DE60020315T2

DE60020315T2 - Beweglicher Roboter mit Beinen und Vorrichtung für sein Hüftgelenk

Info

Publication number: DE60020315T2
Application number: DE60020315T
Authority: DE
Inventors: Yuichi Hattori; Yoshihiro Kuroki; Tatsuzo Ishida; Jinichi Hino-shi Yamaguchi
Original assignee: Yamaguchi Jinichi Hino; Sony Corp
Current assignee: Yamaguchi Jinichi Hino; Sony Corp
Priority date: 1999-09-07
Filing date: 2000-09-06
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2020-09-07
Also published as: US6583595B1; EP1083120A2; DE60020315D1; EP1083120B1; KR20010050355A; EP1083120A3; CN1276820C; JP3435666B2; US20030173926A1; KR100687461B1; JP2001150371A; CN1289665A; US6917175B2

Description

Ein Roboter ist eine mechanische Einrichtung, welcher die Bewegung eines Menschen nacheifert, wobei von elektrischen und magnetischen Aktionen Gebrauch gemacht wird. Man meint, dass der Ausdruck Roboter von dem slawischen Wort "ROBOTA" (slavish machine = sklavische Maschine) hergeleitet ist. In Japan begann die Verwendung von Robotern am Ende der 60-iger Jahre, wobei die meisten von diesen industrielle Roboter waren, beispielsweise Manipulatoren und Transportroboter, die beispielsweise für den Zweck verwendet wurden, industrielle Operationen in Fabriken ohne die Anwesenheit von Menschen automatisch zu erfüllen.
In den vergangenen Jahren wurden dann Fortschritte bei der Suche und der Entwicklung von durch Beine bewegbare Roboter gemacht, welche die Bewegungen und Mechanismen des Körpers eines Lebewesens nacheifern, beispielsweise eines Menschen oder eines Affen, der auf zwei Füßen läuft, wobei er in einer aufrechten Haltung ist. Daher bestand eine größere Erwartung, um auf Beinen bewegbare Roboter der praktischen Verwendung zuzuführen. Ein überragendes Merkmal von auf Beinen bewegbaren Robotern, die sich auf zwei Füßen bewegen, während sie in einer aufrechten Haltung sind, besteht darin, dass sie flexibel (gleitend) gehen können, beispielsweise Stufen hinauf und hinunter oder über Hindernisse.
In der Vergangenheit von auf Beinen bewegbaren Robotern wurden Versuche hinsichtlich der Bewegung der Beine begonnen, wobei als elementares Verfahren die Bewegung von Beinen unter Verwendung lediglich der unteren Gliedmaßen studiert wurde. Folglich sind Roboter dieser Art nicht mit allen Teilen des Körpers versehen, die vertikal positioniert sind.
Beispielsweise offenbart die Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 3-18 47 82 eine Gelenkstruktur, die bei dem strukturellen Teil unterhalb des Rumpfes eines Roboters, der unter Verwendung der Beine läuft, angewandt wird.
Die Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 5-30 55 79 offenbart eine Steuerung, um das Gehen eines auf Beinen bewegbaren Roboters zu steuern. Die in diesem Dokument offenbarte Steuerung steuert das Gehen des Roboters so, dass der ZMP (Nullmomentpunkt) zu einem Zielwert passt. Der ZMP ist der Punkt auf der Bodenfläche, wo das Moment, welches von der Bodenreaktionskraft resultiert, wenn der Roboter läuft, null ist. Wie man jedoch aus 1 in diesem Dokument sieht, ist ein Rumpf 24, auf den das Moment wirkt, unter Verwendung einer schwarzen Box gebildet, so dass nicht alle Teile des Körpers vorgesehen sind. Daher ist das Dokument darauf beschränkt, dass dies die Beinbewegung als elementares Verfahren vorschlägt.
Man braucht nicht auszuführen, dass das endgültige Ziel des Aufbaus von auf Beinen bewegbaren Robotern das ist, diese Roboter mit allen Teilen des Körpers zu versehen. Insbesondere ist es der endgültige Ziel, diese Roboter, die laufen, während sie in einer aufrechten Haltung auf zwei Füßen sind, mit den unteren Gliedmaßen zu versehen, die verwendet werden, um auf zwei Füßen zu laufen, dem Kopf, den oberen Gliedmaßen (einschließlich der Arme) und dem Rumpf, der die oberen und unteren Gliedmaßen verbindet. Bei derartigen Robotern, die mit allen Teilen des Körpers versehen sind, ist vorausgesetzt, dass die Arbeit dadurch ausgeführt wird, dass die beiden Beine bewegt werden, während die Roboter in einer aufrechten Haltung sind. In allen Fällen, wo eine derartige Arbeit in einem Lebensraum von Menschen ausgeführt wird, ist es notwendig, die Roboter zu steuern, so dass die oberen und unteren Gliedmaßen und der Rumpf sich harmonisch in einer vorher festgelegten Prioritätsreihenfolge bewegen.
Auf Beinen bewegbare Roboter, welche die Mechanismen und Bewegungen von Menschen nacheifern, werden als Menschenroboter bezeichnet. Menschenroboter können beispielsweise Leuten im Leben helfen, d.h., diesen bei verschiedenen menschlichen Aktivitäten im Lebensraum und bei verschiedenen Umständen im täglichen Leben helfen.
Wie es üblicherweise der Fall ist, sind die auf Beinen bewegbaren Roboter grob unterteilt in diejenigen für industrielle Zwecke und diejenigen für Unterhaltung.
Industrielle Roboter sollen verschiedene schwierige Operationen, beispielsweise bei industriellen Aufgaben oder Herstellung anstelle von Menschen durchführen. Beispielsweise führen sie anstelle von Menschen die Wartungsarbeit in nuklearen Kraftwerken, thermischen Kraftwerken oder petrochemischen Anlagen oder gefährliche/schwierige Arbeit bei Produktionsanlagen oder Hochhäusern aus. Das wichtigste Thema besteht darin, industrielle Roboter so zu entwerfen und herzustellen, dass sie industriell wie angegeben verwendet werden können und die speziellen Funktionen liefern können. Industrielle Roboter sind unter der Annahme konstruiert, dass sie auf zwei Füßen laufen. Bei mechanischen Einrichtungen müssen sie jedoch nicht notwendigerweise den realen Körpermechanismus und Bewegungen von Lebewesen treu reproduzieren, beispielsweise Menschen oder Affen, die laufen, während sie in einer aufrechten Haltung sind. Beispielsweise werden der Bewegungsfreiheitsgrad bestimmter Teile (beispielsweise der Fingerspitzen) und ihre Betriebsfunktionen gesteigert bzw. verbessert, um einen menschlichen Roboter für einen bestimmten Zweck herzustellen. Bei spielsweise ist die Bewegungsfreiheit von Teilen, die vergleichsweise nicht bezogen auf die Verwendung des industriellen Roboters (beispielsweise den Kopf oder die Arme) angesehen werden, beschränkt, oder diese Teile sind nicht gebildet. Dies bewirkt, dass der industrielle Roboter eine unnatürliche äußere Erscheinungsform hat, wenn er arbeitet oder sich bewegt, obwohl dieser eine Art von Roboter ist, der auf zwei Füßen läuft. Um einen derartigen Roboters gut zu konstruieren, ist jedoch ein Kompromiss unausweichlich.
Im Gegensatz dazu liefern auf Beinen bewegbare Roboter zur Unterhaltung Eigenschaften, die bevorzugt eng mit dem Leben selbst verbunden sind, als Leute im Leben zu helfen, beispielsweise schwierige Arbeit anstelle von menschlichen Lebewesen durchzuführen. Anders ausgedrückt besteht das endgültige Ziel zum Herstellen von Robotern für die Unterhaltung darin, dass diese Roboter getreu die realen Mechanismen beispielsweise von Menschen oder Affen reproduzieren, die zwei Füßen laufen, während sie in einer aufrechten Haltung sind, und diese so auszubilden, dass sie sich natürlich und gleitend bewegen. Da Unterhaltungsroboter aufgebaut sind, hochintelligente Lebewesen nachzueifern, beispielsweise Menschen oder Affen, die in einer aufrechten Haltung stehen, wünscht man, dass sie sich in einer Weise bewegen, welche Gefühle und Stimmungen ausreichend zeigen. In diesem Sinne werden Unterhaltungsroboter, welche die Bewegungen von Lebewesen nacheifern, richtigerweise als Menschenroboter bezeichnet.
Kurz ausgedrückt ist es keine Übertreibung, auszuführen, dass Unterhaltungsroboter, obwohl sie vorsätzlich als auf Beinen bewegbare Roboter bezeichnet werden, anteilig die elementaren Verfahren industrieller Roboter nutzen, jedoch für einen vollständig anderen grundlegenden Zweck erzeugt werden und vollständig verschiedene Hardware-Mechanismen und Betriebssteuerungsverfahren nutzen, um den grundlegenden Zweck zu erreichen.
