CN100418708C - 腿式移动机器人 - Google Patents

腿式移动机器人 Download PDF

Info

Publication number
CN100418708C
CN100418708C CNB2005800011170A CN200580001117A CN100418708C CN 100418708 C CN100418708 C CN 100418708C CN B2005800011170 A CNB2005800011170 A CN B2005800011170A CN 200580001117 A CN200580001117 A CN 200580001117A CN 100418708 C CN100418708 C CN 100418708C
Authority
CN
China
Prior art keywords
center
joint
reaction force
robot
mobile robot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2005800011170A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1860001A (zh
Inventor
竹中透
松本敬三
五味洋
浜谷一司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Publication of CN1860001A publication Critical patent/CN1860001A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100418708C publication Critical patent/CN100418708C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
    • B62D57/032—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members with alternately or sequentially lifted supporting base and legs; with alternately or sequentially lifted feet or skid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02—Sensing devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S901/00—Robots
    • Y10S901/01—Mobile robot

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Toys (AREA)

Abstract

本发明提供了一种腿式移动机器人，其中能够实现在其脚上安装的尺寸小、省时的地面反作用力探测器。力传感器的中心(Pb)设置在这样一个位置(Pa)上，在该位置(Pa)处，到位于板簧部分(S1-S4)的底部的着地区域的最远点的距离在机器人(R)处于静止站立状态时最小，并且到每个板簧部分(S1、S2、S3和S4)的着地区域的最远点的距离(L1、L2、L3和L4)是相等的。在平面图上，踝关节的中心(Pc)相对所述位置(Pa)沿向后方向偏移。

