JP2005526629A - 作業部材のための、特に歩行ロボットのためのアクチュエータ、及びアクチュエータの制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、アクチュエータに関する。モーターとロボットの作業部材との間の運動学的な接続が、アクチュエータのベースに軸固定された可動リンクと、可動リンクに取り付けられ且つ可動リンクの長さに沿って放射状に滑動可能な滑走部と、モーターに運動学的に接続され、そして、ピンによって滑走部にヒンジ接続されたレバーアームと、を備える。この場合、可動リンク、レバーアーム及びピンの回転軸線は平行で、可動リンクは作業部材に運動学的に接続される。可動リンクの回転軸線に沿って延びるラインと、レバーアームの回転軸線に沿って延びるラインとの間の距離は、レバーアームの長さよりも大きく又は小さくすることができる。

Description

発明の詳細な説明

〔発明の分野〕
本発明は、機械工学分野に属し、特に、ロボット工学、自動制御装置、ペースアクチュエータ、及びその他の装置に用いることができる。

〔発明の背景〕
以下の技術１，２は、通常、周知の技術的解決法として用いられている。歩行ロボットの脚のためのアクチュエータ、概して２足歩行ロボットのためのアクチュエータは、可動部材と、可動部材を作動できるように設置されたモーターと、モーターに運動学的に接続された回転継手によって可動部材に接続された脚のベース部材とを伴う。

これらの解決法では、一定の減速ギヤボックスを伴う作動モーターが、重力によって生じるトルクを補償する。重力によって生じたそのトルクは、高い減速比の小型モーターを用いることによって補償されるが、脚のスピードが非常に制限されるという不都合もある。他に、減速比の低い大きなモーターを用いて、重量により生じたトルクを補償することも可能であるが、これは、ロボットの重量と消費エネルギーの増加という不都合がある。

１．「Articulated structure for legged walking robot」欧州特許０４３３０９６号明細書（発行日：１９９１年６月１９日、発明者：Gomi Hirosi, Kumagai Tomharu, Hirose Masto, Nishikawa Masao、Ｂ２５Ｊ５／００、Ｂ２５Ｊ１１／００、Ｇ０５Ｄ１／１０）

２．「Method and apparatus for dynamic walking control of robot」米国特許第４８３４２００号明細書（発行日：１９８９年５月３０日、発明者：Kajita Syuji、Ｂ２５Ｊ５／００，Ｂ６２Ｄ５７／０２）

〔発明の説明〕
（発明の要約）
本発明のアクチュエーターは、モーターとロボットの作業部材との間の運動学的な接続部が、回転可能にアクチュエータの基部に固定された可動リンクと、全体の長さに沿って放射状に滑動可能に可動リンク上に取り付けられた滑走部と、モーターに運動学的に接続され、ピンによって滑走部にヒンジ接続されたレバーアームと、を有し、可動リンクとレバーアームとピンとの回転軸線が平行であり、可動リンクが作業部材に運動学的に接続されている点で、異なるものである。

可動リンクの回転軸線全体とレバーアームの回転軸線全体に沿って延びるライン間の距離は、レバーアームの長さよりも長く又は短くすることができる。

（発明の詳細な説明）
本発明の目的は、作動モーターのパワー減少と、消費エネルギーの減少と、アクチュエータの動作速度の増加である。

本発明の目的を達成するため、作業部材の、主として作業ロボットのアクチュエータは、ベース１に固定され、制御システムに接続されたモーター２を有している。モーター２は、作業部材４に運動学的に接続されている。モーター２と作業部材４との間の運動学的な接続部は、回転可能にベース１に固定された可動リンク５と、可動リンク５に取り付けられた滑走部６と、モーター２に運動学的に接続されたレバーアーム７と、を有する。滑走部６は、可動リンクに放射状に動くにように固定されている。可動リンク５は、作業部材４に運動学的に接続されている。前記運動学的な接続部は、減速機、ラック＆ピニオン機構、回走チェーン又はベルト等で構成することができ、最も簡単な場合、この運動学的な接続部では、可動リンクに作業部材を直接的に固定することができる。可動リンク５、レバーアーム７及びピン８の回転軸線は、平行である（球面のピンが用いられた場合、ピンの回転軸線の平行度の調節は自動的に行われる）。

