JP2006051585A - Robot device and its walking control method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a robot device and its walking control method capable of enhancing the walking performance. <P>SOLUTION: The legged locomotion robot device and its walking control method are configured so that the toe installed at the forefront of each sole body part is rotated in the hop-up direction during the movable legs being in idling while the heel part installed at the tail of the sole body part is rotated in the down-direction, and when the movable legs are grounded, the toes are rotated in the down-direction as the second step. Also the robot device is furnished with a plurality of toe parts installed at the forefront of the sole body part in such a way as rotatable round a joint axis stretching in the direction different from the pitch axis direction of the machine body of the robot and heel parts installed at the tail of the sole body part rotatably. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ロボット装置及びその歩行制御方法に関し、例えば2足歩行型のロボット装置に適用して好適なものである。   The present invention relates to a robot apparatus and its walking control method, and is suitable for application to, for example, a biped walking robot apparatus.

近年、種々の研究機関や企業等において2足歩行型のロボットの研究が盛んに行われている。2足歩行は、クローク式や、4足又は6足などに比べて不安定で姿勢制御や歩行制御が難しくなるが、不整地や障害物など、作業経路上に凹凸のある歩行面や、階段又は梯子の昇降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。   In recent years, research on biped robots has been actively conducted in various research institutions and companies. Biped walking is unstable and difficult to control posture and walking compared to the cloak type, 4 or 6 feet, etc., but walking surfaces and stairs with irregularities on the work path such as rough terrain and obstacles Or it is excellent at the point which can respond | correspond to a discontinuous walk surface, such as raising / lowering a ladder, and can implement | achieve flexible movement work.

2足歩行型のロボットに関する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。なお、ここで言う安定な「歩行」とは、「転倒することなく、脚を使って移動すること」と定義される。機体の転倒は、ロボットが実行中の作業を中断することを意味し、かつ転倒状態から起き上がって作業を再開するために相当の労力や時間が払われる。また転倒によって、ロボット自体や当該ロボットと衝突する相手側の物体にも致命的な損傷を与えてしまう危険がある。このため転倒を回避するための姿勢安定制御は、2足歩行型のロボットの開発上、最も重要な課題の1つに位置づけられている。   Many techniques relating to posture control and stable walking related to biped robots have already been proposed. The stable “walking” as used herein is defined as “moving using legs without falling down”. The overturn of the airframe means that the work being performed by the robot is interrupted, and considerable labor and time are spent to get up from the overturned state and resume the work. In addition, there is a danger that the fall may cause fatal damage to the robot itself or the object on the other side that collides with the robot. For this reason, posture stability control for avoiding falls is positioned as one of the most important issues in the development of a biped robot.

しかしながら2足歩行を行うロボットは、基本姿勢としての通常の直立姿勢がそもそも不安定である。多くの場合、2足歩行型のロボットの姿勢安定制御には、ZMP(Zero Moment Point)が歩行の安定度判別の規範として用いられている。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、足底接地点と路面が形成する支持多角形(すなわちZMP安定領域)の辺上又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が存在する(例えば、非特許文献1参照)。
ヴコブラトビッチ(Miomir Vukobratovic)著「脚式移動ロボット(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))
However, in a robot that performs biped walking, the normal upright posture as the basic posture is unstable in the first place. In many cases, ZMP (Zero Moment Point) is used as a norm for determining the stability of walking for posture stability control of a biped robot. The standard for discriminating the stability by ZMP is the principle of D'Alembert that gravity and inertia force from the walking system to the road surface, and these moments balance with the floor reaction force and the floor reaction force moment as a reaction from the road surface to the walking system. based on. As a result of dynamic reasoning, there is a point where the pitch axis and roll axis moments are zero, that is, ZMP, on or inside the side of the support polygon (that is, the ZMP stable region) formed by the sole contact point and the road surface ( For example, refer nonpatent literature 1).
"LEGGED LOCOMOTION ROBOTS" by Miomir Vukobratovic (Ichirou Kato's "Walking Robot and Artificial Feet" (Nikkan Kogyo Shimbun))

ところで、2足歩行型のロボットの場合、一般的に、右脚を持ち上げた状態での左脚による単脚支持期、右脚が接地した両脚支持期、左脚を持ち上げた状態での右脚による単脚支持期及び左脚が接地した両脚支持期の4つの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。   By the way, in the case of a biped robot, in general, the single leg is supported by the left leg when the right leg is lifted, the both legs are supported when the right leg is grounded, and the right leg is lifted when the left leg is lifted. It is performed by repeating the walking cycle divided into four movement periods of the single leg support period and the both leg support period in which the left leg is grounded.

この場合において、従来のロボットでは、足底が平面な単板構造であったため、以下のような問題があった。
1.特異姿勢を避けるため、脚姿勢が曲がる。特に膝を曲げた感が強い。このため足首の可動角も制限される。
2.選択できる脚姿勢が限られているため、対地適応性能に限度がある。
3.先端部(足)速度に限界があるため、自ずと移動速度が限られる。
In this case, the conventional robot has the following problems because it has a single-plate structure with a flat sole.
1. Leg posture is bent to avoid singular posture. The feeling of bending the knee is particularly strong. For this reason, the movable angle of the ankle is also limited.
2. Since the leg postures that can be selected are limited, there is a limit to the ground adaptability.
3. Because the tip (foot) speed is limited, the moving speed is naturally limited.

かかる問題点を解決するための1つの手法として、近年、図50に示すように、足平本体部200に対して爪先201を、足先に跳ね上がる自由度をもって取り付けることが提案されている(例えば、http://www.jsk.t.u−tokyo.ac.jp/research/h6/H6_H7.html(平成15年9月11日現在))。   As a technique for solving such a problem, in recent years, as shown in FIG. 50, it has been proposed to attach the toe 201 to the foot main body 200 with a degree of freedom to jump up to the foot (for example, Http://www.jsk.t.u-tokyo.ac.jp/research/h6/H6_H7.html (as of September 11, 2003)).

そしてこの手法によれば、かかる爪先201の存在によって
1.爪先201の分だけ実質的な脚長が伸びるため、高速に歩くことが可能となる
2.爪先201の分だけ高く足を持ち上げられるため、より段の高い階段を歩ける
3.歩く姿勢が綺麗になるため、膝の曲がりが少なくなる
といった、効果を得ることができる。
According to this technique, the presence of the toe 201 causes the following 1. Since the substantial leg length is extended by the amount of the toe 201, it is possible to walk at high speed. 2. Because you can lift your foot higher by the tip of the toe 201, you can walk on higher steps. Since the walking posture is beautiful, it is possible to obtain the effect that the knee bends less.

また2足歩行型のロボットの足平に可動足平片を設けることにより、平坦な歩行面を歩行する場合と、階段を上昇又は下降する場合のいずれにおいても、歩行の安定性を増すことができる(例えば、特開平5−318335号公報)。この場合、足平本体部に、歩行面に対する有効接地面の面積を変化させる方向へ移動可能な可動足平片を設け、作動機構によって各可動足平片を所定の方向に移動させる。   Also, by providing a movable foot piece on the foot of a biped robot, walking stability can be increased both when walking on a flat walking surface and when climbing or descending stairs. (For example, JP-A-5-318335). In this case, a movable foot piece that can move in a direction that changes the area of the effective ground contact surface with respect to the walking surface is provided in the foot main body portion, and each movable foot piece is moved in a predetermined direction by the operating mechanism.

足平に爪先や足平片などの可動部を設けることによって、大きなメリットをもたらす一方で、機構が複雑になり、重量が増す、部分的には可動角が小さくなる、といった問題を招来する。また、通常歩行には足底位置と姿勢を決定すれば十分であることから、爪先は余剰自由度であるという観点も依然として存在する。   By providing a movable part such as a toe or a foot piece on the foot, while providing a great merit, the mechanism becomes complicated, causing a problem that the weight is increased and the movable angle is partially reduced. In addition, since it is sufficient to determine the sole position and posture for normal walking, there is still a viewpoint that the toe has an extra degree of freedom.

このような理由により、爪先を導入することによる効果や可能性が認知されつつも、導入は研究レベルにとどまり、実用には至っていないのが実情である。勿論、爪先を考慮した制御アルゴリズムは、一段と高レベルなものとなることも確かである。   For these reasons, while the effects and possibilities of introducing a toe are recognized, the introduction is only at the research level and has not yet been put into practical use. Of course, it is certain that the control algorithm considering the tip of the toe is much higher level.

他方、従来、脚式歩行型ロボットの踵構造として、衝撃吸収・緩和と着地後の姿勢安定化を最適にバランスさせることを目的として、図51に示すように足部の踵210を柔軟材等を用いて構成することが提案されている(特開2001−129774号)。   On the other hand, conventionally, as a heel structure of a legged walking type robot, the foot heel 210 is made of a flexible material or the like as shown in FIG. 51 for the purpose of optimally balancing shock absorption / relaxation and posture stabilization after landing. It has been proposed to configure using (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-129774).

この踵構造は、足部の踵210を硬質部材(突起211)とその間に充填されてなる軟質部材(充填材212)から構成し、突起211を、断面視において櫛歯状を呈すると共に平面視において線形状あるいは非線形状に連続し、重力軸方向から作用する力に対する剛性に比してそれ以外の方向から作用する力に対する剛性が低いように構成したものである。   In this heel structure, the heel 210 of the foot is composed of a hard member (protrusion 211) and a soft member (filler 212) filled therebetween, and the protrusion 211 has a comb-like shape in a cross-sectional view and a plan view. In FIG. 4, the linear shape or the non-linear shape is continuous, and the rigidity against the force acting from the other direction is lower than the rigidity against the force acting from the gravity axis direction.

しかしながら、かかる踵構造によると、脚部の着地時における衝撃吸収・緩和についてはそれなりの効果を得られることが期待できるものの、足底全体として見た場合に足底形状が常に固定であることから、凹凸地形において充分な接地圧や支持モーメントを得難く、不整地に対する適応性が未だ不充分な問題がある。   However, according to such a heel structure, it can be expected that some effects will be obtained with respect to shock absorption / relaxation when landing on the legs, but the sole shape is always fixed when viewed as the whole sole. However, it is difficult to obtain sufficient contact pressure and support moment on uneven terrain, and there is still a problem that adaptability to rough terrain is still insufficient.

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、歩行性能を向上させ得るロボット装置及びその歩行制御方法を提案しようとするものである。   The present invention has been made in consideration of the above points, and intends to propose a robot apparatus capable of improving walking performance and a walking control method thereof.

かかる課題を解決するため本発明においては、可動脚を有する脚式移動型のロボット装置において、足平本体部の前端部に回転自在に取り付けられた爪先部と、足平本体部の後端部に回転自在に取り付けられた踵部と、爪先部及び踵部を跳上げ方向又は下げ方向に回転駆動する駆動手段と、爪先部又は踵部に印加された外部からの跳上げ方向又は下げ方向の衝撃を緩和させる緩衝手段とを設け、駆動手段が、可動脚の遊脚期には、爪先部を跳上げ方向に回転させると共に踵部を下げ方向に回転させ、当該可動脚の着地時には、爪先部を下げ方向に回転させるようにした。   In order to solve such a problem, in the present invention, in a legged mobile robot device having a movable leg, a toe portion rotatably attached to a front end portion of a foot main body portion, and a rear end portion of the foot main body portion A hook part rotatably attached to the head, a driving means for rotationally driving the toe part and the hook part in the jumping-up direction or the lowering direction, and an external jumping direction or lowering direction applied to the toe part or the hook part. Shock absorbing means is provided, and the drive means rotates the toe portion in the jumping-up direction and the buttocks in the downward direction during the free leg period of the movable leg. The part was rotated in the downward direction.

この結果このロボット装置では、可動脚の着地時における衝撃を爪先部及び踵部において吸収及び緩和できる。またこのとき爪先部及び踵部が跳上げ方向又は下げ方向に回転駆動されるため、爪先部及び踵部を接地面の凹凸に倣わせて接地させることができ、凹凸地形においても充分な接地圧や支持モーメントを得ることができる。   As a result, in this robot apparatus, the impact at the time of landing of the movable leg can be absorbed and alleviated by the toe portion and the heel portion. Further, at this time, the toe portion and the heel portion are rotationally driven in the jumping direction or the lowering direction, so that the toe portion and the heel portion can be grounded following the unevenness of the grounding surface, and sufficient grounding pressure can be obtained even in the uneven landform And support moment can be obtained.

また本発明においては、可動脚を有する脚式移動型のロボット装置の歩行制御方法において、可動脚の遊脚期、足平本体部の前端部に取り付けられた爪先部を跳上げ方向に回転させると共に当該足平本体部の後端部に取り付けられた踵部を下げ方向に回転させる第1のステップと、当該可動脚の着地時、爪先部を下げ方向に回転させる第2のステップとを設けるようにした。   Further, in the present invention, in the walking control method for the legged mobile robot apparatus having the movable leg, the toe portion attached to the front end portion of the foot body portion is rotated in the jumping-up direction during the free leg period of the movable leg. In addition, a first step of rotating the heel part attached to the rear end of the foot main body part in the downward direction and a second step of rotating the toe part in the downward direction when the movable leg lands are provided. I did it.

この結果このロボット装置の歩行制御方法によれば、可動脚の着地時における衝撃を爪先部及び踵部において吸収及び緩和できる。またこのとき爪先部及び踵部が跳上げ方向又は下げ方向に回転駆動されるため、爪先部及び踵部を接地面の凹凸に倣わせて接地させることができ、凹凸地形においても充分な接地圧や支持モーメントを得ることができる。   As a result, according to the walking control method of the robot apparatus, the impact at the time of landing of the movable leg can be absorbed and reduced at the toe portion and the heel portion. Further, at this time, the toe portion and the heel portion are rotationally driven in the jumping direction or the lowering direction, so that the toe portion and the heel portion can be grounded following the unevenness of the grounding surface, and sufficient grounding pressure can be obtained even on uneven terrain. And support moment can be obtained.

さらに本発明においては、脚式移動型のロボット装置において、足平本体部の前端部に、ロボットの機体のピッチ軸方向と異なる方向の関節軸により回転自在に取り付けられた複数の爪先部と、足平本体部の後端部に回転自在に取り付けられた踵部とを設けるようにした。   Further, in the present invention, in the legged mobile robot device, a plurality of toe portions rotatably attached to the front end portion of the foot main body portion by joint axes in directions different from the pitch axis direction of the robot body, A heel part rotatably attached to the rear end part of the foot main body part is provided.

この結果このロボット装置では、爪先部及び踵部を接地面の凹凸に倣わせて接地させることができ、凹凸地形においても充分な接地圧や支持モーメントを得ることができる。   As a result, in this robot apparatus, the toe portion and the heel portion can be grounded following the unevenness of the ground contact surface, and sufficient contact pressure and support moment can be obtained even on uneven landforms.

本発明によれば、可動脚を有する脚式移動型のロボット装置において、足平本体部の前端部に回転自在に取り付けられた爪先部と、足平本体部の後端部に回転自在に取り付けられた踵部と、爪先部及び踵部を跳上げ方向又は下げ方向に回転駆動する駆動手段と、爪先部又は踵部に印加された外部からの跳上げ方向又は下げ方向の衝撃を緩和させる緩衝手段とを設け、駆動手段が、可動脚の遊脚期には、爪先部を跳上げ方向に回転させると共に踵部を下げ方向に回転させ、当該可動脚の着地時には、爪先部を下げ方向に回転させるようにしたことにより、可動脚の着地時における衝撃を爪先部又は踵部を介して緩衝手段において吸収及び緩和できると共に、凹凸地形においても爪先部及び踵部を接地面の凹凸に倣わせて接地させて充分な接地圧や支持モーメントを得ることができ、かくして歩行性能を向上させ得るロボット装置を実現できる。   According to the present invention, in a legged mobile robot device having a movable leg, a toe portion that is rotatably attached to the front end portion of the foot main body portion and a rear end portion that is rotatably attached to the foot main body portion. And a driving means for rotationally driving the toe portion and the heel portion in the jumping-up direction or the lowering direction, and a buffer for relaxing the impact in the jumping-up direction or the lowering direction applied to the toe portion or the heel portion from the outside. And the drive means rotates the toe part in the jumping-up direction and the buttocks part in the lowering direction during the free leg period of the movable leg, and moves the toe part in the lowering direction when the movable leg lands. By rotating it, the impact when landing on the movable leg can be absorbed and mitigated by the buffering means via the toe part or the heel part, and the toe part and the heel part can be made to follow the unevenness of the ground contact surface even in uneven terrain. Enough ground pressure It is possible to obtain the support moment, thus possible to realize a robot apparatus capable of improving walking ability.

また本発明によれば、可動脚を有する脚式移動型のロボット装置の歩行制御方法において、可動脚の遊脚期、足平本体部の前端部に取り付けられた爪先部を跳上げ方向に回転させると共に当該足平本体部の後端部に取り付けられた踵部を下げ方向に回転させる第1のステップと、当該可動脚の着地時、爪先部を下げ方向に回転させる第2のステップとを設けるようにしたことにより、可動脚の着地時における衝撃を爪先部又は踵部を介して緩衝手段において吸収及び緩和できると共に、凹凸地形においても爪先部及び踵部を接地面の凹凸に倣わせて接地させて充分な接地圧や支持モーメントを得ることができ、かくして歩行性能を向上させ得るロボット装置の歩行制御方法を実現できる。   According to the invention, in the walking control method for the legged mobile robot device having the movable leg, the toe portion attached to the front end portion of the foot main body portion is rotated in the jump-up direction during the free leg period of the movable leg. And a second step of rotating the toe portion in the downward direction when the movable leg is landed, and a first step of rotating the heel portion attached to the rear end portion of the foot main body portion in the downward direction. By providing it, the impact at the time of landing of the movable leg can be absorbed and mitigated by the buffering means via the toe part or the heel part, and the toe part and the heel part are made to follow the unevenness of the ground contact surface even in the uneven terrain. It is possible to realize a walking control method for a robotic device that can be grounded to obtain sufficient ground pressure and support moment, and thus improve walking performance.

