CN111386177B - 机器人的膝部构造 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人的膝部构造，在使膝部轻微弯曲的情况下，能够将促动器为了使膝部弯曲所需的扭矩抑制为少。腿部(5)具备：大腿部(10)、配置于比大腿部(10)靠下方的位置的小腿部(11)、将大腿部(10)与小腿部(11)之间连接成能够弯曲的膝关节部(12)、以及安装成以在腿部(5)直立时具有松弛的方式跨在大腿部(10)与小腿部(11)的橡胶部件(15)。在腿部(5)处于以橡胶部件(15)伸长的方式大幅弯曲的状态时，橡胶部件(15)的复原力被施加于大腿部(10)与小腿部(11)。

Description

机器人的膝部构造

技术领域

本发明涉及在机器人从膝部弯曲的状态向膝部直立的状态复原时，将辅助的扭矩施加于膝部的机器人的膝部构造。

背景技术

以往，针对利用双腿进行行走的机器人进行了开发。这样的机器人能够进行与人相同的作业，因此期待发生灾害时拆除瓦砾、抢救人命等在人难以进入的场所进行作业。

在这样的机器人从膝部弯曲的状态向膝部变得笔直而直立的状态复原时，膝关节需要大的扭矩。因此，提出了在膝关节配置弹性体，而在从膝部弯曲的状态向膝部直立的状态复原时使用弹性体的复原力的结构。

专利文献1公开了一种在膝关节配置弹性体的腿式机器人。在专利文献1的腿式机器人中，公开了在膝关节安装弹簧，而在使膝部从弯曲的状态向直立的状态复原时使用弹簧的复原力的结构。另外，在专利文献1中，公开了在需要大的复原力时安装于膝部的弹簧被拉伸，从而增大复原力的结构。

专利文献1：日本特开2001－287177公报

在专利文献1所公开的腿式机器人中，将弹簧以与膝部的弯曲对应地被拉伸的方式安装于膝关节。因此，在机器人欲弯曲膝部时，弹簧与膝部的弯曲对应地被拉伸。然而，膝部每当弯曲时，安装于膝部的弹簧均被拉伸，因此即便在膝部小幅弯曲的情况下，也需要用于使膝部弯曲的扭矩与用于拉伸弹簧的扭矩这两个扭矩。因此，针对使膝部轻微弯曲的情况以及使膝部大幅弯曲的情况双方，膝部每当弯曲时，弯曲膝部时所需的扭矩均增大，从而使膝部弯曲时所消耗的电力增大。由于人形机器人的消耗电力增大，因此运转成本相应地提高。

发明内容

因此，本发明鉴于上述的情况，目的在于，提供一种机器人的膝部构造，在使膝部轻微弯曲的情况下，能够将使膝部弯曲所需的扭矩抑制为少。

本发明的机器人的膝部构造的特征在于，上述机器人是具有能够弯曲的腿部的机器人，上述腿部具备：大腿部；小腿部，配置于比上述大腿部靠下方的位置；膝关节部，将上述大腿部与上述小腿部之间连接成能够弯曲；以及复原力施加机构，安装成以在上述腿部直立时具有松弛的方式跨在上述大腿部与上述小腿部，在上述腿部处于以上述复原力施加机构伸长的方式大幅弯曲的状态时，上述复原力施加机构的复原力被施加于上述大腿部与上述小腿部。

在上述结构的机器人的膝部构造中，复原力施加机构构成为安装成以具有松弛的方式跨在大腿部与小腿部，因此复原力施加机构仅在以某种程度大幅弯曲了腿部时被拉伸。因此，在使腿部轻微弯曲时，复原力施加机构不作用有拉伸力，因此使腿部弯曲所需的扭矩小即可。另外，在腿部处于以复原力施加机构伸长的方式大幅弯曲的状态时，通过复原力施加机构将复原力施加于大腿部与小腿部，因此能够将扭矩辅助地施加于大腿部与小腿部。

另外，上述复原力施加机构也可以由橡胶形成，并形成为带状。

由于复原力施加机构由带状的橡胶形成，因此复原力施加机构容易伸缩，从而能够将复原力适当地施加于大腿部与小腿部。

另外，上述复原力施加机构也可以以堵塞在弯曲了上述腿部时所产生的上述大腿部与上述小腿部之间的间隙的方式安装。

由于复原力施加机构以堵塞在弯曲了腿部时所产生的大腿部与小腿部之间的间隙的方式安装，因此能够抑制物体进入大腿部与小腿部之间的间隙。

另外，上述复原力施加机构也可以安装为：在比上述膝关节部更靠在弯曲了上述腿部时从直立的状态突出的一侧的位置通过。

由于复原力施加机构安装为在弯曲了腿部时从直立的状态突出的一侧的位置通过，因此在大幅弯曲了腿部时，复原力施加机构伸长，在腿部弯曲的程度轻微时，复原力施加机构收缩。因此，在腿部从大幅弯曲的状态变成轻微弯曲的程度时，复原力施加机构能够将复原力高效地施加于大腿部与小腿部。

