JP4564028B2 - Leg structure of legged mobile robot - Google Patents

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JP4564028B2 JP2007123283A JP2007123283A JP4564028B2 JP 4564028 B2 JP4564028 B2 JP 4564028B2 JP 2007123283 A JP2007123283 A JP 2007123283A JP 2007123283 A JP2007123283 A JP 2007123283A JP 4564028 B2 JP4564028 B2 JP 4564028B2
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Description

本発明は、脚式移動ロボットの脚構造に関し、特に上脚部の下端に膝関節を介して下脚部を連結するとともに、下脚部の下端に足部を足首関節を介して連結し、足首関節は下脚部に対して足部を左右軸線回りにピッチング自在に支持し、かつ前後軸線回りにローリング自在に支持する脚式移動ロボットの脚構造に関する。   The present invention relates to a leg structure of a legged mobile robot, and more particularly to a lower leg portion connected to a lower end of an upper leg portion via a knee joint, and a foot portion connected to a lower end of the lower leg portion via an ankle joint. The present invention relates to a leg structure of a legged mobile robot that supports a foot part so that it can be pitched around a left and right axis and can roll around a front and rear axis.

かかる脚式移動ロボットの脚構造は、下記特許文献1により公知である。このものは、下脚部の上端寄りの位置に設けたピッチング用モータで、下脚部に対してベルト伝達手段を介して足部をピッチング軸部回りにピッチングさせ、かつ前記ピッチング軸部と直交するローリング軸部上に設けたローリング用モータで、下脚部に対して足部をローリングさせるようになっている。
特開平3−184782号公報
The leg structure of such a legged mobile robot is known from Patent Document 1 below. This is a pitching motor provided at a position near the upper end of the lower leg part, and the foot part is pitched around the pitching shaft part via the belt transmission means with respect to the lower leg part, and the rolling is perpendicular to the pitching shaft part. A rolling motor provided on the shaft part rolls the foot part with respect to the lower leg part.
Japanese Patent Laid-Open No. 3-184782

ところで、上記従来のものはピッチング用モータが下脚部の上部、つまり膝関節に近い位置に配置されてはいるが、ローリング用モータが下脚部の下部、つまり足首関節の近傍に配置されているため、足首関節の床面からの位置が高くなってしまい、足首関節のコンプライアンス制御の制御量が大きくなって床面の不測の凹凸や傾斜に速やかに対応することが難しくなるという問題があった。   By the way, in the above-mentioned conventional one, although the pitching motor is arranged at the upper part of the lower leg part, that is, near the knee joint, the rolling motor is arranged at the lower part of the lower leg part, that is, in the vicinity of the ankle joint. There is a problem that the position of the ankle joint from the floor surface becomes high, the amount of compliance control of the ankle joint becomes large, and it becomes difficult to quickly cope with unexpected irregularities and inclinations of the floor surface.

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、足首関節の床面からの位置が低くして床面の不測の凹凸や傾斜に速やかに対応できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to make it possible to quickly cope with unexpected irregularities and inclinations of the floor surface by lowering the position of the ankle joint from the floor surface.

上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、上脚部の下端に膝関節を介して下脚部を連結するとともに、下脚部の下端に足部を足首関節を介して連結し、足首関節は下脚部に対して足部を左右軸線回りにピッチング自在に支持し、かつ前後軸線回りにローリング自在に支持する脚式移動ロボットの脚構造であって、ピッチング軸部に足部をローリング自在に支持するローリング機構は、ピッチング軸部に直交するように固定されたローリング軸部と、足部に一体に固定されてローリング軸部の外周に回転自在に支持されたローリング部材と、ピッチング軸部内に同軸に配置された駆動ベベルギヤと、左右軸線方向に配置されたローリング用モータの出力軸の回転を駆動ベベルギヤに伝達するローリング用ベルト伝達手段と、ローリング軸部内に同軸に配置されて駆動ベベルギヤに噛合するとともにローリング部材に連結された従動ベベルギヤとを備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの脚構造が提案される。 To achieve the above object, according to the invention described in claim 1, with connecting the lower leg via the knee joint to the lower end of the upper leg portion, through the ankle joint of the foot to the lower end of the lower leg The ankle joint is a leg structure of a legged mobile robot that supports the lower leg part so that the foot part can be pitched around the left and right axis and can be rolled around the front and rear axis line. The rolling mechanism for supporting the foot part in a freely rolling manner includes a rolling shaft part fixed so as to be orthogonal to the pitching shaft part, and a rolling member fixed to the foot part and rotatably supported on the outer periphery of the rolling shaft part. And a driving bevel gear disposed coaxially in the pitching shaft portion, and a rolling belt transmission means for transmitting the rotation of the output shaft of the rolling motor disposed in the left-right axis direction to the driving bevel gear. Leg structure of the legged mobile robot is characterized in that a driven bevel gear coupled to the rolling member with meshes coaxially disposed in driven bevel gear in the rolling shaft portion is proposed.

