JP2020183014A - Walking robot - Google Patents

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Abstract

To provide a walking robot that allows reduction in inertial force of a leg part and thinning of the leg part.SOLUTION: An actuator 15 is arranged in a hip joint 11 of a walking robot 1. Rotation of the actuator 15 is transmitted to rotation of a foot part 6 via a first link device 21, a second link device 22 and a third link device 23. The first link device 21 is configured to rotate the first link device 31 about a first pitch shaft 11c of the hip joint 11 when the actuator 15 is rotated. The second rink device 22 is configured to rotate the second link 35 about a second pitch shaft 12a of a knee joint 12 when the first rink 31 is rotated. The third link device 23 is configured to rotate the foot part 6 about a third pitch shaft 13b when the second link 35 is rotated.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、歩行ロボットに関し、特に足平部を足首関節のピッチ軸を中心に回転させる歩行ロボットに関する。 The present invention relates to a walking robot, and more particularly to a walking robot that rotates a palm portion about a pitch axis of an ankle joint.

人間や動物の歩行形態を模した歩行ロボットの開発が進められている。特許文献1には、上体と、左右2本の脚部と、を備える二足歩行ロボットが開示されている。上体と脚部とは、股関節を介して連結される。脚部は、大腿リンクと、下腿リンクと、足平部と、を備える。大腿リンクと下腿リンクとは、膝関節を介して連結される。下腿リンクと足平部とは、足首関節を介して連結される。複数のアクチュエータによって大腿リンク、下腿リンク及び足平部を、各関節を中心に回転させれば、二足歩行が可能になる。 Development of walking robots that imitate the walking forms of humans and animals is underway. Patent Document 1 discloses a bipedal walking robot including an upper body and two left and right legs. The upper body and legs are connected via the hip joint. The legs include a femur link, a lower leg link, and a palm portion. The femoral link and the lower leg link are connected via a knee joint. The lower leg link and the palm of the foot are connected via an ankle joint. Bipedal walking is possible by rotating the thigh link, lower leg link, and palm with a plurality of actuators around each joint.

足平部は、アクチュエータによって足首関節のピッチ軸を中心に回転させられる。足平部を回転させるこのアクチュエータを足首関節に配置すると、脚部を高速で移動させる場合に大きな慣性力が働く。この課題を解決するために、特許文献1の発明においては、アクチュエータを大腿リンクに配置し、アクチュエータの駆動力がリンク装置を介して足平部に伝達されるようにしている。 The palm portion is rotated around the pitch axis of the ankle joint by an actuator. When this actuator that rotates the palm is placed on the ankle joint, a large inertial force acts when the leg is moved at high speed. In order to solve this problem, in the invention of Patent Document 1, the actuator is arranged on the thigh link so that the driving force of the actuator is transmitted to the palm portion via the link device.

特開2011−224752号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-224752

しかしながら、特許文献1に記載の歩行ロボットにおいても、脚部を高速で移動させる場合、アクチュエータを足首リンクに配置するときに比べて小さいものの、やはり脚部に慣性力が働くという課題がある。また、アクチュエータの配置やリンク装置の構成上、脚部が太くなるという課題がある。 However, even in the walking robot described in Patent Document 1, when the legs are moved at high speed, there is still a problem that an inertial force acts on the legs, although it is smaller than when the actuator is arranged on the ankle link. Further, there is a problem that the legs become thick due to the arrangement of the actuators and the configuration of the link device.

そこで本発明は、脚部の慣性力を軽減でき、また脚部を細くすることができる歩行ロボットを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a walking robot capable of reducing the inertial force of the legs and making the legs thinner.

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、股関節に大腿リンクが第1ピッチ軸を中心に回転可能に連結され、前記大腿リンクに下腿リンクが第2ピッチ軸を中心に回転可能に連結され、前記下腿リンクに足平部が第3ピッチ軸を中心に回転可能に連結される歩行ロボットにおいて、前記股関節に配置されるアクチュエータと、前記アクチュエータを回転させれば第1リンクが前記第1ピッチ軸を中心に回転させられるように構成される第1リンク装置と、前記第1リンクを回転させれば第2リンクが前記第2ピッチ軸を中心に回転させられるように構成される第2リンク装置と、前記第2リンクを回転させれば前記足平部が前記第3ピッチ軸を中心に回転させられるように構成される第3リンク装置と、を備える歩行ロボットである。 In order to solve the above problems, in one aspect of the present invention, the thigh link is rotatably connected to the hip joint about the first pitch axis, and the lower leg link is rotatably connected to the thigh link about the second pitch axis. In a walking robot that is connected and the foot flat portion is rotatably connected to the lower leg link about a third pitch axis, the actuator arranged at the hip joint and the first link are the first link when the actuator is rotated. A first link device configured to be rotated around a one-pitch axis, and a second link configured to rotate the first link so that the second link can be rotated around the second pitch axis. It is a walking robot including a two-link device and a third link device configured so that when the second link is rotated, the foot flat portion is rotated about the third pitch axis.

