JP2008093822A - Multi-point ground-contact type leg part support mechanism, two-foot walking robot provided with it and its control structure - Google Patents

Multi-point ground-contact type leg part support mechanism, two-foot walking robot provided with it and its control structure Download PDF

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Atsuo Takanishi
淳夫 高西
Akihiro Hayashi
昭宏 林
Kenji Hashimoto
健二 橋本
Yusuke Sugawara
雄介 菅原
Masamiki Kawase
正幹 川瀬
Terumasa Sawato
瑛昌 沢戸
Nobutsuna Endo
信綱 遠藤
Akihiro Ota
章博 太田
Tomoaki Tanaka
智明 田中
Yoichi Takamoto
陽一 高本
Katsuyuki Baba
勝之 馬場
Shigeaki Ino
重秋 井野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multi-point ground-contact type leg part support mechanism with excellent reliability capable of being easily attached to a sole of a leg part of an existing two-foot walking robot or the like, certainly and passively sliding a movable claw part of a sole support part according to a recession/projection of a ground-contact surface of a road surface or the like, quickly and certainly multi-point-supporting the sole even on the ground-contact surface with a level difference by braking the motion of the sole support part by detecting ground-contact of the fixed claw part and a movement amount of the movable claw part, and avoiding falling. <P>SOLUTION: The multi-point ground-contact type leg part support mechanism is provided with a base part arranged on the sole of the leg part of the walking robot; and the sole support part for multi-point-supporting the base part. The sole support part is provided with the three or more of movable claw parts having lower ends arranged so as to be projected to below a bottom surface of the base part and slidably retained so as to be each independently upwardly moved at ground-contact; a movement amount detection sensor part for detecting the movement amount of the respective movable claw parts; and a lock mechanism for braking the motion of all movable claw parts based on the movement amount of the movable claw parts detected by the movement amount detection sensor part. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、足底の平面内に仮想的な支持多角形を形成し足底を多点支持する多点接地型足部支持機構及びそれを備えた2足歩行ロボットの脚部並びにその制御方法に関するものである。   The present invention relates to a multipoint grounding type foot support mechanism that forms a virtual support polygon in the plane of the sole and supports the sole at multiple points, a leg portion of a biped robot including the same, and a control method therefor It is about.

近年、人間の生活環境で活動する人間形ロボット、いわゆるヒューマノイドロボット の研究、開発がさかんに行われている。ヒューマノイドロボット は、工業生産だけでなく、家事、高齢者介護等、人間の生活を快適にする目的で使用される場合が多く、人間のために作られた環境において不特定の使用者と密着して作業するため、それに適した形態と機能を持つ必要がある。また、特別な使用訓練を必要とせず安全で柔軟なインターフェースを備えることも要求され、極めて多くの研究課題がある。特に、移動手段として人間と同様に2足を有し、2足歩行を行う2足歩行ロボットは、多くの研究機関や企業で鋭意研究され開発されている。
本出願人が出願した(特許文献1)には「ベース部と、右足部及び左足部と、ベース部と右足部及び左足部の各々に配設された複数の受動ジョイントと、ベース部に配設された受動ジョイントと右足部に配設された受動ジョイントとの間、及び、ベース部に配設された受動ジョイントと左足部に配設された受動ジョイントとの間に各々配設されたパラレルリンク機構部と、を備えた2足歩行ロボットの下半身モジュール」が開示されている。
また、同じく本出願人が出願した(特許文献2)には「足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて腰部のモーメント補償軌道を算出する2足歩行ロボット装置の歩行パターンを作成する歩行パターン作成装置」が開示されている。
In recent years, research and development of humanoid robots that are active in human living environments, so-called humanoid robots, have been extensively conducted. Humanoid robots are often used not only for industrial production, but also for the purpose of making human life comfortable, such as housework and elderly care, and are in close contact with unspecified users in an environment created for humans. In order to work, it is necessary to have a form and function suitable for it. Moreover, it is required to provide a safe and flexible interface without requiring special use training, and there are a great many research subjects. In particular, bipedal walking robots that have two legs as a means of movement and that perform bipedal walking, like humans, have been extensively studied and developed by many research institutions and companies.
(Patent Document 1) filed by the present applicant includes “a base portion, a right foot portion and a left foot portion, a plurality of passive joints disposed on each of the base portion, the right foot portion and the left foot portion, and a base portion. Parallel disposed between the passive joint provided and the passive joint disposed on the right foot, and between the passive joint disposed on the base and the passive joint disposed on the left foot. And a lower body module of a biped walking robot provided with a link mechanism unit ”.
In addition, the same applicant filed (Patent Document 2) “a biped walking robot device that sets a target zero moment point at the foot and calculates a moment compensation trajectory of the waist according to the set target zero moment point. A walking pattern creation device that creates a walking pattern of "."

(特許文献1)に記載の2足歩行ロボットの下半身モジュールは、脚部をパラレルリンク機構で構成することにより、脚部が大きな負荷に耐えることができ、重量物の搬送が可能で実用性に優れると共に、重量の大きい上半身を搭載又は組み込むことができ設計の自由度に優れるものであり、(特許文献2)に記載の歩行パターン作成装置を備えることにより、安定した2足歩行を行わせる歩行パターンを作成することができ、特に平坦な接地面においては歩行動作の安定性に優れる。
しかしながら、高速移動が可能でエネルギー効率に優れる車輪移動式のロボットで侵入できない凹凸の激しい場所や多脚のロボットに必要な広い支持基底面を確保できない場所など、各足が平坦な接地面を確保することが困難な場所においては、従来の2足歩行ロボットの多くで採用されている剛体平板の足底では、足底の中心で突起物等を踏んだ際に、足底を支持する支持多角形がどのように形成されるか予測不能であり、転倒を回避することができないという問題点があった。
また、仮に支持多角形を予測できた場合でも、形成される支持多角形の面積が狭いので、安定した歩行を継続することが困難であり、歩行を続けるに従い揺動が大きくなり、最終的に転倒に至るため、歩行安定性、信頼性に欠けるという問題点があった。
The lower body module of the biped walking robot described in (Patent Document 1) is configured to have a leg portion with a parallel link mechanism, so that the leg portion can withstand a heavy load, and can carry heavy objects. It is excellent and can be mounted or incorporated with a heavy upper body, and has a high degree of freedom in design. By providing the walking pattern creation device described in (Patent Document 2), walking that makes stable biped walking A pattern can be created, and the walking motion is particularly stable on a flat ground surface.
However, each foot has a flat ground contact surface, such as a place with a lot of unevenness that cannot be penetrated by a wheel-moving robot that can move at high speed and has high energy efficiency, or a place that cannot secure the wide support base required for a multi-legged robot. In places where it is difficult to do so, the rigid flat soles adopted by many conventional biped robots support many soles when they step on a projection at the center of the sole. There is a problem that it is unpredictable how the square is formed, and the fall cannot be avoided.
Even if the support polygon can be predicted, it is difficult to continue stable walking because the area of the formed support polygon is small, and swinging increases as the walk continues. There was a problem of lack of walking stability and reliability due to falling.

そこで、本出願人は、さらなる動作の安定性の向上、様々な地形における活動を実現するために、鋭意、検討を行い(特許文献3)の発明を完成した。
(特許文献3)には、「歩行ロボットの脚部の足底にそれぞれ配設される基部と、基部の底面より下方に端部が突出して配設され接地時にそれぞれ独立して上方に移動する摺動自在又は回動自在に支持された3以上の足底支持部と、基部又は各々の足底支持部に配設され各々の足底支持部の接地を検出する接地センサと、基部に配設され接地センサが全ての足底支持部の接地を検出した時に全ての足底支持部の運動を制動するロック機構と、を備えた多点接地型足部支持機構」が開示されている。
特開2003−291080号公報 特開2004−82223号公報 WO2006/011577号公報
Therefore, the present applicant has intensively studied to achieve further improvement in the stability of operation and activities in various terrain, and completed the invention of Patent Document 3.
(Patent Document 3) states that “a base part disposed on the sole of the leg of the walking robot and an end projecting downward from the bottom surface of the base part and independently move upward at the time of ground contact”. Three or more sole support parts supported slidably or pivotably, a grounding sensor disposed on the base part or each sole support part to detect grounding of each sole support part, and a base part A multipoint grounding type foot support mechanism including a lock mechanism that brakes the motion of all the foot support portions when the ground contact sensor detects the ground contact of all the foot support portions is disclosed.
JP 2003-291080 A JP 2004-82223 A WO2006 / 011577

しかしながら上記従来の技術では、以下のような課題を有していた。
(1)(特許文献3)に記載の多点接地型足部支持機構は、既存の2足歩行ロボット等の足底に容易に取付けることができ、各足底支持部が受動的に路面等の接地面の凹凸にならい、全ての足底支持部が接地した際に足底支持部の運動を制動することにより、段差等がある接地面においても、速やかに足底を多点支持することができ、転倒を回避することができる信頼性に優れる多点接地型足部支持機構であったが、接地センサにより足底支持部の接地を検出する方式であるため、凹凸の状況によってセンサの検出不良が発生することがあり、動作の安定性に欠けるという課題を有していた。
(2)接地センサで全ての足底支持部の接地を検出した時に、ロック機構により全ての足底支持部をロックする方式であるため、例えば一方の足部の全ての足底支持部が凸部に載るような接地面では、他方の足底の高さ(基準位置)よりも高い位置でロックされてしまい、左右の足底の高さに差が生じるので、足部単体では凹凸路面に対応できないという課題を有していた。また、路面に凹部がある場合、足底支持部の先端部が凹部に到達することができず、ロックが掛からないまま立脚に移り、凹路面に対応できないという課題を有していた。
(3)特に、支持点となる足底支持部が回動型の場合、接地時に足底支持部の先端部で横滑りが発生するため、凸部の端に先端部が着地する場合、路面にならうと同時に先端部が凸部から滑落するという欠点を持っており、適応可能な地形が限られ、汎用性に欠けるという課題を有していた。
(4)また、回動型の足底支持部では上下方向の可動範囲が狭く、凹凸の差が大きな地形においては、全ての足底支持部を確実に接地させることができないことがあり、足底支持部がロックされず、足底を支持できなくなって姿勢が不安定になったり、転倒が発生したりして、動作の安定性、汎用性に欠けるという課題を有していた。
(5)さらに、回動型の足底支持部では、路面にならう際に横滑りを生じなければならないため、摩擦係数の大きい摩擦材を先端部に使用することができず、立脚側で路面との間に十分な摩擦力を得ることができないので、ロボットが歩行の際に足を振り出すことによって発生する慣性力で立脚側の脚部を中心にヨー軸周りに回転し、歩行が不安定になるという課題を有していた。
(6)また、全ての足底支持部が可動式の場合、部品点数が増え、構造が複雑となり、故障や動作不良が発生し易く、取り扱い性、信頼性に欠けるという課題を有していた。
However, the above conventional techniques have the following problems.
(1) The multipoint grounding type foot support mechanism described in (Patent Document 3) can be easily attached to the sole of an existing biped robot or the like, and each foot support is passively provided on the road surface or the like. By following the unevenness of the ground contact surface and braking the movement of the sole support portion when all the foot support portions are in contact with the ground, it is possible to quickly support the soles at multiple points even on the ground contact surface with steps. It is a multipoint grounding type foot support mechanism that can avoid falling and is excellent in reliability. Detection failure may occur, and there is a problem that operation stability is lacking.
(2) When the ground contact sensor detects the contact of all the foot support portions, the lock mechanism locks all the foot support portions. For example, all the foot support portions of one foot portion are convex. Since the ground contact surface that is placed on the part is locked at a position higher than the height (reference position) of the other sole, there is a difference in the height of the left and right soles. It had a problem that it could not be handled. In addition, when the road surface has a concave portion, the tip of the sole support portion cannot reach the concave portion, and there is a problem that it moves to a standing leg without being locked and cannot cope with the concave road surface.
(3) In particular, when the plantar support part serving as a support point is a rotation type, a side slip occurs at the distal end part of the sole support part at the time of ground contact, so when the distal end part lands on the end of the convex part, At the same time, it has the disadvantage that the tip part slides down from the convex part, and has the problem that the adaptable topography is limited and lacks versatility.
(4) In addition, in the terrain where the vertical movable range is narrow and the difference in unevenness is large in the rotation type sole support part, it may not be possible to reliably ground all the sole support parts. Since the bottom support portion is not locked and the sole cannot be supported, the posture becomes unstable, or a fall occurs, which causes a problem of lack of operational stability and versatility.
(5) Furthermore, in the pivot type sole support portion, a side slip must occur when following the road surface, so that a friction material having a large friction coefficient cannot be used at the tip portion, and the road surface on the stance side. Insufficient frictional force between the robot and the robot can be obtained. It had the problem of becoming stable.
(6) Further, when all the foot support portions are movable, the number of parts is increased, the structure is complicated, failure and malfunction are likely to occur, and there is a problem that handling and reliability are lacking. .

本発明は上記従来の課題を解決するもので、既存の2足歩行ロボット等の脚部の足底に容易に取付けることができ、足底支持部の可動爪部が受動的に路面等の接地面の凹凸にならって確実に摺動することができ、固定爪部の接地や可動爪部の移動量を検出して足底支持部の運動を制動することにより、段差等がある接地面においても、速やか、かつ、確実に足底を多点支持することができ、転倒を回避することができる信頼性に優れる多点接地型足部支持機構の提供、及び凹凸や段差等がある複雑な地形においても、安定した姿勢を維持して活動することができる歩行動作の安定性、汎用性に優れる多点接地型足部支持機構を備えた2足歩行ロボットの脚部の提供、並びにその制御構造の提供をすることを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and can be easily attached to the bottom of a leg of an existing bipedal walking robot or the like, and the movable claw of the bottom support is passively connected to a road surface or the like. It can slide reliably following the unevenness of the ground, and by detecting the amount of movement of the fixed claw part and the movement of the movable claw part and braking the movement of the sole support part, Provide a multipoint grounding type foot support mechanism that can quickly and surely support multiple points of the bottom of the foot and can avoid toppling, and has a complex structure with unevenness and steps. Providing leg control of biped walking robot equipped with multipoint grounding type foot support mechanism with excellent stability and stability of walking motion that can maintain a stable posture even in terrain, and its control The purpose is to provide a structure.

上記課題を解決するために本発明の多点接地型足部支持機構及びそれを備えた2足歩行ロボットの脚部並びにその制御方法は、以下の構成を有している。
本発明の請求項1に記載の多点接地型足部支持機構は、歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部と、前記基部を多点支持する足底支持部と、を備えた多点接地型足部支持機構であって、前記足底支持部が、前記基部の底面より下方に下端部が突出して配設され接地時にそれぞれ独立して上方に移動する摺動自在に保持された3以上の可動爪部と、各々の前記可動爪部の移動量を検出する移動量検出センサ部と、前記移動量検出センサ部で検出した前記可動爪部の移動量に基づいて全ての前記可動爪部の運動を制動するロック機構と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
(1)歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部の底面より下方に下端部が突出して配設され、接地時にそれぞれ独立して上方に移動する摺動自在に保持された3以上の可動爪部を有することにより、回動型の足底支持部に比べてストロークが長く、凹凸に対する自由度を向上させることができ、横滑りや凸部からの滑落等を確実に防止することができ、歩行ロボットの歩行動作の安定性に優れる。
(2)基部に摺動自在に保持された各々の可動爪部が、受動的に接地面の凹凸にならって足底(基部の底面)からの突出量が減少する方向に移動(上方に摺動)するので、移動量検出センサ部で検出した可動爪部の移動量に基づいて、ロック機構により全ての可動爪部の運動を制動することにより、足底に平坦な接地面と同等の広さの仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、歩行ロボットの脚部を確実に支持することができ、転倒を回避することができる。
(3)各々の可動爪部の移動量を検出する移動量検出センサ部を有することにより、確実に可動爪部の接地を確認することができ、ロック機構によって足底支持部の運動を確実に制動することができるので、接地時における足底の基部を常に略水平に保持することができ、これに伴って歩行ロボットの胴体や腰の位置や姿勢を設定した通りに制御することができ、歩行動作の安定性に優れる。
(4)可動爪部が基部に摺動自在に保持されているので、可動爪部の下端部が路面等の接地面に接地した際(立脚時)に、接地面の凹凸によらず、各々の可動爪部を容易かつ確実に足底の上方に摺動させることができ、足底が接地面の凸部から滑落することがなく、ロック機構により全ての可動爪部の運動を確実に制動することができ、足底に確実に平坦な接地面と同等の広さの支持多角形を形成することができ、支持安定性に優れる。
(5)足底支持部が基部に配設されているので、足底支持部と基部を一体的に取り扱うことができ、既存の歩行ロボットの脚部の足底に容易に取り付けて歩行動作の安定性を向上させることができ、組み立て作業性、汎用性に優れる。
(6)3以上の可動爪部を有することにより、足底に確実に平坦な接地面と同等の広さの支持多角形を形成して多点支持することができるので、歩行ロボットの脚部を安定して支持することができ、特に2足歩行ロボットに対し好適に用いることができる。
(7)足底支持部の可動爪部が上下方向に摺動する摺動型であることにより、接地時に可動爪部の先端部で横滑りが発生しないため、可動爪部の先端部の材質として摩擦係数の大きい摩擦材を使用して、立脚側の足底支持部で十分な摩擦力を得ることができ、歩行中に遊脚側の脚部の慣性力によって歩行ロボットがヨー軸周りに回転することがなく、安定した歩行を実現することができる。
In order to solve the above problems, a multipoint grounding type foot support mechanism, a leg portion of a biped robot equipped with the same, and a control method therefor have the following configurations.
According to a first aspect of the present invention, there is provided a multipoint grounding type foot support mechanism including a base disposed on a sole of a leg of a walking robot, and a sole support that supports the base at multiple points. A multi-point grounding type foot support mechanism, wherein the bottom support portion is slidably held so that the lower end protrudes below the bottom surface of the base and moves upward independently at the time of ground contact. Based on the movement amount of the movable claw portion detected by the movement amount detection sensor unit, the movement amount detection sensor unit that detects the movement amount of each of the three or more movable claw portions, And a lock mechanism that brakes the movement of the movable claw portion.
This configuration has the following effects.
(1) Three or more slidably held at the lower end projecting below the bottom surface of the base disposed on the sole of the leg of the walking robot and moving upward independently at the time of ground contact By having a movable claw part, the stroke is longer than that of a rotating type sole support part, the degree of freedom with respect to unevenness can be improved, and it is possible to reliably prevent side slipping or slipping off from a convex part. This is excellent in the stability of walking motion of the walking robot.
(2) Each movable claw portion that is slidably held on the base portion passively moves in the direction in which the amount of protrusion from the sole (the bottom surface of the base portion) decreases along the unevenness of the ground surface (slid upward). Therefore, based on the movement amount of the movable claw part detected by the movement amount detection sensor part, the movement of all the movable claw parts is braked by the lock mechanism, so that the foot contact has a wide area equivalent to a flat grounding surface. Thus, a virtual support polygon can be formed and supported at multiple points, the legs of the walking robot can be reliably supported, and a fall can be avoided.
(3) By having the movement amount detection sensor part for detecting the movement amount of each movable claw part, the grounding of the movable claw part can be confirmed with certainty, and the movement of the sole support part is ensured by the lock mechanism. Since it can be braked, the base of the sole at the time of grounding can always be held almost horizontally, and along with this, the position and posture of the torso and waist of the walking robot can be controlled as set, Excellent walking stability.
(4) Since the movable claw portion is slidably held on the base, each of the lower ends of the movable claw portion is in contact with the ground surface such as the road surface (when standing), regardless of the unevenness of the ground surface. The movable claw part can be easily and reliably slid above the sole, and the sole does not slide off the convex part of the grounding surface, and the movement of all the movable claw parts is reliably braked by the lock mechanism. It is possible to form a support polygon having the same area as the flat ground contact surface on the sole, and the support stability is excellent.
(5) Since the sole support portion is disposed at the base portion, the sole support portion and the base portion can be handled integrally, and can be easily attached to the sole of the leg portion of an existing walking robot for walking motion. Stability can be improved, and assembly workability and versatility are excellent.
(6) Since there are three or more movable claws, it is possible to form a support polygon having the same area as the flat ground contact surface on the sole of the foot and to support multiple points. Can be stably supported, and can be preferably used particularly for a biped robot.
(7) Since the movable claw portion of the sole support portion is a sliding type that slides in the vertical direction, side slip does not occur at the distal end portion of the movable claw portion at the time of ground contact. Using a friction material with a large coefficient of friction, sufficient frictional force can be obtained at the foot support part on the stance leg side, and the walking robot rotates around the yaw axis by the inertial force of the leg part on the free leg side during walking. This makes it possible to achieve stable walking.