さらに本発明によれば、脚式移動型のロボット装置において、足平本体部の前端部に、ロボットの機体のピッチ軸方向と異なる方向の関節軸により回転自在に取り付けられた複数の爪先部と、足平本体部の後端部に回転自在に取り付けられた踵部とを設けるようにしたことにより、爪先部及び踵部を接地面の凹凸に倣わせて接地させることができることから、凹凸地形においても充分な接地圧や支持モーメントを得ることができ、かくして歩行性能を向上させ得るロボット装置を実現できる。   Furthermore, according to the present invention, in the legged mobile robot device, a plurality of toe portions rotatably attached to the front end portion of the foot main body portion by joint axes in directions different from the pitch axis direction of the robot body. Since the toe part and the heel part can be grounded following the unevenness of the ground surface by providing a heel part rotatably attached to the rear end part of the foot body part, the uneven terrain A sufficient ground pressure and supporting moment can be obtained even in this way, and thus a robot apparatus capable of improving walking performance can be realized.

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(1)本実施の形態によるロボットの構成
図1及び図2において、1は全体として本実施の形態によるロボットを示し、胴体部ユニット2の上部に首部3を介して頭部ユニット4が連結されると共に、当該胴体部ユニット2の上部左右両側面にそれぞれ腕部ユニット5A、5Bが連結され、かつ当該胴体部ユニット2の下部に一対の脚部ユニット6A、6Bが連結されることにより構成されている。
(1) Configuration of Robot According to this Embodiment In FIGS. 1 and 2, reference numeral 1 denotes a robot according to this embodiment as a whole, and a head unit 4 is connected to an upper portion of a body unit 2 via a neck 3. The arm unit 5A, 5B is connected to the upper left and right side surfaces of the body unit 2 and a pair of leg units 6A, 6B are connected to the lower part of the body unit 2. ing.

この場合、首部3は、図3に示すように、首関節ピッチ軸10回り、首関節ヨー軸11回り及び首関節ピッチ軸12回りの自由度を有する首関節機構部13により保持されている。また頭部ユニット4は、この首部3の先端部に図3のように首部ロール軸14回りの自由度をもって取り付けられている。これによりこのロボット1においては、頭部ユニット4を前後、左右及び斜めの所望方向に向かせることができるようになされている。   In this case, the neck 3 is held by a neck joint mechanism 13 having degrees of freedom around the neck joint pitch axis 10, the neck joint yaw axis 11, and the neck joint pitch axis 12, as shown in FIG. The head unit 4 is attached to the tip of the neck 3 with a degree of freedom around the neck roll shaft 14 as shown in FIG. As a result, in the robot 1, the head unit 4 can be directed in the desired directions of front and rear, left and right, and diagonally.

また各腕部ユニット5Aは、図1及び図2において明らかなように、上腕部ブロック15、前腕部ブロック16及び手先部ブロック17の3つのブロックから構成され、上腕部ブロック15の上端部が図3のように肩ピッチ軸18回り及び肩ロール軸19回りの自由度を有する肩関節機構部20を介して胴体部ユニット2に連結されている。   Each arm unit 5A is composed of three blocks, an upper arm block 15, a forearm block 16, and a hand block 17, as clearly shown in FIGS. 1 and 2, and the upper end of the upper arm block 15 is shown in FIG. 3 is connected to the body unit 2 via a shoulder joint mechanism 20 having degrees of freedom around the shoulder pitch axis 18 and the shoulder roll axis 19.

このとき前腕部ブロック16は、図3のように上腕部ブロック15に上腕ヨー軸21回りの自由度をもって連結されている。また手先部ブロック17は、図3のように前腕部ブロック16に手首ヨー軸22回りの自由度をもって連結されている。さらに前腕部ブロック16には、肘ピッチ軸23回りの自由度を有する肘関節機構部24が設けられている。   At this time, the forearm block 16 is connected to the upper arm block 15 with a degree of freedom around the upper arm yaw axis 21 as shown in FIG. Further, the hand block 17 is connected to the forearm block 16 with a degree of freedom around the wrist yaw axis 22 as shown in FIG. Further, the forearm block 16 is provided with an elbow joint mechanism 24 having a degree of freedom around the elbow pitch axis 23.

これによりロボット1においては、これら腕部ユニット5A、5Bを全体としてほぼ人間の腕部と同様の自由度をもって動かすことができ、かくして片手を上げた挨拶や腕部ユニット5A、5Bを振り回すダンスなどの当該腕部ユニット5A、5Bを用いた各種行動を行い得るようになされている。   As a result, the robot unit 1 can move the arm units 5A and 5B as a whole with almost the same degree of freedom as a human arm unit, thus greeting with one hand raised or dancing to swing the arm units 5A and 5B. Various actions using the arm units 5A and 5B can be performed.

さらに手先部ブロック17の先端部には、5本の指部25がそれぞれ屈曲及び伸長自在に取り付けられており、これによりこれら指部を使って物を摘んだり、把持することができるようになされている。   Further, five finger portions 25 are attached to the distal end portion of the hand block 17 so as to be able to bend and extend, respectively, so that an object can be picked or grasped using these finger portions. ing.

他方、各脚部ユニット6A、6Bは、図1及び図2において明らかなように、大腿部ブロック30、脛部ブロック31及び足平部ブロック32の3つのブロックから構成され、大腿部ブロック30の上端部が図3のように股関節ヨー軸33回り、股関節ロール軸34回り及び股関節ピッチ軸35回りの自由度を有する股関節機構部36を介して胴体部ユニット2に連結されている。   On the other hand, each leg unit 6A, 6B is composed of three blocks, a thigh block 30, a shin block 31, and a foot block 32, as is apparent in FIG. 1 and FIG. As shown in FIG. 3, the upper end portion of 30 is connected to the body unit 2 via a hip joint mechanism portion 36 having degrees of freedom around the hip joint yaw axis 33, the hip joint roll shaft 34, and the hip joint pitch axis 35.

このとき大腿部ブロック30及び脛部ブロック31は、図3のように脛ピッチ軸37回りの自由度を有する膝関節機構部38を介して連結されると共に、脛ブロック31及び足平ブロック32は、図3のように足首ピッチ軸39回り及び足首ロール軸40回りの自由度を有する足首関節機構部41を介して連結されている。   At this time, the thigh block 30 and the shin block 31 are coupled via a knee joint mechanism 38 having a degree of freedom around the shin pitch axis 37 as shown in FIG. Are connected via an ankle joint mechanism 41 having degrees of freedom around an ankle pitch axis 39 and an ankle roll axis 40 as shown in FIG.

これによりロボット1においては、これら脚部ユニット6A、6Bを人間の脚部とほぼ同様の自由度をもって動かすことができ、かくして歩行やボールを蹴るなどの脚部ユニット6A、6Bを用いた各種動作を発現し得るようになされている。   As a result, the robot 1 can move these leg units 6A and 6B with almost the same degree of freedom as a human leg, and thus various operations using the leg units 6A and 6B such as walking and kicking a ball. Can be expressed.

なおこのロボット1の場合、各股関節機構部36は、図3のように体幹ロール軸42回り及び体幹ピッチ軸43回りの自由度を有する腰関節機構部44により支持されており、これにより胴体部ユニット2を前後、左右方向に自在に傾かせることもできるようになされている。   In the case of the robot 1, each hip joint mechanism 36 is supported by a waist joint mechanism 44 having degrees of freedom around the trunk roll axis 42 and the trunk pitch axis 43 as shown in FIG. The body unit 2 can be freely tilted in the front-rear and left-right directions.

ここでロボット1においては、上述のように頭部ユニット4、各腕部ユニット5A、5B、各脚部ユニット6A、6B及び胴体部ユニット2を動かすための動力源として、図4に示すように、首関節機構部13及び肩関節機構部20等の各関節機構部を含む各自由度を有する部位に、それぞれその自由度数分のアクチュエータA〜A17が配設されている。このアクチュエータA〜A17は、ケース内部にICチップ化された演算回路や駆動電流値を検出する電流検出器等が設けられたものであり、外部機器との通信機能等をも有するものである(例えば特願2000−38097号参照)。 Here, in the robot 1, as described above, as a power source for moving the head unit 4, the arm units 5A and 5B, the leg units 6A and 6B, and the body unit 2 as shown in FIG. In addition, actuators A 1 to A 17 corresponding to the number of degrees of freedom are arranged in portions having respective degrees of freedom including the joint mechanisms such as the neck joint mechanism 13 and the shoulder joint mechanism 20. The actuators A 1 to A 17 are provided with an arithmetic circuit formed as an IC chip inside the case, a current detector for detecting a drive current value, and the like, and also have a communication function with an external device. Yes (see, for example, Japanese Patent Application No. 2000-38097).

また胴体部ユニット2には、当該ロボット1全体の動作制御を司るメイン制御部50と、電源回路及び通信回路などの周辺回路51と、バッテリ52(図5)となどが収納されると共に、各構成ユニット(胴体部ユニット2、頭部ユニット4、各腕部ユニット5A、5B及び各脚部ユニット6A、6B)内には、それぞれメイン制御部50と電気的に接続されたサブ制御部53A〜53Dが収納されている。   The body unit 2 stores a main control unit 50 that controls the operation of the entire robot 1, a peripheral circuit 51 such as a power supply circuit and a communication circuit, a battery 52 (FIG. 5), and the like. In the constituent units (the body unit 2, the head unit 4, the arm units 5A and 5B, and the leg units 6A and 6B), the sub control units 53A to 53A electrically connected to the main control unit 50, respectively. 53D is stored.

さらに頭部ユニット4には、図5に示すように、このロボット1の「目」として機能する一対のCCD(Charge Coupled Device)カメラ60A、60B及び「耳」として機能するマイクロホン61などの各種外部センサと、「口」として機能するスピーカ62となどがそれぞれ所定位置に配設されている。また各脚部ユニット6A、6Bにおける足平部ブロック32の裏面等の各所定部位には外部センサとしてのタッチセンサ63が配設されている。   Further, as shown in FIG. 5, the head unit 4 includes various external devices such as a pair of CCD (Charge Coupled Device) cameras 60A and 60B that function as “eyes” of the robot 1 and a microphone 61 that functions as “ears”. A sensor, a speaker 62 functioning as a “mouth”, and the like are disposed at predetermined positions. A touch sensor 63 as an external sensor is disposed at each predetermined portion such as the back surface of the foot block 32 in each leg unit 6A, 6B.

さらに胴体部ユニット2内には、バッテリセンサ64及び加速度センサ65などの各種内部センサが配設されると共に、各構成ユニット内には、それぞれ各アクチュエータA〜A17にそれぞれ対応させて、対応するアクチュエータA〜A17の出力軸の回転角度を検出する内部センサとしてのポテンショメータP〜P17が設けられている。 Further, various internal sensors such as a battery sensor 64 and an acceleration sensor 65 are disposed in the body unit 2, and each component unit is associated with each actuator A 1 to A 17. Potentiometers P 1 to P 17 are provided as internal sensors that detect the rotation angles of the output shafts of the actuators A 1 to A 17 .

そして各CCDカメラ60A、60Bは、周囲の状況を撮像し、得られた画像信号S1Aをサブ制御部53B(図5において図示せず)を介してメイン制御部50に送出する一方、マイクロホン61は、各種外部音を集音し、かくして得られた音声信号S1Bをサブ制御部53Bを介してメイン制御部50に送出する。   Each of the CCD cameras 60A and 60B images the surrounding situation, and sends the obtained image signal S1A to the main control unit 50 via the sub control unit 53B (not shown in FIG. 5), while the microphone 61 Then, various external sounds are collected, and the audio signal S1B thus obtained is sent to the main control unit 50 via the sub-control unit 53B.

また各タッチセンサ63は、それぞれユーザからの物理的な働きかけや、外部との物理的な接触を検出し、検出結果を圧力検出信号S1Cとして対応するサブ制御部53A〜53D(図5において図示せず)を介してメイン制御部50に送出する。   Each touch sensor 63 detects a physical action from the user or a physical contact with the outside, and the sub-control units 53A to 53D (not shown in FIG. 5) corresponding to the detection result as the pressure detection signal S1C. To the main control unit 50.

さらにバッテリセンサ64は、バッテリ52のエネルギ残量を所定周期で検出し、検出結果をバッテリ残量信号S2Aとしてメイン制御部50に送出する一方、加速度センサ65は、3軸(x軸、y軸及びz軸)の加速度を所定周期で検出し、検出結果を加速度検出信号S2Bとしてメイン制御部50に送出する。   Further, the battery sensor 64 detects the remaining energy of the battery 52 at a predetermined cycle, and sends the detection result to the main control unit 50 as a remaining battery signal S2A, while the acceleration sensor 65 has three axes (x axis, y axis). And the z-axis) are detected at a predetermined cycle, and the detection result is sent to the main control unit 50 as an acceleration detection signal S2B.

さらに各ポテンショメータP〜P17は、対応するアクチュエータA〜A17の出力軸の回転角度を検出し、検出結果を所定周期で角度検出信号S2C〜S2C17として対応するサブ制御部53A〜53Dを介してメイン制御部50に送出する。また各アクチュエータA〜A17は、その内部に設けられた上述の電流検出器により検出された駆動電流値に基づいて自己の出力トルクを算出し、算出結果を出力トルク検出信号S2D〜S2D17として対応するサブ制御部53A〜53Dを介してメイン制御部50に送出する。 Further, each of the potentiometers P 1 to P 17 detects the rotation angle of the output shaft of the corresponding actuator A 1 to A 17 , and the corresponding sub-control units 53 A to 53 A as the angle detection signals S 2 C 1 to S 2 C 17 at predetermined intervals. The data is sent to the main control unit 50 via 53D. Each of the actuators A 1 to A 17 calculates its own output torque based on the drive current value detected by the above-described current detector provided therein, and the calculation results are output torque detection signals S2D 1 to S2D. 17 is sent to the main control unit 50 via the corresponding sub-control units 53A to 53D.

メイン制御部50は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等を含んでなるマイクロコンピュータ構成でなり、CCDカメラ60A、60B、マイクロホン61及び各タッチセンサ63等の各種外部センサからそれぞれ供給される画像信号S1A、音声信号S1B及び圧力検出信号S1C等の外部センサ信号S1と、バッテリセンサ64、加速度センサ65及び各ポテンショメータP〜P17等の各種内部センサからそれぞれ供給されるエネルギ残量信号S2A、加速度検出信号S2B及び各角度検出信号S2C〜S2C17や、各アクチュエータA〜A17からそれぞれ供給される出力トルク検出信号S2D〜S2D17などの内部センサ信号S2とに基づいて、ロボット1の外部及び内部の状態や、ユーザの物理的な働きかけの有無等を判断する。 The main control unit 50 has a microcomputer configuration including a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like, and includes CCD cameras 60A and 60B, a microphone 61, and touch sensors 63. External sensor signals S1 such as image signal S1A, audio signal S1B, and pressure detection signal S1C supplied from various external sensors, and various internal sensors such as battery sensor 64, acceleration sensor 65, and potentiometers P 1 to P 17 Energy remaining signal S2A, acceleration detection signal S2B and angle detection signals S2C 1 to S2C 17 respectively supplied from the actuators, output torque detection signals S2D 1 to S2D 17 respectively supplied from the actuators A 1 to A 17, etc. Based on the internal sensor signal S2, the robot 1 External and and internal conditions to determine whether the physical urging of the user or the like.

そしてメイン制御部50は、この判断結果と、予め内部メモリ50Aに格納されている制御プログラムと、そのとき装填されている外部メモリ66に格納されている各種制御パラメータとなどに基づいて続くロボット1の行動を決定し、当該決定結果に基づく制御コマンドを対応するサブ制御部53A〜53D(図4)に送出する。   The main control unit 50 then continues the robot 1 based on the determination result, a control program stored in the internal memory 50A in advance, various control parameters stored in the external memory 66 loaded at that time, and the like. The control command based on the determination result is sent to the corresponding sub-control units 53A to 53D (FIG. 4).

この結果、この制御コマンドに基づき、そのサブ制御部53A〜53Dの制御のもとに、対応するアクチュエータA〜A17が駆動され、かくして頭部ユニット4を上下左右に揺動させたり、腕部ユニット5A、5Bを上に上げたり、歩行するなどの各種行動や動作がロボット1により発現される。 As a result, based on this control command, the corresponding actuators A 1 to A 17 are driven under the control of the sub-control units 53A to 53D, thus swinging the head unit 4 up and down, left and right, Various actions and actions such as raising the unit units 5A and 5B and walking are expressed by the robot 1.

このようにしてこのロボット1においては、外部及び内部の状況等に基づいて自律的に行動することができるようになされている。   In this way, the robot 1 can act autonomously based on external and internal situations.

(2)本実施の形態によるロボット1の足平ブロック32の構成
(2−1)基本構造
(2−1−1)2自由度以上の爪先の配置と可動範囲
ほとんどの移動面は凹凸があり、仮に足底に柔軟物を装備したとしても、接地荷重(圧力分布)を適切に設定することは困難である。
(2) Configuration of the foot block 32 of the robot 1 according to the present embodiment (2-1) Basic structure (2-1-1) Toe placement and movable range with two or more degrees of freedom Most moving surfaces are uneven Even if a flexible material is provided on the sole, it is difficult to set the contact load (pressure distribution) appropriately.

ところが、この接地状態を適切に制御することが、ロボットの移動性能に大きく影響する。そしてこの影響は、脚式移動機械の寸法が小さくなるほど、つまりロボットの機体が小さくなるほど、ロボットの機体の運動性能に対する移動面の寸法効果は大きく、充分に検討及び解決すべき課題となる。   However, appropriately controlling the ground contact state greatly affects the movement performance of the robot. This influence becomes a problem to be sufficiently examined and solved as the size of the legged mobile machine becomes smaller, that is, as the robot body becomes smaller, the size effect of the moving surface on the motion performance of the robot body becomes larger.

またZMPを安定度判別規範とする場合、支持モーメントを適切に発生させるために、支持多角形を適切に選択することも重要となる。原則的には、支持多角形の面積を大きくとることが必要となるが、その形状がどのようなものであるかも歩行性能に大きな影響を与える。単純に接地面積だけで決定されるわけではない点に注意が必要となる。   When ZMP is used as a stability criterion, it is also important to select a support polygon appropriately in order to generate a support moment appropriately. In principle, it is necessary to increase the area of the support polygon, but the shape of the support polygon greatly affects walking performance. Note that it is not simply determined by the ground contact area.

この場合において、上述した従来技術のように片脚当たりに1自由度の爪先を装備しただけでは不充分であり、2自由度以上の爪先を設けた機械系を用意することが望ましい。   In this case, it is not sufficient to equip a toe with one degree of freedom per leg as in the prior art described above, and it is desirable to prepare a mechanical system having toes with more than two degrees of freedom.