Wie durch den Stand der Technik schon bekannt ist, besitzt der menschliche Körper einige hundert Gelenke, so dass er einige hundert Freiheitsgrade hat. Um die Bewegungen von auf Beinen bewegbaren Robotern so eng an diejenigen des menschlichen Wesens zu machen, ist es vorteilhaft, dass es den auf Beinen bewegbaren Robotern erlaubt wird, virtuell so frei wie Menschen sich zu bewegen. Diese Technologie ist jedoch sehr schwierig zu erreichen. Der Grund dafür liegt darin, dass, da ein Betätigungsorgan angeordnet werden muss, um einen Freiheitsgrad bereitzustellen, einige hundert Betätigungsorgane für einige hundert Freiheitsgrade angeordnet werden müssen, wodurch die Herstellungskosten ansteigen und es virtuell unmöglich ist, diese hinsichtlich beispielsweise ihres Gewichts und Größe zu konstruieren. Wenn außerdem die Anzahl von Freiheitsgraden groß ist, wird die Anzahl von Be rechnungen, die beispielsweise für die Positions-/Betriebssteuerung oder die Gleichgewichtssteuerung erforderlich ist, entsprechend exponentiell ansteigen.
Zusammengefasst müssen, was in einer anderen Weise ausgeführt wurde, Menschenroboter die Mechanismen des menschlichen Körpers nacheifern, der mit einer beschränkten Anzahl von Freiheitsgraden ausgerüstet ist. Für Unterhaltungsroboter ist es erforderlich, dass sie sich natürlich in einer Weise eng der von menschlichen Wesen bewegen und in einer Weise, dass sie ausreichend Gefühle und Stimmungen mit beträchtlich weniger Freiheitsgraden als der menschliche Körper zeigen.
Auf Beinen bewegbare Roboter, die auf zwei Füßen laufen, während sie in einer aufrechten Haltung sind, sind exzellente Roboter dahingehend, dass sie flexibel gehen können (beispielsweise die Stufen aufwärts und abwärts oder über Hindernisse). Da jedoch die Schwerkraftmitte dieser Roboter an einer hohen Position liegt, wird es entsprechend schwierig, die Haltungssteuerung und eine stabile Gehsteuerung auszuführen. Insbesondere muss das Gehen und die Haltung von Unterhaltungsrobotern gesteuert werden, während sie sich natürlich bewegen, und in einer Weise, die ausreichend Gefühle und Stimmungen wie intelligente Lebewesen, beispielsweise menschliche Wesen oder Affen zeigen.
Verschiedene Vorschläge hinsichtlich des stabilen Gehens von auf Beinen bewegbaren Robotern wurden schon gemacht. Beispielsweise offenbart die Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 5-30 55 79 einen auf Beinen bewegbaren Roboter, der so ausgeführt ist, dass er stabil läuft, wobei der Nullmomentpunkt (ZMP) an einen Zielwert angepasst ist, d.h., der Punkt auf der Bodenfläche, wo das Moment, welches von der Reaktionskraft des Bodens resultiert, wenn der Roboter läuft, null ist.
Die Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 5-30 55 81 offenbart einen auf Beinen laufenden Roboter, der so aufgebaut ist, dass der ZMP entweder in der Innenseite eines tragenden vielflächigen (polygonalen) Teils angeordnet ist oder an einer Stelle, welche durch zumindest einen vorher festgelegten Wert von einem Ende des tragenden vielflächigen (polygonalen) Teils ausreichend getrennt ist, wenn ein Fuß des Roboters auf dem Boden landet oder von diesem getrennt ist. Sogar, wenn der Roboter einer externen Störung unterworfen ist, wird er dadurch als Folge davon entsprechend einer vorher festgelegten Entfernung nicht beeinträchtigt, wodurch es ermöglicht wird, dass der Roboter stabiler läuft.
Die Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 5-30 55 83 offenbart das Steuern der Laufgeschwindigkeit eines auf Beinen bewegbaren Roboters durch eine ZMP-Zielstelle. Insbesondere werden bei dem auf Beinen bewegbaren Roboter, der in diesem Dokument offenbart ist, vorher festgelegte Laufmusterdaten dazu verwendet, ein Armgelenk anzusteuern, so dass der ZMP zu einer Zielstelle passt, und die Neigung des oberen Teils des Körpers wird ermittelt, um die Ausstoßgeschwindigkeit der festgelegten Laufmusterdaten, die gemäß dem ermittelten Wert festgelegt sind, zu ändern. Wenn somit der Roboter unerwartet auf eine unebene Fläche tritt und beispielsweise sich nach vorne neigt, kann die ursprüngliche Lage des Roboters durch Vergrößern der Ausstoßgeschwindigkeit wiederhergestellt werden. Da außerdem der ZMP so gesteuert werden kann, dass er zur Zielstelle passt, besteht keine Schwierigkeit, die Ausstoßgeschwindigkeit in einer Einrichtung zum Lagern beider Arme zu ändern.
Die Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 5-30 55 85 offenbart das Steuern der Landeposition eines auf Beinen bewegbaren Roboters durch eine ZMP-Zielstelle. Insbesondere ist der in diesem Dokument offenbarte auf Beinen bewegbare Roboter so ausgeführt, dass er stabil läuft, wobei jegliche Verschiebungen zwischen der ZMP-Zielstelle und der aktuell gemessenen Position ermittelt werden und einer der beiden Arme angesteuert wird, um die Verschiebung zu beseitigen, oder durch Ermitteln des Moments rundum die ZMP-Zielstelle und durch Ansteuern eines Arms, so dass dieses null wird.
Die Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 5-30 55 86 offenbart das Steuern der Neigung der Haltung eines auf Beinen bewegbaren Roboters durch eine ZMP-Zielstelle. Insbesondere ist der auf Beinen bewegbare Roboter, der in diesem Dokument offenbart ist, so ausgebildet, dass er stabil läuft, wobei das Moment rundum die ZMP-Zielstelle ermittelt wird und ein Arm so angesteuert wird, dass, wenn das Moment erzeugt wird, das Moment null ist.
Jedoch erwähnen keine der oben beschriebenen Vorschläge irgendetwas über das Steuern der Haltung und das Gehen des Roboters, während er sich natürlich bewegt, und in einer Weise, die Gefühle und Stimmungen wie intelligente Lebewesen, beispielsweise Menschen oder Affen, ausreichend zeigen.
Ein Roboter, der als WABIAN bezeichnet wird (Waseda Bipedal Humanoid) ist in einer Abhandlung offenbart, die bezeichnet ist: The Development of Humanoid Robots Which Walk On Two Feet (Third Robotics Symposia, 7. und 8. Mai 1998) durch Yamaguchi et al.. WABIAN ist ein kompletter Menschenroboter, der nicht nur mit den unteren Gliedmaßen versehen ist, sondern auch mit den oberen Gliedmaßen und dem Rumpf, so dass er mit allen Teilen des Körpers versehen ist. WABIAN wurde für den Zweck entwickelt, um einen Roboter herzustellen, dessen gesamter Körper sich harmonisch bewegt, während er läuft. 13 und 14 zeigen jeweils schematisch Ansichten der Montagestruktur von WABIAN. WABIAN wurde konstruiert und hergestellt, um die Probleme zu überwinden, die beim Ar beiten auftreten, während sich der gesamte Körper harmonisch bewegt. Durch Steuern des ZMP und des Gierachsenmoments auf dem ZMP kann als Ergebnis einer harmonischen Bewegung des Rumpfes oder des Rumpfes/der Taille von drei Axialmoment-Kompensationsoperationen der Roboter so ausgebildet sein, dass er läuft, während dessen untere Gliedmaßen, Fingerspitzen und Rumpf einen Bewegungspfad einnehmen. Die mechanischen Modelle, welche in den Figuren gezeigt sind, nutzen Super-Duralumin als Hauptstrukturmaterial und besitzen ein Gesamtgewicht von 107 kg und eine Gesamtlänge von 1,66 m, wenn sie in einer aufrechten Haltung still stehen.
Die Internationale Patentanmeldung mit der Nummer WO98/26 905, welche die Merkmale des Oberbegriffs der Patentanspruch 1 und 2 zeigt, offenbart einen auf Beinen bewegbaren Roboter, der sich unter Verwendung unterer Gliedmaßen bewegt. Der Roboter ist mit einer Anordnung versehen, wodurch ein dynamischer Ausgleich und eine stabile Größe als Antwort auf eine unerwartete Reaktionskraft von einem laufenden Objekt beibehalten werden. Die Kompensation wird als Antwort auf eine Abweichung bereitgestellt, welche durch die Reaktionskraft durch Verteilung der Abweichung unter der oberen Körperposition/Größe und einer Zielebene/Außenposition/Größe verursacht wird.
Verschiedene Gesichtspunkte und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in den angehängten Patentansprüchen definiert.
Gemäß einem ersten Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein durch Beine bewegbarer Roboter, der sich unter Verwendung unterer Gliedmaßen bewegt, bereitgestellt der aufweist:
zumindest die unteren Gliedmaßen und einen Rumpf;
wobei ein Hüftgelenk, welches die unteren Gliedmaßen und Rumpf verbindet, zumindest Freiheitsgrade entsprechend einer Hüftgelenk-Gierachse, einer Hüftgelenk-Nickachse und einer Hüftgelenk-Rollachse, welche in dem Hüftgelenk enthalten sind, besitzt; und
gekennzeichnet dadurch, dass die Hüftgelenk-Gierachse von einem Schnittpunkt der Hüftgelenk-Nickachse und der Hüftgelenk-Rollachse in einer Rollacchsenrichtung versetzt ist.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf einen realistischen Roboter, der einen Aufbau hat, der den Mechanismus und die Bewegungen eines Organismus nacheifert, insbesondere auf einen auf Beinen bewegbaren Roboter, der einen Aufbau hat, der die Körpermechanismen und Bewegungen von beispielsweise einem Menschen oder einem Affen nacheifert, der läuft, während er in einer aufrechten Haltung ist.
