JP4044079B2 - Humanoid robot - Google Patents

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Description

本発明は、人工筋肉で駆動するヒューマノイドロボットに関する。 The present invention relates to a humanoid robot driven by artificial muscles.

従来のヒューマノイドロボット100は、図17に示すように、胴体101と、胴体101の下部両側に取付けられた二本の脚部102L、102Rと、各脚部102L、102Rの下端に取付けられた足部103L、103Rを有している。そして、各脚部102L、102Rの中間には膝部104L、104Rが設けられている。
ここで、脚部102L、102Rは、それぞれ六個の関節部、即ち上方から順に、胴体101に対する腰の脚部回旋用の関節部105L、105R、腰のロール方向の関節部106L、106R、腰のピッチ方向の関節部107L、107R、膝部104L、104Rのピッチ方向の関節部108L、108Rを備えている。なお、各関節部105L(R)〜108L(R)は、それぞれ関節駆動用モータにより構成されている。
As shown in FIG. 17, a conventional humanoid robot 100 includes a body 101, two legs 102L and 102R attached to both lower sides of the body 101, and legs attached to the lower ends of the legs 102L and 102R. The units 103L and 103R are included. In addition, knee portions 104L and 104R are provided between the leg portions 102L and 102R.
Here, the leg portions 102L and 102R respectively have six joint portions, that is, in order from the top, joint portions 105L and 105R for hip leg rotation with respect to the body 101, joint portions 106L and 106R in the waist roll direction, Joint portions 107L and 107R in the pitch direction, and joint portions 108L and 108R in the pitch direction of the knee portions 104L and 104R. Each of the joint portions 105L (R) to 108L (R) is constituted by a joint driving motor.

また、足部103L、103Rは互いに左右対称に構成されており、例えば、左(右)の足部103L(R)については、左(右)の脚部102L(R)の下端に対して固定的に取付けられるベース部109L(R)と、ベース部109L(R)の後端付近に固定配置された踵部110L(R)と、ベース部109L(R)から実質的に前方に向かって並んで延び且つベース部109L(R)に対して上下方向に揺動可能に支持された一対の足先部111L(R)、112L(R)で構成されている。ベース部109L(R)は、下腿リンク113L(R)の下端で左右に水平方向に固定配置したリンクで構成され、このベース部109L(R)の左右両端からそれぞれ一対のリンクが分岐されてその下端に、二つずつの関節駆動用モータ114L(R)及び115L(R)を介してそれぞれ左右の一対の足先部111L(R)及び112L(R)が連結されて構成されている。 Also, the foot portions 103L and 103R are configured symmetrically with each other. For example, the left (right) foot portion 103L (R) is fixed to the lower end of the left (right) leg portion 102L (R). The base portion 109L (R) to be attached to the base, the flange portion 110L (R) fixedly disposed near the rear end of the base portion 109L (R), and the base portion 109L (R) substantially aligned forward. And a pair of foot tip portions 111L (R) and 112L (R) supported so as to be swingable in the vertical direction with respect to the base portion 109L (R). The base portion 109L (R) is configured by a link that is fixed horizontally in the horizontal direction at the lower end of the lower leg link 113L (R), and a pair of links are branched from the left and right ends of the base portion 109L (R). A pair of left and right foot tips 111L (R) and 112L (R) are connected to the lower end via two joint drive motors 114L (R) and 115L (R), respectively.

このようにして、腰関節は、各関節部105L、105R、106L、106R、107L、107Rから構成され、また足関節は、関節駆動用モータ114L、114R、115L、115Rから構成されることになる。更に、腰関節と関節部108L、108Rとの間は、大腿リンク116L、116Rにより連結されている。
これにより、ヒューマノイドロボット100の左右両側の脚部102L、102R及び足部103L、103Rは、それぞれ6自由度を与えられることになり、歩行中に脚部102L(102R)及び足部103L(103R)に設けられた6個の関節部をそれぞれ駆動モータにより適宜の角度に駆動制御することにより、脚部102L、102Rと足部103L、103Rに連携させた動作を与えて、歩行させることができる(例えば、特許文献1参照)。
In this way, the hip joint is composed of the joint portions 105L, 105R, 106L, 106R, 107L, and 107R, and the ankle joint is composed of joint drive motors 114L, 114R, 115L, and 115R. . Further, the hip joint and the joint portions 108L and 108R are connected by thigh links 116L and 116R.
As a result, the left and right leg portions 102L and 102R and the foot portions 103L and 103R of the humanoid robot 100 are each given six degrees of freedom, and the leg portion 102L (102R) and the foot portion 103L (103R) during walking. By driving and controlling the six joints provided in each at an appropriate angle by a drive motor, it is possible to walk by giving an action linked to the legs 102L and 102R and the legs 103L and 103R ( For example, see Patent Document 1).

特開2004−90194号公報JP 2004-90194 A

しかしながら、特許文献1に記載されたヒューマノイドロボット100では、各関節部が駆動モータで構成されているため各関節部の重量が重くなり、各関節部を保持するために胴体101、脚部102L、102R、膝部104L、104R、足部103L、103Rを、例えば、鉄等の強度及び剛性の高い材料で構成する必要があった。このため、ヒューマノイドロボット100全体としての重量が大きくなって、走行及び跳躍等の応答性の高い動作や、種々の動作を滑らかに連続して行なわせるのが困難であった。
更に、重量が大きいためヒューマノイドロボット100が誤動作して周囲に存在する物品と衝突する際には、物品を破損する可能性も高くなっていた。このため、ヒューマノイドロボット100を民生用として使用するには大きな制約が存在した。
However, in the humanoid robot 100 described in Patent Document 1, since each joint portion is constituted by a drive motor, the weight of each joint portion becomes heavy, and the body 101, the leg portion 102L, The 102R, the knee portions 104L and 104R, and the foot portions 103L and 103R need to be made of a material having high strength and rigidity, such as iron. For this reason, the weight of the humanoid robot 100 as a whole has increased, and it has been difficult to smoothly and continuously perform operations with high responsiveness such as running and jumping and various operations.
Further, since the weight is large, when the humanoid robot 100 malfunctions and collides with an article existing in the surrounding area, there is a high possibility that the article is damaged. For this reason, there are significant restrictions on using the humanoid robot 100 for consumer use.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、人工筋肉を用いて応答性の高い動作や滑らかな連続動作を容易に行なうことが可能なヒューマノイドロボットを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a humanoid robot capable of easily performing a highly responsive operation or a smooth continuous operation using an artificial muscle.

前記目的に沿う請求項1記載のヒューマノイドロボットは、それぞれ内部に注入される流体の圧力に応じて収縮量が変化する人工筋肉を動力源とし、胴体骨格と、前記胴体骨格の下部両側に取付けられた下肢骨格と、前記胴体骨格の上部両側に取付けられた上肢骨格を有するヒューマノイドロボットにおいて、
前記下肢骨格は、前記胴体骨格に設けられた寛骨材に股関節部材を介して連結された大腿骨材と、該大腿骨材に膝関節部材を介して連結する脛骨材と、該脛骨材に足首関節部材を介して連結する足骨材を有し、
前記寛骨材に対して前記大腿骨材が前記股関節部材を介して屈曲、傾斜、及び旋回が可能に連結され、更に、前記股関節部材を内側にして、前記寛骨材と前記大腿骨材を連結し、それぞれ向かい合う2組の異なる角度位置に配置され前記人工筋肉をそれぞれ備えた第1、第2の人工筋肉対を備え
前記大腿骨材に対して前記脛骨材は前記膝関節部材を介して回動可能に連結され、しかも、前記寛骨材と前記脛骨材の上部とは、前記膝関節部材を内側にして対向配置され前記人工筋肉を備えた第3の人工筋肉対で連結され、
前記脛骨材に前記足骨材が前記足首関節部材を介して屈曲、傾斜、及び旋回が可能に連結され、前記脛骨材の下部と前記足骨材とを連結し、前記足首関節部材を中央にしてその左右位置に前記人工筋肉を備えた第4の人工筋肉対、及び一方が前記脛骨材の後ろ側下部と前記足骨材の後ろ側上部を連結し、他方が前記脛骨材の前側上部と前記足骨材の前側を連結する前記人工筋肉を備えた第5の人工筋肉対が設けられ、更に、前記大腿骨材の後ろ側下部と前記足骨材の後ろ側下部を連結する前記人工筋肉を備えている。
The humanoid robot according to claim 1, which meets the above-mentioned purpose, is attached to both the body skeleton and the lower side of the body skeleton using artificial muscles whose contraction amount changes according to the pressure of the fluid injected therein. In a humanoid robot having a lower limb skeleton and upper limb skeletons attached to both upper sides of the torso skeleton,
The lower limb skeleton includes a femur connected to an hip bone provided on the torso skeleton via a hip joint member, a tibial material connected to the femur material via a knee joint member, and the tibial material Having ankle aggregate connected via an ankle joint member,
The hip bone material is connected to the hip bone material via the hip joint member so as to be able to bend, tilt, and turn, and further, the hip joint member is located inside, and the hip bone material and the femur material are connected. A first and a second artificial muscle pair connected to each other and arranged in two different angular positions facing each other, each having the artificial muscle ;
The tibial material is rotatably connected to the femoral material via the knee joint member, and the hip bone material and the upper portion of the tibial material are opposed to each other with the knee joint member inside. Connected by a third artificial muscle pair comprising the artificial muscle,
The ankle material is connected to the tibial material via the ankle joint member so as to be able to bend, tilt, and turn, the lower part of the tibial material is connected to the ankle material, and the ankle joint member is centered. A fourth artificial muscle pair having the artificial muscles at the left and right positions thereof, and one connecting the rear lower part of the tibial material and the rear upper part of the foot bone material, and the other connecting the front upper part of the tibial material A fifth artificial muscle pair including the artificial muscle for connecting the front side of the foot aggregate is provided, and further, the artificial muscle for connecting the rear lower part of the femur and the rear lower part of the foot aggregate. It is equipped with a.

第1、第2の人工筋肉対の各人工筋肉の内部に流体を注入して収縮させることにより、股関節部材を介して連結する寛骨材及び大腿骨材を引き寄せて緊張状態にして、寛骨材に対して連結する大腿骨材をある角度に調整することができる。そして、股関節部材を内側にして向かい合って配置された各人工筋肉の緊張状態の均衡を更に変化させることで、寛骨材に対してある角度に連結された大腿骨材を股関節部材を介して、屈曲、傾斜、及び旋回させることができる。
第3の人工筋肉対の各人工筋肉を収縮させることにより、膝関節部材を介して連結する大腿骨材及び脛骨材を引き寄せて緊張状態にして、大腿骨材に連結する脛骨材の角度を調整することができる。そして、向かい合って配置された第3の人工筋肉対の各人工筋肉の緊張状態の均衡を更に変化させることで、大腿骨材に対してある角度に連結された脛骨材を膝関節部材を介して回動(屈曲)させることができると共に、大腿骨材の運動に連携させて脛骨材を運動させることができる。
第4、第5の人工筋肉対を構成する各人工筋肉の内部に流体を注入して収縮させることにより、足首関節部材を介して連結する脛骨材及び足骨材を引き寄せて緊張状態にして、脛骨材に対して連結する足骨材をある角度に調整することができる。そして、各人工筋肉の緊張状態の均衡を更に変化させることで、脛骨材に対してある角度に連結された足骨材を足首関節部材を介して、屈曲、傾斜、及び旋回させることができる。
更に、大腿骨材の後ろ側下部と足骨材の後ろ側下部を連結する人工筋肉の緊張状態の均衡を変化させることで、大腿骨材の運動に連携させて足骨材を運動させることができる。
By injecting a fluid into each of the artificial muscles of the first and second artificial muscle pairs and contracting them, the hipbone material and the femur material connected via the hip joint members are drawn into a tensioned state, and the hipbone The femur connected to the material can be adjusted to an angle. And by further changing the balance of the tension state of each artificial muscle arranged facing each other with the hip joint member inward, the femur connected at a certain angle to the hip bone through the hip joint, Can be bent, tilted and swiveled.
By contracting each artificial muscle of the third artificial muscle pair, the femoral material and tibial material to be connected via the knee joint member are drawn into tension, and the angle of the tibial material to be connected to the femoral material is adjusted. can do. Then, by further changing the balance of the tension state of each artificial muscle of the third artificial muscle pair arranged opposite to each other, the tibial material connected at an angle with respect to the femoral material is passed through the knee joint member. While being able to rotate (bend), the tibial material can be moved in conjunction with the movement of the femoral material.
By injecting a fluid into each of the artificial muscles constituting the fourth and fifth artificial muscle pairs and contracting them, the tibial material and the foot bone material connected through the ankle joint member are drawn into a tension state, The foot aggregate connected to the tibial aggregate can be adjusted to an angle. Then, by further changing the balance of the tension state of each artificial muscle, the ankle material connected to the tibia material at an angle can be bent, inclined, and turned through the ankle joint member.
Furthermore, by changing the balance of the tension state of the artificial muscle that connects the lower back of the femur and the lower back of the foot aggregate, the foot aggregate can be moved in conjunction with the movement of the femur. it can.

請求項2記載のヒューマノイドロボットは、請求項1記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記第1、第2の人工筋肉対は、このヒューマノイドロボットが正立状態で、それぞれ前記股関節部材の前後位置及び左右位置に設けられている。 The humanoid robot according to a second aspect of the present invention is the humanoid robot according to the first aspect, wherein the first and second artificial muscle pairs are respectively in a front-rear position and a left-right position of the hip joint member when the humanoid robot is in an upright state. Is provided.