上記構成によれば、足部を一体に備えたローリング部材を、ピッチング軸部に直交するように固定したローリング軸部の外周に回転自在に支持し、ローリング用モータの出力軸の回転を、ローリング用ベルト伝達手段と、ピッチング軸部内に同軸に配置された駆動ベベルギヤと、ローリング軸部内に同軸に配置された従動ベベルギヤとを介してローリング部材に伝達するので、足部のピッチングに影響を与えることなく足部を独立してローリングさせることができ、かつ足部をローリングした状態のまま自由にピッチングさせることができる。しかもローリング軸部およびピッチング軸部の位置を低くすることができるので、足首関節のコンプライアンス制御をより小さな制御量で実現することができ、床面の不測の凹凸や傾斜に速やかに対応して安定した歩行を可能にすることができる。   According to the above configuration, the rolling member integrally provided with the foot portion is rotatably supported on the outer periphery of the rolling shaft portion fixed so as to be orthogonal to the pitching shaft portion, and the rotation of the output shaft of the rolling motor is prevented from rolling. This is transmitted to the rolling member via the belt transmission means, the driving bevel gear arranged coaxially in the pitching shaft portion, and the driven bevel gear arranged coaxially in the rolling shaft portion, so that the pitching of the foot portion is affected. The foot can be rolled independently, and can be freely pitched while the foot is rolled. In addition, since the position of the rolling shaft and the pitching shaft can be lowered, compliance control of the ankle joint can be realized with a smaller amount of control, and it is stable in response to unexpected irregularities and inclinations on the floor surface. Can be able to walk.

また請求項に記載された発明によれば、請求項の構成に加えて、ピッチング用ベルト伝達手段およびピッチング軸部間にピッチング用減速機を配置し、従動ベベルギヤおよびローリング部材間にローリング用減速機を配置したことを特徴とする脚式移動ロボットの脚構造が提案される。 According to the second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect , the pitching speed reducer is disposed between the pitching belt transmission means and the pitching shaft portion, and the rolling bevel gear is interposed between the driven bevel gear and the rolling member. A leg structure of a legged mobile robot characterized by arranging a reduction gear is proposed.

上記構成によれば、ピッチング用ベルト伝達手段およびピッチング軸部間にピッチング用減速機を配置したので、ピッチング用モータの負荷を軽減することができ、かつ従動ベベルギヤおよびローリング部材間にローリング用減速機を配置したので、ローリング用モータの負荷を軽減することができる。   According to the above configuration, since the pitching speed reducer is disposed between the pitching belt transmission means and the pitching shaft portion, the load on the pitching motor can be reduced, and the rolling speed reducer is between the driven bevel gear and the rolling member. The load on the rolling motor can be reduced.

また請求項に記載された発明によれば、請求項または請求項の構成に加えて、ローリング部材の外側を部分球面状カバーで覆い、下脚部の骨格を構成する下脚リンクの下端と部分球面状カバーとの間に所定の隙間を形成したことを特徴とする脚式移動ロボットの脚構造が提案される。 According to the invention described in claim 3 , in addition to the configuration of claim 1 or claim 2 , the outer side of the rolling member is covered with a partial spherical cover, and the lower end of the lower leg link constituting the skeleton of the lower leg portion is provided. A leg structure for a legged mobile robot is proposed in which a predetermined gap is formed between the cover and the partial spherical cover.

上記構成によれば、ローリング部材の外側を覆う部分球面状カバーと下脚リンクの下端との間に所定の隙間を形成したので、足部をピッチングおよびローリングさせても部分球面状カバーおよび下脚リンク間に大きな隙間が発生するのを防止し、異物の挟み込みを効果的に防止することができる。   According to the above configuration, since the predetermined gap is formed between the partial spherical cover that covers the outside of the rolling member and the lower end of the lower leg link, even if the foot is pitched and rolled, the partial spherical cover and the lower leg link are not separated. It is possible to prevent a large gap from being generated and effectively prevent foreign matter from being caught.

また請求項に記載された発明によれば、請求項の構成に加えて、部分球面状カバーがピッチング軸部上またはローリング軸部上に中心を有することを特徴とする脚式移動ロボットの脚構造が提案される。 According to the invention described in claim 4 , in addition to the structure of claim 3 , a legged mobile robot characterized in that the partial spherical cover has a center on the pitching shaft portion or the rolling shaft portion. A leg structure is proposed.

