JP2003266362A - 脚式移動ロボットの足及び脚式移動ロボット - Google Patents
脚式移動ロボットの足及び脚式移動ロボットInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 力センサのキャリブレーションのための予圧
調整作業を不要とする。 【解決手段】 足甲部材１０１０と足底部材１０２０の
間に、これらを離反するように付勢するコイルバネ１１
６０を介装し、足底部材１１２０が路面に接地していな
いときには、センサ押圧部材１０２７が力センサ１０１
６から離間し、足底部材１０２０が路面に接地したとき
には、センサ押圧部材１０２７が力センサ１０１６に圧
接するようにした。
調整作業を不要とする。 【解決手段】 足甲部材１０１０と足底部材１０２０の
間に、これらを離反するように付勢するコイルバネ１１
６０を介装し、足底部材１１２０が路面に接地していな
いときには、センサ押圧部材１０２７が力センサ１０１
６から離間し、足底部材１０２０が路面に接地したとき
には、センサ押圧部材１０２７が力センサ１０１６に圧
接するようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の可動脚を備
えた脚式移動ロボットに関し、特に、該可動脚の先端部
に設けられ、歩行動作に伴い床面に当接される足の構造
に関する。
えた脚式移動ロボットに関し、特に、該可動脚の先端部
に設けられ、歩行動作に伴い床面に当接される足の構造
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、人や猿などの２足直立歩行を行う
動物を模した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。２足直立によ
る脚式移動ロボットは、クローラ式や４足又は６足式の
ロボットなどに比べて不安定であり、姿勢制御や歩行制
御が複雑になるが、作業経路上に凹凸のある歩行面（不
整地や障害物など）、あるいは階段やはしごなど不連続
な歩行面に対応することができるなど、柔軟な移動作業
を実現できるという点で優れている。
動物を模した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。２足直立によ
る脚式移動ロボットは、クローラ式や４足又は６足式の
ロボットなどに比べて不安定であり、姿勢制御や歩行制
御が複雑になるが、作業経路上に凹凸のある歩行面（不
整地や障害物など）、あるいは階段やはしごなど不連続
な歩行面に対応することができるなど、柔軟な移動作業
を実現できるという点で優れている。
【０００３】人間の作業空間や居住空間のほとんどは、
２足による直立歩行という人間が持つ身体メカニズムや
行動様式に合わせて形成されている。言い換えれば、人
間の住空間は、車輪その他の駆動装置を移動手段とした
現状の機械システムが移動するにはあまりに多くの障壁
が存在する。機械システム、すなわちロボットが様々な
人的作業を支援又は代行し、さらに人間の住空間に深く
浸透していくためには、ロボットの移動可能範囲が人間
のそれとほぼ同じであることが好ましい。これが、脚式
移動ロボットの実用化が大いに期待されている所以であ
る。人間型の形態を有していることは、ロボットが人間
の住環境との親和性を高める上で必須であると言える。
２足による直立歩行という人間が持つ身体メカニズムや
行動様式に合わせて形成されている。言い換えれば、人
間の住空間は、車輪その他の駆動装置を移動手段とした
現状の機械システムが移動するにはあまりに多くの障壁
が存在する。機械システム、すなわちロボットが様々な
人的作業を支援又は代行し、さらに人間の住空間に深く
浸透していくためには、ロボットの移動可能範囲が人間
のそれとほぼ同じであることが好ましい。これが、脚式
移動ロボットの実用化が大いに期待されている所以であ
る。人間型の形態を有していることは、ロボットが人間
の住環境との親和性を高める上で必須であると言える。
【０００４】２足歩行による脚式移動を行うタイプのロ
ボットについての姿勢制御や安定歩行に関する技術は既
に数多く提案されている。その中の多くは、ＺＭＰ（Ｚ
ｅｒｏ 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
モーメントが作用し、これらと路面から歩行系への反作
用としての床反力及び床反力モーメントとがバランスす
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、足裏の接地点と路面の形成する支持多角形の
辺上あるいはその内側にピッチ及びロール軸モーメント
が零となる点が存在し、この点をＺＭＰと言う。
ボットについての姿勢制御や安定歩行に関する技術は既
に数多く提案されている。その中の多くは、ＺＭＰ（Ｚ
ｅｒｏ 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
モーメントが作用し、これらと路面から歩行系への反作
用としての床反力及び床反力モーメントとがバランスす
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、足裏の接地点と路面の形成する支持多角形の
辺上あるいはその内側にピッチ及びロール軸モーメント
が零となる点が存在し、この点をＺＭＰと言う。
【０００５】ＺＭＰ規範に基づく２足歩行制御には、足
底着地点を予め決定でき、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、Ｚ
