JP4023355B2

JP4023355B2 - Walking robot

Info

Publication number: JP4023355B2
Application number: JP2003093566A
Authority: JP
Inventors: 甲矢雄内藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP2004298984A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歩行ロボットに関するものである。詳しくは、少なくとも２本の脚部を備え、胴部に対する脚部の相対的姿勢を変化させることによって歩行するロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
歩行するロボットは、胴部に対する脚部の相対的姿勢を変化させるために多数のアクチュエータを必要とし、それらのアクチュエータをコントロールするための電子基板を必要とする。電子基板にはコネクタが用意されており、そのコネクタを利用して、電子基板同士を直接接続したり、又はケーブルによって他の電子基板に接続したりアクチュエータに接続したり電源回路に接続したりする。コネクタの接点数は非常に多い。
歩行するロボットには着地衝撃が加わる。コネクタの接点は衝撃に対して不安定であり、ロボットが歩行を続けていると、多数ある接点の中には接触不良となるものが発生しやすい。それが歩行ロボットの信頼性を低くしている。
略直立する胴部の背面に副胴部を固定することによって、胴部内の機器の収容スペースを拡大した歩行ロボットが知られている（例えば、特許文献１）。この歩行ロボットでは、ＣＰＵを実装した電子基板を副胴部に収容している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１５４０７８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ロボットが歩行すると、胴部には着地衝撃が加わる。電子基板を副胴部に収容しても、その副胴部が胴部に固定されている限り、その副胴部に収容されている電子基板に着地衝撃が加わる。電子基板に着地衝撃が加わる構造では、ロボットが歩行を続けている間にコネクタで接触不良となることがあり、歩行ロボットの信頼性を低くしている。コネクタでの接触不良の発生を防止するためには、着地衝撃が小さく抑えられる低速歩行に制約されてしまう。
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、電子基板にかかる着地衝撃を緩和し、コネクタでの接触不良の発生を防止し、歩行ロボットの信頼性を高め、高速歩行を可能とするために開発された。
【０００５】
【課題を解決するための手段および作用と効果】
本発明の歩行ロボットは、胴部と少なくとも２本の脚部を備え、胴部に対する脚部の相対的姿勢を変化させることによって歩行する。本発明の歩行ロボットは、ロボットの歩行を制御するＣＰＵが実装された電子基板が収容されている外付部が、直立する胴部の上部から斜め後下方に伸びる連結部材によって胴部の後側に懸架されており、胴部の後面と外付部の前面の間に緩衝部材が配置されている。
上記のロボットの外付部は、胴部に対してフローティング支持されている。従って、歩行ロボットが歩行することによる着地衝撃は、緩和されてから外付部に伝わる。このため、外付部に実装された電子基板にかかる着地衝撃が緩和され、歩行ロボットの高速歩行が可能になる。
【０００６】
本発明の歩行ロボットは、略直立する胴部の上部から斜め下方に伸びる連結部材によって外付部が懸架されている。胴部の後面と外付部の前面間に、前後と上下と左右方向の変位を許容して振動を減衰させる緩衝部材が配置されている。
このように構成されていると、緩衝部材によって着地衝撃を緩和することができる。
【０００７】
本発明の歩行ロボットは、胴部の後面と外付部の前面間に配置されている緩衝部材を、外付部の重量によって外付部が胴部の後面に接近する力が略均等に配分される位置関係で複数配置されている。
胴部後面に対して外付部前面が傾いて接近すると、胴部と外付部が接触してしまう。胴部と外付部が接触すると、互いに傷ついたり、歩行衝撃が直接外付部に伝わったりする。
上記の歩行ロボットは、胴部の後面と外付部の前面間に配置されている緩衝部材が、外付部の重量によって外付部が胴部の後面に接近する力が略均等に配分される位置関係で複数配置されている。このため、外付部前面は、胴部後面に対して並行な状態で胴部に近づく。よって、胴部と外付部の接触が防止される。
【０００８】
本発明の歩行ロボットにおいて、連結部材は剛体であり、胴部と外付部の双方に回動自在に連結されていることが好ましい。
連結部材が剛体であると、ロボットが速く歩行したり、飛び跳ねたりした場合に、外付部が踊ってしまうのを防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
後述する実施例の主要な特徴を記載する。
ロボットの両肩部のそれぞれに、ブラケットが設けられている。
連結部材は、ケーブルと、その両端に固定されたリングから構成されている。
箱状の外付部の両側面にピンが設けられている。
ケーブルの一端のリングが両肩部のブラケットに取付けられ、他端のリングが外付部のピンに取付けられることにより、胴体と外付部が連結されている。
背中と外付部との間に４つの緩衝部材が介装されている。
【００１０】
【実施例】
本発明のロボットに係る一実施例について、図面を参照しながら説明する。
図１、図２に示されているように、ロボット１０の両肩部には、２つのブラケット１６が設けられている。ブラケット１６の上方から見たときの形状はコの字状である。また、図２に良く示されているように、連結部材１８は、ケーブル１８ａと、その両端に固定されたリング１８ｂ、１８ｃから構成されている。リング１８ｂ、１８ｃは円盤状であり、その中央に取付穴が形成されている。外付部２６は箱状であり、その内部にはロボット１０の動作を制御するコントローラ等が収容されている。コントローラには、ＣＰＵや電気基板等が装着されている。外付部２６の両側面には、ピン２４が設けられている。ピン２４の外端には、膨出部２４ａが形成されている。
