ｂ，９２ｃの前段に昇圧器９８ａ，９８ｂを介挿すると共に、昇圧器９８ａとモータドライバ９２ｂおよび１Ｙモータ４２などは同じリンク内に配置し、それらを接続する電力線９０が関節を跨がないようにした。ただし、１Ｚモータ４０と１Ｘモータ４４は、特に高速回転を必要とするものではなく、モータドライバ９２ａとの間の電力線９０が股関節を跨ぐため、モータドライバ９２ａには昇圧器９８を配置しないことした。
【００５４】
モータドライバ９２ｂ，９２ｃは、直立や低速歩行時はこの昇圧器９８ａ，９８ｂをオフしておく。他方、高速歩行動作の時には中央制御器２４からモータドライバ９２ｂ，９２ｃに信号線（体内ネットワーク）９６を介して高速歩行（動作）モードの情報を送り、これを受けたモータドライバ９２ｂ，９２ｃは信号線１００を介して駆動電圧コントロール信号を送り、昇圧器９８ａ，９８ｂをオンする。
【００５５】
これにより、オンされた昇圧器９８ａ，９８ｂの後段のモータドライバ９２ｂ，９２ｃには高圧の駆動電力が供給され、モータドライバ９２ａ，９２ｂは信号線９６を介して中央制御器２４から受信した動作モードに対応した電流フィードバックゲインに設定を変更することで所望のモータ回転数を得る。
【００５６】
高速歩行はロボット１０が約１．８ｋｍ／ｈを超える速度で歩行する動作モード、低速歩行はそれ未満で歩行する動作モードを意味する。低速歩行では遊脚期間であってもいずれの電動モータの回転数も低いが、高速歩行では遊脚期間中に１Ｙモータ４２と２Ｙモータ４６に高速回転が要求される。従って、図５に関して説明した如く、少なくともそれらの電動モータについては昇圧器９８を設けると共に、モータドライバ９２も含めて同一のリンクに配置するようにした。
【００５７】
次に駆動電圧が変わったときのモータドライバ９２の制御について説明すると、モータドライバ９２は高速/低速の動作モードに対応した電流フィードバックゲインに設定を変更することで、電動モータに要求される回転速度を実現する。図６にモータ制御のフィードバックループを示す。
【００５８】
１Ｚモータ４０などのＤＣブラシレスモータは、一般に、図６に示されるように、位置と速度と電流についてフィードバック制御される。電流フィードバックゲインＫｉ、より具体的には比例ゲインＫｉｐおよび積分ゲインＫｉｉは、位置フィードバックループと速度フィードバックループの内側で電動モータに流れる電流を制御するループのフィードバック量の大きさを表す。
【００５９】
電動モータのエネルギーはトルク×回転数であり、トルクは電流に比例し、回転数は電圧に比例する。同じエネルギーであれば電圧と電流は反比例の関係にあるので、電圧の増加率だけ電流を抑えるようにする。つまり、以下の式の通りに駆動電圧の切り替えを電流フィードバックゲインに反映することで電動モータに流す電流を変え、電圧を変えても所期の動作を実現させることができる。
Ｋｉ＝Ｃ／Ｖ （Ｋｉ：電流フィードバックゲイン，Ｖ：駆動電圧，Ｃ：定数）
【００６０】
このように電圧変動に対して電動モータの動作特性を維持するには、電流フィードバックゲインを調整するのが最も簡単で理にかなった手法となる。また、フィードバックゲインは電流ゲインでなければならず、位置ゲインや速度ゲインでは実現はできない。
【００６１】
図７はこの実施例に係る移動ロボットの駆動装置の動作を示すフロー・チャートである。図示のプログラムは中央制御器２４によって実行される。
【００６２】
図８は図７の処理で設定される駆動電圧などの特性を示す説明図である。図８に示す値は２Ｙモータ４６についての値であるが、１Ｙモータ４２についても同様である。図８に示す如く、図７に示す処理において駆動電圧は歩行時以外では所定電圧Ｖｍのままとするが、歩行を開始した後は歩行速度に応じてその２倍（２Ｖｍ）あるいは４倍（４Ｖｍ）昇圧する。
【００６３】
電流フィードバックゲインは駆動電圧に応じて設定する。即ち、比例ゲインＫｉｐと積分ゲインＫｉｉは、駆動電圧が最大となるときの値をそれぞれａ，ｂとすると、駆動電圧が減少するにつれて２倍（２ａ，２ｂ）あるいは４倍（４ａ，４ｂ）となるように設定する。
【００６４】
尚、この実施例に係るロボット１０は、１Ｙモータ４２と２Ｙモータ４６が所定電圧Ｖｍで駆動されるときは直立するのみで歩行できず、２Ｖｍで駆動される場合には低速歩行は可能であるが、高速歩行はできず、４Ｖｍで駆動されて初めて高速歩行も可能となるものとする。また、図７には１Ｙモータ４２と２Ｙモータ４６についての処理のみを示すが、その他の電動モータも昇圧されない点を除くと、図７に示す処理に類似した処理で制御される。
【００６５】