ＭＰ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
術的に実現性が高まる。なお、ＺＭＰの概念並びにＺＭ
Ｐ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、ＭｉｏｍｉｒＶｕｋｏｂｒａｔｏｖｉｃ著”ＬＥ
ＧＧＥＤ 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。
底着地点を予め決定でき、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、Ｚ
ＭＰ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
術的に実現性が高まる。なお、ＺＭＰの概念並びにＺＭ
Ｐ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、ＭｉｏｍｉｒＶｕｋｏｂｒａｔｏｖｉｃ著”ＬＥ
ＧＧＥＤ 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。
【０００６】ＺＭＰを安定判別規範としてロボットの運
動制御を行う場合、実際のＺＭＰを測定することは非常
に有効である。このため、ロボットの可動脚の先端部に
設けられる足部には、力センサなどのＺＭＰ検出用の複
数のセンサが配設されている。これらのセンサの検出値
は、Ａ／Ｄ変換されてロボット本体に設けられる主制御
部に取り込まれ、主制御部によって、これらの検出値に
基づいて実際のＺＭＰが算出され、ロボットの歩行動作
を含む各部の制御に供される。
動制御を行う場合、実際のＺＭＰを測定することは非常
に有効である。このため、ロボットの可動脚の先端部に
設けられる足部には、力センサなどのＺＭＰ検出用の複
数のセンサが配設されている。これらのセンサの検出値
は、Ａ／Ｄ変換されてロボット本体に設けられる主制御
部に取り込まれ、主制御部によって、これらの検出値に
基づいて実際のＺＭＰが算出され、ロボットの歩行動作
を含む各部の制御に供される。
【０００７】ＺＭＰ検出用センサの設置位置としては、
例えば、足部が足甲部材と該足甲部材に遊動可能に取り
付けられる足底部材からなる二重構造を採用した場合に
は、該足甲部材と該足底部材との間に予圧された状態で
介装されるのが一般的である。
例えば、足部が足甲部材と該足甲部材に遊動可能に取り
付けられる足底部材からなる二重構造を採用した場合に
は、該足甲部材と該足底部材との間に予圧された状態で
介装されるのが一般的である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
足部の構造によると、足甲部材と足底部材の間に予圧し
た状態でＺＭＰ検出用センサが設けられているため、各
センサのキャリブレーション（ゼロ点調整）は、各セン
サへ作用する予圧を各センサの検出範囲内の適宜な値と
なるように与えた状態で実施する必要があり、その作業
が容易ではないという問題があった。
足部の構造によると、足甲部材と足底部材の間に予圧し
た状態でＺＭＰ検出用センサが設けられているため、各
センサのキャリブレーション（ゼロ点調整）は、各セン
サへ作用する予圧を各センサの検出範囲内の適宜な値と
なるように与えた状態で実施する必要があり、その作業
が容易ではないという問題があった。
【０００９】また、足底部材を交換する場合には、その
都度、上記の作業を行う必要があり、交換に伴う作業が
煩雑であり、その工数が多いという問題があった。
都度、上記の作業を行う必要があり、交換に伴う作業が
煩雑であり、その工数が多いという問題があった。
【００１０】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、力センサのキャリ
ブレーションのための予圧調整作業を不要とし、該セン
サの検出値の高精度化を図るとともに、足底部材の交換
に伴う作業負担を軽減することである。
のであり、その目的とするところは、力センサのキャリ
ブレーションのための予圧調整作業を不要とし、該セン
サの検出値の高精度化を図るとともに、足底部材の交換
に伴う作業負担を軽減することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の観点に係る脚式移動ロボットの足は、
可動脚を備えた脚式移動ロボットの足において、前記可
動脚の先端部に取り付けられる足甲部材と、前記足甲部
材に着脱自在に取り付けられる足底部材と、前記足甲部
材及び前記足底部材の一方に設けられた複数の力センサ
と、前記足甲部材及び前記足底部材の他方に前記力セン
サのそれぞれに対応して設けられたセンサ押圧部材と、
前記足底部材が路面に接地していないときには、前記セ
ンサ押圧部材が前記力センサから離間し、該足底部材が
接地したときには、該センサ押圧部材が該力センサに圧
接するように 該足甲部材と該足底部材とが互いに離反
するように付勢する、該足甲部材と該足底部材の間に介
装された付勢部材とを備えたことを特徴とする。
の本発明の第１の観点に係る脚式移動ロボットの足は、
可動脚を備えた脚式移動ロボットの足において、前記可
動脚の先端部に取り付けられる足甲部材と、前記足甲部
材に着脱自在に取り付けられる足底部材と、前記足甲部
材及び前記足底部材の一方に設けられた複数の力センサ
と、前記足甲部材及び前記足底部材の他方に前記力セン
サのそれぞれに対応して設けられたセンサ押圧部材と、
前記足底部材が路面に接地していないときには、前記セ
ンサ押圧部材が前記力センサから離間し、該足底部材が
接地したときには、該センサ押圧部材が該力センサに圧
