JP2002210682A - Leg structure of leg-type moving robot - Google Patents

Leg structure of leg-type moving robot

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JP2002210682A
JP2002210682A JP2001350905A JP2001350905A JP2002210682A JP 2002210682 A JP2002210682 A JP 2002210682A JP 2001350905 A JP2001350905 A JP 2001350905A JP 2001350905 A JP2001350905 A JP 2001350905A JP 2002210682 A JP2002210682 A JP 2002210682A
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JP
Japan
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rolling
pitching
shaft
foot
leg
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001350905A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Susumu Miyazaki
進 宮崎
Hideaki Takahashi
秀明 高橋
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
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the driving force for driving a lower leg part by reducing the moment of inertia around a revolute joint of knee, and to minimize the influence of the noise of a motor on a six-component sensor mounted on a foot part. SOLUTION: A lower leg part 24 is connected to a lower end of an upper leg part 23 through the revolute joint of knee 27, the foot part 25 having the six-component sensor 60 is connected to a lower end of the lower leg part 24 through a revolute joint of ankle, and the revolute joint of ankle 28 supports the leg part to the lower leg part 24 in a state that it can be pitched around a lateral axis Ly and rolled in the longitudinal axis Lx. A pitching motor 34 for pitching the foot part 25 around the lateral axis Ly I is supported on the lower leg part 24 at an upper part with respect to the revolute joint of ankle 28, and a rolling motor 35 for rolling the foot part 25 around the longitudinal axis Lx is supported on the lower leg part 24 at the upper part with respect to the revolute joint of ankle 28.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、脚式移動ロボット
の脚構造に関し、特に上脚部の下端に膝関節を介して下
脚部を連結するとともに、下脚部の下端に足部を足首関
節を介して連結し、足首関節は下脚部に対して足部をピ
ッチングおよびローリング自在に支持する脚式移動ロボ
ットの脚構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a leg structure of a legged mobile robot, and more particularly to connecting a lower leg to a lower end of an upper leg via a knee joint, and connecting a foot to a lower end of the lower leg and an ankle joint. The present invention relates to a leg structure of a leg-type mobile robot that supports the legs so that the legs can be freely pitched and rolled with respect to the lower legs.

【0002】[0002]

【従来の技術】かかる脚式移動ロボットの脚構造は、特
開平3−184782号公報により公知である。このも
のは、下脚部の上端寄りの位置に設けたピッチング用モ
ータで、下脚部に対してベルト伝達手段を介して足部を
ピッチング軸部回りにピッチングさせ、かつ前記ピッチ
ング軸部と直交するローリング軸部上に設けたローリン
グ用モータで、下脚部に対して足部をローリングさせる
ようになっている。
2. Description of the Related Art The leg structure of such a legged mobile robot is known from Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-184772. This is a pitching motor provided at a position near the upper end of the lower leg portion, which causes the lower leg portion to pitch the foot portion around the pitching shaft portion via belt transmission means, and performs rolling perpendicular to the pitching shaft portion. The foot is rolled with respect to the lower leg by a rolling motor provided on the shaft.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上脚部に対
して下脚部を駆動する場合、上脚部および下脚部を連結
する膝関節より下方の慣性モーメントを小さくすれば、
下脚部を駆動する駆動源の負荷を軽減することができ
る。前記慣性モーメントを小さくするには、下脚部に取
付けられる重量物の位置をできるだけ膝関節に接近させ
ることが望ましいが、上記従来のものは重量物であるピ
ッチング用モータが下脚部の上部、つまり膝関節に近い
位置に配置されてはいるが、もう一つの重量物であるロ
ーリング用モータが下脚部の下部、つまり膝関節から遠
い位置に配置されているため、膝関節より下方の慣性モ
ーメントを充分に小さくすることができないという問題
があった。
When the lower leg is driven relative to the upper leg, if the moment of inertia below the knee joint connecting the upper leg and the lower leg is reduced, then
The load on the drive source that drives the lower leg can be reduced. In order to reduce the moment of inertia, it is desirable that the position of a heavy object attached to the lower leg is made as close as possible to the knee joint. Although it is located near the joint, another heavy load, the rolling motor, is located at the lower part of the lower leg, that is, far from the knee joint, so that the moment of inertia below the knee joint is sufficient. There was a problem that it could not be reduced.

【0004】また足部にはロボットを二足歩行させる制
御を行うための6分力センサが取り付けられているが、
ローリング用モータが足部に近い下脚部の下部に設けら
れていると、そのノイズの影響を軽減するための特別の
対策が必要となる問題があった。
A six-component force sensor for controlling the robot to walk on two legs is attached to the foot.
If the rolling motor is provided at the lower part of the lower leg near the foot, there is a problem that special measures for reducing the influence of the noise are required.

【0005】しかも足首関節の近傍にローリング用モー
タを設けたことで足首関節の床面からの位置が高くなっ
てしまい、足首関節のコンプライアンス制御の制御量が
大きくなって床面の不測の凹凸や傾斜に速やかに対応す
ることが難しくなるという問題があった。
In addition, since the rolling motor is provided in the vicinity of the ankle joint, the position of the ankle joint from the floor becomes high, and the control amount of the compliance control of the ankle joint becomes large. There was a problem that it was difficult to quickly respond to the inclination.

【0006】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、膝関節回りの慣性モーメントを減少させて下脚部を
駆動する駆動力の低減を図るとともに、モータのノイズ
が足部に設けたセンサに及ぼす影響を最小限に抑えるこ
とを目的とし、更に足首関節の床面からの位置が低くし
て床面の不測の凹凸や傾斜に速やかに対応できるように
することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and aims to reduce the moment of inertia around the knee joint to reduce the driving force for driving the lower leg, and to reduce the noise of the motor on the sensor provided on the foot. It is another object of the present invention to minimize the influence on the floor, and to lower the position of the ankle joint from the floor so that it can quickly cope with unexpected irregularities or inclination of the floor.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載された発明によれば、上脚部の下端
に膝関節を介して下脚部を連結するとともに、下脚部の
下端に足部を足首関節を介して連結し、足首関節は下脚
部に対して足部を左右軸線回りにピッチング自在に支持
し、かつ前後軸線回りにローリング自在に支持する脚式
移動ロボットの脚構造であって、足部を左右軸線回りに
ピッチングさせるピッチング用モータを足首関節よりも
上方の下脚部に支持するとともに、足部を前後軸線回り
にローリングさせるローリング用モータを足首関節より
も上方の下脚部に支持したことを特徴とする脚式移動ロ
ボットの脚構造が提案される。
According to the first aspect of the present invention, a lower leg is connected to a lower end of an upper leg via a knee joint. A leg of a legged mobile robot that connects a foot to a lower end through an ankle joint, and the ankle joint supports the foot with respect to the lower leg so as to be able to pitch freely around the left and right axes and to freely roll around the front and rear axis. In the structure, the pitching motor for pitching the foot around the left and right axis is supported on the lower leg above the ankle joint, and the rolling motor for rolling the foot about the front and rear axis is above the ankle joint. A leg structure of a legged mobile robot characterized by being supported on a lower leg is proposed.

【0008】上記構成によれば、足部を左右軸線回りに
ピッチングさせるピッチング用モータと、足部を前後軸
線回りにローリングさせるローリング用モータとを足首
関節よりも上方の下脚部に支持したので、重量物である
ピッチング用モータおよびローリング用モータの位置が
膝関節に接近して膝関節回りの下脚部の慣性モーメント
が減少し、膝関節を駆動する駆動源の負荷を低減するこ
とができる。
According to the above construction, the pitching motor for pitching the foot around the left-right axis and the rolling motor for rolling the foot about the front-rear axis are supported on the lower leg above the ankle joint. The positions of the pitching motor and the rolling motor, which are heavy objects, approach the knee joint, the moment of inertia of the lower leg around the knee joint decreases, and the load on the drive source for driving the knee joint can be reduced.