上記構成によれば、部分球面状カバーの中心がピッチング軸部上またはローリング軸部上にあるので、足部をピッチングまたはローリングさせたときに部分球面状カバーおよび下脚リンク間に発生する隙間を一定に保ち、部分球面状カバーが下脚リンクと干渉するのを防止して足首関節の可動範囲を拡大しながら異物の挟み込みを一層効果的に防止することができる。   According to the above configuration, since the center of the partial spherical cover is on the pitching shaft portion or the rolling shaft portion, the gap generated between the partial spherical cover and the lower leg link is constant when the foot portion is pitched or rolled. Thus, the partial spherical cover can be prevented from interfering with the lower leg link, and the movable range of the ankle joint can be expanded, thereby preventing foreign objects from being caught more effectively.

また請求項に記載された発明によれば、請求項1〜請求項の何れか1項の構成に加えて、足部に該足部に加わる荷重を検出するセンサを設けたことを特徴とする脚式移動ロボットの脚構造が提案される。 According to the invention described in claim 5 , in addition to the configuration of any one of claims 1 to 4 , a sensor for detecting a load applied to the foot is provided in the foot. A leg structure of a legged mobile robot is proposed.

上記構成によれば、ピッチング用モータおよびローリング用モータの位置が足部から遠くなるため、足部に設けたセンサがモータのノイズの影響を受け難くなり、センサの検出精度が向上する。   According to the above configuration, since the positions of the pitching motor and the rolling motor are far from the foot, the sensor provided on the foot is hardly affected by the noise of the motor, and the detection accuracy of the sensor is improved.

、実施例の内側部分球面状カバー62および外側部分球面状カバー63は本発明の部分球面状カバーを構成し、実施例の6分力センサ60は本発明のセンサを構成する。 The inner part-spherical cover 62 and an outer partially spherical-shaped cover 63 of the real施例constitutes the partial spherical cover of the present invention, 6-component sensor 60 embodiment constitutes the sensor of the present invention.

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples of the present invention shown in the accompanying drawings.

図1〜図7は本発明の一実施例を示すもので、図1は脚式移動ロボットの正面図、図2は脚式移動ロボットの右側面図、図3は図2の3−3線拡大断面図(図4の3−3線断面図)、図4は図3の4−4線断面図、図5は下脚部および足部の斜視図、図6は足部のピッチングの作用説明図、図7は足部のローリングの作用説明図である。   1 to 7 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a front view of a legged mobile robot, FIG. 2 is a right side view of the legged mobile robot, and FIG. 3 is a line 3-3 in FIG. 4 is a sectional view taken along the line 4-4 in FIG. 3, FIG. 5 is a perspective view of the lower leg portion and the foot portion, and FIG. 6 is an explanation of the action of pitching the foot portion. FIGS. 7A and 7B are explanatory diagrams of the rolling action of the foot.

図1および図2に示すように、自立二足歩行が可能な脚式移動ロボットRは、胴体11、頭12、左腕13L、右腕13R、左脚14Lおよび右脚14Rを備えており、胴体11の背面に電装品を収納した電装品ボックス15を背負っている。左腕13Lおよび右腕13Rの各々は、上腕部16と、下腕部17と、手部18とから構成され、胴体11と上腕部16とは肩関節19で連結され、上腕部16と下腕部17とは肘関節20で連結され、下腕部17と手部18とは手首関節21で連結され、更に上腕部16の長手方向中間には、上腕部16の上半部に対して下半部を捻るための上腕関節22が設けられる。また左脚14Lおよび右脚14Rの各々は、上脚部23と、下脚部24と足部25とから構成され、胴体11と上脚部23とは股関節26で連結され、上脚部23と下脚部24とは膝関節27で連結され、下脚部24と足部25とは足首関節28で連結される。更に胴体11と頭12とは首関節29で連結される。尚、前記各関節は、その位置のみを破線の円で示している。   As shown in FIGS. 1 and 2, the legged mobile robot R capable of walking on two legs is provided with a trunk 11, a head 12, a left arm 13L, a right arm 13R, a left leg 14L, and a right leg 14R. An electrical component box 15 containing electrical components is carried on the back of the machine. Each of the left arm 13L and the right arm 13R is composed of an upper arm part 16, a lower arm part 17, and a hand part 18. The body 11 and the upper arm part 16 are connected by a shoulder joint 19, and the upper arm part 16 and the lower arm part are connected to each other. 17 is connected by an elbow joint 20, the lower arm portion 17 and the hand portion 18 are connected by a wrist joint 21, and in the middle of the upper arm portion 16 in the longitudinal direction, the lower half of the upper arm portion 16 is lower than the upper half portion. A brachial joint 22 for twisting the part is provided. Each of the left leg 14L and the right leg 14R includes an upper leg portion 23, a lower leg portion 24, and a foot portion 25. The body 11 and the upper leg portion 23 are connected by a hip joint 26. The lower leg 24 is connected by a knee joint 27, and the lower leg 24 and the foot 25 are connected by an ankle joint 28. Further, the body 11 and the head 12 are connected by a neck joint 29. Note that only the position of each joint is indicated by a broken-line circle.

