JP2002219673A - Bipedal walking type robot - Google Patents
Bipedal walking type robotInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は玩具等に好適な二足
歩行型ロボットに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a biped walking robot suitable for toys and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】玩具における二足歩行型ロボットとして
は、例えば特開平7−31749号公報、特開平7−2
27482号公報等に記載のものが知られている。この
従来の二足歩行型ロボットは、脚部下端に設けられた足
部底面が歩行面に着地した際には内部に収容され、足部
が歩行面から離間した際には下方に突出して歩行面に接
触する車輪を、左右両脚の内部に備える。この車輪はモ
ータにより回転駆動され、この車輪の回転動力によりロ
ボットは前進・後退する。2. Description of the Related Art As a bipedal walking robot in a toy, for example, JP-A-7-31749 and JP-A-7-2
The thing described in 27482 gazette etc. is known. This conventional bipedal walking robot is accommodated inside when the foot bottom surface provided at the lower end of the leg lands on the walking surface, and protrudes downward when the foot is separated from the walking surface. Wheels that contact the surface are provided inside the left and right legs. The wheels are rotationally driven by a motor, and the rotational power of the wheels causes the robot to move forward and backward.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の二足歩行型ロボットは、上方に持ち上げ
られた足部においても車輪が歩行面に接触しており、た
とえ足部に隠れて車輪が見えにくかったとしても、完全
な二足歩行を達成しているとは言えない。However, in the above-described conventional bipedal walking robot, the wheel is in contact with the walking surface even in the foot lifted upward, and the wheel is hidden behind the foot. Even if it is difficult to see, it cannot be said that complete bipedalism has been achieved.
【0004】また、上記従来技術のほかに、片足のみに
よる胴体部の支持を確保し、左右脚部の回転運動によっ
て歩行する二足歩行型ロボットも知られている。しかし
ながら、従来のこのようなロボットは、片足での安定的
なバランスを確保するため、足部の接地面積を非常に広
くする必要があり、胴体部の大きさとのバランスが不自
然にならざるをえない。つまり、人間の身体の寸法バラ
ンスを大きく逸脱した形態となってしまうという不都合
があった。In addition to the above-mentioned prior art, there is also known a bipedal walking robot which secures the support of the body by only one leg and walks by rotating the left and right legs. However, such conventional robots need to have a very large foot contact area in order to secure a stable balance with one foot, and the balance with the size of the torso must be unnatural. I can't. In other words, there is an inconvenience that the dimensional balance of the human body is greatly deviated.
【0005】一方、従来より、玩具や遊具以外の分野に
おいては、人間の歩行形態を模した二足歩行型ロボット
の研究・開発が様々な研究機関で進められている。しか
しながら、このような二足歩行型ロボットは構造や制御
が非常に複雑であって、低廉なコストを要する玩具、遊
具の分野に適用できるものではない。[0005] On the other hand, in fields other than toys and playground equipment, research and development of bipedal walking robots imitating human walking forms have been progressed at various research institutions. However, such a bipedal walking robot has a very complicated structure and control, and cannot be applied to the field of toys and playground equipment requiring low cost.
【0006】本発明はこのような点に鑑みて成されたも
のであり、その主たる目的とするところは、外観上、人
間に近い形態を維持しつつ(例えば足部を不自然に大き
くする必要がなく)、左右両足を片足ずつ交互に上げて
二足歩行を行うことができ、しかもその構成や制御が簡
単であって低廉なコストで実現が可能な二足歩行型ロボ
ットを提供することである。The present invention has been made in view of the above points, and a main object of the present invention is to maintain a form close to a human in appearance (for example, it is necessary to unnaturally enlarge a foot part). To provide a bipedal walking robot that can perform bipedal walking by raising both the left and right legs one by one alternately, and that can be realized at low cost with a simple configuration and control. is there.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段、及び効果】上記課題を解
決するために成された第1の発明は、胴体部と、該胴体
部に設けた左右一対の脚部と、該脚部の下端にそれぞれ
設けた足部とを有し、該足部を左右交互に前方又は後方
に踏み出して床面上を歩行する二足歩行型ロボットにお
いて、 a)側方から見て前記足部が略楕円状又は略円状の軌跡
を描き、且つ左足部と右足部とが互いに略反対位相でそ
れぞれ回転するように前記脚部を駆動する脚部駆動手段
と、 b)左右足部の底部にそれぞれ、各足部内に収納された
状態と該足部から内方側へと延出した状態との間で移動
可能に設けられた補助支持体と、該補助支持体を前記二
状態の間で移動させる補助支持体移動手段とを含む起立
補助手段と、 c)前記脚部駆動手段による脚部の駆動と連動して、左
右足部が共に床面に着地した状態にあるときに、次に床
面から離間するほうの足部の補助支持体を該足部内に収
納するとともに他方の足部の補助支持体を該足部内から
内方へと延出させるべく前記補助支持体移動手段を動作
させる連動制御手段と、を備えることを特徴としてい
る。Means for Solving the Problems and Effects A first invention for solving the above-mentioned problems is to provide a body, a pair of right and left legs provided on the body, and a lower end of the legs. A bipedal walking robot having a foot provided on the floor and alternately stepping forward or backward on the left and right to walk on the floor, a) the leg is substantially elliptical when viewed from the side Leg driving means for driving the legs such that the left foot and the right foot rotate in substantially opposite phases to each other, and b) at the bottoms of the left and right feet, respectively. An auxiliary support movably provided between a state stored in each foot and a state extending inward from the foot, and moving the auxiliary support between the two states. Erecting auxiliary means including auxiliary support moving means; and c) interlocking with driving of the leg by the leg driving means. Then, when both the left and right feet are in a state of landing on the floor, the auxiliary support for the next foot separated from the floor is stored in the foot and the auxiliary support for the other foot is stored. Interlocking control means for operating the auxiliary support moving means so as to extend inward from the inside of the foot.
【0008】この第1の発明に係る二足歩行型ロボット
では、左右脚部はほぼ反転位相でそれぞれ円又は楕円運
動を行うから、一方の足部が回転軌跡の下方にあってそ
の底面が床面に接触しているとき、他方の足部は回転軌
跡の上方にあってその底面は床面から離間している。つ
まり、ロボットは片足で起立する状態になるが、床面に
着地している足部側では補助支持体が内方に延出してロ
ボットの重心は着地面の上方に位置するため、ロボット
は持ち上げた足側に傾くことなく片足起立状態を維持す
ることができる。一方、床面から離間している足部側に
あっては、補助支持体は該足部内に収納されている。即
ち、片足起立に必要な補助支持体は着地している期間に
のみ延出するので、足部自体を胴体部の大きさに比べて
異様に大きくすることなく片足起立を達成することがで
きる。また、補助支持体を足部内に収納することによっ
て他方の足部との干渉が生じず、補助支持体をそれだけ
大きくすることができるとともに、両脚部の間隔を広く
とる必要がなくなる。更に、補助支持体は着地している
ときにのみ延出しているので、薄形形状としておけば外
観上あまり目立たず、自然な歩行姿勢を得ることができ
る。In the bipedal walking robot according to the first aspect of the present invention, the left and right legs perform circular or elliptical motions in substantially reversed phases, so that one leg is below the rotation locus and the bottom surface is the floor. When in contact with the surface, the other foot is above the locus of rotation and its bottom surface is spaced from the floor surface. In other words, the robot stands up with one foot, but on the side of the foot landing on the floor, the auxiliary support extends inward and the robot's center of gravity is located above the landing surface, so the robot lifts The standing state of one foot can be maintained without leaning to the foot side. On the other hand, on the side of the foot separated from the floor, the auxiliary support is accommodated in the foot. That is, since the auxiliary support necessary for standing on one leg is extended only during the landing period, standing on one leg can be achieved without making the foot itself unusually larger than the size of the body. Further, since the auxiliary support is accommodated in the foot, interference with the other foot does not occur, the auxiliary support can be enlarged accordingly, and it is not necessary to widen the interval between the two legs. Furthermore, since the auxiliary support extends only when it lands, if it is formed in a thin shape, it is less noticeable in appearance and a natural walking posture can be obtained.
【0009】このように第1の発明に係る二足歩行型ロ
ボットによれば、簡単な構成でもって人間の歩行状態に
近い二足歩行を行わせることができ、しかも、そのロボ
ットの形状も不自然な形態になることなく人間の形態に
近づけることができる。As described above, according to the bipedal walking robot according to the first aspect of the present invention, bipedal walking close to a human walking state can be performed with a simple configuration, and the shape of the robot is also inadequate. It can approach human form without becoming natural form.
