JP2021062470A - 構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の一実施形態に係り、移動機構を有する脚部の構造体100の設計方法について説明する図である。構造体100は、腰部と接続する腰部側接続部Sと、歩行させる地面と接触する接地部(足部)Eとを連結する複数のリンクLと、隣接する二つのリンクL同士を連結する受動関節Mとを有する。
図2(a)は、シリアルリンク型の構造体100Aの図である。構造体100Aは、一直線状に伸縮することができ、かつ腰側接続部Sを中心とする回転が可能な、一本の回転子(振動子)Rを有する。腰側接続部Sから接地部Eまでを結ぶ回転子Rの長さをdslとしたとき、ここでの第二ヤコビアン行列Jp(a)は、下記(15)式で表される。(15)式は対角行列であり、対角成分同士、非対角成分同士が、それぞれ互いに定数倍の関係になっており、上記(14)式の関係を満たしている。このことから、構造体100Aは、SLIPモデルの直動バネの力学が成立するものであることが分かる。
図2(b)は、パラレルリンク型の構造体100Bの図である。構造体100Bは、一直線状に伸縮することができ、かつ腰側接続部Sを中心とする回転が可能な二本の回転子R1、R2を有する。腰側接続部Sから接地部Eまでを結ぶ回転子R1、R2の長さを、それぞれdpl1、dpl2としたとき、ここでの第二ヤコビアン行列Jp(b)は、下記(16)式および(17)式で表される。dpl1=dpl2となる場合、(16)式は上記(13)式の関係を満たしているが、dpl1≠dpl2となる場合、(16)式は上記(13)式、(14)式のいずれの関係も満たしていないため、構造体100Bは、SLIPモデルの直動バネの力学が成立しないものであることが分かる。
図2(c)は、シリアルリンク型の構造体100Cの図である。構造体100Cは、受動関節Mで連結される二つの回転子R3、R4を有する。回転子R3、R4は、それぞれ、腰側接続部S、受動関節Mを中心とする回転を可能とする。Lsr1=Lsr2=Lとすると、第二ヤコビアン行列Jp(c)は、下記(18)式で表される。(18)式は上記(13)式、(14)式のいずれの関係も満たしていないため、構造体100Cは、SLIPモデルの直動バネの力学が成立しないものであることが分かる。
図2(d)は、パラレルリンク型の構造体100Dの図である。構造体100Dは、適用例3の構造体100Cに対し、さらに受動関節M1、M2、M3、M4で連結されるリンクが接続された5節リンク機構を有する。受動関節M1は、腰側接続部Sと同じ役割を担っている。Lpr1=Lpr2=Lとすると、第二ヤコビアン行列Jp(d)は、下記(19)式で表される。(19)式は、同じ行に属する成分同士が、それぞれ互いに定数倍の関係になっており、上記(13)式の関係を満たしている。このことから、構造体100Dは、SLIPモデルの直動バネの力学が成立するものであることが分かる。
図3は、上記実施形態に係る構造体の設計方法の適用例4−1として示す、二足歩行用の脚部10の平面図であり、脚部10が平地20に立設した状態を示している。図4は、図3の脚部10を構成し、移動機構を有する構造体(脚本体)100の拡大図である。
図7は、上記実施形態に係る構造体の設計方法の適用例2として示す、構造体200の平面図である。構造体200では、第一受動関節Oと第一受動関節Aとが同軸接続されており、軸方向からの平面視において、第一受動関節Oと第一受動関節Aとが重なっている。同平面視においてはL0=0となっている。さらに、第一受動関節Aと受動関節Dとを結ぶ線分ADの長さr1が、リンクDOの長さLtと等しい(r1=Lt)。その他の構成は、第一実施形態の構造体100の構成と同様であり、構造体100と対応する箇所については、形状の違いによらず、同じ符号で示している。