【００１１】
連結部材１８のリング１８ｂがピン２８によってブラケット１６に取付けられ、リング１８ｃがピン２４に取付けられることにより、胴体１２と外付部２６が連結されている。ピン２４に膨出部２４ａが形成されていることにより、ピン２４からリング１８ｃが抜け出してしまうことが防止されている。
背中１４と外付部２６の間には、４つの緩衝部材２１が介装されている。図３は、緩衝部材２１の単品図である。緩衝部材２１は、クッション部３２と、取付部３３、３４から構成されている。クッション部３２の形状は円錐台状であり、弾性変形可能なゴムから形成されている。取付部３３、３４は相似形状であり、円盤状のベース部３３ａ、３４ａと、ベース部３３ａ、３４ａと一体に形成されたネジ部３３ｂ、３４ｂを備えている。ベース部３３ａ、３４ａは、クッション部３２の両側端面に接着されている。
そして、ネジ部３３ｂとネジ部３４ｂは、それぞれナット（図示省略）によって、背中１４と外付部２６に締結される。
【００１２】
以上説明したように、外付部２６は、連結部材１８によって胴体１２と連結されている。このため、外付部２６は胴体１２に対して移動することができる。そして、外付部２６が移動するときには、緩衝部材２１のクッション部３２が変形する。このため、ロボットの歩行にともなって胴体１２が上下方向に動くと、その動き外付部２６の前後方向の動きに変換され、緩衝部材２１のクッション部３２が軸方向に変形する。また、胴体１２が左右方向に動くと、緩衝部材１２のクッション部材３２は軸直方向に変形する。このように緩衝部材２１のクッション部材３２が変形すると、歩行にともなう胴体の衝撃は緩和されてから外付部２６に伝わる。衝撃が緩和されると、外付部２６に収容されているコントローラの電気基板に用いられているコネクタの接触不良等を防止することができる。
【００１３】
また、上述した構成によれば、ロボット１０の腰の後方に水平板状のサポート板を固定し、そのサポート板上に緩衝部材を介して外付部２６を載置するのに比べて、簡易かつ軽量な構成で外付部２６に伝わる衝撃を緩和することができる。
緩衝部材２１は、コイルスプリング、板バネ、液体がオリフィスを通過する流体抵抗によって衝撃を吸収するダンパー等であってもよい。また、板状のゴムを背中１４と外付部２６の間に介装し、衝撃を緩和することもできる。
連結部材１８を棒状の剛体とすることもできる。この場合には、連結部材１８の両端をボールジョイント等を介して両肩部と外付部２６に取付ける。このように構成すると、ロボット１０が駆けたり、飛び跳ねたりしても連結部材１８が突っ張るので、外付部２６が踊ってしまうのが防止される。
【００１４】
外付部２６のピン２４の取付位置を調整することにより、緩衝部材２１が衝撃を緩和するときの、上側の２つの緩衝部材２１と、下側の２つの緩衝部材２１に作用する力を同じにすることができる。以下、それについて説明する。
図４は、外付部２６の重心３５に、外付部２６の重量「Ｗ」が作用した場合の力の釣合いを示している。「Ｔ」は、連結部材１８に作用する張力である。「θ」は、連結部材１８と水平方向とがなす角度である。「Ｔ」は、垂直方向の分力「Ｖ」と水平方向の分力「Ｈ_１」とに分解できる。「Ｈ_２」は、緩衝部材２１から外付部２６に作用する反力である。「ａ」は、ピン２４と重心２５との水平方向の距離である。「ｂ」は、上側の緩衝部材２１とピン２４との垂直方向の距離である。「ｃ」は、下側の緩衝部材２１とピン２４との垂直方向の距離である。
【００１５】
以上の符号を用いると、以下の力の釣合い式が成立する。
Ｗ−Ｖ＝０；
Ｈ_１／Ｖ＝ｔａｎθ；
Ｈ_１−２Ｈ_２＝０；
Ｗａ＋Ｈ_２ｂ−Ｈ_２ｃ＝０；
これらの式を解くと、下式が導かれる。
２ａ＋（ｂ−ｃ）ｔａｎθ＝０；
従って、上式の関係が成り立つように「ａ、ｂ、ｃ、θ」を定めることにより、上側の２つの緩衝部材２１と、下側の２つの緩衝部材２１に作用する力を同じにすることができる。上側の２つの緩衝部材２１と、下側の２つの緩衝部材２１に作用する力を同じにすることができると、背中１４に対して外付部２６の前面が常に並行に移動する。このため、外付部２６の前面が傾いた状態で外付部２６が移動し、外付部２６が背中１４と接触してしまうことが防止される。もちろん、緩衝部材２１のそれぞれの弾性係数を調整することにより、外付部２６の前面が背中１４に対して並行に移動するようにもできる。
【００１６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係るロボットの側面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図。
【図３】実施例に係る緩衝部材の単品図。
【図４】実施例に係る外付部に作用する力の釣合い図。
【符号の説明】
１０：ロボット
１２：胴体
１４：背中
１６：ブラケット
１８：連結部材、１８ａ：ケーブル、１８ｂ：リング、１８ｃ：リング
２１：緩衝部材
２４：ピン、２４ａ：膨出部
２６：外付部
２８：ピン
３２：クッション部
３３：取付部、３３ａ：ベース部、３３ｂ：ネジ部
３４：取付部、３４ａ：ベース部、３４ｂ：ネジ部
３５：重心[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a walking robot. Specifically, the present invention relates to a robot that has at least two legs and walks by changing the relative posture of the legs with respect to the trunk.
[0002]
[Prior art]