接するように 該足甲部材と該足底部材とが互いに離反
するように付勢する、該足甲部材と該足底部材の間に介
装された付勢部材とを備えたことを特徴とする。
【００１２】上記目的を達成するための本発明の第２の
観点に係る脚式移動ロボットは、上述した本発明の第１
の観点に係る足を備えて構成される。
観点に係る脚式移動ロボットは、上述した本発明の第１
の観点に係る足を備えて構成される。
【００１３】本発明によると、足底部材が路面に接地し
ていない場合には、力センサからセンサ押圧部材を離間
させた状態、即ち、予圧しない状態とし、足底部材が路
面に接地した場合に力センサにセンサ押圧部材を圧接さ
せるようにしたので、従来のように力センサを予圧して
いたことにより生じていた各力センサの予圧調整に伴う
作業の必要がなくなる。
ていない場合には、力センサからセンサ押圧部材を離間
させた状態、即ち、予圧しない状態とし、足底部材が路
面に接地した場合に力センサにセンサ押圧部材を圧接さ
せるようにしたので、従来のように力センサを予圧して
いたことにより生じていた各力センサの予圧調整に伴う
作業の必要がなくなる。
【００１４】また、各力センサのキャリブレーション
は、力センサからセンサ押圧部材を離間させた状態、即
ち、遊脚時に実施することができるので、比較的に短い
間隔でキャリブレーションを実施することができ、セン
サの検出値の信頼性を向上することができる。さらに、
各力センサのＺ軸方向（足裏面に対して直交する方向）
の相対位置関係さえ正確に設定しておけば、足底部材の
交換時には、足底部材と当該力センサの相対位置関係を
従来ほど厳密に調整する必要がなく、足底部材の交換を
容易に実施することができるようになる。加えて、足底
部材からの衝撃が直ちに力センサに伝達されることがな
いので、耐衝撃性も向上することができる。
は、力センサからセンサ押圧部材を離間させた状態、即
ち、遊脚時に実施することができるので、比較的に短い
間隔でキャリブレーションを実施することができ、セン
サの検出値の信頼性を向上することができる。さらに、
各力センサのＺ軸方向（足裏面に対して直交する方向）
の相対位置関係さえ正確に設定しておけば、足底部材の
交換時には、足底部材と当該力センサの相対位置関係を
従来ほど厳密に調整する必要がなく、足底部材の交換を
容易に実施することができるようになる。加えて、足底
部材からの衝撃が直ちに力センサに伝達されることがな
いので、耐衝撃性も向上することができる。
【００１５】本発明において、特に限定されないが、前
記足甲部材に前記力センサを、前記足底部材に前記セン
サ押圧部材を設けることが望ましい。当該センサを足底
部材に設けた場合には、足底部材の交換時に信号線等の
配線接続作業が必要となるが、当該センサを足甲部材側
に設けることにより、そのような配線接続作業が不要と
なり、交換に伴う作業を容易化できるからである。ま
た、足底部材を足甲部材に対して相対移動できるように
構成した場合には、当該配線の破損や当該配線による足
底部材の移動の障害となることも無くすことができるか
らである。
記足甲部材に前記力センサを、前記足底部材に前記セン
サ押圧部材を設けることが望ましい。当該センサを足底
部材に設けた場合には、足底部材の交換時に信号線等の
配線接続作業が必要となるが、当該センサを足甲部材側
に設けることにより、そのような配線接続作業が不要と
なり、交換に伴う作業を容易化できるからである。ま
た、足底部材を足甲部材に対して相対移動できるように
構成した場合には、当該配線の破損や当該配線による足
底部材の移動の障害となることも無くすことができるか
らである。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。
参照して説明する。
【００１７】図１及び図２は、本発明の実施に供される
「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（図１）及び後方（図２）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１０
０は、脚式移動を行う可動脚としての左右２足の下肢１
１０と、体幹部１２０と、左右の上肢１３０と、頭部１
４０とで構成される。
「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（図１）及び後方（図２）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１０
０は、脚式移動を行う可動脚としての左右２足の下肢１
１０と、体幹部１２０と、左右の上肢１３０と、頭部１
４０とで構成される。
【００１８】左右各々の下肢１１０は、大腿部１１１
と、膝関節１１２と、頸部１１３と、足首１１４と、足
部１５０とで構成され、股関節１１５によって体幹部１
２０の略最下端にて連結されている。また、左右各々の
上肢１３０は、上腕１３１と、肘関節１３２と、前腕１
３３とで構成され、肩関節１３４によって体幹部１２０
の上方の左右各側縁にて連結されている。また、頭部１
４０は、首関節１４１によって体幹部１２０の略最上端
中央に連結されている。
と、膝関節１１２と、頸部１１３と、足首１１４と、足
部１５０とで構成され、股関節１１５によって体幹部１
２０の略最下端にて連結されている。また、左右各々の
上肢１３０は、上腕１３１と、肘関節１３２と、前腕１
３３とで構成され、肩関節１３４によって体幹部１２０
の上方の左右各側縁にて連結されている。また、頭部１
４０は、首関節１４１によって体幹部１２０の略最上端
中央に連結されている。
