JP3400377B2 - 足平センサ及びこれを備えた人間型ロボット - Google Patents
足平センサ及びこれを備えた人間型ロボットInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は足平センサ及びこれ
を備えた人間型ロボットに関する。左右の足で歩行する
人間型ロボットには、足センサが備えてある。この足セ
ンサは、足底にかかる荷重及び人間型ロボットにこれが
転倒する方向に作用する足首周りのモーメント（以下、
転倒モーメントという）を算出するための力を検出す
る。人間型ロボットは、上記の転倒モーメントの変化と
左右の足の踏み出しのタイミング等を適宜制御して、人
間型ロボットが転倒に到らないようにしつつ、歩行動作
を制御する構成である。よって、人間型ロボットの歩行
動作が安定に行なわれるようにするには、足センサが足
にかかる力を精度良く検出することができる構成である
ことが望ましい。
を備えた人間型ロボットに関する。左右の足で歩行する
人間型ロボットには、足センサが備えてある。この足セ
ンサは、足底にかかる荷重及び人間型ロボットにこれが
転倒する方向に作用する足首周りのモーメント（以下、
転倒モーメントという）を算出するための力を検出す
る。人間型ロボットは、上記の転倒モーメントの変化と
左右の足の踏み出しのタイミング等を適宜制御して、人
間型ロボットが転倒に到らないようにしつつ、歩行動作
を制御する構成である。よって、人間型ロボットの歩行
動作が安定に行なわれるようにするには、足センサが足
にかかる力を精度良く検出することができる構成である
ことが望ましい。
【０００２】また、人間型ロボットが歩行動作を速く行
なうためには、足の重さ出来るだけ軽く必要があり、こ
のためには、足センサの軽量化を図る必要がある。
なうためには、足の重さ出来るだけ軽く必要があり、こ
のためには、足センサの軽量化を図る必要がある。
【０００３】
【従来の技術】図１は従来の人間型ロボット１０の足セ
ンサ１１を示す。足センサ１１は、アルミニウムのブロ
ックから削り出して形成したものであり、下円板部１１
ａと上円板部１１ｂと、この下円板部１１ａと上円板部
１１ｂの間の周囲に等角度間隔で並んで配されている複
数の起歪部１１ｃとよりなる。起歪部１１ｃは、略環状
であり、中心の貫通孔の内周面に歪みゲージ１２が接着
してある構成である。この足センサ１１は、人間型ロボ
ット１０の足首部に設けてある。１３は足、１４は脚で
ある。
ンサ１１を示す。足センサ１１は、アルミニウムのブロ
ックから削り出して形成したものであり、下円板部１１
ａと上円板部１１ｂと、この下円板部１１ａと上円板部
１１ｂの間の周囲に等角度間隔で並んで配されている複
数の起歪部１１ｃとよりなる。起歪部１１ｃは、略環状
であり、中心の貫通孔の内周面に歪みゲージ１２が接着
してある構成である。この足センサ１１は、人間型ロボ
ット１０の足首部に設けてある。１３は足、１４は脚で
ある。
【０００４】ここで、人間型ロボット１０が歩行すると
きの足センサ１１に作用する力についてみてみる。人間
型ロボット１０が歩行するとき、足１３の底が地面から
受ける力（以下、接地反力という）が作用する位置は移
動する。この接地反力Ｆ１０が爪先に移動したときの足
センサ１１に作用する力についてみてみる。接地反力Ｆ
１０は足首の中心から距離Ｌ１０だけオフセットしてお
り、モーメントＦ１０×Ｌ１０が足センサ１１にかか
る。このとき、起歪部１１ｃに力が作用して、センサ部
１１ｃが歪みゲージ１２と一体に歪み、足センサ１１よ
りのデータに基づいて人間型ロボット１０の転倒モーメ
ントが算出される。
きの足センサ１１に作用する力についてみてみる。人間
型ロボット１０が歩行するとき、足１３の底が地面から
受ける力（以下、接地反力という）が作用する位置は移
動する。この接地反力Ｆ１０が爪先に移動したときの足
センサ１１に作用する力についてみてみる。接地反力Ｆ
１０は足首の中心から距離Ｌ１０だけオフセットしてお
り、モーメントＦ１０×Ｌ１０が足センサ１１にかか
る。このとき、起歪部１１ｃに力が作用して、センサ部
１１ｃが歪みゲージ１２と一体に歪み、足センサ１１よ
りのデータに基づいて人間型ロボット１０の転倒モーメ
ントが算出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】足センサ１１は人間型
ロボット１０の足首部に設けてあるため、下円板部１１
ａ及び上円板部１１ｂの直径Ｄは短く、よって、足セン
サ１１の径方向上のセンサ部１１ｃ間の距離Ｌ１１を長
くすることは困難であり、距離Ｌ１１は短い。このた
め、足センサ１１の直径方向上両端の起歪部１１ｃに作
用する圧縮力及び引張力は大きくなり、このため、起歪
部１１ｃは厚さｔが厚くしてある。このため、足センサ
１１は重くなり、よって、足の荷重が重くなって、人間
型ロボット１０は歩行動作を速くすることが困難であっ
た。また、足の荷重が重いため、人間型ロボット１０の
歩行動作の制御がその分難しくなっていた。
ロボット１０の足首部に設けてあるため、下円板部１１
ａ及び上円板部１１ｂの直径Ｄは短く、よって、足セン
サ１１の径方向上のセンサ部１１ｃ間の距離Ｌ１１を長
くすることは困難であり、距離Ｌ１１は短い。このた
め、足センサ１１の直径方向上両端の起歪部１１ｃに作
用する圧縮力及び引張力は大きくなり、このため、起歪
部１１ｃは厚さｔが厚くしてある。このため、足センサ
１１は重くなり、よって、足の荷重が重くなって、人間
型ロボット１０は歩行動作を速くすることが困難であっ
た。また、足の荷重が重いため、人間型ロボット１０の
歩行動作の制御がその分難しくなっていた。
【０００６】また、足センサ１１はアルミニウムのブロ
ックから削り出して形成したものであるため、コストが
非常に高いものであった。また、足首には足首関節の可
動機構があり、足センサ１１を設けることはスペース的
に難しかった。そこで、本発明は、上記課題を解決した
足平センサ及びこれを備えた人間型ロボットを提供する
ことを目的とする。
ックから削り出して形成したものであるため、コストが
非常に高いものであった。また、足首には足首関節の可
動機構があり、足センサ１１を設けることはスペース的
に難しかった。そこで、本発明は、上記課題を解決した
足平センサ及びこれを備えた人間型ロボットを提供する
ことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、左右の足で歩行する人間型ロボ
ットの足底に取付けられる足平センサにおいて、ロボッ
トの足底に対応する大きさの下板及び上板と、該下板及
び上板のいずれか一方に固定して又は該下板及び上板の
いずれにも固定しないで該下板と上板との間に配置さ
れ、該下板及び上板の角部に近づけて配された３つ以上
の力センサと、該下板と該上板との間に配され、中央部
を該下板及び上板のいずれか一方に固定され、端部を他
方に固定してあり、該下板と該上板とを接近させる板ば
ね部材とを有し、 該板ばね部材のばね力及び上記下板の
うち上記力センサよりより外側に張り出したオーバハン
グ部を、該下板の端に所定の力が作用されて該下板に回
動モーメントが発生した場合にも、該下板のうち上記所
定の力が作用された端とは反対側の端が上記力センサを
押し続けるように定めた構成としたものである。
に、請求項１の発明は、左右の足で歩行する人間型ロボ
ットの足底に取付けられる足平センサにおいて、ロボッ
トの足底に対応する大きさの下板及び上板と、該下板及
び上板のいずれか一方に固定して又は該下板及び上板の
いずれにも固定しないで該下板と上板との間に配置さ
れ、該下板及び上板の角部に近づけて配された３つ以上
の力センサと、該下板と該上板との間に配され、中央部
を該下板及び上板のいずれか一方に固定され、端部を他
方に固定してあり、該下板と該上板とを接近させる板ば