A walking robot requires a large number of actuators in order to change the relative posture of the legs with respect to the trunk, and an electronic board for controlling these actuators. A connector is prepared for the electronic board. Using the connector, the electronic boards are directly connected to each other, or connected to another electronic board by a cable, connected to an actuator, or connected to a power circuit. . The number of contacts on the connector is very large.
A landing impact is applied to a walking robot. The contact points of the connector are unstable with respect to the impact, and if the robot continues walking, some of the many contact points are likely to have poor contact. This makes walking robots less reliable.
2. Description of the Related Art A walking robot is known in which a storage space for equipment in a trunk is enlarged by fixing a sub-trunk on the back of a trunk that is substantially upright (for example, Patent Document 1). In this walking robot, an electronic board on which a CPU is mounted is accommodated in a sub-trunk part.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-154078
[Problems to be solved by the invention]
When the robot walks, a landing impact is applied to the trunk. Even if the electronic board is accommodated in the sub-body part, as long as the sub-body part is fixed to the body part, a landing impact is applied to the electronic board accommodated in the sub-body part. In a structure in which a landing impact is applied to the electronic substrate, contact failure may occur at the connector while the robot continues to walk, making the walking robot less reliable. In order to prevent the occurrence of contact failure at the connector, it is restricted to low-speed walking where the landing impact can be kept small.
The present invention has been made to solve such a problem, and mitigates the landing impact on the electronic board, prevents the occurrence of contact failure at the connector, increases the reliability of the walking robot, and enables high-speed walking. Developed for and with.
[0005]
[Means for solving the problem, operation and effect]
The walking robot of the present invention includes a torso and at least two legs, and walks by changing the relative posture of the legs with respect to the torso. In the walking robot according to the present invention, the external part in which the electronic board on which the CPU for controlling the walking of the robot is mounted is accommodated is connected to the rear side of the body part by a connecting member extending obliquely rearward and downward from the upper part of the upright body part The buffer member is disposed between the rear surface of the trunk portion and the front surface of the external portion.
