JP2013248698A - Lower limb structure for legged robot, and legged robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の脚部を有し、各々の脚部を揺動させながら歩行する脚式ロボットの下肢構造及び脚式ロボットに関する。 The present invention relates to a lower limb structure of a legged robot that has a plurality of legs and walks while swinging each leg, and a legged robot.
脚式ロボットは、複数の脚部を有し、各々の脚部を揺動させながら歩行する。人間のように二本足でバランスをとりながら歩く脚式ロボットは二足歩行ロボットと呼ばれる。動物のように四本足で歩行する脚式ロボットは四足歩行ロボットと呼ばれる。脚部の数は典型的には二本あるいは四本であるが、複数本であれば何本でもよい。 The legged robot has a plurality of legs and walks while swinging each leg. A legged robot that walks while balancing on two legs like a human is called a biped robot. A legged robot that walks on four legs like an animal is called a quadruped walking robot. The number of legs is typically two or four, but may be any number as long as there are a plurality of legs.
各脚部は、大腿部、下腿部、足平部に相当するリンクをロボットの胴部から股関節、膝関節、足首関節を介して順次連設して構成される。大腿部、下腿部、足平部に相当するリンクは、各関節に脚式ロボットの側方に伸びるピッチ軸の回りを回転可能に連結される。各関節には、リンクを回転させるモータ(アクチュエータ)が備えられる。モータが適切な駆動力を出力し、リンクの回転角度を制御することによって、脚式ロボットが脚部を胴部に対して前後に揺動させることができる。ここで、股関節は胴部と脚部を連結する関節を意味するものであり、四足歩行ロボットの胴部と前脚とを連結する関節も股関節に含まれる。また、モータは電気、ガソリン等のエネルギを機械的な動きに変換する装置であり、典型的には電動モータあるいはエンジンである。 Each leg part is configured by sequentially connecting links corresponding to the thigh part, the lower leg part, and the foot part from the trunk part of the robot through the hip joint, the knee joint, and the ankle joint. Links corresponding to the thigh, crus, and foot are connected to each joint so as to be rotatable about a pitch axis extending to the side of the legged robot. Each joint is provided with a motor (actuator) that rotates the link. When the motor outputs an appropriate driving force and controls the rotation angle of the link, the legged robot can swing the leg portion back and forth with respect to the trunk portion. Here, the hip joint means a joint that connects the torso and the leg, and the joint that connects the torso and the front leg of the quadruped walking robot is also included in the hip joint. The motor is a device that converts energy such as electricity and gasoline into mechanical movement, and is typically an electric motor or an engine.
しかし、全ての関節にモータを配置したのでは、脚部の構造が複雑になるだけでなく、モータの負荷が大きくなるという問題がある。この問題を解決するために、特許文献1には、股関節本体と膝関節本体とを一対の平行リンクを介して連結すると共に、膝関節本体と足首関節本体とを一対の平行リンクを介して連結した脚式ロボットが提案されている。この平行リンクを用いた脚式ロボットによれば、モータの負荷を低減することができるという利点がある。
However, if motors are arranged at all joints, there is a problem that not only the structure of the legs is complicated, but also the load on the motor is increased. In order to solve this problem,
しかし、脚式ロボットの脚部を人間や動物の脚部に近づけるべく、大腿部を股関節本体にロール軸及びピッチ軸の2自由度のジョイントを介して連結する場合がある。この場合、従来の平行リンクを用いた脚式ロボットのように股関節本体と膝関節本体とを一対の平行リンクを用いて連結すると、機構が成立しないという問題が発生する。なぜならば、股関節本体と膝関節本体とを一対の平行リンクを用いて連結すると、股関節本体に大腿部がロール軸及びピッチ軸の回りに回転可能に連結されているのにも係わらず、膝関節本体に対して大腿部がロール軸の回りに回転できなくなるからである。 However, there are cases where the thigh is connected to the hip joint body via a two-degree-of-freedom joint of a roll axis and a pitch axis in order to bring the leg of the legged robot closer to the leg of a human or animal. In this case, if the hip joint body and the knee joint body are connected using a pair of parallel links as in a conventional legged robot using parallel links, there is a problem that the mechanism is not established. This is because when the hip joint body and the knee joint body are connected using a pair of parallel links, the thigh is connected to the hip joint body so as to be rotatable around the roll axis and the pitch axis. This is because the thigh cannot rotate around the roll axis with respect to the joint body.
脚式ロボットの脚部を人間や動物の脚部に近づけるべく、下腿部を足首関節本体にロール軸及びピッチ軸の2自由度のジョイントを介して連結した場合にも同様な問題が発生する。 A similar problem occurs when the lower leg is connected to the ankle joint body via a two-degree-of-freedom joint of the roll axis and the pitch axis in order to bring the leg of the legged robot closer to the leg of a human or animal. .
