JP2002337076A - Detector for leg type locomotive robot - Google Patents
Detector for leg type locomotive robotInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、脚式移動ロボット
のための検出装置に係り、特に、脚式移動ロボットと接
触物体との距離と接触後に受ける力を測定する検出装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a detection device for a legged mobile robot, and more particularly to a detection device for measuring a distance between a legged mobile robot and a contact object and a force received after the contact.
【0002】更に詳しくは、本発明は、接触物体との距
離と接触後に受ける力を同時に測定する検出装置に係
り、特に、接触物体との距離と接触後に受ける力を同時
に測定することができる簡素で小型に構成された検出装
置に関する。More specifically, the present invention relates to a detection device for simultaneously measuring the distance to a contact object and the force received after the contact, and more particularly, to a simple device capable of simultaneously measuring the distance to the contact object and the force received after the contact. The present invention relates to a detection device configured to be small in size.
【0003】[0003]
【従来の技術】電気的若しくは磁気的な作用を用いて人
間の動作に似せた運動を行う機械装置のことを「ロボッ
ト」という。ロボットの語源は、スラブ語の"ROBO
TA(奴隷機械)"に由来すると言われている。わが国で
は、ロボットが普及し始めたのは1960年代末からで
あるが、その多くは、工場における生産作業の自動化・
無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボット
などの産業用ロボット(industrial robot)であった。2. Description of the Related Art A mechanical device that performs a motion similar to a human motion by using an electric or magnetic action is called a "robot". The robot is derived from the Slavic word "ROBO"
TA (slave machine) is said to have come from. In Japan, robots began to spread from the late 1960's, but most of them were based on automation of production work in factories.
These were industrial robots such as manipulators and transfer robots for unmanned purposes.
【0004】アーム式ロボットのように、ある特定の場
所に植設して用いるような据置きタイプのロボットは、
部品の組立・選別作業など固定的・局所的な作業空間で
のみ活動する。これに対し、移動式のロボットは、作業
空間は非限定的であり、所定の経路上又は無経路上を自
在に移動して、所定の若しくは任意の人的作業を代行し
たり、ヒトやイヌあるいはその他の生命体に置き換わる
種々の幅広いサービスを提供することができる。なかで
も脚式の移動ロボットは、クローラ式やタイヤ式などの
従来のロボットに比し、不安定で姿勢制御や歩行制御が
難しくなるが、階段や梯子の昇降や障害物の乗り越え
や、整地・不整地の区別を問わない柔軟な歩行・走行動
作を実現でき、複雑な人間の住空間で共存し得るという
点で優れている。[0004] A stationary type robot such as an arm type robot which is implanted and used in a specific place,
Active only in fixed and local work spaces such as parts assembly and sorting work. On the other hand, the mobile robot has a work space that is not limited, and can move freely on a predetermined route or on a non-route to perform a predetermined or arbitrary human task, or perform a human or dog operation. Alternatively, a wide variety of services that replace other living things can be provided. Among them, legged mobile robots are unstable and difficult to control posture and walking, compared to conventional robots such as crawler type and tire type.However, climbing up and down stairs and ladders, getting over obstacles, It is excellent in that it can realize flexible walking and running motions regardless of the terrain and can coexist in a complex human living space.
【0005】最近では、イヌやネコのように4足歩行の
動物の身体メカニズムやその動作を模したペット型ロボ
ット、あるいは、ヒトのような2足直立歩行を行う動物
の身体メカニズムや動作をモデルにしてデザインされた
「人間形」若しくは「人間型」と呼ばれるロボット(hu
manoid robot)など、脚式移動ロボットに関する研究開
発が進展し、実用化への期待も高まってきている。例え
ば、ソニー株式会社は、平成12年11月21日に2足
歩行を行う人間型ロボット"SDR−3X"を公表した。[0005] Recently, a pet-type robot that simulates the body mechanism and operation of a four-legged animal such as a dog or a cat, or a body mechanism or motion of an animal such as a human that walks upright on two legs has been modeled. Robots called “humanoids” or “humanoids” (hu
Research and development on legged mobile robots, such as manoid robots, has been progressing, and expectations for their practical use have increased. For example, Sony Corporation announced a humanoid robot "SDR-3X" that can walk on two legs on November 21, 2000.
【0006】ところで、自律型の脚式移動ロボットは、
カメラやマイク、接触センサ、感圧センサ、温度センサ
など、さまざまな検出装置を搭載しているのが一般的で
ある。すなわち、機体外の環境情報を入力して、外部環
境の変化に応じて、機体の姿勢安定度を適応的に制御し
たり、本能モデルや感情モデルなどからなる内部状態を
動的に変化させることができる。By the way, an autonomous legged mobile robot is
Generally, various detection devices such as a camera, a microphone, a contact sensor, a pressure sensor, and a temperature sensor are mounted. That is, by inputting environmental information outside the aircraft, adaptively controlling the attitude stability of the aircraft according to changes in the external environment, and dynamically changing the internal state consisting of instinct models, emotion models, etc. Can be.
【0007】例えば、歩行中の路面や移動経路上の障害
物などの接触物体から受ける反力は、機体が転倒する原
因にもなる。機体が転倒すると、ロボット自身が破損す
る他、そばに居た作業員の損傷や衝突物の破壊など不測
の事態を招来する。したがって、自律型の移動ロボット
は、足底が床面から受ける反力や、その他の接触物体か
ら受ける反力に応じて機体の姿勢を適正に安定制御を行
う必要がある。このため、移動ロボットと接触物体との
距離や、接触後に接触物体から受ける力を測定する必要
がある。[0007] For example, a reaction force received from a contact object such as an obstacle on a road surface or a moving route while walking may cause the aircraft to fall. If the aircraft falls, the robot itself will be damaged, and unexpected situations will be caused, such as damage to workers nearby and destruction of collision objects. Therefore, the autonomous mobile robot needs to appropriately and stably control the attitude of the body according to the reaction force received by the sole from the floor surface and the reaction force received from other contact objects. Therefore, it is necessary to measure the distance between the mobile robot and the contact object and the force received from the contact object after the contact.