Description

腿式移动机器人
技术领域
本发明涉及一种腿式移动机器人。
背景技术
已知的腿式移动机器人、尤其是腿式移动机器人的脚结构技术如在日本审定专利公开文献JP2003-71776中所述。文献JP2003-71776中所介绍的腿式行走机器人的脚通过踝关节与腿的末端相连，并且所述脚以从上开始的顺序包括探测地面反作用力的力传感器(地面反作用力探测器)、设有具有冲击吸收功能的弹性构件的弹簧机构、脚底框架、脚底板和脚底。
踝关节的中心向内和向后偏移(偏置)到底面、也就是着地区域上，以着落到地面上。
然后，地面反作用力探测器被布置成在平面图中为地面反作用力探测器的中心与踝关节的中心一致(在这里，地面反作用力探测器的中心与Z轴上的灵敏性中心一致)，并且地面反作用力探测器利用弹簧机构探测从着地区域输入的地面反作用力。
因此，可利用弹簧机构减小触地时冲击带来的影响，同时通过将地面反作用力探测器布置在机器人脚部靠近着地区域来提高地面反作用力的探测精度。
然而，文献JP2003-71776中描述的腿式行走机器人需要提高行进速度(走或者跑)。当腿式行走机器人高速运动时，将在腿部产生较大的惯性力。为了减小惯性力，需要减胫连杆的末端侧的重量、即脚的重量。特别地，需要在脚部安装一个尺寸小、省时的地面反作用力探测器。
发明内容
本发明是基于上述背景做出的，旨在提供一种腿式行走机器人，其中能够在其脚部安装一个尺寸小，省时的地面反作用力探测器。
本发明的腿式移动机器人包括一个躯干、分别通过第一关节与躯干联结的腿，分别通过第二关节与腿的端部联结在一起的脚，其中所述脚包括：至少一个脚部分，该脚部分在其底面上具有将与地面接触的圆形着地区域，以及一个地面反作用力探测器，用于探测通过脚部分从地面作用的地面反作用力，在平面图上，第二关节的中心Pc偏离于位置Pa，其中所述位置Pa为与所述至少一个着地区域的最远点的距离最小的位置；在平面图上，地面反作用力的中心Pb被设置成该中心Pb在位置Pa附近，而不是踝关节的中心Pc附近。
位置Pa可以被放入到至少一个着地区域的最小尺寸的外接圆的中心。根据这种构造，在平面图上地面反作用力探测器的中心Pb的位置与第二关节的中心Pc位于同一位置的情况中，进入地面反作用力探测器的地面反作用力的幅度可以最小化。
根据本发明，能够实现安装在脚部的尺寸小、省时的地面反作用力探测器，因而能够提供一种适于高速行进的腿式移动机器人。
附图说明
图1是根据本发明的两脚移动机器人的侧视图。
图2是图1中腿部关节结构的示意图。
图3是根据本发明实施例中的两脚移动机器人的脚部的主视图。
图4是根据本发明实施例中的两脚移动机器人的脚部的侧视图。
图5是根据本发明实施例中的两脚移动机器人的脚部的仰视图。
图6是用于解释根据本发明实施例的两脚移动机器人高速运动情况的示意图。
图7是根据本发明另一实施例的两脚移动机器人的脚部和踝关节的示意性侧视图。
图8是示出了根据本发明另一实施例中的两脚移动机器人的着地区域、踝关节和力传感器的位置关系的示意性平面图。
图9是示出了根据本发明又一实施例中的两脚移动机器人的着地区域、踝关节和力传感器的位置关系的示意性平面图。
图10是示出了根据本发明又一实施例中两脚移动机器人的着地区域、踝关节和力传感器的位置关系的示意性平面图。
图11是示出了根据本发明又一实施例中两脚移动机器人的着地区域、踝关节和力传感器的位置关系的示意性平面图。
具体实施方案
在下文中，通过以将本发明的腿式移动机器人结构应用到自主运动的两脚移动机器人上的例子，参考附图对本发明的实施例进行详细说明。相同的组成元件用相同的附图标记表示，重复之处不再赘述。两脚移动机器人的前后方向、横向和垂直方向分别设为x、y、z轴。对两脚移动机器人的位置、方向或其他的说明都是基于两脚式移动机器人采取站姿的基础上的。
<两脚移动机器人R>
首先，参考图1对本发明的两脚移动机器人进行说明。图1是根据本发明的两脚移动机器人的侧视图。
如图1所示，两脚移动式机器人(以下简称为“机器人”)R通过两条腿R1(只示出一条)以类似于人类的方式站立和运动(走、跑等等)。两脚移动式机器人具有躯干R2、两臂R3(只示出一条)以及头部R4，并且是可自主运动的机器人。机器人R设有控制装置安装部件R5，用于控制腿R1、躯干R2、臂R3和头部R4的操作，控制装置安装部件R5抵靠着机器人的背部(躯干R2后面)。
<腿部R1的关节结构>
下面、参考图2对机器人R的腿R1的关节结构进行说明。图2是示出了图1中所示的腿的关节结构的示意图。如图2所示，机器人R具有左、右腿R1，并且两腿分别有六个关节11R(L)到16R(L)。左右这十二个关节由如下关节构成：用于使设在髋部的腿(绕Z轴)转动的髋关节11L、11R(左侧设为L，右侧设为R，以下同)；围绕髋部的翻转轴(X轴)运动的髋关节12L、12R；围绕髋部的俯仰轴(Y轴)运动的髋关节13L、13R；围绕膝部的俯仰轴(Y轴)运动的膝关节14L、14R；围绕踝部的俯仰轴(Y轴)运动的踝关节15L、15R；围绕踝部的翻转轴(X轴)运动的踝关节16L、16R。脚部17L、17R连接到腿R1的下部。
这就是说，腿R1设有髋关节11R(L)、12R(L)和13R(L)、膝关节14R(L)和踝关节15R(L)、16R(L)。髋关节11R(L)-13R(L)和膝关节14R(L)通过股连杆21R、21L相连；膝关节14R(L)通过胫连杆22R、22L与踝关节15R(L)、16R(L)相连。髋关节11R(L)-13R(L)是“第一关节”的例子，而踝关节15R(L)和16R(L)是“第二关节”的例子。
腿R1通过髋关节11R(L)-13R(L)连接到躯干R2上。图2将腿R1与躯干R2的连接部分简单示出为躯干连杆23。安装到躯干R2上的倾斜传感器24探测相对于躯干R2的Z轴方向(垂直方向)的倾斜度和角速度。用于检测旋转量的旋转解码器(未示出)被设置在用于驱动每个关节的电动机上。
