JP3932449B2

JP3932449B2 - Robot and robot operation system

Info

Publication number: JP3932449B2
Application number: JP2002178702A
Authority: JP
Inventors: 昌彦山本; 康夫藤井
Original assignee: OSAKA FOUNDATION FOR TRADE AND INDUSTRY
Current assignee: OSAKA FOUNDATION FOR TRADE AND INDUSTRY
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2022-06-19
Also published as: JP2004017248A

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bipedal robot where the miniaturization of an actuator, the improvement of rigidity and the acceleration of actions can be performed and the improvement of accuracy in positioning the toe sections of leg sections can be expected as compared to a conventional one. <P>SOLUTION: The leg section 4 is constructed by connecting two parallel mechanisms 28, 29 in series. The parallel mechanism 28 is constructed by a base 30, an intermediate member 31 and six motion sections 32 disposed therebetween. In addition, the parallel mechanism 29 is constructed by the intermediate member 31, a toe section 33 and the six motion sections 34 disposed therebetween. And, the leg section 4 is operated by the respective telescopic motions of the motion sections 32, 34. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの脚部を備え、前記脚部を動作させて移動する二足歩行型のロボットに関し、特に前記脚部にパラレルメカニズムを具備するロボット及び該ロボットを操作するためのロボット操作システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
２つの脚部を備え、該脚部を動作させて移動する二足歩行型のロボットが広く知られている。従来のこの種のロボットの脚部は、複数のリンクを直列に連結したシリアルリンク機構を利用したものが一般的である。この種のロボットは、各リンクの接続部分たる関節にモータ等のアクチュエータが設けられており、これらのアクチュエータを駆動することによって、各関節を動作させるようになっている。また、このような従来のロボットの多くは、脚部と同様シリアルリンク機構を利用した腕部が設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した如き従来のロボットにあっては、脚部及び腕部の先端部から基端部へ向かうに従って、関節に作用するモーメントが増大するため、基端側のアクチュエータが大型化していた。また、片持ち梁の構造となっているため、各リンクに曲げ応力が作用することとなり、十分な剛性を確保するために、高剛性のリンクを必要とし、これによるリンクの質量の増大及びアクチュエータの更なる大型化を招いていた。従って、かかるロボットの脚部及び腕部に用いられるアクチュエータには、脚部及び腕部を動作させることが可能な出力を確保しつつ、可及的に小型化するという要望があるが、このような要望を満たすためには動作の高速化が困難となるという問題があった。
【０００４】
また、各アクチュエータに接続された減速機等のバックラッシュにより、脚部及び腕部の先端部の位置決め精度が低いという問題もあった。
【０００５】
また、従来のロボットの殆どは、例えば脚部の自由度が６自由度とされていた。図８は、従来のロボットの脚部の自由度を説明する模式図である。図８に示すように、従来のロボットにあっては、重量及びサイズ等を可及的に小さくしつつ、人間の脚部に近い自由度を確保するという要求から、腰が、前後方向への回動、左右方向への回動及び大腿の軸回りへの回動の３自由度とされ、膝が、前後方向への回動の１自由度とされ、足首が、前後方向への回動及び左右方向への回動の２自由度とされており、片方の脚部につき合計６自由度とされていた。これに対して、人間の脚部は、膝を固定したまま足先を左右に振ることができる、即ち、足首が下腿の軸回りへの回動を行うことができるため、片方の脚部が７自由度を有しており、ロボットの脚部より１自由度多い。これと同様に、従来のロボットの殆どは、人間の腕部の自由度が７自由度であるのに対し、腕部の自由度がこれよりも少ない４〜５自由度とされていた。従って、かかる従来のロボットにあっては、人間のような自然な姿勢をとることができないという問題があった。
【０００６】
また、従来のロボットは、歩行時に常に膝を曲げた状態とする必要があった。これは、膝を伸ばしきった状態とすると、この状態から更に足を延ばしたいという要望が発生した場合に、逆運動学（逆問題）を解くことができず、これに応えることができないことによる。このような、常に膝を曲げた状態での歩行においては、膝を駆動するアクチュエータによってトルクを発生し続けなければならず、脚部に作用する負荷が大きいという問題があった。また、このことにより、従来のロボットは、人間のような自然な姿勢での歩行が行えないという問題があった。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、パラレルメカニズムを利用することにより、従来に比してアクチュエータの小型化、剛性の向上、及び動作の高速化が可能であるとともに、脚部及び腕部の先端部の位置決め精度の向上が期待できるロボット及び該ロボットを操作するためのロボット操作システムを提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、パラレルメカニズムを腕部及び／又は脚部に適用することにより、従来に比して軽量且つコンパクトでありながら、人間の腕部及び／又は脚部と同等又はそれ以上の自由度を有する腕部及び／又は脚部を備え、人間のような自然な姿勢をとることが可能なロボット及び該ロボットを操作するためのロボット操作システムを提供することにある。
【０００９】
また、本発明の更に他の目的は、パラレルメカニズムを腕部及び／又は脚部に適用することにより、肘又は膝を伸ばした状態であっても、逆運動学を解くことができ、従って、膝を伸ばした状態で歩行することができるロボット及び該ロボットを操作するためのロボット操作システムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るロボットは、２つの脚部を備え、前記脚部を動作させて移動する二足歩行型のロボットにおいて、前記脚部は、基端部と、先端部と、該基端部及び該先端部に接続され、基端部と先端部との相対位置を変化させる動作部とを有し、前記基端部及び前記先端部が、複数の前記動作部によって連結されているパラレルメカニズムを備え、前記動作部は、ピストンロッド及びシリンダチューブの一方が、前記基端部及び前記先端部の一方に接続され、前記ピストンロッド及び前記シリンダチューブの他方が、前記基端部及び前記先端部の他方に接続されている流体シリンダを有し、前記シリンダチューブから前記ピストンロッドが突出する方向に延設されるガイド部材と、前記ガイド部材の先端部に設けられるストッパと、前記ストッパと前記シリンダチューブとの間に設けられ、ピストンロッドの中間部に固定されている当接部材とを有することを特徴とする。
【００１１】
図９（ａ），（ｂ）は、パラレルメカニズムを例示する概念図である。パラレルメカニズムとは、互いに離隔して対向配置された第１部材９１及び第２部材９２を、複数のリンク（動作部）９３夫々によって連結した機械構造をいう。このようなパラレルメカニズムには、伸縮型、回転型、直動型、及びワイヤ型等の種類が存在する。
【００１２】
図９（ａ）は、伸縮型のパラレルメカニズムを示しており、図９（ｂ）は、回転型のパラレルメカニズムを示している。図９（ａ）に示す如く、伸縮型のパラレルメカニズムは、リンク９３が、その両端が第１部材９１及び第２部材９２に夫々接続された棒状をなし、長手方向へ伸縮する構造となっている。このパラレルメカニズムでは、リンク９３の第１部材９１との接続箇所、リンク９３の第２部材９１との接続箇所の夫々に、ユニバーサルジョイント等が用いられ、リンク９３が第１部材９１及び第２部材９２に対して、所定範囲であらゆる角度に傾倒可能とされている。このような伸縮型のパラレルメカニズムでは、各リンク９３の伸縮を独立に制御することにより、第１部材９１及び第２部材９２を、その動作範囲内でいかなる方向にでも相対的に移動させることができる。
【００１３】
また、図９（ｂ）に示す如く、回転型のパラレルメカニズムは、夫々の一端部が枢着された２つの棒状のジョイントによってリンク９３が構成され、一方のジョイントの他端部が第１部材９１に接続され、他方のジョイントの他端部が第２部材９２に接続された構造となっている。また、第１部材９１側のジョイントは、回転式のアクチュエータによって基端部（他端部）を中心として揺動されるようになっており、第２部材９２側に接続されるジョイントは、ユニバーサルジョイント等により、所定の範囲であらゆる角度に傾倒可能とされている。このような回転型のパラレルメカニズムでは、各リンク９３の第１部材９１側のジョイントの揺動を独立に制御することにより、第１部材９１及び第２部材９２を、その動作範囲内でいかなる方向にでも相対的に移動させることができる。
【００１４】
このようなパラレルメカニズムは、各リンク９３を動作させるためのアクチュエータを小型のものとしても、各アクチュエータの出力が並列的に作用するため、パラレルメカニズム全体として大きな出力を発生させることができるという利点がある。また、第１部材９１，第２部材９２に如何なる方向の力が作用した場合であっても、夫々のリンク９３には曲げ応力が殆ど作用せず、引っ張り応力又は圧縮応力のみが作用する。従って、かかるパラレルメカニズムは、軽量な材料を用いて各リンクを構成した場合であっても、使用目的に対して十分な剛性を確保しやすいという特徴がある。
【００１５】
本発明に係るロボットは、脚部がこのようなパラレルメカニズムによって構成されているので、全体としての出力を、使用目的に対して十分なだけ確保しながら、従来に比してアクチュエータを小型化することができる。また使用目的に対して、軽量でありながら十分な剛性を確保することもできる。更に、従来に比して軽量且つ高出力であることにより、動作を高速化することが可能となる。
【００１６】
また、各動作部（各動作部に設けられたアクチュエータ）の出力は比較的小さくてもよいので、減速機等を必要としない場合が多い。これによって、更に小型化、軽量化が可能となる。また、減速機等を設けていない場合には、これによるバックラッシュが殆ど発生しないので、脚部の先端部の位置決め精度を向上させることが可能となる。また、減速機等を必要としないことにより、更に動作の高速化が期待できる。
また流体シリンダを有するので、各動作部の構造が単純になるだけでなく、動作部を比較的高速に動作させることができ、また比較的大きな動力を得ることが可能となるとともに、バックラッシュの発生を排除することができる。
またストッパおよび当接部を設けることによって、当接部材がピストンロッドの移動の範囲をシリンダチューブからストッパまでの範囲に規制する。
【００１７】
また、上記発明においては、前記脚部が、複数の前記パラレルメカニズムを直列的に具備しており、相隣する２つの前記パラレルメカニズムの一方の先端部と、他方の基端部とが接続されている構成とするか、又は相隣する２つの前記パラレルメカニズムの一方の先端部が、他方の基端部とされた構成とすることが望ましい。
【００１８】
このように、脚部をパラレルメカニズムが複数直列に接続された構成とすることにより、脚部の動作範囲を大きくすることが可能となる。直列接続するパラレルメカニズムの数は任意に設定することができるが、パラレルメカニズムの数が多くなるほど複雑な構成となるので、使用目的に応じて、十分な動作範囲を確保できるだけの数とすればよい。
【００１９】
また、これによって、従来に比して軽量且つコンパクトでありながら、人間の脚部と同等又はそれ以上の自由度を有する脚部を容易に構成することができる。
【００２０】
更に、このような構成の場合には、膝を伸ばしたような、脚部が途中で屈曲されていない状態であっても、更に動作部を動作させることによって脚部の長さを伸張させることができるときには、逆運動学を解くことができる。従って、本発明に係るロボットにおいては、脚部を屈曲させたまま歩行させる必要がなく、従来に比して歩行時に脚部に作用する負荷を低減することができ、より人間の歩行姿勢に近づけることが可能となる。
【００２１】
また、上記発明においては、基端部と、先端部と、該基端部及び該先端部に接続され、基端部と先端部との相対位置を変化させる動作部とを有し、前記基端部及び前記先端部が、複数の前記動作部によって連結されているパラレルメカニズムを具備する腕部を更に備える構成とすることが望ましい。
【００２２】
このように、脚部だけでなく、腕部も上述の如きパラレルメカニズムによって構成することにより、ロボット全体の重量を更に低減させることができるとともに、従来のロボットに比して腕部の位置決め精度、剛性、出力及び動作速度を向上させることができる。
【００２３】
また、上記発明においては、前記腕部が、複数の前記パラレルメカニズムを直列的に具備しており、相隣する２つの前記パラレルメカニズムの一方の先端部と、他方の基端部とが接続されている構成とするか、又は相隣する２つの前記パラレルメカニズムの一方の先端部が、他方の基端部とされた構成とすることが望ましい。
【００２４】
このように、腕部をパラレルメカニズムが複数直列に接続された構成とすることにより、腕部の動作範囲を大きくすることが可能となる。この場合も、直列接続するパラレルメカニズムの数は任意に設定することができるが、パラレルメカニズムの数が多くなるほど複雑な構成となるので、使用目的に応じて、十分な動作範囲を確保できるだけの数とすればよい。
【００２５】
また、これによって、従来に比して軽量且つコンパクトでありながら、人間の腕部と同等又はそれ以上の自由度を有する腕部を容易に構成することができる。
【００２６】
更に、このような構成の場合には、肘を伸ばしたような、腕部が途中で屈曲されていない状態であっても、更に動作部を動作させることによって腕部の長さを伸張させることができるときには、逆運動学を解くことができる。従って、本発明に係るロボットにおいては、常に腕部を屈曲させたまま動作させる必要がなく、より人間の動作姿勢に近づけることが可能となる。
【００３３】
また、本発明に係るロボット操作システムは、上記発明に係るロボットと、該ロボットに対する動作指示を外部から受け付ける入力部と、該入力部によって受け付けた動作指示を表す動作指示情報を外部へ送信する送信部とを具備する操作装置とを備え、前記ロボットは、前記操作装置から送信された動作指示情報を受信する受信部と、該受信部によって受信した動作指示情報に基づき、前記動作部の動作を制御する制御部とを具備することを特徴とする。
【００３４】
本発明に係るロボット操作システムにおいては、操作者によって入力部から入力された動作指示に従って、動作部の動作制御を行うので、脚部及び／又は腕部がパラレルメカニズムを有して構成されたロボットの操作を行うことができる。
【００３５】
なお、前記ロボットは、脚部のみがパラレルメカニズムを有する構成としてもよく、脚部及び腕部の両方が、夫々パラレルメカニズムを有する構成としてもよい。また、前記制御部は、脚部のみがパラレルメカニズムを有する構成の場合には、脚部の動作部の動作制御を行うように構成され、脚部及び腕部の両方が、夫々パラレルメカニズムを有する構成の場合には、脚部及び腕部の何れか一方又は両方の動作部の動作制御を行うように構成される。
【００３６】
また、上記発明においては、前記ロボットが、該ロボットの状態を表す状態情報を取得する状態情報取得部と、該状態情報取得部によって取得した状態情報を外部へ送信する送信部とを更に具備し、前記操作装置が、前記ロボットから送信された状態情報を受信する受信部と、該受信部によって受信した状態情報に基づき、前記ロボットの状態を出力する出力部とを更に具備する構成とすることが望ましい。
【００３７】
これにより、ロボットの状態が出力部によって出力され、この状態を操作者が確認しながら、ロボットの操作を行うことができる。このようなロボットの状態には、例えば、ロボットの脚部及び腕部の先端の位置、前記脚部及び腕部の動作部の動作状態及び／又はロボットの現在位置等がある。
【００３８】
また、上記発明においては、前記ロボットが、撮像部と、該撮像部による撮像画像を表す画像情報を外部へ送信する送信部とを更に具備し、前記操作装置が、前記ロボットから送信された画像情報を受信する受信部と、該受信部によって受信した画像情報に基づき、前記撮像部による撮像画像を出力する出力部とを更に具備する構成とすることが望ましい。
【００３９】
これにより、ロボットの周囲の画像が出力部によって出力され、この画像を操作者が確認しながら、ロボットの操作を行うことができる。
【００４０】
また、上記発明においては、前記出力部を、液晶表示装置とし、前記入力部を、前記液晶表示装置に貼着されたタッチパネルとすることが望ましい。
【００４１】
なお、前記ロボットが、状態情報取得部及び撮像部の両方を備える場合には、ロボットの状態及び撮像画像を別個に設けた液晶表示装置によって各別に出力する構成としてもよいし、１つの液晶表示装置によって両方を出力する構成としてもよい。また、ロボットの状態及び撮像画像を別個に設けた液晶表示装置によって各別に出力する構成の場合には、夫々の液晶表示装置にタッチパネルが貼着されていてもよいし、何れか一方にのみタッチパネルが貼着されていてもよい。
【００４２】
また、上記発明においては、前記ロボットが、現在位置を表す位置情報を取得する位置情報取得部を更に具備し、前記制御部が、前記位置情報取得部によって取得した位置情報に基づいて、前記脚部の動作部を動作させることにより、ロボットの歩行制御を行うように構成されていることが望ましい。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００４４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るロボットの構成を示す斜視図である。図１に示すように、本発明の実施の形態１に係るロボット１は、頭部２，胴体部３，脚部４，及び腕部５から主として構成されており、略人間型をなしている。即ち、胴体部３の上部には、頭部２が設けられており、胴体部３の腰の部分、即ち胴体部３の下端部には、横方向に所定距離離隔せしめられた２つの脚部４が設けられており、胴体部３の肩の部分、即ち胴体部３の両側部の上端部分には、夫々腕部５が設けられている。
【００４５】
図２は、本発明の実施の形態１に係るロボット１が備える腕部５の構成を示す斜視図である。図２に示すように、腕部５は、ベース６，エンドエフェクタ７，動作部８，９，及び中間部材１０から主として構成されている。ベース６は、中央に丸孔が設けられた円盤状をなしており、その一面が、胴体部３の腰の部分に取り付けられている。ベース６の取付面の反対面には、次のような６つの動作部８が夫々ユニバーサルジョイント１１によって接続されている。
【００４６】
夫々の動作部８は、エアシリンダ１２を備えている。エアシリンダ１２のシリンダチューブ１３の基端部には、前述したユニバーサルジョイント１１が取り付けられており、ピストンロッド１４の先端部には、ユニバーサルジョイント１５が取り付けられている。また、ピストンロッド１４の中間部には、円盤状の当接部材１６が取り付けられている。更に詳しく説明すると、当接部材１６は、エアシリンダ１２のシリンダチューブ１３の外径と略同一の外径の円盤状をなしており、ピストンロッド１４がその中心を貫通した状態で、ピストンロッド１４の中間部に固着されている。また、シリンダチューブ１３のヘッドカバー（ピストンロッド１４が突出している端面）からは、ピストンロッド１４と略並行な丸棒状の２本のガイド１７が延設されている。これらのガイド１７は、当接部材１６を夫々適度な遊びが設けられた状態で貫通しており、これによって当接部材１６がガイド１７を摺動することが可能とされている。
【００４７】
また、ガイド１７の先端には、当接部材１６と略同寸の外径の円盤状をなすストッパ１８が設けられている。ストッパ１８の中心には、ピストンロッド１４の直径よりも若干大きい直径の孔が設けられており、この孔をピストンロッド１４が貫通せしめられている。従って、ピストンロッド１４は、当接部材１６が、シリンダチューブ１３のヘッドカバーに当接する状態から、ストッパ１８に当接する状態までの範囲で、ガイド１７に案内されて、軸長方向へ移動することが可能となっている。
【００４８】
また、ピストンロッド１４の先端は、ユニバーサルジョイント１５によって、略円盤状をなす中間部材１０の縁部に接続されている。中間部材１０は、ベース６の直径よりも若干小さい直径の略円盤状とされており、その中心には丸孔が設けられている。このように、動作部８は、ユニバーサルジョイント１１，１５によってベース６及び中間部材１０に接続されているため、ベース６及び中間部材１０に対して如何なる向きでも傾倒することが可能となっている。
【００４９】
また、このような動作部８は、夫々互いに交差しないように、その両端がベース６の外縁部及び中間部材１０の外縁部に接続されている。しかも、各動作部８の内の相隣する２つは、互いに平行とはならないように配置されている。即ち、相隣する２つの動作部８は、夫々のベース６に対する接続箇所の間隔と、夫々の中間部材１０に対する接続箇所の間隔とが相違している。このように構成することにより、各動作部８の伸縮によって、例えばベース６に対して中間部材１０が捻れるような動作、即ちベース６と中間部材１０とが相対的に回転する動作が可能となっている。
【００５０】
このように、ベース６，動作部８，及び中間部材１０によって、パラレルメカニズム１９が構成されている。
【００５１】