可動リンク５の回転軸線全体とレバーアーム７の回転軸線全体とに沿って延びるライン間の距離は、レバーアーム７の長さよりも短くすることができる。

可動リンク５の回転軸線全体とレバーアーム７の回転軸線全体とに沿って延びるライン間の距離は、レバーアーム７の長さよりも長く、又は同じにすることができる。

これらの技術的解決法は、モーター２と、可変で且つ本質的にレバーアーム７の回転角度に依存している作業部材４と、の間の速度比によって、モーターの出力の減少を許容し、エネルギー消費を減少し、アクチュエータの動作速度を増加する。

レバーアーム７は、調整装置を備えることができ、それは、レバーアームの長さ調整の可能性を確保する。この装置は、例えば、一端に左ねじ、他端に右ねじを備えた調整ロッド９と、調整ねじを回転したときにレバーアーム７の長さの変更を可能にする、一致したねじを有する対応部分と、の形態で構成することができる。このレバーアーム７の調整装置は、制御システムに接続された調整モーター１０を備えることができる。考えられる例では、調整モーター１０は、対応部分の一端に固定され、そして、例えば、直線状の歯をもつ平歯車を用いて、調整ロッド９に運動学的に接続することができる。これは、荷重の状態を変えることによって、速度比を最も望ましく調整することを可能にする。この場合、制御システムは、調整モーター１０の位置センサーから受けた調整ロッド９の位置情報に配慮して調整する。

アクチュエータは、制御システム３に接続されるように、モーター２の回転角度のセンサーを備えることができる。アクチュエータは、制御システム３に接続されるように、調整モーター１０の回転角度のセンサーも備えることができる。アクチュエータは、制御システム３に接続されるように、レバーアーム７と可動リンク５の間の角度センサーを備えることができる。アクチュエータは、制御システム３に接続されるように、レバーアーム７とベース１との間の角度センサーを含むことができる。

モーター２とレバーアーム７との運動学的な接続部は、そのユニットよりも高いか又は低い伝達比の減速機を備えることができる。可動リンク５と作業部材４との運動学的な接続部は、そのユニットよりも高いか又は低い伝達比の減速機を備えることができる。

可動リンク５と作業部材４との間の運動学的な接続部は、運動学的な回路において（例えば、可動リンクとスプロケットの間で）、（そのユニットよりも高いか低い伝達比の）減速機の存在を除くことなく、ラック＆ピニオン機構を備えることができる。アクチュエータは、弾性部材のシステムを備えることもできる。その弾性部材のシステムは、同様に１又はいくつかの弾性部材を有することができる。少なくともひとつの弾性部材は、１端を可動リンク５に、他端をアクチュエータのベース１に固定することができる。弾性部材１１の１端は、ロボット４の作業部材に固定してもよく、第２端は、アクチュエータのベース１に固定してもよい。弾性部材のシステムは、レバーアーム７が可動リンク５と平行に配置されるときに、可動リンク５がその位置で安定的につり合った状態になるように、調整することができる。

アクチュエータは、一端がベースに接続され、他端がレバーアーム７又はモーター２に運動学的に接続された、少なくとも一つの可動部材１１を有するように構成することができる。この場合、弾性部材のシステムは、レバーアーム７が、可動リンク５と平行で且つ可動リンク５の回転軸線の方向に向いているときの位置で、安定したつり合い状態にあり、レバーアーム７が、可動リンク５と平行で且つ可動リンク５の回転軸線と反対の方向に向いているときの位置で、不安定なつり合い状態にあるように、調整することができる。

弾性部材の存在は、モーターによってではなく、弾性部材によって全て又は部分的に補われる運動過程の慣性力で、エネルギー消費をさらに減少すること、及び作動速度を増加することを可能にする。