請求項記載のヒューマノイドロボットは、請求項1記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記上肢骨格は、前記胴体骨格に設けられた鎖骨材に肩関節部材を介して連結された上腕骨材と、該上腕骨材に肘関節部材を介して連結する橈骨材を有し、
前記鎖骨材は前記肩関節部材を介して前記上腕骨材が屈曲、傾斜、及び旋回が可能に連結され、更に、前記肩関節部材を内側にして、前記鎖骨材の端部と前記上腕骨材の上部を連結し、それぞれ向かい合う2組の異なる角度位置に配置され前記人工筋肉をそれぞれ備えた第6、第7の人工筋肉対を備えている。
Humanoid robot according to claim 3, wherein, in the humanoid robot according to claim 1, wherein the upper limb skeleton, a humerus member connected via the shoulder joint member clavicle material provided on the body framework, humeral Having ribs connected to the material via elbow joint members,
The clavicle is connected to the humerus via the shoulder joint so that the humerus can be bent, tilted, and swiveled. The sixth and seventh artificial muscle pairs each having the artificial muscles are connected to each other and arranged at two different angular positions facing each other.

第6、第7の人工筋肉対の各人工筋肉を収縮させることにより、肩関節部材を介して連結する鎖骨材及び上腕骨材を引き寄せて緊張状態にして、鎖骨材に対して連結する上腕骨材をある角度に調整することができる。そして、肩関節部材を内側にして向かい合って配置された各人工筋肉の緊張状態の均衡を更に変化させることで、鎖骨材に対してある角度に連結された上腕骨材を肩関節部材を介して、屈曲、傾斜、及び旋回させることができる。 By contracting each artificial muscle of the sixth and seventh artificial muscle pairs, the clavicle and humerus aggregates connected via the shoulder joint members are drawn into a tension state and the humerus connected to the clavicle. The material can be adjusted to an angle. Then, by further changing the balance of the tension state of each artificial muscle arranged facing each other with the shoulder joint member inward, the humeral aggregate connected to the clavicle at an angle is passed through the shoulder joint member. Can be bent, tilted and swiveled.

請求項記載のヒューマノイドロボットは、請求項記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記上腕骨材に前記肘関節部材を介して前記橈骨材が回動可能に連結され、前記鎖骨材の端部と前記橈骨材の上部を連結し、前記肘関節部材を内側にして対向配置され前記人工筋肉を備えた第8の人工筋肉対が設けられている。 The humanoid robot according to claim 4 is the humanoid robot according to claim 3 , wherein the rib is rotatably connected to the humeral aggregate via the elbow joint member, and the end of the clavicle and the rib An upper part of the material is connected, and an eighth artificial muscle pair provided with the artificial muscle is provided so as to face each other with the elbow joint member inside.

第8の人工筋肉対の各人工筋肉を収縮させることにより、肘関節部材を介して連結する上腕骨材及び橈骨材を引き寄せて緊張状態にして、上腕骨材に連結する橈骨材の角度を調整することができる。そして、向かい合って配置された第8の人工筋肉対の各人工筋肉の緊張状態の均衡を更に変化させることで、上腕骨材に対してある角度に連結された橈骨材を肘関節部材を介して回動(屈曲)させることができると共に、上腕骨材の運動に連携させて橈骨材を運動させることができる。 By contracting each artificial muscle of the eighth artificial muscle pair, the humerus and ribs connected via the elbow joint members are pulled into tension and the angle of the ribs connected to the humerus is adjusted. can do. Then, by further changing the balance of the tension state of the artificial muscles of the eighth artificial muscle pair arranged opposite to each other, the ribs connected to the humerus aggregate at an angle are connected via the elbow joint members. While being able to rotate (bend), the rib aggregate can be moved in conjunction with the movement of the humeral aggregate.

請求項記載のヒューマノイドロボットは、請求項及び記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記股関節部材、前記膝関節部材、前記足首関節部材、前記肩関節部材、及び前記肘関節部材には傾きを検知する角度センサが設けられている。
これによって、三次元における各関節部材の傾きから位置を求め、連結している各骨材の位置を求めることができる。
The humanoid robot according to claim 5 is the humanoid robot according to claims 3 and 4 , wherein the hip joint member, the knee joint member, the ankle joint member, the shoulder joint member, and the elbow joint member detect inclination. An angle sensor is provided.
Thereby, a position can be calculated | required from the inclination of each joint member in three dimensions, and the position of each connected aggregate can be calculated | required.

請求項記載のヒューマノイドロボットは、請求項のいずれか1項に記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記鎖骨材の中央部に頭骨材が頸椎部材を介して傾斜及び回動が可能に連結され、
前記頸椎部材と前記鎖骨材とは、一方が前記頸椎部材の前側上部と前記鎖骨材の前側を連結し、他方が前記頸椎部材の後ろ側上部と前記鎖骨材の後ろ側を連結する前記人工筋肉を備えた第9の人工筋肉対と、一方が前記頸椎部材の左前側下部と前記鎖骨材の左前側を連結し、他方が前記頸椎部材の右前側下部と前記鎖骨材の右前側を連結する前記人工筋肉を備えた第10の人工筋肉対を備え、更に、一方が前記頸椎部材の左後ろ側下部と前記鎖骨材の左後ろ側を連結し、他方が前記頸椎部材の右後ろ側下部と前記鎖骨材の右後ろ側を連結する前記人工筋肉を備えた第11の人工筋肉対を備えている。
The humanoid robot according to claim 6 is the humanoid robot according to any one of claims 3 to 5 , wherein a skull is connected to a central portion of the clavicle so as to be inclined and rotatable via a cervical spine member. ,
One of the cervical spine member and the clavicle aggregate connects the front upper part of the cervical spine member and the front side of the clavicular aggregate, and the other connects the rear upper part of the cervical spine member and the rear side of the clavicular aggregate. One of the nine artificial muscle pairs having the cervical spine member and the left front side of the clavicle member, and the other link the right front lower portion of the cervical member and the right front side of the clavicle. A tenth artificial muscle pair including the artificial muscle, and one of the lower left side lower part of the cervical spine member and the left rear side of the clavicle material is connected, and the other is a lower right rear lower part of the cervical spine member. An eleventh artificial muscle pair including the artificial muscle connecting the right rear side of the clavicle is provided.

第9〜第11の人工筋肉対の各人工筋肉を収縮させることにより、頸椎部材を介して連結する鎖骨材及び頭骨材を引き寄せて緊張状態にして、鎖骨材に連結する頭骨材の角度を調整することができる。そして、第9〜第11の人工筋肉対の各人工筋肉の緊張状態の均衡を更に変化させることで、鎖骨材に対してある角度に連結された頭骨材を頸椎部材を介して前後左右に傾斜させたり、回動させることができる。 By contracting each of the artificial muscles of the ninth to eleventh artificial muscle pairs, the clavicular material and the cranial material connected via the cervical spine member are drawn into a tension state, and the angle of the cranial material connected to the clavicular material is adjusted. can do. Then, by further changing the balance of the tension state of each of the artificial muscles of the ninth to eleventh artificial muscle pairs, the skull material connected at a certain angle with respect to the clavicle material is tilted back and forth and right and left through the cervical spine member. Or can be rotated.

請求項記載のヒューマノイドロボットは、請求項1〜記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記人工筋肉は、圧力制御手段を介して流体供給手段から供給される前記流体によって伸縮して、その長さが変化する。
人工筋肉を、膨張する際に表面積が増加しにくい、例えば、シリコーンゴム等のゴム素材を主体に構成すると、人工筋肉の内部に流体を注入して膨張させた際、人工筋肉の断面積が増加し長さは短くなる。これによって、人工筋肉を収縮させることができる。そして、注入する流体の圧力を調整すると人工筋肉の膨張量が変化し、人工筋肉の長さが変化する。これによって、人工筋肉を更に収縮させたり、収縮を一部回復させることができる。
Humanoid robot according to claim 7, wherein, in the humanoid robot according to claim 1-6, wherein the artificial muscle is to stretch by the fluid supplied from the fluid supply means via a pressure control means, the length change To do.
When an artificial muscle is expanded, its surface area is unlikely to increase. For example, if it is mainly composed of a rubber material such as silicone rubber, the cross-sectional area of the artificial muscle increases when a fluid is injected into the artificial muscle to expand it. The length is shortened. As a result, the artificial muscle can be contracted. When the pressure of the fluid to be injected is adjusted, the amount of expansion of the artificial muscle changes, and the length of the artificial muscle changes. Thereby, the artificial muscle can be further contracted or the contraction can be partially recovered.

請求項記載のヒューマノイドロボットは、請求項記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記流体は空気である。流体に空気を使用することにより、流体の入手及び取り扱いが容易になる。 The humanoid robot according to claim 8 is the humanoid robot according to claim 7 , wherein the fluid is air. By using air as the fluid, the fluid can be easily obtained and handled.

請求項記載のヒューマノイドロボットは、請求項記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記流体供給手段は携帯型圧縮空気タンクである。これによって、ヒューマノイドロボットに流体供給手段を搭載させて、ヒューマノイドロボットの運動における自由度を向上させることができる。 The humanoid robot according to claim 9 is the humanoid robot according to claim 8 , wherein the fluid supply means is a portable compressed air tank. As a result, the fluid supply means can be mounted on the humanoid robot, and the degree of freedom in the movement of the humanoid robot can be improved.

請求項10記載のヒューマノイドロボットは、請求項1〜記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記足骨材には該足骨材に加わる圧力を検知する圧力センサが設けられている。これによって、ヒューマノイドロボットが移動する際に、足骨材と移動面との間で互いに及ぼし合う力を求めることができる。 A humanoid robot according to a tenth aspect of the present invention is the humanoid robot according to any one of the first to ninth aspects, wherein the foot bone material is provided with a pressure sensor that detects a pressure applied to the foot bone material. As a result, when the humanoid robot moves, it is possible to obtain the forces acting on the foot bone material and the moving surface.

請求項1〜10記載のヒューマノイドロボットにおいては、寛骨材と大腿骨材を連結する股関節部材を内側にして向かい合って配置された第1及び第2の人工筋肉対の各人工筋肉の緊張状態の均衡をそれぞれ変化させることで、股関節部材に大腿骨材を動かす駆動源(例えば、駆動モータ)を設けなくても寛骨材に対して大腿骨材を、屈曲、傾斜、及び旋回させることが可能になる。その結果、股関節部材を支える寛骨材を備えた胴体骨格を軽量化することが可能になり、ヒューマノイドロボットの動作の応答性を高め、瞬発力を必要とする動作を容易に行なうことが可能になる。
第3の人工筋肉対の各人工筋肉の緊張状態の均衡をそれぞれ変化させることで、膝関節部材に脛骨材を動かす駆動源(例えば、駆動モータ)を設けなくても大腿骨材に対して脛骨材を回動させることが可能になる。その結果、膝関節部材を支持する大腿骨材を軽量化することが可能になり、大腿骨材の動作の応答性を高め、瞬発力を必要とする動作を容易に行なうことが可能になる。更に、大腿骨材の運動に連携させて脛骨材を運動させることができ、脛骨材の滑らかな動作を行なうことが可能になる。
第4及び第5の各人工筋肉対を構成する人工筋肉の緊張状態の均衡をそれぞれ変化させることで、足首関節部材に足骨材を動かす駆動源(例えば、駆動モータ)を設けなくても脛骨材に対して足骨材を、屈曲、傾斜、及び旋回させることが可能になる。その結果、足首関節部材に連結する脛骨材を軽量化することが可能になり、脛骨材の動作の応答性を高め、瞬発力を必要とする動作を容易に行なうことが可能になる。更に、大腿骨材の運動に連携させて足骨材を運動させることができ、足骨材の滑らかな動作を行なうことが可能になる。
In the humanoid robot according to any one of claims 1 to 10 , the tension state of each artificial muscle of the first and second artificial muscle pairs arranged facing each other with a hip joint member connecting the hip bone and the femur aggregate inward. By changing the balance, it is possible to bend, tilt, and turn the femoral aggregate with respect to the hip bone without providing a drive source (for example, a drive motor) that moves the femoral aggregate to the hip joint member. become. As a result, it is possible to reduce the weight of the torso skeleton equipped with the hip bone material that supports the hip joint member, and it is possible to increase the responsiveness of the operation of the humanoid robot and easily perform the operation requiring instantaneous force. Become.
By changing the balance of the tension state of each of the artificial muscles of the third artificial muscle pair, the tibia with respect to the femur can be provided without providing a drive source (for example, a drive motor) for moving the tibia to the knee joint member. The material can be rotated. As a result, it is possible to reduce the weight of the femoral material that supports the knee joint member, increase the responsiveness of the operation of the femoral material, and easily perform an operation that requires instantaneous force. Further, the tibial material can be moved in cooperation with the movement of the femoral material, and the tibial material can be smoothly operated.
By changing the balance of the tension state of the artificial muscles constituting each of the fourth and fifth artificial muscle pairs, the tibia can be provided without providing a driving source (for example, a driving motor) for moving the ankle material to the ankle joint member. It is possible to bend, incline, and turn the foot material relative to the material. As a result, the tibial material connected to the ankle joint member can be reduced in weight, the responsiveness of the operation of the tibial material can be improved, and the operation requiring instantaneous force can be easily performed. Furthermore, the foot aggregate can be moved in cooperation with the movement of the femoral aggregate, and the foot aggregate can be smoothly operated.

特に、請求項2記載のヒューマノイドロボットにおいては、第1、第2の人工筋肉対は、このヒューマノイドロボットが正立状態で、それぞれ股関節部材の前後位置及び左右位置に設けられているので、各人工筋肉の緊張状態の均衡をそれぞれ変化させることにより、股関節部材を介して寛骨材に対して大腿骨材を効率的に動かすことができる。 In particular, in the humanoid robot according to claim 2, the first and second artificial muscle pairs are provided at the front and rear positions and the left and right positions of the hip joint member when the humanoid robot is in an upright state. By changing the balance of the muscle tension state, the femur can be efficiently moved with respect to the hip bone via the hip joint member.