【0010】上記第1の発明に係る二足歩行型ロボット
において、ロボットが片足で起立したときに確実に起立
状態を維持するには、着地した足部側の補助支持体が反
対側の(つまり床面から離間した側の)足部の方向へ大
きく延出する必要がある。そこで、この二足歩行型ロボ
ットでは、前記補助支持体は内方へ延出した際に他方の
足部に重なる位置まで達し、且つ、足部及び補助支持体
は、歩行中に左右足部が共に床面に着地した状態で、延
出した補助支持体が他方の足部と干渉することなくその
下方に滑り込むように形成されている構成とすることが
好ましい。具体的な態様としては、例えば、前記補助支
持体は内方に指向するフォーク形状体であって、歩行中
に左右足部が共に床面に着地した状態では、延出した補
助支持体の突片は他方の補助支持体の凹部に滑り込むよ
うに形成された構成とすることができる。これによれ
ば、両脚部の間隔を胴体部から左右に異常に突出させて
設ける必要がなく、外観上人間に近い形態のロボットを
得ることができる。In the bipedal walking robot according to the first aspect of the present invention, in order to surely maintain the standing state when the robot stands up on one leg, the auxiliary support on the foot side where the robot lands is on the opposite side (ie, It must extend significantly in the direction of the feet (away from the floor). Therefore, in this bipedal walking robot, the auxiliary support reaches a position overlapping with the other foot when extending inward, and the foot and the auxiliary support have the right and left legs during walking. It is preferable that the extended auxiliary support is formed so as to slide under the other foot without interfering with the other foot in a state where they both land on the floor surface. As a specific mode, for example, the auxiliary support is a fork-shaped body that is directed inward, and when the left and right feet both land on the floor during walking, the extended auxiliary support has a protrusion. The piece can be configured to slide into the recess of the other auxiliary support. According to this, it is not necessary to provide the space between the two leg portions so as to protrude from the body portion to the right and left, and it is possible to obtain a robot having a form similar to a human in appearance.
【0011】なお、足部が床面から離間している際に補
助支持体は足部内に収納されているため、歩行時に補助
支持体はそれほど目立たないが、好ましくは、補助支持
体を透明部材から成るものとするとよい。これによれ
ば、床面に着地した足部から補助支持体が延出しても、
上から見れば補助支持体を透過して床面の色が見えるの
で、あたかも補助支持体がないように見えるという利点
がある。Since the auxiliary support is accommodated in the foot when the foot is separated from the floor, the auxiliary support is not so noticeable when walking. Preferably, the auxiliary support is made of a transparent member. It is good to consist of. According to this, even if the auxiliary support extends from the foot landing on the floor,
When viewed from above, the color of the floor surface can be seen through the auxiliary support, so that there is an advantage that it looks as if there is no auxiliary support.
【0012】また、上述したような二足歩行型ロボット
において、左右脚部は平行リンク機構等を利用した駆動
機構により上下移動させることができるが、このような
機構では、外観上、脚部が突っ張ったような状態のまま
上下動するので歩行動作がぎこちなく見え易い。脚部が
上下動する際に膝部が屈伸動作を行えば歩行動作はより
スムーズに見えるが、コストを抑えて膝関節に相当する
機構を設けることは困難である。これに対し、第2の発
明に係る二足歩行型ロボットでは、脚部駆動手段はその
ままで、その脚部の骨に相当する棒状体を被覆して外形
を形成する外装部材を特徴的な構成とすることにより、
歩行動作時にあたかも膝の屈伸を行っているように見せ
ることができる。In the bipedal walking robot as described above, the left and right legs can be moved up and down by a drive mechanism utilizing a parallel link mechanism or the like. The walking motion is awkward and easy to see because it moves up and down in a stretched state. If the knee moves up and down when the leg moves up and down, the walking motion looks smoother, but it is difficult to reduce the cost and provide a mechanism corresponding to the knee joint. On the other hand, in the bipedal walking robot according to the second aspect of the present invention, the exterior member forming the outer shape by covering the rod-shaped body corresponding to the bone of the leg while leaving the leg driving means intact. By doing
It is possible to make it appear as if the knee is flexing and stretching during the walking motion.
【0013】即ち、第2の発明に係る二足歩行型ロボッ
トは、胴体部と、該胴体部に設けた左右一対の脚部と、
該脚部の下端にそれぞれ設けた足部とを有し、該足部を
左右交互に前方又は後方に踏み出して床面上を歩行する
二足歩行型ロボットにおいて、前記脚部として胴体部と
足部とを連結する1乃至複数の棒状体を含み、側方から
見て前記足部が略楕円状又は略円状の軌跡を描き、且つ
左足部と右足部とが互いに略反対位相でそれぞれ回転す
るように前記棒状体を駆動する脚部駆動手段を有し、上
腿部に対応する上カバーと下腿部に対応する下カバーと
から前記棒状体を覆う脚部用外装部材を形成し、該上カ
バーはその前上部を胴体部に対して回転自在に固定し、
下カバーはその前下部を足部に対して回転自在に固定
し、且つ、上カバーの前下部と下カバーの前上部とを互
いに枢着したことを特徴としている。That is, a bipedal walking robot according to a second aspect of the present invention comprises a body, a pair of left and right legs provided on the body,
A bipedal walking robot having a foot provided at a lower end of the leg, and walking on the floor by alternately stepping the foot forward or backward left and right, wherein the torso and the foot are used as the leg. And one or more rod-like bodies connecting the legs, wherein the foot portion draws a substantially elliptical or substantially circular trajectory when viewed from the side, and the left foot portion and the right foot portion rotate in substantially opposite phases to each other. Legs driving means for driving the rod-shaped body so as to form a leg exterior member that covers the rod-shaped body from an upper cover corresponding to the upper leg and a lower cover corresponding to the lower leg, The upper cover has its front upper portion rotatably fixed to the body portion,
The lower cover is characterized in that the lower front portion is rotatably fixed to the foot, and the lower front portion of the upper cover and the upper front portion of the lower cover are pivotally connected to each other.
【0014】この第2の発明に係る二足歩行型ロボット
では、足部が回転軌跡の下方にあるとき該足部と胴体部
との距離は最大になって、上カバーと下カバーとはそれ
ぞれ上下方向から引っ張られる状態となり、両カバーは
枢着部を挟んでほぼ一直線状になる。一方、足部が回転
軌跡の上方にあるとき該足部と胴体部との距離は最小に
なって、上カバーと下カバーとはそれぞれ上下方向から
押される状態となり、両カバーは枢着部を中心に互いに
近づくように回転する。つまり、前者ではあたかも膝を
伸ばした状態に見え、後者は膝を後方へ屈曲した状態に
見える。これにより、歩行時に足部の上下動に連動して
膝の屈伸を行っているように見えるので、歩行動作が非
常にスムーズに見え、人間の歩行形態に一層近くなる。In the bipedal walking robot according to the second aspect of the present invention, when the foot is below the rotation trajectory, the distance between the foot and the torso is maximized, and the upper cover and the lower cover are separated from each other. The cover is pulled from the up and down direction, and the two covers are substantially straight with the pivot portion interposed therebetween. On the other hand, when the foot is above the rotation locus, the distance between the foot and the body is minimized, and the upper cover and the lower cover are pushed from the upper and lower directions, respectively. Rotate closer to the center to each other. That is, the former looks as if the knee is extended, and the latter looks as if the knee is bent backward. This makes it possible for the knee to bend and stretch in conjunction with the vertical movement of the foot during walking, so that the walking motion looks very smooth and more closely resembles a human walking form.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
二足歩行型ロボットについて図面を参照して説明する。
図1は本実施形態による二足歩行型ロボットの外観斜視
図、図2及び図3はこの二足歩行型ロボットのロボット
本体1の左半身側面図及び正面図である。図1に示すよ
うに、この二足歩行型ロボットは、床面4上を歩行する
ロボット本体1と、ロボット本体1とケーブル線2を介
して接続されたコントロールボックス3とから成る。ロ
ボット本体1は、例えば、テレビのアニメーション番組
等で知られた各種の、いわゆるキャラクタを模した外装
を有しているが、図1〜図3ではこれら外装部材を取り
除き、ロボット本体1の歩行動作に関連する部分のみを
簡略化して記載している。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A bipedal walking robot according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is an external perspective view of a biped walking robot according to the present embodiment, and FIGS. 2 and 3 are a left half body side view and a front view of a robot body 1 of the biped walking robot. As shown in FIG. 1, the bipedal walking robot includes a robot body 1 that walks on a floor 4 and a control box 3 connected to the robot body 1 via a cable 2. The robot body 1 has, for example, various types of exteriors imitating so-called characters, which are known in animation programs of television, etc., but these exterior members are removed in FIGS. Only the portions related to are described in a simplified manner.
