JP3864370B2 - Joint braking device for walking robot - Google Patents

Joint braking device for walking robot Download PDF

Info

Publication number
JP3864370B2
JP3864370B2 JP2001195004A JP2001195004A JP3864370B2 JP 3864370 B2 JP3864370 B2 JP 3864370B2 JP 2001195004 A JP2001195004 A JP 2001195004A JP 2001195004 A JP2001195004 A JP 2001195004A JP 3864370 B2 JP3864370 B2 JP 3864370B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
joint
braking device
air pressure
braking
walking robot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001195004A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003011079A5 (en
JP2003011079A (en
Inventor
正雄 西川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokai University Educational Systems
Original Assignee
Tokai University Educational Systems
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokai University Educational Systems filed Critical Tokai University Educational Systems
Priority to JP2001195004A priority Critical patent/JP3864370B2/en
Publication of JP2003011079A publication Critical patent/JP2003011079A/en
Publication of JP2003011079A5 publication Critical patent/JP2003011079A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3864370B2 publication Critical patent/JP3864370B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0004Braking devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はロボットの関節装置に係り、特にロボットが静止した姿勢を保っているとき、若しくは運動中においても関節の運動方向が重力の作用する方向と一致するとき、当該関節に制御された制動力を発生して姿勢を保持するか、その運動に必要なエネルギーを節約することができるロボットの関節制動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
複数の関節を持つ脚式の移動ロボットは、静止している間でも自分の体重を支えるのに少なからずエネルギーを消費するという動物に似た特徴を持っている。車輪式の移動ロボットが静止している間はエネルギーを消費しないのに比べてこの特徴は大きな欠点であり、階段や段差があっても移動できる脚式の利点はあるものの、その実用化を阻む原因の一つになっている。そもそも静止状態のロボットは外部にしている仕事はゼロなのだから、これらのエネルギーは本来消費する必要がないものであり、何らかの改善が求められていた。
【0003】
更にまた移動手段が車輪であるロボットでも上体には複数の関節からなるアームを有しており、アームが物を掴んでいるときには重力に抗してアームを所定の姿勢に保つときには同じ事が起きている。つまり移動手段が脚式だろうと車輪式だろうと、従来の技術ではロボットが同じ姿勢を保持している限り、本来は不必要なエネルギーを消費しているわけで、何らかの改善が求められていた。
【0004】
更にまた脚式ロボットが階段を降りている場合を考えてみるに、地面に付いている方の脚関節は体重を支えつつ重力が作用する方向に運動しているが、このときモータは体重に抗したトルクを発生しつつ逆方向に回転している。物理的に考えれば重力場に置かれた物体が重力の作用する方向に運動するときには位置エネルギーを放出しているわけだから、エネルギーを使うのではなく位置エネルギーを発電という形で回収することもできる筈である。しかし発電で回収するには、回転速度が十分に早いこと、言い換えれば相当な速さで階段を駆け降りる場合でなければこの手法は使えないことになる。従来技術では、階段を下りるときにも昇るときに劣らない量のエネルギーを消費していた。
【0005】
地面に固定された産業用ロボットの場合にも、以上の状況は全く同じである。即ちワークを所定の姿勢で保持するときとか、重たいワークを重力の方向に移動させるときには、前述した問題点はそのままアームの関節部で起きている。ただ産業用ロボットの場合には外部からエネルギー補給がケーブルを通じて容易に行えることや、現在ではエネルギー価格(電気料金)も安価であるために問題が顕在化していないだけのことである。
【0006】
【発明が解決しょうする課題】
本発明は、制御可能な制動力を発生することができる制動装置を関節部に組み込むことができ、体重による関節トルクの大半をこの制動装置が吸収してくれるので、関節を駆動するモータはその分少ない出力トルクを発生するので、エネルギーの消費が抑えることができる歩行ロボットの関節制動装置を提供することにある。
【0007】
従来のロボットにおいても、関節部に制動装置を設けることは提案され、実施されてきた。しかし従来の制動装置は予期しない停電時に重量物を掴んだアームが落下して人身災害を起こすことを防止するために設けるものである。その原理は電磁クラッチによるもので、通常はばねをブレーキがかかる方向に設け、電磁力をばね力に対抗させてクラッチを開放するものである。従って、電磁力を発生するコイルや鋼板等がその構成部材であり、非常に重い装置になっていたし、各関節ごとに組み込むしか方法がなかったために、例えば6自由度を持つ産業用ロボットではアームの関節ごとに6ケの重い制動装置が付くことになり、このような制動装置を持つロボットの関節駆動用モータもまた大型化するという問題があった。従ってこの重さのために普及することはなく、重量物を扱うロボットの緊急時の安全という極く特殊な用途以外には適用されることはなかった。重量が増加すれば消費エネルギーも多くなるのは自明のことである。
【0008】
歩行ロボットの関節構成に関しては、例えば特許第2592340号公報に開示の構造がある。この関節には電動モータとその出力を減速増力できるハーモニック減速機が組み合わされて使われている。
【0009】
この特許公報に開示の構成では、ロボットが静止状態を維持するときは自分の体重を支えるべく脚関節のモータに電流を流しつづける所謂サーボロックをかけておく必要がある。体重が絶えず脚関節を曲げる方向に働いているからである。
【0010】
このような問題に鑑み、本出願人は先に関節が所定の位置で安定するような関節構造と、その関節の制御について、特願2000−220936号及び特願2000−284080号として既に出願している。これらの先願では関節が安定する位置が決まっていたから、起立姿勢など特定の姿勢で休止する場合には使えるが、そうではない姿勢のときには使えないと言う欠点があった。また足関節について言えば、休止する地点の地面が水平ならば良いが、傾いている場合には使えない欠点もあった。
【0011】
またこのロボットが階段を下りているときの各関節について考えてみる。例えば地面に接触している方の脚の膝関節を考えれば、関節は大きく折れ曲がり、体重の中心から下ろした鉛直線から膝関節の中心位置までの距離は最も大きく離れている。この距離に体重を乗じた量が関節を更に屈曲させようとするモーメントであるから膝関節はこの大きなモーメントに対抗できるトルクを発生させつつ膝を次第に曲げていく必要がある。従って膝関節はこのとき最も大きなエネルギーを消費していることになる。
【0012】
ここでもし、膝関節に大きな摩擦力が存在していて、体重が作りだすモーメントの大半をこの摩擦力が受け持つように構成できれば、モータにはその分だけ少ない電流値が流れることになり、省エネが達成できる。この場合には体重の作りだすモーメントは膝関節の折れ曲がり角度に応じて増減するから、望ましくはこの摩擦力も関節角度に応じて可変に構成すべきである。更にまたこの摩擦力は階段を昇るときには逆に作用して従来よりも大きなエネルギーを消費することになるから、昇るときには摩擦力は無い方が望ましいわけで、状況に応じて摩擦力をゼロから可変に構成できることが望ましい。
【0013】
本発明は前記事情に着目してなされたもので、第一の目的とするところは、ロボットの関節部に制御可能な制動機能を付与し、所望の姿勢をとって静止するときには当該制動機能によって関節をロック状態にすることができるとともに、当該制動機能を抑制して従来と同じように歩行を行うことができる、優れた歩行ロボットの関節制動装置を提供することにある。
【0014】
更に本発明の第二の目的は、かかる制動装置を小型、軽量に構成することによりロボットの重量増加を実質的に抑えることができる歩行ロボットの関節制動装置を提供することにある。
【0015】
更に本発明の第三の目的は、予想される様々な歩行場面に適応して最適な制動力を発揮することができる、制動力の制御が容易な歩行ロボットの関節制動装置を提供することにある。
【0016】
ここで、静止中のロボットの関節で起きているエネルギーの使われ方について述べると、現在の関節制御技術は目標関節角度と現在の関節角度の差分を計算し、その差分に一定の比例定数Kを乗じて操作量とし、その比例定数Kを最大の負荷が加わる場合にも良好な追従性を保証するように大きめに設定していた。関節駆動のモータが消費するエネルギーの量はこの操作量、換言すれば前記差分値×上記比例定数に応じて決まり、同時にそれは関節に加わる外部からの負荷モーメントに応じたモータトルクを生ずるための電流値と比例関係にある。
【0017】
関節の静止時を考えるに、この比例定数Kを大きく設定すると、目標関節角度と現在の関節角度との差分が小さくなるし、逆に小さく設定すると当該差分は大きくなって、結果的には消費するエネルギー(モータへ供給する電流値)は変わらないことになる。つまり比例定数Kを変えても消費エネルギーは理論的に変わらない。
【0018】
これはあくまで摩擦のない理想的な関節が静止状態にある時の話であるが、摩擦力を想定すると随分と話は変わってくる。静止している関節に充分に大きな摩擦力があれば、その摩擦力だけで自分の体重を支えることができるから、一旦その姿勢をとることができれば、後は電流の供給を止めてもその姿勢を保ことができる。事実ねじを減速機に使った脚式ロボットでは、そのようにしてエネルギーの消費を抑えている。しかし、ねじのような摩擦の多い減速機を使うと、所望の姿勢に至る過程でも多くのエネルギーを消費するから、歩行で使うエネルギーが今度は多くなり、総合的にエネルギー消費を抑えるには無理がある。以上が関節内部で起きているエネルギー消費の実態である。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、請求項1は、胴体部及び該胴体部に接続されていて複数の関節部からなる脚を少なくとも2本有する歩行ロボットの関節制動装置において、前記関節部に作用する重力モーメントに対抗し、該関節部を相対回転運動させる駆動力を発生させる電動モータと、前記関節部の相対運動を起こす部材間に設けられ、前記重力モーメントに対抗して制動を与える摩擦係合手段と、前記摩擦係合手段を摩擦係合方向に押圧する空気圧押圧手段と、前記空気圧押圧手段に空気圧を供給する空気圧供給源とを備え、前記電動モータの駆動力と前記摩擦係合手段の制動力を同時に作動させることで階段または下り坂を下るロボット歩行を行わせ、前記歩行ロボットを駆動する消費エネルギーを節約させることを特徴とする。
【0020】
請求項2は、胴体部及び該胴体部に接続されていて複数の関節部からなる脚を少なくとも2本有する歩行ロボットの関節制動装置において、前記関節部に作用する重力モーメントに対抗し、該関節部を相対回転運動させる駆動力を発生させる電動モータと、前記関節部の相対運動を起こす部材間に設けられ、前記重力モーメントに対抗して制動を与える摩擦係合手段と、前記摩擦係合手段を摩擦係合方向に押圧する空気圧押圧手段と、前記空気圧押圧手段に空気圧を供給する空気圧供給源とを備え、前記摩擦係合手段を作動させた状態で前記電動モータへの電流値を減少する方向に制御して前記関節部を所望の静止姿勢に維持させ、前記歩行ロボットを駆動する消費エネルギーを節約させることを特徴とする。
【0021】
請求項3は、請求項1または2の前記空気圧供給源を前記胴体部に設置したことを特徴とする。
【0022】
請求項4は、請求項1,2または3の前記関節部は、前記電動モータの回転力がベルトを介してプーリに伝達される減速機を備え、前記空気圧押圧手段は、前記プーリに摩擦板を押圧して制動を付与することを特徴とする
【0023】
請求項5は、請求項1,2または3の前記関節部は、前記電動モータの回転力が直接伝達される減速機を備え、前記空気圧押圧手段は、前記減速機の回転体に摩擦板を押圧して制動を付与することを特徴とする
【0024】
請求項6は、請求項1,2,3,4または5に記載の前記空気圧押圧手段は、シリンダと、該シリンダ内に進退自在に収納されたピストンとからなることを特徴とする
【0025】
前記リンクの各関節部に制動をかけることができるから、制御方法を工夫することで様々な省エネを実行することができる。例えば歩行ロボットが起立姿勢をとるときに、関節制動をかけた上で関節駆動用のモータへの電流値を全く無くしても、起立姿勢を維持できるようになる。
【0026】
従って、従来のサーボロックによる起立に比べて消費エネルギーを実質的にゼロにできる利点がある。また電流値を全くゼロにするのではなく幾らかは流しておき、弱い制動をかけることで、外力が不用意に加わった場合に素早く関節を駆動できるようにする使い方もできる。
【0027】
更にロボットが階段を降りている場合に、立脚側の各関節部に部分制動をかけることで、各関節部の駆動用モータは、この制動力の分だけ少ないトルク、言い換えれば少ない電流で階段を降りることができる道も開ける。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0029】
図1は本発明を適用するのに適した2足歩行ロボットの骨格を示す斜視図である。図1に示すように、歩行ロボット1は左脚2L、右脚2Rに6個の関節軸を備えている。左脚2L、右脚2Rは対称構造であり、一方について説明すると、6個の関節軸は上から順に、脚部回転用関節軸3、股部ピッチ方向関節軸4、同ロール方向関節軸5、膝部ピッチ方向関節軸6、足首部ピッチ方向関節軸7、同ロール方向関節軸8となっており、その下部には6軸力センサ9を介して足部10が設けられている。
【0030】
左脚2L、右脚2Rの最上部には人体の骨盤に相当する腰板リンク12が設けられている。腰板リンク12には関節の制御に必要な電源やアンプ(増幅器)、及び歩行空間に対するロボットの傾斜を検知して電気信号として出力する傾斜計13などが図示しない手段で搭載されている。
【0031】
脚部回転用関節軸3、股部ピッチ方向関節軸4及び同ロール方向関節軸5によって股関節部14が構成されている。更に、膝部ピッチ方向関節軸6によって膝関節部15が構成されている。更に、足首部ピッチ方向関節軸7と同ロール方向関節軸8によって足関節部16が構成されている。
【0032】
股関節部14と膝関節部15とは大腿リンク17によって結合され、また膝関節部15と足関節部16とは脛リンク18によって結合されている。
【0033】
左脚2L、右脚2Rとは鏡像の関係にあり、対称形状である。
【0034】
前記6軸力センサ9は、足関節部16と足部10との間に設けられ、床反力Fの垂直方向成分Fz,進行方向成分Fx,横方向成分Fy、及び床反力によって生ずるモーメントNの垂直方向成分Nz,進行方向成分Nx,横方向成分Nyを各々独立に分離して検出できる。
【0035】
図2は制動装置を備えた股関節部14を示し、右脚2Rの股関節部14を前方向から見た断面図である。まず、図1との対比で説明すると、脚部回転用関節軸3は、2つの軸受20、21によって回転自在に支持され、図示しない減速機を介して図示しないモータにより回転駆動される。また脚部回転用関節軸3の下部は、後述するヨーク部53を構成するように紙面で上下に別れており、筐体部31を紙面で時計方向又は反時計方向に股部ロール方向関節軸5の回りに回転可能に保持している。
【0036】
ヨーク部53と軸受20、21との中間部は空洞部22が設けられ、この空洞部22の内部にはモータ23が設けられている。このモータ23の出力はプーリ24とタイミングベルト25とを介して減速機(図示しない)で増力されて股部ロール方向関節軸5を回転駆動するようになっている。
【0037】
股部ロール方向関節軸5と直交する股部ピッチ方向関節軸4上には股関節のピッチ運動を司るモータ26が設けられ、この出力軸27はハーモニック減速機のウェーブジェネレータ28に締付ねじ29で結合されている。出力軸27の先端部にはねじ30が固定され、後述するピストン33の推力を支えている。
【0038】
前記モータ26を取り付ける筐体31のフランジ部32には、体積可変手段として、例えばドーナツ状のピストン33を摺動自在に収納するシリンダー部34が設けられている。シリンダー部34とピストン33とは空気圧によって作動する空気圧押圧手段を構成し、摩擦板35を前記ウェーブジェネレータ28に押し付け、後述する制動力を発生させる。シリンダー部34には圧力下にある空気を送り込むための通路36を設ける必要があるが、軸方向にコンパクトに通路を設計する必要から、シリンダー部34を2つの部品の接合によって作っている。即ちシリンダー34を始めに少し大きな径で作っておき、そこに通路を設けた後、別のシリンダー構成部品37で塞ぎ、その後精密に加工してシリンダー部34を製作している。通路36は制御弁(図示しない)を介して空気圧供給源に接続されている。
【0039】
摩擦板35は鋼板に摩擦材料を塗布して乾燥後に表面を仕上げたもので、自動車の変速機のクラッチで使われている摩擦板と同じような構造をしている。空気圧によってピストン33が図2で右側に押しつけられたあと、元の位置に復帰するのを助ける為に、適当なリターンスプリング38が複数個設けられている。リターンスプリング38はハーモニック減速機のサーキュラーリング39に設けられた貫通孔40により位置決めされている。ハーモニック減速機の出力はフレックスリング41に伝えられ、減速機カバー42を介して大腿リンク17を駆動するようになっている。なお、図2に示した通路36の部分は、図3に明示するように実際には90°位相が異なる断面を示している。
【0040】
図2に示すように、大腿リンク17の上部には膝関節部15を駆動するためのモータ43が設けられ、その出力はプーリ44及びタイミングベルト45を介して膝関節部15と同軸に配置されたハーモニック減速機(図示しない)に伝えられる。
【0041】
図3は図2のA−A線に沿う断面図であり、説明の都合からシリンダー部34及び摩擦板35等は取り除いている。図3において筐体31のフランジ部32の周囲は円筒形状の凸部46が形成され、凸部46には60°間隔にねじ穴47が穿設されている。このねじ穴47を使って前記サーキュラーリング39が固定されている。
【0042】
また、凸部46は120°間隔にスロット48が3ケ所設けられ、前記摩擦板35を円周方向に固定する役割を持つ。摩擦板35の形状は図4に示すように概ね円盤状であるが、幅を前記スロット48に摺動自在に嵌合できる幅に管理された3ケの爪49が放射状に突出している。従って図3のフランジ部32に図4の摩擦板35を挿入して組み立てた場合には、摩擦板35は軸方向には動くことができるが、円周方向には固定されることになる。
【0043】
再び図3に戻って、シリンダー部34は前記凸部46より低く削り取られているが、その底部の一部が更に低くミーリングカッターで削られて凹部50に形成され、前記圧縮空気の通路を形成している。この凹部50に通ずるように、点線で示す通路36がドリル等の加工方法で作られる。この凹部50は前述したようにシリンダー部34の構成部材37(図2参照)によって一部が覆われ、完成時には凹部50の右側の一部のみが外部から見ることができるようになる。筐体31の左側には別の部品の軸受け材51が固定され、この軸受け材51側に設けられた通路を介して前記通路36は矢印に示すようにホース等の適切な導管に接続され、空気圧源及び制御弁に接続される。軸受け材51は軸受52を介して前記ヨーク部53に支持されている。
【0044】
シリンダー部34の構成部材37は、図5(a)に示すように、この位相のまま図3のシリンダー部34に組み込まれる構成部材37の形状を示しているのに対して、図5(b)は構成部材37の裏側を示している。即ち構成部材37には放射状に浅い溝54a,54bが2本形成され、この溝54a,54bを通じて圧縮空気の供給と排出とが素早く行われるように配慮されている。また構成部材37の外部周辺には面取り55が施され、この面取り55も空気の供給と排出を速やかに行うことを助けている。
【0045】
このようなシリンダー部34とピストン33により構成した圧力室に圧縮空気を送り込むとピストン33は図2で右方向に移動し、摩擦板35をウェーブジェネレータ28に押しつけるから、制動力が得られ、その制動力は減速機の減速比に応じて拡大されて減速カバー42に伝わり、大腿リンク17のピッチ方向の動きを止める。
【0046】
制動力の大きさはピストン33の有効面積と空気圧の2つの要素で決まる。即ちこれら2つの要素を大きく設計すれば大きな制動力が発生し、大腿リンク17のピッチ方向の動きを制止する力も強まるが、起立時の大腿リンク17に発生する、ロボットを倒そうとする重力に起因したトルクは基本的に小さいトルクであるから、起立時のエネルギー消費を削減する目的からすれば、余り大きな制動力は必要ではない。また階段を下りるときの制動力に関しても、余り大きく制動力を設計すると、関節自体が動かなくなり歩けなくなるから、このときも程々の制動力が得られれば良いことになる。従ってピストン33の有効面積や空気圧も小さなものでよいことになる。
【0047】
逆に小さな制動力に設計することは次のような良い結果をもたらす。制動力によってロボットが起立している場合に、横から外力が不用意に加えられる場合を想定すると、制動力の解除を行ってから関節の駆動が始まり、姿勢の安定化が行われるのが理想的であるにしても、その時間的な余裕がない場合も想定される。弱めの制動力に設計しておけば、このような緊急時に制動力の解除が終わらない時でもモータ26の駆動力を制動力より大きく設定しておけば、当該関節をロボットの安定性が復元する方向に駆動できる。
【0048】
図6(a)に示すように、前記ヨーク部53の右側部分53aには前記モータ23の出力をタイミングベルト25を介して伝えられる被駆動プーリー56が設けられている。その出力軸57はハーモニック減速機のウェーブジェネレータ58を回転させ、減速機の出力を受けて筐体31はヨーク部53の2つのベアリング52及び59によって股部ピッチ方向関節軸4の回りに回転するようになる。
【0049】
さらに、図6(a)に示すように、出力軸57を回転自在に支持するカバー60にはドーナツ状のピストン61を収納するシリンダー部62が設けられ、ピストン61の左側の室に圧力空気が導かれると、ピストン61は右に動いて、摩擦板63を被駆動プーリー56に押しつける。この動きにより被駆動プーリー56には制動力が働く。
【0050】
摩擦力に引きずられる形で摩擦板63が回転するのを防ぐために、摩擦板63は図6(b)に示すように放射状に伸びた一対の耳部64が突設され、その耳部64の一方には真円の穴65aが設けられ、他方の耳部64には小判状の穴65が設けられている。この穴65,65aには密に係合する寸法のピン66が前記カバー60に打ち込まれている。このピン66によって制動時に発生するトルクは吸収され、所望の制動力が得られる。圧縮空気を排出して被駆動プーリー56の制動力を完全に取り除く為には摩擦板63が被駆動プーリー56から離れる必要があるが、そのことを保証するために、必要ならば、図6(a)に破線で示すように、鋼板を曲げて作った複数個の戻しばね67を設けてもよい。
【0051】
この実施形態では基本的にスペース上の制約が少ない上に、被駆動プーリー56の径を大きく取れるので、摩擦板63の径やピストン61の径も大きく取れる。被駆動プーリー56の径を大きく取ることはそれだけ伝達されるトルクも大きくなるのであるが、その関係は単なる比例関係にすぎない(径の1乗に比例するだけである)。これに対してピストン61の径が増加することは径の2乗に比例して受圧面積が増加することであるから、制動力は増幅されるトルクを考慮しても差引き径の1乗に比例して強く設計できる。例えば膝の関節には階段の昇降時に大きな曲げトルクが作用するので、制動力も大きなトルクがでるような構造が望ましい。被駆動プーリー56で伝達すべきトルクの増幅が行える場合には、図2に示した実施形態より制動力も大きく設計できると言う利点がある。
【0052】
図1に示したロボットには12ケの関節があるが、その関節のそれぞれに前述したいずれかの形式の制動装置が備わっている。
【0053】
図7は圧縮空気を各関節に設けた制動装置に送るための制御システムが空気圧回路図である。
【0054】
図7において、コンプレッサ200は直流モータ201によって駆動され、逆止弁202を経てサージタンク204に圧力の形でエネルギーを蓄える。サージタンク204はコンプレッサ200の脈動を平準化する効果も発揮するが、小容量のコンプレッサ200や直流モータ201で長時間かけて作られるエネルギーを蓄えて、短時間に大きなエネルギー消費が行われることを保証する働きを持つ。
【0055】
なお、サージタンク204の代わりにピストンや金属ばねを内蔵するアキュームレータを使っても良いが、移動ロボットに搭載する場合には軽量であることが必須の条件であることと、空気圧も比較的低い圧力レベルでよいことの2つの理由で、単なる空洞しかないタンク形式を例示した。サージタンク204の内部の圧力レベルを検知して、直流モータ201を停止するために、適切な圧力センサ203が設けられている。
【0056】
圧力センサ203の出力に応じて直流モータ201を停止させる制御技術は公知であるから、図示していない。これら直流モータ201やコンプレッサ200、サージタンク204等の空気圧供給源は、望ましくはロボットの腰板リンク12に固定されているものとする。
【0057】
前述の制動装置のシリンダー部62とピストン61のセットは各関節に用意されているが、左脚について言えば6ケの関節があるので、6組の制動装置が用意されている。例えば、股関節部14は、脚部回転用関節軸3、股部ピッチ方向関節軸4及び同ロール方向関節軸5から構成されているため、3組の制動装置208−1、2、3が設けられている。ここで、制動装置208−1について簡単に説明すれば、シリンダー部62の内部に摺動自在に収納されたピストン61があって空気圧室を形成し、空気圧室に圧力空気が送り込まれると、ピストン61は右に移動して図示しない摩擦板を回転部材に押しつけ制動力を発揮する。制動装置208−4は膝関節部15の、208−5、208−6は足関節部16のそれぞれ制動装置を示している。これらの制動装置の空気圧室は互いにホースによって圧力的に連結されており、共通の電磁弁206によって選択的にサージタンク204に接続されたり、大気に開放されたりできる。図示の状態は電磁弁206に通電されたときで、サージタンク204から圧力空気が各制動装置の空気圧室に圧力空気が送り込まれる状態を示している。電磁弁206への通電が止まると、ばね206aの力で電磁弁206の左の相に変わり、空気圧室は電磁弁206を介して大気に開放される。
【0058】
ロボットは両脚があるから、右脚用にも同じシステムが用意されており、207−1〜6に示す制動装置と、それら制動装置の制御用に電磁弁205が設けられている。
【0059】
次に、図7に示すシステムの作用について説明する。図示しない歩行制御用のコンピュータが起立静止用の歩行モードを出力しているときに、同コンピュータは2つの電磁弁205,206も励磁して制動装置を作動させる。電磁弁205,206に励磁指令を出力し終えると同コンピュータは関節駆動用モータの制御ゲインを低下させて、結果として同モータが消費するエネルギーを節約する。