【0008】物体との距離を計測する距離測定装置や、
接触中の物体から受ける力を測定する圧力検出装置は、
種々さまざまなものが既に存在する。しかしながら、接
触物体との距離と接触後に物体から受ける力の双方を、
同時すなわち単一の装置上で測定することができる装置
はあまり見受けられない。A distance measuring device for measuring a distance to an object,
A pressure detector that measures the force received from an object in contact is
A variety of things already exist. However, both the distance to the contact object and the force received from the object after contact,
Few devices can be measured simultaneously, ie on a single device.
【0009】距離測定装置と圧力検出装置の双方をロボ
ットの機体上に搭載すれば、機体の適応制御に必要な接
触物体に関する情報を得ることができる。しかしなが
ら、数多くの装置を搭載する結果として、ロボットの重
量や容積は大きくなるとともに、回路や配線などの設計
も複雑化し、コストを増大させてしまうことになる。If both the distance measuring device and the pressure detecting device are mounted on the body of the robot, it is possible to obtain information on a contact object necessary for adaptive control of the body. However, as a result of mounting a large number of devices, the weight and volume of the robot are increased, and the design of circuits and wiring is complicated, and the cost is increased.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、脚式
移動ロボットと接触物体との距離と接触後に受ける力を
測定することができる、脚式移動ロボットのための優れ
た検出装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an excellent detection device for a legged mobile robot capable of measuring the distance between a legged mobile robot and a contact object and the force received after the contact. Is to do.
【0011】本発明の更なる目的は、接触物体との距離
と接触後に受ける力を同時に測定することができる、脚
式移動ロボットのための優れた検出装置を提供すること
にある。It is a further object of the present invention to provide an excellent detection device for a legged mobile robot capable of simultaneously measuring the distance to a contact object and the force received after the contact.
【0012】本発明の更なる目的は、接触物体との距離
と接触後に受ける力を同時に測定することができる、簡
素で小型に構成された脚式移動ロボットのための検出装
置を提供することにある。A further object of the present invention is to provide a detection device for a simple and compact legged mobile robot capable of simultaneously measuring the distance to a contact object and the force received after the contact. is there.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、上記
課題を参酌してなされたものであり、その第1の側面
は、脚式移動ロボットと接触物体との距離と接触後に受
ける力を測定する検出装置であって、接触前の物体まで
の距離を測定する距離測定部と、接触後の物体から受け
る反力を測定する反力測定部と、を具備することを特徴
とする脚式移動ロボットのための検出装置である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in consideration of the above problems, and has a first aspect in which a distance between a legged mobile robot and a contact object and a force received after the contact are obtained. A leg type characterized by comprising a distance measuring unit for measuring a distance to an object before contact and a reaction force measuring unit for measuring a reaction force received from the object after contact, which is a measuring device for measuring. It is a detection device for mobile robots.
【0014】この検出装置は、例えば、脚式移動ロボッ
トの足底に配設されて、遊脚側の足底の床面までの距離
を測定したり、着床後に床面から足底が受ける反力を測
定するために使用することができる。This detection device is disposed, for example, on the sole of a legged mobile robot, and measures the distance of the sole on the free leg side to the floor, or receives the sole from the floor after landing. Can be used to measure reaction force.
【0015】また、本発明の第2の側面は、脚式移動ロ
ボットと接触物体との距離と接触後に受ける力を測定す
る検出装置であって、印加されている荷重を測定する荷
重測定部と、前記荷重測定部における測定荷重が所定値
以下の期間中は接触前の物体までの距離を測定する距離
測定部と、前記荷重測定部における測定荷重が所定値を
越えた時点からは接触後の物体から受ける反力を測定す
る反力測定部と、を具備することを特徴とする脚式移動
ロボットのための検出装置である。According to a second aspect of the present invention, there is provided a detecting device for measuring a distance between a legged mobile robot and a contact object and a force received after the contact, and a load measuring unit for measuring an applied load. During a period in which the measured load in the load measuring unit is equal to or less than a predetermined value, a distance measuring unit that measures a distance to an object before contact, and after the contact from the time when the measured load in the load measuring unit exceeds a predetermined value. A detection device for a legged mobile robot, comprising: a reaction force measuring unit that measures a reaction force received from an object.
【0016】ここで、前記荷重測定部は、例えばシート
状の圧力センサで構成される。Here, the load measuring section is constituted by, for example, a sheet-shaped pressure sensor.
【0017】本発明の第2の側面によれば、圧力センサ
の使用方法を工夫することにより、単一の検出装置によ
って、機体と外界との接触状況を判断するために、圧力
センサを用いて接触物体との距離を測定し、さらに、接
触後には物体から受ける力を測定することができる。According to the second aspect of the present invention, by devising a method of using the pressure sensor, the pressure sensor is used to determine the contact state between the airframe and the outside world with a single detecting device. The distance to the contact object can be measured, and the force received from the object after contact can be measured.