Sogar noch spezieller beziehen sich Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf einen auf Beinen bewegbaren Roboter, der auf zwei Füßen läuft, während er in einer aufrechten Haltung ist, und der aufweist, was man als die obere Hälfte des Körpers bezeichnet, der den Rumpf, den Kopf, die Arme und dgl. hat, die auf den Beinen vorgesehen sind. Sogar noch spezieller bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Roboter, der sich in einer Weise natürlich bewegen kann, die eng zu der eines Menschen ist, und in einer Weise, welche Gefühle und Stimmungen ausreichend zeigt, mit beträchtlich weniger Freiheitsgraden als die aktuellen Mechanismen, beispielsweise des menschlichen Körpers.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können einen exzellenten Roboter oder zumindest einen verbesserten Roboter bereitstellen, der eine Struktur hat, die die Mechanismen und Bewegungen des menschlichen Körpers nacheifert.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können außerdem einen exzellenten oder zumindest einen verbesserten auf Beinen bewegbaren Roboter bereitstellen, der auf zwei Füßen läuft und der die obere Hälfte des Körpers beispielsweise den Rumpf, den Kopf, die Arme usw. aufweist, welche auf dem Kopf der Füße gebildet sind.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können außerdem einen exzellenten oder zumindest verbesserten Roboter bereitstellen, der sich natürlich in einer Weise eng zu der eines Menschen bewegen kann und der Stimmungen und Gefühle mit einem beträchtlich geringeren Freiheitsgrad als ein menschliches Wesen ausreichend zeigen kann.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können außerdem einen exzellenten Roboter bereitstellen, bei dem dessen Haltung und dessen Gehen gesteuert werden kann, während sich der Roboter natürlich bewegt und in einer Weise, die Stimmungen und Gefühle wie intelligente Lebewesen, beispielsweise Menschen oder Affen ausreichend zeigen.
Gemäß einem zweiten Merkmal der Erfindung wird ein auf Beinen bewegbarer Roboter bereitgestellt, der sich unter Verwendung unterer Gliedmaßen bewegt. Der Roboter umfasst zumindest die unteren Gliedmaßen und einen Rumpf. Im Roboter besitzt ein Hüftgelenk, welches die unteren Gliedmaßen und den Rumpf verbindet, zumindest einen Freiheitsgrad entsprechend einer Hüftgelenk-Gierachse, die im Hüftgelenk enthalten ist. Die Hüftgelenk-Gierachse ist gegenüber einem Schnittpunkt der Rumpfnickachse und der Rumpfrollachse in einer Rollachsenrichtung versetzt.
Gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein auf Beinen bewegbarer Roboter bereitgestellt, der sich unter Verwendung unterer Gliedmaßen bewegt. Der Roboter umfasst zumindest die unteren Gliedmaßen und einen Rumpf. Im Roboter ist eine Hüftgelenk-Gierachse, die verwendet wird, die Richtung einer Fußspitze zu än dern, gegenüber der Stelle eines Hüftgelenks versetzt, welches verwendet wird, um zu gehen, wobei die Füße verwendet werden.
Bei den Robotern der ersten bis dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Höhe des Versatzes der Hüftgelenk-Gierachse von der Stelle des Hüftgelenks eingestellt werden, so dass es möglich ist, die Effekte der Bewegung der Schwerkraftmitte einzurichten, die gemäß dem Verwendungsmodus des Roboters erzeugt wird, um das Gewicht der oberen und unteren Gliedmaßen flexibel auszugleichen. Daher ist es möglich, den Roboter so auszubilden, dass dieser gleitend und natürlich läuft, während er in einer aufrechten Haltung ist.
Durch einen Versatz der Hüftgelenkachse kann die Größe des Bereichs des Roboters, der der Taille entspricht, kleiner und kompakt ausgeführt werden, so dass es möglich ist, einen Roboter zu bilden, dessen mechanische Einheiten bezüglich der Abmessungen proportioniert in bezug aufeinander sind. Anders ausgedrückt ist es möglich, einen Roboter auszubilden, der eine proportionierte äußere Erscheinungsform ähnlich der der natürlichen Form des Körpers eines Lebewesens hat (welches sich bewegt, während es in einer aufrechten Haltung ist), beispielsweise eines Menschen oder Affen.
Wenn die Gelenk-Gierachse gegenüber der Lage des Hüftgelenks in der hinteren Richtung oder in der Richtung gegenüber der Bewegungsrichtung versetzt ist, liegt die Stelle der Schwerkraftmitte des gesamten Roboters vor der Hüftgelenk-Gierachse. Um daher die Stabilität in der Nickachsenrichtung sicherzustellen, ist die Hüftgelenk-Gierachse hinter der Stelle der Mitte des linken und rechten Fußes angeordnet. In diesem Fall kann, sogar wenn die Hüftgelenk-Gierachse gedreht wird, um die Richtung eines Fußes zu ändern, die Störung zwischen dem linken und rechten Fuß reduziert werden. Anders ausgedrückt kann, da die Breite und der Beinaufhängungsgabel nicht vergrößert werden müssen, die Haltung des Roboters leicht gesteuert werden, um zu erlauben, dass dieser stabil auf zwei Füßen laufen kann.
Gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung wird ein auf Beinen bewegbarer Roboter bereitgestellt, der sich unter Verwendung unterer Gliedmaßen bewegt. Der Roboter umfasst zumindest die unteren Gliedmaßen und einen Rumpf. Im Roboter besitzt ein Hüftgelenk, welches die unteren Gliedmaßen und den Rumpf verbindet, zumindest einen Freiheitsgrad entsprechend der Hüftgelenk-Gierachse, die im Hüftgelenk enthalten ist. Der Roboter umfasst außerdem einen Versatzeinstellmechanismus, um die Hüftgelenk-Gierachse gegenüber dem Rumpf in einer Rollachsenrichtung beliebig zu versetzen.
Gemäß einer fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein auf Beinen bewegbarer Roboter bereitgestellt, der sich unter Verwendung unterer Gliedmaßen bewegt.
Der Roboter umfasst zumindest die unteren Gliedmaßen und einen Rumpf. Bei dem Roboter besitzt ein Hüftgelenk, welches die unteren Gliedmaßen und den Rumpf verbindet, zumindest einen Freiheitsgrad, der einer Hüftgelenk-Gierachse entspricht, welche im Hüftgelenk enthalten ist. Die Hüftgelenk-Gierachse ist gegenüber dem Rumpf in einer Rollachsenrichtung versetzt.
Gemäß einer sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein auf Beinen bewegbarer Roboter bereitgestellt, der sich unter Verwendung unterer Gliedmaßen bewegt. Der Roboter umfasst zumindest die unteren Gliedmaßen und einen Rumpf. Im Roboter ist eine Hüftgelenk-Gierachse, die zum Ändern der Richtung einer Fußspitze verwendet wird, gegenüber dem Rumpf versetzt.
Gemäß den Robotern der vierten bis sechsten Ausführungsformen nach der vorliegenden Erfindung kann die Höhe des Versatzes der Hüftgelenk-Gierachse gegenüber dem Rumpf eingestellt werden, so dass es möglich ist, die Effekte der Bewegung der Schwerkraftmitte einzurichten, um das Gewicht der oberen und unteren Gliedmaßen flexibel auszugleichen. Daher ist es möglich, den Roboter so auszubilden, dass dieser gleitend und natürlich läuft, während er in einer aufrechten Haltung ist.
Die Basisbewegung von beispielsweise einem Menschen, der auf zwei Füßen läuft, basiert auf einer nach vorne geneigten Haltung. Daher kann der Roboter leicht die natürliche Bewegung eines Menschen zeigen, wenn der Rumpf, der der Taille eines Menschen entspricht, in Richtung auf die Vorderseite angeordnet ist. Gemäß den Robotern gemäß der vierten bis sechsten Merkmale kann das Gehen eines Menschen getreu nachgeahmt werden, indem die Hüftgelenk-Gierachse gegenüber dem Rumpf in der Rollachsenrichtung versetzt wird.
Durch Durchführen eines Versatzbetriebes und durch Bewegen der Schwerkraftmitte des gesamten Roboters leicht nach vorne kann der Roboter leicht sich selbst hinsichtlich seines Gewichtes, während er läuft, ausgleichen.
Gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein auf Beinen bewegbarer Roboter bereitgestellt, der sich unter Verwendung unterer Gliedmaßen bewegt. Der Roboter umfasst zumindest die unteren Gliedmaßen und einen Rumpf. Im Roboter ist der Rumpf gegenüber den unteren Gliedmaßen in einer Rollachsenrichtung versetzt.
Gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein auf Beinen bewegbarer Roboter bereitgestellt, der sich unter Verwendung unterer Gliedmaßen bewegt. Der Roboter umfasst obere Gliedmaßen, die unteren Gliedmaßen und einen Rumpf.
Im Roboter sind die oberen Gliedmaßen gegenüber den unteren Gliedmaßen in einer Rollachsenrichtung versetzt.
Gemäß einer neunten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein Roboter eines Typus bereitgestellt, der seine Beine spreizt, auf der Basis von Drehfreiheitsgraden, welche entsprechend einer Hüftgelenkrollachse, einer Hüftgelenknickachse und einer Hüftgelenk-Gierachse vorgesehen sind. Im Roboter sind zumindest die unteren Gliedmaßen und ein Rumpf im Wesentlichen vertikal längs der Körperachsenrichtung befestigt, und die Hüftgelenk-Gierachse ist gegenüber der Körperachse um einen vorher festgelegten Betrag versetzt.
Gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Roboter einer Art bereitgestellt, der seine Beine spreizt, auf der Basis von Drehfreiheitsgraden, welche entsprechend einer Hüftgelenk-Rollachse, einer Hüftgelenk-Nickachse und einer Hüftgelenk-Gierachse vorgesehen sind. Bei dem Roboter sind zumindest untere Gliedmaßen und ein Rumpf im Wesentlichen vertikal längs einer Körperachsenrichtung befestigt, und die Hüftgelenk-Gierachse ist gegenüber der Körperachse um einen vorher festgelegten Betrag in einer negativen Rollachsenrichtung versetzt.
Gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Gelenkeinrichtung für einen Roboter bereitgestellt, die mehrere Gelenke aufweist. In der Gelenkeinrichtung sind zumindest Drehfreiheitsgrade entsprechend einer Rollachse, einer Nickachse und einer Gierachse vorgesehen, und die Gierachse ist in einer Rollachsenrichtung gegenüber einer Achse, die senkrecht zur Rollachse und zur Nickachse ist, versetzt.
Gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Gelenkeinrichtung für einen Roboter bereitgestellt, die mehrere Gelenke hat. Bei der Gelenkeinrichtung sind zumindest Drehfreiheitsgrade, welche entsprechend einer Rollachse, einer Nickachse und einer Gierachse vorgesehen sind, vorgesehen, und die Gierachse ist an einer Drehstelle in bezug auf sowohl die Rollachse als auch die Nickachse angeordnet.
Die Erfindung wird nun beispielhaft mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei durchwegs gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, und in denen:
1 eine Vorderansicht eines Menschenroboters 100 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Rückansicht des Menschenroboters 100 der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine schematische Ansicht eines Strukturmodells ist, die Freiheitsgrade des Menschenroboters 100 der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 eine schematische Ansicht des Aufbaus eines Steuersystems des Menschenroboters 100 der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
5 ein Strukturmodell zeigt, welches die Freiheitsgrade des Menschenroboters 100 der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Sagittal-Ebene zeigt;
6 eine schematische Ansicht ist, welche die Beziehung zwischen den Positionen des linken und rechten Fußes 22L und 22R und den Positionen der Hüftgelenk-Gierachsen 16 zeigt, wenn die Hüftgelenk-Gierachsen 16 gegenüber den entsprechenden Hüftgelenkpositionen in der Rollrichtung nicht versetzt sind;
7 eine schematische Ansicht ist, welche die Beziehung zwischen den Positionen des linken und des rechten Fußes 22L und 22R und die Beziehungen zwischen den Hüftgelenk-Gierachsen 16 zeigt, wenn die Hüftgelenk-Gierachsen 16 von ihren entsprechenden Hüftgelenkpositionen in der Rollrichtung nicht versetzt sind;
8 eine vergrößerte Ansicht eines Beinaufhängungs- und eines Oberschenkelabschnitts des Menschenroboters 100 ist, gesehen von der Sagittal-Ebene;
9 eine vergrößerte Ansicht des Beinaufhängungs- und Oberschenkelabschnitts des Menschenroboters 100 ist, wenn man von der vorderen Ebene darauf schaut;
10 einen Mechanismus zeigt, um eine Hüftgelenk-Gierachse 16 zu versetzen;
11 eine Querschnittsansicht ist, die einen Zustand zeigt, bei welchem ein Schraubbetrieb an einer Stelle durchgeführt wurde, wo eine Hüftgelenk-Gierachse 16 von einer vorderen Gliedmaßen in der Rollachsenrichtung maximal versetzt ist;
12 ein Koordinatensystem zeigt, welches die Bewegungsrichtung des Menschenroboters 100 zeigt;
13 schematisch den Aufbau eines Menschenroboters WABIAN zeigt, der auf zwei Füßen läuft, gesehen von der vorderen Ebene;
14 schematisch den Aufbau des Menschenroboters WABIAN zeigt, der auf zwei Füßen läuft, gesehen in der Sagittal-Ebene;
15 eine schematische Ansicht des Aufbaus des Gelenkmodells eines Menschenroboters ist; und
16 eine schematische Ansicht des Aufbaus eines weiteren Gelenkmodells eines Menschenroboters ist.
Bevor eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung offenbart wird, wird das Koordinatensystem, welches verwendet wird, um beispielsweise die Freiheitsgrade eines Roboters in der Beschreibung auszudrücken, definiert.
Bei der Ausführungsform wird die Bewegungsrichtung des Roboters dazu verwendet, die x-Achse zu definieren. Die Horizontalrichtung in Richtung nach links oder rechts wird dazu verwendet, die y-Achse zu definieren (mit der Horizontalrichtung in Richtung auf rechts, die als positive Richtung definiert wird). Die Vertikalrichtung wird dazu verwendet, die z-Achse zu definieren. In der Industrie wird allgemein die xz-Ebene als Sagittal-Ebene bezeichnet, während die yx-Ebene, in welcher der Roboter der Vorderseite gegenüberliegt, als Vorderebene bezeichnet wird.
Wie in 12 gezeigt ist, wird die Drehung um die Bewegungsrichtung (d.h., um die x-Achse herum) als Rollen bezeichnet, die Drehung um die Horizontalrichtung in Richtung nach links oder rechts (d.h., um die y-Achse herum) als Nicken bezeichnet, und die Drehung um die Vertikalrichtung (d.h., rundum die z-Achsenrichtung) als Gieren bezeichnet.
Eine Beschreibung der Ausführungsform wird nun ausführlich mit Hilfe der Zeichnungen angegeben.
1 und 2 sind eine Vorderansicht und eine Rückansicht eines Menschenroboters 100 der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 ist eine schematische Ansicht eines Strukturmodells, welches die Freiheitsgrade des Menschenroboters 100 der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 3 gezeigt ist, besitzt der Menschenroboter 100 obere Gliedmaßen einschließlich zwei Armen, einen Kopf 1, und untere Gliedmaßen, einschließlich zwei Beinen zum Bewegen des Menschenroboters 100, und einen Rumpf, der die oberen Gliedmaßen und die unteren Gliedmaßen miteinander verbindet.
Ein Halsgelenk, welche den Kopf 1 trägt, besitzt drei Freiheitsgrade, die gemäß einer Halsgelenk-Gierachse 2, einer Halsgelenk-Nickachse 3 und einer Halsgelenk-Rollachse 4 gebildet sind.
Die Arme besitzen jeweils eine Schultergelenk-Nickachse 8, eine Schultergelenk-Rollachse 9, eine Oberarm-Gierachse 10, eine Ellbogengelenk-Nickachse 11, eine Vorderarm-Gierachse 12, eine Handgelenk-Nickachse 13, eine Handgelenk-Rollachse 14 und eine Hand 15. Tatsächlich besitzt jede Hand 15 eine Struktur, die viele Gelenke/Freiheitsgrade und mehrere Finger aufweist. Da jedoch die Bewegungen der Hände 15 lediglich gering zur Steuerung der Haltung und des Gehens des Roboters 100 beitragen und diese beeinflussen, soll angenommen werden, dass jede Hand 15 null Freiheitsgrade hat. Daher wird jeder Arm so definiert, dass dieser sieben Freiheitsgrade hat.
Der Rumpf besitzt drei Freiheitsgrade, die entsprechend einer Rumpfnickachse 5, einer Rumpfrollachse 6 und einer Rumpf-Gierachse 7 gebildet sind. In der Beschreibung wird der Punkt, wo die Rumpfnickachse 5 und die Rumpfrollachse 6 sich schneiden, als Lageort des Rumpfes definiert.
Die Beine oder die unteren Gliedmaßen besitzen jeweils eine Hüftgelenk-Gierachse 16, eine Hüftgelenk-Nickachse 17, eine Hüftgelenk-Rollachse 18, eine Kniegelenk-Nickachse 19, eine Knöchelgelenk-Rollachse 21 und einen Fuß 22. In der Beschreibung wird der Punkt, wo jede Hüftgelenk-Nickachse 17 und ihre entsprechende Hüftgelenk-Rollachse 18 sich schneiden, als Lageort jedes Hüftgelenks definiert. Tatsächlich hat jeder Fuß 22 des menschlichen Körpers eine Struktur, der eine Sohle mit vielen Gelenken und Freiheitsgraden aufweist. Jede Sohle des Menschenroboters 100 der Ausführungsform hat jedoch null Freiheitsgrade. Daher wird jeder Fuß so konstruiert, dass dieser sechs Freiheitsgrade besitzt.
Zusammengefasst ist die Gesamtzahl von Freiheitsgraden des Menschenroboters 100 der Ausführungsform 3 + 7 × 2 + 3 + 6 × 2 = 32. Die Anzahl von Freiheitsgraden des Unterhaltungs-Menschenroboters 100 ist jedoch nicht notwendigerweise auf 32 beschränkt. Es ist klar, dass die Anzahl von Freiheitsgraden, d.h., die Anzahl von Gelenken vergrößert oder verkleinert, wenn notwendig, gemäß beispielsweise den Beschränkungsbedingungen beim Konstruieren und beim Herstellen des Roboters und der erforderlichen Ausbildung.