請求項記載のヒューマノイドロボットにおいては、第6、第7の人工筋肉対の各人工筋肉の緊張状態の均衡をそれぞれ変化させることで、肩関節部材に上腕骨材を動かす駆動源(例えば、駆動モータ)を設けなくても鎖骨材に対して上腕骨材を、屈曲、傾斜、及び旋回させることが可能になる。その結果、肩関節部材を支える鎖骨材を備えた胴体骨格を軽量化することが可能になり、ヒューマノイドロボットの動作の応答性を高め、瞬発力を必要とする動作を容易に行なうことが可能になる。 In the humanoid robot according to claim 3 , a driving source for moving the humeral aggregate to the shoulder joint member by changing the balance of the tension state of each artificial muscle of the sixth and seventh artificial muscle pairs (for example, driving) Even without a motor), the humeral aggregate can be bent, tilted and swiveled with respect to the clavicular aggregate. As a result, it is possible to reduce the weight of the torso skeleton equipped with the clavicle material that supports the shoulder joint member, and it is possible to improve the responsiveness of the operation of the humanoid robot and easily perform the operation requiring instantaneous force. Become.

請求項記載のヒューマノイドロボットにおいては、第8の人工筋肉対の各人工筋肉の緊張状態の均衡をそれぞれ変化させることで、肘関節部材に橈骨材を動かす駆動源(例えば、駆動モータ)を設けなくても上腕骨材に対して橈骨材を回動させることが可能になる。その結果、肘関節部材を支持する上腕骨材を軽量化することが可能になり、上腕骨材の動作の応答性を高め、瞬発力を必要とする動作を容易に行なうことが可能になる。更に、上腕骨材の運動に連携させて橈骨材を運動させることができ、橈骨材の滑らかな動作を行なうことが可能になる。 5. The humanoid robot according to claim 4 , wherein a drive source (for example, a drive motor) is provided to move the rib material to the elbow joint member by changing the balance of the tension state of each artificial muscle of the eighth artificial muscle pair. Even if it is not, it becomes possible to rotate the rib aggregate with respect to the humeral aggregate. As a result, it is possible to reduce the weight of the humeral aggregate that supports the elbow joint member, to increase the responsiveness of the operation of the humeral aggregate, and to easily perform an operation that requires instantaneous force. Further, the rib aggregate can be moved in cooperation with the movement of the humerus aggregate, and the rib aggregate can be smoothly operated.

請求項記載のヒューマノイドロボットにおいては、股関節部材、膝関節部材、足首関節部材、肩関節部材、及び肘関節部材には傾きを検知する角度センサが設けられているので、三次元における各関節部材の傾きから各関節部材に連結している各骨材の位置を求めることができ、姿勢を制御しながら複雑な動作を精度よく行なうことが可能になる。
請求項記載のヒューマノイドロボットにおいては、第9〜第11の人工筋肉対の各人工筋肉の緊張状態の均衡をそれぞれ変化させることで、頸椎部材に頭骨材を動かす駆動源(例えば、駆動モータ)を設けなくても鎖骨材に対して頭骨材を傾斜及び回動させることが可能になる。その結果、頸椎部材を支持する鎖骨材を軽量化して胴体骨格を軽量化することが可能になり、ヒューマノイドロボットの動作の応答性を高め、瞬発力を必要とする動作を容易に行なうことが可能になる。
In the humanoid robot according to claim 5 , since the hip joint member, the knee joint member, the ankle joint member, the shoulder joint member, and the elbow joint member are provided with angle sensors for detecting inclination, each joint member in three dimensions The position of each aggregate connected to each joint member can be obtained from the inclination of the angle, and it is possible to accurately perform complicated operations while controlling the posture.
The humanoid robot according to claim 6 , wherein a driving source (for example, a driving motor) that moves the skull material to the cervical spine member by changing the balance of the tension state of each of the artificial muscles of the ninth to eleventh artificial muscle pairs, respectively. It is possible to incline and rotate the skull aggregate with respect to the clavicle aggregate even without providing. As a result, it is possible to reduce the weight of the torso skeleton by reducing the weight of the clavicle that supports the cervical spine member, increasing the responsiveness of the operation of the humanoid robot, and easily performing operations that require instantaneous force become.

請求項記載のヒューマノイドロボットにおいては、人工筋肉対を構成する人工筋肉は、圧力制御手段を介して流体供給手段から供給される流体によって伸縮して、その長さが変化するので、各人工筋肉に注入する流体の圧力を調整することにより人工筋肉の収縮と回復の各動作を連携して行なわせることができ、下肢骨格及び上肢骨格毎の滑らかな動作と、下肢骨格及び上肢骨格の連携した動作を行なうことが可能になる。 In the humanoid robot according to claim 7 , since the artificial muscle constituting the artificial muscle pair expands and contracts by the fluid supplied from the fluid supply means via the pressure control means, and the length thereof changes. By adjusting the pressure of the fluid injected into the body, the contraction and recovery operations of the artificial muscle can be performed in cooperation with each other, and the smooth movement for each lower limb skeleton and upper limb skeleton and the lower limb skeleton and upper limb skeleton are coordinated. The operation can be performed.

請求項記載のヒューマノイドロボットにおいては、流体は空気であるので、流体の入手及び取り扱いが容易になり、ヒューマノイドロボットの操作コストを低減することが可能になる。 In the humanoid robot according to the eighth aspect , since the fluid is air, the fluid can be easily obtained and handled, and the operation cost of the humanoid robot can be reduced.

請求項記載のヒューマノイドロボットにおいては、流体供給手段は携帯型圧縮空気タンクであるので、ヒューマノイドロボットの運動の自由度を向上させることができ、ヒューマノイドロボットにより速く、より複雑な動作を行なわせることが可能になる。 In the humanoid robot according to claim 9 , since the fluid supply means is a portable compressed air tank, the degree of freedom of movement of the humanoid robot can be improved, and the humanoid robot can perform a faster and more complicated operation. Is possible.

請求項10記載のヒューマノイドロボットにおいては、足骨材には足骨材に加わる圧力を検知する圧力センサが設けられているので、ヒューマノイドロボットが移動する際の足骨材と移動面とが互いに及ぼし合う力を求めることができ、足骨材が移動面を踏み込む際の踏込み力や足骨材を移動面に押し付ける際の押し付け力を調整することが可能になる。その結果、ヒューマノイドロボットが移動する際に受ける衝撃力を緩和することが可能になる。 In the humanoid robot according to claim 10 , since the foot bone material is provided with a pressure sensor that detects a pressure applied to the foot bone material, the foot bone material and the moving surface exert influence on each other when the humanoid robot moves. The matching force can be obtained, and the stepping force when the foot aggregate steps on the moving surface and the pressing force when pressing the foot aggregate against the moving surface can be adjusted. As a result, it is possible to reduce the impact force that the humanoid robot receives when moving.

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図1(A)、(B)はそれぞれ本発明の一実施の形態に係るヒューマノイドロボットの骨格を示す正面図及び左側面図、図2(A)、(B)はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの骨格を示す背面図及び右側面図、図3(A)、(B)はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの股関節部材の周囲の人工筋肉の配置を示す拡大図、図4(A)、(B)はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの上、下肢骨格に取付けた人工筋肉の配置を示す正面図及び左側面図、図5(A)、(B)はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの上、下肢骨格に取付けた人工筋肉の配置を示す背面図及び右側面図、図6は同ヒューマノイドロボットの膝関節部材の周囲の人工筋肉の配置を示す拡大図、図7(A)〜(C)はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの足首関節部材の周囲の人工筋肉の配置を示す拡大図、図8(A)、(B)はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの肩関節部材の周囲の人工筋肉の配置を示す拡大図、図9は同ヒューマノイドロボットの肘関節部材の周囲の人工筋肉の配置を示す拡大図、図10は同ヒューマノイドロボットに取付けた人工筋肉の駆動系統を示す説明図、図11は同ヒューマノイドロボットに使用する人工筋肉の説明図、図12は同ヒューマノイドロボットに2足歩行を行なわせる際のフローチャート、図13(A)〜(C)は同ヒューマノイドロボットが2足歩行を行なう際の下肢骨格の一連の動きを示す説明図、図14は同ヒューマノイドロボットが2足歩行した際の足骨の位置変化を示す説明図、図15(A)〜(C)、図16(A)〜(C)は同ヒューマノイドロボットが2足歩行を行なう際の下肢骨格の一連の動きを示す説明図である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings for understanding of the present invention.
Here, FIGS. 1A and 1B are a front view and a left side view showing a skeleton of a humanoid robot according to an embodiment of the present invention, respectively, and FIGS. 2A and 2B are the same humanoid robot. FIGS. 3 (A) and 3 (B) are enlarged views showing the arrangement of artificial muscles around the hip joint member of the humanoid robot, and FIGS. 4 (A) and 4 (B) are respectively a rear view and a right side view showing the skeleton of FIG. Front and left views showing the placement of artificial muscles attached to the lower limb skeleton on the humanoid robot. FIGS. 5A and 5B are diagrams of artificial muscles attached to the upper limb skeleton and the humanoid robot, respectively. FIG. 6 is an enlarged view showing the arrangement of the artificial muscles around the knee joint member of the humanoid robot, and FIGS. 7A to 7C are the feet of the humanoid robot. FIGS. 8A and 8B are enlarged views showing the arrangement of artificial muscles around the shoulder joint member of the humanoid robot, and FIG. 9 shows the humanoid robot. FIG. 10 is an explanatory diagram showing an artificial muscle drive system attached to the humanoid robot, FIG. 11 is an explanatory diagram of the artificial muscle used in the humanoid robot, FIG. 12 is a flowchart when the humanoid robot performs biped walking, and FIGS. 13A to 13C are explanatory diagrams showing a series of movements of the lower limb skeleton when the humanoid robot performs biped walking. 14 is an explanatory diagram showing changes in the position of the foot bones when the humanoid robot walks on two legs, and FIGS. 15A to 15C and FIGS. 16A to 16C are the same humans. Id robot is an explanatory diagram showing a series of movements of the lower limb skeletal in performing bipedal walking.

図1(A)、(B)、図2(A)、(B)に示すように、本発明の一実施の形態に係るヒューマノイドロボット10は、胴体骨格11と、胴体骨格11の下部両側に取付けられた下肢骨格12と、胴体骨格11の上部両側に取付けられた上肢骨格13と、胴体骨格11の上端中央部に取付けられた頭部14を有している。
ここで、胴体骨格11の下部両側に取付けられた各下肢骨格12、及び胴体骨格11の上部両側に取付けられた各上肢骨格13はそれぞれ対称の構成となっているので、片側の下肢骨格12及び上肢骨格13についてのみ説明する。
As shown in FIGS. 1 (A), 1 (B), 2 (A), and 2 (B), a humanoid robot 10 according to an embodiment of the present invention is provided on a body skeleton 11 and on both sides of the lower part of the body skeleton 11. The lower limb skeleton 12 is attached, the upper limb skeleton 13 is attached to both upper sides of the trunk skeleton 11, and the head 14 is attached to the center of the upper end of the trunk skeleton 11.
Here, each lower limb skeleton 12 attached to both lower sides of the trunk skeleton 11 and each upper limb skeleton 13 attached to both upper sides of the trunk skeleton 11 have symmetrical configurations. Only the upper limb skeleton 13 will be described.

下肢骨格12は、胴体骨格11に設けられた寛骨材15に、球関節を有する股関節部材16を介して取付けられる大腿骨材18と、大腿骨材18に蝶番関節を有する膝関節部材19を介して連結する脛骨材21と、脛骨材21に球関節を有する足首関節部材22を介して連結する足骨材24を有している。
上肢骨格13は、胴体骨格11に設けられた鎖骨材25に球関節を有する肩関節部材26を介して取付けられる上腕骨材28と、上腕骨材28に蝶番関節を有する肘関節部材29を介して連結する橈骨材31を有している。
また、上肢骨格13は、橈骨材31に手首関節部材32を介して連結する手骨材33を有している。更に、頭部14は、鎖骨材25の上端中央部に頸椎部材34を介して取付けられる頭骨材35を有している。
The lower limb skeleton 12 includes a femur 18 attached to a hip bone member 15 provided on the trunk skeleton 11 via a hip joint member 16 having a ball joint, and a knee joint member 19 having a hinge joint to the femur 18. A tibial material 21 connected through a thighbone material 21 and a thighbone material 24 connected through a ankle joint member 22 having a ball joint.
The upper limb skeleton 13 is attached to a clavicle 25 provided on the trunk skeleton 11 via a shoulder joint member 26 having a ball joint, and an elbow joint member 29 having a hinge joint on the humeral bone 28. And has a rib 31 to be connected.
Further, the upper limb skeleton 13 has a hand bone material 33 connected to the rib material 31 through a wrist joint member 32. Further, the head 14 has a skull 35 attached to the central part of the upper end of the collar 25 through a cervical spine member 34.

図3(A)、(B)、図4(A)、(B)、図5(A)、(B)に示すように、正立状態のヒューマノイドロボット10において、股関節部材16の前後位置及び左右位置には、股関節部材16を内側にして、寛骨材15と大腿骨材18を連結する第1の人工筋肉対17を構成する人工筋肉36、37と、第2の人工筋肉対17aを構成する人工筋肉38、39が配置されている。
ここで、各人工筋肉36〜39は、それぞれ内部に注入される流体の一例である空気の圧力に応じて収縮量が変化する。更に、股関節部材16の大腿骨材18との接続側には角度センサの一例であるジャイロスコープが設けられている。これによって、寛骨材15に対する大腿骨材18の傾きを知ることができる。
As shown in FIGS. 3 (A), 3 (B), 4 (A), 4 (B), 5 (A), and 5 (B), in the humanoid robot 10 in an upright state, the front and rear positions of the hip joint member 16 and In the left and right positions, artificial muscles 36 and 37 constituting the first artificial muscle pair 17 and the second artificial muscle pair 17a that connect the hipbone member 15 and the femur material 18 with the hip joint member 16 inside. The constituting artificial muscles 38 and 39 are arranged.
Here, the amount of contraction of each of the artificial muscles 36 to 39 changes according to the pressure of air, which is an example of the fluid injected into the interior. Further, a gyroscope, which is an example of an angle sensor, is provided on the connection side of the hip joint member 16 with the femoral material 18. Thereby, the inclination of the femur 18 with respect to the hip bone 15 can be known.