【００１９】なお、以下では、説明の便宜上、足部１５
０の説明において、足部１５０の裏面の路面（床面）に
当接する部分を含んで構成される面をＸ−Ｙ平面とし、
該Ｘ−Ｙ平面内において、ロボットの前後方向をＸ軸と
し、ロボットの左右方向をＹ軸とし、これらに直交する
方向をＺ軸として説明する。
０の説明において、足部１５０の裏面の路面（床面）に
当接する部分を含んで構成される面をＸ−Ｙ平面とし、
該Ｘ−Ｙ平面内において、ロボットの前後方向をＸ軸と
し、ロボットの左右方向をＹ軸とし、これらに直交する
方向をＺ軸として説明する。
【００２０】各関節には、アクチュエータが配設されて
いる。該アクチュエータの駆動によってロボットの動作
は実現される。装置の外観上で余分な膨らみを排してヒ
トの自然形状に近似させることや、２足歩行という不安
定構造体に対して姿勢制御を行うなどの種々の要請か
ら、関節アクチュエータは小型且つ軽量であることが好
ましい。このため、本実施の形態では、ギア直結型で且
つサーボ制御系をワンチップ化してモータ・ユニットに
内臓したタイプの小型ＡＣサーボ・アクチュエータを搭
載することとした。なお、脚式ロボットに適用可能な小
型ＡＣサーボ・アクチュエータに関しては、例えば本出
願人に既に譲渡されている特願平１１−３３８６号明細
書に開示されている。
いる。該アクチュエータの駆動によってロボットの動作
は実現される。装置の外観上で余分な膨らみを排してヒ
トの自然形状に近似させることや、２足歩行という不安
定構造体に対して姿勢制御を行うなどの種々の要請か
ら、関節アクチュエータは小型且つ軽量であることが好
ましい。このため、本実施の形態では、ギア直結型で且
つサーボ制御系をワンチップ化してモータ・ユニットに
内臓したタイプの小型ＡＣサーボ・アクチュエータを搭
載することとした。なお、脚式ロボットに適用可能な小
型ＡＣサーボ・アクチュエータに関しては、例えば本出
願人に既に譲渡されている特願平１１−３３８６号明細
書に開示されている。
【００２１】体幹部１２０の内部には、図１及び図２上
では見えていない主制御ユニットや電源回路その他の周
辺機器類が搭載されている。
では見えていない主制御ユニットや電源回路その他の周
辺機器類が搭載されている。
【００２２】図３は、脚式移動ロボット１００の制御シ
ステムの構成の概略を示している。主制御ユニット（制
御手段）３００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃ
ｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄ
ｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３０２と、動作パ
ターンなどが格納されているＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌ
ｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３０３と、脚式移動ロボット１００
に搭載される各種センサ３０６の出力としてのアナログ
信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３０５を備
えて構成され、これらはバス３０４を介して相互に接続
されている。
ステムの構成の概略を示している。主制御ユニット（制
御手段）３００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃ
ｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄ
ｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３０２と、動作パ
ターンなどが格納されているＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌ
ｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３０３と、脚式移動ロボット１００
に搭載される各種センサ３０６の出力としてのアナログ
信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３０５を備
えて構成され、これらはバス３０４を介して相互に接続
されている。
【００２３】ＣＰＵ３０１は、ＲＯＭ３０３に蓄えられ
ている情報や各種センサ３０６の出力に基づいて、脚式
移動ロボット１００の動作を生成し、各関節に配置され
たＡＣサーボ・アクチュエータ３０７への指令値を決定
する。
ている情報や各種センサ３０６の出力に基づいて、脚式
移動ロボット１００の動作を生成し、各関節に配置され
たＡＣサーボ・アクチュエータ３０７への指令値を決定
する。
【００２４】また、これらのＡＣサーボ・アクチュエー
タ３０７は、バス３０４を介して主制御ユニット３００
に接続され、ＣＰＵ３０１で計算された各関節に対する
指令値を受け取ることが可能となっている。ＡＣサーボ
・アクチュエータ３０７は、この指令値に従って作動さ
れ、脚式移動ロボット１００の歩行動作を含む各種の動
作が実現される。
タ３０７は、バス３０４を介して主制御ユニット３００
に接続され、ＣＰＵ３０１で計算された各関節に対する
指令値を受け取ることが可能となっている。ＡＣサーボ
・アクチュエータ３０７は、この指令値に従って作動さ
れ、脚式移動ロボット１００の歩行動作を含む各種の動
作が実現される。
【００２５】次に、足部１５０の構造について説明す