ここで、基部の外形は歩行ロボットの脚部の足底の大きさに合わせて十分な支持面積が確保できるように略矩形状や略六角形、略八角形等の多角形状或いは略円形状、略楕円形状等に形成する。基部の材質にはアルミニウム合金が好適に用いられる。軽量で高い強度と剛性がえられるからである。
基部には、床や路面等の接地面からの反力を検出しZMP(ゼロモーメントポイント)の位置を測定するための6軸力覚センサが配設され、歩行ロボットの脚部の足底に取付けられる。
Here, the outer shape of the base is a substantially rectangular shape, a substantially hexagonal shape, a substantially octagonal shape, or a substantially circular shape so that a sufficient support area can be secured according to the size of the sole of the leg of the walking robot, It is formed in a substantially elliptic shape. An aluminum alloy is preferably used as the base material. This is because it is lightweight and has high strength and rigidity.
At the base, a 6-axis force sensor for detecting the reaction force from the ground contact surface such as the floor or road surface and measuring the position of ZMP (Zero Moment Point) is installed and attached to the foot of the leg of the walking robot It is done.

可動爪部は略円柱状や略楕円柱状のほか、三角柱状,四角柱状,六角柱状等の多角柱状など、様々な形状に形成される。可動爪部は基部に対して摺動自在に支持されていればよいが、遊脚時に自重若しくは圧縮ばねなどの付勢手段等により下方に摺動して最大長になるものが好適に用いられる。これにより、可動爪部の接地前に常に最大ストロークを確保することができ、基部の底面より下方に突出した可動爪部の下端部が路面等の接地面に接地した際(立脚時)に、足底からの突出量が減少するように可動爪部を確実に上方に移動させることができ、接地面の凹凸に倣って脚部を支持することができる。摺動部分にボールリテーナやリニアベアリングなどを配設した場合、摩擦を低減して摺動動作を滑らかにすることができ、可動爪部の動作安定性に優れる。
各々の可動爪部の位置が基部の中心から等距離となるように同一円周上に等間隔で可動爪部を配設した場合、可動爪部によって形成される支持多角形が、正三角形や正方形等の正多角形となるので、各可動爪部によって均一に脚部を支持することができ、接地時の安定性を向上させることができる。
尚、基部には、可動爪部に加えて、固定爪部を設けてもよい。歩行の際に大きな剛性が必要とされるロボットにおいては、高強度で変形の恐れのない固定爪部を併用することにより、足裏の接地剛性を高くすることができ、転倒の可能性を低減できるためである。
The movable claw portion is formed in various shapes such as a substantially cylindrical shape or a substantially elliptical column shape, or a polygonal column shape such as a triangular column shape, a quadrangular column shape, or a hexagonal column shape. The movable claw portion only needs to be slidably supported with respect to the base portion, but the one that slides downward by its own weight or an urging means such as a compression spring at the time of the free leg is preferably used. . As a result, the maximum stroke can always be ensured before the movable pawl is grounded, and when the lower end of the movable pawl projecting downward from the bottom surface of the base contacts the ground surface such as the road surface (when standing) The movable claw portion can be reliably moved upward so as to reduce the amount of protrusion from the sole, and the leg portion can be supported following the unevenness of the ground contact surface. When a ball retainer, a linear bearing, or the like is provided on the sliding portion, the sliding motion can be smoothed by reducing friction, and the operation stability of the movable claw portion is excellent.
When the movable claw parts are arranged at equal intervals on the same circumference so that the positions of the respective movable claw parts are equidistant from the center of the base, the support polygon formed by the movable claw parts is an equilateral triangle or Since it becomes a regular polygon such as a square, the leg portions can be uniformly supported by each movable claw portion, and the stability at the time of contact can be improved.
The base may be provided with a fixed claw in addition to the movable claw. For robots that require high rigidity when walking, the grounding rigidity of the sole can be increased by using a fixed claw that is strong and does not deform, reducing the possibility of falling. This is because it can.

移動量検出センサ部としては、足底支持部の移動量を検出できるものであればよいが、例えば、リニアエンコーダが好適に用いられる。ワイヤー式リニアエンコーダの場合、足底支持部と平行にワイヤーを張設し、足底支持部と共にワイヤーが摺動するようにすれば、ワイヤーの引き出し量(移動量)により足底支持部の移動量を検出することができる。足底支持部のストロークの中間点を基準位置とすることにより、接地面の凹凸に対応することができる。尚、基準位置は任意に設定することができ、ロック機構によるロックのタイミングを適宜、選択することができる。
移動量検出センサ部で各々の可動爪部の移動量を直接、検出することができるので、左右の足底の高さや、各足底における各々の可動爪部の移動量を比較することや、予め設定した基準位置(高さ)に達するまでに要する時間を測定すること等により、接地面の凹凸を判断することができ、基準位置を維持しながら凹凸面に対応して安定した連続歩行を行うことができ、汎用性、歩行動作の安定性を向上させることができる。
The movement amount detection sensor unit may be any unit that can detect the movement amount of the sole support unit. For example, a linear encoder is preferably used. In the case of a wire-type linear encoder, if the wire is stretched in parallel with the sole support portion and the wire slides along with the sole support portion, the movement of the sole support portion depends on the amount of wire withdrawal (movement amount). The amount can be detected. By setting the midpoint of the stroke of the sole support portion as the reference position, it is possible to deal with unevenness of the ground contact surface. The reference position can be arbitrarily set, and the timing of locking by the locking mechanism can be selected as appropriate.
Since the amount of movement of each movable claw part can be detected directly by the movement amount detection sensor unit, the height of the left and right soles, the amount of movement of each movable claw part at each sole, By measuring the time required to reach a preset reference position (height), etc., the unevenness of the ground plane can be judged, and stable continuous walking corresponding to the uneven surface while maintaining the reference position It is possible to improve versatility and stability of walking motion.

可動爪部の下端には合成ゴム製等の摩擦材で形成した先端接触部を配設してもよい。これにより、接地面との摩擦力を大きくすることができ、歩行時におけるヨー軸周りの回転を抑制して歩行動作を安定させることができる。摩擦材の材質としては、具体的には耐久性に優れるクロロプレンゴムが好適に用いられるが、弾性変形の影響を極力小さくするために、ショア硬さ90程度の硬質のものが好ましい。
尚、先端接触部を可動爪部に対して着脱自在に配設した場合、接地面の硬さや表面状態などに応じて材質の異なる先端接触部を選択することや、摩耗した先端接触部を交換することができ、汎用性、メンテナンス性に優れる。
A tip contact portion formed of a friction material made of synthetic rubber or the like may be disposed at the lower end of the movable claw portion. Thereby, the frictional force with the ground contact surface can be increased, and the walking motion can be stabilized by suppressing the rotation around the yaw axis during walking. Specifically, chloroprene rubber having excellent durability is preferably used as the material of the friction material, but a hard material having a Shore hardness of about 90 is preferable in order to minimize the influence of elastic deformation.
If the tip contact part is detachably attached to the movable claw part, select a tip contact part of a different material according to the hardness or surface condition of the grounding surface, or replace the worn tip contact part. It is excellent in versatility and maintainability.

ロック機構としては、移動量検出センサ部からの信号に従って、アクチュエータを駆動し、アクチュエータによりカム等のブレーキ部を摺動又は回動させ、可動爪部の上端や側面に形成された傾斜面などの当接面にブレーキ部を当接させ、機械的な固定或いは摩擦力による固定を行うものが好適に用いられる。可動爪部の下端部が接地して可動爪部に負荷がかかっている状態でのみロックがかかるようにした場合、足底が上昇を始めると共に、可動爪部が自重若しくは付勢手段などにより下方に摺動し、ロックが自動的に解除されるので、可動爪部を駆動するための駆動部が不要で、小型化、軽量化を図ることができる。尚、ブレーキ部は別途、アクチュエータにより駆動されて初期位置に復帰する。   As a lock mechanism, an actuator is driven in accordance with a signal from the movement detection sensor unit, and a brake unit such as a cam is slid or rotated by the actuator, and an inclined surface formed on the upper end or side surface of the movable claw unit. A member that abuts the brake part on the abutment surface and performs mechanical fixation or fixation by frictional force is preferably used. When locking is applied only when the lower end of the movable claw is grounded and the movable claw is loaded, the sole starts to rise and the movable claw is lowered by its own weight or urging means. Since the lock is automatically released, a drive unit for driving the movable claw portion is unnecessary, and the size and weight can be reduced. The brake unit is separately driven by an actuator and returns to the initial position.

可動爪部,移動量検出センサ部,ロック機構をユニット化した適応接地型爪部を基部に対して着脱自在にした場合、不具合が生じた適応接地型爪部のみを取り外して修理したり、交換したりすることができメンテナンス性に優れる。また、必要に応じて爪部が伸縮しない固定爪部にユニット毎交換することができるので、適応接地型爪部(可動爪部)と固定爪部の組合せや配置を任意に選択することができ汎用性に優れる。
この多点接地型足部支持機構は既存の歩行ロボットの足部に容易に取付けることができ、3以上の可動爪部を有することにより、各足底に確実に支持多角形を形成して多点支持することができるので、車輪移動式のロボットで侵入できない凹凸の激しい場所や多脚のロボットに必要な広い支持基底面を確保できない場所で歩行を行う2足歩行ロボットに対し特に有用であるが、4足や6足等の多脚の歩行ロボットや作業テーブルなどに対して取付けることも可能である。
When the adaptive grounding type claw unit with the movable claw unit, movement detection sensor unit, and lock mechanism as a unit is detachable from the base, it can be repaired or replaced by removing only the adaptive grounding type claw unit that has failed. It is easy to maintain and has excellent maintainability. In addition, each unit can be replaced with a fixed claw part where the claw part does not expand and contract as needed, so the combination and arrangement of the adaptive grounding type claw part (movable claw part) and the fixed claw part can be arbitrarily selected. Excellent versatility.
This multi-point grounding type foot support mechanism can be easily attached to the foot of an existing walking robot, and by having three or more movable claws, a support polygon can be reliably formed on each sole. Since it can be point-supported, it is particularly useful for biped robots that walk in places with severe irregularities that cannot be invaded by wheel-moving robots, or where it is impossible to secure the wide support base required for multi-legged robots. However, it can be attached to a multi-legged walking robot such as four or six legs, a work table, or the like.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の多点接地型足部支持機構であって、前記移動量検出センサ部が全ての前記可動爪部の内のいずれか1つの前記可動爪部の移動量が設定値に達したことを検出した時に、前記ロック機構が全ての前記可動爪部の運動を制動する構成を有している。
この構成により、請求項1の作用に加え、以下のような作用を有する。
(1)移動量検出センサ部が全ての可動爪部の内のいずれか1つの可動爪部の移動量が設定値に達したことを検出した時に、ロック機構が全ての可動爪部の運動を制動するので、凹路面を歩行する際に、全ての可動爪部が接地し、基準面に接地した可動爪部の移動量が設定値に達した時点で全ての可動爪部をロックすることにより、基準位置(高さ)より高い位置で可動爪部がロックされることがなく、予め設定した基準位置(高さ)に足底を維持して安定した歩行を行うことができ、凹路面での歩行の信頼性に優れる。
Invention of Claim 2 is the multipoint grounding type foot part support mechanism of Claim 1, Comprising: The said movement amount detection sensor part is any one said movable nail | claw of all the said movable claw parts. When the movement amount of the part reaches the set value, the lock mechanism brakes the movements of all the movable claw parts.
With this configuration, in addition to the operation of the first aspect, the following operation is provided.
(1) When the movement amount detection sensor unit detects that the movement amount of any one of the movable claw parts has reached the set value, the lock mechanism performs the movement of all the movable claw parts. Because it brakes, when walking on a concave road surface, all the movable claws are grounded, and when the amount of movement of the movable claws grounded to the reference surface reaches the set value, all the movable claws are locked The movable claw part is not locked at a position higher than the reference position (height), and can stably walk while maintaining the sole at the preset reference position (height). Excellent walking reliability.

ここで、各々の可動爪部は接地面の凹凸にならって上方に摺動するが、凹部を有する接地面を歩行する場合、まず、ある可動爪部が接地面の基準面に接地し、続いて他の可動爪部が凹部に接地することになるが、従来のように全ての可動爪部が接地した段階で全ての可動爪部にロックをかけると、凹部の深さによってロックのタイミングが変化してしまい、足部の高さがまちまちになってしまう。全ての可動爪部が接地してもロックをかけずに、いずれか1つの可動爪部の移動量が設定値に達したことを検出した時に、全ての可動爪部をロックすることにより、常に接地面の基準面から等しい距離となる基準位置(高さ)で足底を支持することができる。
尚、設定値は任意に選択することができるが、可動爪部のストロークの中間点を基準位置とし、可動爪部のストロークの1/2を設定値とした場合、基準面に対して凹凸の両方に均等に対応することができるので好ましい。
Here, each movable claw portion slides upward along the unevenness of the ground surface. However, when walking on a ground surface having a recess, first, a certain movable claw portion first contacts the reference surface of the ground surface, and then continues. The other movable claws will be grounded to the recess, but if all the movable claws are locked when all the movable claws are grounded as in the prior art, the locking timing depends on the depth of the recess. It will change and the height of the foot will vary. Even if all the movable claws are grounded, they are not locked, and when it is detected that the amount of movement of any one of the movable claws has reached the set value, it is always possible to lock all the movable claws. The sole can be supported at a reference position (height) at an equal distance from the reference surface of the ground contact surface.
The set value can be arbitrarily selected. However, when the intermediate point of the stroke of the movable claw portion is set as the reference position and ½ of the stroke of the movable claw portion is set as the set value, the unevenness with respect to the reference plane is set. It is preferable because both can be handled equally.

請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の多点接地型足部支持機構であって、各々の前記可動爪部が、上端側から下方に向かって拡開して形成された傾斜面を有し、前記ロック機構が、各々の前記可動爪部の前記傾斜面に当接する楕円弧状の接触面を有するカムと、前記カムを垂直面内で回動させるアクチュエータと、を備えた構成を有している。
この構成により、請求項1又は2の作用に加え、以下のような作用を有する。
(1)各々の可動爪部が、上端側から下方に向かって拡開して形成された傾斜面を有し、ロック機構が、各々の可動爪部の傾斜面に当接する楕円弧状の接触面を有するカムと、カムを垂直面内で回動させるアクチュエータと、を備えているので、ロック機構のアクチュエータによりカムを回動させるだけで、カムの接触面を可動爪部の傾斜面に当接させて確実に可動爪部の上方への移動を防止することができ、足底支持部による多点支持を行なって脚部を安定して支持することができる。
(2)可動爪部の傾斜面が上端側から下方に向かって拡開して形成され、カムの接触面が楕円弧状に形成されているので、可動爪部の移動量に応じて、カムの回転角を変化させることにより、可動爪部の傾斜面にカムの接触面を確実に当接させることができ、ロック機構の動作安定性に優れる。
(3)アクチュエータがカムを垂直面内で回動させるように配置することにより、ロック機構の設置スペースを狭くすることができ、省スペ−ス性に優れ、多点接地型足部支持機構の小型軽量化を図ることができる。
A third aspect of the present invention is the multipoint grounding type foot support mechanism according to the first or second aspect, wherein each of the movable claw portions is formed to expand downward from the upper end side. A cam having an elliptical arc-shaped contact surface that contacts the inclined surface of each of the movable claw portions, and an actuator for rotating the cam in a vertical plane. It has a configuration.
With this configuration, in addition to the operation of the first or second aspect, the following operation is provided.
(1) Each movable claw portion has an inclined surface formed by expanding downward from the upper end side, and an elliptical arc-shaped contact surface where the lock mechanism abuts on the inclined surface of each movable claw portion And an actuator for rotating the cam in the vertical plane, so that the cam contact surface can be brought into contact with the inclined surface of the movable claw portion simply by rotating the cam by the actuator of the lock mechanism. Thus, the upward movement of the movable claw portion can be surely prevented, and the multi-point support by the sole support portion can be performed to stably support the leg portion.
(2) Since the inclined surface of the movable claw portion is formed to expand downward from the upper end side and the contact surface of the cam is formed in an elliptical arc shape, depending on the amount of movement of the movable claw portion, By changing the rotation angle, the cam contact surface can be reliably brought into contact with the inclined surface of the movable claw portion, and the operation stability of the lock mechanism is excellent.
(3) By arranging the actuator so that the cam rotates in the vertical plane, the installation space of the lock mechanism can be narrowed, the space is excellent, and the multipoint grounding type foot support mechanism is Smaller and lighter can be achieved.