図6は、その一例として、爪先に2本の指部70A、70Bを設けた足平構造を示すものである。この例では、足首関節71に連結された足平本体部72の前端縁に、ピッチ軸方向(進行方向と垂直な方向)と平行な関節軸を有する指関節73A、73Bをそれぞれ介して2本の指部70A、70Bが回転自在に取り付けられている。   FIG. 6 shows, as an example, a foot structure in which two finger portions 70A and 70B are provided on the toe. In this example, two foot joints 73A and 73B having joint axes parallel to the pitch axis direction (direction perpendicular to the traveling direction) are provided at the front end edge of the foot main body 72 connected to the ankle joint 71, respectively. Finger parts 70A and 70B are rotatably attached.

また、この足平構造は、2本の指部70A、70Bを設けることに加えて、これらの指部70A、70Bの可動範囲にも特徴がある。すなわち、これら2本の指部70A、70Bは、足平本体部72に対して図7(A)のように上方に跳ね上がる方向(矢印aで示す方向、以下、これを跳上げ方向と呼ぶ)だけでなく、図7(B)のように足平本体部72に対して下がる方向(矢印bで示す方向、以下、これを下げ方向と呼ぶ)にも作動することができる。   In addition to providing two finger portions 70A and 70B, this foot structure is also characterized by the movable range of these finger portions 70A and 70B. That is, these two finger portions 70A and 70B jump upward with respect to the foot main body 72 as shown in FIG. 7A (the direction indicated by the arrow a, hereinafter referred to as the jumping direction). In addition, it can also operate in a direction (a direction indicated by an arrow b, hereinafter referred to as a lowering direction) that is lowered with respect to the foot main body 72 as shown in FIG. 7B.

これら2本の指部70A、70Bの可動範囲としては、跳上げ方向に60〔°〕程度、下げ方向に15〔°〕程度が考えられる。ただし、この可動範囲は、ロボットの規模や脚制御法により変える必要があり、例えば足平の長さが110〔mm〕程度、足平の幅が70〔mm〕程度、身長が600〔mm〕程度のロボットの場合には、跳上げ方向に35〔°〕、下げ方向に15〔°〕程度であれば良い。   As a movable range of these two finger portions 70A and 70B, about 60 [°] in the jump-up direction and about 15 [°] in the lowering direction can be considered. However, it is necessary to change this movable range depending on the scale of the robot and the leg control method. For example, the foot length is about 110 mm, the foot width is about 70 mm, and the height is 600 mm. In the case of a robot having a degree of about 35 [°] in the jumping direction and about 15 [°] in the lowering direction, it is sufficient.

このような指部70A、70Bの跳上げ方向の動きは、歩行時や走行時において、支持脚から遊脚に切り替わる際に移動面を蹴り付けて推進力を得るのに有効である。また指部70A、70Bの下げ方向への動きは、接地圧を調整したり、図34のように足底を移動面に倣わせる場合に有効であるほか、図35のように障害物を踏まないようにすることもできる。また、各指部70A、70Bをそれぞれ独立して動かすことができるようにすることによって、図36に示すように、より精度良く足底を移動面に倣わせることも可能となる。   Such movement of the fingers 70A and 70B in the jumping direction is effective for kicking the moving surface and obtaining a propulsive force when switching from the support leg to the free leg during walking or running. The movement of the fingers 70A and 70B in the downward direction is effective when adjusting the ground pressure or making the sole follow the moving surface as shown in FIG. 34, and as shown in FIG. You can also avoid stepping on it. Further, by allowing each of the finger portions 70A and 70B to be moved independently, as shown in FIG. 36, it is possible to make the sole follow the moving surface with higher accuracy.

(2−1−2)可動踵の配置と可動範囲
本実施の形態に係る足平構造は、図6に示すように、足平の踵部分にも自由度を設けることをもう1つの特徴とする。図6の例は、足平本体部72の後端縁に、ピッチ軸と平行な関節軸を有する踵関節74を介して踵部75を取り付けたものである。
(2-1-2) Arrangement of movable heel and movable range As shown in FIG. 6, the foot structure according to the present embodiment has another feature that a degree of freedom is also provided in the heel portion of the foot. To do. In the example of FIG. 6, a heel part 75 is attached to the rear end edge of the foot main body part 72 via a heel joint 74 having a joint axis parallel to the pitch axis.

そしてこの踵部75は、指部70A、70Bと同様に、足平本体部72に対して図7(A)のように跳上げ方向(矢印c)だけでなく、図7(B)のように足平本体部72に対して下げ方向(矢印d)にも作動することができる。   Then, like the finger portions 70A and 70B, the heel portion 75 is not only in the jumping direction (arrow c) as shown in FIG. 7A but also in the foot main body portion 72 as shown in FIG. 7B. Further, it can be operated in the downward direction (arrow d) with respect to the foot main body 72.

この踵部75は、主として着地時の緩衝のほか、かかる爪先の2本の指部70A、70Bとあわせて対地適応性向上を補助する機能を有する。爪先の2本の指部70A、70Bと同様に支持接地面を構成するものでもあるが、むしろ足本体の接地部の状態を調整するものであると考えた方が本実施の形態に係る足平構造における踵部75の機能を具体的に説明していると言える。   In addition to buffering at the time of landing, the collar portion 75 has a function of assisting improvement in ground adaptability together with the two finger portions 70A and 70B of the toe. The foot according to the present embodiment is considered to adjust the state of the grounding portion of the foot body, although it constitutes a supporting grounding surface in the same manner as the two finger portions 70A and 70B of the toe. It can be said that the function of the collar portion 75 in the flat structure is specifically described.

かかる踵部75の可動範囲としては、跳上げ方向に30〔°〕程度、下げ方向に15〔°〕程度が考えられる。ただし、この可動範囲もロボットの規模や脚制御法により変わる。   As the movable range of the flange portion 75, about 30 [°] in the jumping direction and about 15 [°] in the lowering direction can be considered. However, this movable range also varies depending on the scale of the robot and the leg control method.

(2−1−3)各指部121A、121Bの関節軸の方向
図6は、各指部70A、70Bの各関節軸をそれぞれピッチ軸方向と一致させた足平構造例を例示したものであるが、これら関節軸をピッチ軸方向に対して角度をもたせることによって、各指部70A、70Bと足平本体部81とで対地角度を異ならせるようにすることができる。
(2-1-3) Direction of joint axis of each finger part 121A, 121B FIG. 6 illustrates an example of a foot structure in which each joint axis of each finger part 70A, 70B is aligned with the pitch axis direction. However, by providing these joint axes with an angle with respect to the pitch axis direction, the ground angles can be made different between the finger portions 70A and 70B and the foot main body portion 81.

図6との対応部分に同一符号を付して示す図8及び図9には、各指部80A、80B、85A、85Bの関節軸の取付け方向をピッチ軸方向と異ならせた場合の構成例を示している。これら図8及び図9に示すように、関節軸を適宜傾斜させることで、足底面を適切に変化させることが可能である。   8 and 9 in which the same reference numerals are assigned to the corresponding parts as in FIG. 6, the configuration example when the mounting direction of the joint shaft of each finger 80A, 80B, 85A, 85B is different from the pitch axis direction Is shown. As shown in FIGS. 8 and 9, it is possible to appropriately change the sole of the foot by appropriately tilting the joint axis.

図8は、各指部80A、80Bを、ピッチ軸方向に対してその関節軸をロール方向の下方側に角度θだけ傾けて足平本体部81の前端縁に取り付けた足平構造例であり、このようにすることで足底の接地圧を高く確保することができるため、適切な路面摩擦を確保でき、さらに適切な支持モーメントを発生させることができる。 8, each finger portion 80A, the 80B, the joint axis at the foot structure example in which the front edge of the inclined angle theta 1 to the lower side of the roll direction foot body 81 with respect to the pitch axis In this way, since the contact pressure at the sole of the foot can be secured high, an appropriate road surface friction can be secured, and an appropriate support moment can be generated.

また図9は、各指部85A、85Bを、ピッチ軸方向に対してその関節軸をロール方向の下方側に角度θ、ヨー方向の後退側に角度θだけそれぞれ傾けて足平本体部86の前端縁に取り付けた足平構造例であり、このようにすることで指部85A、85Bをロール方向の下方側に回転させることで足平の内外側の接地圧を高く確保することができるため、適切な路面摩擦を確保でき、さらに適切な支持モーメントを発生させることができる。 Further, FIG. 9 shows the foot main body 85A, 85B by tilting the joint axis with respect to the pitch axis direction by an angle θ 2 downward in the roll direction and an angle θ 3 backward in the yaw direction. This is an example of a foot structure attached to the front edge of 86, and by doing this, it is possible to secure a high ground pressure on the inside and outside of the foot by rotating the finger portions 85A and 85B downward in the roll direction. Therefore, an appropriate road surface friction can be ensured, and an appropriate support moment can be generated.

このような足平構造によれば、足底に印加される負荷荷重レベルに応じて、各指部80A、80B、85A、85Bの足平本体部81、86に対する角度が変わるようにすることができる。   According to such a foot structure, the angles of the finger portions 80A, 80B, 85A, 85B with respect to the foot body portions 81, 86 can be changed according to the load level applied to the sole. it can.

また、足底の中央が凸になると適切な支持モーメントを確保することが困難になるため、支持点はできる限り外側に設定する方がよい。この目的を達成するには、上述のように関節軸の軸方向を変更し、外周部が低くなるようにすることが望ましい。ちょうど土踏まずのような効果を発揮する。   In addition, if the center of the sole is convex, it is difficult to ensure an appropriate support moment. Therefore, it is better to set the support point on the outer side as much as possible. In order to achieve this object, it is desirable to change the axial direction of the joint axis as described above so that the outer peripheral portion is lowered. Exhibits an effect just like an arch.

具体的には、指部80A、80B、85A、85Bのピッチ軸方向に対する取り付け角度を、例えばロール方向の下方側に−5〜15〔°〕程度、ヨー方向の後退側に30〜45〔°〕程度の範囲に設定する。足底を下方に動かした際、接地圧を高める方向が望ましいので、基本的には指部80A、80B、85A、85Bの対地角度がきつくなるような取付け角度を選択する。   Specifically, the attachment angle of the finger portions 80A, 80B, 85A, 85B with respect to the pitch axis direction is, for example, about −5 to 15 ° on the lower side in the roll direction, and 30 to 45 ° on the backward side in the yaw direction. ] Set to a range of about. Since it is desirable to increase the contact pressure when the sole is moved downward, the mounting angle is basically selected so that the ground angles of the fingers 80A, 80B, 85A, 85B are tight.

(2−1−4)各指部121A、121Bの関節軸の高さ方向の位置
図6のように足平本体部72の前端に2本の指部70A、70Bを設けた構造とする場合、これら2本の指部70A、70Bの関節軸の方向(ピッチ軸に対する傾き)に加えて、関節軸の高さ方向の位置も重要である。
(2-1-4) Position in the height direction of the joint axis of each finger 121A, 121B In the case of having a structure in which two fingers 70A, 70B are provided at the front end of the foot main body 72 as shown in FIG. In addition to the joint axis direction (inclination with respect to the pitch axis) of these two finger portions 70A and 70B, the position of the joint axis in the height direction is also important.

実際上、例えば図10のように関節軸90を足底から高く設定した場合、爪先91を跳上げ方向にしか曲げられず、爪先91の関節トルクが大きくなり、さらに爪先91を曲げたときに足平本体部92との間に大きな隙間が開くために、異物を挟み込んでしまうおそれがあるなど、対地適応性に欠け、危険であるといった問題点が発生する。   In practice, for example, when the joint shaft 90 is set high from the sole as shown in FIG. 10, the toe 91 can be bent only in the jumping direction, the joint torque of the toe 91 is increased, and the toe 91 is further bent. Since a large gap is opened between the foot main body portion 92 and the foreign body may be caught, problems such as lack of ground adaptability and danger arise.

このような事態を回避するためには、図11に示すように、各指部93の関節軸94を足底から極力低い位置に設定し、さらに図12に示すように、各指部95A、95Bの後端縁と足平本体部96の前端縁とを噛合させるようにして指関節97A、97Bを構成するなどの工夫をすることで、ほぼ目的の効果を得ることができる。   In order to avoid such a situation, as shown in FIG. 11, the joint shaft 94 of each finger part 93 is set as low as possible from the sole, and as shown in FIG. 12, each finger part 95A, By devising such as configuring the finger joints 97A and 97B so that the rear end edge of 95B and the front end edge of the foot body portion 96 are engaged, the intended effect can be obtained substantially.

なお図13に示すように、各指部98の関節軸99の具体的な高さ位置としては、足平の厚さh内に位置するように設定するのが良い。この場合において、図10について上述したような爪先91及び足平本体部92との間の隙間の問題を考えると、関節軸99(図13)を移動面付近にまで下げるべきであるが、これは困難である。現実的には、各指部98の関節軸99を足底から足平の上面までの高さの2/3くらいの高さ位置に設定することになると思われる。   As shown in FIG. 13, the specific height position of the joint shaft 99 of each finger portion 98 is preferably set so as to be located within the thickness h of the foot. In this case, considering the problem of the gap between the toe 91 and the foot main body 92 as described above with reference to FIG. 10, the joint shaft 99 (FIG. 13) should be lowered to the vicinity of the moving surface. It is difficult. Actually, it seems that the joint axis 99 of each finger part 98 is set to a height position of about 2/3 of the height from the sole to the upper surface of the foot.

(2−1−5)駆動用アクチュエータの配置
一般に、脚式移動式のロボットは、胴体に重量物を集中し、速度の上がる先端部の重量は抑える設計をすべきであるといる論理的見解がある。しかしながら、現実的には、一脚あたり最低6個のアクチュエータを配置しなければならず(図3参照)、各部に分散させるような設計もあり、その範囲で適切な重量配置を考えているのが実状である。
(2-1-5) Arrangement of Drive Actuator In general, a legitimate mobile robot should be designed to concentrate heavy objects on the body and to suppress the weight of the tip that increases speed. There is. However, in reality, at least 6 actuators per leg must be arranged (see Fig. 3), and there is a design that distributes to each part, and we are considering an appropriate weight arrangement within that range. Is real.

上述のように足平の爪先に2本の指部70A、70Bを設ける機構とした場合、足平内にさらにアクチュエータを配置すると、スペースの余裕が少なくなる。ロボットの動作する性質に合わせ、すなわち各指部70A、70Bの駆動用のアクチュエータに要求される性能に応じて、配置できるところに取り付けることを考えるものとする。なお、指部や足平本体部でないところにアクチュエータを配置した場合、リンク、ワイヤ、ベルト又は歯車などの動力伝達手段が別途必要となる。   As described above, when the mechanism is provided with the two finger portions 70A and 70B on the toe of the foot, if an actuator is further disposed in the foot, the space is reduced. Assume that it is attached to a place where it can be arranged in accordance with the property of the robot to operate, that is, according to the performance required for the actuator for driving each finger 70A, 70B. When the actuator is arranged at a place other than the finger part or the foot main body part, a power transmission means such as a link, a wire, a belt, or a gear is separately required.

移動速度や動作速度、機体規模、機能に応じて、指部の駆動機構を以下に挙げるような制御方法を選択して適用することができる。   Depending on the moving speed, the operating speed, the body scale, and the function, the following control method can be selected and applied to the finger drive mechanism.

1.ロボットの動作が比較的遅く、主に移動面への倣い制御が中心の場合:
アクチュエータを指部又は足平本体部に配置する。アクチュエータが小さくて済み、簡潔な設計が適しているからである。
2.ロボットが比較的高速に動き、特に速い周期で脚を動かす場合:
慣性力を少なくするためにもできる限り先端部を軽くする必要がある。このような場合、脚や胴体にアクチュエータを置くことになるが、その際は伝達機構を必要とする。
3.ロボットが跳躍・走行を可能とした場合:
アクチュエータの構成法が変わるものと考えられる。全体に大きな出力(瞬発力)を必要とする場合、かえってスペースのある先端部に配置した方がよことも考えられる。
1. When the robot moves relatively slowly and mainly follows scanning control on the moving surface:
The actuator is placed on the finger or foot main body. This is because the actuator is small and a simple design is suitable.
2. If the robot moves relatively fast, especially when it moves its legs in a fast cycle:
In order to reduce the inertial force, it is necessary to make the tip as light as possible. In such a case, the actuator is placed on the leg or the trunk, but in that case, a transmission mechanism is required.
3. When the robot can jump and run:
It is thought that the construction method of the actuator will change. If a large output (instantaneous force) is required as a whole, it may be better to place it at the tip with space.

上述したように、機体の大きさや動作条件などに応じて、アクチュエータの配置構成を変化させることが望ましい。   As described above, it is desirable to change the arrangement of the actuators according to the size of the airframe and the operating conditions.

図14に、可動脚におけるアクチュエータの配置例を示す。2足歩行型のロボットは、一般に慣性力などの影響を避けるため、足機構に強い出力を発生させるためには、アクチュエータが重くなりがちであるが、足機構上にアクチュエータを配置する必要はなく、この図15に示すように脛や腿の各部又は体幹などに配置し、ワイヤやギア、リンクなどを組み合わせた伝達機構を介して動力を伝達するようにすれば良い。   FIG. 14 shows an example of arrangement of actuators on the movable legs. Biped walking robots generally tend to be heavy in order to generate strong output to the foot mechanism in order to avoid the influence of inertial force, etc. However, it is not necessary to place the actuator on the foot mechanism. As shown in FIG. 15, it may be arranged on each part of the shin or thigh or the trunk, and the power may be transmitted via a transmission mechanism in which wires, gears, links and the like are combined.

また、特定の関節アクチュエータにおいて強力な出力を実現するには、干渉駆動の原理を用い、足指自由度分のアクチュエータを配置し、いずれかの関節軸用アクチュエータを組み合わせて駆動することも考えられる。例えば、足首2軸のモータの他に2モータを追加し干渉させることで、足首2自由度と足指2自由度を動作させることが可能になると言える。   In order to realize a powerful output in a specific joint actuator, it is possible to use the principle of interference driving, arrange actuators for the degree of freedom of toes, and drive by combining any of the actuators for joint axes. . For example, it can be said that it is possible to operate two degrees of freedom of the ankles and two degrees of freedom of the toes by adding two motors to interfere with the two-axis motors of the ankles.