また、図6、図4(A)、(B)、図5(A)、(B)に示すように、寛骨材15と脛骨材21の上部とは、膝関節部材19を内側にして、対向配置される第3の人工筋肉対20を構成する人工筋肉40、41で連結されている。更に、膝関節部材19の脛骨材21との接続側には角度センサの一例であるジャイロスコープが設けられている。これによって、大腿骨材18に対する脛骨材21の傾きを知ることができる。 Further, as shown in FIGS. 6, 4 (A), (B), 5 (A), and (B), the hip bone material 15 and the upper part of the tibial material 21 are arranged with the knee joint member 19 inside. The artificial muscles 40 and 41 constituting the third artificial muscle pair 20 arranged to face each other are connected. Further, a gyroscope that is an example of an angle sensor is provided on the side of the knee joint member 19 that is connected to the tibial material 21. Thereby, the inclination of the tibial material 21 with respect to the femoral material 18 can be known.

このような構成とすることにより、人工筋肉36〜39を相互に連携して収縮及び回復させることにより、寛骨材15に対して大腿骨材18を、所定の角度だけ屈曲及び傾斜させたり、寛骨材15に対して大腿骨材18を旋回させることができる。
また、人工筋肉40、41を相互に連携して収縮及び回復させることにより、大腿骨材18に対して膝関節部材19を介して脛骨材21を所定の角度だけ回動することができる。更に、各人工筋肉36〜41を相互に連携して収縮及び回復させることにより、大腿骨材18の動作に連携して脛骨材21を所定の角度だけ回動することができる。
With such a configuration, the femoral material 18 is bent and inclined by a predetermined angle with respect to the hip bone material 15 by contracting and recovering the artificial muscles 36 to 39 in cooperation with each other, The femur 18 can be turned with respect to the hip bone 15.
Further, by contracting and recovering the artificial muscles 40 and 41 in cooperation with each other, the tibial material 21 can be rotated by a predetermined angle with respect to the femoral material 18 via the knee joint member 19. Further, by contracting and recovering the artificial muscles 36 to 41 in cooperation with each other, the tibial material 21 can be rotated by a predetermined angle in cooperation with the operation of the femoral material 18.

図7(A)〜(C)、図4(A)、(B)、図5(A)、(B)に示すように、脛骨材21の下部と足骨材24の間で足首関節部材22の左右には、足首関節部材22を中央にして第4の人工筋肉対23を構成する人工筋肉42、43が配置されている。また、足首関節部材22の前後には、脛骨材21の後ろ側下部と足骨材24の後ろ側上部を連結する人工筋肉44と、脛骨材21の前側上部と足骨材24の前側を連結する人工筋肉45からなる第5の人工筋肉対23aが配置されている。更に、足首関節部材22の足骨材24との接続側には角度センサの一例であるジャイロスコープが設けられている。
これによって、脛骨材21に対する足骨材24の傾きを知ることができる。更に、足骨材24の底面側には、例えば、圧電体を備えた圧力センサが設けられている。これによって、足骨材24が移動面と接触する際に移動面から受ける力を求めることができる。
7 (A) to (C), FIGS. 4 (A), 4 (B), 5 (A), and 5 (B), an ankle joint member is provided between the lower portion of the tibial material 21 and the foot bone material 24. Artificial muscles 42 and 43 constituting the fourth artificial muscle pair 23 are arranged on the left and right of the center 22 with the ankle joint member 22 at the center. In addition, before and after the ankle joint member 22, an artificial muscle 44 that connects the lower rear side of the tibial material 21 and the upper rear side of the foot bone material 24, and the upper front side of the tibial material 21 and the front side of the foot bone material 24 are connected. A fifth artificial muscle pair 23a composed of the artificial muscle 45 is arranged. Further, a gyroscope that is an example of an angle sensor is provided on the side of the ankle joint member 22 that is connected to the ankle material 24.
Thereby, the inclination of the foot bone material 24 with respect to the tibial material 21 can be known. Furthermore, on the bottom surface side of the foot aggregate 24, for example, a pressure sensor including a piezoelectric body is provided. Thereby, the force received from the moving surface when the foot aggregate 24 comes into contact with the moving surface can be obtained.

更に、図7(C)、図4(A)、(B)、図5(A)、(B)に示すように、足首関節部材22の後ろ側には、大腿骨材18の後ろ側下部と足骨材24の後ろ側下部を連結する人工筋肉46が配置されている。
このような構成とすることにより、人工筋肉42〜45を相互に連携して収縮及び回復させることにより脛骨材21に対して足骨材24を、所定の角度だけ屈曲及び傾斜させたり、脛骨材21に対して足骨材24を旋回させることができる。また、各人工筋肉36〜46を相互に連携して収縮及び回復させることにより、大腿骨材18、脛骨材21の動作に連携して足骨材24を動かすことができる。
Further, as shown in FIGS. 7C, 4A, 4B, 5A, and 5B, on the back side of the ankle joint member 22, the lower back side of the femoral bone 18 is provided. And an artificial muscle 46 for connecting the lower rear side of the foot aggregate 24 is disposed.
By adopting such a configuration, the artificial muscles 42 to 45 are contracted and recovered in cooperation with each other, so that the foot bone material 24 is bent and inclined with respect to the tibial material 21 by a predetermined angle, or the tibial material. The foot aggregate 24 can be turned with respect to 21. Further, by contracting and recovering the artificial muscles 36 to 46 in cooperation with each other, the foot bone material 24 can be moved in cooperation with the operations of the femoral material 18 and the tibial material 21.

図8(A)、(B)、図4(A)、(B)、図5(A)、(B)に示すように、ヒューマノイドロボット10の上肢骨格13の肩関節部材26の周囲には、肩関節部材26を内側にして、鎖骨材25の端部と上腕骨材28の上部を連結し、それぞれ向かい合う2組の異なる角度位置に配置された第6の人工筋肉対30を構成する人工筋肉47、48と、第7の人工筋肉対30aを構成する人工筋肉49、50が配置されている。
更に、肩関節部材26の上腕骨材28との接続側には角度センサの一例であるジャイロスコープが設けられている。これによって、鎖骨材25に対する上腕骨材28の傾きを知ることができる。
As shown in FIGS. 8A, 8B, 4A, 4B, 5A, and 5B, the shoulder joint member 26 of the upper limb skeleton 13 of the humanoid robot 10 is disposed around the shoulder joint member 26. With the shoulder joint member 26 inside, the end of the clavicle 25 and the upper part of the humerus aggregate 28 are connected, and the artificial muscles constituting the sixth artificial muscle pair 30 arranged at two different angular positions facing each other are connected. Muscles 47 and 48 and artificial muscles 49 and 50 constituting the seventh artificial muscle pair 30a are arranged.
Further, a gyroscope, which is an example of an angle sensor, is provided on the connection side with the humeral aggregate 28 of the shoulder joint member 26. Thereby, the inclination of the humeral aggregate 28 with respect to the collar aggregate 25 can be known.

また、図9、図4(A)、(B)、図5(A)、(B)に示すように、鎖骨材25の端部と橈骨材31の上部とは、肘関節部材29を内側にして対向配置される第8の人工筋肉対30bを構成する人工筋肉51、52が連結されている。更に、肘関節部材29の橈骨材31との接続側には角度センサの一例であるジャイロスコープが設けられている。これによって、上腕骨材28に対する橈骨材31の傾きを知ることができる。
このような構成とすることにより、人工筋肉47〜50を相互に連携して収縮及び回復させることにより、鎖骨材25に対して上腕骨材28を、所定の角度だけ屈曲及び傾斜させたり、鎖骨材25に対して上腕骨材28を旋回させることができる。また、人工筋肉51、52を相互に連携して収縮及び回復させることにより、上腕骨材28に対して肘関節部材29を介して橈骨材31を所定の角度だけ回動することができる。そして、各人工筋肉47〜52を相互に連携して収縮及び回復させることにより、上腕骨材28の動作に連携して橈骨材31を屈曲することができる。
Further, as shown in FIGS. 9, 4 (A), (B), 5 (A), and (B), the end of the clavicle 25 and the upper part of the rib 31 have the elbow joint member 29 inside. Thus, the artificial muscles 51 and 52 constituting the eighth artificial muscle pair 30b arranged opposite to each other are connected. Further, a gyroscope, which is an example of an angle sensor, is provided on the connection side of the elbow joint member 29 with the rib material 31. Thereby, the inclination of the rib 31 with respect to the humerus 28 can be known.
With this configuration, the artificial muscles 47 to 50 are contracted and recovered in cooperation with each other, so that the humerus 28 is bent and inclined by a predetermined angle with respect to the clavicle 25 or the clavicle. The humerus material 28 can be turned with respect to the material 25. Further, by contracting and recovering the artificial muscles 51 and 52 in cooperation with each other, the rib 31 can be rotated by a predetermined angle with respect to the humerus 28 via the elbow joint member 29. And the rib 31 can be bent in cooperation with the operation | movement of the humerus 28 by contracting and recovering each artificial muscle 47-52 mutually.

図4(A)、(B)、図5(A)、(B)に示すように、頸椎部材34の前後(即ち、頸椎部材34の前側上部と鎖骨材25の前側を連結し、頸椎部材34の後ろ側上部と鎖骨材25の後ろ側を連結する)には、頸椎部材34を中央にして第9の人工筋肉対64の人工筋肉65、66が配置されている。また、頸椎部材34の左右前側には、頸椎部材34の左前側下部と鎖骨材25の左前側を連結する人工筋肉67と、頸椎部材34の右前側下部と鎖骨材25の右前側を連結する人工筋肉68からなる第10の人工筋肉対69が配置されている。
頸椎部材34の左右後ろ側には、頸椎部材34の左後ろ側下部と鎖骨材25の左後ろ側を連結する人工筋肉70と、頸椎部材34の右後ろ側下部と鎖骨材25の右後ろ側を連結する人工筋肉71からなる第11の人工筋肉対72が配置されている。
このような構成とすることにより、人工筋肉65〜68を相互に連携して収縮及び回復させることにより、鎖骨材25に対してある角度に連結された頭骨材35を頸椎部材34を介して前後左右に傾斜させることができる。更に、人工筋肉70、71を相互に連携して収縮及び回復させることにより、頸椎部材34を介して頭骨材35を鎖骨材25に対して回動させることができる。
As shown in FIGS. 4A, 4B, 5A, and 5B, the front and back of the cervical spine member 34 (that is, the front upper portion of the cervical spine member 34 and the front side of the clavicle 25 are connected to each other, thereby 34) and the artificial muscles 65 and 66 of the ninth artificial muscle pair 64 are arranged with the cervical spine member 34 at the center. Further, on the left and right front sides of the cervical spine member 34, an artificial muscle 67 that connects the left front lower portion of the cervical spine member 34 and the left front side of the clavicle 25, and the right front lower portion of the cervical spine member 34 and the right front side of the clavicle 25 are connected. A tenth artificial muscle pair 69 composed of the artificial muscle 68 is arranged.
On the left and right rear sides of the cervical spine member 34, an artificial muscle 70 that connects the lower left rear side of the cervical spine member 34 and the left rear side of the clavicle 25, the lower right rear side of the cervical spine member 34, and the rear right side of the collarbone 25 An eleventh artificial muscle pair 72 made up of artificial muscles 71 are arranged.
With such a configuration, the artificial muscles 65 to 68 are contracted and recovered in cooperation with each other, so that the skull 35 connected to the clavicle 25 at an angle is moved back and forth via the cervical spine member 34. Can be tilted left and right. Furthermore, the skull 35 can be rotated with respect to the clavicle 25 via the cervical spine member 34 by contracting and recovering the artificial muscles 70 and 71 in cooperation with each other.

図10に示すように、各人工筋肉36〜52、65〜68、70、71は、圧力制御手段55を介して流体供給手段の一例である空気圧縮機56から供給される空気によって伸縮して、その長さが変化する。
ここで、圧力制御手段55は、ヒューマノイドロボット10の各下肢骨格12及び各上肢骨格13に設けられた各人工筋肉36〜52、65〜68、70、71を駆動させて所定の動作を実行させるために必要な空気圧力の時間変化を演算し、人工筋肉36〜52、65〜68、70、71毎に必要な空気圧力値の信号を出力する空気圧力決定器57を有している。更に、圧力制御手段55は、空気圧縮機56で発生させた空気を各人工筋肉36〜52、65〜68、70、71に分配する空気流入弁、各人工筋肉36〜52、65〜68、70、71から余分の空気を放出させる空気放出弁、及び各人工筋肉36〜52、65〜68、70、71内の空気圧力を検知し空気圧力決定器57からの出力信号に基づいて空気流入弁と空気放出弁を動作させる圧力調整器を備えた空気圧調整部58を有している。なお、空気圧力決定器57は、例えば、コンピュータを用いて構成することができる。
As shown in FIG. 10, each of the artificial muscles 36 to 52, 65 to 68, 70 and 71 is expanded and contracted by air supplied from an air compressor 56 which is an example of a fluid supply unit via a pressure control unit 55. , Its length changes.
Here, the pressure control means 55 drives each artificial muscle 36-52, 65-68, 70, 71 provided in each lower limb skeleton 12 and each upper limb skeleton 13 of the humanoid robot 10 to execute a predetermined operation. Therefore, an air pressure determiner 57 is provided which calculates a time change of the air pressure necessary for the purpose and outputs a signal of a necessary air pressure value for each of the artificial muscles 36 to 52, 65 to 68, 70 and 71. Further, the pressure control means 55 is an air inflow valve that distributes the air generated by the air compressor 56 to the artificial muscles 36 to 52, 65 to 68, 70, 71, and the artificial muscles 36 to 52, 65 to 68, An air release valve for releasing excess air from 70 and 71, and an air inflow based on an output signal from the air pressure determiner 57 by detecting the air pressure in each of the artificial muscles 36 to 52, 65 to 68, 70 and 71 An air pressure adjusting unit 58 having a pressure regulator for operating the valve and the air release valve is provided. The air pressure determiner 57 can be configured using a computer, for example.