アクチュエータは、作業部材４の１又はいくつかの位置の留め具を有することができる。作業部材の位置の確立は、ベース１に関して（この変形例が、位置決めのより高い精度を確実にするため、望ましい）、可動リンク５に関して、又は、レバーアーム７に関してなされることができる。さらに、作業部材４の位置の確立は、他の変形が可能である。この位置の確立は、ベース１に関するレバーアーム７又は可動リンク５の固定により、又はレバーアーム７及び可動リンク５自身の間に関するレバーアーム７又は可動リンク５の固定により、なすことができる。留め具１２として、機械的な錠を使用することができる。これらの機械的な錠には、２つの部分が備えられる。その部分の１つは、作業部材４に堅く固定することができ、他の部分は、（自動的な固定のため）ベース１に弾力的に固定することができ、そして、（接続を解くために）電磁石の制御システム３を伴って備えることができる。留め具１２の他の変形例は、（例えば、ベースに固定された）留め具の部分の１つが制御システムに接続された電磁石に相当し、対応する部分が、作業部材４に堅く固定された鉄の台であるときに、作業部材の一定の位置で電磁石がこの台と相互に作用するように、実施することができる。

留め具の使用は、停止中にアクチュエータのモーター２が接続を絶たれることにより、エネルギー消費の減少を可能にする。留め具の使用者の一層の利点は、何よりも、留め具がベース１に接続されたときの、作業部材４の位置精度の増加である。

（装置の動作説明）
（第１の態様）
まず、レバーアーム７の長さが、可動リンク５の回転軸線全体に沿って延びるラインと、レバーアーム７の回転軸線全体に沿って延びるラインとの間の距離よりも長い場合について考察する（図１）。

最初の位置において、アクチュエータの全ての部材は、動いていない状態にある。制御システム３は、モーター２にある極性で電圧を供給し、そして、モーター２は、運動中に、モーター２に運動学的に接続されたレバーアーム７を回転させ始める。レバーアームは、ピン８を用いて滑走部６を運動させる。滑走部は、可動リンク５を回転させ始め、同時に可動リンクに沿って滑り始める。この可動リンク５は、運動学的な接続によって（直接的には、減速機、ラック＆ピニオン機構等を用いて）作業部材４を運動させる。作業部材４が、センサー（例えば、ベースに対する可動リンクの位置センサー、モーターの位置センサー等）の信号により、又は、制御システムに内蔵の信号により、制御システム３によって決定された規定の位置に到達したとき、制御システム３は、モーター２に供給された電圧を断つ。この位置で作業部材４を維持するため、制御システム３は、電圧を断つ代わりに、位置センサー（例えば、モーターの位置センサー）の１つを用い、逆の接続をもって現在の位置にモーターを維持する状態に接続できる。

原則として、アクチュエータの最初と最後の位置はいずれか一つにすることができる。しかしながら、アクチュエータの最初の位置（Ｓ１）と最後の位置（Ｓ３）で、レバーアーム７が、可動リンク５に平行で、可動リンクの回転軸線と反対の方向に向けられている場合に、最大の重要性が表される。

この場合、作業部材は、モーターによりレバーアームを３６０°継続的に回転することによって運動することができ、その後、レバーアームの回転が停止する。このレバーアームの運動により、可動リンクは３６０°回転し、作業部材は、可動リンクと作業部材の間の運動学的な接続の速度比によって決定されたある角度回転することができる（ラック＆ピニオン機構が使われた場合には、作業部材は、１回転するのではなく、漸次運動する）。例えば、速度比が４の場合、作業部材は９０°回転することができる。

レバーアームの次の運動は、同じ方向又は反対の方向に行われる。したがって、作業部材は、別の９０°回転し、最初の位置に戻ることができる。

そのような状態において、問題のアクチュエータは、実質的にペースアクチュエータのように作動することができる。しかしながら、一定の速度比の伝統的なペースアクチュエータとは異なり、提案されたアクチュエータは、その速度比が一定ではなく、むしろレバーアームの回転角度に依存する（図２）。運動が始まったとき速度比は最大になる（これは高い加速度を確保する）。

その後、速度比は、レバーアームの中間位置まで徐々に減少する（これは、高速で作業部材を運動させる可能性を確保する）。一旦レバーアームが中間位置を超えると、速度比は増加し始め、最終位置で最大になる（これは作業部材の強い制動の可能性を確保する）。この方法で、アクチュエータの作動の高い速度が確保される。

さらに、速度比の変更によって、アクチュエータの高い機関効率が確保される。作業部材の速度が相当変化することを考慮することなく、アクチュエータの速度が、軌道の大部分で実質的に一定になるからである。