(2−1−6)受動型機械要素を装備する場合
サーボ・アクチュエータを用いた能動的な制御を行なえば、動的な機械システムは高性能を得ることができると言える。豊富なセンサ群を利用した予見的制御を行なうことで、さらに性能を向上することが可能である。しかしながら、周波数が上がるにつれ、次第に適応できなくなっていくという欠点がある。
(2-1-6) When equipped with passive mechanical elements It can be said that a dynamic mechanical system can obtain high performance if active control using a servo actuator is performed. Performance can be further improved by performing predictive control using abundant sensor groups. However, there is a drawback that it becomes impossible to adapt gradually as the frequency increases.

そこで、受動的な機構制御系を取り入れて、外乱入力など高い周波数帯域での応答特性を補う、すなわち能動的制御要素と受動的制御要素の組み合わせからなる複合的制御系という設計論を本願発明者らは提案する。   Therefore, the present inventor has proposed a design theory of a composite control system that incorporates a passive mechanism control system to compensate for response characteristics in a high frequency band such as disturbance input, that is, a composite control system composed of a combination of active control elements and passive control elements. Et al. Propose.

これに対して受動的な機構制御系は、例えばばねやダンパなどの機械要素の組み合わせによって構成される。受動的制御要素として、可変式非線形コンプライアンス機構を導入する。単純なばねを導入したものではない、という点に十分留意されたい。ここで導入する要素として、以下のものを挙げることができる。   On the other hand, the passive mechanism control system is configured by a combination of mechanical elements such as springs and dampers. A variable nonlinear compliance mechanism is introduced as a passive control element. It should be noted that a simple spring is not introduced. Examples of the elements introduced here include the following.

1.ばね(非線形特性、プリロード、リミッタなどを含む)
2.ダンパ(非線形特性、圧縮・伸展で特性を変化あるいは速度に対する負特性など)
3.摩擦(速度依存性が小さい非線形的成分)
1. Spring (including non-linear characteristics, preload, limiter, etc.)
2. Damper (non-linear characteristics, characteristics changed by compression / extension or negative characteristics for speed, etc.)
3. Friction (nonlinear component with low speed dependence)

図15に、能動的なサーボ制御系と受動的な機構制御系からなる混合制御系の概念を実現した直動機構100の一例を示す。   FIG. 15 shows an example of a linear motion mechanism 100 that realizes the concept of a mixed control system including an active servo control system and a passive mechanism control system.

同図に示す例では、サーボ・モータからなる能動制御によるサーボ駆動系101と出力部(関節などの効果器)の間に、受動的で広帯域で応答することができる機構系102が直列的に配置されている。この受動的な機構系102は、例えばばねやダンパなどのコンプライアンスの他、プリロードや摩擦その他の非線形要素により構成することができる。また、受動的な機構系102と出力部の間に、さらにトルクリミッタや他のリンク、関節などを含んでいてもよい。また、機構要素は、コイルなどの電気系であってもよい。   In the example shown in the figure, a mechanism system 102 capable of responding in a passive and broadband manner is connected in series between an active control servo drive system 101 including a servo motor and an output unit (effector such as a joint). Has been placed. The passive mechanism system 102 can be configured by non-linear elements such as preload, friction, and the like in addition to compliance such as a spring and a damper. Further, a torque limiter, another link, a joint, or the like may be further included between the passive mechanism system 102 and the output unit. The mechanism element may be an electric system such as a coil.

ここで、受動的なコンプライアンス機構を実現するには、単純なばねでは充分な性能を出すことは困難であり、非線形の機構要素を備えていることが好ましい。この部位に関しては、その定数などをアクチュエータなどによって変更することもできる。受動的な制御処理系103は、基本的には機械要素で実現しているが、それを補助するための制御手段を組み合わせることも想定している。   Here, in order to realize a passive compliance mechanism, it is difficult to achieve a sufficient performance with a simple spring, and it is preferable to include a nonlinear mechanism element. With respect to this part, the constant or the like can be changed by an actuator or the like. The passive control processing system 103 is basically realized by machine elements, but it is also assumed that control means for assisting it is combined.

図15に示す例では、受動的な機構系102の作動をオン/オフするためのソレノイドなどの切替機構104を配置しており、受動的な機構系102のロック、解放、コントロールを行なう。すなわち、制御処理系103からの切替機構制御信号S10によって受動的な機構系102における高周波応答作用を付勢又は減勢し得るようになされている。   In the example shown in FIG. 15, a switching mechanism 104 such as a solenoid for turning on / off the operation of the passive mechanism system 102 is arranged, and the passive mechanism system 102 is locked, released, and controlled. That is, the high-frequency response action in the passive mechanism system 102 can be energized or deenergized by the switching mechanism control signal S10 from the control processing system 103.

勿論、上述したような受動的な機構系102及び制御処理系103を組み合わせなくとも、本願所望の作用効果を達成することはできるが、さらに高性能で、緻密な制御を可能にすることができる。   Of course, it is possible to achieve the desired operation and effect without combining the passive mechanism system 102 and the control processing system 103 as described above, but it is possible to perform more sophisticated and precise control. .

以下では、ばねやダンパなど、受動的な機構系102を構成する各要素について説明する。   Below, each element which comprises the passive mechanism system 102, such as a spring and a damper, is demonstrated.

(2−1−6−1)ばね
図16に、通常の線形ばねの弾性特性を示す。このような単純ばねを適用するのは、安定性を確保する上では不適切である。何故ならば、必要な支持モーメントを発生しようとしても、その変位が小さい場合は充分に伝わらず、転倒につながる可能性があるからである。
(2-1-6-1) Spring FIG. 16 shows the elastic characteristics of a normal linear spring. Applying such a simple spring is inappropriate for ensuring stability. This is because even if an attempt is made to generate the necessary support moment, if the displacement is small, it is not sufficiently transmitted and may cause a fall.

この場合、ばねの荷重(変位)が小さい場合、ばねが柔らか過ぎると、変位が大きくなり過ぎ、充分な支持モーメントを発生することが困難である。逆に、徒にばね定数を上げると、緩衝に適応できない特性となる。すなわち、脚式移動ロボットへ直接利用することは困難であり、いたずらにストロークが大きくなるか、振動を起こすなどの問題が考えられる。また、位置を決定するのに、ばね要素が入ることは一般に制御が難しくなる。   In this case, when the load (displacement) of the spring is small, if the spring is too soft, the displacement becomes too large and it is difficult to generate a sufficient support moment. On the other hand, if the spring constant is increased, the characteristic cannot be adapted to the buffer. That is, it is difficult to directly use it for a legged mobile robot, and there may be problems such as an unnecessarily large stroke or vibration. Also, the spring element is generally difficult to control to determine the position.

このような問題を解決するための手段としては、低荷重領域では作動せず所定荷重を超えた時点で弾性特性が作動するプリロード機構と、変位量が所定値に到達した時点で弾性変形が停止するリミッタ機構をばねに適用する。   As a means for solving such a problem, there is a preload mechanism that does not operate in a low load region and elastic characteristics are activated when a predetermined load is exceeded, and elastic deformation stops when a displacement amount reaches a predetermined value. Apply a limiter mechanism to the spring.

この場合の弾性特性は図17に示す通りとなり、ばね定数を適度に抑え、かつ、低荷重域の特性を改善するためのオフセット(バイアス)が与えられている。図17に示すような弾性特性を得ることにより、例えば通常時にはほぼ剛体として作用し非常時のみ作動する、あるいは、足先接地時に荷重とともに変位するようにすることができる。   The elastic characteristics in this case are as shown in FIG. 17, and an offset (bias) is given to moderately suppress the spring constant and improve the characteristics in the low load region. By obtaining an elastic characteristic as shown in FIG. 17, for example, it can act as a substantially rigid body at normal times and operate only in an emergency, or can be displaced with a load at the time of foot contact.

ただし、実際上は、ここまで線形な特性は必要ない。また機構的な位置関係でなく、切替機構のようなものを制御して同様の弾性特性を実現するようにしても良く、この場合にその弾性特性は図18のようになる。また意図的に弾性特性に非線形性を与えることで、移動性能と制御特性の整合性を向上させることもできる。   However, in practice, linear characteristics are not necessary so far. Further, instead of the mechanical positional relationship, a similar elastic characteristic may be realized by controlling a switching mechanism, and in this case, the elastic characteristic is as shown in FIG. In addition, it is possible to improve the consistency between the movement performance and the control characteristics by intentionally imparting non-linearity to the elastic characteristics.

機能に、プリロード、変位ストッパ、非線形特性ばねなどを組み合わせると効果的である。また、これらの要素のつながりに極端な段の付いたものは、挙動を乱す原因になるので滑らかに変化するような特性を考慮しておく必要がある。   Combining functions with preload, displacement stopper, non-linear characteristic spring, etc. is effective. In addition, since the connection of these elements with an extreme step causes disturbance in behavior, it is necessary to consider characteristics that change smoothly.

(2−1−6−2)ダンパ
図19に、基本モデルとなるダンパの特性を示す。この図19に示すダンパは、線形粘性を持つ減衰要素である。このような単純な特性のものを適用すると、速い外乱入力に対して抵抗力が大きくなり過ぎてしまう。すなわち、高速な応答に対しての抵抗力が大きくなり、歩行機械で考えると、急激な力に対しては剛体として作用する。このため、結局のところ、転倒モーメントを発生させる原因となる。この対策として、以下の2つの方法を導入する。
(2-1-6-2) Damper FIG. 19 shows the characteristics of a damper serving as a basic model. The damper shown in FIG. 19 is a damping element having linear viscosity. If such a simple characteristic is applied, the resistance force becomes too large against a fast disturbance input. That is, the resistance force to a high-speed response becomes large, and when considered with a walking machine, it acts as a rigid body against a sudden force. For this reason, after all, it causes a fall moment. The following two methods are introduced as countermeasures.

1.伸び、縮み方向で特性が変わる
2.高速な入力に対して追従性を挙げた負特性とする。
1. 1. Characteristics change in the direction of expansion and contraction. Negative characteristics with high tracking capability for high-speed input.

図20に、1番目の方法を導入し、方向による異特性を与えたダンパの特性を示す。すなわち、荷重が加わる方向に応じて減衰率を変えることが有効であり、衝撃を受けるときは減衰力を小さくして素早く吸収し、伸展するときは減衰力を大きく設定し、飛び跳ねによる転倒モーメントの発生を抑えるようにする。   FIG. 20 shows the characteristics of a damper that introduces the first method and gives different characteristics depending on directions. In other words, it is effective to change the damping rate according to the direction in which the load is applied. When receiving an impact, the damping force is reduced to absorb quickly, and when extending, the damping force is set to be large, and the falling moment of jumping is reduced. Try to suppress the occurrence.

また、図21に、2番目の方法を導入し、系が作動する速度に応じて特性が切り替わるという速度依存型のダンパ特性を示す。衝撃力による挙動はきわめて速く、速度が上がったときに抵抗力が小さくなって、素早く変位させることで、上体の変位、衝撃を少なくすることが望ましい。図21に示すような負特性をダンパに与えることでこの機能を実現することができる。   FIG. 21 shows a speed-dependent damper characteristic in which the second method is introduced and the characteristic is switched according to the speed at which the system operates. The behavior due to the impact force is extremely fast, and it is desirable to reduce the displacement and impact of the upper body by quickly displacing the resistance force as the speed increases. This function can be realized by giving the damper a negative characteristic as shown in FIG.

図20及び図21に示すダンパ特性を自在に組み合わせることによって、衝撃力を逃がし、かつ支持するための力を適切に発生することができる。これをさらに拡張し、機体の持つ固有振動数の影響を小さくするなどの工夫を行ない、かつ急峻な変化を誘発しないための非線形特性を与える。図22に、この場合のダンパ特性例を示す。これらの要素のつながりに極端な段の付いたものは挙動を乱す原因となるので、滑らかに変化するような特性を考慮しておく必要がある。   By freely combining the damper characteristics shown in FIGS. 20 and 21, it is possible to appropriately generate a force for releasing and supporting the impact force. This will be further expanded to give non-linear characteristics to prevent abrupt changes by devising such as reducing the influence of the natural frequency of the aircraft. FIG. 22 shows an example of the damper characteristic in this case. Since the connection of these elements with an extreme step causes disturbance in behavior, it is necessary to consider characteristics that change smoothly.

また、ばねやダンパ以外に、摩擦などの要素を適宜導入することにより、特性改善を行なうことができる。   In addition to the spring and the damper, characteristics can be improved by appropriately introducing factors such as friction.

(2−1−6−3)切替機構
受動的機構制御系の特性を切り替えるために、プリロード、ラッチ又はソレノイド、ブレーキ機構など、あるいはこれらの組み合わせを導入することができる。
(2-1-6-3) Switching mechanism In order to switch the characteristics of the passive mechanism control system, a preload, a latch or solenoid, a brake mechanism, or a combination thereof can be introduced.

荷重や速度が大きくなると受動的に動作開始したり、制御を与えることで切り替え動作を明確にしたりする。または特性自体を作り出したりすることに利用することもできる。   When the load or speed increases, the operation starts passively or the switching operation is clarified by giving control. Or it can be used to create the properties themselves.

図23に、上述したばね、ダンパ、切替機構を有機的に組み合わせた非線形コンプライアンス機構の構成例を示す。   FIG. 23 shows a configuration example of a nonlinear compliance mechanism in which the above-described spring, damper, and switching mechanism are organically combined.

この非線形コンプライアンス機構110において、非線形ばね111の要素は、不定ピッチや多重ばねなどで構成される。リミット機構112は緩衝機構113を有し、ストッパで急激に停止させるのではなく、緩衝材を用いておくことが好ましい。   In this non-linear compliance mechanism 110, the elements of the non-linear spring 111 are constituted by an indefinite pitch, multiple springs, or the like. The limit mechanism 112 has a buffer mechanism 113, and it is preferable to use a buffer material instead of stopping it suddenly with a stopper.

非線形ばね111には、プリロード機構114が作用している。ロック機構としてブレーキやラッチなどを用いる。受動的及び能動的制御系のいずれにもロック機構を装備する。また、この図23において非線形ばね111及びダンパ115からなる非線形ダンピング機構としては、流体の他、固体摩擦、コイルなどの電気系を利用することができる。   A preload mechanism 114 acts on the nonlinear spring 111. A brake or a latch is used as a locking mechanism. Both passive and active control systems are equipped with a locking mechanism. In addition, as the nonlinear damping mechanism including the nonlinear spring 111 and the damper 115 in FIG. 23, an electric system such as a solid friction or a coil can be used in addition to a fluid.

また図24に、ばね、ダンパ、切替機構を有機的に組み合わせた機構ユニットの構成例を示す。この図24に示す例では、図23に示す非線形コンプライアンス機構110を、受動的な制御要素を適宜ロックするロック機構116と組み合わせて用いている。   FIG. 24 shows a configuration example of a mechanism unit that organically combines a spring, a damper, and a switching mechanism. In the example shown in FIG. 24, the non-linear compliance mechanism 110 shown in FIG. 23 is used in combination with a lock mechanism 116 that appropriately locks passive control elements.

本実施の形態に係る機構構成上、足機構本体に強力なアクチュエータの装着が必要であるが、重量や寸法など他の設計事項との関係から、装着が困難である。この場合、ロック(ブレーキ)できる機構が有効であり、足平先端の指機構が動くことが常時要求されるとは言えず、一度ある形状が作り出されたらしばらくその形状を保持すればよい場合、若しくは一定の抵抗力(トルク)を出しつつも外力に押し戻されるような動作をする場合、ブレーキ機構が有効である。   Due to the mechanism configuration according to the present embodiment, it is necessary to mount a strong actuator on the foot mechanism body, but it is difficult to mount due to other design matters such as weight and dimensions. In this case, a mechanism that can lock (brake) is effective, and it cannot be said that the finger mechanism at the tip of the foot is always required to move. Alternatively, the brake mechanism is effective when the operation is such that it is pushed back to the external force while outputting a certain resistance force (torque).

(2−2)本実施の形態によるロボット1の足平ブロック32の具体的構造
ここで図25〜図27は、上述のような各種事項を考慮して形成された本実施の形態によるロボット1の足平ブロック32の具体的構造を示すものである。
(2-2) Specific Structure of Foot Block 32 of Robot 1 According to the Present Embodiment Here, FIGS. 25 to 27 show the robot 1 according to the present embodiment formed in consideration of the various items as described above. A specific structure of the foot block 32 is shown.

これら図25〜図27からも明らかなように、足平ブロック32は、足平本体部120の前端縁に2本の指部121A、121Bが配設されると共に、足平本体部120の後端縁に踵部122が配設されることにより構成されている。   As is clear from FIGS. 25 to 27, the foot block 32 has two finger portions 121 </ b> A and 121 </ b> B disposed on the front end edge of the foot main body portion 120 and the rear foot portion 120. The flange 122 is disposed at the end edge.

この場合、各指部121A、121Bにおいては、その関節軸を足平本体部120の厚み内に位置させるように、それぞれ櫛歯状に形成されたその後端縁を、これに対応させて同じく櫛歯状に形成された足平本体部120の前端縁と嵌め合わせるようにして足平本体部120に取り付けられている。   In this case, in each finger part 121A, 121B, the rear end edge formed in a comb-teeth shape so that its joint axis is positioned within the thickness of the foot main body part 120 is similarly combed. The foot body 120 is attached to the foot body 120 so as to be fitted with the front end edge of the foot body 120 formed in a tooth shape.

これによりこの足平ブロック32では、歩行時や走行時に各指部121A、121B及び足平本体部120間に隙間を生じさせることなく、各指部121A、121Bを跳上げ方向及び下げ方向の双方に自在に駆動させ得、かくして跳上げ方向の動きによって、歩行時や走行時に移動面を蹴り付けて充分な推進力を得ることができ、また下げ方向への動きによって、接地圧を調整したり、足底を移動面に倣わせることができるようになされている。   As a result, in the foot block 32, the fingers 121A and 121B are both raised and lowered without causing a gap between the fingers 121A and 121B and the foot main body 120 during walking or running. It is possible to drive freely, thus, by moving in the jumping direction, you can kick the moving surface when walking or running to obtain sufficient propulsive force, and by adjusting the ground pressure by moving in the downward direction The sole can be made to follow the moving surface.

また各指部121A、121Bにおいては、それぞれ隣接する他の指部121A、121Bとの間に適度な大きさの隙間が生じるように、それぞれ台形状に形成されており、これによりこれら各指部121A、121Bを跳上げ方向又は下げ方向に動作させたときに、これら指部121A、121Bが隣接する他の指部121A、121Bと干渉するのを未然に防止し得るようになされている。   In addition, each finger 121A, 121B is formed in a trapezoidal shape so that a gap of an appropriate size is generated between each of the adjacent fingers 121A, 121B. When the 121A and 121B are moved in the jumping-up direction or the lowering direction, the finger portions 121A and 121B can be prevented from interfering with other adjacent finger portions 121A and 121B.