另外，也可以具备被压缩部，上述被压缩部安装于上述大腿部和上述小腿部这两者中的任一个的比上述膝关节部更靠与在弯曲了上述腿部时从直立的状态突出的一侧相反的一侧的位置，在上述腿部成为规定以上的弯曲角时，上述被压缩部被夹在上述大腿部与上述小腿部之间而被压缩由此产生复原力。

由于被压缩部的复原力被施加于大腿部与小腿部，因此能够在与复原力施加机构不同的位置，将复原力施加于大腿部与小腿部。因此，能够通过复原力施加机构与被压缩部，复合地将复原力施加于大腿部与小腿部，从而能够将大的复原力施加于大腿部与小腿部。另外，在腿部成为规定以上的弯曲角时，产生被压缩部的复原力，因此在腿部轻微弯曲那样的情况下，被压缩部不被压缩，从而不使用被压缩部的压缩用的扭矩即可。

根据本发明，复原力施加机构仅在需要比较大的扭矩的、使腿部大幅弯曲的状态时，向大腿部与小腿部施加复原力，因此复原力施加机构能够仅在必要时将复原力施加于大腿部与小腿部。在使腿部轻微弯曲的情况下，复原力施加机构不发挥拉伸力的作用，因此能够以少的扭矩弯曲腿部。因此，被消耗的电力少即可，从而能够将机器人的运转成本抑制为少。

附图说明

图1的(a)是本发明的第1实施方式所涉及的人形机器人的主视图，图1的(b)是图1的(a)的人形机器人的侧视图。

图2是表示图1的人形机器人的控制系统的结构的框图。

图3是针对图1的人形机器人中的膝关节部的罩以及小腿部的罩剖切一部分而示出膝部构造的内部的局部剖视图。

图4是图1的人形机器人中的取下膝关节部的罩并使膝部弯曲的状态的膝部构造的立体图。

图5是表示使图1的人形机器人中的腿部从直立的状态弯曲后再次复原为直立的状态时的各工序的腿部的侧视图。

图6是使图1的人形机器人中的腿部从直立的状态弯曲时的各工序的腿部的取下罩而示出内部构造的侧视图。

图7的(a)是本发明的第2实施方式所涉及的人形机器人中的取下膝关节部的罩，并使膝部弯曲的状态的膝部构造的立体图，图7的(b)是图7的(a)的膝部构造的俯视图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式所涉及的机器人的膝部构造进行说明。

(第1实施方式)

首先，对本发明的第1实施方式所涉及的机器人的膝部构造进行说明。图1的(a)是本发明的第1实施方式所涉及的人形机器人的主视图，图1的(b)是人形机器人的侧视图。

作为本实施方式的机器人的人形机器人1具有模仿人的形状，具有头部2、躯体部3、臂部4以及腿部5。人形机器人1构成为通过控制腿部5的驱动，由此能够进行双腿行走。另外，通过驱动臂部4、腿部5，使手脚移动，由此能够进行与人相同的作业。

臂部4、腿部5等部分是通过利用关节连接多个连杆而构成。各个连杆彼此之间构成为通过关节的部分能够弯曲。在各个关节配置有伺服马达、促动器之类的驱动装置。通过控制驱动装置的驱动，由此控制连杆彼此之间的弯曲的程度，从而控制臂部4、腿部5等的驱动。与人形机器人1所具有的能够弯曲的多个关节对应地具备多个驱动装置。

在人形机器人1的躯体部3的背面部6连接有电缆7。电缆7由柔软的材料形成，构成为能够弯曲。在电缆7的内部配置有布线，经由配置于电缆7内部的布线向人形机器人1供给来自电源的电流。在本实施方式中，来自电缆7的布线被分支，从而连接于多个伺服马达。构成为来自电缆7的电流经由布线供给至伺服马达。

在腿部5的末端部设置有脚部8。在脚部8的外侧安装有脚趾部9。脚趾部9被安装为能够相对于脚部8进行装卸。

腿部5具有大腿部10与配置于比大腿部10靠下方的位置的小腿部11。在大腿部10与小腿部11之间设置有膝关节部12。膝关节部12连接成能够弯曲大腿部10与小腿部11之间。这里，膝关节部12是指在大腿部10与小腿部11之间构成为能够通过铰链等进行弯曲的部分。