使用这种结构时，共有十二个自由度可以传递到腿R1的左右脚上。通过在行走时以适当的角度驱动这十二(6×2)个关节，期望的运动可以传递到整个腿(腿R1和脚17)上，因此机器人可以在三维空间内自由行走(这里“×”表示相乘)。
如图2中所示，已知的力传感器52安装在踝关节15R(L)和16R(L)下面。力传感器52用于探测地面作用于机器人R上的地面反作用力三个方向的分力Fx、Fy和Fz，以及外力作用于机器人R所产生的力矩的三个方向上的分量Mx、My和Mz。力传感器52、倾斜传感器24或其它传感器检测到的关于地面反作用力 力矩、倾斜度和角速度的信号传递给设置在控制装置安装部分R5上的控制单元25，并用于控制机器人R的姿态、操作等。控制单元25基于存储在存储器里的数据(未示出))和输入的检测信号计算出关节驱动控制值并驱动关节。
<机器人R的脚部17>
机器人R的脚17R(L)通过踝关节15R(L)和16R(L)被安装到腿R1的端部(地面侧)，并设有力传感器52和脚板构件61。由于左腿(左腿R1和左脚17L)与右腿(右腿R1和右脚17R)是对称的，所以下面在不必要时就省去了R、L标记。
<实施例>
首先参考图3-图5对根据本发明的第一实施例的机器人R的脚17进行说明。图3是示出根据本发明第一实施例两脚移动机器人R的脚17的主视图。图4是示出根据本发明第一实施例的两脚移动机器人R的脚17的侧视图。图5是示出根据本发明第一实施例的两脚移动机器人R的脚17的仰视图。图3-图5中所示的腿R1和脚17是以图1中所示的机器人R的护板部分已经被适当地移除的状态示出的。机器人R的左腿(左腿R1和左脚17L)在图3-图5中示出。
《机器人R的踝关节》
在此参考图3-图4对机器人R的踝关节15、16进行简要描述。机器人R的踝关节15、16是通过将交叉轴41连接到胫连杆22和脚17的第一基座部分51上而构成。
交叉轴41通过将以Y轴作为旋转轴的轴41a和以X轴作为旋转轴的轴41b以交叉形状结合而获得。轴41a的两个端部由胫连杆22可旋转地支撑。轴41b的两个端部通过第一基座部分51可旋转地支撑。这就是说，轴41a对应于踝关节15，而轴41b对应于踝关节16。
在胫连杆22的斜后部设有第一杆31和第二杆32。第一杆31设置在胫连杆22的右斜后部，通过交叉轴36连接到第一基座部分51上。第二杆32设置在胫连杆22的左斜后部，通过交叉轴37连接到第一基座部分51上。通过借助减速齿轮将由位于第一杆31和第二杆32上方(例如，胫连杆22、股连杆21或其它部位)的电动机旋转而产生的驱动力使第一杆31和第二杆32上下做伸出和缩回运动。因此，第一杆31和第二杆32运动踝关节15、16，并将踝关节15、16保持在预定的角度。
例如，当准备抬升脚17的脚尖部分时，第一杆31和第二杆32向下伸出，而当准备抬升脚17的脚跟部分时，第一杆31和第二杆32向上收回。当左右脚17的任一只从地面抬升时，要抬起一侧的连杆向上缩回而另一侧的连杆向下伸出。第一杆31和第二杆32的运动由控制单元25所控制。
《机器人R的脚部17》
如图3-5中所示，机器人R的脚17以从上到下的顺序(从踝关节侧)设有第一基座部分51、力传感器52、第二基座部分53以及脚板构件61。
第一基座部分51设置在脚17的上部，并与踝关节15、16相连。
如上所述，力传感器52检测三个方向上的地面反作用力的平移力，以及三个方向上的地面反作用力的力矩。每个部分被储存在壳中(组合)，在该实施例中，第一基座部分51和力传感器52通过多个螺栓(未示出)固定。力传感器52的输出通过电气配线被输入给控制单元25。力传感器52是“地面反作用力探测器”的一个例子。
第二基座部分53设置在力传感器下面，即，在力传感器52与脚板构件61之间，并将力传感器52与脚板构件61彼此相连。在此实施例中，力传感器52和第二基座部分53通过多个螺栓(未示出)固定，并且第二基座部分53与脚板构件61通过多个螺栓(未示出)固定。因此，由于力传感器52和脚板构件61通过第二基座部分53固定，脚17的结构可以简化，从而降低脚17的重量。脚17各构件的组装结构不限于上述结构。
脚板构件61是固定在第二基座部分53下部的构件，其构成脚部的着落在地面上的主要部分。脚板构件61是“脚部”的一个例子。
脚板构件61设置有板簧体62、第一中间件63、第一脚底件64、第二中间件65和第二脚底件66。
板簧体62是在弯曲时支撑机器人R的自重的部分，其主要由基部62a和从基部62a延伸的弹簧62b构成。在此实施例中，板簧体62一体地形成其中将弹簧部分62b的基部端连接到基部62a上的形状。
基部62a具有平板形状，并具有沿着第二基座部分53底面的形状。后面将要说明的弹簧部分62b的基部端被连接到基部62a上，弹簧部分62b利用与基部62a相连的部分作为基部端而起到板簧的作用。
弹簧部分62b从基部62a的端部以角度θ向下延伸(见图4)。在此实施例中，使用四个弹簧件62b1、62b2、62b3和62b4。弹簧件62b1、62b2从基部62a向前(脚尖的方向)延伸，弹簧件62b3和62b4从基部62a向后(脚跟的方向)延伸。优选地，四个弹簧件62b 、62b2、62b3和62b4具有相同的形状、相同的强度和相同的性能(弹性模量)。
优选地，角θ设定为当最大地面反作用力Fz作用时基部62a不着落到地面的最小角度。此处，例如，最大地面反作用力Fz指的是当机器人R以最大速度跑动且一条腿着地时作用的反作用力。机器人R的自重通过该设置由弹性件62b(62b1-b2b4)的弹性力支撑。另外，该设置可避免基部62a与地面接触，从而避免力传感器52受到不利影响。
板簧体62的材料只要能够使弹簧件62b起到板簧的作用就行，可以用金属件(钢、铝合金、铝镁合金或类似材料)制成。特别地，当板簧体62由采用纤维加强的合成构件(纤维增强塑料或类似材料)构成时，板簧体62可在满足所需强度和刚度的条件下减小重量。在这种情况下，通过使用于增强的纤维的纤维方向与从弹簧部分62b的基部端到顶部的方向(纵向)一致，来确保弹簧部分62b的强度。