さらに各指部121A、121Bは、それぞれその関節軸がピッチ軸方向に対して後退方向に30〜45〔°〕程度、下方に5〜15〔°〕程度傾斜するように足平本体部120に取り付けられており、これにより接地時おける支持点を足底面の外側に位置させて適切な支持モーメントを得られるようになされている。   Furthermore, each finger part 121A, 121B is provided on the foot body part 120 so that its joint axis is inclined about 30-45 [deg.] In the backward direction and about 5-15 [deg.] Downward with respect to the pitch axis direction. Thus, the support point at the time of grounding is positioned outside the bottom surface of the foot so that an appropriate support moment can be obtained.

一方、踵部122においては、その関節軸を足平本体部120の厚み内に位置させるように、櫛歯状に形成されたその前端縁を、これに対応させて同じく櫛歯状に形成された足平本体部120の後端縁と嵌め合わせるようにして足平本体部120に取り付けられている。   On the other hand, in the heel portion 122, the front end edge formed in a comb-teeth shape is similarly formed in a comb-teeth shape so that the joint axis is positioned within the thickness of the foot main body portion 120. The foot main body 120 is attached to the foot main body 120 so as to be fitted to the rear end edge.

これによりこの足平ブロック32においては、これにより歩行時や走行時に踵部122及び足平本体部120間に隙間を生じさせることなく、当該踵部122を跳上げ方向及び下げ方向の双方に自在に駆動させ得、かくして跳上げ方向の動きによって、歩行や走行の際の着地時における衝撃を緩和し、また下げ方向への動きによって、接地圧を調整したり、足底を移動面に倣わせることができるようになされている。   As a result, in the foot block 32, the heel portion 122 can be freely raised and lowered without causing a gap between the heel portion 122 and the foot main body portion 120 during walking or running. Thus, the movement in the jumping direction reduces the impact at the time of landing when walking or running, and the movement in the lowering direction adjusts the ground pressure or makes the sole follow the moving surface. It is made to be able to

なおこの実施の形態の場合、図示せずも各指部121A、121B及び足平本体部120間と、足平本体部120及び踵部122間とには、それぞれ図23について上述した非線形コンプライアンス機構が図24のように設けられており、これにより外乱入力など高い周波数帯域での応答特性を向上させ得るようになされている。   In the case of this embodiment, although not shown, the nonlinear compliance mechanism described above with reference to FIG. 23 is provided between each finger 121A, 121B and the foot main body 120 and between the foot main body 120 and the heel 122. Is provided as shown in FIG. 24, so that response characteristics in a high frequency band such as disturbance input can be improved.

かかる構成に加えてこの実施の形態の場合、
1.各指部121A、121B及び足平本体部120ともに裏面(接地する面)の中央が凹になった形状
2.各指部121A、121Bは、裏面の外周側で接地するように、当該外周側が内周側に比べて凸になった形状
3.各指部121A、121Bの裏面の後端側(すなわち付け根側)にも凸部を設け、爪先立ちを可能とする形状
4.足平本体部120も、外周側で接地するように、隅ほど凸な形状
という、安定した立脚又は歩行状態を維持するための要求を満たすべく、足平ブロック32の足底が図28(A)〜(C)において曲線k〜kに示すような凹状に湾曲させて形成されている。
In addition to this configuration, in the case of this embodiment,
1. 1. Each finger 121A, 121B and foot main body 120 has a concave shape at the center of the back surface (surface to be grounded). 2. Each finger 121A, 121B has a shape in which the outer peripheral side is more convex than the inner peripheral side so as to be grounded on the outer peripheral side of the back surface 3. A shape in which a convex portion is also provided on the rear end side (that is, the base side) of the back surface of each finger portion 121A, 121B to enable the tiptoe to stand. In order to satisfy the requirement for maintaining a stable stance or walking state that the foot main body portion 120 is also convex toward the corner so as to be grounded on the outer peripheral side, the sole of the foot block 32 is shown in FIG. ) To (C) are formed to be curved in a concave shape as indicated by the curves k 1 to k 4 .

実際上、このロボット1の場合、各指部121A、121Bにおいては、その裏面が、図28(A)において曲線k及び図28(B)において曲線kでそれぞれ示すように、幅方向については足平本体部120の幅方向の中央ほど接地面から離反し、これと直交する長手方向については当該指部121A、121Bの中央ほど接地面から離反するように、全体としてアーチ状の湾曲面を有する凹形状に形成されている。 In practice, in this robot 1, each finger portion 121A, in 121B, the back surface, as shown respectively by curves k 2 in the curve k 1 and FIG. 28 (B) in FIG. 28 (A), the width direction Is an arcuate curved surface as a whole so that the center of the foot main body 120 in the width direction is farther from the grounding surface, and the longitudinal direction perpendicular thereto is farther from the grounding surface in the middle of the fingers 121A and 121B. It is formed in the concave shape which has.

また足平本体部120の裏面も同様に、図28(B)において曲線k及び図28(C)において曲線kで示すように、その幅方向及び長手方向ともに当該足平本体部120の中央ほど接地面から離反するように、全体としてアーチ状に窪んだ湾曲凹状に形成されている。 Also similarly the rear surface of the foot body portion 120, as indicated by the curve k 4 in the curve k 3 and FIG. 28 (C) in FIG. 28 (B), the of the foot main body 120 in the width direction and the longitudinal direction both The center is formed in a curved concave shape that is recessed in an arch shape so as to be farther away from the ground contact surface.

さらに踵部122においては、その裏面が、図28(B)において曲線k及び図28(C)において曲線kでそれぞれ示すように、幅方向については当該踵部122の中央ほど接地面から離反し、長手方向については足平本体部120の湾曲と滑らかに繋がるように全体としてアーチ状に窪んだ湾曲凹状に形成されている。 In still heel 122, the back surface, as shown respectively by curves k 4 in the curve k 3 and FIG. 28 (C) in FIG. 28 (B), the from the ground plane as the center of the heel portion 122 in the width direction In the longitudinal direction, it is formed in a curved concave shape that is recessed in an arch shape as a whole so as to be smoothly connected to the curved shape of the foot main body 120.

これによりこのロボット1においては、かかる足底が全体として湾曲した凹形状を有することにより、人間でいうところの土踏まずを形成し、立脚時や歩行時における足底の不必要な接地部位を低減させることができるようになされている。   As a result, in the robot 1, such a sole has a curved concave shape as a whole, thereby forming a arch as a human being, and reducing unnecessary ground contact parts of the sole when standing or walking. It has been made so that it can.

かくするにつきこのロボット1においては、立脚時や歩行時において支持多角形を広く取ることができると共に、面圧を調整して接地面との間の適切な摩擦力を確保することができ、これにより図29及び図30のように爪先(各指部121A、121B)のみを接地させてロボット1を支える爪先接地支持時や、図31及び図32のように踵部122のみを接地させてロボット1を支える踵接地支持時、及び図29のように各指部121A、121B、足平本体部120及び踵部122を全て接地させてロボット1を支える通常接地時のいずれの状態であっても接地点を適切に確保し、充分な支持モーメントを確保し得るようになされている。   In this way, the robot 1 can take a wide support polygon when standing or walking, and can adjust the surface pressure to ensure an appropriate frictional force with the ground contact surface. 29 and 30, when supporting the toe grounding for supporting the robot 1 by grounding only the toes (respective finger parts 121A and 121B), or by contacting only the buttocks 122 as shown in FIGS. 31 and 32 29 when the heel grounding support for supporting the robot 1 is supported, and as in FIG. 29, the fingers 121A and 121B, the foot main body 120, and the heel 122 are all grounded to support the robot 1 in any state. The grounding point is appropriately secured and a sufficient supporting moment can be secured.

このため足平ブロック32においては、各指部121A、121Bの後端縁に設けられた足平本体部120との連結部でなる各突起121AX、121BXの先端部と、足平本体部120の前端縁に設けられた各指部121A、121Bとの連結部でなる各突起120Aの先端部と、足平本体部120の後端縁に設けられた踵部122との連結部でなる各突起120Bの先端部と、踵部122の前端縁に設けられた足平本体部120との連結部でなる各突起122Aの先端部とがそれぞれ滑らかな曲面で形成されており、これにより通常支持から爪先接地支持又は踵接地支持に切り替わる際に急激な支持状態の状態変化が生じるのを未然に防止し得るようになされている。   For this reason, in the foot block 32, the front ends of the protrusions 121AX and 121BX, which are connected to the foot main body 120 provided at the rear end edges of the finger portions 121A and 121B, and the foot main body 120 Each protrusion formed by a connecting portion between the tip of each protrusion 120A formed by a connecting portion with each finger 121A, 121B provided at the front end edge and a heel portion 122 provided at the rear end edge of the foot main body 120. The front end portion of 120B and the front end portion of each projection 122A, which is a connecting portion between the foot main body portion 120 provided at the front end edge of the heel portion 122, are each formed with a smooth curved surface. When switching to the toe grounding support or the heel grounding support, it is possible to prevent an abrupt change in the state of the support state.

さらにこのロボット1の場合、各指部121A、121B、足平本体部120及び踵部122の最外周部が曲率をもって形成されており、これにより接地時の対地角度による引っ掛かりを未然かつ有効に防止し得るようになされている。   Further, in the case of this robot 1, the outermost peripheral portions of the finger portions 121A and 121B, the foot main body portion 120, and the heel portion 122 are formed with a curvature, thereby preventing the catching due to the ground angle at the time of ground contact. It is made to be able to do.

(2−3)本実施の形態による足平構造により得られる効果
ロボット1の足平構造として、上述のように2本の指部121A、121B及び踵部122を跳上げ方向及び下げ方向に回転自在に設けた構造を採用することによって、以下のような効果を得ることができる。
(2-3) Effects obtained by the foot structure according to the present embodiment As the foot structure of the robot 1, the two fingers 121A and 121B and the buttocks 122 are rotated in the jumping up and down directions as described above. By adopting a freely provided structure, the following effects can be obtained.

(2−3−1)運動性能とアプリケーション性能
足底位置・姿勢を決定する機構・制御方式に対し、爪先に相当する足平ブロック32の各指部121A、121B及び踵に相当する踵部122をそれぞれ適切に制御することで、ロボット1の運動性能とアプリケーション性能を向上することができる。
(2-3-1) Motor performance and application performance With respect to the mechanism / control method for determining the sole position / posture, each finger 121A, 121B of the foot block 32 corresponding to the toe and the heel 122 corresponding to the heel By appropriately controlling each of these, the motion performance and application performance of the robot 1 can be improved.

(2−3−2)高速移動
2本の指部121A、121Bを足平先端に装備することにより、ロボット1が高速に移動できるようになる。実質上の脚が長くなることの他、選択できる可動域が拡大できるからである。図33に示すように、足平ブロック32に爪先(指部121A、121B)を付けることで見かけ上の足首高さを変化させることが可能であり、脚長や移動面と足首軸間の距離を拡大することができる。これにより、歩行速度を上げることができる。また、適宜コンプライアンスを与えることで、これまでにない脚軌道が可能となり、さらに高速な移動が可能になる。
(2-3-2) High-speed movement The robot 1 can move at high speed by installing the two finger portions 121A and 121B at the tip of the foot. This is because the range of motion that can be selected can be expanded in addition to the substantial lengthening of the legs. As shown in FIG. 33, it is possible to change the apparent ankle height by attaching toes (finger portions 121A, 121B) to the foot block 32, and the leg length or the distance between the moving surface and the ankle axis can be changed. Can be enlarged. Thereby, walking speed can be raised. In addition, by giving compliance as appropriate, an unprecedented leg trajectory is possible, and higher speed movement is possible.

通常、歩行のためには、総駆動トルク軽減の観点から足首軸を低く設定することが重要である。しかしながら、移動面地形の凹凸が深くなると必ずしもそうは言えなくなる。脚機構と移動地形の干渉があるため、足首高さを高くしておくことで、これを防ぐことができる。   Usually, for walking, it is important to set the ankle shaft low from the viewpoint of reducing the total driving torque. However, this is not necessarily true when the unevenness of the moving surface topography becomes deep. Since there is interference between the leg mechanism and the moving terrain, this can be prevented by keeping the ankle height high.

(2−3−3)路面の凹凸への適応能力
指部121A、121Bが下方にも動作し、かつ2自由度すなわち部位により独立して動作可能であることは大きな効果を持つ。
(2-3-3) Ability to adapt to road surface irregularities The fact that the finger parts 121A and 121B operate downward and can be operated independently by two degrees of freedom, that is, a part, has a great effect.

例えば図34に示すように、指部121A、121Bや踵部122を足平本体部120より下げることで土踏まずを形成することができる。これより、幾何的に移動面の小障害物を踏まないで移動することが可能である。すなわち、指部121A、121Bを用いることで、不整地であっても接地部をできる限り周縁部に確保することができ、高い支持モーメントを発生させることができる。   For example, as shown in FIG. 34, an arch can be formed by lowering the finger parts 121A and 121B and the heel part 122 from the foot main body part 120. Thus, it is possible to move without stepping on a small obstacle on the moving surface geometrically. That is, by using the finger parts 121A and 121B, the grounding part can be secured as much as possible even on rough terrain, and a high support moment can be generated.

また、図35に示すように、地面に固定されていない障害物150が移動面に存在する場合、障害物150がコロとして作用し特に危険な状態となる。本実施の形態の足平構造によれば、可動角を指部121A、121Bや踵部122に与えることで土踏まずを構成し、移動面に固定されていない小障害物を踏みつける危険性を排除することが可能である。   Further, as shown in FIG. 35, when an obstacle 150 that is not fixed to the ground exists on the moving surface, the obstacle 150 acts as a roller and is in a particularly dangerous state. According to the foot structure of the present embodiment, a arch is formed by giving a movable angle to the finger parts 121A, 121B and the buttocks part 122, and the risk of stepping on a small obstacle that is not fixed to the moving surface is eliminated. It is possible.

(2−3−4)不整地移動性
地表面は多かれ少なかれ凹凸が存在する。しかも、それらは分布的に点在するので、小さいものであっても1自由度の爪先では対応できない。
(2-3-4) Rough terrain mobility The ground surface is more or less uneven. Moreover, since they are scattered in a distributed manner, even a small one cannot be handled with a one-degree-of-freedom toe.

仮に足平において3点の支持点が構成できても、その支持多角形は矮小なものとなり易い。爪先に1自由度を付けても、実際にはほとんど理想的な接地状態を実現するのは難しい。少々の凹凸の他、センサ誤差や制御誤差、あるいはその他の原因で爪先面接地(4点接地)はありえないからである。まして、凹凸地形においては、必要な接地平面を選択することは至難の業である。   Even if three support points can be formed on the foot, the support polygon tends to be small. Even if one degree of freedom is added to the toe, it is actually difficult to realize an ideal grounding state. This is because toe face grounding (four-point grounding) is not possible due to sensor errors, control errors, or other causes besides a slight unevenness. Furthermore, in uneven terrain, it is difficult to select the necessary ground plane.

これに対し、本実施の形態による足平構造によれば、独立して動作可能な2本の指部121A、121Bを装備することで、対地適応性を向上することが可能である。図36に、独立動作可能な2本の指部121A、121Bにより凹凸の路面に対し適応している様子を示す。図示の通り、不整地に着床するような状況下において、2自由度を用いれば確実な接地を実現することが可能であり、しかも、必要な支持モーメントを発生させることが可能である。この性能は、通常の歩行でも有効で、支持モーメントを充分に発生できる支持多角形を生成することができる足底機構である。   On the other hand, according to the foot structure according to the present embodiment, it is possible to improve the ground adaptability by equipping the two finger portions 121A and 121B that can operate independently. FIG. 36 shows a state in which the two finger portions 121A and 121B that can operate independently are adapted to an uneven road surface. As shown in the figure, when landing on rough terrain, if two degrees of freedom are used, reliable grounding can be realized, and a necessary supporting moment can be generated. This performance is a sole mechanism that can generate a support polygon that is effective even in normal walking and can generate a support moment sufficiently.

(2−3−5)表現力の向上
ロボットはまだ進歩を続けている段階であり、さまざまな性能を示す必要がある。人間型ロボットの場合、動作の表現力もまた性能の1つとして考慮すべきである。ロボットにコンプライアンスを持たせることで、緻密な力制御でなくても足底の接地状態を選択することができる。例えば、ロボットに舞踏的な動作をさせる場合、設計上の理由からロボットの関節自由度は概して不足気味になる。何故ならば、通常の脚では冗長自由度がなく、姿勢によっては実質上自由度が縮退することもあるからである。
(2-3-5) Improvement of expressive power The robot is still in the progress stage and needs to show various performances. In the case of a humanoid robot, the expressive power of movement should also be considered as one of the performances. By giving compliance to the robot, the ground contact state of the sole can be selected even without precise force control. For example, when making a robot perform a butterfly motion, the degree of freedom of joints of the robot is generally insufficient for design reasons. This is because a normal leg does not have a redundant degree of freedom, and the degree of freedom may be substantially reduced depending on the posture.

これに対し、本実施の形態に係る足平構造を採用することにより、冗長的な動作をすることも可能となり、表現力の幅が拡がる。勿論、関節が増えたことにより足自体の形状を自由に変更できるのは大きなメリットである。   On the other hand, by adopting the foot structure according to the present embodiment, it becomes possible to perform a redundant operation, and the range of expressive power is expanded. Of course, it is a great merit that the shape of the foot itself can be freely changed by increasing the number of joints.

(2−3−6)障害物回避
関節が増えることにより脚姿勢の選択の範囲が拡大し、この結果、移動面に置かれた障害物に対応できる可能性が大きくなる。階段の段差越え能力が上がることも、この効果の現れである。
(2-3-6) Obstacle avoidance As the number of joints increases, the range of selection of the leg posture is expanded. As a result, the possibility of being able to deal with an obstacle placed on the moving surface increases. An increase in the ability to cross the steps of the stairs is also a manifestation of this effect.

(2−3−7)緩衝
本実施の形態に係る2本の指部121A、121Bや踵部122を足平ブロック32に装備することにより、ほとんどの脚式動作において衝撃吸収の効果を得ることができる。しかも、単純にばねを付けただけとは異なり、制御性を損なわない特性を与えることを含んでいるので、機構の保護が必要な条件時に優先的かつ選択的に動作させることも可能である。
(2-3-7) Buffering By installing the two finger parts 121A, 121B and the heel part 122 according to the present embodiment on the foot block 32, an impact absorbing effect can be obtained in most leg-type operations. Can do. In addition, unlike the case where the spring is simply attached, since it includes a characteristic that does not impair the controllability, the mechanism can be preferentially and selectively operated when it is necessary to protect the mechanism.