【0016】ロボット本体1は、直方体箱形状の胴体部
10の左右両側面にそれぞれ左脚部20及び右脚部30
を有しており、胴体部10の内部には左右両脚部20、
30を同期して駆動するための駆動機構11を備える。
図4はこの駆動機構11の構成を示す概略図であり、
(a)は左側面図、(b)は一部の上面図である。小型
の主モータ12の回転動力は、モータ軸13に取り付け
られたウォーム14、ウォーム14に歯合する第1歯車
15、第1歯車15に歯合する第2歯車16、第2歯車
16の前後にそれぞれ歯合する前歯車17a及び後歯車
17bを介して、水平に延伸する二本のクランク軸(前
クランク軸18a及び後クランク軸18b)に伝達さ
れ、それらクランク軸18a、18bを同一方向に同一
速度で回転させる。主モータ12が逆方向に回転する
と、二本のクランク軸18a、18bも連動して逆方向
に回転する。ウォーム14、第1歯車15、第2歯車1
6、前歯車17a(及び後歯車17b)の歯数は、主モ
ータ12の回転速度と前クランク軸18a(及び後クラ
ンク軸18b)の回転速度との比を考慮して適宜に決め
られる。The robot body 1 has a left leg 20 and a right leg 30 on the left and right sides of a rectangular parallelepiped box body 10, respectively.
Left and right legs 20 inside the body 10
A drive mechanism 11 is provided for driving the motor 30 in synchronization.
FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the drive mechanism 11.
(A) is a left side view, and (b) is a partial top view. The rotational power of the small main motor 12 is transmitted to the worm 14 attached to the motor shaft 13, the first gear 15 meshed with the worm 14, the second gear 16 meshed with the first gear 15, and the front and rear of the second gear 16. Are transmitted to two horizontally extending crankshafts (a front crankshaft 18a and a rear crankshaft 18b) via a front gear 17a and a rear gear 17b, respectively meshing with each other, and the crankshafts 18a and 18b are moved in the same direction. Rotate at the same speed. When the main motor 12 rotates in the opposite direction, the two crankshafts 18a and 18b also rotate in the opposite direction in conjunction with each other. Worm 14, first gear 15, second gear 1
6. The number of teeth of the front gear 17a (and the rear gear 17b) is appropriately determined in consideration of the ratio between the rotation speed of the main motor 12 and the rotation speed of the front crankshaft 18a (and the rear crankshaft 18b).
【0017】略同一水平面上にあって互いに平行な前ク
ランク軸18a及び後クランク軸18bの両端は、図
1、図2に示すように、胴体部10の側面板を貫通して
左右両側に突出しており、左側と右側とでちょうど反転
位相の動作を行うように、左側面側の二個のクランクピ
ン21a、21bと右側面側の二個のクランクピン31
a、31bとは、クランク軸18a、18bの周りに1
80°対向する回転位置に取り付けられている。このク
ランクピン21a、21bに左脚部20が、クランクピ
ン31a、31bに右脚部30が取り付けられているわ
けであるが、左右両脚部20、30は左右対称であるこ
とを除いて同一構造を有しているので、ここでは左脚部
20のみについて説明する。As shown in FIGS. 1 and 2, both ends of the front crankshaft 18a and the rear crankshaft 18b, which are substantially in the same horizontal plane and are parallel to each other, project through the side plate of the body 10 to the left and right sides. The two crankpins 21a and 21b on the left side and the two crankpins 31 on the right side so that the operation on the left side and the right side are exactly reversed.
a, 31b are one around the crankshafts 18a, 18b.
It is mounted at a rotation position facing 80 °. The left leg 20 is attached to the crank pins 21a and 21b, and the right leg 30 is attached to the crank pins 31a and 31b. The left and right legs 20 and 30 have the same structure except that they are symmetric. Therefore, only the left leg 20 will be described here.
【0018】上述したように、二個のクランクピン21
a、21bの一端はクランク軸18a、18bの端部に
固定され、クランクピン21a、21bの他端には、同
一の二本の略くの字形状の平行リンク22a、22bの
上端部が回転自在に枢支されている。この平行リンク2
2a、22bの上中間部には、略縦方向に長い孔状の枢
支開口23a、23bが形成されており、胴体部10の
側面板に突設された案内ピン24a、24bがこの枢支
開口23a、23bに遊嵌することによって、平行リン
ク22a、22bの動きを規制している。更に、二本の
平行リンク22a、22bの下端には、後述の左足部4
0の一部である正面コ字形状の取付板41が回転自在に
枢支されている。As described above, the two crank pins 21
a and 21b are fixed to the ends of the crankshafts 18a and 18b, and the other ends of the crankpins 21a and 21b are rotated by the upper ends of the same two substantially rectangular parallel links 22a and 22b. It is freely pivoted. This parallel link 2
In the upper middle part of the upper and lower parts 2a and 22b, there are formed pivotally-supporting openings 23a and 23b which are long in a substantially vertical direction, and guide pins 24a and 24b projecting from the side plate of the body part 10 are used for the pivotal support. By loosely fitting into the openings 23a and 23b, the movement of the parallel links 22a and 22b is restricted. Furthermore, the lower ends of the two parallel links 22a and 22b are provided with a left foot portion 4 described later.
A front U-shaped mounting plate 41, which is a part of 0, is rotatably pivotally supported.
【0019】上述したように主モータ12の回転駆動力
によりクランク軸18a、18bが回転されると、平行
リンク22a、22bの上端の枢支部は、図2中にそれ
ぞれA、Bで示すように円状に回転運動する。しかしな
がら、平行リンク22a、22bの動きは案内ピン24
a、24bと枢支開口23a、23bとの遊嵌によって
規制されているため、平行リンク22a、22b下端の
枢支部は、上記円状の回転運動とは逆回りの、図2中に
C、Dで示す楕円状の回転運動をする。二本のクランク
軸18a、18bの回転は同期しているから、二本の平
行リンク22a、22bの平行性は常に維持され、左足
部40はその底面が床面4と略平行に維持された状態で
長円状に回転運動する。また、左側面の平行リンク22
a、22bと右側面の平行リンク32a、32bとは互
いに反転位相(つまり180°ずれた状態)で動作する
から、左足部40と右足部50の楕円運動はちょうど位
相が反転したものとなり、例えば、左足部40が図2中
に実線で示す位置L1に在るときには右足部50は1点
鎖線で示す位置L2にあり、左足部40が位置L4に在
るときには右足部50は位置L3にある。As described above, when the crankshafts 18a and 18b are rotated by the rotational driving force of the main motor 12, the pivotal support portions at the upper ends of the parallel links 22a and 22b are respectively indicated by A and B in FIG. Rotate circularly. However, the movement of the parallel links 22a, 22b is
a, 24b and the pivotal openings 23a, 23b are restricted by loose fit. Therefore, the pivotal supports at the lower ends of the parallel links 22a, 22b rotate in a direction opposite to the above-described circular rotational movement, as shown in FIG. It makes an elliptical rotary motion indicated by D. Since the rotations of the two crankshafts 18a, 18b are synchronized, the parallelism of the two parallel links 22a, 22b is always maintained, and the bottom surface of the left foot 40 is maintained substantially parallel to the floor surface 4. It rotates in an elliptical shape in this state. Also, the parallel link 22 on the left side
Since the a and 22b and the parallel links 32a and 32b on the right side operate in opposite phases (that is, in a state shifted by 180 °) from each other, the elliptic motions of the left foot 40 and the right foot 50 have exactly inverted phases, for example, When the left foot 40 is at the position L1 shown by the solid line in FIG. 2, the right foot 50 is at the position L2 shown by the one-dot chain line, and when the left foot 40 is at the position L4, the right foot 50 is at the position L3. .