【0009】また請求項2に記載された発明によれば、
請求項1の構成に加えて、下脚部に左右軸線回りに回転
可能に支持されたピッチング軸部と、左右軸線方向に配
置されたピッチング用モータの出力軸の回転をピッチン
グ軸部に伝達するピッチング用ベルト伝達手段と、ピッ
チング軸部に足部をローリング可能に支持するローリン
グ機構とを備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの
脚構造が提案される。
According to the invention described in claim 2,
In addition to the configuration of claim 1, a pitching shaft portion rotatably supported on the lower leg portion around the left-right axis, and pitching for transmitting rotation of an output shaft of a pitching motor disposed in the left-right axis direction to the pitching shaft portion. A leg structure of a legged mobile robot, comprising: a belt transmission means for use; and a rolling mechanism for rotatably supporting the foot on the pitching shaft.

【0010】上記構成によれば、下脚部に左右軸線回り
に回転可能に支持したピッチング軸部にローリング機構
を介して足部をローリング可能に支持し、ピッチング用
モータの出力軸の回転をピッチング軸部に伝達するピッ
チング用ベルト伝達手段を介してピッチング軸部を駆動
するので、ピッチング軸部を回転させることでローリン
グ機構および足部を一体にピッチングさせ、かつローリ
ング機構を作動させてピッチング軸部に対して足部をロ
ーリングさせることができ、足部のピッチングおよびロ
ーリングが相互に干渉するのを回避することができる。
According to the above construction, the foot is rotatably supported via the rolling mechanism on the pitching shaft which is rotatably supported on the lower leg portion around the left-right axis, and the rotation of the output shaft of the pitching motor is controlled by the pitching shaft. Since the pitching shaft is driven through the pitching belt transmitting means for transmitting to the part, the rolling mechanism and the foot are pitched integrally by rotating the pitching shaft, and the rolling mechanism is actuated to the pitching shaft. In contrast, the foot can be rolled, and the pitching and rolling of the foot can be prevented from interfering with each other.

【0011】また請求項3に記載された発明によれば、
上脚部の下端に膝関節を介して下脚部を連結するととも
に、下脚部の下端に足部を足首関節を介して連結し、足
首関節は下脚部に対して足部を左右軸線回りにピッチン
グ自在に支持し、かつ前後軸線回りにローリング自在に
支持する脚式移動ロボットの脚構造であって、相互に直
交するように固定され、それぞれが左右軸線回りおよび
前後軸線回りに回転するピッチング軸部およびローリン
グ軸部と、ピッチング軸部およびローリング軸部の一方
の外周に回転自在に支持されて足部と一体に回転する回
転部材と、ピッチング軸部およびローリング軸部の他方
を回転させる第1の駆動源と、ピッチング軸部およびロ
ーリング軸部の他方の内部に同軸に配置された駆動ベベ
ルギヤと、ピッチング軸部およびローリング軸部の一方
の内部に同軸に配置されて駆動ベベルギヤに噛合すると
ともに回転部材に連結された従動ベベルギヤと、駆動ベ
ベルギヤを回転駆動する第2の駆動源とを備えたことを
特徴とする脚式移動ロボットの脚構造が提案される。
According to the third aspect of the present invention,
The lower leg is connected to the lower end of the upper leg via the knee joint, and the foot is connected to the lower end of the lower leg via the ankle joint. The ankle joint pitches the foot relative to the lower leg around the left and right axis. A leg structure of a legged mobile robot that freely supports and rolls freely around the front-rear axis, and is fixed so as to be orthogonal to each other, and each of which rotates around a left-right axis and a front-rear axis. A rotating member rotatably supported on one outer periphery of the pitching shaft portion and the rolling shaft portion and rotating integrally with the foot portion; and a first member for rotating the other of the pitching shaft portion and the rolling shaft portion. A drive source, a drive bevel gear coaxially arranged inside the other of the pitching shaft portion and the rolling shaft portion, and a drive bevel gear coaxially arranged inside one of the pitching shaft portion and the rolling shaft portion. A driven bevel gear coupled to the rotating member while meshing with the drive bevel gear is, the leg structure of the legged mobile robot, characterized in that the driving bevel gear and a second driving source for driving rotation is proposed.

【0012】上記構成によれば、足部を一体に備えた回
転部材を、相互に直交するように固定されたピッチング
軸部およびローリング軸部の一方の外周に回転自在に支
持し、ピッチング軸部およびローリング軸部の他方の内
部に同軸に配置された駆動ベベルギヤを、ピッチング軸
部およびローリング軸部の一方の内部に同軸に配置され
て回転部材に連結された従動ベベルギヤに噛合させ、第
1の駆動源でピッチング軸部およびローリング軸部の他
方を回転させるとともに、第2の駆動源で駆動ベベルギ
ヤを回転させるので、足部のピッチングおよびローリン
グを相互に影響を与えることなく独立して行うことがで
きる。しかもローリング軸部およびピッチング軸部の位
置を低くすることができるので、足首関節のコンプライ
アンス制御をより小さな制御量で実現することができ、
床面の不測の凹凸や傾斜に速やかに対応して安定した歩
行を可能にすることができる。
According to the above construction, the rotating member integrally provided with the foot is rotatably supported on one of the outer circumferences of the pitching shaft and the rolling shaft fixed to be orthogonal to each other. A driving bevel gear coaxially arranged inside the other of the rolling shaft portion and a driven bevel gear coaxially arranged inside one of the pitching shaft portion and the rolling shaft portion and connected to the rotating member; Since the other of the pitching shaft portion and the rolling shaft portion is rotated by the drive source, and the drive bevel gear is rotated by the second drive source, pitching and rolling of the feet can be performed independently without affecting each other. it can. Moreover, since the positions of the rolling shaft and the pitching shaft can be lowered, compliance control of the ankle joint can be realized with a smaller control amount,
It is possible to promptly respond to unexpected irregularities or inclinations of the floor surface, thereby enabling stable walking.

【0013】また請求項4に記載された発明によれば、
上脚部の下端に膝関節を介して下脚部を連結するととも
に、下脚部の下端に足部を足首関節を介して連結し、足
首関節は下脚部に対して足部を左右軸線回りにピッチン
グ自在に支持し、かつ前後軸線回りにローリング自在に
支持する脚式移動ロボットの脚構造であって、ピッチン
グ軸部に足部をローリング自在に支持するローリング機
構は、ピッチング軸部に直交するように固定されたロー
リング軸部と、足部に一体に固定されてローリング軸部
の外周に回転自在に支持されたローリング部材と、ピッ
チング軸部内に同軸に配置された駆動ベベルギヤと、左
右軸線方向に配置されたローリング用モータの出力軸の
回転を駆動ベベルギヤに伝達するローリング用ベルト伝
達手段と、ローリング軸部内に同軸に配置されて駆動ベ
ベルギヤに噛合するとともにローリング部材に連結され
た従動ベベルギヤとを備えたことを特徴とする脚式移動
ロボットの脚構造が提案される。
Further, according to the invention described in claim 4,
The lower leg is connected to the lower end of the upper leg via the knee joint, and the foot is connected to the lower end of the lower leg via the ankle joint. The ankle joint pitches the foot relative to the lower leg around the left and right axis. It is a leg structure of a legged mobile robot that freely supports and supports rolling freely around the front-rear axis, and a rolling mechanism that supports the foot freely on the pitching shaft so that it is orthogonal to the pitching shaft. A fixed rolling shaft, a rolling member fixed integrally to the foot and rotatably supported on the outer periphery of the rolling shaft, a driving bevel gear coaxially arranged in the pitching shaft, and arranged in the left-right axial direction. A rolling belt transmitting means for transmitting the rotation of the output shaft of the rolling motor to the driving bevel gear, and being coaxially arranged in the rolling shaft and meshing with the driving bevel gear. Leg structure of the legged mobile robot is characterized in that a follower is coupled to the rolling member bevel gear is proposed together.

