JP2008200813A - Bipedal walking robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は二足歩行ロボットに関し、さらに詳しくは、二足歩行ロボットの脚部の構造に関する。 The present invention relates to a biped walking robot, and more particularly to a structure of legs of a biped walking robot.
近年、人間の歩行形態を模した二足歩行ロボットの研究・開発が、様々な企業や研究機関で積極的に進められている。二足歩行は人間にとってはごく通常の日常的な動作の1つであるが、こうした歩行形態をロボットで実現することは容易ではなく、従来より、二足歩行に適した脚部の関節構造などについて各種の提案がなされている。 In recent years, research and development of biped robots that imitate human walking forms have been actively promoted by various companies and research institutions. Biped walking is one of the normal daily movements for humans, but it is not easy to realize this walking form with a robot. Various proposals have been made.
図7は従来の一般的な二足歩行ロボットの脚部の関節構造を示す概略斜視図である(例えば特許文献1など参照)。図中に示すように、互いに直交する三軸として、ロボットの前後方向つまり進行方向をx軸、左右方向をy軸、高さ方向をz軸と定めている。また、図8は従来の二足歩行ロボットの問題点を説明するための概略側面図である。 FIG. 7 is a schematic perspective view showing a joint structure of a leg portion of a conventional general biped robot (see, for example, Patent Document 1). As shown in the figure, as the three axes orthogonal to each other, the front-rear direction of the robot, that is, the traveling direction is defined as the x-axis, the left-right direction is defined as the y-axis, and the height direction is defined as the z-axis. FIG. 8 is a schematic side view for explaining the problems of the conventional biped robot.
図7において、概略的に記載した胴体部1に連結された左脚部2L及び右脚部2Rはそれぞれ、上から大腿リンク52L、52R、下腿リンク53L、53R、及び足首リンク54L、54Rから成り、両脚部2L、2Rの上端は水平に延伸する連結リンク51で互いに連結されている。関節としては、連結リンク51と大腿リンク52L、52Rとの間に股関節部3L、3Rが、大腿リンク52L、52Rと下腿リンク53L、53Rとの間に膝関節部4L、4Rが、下腿リンク53L、53Rと足首リンク54L、54Rとの間に足首関節部5L、5Rがあり、足首関節部5L、5Rを介して足首リンク54L、54Rには左足部6L、右足部6Rが連結されている。
In FIG. 7, the
股関節部3L、3Rは、前後方向に延伸するx軸の周りに回動するモータ61L、61R、左右方向に延伸するy軸の周りに回動するモータ62L、62R、及び、z軸の周りに回動する脚部旋回用のモータ63L、63R、を含む。これにより、大腿リンク52L、52Rは胴体部1(又は連結リンク51)に対して、x軸、y軸、z軸の三軸の周りにそれぞれ所定角度範囲で回動可能となっている。膝関節部4L、4Rは、左右方向に延伸するy軸の周りに回動するモータ64L、64Rを含む。これにより、下腿リンク53L、53Rは大腿リンク52L、52Rに対して、y軸の周りに所定角度範囲で回動可能となっている。足首関節部5L、5Rは、前後方向に延伸するx軸の周りに回動するモータ65L、65R、及び、左右方向に延伸するy軸の周りに回動するモータ66L、66Rを含む。これにより、足首リンク54L、54Rは下腿リンク53L、53Rに対して、x軸、y軸の二軸の周りにそれぞれ所定角度範囲で回動可能となっている。
The hip
上記各関節部3L、3R、4L、4R、5L、5Rに設けられた複数のモータがそれぞれ適切なタイミングで駆動されることで上記各リンクが動作し、それによって左右両脚部2L、2Rによる二足歩行が達成される。なお、モータに代えて適宜のアクチュエータを利用する等の変形が可能である。
Each of the links is operated by driving a plurality of motors provided in the
いま、ここでは脚部2L、2Rの各関節部におけるy軸の周りの回動にのみ着目して考える。この二足歩行ロボットが、図8(a)に示すように膝関節部4をくの字状に曲げた姿勢をとるとき、膝関節部4には大きな負荷が掛かる。そのため、例えば膝関節部4の機械的な強度が不足していると、図8(b)に示すように、胴体部1の重量を支えきれなくなって膝関節部4はその屈曲角度が大きくなるように沈み込むことがある。そうなると胴体部1の重心は後方側(図中では左方)に掛かるために余計に膝関節部4に掛かる負荷が増大し、図8(c)に示すように、これによってさらに膝関節部4の屈曲が大きくなって重心が後方に掛かるという悪循環に陥る。その結果、最終的には、図8(d)に示すようにロボット本体が後方に倒れ易くなる。
Here, only the rotation around the y-axis at each joint portion of the
即ち、従来の構成では、膝関節部4を屈曲させた状態のときに、それを支えるのに膝関節部4の機械的剛性が追いつかないと、上体が後方に倒れ込み、それがさらに膝関節部4への負荷を増大させるという問題がある。 That is, in the conventional configuration, when the knee joint portion 4 is bent, if the mechanical rigidity of the knee joint portion 4 does not catch up to support the knee joint portion 4, the upper body falls back, which further increases the knee joint portion. There is a problem of increasing the load on the unit 4.
また、例えばロボットを走行させたりジャンプさせたりする際には、膝関節部4が比較的大きく屈曲された状態から急に伸展させる必要がある。この際には、膝関節部4のみならず、股関節部3や足首関節部5も膝関節部4の動作に合わせて適切に駆動しなければならない。しかしながら、従来の構成では、膝関節部4と股関節部3及び足首関節部5とで掛かる力や動作角が異なるため、特に高負荷や素早い動作において同期的に駆動させることが難しく、バランスを崩して倒れ易くなるという問題もある。
Further, for example, when the robot is run or jumped, it is necessary to suddenly extend the knee joint portion 4 from a relatively bent state. At this time, not only the knee joint part 4 but also the hip
本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、その第1の目的とするところは、膝関節部を屈曲した姿勢のときに、胴体部の重量、つまりは上体の重心ががほぼ鉛直下方に作用することを保証することができ、且つその構造も簡単であるような脚部構造を有する二足歩行ロボットを提供することである。また本発明の第2の目的とするところは、膝関節部、股関節部、足首関節部の機構的な同調や連動を行うことにより、膝関節部の急な伸展動作などの際にもバランスを崩しにくい脚部構造を有する二足歩行ロボットを提供することである。 The present invention has been made in view of the above points. The first object of the present invention is to determine the weight of the body part, that is, the center of gravity of the upper body when the knee joint part is bent. It is possible to provide a bipedal walking robot having a leg structure that can guarantee that the robot acts almost vertically downward and has a simple structure. The second object of the present invention is to balance the knee joint, sudden hip movement, etc. by mechanically synchronizing and interlocking the knee joint, hip joint and ankle joint. The object is to provide a biped robot having a leg structure that is not easily broken.