次に、図3〜図5に基づいてロボットRの右脚14Rの構造を説明する。尚、左脚14Lは右脚14Rと鏡面対称な同一構造であるため、その重複する説明は省略する。   Next, the structure of the right leg 14R of the robot R will be described with reference to FIGS. Note that the left leg 14L has the same structure as the right leg 14R and is mirror-symmetrical, and therefore, redundant description thereof is omitted.

上脚部23および下脚部24は軸線Lを有する膝関節27で連結されており、図示せぬ駆動源によりベルト伝動手段31および減速機32を介して駆動される。下脚部24はその骨格を構成する下脚リンク33を備えており、下脚リンク33の上端部に出力軸34aを左右軸線Ly方向に配置したピッチング用モータ34が支持され、下脚リンク33の中間部に出力軸35aを左右軸線Ly方向に配置したローリング用モータ35が支持される。   The upper leg portion 23 and the lower leg portion 24 are connected by a knee joint 27 having an axis L, and are driven via a belt transmission means 31 and a speed reducer 32 by a drive source (not shown). The lower leg portion 24 includes a lower leg link 33 that constitutes the skeleton. A pitching motor 34 having an output shaft 34 a disposed in the left-right axis Ly direction is supported on an upper end portion of the lower leg link 33, and an intermediate portion of the lower leg link 33 is supported. A rolling motor 35 in which the output shaft 35a is arranged in the left-right axis Ly direction is supported.

左右軸線Ly上において、ピッチング軸部36が下脚リンク33の下端に一対のクロスローラベアリング38,38を介して回転自在に支持される(図3参照)。ピッチング用モータ34の出力軸34aに設けた駆動プーリ39と、左右軸線Ly上に配置した従動プーリ40とが無端ベルト41で接続される。駆動プーリ39、従動プーリ40および無端ベルト41はピッチング用ベルト伝達手段42を構成する。従動プーリ40とピッチング軸部36とが公知のハーモニック減速機(商品名)よりなるピッチング用減速機43で接続される。ハーモニック減速機は入力部材の回転を減速して同軸上に配置された出力部材に出力するもので、それを遊星歯車式の減速機で置き換えることができる。   On the left and right axis Ly, the pitching shaft portion 36 is rotatably supported by the lower end of the lower leg link 33 via a pair of cross roller bearings 38 and 38 (see FIG. 3). A drive pulley 39 provided on the output shaft 34 a of the pitching motor 34 and a driven pulley 40 disposed on the left and right axis line Ly are connected by an endless belt 41. The driving pulley 39, the driven pulley 40 and the endless belt 41 constitute a pitching belt transmission means 42. The driven pulley 40 and the pitching shaft portion 36 are connected by a pitching speed reducer 43 made of a known harmonic speed reducer (trade name). The harmonic speed reducer decelerates the rotation of the input member and outputs it to an output member arranged on the same axis, and can be replaced with a planetary gear type speed reducer.

ピッチング軸部36に、それと直交する方向(前後軸線Lx)に延びるローリング軸部44が一体に形成される(図4参照)。ローリング軸部44の外周に筒状のローリング部材46が一対のクロスローラベアリング47,47を介して支持されており、このローリング部材46に足部25が固定される。   A rolling shaft portion 44 that extends in a direction orthogonal to the pitching shaft portion 36 (front-rear axis Lx) is integrally formed (see FIG. 4). A cylindrical rolling member 46 is supported on the outer periphery of the rolling shaft portion 44 via a pair of cross roller bearings 47 and 47, and the foot portion 25 is fixed to the rolling member 46.