Jeder Freiheitsgrad des oben beschriebenen Menschenroboters 100 wird in Wirklichkeit unter Verwendung eines Betätigungsorgans bereitgestellt. Um auf die Wünsche zum Annähern der Form des Roboters an die natürliche Form eines Menschen durch Beseitigen von besonderen Vorsprüngen von seiner äußeren Erscheinungsform zu entsprechen und um die Haltung einer instabilen Struktur zum Gehen auf zwei Füßen zu steuern, ist es vorteilhaft, kleine und leichte Betätigungsorgane zu verwenden. Bei der Ausführungsform werden beim Menschenroboter 100 kleine AC-Servobetätigungsorgane (Wechselstrom-Betätigungsorgane) verwendet, welche unmittelbar mit den Zahnrädern verbunden sind und in einer Motoreinheit ein Servosteuerungssystem aufweisen, welches zu einem Ein-Chip-System ausgebildet ist. Diese Art von AC-Servobetätigungsorgan ist beispielsweise in der Japanischen Anmeldung Nr. 11-33 386 offenbart, die dem Anmelder schon erteilt wurde.
4 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus eines Steuerungssystems des Menschenroboters 100. Wie in 4 gezeigt ist, besitzt der Menschenroboter 100 mechanische Einheiten 30, 40, 50R, 50L, 60R und 60L, die entsprechend gemäß dem Kopf, dem Rumpf und den vier Gliedmaßen eines Menschen ausgebildet sind. Der Menschenroboter 100 besitzt außerdem eine Steuerungseinheit 80, um einen geeigneten Steuerungsbetrieb durchzuführen, um harmonische Bewegungen zwischen allen mechanischen Einheiten 30, 40, 50R, 50L, 60R und 60L zu erreichen. Das R und L in 50R und 50L und in 60R und 60L bedeuten rechts bzw. links. Dies gilt auch für R und L, welche in den Bezugszeichen unten erscheinen.
Die Bewegung des gesamten Menschenroboters 100 wird allgemein durch die Steuerungseinheit 80 gesteuert. Die Steuerungseinheit 80 besitzt einen Hauptsteuerungsabschnitt 81 und eine periphere Schaltung 82. Der Hauptsteuerungsabschnitt 81 besitzt Hauptschaltungskomponenten (nicht gezeigt), beispielsweise eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) und einen Speicher. Die periphere Schaltung 82 besitzt eine Schnittstelle (nicht gezeigt), um einen Datentransfer und Befehle beispielsweise zwischen einer Spannungsversorgungsschaltung und allen Strukturelementen des Roboters 100 zuzulassen.
Um die vorliegende Erfindung zu realisieren, ist der Lageort der Anordnung der Steuerungseinheit 80 nicht besonders eingeschränkt. Obwohl in 4 die Steuerungseinheit 80 in der Rumpfeinheit 40 installiert ist, kann sie an der Kopfeinheit 30 oder außerhalb des Menschenroboters 100 installiert sein. Wenn diese außerhalb des Menschenroboters 100 installiert ist, kann eine Kommunikation mit dem Körper des Menschenroboters 100 über Draht oder Funk durchgeführt werden.
Jeder Freiheitsgrad des Menschenroboters, der in 3 gezeigt ist, wird unter Verwendung eines entsprechenden Gelenkbetätigungsorgans bereitgestellt. Insbesondere besitzt die Kopfeinheit 30 ein Halsgelenk-Gierachsen-Betätigungsorgan A₂, ein Halsgelenk-Nickachsen-Betätigungsorgan A₃, und ein Halsgelenk-Rollachsen-Betätigungsorgan A₄, die entsprechend der Halsgelenk-Gierachse 2, der Halsgelenk-Nickachse 3 und der Halsgelenk-Rollachse 4 angeordnet sind.
Die Rumpfeinheit 40 besitzt ein Rumpfsnickachsen-Betätigungsorgan A₅, ein Rumpfrollenachsen-Betätigungsorgan A₆ und ein Rumpfgierachsen-Betätigungsorgan A₇, die entsprechend der Rumpfnickachse 5, der Rumpfrollachse 6 und der Rumpfgierachse 7 angeordnet sind.
Die Armeinheit 50R ist in eine Oberarmeinheit 51R, eine Ellbogengelenkeinheit 52R und eine Vorderarmeinheit 53R unterteilt. Die Armeinheit 50L ist eine Oberarmeinheit 51L, eine Ellenbogengelenkeinheit 52L und eine Vorderarmeinheit 53L unterteilt. Alle Armeinheiten 50R und 50L umfassen ein Schultergelenk-Nickachsen-Betätigungsorgan A₈, ein Schultergelenk-Rollachsen-Betätigungsorgan A₉, ein Oberarm-Gierachsen-Betätigungsorgan A₁₀, ein Ellbogengelenk-Nickachsen-Betätigungsorgan A₁₁, ein Ellbogengelenk-Rollachsen- Betätigungsorgan A₁₂, ein Handgelenk-Nickachsen-Betätigungsorgan A₁₃, und ein Handgelenk-Rollachsen-Betätigungsorgan A₁₄, die entsprechend ihrer jeweiligen Schultergelenk-Nickachse 8, ihrer entsprechenden Schultergelenk-Rollachse 9, ihrer entsprechenden Oberarm-Gierachse 10, ihrer entsprechenden Ellebogengelenk-Nickachse 11, ihrer entsprechenden Ellebogengelenk-Rollachse 12, ihrer entsprechenden Handgelenk-Nickachse 13 und ihrer entsprechenden Handgelenk-Rollachse 14 angeordnet sind.
Die Beineinheit 60R ist in eine Oberschenkeleinheit 61R, eine Knieeinheit 62R und eine Schienbeineinheit 63R unterteilt. Die Beineinheit 60L ist in eine Oberschenkeleinheit 61L, eine Knieeinheit 62L und eine Schienbeineinheit 63L unterteilt. Jede der Beineinheiten 60R und 60L besitzt ein Hüftgelenk-Gierachsen-Betätigungsorgan A₁₆, ein Hüftgelenk-Nickachsen-Betätigungsorgan A₁₇, ein Hüftgelenk-Rollachsen-Betätigungsorgan A₁₈, ein Kniegelenk-Nickachsen-Betätigungsorgan A₁₉, ein Knöchelgelenk-Nickachsen-Betätigungsorgan A₂₀ und ein Knöchelgelenk-Rollachsen-Betätigungsorgan A₂₁, die entsprechend ihrer jeweiligen Hüftgelenk-Gierachse 16, ihrer entsprechenden Hüftgelenk-Nickachse 17, ihrer entsprechenden Hüftgelenk-Rollachse 18, ihrer entsprechenden Kniegelenk-Nickachse 19, ihrer entsprechenden Knöchelgelenk-Nickachse 20 und ihrer entsprechenden Knöchelgelenk-Rollachse 21 angeordnet sind.
Vorzugsweise ist jedes der Betätigungsorgane A₂ bis A₂₂ ein kleines Wechselstrom-Servobetätigungsorgan (oben beschrieben), welches unmittelbar mit Zahnrädern verbunden ist und welches in einer Motoreinheit ein Servosteuerungssystem aufweist, welches als Ein-Chip-System ausgebildet ist.
Substeuerungsabschnitte 35, 45, 55L und 55R und 65L und 55R zum Steuern des Ansteuerns der jeweiligen Betätigungsorgane sind für die Kopfeinheit 30, die Rumpfeinheit 40, die Armeinheiten 50L und 50R und die Beineinheiten 60L und 60R angeordnet. Bodenbestätigungssensoren 91 und 92 zum Ermitteln, ob die Sohlen der Beine 60r und 60L auf dem Boden gelandet sind oder nicht, sind installiert. Ein Haltungssensor 93 zum Messen der Haltung ist in der Rumpfeinheit 40 installiert.
Der Hauptsteuerungsabschnitt 81 steuert die Substeuerungsabschnitte 35, 45, 55L und 55R, und 65L und 65R als Antwort auf Ausgangssignale von den Sensoren 91 bis 93, um zu veranlassen, dass die oberen Gliedmaßen, der Rumpf und die unteren Gliedmaßen des Menschenroboters 100 sich harmonisch bewegen. Gemäß beispielsweise Befehlen des Benutzers legt der Hauptsteuerungsabschnitt 81 die Bewegungen der Beine, den Nullmomentpunkt-Pfad (ZMP-Pfad), die Bewegung des Rumpfes, die Bewegungen der oberen Gliedmaßen, die Haltung und die Höhe der Taille, usw. fest. Dann sendet er Befehle, um die oben beschriebe nen Teile des Körpers zu bewegen, gemäß den oben erwähnten Einstellungen zu jedem der Substeuerungsabschnitte 35, 45, 55L und 55R und 65L und 65R.
Nachdem die Befehle gesendet wurden, interpretiert jeder der Substeuerungsabschnitte 35, 45, 55L und 55R und 65L und 65R seinen entsprechenden Befehl, der vom Hauptsteuerungsabschnitt 81 empfangen wird, um ein entsprechendes Ansteuerungssteuersignal zu jedem der Gelenkbetätigungsorgane A₂ bis A₂₁ auszugeben.
5 zeigt ein Strukturmodell, welches die Freiheitsgrade des Menschenroboters 100 der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, gesehen von der Sagittal-Ebene. Um die 5 nicht komplizieren, sind einige der in 3 gezeigten Gelenke weggelassen. In 5 wird die abwechselnde lange und kurze dicke Linie, die sich in einer vertikalen Richtung in der Ebene des Blattes erstreckt, als Rumpfachse definiert, d.h., als Vertikalachse, welche im Wesentlichen durch die Schwerkraftmitte des Menschenroboters 100 verläuft.