【0020】このようにして、左右両脚部20、30の
交互の足上げ動作及び前方(又は後方)への踏み出し動
作が達成される。左脚部20の下端には左足部40が、
右脚部30の下端には右足部50が取り付けられている
わけであるが、左右両足部40、50は左右対称である
ことを除いて同一構造を有しているので、ここでは左足
部40のみについて説明する。In this manner, the left and right legs 20, 30 are alternately raised and stepped forward (or backward). At the lower end of the left leg 20 is a left foot 40,
The right foot portion 50 is attached to the lower end of the right leg portion 30. Since the left and right foot portions 40 and 50 have the same structure except that they are symmetrical, the left foot portion 40 is used here. Only the following will be described.
【0021】図5は左足部40の主要な構成部材を示す
分解構成図、図6は左足部40の動作を説明するための
略上面図である。可動体42は透明な合成樹脂材から成
り、断面コの字形状の基部421にフォーク421が突
出して形成されている。この可動体42は、下面全体及
び内側(右足部50に面する側)の下方が開口した下部
ケース43内に収納されるようになっている。下部ケー
ス43の上面には、互いに歯合する2個のギア44、4
5がそれぞれ回転自在に取り付けられ、そのギア44、
45を覆うようにギアケース46が取り付けられ、更
に、ギア44をピニオンギア47を介して回転駆動する
モータ48が設けられる。ギア44、45の外周側には
それぞれ1本のピン441、451が下方に指向して立
設されており、下部ケース43にはギア44、45が回
転する際のピン441、451の円軌道に合致するよう
に半円弧状スリット431、432が穿孔されている。
また、可動体42の基部422には、ピン441、45
1が上記半円弧状スリット431、432内を移動する
際の前後方向の移動範囲に直線状スリット423、42
4が形成されている。FIG. 5 is an exploded view showing the main constituent members of the left foot 40, and FIG. 6 is a schematic top view for explaining the operation of the left foot 40. The movable body 42 is made of a transparent synthetic resin material, and a fork 421 protrudes from a base 421 having a U-shaped cross section. The movable body 42 is housed in a lower case 43 having an open lower part on the entire lower surface and the inner side (the side facing the right foot 50). On the upper surface of the lower case 43, two gears 44, 4 meshing with each other are provided.
5 are rotatably mounted, and their gears 44,
A gear case 46 is attached so as to cover the gear 45, and a motor 48 that drives the gear 44 to rotate via a pinion gear 47 is provided. One pin 441, 451 is provided on the outer peripheral side of the gears 44, 45 so as to be directed downward, respectively. The lower case 43 has a circular orbit of the pins 441, 451 when the gears 44, 45 rotate. The semi-circular slits 431 and 432 are perforated so as to match with.
Also, pins 441 and 45 are provided on the base 422 of the movable body 42.
The linear slits 423, 42 are located within the range of movement in the front-rear direction when 1 moves within the semi-circular slits 431, 432.
4 are formed.
【0022】図6(a)に示すように可動体42が下部
ケース43内に収納された状態から、モータ48が所定
方向(以降、これを正転方向とする)に回転駆動する
と、ピニオンギア47を介して2個のギア44、45が
互いに反対方向に回転し、ピン441、451は半円弧
状スリット431、432に沿いつつ外側から内側に移
動する。この動きに応じて、図6(b)に示すように、
可動体42はフォーク421が延出するように内方に引
き出される。図6(c)に示すようにピン441、45
1が半円弧状スリット431、432の内側端部まで達
すると、フォーク421は最も引き出された状態とな
る。フォーク421の下面は下部ケース43の下縁端と
ほぼ面一になっているため、フォーク421が延出する
と着地面が広がったのと実質的に同じことになる。ま
た、この状態からモータ48が逆転方向に回転すると、
上述の引き出し動作とは逆の動作によって、フォーク4
21が下部ケース43内に完全に隠れるようにその内部
に収納される。このようにして、モータ48の回転駆動
によってフォーク421を延出させたり収納したりする
ことができる。As shown in FIG. 6 (a), when the motor 48 is driven to rotate in a predetermined direction (hereinafter referred to as a normal rotation direction) from a state where the movable body 42 is housed in the lower case 43, the pinion gear is rotated. The two gears 44 and 45 rotate in directions opposite to each other via 47, and the pins 441 and 451 move from the outside to the inside along the semicircular slits 431 and 432. According to this movement, as shown in FIG.
The movable body 42 is drawn inward so that the fork 421 extends. As shown in FIG. 6C, the pins 441 and 45
When 1 reaches the inside ends of the semicircular arc-shaped slits 431 and 432, the fork 421 is in the most extended state. Since the lower surface of the fork 421 is substantially flush with the lower edge of the lower case 43, the extension of the fork 421 is substantially the same as the spread of the landing surface. When the motor 48 rotates in the reverse direction from this state,
By the operation reverse to the above-described withdrawal operation, the fork 4
21 is housed inside the lower case 43 so as to be completely hidden in the lower case 43. In this manner, the fork 421 can be extended or stored by the rotation of the motor 48.
【0023】本実施形態の二足歩行型ロボットは、上述
した左右両脚部20、30の動作と、左右両足部40、
50のフォーク移動動作との組合せにより、前進及び後
退歩行を行うようにしている。次に、左右両脚部20、
30の運動とフォーク421の延出・後退動作を連動さ
せるための構成について説明する。図7は前歯車17a
の分解構成図、図8は前歯車17aを含むスイッチ機構
を示す構成図、図9はこのスイッチ機構を含む要部の電
気系構成図である。なお、後歯車17bにおけるスイッ
チ機構の構成も図7、図8と同一の構成となっている。The bipedal walking robot according to the present embodiment has the above-described operation of the left and right legs 20, 30 and the left and right legs 40,
In combination with the fork moving operation of the fork 50, forward and backward walking are performed. Next, the left and right legs 20,
A configuration for interlocking the movement of the fork 421 with the extending / retracting operation of the fork 421 will be described. FIG. 7 shows the front gear 17a.
FIG. 8 is a configuration diagram showing a switch mechanism including a front gear 17a, and FIG. 9 is an electrical configuration diagram of a main part including the switch mechanism. The configuration of the switch mechanism in the rear gear 17b is the same as that shown in FIGS.
【0024】図7に示すように、前歯車17aの基部1
71には左右に貫通するスリット172が形成されてい
る。この基部171を挟んでその両側から、スリット1
72の幅に合わせて離間した突片を備えた略扇形状の導
電板173、174を嵌挿する。両側の導電板173、
174の突片はスリット172の内側で安定的に接触す
る。そのため、基部171を挟んで対向する導電板17
3、174の間は電気的に導通した状態にある。As shown in FIG. 7, the base 1 of the front gear 17a
A slit 172 penetrating left and right is formed in 71. From both sides of the base 171, the slit 1
A substantially fan-shaped conductive plate 173 or 174 provided with a protruding piece separated according to the width of 72 is inserted. Conductive plates 173 on both sides,
The projecting piece of 174 comes into stable contact inside the slit 172. Therefore, the conductive plates 17 opposed to each other with the base 171 interposed therebetween.
Between 3, 174, it is in an electrically conductive state.
【0025】図8に示すように前歯車17aが前述の如
く駆動機構11の一部として組み上げられた状態で、前
歯車17aを挟み込むように二個のスイッチ60a、6
1aが略180°離した位置に取り付けられる。このス
イッチ60a(スイッチ61aも同様)は、耐摩耗性を
有する接片602、604を対向して備える二本の導電
体601、603であり、該二本の導電体601、60
3は電気的絶縁性を有するゴム、バネ等の付勢部材60
5によって、互いに近接するように付勢されている。こ
れにより、両接片602、604は前歯車17aの基部
171の両面にそれぞれ適度な強さで押し付けられて接
触している。したがって、前歯車17aの回転に伴って
接片602、604の対向位置に導電板173、174
が来たときには、この導電板173、174を介して両
側の導電体601、603が導通する。一方、スイッチ
60aと同一構成を有するスイッチ61aの接片61
2、614の対向位置に導電板173、174が来たと
きには、この導電板173、174を介して両側の導電
体611、613が導通する。即ち、前歯車17aが連
続的に回転するとき、略半回転期間毎にスイッチ60a
とスイッチ61aとが交互に所定時間ずつ導通し、その
ほかの期間には両スイッチ60a、61aは共に非導通
状態となる。As shown in FIG. 8, in a state where the front gear 17a is assembled as a part of the drive mechanism 11 as described above, two switches 60a and 60 are sandwiched between the front gear 17a.