ここで、アクチュエータとしては、カムを回動させることができればよいが、高い応答速度を有するロータリソレノイドやステッピングモ−タ等が好適に用いられる。
ロータリソレノイドは初期位置から瞬時にカムを回転させることができ、可動爪部の傾斜面にカムの接触面を当接させてロックすることができる。ステッピングモ−タは、可動爪部の摺動に追従してカムを回転させ、可動爪部の傾斜面とカムの接触面との隙間を常に小さく保つことにより、瞬時にロックすることができる。特にロータリソレノイドは小型軽量で省スペース性、取り扱い性に優れるので好ましい。
尚、可動爪部のストロークに応じて、可動爪部の傾斜面の傾斜角、ロック機構のカムの接触面の形状、可動爪部とカムの回転軸との距離などは、適宜、選択することができる。
Here, as the actuator, it is sufficient that the cam can be rotated, but a rotary solenoid or a stepping motor having a high response speed is preferably used.
The rotary solenoid can instantaneously rotate the cam from the initial position and can lock the cam contact surface against the inclined surface of the movable claw portion. The stepping motor can be instantaneously locked by rotating the cam following the sliding of the movable claw portion and keeping the gap between the inclined surface of the movable claw portion and the contact surface of the cam always small. In particular, the rotary solenoid is preferable because it is small and lightweight, and is excellent in space saving and handling.
In addition, according to the stroke of the movable claw part, the inclination angle of the inclined surface of the movable claw part, the shape of the contact surface of the cam of the lock mechanism, the distance between the movable claw part and the rotating shaft of the cam, etc. should be selected as appropriate. Can do.

本発明の請求項4に記載の多点接地型足部支持機構は、歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部と、前記基部を多点支持する足底支持部と、を備えた多点接地型足部支持機構であって、前記足底支持部が、前記基部の底面より下方に下端部が突出して固設された1以上の固定爪部と,前記固定爪部より下方に突出し接地時に上方に移動する摺動自在に保持された1以上の可動爪部と,を含む3以上の爪部と、前記固定爪部の接地を検出する接地センサ部と、前記接地センサ部で前記固定爪部の接地を検出した時に全ての前記可動爪部の運動を制動するロック機構と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
(1)歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部の底面より下方に下端部が突出して固設された1以上の固定爪部と,固定爪部より下方に突出し接地時に上方に移動する摺動自在に保持された1以上の可動爪部と,を含む3以上の爪部を有することにより、固定爪部と可動爪部の組合せで足底に支持多角形を形成して多点支持することができ、多様な接地面に対応して、歩行ロボットの脚部を確実に支持することができ、転倒を回避することができる。
(2)基部に摺動自在に保持された可動爪部の下端が、固定爪部の下端より下方に突出していることにより、固定爪部よりも先に可動爪部が接地するので、固定爪部の接地点より低い位置でも可動爪部が接地することができ、接地センサ部で固定爪部の接地を検出した時に、ロック機構により全ての可動爪部の運動を確実に制動することができ、固定爪部と共に足底に確実に平坦な接地面と同等の広さの支持多角形を形成することができ、支持安定性に優れる。
(3)足底支持部が基部に配設されているので、足底支持部と基部を一体的に取り扱うことができ、既存の歩行ロボットの脚部の足底に容易に取り付けて歩行動作の安定性を向上させることができ、組み立て作業性、汎用性に優れる。
(4)3以上の爪部を有することにより、足底に確実に平坦な接地面と同等の広さの支持多角形を形成して多点支持することができるので、歩行ロボットの脚部を安定して支持することができ、特に2足歩行ロボットに対し好適に用いることができる。
(5)足底支持部の可動爪部が上下方向に摺動する摺動型であることにより、接地時に可動爪部の先端部で横滑りが発生しないため、可動爪部の先端部の材質として摩擦係数の大きい摩擦材を使用して、立脚側の足底支持部で十分な摩擦力を得ることができ、歩行中に遊脚側の脚部の慣性力によって歩行ロボットがヨー軸周りに回転することがなく、安定した歩行を実現することができる。
(6)基部に摺動自在に保持された可動爪部の下端が、固定爪部の下端より下方に突出していることにより、固定爪部よりも先に可動爪部が接地するので、固定爪部の接地点より低い位置に可動爪部が接地することができ、何らかの足部姿勢の路面へのならい制御を併用すれば、可動爪部が1箇所のみの構成でも足底に確実に平坦な接地面と同等の広さの支持多角形を形成することができ、支持安定性に優れる機構を安価に構成でき、量産性に優れる。
(7)可動爪部より原理的に剛性と信頼性に優れる固定爪部を組合せることにより、可動爪部の数を減らすことができ、支持安定性に優れる機構を高い剛性で実現でき、故障や動作不良が発生し難く、取り扱い性、信頼性、支持安定性に優れる.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a multipoint grounding type foot support mechanism comprising a base disposed on a sole of a leg of a walking robot, and a sole support that supports the base at multiple points. A multi-point grounding type foot support mechanism, wherein the foot support portion includes at least one fixed claw portion fixedly projecting at a lower end below the bottom surface of the base portion, and below the fixed claw portion. Three or more claw parts including one or more movable claw parts that are slidably held and project upward when grounded, a ground sensor part that detects grounding of the fixed claw part, and the ground sensor part And a lock mechanism that brakes the movement of all the movable claw portions when the grounding of the fixed claw portion is detected.
This configuration has the following effects.
(1) One or more fixed claws fixedly projecting at the lower end below the bottom surface of the base disposed on the sole of the leg of the walking robot, and projecting downward from the fixed claws and upward when grounded By having three or more claw parts including one or more movable claw parts that are slidably held so as to move, a combination of the fixed claw part and the movable claw part forms a support polygon on the sole. It can be point-supported, and the leg of the walking robot can be reliably supported corresponding to various ground contact surfaces, and can be prevented from falling.
(2) Since the lower end of the movable claw portion that is slidably held on the base protrudes downward from the lower end of the fixed claw portion, the movable claw portion contacts the ground before the fixed claw portion. The movable claw part can be grounded even at a position lower than the grounding point of the part, and when the grounding sensor part detects the grounding of the fixed claw part, the movement of all the movable claw parts can be reliably braked by the lock mechanism A support polygon having the same area as the flat ground contact surface can be formed on the sole together with the fixed claw portion, and the support stability is excellent.
(3) Since the sole support portion is disposed at the base portion, the sole support portion and the base portion can be handled integrally, and can be easily attached to the sole of the leg portion of an existing walking robot for walking motion. Stability can be improved, and assembly workability and versatility are excellent.
(4) By having three or more claw parts, it is possible to form a support polygon having the same area as the flat ground contact surface on the sole and to support the multipoint, so that the legs of the walking robot can be It can be stably supported, and can be suitably used particularly for a biped robot.
(5) Since the movable claw portion of the sole support portion is a sliding type that slides in the vertical direction, no side slip occurs at the distal end portion of the movable claw portion at the time of ground contact. Using a friction material with a large coefficient of friction, sufficient frictional force can be obtained at the foot support part on the stance leg side, and the walking robot rotates around the yaw axis by the inertial force of the leg part on the free leg side during walking. This makes it possible to achieve stable walking.
(6) Since the lower end of the movable claw portion held slidably on the base protrudes downward from the lower end of the fixed claw portion, the movable claw portion is grounded before the fixed claw portion. The movable claw part can be grounded at a position lower than the ground contact point of the part, and if it is used in combination with the control of the foot posture on the road surface, even if the movable claw part has only one place, it is surely flat on the sole. A support polygon having the same area as the ground contact surface can be formed, and a mechanism with excellent support stability can be constructed at low cost, resulting in excellent mass productivity.
(7) By combining fixed claw parts that are theoretically superior in rigidity and reliability than the movable claw parts, the number of movable claw parts can be reduced, and a mechanism with excellent support stability can be realized with high rigidity. In addition, it is difficult to cause malfunctions and has excellent handling, reliability, and support stability.

ここで、基部、可動爪部、ロック機構については、請求項1と同様であるので、説明を省略する。
爪部は、固定爪部と可動爪部を合わせて3以上であればよく、固定爪部及び可動爪部の数や配置などの組合せは、接地面の凹凸の状況などによって、適宜、選択することができる。可動爪部の数を減らすことにより、多点接地型足部支持機構の構造や制御を簡素化することができ、故障や動作不良が発生し難く、取り扱い性、信頼性に優れる。特に、WO2007/032120に開示されているような凹凸にならって歩行する2足歩行ロボット装置の制御方法と、この多点接地型足部支持機構を併用した場合、少ない可動爪部で凹凸のある接地面への適応性を向上させることができ、汎用性、量産性に優れる。
Here, the base portion, the movable claw portion, and the lock mechanism are the same as those in the first aspect, and thus description thereof is omitted.
The number of the claw portions may be three or more in total including the fixed claw portion and the movable claw portion, and the combination of the number and arrangement of the fixed claw portions and the movable claw portions is appropriately selected depending on the unevenness of the ground contact surface. be able to. By reducing the number of movable claws, the structure and control of the multipoint grounding type foot support mechanism can be simplified, failure and malfunction are unlikely to occur, and handling and reliability are excellent. In particular, when the control method of the biped walking robot device walking according to the unevenness as disclosed in WO2007 / 032120 and this multipoint grounding type foot support mechanism are used in combination, there are unevenness with few movable claws. The adaptability to the ground plane can be improved, and it is excellent in versatility and mass productivity.

接地センサとしては、固定爪部の接地側の端部に配設し、固定爪部と接地面との接地を検出するものが用いられる。
接地センサの接地部としては、センサ表面に突設されたピンが直接、接地面に当接してスイッチングを行う押しボタン形のものや、センサ表面に一端が回動自在に支持された板ばねの他端が、接地面に当接して揺動することによりセンサ表面の接点に接触してスイッチングを行うヒンジレバー形のもの等がある。ヒンジレバー形の場合、接地面に当接する側の端部には接地面側に突起部を形成又は配設することが好ましい。これにより、より確実に板ばねの端部を接地面に当接させることができ、板ばねを揺動させることができ、スイッチング動作の安定性に優れる。
As the grounding sensor, a sensor that is disposed at the grounding end of the fixed claw portion and detects the grounding between the fixed claw portion and the grounding surface is used.
As the grounding part of the grounding sensor, a push button type in which a pin protruding from the sensor surface directly contacts the grounding surface for switching or a leaf spring whose one end is rotatably supported on the sensor surface is used. There is a hinge lever type or the like in which the other end abuts on the grounding surface and swings to contact the contact on the sensor surface to perform switching. In the case of the hinge lever type, it is preferable to form or arrange a protrusion on the grounding surface side at the end on the side in contact with the grounding surface. Thereby, the edge part of a leaf | plate spring can be contact | abutted to a grounding surface more reliably, a leaf | plate spring can be rock | fluctuated, and it is excellent in stability of switching operation | movement.

本発明の請求項5に記載の多点接地型足部支持機構を備えた2足歩行ロボットの脚部は、左右の足部と、前記左右の足部の足底にそれぞれ配設された請求項1乃至4の内いずれか1項の多点接地型足部支持機構と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
(1)左右の足部の足底にそれぞれ多点接地型足部支持機構が配設されているので、左右の足部の内、歩行時に接地した足部の多点接地型足部支持機構により、凹凸や段差等がある複雑な接地面においても、足底に平坦な接地面と同等の広さの仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、2足歩行ロボットの脚部を確実に支持することができ、転倒を回避して安定した歩行を継続することができる。
(2)2足歩行ロボットのZMP制御を行う場合、通常、接地面は水平な平坦面であると仮定し、ZMPが支持多角形内に存在するように歩行パターンを設定するため、従来の剛体平板の足底では、接地面の傾斜面や凹凸を踏んだ場合は2足歩行ロボットが認識する支持多角形と実際の支持多角形とが大きく異なってしまい、歩行が不安定になって最終的には転倒してしまうが、足底支持部の可動爪部が受動的に接地面にならって接地することにより、接地面に凹凸があっても2足歩行ロボットが認識する支持多角形と実際の支持多角形とを常に略一致させることができるので、設定した歩行パターン通りの安定した歩行を行うことができる。
The legs of the biped walking robot provided with the multipoint grounding type foot support mechanism according to claim 5 of the present invention are respectively disposed on the left and right feet and the soles of the left and right feet. The multipoint grounding type foot support mechanism according to any one of Items 1 to 4 is provided.
This configuration has the following effects.
(1) Since the multipoint grounding type foot support mechanism is disposed on the soles of the left and right foot parts, the multipoint grounding type foot support mechanism of the foot part that is grounded during walking among the left and right foot parts. This makes it possible to form a virtual support polygon with the same area as the flat contact surface on the sole of the ground, even on complex contact surfaces with irregularities and steps, and to support multiple points. It is possible to reliably support the leg portion, and it is possible to avoid a fall and continue stable walking.
(2) When performing ZMP control of a biped robot, the ground contact surface is usually assumed to be a horizontal flat surface, and the walking pattern is set so that the ZMP exists within the support polygon. On the flat sole, if the inclined surface or uneven surface of the ground contact surface is stepped on, the support polygon recognized by the biped robot will greatly differ from the actual support polygon, resulting in unstable walking However, the movable claw part of the sole support part passively follows the grounding surface and makes contact with the ground so that the biped robot recognizes even if the grounding surface is uneven. Since the supporting polygon can be made to substantially coincide with each other at all times, stable walking can be performed according to the set walking pattern.

ここで、2足歩行ロボットの脚部は、シリアルリンク機構部又はパラレルリンク機構部を有する。パラレルリンク機構部はベース部に配設された受動ジョイントと左右の足部にそれぞれ配設された受動ジョイントとの間に各々配設される。各々のパラレルリンク機構部を2本のリンクを1組としてV字形状に配設し、それを3組配設したスチュワートプラットフォームにより構成した場合、安定性及び剛性に優れると共に、動作制御を簡便化することができる。
リンクとしては、モータを用いた送り螺子機構を有するものや、油圧、水圧、空気圧シリンダや直動型アクチュエータ等を用いた直動リンクや、2以上の棒状部材を駆動関節により連結したもの等種々のものが用いられる。なお、直動リンクを用いた場合、各々の直動リンクはその軸方向へ伸縮するため互いに干渉することがなく装置の小型化が可能であり好ましい。
受動ジョイントとしては、ユニバーサルジョイント、ボールジョイント、又は2軸の軸継手、或いはこれらと1軸或いは2軸の軸継手の組合せ等を各々適宜ベース側や左右の足部に配置して用いられる。なお、ユニバーサルジョイントを用いた場合、ボールジョイントに比べ可動範囲が広くなるため好ましい。
Here, the leg part of the biped walking robot has a serial link mechanism part or a parallel link mechanism part. The parallel link mechanism portion is disposed between the passive joint disposed on the base portion and the passive joint disposed on the left and right feet, respectively. When each parallel link mechanism is arranged in a V-shape with two links as one set, and it is configured with a Stewart platform with three sets, it has excellent stability and rigidity and simplifies operation control. can do.
There are various types of links, such as those having a feed screw mechanism using a motor, linear motion links using hydraulic pressure, hydraulic pressure, pneumatic cylinders, linear motion actuators, etc., and those in which two or more rod-shaped members are connected by a drive joint. Is used. In addition, when a linear motion link is used, each linear motion link expands and contracts in the axial direction, so that it is possible to reduce the size of the apparatus without interfering with each other.
As the passive joint, a universal joint, a ball joint, a biaxial shaft joint, or a combination of these and a monoaxial or biaxial shaft joint is appropriately disposed on the base side or the left and right feet, respectively. In addition, when a universal joint is used, since a movable range becomes wide compared with a ball joint, it is preferable.

本発明の請求項6に記載の2足歩行ロボットの脚部の制御構造は、左右の足部と、前記左右の足部の足底にそれぞれ配設された多点接地型足部支持機構と、を有し、前記多点接地型足部支持機構が前記足底から下端部が突出して配設され接地時にそれぞれ独立して受動的に摺動してその突出量が減少する3以上の可動爪部と、各々の前記可動爪部の移動量を検出する移動量検出センサ部と、各々の前記可動爪部を固定するロック機構と、を備え、前記左右の足部を上下動させて歩行する2足歩行ロボットの制御構造であって、前記左右の足部のそれぞれについて、前記多点接地型足部支持機構の前記移動量検出センサ部で各々の前記可動爪部の移動量を検出し、その移動量に基づいて前記ロック機構により全ての前記可動爪部の運動を制動し、接地した前記足部の前記足底を多点支持する構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
(1)左右の足部のそれぞれについて、多点接地型足部支持機構の各々の可動爪部の移動量を移動量検出センサ部で検出し、その移動量に基づいてロック機構により全ての可動爪部の運動を制動し、接地した足部の足底に仮想的な支持多角形を形成して多点支持することにより、歩行動作の安定性を向上させることができ、2足歩行ロボットの転倒を防止することができる。
The leg control structure of the biped robot according to claim 6 of the present invention includes a left and right foot, and a multipoint grounding type foot support mechanism respectively disposed on the soles of the left and right feet. The multi-point grounding type foot support mechanism is provided with a lower end projecting from the sole, and is passively slid independently at the time of grounding to reduce the projecting amount. A claw portion, a movement amount detection sensor portion that detects a movement amount of each movable claw portion, and a lock mechanism that fixes each movable claw portion, and walks by moving the left and right foot portions up and down. A control structure of a biped walking robot that detects the amount of movement of each of the movable claw portions for each of the left and right foot portions by the movement amount detection sensor unit of the multipoint grounding type foot support mechanism. The movement of all the movable claws is braked by the lock mechanism based on the movement amount. The sole of the foot that is grounded and has a structure in which multi-point support.
This configuration has the following effects.
(1) For each of the left and right foot parts, the movement amount of each movable claw part of the multipoint grounding type foot part support mechanism is detected by the movement amount detection sensor part, and all the movable parts are moved by the lock mechanism based on the movement amount. By braking the movement of the nail part and forming a virtual support polygon on the sole of the grounded foot part to support multiple points, it is possible to improve the stability of the walking motion of the biped robot Falling can be prevented.