そこで、本発明は、脚部を股関節本体又は足首関節本体に2自由度のジョイントを介して連結した場合でも、平行リンクを用いた機構を成立させることができ、これによりアクチュエータの負荷を低減できる脚式ロボットを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can establish a mechanism using a parallel link even when the leg is connected to the hip joint body or the ankle joint body via a joint with two degrees of freedom, thereby reducing the load on the actuator. The object is to provide a legged robot.
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、股関節本体と、大腿部と、前記股関節本体に対してロール軸の回りを回転可能であり、かつ前記大腿部に対してピッチ軸の回りを回転可能である股関節ジョイントと、前記大腿部にピッチ軸の回りを回転可能に連結される膝関節本体と、前記大腿部と前記股関節本体との間に架け渡され、前記股関節本体に対して前記大腿部を前記股関節ジョイントの前記ロール軸及び前記ピッチ軸の回りに回転駆動させるアクチュエータと、一端部が前記股関節ジョイントにピッチ軸の回りを回転可能に連結されると共に、他端部が前記膝関節本体にピッチ軸の回りを回転可能に連結される補助リンクと、を備える脚式ロボットの下肢構造である。 In order to solve the above-described problems, an embodiment of the present invention includes a hip joint body, a thigh, and a roll axis that is rotatable with respect to the hip joint body and a pitch axis with respect to the thigh. A hip joint that is rotatable around the knee, a knee joint body that is rotatably coupled to the thigh around a pitch axis, and the hip joint is spanned between the thigh and the hip joint body. An actuator for rotating the thigh about the roll axis and the pitch axis of the hip joint with respect to the main body, one end of which is connected to the hip joint so as to be rotatable about the pitch axis; The leg structure of a legged robot comprising: an auxiliary link having an end rotatably connected to the knee joint main body about a pitch axis.
本発明の他の態様は、足首関節本体と、下腿部と、前記足首関節本体に対してロール軸の回りを回転可能であり、かつ前記下腿部に対してピッチ軸の回りを回転可能である足首関節ジョイントと、前記下腿部にピッチ軸の回りを回転可能に連結される膝関節本体と、前記下腿部と前記足首関節本体との間に架け渡され、前記下腿部に対して前記足首関節本体を前記足首関節ジョイントの前記ロール軸及び前記ピッチ軸の回りに回転駆動させるアクチュエータと、一端部が前記足首関節ジョイントにピッチ軸の回りを回転可能に連結されると共に、他端部が前記膝関節本体にピッチ軸の回りを回転可能に連結される補助リンクと、を備える脚式ロボットの下肢構造である。 In another aspect of the present invention, the ankle joint body, the lower leg, and the ankle joint body can be rotated about a roll axis, and the lower leg can be rotated about a pitch axis. An ankle joint joint, a knee joint main body rotatably connected to the lower leg part around a pitch axis, and spanned between the lower leg part and the ankle joint main body, On the other hand, an actuator for rotating the ankle joint body about the roll axis and the pitch axis of the ankle joint joint, one end portion being connected to the ankle joint joint for rotation about the pitch axis, The leg structure of a legged robot comprising: an auxiliary link having an end rotatably connected to the knee joint main body about a pitch axis.
本発明の一態様によれば、股関節本体に対してロール軸の回りを回転可能であり、かつ大腿部に対してピッチ軸の回りを回転可能な股関節ジョイントに、補助リンクの一端部をピッチ軸の回りを回転可能に連結するので、股関節本体に対する大腿部の2自由度のジョイント、及び平行リンクを用いた大腿部の揺動を両立させることができる。よって、アクチュエータの負荷を低減できる。 According to one aspect of the present invention, one end of the auxiliary link is pitched to the hip joint that can rotate about the roll axis with respect to the hip joint body and can rotate about the pitch axis with respect to the thigh. Since the rotation about the shaft is rotatably connected, the joint of the thigh with 2 degrees of freedom with respect to the hip joint body and the swinging of the thigh using the parallel link can be achieved. Therefore, the load on the actuator can be reduced.
本発明の他の態様によれば、足首関節本体に対してロール軸の回りを回転可能であり、かつ下腿部に対してピッチ軸の回りを回転可能な足首関節ジョイントに、補助リンクの一端部をピッチ軸の回りを回転可能に連結するので、下腿部に対する足首関節本体の2自由度のジョイント、及び平行リンク機構を用いた下腿部の揺動を両立させることができる。よって、アクチュエータの負荷を低減できる。 According to another aspect of the present invention, one end of the auxiliary link is connected to the ankle joint joint that can rotate about the roll axis with respect to the ankle joint body and that can rotate about the pitch axis with respect to the crus. Since the portions are connected so as to be rotatable around the pitch axis, the joint of the ankle joint main body with respect to the crus and the swinging of the crus using a parallel link mechanism can be achieved. Therefore, the load on the actuator can be reduced.