在本实施方式中，作为大腿部10与小腿部11之间的能够旋转的旋转轴，设置有膝关节部12，将腿部5中的比作为旋转轴的膝关节部12靠上方的部分设为大腿部10，将比作为旋转轴的膝关节部12靠下方的部分设为小腿部11。

在腿部5中的小腿部11的后侧安装有被压缩弹簧(被压缩部)16。换句话说，被压缩弹簧16安装于小腿部11中的比膝关节部12靠与在弯曲了腿部5时从直立的状态突出的一侧(前侧)相反的侧(后侧)的位置。

被压缩弹簧16安装于在弯曲了腿部5时被夹在大腿部10与小腿部11之间而被压缩的位置。另外，被压缩弹簧16安装于在腿部5直立的状态下不被压缩，在腿部5弯曲时被压缩的位置。在本实施方式中，特别是，仅在腿部5成为规定以上的弯曲角时被夹在大腿部10与小腿部11之间而被压缩的位置，安装有被压缩弹簧16。这里，规定以上的弯曲角是指腿部5大幅弯曲的结果，与大腿部10或者小腿部11抵接那样的弯曲角。在弯曲角成为规定以上时，被压缩弹簧16被夹在大腿部10与小腿部11之间，因此产生复原力。

此外，在本实施方式中，被压缩弹簧16虽安装于小腿部11，但本发明不限定于此。被压缩弹簧16可以安装于大腿部10，只要安装于大腿部10和小腿部11中的任一方即可。

接下来，对人形机器人1的控制结构进行说明。图2表示人形机器人1的控制结构的框图。

如图2所示，人形机器人1中的控制部14包含运算部14a、存储部14b和伺服控制部14c。

控制部14例如是具备微型控制器等计算机的机器人控制器。此外，控制部14既可以由集中控制的单独的控制部14构成，也可以由相互协作并分散控制的多个控制部14构成。

存储部14b存储作为机器人控制器的基本程序、各种固定数据等的信息。运算部14a通过读出并执行存储于存储部14b的基本程序等的软件，由此控制主体部100的各种动作。即，运算部14a生成主体部100的控制指令，并将其输出至伺服控制部14c。例如，运算部14a由处理器单元构成。

伺服控制部14c构成为基于由运算部14a生成的控制指令，控制与人形机器人1的各个关节对应的驱动装置的驱动。

接下来，对人形机器人1的膝部构造进行说明。

图3表示针对膝关节部12的罩12a以及小腿部11的罩11a剖切一部分而示出膝部构造的内部的局部剖视图。图3示出了腿部5直立的状态。

如图3所示，在膝关节部12，在腿部5的大腿部10的一部分与小腿部11的一部分之间设置有橡胶部件15，来作为复原力施加机构。作为复原力施加机构，使用弹性体，在本实施方式中，使用橡胶部件15。橡胶部件15由橡胶形成，在本实施方式中，橡胶部件15由多个重叠的橡胶管构成。对于橡胶部件15而言，如图3所示，既可以安装多根橡胶管而构成为多个重叠的橡胶部件15，也可以将1根橡胶管折返多次而构成为多个重叠的橡胶部件15。

橡胶部件15在比膝关节部12靠上方的位置安装于从大腿部10向下方延伸的上侧橡胶部件支承部10a。另外，橡胶部件15在比膝关节部12靠下方的位置安装于在小腿部11的上端设置的下侧橡胶部件支承部11b。换句话说，橡胶部件15设置为架设在大腿部10的上侧橡胶部件支承部10a与小腿部11的下侧橡胶部件支承部11b之间。

在本实施方式中，大腿部10的上侧橡胶部件支承部10a以及小腿部11的下侧橡胶部件支承部11b构成为具有管状的形状。在管状的上侧橡胶部件支承部10a以及下侧橡胶部件支承部11b，由橡胶管构成的橡胶部件15卷绕在各自的位置，橡胶部件15设置为架设在上侧橡胶部件支承部10a与下侧橡胶部件支承部11b之间。

橡胶部件15安装成以在腿部5直立时具有松弛的状态跨在大腿部10与小腿部11。在橡胶部件15的后侧以上下延伸的方式配置有腿部5的支柱5a。在本实施方式中，膝关节部12是支柱5a中的能够弯曲的部分。