通过改变每个弹簧部分62b的纤维方向可传递各向异性，并且可以改变每个弹簧部分62b的弹簧特性。
碳纤维、玻璃纤维、有机纤维、金属纤维或其它类似材料可优先选作加强用纤维。优选地，板簧体62是一体形成的构件。通过使具有多个固定在一个基部62a上的弹簧件62b(实施例中为4个)的结构的板簧体62一体形成，就可以进一步减少组成元件的个数和简化脚部结构。
第一中间件63是一个起衰减作用的构件，固定在对应于弹簧部分62b的底面或着地区域的部分，即，低端部分侧(与实施例中的末端部分侧相同)。第一中间件63具有衰减弹簧件62b触地时产生的震动的作用。优选地，第一中间件63由具有衰减作用的材料制成，例如，第一中间件63优选地由发泡用树脂或类似物制成。可以安装利用液压或类似方式的阻尼装置代替另一中间件63作为衰减部件。
第一脚底件64安装在第一中间件63的底面，并定位于脚板构件61的下端部。第一脚底件64是移动时实际与地面接触的部分。由于在第一脚底件64与地面间产生的摩擦而使第一脚底件64具有防滑功能。优选地，第一脚底件64由具有防滑功能的材料制成。例如，第一脚底件优选地由橡胶制成。第一脚底件64的底面就是“着地区域”。
第二中间件65是固定到弹簧件62b底面的中间部分处的衰减材料。第二中间件65具有衰减第二脚底件66(将在下面介绍)触地时产生的弹簧件62b的震动的作用。优选地，第二中间件65，以与第一中间件63同样的方式由具有衰减功能的材料制成。例如，第二中间件由发泡用树脂或类似物制成。
第二脚底件66安装在第二中间件65的底面，由于第一脚底件64与地面间产生的摩擦阻力，第二脚底件66以与上面第一脚底件64同样的方式实现防滑功能。第二脚底件66位于第一脚底件64之上。
在此实施例中，四个板簧部分S1、S2、S3和S4分别由弹簧件62b构成。具体地说，板簧部分S1由弹簧件62b1构成，板簧部分S2由弹簧件62b2构成。板簧部分S3由弹簧件62b3构成，板簧部分S4由弹簧件62b4构成。当布置在每个板簧部分S1、S2、S3和S4末端的第一脚底件64触地时，板簧部分S1、S2、S3和S4将产生弹性变形，机器人R的自重，更具体地说，机器人R的弹簧件62b上方的结构的全重由发生弹性变形的板簧部分S1、S2、S3和S4支撑。因此，尽管结构简单，机器人R的自重能够被支撑，地面反作用力引起的冲击也可以被进一步吸收。通过加强冲击的吸收能力，机器人R的运动速度(走或跑)可以得到加强。
当弹性构件或类似构件变得非必要时，脚部17的重量就可以减小。由于减小了重量，腿R1的惯性力也减小，因此腿R1的结构也就变得适于高速运动。
在俯视图中，板簧部分S1、S2、S3和S4以及基部62a以近似字母H形布置。当使用了这种结构，两着地区域分别布置在前和后侧上，被布置成分别沿前后方向延伸的板簧部分S1、S2、S3和S4的弹簧特性适于沿前后方向的负载控制。因此，脚板结构适于两脚运动的控制以及适合于利用前后着地区域安置脚、并沿前后方向运动机器人R的重心的控制。由于板簧构件S1、S2和板簧构件S3、S4被布置成朝向末端部分略微张开，即使在机器人R向左、右倾斜并且负载左右变位的情况下，机构人R也能有效地安置脚。
当地表面形状不平时，板簧部分S1-S4中的任一个可从地表面抬起(未着地)。这种情况下，板簧部分S1-S4的弯曲弹簧特性(翻转刚度、俯仰刚度)是非线性变化的。因此，控制单元25修正目标脚板位置姿态，以使所有的板簧部分S1-S4全部触地，并根据来自力传感器52的信号弯曲。控制该控制单元25使机器人R采取产生目标地面反作用力的姿态。目标脚板位置姿态的修正量根据从力传感器52的检测值估计出的板簧部分的存留状况通过非线性运算计算出。
这里，参考图5，到每个着地区域最远点的距离最小的位置Pa、力传感器的中心置Pb以及踝关节中心Pc三者之间的关系将在下面说明。
在此实施例中，将力传感器设置成力传感器的中心Pb(在图5中，Pb与力传感器52在Z轴方向上的敏感性中心重合)位于到每个着地区域的最远点的距离最小的位置Pa之上。更精确的说，将力传感器设置成使该力传感器的中心Pb位于位置Pa(偶尔指着地区域的中心，下文中简称为“位置Pa”)之上，其中位置Pa到位于板簧部分S1-S4底表面一侧的每个着地区域最远点的距离在机器人R处于站立状态时最小，在此实施例中，到每个板簧部分S1、S2、S3和S4着地区域的最远点的距离L1、L2、L3和L4是相等的。根据这种结构，可以降低在行进时负载作用在力传感器52上的最大值，因而减小力传感器52的尺寸。另外，由于力传感器52配置在脚17着地区域的附近，可以更准确的测量地面反作用力和力矩。
当将着地区域布置成等边多边形时，力传感器52被布置成使每个着地区域与力传感器52的距离相等。用于探测至少一个轴向的地面反作用力或力矩(例如地面反作用力沿Z轴方向的平移力Fz)的地面反作用力探测器可用以代替力传感器52。
在此实施例中，在平面图上看去，踝关节的中心Pc偏置于位置Pa。此处，轴41a和轴41b的交点(见图3)与踝关节的中心Pc相应。踝关节的中心Pc设置在机器人R位置Pa的后面。而踝关节15、16向后偏移到脚板构件61的着地区域的原因将在下面进行说明。
而且，踝关节的中心Pc还可以偏移到脚板构件61着地区域内部(机器人R的中心侧)。通过将踝关节的中心Pc偏移到内侧，可以避免毗邻的左右脚17L、17R的脚板构件61的相互干涉，而且可以通过固定着地区域维持机器人R的姿态稳定性。
在此实施例中，虽然力传感器的中心Pb设置在位置Pa上，力传感器的中心Pb也可以被设置成在平面图中，至少中心Pb离开踝关节的中心Pc更接近位置Pa。换句话说，力传感器的中心Pb应该位于在平面图上以Pa为中心、连接位置Pa与踝关节中心Pc的线段r1为半径的圆C1内。例如，力传感器的中心Pb可以位于线段r1上。这种结构也可降低运动时负载作用在力传感器52上的最大值，并且使力传感器小型化。特别地，当力传感器的中心Pb在位置Pa上时，就可以取得使力传感器52小型化的最大效果。