上記課題を解決するために成された第1発明は、胴体部と、該胴体部に左右の股関節部を介し前後方向に回動可能に連結され、途中に膝関節部が設けられた左右の脚部と、該脚部の下端に足首関節部を介し前後方向に回動可能に連結された足部と、を有する二足歩行ロボットにおいて、前記左右の脚部はそれぞれ、
a)股関節部にあって左右方向に延伸する水平軸線を中心に回動可能に上端が保持され、膝関節部にあって左右方向に延伸する水平軸線を中心に回動可能に下端が保持された大腿リンクと、
b)前記膝関節部にある前記水平軸線を中心に回動可能に上端が保持され、足首関節部にあって左右方向に延伸する水平軸線を中心に回動可能に下端が保持された下腿リンクと、
c)前記膝関節部にある前記水平軸線を中心に前記大腿リンクと一体に回動可能な第1膝部円盤状体と、前記足首関節部にある前記水平軸線を中心に前記足部と一体に回動可能な足首部円盤状体と、第1膝部円盤状体の回動角度の1/2が足首部円盤状体の回動角度となるように相互の回動を関連付ける伝動部と、を含む下部回転動力伝達部と、
d)前記膝関節部にある前記水平軸線を中心に前記下腿リンクと一体に回動可能な第2膝部円盤状体と、前記股関節部にある前記水平軸線を中心に前記胴体部と一体に回動可能な股部円盤状体と、第2膝部円盤状体の回動角度の1/2が股部円盤状体の回動角度となるように相互の回動を関連付ける伝動部と、を含む上部回転動力伝達部と、
e)前記膝関節部にある水平軸線を中心とした前記大腿リンクと前記下腿リンクとの回転位置関係を変えるようにいずれか一方に駆動力を与える、前記股関節部にある水平軸線を中心とした前記大腿リンクと前記股部円盤状体との回転位置関係を変えるようにいずれか一方に駆動力を与える、又は、前記足首関節部にある水平軸線を中心とした前記下腿リンクと前記足首部円盤状体との回転位置関係を変えるようにいずれか一方に駆動力を与える駆動源と、
を備えることを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a body part, a left and right body connected to the body part via a left and right hip joint part so as to be pivotable in the front-rear direction, and a knee joint part provided in the middle. In a biped robot having a leg and a foot connected to the lower end of the leg via an ankle joint so as to be able to rotate in the front-rear direction, the left and right legs are respectively
a) The upper end is held pivotably about a horizontal axis extending in the left-right direction at the hip joint, and the lower end is held rotatable about the horizontal axis extending in the left-right direction at the knee joint. Thigh link,
b) A crus link having an upper end held rotatably about the horizontal axis at the knee joint and a lower end held pivotable about a horizontal axis extending in the left-right direction at the ankle joint When,
c) a first knee disk that can rotate integrally with the thigh link around the horizontal axis at the knee joint, and an integral with the foot around the horizontal axis at the ankle joint. An ankle disc-shaped body that can be pivoted to each other, and a transmission unit that associates the rotations so that ½ of the pivot angle of the first knee disk-shaped body is the pivot angle of the ankle disc-shaped body A lower rotational power transmission unit including
d) a second knee disk-shaped body that can rotate integrally with the crus link about the horizontal axis at the knee joint, and an integral with the torso about the horizontal axis at the hip joint. A rotatable crotch disk, and a transmission unit that associates the rotations so that one half of the rotation angle of the second knee disk is the rotation angle of the crotch disk, An upper rotational power transmission unit including
e) A driving force is applied to either one so as to change the rotational positional relationship between the thigh link and the lower leg link around the horizontal axis at the knee joint, and the horizontal axis at the hip joint is at the center A driving force is applied to one of the thigh link and the crotch disk so as to change a rotational positional relationship, or the crus link and the ankle disk centered on a horizontal axis at the ankle joint A driving source for applying a driving force to one of the two so as to change the rotational positional relationship with the object
It is characterized by having.
第1発明に係る二足歩行ロボットの一実施態様として、下部回転動力伝達部及び上部回転動力伝達部にあって、前記円盤状体はプーリであり、前記伝動部は2個のプーリの間に巻掛けられた紐状又は帯状の伝動体であり、前記膝関節部に設けたプーリの径を、前記股関節部及び前記足首関節部に設けたプーリの径の1/2とした構成とすることができる。 As one embodiment of the biped robot according to the first invention, in the lower rotational power transmission unit and the upper rotational power transmission unit, the disk-like body is a pulley, and the transmission unit is between two pulleys. It is a wound string-like or belt-like transmission body, and the configuration is such that the diameter of the pulley provided at the knee joint is half the diameter of the pulley provided at the hip joint and the ankle joint. Can do.
即ち、下部回転動力伝達部及び上部回転動力伝達部として、ベルト伝動機構、ロープ伝動機構、チェーン伝動機構などの巻掛け伝動機構を用いるとよい。このような単純な巻掛け伝動機構では、プーリの径でそれぞれの軸の回転角度が決まるから、プーリの径を上記のように設定することにより、第1膝部円盤状体の回動角度の1/2が足首部円盤状体の回動角度となり、第2膝部円盤状体の回動角度の1/2が股部円盤状体の回動角度となることを保証することができる。 That is, a winding transmission mechanism such as a belt transmission mechanism, a rope transmission mechanism, or a chain transmission mechanism may be used as the lower rotational power transmission unit and the upper rotational power transmission unit. In such a simple winding transmission mechanism, the rotation angle of each shaft is determined by the diameter of the pulley. Therefore, by setting the pulley diameter as described above, the rotation angle of the first knee disk-shaped body can be reduced. It can be assured that 1/2 is the rotation angle of the ankle disk-shaped body and 1/2 of the rotation angle of the second knee disk-shaped body is the rotation angle of the crotch disk-shaped body.
また、上記駆動源は膝関節部、股関節部、又は足首関節部のいずれにも設けることができるが、通常、股関節部や足首関節部には膝曲げ以外の動作を実現するための別の駆動源が設置される。そのため、好ましくは上記駆動源を膝関節部に設けるようにするとよい。その場合、その駆動源は回動軸体を有するモータであり、該モータの本体を前記膝関節部にあって前記第1膝部円盤状体又は第2膝部円盤状体の一方に接続し、前記回動軸体を前記第1膝部円盤状体又は第2膝部円盤状体の他方に接続した構成とすることができる。 The drive source can be provided at any of the knee joint, hip joint, or ankle joint, but usually another drive for realizing an operation other than knee bending at the hip joint or ankle joint. A source is installed. Therefore, it is preferable to provide the drive source at the knee joint. In that case, the drive source is a motor having a rotating shaft, and the main body of the motor is connected to one of the first knee disk or the second knee disk at the knee joint. The rotating shaft body may be connected to the other of the first knee disk-shaped body or the second knee disk-shaped body.
第1発明に係る二足歩行ロボットでは、駆動源による回転動力により、例えば直立状態にある大腿リンクが膝関節部の水平軸線を中心に後方に傾斜するように角度2αだけ回動されると、これと一体に下部回転動力伝達部の第1膝部円盤状体も回動する。この回動動作は下部回転動力伝達部の伝動部を介して足首部円盤状体に伝達され、これによって大腿リンクの回動角度の1/2の角度αだけ同一方向に足部が回動することになる。そのため、下腿リンクは足部の回動角度と同角度αだけ足首関節部の水平軸線を中心に前方に傾くことになり、大腿リンクは鉛直線に対し角度αだけ傾き、脚部はくの字状に屈曲した状態となる。 In the biped walking robot according to the first invention, when the thigh link in an upright state is rotated by an angle 2α so as to incline backward about the horizontal axis of the knee joint, for example, by the rotational power from the drive source, Together with this, the first knee disk-shaped body of the lower rotational power transmission section also rotates. This turning motion is transmitted to the ankle disc-like body through the transmission portion of the lower rotational power transmission portion, whereby the foot portion turns in the same direction by an angle α which is a half of the turning angle of the thigh link. It will be. Therefore, the lower leg link tilts forward about the horizontal axis of the ankle joint by the same angle α as the rotation angle of the foot, the thigh link tilts by an angle α with respect to the vertical line, and the leg part has a cross-shaped character. In a bent state.
