JP5468973B2 - Legged mobile robot - Google Patents
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Description
本発明は、脚式移動ロボットに関する。 The present invention relates to a legged mobile robot.
上腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、下腿リンクと足平を連結する足首関節とを有する脚体を備え、脚体を駆動して移動する脚式移動ロボットが知られている。 2. Description of the Related Art A legged mobile robot that includes a leg having a knee joint that connects an upper leg link and a lower leg link and an ankle joint that connects a lower leg link and a foot, and moves by driving the leg is known.
例えば、特許文献1には、大腿リンク(上腿リンク)と下腿リンクを連結する膝関節が膝Y軸(膝ピッチ軸)を有し、上腿リンクに配置された電動モータの出力がベルト及び減速機を介して膝Y軸に伝達される脚式移動ロボットが開示されている。 For example, in Patent Document 1, a knee joint that connects a thigh link (upper thigh link) and a lower thigh link has a knee Y axis (knee pitch axis), and an output of an electric motor disposed on the upper thigh link is a belt and A legged mobile robot that is transmitted to the knee Y-axis via a speed reducer is disclosed.
この脚式移動ロボットにおいては、大腿リンクに電動モータが配置され、この電動モータの出力がベルトを介して膝Y軸と同軸に配置された中間軸に伝達される。中間軸の回転は、ベルトを介し、下腿リンクに配置された減速機に伝達される。そして、減速機で減速された出力が、ロッド機構を介して足首Y軸(足首ピッチ軸)に伝達される。ロッド機構は平行クランク機構とされており、減速機の出力軸の外側側部に固定された第1のクランクの回転が、平行リンクを介し、足首Y軸の外側側部に固定された第2のクランクに伝達される。これにより、電動モータの出力が、中間軸や平行クランク機構等を介して足首Y軸に伝達され、足首Y軸がY軸回り(ピッチ方向)に回転可能となっている。 In this legged mobile robot, an electric motor is disposed on the thigh link, and the output of the electric motor is transmitted via a belt to an intermediate shaft disposed coaxially with the knee Y axis. The rotation of the intermediate shaft is transmitted via a belt to a speed reducer disposed on the lower leg link. And the output decelerated by the reduction gear is transmitted to the ankle Y-axis (ankle pitch axis) via the rod mechanism. The rod mechanism is a parallel crank mechanism, and the rotation of the first crank fixed to the outer side of the output shaft of the speed reducer is a second fixed to the outer side of the ankle Y-axis via a parallel link. Transmitted to the crank. As a result, the output of the electric motor is transmitted to the ankle Y-axis via the intermediate shaft, the parallel crank mechanism, etc., and the ankle Y-axis can rotate about the Y-axis (pitch direction).
さらに、上腿リンクに別の電動モータが配置され、この電動モータの出力がベルトを介して膝Y軸と同軸に配置された別の中間軸に伝達される。そして、中間軸の回転は、ベルトを介し、足首Y軸と同軸に配置された受動軸に伝達される。受動軸の端部の内側端部には、ドライブベベルギヤが固定され、このドライブベベルギヤは、足首X軸(足首ロール軸)の端部に固定されたドリブンベベルギヤと噛合している。これにより、電動モータの出力が、中間軸、受動軸等を介して足首X軸に伝達され、足首X軸がX軸回り(ロール方向)に回転可能となっている。 Further, another electric motor is disposed on the upper thigh link, and the output of this electric motor is transmitted to another intermediate shaft disposed coaxially with the knee Y axis via the belt. Then, the rotation of the intermediate shaft is transmitted to a passive shaft disposed coaxially with the ankle Y-axis via a belt. A drive bevel gear is fixed to the inner end portion of the end portion of the passive shaft, and this drive bevel gear meshes with a driven bevel gear fixed to the end portion of the ankle X-axis (ankle roll shaft). Thereby, the output of the electric motor is transmitted to the ankle X-axis via the intermediate shaft, the passive shaft, etc., and the ankle X-axis can rotate about the X-axis (roll direction).
上記特許文献1に開示された脚式移動ロボットにおいては、両端にロッドが連結されたクランクが足首Y軸の外側側部に固定されている。さらに、足首Y軸と同軸に配置された受動軸、この受動軸の端部の内側端部に固定されたドライブベベルギヤ、及び足首X軸の端部に固定されたドリブンベベルギヤを備えている。そのため、足首部は、大型となり、重量も大きくなる。 In the legged mobile robot disclosed in Patent Document 1, a crank having rods connected to both ends is fixed to the outer side portion of the ankle Y-axis. Furthermore, a passive shaft arranged coaxially with the ankle Y-axis, a drive bevel gear fixed to the inner end of the end of the passive shaft, and a driven bevel gear fixed to the end of the ankle X-axis are provided. Therefore, the ankle part becomes large and the weight increases.