【0018】また、本発明の第2の側面に係る検出装置
は、シート状の圧力センサを使用することにより小型且
つ軽量に構成することが可能である。また、物理的に複
雑な機構を持たないので、機体上で衝撃荷重が印加され
る部位に配設しても、破壊する心配が少なくて済む。The detection device according to the second aspect of the present invention can be made compact and lightweight by using a sheet-shaped pressure sensor. Further, since there is no physically complicated mechanism, there is little fear of breakage even if the apparatus is disposed on a portion of the fuselage where an impact load is applied.
【0019】また、本発明の第3の側面は、脚式移動ロ
ボットと接触物体との距離と接触後に受ける力を測定す
る検出装置であって、シート状の圧力センサと、測定対
象物に当接する検知子と、前記検知子を前記圧力センサ
表面に対して略垂直方向に所定の可動範囲内で案内する
案内部と、一端が圧力センサに当接されるとともに、他
端で前記検知子を測定対象物に向かって前記略垂直方向
に付勢するとともに前記検知子が受ける反力を前記圧力
センサに伝達する付勢部と、を備えたことを特徴とする
脚式移動ロボットのための検出装置である。According to a third aspect of the present invention, there is provided a detecting device for measuring a distance between a legged mobile robot and a contacting object and a force received after the contacting. A contacting element, a guide portion for guiding the sensor in a direction substantially perpendicular to the surface of the pressure sensor within a predetermined movable range, and one end contacting the pressure sensor, and the other end contacting the sensor. An urging portion for urging in the substantially vertical direction toward the object to be measured and transmitting a reaction force received by the detector to the pressure sensor. Device.
【0020】かかる構成を備えた検出装置は、前記検知
子が測定対象に当接して前記略垂直方向に完全に埋没す
るまでの期間を利用して接触前の物体までの距離を測定
する距離測定モードと、前記検知子が測定対象に当接し
て前記略垂直方向に完全に埋没した状態で接触後の物体
から受ける反力を測定する反力測定モードという2種類
の測定モードを持つことができる。[0020] The detection device having the above-described configuration is capable of measuring a distance to an object before contact by using a period until the detector contacts the object to be measured and is completely buried in the substantially vertical direction. There can be two types of measurement modes: a mode, and a reaction force measurement mode for measuring a reaction force received from an object after contact in a state in which the detector contacts the measurement target and is completely buried in the substantially vertical direction. .
【0021】ここで、前記圧力センサは、比較的小さい
外力を測定する第1の圧力検出部と、比較的大きい外力
を測定する第2の圧力検出部とを備えていてもよい。こ
のような場合、前記距離測定モード下では前記第1の圧
力検出部の出力を用いて測定対象までの距離を測定する
とともに、前記反力測定モード下では前記第2の圧力検
出部の出力を用いて測定対象から受ける反力を測定する
ことができる。Here, the pressure sensor may include a first pressure detecting unit for measuring a relatively small external force and a second pressure detecting unit for measuring a relatively large external force. In such a case, the distance to the measurement target is measured using the output of the first pressure detection unit in the distance measurement mode, and the output of the second pressure detection unit is measured in the reaction force measurement mode. To measure the reaction force received from the measurement object.
【0022】すなわち、本発明の第3の側面によれば、
圧力センサの使用方法を工夫することにより、単一の検
出装置によって、機体と外界との接触状況を判断するた
めに、圧力センサを用いて接触物体との距離を測定し、
さらに、接触後には物体から受ける力を測定することが
できる。That is, according to the third aspect of the present invention,
By devising how to use the pressure sensor, a single detection device measures the distance to the contact object using a pressure sensor to determine the contact state between the aircraft and the outside world,
Further, after contact, the force received from the object can be measured.
【0023】また、本発明の第3の側面に係る検出装置
は、シート状の圧力センサを使用することにより小型且
つ軽量に構成することが可能である。また、物理的に複
雑な機構を持たないので、機体上で衝撃荷重が印加され
る部位に配設しても、破壊する心配が少なくて済む。The detection device according to the third aspect of the present invention can be made compact and lightweight by using a sheet-shaped pressure sensor. Further, since there is no physically complicated mechanism, there is little fear of breakage even if the apparatus is disposed on a portion of the fuselage where an impact load is applied.
【0024】本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、
後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳
細な説明によって明らかになるであろう。Still other objects, features and advantages of the present invention are:
It will become apparent from the following more detailed description based on the embodiments of the present invention and the accompanying drawings.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】本発明は、外界との接触状況を判
断するのに、圧力センサを用いて接触物体との距離を測
ることができ、さらに、物体と完全接触を果たした後に
は接触物体から受ける力を測ることのできる、脚式移動
ロボットのための検出装置について提供ものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS According to the present invention, a distance to a contact object can be measured by using a pressure sensor to determine a contact state with the outside world. Provided is a detection device for a legged mobile robot that can measure a force received from an object.
【0026】脚式移動ロボットにおいて、外界との接触
状況を特に必要とするのは、足底部、手部、頭部などに
代表されるように、接触物体との衝突が起こり易い部分
である。そこで、あらかじめ接触物体との距離を検知
し、さらに、完全接触後にその物体から受ける力を検知
することができれば、機体が外界の物体との接触状況を
判断することが可能となる。In the legged mobile robot, a contact state with the outside world is particularly required in a portion where a collision with a contact object easily occurs, such as a sole, a hand, and a head. Therefore, if the distance from the contact object can be detected in advance and the force received from the object after the complete contact can be detected, it is possible to determine the state of contact of the aircraft with the external object.
