JP2003266357A - Leg type robot and palm structure of its hand - Google Patents

Leg type robot and palm structure of its hand

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JP2003266357A
JP2003266357A JP2002074061A JP2002074061A JP2003266357A JP 2003266357 A JP2003266357 A JP 2003266357A JP 2002074061 A JP2002074061 A JP 2002074061A JP 2002074061 A JP2002074061 A JP 2002074061A JP 2003266357 A JP2003266357 A JP 2003266357A
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JP
Japan
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gear
link
joint
palm
robot
Prior art date
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Pending
Application number
JP2002074061A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ken Yamagishi
建 山岸
Satoshi Muto
智 武藤
Original Assignee
Sony Corp
ソニー株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp, ソニー株式会社 filed Critical Sony Corp
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Publication of JP2003266357A publication Critical patent/JP2003266357A/en
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/04Gripping heads and other end effectors with provision for the remote detachment or exchange of the head or parts thereof
    • B25J15/0475Exchangeable fingers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0009Gripping heads and other end effectors comprising multi-articulated fingers, e.g. resembling a human hand

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve durability performance against external force such as bending, twist, and shock load in a finger part having an articulated curved structure mounted on the palm of the hand of a robot device. <P>SOLUTION: A hand part is constituted by attaching five articulated curved mechanisms constituting the thumb, the forefinger, the middle finger, the third finger, and the little finger, respectively, to a support frame constituting the back of its hand through a buffer part like a plate spring. When external force such as bending, twist, and shock load is applied to a finger, the plate spring is deformed to absorb the external force. That is, since the articulated curved mechanism does not receive external force directly due to the rigidity of the support frame, durability performance as the finger is improved. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、多数の関節自由度
を持つ脚式移動ロボットに係り、特に、手の平に多関節
で湾曲可能な指が装備されて指先動作を行なう脚式移動
ロボット並びにロボットの手の平構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a legged mobile robot having a large number of joint degrees of freedom, and more particularly to a legged mobile robot and a robot equipped with articulated and bendable fingers on the palm for fingertip movement. About the palm structure of.
【0002】[0002]
【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 makes a motion similar to a human motion by using an electrical or magnetic action is called a "robot". The origin of the robot is the Slavic word "ROBO".
It is said that it is derived from "TA (slave machine)." In Japan, robots began to be popular since the end of the 1960s, but most of them are automation of production work in factories.
It was an industrial robot such as a manipulator and a transfer robot for the purpose of unmanned operation.
【0003】最近では、イヌやネコ、クマのように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、ヒトやサルなどの2足直立歩行
を行う動物の身体メカニズムや動作を模した「人間形」
若しくは「人間型」のロボット(humanoid robot)な
ど、脚式移動ロボットの構造やその安定歩行制御に関す
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。これら脚式移動ロボットは、クローラ式ロボットに
比し不安定で姿勢制御や歩行制御が難しくなるが、階段
の昇降や障害物の乗り越えなど、柔軟な歩行・走行動作
を実現できるという点で優れている。
Recently, a pet type robot imitating the body mechanism of a four-legged animal such as dogs, cats, and bears and its movements, or the body mechanism of an animal that performs two-legged upright walking, such as a human or a monkey, has been used. "Humanoid" that imitates movement
Alternatively, research and development on the structure of legged mobile robots such as "humanoid robots" and their stable walking control have progressed, and expectations for their practical application are increasing. These legged mobile robots are more unstable than crawler robots, making posture control and walking control difficult, but they are superior in that they can realize flexible walking and running operations such as climbing stairs and climbing over obstacles. There is.
【0004】脚式移動ロボットの用途の1つとして、産
業活動・生産活動等における各種の難作業の代行が挙げ
られる。例えば、原子力発電プラントや火力発電プラン
ト、石油化学プラントにおけるメンテナンス作業、製造
工場における部品の搬送・組立作業、高層ビルにおける
清掃、火災現場その他における救助といったような危険
作業・難作業の代行などである。
One of the uses of legged mobile robots is to perform various difficult tasks in industrial activities, production activities, and the like. For example, maintenance work in nuclear power plants, thermal power plants, and petrochemical plants, parts transportation / assembly work in manufacturing plants, cleaning in high-rise buildings, agency of dangerous work / difficult work such as rescue at fire sites and the like. .
【0005】また、脚式移動ロボットの他の用途とし
て、上述の作業支援というよりも、生活密着型、すなわ
ち人間との「共生」あるいは「エンターティンメント」
という用途が挙げられる。この種のロボットは、ヒトあ
るいはイヌ(ペット)、クマなどの比較的知性の高い脚
式歩行動物の動作メカニズムや四肢を利用した豊かな感
情表現を忠実に再現する。また、あらかじめ入力された
動作パターンを単に忠実に実行するだけではなく、ユー
ザ(あるいは他のロボット)から受ける言葉や態度
(「褒める」とか「叱る」、「叩く」など)に対して動
的に対応した、生き生きとした応答表現を実現すること
も要求される。
As another application of the legged mobile robot, it is more of a life-oriented type, that is, "symbiosis" or "entertainment" with humans, rather than the above-mentioned work support.
There are uses. This kind of robot faithfully reproduces the motion mechanism of humans, dogs (pets), bears and other relatively intelligent legged walking animals and the rich emotional expression using the limbs. In addition to simply faithfully executing the pre-entered motion pattern, it also dynamically responds to the words and attitudes received from the user (or other robot) (such as "praise", "scrib", "hit", etc.). It is also required to realize corresponding and lively response expressions.
【0006】従来の玩具機械は、ユーザ操作と応答動作
との関係が固定的であり、玩具の動作をユーザの好みに
合わせて変更することはできない。この結果、ユーザは
同じ動作しか繰り返さない玩具をやがては飽きてしまう
ことになる。これに対し、インテリジェントなロボット
は、対話や多彩な機体動作などからなる行動を自律的に
選択することから、より高度な知的レベルでリアリステ
ィックなコミュニケーションを実現することが可能とな
る。この結果、ユーザはロボットに対して深い愛着や親
しみを感じる。
In the conventional toy machine, the relationship between the user operation and the response motion is fixed, and the motion of the toy cannot be changed according to the user's preference. As a result, the user eventually gets tired of the toy that repeats only the same operation. On the other hand, intelligent robots autonomously select actions consisting of dialogues and various body movements, so that it is possible to realize realistic communication at a higher intellectual level. As a result, the user feels deep attachment and familiarity with the robot.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】脚式移動ロボットは、
胴体部分の左右に均等な可動脚が取り付けられた構造を
装備し、人間の住空間で最低限の作業を行うことができ
る。さらに、作業空間内での物体の把持や特定の対象物
の操作、あるいは上半身を用いたジェスチャやダンスな
ど、より高度な機能や行動を行なう。このとき、上肢の
先端の手部において指先動作を備えていれば、表現力が
さらに増すであろう。勿論、コップやその他の物理オブ
ジェクトを把持したりするためにも、指先動作は必要に
なる。
[Problems to be Solved by the Invention] The legged mobile robot is
Equipped with a structure in which evenly movable legs are attached to the left and right of the body, it is possible to perform a minimum amount of work in a human living space. Furthermore, it performs more advanced functions and actions such as grasping an object in a work space, operating a specific object, or gesturing or dancing using the upper body. At this time, if the hand part at the tip of the upper limb is provided with a fingertip motion, the power of expression will be further increased. Of course, the fingertip motion is also required to grip a cup or other physical object.
【0008】多関節湾曲機構は、一般に、可動軸毎にア
クチュエータを配設することにより設計・製作される。
このため、指のように細長く、且つ、各関節間を接続す
るリンクの間隔が極めて短い部位の場合には、関節機構
が大型で複雑になってしまい、指らしくなくなってしま
う。
The articulated bending mechanism is generally designed and manufactured by disposing an actuator for each movable axis.
For this reason, in the case of a portion such as a finger that is long and thin and the interval between the links that connect the joints is extremely short, the joint mechanism becomes large and complicated, and the finger becomes unusable.