以下説明すると、Ｓ１０でパワーオンを実行する。図４を参照してこの処理を説明すると、中央制御器２４は電源制御器２６に対し、バッテリ２８からモータドライバ９２ｂに所定電圧Ｖｍを供給するように指令する。モータドライバ９２ｂは電源制御器２６から指令された所定電圧Ｖｍが供給されたとき、パワーオンが完了した旨の信号を中央制御器２４に送る。
【００６６】
次いでＳ１２に進み、サーボオンを実行する。即ち、中央制御器２４はモータドライバ９２ｂに対し、１Ｙモータ４２などを制御原点位置まで回転した後、その位置で停止させるように指令する。モータドライバ９２ｂはその指令に応じた動作を実行し、それが終了したとき、サーボオンが完了（サーボ機構の有効化動作が完了）した旨の信号を中央制御器２４に送る。
【００６７】
次いでＳ１４に進み、ロボット１０を直立姿勢となるように制御する。具体的には、サーボオンが完了した後、ロボット１０をリフタ（図示せず）から降ろし、６軸力センサ７６と傾斜計８０の出力に基づいて直立状態を保つように制御する。
【００６８】
次いでＳ１６に進み、歩行開始指令（高速／低速歩行の動作モード信号からなる）をモータドライバ９２ａ，９２ｂ，９２ｃに出力する。即ち、中央制御器２４からモータドライバ９２ｂに動作モード信号を送ることで高速歩行動作の開始前に駆動電圧を上げさせる一方、モータドライバ９２の電流フィードバックゲインを下げさせることにより、１Ｙモータ４２などの高速回転に対応させる。
【００６９】
次いでＳ１８に進み、温度センサ１０２で検出された昇圧器９８あるいはモータドライバ９２の温度が所定値を超える温度異常が生じているか否か判断し、否定されるときはＳ２０に進み、モータドライバ９２においてＳ１６で出力された歩行開始指令の動作モードに応じて電流フィードバックゲインの設定を変更させ、Ｓ２２に進み、昇圧器９８をオンさせて動作モードに応じて２Ｖｍあるいは４Ｖｍに昇圧させる。尚、この時点まで駆動電圧は所定電圧Ｖｍのままとする。
【００７０】
次いでＳ２４に進み、昇圧器９８の昇圧動作が正常か否か判断する。これは昇圧器９８の出力電圧をモータドライバ９２ｂ，９２ｃのＡ／Ｄコンバータ（図示せず）でモニタさせ、所定の電圧範囲に昇圧されているか判断することで行う。
【００７１】
Ｓ２４で肯定されるときはＳ２６に進み、ロボット１０の歩行を開始し、Ｓ２８に進んで歩行終了となるまで継続する。次いでＳ３０に進み、モータへの供給電圧を定常状態のＶｍに降圧させ、Ｓ３２に進み、Ｖｍに対応した電流フィードバックゲインに設定を変更させる。次いでＳ３４に進み、直立姿勢に再び制御し、Ｓ３６に進んでサーボオフ（電動モータの停止）し、Ｓ３８に進み、パワーオフ（バッテリ２８からの電圧供給停止）する。
【００７２】
尚、Ｓ１８で肯定される場合、あるいはＳ２４で否定される場合、即ち、温度異常が生じたか、あるいは所定の電圧範囲に昇圧されない場合、昇圧動作を実行しないか、実行しているときは中止する。
【００７３】
図９は、図７の処理を示すタイム・チャートである。
【００７４】
図示の如く、歩行動作開始直前の直立時に電流フィードバックゲインの設定値を変更し、続いて昇圧器９８で昇圧し、歩行が終了した直後に逆の手順で降圧して電流フィードバックゲインの設定値を変更する。即ち、電流フィードバックゲインの設定値は昇圧器９８の電圧を上げる前に変更し、電圧を下げた後に変更する。図では左脚の昇圧器とモータドライバの制御期間を表記していないが、右脚と同様の処理が行われる。このように、昇圧する前に電流フィードバックゲインを下げ、逆に降圧した後に電流フィードバックゲインを上げるようにしている。この順序が逆の場合はモータが発振する場合があるので、安全を考えてこのように設定する。
【００７５】
尚、昇圧が完了する前に電流フィードバックゲインが下げられる事態も生じ得るが、その場合にはモータのトルクが不足することも考えられる。しかしながら、切り替えのタイミングは直立時であるため、トルク不足が若干であれば、それによる影響は少ないと思われる。これは、第２実施例で切り替えのタイミングを遊脚とするときも同様である。いずれにしても、この切り替えのタイミングのずれは、少なければ少ないほど望ましい。
【００７６】
上記した如く、第１実施例にあっては、関節、即ち、股関節、膝関節、足関節を介して連結される複数本（２本）のリンク（大腿リンク３０、下腿リンク３２）の関節に配置される１Ｙモータ４２などの電動モータに、電力線９０を通じてバッテリ（電源）２８から供給される電圧を通電指令に応じて供給して駆動するモータドライバ（駆動回路）９２ａ，９２ｂ，９２ｃを少なくとも備えた移動ロボット１０の駆動装置において、１Ｙモータ４２などの電動モータに供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器９８ａ，９８ｂを備えると共に、１Ｙモータ４２などと昇圧器９８ａ、９８ｂと駆動回路９２ｂ，９２ｃとを同一のリンク（大腿リンク３０、下腿リンク３２）に配置する如く構成した。