一方、図２に示すように、中間部材１０のベース６との対向面の反対面には、６つの動作部９が接続されている。これらの動作部９は、夫々エアシリンダ２０を備えており、動作部８と略同様に構成されている。また、エアシリンダ２０のシリンダチューブの基端には、ユニバーサルジョイント２１が取り付けられており、これによりエアシリンダ２０が中間部材１０に接続されている。また、エアシリンダ２０のピストンロッド２２の先端には、ユニバーサルジョイント２３が取り付けられており、これによってエアシリンダ２０が後述するようなエンドエフェクタ７に接続されている。そして、このような動作部９は、夫々互いに交差しないように、その両端が中間部材１０の外縁部及びエンドエフェクタ７の外縁部に接続されている。しかも、各動作部９の内の相隣する２つは、互いに平行とはならないように配置されている。その他、動作部９の構成は、動作部８の構成と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００５２】
このように、中間部材１０，動作部９，及びエンドエフェクタ７によって、パラレルメカニズム２４が構成されている。即ち、本実施の形態１に係るロボット１の腕部５は、２つのパラレルメカニズム１９，２４が直列接続されて構成されている。このとき、パラレルメカニズム１９においては、ベース６が本発明に係る基端部となり、中間部材１０が本発明に係る先端部となる。また、パラレルメカニズム２４においては、中間部材１０が本発明に係る基端部となり、エンドエフェクタ７が本発明に係る先端部となる。
【００５３】
次に、エンドエフェクタ７の構成について説明する。図２に示すように、エンドエフェクタ７は、円錐形の頂点部分から略円柱状の部分が延設された如き形状をなすベース部２５を備えている。このベース部２５の円柱状の部分には、板状の部材をチャネル状に屈曲させた如き形状をなす枢支部材２６が取り付けられており、この枢支部材２６の対向面間に挟まれた状態で、夫々指状をなす３つの指部材２７の夫々の基端部が枢支されている。２つの指部材２７は、夫々同一の枢軸にて枢支されており、他の１つの指部材２７は、これとは異なる位置に設けられた枢軸にて枢支されている。
【００５４】
また、エンドエフェクタ７には、モータ（図示せず）が設けられており、モータが動作することによって、各指部材２７が夫々の枢軸回りに回動することが可能となっている。このように、エンドエフェクタ７は、手の如き形状とされており、夫々の指部材２７が夫々の枢軸回りに回動することにより、対象物を把持したり、解放する動作が可能となっている。
【００５５】
なお、エンドエフェクタ７をモータによって動作させる構成に限定されるものではなく、例えば、エアシリンダ、又は油圧シリンダ等によって動作させる構成であってもよい。
【００５６】
また、エンドエフェクタ７を、対象物を把持することが可能な手型のものとする構成に限定されるものではなく、例えば、溶接用、ドリル用、又はネジ締め用等のエンドエフェクタを用いる構成としてもよいことは言うまでもない。
【００５７】
図３は、本発明の実施の形態１に係るロボット１が備える脚部４の構成を示す斜視図である。図３に示すように、脚部４は、２つのパラレルメカニズム２８，２９が直列接続された構成となっている。一方のパラレルメカニズム２８は、本発明に係る基端部たるベース３０，本発明に係る先端部たる中間部材３１，及び６つの動作部３２によって主として構成されている。
【００５８】
動作部３２は、エアシリンダを具備しており、このエアシリンダのシリンダチューブの基端が、ユニバーサルジョイントを介してベース３０に接続されている。また、動作部３２のエアシリンダのピストンロッドの先端が、ユニバーサルジョイントを介して中間部材３１に接続されている。
【００５９】
また、他方のパラレルメカニズム２９は、本発明に係る基端部たる中間部材３１，本発明に係る先端部たる足先部３３，及び６つの動作部３４によって主として構成されている。動作部３４は、エアシリンダを具備しており、このエアシリンダのシリンダチューブの基端が、ユニバーサルジョイントを介して中間部材３１に接続されている。また、動作部３４のエアシリンダのピストンロッドの先端が、ユニバーサルジョイントを介して足先部３３に接続されている。
【００６０】
なお、パラレルメカニズム２８，２９の構成は、パラレルメカニズム１９，２４の構成と略同様であるので、その説明を省略する。
【００６１】
足先部３３は、側面視において略台形状の箱状をなす接地部材３５と、該接地部材３５の上部に設けられた略円盤状のベース部材３６とによって構成されており、該ベース部材３６の外縁部分に、動作部３４のピストンロッドの先端が接続されている。
【００６２】
このような脚部４の動作部３２，３４及び腕部５の動作部８，９は、夫々ロボット１に内蔵されている、又はロボット１の外部に設けられている制御装置（図示せず）によってその動作が制御されるようになっている。そして、ロボット１は、動作部３２，３４を伸縮させることにより、脚部４を動作させ、二足歩行によって移動することができる。なお、ロボット１の歩行動作が所謂動歩行となるように、脚部４の動作の制御を行ってもよいし、所謂静歩行となるように、脚部４の動作の制御を行ってもよい。
【００６３】
また、前述した腕部５も、脚部４と同様に、夫々が備える動作部８，９の伸縮動作を前記制御装置が制御することにより、その動作が制御される。このときの腕部５の制御は、以下に説明するようにスレーブアームとして用いるように制御することもできるし、例えば、エンドエフェクタ７の目標位置を与えたときに、この目標位置へエンドエフェクタ７を到達させるべく、各動作部８，９の伸縮量を夫々演算し、この演算結果の伸縮量だけ各動作部８，９を動作させるように制御することもできる。
【００６４】
図４は、マスターアームとして用いられる操作装置を示す模式図である。本実施の形態１に係る操作装置３７は、図４に示す如く、基端部３８，把持部３９，伸縮部４０，４１，及び操作側中間部材４２から主として構成されている。基端部３８は、板状をなしており、操作者の腕を挿通させるための孔が設けられている。そして、この基端部３８は、操作者の腕を前記孔に挿通させて、操作者の肩に取り付けるようになっている。
【００６５】
操作側中間部材４２もまた、板状をなしており、操作者の腕を挿通させるための孔が設けられている。このような操作側中間部材４２は、操作者の腕を前記孔に挿通させて、操作者の肘に取り付けるようになっている。
【００６６】
そして、基端部３８と操作側中間部材４２とは、６つの伸縮部４０によって連結されている。夫々の伸縮部４０は、例えば円筒状の部材と、これに挿入された棒状部材とによって、伸縮が自在に構成されている。夫々の伸縮部４０には、位置センサが設けられており（図示せず）、これらの位置センサは、取り付けられた伸縮部４０の伸縮に応じた信号を出力するようになっている。
【００６７】
一方、把持部３９は、板状の取付板４３を有している。この取付板４３には、操作者の腕を挿通させるための孔が設けられており、操作者の腕を前記孔に挿通させて、把持部３９を操作者の手首に取り付けるようになっている。取付板４３の一面には、支持部４４が設けられており、この支持部４４によって２つのハンドル部材４５が回転自在に支持されている。これらのハンドル部材４５は、夫々棒状部材が略矩形状に屈曲された如き形状をなしており、端部が支持部４４に枢着されている。また、各ハンドル部材４５は図示しないバネによって所定の間隔だけ離隔するように付勢されている。そして、取付板４３の孔の近傍に、夫々のハンドル部材４５の矩形の一辺の部分が位置する状態となっており、前記孔に手首の部分を挿通させた操作者が、この部分を把持することができるようになっている。これにより、操作者は、各ハンドル部材４５を互いに接近させるように、前記バネの付勢力に抗して回動させることができる。
【００６８】
また、把持部３９には位置センサが設けられており（図示せず）、この位置センサは、ハンドル部材４５の位置に応じた信号を出力するようになっている。
【００６９】
そして、操作側中間部材４２と取付板４３とは、６つの伸縮部４１によって連結されている。夫々の伸縮部４１には、位置センサが設けられており（図示せず）、これらの位置センサは、取り付けられた伸縮部４１の伸縮に応じた信号を出力するようになっている。また、伸縮部４１の構成は、上述した伸縮部４０の構成と同様であるので、その説明を省略する。
【００７０】
夫々の伸縮部４０，４１の位置センサから出力された信号は、前述した制御装置へと入力される。制御装置では、各伸縮部４０が、腕部５の動作部８に一対一で対応付けられており、各伸縮部４１が、動作部９に一対一で対応付けられている。そして、この制御装置は、１つの伸縮部４０に対応する動作部８を、この伸縮部４０の伸縮量に比例した伸縮量で伸縮させるように動作制御する。また、同様に、制御装置は、動作部９を、これに対応する伸縮部４１の伸縮量に比例した伸縮量で伸縮させるべく、動作制御する。
【００７１】
このように、腕部５の動作を制御することによって、操作装置３７をマスターアームとし、腕部５をスレーブアームとして、腕部５の操作を行うことができる。
【００７２】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係るロボット操作システムの要部の構成を示す模式図である。図５に示すように、本実施の形態２に係るロボット操作システム５０は、ロボット５１と、操作装置５２とから主として構成されている。
【００７３】
まず、ロボット５１の構成について説明する。図６は、本発明の実施の形態２に係るロボット５１の要部の構成を示すブロック図である。ロボット５１は、図５に示すような胴体部３の内部に、制御部５３が設けられている。該制御部５３は、ＣＰＵ５４，ＲＯＭ５５，ＲＡＭ５６及び入出力インタフェース５７から主として構成されている。
【００７４】
ＣＰＵ５４は、マイクロプロセッサであり、バスを介してＲＯＭ５５，ＲＡＭ５６，及び入出力インタフェース５７に接続されている。ＣＰＵ５４は、ＲＯＭ５５に記憶されているコンピュータプログラム又はＲＡＭ５６にロードされたコンピュータプログラムを実行することが可能である。
【００７５】
ＲＯＭ５５は、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等から構成されており、ＣＰＵ５４に実行されるコンピュータプログラム及びこれに用いるデータ等が記録されている。
【００７６】
ＲＡＭ５６は、ＳＲＡＭ又はＤＲＡＭ等により構成されている。ＲＡＭ５６は、ＲＯＭ５５に記憶されているコンピュータプログラムを実行するときに、このコンピュータプログラムがロードされ、ＣＰＵ５４の作業領域として利用される。
【００７７】
入出力インタフェース５７は、例えばUSB，IEEE1394，RS-232C等のシリアルインタフェース、SCSI，IDE，IEEE1284等のパラレルインタフェース、Ｄ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器等からなるアナログインタフェース等から構成されている。また、入出力インタフェース５７には、制御部５３の外部に設けられたＧＰＳ受信装置（位置情報取得部）５８，ＣＣＤ（撮像部）５９，動作センサ（状態情報取得部）６０〜６４，駆動回路６５〜６９及び無線通信装置（送信部，受信部）７０が接続されている。
【００７８】
ＧＰＳ受信装置５８は、複数のＧＰＳ衛星から発信された信号を受信し、これに基づいてＧＰＳ受信装置５８自体の現在位置を検出する。そして、このＧＰＳ受信装置５８は、検出した現在位置を表す位置情報７１を入出力インタフェース５７へ出力するようになっている。
【００７９】
ＣＣＤ５９は、ロボット５１の頭部の正面側等に取り付けられており、所定の周期で外部の映像を撮像し、得られた画像情報７２を入出力インタフェース５７へ出力するようになっている。
【００８０】
ロボット５１の脚部４の６つの動作部３２の夫々には、動作センサ６０が取り付けられている。また同様に、脚部４の動作部３４には、夫々動作センサ６１が取り付けられており、腕部５の動作部８，９には、夫々動作センサ６２，６３が取り付けられている。これらの動作センサ６０〜６３は、ポテンショメータ又はエンコーダ等から構成されており、夫々取り付けられた動作部３２，３４，８，９の伸縮量に応じた出力信号（状態情報）７３を発生するようになっている。
【００８１】
また、エンドエフェクタ７には、動作センサ６４が取り付けられている。この動作センサ６４は、例えばロータリエンコーダから構成されており、指部材２７の回動角度に応じた出力信号（状態情報）７４を発生するようになっている。そして、動作センサ６０〜６４の出力信号７３，７４は、接続先の入出力インタフェース５７へ与えられるようになっている。
【００８２】
また、動作部３２，３４，８，９には、夫々駆動回路６５，６６，６７，６８が各別に接続されており、エンドエフェクタ７には、駆動回路６９が接続されている。駆動回路６５〜６８は、制御部５３から与えられた制御信号に基づいて、接続先の動作部３２，３４，８，９が備えるエアシリンダに対して吸気又は排気を行うエアポンプ及び電磁弁等からなる給排気装置（図示せず）を駆動し、動作部３２，３４，８，９を伸縮させるようになっている。
【００８３】
一方、駆動回路６９は、制御部５３から与えられた制御信号に基づいて、エンドエフェクタ７に設けられたモータを駆動し、指部材２７を開閉させるようになっている。
【００８４】
無線通信装置７０は、例えばBluetooth,IEEE802.11,IEEE802.11a,IEEE802.11b,IEEE802.11g若しくはHomeRF等によって規定された通信方式によりデータ通信が可能なもの、又はPHS方式、PDC方式若しくはCDMA方式等によりデータ通信が可能なものである。このような無線通信装置７０は、入出力インタフェース５７から与えられたデータを外部へ送信し、外部から受信したデータを入出力インタフェース５７へ出力するようになっている。
【００８５】
なお、本実施の形態２に係るロボット５１のその他の構成は、実施の形態１に係るロボット１の構成と同様であるので、同符号を付し、その説明を省略する。
【００８６】
次に、操作装置５２の構成について説明する。図７は、本発明の実施の形態２に係る操作装置５２の要部の構成を示すブロック図である。操作装置５２は、ＣＰＵ７５，ＲＯＭ７６，ＲＡＭ７７，入出力インタフェース７８，液晶表示装置７９，タッチパネル８０，無線通信装置８１から主として構成されている。ＣＰＵ７５，ＲＯＭ７６，ＲＡＭ７７，入出力インタフェース７８及び無線通信装置８１の構成は、前述したＣＰＵ５４，ＲＯＭ５５，ＲＡＭ５６，入出力インタフェース５７及び無線通信装置７０と略同様の構成であるので、その説明を省略する。
【００８７】
ＲＯＭ７６又はＲＡＭ７７には、操作装置５２が後述するような動作を行うためのコンピュータプログラムが格納されている。
【００８８】
液晶表示装置７９は、入出力インタフェース７８に接続されており、ＣＰＵ７５から出力された画像データに従って、画像を出力（表示）するようになっている。
【００８９】
タッチパネル８０は、液晶表示装置７９の表面に設けられており、入出力インタフェース７８に接続されている。このタッチパネル８０は、操作者が指又は専用のペン８２で画面に触れたときに、ペン８２等が触れた位置を検出し、この位置に応じた位置信号を入出力インタフェース７８へ出力するようになっており、これにより操作者が入力操作を行うことができるようになっている。
【００９０】
次に、本実施の形態２に係るロボット操作システム５０の動作について説明する。操作者は、操作装置５２に対して所定の入力操作を行うことにより、ロボット５１の移動目標位置を指示することができる。この移動目標位置が入力されたとき、操作装置５２は、無線通信装置８１によって移動目標位置を表すデータを送信する。ロボット５１の無線通信装置７０によって、このデータは受信され、ＣＰＵ５４に与えられる。そして、ロボット５１は、ＣＰＵ５４の演算処理により、ＧＰＳ受信装置５８によって検出された現在位置と、前記移動目標位置とを比較し、移動経路を決定して、この移動経路に沿って歩行する。
【００９１】
また、このような動作に限らず、例えば操作者が操作装置５２に対して所定の入力操作を行うことによって、ロボット５１の進行方向を指示し、ロボット５１が指示された進行方向へ向けて歩行するような動作であってもよい。
【００９２】
ＲＯＭ５５又はＲＡＭ５６には、ロボット５１の歩行制御用のコンピュータプログラムが格納されており、ＣＰＵ５４がこのコンピュータプログラムを実行することにより、ロボット５１の歩行制御が行われる。この歩行制御は、例えば予めＲＯＭ５５又はＲＡＭ５６に格納されている歩行用の動作パターンに従って、脚部４の動作部３２，３４を動作させることにより行われる。
【００９３】
また、ＣＰＵ５４は、ＧＰＳ受信装置５８によって検出された現在位置を示す位置情報７１を無線通信装置７０に送信させる。この位置情報７１は、操作装置５２の無線通信装置８１によって受信され、ＣＰＵ７５に与えられる。操作装置５２では、ＣＰＵ７５が、例えばＲＡＭ７７に記憶された地図データを読み出し、操作者が視覚的にロボット５１の現在位置を確認できるように、液晶表示装置７９に地図とロボット５１の位置とを重畳して表示する。
【００９４】
操作者は、液晶表示装置７９によって出力された表示画像を視認して、ロボット５１の移動目標位置を変更する場合には、タッチパネル８０の所定箇所をペン８２によって触れる等、必要な入力操作を行うことにより、新たな移動目標位置を指示する。
【００９５】
ロボット５１のＣＰＵ５４は、ＣＣＤ５９の撮像により得られた画像情報７２を無線通信装置７０に送信させる。この画像情報７２は、操作装置５２の無線通信装置８１によって受信され、ＣＰＵ７５に与えられる。ＣＰＵ７５は、この画像情報７２に従って、ＣＣＤ５９の撮像画像を液晶表示装置７９に表示させる。これにより、操作者に対して、ロボット５１の周囲の状況を知らしめることができる。
【００９６】
また、ＣＰＵ５４は、動作センサ６０〜６４によって取得された状態情報７３，７４を無線通信装置７０に送信させる。状態情報７３，７４は、無線通信装置８１によって受信され、ＣＰＵ７５に与えられる。ＣＰＵ７５は、このようにして受け取った状態情報７３，７４に基づいて、例えばロボット５１の３次元モデルを演算し、これを液晶表示装置７９に表示させる。
【００９７】
操作者は、液晶表示装置７９に出力されたロボット５１の周囲の映像及びロボット５１の動作状態を示す３次元モデルを確認することができ、これらを確認することによって把握したロボット５１の周囲の状況及びロボット５１の各部の状態に応じて、タッチパネル８０に対して所定の入力操作を行うことにより、ロボット５１の各種の動作指示を行うことができる。
【００９８】
操作装置５２のＣＰＵ７５は、操作者から腕部５の動作指示を受け付けた場合、タッチパネル８０から受け付けた腕部５の動作指示を示す動作指示情報８３を、無線通信装置８１によって外部へ送信させる。この動作指示情報８３は、ロボット５１の無線通信装置７０によって受信され、ＣＰＵ５４に与えられる。ＣＰＵ５４は、このようにして取得した動作指示情報８３と、動作センサ６２〜６４から得た状態情報とに基づいて、各動作部８，９及びエンドエフェクタ７の動作のフィードバック制御を行い、前記動作指示に従って腕部５を動作させる。
【００９９】
なお、実施の形態１，２においては、動作部８，９，３２，３４がエアシリンダを備え、これらのエアシリンダの動作により動作部８，９，３２，３４を伸縮させる構成について述べたが、エアシリンダの代わりに油圧式シリンダ等の他の流体シリンダを用いる構成としてもよいことは言うまでもない。
【０１００】
また、動作部８，９，３２，３４がエアシリンシリンダを備える構成ではなく、例えば、動作部を、固定子が本発明に係る基端部及び先端部の一方に接続され、走行子が他方に接続されたリニアモータとしてもよい。また、例えば夫々の動作部が、内面に雌ねじ部が設けられた筒状の回転軸を有するモータと、外面に雄ねじ部が設けられ、この回転軸に螺合した状態で貫通する移動軸とを備え、モータが動作することによって移動軸が軸長方向へ移動し、これによって動作部が伸縮する構成としてもよいし、夫々の動作部が、一部の外面に雄ねじ部が設けられた回転軸を有するモータと、内面に雌ねじ部が設けられ、この回転軸に螺合する移動軸とを備え、モータが動作することによって移動軸が軸長方向へ移動し、これによって動作部が伸縮する構成としてもよい。
【０１０１】
また、これらに限らず、夫々の動作部が、モータ等の回転式アクチュエータと、これの回転運動を直線運動へ変換する、例えばラック・ピニオン、ベルト、ボールねじのような変換手段とを備え、変換手段の直線運動によって動作部の本発明に係る基端部及び先端部に対する接続箇所間の離隔距離が変化する構成であれば、如何なる構成であってもよい。
【０１０２】
また、実施の形態１，２においては、エアシリンダにより夫々の動作部を構成したが、例えばソレノイドのような他の直動式アクチュエータによって夫々の動作部を構成し、この直動式アクチュエータの動作によって動作部の本発明に係る基端部及び先端部に対する接続箇所間の離隔距離が変化するようにしてもよい。
【０１０３】
また、動作部が直動式又は回転式のアクチュエータではなく、形状記憶合金のような、回転運動及び直線運動とは異なる運動を行うアクチュエータによって構成し、このアクチュエータの動作により、動作部の本発明に係る基端部及び先端部に対する接続箇所間の離隔距離が変化するようにしてもよい。
【０１０４】
また、実施の形態１，２においては、１つの脚部４に、直列接続された２つのパラレルメカニズム２８，２９が設けられた構成について述べたが、これに限定されるものではなく、例えば１つのパラレルメカニズムによって脚部４を構成してもよいし、３以上のパラレルメカニズムを直列的に接続し、これを脚部４に用いた構成としてもよい。
【０１０５】
また、実施の形態１，２においては、脚部４の一方のパラレルメカニズム２８の先端部と、他方のパラレルメカニズム２９の基端部とを、一つの部品である中間部材３１によって構成した場合について述べたが、これに限定されるものではなく、パラレルメカニズム２８の先端部と、パラレルメカニズム２９の基端部とを接続して、中間部材３１を構成してもよい。このことは、腕部５についても同様である。
【０１０６】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明に係るロボットによれば、パラレルメカニズムによって脚部が構成されているので、全体としての出力を、使用目的に対して十分なだけ確保しながら、従来に比してアクチュエータを小型化することができる。また使用目的に対して、軽量でありながら十分な剛性を確保することもできる。更に、従来に比して軽量且つ高出力であることにより、動作を高速化することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るロボットの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るロボットが備える腕部の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るロボットが備える脚部の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る腕部の操作装置を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係るロボット操作システムの要部の構成を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るロボットの要部の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る操作装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図８】従来のロボットの脚部の自由度を説明する模式図である。