以下添付図面に基づいて、本発明の一実施形態における脚式ロボットを説明する。図1は本実施形態の脚式ロボットの全体構成を示す斜視図、図2は正面図、図3は側面図である。以下の説明において、脚式ロボットの進行方向をx軸方向、脚式ロボットからみて左右方向をy軸方向、脚式ロボットの上下方向をz軸向とし、x軸をロール軸、y軸をピッチ軸、z軸をヨー軸とする。また、以下の説明における左右は図1ないし3に示す脚式ロボット側から見たときの左右であり、前後は脚式ロボット側から見たときの前後である。 Hereinafter, a legged robot according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of the legged robot of this embodiment, FIG. 2 is a front view, and FIG. 3 is a side view. In the following description, the advancing direction of the legged robot is the x-axis direction, the left-right direction as viewed from the legged robot is the y-axis direction, the up-and-down direction of the legged robot is the z-axis direction, the x-axis is the roll axis, and the y-axis is the pitch The axis and the z axis are the yaw axes. In the following description, the left and right are the left and right when viewed from the legged robot side shown in FIGS. 1 to 3, and the front and rear are the front and rear when viewed from the legged robot side.
図1に示すように、脚式ロボット10は、胴部11の下方に設置された二本の脚部12と、胴部11の上方左右両側面に設置された二本の腕部13と、胴部11の上方に設置された一個の頭部(図示せず)とから構成されており、人間に近い動作を可能としている。
As shown in FIG. 1, the legged
二本の腕部13は、胴部11に肩関節16を介して連結され、胴部11に対してヨー軸及びロール軸の回りを回転できるようになっている。各腕部13は肘関節17を境に、肩に近い方の上腕部13bと、手部13aに近い方の下腕部13cと、を備える。下腕部13cは上腕部13bに対してヨー軸及びピッチ軸の回りを回転できるようになっている。
The two
脚部12は股関節8を介して胴部11の骨盤にロール軸及びピッチ軸の回りに揺動可能に連結される。脚式ロボット10は、二本の脚部12をピッチ軸及びロール軸の回りに交互に揺動させ、人間のように二本足でバランスをとりながら歩く。
The
脚部12は、上から順番に、胴部11に結合される股関節8、大腿部12a、膝関節本体19、下腿部12b、足首関節9、及び足平部21を備える。股関節8は、胴部11に結合される股関節本体18と、股関節本体18と大腿部12aとをピッチ軸及びロール軸の回りに回転可能に連結する股関節ジョイント22(図2も参照)と、を備える。膝関節本体19は大腿部12aにピッチ軸の回りを回転可能に連結される。下腿部12bは膝関節本体19にピッチ軸の回りを回転可能に連結される。足首関節9は、足平部21に結合される足首関節本体20と、足首関節本体20と下腿部12bとをロール軸及びピッチ軸の回りを回転可能に連結する足首関節ジョイント24(図2も参照)を備える。足平部21は足首関節本体20に固定される。足平部21は歩行路面に着床する。
The
この脚式ロボット10は、遠隔操作可能に構成されたロボットであり、離れた位置にある図示しない操作マニピュレータを操作者が操作することで、操作マニピュレータの動きに応じた動作を脚式ロボット10が実行できるようになっている。
The
次に、図4ないし図6を用いて、本実施形態の脚式ロボット10の脚部12の構造を詳細に説明する。図4は脚部12が屈伸運動を行うときの様子を示す。図4(a)は膝関節本体19を伸ばして脚部12を伸長させた状態を示し、図4(b)は膝関節本体19を曲げて脚部12を屈曲させ、かつ脚部12をロール軸の回りに揺動させた状態を示す。図5は伸長させた脚部12の三面図を示し、図6は屈曲させ、かつロール軸の回りに揺動させた脚部12の三面図を示す。
Next, the structure of the
図4に示すように、脚部12は、股関節本体18、大腿部12a、膝関節本体19、下腿部12b、足首関節本体20、及び足平部21を有する。股関節本体18は、プレートを折り曲げて形成され、胴部11に結合される四角形の結合部18aと、結合部18aの対向する一対の辺から折り曲げられた一対のジョイント連結部18bと、結合部18aの残りの対向する一対の辺から折り曲げられた一対のアクチュエータ連結部18cと、を備える。
As shown in FIG. 4, the
