JP2009050938A - Suspending structure for leg wheel type robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、脚車輪型ロボットの吊り下げ構造に係り、特に、非動作時またはメンテナンス時に脚車輪型ロボットの転倒を防止するのに好適な脚車輪型ロボットの吊り下げ構造に関する。 The present invention relates to a suspension structure for a leg-wheel robot, and more particularly to a suspension structure for a leg-wheel robot suitable for preventing the leg-wheel robot from falling during non-operation or maintenance.
ロボットの移動機構は、車輪型、クローラ型、脚型またはこれらを組み合わせた機構に分類される。一般に、車輪型ロボットは、平地での移動性は高いが、段差への適応性が低いという問題がある。また、クローラ型ロボットは、不整地に適し、多少の段差であれば乗り越えられるが、積極的な重心移動ができないために急な階段への適応性が低く、平地における移動性が車輪型ロボットより低いという問題があった。また、脚型ロボットは、階段への適応性が最も優れているが、平地での移動性が極端に低いという問題がある。 The moving mechanism of the robot is classified into a wheel type, a crawler type, a leg type, or a combination thereof. In general, a wheel type robot has a problem of high mobility on a flat ground but low adaptability to a step. Crawler type robots are suitable for rough terrain, and can be overcome if there are a few steps. However, because they cannot actively move the center of gravity, they are less adaptable to steep stairs and are more mobile on flat ground than wheel type robots. There was a problem of being low. In addition, the legged robot has the best adaptability to the stairs, but has the problem of extremely low mobility on flat ground.
車輪型、クローラ型および脚型の問題を解決するため、脚型と車輪型を組み合わせた脚車輪型ロボットが提案されている。脚車輪型ロボットとしては、例えば、特許文献1記載の技術が知られている。
特許文献1には、サーボモータによって駆動される4本の脚部を自在に駆動しての歩行移動と、4本の脚部の内の後ろ側の2本の脚部に備えられた2つの駆動輪と、前側の2本の脚部に備えられた2つの従動輪とによる車輪移動と、さらに歩行移動と車輪移動を組み合わせたハイブリッド移動を行う脚式移動ロボット装置が開示されている(同文献〔0123〕および図31(a))。
In
しかしながら、特許文献1のような脚車輪型ロボットは、脚部を折り曲げる構造となっていることから重心が高く、また、脚先に車輪が設けられているため、非動作時は姿勢が不安定で転倒の可能性があるという問題があった。
また、メンテナンス時において、脚車輪型ロボットの動作テストを行うため脚部を様々な状態に駆動させようとすると、姿勢によっては転倒の可能性があるという問題があった。
However, the leg-wheel type robot as disclosed in
In addition, there is a problem that if the leg part is driven in various states in order to perform an operation test of the leg-wheel type robot during maintenance, there is a possibility of falling depending on the posture.
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、非動作時またはメンテナンス時に脚車輪型ロボットの転倒を防止するのに好適な脚車輪型ロボットの吊り下げ構造を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made paying attention to such an unsolved problem of the prior art, and is suitable for preventing the leg-wheel robot from falling over during non-operation or maintenance. The purpose is to provide a hanging structure for a robot.
〔発明1〕 上記目的を達成するために、発明1の脚車輪型ロボットの吊り下げ構造は、基体と、前記基体に対して自由度を有して連結された脚部と、前記脚部に回転可能に設けられた車輪とを備え、前記脚部の駆動および前記車輪の回転により移動する脚車輪型ロボットの吊り下げ構造であって、前記基体の一の側面に設けられ、吊り下げ装置の連結手段と連結する第1連結手段と、前記基体の他の側面のうち前記基体の中心に対して前記第1連結手段と対称の位置に設けられ、前記吊り下げ装置の連結手段と連結する第2連結手段とを備える。
[Invention 1] In order to achieve the above object, a suspension structure for a leg-wheel type robot according to
このような構成であれば、非動作時またはメンテナンス時は、第1連結手段および第2連結手段に吊り下げ装置の連結手段をそれぞれ連結し、吊り下げ装置により脚車輪型ロボットを吊り下げることができる。このとき、第1連結手段および第2連結手段は、基体の中心に対して対称の位置に設けられているので、姿勢が不安定になりにくい。そのため、非動作時はもちろん、メンテナンス時において、脚車輪型ロボットの動作テストを行うため吊り下げた状態で脚部を様々な状態に駆動させても、脚車輪型ロボットが転倒する可能性を低減することができる。 With such a configuration, during non-operation or maintenance, the suspension means can be connected to the first connection means and the second connection means, respectively, and the leg-wheel robot can be suspended by the suspension apparatus. it can. At this time, since the first connecting means and the second connecting means are provided at symmetrical positions with respect to the center of the base, the posture is not likely to be unstable. Therefore, not only when not in operation, but also during maintenance, the possibility of the leg-wheel robot falling over even if the leg is driven in various states while being suspended to test the operation of the leg-wheel robot is reduced. can do.
なお、脚車輪型ロボットは、段差のあるところでは、自由度の範囲で脚部が可動し、段差を乗り越えることができる。したがって、脚型ロボットと同様に段差への適応性が高い。
一方、平地では、車輪走行で移動することができる。したがって、車輪型ロボットと同様に平地での移動性が高い。
ここで、連結手段としては、例えば、フックとフック連結具、ボルトとナットその他機械的に連結する手段、または磁石、電磁石その他磁気的に連結する手段が含まれる。
In the leg-wheel type robot, where there is a step, the leg can move within a range of degrees of freedom, and the step can be overcome. Therefore, the adaptability to a level difference is high like a legged robot.