在图4中，板簧部分S1-S4的下端部(末端部分)在其与踝关节15、16分离时向上弯曲，布置在底面上的第一脚底件64也具有相同的形状。这就是机器人R被控制为从脚跟部分着地，用脚尖部分踢离地而行走的原因，因此，在着地和踢离时的着地区域增大，由此确保地面和脚之间的摩擦力。由于着地区域由表面固定，机器人R的姿态也就可以稳定。
下面将通过以机器人R高速运动(跑)的情形为例说明为什么踝关节15、16偏向脚板构件61着地区域的后部。图6是用于解释根据第一实施例的两脚移动机器人高速运动情形的示意图。图6(a)示出了踝关节向后偏移到脚部的情况，图6(b)示出了踝关节位于脚部前后方向的中心的情况。在图6(b)中，与图6(a)中的相同部件的附图标记加了“’”。
如图6(a)所示，踝关节15和16向后移到脚板构件61(偏置)。在这种情况下，从踝关节15和16到脚板构件61着地部分的前端的距离La变大(La＞La’)。当机器人R高速运动(跑)时，膝关节14深度弯曲，因此，产生了地面反作用力F集中到脚板构件61脚尖部分的状况。这时，产生于膝关节14上的力矩为F×Lb。另一方面，如图9(b)所示，当踝关节15’和16’位于脚板构件61’前后方向上的中心位置时，产生于膝关节14’上的力矩变为F’×Lb’。因此，由于Lb小于Lb’，当F等于F’时，就有F×Lb＜F’×Lb’。
当踝关节15和16相对于脚板构件61以与膝关节14向脚板构件61的相对运动方向(在此实施例中为前)相反的方向(在此实施例中为向后)偏移，上述条件得到满足。这就是说，高速运动时，当增大踝关节15和16相对脚板构件61向后偏移量时，膝关节14的负担可以抑制到一个较小值。
<变型例>
下面将对脚部的着地部分、踝关节的中心、机器人的力传感器的中心的位置关系进行说明，集中在解释上述实施例和本例(变型例)之间的不同。
图7是示出了根据另一实施例的两脚移动机器人的脚和踝关节的示意性侧视图。图8到图11分别示出了根据另一实施例的双脚移动机器人的着地部分、踝关节和力传感器之间的位置关系的示意性平面图。
如图7所示，变型例中的脚117配备有脚板构件161，代替脚板构件61。
如图7所示，脚板构件161包括一个为平面形刚性构件的脚主体部分162以及一个安装在脚主体部分162的底面上、由橡胶等制成的脚底件164。
着地区域的形状几乎与脚主体部分162的底部形状相同，并具有一纵向为X轴方向的矩形(见图8)。这就是说，脚板构件161上设有着地区域。安装在脚板构件161上的力传感器52探测从脚板构件161输入的地面反作用力。
这里，类似JP2003-71776中的腿式行走机器人，弹簧机构(弹性构件等)可以被设置在脚板构件161和力传感器52之间。踝关节15和16设置在力传感器52上方。
图8示出了踝关节的中心Pc相对到着地区域最远点的距离最小的位置Pa向后偏移的例子(在此实施例中，只有一个着地区域)。
在这种状态下，在平面图上，力传感器的中心Pb位于连接位置Pa与踝关节中心Pc的线段r2上。
这里，力传感器中心Pb的位置并不限于上述实施例。只要在平面图中的中心Pb在半径为线段r2、其圆心为位置Pa的圆C2a(除去圆周)内，任何变型都是可以接受的。另外，更优选地，中心Pb的位置位于以踝关节的中心Pc为圆心的半圆C2a内(包括直径部分但除去圆弧部分)。另外，更优选地，中心Pb的位置位于半圆C2a内的线段r2附近。还优选地，力传感器的中心Pb位于线段r2上(除去踝关节的中心Pc)，并且力传感器的中心Pb位于线段r2上的位置Pa附近。
图9到图11示出了踝关节的中心Pc相对位置Pa沿向后和向内方向偏移的情况。
图9的变型例是力传感器的中心Pb仅沿Y轴方向(机器人R的左右方向)靠近位置Pa的情形。力传感器的中心Pb位于从踝关节的中心Pc向从位置Pa向后(X轴负方向)延伸的线段a1所引的垂线a2上(除去踝关节的中心Pc)。
图10的变型例是力传感器的中心Pb仅沿X轴方向(机器人R的前后方向)靠近位置Pa的情形。力传感器的中心Pb位于从踝关节的中心Pc向从位置Pa向后(Y轴负方向)延伸的线段a3所引的垂线a4上(除去踝关节的中心Pc)。
图11中所示的变型例是力传感器的中心Pb沿X轴和Y轴方向接近位置Pa的情形。特别是在图11中，示出了如下情形，在平面图上，力传感器的中心Pb位于连接位置Pa与踝关节中心Pc的线段r3上(除去踝关节中心Pc)。
这里，力传感器的中心Pb的位置并不限于上述实施例。只要在平面图上，中心Pb在半径为线段r3、其圆心为位置Pa的圆C3(除去圆周)内，任何变型都是可以接受的。另外，更优选地，中心Pb位于以踝关节的中心Pc为圆心的半圆C3a内(包括直径部分但除去圆弧部分)。另外，更优选地，中心Pb的位置位于半圆C3a内的线段r3附近。仍然更优选地，力传感器的中心Pb位于线段r3上(除去踝关节的中心Pc)，并且力传感器的中心Pb位于线段r3上的位置Pa附近。
在上述实施例中，力传感器的中心Pb相对于位置Pa在偏移(偏置)的方向和距离上的任何改变都是可接受的，只要在平面图上中心Pb位于圆C2、C3内(除去圆的边界)，但是优选地，在平面图上，力传感器的中心Pb位于脚板构件161的着地部分内。
如上所述，虽然对本发明的实施例做了上述说明，但本发明决不限于上述实施例，在不背离本发明的精神的条件下可以使用合适的设计参数。例如，机器人R不限于所示两脚移动机器人。机器人R可以是只有一条腿的腿式移动机器人或是设有3条及以上条腿的腿式移动机器人。
另外，脚部(脚板构件)的材料、形状、功能等也不限于上述实施例，并且地面反作用力探测器也不限于力传感器52。也就是说，本发明可以用到这样的腿式移动机器人上，其中地面反作用力探测器安置在第二关节(踝关节)和具有着地区域的脚部(脚板构件)之间。另外，着地区域的数量、形状、位置等也不限于上述实施例。