【0009】そこで、本出願人に既に譲渡されている特
願2001−189764号明細書には、ロボットの指
などに適用することができる多関節湾曲機構について提
案されている。同明細書に記載の多関節湾曲機構は、入
力側のギアと出力側のギアを含む複数個のギアを歯合さ
せて回転可能に支持するリンクどうしを連結させて構成
される。各リンクは奇数個のギアを歯合させて回転可能
に支持し、入力端のギアに印加された回転方向と同じ回
転方向で出力端のギアが回転するように構成されてい
る。隣接するリンクの間では、一方のリンクにおける出
力側のギアと他方のリンクにおける入力側のギアとを共
有しており、該共有されたギアの回転軸は多関節湾曲機
構の関節自由度を構成する。
Therefore, Japanese Patent Application No. 2001-189764 assigned to the present applicant proposes a multi-joint bending mechanism applicable to the fingers of a robot. The articulated bending mechanism described in this specification is configured by connecting links that rotatably support a plurality of gears, including an input gear and an output gear, in mesh with each other. Each link rotatably supports an odd number of gears in mesh with each other, and the output end gear rotates in the same rotation direction as the rotation direction applied to the input end gear. Between adjacent links, the output side gear of one link and the input side gear of the other link are shared, and the rotation axis of the shared gear constitutes the joint degree of freedom of the multi-joint bending mechanism. To do.
【0010】このような小型且つ軽量に製作することが
可能な多関節湾曲機構を用いることにより、ヒューマノ
イドなどの脚式移動ロボットの手部に複数本(5本)の
可動指を装備することができる。
By using such a multi-joint bending mechanism that can be manufactured in a small size and a light weight, it is possible to equip the hand portion of a legged mobile robot such as a humanoid with a plurality of (five) movable fingers. it can.
【0011】しかしながら、この種の小型部品は曲げや
捻じり、衝撃荷重のような外力に対する耐久性能に欠け
る。特に指は手先に配置されることから、機体の転倒・
落下時などにおいて外力が印加され易く、破損したり、
あるいは部品の変形などにより作動しなくなってしまう
と意味がない。
However, this type of small-sized component lacks durability against external force such as bending, twisting, and impact load. Especially, since the fingers are placed on the hands,
External force is easily applied when dropped, causing damage or
Alternatively, it would be meaningless if it would stop working due to deformation of parts.
【0012】本発明は、上述したような技術的課題を鑑
みたものであり、その主な目的は、手の平に多関節で湾
曲可能な指が装備されている、優れた脚式移動ロボット
並びにロボットの手の平構造を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned technical problems, and its main purpose is to provide an excellent legged mobile robot and a robot in which a palm is provided with articulated and bendable fingers. To provide a palm structure.
【0013】本発明のさらなる目的は、手の平に搭載さ
れた多関節湾曲構造の指部における曲げや捻じり、衝撃
荷重のような外力に対する耐久性能を向上することにあ
る。
A further object of the present invention is to improve the durability performance against external force such as bending, twisting and impact load in the finger portion of the articulated bending structure mounted on the palm.
【0014】[0014]
【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、指先動作を行なう
脚式ロボットであって、1以上の腕部と、前記腕部の略
先端に配設された手の平と、緩衝部を介して前記手の平
に取り付けられた1以上の指と、を具備することを特徴
とする脚式ロボットである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in consideration of the above problems, and is a legged robot that performs a fingertip motion, and includes one or more arm portions and the arm portions. A legged robot comprising: a palm disposed at a tip and one or more fingers attached to the palm via a cushioning portion.
【0015】本発明によれば、手部は、手の甲を構成す
る支持フレームに、親指、人差し指、中指、薬指、並び
に小指が、例えば板ばね状の緩衝部を介して取り付けて
構成される。指に曲げや捻じり、衝撃荷重のような外力
が印加された場合、板ばねが変形することにより外力が
吸収される。すなわち、多関節湾曲機構は、支持フレー
ムの剛性により外力を直接受容することがなくなるの
で、指としての耐久性能が向上する。
According to the present invention, the hand portion is constructed by attaching the thumb, the index finger, the middle finger, the ring finger, and the little finger to the support frame which constitutes the back of the hand, for example, via the cushion portion in the form of a leaf spring. When an external force such as bending, twisting, or impact load is applied to a finger, the leaf spring is deformed to absorb the external force. That is, the multi-joint bending mechanism does not directly receive an external force due to the rigidity of the support frame, and thus the durability performance as a finger is improved.
【0016】ここで、前記の各指は、入力側のギアと出
力側のギアを含む複数個のギアを歯合させて回転可能に
支持するリンクどうしを連結させてなる多関節湾曲機構
で構成されている。
Here, each finger is composed of a multi-joint bending mechanism in which a plurality of gears including an input side gear and an output side gear are meshed with each other to connect links that are rotatably supported. Has been done.
【0017】前記多関節湾曲機構の各リンクは奇数個の
ギアを歯合させて回転可能に支持し、入力端のギアに印
加された回転方向と同じ回転方向で出力端のギアが回転
するように構成されている。したがって、各リンク間の
関節が一定方向に湾曲するように作動するので、手の平
の内側に湾曲していくという指の自然な動作を実現する
ことができる。
Each link of the multi-joint bending mechanism rotatably supports an odd number of gears in mesh with each other so that the output end gear rotates in the same rotation direction as the rotation direction applied to the input end gear. Is configured. Therefore, since the joint between the links operates so as to bend in a certain direction, it is possible to realize a natural operation of the finger that bends inward of the palm.
【0018】前記多関節湾曲機構は最も根元のリンクに
おける入力側のギアに対して回転力を付与する駆動部を
さらに備えていてもよい。前記駆動部は、最も根元のリ
ンクにおける入力側のギアから所定値以上の回転反力が
印加されると回転軸を解放して該入力側のギアの回転を
自由にするクラッチ機構を備えることにより、多関節湾
曲機構に異常な反力が印加されても、ギアが解放される
ことにより、指の破壊を防止することができる。
The multi-joint bending mechanism may further include a drive unit that applies a rotational force to the input-side gear of the most root link. The drive unit includes a clutch mechanism that releases the rotation shaft to freely rotate the input-side gear when a rotational reaction force of a predetermined value or more is applied from the input-side gear in the most root link. Even if an abnormal reaction force is applied to the multi-joint bending mechanism, the gear is released to prevent the finger from being broken.
【0019】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形態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 as follows.
It will be apparent from the embodiments of the present invention described later and the more detailed description based on the accompanying drawings.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態について詳解する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0021】A.脚式移動ロボットの機械的構成 図1及び図2には本発明の実施に供される「人間形」又
は「人間型」の脚式移動ロボット100が直立している
様子を前方及び後方の各々から眺望した様子を示してい
る。図示の通り、脚式移動ロボット100は、胴体部
と、頭部と、左右の上肢部と、脚式移動を行う左右2足
の下肢部とで構成され、例えば胴体に内蔵されている制
御部(図示しない)により機体の動作を統括的にコント
ロールするようになっている。
A. Mechanical Configuration of Legged Mobile Robot FIG. 1 and FIG. 2 show front and rear views of a “humanoid” or “humanoid” legged mobile robot 100 used for carrying out the present invention. It shows the view from above. As shown in the figure, the legged mobile robot 100 is composed of a body, a head, left and right upper limbs, and two left and right lower limbs that perform legged movement. For example, a control unit built in the body. By (not shown), the operation of the airframe is comprehensively controlled.
【0022】左右各々の下肢は、大腿部と、膝関節と、
脛部と、足首と、足平とで構成され、股関節によって体
幹部の略最下端にて連結されている。また、左右各々の
上肢は、上腕と、肘関節と、前腕とで構成され、肩関節
によって体幹部の上方の左右各側縁にて連結されてい
る。また、頭部は、首関節によって体幹部の略最上端中
央に連結されている。
The left and right lower limbs have a thigh, a knee joint, and
It is composed of a shin, an ankle, and a foot, and is connected by a hip joint at approximately the lowermost end of the trunk. Each of the left and right upper limbs is composed of an upper arm, an elbow joint, and a forearm, and is connected by shoulder joints at the left and right side edges above the trunk. The head is connected to the center of the uppermost end of the trunk by a neck joint.
【0023】制御部は、この脚式移動ロボット100を
構成する各関節アクチュエータの駆動制御や各センサ
(後述)などからの外部入力を処理するコントローラ
(主制御部)や、電源回路その他の周辺機器類を搭載し
た筐体である。制御部は、その他、遠隔操作用の通信イ
ンターフェースや通信装置を含んでいてもよい。
The control unit is a controller (main control unit) for controlling the drive of each joint actuator of the legged mobile robot 100 and an external input from each sensor (described later), a power supply circuit and other peripheral devices. It is a case that is equipped with various types. The control unit may also include a communication interface and a communication device for remote operation.