【００７７】
より具体的には、基体１４に股関節を介して接続される大腿リンク３０と大腿リンク３０に膝関節を介して接続される下腿リンク３２とからなる複数本（２本）の脚部１２を備えると共に、少なくとも大腿リンク３０などを進行方向に駆動する１Ｙモータ（第１の電動モータ）４２と２Ｙモータ（第２の電動モータ）４６に電力線９０を通じてバッテリ（電源）２８から供給される電圧を通電指令に応じて供給して駆動するモータドライバ（駆動回路）９２ｂ，９２ｃを少なくとも備えた脚式移動ロボット１０の駆動装置において、少なくとも１Ｙモータ４２と２Ｙモータ４６に供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器９８ａを備えると共に、少なくとも１Ｙモータ４２などと昇圧器９８ａとモータドライバ９２ｂとを同一のリンク（大腿リンク）３２に配置する如く構成した。
【００７８】
これにより、安全性を考慮した低電圧要求と高速移動のための高電圧要求とを共に満足することができ、よって効率的に電圧を供給することができる。即ち、モータドライバ９２ｂ，９２ｃと同一のリンクに昇圧器９８ａ，９８ｂを備えることで電力線９０の電圧を低く抑えることができ、バッテリ２８と１Ｙモータ４２などの電動モータを接続する電力線９０が関節を跨ぐとき、関節部分で断線するなどして漏電したとしても、それほど不都合は生じない。他方、高電圧が必要なときは昇圧器９８ａ，９８ｂで昇圧して供給することで、高速移動にも対応することができ、よって効率的に電圧を供給することができる。
【００７９】
さらに、昇圧器９８ａ，９８ｂの配置を、電動モータのうちの高電圧が要求されるもの、即ち、大腿リンク３０などを進行方向に駆動する１Ｙモータ４２，２Ｙモータ４６，３Ｙモータ４８などに限定して配置すると、それらを大腿リンク３０などの同一のリンクに配置するように構成したので、一層効率的に電圧を供給することができる。
【００８０】
さらに、１Ｙモータ４２などで駆動電圧は全て昇圧器９８を介した出力とするため、バッテリ２８の電圧が変動しても駆動電圧を一定に保つことができ、モータ動作を安定にすることができる。また、駆動電圧と制御電圧を同じ値（Ｖｍ）とすることで、図１７に示した従来技術で使用される電源制御器２６内の降圧器が不要となり、電源制御器２６からモータドライバ９２への電力線９０も１本のケーブルになるため、軽量かつ低コストにすることができる。ただし、電圧が低くなる分電流を多く流す必要があるため、電力線９０はより太くなることも予想されるが、それを超えるメリットがある。
【００８１】
また、移動状況に応じて昇圧器９８の昇圧動作を制御する昇圧制御手段（Ｓ１６からＳ２２）を備える、より具体的には歩行開始指令（動作モード信号）を送り、高速歩行動作開始前に駆動電圧を上げさせる一方、モータドライバ９２を介して電流フィードバックゲインを下げさせることにより電動モータの高速回転に対応させる如く構成したので、上記した効果に加え、必要な電圧を過不足なく供給することができ、一層効率的に電圧を供給することができる。
【００８２】
また、昇圧制御手段は、昇圧器９８の出力電圧を監視し、所定の電圧に昇圧されないとき、昇圧動作を中止する（Ｓ２４，Ｓ３０）如く構成したので、上記した効果に加え、単に昇圧器９８の出力を監視するだけでフェールを検出することができ、移動を停止するなど、必要な対策を講じることができる。
【００８３】
また、昇圧器９８とモータドライバ９２の少なくともいずれかに配置される温度センサ１０２を備えると共に、昇圧制御手段は、温度センサを介して検出される温度が所定温度以上であるとき、昇圧動作を中止する（Ｓ１８，Ｓ３０）如く構成したので、上記した効果に加え、温度を通じてフェールを検出することができ、移動を停止するなど、必要な対策を講じることができる。
【００８４】
また、駆動電流を目標値にフィードバック制御するフィードバック制御手段（中央制御器２４，モータドライバ９２）を備えると共に、昇圧制御手段の昇圧動作に応じて電流フィードバック制御のゲインを変更する（Ｓ２０）如く構成したので、上記した効果に加え、２Ｙモータ４６などを必要な回転数で確実に駆動することができる。
【実施例２】
【００８５】
図１０はこの発明の第２実施例に係る移動ロボットの駆動装置の動作を示す、図７と同様のフロー・チャートである。図示のプログラムも、中央制御器２４によって実行される。
【００８６】
図１１は、図１０の処理で設定される駆動電圧などの特性を示す、図８と同様の説明図である。第２実施例においては図１１に示すように駆動電圧を第１実施例と同様に歩行時以外と歩行時で相違させると共に、低速歩行時と高速歩行時の支持脚時では２Ｖｍとする一方、高速回転が要求される高速歩行時の遊脚時では４Ｖｍとした。電流フィードバックゲインの設定値の変更は、第１実施例と同様である。