On the other hand, on a flat ground, it can move by wheel running. Therefore, the mobility on the flat ground is high like the wheel type robot.
Here, the connecting means includes, for example, a hook and a hook connector, a bolt and a nut and other means for mechanically connecting, or a magnet, an electromagnet and other means for magnetically connecting.
〔発明2〕 さらに、発明2の脚車輪型ロボットの吊り下げ構造は、発明1の脚車輪型ロボットの吊り下げ構造において、前記第1連結手段は、前記一の側面から突出した第1フランジと、前記第1フランジに固定されかつ前記第1フランジから立ち上がる環状の第1フック連結具とからなり、前記第2連結手段は、前記他の側面のうち前記対称の位置から突出した第2フランジと、前記第2フランジに固定されかつ前記第2フランジから立ち上がる環状の第2フック連結具とからなる。
[Invention 2] Further, the suspension structure of the leg-wheel type robot according to Invention 2 is the suspension structure of the leg-wheel type robot according to
このような構成であれば、非動作時またはメンテナンス時は、第1フック連結具および第2フック連結具に吊り下げ装置のフックをそれぞれ連結し、吊り下げ装置により脚車輪型ロボットを吊り下げることができる。このとき、フック連結具は、基体の側面から突出したフランジに固定され、かつ、フランジから立ち上がる環状部材として構成されているので、フックの着脱を比較的容易に行うことができる。 With such a configuration, during non-operation or maintenance, the hooks of the suspension device are connected to the first hook connector and the second hook connector, respectively, and the leg wheel type robot is suspended by the suspension device. Can do. At this time, the hook connector is fixed to the flange protruding from the side surface of the base and is configured as an annular member that rises from the flange, so that the hook can be attached and detached relatively easily.
〔発明3〕 さらに、発明3の脚車輪型ロボットの吊り下げ構造は、発明1および2のいずれか1の脚車輪型ロボットの吊り下げ構造において、複数の前記第1連結手段と、前記基体の中心に対して前記複数の第1連結手段のそれぞれと対称の位置に設けられた複数の前記第2連結手段とを備える。
このような構成であれば、非動作時またはメンテナンス時は、複数の第1連結手段および複数の第2連結手段に吊り下げ装置の連結手段をそれぞれ連結し、吊り下げ装置により脚車輪型ロボットを吊り下げることができる。このとき、各連結手段の組みごとに、第1連結手段およびこれに対応する第2連結手段は、基体の中心に対して対称の位置に設けられているので、姿勢の安定化をさらに図ることができる。
[Invention 3] Further, the suspension structure of the leg-wheel type robot according to Invention 3 is the suspension structure of the leg-wheel type robot according to any one of
With such a configuration, during non-operation or maintenance, the suspension means is connected to the plurality of first connection means and the plurality of second connection means, respectively, and the leg-wheel type robot is connected by the suspension apparatus. Can be hung. At this time, for each set of connecting means, the first connecting means and the second connecting means corresponding to the first connecting means are provided at symmetrical positions with respect to the center of the base, so that the posture can be further stabilized. Can do.
〔発明4〕 さらに、発明4の脚車輪型ロボットの吊り下げ構造は、発明1ないし3のいずれか1の脚車輪型ロボットの吊り下げ構造において、前記第1連結手段および前記第2連結手段は、前記脚部の可動範囲外に設けられている。
このような構成であれば、第1連結手段および第2連結手段が脚部の可動範囲外に設けられているので、第1連結手段および第2連結手段により脚部の駆動が阻害されない。そのため、メンテナンス時において、脚車輪型ロボットの動作テストを行うため吊り下げた状態で脚部を任意の状態に駆動させることができる。
[Invention 4] Further, the suspension structure of the leg-wheel type robot according to
With such a configuration, since the first connecting means and the second connecting means are provided outside the movable range of the leg portion, the driving of the leg portion is not hindered by the first connecting means and the second connecting means. Therefore, at the time of maintenance, the leg portion can be driven to an arbitrary state in a suspended state in order to perform an operation test of the leg wheel type robot.
以上説明したように、発明1の脚車輪型ロボットの吊り下げ構造によれば、第1連結手段および第2連結手段が基体の中心に対して対称の位置に設けられているので、第1連結手段および第2連結手段を介して脚車輪型ロボットを吊り下げても姿勢が不安定になりにくく、脚車輪型ロボットが転倒する可能性を低減することができるという効果が得られる。 As described above, according to the suspension structure of the leg-wheel type robot of the first aspect, the first connection means and the second connection means are provided at symmetrical positions with respect to the center of the base body. Even if the leg-wheel type robot is suspended through the means and the second connecting means, the posture is not likely to be unstable, and the possibility that the leg-wheel type robot may fall can be reduced.
さらに、発明2の脚車輪型ロボットの吊り下げ構造によれば、基体の側面から突出したフランジに固定されかつフランジから立ち上がる環状のフック連結具が設けられているので、フックの着脱を比較的容易に行うことができるという効果が得られる。
さらに、発明3の脚車輪型ロボットの吊り下げ構造によれば、各連結手段の組みごとに、第1連結手段およびこれに対応する第2連結手段が基体の中心に対して対称の位置に設けられているので、姿勢の安定化をさらに図ることができ、脚車輪型ロボットが転倒する可能性をさらに低減することができるという効果が得られる。
Furthermore, according to the suspension structure of the leg-wheel type robot of the invention 2, since the annular hook connector fixed to the flange protruding from the side surface of the base and rising from the flange is provided, it is relatively easy to attach and detach the hook. The effect that it can be performed is obtained.