【0024】このように構成された脚式移動ロボット1
00は、制御部による全身協調的な動作制御により、2
足歩行を実現することができる。かかる2足歩行は、一
般に、以下に示す各動作期間に分割される歩行周期を繰
り返すことによって行われる。すなわち、
The legged mobile robot 1 configured as described above
00 is 2 by the whole-body cooperative operation control by the control unit.
It is possible to realize foot walking. Such bipedal walking is generally performed by repeating a walking cycle divided into the following operation periods. That is,
【0025】(1)右脚を持ち上げた、左脚による単脚
支持期 (2)右足が接地した両脚支持期 (3)左脚を持ち上げた、右脚による単脚支持期 (4)左足が接地した両脚支持期
(1) Single leg support period with left leg with right leg lifted (2) Both legs support period with right foot grounded (3) Single leg support period with right leg lifted, right leg (4) Left leg supported Grounded both legs support period
【0026】脚式移動ロボット100における歩行制御
は、あらかじめ下肢の目標軌道を計画し、上記の各期間
において計画軌道の修正を行うことによって実現され
る。すなわち、両脚支持期では、下肢軌道の修正を停止
して、計画軌道に対する総修正量を用いて腰の高さを一
定値で修正する。また、単脚支持期では、修正を受けた
脚の足首と腰との相対位置関係を計画軌道に復帰させる
ように修正軌道を生成する。
Walking control in the legged mobile robot 100 is realized by planning the target trajectory of the lower limb in advance and correcting the planned trajectory in each of the above periods. That is, in the two-leg support period, the correction of the lower limb trajectory is stopped, and the hip height is corrected to a constant value using the total correction amount for the planned trajectory. In the single-leg support period, a corrected trajectory is generated so that the corrected relative positional relationship between the ankle and the waist of the leg is returned to the planned trajectory.
【0027】歩行動作の軌道修正を始めとして、機体の
姿勢安定制御には、一般に、ZMPに対する偏差を小さ
くするための位置、速度、及び加速度が連続となるよう
に、5次多項式を用いた補間計算により行う。ZMP
(Zero Moment Point)を歩行の安定度判別の規範とし
て用いている。ZMPによる安定度判別規範は、歩行系
から路面には重力と慣性力、並びにこれらのモーメント
が路面から歩行系への反作用としての床反力並びに床反
力モーメントとバランスするという「ダランベールの原
理」に基づく。力学的推論の帰結として、足底接地点と
路面の形成する支持多角形(すなわちZMP安定領域)
の辺上あるいはその内側にピッチ軸及びロール軸モーメ
ントがゼロとなる点、すなわち「ZMP(Zero Moment
Point)」が存在する。
In order to control the attitude of the airframe such as the trajectory correction of the walking motion, generally, interpolation using a quintic polynomial is performed so that the position, velocity and acceleration are continuous in order to reduce the deviation with respect to ZMP. It is calculated. ZMP
(Zero Moment Point) is used as a criterion for determining the walking stability. The stability discrimination criterion by ZMP is "Durhamber's principle" that gravity and inertial force from the walking system to the road surface, and these moments balance with the floor reaction force and floor reaction force moment as a reaction from the road surface to the walking system. based on. As a result of mechanical reasoning, the supporting polygon formed by the plantar ground contact point and the road surface (ie, ZMP stable region)
On the side of or inside the point where the pitch axis and roll axis moments are zero, that is, "ZMP (Zero Moment
Point) ”exists.
【0028】図3には、この脚式移動ロボット100が
具備する関節自由度構成を模式的に示している。同図に
示すように、脚式移動ロボット100は、2本の腕部と
頭部1を含む上肢と、移動動作を実現する2本の脚部か
らなる下肢と、上肢と下肢とを連結する体幹部とで構成
された、複数の肢を備えた構造体である。
FIG. 3 schematically shows a joint degree-of-freedom structure of the legged mobile robot 100. As shown in the figure, the legged mobile robot 100 connects an upper limb including two arms and a head 1, a lower limb composed of two legs for realizing a moving motion, and an upper limb and a lower limb. It is a structure having a plurality of limbs, which is composed of a trunk.
【0029】頭部を支持する首関節(Neck)は、首
関節ヨー軸1と、第1及び第2の首関節ピッチ軸2A及
び2Bと、首関節ロール軸3という3自由度を有してい
る。
The neck joint (Neck) that supports the head has three degrees of freedom: a neck joint yaw axis 1, first and second neck joint pitch axes 2A and 2B, and a neck joint roll axis 3. There is.
【0030】また、各腕部は、その自由度として、肩
(Shoulder)における肩関節ピッチ軸4と、肩
関節ロール軸5と、上腕ヨー軸6、肘(Elbow)に
おける肘関節ピッチ軸7と、手首(Wrist)におけ
る手首関節ヨー軸8と、手部とで構成される。手部は、
複数本の指を含む多関節・多自由度構造体であるが、そ
の詳細については後に詳解する。
The degrees of freedom of each arm are a shoulder joint pitch axis 4 at the shoulder (Shoulder), a shoulder joint roll axis 5, an upper arm yaw axis 6, and an elbow joint pitch axis 7 at the elbow (Elbow). , A wrist joint yaw axis 8 in the wrist (Wrist) and a hand portion. The hand is
The multi-joint / multi-degree-of-freedom structure including a plurality of fingers will be described in detail later.
【0031】また、体幹部(Trunk)は、体幹ピッ
チ軸9と、体幹ロール軸10という2自由度を有する。
The trunk portion (Trunk) has two degrees of freedom: a trunk pitch axis 9 and a trunk roll axis 10.
【0032】また、下肢を構成する各々の脚部は、股関
節(Hip)における股関節ヨー軸11と、股関節ピッ
チ軸12と、股関節ロール軸13と、膝(Knee)に
おける膝関節ピッチ軸14と、足首(Ankle)にお
ける足首関節ピッチ軸15と、足首関節ロール軸16
と、足部とで構成される。
Each leg constituting the lower limb has a hip joint yaw axis 11 in a hip joint (Hip), a hip joint pitch axis 12, a hip joint roll axis 13, and a knee joint pitch axis 14 in a knee (Knee). Ankle joint pitch axis 15 and ankle joint roll axis 16 in the ankle
And a foot part.
【0033】B.指部の構造 ロボットが可動指を装備することにより、多彩な指先動
作により表現力を増したり、コップやその他の物理オブ
ジェクトを把持したりすることが可能となる。この項で
は、ロボットの指先として適用することができる多関節
湾曲機構について説明する。
B. Finger structure By equipping the robot with movable fingers, it is possible to increase the expressive power of various fingertip movements and to hold cups and other physical objects. In this section, a multi-joint bending mechanism applicable as a fingertip of a robot will be described.
【0034】図4、図5、及び図6には、本発明の一実
施形態に係る多関節湾曲機構が略直線状に伸展した様子
をそれぞれ正面、側面、及び斜視した図を示している。
同様に、図7、図8、及び図9には、この多関節湾曲機
構が屈曲した様子をそれぞれ正面、側面、及び斜視した
図を示している。
4, 5, and 6 are front, side, and perspective views, respectively, showing a state in which the multi-joint bending mechanism according to an embodiment of the present invention is extended in a substantially linear shape.
Similarly, FIGS. 7, 8 and 9 show front, side and perspective views of the bent state of the multi-joint bending mechanism, respectively.
【0035】各図に示すように、この多関節湾曲機構
は、直列的に連結される7個のリンク111〜117
と、この連結されたリンクの終端に連結された末端部1
18とで構成される。また、連結されたリンクの他端に
は、この多関節湾曲機構に対して湾曲並びに伸展するた
めの駆動力を供給する駆動ユニット120が取り付けら
れている。
As shown in each drawing, this multi-joint bending mechanism has seven links 111 to 117 connected in series.
And the end 1 connected to the end of this connected link
18 and. A drive unit 120 that supplies a driving force for bending and extending the multi-joint bending mechanism is attached to the other end of the linked links.