ここで、空気圧縮機56、空気圧力決定器57、及び空気圧調整部58は電源部59から供給される電力により作動し、空気圧縮機56で発生させた空気は空気供給配管60を介して空気圧調整部58に供給され、空気圧調整部58で人工筋肉36〜52、65〜68、70、71毎に調圧された空気は各空気分配配管61を介し各人工筋肉36〜52、65〜68、70、71に供給される。
また、図11に示すように、人工筋肉36〜52、65〜68、70、71は、例えば、シリコーンゴムを用いて構成され両端部が閉じたチューブ形状を有し、両端部にはそれぞれ金具63が固着されている。そして、一方の端部には調圧された空気(圧縮空気)を注入する、例えば、ビニールチューブ製の空気分配配管61と取付け部62が設けられ、他方の端部には取付け部62が設けられて、各取付け部62を各骨材の所定位置にそれぞれ取付けることにより人工筋肉36〜52、65〜68、70、71を各骨材に固定することができる。
Here, the air compressor 56, the air pressure determiner 57, and the air pressure adjustment unit 58 are operated by electric power supplied from the power supply unit 59, and the air generated by the air compressor 56 is air pressure via the air supply pipe 60. The air supplied to the adjusting unit 58 and regulated by the air pressure adjusting unit 58 for each of the artificial muscles 36 to 52, 65 to 68, 70 and 71 is supplied to the artificial muscles 36 to 52 and 65 to 68 via the air distribution pipes 61. , 70, 71.
Moreover, as shown in FIG. 11, the artificial muscles 36 to 52, 65 to 68, 70, and 71 are formed of, for example, silicone rubber and have a tube shape with both ends closed, and each end has a metal fitting. 63 is fixed. Then, for example, vinyl tube-made air distribution piping 61 and an attachment portion 62 are provided at one end portion, and the attachment portion 62 is provided at the other end portion. Thus, the artificial muscles 36 to 52, 65 to 68, 70, and 71 can be fixed to the aggregates by attaching the attachment portions 62 to predetermined positions of the aggregates.

更に、人工筋肉36〜52、65〜68、70、71に設けられた空気分配配管61から空気を供給して人工筋肉36〜52、65〜68、70、71の内部の空気圧力を高くすると人工筋肉36〜52、65〜68、70、71が膨張し、人工筋肉36〜52、65〜68、70、71の断面積が増加することによりその長さが短くなる(収縮する)。これによって、取付け部62を介して各骨材を引き寄せ緊張状態にすることができる。
また、人工筋肉36〜52、65〜68、70、71の内部の空気圧力を下げて人工筋肉36〜52、65〜68、70、71の膨張量を低下させると、人工筋肉36〜52、65〜68、70、71の長さが回復し取付け部62を介して各骨材を緩めて弛緩状態にすることができる。
Furthermore, when air is supplied from the air distribution pipe 61 provided in the artificial muscles 36 to 52, 65 to 68, 70, and 71 to increase the air pressure inside the artificial muscles 36 to 52, 65 to 68, 70, and 71. The artificial muscles 36 to 52, 65 to 68, 70, and 71 are expanded, and the cross-sectional area of the artificial muscles 36 to 52, 65 to 68, 70, and 71 is increased, so that the length is shortened (contracted). As a result, each aggregate can be drawn into a tension state via the attachment portion 62.
Further, when the air pressure inside the artificial muscles 36-52, 65-68, 70, 71 is lowered to reduce the expansion amount of the artificial muscles 36-52, 65-68, 70, 71, the artificial muscles 36-52, The lengths of 65 to 68, 70, and 71 are recovered, and the aggregates can be loosened through the attachment portions 62 to be in a relaxed state.

次に、本発明の一実施の形態に係るヒューマノイドロボット10の操作方法について説明する。
起動させる前のヒューマノイドロボット10では、下肢骨格12は寛骨材15と大腿骨材18が股関節部材16を介して、大腿骨材18と脛骨材21が膝関節部材19を介して、また脛骨材21と足骨材24が足首関節部材22を介してそれぞれ連結して構成されているが弛緩状態となっており、上肢骨格13は鎖骨材25と上腕骨材28が肩関節部材26を介して、上腕骨材28と橈骨材31が肘関節部材29を介してそれぞれ連結されているが弛緩状態となっている。更に、頭骨材35は鎖骨材25と頸椎部材34を介して連結されているが弛緩状態となっている。このため、ヒューマノイドロボット10は自立姿勢を取ることができず、例えば、横臥状態となっている。
Next, an operation method of the humanoid robot 10 according to an embodiment of the present invention will be described.
In the humanoid robot 10 before being activated, the lower limb skeleton 12 includes the hip bone material 18 and the thigh bone material 18 via the hip joint member 16, the femur material 18 and the tibial material 21 via the knee joint member 19, and the tibial material. 21 and the foot bone material 24 are connected to each other via the ankle joint member 22 but are in a relaxed state. The upper limb skeleton 13 is composed of the collar bone material 25 and the humerus bone material 28 via the shoulder joint member 26. The humerus material 28 and the rib material 31 are connected to each other through the elbow joint member 29, but are in a relaxed state. Further, the skull 35 is connected to the clavicle 25 via the cervical spine member 34, but is in a relaxed state. For this reason, the humanoid robot 10 cannot take a self-supporting posture, and is in a lying state, for example.

そこで、ヒューマノイドロボット10の各人工筋肉36〜52、65〜68、70、71に空気を注入して各人工筋肉36〜52、65〜68、70、71を収縮させ、横臥状態のヒューマノイドロボット10に所定の初期姿勢(ホームポジション)を取らせる。次いで、ホームポジションを維持するために収縮している各人工筋肉36〜52、65〜68、70、71の一部を更に収縮させたり、回復させたりすることにより、各下肢骨格12及び各上肢骨格13をそれぞれ個別に運動させて、ヒューマノイドロボット10に特定の動作を実行させる。
なお、ホームポジションには特に指定はないが、これからヒューマノイドロボット10に行なわせようとする動作にスムーズに移行できるようなホームポジションであることが好ましい。
Therefore, air is injected into each of the artificial muscles 36 to 52, 65 to 68, 70, and 71 of the humanoid robot 10 to contract the artificial muscles 36 to 52, 65 to 68, 70, and 71, and the humanoid robot 10 in a lying state. To take a predetermined initial position (home position). Then, each lower limb skeleton 12 and each upper limb are further contracted or recovered by further contracting or restoring a part of each of the artificial muscles 36 to 52, 65 to 68, 70, and 71 that are contracted to maintain the home position. Each of the skeletons 13 is individually moved to cause the humanoid robot 10 to execute a specific operation.
The home position is not particularly specified, but it is preferable that the home position be able to smoothly shift to an operation to be performed by the humanoid robot 10 from now on.

ここでは、ヒューマノイドロボット10の操作方法の一例として2足歩行を行なわせる際の方法について詳しく説明するが、ヒューマノイドロボット10の2足歩行において、上肢骨格13は、下肢骨格12の動作と連携して肩関節部材26を介して前後に振る補助動作を行なうだけなので、下肢骨格12に2足歩行を実行させる動作についてのみ説明する。
ヒューマノイドロボット10の2足歩行の動作は、図12に示すように、各下肢骨格12の足骨材24を揃えて起立したホームポジションを維持した状態(a−1工程)から左側の下肢骨格12の足骨材24を浮かせて1歩分前に移動させ(a−2工程)、浮かせた左側の足骨材24を着地させて(b−1工程)右側の下肢骨格12の足骨材24を浮かせて着地させた左側の足骨材24より1歩分前に移動させる(b−2工程)一連の工程を有している。更に、浮かせた右側の足骨材24を着地させて(c−1工程)左側の下肢骨格12の足骨材24を浮かせて着地させた右側の足骨材24より1歩分前に移動させる(c−2工程)一連の工程を有している。
Here, a method for performing bipedal walking will be described in detail as an example of an operation method of the humanoid robot 10. In bipedal walking of the humanoid robot 10, the upper limb skeleton 13 is linked with the operation of the lower limb skeleton 12. Since only the auxiliary motion of swinging back and forth via the shoulder joint member 26 is performed, only the operation of causing the lower limb skeleton 12 to perform biped walking will be described.
As shown in FIG. 12, the humanoid robot 10 performs a biped walking operation from a state where the foot bone materials 24 of the lower limb skeletons 12 are aligned and the home position in which the limbs 24 are maintained (step a-1) is left. The foot bone material 24 of the lower limb skeleton 12 is landed (step b-1) and the left foot bone material 24 is landed (step b-1). It has a series of steps to move one step before the left foot bone material 24 that has floated and landed (step b-2). Furthermore, the floated right foot bone material 24 is landed (step c-1), and the foot bone material 24 of the left limb skeleton 12 on the left side is floated and moved one step before the right foot bone material 24 landed. (C-2 process) It has a series of processes.

ここで、b−1工程〜c−2工程を所定回数だけ繰り返すことによりヒューマノイドロボット10を所定距離2足歩行させることができる。なお、所定回数は、ヒューマノイドロボット10を歩行させる距離Lをヒューマノイドロボット10の1歩分の暫定距離dで除した値(L/d)である。ここで、値(L/d)が整数の場合は暫定距離dをヒューマノイドロボット10の1歩分の歩幅とし、値(L/d)が整数でない場合は、整数となるように調整した暫定距離dをヒューマノイドロボット10の1歩分の歩幅とする。
更に、ヒューマノイドロボット10の2足歩行の動作は、設定された回数だけb−1工程〜c−2工程が繰り返された後、浮かせた左側の足骨材24を着地させて(d−1工程)右側の下肢骨格12の足骨材24を浮かせて着地させた左側の足骨材24と実質的に揃う位置まで(半歩分前に)移動させ(d−2工程)、次いで、浮かせた右側の足骨材24を左側の足骨材24に揃えるように着地する(e工程)一連の動作を有している。
Here, by repeating the steps b-1 to c-2 a predetermined number of times, the humanoid robot 10 can be walked by two legs for a predetermined distance. The predetermined number of times is a value (L / d) obtained by dividing the distance L for walking the humanoid robot 10 by the provisional distance d for one step of the humanoid robot 10. Here, when the value (L / d) is an integer, the provisional distance d is set to the step length of one step of the humanoid robot 10, and when the value (L / d) is not an integer, the provisional distance adjusted to be an integer. Let d be the step length of one step of the humanoid robot 10.
Further, the biped walking operation of the humanoid robot 10 is performed by repeating the steps b-1 to c-2 for the set number of times, and then landing the left foot bone material 24 that has been floated (step d-1). ) The right foot skeleton 12 of the right limb skeleton 12 was moved to a position substantially aligned with the left foot skeleton 24 that was floated and landed (a half step before) (step d-2), and then floated. It has a series of operations for landing the right foot bone material 24 so as to align with the left foot bone material 24 (step e).

続いて、各工程毎に、下肢骨格12を構成する大腿骨材18、脛骨材21、足骨材24の各動作と、各動作を起こさせる各人工筋肉36〜46の駆動方法について説明する。
(a−1工程)
寛骨材15の両側に大腿骨材18が股関節部材16を介してそれぞれ鉛直方向に配置されるように各人工筋肉36〜39に供給する空気の圧力を空気圧力決定器57を用いて求め、空気圧調整部58を介して各人工筋肉36〜39に空気を供給する。ここで、大腿骨材18が鉛直に配置されたことは股関節部材16に設けられたジャイロスコープにより検知される。また、大腿骨材18に対して脛骨材21が膝関節部材19を介して鉛直に配置されるように各人工筋肉40、41に供給する空気の圧力を空気圧力決定器57を用いて求め、空気圧調整部58を介して各人工筋肉40、41に空気を供給する。
Subsequently, for each process, each operation of the femur 18, the tibial 21, and the foot 24 constituting the lower limb skeleton 12 and a method for driving the artificial muscles 36 to 46 that cause each operation will be described.
(Step a-1)
An air pressure determiner 57 is used to determine the pressure of air supplied to each of the artificial muscles 36 to 39 so that the femur 18 is disposed vertically on both sides of the hip bone 15 via the hip joint member 16. Air is supplied to each of the artificial muscles 36 to 39 via the air pressure adjusting unit 58. Here, it is detected by the gyroscope provided in the hip joint member 16 that the femoral material 18 is arranged vertically. Further, the air pressure determiner 57 is used to determine the pressure of air supplied to the artificial muscles 40 and 41 so that the tibial material 21 is vertically disposed with respect to the femoral material 18 via the knee joint member 19. Air is supplied to the artificial muscles 40 and 41 via the air pressure adjusting unit 58.

ここで、脛骨材21が鉛直に配置されたことは膝関節部材19に設けられたジャイロスコープにより検知される。更に、脛骨材21に対して足骨材24が足首関節部材22を介して垂直に配置されるように各人工筋肉42〜46に供給する空気の圧力を空気圧力決定器57を用いて求め、空気圧調整部58を介して各人工筋肉42〜46に空気を供給する。ここで、足骨材24が垂直に配置されたことは足首関節部材22に設けられたジャイロスコープにより検知される。
これによって、下肢骨格12は、図13(A)に示すように、足骨材24を揃えて起立状態になる。また、両足骨材24の着地状態を図14のAに示す。
Here, the vertical arrangement of the tibial material 21 is detected by a gyroscope provided on the knee joint member 19. Furthermore, the air pressure determiner 57 is used to determine the pressure of air supplied to the artificial muscles 42 to 46 so that the foot bone material 24 is disposed perpendicularly to the tibial material 21 via the ankle joint member 22. Air is supplied to the artificial muscles 42 to 46 via the air pressure adjusting unit 58. Here, it is detected by the gyroscope provided in the ankle joint member 22 that the foot aggregate 24 is arranged vertically.
As a result, the lower limb skeleton 12 is in a standing state with the foot aggregates 24 aligned, as shown in FIG. Moreover, the landing state of both leg aggregates 24 is shown in FIG.