図5に示すように、股関節本体18には、受動的な股関節ジョイント22を介して大腿部12aがロール軸及びピッチ軸の回りを回転可能に連結される。股関節ジョイント22は、股関節本体18に対してロール軸の回りを回転可能であり、かつ大腿部12aに対してピッチ軸の回りを回転可能な本体部22aを有する。本体部22aは、互いに直交するピッチ軸及びロール軸を構成するように十文字状に形成される。本体部22aのロール軸22a1の両端部が股関節本体18の一対のジョイント連結部18bに軸受を介して回転可能に連結される。本体部22aのピッチ軸22a2の両端部が大腿部12aの一対のジョイント連結部12a1に軸受を介して回転可能に連結される。本体部22aには、アーム22bが結合される。アーム22bには、後述する補助リンク31(図5(c)参照)がピッチ軸の回りを回転可能に連結される。アーム22b及び補助リンク31については後述する。
As shown in FIG. 5, a
図4に示すように、大腿部12aは、左右一対の側壁プレート12a2と、左右一対の側壁プレートを大腿部12aの後ろ側で連結する連結プレート12a3と、を有する。大腿部12aの上端部には、股関節ジョイント22に連結される一対のジョイント連結部12a1が形成される。
As shown in FIG. 4, the
大腿部12aの上部と股関節本体18との間には、左右一対のアクチュータ25が架け渡される。各アクチュエータ25は、大腿部12aの側壁プレート12a2に結合されるモータ26と、モータ26の出力軸に結合されるサーボホーン27と、サーボホーン27と股関節本体18のアクチュエータ連結部18cとの間を連結する連結リンク28と、を備える。連結リンク28の下端部はサーボホーン27に球面軸受を介して連結され、連結リンク28の上端部は股関節本体18のアクチュエータ連結部18cに球面軸受を介して連結される。
A pair of left and
一対のアクチュエータ25のモータ26を同方向に回転させると、大腿部12aが股関節本体18に対してピッチ軸22a2の回りを回転するようになる。一方、一対のアクチュエータ25のモータ26を互いに異なる方向に回転させると、大腿部12aが股関節本体18に対してロール軸22a1の回りを回転するようになる。各アクチュエータ25の回転角度を制御することで、大腿部12aを股関節本体18に対してピッチ軸22a2及びロール軸22a1の回りを回転させることが可能になる。
When the
本実施形態のように、股関節本体18と大腿部12aとの間に2自由度の受動的な股関節ジョイント22を介在し、股関節本体18と大腿部12aとの間に二つのアクチュエータ25を架け渡すことで、股関節本体のピッチ軸及びロール軸に能動的なジョイントとして機能する二つのモータを設けた場合に比べて、数倍の力を発生することができる。必要な力を得るためのアクチュエータ25を小型化することができるので、脚部12の小型化が図れる。
As in this embodiment, a passive hip joint 22 having two degrees of freedom is interposed between the hip
また、脚式ロボットを二足歩行させるとき、股関節本体18に対して脚部12をロール軸の回りに回転させるのにはトルクが必要になり、股関節本体18に対して脚部12をピッチ軸の回りに回転させるのには速度が必要になる。股関節本体18と大腿部12aとの間に二つのアクチュエータ25を架け渡すことで、ロール軸回りのトルク、及びピッチ軸回りの速度の二つの要求に対応するのが容易になる。
Further, when the legged robot is walked on two legs, torque is required to rotate the
大腿部12aの下端部には、膝関節本体19がピッチ軸19aの回りを回転可能に取り付けられる。膝関節本体19はプレートを断面U字形に折り曲げることで形成される。大腿部12aの側壁プレート12a2の下端部には膝関節本体19を駆動させるためのモータ29が結合される。モータ29の出力軸は膝関節本体19に固定される。このモータ29は能動的なジョイントとして機能し、モータ29が膝関節本体19のピッチ軸19aを構成する。モータ29を回転駆動させることで、大腿部12aに対して膝関節本体19がピッチ軸19aの回りを回転駆動する。脚部12が直立した状態では、大腿部12aは膝関節本体19に当接している。
A knee
膝関節本体19には、下腿部12bがピッチ軸19bの回りを回転可能に取り付けられる。下腿部12bは、左右一対の側壁プレート12b2と、左右一対の側壁プレート12b2を下腿部12bの後ろ側で連結する連結プレート12b3と、を有する。下腿部12bの側壁プレート12b2の上端部にはモータ30が結合される。モータ30の出力軸は膝関節本体19に固定される。このモータ30は能動的なジョイントとして機能し、モータ30が膝関節本体19のピッチ軸19bを構成する。モータ30を回転駆動させることで、膝関節本体19に対して下腿部12bがピッチ軸19bの回りを回転駆動する。脚部12が直立した状態では、下腿部12bが膝関節本体19に当接している。
A
下腿部12bには、足首関節ジョイント24を介して足首関節本体20がロール軸及びピッチ軸の回りを回転可能に連結される。下腿部12bの下端部には、足首関節ジョイント24に連結される一対のジョイント連結部12b1が形成される。足首関節本体20は、プレートを折り曲げて形成され、足平部21に結合される四角形の結合部20aと、結合部20aの対向する一対の辺から折り曲げられた一対のジョイント連結部20bと、結合部20aの残りの対向する一対の辺から折り曲げられた一対のアクチュエータ連結部20cと、を備える。