【0036】駆動ユニット120は、電磁気的作用によ
って回転運動を生じるモータ121と、このモータ12
1の回転軸に一体的に取り付けられたピニオン122
と、ピニオン122と歯合して回転軸を直交方向に変換
するウォーム・ギア123と、ウォーム・ギア123から
得られる回転力を所定の減速比で減速しながら多関節湾
曲機構まで伝達する4個のギア124〜127とで構成
される。
The drive unit 120 includes a motor 121 that produces a rotational movement due to electromagnetic action, and the motor 12
Pinion 122 integrally attached to the rotating shaft of No. 1
And a worm gear 123 that meshes with the pinion 122 to convert the rotation axis to the orthogonal direction, and four pieces that transmit the rotational force obtained from the worm gear 123 to the articulated bending mechanism while decelerating at a predetermined reduction ratio. Gears 124 to 127.
【0037】多関節湾曲機構を構成する各リンク111
〜117は、それぞれ3個若しくは奇数個のギアを回転
可能に収容している。隣接する各ギアどうしは歯合して
いる。奇数個のギアで回転力を伝達することにより、入
力側のギアと出力側のギアとで回転方向を一致させるこ
とができる。また、隣接する各リンク間では、一方の入
力側のギアを他方の出力側のギアとして共有することに
よって、この共有されるギアの回転軸回りの自由度を持
つ関節を構成している。
Each link 111 constituting the articulated bending mechanism
1 to 117 respectively rotatably accommodate three or an odd number of gears. The adjacent gears are in mesh with each other. By transmitting the rotational force with an odd number of gears, the input gears and the output gears can have the same rotation direction. Further, between adjacent links, one input side gear is shared as the other output side gear to form a joint having a degree of freedom around the rotation axis of the shared gear.
【0038】リンク111は、3個のギア131,13
2,及び133を回転可能に直列的に支持している。一
端のギア131は、駆動ユニット120の出力ギア12
7と歯合することによって回転駆動力を入力する。ギア
131の回転軸は、多関節湾曲機構の第0関節を構成す
る。そして、ギア131とは歯合するギア132を経
て、ギア133に同じ回転方向の回転力が伝達される。
The link 111 includes three gears 131 and 13
2, and 133 are rotatably supported in series. The gear 131 at one end is the output gear 12 of the drive unit 120.
The rotation driving force is input by meshing with 7. The rotation axis of the gear 131 constitutes the 0th joint of the multi-joint bending mechanism. Then, the rotational force in the same rotational direction is transmitted to the gear 133 via the gear 132 that meshes with the gear 131.
【0039】また、リンク112は、3個のギア13
3,134,及び135を回転可能に直列的に支持して
いる。一端のギア133は、隣り合うリンク111と共
有されており、ギア133の回転軸は多関節湾曲機構の
第1関節を構成する。そして、ギア133に印加された
回転力は、ギア133とは歯合するギア134を経て、
ギア135に同じ回転方向の回転力が伝達される。
The link 112 has three gears 13
3, 134 and 135 are rotatably supported in series. The gear 133 at one end is shared with the adjacent link 111, and the rotation axis of the gear 133 constitutes the first joint of the multi-joint bending mechanism. Then, the rotational force applied to the gear 133 passes through the gear 134 that meshes with the gear 133,
The rotational force in the same rotational direction is transmitted to the gear 135.
【0040】また、リンク113は、3個のギア13
5,136,及び137を回転可能に直列的に支持して
いる。一端のギア135は、隣り合うリンク112と共
有されており、ギア135の回転軸は多関節湾曲機構の
第2関節を構成する。そして、ギア135に印加された
回転力は、ギア135とは歯合するギア136を経て、
ギア137に同じ回転方向の回転力が伝達される。
The link 113 has three gears 13
5, 136, and 137 are rotatably supported in series. The gear 135 at one end is shared with the adjacent link 112, and the rotation axis of the gear 135 constitutes the second joint of the multi-joint bending mechanism. Then, the rotational force applied to the gear 135 passes through the gear 136 that meshes with the gear 135,
The rotational force in the same rotational direction is transmitted to the gear 137.
【0041】また、リンク114は、3個のギア13
7,138,及び139を回転可能に直列的に支持して
いる。一端のギア137は、隣り合うリンク113と共
有されており、ギア137の回転軸は多関節湾曲機構の
第3関節を構成する。そして、ギア137に印加された
回転力は、ギア137とは歯合するギア138を経て、
ギア139に同じ回転方向の回転力が伝達される。
The link 114 has three gears 13
7, 138 and 139 are rotatably supported in series. The gear 137 at one end is shared with the adjacent link 113, and the rotation axis of the gear 137 constitutes the third joint of the multi-joint bending mechanism. Then, the rotational force applied to the gear 137 passes through the gear 138 that meshes with the gear 137,
The rotational force in the same rotational direction is transmitted to the gear 139.
【0042】また、リンク115は、3個のギア13
9,140,及び141を回転可能に直列的に支持して
いる。一端のギア139は、隣り合うリンク114と共
有されており、ギア139の回転軸は多関節湾曲機構の
第4関節を構成する。そして、ギア139に印加された
回転力は、ギア139とは歯合するギア140を経て、
ギア141に同じ回転方向の回転力が伝達される。
The link 115 has three gears 13
9, 140 and 141 are rotatably supported in series. The gear 139 at one end is shared with the adjacent link 114, and the rotation axis of the gear 139 constitutes the fourth joint of the multi-joint bending mechanism. Then, the rotational force applied to the gear 139 passes through the gear 140 that meshes with the gear 139,
The rotational force in the same rotational direction is transmitted to the gear 141.
【0043】また、リンク116は、3個のギア14
1,142,及び143を回転可能に直列的に支持して
いる。一端のギア141は、隣り合うリンク115と共
有されており、ギア141の回転軸は多関節湾曲機構の
第5関節を構成する。そして、ギア141に印加された
回転力は、ギア141とは歯合するギア142を経て、
ギア143に同じ回転方向の回転力が伝達される。
Further, the link 116 has three gears 14
1, 142, and 143 are rotatably supported in series. The gear 141 at one end is shared with the adjacent link 115, and the rotation axis of the gear 141 constitutes the fifth joint of the multi-joint bending mechanism. Then, the rotational force applied to the gear 141 passes through the gear 142 that meshes with the gear 141,
The rotational force in the same rotational direction is transmitted to the gear 143.
【0044】また、リンク117は、3個のギア14
3,144,及び145を回転可能に直列的に支持して
いる。一端のギア143は、隣り合うリンク116と共
有されており、ギア143の回転軸は多関節湾曲機構の
第6関節を構成する。そして、ギア143に印加された
回転力は、ギア143とは歯合するギア144を経て、
ギア145に同じ回転方向の回転力が伝達される。
The link 117 has three gears 14
3, 144, and 145 are rotatably supported in series. The gear 143 at one end is shared by the adjacent links 116, and the rotation axis of the gear 143 constitutes the sixth joint of the multi-joint bending mechanism. The rotational force applied to the gear 143 passes through the gear 144 that meshes with the gear 143,
The rotational force in the same rotational direction is transmitted to the gear 145.
【0045】リンク117の他端には、末端部118が
取り付けられている。後述するように、末端部118の
内壁には、終端のギア145と歯合する歯形118Aが
形設されている。したがって、リンク117の出力側の
ギア145をこの末端部118の歯形118Aと噛み合
わせて終端処理することによって、15個の各ギア13
1〜145に印加された回転力は、各ギア131〜14
5をそれぞれの回転軸131A〜145A回りに空回り
させずに、各リンク111〜117に対して回転力を付
与することができる。
A terminal portion 118 is attached to the other end of the link 117. As will be described later, a tooth profile 118A that meshes with the gear 145 at the end is formed on the inner wall of the end portion 118. Accordingly, by terminating the output side gear 145 of the link 117 with the tooth profile 118A of the end portion 118, the fifteen gears 13 can be formed.
The rotational force applied to the gears 1 to 145 is
It is possible to apply a rotational force to each of the links 111 to 117 without rotating the No. 5 around each of the rotation shafts 131A to 145A.
【0046】なお、駆動ユニット120における出力端
のギア127には、所定値以上の回転反力が印加される
と回転軸が解放されるクラッチ機構が内蔵されている。
したがって、多関節湾曲機構に異常な反力が印加されて
も、ギア127が解放されることにより、モータ121
まで反力が伝達されず、機器の破壊を防止することがで
きる。この場合、多関節湾曲機構は、ギア131の回転
軸で定義される第1関節が解放された恰好となる。
The gear 127 at the output end of the drive unit 120 has a built-in clutch mechanism that releases the rotary shaft when a rotational reaction force of a predetermined value or more is applied.