【００８７】
また、図１１に示す値は２Ｙモータ４６についての値であるが、１Ｙモータ４２についても同様であることも第１実施例と異ならない。また、１Ｙモータ４２と２Ｙモータ４６についての処理のみを示すが、その他の電動モータも類似した処理で制御されることも第１実施例と同様である。
【００８８】
以下説明すると、Ｓ１００からＳ１０４まで第１実施例と同様の処理を行った後、Ｓ１０６に進み、歩行時直前に歩行開始信号をモータドライバ９２に出力し、Ｓ１０８に進み、歩行を開始させる。
【００８９】
Ｓ１１０においてモータドライバ９２ｂにおいて歩行開始信号に応じて直立スタート時の設定電圧である２Ｖｍに昇圧させるために電流フィードバックゲインの設定値を変更させ、Ｓ１１２において昇圧器９８ａをオンさせて２Ｖｍに昇圧させる。次いでＳ１１４に進み、昇圧されたか否か判断し、肯定されるときはＳ１１６に進み、温度異常が生じたか否か判断する。
【００９０】
Ｓ１１６で否定されるときはＳ１１８に進み、動作モードの更新、即ち、図１１に示す動作モードをモータドライバ９２ｂ，９２ｃに逐次出力し、Ｓ１１２に進み、モータドライバ９２ｂにおいて図１１に示す特性に基づいて高速駆動が要求されるか否か判断させる。Ｓ１２０で肯定されるときはＳ１２２に進み、モータドライバ９２ｂ，９２ｃを介して図１１の特性に基づいて電流フィードバックゲインを高速駆動時の設定値に変更させ、Ｓ１２４に進み、昇圧器９８の出力を４Ｖｍに昇圧させる。次いでＳ１２６に進み、昇圧されたか否か再び判断する。
【００９１】
他方、Ｓ１２０で否定されるときはＳ１２８に進み、低速駆動で足りるので、図１１の特性に基づいてモータドライバ９２ｂを介して２Ｖｍに降圧させ、次いでＳ１３０に進み、２Ｖｍに対応する電流フィードバックゲインに設定値に変更させる。
【００９２】
次いでＳ１３２に進み、歩行終了か否か判断し、否定される限り、上記した処理を繰り返す一方、肯定されるときはＳ１３４に進んで定常状態のＶｍに降圧させ、Ｓ１３６に進み、電流フィードバックゲインの設定値を対応する値に変更し、第１実施例と同様、Ｓ１３８からＳ１４２の処理を経て終了する。尚、Ｓ１１４で否定される、あるいはＳ１１６で肯定される、あるいはＳ１２６で否定されるときはＳ１３４に進む。
【００９３】
図１２は図１０の処理を示すタイム・チャートである。
【００９４】
ロボット１０が直立状態から歩き始めたときに最初に出す脚が遊脚となり、反対の脚は支持脚となる。高速回転が必要になるのは、高速歩行時に遊脚である右足を大きく前に出すときで、この期間を黒色で示す。
【００９５】
通常、高速回転が必要になるのは遊脚時である。換言すれば遊脚であり、しかも高速回転する瞬間だけ電圧が高ければ足りるので、第２実施例においては、４Ｖｍへの昇圧あるいは４Ｖｍからの降圧のタイミングを遊脚時とし、その瞬間のみ高圧となるに制御するようにした。
【００９６】
上記の如く、第２実施例に係る移動ロボットの駆動装置においても移動状況に応じて予め設定されたテーブル値、即ち、図１１に示す特性を検索して遊脚時に高速駆動が可能となるように昇圧器９８の昇圧動作を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、必要な電圧を過不足なく供給するのが容易となり、一層効率的に電圧を供給することができる。
【００９７】
さらに、４Ｖｍへの昇圧あるいは４Ｖｍからの降圧のタイミングを転倒の危険性が少ない遊脚時としたことで、駆動電圧と電流フィードバックゲインの設定のずれにより、万一１Ｙモータ４２などが発振したとしても、転倒の可能性を低減することができる。
【００９８】
尚、残余の構成および効果は、第１実施例と異ならない。
【実施例３】
【００９９】
図１３はこの発明の第３実施例に係る移動ロボットの駆動装置の動作を示す、図７と同様のフロー・チャートである。図示のプログラムも、中央制御器２４によって実行される。
【０１００】
図１４は第３実施例の電圧変更特性を２Ｙモータ４６について示す、図８あるいは図１１と同様の説明図である。第３実施例においては、図１４に示す如く、ロボット１０の動作から推定される必要関節角速度、即ち、膝関節の角速度ω［ｒａｄ／ｓｅｃｏｎｄ］から、それに対応した電圧レベルと電流フィードバックゲインの設定値を予めテーブル値として用意し、細やかな制御を可能とした。
【０１０１】
第１、第２実施例と相違する点に焦点をおいて説明すると、Ｓ２００からＳ２１０まで第１、第２実施例と同様の処理を行った後、Ｓ２１２に進み、関節角速度ωを更新する。即ち、中央制御器２４は歩行開始後、図１４に示す特性に従って膝関節の角速度ωをω１からω４の間でモータドライバ９２ｂに逐次出力する。尚、図１４に示す値は２Ｙモータ４６についての値であるが、１Ｙモータ４２についても同様である。
