JP2006159296A - Walking robot - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide technology capable of reducing a measuring error of a position and a posture of a trunk even without applying any special reinforcement and minimizing calculating quantity to calculate the position and the posture of the trunk in accordance with output of a gyro sensor in a robot walking while detecting the position and the posture of the trunk by using the gyro sensor. <P>SOLUTION: This robot walks by oscillating more than two leg links. This robot is furnished with a waist to which the more than two leg links are connected free to oscillate, the trunk connected to the waist free to revolve and the gyro sensor arranged on a lower end part of the trunk. A measuring point of the gyro sensor is adjusted at a position on an axis of revolution of the trunk, and the gyro sensor measures an index concerning angular velocity around the axis of revolution of the trunk. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、2以上の脚リンクが腰に対して揺動可能に連結されており、その2以上の脚リンクを揺動させることによって歩行するロボットに関する。特に、腰に対して体幹が回動可能に連結されている歩行ロボットに関する。体幹は、体幹の長手方向に伸びて腰と頭を結ぶ線と平行に伸びる軸のまわりに回動可能となっている。   The present invention relates to a robot in which two or more leg links are connected so as to be swingable with respect to the waist, and the robot walks by swinging the two or more leg links. In particular, the present invention relates to a walking robot in which a trunk is rotatably connected to a waist. The trunk is rotatable about an axis extending in the longitudinal direction of the trunk and extending in parallel with a line connecting the waist and the head.

体幹ないし腰に対して左脚リンクと右脚リンクの相対的姿勢を変化させることによって歩行するロボットが開発されている。体幹ないし腰に対して左脚リンクと右脚リンクの相対的姿勢を変化させる場合、結果として歩行させることができるように、左脚リンクと右脚リンクの相対的姿勢を変化させなければならない。このために、体幹と左足先と右足先の位置と姿勢を指示する歩容データが利用される。   A robot that walks by changing the relative posture of the left leg link and the right leg link with respect to the trunk or waist has been developed. When changing the relative posture of the left leg link and the right leg link with respect to the trunk or waist, the relative posture of the left leg link and the right leg link must be changed so that walking can result. . For this purpose, gait data that indicates the position and posture of the trunk, left toe, and right toe is used.

図5に示すように、歩容データは、ロボットが活動する空間の座標を定めるグローバル座標系において、体幹と左足先と右足先の位置と姿勢を指示する。体幹と左足先と右足先の位置を指示するために、体幹には基準点W0が定められており、左足先には基準点L0が定められており、右足先には基準点R0が定められている。体幹と左足先と右足先の姿勢を指示するために、体幹に沿って伸びるベクトルWが想定されており、左足先に垂直なベクトルLが想定されており、右足先に垂直なベクトルRが想定されている。歩容データは、グローバル座標系において、体幹の基準点W0のx、y、z座標を指示し、左足先の基準点L0のx、y、z座標を指示し、右足先の基準点R0のx、y、z座標を指示する。また、体幹に沿って伸びるベクトルWのピッチ角Wαと、ロール角Wβと、ヨー角Wγを指示し、左足先に垂直なベクトルLのピッチ角Lαと、ロール角Lβと、ヨー角Lγを指示し、右足先に垂直なベクトルRのピッチ角Rαと、ロール角Rβと、ヨー角Rγを指示する。さらに腰に対して体幹を回動させながら(ねじりながら)歩行するロボットの場合、腰に対する体幹の回動角Wδを指示する。歩容データは、体幹と左足先と右足先の位置と姿勢を経時的に指示するデータを記憶している。体幹を腰に対してねじりながら歩行するロボットの場合、腰に対する体幹の回動角Wδを経時的に指示するデータも記憶している。   As shown in FIG. 5, the gait data indicates the positions and postures of the trunk, left toe, and right toe in a global coordinate system that defines the coordinates of the space in which the robot is active. In order to indicate the positions of the trunk, left toe, and right toe, a reference point W0 is defined for the trunk, a reference point L0 is defined for the left toe, and a reference point R0 is defined for the right toe. It has been established. In order to indicate the posture of the trunk, left toe and right toe, a vector W extending along the trunk is assumed, a vector L perpendicular to the left toe is assumed, and a vector R perpendicular to the right toe Is assumed. The gait data indicates the x, y, z coordinates of the reference point W0 of the trunk, the x, y, z coordinates of the reference point L0 of the left foot tip, and the reference point R0 of the right foot tip in the global coordinate system. The x, y, and z coordinates are designated. Further, the pitch angle Wα of the vector W extending along the trunk, the roll angle Wβ, and the yaw angle Wγ are designated, and the pitch angle Lα, the roll angle Lβ, and the yaw angle Lγ of the vector L perpendicular to the left foot tip are designated. The pitch angle Rα, roll angle Rβ, and yaw angle Rγ of the vector R perpendicular to the right foot tip are instructed. Further, in the case of a robot that walks while twisting (twisting) the trunk with respect to the waist, the pivot angle Wδ of the trunk with respect to the waist is indicated. The gait data stores data indicating the position and posture of the trunk, left foot tip, and right foot tip over time. In the case of a robot that walks while twisting its trunk against the waist, it also stores data that indicates the pivot angle Wδ of the trunk relative to the waist over time.