Therefore, even if an abnormal reaction force is applied to the articulated bending mechanism, the motor 127 is released by releasing the gear 127.
The reaction force is not transmitted until and the device can be prevented from being destroyed. In this case, the multi-joint bending mechanism is in a state where the first joint defined by the rotation axis of the gear 131 is released.
【0047】図10には、リンク111の6面図、断面
図、並びに斜視図を示している。また、図11には、リ
ンク111の部品分解図を示している。また、図12に
は、リンク111の組立図を示している。他のリンク1
12〜117については図示しないが、リンク111と
略同一構造であると理解されたい。
FIG. 10 shows a six-sided view, a sectional view, and a perspective view of the link 111. Further, FIG. 11 shows an exploded view of parts of the link 111. Further, FIG. 12 shows an assembly drawing of the link 111. Other links 1
Although not shown in the drawings, reference numerals 12 to 117 are understood to have substantially the same structure as the link 111.
【0048】図10、図11、及び図12に示すよう
に、リンク111は、略平行に上板111Aと下板11
1Bとが、ギア131〜133を収容するに充分な間隙
を保って、壁部111C及び壁部111Dによって支持
されている。
As shown in FIGS. 10, 11 and 12, the link 111 is composed of an upper plate 111A and a lower plate 11 which are substantially parallel to each other.
1B is supported by the wall portion 111C and the wall portion 111D with a sufficient clearance to accommodate the gears 131 to 133.
【0049】上板111Aと下板111Bには、各ギア
131〜133の回転軸131A,132A,133A
を挿通させるための3個の開口111E,111F,1
11G並びに111E’,111F’,111G’がそ
れぞれ対向して穿設されている。
The upper plate 111A and the lower plate 111B have rotating shafts 131A, 132A and 133A of the gears 131 to 133, respectively.
Three openings 111E, 111F, 1 for inserting the
11G and 111E ', 111F', and 111G 'are provided facing each other.
【0050】各ギア131〜133は、上板111Aと
下板111Bの間に直列的に配置され、且つ、それぞれ
の回転軸131A,132A,133Aを貫挿させるこ
とによって、隣接するギアどうしが歯合するような状態
で、リンク111の上板111A及び下板111Bの間
に形成された空間内に収容されている。
The gears 131 to 133 are arranged in series between the upper plate 111A and the lower plate 111B, and the respective rotating shafts 131A, 132A, 133A are inserted so that the adjacent gears have teeth. The links 111 are accommodated in a space formed between the upper plate 111A and the lower plate 111B in a state of being aligned with each other.
【0051】入力側のギア131に付与された回転は、
これに隣接するギア132に反対方向の回転として伝達
される。さらに、ギア132に隣接する出力側のギア1
33には、その反対方向すなわち元の回転方向と同じ向
きの回転として伝達され、これが後続のリンク112側
に出力される。1つのリンク111内に収容されるギア
の個数は3個には限定されないが、奇数個であれば、入
力側と同じ回転方向で出力することができる。
The rotation imparted to the input side gear 131 is
This is transmitted to the gear 132 adjacent to this as rotation in the opposite direction. Further, the output gear 1 adjacent to the gear 132
It is transmitted to 33 as rotation in the opposite direction, that is, in the same direction as the original rotation direction, and this is output to the subsequent link 112 side. The number of gears accommodated in one link 111 is not limited to three, but if it is an odd number, it is possible to output in the same rotation direction as the input side.
【0052】上板111Aと下板111Bには、略中央
に上板111A及び下板111Bそれぞれの肉厚程度の
厚みを持つ段差部111A’並びに111B’が形設さ
れており、リンク111は、入力側半分に比し出力側の
方の幅が狭くなるように構成されている。したがって、
リンク111に隣接するリンク112の入力側の上板1
12Aと下板112Bの間隙に、リンク111の出力側
の上板111Aと下板111Bを挿入することによって
(図13並びに図14を参照のこと)、隣り合うリンク
111及びリンク112を連結させることができる。
The upper plate 111A and the lower plate 111B are provided with step portions 111A 'and 111B' having a thickness approximately equal to the thickness of the upper plate 111A and the lower plate 111B, respectively, and the link 111, The width of the output side is narrower than that of the input side half. Therefore,
Upper plate 1 on the input side of the link 112 adjacent to the link 111
By connecting the upper plate 111A and the lower plate 111B on the output side of the link 111 into the gap between the 12A and the lower plate 112B (see FIGS. 13 and 14), the adjacent links 111 and the link 112 are connected. You can
【0053】壁部111Cは、上板111A及び下板1
11Bのフットプリントから突出している。壁部111
Cの左右の各端縁は、隣り合うリンクと連結させて、こ
れら連結されたリンクを真直ぐに伸ばしたときには、他
方のリンク側の壁部の端縁と当接して、それ以上関節が
曲がらないようにするストッパとして機能することがで
きる(後述)。
The wall portion 111C includes an upper plate 111A and a lower plate 1.
It projects from the 11B footprint. Wall 111
When each of the left and right edges of C is connected to the adjacent links and the connected links are straightened, the edges of the wall on the other side of the link come into contact with each other and the joint is not bent anymore. Can function as a stopper (described later).
【0054】図13〜図15には、リンク116を隣接
するリンク117と連結させた様子を図解している。但
し、図13には、リンク116及びリンク117が真直
ぐに伸びた状態を示しており、また、図14には、リン
ク117がリンク116に対して回転している様子を示
している。また、図15には、リンク117がリンク1
16に対してさらに回転している様子を示している。
13 to 15 illustrate a state in which the link 116 is connected to the adjacent link 117. However, FIG. 13 shows a state in which the link 116 and the link 117 extend straight, and FIG. 14 shows a state in which the link 117 is rotating with respect to the link 116. Further, in FIG. 15, the link 117 is the link 1
It is shown that it is further rotating with respect to 16.
【0055】図13〜図15に示すように、リンク11
6の出力側の開口116G,116G’とリンク112
の入力側の開口117E,117E’が一致するように
して、隣接するリンク111とリンク112が連結され
る。このような状態では、リンク116の出力側のギア
143並びにその回転軸143Aを、リンク115の入
力側のギア及び回転軸として共有することができる。こ
のとき、回転軸143Aは、多関節湾曲機構の第6関節
を構成する。
As shown in FIGS. 13 to 15, the link 11
6 output side openings 116G, 116G 'and the link 112
The adjacent links 111 and 112 are connected so that the openings 117E and 117E 'on the input side of the are aligned. In such a state, the gear 143 on the output side of the link 116 and its rotation shaft 143A can be shared as the gear and the rotation shaft on the input side of the link 115. At this time, the rotating shaft 143A constitutes the sixth joint of the multi-joint bending mechanism.
【0056】図13〜図15に示すような隣接するリン
クどうしの組み立て方法は、他の隣接するリンク111
及び111間、リンク112及び113間、リンク11
3及び114間、リンク114及び115間、並びにリ
ンク115及び116間においても、同様に当てはま
る。
The method of assembling adjacent links as shown in FIGS.
And 111, links 112 and 113, link 11
The same applies between 3 and 114, between links 114 and 115, and between links 115 and 116.
【0057】図13に示すように、隣り合うリンク11
6及びリンク117が長手方向に真直ぐ伸びている状態
で、リンク116の入力側のギア141に、時計回りの
回転を付与する。すると、その隣のギア142には反時
計回りの回転として伝達され、さらに、出力側のギア1
43にはさらに反対方向すなわち時計回りの回転として
伝達される。ギア143は、リンク117の入力側のギ
アとして共有され、また、その回転軸143Aは多関節
湾曲機構の第6関節を構成する。したがって、ギア14
1の時計回りの回転により、第6関節には紙面上で時計
回りの回転力が印加され、これに追従して、図14に示
すようにリンク117は、回転軸143Aを中心として
時計回りに回転する。
As shown in FIG. 13, adjacent links 11
In the state where 6 and the link 117 extend straight in the longitudinal direction, the input side gear 141 of the link 116 is rotated clockwise. Then, it is transmitted as a counterclockwise rotation to the gear 142 adjacent to the gear 142, and the gear 1 on the output side is further transmitted.
