JP2006218550A - Foot part structure of bipedal walking robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、脚式歩行ロボットの足部構造、特に歩行安定性を高めた足裏部を有する二足歩行ロボットの足部構造に関するものである。 The present invention relates to a foot structure of a legged walking robot, and more particularly to a foot structure of a biped walking robot having a sole that has improved walking stability.
脚式歩行ロボット、特に二足歩行ロボットは、歩行安定性を高めることが難しいが、従来、これを実現するため、ロボット足部(足首から下の部分)について次のような構造が提案された。
すなわち足部の踵を、硬質部材とその間に充填されてなる軟質部材から構成すると共に、その断面視形状を櫛歯状に形成し、重力方向からの力に対しては剛性が高く、それ以外の方向からの力に対しては剛性が低くなるような足部構造が提案された(例えば、特許文献1参照)。
Legged walking robots, especially biped robots, are difficult to improve walking stability. To achieve this, the following structure has been proposed for the robot foot (the part below the ankle). .
In other words, the heel of the foot is composed of a hard member and a soft member filled therebetween, and its cross-sectional shape is formed in a comb-like shape, which is highly rigid against force from the direction of gravity. A foot structure has been proposed in which the rigidity is low with respect to the force from the direction (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら上記従来技術では、次のような問題点があった。
従来技術では、足裏部に着目すると、足裏内外(うちそと)側(足裏の親指に相当する側及び小指に相当する側)についてはそれらの全面に同様の弾性体が貼り付けられていた。つまり、足裏が内外側ほぼ均等に撓むように形成され、足(足裏)接地時の左右各足における内外側への倒れ易さは内外どちら側にも等しくなるという構造であった。
However, the above prior art has the following problems.
In the conventional technology, when focusing on the sole, the same elastic body is attached to the entire surface of the inside and outside of the sole (the side corresponding to the thumb of the sole and the side corresponding to the little finger). It was. In other words, the sole is formed so that the inside and outside of the foot are bent almost evenly, and the ease of falling to the inside and outside of each of the left and right feet when the foot (sole) is grounded is equal on both the inside and outside.
ところで、二足歩行ロボットの場合、足接地時に体・足が外側(右足接地時であれば右足よりも右側、左足接地時であれば左足よりも左側を指す。)へ倒れると、歩行安定性を維持するのが困難になる。一方、体・足が内側へ倒れる場合は、その内側に倒れる足とは反対側の足を協調させる等により、比較的容易に安定性を維持できる。したがって、外側へ倒れることはできるだけ避けなければならない。
整地歩行の場合は計画通りの歩行を行うことが容易であるので、それほど問題にはならないが、不整地歩行の場合は、足接地時に、足裏に対して地面から作用する外乱が大きくなり、歩行を安定させるのがより困難になる。
従来技術においては、足接地時の左右各足における内外側への倒れ易さが内外どちら側にも等しくなるような構造であったので、上記外乱が作用する方向が内外各側について等しくなるので倒れる方向が足裏の内外各側で等しくなり、歩行が不安定になる確率がかなり高くなってしまうという問題点があった。
By the way, in the case of a biped robot, walking stability when the body / foot falls to the outside (points to the right of the right foot when touching the right foot and to the left of the left foot when touching the left foot) when touching the foot. It becomes difficult to maintain. On the other hand, when the body / foot falls inward, stability can be maintained relatively easily, for example, by coordinating the foot on the opposite side of the foot falling inward. Therefore, you should avoid falling down as much as possible.
In the case of leveling walking, it is easy to perform walking as planned, so it does not matter so much, but in the case of uneven level walking, the disturbance acting on the sole from the ground increases when touching the foot, It becomes more difficult to stabilize walking.
In the prior art, the structure in which the ease of falling to the inside and outside of each left and right foot when touching the foot is the same on both the inside and outside sides, so the direction in which the disturbance acts is the same on both the inside and outside sides. There is a problem that the direction of falling is equal on both the inside and outside of the sole, and the probability that the walking becomes unstable becomes considerably high.
本発明は、上記従来技術の問題点を解消するためになされたもので、歩行安定性を向上できる二足歩行ロボットの足部構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a foot structure of a biped robot that can improve walking stability.