ね部材とを有し、 該板ばね部材のばね力及び上記下板の
うち上記力センサよりより外側に張り出したオーバハン
グ部を、該下板の端に所定の力が作用されて該下板に回
動モーメントが発生した場合にも、該下板のうち上記所
定の力が作用された端とは反対側の端が上記力センサを
押し続けるように定めた構成としたものである。
【０００８】下板と上板とはロボットの足底に対応する
大きさであり、大きい。よって、力センサは互いに遠く
離して配置することが可能であり、負荷を支える長さを
有効にかせぐことが可能である。よって、ロボットに従
来と同じ転倒モーメントが作用した場合に、従来に比べ
て、力センサとして耐荷重の小さいものを使用すること
が可能となり、よって、力センサは重量が軽いものとな
り、よって、足平センサは軽量化が図られる。
大きさであり、大きい。よって、力センサは互いに遠く
離して配置することが可能であり、負荷を支える長さを
有効にかせぐことが可能である。よって、ロボットに従
来と同じ転倒モーメントが作用した場合に、従来に比べ
て、力センサとして耐荷重の小さいものを使用すること
が可能となり、よって、力センサは重量が軽いものとな
り、よって、足平センサは軽量化が図られる。
【０００９】力センサは下板及び上板のいずれか一方に
固定して又は下板及び上板のいずれにも固定しないで配
してあるため、地面の状況によって下板が湾曲した場合
であっても、力センサには曲げ力が作用せず、力センサ
には軸力のみが作用するようになる。よって、力センサ
は、荷重を精度良く検出する。板ばね部材が力センサに
予圧をかけており、且つ力センサが下板及び上板の角部
に近づけて配されているので、ロボットの足が地面より
離れた状態であっても、力センサが荷重を検知し続ける
ようになっている。
固定して又は下板及び上板のいずれにも固定しないで配
してあるため、地面の状況によって下板が湾曲した場合
であっても、力センサには曲げ力が作用せず、力センサ
には軸力のみが作用するようになる。よって、力センサ
は、荷重を精度良く検出する。板ばね部材が力センサに
予圧をかけており、且つ力センサが下板及び上板の角部
に近づけて配されているので、ロボットの足が地面より
離れた状態であっても、力センサが荷重を検知し続ける
ようになっている。
【００１０】請求項２の発明は、左右の足で歩行する人
間型ロボットにおいて、該左右の足の底に、足平センサ
を設けてなり、該足平センサは、上記ロボットの足底に
対応する大きさの下板及び上板と、該下板及び上板のい
ずれか一方に固定して又は該下板及び上板のいずれにも
固定しないで該下板と上板との間に配置され、該下板及
び上板の角部に近づけて配された３つ以上の力センサ
と、該下板と該上板との間に配され、中央部を該下板及
び上板のいずれか一方に固定され、端部を他方に固定し
てあり、該下板と該上板とを接近させる板ばね部材とを
有し、 該下板と該上板とを接近させる上記板ばね部材の
ばね力及び上記下板の力センサよりより外側に張り出し
たオーバハング部を、該下板の端に所定の力が作用され
て該下板に回動モーメントが発生した場合にも、該下板
のうち上記所定の力が作用された端とは反対側の端が上
記力センサを押し続けるように定めた構成としたもので
ある。
間型ロボットにおいて、該左右の足の底に、足平センサ
を設けてなり、該足平センサは、上記ロボットの足底に
対応する大きさの下板及び上板と、該下板及び上板のい
ずれか一方に固定して又は該下板及び上板のいずれにも
固定しないで該下板と上板との間に配置され、該下板及
び上板の角部に近づけて配された３つ以上の力センサ
と、該下板と該上板との間に配され、中央部を該下板及
び上板のいずれか一方に固定され、端部を他方に固定し
てあり、該下板と該上板とを接近させる板ばね部材とを
有し、 該下板と該上板とを接近させる上記板ばね部材の
ばね力及び上記下板の力センサよりより外側に張り出し
たオーバハング部を、該下板の端に所定の力が作用され
て該下板に回動モーメントが発生した場合にも、該下板
のうち上記所定の力が作用された端とは反対側の端が上
記力センサを押し続けるように定めた構成としたもので
ある。
【００１１】足平センサは軽量であるため、人間型ロボ
ットが歩行するときの足の振り出し速度が速くなり、よ
って、人間型ロボットは速く歩行出来るようになる。ま
た、軽量化によって、人間型ロボットが歩行するときの
制御がし易くなる。
ットが歩行するときの足の振り出し速度が速くなり、よ
って、人間型ロボットは速く歩行出来るようになる。ま
た、軽量化によって、人間型ロボットが歩行するときの
制御がし易くなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】〔第１実施例〕図２及び図３
（Ａ）乃至（Ｃ）は本発明の第１実施例になる足平セン
サ２０を示す。足平センサ２０は、下板２１と、上板２
２と、４つの単軸力センサ２３−１〜２３−４と、板ば
ね部材２４とよりなる構成であり、図８に示すように、
人間型ロボット５０の足５１の底面に取付けられる。
（Ａ）乃至（Ｃ）は本発明の第１実施例になる足平セン
サ２０を示す。足平センサ２０は、下板２１と、上板２
２と、４つの単軸力センサ２３−１〜２３−４と、板ば
ね部材２４とよりなる構成であり、図８に示すように、
人間型ロボット５０の足５１の底面に取付けられる。
【００１３】下板２１及び上板２２は、平坦であり、ロ
ボットの足底と同じ大きさを有し、長方形状であり、且
つ、ロボットの歩行時に永久変形を生じる湾曲を起こさ
ない程度の強度を有する。単軸力センサ２３−１〜２３
−４は、上板２２の下面２２ｂの各コーナ部に固定して
ある。単軸力センサ２３−１〜２３−４は、歪みゲージ
式のものであり、圧力に応じて抵抗値が変化する高分子
厚膜フィルムに比べて感度が高く、高速（広帯域）の力
変化にも応答することが可能である。
ボットの足底と同じ大きさを有し、長方形状であり、且
つ、ロボットの歩行時に永久変形を生じる湾曲を起こさ
ない程度の強度を有する。単軸力センサ２３−１〜２３
−４は、上板２２の下面２２ｂの各コーナ部に固定して
ある。単軸力センサ２３−１〜２３−４は、歪みゲージ
式のものであり、圧力に応じて抵抗値が変化する高分子
厚膜フィルムに比べて感度が高く、高速（広帯域）の力
変化にも応答することが可能である。
【００１４】板ばね部材２４は、図４に示すように、中
央部２４ａと、中央部２４ａから両側に２本づつ延びて
おりＳ字形状の腕部２４ｂ〜２４ｅとよりなる。Ｓ字形
状の腕部２４ｂ〜２４ｅは、腕の長さをかせいで、板ば
ね部材２４の局所的な歪みを小さくして、ばね許容変形
量を大きくしている。この板ばね部材２４は、自然な状
態では、平面である。この板ばね部材２４は、４本のね
じ２５によって中央部２４ａが下板２１の上面２１ａに
固定され、且つ、各Ｓ字形状の腕部２４ｂ〜２４ｅの先
端がねじ２６によって上板２２の下面２２ｂの各コーナ
部近くに固定してある。
央部２４ａと、中央部２４ａから両側に２本づつ延びて
おりＳ字形状の腕部２４ｂ〜２４ｅとよりなる。Ｓ字形
状の腕部２４ｂ〜２４ｅは、腕の長さをかせいで、板ば
ね部材２４の局所的な歪みを小さくして、ばね許容変形
量を大きくしている。この板ばね部材２４は、自然な状
態では、平面である。この板ばね部材２４は、４本のね
じ２５によって中央部２４ａが下板２１の上面２１ａに
固定され、且つ、各Ｓ字形状の腕部２４ｂ〜２４ｅの先
端がねじ２６によって上板２２の下面２２ｂの各コーナ
部近くに固定してある。
【００１５】足平センサ２０は、単軸力センサ２３−１
〜２３−４及び板ばね部材２４の先端が固定された上板
２２を、下板２１上に重ね、上板２２の孔２２ｃを利用
して、ねじ２５を締めて中央部２４ａを下板２１の上面
２１ａに固定する手順で組立てられる。単軸力センサ２
３−１〜２３−４が下板２１の上面２１ａに当接して、