1a is attached at a position approximately 180 ° apart. The switch 60a (similarly to the switch 61a) is composed of two conductors 601 and 603 having opposing contact pieces 602 and 604 having wear resistance.
3 is an urging member 60 such as rubber or spring having electrical insulation.
5 are urged to be close to each other. As a result, the contact pieces 602 and 604 are pressed against the both surfaces of the base 171 of the front gear 17a with appropriate strength, respectively, and are in contact therewith. Accordingly, with the rotation of the front gear 17a, the conductive plates 173, 174 are located at positions facing the contact pieces 602, 604.
, The conductors 601 and 603 on both sides conduct through the conductive plates 173 and 174. On the other hand, the contact piece 61 of the switch 61a having the same configuration as the switch 60a
When the conductive plates 173 and 174 come to the positions opposite to each other, the conductors 611 and 613 on both sides conduct through the conductive plates 173 and 174. That is, when the front gear 17a rotates continuously, the switch 60a
And the switch 61a are turned on alternately for a predetermined time, and in the other period, both switches 60a and 61a are turned off.
【0026】図9に示すように、前歯車17aに設けら
れたスイッチ60aと後歯車17bに設けられたスイッ
チ60b、及び、前歯車17aに設けられたスイッチ6
1aと後歯車17bに設けられたスイッチ61bは、そ
れぞれほぼ同一のタイミングで導通及び非導通となるよ
うに構成されている。また、バッテリ301から供給さ
れる駆動電流iは、クランク軸18a、18bが半回転
する毎にそれぞれモータ48、58に逆方向に流れるよ
うにつまり回転駆動方向が反転するように、且つ、同一
期間にはモータ48とモータ58とは一方が正転回転す
るときに他方は逆転回転するように構成されている。As shown in FIG. 9, a switch 60a provided on the front gear 17a, a switch 60b provided on the rear gear 17b, and a switch 6 provided on the front gear 17a.
The switches 61b provided on the rear gear 1a and the rear gear 17b are configured to be turned on and off at substantially the same timing, respectively. Further, the drive current i supplied from the battery 301 flows in the reverse direction to the motors 48 and 58 each time the crankshafts 18a and 18b make a half turn, that is, the rotation drive direction is reversed, and for the same period. The motor 48 and the motor 58 are configured so that one of them rotates forward and the other rotates reversely.
【0027】図10はこの二足歩行型ロボットの歩行動
作を示すタイムチャートである。主モータ12の回転に
より両足部40、50がそれぞれ回転運動を行うとき、
例えば図2において、左足部40が位置L3に在るとき
とその反転位置の位置L4に在るときのいずれも床面4
に着地している。つまり、図10(a)及び(b)に示
す通り、左足部40、右足部50共に、クランク軸18
a、18bの1回転周期(以下、単に「1周期」とい
う)のうち約60%程度の期間は床面4に着地してい
る。したがって、図10(c)に示すように、1周期の
うちの一部期間は両足部40、50が共に着地した、い
わば安定状態にある。FIG. 10 is a time chart showing the walking operation of this bipedal walking robot. When the two feet 40 and 50 perform a rotational motion respectively by the rotation of the main motor 12,
For example, in FIG. 2, when the left foot 40 is at the position L3 and when it is at the inverted position L4,
Landed in That is, as shown in FIGS. 10A and 10B, both the left foot 40 and the right foot 50
A period of about 60% of one rotation cycle of a and b (hereinafter, simply referred to as “one cycle”) is on the floor surface 4. Therefore, as shown in FIG. 10 (c), for a part of one cycle, both feet 40, 50 are both in a stable state, that is, both feet 40, 50 have landed.
【0028】このように両足部40、50が着地した状
態にあるとき、例えば図10(c)でT1の期間におい
て、直前に着地した左足部40側のモータ48は正転方
向に回転し、これから持ち上げられようとする右足部5
0側のモータ58は逆転方向に回転する(図10
(d)、(e)参照)。これにより、左足部40ではそ
れまで収納状態にあったフォーク421が引き出され、
他方、右足部50ではそれまで引き出された状態にあっ
たフォーク521が収納される(図10(f)、(g)
参照)。As described above, when the two feet 40 and 50 are in a landed state, for example, in a period T1 in FIG. 10C, the motor 48 on the left foot 40 that has just landed rotates in the forward direction. Right foot 5 about to be lifted
The motor 58 on the 0 side rotates in the reverse direction (FIG. 10).
(D), (e)). As a result, the fork 421 that has been stored in the left foot portion 40 is pulled out,
On the other hand, in the right foot portion 50, the fork 521 that has been pulled out is stored (FIGS. 10F and 10G).
reference).
【0029】図11はこのときの両足部40、50の着
地状態を示す図であり、床面4側から足裏を見上げた状
態を示している。この図で床面4に着地している部分は
斜線で示す範囲である。図11(a)は、それまで床面
4から離間していた左足部40がちょうど着地した状態
を示している。このとき、上方から見た場合、右足部5
0の延出したフォーク521の上に左足部40が重なっ
て載ったように見えるが、左足部40のフォーク421
は収納されていて、右足部50の前後のフォーク521
の間の間隙に左足部40の後方のフォーク421が接地
するため、両足部40、50のフォーク421、521
は互いに干渉することがない。次に、上述したようにモ
ータ48、58がそれぞれ回転駆動されると、右足部5
0のフォーク521は収納され、代わりに左足部40の
フォーク421が延出する(図11(b)参照)。その
動作がほぼ同時に行われることによって、或いは、延出
動作よりも収納動作がやや早く行われることによって、
両足部40、50のフォーク421、521は互いに干
渉することがない。FIG. 11 is a view showing a landing state of both feet 40 and 50 at this time, and shows a state in which the sole of the foot is looked up from the floor surface 4 side. In this figure, the portion that lands on the floor surface 4 is the range indicated by oblique lines. FIG. 11A shows a state in which the left foot portion 40 that has been separated from the floor surface 4 has just landed. At this time, when viewed from above, the right foot 5
The fork 421 of the left foot part 40 looks like the left foot part 40 is superimposed on the fork 521 that is extended.
Are stored, and the forks 521 around the right foot 50 are
The fork 421 behind the left foot 40 is in contact with the gap between the forks 421, 521 of the two feet 40, 50.
Do not interfere with each other. Next, when the motors 48 and 58 are respectively driven to rotate as described above, the right foot 5
The fork 521 of the left foot 40 is extended instead of the fork 521 (see FIG. 11B). By the operation being performed almost simultaneously, or by the storage operation being performed slightly earlier than the extension operation,
The forks 421, 521 of the two feet 40, 50 do not interfere with each other.
【0030】そのあと、右足部50は上方に引き上げら
れ、足裏は床面4を離れつつ前方へと送られる。このと
き、図11(c)に示すように左足部40では下部ケー
ス43の下縁端と内側に大きく延出したフォーク421
が床面4に接しており、これによって胴体部10を片足
支持する。そして、前方に運ばれた右足部50は左足部
40の前方にあって上述したようにフォーク421、5
21が互いに干渉しない位置に降ろされて床面に接触す
る(図11(d)参照)。このようにして、片足で支持
する側の足部においてフォークが延出するので、たとえ
ロボット本体1の重心がその左足部40のみで支持する
には適当でない位置にあっても、転倒することなく、上
方に引き上げられた右足部50が着地するまでロボット
本体1を支持する。主モータ12が所定回転方向に駆動
されたとき、このような繰り返しにより、ロボット本体
1は左右の足部40、50を交互に上げつつ前進歩行す
る。主モータ12の回転方向を反転させれば、上記と全
く逆の動作により、ロボット本体1は後退歩行する。Thereafter, the right foot portion 50 is lifted upward, and the sole is sent forward while leaving the floor surface 4. At this time, as shown in FIG. 11 (c), the fork 421 extended largely inward at the lower edge of the lower case 43 in the left foot portion 40.
Are in contact with the floor surface 4, thereby supporting the body 10 on one foot. The right foot portion 50 carried forward is located in front of the left foot portion 40 and the forks 421, 5
21 are lowered to positions where they do not interfere with each other and come into contact with the floor surface (see FIG. 11D). In this way, the fork extends at the foot supported by one foot, so that the robot body 1 does not fall even if the center of gravity of the robot body 1 is not suitable for being supported only by its left foot 40. The robot body 1 is supported until the right foot part 50 lifted upward lands. When the main motor 12 is driven in the predetermined rotation direction, the robot body 1 walks forward by alternately raising the left and right legs 40 and 50 by such repetition. If the rotation direction of the main motor 12 is reversed, the robot body 1 walks backward by an operation completely opposite to the above.