【０１０２】
次いでＳ２１４において関節角速度ωの変更があると判断されるとき、Ｓ２１６においてモータドライバ９２ｂを介して電流フィードバックゲインの設定を変更し、Ｓ２１８において設定電圧、即ち、昇圧器９８ａの出力電圧を変更させ、Ｓ２２０で電圧が変更されたか否か判断し、上記した処理をＳ２２２で歩行終了と判断されるまで繰り返す。尚、残余の処理は第１、第２実施例のそれと同様である。１Ｙモータ４２と２Ｙモータ４６についての処理のみを図示したが、その他の電動モータも類似した処理で制御されることも第１、第２実施例と同様である。
【０１０３】
図１５は図１３の処理を示すタイム・チャートである。
【０１０４】
上記の如く、第３実施例に係る移動ロボットの駆動装置においても、移動状況に応じて予め設定されたテーブル値、即ち、図１４に示すようにロボット１０の動作から推定される膝関節の角速度に基づき、それに対応した電圧レベルと電流フィードバックゲインを検索して昇圧器９８ａの昇圧動作を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、必要な電圧を過不足なく供給するのが容易となり、一層効率的に電圧を供給することができる。
【０１０５】
尚、残余の構成および効果は、第１実施例と異ならない。
【実施例４】
【０１０６】
図１６は、この発明に係る移動ロボットの駆動装置の第４の実施例を示す、図４と同様の駆動装置のブロック図である。
【０１０７】
第４実施例においては、昇圧器９８ａ，９８ｂを電力線９０に介挿すると共に、電力線９０に昇圧器９８ａ，９８ｂをバイパスするバイパス路９０ａを設ける如く構成した。バイパス路９０ａには逆流防止ダイオード１０４が設置される。
【０１０８】
また、バッテリ２８の出力電圧を２Ｖｍとし、電源制御器２６の降圧器２６ａでＶｍに降圧するようにした。即ち、電力線９０に加え、第２の電力線１０６を設け、電力線９０を介して駆動電圧２Ｖｍを供給すると共に、第２の電力線１０６を介して降圧された制御電圧Ｖｍを供給するようにした。
【０１０９】
第４実施例は上記の如く構成したので、バイパス路に逆流防止ダイオード１０４を必要とする不都合がある反面、昇圧器９８を介する場合に比して電力損失を低減することができる。尚、ダイオード１０４はＦＥＴに置き換えることも可能である。
【０１１０】
第１から第４実施例は上記の如く、関節を介して連結される複数本のリンク（大腿リンク３０、下腿リンク３２）と、前記関節に配置される電動モータ（１Ｙモータ４２，２Ｙモータ４６など）と、前記複数本のリンク以外の部位に配置される電源（バッテリ）２８と、前記電源と前記電動モータを接続する電力線９０と、前記電力線を通じて前記電源から供給される電圧を通電指令に応じて前記電動モータに供給して駆動する駆動回路（モータドライバ９２）とを少なくとも備えた移動ロボット１０の駆動装置において、前記電動モータに供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器９８を備えると共に、前記電動モータと前記昇圧器と前記駆動回路とを同一のリンク（大腿リンク３０あるいは下腿リンク３２）に配置する如く構成した。
【０１１１】
また、基体１４と、前記基体に股関節を介して接続される大腿リンク３０と前記大腿リンクに膝関節を介して接続される下腿リンク３２とからなる複数本の脚部１２と、前記股関節に配置されると共に、前記大腿リンクを進行方向に駆動する第１の電動モータ（１Ｙモータ４２）と、前記膝関節に配置されると共に、前記下腿リンクを前記進行方向に駆動する第２の電動モータ（２Ｙモータ４６）と、前記大腿リンクと下腿リンク以外の部位に配置される電源（バッテリ）２８と、前記電源と前記第１、第２の電動モータを接続する電力線９０と、通電指令に応じて前記電力線を通じて前記電源から供給される電圧を前記第１、第２の電動モータに供給して駆動する駆動回路（モータドライバ９２ｂ）とを少なくとも備えた移動ロボット１０の駆動装置において、前記第１、第２の電動モータ（１Ｙモータ４２，２Ｙモータ４６）に供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器９８ａを備えると共に、前記第１、第２の電動モータ（１Ｙモータ４２，２Ｙモータ４６）と前記昇圧器９８ａと前記第１、第２の電動モータを駆動する駆動回路（モータドライバ９２ｂ）とを同一のリンク（大腿リンク３０）に配置する如く構成した。
【０１１２】
また、第４実施例に示す如く、前記昇圧器９８を前記電力線９０に介挿すると共に、前記電力線９０に前記昇圧器９８をバイパスするバイパス路９０ａを設ける如く構成した。