本発明によれば、足平部を第3ピッチ軸(足首関節のピッチ軸)を中心に回転させるアクチュエータを股関節に配置するので、脚部を高速で移動させるときの慣性力を軽減することができる。また、アクチュエータの回転を、第1リンク装置、第2リンク装置及び第3リンク装置を介して足平部に伝達するので、第1リンク装置、第2リンク装置及び第3リンク装置を股関節、大腿リンク及び下腿リンクに沿って配置することができ、脚部を細くすることができる。 According to the present invention, since the actuator that rotates the palm portion around the third pitch axis (pitch axis of the ankle joint) is arranged in the hip joint, it is possible to reduce the inertial force when moving the leg portion at high speed. it can. Further, since the rotation of the actuator is transmitted to the foot portion via the first link device, the second link device and the third link device, the first link device, the second link device and the third link device are transmitted to the hip joint and the thigh. It can be placed along the link and the lower leg link, and the legs can be made thinner.

本発明の一実施形態の歩行ロボットの模式図である。It is a schematic diagram of the walking robot of one Embodiment of this invention. 本実施形態の脚部の斜視図である。It is a perspective view of the leg part of this embodiment. 本実施形態の脚部の側面図である。It is a side view of the leg part of this embodiment. 本実施形態の脚部の動作図である(図4(a)は足平部を地面に平行にした状態を示し、図4(b)は足平部を伸ばした状態を示す)。It is an operation diagram of the leg part of this embodiment (FIG. 4 (a) shows the state which made the foot part parallel to the ground, and FIG. 4 (b) shows the state that the foot part is extended). 比較例の脚部の可動域を示す図である(図5(a)は脚部を伸ばした状態、図5(b)は脚部を畳んだ状態)。It is a figure which shows the range of motion of the leg part of the comparative example (FIG. 5 (a) is a state which the leg part is extended, FIG. 5 (b) is a state which the leg part is folded). 本実施形態の脚部の可動域を示す図である(図6(a)は図5(b)と同じ角度まで足平部を回転させた状態、図6(b)はさらに足平部を回転させた状態)。It is a figure which shows the range of motion of the leg part of this embodiment (FIG. 6 (a) is a state which the foot flat part is rotated to the same angle as FIG. 5 (b), and FIG. 6 (b) further holds the foot flat part. Rotated state). 本実施形態の第1連接リンクの可動域を示す図である(図7(a)は本実施形態の三日月状の第1連接リンクを示し、図7(b)は比較例の直線状の第1連接リンクを示す)。It is a figure which shows the range of motion of the 1st articulated link of this embodiment (FIG. 7 (a) shows the crescent-shaped first articulated link of this embodiment, and FIG. 7 (b) is the linear | linear first of the comparative example. 1 Indicates a concatenated link). 本実施形態の足平部の可動域を示す図である。It is a figure which shows the range of motion of the foot palm part of this embodiment. 本実施形態の足平部の可動域を示す図である(図9(a)は脚部を伸ばし、上体を前方に倒した状態を示し、図9(b)は脚部を伸ばし、上体を直立させた状態を示し、図9(c)は脚部を屈伸させた状態を示す)。It is a figure which shows the range of motion of the foot part of this embodiment (FIG. 9A shows the state which the leg part is extended and the upper body is tilted forward, and FIG. 9B is the state where the leg part is extended and is upper. The state in which the body is upright is shown, and FIG. 9 (c) shows the state in which the legs are bent and stretched). 本実施形態の足平部の可動域を示す図である(図10(a)は脚部を曲げ、上体を前方に倒した状態を示し、図10(b)は脚部を曲げ、上体を直立させた状態を示す)。It is a figure which shows the range of motion of the foot part of this embodiment (FIG. 10 (a) shows the state which the leg part was bent and the upper body was tilted forward, and FIG. Indicates that the body is upright).

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態の歩行ロボットを説明する。ただし、本発明の歩行ロボットは、種々の形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明の範囲を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。 Hereinafter, the walking robot according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the walking robot of the present invention can be embodied in various forms, and is not limited to the embodiments described in the present specification. The present embodiment is provided with the intention of allowing those skilled in the art to fully understand the scope of the invention by making sufficient disclosure of the specification.

図1は、本発明の一実施形態の歩行ロボット1の模式図を示す。以下では、説明の便宜上、歩行ロボット1の進行方向をX軸方向、歩行ロボット1の左右方向をY軸方向、歩行ロボット1の上下方向をZ軸方向として、歩行ロボット1の構成を説明する。ここで、X軸はロール軸であり、Y軸はピッチ軸であり、Z軸はヨー軸である。左右一対の脚部3は、左右対称であるので、同一の符号を附す。 FIG. 1 shows a schematic view of a walking robot 1 according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, for convenience of explanation, the configuration of the walking robot 1 will be described with the traveling direction of the walking robot 1 as the X-axis direction, the left-right direction of the walking robot 1 as the Y-axis direction, and the vertical direction of the walking robot 1 as the Z-axis direction. Here, the X-axis is the roll axis, the Y-axis is the pitch axis, and the Z-axis is the yaw axis. Since the pair of left and right legs 3 are symmetrical, they are designated by the same reference numerals.