る。図４は本発明の実施の形態の足部の構造を示す断面
図、図５は足甲部材の底面図である。足部１５０は、左
右各々の下肢１１０の足首１１４にそれぞれ連結される
足甲部材１０１０及び路面に直接接地される足底部材１
０２０を備えて構成され、足底部材１０２０を足甲部材
１０１０に遊動可能に取り付けた二重構造となってい
る。
る。図４は本発明の実施の形態の足部の構造を示す断面
図、図５は足甲部材の底面図である。足部１５０は、左
右各々の下肢１１０の足首１１４にそれぞれ連結される
足甲部材１０１０及び路面に直接接地される足底部材１
０２０を備えて構成され、足底部材１０２０を足甲部材
１０１０に遊動可能に取り付けた二重構造となってい
る。
【００２６】足甲部材１０１０はその下面が開口された
略矩形箱状の部材であり、略矩形板状の天板部１０１１
及びその周囲に沿って一体的に立設された側板部１０１
２を有している。天板部１０１１の上面には足首１１４
に連結するための連結部１０１３が一体的に設けられて
いる。天板部１０１１には、足底部材１０２０を取り付
けるためのネジ穴（本例では４つ）１０１４が形成され
ている。各側板部１０１２の外面の境界部分はＲ面（円
弧面）又は滑らかな曲面となっている。
略矩形箱状の部材であり、略矩形板状の天板部１０１１
及びその周囲に沿って一体的に立設された側板部１０１
２を有している。天板部１０１１の上面には足首１１４
に連結するための連結部１０１３が一体的に設けられて
いる。天板部１０１１には、足底部材１０２０を取り付
けるためのネジ穴（本例では４つ）１０１４が形成され
ている。各側板部１０１２の外面の境界部分はＲ面（円
弧面）又は滑らかな曲面となっている。
【００２７】足甲部材１０１０の足首１１４への取り付
けは、足甲部材１０１０を該足首１１４にネジ、その他
の固定手段を用いて固定し、あるいは図示は省略する
が、連結機構を介して着脱自在となるように取り付ける
ようにしてもよい。足甲部材１０１０の天板部１０１１
の下面の略中央には電気回路基板１１００が複数の支持
部材１１１０を介して取り付けられている。
けは、足甲部材１０１０を該足首１１４にネジ、その他
の固定手段を用いて固定し、あるいは図示は省略する
が、連結機構を介して着脱自在となるように取り付ける
ようにしてもよい。足甲部材１０１０の天板部１０１１
の下面の略中央には電気回路基板１１００が複数の支持
部材１１１０を介して取り付けられている。
【００２８】足甲部材１０１０の天板部１０１１の下面
にはその四隅近傍にそれぞれ凸状のセンサ用台座部１０
１５が一体的に形成されており、該センサ用台座部１０
１５の先端部には、ＺＭＰを算出するためのＺ軸方向の
圧力を検出する複数の力センサ（例えば、ロードセル）
１０１６が配設されている。これらの力センサ１０１６
は、それぞれ金属ダイヤフラムと４つの歪ゲージからな
り、４つの歪ゲージでブリッジ回路を形成し、該歪ゲー
ジを金属ダイヤフラムに貼着して構成される。但し、力
センサ１０１６はこのような構成のものに限定されず、
他の構成のものを採用してもよい。力センサ１０１６と
して、本実施の形態では、予圧無しでも、所望の精度で
圧力を検出できるタイプのものを採用している。
にはその四隅近傍にそれぞれ凸状のセンサ用台座部１０
１５が一体的に形成されており、該センサ用台座部１０
１５の先端部には、ＺＭＰを算出するためのＺ軸方向の
圧力を検出する複数の力センサ（例えば、ロードセル）
１０１６が配設されている。これらの力センサ１０１６
は、それぞれ金属ダイヤフラムと４つの歪ゲージからな
り、４つの歪ゲージでブリッジ回路を形成し、該歪ゲー
ジを金属ダイヤフラムに貼着して構成される。但し、力
センサ１０１６はこのような構成のものに限定されず、
他の構成のものを採用してもよい。力センサ１０１６と
して、本実施の形態では、予圧無しでも、所望の精度で
圧力を検出できるタイプのものを採用している。
【００２９】電気回路基板１１００上には、力センサ１
０１６への給電及び力センサ１０１６からの信号を伝送
するためのケーブル（ここでは、フレキシブル・ケーブ
ル）１１３０が接続されている。力センサ１０１６と電
気回路基板１１００とをフレキシブルケーブル１１３０
で接続するのは、力センサ１０１６にケーブル・テンシ
ョンによる不要が力が作用することを防止するためであ
る。また、電気回路基板１１００上には、演算処理手段
（ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等）１１２０、Ｘ軸方向及び
Ｙ軸方向の加速度を検出するための加速度センサ１１４
０等も搭載されている。この加速度センサ１１４０の出
力は、路面の重力方向に対する傾きの検出、路面の凹凸
などによる躓きの検出に利用される。
０１６への給電及び力センサ１０１６からの信号を伝送
するためのケーブル（ここでは、フレキシブル・ケーブ
ル）１１３０が接続されている。力センサ１０１６と電
気回路基板１１００とをフレキシブルケーブル１１３０
で接続するのは、力センサ１０１６にケーブル・テンシ
ョンによる不要が力が作用することを防止するためであ
る。また、電気回路基板１１００上には、演算処理手段
（ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等）１１２０、Ｘ軸方向及び
Ｙ軸方向の加速度を検出するための加速度センサ１１４
０等も搭載されている。この加速度センサ１１４０の出
力は、路面の重力方向に対する傾きの検出、路面の凹凸
などによる躓きの検出に利用される。
【００３０】足底部材１０２０は、略矩形板状の部材か
らなる足底本体１０２１の下面に、同じく略矩形板状の