脚体の末端側(足平側)の重量が大きいと、脚式移動ロボットを移動させる際に脚体に大きな慣性力が発生し、各関節を駆動させるアクチュエータを高出力なものとする必要が生じる。 If the weight of the leg end (foot side) is heavy, a large inertial force is generated in the leg when moving the legged mobile robot, and the actuator that drives each joint needs to have a high output. Arise.
本発明は、以上の点に鑑み、足首部のコンパクト化が可能な脚式移動ロボットを提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a legged mobile robot capable of making an ankle part compact.
本発明は、上腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、前記下腿リンクと足平を連結する足首関節とを有する脚体を備え、前記膝関節及び前記足首関節が第1の方向に揺動軸線を有し、前記脚体を駆動して移動する脚式移動ロボットであって、前記下腿リンクに設けられ、前記第1の方向の軸線回りに揺動可能な揺動部材と、一端が前記揺動部材の前端に連結された前側ロッドと、一端が前記揺動部材の後端に連結され、他端が前記足首関節の揺動軸線より後方にて前記足平に連結された後側ロッドと、前記前側ロッドを駆動するアクチュエータと、を備えた足首関節駆動機構を有することを特徴とする。 The present invention includes a leg having a knee joint connecting the upper leg link and the lower leg link, and an ankle joint connecting the lower leg link and the foot, and the knee joint and the ankle joint swing in a first direction. A legged mobile robot having a movement axis and moving by driving the leg, a swinging member provided on the lower leg link and swingable about an axis in the first direction ; A front rod connected to the front end of the swinging member, a rear side connected to the foot behind the swinging axis of the ankle joint, and one end connected to the rear end of the swinging member. An ankle joint drive mechanism having a rod and an actuator for driving the front rod is provided.
本発明によれば、足首関節駆動機構によって足平を下腿リンクに対して第1の方向の軸線回りに揺動させることが可能となる。そして、足首関節は、後側ロッドの他端が連結された連結部を備えていればよい。そのため、上記特許文献1のように足首関節軸の外側側部にクランクを固定する必要がなく、足首部をコンパクト且つ軽量にすることが可能となる。そして、これに伴い、脚式移動ロボットを移動させる際に脚体に発生する慣性力が減少し、足首関節を駆動させるために必要なアクチュエータの出力を低減することが可能となる。 According to the present invention, the ankle joint drive mechanism can swing the foot around the axis in the first direction with respect to the crus link. And the ankle joint should just be provided with the connection part to which the other end of the rear side rod was connected. Therefore, it is not necessary to fix the crank to the outer side portion of the ankle joint shaft as in Patent Document 1, and the ankle portion can be made compact and lightweight. Accordingly, the inertial force generated in the leg when the legged mobile robot is moved is reduced, and the output of the actuator required for driving the ankle joint can be reduced.
また、本発明において、前記アクチュエータを前記揺動部材より重力方向において上方に設ける。 Further, in the present invention, Ru is provided the actuator upwardly in the direction of gravity than the rocking member.
よって、重量物であるアクチュエータを脚体の足平から離れた位置に設けることができ、脚式移動ロボットを移動させる際に脚体に発生する慣性力がさらに減少し、足首関節を駆動させる際に必要なアクチュエータの出力をさらに低減することが可能となる。 Therefore , an actuator that is a heavy object can be provided at a position away from the foot of the leg, and the inertial force generated in the leg when the legged mobile robot is moved further decreases, and the ankle joint is driven. It is possible to further reduce the output of the actuator required for the above.
また、本発明において、前記揺動部材の揺動中心は、側面視において、前記膝関節の揺動軸線と前記足首関節の揺動軸線とを結ぶ線より前方に位置する。 Further, in the present invention, the swing center of said swing member, viewed from the side, you positioned forward of the line connecting the pivot axis of the ankle joint and the swing axis of the knee joint.
よって、揺動部材の後方への突出を抑制することが可能となり、後側ロッドと上腿リンクとが干渉するおそれが減少し、膝関節の屈曲角度を十分に確保することができる。 Therefore , it is possible to suppress the rearward protrusion of the swing member, the possibility that the rear rod and the upper leg link interfere with each other, and a sufficient bending angle of the knee joint can be ensured.
また、本発明において、前記足首関節が前記第1の方向と異なる第2の方向に揺動軸線を有し、各前記脚体が前記足首関節駆動機構をそれぞれ2つ備え、各前記後側ロッドが前記足平に異なる位置にて連結されることが好ましい。 In the present invention, the ankle joint has a swing axis in a second direction different from the first direction, each leg includes two ankle joint drive mechanisms, and each of the rear rods Are preferably connected to the foot at different positions.
