JP2016529126A - 外骨格または二足ロボットの下肢 - Google Patents

Abstract

本発明は、外骨格または二足ロボットの下肢に関し、下肢は、太腿部分（１）と、脚部分（３）と、足部（４）を備えており、脚部分は、太腿部分上で複数の平行軸に沿って関節接続されている近位端部を有している２つの接続ロッド（３ａ、３ｂ）であって、足部上で複数の平行軸に沿って関節接続されている遠位端部を有している２つの接続ロッドを備えている。

Description

本発明は、外骨格または二足ロボットの下肢に関する。

そのような肢は、一般的に、脚部分が関節接続されている太腿部分と、脚部分の端部に関節接続されている足部を有している。下肢の完全な制御は、太腿と骨盤の間の股関節を制御するための第１アクチュエータと、太腿と脚部の間の膝関節を制御するための第２アクチュエータと、脚部と足部の間の足関節を制御するための第３アクチュエータを必要とする。

この最後のアクチュエータは、一般的には、脚部により保持され、大きなオフセットを伴う相当な質量を構成し、下脚部の慣性を相当に増大させる。

本発明の課題は、足関節を上記の不利点なしに制御可能な、外骨格または二足ロボットの下肢を利用できるようにすることである。

この目的のため、太腿部分と、脚部分と、足部を備えている、外骨格または二足ロボットの下肢が提案され、本発明によれば、脚部分は、太腿部分上で複数の平行屈曲軸に沿って関節接続されている近位端部を有している２つの接続ロッドであって、足部上で複数の平行屈曲軸に沿って関節接続されている遠位端部を有している２つの接続ロッドを備えている。

このため、足部は、太腿部分の接続ロッドの１つに力を加えることにより制御可能であり、力を加えることは、太腿部分上に直接配置されているアクチュエータにより行うことができる。このようにして、脚部の慣性は保存され、従って、下肢の慣性は減少する。

特別な実施の形態によれば、第１接続ロッドは、太腿部分の太腿骨部に直接に関節接続され、一方、第２接続ロッドは、自身が太腿部分の太腿骨部に関節接続されているクランクの端部に関節接続されている。このため、クランクに関節接続されている接続ロッドにおいて力を加えることは、太腿骨部上のクランクの角度位置を制御するアクチュエータにより行うことが可能である。好ましくは、クランクは、第１接続ロッドと同じ関節軸に沿って、太腿骨部に関節接続される。

本発明は、本発明の特別且つ非制限的な実施の形態の下記の記述を解釈し、付随する図面を参照することにより、より良好に理解されよう。

本発明の第１特別実施の形態に係る下肢の模式図である。 本発明の第２特別実施の形態に係る下肢の模式図である。 本発明の代替実施の形態に係る下肢の模式図である。 本発明の代替実施の形態に係る下肢の模式図である。 図４の下肢の前面図である。 本発明の第３特別実施の形態に係る下肢の模式図である。 本発明の変形例に係る下肢の模式図である。 図６および７における下肢の前面図である。

図１を参照すると、第１特別実施の形態に従って、本発明の下肢部分は、骨盤２に関節接続されている近位端部を有する太腿骨部５を含む太腿部分１と、太腿部分１に接続されている脚部分３と、脚部分３に接続されている足部４を連続的に備えている。本発明によれば、脚部分３は２つの接続ロッド３ａと３ｂを備えており、接続ロッド３ａと３ｂはそれぞれ、複数の平行屈曲軸に沿って太腿骨部５の遠位端部に関節接続されている近位端部と、複数の平行屈曲軸に沿って足部４に関節接続されている遠位端部を有しており、変形可能な四辺形を形成するようになっている。アクチュエータ６（ここでは、ロータリアクチュエータ）は、ここでは、接続ロッド３ｂの関節の領域に配置されており、それにより、前記接続ロッドの、太腿骨部５に対する角度位置を制御し、屈曲モーメントを伝達する。

本実施の形態においては、足部の姿勢は、アクチュエータ６により制御される接続ロッド３ｂの角度位置により直接決定される。

本発明の第２特別実施の形態は、図２から４に例示されており、図２から４は類似の他の実施の形態を示しており、図１と共通の要素に対しては、参照符号を１００だけ増やしてある。図２において、接続ロッドの一方、つまり接続ロッド１０３ｂは、太腿骨部５には直接には関節接続されておらず、太腿骨部５に回転可能に搭載されているクランク１０７の端部に関節接続されており、クランク１０７の、太腿骨部５に対しての角度位置は、アクチュエータ１０８により制御される。ここで、クランク１０７の回転軸は、他方の接続ロッド１０３ａの関節の軸と一致している。アクチュエータ１０８は、足部１０４の角度位置を、太腿部分１０１に対しての、脚部分１０５の位置とは独立して制御することを可能にする。この配置により、例えば、つま先立ちが可能になる。