本発明の請求項7に記載の2足歩行ロボットの脚部の制御構造は、左右の足部と、前記左右の足部の足底にそれぞれ配設された多点接地型足部支持機構と、を有し、前記多点接地型足部支持機構が前記足底から下端部が突出して固設された1以上の固定爪部と,前記固定爪部より下方に突出し接地時に受動的に摺動してその突出量が減少する1以上の可動爪部と,を含む3以上の爪部と、前記固定爪部の接地を検出する接地センサ部と、各々の前記可動爪部を固定するロック機構と、を備え、前記左右の足部を上下動させて歩行する2足歩行ロボットの制御構造であって、前記左右の足部のそれぞれについて、前記多点接地型足部支持機構の前記接地センサ部で各々の前記固定爪部の接地を検出し、前記固定爪部の接地に基づいて前記ロック機構により全ての前記可動爪部の運動を制動し、接地した前記足部の前記足底を多点支持する構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
(1)左右の足部のそれぞれについて、多点接地型足部支持機構の固定爪部の接地を接地センサ部で検出し、固定爪部の接地に基づいてロック機構により全ての可動爪部の運動を制動することにより、接地した足部の足底に3以上の爪部で仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、歩行動作の安定性を向上させることができ、2足歩行ロボットの転倒を防止することができる。
(2)基部に摺動自在に保持された可動爪部の下端が、固定爪部の下端より下方に突出していることにより、WO2007/032120に開示されているような凹凸にならって歩行する2足歩行ロボット装置の制御方法と、この多点接地型足部支持機構を併用した場合、少ない可動爪部で凹凸のある接地面への適応性を向上させることができ、汎用性、量産性に優れる。
A leg control structure for a biped robot according to claim 7 of the present invention includes a left and right foot, and a multipoint grounding type foot support mechanism respectively disposed on the soles of the left and right feet. The multi-point grounding type foot support mechanism has at least one fixed claw portion fixed at a lower end protruding from the sole, and protrudes downward from the fixed claw portion to passively slide at the time of grounding. Three or more claw parts including one or more movable claw parts that move and reduce the amount of protrusion, a grounding sensor part that detects grounding of the fixed claw part, and a lock that fixes each of the movable claw parts And a control structure of a biped walking robot that walks by moving the left and right foot parts up and down, and the grounding of the multipoint grounding type foot support mechanism for each of the left and right foot parts The sensor unit detects the grounding of each of the fixed claw parts, and the lock is based on the grounding of the fixed claw part. Brake the movement of all the movable claw portion by structure has a configuration for multi-point supporting the sole of the foot that is grounded.
This configuration has the following effects.
(1) For each of the left and right foot parts, the grounding sensor part detects the grounding of the fixed claw part of the multipoint grounding type foot part support mechanism, and the lock mechanism based on the grounding of the fixed claw part causes all the movable claw parts to By braking the movement, it is possible to support multiple points by forming a virtual support polygon with three or more nail parts on the sole of the grounded foot part, and improve the stability of walking motion. It is possible to prevent the biped robot from falling.
(2) The lower end of the movable claw portion slidably held on the base portion protrudes downward from the lower end of the fixed claw portion, thereby walking in accordance with the unevenness as disclosed in WO2007 / 032120. When the control method of the foot walking robot device and this multipoint grounding type foot support mechanism are used in combination, adaptability to uneven grounding surfaces can be improved with few movable claws, making it versatile and mass-productive. Excellent.

以上のように、本発明の多点接地型足部支持機構及びそれを備えた2足歩行ロボットの脚部並びにその制御方法によれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項1に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
(1)足底に配設される基部の底面より下方に下端部が突出して配設され、接地時にそれぞれ独立して上方に移動する摺動自在に保持された3以上の可動爪部を有することにより、接地面の凹凸にならって可動爪部を確実に摺動させることができ、横滑りや凸部からの滑落等を確実に防止することができ、歩行ロボットの歩行動作の安定性に優れ、移動量検出センサ部で各々の可動爪部の移動量を検出して、ロック機構により全ての可動爪部の運動を制動することで足底に平坦な接地面と同等の広さの仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、脚部を確実に支持して転倒を回避することができる支持安定性、動作安定性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
(2)移動量検出センサ部で各々の可動爪部の移動量を検出することで、確実に全ての可動爪部の接地を確認することができ、ロック機構で全ての可動爪部の運動を確実に制動して接地時における足底の基部を常に略水平に保持することができ、歩行ロボットの胴体や腰の位置や姿勢を設定した通りに制御することができる歩行動作の安定性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
(3)基部に配設された足底支持部を基部と一体的に取り扱うことができるので、既存の歩行ロボットの脚部の足底に容易に取付けを行うことができ、歩行ロボットの歩行動作の安定性を向上させることができる組立て作業性、生産性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
As described above, according to the multipoint grounding type foot support mechanism of the present invention, the leg of the biped walking robot including the same, and the control method thereof, the following advantageous effects can be obtained.
According to invention of Claim 1, it has the following effects.
(1) The lower end protrudes downward from the bottom surface of the base disposed on the sole, and has three or more movable claw portions that are slidably held and move upward independently at the time of ground contact. Therefore, the movable claw part can be reliably slid according to the unevenness of the ground contact surface, and it is possible to reliably prevent side slipping and slipping from the convex part, and is excellent in walking robot's walking motion stability. The amount of movement of each movable claw part is detected by the movement amount detection sensor part, and the movement of all the movable claw parts is braked by the lock mechanism, thereby making the virtual area of the same area as the flat ground contact surface on the sole. A multipoint grounding type foot support mechanism with excellent support stability and operational stability that can support multiple points by forming a stable support polygon, can reliably support the legs and avoid falls Can be provided.
(2) By detecting the amount of movement of each movable claw with the movement amount detection sensor unit, it is possible to reliably check the grounding of all the movable claw units, and the movement of all the movable claw units with the lock mechanism. Excellent stability of walking motion that can be reliably controlled to keep the base of the sole in contact with the ground at all times, and to control the position and posture of the torso and waist of the walking robot. In addition, a multipoint grounding type foot support mechanism can be provided.
(3) Since the sole support portion disposed on the base can be handled integrally with the base, it can be easily attached to the bottom of the leg of an existing walking robot, and the walking motion of the walking robot Thus, it is possible to provide a multipoint grounding type foot support mechanism that is excellent in assembly workability and productivity.

請求項2に記載の発明によれば、請求項1の効果に加え、以下のような効果を有する。
(1)移動量検出センサ部が全ての可動爪部の内のいずれか1つの可動爪部の移動量が設定値に達したことを検出した時に、ロック機構が全ての可動爪部の運動を制動することにより、凹路面を歩行する際に、全ての可動爪部が接地した上で、基準面に接地した可動爪部の移動量を元にして全ての可動爪部をロックすることができ、常に足底を予め設定した基準位置(高さ)に維持して安定した歩行を行うことができる凹路面での歩行の信頼性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
According to invention of Claim 2, in addition to the effect of Claim 1, it has the following effects.
(1) When the movement amount detection sensor unit detects that the movement amount of any one of the movable claw parts has reached the set value, the lock mechanism performs the movement of all the movable claw parts. By braking, all the movable claws can be locked based on the amount of movement of the movable claws grounded to the reference plane after all the movable claws are grounded when walking on the concave road surface. It is possible to provide a multipoint grounding type foot support mechanism excellent in walking reliability on a concave road surface capable of stably walking while maintaining the sole at a preset reference position (height). it can.

請求項3に記載の発明によれば、請求項1又は2の効果に加え、以下のような効果を有する。
(1)ロック機構のアクチュエータによりカムを回動させるだけで、カムの接触面を足底支持部の傾斜面に当接させて確実に可動爪部の上方への移動を防止することができ、足底支持部による多点支持を行なって脚部を安定して支持することができる信頼性、確実性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
(2)可動爪部の傾斜面が上端側から下方に向かって拡開して形成され、カムの接触面が楕円弧状に形成されていることにより、可動爪部の移動量によらず、可動爪部の傾斜面にカムの接触面を確実に当接させることができるロック機構の動作安定性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
(3)アクチュエータがカムを垂直面内で回動させるように配置することにより、ロック機構の設置スペースを狭くすることができる小型軽量で省スペ−ス性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
According to invention of Claim 3, in addition to the effect of Claim 1 or 2, it has the following effects.
(1) By simply rotating the cam with the actuator of the lock mechanism, the cam contact surface can be brought into contact with the inclined surface of the sole support portion to reliably prevent the movable claw portion from moving upward, It is possible to provide a multipoint grounding type foot support mechanism with excellent reliability and reliability that can support the legs stably by performing multipoint support by the sole support section.
(2) The inclined surface of the movable claw portion is formed to expand downward from the upper end side, and the contact surface of the cam is formed in an elliptical arc shape so that it can be moved regardless of the amount of movement of the movable claw portion. It is possible to provide a multipoint grounding type foot support mechanism that is excellent in operational stability of a lock mechanism that can reliably contact the contact surface of the cam with the inclined surface of the claw portion.
(3) Compact, lightweight and space-saving multipoint grounding type foot support that can reduce the installation space of the lock mechanism by arranging the actuator to rotate the cam in the vertical plane. A mechanism can be provided.

請求項4に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
(1)足底に配設される基部の底面より下方に下端部が突出して固設された1以上の固定爪部と,固定爪部より下方に突出し接地時に上方に移動する摺動自在に保持された1以上の可動爪部と,を含む3以上の爪部を有することにより、接地面の凹凸によらず、固定爪部よりも先に可動爪部を接地させ、可動爪部を確実に足底の上方に摺動させることができ、接地センサ部で固定爪部の接地を検出して、ロック機構により全ての可動爪部の運動を制動することで、固定爪部と可動爪部によって足底に平坦な接地面と同等の広さの仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、脚部を確実に支持して転倒を回避することができる支持安定性、動作安定性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
(2)基部に配設された足底支持部を基部と一体的に取り扱うことができるので、既存の歩行ロボットの脚部の足底に容易に取付けを行うことができ、歩行ロボットの歩行動作の安定性を向上させることができる組立て作業性、生産性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
(3)基部に摺動自在に保持された可動爪部の下端が、固定爪部の下端より下方に突出しているので、WO2007/032120に開示されているような凹凸にならって歩行する2足歩行ロボット装置の制御方法と、この多点接地型足部支持機構を併用した場合、少ない可動爪部で凹凸のある接地面への適応性を向上させることができ、汎用性、量産性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
According to invention of Claim 4, it has the following effects.
(1) One or more fixed claws fixedly projecting at the lower end below the bottom surface of the base disposed on the sole, and slidably projecting downward from the fixed claws and moving upward at the time of ground contact By having three or more claw parts including one or more movable claw parts that are held, the movable claw part is reliably grounded before the fixed claw part regardless of the unevenness of the grounding surface. The fixed claw part and the movable claw part are detected by detecting the grounding of the fixed claw part by the grounding sensor part and braking the movement of all the movable claw parts by the lock mechanism. Support stability that can support multiple points by forming a virtual support polygon with the same area as the flat ground contact surface on the sole, and can support the legs reliably and avoid falling In addition, a multipoint grounding type foot support mechanism having excellent operational stability can be provided.
(2) Since the sole support portion disposed on the base can be handled integrally with the base, it can be easily attached to the bottom of the leg of an existing walking robot, and the walking motion of the walking robot Thus, it is possible to provide a multipoint grounding type foot support mechanism that is excellent in assembly workability and productivity.
(3) Since the lower end of the movable claw portion that is slidably held on the base portion protrudes downward from the lower end of the fixed claw portion, the two feet walking along the unevenness as disclosed in WO2007 / 032120 When used together with the control method of a walking robot device and this multipoint grounding type foot support mechanism, adaptability to uneven grounding surfaces can be improved with few movable claws, and it is excellent in versatility and mass productivity. In addition, a multipoint grounding type foot support mechanism can be provided.

請求項5に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
(1)左右の足部の足底にそれぞれ多点接地型足部支持機構が配設されているので、左右の足部の内、歩行時に接地した足部の多点接地型足部支持機構により、凹凸や段差等がある複雑な接地面においても、足底に平坦な接地面と同等の広さの仮想的な支持多角形を形成することができ、脚部を確実に多点支持することができ、転倒を回避することができる歩行時の安定性に優れた多点接地型足部支持機構を備えた2足歩行ロボットの脚部を提供することができる。
According to invention of Claim 5, it has the following effects.
(1) Since the multipoint grounding type foot support mechanism is disposed on the soles of the left and right foot parts, the multipoint grounding type foot support mechanism of the foot part that is grounded during walking among the left and right foot parts. This makes it possible to form a virtual support polygon with the same area as a flat contact surface on the sole even on complex contact surfaces with irregularities and steps, and to support the legs with multiple points. Therefore, it is possible to provide a leg portion of a biped walking robot provided with a multipoint grounding type foot support mechanism that is excellent in stability during walking and that can avoid a fall.

請求項6に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
(1)左右の足部のそれぞれについて、多点接地型足部支持機構の各々の足底支持部の移動量を移動量検出センサ部で検出し、その移動量に基づいてロック機構により全ての足底支持部の運動を制動し、接地した足部の足底に仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、2足歩行ロボットの脚部を確実に支持することができる歩行動作の安定性に優れた2足歩行ロボットの脚部の制御構造を提供することができる。
According to invention of Claim 6, it has the following effects.
(1) For each of the left and right foot portions, the movement amount of each sole support portion of the multipoint grounding type foot support mechanism is detected by the movement amount detection sensor unit, and all the movements are detected by the lock mechanism based on the movement amount. The movement of the foot support part is braked, and a virtual support polygon can be formed on the bottom of the grounded foot part to support the multipoint, and the leg part of the biped walking robot can be reliably supported. It is possible to provide a leg control structure of a biped walking robot that is excellent in stability of walking motion.

請求項7に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
(1)左右の足部のそれぞれについて、多点接地型足部支持機構の固定爪部の接地を接地センサ部で検出し、固定爪部の接地に基づいてロック機構により全ての可動爪部の運動を制動し、接地した足部の足底に仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、2足歩行ロボットの脚部を確実に支持することができる歩行動作の安定性に優れた2足歩行ロボットの脚部の制御構造を提供することができる。
According to invention of Claim 7, it has the following effects.
(1) For each of the left and right foot portions, the grounding sensor portion detects the grounding of the fixed claw portion of the multipoint grounding type foot support mechanism, and the lock mechanism is used to detect all the movable claw portions based on the grounding of the fixed claw portion. Braking motion, forming a virtual support polygon on the bottom of the grounded foot, and supporting it at multiple points. Stability of walking motion that can reliably support the leg of a biped robot It is possible to provide a leg control structure of a biped robot excellent in performance.