接下来，对使膝部弯曲时的人形机器人1的膝部构造进行说明。

图4表示使腿部5的膝部弯曲的状态的膝部构造。图4是取下膝关节部12的罩12a并使膝部弯曲的状态下的膝部构造的立体图。

如图4所示，橡胶部件15在比膝关节部12靠前侧的位置通过并设置于大腿部10与小腿部11之间。这样，橡胶部件15安装为在比膝关节部12靠弯曲了腿部5时从直立的状态突出的前侧的位置。

若腿部5中的膝部弯曲，则大腿部10的上侧橡胶部件支承部10a与小腿部11的下侧橡胶部件支承部11b之间的距离增长。因此，以架设在上侧橡胶部件支承部10a与下侧橡胶部件支承部11b之间的方式设置的橡胶部件15被上下拉伸。

橡胶部件15由于以在腿部5直立时具有松弛的状态被安装，因此在膝部轻微弯曲的状态下，仅松弛的部分被抻直，橡胶部件15本身不伸长。

若膝部以某种程度大幅弯曲，则从橡胶部件15的松弛的部分被抻直的状态开始，橡胶部件15进一步被拉伸，因此，橡胶部件15本身伸长。若橡胶部件15伸长，则橡胶部件15在收缩的方向产生复原力。

图5的(a)～(e)表示人形机器人使膝部弯曲，并从此处使膝部复原为直立的状态为止的各状态的腿部5的侧视图。

图5的(a)表示腿部5直立的状态的腿部5的侧视图。由于腿部5处于直立的状态，因此橡胶部件15以松弛的状态架设在上侧橡胶部件支承部10a与下侧橡胶部件支承部11b之间的方式被配置。

图5的(b)表示腿部5轻微弯曲的状态的腿部5的侧视图。通过腿部5轻微的弯曲，由此橡胶部件15的松弛的部分成为张紧的状态。在图5的(b)的状态下，仅橡胶部件15中的松弛的部分张紧，橡胶部件15本身不伸长。换句话说，图5的(b)所示的橡胶部件15的长度是橡胶部件15本身的自然长度。

图5的(c)表示腿部5大幅弯曲的状态的腿部5的侧视图。若从图5的(b)所示的状态开始，膝部进一步大幅弯曲，则对张紧状态的橡胶部件15进一步施加拉伸力F1。因此，橡胶部件15从此处进一步被拉伸，由此，橡胶部件15本身伸长。

另外，若腿部5大幅弯曲，则被压缩弹簧16被压缩。被压缩弹簧16安装于在腿部5直立的状态下不被压缩，在腿部5弯曲时被压缩的位置。在本实施方式中，特别是，在腿部5以某种程度大幅弯曲而腿部5弯曲的角度成为某种程度的角度以上时才被压缩的位置，安装被压缩弹簧16。在腿部5大幅弯曲时，被压缩弹簧16被夹在大腿部10与小腿部11之间，由此被压缩。由此，对被压缩弹簧16施加压缩力F2。

图5的(d)表示从腿部5大幅弯曲的状态欲再次直立的状态的腿部5的侧视图。在图5的(d)所示的状态下，由于腿部5大幅弯曲，因此橡胶部件15处于被拉伸的状态。由于橡胶部件15处于已经拉伸的状态，因此橡胶部件15具有欲从此处收缩的复原力F3。换句话说，腿部5在橡胶部件15伸长那样的大幅弯曲的状态时，橡胶部件15的复原力F3被施加于大腿部10与小腿部11。在腿部5直立时，辅助地使用此时的橡胶部件15的复原力F3。通过使橡胶部件15施加复原力F3，由此产生使大腿部10以膝关节部12为中心向D1方向旋转的扭矩。另外，产生使小腿部11以膝关节部12为中心向D2方向旋转的扭矩。这样，在腿部5从大幅弯曲的状态向直立的状态复原时，橡胶部件15的复原力F3被施加于大腿部10与小腿部11。

此外，在本实施方式中，在腿部5从大幅弯曲的状态向直立的状态复原时，橡胶部件15的复原力F3被施加于大腿部10与小腿部11，但本发明不限定于上述实施方式。只要在腿部5从橡胶部件15伸长那样的大幅弯曲的状态变为轻微弯曲的程度时，将复原力F3施加于大腿部10与小腿部11即可。也可以是即便在腿部5不是复原至直立为止而是仅轻微弯曲的情况下，也将橡胶部件15的复原力F3施加于大腿部10与小腿部11的结构。