2本の指部121A、121Bや踵部122の制御(コンプライアンスの設定)如何で、接触初期から荷重までの状態を制御することができ、機体へのダメージを軽減することができる。受動的又は能動的いずれかの制御系のみ、これらの制御要素の組み合わせた場合のいずれであっても、この効果を発揮することができる。   Depending on the control (compliance setting) of the two finger parts 121A and 121B and the buttocks part 122, the state from the initial contact to the load can be controlled, and damage to the aircraft can be reduced. Only a passive or active control system can exhibit this effect in any of the combinations of these control elements.

(2−3−8)地面接触センシング
2本の指部121A、121Bや踵部122のコンプライアンスを調整可能に構成することで、爪先接地又は踵接地の瞬間から本格的に荷重をかけるまでに時間ができる。この結果、地面接触状態の判別を含んだ歩容を実現することができる。例えば、比較的大きな凹凸でかつ回避するような大きな障害物ではないような場合に有効な動作である。
(2-3-8) Ground contact sensing By configuring the compliance of the two finger parts 121A, 121B and the heel part 122 so as to be adjustable, it takes time to apply a load in earnest from the moment of toe grounding or heel grounding. Can do. As a result, a gait including discrimination of the ground contact state can be realized. For example, this operation is effective when the surface is relatively large and is not a large obstacle to avoid.

(2−3−9)エネルギ効率の改善
本実施の形態に係る2本の指部121A、121Bや踵部122を備えた足平構造では、エネルギを散逸させる要素が含まれているが、必ずしもエネルギ消費が多くなるとは限らない。これは、重量軽減や、ピーク出力の分散などの効果があるからである。
(2-3-9) Improvement of energy efficiency The foot structure provided with the two finger parts 121A and 121B and the heel part 122 according to the present embodiment includes an element that dissipates energy. Energy consumption does not always increase. This is because there are effects such as weight reduction and dispersion of peak output.

ここで、高速移動に関して考察してみる。すべての機体動作をアクチュエータがまかなう訳ではなく、コンプライアンス要素が一時的に受け止める、あるいはダンピング要素が重力方向の力を受け持つといったことが可能であり、制御動作そのものが変更できる。したがって、モータを小さく設定することができる。この結果、動力源の規模も小さくでき、相乗効果的に駆動能力に余裕が生まれる。そして、エネルギ面で効率のよい、高性能な機体を実現することができる。付言すれば、小さいアクチュエータは概して即応性に優れ、ダイナミックな動作の実現には大変有利である。   Here, let us consider high-speed movement. Not all body motions are handled by the actuator, but the compliance element can temporarily receive it, or the damping element can handle the force in the direction of gravity, and the control operation itself can be changed. Therefore, the motor can be set small. As a result, the scale of the power source can be reduced, and a drive capacity can be afforded synergistically. And, a high-performance aircraft that is efficient in terms of energy can be realized. In addition, small actuators are generally very responsive and are very advantageous for achieving dynamic operation.

本実施の形態による足平構造を採用することで、上述したような作用効果を得ることができる。移動性能とは性質が異なるが、動作姿勢が美しく自然になる。また、歩容脚ストロークが同一であっても、実質デューティ比が向上するので、より安定した移動が実現し易くなる。   By adopting the foot structure according to the present embodiment, the above-described effects can be obtained. Although it is different in nature from movement performance, the movement posture becomes beautiful and natural. Further, even if the gait leg stroke is the same, the substantial duty ratio is improved, so that more stable movement is easily realized.

(2−4)ロボット1の歩行制御
(2−4−1)各指部121A、121B及び踵部122の駆動機構の構成
次に、かかる足平ブロック32における各指先部121A、121B及び踵部122を駆動するための駆動機構について説明する。
(2-4) Walking control of robot 1 (2-4-1) Configuration of driving mechanism of each finger 121A, 121B and buttocks 122 Next, each fingertip 121A, 121B and buttocks in the foot block 32 A drive mechanism for driving 122 will be described.

このロボット1においては、歩行時や走行時に足平ブロック32の各指先部121A、121B及び踵部122を連動させて駆動させ得るようになされており、そのための手段として、非線形プーリ及び駆動ワイヤ等からなる駆動機構(以下、これを爪先踵駆動機構と呼ぶ)が設けられている。   In the robot 1, the fingertip portions 121A and 121B and the heel portion 122 of the foot block 32 can be driven in conjunction with each other during walking or running. As means for that purpose, nonlinear pulleys, drive wires, and the like are provided. A driving mechanism (hereinafter referred to as a toe hook driving mechanism) is provided.

実際上、図37に示すように、かかる爪先踵駆動機構130においては、股関節機構部36のピッチ軸とその中心軸を一致させて配置された、例えば楕円形状の第1の非線形プーリ131を有し、この第1の非線形プーリ131における長径部分の一端側が第1の駆動ワイヤ132を介して足平ブロック32の各指部121A、121Bの先端と接続されている。そして、第1の非線形プーリ131は、対応する脚部ユニット6A、6Bと一体にピッチ軸の周りに回転駆動するようになされている。   In practice, as shown in FIG. 37, the toe-heel drive mechanism 130 includes a first nonlinear pulley 131 having an elliptical shape, for example, which is arranged with the pitch axis of the hip joint mechanism 36 and the central axis thereof aligned. In addition, one end side of the long diameter portion of the first nonlinear pulley 131 is connected to the tips of the finger portions 121 </ b> A and 121 </ b> B of the foot block 32 via the first drive wire 132. The first nonlinear pulley 131 is driven to rotate about the pitch axis integrally with the corresponding leg units 6A and 6B.

これによりロボット1においては、脚部ユニット6A、6Bをピッチ軸の周りに回転駆動したときに、これと一体に第1の非線形プーリ131がピッチ軸の周りに回転して第1の駆動ワイヤ132を引っ張ることにより、足平ブロック32の各指部121A、121Bを跳上げ方向に回転駆動させ得るようになされている。   Thereby, in the robot 1, when the leg units 6 </ b> A and 6 </ b> B are rotationally driven around the pitch axis, the first nonlinear pulley 131 rotates around the pitch axis integrally with the leg unit 6 </ b> A, 6 </ b> B. By pulling, the fingers 121A and 121B of the foot block 32 can be driven to rotate in the flip-up direction.

この場合、第1の駆動ワイヤ132は、第1及び第2のワイヤ132A、132Bを非線形ばね又はダンパ機構等からなる第1の緩衝部133を介して連結することにより形成されており、これにより各指部121A、121Bに作用する下げ方向の外力をこの第1の緩衝部133において必要に応じて吸収し得るようになされている。   In this case, the first drive wire 132 is formed by connecting the first and second wires 132A and 132B via the first buffer portion 133 made of a nonlinear spring or a damper mechanism, thereby The first buffer portion 133 can absorb external force in the downward direction acting on the finger portions 121A and 121B as necessary.

また踵関節部134には、当該踵関節部134の関節軸とその中心軸を一致させて第2の非線形プーリ135が配置され、この第2の非線形プーリ135における長径部分の一端側が足底側に配置された第2の駆動ワイヤ136を介して足平ブロック32の各指部121A、121Bの先端と接続されている。   In addition, a second nonlinear pulley 135 is arranged in the heel joint portion 134 so that the joint axis of the heel joint portion 134 coincides with the central axis thereof, and one end side of the long diameter portion of the second nonlinear pulley 135 is on the sole side. Are connected to the tips of the finger portions 121A and 121B of the foot block 32 via a second drive wire 136 disposed on the foot.

これによりこのロボット1においては、踵部122を下げ方向に下げた状態から跳上げ方向に回転させたときに、第2の駆動ワイヤ136を介して各指部121A、121Bに対して下げ方向への回転力を印加することができ、またこれと逆に、各指部121A、121Bを跳上げ方向に上げた状態から下げ方向に回転させたときに、第2の駆動ワイヤ136を介して踵部122に対して下げ方向への回転力を印加することができ、これにより各指部121A、121B及び踵部122のいずれか一方の跳上げ方向の回転に連動させて他方を下げ方向に回転駆動させ得るようになされている。   As a result, in this robot 1, when the collar 122 is rotated in the jumping-up direction from the state in which the buttocks 122 are lowered in the lowering direction, the respective finger parts 121A and 121B are lowered in the lowering direction via the second drive wires 136. On the contrary, when each finger 121A, 121B is rotated from the raised state to the lowered direction, the second driving wire 136 is used to Rotational force in the downward direction can be applied to the part 122, thereby rotating the other in the downward direction in conjunction with the rotation of any one of the finger parts 121 </ b> A, 121 </ b> B and the collar part 122. It can be driven.

この場合、第2の駆動ワイヤ136は、第1の駆動ワイヤ132と同様に、第3及び第4のワイヤ136A、136Bを非線形ばね又はダンパ機構からなる第2の緩衝部137を介して連結することにより形成されており、これにより指部121A、121Bや踵部122に作用する跳上げ方向の外力をこの第2の緩衝部137において必要に応じて吸収し得るようになされている。   In this case, similarly to the first drive wire 132, the second drive wire 136 connects the third and fourth wires 136A and 136B via the second buffer portion 137 formed of a nonlinear spring or a damper mechanism. Thus, the second buffer portion 137 can absorb the external force in the flip-up direction acting on the finger portions 121A and 121B and the collar portion 122 as necessary.

(2−4−2)歩行時等における各指部121A、121B及び踵部122の動作
次に、歩行時等における各指部121A、121B及び踵部122の動作について、図38に示すように、一方の脚部ユニット6A、6Bを持ち上げた状態の遊脚期と、その後その脚部ユニット6A、6Bを着地させた直後の着地期と、その後ロボット1の体重を2本の脚部ユニット6A、6Bによって支持した両脚支持期と、その後1つの脚部ユニット6A、6Bによってのみロボット1の体重を支持した単脚支持期前期と、さらにその後その脚部ユニット6A、6Bがロボット1の進行方向に倒れつつ、当該脚部ユニット6A、6Bのみによってロボット1の体重を支持した単脚支持期後期とに分けて説明する。
(2-4-2) Operation of each finger 121A, 121B and buttocks 122 during walking etc. Next, as shown in FIG. 38, for the operation of each finger 121A, 121B and buttocks 122 during walking, etc. The free leg period in the state where one leg unit 6A, 6B is lifted, the landing period immediately after landing the leg unit 6A, 6B, and the weight of the robot 1 after that, the two leg units 6A , 6B supported by both legs, and then the single leg supporting period in which the weight of the robot 1 is supported only by one leg unit 6A, 6B, and thereafter, the leg units 6A, 6B move in the direction in which the robot 1 moves. This will be described separately in the single-leg support period, in which the weight of the robot 1 is supported only by the leg units 6A and 6B.

(2−4−2−1)遊脚期
遊脚期では、図39に示すように、脚部ユニット6A、6Bが股関節機構部36のピッチ軸を中心として前方に回転することで膝関節機構部38が上方に動き、これに伴って第1の非線形プーリ131に連結された第1の駆動ワイヤ132に引っ張られることにより、各指部121A、121Bに跳上げ方向の回転力が与えられる。またこれに連動して第2の駆動ワイヤ136によって第2の非線形プーリ135が引っ張られることにより、この第2の非線形プーリ135を介して踵部122に下げ方向の回転力が与えられる。
(2-4-2-1) Free leg period In the free leg period, as shown in FIG. 39, the leg unit 6A, 6B rotates forward about the pitch axis of the hip joint mechanism part 36, so that the knee joint mechanism When the portion 38 moves upward and is pulled by the first drive wire 132 coupled to the first nonlinear pulley 131, a rotational force in the jumping direction is given to each finger portion 121A, 121B. Further, in conjunction with this, the second nonlinear pulley 135 is pulled by the second drive wire 136, whereby a downward rotational force is applied to the flange portion 122 via the second nonlinear pulley 135.

これによりロボット1においては、遊脚時に指部121A、121Bが未知の凹凸と衝突した場合においても、その衝撃力を指部121A、121Bの向きと第1の緩衝部133による拮抗駆動による受動特性によって受け流すことができる。かくするにつき、脚部ユニット6A、6B全体としての運動の妨げを少なくすることができ、これにより躓きによるロボット1の転倒を避けることができる。   As a result, in the robot 1, even when the finger parts 121A and 121B collide with unknown irregularities during the swinging legs, the impact force is applied to the passive characteristics of the direction of the finger parts 121A and 121B and the antagonistic drive by the first buffer part 133. Can be swept away. Accordingly, the movement of the leg units 6A and 6B as a whole can be prevented from being hindered, so that the robot 1 can be prevented from being overturned by rolling.

またこのように股関節機構部の36ピッチ軸用のアクチュエータ35(図3)のトルクを必要としない期間にそのトルク出力を足平ブロック32の各指部121A、121Bの駆動に割り振ることで、搭載スペースに制約の多い足平ブロック32に新たなアクチュエータを設けてその出力トルクによって指部121A、121Bを直接的に駆動する場合に比して、脚部ユニット6A、6Bの大幅な軽量化を達成できると共に、指関節138により多くのトルクと速度を与えることができる。   Further, the torque output of the actuator 35 (FIG. 3) for the 36 pitch axis of the hip joint mechanism is allocated to drive the fingers 121A and 121B of the foot block 32 during the period when the torque is not required. Compared to the case where a new actuator is provided in the foot block 32 with many space constraints and the fingers 121A and 121B are directly driven by the output torque, the leg units 6A and 6B are significantly reduced in weight. In addition, more torque and speed can be applied to the finger joint 138.

(2−4−2−2)着地期
着地期では、図40に示すように、脚部ユニット6A、6Bが少し後側に戻ることから、股関節機構部36のピッチ軸が第1の駆動ワイヤ132の張力を下げる方向に回転する。また、この後の踵着地によって踵部122が自重により跳上げ方向に回転すると、これに伴って第2の非線形プーリ135が回転して第2の駆動ワイヤ136を引っ張る。これにより各指部121A、121Bが下げ方向に回転し、これに伴って第1の駆動ワイヤ132にその分の張力が発生する。従って、このとき第1及び第2の緩衝部133、137による2段階の緩衝作用により、着地時の衝撃及び振動を急速に減衰させることができる。
(2-4-2-2) Landing period In the landing period, as shown in FIG. 40, the leg units 6A and 6B return slightly to the rear side, so that the pitch axis of the hip joint mechanism 36 is the first drive wire. It rotates in the direction of decreasing the tension of 132. Further, when the collar 122 rotates in the jumping direction by its own weight due to the subsequent landing, the second nonlinear pulley 135 rotates and pulls the second drive wire 136. Thereby, each finger part 121A, 121B rotates in the lowering direction, and accordingly, the corresponding tension is generated in the first drive wire 132. Therefore, at this time, the impact and vibration at the time of landing can be rapidly damped by the two-stage buffering action by the first and second buffer parts 133 and 137.

(2−4−2−3)両脚支持期
両脚支持期では、図41に示すように、前脚の脚部ユニット6A、6Bの踵部122と、後脚の脚部ユニット6B、6Aの指部121A、121BとによりZMP安定領域を形成する。
(2-4-2-3) Both-leg support period In the both-leg support period, as shown in FIG. 41, the heel part 122 of the leg unit 6A, 6B of the front leg and the finger part of the leg unit 6B, 6A of the rear leg A ZMP stable region is formed by 121A and 121B.

(2−4−2−4)単脚支持期前期
単脚支持期前期には、図42に示すように、自重を支持することによる力により踵部122と一体に第2の非線形プーリ135が回転することで、当該第2の非線形プーリ135と連結された第2の駆動ワイヤ136が引っ張られる。これによって第2の緩衝部137を介して指部121A、121Bが駆動されると共に、自重の支持力と第2の駆動ワイヤ136の張力が拮抗することによって、指関節138及び踵関節134の間に高い剛性と適切な粘性を発生させる。これにより特別なアクチュエータを設けることなく踵部122の先端部と指部121A、121Bの先端部との間でZMP安定領域を形成することができる。
(2-4-2-4) Single Leg Support Period Early Period As shown in FIG. 42, the second non-linear pulley 135 is integrated with the flange 122 by the force of supporting its own weight, as shown in FIG. By rotating, the second drive wire 136 connected to the second nonlinear pulley 135 is pulled. As a result, the finger parts 121A and 121B are driven via the second buffer part 137, and the supporting force of the own weight and the tension of the second drive wire 136 antagonize, so that the finger joint 138 and the hip joint 134 are separated. To generate high rigidity and proper viscosity. This makes it possible to form a ZMP stable region between the distal end portion of the collar portion 122 and the distal end portions of the finger portions 121A and 121B without providing a special actuator.

(2−4−2−5)単脚支持期後期
単脚支持期後期には、図43に示すように、ZMPが前方に移動し、踵部122にかかるトルクが低下すると、第2の非線形プーリ135を介して指部121A、121Bを駆動している第2の駆動ワイヤ136の張力が弱まり、指関節138の剛性が低くなる。これによりZMP安定領域が縮小し、ロボット1の機体が指関節138付近を回転中心とした倒立振子の系による運動となる。なお指関節138がある一定以上に回転すると、第2の非線形プーリ135に接続された第2の駆動ワイヤ136が引っ張られ、指関節138の剛性が上昇し、ZMP安定領域が形成される。
(2-4-2-5) Late single leg support period In the late single leg support period, as shown in FIG. 43, when the ZMP moves forward and the torque applied to the buttocks 122 decreases, the second nonlinearity occurs. The tension of the second drive wire 136 that drives the finger parts 121A and 121B via the pulley 135 is weakened, and the rigidity of the finger joint 138 is lowered. As a result, the ZMP stable region is reduced, and the body of the robot 1 moves by an inverted pendulum system with the vicinity of the finger joint 138 as the center of rotation. When the finger joint 138 rotates above a certain level, the second drive wire 136 connected to the second nonlinear pulley 135 is pulled, the rigidity of the finger joint 138 is increased, and a ZMP stable region is formed.

(2−5)ロボット1における歩行制御処理
次に、上述のような足平構造を有するロボット1の歩行制御について説明する。
(2-5) Walking Control Processing in Robot 1 Next, walking control of the robot 1 having the above-described foot structure will be described.