An ankle
図5に示すように、足首関節ジョイント24は、足首関節本体20に対してロール軸の回りを回転可能であり、かつ下腿部12bに対してピッチ軸の回りを回転可能な本体部24aを有する。本体部24aは、互いに直交するロール軸24a1及びピッチ軸24a2を構成するように十文字状に形成される。本体部24aのロール軸24a1の両端部が足首関節本体20の一対のジョイント連結部20bに軸受を介して回転可能に連結され、本体部24aのピッチ軸24a2の両端部が下腿部12bの一対のジョイント連結部12b1に軸受を介して回転可能に連結される。本体部24aにはアーム24bが結合される。アーム24bには後述する補助リンク32(図5(c)参照)がピッチ軸の回りを回転可能に連結される。アーム24b及び補助リンク32については後述する。
As shown in FIG. 5, the ankle joint joint 24 includes a
図4に示すように、下腿部12bの下部と足首関節本体20との間には、左右一対のアクチュータ36が架け渡される。各アクチュエータ36は、下腿部12bの側壁プレート12b2に結合されるモータ33と、モータ33の出力軸に結合されるサーボホーン34と、サーボホーン34と足首関節本体20のアクチュエータ連結部20cとの間を連結する連結リンク35と、を備える。連結リンク35の上端部はサーボホーン34に球面軸受を介して連結され、連結リンク35の下端部は足首関節本体20のアクチュエータ連結部20cに球面軸受を介して連結される。
As shown in FIG. 4, a pair of left and
一対のアクチュエータ36のモータ33を同方向に回転させると、足首関節本体20が下腿部12bに対してピッチ軸24a2の回りを回転するようになる。一方、一対のアクチュエータ36のモータ33を互いに異なる方向に回転させると、足首関節本体20が下腿部12bに対してロール軸24a1の回りを回転するようになる。各アクチュエータ36の回転角度を制御することで、足首関節本体20を下腿部12bに対してピッチ軸22a2及びロール軸22a1の回りを回転させることが可能になる。
When the
各モータ26,29,30,33は、各モータ26,29,30,33に隣接するドライバによって制御される。ドライバは、モータに電力を供給するPWM(pulse width modulation)インバータ等の電力変換器、モータの出力軸の速度及び位置を検出するセンサ、操作マニピュレータからの指令及びセンサからの情報によって電力変換器を制御する制御器を備える。ドライバは相互に通信し合い、別に制御ボックスが無くても同期した動きが可能となっている。
Each
次に、本実施形態の特徴の一つである平行リンク機構について説明する。図5(b)に示すように、脚部12は上下に二つの平行リンク機構41,42が組み込まれている。上側の平行リンク機構41は平行四辺形を形成する4つのリンクa1,b1,c1,d1から構成される。対向するリンクの長さは等しく、a1=c1,b1=d1の関係がある。リンクa1は股関節ジョイント22のアーム22b、リンクc1は膝関節本体19、リンクb1は大腿部12a、リンクd1は大腿部12aの後ろ側の補助リンク31によって構成される。大腿部12aをピッチ軸回りに揺動させるとき、上側の平行リンク機構41は、股関節ジョイント22に対して膝関節本体19を常に平行に移動させる。
Next, the parallel link mechanism which is one of the features of this embodiment will be described. As shown in FIG.5 (b), the
下側の平行リンク機構42は、平行四辺形を形成する4つのリンクa2,b2,c2,d2から構成される。対向するリンクの長さは等しく、a2=c2,b2=d2の関係がある。リンクa2は膝関節本体19、リンクc2は足首関節ジョイント24のアーム24b、リンクb2は下腿部12b、リンクd2は下腿部12bの後ろ側の補助リンク32によって構成される。下腿部12bをピッチ軸回りに揺動させたとき、下側の平行リンク機構42は、膝関節本体19に対して足首関節ジョイント24を常に平行に移動させる。
The lower
上下に二つの平行リンク機構41,42を設けることで、股関節ジョイント22に対して足首関節ジョイント24を平行に移動させることが保証される。このため、脚部12の制御が容易になるだけでなく、脚式ロボットが倒れようとするときも、平行リンク機構41,42が倒れるのを防止するので、下腿部12bの下部のアクチュエータ36に倒れ防止のための大きな負荷をかける必要もなくなる。
By providing the two
次に、図7を参照しつつ上側の平行リンク機構41の構造を詳細に説明する。図7は膝関節本体19を曲げて脚部12を屈曲させ、かつ脚部12をロール軸の回りに揺動させた状態の脚部12の詳細図を示す。図7(a)は脚部12の背面図を示し、図7(b)は脚部12の側面図を示す。
Next, the structure of the upper