Claims (7)

1. 一种腿式移动机器人，其包括：
躯干；
通过第一关节分别联接到躯干上的腿；
通过第二关节分别联接到腿的端部处的脚；
其中所述脚包括：
至少一个脚部，其具有将在其底面与地面接触的着地区域，以及
地面反作用力探测器，用于通过脚部探测从地面作用的地面反作用力；
在平面图上，第二关节的中心(Pc)相对如下位置(Pa)偏移，该位置(Pa)是到每个着地区域的最远点距离最小的位置，并且地面反作用力探测器的中心(Pb)被设置成该中心(Pb)在所述位置(Pa)附近而不是第二关节的中心(Pc)附近。
2. 根据权利要求1所述的腿式移动机器人，其特征在于，地面反作用力探测器的中心(Pb)相对所述位置(Pa)向向后方向偏移。
3. 根据权利要求2所述的腿式移动机器人，其特征在于，地面反作用力探测器的中心(Pb)位于连接所述位置(Pa)与第二关节的中心(Pc)的线段上。
4. 根据权利要求1所述的腿式移动机器人，其特征在于，地面反作用力探测器的中心(Pb)相对于所述位置(Pa)在腿式移动机器人中心侧向向后方向偏移。
5. 根据权利要求4所述的腿式移动机器人，其特征在于，地面反作用力探测器的中心(Pb)位于从第二关节的中心(Pc)到从所述位置(Pa)向后延伸的线段所引的垂线上。
6. 根据权利要求4所述的腿式移动机器人，其特征在于，地面反作用力探测器的中心(Pb)位于从第二关节的中心(Pc)到从所述位置(Pa)到腿式移动机器人的中心延伸的线段所引的垂线上。
7. 根据权利要求4所述的腿式移动机器人，其特征在于，地面反作用力探测器的中心(Pb)位于连接所述位置(Pa)与第二关节的中心(Pc)的线段上。
CNB2005800011170A 2004-09-03 2005-07-25 腿式移动机器人 Expired - Fee Related CN100418708C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004257697A JP2006068872A (ja) 2004-09-03 2004-09-03 脚式移動ロボット
JP257697/2004 2004-09-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1860001A CN1860001A (zh) 2006-11-08
CN100418708C true CN100418708C (zh) 2008-09-17