レバーアーム７が、可動リンク５と平行で可動リンク５の回転軸線の方向に向いているとき（Ｓ２）、レバーアーム７の運動が周辺区域においてなされる場合も重要である。この場合、アクチュエータは、作業機械、特に、二足ロボットのために効率的に用いることができる。例えば、アクチュエータの作業部材４が、２足ロボットの片足に相当し、アクチュエータのベース１がロボットの体に相当するときである。

ロボットが動き、ロボットの体が垂直になっている地表面上に、脚がのっているとき、レバーアーム７は、可動リンク５と平行で可動リンク５の回転軸線の方向に向いている。この位置でモーター駆動の作業部材の速度比は最小値となり、そして、垂直な位置からのロボットの体の偏位において、速度比は増加する。

アクチュエータにかかる荷重は類推的になされ、従って、ロボットの体が垂直な位置の場合は荷重が最小値になり、そして、垂直な位置からロボットの体が偏位した場合に荷重は増加する。

このようにして、問題のアクチュエータは、速度比の変化により、変動する外部荷重に自動的に適合する。この適合は、アクチュエータにかかる大きな荷重にとって、特に重要であり（問題の例において、それは垂直姿勢からロボットの体の大きな偏位に相当する）、小さい荷重でアクチュエータの高速作動を維持する性能の低い作動モーターの使用を許容する。

アクチュエータが、レバーアーム７の長さの調整を許容する調整装置を備えている場合、この装置は、荷重を伴うアクチュエータの最適な相互関係のために、レバーアーム（又は、作業部材）の回転角度の、アクチュエータの速度比の依存状態の調整を許容する（図３）。

そして、調整装置が調整モーター１０を有する場合、その調整は、アクチュエータの運動過程の間に直接的に行うことができる。この場合、ロボットの体の回転角度だけに依存しない荷重に対する、アクチュエータの調整が保証され得る（例えば、傾く過程の間に、ロボットは重い荷重を受ける）。

（第２態様）
レバーアーム７の長さが、可動リンク５の回転軸線全体に沿って延びるラインとレバーアーム７の回転軸線全体に沿って延びるラインとの間の距離よりも短い場合の、アクチュエータの動作は、類推的になされる（図４）。

その相違点は一つであり、この場合のレバーアームの回転角度の、アクチュエータの速度比の依存が、完全に異なった性質を有する。この依存は、３６０°の周期の、周期的な性質であり、前記周期内では、２つの部分間で区別することができ、一つは、速度比が正の値をとる部分（Ａ−Ｂ区域）、他は、負の値をとる部分（Ｂ−Ｃ区域）である。速度比の負の値は、レバーアームと可動リンクが、反対方向に回転することを意味する。

Ａ，Ｂ，Ｃ点において、速度比は、無限に大きく又は小さくなるように向かう。これらの点は、レバーアームと可動リンクの間が９０°の角度になる位置に相当する。

これらの点において、中間位置からの可動リンクの傾きは、最大になる。これらの同一の点に対応して、中間位置からの（速度比を一定にするような伝達機構を用いて可動リンクに運動学的に接続された）作業部材の傾斜も最大になる。

運動の制限内の可動リンクの各位置（終点を除く）は、制限角度α内の１つと制限角度β内の他の１つとの、レバーアームの２つの位置に符号する（図５）。

一方の位置から他方の位置への可動リンクを運動は、レバーアームを制限角度α内又は制限角度β内で動かすといった、２つの方法で行うことができる。

モーターと作業部材との間の速度比は、本質的に、レバーアームが動く角度の制限の内側に依存する。運動が制限角度α内で行われる場合、速度比の絶対的な大きさは、制限角度β内で生じる運動よりも低くなる。

これは、荷重が小さいときに（そして高速運動を得るように）１の制限角度内で、又は、アクチュエータにかかる荷重が大きいときに（これでより遅速の運動をもつように）他の制限角度内で、レバーアームの動きを使うことを可能にする。

ある作用角から他への移行は、臨界点（Ａ，Ｂ，またはＣ）によってレバーアームの運動を利用して行われる。

制御システムは、可動リンクとレバーアームとの間の角度センサー（変形例：モーターの位置センサ、ベースに関する可動リンク又は作業部材の位置センサー）の、アクチュエータの部材の位置を考慮して情報を受け取り、相当の電圧がモーター２に供給される。