【0027】例えば脚式移動ロボットの足底を例にとっ
て説明すると、脚式移動ロボットが歩行する場合、足底
は歩行する度に床面と衝突を繰り返すこととなる。あら
かじめ床の位置を把握することができれば、床面との衝
突時の衝撃を緩和することが可能となる。このような測
定が可能な検出装置を足底の所定の場所に配置すること
により、足底のどの部分から床面に接触を始めるか、床
面の状況(凹凸傾斜等)、ロボット自身の姿勢などを把
握でき、歩行の安定性にもつながる。さらに、足底が床
面に完全接触した後には、各センサー部での床反力を測
定することが可能となる。よって、測定された床反力を
基にZMP(Zero Momemt Poiont)安定領域/*/を求め
ることができ、より歩行の安定性を向上させることが可
能となる。For example, taking the sole of a legged mobile robot as an example, when the legged mobile robot walks, the sole repeatedly collides with the floor surface each time it walks. If the position of the floor can be grasped in advance, it is possible to reduce the impact at the time of collision with the floor. By arranging a detection device capable of such a measurement at a predetermined position on the sole, which part of the sole starts contacting the floor surface, the condition of the floor surface (e.g., uneven inclination), the posture of the robot itself Can be grasped, leading to stability of walking. Furthermore, after the sole has completely contacted the floor surface, the floor reaction force at each sensor can be measured. Therefore, a ZMP (Zero Momemt Poiont) stable area / * / can be obtained based on the measured floor reaction force, and the walking stability can be further improved.
【0028】以下では、上記の内容を実現する機能を持
った検出装置について詳細に説明する。Hereinafter, a detecting device having a function of realizing the above contents will be described in detail.
【0029】図1及び図2には、本実施形態に係る検出
装置100の基本構造を示している。図1には検出装置
100の上面図を、図2にはその断面構成をそれぞれ示
している。FIGS. 1 and 2 show the basic structure of a detection apparatus 100 according to this embodiment. FIG. 1 shows a top view of the detection device 100, and FIG. 2 shows its cross-sectional configuration.
【0030】図示の検出装置100は、ベース101の
上にシート状の圧力センサ106を配設して構成され
る。シート状のセンサ素子としては、例えばニューロン
グ精密工業(株)のセンサーシート"I−SCAN S−
I−1"や"BIG−MAT S−B−1"などを挙げる
ことができる。このタイプのセンサ・シートは、対象物
の圧力の印加に応答して、周期的に行電極と列電極をス
キャンして、各交点の電気抵抗値を連続的に取り込むこ
とができる。入力情報をコンピュータ処理することによ
って平面的な力情報に変換することもできる。The detecting device 100 shown in the figure is constructed by disposing a sheet-shaped pressure sensor 106 on a base 101. As a sheet-like sensor element, for example, a sensor sheet “I-SCAN S-” manufactured by Neuron Seimitsu Co., Ltd.
I-1 "and" BIG-MAT S-B-1 "etc. A sensor sheet of this type periodically applies row and column electrodes in response to the application of pressure to an object. Scans can be used to continuously capture the electrical resistance value at each intersection, or the input information can be converted to planar force information by computer processing.
【0031】また、物体と接触する部分として、ドグ1
03が配設されている。このドグ103は、シリンダ1
02の内壁面に案内されて、図2の紙面上下方向に摺動
することができるようになっている。As a portion that comes into contact with an object, a dog 1
03 is provided. This dog 103 is the cylinder 1
2, and can slide in the vertical direction on the paper of FIG.
【0032】ドグ103と圧力センサ106の間には、
圧縮コイルばね104とセンサ・ワッシャ105が挿設
されている。センサ・ワッシャ105は、シリンダー1
02の内壁面に案内されて、図2の紙面上下方向に摺動
することができるようになっており、圧力センサ106
の検出部と接している。Between the dog 103 and the pressure sensor 106,
A compression coil spring 104 and a sensor washer 105 are inserted. The sensor washer 105 is the cylinder 1
2 and can slide in the vertical direction on the paper of FIG.
Is in contact with the detection unit.
【0033】ドグ103は、蓋107によって上方向の
可動範囲に制約が与えられている。つまり、ドグ103
の可動は上下摺動方向のみに規制されているとともに、
蓋107とセンサ・ワッシャ105によって可動範囲が
定義されている。The upward movement range of the dog 103 is restricted by the lid 107. That is, dog 103
The movement of is restricted only in the vertical sliding direction,
The movable range is defined by the lid 107 and the sensor washer 105.
【0034】ドグ103は、圧縮コイルばね104によ
って常に接触物体側に押さえ付けられている。逆に、セ
ンサ・ワッシャ105は、圧力センサ106側に押え付
けられている。The dog 103 is constantly pressed against the contact object by a compression coil spring 104. Conversely, the sensor washer 105 is pressed against the pressure sensor 106 side.
【0035】圧力センサ106による検出値は、圧力セ
ンサ端子106Aより出力される。この圧力センサ10
6は、検出部に印加された圧力に応じて抵抗が変化する
ことにより圧力を検出するように構成されている。よっ
て、圧力センサ端子106Aには圧力に応じた値が出力
される。The value detected by the pressure sensor 106 is output from a pressure sensor terminal 106A. This pressure sensor 10
Reference numeral 6 is configured to detect the pressure by changing the resistance according to the pressure applied to the detection unit. Therefore, a value corresponding to the pressure is output to the pressure sensor terminal 106A.
【0036】図3には、本実施形態に係る検出装置10
0と接触物体108との関係を示している。図3に示す
ように、ドグ103と接触物体108が接してない状態
では、圧縮コイルばね104によりドグ103は蓋10
7に押え付けられている。したがって、この場合にセン
サ・ワッシャ105を介して圧力センサー106に伝わ
る力は一定であり、圧力センサー106の出力値は一定
の値を示すことになる。FIG. 3 shows a detecting device 10 according to the present embodiment.