上板２２と下板２１との間には、単軸力センサ２３−１
〜２３−４の高さ寸法ｈに対応する空間２７が形成され
る。ねじ２５をしめて中央部２４ａを下板２１に固定す
る過程で、板ばね部材２４の各腕部２４ｂ〜２４ｅが強
制的に弾性変形され、このとき発生したばね力ＳＦでも
って、上板２２と下板２１とは引き寄せられている。ば
ね力ＳＦは、板ばね部材２４の板厚を変更したり、薄い
板のスペーサを挿入してばねの変形量を変更することに
よって、容易に変えることが可能である。
〜２３−４及び板ばね部材２４の先端が固定された上板
２２を、下板２１上に重ね、上板２２の孔２２ｃを利用
して、ねじ２５を締めて中央部２４ａを下板２１の上面
２１ａに固定する手順で組立てられる。単軸力センサ２
３−１〜２３−４が下板２１の上面２１ａに当接して、
上板２２と下板２１との間には、単軸力センサ２３−１
〜２３−４の高さ寸法ｈに対応する空間２７が形成され
る。ねじ２５をしめて中央部２４ａを下板２１に固定す
る過程で、板ばね部材２４の各腕部２４ｂ〜２４ｅが強
制的に弾性変形され、このとき発生したばね力ＳＦでも
って、上板２２と下板２１とは引き寄せられている。ば
ね力ＳＦは、板ばね部材２４の板厚を変更したり、薄い
板のスペーサを挿入してばねの変形量を変更することに
よって、容易に変えることが可能である。
【００１６】下板２１の上面２１ａが単軸力センサ２３
−１〜２３−４の頂面２３−１ａ〜２３−４ａに押し当
たっており、単軸力センサ２３−１〜２３−４にはバイ
アス力ＳＦが与えられている。これは、ロボットの足が
地面から離れているときでも、全部の単軸力センサ２３
−１〜２３−４が軸力を検知し軸力のデータを出力し続
けるようにするためである。このようにしたのは、人間
型ロボットの歩行の制御は、通常、全部の単軸力センサ
２３−１〜２３−４が軸力を検知していることを前提に
行なっており、一つの単軸力センサでも軸力を検知しな
い場合には、異常と判断するようになっているからであ
る。
−１〜２３−４の頂面２３−１ａ〜２３−４ａに押し当
たっており、単軸力センサ２３−１〜２３−４にはバイ
アス力ＳＦが与えられている。これは、ロボットの足が
地面から離れているときでも、全部の単軸力センサ２３
−１〜２３−４が軸力を検知し軸力のデータを出力し続
けるようにするためである。このようにしたのは、人間
型ロボットの歩行の制御は、通常、全部の単軸力センサ
２３−１〜２３−４が軸力を検知していることを前提に
行なっており、一つの単軸力センサでも軸力を検知しな
い場合には、異常と判断するようになっているからであ
る。
【００１７】単軸力センサ２３−１〜２３−４は下板２
１の各コーナ部に極力近づけて設けてあるけれども、図
３（Ｂ）に示すように、下板２１は単軸力センサ２３−
１〜２３−４より外側に張り出した少しのオーバハング
部２８を有する。このオーバハング部２８が存在するた
めに、ロボットの足が地面から離れる直前に爪先が地面
を蹴るとき（下板２１の先端側に力Ｆ２０が作用したと
き）に、下板２１には単軸力センサ２３−１（２３−
２）を中心とする回動モーメントが作用する。この回動
モーメントは、下板２１のうち踵側が下がって単軸力セ
ンサ２３−３、２３−４から離れて浮く方向の回動モー
メントである。板ばね部材２４は厚さ等を適宜定めて、
上記のばね力ＳＦが、上記の場合にも下板２１が単軸力
センサ２３−３、２３−４から離れて浮くことが起き
ず、下板２１が単軸力センサ２３−３、２３−４を押し
続けるような強さとなるようにしてある。
１の各コーナ部に極力近づけて設けてあるけれども、図
３（Ｂ）に示すように、下板２１は単軸力センサ２３−
１〜２３−４より外側に張り出した少しのオーバハング
部２８を有する。このオーバハング部２８が存在するた
めに、ロボットの足が地面から離れる直前に爪先が地面
を蹴るとき（下板２１の先端側に力Ｆ２０が作用したと
き）に、下板２１には単軸力センサ２３−１（２３−
２）を中心とする回動モーメントが作用する。この回動
モーメントは、下板２１のうち踵側が下がって単軸力セ
ンサ２３−３、２３−４から離れて浮く方向の回動モー
メントである。板ばね部材２４は厚さ等を適宜定めて、
上記のばね力ＳＦが、上記の場合にも下板２１が単軸力
センサ２３−３、２３−４から離れて浮くことが起き
ず、下板２１が単軸力センサ２３−３、２３−４を押し
続けるような強さとなるようにしてある。
【００１８】板ばね部材２４の中央部２４ａを下板２１
に固定し、板ばね部材２４の両端部を上板２２に固定す
ることによって、空間２７が狭い条件の下で、充分に大
きい引きつけ力を得ることが可能となっている。また、
単軸力センサ２３−１〜２３−４の下面２３−１ａ〜２
３−４ａは、下板２１の上面２１ａには固定されてはい
ず、力ＳＦで押し当たっている状態である。これは、単
軸力センサ２３−１〜２３−４は曲げ力が作用すると軸
力の計測の精度を損ねるため、図５に示すように、仮に
下板２１が湾曲したとしても、単軸力センサ２３−１〜
２３−４に曲げ力が作用せず、軸力だけが作用するよう
にするためである。よって、仮に下板２１が湾曲した場
合であっても、単軸力センサ２３−１〜２３−４は軸力
を精度良く検出する。
に固定し、板ばね部材２４の両端部を上板２２に固定す
ることによって、空間２７が狭い条件の下で、充分に大
きい引きつけ力を得ることが可能となっている。また、
単軸力センサ２３−１〜２３−４の下面２３−１ａ〜２
３−４ａは、下板２１の上面２１ａには固定されてはい
ず、力ＳＦで押し当たっている状態である。これは、単
軸力センサ２３−１〜２３−４は曲げ力が作用すると軸
力の計測の精度を損ねるため、図５に示すように、仮に
下板２１が湾曲したとしても、単軸力センサ２３−１〜
２３−４に曲げ力が作用せず、軸力だけが作用するよう
にするためである。よって、仮に下板２１が湾曲した場
合であっても、単軸力センサ２３−１〜２３−４は軸力
を精度良く検出する。
【００１９】また、板ばね部材２４は面方向には剛性を
有しており、よって、上板２２と下板２１とは、板ばね
部材２４によって、面方向にずれないように（剪断しな
いように）且つ回動方向にずれないように（捩じれない
ように）拘束されている。また、板ばね部材２４は、上
板２２より上方に出っ張らずに、上板２２と下板２１と
の間の上記の空間２７内に収まっており、足平センサ２
０は、ロボットの足底に取り付け易くなっている。
有しており、よって、上板２２と下板２１とは、板ばね
部材２４によって、面方向にずれないように（剪断しな
いように）且つ回動方向にずれないように（捩じれない
ように）拘束されている。また、板ばね部材２４は、上
板２２より上方に出っ張らずに、上板２２と下板２１と
の間の上記の空間２７内に収まっており、足平センサ２
０は、ロボットの足底に取り付け易くなっている。
【００２０】ここで、下板２１及び上板２２はロボット
の足底と同じ大きさであり、幾何学的に大きく、長さＬ
３０は相当に長く、幅Ｗ３０も広い。よって、単軸力セ
ンサ２３−１（２３−２）と単軸力センサ２３−３（２
３−４）との間の距離Ｌ３１は長く、単軸力センサ２３
−１（２３−３）と単軸力センサ２３−２（２３−４）
との間の距離Ｌ３２も長い。よって、人間型ロボット５
０が歩行するときに転倒モーメントを作用された場合
に、単軸力センサ２３−１〜２３−４に作用する軸力
は、図１に示す従来の足センサ１１の各起歪部１１ｃに
作用する力より小さくなる。よって、単軸力センサ２３
−１〜２３−４は耐荷重の小さいものを使用することが
出来る。よって、単軸力センサ２３−１〜２３−４は重
量が軽いものとなり、よって、足平センサ２０は従来の
足センサ１１より軽量となっている。
の足底と同じ大きさであり、幾何学的に大きく、長さＬ
３０は相当に長く、幅Ｗ３０も広い。よって、単軸力セ
ンサ２３−１（２３−２）と単軸力センサ２３−３（２