アクチュエータのこれらの性質は、例えば、ロボットからの荷重（非常に大きな慣性荷重）を伴って運動が行われたときと、荷重の無い状態（小さい荷重）でその他が行われたときとのロボットの利用に、有益である。

最大の重要な事は、アクチュエータが最初の位置と最後の位置のときに、レバーアーム７が可動リンク５に対して垂直になる（すなわち、運動が、可動リンクの一端の位置から他端の位置へ行われる）ことである。

この場合、アクチュエータは、運動の最初と最後で、作業部材の高い加速を維持（速度比の絶対値を高く）するように、そして、経路の中間部で高いスピードを維持（速度比の絶対値を低く）するように、速度比の最適な変更を確保する。そして、その通過は、レバーアームの回転方向に応じて（そしてモーターに相応して）、制限角度αの内側又は制限角度β内のいずれかで行うことができる。これらの動きの中で速度比の大きさが異なるので、これは、外部荷重（慣性又は力）の相当変化するシステムで使うことができる。

例えば、一の方向へロボットの荷重を伴って手を動かすときと、他の方向のロボットの荷重無しで手を動かすときとである。

アクチュエータを用いるための別の例は、その脚のアクチュエータが、脚を空中で選択的に動かす必要があり、且つ、それから地表にのっている脚に関連してロボットの体を動かす選択的に必要がある歩行ロボットである。

これらの運動における荷重は、相当異なるため、運動は、モーターを一方向に回転させることによって非常に急速に行うことができ、そして、次の運動は、反対方向にモーターを回転させることによって、ゆっくり行うことができる。

このように、アクチュエータは、作業部材を一つの位置から別の位置に運動させることを可能にし、その２つは、モーターが運動する方向に応じたアクチュエータの速度比の変化の、２つの異なった法則を有する。

前のとおり、調整装置の存在が、レバーアームの回転角度についてのアクチュエータの速度比に関する依存性の変更を可能にする。それでもなお、上記の場合と異なり、レバーアームの長さの変更は、同時に、中間位置からの可動リンクの（そして対応した作業部材の）最大の可能な傾斜の変更を包含する。

レバーアームの長さの十分な予備を伴って、アクチュエータ自身、第１の形態及び第２の形態で作動することができ、そして、２つの形態の間の移行が、レバーアームの長さの変更により行われる。この移行は、アクチュエータが作動していないか、作動しているとき（この場合調整モーターが用いられる）に、行うことができる。

スプリングの利用によって、アクチュエータの効率のさらなる増加を得ることができる。これは、慣性による荷重（動態過程）の補償及び力による荷重（準静態過程）の補償にとって有益であることを示す。

例えば、第１形態のもとで作動するアクチュエータにとって、弾性部材（１又はいくつかのスプリング）の端部の１つを、アクチュエータのベースに固定することができ、他端を、レバーアームのピンを伴うヒンジによって接続することができる。

ベースに対するスプリングの固定点、可動リンクの回転軸線、及び、レバーアームの回転軸線は、レバーアームの回転平面に平行な平坦なライン上に配置することができ、そして、スプリングは、レバーアームの全ての位置で引っ張られることができる。

アクチュエータが、主として慣性荷重を有し、作業ペースの具体化のためにレバーアームが３６０°運動される（ペースアクチュエーター）場合、そのとき、ベースに対する弾性部材の固定点が、可動リンクの回転軸線と、可動リンクの回転軸線側のレバーアームと、を接続する部分の、外側に配置される（図７）。

最初の位置において、レバーアームは、不安定なつり合いの状態にある。一旦動き始めると、弾性部材がレバーアームを回転の方向（０°から１８０°の角度）に押し、レバーアーム、作業部材、可動リンク（慣性による荷重）の運動を助ける。

中間位置を通過したあと、システムが高い速度と相応の高い運動エネルギーをもったとき、弾性部材は、運動の方向と反対の方向（１８０°〜３６０°の角度）にレバーアームを押し、部材の強い制動を助ける。

蓄積された運動エネルギーは、弾性部材を引く位置エネルギーに変わる。その後、行程が繰り返される。

最初の位置において、アクチュエータは、モーターにより、又は、特別な位置で留め具（例えば、レバーアームが最終位置に達したときにレバーアームを自動的に閉じるスプリングをもつ機械的な錠の形態）により保持され、（例えば、特別な電磁石によって）次の運動が始まる前に解かれる。