この場合、各脚体の2つの足首関節駆動機構のそれぞれのアクチュエータを独立して動作させることにより、各脚体の足平を下腿リンクに対して第2の方向にも揺動させることが可能となる。 In this case, it is possible to swing the foot of each leg in the second direction with respect to the lower leg link by independently operating the actuators of the two ankle joint drive mechanisms of each leg. It becomes.
また、本発明において、前記アクチュエータは、前記膝関節と同位置もしくは重力方向において上方に前記第1の方向の軸線回りに回転可能に設けられ、端部が前記前側ロッドの他端と連結された回転板と、前記上腿リンクに設けられ、前記回転板を回転駆動する駆動源とを備えることが好ましい。 Further, in the present invention, the actuator is provided so as to be rotatable about the axis in the first direction at the same position as the knee joint or in the direction of gravity, and has an end connected to the other end of the front rod. It is preferable to include a rotating plate and a drive source that is provided on the upper thigh link and rotationally drives the rotating plate.
この場合、アクチュエータを簡易に構成することが可能となる。また、重量物である駆動源を脚体の足平から離れた上腿リンクに設けるので、脚式移動ロボットを移動させる際に脚体に発生する慣性力が減少し、足首関節を駆動させる際に必要な駆動源の出力を低減することが可能となる。 In this case, the actuator can be configured simply. In addition, since a heavy weight drive source is provided on the upper thigh link away from the foot of the leg, the inertial force generated in the leg when moving the legged mobile robot is reduced, and the ankle joint is driven. It is possible to reduce the output of the drive source necessary for the above.
また、本発明において、前記下腿リンクに固定され、前記下腿リンクの後部を覆う第1カバーと、前記足平に固定され、前記足首関節の後部を覆う第2カバーと、前記足平の後部に連結されるとともに前記下腿リンクに摺動可能に設けられ、前記後側ロッドの後部を覆う第3カバーとを備える。 Further, in the present invention, a first cover fixed to the crus link and covering a rear part of the crus link, a second cover fixed to the foot and covering a rear part of the ankle joint, and a rear part of the foot slidably provided on the shank link with linked, Ru and a third cover covering the rear portion of the rear rod.
よって、下腿リンクに対する足平の揺動に伴う下腿リンクに対する後側ロッドの相対移動に拘わらず、常に第3カバーが後側ロッドの後部を覆う。そのため、第1カバーと第2カバーとの間に隙間が生じても、その隙間を第3カバーが覆うので、埃や水滴等の浸入を確実に防止することができる。 Therefore , the third cover always covers the rear portion of the rear rod regardless of the relative movement of the rear rod with respect to the lower leg link accompanying the swing of the foot with respect to the lower leg link. For this reason, even if a gap is generated between the first cover and the second cover, the third cover covers the gap, so that entry of dust, water droplets, or the like can be reliably prevented.
以下、脚式移動ロボットとして2足移動ロボットを例にとって、本発明の実施形態に係る2足移動ロボット1(以下、単にロボット1という)について説明する。 Hereinafter, a bipedal mobile robot 1 (hereinafter simply referred to as a robot 1) according to an embodiment of the present invention will be described using a bipedal mobile robot as an example of a legged mobile robot.