在图5的(d)所示的状态下，由于腿部5大幅弯曲，因此被压缩弹簧16处于被压缩的状态。在图5的(d)中，由于被压缩弹簧16处于已经被压缩的状态，因此被压缩弹簧16具有欲从此处伸长的复原力F4。在腿部5向直立的状态复原时，也辅助地使用此时的被压缩弹簧16的复原力F4。通过使被压缩弹簧16施加复原力F4，由此产生使大腿部10以膝关节部12为中心向D1方向旋转的扭矩，并且产生使小腿部11以膝关节部12为中心向D2方向旋转的扭矩。换句话说，在腿部5从弯曲的状态向直立的状态复原时，被压缩弹簧16的复原力F4被施加于大腿部10与小腿部11之间。

此外，在本实施方式中，在腿部5从大幅弯曲的状态向直立的状态复原时，被压缩弹簧16的复原力F4被施加于大腿部10与小腿部11，但本发明不限定于上述实施方式。只要在腿部5从被压缩弹簧16被压缩那样的大幅弯曲的状态变为轻微弯曲的程度时，将被压缩弹簧16的复原力F4施加于大腿部10与小腿部11即可。也可以是即便在腿部5不是复原至直立为止而是仅轻微弯曲的情况下，也将被压缩弹簧16的复原力F4施加于大腿部10与小腿部11的结构。

通过一边辅助地使用橡胶部件15的复原力F3以及被压缩弹簧16的复原力F4，一边使腿部5弯曲的角度逐渐变得轻微，由此腿部5向直立的状态复原下去。

图5的(e)表示腿部5再次直立的状态的腿部5的侧视图。从图5的(d)所示的状态开始，大腿部10以膝关节部12为中心向D1方向旋转，并且小腿部11以膝关节部12为中心向D2方向旋转，由此腿部5向直立的状态接近下去。若腿部5成为笔直的状态，则腿部5直立。

在从膝关节部12弯曲的状态向直立的状态复原时，弯曲的角度越大，驱动膝关节部12所需的扭矩越大。

图6表示腿部5中的罩的内部的构造。图6的(a)～(c)是取下罩的状态下的腿部5的侧视图。

图6的(a)示出了腿部5直立的状态的腿部5的内部构造。如图6的(a)所示，腿部5具备多个促动器17。在本实施方式中，每一个腿部5安装有3个促动器17。

在图6的(a)～(c)中，将安装于大腿部10的前侧的促动器设为促动器17a，将安装于大腿部10的后侧的促动器设为促动器17b，将安装于小腿部11的促动器设为促动器17c。

通过驱动各促动器17，而改变与各促动器17连接的各个连杆18的长度，由此能够使膝关节部12弯曲的角度变化。

在本实施方式中，将连接于促动器17a的连杆设为连杆18a，将连接于促动器17b的连杆设为连杆18b，将连接于促动器17c的连杆设为连杆18c。

在腿部5直立的状态下，来自上半身的负载L1施加于支柱5a。因此，处于直立的状态的支柱5a支承来自上半身的负载L1。

图6的(b)示出了腿部5使膝关节部12轻微弯曲的状态的腿部5的内部构造。

在腿部5弯曲的状态下，通过支柱5a、连杆18a、连杆18b支承来自上半身的的负载L2。为了支承来自上半身的负载L2，在促动器17a作用有负荷L4，在促动器17b作用有负荷L5。另外，为了支承来自上半身的负载L3，在促动器17c作用有负荷L6。腿部5为了维持姿势，并维持膝关节部12的弯曲角度，而使促动器17a作用有与负荷L4对应的负荷，使促动器17b作用有与负荷L5对应的负荷，并且使促动器17c作用有与负荷L6对应的负荷。

图6的(c)示出了腿部5使膝关节部12大幅弯曲的状态的腿部5的内部构造。

在腿部5大幅弯曲的状态下，通过支柱5a、连杆18a、连杆18b支承来自上半身的负载L7。为了支承来自上半身的负载L7，在促动器17a作用有负荷L9，在促动器17b作用有负荷L10。另外，为了支承来自上半身的负载L8，在促动器17c作用有负荷L11。

为了支承来自上半身的负载L7，在促动器17a作用有负荷L9，在促动器17b作用有负荷L10。另外，为了支承来自上半身的负载L8，在促动器17c作用有负荷L11。腿部5为了维持姿势，并维持膝关节部12的弯曲角度，而使促动器17a作用有与负荷L9对应的负荷，使促动器17b作用有与负荷L10对应的负荷，并且使促动器17c作用有与负荷L11对应的负荷。