【0031】なお、フォークを出し入れする機構は上記
構成に限るものではなく各種の構成を採用することがで
きるが、上記構成では特に次のような利点がある。即
ち、ピン441、451が半円弧状スリット431、4
32に沿って同一角速度で移動する場合、フォーク42
1の移動方向での速度成分は半円弧状スリット431、
432の両端部付近では小さく中央で最大になる。した
がって、フォーク421を引き出す際、引き込む際のい
ずれにおいても、その動作の開始当初はフォーク421
はゆっくりと移動し、徐々に早くなってゆき途中から今
度は徐々に遅くなって移動が停止する、という動作状態
となる。即ち、フォーク421が停止した状態から移動
し始めるときには、速度は小さいものの大きなトルクが
得られるという理想的な状態となる。また、フォークを
出し入れするためのモータの制御を行う構成も上記構成
に限るものではなく、脚部20、30の動きに連動させ
ることさえできれば各種構成を採ることができる。The mechanism for taking the fork in and out is not limited to the above-mentioned structure, and various structures can be adopted. The above structure has the following advantages. That is, the pins 441 and 451 are connected to the semi-circular slits 431 and 4
32 at the same angular velocity along the fork 42
The velocity component in the movement direction of the first is a semi-circular slit 431,
432 is small near both ends and becomes maximum at the center. Therefore, when the fork 421 is pulled out or pulled in, the operation of the fork 421 is initially started.
Moves slowly, gradually becomes faster, and then gradually slows down to stop moving. That is, when the fork 421 starts moving from the stopped state, an ideal state is obtained in which a large torque is obtained although the speed is low. Further, the configuration for controlling the motor for taking in and out the fork is not limited to the above-described configuration, and various configurations can be adopted as long as they can be linked to the movement of the legs 20, 30.
【0032】以上は、直進歩行時の動作であるが、本実
施形態の二足歩行型ロボットは前進・後退しながら左右
方向の旋回も行うことができるように考慮されている。
そのために、図9に示すように、左右足部40、50の
モータ48、58への駆動電流を独立に遮断可能なスイ
ッチ302、303をコントロールボックス3内に設け
ている。このスイッチ302、303の操作により次の
ようにして旋回を行うことができる。The above is the operation at the time of the straight running, but the bipedal walking robot of the present embodiment is considered so as to be able to turn left and right while moving forward and backward.
For this purpose, as shown in FIG. 9, switches 302 and 303 capable of independently interrupting the drive current to the motors 48 and 58 of the left and right feet 40 and 50 are provided in the control box 3. By operating the switches 302 and 303, a turn can be performed as follows.
【0033】いま、例えば前進歩行時に左右両足部4
0、50が図11(a)に示す状態になったとする。こ
の状態になる直前にスイッチ303によりモータ48へ
の接続線を切断する一方、スイッチ302は閉じたまま
とする。このため、通常の前進歩行であれば図11
(b)に示すようにフォーク421が延出するのに対
し、図12(a)に示すように、フォーク421は収納
されたままとなり、一方、右足部50のフォーク521
は通常通り収納される。したがって、次に右足部50が
徐々に持ち上げられたときにフォーク421による上体
の支持がないため、図12(b)に示すように左右両足
部40、50の足裏の右縁端部が共に床面4に接した状
態で、ロボット本体1全体が徐々に右方向に傾いてゆ
く。このとき、左足部40は床面4を下方に押し下げる
ように床面4に対して力を加えるから、はじめ左足部4
0を中心に右方向へ旋回する。一方、左右両足部40、
50の前後方向の歩幅よりも両足が揃ったときの両足間
の幅方向の間隔のほうが狭いため、右足部50は旋回始
めは前方の左足部40の方向に引き寄せられながら回転
する。両足がほぼ真横に並んだあとには、左足部40は
若干前方外側に滑動しながら回転し、それに応じて右足
部50は回転内方に滑り出る。そして、右足部50が前
方となった位置でロボット本体1はほぼ直立し旋回を終
了する。そのあと、図12(c)に示すように右足部5
0のフォーク521が延出するから、スイッチ303を
閉鎖してモータ48への接続線を回復すれば、旋回した
位置から前進歩行を続けることができる。なお、このと
きの旋回角度は歩幅等を左右する寸法、例えばクランク
ピンの回転半径等によって決まる。Now, for example, at the time of forward walking, the right and left feet 4
It is assumed that 0 and 50 are in the state shown in FIG. Immediately before entering this state, the connection line to the motor 48 is disconnected by the switch 303, while the switch 302 is kept closed. Therefore, in the case of normal forward walking, FIG.
While the fork 421 extends as shown in (b), the fork 421 remains stored as shown in FIG. 12 (a), while the fork 521 of the right foot 50
Is stored as usual. Therefore, since the upper body is not supported by the fork 421 when the right foot portion 50 is gradually lifted next, the right edge of the sole of the left and right foot portions 40 and 50 is not moved as shown in FIG. The robot body 1 as a whole gradually tilts to the right while both are in contact with the floor surface 4. At this time, the left foot portion 40 applies a force to the floor surface 4 so as to push down the floor surface 4 downward.
Turn right around 0. On the other hand, both left and right feet 40,
Since the interval in the width direction between both feet when the feet are aligned is narrower than the step length in the front-back direction of 50, the right foot 50 rotates while being drawn toward the front left foot 40 at the start of turning. After the feet are almost aligned side by side, the left foot part 40 rotates while sliding slightly forward and outward, and the right foot part 50 starts to slide inward accordingly. Then, the robot body 1 is almost upright at the position where the right foot 50 is located forward, and the turning is completed. After that, as shown in FIG.
Since the fork 521 of 0 extends, if the switch 303 is closed and the connection line to the motor 48 is restored, the forward walking can be continued from the turned position. Note that the turning angle at this time is determined by a dimension that affects a stride or the like, for example, a turning radius of a crankpin or the like.
【0034】また、同様の動作により左方向へも旋回す
ることができるし、更にまた、前進歩行でなく後退歩行
を行わせるように主モータ12を反転回転させた場合に
も、同様の原理でロボット本体1を左右後方に旋回させ
ることができる。The same operation allows the vehicle to turn to the left, and the same principle is applied to the case where the main motor 12 is reversely rotated so as to perform backward walking instead of forward walking. The robot main body 1 can be turned left and right backward.
【0035】以上説明したような二足歩行型ロボットで
は、玩具としての娯楽性を操縦者に提供するために、ロ
ボット本体1の各動作をコントロールボックス3に設け
たスイッチやボリウム等の操作に応じて制御できる形態
とすることもできるが、例えば、旋回等の動作を自動的
に行わせるようなボタン等をコントロールボックス3に
設けてもよい。この場合、例えばマイクロコンピュータ
等を内蔵し、旋回を指示するボタンが操縦者により操作
されたならば、マイクロコンピュータが上述した旋回に
関わる一連の操作をプログラム制御として実行すればよ
い。また、コントロールボックス3を設けず、ロボット
本体1に設けたスイッチを投入することにより、前進又
は後退歩行や旋回等の各種動作を予め決められたシーケ
ンスに従って自動的に行う構成としてもよい。In the biped walking robot as described above, each operation of the robot body 1 is performed in response to an operation of a switch, a volume, or the like provided in the control box 3 in order to provide the operator with entertainment as a toy. The control box 3 may be provided with a button or the like for automatically performing operations such as turning, for example. In this case, for example, if a microcomputer is incorporated and a button for instructing turning is operated by the operator, the microcomputer may execute a series of operations related to the turning as the program control. Alternatively, by turning on a switch provided on the robot main body 1 without providing the control box 3, various operations such as forward or backward walking and turning may be automatically performed according to a predetermined sequence.