歩行ロボット1は、上体2と、上体2の下端部に連結される左右一対の脚部3と、を備える。各脚部3は、大腿リンク4と、下腿リンク5と、足平部6と、を備える。上体2には、3自由度の股関節11を介して大腿リンク4が連結される。大腿リンク4には、1自由度の膝関節を介して下腿リンク5が連結される。下腿リンク5には、2自由度の足首関節を介して足平部6が連結される。 The walking robot 1 includes an upper body 2 and a pair of left and right leg portions 3 connected to a lower end portion of the upper body 2. Each leg 3 includes a femur link 4, a lower leg link 5, and a foot flat portion 6. The femur link 4 is connected to the upper body 2 via the hip joint 11 having three degrees of freedom. The lower leg link 5 is connected to the femur link 4 via a knee joint having one degree of freedom. The palm portion 6 is connected to the lower leg link 5 via an ankle joint having two degrees of freedom.

より詳しくは、上体2には、股関節11の第1ヨー軸11a、第1ロール11b軸、及び第1ピッチ軸11cを中心に回転可能に大腿リンク4が連結される。大腿リンク4には、膝関節12の第2ピッチ軸12aを中心に回転可能に下腿リンク5が連結される。下腿リンク5には、足首関節13の第2ロール軸13a及び第3ピッチ軸13bを中心に回転可能に足平部6が連結される。 More specifically, the femur link 4 is rotatably connected to the upper body 2 about the first yaw axis 11a, the first roll 11b axis, and the first pitch axis 11c of the hip joint 11. The lower leg link 5 is rotatably connected to the femur link 4 about the second pitch axis 12a of the knee joint 12. A flat portion 6 is rotatably connected to the lower leg link 5 around a second roll shaft 13a and a third pitch shaft 13b of the ankle joint 13.

脚部3を上記のように構成するので、足平部6は、上体2に対して6自由度を有する。脚部3の関節11,12,13を適宜駆動することで、脚部3の所定の運動が可能になり、これにより、歩行ロボット1の歩行動作、走行動作等が可能になる。 Since the leg portion 3 is configured as described above, the foot flat portion 6 has 6 degrees of freedom with respect to the upper body 2. By appropriately driving the joints 11, 12, and 13 of the leg portion 3, a predetermined movement of the leg portion 3 becomes possible, which enables the walking motion, the running motion, and the like of the walking robot 1.

なお、図示は省略するが、上体2の左右両側には、左右一対の腕部が取り付けられる。上体2の上端部には、頭部が取り付けられる。 Although not shown, a pair of left and right arms are attached to the left and right sides of the upper body 2. A head is attached to the upper end of the upper body 2.

以下に、足平部6を第3ピッチ軸13bを中心に回転させる駆動機構を詳細に説明する。図2は脚部3の斜視図を示し、図3は脚部3の側面図を示す。11は股関節、4は大腿リンク、5は下腿リンク、6は足平部である。 The drive mechanism for rotating the foot flat portion 6 about the third pitch shaft 13b will be described in detail below. FIG. 2 shows a perspective view of the leg portion 3, and FIG. 3 shows a side view of the leg portion 3. 11 is a hip joint, 4 is a femur link, 5 is a lower leg link, and 6 is a foot.

股関節11は、上体2に第1ヨー軸11aを中心に回転可能に、かつ第1ロール軸11bを中心に回転可能に連結される(図3参照)。図2に示すように、股関節11には、大腿リンク4が第1ピッチ軸11cを中心に回転可能に連結される。大腿リンク4には、下腿リンク5が第2ピッチ軸12aを中心に回転可能に連結される。下腿リンク5には、足平部6が第3ピッチ軸13bを中心に回転可能に連結される。股関節11、大腿リンク4及び下腿リンク5それぞれは、断面コ字状であり、互いに対向する一対の側板と、側板を連結する連結部と、を備える。足平部6は、略板状である。 The hip joint 11 is rotatably connected to the upper body 2 about the first yaw axis 11a and rotatably about the first roll axis 11b (see FIG. 3). As shown in FIG. 2, the femur link 4 is rotatably connected to the hip joint 11 about the first pitch shaft 11c. The lower leg link 5 is rotatably connected to the femur link 4 about the second pitch shaft 12a. The foot flat portion 6 is rotatably connected to the lower leg link 5 about the third pitch shaft 13b. Each of the hip joint 11, the femur link 4, and the lower leg link 5 has a U-shaped cross section, and includes a pair of side plates facing each other and a connecting portion for connecting the side plates. The foot flat portion 6 has a substantially plate shape.