ピッチング軸部36の内部に相対回転自在に支持された駆動ベベルギヤ軸51の軸端に固定した従動プーリ52と、ローリング用モータ35の出力軸35aに固定した駆動プーリ53とが無端ベルト54で接続されており、駆動プーリ53、従動プーリ52および無端ベルト54はローリング用ベルト伝達手段55を構成する。ピッチング軸部36と一体に形成されたローリング軸部44の内部に相対回転自在に支持された従動ベベルギヤ軸56の軸端に設けた従動ベベルギヤ57が、前記駆動ベベルギヤー軸51の軸端に設けた駆動ベベルギヤ58に噛合する。そして従動ベベルギヤ軸56の軸端とローリング部材46とがハーモニック減速機よりなるローリング用減速機59で接続される。足部25の中央部上面には、ロボットRを二足歩行させるために、足部25に作用する6分力(直交する3軸方向の荷重、および前記3軸回りのモーメント)を検出する6分力センサ60が設けられ、また足部25の後部上面には6分力センサ60のアンプ64が設けられる。   A driven pulley 52 fixed to the shaft end of a driving bevel gear shaft 51 supported relatively rotatably inside the pitching shaft portion 36 and a driving pulley 53 fixed to an output shaft 35 a of the rolling motor 35 are connected by an endless belt 54. The drive pulley 53, the driven pulley 52, and the endless belt 54 constitute a rolling belt transmission means 55. A driven bevel gear 57 provided at the shaft end of a driven bevel gear shaft 56 supported so as to be relatively rotatable within a rolling shaft portion 44 formed integrally with the pitching shaft portion 36 is provided at the shaft end of the drive bevel gear shaft 51. Engage with the drive bevel gear 58. The shaft end of the driven bevel gear shaft 56 and the rolling member 46 are connected by a rolling reduction gear 59 made of a harmonic reduction gear. On the upper surface of the center of the foot 25, 6 component forces (a load in three orthogonal directions and a moment about the three axes) acting on the foot 25 are detected in order to make the robot R walk on two legs. A component force sensor 60 is provided, and an amplifier 64 of the six component force sensor 60 is provided on the rear upper surface of the foot 25.

ピッチング軸部36に対して足部25をローリングさせるローリング機構61は、前記ローリング軸部44と、ローリング部材46と、駆動ベベルギヤ軸51と、駆動ベベルギヤ58と、従動ベベルギヤ軸56と、従動ベベルギヤ57と、ローリング用ベルト伝達手段55とから構成される。   The rolling mechanism 61 for rolling the foot 25 with respect to the pitching shaft 36 includes the rolling shaft 44, the rolling member 46, the drive bevel gear shaft 51, the drive bevel gear 58, the driven bevel gear shaft 56, and the driven bevel gear 57. And a rolling belt transmission means 55.

図5〜図7を参照すると明らかなように、下脚部24に対して足部25をピッチングおよびローリング可能に支持する足首関節28は、前後軸線Lxおよび左右軸線Lyの交点を中心とする同心球面の一部を構成する内側部分球状カバー62および外側部分球状カバー63を備える。内側部分球状カバー62はローリング部材46に固定されているのに対し、外側部分球状カバー63はピッチング軸部36に固定されている。従って、足部25が左右軸線Ly回りにピッチングする際には、内側部分球状カバー62および外側部分球状カバー63は一体にピッチングし、足部25が前後軸線Lx回りにローリングする際には、外側部分球状カバー63に対して内側部分球状カバー62だけが相対的にローリングする。尚、外側部分球状カバー63および内側部分球状カバー62が相対回転しても、内側部分球状カバー62は前後軸線Lxを中心として実質的に回転対称な形状を有しているため、外側部分球状カバー63および内側部分球状カバー62により構成される部分球面の形状に段差や隙間が発生することはない。下脚リンク33の下端には凹状球面33aが形成されており、この凹状球面33aと外側部分球状カバー63および内側部分球状カバー62の外周面との間に、微小かつ均一な隙間αが形成される。   As apparent from FIG. 5 to FIG. 7, the ankle joint 28 that supports the foot portion 25 so as to be pitchable and rollable with respect to the lower leg portion 24 is a concentric spherical surface centering on the intersection of the longitudinal axis Lx and the lateral axis Ly. The inner part spherical cover 62 and the outer part spherical cover 63 that constitute a part of the outer part spherical cover 63 are provided. The inner partial spherical cover 62 is fixed to the rolling member 46, while the outer partial spherical cover 63 is fixed to the pitching shaft portion 36. Therefore, when the foot portion 25 is pitched around the left-right axis Ly, the inner portion spherical cover 62 and the outer portion spherical cover 63 are integrally pitched, and when the foot portion 25 is rolled about the front-rear axis Lx, Only the inner partial spherical cover 62 rolls relative to the partial spherical cover 63. Even if the outer part spherical cover 63 and the inner part spherical cover 62 are relatively rotated, the inner part spherical cover 62 has a substantially rotationally symmetric shape about the longitudinal axis Lx. No step or gap occurs in the shape of the partial spherical surface constituted by 63 and the inner partial spherical cover 62. A concave spherical surface 33 a is formed at the lower end of the lower leg link 33, and a minute and uniform gap α is formed between the concave spherical surface 33 a and the outer peripheral surfaces of the outer partial spherical cover 63 and the inner partial spherical cover 62. .