It is further transmitted to 43 as the opposite direction, that is, clockwise rotation. The gear 143 is shared as a gear on the input side of the link 117, and its rotation shaft 143A constitutes the sixth joint of the multi-joint bending mechanism. Therefore, the gear 14
By the clockwise rotation of 1, the clockwise rotational force is applied to the sixth joint on the paper surface, and following this, the link 117 is rotated clockwise around the rotary shaft 143A as shown in FIG. Rotate.
【0058】また、このような回転は、そもそも第1関
節、第2関節、第3関節…から同様に順次伝達されてき
て、多関節湾曲機構全体としては、図7〜図9に示すよ
うな湾曲した状態に変化することになる。また、図15
に示すようにギア141をさらに時計回りに回転させる
ことにより、リンク117は、回転軸143Aを中心と
して時計方向への回転をさらに続ける。
In the first place, such rotation is similarly transmitted sequentially from the first joint, the second joint, the third joint, ... As a whole, the multi-joint bending mechanism is as shown in FIGS. It will change to a curved state. In addition, FIG.
By further rotating the gear 141 in the clockwise direction as shown in (4), the link 117 further continues to rotate in the clockwise direction about the rotation shaft 143A.
【0059】また、図13に示すように、隣り合うリン
ク116及びリンク117が長手方向に真直ぐ伸びてい
る状態では、リンク116側の壁部116Cの右端縁
は、リンク117側の壁部117Cの左端縁と当接して
おり、第6関節における可動角を規制している。このた
め、リンク117が第1関節すなわち回転軸143A回
りにこれ以上は反時計方向に回転して、多関節湾曲機構
が真直ぐよりも反時計回りに湾曲していくことを防止す
ることができる。
Further, as shown in FIG. 13, when the adjacent link 116 and the link 117 extend straight in the longitudinal direction, the right end edge of the wall portion 116C on the link 116 side is the wall portion 117C on the link 117 side. It is in contact with the left end edge and regulates the movable angle of the sixth joint. Therefore, it is possible to prevent the link 117 from rotating further in the counterclockwise direction around the first joint, that is, the rotation shaft 143A, and causing the multi-joint bending mechanism to bend counterclockwise rather than straightly.
【0060】同じ構成の7個のリンク111〜117を
同様に連結していくことにより、細長状の湾曲構造の多
関節湾曲機構を形成することができる。そして、既に述
べたように、この多関節湾曲機構の先端には、末端部1
18が取り付けられている。
By connecting the seven links 111 to 117 having the same structure in the same manner, it is possible to form a multi-joint bending mechanism having an elongated bending structure. As described above, the distal end portion 1 is provided at the tip of this articulated bending mechanism.
18 is attached.
【0061】図16には、末端部118の6面図、断面
図、並びに斜視図を示している。図15中の断面図に示
すように、末端部118の内壁には、終端のギア145
と歯合する歯形118Aが形設されている。
FIG. 16 shows a 6-sided view, a cross-sectional view, and a perspective view of the end portion 118. As shown in the cross-sectional view in FIG. 15, on the inner wall of the end portion 118, the terminating gear 145 is attached.
A tooth profile 118A that meshes with is formed.
【0062】リンク117の出力側のギア145をこの
末端部118の歯形118Aと噛み合わせることによっ
て、ギア145を終端処理することができる。前述した
図13〜図15には、末端部118をリンク117の先
端に取り付けて終端処理した様子を併せて示している。
このようなギアの終端処理を施すことにより、15個の
各ギア131〜145に印加された回転力は、各ギア1
31〜145をそれぞれの回転軸131A〜145A回
りに空回りさせずに、各リンク111〜117に対して
回転力を付与することができる。この結果、モータ12
1の回転力がピニオン122、ウォーム・ギア123、
並びに、ギア124〜127を経て多関節湾曲機構に伝
達されると、各ギア131〜145が空転することな
く、図7〜図9に示すように多関節湾曲機構を正しく湾
曲させることができる。
The gear 145 can be terminated by engaging the gear 145 on the output side of the link 117 with the tooth profile 118 A of the end portion 118. 13 to 15 described above also show a state in which the end portion 118 is attached to the tip of the link 117 and terminated.
By performing such a gear termination process, the rotational force applied to each of the 15 gears 131 to 145 is
The rotational force can be applied to each of the links 111 to 117 without causing the 31 to 145 to idle around the respective rotation shafts 131A to 145A. As a result, the motor 12
The rotational force of 1 is the pinion 122, the worm gear 123,
In addition, when transmitted to the multi-joint bending mechanism via the gears 124 to 127, the multi-joint bending mechanism can be correctly bent as shown in FIGS. 7 to 9 without causing the gears 131 to 145 to idle.
【0063】C.手の平構造 B項で示したような多関節湾曲機構をロボットの指部に
適用することにより、多彩な指先動作により表現力を増
したり、コップやその他の物理オブジェクトを把持した
りすることが可能となる。
C. By applying the multi-joint bending mechanism as shown in the section B of the palm structure to the finger portion of the robot, it is possible to increase the expressive power by various fingertip movements and grasp a cup or other physical object. Become.
【0064】しかしながら、この種の小型部品は曲げや
捻じり、衝撃荷重のような外力に対する耐久性能に欠け
る。特に指は手先に配置されることから外力が印加され
易く、簡単に破損したり、あるいは部品の変形などによ
り作動しなくなってしまう。
However, this type of small-sized component lacks durability against external forces such as bending, twisting, and impact load. In particular, since the fingers are placed on the hands, an external force is easily applied, and the fingers are easily damaged or do not operate due to deformation of parts.
【0065】そこで、本実施形態では、指の関節可動部
分に動きを制限しない相対関係で、緩衝部材を介して指
部を手の平に取り付けることにより、指部における曲げ
や捻じり、衝撃荷重のような外力に対する耐久性能の向
上を図っている。
Therefore, in the present embodiment, by attaching the finger portion to the palm of the hand through the cushioning member in a relative relationship in which the movement of the finger joint is not restricted, it is possible to prevent bending, twisting, or impact load in the finger portion. We are aiming to improve durability performance against various external forces.
【0066】図17には、上述した5本の多関節湾曲機
構をそれぞれ親指、人差し指、中指、薬指、並びに小指
として適用して、手の平を構成した例を示している。
FIG. 17 shows an example in which the above-mentioned five articulated bending mechanisms are applied to the thumb, forefinger, middle finger, ring finger, and little finger to form a palm.
【0067】同図に示すように、手部50は、手の甲を
構成する支持フレーム(ブラケット)51に、親指、人
差し指、中指、薬指、並びに小指をそれぞれ構成する5
本の多関節湾曲機構52〜56が、緩衝部62〜66を
介して取り付けられている。各緩衝部62〜66は、板
ばね状であり、例えばばね鋼(SUP)や、ばね用ステ
ンレス鋼、ばね用りん青銅板、ばね用洋白板などで構成
される。
As shown in the figure, the hand portion 50 has a support frame (bracket) 51 constituting the back of the hand, and a thumb, an index finger, a middle finger, a ring finger, and a little finger, respectively.
Book articulated bending mechanisms 52 to 56 are attached via cushioning portions 62 to 66. Each of the buffer portions 62 to 66 is in the shape of a leaf spring and is made of, for example, spring steel (SUP), stainless steel for spring, phosphor bronze plate for spring, nickel silver plate for spring, and the like.
【0068】但し、人差し指、中指、薬指、並びに小指
は、フレーム51の手の平側を湾曲方向とし、また親指
はその他の指側を湾曲方向とするように取り付けられて
いる。また、親指、人差し指、中指、薬指、並びに小指
それぞれの目的や機能、実際の人の手と比較考量して、
各多関節湾曲機構52〜56の、長さや太さの比率を決
定することが好ましい。
However, the index finger, the middle finger, the ring finger, and the little finger are attached so that the palm side of the frame 51 is curved and the other thumb is curved. In addition, considering the purpose and function of each of the thumb, index finger, middle finger, ring finger, and little finger, and the actual human hand,
It is preferable to determine the ratio of the length and the thickness of each of the articulated bending mechanisms 52 to 56.