股関節ジョイント22の十文字状の本体部22aには、アーム22bが結合される。アーム22bの下端部は二股に分かれていて、二股に分かれた部分に補助リンク31の上端部が球面軸受を介して回転可能に連結される。アーム22bに対する補助リンク31のピッチ軸回りの回転の軸線は、股関節ジョイント22の本体部22aのピッチ軸22a2と平行であると共に、ピッチ軸22a2から所定距離(リンクa1の長さ)離れている。補助リンク31の下端部は膝関節本体19の支持軸43に球面軸受を介して回転可能に連結される。膝関節本体19に対する補助リンク31のピッチ軸回りの回転の軸線は、膝関節本体19の大腿部12aに対するピッチ軸19aと平行であると共に、ピッチ軸19aから所定距離(リンクc1の長さ)離れている。補助リンク31の上端部から下端部までの長さはリンクd1の長さに等しく、大腿部12aのピッチ軸22a2からピッチ軸19aまでのリンクb1の長さに等しい。
An
図5(b)及び(c)を参照しつつ下側の平行リンク機構42の構造を詳細に説明する。足首関節ジョイント24の十文字状の本体部24aには、アーム24bが結合される。アーム24bの上端部は二股に分かれていて、二股に分かれた部分に補助リンク32の下端部が球面軸受を介して回転可能に連結される。アーム24bに対する補助リンク32のピッチ軸回りの回転の軸線は、本体部24aのピッチ軸24a2と平行であると共に、ピッチ軸24a2から所定距離(リンクc2の長さ)だけ離れている。補助リンク32の上端部は膝関節本体19の支持軸43に球面軸受を介して回転可能に連結される。膝関節本体19に対する補助リンク32のピッチ軸回りの回転の軸線は、膝関節本体19の下腿部12bに対するピッチ軸19bと平行であると共に、ピッチ軸19bから所定距離(リンクa2の長さ)だけ離れている。補助リンク32の下端部から上端部までの長さはリンクd2の長さに等しく、下腿部12bのピッチ軸19bからピッチ軸24a2までのリンクb2の長さに等しい。
With reference to FIGS. 5B and 5C, the structure of the lower
なお、図7(a)に示すように、この実施形態では、膝関節本体19の支持軸43に補助リンク31の下端部、及び補助リンク32の上端部を連結しているので、補助リンク31,32を支持軸43の軸線方向にずらして支持軸43に連結する必要がある。このため、上側の補助リンク31が大腿部12aに対して傾き、下側の補助リンク32が下腿部12bに対して傾くことから、補助リンク31及び補助リンク32を球面軸受を介して支持軸43及びアーム22b,24bに連結している。補助リンク31,32と大腿部12a,下腿部12bとが平行な場合には、補助リンク31,32を1自由度の軸受を介して支持軸43及びアーム22b,24bに連結することができる。
As shown in FIG. 7A, in this embodiment, since the lower end portion of the
以上に本実施形態の脚式ロボットの構造を説明した。本実施形態の脚式ロボットによれば以下の効果を奏する。 The structure of the legged robot of this embodiment has been described above. The legged robot according to this embodiment has the following effects.
股関節本体18に対してロール軸の回りを回転可能であり、かつ大腿部12aに対してピッチ軸の回りを回転可能な本体部22aを股関節ジョイント22に設け、この本体部22aにアーム22bを結合し、アーム22bに補助リンク31の上端部を回転可能に連結するので、股関節本体18に対する大腿部12aの2自由度のジョイント、及び平行リンク機構41を用いた大腿部12aの揺動を両立させることができる。よって、アクチュエータ25,29の負荷を低減できる。
The
また、足首関節本体20に対してロール軸の回りを回転可能であり、かつ下腿部12bに対してピッチ軸の回りを回転可能な本体部24aを足首関節ジョイント24に設け、この本体部24aにアーム24bを結合し、アーム24bに補助リンク32の下端部を回転可能に連結するので、下腿部12bに対する足首関節本体20の2自由度のジョイント、及び平行リンク機構42を用いた下腿部12bの揺動を両立させることができる。よって、アクチュエータ30,36の負荷を低減できる。
Further, the ankle joint joint 24 is provided with a
以上のように、上下二つの平行リンク機構41,42を設けることで、アクチュエータ25,29,30,36の負荷を低減でき、アクチュエータ25,29,30,36の小型化、脚部12の小型化を図れる。
As described above, by providing the two upper and lower
補助リンク31を設けることで、大腿部12aの上部の二つのアクチュエータ25、及び大腿部12aの下部の一つのアクチュエータ29の動作を協調させることができる。補助リンク31を設けないと、大腿部12aの上部と下部とでアクチュエータ25,29のトルクを使い切ることができないため、歩行能力が低下する。補助リンク32を設けることによっても、下腿部12bの上部の一つのアクチュエータ30、及び下腿部12bの下部の二つのアクチュエータ36の動作を協調させることができる。
By providing the
なお、本発明は上記実施形態に限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な実施形態に変更可能である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can change into various embodiment in the range which does not change the summary of this invention.