体幹と左足先と右足先の位置と姿勢を指示する歩容データが与えられると、ロボットは与えられた位置と姿勢をとるために必要な各関節の関節角を計算し、計算された関節角に調整する。歩容データが経時的に変化することから、関節角も経時的に変えられる。歩容データに従って、体幹と左脚リンクと右脚リンクの相対的姿勢を経時的に変化させることによってロボットは歩行する。体幹をねじりながら歩行するロボットの場合、歩容データに従って腰に対する体幹の回動角Wδを経時的に変化させながら歩行する。腰と体幹の回動角Wδは、腰に対する体幹姿勢を記述するデータの一つであるということができる。
体幹の位置(Wx、Wy,Wz)と、体幹の姿勢(Wα、Wβ、Wγ、Wδ)が、ロボットのZMP(zero moment point)を接地脚の足平内に維持する歩容データを用意しておけば、ロボットは転倒しないで歩行を続ける。
上記の方式は、ロボットの全ての関節を能動的に動かして歩行する方式であるということができ、特許文献1等に記載されている。
Given gait data that indicates the position and posture of the trunk, left toe, and right toe, the robot calculates the joint angles of each joint necessary to take the given position and posture, and calculates the calculated joints. Adjust to the corner. Since the gait data changes over time, the joint angle can also change over time. The robot walks by changing the relative postures of the trunk, the left leg link, and the right leg link over time according to the gait data. In the case of a robot that walks while twisting the trunk, the robot walks while changing the rotation angle Wδ of the trunk with respect to the waist according to the gait data. The rotation angle Wδ between the waist and the trunk can be said to be one of data describing the trunk posture with respect to the waist.
Prepare gait data to maintain the position of the trunk (Wx, Wy, Wz) and the posture of the trunk (Wα, Wβ, Wγ, Wδ) in the ZMP (zero moment point) of the robot within the foot of the grounded leg If so, the robot will continue to walk without falling.
The above system can be said to be a system in which all joints of the robot are actively moved to walk, and is described in Patent Document 1 and the like.

上述した体幹の位置と姿勢は、ロボットが歩行している間、リアルタイムに計測され、制御に用いられる。体幹の位置と姿勢は、接地脚の位置と各関節の関節角から計算できるが、ジャイロセンサを利用することによって計測精度を向上することができる。
ジャイロセンサは角速度に関する指標を検出し、それを処理することによって角加速度や角度を知ることが可能となる。特許文献2には、右脚リンクと左脚リンクと体幹を備えており、体幹にジャイロセンサを配置した歩行ロボットが開示されている。特許文献3にも、体幹にジャイロセンサを配置した歩行ロボットが開示されている。これらの歩行ロボットによると、体幹の位置や姿勢を正確に把握することができる。
特開平05−253867号公報 特開平7−205069号公報 特開2004−9205号公報
The position and posture of the trunk described above are measured in real time while the robot is walking and used for control. The position and posture of the trunk can be calculated from the position of the contact leg and the joint angle of each joint, but the measurement accuracy can be improved by using a gyro sensor.
The gyro sensor detects an index related to the angular velocity, and can process the acceleration to know the angular acceleration and the angle. Patent Document 2 discloses a walking robot that includes a right leg link, a left leg link, and a trunk and has a gyro sensor disposed on the trunk. Patent Document 3 also discloses a walking robot in which a gyro sensor is arranged on the trunk. These walking robots can accurately grasp the position and posture of the trunk.
Japanese Patent Laid-Open No. 05-253867 JP-A-7-205069 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-9205

ジャイロセンサは様々な要因によって計測誤差を生じることがある。ジャイロセンサの計測誤差は、結果として計測されるロボットの姿勢の誤差を生じるため、ロボットの安定した歩行に大きな影響を及ぼす。   A gyro sensor may cause measurement errors due to various factors. The measurement error of the gyro sensor causes an error in the posture of the robot that is measured as a result, and thus greatly affects the stable walking of the robot.