(a−2工程)
ヒューマノイドロボット10の重心が右側の足骨材24に載るような足骨材24に対する脛骨材21の傾き角度を空気圧力決定器57を用いて求める。そして、この傾き角度だけ脛骨材21が足骨材24に対して傾くように各人工筋肉42〜46に供給する空気の圧力を空気圧力決定器57を用いて求め、空気圧調整部58を介して各人工筋肉42〜46に空気を供給する。
同時に、左側の下肢骨格12において、寛骨材15に対して股関節部材16を介して大腿骨材18を所定角度回動させて持ち上げると共に、大腿骨材18に対して膝関節部材19を介して脛骨材21が所定角度回動するように各人工筋肉36〜46に供給する空気の圧力を空気圧力決定器57を用いて求め、空気圧調整部58を介して各人工筋肉36〜46に空気を供給する。
(Step a-2)
An air pressure determiner 57 is used to determine the inclination angle of the tibial material 21 with respect to the foot material 24 so that the center of gravity of the humanoid robot 10 is placed on the right foot material 24. Then, the pressure of the air supplied to the artificial muscles 42 to 46 is obtained by using the air pressure determiner 57 so that the tibial material 21 is inclined with respect to the foot material 24 by this inclination angle, Air is supplied to each artificial muscle 42-46.
At the same time, in the lower limb skeleton 12 on the left side, the femoral material 18 is lifted by rotating the femoral material 18 by a predetermined angle with respect to the hip bone material 15 via the hip joint member 16 and at the same time via the knee joint member 19 with respect to the femur material 18. The pressure of the air supplied to each artificial muscle 36 to 46 is obtained by using an air pressure determiner 57 so that the tibial material 21 rotates by a predetermined angle, and air is supplied to each artificial muscle 36 to 46 via the air pressure adjusting unit 58. Supply.

なお、大腿骨材18の寛骨材15に対する回動角度、及び大腿骨材18に対する脛骨材21の回動角度は、下肢骨格12の長さとヒューマノイドロボット10の1歩分の歩幅に基づいて算出する。そして、大腿骨材18の回動角度、脛骨材21の回動角度が予め算出された角度に到達したことがジャイロスコープにより検知されると、大腿骨材18及び脛骨材21の動作を停止する。
これによって、図13(B)に示すように、ヒューマノイドロボット10の重心を右側の足骨材24に載せて、左側の下肢骨格12の足骨材24を浮かせて半歩分前に移動させることができる。また、図14のBに左側の足骨材24の動作状況を示す。
The rotation angle of the femur 18 with respect to the hip bone 15 and the rotation angle of the tibial 21 with respect to the femur 18 are calculated based on the length of the lower limb skeleton 12 and the step length of the humanoid robot 10. To do. Then, when the gyroscope detects that the rotation angle of the femur 18 and the rotation angle of the tibial 21 have reached the angles calculated in advance, the operation of the femur 18 and the tibial 21 is stopped. .
As a result, as shown in FIG. 13B, the center of gravity of the humanoid robot 10 is placed on the right foot bone material 24, and the foot bone material 24 of the left lower limb skeleton 12 is lifted and moved half a step forward. Can do. FIG. 14B shows the operating state of the left foot bone material 24.

(b−1工程)
ヒューマノイドロボット10の重心が右側の下肢骨格12の足骨材24に載せた状態が維持されると共に、大腿骨材18に対して膝関節部材19を介して脛骨材21が所定角度屈曲するように各人工筋肉36〜46内の空気圧力を空気圧力決定器57を用いて求め、空気圧調整部58を介して各人工筋肉36〜46に空気を供給する。
同時に、左側の下肢骨格12において、股関節部材16を介して大腿骨材18を寛骨材15に対して所定角度回転させて持ち上げていた大腿骨材18を下げるように各人工筋肉36〜46に供給する空気の圧力を空気圧力決定器57を用いて求め、空気圧調整部58を介して各人工筋肉36〜46に空気を供給する。
ここで、足骨材24に設けた圧力センサにより足骨材24が着地したことが検出されるので、例えば、足骨材24で支持する荷重がヒューマノイドロボット10の半分の重量に到達した際に大腿骨材18の動作を停止するようにできる。
これによって、図13(C)に示すように、ヒューマノイドロボット10の重心を右側の足骨材24に載せたまま、浮かせていた左側の下肢骨格12の足骨材24を着地させることができる。また、図14のCに着地状態の左側の足骨材24を示す。
(Step b-1)
The state where the center of gravity of the humanoid robot 10 is placed on the leg material 24 of the right limb skeleton 12 on the right side is maintained, and the tibial material 21 is bent at a predetermined angle with respect to the femur material 18 via the knee joint member 19. The air pressure in each of the artificial muscles 36 to 46 is obtained using an air pressure determiner 57, and air is supplied to each of the artificial muscles 36 to 46 via the air pressure adjustment unit 58.
At the same time, in the lower limb skeleton 12 on the left side, the artificial muscles 36 to 46 are moved to lower the femoral bone 18 that has been lifted by rotating the femoral bone 18 by a predetermined angle with respect to the hip bone 15 via the hip joint member 16. The pressure of air to be supplied is obtained using an air pressure determiner 57, and air is supplied to each of the artificial muscles 36 to 46 via the air pressure adjusting unit 58.
Here, since it is detected by the pressure sensor provided in the foot bone material 24 that the foot bone material 24 has landed, for example, when the load supported by the foot bone material 24 reaches half the weight of the humanoid robot 10. The operation of the femoral aggregate 18 can be stopped.
Accordingly, as shown in FIG. 13C, the left foot skeleton 12 of the lower limb skeleton 12 can be landed while the center of gravity of the humanoid robot 10 is placed on the right foot skeleton 24. FIG. 14C shows the left foot bone material 24 in the landing state.

(b−2工程)
左側の下肢骨格12において、着地した足骨材24に対して脛骨材21が垂直に配置され、更に脛骨材21に対して膝関節部材19を介して大腿骨材18が一列に並ぶように各人工筋肉36〜46に供給する空気の圧力を空気圧力決定器57を用いて求め、空気圧調整部58を介して各人工筋肉36〜46に空気を供給する。
この動作に伴って、ヒューマノイドロボット10の重心が左側の足骨材24に載るような足骨材24に対する脛骨材21の傾き角度を空気圧力決定器57を用いて求める。そして、この傾き角度だけ脛骨材21が足骨材24に対して傾くように各人工筋肉42〜46に供給する空気の圧力を空気圧力決定器57を用いて求め、空気圧調整部58を介して各人工筋肉42〜46に空気を供給する。
(Step b-2)
In the left limb skeleton 12, the tibial material 21 is arranged perpendicular to the landing foot material 24, and the femoral material 18 is aligned with the tibial material 21 via the knee joint member 19 in a row. The pressure of the air supplied to the artificial muscles 36 to 46 is obtained using an air pressure determiner 57, and the air is supplied to each of the artificial muscles 36 to 46 via the air pressure adjusting unit 58.
Along with this operation, the air pressure determiner 57 is used to determine the inclination angle of the tibial material 21 with respect to the foot material 24 such that the center of gravity of the humanoid robot 10 is placed on the left foot material 24. Then, the pressure of the air supplied to the artificial muscles 42 to 46 is obtained by using the air pressure determiner 57 so that the tibial material 21 is inclined with respect to the foot material 24 by this inclination angle, Air is supplied to each artificial muscle 42-46.

同時に、右側の下肢骨格12において、寛骨材15に対して股関節部材16を介して大腿骨材18を所定角度回動させて持ち上げると共に、大腿骨材18に対して膝関節部材19を介して脛骨材21が所定角度回動するように各人工筋肉36〜46に供給する空気の圧力を空気圧力決定器57を用いて求め、空気圧調整部58を介して各人工筋肉36〜46に空気を供給する。
これによって、図15(A)に示すように、ヒューマノイドロボット10の重心を左側の足骨材24に移動させながら、右側の下肢骨格12の足骨材24を浮かせて1歩分前に移動させることができる。また、図14のDに右側の足骨材24の動作状況を示す。
At the same time, in the lower limb skeleton 12 on the right side, the femoral material 18 is lifted by rotating the femoral material 18 by a predetermined angle with respect to the hip bone material 15 via the hip joint member 16 and at the same time via the knee joint member 19 with respect to the femur material 18. The pressure of the air supplied to each artificial muscle 36 to 46 is obtained by using an air pressure determiner 57 so that the tibial material 21 rotates by a predetermined angle, and air is supplied to each artificial muscle 36 to 46 via the air pressure adjusting unit 58. Supply.
As a result, as shown in FIG. 15A, while moving the center of gravity of the humanoid robot 10 to the left foot bone 24, the foot bone 24 of the right leg skeleton 12 is lifted and moved one step forward. be able to. In addition, FIG. 14D shows the operating state of the right foot bone material 24.

(c−1工程)
ヒューマノイドロボット10の重心が左側の下肢骨格12の足骨材24に載せた状態が維持されると共に、大腿骨材18に対して膝関節部材19を介して脛骨材21が所定角度屈曲するように各人工筋肉36〜46内の空気圧力を空気圧力決定器57を用いて求め、空気圧調整部58を介して各人工筋肉36〜46に空気を供給する。
同時に、右側の下肢骨格12において、股関節部材16を介して大腿骨材18を寛骨材15に対して所定角度回動させて持ち上げていた大腿骨材18を下げるように各人工筋肉36〜46に供給する空気の圧力を空気圧力決定器57を用いて求め、空気圧調整部58を介して各人工筋肉36〜46に空気を供給する。
これによって、図15(B)に示すように、ヒューマノイドロボット10の重心を左側の足骨材24に載せたまま、浮かせていた右側の下肢骨格12の足骨材24を着地させることができる。また、図14のEに着地状態の右側の足骨材24を示す。
(Step c-1)
The center of gravity of the humanoid robot 10 is maintained on the leg material 24 of the left lower limb skeleton 12 and the tibial material 21 is bent at a predetermined angle with respect to the femoral material 18 via the knee joint member 19. The air pressure in each of the artificial muscles 36 to 46 is obtained using an air pressure determiner 57, and air is supplied to each of the artificial muscles 36 to 46 via the air pressure adjustment unit 58.
At the same time, in the lower limb skeleton 12 on the right side, the artificial muscles 36 to 46 are configured so as to lower the femoral material 18 that has been lifted by rotating the femoral material 18 by a predetermined angle with respect to the hip bone material 15 via the hip joint member 16. The pressure of the air supplied to the artificial muscles 36 is obtained using an air pressure determiner 57, and the air is supplied to each of the artificial muscles 36 to 46 via the air pressure adjusting unit 58.
As a result, as shown in FIG. 15B, the foot bone material 24 of the right leg skeleton 12 that has been floated can be landed while the center of gravity of the humanoid robot 10 is placed on the left foot bone material 24. FIG. 14E shows the right foot bone material 24 in the landing state.

(c−2工程)
右側の下肢骨格12において、着地した足骨材24に対して脛骨材21が垂直に配置され、更に脛骨材21に対して膝関節部材19を介して大腿骨材18が一列に並ぶように各人工筋肉36〜46に供給する空気の圧力を空気圧力決定器57を用いて求め、空気圧調整部58を介して各人工筋肉36〜46に空気を供給する。
この動作に伴って、ヒューマノイドロボット10の重心が右側の足骨材24に載るような足骨材24に対する脛骨材21の傾き角度を空気圧力決定器57を用いて求める。そして、この傾き角度だけ脛骨材21が足骨材24に対して傾くように各人工筋肉42〜46に供給する空気の圧力を空気圧力決定器57を用いて求め、空気圧調整部58を介して各人工筋肉42〜46に空気を供給する。
(Step c-2)
In the lower limb skeleton 12 on the right side, the tibial material 21 is arranged perpendicular to the landing foot material 24, and the femoral material 18 is arranged in a row with respect to the tibial material 21 via the knee joint member 19. The pressure of the air supplied to the artificial muscles 36 to 46 is obtained using an air pressure determiner 57, and the air is supplied to each of the artificial muscles 36 to 46 via the air pressure adjusting unit 58.
Along with this operation, an inclination angle of the tibial material 21 with respect to the foot material 24 such that the center of gravity of the humanoid robot 10 is placed on the right foot material 24 is obtained using the air pressure determiner 57. Then, the pressure of the air supplied to the artificial muscles 42 to 46 is obtained by using the air pressure determiner 57 so that the tibial material 21 is inclined with respect to the foot material 24 by this inclination angle, Air is supplied to each artificial muscle 42-46.

同時に、左側の下肢骨格12において、寛骨材15に対して股関節部材16を介して大腿骨材18を所定角度回動させて持ち上げると共に、大腿骨材18に対して膝関節部材19を介して脛骨材21が所定角度回動するように各人工筋肉36〜46に供給する空気の圧力を空気圧力決定器57を用いて求め、空気圧調整部58を介して各人工筋肉36〜46に空気を供給する。
これによって、図15(C)に示すように、ヒューマノイドロボット10の重心を右側の足骨材24に移動させながら、左側の下肢骨格12の足骨材24を浮かせて1歩分前に移動させることができる。また、図14のFに左側の足骨材24の動作状況を示す。
At the same time, in the lower limb skeleton 12 on the left side, the femoral material 18 is lifted by rotating the femoral material 18 by a predetermined angle with respect to the hip bone material 15 via the hip joint member 16 and at the same time via the knee joint member 19 with respect to the femur material 18. The pressure of the air supplied to each artificial muscle 36 to 46 is obtained by using an air pressure determiner 57 so that the tibial material 21 rotates by a predetermined angle, and air is supplied to each artificial muscle 36 to 46 via the air pressure adjusting unit 58. Supply.
As a result, as shown in FIG. 15C, while moving the center of gravity of the humanoid robot 10 to the right foot bone 24, the foot bone 24 of the left leg skeleton 12 is lifted and moved one step forward. be able to. FIG. 14F shows the operating state of the left foot bone material 24.