例えば、上記実施形態では、股関節ジョイントがロール軸及びピッチ軸を構成する十文字状の本体部を備えているが、ロール軸を股関節本体に設け、ピッチ軸を大腿部に設け、股関節ジョイントに股関節本体のロール軸及び大腿部のピッチ軸に嵌まる孔を形成することもできる。股関節ジョイントのピッチ軸及びロール軸は直角であれば、直交していなくてもよい。足首関節ジョイントについても同様である。 For example, in the above-described embodiment, the hip joint includes the cross-shaped main body that forms the roll axis and the pitch axis. However, the roll axis is provided in the hip joint body, the pitch axis is provided in the thigh, and the hip joint is connected to the hip joint. Holes that fit into the roll axis of the main body and the pitch axis of the thigh can also be formed. The pitch axis and roll axis of the hip joint need not be orthogonal as long as they are perpendicular. The same applies to the ankle joint joint.
上記実施形態では、股関節本体と大腿部との間に架け渡されるアクチュエータとして、回転型のモータを使用しているが、全長が伸縮する直動型のアクチュエータを使用することもできる。足首関節本体と下腿部との間に架け渡されるアクチュエータについても同様である。 In the above-described embodiment, a rotary motor is used as the actuator spanned between the hip joint body and the thigh. However, a direct-acting actuator that expands and contracts its entire length can also be used. The same applies to the actuator that spans between the ankle joint body and the lower leg.
上記実施形態では、膝関節本体に能動的なジョイントとしてモータを使用しているが、膝関節本体にモータを設けることなく、軸受からなる受動的なジョイントを設けることもできる。 In the above embodiment, a motor is used as an active joint in the knee joint body, but a passive joint made of a bearing can be provided without providing a motor in the knee joint body.
上記実施形態では、膝関節本体に下腿部をピッチ軸の回りを回転可能に連結しているが、膝関節本体と下腿部とを一体のフレームから構成することもできる。また、上記実施形態では、股関節本体を胴部に結合しているが、股関節本体と胴部とを一体のフレームから構成することもできる。さらに、上記実施形態では、足首関節本体を足平部に結合しているが、足首関節本体と足平部とを一体のフレームから構成することもできる。 In the above-described embodiment, the lower leg part is connected to the knee joint body so as to be rotatable around the pitch axis, but the knee joint body and the lower leg part can also be configured from an integral frame. Moreover, in the said embodiment, although the hip joint main body was couple | bonded with the trunk | drum, a hip joint main body and a trunk | drum can also be comprised from an integral flame | frame. Furthermore, in the said embodiment, although the ankle joint main body was couple | bonded with the foot part, an ankle joint main body and a foot part can also be comprised from an integral flame | frame.
上記実施形態では、脚部を揺動させる駆動源としてモータを使用しているが、駆動源としてはこの他に、空圧又は油圧シリンダー、リニアモータ、人工筋アクチュエータ等種々のものを利用することができる。 In the above embodiment, a motor is used as a drive source for swinging the leg portion, but various other devices such as a pneumatic or hydraulic cylinder, a linear motor, and an artificial muscle actuator can be used as the drive source. Can do.
10…脚式ロボット,12…脚部,12a…大腿部,12b…下腿部,18…股関節本体,19…膝関節本体,20…足首関節本体,22…股関節ジョイント,22a…本体部,22b…アーム,24…足首関節ジョイント,24a…本体部,24b…アーム,25…アクチュータ,31…補助リンク,32…補助リンク,36…アクチュータ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
大腿部と、
前記股関節本体に対してロール軸の回りを回転可能であり、かつ前記大腿部に対してピッチ軸の回りを回転可能である股関節ジョイントと、
前記大腿部にピッチ軸の回りを回転可能に連結される膝関節本体と、
前記大腿部と前記股関節本体との間に架け渡され、前記股関節本体に対して前記大腿部を前記股関節ジョイントの前記ロール軸及び前記ピッチ軸の回りに回転駆動させるアクチュエータと、
一端部が前記股関節ジョイントにピッチ軸の回りを回転可能に連結されると共に、他端部が前記膝関節本体にピッチ軸の回りを回転可能に連結される補助リンクと、を備える脚式ロボットの下肢構造。 The hip body,
The thigh,
A hip joint that is rotatable about a roll axis relative to the hip joint body and is rotatable about a pitch axis relative to the thigh;
A knee joint body coupled to the thigh for rotation about a pitch axis;
An actuator that spans between the thigh and the hip joint body, and rotates the thigh around the roll axis and the pitch axis of the hip joint body with respect to the hip joint body;
And an auxiliary link having one end connected to the hip joint so as to be rotatable about the pitch axis and the other end connected to the knee joint body so as to be rotatable about the pitch axis. Lower limb structure.