剛性の低い部位にジャイロセンサを搭載すると、その部位で生じる局所的な振動をジャイロセンサは検出してしまう。このような局所的な振動は、ロボットの体幹の大域的な挙動とは関わりのないものであり、ジャイロセンサの計測誤差の原因となる。従来はこのような計測誤差を抑えるために、ジャイロセンサを搭載する部位に剛性を確保する補強を施していた。このような補強は、ロボットの重量を増加させてしまうため、好ましいものではない。   When a gyro sensor is mounted on a portion having low rigidity, the gyro sensor detects a local vibration generated in the portion. Such local vibration has nothing to do with the global behavior of the trunk of the robot and causes measurement errors of the gyro sensor. Conventionally, in order to suppress such a measurement error, reinforcement for securing rigidity is applied to a portion where the gyro sensor is mounted. Such reinforcement is not preferable because it increases the weight of the robot.

脚リンクや腰の弾性変形や関節のガタツキに起因して、体幹が振動することがある。体幹に生じる振動は体幹の大域的な挙動とは関わりのないものであり、ジャイロセンサの計測誤差の原因となる。   The trunk may vibrate due to the elastic deformation of the leg link or the waist or the rattling of the joint. The vibration generated in the trunk has nothing to do with the global behavior of the trunk and causes a measurement error of the gyro sensor.

上記したような計測誤差を、特別な補強を施すことなく低減することができる技術が待望されている。   There is a need for a technique that can reduce the measurement error as described above without applying special reinforcement.

歩行ロボットは、体幹の姿勢を計測し、その計測結果を利用してその後の関節角を調整する。計測とその計測結果を活用するタイミングが極めて短く、ジャイロセンサの出力から体幹姿勢を演算するまでの時間が極めて短いことが好ましい。
多くの場合、体幹の基準点は体幹の長手方向に伸びる中心軸(腰と頭を結ぶ線と平行)に設定される。特許文献2に記載のロボットのように、中心軸からオフセットした位置にジャイロセンサを搭載すると、体幹基準点の姿勢を演算するために、多くの補正演算を必要とする。このような補正演算は、ロボットの歩行を制御する装置に大きな負荷を与え、計測タイミングと計測結果を活用するタイミングとの間の時間差を長大化してしまう。このことは、歩行速度を低減させてしまう。複雑な補正演算を行わずに、ジャイロセンサの出力から体幹の基準点の姿勢を示すデータに演算できることが望ましい。
The walking robot measures the posture of the trunk and uses the measurement result to adjust the joint angle thereafter. It is preferable that the timing to use the measurement and the measurement result is extremely short, and the time from the output of the gyro sensor to the calculation of the trunk posture is extremely short.
In many cases, the reference point of the trunk is set to the central axis (parallel to the line connecting the waist and the head) extending in the longitudinal direction of the trunk. When the gyro sensor is mounted at a position offset from the central axis as in the robot described in Patent Document 2, many correction calculations are required to calculate the posture of the trunk reference point. Such a correction calculation imposes a large load on a device that controls walking of the robot, and lengthens the time difference between the measurement timing and the timing of using the measurement result. This reduces the walking speed. It is desirable to be able to calculate the data indicating the posture of the trunk reference point from the output of the gyro sensor without performing complicated correction calculation.