【0014】上記構成によれば、足部を一体に備えたロ
ーリング部材を、ピッチング軸部に直交するように固定
したローリング軸部の外周に回転自在に支持し、ローリ
ング用モータの出力軸の回転を、ローリング用ベルト伝
達手段と、ピッチング軸部内に同軸に配置された駆動ベ
ベルギヤと、ローリング軸部内に同軸に配置された従動
ベベルギヤとを介してローリング部材に伝達するので、
足部のピッチングに影響を与えることなく足部を独立し
てローリングさせることができ、かつ足部をローリング
した状態のまま自由にピッチングさせることができる。
しかもローリング軸部およびピッチング軸部の位置を低
くすることができるので、足首関節のコンプライアンス
制御をより小さな制御量で実現することができ、床面の
不測の凹凸や傾斜に速やかに対応して安定した歩行を可
能にすることができる。
According to the above construction, the rolling member integrally provided with the foot is rotatably supported on the outer periphery of the rolling shaft fixed to be perpendicular to the pitching shaft, and the rotation of the output shaft of the rolling motor is controlled. Is transmitted to the rolling member via a belt transmission means for rolling, a drive bevel gear coaxially arranged in the pitching shaft, and a driven bevel gear coaxially arranged in the rolling shaft.
The feet can be independently rolled without affecting the pitching of the feet, and the feet can be freely pitched in a rolled state.
In addition, because the position of the rolling shaft and pitching shaft can be lowered, compliance control of the ankle joint can be achieved with a smaller control amount, and it is stable in response to unexpected irregularities or inclination of the floor surface Walking can be made possible.

【0015】また請求項5に記載された発明によれば、
請求項4の構成に加えて、ピッチング用ベルト伝達手段
およびピッチング軸部間にピッチング用減速機を配置
し、従動ベベルギヤおよびローリング部材間にローリン
グ用減速機を配置したことを特徴とする脚式移動ロボッ
トの脚構造が提案される。
According to the invention described in claim 5,
In addition to the constitution of claim 4, a leg-type movement characterized in that a pitching speed reducer is arranged between the pitching belt transmission means and the pitching shaft, and a rolling speed reducer is arranged between the driven bevel gear and the rolling member. A robot leg structure is proposed.

【0016】上記構成によれば、ピッチング用ベルト伝
達手段およびピッチング軸部間にピッチング用減速機を
配置したので、ピッチング用モータの負荷を軽減するこ
とができ、かつ従動ベベルギヤおよびローリング部材間
にローリング用減速機を配置したので、ローリング用モ
ータの負荷を軽減することができる。
According to the above construction, since the pitching speed reducer is arranged between the pitching belt transmitting means and the pitching shaft, the load on the pitching motor can be reduced, and the rolling between the driven bevel gear and the rolling member can be reduced. The load on the rolling motor can be reduced because the speed reducer is arranged.

【0017】また請求項6に記載された発明によれば、
請求項4または請求項5の構成に加えて、ローリング部
材の外側を部分球面状カバーで覆い、下脚部の骨格を構
成する下脚リンクの下端と部分球面状カバーとの間に所
定の隙間を形成したことを特徴とする脚式移動ロボット
の脚構造が提案される。
According to the invention described in claim 6,
In addition to the configuration of claim 4 or 5, the outside of the rolling member is covered with a partial spherical cover, and a predetermined gap is formed between the lower end of the lower leg link constituting the skeleton of the lower leg and the partial spherical cover. A leg structure of a legged mobile robot characterized by the following is proposed.

【0018】上記構成によれば、ローリング部材の外側
を覆う部分球面状カバーと下脚リンクの下端との間に所
定の隙間を形成したので、足部をピッチングおよびロー
リングさせても部分球面状カバーおよび下脚リンク間に
大きな隙間が発生するのを防止し、異物の挟み込みを効
果的に防止することができる。
According to the above configuration, since the predetermined gap is formed between the partial spherical cover that covers the outside of the rolling member and the lower end of the lower leg link, even if the feet are pitched and rolled, the partial spherical cover and It is possible to prevent a large gap from being generated between the lower leg links and effectively prevent foreign matter from being caught.

【0019】また請求項7に記載された発明によれば、
請求項6の構成に加えて、部分球面状カバーがピッチン
グ軸部上またはローリング軸部上に中心を有することを
特徴とする脚式移動ロボットの脚構造が提案される。
According to the invention described in claim 7,
In addition to the configuration of claim 6, a leg structure of a legged mobile robot is proposed, wherein the partial spherical cover has a center on the pitching shaft portion or the rolling shaft portion.

【0020】上記構成によれば、部分球面状カバーの中
心がピッチング軸部上またはローリング軸部上にあるの
で、足部をピッチングまたはローリングさせたときに部
分球面状カバーおよび下脚リンク間に発生する隙間を一
定に保ち、部分球面状カバーが下脚リンクと干渉するの
を防止して足首関節の可動範囲を拡大しながら異物の挟
み込みを一層効果的に防止することができる。
According to the above configuration, since the center of the partial spherical cover is located on the pitching shaft portion or the rolling shaft portion, the partial spherical cover is formed between the partial spherical cover and the lower leg link when the foot is pitched or rolled. The gap can be kept constant, the partial spherical cover can be prevented from interfering with the lower leg link, and the movable range of the ankle joint can be expanded, and the foreign object can be more effectively prevented from being caught.

【0021】また請求項8に記載された発明によれば、
請求項1〜請求項7の何れか1項の構成に加えて、足部
に該足部に加わる荷重を検出するセンサを設けたことを
特徴とする脚式移動ロボットの脚構造が提案される。
According to the invention described in claim 8,
In addition to the configuration of any one of claims 1 to 7, a leg structure of a legged mobile robot is provided, wherein a sensor for detecting a load applied to the foot is provided on the foot. .

【0022】上記構成によれば、ピッチング用モータお
よびローリング用モータの位置が足部から遠くなるた
め、足部に設けたセンサがモータのノイズの影響を受け
難くなり、センサの検出精度が向上する。
According to the above configuration, since the positions of the pitching motor and the rolling motor are far from the foot, the sensor provided on the foot is hardly affected by the noise of the motor, and the detection accuracy of the sensor is improved. .

【0023】尚、実施例のピッチング用モータ34およ
びローリング用モータ35はそれぞれ本発明の第1の駆
動源および第2の駆動源を構成し、実施例のローリング
部材46は本発明の回転部材を構成し、実施例の内側部
分球面状カバー62および外側部分球面状カバー63は
本発明の部分球面状カバーを構成し、実施例の6分力セ
ンサ60は本発明のセンサを構成する。
The pitching motor 34 and the rolling motor 35 of the embodiment constitute a first drive source and a second drive source of the present invention, respectively, and the rolling member 46 of the embodiment constitutes a rotating member of the present invention. The inner partial spherical cover 62 and the outer partial spherical cover 63 of the embodiment constitute the partial spherical cover of the present invention, and the six-component force sensor 60 of the embodiment constitutes the sensor of the present invention.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on embodiments of the present invention shown in the accompanying drawings.

【0025】図1〜図7は本発明の一実施例を示すもの
で、図1は脚式移動ロボットの正面図、図2は脚式移動
ロボットの右側面図、図3は図2の3−3線拡大断面図
(図4の3−3線断面図)、図4は図3の4−4線断面
図、図5は下脚部および足部の斜視図、図6は足部のピ
ッチングの作用説明図、図7は足部のローリングの作用
説明図である。
FIGS. 1 to 7 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a front view of a legged mobile robot, FIG. 2 is a right side view of the legged mobile robot, and FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along line -3 (a sectional view taken along line 3-3 in FIG. 4). FIG. 4 is a sectional view taken along line 4-4 in FIG. 3, FIG. 5 is a perspective view of the lower leg and the foot, and FIG. FIG. 7 is an explanatory diagram of the operation of rolling the foot.