次に、上記構成を備えた本発明の実施例の作用について説明する。   Next, the operation of the embodiment of the present invention having the above configuration will be described.

ロボットRの下脚部24の下端に足首関節28を介して接続された足部25を左右軸線Ly回りにピッチングさせるべくピッチング用モータ34を駆動すると、その出力軸34aの回転がピッチング用ベルト伝達手段42の駆動プーリ39、無端ベルト41および従動プーリ40を介してピッチング用減速機43に伝達され、ピッチング用減速機43は入力された回転を減速してピッチング軸部36に出力する。ピッチング軸部36が、それと一体のローリング軸部44と共に左右軸線Ly回りに回転すると、ローリング軸部44にローリング部材46を介して支持された足部25が左右軸線Ly回りにピッチングする。このようにしてピッチング軸部36が回転しても、ローリング機構61の駆動ベベルギヤ軸51はピッチング軸部36の内部に同軸に、かつ相対回転自在に配置されているため、ローリング用モータ35を空転可能な状態にしておくことにより、足部25が妄りにローリングすることが防止される。   When the pitching motor 34 is driven to pitch the foot 25 connected to the lower end of the lower leg 24 of the robot R via the ankle joint 28 around the left and right axis Ly, the rotation of the output shaft 34a is rotated by the pitching belt transmission means. 42 is transmitted to the pitching speed reducer 43 via the drive pulley 39, the endless belt 41 and the driven pulley 40, and the pitching speed reducer 43 decelerates the input rotation and outputs it to the pitching shaft portion 36. When the pitching shaft portion 36 rotates around the left and right axis line Ly together with the rolling shaft portion 44 integral therewith, the foot portion 25 supported by the rolling shaft portion 44 via the rolling member 46 pitches around the left and right axis line Ly. Even when the pitching shaft portion 36 rotates in this way, the drive bevel gear shaft 51 of the rolling mechanism 61 is disposed coaxially within the pitching shaft portion 36 and is relatively rotatable. By making it possible, it is possible to prevent the foot 25 from rolling in a delusion.

足部25を前後軸線Lx回りにローリングさせるべくローリング用モータ35を駆動すると、その出力軸35aの回転がローリング用ベルト伝達手段55の駆動プーリ53、無端ベルト54および従動プーリ52を介して駆動ベベルギヤ軸51に伝達され、駆動ベベルギヤ軸51の回転は駆動ベベルギヤ58、従動ベベルギヤ57および従動ベベルギヤ軸56を介して90°方向を変換した後、ローリング用減速機59を介してローリング部材46に伝達され、そのローリング部材46と一体の足部25をローリングさせる。このように、ピッチング軸部36にローリング機構61を支持して足部25と一体でピッチングさせ、かつローリング機構61を単独で作動させてピッチング軸部36に対して足部25をローリングさせるので、ピッチングおよびローリングが相互に干渉、あるいは交錯することがなくなり、足部25のピッチングおよびローリングの制御が簡素化される。   When the rolling motor 35 is driven to roll the foot 25 around the front and rear axis Lx, the rotation of the output shaft 35a is driven via the driving pulley 53, the endless belt 54 and the driven pulley 52 of the rolling belt transmission means 55. The rotation of the drive bevel gear shaft 51 is transmitted through the drive bevel gear 58, the driven bevel gear 57 and the driven bevel gear shaft 56 and then transmitted to the rolling member 46 through the rolling reduction gear 59. Then, the foot 25 integrated with the rolling member 46 is rolled. In this way, the rolling mechanism 61 is supported on the pitching shaft portion 36 and pitched integrally with the foot portion 25, and the rolling mechanism 61 is operated alone to roll the foot portion 25 with respect to the pitching shaft portion 36. Pitching and rolling do not interfere with each other or cross each other, and the control of pitching and rolling of the foot 25 is simplified.