【図９】パラレルメカニズムを例示する概念図であり、（ａ）は伸縮型のパラレルメカニズムを示し、（ｂ）は回転型のパラレルメカニズムを示す図である。
【符号の説明】
１ロボット
２頭部
３胴体部
４脚部
５腕部
６ベース（基端部）
７エンドエフェクタ（先端部）
８，９動作部
１０中間部材（基端部、先端部）
１２エアシリンダ
１３シリンダチューブ
１４ピストンロッド
１９，２４パラレルメカニズム
２０エアシリンダ
２２ピストンロッド
２５ベース部
２６枢支部材
２７指部材
２８，２９パラレルメカニズム
３０ベース（基端部）
３１中間部材（基端部、先端部）
３２，３４動作部
３３足先部（先端部）
３７操作装置
３８基端部
３９把持部
４０，４１伸縮部
４２操作側中間部材
５０ロボット操作システム
５１ロボット
５２操作装置
５３制御部
５８ＧＰＳ受信装置（位置情報取得部）
５９ＣＣＤ（撮像部）
６０〜６４動作センサ（状態情報取得部）
６５〜６９駆動回路
７０無線通信装置（送信部、受信部）
７１位置情報
７２画像情報
７３，７４出力信号（状態情報）
７９液晶表示装置
８０タッチパネル
８１無線通信装置（送信部、受信部）
８３動作指示情報[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a bipedal walking robot that includes two legs and moves by operating the legs, and in particular, a robot having a parallel mechanism in the legs and a robot operation system for operating the robot. About.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Biped walking robots that include two legs and move by moving the legs are widely known. Conventional leg portions of this type of robot generally use a serial link mechanism in which a plurality of links are connected in series. In this type of robot, an actuator such as a motor is provided at a joint as a connecting portion of each link, and each joint is operated by driving these actuators. In addition, many of such conventional robots are provided with arms using a serial link mechanism as well as legs.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional robot as described above, since the moment acting on the joint increases from the distal end portion of the leg portion and the arm portion toward the proximal end portion, the actuator on the proximal end side is increased in size. In addition, since it has a cantilever structure, bending stress acts on each link, and in order to ensure sufficient rigidity, a highly rigid link is required, which increases the mass of the link and the actuator. Has been further increased in size. Therefore, there is a demand for an actuator used for the leg and arm of such a robot to be as small as possible while ensuring an output capable of operating the leg and arm. In order to satisfy various demands, there is a problem that it is difficult to speed up the operation.
[0004]
In addition, there is a problem that the positioning accuracy of the leg portions and the tip portions of the arm portions is low due to the backlash of the speed reducer connected to each actuator.
[0005]
Most of conventional robots have, for example, 6 degrees of freedom for the legs. FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the degree of freedom of legs of a conventional robot. As shown in FIG. 8, in the conventional robot, the waist is moved in the front-rear direction from the request to secure a degree of freedom close to a human leg while making the weight and size as small as possible. 3 degrees of freedom of rotation, rotation in the left-right direction, and rotation around the thigh axis, the knee is in 1 degree of freedom of rotation in the front-rear direction, and the ankle is rotated in the front-rear direction In addition, the degree of freedom of rotation in the left-right direction was set to 2 degrees of freedom, with a total of 6 degrees of freedom per leg. On the other hand, the human leg can swing the toe left and right with the knee fixed, i.e., the ankle can rotate about the axis of the lower leg. It has 7 degrees of freedom, which is 1 degree of freedom more than the legs of the robot. Similarly, most of conventional robots have 7 degrees of freedom of human arm, whereas the degrees of freedom of arm are 4 to 5 degrees of freedom. Therefore, such a conventional robot has a problem that it cannot take a natural posture like a human.
[0006]
Further, the conventional robot has to be in a state where the knee is always bent when walking. This is because if you want to extend your legs further from this state, you cannot solve the inverse kinematics (inverse problem), and you cannot respond to this. . In such walking with the knee always bent, torque must be continuously generated by the actuator that drives the knee, and there is a problem that the load acting on the leg portion is large. In addition, the conventional robot has a problem that it cannot walk in a natural posture like a human.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and by using a parallel mechanism, it is possible to reduce the size of the actuator, improve the rigidity, and increase the speed of the operation as compared with the prior art. It is another object of the present invention to provide a robot that can be expected to improve the positioning accuracy of the tip of the arm and a robot operation system for operating the robot.
[0008]
Another object of the present invention is to apply a parallel mechanism to an arm and / or a leg so that it is lighter and more compact than the conventional one, but is equivalent to a human arm and / or a leg. It is an object of the present invention to provide a robot having arm portions and / or leg portions having a higher degree of freedom and capable of taking a natural posture such as a human and a robot operation system for operating the robot.
[0009]
Still another object of the present invention is to solve the inverse kinematics even when the elbow or knee is extended by applying the parallel mechanism to the arm and / or the leg. An object of the present invention is to provide a robot that can walk with its knees extended and a robot operation system for operating the robot.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  The robot according to the present invention is a bipedal walking type robot that includes two legs and moves by operating the legs. The leg includes a base end, a tip, the base end, and Connected to the tip,A proximal end and a distal endA parallel mechanism in which the base end portion and the tip end portion are connected by a plurality of the operation portions.The operating portion is configured such that one of a piston rod and a cylinder tube is connected to one of the base end portion and the tip end portion, and the other of the piston rod and the cylinder tube is connected to the base end portion and the tip end portion. A guide member having a fluid cylinder connected to the other and extending in a direction in which the piston rod protrudes from the cylinder tube; a stopper provided at a tip of the guide member; the stopper and the cylinder tube And an abutting member fixed to the intermediate portion of the piston rod.It is characterized by doing.
[0011]
9A and 9B are conceptual diagrams illustrating the parallel mechanism. The parallel mechanism refers to a mechanical structure in which a first member 91 and a second member 92 that are arranged to face each other apart from each other are connected by a plurality of links (operation units) 93. Such parallel mechanisms include types such as a telescopic type, a rotary type, a direct acting type, and a wire type.
[0012]
FIG. 9A shows an extendable parallel mechanism, and FIG. 9B shows a rotary parallel mechanism. As shown in FIG. 9 (a), the telescopic parallel mechanism has a structure in which the link 93 has a rod shape whose both ends are connected to the first member 91 and the second member 92, respectively, and expands and contracts in the longitudinal direction. Yes. In this parallel mechanism, a universal joint or the like is used for each of the connection portion of the link 93 with the first member 91 and the connection portion of the link 93 with the second member 91, and the link 93 is the first member 91 and the second member. With respect to 92, it can be tilted at any angle within a predetermined range. In such an extendable parallel mechanism, the first member 91 and the second member 92 can be relatively moved in any direction within the operation range by independently controlling the expansion and contraction of each link 93. it can.
[0013]
Further, as shown in FIG. 9B, in the rotary parallel mechanism, a link 93 is constituted by two rod-shaped joints each having one end pivotally attached, and the other end of one joint is the first member. 91, and the other end of the other joint is connected to the second member 92. The joint on the first member 91 side is swung around the base end (the other end) by a rotary actuator, and the joint connected to the second member 92 is a universal joint. The joint can be tilted at any angle within a predetermined range. In such a rotary parallel mechanism, the swing of the joint on the first member 91 side of each link 93 is independently controlled, so that the first member 91 and the second member 92 can move in any direction within the operating range. Can be moved relatively.
[0014]
Such a parallel mechanism has an advantage that even if the actuator for operating each link 93 is small, the output of each actuator acts in parallel, so that the entire parallel mechanism can generate a large output. is there. Moreover, even if a force in any direction is applied to the first member 91 and the second member 92, almost no bending stress is applied to each link 93, and only a tensile stress or a compressive stress is applied. Therefore, such a parallel mechanism has a feature that it is easy to ensure sufficient rigidity for the purpose of use even when each link is configured using a lightweight material.
[0015]
In the robot according to the present invention, since the leg portion is constituted by such a parallel mechanism, the actuator is reduced in size as compared with the conventional one while ensuring a sufficient output for the purpose of use. be able to. Moreover, sufficient rigidity can be ensured for the purpose of use while being lightweight. Furthermore, since it is lighter and has a higher output than conventional ones, it is possible to speed up the operation.
[0016]
  Moreover, since the output of each operation part (actuator provided in each operation part) may be relatively small, a reduction gear or the like is often not required. As a result, the size and weight can be further reduced. Further, when a reduction gear or the like is not provided, backlash due to this hardly occurs, so that it is possible to improve the positioning accuracy of the leg portion. Further, since a speed reducer or the like is not required, the operation can be further speeded up.