【0026】図1および図2に示すように、自立二足歩
行が可能な脚式移動ロボットRは、胴体11、頭12、
左腕13L、右腕13R、左脚14Lおよび右脚14R
を備えており、胴体11の背面に電装品を収納した電装
品ボックス15を背負っている。左腕13Lおよび右腕
13Rの各々は、上腕部16と、下腕部17と、手部1
8とから構成され、胴体11と上腕部16とは肩関節1
9で連結され、上腕部16と下腕部17とは肘関節20
で連結され、下腕部17と手部18とは手首関節21で
連結され、更に上腕部16の長手方向中間には、上腕部
16の上半部に対して下半部を捻るための上腕関節22
が設けられる。また左脚14Lおよび右脚14Rの各々
は、上脚部23と、下脚部24と足部25とから構成さ
れ、胴体11と上脚部23とは股関節26で連結され、
上脚部23と下脚部24とは膝関節27で連結され、下
脚部24と足部25とは足首関節28で連結される。更
に胴体11と頭12とは首関節29で連結される。尚、
前記各関節は、その位置のみを破線の円で示している。
As shown in FIGS. 1 and 2, a legged mobile robot R capable of independent bipedal walking has a torso 11, a head 12,
Left arm 13L, right arm 13R, left leg 14L and right leg 14R
And an electrical component box 15 containing electrical components is carried on the back of the body 11. Each of the left arm 13L and the right arm 13R includes an upper arm 16, a lower arm 17, and a hand 1
And the torso 11 and the upper arm 16 are connected to the shoulder joint 1
9, the upper arm 16 and the lower arm 17 are connected to the elbow joint 20.
The lower arm 17 and the hand 18 are connected by a wrist joint 21, and an upper arm for twisting the lower half with respect to the upper half of the upper arm 16 is provided in the middle of the upper arm 16 in the longitudinal direction. Joint 22
Is provided. Each of the left leg 14L and the right leg 14R includes an upper leg portion 23, a lower leg portion 24, and a foot portion 25, and the body 11 and the upper leg portion 23 are connected by a hip joint 26,
The upper leg 23 and the lower leg 24 are connected by a knee joint 27, and the lower leg 24 and the foot 25 are connected by an ankle joint 28. Further, the body 11 and the head 12 are connected by a neck joint 29. still,
Only the position of each joint is indicated by a dashed circle.

【0027】次に、図3〜図5に基づいてロボットRの
右脚14Rの構造を説明する。尚、左脚14Lは右脚1
4Rと鏡面対称な同一構造であるため、その重複する説
明は省略する。
Next, the structure of the right leg 14R of the robot R will be described with reference to FIGS. The left leg 14L is the right leg 1
Since the same structure is mirror-symmetrical to 4R, the overlapping description is omitted.

【0028】上脚部23および下脚部24は軸線Lを有
する膝関節27で連結されており、図示せぬ駆動源によ
りベルト伝動手段31および減速機32を介して駆動さ
れる。下脚部24はその骨格を構成する下脚リンク33
を備えており、下脚リンク33の上端部に出力軸34a
を左右軸線Ly方向に配置したピッチング用モータ34
が支持され、下脚リンク33の中間部に出力軸35aを
左右軸線Ly方向に配置したローリング用モータ35が
支持される。
The upper leg 23 and the lower leg 24 are connected by a knee joint 27 having an axis L, and are driven by a drive source (not shown) through a belt transmission means 31 and a speed reducer 32. The lower leg portion 24 is a lower leg link 33 constituting its skeleton.
An output shaft 34a is provided at the upper end of the lower leg link 33.
Pitching motor 34 in which is disposed in the left-right axis Ly direction.
And a rolling motor 35 having an output shaft 35a arranged in the left-right axis Ly direction is supported at an intermediate portion of the lower leg link 33.

【0029】左右軸線Ly上において、ピッチング軸部
36が下脚リンク33の下端に一対のクロスローラベア
リング38,38を介して回転自在に支持される(図3
参照)。ピッチング用モータ34の出力軸34aに設け
た駆動プーリ39と、左右軸線Ly上に配置した従動プ
ーリ40とが無端ベルト41で接続される。駆動プーリ
39、従動プーリ40および無端ベルト41はピッチン
グ用ベルト伝達手段42を構成する。従動プーリ40と
ピッチング軸部36とが公知のハーモニック減速機(商
品名)よりなるピッチング用減速機43で接続される。
ハーモニック減速機は入力部材の回転を減速して同軸上
に配置された出力部材に出力するもので、それを遊星歯
車式の減速機で置き換えることができる。
On the left-right axis Ly, the pitching shaft 36 is rotatably supported at the lower end of the lower leg link 33 via a pair of cross roller bearings 38, 38 (FIG. 3).
reference). A drive pulley 39 provided on an output shaft 34 a of the pitching motor 34 and a driven pulley 40 arranged on the left-right axis Ly are connected by an endless belt 41. The drive pulley 39, the driven pulley 40, and the endless belt 41 constitute a belt transmission means 42 for pitching. The driven pulley 40 and the pitching shaft 36 are connected by a pitching speed reducer 43 composed of a known harmonic speed reducer (trade name).
The harmonic reducer reduces the rotation of the input member and outputs the reduced rotation to an output member disposed coaxially, and it can be replaced with a planetary gear reducer.

【0030】ピッチング軸部36に、それと直交する方
向(前後軸線Lx)に延びるローリング軸部44が一体
に形成される(図4参照)。ローリング軸部44の外周
に筒状のローリング部材46が一対のクロスローラベア
リング47,47を介して支持されており、このローリ
ング部材46に足部25が固定される。
A rolling shaft 44 extending in a direction perpendicular to the pitching shaft 36 (front-rear axis Lx) is formed integrally with the pitching shaft 36 (see FIG. 4). A cylindrical rolling member 46 is supported on the outer periphery of the rolling shaft 44 via a pair of cross roller bearings 47, and the foot 25 is fixed to the rolling member 46.

【0031】ピッチング軸部36の内部に相対回転自在
に支持された駆動ベベルギヤ軸51の軸端に固定した従
動プーリ52と、ローリング用モータ35の出力軸35
aに固定した駆動プーリ53とが無端ベルト54で接続
されており、駆動プーリ53、従動プーリ52および無
端ベルト54はローリング用ベルト伝達手段55を構成
する。ピッチング軸部36と一体に形成されたローリン
グ軸部44の内部に相対回転自在に支持された従動ベベ
ルギヤ軸56の軸端に設けた従動ベベルギヤ57が、前
記駆動ベベルギヤー軸51の軸端に設けた駆動ベベルギ
ヤ58に噛合する。そして従動ベベルギヤ軸56の軸端
とローリング部材46とがハーモニック減速機よりなる
ローリング用減速機59で接続される。足部25の中央
部上面には、ロボットRを二足歩行させるために、足部
25に作用する6分力(直交する3軸方向の荷重、およ
び前記3軸回りのモーメント)を検出する6分力センサ
60が設けられ、また足部25の後部上面には6分力セ
ンサ60のアンプ64が設けられる。
A driven pulley 52 fixed to the shaft end of a drive bevel gear shaft 51 rotatably supported inside a pitching shaft portion 36, and an output shaft 35 of a rolling motor 35
The drive pulley 53 fixed to a is connected by an endless belt 54, and the drive pulley 53, the driven pulley 52, and the endless belt 54 constitute a belt transmission means 55 for rolling. A driven bevel gear 57 provided at the shaft end of a driven bevel gear shaft 56 rotatably supported inside a rolling shaft portion 44 integrally formed with the pitching shaft portion 36 is provided at the shaft end of the drive bevel gear shaft 51. It meshes with the drive bevel gear 58. Then, the shaft end of the driven bevel gear shaft 56 and the rolling member 46 are connected by a rolling reduction gear 59 composed of a harmonic reduction gear. On the upper surface of the central portion of the foot 25, a six-component force (a load in three orthogonal directions and a moment about the three axes) acting on the foot 25 is detected to cause the robot R to walk on two feet. A component force sensor 60 is provided, and an amplifier 64 of the 6-component force sensor 60 is provided on the rear upper surface of the foot 25.

【0032】ピッチング軸部36に対して足部25をロ
ーリングさせるローリング機構61は、前記ローリング
軸部44と、ローリング部材46と、駆動ベベルギヤ軸
51と、駆動ベベルギヤ58と、従動ベベルギヤ軸56
と、従動ベベルギヤ57と、ローリング用ベルト伝達手
段55とから構成される。
The rolling mechanism 61 for rolling the foot 25 with respect to the pitching shaft 36 includes the rolling shaft 44, the rolling member 46, the driving bevel gear shaft 51, the driving bevel gear 58, and the driven bevel gear shaft 56.
, A driven bevel gear 57, and a rolling belt transmission means 55.