図3に示すように、股関節11には、アクチュエータ15が配置される。アクチュエータ15は、モータと、モータの回転を減速する減速機と、を備える。アクチュエータ15の出力軸15aの回転は、第1リンク装置21、第2リンク装置22、及び第3リンク装置23を介して足平部6に伝達される。 As shown in FIG. 3, an actuator 15 is arranged at the hip joint 11. The actuator 15 includes a motor and a speed reducer that reduces the rotation of the motor. The rotation of the output shaft 15a of the actuator 15 is transmitted to the foot flat portion 6 via the first link device 21, the second link device 22, and the third link device 23.

第1リンク装置21は、股関節11と、第1リンク31と、原動リンク32と、第1連接リンク33と、を備える。原動リンク32は、股関節11に固定されたアクチュエータ15によってアクチュエータ15の出力軸15aを中心に回転させられる。第1リンク31は、股関節11に第1ピッチ軸11cを中心に回転可能に連結される。第1連接リンク33は、原動リンク32に軸41を介して回転可能に連結されると共に、第1リンク31に軸42を介して回転可能に連結される。 The first link device 21 includes a hip joint 11, a first link 31, a driving link 32, and a first articulated link 33. The driving link 32 is rotated about the output shaft 15a of the actuator 15 by the actuator 15 fixed to the hip joint 11. The first link 31 is rotatably connected to the hip joint 11 about the first pitch shaft 11c. The first connecting link 33 is rotatably connected to the driving link 32 via the shaft 41, and is rotatably connected to the first link 31 via the shaft 42.

第1リンク装置21は、これらの4つのリンク11,31,32,33がすべて回り対偶によって連鎖をなした4節回転連鎖である。第1リンク装置21は、アクチュエータ15を回転させれば第1リンク31が第1ピッチ軸11cを中心に回転させられるように構成される。 The first link device 21 is a four-node rotary chain in which these four links 11, 31, 32, and 33 are all rotated and chained by pair-even. The first link device 21 is configured so that the first link 31 can be rotated about the first pitch shaft 11c by rotating the actuator 15.

第1リンク装置21は、平行運動機構から構成されてもよいし、非平行運動機構から構成されてもよい。第1リンク装置21を平行運動機構から構成する場合、相対する2組のリンクの長さが等しい。すなわち、股関節11のリンク長さと第1連接リンク33のリンク長さとが等しく、原動リンク32のリンク長さと第1リンク31のリンク長さとが等しい。原動リンク32の仮想線32b(出力軸15aと軸41とを結んだ線)と第1リンク31の第1仮想線31a(第1ピッチ軸11cと軸42とを結んだ線)とは、常に平行である。また、第1リンク装置21を非平行運動機構から構成すれば、第1リンク31ひいては足平部6の可動範囲を拡大することができる。 The first link device 21 may be composed of a parallel motion mechanism or a non-parallel motion mechanism. When the first link device 21 is composed of a parallel motion mechanism, the lengths of two pairs of opposing links are equal. That is, the link length of the hip joint 11 and the link length of the first connecting link 33 are equal, and the link length of the driving link 32 and the link length of the first link 31 are equal. The virtual line 32b of the driving link 32 (the line connecting the output shaft 15a and the shaft 41) and the first virtual line 31a of the first link 31 (the line connecting the first pitch shaft 11c and the shaft 42) are always connected. It is parallel. Further, if the first link device 21 is composed of a non-parallel motion mechanism, the movable range of the first link 31 and thus the palm portion 6 can be expanded.

第2リンク装置22は、第1リンク31と、大腿リンク4と、第2リンク35と、第2連接リンク36と、を備える。第2リンク35は、大腿リンク4に第2ピッチ軸12aを中心に回転可能に連結される。第2連接リンク36は、第1リンク31に軸43を介して回転可能に連結されると共に、第2リンク35に軸44を介して回転可能に連結される。 The second link device 22 includes a first link 31, a femur link 4, a second link 35, and a second connecting link 36. The second link 35 is rotatably connected to the femur link 4 about the second pitch shaft 12a. The second connecting link 36 is rotatably connected to the first link 31 via the shaft 43 and rotatably connected to the second link 35 via the shaft 44.

第2リンク装置22は、これらの4つのリンク31,4,35,36がすべて回り対偶によって連鎖をなした4節回転連鎖である。第2リンク装置22は、第1リンク31を回転させれば第2リンク35が第2ピッチ軸12aを中心に回転させられるように構成される。 The second link device 22 is a four-node rotary chain in which these four links 31, 4, 35, and 36 are all rotated and chained by pair-even. The second link device 22 is configured so that if the first link 31 is rotated, the second link 35 can be rotated about the second pitch shaft 12a.