一方、大腿リンクが後方に傾けられると股関節部の水平軸線の位置も膝関節部の水平軸線の位置に対し相対的に変化するが、上部回転動力伝達部においては両円盤状体の回動角度が同一ではないため、股関節部において股部円盤状体は角度αだけ回動する。即ち、例えば膝関節部で大腿リンクと下腿リンクとの回転位置関係を変えるように駆動源により駆動力が作用すると、股関節部及び足首関節部で膝関節部での回動動作に連動した回動が生じ、それによって足部と胴体部とは互いの姿勢を維持したまま近付く又は離れる動作を行う。そのため、脚部が膝関節部を挟んでくの字状に屈曲しても、足部が床面に着地した状態であるときに胴体部は傾かずに直立した状態を維持する。股関節部の屈曲が大きくなれば、胴体部は直立状態を維持したまま下降する(つまり床面に近付く)ことになるから、胴体部による重心は常にほぼ鉛直下方に作用することが保証される。 On the other hand, when the thigh link is tilted rearward, the position of the horizontal axis of the hip joint also changes relative to the position of the horizontal axis of the knee joint. Are not the same, the crotch disk is rotated by an angle α at the hip joint. That is, for example, when the driving force is applied by the driving source so as to change the rotational positional relationship between the thigh link and the crus link at the knee joint, the hip joint and the ankle joint rotate in conjunction with the rotation at the knee joint. As a result, the foot part and the body part move toward and away from each other while maintaining the posture of each other. For this reason, even if the leg portion is bent in a dogleg shape with the knee joint portion interposed therebetween, the trunk portion does not tilt and maintains an upright state when the foot portion is in a state of landing on the floor surface. If the flexion of the hip joint portion increases, the trunk portion descends while maintaining an upright state (that is, approaches the floor surface), so that it is guaranteed that the center of gravity by the trunk portion always acts substantially vertically downward.
上記課題を解決するために成された第2発明は、胴体部と、該胴体部に左右の股関節部を介し前後方向に回動可能に連結され、途中に膝関節部が設けられた左右の脚部と、該脚部の下端に足首関節部を介し前後方向に回動可能に連結された足部と、を有する二足歩行ロボットにおいて、前記左右の脚部はそれぞれ、
a)股関節部にあって左右方向に延伸する水平軸線を中心に回動可能に上端が保持され、膝関節部にあって左右方向に延伸する第1水平軸線を中心に回動可能に下端が保持された大腿リンクと、
b)前記膝関節部にあって前記第1水平軸線の下方に位置する左右方向に延伸する第2水平軸線を中心に回動可能に上端が保持され、足首関節部にあって左右方向に延伸する水平軸線を中心に回動可能に下端が保持された下腿リンクと、
c)前記膝関節部にある前記第2水平軸線を中心に回動可能な第2膝部円盤状体と、前記足首関節部にある前記水平軸線を中心に前記足部と一体に回動可能な足首部円盤状体と、第2膝部円盤状体の回動角度と足首部円盤状体の回動角度とが等しくなるように相互の回動を関連付ける伝動部と、を含む下部回転動力伝達部と、
d)前記膝関節部にある前記第1水平軸線を中心に回動可能な第1膝部円盤状体と、前記股関節部にある前記水平軸線を中心に前記胴体部と一体に回動可能な股部円盤状体と、第1膝部円盤状体の回動角度と股部円盤状体の回動角度とが等しくなるように相互の回動を関連付ける伝動部と、を含む上部回転動力伝達部と、
e)前記膝関節部にあって前記第1膝部円盤状体と前記第2膝部円盤状体とを接続する連結部と、
f)前記膝関節部にある第1水平軸線を中心とした前記大腿リンクと前記第1膝部円盤状体との回転位置関係を変えるようにいずれか一方に駆動力を与える、又は、前記股関節部にある水平軸線を中心とした前記大腿リンクと前記股部円盤状体との回転位置関係を変えるようにいずれか一方に駆動力を与える第1駆動部と、
g)前記膝関節部にある第2水平軸線を中心とした前記下腿リンクと前記第2膝部円盤状体との回転位置関係を変えるようにいずれか一方に駆動力を与える、又は、前記足首関節部にある水平軸線を中心とした前記下腿リンクと前記足首部円盤状体との回転位置関係を変えるようにいずれか一方に駆動力を与える第2駆動部と、
を備えることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a body part, a left and right body connected to the body part via a left and right hip joint part so as to be pivotable in the front-rear direction, and a knee joint part provided in the middle. In a biped robot having a leg and a foot connected to the lower end of the leg via an ankle joint so as to be able to rotate in the front-rear direction, the left and right legs are respectively
a) The upper end is held rotatably about a horizontal axis extending in the left-right direction in the hip joint, and the lower end is rotatable about the first horizontal axis extending in the left-right direction in the knee joint A retained thigh link;
b) At the knee joint, the upper end is held pivotably about a second horizontal axis extending in the left-right direction located below the first horizontal axis, and extended in the left-right direction at the ankle joint A crus link with a lower end held rotatably about a horizontal axis
c) A second knee disk-shaped body that can be rotated around the second horizontal axis at the knee joint and a foot that can rotate integrally with the foot around the horizontal axis at the ankle joint. Lower anterior disc power, and a transmission portion that associates the rotations of the second knee disc and the ankle disc so as to be equal to each other. A transmission part;
d) A first knee disk-shaped body that can rotate around the first horizontal axis at the knee joint and a body that can rotate integrally with the body around the horizontal axis at the hip joint. Upper rotational power transmission including a crotch disk and a transmission unit that associates the rotations of the first knee disk and the crotch disk so as to be equal to each other. And
e) a connecting portion at the knee joint for connecting the first knee disk and the second knee disk;
f) A driving force is applied to one of the thigh link and the hip joint in such a manner that the rotational positional relationship between the thigh link and the first knee disk-shaped body around the first horizontal axis at the knee joint is changed. A first driving unit that applies a driving force to one of the thigh link and the crotch disc-like body so as to change a rotational positional relationship about a horizontal axis at a portion;
g) A driving force is applied to one of the ankles so as to change the rotational positional relationship between the lower leg link and the second knee disk-shaped body around the second horizontal axis at the knee joint, or the ankle A second drive unit that applies a driving force to either one of the lower leg link and the ankle disk-like body around the horizontal axis at the joint so as to change the rotational positional relationship;
It is characterized by having.