【0060】
このようなゲインを変更することでモータの消費エネルギーを節約する技術は、前述の特願2000−284080号に詳しく開示されている。この先願に開示の技術は、モータへの供給電流値を順次低下させて省エネを図るものであったが、これに限定さることなく、例えば制動装置の制動力がある程度以上の大きさをもって設計されているときには、電磁弁205,206への励磁指令を送った後は、モータへの通電をオンオフ的に停止することによっても省エネを達成できることは言うまでもない。
【0061】
この実施形態からも分かるように、本発明によるときには重たい構成部品のコンプレッサ200や直流モータ201が1ケあればシステムを構成することができ、従来の制動装置が関節ごとに重たい電磁クラッチを設ける必要があったのに比べて全体を軽く設計できる。またこのコンプレッサ200と直流モータ201を設置する場所も、加減速の比較的緩やかな腰板リンク12上に設けることが可能であるから、従来の制動装置が加減速の激しいアームや脚の関節部にしか置けないのに比べ、アームや脚のモータの容量を大きくしないで済ますことができる等の利点がある。
【0062】
更にまたこのシステムの別の使い方について述べれば、階段を下りるときには歩行制御用のコンピュータが階段を下りるのに適した歩容を各関節のモータに出力しているときに、図1に示す6軸力センサ13からの出力が得られた方の脚の電磁弁205または206を励磁することで、6ケの関節に所定の制動力を発生させながら、立脚期の関節を駆動していく。
【0063】
こうすることで、立脚期にある関節のモータは体重を支えるトルクのうち、制動装置が負担した残りのトルクのみを負担すればよく、省エネが図られる。この制御に当たっては、特にモータのゲインを下げる必要はなく、モータの位置制御の制御則に従って自動的にモータへの供給電力は減少する。ただし例示のシステムでは膝関節部15がその角度を大きくしていくにつれて体重による負荷トルクが増大する事実に対応することができず、制動装置が負担するトルクは常に一定である。立脚期の終了間近には、歩行制御用コンピュータは電磁弁を消磁して制動装置から制動力を取り除くことは言うまでもない。
【0064】
なお、図7に示す、電磁弁205,206は励磁したときに制動力が発生するものを示したが、消磁したときに制動力が発生するように、接続を逆にすることは、当該技術分野では常識である。例えば産業用ロボットの場合に停電時にそのアームが落下してきて思わぬ事故になるのを防止する装置として、電磁クラッチやブレーキによる制動装置が既に実用化されているが、図7に示す制動装置を産業用ロボットのアームの関節部に適用し、図7とは逆に電磁弁205,206の接続を行って産業用ロボットの関節制動に利用すれば、従来と同じ性能・機能を達成できて、更に従来よりも小型軽量にロボットを設計でき、コストや品質を維持しつつ停電時の事故が予防できる。産業用ロボットでは工場内に張りめぐらされた配管が直ぐ脇にあることから、その配管を通じて圧縮空気を簡単に得ることができ、実際に適用する場合には一層簡便となる。
【0065】
図8には膝関節部15の角度の変化に対応して制動力が可変にできる、別の実施形態が示されている。図8では説明の簡略化のために左脚の制御回路のみが示されており、右脚のものは省略されている。図8において膝関節部15の制動装置218−4と脚全体の電磁弁216との間にあって連続的に圧力を制御できる第二の電磁弁219が追加されている。このような電磁弁219は比例電磁弁またはサーボ弁等の呼称で呼ばれ電磁弁に供給される電流値に応じて出力圧が任意に変更できる。出力圧のレベルを正確に制御するために圧力センサ219Sが制動装置218−4と並列に接続され、フィードバックによる制御が行われる。この種の電磁弁及びそのフィードバック制御装置等も公知である。図8において、点線で囲まれた以外は基本的に図7のシステムと同じである。なお、コンプレッサ210、直流モータ211、逆止弁212、圧力センサ213及びサージタンク214は、図7のコンプレッサ200、直流モータ201、逆止弁202、圧力センサ203及びサージタンク204と同じ機能を発揮する。
【0066】
次に、図8のシステムの作用について説明すると、歩行制御用のコンピュータが階段を下りる時の歩容を関節部15のモータに出力しているときで、左足が立脚期にあるときは、膝関節部15のモータ43に指令する関節角度に比例定数を乗じた量を指令圧力として前記第二の電磁弁219に出力する。(正確には膝関節角度をθとすれば、sinθに膝関節部15の負荷トルクは比例するが、説明の簡略化のために上記の量としておく)この目標値を与えられた第二の電磁弁219は膝関節部15の制動装置の圧力室の圧力レベルを目標値に合わせるべく、圧力センサ219Sの出力情報を参照しつつ比例制御を行い、増大する負荷トルクに見合う制動トルクを膝関節部15に発生させるから、モータ43に供給する電力(エネルギー)も低いレベルで済ますことができる。なお、図8において、218−1〜218−6は空気圧押圧手段である。
【0067】
第二の電磁弁219を第一の電磁弁216と並列に接続することは同じような効果をもたらす。しかしながら、この種の比例制御弁は往々にして圧力空気を消費しながら制御を行うようにその構造がなっているので、並列接続の場合には、消磁しているときにもサージタンク214の圧力空気を僅かに消費するものである。図8のように第一の電磁弁216と直列に接続することで、遊脚期のときは第一の電磁弁216を消磁するために圧縮空気を浪費することが避けられる。
【0068】
図9には更に別の実施形態が示されている。前述のように比例制御弁は制御中に圧力空気の一部を捨てて制御を行っているが、図9に示すオンオフ制御弁はこの心配が殆どない。図9の例では膝関節部15の制動装置228−4に供給される圧力空気は電磁弁229によってその出力圧力レベルを所定のレベルに制御される。この電磁弁229は一対の電磁弁が協調制御を行うことで3つの相を作りだすことができる。電磁弁229が図示の相にあるときは、サージタンク224の圧力は直接空気圧押圧手段228−4に導かれるが、その時間を極めて短い時間に制限することで、空気圧押圧手段228−4内部の圧力が上昇しきらない内に真ん中の相に切り替わる。この第二の相では空気圧押圧手段228−4は孤立した状態におかれ、従ってその圧力レベルは一定に保たれる。圧力センサ229Sの圧力レベルが所定のレベルに達していないと判断したら、更にもう一度短時間に図示の第一の相を実現して圧力レベルの上昇に努めるが、その逆に圧力センサ229Sの圧力レベルが所定のレベルを越えて高くなりすぎたことを検知したときは、左側のソレノイドを励磁して圧力の一部を排出し、所定レベルに近づけようとする。膝関節部15の空気圧押圧手段以外は基本的に図7と同じであり、右脚の制御回路は説明の簡略化のために省略されている。なお、図9において、コンプレッサ220、直流モータ221、逆止弁222、圧力センサ223及びサージタンク224は、図7のコンプレッサ200、直流モータ201、逆止弁202、圧力センサ203及びサージタンク204と同じ機能を発揮する。また、228−1〜228−6は空気圧押圧手段である。
【0069】
このようにオンオフ特性を持つ電磁弁229を使い連続的に出力圧レベルを変更する技術は、デューティ比制御として広く使われており、公知である。このデューティ比制御を使い、膝関節部15の角度の増大に応じた圧力レベルを膝関節部15の制動装置に発生させ、その分だけ膝関節部15のモータ43の消費電力を節約することができる。
【0070】
図10には更に別の実施形態が示されている。図10も先の実施形態と同じく左脚の制御回路のみが示されているものとする。サージタンク234の内部の圧力レベルは圧力センサ233によってほぼ一定値に保たれる筈であるが、制御上の一般的な原則論ではハンチングを防止するために直流モータ231を駆動する開始の圧力レベルとこの直流モータ231を停止させるときの圧力レベルとは異なるレベルに設定する。つまりサージタンク234の内部圧力はこの2つのレベルの間にあって、絶えず変動することになる。
【0071】
圧力レベルが変動することは、制動装置の発生する制動力もまた変動することを意味しており、この制動力の変動が望ましくない場合もある。例えば階段を降りるときのように膝関節部15が制動力の下で回転する場合が該当する。
【0072】
図10に示す実施形態は、このような変動を防止して安定した歩行を行わせることを目的に作られたもので、オンオフ的に制御を行う電磁弁236が設けられているのは先の例と同じであるが、その電磁弁236と直列に減圧弁239−a、239−bが設けられ、制動装置にはこれらの減圧弁239−a、239−bの出力圧が供給されるように構成した。
【0073】
これを更に詳しく述べれば、第一の減圧弁239−aは股関節部と足関節部の5つの関節の制動装置の圧力レベルを一定に制御し、第二の減圧弁239−bは膝関節部15の制動装置238−4の圧力レベルを所定の圧力レベルに保持する。この膝関節部15の制動力は、前にも述べたように、膝関節部15が曲がるにつれてより大きな制動力を発揮するのが望ましいので、電磁力によって出力圧レベルを変更できるリニアソレノイドが採用されている。
【0074】
電磁コイルに通電すると、流れる電流値に応じた電磁力がばね力に加わり、対抗する出力圧(図で点線で表示)がより強くならなければ回路を閉じないように構成されている。このようなリニアソレノイドも公知公用に供されており、これ以上の説明を不要であろう。図10に開示の膝関節用空気圧押圧手段238−4の圧力レベルはリニアソレノイド239−bの品質が安定していることから、この例では図9に示した圧力センサは省いてある。なお、図10において、コンプレッサ230、直流モータ231、逆止弁232、圧力センサ233及びサージタンク234は、図7のコンプレッサ200、直流モータ201、逆止弁202、圧力センサ203及びサージタンク204と同じ機能を発揮する。また、238−1〜238−6は空気圧押圧手段である。
【0075】
以上詳述してきたように、本発明による制動装置は原理的に空気圧によるものであり、従来の電磁クラッチを駆動モータと一体化して装着する場合に比べて軽く、完成時のロボットの脚の慣性モーメントを増加させることが殆どないから、制動装置を追加することで駆動モータの容量を更に増やし消費エネルギーを増加させると言った矛盾を伴わない。しかも空気圧は絶えず新鮮な冷たい空気を制動装置に供給するので、関節部の冷却も同時に行うことができ、その分モータをより過酷に使うこともできるようになる。
【0076】
モータとコンプレッサは、比較的加減速を行わない胴体部に設置するので、この重量増はあるものの、関節駆動用モータの容量アップの必然性は殆ど生じない。例えば胴体部を等速度で動かすような歩き方(歩容)の場合には、胴体部の重量増加は基本的に脚関節の駆動モータの負担にはならない(体重を支えるための必要トルクは当然増えるが、激しい加減速を伴う部位に全てを設ける従来の電磁クラッチ・ブレーキ方式に比べると影響は少ないし、何よりも従来方式が各関節ごとに1セット必要としていたのに比べると、モータとコンプレッサは1組で済むのが最大の利点である)。
【0077】
更にロボットが移動ロボットではなく、産業用ロボットとして地面に固定して使われるような場合には、圧縮空気は工場エア配管から容易に供給されるからコンプレッサが不要になるばかりか、サージタンクも不要になる。その場合には圧縮空気は潤沢にあることから、使用する電磁弁の選択に際しても制約事項がなくなり、設計の自由度が高くなる。
【0078】
以上の説明に使われた実施形態は全て空気圧を利用したものであるが、空気に比べて多少は重たくなるものの、圧力液体を使うこともほぼ同じ効果をもたらす。圧力液体を使い、大きく重たい部品は別の場所に設置して所望の関節部に伝達する技術の一例が特開平8−126984号公報に開示されている。
【0079】
この技術を本発明に応用するときは、圧力源を共通にしてその出力を分岐させ、各関節の制動装置のピストン室に伝達させればよい。液体を作動流体に使えば、液体には圧縮性がないために応答性が向上するし、より高い圧力レベルで使えるから、ピストンの受圧面積もそれだけ小さくできるメリットが生まれる。
【0080】
これに対して空気を作動流体に選ぶときは、空気は基本的に清潔であり、万一の漏れ故障のときでも環境を汚さないことが利点である。また空気には圧縮性があるので、サージタンクを用意するだけでエネルギーを蓄えておくことができ、より小さなモータとコンプレッサで所期の目的を達成できる利点をもある。液体を作動流体に使うときは、サージタンクはアキュームレータに変更しなければならないが、アキュームレータは重たくなるのが欠点である。要はロボットの使用目的に合わせて、いずれの流体を選ぶかを決めればよいことである。
【0081】
以上の実施形態はいずれもシリンダーとピストンによる制動装置に圧力下の流体を供給して所定の制動力を得るものであるが、この技術概念は、大きく重い部品であって機械的な作動力を発生することができる作動力発生源を激しく動く必要のある関節から離れて設置し、その作動力を適切な伝達手段(この場合には圧力空気とホース)を介して制動装置に伝え、アームや脚等の加減速の激しい部位の重量増加を極力抑えるものである。例示のものは、シリンダーやピストンが軽合金やエンジニアリングプラスチック等の軽い材料で作れる事実を利用して、これらを関節各部に設けることにし、重たいモータやコンプレッサは、先ず数を減らして(実施形態では1ケで実現している)、全体の重量増加を抑えることに成功している。
【0082】
更にこの技術概念は、複数の制動装置を単一の作動力発生装置の出力によって作動させることができるので、多関節からなるアームや脚に適用する場合には、従来技術の電磁クラッチ・ブレーキによる制動装置に比べて全体の重量増加を著しく抑えることができるし、その設置場所にも制約がなくなるので、加減速の少ない部位に選ぶことができるので、関節駆動モータの容量(重量)も増加させる必然性が極めて少なくなる。
【0083】
以上の点を熟慮すると、動力伝達装置は圧力空気とホースの組み合わせに限定する必要はないことになる。以下に別の実施形態を示して説明する。
【0084】
図11〜図13は圧力空気とホース以外の伝達手段としてテンドン(ケーブル)を用いた実施形態を示す。図11には図に示した被駆動プーリー56を介して動力が伝達される場合の関節部が部分図として示されている。即ち回転する被駆動プーリー304の側面には円筒部302が突設されている。
【0085】
一方、図12に示すように、固定部位である減速機カバー300には一対のピン306、307が打ち込まれ、そのピン306,307を中心に回転自在に半月状の制動セグメント308、309が設けられている。制動セグメント308の下側にはワイヤー310を通す穴312が開いており、この穴312を通過したワイヤー310は相手側セグメント309の穴314を通過したあと、ワイヤー310の径よりも大きな径の係止部品316とハンダ等の適切な手段で結合されている。
【0086】
ワイヤー310の外側には鞘318が設けられ、ワイヤー310と鞘318との間に相対変位が起きるようにワイヤー310が図12で右に引かれれば、2つのセグメント308,309はピン306,307を中心に回転運動を起こし、円筒部302に接触して制動力を発生する。このような鞘318を持つワイヤー310と、そのワイヤー310による制動方法は自転車のブレーキ等で広く使用されている。この機構ではセグメントの材料に軽合金や樹脂を使用することが可能であり、重量増加を嫌う関節部に配置するには大変好ましい機構と言える。
【0087】
図13にはワイヤー310の駆動システムが示されている。図13では模式的に関節の制動装置が2つだけ示されている。即ち第一の制動装置320と第二の制動装置322とが設けられている。これら制動装置320,322は図12に示した構成を模式的に描いたもので、第一の制動装置320について簡単に述べれば、一対のセグメント328、329はそれぞれ回転自在にピン326、327によって支持され、ワイヤー330が図で右に引かれれば制動力が発生するようになっている。第二の制動装置322も基本的に同じ構成をしており、これを作動させるワイヤー330aが設けられている。
【0088】
2本のワイヤー330,330aはレバー340の両端に設けられた穴に結合され、レバー340が第三のワイヤー342により右側に引かれれば、第一、第二の制動装置320,322は共に作動状態となる。その場合、第一の制動装置320を作動させる第一のワイヤー330と第二の制動装置322を作動させる第二のワイヤー330aとに作用する張力は、レバー340の支点Cの位置によって設計上任意にその比率を変更できる。図示のように距離ACと距離BCとが等しいときは、2本のワイヤー330と330aには等しい張力が発生する。どれかの関節部位には大きな負荷モーメントが作用するような場合には、支点Cの位置を変えることで、簡単に設計要件を満たすことができる。
【0089】
更に関節の数が増えるときには、第二のレバー350を設け、第四のワイヤー330bを引くようにすればよい。第二のレバー350は空気圧シリンダー360とそのピストンに結合された第五のワイヤー362によって支点Fに作用する右方向の作動力によって作動状態に置かれ、その力は2本のワイヤー342と330bとに支点間距離FD/FEの比率によって決まる比率で分配され、伝達される。空気圧シリンダー360には適切な空気圧が適切な分配弁を介してホース364を通じて選択的に供給されるのは言うまでもない。
【0090】
このケーブルを使う実施形態では、機械力発生手段はエアシリンダーに限定されることはなく、例えばモータの出力を受けて回転するウオームギアで当該ケーブルを引っ張るようにしてもよい。ウオームギアは内部摩擦が大きいので、摩擦係合力を発生させている場合にウオームギアを駆動するモータへの電力を止めても係合力は引き続き発生するようにできる。但しこの場合、ウオームギアには空気圧と違い圧縮性がないから、これを補完するものとしてケーブルの途中にこれと直列に機械的なばねを挿入する方がより望ましい。
【0091】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によるときは実質的に脚部又はアーム部の重量の増加、換言すれば慣性モーメントの増加を伴うことなく、各関節に制動をかけることができるから、制御方法を工夫することで様々な省エネを実行することができる。例えば歩行ロボットが起立姿勢をとるときに、関節制動をかけた上で関節駆動用のモータへの電流値を全く無くしても、起立姿勢を維持できるようになる。従来のサーボロックによる起立に比べて消費エネルギーを実質的にゼロにできる利点がある。また電流値を全くゼロにするのではなく幾らかは流しておき、弱い制動をかけることで、外力が不用意に加わった場合に素早く関節を駆動できるようにする使い方もできる。
【0092】
更にロボットが階段を降りている場合に、立脚側の各関節に部分制動をかけることで、各関節の駆動用モータは、この制動力の分だけ少ないトルク、言い換えれば少ない電流で階段を降りることができる道も開ける。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示し、2足歩行ロボットの骨格を示す斜視図。
【図2】同実施形態の制動装置を備えた股関節部の一部を断面した正面図。
【図3】同実施形態を示し、図2のA−A線に沿う断面図。
【図4】同実施形を示し、摩擦板の正面図。
【図5】同実施形態を示し、(a)はシリンダー部に組み込まれる構成部材の正面図、(b)は構成部材の裏面図。
【図6】制動装置の別の実施形態を示し、(a)は制動装置の断面図、(b)は摩擦板を示す正面図。
【図7】同実施形態の圧縮空気を各関節に設けた制動装置に送るための制御システムの空気圧回路図。
【図8】圧縮空気を各関節に設けた制動装置に送るための制御システムの別の例を示す空気圧回路図。
【図9】圧縮空気を各関節に設けた制動装置に送るための制御システムの別の例を示す空気圧回路図。
【図10】圧縮空気を各関節に設けた制動装置に送るための制御システムの別の例を示す空気圧回路図。
【図11】制動装置の一部を断面した正面図。
【図12】図11のB−B線に沿う断面図。
【図13】動力伝達機構を示す構成図。
【符号の説明】
14…股関節部
15…膝関節部
16…足関節部
17…大腿リンク
18…膝リンク
26,43…モータ
35,63…摩擦板
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a joint device of a robot, and in particular, when the robot keeps a stationary posture, or when the motion direction of the joint coincides with the direction in which gravity acts even during motion, the braking force controlled by the joint is controlled. It is related with the joint braking device of the robot which can generate | occur | produce and hold | maintain an attitude | position or can save the energy required for the exercise | movement.
[0002]
[Prior art]
A legged mobile robot with multiple joints has an animal-like feature that consumes a lot of energy to support its weight even when it is stationary. This feature is a major disadvantage compared to not consuming energy while a wheeled mobile robot is stationary, but it has the advantage of a leg type that can move even if there are steps or steps, but it impedes its practical use It is one of the causes. In the first place, since a stationary robot has no external work, it is not necessary to consume these energies, and some improvement was required.
[0003]
Furthermore, even a robot whose moving means is a wheel has an arm made up of a plurality of joints on the upper body, and the same thing can be said when the arm holds a thing and keeps the arm in a predetermined posture against gravity. stay up. In other words, whether the moving means is a legged type or a wheeled type, the conventional technology consumes unnecessary energy as long as the robot maintains the same posture, and some improvement has been required.
[0004]
Considering the case where the legged robot is going down the stairs, the leg joint on the ground moves in the direction in which gravity acts while supporting the weight. It is rotating in the opposite direction while generating resisting torque. If you think physically, an object placed in the gravitational field releases potential energy when it moves in the direction of gravity, so you can recover potential energy in the form of power generation instead of using energy. It is a spear. However, in order to recover by power generation, this method cannot be used unless the rotation speed is sufficiently high, in other words, when the stairs are run down at a considerable speed. In the prior art, the same amount of energy was consumed when going up and down the stairs.
[0005]
The situation is exactly the same for industrial robots fixed to the ground. That is, when the work is held in a predetermined posture, or when a heavy work is moved in the direction of gravity, the above-described problem occurs as it is at the joint portion of the arm. However, in the case of industrial robots, replenishment of energy from the outside can be easily performed through a cable, and since the energy price (electricity charge) is also low at present, the problem has not been revealed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
  In the present invention, a braking device capable of generating a controllable braking force can be incorporated into the joint, and most of the joint torque due to body weight is absorbed by the braking device. Since less output torque is generated, energy consumption can be reduced.walkingAn object of the present invention is to provide a joint braking device for a robot.
[0007]