本発明では上記の課題を解決する。本発明では、ジャイロセンサを用いて体幹の位置や姿勢を検出しながら歩行するロボットにおいて、特別な補強を施さないでも体幹の位置や姿勢の計測誤差を低減することができ、かつジャイロセンサの出力に基づいて体幹の位置や姿勢を演算するまでの計算量が少なくてすむ技術を提供する。   The present invention solves the above problems. In the present invention, in a robot that walks while detecting the position and posture of the trunk using a gyro sensor, measurement errors of the position and posture of the trunk can be reduced without applying special reinforcement, and the gyro sensor Provides a technology that requires less calculation amount to calculate the position and posture of the trunk based on the output of

本発明のロボットは、2以上の脚リンクを揺動させて歩行する。本発明のロボットは、2以上の脚リンクが揺動可能に連結されている腰と、その腰に対して回動可能に連結されている体幹と、その体幹の下端部に配置されているジャイロセンサを備えている。
ジャイロセンサの計測点は体幹の回動軸上の位置に調整されており、ジャイロセンサは体幹の回動軸まわりの角速度に関する指標を計測する。ジャイロセンサの出力は、角速度を演算できるものであればよく、特に制限されない。角速度あるいは角加速度に比例する電圧を出力したり、角速度あるいは角加速度に比例する速度でパルス波を出力したりするものであれば足り、角速度を演算できるものであればよく特に制限されない。ジャイロセンサとしては、どのような計測原理に基づくものを使用してもよく、機械式ジャイロ、振動式ジャイロ、光学式ジャイロ等を用いることができる。
The robot of the present invention walks by swinging two or more leg links. The robot according to the present invention is arranged at a waist where two or more leg links are swingably connected, a trunk connected so as to be rotatable with respect to the waist, and a lower end of the trunk. It has a gyro sensor.
The measurement point of the gyro sensor is adjusted to a position on the rotation axis of the trunk, and the gyro sensor measures an index related to the angular velocity around the rotation axis of the trunk. The output of the gyro sensor is not particularly limited as long as the angular velocity can be calculated. Any device that outputs a voltage proportional to angular velocity or angular acceleration or outputs a pulse wave at a velocity proportional to angular velocity or angular acceleration is sufficient, and any device that can calculate angular velocity is not particularly limited. As the gyro sensor, a sensor based on any measurement principle may be used, and a mechanical gyro, a vibration gyro, an optical gyro, or the like can be used.

このロボットでは、2以上の脚リンクが腰に連結されている。腰には体幹が回動可能に連結されている。このロボットは、足先と体幹の位置と姿勢を指示する歩容データに基づいて、各関節を駆動して歩行する。
上記のような構成のロボットの場合、体幹の下端は腰に対して体幹を回動可能に連結する関節(以下では腰関節という)との結合部である。この結合部には、ロボットの上半身に搭載される部品の重量や慣性力が作用するため、強度の高い部材を用いて高剛性に製作されている。
剛性の高い体幹の下端にジャイロセンサを配置することによって、補強を施さなくても剛性の高い部位にジャイロセンサを搭載することができる。体幹の弾性変形に起因する振動がジャイロセンサの計測値に及ぼす影響を抑えることができる。
In this robot, two or more leg links are connected to the waist. A trunk is rotatably connected to the waist. This robot walks by driving each joint based on gait data that indicates the positions and postures of the toes and trunk.
In the case of the robot configured as described above, the lower end of the trunk is a joint portion with a joint (hereinafter referred to as a hip joint) that rotatably connects the trunk to the waist. Since the weight and inertial force of components mounted on the upper body of the robot act on the coupling portion, the coupling portion is manufactured with high rigidity using a high-strength member.
By disposing the gyro sensor at the lower end of the trunk having high rigidity, the gyro sensor can be mounted on the part having high rigidity without reinforcement. The influence which the vibration resulting from the elastic deformation of the trunk exerts on the measured value of the gyro sensor can be suppressed.

また体幹の下端は、ロボットが一方の脚リンクを振り上げて他方の脚リンクを接地脚とする場合に、運動の支点となる接地脚の足先からの距離が短い。従って、ロボットの接地脚リンクや腰の弾性変形や関節でのガタツキに起因して生じる振動の振幅が小さい。接地脚の足先からの距離が短い体幹の下端にジャイロセンサを配置することによって、接地脚リンクや腰の弾性変形等に起因する振動がジャイロセンサの計測値に及ぼす影響を小さく抑えることができる。   Also, the lower end of the trunk has a short distance from the tip of the grounding leg, which is a fulcrum of exercise, when the robot swings up one leg link and uses the other leg link as the grounding leg. Therefore, the amplitude of vibration caused by the robot's ground leg link, elastic deformation of the waist, and rattling at the joint is small. By placing the gyro sensor at the lower end of the trunk where the distance from the toes of the ground leg is short, it is possible to reduce the influence of vibration caused by the ground leg link and elastic deformation of the waist on the measured value of the gyro sensor. it can.