【0036】また、上記実施形態の二足歩行型ロボット
に次のような構成を組み合わせることにより、その歩行
動作がより人間の歩行形態に近くなるようにすることが
できる。具体的に言えば、左右両脚部20、30にあっ
て骨組に相当する平行リンク22a、22b、32a、
32bを覆う外装部材を次のようにすることにより、両
足部40、50の上下動作に連動して、あたかも膝の屈
伸を行いつつ歩行するように見せることができる。その
ための構成及び動作を図13、図14に示す。図13及
び図14の(a)はロボット本体1の左半面側面図、
(b)は左半面背面図である。上記実施例と同一又は相
当部分には同一符号を付して説明を省略する。Also, by combining the bipedal walking robot of the above embodiment with the following configuration, the walking operation can be made closer to a human walking form. More specifically, the parallel links 22a, 22b, 32a on the left and right legs 20, 30 and corresponding to the skeleton.
By making the exterior member covering the 32b as follows, it is possible to make it look as if the user walks while bending and stretching the knees in conjunction with the up and down movement of the both feet 40 and 50. The configuration and operation for that are shown in FIGS. (A) of FIGS. 13 and 14 is a left half side view of the robot main body 1,
(B) is a left half back view. The same reference numerals are given to the same or corresponding parts as in the above embodiment, and the description is omitted.
【0037】図13に示すように、この構成でも脚部に
平行リンク122a、122bを用いているが、後述の
ように擬似膝曲げ動作を行ったときに後側の平行リンク
122bが外装部材の動きを妨げるのを避けるために、
膝付近を中心にして前方に大きく湾曲した形状としてい
る。また、前側平行リンク122aとの干渉を避けるた
めに、後側平行リンク122bの湾曲部は前側平行リン
ク122aよりも内方側に突出するように形成されてい
る。この脚部を覆う外装部材は大腿部カバー125と下
腿部カバー126とから成り、大腿部カバー125の上
部は前側の案内ピン24aと同軸に回転自在に固定さ
れ、下腿部カバー126の下部は取付板41との前側の
枢支軸128と同軸に回転自在に固定されている。ま
た、大腿部カバー125と下腿部カバー126とは、重
なり合った個所の膝枢支軸127で互いに回転自在に接
続されている。即ち、大腿部カバー125はその前上部
が胴体部10に対して固定され、下腿部カバー126は
その前下部が左足部40に対して固定され、且つ、大腿
部カバー125と下腿部カバー126とは膝枢支軸12
7を中心に蝶動自在になっている。As shown in FIG. 13, even in this configuration, the parallel links 122a and 122b are used for the legs, but when the pseudo knee bending operation is performed as described later, the rear parallel link 122b serves as an exterior member. To avoid hindering movement,
The shape is largely curved forward with the vicinity of the knee as the center. In order to avoid interference with the front parallel link 122a, the curved portion of the rear parallel link 122b is formed so as to protrude more inward than the front parallel link 122a. The exterior member covering the legs is composed of a thigh cover 125 and a lower leg cover 126. The upper portion of the upper thigh cover 125 is rotatably fixed coaxially with the front guide pin 24a. Is rotatably fixed coaxially with a pivot shaft 128 on the front side of the mounting plate 41. Further, the thigh cover 125 and the lower leg cover 126 are rotatably connected to each other by a knee pivot 127 which overlaps. That is, the upper front part of the thigh cover 125 is fixed to the torso part 10, the lower leg part 126 is fixed to the lower front part of the left foot part 40, and the thigh cover 125 and the lower leg are fixed. Part cover 126 is the knee pivot 12
The butterfly 7 is freely movable around the center.
【0038】而して、クランク軸18a、18bの回転
によりクランクピン21a、21bが回転するとき、ク
ランクピン21a、21bが下方を指向して左足部40
が最下位置にあるときに、図13に示すように胴体部1
0と左足部40との距離は最も遠くなり、この状態では
大腿部カバー125と下腿部カバー126とはほぼ一直
線状になる。したがって、外装部材は膝を伸ばした状態
に見える。一方、クランクピン21a、21bが回転し
上方を指向して左足部40が最高位置にあるとき(この
とき左足部40の足裏は床面4から離間している)に
は、図14に示すように胴体部10と左足部40との距
離は最も近くなる。この状態では大腿部カバー125と
下腿部カバー126とは膝枢支軸127を中心に互いに
反対方向に回転し、くの字状に屈曲する。即ち、外装部
材は膝を折り曲げた状態に見える。このとき、後側平行
リンク122bが上述したように湾曲形状に形成されて
いるため、折れ曲がった膝裏面に相当する個所で大腿部
カバー125及び下腿部カバー126と後側平行リンク
122bとの干渉は生じない。When the crankshafts 21a, 21b are rotated by the rotation of the crankshafts 18a, 18b, the crankpins 21a, 21b are directed downward and the left foot 40
Is in the lowermost position, as shown in FIG.
The distance between 0 and the left foot 40 is the longest, and in this state, the thigh cover 125 and the lower leg cover 126 are substantially straight. Therefore, the exterior member looks as if the knees were extended. On the other hand, when the crankpins 21a and 21b rotate and point upward and the left foot 40 is at the highest position (at this time, the sole of the left foot 40 is separated from the floor surface 4), as shown in FIG. As described above, the distance between the body part 10 and the left foot part 40 is the shortest. In this state, the thigh cover 125 and the lower leg cover 126 rotate in directions opposite to each other about the knee pivot shaft 127, and bend in a dogleg shape. That is, the exterior member looks as if the knees were bent. At this time, since the rear parallel link 122b is formed in a curved shape as described above, the thigh cover 125 and the lower leg cover 126 and the rear parallel link 122b are connected to each other at a position corresponding to the bent back of the knee. No interference occurs.
【0039】このように、歩行時に平行リンク122
a、122bは互いに平行を維持したまま円又は楕円運
動をするだけであるにも拘わらず、大腿部カバー125
と下腿部カバー126とが膝枢支軸127を中心に蝶動
運動を行うことにより、あたかも膝の屈伸を行っている
ように見える。このため、人間の歩行形態に近くなり、
スムーズな歩行に見せることができる。なお、上述した
ように大腿部カバー125及び下腿部カバー126が動
く際に形成される各隙間を閉塞するためにゴム等の弾性
部材から成るシートを用いてもよい。As described above, the parallel link 122 is used when walking.
a and 122b only perform circular or elliptical movements while maintaining parallelism with each other, but the thigh cover 125
The lower leg cover 126 and the lower leg cover 126 perform a butterfly motion about the knee pivot shaft 127, so that it looks as if the knee is flexed and stretched. For this reason, it becomes closer to the human walking form,
We can show smooth walking. As described above, a sheet made of an elastic member such as rubber may be used to close each gap formed when the thigh cover 125 and the lower leg cover 126 move.
【0040】なお、上記実施形態は本発明の一例であっ
て、本発明の趣旨の範囲であれば適宜変更や修正を行え
ることは明らかである。The above embodiment is an example of the present invention, and it is apparent that changes and modifications can be appropriately made within the scope of the present invention.
【図1】 本発明の一実施形態による二足歩行型ロボッ
トの外観斜視図。FIG. 1 is an external perspective view of a bipedal walking robot according to an embodiment of the present invention.
【図2】 本実施形態による二足歩行型ロボットのロボ
ット本体の左半身側面図。FIG. 2 is a left half body side view of a robot main body of the bipedal walking robot according to the embodiment.
【図3】 本実施形態による二足歩行型ロボットのロボ
ット本体の正面図。FIG. 3 is a front view of the robot body of the bipedal walking robot according to the embodiment.
【図4】 本実施形態による二足歩行型ロボットにおけ
る駆動機構の概略構成図で、(a)は左側面図、(b)
は一部の上面図。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a drive mechanism in the bipedal walking robot according to the present embodiment, where (a) is a left side view and (b)
Is a partial top view.
【図5】 本実施形態による二足歩行型ロボットにおけ
る左足部の主要な構成部材を示す分解構成図。FIG. 5 is an exploded configuration diagram showing main components of the left foot of the bipedal walking robot according to the embodiment;
【図6】 本実施形態による二足歩行型ロボットにおけ
る左足部の動作を説明するための略上面図。FIG. 6 is a schematic top view for explaining the operation of the left foot in the bipedal walking robot according to the present embodiment.
【図7】 本実施形態による二足歩行型ロボットにおけ
る前歯車の分解構成図。FIG. 7 is an exploded configuration diagram of a front gear in the bipedal walking robot according to the present embodiment.
【図8】 本実施形態による二足歩行型ロボットにおけ
る前歯車を含むスイッチ機構を示す構成図。FIG. 8 is a configuration diagram showing a switch mechanism including a front gear in the bipedal walking robot according to the present embodiment.