このロボット1においては、図5について上述したメイン制御部50が図44及び図45に示す歩行制御処理手順RT1に従って脚部ユニット6A、6Bの軌道計画を1歩ごとに立て、この軌道計画に従って各アクチュエータA〜A17を駆動制御することにより、歩行動作を行い得るようになされている。 In this robot 1, the main control unit 50 described above with reference to FIG. 5 sets the trajectory plan of the leg units 6A and 6B for each step according to the walking control processing procedure RT1 shown in FIG. 44 and FIG. By driving and controlling the actuators A 1 to A 17 , a walking motion can be performed.

すなわちメイン制御部50は、ロボット1の次の行動として『歩行』を決定すると、この歩行制御処理手順RT1をステップSP0において開始し、続くステップSP1において、接地部位として各脚部ユニット6A、6Bを設定する。因みに、ロボット1の次の行動として、『逆立ちでの前進』が決定された場合には、接地部位として腕部ユニット5A、5Bが設定されることとなる。なお、メイン制御部50は、次の行動として『歩行』を決定する際、その歩幅及び歩行周期(歩行速度)も決定する。   That is, when the main control unit 50 determines “walking” as the next action of the robot 1, the walking control processing procedure RT1 is started in step SP0, and in the subsequent step SP1, each leg unit 6A, 6B is set as a ground contact part. Set. Incidentally, when “advance by handstand” is determined as the next action of the robot 1, the arm units 5A and 5B are set as the ground contact parts. In addition, when the main control unit 50 determines “walking” as the next action, the main control unit 50 also determines the stride and the walking cycle (walking speed).

続いてメイン制御部50は、ステップSP2に進んで、そのとき決定された『歩行』時の歩幅及び周期に応じて、ステップSP1において設定された接地部位(脚部ユニット6A、6B)内で最大の支持多角形(図41に示す両脚支持期のZMP安定領域に相当)を形成できる接地可能領域を算出する。   Subsequently, the main control unit 50 proceeds to step SP2, and according to the stride and period at the time of “walking” determined at that time, the main control unit 50 maximizes within the ground contact part (leg unit 6A, 6B) set in step SP1. The contactable area that can form the support polygon (corresponding to the ZMP stable area in the both-leg support period shown in FIG. 41) is calculated.

従って、『歩行』の場合には、一定速度(周期)で一定角度(歩幅)だけ股を広げた場合に最大の支持多角形を形成できる接地可能領域は、脚部ユニット6A、6Bの先端に位置する足底であり、この足底において接地可能領域になり得るのは爪先部(各指部121A、121B)、足本体部120及び踵部122であり、このうち最も先端に位置するのは爪先部であることから、『歩行』時には、このステップSP2における接地可能領域としてまず足底の爪先(各指部121A、121B)が算出されることとなる。   Therefore, in the case of “walking”, the contactable area where the maximum support polygon can be formed when the crotch is widened by a constant angle (step length) at a constant speed (cycle) is at the tip of the leg units 6A and 6B. It is the toe part (each finger part 121A, 121B), the foot main body part 120, and the heel part 122 that can be grounded in the sole, and the most prominent of these is the sole. Since it is a toe part, at the time of “walking”, the toe of the sole (each finger part 121A, 121B) is first calculated as a groundable area in this step SP2.

続くステップSP3において、メイン制御部50は、ステップSP2において算出した接地可能領域を、次の1歩行周期において着地させるべき部位(以下、これを接地部)として設定し、この後ステップSP4に進んで、予め決定された歩幅及び周期でこの接地部を次の1歩行周期において着地させるようにロボット1を動作させるための当該ロボット1全身の軌道計画を立てる。   In subsequent step SP3, the main control unit 50 sets the groundable area calculated in step SP2 as a part to be landed in the next one walking cycle (hereinafter referred to as a grounding part), and then proceeds to step SP4. Then, a trajectory plan for the whole robot 1 is made to operate the robot 1 so as to land the grounding part in the next one walking cycle with a predetermined stride and cycle.

そしてメイン制御部50は、この後ステップSP5〜ステップSP9を並行して処理することにより、かかる軌道計画が実現可能であるか否かを判断する。   Then, the main control unit 50 thereafter processes step SP5 to step SP9 in parallel to determine whether or not such a trajectory plan can be realized.

実際上、メイン制御部50は、ステップSP5において、ステップSP4で立てた軌道計画に従ってロボット1を動作させるために各関節機構部において発生すべき加速度が、アクチュエータ性能等のロボットのハードウェア構成によって定まる実現可能な範囲内にあるか否かを、予め外部メモリ66(図5)に格納されたスペック情報等に基づいて判断する。   In practice, in step SP5, the main control unit 50 determines the acceleration to be generated in each joint mechanism unit to operate the robot 1 in accordance with the trajectory plan established in step SP4, depending on the robot hardware configuration such as actuator performance. Whether it is within the feasible range is determined based on the specification information stored in the external memory 66 (FIG. 5) in advance.

そしてメイン制御部50は、このステップSP5において否定結果を得るとステップSP17に進み、これに対して肯定結果を得るとステップSP10に進んで、その軌道計画に従った場合の各関節機構部の加速度に対して予め定められた重み係数aを乗算する。なおこの重み係数aは、すなわちステップSP4において立てた軌道計画に従ってロボット1を動作させるために各関節機構部において発生すべき加速度が実現可能な範囲内であることの重要性の度合いに応じて決定される数値である。   If the main control unit 50 obtains a negative result in step SP5, it proceeds to step SP17. If it obtains a positive result, it proceeds to step SP10, and the acceleration of each joint mechanism unit in accordance with the trajectory plan. Is multiplied by a predetermined weighting factor a. The weighting factor a is determined according to the degree of importance that the acceleration to be generated in each joint mechanism unit in order to operate the robot 1 in accordance with the trajectory plan established in step SP4 is within a realizable range. It is a numerical value.

またメイン制御部50は、ステップSP6において、ステップSP4で立てた軌道計画に従ってロボット1を歩行動作させた場合の1歩行周期内での全アクチュエータA〜A17の平均トルクを算出し、当該算出した平均トルクが予め定められた許容範囲内であるか否かをスペック情報等に基づいて判断する。 In step SP6, the main control unit 50 calculates an average torque of all the actuators A 1 to A 17 within one walking cycle when the robot 1 is caused to walk according to the trajectory plan set in step SP4. It is determined based on the spec information or the like whether or not the average torque is within a predetermined allowable range.

そしてメイン制御部50は、このステップSP6において否定結果を得るとステップSP17に進み、これに対して肯定結果を得るとステップSP11に進んで、その軌道計画に従った場合の1歩行周期内での全アクチュエータA〜A17の平均トルクに対して予め定められた重み係数bを乗算する。なおこの重み係数bは、ステップSP4において立てた軌道計画に従ってロボット1を動作させたときの1歩行周期内での全アクチュエータA〜A17の平均トルクが許容範囲内であることの重要性の度合いに応じて決定される数値である。 If the main control unit 50 obtains a negative result in step SP6, it proceeds to step SP17. If it obtains an affirmative result, it proceeds to step SP11 and follows the trajectory plan within one walking cycle. Multiply the average torque of all the actuators A 1 to A 17 by a predetermined weight coefficient b. The weight coefficient b is important because the average torque of all the actuators A 1 to A 17 within one walking cycle when the robot 1 is operated according to the trajectory plan established in step SP4 is within an allowable range. It is a numerical value determined according to the degree.

さらにメイン制御部50は、ステップSP7において、ステップSP4で立てた軌道計画に従ってロボット1を動作させるために各関節機構部において発生すべき速度が、アクチュエータ性能等のロボット1のハードウェア構成によって定まる実現可能な範囲内にあるか否かをスペック情報等に基づいて判断する。   Further, in step SP7, the main control unit 50 realizes the speed to be generated in each joint mechanism unit to operate the robot 1 according to the trajectory plan set in step SP4, which is determined by the hardware configuration of the robot 1 such as actuator performance. Whether it is within the possible range is determined based on the spec information and the like.

そしてメイン制御部50は、このステップSP7において否定結果を得るとステップSP17に進み、これに対して肯定結果を得るとステップSP12に進んで、その軌道計画に従った場合の各関節機構部の速度に対して予め定められた重み係数cを乗算する。なおこの重み係数cは、ステップSP4において立てた軌道計画に従ってロボット1を動作させるために各関節機構部において発生すべき速度が実現可能な範囲内であることの重要性の度合いに応じて決定される数値である。   If the main control unit 50 obtains a negative result in step SP7, the process proceeds to step SP17. If an affirmative result is obtained, the main control unit 50 proceeds to step SP12, and the speed of each joint mechanism unit in accordance with the trajectory plan. Is multiplied by a predetermined weighting factor c. The weighting factor c is determined according to the degree of importance that the speed to be generated in each joint mechanism unit in order to operate the robot 1 in accordance with the trajectory plan established in step SP4 is within a realizable range. It is a numerical value.

一方、メイン制御部50は、ステップSP8において、ステップSP4で立てた軌道計画に従ってロボット1を歩行動作させた場合の各アクチュエータA〜A17の出力トルクがそれぞれ予め定められた許容範囲内であるか否かをスペック情報等に基づいて判断する。 On the other hand, in step SP8, the main control unit 50 causes the output torques of the actuators A 1 to A 17 when the robot 1 is caused to walk according to the trajectory plan established in step SP4 to be within a predetermined allowable range. Is determined based on the spec information or the like.

そしてメイン制御部50は、このステップSP8において否定結果を得るとステップSP17に進み、これに対して肯定結果を得るとステップSP13に進んで、その軌道計画に従った場合の各アクチュエータA〜A17の出力トルクの総和に対して予め定められた重み係数dを乗算する。なおこの重み係数dは、ステップSP4において立てた軌道計画に従ってロボット1を動作させるために各アクチュエータA〜A17で発生させる出力トルクの総和が許容範囲内であることの重要性の度合いに応じて決定される数値である。 When the main control unit 50 obtains a negative result at step SP8, the main control unit 50 proceeds to step SP17. When the main control unit 50 obtains an affirmative result, the main control unit 50 proceeds to step SP13, and the actuators A 1 to A when the trajectory plan is followed. The sum of the 17 output torques is multiplied by a predetermined weight coefficient d. This weight coefficient d depends on the degree of importance that the sum of the output torques generated by the actuators A 1 to A 17 in order to operate the robot 1 in accordance with the trajectory plan established in step SP4 is within an allowable range. It is a numerical value determined by

これに対してメイン制御部50は、ステップSP9において、ステップSP4で立てた軌道計画に従ってロボット1を動作させる際の各関節機構部の動作範囲がロボット1のハードウェア構成によって定まる可動範囲内であるか否かを予め外部メモリ66に格納された該当する情報等に基づいて判断する。   On the other hand, in step SP9, the main control unit 50 has an operation range of each joint mechanism unit when operating the robot 1 in accordance with the trajectory plan established in step SP4 within a movable range determined by the hardware configuration of the robot 1. Is determined based on the corresponding information stored in the external memory 66 in advance.

そしてメイン制御部50は、このステップSP9において否定結果を得るとステップSP17に進み、これに対して肯定結果を得るとステップSP14に進んで、その軌道計画に従った場合に必要な各関節機構部の動作角の総和に対して予め定められた重み係数eを乗算する。なおこの重み係数eは、ステップSP4において立てた軌道計画に従ってロボット1を動作させた場合に各関節機構部の動作範囲がいずれも可動範囲内にあることの重要性の度合いに応じて決定される数値である。   When the main control unit 50 obtains a negative result in step SP9, the main control unit 50 proceeds to step SP17. When the main control unit 50 obtains a positive result, the main control unit 50 proceeds to step SP14 and each joint mechanism unit required when following the trajectory plan. Is multiplied by a predetermined weight coefficient e. The weighting factor e is determined according to the degree of importance that the operating range of each joint mechanism is within the movable range when the robot 1 is operated according to the trajectory plan established in step SP4. It is a numerical value.

そしてメイン制御部50は、このようにしてステップSP5〜ステップSP9及びステップSP10〜ステップSP14を並行して処理し終えると、ステップSP15に進んで、ステップSP10〜ステップSP14においてそれぞれ得られた数値を所定の演算式に代入することにより、ステップSP4において立てた軌道計画の評価値を算出する。   Then, when the main control unit 50 finishes processing step SP5 to step SP9 and step SP10 to step SP14 in parallel as described above, the main control unit 50 proceeds to step SP15 and sets the numerical values obtained in step SP10 to step SP14 respectively to the predetermined values. By substituting into the equation, the evaluation value of the trajectory plan established in step SP4 is calculated.

またメイン制御部50は、この後ステップSP16に進んで、算出した評価値が予め定められた所定範囲内にあるか否かを判断し、否定結果を得るとステップSP17に進んで、ステップSP3において設定した接地部を最大の支持多角形を形成できる接地可能領域の対象から削除し、この後ステップSP2に戻って、この後ステップSP16において肯定結果を得るまでステップSP2〜ステップSP16について同様の処理を繰り返す。   Further, the main control unit 50 thereafter proceeds to step SP16 to determine whether or not the calculated evaluation value is within a predetermined range, and if a negative result is obtained, the main control unit 50 proceeds to step SP17 and in step SP3. The set grounding portion is deleted from the target of the groundable area where the maximum support polygon can be formed, and then the process returns to step SP2, and thereafter the same processing is performed for step SP2 to step SP16 until an affirmative result is obtained in step SP16. repeat.

この結果、例えば歩幅が大きく周期(歩行速度)が速い場合には、接地部として爪先部(指部121A、121B)が選定され、歩幅が小さく周期が遅い場合には、接地部として足平本体部120が選定され(いわゆるベタ足)、歩幅及び周期が通常の場合には、接地部として踵部122が選定されて、そのときの軌道計画が立てられることとなる。   As a result, for example, when the stride is large and the cycle (walking speed) is fast, the toe portion (finger portion 121A, 121B) is selected as the grounding portion, and when the stride is small and the cycle is slow, the foot body as the grounding portion When the part 120 is selected (so-called solid foot) and the stride and period are normal, the collar part 122 is selected as the grounding part, and the trajectory plan at that time is set.

そしてメイン制御部50は、やがてステップSP16において肯定結果を得ると、ステップSP18に進んで最後にステップSP4において立てた軌道を次の1歩行周期で実行すべき軌道として設定し、この後ステップSP19に進んで、この設定した軌道計画に従ってロボット1の全身のアクチュエータA〜A17を駆動制御することにより、ロボット1に1歩行周期分の歩行動作を行わせる。そしてメイン制御部50は、この後ステップSP1に戻り、さらにこの後ステップSP1〜ステップSP19を同様に繰り返す。 When the main control unit 50 eventually obtains a positive result in step SP16, the main control unit 50 proceeds to step SP18 and finally sets the trajectory set up in step SP4 as a trajectory to be executed in the next one walking cycle, and thereafter, in step SP19 Proceeding and driving and controlling the actuators A 1 to A 17 of the whole body of the robot 1 according to the set trajectory plan, the robot 1 is caused to perform a walking operation for one walking cycle. The main control unit 50 then returns to step SP1, and thereafter repeats step SP1 to step SP19 in the same manner.

このようにしてこのロボット1においては、メイン制御部50の制御のもとに、歩行動作を行い得るようになされている。   In this manner, the robot 1 can perform a walking motion under the control of the main control unit 50.

(3)本実施の形態の作用動作及び効果
以上の構成において、このロボット1では、図38〜図43について上述したように、脚部ユニット6A、6Bの遊脚期には、爪先部(指部121A、121B)を跳上げ方向に回転させると共に踵部122を下げ方向に回転させ、当該脚部ユニット6A、6Bの着地期には、爪先部(指部121A、121B)を下げ方向に回転させる。
(3) Operation and effect of the present embodiment In the above configuration, in the robot 1, as described above with reference to FIGS. 38 to 43, the toe portion (finger Rotate the part 121A, 121B) in the jumping direction and rotate the collar part 122 in the downward direction, and rotate the toe part (finger part 121A, 121B) in the downward direction during the landing period of the leg unit 6A, 6B. Let

従って、このロボット1では、遊脚期には、爪先部(指部121A、121B)が未知の凹凸と衝突したことに起因する転倒を避けることができる。また着地期には、踵着地時における衝撃を、下げ方向に回転された踵部122を介して第1及び第2の緩衝部133及び137(図37)において吸収及び緩和し、さらにその後単脚支持期前期に遷移する際の衝撃を下げ方向に回転された爪先部(指部121A、121B)を介して第2の緩衝部137において吸収及び緩和することができる。   Therefore, the robot 1 can avoid a fall due to the toe portion (finger portions 121A and 121B) colliding with an unknown unevenness during the swing phase. Further, during the landing period, the impact at the time of landing on the saddle is absorbed and alleviated by the first and second buffer parts 133 and 137 (FIG. 37) via the hook part 122 rotated in the lowering direction, and then the single leg. The impact at the time of transition to the first support period can be absorbed and alleviated by the second buffer portion 137 via the toe portions (finger portions 121A and 121B) rotated in the downward direction.

さらにこの場合において、このロボット1では、爪先部(指部121A、121B)及び踵部122が跳上げ方向及び下げ方向に自在に回転できるように構築されているため、着地期やその後の両脚支持期、単脚支持期前期及び単脚支持期後期などにおいて、爪先部(指部121A、121B)及び踵部122を接地面の凹凸に倣わせて接地させることができ、この結果凹凸地形においても充分な接地圧や支持モーメントを得ることができる。   Further, in this case, the robot 1 is constructed so that the toe portions (finger portions 121A and 121B) and the heel portion 122 can freely rotate in the jump-up direction and the lowering direction. The toe part (finger part 121A, 121B) and the buttock part 122 can be grounded in accordance with the unevenness of the grounding surface in the first stage, the first stage of the single leg support period, and the second stage of the single leg support period. Sufficient ground pressure and support moment can be obtained.