The relationship between 0 and the contact object 108 is shown. As shown in FIG. 3, when the dog 103 is not in contact with the contact object 108, the dog 103 is closed by the compression coil spring 104.
7 Therefore, in this case, the force transmitted to the pressure sensor 106 via the sensor washer 105 is constant, and the output value of the pressure sensor 106 shows a constant value.
【0037】次に、圧力センサ106について説明す
る。図4には、圧力センサ106の1つの構成例を示し
ている。圧力検出部106Cに印加された外力は、前述
のように、該検出部106Cによってその圧力の大きさ
に応じた抵抗値に変換され、配線部106Bを介して出
力端子106Aに出力される。Next, the pressure sensor 106 will be described. FIG. 4 shows one configuration example of the pressure sensor 106. As described above, the external force applied to the pressure detection unit 106C is converted into a resistance value according to the magnitude of the pressure by the detection unit 106C, and is output to the output terminal 106A via the wiring unit 106B.
【0038】ここで、このような圧力検出システムを構
成するには、圧力センサ106は以下に示す条件を満た
す必要がある。Here, in order to constitute such a pressure detection system, the pressure sensor 106 must satisfy the following conditions.
【0039】まず第一に、図8に示すように、接触物体
との距離を測っている状態では(後述)、力に対する抵
抗値の高変化率、つまり高分解能が要求される。First, as shown in FIG. 8, when the distance to the contact object is measured (described later), a high rate of change of the resistance value with respect to the force, that is, a high resolution is required.
【0040】さらに、図9に示すように、接触物体から
受ける力を測っている状態では(後述)、測定部位にも
よるが、比較的大きな力を測定する必要がある。例え
ば、足底にこの検出装置100を使用する場合には、機
体の体重を単一の検出装置100で受ける場合も考えら
れるので、このようなセンサが必要である。Further, as shown in FIG. 9, in a state where the force received from the contact object is measured (described later), it is necessary to measure a relatively large force depending on the measurement site. For example, when the detection device 100 is used for the sole, such a sensor is necessary because the weight of the body may be received by a single detection device 100.
【0041】接触物体からの距離を測定している場合に
は、実際に圧力センサーで測定する力は数百g程度であ
が、接触物体から受ける力を測っている場合には、数k
g程度の力が検出装置100の圧力センサ106に印加
されているとすれば、圧力センサ106の検出レンジが
広く、且つ、分解能を満たしていれば単一の圧力センサ
106のみで圧力検出システムを構成することができ
る。しかしながら、実際には、検出レンジが広く、且
つ、分機能を満たす圧力センサーはなかなか存在しな
い。When the distance from the contact object is measured, the force actually measured by the pressure sensor is about several hundred g, but when the force received from the contact object is measured, several k
If a force of about g is applied to the pressure sensor 106 of the detection device 100, the detection range of the pressure sensor 106 is wide, and if the resolution is satisfied, the pressure detection system can be configured with only a single pressure sensor 106. Can be configured. However, in practice, there are few pressure sensors that have a wide detection range and satisfy the minute function.
【0042】このため、次のような工夫が必要となる。
図5及び図6に示す例では、タイプの異なる2種類の圧
力センサ素子を使用して圧力検出システムを構成した例
を示している。例えば、図5に示す2つの圧力センサ2
06のうち、検出力が数百g程度の比較的小さい外力の
方を圧力検出部206Cで測定するとともに、検出力が
数kg程度の比較的大きい方の外力を圧力検査部206
Fで測定するように構成する。For this reason, the following measures are required.
5 and 6 show an example in which a pressure detection system is configured using two types of pressure sensor elements of different types. For example, two pressure sensors 2 shown in FIG.
06, a relatively small external force having a detection force of about several hundred g is measured by the pressure detection unit 206C, and a relatively large external force having a detection force of about several kg is detected by the pressure inspection unit 206C.
It is configured to measure at F.
【0043】また、図6に示すように、2つのシート状
の圧力センサを重ね合わせることによっても、前述した
ような要求仕様を満たすことが可能となる。同図に示す
例では、それぞれの圧力センサの出力値は、出力端子2
06A及び出力端子206Dの各々から得られる。Also, as shown in FIG. 6, it is possible to satisfy the above-mentioned required specifications by overlapping two sheet-shaped pressure sensors. In the example shown in the figure, the output value of each pressure sensor is
06A and the output terminal 206D.
【0044】検出装置100のさらに他の構成例とし
て、図7に示すものがある。同図に示すタイプでは、単
一の圧力センサ306を用いて前述の仕様を満たすこと
ができる。FIG. 7 shows another example of the configuration of the detection apparatus 100. In the type shown in the figure, the above-mentioned specification can be satisfied by using a single pressure sensor 306.
【0045】圧力検査部306Cは、検査力が数百g程
度の比較的小さい外力の検出を担当する。また、圧力検
査部306Fは、検出力が数kgに及ぶ比較的大きな外
力の検出を担当する。そして、各検出部306C,20
6Fの出力値は、それぞれ出力端子306A及び出力端
子306Dから出力される。The pressure inspection section 306C is responsible for detecting a relatively small external force having an inspection force of about several hundred g. The pressure inspection unit 306F is in charge of detecting a relatively large external force having a detection force of several kg. Then, each detection unit 306C, 20
The output value of 6F is output from output terminal 306A and output terminal 306D, respectively.