第2発明に係る二足歩行ロボットの一実施態様として、下部回転動力伝達部及び前記上部回転動力伝達部にあって、前記円盤状体はプーリであり、前記伝動部は2個のプーリの間に巻掛けられた紐状又は帯状の伝動体であり、前記膝関節部に設けたプーリの径と前記股関節部及び前記足首関節部に設けたプーリの径とを等しくした構成とすることができる。 As one embodiment of the biped walking robot according to the second invention, in the lower rotational power transmission unit and the upper rotational power transmission unit, the disk-shaped body is a pulley, and the transmission unit is between two pulleys. It is a string-like or belt-like transmission wound around the knee, and the diameter of the pulley provided at the knee joint and the diameter of the pulley provided at the hip joint and the ankle joint can be made equal. .
第1発明と同様に、下部回転動力伝達部及び上部回転動力伝達部として、ベルト伝動機構、ロープ伝動機構、チェーン伝動機構などの巻掛け伝動機構を用いるとよい。このような単純な巻掛け伝動機構では、プーリの径でそれぞれの軸の回転角度が決まるから、プーリの径を上記のように設定することにより、第1膝部円盤状体の回動角度と足首部円盤状体の回動角度とが等しくなり、第2膝部円盤状体の回動角度と股部円盤状体の回動角度とが等しくなることを保証することができる。 As in the first invention, a winding transmission mechanism such as a belt transmission mechanism, a rope transmission mechanism, or a chain transmission mechanism may be used as the lower rotational power transmission unit and the upper rotational power transmission unit. In such a simple winding transmission mechanism, the rotation angle of each shaft is determined by the diameter of the pulley. Therefore, by setting the pulley diameter as described above, the rotation angle of the first knee disk-shaped body It can be assured that the rotation angle of the ankle disk is equal, and the rotation angle of the second knee disk is equal to the rotation angle of the crotch disk.
第2発明に係る二足歩行ロボットにおいて、膝関節部を屈曲させる際には、例えば直立状態にある大腿リンクと下腿リンクとは互いに反対方向に回動される。第1膝部円盤状体と第2膝部円盤状体とは連結部により接続されているため、上記回動の際にもそれら円盤状体は第1水平軸線、第2水平軸線を中心に回動しない。従って、大腿リンク及び下腿リンクが傾いても伝動体を介して、股部円盤状体と足首部円盤状体はそれぞれ水平軸線を中心に回動しない状態が維持される。具体的には、例えば下部回転動力伝達部及び上部回転動力伝達部が巻掛け伝動機構である場合には、円盤状体に対する伝動体の巻掛け位置が変化するだけで伝動体は実質的に走行せず、股部円盤状体と足首部円盤状体は元の回転位置を保つ。その結果、股関節部に接続された胴体部は膝関節部が屈曲される前と同じ姿勢を維持するから、胴体部による重心はほぼ鉛直下方に作用する。 In the biped walking robot according to the second aspect of the invention, when the knee joint is bent, for example, the thigh link and the crus link in an upright state are rotated in opposite directions. Since the first knee disk-shaped body and the second knee disk-shaped body are connected by the connecting portion, the disk-shaped body is also centered on the first horizontal axis and the second horizontal axis during the rotation. Does not rotate. Therefore, even when the thigh link and the crus link are tilted, the crotch disk-like body and the ankle disk-like body are not rotated around the horizontal axis via the transmission body. Specifically, for example, when the lower rotational power transmission unit and the upper rotational power transmission unit are wound transmission mechanisms, the transmission body substantially travels only by changing the winding position of the transmission body with respect to the disk-shaped body. Without doing so, the crotch disc and the ankle disc retain their original rotational positions. As a result, the trunk part connected to the hip joint part maintains the same posture as before the knee joint part is bent, so that the center of gravity by the trunk part acts substantially vertically downward.
この第2発明に係る二足歩行ロボットでは、前記第1駆動部及び前記第2駆動部の一方が駆動源であり、該第1駆動部及び該第2駆動部の他方は、前記駆動源の回転駆動力を受けて駆動力伝達部が前記駆動源による回動方向と反対方向に回動するように発した駆動力を用いた構成とすることができる。ここで、駆動力伝達部は、前記膝関節部にある第1水平軸線を中心に回動可能な第1ギアと、前記第2水平軸線を中心に回動可能で前記第1ギアに噛合する第2ギアとを含むものとすることができる。 In the biped walking robot according to the second aspect of the invention, one of the first drive unit and the second drive unit is a drive source, and the other of the first drive unit and the second drive unit is the drive source. It is possible to employ a configuration using a driving force generated so that the driving force transmitting portion rotates in a direction opposite to the rotation direction by the driving source in response to the rotational driving force. Here, the driving force transmission unit meshes with the first gear that can rotate about the first horizontal axis at the knee joint and the first gear that can rotate about the second horizontal axis. And a second gear.
この構成によれば、駆動源として例えばモータを1個のみ用いればよい。また、大腿リンクと下腿リンクとが同期的に反対方向に回動することが機構的に保証されるので、制御が簡単である。 According to this configuration, for example, only one motor may be used as the drive source. Further, since it is mechanically guaranteed that the thigh link and the crus link rotate synchronously in opposite directions, the control is simple.
また、第2発明に係る二足歩行ロボットでは、前記第1駆動部及び第2駆動部はそれぞれ独立した駆動源である構成としてもよい。 In the biped walking robot according to the second aspect of the present invention, the first drive unit and the second drive unit may be independent drive sources.
第1発明及び第2発明に係る二足歩行ロボットによれば、膝関節部を屈曲した姿勢のときに、その屈曲の角度に拘わらず、胴体部による重心がほぼ鉛直下方に作用することが保証される。従って、仮に膝関節部の機械的な剛性が不足しているような場合でも、重心が後方に掛かって倒伏することを防止することができる。また、第1発明及び第2発明に係る二足歩行ロボットによれば、股関節部における胴体部の回動動作、及び足関節部における足部の回動動作を、膝関節部の回動動作と機構的に連動又は同調させることができる。そのため、例えば二足走行動作やジャンプ動作などの際に膝関節部が大きく屈曲された状態から急に伸展された際にも、バランスを崩しにくく、走行やジャンプを安定して行うことができる。 According to the biped robots according to the first and second aspects of the invention, when the knee joint is in a bent posture, it is guaranteed that the center of gravity by the torso acts almost vertically downward regardless of the angle of the knee joint. Is done. Therefore, even when the mechanical rigidity of the knee joint portion is insufficient, it is possible to prevent the center of gravity from hanging backward and falling down. Further, according to the biped walking robot according to the first and second inventions, the rotation operation of the torso portion at the hip joint portion and the rotation operation of the foot portion at the ankle joint portion are referred to as the rotation operation of the knee joint portion. It can be mechanically linked or tuned. For this reason, for example, even when the knee joint is suddenly extended from a state where the knee joint portion is greatly bent during a biped running operation or a jump operation, the balance is not easily lost, and the running and jumping can be performed stably.
[第1実施例]
第1発明の一実施例(第1実施例)による二足歩行ロボットを図1〜図3を参照して説明する。図1は、本実施例の二足歩行ロボットの一方の脚部の膝関節部を中心とする要部の原理的構造を示す概略斜視図である。ここでは示していないが、他方の脚部の構造も左右対称である以外は基本的に同じである。また図2及び図3はこの脚部関節構造において膝関節部を屈曲させる際の動作を説明するための模式図である。
[First embodiment]
A biped walking robot according to an embodiment (first embodiment) of the first invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic perspective view showing the principle structure of the main part centering on the knee joint part of one leg of the biped robot of the present embodiment. Although not shown here, the structure of the other leg is basically the same except that it is also symmetrical. 2 and 3 are schematic diagrams for explaining the operation when the knee joint portion is bent in the leg joint structure.