In conventional robots, it has been proposed and implemented to provide a braking device at the joint. However, the conventional braking device is provided in order to prevent an arm holding a heavy object from falling and causing a personal injury in the event of an unexpected power failure. The principle is based on an electromagnetic clutch. Usually, a spring is provided in a direction in which a brake is applied, and an electromagnetic force is opposed to the spring force to release the clutch. Therefore, coils, steel plates, and the like that generate electromagnetic force are constituent members, which are very heavy devices, and there is no other way but to incorporate them for each joint. For example, an industrial robot with 6 degrees of freedom has an arm. There is a problem that six heavy braking devices are attached to each joint, and the joint driving motor of the robot having such a braking device is also increased in size. Therefore, it is not popular because of its weight, and it has not been applied to anything other than a very special purpose of emergency safety for robots that handle heavy objects. It is obvious that the energy consumption increases as the weight increases.
[0008]
Regarding the joint configuration of a walking robot, for example, there is a structure disclosed in Japanese Patent No. 2592340. This joint is used in combination with an electric motor and a harmonic reducer that can reduce and increase its output.
[0009]
In the configuration disclosed in this patent publication, when the robot is kept stationary, it is necessary to apply a so-called servo lock that keeps a current flowing through the motor of the leg joint to support its own weight. This is because the weight constantly works in the direction of bending the leg joint.
[0010]
In view of such problems, the present applicant has already filed Japanese Patent Application No. 2000-220936 and Japanese Patent Application No. 2000-284080 regarding a joint structure in which the joint is stabilized at a predetermined position and control of the joint. ing. In these prior applications, the position at which the joint is stable is determined, so that it can be used when resting in a specific posture such as a standing posture, but it cannot be used when the posture is not so. As for the ankle joint, it is sufficient if the ground at the point of rest is level, but there is a disadvantage that it cannot be used when it is tilted.
[0011]
Also consider each joint when this robot is going down the stairs. For example, considering the knee joint of the leg that is in contact with the ground, the joint is bent greatly, and the distance from the vertical line drawn from the center of the weight to the center position of the knee joint is the largest. Since the amount obtained by multiplying the distance by the weight is a moment for further bending the joint, the knee joint needs to bend the knee gradually while generating a torque that can counter this large moment. Therefore, the knee joint is consuming the most energy at this time.
[0012]
Here, if there is a large friction force at the knee joint, and if it can be configured so that this friction force takes over most of the moment generated by the body weight, a smaller current value will flow through the motor, saving energy. Can be achieved. In this case, since the moment generated by the body weight increases or decreases according to the bending angle of the knee joint, this frictional force should preferably be configured to be variable according to the joint angle. Furthermore, since this frictional force acts reversely when climbing the stairs and consumes more energy than before, it is desirable that there is no frictional force when climbing, so the frictional force can be varied from zero according to the situation. It is desirable that it can be configured.
[0013]
  The present invention has been made paying attention to the above circumstances, and a first object is to provide a controllable braking function to the joint portion of the robot, and when the robot takes a desired posture and stops, The joint can be locked, and the brake function can be suppressed to walk as in the past.walkingAn object of the present invention is to provide a joint braking device for a robot.
[0014]
  A second object of the present invention is to make it possible to substantially suppress an increase in the weight of the robot by configuring the braking device to be small and light.walkingAn object of the present invention is to provide a joint braking device for a robot.
[0015]
  Furthermore, a third object of the present invention is to easily control the braking force, which can be adapted to various anticipated walking scenes and exhibit the optimum braking force.walkingAn object of the present invention is to provide a joint braking device for a robot.
[0016]
  Here, how to use the energy generated in the joint of the stationary robot will be described. The current joint control technology calculates the difference between the target joint angle and the current joint angle, and a constant proportional constant K is used as the difference. The proportional constant K is set to be large so as to guarantee good followability even when the maximum load is applied. The amount of energy consumed by the joint drive motor is determined according to this manipulated variable, in other words, the difference value x the proportionality constant, and at the same time, it is used to generate a motor torque according to the external load moment applied to the joint.Proportional to the current valueis there.
[0017]
Considering when the joint is stationary, if the proportional constant K is set large, the difference between the target joint angle and the current joint angle becomes small. Conversely, if the proportional constant K is set small, the difference becomes large, resulting in consumption. The energy (current value supplied to the motor) to be used does not change. That is, even if the proportionality constant K is changed, the energy consumption does not change theoretically.
[0018]
This is a story when an ideal joint without friction is in a stationary state, but the story changes considerably when friction force is assumed. If a stationary joint has a sufficiently large frictional force, it can support one's weight with only that frictional force, so once that posture can be taken, the posture can be maintained even after the current supply is stopped. Can be kept. In fact, legged robots that use screws as reduction gears reduce energy consumption in this way. However, using a reducer with a lot of friction, such as a screw, consumes a lot of energy even in the process of reaching the desired posture, so the energy used for walking increases this time, and it is impossible to reduce energy consumption comprehensively. There is. The above is the actual state of energy consumption occurring inside the joint.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the present invention provides the following:Walking having at least two legs that are connected to the torso and a plurality of joints.In the robot joint braking device,It is provided between the electric motor that generates a driving force that counteracts the gravitational moment acting on the joint and causes the joint to rotate relative to the member that causes the relative movement of the joint, and brakes against the gravitational moment. giveFriction engagement means and the friction engagement meansAnd a pneumatic pressure supply source for supplying pneumatic pressure to the pneumatic pressure pressing means, and simultaneously operating the driving force of the electric motor and the braking force of the frictional engagement means. Let the robot walk down the stairs or downhill to save energy consumption to drive the walking robotIt is characterized by that.
[0020]
  Claim 2In a joint braking device for a walking robot having at least two legs composed of a plurality of joints and connected to the body, a relative rotational movement of the joints against a gravitational moment acting on the joints A friction engagement means provided between the electric motor for generating the driving force to be driven, a member that causes relative movement of the joint portion, and applying braking against the gravitational moment; and the friction engagement means in the friction engagement direction. And a pneumatic pressure supply source for supplying pneumatic pressure to the pneumatic pressure means, and controlling the direction of decreasing the current value to the electric motor while the friction engagement means is operated. Maintaining the joint portion in a desired static posture and saving energy consumed to drive the walking robotIt is characterized by that.
[0021]
  Claim 3 is the claim 1 or 2,Air pressure supply source was installed on the bodyIt is characterized by that.
[0022]
  Claim 4 claimsThe joint portion of 1, 2 or 3 includes a speed reducer in which the rotational force of the electric motor is transmitted to a pulley via a belt, and the pneumatic pressure means applies a brake by pressing a friction plate against the pulley. It is characterized by.
[0023]
  Claim 5 is claim 1, 2 or 3 includes a speed reducer to which the rotational force of the electric motor is directly transmitted, and the air pressure pressing means applies a brake by pressing a friction plate against the rotating body of the speed reducer. Characterized by.
[0024]
  Claim 6 is claim 1, 2, 3, 4 or 5 is characterized in that it comprises a cylinder and a piston housed in the cylinder so as to be able to advance and retract..
[0025]
Since each joint part of the link can be braked, various energy savings can be executed by devising a control method. For example, when the walking robot takes a standing posture, the standing posture can be maintained even if the current value to the motor for driving the joint is completely eliminated after applying the joint braking.
[0026]
Therefore, there is an advantage that the energy consumption can be substantially zero as compared with the standing by the conventional servo lock. In addition, the current value is not made zero at all, but some flow is allowed, and by applying weak braking, the joint can be driven quickly when external force is applied inadvertently.
[0027]
Furthermore, when the robot is going down the stairs, by applying partial braking to each joint part on the stance side, the driving motor for each joint part can move down the stairs with a small amount of torque, in other words, with a small current. It also opens the way to get down.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0029]
FIG. 1 is a perspective view showing a skeleton of a biped robot suitable for applying the present invention. As shown in FIG. 1, the walking robot 1 has six joint axes on the left leg 2L and the right leg 2R. The left leg 2L and the right leg 2R have symmetrical structures, and one of them will be described. The six joint axes are, in order from the top, the leg rotation joint axis 3, the crotch pitch direction joint axis 4, and the roll direction joint axis 5. The knee pitch direction joint shaft 6, the ankle portion pitch direction joint shaft 7, and the roll direction joint shaft 8 are provided, and a foot portion 10 is provided at a lower portion thereof via a six-axis force sensor 9.
[0030]
A waist plate link 12 corresponding to the pelvis of the human body is provided at the top of the left leg 2L and the right leg 2R. The waist plate link 12 is equipped with a power supply and an amplifier (amplifier) necessary for joint control, and an inclinometer 13 that detects an inclination of the robot with respect to the walking space and outputs it as an electric signal by means not shown.
[0031]
A hip joint portion 14 is configured by the leg rotation joint shaft 3, the crotch pitch direction joint shaft 4, and the roll direction joint shaft 5. Further, the knee joint portion 15 is constituted by the knee pitch direction joint shaft 6. Further, the ankle portion pitch direction joint shaft 7 and the roll direction joint shaft 8 constitute an ankle joint portion 16.
[0032]
The hip joint 14 and the knee joint 15 are coupled by a thigh link 17, and the knee joint 15 and the ankle joint 16 are coupled by a shin link 18.
[0033]
The left leg 2L and the right leg 2R have a mirror image relationship and are symmetrical.
[0034]
The six-axis force sensor 9 is provided between the ankle joint portion 16 and the foot portion 10, and the moment generated by the vertical direction component Fz, the traveling direction component Fx, the lateral direction component Fy, and the floor reaction force of the floor reaction force F. The N vertical direction component Nz, the traveling direction component Nx, and the horizontal direction component Ny can be detected separately.
[0035]