アクチュエータが、レバーアームの位置の１つに基づいて運動し、そして、荷重が、主として力の性質を有し、この位置の傾斜が始まるのと同じ方向に向けられる場合（例えば、２足ロボットでアクチュエータを用いた場合）、レバーアーム７が可動リンクと平行で可動リンク（図８）の回転方向に向けられるときの、レバーアームのそのような位置を、最初の位置として使われることができる。

この場合、弾性要素は、少ない力のモーターを使うことを可能にする外部の荷重を（部分的に又は完全に）自動的に補うであろう。

力の荷重が、最小値である場合、レバーアームの最初の位置ではなく、むしろ、最初の位置のある傾斜を伴って、ベースに対する弾性部材の固定点が、レバーアームと可動リンクの回転軸線を通過するラインから外側の方向に相応に動かすことができる。

アクチュエータが、第２の形態のもので操作される場合、弾性部材を固定する別の方法を使うことができる。この場合、弾性部材は、一端を、可動リンク又は作業部材（例えば、可動リンクへ）に固定することができ、そして、他端を、ベースに固定することができる。

弾性部材は、２つのスプリングにより構成することができ、それぞれは、運動の幅全体で可動の固定点を動かすように、引っ張った状態（又は圧縮した状態）にある（図９）。

スプリングは、モーターが停止した状態で作業部材が中間位置をとるように、調整される。最後の位置において、可動リンク又は作業部材は、留め具によって保持される（図１０）。

留め具は、運動が始まる前に解くべきである。弾性部材の作用のもと、可動リンクが、中間位置まで集中的な加速を始め、次に集中的な制動が続き、端部の位置に到達したときに、自動的に留め具によって留められる。

モーターは、運動の種類にあまり影響を与えず、むしろ、運動の間の損失を補うために役立つ。これは、小さいエネルギー消費で高速運動を得ることを可能にする。
本発明は、以下の２つの実施例によって、添付の図面を参照して詳細に説明される。

〔発明の実施例の説明〕
（実施例１）
作業部材のアクチュエータは、ベース１に固定され、制御システム３に接続されたモーター２を有する。モーターは、作業部材４に運動学的に接続されている。モーター２と作業部材４との間の運動学的な接続は、ベース１に回転可能に固定された可動リンク５と、可動リンク５に設けられた滑走部６と、モーター２に接続されたレバーアーム７と、を有する。

滑走部６は、放射状に可動リンク５全体に沿って滑走可能に、可動リンク５に固定されている。レバーアーム７は、滑走部６に、円柱形のピン８によって接続されている。可動リンク５は、一連に接続された減速機とラック＆ピニオン機構を用いて作業部材４に接続されている。可動リンク５とレバーアーム７とピン８の回転軸線は、平行である。

可動リンク５の回転軸線に沿って通るラインとレバーアーム７の回転軸線全体に沿って通るラインとの距離は、レバーアーム７の長さよりも短い。

レバーアーム７は、レバーアーム７の長さの調整を可能にする調整装置を備えている。この装置は、一端に左ねじ、他端に右ねじを有する調整ロッド９と、一致したねじを有する対応部分と、の形態で構成することができる。

レバーアーム７の調整装置は、制御システム３に接続された調整モーター１０を有する。調整モーター１０は、対応部分の一つに固定され、直線状の歯をもつ平歯車によって調整ロッド９に接続されている。

制御システムは、モーター２の回転角度のセンサーと、調整モーター１０の回転角度のセンサーと、レバーアーム７と可動リンク５との間の角度のセンサーと、を有する。

アクチュエータは、第一端がベースに接続され且つ第二端がピン８によってレバーアーム７にヒンジ接続された、可動の部材１１を有している。弾性部材は、レバーアーム７が、可動リンク５と平行で可動リンク５の回転軸線の方向へ向けられたときに、レバーアーム７が安定したつり合い状態にあり、そして、レバーアーム７が、可動リンク５と平行で可動リンク５の回転軸線の反対方向に向けられたときに、レバーアーム７が不安定なつり合い状態にあるように、調整される。