(実施の形態1)
本発明の実施の形態1における多点接地型足部支持機構について、以下図面を用いて説明する。
図1は本発明の実施の形態1における多点接地型足部支持機構を示す斜視図である。
図1中、1は本発明の実施の形態1における多点接地型足部支持機構、2はアルミニウム合金等の金属製で外形が略矩形状に形成された多点接地型足部支持機構1の基部、2aは基部2の中央部に略円形に形成され床や路面等の接地面からの反力を検出しZMPの位置を測定するための6軸力覚センサ(図示せず)が固設される基部2の力覚センサ固定部、2bは力覚センサ固定部2aの表面に穿設され6軸力覚センサの位置決めを行うための位置決めピンが挿通される2箇所の位置決め孔、2cは力覚センサ載置部2aの位置決め孔2bの対称位置に穿設され6軸力覚センサをねじ止めにより固定する固定ボルトが挿通される4箇所のボルト挿通孔、2dは基部2の底面、2eは力覚センサ載置部2aの外周に放射状に底面2dに立設され底面2dを補強する基部2のリブ、3は基部2を後述する4つの可動爪部4により多点支持する多点接地型足部支持機構1の足底支持部、3aは足底支持部3の可動爪部4を基部2に取り付けるためのアタッチメント部、3bはアタッチメント部3aに固設され可動爪部4を上下方向に摺動自在に支持する多点接地型足部支持機構1の摺動支持部、4は長尺平板状に形成された摺動部4aで摺動支持部3bに摺動自在に支持され基部2の底面2dより下方に下端部が突出して配設された多点接地型足部支持機構1の可動爪部、4bは摺動部4aの表面に配設され上端側から下方に向かって拡開して形成された傾斜面4cを有する可動爪部4の当接部、4dは合成ゴム製の摩擦材(雪の降る日はスノーシュー)で形成され当接部4bの下端部に着脱自在に配設された可動爪部4の先端接触部、4e,4fは摺動部4aの上端部を両側から挟むように配設され可動爪部4の摺動時に摺動支持部3bの上端部に当接して可動爪部4の抜けを防止するストッパー部、4gはストッパー部4fの側部に配設されたワイヤー固定部、5は可動爪部4の側部に配設され可動爪部4の移動量を検出する多点接地型足部支持機構1の移動量検出センサ部、5aは移動量検出センサ部5のワイヤー式リニアエンコーダ本体、5bはワイヤー式リニアエンコーダ本体5aから可動爪部4と平行に張設され可動爪部4と共に摺動するワイヤー、5cはワイヤー5bの先端に環状に形成されワイヤー固定部4gに挿通されたワイヤー5bの挿通部、6は可動爪部4の運動を制動する多点接地型足部支持機構1のロック機構、6aはロータリソレノイドを用いたロック機構6のアクチュエータ、6bはアクチュエータ6の回動軸、7は回動軸6bに挿設されて垂直面内で回動するロック機構6のカム、8は可動爪部4,移動量検出センサ部5,ロック機構6がユニット化され基部2の四隅に着脱自在に配設された多点接地型足部支持機構1の適応接地型爪部である。
(Embodiment 1)
A multipoint grounding type foot support mechanism according to Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing a multipoint grounding type foot support mechanism according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, 1 is a multipoint grounding type foot support mechanism 1 according to Embodiment 1 of the present invention, and 2 is a multipoint grounding type foot support mechanism 1 made of a metal such as an aluminum alloy and having a substantially rectangular outer shape. The base 2a is formed in a substantially circular shape at the center of the base 2, and a six-axis force sensor (not shown) for detecting the reaction force from the ground contact surface such as the floor or road surface and measuring the position of the ZMP is fixed. The force sensor fixing part 2b of the base 2 is formed in two positioning holes 2c, which are drilled on the surface of the force sensor fixing part 2a and through which positioning pins for positioning the 6-axis force sensor are inserted. Four bolt insertion holes, through which fixing bolts that are drilled at symmetrical positions of the positioning hole 2b of the force sensor mounting portion 2a and that fix the six-axis force sensor by screwing are inserted, 2d are the bottom surface of the base 2, 2e Is erected on the bottom surface 2d radially on the outer periphery of the force sensor mounting portion 2a. The rib 2 of the base portion 2 that reinforces the surface 2d, 3 is a sole support portion of the multipoint grounding type foot support mechanism 1 that supports the base portion 2 by four movable claws 4 to be described later, 3a is a sole support portion 3 The attachment part 3b for attaching the movable claw part 4 to the base part 2 is slid on the multipoint grounding type foot support mechanism 1 fixed to the attachment part 3a and slidably supporting the movable claw part 4 in the vertical direction. The support part 4 is a sliding part 4a formed in the shape of a long flat plate and is slidably supported by the sliding support part 3b. The multi-point grounding has a lower end protruding below the bottom surface 2d of the base part 2. The movable claw portion 4b of the mold foot support mechanism 1 is disposed on the surface of the sliding portion 4a and has an inclined surface 4c that is formed to expand downward from the upper end side. 4d is a synthetic rubber friction material (snowshoe on a snowy day) and is formed at the lower end of the contact portion 4b. The tip end contact portions 4e and 4f of the movable claw portion 4 that are detachably disposed are disposed so as to sandwich the upper end portion of the sliding portion 4a from both sides, and the sliding claw portion 4 has a sliding support portion 3b that slides when the movable claw portion 4 slides. A stopper part that abuts on the upper end part to prevent the movable claw part 4 from coming off, 4g is a wire fixing part provided on a side part of the stopper part 4f, and 5 is a side part of the movable claw part 4 provided with a movable claw. 5a is a wire type linear encoder body of the movement amount detection sensor unit 5 and 5b is a movable claw from the wire type linear encoder body 5a. A wire 5c that is stretched in parallel with the portion 4 and slides along with the movable claw portion 4 is formed in an annular shape at the tip of the wire 5b and is inserted into the wire fixing portion 4g. Multi-point grounding type foot support mechanism 1 for braking motion 6a is an actuator of the lock mechanism 6 using a rotary solenoid, 6b is a rotation shaft of the actuator 6, 7 is a cam of the lock mechanism 6 inserted in the rotation shaft 6b and rotated in a vertical plane, Reference numeral 8 denotes an adaptive grounding claw part of the multipoint grounding type foot support mechanism 1 in which the movable claw part 4, the movement amount detection sensor part 5, and the lock mechanism 6 are unitized and detachably disposed at the four corners of the base part 2. .

基部2に6軸力覚センサが固設される力覚センサ固定部2aを有し、力覚センサ固定部2aの表面に6軸力覚センサの位置決めを行うための位置決めピンが挿通される2箇所の位置決め孔2b及び6軸力覚センサをねじ止めにより固定する固定ボルトが挿通される4箇所のボルト挿通孔2cが穿設されているので、容易に力覚センサ固定部2aに6軸力覚センサを位置決めし、固定することができる。これにより、6軸力覚センサを介して既存の2足歩行ロボット等の足部に多点接地型足部支持機構1を取付けることができ、床や路面等の接地面からの反力を検出しZMPの位置を測定することができる。
基部2及び力覚センサ固定部2aの形状を変更するだけで、種々の形状の2足歩行ロボット等の足部に多点接地型足部支持機構1を取付けることができ、汎用性に優れる。
The base 2 has a force sensor fixing portion 2a to which a 6-axis force sensor is fixed, and a positioning pin for positioning the 6-axis force sensor is inserted through the surface of the force sensor fixing portion 2a 2 Since the four bolt insertion holes 2c through which the fixing bolts for fixing the positioning holes 2b and the six-axis force sensor by screwing are inserted are drilled, the force sensor fixing portion 2a can be easily subjected to the six-axis force. The sense sensor can be positioned and fixed. As a result, the multipoint grounding type foot support mechanism 1 can be attached to the foot of an existing biped robot or the like via the 6-axis force sensor, and the reaction force from the grounding surface such as the floor or the road surface is detected. The position of the ZMP can be measured.
By simply changing the shapes of the base 2 and the force sensor fixing portion 2a, the multipoint grounding type foot support mechanism 1 can be attached to the feet of various shapes of biped walking robots and the like, which is excellent in versatility.

次に、足底支持部の可動爪部及びロック機構の詳細について説明する。
図2(a)は足底支持部の可動爪部及びロック機構を示す要部断面側面図であり、図2(b)は足底支持部の可動爪部の固定状態を示す要部断面側面図である。
図2中、7aは可動爪部4の傾斜面4cに当接するカム7の楕円弧状の接触面、20は路面などの接地面である。
本実施の形態では、摺動支持部3bと摺動部4aの組合せとして、市販のTHK製のボールリテーナ入りLMガイドを使用し、摺動部4aの表面に傾斜面4cを有する当接部4bを配設して可動爪部4とした。これにより、摺動支持部3bに対して滑らかに摺動部4aを移動させることができる。遊脚時に自重により可動爪部4が下方に摺動して最大長となることにより、可動爪部4の接地前に常に最大ストロークを確保することができ、基部2の底面2dより下方に突出した可動爪部4の下端部が路面等の接地面20に接地した際(立脚時)に、足底からの突出量が減少するように可動爪部4を確実に上方に移動させることができ、接地面20の凹凸に倣って脚部を支持することができる。
尚、可動爪部4は本実施の形態に限定されるものではなく、基部2に対して摺動自在に支持されていればよい。また、摺動部4aと当接部4bは一体に形成してもよい。
Next, details of the movable claw portion of the sole support portion and the lock mechanism will be described.
FIG. 2A is a cross-sectional side view of the main part showing the movable claw part and the locking mechanism of the sole support part, and FIG. 2B is a cross-sectional side view of the main part showing the fixed state of the movable claw part of the sole support part. FIG.
In FIG. 2, 7a is an elliptical arc-shaped contact surface of the cam 7 that contacts the inclined surface 4c of the movable claw portion 4, and 20 is a ground surface such as a road surface.
In this embodiment, as a combination of the sliding support portion 3b and the sliding portion 4a, a commercially available LM guide with a ball retainer made of THK is used, and the abutting portion 4b having the inclined surface 4c on the surface of the sliding portion 4a. To provide a movable claw portion 4. Thereby, the sliding part 4a can be smoothly moved with respect to the sliding support part 3b. When the movable claw part 4 slides downward due to its own weight at the time of the free leg and becomes the maximum length, it is possible to always ensure the maximum stroke before the movable claw part 4 contacts the ground, and protrudes downward from the bottom surface 2d of the base part 2. When the lower end of the movable claw 4 contacts the grounding surface 20 such as the road surface (when standing), the movable claw 4 can be reliably moved upward so that the amount of protrusion from the sole decreases. The legs can be supported following the unevenness of the ground plane 20.
The movable claw portion 4 is not limited to the present embodiment, and may be supported slidably with respect to the base portion 2. Moreover, you may form the sliding part 4a and the contact part 4b integrally.

可動爪部4の下端に合成ゴム製の摩擦材で形成した先端接触部4dを配設することにより、接地面20との摩擦力を大きくすることができ、歩行時におけるヨー軸周りの回転を抑制して歩行動作を安定させた。
本実施の形態では、弾性変形の影響を極力小さくするために、ショア硬さ90程度の硬質で耐久性に優れるクロロプレンゴムを用いたが、先端接触部4dの材質は、これに限定されるものではない。
尚、先端接触部4dを可動爪部4に対して着脱自在に配設することにより、接地面20の硬さや表面状態などに応じて材質の異なる先端接触部4dを選択することや、摩耗した先端接触部4dを容易に交換することができ、汎用性、メンテナンス性に優れる。
By disposing the tip contact portion 4d formed of a synthetic rubber friction material at the lower end of the movable claw portion 4, it is possible to increase the frictional force with the ground contact surface 20, and to rotate around the yaw axis during walking. Suppressed and stabilized walking motion.
In this embodiment, in order to minimize the influence of elastic deformation, chloroprene rubber having a hardness of about 90 shore hardness and excellent durability is used. However, the material of the tip contact portion 4d is limited to this. is not.
In addition, by disposing the tip contact portion 4d so as to be detachable with respect to the movable claw portion 4, it is possible to select the tip contact portion 4d of a different material depending on the hardness or surface state of the grounding surface 20 or wear it. The tip contact portion 4d can be easily replaced, and is excellent in versatility and maintainability.

図1に示したように、可動爪部4の上端部のストッパー部4fの側部に配設されたワイヤー固定部4gにワイヤー5bの先端の挿通部5cが挿通されて固定されているので、可動爪部4と共にワイヤー5bが上下に摺動する。移動量検出センサ部5はワイヤー式リニアエンコーダ本体5aからのワイヤー5bの引き出し量(移動量)を測定することにより可動爪部4の移動量を検出することができる。可動爪部4のストロークの中間点を基準位置とすることにより、可動爪部4が基準位置を中心にストロークの1/2ずつ上下に移動することができ、接地面20の凹凸に対応することができる。
尚、移動量検出センサ部5は本実施の形態に限定されるものではなく、可動爪部4の移動量を検出できるものであればよい。また、基準位置は任意に設定することができるので、接地面20における凹部の深さや凸部の高さなどに応じて、ロック機構6によるロックのタイミングを適宜、選択することができ、様々な地形に対応することができる。
As shown in FIG. 1, since the insertion portion 5c at the tip of the wire 5b is inserted and fixed to the wire fixing portion 4g disposed on the side of the stopper portion 4f at the upper end of the movable claw portion 4, The wire 5b slides up and down together with the movable claw portion 4. The movement amount detection sensor unit 5 can detect the movement amount of the movable claw unit 4 by measuring the amount of drawing (movement amount) of the wire 5b from the wire linear encoder body 5a. By setting the intermediate point of the stroke of the movable claw portion 4 as the reference position, the movable claw portion 4 can move up and down by half of the stroke around the reference position, and corresponds to the unevenness of the ground plane 20. Can do.
The movement amount detection sensor unit 5 is not limited to the present embodiment, and may be any device that can detect the movement amount of the movable claw unit 4. In addition, since the reference position can be arbitrarily set, the timing of locking by the lock mechanism 6 can be appropriately selected according to the depth of the concave portion, the height of the convex portion, etc. on the ground contact surface 20. Can cope with terrain.

ロック機構6は、移動量検出センサ部5からの信号に従って、アクチュエータ6aを駆動し、アクチュエータ6aによりカム7を回動させ、可動爪部4の傾斜面4cにカム7の接触面7aを当接させて、くさびのようにして可動爪部4を固定することができる。可動爪部4の下端部が接地して可動爪部4に負荷がかかっている状態でのみロックがかかるようにすることで、足底が上昇を始めると共に、可動爪部4が自重により下方に摺動し、ロックが自動的に解除される。尚、カム7は別途、アクチュエータ6aにより駆動されて初期位置に復帰する。
可動爪部4,移動量検出センサ部5,ロック機構6をユニット化した適応接地型爪部8を基部2に対して着脱自在にすることにより、不具合が生じた適応接地型爪部8のみを取り外して修理したり、交換したりすることができメンテナンス性に優れる。また、必要に応じて可動爪部4が伸縮しない固定型爪部にユニット毎交換することができるので、適応接地型爪部8と固定型爪部の組合せや配置を任意に選択することができ汎用性に優れる。
尚、可動爪部4の数や配置は本実施の形態に限定されるものではなく、3つ以上の可動爪部4によって足底に平坦な接地面と同等の広さの仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができるものであればよい。
The lock mechanism 6 drives the actuator 6 a in accordance with a signal from the movement detection sensor unit 5, rotates the cam 7 by the actuator 6 a, and abuts the contact surface 7 a of the cam 7 on the inclined surface 4 c of the movable claw unit 4. Thus, the movable claw portion 4 can be fixed like a wedge. By locking the lower end of the movable claw portion 4 only when the lower end portion is grounded and the movable claw portion 4 is loaded, the sole begins to rise and the movable claw portion 4 moves downward due to its own weight. It slides and the lock is automatically released. The cam 7 is separately driven by the actuator 6a and returned to the initial position.
By making the adaptive grounding type claw part 8 unitizing the movable claw part 4, the movement amount detecting sensor part 5 and the lock mechanism 6 detachable with respect to the base 2, only the adaptive grounding type claw part 8 in which a problem has occurred is provided. It can be removed and repaired or replaced, and it is easy to maintain. Further, since the unit can be replaced with a fixed claw part in which the movable claw part 4 does not expand and contract as required, the combination and arrangement of the adaptive grounding type claw part 8 and the fixed claw part can be arbitrarily selected. Excellent versatility.
The number and arrangement of the movable claw portions 4 are not limited to the present embodiment, and the number of the virtual claw portions 4 is virtually the same as the flat ground surface on the sole of the foot by three or more movable claw portions 4. What is necessary is just to be able to form a square and be able to support multiple points.

以上のように構成された本発明の実施の形態1における多点接地型足部支持機構について、以下その動作の詳細を説明する。
多点接地型足部支持機構1の1組の適応接地型爪部8に着目する。
図2(a)において、基部2が下降すると、可動爪部4の先端接触部4dが接地面20に接触する。図2(b)において、さらに基部2が下降すると、可動爪部4が上方に移動し、このときの移動量が移動量検出センサ部5(図1参照)によって検出され、移動量検出センサ部5からの移動量の信号は図示しない配線を通って制御部(図示せず)へ送られる。
各々の移動量検出センサ部5からの移動量の信号を受取った制御部は、移動量が予め設定した設定値に達した時に、ロック機構6のアクチュエータ6aに可動爪部4の運動を制動してその状態を保持するように指示する。
アクチュエータ6aの回動軸6bが回動することにより、カム7の接触面7aが可動爪部4の傾斜面4cに当接し、可動爪部4が上昇するのを防止して可動爪部4の運動を制動する。
全ての可動爪部4の運動を制動することにより、足底の4点接地が略矩形状の支持多角形を形成し、確実に脚部を多点支持することができる。
The details of the operation of the multipoint grounding type foot support mechanism according to Embodiment 1 of the present invention configured as described above will be described below.
Attention is paid to a set of adaptive grounding type claws 8 of the multipoint grounding type foot support mechanism 1.
In FIG. 2A, when the base portion 2 is lowered, the tip contact portion 4 d of the movable claw portion 4 comes into contact with the ground plane 20. In FIG. 2B, when the base 2 is further lowered, the movable claw portion 4 is moved upward, and the movement amount at this time is detected by the movement amount detection sensor portion 5 (see FIG. 1), and the movement amount detection sensor portion. The movement amount signal from 5 is sent to a control unit (not shown) through a wiring (not shown).
The control unit that receives the movement amount signal from each movement amount detection sensor unit 5 brakes the movement of the movable claw unit 4 to the actuator 6a of the lock mechanism 6 when the movement amount reaches a preset value. To instruct that state.
By rotating the rotation shaft 6b of the actuator 6a, the contact surface 7a of the cam 7 comes into contact with the inclined surface 4c of the movable claw portion 4 to prevent the movable claw portion 4 from being lifted up. Brakes movement.
By braking the movement of all the movable claws 4, the four-point grounding of the sole forms a substantially rectangular support polygon, and the legs can be reliably supported at multiple points.

以上のように、各可動爪部4が独立して動作するので、各可動爪部4が接地面20の凹凸や傾斜にならって動作することができる。このとき、移動量検出センサ部5で各々の可動爪部4の移動量を直接、検出することができるので、左右の足底の高さや、各足底における各々の可動爪部4の移動量を比較することや、予め設定した基準位置(高さ)に達するまでに要する時間を測定すること等により、接地面20の凹凸を判断することができ、基準位置を維持しながら凹凸面に対応して安定した連続歩行を行うことができ、汎用性、歩行動作の安定性を向上させることができる。
また、この多点接地型足部支持機構1は既存の歩行ロボットの足部に容易に取付けることができ、可動爪部4によって各足底に確実に支持多角形を形成して多点支持することができるので、車輪移動式のロボットで侵入できない凹凸の激しい場所や多脚のロボットに必要な広い支持基底面を確保できない場所で歩行を行う2足歩行ロボットに対し特に有用であるが、4足や6足等の多脚の歩行ロボットや作業テーブルなどに対して取付けることも可能である。
As described above, since each movable claw portion 4 operates independently, each movable claw portion 4 can operate according to the unevenness or inclination of the ground contact surface 20. At this time, since the movement amount detection sensor unit 5 can directly detect the movement amount of each movable claw portion 4, the height of the left and right soles and the movement amount of each movable claw portion 4 at each sole Can be determined by measuring the time required to reach a preset reference position (height), etc., and the unevenness of the ground plane 20 can be judged, and the uneven position can be handled while maintaining the reference position. Thus, stable continuous walking can be performed, and versatility and stability of walking motion can be improved.
Further, the multipoint grounding type foot support mechanism 1 can be easily attached to the foot of an existing walking robot, and the support claw part 4 reliably forms a support polygon on each sole and supports the multipoint. Therefore, it is particularly useful for a biped robot that walks in a place with a rough surface that cannot be invaded by a wheel-moving robot or a place where a wide support base surface necessary for a multi-legged robot cannot be secured. It can also be attached to multi-legged walking robots such as legs and six legs, work tables, and the like.