(d−1工程)
設定された最終のc−2工程が完了すると、ヒューマノイドロボット10の重心が右側の下肢骨格12の足骨材24に載せた状態が維持されると共に、大腿骨材18に対して膝関節部材19を介して脛骨材21が所定角度回動するように各人工筋肉36〜46内の空気圧力を空気圧力決定器57を用いて求め、空気圧調整部58を介して各人工筋肉36〜46に空気を供給する。
同時に、左側の下肢骨格12において、股関節部材16を介して大腿骨材18を寛骨材15に対して所定角度回動させて持ち上げていた大腿骨材18を下げるように各人工筋肉36〜46に供給する空気の圧力を空気圧力決定器57を用いて求め、空気圧調整部58を介して各人工筋肉36〜46に空気を供給する。
これによって、図16(A)に示すように、ヒューマノイドロボット10の重心を右側の足骨材24に載せたまま、浮かせていた左側の下肢骨格12の足骨材24を着地させることができる。また、図14のGに着地状態の左側の足骨材24を示す。
(Step d-1)
When the set final c-2 process is completed, the center of gravity of the humanoid robot 10 is maintained on the foot material 24 of the lower limb skeleton 12 on the right side, and the knee joint member 19 with respect to the femur material 18 is maintained. The air pressure in each of the artificial muscles 36 to 46 is obtained by using an air pressure determiner 57 so that the tibial material 21 rotates by a predetermined angle via the air pressure, and air is supplied to each artificial muscle 36 to 46 via the air pressure adjusting unit 58. Supply.
At the same time, in the left limb skeleton 12, the artificial muscles 36 to 46 are configured so as to lower the femoral material 18 that has been lifted by rotating the femoral material 18 by a predetermined angle with respect to the hip bone material 15 via the hip joint member 16. The pressure of the air supplied to the artificial muscles 36 is obtained using an air pressure determiner 57, and the air is supplied to each of the artificial muscles 36 to 46 via the air pressure adjusting unit 58.
As a result, as shown in FIG. 16A, the left foot skeleton 12 of the lower limb skeleton 12 can be landed while the center of gravity of the humanoid robot 10 is placed on the right foot skeleton 24. FIG. 14G shows the left foot bone material 24 in the landing state.

(d−2工程)
左側の下肢骨格12において、着地した足骨材24に対して脛骨材21が垂直に配置され、更に脛骨材21に対して膝関節部材19を介して大腿骨材18が一列に並ぶように各人工筋肉36〜46に供給する空気の圧力を空気圧力決定器57を用いて求め、空気圧調整部58を介して各人工筋肉36〜46に空気を供給する。
この動作に伴って、ヒューマノイドロボット10の重心が左側の足骨材24に載るような足骨材24に対する脛骨材21の傾き角度を空気圧力決定器57を用いて求める。そして、この傾き角度だけ脛骨材21が足骨材24に対して傾くように各人工筋肉36〜46に供給する空気の圧力を空気圧力決定器57を用いて求め、空気圧調整部58を介して各人工筋肉36〜46に空気を供給する。
同時に、右側の下肢骨格12において、寛骨材15に対して股関節部材16を介して大腿骨材18を所定角度回動させて持ち上げると共に、大腿骨材18に対して膝関節部材19を介して脛骨材21が所定角度回動するように各人工筋肉36〜46に供給する空気の圧力を空気圧力決定器57を用いて求め、空気圧調整部58を介して各人工筋肉36〜46に空気を供給する。
これによって、図16(B)に示すように、ヒューマノイドロボット10の重心を左側の足骨材24に移動させながら、右側の下肢骨格12の足骨材24を浮かせて半歩分前に移動させることができる。また、図14のHに右側の足骨材24の動作状況を示す。
(Step d-2)
In the left limb skeleton 12, the tibial material 21 is arranged perpendicular to the landing foot material 24, and the femoral material 18 is aligned with the tibial material 21 via the knee joint member 19 in a row. The pressure of the air supplied to the artificial muscles 36 to 46 is obtained using an air pressure determiner 57, and the air is supplied to each of the artificial muscles 36 to 46 via the air pressure adjusting unit 58.
Along with this operation, the air pressure determiner 57 is used to determine the inclination angle of the tibial material 21 with respect to the foot material 24 such that the center of gravity of the humanoid robot 10 is placed on the left foot material 24. Then, the pressure of the air supplied to the artificial muscles 36 to 46 is obtained by using the air pressure determiner 57 so that the tibial material 21 is inclined with respect to the foot material 24 by this inclination angle, Air is supplied to each artificial muscle 36-46.
At the same time, in the lower limb skeleton 12 on the right side, the femoral material 18 is lifted by rotating the femoral material 18 by a predetermined angle with respect to the hip bone material 15 via the hip joint member 16 and at the same time via the knee joint member 19 with respect to the femur material 18. The pressure of the air supplied to each artificial muscle 36 to 46 is obtained by using an air pressure determiner 57 so that the tibial material 21 rotates by a predetermined angle, and air is supplied to each artificial muscle 36 to 46 via the air pressure adjusting unit 58. Supply.
As a result, as shown in FIG. 16B, while moving the center of gravity of the humanoid robot 10 to the left foot bone 24, the foot bone 24 of the right lower limb skeleton 12 is lifted and moved half a step forward. be able to. In addition, FIG. 14H shows an operation state of the right foot bone material 24.

(e工程)
左側の下肢骨材12の足骨材24に載っているヒューマノイドロボット10の重心が両下肢骨格12間の中央を通る垂線上に移動するように、左側の足骨材24に対する脛骨材21の傾きを回復させるのに必要な各人工筋肉36〜46内の空気圧力を空気圧力決定器57を用いて求め、空気圧調整部58を介して各人工筋肉36〜46に空気を供給する。
同時に、右側の下肢骨格12において、右側の足骨材24を左側の足骨材24に揃うように着地し、着地した足骨材24に対して脛骨材21が垂直に配置され、更に脛骨材21に対して膝関節部材19を介して大腿骨材18が一列に並ぶように各人工筋肉36〜46に供給する空気の圧力を空気圧力決定器57を用いて求め、空気圧調整部58を介して各人工筋肉36〜46に空気を供給する。
これによって、図16(C)に示すように、ヒューマノイドロボット10の重心を両下肢骨格12間の中央を通る垂線上に戻しながら、右側の下肢骨格12の足骨材24を左側の足骨材24に揃えて着地させて、各下肢骨格12の足骨材24を揃えて起立したホームポジションに戻ることができる。また、図14のIに両足骨材24の着地状態を示す。
(E process)
Inclination of the tibial material 21 with respect to the left foot material 24 so that the center of gravity of the humanoid robot 10 mounted on the foot material 24 of the left foot material 12 moves on a perpendicular line passing through the center between the two lower limbs skeletons 12. The air pressure in each of the artificial muscles 36 to 46 required to recover the air is obtained using an air pressure determiner 57, and air is supplied to each of the artificial muscles 36 to 46 via the air pressure adjusting unit 58.
At the same time, in the right limb skeleton 12, the right foot bone material 24 is landed so as to be aligned with the left foot bone material 24, and the tibial material 21 is arranged vertically with respect to the landed foot bone material 24. 21, the pressure of the air supplied to each of the artificial muscles 36 to 46 is obtained by using the air pressure determiner 57 so that the femoral material 18 is arranged in a line through the knee joint member 19, and the air pressure adjustment unit 58 is used. Air is supplied to each of the artificial muscles 36-46.
As a result, as shown in FIG. 16C, the leg material 24 of the right leg skeleton 12 is moved to the left leg bone material while returning the center of gravity of the humanoid robot 10 to the vertical line passing through the center between the both leg skeletons 12. It is possible to return to the home position where the foot bone material 24 of each lower limb skeleton 12 is aligned and erected. Further, FIG. 14I shows the landing state of the both foot aggregates 24.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明のヒューマノイドロボットを構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、本実施の形態では流体供給手段として空気圧縮機を使用したが、空気圧縮機の代りに携帯型圧縮空気タンクを使用してもよい。また、ヒューマノイドロボットに2足歩行を各工程毎に分解し各工程に対応した下肢骨格の動作をそれぞれ実行させたが、空気圧力決定器から各人工筋肉毎に必要な空気圧力値の信号を連続的に出力させ、空気圧調整部を介して各人工筋肉内の圧力を調整するようにすると、ヒューマノイドロボットに2足歩行の連続した動作を行なわせることができる。更に、各人工筋肉の収縮及び回復の連携動作を変えることにより、ヒューマノイドロボットに2足歩行の代りに、走行、跳躍、又は足踏みを実行させたり、お辞儀や椅子に座る動作等を行なわせることができる。
また、角度センサ及び圧力センサで検知した値が設定値に到達した時点で大腿骨材及び脛骨材の動作を停止させるようにしたが、各人工筋肉内の空気圧力の変化速度を検知した値と設定値との偏差に応じて調整するようにしてもよい。これによって、応答性の高い動きを実行させることができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this embodiment, The change in the range which does not change the summary of invention is possible, Each above-mentioned embodiment is possible. A case where the humanoid robot of the present invention is configured by combining a part or all of the forms and modifications is also included in the scope of the right of the present invention.
For example, although an air compressor is used as the fluid supply means in the present embodiment, a portable compressed air tank may be used instead of the air compressor. In addition, the humanoid robot was disassembled into biped walking for each process, and the lower limb skeleton movements corresponding to each process were executed, but the air pressure value signal for each artificial muscle was continuously transmitted from the air pressure determiner. If the pressure is output automatically and the pressure in each artificial muscle is adjusted via the air pressure adjusting unit, the humanoid robot can perform a continuous bipedal motion. Furthermore, by changing the coordinated operation of contraction and recovery of each artificial muscle, it is possible to cause the humanoid robot to perform running, jumping, or stepping instead of biped walking, bowing, sitting on a chair, etc. it can.
Further, when the values detected by the angle sensor and the pressure sensor reach the set values, the operation of the femur and tibia is stopped, but the value of the change rate of the air pressure in each artificial muscle is detected. You may make it adjust according to the deviation with a setting value. Thereby, a highly responsive movement can be executed.

本発明に係るヒューマノイドロボットの産業上の利用分野として、次の分野が考えられる。
(1)重量物の運搬等人の生活を支援したり、人の動作を介助する福祉分野
(2)人が活動できない環境下(例えば、有毒ガス雰囲気、高放射能雰囲気)での各種データの収集や作業を行う分野
(3)疾病後の足や腕の運動機能回復を支援するリハビリテーション分野
(4)警備員が複数のヒューマノイドロボットとチームを組んで警備業務を行い、警備員に身の危険が生じたときはヒューマノイドロボットに警備業務を行わせる代替警備分野
(5)ヒューマノイドロボットに住居を警備させるホームランドセキュリテイ分野
(6)人が複数のヒューマノイドロボットとチームを組んで活動する自衛防衛分野
The following fields can be considered as industrial application fields of the humanoid robot according to the present invention.
(1) Welfare field that supports human life such as transporting heavy objects and assists human movement (2) Various data in an environment where human activities are not possible (for example, toxic gas atmosphere, high radioactive atmosphere) Fields where data collection and work are performed (3) Rehabilitation field that supports recovery of leg and arm motor functions after illness (4) Security personnel team up with multiple humanoid robots to perform security operations, and there are dangers to security personnel Alternative security field that allows humanoid robots to perform security operations when a problem occurs (5) Homeland security field that allows humanoid robots to guard their residences (6) Self-defense field where people work in teams with multiple humanoid robots

(A)、(B)はそれぞれ本発明の一実施の形態に係るヒューマノイドロボットの骨格を示す正面図及び左側面図である。(A), (B) is the front view and left view which respectively show the skeleton of the humanoid robot which concerns on one embodiment of this invention. (A)、(B)はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの骨格を示す背面図及び右側面図である。(A) and (B) are a rear view and a right side view showing the skeleton of the humanoid robot, respectively. (A)、(B)はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの股関節部材の周囲の人工筋肉の配置を示す拡大図である。(A), (B) is an enlarged view which shows arrangement | positioning of the artificial muscle around the hip joint member of the said humanoid robot, respectively. (A)、(B)はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの上、下肢骨格に取付けた人工筋肉の配置を示す正面図及び左側面図である。(A) and (B) are a front view and a left side view showing the arrangement of artificial muscles attached to the upper and lower limbs of the humanoid robot, respectively. (A)、(B)はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの上、下肢骨格に取付けた人工筋肉の配置を示す背面図及び右側面図である。(A) and (B) are a rear view and a right side view showing the arrangement of artificial muscles attached to the upper and lower limb skeletons of the humanoid robot, respectively. 同ヒューマノイドロボットの膝関節部材の周囲の人工筋肉の配置を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows arrangement | positioning of the artificial muscle around the knee joint member of the same humanoid robot. (A)〜(C)はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの足首関節部材の周囲の人工筋肉の配置を示す拡大図である。(A)-(C) is an enlarged view which shows arrangement | positioning of the artificial muscle around the ankle joint member of the said humanoid robot, respectively. (A)、(B)はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの肩関節部材の周囲の人工筋肉の配置を示す拡大図である。。(A), (B) is an enlarged view which shows arrangement | positioning of the artificial muscle around the shoulder joint member of the said humanoid robot, respectively. . 同ヒューマノイドロボットの肘関節部材の周囲の人工筋肉の配置を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows arrangement | positioning of the artificial muscle around the elbow joint member of the humanoid robot. 同ヒューマノイドロボットに取付けた人工筋肉の駆動系統を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the drive system of the artificial muscle attached to the same humanoid robot. 同ヒューマノイドロボットに使用する人工筋肉の説明図である。It is explanatory drawing of the artificial muscle used for the same humanoid robot. 同ヒューマノイドロボットに2足歩行を行なわせる際のフローチャートである。It is a flowchart at the time of making the humanoid robot perform bipedal walking. (A)〜(C)は同ヒューマノイドロボットが2足歩行を行なう際の下肢骨格の一連の動きを示す説明図である。(A)-(C) are explanatory drawings which show a series of movements of the lower limb skeleton when the humanoid robot performs bipedal walking. 同ヒューマノイドロボットが2足歩行した際の足骨の位置変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the positional change of a foot bone when the humanoid robot walks two legs. (A)〜(C)は同ヒューマノイドロボットが2足歩行を行なう際の下肢骨格の一連の動きを示す説明図である。(A)-(C) are explanatory drawings which show a series of movements of the lower limb skeleton when the humanoid robot performs bipedal walking. (A)〜(C)は同ヒューマノイドロボットが2足歩行を行なう際の下肢骨格の一連の動きを示す説明図である。(A)-(C) are explanatory drawings which show a series of movements of the lower limb skeleton when the humanoid robot performs bipedal walking. 従来例に係るヒューマノイドロボットの下肢部の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the leg part of the humanoid robot which concerns on a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