此时，支柱5a无法支承人形机器人1的作用于前后方向的成分的负载。图6的(c)的促动器17a的负荷L9变得大于图6的(b)的促动器17a的负荷L4。另外，图6的(c)的促动器17b的负荷L10变得大于图6的(b)的促动器17b的负荷L5。另外，图6的(c)的促动器17c的负荷L11变得大于图6的(b)的促动器17c的负荷L6。腿部5所弯曲的角度越深，促动器17的负荷越大。因此，为了维持腿部5的弯曲的角度并维持腿部5的姿势，腿部5所弯曲的角度越深，作用于促动器17的负荷越大。

另外，在为了使腿部5从弯曲的姿势向直立的状态复原而驱动腿部5时，需要使超过用于维持腿部5的姿势的负荷的扭矩作用于各个促动器17。因此，在腿部5大幅弯曲的状态下，为了使腿部5从弯曲的姿势向直立的状态复原，各个促动器17需要大的扭矩。

在本实施方式中，如图5的(d)所示，在使腿部5从大幅弯曲的状态向直立的状态复原时，一边辅助地使用橡胶部件15的复原力F3以及被压缩弹簧16的复原力F4，一边驱动促动器17，由此能够驱动腿部5的膝关节部12。因此，能够减少所需的各个促动器17的驱动力。

另外，在本实施方式中，由于橡胶部件15具有松弛地被安装，因此如图5的(c)所示，在腿部5大幅弯曲的状态下才在橡胶部件15作用有拉伸力，并且从此处如图5的(d)所示腿部5向直立的状态复原时，在橡胶部件15作用有复原力F3。因此，仅在腿部5从大幅弯曲的状态向直立的状态复原时，能够辅助地使用橡胶部件15的复原力F3。换句话说，能够仅在施加大的负荷且需要促动器17的大的驱动力时，辅助地使用橡胶部件15的复原力F3。

另一方面，如图5的(b)所示，在腿部5轻微弯曲的状态下，仅橡胶部件15的松弛的部分张紧，橡胶部件15本身并不伸长。因此，仅轻微弯曲腿部5，橡胶部件15本身不伸长。换句话说，在使腿部5轻微弯曲时，不需要与使橡胶部件15作用有拉伸力对应的扭矩。因此，在使腿部5轻微弯曲时，能够将使腿部5弯曲所需的促动器17的驱动力抑制为少。由于能够将促动器17的驱动力抑制为小，因此能够将在人形机器人1被消耗的电力抑制为少。因此，能够将人形机器人1的运转成本抑制为少。

另外，这样，以使橡胶部件15具有松弛的状态安装橡胶部件15，由此仅在使腿部5从大幅弯曲的状态向直立的状态复原时，辅助地使用橡胶部件15的复原力F3。因此，通过简易的结构，能够提供仅在使腿部5从大幅弯曲的状态向直立的状态复原时使用橡胶部件15的复原力F3的人形机器人1。另外，能够提供不使用特别的驱动装置，而仅在需要橡胶部件15的复原力F3时用于使橡胶部件的复原力选择性地发挥作用的结构。这样，能够通过简易的结构提供用于使橡胶部件15的复原力选择性地发挥作用的结构，因此能够将人形机器人1的制造成本抑制为少。

另外，在本实施方式中，被压缩弹簧16安装于在使腿部5大幅弯曲时才被夹在大腿部10与小腿部11之间而被压缩的位置。因此，如图5的(c)所示，在腿部5大幅弯曲的状态下被压缩弹簧16才被压缩，并且从此处如图5的(d)所示腿部5向直立的状态复原时，被压缩弹簧16的复原力F4发挥作用。因此，仅在腿部5从大幅弯曲的状态向直立的状态复原时，能够辅助地使用被压缩弹簧16的复原力F4。换句话说，仅在腿部5被施加大的负荷且需要促动器17的大的驱动力时，能够辅助地使用被压缩弹簧16的复原力F4。

另一方面，如图5的(b)所示，在腿部5轻微弯曲的状态下，被压缩弹簧16不被夹持且不被压缩。因此，仅轻微弯曲腿部5，被压缩弹簧16不被压缩。因此，在使腿部5轻微弯曲时，不需要与使被压缩弹簧16作用有压缩力对应的扭矩。由此，在使腿部5轻微弯曲时，能够将使腿部5弯曲所需的促动器17的驱动力抑制为少。由于能够将促动器17的驱动力抑制为少，因此能够将在人形机器人1被消耗的电力抑制为少。因此，能够将人形机器人1的运转成本抑制为少。