この脚部2は、構成要素として、股関節部3と膝関節部4との間の大腿リンク10と、膝関節部4と足首関節部5との間の下腿リンク15と、股関節部3にあって第1水平軸線3Aを中心に回動する股部プーリ(本発明における股部円盤状体)18と、膝関節部4にあって第2水平軸線4Aを中心にそれぞれ独立に回動する第1膝部プーリ(本発明における第1膝部円盤状体)12及び第2膝部プーリ(本発明における第2膝部円盤状体)17と、足首関節部5にあって第3水平軸線5Aを中心に回動する足首部プーリ(本発明における足首部円盤状体)13と、股部プーリ18と第2膝部プーリ17とに巻掛けられた上部ベルト(本発明における伝動部)19と、第1膝部プーリ12と足首部プーリ13とに巻掛けられた下部ベルト(本発明における伝動部)14と、膝関節部4を屈曲させるための駆動源であるモータ20と、を含む。
This leg portion 2 is a component of the
ここでは、股部プーリ18と足首部プーリ13とは同一径2dであり、第1膝部プーリ12と第2膝部プーリ17とは同一径dである。つまり、第1膝部プーリ12及び第2膝部プーリ17の径は足首部プーリ13及び股部プーリ18の径の1/2である。これにより、第1膝部プーリ12及び第2膝部プーリ17がそれぞれ第2水平軸線4Aを中心として所定角度αだけ回動したときに、下部ベルト14及び上部ベルト19を介して足首部プーリ13及び股部プーリ18は角度α/2だけ回動するように構成されている。なお、プーリ12、13、17、18とベルト14、19とは摩擦のみにより駆動力を伝導するものであってもよいが、スリップを生じないように、例えばタイミングプーリとタイミングベルトとを用いたものとすることが好ましい。
Here, the
モータ20の本体(外装)は第1膝部プーリ12に対し固定され、第2水平軸線4A上で回動するモータ軸201は第2膝部プーリ17に接続されるとともに下腿リンク15の上端に接続されている。一方、第1膝部プーリ12は大腿リンク10の下端に接続されている。大腿リンク10の上端は第1水平軸線3A上に位置し、その第1水平軸線3A上に股部プーリ18が回転自在に保持され、股部プーリ18に胴体部1が接続されている。また、下腿リンク15の下端は第3水平軸線5A上に位置し、その第3水平軸線5A上に足首部プーリ13が回転自在に保持され、足首部プーリ13に下面が床面に接触する足部6が接続されている。従って、図7に示したモータ62L、62Rによる股関節部3の回動、及びモータ66L、66Rによる足首関節部5の回動がないものとすると、股部プーリ18が回動すると胴体部1も回動し、足首部プーリ13が回動すると足部6も回動する。
The main body (exterior) of the
上記構成を有する脚部構造において膝関節部4を曲げる際の動作を図3により説明する。図3は上記脚部構造の要部の概略側面図であり、(a)、(c)、(e)は膝関節部4を真っ直ぐに伸ばした状態、(b)、(d)、(f)は膝関節部4を曲げたときの状態を示す。なお、プーリ12、13、17、18の回動動作を分かり易くするために、1周を4等分した領域の対向する2つに斜線を施してある。
The operation at the time of bending the knee joint portion 4 in the leg structure having the above configuration will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic side view of the main part of the leg structure, wherein (a), (c), and (e) are states in which the knee joint part 4 is straightened, and (b), (d), and (f). ) Shows a state when the knee joint part 4 is bent. In addition, in order to make it easy to understand the rotation operation of the
いま、この二足歩行ロボットが例えば直立して脚部2を真っ直ぐに伸ばした姿勢である場合を考えると、図3(a)に示すように、大腿リンク10と下腿リンク15とは第2水平軸線4Aを挟んで直線状に配置されている。このような状態から、大腿リンク10の位置が固定されているものとして、モータ20の駆動力によりモータ軸201が反時計回り方向に角度2θだけ回動されると、図3(b)に示すように、上端がモータ軸201に固着された下腿リンク15は第2水平軸線4Aを中心に反時計回り方向に角度2θだけ回動する。
Now, considering the case where the biped robot is standing upright and the leg 2 is straightened, as shown in FIG. 3A, the
第2膝部プーリ17もモータ軸201に固着されているから、上述のようにモータ軸201を反時計回り方向に角度2θだけ回動すると、図3(d)に示すように、第2膝部プーリ17も第2水平軸線4Aを中心に角度2θだけ回動される。この回動動作は上部ベルト19を介して股部プーリ18に伝達されるが、前述のようにプーリ17、18の径が相違するために股部プーリ18は第2膝部プーリ17の角度の1/2だけしか回動しない。それ故に、股部プーリ18は第1水平軸線3Aを中心に反時計回り方向に角度θだけ回動することになる。そして、股部プーリ18に接続された胴体部1も同様の角度θだけ第1水平軸線3Aを中心に反時計回り方向に回動する。
Since the
足首部プーリ13は下腿リンク15の下端にある第3水平軸線5A上に軸支されているから、上述のように下腿リンク15が回動されると、それに伴って第3水平軸線5Aの位置、つまり足首部プーリ13の回動中心も第2水平軸線4Aを中心に回動する。一方、大腿リンク10の位置が固定されているとした場合、第1膝部プーリ12は回動しないから、図3(f)に示すように、足首部プーリ13の回動中心が角度2θだけ反時計回り方向に回動したとき、第1膝部プーリ12の周面において下部ベルト14の巻掛け位置が変化するから、それによって下部ベルト14は繰り出される。ここでは第1膝部プーリ12の径が足首部プーリ13の径の1/2であるために、足首部プーリ13を第3水平軸線5Aを中心に反時計回り方向に角度θだけ回動させた状態で、足首部プーリ13では上記下部ベルト14の繰り出しが吸収される。それ故に、足首部プーリ13は第3水平軸線5Aを中心に反時計回り方向に角度θだけ回動することになる。そして、足首部プーリ13に接続された足部6も同様の角度θだけ第3水平軸線5Aを中心に反時計回り方向に回動する。
Since the
即ち、図3(a)、(c)及び(e)に示すように、膝関節部4が真っ直ぐに伸びた状態を角度0として考えると、そこから膝関節部4を角度2θだけ曲げるようにモータ20を作動させると、胴体部1は股関節部3の第1水平軸線3Aを中心に、足部6は足首関節部5の第3水平軸線5Aを中心に同一方向に角度θだけ回動する。
That is, as shown in FIGS. 3A, 3C, and 3E, when the state where the knee joint portion 4 is extended straight is considered as an
上記のような膝関節部4の屈曲動作を直立姿勢から行った場合の状態を図2に概略的に示す。図2(a)に示すようにロボットが直立姿勢にある状態、つまり膝関節部4の開き角度が180°である状態から、モータ20を作動させてモータ軸201を2θだけ回動させることで膝関節部4の開き角度が2α(α<90°)である状態にまで膝関節部4を曲げると、図2(b)に示すように、第1水平軸線3A上における水平線と大腿リンク10との成す角度、及び、第3水平軸線5A上における水平線と下腿リンク15との成す角度はいずれもαとなる。そして、第1水平軸線3Aを中心に胴体部1が角度θ(90−α°)だけ大腿リンク10に対し回動し、第3水平軸線5Aを中心に足部6が角度θだけ下腿リンク15に対し回動することで、胴体部1は略鉛直方向に起立した姿勢を維持したまま降下する。これは、図2(c)に示すように、膝関節部4を深く曲げた場合でも同様である。
FIG. 2 schematically shows a state where the bending operation of the knee joint portion 4 as described above is performed from an upright posture. As shown in FIG. 2 (a), the
即ち、この第1実施例の二足歩行ロボットの脚部構造によれば、膝関節部4を曲げる動作の際にも、足首部プーリ13、股部プーリ18はいずれも回動せずに膝関節部4の屈曲前の状態を維持し、それ故に胴体部1による重心は後方側でなくほぼ鉛直下方に掛かることになる。したがって、歩行時、走行時、ジャンプ時など様々な動作状態において、膝関節部4を大きく曲げてもバランスを崩しにくくなり、姿勢制御が容易になる。
In other words, according to the leg structure of the biped robot of the first embodiment, both the
[第2実施例]
次に第2発明の一実施例(第2実施例)による二足歩行ロボットを図4及び図5を参照して説明する。図4は本実施例の二足歩行ロボットの一方の脚部の膝関節部を中心とする要部の原理的構造を示す概略斜視図、図5はこの脚部関節構造において膝関節部を曲げる際の動作を説明するための模式図である。
[Second Embodiment]
Next, a bipedal walking robot according to an embodiment (second embodiment) of the second invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a schematic perspective view showing the principal structure of the main part centering on the knee joint part of one leg of the biped robot of this embodiment, and FIG. 5 bends the knee joint part in this leg joint structure. It is a schematic diagram for demonstrating the operation | movement at the time.