図1に示すように、ロボット1は、左右一対の脚体2R,2Lと、両脚体2R,2Lの基端部(上端部)に連結された上体4とを備えており、接床する脚体2R,2Lによって上体4が床面の上方に支持される。
As shown in FIG. 1, the robot 1 includes a pair of left and
両脚体2R,2Lは同一構造であり、それぞれ6個の関節を備える。その6個の関節は上体4側から順に、股の回旋用(上体4に対するヨー方向の回転用)の股関節10R,10Lと、股のロール方向(X軸まわり)の回転用の股関節12R,12Lと、股のピッチ方向(Y軸まわり)の回転用の股関節14R,14Lと、膝部のピッチ方向の回転用の膝関節16R,16Lと、足首部のピッチ方向の回転用の足首関節18R,18Lと、足首部のロール方向の回転用の足首関節20R,20Lとから構成されている。
Both
なお、本実施形態の説明では、符号R,Lはそれぞれ右側脚体2R、左側脚体2Lに対応するものであることを意味する。また、X軸方向、Y軸方向は、水平面上で互いに直交する2軸方向であり、X軸方向はロボット1の前後方向(ロール軸方向)、Y軸方向はロボット1の左右方向(ピッチ軸方向)に相当する。また、Z軸方向は鉛直方向(重力方向)であり、ロボット1の上下方向(ヨー軸方向)に相当する。上下方向は重力方向における上下方向を意味する。
In the description of the present embodiment, the symbols R and L mean that they correspond to the
各脚体2R(L)の股関節10R(L),12R(L),14R(L)によって3自由度の股関節が構成され、膝関節16R(L)によって1自由度の膝関節が構成され、足首関節18R(L),20R(L)によって2自由度の足首関節が構成されている。
The
そして、股関節10R(L),12R(L),14R(L)と膝関節16R(L)とは上腿リンク32R(L)で連結され、膝関節16R(L)と足首関節18R(L),20R(L)とは下腿リンク34R(L)で連結されている。また、各脚体2R(L)の足首関節18R(L),20R(L)の下部に、各脚体2R(L)の先端部(下端部)を構成する足平22R(L)が取着されている。また、各脚体2R(L)の上端部(基端部)が、股関節10R(L),12R(L),14R(L)を介して上体4に連結されている。
The
各脚体2R(L)の上記構成により、各脚体2R(L)の足平22R(L)は、上体4に対して6自由度を有する。そして、ロボット1の移動に際して両脚体2R,2Lを合わせて6×2=12個の関節をそれぞれ適宜な角度に駆動することで、両足平22R,22Lの所望の運動を行うことができる。これにより、ロボット1は歩行動作や走行動作等、3次元空間を移動する運動を行うことが可能となっている。
With the above-described configuration of each
なお、図示は省略するが、本実施形態では、上体4の上部の両側部には左右一対の腕体が取り付けられるとともに、上体4の上端部には頭部が搭載される。そして、各腕体は、それに備える複数の関節(肩関節、肘関節、手首関節など)によって、該腕体を上体4に対して前後に振る等の運動を行うことが可能となっている。ただし、これらの腕体及び頭部はなくてもよい。
In addition, although illustration is abbreviate | omitted, in this embodiment, while a left-right paired arm body is attached to the both sides of the upper part of the
各脚体2R(L)の足首関節18R(L),20R(L)と足平22R(L)との間には6軸力センサ36R(L)が介装されている。この6軸力センサ36R(L)は、床から足平22R(L)を介して各脚体2R(L)に伝達される床反力の3軸方向の並進力成分及び3軸まわりのモーメント成分を検出し、その検出信号を図示しない制御ユニットに出力する。
A six-
次に、脚体2R(L)の足首関節18(L),20R(L)の駆動機構について説明する。脚体2R,2Lは、左右対称であり、ここでは、脚体2Rに設けられた足首関節18R,20Rの駆動機構について説明するが、以下、符号Rは適宜省略する。なお、他の関節の駆動機構は、例えば本願出願人が特開平3−184782号などにて提案した公知の構成のものなど、任意の構成であってよい。
Next, the drive mechanism of the ankle joints 18 (L) and 20R (L) of the
図2及び図3に示すように、下腿リンク34と足平22とは、足首ピッチ軸42を揺動中心としてピッチ方向に揺動可能に、且つ足首ロール軸44を揺動中心としてロール方向に揺動可能に連結されている。また、上腿リンク32と下腿リンク34とは、膝ピッチ軸46を相対揺動中心としてヨー方向に揺動可能に連結されている。なお、ピッチ方向が本発明における第1の方向を意味し、ロール方向が本発明における第1の方向と異なる第2の方向を意味する。
2 and 3, the
脚体2は、足首関節18,20を駆動する足首関節駆動機構50r,50lを備えている。足首関節駆動機構50rは脚体2の右側に、足首関節駆動機構50lは脚体2の左側にそれぞれ設けられている。これにより、ロボット1は、合計4つの足首関節駆動機構50Rr,50Rl,50Lr,50Llを備えている。
The
なお、本実施形態の説明では、符号r,lはそれぞれ脚体2R(L)の右側、左側に対応するものであることを意味する。足首関節駆動機構50r,50lは、左右対称であり、ここでは、足首関節駆動機構50rについて説明するが、以下、符号rは適宜省略する。