另外，在本实施方式中，被压缩弹簧16安装于比膝关节部12靠后侧的位置。换句话说，被压缩弹簧16安装于比膝关节部12靠与在使腿部5弯曲时从直立的状态突出的一侧(前侧)相反的一侧(后侧)的位置。因此，能够将被压缩弹簧16安装于与橡胶部件15相反侧的位置。由此，能够在膝部构造的内部高效地使用空间，从而能够使腿部5小型化。

另外，通过安装于各自的位置的橡胶部件15与被压缩弹簧16，能够复合地使复原力作用于大腿部10与小腿部11。因此，能够从各自的位置使不同种类的复原力分别作用于大腿部10与小腿部11，因此能够增大合计的复原力。由此，能够将使腿部5直立所需的促动器17的驱动力抑制为少。

此外，在本实施方式中，对由橡胶形成的橡胶部件15构成为复原力施加机构的方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式。复原力施加机构也可以由橡胶以外的材料构成。在腿部5从大幅弯曲的状态向直立的状态复原时，只要能够将复原力施加于大腿部10与小腿部11，则复原力施加机构也可以由其他的材料构成。

(第2实施方式)

接下来，对本发明的第2实施方式所涉及的机器人的膝部构造进行说明。此外，省略对与上述第1实施方式相同地构成的部分的说明，仅对不同的部分进行说明。

在第1实施方式中，对使用由多个重叠的橡胶管构成的橡胶部件15的实施方式进行了说明。与此相对，在第2实施方式中，橡胶部件15a具有带状的形状，在这点上与第1实施方式的结构不同。

图7的(a)表示第2实施方式所涉及的人形机器人1的膝部构造的立体图，图7的(b)表示人形机器人1的膝部构造的俯视图。图7的(a)、(b)示出了取下膝关节部12的罩12a的状态的膝部构造。

在第2实施方式中，具有带状的形状并形成为带状的橡胶部件15a安装于腿部5。橡胶部件15a设置为架设在大腿部10的上侧橡胶部件支承部10a与小腿部11的下侧橡胶部件支承部11b之间。即使在第2实施方式中，橡胶部件15a也安装为以在腿部5直立时具有松弛的方式跨在大腿部10与小腿部11。

在第2实施方式中，由于橡胶部件15a形成为带状，因此橡胶部件15a形成为容易沿着在腿部5弯曲、直立时橡胶部件15a伸缩的方向进行伸缩。因此，容易对橡胶部件15a的复原力进行调节。因此，能够将橡胶部件15a的复原力容易且适当地施加于大腿部10与小腿部11。

另外，由于橡胶部件15a具有带状的形状，因此橡胶部件15a能够堵塞在腿部5弯曲时产生的大腿部10与小腿部11之间的间隙。

如图7的(b)的俯视图所示，在本实施方式中，在俯视观察膝部构造时，以堵塞在腿部5弯曲时产生的大腿部10与小腿部11之间的间隙的大致整体的方式，安装橡胶部件15a。由于橡胶部件15a安装为堵塞在腿部5弯曲时产生的大腿部10与小腿部11之间的间隙，因此能够抑制物体进入大腿部10与小腿部11之间的间隙。

另外，橡胶部件15a配置为堵塞小腿部11的罩11a内部的间隙。在本实施方式中，特别是，能够堵塞小腿部11的罩11a内部的间隙，因此能够抑制物体进入罩11a的内部。

如图7的(b)所示，在俯视观察小腿部11时，以堵塞小腿部11的罩11a内部的间隙的大致整体的方式，安装橡胶部件15a。

在俯视观察膝部构造时，小腿部11的罩11a的上表面大致整体被橡胶部件15a堵塞，从而罩11a的内部的间隙C1大致整体被堵塞，因此能够抑制物体下落而进入间隙C1的内部。因此，能够抑制工具、部件向间隙C1的内部下落，而进入间隙。假设，在工具、部件下落在间隙C1的状态下驱动人形机器人1的情况下，下落到间隙C1内部的工具、部件与人形机器人1的部件接触，从而存在成为故障的因素的可能性。在本实施方式中，能够抑制工具、部件向间隙C1的下落，因此能够提高人形机器人1的可靠性。

另外，能够抑制人的手指等部位进入大腿部10与小腿部11之间的间隙。在本实施方式中，特别是，堵塞小腿部11的罩11a内部的间隙C1，因此能够抑制人的手指等部位进入间隙C1的内部。因此，能够提高人形机器人1的安全性。