アクチュエータは、可動リンク５の（最初の）位置の留め具を有し、留め具は、ベースに固定された電磁石の形態で作られ、制御システムと、可動リンク５に固定された強磁性材料の対応部分とに接続される。

アクチュエーターを制御する方法は、レバーアームの運動行程で、調整モーターを利用してレバーアームの長さを変えることにより構成されている。

アクチュエーターを調整する方法は、レバーアームが可動リンクと平行で可動リンクの回転軸線と反対の方向に向いているときの位置でブレーキをかける、作業部材により構成され、そして、作業部材の運動は、モーターを用いてレバーアームを３６０°一定に回転させることによって行われ、その後、レバーアームの回転は、終了する。

（実施例２）
作業部材のアクチュエータは、ベース１に固定され、制御システム３に接続されたモーター２を有する。モーター２は、作業部材４に運動学的に接続されている。モーター２と作業部材４との間の運動学的な接続部は、ベース１に回転可能に固定された可動リンク５と、可動リンク５に設けられた滑走部６と、モーター２に減速機経由で接続されたレバーアーム７と、を有する。

滑走部６は、可動リンク全体に沿って放射方向に滑走可能に、可動リンク５に固定されている。レバーアーム７は、滑走部６に円柱形のピンによってヒンジ接続されている。可動リンク５は、一連に固定された減速機とラック＆ピニオン機構とによって作業部材４に接続されている。

可動リンク５、レバーアーム７、及びピンの回転軸線は平行である。可動リンク５の回転軸線全体を通るラインと、レバーアーム７の回転軸線全体を通るラインとの距離は、レバーアーム７の長さよりも長い。

制御システムは、レバーアーム７と可動リンク５との間の角度センサーを有している。

歩行ロボットのアクチュエーターの制御方法は、レバーアームと可動リンクの間の角度が９０°のときの位置で停止する、作業部材の経路の少なくとも一部により構成され、ロボットの対応する脚が地表にのっていないときには可動リンクの回転軸線の回転方向へ、そして、ロボットの対応する脚が地表にのっているときには反対の方向へ、レバーアームをモーターを用いて回転させることにより、作業部材が運動し始める。

アームの長さＲが、可動リンクとレバーアームの回転軸線間の距離Ｌよりも長い場合を示す図である。 Ｒ＞Ｌの場合の、レバーアームの回転角φにおける速度比Ｋの依存性を示す図である。 レバーアームの長さ調整装置を示す図である。 レバーアームＲの長さが、可動リンクとレバーアームの回転軸線間の距離Ｌよりも短い場合を示す図である。 Ｒ＜Ｌの場合の、レバーアームの回転角φにおける速度比の依存性を示す。 Ｒ＜Ｌのときの、可動リンクの端の位置を示す図である。 弾性部材を使用したときの例を示す図である。 弾性部材を使用したときの例を示す図である。 弾性部材を使用したときの例を示す図である。 作業部材の留め具の実施例を示す図である。

符号の説明

１ ベース
２ モーター
３ 制御システム
４ 作業部材
５ 可動リンク
６ 滑走部（スライダ）
７ レバーアーム
８ ピン
９ 調整ロッド
１０ 調整モーター
１１ 弾性部材
１２ 留め具
１３ 最初の位置
１４ 最後の位置
１５ 中間の位置
１６ 減速機
１７ 電磁石
１８ 留め具の応答部

Claims (19)