３−４）との間の距離Ｌ３１は長く、単軸力センサ２３
−１（２３−３）と単軸力センサ２３−２（２３−４）
との間の距離Ｌ３２も長い。よって、人間型ロボット５
０が歩行するときに転倒モーメントを作用された場合
に、単軸力センサ２３−１〜２３−４に作用する軸力
は、図１に示す従来の足センサ１１の各起歪部１１ｃに
作用する力より小さくなる。よって、単軸力センサ２３
−１〜２３−４は耐荷重の小さいものを使用することが
出来る。よって、単軸力センサ２３−１〜２３−４は重
量が軽いものとなり、よって、足平センサ２０は従来の
足センサ１１より軽量となっている。
【００２１】なお、本発明者は、試作した９５ｍｍ×６
０ｍｍの底面積を有する足平センサ２０の底面上の一点
に集中荷重を与え、このときの４つの単軸力センサ２３
−１〜２３−４からの出力に基づいて荷重の位置を求め
る実験を行なった。この結果、上板２２の全面の領域
で、荷重の位置を±１ｍｍ以下の精度で求めることが出
来た。この精度は、９５ｍｍ×６０ｍｍの足底を有する
人間型ロボット５０に適用するに十分である。
０ｍｍの底面積を有する足平センサ２０の底面上の一点
に集中荷重を与え、このときの４つの単軸力センサ２３
−１〜２３−４からの出力に基づいて荷重の位置を求め
る実験を行なった。この結果、上板２２の全面の領域
で、荷重の位置を±１ｍｍ以下の精度で求めることが出
来た。この精度は、９５ｍｍ×６０ｍｍの足底を有する
人間型ロボット５０に適用するに十分である。
【００２２】なお、組み込み前の板ばね部材２４が反っ
ていたりして、板ばね部材２４の平面度にばらつきがあ
ると、これが原因で、単軸力センサ２３−１〜２３−４
の予圧がばらつく。ここで、特に、単軸力センサ２３−
１〜２３−４の剛性に比較して板ばね部材２４のばね力
が十分に小さくない場合には、板ばね部材２４の組み込
み前の平面度のばらつきが、単軸力センサ２３−１〜２
３−４の検出精度を低下させる。そこで、この場合に
は、単軸力センサ２３−１〜２３−４の予圧のばらつき
を補正するキャリブレーションをしておけばよい。
ていたりして、板ばね部材２４の平面度にばらつきがあ
ると、これが原因で、単軸力センサ２３−１〜２３−４
の予圧がばらつく。ここで、特に、単軸力センサ２３−
１〜２３−４の剛性に比較して板ばね部材２４のばね力
が十分に小さくない場合には、板ばね部材２４の組み込
み前の平面度のばらつきが、単軸力センサ２３−１〜２
３−４の検出精度を低下させる。そこで、この場合に
は、単軸力センサ２３−１〜２３−４の予圧のばらつき
を補正するキャリブレーションをしておけばよい。
【００２３】以上が、足平センサ２０の構成である。上
記の足平センサ２０は、図８に示すように人間型ロボッ
ト５０の足５１の底面５２に取付けられた場合に、単軸
力センサ２３−１〜２３−４の出力に基づいて、接地
反力、転倒モーメント、ゼロモーメントポイント
（足底にかかる二軸のモーメントが共にゼロとなる位置
座標である）を算出することが可能である。
記の足平センサ２０は、図８に示すように人間型ロボッ
ト５０の足５１の底面５２に取付けられた場合に、単軸
力センサ２３−１〜２３−４の出力に基づいて、接地
反力、転倒モーメント、ゼロモーメントポイント
（足底にかかる二軸のモーメントが共にゼロとなる位置
座標である）を算出することが可能である。
【００２４】足平センサ２０の底面にＸＹ座標系が図６
及び図７に示すように設定した。Ｘ軸は足５１の長手方
向中心線である。Ｙ軸はＸ軸と直交して足５１の幅方向
に延在する線である 接地反力 図６において、接地反力Ｆ３０は、図６において単軸力
センサ２３−１〜２３−４が検出している軸力Ｆ３１〜
Ｆ３４の合計することによって求められる。
及び図７に示すように設定した。Ｘ軸は足５１の長手方
向中心線である。Ｙ軸はＸ軸と直交して足５１の幅方向
に延在する線である 接地反力 図６において、接地反力Ｆ３０は、図６において単軸力
センサ２３−１〜２３−４が検出している軸力Ｆ３１〜
Ｆ３４の合計することによって求められる。
【００２５】転倒モーメント
同じく、図７において、Ｙ軸まわりに作用しているモー
メントは、（Ｆ３１＋Ｆ３２）×Ａ−（Ｆ３３＋Ｆ３
４）×Ａを計算することによって求められる。ここで、
Ａは、足平センサ２０の長さ方向上、Ｙ軸と単軸力セン
サ２３−１（２３−２）との間の距離（足首５７と単軸
力センサ２３−３（２３−４）との間の距離）である。
足首５７まわりの転倒モーメントは、ＸＹ座標系の原点
と足首中心位置のオフセット量が設計によって既知であ
るから、このオフセット量δをＡに加味して、（Ｆ３１
＋Ｆ３２）×（Ａ＋δ）−（Ｆ３３＋Ｆ３４）×（Ａ−
δ）とすれば求められる。
メントは、（Ｆ３１＋Ｆ３２）×Ａ−（Ｆ３３＋Ｆ３
４）×Ａを計算することによって求められる。ここで、
Ａは、足平センサ２０の長さ方向上、Ｙ軸と単軸力セン
サ２３−１（２３−２）との間の距離（足首５７と単軸
力センサ２３−３（２３−４）との間の距離）である。
足首５７まわりの転倒モーメントは、ＸＹ座標系の原点
と足首中心位置のオフセット量が設計によって既知であ
るから、このオフセット量δをＡに加味して、（Ｆ３１
＋Ｆ３２）×（Ａ＋δ）−（Ｆ３３＋Ｆ３４）×（Ａ−
δ）とすれば求められる。
【００２６】また、足５１の長手方向中心線を含む垂直
面と直交する垂直面内での転倒モーメントも同様に求め
られる。 ゼロモーメントポイント 図７を参照するに、ゼロモーメントポイント（ｘ，ｙ）
は、以下の計算をすることにより求められる。
面と直交する垂直面内での転倒モーメントも同様に求め
られる。 ゼロモーメントポイント 図７を参照するに、ゼロモーメントポイント（ｘ，ｙ）
は、以下の計算をすることにより求められる。
【００２７】ｘ＝Ａ（Ｆ３３＋Ｆ３４−Ｆ３１−Ｆ３
２）／（Ｆ３１＋Ｆ３２＋Ｆ３３＋Ｆ３４） ｙ＝Ｂ（Ｆ３１＋Ｆ３３−Ｆ３２−Ｆ３４）／（Ｆ３１
＋Ｆ３２＋Ｆ３３＋Ｆ３４） ここで、Ｂは、足平センサ２０の幅方向上、足首５７と
単軸力センサ２３−１（２３−３）との間の距離（足首
５７と単軸力センサ２３−２（２３−４）との間の距
離）である。
２）／（Ｆ３１＋Ｆ３２＋Ｆ３３＋Ｆ３４） ｙ＝Ｂ（Ｆ３１＋Ｆ３３−Ｆ３２−Ｆ３４）／（Ｆ３１
＋Ｆ３２＋Ｆ３３＋Ｆ３４） ここで、Ｂは、足平センサ２０の幅方向上、足首５７と
単軸力センサ２３−１（２３−３）との間の距離（足首
５７と単軸力センサ２３−２（２３−４）との間の距
離）である。
【００２８】上記の足平センサ２０は、図８に示すよう
に、人間型ロボット５０の足５１の底面５２に、上板２
２を固定して取付けられている。人間型ロボット５０
は、頭部５３と、胴体部５４と、両腕部５５と、両脚部
５６と、両足５１とよりなり、足平センサ２０が足５１
の底面５２に取り付けられている。
に、人間型ロボット５０の足５１の底面５２に、上板２
２を固定して取付けられている。人間型ロボット５０
は、頭部５３と、胴体部５４と、両腕部５５と、両脚部
５６と、両足５１とよりなり、足平センサ２０が足５１
の底面５２に取り付けられている。
【００２９】この人間型ロボット５０の歩行の制御は、
基本的には、足平センサ２０全部の単軸力センサ２３−
１〜２３−４が軸力を検知していることを前提に行なわ
る。即ち、一つの単軸力センサ力センサでも荷重を検知
しない場合には、異常と判断して、歩行を停止する。次
に、人間型ロボット５０が歩行するときの足平センサ２
０の状態について説明する。
基本的には、足平センサ２０全部の単軸力センサ２３−
１〜２３−４が軸力を検知していることを前提に行なわ
る。即ち、一つの単軸力センサ力センサでも荷重を検知
しない場合には、異常と判断して、歩行を停止する。次
に、人間型ロボット５０が歩行するときの足平センサ２
０の状態について説明する。
【００３０】ロボットの足が地面から離れたときにも、