さらに上記の構成とすることによって、体幹の回動軸上にジャイロセンサの計測点を配置することができる。また、ジャイロセンサによって体幹の回動軸まわりの角速度に関する指標を直接的に計測することができる。ジャイロセンサの計測点と、体幹の回動軸との間にオフセットが生じないため、単純な計算で体幹の基準点の姿勢を演算することができる。   Further, with the above configuration, the measurement point of the gyro sensor can be arranged on the rotation axis of the trunk. In addition, an index related to the angular velocity around the rotation axis of the trunk can be directly measured by the gyro sensor. Since no offset occurs between the measurement point of the gyro sensor and the rotation axis of the trunk, the posture of the trunk reference point can be calculated by simple calculation.

本発明によれば、ジャイロセンサを用いて体幹の運動を検出しながら歩行するロボットにおいて、特別な補強を施さないでも計測誤差を低減することができ、かつ演算量を低減することができる。   According to the present invention, in a robot that walks while detecting a trunk motion using a gyro sensor, a measurement error can be reduced and a calculation amount can be reduced without performing special reinforcement.

以下、本発明を具現化した実施例について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施例)
本発明に係るロボットを、図面を参照しながら説明する。
図1は、ロボット30の機械構成のスケルトン図を示す。ロボット30は各関節にエンコーダ付のモータ1,2・・・を備えており、各関節角を調整でき、各関節角を計測することができる。ロボット30は、足首関節に2軸4,5,9,10、膝関節に1軸3,8、股関節に2軸1,2,6,7、腰関節に1軸24、肩関節に2軸11,12,14,15、肘関節に1軸13,16、首関節に3軸21,22,23を備えている。参照番号17,18は力センサを示し、19,20はホトセンサを示す。ホトセンサ19,20は、足平が接地しているのか浮遊しているのかを検出する。参照番号25はジャイロセンサを示す。ジャイロセンサ25は計測点と計測軸を備えている。ジャイロセンサ25の計測点は、腰関節のモータ24の回動軸上に存在している。ジャイロセンサ25は、腰関節のモータ24の回動軸を一軸とする直交座標系の三軸まわりの角速度を検出する。
ロボット30は図示されないコントローラを備える。コントローラは、各関節のエンコーダの出力と、力センサ17、18の出力と、ホトセンサ19、20の出力と、ジャイロセンサ25の出力を入力する。コントローラはそれらのセンサからの入力に基づいて、ロボット30の歩行の状況を看視する。具体的には、コントローラは各関節のエンコーダの出力から、両足先の位置と姿勢を計測する。また各関節のエンコーダの出力と、ジャイロセンサ25の出力から、体幹の基準点の位置と姿勢を計測する。歩行の状況に基づいて、コントローラはロボット30のZMPが接地脚の足平内に存在するように、歩容データを決定する。コントローラは歩容データから、各関節のモータの回転角を逆キネマティクス演算によって算出する。コントローラは、各関節のモータに回転角を指示する。
上記のようにしてロボット30は歩行する。ZMPが接地脚の足平内に存在するよう制御されているから、ロボット30は転倒することなく歩行することができる。
(First embodiment)
A robot according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a skeleton diagram of the mechanical configuration of the robot 30. The robot 30 includes motors 1, 2,... With encoders at each joint, can adjust each joint angle, and can measure each joint angle. The robot 30 has two axes 4, 5, 9, 10 for the ankle joint, one axis 3, 8 for the knee joint, two axes 1, 2, 6, 7 for the hip joint, one axis 24 for the hip joint, and two axes for the shoulder joint. 11, 12, 14, 15, 1 axis 13, 16 at the elbow joint and 3 axis 21, 22, 23 at the neck joint. Reference numerals 17 and 18 indicate force sensors, and 19 and 20 indicate photo sensors. The photosensors 19 and 20 detect whether the foot is grounded or floating. Reference numeral 25 indicates a gyro sensor. The gyro sensor 25 includes a measurement point and a measurement axis. The measurement point of the gyro sensor 25 exists on the rotation axis of the motor 24 of the hip joint. The gyro sensor 25 detects angular velocities around three axes of an orthogonal coordinate system with the rotation axis of the motor 24 of the hip joint as one axis.
The robot 30 includes a controller (not shown). The controller inputs the outputs of the encoders of the joints, the outputs of the force sensors 17 and 18, the outputs of the photo sensors 19 and 20, and the output of the gyro sensor 25. The controller watches the walking status of the robot 30 based on the input from these sensors. Specifically, the controller measures the position and posture of both feet from the output of the encoder of each joint. Further, the position and posture of the trunk reference point are measured from the output of the encoder of each joint and the output of the gyro sensor 25. Based on the walking situation, the controller determines the gait data so that the ZMP of the robot 30 exists within the foot of the grounding leg. The controller calculates the rotation angle of the motor of each joint from the gait data by inverse kinematics calculation. The controller instructs the rotation angle to the motor of each joint.
As described above, the robot 30 walks. Since the ZMP is controlled to exist in the foot of the grounding leg, the robot 30 can walk without falling down.