Family

ID=36036195

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005800011170A Expired - Fee Related CN100418708C (zh) 2004-09-03 2005-07-25 腿式移动机器人

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7904200B2 (zh)
EP (1) EP1702725B1 (zh)
JP (1) JP2006068872A (zh)
KR (1) KR101215424B1 (zh)
CN (1) CN100418708C (zh)
WO (1) WO2006027902A1 (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006068872A (ja) * 2004-09-03 2006-03-16 Honda Motor Co Ltd 脚式移動ロボット
CN101581936B (zh) * 2008-05-16 2012-01-25 深圳富泰宏精密工业有限公司 利用手机控制两足式机器人的系统及方法
DE102009019384A1 (de) 2009-04-29 2010-11-04 Daimler Ag Humanoider Roboter als Energiespeicher für Hybridfahrzeug
JP5868625B2 (ja) * 2011-07-14 2016-02-24 学校法人関東学院 ロボット
KR20130073591A (ko) * 2011-12-23 2013-07-03 삼성전자주식회사 지지모듈 및 이를 포함하는 로봇
CN107009374A (zh) 2012-03-08 2017-08-04 品质制造有限公司 触敏机器人抓手
US9605952B2 (en) 2012-03-08 2017-03-28 Quality Manufacturing Inc. Touch sensitive robotic gripper
KR101441187B1 (ko) * 2012-07-19 2014-09-18 고려대학교 산학협력단 자율 보행 로봇 경로 계획 방법
CN104590417B (zh) * 2014-12-26 2016-11-23 合肥工业大学 一种仿人机器人足部
US10718359B2 (en) 2015-08-21 2020-07-21 Quality Manufacturing Inc. Devices and systems for producing rotational actuation
US9994269B1 (en) * 2015-11-12 2018-06-12 Schaft Inc. Rotatable extension for robot foot
US9821866B1 (en) * 2015-11-12 2017-11-21 Schaft Inc. Rotatable robot foot with perpendicular soles
KR102595527B1 (ko) * 2022-02-28 2023-10-30 한양대학교 에리카산학협력단 로봇 발