第2リンク装置22も、平行運動機構から構成され、相対する2組のリンクの長さが等しい。すなわち、大腿リンク4のリンク長さと第2連接リンク36のリンク長さとが等しく、第1リンク31のリンク長さと第2リンク35のリンク長さとが等しい。第1リンク31の第2仮想線31b(第1ピッチ軸11cと軸43を結んだ線)と第2リンク35の第1仮想線35a(第2ピッチ軸12aと軸44とを結んだ線)とは、常に平行である。 The second link device 22 is also composed of a parallel motion mechanism, and the lengths of two pairs of opposing links are equal. That is, the link length of the thigh link 4 and the link length of the second connecting link 36 are equal, and the link length of the first link 31 and the link length of the second link 35 are equal. The second virtual line 31b of the first link 31 (the line connecting the first pitch shaft 11c and the shaft 43) and the first virtual line 35a of the second link 35 (the line connecting the second pitch shaft 12a and the shaft 44). Is always parallel.

第3リンク装置23は、第2リンク35と、下腿リンク5と、足平部6と、第3連接リンク37と、を備える。第3連接リンク37は、第2リンク35に軸45を介して回転可能に連結されると共に、足平部6に軸46を介して回転可能に連結される。 The third link device 23 includes a second link 35, a lower leg link 5, a foot flat portion 6, and a third articulated link 37. The third articulated link 37 is rotatably connected to the second link 35 via the shaft 45, and is rotatably connected to the foot flat portion 6 via the shaft 46.

第3リンク装置23は、これらの4つのリンク35,5,6,37がすべて回り対偶によって連鎖をなした4節回転連鎖である。第3リンク装置23は、第2リンク35を回転させれば足平部6が第3ピッチ軸13bを中心に回転させられるように構成される。 The third link device 23 is a four-node rotary chain in which these four links 35, 5, 6, and 37 all rotate and are chained by pair-even. The third link device 23 is configured so that the foot flat portion 6 can be rotated about the third pitch shaft 13b by rotating the second link 35.

第3リンク装置23も、平行運動機構から構成され、相対する2組のリンクの長さが等しい。すなわち、下腿リンク5のリンク長さと第3連接リンク37のリンク長さとが等しく、第2リンク35のリンク長さと足平部6のリンク長さとが等しい。第2リンク35の第2仮想線35b(第2ピッチ軸12aと軸45とを結んだ線)と足平部6の仮想線6a(第3ピッチ軸13bと軸46とを結んだ線)とは、常に平行である。 The third link device 23 is also composed of a parallel motion mechanism, and the lengths of two pairs of opposing links are equal. That is, the link length of the lower leg link 5 and the link length of the third articulated link 37 are equal, and the link length of the second link 35 and the link length of the foot flat portion 6 are equal. The second virtual line 35b of the second link 35 (the line connecting the second pitch shaft 12a and the shaft 45) and the virtual line 6a of the foot flat portion 6 (the line connecting the third pitch shaft 13b and the shaft 46) Are always parallel.

第1リンク31は、三角状であり、より詳しくは頂角が60°未満の略二等辺三角形状である。第1リンク31は、3つの回り対偶を持つ複リンクである。第1リンク31における第1ピッチ軸11c、第1連接リンク33が連結される軸42、及び第2連接リンク36が連結される軸43が、三角形の頂点を形成する。 The first link 31 has a triangular shape, and more particularly, a substantially isosceles triangle shape having an apex angle of less than 60 °. The first link 31 is a compound link having three kinematic pairs. The first pitch axis 11c of the first link 31, the axis 42 to which the first articulated link 33 is connected, and the axis 43 to which the second articulated link 36 is connected form the apex of the triangle.

第1連接リンク33は、三日月状であり、2つの回り対偶を持つ単リンクである。第1連接リンク33は、第1リンク31の可動域を広げられるように、第1ピッチ軸11cの軸方向視において湾曲する。 The first articulated link 33 is a crescent-shaped single link having two kinematic pairs. The first articulated link 33 is curved in the axial direction of the first pitch axis 11c so that the range of motion of the first link 31 can be widened.

第2リンク35は、三角状であり、より詳しくは略正三角形状である。第2リンク35は、3つの回り対偶を持つ複リンクである。第2リンク35における第2ピッチ軸12a、第2連接リンク36が連結される軸44、及び第3連接リンク37が連結される軸45が、三角形の頂点を形成する。 The second link 35 has a triangular shape, and more specifically, a substantially regular triangular shape. The second link 35 is a compound link having three kinematic pairs. The second pitch shaft 12a of the second link 35, the shaft 44 to which the second articulated link 36 is connected, and the shaft 45 to which the third articulated link 37 is connected form the apex of the triangle.