Furthermore, according to the suspension structure of the leg-wheel type robot of the invention 3, the first connecting means and the second connecting means corresponding to the first connecting means are provided symmetrically with respect to the center of the base for each set of connecting means. Therefore, it is possible to further stabilize the posture and to further reduce the possibility that the leg-wheel type robot will fall.
さらに、発明4の脚車輪型ロボットの吊り下げ構造によれば、第1連結手段および第2連結手段が脚部の可動範囲外に設けられているので、第1連結手段および第2連結手段により脚部の駆動が阻害されないという効果が得られる。
Furthermore, according to the suspension structure of the leg-wheel type robot of the
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図1ないし図8は、本発明に係る脚車輪型ロボットの吊り下げ構造の実施の形態を示す図である。
まず、本発明を適用する脚車輪型ロボット100の構成を説明する。
図1は、脚車輪型ロボット100の正面図である。
図2は、脚車輪型ロボット100の側面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 8 are diagrams showing an embodiment of a suspension structure for a leg-wheel type robot according to the present invention.
First, the configuration of a leg
FIG. 1 is a front view of a leg
FIG. 2 is a side view of the leg
脚車輪型ロボット100は、図1および図2に示すように、基体10と、基体10に連結された4つの脚部12とを有して構成されている。
基体10の前部には、2本の脚部12が回転関節14を介して左右対称の位置に連結されている。また、基体10の後部には、2本の脚部12が回転関節14を介して左右対称の位置に連結されている。回転関節14は、脚車輪型ロボット100の底面と直交する方向を軸方向として回転する。すなわち、ヨー軸回りに回転する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the leg-
Two
各脚部12には、2つの回転関節16、18が設けられている。回転関節14は、下方を軸方向として回転し、回転関節16、18は、回転関節14が図1の状態であるときは、脚車輪型ロボット100の側面と直交する方向を軸方向として回転する。すなわち、回転関節14が図1の状態であるときは、ピッチ軸回りに回転し、回転関節14が図1の状態から90度回転した状態であるときは、ロール軸回りに回転する。したがって、脚部12は、それぞれ3自由度を有する。
Each
各脚部12の先端には、回転関節16、18と軸方向を同一にして駆動輪20が回転可能に設けられている。
各脚部12の先端には、脚車輪型ロボット100の移動経路上に存在する物体までの距離を測定する前方脚先センサ22と、接地面までの距離を測定する下方脚先センサ24とが設けられている。
A
At the tip of each
一方、基体10の正面には、3次元距離測定装置200が取り付けられている。3次元距離測定装置200は、測距センサの測定方向に対して直交する2つの軸回りに測距センサを回転させ、これにより得られた測定結果に基づいて、測定範囲内に存在する物体上の連続面を認識する。
3次元距離測定装置200の座標系(以下、センサ座標系という。)は、基体10の奥行き(前後の長さ)方向をxrs軸、基体10の幅(左右の長さ)方向をyrs軸、基体10の高さ方向をzrs軸とする。なお、測距センサの原点位置においては、測距センサの測定方向がxrs軸と一致し、測距センサの第1回転軸がyrs軸と一致する。測距センサの第1回転軸は、z軸回りの走査角度によって向きが変化するが、原点位置においてyrs軸と一致するため、説明の便宜上、測距センサの第1回転軸をyrs’軸と表記する。
On the other hand, a three-dimensional
The coordinate system (hereinafter referred to as a sensor coordinate system) of the three-dimensional
次に、脚車輪型ロボット100の吊り下げ構造を説明する。
図3は、基体10の上面図である。
図4は、基体10の側面図である。
基体10の右側面には、図3および図4に示すように、水平に突出した2つのフランジ80rが、基体10の左側面には、水平に突出した2つのフランジ80lが設けられている。
Next, the suspension structure of the leg
FIG. 3 is a top view of the
FIG. 4 is a side view of the
As shown in FIG. 3 and FIG. 4, two horizontally projecting
前側のフランジ80rは、前側のフランジ80lと同一の水平位置で、かつ、基体10の中心に対して後側のフランジ80lと対称の位置に設けられている。同様に、後側のフランジ80rは、後側のフランジ80lと同一の水平位置で、かつ、基体10の中心に対して前側のフランジ80lと対称の位置に設けられている。
フランジ80r、80lは、脚部12の可動範囲内に入らないように、基体10の中心付近に設けられ、突出方向の長さが比較的短くなっている。
The
The
フランジ80rの突端には、フック連結具82rが、フランジ80lの突端には、フック連結具82lが固定されている。
フック連結具82rは、U字型の環状部材であるU字ボルトとして構成され、両端部にネジ溝が形成されている。そして、フランジ80rの突端に厚さ方向に形成された2つの貫通穴にフック連結具82rの両端部を挿入し、フランジ80rの裏面からフック連結具82rの両端部をナットにより締結することによりフランジ80rに固定されている。これにより、フック連結具82rがフランジ80rから垂直に立ち上がるので、垂直にフックと連結することができる。
フック連結具82lも、フック連結具82rと同様に構成されている。
A
The