FIG. 2 is a cross-sectional view of the hip joint 14 provided with a braking device, and the hip joint 14 of the right leg 2R is viewed from the front. First, in comparison with FIG. 1, the leg rotating joint shaft 3 is rotatably supported by two bearings 20 and 21, and is rotationally driven by a motor (not shown) via a speed reducer (not shown). Further, the lower part of the leg rotation joint shaft 3 is divided into upper and lower parts on the paper surface so as to constitute a yoke part 53 to be described later, and the housing part 31 is crotch roll direction joint axis clockwise or counterclockwise on the paper surface. 5 so as to be rotatable around.
[0036]
A hollow portion 22 is provided at an intermediate portion between the yoke portion 53 and the bearings 20 and 21, and a motor 23 is provided inside the hollow portion 22. The output of the motor 23 is increased by a speed reducer (not shown) via a pulley 24 and a timing belt 25 to rotationally drive the crotch roll direction joint shaft 5.
[0037]
A motor 26 for controlling the pitch motion of the hip joint is provided on the hip pitch direction joint axis 4 orthogonal to the hip roll direction joint axis 5, and this output shaft 27 is connected to a wave generator 28 of a harmonic reduction gear by a fastening screw 29. Are combined. A screw 30 is fixed to the tip of the output shaft 27 and supports the thrust of a piston 33 described later.
[0038]
  The flange portion 32 of the casing 31 to which the motor 26 is attached is provided with a cylinder portion 34 that slidably accommodates, for example, a donut-shaped piston 33 as volume changing means. The cylinder part 34 and the piston 33 are operated by air pressure.Pneumatic pressing meansAnd the friction plate 35 is pressed against the wave generator 28 to generate a braking force to be described later. Although it is necessary to provide a passage 36 for sending air under pressure in the cylinder portion 34, the cylinder portion 34 is made by joining two parts because it is necessary to design the passage in a compact manner in the axial direction. That is, the cylinder 34 is first made with a slightly larger diameter, a passage is provided there, and then closed with another cylinder component 37, and then the cylinder portion 34 is manufactured by precision machining. The passage 36 is connected via a control valve (not shown)Air pressure supply sourceIt is connected to the.
[0039]
The friction plate 35 is obtained by applying a friction material to a steel plate and finishing the surface after drying, and has a structure similar to that of a friction plate used in a clutch of an automobile transmission. A plurality of suitable return springs 38 are provided to help return the piston 33 to its original position after it is pressed to the right in FIG. 2 by air pressure. The return spring 38 is positioned by a through hole 40 provided in the circular ring 39 of the harmonic reduction gear. The output of the harmonic reduction gear is transmitted to the flex ring 41, and the thigh link 17 is driven through the reduction gear cover. The portion of the passage 36 shown in FIG. 2 actually shows a cross section having a 90 ° phase difference as clearly shown in FIG.
[0040]
  As shown in FIG.Upper partIs provided with a motor 43 for driving the knee joint 15, and its output is transmitted via a pulley 44 and a timing belt 45 to a harmonic reduction gear (not shown) arranged coaxially with the knee joint 15.
[0041]
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2, and the cylinder portion 34 and the friction plate 35 are removed for convenience of explanation. 3, a cylindrical convex portion 46 is formed around the flange portion 32 of the housing 31, and screw holes 47 are formed in the convex portion 46 at intervals of 60 °. The circular ring 39 is fixed using the screw hole 47.
[0042]
The convex portion 46 is provided with three slots 48 at intervals of 120 °, and has a role of fixing the friction plate 35 in the circumferential direction. As shown in FIG. 4, the shape of the friction plate 35 is generally disc-shaped, but three claws 49 whose widths are managed so as to be slidably fitted into the slots 48 project radially. Therefore, when the friction plate 35 of FIG. 4 is inserted into the flange portion 32 of FIG. 3 and assembled, the friction plate 35 can move in the axial direction but is fixed in the circumferential direction.
[0043]
Returning to FIG. 3 again, the cylinder part 34 is scraped off lower than the convex part 46, but a part of the bottom part thereof is shaved lower by a milling cutter to form the concave part 50, thereby forming the compressed air passage. is doing. A passage 36 indicated by a dotted line is formed by a processing method such as a drill so as to communicate with the recess 50. As described above, the concave portion 50 is partially covered by the constituent member 37 (see FIG. 2) of the cylinder portion 34, and when completed, only the right portion of the concave portion 50 can be seen from the outside. A bearing member 51 of another component is fixed to the left side of the housing 31, and the passage 36 is connected to an appropriate conduit such as a hose as shown by an arrow through a passage provided on the bearing member 51 side. Connected to air pressure source and control valve. The bearing member 51 is supported by the yoke portion 53 through a bearing 52.
[0044]
As shown in FIG. 5A, the constituent member 37 of the cylinder portion 34 shows the shape of the constituent member 37 incorporated in the cylinder portion 34 of FIG. ) Shows the back side of the component member 37. That is, two shallow grooves 54a and 54b are formed in the component member 37 so that compressed air is supplied and discharged quickly through the grooves 54a and 54b. Further, a chamfer 55 is provided around the outside of the component member 37, and this chamfer 55 also helps to quickly supply and discharge air.
[0045]
When compressed air is sent into the pressure chamber constituted by the cylinder portion 34 and the piston 33, the piston 33 moves to the right in FIG. 2 and presses the friction plate 35 against the wave generator 28, so that a braking force is obtained. The braking force is expanded according to the reduction gear ratio of the speed reducer and transmitted to the speed reduction cover 42 to stop the movement of the thigh link 17 in the pitch direction.
[0046]
The magnitude of the braking force is determined by two factors, the effective area of the piston 33 and the air pressure. That is, if these two elements are designed to be large, a large braking force is generated and the force for stopping the movement of the thigh link 17 in the pitch direction is strengthened. The resulting torque is basically a small torque, and so a large braking force is not necessary for the purpose of reducing energy consumption at the time of standing. Also, regarding the braking force when going down the stairs, if the braking force is designed too large, the joint itself will not move, and it will not be possible to walk. Therefore, it is only necessary to obtain a moderate braking force at this time. Accordingly, the effective area and air pressure of the piston 33 may be small.
[0047]
Conversely, designing with a small braking force has the following good results. When the robot is standing by braking force, assuming that external force is inadvertently applied from the side, it is ideal that the joint drive starts after releasing the braking force and the posture is stabilized. Even if it is appropriate, there may be a case where there is not enough time. If the braking force is designed to be weak, the stability of the robot can be restored to the joint if the driving force of the motor 26 is set larger than the braking force even when the release of the braking force does not end in such an emergency. Can be driven in the direction of
[0048]
  As shown in FIG.A driven pulley 56 that transmits the output of the motor 23 via the timing belt 25 is provided on the right side portion 53 a of the yoke portion 53. The output shaft 57 rotates the wave generator 58 of the harmonic speed reducer. Upon receiving the output of the speed reducer, the casing 31 rotates around the crotch pitch direction joint shaft 4 by the two bearings 52 and 59 of the yoke portion 53. It becomes like this.
[0049]
  further,As shown in FIG. 6A, a cover 60 that rotatably supports the output shaft 57 is provided with a cylinder portion 62 that houses a donut-shaped piston 61, and pressure air is guided to a chamber on the left side of the piston 61. Then, the piston 61 moves to the right and presses the friction plate 63 against the driven pulley 56. This movement causes a braking force to act on the driven pulley 56.
[0050]
In order to prevent the friction plate 63 from rotating while being dragged by the frictional force, the friction plate 63 is provided with a pair of radially extending ear portions 64 as shown in FIG. One of them has a perfect hole 65a, and the other ear 64 has an oval hole 65. In the holes 65 and 65a, a pin 66 having a size to be closely engaged is driven into the cover 60. Torque generated during braking is absorbed by the pin 66, and a desired braking force is obtained. In order to exhaust the compressed air and completely remove the braking force of the driven pulley 56, the friction plate 63 needs to be separated from the driven pulley 56. In order to ensure that, FIG. As indicated by a broken line in a), a plurality of return springs 67 made by bending a steel plate may be provided.
[0051]
In this embodiment, there are basically few space restrictions and the driven pulley 56 can have a large diameter, so that the diameter of the friction plate 63 and the diameter of the piston 61 can be increased. Increasing the diameter of the driven pulley 56 increases the transmitted torque, but the relationship is merely a proportional relationship (only proportional to the first power of the diameter). On the other hand, the increase in the diameter of the piston 61 means that the pressure receiving area increases in proportion to the square of the diameter, so that the braking force is increased to the first power of the subtracted diameter even if the amplified torque is taken into consideration. Proportionally strong design. For example, since a large bending torque acts on the knee joint when moving up and down the stairs, a structure in which a large torque is also generated is desirable. When the torque to be transmitted by the driven pulley 56 can be amplified, there is an advantage that the braking force can be designed to be larger than that of the embodiment shown in FIG.
[0052]
The robot shown in FIG. 1 has 12 joints, each of which has a braking device of any type described above.
[0053]
FIG. 7 is a pneumatic circuit diagram of a control system for sending compressed air to a braking device provided at each joint.
[0054]
In FIG. 7, the compressor 200 is driven by a DC motor 201 and stores energy in the form of pressure in a surge tank 204 via a check valve 202. Although the surge tank 204 also exhibits the effect of leveling the pulsation of the compressor 200, the surge tank 204 stores energy produced over a long period of time by the small-capacity compressor 200 and the DC motor 201, so that a large amount of energy is consumed in a short time. Have a guarantee.
[0055]
An accumulator with a built-in piston or metal spring may be used in place of the surge tank 204. However, when it is mounted on a mobile robot, it must be lightweight and the air pressure is relatively low. For the two reasons that the level is acceptable, a tank type with only a hollow is illustrated. A suitable pressure sensor 203 is provided to detect the pressure level inside the surge tank 204 and stop the DC motor 201.
[0056]
  Since a control technique for stopping the DC motor 201 in accordance with the output of the pressure sensor 203 is known, it is not shown. These DC motor 201, compressor 200, surge tank 204, etc.Air pressure sourceIs preferably fixed to the waist plate link 12 of the robot.
[0057]
The cylinder unit 62 and the piston 61 of the brake device described above are prepared for each joint, but there are six joints for the left leg, so six sets of brake devices are prepared. For example, since the hip joint portion 14 is composed of a leg rotation joint shaft 3, a hip pitch direction joint shaft 4, and a roll direction joint shaft 5, three sets of braking devices 208-1, 2 and 3 are provided. It has been. Here, the brake device 208-1 will be briefly described. When the piston 61 is slidably accommodated inside the cylinder portion 62 to form a pneumatic chamber, and when pressurized air is fed into the pneumatic chamber, the piston 61 moves to the right and exerts a braking force by pressing a friction plate (not shown) against the rotating member. Brake device 208-4 is the knee joint portion 15, and 208-5 and 208-6 are the brake devices of the foot joint portion 16. The pneumatic chambers of these braking devices are pressure-connected to each other by a hose, and can be selectively connected to the surge tank 204 or opened to the atmosphere by a common electromagnetic valve 206. The state shown in the figure is a state in which the solenoid valve 206 is energized and the pressure air is sent from the surge tank 204 to the pneumatic chamber of each brake device. When the energization of the solenoid valve 206 is stopped, the left side of the solenoid valve 206 is changed by the force of the spring 206a, and the pneumatic chamber is opened to the atmosphere via the solenoid valve 206.