【０１１３】
また、移動状況に応じて前記昇圧器の昇圧動作を制御する昇圧制御手段（Ｓ１６からＳ２２；Ｓ１０６からＳ１３０；Ｓ２０６からＳ２１８）を備える如く構成した。
【０１１４】
また、前記昇圧制御手段は、前記移動状況に応じて予め設定されたテーブル値を検索して前記昇圧器９８の昇圧動作を制御する（Ｓ１６からＳ２２；Ｓ１０６からＳ１３０；Ｓ２０６からＳ２２０）如く構成した。
【０１１５】
また、前記昇圧制御手段は、前記昇圧器９８の出力電圧を監視し、所定の電圧に昇圧されないとき、前記昇圧動作を中止する（Ｓ２４，Ｓ３０；Ｓ１１４，Ｓ１３４；Ｓ２２０，Ｓ２２４）如く構成した。
【０１１６】
また、前記昇圧器９８と駆動回路（モータドライバ９２）の少なくともいずれかに配置される温度センサを備えると共に、前記昇圧制御手段は、前記温度センサを介して検出される温度が所定温度以上であるとき、前記昇圧動作を中止する（Ｓ１８，Ｓ３０；Ｓ１１６，Ｓ１３４；Ｓ２１０，Ｓ２２４）如く構成した。
【０１１７】
また、駆動電流を目標値にフィードバック制御するフィードバック制御手段（Ｓ２０；Ｓ１２２，Ｓ１３０；Ｓ２１６，Ｓ２２６）を備えると共に、前記フィードバック制御手段は前記昇圧制御手段の昇圧動作に応じて前記フィードバック制御のゲイン（電流フィードバックゲイン）を変更する（Ｓ２０；Ｓ１２２，Ｓ１３０；Ｓ２１６，Ｓ２２６）如く構成した。
【０１１８】
尚、上記において、脚部１２についてのみ示したが、腕部２０についても同様であり、関節を跨ぐモータドライバについて昇圧器を設けると共に、それらを同一のリンクに配置するようにしても良い。
【０１１９】
また、１個のモータドライバ９２で２個の電動モータを制御するようにしたが、モータドライバ９２で制御する電動モータの数はそれに限られるものではなく、モータドライバ９２のＣＰＵの処理能力や重量、大きさ、配線の複雑さなどさまざまな要因を考慮した上で決定される。例えば、モータドライバ９２が非常に軽量で小型であれば、電動モータ１個に対して１個のモータドライバで制御することも可能である。またＣＰＵの処理能が十分高ければ、１個のモータドライバで４個の電動モータを制御することもできる。
【０１２０】
また、１Ｙモータ４２と２Ｙモータ４６を制御するモータドライバ９２ｂと３Ｙモータ４８と３Ｘモータ５０を制御するモータドライバ９２ｃの双方に昇圧器９８を配置したが、１Ｙモータ４２と２Ｙモータ４６を制御するモータドライバ９２ｂのみに昇圧器９８を配置するようにしても良い。
【０１２１】
また、電流フィードバックゲインを駆動電圧から算出したが、モータ回転数と駆動電圧は比例関係にあるので、以下の様にモータ回転数から算出しても良い。
Ｋｉ＝Ｃ／Ｎ （Ｎ：モータ回転数、Ｃ：定数）
【０１２２】
また、図８、図１１および図１４において動作モードの数を３あるいは４としたが、それに限られるものではない。このように、数パターン程度までが現実的ではないかと考えられる。
【０１２３】
また、中央制御器２４の出力に応じて駆動電圧を変更するようにしたが、６軸力センサ７６の出力から着床や離床を判断して行っても良い。
【０１２４】
また、移動体の例として移動ロボット、特に脚式移動ロボットを示したが、この発明はそれに限られるものではなく、関節を介して連結される複数本のリンクを備えると共に、その関節に配置された電動モータに関節以外の部位に配置された電源から電圧を供給する移動ロボットであれば、どのようなものにも妥当する。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】この発明の第１実施例に係る移動ロボットの駆動装置が対象とする移動ロボットの正面図である。
【図２】図１に示すロボットの側面図である。
【図３】図１に示すロボットをスケルトンで示す説明図である。
【図４】図２に示すバッテリから電動モータへの駆動電圧の供給を示すブロック図である。
【図５】図４に示すモータドライバなどのロボットおける配置を具体的に示す、図２と同様なロボットの側面図である。
【図６】図４などに示す電動モータ制御のフィードバックループを示すブロック図である。
【図７】この発明の第１実施例に係る移動ロボットの駆動装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図８】図７に示す処理で設定される駆動電圧と電流フィードバックゲインの特性を示す説明図である。
【図９】図７に示す処理を示すタイム・チャートである。
【図１０】この発明の第２実施例に係る移動ロボットの駆動装置の動作を示す、図７と同様のフロー・チャートである。
【図１１】図１０に示す処理で設定される駆動電圧と電流フィードバックゲインの特性を示す説明図である。
【図１２】図１０に示す処理を示すタイム・チャートである。