またピッチング用モータ34およびローリング用モータ35を足首関節28よりも上方の下脚部24に支持したので、重量の大きいピッチング用モータ34およびローリング用モータ35の位置が膝関節27に接近する。その結果、膝関節27回りの下脚部24の慣性モーメントを減少させて、膝関節27を駆動する駆動源の負荷を低減することができる。しかもピッチング用モータ34およびローリング用モータ35の位置が足部25に設けた6分力センサ60から遠くなるため、6分力センサ60がピッチング用モータ34およびローリング用モータ35のノイズの影響を受け難くなって検出精度が向上する。   Since the pitching motor 34 and the rolling motor 35 are supported by the lower leg portion 24 above the ankle joint 28, the positions of the heavy weight pitching motor 34 and the rolling motor 35 approach the knee joint 27. As a result, the moment of inertia of the lower leg 24 around the knee joint 27 can be reduced, and the load of the drive source that drives the knee joint 27 can be reduced. In addition, since the positions of the pitching motor 34 and the rolling motor 35 are far from the six component force sensor 60 provided on the foot 25, the six component force sensor 60 is affected by the noise of the pitching motor 34 and the rolling motor 35. It becomes difficult to improve the detection accuracy.

またピッチング用モータ34およびローリング用モータ35の上記配置によりピッチング軸部36およびローリング軸部44の位置が低くなり、足首関節28のコンプライアンス制御をより小さな制御量で実現することができる。これにより、床面の不測の凹凸や傾斜に速やかに対応して安定した歩行を可能にすることができる。   Further, with the above arrangement of the pitching motor 34 and the rolling motor 35, the positions of the pitching shaft portion 36 and the rolling shaft portion 44 are lowered, and compliance control of the ankle joint 28 can be realized with a smaller control amount. Thereby, it is possible to promptly respond to unexpected irregularities and inclinations of the floor surface and enable stable walking.

更に、足部25をピッチングさせると、左右軸線Lyおよび前後軸線Lxの交点を中心とする内側部分球状カバー62および外側部分球状カバー63が一体に回転するため、両カバー62,63と下脚リンク33の下端の凹状球面33aとの間の隙間αが一定に保たれ、異物の挟み込みを防止することができる。また足部25をローリングさせると、内側部分球状カバー62が外側部分球状カバー63に対して相対的に回転するが、前記隙間αは変化することがないため、やはり異物の挟み込みを防止することができる。しかも前記隙間αが変化しないために、内側部分球状カバー62および外側部分球状カバー63が下脚リンク33と干渉し難くなり、足首関節28の可動範囲を拡大することができる。   Further, when the foot portion 25 is pitched, the inner partial spherical cover 62 and the outer partial spherical cover 63 centering on the intersection of the left and right axis Ly and the front and rear axis Lx rotate together, so both the covers 62 and 63 and the lower leg link 33 are rotated. The gap [alpha] between the lower end and the concave spherical surface 33a is kept constant, and foreign matter can be prevented from being caught. Further, when the foot 25 is rolled, the inner partial spherical cover 62 rotates relative to the outer partial spherical cover 63, but the gap α does not change, so that it is possible to prevent foreign matter from being caught. it can. In addition, since the gap α does not change, the inner partial spherical cover 62 and the outer partial spherical cover 63 do not easily interfere with the lower leg link 33, and the movable range of the ankle joint 28 can be expanded.

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。   As mentioned above, although the Example of this invention was explained in full detail, this invention can perform a various design change in the range which does not deviate from the summary.

例えば、実施例では足部25に加わる荷重を6分力センサ60で検出しているが、3分力乃至5分力を検出できるセンサで代用することができる。 For example, in real施例but detects the load applied to the foot 25 in the 6 component force sensor 60 can be replaced by a sensor that can detect three component forces to 5 component force.

脚式移動ロボットの正面図Front view of legged mobile robot 脚式移動ロボットの右側面図Right side view of legged mobile robot 図2の3−3線拡大断面図(図4の3−3線断面図)2 is an enlarged sectional view taken along line 3-3 in FIG. 2 (sectional view taken along line 3-3 in FIG. 4). 図3の4−4線断面図Sectional view taken along line 4-4 in FIG. 下脚部および足部の斜視図Perspective view of lower leg and foot 足部のピッチングの作用説明図Action diagram of foot pitching 足部のローリングの作用説明図Illustration of foot rolling action

23 上脚部
24 下脚部
25 足部
27 膝関節
28 足首関節
33 下脚リン
5 ローリング用モー
35a 出力軸
36 ピッチング軸部
43 ピッチング用減速機
44 ローリング軸部
46 ローリング部
55 ローリング用ベルト伝達手段
57 従動ベベルギヤ
58 駆動ベベルギヤ
59 ローリング用減速機
60 6分力センサ
61 ローリング機構
62 内側部分球状カバー
63 外側部分球状カバー
Ly 左右軸線
Lx 前後軸線
α 隙間
23 the upper leg portion 24 lower leg 25 foot portion 27 knee joint 28 ankle joint 33 lower leg link
3 5 Rolling for motor 35a output shaft 36 the pitching shaft 43 pitching speed reducer 44 roll shaft 46 rolling member 55 Rolling belt transmission means 57 driven bevel gear 58 driven bevel gear 59 reduction gears 60 6 component force sensor 61 rolling for rolling Mechanism 62 Inner part spherical cover 63 Outer part spherical cover Ly Left and right axis Lx Front and rear axis α Clearance