以上のように構成された本発明の実施の形態1における多点接地型足部支持機構を備えた2足歩行ロボットの脚部について、図面を用いて説明する。
図3は本発明の実施の形態1における多点接地型足部支持機構を備えた2足歩行ロボットの脚部を示す斜視図であり、図4はベース部受動ジョイントの要部斜視図であり、図5は足部受動ジョイントの要部斜視図である。
図3中、10は本発明の実施の形態1における多点接地型足部支持機構1を備えた2足歩行ロボットの脚部、11は2足歩行ロボットの脚部10のベース部、12a、12bは略三角形状に形成され足底に多点接地型足部支持機構1が配設された2足歩行ロボット10の左右の足部、13は2本の直動リンク13a、13bを1組としてV字形状に配設された2足歩行ロボットの脚部10のパラレルリンク機構部、14は二個一組でベース部11の左右にそれぞれ3箇所ずつ互いに対称に配設され3組のパラレルリンク機構部13の上端と連結された2自由度を有するベース部受動ジョイント、15は左右の足部12a、12bにそれぞれ3箇所ずつ互いに対称に配設され3組のパラレルリンク機構部13の下端と連結された3自由度を有する足部受動ジョイントである。
The legs of the biped walking robot provided with the multipoint grounding type foot support mechanism in Embodiment 1 of the present invention configured as described above will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a perspective view showing a leg part of a biped walking robot provided with a multipoint grounding type foot part support mechanism in Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 4 is a perspective view of a main part of a base part passive joint. FIG. 5 is a perspective view of a main part of the foot passive joint.
In FIG. 3, 10 is a leg part of a biped walking robot provided with the multipoint grounding type foot part supporting mechanism 1 in Embodiment 1 of the present invention, 11 is a base part of the leg part 10 of the biped walking robot, 12a, 12b is a substantially triangular shape and the left and right feet of the biped walking robot 10 with the multipoint grounding type foot support mechanism 1 disposed on the sole, and 13 is a set of two linear motion links 13a and 13b. The parallel link mechanism part 14 of the leg part 10 of the biped walking robot arranged in a V-shape as a pair is arranged symmetrically with respect to each other at three locations on the left and right sides of the base part 11. The base part passive joint having two degrees of freedom connected to the upper end of the link mechanism part 13, 15 is arranged symmetrically with respect to each of the left and right foot parts 12a, 12b, and is provided at the lower end of the three sets of parallel link mechanism parts 13. With 3 degrees of freedom linked to A foot passive joint.

図4中、16aはベース部11の下部に固定されたコ字形状のベース部上部継手、16bはベース部上部継手16aの立設された対向辺に架設された上部継手軸、16cは直動リンク13a,13bの上端部に固定されたコ字形状のベース部下部継手、16dはベース部下部継手16cの立設された対向辺に架設されベース部下部継手16cを回動自在に軸支する下部継手軸、16eは上部継手軸16bと下部継手軸16dを直交させて連結する連結回動部である。
図5中、17aは直動リンク13aの下端部に連結されたコ字形状の第1の足部上部継手、17bは直動リンク13bの下端部に連結されたコ字形状の第2の足部上部継手、17cは第1の足部上部継手17aと第2の足部上部継手17bのそれぞれの両側に垂設された対向辺に架設され第1の足部上部継手17aと第2の足部上部継手17bを連結し各々回動自在に軸支する上部継手軸、17dは後述の基部を介して足部12a,12bに連結されたコ字形状の足部下部継手、17eは足部下部継手17dの両側に立設された対向辺に架設された下部継手軸、17fは上部継手軸17cと下部継手軸17eを直交させて連結する連結回動部、18は足部12a,12b上に固定された継手固定部、18aは継手固定部18に対して足部下部継手17dを回動自在に軸支する継手回動軸である。
In FIG. 4, 16a is a U-shaped base part upper joint fixed to the lower part of the base part 11, 16b is an upper joint shaft erected on the opposite side of the base part upper joint 16a, and 16c is linear motion. A U-shaped base lower joint 16d fixed to the upper ends of the links 13a and 13b, 16d is installed on the opposite side of the base lower joint 16c and pivotally supports the base lower joint 16c. A lower joint shaft 16e is a connecting rotation portion that connects the upper joint shaft 16b and the lower joint shaft 16d so as to be orthogonal to each other.
In FIG. 5, 17a is a U-shaped first foot upper joint connected to the lower end of the linear link 13a, and 17b is a U-shaped second foot connected to the lower end of the linear link 13b. The upper part joint 17c is installed on the opposite sides of the first foot upper joint 17a and the second foot upper joint 17b, which are suspended from both sides, and the first foot upper joint 17a and the second foot. An upper joint shaft that connects the upper joints 17b and pivotally supports them, 17d is a U-shaped foot lower joint that is connected to the foot parts 12a and 12b via a base that will be described later, and 17e is a lower foot part. A lower joint shaft erected on the opposite side erected on both sides of the joint 17d, 17f is a connecting rotary portion that connects the upper joint shaft 17c and the lower joint shaft 17e orthogonally, and 18 is on the feet 12a and 12b. The fixed joint fixing part, 18a is the lower part of the foot relative to the joint fixing part 18. Hands 17d are joint rotation shaft for rotatably supported.

図4に示すように、ベース部下部継手16cは、ベース部上部継手16aに対して、上部継手軸16bと下部継手軸16dの軸周方向に回動する。これにより、ベース部受動ジョイント14は、直動リンク13a,13bの長手方向に直交する上部継手軸16bと下部継手軸16dの軸周方向に2自由度を有するので、直動リンク13a(13b)の伸縮に追従してこれを妨げることなく円滑に従動して歩行動作を行うことができる。
また、図5に示すように、第1の足部上部継手17a及び第2の足部下部継手17bは、足部下部継手17dに対して、上部継手軸17cと下部継手軸17eの軸周方向に回動する。また、足部下部継手17dは、継手固定部18に対して、継手回動軸18aの軸周方向に回動する。これにより、足部受動ジョイント15は、直動リンク13a,13bの長手方向に直交する上部継手軸17cと下部継手軸17eの軸周方向に2自由度を有すると共に、直動リンク13a,13bの軸方向の継手回動軸18aの軸周方向に1自由度を有するので、直動リンク13a,13bの伸縮に追従してこれを妨げることなく円滑に従動して歩行動作を行うことができる。
As shown in FIG. 4, the base lower joint 16c rotates with respect to the base upper joint 16a in the circumferential direction of the upper joint shaft 16b and the lower joint shaft 16d. As a result, the base passive joint 14 has two degrees of freedom in the circumferential direction of the upper joint shaft 16b and the lower joint shaft 16d perpendicular to the longitudinal direction of the linear motion links 13a and 13b, and therefore the linear motion link 13a (13b). It is possible to follow the expansion and contraction of the body and smoothly follow it without hindering it and perform a walking motion.
Further, as shown in FIG. 5, the first foot upper joint 17a and the second foot lower joint 17b are arranged in the circumferential direction of the upper joint shaft 17c and the lower joint shaft 17e with respect to the foot lower joint 17d. To turn. Further, the foot lower joint 17d rotates with respect to the joint fixing portion 18 in the axial direction of the joint rotation shaft 18a. Thereby, the foot passive joint 15 has two degrees of freedom in the axial circumferential direction of the upper joint shaft 17c and the lower joint shaft 17e orthogonal to the longitudinal direction of the linear motion links 13a and 13b, and the linear motion links 13a and 13b. Since there is one degree of freedom in the axial direction of the joint rotation shaft 18a in the axial direction, it is possible to follow the expansion and contraction of the linear motion links 13a and 13b and smoothly follow it without hindering the walking motion.

各々のパラレルリンク機構部13が、2本の直動リンク13a、13bを1組としてV字形状に配設され、それが3組配設されたスチュワートプラットフォームにより構成されていることにより、安定性及び剛性に優れると共に、動作制御を簡便化することができる。パラレルリンク機構部13のリンクとして直動リンク13a、13bを用いたことにより、各々の直動リンク13a、13bがその軸方向へ伸縮するため互いに干渉することがなく、2足歩行ロボット10を小型化している。
ベース部受動ジョイント14、足部受動ジョイント15はそれぞれユニバーサルジョイント、ボールジョイント、又は2軸の軸継手、或いはこれらと1軸或いは2軸の軸継手を組合せたもの等を用いることができる。なお、ユニバーサルジョイントを用いた場合、ボールジョイントに比べ可動範囲が広くなるため好ましい。
左右の脚部に用いられる各々のパラレルリンク機構部13は、ベース部11の両側に互いに対称に配設し、パラレルリンク機構部13に用いられる直動リンク13a、13bも、それぞれ左右の脚部で同様に対称に配設した。
Each parallel link mechanism 13 is arranged in a V shape with two linear motion links 13a and 13b as one set, and is constituted by a Stewart platform in which three sets are provided. In addition to being excellent in rigidity, it is possible to simplify the operation control. By using the linear motion links 13a and 13b as the links of the parallel link mechanism section 13, the linear motion links 13a and 13b expand and contract in the axial direction so that they do not interfere with each other. It has become.
As the base passive joint 14 and the foot passive joint 15, a universal joint, a ball joint, a biaxial joint, or a combination of these and a monoaxial or biaxial joint can be used. In addition, when a universal joint is used, since a movable range becomes wide compared with a ball joint, it is preferable.
The parallel link mechanism portions 13 used for the left and right legs are arranged symmetrically on both sides of the base portion 11, and the linear motion links 13a and 13b used for the parallel link mechanism portion 13 are also respectively left and right leg portions. Similarly, they were arranged symmetrically.

以上のように構成された本発明の実施の形態1における多点接地型足部支持機構を備えた2足歩行ロボットの制御構造について、図面を用いて説明する。
図6は本発明の実施の形態1における多点接地型足部支持機構を備えた2足歩行ロボットの歩行状態を示す足部の拡大側面図である。
図6中、20aは接地面20の凹部である。
左右の足部12a、12bにそれぞれ多点接地型足部支持機構1を備えた2足歩行ロボット10は、左右の足部12a、12bそれぞれについて、多点接地型足部支持機構1の全ての可動爪部4の移動量を移動量検出センサ部5(図1参照)で検出し、その移動量に基づいてロック機構6により全ての可動爪部4の運動を制動する。
The control structure of the biped walking robot provided with the multipoint grounding type foot support mechanism in Embodiment 1 of the present invention configured as described above will be described with reference to the drawings.
FIG. 6 is an enlarged side view of the foot portion showing a walking state of the biped walking robot provided with the multipoint grounding type foot support mechanism in Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 6, 20 a is a concave portion of the ground plane 20.
The biped walking robot 10 provided with the multipoint grounding type foot support mechanism 1 on each of the left and right foot portions 12a and 12b has the same structure as that of the multipoint grounding type foot support mechanism 1 for each of the left and right foot portions 12a and 12b. The movement amount of the movable claw portion 4 is detected by a movement amount detection sensor portion 5 (see FIG. 1), and the movement of all the movable claw portions 4 is braked by the lock mechanism 6 based on the movement amount.

各々の可動爪部4は接地面20の凹凸にならって上方に摺動するが、凹部20aを有する接地面20上を歩行する場合、まず、一方の足部12aの1つの可動爪部4が接地面20の基準面(表面)に接地し、続いて他の可動爪部4が凹部20aに接地することになるが、従来のように全ての可動爪部4が接地した段階で全ての可動爪部4にロックをかけると、凹部20aの深さによってロックのタイミングが変化してしまい、足部の高さがまちまちになってしまう。そこで、全ての可動爪部4が接地してもロックをかけずに、移動量検出センサ部5が一方の足部12aの全ての可動爪部4の内のいずれか1つの可動爪部4の移動量が設定値Lに達したことを検出した時に、ロック機構6が全ての可動爪部4の運動を制動する構造とする。これにより、基準面である接地面20の表面に接地した可動爪部4(図6の右側)の移動量が設定値Lに達した時点で全ての可動爪部4をロックすることができるので、予め設定した基準位置(高さ)に足部12aの高さを維持することができ、凹部20aを有する接地面20においても安定した歩行を行うことができる。   Each movable claw portion 4 slides upward along the unevenness of the ground surface 20, but when walking on the ground surface 20 having the recess 20a, first, one movable claw portion 4 of one foot portion 12a The grounding surface 20 is grounded to the reference surface (surface), and then the other movable claw portion 4 is grounded to the concave portion 20a. However, when all the movable claw portions 4 are grounded as in the prior art, all the movable claw portions 4 are grounded. If the nail | claw part 4 is locked, the timing of a lock will change with the depth of the recessed part 20a, and the height of a leg part will vary. Therefore, even if all the movable claws 4 are grounded, the movement amount detection sensor unit 5 does not lock, and any one of the movable claws 4 out of all the movable claws 4 of the one foot 12a does not lock. When it is detected that the amount of movement has reached the set value L, the lock mechanism 6 is configured to brake the movement of all the movable claws 4. As a result, all the movable claw portions 4 can be locked when the amount of movement of the movable claw portion 4 (right side in FIG. 6) grounded to the surface of the ground contact surface 20 as the reference surface reaches the set value L. The height of the foot 12a can be maintained at a preset reference position (height), and stable walking can be performed even on the ground contact surface 20 having the recess 20a.