The external part of the robot is floatingly supported with respect to the body part. Therefore, the landing impact caused by walking of the walking robot is transmitted to the external part after being reduced. For this reason, the landing impact applied to the electronic board mounted on the external part is alleviated, and the walking robot can walk at high speed.
[0006]
In the walking robot of the present invention, the external portion is suspended by a connecting member extending obliquely downward from the upper portion of the substantially upright trunk portion. Between the rear surface of the trunk portion and the front surface of the external portion, a buffer member that allows vibration in the front and rear, up and down, and left and right directions and attenuates vibration is disposed .
If comprised in this way, a landing impact can be relieved by the buffer member.
[0007]
In the walking robot according to the present invention, the buffer member disposed between the rear surface of the body portion and the front surface of the external portion is distributed substantially evenly by the weight of the external portion so that the external portion approaches the rear surface of the body portion. A plurality of them are arranged in a positional relationship .
When the front surface of the external part is inclined with respect to the rear surface of the body part, the body part and the external part come into contact with each other. When the body part and the external part come into contact with each other, they are damaged or a walking impact is directly transmitted to the external part.
In the walking robot described above, the buffer member disposed between the rear surface of the trunk portion and the front surface of the outer attachment portion is substantially evenly distributed by the weight of the outer attachment portion so that the outer attachment portion approaches the rear surface of the trunk portion. A plurality of them are arranged in a positional relationship. For this reason, the front surface of the external part approaches the body part in a state parallel to the rear surface of the body part. Therefore, the contact between the body part and the external part is prevented.
[0008]
In walking robot of the present invention, the connecting member is a rigid body, have preferred to have been pivotally connected to both the body portion and the external portion.
If the connecting member is a rigid body, the external part can be prevented from dancing when the robot walks or jumps quickly.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The main features of the embodiments described later will be described.
Brackets are provided on both shoulders of the robot.
The connecting member is composed of a cable and a ring fixed to both ends thereof.
Pins are provided on both side surfaces of the box-shaped external portion.
The body and the external part are connected to each other by attaching the ring at one end of the cable to the brackets at both shoulders and attaching the ring at the other end to the pin of the external part.
Four buffer members are interposed between the back and the external portion.
[0010]
【Example】
An embodiment according to a robot of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, two brackets 16 are provided on both shoulders of the robot 10. The shape when viewed from above the bracket 16 is a U-shape. As well shown in FIG. 2, the connecting member 18 includes a cable 18a and rings 18b and 18c fixed to both ends thereof. The rings 18b and 18c are disk-shaped, and a mounting hole is formed at the center thereof. The external part 26 has a box shape, and a controller or the like for controlling the operation of the robot 10 is accommodated therein. A CPU, an electric board, and the like are mounted on the controller. Pins 24 are provided on both side surfaces of the external portion 26. A bulging portion 24 a is formed at the outer end of the pin 24.
[0011]
The body 18 and the external portion 26 are connected by attaching the ring 18 b of the connecting member 18 to the bracket 16 by the pin 28 and attaching the ring 18 c to the pin 24. Since the bulging portion 24 a is formed on the pin 24, the ring 18 c is prevented from being pulled out from the pin 24.
Four buffer members 21 are interposed between the back 14 and the external portion 26. FIG. 3 is a single item diagram of the buffer member 21. The buffer member 21 includes a cushion part 32 and attachment parts 33 and 34. The shape of the cushion portion 32 is a truncated cone shape, and is formed from rubber that can be elastically deformed. The attachment portions 33 and 34 have similar shapes, and include disk-shaped base portions 33a and 34a and screw portions 33b and 34b formed integrally with the base portions 33a and 34a. The base portions 33 a and 34 a are bonded to both end surfaces of the cushion portion 32.
The screw part 33b and the screw part 34b are fastened to the back 14 and the external part 26 by nuts (not shown), respectively.
[0012]
As described above, the external portion 26 is connected to the body 12 by the connecting member 18. For this reason, the external part 26 can move with respect to the body 12. And when the external part 26 moves, the cushion part 32 of the buffer member 21 deform | transforms. For this reason, when the body 12 moves in the vertical direction as the robot walks, the movement of the externally attached portion 26 is converted into the longitudinal movement, and the cushion portion 32 of the buffer member 21 is deformed in the axial direction. Further, when the body 12 moves in the left-right direction, the cushion member 32 of the buffer member 12 is deformed in the axial direction. When the cushion member 32 of the buffer member 21 is deformed in this way, the impact of the trunk accompanying walking is reduced and then transmitted to the external part 26. When the impact is alleviated, it is possible to prevent contact failure of the connector used on the electric board of the controller housed in the external part 26.