The hook connector 82l is configured similarly to the
次に、脚車輪型ロボット100の吊り下げ装置の構成を説明する。
図5は、吊り下げ装置300の正面図である。
吊り下げ装置300は、図5に示すように、架構302と、架構302の天井から垂下するウインチ304と、ジョイント306を介してウインチ304のフックに連結される支持フレーム308とを有して構成されている。
Next, the configuration of the suspension device for the leg
FIG. 5 is a front view of the
As shown in FIG. 5, the
支持フレーム308は、フック連結具82r、82lの水平方向の間隔と同一の間隔をあけて平行に配置された右側フレームおよび左側フレームと、右側フレームおよび左側フレームと結合する直交フレームと、直交フレームの上面に設けられたジョイント306とを有して構成されている。
右側フレームの下面には、脚車輪型ロボット100を吊り下げた状態で各フック連結具82rの上方に位置する箇所にシャックル等の連結具310rがそれぞれ設けられている。連結具310rには、ジョイントを介してチェーン312rの一端が連結されている。チェーン312rの他端には、カラビナ314rが連結されている。
The
On the lower surface of the right frame, connecting
左側フレームの下面にも、同様に、脚車輪型ロボット100を吊り下げた状態で各フック連結具82lの上方に位置する箇所にシャックル等の連結具310l、チェーン312lおよびカラビナ314lがそれぞれ設けられている。
Similarly, on the lower surface of the left frame, a connecting tool 310l such as a shackle, a chain 312l, and a carabiner 314l are respectively provided at positions above the hook connecting tools 82l in a state where the leg
次に、脚車輪型ロボット100の移動制御システムを説明する。
図6は、脚車輪型ロボット100の移動制御システムを示すブロック図である。
各脚部12の回転関節14〜18には、図6に示すように、回転関節14〜18を回転駆動する関節モータ40がそれぞれ設けられている。各関節モータ40には、関節モータ40の回転角度位置を検出するエンコーダ42と、モータ指令信号およびエンコーダ42の出力信号に基づいて関節モータ40の駆動を制御するドライバ44が設けられている。
各脚部12の駆動輪20には、駆動輪20を回転駆動する車輪モータ50がそれぞれ設けられている。各車輪モータ50には、車輪モータ50の回転角度位置を検出するエンコーダ52と、モータ指令信号およびエンコーダ52の出力信号に基づいて車輪モータ50の駆動を制御するドライバ54が設けられている。
Next, the movement control system of the leg
FIG. 6 is a block diagram showing a movement control system of the leg
As shown in FIG. 6,
A
脚車輪型ロボット100は、さらに、CPU60と、脚車輪型ロボット100の姿勢を検出する3軸姿勢センサ70と、外部のPC等と無線通信を行う無線通信部74と、無線通信部74とCPU60の入出力を中継するハブ76と、警告音等を出力するスピーカ78とを有して構成されている。
3軸姿勢センサ70は、ジャイロ若しくは加速度センサ、またはその両方を有し、地軸に対して脚車輪型ロボット100の姿勢の傾きを検出する。
The leg-
The
CPU60は、モータ指令出力I/F61を介してドライバ44、54にモータ指令信号を出力し、角度取込I/F62を介してエンコーダ42、52の出力信号を入力する。また、センサ入力I/F63を介して、3次元距離測定装置200、前方脚先センサ22、下方脚先センサ24および3軸姿勢センサ70からそれぞれセンサ信号を入力する。また、通信I/F64を介してハブ76と信号の入出力を行い、サウンド出力I/F65を介してスピーカ78に音声信号を出力する。
The
次に、3次元距離測定装置200の構成を説明する。
3次元距離測定装置200は、測距センサと、測距センサをyrs’軸回りに回転させるyrs’軸回転機構と、測距センサをzrs軸回りに回転させるzrs軸回転機構と、測距センサの測定結果に基づいて連続面を認識するセンシングプロセッサとを有して構成されている。
Next, the configuration of the three-dimensional
The three-dimensional
センシングプロセッサは、まず、CPU60からの指令信号に基づいて、yrs’軸回転機構およびzrs軸回転機構の走査角度範囲および走査単位角度を設定し、yrs’軸回転機構に指令信号を出力することにより、走査角度範囲内において、測距センサを走査単位角度ずつyrs’軸回りに回転させるとともに、各走査角度に応じた距離情報を測定する第1走査処理を実行する。
The sensing processor first sets a scanning angle range and a scanning unit angle of the yrs 'axis rotation mechanism and the zrs axis rotation mechanism based on a command signal from the
次いで、測定した距離情報に対してフィルタリング処理を実行してノイズ成分を除去し、ノイズ除去後の回転座標系の距離情報を直交座標系の座標情報に変換し、変換された座標情報に基づいてハフ変換等により直交座標系における線分を検出する。
そして、検出した線分の端点を連続面の境界として判定し、連続面の境界として判定した端点の座標情報をセンサ座標系に変換し、変換された座標情報をRAM等のメモリに記憶する。
Next, filtering processing is performed on the measured distance information to remove noise components, and the distance information of the rotating coordinate system after the noise removal is converted into the coordinate information of the orthogonal coordinate system, based on the converted coordinate information A line segment in the orthogonal coordinate system is detected by Hough transform or the like.