図2はロボット30の体幹40の概観を示す図である。
体幹40は、その内部に種々の機器を搭載することが可能な箱型の金属部材から構成されている。体幹40を箱型の部材で構成することで、曲げやねじりに対する剛性が確保され、ロボット30の歩行中に体幹40が大きく変形することを防ぐことができる。さらに体幹40を箱型の部材で構成することで、内部に様々な機器を搭載する空間を確保することができる。
FIG. 2 is a view showing an overview of the trunk 40 of the robot 30.
The trunk 40 is composed of a box-shaped metal member in which various devices can be mounted. By configuring the trunk 40 with a box-shaped member, rigidity against bending and torsion is ensured, and the trunk 40 can be prevented from being greatly deformed while the robot 30 is walking. Furthermore, by constructing the trunk 40 with a box-shaped member, it is possible to secure a space in which various devices are mounted.

体幹40の下端は腰フィッティング46を介して腰関節のモータ24と連結されている。腰フィッティング46はU字型の金属部材であり、U字の先端部にフランジを備えている。腰フィッティング46は、そのフランジを体幹40の下端にボルトとナットを用いて結合されている。腰関節のモータ24は腰48に搭載されており、腰フィッティング46を介して体幹40を回動する。腰関節のモータ24と腰フィッティング46は、ロボット30の腰関節を構成する。
腰48には左脚リンク42、右脚リンク44が連結されている。左脚リンク42は、左股関節のモータ1、2を備える。右脚リンク44は、右股関節のモータ6、7を備える。
The lower end of the trunk 40 is connected to the lumbar joint motor 24 via a waist fitting 46. The waist fitting 46 is a U-shaped metal member, and has a flange at the tip of the U-shape. The waist fitting 46 has a flange connected to the lower end of the trunk 40 using bolts and nuts. The waist joint motor 24 is mounted on the waist 48 and rotates the trunk 40 via the waist fitting 46. The waist joint motor 24 and the waist fitting 46 constitute a waist joint of the robot 30.
A left leg link 42 and a right leg link 44 are connected to the waist 48. The left leg link 42 includes left hip motors 1 and 2. The right leg link 44 includes motors 6 and 7 for the right hip joint.

体幹40の上端はモータ11や14を備える肩関節、およびモータ22、23、24(図2では隠れている)を備える首関節と、ボルトとナットを用いて結合されている。右肩関節はロボット30の右腕の動作を実現する。左肩関節はロボット30の左腕の動作を実現する。首関節はロボット30の頭部の動きを実現する。   The upper end of the trunk 40 is connected to the shoulder joint including the motors 11 and 14 and the neck joint including the motors 22, 23 and 24 (hidden in FIG. 2) using bolts and nuts. The right shoulder joint realizes the movement of the right arm of the robot 30. The left shoulder joint realizes the operation of the left arm of the robot 30. The neck joint realizes the movement of the head of the robot 30.

図3と図4は、体幹40と腰48との結合部を模式的に示す図である。図3は、体幹40と腰48を正面から見て、体幹40の内部を透視した図である。図4は体幹40と腰48を左側面から見て、体幹40の内部を透視した図である。   3 and 4 are diagrams schematically showing a joint portion between the trunk 40 and the waist 48. FIG. FIG. 3 is a perspective view of the inside of the trunk 40 when the trunk 40 and the waist 48 are viewed from the front. FIG. 4 is a perspective view of the inside of the trunk 40 when the trunk 40 and the waist 48 are viewed from the left side.