1. 制御システムと、制御システムに接続され且つ作業部材と運動学的に接続されたモーターを、固定しているアクチュエータのベースと、を有している、作業部材の、主として歩行ロボットの、アクチュエータにおいて、
   モーターとロボットの作業部材との間の運動学的な接続部が、
   アクチュエータの基部に回転可能に固定された可動リンクと、
   可動リンク全体に沿って放射状に滑走可能に、可動リンクに設けられた滑走部と、
   モーターに運動学的に接続され、滑走部にピンによってヒンジ接続されたレバーアームと、を有し、
   可動リンクと、レバーアームと、ピンと、の回転軸線が平行で、可動リンクが作業部材に運動学的に接続されている、アクチュエータ。
2. 可動リンクの回転軸線全体に沿って通るラインと、レバーアームの回転軸線全体に沿って通るラインと、の間の距離が、レバーアームの長さよりも長い、請求項１記載の作業部材のアクチュエータ。
3. 可動リンクの回転軸線全体に沿って通るラインと、レバーアームの回転軸線全体に沿って通るラインと、の間の距離が、レバーアームの長さよりも短い、請求項１記載の作業部材のアクチュエータ。
4. レバーアームが、レバーアームの長さ調整を可能にする調整装置を有している、請求項１〜３のいずれかに記載の作業部材のアクチュエータ。
5. レバーアームの調整装置が、制御システムに接続された調整モーターを有している、請求項１〜４のいずれかに記載の作業部材のアクチュエータ。
6. モーターの回転角度のセンサーを有しており、該センサーが制御システムに接続されている、請求項１〜５記載の作業部材のアクチュエータ。
7. 調整モーターの回転角度のセンサーを有しており、このセンサーが制御システムに接続されている、請求項１〜６のいずれかに記載の作業部材のアクチュエータ。
8. レバーアームと可動リンクとの間の角度のセンサーを有しており、このセンサーが制御システムに接続されている、請求項１〜７のいずれかに記載の作業部材のアクチュエータ。
9. モーターとレバーアームとの間の運動学的な接続部が、減速機を有している、請求項１〜８のいずれかに記載の作業部材のアクチュエータ。
10. 可動リンクと作業部材との間の運動学的な接続部が、減速機を有している、請求項１〜９のいずれかに記載の作業部材のアクチュエータ。
11. 可動リンクと作業部材との間の運動学的な接続部が、ラック＆ピニオン機構を有している、請求項１〜１０のいずれかに記載の作業部材のアクチュエータ。
12. 弾性部材のシステムを有しており、該システムが、少なくとも一つの弾性部材を有し、弾性部材の端部の１つが可動リンクに固定され、弾性部材の第２端がベースに固定されている、請求項１〜１１のいずれかに記載の作業部材のアクチュエータ。
13. 弾性部材のシステムを有しており、該システムは、少なくとも一つの弾性部材を有し、弾性部材の端部の１つがロボットの作業部材に固定され、弾性部材の他端がベースに固定されている、請求項１〜１２のいずれかに記載の作業部材のアクチュエータ。
14. レバーアームが可動リンクと平行に配置されているときに、可動リンクが安定したつり合いの位置にあるように、弾性部材のシステムが調整される、請求項１，２，４〜１３のいずれかに記載の作業部材のアクチュエータ。
15. 弾性部材のシステムを有しており、該システムが、端部の１つがベースに接続され、他端がレバーアームに運動学的に接続される、少なくとも一つの弾性部材を有し、そして、レバーアームが、可動リンクと平行で可動リンクの回転軸線と反対の方向に向けられているときに、レバーアームが安定したつり合い位置にあるように、弾性部材のシステムが調節される、請求項１，３〜１３のいずれかに記載の作業部材のアクチュエータ。
16. 作業部材、可動リンク、又はレバーアームの、少なくとも一つの位置の留め具を有している、請求項１〜１５のいずれかに記載の作業部材のアクチュエータ。
17. 請求項１〜１６のいずれかに記載のアクチュエータの制御方法において、
    レバーアームの長さが、レバーアームの運動過程で調整モーターを利用して変更可能である、アクチュエータの制御方法。
18. 請求項１，２，４〜１４、１６，１７のいずれかに記載の歩行ロボットのアクチュエータの制御方法において、
    作業部材の経路の少なくとも一部で、レバーアームと可動リンクとの間の角度が９０°のときの位置で作業部材が停止し、且つ、ロボットの対応する脚が地表にのっていないときに可動リンクの回転軸線の回転方向へ、そして、ロボットの対応する脚が地表にのっているときに反対の方向へ、レバーアームがモーターによって回転することにより、作業部材が運動し始める、歩行ロボットのアクチュエータの制御方法。
19. 請求項１，３〜１３，１５〜１７のいずれかに記載のアクチュエータの制御方法において、
    経路の一部において、レバーアームが可動リンクと平行でかつ可動リンクの回転軸線と反対の方向に向いているときの位置で作業部材が停止し、モーターによりレバーアームを３６０°の角度で一定に回転することによって、作業部材の運動が行われ、その後レバーアームの回転が終了する、アクチュエータの制御方法。
    

Images