以上の構成によれば、遊脚期には、爪先部(指部121A、121B)を跳上げ方向に回転させると共に踵部122を下げ方向に回転させ、当該脚部ユニット6A、6Bの着地期には、爪先部(指部121A、121B)を下げ方向に回転させるようにしたことにより、踵着地時における衝撃を爪先部(指部121A、121B)又は踵部122を介して第1及び第2の緩衝部137により吸収及び緩和することができると共に、爪先部(指部121A、121B)及び踵部122を接地面の凹凸に倣わせて接地させることで凹凸地形においても充分な接地圧や支持モーメントを得ることができ、かくして歩行性能を向上させ得るロボットを実現できる。   According to the above configuration, during the swing leg period, the toe part (finger parts 121A, 121B) is rotated in the jumping direction and the buttock part 122 is rotated in the downward direction, so that the landing period of the leg unit 6A, 6B is reached. Since the toe part (finger part 121A, 121B) is rotated in the downward direction, the first and first impacts at the time of landing on the heel are transmitted via the toe part (finger part 121A, 121B) or the heel part 122. Can be absorbed and relaxed by the two buffer portions 137, and the toe portions (finger portions 121A and 121B) and the heel portion 122 are grounded by following the unevenness of the grounding surface, so that sufficient ground pressure and A robot that can obtain a supporting moment and thus improve walking performance can be realized.

(4)他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、本発明を図1〜図3のように構成された2足歩行型のロボット1に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、複数の可動脚を有する脚式移動型のロボット装置であれば、この他種々の形態のロボット装置に広く適用することができる。
(4) Other Embodiments In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the biped robot 1 configured as shown in FIGS. 1 to 3 has been described. The present invention is not limited to this, and in short, any legged mobile robot apparatus having a plurality of movable legs can be widely applied to various other types of robot apparatuses.

また上述の実施の形態においては、図25〜図27について上述したように、踵に1自由度をもたせるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば図25〜図27との対応部分に同一符号を付して示す図49に示すように、足平本体部140の後端縁に2個の踵部141A、141Bを配置するようにして2自由度をもたせるようにしても良い。   In the above-described embodiment, as described above with reference to FIGS. 25 to 27, the case where the heel has one degree of freedom has been described. However, the present invention is not limited thereto, and for example, FIGS. 25 to 27. As shown in FIG. 49 in which the corresponding parts are denoted by the same reference numerals, two heel portions 141A and 141B are arranged on the rear end edge of the foot main body portion 140 so as to have two degrees of freedom. May be.

この場合において、図50は、これら踵部141A、141Bを、ピッチ軸方向に対してその関節軸をロール方向の下方側に傾きをもたせると共に、ヨー方向の前進側に傾きをもたせて足平本体部86の後端縁に取り付けた足平構造例であり、足平本体部140及び各踵部141A、141Bの各裏面(接地する面)は、それぞれ図25〜図27について上述した本実施の形態における足平構造と同様にアーチ状に湾曲した凹形状に形成されている。   In this case, FIG. 50 shows the foot main body 141A, 141B with the joint axis inclined to the lower side in the roll direction and the forward side in the yaw direction inclined with respect to the pitch axis direction. This is an example of a foot structure attached to the rear edge of the portion 86, and the back surface (surface to be grounded) of the foot body portion 140 and the heel portions 141A and 141B is the same as that of the embodiment described above with reference to FIGS. Similar to the foot structure in the form, it is formed in a concave shape curved in an arch shape.

さらに上述の実施の形態においては、爪先に2自由度をもたせるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、本発明による歩行制御方法を採用する場合には、爪先に2自由度以外の1又は3以上の自由度をもたせるようにしても良い。   Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the toe has two degrees of freedom has been described. However, the present invention is not limited to this, and when the walking control method according to the present invention is employed, the toe has two degrees of freedom. You may make it give 1 or 3 or more degrees of freedom other than degree.

さらに上述の実施の形態においては、爪先部(指部121A、121B)及び踵部122を駆動する爪先踵駆動機構130を第1及び第2の非線形プーリ131、135、第1及び第2の駆動ワイヤ132、136並びに第1及び第2の緩衝部133、137により構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の構成を広く適用することができる。   Furthermore, in the above-described embodiment, the toe heel drive mechanism 130 that drives the toe portions (finger portions 121A and 121B) and the heel portion 122 is used as the first and second nonlinear pulleys 131 and 135, and the first and second drives. Although the case where the wires 132 and 136 and the first and second buffer portions 133 and 137 are configured has been described, the present invention is not limited thereto, and various other configurations can be widely applied.

この場合において、本発明によるロボット装置の歩行制御方法を採用する場合においては、爪先部(指部121A、121B)及び踵部122をそれぞれ独立又は連動させて跳上げ方向又は下げ方向に回転駆動するためのアクチュエータを足平ブロック32に配置し、これらアクチュエータをソフトウェア制御することで図38〜図43について上述したように爪先部(指部121A、121B)及び踵部122をそれぞれ駆動するようにしても良い。   In this case, when the walking control method of the robot apparatus according to the present invention is adopted, the toe portions (finger portions 121A and 121B) and the heel portion 122 are rotated or driven in the jumping-up direction or the lowering direction independently or in conjunction with each other. For this purpose, the toe part (finger part 121A, 121B) and the heel part 122 are respectively driven as described above with reference to FIGS. Also good.

本発明は、2足歩行型のロボット装置の他、種々の形態の脚式移動型のロボット装置に適用することができる。   The present invention can be applied to various types of legged mobile robot devices in addition to biped walking robot devices.

本実施の形態によるロボットの外観構成を示す略線的な斜視図である。It is a rough-line perspective view which shows the external appearance structure of the robot by this Embodiment. 本実施の形態によるロボットの外観構成を示す略線的な斜視図である。It is a rough-line perspective view which shows the external appearance structure of the robot by this Embodiment. ロボットの各関節機構部等における自由度の説明に供する概念図である。It is a conceptual diagram with which it uses for description of the freedom degree in each joint mechanism part etc. of a robot. ロボットの内部構成の説明に供するブロック図である。It is a block diagram with which it uses for description of the internal structure of a robot. ロボットの内部構成の説明に供するブロック図である。It is a block diagram with which it uses for description of the internal structure of a robot. 2本の指部及び踵部を有する足平構造の一例を示す正面図、平面図及び側面図である。It is the front view, top view, and side view which show an example of the foot structure which has two finger parts and a heel part. 指部及び踵部の可動範囲の説明に供する側面図である。It is a side view with which it uses for description of the movable range of a finger | toe part and a collar part. 2本の指部及び踵部を有する足平構造の一例を示す正面図、平面図及び側面図である。It is the front view, top view, and side view which show an example of the foot structure which has two finger parts and a heel part. 2本の指部及び踵部を有する足平構造の一例を示す正面図、平面図及び側面図である。It is the front view, top view, and side view which show an example of the foot structure which has two finger parts and a heel part. 指の関節軸の高さを足底から高く設定した場合の動作の様子を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the mode of operation | movement at the time of setting the height of the joint axis of a finger high from the sole. 指の関節軸を足底から低い位置に設定した様子を示す略線図である。It is a basic diagram which shows a mode that the joint axis | shaft of a finger | toe was set to the low position from the sole. 関節軸接合部付近の形状についての構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example about the shape of a joint-axis junction part vicinity. 指関節軸の具体的な高さ位置の説明に供する側面図である。It is a side view with which it uses for description of the specific height position of a finger joint axis | shaft. 可動脚におけるアクチュエータの配置例を示した略線図である。It is an approximate line figure showing an example of arrangement of an actuator in a movable leg. 能動的なサーボ制御系と受動的な機構制御系からなる混合制御系の概念を実現した直動機構の構成例を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structural example of the linear motion mechanism which implement | achieved the concept of the mixed control system which consists of an active servo control system and a passive mechanism control system. 通常のばねの弾性特性を示した特性図である。It is the characteristic view which showed the elastic characteristic of the normal spring. リミッタ機構とプリロード機構を適用した場合のばねの弾性特性を示した特性図である。It is a characteristic view showing an elastic characteristic of a spring when a limiter mechanism and a preload mechanism are applied. リミッタ機構とプリロード機構を適用した場合のばねの弾性特性を示した特性図である。It is a characteristic view showing an elastic characteristic of a spring when a limiter mechanism and a preload mechanism are applied. 基本モデルとなるダンパの特性を示した特性図である。It is the characteristic view which showed the characteristic of the damper used as a basic model. 方向による異特性を与えたダンパの特性を示した特性図である。It is a characteristic figure showing the characteristic of the damper which gave the different characteristic by direction. 速度依存型のダンパ特性を示した特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a speed-dependent damper characteristic. 急峻な変化を誘発しないための非線形特性が付与されたダンパ特性を示した特性曲線図である。It is a characteristic curve diagram showing a damper characteristic to which a nonlinear characteristic for preventing a steep change is given. ばね、ダンパ、切替機構を有機的に組み合わせた非線形コンプライアンス機構を一部断面をとってしめす側面図である。It is a side view which takes a partial cross section and shows the nonlinear compliance mechanism which combined the spring, the damper, and the switching mechanism organically. ばね、ダンパ、切替機構を有機的に組み合わせた機構ユニットの構成例を示した側面図である。It is the side view which showed the structural example of the mechanism unit which combined the spring, the damper, and the switching mechanism organically. 本実施の形態による足平構造の具体的構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the specific structure of the foot structure by this Embodiment. 本実施の形態による足平構造の具体的構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the specific structure of the foot structure by this Embodiment. 本実施の形態による足平構造の具体的構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the specific structure of the foot structure by this Embodiment. 本実施の形態による足平構造の底面形状の説明に供する正面図、側面図及び背面図である。It is the front view, side view, and back view with which it uses for description of the bottom face shape of the foot structure by this Embodiment. 本実施の形態による足平構造における爪先接地支持の説明に供する正面図、側面図及び背面図である。It is the front view, side view, and back view with which it uses for description of the toe grounding support in the foot structure by this Embodiment. 本実施の形態による足平構造における爪先接地支持の説明に供する正面図、側面図及び背面図である。It is the front view, side view, and back view with which it uses for description of the toe grounding support in the foot structure by this Embodiment. 本実施の形態による足平構造における踵接地支持の説明に供する正面図、側面図及び背面図である。It is the front view, side view, and rear view with which it uses for description of the heel grounding support in the foot structure by this Embodiment. 本実施の形態による足平構造における踵接地支持の説明に供する正面図、側面図及び背面図である。It is the front view, side view, and rear view with which it uses for description of the heel grounding support in the foot structure by this Embodiment. 本実施の形態による足平構造により得られる効果の説明に供する略線的な側面図である。It is a rough-line side view with which it uses for description of the effect acquired by the foot structure by this Embodiment. 本実施の形態による足平構造により得られる効果の説明に供する略線的な側面図である。It is a rough-line side view with which it uses for description of the effect acquired by the foot structure by this Embodiment. 本実施の形態による足平構造により得られる効果の説明に供する略線的な側面図である。It is a rough-line side view with which it uses for description of the effect acquired by the foot structure by this Embodiment. 本実施の形態による足平構造により得られる効果の説明に供する略線的な側面図である。It is a rough-line side view with which it uses for description of the effect acquired by the foot structure by this Embodiment. 爪先踵駆動機構を示す略線図である。It is a basic diagram which shows a toe hook drive mechanism. 歩行動作の流れの説明に供する略線図である。It is a basic diagram with which it uses for description of the flow of walking operation. 遊脚期における爪先及び踵部の状態の説明に供する略線図である。It is a basic diagram with which it uses for description of the state of a toe and a buttocks in a free leg period. 着地期における爪先及び踵部の状態の説明に供する略線図である。It is a basic diagram with which it uses for description of the state of a toe and a buttock in a landing period. 両脚支持期における爪先及び踵部の状態の説明に供する略線図である。It is a basic diagram with which it uses for description of the state of a toe and a buttock in both legs support period. 単脚支持期前期における爪先及び踵部の状態の説明に供する略線図である。It is a basic diagram with which it uses for description of the state of a toe and a buttocks in the single leg support period first half. 単脚支持期後期における爪先及び踵部の状態の説明に供する略線図である。It is a basic diagram with which it uses for description of the state of the toe in a late stage of a single leg support period, and a buttocks. 歩行制御処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a walk control processing procedure. 歩行制御処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a walk control processing procedure. 従来の足平構造での歩行状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the walk state in the conventional foot structure. 本実施の形態による足平構造での歩行状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the walking state in the foot structure by this Embodiment. 本実施の形態による足平構造での走行状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the driving | running | working state by the foot structure by this Embodiment. 他の実施の形態を示す正面図、側面図及び背面図である。It is the front view, side view, and back view which show other embodiment. 従来提案されている足平構造の説明に供する側面図である。It is a side view with which it uses for description of the foot structure proposed conventionally. 従来提案されているロボットの踵構造例の説明に供する断面図である。It is sectional drawing with which it uses for description of the example of the cage structure of the robot proposed conventionally.

符号の説明Explanation of symbols

1……ロボット、6A、6B……脚部ユニット、36……股関節機構部、38……膝関節機構部、41……足首機構部、130……爪先踵駆動機構、131、135……非線形プーリ、132、136……駆動ワイヤ、133、137……緩衝部、50……メイン制御部、120、140……足本体部、121A、121B……指部、122、141A、141B……踵部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Robot, 6A, 6B ... Leg unit, 36 ... Hip joint mechanism part, 38 ... Knee joint mechanism part, 41 ... Ankle mechanism part, 130 ... Toe heel drive mechanism, 131, 135 ... Non-linear Pulley, 132, 136 ... Drive wire, 133, 137 ... Buffer part, 50 ... Main control part, 120, 140 ... Foot main body part, 121A, 121B ... Finger part, 122, 141A, 141B ... 踵Department.

Claims (8)

複数の可動脚を有する脚式移動型のロボット装置において、
上記可動脚の最下端に配設された足平本体部と、
上記足平本体部の前端部に回転自在に取り付けられた爪先部と、
上記足平本体部の後端部に回転自在に取り付けられた踵部と、
上記爪先部及び上記踵部を跳上げ方向又は下げ方向に回転駆動する駆動手段と、
上記爪先部又は上記踵部に印加された外部からの跳上げ方向又は下げ方向の衝撃を緩和させる緩衝手段と
を具え、
上記駆動手段は、
上記可動脚の遊脚期には、上記爪先部を上記跳上げ方向に回転させると共に上記踵部を上記下げ方向に回転させ、当該可動脚の着地時には、上記爪先部を下げ方向に回転させる
ことを特徴とするロボット装置。
In a legged mobile robot device having a plurality of movable legs,
A foot main body disposed at the lowermost end of the movable leg;
A toe part rotatably attached to the front end part of the foot main body part,
A heel portion rotatably attached to a rear end portion of the foot main body portion;
Driving means for rotationally driving the toe part and the heel part in the jumping-up direction or the lowering direction;
Buffer means for reducing impact in the direction of jumping or lowering applied from the outside applied to the toe portion or the heel portion,
The drive means is
During the free leg period of the movable leg, the toe portion is rotated in the jump-up direction and the buttocks portion is rotated in the lowering direction, and when the movable leg is landed, the toe portion is rotated in the lowering direction. A robotic device characterized by
上記駆動部は、
上記可動脚の上記着地後、上記爪先部を下げ方向に位置させたまま、上記踵部を下げ方向に回転させる
ことを特徴とする請求項1に記載のロボット装置。
The drive unit is
The robot apparatus according to claim 1, wherein after the landing of the movable leg, the buttocks are rotated in the downward direction while the toe portion is positioned in the downward direction.
上記駆動部は、
上記爪先部及び上記踵部を連動して跳上げ方向又は下げ方向に回転させる
ことを特徴とする請求項1に記載のロボット装置。
The drive unit is
The robot apparatus according to claim 1, wherein the toe portion and the heel portion are interlocked to rotate in a jumping direction or a lowering direction.
可動脚を有する脚式移動型のロボット装置の歩行制御方法において、
上記ロボット装置は、
上記可動脚の最下端に配設された足平本体部と、
上記足平本体部の前端部に回転自在に取り付けられた爪先部と、
上記足平本体部の後端部に回転自在に取り付けられた踵部と、
上記爪先部及び上記踵部を跳上げ方向又は下げ方向に回転駆動する駆動手段と、
上記爪先部又は上記踵部に印加された外部からの跳上げ方向又は下げ方向の衝撃を緩和させる緩衝手段とを有し、
上記可動脚の遊脚期、上記爪先部を上記跳上げ方向に回転させると共に上記踵部を上記下げ方向に回転させる第1のステップと、
当該可動脚の着地時、上記爪先部を下げ方向に回転させる第2のステップと
を具えることを特徴とするロボット装置の歩行制御方法。
In a walking control method for a legged mobile robot apparatus having a movable leg,
The robot apparatus is
A foot main body disposed at the lowermost end of the movable leg;
A toe part rotatably attached to the front end part of the foot main body part,
A heel portion rotatably attached to a rear end portion of the foot main body portion;
Drive means for rotationally driving the toe part and the heel part in the jumping-up or lowering direction;
Buffer means for reducing the impact in the jumping direction or the lowering direction from the outside applied to the toe part or the hook part,
A first step of rotating the toe part in the jump-up direction and rotating the buttocks in the lowering direction during the swing leg period of the movable leg;
A walking control method for a robot apparatus, comprising: a second step of rotating the toe portion in a downward direction when the movable leg is landed.
上記可動脚の上記着地後、上記爪先部を下げ方向に位置させたまま、上記踵部を下げ方向に回転させる第3のステップ
を具えることを特徴とする請求項4に記載のロボット装置の歩行制御方法。
5. The robot apparatus according to claim 4, further comprising a third step of rotating the hook part in the downward direction while the toe part is positioned in the downward direction after the landing of the movable leg. Walking control method.
上記爪先部及び上記踵部を連動して跳上げ方向又は下げ方向に回転させる
ことを特徴とする請求項4に記載のロボット装置の歩行制御方法。
The walking control method for a robotic device according to claim 4, wherein the toe portion and the buttocks are rotated in a jumping direction or a lowering direction in conjunction with each other.
可動脚を有する脚式移動型のロボット装置において、
上記可動脚の最下端に配設された足平本体部と、
上記足平本体部の前端部に、上記ロボットの機体のピッチ軸方向と異なる方向の関節軸により回転自在に取り付けられた複数の爪先部と、
上記足平本体部の後端部に回転自在に取り付けられた踵部と
を具えることを特徴とするロボット装置。
In a legged mobile robot device having movable legs,
A foot main body disposed at the lowermost end of the movable leg;
A plurality of toe portions rotatably attached to the front end portion of the foot main body portion by joint axes in directions different from the pitch axis direction of the robot body;
A robot apparatus comprising: a heel portion rotatably attached to a rear end portion of the foot main body portion.
上記足平本体部、上記爪先部及び上記踵部は、
それぞれその裏面が凹形状に形成された
ことを特徴とする請求項7に記載のロボット装置。
The foot main body part, the toe part and the heel part are
The robot apparatus according to claim 7, wherein each back surface is formed in a concave shape.
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