【0069】各多関節湾曲機構52〜56はそれぞれ、
3個のリンクと1個の末端部とで構成され、3個の関節
を備えている。第1関節までを構成する根元のリンク
は、機能並びに手の平の構造上、残りのリンクよりも寸
法が長いことが好ましい。このような場合、リンク内に
収容するギアの個数を3個から5個に拡張することによ
って、同じ太さで長い寸法をとることができる。
The articulated bending mechanisms 52 to 56 are respectively
It is composed of three links and one end, and has three joints. It is preferable that the root link constituting the first joint has a longer dimension than the rest of the links because of its function and palm structure. In such a case, by expanding the number of gears accommodated in the link from three to five, it is possible to take a long dimension with the same thickness.
【0070】図17に示すように、上述した多関節湾曲
機構を用いて手部の指を構成した場合、各指毎に1つの
駆動アクチュエータを配備すればよい。すなわち、指の
各関節軸毎にアクチュエータを配設する必要がないの
で、通常の指のように細長く、且つ、各関節間を接続す
るリンクの間隔が極めて短い部位を、小型のままで設計
・製作することができる。
As shown in FIG. 17, when the fingers of the hand are formed by using the above-described articulated bending mechanism, one drive actuator may be provided for each finger. That is, since it is not necessary to dispose an actuator for each joint axis of a finger, it is possible to design a part that is long and thin like an ordinary finger and has an extremely short interval between the links that connect the joints while maintaining a small size. Can be manufactured.
【0071】図18には、支持フレーム51に板ばね6
3を介して人差し指53を取り付ける様子を図解してい
る。
In FIG. 18, the leaf spring 6 is attached to the support frame 51.
3 illustrates a state in which the index finger 53 is attached via 3.
【0072】板ばね63は、薄板を屈曲させた断面略L
字形状の弾性体であり、支持フレーム51に螺着される
第1の取り付け面63Aと、多関節湾曲機構53に螺着
される第2の取り付け面63Bからなる。
The leaf spring 63 has a substantially L-shaped cross section obtained by bending a thin plate.
It is a V-shaped elastic body, and includes a first mounting surface 63A screwed to the support frame 51 and a second mounting surface 63B screwed to the articulated bending mechanism 53.
【0073】図19には、板ばね63を多関節湾曲機構
53に取り付けた様子を示している。同図に示すよう
に、板ばね63を第2の取り付け面で多関節湾曲機構5
3に螺着した場合、第1の取り付け面63Aと多関節湾
曲機構53の対向面との間には間隙が形成される。この
間隙は、第1の取り付け面63Aにとって、弾性変位に
より往復する空間となる。
FIG. 19 shows how the leaf spring 63 is attached to the articulated bending mechanism 53. As shown in the figure, the leaf spring 63 is attached to the second attachment surface of the multi-joint bending mechanism 5.
In the case of being screwed to the No. 3, a gap is formed between the first mounting surface 63A and the facing surface of the articulated bending mechanism 53. This gap serves as a space for the first mounting surface 63A to reciprocate due to elastic displacement.
【0074】したがって、この多関節湾曲機構53を支
持フレーム51に取り付けた状態で、多関節湾曲機構5
3に対して曲げや捻じり、衝撃荷重のような外力が印加
された場合、板ばね63の第1の取り付け面63Aが変
形することにより外力が吸収される。すなわち、多関節
湾曲機構53は、支持フレーム51の剛性により外力を
直接受容することがなくなるので、指としての耐久性能
が向上する。
Therefore, with the multi-joint bending mechanism 53 attached to the support frame 51, the multi-joint bending mechanism 5 is attached.
When an external force such as bending, twisting, or impact load is applied to 3, the external force is absorbed by the deformation of the first mounting surface 63A of the leaf spring 63. That is, since the multi-joint bending mechanism 53 does not directly receive an external force due to the rigidity of the support frame 51, the durability performance as a finger is improved.
【0075】また、多関節湾曲機構53には、所定値以
上の回転反力が印加されると回転軸が解放されるクラッ
チ機構が内蔵されている(前述)。したがって、多関節
湾曲機構に異常な反力が印加されても、ギアが解放され
ることにより、指駆動用モータまで反力が伝達されない
ので、多関節湾曲機構53の破壊を防止することができ
る。
Further, the multi-joint bending mechanism 53 has a built-in clutch mechanism that releases the rotary shaft when a rotational reaction force of a predetermined value or more is applied (described above). Therefore, even if an abnormal reaction force is applied to the multi-joint bending mechanism, the reaction force is not transmitted to the finger drive motor due to the release of the gear, so that the multi-joint bending mechanism 53 can be prevented from being destroyed. .
【0076】[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。
[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 embodiments without departing from the scope of the present invention.
【0077】本発明の要旨は、必ずしも「ロボット」と
称される製品には限定されない。すなわち、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
う機械装置であるならば、例えば玩具等のような他の産
業分野に属する製品であっても、同様に本発明を適用す
ることができる。
The subject matter of the present invention is not necessarily limited to products called "robots". That is, as long as it is a mechanical device that performs a motion similar to a human motion by using an electric or magnetic action, even if it is a product belonging to another industrial field such as a toy, the present invention is similarly applied. Can be applied.
【0078】要するに、例示という形態で本発明を開示
してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈
するべきではない。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。
In short, the present invention has been disclosed in the form of exemplification, and the contents of this specification should not be construed in a limited manner. To determine the gist of the present invention,
The claims section mentioned at the beginning should be taken into consideration.
【0079】[0079]
【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
手の平に多関節で湾曲可能な指が装備されている、優れ
た脚式移動ロボット並びにロボットの手の平構造を提供
することができる。
As described above in detail, according to the present invention,
It is possible to provide an excellent legged mobile robot in which a palm is equipped with articulated and bendable fingers and a palm structure of the robot.
【0080】また、本発明によれば、手の平に搭載され
た多関節湾曲構造の指部の小型部品は曲げや捻じり、衝
撃荷重のような外力に対する耐久性能を向上することが
できる。
Further, according to the present invention, the small-sized component of the finger portion of the articulated bending structure mounted on the palm can improve the durability performance against external force such as bending, twisting, and impact load.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】本発明の実施に供される脚式移動ロボットが直
立している様子を前方から眺望した様子を示した図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a state in which a legged mobile robot used for implementing the present invention is upright as viewed from the front.
【図2】本発明の実施に供される脚式移動ロボットが直
立している様子を後方から眺望した様子を示した図であ
る。
FIG. 2 is a view showing a state in which a legged mobile robot used for implementing the present invention is upright, as viewed from the rear.
【図3】脚式移動ロボットが具備する関節自由度構成を
模式的に示した図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a joint degree of freedom configuration of a legged mobile robot.
【図4】多関節湾曲機構が略直線状に伸展した様子を示
した正面図である。
FIG. 4 is a front view showing a state where the articulated bending mechanism is extended in a substantially straight line.
【図5】多関節湾曲機構が略直線状に伸展した様子を示
した側面図である。
FIG. 5 is a side view showing a state where the articulated bending mechanism is extended in a substantially straight line.
【図6】多関節湾曲機構が略直線状に伸展した様子を示
した斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing a state in which a multi-joint bending mechanism is extended in a substantially straight line.
【図7】多関節湾曲機構が屈曲した様子を示した正面図
である。
FIG. 7 is a front view showing a state in which the articulated bending mechanism is bent.
【図8】多関節湾曲機構が屈曲した様子を示した側面図
である。
FIG. 8 is a side view showing a state in which the articulated bending mechanism is bent.
【図9】多関節湾曲機構が屈曲した様子を示した斜視図
である。
FIG. 9 is a perspective view showing a state in which a multi-joint bending mechanism is bent.
【図10】リンク111の6面図、断面図、並びに斜視
図を示した図である。
FIG. 10 is a diagram showing a six-sided view, a cross-sectional view, and a perspective view of a link 111.
【図11】リンク111の部品分解図である。FIG. 11 is an exploded view of a part of a link 111.
【図12】リンク111の組立図である。FIG. 12 is an assembly drawing of a link 111.
【図13】リンク116を隣接するリンク117と連結
させた様子を示した図である。
FIG. 13 is a diagram showing a state in which a link 116 is connected to an adjacent link 117.
【図14】リンク116を隣接するリンク117と連結
させた様子を示した図である。
FIG. 14 is a diagram showing a state in which a link 116 is connected to an adjacent link 117.
【図15】リンク116を隣接するリンク117と連結
させた様子を示した図である。
FIG. 15 is a diagram showing a state in which a link 116 is connected to an adjacent link 117.