Then, the end point of the detected line segment is determined as the boundary of the continuous surface, the coordinate information of the end point determined as the boundary of the continuous surface is converted into a sensor coordinate system, and the converted coordinate information is stored in a memory such as a RAM.
yrs’軸回りの走査範囲で測定可能な領域(以下、走査平面という。)の1つについてこれら一連の処理が終了すると、zrs軸回転機構に指令信号を出力することにより、走査角度範囲内において、測距センサを走査単位角度ずつzrs軸回りに回転させる第2走査処理を実行する。
すべての走査平面についてこれら一連の処理が終了すると、メモリの座標情報に基づいて面データを生成する。連続面の境界として判定した端点を結ぶ線分は、物体上の連続面と走査平面が交わる交線であるので、面データの生成は、例えば、ある走査平面において、連続面の境界として判定した端点を結ぶ線分と、zrs軸回りに隣接する走査平面において、連続面の境界として判定した端点を結ぶ線分との傾きおよび座標が所定範囲にあるものを連続面と判定し、それら線分に対応する座標情報を対応付けたり、公知の補間法を用いてつなぎ合わせたりすることにより行う。例えば、傾きが0に近い連続面は、水平面とみなすことができるので、そこが歩行可能な面であると判定することができる。
そして、センサ入力I/F63を介して面データをCPU60に出力する。
When these series of processes are completed for one of the regions that can be measured in the scanning range around the yrs' axis (hereinafter referred to as a scanning plane), a command signal is output to the zrs axis rotation mechanism, so that it is within the scanning angle range. Then, a second scanning process is performed in which the distance measuring sensor is rotated around the zrs axis by a scanning unit angle.
When these series of processes are completed for all scanning planes, plane data is generated based on the coordinate information in the memory. The line segment connecting the end points determined as the boundary of the continuous surface is an intersection line where the continuous surface on the object and the scanning plane intersect. Therefore, for example, the generation of the surface data is determined as the boundary of the continuous surface in a certain scanning plane. The line segment connecting the end points and the line connecting the end points determined as the boundary of the continuous surface in the scanning plane adjacent to the zrs axis is determined as a continuous surface if the slope and coordinates are within a predetermined range. This is performed by associating coordinate information corresponding to, or connecting them using a known interpolation method. For example, since a continuous surface having an inclination close to 0 can be regarded as a horizontal surface, it can be determined that the surface is a walkable surface.
Then, the surface data is output to the
次に、CPU60で実行される処理を説明する。
CPU60は、ROM等の所定領域に格納されている制御プログラムを起動させ、その制御プログラムに従って、図7のフローチャートに示す昇降制御処理を実行する。
図7は、昇降制御処理を示すフローチャートである。
Next, processing executed by the
The
FIG. 7 is a flowchart showing the elevation control process.
昇降制御処理は、脚部12の昇降制御を行う処理であって、CPU60において実行されると、まず、図7に示すように、ステップS100に移行する。
ステップS100では、3次元距離測定装置200から面データを入力し、ステップS102に移行して、入力した面データに基づいて、センサ座標系の座標をグローバル座標系の座標に変換し、連続面の境界線上の点を階段の特徴点として検出する。
The raising / lowering control process is a process for performing the raising / lowering control of the
In step S100, surface data is input from the three-dimensional
次いで、ステップS104に移行して、検出した階段の特徴点に基づいて階段の幅を算出し、ステップS106に移行して、検出した階段の特徴点に基づいて階段の段鼻部の実座標を算出し、ステップS108に移行する。
ステップS108では、算出した階段の幅および段鼻部の実座標、並びに3軸姿勢センサ70のセンサ信号に基づいて逆運動学計算および重心計算を行い、ステップS110に移行して、ステップS108の計算結果に基づいて脚先(駆動輪20)の着地位置を決定し、ステップS112に移行する。
Next, the process proceeds to step S104, the width of the staircase is calculated based on the detected feature point of the staircase, and the process proceeds to step S106, where the actual coordinates of the stair nosing part of the staircase are calculated based on the detected feature point of the staircase. Then, the process proceeds to step S108.
In step S108, inverse kinematics calculation and centroid calculation are performed based on the calculated stair width and actual coordinates of the nose and the sensor signal of the three-
ステップS112では、前方脚先センサ22および下方脚先センサ24からそれぞれセンサ信号を入力し、ステップS114に移行して、入力した前方脚先センサ22のセンサ信号に基づいて蹴込板までの距離を算出し、ステップS116に移行して、入力した下方脚先センサ24のセンサ信号に基づいて脚先と踏板の位置関係を算出し、ステップS118に移行する。
In step S112, sensor signals are input from the front
ステップS118では、決定した着地位置および算出した両距離に基づいてドライバ44、54へのモータ指令信号を生成し、ステップS120に移行して、生成したモータ指令信号をドライバ44、54に出力し、ステップS122に移行する。
ステップS122では、脚先が踏板に着地したか否かを判定し、脚先が着地したと判定したとき(Yes)は、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。
In step S118, a motor command signal to the
In step S122, it is determined whether or not the leg tip has landed on the tread. If it is determined that the leg tip has landed (Yes), the series of processes is terminated and the process returns to the original process.
一方、ステップS122で、脚先が着地しないと判定したとき(No)は、ステップS112に移行する。 On the other hand, when it is determined in step S122 that the leg tip does not land (No), the process proceeds to step S112.