Ein erstes Merkmal des Menschenroboters 100 der Ausführungsform ist ein Mechanismus, der es ermöglicht, die Versatzstellen der Hüftgelenk-Gierachsen 16 von den entsprechenden Hüftgelenken zu versetzen, d.h., die Versatzstelle des Rumpfes von den unteren Gliedmaßen in der Rollenachsenrichtung.
Hier werden die Stellen der Hüftgelenke als die Punkte definiert, wo die entsprechenden Hüftgelenk-Nickachsen 17 und die entsprechenden Hüftgelenk-Rollachsen 18 einander schneiden (wie oben beschrieben). Wie man aus 5 ersehen kann, definiert die Versatzhöhe jeder Hüftgelenk-Gierachse 16 in der Rollachsenrichtung die Stelle, wo jede untere Gliedmaße in bezug auf ihre entsprechende obere Gliedmaße befestigt ist. Wenn die Befestigungsstellen für die Hüftgelenk-Gierachse 16 nicht versetzt sind, sind in der Sagittal-Ebene die Linien, die durch die Hüftgelenkstellen und die entsprechenden Hüftgelenk-Gierachsen 16 laufen, in der Vertikalrichtung angeordnet, d.h., auf einer Geraden in der Gierachsenrichtung des gesamten Roboters 100. Im Gegensatz dazu sind in 5 die Hüftgelenk-Gierachsen 16 versetzt, so dass sie nach oben in der Vertikalrichtung von ihren entsprechenden Hüftgelenklagen durch die entsprechenden Versatzbeträge getrennt sind.
Der Menschenroboter 100 wird, der dazu verwendet wird, Leuten im Leben zu helfen, oder der so aufgebaut ist, eng mit dem Leben verbunden zu sein, wird in einer unendlichen Vielzahl von Arten verwendet. Beispielsweise kann der Menschenroboter 100 dazu verwendet werden, Gepäck mit einem oder beiden Armen zu tragen, oder um ein schweres Objekt in beiden Armen zu halten, oder eine Tasche auf der Schulter zu tragen. In diesem Fällen ändert sich die Lage der Schwerkraftmitte beträchtlich. Da der Versatz jeder Hüftgelenk-Gierachse 16 von ihrer entsprechenden Hüftgelenklage eingestellt werden kann, ist es möglich, den Effekt von Änderungen in der Lage der Schwerkraftmitte einzurichten, so dass das Gewicht der oberen und unteren Gliedmaßen flexibel ausgeglichen werden kann.
Wenn jede Hüftgelenk-Gierachse 16 gegenüber ihrer entsprechenden Hüftgelenklage in der Rollachsenrichtung versetzt ist, können die Hüftgelenke bezüglich der Baugröße kompakter ausgebildet sein.
Obwohl die Betätigungsorgane A₂ bis A₂₁, die ihre entsprechenden Freiheitsgrade des Menschenroboters 100 erzeugen, Wechselstrom-Betätigungsorgane sind (oben beschrieben), die unmittelbar mit Zahnrädern verbunden sind, so dass sie kleiner sind als andere Arten von Servobetätigungsorganen, sind die wirklichen Abmessungen dieser Betätigungsorgane in der Richtung der Drehachse oder der Radialrichtung der Betätigungsorgane. Hinsichtlich der Hüftgelenk-Gierachsen 16 vergrößern die Gierachsen-Betätigungsorgane A₁₆ die Abmessungen der Hüftgelenke in der Höhenrichtung.
Wenn eine Hüftgelenk-Gierachse 16 so angeordnet ist, dass sie mit rechten Winkeln ihre entsprechende Hüftgelenkstelle schneidet, ist die Größe der Beinaufhängung des Roboters 100 gleich der Summe der Durchmesser (angenommen als 2D) der Betätigungsorgane A₁₇ und A₁₈ (die entsprechend mit der entsprechenden Hüftgelenk-Nickachse 17 und der entsprechenden Hüftgelenk-Rollachse 18 gebildet ist) und der Längsabmessung (angenommen als L) des Hüftgelenk-Gierachsen-Betätigungsorgans A₁₆. Daher ist die Größe der Beinaufhängung des Menschenroboters 100 gleich 2D + L. Folglich sind die Abmessungen der mechanischen Einheiten nicht länger proportional oder ausgeglichen zueinander. Auf der anderen Seite kann, wenn jede Hüftgelenk-Gierachse 16 versetzt ist, kann die Höhe des Bereichs des Menschenroboters 100 entsprechend der Taille kleiner gemacht werden als 2D + L, wodurch es ermöglicht wird, den Menschenroboter 100 auszubilden, dessen mechanische Einheiten bezüglich der Abmessungen in bezug zueinander proportioniert sind. Anders ausgedrückt ist es möglich, den Menschenroboter 100 so auszubilden, dass er eine proportionierte Erscheinungsform hat, die sehr nahe der der natürlichen Form eines menschlichen Körpers ist. Dieser Punkt wird später mit Hilfe von 8 erläutert.
Wenn die Hüftgelenk-Gierachsen 16 in der Rollachsenrichtung gegenüber ihren entsprechenden Hüftgelenkstellen versetzt sind, ist es außerdem möglich, eine Störung zwischen dem linken und rechten Fuß zu verhindern (wenn insbesondere die Füße gedreht werden, um die Richtung zu ändern), wenn der Roboter 100 läuft. Dieser Punkt wird anschließend mit Hilfe von 6 und 7 erläutert. Allgemein ändert ein Roboter, der auf zwei Füßen läuft, die Richtung, wobei er einen Fuß oder einen Knöchel in einer gewünschten Änderungsrichtung dreht, um den Knöchel in der gewünschten Änderungsrichtung vorzuschieben.
Wenn die Hüftgelenk-Gierachsen 16 von ihren entsprechenden Hüftgelenkstellen nicht versetzt sind, d.h., wenn die Hüftgelenkstellen und die entsprechenden Hüftgelenk-Gierachsen 16 oder in einer Geraden in der Gierachsenrichtung ausgerichtet sind, wird die Last auf eine bestimmte Stelle konzentriert, so dass die Stelle der Schwerkraftmitte des gesamten Menschenroboters 100 in der Nähe der Hüftgelenk-Gierachsen 16 beschränkt ist. Daher müssen, wie in 6 gezeigt ist, um sicherzustellen, dass der Roboter 100 stabil läuft, d.h., um eine Stabilität in der Nickachsenrichtung zu liefern, der linke und der rechte Knöchel so montiert sein, dass sie im Wesentlichen mit der Mitte der Füße 32R und 32L ausgerichtet sind.
Durch Drehen des Fußes in der gewünschten Änderungsrichtung durch Vorwärtsbewegung des Fußes kann der Roboter, der auf zwei Füßen geht, die Richtung ändern. Insbesondere wird dieser Fuß um seine entsprechende Hüftgelenk-Gierachse 16 gedreht. Wenn diese Hüftgelenk-Gierachse 16 nicht gegenüber ihrer entsprechenden Hüftgelenklage versetzt ist, ist die Drehmitte des Fußes im Wesentlichen mit der Mitte des Hüftgelenks ausgerichtet. In dem Fall, wo, wie in 6 gezeigt sind, die Knöchel im Wesentlichen mit der Mitte der entsprechenden Füße ausgerichtet sind, wenn einer der Füße gedreht wird, stört seine Ferse sich dem anderen Fuß, wodurch es unmöglich wird, die Richtung mit vorher festgelegten extremen Winkeln zu ändern.
Es ist möglich, die Störung (in 6 gezeigt) zwischen dem linken und dem rechten Fuß dadurch zu verhindern, in dem die Breite der Beinaufhängung erhöht wird, d.h., der Abstand zwischen der rechten Beineinheit 60R und der linken Beineinheit 60L. Wenn jedoch der Zweifuß-Roboter eine breitere Beinaufhängung hat, bewegt sich die Schwerkraftmitte beträchtlich horizontal in Richtung nach links und nach rechts, während er sich bewegt oder läuft, obwohl dessen Haltung stabiler wird, wenn er nicht läuft. Daher wird es sehr schwierig, die Haltung des Roboters als ein Ergebnis der Aktion des Trägheitsmoments zu steuern.
Wenn im Gegensatz dazu, wie in 5 gezeigt ist, die Hüftgelenk-Gierachsen 16 gegenüber ihren entsprechenden Hüftgelenkstellen in der hinteren Richtung oder in der Richtung gegenüber der Bewegungsrichtung versetzt sind, wird die Last gespreizt, so dass die Schwerkraftmitte des gesamten Menschenroboters 100 sich vor den Hüftgelenk-Gierachsen 16 befindet. Da die Hüftgelenk-Gierachsen 16 gegenüber ihren entsprechenden Hüftgelenkstellen versetzt sind, ist die Drehkraftmitte des linken und des rechten Fußes hinter ihren entsprechenden Knöcheln angeordnet.
In diesem Fall ist es, sogar wenn eine der Hüftgelenk-Gierachsen 16 gedreht wird, um die Richtung zu ändern, möglich, die Störung zwischen den Füßen 22R und 22L zu redu zieren. Anders ausgedrückt kann, da es nicht notwendig ist, die Breite der Beinauflängung zu vergrößern, die Haltungssteuerung leicht ausgeführt werden, um zu bewirken, dass der Roboter stabil auf zwei Füßen läuft.
Ein zweites Merkmal des Menschenroboters 100 der Ausführungsform ist ein anderer Mechanismus, der es ermöglicht, die Versatzstellen der Hüftgelenk-Gierachsen 16 vom oberen Teil des Körpers beliebig einzustellen, d.h., vom Rumpf in der Rollachsenrichtung.