この脚部2は、構成要素として、股関節部3と膝関節部4との間の大腿リンク30と、膝関節部4と足首関節部5との間の下腿リンク37と、股関節部3にあって水平軸線3Aを中心に回動する股部プーリ32と、膝関節部4にあって第2上部水平軸線4A1を中心に回動する膝上部プーリ33と、膝関節部4にあって第2下部水平軸線4A2を中心に回動する膝下部プーリ39と、足首関節部5にあって第3水平軸線5Aを中心に回動する足首部プーリ38と、股部プーリ32と膝上部プーリ33とに巻掛けられた上部ベルト34と、膝下部プーリ39と足首部プーリ38とに巻掛けられた下部ベルト40と、膝関節部4を曲げるための駆動源である1個のモータ35と、第2上部水平軸線4A1上でモータ軸351に取り付けられた第1ギア42と、第2下部水平軸線4A2を中心に回動し第1ギア42と噛合する第2ギア43とをを含む。膝上部プーリ33と膝下部プーリ39とは連結部36で接続されている(図4中では後述のモータ35の本体を介して接続されている)。
This leg portion 2 is a component of the
この第2実施例では、それぞれベルト34、40で連結されたプーリ32と33、及びプーリ38と39とは同一径である。これにより、膝上部プーリ33及び膝下部プーリ39がそれぞれ第2上部水平軸線4A1、第2下部水平軸線4A2を中心として所定角度αだけ回動したときに、上部ベルト34及び下部ベルト40を介して股部プーリ32及び足首部プーリ38は同一の角度αだけ回動するように構成されている。なお、プーリ32、33、38、39とベルト34、40とは摩擦のみにより駆動力を伝導するものであってもよいが、スリップを生じないように、タイミングプーリとタイミングベルトとを用いたものが好ましい。
In this second embodiment, pulleys 32 and 33 and
モータ35の本体(外装)は膝上部プーリ33に対し固定され、第2上部水平軸線4A1上で回動するモータ35のモータ軸351は大腿リンク30の下端に接続され、さらに第1ギア42に接続されている。従って、モータ35によりモータ軸351が回動されると、それと連動して大腿リンク30はモータ軸351と同一方向に同一角度だけ回動する。第1ギア42と第2ギア43との伝達比は1:1であり、第2下部水平軸線4A2上で第2ギア43の中心軸は下腿リンク37の上端に接続されている。従って、モータ軸351が回動されて大腿リンク30が第2上部水平軸線4A1を中心に回動するとき、下腿リンク37はそれと反対方向に第2上部水平軸線4A1を中心に同一角度だけ回動する。
The main body (exterior) of the
大腿リンク30の上端は第1水平軸線3A上に位置し、その第1水平軸線3A上に股部プーリ32が回転自在に保持され、股部プーリ32に胴体部1が接続されている。また、下腿リンク37の下端は第3水平軸線5A上に位置し、その第3水平軸線5A上に足首部プーリ38が回転自在に保持され、足首部プーリ38に下面が床面に接触する足部6が接続されている。従って、図7に示したモータ62L、62Rによる股関節部3の回動、及びモータ66L、66Rによる足首関節部5の回動がないものとすると、股部プーリ32が回動すると胴体部1も回動し、足首部プーリ38が回動すると足部6も回動する。これらの点は第1実施例と同様である。
The upper end of the
上記構成を有する脚部構造において膝関節部4を曲げる際の動作を図5により説明する。図5において(a)、(c)は膝関節部4を真っ直ぐに伸ばした状態、(b)、(d)は膝関節部4を曲げたときの状態を示す。なお、プーリ32、33、38、39の回動動作を分かり易くするために、1周を4等分した領域の対向する2つに斜線を施してある。
The operation at the time of bending the knee joint portion 4 in the leg structure having the above configuration will be described with reference to FIG. 5A and 5C show a state in which the knee joint portion 4 is straightened, and FIGS. 5B and 5D show a state in which the knee joint portion 4 is bent. In addition, in order to make it easy to understand the rotation operation of the
いま、この二足歩行ロボットが例えば直立して脚部2を真っ直ぐに伸ばした姿勢である場合を考えると、図5(a)に示すように、大腿リンク30と下腿リンク37とは第2上部水平軸線4A1、第2下部水平軸線4A2を挟んで直線状に配置されている。このような状態から、モータ35の駆動力によりモータ軸351が時計回り方向に角度θだけ回動されると、図5(b)に示すように、下端がモータ軸351に固着された大腿リンク30は第2上部水平軸線4A1を中心に時計回り方向に角度θだけ回動する。これと連動して、上端が第2ギア43の中心軸に固着された下腿リンク37は第2下部水平軸線4A2を中心に反時計回り方向に角度θだけ回動する。
Now, considering the case where the biped robot is standing upright and the leg 2 is straightened, as shown in FIG. 5 (a), the
上述のように下腿リンク37を回動させると、それに伴って、図5(d)に示すように、第3水平軸線5Aは第2下部水平軸線4A2の直下から後方に移動し、下部ベルト40の伸張方向も斜めになる。このとき、足首部プーリ38と膝下部プーリ39とにおいて下部ベルト40の巻掛け位置はそれぞれ変化するが、径が同一であるため下部ベルト40は走行しない。従って、両プーリ38、39の回転位置は膝曲げ前と同じ状態を維持し、膝下部プーリ39は第2下部水平軸線4A2の周りに回動しない。これにより、連結部36で連結されている膝上部プーリ33も回動せず、膝下部プーリ39と膝上部プーリ33との位置関係も維持された状態で、その全体が下方に下がることになる。
When the
また、股部プーリ32及び膝上部プーリ33においても上部ベルト34の巻掛け位置は変化するが、上部ベルト34は走行しない。従って、膝上部プーリ33と同様に股部プーリ32も回動しない。即ち、膝関節部4の曲げ角度の大小に拘わらず、プーリ38、39、33、32は全て回動せずに膝関節部4の屈曲前状態を維持する。それ故に胴体部1による重心は後方側でなくほぼ鉛直下方に掛かることになる。つまり、重心の掛かり方としては、第1実施例の場合と同じとなり、膝関節部4を大きく曲げて歩行、走行、或いはジャンプする場合でも、バランスを崩しにくく姿勢制御が容易になる。
In the
[第3実施例]
次に上記第2実施例の変形である第3実施例による二足歩行ロボットを図6を参照して説明する。図6は本実施例の二足歩行ロボットの一方の脚部の膝関節部を中心とする要部の原理的構造を示す概略斜視図である。
[Third embodiment]
Next, a bipedal walking robot according to a third embodiment, which is a modification of the second embodiment, will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic perspective view showing the principal structure of the main part centering on the knee joint part of one leg part of the biped walking robot of this embodiment.