10:ヒューマノイドロボット、11:胴体骨格、12:下肢骨格、13:上肢骨格、14:頭部、15:寛骨材、16:股関節部材、17:第1の人工筋肉対、17a:第2の人工筋肉対、18:大腿骨材、19:膝関節部材、20:第3の人工筋肉対、21:脛骨材、22:足首関節部材、23:第4の人工筋肉対、23a:第5の人工筋肉対、24:足骨材、25:鎖骨材、26:肩関節部材、28:上腕骨材、29:肘関節部材、30:第6の人工筋肉対、30a:第7の人工筋肉対、30b:第8の人工筋肉対、31:橈骨材、32:手首関節部材、33:手骨材、34:頸椎部材、35:頭骨材、36〜52:人工筋肉、55:圧力制御手段、56:空気圧縮機、57:空気圧力決定器、58:空気圧調整部、59:電源部、60:空気供給配管、61:空気分配配管、62:取付け部、63:金具、64:第9の人工筋肉対、65〜68:人工筋肉、69:第10の人工筋肉対、70、71:人工筋肉、72:第11の人工筋肉対 10: humanoid robot, 11: trunk skeleton, 12: lower limb skeleton, 13: upper limb skeleton, 14: head, 15: hip bone material, 16: hip joint member, 17: first artificial muscle pair, 17a: second Artificial muscle pair, 18: femur, 19: knee joint member, 20: third artificial muscle pair, 21: tibial material, 22: ankle joint member, 23: fourth artificial muscle pair, 23a: fifth Artificial muscle pair, 24: foot aggregate, 25: clavicle aggregate, 26: shoulder joint member, 28: humeral aggregate, 29: elbow joint member, 30: sixth artificial muscle pair, 30a: seventh artificial muscle pair 30b: eighth artificial muscle pair, 31: rib material, 32: wrist joint member, 33: hand bone material, 34: cervical spine member, 35: head bone material, 36 to 52: artificial muscle, 55: pressure control means, 56: Air compressor, 57: Air pressure determiner, 58: Air pressure adjustment unit, 59: Power supply unit, 6 : Air supply pipe, 61: Air distribution pipe, 62: Mounting part, 63: Metal fitting, 64: Ninth artificial muscle pair, 65-68: Artificial muscle, 69: Tenth artificial muscle pair, 70, 71: Artificial Muscle, 72: Eleventh artificial muscle pair

Claims (10)

それぞれ内部に注入される流体の圧力に応じて収縮量が変化する人工筋肉を動力源とし、胴体骨格と、前記胴体骨格の下部両側に取付けられた下肢骨格と、前記胴体骨格の上部両側に取付けられた上肢骨格を有するヒューマノイドロボットにおいて、
前記下肢骨格は、前記胴体骨格に設けられた寛骨材に股関節部材を介して連結された大腿骨材と、該大腿骨材に膝関節部材を介して連結する脛骨材と、該脛骨材に足首関節部材を介して連結する足骨材を有し、
前記寛骨材に対して前記大腿骨材が前記股関節部材を介して屈曲、傾斜、及び旋回が可能に連結され、更に、前記股関節部材を内側にして、前記寛骨材と前記大腿骨材を連結し、それぞれ向かい合う2組の異なる角度位置に配置され前記人工筋肉をそれぞれ備えた第1、第2の人工筋肉対を備え
前記大腿骨材に対して前記脛骨材は前記膝関節部材を介して回動可能に連結され、しかも、前記寛骨材と前記脛骨材の上部とは、前記膝関節部材を内側にして対向配置され前記人工筋肉を備えた第3の人工筋肉対で連結され、
前記脛骨材に前記足骨材が前記足首関節部材を介して屈曲、傾斜、及び旋回が可能に連結され、前記脛骨材の下部と前記足骨材とを連結し、前記足首関節部材を中央にしてその左右位置に前記人工筋肉を備えた第4の人工筋肉対、及び一方が前記脛骨材の後ろ側下部と前記足骨材の後ろ側上部を連結し、他方が前記脛骨材の前側上部と前記足骨材の前側を連結する前記人工筋肉を備えた第5の人工筋肉対が設けられ、更に、前記大腿骨材の後ろ側下部と前記足骨材の後ろ側下部を連結する前記人工筋肉を備えることを特徴とするヒューマノイドロボット。
The artificial muscles, whose contraction amount changes according to the pressure of the fluid injected into the inside, are used as the power source, and are attached to the trunk skeleton, the lower limb skeletons attached to the lower sides of the trunk skeleton, and the upper sides of the trunk skeleton. In a humanoid robot with an upper limb skeleton,
The lower limb skeleton includes a femur connected to an hip bone provided on the torso skeleton via a hip joint member, a tibial material connected to the femur material via a knee joint member, and the tibial material Having ankle aggregate connected via an ankle joint member,
The hip bone material is connected to the hip bone material via the hip joint member so as to be able to bend, tilt, and turn, and further, the hip joint member is located inside, and the hip bone material and the femur material are connected. A first and a second artificial muscle pair connected to each other and arranged in two different angular positions facing each other, each having the artificial muscle ;
The tibial material is rotatably connected to the femoral material via the knee joint member, and the hip bone material and the upper portion of the tibial material are opposed to each other with the knee joint member inside. Connected by a third artificial muscle pair comprising the artificial muscle,
The ankle material is connected to the tibial material via the ankle joint member so as to be able to bend, tilt, and turn, the lower part of the tibial material is connected to the ankle material, and the ankle joint member is centered. A fourth artificial muscle pair having the artificial muscles at the left and right positions thereof, and one connecting the rear lower part of the tibial material and the rear upper part of the foot bone material, and the other connecting the front upper part of the tibial material A fifth artificial muscle pair including the artificial muscle for connecting the front side of the foot aggregate is provided, and further, the artificial muscle for connecting the rear lower part of the femur and the rear lower part of the foot aggregate. humanoid robot comprising: a.
請求項1記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記第1、第2の人工筋肉対は、このヒューマノイドロボットが正立状態で、それぞれ前記股関節部材の前後位置及び左右位置に設けられていることを特徴とするヒューマノイドロボット。 2. The humanoid robot according to claim 1, wherein the first and second artificial muscle pairs are provided at a front-rear position and a left-right position of the hip joint member, respectively, when the humanoid robot is in an upright state. Humanoid robot. 請求項1記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記上肢骨格は、前記胴体骨格に設けられた鎖骨材に肩関節部材を介して連結された上腕骨材と、該上腕骨材に肘関節部材を介して連結する橈骨材を有し、
前記鎖骨材は前記肩関節部材を介して前記上腕骨材が屈曲、傾斜、及び旋回が可能に連結され、更に、前記肩関節部材を内側にして、前記鎖骨材の端部と前記上腕骨材の上部を連結し、それぞれ向かい合う2組の異なる角度位置に配置され前記人工筋肉をそれぞれ備えた第6、第7の人工筋肉対を備えたことを特徴とするヒューマノイドロボット。
The humanoid robot according to claim 1, wherein the upper limb skeleton is connected to a clavicle provided on the torso skeleton via a shoulder joint member, and is connected to the humeral bone via an elbow joint member. Have the aggregate to
The clavicle is connected to the humerus via the shoulder joint so that the humerus can be bent, tilted, and swiveled. A humanoid robot comprising the sixth and seventh artificial muscle pairs each having the artificial muscles connected to each other and arranged in two different angular positions facing each other.
請求項記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記上腕骨材に前記肘関節部材を介して前記橈骨材が回動可能に連結され、前記鎖骨材の端部と前記橈骨材の上部を連結し、前記肘関節部材を内側にして対向配置され前記人工筋肉を備えた第8の人工筋肉対が設けられていることを特徴とするヒューマノイドロボット。 The humanoid robot according to claim 3 , wherein the rib material is rotatably connected to the humerus aggregate via the elbow joint member, and an end portion of the clavicle material and an upper part of the rib material are connected to each other , and the elbow A humanoid robot characterized in that an eighth artificial muscle pair having the above-mentioned artificial muscles is provided facing each other with the joint members inside. 請求項及びのいずれか1項に記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記股関節部材、前記膝関節部材、前記足首関節部材、前記肩関節部材、及び前記肘関節部材には傾きを検知する角度センサが設けられていることを特徴とするヒューマノイドロボット。 In humanoid robot according to any one of claims 3 and 4, the hip member, the knee member, the ankle joint member, the shoulder joint member, and an angle sensor for detecting the inclination in the elbow joint member A humanoid robot characterized by being provided. 請求項のいずれか1項に記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記鎖骨材の中央部に頭骨材が頸椎部材を介して傾斜及び回動が可能に連結され、
前記頸椎部材と前記鎖骨材とは、一方が前記頸椎部材の前側上部と前記鎖骨材の前側を連結し、他方が前記頸椎部材の後ろ側上部と前記鎖骨材の後ろ側を連結する前記人工筋肉を備えた第9の人工筋肉対と、一方が前記頸椎部材の左前側下部と前記鎖骨材の左前側を連結し、他方が前記頸椎部材の右前側下部と前記鎖骨材の右前側を連結する前記人工筋肉を備えた第10の人工筋肉対を備え、更に、一方が前記頸椎部材の左後ろ側下部と前記鎖骨材の左後ろ側を連結し、他方が前記頸椎部材の右後ろ側下部と前記鎖骨材の右後ろ側を連結する前記人工筋肉を備えた第11の人工筋肉対を備えることを特徴とするヒューマノイドロボット。
The humanoid robot according to any one of claims 3 to 5 , wherein a skull is connected to a central portion of the clavicle so as to be inclined and rotatable via a cervical spine member,
One of the cervical spine member and the clavicle aggregate connects the front upper part of the cervical spine member and the front side of the clavicular aggregate, and the other connects the rear upper part of the cervical spine member and the rear side of the clavicular aggregate. A first artificial muscle pair including: a first front lower portion of the cervical spine member and a left front side of the clavicle; A tenth artificial muscle pair including the artificial muscle, and one of the lower left side lower part of the cervical spine member and the left rear side of the clavicle material is connected, and the other is a lower right rear lower part of the cervical spine member. A humanoid robot comprising an eleventh artificial muscle pair including the artificial muscle connecting the right rear side of the clavicle.
請求項1〜のいずれか1項に記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記人工筋肉は、圧力制御手段を介して流体供給手段から供給される前記流体によって伸縮して、その長さが変化することを特徴とするヒューマノイドロボット。 The humanoid robot according to any one of claims 1 to 6 , wherein the artificial muscle expands and contracts by the fluid supplied from the fluid supply means via the pressure control means, and the length thereof changes. Characteristic humanoid robot. 請求項記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記流体は空気であることを特徴とするヒューマノイドロボット。 8. The humanoid robot according to claim 7 , wherein the fluid is air. 請求項記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記流体供給手段は携帯型圧縮空気タンクであることを特徴とするヒューマノイドロボット。 9. The humanoid robot according to claim 8 , wherein the fluid supply means is a portable compressed air tank. 請求項1〜のいずれか1項に記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記足骨材には該足骨材に加わる圧力を検知する圧力センサが設けられていることを特徴とするヒューマノイドロボット。 The humanoid robot according to any one of claims 1 to 9 , wherein the foot bone material is provided with a pressure sensor that detects pressure applied to the foot bone material.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2931718B1 (en) * 2008-05-29 2011-02-11 Bia HIP FOR HUMANOID ROBOT
JP5521674B2 (en) * 2009-11-11 2014-06-18 株式会社安川電機 robot
JP5517195B2 (en) * 2009-11-20 2014-06-11 スキューズ株式会社 Rotating device, rotating control system, and fluid supply control method for rotating device
JP5722481B2 (en) * 2014-03-26 2015-05-20 スキューズ株式会社 Rotation control system and fluid supply control method for rotation device
CN107380294A (en) * 2017-03-31 2017-11-24 西华大学 The bionical foot of quadruped robot
WO2019013528A1 (en) * 2017-07-10 2019-01-17 한양대학교에리카산학협력단 Artificial joint
KR101981426B1 (en) 2017-07-10 2019-05-22 한양대학교 에리카산학협력단 Artificial joint
CN107813294B (en) * 2017-10-31 2019-01-01 梅其珍 A kind of nonmetal flexible anthropomorphic robot
KR101981631B1 (en) * 2018-01-23 2019-05-24 연세대학교 산학협력단 An Exoskeleton robot with Talocrural Joint and Subtalar Joint as rotation axes
CN110206840B (en) * 2019-06-21 2020-07-14 重庆大学 Femoral head-imitated damping structure and walking robot
CN110497387A (en) * 2019-08-28 2019-11-26 华南理工大学 An artificial skeleton and muscle architecture of a bionic humanoid robot and its design method
CN210555253U (en) * 2019-10-17 2020-05-19 新石器慧通(北京)科技有限公司 Unmanned security car
CN111872973A (en) * 2020-08-01 2020-11-03 蔡世勋 Compact and firm multi-degree-of-freedom bionic joint and manufacturing method thereof
CN111844125A (en) * 2020-08-01 2020-10-30 蔡世勋 Compact and firm single-degree-of-freedom bionic joint and manufacturing method thereof
CN115092280B (en) * 2022-06-21 2024-03-22 中南大学 Soft flexible trunk and soft flexible bionic wall-climbing robot
CN116729520B (en) * 2023-08-11 2023-10-20 太原理工大学 Bionic four-foot robot based on double-layer corrugated pipe pneumatic soft driver

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8068757B2 (en) 2008-09-24 2011-11-29 Canon Kabushiki Kaisha Image forming apparatus

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