【0046】なお、上記では、2つの圧力検出部の場合
を述べたが、圧力検出部の個数は2つに限定される必要
はなく、必要に応じて適宜検出部の個数を増やすことは
可能である。In the above description, the case of two pressure detectors has been described. However, the number of pressure detectors need not be limited to two, and the number of detectors can be increased as needed. It is.
【0047】次いで、実際に接触物体108からの距離
を測定する場合について、図面を参照しながら説明す
る。Next, a case where the distance from the contact object 108 is actually measured will be described with reference to the drawings.
【0048】図8並びに図9には、検出装置100によ
る測定の動作原理について図解している。接触物体10
8がドグ103に接触することにより、ドグ103がシ
リンダ102に案内されながら上下方向に摺動する。こ
の結果、圧縮コイルばね104が伸縮して、センサ・ワ
ッシャ105を介して圧力センサー106に力が伝達さ
れる。この圧力センサー106に伝わる力に応じて、圧
力センサー106の出力を得ることができる。FIGS. 8 and 9 illustrate the principle of operation of measurement by the detection device 100. FIG. Contact object 10
When the dog 8 comes into contact with the dog 103, the dog 103 slides vertically while being guided by the cylinder 102. As a result, the compression coil spring 104 expands and contracts, and a force is transmitted to the pressure sensor 106 via the sensor washer 105. The output of the pressure sensor 106 can be obtained according to the force transmitted to the pressure sensor 106.
【0049】図10には、接触物体からの距離に対する
圧力センサの出力値の関係を示している。実際には、こ
の関係から圧力センサの出力値を基にして、接触物体か
らの距離を求めることができる。FIG. 10 shows the relationship between the distance from the contact object and the output value of the pressure sensor. Actually, the distance from the contact object can be obtained from this relationship based on the output value of the pressure sensor.
【0050】ここで、圧力センサ106は、状況に応じ
て前述した図6及び図7で示すいずれの方式を採用して
もよい。Here, the pressure sensor 106 may employ any of the above-described methods shown in FIGS. 6 and 7 depending on the situation.
【0051】また、圧縮コイルばね104を調整するこ
とにより、それぞれの圧力センサに適合した力を圧力セ
ンサ106に印加することが可能となる。Further, by adjusting the compression coil spring 104, it becomes possible to apply a force suitable for each pressure sensor to the pressure sensor 106.
【0052】次いで、完全に接触した後に接触物体10
8から受ける力すなわち反力を測定する場合について説
明する。Next, after completely contacting, the contact object 10
A description will be given of a case in which the force received from 8, that is, the reaction force is measured.
【0053】図9に示すように、ドグ103とセンサ・
ワッシャ105は接触している。この状態までドグ10
3が押し込まれると、圧縮コイルばね104から生じる
荷重により、接触物体108からドグ103に荷重が伝
わる。さらに、センサ・ワッシャ105を介して圧力セ
ンサ106に伝わる力の方が支配的となる。As shown in FIG. 9, the dog 103 and the sensor
Washers 105 are in contact. Dog 10 to this state
When 3 is pushed in, the load is transmitted from the contact object 108 to the dog 103 due to the load generated from the compression coil spring 104. Further, the force transmitted to the pressure sensor 106 via the sensor washer 105 becomes dominant.
【0054】したがって、この場合において圧力センサ
106における出力値によって、接触物体108から受
ける力を検出することが可能となる。Therefore, in this case, the force received from the contact object 108 can be detected based on the output value of the pressure sensor 106.
【0055】《注釈》 *:ZMPに基づく脚式移動ロボットの安定度判別規範
によれば、足底着地点を予め設定でき、路面形状に応じ
た足先の運動学的拘束条件を考慮し易いなどの利点があ
る。また、ZMPを安定度判別規範とすることは、力で
はなく軌道を運動制御上の目標値として扱うことを意味
するので、技術的に実現可能性が高まる。なお、ZMP
の概念並びにZMPを歩行ロボットの安定度判別規範に
適用する点については、Miomir Vukobratovic著"LEGGED
LOCOMOTION ROBOTS"(加藤一郎外著『歩行ロボットと
人工の足』(日刊工業新聞社))に記載されている。<< Remarks >> *: According to the stability discrimination standard of the legged mobile robot based on ZMP, the sole landing point can be set in advance, and the kinematic constraint condition of the toe according to the road surface shape can be easily considered. There are advantages such as. In addition, using ZMP as a stability determination criterion means that a trajectory, not a force, is treated as a target value in motion control, so that technical feasibility is increased. Note that ZMP
On the concept of ZMP and the application of ZMP to the stability criterion for walking robots, see "LEGGED by Miomir Vukobratovic."
LOCOMOTION ROBOTS "(by Ichiro Kato," Walking Robots and Artificial Feet "(Nikkan Kogyo Shimbun)).
【0056】[追補]以上、特定の実施例を参照しなが
ら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や
代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示とい
う形態で本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈
されるべきではない。本発明の要旨を判断するために
は、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきで
ある。[Supplement] The present invention has been described in detail with reference to the specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can modify or substitute the embodiment without departing from the spirit of the present invention. That is, the present invention has been disclosed by way of example, and should not be construed as limiting. In order to determine the gist of the present invention, the claims described at the beginning should be considered.
【0057】[0057]
【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
脚式移動ロボットと接触物体との距離と接触後に受ける
力を測定することができる、脚式移動ロボットのための
優れた検出装置を提供することができる。As described above in detail, according to the present invention,
An excellent detection device for a legged mobile robot that can measure the distance between the legged mobile robot and the contact object and the force received after the contact can be provided.