部材からなる接地部材１０２２が貼着ないしネジ等を用
いて一体的に取り付けられた二重構造となっている。
らなる足底本体１０２１の下面に、同じく略矩形板状の
部材からなる接地部材１０２２が貼着ないしネジ等を用
いて一体的に取り付けられた二重構造となっている。
【００３１】足底本体１０２１の外形は、足甲部材１０
１０の側板部１０１２の開口側の外形状と略同一の形状
となっている。足底本体１０２１の上面には、足甲部材
１０１０に取り付けるため、天板部１０１１に形成され
たネジ穴１０１４のそれぞれに対応して上側に凸状の固
定用突起部１０２４が形成されている。固定用突起部１
０２４の下側は、その先端部にネジ山を有する段付きボ
ルト１１５０を下側から挿入するため、円柱状に陥没さ
れた凹部１０２５となっている。各固定用突起部１０２
４の先端部の中央には上下に貫通する貫通穴１０２６が
それぞれ形成されている。また、足甲部材１０１０の天
板部１０１１のセンサ用台座部１０１５に設けられた力
センサ１０１６にそれぞれ対応する位置には、該力セン
サ１０１６に接離自在に圧接ないし当接するセンサ押圧
用台座部（センサ押圧部材）１０２７がそれぞれ一体的
に形成されている。
１０の側板部１０１２の開口側の外形状と略同一の形状
となっている。足底本体１０２１の上面には、足甲部材
１０１０に取り付けるため、天板部１０１１に形成され
たネジ穴１０１４のそれぞれに対応して上側に凸状の固
定用突起部１０２４が形成されている。固定用突起部１
０２４の下側は、その先端部にネジ山を有する段付きボ
ルト１１５０を下側から挿入するため、円柱状に陥没さ
れた凹部１０２５となっている。各固定用突起部１０２
４の先端部の中央には上下に貫通する貫通穴１０２６が
それぞれ形成されている。また、足甲部材１０１０の天
板部１０１１のセンサ用台座部１０１５に設けられた力
センサ１０１６にそれぞれ対応する位置には、該力セン
サ１０１６に接離自在に圧接ないし当接するセンサ押圧
用台座部（センサ押圧部材）１０２７がそれぞれ一体的
に形成されている。
【００３２】接地部材１０２２は、足底本体１０２１の
外形と略同一の形状を有しており、足底本体１０２１の
凹部１０２５に対応して貫通穴１０２８がそれぞれ形成
されている。接地部材１０２２は、足部１５０の路面へ
の接地時にその衝撃を緩和するため、例えば、弾性ゴム
シートから形成される。接地部材１０２２の材料として
は、路面状況対応性の観点から、ゴムシート以外に、金
属やプラスチック、その他、各種のものを採用すること
ができ、その下面（接地面）の形状も路面状況対応性の
観点から、溝を形成したものや土踏まずを形成したもの
を採用することができる。この接地部材１０２２の材質
や接地面の形状を適宜に変更・選択することにより、各
種の路面状況にそれぞれ対応した各種の足底部材１０２
０を構成することができる。
外形と略同一の形状を有しており、足底本体１０２１の
凹部１０２５に対応して貫通穴１０２８がそれぞれ形成
されている。接地部材１０２２は、足部１５０の路面へ
の接地時にその衝撃を緩和するため、例えば、弾性ゴム
シートから形成される。接地部材１０２２の材料として
は、路面状況対応性の観点から、ゴムシート以外に、金
属やプラスチック、その他、各種のものを採用すること
ができ、その下面（接地面）の形状も路面状況対応性の
観点から、溝を形成したものや土踏まずを形成したもの
を採用することができる。この接地部材１０２２の材質
や接地面の形状を適宜に変更・選択することにより、各
種の路面状況にそれぞれ対応した各種の足底部材１０２
０を構成することができる。
【００３３】足底部材１０２０の凹部１０２５及び貫通
穴１０２６に、段付きボルト１１５０を下側から挿入
し、該段付きボルト１１５０がその内側に貫通するよう
に、コイルバネ１１６０を装着し、段付きボルト１１５
０の先端のネジ山を天板部１０１１のネジ穴１０１４に
限界（段差面）までねじ込むことにより、足底部材１０
２０を足甲部材１０１０に装着することができる。な
お、凹部１０２５の天井部分と段付きボルト１１５０の
頭部との間に、円筒状の例えば弾性ゴム又はコイルバネ
等からなる緩衝部材（不図示）を介装してもよい。
穴１０２６に、段付きボルト１１５０を下側から挿入
し、該段付きボルト１１５０がその内側に貫通するよう
に、コイルバネ１１６０を装着し、段付きボルト１１５
０の先端のネジ山を天板部１０１１のネジ穴１０１４に
限界（段差面）までねじ込むことにより、足底部材１０
２０を足甲部材１０１０に装着することができる。な
お、凹部１０２５の天井部分と段付きボルト１１５０の
頭部との間に、円筒状の例えば弾性ゴム又はコイルバネ
等からなる緩衝部材（不図示）を介装してもよい。
【００３４】このような構成の足部がロボットの脚の足
首に取り付けられた状態で、歩行動作を開始すると、遊
脚時、即ち、足部が路面から離間して、足底部材１０２
０に路面からの力が作用していない状態では、コイルバ
ネ１１６０の付勢力によって、足底部材１０２０は足甲
部材１０１０に対して、段付きボルト１１５０によって
規定されるストローク限界まで離間された状態となって
おり、天板部１０１１の下面に設けられたセンサ用台座
部１０１５に取り付けられた力センサ１０１６と、足底
本体１０２０に設けられたセンサ押圧用台座部１０２７
の先端面とは、所定のギャップを保って対峙している。
このギャップは、例えば、０．７ｍｍ程度に設定され
る。
首に取り付けられた状態で、歩行動作を開始すると、遊
脚時、即ち、足部が路面から離間して、足底部材１０２
０に路面からの力が作用していない状態では、コイルバ