【0033】図5〜図7を参照すると明らかなように、
下脚部24に対して足部25をピッチングおよびローリ
ング可能に支持する足首関節28は、前後軸線Lxおよ
び左右軸線Lyの交点を中心とする同心球面の一部を構
成する内側部分球状カバー62および外側部分球状カバ
ー63を備える。内側部分球状カバー62はローリング
部材46に固定されているのに対し、外側部分球状カバ
ー63はピッチング軸部36に固定されている。従っ
て、足部25が左右軸線Ly回りにピッチングする際に
は、内側部分球状カバー62および外側部分球状カバー
63は一体にピッチングし、足部25が前後軸線Lx回
りにローリングする際には、外側部分球状カバー63に
対して内側部分球状カバー62だけが相対的にローリン
グする。尚、外側部分球状カバー63および内側部分球
状カバー62が相対回転しても、内側部分球状カバー6
2は前後軸線Lxを中心として実質的に回転対称な形状
を有しているため、外側部分球状カバー63および内側
部分球状カバー62により構成される部分球面の形状に
段差や隙間が発生することはない。下脚リンク33の下
端には凹状球面33aが形成されており、この凹状球面
33aと外側部分球状カバー63および内側部分球状カ
バー62の外周面との間に、微小かつ均一な隙間αが形
成される。
As will be apparent with reference to FIGS.
An ankle joint 28 that supports the foot 25 so as to be able to pitch and roll with respect to the lower leg 24 includes an inner part spherical cover 62 that forms a part of a concentric spherical surface centered on the intersection of the front-rear axis Lx and the left-right axis Ly, and an outer part. A partial spherical cover 63 is provided. The inner part spherical cover 62 is fixed to the rolling member 46, while the outer part spherical cover 63 is fixed to the pitching shaft part 36. Therefore, when the foot 25 pitches around the left-right axis Ly, the inner part spherical cover 62 and the outer part spherical cover 63 pitch together, and when the foot 25 rolls around the front-rear axis Lx, Only the inner partial spherical cover 62 rolls relative to the partial spherical cover 63. Even if the outer part spherical cover 63 and the inner part spherical cover 62 rotate relative to each other, the inner part spherical cover 6
2 has a shape that is substantially rotationally symmetric about the front-rear axis Lx, so that a step or gap is not generated in the shape of the partial spherical surface formed by the outer spherical cover 63 and the inner spherical cover 62. Absent. A concave spherical surface 33a is formed at the lower end of the lower leg link 33, and a minute and uniform gap α is formed between the concave spherical surface 33a and the outer peripheral surfaces of the outer spherical cover 63 and the inner spherical cover 62. .

【0034】次に、上記構成を備えた本発明の実施例の
作用について説明する。
Next, the operation of the embodiment of the present invention having the above configuration will be described.

【0035】ロボットRの下脚部24の下端に足首関節
28を介して接続された足部25を左右軸線Ly回りに
ピッチングさせるべくピッチング用モータ34を駆動す
ると、その出力軸34aの回転がピッチング用ベルト伝
達手段42の駆動プーリ39、無端ベルト41および従
動プーリ40を介してピッチング用減速機43に伝達さ
れ、ピッチング用減速機43は入力された回転を減速し
てピッチング軸部36に出力する。ピッチング軸部36
が、それと一体のローリング軸部44と共に左右軸線L
y回りに回転すると、ローリング軸部44にローリング
部材46を介して支持された足部25が左右軸線Ly回
りにピッチングする。このようにしてピッチング軸部3
6が回転しても、ローリング機構61の駆動ベベルギヤ
軸51はピッチング軸部36の内部に同軸に、かつ相対
回転自在に配置されているため、ローリング用モータ3
5を空転可能な状態にしておくことにより、足部25が
妄りにローリングすることが防止される。
When the pitching motor 34 is driven to pitch the foot 25 connected to the lower end of the lower leg 24 of the robot R via the ankle joint 28 around the left-right axis Ly, the rotation of the output shaft 34a is used for pitching. The transmission is transmitted to the pitching speed reducer 43 via the drive pulley 39, the endless belt 41, and the driven pulley 40 of the belt transmission means 42. The pitching speed reducer 43 reduces the input rotation and outputs the rotation to the pitching shaft portion 36. Pitching shaft 36
However, together with the rolling shaft portion 44 integral therewith, the left and right axis L
When rotated around y, the foot 25 supported by the rolling shaft 44 via the rolling member 46 pitches around the left-right axis Ly. Thus, the pitching shaft 3
6 is rotated, the driving bevel gear shaft 51 of the rolling mechanism 61 is coaxially disposed inside the pitching shaft portion 36 and is relatively rotatable.
By keeping the wheel 5 free to spin, the foot 25 is prevented from rolling unnecessarily.

【0036】足部25を前後軸線Lx回りにローリング
させるべくローリング用モータ35を駆動すると、その
出力軸35aの回転がローリング用ベルト伝達手段55
の駆動プーリ53、無端ベルト54および従動プーリ5
2を介して駆動ベベルギヤ軸51に伝達され、駆動ベベ
ルギヤ軸51の回転は駆動ベベルギヤ58、従動ベベル
ギヤ57および従動ベベルギヤ軸56を介して90°方
向を変換した後、ローリング用減速機59を介してロー
リング部材46に伝達され、そのローリング部材46と
一体の足部25をローリングさせる。このように、ピッ
チング軸部36にローリング機構61を支持して足部2
5と一体でピッチングさせ、かつローリング機構61を
単独で作動させてピッチング軸部36に対して足部25
をローリングさせるので、ピッチングおよびローリング
が相互に干渉、あるいは交錯することがなくなり、足部
25のピッチングおよびローリングの制御が簡素化され
る。
When the motor 35 for rolling is driven to roll the foot 25 around the longitudinal axis Lx, the rotation of the output shaft 35a is transmitted to the belt transmission means 55 for rolling.
Pulley 53, endless belt 54 and driven pulley 5
The rotation of the drive bevel gear shaft 51 is transmitted through the drive bevel gear 58, the driven bevel gear 57, and the driven bevel gear shaft 56, and the rotation of the drive bevel gear shaft 51 is converted to a 90 ° direction. The power is transmitted to the rolling member 46 and the foot 25 integrated with the rolling member 46 is rolled. As described above, the rolling mechanism 61 is supported by the pitching shaft 36 and the foot 2
5, and the rolling mechanism 61 is operated alone to move the foot 25 against the pitching shaft 36.
, The pitching and the rolling do not interfere with each other or intersect with each other, and the control of the pitching and the rolling of the foot 25 is simplified.

【0037】またピッチング用モータ34およびローリ
ング用モータ35を足首関節28よりも上方の下脚部2
4に支持したので、重量の大きいピッチング用モータ3
4およびローリング用モータ35の位置が膝関節27に
接近する。その結果、膝関節27回りの下脚部24の慣
性モーメントを減少させて、膝関節27を駆動する駆動
源の負荷を低減することができる。しかもピッチング用
モータ34およびローリング用モータ35の位置が足部
25に設けた6分力センサ60から遠くなるため、6分
力センサ60がピッチング用モータ34およびローリン
グ用モータ35のノイズの影響を受け難くなって検出精
度が向上する。
The pitching motor 34 and the rolling motor 35 are connected to the lower leg 2 above the ankle joint 28.
4, the pitching motor 3 which is heavy
4 and the position of the rolling motor 35 approach the knee joint 27. As a result, the moment of inertia of the lower leg 24 around the knee joint 27 can be reduced, and the load on the drive source that drives the knee joint 27 can be reduced. Moreover, since the positions of the pitching motor 34 and the rolling motor 35 are far from the 6-component force sensor 60 provided on the foot 25, the 6-component force sensor 60 is affected by the noise of the pitching motor 34 and the rolling motor 35. It becomes difficult and the detection accuracy is improved.