另外，橡胶部件15a兼具作为施加复原力的复原力施加机构的功能与作为堵塞大腿部10与小腿部11之间的间隙的保护机构的功能这两者。通过使用橡胶部件15a，由此能够使膝部构造具有作为复原力施加机构的功能与作为保护机构的功能，因此与这些分别配置的方式相比，能够高效地使用空间。因此，能够使膝部构造小型化。另外，由于能够使膝部构造小型化，因此能够将膝部构造的制造成本抑制为少。

此外，橡胶部件15a只要能够堵塞在腿部5弯曲时产生的大腿部10与小腿部11之间的间隙的至少一部分即可。也可以不构成为覆盖在大腿部10与小腿部11之间形成的间隙的整体。

另外，在本实施方式中，在俯视观察膝部构造时，橡胶部件15a构成为堵塞小腿部11的罩11a的上表面的大致整体，堵塞罩11a的内部的间隙C1的大致整体，但本发明不限定于上述实施方式。只要能够堵塞大腿部10与小腿部11之间的间隙的至少一部分，则也可以不构成为堵塞罩11a的内部的间隙C1。

另外，在本实施方式中，对橡胶部件15a由1张片材构成的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式。也可以使用多个片材而构成橡胶部件15a。此时，橡胶部件15a也可以构成为如人为在膝部卷绕护具那样将多个橡胶部件15a卷绕于膝部而成。另外，也可以是1张片材的橡胶部件15a形成为长，而将橡胶部件15a卷绕多次的结构。

此外，在上述第1实施方式中，对橡胶部件15由橡胶管构成的方式进行说明，在第2实施方式中，对橡胶部件15a构成为具有带状的形状的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式。作为复原力施加机构的橡胶部件也可以构成为具有其他的形状。只要橡胶被拉伸，而将复原力作为腿部直立时的扭矩辅助地使用，则橡胶部件也可以具有其他的形状。

另外，在上述实施方式中，对将被压缩弹簧16安装于在腿部5弯曲时夹在大腿部10与小腿部11之间而被压缩的位置的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式。在腿部5弯曲时夹在大腿部10与小腿部11之间而被压缩的部件也可以不是弹簧，而是其他的部件。只要能够在腿部5大幅弯曲时被压缩，在直立时将复原力作为腿部直立时的扭矩辅助地使用，则也可以使用其他的部件。例如，也可以配置由橡胶形成的部件。

另外，在上述实施方式中，对安装被压缩弹簧16的结构进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式。也可以不安装被压缩弹簧16。也可以是在使腿部从大幅弯曲的状态向直立的状态复原时，仅使用橡胶部件的复原力的结构。

另外，在上述实施方式中，对作为机器人而使用人形机器人1的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式。只要具有本发明的膝部构造，则机器人也可以不是人形。也可以在不具有臂部而仅具有躯体部与腿部的结构的机器人应用本发明。

附图标记的说明

1...人形机器人；10...大腿部；11...小腿部；12...膝关节部；15...橡胶部件。

Claims (3)

1.一种机器人的膝部构造，所述机器人是具有能够弯曲的腿部的机器人，

所述机器人的膝部构造的特征在于，

所述腿部具备：

大腿部；

小腿部，配置于比所述大腿部靠下方的位置；

膝关节部，将所述大腿部与所述小腿部之间连接成能够弯曲；以及

复原力施加机构，安装成以在所述腿部直立时具有松弛的方式跨在所述大腿部与所述小腿部，

在所述腿部处于以所述复原力施加机构伸长的方式大幅弯曲的状态时，所述复原力施加机构的复原力被施加于所述大腿部与所述小腿部，

在所述大腿部的前侧配置有促动器，

所述复原力施加机构位于所述膝关节部的前侧，

通过驱动所述促动器，而改变与所述促动器连接的连杆的长度，由此能够使所述膝关节部弯曲的角度变化，

所述复原力施加机构由橡胶形成，并形成为在所述膝关节部的关节轴方向上具有宽度的板状体那样的带状，

所述复原力施加机构以堵塞在弯曲了所述腿部时所产生的所述大腿部与所述小腿部之间的间隙的方式安装。

2.根据权利要求1所述的机器人的膝部构造，其特征在于，

所述复原力施加机构安装为：在比所述膝关节部更靠在弯曲了所述腿部时从直立的状态突出的一侧的位置通过。

3.根据权利要求1或2所述的机器人的膝部构造，其特征在于，

具备被压缩部，所述被压缩部安装于所述大腿部和所述小腿部这两者中的任一个的比所述膝关节部更靠与在弯曲了所述腿部时从直立的状态突出的一侧相反的一侧的位置，在所述腿部成为规定以上的弯曲角时，所述被压缩部被夹在所述大腿部与所述小腿部之间而被压缩由此产生复原力。