  In addition, since the fluid cylinder is provided, not only the structure of each operating part is simplified, but the operating part can be operated at a relatively high speed, and a relatively large power can be obtained. Occurrence can be eliminated.
  Further, by providing the stopper and the contact portion, the contact member restricts the range of movement of the piston rod to the range from the cylinder tube to the stopper.
[0017]
Moreover, in the said invention, the said leg part has comprised the said several parallel mechanism in series, and one front-end | tip part of the two said parallel mechanisms adjacent to each other and the other base end part are connected. It is desirable to have a configuration in which one of the two parallel mechanisms adjacent to each other is configured as the other base end.
[0018]
Thus, it becomes possible to enlarge the operation | movement range of a leg by making a leg part the structure by which multiple parallel mechanisms were connected in series. The number of parallel mechanisms to be connected in series can be set arbitrarily, but the more the number of parallel mechanisms, the more complicated the configuration. Therefore, the number should be sufficient to ensure a sufficient operating range according to the purpose of use. .
[0019]
In addition, this makes it possible to easily construct a leg portion having a degree of freedom equal to or higher than that of a human leg portion while being lighter and more compact than conventional ones.
[0020]
Furthermore, in the case of such a configuration, even if the leg is not bent in the middle, such as when the knee is stretched, the length of the leg can be extended by further operating the operating part. When you can, you can solve inverse kinematics. Therefore, in the robot according to the present invention, it is not necessary to walk with the legs bent, and the load acting on the legs during walking can be reduced as compared with the conventional robot, making it closer to a human walking posture. It becomes possible.
[0021]
  In the above invention, the base end portion, the tip end portion, the base end portion and the tip end portion are connected,A proximal end and a distal endIt is desirable to further include an arm portion having a parallel mechanism in which the base end portion and the distal end portion are connected by a plurality of the operation portions.
[0022]
In this way, not only the legs but also the arms are configured by the parallel mechanism as described above, so that the weight of the entire robot can be further reduced, and the positioning accuracy of the arms compared to conventional robots, Stiffness, output and operation speed can be improved.
[0023]
Moreover, in the said invention, the said arm part has comprised the said several parallel mechanism in series, and the front-end | tip part of the two said parallel mechanisms adjacent to each other and the other base end part are connected. It is desirable to have a configuration in which one of the two parallel mechanisms adjacent to each other is configured as the other base end.
[0024]
In this way, by configuring the arm portion so that a plurality of parallel mechanisms are connected in series, the operating range of the arm portion can be increased. In this case as well, the number of parallel mechanisms to be connected in series can be set arbitrarily, but the more the number of parallel mechanisms, the more complicated the configuration, so that a sufficient operating range can be secured according to the purpose of use. And it is sufficient.
[0025]
In addition, this makes it possible to easily configure an arm portion having a degree of freedom equal to or higher than that of a human arm portion while being lighter and more compact than conventional ones.
[0026]
Furthermore, in the case of such a configuration, even if the arm is not bent in the middle, such as when the elbow is extended, the length of the arm is further extended by operating the operating part. When you can, you can solve inverse kinematics. Therefore, in the robot according to the present invention, it is not always necessary to operate with the arm portion bent, and it is possible to make it closer to a human motion posture.
[0033]
The robot operation system according to the present invention includes a robot according to the above invention, an input unit that receives an operation instruction for the robot from the outside, and transmission that transmits the operation instruction information representing the operation instruction received by the input unit to the outside. An operation device comprising: a receiving unit that receives the operation instruction information transmitted from the operation device; and the operation of the operation unit based on the operation instruction information received by the receiving unit. And a control unit for controlling.
[0034]
In the robot operation system according to the present invention, since the operation control of the operation unit is performed in accordance with the operation instruction input from the input unit by the operator, the robot in which the leg unit and / or the arm unit are configured to have a parallel mechanism. Can be operated.
[0035]
The robot may have a configuration in which only the leg portion has a parallel mechanism, and both the leg portion and the arm portion may have a parallel mechanism. Further, in the case where only the leg portion has a parallel mechanism, the control portion is configured to control operation of the motion portion of the leg portion, and both the leg portion and the arm portion each have a parallel mechanism. In the case of a structure, it is comprised so that operation control of the operation part of either one or both of a leg part and an arm part may be performed.
[0036]
In the above invention, the robot further includes a state information acquisition unit that acquires state information indicating the state of the robot, and a transmission unit that transmits the state information acquired by the state information acquisition unit to the outside. The operation device further includes a receiving unit that receives state information transmitted from the robot, and an output unit that outputs the state of the robot based on the state information received by the receiving unit. Is desirable.
[0037]
Thereby, the state of the robot is output by the output unit, and the robot can be operated while the operator confirms this state. Such robot states include, for example, the positions of the tips of the legs and arms of the robot, the operating states of the operating parts of the legs and arms, and / or the current position of the robot.
[0038]
In the above invention, the robot further includes an imaging unit and a transmission unit that transmits image information representing an image captured by the imaging unit to the outside, and the operation device transmits the image transmitted from the robot. It is desirable to further include a receiving unit that receives information and an output unit that outputs a captured image by the imaging unit based on image information received by the receiving unit.
[0039]
Accordingly, an image around the robot is output by the output unit, and the operator can operate the robot while confirming the image.
[0040]
In the above invention, it is desirable that the output unit is a liquid crystal display device, and the input unit is a touch panel attached to the liquid crystal display device.
[0041]
In the case where the robot includes both the state information acquisition unit and the imaging unit, the robot state and the captured image may be individually output by a liquid crystal display device provided separately, or one liquid crystal display may be provided. It is good also as a structure which outputs both with an apparatus. Further, in the case of a configuration in which the state of the robot and the captured image are separately output by a liquid crystal display device provided separately, a touch panel may be attached to each liquid crystal display device, or the touch panel may be attached to only one of them. May be affixed.
[0042]
In the above invention, the robot further includes a position information acquisition unit that acquires position information indicating a current position, and the control unit is configured to acquire the leg based on the position information acquired by the position information acquisition unit. It is desirable that the robot is configured to perform walking control by operating the operation unit.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0044]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a robot according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, a robot 1 according to Embodiment 1 of the present invention is mainly composed of a head 2, a body 3, a leg 4, and an arm 5, and has a substantially human shape. . That is, a head 2 is provided on the upper part of the body part 3, and two leg parts spaced apart from each other by a predetermined distance in the waist part of the body part 3, that is, the lower end part of the body part 3. 4 are provided, and arm portions 5 are provided on shoulder portions of the body portion 3, that is, on upper end portions on both sides of the body portion 3.
[0045]
FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the arm portion 5 provided in the robot 1 according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 2, the arm portion 5 is mainly composed of a base 6, an end effector 7, operating portions 8 and 9, and an intermediate member 10. The base 6 has a disk shape with a round hole in the center, and one surface thereof is attached to the waist portion of the body portion 3. The following six operating portions 8 are connected to the opposite surface of the mounting surface of the base 6 by universal joints 11, respectively.
[0046]