【図16】末端部118の6面図、断面図、並びに斜視
図を示した図である。
FIG. 16 is a diagram showing a six-sided view, a cross-sectional view, and a perspective view of the end portion 118.
【図17】5本の多関節湾曲機構をそれぞれ親指、人差
し指、中指、薬指、並びに小指として適用して、手の平
を構成した例を示した図である。
FIG. 17 is a diagram showing an example in which a palm is configured by applying five multi-joint bending mechanisms as a thumb, an index finger, a middle finger, a ring finger, and a little finger, respectively.
【図18】支持フレーム51に人差し指53を取り付け
る様子を示した図である。
FIG. 18 is a diagram showing how the index finger 53 is attached to the support frame 51.
【図19】板ばね63を多関節湾曲機構53に取り付け
た様子を示した図である。
FIG. 19 is a view showing a state in which the leaf spring 63 is attached to the articulated bending mechanism 53.
【符号の説明】[Explanation of symbols]
1…首関節ヨー軸 2A…第1の首関節ピッチ軸 2B…第2の首関節(頭)ピッチ軸 3…首関節ロール軸 4…肩関節ピッチ軸 5…肩関節ロール軸 6…上腕ヨー軸 7…肘関節ピッチ軸 8…手首関節ヨー軸 9…体幹ピッチ軸 10…体幹ロール軸 11…股関節ヨー軸 12…股関節ピッチ軸 13…股関節ロール軸 14…膝関節ピッチ軸 15…足首関節ピッチ軸 16…足首関節ロール軸 50…手の平 51…支持フレーム 51〜56…指 62〜66…緩衝部 111〜117…リンク 118…末端部 120…駆動ユニット 121…モータ 122…ピニオン 123…ウォーム・ギア 124〜127…減速ギア 131〜145…ギア 1 ... Neck joint yaw axis 2A ... 1st neck joint pitch axis 2B ... Second neck joint (head) pitch axis 3 ... Neck joint roll axis 4 ... Shoulder joint pitch axis 5 ... Shoulder joint roll axis 6 ... Upper arm yaw axis 7 ... Elbow joint pitch axis 8 ... Wrist joint yaw axis 9 ... Trunk pitch axis 10 ... Trunk roll axis 11 ... Hip joint yaw axis 12 ... Hip joint pitch axis 13 ... Hip roll axis 14 ... Knee joint pitch axis 15 ... Ankle joint pitch axis 16 ... Ankle joint roll axis 50 ... palm 51 ... Support frame 51-56 ... fingers 62 to 66 ... Buffer unit 111-117 ... Links 118 ... End 120 ... Drive unit 121 ... Motor 122 ... Pinion 123 ... Worm Gear 124-127 ... reduction gear 131-145 ... Gear
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2C150 BA08 CA01 CA04 DA04 DA24 DA26 DA27 DA28 EB01 EB37 EC03 EC15 EC16 EC18 EC19 EC25 EC29 ED10 ED42 ED52 EF07 EF16 EF17 EF22 EF23 EF29 EF33 EF36 3C007 AS27 AS32 AS36 CS08 DS02 ES06 ES09 EU02 EU18 EW20 HS27 HT36 WA03 WA13    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 2C150 BA08 CA01 CA04 DA04 DA24                       DA26 DA27 DA28 EB01 EB37                       EC03 EC15 EC16 EC18 EC19                       EC25 EC29 ED10 ED42 ED52                       EF07 EF16 EF17 EF22 EF23                       EF29 EF33 EF36                 3C007 AS27 AS32 AS36 CS08 DS02                       ES06 ES09 EU02 EU18 EW20                       HS27 HT36 WA03 WA13

Claims (10)

    【特許請求の範囲】[Claims]
  1. 【請求項1】指先動作を行なう脚式ロボットであって、 1以上の腕部と、 前記腕部の略先端に配設された手の平と、 緩衝部を介して前記手の平に取り付けられた1以上の指
    と、を具備することを特徴とする脚式ロボット。
    1. A legged robot that performs fingertip movements, comprising one or more arm portions, a palm disposed substantially at the tip of the arm portion, and one or more arms attached to the palm through a cushioning portion. A legged robot, characterized by comprising:
  2. 【請求項2】前記の各指は、入力側のギアと出力側のギ
    アを含む複数個のギアを歯合させて回転可能に支持する
    リンクどうしを連結させてなる多関節湾曲機構からな
    る、ことを特徴とする請求項1に記載の脚式ロボット。
    2. Each of the fingers comprises a multi-joint bending mechanism in which a plurality of gears including an input-side gear and an output-side gear are meshed with each other to link links that rotatably support each other. The legged robot according to claim 1, wherein.
  3. 【請求項3】前記多関節湾曲機構の各リンクは奇数個の
    ギアを歯合させて回転可能に支持し、入力端のギアに印
    加された回転方向と同じ回転方向で出力端のギアが回転
    するように構成されている、ことを特徴とする請求項2
    に記載の脚式ロボット。
    3. Each link of the multi-joint bending mechanism rotatably supports an odd number of gears by engaging with each other, and the output end gear rotates in the same rotation direction as the rotation direction applied to the input end gear. It is comprised so that it may be comprised.
    The legged robot described in.
  4. 【請求項4】前記多関節湾曲機構は最も根元のリンクに
    おける入力側のギアに対して回転力を付与する駆動部を
    さらに備え、ことを特徴とする請求項2に記載の脚式ロ
    ボット。
    4. The legged robot according to claim 2, wherein the multi-joint bending mechanism further includes a drive unit that applies a rotational force to an input-side gear of the most root link.
  5. 【請求項5】前記駆動部は、最も根元のリンクにおける
    入力側のギアから所定値以上の回転反力が印加されると
    回転軸を解放して該入力側のギアの回転を自由にするク
    ラッチ機構を備える、ことを特徴とする請求項4に記載
    の脚式ロボット。
    5. The clutch, wherein the drive unit releases a rotary shaft to freely rotate the input side gear when a rotational reaction force of a predetermined value or more is applied from the input side gear in the most root link. The legged robot according to claim 4, further comprising a mechanism.
  6. 【請求項6】指先動作を行なうロボットの手の平構造で
    あって、 支持フレームと、 緩衝部を介して前記手の平に取り付けられた1以上の指
    と、を具備することを特徴とするロボットの手の平構
    造。
    6. A palm structure of a robot for performing a fingertip motion, comprising a support frame and one or more fingers attached to the palm via a cushioning portion, and the palm structure of the robot. .
  7. 【請求項7】前記の各指は、入力側のギアと出力側のギ
    アを含む複数個のギアを歯合させて回転可能に支持する
    リンクどうしを連結させてなる多関節湾曲機構からな
    る、ことを特徴とする請求項6に記載のロボットの手の
    平構造。
    7. Each of said fingers comprises a multi-joint bending mechanism in which a plurality of gears including an input side gear and an output side gear are meshed with each other to connect links that rotatably support each other. The palm structure of the robot according to claim 6, wherein
  8. 【請求項8】前記多関節湾曲機構の各リンクは奇数個の
    ギアを歯合させて回転可能に支持し、入力端のギアに印
    加された回転方向と同じ回転方向で出力端のギアが回転
    するように構成されている、ことを特徴とする請求項7
    に記載のロボットの手の平構造。
    8. Each link of the multi-joint bending mechanism rotatably supports an odd number of gears by engaging with each other, and the output end gear rotates in the same rotation direction as the rotation direction applied to the input end gear. It is constituted so that it may be constituted.
    The palm structure of the robot described in.
  9. 【請求項9】前記多関節湾曲機構は最も根元のリンクに
    おける入力側のギアに対して回転力を付与する駆動部を
    さらに備え、ことを特徴とする請求項7に記載のロボッ
    トの手の平構造。
    9. The palm structure of the robot according to claim 7, wherein the multi-joint bending mechanism further includes a drive unit that applies a rotational force to an input-side gear in the most root link.
  10. 【請求項10】前記駆動部は、最も根元のリンクにおけ
    る入力側のギアから所定値以上の回転反力が印加される
    と回転軸を解放して該入力側のギアの回転を自由にする
    クラッチ機構を備える、ことを特徴とする請求項9に記
    載のロボットの手の平構造。
    10. A clutch for releasing the rotation shaft of the drive unit to release the rotation of the input gear when a rotational reaction force of a predetermined value or more is applied from the input gear of the most root link. The palm structure of the robot according to claim 9, further comprising a mechanism.
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