図4は、本実施形態の脚部3の動作図を示す。図4(a)に示すように、アクチュエータ15の回転によって原動リンク32が回転する(矢印(1)参照)。第1連接リンク33の矢印(2)方向への移動に伴い、第1リンク31が第1ピッチ軸11cを中心に回転する(矢印(3)参照)。第2連接リンク36の矢印(4)方向への移動に伴い、第2リンク35が第2ピッチ軸12aを中心に回転する(矢印(5)参照)。第3連接リンク37の矢印(6)方向への移動に伴い、足平部6が第3ピッチ軸13bを中心に回転する(矢印(7)参照)。図4(b)は、足平部6の回転後、すなわち足平部6を伸ばした状態を示す。 FIG. 4 shows an operation diagram of the leg portion 3 of the present embodiment. As shown in FIG. 4A, the rotation of the actuator 15 causes the driving link 32 to rotate (see arrow (1)). As the first articulated link 33 moves in the direction of the arrow (2), the first link 31 rotates about the first pitch axis 11c (see arrow (3)). As the second connecting link 36 moves in the direction of the arrow (4), the second link 35 rotates about the second pitch axis 12a (see arrow (5)). As the third articulated link 37 moves in the direction of the arrow (6), the foot flat portion 6 rotates about the third pitch axis 13b (see arrow (7)). FIG. 4B shows a state in which the foot flat portion 6 is rotated, that is, the foot flat portion 6 is extended.

なお、脚部3には、脚部3を前後に移動させるためのアクチュエータ51、脚部3を伸縮させるためのアクチュエータ52、足平部6を第2ロール軸13aの回りに回転させるアクチュエータ53が組み込まれる(図2参照)。 The leg 3 includes an actuator 51 for moving the leg 3 back and forth, an actuator 52 for expanding and contracting the leg 3, and an actuator 53 for rotating the foot flat portion 6 around the second roll shaft 13a. Incorporated (see Figure 2).

以上に本発明の歩行ロボット1の構成を説明した。本実施形態の歩行ロボット1によれば、以下の効果を奏する。 The configuration of the walking robot 1 of the present invention has been described above. According to the walking robot 1 of the present embodiment, the following effects are obtained.

アクチュエータ15を股関節11に配置するので、脚部3を高速で移動させるときの慣性力を軽減することができる。また、アクチュエータ15の回転を、第1リンク装置21、第2リンク装置22及び第3リンク装置23を介して足平部6に伝達するので、第1リンク装置21、第2リンク装置22及び第3リンク装置23を股関節11、大腿リンク4及び下腿リンク5に沿って配置することができ、脚部3を細くすることができる。 Since the actuator 15 is arranged at the hip joint 11, the inertial force when moving the leg 3 at high speed can be reduced. Further, since the rotation of the actuator 15 is transmitted to the foot flat portion 6 via the first link device 21, the second link device 22, and the third link device 23, the first link device 21, the second link device 22, and the second link device 22 are transmitted. The three-link device 23 can be arranged along the hip joint 11, the femur link 4, and the lower leg link 5, and the leg portion 3 can be made thinner.

第2リンク装置22及び第3リンク装置23を平行運動機構から構成するので、大腿リンク4の角度や脚部3の伸縮の影響を受けずに、足平部6を回転させることができる。 Since the second link device 22 and the third link device 23 are composed of a parallel motion mechanism, the foot flat portion 6 can be rotated without being affected by the angle of the thigh link 4 and the expansion and contraction of the leg portion 3.

第1リンク31を三角状の複リンクから構成するので、第1リンク装置21を第1ピッチ軸11cの近傍にコンパクトに配置することができ、脚部3のコンパクト化が実現できる。 Since the first link 31 is composed of a triangular double link, the first link device 21 can be compactly arranged in the vicinity of the first pitch shaft 11c, and the leg portion 3 can be made compact.

第1リンク31と第2リンク35を三角状の複リンクから構成するので、足平部6の可動域を広くすることができる。以下にこれを詳述する。 Since the first link 31 and the second link 35 are composed of triangular double links, the range of motion of the foot flat portion 6 can be widened. This will be described in detail below.

図5(a)(b)は、第1リンク31´と第2リンク35´を直線状の単リンクから構成した比較例を示す。図5(a)は脚部3´を伸ばした状態を示し、図5(b)は脚部3´を畳んだ状態を示す。図5(b)に示すように、第1リンク31´と第2リンク35´を直線状の単リンクから構成する場合、脚部3を畳んだ状態では、早い段階で第1リンク31´と第2リンク35´とが同一直線上になってしまい、第1リンク31´と第2リンク35´とに特異点(思案点とも呼ばれる)が生ずる。このため、脚部3´を畳んだ状態では、足平部6´の第3ピッチ軸13b´回りの可動域が早い段階でその限界を超えてしまう。 5 (a) and 5 (b) show a comparative example in which the first link 31'and the second link 35'are composed of a linear single link. FIG. 5A shows a state in which the leg portion 3'is extended, and FIG. 5B shows a state in which the leg portion 3'is folded. As shown in FIG. 5 (b), when the first link 31'and the second link 35'are composed of a straight single link, when the leg 3 is folded, the first link 31'and the first link 31' The second link 35'becomes on the same straight line, and a singular point (also called a thought point) is generated between the first link 31' and the second link 35'. Therefore, in the state where the leg portion 3'is folded, the range of motion around the third pitch axis 13b'of the foot flat portion 6'exceeds the limit at an early stage.