Each operation unit 8 includes an air cylinder 12. The universal joint 11 described above is attached to the proximal end portion of the cylinder tube 13 of the air cylinder 12, and the universal joint 15 is attached to the distal end portion of the piston rod 14. A disc-shaped contact member 16 is attached to the intermediate portion of the piston rod 14. More specifically, the contact member 16 has a disk shape having an outer diameter substantially the same as the outer diameter of the cylinder tube 13 of the air cylinder 12, and the piston rod 14 penetrates the center of the piston rod 14. It is fixed to the middle part. Further, two round bar-shaped guides 17 substantially parallel to the piston rod 14 are extended from the head cover of the cylinder tube 13 (an end surface from which the piston rod 14 projects). These guides 17 pass through the contact members 16 with appropriate play, so that the contact members 16 can slide on the guides 17.
[0047]
Further, a stopper 18 having a disk shape with an outer diameter substantially the same as that of the contact member 16 is provided at the tip of the guide 17. A hole having a diameter slightly larger than the diameter of the piston rod 14 is provided at the center of the stopper 18, and the piston rod 14 passes through the hole. Therefore, the piston rod 14 is guided by the guide 17 and moves in the axial direction in a range from the state where the contact member 16 contacts the head cover of the cylinder tube 13 to the state where the contact member 16 contacts the stopper 18. It is possible.
[0048]
The tip of the piston rod 14 is connected to the edge of the intermediate member 10 having a substantially disc shape by a universal joint 15. The intermediate member 10 has a substantially disc shape with a diameter slightly smaller than the diameter of the base 6, and a round hole is provided at the center thereof. Thus, since the operation part 8 is connected to the base 6 and the intermediate member 10 by the universal joints 11 and 15, it can be tilted in any direction with respect to the base 6 and the intermediate member 10.
[0049]
In addition, both ends of the operation unit 8 are connected to the outer edge of the base 6 and the outer edge of the intermediate member 10 so as not to cross each other. In addition, two adjacent ones of the operation units 8 are arranged so as not to be parallel to each other. That is, in the two adjacent operation parts 8, the interval between the connection portions with respect to the respective bases 6 is different from the interval between the connection portions with respect to the respective intermediate members 10. By configuring in this way, it is possible to perform an operation in which the intermediate member 10 is twisted with respect to the base 6, for example, an operation in which the base 6 and the intermediate member 10 are rotated relative to each other by expansion and contraction of each operation unit 8. It has become.
[0050]
Thus, the parallel mechanism 19 is comprised by the base 6, the operation | movement part 8, and the intermediate member 10. FIG.
[0051]
On the other hand, as shown in FIG. 2, six operating portions 9 are connected to the surface opposite to the surface facing the base 6 of the intermediate member 10. Each of these operation units 9 includes an air cylinder 20 and is configured in substantially the same manner as the operation unit 8. In addition, a universal joint 21 is attached to the base end of the cylinder tube of the air cylinder 20, whereby the air cylinder 20 is connected to the intermediate member 10. Moreover, the universal joint 23 is attached to the front-end | tip of the piston rod 22 of the air cylinder 20, and the air cylinder 20 is connected to the end effector 7 which is mentioned later by this. And such an operation | movement part 9 is connected to the outer edge part of the intermediate member 10, and the outer edge part of the end effector 7 so that the operation | movement part 9 may not mutually cross | intersect, respectively. In addition, two adjacent ones of the operation units 9 are arranged so as not to be parallel to each other. In addition, since the configuration of the operation unit 9 is the same as the configuration of the operation unit 8, detailed description thereof is omitted.
[0052]
In this way, the parallel mechanism 24 is configured by the intermediate member 10, the operation unit 9, and the end effector 7. That is, the arm unit 5 of the robot 1 according to the first embodiment is configured by connecting two parallel mechanisms 19 and 24 in series. At this time, in the parallel mechanism 19, the base 6 serves as the base end according to the present invention, and the intermediate member 10 serves as the distal end according to the present invention. Moreover, in the parallel mechanism 24, the intermediate member 10 becomes a base end part which concerns on this invention, and the end effector 7 becomes a front-end | tip part which concerns on this invention.
[0053]
Next, the configuration of the end effector 7 will be described. As shown in FIG. 2, the end effector 7 includes a base portion 25 having a shape such that a substantially cylindrical portion extends from a conical apex portion. A pivot member 26 having a shape like a plate-like member bent in a channel shape is attached to the cylindrical portion of the base portion 25, and is sandwiched between opposing surfaces of the pivot member 26. In the state, the base ends of the three finger members 27 each having a finger shape are pivotally supported. The two finger members 27 are each pivotally supported by the same pivot, and the other one finger member 27 is pivotally supported by a pivot provided at a different position.
[0054]
Further, the end effector 7 is provided with a motor (not shown), and each finger member 27 can be rotated around each pivot by operating the motor. As described above, the end effector 7 has a hand-like shape, and each finger member 27 rotates around each pivot, thereby enabling an operation to grip or release the object. Yes.
[0055]
The end effector 7 is not limited to a configuration that is operated by a motor, and may be a configuration that is operated by an air cylinder or a hydraulic cylinder, for example.
[0056]
Further, the end effector 7 is not limited to a hand-type configuration capable of gripping an object. For example, a configuration using an end effector for welding, drilling, screw tightening, or the like. Needless to say.
[0057]
FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the leg 4 provided in the robot 1 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the leg 4 has a configuration in which two parallel mechanisms 28 and 29 are connected in series. One parallel mechanism 28 is mainly configured by a base 30 that is a base end portion according to the present invention, an intermediate member 31 that is a front end portion according to the present invention, and six operation portions 32.
[0058]
The operation unit 32 includes an air cylinder, and a base end of a cylinder tube of the air cylinder is connected to the base 30 via a universal joint. Further, the tip of the piston rod of the air cylinder of the operation unit 32 is connected to the intermediate member 31 via a universal joint.
[0059]
The other parallel mechanism 29 is mainly configured by an intermediate member 31 as a base end portion according to the present invention, a foot tip portion 33 as a distal end portion according to the present invention, and six operating portions 34. The operation unit 34 includes an air cylinder, and a base end of a cylinder tube of the air cylinder is connected to the intermediate member 31 via a universal joint. Further, the tip of the piston rod of the air cylinder of the operating unit 34 is connected to the foot part 33 via a universal joint.
[0060]
In addition, since the structure of the parallel mechanisms 28 and 29 is substantially the same as the structure of the parallel mechanisms 19 and 24, the description is abbreviate | omitted.
[0061]
The foot tip portion 33 includes a grounding member 35 having a substantially trapezoidal box shape in a side view, and a substantially disk-shaped base member 36 provided on the top of the grounding member 35. The tip of the piston rod of the operating portion 34 is connected to the outer edge portion of the moving portion 34.
[0062]
Such operation parts 32 and 34 of the leg part 4 and operation parts 8 and 9 of the arm part 5 are respectively incorporated in the robot 1 or a control device (not shown) provided outside the robot 1. The operation is controlled by. And the robot 1 can move the leg part 4 by extending and contracting the operation parts 32 and 34, and can move by bipedal walking. The movement of the leg 4 may be controlled so that the walking movement of the robot 1 is a so-called dynamic walking, or the movement of the leg 4 may be controlled so as to be a so-called static walking. .
[0063]
The operation of the arm portion 5 described above is controlled by the control device controlling the expansion and contraction operations of the operation portions 8 and 9 included in the arm portion 5 as in the case of the leg portion 4. At this time, the arm portion 5 can be controlled to be used as a slave arm as described below. For example, when a target position of the end effector 7 is given, the end effector 7 is moved to the target position. Therefore, it is also possible to calculate the amount of expansion / contraction of each of the operation units 8 and 9 and control the operation units 8 and 9 to operate by the amount of expansion / contraction of the calculation result.
[0064]
FIG. 4 is a schematic diagram showing an operating device used as a master arm. As shown in FIG. 4, the operation device 37 according to the first embodiment mainly includes a base end portion 38, a grip portion 39, telescopic portions 40 and 41, and an operation side intermediate member 42. The base end portion 38 has a plate shape and is provided with a hole through which the operator's arm is inserted. The base end 38 is attached to the operator's shoulder by inserting the operator's arm through the hole.
[0065]
The operation side intermediate member 42 is also plate-shaped, and is provided with a hole through which the operator's arm is inserted. The operation side intermediate member 42 is attached to the operator's elbow by inserting the operator's arm through the hole.