Die Lage des Rumpfs bei der Ausführungsform ist als der Punkt definiert, wo sich die Rumpfnickachse 5 mit der Rumpfrollachse 6 schneiden. (vom Wesen der vorliegenden Erfindung zu beurteilen sollte die Lage des Rumpfes nicht in einem einschränkenden Sinne definiert sein. Sie sollte durch einen Vergleich mit Mechanismen von beispielsweise Menschen oder Affen definiert sein). Wie man aus 5 verstehen kann, definiert die Versatzhöhe jeder der Hüftgelenk-Gierachsen 16 in der Rollachsenrichtung die Stelle zur Befestigung des oberen Teils des Körpers auf den unteren Gliedmaßen. Wenn die Befestigungsstellen der Hüftgelenk-Gierachsen 15 nicht versetzt sind, sind in der Sagitall-Ebene die Stelle des Rumpfes und der Hüftgelenk-Gierachsen 16 vertikal in einer Linie, d.h., in einer Geraden in der Gierachsenrichtung des gesamten Roboters 100. Im Gegensatz dazu sind die Hüftgelenk-Gierachsen 16, wie in 5 gezeigt ist, in der vertikalen Richtung von der Stelle des Rumpfes durch die Versatzhöhe nach unten versetzt.
Wie oben erläutert wird der Menschenroboter 100, der verwendet wird, Leute im Leben zu helfen und der so erzeugt wird, dass er eng mit dem menschlichen Leben verbunden ist, in einer unbestimmten Vielfalt von Arten verwendet. Zusätzlich ändert sich die Stelle der Schwerkraftmitte des Menschenroboters 100 sehr stark gemäß dessen Verwendungsmodus. Da die Versatzhöhe der Hüftgelenk-Gierachsen 16 von der Lage des Rumpfes eingestellt werden kann, ist es möglich, den Effekt der Bewegung der Schwerkraftmitte einzurichten, um das Gewicht der oberen und unteren Gliedmaßen flexibel auszugleichen. Als Ergebnis ist es möglich, leicht einen Roboter 100 herzustellen, der einen Aufbau hat, dessen Schwerkraftmitte an einer relativ hohen Stelle liegt, der stabil laufen kann, während er in einer aufrechten Haltung ist.
Die Elementarbewegung eines Menschen, der auf zwei Füßen läuft, basiert auf einer nach vorne geneigten Haltung. Anders ausgedrückt ist es einfacher, dass ein Roboter die natürliche Bewegung eines Menschen ausführt, wenn der Rumpf, der der Taille des Menschen entspricht, in Richtung nach vorne angeordnet ist. Der Menschenroboter 100 der Ausführungsform kann das Laufen eines Menschen getreu nachahmen, indem er die Hüftgelenk-Gierachsen 16 von der Stelle des Rumpfes in der Rollachsenrichtung versetzt.
Durch Versetzen der Hüftgelenk-Gierachsen 16 und Bewegen der Stelle der Schwerkraftmitte des gesamten Roboters 100 leicht nach vorne kann sich der Roboter 100 selbst hinsichtlich seines Gewichts leicht ausgleichen, während er läuft oder sich bewegt.
8 ist eine vergrößerte Ansicht der Beinaufhängung und des Oberschenkelabschnitts des Menschenroboters 100, wenn man in der Sagittal-Ebene blickt. 9 ist eine vergrößerte Ansicht der Beinaufhängung und des Oberschenkelabschnitts des Menschenroboters 100, wenn man von der Vorderebene aus darauf blickt.
Wie in 8 und 9 gezeigt ist, sind ein Hüftgelenk-Nickachsen-Betätigungsorgan A₁₇ und ein Hüftgelenk-Rollachsen-Betätigungsorgan A₁₈ auf einer Oberschenkeleinheit 61 montiert. Jedes Hüftgelenk-Gierachsen-Betätigungsorgan A₁₆ ist auf einem Träger (einem Becken auf Seiten des Rumpfes) 61' befestigt.
In dem Begriffsdiagramm von 5 schneiden sich die Hüftgelenk-Nickachse 17 und die Hüftgelenk-Rollachse 18 in rechten Winkeln zueinander. Tatsächlich jedoch können die Betätigungsorgane A₁₇ und A₁₈, die eine große Baugröße haben, nicht so angeordnet sein, dass ihre Drehachsen sich im rechten Winkel zueinander schneiden. Folglich ist bei der Ausführungsform, wie in 8 und 9 gezeigt ist, der Roboter 100 so konstruiert, dass das Betätigungsorgan A₁₇, welches eine der Achsen aufweist, die sie im rechten Winkel schneidet, weg von der Nickachse 17 angeordnet ist, so dass die Ansteuerleistung zur Nickachse 17 durch ein Gurtübertragungssystem übertragen wird, um zu veranlassen, dass sich die Nickachse und die Rollachse miteinander schneiden.
Wie man aus 9 erkennen kann, werden bei dem Menschenroboter 100 der Ausführungsform ein Versatz O₁ einer Hüftgelenk-Gierachse 16 von dessen entsprechender Hüftgelenkstelle und ein Versatz O₂ der Stelle des Rumpfes von der Hüftgelenk-Gierachse 16 festgelegt.
Wie schon erläutert kann der Gewichtsausgleich und das Steuern der Haltung leicht durch Bereitstellen des Versatzes O₁ und O₂ ausgeführt werden.
Wenn ein Rumpfnickachsen-Betätigungsorgan A₅ an der Stelle angeordnet ist, wie in 8 gezeigt ist, wird der Abstand zwischen der entsprechenden Rumpfrollachse 6 und der entsprechenden Rumpfgelenk-Rollachse 18 zu H₁. Wenn dagegen der Versatz O₂ nicht eingestellt ist, d.h., wenn der Versatz O₂ gleich null ist, kann das Rumpfnickachsen-Betätigungsorgan A₅ leicht an einer Stelle versetzt sein, welche durch die gestrichelten Linien in 8 markiert ist. Als Ergebnis wird der Abstand zwischen der Rumpfrollachse 6 und der Hüftgelenk-Rollachse 18 auf H₂ vergrößert, wie in 8 gezeigt ist. Dies bedeutet, dass die Höhe der Taille des Menschenroboters 100 größer wird, so dass der gesamte Menschenroboter 100 nicht weiter gut proportioniert ist. Umgekehrt ausgedrückt kann durch Einstellen des Versatzes O₂ wie bei der Ausführungsform der gesamte Menschenroboter 100 wohl proportioniert beibehalten werden.
10 ist eine vergrößerte Ansicht von Befestigungsteilen um die Hüftgelenke herum.
Wie oben beschrieben sind die Hüftgelenk-Nickachsen-Betätigungsorgane A₁₇ und die Hüftgelenkrollachsen-Betätigungsorgane A₁₈ auf den Oberschenkeleinheiten 61L und 61R befestigt. Die Hüftgelenk-Gierachsen-Betätigungsorgane A₁₆ sind auf dem Träger 61' (Becken auf Seiten des Rumpfes) befestigt. Wie in 10 gezeigt ist, sind die Oberschenkeleinheiten 61 und der Träger (Becken auf Seiten des Rumpfes) 61' über vier Gewindelöcher in einem variablen Hüftgelenk-Befestigungsabschnitt 61-1 verschraubt. Wie in 10 gezeigt ist, haben die Schraublöcher in Form von Schlitzen, welche sich in der Versatzrichtung erstrecken, so dass die Versatzstelle der Hüftgelenk-Gierachse 16 von ihrem entsprechenden unteren Glied frei gemäß der Lage des Schraubens eingestellt werden kann.
11 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem ein Schraubbetrieb an einer Stelle durchgeführt wurde, wo eine Hüftgelenk-Gierachse 16 manuell von dem entsprechenden unteren Glied in der Rollachsenrichtung versetzt ist.
Die Rumpfeinheit 40, welche in 11 nicht gezeigt ist, und der Träger 61' (Becken auf Seiten des Rumpfes) ist über vier Gewindelöcher eines variablen Rumpfbefestigungsabschnitts 61-2 verschraubt. Wie in 11 gezeigt ist, kann, da die Gewindelöcher die Form von Schlitzen haben, die sich in der Versatzrichtung erstrecken, die Versatzstelle der Hüftgelenk-Gierachse 16 in bezug auf ihr entsprechendes oberes Glied leicht gemäß den Schraubstellungen eingestellt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde ausführlich mit Hilfe der besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es sollte jedoch deutlich sein, dass Modifikationen und Substitutionen durch den Fachmann durchgeführt werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
In der Beschreibung der Anmeldung wurde aus Einfachheitsgründen der Schnittpunkt der Rumpfnickachse 5 und der Rumpfrollachse 6 als Stelle des Rumpfes definiert, und der Schnittpunkt der Hüftgelenk-Nickachse 17 und der Rumpfgelenk-Rollachse 18 wurde als Stelle eines Hüftgelenks definiert. Die Bedeutungen der Sätze "die Lage des Rumpfes" und "die Lage der Hüftgelenke" sollten durch Vergleichen der Körpermechanismen flexibel interpretiert werden, beispielsweise der Gelenkstrukturen eines tatsächlichen Menschen und denjenigen des Menschenroboters 100. In ähnlicher Weise muss die Bedeutung des Ausdrucks "Körperachse", welche die vertikale Mittelachse des Körpers bedeutet, flexibel interpretiert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise auf einen Roboter beschränkt. Anders ausgedrückt kann die vorliegende Erfindung ähnlich bei irgendeinem Produkt angewandt werden, beispielsweise einem Spielzeug, welches zu anderen industriellen Gebieten gehört, solange das Produkt eine mechanische Einrichtung ist, welche sich in einer Weise bewegt, die Bewegung eines Menschen unter Verwendung von elektrischen und magnetischen Aktionen nachzueifern.