上記目的を達成するために、特許請求の範囲の請求項1に記載の二足歩行ロボットの足部構造は、接地時に、足裏内外側の内側部分よりも外側部分からの反力が大きくなる形状及び/又は材質で形成された足裏部を備えることを特徴とする。
特許請求の範囲の請求項2に記載の発明は、上記請求項1に記載の発明において、足裏部は、足裏内外側の外側部分に弾性体層を有し、該外側部分が内側部分よりも下方に突出されてなることを特徴とする。
特許請求の範囲の請求項3に記載の発明は、上記請求項1に記載の発明において、足裏部は、足裏内外側の外側部分には硬い弾性体層を有し、内側部分には軟らかい弾性体層を有してなることを特徴とする。
特許請求の範囲の請求項4に記載の発明は、上記請求項1に記載の発明において、足裏部は、足裏内外側の内側部分に切欠き部が形成された弾性体層を有してなることを特徴とする。
特許請求の範囲の請求項5に記載の発明は、上記請求項1に記載の発明において、足裏部は、足部の構造物により、足裏内外側の外側部分が内側部分よりも下方に突出されてなることを特徴とする。
特許請求の範囲の請求項6に記載の発明は、上記請求項5に記載の発明において、足裏内外側の外側部分が内側部分よりも下方に突出されることによって該内側部分に形成された凹み部分に、軟らかい弾性体層が装着固定されてなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the foot structure of the biped walking robot according to
The invention according to
The invention according to claim 3 of the claims is the invention according to
The invention according to
The invention according to claim 5 of the claims is the invention according to
The invention according to claim 6 of the present invention is the invention according to claim 5, wherein the outer part on the inner side and the outer side of the sole is formed on the inner part by protruding downward from the inner part. A soft elastic layer is attached and fixed to the recessed portion.
特許請求の範囲の請求項1に記載の発明では、足裏部を、足裏内外側の内側部分よりも外側部分からの反力が大きくなる形状及び/又は材質で形成した。これによれば、足接地時における足裏が外側に傾いて外側に倒れるような力が生じる不整地歩行等においても、安定性を低下させることなくロボットを歩行させ得、二足歩行ロボットにおける歩行安定性を向上できる。
特許請求の範囲の請求項2に記載の発明によれば、弾性体層を設けるだけの簡単な構成で請求項1に記載の発明の効果が得られる。
同じく請求項3に記載の発明によれば、足裏部の接地面積を広くしたままで請求項1に記載の発明の効果が得られる。
同じく請求項4に記載の発明によれば、弾性体層を設けるだけの簡単な構成で請求項3に記載の発明に準じた効果も得ることができる。
同じく請求項5に記載の発明によれば、足部の構造物以外の部材を用いることなく請求項1に記載の発明の効果が得られる。
同じく請求項6に記載の発明によれば、足裏部の接地面積を広くしたままで、また弾性体層を強固に保持した状態で、請求項1に記載の発明の効果が得られる。
In the first aspect of the present invention, the sole portion is formed in a shape and / or material in which the reaction force from the outer portion is larger than the inner portion on the inner and outer sides of the sole. According to this, even when walking on rough terrain where a force such that the sole of the foot tilts outward and falls when touching the foot is allowed, the robot can walk without degrading stability, and walking with a biped robot Stability can be improved.
According to the invention described in
Similarly, according to the invention described in claim 3, the effect of the invention described in
Similarly, according to the invention described in
Similarly, according to the invention described in claim 5, the effect of the invention described in
Similarly, according to the invention described in claim 6, the effect of the invention described in
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図1は、本発明が適用される二足歩行ロボットの一例を示す図である。
図示するように二足歩行ロボットは、2本の足(脚)1と、この足1上部の胴体2と、この胴体上部の頭部3と、胴体左右側の腕4とで主要部を構成する。そして、胴体2背部には、これらロボット各部1〜4相互間等を連結する複数の関節駆動用モータ(図示せず)の制御ユニットやバッテリ電源等の格納部を備える。この格納部は、図1においては胴体2により隠されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol shows the same or an equivalent part between each figure.
FIG. 1 is a diagram showing an example of a biped walking robot to which the present invention is applied.
As shown in the figure, the bipedal walking robot is composed of two legs (legs) 1, a
ここで、上記足1の下部には歩行時に接地(着地)する足部11が取着されており、本発明はこの足部11の構造に係るものである。すなわち、本発明における足部11は、足(足裏)接地時に、足裏内外側の内側部分よりも同外側部分からの反力が大きくなる形状及び/又は材質で形成された足裏部12を備えてなる。
これによると、足接地時には、足1が常に内側(右足接地時であれば右足よりも左側、左足接地時であれば左足よりも右側を指す。)に倒れるような力が発生するように、ないしは外側に倒れる力が発生しないように、上記反力が作用するので、ロボットの歩行安定性が向上する。
Here, a
According to this, a force that causes the
以下、本発明のいくつかの実施形態を説明する。
図2は、本発明の二足歩行ロボットの足部構造の第1実施形態を示す図で、(a)は正面図、(b)は底面図(足裏図)である。
図示するように第1実施形態では、足裏部12は、足裏内外側の外側部分に弾性体層、ここではゴム板21を有し、その外側部分が内側部分よりも下方に突出されてなる。
具体的には、足裏部12は、足裏内外側方向のおよそ中央から外側部分(足裏の外側半分)のみに、適宜厚さのゴム板21が、鉄、アルミニウム等からなる足部11の構造物11aの底面11bに貼り付けられ、そのゴム板厚さ分、外側部分が内側部分よりも下方に突出した構造となっている。
図1に示すように、二足歩行ロボットは、2本の足1,1を備えており、以上の構成は、それらの各足1(各足部11,足裏部12)について同様に適用されていることは勿論である。以下の各実施形態についても同様である。
なお、図中20は上記ロボットの歩行地面、Gは同ロボットの静止時重心を示す。また二点鎖線矢印イは、図示構成において足1に作用する静的なモーメントを示す。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described.