ネ１１６０の付勢力によって、足底部材１０２０は足甲
部材１０１０に対して、段付きボルト１１５０によって
規定されるストローク限界まで離間された状態となって
おり、天板部１０１１の下面に設けられたセンサ用台座
部１０１５に取り付けられた力センサ１０１６と、足底
本体１０２０に設けられたセンサ押圧用台座部１０２７
の先端面とは、所定のギャップを保って対峙している。
このギャップは、例えば、０．７ｍｍ程度に設定され
る。
【００３５】接地時、即ち、足部が路面に接地して、足
底部材１０２０に路面からの力が作用している状態で
は、足底部材１０２０はコイルバネ１１６０の付勢力に
抗して、足甲部材１０１０に接近し、天板部１０１１の
下面に設けられたセンサ用台座部１０１５に取り付けら
れた力センサ１０１６に、足底本体１０２０に設けられ
たセンサ押圧用台座部１０２７の先端面が圧接し、各力
センサ１０１６に路面からの圧力が伝達される。力セン
サ１０１６の出力はケーブル１１３０を介して電気回路
基板１１００上の演算処理手段１１２０に送られ、必要
な処理が施された後に、ロボット本体の主制御ユニット
３００に伝送され、ＺＭＰの算出処理が実行される。な
お、ロボット本体の主制御ユニット３００の処理負担を
軽減するため、足部の演算処理手段１１２０によってＺ
ＭＰを算出した後に、ロボット本体の主制御ユニット３
００に伝送するようにしてもよい。
底部材１０２０に路面からの力が作用している状態で
は、足底部材１０２０はコイルバネ１１６０の付勢力に
抗して、足甲部材１０１０に接近し、天板部１０１１の
下面に設けられたセンサ用台座部１０１５に取り付けら
れた力センサ１０１６に、足底本体１０２０に設けられ
たセンサ押圧用台座部１０２７の先端面が圧接し、各力
センサ１０１６に路面からの圧力が伝達される。力セン
サ１０１６の出力はケーブル１１３０を介して電気回路
基板１１００上の演算処理手段１１２０に送られ、必要
な処理が施された後に、ロボット本体の主制御ユニット
３００に伝送され、ＺＭＰの算出処理が実行される。な
お、ロボット本体の主制御ユニット３００の処理負担を
軽減するため、足部の演算処理手段１１２０によってＺ
ＭＰを算出した後に、ロボット本体の主制御ユニット３
００に伝送するようにしてもよい。
【００３６】本実施の形態によると、ＺＭＰ検出用の力
センサ１０１６として予圧が不要なタイプのものを採用
し、足底部材１０２０が路面に接地していない場合に
は、力センサ１０１６からセンサ押圧用台座部１０２７
を離間させた状態、即ち、予圧しない状態とし、足底部
材１０２０が路面に接地した場合に力センサ１０１６に
センサ押圧用台座部１０２７を圧接させるようにしたの
で、予圧の調整を実施する必要が全く無くなる。また、
足底部材１０２０を足甲部材１０１０から離反させるよ
うに付勢するコイルバネ１１６０を足甲部材１０１０と
足底部材１０２０の間に介装したので、足底部材１０２
０の振動の発生が少なく、騒音の発生を低減することが
できる。さらに、各力センサ１０１６のキャリブレーシ
ョンは、足底部材１０２０に外力が作用していない状態
で行う得るので、歩行動作に伴う遊脚時にキャリブレー
ションを実施することができ、常に正確な検出値を得る
ことができるようになる。
センサ１０１６として予圧が不要なタイプのものを採用
し、足底部材１０２０が路面に接地していない場合に
は、力センサ１０１６からセンサ押圧用台座部１０２７
を離間させた状態、即ち、予圧しない状態とし、足底部
材１０２０が路面に接地した場合に力センサ１０１６に
センサ押圧用台座部１０２７を圧接させるようにしたの
で、予圧の調整を実施する必要が全く無くなる。また、
足底部材１０２０を足甲部材１０１０から離反させるよ
うに付勢するコイルバネ１１６０を足甲部材１０１０と
足底部材１０２０の間に介装したので、足底部材１０２
０の振動の発生が少なく、騒音の発生を低減することが
できる。さらに、各力センサ１０１６のキャリブレーシ
ョンは、足底部材１０２０に外力が作用していない状態
で行う得るので、歩行動作に伴う遊脚時にキャリブレー
ションを実施することができ、常に正確な検出値を得る
ことができるようになる。
【００３７】また、足底部材１０２０の交換は、段付き
ボルト１１５０を取り外すことにより容易に行うことが
でき、組立時には、段付きボルト１１５０を螺合の限界
までねじ込むことにより、足底部材１０２０を足甲部材
１０１０に対して所定の位置関係に容易に設定すること
ができ、その交換作業が極めて容易である。
ボルト１１５０を取り外すことにより容易に行うことが
でき、組立時には、段付きボルト１１５０を螺合の限界
までねじ込むことにより、足底部材１０２０を足甲部材
１０１０に対して所定の位置関係に容易に設定すること
ができ、その交換作業が極めて容易である。
【００３８】また、遊脚時に力センサ１０１６から足底
部材１０１０が離間しているので、足底部材１０２０に
何らかの衝撃が加わった場合であっても、この衝撃が力
センサ１０１６に伝達されることが少なくなり、力セン
サ１０１６の破損等も少なくすることができる。
部材１０１０が離間しているので、足底部材１０２０に
何らかの衝撃が加わった場合であっても、この衝撃が力
センサ１０１６に伝達されることが少なくなり、力セン
サ１０１６の破損等も少なくすることができる。
【００３９】以上説明した実施形態は、本発明の理解を
容易にするために記載されたものであって、本発明を限
定するために記載されたものではない。従って、上記の
実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に