前記補助リンクの前記一端部は、前記アームに回転可能に連結されることを特徴とする請求項1に記載の脚式ロボットの下肢構造。 The hip joint has a cross-shaped main body part that constitutes the roll axis and the pitch axis, and an arm coupled to the main body part,
The leg structure of the legged robot according to claim 1, wherein the one end of the auxiliary link is rotatably connected to the arm.
下腿部と、
前記足首関節本体に対してロール軸の回りを回転可能であり、かつ前記下腿部に対してピッチ軸の回りを回転可能である足首関節ジョイントと、
前記下腿部にピッチ軸の回りを回転可能に連結される膝関節本体と、
前記下腿部と前記足首関節本体との間に架け渡され、前記下腿部に対して前記足首関節本体を前記足首関節ジョイントの前記ロール軸及び前記ピッチ軸の回りに回転駆動させるアクチュエータと、
一端部が前記足首関節ジョイントにピッチ軸の回りを回転可能に連結されると共に、他端部が前記膝関節本体にピッチ軸の回りを回転可能に連結される補助リンクと、を備える脚式ロボットの下肢構造。 An ankle joint body,
The lower leg,
An ankle joint joint that is rotatable about a roll axis with respect to the ankle joint body and rotatable about a pitch axis with respect to the crus;
A knee joint body coupled to the lower leg so as to be rotatable about a pitch axis;
An actuator that is spanned between the crus and the ankle joint body, and rotates the ankle joint body about the roll axis and the pitch axis of the ankle joint joint with respect to the crus part;
A legged robot having one end connected to the ankle joint joint so as to be rotatable about the pitch axis and the other end connected to the knee joint body so as to be rotatable about the pitch axis. Lower limb structure.
前記補助リンクの前記一端部は、前記アームに回転可能に連結されることを特徴とする請求項3に記載の脚式ロボットの下肢構造。 The ankle joint joint has a cross-shaped main body part that constitutes the roll axis and the pitch axis, and an arm coupled to the main body part,
The leg structure of the legged robot according to claim 3, wherein the one end of the auxiliary link is rotatably connected to the arm.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014209173A (en) * | 2013-03-25 | 2014-11-06 | 太陽インキ製造株式会社 | Photosensitive resin composition, cured coating film of the same, and printed wiring board |
JP2016150409A (en) * | 2015-02-17 | 2016-08-22 | 本田技研工業株式会社 | Robot |
WO2019103066A1 (en) * | 2017-11-24 | 2019-05-31 | 川崎重工業株式会社 | Hip joint structure for robot |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105857431B (en) * | 2016-03-29 | 2017-12-29 | 刘子骞 | A kind of robot reasonable in design |
CN109050846A (en) * | 2018-09-05 | 2018-12-21 | 哈尔滨工程大学 | A kind of nearly bottom row walking apparatus of unmanned submersible |
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Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06102307B2 (en) * | 1985-03-07 | 1994-12-14 | 元田電子工業株式会社 | Robot leg mechanism |
FI100098B (en) * | 1995-11-06 | 1997-09-30 | Plustech Oy | foot mechanism |
KR100541433B1 (en) * | 2002-12-23 | 2006-01-11 | 삼성전자주식회사 | Walking Robot with Two Legs |
JP4911525B2 (en) * | 2007-10-23 | 2012-04-04 | 本田技研工業株式会社 | Biped robot |
KR101464125B1 (en) * | 2008-06-05 | 2014-12-04 | 삼성전자주식회사 | Walking Robot |
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- 2013-04-11 WO PCT/JP2013/060941 patent/WO2013179783A1/en active Application Filing
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014209173A (en) * | 2013-03-25 | 2014-11-06 | 太陽インキ製造株式会社 | Photosensitive resin composition, cured coating film of the same, and printed wiring board |
JP2016150409A (en) * | 2015-02-17 | 2016-08-22 | 本田技研工業株式会社 | Robot |
US10399238B2 (en) | 2015-02-17 | 2019-09-03 | Honda Motor Co., Ltd. | Robot having a base body, a shoulder joint mechanism assembly, and a movable link coupled to the base body through the shoulder joint mechanism assembly |
WO2019103066A1 (en) * | 2017-11-24 | 2019-05-31 | 川崎重工業株式会社 | Hip joint structure for robot |
CN111386181A (en) * | 2017-11-24 | 2020-07-07 | 川崎重工业株式会社 | Hip joint structure of robot |
CN111386181B (en) * | 2017-11-24 | 2024-03-12 | 川崎重工业株式会社 | Femoral joint structure of robot |
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