[0058]
Since the robot has both legs, the same system is prepared for the right leg, and a braking device shown in 207-1 to 6-6 and an electromagnetic valve 205 are provided for controlling these braking devices.
[0059]
Next, the operation of the system shown in FIG. 7 will be described. When a computer for walking control (not shown) outputs a walking mode for standing and stationary, the computer also excites the two electromagnetic valves 205 and 206 to operate the braking device. When the output of the excitation command to the electromagnetic valves 205 and 206 is completed, the computer reduces the control gain of the joint driving motor, and consequently saves the energy consumed by the motor.
[0060]
A technique for saving the motor energy consumption by changing the gain is disclosed in detail in Japanese Patent Application No. 2000-284080 described above. The technology disclosed in this prior application was designed to reduce the supply current value to the motor in order to save energy. However, the present invention is not limited to this. For example, the braking force of the braking device is designed with a certain level of magnitude. In this case, it is needless to say that energy saving can also be achieved by stopping the energization of the motor on and off after sending the excitation command to the solenoid valves 205 and 206.
[0061]
  As can be seen from this embodiment, according to the present invention, the system can be configured with only one heavy component compressor 200 and DC motor 201, and the conventional braking device needs to provide a heavy electromagnetic clutch for each joint. The whole can be designed lighter than there was. Further, the place where the compressor 200 and the DC motor 201 are installed can be provided on the waist plate link 12 which is relatively slow in acceleration / deceleration. Arm and legmotorThere is an advantage that it is possible to do without enlarging the capacity.
[0062]
Further, another use of this system will be described. When going down the stairs, when the walking control computer outputs a gait suitable for going down the stairs to the motors of each joint, the six axes shown in FIG. By energizing the solenoid valve 205 or 206 of the leg from which the output from the force sensor 13 is obtained, the joints in the stance phase are driven while a predetermined braking force is generated in the six joints.
[0063]
  In this way, the joints in the stance phasemotorIt is sufficient to bear only the remaining torque borne by the braking device among the torques that support the weight, and energy saving is achieved. Especially in this control,motorThere is no need to lower the gain ofmotorAutomatically according to the control law of position controlmotorThe power supplied to is reduced. However, in the illustrated system, it is impossible to cope with the fact that the load torque due to the body weight increases as the angle of the knee joint portion 15 increases, and the torque borne by the braking device is always constant. Needless to say, near the end of the stance phase, the walking control computer demagnetizes the solenoid valve to remove the braking force from the braking device.
[0064]
In addition, although the electromagnetic valves 205 and 206 shown in FIG. 7 are those that generate a braking force when energized, reversing the connection so that the braking force is generated when demagnetized is related to the technology. It is common sense in the field. For example, in the case of an industrial robot, a braking device using an electromagnetic clutch or a brake has already been put into practical use as a device for preventing an unexpected accident due to the arm falling during a power failure. Applying it to the joint part of the arm of an industrial robot and connecting it to the solenoid valves 205 and 206 in reverse to FIG. 7 to use it for joint braking of the industrial robot can achieve the same performance and function as before, Furthermore, robots can be designed to be smaller and lighter than before, and accidents during power outages can be prevented while maintaining cost and quality. In an industrial robot, a pipe stretched around in a factory is immediately beside it, so that compressed air can be easily obtained through the pipe, and it becomes simpler when actually applied.
[0065]
  FIG. 8 shows another embodiment in which the braking force can be made variable in response to a change in the angle of the knee joint 15. In FIG. 8, only the left leg control circuit is shown for the sake of simplicity, and the right leg is omitted. In FIG. 8, a second electromagnetic valve 219 is added between the brake device 218-4 of the knee joint portion 15 and the electromagnetic valve 216 of the entire leg and capable of continuously controlling the pressure. Such a solenoid valve 219 is a proportional solenoid valve.OrServo valveEtc.The output pressure can be arbitrarily changed according to the current value supplied to the solenoid valve. In order to accurately control the level of the output pressure, a pressure sensor 219S is connected in parallel with the braking device 218-4, and control by feedback is performed. This type of solenoid valve and its feedback control device are also known. 8 is basically the same as the system of FIG. 7 except that it is surrounded by a dotted line.The compressor 210, DC motor 211, check valve 212, pressure sensor 213, and surge tank 214 perform the same functions as the compressor 200, DC motor 201, check valve 202, pressure sensor 203, and surge tank 204 of FIG. To do.
[0066]
  Next, the operation of the system shown in FIG. 8 will be described. The gait when the walking control computer goes down the stairs is shown.kneeJoint15When the left foot is in the stance phase, the amount of the joint angle commanded to the motor 43 of the knee joint 15 is multiplied by a proportional constant to the second solenoid valve 219 as a command pressure. Output. (To be precise, if the knee joint angle is θ, the load torque of the knee joint portion 15 is proportional to sinθ, but for simplicity of explanation, the above amount is used.) The second value given this target value The electromagnetic valve 219 is a pressure sensor for adjusting the pressure level of the pressure chamber of the brake device of the knee joint 15 to a target value.219STherefore, proportional control is performed with reference to the output information, and the braking torque corresponding to the increasing load torque is generated in the knee joint portion 15.Motor 43The power (energy) supplied to the can be kept at a low level.In FIG. 8, reference numerals 218-1 to 218-6 denote pneumatic pressing means.
[0067]
  Connecting the second solenoid valve 219 in parallel with the first solenoid valve 216 has the same effect. However, this type of proportional control valve is often designed to control while consuming pressure air, so in the case of parallel connection, even when demagnetized, the surge tank214The air pressure is slightly consumed. By connecting in series with the first electromagnetic valve 216 as shown in FIG. 8, it is possible to avoid wasting compressed air in order to demagnetize the first electromagnetic valve 216 during the swing phase.
[0068]
  FIG. 9 shows yet another embodiment. As described above, the proportional control valve performs control by discarding a part of the pressure air during the control, but the on / off control valve shown in FIG. In the example of FIG. 9, the pressure air supplied to the braking device 228-4 of the knee joint portion 15 is controlled to have a predetermined output pressure level by the electromagnetic valve 229. The solenoid valve 229 can create three phases by a pair of solenoid valves performing coordinated control. When the solenoid valve 229 is in the illustrated phase, the pressure in the surge tank 224 is directlyPneumatic pressing means228-4, but by limiting the time to a very short time,Pneumatic pressing meansWhile the pressure inside 228-4 does not rise, it switches to the middle phase. In this second phasePneumatic pressing means228-4 is left in an isolated state so that its pressure level remains constant. When it is determined that the pressure level of the pressure sensor 229S has not reached the predetermined level, the first phase shown in the figure is realized again in a short time to try to increase the pressure level.229SWhen it is detected that the pressure level exceeds the predetermined level and becomes too high, the left solenoid is excited to discharge a part of the pressure and approach the predetermined level. Of the knee joint 15Pneumatic pressing meansExcept for the above, it is basically the same as FIG. 7, and the control circuit for the right leg is omitted for the sake of simplicity.9, the compressor 220, the DC motor 221, the check valve 222, the pressure sensor 223, and the surge tank 224 are the same as the compressor 200, the DC motor 201, the check valve 202, the pressure sensor 203, and the surge tank 204 of FIG. Perform the same function. Reference numerals 228-1 to 228-6 are air pressure pressing means.
[0069]
  Such a technique of continuously changing the output pressure level using the electromagnetic valve 229 having an on / off characteristic is widely used as duty ratio control and is well known. Using this duty ratio control, a pressure level corresponding to an increase in the angle of the knee joint portion 15 is generated in the braking device of the knee joint portion 15, and the knee joint portion 15 is correspondingly increased.Motor 43Power consumption can be saved.
[0070]
FIG. 10 shows yet another embodiment. FIG. 10 also shows only the left leg control circuit as in the previous embodiment. Although the pressure level inside the surge tank 234 should be kept at a substantially constant value by the pressure sensor 233, the general pressure control principle is a starting pressure level for driving the DC motor 231 to prevent hunting. The pressure level when the DC motor 231 is stopped is set to a different level. That is, the internal pressure of the surge tank 234 is between these two levels and constantly fluctuates.
[0071]
The fluctuation of the pressure level means that the braking force generated by the braking device also fluctuates, and this fluctuation of the braking force may not be desirable. For example, the case where the knee joint part 15 rotates under a braking force, such as when going down stairs, corresponds.
[0072]
The embodiment shown in FIG. 10 is made for the purpose of preventing such fluctuations and performing stable walking, and the electromagnetic valve 236 that controls on and off is provided. Although it is the same as the example, pressure reducing valves 239-a and 239-b are provided in series with the electromagnetic valve 236 so that the output pressure of these pressure reducing valves 239-a and 239-b is supplied to the braking device. Configured.
[0073]
More specifically, the first pressure reducing valve 239-a controls the pressure levels of the five joints of the hip joint and the ankle joint to be constant, and the second pressure reducing valve 239-b is the knee joint. The pressure level of the 15 braking devices 238-4 is maintained at a predetermined pressure level. As described above, it is desirable that the knee joint portion 15 exerts a larger braking force as the knee joint portion 15 is bent. Therefore, a linear solenoid capable of changing the output pressure level by electromagnetic force is adopted. Has been.
[0074]