In the description of the present embodiment, the symbols r and l mean that they correspond to the right side and the left side of the
足首関節駆動機構50は、揺動部材52、前側ロッド54、後側ロッド56及びアクチュエータ58を備えており、揺動部材52、前側ロッド54及び後側ロッド56がZ型リンクを構成している。
The ankle
揺動部材52は、ピッチ方向に揺動可能に下腿リンク34に設けられている。ここでは、揺動部材52は、ピッチ軸方向の軸線52a回りに揺動可能に、下腿リンク34の上下方向中間部に軸支されている。そして、軸線52aは、脚体2の側面視において、足首ピッチ軸42の軸線と膝ピッチ軸46の軸線とを結ぶ線分Lより前方に位置している。
The
前側ロッド54は、その下端(一端)54aが揺動部材52の前端52bに連結されている。ここでは、前側ロッド54は、揺動部材52に対して少なくともピッチ方向に揺動可能に連結されている。
The
後側ロッド56は、その上端(一端)56aが揺動部材52の後端52cに連結され、その下端(他端)56bが足首ピッチ軸42より後方にて足平22に連結されている。ここでは、後側ロッド56の上端は、揺動部材52に図示しない球面ベアリングを介して全方向に揺動可能に連結されている。そして、後側ロッド56の下端は、足平22に球面ベアリング60を介して全方向に揺動可能に連結されている。
The
具体的には、足平22の後部に設けられた連結部62に、球面ベアリング60を介して後側ロッド56の下端56bが連結されている。足平22の略中央上部に足首ロール軸44がロール軸方向に回転可能に軸支されており、この足首ロール軸44の中央部に足首ピッチ軸42がピッチ軸方向に回転可能に挿通されている。そして、連結部62は、足首ピッチ軸42及び足首ロール軸44から離間されており、後側ロッド56と下腿リンク34との干渉が防止されている。
Specifically, the
アクチュエータ58は、前側ロッド54を駆動し、ここでは、揺動部材52より上方に設けられている。具体的には、アクチュエータ58は、膝ピッチ軸46と同軸にピッチ方向に回転可能に設けられ、端部64aが前側ロッド54の上端(他端)54bと連結された回転板64と、上腿リンク32に設けられ、回転板64を回転駆動する駆動源である電動モータ66とを備えている。電動モータ66の出力がベルト68を介して不図示の減速機構から伝達され、回転板64が膝ピッチ軸46回りに回転する。端部64aは回転板64の回転中心、すなわち膝ピッチ軸46の軸心より前方に形成されている。左右の電動モータ66r,66lは、独立して駆動制御が可能であり、前記制御ユニットからの入力に応じて動作する。
The
次に、足首関節18,20の揺動動作について説明する。 Next, the swinging motion of the ankle joints 18 and 20 will be described.
電動モータ66の出力は、ベルト68及び減速機構70を介して回転板64に伝達され、回転板64が回転する。回転板64の回転に応じて、前側ロッド54を介して揺動部材52が揺動し、後側ロッド56を介して足平22が揺動する。
The output of the
具体的には、回転板64が時計回りに回転すると、前側ロッド54が上方に移動し、これにより、揺動部材52が時計回りに揺動し、後側ロッド56が下方に移動し、連結部62の位置が、足首ピッチ軸42と足首ロール軸44との交点Oに対して下方に移動する。一方、回転板64が反時計回りに回転すると、前側ロッド54が下方に移動し、これにより、揺動部材52が反時計回りに揺動し、後側ロッド56が上方に移動し、連結部62の位置が、足首ピッチ軸42と足首ロール軸44との交点Oに対して上方に移動する。
Specifically, when the
これにより、左右の回転板64r,64lがともに時計回りに回転すると、連結部62r,62lが交点Oに対して下方に移動し、図4(a)に示すように、前上がり(つま先上がり)に傾斜するように足平22が下腿リンク34に対してピッチ方向に揺動する。一方、左右の回転板64r,64lがともに反時計回りに回転すると、連結部62r,62lが交点Oに対して上方に移動し、図4(c)に示すように、前下がり(つま先下がり)に傾斜するように足平22が下腿リンク34に対してピッチ方向に揺動する。
As a result, when both the left and right
そして、右側の回転板64rが時計回りに、左側の回転板64lが反時計回りにそれぞれ回転すると、交点Oに対して右側の連結部62rが下方に、左側の連結部62lが上方に移動し、右側が左側より下がるように足平22が下腿リンク34に対してロール方向に揺動する。右側の回転板64rが反時計回りに、左側の回転板64lが時計回りにそれぞれ回転すると、交点Oに対して右側の連結部62rが上方に、左側の連結部62lが下方に移動し、右側が左側より高くなるように足平22が下腿リンク34に対してロール方向に揺動する。
When the right
このように、左右の電動モータ66r,66lを適宜駆動制御することにより、足平22を下腿リンク34に対してピッチ方向及びロール方向に揺動する。
Thus, the
以上説明したように、本実施形態に係るロボット1は、その足首関節が、足平22の上部に軸支された足首ロール軸44、この足首ロール軸44に挿通された足首ピッチ軸42及び左右の後側ロッド56r,56lとそれぞれ連結される左右の連結部62r,62lから構成されており、簡素に構成されている。そのため、上記特許文献1に開示された脚式移動ロボットの足首部と比較して、足首部をコンパクト化、軽量化することが可能となる。そして、これに伴い、ロボット1を移動させる際に脚体2に発生する慣性力が減少し、足首関節18,20を駆動させる電動モータ66の定格出力を低減させることが可能となる。