【0058】また、本発明によれば、接触物体との距離
と接触後に受ける力を同時に測定することができる、脚
式移動ロボットのための優れた検出装置を提供すること
ができる。Further, according to the present invention, it is possible to provide an excellent detection device for a legged mobile robot capable of simultaneously measuring the distance to a contact object and the force received after the contact.
【0059】また、本発明によれば、接触物体との距離
と接触後に受ける力を同時に測定することができる、簡
素で小型に構成された脚式移動ロボットのための検出装
置を提供することができる。Further, according to the present invention, it is possible to provide a detection device for a legged mobile robot, which can simultaneously measure the distance to a contact object and the force received after the contact, and which is configured to be simple and small. it can.
【0060】本発明に係る脚式移動ロボットのための検
出装置は、シート状の圧力センサを使用することのより
小型且つ軽量に構成することが可能である。The detection device for a legged mobile robot according to the present invention can be made smaller and lighter than using a sheet-shaped pressure sensor.
【0061】また、本発明の係る脚式移動ロボットのた
めの検出装置は、圧力センサを使用しているため、接触
物体からの距離及び接触後に物体から受ける力の双方
を、同一の装置上で測定することが可能である。Further, since the detecting device for the legged mobile robot according to the present invention uses the pressure sensor, both the distance from the contacting object and the force received from the object after the contacting are measured on the same device. It is possible to measure.
【0062】本発明の係る脚式移動ロボットのための検
出装置によれば、圧力センサの使用方法を工夫すること
により、通常必要とされる高性能なセンサを使用しなく
ても、脚式移動ロボットの適応制御に必要な検出システ
ムを構築することができる。According to the detection device for a legged mobile robot of the present invention, by devising a method of using a pressure sensor, it is possible to use a legged mobile robot without using a normally required high-performance sensor. A detection system necessary for adaptive control of the robot can be constructed.
【0063】また、本発明に係る脚式移動ロボットのた
めの検出装置は、物理的に複雑な機構を持たないので、
機体上で衝撃荷重が印加される部位に配設しても、破壊
する心配が少なくて済む。The detection device for a legged mobile robot according to the present invention does not have a physically complicated mechanism.
Even if it is arranged at a location where an impact load is applied on the fuselage, there is little fear of breakage.
【0064】本発明に係る脚式移動ロボットのための検
出装置は、シート状の圧力センサを使用することにより
小型軽量のシステムが可能となる。The detection device for a legged mobile robot according to the present invention enables a small and lightweight system by using a sheet-shaped pressure sensor.
【0065】また、本発明に係る脚式移動ロボットのた
めの検出装置は、圧力センサを使用しているので、単一
の装置構成で接触物体からの距離及び接触物体から受け
る力の両方を測定することが可能となる。Further, since the detection device for the legged mobile robot according to the present invention uses a pressure sensor, it measures both the distance from the contact object and the force received from the contact object with a single device configuration. It is possible to do.
【0066】また、本発明に係る脚式移動ロボットのた
めの検出装置は、圧力センサーの使用方法を工夫するこ
とにより、通常高性能はセンサーを必要とするが、高性
能なセンサーを使用しなくてもシステムを構成すること
が可能となる。The detection device for a legged mobile robot according to the present invention usually requires a high-performance sensor by devising a method of using a pressure sensor, but does not use a high-performance sensor. This makes it possible to configure the system.
【0067】また、本発明に係る脚式移動ロボットのた
めの検出装置は、複雑な機構部を持たないため、衝撃荷
重がかかる部分に使用しても壊れにくい。Further, since the detecting device for a legged mobile robot according to the present invention does not have a complicated mechanism, it is hardly broken even when used for a portion to which an impact load is applied.
【図1】本実施形態に係る検出装置の上面図である。FIG. 1 is a top view of a detection device according to an embodiment.
【図2】本実施形態に係る検出装置の断面構成を示した
図である。FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a detection device according to the embodiment.
【図3】本実施形態に係る検出装置100と接触物体1
08との関係を示した断面構成図である。FIG. 3 shows a detection device 100 and a contact object 1 according to the embodiment.
It is sectional drawing which showed the relationship with 08.
【図4】圧力センサ106の1つの構成例を示した図で
ある。FIG. 4 is a diagram showing one configuration example of a pressure sensor 106.
【図5】タイプの異なる2種類の圧力センサ素子を使用
して構成された圧力検出システムを示した図である。FIG. 5 is a diagram showing a pressure detection system configured using two types of pressure sensor elements of different types.
【図6】タイプの異なる2種類の圧力センサ素子を使用
して構成された圧力検出システムを示した図である。FIG. 6 is a diagram showing a pressure detection system configured using two types of pressure sensor elements of different types.
【図7】タイプの異なる2種類の圧力センサ素子を使用
して構成された圧力検出システムを示した図である。FIG. 7 is a diagram showing a pressure detection system configured using two types of pressure sensor elements of different types.
【図8】検出装置100が接触物体との距離を測ってい
る状態を示した断面構成図である。FIG. 8 is a cross-sectional configuration diagram showing a state where the detection device 100 is measuring a distance from a contact object.
【図9】検出装置100が接触物体から受ける力を測っ
ている状態を示した断面構成図である。FIG. 9 is a cross-sectional configuration diagram showing a state where the detection device 100 is measuring a force received from a contact object.
【図10】接触物体からの距離に対する圧力センサの出
力値の関係を示したグラフである。FIG. 10 is a graph showing a relationship between an output value of a pressure sensor and a distance from a contact object.