図6は、第1リンク31と第2リンク35を三角状の複リンクから構成した本実施形態を示す。図6(a)(b)は図5(b)と同じ角度で脚部3を畳んだ状態を示す。図6(a)は図5(b)と同じ角度まで足平部6を回転させた状態を示し、図6(b)はさらに足平部6を回転させた状態を示す。 FIG. 6 shows the present embodiment in which the first link 31 and the second link 35 are composed of triangular double links. 6 (a) and 6 (b) show a state in which the leg 3 is folded at the same angle as in FIG. 5 (b). FIG. 6 (a) shows a state in which the foot flat portion 6 is rotated to the same angle as in FIG. 5 (b), and FIG. 6 (b) shows a state in which the foot flat portion 6 is further rotated.

図6(b)に示すように、第1リンク31と第2リンク35を三角状の複リンクから構成することで、第1リンク31と第2リンク35が特異点に入るまでの角度を大きくすることができ、これによって足平部6の可動域を広げることができる。 As shown in FIG. 6B, by configuring the first link 31 and the second link 35 from the triangular double links, the angle until the first link 31 and the second link 35 enter the singular point is increased. This allows the range of motion of the palm portion 6 to be widened.

また、第1連接リンク33を三日月状に湾曲させることで、第1連接リンク33を直線状にする場合に比べて、第1連接リンク33と第1ピッチ軸11cの干渉を避けることができ、第1リンク31の可動域を広げることができる。以下にこれを詳述する。 Further, by curving the first articulated link 33 in a crescent shape, it is possible to avoid interference between the first articulated link 33 and the first pitch shaft 11c as compared with the case where the first articulated link 33 is made linear. The range of motion of the first link 31 can be expanded. This will be described in detail below.

図7(a)は本実施形態の三日月状の第1連接リンク33を示し、図7(b)は比較例の直線状の第1連接リンク33´を示す。図7(a)(b)では、第1連接リンク33,33´の可動範囲の限界、すなわち第1連接リンク33,33´が第1ピッチ軸11cに干渉している状態を示す。 FIG. 7 (a) shows the crescent-shaped first articulated link 33 of the present embodiment, and FIG. 7 (b) shows the linear first articulated link 33'of the comparative example. 7 (a) and 7 (b) show the limit of the movable range of the first articulated links 33, 33', that is, the state in which the first articulated links 33, 33' are interfering with the first pitch shaft 11c.

図7(a)に示すように、第1連接リンク33を三日月状に湾曲させることで、第1ピッチ軸11cとの干渉を避けた状態で、第1連接リンク33を第1ピッチ軸11cに近づけることができる(すなわち、θ1をθ2よりも小さくすることができる)。このため、第1リンク31の可動域を広げることができる。この結果、図8に示すように、例えば脚部3を伸ばした状態で、足平部6の可動域θ3を略90°まで広げることができる。 As shown in FIG. 7A, by bending the first articulated link 33 in a crescent shape, the first articulated link 33 becomes the first pitch shaft 11c in a state where interference with the first pitch shaft 11c is avoided. It can be brought closer (ie, θ1 can be smaller than θ2). Therefore, the range of motion of the first link 31 can be widened. As a result, as shown in FIG. 8, the range of motion θ3 of the foot flat portion 6 can be expanded to approximately 90 °, for example, with the leg portion 3 extended.

本実施形態によれば、上体2に対する大腿リンク4の角度にかかわらず、また脚部3の伸縮にかかわらず、足平部6の可動範囲を広げることができる。このため、例えば図9(a)に示すように、脚部3を伸ばし、股関節11と上体2を前方に倒した状態から、図9(b)に示すように、股関節11と上体2を直立させたり、図9(c)に示すように、脚部3を屈伸させたりすることができる。また、図10(a)に示すように、脚部3を曲げ、股関節11と上体2を前方に倒した状態から起き上がったり、図10(b)に示すように、脚部3を曲げ、股関節11と上体2を直立させた状態から起き上がったりすることができる。 According to the present embodiment, the movable range of the palm portion 6 can be widened regardless of the angle of the thigh link 4 with respect to the upper body 2 and regardless of the expansion and contraction of the leg portion 3. Therefore, for example, as shown in FIG. 9 (a), the legs 3 are extended and the hip joint 11 and the upper body 2 are tilted forward, and then the hip joint 11 and the upper body 2 are tilted forward as shown in FIG. 9 (b). Can be upright, or the legs 3 can be bent and stretched as shown in FIG. 9 (c). Further, as shown in FIG. 10 (a), the leg 3 is bent and the hip joint 11 and the upper body 2 are tilted forward to get up, or as shown in FIG. 10 (b), the leg 3 is bent. It is possible to get up from the state where the hip joint 11 and the upper body 2 are upright.

なお、本発明は、上記実施形態に具現化されるの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他の実施形態に具現化可能である。例えば、上記実施形態では、本発明を2足歩行ロボットに適用した例を説明したが、4足歩行ロボットにも適用することができる。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be embodied in other embodiments without changing the gist of the present invention. For example, in the above embodiment, an example in which the present invention is applied to a bipedal walking robot has been described, but it can also be applied to a quadrupedal walking robot.