図9は、上記実施形態に係る構造体の設計方法の適用例3として示す、構造体300の平面図である。構造体300では、線分ADの長さr1が固定されており、リンクCDの長さLkとリンクABの長さLrocとが等しく(Lk=Lroc)、線分ADの長さr1とリンクBCの長さLrodとが等しい(r1=Lrod)。第一受動関節O、Aの軸方向からの平面視において、四角形ABCDは平行四辺形になっている。ここでは、第一受動関節Oと第一受動関節Aとが同軸接続されている場合について例示しているが、第一受動関節Oの回転軸と第一受動関節Aの回転軸とは異なっていてもよい。その他の構成は、第一実施形態の構造体100の構成と同様であり、構造体100と対応する箇所については、形状の違いによらず、同じ符号で示している。
本発明の第四実施形態に係る構造体では、線分ADの長さが固定されており、リンクCDの長さLkとリンクBCの長さLrodとが等しく(Lk=Lrod)、線分ADの長さr1とリンクABの長さLrocとが等しい(r1=Lroc)。第一受動関節O、Aの軸方向からの平面視において、四角形ABCDはひし形になっている。ここでは、第一受動関節Oと第一受動関節Aとが同軸接続されている場合について例示しているが、第一受動関節Oの回転軸と第一受動関節Aの回転軸とは異なっていてもよい。その他の構成は、第一実施形態の構造体100の構成と同様であり、構造体100と対応する箇所については、形状の違いによらず、同じ符号で示している。
本発明の構造体は、上記第一、第二、第三、第四実施形態の構成を組み合わせたものであってもよい。第五実施形態の構造体は、第一、第二、第三実施形態を組み合わせたものであり、リンクDEの長さLsとリンクDOの長さLtとが等しく、第一受動関節Oと第一受動関節Aとが同軸接続されており、かつ四角形ABCDが平行四辺形になっている。その他の構成は、第一実施形態の構造体100の構成と同様であり、構造体100と対応する箇所については、形状の違いによらず、同じ符号で示している。
10・・・脚部
20・・・平地
30・・・基板
40・・・センサー
O、A・・・第一受動関節
O1、A1・・・コア部分
O2、A2・・・ばね
k1、k2・・・ばね定数
τ1、τ2・・・トルク
f1、f2・・・接地部に作用する力
B、C、D・・・第二受動関節
E・・・接地部
OA、AB、BC、CD、CE、DE、DO・・・リンク
Claims (6)
- 移動機構を有する脚部の構造体であって、
ばねを有するモータが取り付けられた第一受動関節O、Aと、
前記モータが取り付けられていない第二受動関節B、C、Dと、
接地部Eと、
前記第一受動関節Oと前記第一受動関節Aとを接続するリンクOAと、
前記第一受動関節Aと前記第二受動関節Bとを接続するリンクABと、
前記第二受動関節Bと前記第二受動関節Cとを接続するリンクBCと、
前記第二受動関節Cと前記第二受動関節Dとを接続するリンクCDと、
前記第二受動関節Cと前記接地部Eとを接続するリンクCEと、
前記第二受動関節Dと前記接地部Eとを接続するリンクDEと、
前記第二受動関節Dと前記第一受動関節Oとを接続するリンクDOと、で構成される5節リンク機構を有することを特徴とする構造体。 - 前記リンクDEの長さとリンクDOの長さが等しいことを特徴とする請求項1に記載の構造体。
- 前記第一受動関節Oと前記第一受動関節Aとが重なっており、
前記第一受動関節Aと前記第二受動関節Dとを結ぶ線分ADの長さが、前記リンクDOの長さと等しいことを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の構造体。 - 前記線分ADの長さが固定されており、前記リンクCDの長さと前記リンクABの長さとが等しく、前記線分ADの長さと前記リンクBCの長さとが等しいことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の構造体。
- 前記線分ADの長さが固定されており、前記リンクCDの長さと前記リンクBCの長さとが等しく、前記線分ADの長さとリンクABの長さとが等しいことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の構造体。
- 前記リンクCD、前記リンクCE、前記リンクDEが一体化されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の構造体。
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