図3と図4によく示すように、体幹40は、底板50、中板52、天板54を備える。底板50には、腰関節の一部である腰フィッティング46が連結する。腰フィッティング46には、歩行中にロボット30の上半身から下半身に作用する全荷重が集中的に負荷される。従って腰フィッティング46が連結される底板50には、剛性が高く、強度が高い部材が用いられる。一般的には、板厚の厚い板材が使用される。天板54には、首関節および肩関節が連結する。首関節には歩行中にロボット30の頭部から体幹40に作用する全荷重が集中的に負荷される。肩関節には歩行中にロボット30の腕から体幹40に作用する全荷重が集中的に負荷される。従って、天板54には剛性が高く強度が高い部材、すなわち板厚の厚い部材を用いるが、底板50に比べれば板厚の薄い部材を用いる。中板52は、体幹40の内部に搭載する機器を支持する。内部に搭載する機器の振動を抑制するためには、中板52の剛性は高い方が好ましいが、中板52にはそれほど大きな荷重は負荷されないため、その板厚は底板50や天板54に比べ薄い。図3に示すように、体幹40は側板56、58を備える。側板56、58は、体幹40に曲げが作用するときの曲げ荷重や、体幹40にねじりが作用するときの剪断荷重が負荷されるが、上記した各関節の連結部ほど大きな荷重は負荷されない。従って、側板56、58の板厚は、底板50や天板54にくらべて薄い。図4に示すように、体幹40は前板60、後板62、64を備える。これらの部材にもそれほど大きな荷重は負荷されないため、その板厚は底板50に比べて薄い。   As shown well in FIGS. 3 and 4, the trunk 40 includes a bottom plate 50, a middle plate 52, and a top plate 54. A waist fitting 46, which is a part of the waist joint, is connected to the bottom plate 50. The waist fitting 46 is intensively loaded with all loads acting on the upper and lower body of the robot 30 during walking. Therefore, a member having high rigidity and high strength is used for the bottom plate 50 to which the waist fitting 46 is connected. In general, a thick plate material is used. A neck joint and a shoulder joint are connected to the top plate 54. A total load acting on the trunk 40 from the head of the robot 30 is intensively applied to the neck joint during walking. A total load acting on the trunk 40 from the arm of the robot 30 during walking is concentrated on the shoulder joint. Therefore, a member having high rigidity and high strength, that is, a member having a large thickness is used for the top plate 54, but a member having a smaller thickness than the bottom plate 50 is used. The intermediate plate 52 supports a device to be mounted inside the trunk 40. In order to suppress the vibration of the device mounted inside, it is preferable that the rigidity of the intermediate plate 52 is high. However, since a large load is not applied to the intermediate plate 52, the thickness of the intermediate plate 52 is not applied to the bottom plate 50 or the top plate 54. Thin compared. As shown in FIG. 3, the trunk 40 includes side plates 56 and 58. The side plates 56 and 58 are subjected to a bending load when bending is applied to the trunk 40 and a shearing load when twisting is applied to the trunk 40. Not. Therefore, the side plates 56 and 58 are thinner than the bottom plate 50 and the top plate 54. As shown in FIG. 4, the trunk 40 includes a front plate 60 and rear plates 62 and 64. Since these members are not loaded with such a large load, the plate thickness is thinner than that of the bottom plate 50.

図3および図4に示すように、体幹40の内部の底板50の上に、ジャイロセンサ25が設けられている。ジャイロセンサ25は、底板50に対して複数箇所をネジ止めされている。ジャイロセンサ25は、その計測点が腰関節の回動軸Zの軸上に存在するように、位置を調整されている。 As shown in FIGS. 3 and 4, the gyro sensor 25 is provided on the bottom plate 50 inside the trunk 40. The gyro sensor 25 is screwed to the bottom plate 50 at a plurality of locations. The gyro sensor 25, the measurement point is to lie on the axis of the rotation axis Z A of the hip joint, it has been adjusted position.

図3および図4に示すように、ジャイロセンサ25の計測点は、腰関節24の回動軸上に存在する。体幹40の基準点は、腰関節の回動軸Z上に存在するため、Z軸まわりの角速度に関して、ジャイロセンサ25で計測される角速度をそのまま使用することができる。体幹40の基準点とジャイロセンサ25とのオフセットが無く、基準点の角速度を特定するための補正演算を不要とすることができ、体幹の位置と姿勢をリアルタイムに計測するコントローラの負担を軽減することができる。 As shown in FIGS. 3 and 4, the measurement point of the gyro sensor 25 exists on the rotation axis of the waist joint 24. Reference point of the trunk 40, in order to present on rotation axis Z A of the hip joint, with respect to angular velocity about Z A-axis, it can be used as an angular velocity measured by the gyro sensor 25. Since there is no offset between the reference point of the trunk 40 and the gyro sensor 25, correction calculation for specifying the angular velocity of the reference point can be eliminated, and the burden of the controller that measures the position and posture of the trunk in real time can be eliminated. Can be reduced.