【図9】 図8のスイッチ機構を含む要部の電気系構成
図。9 is an electrical configuration diagram of a main part including the switch mechanism of FIG. 8;
【図10】 本実施形態による二足歩行型ロボットの歩
行動作のタイムチャート。FIG. 10 is a time chart of a walking operation of the bipedal walking robot according to the embodiment.
【図11】 本実施形態による二足歩行型ロボットの前
進歩行時の左右足部の着地状態を示す図。FIG. 11 is a diagram showing a landing state of the left and right feet during forward walking of the bipedal walking robot according to the embodiment.
【図12】 本実施形態による二足歩行型ロボットの旋
回時の左右足部の着地状態を示す図。FIG. 12 is a diagram showing a landing state of the left and right feet when the bipedal walking robot according to the embodiment turns.
【図13】 他の実施形態による二足歩行型ロボットの
左半身側面図及び背面図。FIG. 13 is a side view and a rear view of a left half body of a bipedal walking robot according to another embodiment.
【図14】 他の実施形態による二足歩行型ロボットの
左半身側面図及び背面図。FIG. 14 is a left half body side view and a rear view of a bipedal walking robot according to another embodiment.
1…ロボット本体 10…胴体部 11…駆動機構 12…主モータ 13…モータ軸 14…ウォーム 15、16、17a、17b…歯車 171…基部 172…スリット 173、174…導電板 18a、18b…クランク軸 20、30…脚部 21a、21b、31a、31b…クランクピン 22a、22b、32a、32b、122a、122b
…平行リンク 23a、23b、33a、33b…枢支開口 24a、24b、34a、34b…案内ピン 40、50…足部 41、51…取付板 42…可動体 421…フォーク 422…基部 423…直線状スリット 43…下部ケース 431…半円弧状スリット 44…ギア 441…ピン 46…ギアケース 47…ピニオンギア 48、58…モータ(フォーク駆動用モータ) 60a、60b、61a、61b…スイッチ 601…導電体 602…接片 605…付勢部材 125…大腿部カバー 126…下腿部カバー 127…膝枢支軸 301…バッテリ 302、303…スイッチDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Robot main body 10 ... Body part 11 ... Drive mechanism 12 ... Main motor 13 ... Motor shaft 14 ... Warm 15, 16, 17a, 17b ... Gear 171 ... Base 172 ... Slit 173, 174 ... Conductive plate 18a, 18b ... Crank shaft 20, 30 ... legs 21a, 21b, 31a, 31b ... crank pins 22a, 22b, 32a, 32b, 122a, 122b
... Parallel links 23a, 23b, 33a, 33b ... pivotal openings 24a, 24b, 34a, 34b ... guide pins 40, 50 ... feet 41, 51 ... mounting plates 42 ... movable bodies 421 ... forks 422 ... bases 423 ... linear shapes Slit 43 ... Lower case 431 ... Semicircular slit 44 ... Gear 441 ... Pin 46 ... Gear case 47 ... Pinion gear 48,58 ... Motor (fork drive motor) 60a, 60b, 61a, 61b ... Switch 601 ... Electric body 602 .., Contact piece 605, biasing member 125, thigh cover 126, lower leg cover 127, knee pivot 301, battery 302, 303, switch
Claims (5)
脚部と、該脚部の下端にそれぞれ設けた足部とを有し、
該足部を左右交互に前方又は後方に踏み出して床面上を
歩行する二足歩行型ロボットにおいて、 a)側方から見て前記足部が略楕円状又は略円状の軌跡
を描き、且つ左足部と右足部とが互いに略反対位相でそ
れぞれ回転するように前記脚部を駆動する脚部駆動手段
と、 b)左右足部の底部にそれぞれ、各足部内に収納された
状態と該足部から内方側へと延出した状態との間で移動
可能に設けられた補助支持体と、該補助支持体を前記二
状態の間で移動させる補助支持体移動手段とを含む起立
補助手段と、 c)前記脚部駆動手段による脚部の駆動と連動して、左
右足部が共に床面に着地した状態にあるときに、次に床
面から離間するほうの足部の補助支持体を該足部内に収
納するとともに他方の足部の補助支持体を該足部内から
内方へと延出させるべく前記補助支持体移動手段を動作
させる連動制御手段と、 を備えることを特徴とする二足歩行型ロボット。1. A body, a pair of left and right legs provided on the body, and feet provided at lower ends of the legs, respectively.
In a bipedal walking robot that walks on the floor by stepping forward or backward on the foot alternately left and right, a) the foot draws a substantially elliptical or substantially circular locus when viewed from the side, and Leg driving means for driving the legs so that the left foot and the right foot rotate in substantially opposite phases to each other; and b) the feet stored in each foot at the bottoms of the left and right feet, respectively. An auxiliary support member movably provided between a state in which the auxiliary support member extends inward from the portion, and an auxiliary support moving means for moving the auxiliary support member between the two states. And c) in conjunction with the driving of the leg by the leg driving means, when both the left and right feet are in a state of landing on the floor, the auxiliary support for the foot which is separated from the floor next. And the auxiliary support of the other foot extends inward from the inside of the foot. Biped robot, characterized in that it comprises, an interlocking control means for operating said auxiliary support moving means to cause.
方の足部に重なる位置まで達し、且つ、足部及び補助支
持体は、歩行中に左右足部が共に床面に着地した状態
で、延出した補助支持体が他方の足部と干渉することな
くその下方に滑り込むように形成されていることを特徴
とする請求項1に記載の二足歩行型ロボット。2. The auxiliary support reaches a position overlapping with the other foot when extending inward, and both the foot and the auxiliary support land on the floor during walking. 2. The bipedal walking robot according to claim 1, wherein the extended auxiliary support is formed so as to slide downward without interfering with the other foot in the extended state.
ク形状体であって、歩行中に左右足部が共に床面に着地
した状態では、延出した補助支持体の突片は他方の補助
支持体の凹部に滑り込むように形成されていることを特
徴とする請求項2に記載の二足歩行型ロボット。3. The auxiliary support body is a fork-shaped body oriented inward, and when the left and right feet both land on the floor surface during walking, the protruding piece of the extended auxiliary support body is the other. The biped walking robot according to claim 2, wherein the robot is formed so as to slide into a concave portion of the auxiliary support.
を特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の二足歩行
型ロボット。4. The bipedal walking robot according to claim 1, wherein the auxiliary support is made of a transparent member.
脚部と、該脚部の下端にそれぞれ設けた足部とを有し、
該足部を左右交互に前方又は後方に踏み出して床面上を
歩行する二足歩行型ロボットにおいて、 前記脚部として胴体部と足部とを連結する1乃至複数の
棒状体を含み、 側方から見て前記足部が略楕円状又は略円状の軌跡を描
き、且つ左足部と右足部とが互いに略反対位相でそれぞ
れ回転するように前記棒状体を駆動する脚部駆動手段を
有し、 上腿部に対応する上カバーと下腿部に対応する下カバー
とから前記棒状体を覆う脚部用外装部材を形成し、 該上カバーはその前上部を胴体部に対して回転自在に固
定し、下カバーはその前下部を足部に対して回転自在に
固定し、且つ、上カバーの前下部と下カバーの前上部と
を互いに枢着したことを特徴とする二足歩行型ロボッ
ト。5. A body, a pair of left and right legs provided on the body, and feet provided at lower ends of the legs, respectively.
A biped walking robot that walks on the floor by stepping forward or backward on the foot alternately left and right, including one or a plurality of rods connecting the body and the foot as the legs, The leg portion draws a substantially elliptical or substantially circular trajectory as viewed from above, and has leg driving means for driving the rod-shaped body such that the left leg portion and the right leg portion respectively rotate in substantially opposite phases to each other. Forming an exterior member for a leg covering the rod-shaped body from an upper cover corresponding to the upper thigh and a lower cover corresponding to the lower thigh, wherein the upper cover is rotatable at its front upper portion with respect to the body; A biped walking robot, wherein the lower cover has its front lower part rotatably fixed to the foot, and the front lower part of the upper cover and the front upper part of the lower cover are pivotally connected to each other. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001018262A JP2002219673A (en) | 2001-01-26 | 2001-01-26 | Bipedal walking type robot |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2001018262A JP2002219673A (en) | 2001-01-26 | 2001-01-26 | Bipedal walking type robot |
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ID=18884313
Family Applications (1)
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