次に、本実施の形態の動作を説明する。
図8は、脚車輪型ロボット100を吊り下げ装置により吊り下げた状態を示す図である。
非動作時またはメンテナンス時は、図8に示すように、フック連結具82r、82lにカラビナ314r、314lをそれぞれ連結し、吊り下げ装置300により脚車輪型ロボット100を吊り下げることができる。このとき、フック連結具82r、82lは、基体10の中心に対して対称の位置に設けられているので、姿勢が不安定になりにくい。そのため、非動作時はもちろん、メンテナンス時において、脚車輪型ロボット100の動作テストを行うため吊り下げた状態で脚部12を様々な状態に駆動させても、脚車輪型ロボット100が転倒する可能性を低減することができる。
Next, the operation of the present embodiment will be described.
FIG. 8 is a diagram illustrating a state in which the leg
At the time of non-operation or maintenance, as shown in FIG. 8, the
次に、脚車輪型ロボット100の移動経路上に階段が存在し、これを乗り越える場合を説明する。
まず、3次元距離測定装置200により、連続面の境界が判定され、面データが生成される。次いで、ステップS100、S102を経て、CPU60により、面データが入力され、入力された面データに基づいて階段の特徴点が検出される。そして、ステップS104〜S110を経て、検出された階段の特徴点に基づいて階段の幅および段鼻部の実座標が算出され、算出された階段の幅および段鼻部の実座標に基づいて脚先の着地位置が決定される。
Next, a case where a stairway exists on the moving path of the leg-
First, the boundary of the continuous surface is determined by the three-dimensional
さらに、ステップS112〜S116を経て、脚先センサ22、24からそれぞれセンサ信号が入力され、蹴込板までの距離および脚先と踏板の位置関係が算出される。そして、ステップS118、S120を経て、決定された着地位置および算出された両距離に基づいてモータ指令信号が生成され、生成されたモータ指令信号がドライバ44、54に出力される。これにより、駆動輪20が回転するとともに回転関節14〜18が駆動し、脚車輪型ロボット100が姿勢を適切に保ちつつ階段を乗り越える。また、状況によっては階段を回避、停止する。したがって、脚型ロボットと同様に階段への適応性が高い。
一方、平地では、脚車輪型ロボット100は、車輪走行で移動することができる。したがって、車輪型ロボットと同様に平地での移動性が高い。
Further, through steps S112 to S116, sensor signals are input from the
On the other hand, on a flat ground, the leg-
このようにして、本実施の形態は、基体10の右側面に設けられたフック連結具82rと、基体10の左側面のうち基体10の中心に対してフック連結具82rと対称の位置に設けられたフック連結具82lとを備える。
Thus, in the present embodiment, the
これにより、フック連結具82r、82lを介して脚車輪型ロボット100を吊り下げても姿勢が不安定になりにくく、脚車輪型ロボット100が転倒する可能性を低減することができる。
さらに、本実施の形態では、フック連結具82r、82lは、基体10の側面から水平に突出したフランジ80r、80lに固定され、フランジ80r、80lから垂直に立ち上がる環状部材として構成されている。
Thereby, even if the leg-
Furthermore, in the present embodiment, the
これにより、カラビナ314r、314lの着脱を比較的容易に行うことができる。
さらに、本実施の形態では、複数のフック連結具82rと、基体10の中心に対して複数のフック連結具82rのそれぞれと対称の位置に設けられた複数のフック連結具82lとを備える。
これにより、姿勢の安定化をさらに図ることができ、脚車輪型ロボット100が転倒する可能性をさらに低減することができる。
Accordingly, the
Furthermore, in the present embodiment, a plurality of
As a result, the posture can be further stabilized, and the possibility that the leg-
さらに、本実施の形態では、フランジ80r、80lおよびフック連結具82r、82lは、脚部12の可動範囲外に設けられている。
これにより、フランジ80r、80lおよびフック連結具82r、82lにより脚部12の駆動が阻害されない。
さらに、本実施の形態では、支持フレーム308は、フック連結具82r、82lの水平方向の間隔と同一の間隔をあけて平行に配置された右側フレームおよび左側フレームと、右側フレームの下面のうち脚車輪型ロボット100を吊り下げた状態で各フック連結具82rの上方に位置する箇所にそれぞれ設けられた連結具310r、チェーン312rおよびカラビナ314rと、左側フレームの下面のうち脚車輪型ロボット100を吊り下げた状態で各フック連結具82lの上方に位置する箇所にそれぞれ設けられた連結具310l、チェーン312lおよびカラビナ314lとを備える。
Further, in the present embodiment, the
Thereby, the drive of the
Further, in the present embodiment, the
これにより、支持フレーム308からチェーン312r、312lを垂下させた状態で脚車輪型ロボット100を垂直に吊り上げることができるので、脚車輪型ロボット100にチェーン312r、312lが衝突するのを防止することができる。
さらに、本実施の形態では、吊り下げ装置300は、フック連結具82r、82lと連結するカラビナ314r、314lを備える。
As a result, the leg
Furthermore, in the present embodiment, the
これにより、フック連結具82r、82lに対する着脱が容易となり、フック連結具82r、82lとの連結時に脱落する可能性を低減することができる。また、細身なので、フランジ80r、80lの突出方向の長さが短い場合に好適である。
さらに、本実施の形態では、測距センサをyrs’軸回りに回転させるyrs’軸回転機構と、測距センサをzrs軸回りに回転させるzrs軸回転機構とを備え、yrs’軸回転機構により測距センサを回転させながらyrs’軸回転機構の走査単位角度ごとに測距センサの測定結果を取得する第1走査を、zrs軸回転機構により測距センサを回転させながらzrs軸回転機構の走査単位角度ごとに行う第2走査を行うことにより、yrs’軸回転機構の走査単位角度ごとおよびzrs軸回転機構の走査単位角度ごとの測定結果を取得する。
Thereby, the attachment / detachment with respect to the
Further, the present embodiment includes a yrs 'axis rotation mechanism that rotates the distance measurement sensor about the yrs' axis, and a zrs axis rotation mechanism that rotates the distance measurement sensor about the zrs axis. The first scanning for obtaining the measurement result of the distance measuring sensor at every scanning unit angle of the yrs' axis rotating mechanism while rotating the distance measuring sensor, and the scanning of the zrs axis rotating mechanism while rotating the distance measuring sensor by the zrs axis rotating mechanism By performing the second scanning performed for each unit angle, measurement results for each scanning unit angle of the yrs' axis rotation mechanism and each scanning unit angle of the zrs axis rotation mechanism are acquired.