As described above, in the robot 1 according to the present embodiment, the ankle joint has the
なお、交点Oより前方にて足平22に連結部を設け、この連結部と回転板64の端部64aとを直接連結する1本のロッドを設けることが想定される。しかし、この場合、足平22の前上がり角度を十分に確保できないおそれがある。人間などの足首関節は、前上がり角度が後上がり角度(前下がり角度)よりも相当程度大きくなるように構成されており、特に、蹴り足時に足平22の前上がり角度が大きくなる。一方、本実施形態に係るロボット1は、交点Oより後方にて足平22に連結部62を設けているので、十分に大きな前上がり角度を確保することが可能である。なお、後上がり角度は制限を受け得るが、人間類似の移動形態である限り、問題は生じない。
In addition, it is assumed that a connecting portion is provided on the
また、回転板64の後側の端部と連結部62とを直接連結する1本のロッドを設けることが想定される。しかし、この場合、このロッドと上腿リンク32とが干渉して、膝関節16の屈曲角度を十分に確保できないおそれがある。一方、本実施形態に係るロボット1は、回転板64の前方の端部64aに前側ロッド54を連結しているので、前側ロッド54と上腿リンク32とが干渉するおそれがなく、膝関節16の屈曲角度を十分に確保することができる。
In addition, it is assumed that one rod for directly connecting the rear end portion of the
また、回転板64の端部64aと連結部62とを直接連結する1本のロッドを設けることが想定される。しかし、この場合、足平22を揺動させるために必要な電動モータ66の出力が増大し、高定格出力の電動モータ66が必要となる。一方、本実施形態に係るロボット1は、電動モータ66の出力を回転板64から揺動部材52を介して連結部62に伝達しているので、回転板64の位置及びリンク長、前側ロッド54及び後側ロッド56のリンク長などを適切に設定することにより、低定格出力の電動モータ66を用いることが可能となる。
Further, it is assumed that one rod for directly connecting the end portion 64a of the
さらに、揺動部材52の軸線52aは、脚体2の側面視において、足首ピッチ軸42の軸線と膝ピッチ軸46の軸線とを結ぶ線分Lより前方に位置している。これにより、揺動部材52の後端部52cの後方への突出を抑制することが可能となり、後側ロッド56と上腿リンク32との干渉するおそれが減少し、膝関節16の屈曲角度を十分に確保することができる。また、揺動部材52の初期角度及び連結部62の初期角度の設定により、足首関節駆動機構50r,50lを高剛性化し、不所望の撓みが生じず、安定した駆動力が足平22に伝達されるように構成することが容易となる。
Further, the axis 52 a of the swinging
ところで、脚体2は、精密部品から構成されており、埃や水滴などの付着を防止する必要があり、カバーで覆われている。以下、脚体2の下腿リンク34及び足首関節18,20を覆うカバーについて説明する。なお、上腿リンク32や膝関節16等をカバーは従来公知の任意のカバーとすればよい。
By the way, the
脚体2は、下腿リンク34の前部を覆う前方カバー72、下腿リンク34の後部を覆う後方カバー74、足首関節18,20の少なくとも後部を覆う足首カバー76、及び後側ロッド56の後部を覆う後側ロッドカバー78を備えている。さらに、足平22は、足平カバー80により全体が覆われている。なお、後方カバー74が本発明における第1カバーを意味し、足首カバー76が本発明における第2カバーを意味し、後側ロッドカバー78が本発明における第3カバーを意味する。
The
前方カバー72は、取付部72a,72bで下腿リンク34に固定されており、前側ロッド54と干渉することなく、下腿リンク34の前部を覆うように構成されている。
The
後方カバー74は、取付部74aで下腿リンク34に固定されており、後側ロッド56及び上腿リンク32の図示しないカバーと干渉することなく、下腿リンク34の後部を覆うように構成されている。後方カバー74は、その側部にて前方カバー72と連結されている。
The
足首カバー76は、図示しない取付部で足平22に固定されており、連結部62の後方を含む足首関節18,20の周囲を覆うように構成されている。足首カバー76は、足平22に固定されているので、足平22の揺動に拘わらず、常に連結部62の後方を覆うことになる。なお、足首カバー76の前側部分は、足平22の揺動に拘わらず、前方カバー72の下端との間に隙間がないように、詳細は図示しないが、スライディング・シャッターとして構成されている。
The
後側ロッドカバー78は、足平22の後部に連結されるとともに、下腿リンク34に設けられた案内機構82に案内されて摺動し、後側ロッド56の後部を覆うように構成されている。
The
具体的には、後側ロッドカバー78の上下方向略中間部内面に形成された連結部78aにL字状の連結棒84の一端がロール方向に回転可能に連結されており、この連結棒84の他端が、連結部62の近傍にて足平22の後部に形成された突起部86にピッチ方向に回転可能に連結されている。そして、案内機構82は、下腿リンク34の上下方向略中間部にボルトを用いて固定され、後下がりに傾斜して延びる長穴88aが形成されたガイド部材88と、この長穴88aに摺動可能に設けられ、後側ロッドカバー78の上方に延出された延出部78bの先端に設けられたピン90とから構成されている。