以上のように実施の形態1における多点接地型足部支持機構によれば、以下の作用を有する。
(1)歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部2の底面2dより下方に下端部が突出して配設され、接地時にそれぞれ独立して上方に移動する摺動自在に保持された4つの可動爪部4を有することにより、回動型の足底支持部に比べてストロークが長く、凹凸に対する自由度を向上させることができ、横滑りや凸部からの滑落などを確実に防止することができ、歩行ロボットの歩行動作の安定性に優れる。
(2)基部2に摺動自在に保持された各々の可動爪部4が、受動的に接地面20の凹凸にならって足底(基部2の底面2d)からの突出量が減少する方向に移動する(上方に摺動する)ので、移動量検出センサ部5で検出した可動爪部4の移動量に基づいて、ロック機構6により全ての可動爪部4の運動を制動することにより、足底に平坦な接地面20と同等の広さの仮想的な支持多角形(四角形)を形成して多点支持することができ、歩行ロボットの脚部を確実に支持することができ、転倒を回避することができる。
(3)各々の可動爪部4の移動量を検出する移動量検出センサ部5を有することにより、確実に可動爪部4の接地を確認することができ、ロック機構6によって可動爪部4の運動を確実に制動することができるので、接地時における足底の基部2を常に略水平に保持することができ、これに伴って歩行ロボットの胴体や腰の位置や姿勢を設定した通りに制御することができ、歩行動作の安定性に優れる。
(4)可動爪部4が基部2に摺動自在に保持されているので、可動爪部4の下端部が路面等の接地面20に接地した際(立脚時)に、接地面20の凹凸によらず、各々の可動爪部4を容易かつ確実に足底の上方に摺動させることができ、足底が接地面20の凸部から滑落することがなく、ロック機構6により全ての可動爪部4の運動を確実に制動することができ、足底に確実に平坦な接地面20と同等の広さの支持多角形を形成することができ、支持安定性に優れる。
(5)足底支持部3が基部2に配設されているので、足底支持部3と基部2を一体的に取り扱うことができ、既存の歩行ロボットの脚部の足底に容易に取り付けて歩行動作の安定性を向上させることができ、組み立て作業性、汎用性に優れる。
(6)4つの可動爪部4を有することにより、足底に確実に平坦な接地面20と同等の広さの支持多角形を形成して多点支持することができるので、歩行ロボットの脚部を安定して支持することができ、特に2足歩行ロボットに対し好適に用いることができる。
(7)足底支持部3の可動爪部4が上下方向に摺動する摺動型であることにより、接地時に可動爪部4の先端部で横滑りが発生しないため、可動爪部4の先端接触部4dの材質として摩擦係数の大きい摩擦材を使用して、立脚側の可動爪部4と接地面20との間で十分な摩擦力を得ることができ,歩行中に遊脚側の脚部の慣性力によって歩行ロボットがヨー軸周りに回転することがなく、安定した歩行を実現することができ信頼性に優れる。
(8)移動量検出センサ部5が全ての可動爪部4の内のいずれか1つの可動爪部4の移動量が設定値に達したことを検出した時に、ロック機構6が全ての可動爪部4の運動を制動することにより、凹路面を歩行する際に、全ての可動爪部4が接地し、基準面(接地面20の表面)に接地した可動爪部4の移動量が設定値に達した時点で全ての可動爪部4をロックすることにより、基準位置(高さ)より高い位置で可動爪部4がロックされることがなく、予め設定した基準位置(高さ)に足底を維持して安定した歩行を行うことができ、凹路面での歩行の信頼性に優れる。
(9)各々の可動爪部4が、上端側から下方に向かって拡開して形成された傾斜面4cを有し、ロック機構6が、各々の可動爪部4の傾斜面4cに当接する楕円弧状の接触面7aを有するカム7と、カム7を垂直面内で回動させるアクチュエータ6aと、を備えているので、ロック機構6のアクチュエータ6aによりカム7を回動させるだけで、カム7の接触面7aを可動爪部4の傾斜面4cに当接させて確実に可動爪部4の上方への移動を防止することができ、可動爪部4による多点支持を行なって脚部を安定して支持することができる。
(10)可動爪部4の傾斜面4cが上端側から下方に向かって拡開して形成され、カム7の接触面7aが楕円弧状に形成されているので、可動爪部4の移動量に応じて、カム7の回転角を変化させることにより、可動爪部4の傾斜面4cにカム7の接触面7aを確実に当接させることができ、ロック機構6の動作安定性に優れる。
(11)アクチュエータ6aがカム7を垂直面内で回動させるように配置することにより、ロック機構6の設置スペースを狭くすることができ、省スペ−ス性に優れ、多点接地型足部支持機構1の小型軽量化を図ることができる。
As described above, the multipoint grounding type foot support mechanism according to Embodiment 1 has the following operations.
(1) The lower end protrudes below the bottom surface 2d of the base 2 provided on the sole of the leg of the walking robot, and is held slidably so as to move independently independently at the time of ground contact. By having the four movable claws 4, the stroke is longer than that of the rotation type sole support portion, the degree of freedom with respect to the unevenness can be improved, and side slipping and slipping from the convex portion are surely prevented. The walking robot has excellent stability in walking motion.
(2) Each movable claw portion 4 slidably held on the base portion 2 passively follows the unevenness of the ground surface 20 in a direction in which the amount of protrusion from the sole (the bottom surface 2d of the base portion 2) decreases. Since it moves (slides upward), the movement of all the movable claw parts 4 is braked by the lock mechanism 6 based on the movement amount of the movable claw part 4 detected by the movement amount detection sensor part 5, thereby A virtual support polygon (quadrangle) with the same area as the flat ground contact surface 20 can be formed on the bottom to support multiple points, so that the legs of the walking robot can be reliably supported, It can be avoided.
(3) By having the movement amount detection sensor unit 5 that detects the movement amount of each movable claw portion 4, the grounding of the movable claw portion 4 can be confirmed reliably, and the lock mechanism 6 Since the movement can be reliably braked, the base 2 of the sole at the time of grounding can be held substantially horizontally at the same time, and the position and posture of the torso and waist of the walking robot are controlled accordingly. It is excellent in stability of walking motion.
(4) Since the movable claw portion 4 is slidably held on the base portion 2, when the lower end portion of the movable claw portion 4 contacts the ground surface 20 such as a road surface (when standing), the unevenness of the ground surface 20 Regardless of this, each movable claw portion 4 can be easily and surely slid above the sole, and the sole does not slide off the convex portion of the grounding surface 20, and all the movable claw portions 4 can be moved by the lock mechanism 6. The movement of the claw portion 4 can be reliably braked, and a support polygon having the same area as the flat ground contact surface 20 can be reliably formed on the sole, and the support stability is excellent.
(5) Since the sole support portion 3 is disposed on the base portion 2, the sole support portion 3 and the base portion 2 can be handled integrally, and can be easily attached to the bottom of the leg portion of an existing walking robot. The stability of walking motion can be improved, and the assembly workability and versatility are excellent.
(6) By having the four movable claws 4, it is possible to form a support polygon having the same area as the flat ground contact surface 20 on the sole of the foot and to support the multipoint, so that the leg of the walking robot It is possible to support the part stably, and it can be preferably used particularly for a biped robot.
(7) Since the movable claw portion 4 of the sole support portion 3 is a sliding type that slides in the vertical direction, no side slip occurs at the distal end portion of the movable claw portion 4 at the time of ground contact. By using a friction material having a large friction coefficient as the material of the contact portion 4d, a sufficient frictional force can be obtained between the movable claw portion 4 on the standing leg side and the ground contact surface 20, and the leg on the free leg side during walking. The walking robot does not rotate around the yaw axis due to the inertial force of the part, so that stable walking can be realized and the reliability is excellent.
(8) When the movement amount detection sensor unit 5 detects that the movement amount of any one of the movable claws 4 has reached the set value, the lock mechanism 6 detects all the movable claws. By braking the movement of the portion 4, when moving on the concave road surface, all the movable claw portions 4 are grounded, and the moving amount of the movable claw portion 4 that is grounded to the reference surface (the surface of the ground surface 20) is a set value. By locking all the movable claw portions 4 when reaching the position, the movable claw portion 4 is not locked at a position higher than the reference position (height), and the foot is set at a preset reference position (height). The bottom can be maintained and stable walking can be performed, and the walking reliability on the concave road surface is excellent.
(9) Each movable claw portion 4 has an inclined surface 4c formed to expand downward from the upper end side, and the lock mechanism 6 contacts the inclined surface 4c of each movable claw portion 4. Since the cam 7 having the elliptical arc-shaped contact surface 7a and the actuator 6a for rotating the cam 7 in the vertical plane are provided, the cam 7 is simply rotated by the actuator 6a of the lock mechanism 6. The contact surface 7a is brought into contact with the inclined surface 4c of the movable claw portion 4 so that the movable claw portion 4 can be prevented from moving upward. It can be supported stably.
(10) The inclined surface 4c of the movable claw portion 4 is formed so as to expand downward from the upper end side, and the contact surface 7a of the cam 7 is formed in an elliptical arc shape. Accordingly, by changing the rotation angle of the cam 7, the contact surface 7 a of the cam 7 can be surely brought into contact with the inclined surface 4 c of the movable claw portion 4, and the operation stability of the lock mechanism 6 is excellent.
(11) By disposing the actuator 6a so that the cam 7 rotates in the vertical plane, the installation space of the lock mechanism 6 can be reduced, the space saving property is excellent, and the multipoint grounding type foot portion is provided. The support mechanism 1 can be reduced in size and weight.

実施の形態1における多点接地型足部支持機構を備えた2足歩行ロボットの脚部によれば、以下の作用を有する。
(1)左右の足部12a,12bの足底にそれぞれ多点接地型足部支持機構1が配設されているので、左右の足部12a,12bの内、歩行時に接地した足部12a(12b)の多点接地型足部支持機構1により、凹凸や段差等がある複雑な接地面20においても、足底に平坦な接地面20と同等の広さの仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、2足歩行ロボットの脚部10を確実に支持することができ、転倒を回避して安定した歩行を継続することができる。
(2)2足歩行ロボットのZMP制御を行う場合、通常、接地面は水平な平坦面であると仮定し、ZMPが支持多角形内に存在するように歩行パターンを設定するため、従来の剛体平板の足底では、接地面20の傾斜面や凹凸を踏んだ場合は2足歩行ロボットが認識する支持多角形と実際の支持多角形とが大きく異なってしまい、歩行が不安定になって最終的には転倒してしまうが、各々の足底支持部3の可動爪部4が受動的に接地面20にならって接地することにより、接地面20に凹凸があっても2足歩行ロボットが認識する支持多角形と実際の支持多角形とを常に略一致させることができるので、設定した歩行パターン通りの安定した歩行を行うことができる。
The legs of the biped walking robot provided with the multipoint grounding type foot support mechanism in Embodiment 1 have the following actions.
(1) Since the multipoint grounding type foot support mechanism 1 is disposed on the soles of the left and right foot portions 12a and 12b, the foot portion 12a (left and right foot portions 12a and 12b) that are grounded during walking 12b), the multipoint grounding type foot support mechanism 1 forms a virtual support polygon having the same area as the flat grounding surface 20 on the sole even in a complicated grounding surface 20 with unevenness and steps. Thus, it is possible to support multiple points, to reliably support the leg portion 10 of the biped robot, and to avoid a fall and continue stable walking.
(2) When performing ZMP control of a biped robot, the ground contact surface is usually assumed to be a horizontal flat surface, and the walking pattern is set so that the ZMP exists within the support polygon. In the flat sole, if the inclined surface or unevenness of the ground contact surface 20 is stepped on, the support polygon recognized by the biped robot will be greatly different from the actual support polygon, and the walking will become unstable and the final will be However, if the movable claw part 4 of each sole support part 3 is passively grounded along the grounding surface 20, the bipedal walking robot can be moved even if the grounding surface 20 is uneven. Since the support polygon to be recognized and the actual support polygon can always be substantially matched, stable walking according to the set walking pattern can be performed.

実施の形態1における2足歩行ロボットの脚部の制御構造によれば、以下の作用を有する。
(1)左右の足部12a,12bのそれぞれについて、多点接地型足部支持機構1の各々の可動爪部4の移動量を移動量検出センサ部5で検出し、その移動量に基づいてロック機構6により全ての可動爪部4の運動を制動し、接地した足部12a,12bの足底に仮想的な支持多角形を形成して多点支持するので、歩行動作の安定性を向上させることができ、2足歩行ロボットの転倒を防止することができる。
According to the control structure of the legs of the biped robot in the first embodiment, the following actions are provided.
(1) For each of the left and right foot portions 12a and 12b, the movement amount of each movable claw portion 4 of the multipoint grounding type foot portion support mechanism 1 is detected by the movement amount detection sensor portion 5, and based on the movement amount. The movement of all the movable claws 4 is braked by the lock mechanism 6 and a virtual support polygon is formed on the soles of the grounded feet 12a and 12b to support the multipoint, thereby improving the stability of walking motion. It is possible to prevent the biped robot from falling over.

(実施の形態2)
本発明の実施の形態2における多点接地型足部支持機構について、以下図面を用いて説明する。尚、実施の形態1と同様のものには同一の符号を付して説明を省略する。
図7は本発明の実施の形態2における多点接地型足部支持機構を示す斜視図である。
図7において、実施の形態2の多点接地型足部支持機構1Aが実施の形態1と異なるのは、足底支持部3Aが、基部2の底面2dより下方に下端部が突出して固設された3つの固定爪部4Aと、固定爪部4Aより下方に突出し接地時に上方に移動する摺動自在に保持された1つの可動爪部4を有する点である。
(Embodiment 2)
A multipoint grounding type foot support mechanism according to Embodiment 2 of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the thing similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.
FIG. 7 is a perspective view showing a multipoint grounding type foot support mechanism according to Embodiment 2 of the present invention.
In FIG. 7, the multipoint grounding type foot support mechanism 1A of the second embodiment is different from that of the first embodiment in that the bottom support 3A is fixed with the lower end protruding below the bottom 2d of the base 2. The three fixed claw portions 4A and one movable claw portion 4 that protrudes downward from the fixed claw portion 4A and moves upward at the time of grounding are slidably held.

次に、固定爪部の詳細について説明する。
図8は足底支持部の固定爪部の接地センサ部を示す要部断面側面図である。
図8中、5Aは固定爪部4Aの接地を検出する多点接地型足部支持機構1Aの接地センサ部である。
接地センサ5Aとしては、固定爪部4Aの接地側の端部に配設し、固定爪部4Aと接地面20との接地を検出するものであればよい。
本実施の形態では、接地センサ5Aの接地部として、センサ表面に突設されたピンが直接、接地面20に当接してスイッチングを行う押しボタン形のものを用いたが、これに限定されるものではなく、例えばセンサ表面に一端が回動自在に支持された板ばねの他端が、接地面に当接して揺動することによりセンサ表面の接点に接触してスイッチングを行うヒンジレバー形のもの等を用いることができる。
Next, the detail of a fixed nail | claw part is demonstrated.
FIG. 8 is a cross-sectional side view of an essential part showing a grounding sensor part of a fixed claw part of a sole support part.
In FIG. 8, 5A is a grounding sensor portion of the multipoint grounding type foot support mechanism 1A that detects the grounding of the fixed claw portion 4A.
As the ground sensor 5A, any sensor may be used as long as it is disposed at the end of the fixed claw portion 4A on the ground side and detects the ground between the fixed claw portion 4A and the ground plane 20.
In the present embodiment, as the grounding portion of the grounding sensor 5A, a push button type in which a pin protruding from the sensor surface directly contacts the grounding surface 20 to perform switching is used. However, the present invention is not limited to this. For example, a hinge lever type that performs switching by contacting the contact on the sensor surface by swinging the other end of the leaf spring supported on the sensor surface with one end pivotably contacting the ground surface. A thing etc. can be used.

以上のように構成された本発明の実施の形態2における多点接地型足部支持機構の動作に基づいて、実施の形態2における多点接地型足部支持機構を備えた2足歩行ロボットの制御構造について、図面を用いて説明する。
図9は本発明の実施の形態2における多点接地型足部支持機構を備えた2足歩行ロボットの歩行状態を示す足部の拡大側面図である。尚、実施の形態2における多点接地型足部支持機構を備えた2足歩行ロボットの脚部については、実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。
図9中、20bは接地面20の凸部である。
Based on the operation of the multipoint grounding type foot support mechanism in the second embodiment of the present invention configured as described above, the biped walking robot provided with the multipoint grounding type foot support mechanism in the second embodiment. The control structure will be described with reference to the drawings.
FIG. 9 is an enlarged side view of the foot showing a walking state of the biped walking robot provided with the multipoint grounding type foot support mechanism in the second embodiment of the present invention. In addition, since the leg part of the biped walking robot provided with the multipoint grounding type foot part supporting mechanism in the second embodiment is the same as that in the first embodiment, the description thereof is omitted.
In FIG. 9, 20 b is a convex portion of the ground plane 20.

まず、図7においては、足底支持部3Aが平坦な接地面に接地している状態を示しているが、実施の形態1で説明したように、可動爪部4は、遊脚時に自重若しくは圧縮ばねなどの付勢手段等により下方に摺動して最大長となり、可動爪部4の下端は固定爪部4Aの下端より下方に突出している。これにより、接地面20の凹凸によらず、固定爪部4Aよりも先に可動爪部4が接地させることができる。
凸部20bを有する接地面20上を歩行する場合、一方の足部12aの基部2が遊脚状態から下降すると、図9に示すように、まず、可動爪部4の先端接触部4dが接地面20の凸部20bに接触する。さらに基部2が下降すると、可動爪部4が上方に移動し、固定爪部4Aが接地面20に接地する。固定爪部4Aの接地が接地センサ部5A(図8参照)によって検出され、接地センサ部5Aからの信号は図示しない配線を通って制御部(図示せず)へ送られる。
接地センサ部5Aからの接地の信号を受取った制御部は、ロック機構6に可動爪部4の運動を制動してその状態を保持するように指示する。
尚、ロック機構6の動作は実施の形態1と同様なので説明を省略する。
固定爪部4Aの接地センサ部5Aで可動爪部4の運動を制動することにより、足底の4点接地が略矩形状の支持多角形を形成し、確実に脚部を多点支持することができる。
First, FIG. 7 shows a state in which the sole support portion 3A is in contact with a flat ground surface, but as described in the first embodiment, the movable claw portion 4 has its own weight or The maximum length is slid downward by an urging means such as a compression spring, and the lower end of the movable claw portion 4 protrudes downward from the lower end of the fixed claw portion 4A. Accordingly, the movable claw portion 4 can be grounded before the fixed claw portion 4A regardless of the unevenness of the ground surface 20.
When walking on the ground contact surface 20 having the convex part 20b, when the base part 2 of one foot part 12a is lowered from the free leg state, first, as shown in FIG. 9, the tip contact part 4d of the movable claw part 4 comes into contact. The convex part 20b of the ground 20 is contacted. When the base portion 2 is further lowered, the movable claw portion 4 is moved upward, and the fixed claw portion 4A is grounded to the ground plane 20. The grounding of the fixed claw part 4A is detected by the grounding sensor part 5A (see FIG. 8), and a signal from the grounding sensor part 5A is sent to a control part (not shown) through a wiring (not shown).
The control unit that receives the grounding signal from the grounding sensor unit 5A instructs the lock mechanism 6 to brake the movement of the movable claw unit 4 and maintain the state.
Since the operation of the lock mechanism 6 is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
By braking the movement of the movable claw part 4 with the grounding sensor part 5A of the fixed claw part 4A, the four-point grounding of the sole forms a substantially rectangular support polygon, and the legs are reliably supported at multiple points. Can do.

本実施の形態では、多点接地型足部支持機構1Aが1つの可動爪部4と3つの固定爪部4Aを有する場合について説明したが、可動爪部4及び固定爪部4Aの数や配置などの組合せは、接地面20の凹凸の状況などによって、適宜、選択することができる。可動爪部4の数を減らすことにより、多点接地型足部支持機構1Aの構造や制御を簡素化することができ、故障や動作不良が発生し難く、取り扱い性、信頼性に優れる。特に、WO2007/032120に開示されているような凹凸にならって歩行する2足歩行ロボット装置の制御方法と、この多点接地型足部支持機構1Aを併用した場合、少ない可動爪部4で凹凸のある接地面20への適応性を向上させることができ、汎用性、量産性に優れる。   In the present embodiment, the case where the multipoint grounding type foot support mechanism 1A has one movable claw portion 4 and three fixed claw portions 4A has been described. However, the number and arrangement of the movable claw portions 4 and the fixed claw portions 4A are described. Such a combination can be appropriately selected depending on the unevenness of the ground surface 20. By reducing the number of movable claws 4, the structure and control of the multipoint grounding type foot support mechanism 1 </ b> A can be simplified, failure or malfunction is unlikely to occur, and handling and reliability are excellent. In particular, when the control method of the biped walking robot device that walks along unevenness as disclosed in WO2007 / 032120 and this multipoint grounding type foot support mechanism 1A are used in combination, the unevenness is reduced with a small number of movable claws 4. The adaptability to the ground contact surface 20 can be improved, and the versatility and mass productivity are excellent.