【図１３】この発明の第３実施例に係る移動ロボットの駆動装置の動作を示す、図７と同様のフロー・チャートである。
【図１４】図１３に示す処理で設定される駆動電圧と電流フィードバックゲインの特性を示す説明図である。
【図１５】図１３に示す処理を示すタイム・チャートである。
【図１６】この発明に係る移動ロボットの駆動装置の第４の実施例を示す、図４と同様の駆動装置のブロック図である。
【図１７】従来技術に係る移動ロボットの駆動装置を示す、図４と同様の駆動装置のブロック図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１０ 脚式移動ロボット（移動ロボット）、１２ 脚部、１４ 基体、２０ 腕部、２４ 中央制御器、２６ 電源制御器、２８ バッテリ（電源）、３０ 大腿リンク、３２ 下腿リンク、４０ １Ｚモータ（電動モータ）、４２ １Ｙモータ（電動モータ）、４４ １Ｘモータ（電動モータ）、４６ ２Ｙモータ（電動モータ）、４８ ３Ｙモータ（電動モータ）、５０ ３Ｘモータ（電動モータ）、９０ 電力線、９２ モータドライバ（駆動回路）、９６ 信号線、９８ 昇圧器、１０２ 温度センサ、１０４ 逆流防止ダイオード、１０６ 第２の電力線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節を介して連結される複数本のリンクと、前記関節に配置される電動モータと、前記複数本のリンク以外の部位に配置される電源と、前記電源と前記電動モータを接続する電力線と、前記電力線を通じて前記電源から供給される電圧を通電指令に応じて前記電動モータに供給して駆動する駆動回路とを少なくとも備えた移動ロボットの駆動装置において、前記電動モータに供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器を備えると共に、前記電動モータと昇圧器と前記駆動回路とを同一のリンクに配置したことを特徴とする移動ロボットの駆動装置。
【請求項２】
基体と、前記基体に股関節を介して接続される大腿リンクと前記大腿リンクに膝関節を介して接続される下腿リンクとからなる複数本の脚部と、前記股関節に配置されると共に、前記大腿リンクを進行方向に駆動する第１の電動モータと、前記膝関節に配置されると共に、前記下腿リンクを前記進行方向に駆動する第２の電動モータと、前記大腿リンクと下腿リンク以外の部位に配置される電源と、前記電源と前記第１、第２の電動モータを接続する電力線と、通電指令に応じて前記電力線を通じて前記電源から供給される電圧を前記第１、第２の電動モータに供給して駆動する駆動回路とを少なくとも備えた移動ロボットの駆動装置において、前記第１、第２の電動モータに供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器を備えると共に、前記第１、第２の電動モータと前記昇圧器と前記第１、第２の電動モータを駆動する駆動回路とを同一のリンクに配置したことを特徴とする移動ロボットの駆動装置。
【請求項３】
前記昇圧器を前記電力線に介挿すると共に、前記電力線に前記昇圧器をバイパスするバイパス路を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の移動ロボットの駆動装置。
【請求項４】
移動状況に応じて前記昇圧器の昇圧動作を制御する昇圧制御手段を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の移動ロボットの駆動装置。
【請求項５】
前記昇圧制御手段は、前記移動状況に応じて予め設定されたテーブル値を検索して前記昇圧器の昇圧動作を制御することを特徴とする請求項４記載の移動ロボットの駆動装置。
【請求項６】
前記昇圧制御手段は、前記昇圧器の出力電圧を監視し、所定の電圧に昇圧されないとき、前記昇圧動作を中止することを特徴とする請求項４または５記載の移動ロボットの駆動装置。
【請求項７】
前記昇圧器と駆動回路の少なくともいずれかに配置される温度センサを備えると共に、前記昇圧制御手段は、前記温度センサを介して検出される温度が所定温度以上であるとき、前記昇圧動作を中止することを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の移動ロボットの駆動装置。
【請求項８】
駆動電流を目標値にフィードバック制御するフィードバック制御手段を備えると共に、前記フィードバック制御手段は前記昇圧制御手段の昇圧動作に応じて前記フィードバック制御のゲインを変更することを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載の移動ロボットの駆動装置。
【請求項１】