Specifically, one end of an L-shaped connecting rod 84 is rotatably connected to the connecting portion 78a formed on the inner surface of the
これにより、後側ロッドカバー78は、後方カバー74と足首カバー76との前後方向の中間に位置し、下腿リンク34に対する足平22の揺動に拘わらず、後方カバー74及び足首カバー76と干渉しないように構成されている。
As a result, the
後側ロッドカバー78は、後側ロッド56の移動に伴い移動し、後側ロッドカバー78の連結部78aと後側ロッド56の下端56bとの距離変化、特に上下方向の距離変化は小さなものとなる。そのため、後側ロッドカバー78は、下腿リンク34に対する後側ロッド56の相対移動に拘わらず、常に後側ロッド56の下側後部を覆っており、足平22が前上がりに傾斜して、後方カバー74と足首カバー76との間に隙間が生じても、後側ロッドカバー78はその隙間を覆う。
The
以上説明したように、本実施形態に係るロボット1は、後側ロッドカバー78を備えているので、図6(a)に示すように、足平22が前上がりに大きく傾斜した場合であっても、後側ロッドカバー78によって、後側ロッド56の下部後方を覆うことができる。また、足平22の揺動に拘わらず、後側ロッドカバー78と後方カバー74及び足首カバー76との間に生じる隙間が常に小さいものとなる。
As described above, since the robot 1 according to this embodiment includes the
なお、後側ロッド56を設けない場合、後側ロッド56の下部後方を常にカバーで覆うためには、後方カバー及び足首カバーが大型化し、足首部のスリム化を図ることが困難になる。また、後方カバーと足首カバーとの間に必然的に大きな隙間が生じ、その隙間から埃や水滴等が浸入するおそれがある。
In the case where the
なお、以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、実施形態では、アクチュエータ58が電動モータ66により回転駆動され、端部64aが前側ロッド54の上端54bに連結された回転板64を備える場合について説明したが、これに限定されない。例えば、ボールねじ機構を用いて前側ロッド54を直動駆動させてもよい。
In addition, although embodiment of this invention was described above, this invention is not limited to this. For example, in the embodiment, the
さらに、同一方向(実施形態ではピッチ方向)に膝部及び足首部の回転させる膝関節16R(L)及び足首関節18R(L)を有するものであれば、各関節の構成や関節の配置は、実施形態に限定されない。例えば、足首部をロール方向に回転させる足首関節20R(L)を備えないものであってもよい。この場合、足首関節駆動機構を各脚体2R(L)にそれぞれ1つずつ設ければよい。
Furthermore, as long as it has a knee joint 16R (L) and an ankle joint 18R (L) that rotate the knee and ankle in the same direction (pitch direction in the embodiment), the configuration of each joint and the arrangement of the joints are as follows. It is not limited to the embodiment. For example, the ankle joint 20R (L) that rotates the ankle portion in the roll direction may not be provided. In this case, one ankle joint drive mechanism may be provided for each
さらに、足首関節18R(L),20R(L)は足首部の回転方向が異なるものであれば、その回転方向は実施形態に限定されない。例えば、足首関節18R(L),20R(L)の足首部の回転方向が互いに直交しないものであってよい。 Furthermore, as long as the ankle joints 18R (L) and 20R (L) have different ankle rotation directions, the rotation directions are not limited to the embodiment. For example, the rotation directions of the ankle portions of the ankle joints 18R (L) and 20R (L) may not be orthogonal to each other.
さらに、2足移動ロボットに限定されない。例えば、獣や昆虫等を模した4足移動ロボットや6足移動ロボット等であってもよい。 Furthermore, it is not limited to a bipedal mobile robot. For example, a 4-legged mobile robot or a 6-legged mobile robot imitating a beast or an insect may be used.