底板50は剛性が高いため、ロボット30の歩行中に外乱が作用した場合でも、大きな局所的振動を生じることがない。従ってジャイロセンサ25に外乱の影響によって計測誤差を生じることを防ぐことができる。   Since the bottom plate 50 has high rigidity, even when a disturbance is applied while the robot 30 is walking, no large local vibration is generated. Accordingly, it is possible to prevent a measurement error from occurring in the gyro sensor 25 due to the influence of disturbance.

ジャイロセンサ25は体幹40の最下部に位置しており、ロボット30が一方の脚リンクを振り上げて他方の脚リンクを接地させている場合に、接地脚の足先に近い位置で角速度を検出することができる。接地脚の足先に近い位置で角速度を検出することから、接地脚リンクおよび腰48の弾性変形に起因する振動や、腰関節、接地脚の股関節、膝関節、足首関節でのガタツキに起因する振動の影響を、小さく抑えることができる。   The gyro sensor 25 is located at the lowermost part of the trunk 40. When the robot 30 swings up one leg link and grounds the other leg link, the angular velocity is detected at a position close to the toe of the ground leg. can do. Since the angular velocity is detected at a position close to the tip of the ground leg, vibration due to elastic deformation of the ground leg link and the waist 48 and backlash at the hip joint, the hip joint of the ground leg, the knee joint, and the ankle joint are caused. The influence of vibration can be kept small.

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

図1は本発明のロボット30のスケルトン図である。FIG. 1 is a skeleton diagram of a robot 30 according to the present invention. 図2はロボット30の体幹40の概観図である。FIG. 2 is a schematic view of the trunk 40 of the robot 30. 図3はロボット30の体幹40の内部について正面から透視した図である。FIG. 3 is a perspective view of the inside of the trunk 40 of the robot 30 from the front. 図4はロボット30の体幹40の内部について側面から透視した図である。FIG. 4 is a perspective view of the inside of the trunk 40 of the robot 30 from the side. 図5は右脚リンクと左脚リンクを揺動させて歩行するロボットを模式的に示す図である。FIG. 5 is a diagram schematically showing a robot that walks by swinging the right leg link and the left leg link.

符号の説明Explanation of symbols

1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13、14,15,16,21,22,23,24・・・モータ
17,18・・・力センサ
19,20・・・ホトセンサ
25・・・ジャイロセンサ
30・・・ロボット
40・・・体幹
42・・・左脚リンク
44・・・右脚リンク
46・・・腰フィッティング
48・・・腰
50・・・底板
52・・・板
54・・・天板
56、58・・・側板
60・・・前板
62、64・・・後板
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 21, 22, 23, 24 ... motors 17, 18 ... force Sensors 19, 20 ... Photo sensor 25 ... Gyro sensor 30 ... Robot 40 ... Trunk 42 ... Left leg link 44 ... Right leg link 46 ... Waist fitting 48 ... Waist 50 ... Bottom plate 52 ... Plate 54 ... Top plate 56, 58 ... Side plate 60 ... Front plate 62, 64 ... Rear plate

Claims (1)

2以上の脚リンクを揺動させて歩行するロボットであり、
2以上の脚リンクが揺動可能に連結されている腰と、
その腰に対して回動可能に連結されている体幹と、
その体幹の下端部に配置されているジャイロセンサを備え、
そのジャイロセンサの計測点は、体幹の回動軸上の位置に調整されており、
そのジャイロセンサは、体幹の回動軸まわりの角速度に関する指標を計測する、
ことを特徴とする歩行ロボット。
It is a robot that walks by swinging two or more leg links,
A waist to which two or more leg links are swingably connected;
A trunk that is pivotally connected to the waist;
It has a gyro sensor arranged at the lower end of its trunk,
The measurement point of the gyro sensor is adjusted to a position on the pivot axis of the trunk,
The gyro sensor measures an index related to the angular velocity around the pivot axis of the trunk,
A walking robot characterized by that.
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