以上のように実施の形態2における多点接地型足部支持機構によれば、以下の作用を有する。
(1)歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部2の底面2dより下方に下端部が突出して固設された3つの固定爪部4Aと、固定爪部4Aより下方に突出し接地時に上方に移動する摺動自在に保持された1つの可動爪部4とを有することにより、固定爪部4Aと可動爪部4の組合せで足底に支持多角形を形成して多点支持することができ、多様な接地面20に対応して、歩行ロボットの脚部を確実に支持することができ、転倒を回避することができる。
(2)基部2に摺動自在に保持された可動爪部4の下端が、固定爪部4Aの下端より下方に突出していることにより、固定爪部4Aよりも先に可動爪部4が接地するので、接地センサ部5Aで固定爪部4Aの接地を検出した時に、ロック機構6により可動爪部4の運動を確実に制動することができ、固定爪部4Aと共に足底に確実に平坦な接地面20と同等の広さの支持多角形を形成することができ、支持安定性に優れる。
(3)足底支持部3Aが基部2に配設されているので、足底支持部3Aと基部2を一体的に取り扱うことができ、既存の歩行ロボットの脚部の足底に容易に取り付けて歩行動作の安定性を向上させることができ、組み立て作業性、汎用性に優れる。
(4)3つの固定爪部4Aと1つの可動爪部4を合わせた4つの爪部を有することにより、足底に確実に平坦な接地面20と同等の広さの支持多角形を形成して多点支持することができるので、歩行ロボットの脚部を安定して支持することができ、特に2足歩行ロボットに対し好適に用いることができる。
(5)足底支持部3Aの可動爪部4が上下方向に摺動する摺動型であることにより、接地時に可動爪部4の先端部で横滑りが発生しないため、可動爪部4の先端部の材質として摩擦係数の大きい摩擦材を使用して、立脚側の足底支持部3Aで十分な摩擦力を得ることができ、歩行中に遊脚側の脚部の慣性力によって歩行ロボットがヨー軸周りに回転することがなく、安定した歩行を実現することができる。
(6)可動爪部4より原理的に剛性と信頼性に優れる固定爪部4Aを組合せることにより、可動爪部4の数を減らすことができ、支持安定性に優れる多点接地型足部支持機構1Aを高い剛性で実現でき、故障や動作不良が発生し難く、取り扱い性、信頼性、支持安定性に優れる.
As described above, the multipoint grounding type foot support mechanism according to Embodiment 2 has the following operations.
(1) Three fixed claw portions 4A fixed at the lower end projecting below the bottom surface 2d of the base 2 disposed on the sole of the leg of the walking robot, and grounded by projecting downward from the fixed claw 4A By having one movable claw portion 4 that is slidably held that sometimes moves upward, a combination of the fixed claw portion 4A and the movable claw portion 4 forms a support polygon on the sole and supports it at multiple points. Therefore, it is possible to reliably support the leg portion of the walking robot corresponding to various ground contact surfaces 20, and to avoid a fall.
(2) Since the lower end of the movable claw portion 4 slidably held on the base portion 2 protrudes downward from the lower end of the fixed claw portion 4A, the movable claw portion 4 is grounded before the fixed claw portion 4A. Therefore, when the grounding sensor portion 5A detects the grounding of the fixed claw portion 4A, the movement of the movable claw portion 4 can be surely braked by the lock mechanism 6, and the sole is surely flat with the fixed claw portion 4A. A support polygon having the same area as the ground contact surface 20 can be formed, and the support stability is excellent.
(3) Since the sole support portion 3A is disposed on the base portion 2, the sole support portion 3A and the base portion 2 can be handled integrally, and can be easily attached to the bottom of the leg portion of an existing walking robot. The stability of walking motion can be improved, and the assembly workability and versatility are excellent.
(4) By having four claw portions that are a combination of three fixed claw portions 4A and one movable claw portion 4, a support polygon having a width equivalent to that of the flat ground contact surface 20 is surely formed on the sole. Therefore, the leg portion of the walking robot can be stably supported, and can be preferably used particularly for a biped walking robot.
(5) Since the movable claw portion 4 of the sole support portion 3A is a sliding type that slides in the vertical direction, no side slip occurs at the distal end portion of the movable claw portion 4 at the time of ground contact. By using a friction material having a large friction coefficient as the material of the part, a sufficient frictional force can be obtained at the foot support part 3A on the stance side, and the walking robot can be moved by the inertial force of the leg part on the free leg side during walking. Stable walking can be realized without rotating around the yaw axis.
(6) By combining the fixed claw portion 4A, which in principle is more rigid and reliable than the movable claw portion 4, the number of the movable claw portions 4 can be reduced, and the multipoint grounding type foot portion having excellent support stability The support mechanism 1A can be realized with high rigidity, failure and malfunction are unlikely to occur, and the handling, reliability, and support stability are excellent.

実施の形態2における多点接地型足部支持機構を備えた2足歩行ロボットの脚部によれば、実施の形態1と同様の作用を有する。   According to the leg portion of the biped walking robot provided with the multipoint grounding type foot support mechanism in the second embodiment, the same action as in the first embodiment is obtained.

実施の形態2における2足歩行ロボットの脚部の制御構造によれば、以下の作用を有する。
(1)左右の足部12a,12bのそれぞれについて、多点接地型足部支持機構1Aの固定爪部4Aの接地を接地センサ部5Aで検出し、固定爪部4Aの接地に基づいてロック機構6により可動爪部4の運動を制動することにより、接地した足部12a,12bの足底に仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、歩行動作の安定性を向上させることができ、2足歩行ロボットの転倒を防止することができる。
According to the control structure of the leg portion of the biped robot in the second embodiment, the following operation is provided.
(1) For each of the left and right foot portions 12a, 12b, the grounding of the fixed claw portion 4A of the multipoint grounding type foot support mechanism 1A is detected by the grounding sensor portion 5A, and the lock mechanism is based on the grounding of the fixed claw portion 4A. 6, the movement of the movable claw portion 4 is braked so that a virtual support polygon can be formed on the soles of the grounded foot portions 12a and 12b to support multiple points, thereby improving the stability of walking motion. It is possible to prevent the biped robot from falling over.

本発明は、既存の2足歩行ロボット等の脚部の足底に容易に取付けることができ、足底支持部の可動爪部が受動的に路面等の接地面の凹凸にならって確実に摺動することができ、固定爪部の接地や可動爪部の移動量を検出して足底支持部の運動を制動することにより、段差等がある接地面においても、速やか、かつ、確実に足底を多点支持することができ、転倒を回避することができる信頼性に優れる多点接地型足部支持機構の提供、及び凹凸や段差等がある複雑な地形においても、安定した姿勢を維持して活動することができる歩行動作の安定性、汎用性に優れる多点接地型足部支持機構を備えた2足歩行ロボットの脚部の提供、並びにその制御構造の提供を行うことができ、特に、車輪移動式のロボットで侵入できない凹凸の激しい場所や多脚のロボットに必要な広い支持基底面を確保できない場所で歩行を行う2足歩行ロボットの普及を図ることができる。   The present invention can be easily attached to the sole of the leg of an existing bipedal walking robot or the like, and the movable claw part of the sole support part is slid reliably following the unevenness of the ground contact surface such as the road surface. By detecting the grounding of the fixed claw part and the amount of movement of the movable claw part and braking the movement of the sole support part, it is possible to quickly and reliably Providing a highly reliable multipoint grounding type foot support mechanism that can support the bottom with multiple points and avoid falling, and maintain a stable posture even on complex terrain with unevenness and steps Can provide a leg of a biped robot equipped with a multipoint grounding type foot support mechanism that is excellent in stability and versatility of walking motion, and a control structure thereof, Especially in places with uneven surfaces that cannot be invaded by a wheeled robot It is possible to spread the bipedal walking robot that performs walking in places that can not secure a large supporting base face required for multi-legged robot.

本発明の実施の形態1における多点接地型足部支持機構を示す斜視図The perspective view which shows the multipoint grounding type foot | leg part support mechanism in Embodiment 1 of this invention. (a)足底支持部及びロック機構を示す要部断面側面図(b)足底支持部の制動状態を示す要部断面側面図(A) Main part cross-sectional side view showing sole support part and lock mechanism (b) Main part cross-sectional side view showing braking state of sole support part 本発明の実施の形態1における多点接地型足部支持機構を備えた2足歩行ロボットを示す斜視図The perspective view which shows the biped walking robot provided with the multipoint grounding type foot | leg part support mechanism in Embodiment 1 of this invention. ベース部受動ジョイントの要部斜視図Perspective view of the main part of the base passive joint 足部受動ジョイントの要部斜視図Perspective view of essential parts of passive foot joint 本発明の実施の形態1における多点接地型足部支持機構を備えた2足歩行ロボットの歩行状態を示す足部の拡大側面図FIG. 1 is an enlarged side view of a foot showing a walking state of a biped walking robot provided with a multipoint grounding type foot support mechanism in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態2における多点接地型足部支持機構を示す斜視図The perspective view which shows the multipoint grounding type foot | leg part support mechanism in Embodiment 2 of this invention. 足底支持部の固定爪部の接地センサ部を示す要部断面側面図Cross-sectional side view of the main part showing the grounding sensor part of the fixed claw part of the sole support part 本発明の実施の形態2における多点接地型足部支持機構を備えた2足歩行ロボットの歩行状態を示す足部の拡大側面図An enlarged side view of a foot showing a walking state of a biped walking robot provided with a multipoint grounding type foot support mechanism in Embodiment 2 of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1,1A 多点接地型足部支持機構
2 基部
2a 力覚センサ固定部
2b 位置決め孔
2c ボルト挿通孔
2d 底面
2e リブ
3 足底支持部
3A 適応接地型爪部
3a アタッチメント部
3b 摺動支持部
4 可動爪部
4A 固定爪部
4a 摺動部
4b 当接部
4c 傾斜面
4d 先端接触部
4e,4f ストッパー部
4g ワイヤー固定部
5 移動量検出センサ部
5A 接地センサ部
5a ワイヤー式リニアエンコーダ本体
5b ワイヤー
5c 挿通部
6 ロック機構
6a アクチュエータ
6b 回動軸
7 カム
7a 接触面
8 適応接地型爪部
10 2足歩行ロボット
11 ベース部
12a、12b 足部
13 パラレルリンク機構部
13a、13b 直動リンク
14 ベース部受動ジョイント
15 足部受動ジョイント
16a ベース部上部継手
16b 上部継手軸
16c ベース部下部継手
16d 下部継手軸
16e 連結回動部
17a 第1の足部上部継手
17b 第2の足部上部継手
17c 上部継手軸
17d 足部下部継手
17e 下部継手軸
17f 連結回動部
18 継手固定部
18a 継手回動軸
20 接地面
20a 凹部
20b 凸部
1, 1A Multi-point grounding type foot support mechanism 2 Base 2a Force sensor fixing part 2b Positioning hole 2c Bolt insertion hole 2d Bottom 2e Rib 3 Foot support part 3A Adaptive grounding claw part 3a Attachment part 3b Sliding support part 4 Movable claw part 4A Fixed claw part 4a Sliding part 4b Abutting part 4c Inclined surface 4d Tip contact part 4e, 4f Stopper part 4g Wire fixing part 5 Movement amount detection sensor part 5A Grounding sensor part 5a Wire type linear encoder body 5b Wire 5c Insertion part 6 Lock mechanism 6a Actuator 6b Rotating shaft 7 Cam 7a Contact surface 8 Adaptive grounding claw part 10 Biped walking robot 11 Base part 12a, 12b Leg part 13 Parallel link mechanism part 13a, 13b Direct link 14 Base part passive Joint 15 Foot passive joint 16a Upper joint of base part 16b Upper part Hand shaft 16c Lower joint shaft 16d Lower joint shaft 16e Connection rotation portion 17a First foot upper joint 17b Second foot upper joint 17c Upper joint shaft 17d Foot lower joint 17e Lower joint shaft 17f Connection rotation portion 18 Joint fixing part 18a Joint rotating shaft 20 Grounding surface 20a Concave part 20b Convex part

Claims (7)

歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部と、前記基部を多点支持する足底支持部と、を備えた多点接地型足部支持機構であって、
前記足底支持部が、前記基部の底面より下方に下端部が突出して配設され接地時にそれぞれ独立して上方に移動する摺動自在に保持された3以上の可動爪部と、各々の前記可動爪部の移動量を検出する移動量検出センサ部と、前記移動量検出センサ部で検出した前記可動爪部の移動量に基づいて全ての前記可動爪部の運動を制動するロック機構と、を備えたことを特徴とする多点接地型足部支持機構。
A multipoint grounding type foot support mechanism comprising: a base disposed on a sole of a leg of a walking robot; and a sole support that supports the base at multiple points;
The foot support portion is provided with three or more movable claw portions that are slidably held so that the lower end protrudes downward from the bottom surface of the base portion and independently moves upward when touched. A movement amount detection sensor unit that detects a movement amount of the movable claw unit, and a lock mechanism that brakes the movement of all the movable claw units based on the movement amount of the movable claw unit detected by the movement amount detection sensor unit; A multi-point grounding type foot support mechanism.
前記移動量検出センサ部が全ての前記可動爪部の内のいずれか1つの前記可動爪部の移動量が設定値に達したことを検出した時に、前記ロック機構が全ての前記可動爪部の運動を制動することを特徴とする請求項1に記載の多点接地型足部支持機構。 When the movement amount detection sensor unit detects that the movement amount of any one of the movable claws has reached a set value, the lock mechanism detects the movement of all the movable claws. The multipoint grounding type foot support mechanism according to claim 1, wherein the movement is braked. 各々の前記可動爪部が、上端側から下方に向かって拡開して形成された傾斜面を有し、前記ロック機構が、各々の前記可動爪部の前記傾斜面に当接する楕円弧状の接触面を有するカムと、前記カムを垂直面内で回動させるアクチュエータと、を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の多点接地型足部支持機構。 Each of the movable claw portions has an inclined surface formed to expand downward from the upper end side, and the locking mechanism is an elliptical arc contact that abuts on the inclined surface of each of the movable claw portions. The multipoint grounding type foot support mechanism according to claim 1 or 2, further comprising a cam having a surface and an actuator for rotating the cam in a vertical plane. 歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部と、前記基部を多点支持する足底支持部と、を備えた多点接地型足部支持機構であって、
前記足底支持部が、前記基部の底面より下方に下端部が突出して固設された1以上の固定爪部と,前記固定爪部より下方に突出し接地時に上方に移動する摺動自在に保持された1以上の可動爪部と,を含む3以上の爪部と、前記固定爪部の接地を検出する接地センサ部と、前記接地センサ部で前記固定爪部の接地を検出した時に全ての前記可動爪部の運動を制動するロック機構と、を備えたことを特徴とする多点接地型足部支持機構。
A multipoint grounding type foot support mechanism comprising: a base disposed on a sole of a leg of a walking robot; and a sole support that supports the base at multiple points;
The sole support portion is slidably held by one or more fixed claw portions fixed at a lower end projecting downward from the bottom surface of the base portion and projecting downward from the fixed claw portion and moving upward at the time of ground contact Three or more claw parts including one or more movable claw parts, a grounding sensor part for detecting grounding of the fixed claw part, and when the grounding sensor part detects grounding of the fixed claw part, A multipoint grounding type foot support mechanism, comprising: a lock mechanism that brakes the movement of the movable claw portion.
左右の足部と、前記左右の足部の足底にそれぞれ配設された請求項1乃至4の内いずれか1項の多点接地型足部支持機構と、を備えたことを特徴とする2足歩行ロボットの脚部。 The multipoint grounding type foot support mechanism according to any one of claims 1 to 4, wherein the multipoint contact type foot support mechanism is provided on left and right foot portions and on the soles of the left and right foot portions, respectively. Legs of a biped robot. 左右の足部と、前記左右の足部の足底にそれぞれ配設された多点接地型足部支持機構と、を有し、前記多点接地型足部支持機構が前記足底から下端部が突出して配設され接地時にそれぞれ独立して受動的に摺動してその突出量が減少する3以上の可動爪部と、各々の前記可動爪部の移動量を検出する移動量検出センサ部と、各々の前記可動爪部を固定するロック機構と、を備え、前記左右の足部を上下動させて歩行する2足歩行ロボットの制御構造であって、前記左右の足部のそれぞれについて、前記多点接地型足部支持機構の前記移動量検出センサ部で各々の前記可動爪部の移動量を検出し、その移動量に基づいて前記ロック機構により全ての前記可動爪部の運動を制動し、接地した前記足部の前記足底を多点支持することを特徴とする2足歩行ロボットの脚部の制御構造。 Left and right foot portions, and multipoint grounding type foot support mechanisms disposed on the soles of the left and right foot portions, respectively, and the multipoint grounding type foot portion support mechanism extends from the bottom to the bottom. 3 or more movable claw portions that are arranged so as to protrude and are passively slid independently at the time of grounding to reduce the amount of protrusion, and a movement amount detection sensor portion that detects the movement amount of each of the movable claw portions. And a lock mechanism for fixing each of the movable claw portions, and a control structure of a biped robot that walks by moving the left and right foot portions up and down, and for each of the left and right foot portions, The movement detection sensor unit of the multipoint grounding type foot support mechanism detects the movement amount of each of the movable claw parts, and the movement of all the movable claw parts is braked by the lock mechanism based on the movement amount. And the multi-point support of the sole of the grounded foot part 2 Control structure of the legs of a walking robot. 左右の足部と、前記左右の足部の足底にそれぞれ配設された多点接地型足部支持機構と、を有し、前記多点接地型足部支持機構が前記足底から下端部が突出して固設された1以上の固定爪部と,前記固定爪部より下方に突出し接地時に受動的に摺動してその突出量が減少する1以上の可動爪部と,を含む3以上の爪部と、前記固定爪部の接地を検出する接地センサ部と、各々の前記可動爪部を固定するロック機構と、を備え、前記左右の足部を上下動させて歩行する2足歩行ロボットの制御構造であって、前記左右の足部のそれぞれについて、前記多点接地型足部支持機構の前記接地センサ部で各々の前記固定爪部の接地を検出し、前記固定爪部の接地に基づいて前記ロック機構により全ての前記可動爪部の運動を制動し、接地した前記足部の前記足底を多点支持することを特徴とする2足歩行ロボットの脚部の制御構造。
Left and right foot portions, and multipoint grounding type foot support mechanisms disposed on the soles of the left and right foot portions, respectively, and the multipoint grounding type foot portion support mechanism extends from the bottom to the bottom. 3 or more including one or more fixed claws fixedly projecting and one or more movable claws projecting downward from the fixed claws and passively sliding at the time of grounding to reduce the protrusion amount Biped walking that walks by moving the left and right foot parts up and down, and a grounding sensor part that detects the grounding of the fixed claw part, and a lock mechanism that fixes each of the movable claw parts In the control structure of the robot, for each of the left and right foot parts, the grounding sensor part of the multipoint grounding type foot part support mechanism detects the grounding of each of the fixed claw parts, and the grounding of the fixed claw parts Based on the above, the foot part grounded by braking the movement of all the movable claw parts by the lock mechanism Control structure of the legs of the biped walking robot, which comprises multi-point supporting the sole.
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