【0038】またピッチング用モータ34およびローリ
ング用モータ35の上記配置によりピッチング軸部36
およびローリング軸部44の位置が低くなり、足首関節
28のコンプライアンス制御をより小さな制御量で実現
することができる。これにより、床面の不測の凹凸や傾
斜に速やかに対応して安定した歩行を可能にすることが
できる。
Further, the pitching shaft portion 36 is formed by the above arrangement of the pitching motor 34 and the rolling motor 35.
In addition, the position of the rolling shaft 44 is lowered, and compliance control of the ankle joint 28 can be realized with a smaller control amount. Thereby, it is possible to promptly respond to unexpected irregularities or inclinations of the floor surface and to perform stable walking.

【0039】更に、足部25をピッチングさせると、左
右軸線Lyおよび前後軸線Lxの交点を中心とする内側
部分球状カバー62および外側部分球状カバー63が一
体に回転するため、両カバー62,63と下脚リンク3
3の下端の凹状球面33aとの間の隙間αが一定に保た
れ、異物の挟み込みを防止することができる。また足部
25をローリングさせると、内側部分球状カバー62が
外側部分球状カバー63に対して相対的に回転するが、
前記隙間αは変化することがないため、やはり異物の挟
み込みを防止することができる。しかも前記隙間αが変
化しないために、内側部分球状カバー62および外側部
分球状カバー63が下脚リンク33と干渉し難くなり、
足首関節28の可動範囲を拡大することができる。
Further, when the feet 25 are pitched, the inner partial spherical cover 62 and the outer partial spherical cover 63 around the intersection of the left-right axis Ly and the front-rear axis Lx rotate together. Lower leg link 3
The gap α between the bottom surface 3 and the concave spherical surface 33a is kept constant, so that foreign matter can be prevented from being caught. When the foot 25 is rolled, the inner part spherical cover 62 rotates relatively to the outer part spherical cover 63,
Since the gap α does not change, it is possible to prevent foreign matter from being caught. Moreover, since the gap α does not change, the inner part spherical cover 62 and the outer part spherical cover 63 hardly interfere with the lower leg link 33,
The movable range of the ankle joint 28 can be expanded.

【0040】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行う
ことが可能である。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail, various design changes can be made in the present invention without departing from the gist thereof.

【0041】例えば、実施例では足部25を一体に固定
したローリング部材46をローリング軸部44の外周に
回転自在に支持し、ピッチング軸部36内に同軸に配置
された駆動ベベルギヤ58と、ローリング軸部44内に
同軸に配置されてローリング部材46に連結された従動
ベベルギヤ57とを噛合させ、ピッチング用モータ34
でピッチング軸部36を回転させて足部25をピッチン
グさせ、ローリング用モータ35で駆動ベベルギヤ58
を回転させて足部25をローリングさせているが、足部
25を一体に固定したピッチング部材(請求項3の発明
の回転部材に対応)をピッチング軸部36の外周に回転
自在に支持し、ローリング軸部44内に同軸に配置され
た駆動ベベルギヤ58と、ピッチング軸部36内に同軸
に配置されてピッチング部材に連結された従動ベベルギ
ヤ57とを噛合させ、ローリング用モータ35でローリ
ング軸部44を回転させて足部25をローリングさせ、
ピッチング用モータ34で駆動ベベルギヤ58を回転さ
せて足部をピッチングさせても良い。
For example, in the embodiment, a rolling member 46 to which the foot portion 25 is integrally fixed is rotatably supported on the outer periphery of the rolling shaft portion 44, and a driving bevel gear 58 coaxially arranged in the pitching shaft portion 36; A driven bevel gear 57 coaxially disposed in the shaft portion 44 and connected to the rolling member 46 is meshed with the
The pitching shaft 36 is rotated to pitch the foot 25, and the rolling motor 35 drives the bevel gear 58.
Is rotated to rotate the foot portion 25. A pitching member (corresponding to the rotating member according to the third aspect of the invention) in which the foot portion 25 is integrally fixed is rotatably supported on the outer periphery of the pitching shaft portion 36, A drive bevel gear 58 coaxially arranged in the rolling shaft 44 and a driven bevel gear 57 coaxially arranged in the pitching shaft 36 and connected to a pitching member mesh with each other. To rotate the foot 25,
The drive bevel gear 58 may be rotated by the pitching motor 34 to pitch the feet.

【0042】また実施例では足部25に加わる荷重を6
分力センサ60で検出しているが、3分力乃至5分力を
検出できるセンサで代用することができる。
In the embodiment, the load applied to the foot 25 is 6
Although the detection is performed by the component force sensor 60, a sensor capable of detecting three to five component forces can be used instead.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上のように請求項1に記載された発明
によれば、足部を左右軸線回りにピッチングさせるピッ
チング用モータと、足部を前後軸線回りにローリングさ
せるローリング用モータとを足首関節よりも上方の下脚
部に支持したので、重量物であるピッチング用モータお
よびローリング用モータの位置が膝関節に接近して膝関
節回りの下脚部の慣性モーメントが減少し、膝関節を駆
動する駆動源の負荷を低減することができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the pitching motor for pitching the foot around the left-right axis and the rolling motor for rolling the foot around the front-rear axis are provided. Since the lower leg is supported above the joint, the positions of the pitching motor and the rolling motor, which are heavy objects, are closer to the knee joint, and the moment of inertia of the lower leg around the knee joint is reduced, thereby driving the knee joint. The load on the driving source can be reduced.

【0044】また請求項2に記載された発明によれば、
下脚部に左右軸線回りに回転可能に支持したピッチング
軸部にローリング機構を介して足部をローリング可能に
支持し、ピッチング用モータの出力軸の回転をピッチン
グ軸部に伝達するピッチング用ベルト伝達手段を介して
ピッチング軸部を駆動するので、ピッチング軸部を回転
させることでローリング機構および足部を一体にピッチ
ングさせ、かつローリング機構を作動させてピッチング
軸部に対して足部をローリングさせることができ、足部
のピッチングおよびローリングが相互に干渉するのを回
避することができる。
According to the second aspect of the present invention,
Belt transmission means for pitching, which supports the foot in a rotatable manner via a rolling mechanism on a pitching shaft that is rotatably supported on the lower leg around the left and right axis, and transmits the rotation of the output shaft of the pitching motor to the pitching shaft. Since the pitching shaft is driven through, the rolling mechanism and the foot can be pitched integrally by rotating the pitching shaft, and the foot can be rolled with respect to the pitching shaft by operating the rolling mechanism. It is possible to prevent the pitching and rolling of the foot from interfering with each other.

【0045】また請求項3に記載された発明によれば、
足部を一体に備えた回転部材を、相互に直交するように
固定されたピッチング軸部およびローリング軸部の一方
の外周に回転自在に支持し、ピッチング軸部およびロー
リング軸部の他方の内部に同軸に配置された駆動ベベル
ギヤを、ピッチング軸部およびローリング軸部の一方の
内部に同軸に配置されて回転部材に連結された従動ベベ
ルギヤに噛合させ、第1の駆動源でピッチング軸部およ
びローリング軸部の他方を回転させるとともに、第2の
駆動源で駆動ベベルギヤを回転させるので、足部のピッ
チングおよびローリングを相互に影響を与えることなく
独立して行うことができる。しかもローリング軸部およ
びピッチング軸部の位置を低くすることができるので、
足首関節のコンプライアンス制御をより小さな制御量で
実現することができ、床面の不測の凹凸や傾斜に速やか
に対応して安定した歩行を可能にすることができる。
According to the third aspect of the present invention,
A rotatable member integrally provided with a foot portion is rotatably supported on one outer periphery of a pitching shaft portion and a rolling shaft portion fixed so as to be orthogonal to each other, and inside the other of the pitching shaft portion and the rolling shaft portion. A driving bevel gear coaxially arranged is meshed with a driven bevel gear coaxially arranged inside one of the pitching shaft portion and the rolling shaft portion and connected to the rotating member, and the pitching shaft portion and the rolling shaft are rotated by the first drive source. Since the other of the sections is rotated and the drive bevel gear is rotated by the second drive source, pitching and rolling of the feet can be performed independently without affecting each other. Moreover, since the positions of the rolling shaft and the pitching shaft can be lowered,
The compliance control of the ankle joint can be realized with a smaller control amount, and stable walking can be enabled in response to unexpected irregularities or inclination of the floor surface.