  When the electromagnetic coil is energized, an electromagnetic force corresponding to the flowing current value is applied to the spring force, and the circuit is not closed unless the opposing output pressure (indicated by a dotted line in the figure) becomes stronger. Such linear solenoids are also provided for public use and need no further explanation. For knee joint disclosed in FIG.Pneumatic pressing meansSince the quality of the linear solenoid 239-b is stable at the pressure level of 238-4, the pressure sensor shown in FIG. 9 is omitted in this example.10, the compressor 230, the DC motor 231, the check valve 232, the pressure sensor 233, and the surge tank 234 are the same as the compressor 200, the DC motor 201, the check valve 202, the pressure sensor 203, and the surge tank 204 in FIG. Perform the same function. Reference numerals 238-1 to 238-6 are air pressure pressing means.
[0075]
As described above in detail, the braking device according to the present invention is based on air pressure in principle, and is lighter than the case where a conventional electromagnetic clutch is mounted integrally with a drive motor, and the inertia of the leg of the robot when completed. Since there is almost no increase in moment, there is no contradiction that adding a braking device further increases the capacity of the drive motor and increases energy consumption. Moreover, since the air pressure constantly supplies fresh and cold air to the braking device, the joint portion can be simultaneously cooled, and the motor can be used more severely.
[0076]
Since the motor and the compressor are installed on the body portion that does not relatively accelerate and decelerate, there is almost no inevitability in increasing the capacity of the joint drive motor, although this weight increase occurs. For example, in the case of walking (gait) in which the torso is moved at a constant speed, the weight increase of the torso is basically not a burden on the leg joint drive motor (the necessary torque to support the body weight is naturally Although it increases, it has less impact than the conventional electromagnetic clutch / brake system that provides everything in the part with intense acceleration / deceleration. Above all, compared to the conventional system requiring one set for each joint, the motor and compressor The biggest advantage is that only one set is required).
[0077]
Furthermore, when the robot is used as an industrial robot fixed to the ground instead of a mobile robot, compressed air is easily supplied from the factory air piping, so not only a compressor but also no surge tank is required. become. In this case, since the compressed air is abundant, there are no restrictions when selecting the solenoid valve to be used, and the degree of freedom in design is increased.
[0078]
Although all the embodiments used in the above description use air pressure, the use of pressure liquid has almost the same effect although it is somewhat heavier than air. Japanese Patent Laid-Open No. 8-126984 discloses an example of a technique that uses a pressure liquid and installs a large and heavy part in another place and transmits it to a desired joint.
[0079]
When this technology is applied to the present invention, the pressure source is shared, and the output is branched and transmitted to the piston chamber of the brake device of each joint. If a liquid is used as a working fluid, the liquid has no compressibility, so that the responsiveness is improved. Since the liquid can be used at a higher pressure level, there is an advantage that the pressure receiving area of the piston can be reduced accordingly.
[0080]
On the other hand, when air is selected as the working fluid, the air is basically clean, and the advantage is that it does not pollute the environment even in the event of a leak failure. Also, since air is compressible, it is possible to store energy simply by preparing a surge tank, and there is an advantage that the intended purpose can be achieved with a smaller motor and compressor. When using liquid as the working fluid, the surge tank must be changed to an accumulator, but the disadvantage is that the accumulator becomes heavy. In short, it is only necessary to decide which fluid to select according to the purpose of use of the robot.
[0081]
In any of the above-described embodiments, a fluid under pressure is supplied to a braking device including a cylinder and a piston to obtain a predetermined braking force. However, this technical concept is a large and heavy part, and mechanical actuation force is increased. Install the source of the operating force that can be generated away from the joint that needs to move violently, and transmit the operating force to the braking device via appropriate transmission means (in this case, pressure air and hose) This minimizes the increase in weight of parts such as legs that are subject to rapid acceleration / deceleration. In the example, taking advantage of the fact that cylinders and pistons can be made of light materials such as light alloys and engineering plastics, these are provided at each joint. Heavy motors and compressors are first reduced in number (in the embodiment, It has succeeded in suppressing the overall weight increase.
[0082]
Furthermore, this technical concept allows a plurality of braking devices to be actuated by the output of a single actuating force generator, so when applied to an articulated arm or leg, the conventional electromagnetic clutch / brake is used. Compared to braking devices, the overall weight increase can be remarkably suppressed, and there is no restriction on the installation location, so it is possible to select parts with less acceleration / deceleration, so the capacity (weight) of the joint drive motor is also increased. Inevitably less.
[0083]
Considering the above points, the power transmission device need not be limited to a combination of pressurized air and a hose. Another embodiment will be shown and described below.
[0084]
  FIGS. 11 to 13 show embodiments using tendons (cables) as transmission means other than pressurized air and hoses. Figure 116A joint portion in the case where power is transmitted through the driven pulley 56 shown in FIG. In other words, the cylindrical portion 302 protrudes from the side surface of the driven pulley 304 that rotates.
[0085]
On the other hand, as shown in FIG. 12, a pair of pins 306 and 307 are driven into the speed reducer cover 300 which is a fixed portion, and half-moon shaped braking segments 308 and 309 are provided to be rotatable around the pins 306 and 307. It has been. A hole 312 through which the wire 310 is passed is formed below the braking segment 308, and the wire 310 that has passed through the hole 312 passes through the hole 314 of the counterpart segment 309 and then has a diameter larger than that of the wire 310. The fastening part 316 is coupled with appropriate means such as solder.
[0086]
A sheath 318 is provided on the outside of the wire 310, and if the wire 310 is pulled to the right in FIG. 12 so that a relative displacement occurs between the wire 310 and the sheath 318, the two segments 308 and 309 become the pins 306 and 307. Is caused to rotate, and the cylinder portion 302 is contacted to generate a braking force. Such a wire 310 having a sheath 318 and a braking method using the wire 310 are widely used in bicycle brakes and the like. In this mechanism, it is possible to use a light alloy or a resin as the material of the segment, and it can be said that it is a very preferable mechanism for disposing it in a joint portion that does not want to increase in weight.
[0087]
FIG. 13 shows a drive system for the wire 310. FIG. 13 schematically shows only two joint braking devices. That is, a first braking device 320 and a second braking device 322 are provided. These braking devices 320 and 322 schematically depict the configuration shown in FIG. 12. Briefly describing the first braking device 320, the pair of segments 328 and 329 are respectively rotatable by pins 326 and 327. If the wire 330 is supported and pulled to the right in the figure, a braking force is generated. The second braking device 322 basically has the same configuration, and a wire 330a for operating the second braking device 322 is provided.
[0088]
If the two wires 330 and 330a are coupled to holes provided at both ends of the lever 340, and the lever 340 is pulled to the right side by the third wire 342, the first and second braking devices 320 and 322 operate together. It becomes a state. In this case, the tension acting on the first wire 330 that operates the first braking device 320 and the second wire 330a that operates the second braking device 322 is arbitrarily designed according to the position of the fulcrum C of the lever 340. The ratio can be changed. As shown in the figure, when the distance AC is equal to the distance BC, equal tension is generated in the two wires 330 and 330a. When a large load moment acts on any joint part, the design requirement can be easily satisfied by changing the position of the fulcrum C.
[0089]
When the number of joints further increases, the second lever 350 may be provided and the fourth wire 330b may be pulled. The second lever 350 is activated by a rightward actuating force acting on the fulcrum F by a pneumatic cylinder 360 and a fifth wire 362 coupled to its piston, which force is applied to the two wires 342 and 330b. Are distributed and transmitted at a ratio determined by the ratio of the fulcrum distance FD / FE. It goes without saying that the pneumatic cylinder 360 is selectively supplied with an appropriate air pressure through a hose 364 via an appropriate distributor valve.
[0090]
In the embodiment using this cable, the mechanical force generating means is not limited to the air cylinder, and the cable may be pulled by a worm gear that rotates by receiving the output of the motor, for example. Since the worm gear has a large internal friction, the engagement force can be continuously generated even if the power to the motor that drives the worm gear is stopped when the friction engagement force is generated. However, in this case, since the worm gear is not compressible unlike air pressure, it is more desirable to insert a mechanical spring in series with the worm gear in the middle of the cable as a supplement.
[0091]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to brake each joint without substantially increasing the weight of the leg or arm, in other words, without increasing the moment of inertia. Various energy savings can be executed by devising. For example, when the walking robot takes a standing posture, the standing posture can be maintained even if the current value to the motor for driving the joint is completely eliminated after applying the joint braking. There is an advantage that the energy consumption can be reduced to substantially zero as compared with the standing by the conventional servo lock. In addition, the current value is not made zero at all, but some flow is allowed, and by applying weak braking, the joint can be driven quickly when external force is applied inadvertently.
[0092]
In addition, when the robot is going down the stairs, it applies partial braking to each joint on the stance side, so that the driving motor for each joint can go down the stairs with less torque by the amount of this braking force, in other words, with less current. It also opens the way for you.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a skeleton of a biped walking robot according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view showing a cross section of a part of a hip joint portion including the braking device according to the embodiment;
3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2 showing the embodiment.
FIG. 4 is a front view of the friction plate, showing the embodiment.
5A is a front view of a component member incorporated in a cylinder portion, and FIG. 5B is a rear view of the component member.
6A and 6B show another embodiment of the braking device, where FIG. 6A is a cross-sectional view of the braking device, and FIG. 6B is a front view showing a friction plate.
FIG. 7 is a pneumatic circuit diagram of a control system for sending the compressed air of the embodiment to a braking device provided at each joint.
FIG. 8 is a pneumatic circuit diagram showing another example of a control system for sending compressed air to a braking device provided at each joint.
FIG. 9 is a pneumatic circuit diagram showing another example of a control system for sending compressed air to a braking device provided at each joint.
FIG. 10 is a pneumatic circuit diagram showing another example of a control system for sending compressed air to a braking device provided at each joint.
FIG. 11 is a front view of a section of a braking device.
12 is a sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 13 is a configuration diagram showing a power transmission mechanism.
[Explanation of symbols]
14 ... Hip joint
15 ... Knee joint
16 ... Ankle joint
17 ... Thigh link
18 ... Knee links
26, 43 ... Motor
35, 63 ... friction plate