図３においては、クランク１０７は反転されている。ここでは、アクチュエータ１０８が、クランク１０７と接続ロッド１０３ｂの間の関節を制御する。

これら２つの変形例において、クランクは前方に延在し、そのため、下肢が外骨格の一部を形成するように設計されている場合は、オペレータの膝を保護するものを構築する。

図４と５においては、接続ロッド１０３ａと１０３ｂは交叉しており、クランク１０７は、膝の後方に延在している。

これら３つの代替実施の形態は、膝の近くに位置しているアクチュエータにより、足部の姿勢を制御することを可能にする。

図６と７に例示されている、共通の要素に対する参照符号が、再び１００だけ増加されている第３の具体的な実施の形態によれば、クランク２０７は、ここでもまた、接続ロッド２０３ａと２０３ｂの１つを、太腿骨部２０５に接続するために使用されている。ここでは、下肢部分は、太腿骨部２０５に対しての、接続ロッド２０３ｂの角度位置を制御するアクチュエータ２０６と、太腿骨部に対しての、クランク２０７の角度位置を制御するアクチュエータ２０８の両者を備えている。

２つのアクチュエータの使用により、太腿部分と脚部分の間の屈曲モーメントを伝達することが可能になり、また、足部の姿勢を制御することも可能になる。

もちろん、太腿骨部上のクランクの関節の軸は、太腿骨部に直接に関節接続されている接続ロッドの関節の軸とは一致しない可能性もある。

足部は、地面との接触を検出するためのセンサが設けられると利点がある。

例示された例においては、下肢の底部を制御する１つ以上のアクチュエータはこのように太腿部分上で後退させてあり、それにより下肢の全体の慣性を削減している。

本発明は、上記に記述したものに制限されず、請求項により定義される範囲内に入る何れの変形例も含んでいる。特に、ここで例示されたアクチュエータはロータリアクチュエータであるが、電気式、油圧式など何れの方式のリニアアクチュエータやケーブルジャッキのような任意のタイプのアクチュエータを使用することが可能である。更に、ここでのアクチュエータは、間接の領域において直接配置されているが、もちろん、より高い位置、例えば、骨盤の領域に移動させることも可能である。

例示されている接続ロッドは、定義された長さのものであるが、可変長のものであってもよく、例えば望遠鏡のような伸縮式接続ロッドであることも可能である。最後に、関節は、他の自由度を有することも可能であるが、好ましくは、回転タイプである。特に、関節は、ボール／ソケットタイプであることも可能である。

Claims (6)

1. 外骨格または二足ロボットの下肢であって、
   太腿部分（１；１０１；２０１）と、
   脚部分（３；１０３；２０３）と、
   足部（４；１０４；２０４）と、
   を備える、
   下肢において、
   前記脚部分は、前記太腿部分上で複数の平行軸に沿って関節接続されている近位端部を有している２つの接続ロッド（３ａ、３ｂ、１０３ａ、１０３ｂ；２０３ａ、２０３ｂ）であって、足部上で複数の平行軸に沿って関節接続されている遠位端部を有している２つの接続ロッドを備えていることを特徴とする、
   下肢。
2. 前記太腿部分は太腿骨部（５）を備え、
   前記脚部分の前記２つの接続ロッドは、前記太腿骨部に直接に関節接続され、
   アクチュエータ（６）が、前記太腿骨部に対しての、前記接続ロッドの１つの角度位置を制御するために配置されている、
   請求項１に記載の下肢。
3. 前記太腿部分は太腿骨部（１０５；２０５）を備え、
   前記接続ロッド（１０３ｂ；２０３ｂ）の一方は、前記太腿骨部に直接に関節接続されている一方で、前記接続ロッド（１０３ａ；２０３ａ）の他方は、前記太腿骨部上に回転可能に搭載されているクランク（１０７）の端部に関節接続されている、
   請求項１に記載の下肢。
4. 前記クランクは、前記太腿骨部に直接に関節接続されている前記接続ロッドの前記１つと同じ間接の軸に沿って、前記太腿骨部に関節接続されている、
   請求項３に記載の下肢。
5. アクチュエータ（１０８；２０８）が、前記太腿骨部に対しての、前記クランクの角度位置を制御するために、前記太腿部分上に配置されている、
   請求項３に記載の下肢。
6. 補助アクチュエータ（２０６）が、前記太腿骨部に対しての、前記第１接続ロッドの角度位置を制御するために、前記太腿部分上に配置されている、
   請求項３に記載の下肢。

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