Claims (5)

脚部(23)の下端に膝関節(27)を介して下脚部(24)を連結するとともに、下脚部(24)の下端に足部(25)を足首関節(28)を介して連結し、足首関節(28)は下脚部(24)に対して足部(25)を左右軸線(Ly)回りにピッチング自在に支持し、かつ前後軸線(Lx)回りにローリング自在に支持する脚式移動ロボットの脚構造であって、
ピッチング軸部(36)に足部(25)をローリング自在に支持するローリング機構(61)は、
ピッチング軸部(36)に直交するように固定されたローリング軸部(44)と、
足部(25)に一体に固定されてローリング軸部(44)の外周に回転自在に支持されたローリング部材(46)と、
ピッチング軸部(36)内に同軸に配置された駆動ベベルギヤ(58)と、
左右軸線(Ly)方向に配置されたローリング用モータ(35)の出力軸(35a)の回転を駆動ベベルギヤ(58)に伝達するローリング用ベルト伝達手段(55)と、
ローリング軸部(44)内に同軸に配置されて駆動ベベルギヤ(58)に噛合するとともにローリング部材(46)に連結された従動ベベルギヤ(57)と、を備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの脚構造。
Lower leg via the knee joint (27) at the lower end of the upper leg portion (23) with connecting (24), connecting the foot to the lower end of the lower leg (24) and (25) through the ankle joint (28) The ankle joint (28) is a leg type that supports the foot (25) with respect to the lower leg (24) so that it can be pitched around the left and right axis (Ly) and can be rolled around the front and rear axis (Lx). A leg structure of a mobile robot,
A rolling mechanism (61) for supporting the foot (25) on the pitching shaft (36) in a freely rolling manner,
A rolling shaft (44) fixed so as to be orthogonal to the pitching shaft (36);
A rolling member (46) fixed integrally to the foot (25) and rotatably supported on the outer periphery of the rolling shaft (44);
A drive bevel gear (58) disposed coaxially within the pitching shaft (36);
Rolling belt transmission means (55) for transmitting the rotation of the output shaft (35a) of the rolling motor (35) arranged in the left-right axis (Ly) direction to the drive bevel gear (58);
A legged mobile robot comprising: a driven bevel gear (57) which is coaxially disposed in the rolling shaft portion (44) and meshes with the drive bevel gear (58) and connected to the rolling member (46). Leg structure.
ッチング用ベルト伝達手段(42)およびピッチング軸部(36)間にピッチング用減速機(43)を配置し、従動ベベルギヤ(57)およびローリング部材(46)間にローリング用減速機(59)を配置したことを特徴とする、請求項に記載の脚式移動ロボットの脚構造。 Pi etching belt transmission means (42) and the pitching shaft (36) pitching speed reducer (43) disposed between the driven bevel gear (57) and rolling members (46) rolling speed reducer between the (59) The leg structure of the legged mobile robot according to claim 1 , wherein the leg structure is arranged. ーリング部材(46)の外側を部分球面状カバー(62,63)で覆い、下脚部(24)の骨格を構成する下脚リンク(33)の下端と部分球面状カバー(62,63)との間に所定の隙間(α)を形成したことを特徴とする、請求項または請求項に記載の脚式移動ロボットの脚構造。 Outside it is covered with a partial spherical cover (62, 63) of the B-ring member (46), the lower leg lower end portions spherical cover (62, 63) and of the lower leg link (33) which constitutes the backbone of (24) and characterized by forming a predetermined gap (alpha) between, claim 1 or leg structures of a legged mobile robot according to claim 2. 分球面状カバー(62,63)がピッチング軸部(36)上またはローリング軸部(44)上に中心を有することを特徴とする、請求項に記載の脚式移動ロボットの脚構造。 Parts partial spherical cover (62, 63) is characterized by having a center on the pitching shaft (36) or on a rolling shaft portion (44), the leg structure of the legged mobile robot according to claim 3. 足部(25)に該足部(25)に加わる荷重を検出するセンサ(60)を設けたことを特徴とする、請求項1〜請求項の何れか1項に記載の脚式移動ロボットの脚構造。 The legged mobile robot according to any one of claims 1 to 4 , wherein a sensor (60) for detecting a load applied to the foot (25) is provided on the foot (25). Leg structure.
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