1…2足移動ロボット(脚式移動ロボット)、 2R,2L…脚体、 16R,16L…膝関節、 18R,18L,20R,20L…足首関節、 22R,22L…足平、 34R,34L…下腿リンク、 42…足首ピッチ軸、 44…足首ロール軸、 46…膝ピッチ軸、 50…足首関節駆動機構、 52…揺動部材、 52a…揺動部材の軸線、 52b…揺動部材の前端、 52c…揺動部材の後端、 54…前側ロッド、 54a…前側ロッドの下端(一端)、 54b…前側ロッドの上端(他端)、 56…後側ロッド、 56a…後側ロッドの上端(一端)、56b…後側ロッドの下端(他端)、 58…アクチュエータ、 62…連結部、 64…回転板、 66…電動モータ(駆動源)、 74…後方カバー(第1カバー)、 76…足首カバー(第2カバー)、 78…後側ロッドカバー(第3カバー)、 82…案内機構。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Biped mobile robot (leg type mobile robot), 2R, 2L ... Leg, 16R, 16L ... Knee joint, 18R, 18L, 20R, 20L ... Ankle joint, 22R, 22L ... Foot, 34R, 34L ... Lower leg Link, 42 ... Ankle pitch axis, 44 ... Ankle roll axis, 46 ... Knee pitch axis, 50 ... Ankle joint drive mechanism, 52 ... Swing member, 52a ... Axis of swing member, 52b ... Front end of swing member, 52c ... rear end of swing member, 54 ... front rod, 54a ... lower end (one end) of front rod, 54b ... upper end (other end) of front rod, 56 ... rear rod, 56a ... upper end (one end) of
Claims (3)
前記下腿リンクに設けられ、前記第1の方向の軸線回りに揺動可能な揺動部材と、
一端が前記揺動部材の前端に連結された前側ロッドと、
一端が前記揺動部材の後端に連結され、他端が前記足首関節の揺動軸線より後方にて前記足平に連結された後側ロッドと、
前記前側ロッドを駆動するアクチュエータとを備えた足首関節駆動機構を有し、
前記アクチュエータを前記揺動部材より重力方向において上方に設け、
前記揺動部材の揺動中心は、側面視において、前記膝関節の揺動軸線と前記足首関節の揺動軸線とを結ぶ線より前方に位置し、
前記下腿リンクに固定され、前記下腿リンクの後部を覆う第1カバーと、
前記足平に固定され、前記足首関節の後部を覆う第2カバーと、
前記足平の後部に連結されるとともに前記下腿リンクに摺動可能に設けられ、前記後側ロッドの後部を覆う第3カバーとを備えることを特徴とする脚式移動ロボット。 A leg having a knee joint connecting the upper leg link and the lower leg link and an ankle joint connecting the lower leg link and the foot, the knee joint and the ankle joint having a swing axis in a first direction; And a legged mobile robot that moves by driving the leg,
A swing member provided on the lower leg link and swingable about an axis in the first direction;
A front rod having one end connected to the front end of the swing member;
A rear rod having one end connected to the rear end of the swing member and the other end connected to the foot behind the swing axis of the ankle joint;
Have a ankle joint drive mechanism having an actuator for driving the front rod,
The actuator is provided above the swing member in the direction of gravity,
The swing center of the swing member is located in front of a line connecting the swing axis of the knee joint and the swing axis of the ankle joint in a side view,
A first cover fixed to the lower leg link and covering a rear portion of the lower leg link;
A second cover fixed to the foot and covering a rear portion of the ankle joint;
A legged mobile robot comprising a third cover that is coupled to a rear portion of the foot and is slidably provided on the lower leg link and covers a rear portion of the rear rod .
各前記脚体が前記足首関節駆動機構をそれぞれ2つ備え、各前記後側ロッドが前記足平に異なる位置にて連結されることを特徴とする請求項1に記載の脚式移動ロボット。 The ankle joint has a swing axis in a second direction different from the first direction;
2. The legged mobile robot according to claim 1 , wherein each leg includes two ankle joint driving mechanisms, and each of the rear rods is connected to the foot at a different position.
前記膝関節と同位置もしくは重力方向において上方に前記第1の方向の軸線回りに回転可能に設けられ、端部が前記前側ロッドの他端と連結された回転板と、
前記上腿リンクに設けられ、前記回転板を回転駆動する駆動源とを備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の脚式移動ロボット。 The actuator is
A rotary plate provided at the same position as the knee joint or in a gravity direction so as to be rotatable about the axis in the first direction , and having an end connected to the other end of the front rod;
The legged mobile robot according to claim 1 , further comprising a drive source that is provided on the upper thigh link and that rotationally drives the rotating plate.
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