[0066]
The base end portion 38 and the operation-side intermediate member 42 are connected by six expansion / contraction portions 40. Each expansion / contraction part 40 is freely configured to expand and contract by, for example, a cylindrical member and a rod-shaped member inserted therein. Each expansion / contraction part 40 is provided with a position sensor (not shown), and these position sensors output a signal corresponding to the expansion / contraction of the attached expansion / contraction part 40.
[0067]
On the other hand, the grip portion 39 has a plate-like attachment plate 43. The mounting plate 43 is provided with a hole through which the operator's arm is inserted, and the operator's arm is inserted through the hole to attach the grip portion 39 to the operator's wrist. . A support portion 44 is provided on one surface of the mounting plate 43, and the two handle members 45 are rotatably supported by the support portion 44. Each of these handle members 45 has a shape in which a rod-like member is bent in a substantially rectangular shape, and an end portion is pivotally attached to the support portion 44. Each handle member 45 is urged to be separated by a predetermined interval by a spring (not shown). And the part of one side of the rectangle of each handle member 45 is located in the vicinity of the hole of mounting plate 43, and the operator who inserted the part of the wrist into the hole grasps this part. Be able to. As a result, the operator can rotate the handle members 45 against the biasing force of the springs so as to approach each other.
[0068]
Further, a position sensor (not shown) is provided in the grip portion 39, and this position sensor outputs a signal corresponding to the position of the handle member 45.
[0069]
The operation-side intermediate member 42 and the mounting plate 43 are connected by six extendable parts 41. Each expansion / contraction part 41 is provided with a position sensor (not shown), and these position sensors output signals corresponding to the expansion / contraction of the attached expansion / contraction part 41. Moreover, since the structure of the expansion-contraction part 41 is the same as that of the expansion / contraction part 40 mentioned above, the description is abbreviate | omitted.
[0070]
Signals output from the position sensors of the respective expansion / contraction units 40 and 41 are input to the control device described above. In the control device, each expansion / contraction section 40 is associated with the operation section 8 of the arm section 5 on a one-to-one basis, and each expansion / contraction section 41 is associated with the operation section 9 on a one-to-one basis. The control device controls the operation of the operation unit 8 corresponding to one expansion / contraction unit 40 so that the expansion / contraction amount is proportional to the expansion / contraction amount of the expansion / contraction unit 40. Similarly, the control device controls the operation of the operation unit 9 so as to expand and contract with an expansion / contraction amount proportional to the expansion / contraction amount of the expansion / contraction unit 41 corresponding thereto.
[0071]
In this way, by controlling the operation of the arm portion 5, it is possible to operate the arm portion 5 using the operating device 37 as a master arm and the arm portion 5 as a slave arm.
[0072]
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a main part of the robot operation system according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the robot operation system 50 according to the second embodiment mainly includes a robot 51 and an operation device 52.
[0073]
First, the configuration of the robot 51 will be described. FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a main part of the robot 51 according to Embodiment 2 of the present invention. The robot 51 is provided with a control unit 53 inside the body unit 3 as shown in FIG. The control unit 53 is mainly composed of a CPU 54, a ROM 55, a RAM 56 and an input / output interface 57.
[0074]
The CPU 54 is a microprocessor, and is connected to the ROM 55, the RAM 56, and the input / output interface 57 via a bus. The CPU 54 can execute a computer program stored in the ROM 55 or a computer program loaded in the RAM 56.
[0075]
The ROM 55 is composed of a mask ROM, PROM, EPROM, EEPROM, and the like, in which computer programs executed by the CPU 54, data used for the same, and the like are recorded.
[0076]
The RAM 56 is configured by SRAM, DRAM, or the like. When the computer program stored in the ROM 55 is executed, the RAM 56 is loaded with the computer program and used as a work area for the CPU 54.
[0077]
The input / output interface 57 includes, for example, a serial interface such as USB, IEEE1394, RS-232C, a parallel interface such as SCSI, IDE, IEEE1284, an analog interface including a D / A converter, an A / D converter, and the like. Yes. The input / output interface 57 includes a GPS receiver (position information acquisition unit) 58, a CCD (imaging unit) 59, motion sensors (state information acquisition units) 60 to 64 provided outside the control unit 53, a drive circuit. 65 to 69 and a wireless communication device (transmission unit, reception unit) 70 are connected.
[0078]
The GPS receiver 58 receives signals transmitted from a plurality of GPS satellites, and detects the current position of the GPS receiver 58 itself based on the signals. The GPS receiver 58 outputs position information 71 indicating the detected current position to the input / output interface 57.
[0079]
The CCD 59 is attached to the front side of the head of the robot 51 and the like, captures an external image at a predetermined cycle, and outputs the obtained image information 72 to the input / output interface 57.
[0080]
A motion sensor 60 is attached to each of the six motion portions 32 of the leg portion 4 of the robot 51. Similarly, motion sensors 61 are respectively attached to the motion portions 34 of the leg portions 4, and motion sensors 62 and 63 are respectively attached to the motion portions 8 and 9 of the arm portion 5. These motion sensors 60 to 63 are composed of a potentiometer, an encoder, or the like, and generate an output signal (state information) 73 corresponding to the amount of expansion / contraction of the motion units 32, 34, 8, and 9 attached thereto. It has become.
[0081]
In addition, an operation sensor 64 is attached to the end effector 7. The motion sensor 64 is composed of a rotary encoder, for example, and generates an output signal (state information) 74 corresponding to the rotation angle of the finger member 27. The output signals 73 and 74 of the motion sensors 60 to 64 are given to the input / output interface 57 of the connection destination.
[0082]
Further, driving circuits 65, 66, 67 and 68 are connected to the operating units 32, 34, 8 and 9, respectively, and a driving circuit 69 is connected to the end effector 7. Based on the control signal given from the control unit 53, the drive circuits 65 to 68 are supplied from an air pump, an electromagnetic valve, or the like that intakes or exhausts air cylinders included in the connected operation units 32, 34, 8, and 9 The air supply / exhaust device (not shown) is driven to extend and contract the operating parts 32, 34, 8, and 9.
[0083]
On the other hand, the drive circuit 69 drives a motor provided in the end effector 7 based on a control signal given from the control unit 53 to open and close the finger member 27.
[0084]
For example, the wireless communication device 70 can perform data communication by a communication method defined by Bluetooth, IEEE802.11, IEEE802.11a, IEEE802.11b, IEEE802.11g, HomeRF, or the like, or a PHS method, a PDC method, or a CDMA method. For example, data communication is possible. Such a wireless communication device 70 transmits data provided from the input / output interface 57 to the outside, and outputs data received from the outside to the input / output interface 57.
[0085]
In addition, since the other structure of the robot 51 which concerns on this Embodiment 2 is the same as that of the robot 1 which concerns on Embodiment 1, it attaches | subjects the same code | symbol and abbreviate | omits the description.
[0086]
Next, the configuration of the operation device 52 will be described. FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of a main part of the operating device 52 according to the second embodiment of the present invention. The operation device 52 is mainly composed of a CPU 75, ROM 76, RAM 77, input / output interface 78, liquid crystal display device 79, touch panel 80, and wireless communication device 81. Since the configurations of the CPU 75, ROM 76, RAM 77, input / output interface 78, and wireless communication device 81 are substantially the same as those of the CPU 54, ROM 55, RAM 56, input / output interface 57, and wireless communication device 70 described above, description thereof is omitted. .
[0087]
The ROM 76 or RAM 77 stores a computer program for the operation device 52 to perform an operation as described later.
[0088]
The liquid crystal display device 79 is connected to an input / output interface 78 and outputs (displays) an image in accordance with image data output from the CPU 75.
[0089]
The touch panel 80 is provided on the surface of the liquid crystal display device 79 and is connected to the input / output interface 78. The touch panel 80 detects a position touched by the pen 82 or the like when the operator touches the screen with a finger or a dedicated pen 82, and outputs a position signal corresponding to the position to the input / output interface 78. Thus, the operator can perform an input operation.
[0090]
Next, the operation of the robot operation system 50 according to the second embodiment will be described. The operator can instruct the movement target position of the robot 51 by performing a predetermined input operation on the operation device 52. When the movement target position is input, the controller device 52 transmits data representing the movement target position by the wireless communication device 81. This data is received by the wireless communication device 70 of the robot 51 and given to the CPU 54. Then, the robot 51 compares the current position detected by the GPS receiver 58 with the movement target position by the calculation processing of the CPU 54, determines the movement route, and walks along the movement route.
[0091]
Further, the present invention is not limited to such an operation. For example, the operator instructs the traveling direction of the robot 51 by performing a predetermined input operation on the operation device 52, and the robot 51 walks in the directed traveling direction. Such an operation may be performed.
[0092]
The ROM 55 or RAM 56 stores a computer program for controlling the walking of the robot 51, and the CPU 54 executes the computer program to control the walking of the robot 51. This walking control is performed, for example, by operating the operation parts 32 and 34 of the leg part 4 according to the operation pattern for walking stored in the ROM 55 or RAM 56 in advance.
[0093]
In addition, the CPU 54 causes the wireless communication device 70 to transmit position information 71 indicating the current position detected by the GPS receiver 58. The position information 71 is received by the wireless communication device 81 of the operation device 52 and given to the CPU 75. In the operation device 52, the CPU 75 reads out the map data stored in the RAM 77, for example, and superimposes the map and the position of the robot 51 on the liquid crystal display device 79 so that the operator can visually confirm the current position of the robot 51. And display.
[0094]
When the operator visually recognizes the display image output from the liquid crystal display device 79 and changes the movement target position of the robot 51, the operator performs a necessary input operation such as touching a predetermined portion of the touch panel 80 with the pen 82. Thus, a new movement target position is indicated.
[0095]
The CPU 54 of the robot 51 causes the wireless communication device 70 to transmit image information 72 obtained by imaging with the CCD 59. The image information 72 is received by the wireless communication device 81 of the operation device 52 and given to the CPU 75. The CPU 75 displays the captured image of the CCD 59 on the liquid crystal display device 79 according to the image information 72. Thereby, the operator can be informed of the situation around the robot 51.
[0096]
In addition, the CPU 54 transmits the state information 73 and 74 acquired by the motion sensors 60 to 64 to the wireless communication device 70. The state information 73 and 74 is received by the wireless communication device 81 and given to the CPU 75. The CPU 75 calculates, for example, a three-dimensional model of the robot 51 based on the state information 73 and 74 received in this way, and displays it on the liquid crystal display device 79.
[0097]
The operator can check the image of the surroundings of the robot 51 output to the liquid crystal display device 79 and the three-dimensional model indicating the operation state of the robot 51, and the situation of the surroundings of the robot 51 grasped by checking these. Depending on the state of each part of the robot 51, various operation instructions of the robot 51 can be performed by performing a predetermined input operation on the touch panel 80.
[0098]
When the CPU 75 of the operation device 52 receives an operation instruction for the arm 5 from the operator, the CPU 75 causes the wireless communication device 81 to transmit operation instruction information 83 indicating the operation instruction for the arm 5 received from the touch panel 80 to the outside. The operation instruction information 83 is received by the wireless communication device 70 of the robot 51 and given to the CPU 54. The CPU 54 performs feedback control of the operations of the operation units 8 and 9 and the end effector 7 based on the operation instruction information 83 acquired in this way and the state information obtained from the operation sensors 62 to 64, and the operation The arm 5 is operated according to the instruction.
[0099]
In the first and second embodiments, the operation units 8, 9, 32, and 34 are provided with air cylinders, and the operation units 8, 9, 32, and 34 are expanded and contracted by the operation of these air cylinders. Needless to say, another fluid cylinder such as a hydraulic cylinder may be used instead of the air cylinder.
[0100]
In addition, the operation units 8, 9, 32, and 34 are not configured to include an air cylinder. For example, the operation unit is connected to one of the base end and the front end according to the present invention, and the travel unit is connected to the other. It is good also as a linear motor connected to. Further, for example, each operating part includes a motor having a cylindrical rotating shaft with an internal thread provided on the inner surface, and a moving shaft that is provided with an external thread on the outer surface and penetrates the rotating shaft. The moving shaft may move in the axial length direction by operating the motor, and the moving part may be expanded and contracted by this, or each moving part may be a rotating shaft provided with a male screw part on a part of the outer surface. And a moving shaft that is screwed into the rotating shaft, and the moving shaft moves in the axial direction when the motor operates, whereby the operating portion expands and contracts. It is good.
[0101]
In addition, not limited to these, each operating unit includes a rotary actuator such as a motor, and conversion means such as a rack and pinion, a belt, and a ball screw that converts the rotary motion thereof into linear motion, Any configuration may be used as long as the distance between the connection portions of the operating portion with respect to the proximal end portion and the distal end portion according to the present invention is changed by the linear motion of the conversion means.
[0102]
In the first and second embodiments, each operating unit is configured by an air cylinder. However, each operating unit is configured by another direct acting actuator such as a solenoid. Therefore, the distance between the connected portions of the operating portion with respect to the proximal end portion and the distal end portion according to the present invention may be changed.
[0103]
Further, the operating unit is not a direct acting or rotary type actuator, but is constituted by an actuator such as a shape memory alloy that performs a motion different from the rotational motion and the linear motion. You may make it change the separation distance between the connection parts with respect to the base end part and front-end | tip part which concern on.
[0104]
In the first and second embodiments, the configuration in which two parallel mechanisms 28 and 29 connected in series are provided on one leg 4 is not limited to this. The leg portion 4 may be constituted by two parallel mechanisms, or three or more parallel mechanisms may be connected in series and used for the leg portion 4.
[0105]
In the first and second embodiments, the distal end portion of one parallel mechanism 28 of the leg portion 4 and the proximal end portion of the other parallel mechanism 29 are configured by an intermediate member 31 that is a single component. Although described, it is not limited to this, The intermediate member 31 may be comprised by connecting the front-end | tip part of the parallel mechanism 28, and the base end part of the parallel mechanism 29. FIG. The same applies to the arm portion 5.
[0106]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the robot according to the present invention, the legs are constituted by the parallel mechanism, so that the output as a whole is sufficiently ensured for the purpose of use, as compared with the conventional one. The actuator can be reduced in size. Moreover, sufficient rigidity can be ensured for the purpose of use while being lightweight. Furthermore, the present invention has excellent effects such as being able to speed up the operation because it is lighter and has a higher output than conventional ones.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a robot according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of an arm part provided in the robot according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of legs provided in the robot according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing an arm operating device according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a main part of a robot operation system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a main part of a robot according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a main part of an operating device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the degree of freedom of a leg portion of a conventional robot.
FIGS. 9A and 9B are conceptual diagrams illustrating a parallel mechanism. FIG. 9A is a diagram illustrating a telescopic parallel mechanism, and FIG. 9B is a diagram illustrating a rotary parallel mechanism.
[Explanation of symbols]
1 Robot
2 head
3 trunk
4 legs
5 arms
6 Base (base end)
7 End effector (tip)
8,9 Operation part
10 Intermediate member (base end, tip end)
12 Air cylinder
13 Cylinder tube
14 Piston rod
19, 24 Parallel mechanism
20 Air cylinder
22 Piston rod
25 Base part
26 Pivoting members
27 Finger members
28, 29 Parallel mechanism
30 Base (base end)
31 Intermediate member (base end, tip end)
32, 34 Operation part
33 Toe (tip)
37 Operating device
38 Base end
39 Grasping part
40, 41 Telescopic part
42 Operation side intermediate member
50 Robot operation system
51 robot
52 Operating device
53 Control unit
58 GPS receiver (location information acquisition unit)
59 CCD (imaging part)
60-64 motion sensor (state information acquisition unit)
65-69 drive circuit
70 Wireless communication device (transmitter, receiver)
71 Location information
72 Image information
73, 74 Output signal (status information)
79 Liquid crystal display device
80 Touch panel
81 Wireless communication device (transmitter, receiver)
83 Operation instruction information