1…歩行ロボット、4…大腿リンク、5…下腿リンク、6…足平部、11…股関節、11c…第1ピッチ軸、12a…第2ピッチ軸、13b…第3ピッチ軸、15…アクチュエータ、21…第1リンク装置、22…第2リンク装置、23…第3リンク装置、31…第1リンク、32…原動リンク、33…第1連接リンク、35…第2リンク、36…第2連接リンク、37…第3連接リンク、42…第1リンクにおける第1連接リンクが連結される軸、43…第1リンクにおける第2連接リンクが連結される軸、44…第2リンクにおける第2連接リンクが連結される軸、45…第2リンクにおける第3連接リンクが連結される軸 1 ... walking robot, 4 ... thigh link, 5 ... lower leg link, 6 ... palm, 11 ... hip joint, 11c ... 1st pitch axis, 12a ... 2nd pitch axis, 13b ... 3rd pitch axis, 15 ... actuator, 21 ... 1st link device, 22 ... 2nd link device, 23 ... 3rd link device, 31 ... 1st link, 32 ... prime link, 33 ... 1st connection link, 35 ... 2nd link, 36 ... 2nd connection Link, 37 ... 3rd connecting link, 42 ... Axis to which the 1st connecting link in the 1st link is connected, 43 ... Axis to which the 2nd connecting link in the 1st link is connected, 44 ... 2nd connecting in the 2nd link Axis to which the links are connected, 45 ... Axis to which the third articulated link in the second link is connected

Claims (5)

股関節に大腿リンクが第1ピッチ軸を中心に回転可能に連結され、前記大腿リンクに下腿リンクが第2ピッチ軸を中心に回転可能に連結され、前記下腿リンクに足平部が第3ピッチ軸を中心に回転可能に連結される歩行ロボットにおいて、
前記股関節に配置されるアクチュエータと、
前記アクチュエータを回転させれば第1リンクが前記第1ピッチ軸を中心に回転させられるように構成される第1リンク装置と、
前記第1リンクを回転させれば第2リンクが前記第2ピッチ軸を中心に回転させられるように構成される第2リンク装置と、
前記第2リンクを回転させれば前記足平部が前記第3ピッチ軸を中心に回転させられるように構成される第3リンク装置と、を備える歩行ロボット。
The thigh link is rotatably connected to the hip joint about the first pitch axis, the lower leg link is rotatably connected to the thigh link about the second pitch axis, and the palm part is rotatably connected to the lower leg link with the third pitch axis. In a walking robot that is rotatably connected around
The actuator placed on the hip joint and
A first link device configured so that the first link can be rotated about the first pitch axis by rotating the actuator.
A second link device configured so that the second link can be rotated about the second pitch axis by rotating the first link.
A walking robot including a third link device configured so that the palm portion can be rotated about the third pitch axis by rotating the second link.
前記第2リンク装置及び前記第3リンク装置それぞれが、平行運動機構であることを特徴とする請求項1に記載の歩行ロボット。 The walking robot according to claim 1, wherein each of the second link device and the third link device is a parallel motion mechanism. 前記第1リンク装置が、前記アクチュエータによって回転させられる原動リンクと、前記原動リンクと前記第1リンクに連結される第1連接リンクと、を有し、
前記第2リンク装置が、前記第1リンクと前記第2リンクに連結される第2連接リンクを有し、
前記第1リンクにおける前記第1ピッチ軸、前記第1連接リンクが連結される軸、及び前記第2連接リンクが連結される軸が、三角形の頂点を形成することを特徴とする請求項1又は2に記載の歩行ロボット。
The first link device has a driving link rotated by the actuator, and a driving link and a first connecting link connected to the first link.
The second link device has a first link and a second connecting link connected to the second link.
Claim 1 or claim 1, wherein the first pitch axis in the first link, the axis to which the first articulated link is connected, and the axis to which the second articulated link is connected form the apex of a triangle. 2. The walking robot according to 2.
前記第3リンク装置が、前記第2リンクと前記足平部に連結される第3連接リンクを有し、
前記第2リンクにおける前記第2ピッチ軸、前記第2連接リンクが連結される軸、及び前記第3連接リンクが連結される軸が、三角形の頂点を形成することを特徴とする請求項3に記載の歩行ロボット。
The third link device has the second link and a third articulated link connected to the foot flat portion.
The third aspect of the present invention is characterized in that the second pitch axis in the second link, the axis to which the second articulated link is connected, and the axis to which the third articulated link is connected form the apex of a triangle. The walking robot described.
前記第1連接リンクが、前記第1リンクの可動域を広げられるように、前記第1ピッチ軸の軸方向視において湾曲することを特徴とする請求項3又は4に記載の歩行ロボット。 The walking robot according to claim 3 or 4, wherein the first articulated link is curved in an axial view of the first pitch axis so that the range of motion of the first link can be widened.
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