関節を介して連結される複数本のリンクと、前記関節に配置される電動モータと、前記複数本のリンク以外の部位に配置される電源と、前記電源と前記電動モータを接続する電力線と、前記電力線を通じて前記電源から供給される電圧を通電指令に応じて前記電動モータに供給して駆動する駆動回路とを少なくとも備えた移動ロボットの駆動装置において、前記電動モータに供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器を備えると共に、前記電動モータと昇圧器と前記駆動回路とを同一のリンクに配置したことを特徴とする移動ロボットの駆動装置。
【請求項２】
基体と、前記基体に股関節を介して接続される大腿リンクと前記大腿リンクに膝関節を介して接続される下腿リンクとからなる複数本の脚部と、前記股関節に配置されると共に、前記大腿リンクを進行方向に駆動する第１の電動モータと、前記膝関節に配置されると共に、前記下腿リンクを前記進行方向に駆動する第２の電動モータと、前記大腿リンクと下腿リンク以外の部位に配置される電源と、前記電源と前記第１、第２の電動モータを接続する電力線と、通電指令に応じて前記電力線を通じて前記電源から供給される電圧を前記第１、第２の電動モータに供給して駆動する駆動回路とを少なくとも備えた移動ロボットの駆動装置において、前記第１、第２の電動モータに供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器を備えると共に、前記第１、第２の電動モータと前記昇圧器と前記第１、第２の電動モータを駆動する駆動回路とを同一のリンクに配置したことを特徴とする移動ロボットの駆動装置。
【請求項３】
前記昇圧器を前記電力線に介挿すると共に、前記電力線に前記昇圧器をバイパスするバイパス路を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の移動ロボットの駆動装置。
【請求項４】
移動状況に応じて前記昇圧器の昇圧動作を制御する昇圧制御手段を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の移動ロボットの駆動装置。
【請求項５】
前記昇圧制御手段は、前記移動状況に応じて予め設定されたテーブル値を検索して前記昇圧器の昇圧動作を制御することを特徴とする請求項４記載の移動ロボットの駆動装置。
【請求項６】
前記昇圧制御手段は、前記昇圧器の出力電圧を監視し、所定の電圧に昇圧されないとき、前記昇圧動作を中止することを特徴とする請求項４または５記載の移動ロボットの駆動装置。
【請求項７】
前記昇圧器と駆動回路の少なくともいずれかに配置される温度センサを備えると共に、前記昇圧制御手段は、前記温度センサを介して検出される温度が所定温度以上であるとき、前記昇圧動作を中止することを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の移動ロボットの駆動装置。
【請求項８】
駆動電流を目標値にフィードバック制御するフィードバック制御手段を備えると共に、前記フィードバック制御手段は前記昇圧制御手段の昇圧動作に応じて前記フィードバック制御のゲインを変更することを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載の移動ロボットの駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
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【図５】
【図６】
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【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
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【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００８−３０７６６８（Ｐ２００８−３０７６６８Ａ）
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６００３７（Ｐ２００７−１６００３７）
【出願日】平成１９年６月１８日（２００７．６．１８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１８日（２００７．６．１８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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