100…検出装置 101…ベース 100…シリンダ 103…ドグ 104…圧縮コイルばね 105…センサ・ワッシャ 106…シート状圧力センサ 106A…圧力センサ端子 106B…配線部 106C…圧力検出部 107…蓋 108…接触物体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Detection device 101 ... Base 100 ... Cylinder 103 ... Dog 104 ... Compression coil spring 105 ... Sensor / washer 106 ... Sheet-shaped pressure sensor 106A ... Pressure sensor terminal 106B ... Wiring part 106C ... Pressure detection part 107 ... Lid 108 ... Contact object
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2C150 CA01 DA04 DA28 ED42 ED52 EF03 EF07 EF11 EF16 EF22 EF23 2F051 AA10 AB07 BA07 2F069 AA02 AA06 AA98 BB04 GG02 GG17 GG62 HH02 MM21 3C007 AS36 CS08 KS34 KS36 KV04 KW03 KX12 WA03 WA13 WC23 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference) 2C150 CA01 DA04 DA28 ED42 ED52 EF03 EF07 EF11 EF16 EF22 EF23 2F051 AA10 AB07 BA07 2F069 AA02 AA06 AA98 BB04 GG02 GG17 GG62 HH02 MM21 3C007 WAK
Claims (8)
触後に受ける力を測定する検出装置であって、 接触前の物体までの距離を測定する距離測定部と、 接触後の物体から受ける反力を測定する反力測定部と、
を具備することを特徴とする脚式移動ロボットのための
検出装置。1. A detecting device for measuring a distance between a legged mobile robot and a contact object and a force received after the contact, a distance measuring unit for measuring a distance to the object before the contact, and a detecting device for receiving the force from the object after the contact. A reaction force measuring unit for measuring the reaction force,
A detection device for a legged mobile robot, comprising:
いる、ことを特徴とする請求項1に記載の脚式移動ロボ
ットのための検出装置。。2. The detection device for a legged mobile robot according to claim 1, wherein the detection device is provided on a sole of the legged mobile robot. .
触後に受ける力を測定する検出装置であって、 印加されている荷重を測定する荷重測定部と、 前記荷重測定部における測定荷重が所定値以下の期間中
は接触前の物体までの距離を測定する距離測定部と、 前記荷重測定部における測定荷重が所定値を越えた時点
からは接触後の物体から受ける反力を測定する反力測定
部と、を具備することを特徴とする脚式移動ロボットの
ための検出装置。3. A detecting device for measuring a distance between a legged mobile robot and a contact object and a force received after the contact, wherein a load measuring unit for measuring an applied load; A distance measuring unit that measures a distance to the object before contact during a period equal to or less than a predetermined value; A detection device for a legged mobile robot, comprising: a force measurement unit.
いる、ことを特徴とする請求項3に記載の脚式移動ロボ
ットのための検出装置。4. The detection device for a legged mobile robot according to claim 3, wherein the detection device is provided on a sole of the legged mobile robot.
構成される、ことを特徴とする請求項3に記載の脚式移
動ロボットのための検出装置。5. The detecting device for a legged mobile robot according to claim 3, wherein said load measuring section is constituted by a sheet-shaped pressure sensor.
触後に受ける力を測定する検出装置であって、 シート状の圧力センサと、 測定対象物に当接する検知子と、 前記検知子を前記圧力センサ表面に対して略垂直方向に
所定の可動範囲内で案内する案内部と、 一端が圧力センサに当接されるとともに、他端で前記検
知子を測定対象物に向かって前記略垂直方向に付勢する
とともに前記検知子が受ける反力を前記圧力センサに伝
達する付勢部と、を備え、 前記検知子が測定対象に当接して前記略垂直方向に完全
に埋没するまでの期間を利用して接触前の物体までの距
離を測定する距離測定モードと、 前記検知子が測定対象に当接して前記略垂直方向に完全
に埋没した状態で接触後の物体から受ける反力を測定す
る反力測定モードと、を有することを特徴とする脚式移
動ロボットのための検出装置。6. A detection device for measuring a distance between a legged mobile robot and a contact object and a force received after the contact, wherein a sheet-shaped pressure sensor, a detector contacting an object to be measured, and the detector A guide portion for guiding the surface of the pressure sensor in a direction substantially perpendicular to the surface of the pressure sensor within a predetermined movable range; A biasing unit that urges the detector in the direction and transmits a reaction force received by the detector to the pressure sensor; anda period in which the detector contacts the measurement target and is completely buried in the substantially vertical direction. A distance measurement mode for measuring a distance to an object before contact using the sensor, and measuring a reaction force received from the object after contact in a state where the detector comes into contact with the measurement target and is completely buried in the substantially vertical direction. Reaction force measurement mode Detecting device for a legged mobile robot, characterized in that.
いる、ことを特徴とする請求項6に記載の脚式移動ロボ
ットのための検出装置。7. The detection device for a legged mobile robot according to claim 6, wherein the detection device is provided on a sole of the legged mobile robot.
定する第1の圧力検出部と、比較的大きい外力を測定す
る第2の圧力検出部とを備え、 前記距離測定モード下では前記第1の圧力検出部の出力
を用いて測定対象までの距離を測定し、 前記反力測定モード下では前記第2の圧力検出部の出力
を用いて測定対象から受ける反力を測定する、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ための検
出装置。8. The pressure sensor includes a first pressure detector for measuring a relatively small external force, and a second pressure detector for measuring a relatively large external force. Measuring the distance to the measurement target using the output of the first pressure detection unit, and measuring the reaction force received from the measurement target using the output of the second pressure detection unit under the reaction force measurement mode. The detection device for a legged mobile robot according to claim 6.
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