これにより、連続面として物体の立体的な形状を把握することができるので、脚型ロボットや脚車輪型ロボット100のように複雑な姿勢制御を必要とするロボットの姿勢制御にさらに好適な認識結果を得ることができる。また、測距センサを回転させる回転機構を採用したので、移動機構に比して、走査に必要なスペースが小さくてすみ、走査のための機構が簡素となり、しかも高速な走査を実現することができる。
As a result, since the three-dimensional shape of the object can be grasped as a continuous surface, the recognition result is more suitable for posture control of robots that require complex posture control, such as legged robots and leg-
さらに、本実施の形態では、脚先センサ22、24を備え、脚先センサ22、24で測定した距離に基づいて階段を認識し、その認識結果に基づいてモータ40、50を制御する。
これにより、脚先センサ22、24を用いて未知の階段を認識しながら脚部12の昇降制御を行うので、従来に比して、未知の階段に対して高い適応性を実現することができる。また、人が活動する環境での動作を行えるので、人と一緒に行動する用途に用いられるホームロボット、パーソナルロボット等に好適である。
Further, in the present embodiment,
Thereby, since the raising / lowering control of the
さらに、本実施の形態では、3次元距離測定装置200を基体10の正面に設け、脚先センサ22、24を脚部12の先端に設けた。
これにより、脚車輪型ロボット100の移動経路上に存在する物体を広い視野で検出することができるとともに、階段昇降時に駆動輪20と階段の距離を精度よく測定することができる。
Further, in the present embodiment, the three-dimensional
As a result, it is possible to detect an object existing on the movement path of the leg
さらに、本実施の形態では、前方脚先センサ22の測定結果に基づいて階段の蹴込板までの距離を算出し、下方脚先センサ24の測定結果に基づいて駆動輪20と階段の踏板の位置関係を算出する。
これにより、階段の特徴のうち脚部12の昇降制御にさらに有効な特徴を検出することができるので、未知の階段に対してさらに高い適応性を実現することができる。
Further, in the present embodiment, the distance to the stair riser plate is calculated based on the measurement result of the front
Thereby, since the characteristic more effective for the raising / lowering control of the
上記実施の形態において、カラビナ314r、314lは、発明1の吊り下げ装置の連結手段に対応し、フランジ80rは、発明2の第1フランジに対応し、フランジ80lは、発明2の第2フランジに対応し、フック連結具82rは、発明2の第1フック連結具に対応している。また、フック連結具82lは、発明2の第2フック連結具に対応している。
In the above embodiment, the
なお、上記実施の形態においては、フック連結具82r、82lを基体10の中心に対して対称の位置に固定的に設けたが、これに限らず、フランジ80r、80lを基体10の前後方向にスライドさせるスライド機構を設け、脚車輪型ロボット100の姿勢に応じて、スライド機構により、フック連結具82r、82lが脚車輪型ロボット100の重心に対して対称の位置となるように調整する構成とすることもできる。この場合、スライド機構としては、例えば、次の2つの構成を採用することができる。
In the above embodiment, the
第1の構成は、基体10の前後方向に伸長するガイドレールを基体10の側面に設け、フランジ80r、80lをガイドレールに沿って移動可能とし、フランジ80r、80lをガイドレールの所望の位置で固定できるように固定具を設ける構成である。
第2の構成は、上記ガイドレールと、フランジ80r、80lをガイドレールに沿って移動させる駆動部と、3軸姿勢センサ70のセンサ信号に基づいて、フック連結具82r、82lが脚車輪型ロボット100の重心に対して対称の位置となるように駆動部を制御する制御部とを有する構成である。
In the first configuration, a guide rail extending in the front-rear direction of the
In the second configuration, the
また、上記実施の形態においては、2つのフック連結具82rと、2つのフック連結具82lとを設けて構成したが、これに限らず、1つのフック連結具82rと、基体10の中心に対してフック連結具82rと対称の位置に設けられた1つのフック連結具82lとを設けて構成することもできるし、3つ以上のフック連結具82rと、基体10の中心に対してフック連結具82rのそれぞれと対称の位置に設けられた3つ以上のフック連結具82lとを設けて構成することもできる。
In the above embodiment, the two
また、上記実施の形態においては、前側のフランジ80r、80lを同一の水平位置に、後側のフランジ80r、80lを同一の水平位置に設けたが、これに限らず、対となるフランジ80r、80lが基体10の中心に対して対称の位置であれば、他の対となるフランジ80r、80lとは水平位置が同一でなくてもよい。
また、上記実施の形態においては、第1走査処理における距離情報の取得を離散的(第2走査処理で回転させてから第1走査処理で距離情報を取得)に行う構成としたが、これに限らず、走査角度と測定距離との対応付けを行うことで連続的(第2走査処理で回転させつつ、第1走査処理で距離情報を取得)に行う構成とすることもできる。
In the above embodiment, the
In the above embodiment, the distance information is acquired in the first scanning process discretely (the distance information is acquired in the first scanning process after being rotated in the second scanning process). Not limited to this, it is also possible to adopt a configuration in which the scanning angle and the measurement distance are associated with each other continuously (distance information is acquired by the first scanning process while being rotated by the second scanning process).