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002040228A1 (fr) * 2000-11-17 2002-05-23 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Structure de jambe d'un robot a jambes
JP2003205484A (ja) * 2001-12-28 2003-07-22 Honda Motor Co Ltd 脚式移動ロボットおよびその床反力検出装置
JP2003236782A (ja) * 2002-02-18 2003-08-26 Japan Science & Technology Corp 二脚歩行式移動装置及びその歩行制御装置
CN1513647A (zh) * 2003-08-21 2004-07-21 中国科学院合肥智能机械研究所 一种人形机器人脚及脚力信息检测方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5455497A (en) * 1992-04-20 1995-10-03 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Legged mobile robot and a system for controlling the same
US5808433A (en) * 1995-09-29 1998-09-15 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Method of generating gait of legged walking robot and system for controlling its locomotion
JP3662996B2 (ja) * 1996-01-25 2005-06-22 本田技研工業株式会社 脚式移動ロボットの歩行制御装置
JP3626303B2 (ja) * 1996-12-18 2005-03-09 本田技研工業株式会社 脚式移動ロボットの足底接地位置検出装置
DE69840655D1 (de) * 1997-01-31 2009-04-23 Honda Motor Co Ltd Steuerungssystem eines beweglichen Roboters mit Beinen
JP3634238B2 (ja) * 2000-05-19 2005-03-30 本田技研工業株式会社 脚式移動ロボットの床形状推定装置
JP4733317B2 (ja) 2001-08-28 2011-07-27 本田技研工業株式会社 脚式歩行ロボットの床反力検出器
JP3674788B2 (ja) * 2001-12-28 2005-07-20 本田技研工業株式会社 脚式移動ロボットの歩容生成装置
WO2003057427A1 (fr) * 2001-12-28 2003-07-17 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Dispositif de commande pour robot mobile sur jambes
KR100949418B1 (ko) * 2002-02-15 2010-03-24 소니 주식회사 보행식 이동 로봇의 다리 장치 및 보행식 이동 로봇의제어 방법
DE60336519D1 (de) * 2002-04-26 2011-05-05 Honda Motor Co Ltd Selbstpositionsabschätzvorrichtung für mobile Roboter mit Beinen
JP4225968B2 (ja) * 2002-04-26 2009-02-18 本田技研工業株式会社 脚式移動ロボットの制御装置
WO2003090982A1 (fr) * 2002-04-26 2003-11-06 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Dispositif de commande et dispositif de determination de pas pour robot mobile sur jambes
JP4246534B2 (ja) * 2003-04-17 2009-04-02 本田技研工業株式会社 二足歩行移動体の床反力作用点推定方法及び二足歩行移動体の関節モーメント推定方法
DE602004031526D1 (de) * 2003-06-27 2011-04-07 Honda Motor Co Ltd Steuervorrichtung für mobilen schreitroboter
CN1819901A (zh) * 2003-09-12 2006-08-16 提姆查克股份有限公司 双足步行机器人的下半身模块
JP4495549B2 (ja) * 2004-08-30 2010-07-07 本田技研工業株式会社 脚式移動ロボット
JP2006068872A (ja) * 2004-09-03 2006-03-16 Honda Motor Co Ltd 脚式移動ロボット

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002040228A1 (fr) * 2000-11-17 2002-05-23 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Structure de jambe d'un robot a jambes
JP2003205484A (ja) * 2001-12-28 2003-07-22 Honda Motor Co Ltd 脚式移動ロボットおよびその床反力検出装置
JP2003236782A (ja) * 2002-02-18 2003-08-26 Japan Science & Technology Corp 二脚歩行式移動装置及びその歩行制御装置
CN1513647A (zh) * 2003-08-21 2004-07-21 中国科学院合肥智能机械研究所 一种人形机器人脚及脚力信息检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP1702725A1 (en) 2006-09-20
KR20070046776A (ko) 2007-05-03
EP1702725B1 (en) 2012-05-23
WO2006027902A1 (ja) 2006-03-16
US7904200B2 (en) 2011-03-08
JP2006068872A (ja) 2006-03-16
CN1860001A (zh) 2006-11-08
EP1702725A4 (en) 2011-03-16
US20080245584A1 (en) 2008-10-09
KR101215424B1 (ko) 2012-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100418708C (zh) 腿式移动机器人
CN1839017B (zh) 腿式移动机器人
US5808433A (en) Method of generating gait of legged walking robot and system for controlling its locomotion
CN100381259C (zh) 步行式移动机器人
US7734378B2 (en) Gait generation device for legged mobile robot
KR100843863B1 (ko) 보행식 이동 로봇 및 그 제어 방법, 보행식 이동 로봇을위한 다리부 구조, 및 보행식 이동 로봇을 위한 가동 다리유닛
JP5171290B2 (ja) 脚式移動ロボット
US5311109A (en) Locomotion control system for legged mobile robot
US20060184276A1 (en) Gait generating device of legged mobile robot and legged mobile robot controller
CN109032142A (zh) 一种含腰部结构的双足机器人设计以及反馈控制方法
US20080297091A1 (en) Foot of walking robot and walking robot having the same
JP4277671B2 (ja) 歩行ロボットとその足先装置
EP1953071B1 (en) Leg type mobile robot with schock absorber
JP4078857B2 (ja) 脚式移動ロボットの足及び脚式移動ロボット
CN112644600B (zh) 一种具有主动地形感知能力的双足机器人仿生足部系统
CN109292021A (zh) 具有变刚度脚趾脚跟关节的仿生足
CN102717846A (zh) 机器人脚掌结构
CN101830252B (zh) 一种可变形两足步行机
CN110497979A (zh) 一种单驱动力的可自适应地形的多自由度脚部装置
JPH0711540Y2 (ja) 歩行型水田作業機
CN118514782A (zh) 一种仿人足弓结构的机器人仿生足
CN117208114A (zh) 点足式双足机器人、机器人
JPS63214111A (ja) 歩行型水田作業機

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20080917

Termination date: 20140725

EXPY Termination of patent right or utility model