【0046】また請求項4に記載された発明によれば、
足部を一体に備えたローリング部材を、ピッチング軸部
に直交するように固定したローリング軸部の外周に回転
自在に支持し、ローリング用モータの出力軸の回転を、
ローリング用ベルト伝達手段と、ピッチング軸部内に同
軸に配置された駆動ベベルギヤと、ローリング軸部内に
同軸に配置された従動ベベルギヤとを介してローリング
部材に伝達するので、足部のピッチングに影響を与える
ことなく足部を独立してローリングさせることができ、
かつ足部をローリングした状態のまま自由にピッチング
させることができる。しかもローリング軸部およびピッ
チング軸部の位置を低くすることができるので、足首関
節のコンプライアンス制御をより小さな制御量で実現す
ることができ、床面の不測の凹凸や傾斜に速やかに対応
して安定した歩行を可能にすることができる。
According to the invention described in claim 4,
A rolling member integrally provided with a foot portion is rotatably supported on an outer periphery of a rolling shaft portion fixed so as to be orthogonal to the pitching shaft portion, and the rotation of the output shaft of the motor for rolling,
Rolling belt transmission means, a drive bevel gear coaxially disposed in the pitching shaft portion, and a driven bevel gear coaxially disposed in the rolling shaft portion transmit to the rolling member, thereby affecting pitching of the foot portion. The feet can be rolled independently without any
In addition, it is possible to freely pitch while keeping the foot in a rolled state. In addition, because the position of the rolling shaft and pitching shaft can be lowered, compliance control of the ankle joint can be achieved with a smaller control amount, and it is stable in response to unexpected irregularities or inclination of the floor surface Walking can be made possible.

【0047】また請求項5に記載された発明によれば、
ピッチング用ベルト伝達手段およびピッチング軸部間に
ピッチング用減速機を配置したので、ピッチング用モー
タの負荷を軽減することができ、かつ従動ベベルギヤお
よびローリング部材間にローリング用減速機を配置した
ので、ローリング用モータの負荷を軽減することができ
る。
According to the invention described in claim 5,
Since the pitching speed reducer is arranged between the pitching belt transmission means and the pitching shaft portion, the load on the pitching motor can be reduced, and the rolling speed reducer is arranged between the driven bevel gear and the rolling member. The load on the motor can be reduced.

【0048】また請求項6に記載された発明によれば、
ローリング部材の外側を覆う部分球面状カバーと下脚リ
ンクの下端との間に所定の隙間を形成したので、足部を
ピッチングおよびローリングさせても部分球面状カバー
および下脚リンク間に大きな隙間が発生するのを防止
し、異物の挟み込みを効果的に防止することができる。
According to the invention described in claim 6,
Since a predetermined gap is formed between the partial spherical cover that covers the outside of the rolling member and the lower end of the lower leg link, a large gap is generated between the partial spherical cover and the lower leg link even when the feet are pitched and rolled. Can be effectively prevented from being trapped by foreign substances.

【0049】また請求項7に記載された発明によれば、
部分球面状カバーの中心がピッチング軸部上またはロー
リング軸部上にあるので、足部をピッチングまたはロー
リングさせたときに部分球面状カバーおよび下脚リンク
間に発生する隙間を一定に保ち、部分球面状カバーが下
脚リンクと干渉するのを防止して足首関節の可動範囲を
拡大しながら異物の挟み込みを一層効果的に防止するこ
とができる。
According to the seventh aspect of the present invention,
Since the center of the partial spherical cover is on the pitching shaft or rolling shaft, the gap generated between the partial spherical cover and the lower leg link when the foot is pitched or rolled is kept constant, and the partial spherical shape The cover can be prevented from interfering with the lower leg link, and the movable range of the ankle joint can be expanded, and the trapping of foreign matter can be more effectively prevented.

【0050】また請求項8に記載された発明によれば、
ピッチング用モータおよびローリング用モータの位置が
足部から遠くなるため、足部に設けたセンサがモータの
ノイズの影響を受け難くなり、センサの検出精度が向上
する。
According to the invention described in claim 8,
Since the positions of the pitching motor and the rolling motor are far from the foot, the sensor provided on the foot is less affected by the noise of the motor, and the detection accuracy of the sensor is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】脚式移動ロボットの正面図FIG. 1 is a front view of a legged mobile robot.

【図2】脚式移動ロボットの右側面図FIG. 2 is a right side view of the legged mobile robot.

【図3】図2の3−3線拡大断面図(図4の3−3線断
面図)
FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along line 3-3 of FIG. 2 (sectional view taken along line 3-3 of FIG. 4);

【図4】図3の4−4線断面図FIG. 4 is a sectional view taken along line 4-4 in FIG. 3;

【図5】下脚部および足部の斜視図FIG. 5 is a perspective view of a lower leg and a foot.

【図6】足部のピッチングの作用説明図FIG. 6 is an explanatory view of the action of pitching of the foot.

【図7】足部のローリングの作用説明図FIG. 7 is an explanatory view of the operation of rolling the foot.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

23 上脚部 24 下脚部 25 足部 27 膝関節 28 足首関節 33 下脚リンク 34 ピッチング用モータ(第1の駆動源) 34a 出力軸 35 ローリング用モータ(第2の駆動源) 35a 出力軸 36 ピッチング軸部 42 ピッチング用ベルト伝達手段 43 ピッチング用減速機 44 ローリング軸部 46 ローリング部材(回転部材) 55 ローリング用ベルト伝達手段 57 従動ベベルギヤ 58 駆動ベベルギヤ 59 ローリング用減速機 60 6分力センサ(センサ) 61 ローリング機構 62 内側部分球面状カバー(部分球面状カバ
ー) 63 外側部分球面状カバー(部分球面状カバ
ー) Ly 左右軸線 Lx 前後軸線 α 隙間
23 Upper leg part 24 Lower leg part 25 Foot part 27 Knee joint 28 Ankle joint 33 Lower leg link 34 Pitching motor (first drive source) 34a Output shaft 35 Rolling motor (second drive source) 35a Output shaft 36 Pitching shaft Part 42 Belt transmission means for pitching 43 Reduction gear for pitching 44 Rolling shaft part 46 Rolling member (rotating member) 55 Belt transmission means for rolling 57 Driven bevel gear 58 Drive bevel gear 59 Reduction gear for rolling 60 6 Force sensor (sensor) 61 Rolling Mechanism 62 Inside partial spherical cover (partial spherical cover) 63 Outside partial spherical cover (partial spherical cover) Ly Left / right axis Lx Front / rear axis α Gap