また、上記実施の形態においては、CPU60からの指令信号に基づいて、走査角度範囲および走査単位角度を設定するように構成としたが、これに限らず、3次元距離測定装置200にあらかじめ設定しておく構成とすることもできる。
また、上記実施の形態において、3次元距離測定装置200は、yrs’軸回りおよびzrs軸回りに測距センサを回転させる構成としたが、これに限らず、測距センサの測定方向に対して互いに直交する2つの軸であれば、どの方向の軸回りでもよい。さらに、このような回転機構に限らず、測距センサの測定方向とは異なる第1走査方向に測距センサを移動させ、測距センサの測定方向および第1走査方向とは異なる第2走査方向に測距センサを移動させるように移動機構として構成することもできる。この場合、移動経路の形状としては、直線のほか円弧その他の曲線を採用することができる。回転機構と移動機構の組み合わせることもできる。
In the above embodiment, the scanning angle range and the scanning unit angle are set based on the command signal from the
In the above embodiment, the three-dimensional
また、上記実施の形態においては、測距センサ自身を回転させているが、これに限らず、光学式の測距センサであれば、測定方向の光軸上に挿入したミラーを回転させてもよい。 In the above embodiment, the distance measuring sensor itself is rotated. However, the present invention is not limited to this, and if it is an optical distance measuring sensor, a mirror inserted on the optical axis in the measuring direction may be rotated. Good.
100 脚車輪型ロボット
10 基体
12 脚部
14〜18 回転関節
20 駆動輪
22、24 脚先センサ
40、50 モータ
42、52 エンコーダ
44、54 ドライバ
70 3軸姿勢センサ
80r、80l フランジ
82r、82l フック連結具
200 3次元距離測定装置
300 吊り下げ装置
302 架構
304 ウインチ
306 ジョイント
308 支持フレーム
310r、310l 連結具
312r、312l チェーン
314r、314l カラビナ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記基体の一の側面に設けられ、吊り下げ装置の連結手段と連結する第1連結手段と、
前記基体の他の側面のうち前記基体の中心に対して前記第1連結手段と対称の位置に設けられ、前記吊り下げ装置の連結手段と連結する第2連結手段とを備えることを特徴とする脚車輪型ロボットの吊り下げ構造。 A leg that includes a base, a leg that is connected to the base with a degree of freedom, and a wheel that is rotatably provided on the leg, and that moves by driving the leg and rotating the wheel. A suspension structure for a wheel type robot,
First connection means provided on one side surface of the base body and connected to the connection means of the suspension device;
And a second connecting means that is provided at a position symmetrical to the first connecting means with respect to the center of the base of the other side surface of the base, and is connected to the connecting means of the suspension device. A suspension structure for leg-wheel robots.
前記第1連結手段は、前記一の側面から突出した第1フランジと、前記第1フランジに固定されかつ前記第1フランジから立ち上がる環状の第1フック連結具とからなり、
前記第2連結手段は、前記他の側面のうち前記対称の位置から突出した第2フランジと、前記第2フランジに固定されかつ前記第2フランジから立ち上がる環状の第2フック連結具とからなることを特徴とする脚車輪型ロボットの吊り下げ構造。 In claim 1,
The first connecting means includes a first flange protruding from the one side surface, and an annular first hook connector fixed to the first flange and rising from the first flange.
The second connecting means includes a second flange protruding from the symmetrical position among the other side surfaces, and an annular second hook connector fixed to the second flange and rising from the second flange. The suspension structure of a leg-wheel type robot characterized by
複数の前記第1連結手段と、前記基体の中心に対して前記複数の第1連結手段のそれぞれと対称の位置に設けられた複数の前記第2連結手段とを備えることを特徴とする脚車輪型ロボットの吊り下げ構造。 In any one of Claim 1 and 2,
A leg wheel comprising: a plurality of first connection means; and a plurality of second connection means provided at positions symmetrical to each of the plurality of first connection means with respect to the center of the base. Type robot suspension structure.
前記第1連結手段および前記第2連結手段は、前記脚部の可動範囲外に設けられていることを特徴とする脚車輪型ロボットの吊り下げ構造。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The suspension structure for a leg-wheel type robot, wherein the first connecting means and the second connecting means are provided outside a movable range of the leg portion.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007218648A JP2009050938A (en) | 2007-08-24 | 2007-08-24 | Suspending structure for leg wheel type robot |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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JP2009050938A true JP2009050938A (en) | 2009-03-12 |
Family
ID=40502490
Family Applications (1)
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JP (1) | JP2009050938A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015164748A (en) * | 2014-02-28 | 2015-09-17 | 本田技研工業株式会社 | Robot holding system |
-
2007
- 2007-08-24 JP JP2007218648A patent/JP2009050938A/en active Pending
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