2A and 2B are views showing a first embodiment of the foot structure of the biped robot of the present invention, in which FIG. 2A is a front view and FIG. 2B is a bottom view (foot sole view).
As shown in the figure, in the first embodiment, the
Specifically, the
As shown in FIG. 1, the bipedal walking robot has two
In the figure, 20 indicates the walking ground of the robot, and G indicates the center of gravity when the robot is stationary. A two-dot chain line arrow a indicates a static moment acting on the
図3は、本発明の二足歩行ロボットの足部の第2実施形態を示す図で、(a)は正面図、(b)は底面図である。
図示するように第2実施形態では、足裏部12は、足裏内外側の外側部分には硬い弾性体層、ここではゴム板31を有し、同内側部分には上記硬いゴム板31と同一厚さの軟らかい弾性体層、ここではゴム板32を有してなる。
具体的には、足裏部12は、足裏内外側方向のおよそ中央から外側部分(足裏の外側半分)には適宜厚さの硬いゴム板31が鉄、アルミニウム等の足部11の構造物11aの底面11bに貼り付けられ、同内側部分(足裏の内側半分)には上記硬いゴム板31と同じ厚さの軟らかいゴム板32が、上記構造物11aの底面11bに貼り付けられた構造となっている。
上述したように硬いゴム板31と軟らかいゴム板32は同じ厚さであるから、この第2実施形態においては足裏内外側間に段差はない。
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing a second embodiment of the foot portion of the biped robot of the present invention, where FIG. 3A is a front view and FIG. 3B is a bottom view.
As shown in the figure, in the second embodiment, the
Specifically, the
Since the
図4は、本発明の二足歩行ロボットの足部の第3実施形態を示す図で、(a)は底面側から見た斜視図、(b)は底面図である。
図示するように第3実施形態では、足裏部12は、足裏内外側の内側部分に切欠き部41が形成された弾性体層、ここではゴム板42を有してなる。
具体的には、足裏部12は、足裏内外側の内側部分の土踏まずに相当する箇所に切欠き部41を有する適宜厚さのゴム42板が、足部11の構造物11aの底面11bに貼り付けられた構造となっている。
4A and 4B are diagrams showing a third embodiment of the foot portion of the biped robot of the present invention, in which FIG. 4A is a perspective view seen from the bottom side, and FIG. 4B is a bottom view.
As shown in the figure, in the third embodiment, the
Specifically, the
図5は、本発明の二足歩行ロボットの足部の第4実施形態を示す正面図である。
図示するように第4実施形態では、足裏部12は、足部11の構造物11aにより、足裏内外側の外側部分が内側部分よりも下方に突出されてなる。
具体的には、足裏部12は、足裏内外側方向のおよそ中央から外側部分(足裏の外側半分)について足部11の構造物11aがそのまま下方に突出形成され、同内側部分(足裏の内側半分)は何もない空間部(凹み部分51)とされた構造になっている。
この第4実施形態は、図2に示す第1実施形態に類する形態をなすが、足11の構造物11aの底面11bには何も貼り付けず、例えばロボットの足部構造物成型時に形成される構造となっている。
FIG. 5 is a front view showing a fourth embodiment of the foot part of the biped robot of the present invention.
As shown in the figure, in the fourth embodiment, the
Specifically, in the sole 12, the
This fourth embodiment is similar to the first embodiment shown in FIG. 2, but nothing is attached to the
図6は、本発明の二足歩行ロボットの足部の第5実施形態を示す正面図である。
図示するように第5実施形態では、足裏部12は、上述した第4実施形態において、足裏内側半分に形成された凹み部分51に、その凹み寸法h1と同一厚さd1(=h1)の軟らかい弾性体層、ここではゴム板61が装着固定(凹み部分51周壁に貼り付け)されてなる。
つまり、足裏内外側方向のおよそ中央から外側部分は鉄、アルミニウム等からなる硬い足部11の構造物11aがそのままとされ、同内側部分は軟らかいゴム板61が足裏内外側間に段差が生じない厚さd1(=h1)で貼り付けられた構造となっており、図3に示す第2実施形態に類する形態をなす。
FIG. 6 is a front view showing a fifth embodiment of the foot portion of the biped robot of the present invention.