Claims

In a biped robot that has two legs and moves by moving the legs,
The leg portion includes a proximal end portion, a distal end portion, the proximal end portion, and an operation portion that is connected to the distal end portion and changes a relative position between the proximal end portion and the distal end portion. And a parallel mechanism in which the tip portion is connected by a plurality of the operating portions ,
In the operating portion, one of the piston rod and the cylinder tube is connected to one of the base end portion and the tip end portion, and the other of the piston rod and the cylinder tube is connected to the other of the base end portion and the tip end portion. Having a fluid cylinder connected,
A guide member extending in a direction in which the piston rod protrudes from the cylinder tube;
A stopper provided at the tip of the guide member, through which the piston rod is movably inserted;
Robot, characterized in that the chromatic provided between the cylinder tube and the stopper, and a contact member that is fixed to the intermediate portion of the piston rod.

The leg portion includes a plurality of the parallel mechanisms in series, and one distal end portion of the two adjacent parallel mechanisms and the other proximal end portion are connected to each other. The robot according to claim 1.

The said leg part is equipped with the said some parallel mechanism in series, The one front-end | tip part of the two said parallel mechanisms adjacent to each other is made into the other base end part, It is characterized by the above-mentioned. The robot according to 1.

A proximal end portion, a distal end portion, and a proximal end portion and an operating portion connected to the distal end portion and configured to change a relative position between each proximal end portion and the distal end portion; and the proximal end portion and the distal end portion parts is a robot according to any one of claims 1 to 3, further comprising an arm portion having a parallel mechanism connected by a plurality of the operation portion.

The arm portion includes a plurality of the parallel mechanisms in series, and one distal end portion and the other proximal end portion of two adjacent parallel mechanisms are connected to each other. The robot according to claim 4.

The arm portion includes a plurality of the parallel mechanisms in series, and one of the two parallel mechanisms adjacent to each other has a distal end portion as the other proximal end portion. 4. The robot according to 4.

A robot according to any one of claims 1 to 6 ;
An operation unit including an input unit that receives an operation instruction for the robot from the outside, and a transmission unit that transmits operation instruction information representing the operation instruction received by the input unit to the outside;
The robot includes a receiving unit that receives operation instruction information transmitted from the operation device, and a control unit that controls the operation of the operation unit based on the operation instruction information received by the receiving unit. Robot operation system.

The robot further includes a state information acquisition unit that acquires state information representing the state of the robot, and a transmission unit that transmits the state information acquired by the state information acquisition unit to the outside.
The operation device further includes a receiving unit that receives state information transmitted from the robot, and an output unit that outputs the state of the robot based on the state information received by the receiving unit. The robot operation system according to claim 7 .

The robot further includes an imaging unit, and a transmission unit that transmits image information representing an image captured by the imaging unit to the outside.
The operating device further includes a receiving unit that receives image information transmitted from the robot, and an output unit that outputs an image captured by the imaging unit based on the image information received by the receiving unit. The robot operation system according to claim 7 or 8 .

The robot operation system according to claim 8 or 9 , wherein the output unit is a liquid crystal display device, and the input unit is a touch panel attached to the liquid crystal display device.

The robot further includes a position information acquisition unit that acquires position information indicating a current position,
Wherein, based on the acquired position information by the position information acquisition unit, by operating the operation portion of the legs, to claim 7, characterized in that are no to perform a walking control of the robot 1 0 robotic handling system according to any one of.