Kurz ausgedrückt wurde die Ausführungsform, die verwendet wurde, um die vorliegende Erfindung zu offenbaren, lediglich zu beispielhaften Zwecken beschrieben. Daher soll verstanden sein, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Um das Wesen der vorliegenden Erfindung zu bestimmen, sollte man sich auf die Ansprüche der vorliegenden Erfindung beziehen.
Als Hinweis ist eine Gelenkmodellstruktur eines Menschenroboters in 15 gezeigt. Bei der Gelenkmodellstruktur, welche in 15 gezeigt ist, wird der Abschnitt des Roboters, welcher sich von Schultergelenken 5 zu Händen 8 erstreckt, der somit Oberarme 3, Ellbogengelenke 6, Vorderarme 4 und Handgelenke 7 aufweist, als oberer Gliedmaßenabschnitt 17 bezeichnet. Der Abschnitt des Roboters, der sich von den Schultergelenken 5 zu Rumpfgelenken 10 erstreckt, wird als Rumpf 9 bezeichnet, der dem Rumpf eines Menschen entspricht. Der Abschnitt des Roboters, der sich von Hüftgelenken 11 zum Rumpfgelenk 10 erstreckt, wird als Taille 18 bezeichnet. Das Rumpfgelenk 10 wirkt so, um die Freiheitsgrade zu erzeugen, die das Rückgrat (Wirbelsäule) eines Menschen besitzt. Der Abschnitt des Roboters, der Teile unterhalb der Hüftgelenke 11 aufweist, d.h., die Oberschenkel 12, die Kniegelenke 14, Unterschenkel 13, die Knöchelgelenke 15 und die Füße 16, werden als untere Gliedmaßenabschnitt 19 bezeichnet. Allgemein wird der Teil des Körpers über dem Rumpfgelenk 10 als oberer Teil oder obere Hälfte des Körpers bezeichnet, während das Teil des Körpers unterhalb des Rumpfgelenks 10 als unteres Teil oder untere Hälfte des Körpers bezeichnet wird.
Eine weitere Gelenkmodellstruktur eines Menschenroboters ist in 16 gezeigt. Diese Gelenkmodellstruktur, welche in 16 gezeigt ist, unterscheidet sich von der, welche in 15 gezeigt ist, dahingehend, dass sie nicht das Rumpfgelenk 10 aufweist. (siehe 16 bezüglich Namen unterschiedlicher Teile des Roboters). Da der Menschenroboter kein Rumpfgelenk aufweist, welches dem Rückgrat eines Menschen entspricht, kann die Bewegung des oberen Teils des Menschenroboters nicht wie ein Mensch bewegt werden. Wenn jedoch ein industrieller Menschenroboter zum Ausführen gefährlicher Aufgaben oder zum Ausführen von Aufgaben anstelle von Menschen verwendet wird, ist der industrielle Menschenroboter manchmal so aufgebaut, um das obere Teil seines Körpers zu bewegen. Die in 15 und 16 verwendeten Bezugszeichen entsprechen nicht denjenigen in den Figuren, außer den 15 und 16.
Wie man aus der obigen Beschreibung erkennt, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, einen exzellenten oder zumindest verbesserten Menschenroboter bereitzustellen, der eine Struktur hat, der die Mechanismen und die Bewegungen des menschlichen Körpers nacheifert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen ausgezeichneten auf Beinen bewegbaren Menschenroboter bereitzustellen, der auf zwei Füßen läuft, und der das aufweist, was als die obere Hälfte des Körpers, der auf den Füßen gebildet ist, bezeichnet wird, einschließlich des Rumpfes, des Kopfes und der Arme.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, einen exzellenten oder zumindest verbesserten Menschenroboter bereitzustellen, der sich natürlich in einer Weise eng der eines Menschen bewegen kann und in einer Weise ausreichend Emotionen und Gefühle mit beträchtlich weniger Freiheitsgraden als der menschliche Körper zeigen kann.
Der Menschenroboter nach der vorliegenden Erfindung ist ein auf Beinen bewegbarer Roboter, der auf zwei Füßen unter Verwendung der unteren Gliedmaßen läuft, und der obere Gliedmaßen, untere Gliedmaßen und einen Rumpf aufweist. Bei dem Menschenroboter besitzen die Hüftgelenke, welche die unteren Glieder und den Rumpf verbinden, Freiheitsgrade, welche über ihre entsprechenden Hüftgelenk-Gierachsen, ihre entsprechenden Hüftgelenk-Rollachsen und ihre entsprechenden Hüftgelenk-Nickachsen erzeugt werden. Die Hüftgelenk-Gierachsen können in der Rollachsenrichtung beliebig versetzt werden.
Daher ist es möglich, das Gewicht der oberen und unteren Gliedmaßen flexibel auszugleichen, indem die Effekte der Bewegung der Schwerkraftmitte eingerichtet werden, die als Ergebnis der Änderung des Verwendungsmodus des Roboters auftreten.
Durch Versetzen der Hüftgelenk-Gierachsen kann die Höhe der Taille., d.h. die Länge des Bereichs des Roboters, die der Hüfte entspricht, vermindert werden, so dass dieser bezüglich der Baugröße kompakter gemacht werden kann, wodurch es ermöglicht wird, einen Menschenroboter zu bilden, dessen verschiedene mechanische Einheiten in bezug zueinander dimensionsmäßig proportioniert sind, d.h., einen Menschenroboter, der eine äußere Erscheinungsform aufweist, welche nahe der natürlichen Form des menschlichen Körpers ist.
Wenn die Hüftgelenk-Gierachsen von ihren entsprechenden Hüftgelenkstellen in der hinteren Richtung oder in der Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Bewegungsrichtung versetzt sind, sind die Schwerkraftmitte des Menschenroboters vor den Hüftgelenk-Gierachsen angeordnet. Um folglich die Stabilität in der Nickachsenrichtung sicherzustellen, sind der linke und der rechte Knöchel hinter der Mitte der entsprechenden Füße angeordnet. In diesem Fall kann, sogar wenn eine der Hüftgelenk-Gierachsen gedreht wird, um die Richtung des entsprechenden Fußes zu ändern, eine Störung zwischen dem linken und dem rechten Fuß (beispielsweise das Streifen der Ferse und dem einem Fuß mit dem anderen Fuß, wie in 6 gezeigt ist), reduziert werden).
Der Menschenroboter kann die Elementarbewegungen eines Menschen, der auf zwei Füßen läuft, getreu nacheifern, wobei die Elementarbewegungen auf der nach vorne geneigten Haltung basieren.
Durch Durchführen eines Versatzbetriebs, um die Lage der Schwerkraftmitte des gesamten Roboters leicht nach vorne zu bewegen, kann der Roboter sich selbst hinsichtlich seines eigenen Gewichts ausgleichen, während er läuft oder sich bewegt.

Claims

Durch Beine bewegbarer Roboter (100), der sich unter Verwendung unterer Gliedmaßen bewegt, der aufweist: zumindest die unteren Gliedmaßen und einen Rumpf; wobei ein Hüftgelenk, welches die unteren Gliedmaßen und Rumpf verbindet, zumindest Freiheitsgrade entsprechend einer Hüftgelenk-Gierachse (16), einer Hüftgelenk-Nickachse (17) und einer Hüftgelenk-Rollachse (18), welche in dem Hüftgelenk enthalten sind, besitzt; und gekennzeichnet dadurch, dass die Hüftgelenk-Gierachse (16) von einem Schnittpunkt der Hüftgelenk-Nickachse und der Hüftgelenk-Rollachse in einer Rollachsenrichtung versetzt ist.
Durch Beine bewegbarer Roboter (100), der sich unter Verwendung der unteren Gliedmaßen bewegt, der aufweist: zumindest die unteren Gliedmaßen und einen Rumpf; wobei ein Hüftgelenk, welches die unteren Gliedmaßen und den Rumpf verbindet, zumindest einen Freiheitsgrad entsprechend einer Hüftgelenk-Gierachse (16) besitzt, die im Hüftgelenk enthalten ist; wobei der Rumpf zumindest einen Freiheitsgrad entsprechend einer Nickachsen-Achse (5) und einer Rumpf-Rollachse (6) aufweist, und dadurch gekennzeichnet, dass die Hüftgelenk-Gierachse gegenüber einem Schnittpunkt von der Rumpf-Nickachse (5) und der Rumpf-Rollachse (6) in einer Rollachsenrichtung versetzt ist.
Durch Beine bewegbarer Roboter (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der durch Beine bewegbare Roboter außerdem aufweist: einen Versatz-Einstellmechanismus, um den Versatz durch beliebiges Versetzen der Hüftgelenk-Gierachse (16) in der Rollachsenrichtung bereitzustellen.
Durch Beine bewegbarer Roboter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hüftgelenk-Gierachse (16) zum Ändern der Richtung einer Fußspitze verwendet wird, und der Versatz der Gierachse dazu verwendet wird, das Laufen unter Verwendung der Füße (22) zu unterstützen.