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 上脚部(23)の下端に膝関節(27)
を介して下脚部(24)を連結するとともに、下脚部
(24)の下端に足部(25)を足首関節(28)を介
して連結し、足首関節(28)は下脚部(24)に対し
て足部(25)を左右軸線(Ly)回りにピッチング自
在に支持し、かつ前後軸線(Lx)回りにローリング自
在に支持する脚式移動ロボットの脚構造であって、 足部(25)を左右軸線(Ly)回りにピッチングさせ
るピッチング用モータ(34)を足首関節(28)より
も上方の下脚部(24)に支持するとともに、足部(2
5)を前後軸線(Lx)回りにローリングさせるローリ
ング用モータ(35)を足首関節(28)よりも上方の
下脚部(24)に支持したことを特徴とする脚式移動ロ
ボットの脚構造。
1. A knee joint (27) at a lower end of an upper leg (23).
The lower leg (24) is connected to the lower leg (24) via an ankle joint (28), and the ankle joint (28) is connected to the lower leg (24). On the other hand, it is a leg structure of a legged mobile robot that supports the foot (25) so as to be able to freely pitch around the left-right axis (Ly) and freely rolls around the front-rear axis (Lx). Pitching motor (34) for pitching the left and right axes about the left-right axis (Ly) is supported on the lower leg (24) above the ankle joint (28), and the foot (2
5) A leg structure of a legged mobile robot characterized in that a rolling motor (35) for rolling around (5) around a longitudinal axis (Lx) is supported on a lower leg (24) above an ankle joint (28).
【請求項2】 下脚部(24)に左右軸線(Ly)回り
に回転可能に支持されたピッチング軸部(36)と、 左右軸線(Ly)方向に配置されたピッチング用モータ
(34)の出力軸(34a)の回転をピッチング軸部
(36)に伝達するピッチング用ベルト伝達手段(4
2)と、 ピッチング軸部(36)に足部(25)をローリング可
能に支持するローリング機構(61)と、を備えたこと
を特徴とする、請求項1に記載の脚式移動ロボットの脚
構造。
2. An output of a pitching shaft (36) rotatably supported on a lower leg (24) around a left-right axis (Ly), and a pitching motor (34) arranged in the left-right axis (Ly) direction. Pitching belt transmission means (4) for transmitting the rotation of the shaft (34a) to the pitching shaft portion (36).
2. The leg of the legged mobile robot according to claim 1, further comprising: (2) a rolling mechanism (61) that rotatably supports the foot (25) on the pitching shaft (36). Construction.
【請求項3】 上脚部(23)の下端に膝関節(27)
を介して下脚部(24)を連結するとともに、下脚部
(24)の下端に足部(25)を足首関節(28)を介
して連結し、足首関節(28)は下脚部(24)に対し
て足部(25)を左右軸線(Ly)回りにピッチング自
在に支持し、かつ前後軸線(Lx)回りにローリング自
在に支持する脚式移動ロボットの脚構造であって、 相互に直交するように固定され、それぞれが左右軸線
(Ly)回りおよび前後軸線(Lx)回りに回転するピ
ッチング軸部(36)およびローリング軸部(44)
と、 ピッチング軸部(36)およびローリング軸部(44)
の一方の外周に回転自在に支持されて足部(25)と一
体に回転する回転部材(46)と、 ピッチング軸部(36)およびローリング軸部(44)
の他方を回転させる第1の駆動源(34)と、 ピッチング軸部(36)およびローリング軸部(44)
の他方の内部に同軸に配置された駆動ベベルギヤ(5
8)と、 ピッチング軸部(36)およびローリング軸部(44)
の一方の内部に同軸に配置されて駆動ベベルギヤ(5
8)に噛合するとともに回転部材(46)に連結された
従動ベベルギヤ(57)と、 駆動ベベルギヤ(58)を回転駆動する第2の駆動源
(35)と、を備えたことを特徴とする脚式移動ロボッ
トの脚構造。
3. A knee joint (27) at the lower end of the upper leg (23).
The lower leg (24) is connected to the lower leg (24) via an ankle joint (28), and the ankle joint (28) is connected to the lower leg (24). On the other hand, this is a leg structure of a legged mobile robot that supports the foot portion (25) so as to be able to pitch around the left-right axis (Ly) and freely rolls around the front-rear axis (Lx), and is orthogonal to each other. And a pitching shaft portion (36) and a rolling shaft portion (44) that rotate around the left-right axis (Ly) and the front-rear axis (Lx), respectively.
And a pitching shaft (36) and a rolling shaft (44).
A rotating member (46) rotatably supported on one outer periphery of the shaft and rotating integrally with the foot (25); a pitching shaft (36) and a rolling shaft (44).
A first drive source (34) for rotating the other of the above, a pitching shaft (36) and a rolling shaft (44)
Drive bevel gear (5
8) and a pitching shaft (36) and a rolling shaft (44).
The drive bevel gear (5
8) a driven bevel gear (57) meshed with the rotating member (46) and connected to the rotating member (46); and a second drive source (35) for rotationally driving the drive bevel gear (58). Leg structure of mobile robot.
【請求項4】 上脚部(23)の下端に膝関節(27)
を介して下脚部(24)を連結するとともに、下脚部
(24)の下端に足部(25)を足首関節(28)を介
して連結し、足首関節(28)は下脚部(24)に対し
て足部(25)を左右軸線(Ly)回りにピッチング自
在に支持し、かつ前後軸線(Lx)回りにローリング自
在に支持する脚式移動ロボットの脚構造であって、 ピッチング軸部(36)に足部(25)をローリング自
在に支持するローリング機構(61)は、 ピッチング軸部(36)に直交するように固定されたロ
ーリング軸部(44)と、 足部(25)に一体に固定
されてローリング軸部(44)の外周に回転自在に支持
されたローリング部材(46)と、 ピッチング軸部(36)内に同軸に配置された駆動ベベ
ルギヤ(58)と、 左右軸線(Ly)方向に配置されたローリング用モータ
(35)の出力軸(35a)の回転を駆動ベベルギヤ
(58)に伝達するローリング用ベルト伝達手段(5
5)と、 ローリング軸部(44)内に同軸に配置されて駆動ベベ
ルギヤ(58)に噛合するとともにローリング部材(4
6)に連結された従動ベベルギヤ(57)と、を備えた
ことを特徴とする脚式移動ロボットの脚構造。
4. A knee joint (27) at the lower end of the upper leg (23).
The lower leg (24) is connected to the lower leg (24) via an ankle joint (28), and the ankle joint (28) is connected to the lower leg (24). On the other hand, it is a leg structure of a legged mobile robot that supports the foot (25) so as to be able to pitch freely around the left-right axis (Ly) and freely rolls around the front-rear axis (Lx), and comprises a pitching shaft (36). The rolling mechanism (61) for supporting the foot (25) in a freely rolling manner is provided integrally with the rolling shaft (44) fixed perpendicular to the pitching shaft (36) and the foot (25). A rolling member (46) fixed and rotatably supported on the outer periphery of the rolling shaft (44); a drive bevel gear (58) coaxially disposed in the pitching shaft (36); and a left-right axis (Ly). Arranged in the direction Rolling belt transmission means for transmitting the output shaft of the-ring motor (35) rotation (35a) on the drive bevel gear (58) (5
5), and are arranged coaxially in the rolling shaft portion (44) to mesh with the drive bevel gear (58) and to form the rolling member (4).
And a driven bevel gear (57) connected to (6).
【請求項5】 ピッチング用ベルト伝達手段(42)お
よびピッチング軸部(36)間にピッチング用減速機
(43)を配置し、従動ベベルギヤ(57)およびロー
リング部材(46)間にローリング用減速機(59)を
配置したことを特徴とする、請求項4に記載の脚式移動
ロボットの脚構造。
5. A pitching speed reducer (43) is arranged between a pitching belt transmission means (42) and a pitching shaft (36), and a rolling speed reducer is provided between a driven bevel gear (57) and a rolling member (46). The leg structure of the legged mobile robot according to claim 4, wherein (59) is arranged.
【請求項6】 ローリング部材(46)の外側を部分球
面状カバー(62,63)で覆い、下脚部(24)の骨
格を構成する下脚リンク(33)の下端と部分球面状カ
バー(62,63)との間に所定の隙間(α)を形成し
たことを特徴とする、請求項4または請求項5に記載の
脚式移動ロボットの脚構造。
6. The rolling member (46) is covered with a partially spherical cover (62, 63) outside, and the lower end of a lower leg link (33) forming a skeleton of the lower leg (24) and a partially spherical cover (62, 63). The leg structure of a legged mobile robot according to claim 4 or 5, wherein a predetermined gap (α) is formed between the legged mobile robot and (63).
【請求項7】 部分球面状カバー(62,63)がピッ
チング軸部(36)上またはローリング軸部(44)上
に中心を有することを特徴とする、請求項6に記載の脚
式移動ロボットの脚構造。
7. The legged mobile robot according to claim 6, wherein the partial spherical cover (62, 63) has a center on the pitching shaft (36) or on the rolling shaft (44). Leg structure.
【請求項8】 足部(25)に該足部(25)に加わる
荷重を検出するセンサ(60)を設けたことを特徴とす
る、請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の脚式移動
ロボットの脚構造。
8. The sensor according to claim 1, wherein the foot is provided with a sensor for detecting a load applied to the foot. Leg structure of a legged mobile robot.
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