この第3実施例による二足歩行ロボットの脚部2では、プーリ及びベルトは上記第2実施例と同じ配置である。異なるのは、第1ギア42、第2ギア43を利用してモータ35の駆動力を下腿リンク37に伝達する代わりに、第2下部水平軸線4A2上で回動するモータ軸41を有するモータ41を、モータ35とは独立に設けた点である。即ち、ここで追加されたモータ41の本体(外装)は膝下部プーリ39に固着され、そのモータ軸41が下腿リンク37の上端に接続されている。
In the leg portion 2 of the biped robot according to the third embodiment, the pulleys and the belt are arranged in the same manner as in the second embodiment. The difference is that instead of using the
膝関節部4の屈曲時の基本的な動作としては、2個のモータ35、41はそのモータ軸351、411が互いに反対の回動方向で且つ同一角度だけ同期して回動するように制御される。これにより、上述した第2実施例の二足歩行ロボットと同様の膝屈曲動作が達成され、第2実施例と同様の効果を奏することになる。
As a basic operation when the knee joint section 4 is bent, the two
さらにまた、この構成では、鉛直線に対する大腿リンク30と下腿リンク37のそれぞれの傾斜角度は独立に駆動されるモータ35、41により決まるので、上記のような同期動作だけではなく、例えば一方のモータを膝関節が屈曲する方向に駆動し、他方のモータは膝関節が伸展する方向に駆動する等の動作が可能である。こうした制御を行えば、膝関節部4をくの字状に曲げるのみならず、例えば脚部2をほぼ真っ直ぐに伸ばした状態で前方や後方に振り上げるような動作を行うこともできるなど、脚部2の動作の自由度が大きくなる。一般に、歩行を行うためには、膝関節部4の屈伸動作とともに、図7に示したモータ62L、62Rによる股関節部3の回動動作やモータ66L、66Rによる足首関節部5の回動動作を行う必要があり、制御が煩雑である。これに対し、第3実施例の構成では、2個のモータ35、41の制御を適当に行うことで、股関節部3や足首関節部5の積極的な回動を行うことなく歩行を実現することも可能である。さらにまた、股関節部3や足首関節部5にモータ等のアクチュエータを設けない、より簡素な構造で以て歩行動作を実現することも可能である。
Furthermore, in this configuration, the inclination angles of the
なお、上記各実施例は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。 It should be noted that each of the above embodiments is merely an example of the present invention, and it is obvious that modifications, corrections, and additions as appropriate within the scope of the present invention are included in the scope of the claims of the present application.
例えば、上記第1乃至第3実施例では、駆動源であるモータを膝関節部4に設置し、そのモータの駆動力により膝関節部4を中心とする大腿リンク10、30と下腿リンク15、37との相対的な回動を行うようにしている。しかしながら、いずれの実施例でも、股関節部3、膝関節部4及び足首関節部5が機構的に上述したように同調して動作することが保証されるため、股関節部3において大腿リンク10、30の上端とプーリ18、32との相対的な回転位置関係(角度)を変化させるように駆動を行ってもよく、また足首関節部5において下腿リンク15、37の下端とプーリ13、38との相対的な回転位置関係(角度)を変化させるように駆動を行ってもよい。また、第3実施例の構成では、2個のモータを1個ずつ股関節部3と足首関節部5とに移設してもよいし、2個のモータのうちの1つのみを股関節部3又は足首関節部5に移設することもできる。
For example, in the first to third embodiments, a motor as a driving source is installed in the knee joint portion 4, and the thigh links 10 and 30 centered on the knee joint portion 4 and the
また例えば上記実施例では、回転動力伝達機構としてプーリとベルトとを用いたが、これに代わる巻掛け伝動機構、例えばチェーン伝動機構などを用いることができる。また、巻掛け伝動機構に代えて歯車伝動機構などを利用することも可能である。こうした伝動機構を用いた場合にその途中での軸の回動角度比などは任意に決めることができるが、その両終端、つまりは、股関節部3における水平軸線3A上の軸と膝関節部4における第2水平軸線4A(又は第2上部水平軸線4A1)上の軸との回転角度比、及び足首関節部5における水平軸線5A上の軸と膝関節部4における第2水平軸線4A(又は第2下部水平軸線4A2)上の軸との回転角度比とは上述したような所定の関係を保つ必要がある。
Further, for example, in the above-described embodiment, the pulley and the belt are used as the rotational power transmission mechanism. However, a winding transmission mechanism such as a chain transmission mechanism can be used instead. Further, a gear transmission mechanism or the like can be used instead of the winding transmission mechanism. When such a transmission mechanism is used, the rotation angle ratio of the shaft in the middle of the transmission mechanism can be arbitrarily determined, but both ends thereof, that is, the axis on the
1…胴体部
2…脚部
3…股関節部
4…膝関節部
5…足首関節部
6…足部
10、30…大腿リンク
12…第1膝部プーリ
13、38…足首部プーリ
14、40…下部ベルト
15、37…下腿リンク
17…第2膝部プーリ
18、32…股部プーリ
19、34…上部ベルト
20、35、41…モータ
201、351、411…モータ軸
33…膝上部プーリ
36…連結部
39…膝下部プーリ
42…第1ギア
43…第2ギア
3A、4A、4A1、4A2、5A…水平軸線
DESCRIPTION OF
Claims (8)
a)股関節部にあって左右方向に延伸する水平軸線を中心に回動可能に上端が保持され、膝関節部にあって左右方向に延伸する水平軸線を中心に回動可能に下端が保持された大腿リンクと、
b)前記膝関節部にある前記水平軸線を中心に回動可能に上端が保持され、足首関節部にあって左右方向に延伸する水平軸線を中心に回動可能に下端が保持された下腿リンクと、
c)前記膝関節部にある前記水平軸線を中心に前記大腿リンクと一体に回動可能な第1膝部円盤状体と、前記足首関節部にある前記水平軸線を中心に前記足部と一体に回動可能な足首部円盤状体と、第1膝部円盤状体の回動角度の1/2が足首部円盤状体の回動角度となるように相互の回動を関連付ける伝動部と、を含む下部回転動力伝達部と、
d)前記膝関節部にある前記水平軸線を中心に前記下腿リンクと一体に回動可能な第2膝部円盤状体と、前記股関節部にある前記水平軸線を中心に前記胴体部と一体に回動可能な股部円盤状体と、第2膝部円盤状体の回動角度の1/2が股部円盤状体の回動角度となるように相互の回動を関連付ける伝動部と、を含む上部回転動力伝達部と、
e)前記膝関節部にある水平軸線を中心とした前記大腿リンクと前記下腿リンクとの回転位置関係を変えるようにいずれか一方に駆動力を与える、前記股関節部にある水平軸線を中心とした前記大腿リンクと前記股部円盤状体との回転位置関係を変えるようにいずれか一方に駆動力を与える、又は、前記足首関節部にある水平軸線を中心とした前記下腿リンクと前記足首部円盤状体との回転位置関係を変えるようにいずれか一方に駆動力を与える駆動源と、
を備えることを特徴とする二足歩行ロボット。 The body part, the left and right leg parts that are connected to the body part via the left and right hip joint parts so as to be pivotable in the front-rear direction, and the knee joint part is provided in the middle, and the lower end of the leg part via the ankle joint part In a biped walking robot having legs that are pivotably connected in the front-rear direction, the left and right legs are respectively
a) The upper end is held pivotably about a horizontal axis extending in the left-right direction at the hip joint, and the lower end is held rotatable about the horizontal axis extending in the left-right direction at the knee joint. Thigh link,
b) A crus link having an upper end held rotatably about the horizontal axis at the knee joint and a lower end held pivotable about a horizontal axis extending in the left-right direction at the ankle joint When,