板ばね部材２４のばね力によって全部の単軸力センサ２
３−１〜２３−４は軸力を検知し続けている。また、荷
重が爪先に作用した状況でも、板ばね部材２４のばね力
によって下板２１が単軸力センサ２３−３、２３−４か
ら離れて浮かず、単軸力センサ２３−３、２３−４は荷
重を検知し続ける。よって、人間型ロボット５０は、安
定に制御されつつ歩行する。
板ばね部材２４のばね力によって全部の単軸力センサ２
３−１〜２３−４は軸力を検知し続けている。また、荷
重が爪先に作用した状況でも、板ばね部材２４のばね力
によって下板２１が単軸力センサ２３−３、２３−４か
ら離れて浮かず、単軸力センサ２３−３、２３−４は荷
重を検知し続ける。よって、人間型ロボット５０は、安
定に制御されつつ歩行する。
【００３１】また、人間型ロボット５０が歩行するとき
に、足平センサ２０の下板２１には上板２２に対してず
れる方向及び捩じれる方向の力が作用する。しかし、下
板２１は板ばね部材２４によって拘束されているため、
下板２１はずれたり捩じれたりしない。これによって、
単軸力センサ２３−１〜２３−４に軸力以外の好ましく
ない力が作用しないようになっている。よって、人間型
ロボット５０の歩行は安定に制御される。
に、足平センサ２０の下板２１には上板２２に対してず
れる方向及び捩じれる方向の力が作用する。しかし、下
板２１は板ばね部材２４によって拘束されているため、
下板２１はずれたり捩じれたりしない。これによって、
単軸力センサ２３−１〜２３−４に軸力以外の好ましく
ない力が作用しないようになっている。よって、人間型
ロボット５０の歩行は安定に制御される。
【００３２】また、地面の状況によっては、人間型ロボ
ット５０が歩行するときに下板２１が凹む方向に湾曲す
ることが考えられる。しかし、単軸力センサ２３−１〜
２３−４の頂面２３−１ａ〜２３−４ａは、下板２１の
上面２１ａには固定されてはいず、力ＳＦで押し当たっ
ている状態であるため、下板２１が湾曲したとしても、
単軸力センサ２３−１〜２３−４には曲げモーメントが
作用しない。よって、単軸力センサ２３−１〜２３−４
は軸力を精度良く検出し、この点からも人間型ロボット
５０の歩行は安定に制御される。
ット５０が歩行するときに下板２１が凹む方向に湾曲す
ることが考えられる。しかし、単軸力センサ２３−１〜
２３−４の頂面２３−１ａ〜２３−４ａは、下板２１の
上面２１ａには固定されてはいず、力ＳＦで押し当たっ
ている状態であるため、下板２１が湾曲したとしても、
単軸力センサ２３−１〜２３−４には曲げモーメントが
作用しない。よって、単軸力センサ２３−１〜２３−４
は軸力を精度良く検出し、この点からも人間型ロボット
５０の歩行は安定に制御される。
【００３３】また、足平センサ２０は軽量化されてお
り、よって、人間型ロボット５０が歩行するときの足の
振り出し速度が速くなり、よって、人間型ロボット５０
は従来の人間型ロボットに比べて速く歩行することが出
来る。また、足平センサ２０は軽量化されていることに
よって、人間型ロボットが歩行するときの制御がし易く
なっている。
り、よって、人間型ロボット５０が歩行するときの足の
振り出し速度が速くなり、よって、人間型ロボット５０
は従来の人間型ロボットに比べて速く歩行することが出
来る。また、足平センサ２０は軽量化されていることに
よって、人間型ロボットが歩行するときの制御がし易く
なっている。
【００３４】次に、上記の足平センサ２０の別の実施例
について説明する。 〔第２実施例〕図９は本発明の第２実施例になる足平セ
ンサ２０Ａを示す。足平センサ２０Ａは、４つの単軸力
センサ２３−１〜２３−４が下板２１と上板２２との間
に挟まって保持されている構成である。単軸力センサ２
３−１〜２３−４は下板２１の上面２１ａに接触してお
り、上板２２の下面２２ｂにも接触している。
について説明する。 〔第２実施例〕図９は本発明の第２実施例になる足平セ
ンサ２０Ａを示す。足平センサ２０Ａは、４つの単軸力
センサ２３−１〜２３−４が下板２１と上板２２との間
に挟まって保持されている構成である。単軸力センサ２
３−１〜２３−４は下板２１の上面２１ａに接触してお
り、上板２２の下面２２ｂにも接触している。
【００３５】下板２１が湾曲した場合にも、上板２２が
湾曲した場合にも、単軸力センサ２３−１〜２３−４に
曲げ力が作用しない。よって、単軸力センサ２３−１〜
２３−４は、下板２１が湾曲した場合にも、上板２２が
湾曲した場合にも、これによる影響を受けずに軸力を精
度よく検出する。 〔第３実施例〕図１０（Ａ），（Ｂ）は本発明の第３実
施例になる足平センサ２０Ｂを示す。
湾曲した場合にも、単軸力センサ２３−１〜２３−４に
曲げ力が作用しない。よって、単軸力センサ２３−１〜
２３−４は、下板２１が湾曲した場合にも、上板２２が
湾曲した場合にも、これによる影響を受けずに軸力を精
度よく検出する。 〔第３実施例〕図１０（Ａ），（Ｂ）は本発明の第３実
施例になる足平センサ２０Ｂを示す。
【００３６】単軸力センサ２３Ｂ−１〜２３Ｂ−４は、
図１１に示すように下面の中央に小さい突起２３Ｂ−１
ａを有する構成である。図１０（Ｃ）に示すように、突
起２３Ｂ−１ａが下板２１に当たっている。このため、
単軸力センサ２３Ｂ−１〜２３Ｂ−４に力が作用する位
置が特定され、よって、単軸力センサ２３Ｂ−１〜２３
Ｂ−４は軸力をより高精度に検出する。
図１１に示すように下面の中央に小さい突起２３Ｂ−１
ａを有する構成である。図１０（Ｃ）に示すように、突
起２３Ｂ−１ａが下板２１に当たっている。このため、
単軸力センサ２３Ｂ−１〜２３Ｂ−４に力が作用する位
置が特定され、よって、単軸力センサ２３Ｂ−１〜２３
Ｂ−４は軸力をより高精度に検出する。
【００３７】板ばね部材２４Ｂは、中央部が上板２２
に、両端部が下板２１に固定してある。 〔第４実施例〕図１２（Ａ）は本発明の第４実施例にな
る足平センサ２０Ｃを示す。上板２１Ｃと下板２１とは
板ばね部材２４によって引き寄せられている。単軸力セ
ンサ２３Ｃが下板２１Ｃに固定してあり、単軸力センサ
２３Ｃと上板２１Ｃとの間には、ゴムシートやばね等の
緩衝用の保護弾性体７０が設けてある。上板２１Ｃに
は、ストッパ突起７１が形成してある。
に、両端部が下板２１に固定してある。 〔第４実施例〕図１２（Ａ）は本発明の第４実施例にな
る足平センサ２０Ｃを示す。上板２１Ｃと下板２１とは
板ばね部材２４によって引き寄せられている。単軸力セ
ンサ２３Ｃが下板２１Ｃに固定してあり、単軸力センサ
２３Ｃと上板２１Ｃとの間には、ゴムシートやばね等の
緩衝用の保護弾性体７０が設けてある。上板２１Ｃに
は、ストッパ突起７１が形成してある。
【００３８】通常は、下板２１Ｃがストッパ突起７１に
当たらない状態で動作する。下板２１Ｃに作用した荷重
は、緩衝用保護弾性体７０を介して単軸力センサ２３Ｃ
に作用し、単軸力センサ２３Ｃが軸力を検知する。人間
型ロボットが歩行する過程で、着地のときに衝撃的に過
大な接地反力Ｆ４０がかかる。この過大な接地反力Ｆ４
０がかかった際には、下板２１Ｃがストッパ突起７１に
当たってリミッタが機能し、単軸力センサ２３Ｃにはこ
れ以上の荷重はかからない。よって、単軸力センサ２３
Ｃが保護される。また、単軸力センサ２３Ｃとして、最
大測定可能荷重の低いものを使用することが可能であ
り、その分、足平センサは安価となる。
当たらない状態で動作する。下板２１Ｃに作用した荷重
は、緩衝用保護弾性体７０を介して単軸力センサ２３Ｃ
に作用し、単軸力センサ２３Ｃが軸力を検知する。人間
型ロボットが歩行する過程で、着地のときに衝撃的に過
大な接地反力Ｆ４０がかかる。この過大な接地反力Ｆ４
０がかかった際には、下板２１Ｃがストッパ突起７１に
当たってリミッタが機能し、単軸力センサ２３Ｃにはこ
れ以上の荷重はかからない。よって、単軸力センサ２３
Ｃが保護される。また、単軸力センサ２３Ｃとして、最