属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
容易にするために記載されたものであって、本発明を限
定するために記載されたものではない。従って、上記の
実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に
属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、力センサのキャリブレ
ーションのための予圧調整作業が不要になるとともに、
該センサの検出値の高精度化を図ることができるという
効果がある。また、足底部材の交換に伴う作業負担を軽
減することもできるという効果がある。
ーションのための予圧調整作業が不要になるとともに、
該センサの検出値の高精度化を図ることができるという
効果がある。また、足底部材の交換に伴う作業負担を軽
減することもできるという効果がある。
【図１】 本発明の実施の形態に係る脚式移動ロボット
の斜め前方から見た斜視図である。
の斜め前方から見た斜視図である。
【図２】 本発明の実施の形態に係る脚式移動ロボット
の斜め後方から見た斜視図である。
の斜め後方から見た斜視図である。
【図３】 本発明の実施の形態に係る脚式移動ロボット
の制御系の構成を示す図である。
の制御系の構成を示す図である。
【図４】 本発明の実施の形態の足部の構成を示す側断
面図である。
面図である。
【図５】 本発明の実施の形態の足部の足甲部材の底面
図である。
図である。
１５０…足部（足）
３００…主制御ユニット
１０１０…足甲部材
１０１６…力センサ
１０２０…足底部材
１０２７…センサ押圧用台座部
１１００…電気回路基板
１１５０…段付きボルト、
１１６０…コイルバネ
─────────────────────────────────────────────────────
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 EC03
EC15 EC16 EC19 EC25 EC29
ED10 ED42 ED52 EF07 EF09
EF16 EF17 EF22 EF23 EF33
EF36
3C007 AS36 CS08 HT36 KS34 KX12
WA03 WA13 WB07 WC23
Claims (3)
- 【請求項１】 可動脚を備えた脚式移動ロボットの足に
おいて、 前記可動脚の先端部に取り付けられる足甲部材と、 前記足甲部材に着脱自在に取り付けられる足底部材と、 前記足甲部材及び前記足底部材の一方に設けられた複数
の力センサと、 前記足甲部材及び前記足底部材の他方に前記力センサの
それぞれに対応して設けられたセンサ押圧部材と、 前記足底部材が路面に接地していないときには、前記セ
ンサ押圧部材が前記力センサから離間し、該足底部材が
接地したときには、該センサ押圧部材が該力センサに圧
接するように 該足甲部材と該足底部材とが互いに離反
するように付勢する、該足甲部材と該足底部材の間に介
装された付勢部材とを備えたことを特徴とする脚式移動
ロボットの足。 - 【請求項２】 前記足甲部材に前記力センサを、前記足
底部材に前記センサ押圧部材を設けたことを特徴とする
請求項１に記載の脚式移動ロボットの足。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の足を備えたこと
を特徴とする脚式移動ロボット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002073198A JP4078857B2 (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | 脚式移動ロボットの足及び脚式移動ロボット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002073198A JP4078857B2 (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | 脚式移動ロボットの足及び脚式移動ロボット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003266362A true JP2003266362A (ja) | 2003-09-24 |
| JP4078857B2 JP4078857B2 (ja) | 2008-04-23 |
Family
ID=29202992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002073198A Expired - Fee Related JP4078857B2 (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | 脚式移動ロボットの足及び脚式移動ロボット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4078857B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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-
2002
- 2002-03-15 JP JP2002073198A patent/JP4078857B2/ja not_active Expired - Fee Related
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