[0013]
Further, according to the above-described configuration, the horizontal plate-like support plate is fixed to the back of the waist of the robot 10, and compared with the case where the external portion 26 is placed on the support plate via the buffer member. In addition, the impact transmitted to the external portion 26 can be reduced with a lightweight configuration.
The buffer member 21 may be a coil spring, a leaf spring, a damper that absorbs an impact by a fluid resistance through which the liquid passes through the orifice, or the like. Further, a plate-like rubber can be interposed between the back 14 and the external portion 26 to reduce the impact.
The connecting member 18 may be a rod-like rigid body. In this case, both ends of the connecting member 18 are attached to both shoulder portions and the external portion 26 via ball joints or the like. If comprised in this way, even if the robot 10 runs or jumps, since the connection member 18 will stretch, it will prevent that the external part 26 dances.
[0014]
By adjusting the mounting position of the pin 24 of the external portion 26, the force acting on the upper two buffer members 21 and the lower two buffer members 21 when the buffer member 21 reduces the impact is the same. Can be. This will be described below.
FIG. 4 shows the balance of force when the weight “W” of the external part 26 acts on the center of gravity 35 of the external part 26. “T” is a tension acting on the connecting member 18. “Θ” is an angle formed by the connecting member 18 and the horizontal direction. “T” can be broken down into a vertical component “V” and a horizontal component “H ₁ ”. “H ₂ ” is a reaction force acting on the external attachment portion 26 from the buffer member 21. “A” is the horizontal distance between the pin 24 and the center of gravity 25. “B” is the vertical distance between the upper buffer member 21 and the pin 24. “C” is a vertical distance between the lower buffer member 21 and the pin 24.
[0015]
When the above symbols are used, the following force balance equation is established.
W−V = 0;
H ₁ / V = tan θ;
H ₁ -2H ₂ = 0;
_{_{Wa + H 2 b-H 2}} c = 0;
Solving these equations leads to the following equation:
2a + (b−c) tan θ = 0;
Therefore, by defining “a, b, c, θ” so that the relationship of the above equation is established, the forces acting on the upper two buffer members 21 and the lower two buffer members 21 are made the same. Can do. If the force acting on the two upper shock-absorbing members 21 and the two lower shock-absorbing members 21 can be made the same, the front surface of the external portion 26 always moves in parallel with the back 14. For this reason, it is prevented that the external part 26 moves in a state where the front surface of the external part 26 is inclined and the external part 26 comes into contact with the back 14. Of course, by adjusting the respective elastic coefficients of the buffer members 21, the front surface of the external part 26 can be moved in parallel with the back 14.
[0016]
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
Further, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a robot according to an embodiment.
FIG. 2 is a view taken along the line II-II in FIG.
FIG. 3 is a single product diagram of the buffer member according to the embodiment.
FIG. 4 is a balance diagram of forces acting on an external part according to the embodiment.
[Explanation of symbols]
10: Robot 12: Body 14: Back 16: Bracket 18: Connection member, 18a: Cable, 18b: Ring, 18c: Ring 21: Buffer member 24: Pin, 24a: Swelling portion 26: External portion 28: Pin 32 : Cushion part 33: Attachment part, 33a: Base part, 33b: Screw part 34: Attachment part, 34a: Base part, 34b: Screw part 35: Center of gravity

Claims

A robot having a torso and at least two legs, and walking by changing the relative posture of the legs with respect to the torso,
An external part in which an electronic board on which a CPU for controlling walking of the robot is mounted is housed is suspended on the rear side of the trunk part by a connecting member extending obliquely rearward and downward from the upper part of the trunk part standing upright,
Between the rear surface of the body part and the front surface of the external part, a plurality of cushioning members that allow vibration in the front and rear, up and down, and left and right directions and attenuate vibrations are arranged ,
The walking robot characterized in that the plurality of buffer members are arranged in a positional relationship in which the force of the external part approaching the rear surface of the body part is evenly distributed by the weight of the external part .

Connecting member is a rigid body, the walking robot according to claim 1, characterized in that it is rotatably connected to both the body portion and the external portion.