As shown in the figure, in the fifth embodiment, the
That is, the
以上の各実施形態によれば、ロボット歩行における足接地時には、足裏が常に内側に傾くような力、すなわち足1が常に内側に倒れるような力が発生するように(少なくとも外側に倒れる力が発生しにくいように)、足裏外側部分からの反力が作用するので、ロボットの歩行安定性が向上する。
特に、図2に示す第1実施形態によれば、足部11の構造物11aの底面11bは平坦面でよく、その底面11bに平らなゴム板21を貼り付けるだけという簡単な構成で本発明を実現できる。
また、図3に示す第2実施形態によれば、足裏部12の下面(足裏)は平坦面となり、足裏部12の接地面積を広くしたままで本発明を実現できる。
また、図4に示す第3実施形態によれば、足裏部12の接地面積及び足裏外側部分からの反力について、第1及び第2実施形態における中間的な形態にて本発明を実現できる。
また、図5に示す第4実施形態によれば、足部11の構造物11a以外の部材を用いることなく本発明を実現できる。
更に、図6に示す第5実施形態によれば、足裏部12の接地面積を広くしたままで、本発明を実現できる。また、鉄、アルミニウム等からなる足部11の構造物11aの2つの面にゴム板61を貼り付けるので、このゴム板61の貼り付け強度を高くすることができる。
According to each of the above-described embodiments, when the foot is in contact with the robot during walking, a force is generated so that the sole always tilts inward, that is, a force that causes the
In particular, according to the first embodiment shown in FIG. 2, the
Further, according to the second embodiment shown in FIG. 3, the lower surface (sole) of the sole 12 is a flat surface, and the present invention can be realized while the ground contact area of the sole 12 is widened.
Further, according to the third embodiment shown in FIG. 4, the present invention is realized in an intermediate form in the first and second embodiments with respect to the contact area of the
Moreover, according to 4th Embodiment shown in FIG. 5, this invention is realizable, without using members other than the
Furthermore, according to the fifth embodiment shown in FIG. 6, the present invention can be realized while the ground contact area of the sole 12 is kept wide. Moreover, since the
なお、上述実施形態においては、足裏部に設ける弾性体層としてゴム板を用いたが、これ以外の弾性体、例えば合成樹脂製の弾性体を用いてもよい。要は、ロボットの足裏部の接地時において、足裏内外側の内側部分よりも外側部分からの反力が大きくなる材質を選択(基本的には足裏外側部分の材質を内側部分の材質よりも剛性の高い材質を選択)すればよい。 In the above-described embodiment, the rubber plate is used as the elastic body layer provided on the sole, but other elastic bodies, for example, an elastic body made of synthetic resin may be used. In short, when the robot's sole is in contact with the ground, select a material that has a greater reaction force from the outside than the inside inside / outside of the sole. It is sufficient to select a material having higher rigidity.
1:二足歩行ロボットの足、11:足部、11a:足部の構造物、12:足裏部、21:ゴム板(弾性体層)、31:硬いゴム板(硬い弾性体層)、32:軟らかいゴム板(軟らかい弾性体層)。
1: foot of biped robot, 11: foot, 11a: foot structure, 12: sole, 21: rubber plate (elastic body layer), 31: hard rubber plate (hard elastic body layer), 32: Soft rubber plate (soft elastic layer).
Claims (6)
The biped walking robot according to claim 5, wherein a soft elastic body layer is attached and fixed to a recessed portion formed in the inner portion by projecting an outer portion on the inner and outer sides of the sole to a lower side than the inner portion. Foot structure.
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JP2005031783A JP2006218550A (en) | 2005-02-08 | 2005-02-08 | Foot part structure of bipedal walking robot |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010142926A (en) * | 2008-12-22 | 2010-07-01 | Toyota Motor Corp | Leg type robot |
DE102010045701B3 (en) * | 2010-09-16 | 2012-01-05 | Gabor Andrä | High dynamic humanoid robot for playing e.g. electronic drum set, in music group, has skeleton including head and neck, where neck and head of robot are moved in pattern according to striking pattern of drum set |
US8956198B1 (en) | 2010-09-27 | 2015-02-17 | Mattel, Inc. | Walking toy |
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2005
- 2005-02-08 JP JP2005031783A patent/JP2006218550A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102010045701B3 (en) * | 2010-09-16 | 2012-01-05 | Gabor Andrä | High dynamic humanoid robot for playing e.g. electronic drum set, in music group, has skeleton including head and neck, where neck and head of robot are moved in pattern according to striking pattern of drum set |
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