大測定可能荷重の低いものを使用することが可能であ
り、その分、足平センサは安価となる。
【００３９】２つの足で歩行する人間型ロボットにおい
て、着地の際に瞬間的に作用する荷重は検知しなくて
も、歩行は安定に行なわれる。よって、着地のときの荷
重を測定しなくても問題はない。 〔第５実施例〕図１３は本発明の第５実施例になる足平
センサ２０Ｄを示す。
て、着地の際に瞬間的に作用する荷重は検知しなくて
も、歩行は安定に行なわれる。よって、着地のときの荷
重を測定しなくても問題はない。 〔第５実施例〕図１３は本発明の第５実施例になる足平
センサ２０Ｄを示す。
【００４０】上記の単軸力センサ２３に代えて、圧力に
応じて抵抗値が変化する高分子厚膜フィルム８０が設け
てある。この高分子厚膜フィルム８０は、単軸力センサ
２３に比べて、安価であり、軽く、且つ、薄い。よっ
て、足平センサ２０Ｄは、前記の足平センサ２０に比べ
て、安価であり、軽く、且つ、薄い。 〔第６実施例〕図１４は本発明の第６実施例になる足平
センサ２０Ｅを示す。
応じて抵抗値が変化する高分子厚膜フィルム８０が設け
てある。この高分子厚膜フィルム８０は、単軸力センサ
２３に比べて、安価であり、軽く、且つ、薄い。よっ
て、足平センサ２０Ｄは、前記の足平センサ２０に比べ
て、安価であり、軽く、且つ、薄い。 〔第６実施例〕図１４は本発明の第６実施例になる足平
センサ２０Ｅを示す。
【００４１】上板２１Ｅ及び下板２１Ｅは三角形状であ
り、単軸力センサ２３Ｅが３つである構成である。ま
た、上記各実施例において、下板と上板とを接近させる
板ばね部材に代えて、引張りコイルばねを使用してもよ
い。以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
り、単軸力センサ２３Ｅが３つである構成である。ま
た、上記各実施例において、下板と上板とを接近させる
板ばね部材に代えて、引張りコイルばねを使用してもよ
い。以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
【００４２】請求項１の発明は、左右の足で歩行する人
間型ロボットの足底に取付けられる足平センサにおい
て、ロボットの足底に対応する大きさの下板と上板とが
ばね部材によって接近するようにばね付勢してあり、且
つ、該下板と上板との間に３つ以上の力センサを該下板
及び上板のいずれか一方に固定して又は該下板及び上板
のいずれにも固定しないで分散して配してあり、該ばね
部材は、板ばね部材であり、該板ばね部材は、中央部が
上記下板と上板との対向する面のうち一方の面に固定さ
れ、端部が他方の面に固定されて、上記下板と上板との
間に組み込まれている構成としたものである。
間型ロボットの足底に取付けられる足平センサにおい
て、ロボットの足底に対応する大きさの下板と上板とが
ばね部材によって接近するようにばね付勢してあり、且
つ、該下板と上板との間に３つ以上の力センサを該下板
及び上板のいずれか一方に固定して又は該下板及び上板
のいずれにも固定しないで分散して配してあり、該ばね
部材は、板ばね部材であり、該板ばね部材は、中央部が
上記下板と上板との対向する面のうち一方の面に固定さ
れ、端部が他方の面に固定されて、上記下板と上板との
間に組み込まれている構成としたものである。
【００４３】板ばね部材は面方向に剛性を有する。板ば
ね部材の面方向の剛性によって、下板が上板に対して面
方向にずれたり回動したりすることが制限される。ま
た、板ばね部材は上板と下板との間に収まっており、足
平センサは上板より上方に出っ張るものが存在しない状
態で完成して、薄型になる。請求項２の発明は、該上板
と下板との間の隙間が所定以上には狭くならないように
制限する制限機構を更に有する構成としたものである。
ね部材の面方向の剛性によって、下板が上板に対して面
方向にずれたり回動したりすることが制限される。ま
た、板ばね部材は上板と下板との間に収まっており、足
平センサは上板より上方に出っ張るものが存在しない状
態で完成して、薄型になる。請求項２の発明は、該上板
と下板との間の隙間が所定以上には狭くならないように
制限する制限機構を更に有する構成としたものである。
【００４４】ロボットの足が地面に着いた瞬間に大きい
荷重がかかった際にこの制限機構が機能して、力センサ
に作用する荷重が所定以上とはならないようになる。よ
って、力センサとして最大測定可能荷重の低いものを使
用することが可能であり、足平センサは安価となり、且
つ、軽くもなる。なお、２つの足で歩行する人間型ロボ
ットにおいて、着地の際に瞬間的に作用する過大な荷重
は検知しなくても、歩行は安定に行なわれるので、上記
制限機構を設けても問題はない。
荷重がかかった際にこの制限機構が機能して、力センサ
に作用する荷重が所定以上とはならないようになる。よ
って、力センサとして最大測定可能荷重の低いものを使
用することが可能であり、足平センサは安価となり、且
つ、軽くもなる。なお、２つの足で歩行する人間型ロボ
ットにおいて、着地の際に瞬間的に作用する過大な荷重
は検知しなくても、歩行は安定に行なわれるので、上記
制限機構を設けても問題はない。
【００４５】請求項３の発明は、上記力センサは、歪み
ゲージ式のものである構成としたものである。軸力が高
速に変化する場合にも軸力を検知することが可能であ
る。請求項４の発明は、上記力センサは、歪みゲージ式
のものであって、力が作用する部分に突起を有する構成
としたものである。
ゲージ式のものである構成としたものである。軸力が高
速に変化する場合にも軸力を検知することが可能であ
る。請求項４の発明は、上記力センサは、歪みゲージ式
のものであって、力が作用する部分に突起を有する構成
としたものである。
【００４６】突起は力が作用する位置を特定し、歪みゲ
ージ式の力センサは軸力をより高精度に検出する。請求
項５の発明は、上記力センサは、圧力に応じて抵抗値が
変化する高分子厚膜フィルムである構成としたものであ
る。高分子厚膜フィルムは安価で、且つ薄い。よって、
足平センサは軽量化及び薄型化が図られる。
ージ式の力センサは軸力をより高精度に検出する。請求
項５の発明は、上記力センサは、圧力に応じて抵抗値が
変化する高分子厚膜フィルムである構成としたものであ
る。高分子厚膜フィルムは安価で、且つ薄い。よって、
足平センサは軽量化及び薄型化が図られる。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明の
発明は、左右の足で歩行する人間型ロボットの足底に取
付けられる足平センサにおいて、ロボットの足底に対応
する大きさの下板及び上板と、該下板及び上板のいずれ
か一方に固定して又は該下板及び上板のいずれにも固定
しないで該下板と上板との間に配置され、該下板及び上
板の角部の角部に近づけて配された３つ以上の力センサ
と、該下板と該上板との間に配され、中央部を該下板及
び上板のいずれか一方に固定され、端部を他方に固定し
てあり、該下板と該上板とを接近させる板ばね部材とを
有し、該板ばね部材のばね力及び上記下板のうち上記力
センサよりより外側に張り出したオーバハング部を、該
下板の端に所定の力が作用されて該下板に回動モーメン
トが発生した場合にも、該下板のうち上記所定の力が作
用された端とは反対側の端が上記力センサを押し続ける
ように定めた構成としたものであるため、下板と上板と
はロボットの足底に対応する大きさであり、大きく、よ
って、力センサは互いに遠く離して配置することが可能
であり、腕の長さを有効にかせぐことが出来る。よっ
て、ロボットに従来と同じ転倒モーメントが作用した場
合に、従来に比べて、力センサとして耐荷重の小さいも
のを使用することが可能となり、よって、力センサは重
量が軽いものとなり、よって、足平センサの軽量化を図
ることが出来る。
発明は、左右の足で歩行する人間型ロボットの足底に取
付けられる足平センサにおいて、ロボットの足底に対応
する大きさの下板及び上板と、該下板及び上板のいずれ
か一方に固定して又は該下板及び上板のいずれにも固定
しないで該下板と上板との間に配置され、該下板及び上
板の角部の角部に近づけて配された３つ以上の力センサ
と、該下板と該上板との間に配され、中央部を該下板及
び上板のいずれか一方に固定され、端部を他方に固定し
てあり、該下板と該上板とを接近させる板ばね部材とを
有し、該板ばね部材のばね力及び上記下板のうち上記力
センサよりより外側に張り出したオーバハング部を、該
下板の端に所定の力が作用されて該下板に回動モーメン
トが発生した場合にも、該下板のうち上記所定の力が作
用された端とは反対側の端が上記力センサを押し続ける
ように定めた構成としたものであるため、下板と上板と
はロボットの足底に対応する大きさであり、大きく、よ
って、力センサは互いに遠く離して配置することが可能
であり、腕の長さを有効にかせぐことが出来る。よっ
て、ロボットに従来と同じ転倒モーメントが作用した場
合に、従来に比べて、力センサとして耐荷重の小さいも
のを使用することが可能となり、よって、力センサは重
量が軽いものとなり、よって、足平センサの軽量化を図
ることが出来る。
【００４８】力センサは下板及び上板のいずれか一方に
固定して又は下板及び上板のいずれにも固定しないで配
してあるため、地面の状況によって下板が湾曲した場合
であっても、力センサには曲げ力が作用せず、力センサ
には軸力のみが作用するように出来、よって、力センサ
が荷重を精度良く検出するように出来る。板ばね部材が
力センサに予圧をかけており、且つ下板のうち力センサ
よりより外側に張り出したオーバハング部が短くなって
いることによって、ロボットの足が地面より離れて浮い
た状態でも、力センサが荷重を検知し続けるように出来
る。よって、人間型ロボットの歩行の制御を全ての力セ
ンサが荷重を検知していることを前提に行なう方式に適
用出来る。
固定して又は下板及び上板のいずれにも固定しないで配
してあるため、地面の状況によって下板が湾曲した場合
であっても、力センサには曲げ力が作用せず、力センサ
には軸力のみが作用するように出来、よって、力センサ
が荷重を精度良く検出するように出来る。板ばね部材が
力センサに予圧をかけており、且つ下板のうち力センサ
よりより外側に張り出したオーバハング部が短くなって
いることによって、ロボットの足が地面より離れて浮い
た状態でも、力センサが荷重を検知し続けるように出来
る。よって、人間型ロボットの歩行の制御を全ての力セ
ンサが荷重を検知していることを前提に行なう方式に適
用出来る。
【００４９】請求項２の発明は、左右の足で歩行する人
間型ロボットにおいて、該左右の足の底に、足平センサ
を設けてなり、該足平センサは、上記ロボットの足底に
対応する大きさの下板及び上板と、該下板及び上板のい
ずれか一方に固定して又は該下板及び上板のいずれにも
固定しないで該下板と上板との間に配置され、該下板及
び上板の角部に近づけて配された３つ以上の力センサ
と、該下板と該上板との間に配され、中央部を該下板及
び上板のいずれか一方に固定され、端部を他方に固定し
てあり、該下板と該上板とを接近させる板ばね部材とを
有し、該下板と該上板とを接近させる上記板ばね部材の
ばね力及び上記下板の力センサよりより外側に張り出し
たオーバハング部を、該下板の端に所定の力が作用され
て該下板に回動モーメントが発生した場合にも、該下板
のうち上記所定の力が作用された端とは反対側の端が上
記力センサを押し続けるように定めた構成としたもので
あり、足平センサは軽量であるため、人間型ロボットが
歩行するときの足の振り出し速度が速くなり、よって、
速く歩行することが可能である人間型ロボットを実現す
ることが出来る。また、軽量化によって、歩行の制御が
し易い人間型ロボットを実現出来る。
間型ロボットにおいて、該左右の足の底に、足平センサ
を設けてなり、該足平センサは、上記ロボットの足底に
対応する大きさの下板及び上板と、該下板及び上板のい
ずれか一方に固定して又は該下板及び上板のいずれにも
固定しないで該下板と上板との間に配置され、該下板及
び上板の角部に近づけて配された３つ以上の力センサ
と、該下板と該上板との間に配され、中央部を該下板及
び上板のいずれか一方に固定され、端部を他方に固定し
てあり、該下板と該上板とを接近させる板ばね部材とを
有し、該下板と該上板とを接近させる上記板ばね部材の
ばね力及び上記下板の力センサよりより外側に張り出し
たオーバハング部を、該下板の端に所定の力が作用され
て該下板に回動モーメントが発生した場合にも、該下板
のうち上記所定の力が作用された端とは反対側の端が上
記力センサを押し続けるように定めた構成としたもので
あり、足平センサは軽量であるため、人間型ロボットが
歩行するときの足の振り出し速度が速くなり、よって、
速く歩行することが可能である人間型ロボットを実現す
ることが出来る。また、軽量化によって、歩行の制御が
し易い人間型ロボットを実現出来る。
【図１】従来の人間型ロボットの足センサを示す図であ
る。
る。
【図２】本発明の第１実施例になる足平センサの分解斜
視図である。
視図である。
【図３】本発明の第１実施例になる足平センサを示す図
である。
である。
【図４】図２中の板ばね部材を示す図である。
【図５】下板が湾曲したときの状況を示す図である。
【図６】接地反力及び転倒モーメントを説明する図であ
る。
る。
【図７】ゼロモーメントポイントを説明する図である。
【図８】図２及び図３の足平センサを備えた人間型ロボ
ットを示す図である。
ットを示す図である。
【図９】本発明の第２実施例になる足平センサの分解斜
視図である。
視図である。
【図１０】本発明の第３実施例になる足平センサを示す
図である。
図である。
【図１１】図１０中の単軸力センサを示す図である。
【図１２】本発明の第４実施例になる足平センサを概略
的に示す図である。
的に示す図である。
【図１３】本発明の第５実施例になる足平センサの分解
斜視図である。
斜視図である。
【図１４】本発明の第６実施例になる足平センサの分解
斜視図である。
斜視図である。
２０ 足平センサ
２１ 下板
２２ 上板
２３−１〜２３−４ 単軸力センサ
２４ 板ばね部材
２５、２６ ねじ
２７ 空間
５０ 人間型ロボット
５１ 足
５２ 底面
５３ 頭部
５４ 胴体部
５５ 両腕部
５６ 両脚部
５７ 足首
６０、６１ 領域
８０ 高分子厚膜フィルム
２３Ｂ−１ａ 突起
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B25J 19/02
B25J 5/00
G01L 1/22
G01L 5/00
Claims (2)
- 【請求項１】 左右の足で歩行する人間型ロボットの足
底に取付けられる足平センサにおいて、 ロボットの足底に対応する大きさの下板及び上板と、 該下板及び上板のいずれか一方に固定して又は該下板及
び上板のいずれにも固定しないで該下板と上板との間に
配置され、該下板及び上板の角部に近づけて配された３
つ以上の力センサと、 該下板と該上板との間に配され、中央部を該下板及び上
板のいずれか一方に固定され、端部を他方に固定してあ
り、該下板と該上板とを接近させる板ばね部材とを有
し、 該板ばね部材のばね力及び上記下板のうち上記力センサ
よりより外側に張り出したオーバハング部を、該下板の
端に所定の力が作用されて該下板に回動モーメントが発
生した場合にも、該下板のうち上記所定の力が作用され
た端とは反対側の端が上記力センサを押し続けるように
定めた構成とした ことを特徴とする足平センサ。 - 【請求項２】 左右の足で歩行する人間型ロボットにお
いて、 該左右の足の底に、足平センサを設けてなり、 該足平センサは、 上記ロボットの足底に対応する大きさの下板及び上板
と、 該下板及び上板のいずれか一方に固定して又は該下板及
び上板のいずれにも固定しないで該下板と上板との間に
配置され、該下板及び上板の角部に近づけて配された３
つ以上の力センサと、 該下板と該上板との間に配され、中央部を該下板及び上
板のいずれか一方に固定され、端部を他方に固定してあ
り、該下板と該上板とを接近させる板ばね部材とを有
し、 該下板と該上板とを接近させる上記板ばね部材のばね力
及び上記下板の力センサよりより外側に張り出したオー
バハング部を、該下板の端に所定の力が作用されて該下
板に回動モーメントが発生した場合にも、該下板のうち
上記所定の力が作用された端とは反対側の端が上記力セ
ンサを押し続けるように定めた構成とし た ことを特徴と
する人間型ロボット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06391099A JP3400377B2 (ja) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | 足平センサ及びこれを備えた人間型ロボット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06391099A JP3400377B2 (ja) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | 足平センサ及びこれを備えた人間型ロボット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000254888A JP2000254888A (ja) | 2000-09-19 |
| JP3400377B2 true JP3400377B2 (ja) | 2003-04-28 |
Family
ID=13242972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06391099A Expired - Fee Related JP3400377B2 (ja) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | 足平センサ及びこれを備えた人間型ロボット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3400377B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019041077A1 (zh) * | 2017-08-27 | 2019-03-07 | 刘哲 | 一种智能机器人 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4733875B2 (ja) * | 2001-08-08 | 2011-07-27 | 富士通株式会社 | 歩行ロボットの足機構及び歩行制御方法 |
| JP3574951B2 (ja) * | 2001-12-19 | 2004-10-06 | 独立行政法人 科学技術振興機構 | 二脚歩行式移動装置及びその歩行制御装置及び歩行制御方法 |
| JP3726058B2 (ja) | 2001-12-28 | 2005-12-14 | 本田技研工業株式会社 | 脚式移動ロボットおよびその床反力検出装置 |
| JP3726057B2 (ja) * | 2001-12-28 | 2005-12-14 | 本田技研工業株式会社 | 脚式移動ロボットおよびその床反力検出装置 |
| KR100949418B1 (ko) | 2002-02-15 | 2010-03-24 | 소니 주식회사 | 보행식 이동 로봇의 다리 장치 및 보행식 이동 로봇의제어 방법 |
| JP3574952B2 (ja) * | 2002-02-18 | 2004-10-06 | 独立行政法人 科学技術振興機構 | 二脚歩行式移動装置及びその歩行制御装置 |
| KR100499143B1 (ko) | 2003-02-27 | 2005-07-04 | 삼성전자주식회사 | 보행 로봇의 지면 반력 측정 모듈 및 이를 장착한 로봇 발구조물 |
| KR20050005995A (ko) | 2003-07-08 | 2005-01-15 | 삼성전자주식회사 | 2족 보행 이동 장치의 보행 제어 방법 |
| CN1313251C (zh) * | 2003-08-21 | 2007-05-02 | 中国科学院合肥智能机械研究所 | 一种人形机器人脚及脚力信息检测方法 |
| JP4410138B2 (ja) | 2005-03-31 | 2010-02-03 | 株式会社デンソー | 車両用衝突物体判別装置 |
| WO2006129857A1 (ja) * | 2005-06-03 | 2006-12-07 | Osaka University | 歩行ロボット及びその制御方法 |
| KR100695652B1 (ko) | 2005-10-11 | 2007-03-16 | 한국과학기술원 | 볼 조인트를 이용한 보행 로봇의 발 센서 입력 장치 |
| JP4912477B2 (ja) * | 2010-02-02 | 2012-04-11 | 公立大学法人高知工科大学 | 移動型床反力計測装置 |
| EP2752650A1 (en) * | 2011-09-01 | 2014-07-09 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Force sensor and robot |
| JP6149204B2 (ja) * | 2013-09-03 | 2017-06-21 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | ロボットハンド |
| CN105784247B (zh) * | 2016-03-25 | 2018-03-30 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于空间叠加法的五维力检测装置 |
| JP7028563B2 (ja) * | 2017-02-13 | 2022-03-02 | トヨタ自動車株式会社 | 足裏荷重検出装置 |
| JP7126181B2 (ja) * | 2019-10-25 | 2022-08-26 | 株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント | 脚式移動ロボットの足部構造、及び脚式移動ロボット |
| JP7126182B2 (ja) * | 2019-10-25 | 2022-08-26 | 株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント | 脚式移動ロボットの足部構造、及び脚式移動ロボット |
| JP7542623B2 (ja) | 2020-07-10 | 2024-08-30 | 株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント | ロボットとロボットの製造方法 |
| CN115571092A (zh) * | 2022-10-19 | 2023-01-06 | 贵州航天天马机电科技有限公司 | 一种虚腿检测机构及其制造方法 |
-
1999
- 1999-03-10 JP JP06391099A patent/JP3400377B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP2000254888A (ja) | 2000-09-19 |
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