Claims (6)

胴体部及び該胴体部に接続されていて複数の関節部からなる脚を少なくとも2本有する歩行ロボットの関節制動装置において、
前記関節部に作用する重力モーメントに対抗し、該関節部を相対回転運動させる駆動力を発生させる電動モータと、
前記関節部の相対運動を起こす部材間に設けられ、前記重力モーメントに対抗して制動を与える摩擦係合手段と、
前記摩擦係合手段を摩擦係合方向に押圧する空気圧押圧手段と、
前記空気圧押圧手段に空気圧を供給する空気圧供給源とを備え、
前記電動モータの駆動力と前記摩擦係合手段の制動力を同時に作動させることで階段または下り坂を下るロボット歩行を行わせ、前記歩行ロボットを駆動する消費エネルギーを節約させることを特徴とする歩行ロボットの関節制動装置。
In a joint braking device for a walking robot having at least two legs connected to the body part and the body part and comprising a plurality of joint parts ,
An electric motor that generates a driving force that counteracts the gravitational moment acting on the joint and causes the joint to rotate relative to each other.
Friction engagement means provided between members that cause relative movement of the joint part, and applying braking against the gravitational moment ;
Air pressure pressing means for pressing the friction engagement means in the friction engagement direction;
An air pressure supply source for supplying air pressure to the air pressure pressing means;
The walking is characterized in that the walking power of the electric motor and the braking force of the friction engagement means are simultaneously actuated to cause the robot to walk down the stairs or downhill, thereby saving energy consumed to drive the walking robot. Robot joint braking device.
胴体部及び該胴体部に接続されていて複数の関節部からなる脚を少なくとも2本有する歩行ロボットの関節制動装置において、
前記関節部に作用する重力モーメントに対抗し、該関節部を相対回転運動させる駆動力を発生させる電動モータと、
前記関節部の相対運動を起こす部材間に設けられ、前記重力モーメントに対抗して制動を与える摩擦係合手段と、
前記摩擦係合手段を摩擦係合方向に押圧する空気圧押圧手段と、
前記空気圧押圧手段に空気圧を供給する空気圧供給源とを備え、
前記摩擦係合手段を作動させた状態で前記電動モータへの電流値を減少する方向に制御して前記関節部を所望の静止姿勢に維持させ、前記歩行ロボットを駆動する消費エネルギーを節約させることを特徴とする歩行ロボットの関節制動装置。
In a joint braking device for a walking robot having at least two legs connected to the body part and the body part and comprising a plurality of joint parts,
An electric motor that generates a driving force that counteracts the gravitational moment acting on the joint and causes the joint to rotate relative to each other.
Friction engagement means provided between members that cause relative movement of the joint part, and applying braking against the gravitational moment;
Air pressure pressing means for pressing the friction engagement means in the friction engagement direction;
An air pressure supply source for supplying air pressure to the air pressure pressing means;
In a state where the friction engagement means is operated, the current value to the electric motor is controlled in a decreasing direction to maintain the joint portion in a desired stationary posture, and energy consumption for driving the walking robot is saved. A joint braking device for a walking robot.
前記空気圧供給源を前記胴体部に設置したことを特徴とする請求項1または2に記載の歩行ロボットの関節制動装置。The joint braking device for a walking robot according to claim 1 or 2, wherein the air pressure supply source is installed in the body part . 前記関節部は、前記電動モータの回転力がベルトを介してプーリに伝達される減速機を備え、前記空気圧押圧手段は、前記プーリに摩擦板を押圧して制動を付与することを特徴とする請求項1,2または3に記載の歩行ロボットの関節制動装置。 The joint portion includes a speed reducer in which a rotational force of the electric motor is transmitted to a pulley through a belt, and the pneumatic pressure pressing unit applies a brake by pressing a friction plate against the pulley. The joint braking device for a walking robot according to claim 1, 2 or 3 . 前記関節部は、前記電動モータの回転力が直接伝達される減速機を備え、前記空気圧押圧手段は、前記減速機の回転体に摩擦板を押圧して制動を付与することを特徴とする請求項1,2または3に記載の歩行ロボットの関節制動装置。 The joint portion includes a speed reducer to which the rotational force of the electric motor is directly transmitted, and the air pressure pressing unit applies braking by pressing a friction plate against a rotating body of the speed reducer. Item 4. The joint braking device for a walking robot according to Item 1, 2 or 3 . 前記空気圧押圧手段は、シリンダと、該シリンダ内に進退自在に収納されたピストンとからなることを特徴とする請求項1,2,3,4または5に記載の歩行ロボットの関節制動装置。 6. The joint braking device for a walking robot according to claim 1, 2, 3, 4, or 5, wherein the air pressure pressing means comprises a cylinder and a piston housed in the cylinder so as to be able to advance and retreat .
JP2001195004A 2001-06-27 2001-06-27 Joint braking device for walking robot Expired - Fee Related JP3864370B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001195004A JP3864370B2 (en) 2001-06-27 2001-06-27 Joint braking device for walking robot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001195004A JP3864370B2 (en) 2001-06-27 2001-06-27 Joint braking device for walking robot