c) a first knee disk that can rotate integrally with the thigh link around the horizontal axis at the knee joint, and an integral with the foot around the horizontal axis at the ankle joint. An ankle disc-shaped body that can be pivoted to each other, and a transmission unit that associates the rotations so that ½ of the pivot angle of the first knee disk-shaped body is the pivot angle of the ankle disc-shaped body A lower rotational power transmission unit including
d) a second knee disk-shaped body that can rotate integrally with the crus link about the horizontal axis at the knee joint, and an integral with the torso about the horizontal axis at the hip joint. A rotatable crotch disk, and a transmission unit that associates the rotations so that one half of the rotation angle of the second knee disk is the rotation angle of the crotch disk, An upper rotational power transmission unit including
e) A driving force is applied to either one so as to change the rotational positional relationship between the thigh link and the lower leg link around the horizontal axis at the knee joint, and the horizontal axis at the hip joint is at the center A driving force is applied to one of the thigh link and the crotch disk so as to change a rotational positional relationship, or the crus link and the ankle disk centered on a horizontal axis at the ankle joint A driving source for applying a driving force to one of the two so as to change the rotational positional relationship with the object
A biped walking robot characterized by comprising:
a)股関節部にあって左右方向に延伸する水平軸線を中心に回動可能に上端が保持され、膝関節部にあって左右方向に延伸する第1水平軸線を中心に回動可能に下端が保持された大腿リンクと、
b)前記膝関節部にあって前記第1水平軸線の下方に位置する左右方向に延伸する第2水平軸線を中心に回動可能に上端が保持され、足首関節部にあって左右方向に延伸する水平軸線を中心に回動可能に下端が保持された下腿リンクと、
c)前記膝関節部にある前記第2水平軸線を中心に回動可能な第2膝部円盤状体と、前記足首関節部にある前記水平軸線を中心に前記足部と一体に回動可能な足首部円盤状体と、第2膝部円盤状体の回動角度と足首部円盤状体の回動角度とが等しくなるように相互の回動を関連付ける伝動部と、を含む下部回転動力伝達部と、
d)前記膝関節部にある前記第1水平軸線を中心に回動可能な第1膝部円盤状体と、前記股関節部にある前記水平軸線を中心に前記胴体部と一体に回動可能な股部円盤状体と、第1膝部円盤状体の回動角度と股部円盤状体の回動角度とが等しくなるように相互の回動を関連付ける伝動部と、を含む上部回転動力伝達部と、
e)前記膝関節部にあって前記第1膝部円盤状体と前記第2膝部円盤状体とを接続する連結部と、
f)前記膝関節部にある第1水平軸線を中心とした前記大腿リンクと前記第1膝部円盤状体との回転位置関係を変えるようにいずれか一方に駆動力を与える、又は、前記股関節部にある水平軸線を中心とした前記大腿リンクと前記股部円盤状体との回転位置関係を変えるようにいずれか一方に駆動力を与える第1駆動部と、
g)前記膝関節部にある第2水平軸線を中心とした前記下腿リンクと前記第2膝部円盤状体との回転位置関係を変えるようにいずれか一方に駆動力を与える、又は、前記足首関節部にある水平軸線を中心とした前記下腿リンクと前記足首部円盤状体との回転位置関係を変えるようにいずれか一方に駆動力を与える第2駆動部と、
を備えることを特徴とする二足歩行ロボット。 The body part, the left and right leg parts that are connected to the body part via the left and right hip joint parts so as to be pivotable in the front-rear direction, and the knee joint part is provided in the middle, and the lower end of the leg part via the ankle joint part In a biped walking robot having legs that are pivotably connected in the front-rear direction, the left and right legs are respectively
a) The upper end is held rotatably about a horizontal axis extending in the left-right direction in the hip joint, and the lower end is rotatable about the first horizontal axis extending in the left-right direction in the knee joint A retained thigh link;
b) At the knee joint, the upper end is held pivotably about a second horizontal axis extending in the left-right direction located below the first horizontal axis, and extended in the left-right direction at the ankle joint A crus link with a lower end held rotatably about a horizontal axis
c) A second knee disk-shaped body that can be rotated around the second horizontal axis at the knee joint and a foot that can rotate integrally with the foot around the horizontal axis at the ankle joint. Lower anterior disc power, and a transmission portion that associates the rotations of the second knee disc and the ankle disc so as to be equal to each other. A transmission part;
d) A first knee disk-shaped body that can rotate around the first horizontal axis at the knee joint and a body that can rotate integrally with the body around the horizontal axis at the hip joint. Upper rotational power transmission including a crotch disk and a transmission unit that associates the rotations of the first knee disk and the crotch disk so as to be equal to each other. And
e) a connecting portion at the knee joint for connecting the first knee disk and the second knee disk;
f) A driving force is applied to one of the thigh link and the hip joint in such a manner that the rotational positional relationship between the thigh link and the first knee disk-shaped body around the first horizontal axis at the knee joint is changed. A first driving unit that applies a driving force to one of the thigh link and the crotch disc-like body so as to change a rotational positional relationship about a horizontal axis at a portion;
g) A driving force is applied to one of the ankles so as to change the rotational positional relationship between the lower leg link and the second knee disk-shaped body around the second horizontal axis at the knee joint, or the ankle A second drive unit that applies a driving force to either one of the lower leg link and the ankle disk-like body around the horizontal axis at the joint so as to change the rotational positional relationship;
A biped walking robot characterized by comprising:
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