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2003011079A JP2003011079A (en) 2003-01-15
JP2003011079A5 JP2003011079A5 (en) 2005-03-17
JP3864370B2 true JP3864370B2 (en) 2006-12-27

Family

ID=19033048

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001195004A Expired - Fee Related JP3864370B2 (en) 2001-06-27 2001-06-27 Joint braking device for walking robot

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3864370B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004042232A (en) * 2002-07-15 2004-02-12 Tokai Univ Joint braking system of robot

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4145703B2 (en) * 2003-04-14 2008-09-03 三菱電機株式会社 Walking robot and control method of walking robot
JP4570924B2 (en) * 2004-09-17 2010-10-27 三菱電機株式会社 Walking robot
DK1996376T3 (en) * 2006-03-03 2016-08-29 Universal Robots As Programmable robot and user interface
JP4492573B2 (en) * 2006-03-27 2010-06-30 トヨタ自動車株式会社 Robot and robot motion control method
JP4634541B2 (en) * 2008-06-06 2011-02-16 パナソニック株式会社 Robot, robot control device, control method, and control program
JP5618290B2 (en) * 2010-07-14 2014-11-05 トヨタ自動車株式会社 Robot equipment
DE102010063223A1 (en) * 2010-12-16 2012-06-21 Robert Bosch Gmbh Device for removing heat from an automated handling device, in particular a handling robot, and use of the device
CN103223665B (en) * 2013-04-28 2015-04-29 哈尔滨工业大学 Full-automatic transport robot for physical files
DE202016001163U1 (en) * 2016-02-22 2016-04-20 Lakeview Innovation Ltd. Robot joint drive with parking brake
LU93045B1 (en) * 2016-04-27 2017-11-07 Ovalo Gmbh Motorized joint for a programmable motion machine
CN106800060B (en) * 2016-12-31 2019-10-25 李友洪 Arrestment mechanism
CN110039574B (en) * 2019-04-24 2021-02-05 北京猎户星空科技有限公司 Robot braking circuit, robot braking method and device
CN112706187B (en) * 2019-10-25 2023-04-25 北华大学 Normally open pneumatic flexible spherical brake
FR3111959B1 (en) * 2020-06-29 2022-08-19 Psa Automobiles Sa Lockable joint device and effort assistance device comprising such a device
CN116457591A (en) * 2020-11-04 2023-07-18 Abb瑞士股份有限公司 Brake device, drive unit and industrial device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004042232A (en) * 2002-07-15 2004-02-12 Tokai Univ Joint braking system of robot

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003011079A (en) 2003-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3864370B2 (en) Joint braking device for walking robot
JP6970590B2 (en) Robot system clutch type joint module
JP6871134B2 (en) Clutch joint module with quasi-passive elastic actuator for robot assembly
Arikawa et al. Development of quadruped walking robot TITAN-VIII
Waldron et al. Configuration design of the adaptive suspension vehicle
Gienger et al. Towards the design of a biped jogging robot
US6962220B2 (en) Leg joint assist device for leg type movable robot
US20090301798A1 (en) Walking robot
JP2012501425A (en) Biomimetic mechanical fitting
JP2006088258A (en) Leg joint assisting device of leg type mobile robot
JP2006051558A (en) Bipedal walking robot
JP2003145477A (en) Leg joint assist device of leg-type mobile robot
Sugahara et al. Design of a battery-powered multi-purpose bipedal locomotor with parallel mechanism
JP2011229331A (en) Motor with brake function, and robot equipped with the same
JP2011041995A (en) Robot, bipedal walking robots and method for controlling the same
JP2004042232A (en) Joint braking system of robot
JP2009056567A (en) Leg joint drive apparatus of leg type robot and control method used for the same
WO2005025815A1 (en) Direct-acting link device and two-legged walking robot with the device
US11717956B1 (en) Robotic joint system with integrated safety
JP4814592B2 (en) Foot safety mechanism, biped walking robot equipped with the same, and control structure thereof
Chung et al. On the design and development of a quadruped robot platform
JP2003291086A (en) Straight moving link device and bipedal walking robot equipped therewith
Nassiraei et al. Realization of the Rapid Movements for the Entertainment Robots by Using Two New Actuators “Inertia Actuatror” and “CAM Charger”
JP2006167868A (en) Joint device of walking robot
JP4508681B2 (en) Walking robot

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040416

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040416

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060530

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060726

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060822

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060921

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091013

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101013

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees