JP4700997B2 - Biped robot - Google Patents

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Description

本発明は、胴体の肩関節に腕部が装着され、股関節に脚部が装着されてなる2足歩行ロボットに係り、特に、浮上または浮遊が可能で、関節を構成するアクチュエータに作用する負荷を簡易な構成で軽減させることで軽量化を実現した2足歩行ロボットに関するものである。   The present invention relates to a biped walking robot in which an arm is attached to a shoulder joint of a torso and a leg is attached to a hip joint, and in particular, a load that can float or float and acts on an actuator constituting the joint is applied. The present invention relates to a biped robot that has been reduced in weight by a simple configuration.

2足歩行ロボットに関する技術は急速に進展しており、各種産業界においては、それぞれ多様なニーズにその適用の可能性を模索している。かかる2足歩行ロボットはヒューマノイドロボットと呼ばれることもあり、その歩行性能の向上やより人間に近い関節の動きを実現することで、威圧感の軽減と作業内容やその範囲を高度化/広範囲なものとしてきている。高齢化社会を迎えている我が国においては、高齢者や身障者の介護に適用が検討されているし、博覧会やアミューズメント施設では施設案内をおこなっており、自動車や家電製品などを製造する生産ラインにおいては組付けロボットとしてその役割を果している。   The technology related to biped robots is advancing rapidly, and various industries are exploring the possibility of applying them to various needs. Such biped robots are sometimes called humanoid robots. By improving their walking performance and realizing joint movements closer to humans, the intimidation can be reduced and the work content and range can be enhanced / widened. It has been. In Japan, where we are facing an aging society, application to nursing care for the elderly and the disabled is being considered, and facility guidance is provided at expos and amusement facilities, and production lines that manufacture automobiles, home appliances, etc. Plays its role as an assembly robot.

建設産業に目を向けると、近時頻発している地震や台風の際の災害復旧活動や災害復旧調査に2足歩行ロボットの適用が望まれている。また、各種公共施設やオフィスビルなどの建設や解体撤去作業においても、特に危険度の高い作業においては、人間に代わって2足歩行ロボットが作業をおこなうことにより、事故の低減を図ることが可能となって建設産業に対する社会的信頼性の向上に繋がる。また、労働力人口の減少なども勘案すると、2足歩行ロボットへの期待はより一層高いものと考えられる。   Looking at the construction industry, the application of biped robots is desired for disaster recovery activities and disaster recovery surveys in the event of frequent earthquakes and typhoons. In addition, in construction and demolition and removal work of various public facilities and office buildings, it is possible to reduce accidents by using biped robots on behalf of humans, especially in highly dangerous work. It will lead to the improvement of social reliability for the construction industry. Considering the decrease in the labor force population, the expectation for a biped robot is even higher.

2足歩行ロボットの開発に関しては、従来開示の特許文献1〜4にもあるように、その脚部の性能、すなわち、歩行のみならず、走行や跳躍を実現することにその精力が注がれており、浮上や浮遊する二足歩行ロボットに関する開発はなされてこなかった。しかし、走行性能のみならず、浮遊性能も備えた二足歩行ロボットを開発することで、その活動範囲はより広範囲に及び、既述する作業への適用がより現実的なものとなる。尤も、人間を空中浮遊させるための装置に関しては、特許文献5,6などにその記載がある。   Regarding the development of biped walking robots, as disclosed in Patent Documents 1 to 4 of the prior disclosure, the energy of the legs is devoted to realizing not only walking but also running and jumping. Therefore, no development has been made on a biped robot that floats or floats. However, by developing a biped robot that has not only traveling performance but also floating performance, its activity range is wider and application to the work described above becomes more realistic. However, there are descriptions in Patent Documents 5 and 6 regarding a device for floating a person in the air.

2足歩行ロボットを浮上/浮遊させるに際しては、該2足歩行ロボットに、単に公知のヘリコプターなどの飛行手段を取付けるだけでは解決できない課題が様々に存在する。例えば、飛行手段の装着によって全体重量が増加し、かかる重量増加に耐え得るだけの歩行用関節(アクチュエータ)を搭載することで、さらに全体重量や規模が大きくなってしまうといった連鎖的な弊害がある。また、浮上/浮遊時の安定性の問題もある。   When levitating / floating a biped robot, there are various problems that cannot be solved by simply attaching a flying means such as a known helicopter to the biped robot. For example, the overall weight increases due to the mounting of the flying means, and there is a cascading adverse effect that mounting a walking joint (actuator) that can withstand such an increase in weight further increases the overall weight and scale. . There is also a problem of stability during levitation / floating.

特開2005−64837号公報JP 2005-64837 A 特開2004−299035号公報JP 2004-299035 A 特開2003−266337号公報JP 2003-266337 A 特開2003−231081号公報JP 2003-231081 A 特開2004−306668号公報JP 2004-306668 A 特開2004−268640号公報JP 2004-268640 A

本発明の2足歩行ロボットは、上記する問題に鑑みてなされたものであり、安定した浮上や浮遊を可能として、広範囲における作業を実現できる2足歩行ロボットを提供することを目的としている。また、飛行手段を設けることによっても、ロボット全体の重量の増加を抑制することにより、比較的軽量で小規模な2足歩行ロボットを提供することを目的としている。尤も、要求される作業内容によっては、相対的に重量が重く、規模の大きな2足歩行ロボットを提供できることは勿論のことである。   The biped walking robot of the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a biped walking robot that can stably float and float and can perform work in a wide range. It is another object of the present invention to provide a relatively light and small biped robot by suppressing the increase in the weight of the entire robot by providing flying means. Of course, depending on the required work content, it is possible to provide a biped robot that is relatively heavy and large in scale.

前記目的を達成すべく、本発明による2足歩行ロボットは、胴体の肩関節に腕部が装着され、股関節に脚部が装着されてなる2足歩行ロボットにおいて、前記2足歩行ロボットには、該ロボットを鉛直上向きに浮上させる推進機が傾斜可能に装着されており、該推進機を適宜傾斜させることにより、適宜の方向に浮遊可能であることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a biped robot according to the present invention is a biped robot in which an arm is attached to a shoulder joint of a torso and a leg is attached to a hip joint. A propulsion device that floats the robot vertically upward is mounted so as to be tiltable, and can be floated in an appropriate direction by tilting the propulsion device as appropriate.

2足歩行ロボットの実施形態は特に限定するものではないが、例えば以下の構成からなる2足歩行ロボットなどがある。まず、肩関節にはロール軸、ピッチ軸のそれぞれ2軸まわりに腕部を回転または回動させるアクチュエータ(サーボモータなど)が備えられており(2自由度)、該肩関節に装着された腕部は上腕部と肘関節と下腕部と手首関節と手部とがそれぞれ接続されている。肘関節が2自由度、手首関節が2自由度を有する場合には肩関節〜腕部において6自由度を有するロボットとなる。かかる各関節の自由度は適用作業内容などに応じて適宜の自由度に設定できる。また、股関節には、ロール軸、ヨー軸、ピッチ軸まわりに脚部を回転または回動させるアクチュエータが装着されており、脚部は、大腿部と膝関節と下腿部と足首関節と足部がそれぞれ接続されて構成され、例えば膝関節で1自由度、足首関節で2自由度を有することができる。ここで、該2足歩行ロボットは、歩行のみならず、走行や跳躍なども可能な公知の脚機構を備えた実施形態であってもよいことは勿論のことである。   Although the embodiment of the biped walking robot is not particularly limited, for example, there is a biped walking robot having the following configuration. First, the shoulder joint is provided with an actuator (servo motor, etc.) for rotating or rotating the arm about two axes, a roll axis and a pitch axis (two degrees of freedom), and the arm attached to the shoulder joint. The upper arm part, the elbow joint, the lower arm part, the wrist joint, and the hand part are connected to each other. When the elbow joint has two degrees of freedom and the wrist joint has two degrees of freedom, the robot has six degrees of freedom in the shoulder joint to the arm portion. The degree of freedom of each joint can be set to an appropriate degree of freedom according to the application work content. The hip joint is equipped with actuators that rotate or rotate the leg about the roll axis, yaw axis, and pitch axis. The leg consists of the thigh, knee, crus, ankle and foot. For example, the knee joint can have one degree of freedom and the ankle joint can have two degrees of freedom. Here, it is needless to say that the biped walking robot may be an embodiment provided with a known leg mechanism capable of not only walking but also running and jumping.

本発明の2足歩行ロボットには、該2足歩行ロボットを浮上/浮遊させるための推進機が装着されている。この推進機の実施形態は特に限定するものではないが、例えば、ファンやバルーンやそれらの組み合わせなどから構成できる。例えば、胴体の背面や、肩などに単数または複数のファンが傾斜可能に装着されており、2足歩行ロボットが浮上した際に該ファンを適宜の方向に傾斜させることで、所望の方向に浮遊可能な構成となっている。なお、ファンの重量は可及的に軽量であることが望ましく、2足歩行ロボットには、空中における姿勢を制御するためのジャイロセンサーなどが装着されていることで、該センサー検知結果から各ファンの推力調整ができるような構成が望ましい。   The biped walking robot of the present invention is equipped with a propulsion device for levitating / floating the biped walking robot. The embodiment of the propulsion device is not particularly limited, and can be configured by, for example, a fan, a balloon, or a combination thereof. For example, one or more fans are tiltably mounted on the back of the body, shoulders, etc., and when the biped robot rises, the fans are tilted in an appropriate direction to float in a desired direction. It has a possible configuration. The weight of the fan is preferably as light as possible. The biped robot is equipped with a gyro sensor or the like for controlling the posture in the air. A configuration that can adjust the thrust is desirable.

また、本発明による2足歩行ロボットの好ましい実施形態において、前記胴体のまわりには、少なくとも3以上の推進機が設けられており、2足歩行ロボットが浮上または浮遊する際には、推進機を含む2足歩行ロボットの重心と、複数の推進機の推力の合力中心が、平面視上でほぼ同一となるように調整可能であることを特徴とする。   In a preferred embodiment of the biped walking robot according to the present invention, at least three propulsion devices are provided around the torso, and when the biped walking robot floats or floats, The center of gravity of the two-legged walking robot and the resultant force center of the thrusts of the plurality of propulsion devices can be adjusted to be substantially the same in plan view.

例えば、推進機としてファンを適用する場合を例に説明する。ロボットの浮上や浮遊の際に該ロボットの安定性を確保するためには、少なくとも平面を構成できる基数である3以上のファンがロボットに装着されているのが望ましい。直立した2足歩行ロボットに対して鉛直下方に推力(推進力)を発生させるように、例えば3基のファンを胴体まわりの水平面内に装着する。一実施例としては、左右の肩と背面などにファンが装着されている形態がある。   For example, a case where a fan is applied as a propulsion device will be described as an example. In order to ensure the stability of the robot when the robot floats or floats, it is desirable that at least three fans that are radixes that can form a plane be mounted on the robot. For example, three fans are mounted in a horizontal plane around the trunk so that thrust (propulsive force) is generated vertically downward with respect to the biped robot standing upright. As an example, there is a form in which fans are mounted on the left and right shoulders and the back.

本発明においては、2足歩行ロボットの浮上/浮遊時の安定性を確保するために、該2足歩行ロボットが空中浮遊する際の基本姿勢(直立状態)のロボットの重心位置と、複数のファンの推力の合力中心が一致するか、またはほぼ同一となるように調整可能となっている。2足歩行ロボットが一定の高度まで浮上し、適宜の方向に浮遊できるように各ファンが傾斜した際に、ロボットの重心位置の変化をセンサが検知し、各ファンの推力は、平面視におけるその合力中心を検知された重心位置にほぼ一致させながら、かつロボットを所望の方向に浮遊させるような推力を各ファンに作用させるように構成されている。   In the present invention, in order to ensure the stability of the biped walking robot when levitating / floating, the center of gravity position of the robot in the basic posture (upright state) when the biped walking robot floats in the air and a plurality of fans It is possible to adjust so that the resultant force centers of the two thrusts coincide or are substantially the same. When each fan tilts so that the biped robot can ascend to a certain altitude and float in an appropriate direction, the sensor detects the change in the center of gravity of the robot, and the thrust of each fan is calculated in plan view. A thrust force that causes the robot to float in a desired direction is applied to each fan while substantially matching the center of resultant force with the detected center of gravity position.

ファンの推力の合力中心を平面視上でロボットの重心に容易に一致させるためには、例えば3基または4基のファンを直立姿勢のロボットにおいて同一平面内に予め配設しておくのがよい。浮遊時にファンが傾斜した際のロボット重心の変化や各ファンの推力の変化に対しては、例えば適宜のファンの推力を微調整するだけでロボットの安定した浮遊を実現することが可能となる。   In order to make the resultant center of the thrust of the fan easily coincide with the center of gravity of the robot in plan view, for example, three or four fans may be arranged in advance in the same plane in the robot in an upright posture. . With respect to the change in the center of gravity of the robot and the change in thrust of each fan when the fan is tilted when floating, it is possible to realize stable floating of the robot only by finely adjusting the thrust of an appropriate fan, for example.

また、本発明による2足歩行ロボットの好ましい実施形態において、少なくとも2足歩行ロボットが浮上または浮遊する際には、前記推進機が、該推進機を含む2足歩行ロボットの重心位置よりも高い位置に配設されていることを特徴とする。   In a preferred embodiment of the biped robot according to the present invention, when at least the biped robot floats or floats, the propulsion unit is positioned higher than the center of gravity of the biped robot including the propulsion unit. It is characterized by being arranged.

例えば同一平面内に配設された複数の推進機の高さを該推進機を含む2足歩行ロボットの重心位置よりも高い位置に設定しておくことで、特に、2足歩行ロボットの浮上時の安定性を高めることができる。   For example, by setting the height of a plurality of propulsion devices arranged in the same plane to a position higher than the center of gravity of the biped walking robot including the propulsion device, particularly when the biped walking robot floats. Can improve the stability.

また、本発明による2足歩行ロボットの他の実施形態において、前記少なくとも3以上の推進機のうち、2つの推進機は、左右の腕部にそれぞれ装着されていることを特徴とする。   In another embodiment of the biped robot according to the present invention, two propulsion devices out of the at least three propulsion devices are respectively mounted on left and right arms.

手部を必要としないロボット、例えば、被災地の状況をカメラ撮影するための2足歩行ロボットであれば、腕部を構成する肘関節下に推進機が装着された構成とすることで、肩関節や肘関節を有効に利用して推進機を傾斜させることが可能となる。この場合、左右の肘関節にそれぞれ推進機が装着され、他の推進機を腕部に装着された推進機と同一レベルの胴体背面に装着した形態(3基の推進機を備えた形態)や、胴体の前面と背面に装着した形態などがある(4基の推進機を備えた形態)。   A robot that does not require a hand, for example, a biped walking robot for taking a picture of the situation in a disaster area, has a configuration in which a propulsion unit is mounted under the elbow joint that constitutes the arm. The propulsion device can be tilted by effectively using the joints and elbow joints. In this case, a propulsion device is attached to each of the left and right elbow joints, and another propulsion device is attached to the back of the fuselage at the same level as the propulsion device attached to the arm (form with three propulsion devices) There are forms mounted on the front and back of the fuselage (forms with four propulsion units).

また、本発明による2足歩行ロボットの他の実施形態において、前記推進機がダクテッドファンであることを特徴とする。   In another embodiment of the biped robot according to the present invention, the propulsion device is a ducted fan.

ダクト内にファンを装着してなるダクテッドファンを使用することで、ファン傾斜時にファンと胴体が干渉する虞や、あるいは、ロボット浮遊時にファンに空中浮遊障害物が衝突するといった虞を回避することができ、ロボットの浮遊安全性を高めることができる。   By using a ducted fan with a fan installed in the duct, it is possible to avoid the possibility of interference between the fan and the fuselage when the fan is tilted, or the possibility of airborne obstacles colliding with the fan when the robot is floating. , Can improve the floating safety of the robot.

また、本発明による2足歩行ロボットの他の実施形態において、前記脚部には膝関節と足首関節が備えられており、股関節や膝関節、足首関節はそれぞれモータを含むアクチュエータから構成されており、それぞれの関節が屈曲する際にアクチュエータに作用する負荷を軽減する負荷軽減手段が該アクチュエータ付近に設けられていることを特徴とする。   In another embodiment of the biped robot according to the present invention, the leg portion is provided with a knee joint and an ankle joint, and the hip joint, the knee joint, and the ankle joint are each composed of an actuator including a motor. The load reducing means for reducing the load acting on the actuator when each joint bends is provided in the vicinity of the actuator.

ダクテッドファンなどの推進機が2足歩行ロボットに装着されることにより、該ロボットの全体重量が増加する。重量増加により、例えば脚部の膝関節などには、該関節を中心に脚部が屈曲した際に関節に作用する負荷が増加することから、膝関節を構成するアクチュエータの特性や規模を高度化/大規模化させる必要が生じる。アクチュエータの規模を大規模化することによって全体重量が増加し、この重量増に見合う推進機の規模に変更する必要性が生じるといった具合に、脚部を構成する関節の規模と推進機の規模はスパイラル式に大規模化していくこととなる。かかる問題を解消するために、本発明では、脚部を構成する膝関節や足首関節、該脚部と胴体を繋ぐ股関節に重量増による負荷を軽減するための負荷軽減手段を設けるものである。各関節がサーボモータなどによって構成されている場合には、関節に繋がる部材が該モータ駆動軸を中心に屈曲し、この屈曲姿勢から元の姿勢に戻ろうとする際に屈曲時と反対方向のトルク(復元力トルク)が必要となる。ロボットの全体重量が増加すると、この脚部や股の各関節の復元力トルク性能を高める必要からその性能を高めたり規模を大きくせざるを得ない。そこで、例えば、関節屈曲時に作用するサーボモータの回転トルクと逆方向のトルクを作用させるような適宜の負荷軽減手段を該アクチュエータ付近に設けた構成とすることで、アクチュエータの規模を大きくすることなく、重量増にも耐え得る復元力トルクを得ることが可能となる。   When a propulsion device such as a ducted fan is attached to a biped robot, the overall weight of the robot increases. Due to the increase in weight, for example, the knee joint of the leg increases the load acting on the joint when the leg is bent around the joint, so the characteristics and scale of the actuators that make up the knee joint are enhanced. / There is a need to increase the scale. By increasing the scale of the actuator, the overall weight increases, and it becomes necessary to change the scale of the propulsion unit to meet this weight increase. The scale will increase in a spiral manner. In order to solve such a problem, in the present invention, a load reducing means for reducing a load due to an increase in weight is provided at a knee joint, an ankle joint, and a hip joint connecting the leg and the trunk. When each joint is composed of a servo motor, etc., the member connected to the joint bends about the motor drive shaft, and when trying to return to the original posture from this bent posture, the torque in the direction opposite to that at the time of bending (Restoring force torque) is required. As the overall weight of the robot increases, it is necessary to increase the performance or increase the scale because it is necessary to increase the restoring force torque performance of the joints of the legs and the crotch. Therefore, for example, by providing an appropriate load reducing means in the vicinity of the actuator that applies a torque in the direction opposite to the rotational torque of the servo motor that acts at the time of bending the joint, the scale of the actuator is not increased. It is possible to obtain a restoring force torque that can withstand an increase in weight.

また、本発明による2足歩行ロボットの他の実施形態において、前記負荷軽減手段は、それぞれの関節を構成するアクチュエータを中心に屈曲する部材間に跨る引張ばねからなり、2つの部材が屈曲する際にアクチュエータに作用する負荷トルクと逆方向の復元力トルクが作用するように構成されていることを特徴とする。   Further, in another embodiment of the biped robot according to the present invention, the load reducing means comprises a tension spring straddling between members bending around an actuator constituting each joint, and when the two members are bent. It is characterized in that a restoring force torque in a direction opposite to the load torque acting on the actuator acts on the actuator.

本発明は、アクチュエータ付近に装着される負荷軽減手段として、引張ばねを使用するものであり、コイルばねや板ばねなどを使用できる。例えば、膝関節に該引張ばねを適用する際は、膝関節を構成するアクチュエータの上部材(大腿部)と下部材(下腿部)を繋ぐように引張ばねを膝関節の前方に配設することにより、屈曲した後で元に戻ろうとするアクチュエータに該引張ばねが屈曲方向と逆方向のトルクを作用させることができる。   In the present invention, a tension spring is used as a load reducing means mounted near the actuator, and a coil spring, a leaf spring, or the like can be used. For example, when applying the tension spring to the knee joint, the tension spring is arranged in front of the knee joint so as to connect the upper member (thigh) and lower member (lower leg) of the actuator that constitutes the knee joint. By doing so, the tension spring can apply a torque in the direction opposite to the bending direction to the actuator that is to be restored after being bent.

また、本発明による2足歩行ロボットの他の実施形態において、前記アクチュエータを中心に屈曲するいずれか一方の部材または双方の部材には、他方の部材側へ延設する補助部材が装着されており、補助部材と他方の部材または補助部材同士を引張ばねで繋ぐことにより、引張ばねの長さを相対的に短くすることで相対的に大きな復元力トルクを得るようにしたことを特徴とする。   Further, in another embodiment of the biped robot according to the present invention, an auxiliary member extending toward the other member is attached to one or both members bent around the actuator. The auxiliary member and the other member or the auxiliary members are connected by a tension spring, whereby a relatively large restoring force torque is obtained by relatively shortening the length of the tension spring.

復元力トルクは、引張ばねに作用する引張力とアクチュエータ中心から該引張力作用線までのトルク半径の積によって決まる。本発明では、例えば、アクチュエータを中心に屈曲する2つの部材のうちの一方の部材において、他方の部材側へ延びる補助部材を装着させることで、該補助部材と他方の部材との間の引張ばねのばね長を短くすることができ、ばねの引張剛性を高めることで復元力トルクを向上させようとするものである。   The restoring force torque is determined by the product of the tensile force acting on the tension spring and the torque radius from the actuator center to the tensile force acting line. In the present invention, for example, a tension spring between the auxiliary member and the other member is mounted on one of the two members bent about the actuator by attaching an auxiliary member extending toward the other member. Therefore, the restoring force torque is improved by increasing the tensile rigidity of the spring.

さらに、本発明による2足歩行ロボットの他の実施形態は、前記2足歩行ロボットにおいて、引張ばねとアクチュエータとの離隔を可及的に長くすることにより、該離隔と引張ばねに作用する引張力とからなる復元力トルクをさらに増加させたことを特徴とする。   Furthermore, in another embodiment of the biped walking robot according to the present invention, in the biped walking robot, the separation force between the tension spring and the actuator is made as long as possible so that the tensile force acting on the separation and the tension spring is increased. The restoring force torque consisting of

本発明では、例えば、一方の部材に装着された補助部材を効果的に他方の部材側へ延設させることで、復元力トルクを高めようとするものである。復元力トルクは、既述するように、引張ばねに作用する引張力とトルク半径の積から算定される。ここで、単に引張ばねのばね長を短くするだけではばねの引張り剛性が高くなるだけであり、引張力が大きくなっても効果的に復元力トルク値を大きくすることに繋がらない。そこで、関節を構成するアクチュエータを中心に屈曲する部材の一方または双方に装着される補助部材の延設方向を、他方の部材側へ延設させるとともに、アクチュエータ中心からの距離も可及的に長くなるようにすることで効果的に復元力トルクを大きくすることができる。その一実施例としては、L型に成形された補助部材の一端を一方の部材に固着させ、補助部材の他端と他の部材とを引張ばねにて繋ぐ構成などがある。   In the present invention, for example, the restoring force torque is increased by effectively extending the auxiliary member attached to one member to the other member side. As described above, the restoring force torque is calculated from the product of the tension force acting on the tension spring and the torque radius. Here, simply shortening the spring length of the tension spring only increases the tension rigidity of the spring, and even if the tension force increases, it does not effectively increase the restoring force torque value. Therefore, the extension direction of the auxiliary member attached to one or both of the members that bend around the actuator constituting the joint is extended to the other member side, and the distance from the actuator center is as long as possible. By doing so, the restoring force torque can be effectively increased. As one example, there is a configuration in which one end of an auxiliary member formed in an L shape is fixed to one member, and the other end of the auxiliary member and another member are connected by a tension spring.

以上の説明から理解できるように、本発明の2足歩行ロボットによれば、2足歩行ロボットが安定して浮上/浮遊できるようにダクテッドファンなどの推進機を複数該ロボットに装着することで、ロボットの2足歩行性能と飛行の双方を備えた2足歩行ロボットを得ることができる。また、本発明の2足歩行ロボットによれば、推進機を装着することによってロボットの全体重量が増加した場合でも、股関節や脚部の各関節を構成するアクチュエータ付近に復元力トルクを発生させる適宜の負荷軽減手段を装着することで、アクチュエータを高性能化/大規模化する必要がなくなり、したがって軽量かつ小型の2足歩行ロボットを得ることができる。   As can be understood from the above description, according to the biped walking robot of the present invention, a plurality of propulsion devices such as ducted fans can be attached to the robot so that the biped walking robot can stably float and float. The biped walking robot having both the biped walking performance and the flight can be obtained. In addition, according to the biped robot of the present invention, even when the overall weight of the robot is increased by mounting the propulsion device, the restoring force torque is appropriately generated in the vicinity of the actuators constituting the hip joints and the leg joints. By mounting the load reducing means, it is not necessary to increase the performance / scale of the actuator, and thus a lightweight and small biped robot can be obtained.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は、2足歩行ロボットの構造を示した正面図を、図2は、2足歩行ロボットの構造を示した側面図を、図3は、図2のIII−III矢視図をそれぞれ示している。図4は、負荷軽減手段の一実施形態を示した模式図であり、(a)は関節が屈曲する前の状態を示した図を、(b)は関節が屈曲した際の状態を示した図であり、図5は、負荷軽減手段の他の実施形態を示した模式図であり、(a)は関節が屈曲する前の状態を示した図を、(b)は関節が屈曲した際の状態を示した図をそれぞれ示している。図6は、2足歩行ロボットが前方へ浮上している状況を示した側面図を、図7は、2足歩行ロボットが後方へ浮上している状況を示した側面図を、図8は、2足歩行ロボットが右方向へ浮上している状況を示した正面図を、図9は、2足歩行ロボットが左方向へ回転しながら浮上している状況を示した側面図をそれぞれ示している。図10は、2足歩行ロボットが膝関節を中心に脚部が屈曲している状況を示した側面図を、図11は、2足歩行ロボットが、歩行時に片足支持している状況を示した正面図をそれぞれ示している。なお、各関節を構成する自由度(アクチュエータの数量)は図示する実施形態に限定されるものでないこと、さらには、推進機(ダクテッドファン)の基数やその配設位置も図示する実施形態に限定されるものでないことは勿論のことである。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a front view showing the structure of the biped walking robot, FIG. 2 is a side view showing the structure of the biped walking robot, and FIG. 3 is a view taken along the arrow III-III in FIG. ing. FIG. 4 is a schematic diagram showing an embodiment of the load reducing means, where (a) shows a state before the joint is bent, and (b) shows a state when the joint is bent. FIG. 5 is a schematic view showing another embodiment of the load reducing means, where (a) shows a state before the joint is bent, and (b) is when the joint is bent. Each of the figures showing the state is shown. 6 is a side view showing a situation where the biped walking robot is levitating forward, FIG. 7 is a side view showing a situation where the biped walking robot is levitating backward, and FIG. FIG. 9 is a front view showing a situation where the biped walking robot is levitating in the right direction, and FIG. 9 is a side view showing a situation where the biped walking robot is levitating while rotating in the left direction. . FIG. 10 is a side view showing a situation where the leg is bent around the knee joint of the biped walking robot, and FIG. 11 shows a situation where the biped walking robot is supporting one leg during walking. Front views are shown respectively. It should be noted that the degree of freedom (the number of actuators) constituting each joint is not limited to the illustrated embodiment, and the number of propulsion units (ducted fans) and their arrangement positions are also limited to the illustrated embodiment. Of course, it is not a thing.

図1は、2足歩行ロボットの一実施形態を示した正面図を、図2はその側面図を示したものである。2足歩行ロボット1は、胴体2と肩関節3,3に繋がる左右の上腕部材4,4、股関節5,5に繋がる左右の脚部6,6と、上腕部4,4の先端と胴体2の背面にそれぞれ装着されたダクテッドファン7,7,7と、頭部92とから大略構成されている。この頭部92には、例えば図示しないCCDカメラなどが装着されている。   FIG. 1 is a front view showing an embodiment of a biped robot, and FIG. 2 is a side view thereof. The biped robot 1 includes left and right upper arm members 4 and 4 connected to the body 2 and shoulder joints 3 and 3, left and right leg portions 6 and 6 connected to the hip joints 5 and 5, and tips of the upper arms 4 and 4 and the body 2. Are substantially composed of ducted fans 7, 7, 7 and a head 92 respectively mounted on the rear surface of the head. For example, a CCD camera (not shown) is mounted on the head 92.

肩関節3は、上腕部4をピッチ軸まわりに回転させる(図1の矢印X1方向)アクチュエータ31と、上腕部4をロール軸まわりに回動させる(図1の矢印X2方向)アクチュエータ32がリンク部材33にて繋げられて構成されている。ここで、アクチュエータ31は胴体2の内部に埋設されている。アクチュエータ32の一側面に上腕部材4が固設されており、この上腕部材4に推進機であるダクテッドファン7が装着されている。ダクテッドファン7の傾斜調整は、アクチュエータ31,32の回転や回動によっておこなうことができる。   The shoulder joint 3 links an actuator 31 that rotates the upper arm 4 around the pitch axis (in the direction of arrow X1 in FIG. 1) and an actuator 32 that rotates the upper arm 4 around the roll axis (in the direction of arrow X2 in FIG. 1). The members 33 are connected to each other. Here, the actuator 31 is embedded in the body 2. The upper arm member 4 is fixed to one side surface of the actuator 32, and a ducted fan 7 that is a propulsion device is attached to the upper arm member 4. The inclination of the ducted fan 7 can be adjusted by rotating or rotating the actuators 31 and 32.

また、股関節5を構成するアクチュエータ51によって脚部6は矢印Y1方向に回動することができ、これは歩行時に全体重を一方の脚部のみに体重移動させる際の動きとなる。アクチュエータ51の下方には別途のアクチュエータ52が設けられており、このアクチュエータ52を中心に脚部6を前後に回動させることができる(矢印Y2方向)。なお、胴体2には補助部材82が固設されており、補助部材82の端部とアクチュエータ52付近の突起部82aとを引張ばね81が繋いでいる。大腿部材61はその一端がアクチュエータ52と繋がっており、他端が膝関節を構成するアクチュエータ62と繋がっている。ここで、図2に示すように、膝関節を構成するアクチュエータ62は、下腿部材63(図1参照)を跨って足首関節を構成するアクチュエータ64に回動可能に接続されている。なお、足首関節を構成するアクチュエータ64は足部材66のピッチ軸まわりの回動を可能とし、アクチュエータ65は足部材66のロール軸まわりの回動を可能としたアクチュエータである。ここで、アクチュエータ62,64を繋ぐリンク部材63aから略L字形に成形された補助部材84の一端が固設されており、この補助部材84に引張ばね83の一端が固定され、補助部材84の端部にある係止部84aを介して、アクチュエータ52,62を繋ぐリンク部材61aからの突出部61bの端部に引張ばね83の他端が固定されている。   Further, the leg portion 6 can be rotated in the direction of the arrow Y1 by the actuator 51 constituting the hip joint 5, and this is a movement when the whole weight is moved to only one leg portion during walking. A separate actuator 52 is provided below the actuator 51, and the leg portion 6 can be rotated back and forth around this actuator 52 (in the direction of arrow Y2). An auxiliary member 82 is fixed to the body 2, and a tension spring 81 connects the end of the auxiliary member 82 and the protrusion 82 a near the actuator 52. The thigh member 61 has one end connected to the actuator 52 and the other end connected to the actuator 62 constituting the knee joint. Here, as shown in FIG. 2, the actuator 62 constituting the knee joint is rotatably connected to the actuator 64 constituting the ankle joint across the lower leg member 63 (see FIG. 1). The actuator 64 constituting the ankle joint is capable of rotating about the pitch axis of the foot member 66, and the actuator 65 is an actuator capable of rotating about the roll axis of the foot member 66. Here, one end of the auxiliary member 84 formed in a substantially L shape from the link member 63 a that connects the actuators 62 and 64 is fixed, and one end of the tension spring 83 is fixed to the auxiliary member 84. The other end of the tension spring 83 is fixed to the end portion of the protruding portion 61b from the link member 61a that connects the actuators 52 and 62 via the engaging portion 84a at the end portion.

図2に示すように、足首関節を構成するアクチュエータ64には補助部材86が固設されており、この補助部材86の端部とアクチュエータ62とが引張ばね85にて繋げられている。   As shown in FIG. 2, an auxiliary member 86 is fixed to the actuator 64 constituting the ankle joint, and the end of the auxiliary member 86 and the actuator 62 are connected by a tension spring 85.

次に、図3をもとにダクテッドファン7の構成を説明する。ダクテッドファン7は、円筒形のダクト72の内部に回転軸を中心に複数のファン71,71,…が回転可能に軸支されており、ファン71の下方には間隔を置いて円周方向に配設された複数の整流板73,73,…が装着されている。このダクテッドファン7は、図1,2に示すモータ74にて回転させることができる。ダクテッドファン7を推進機として2足歩行ロボット1に装着することで、ファンがロボット本体に干渉するといった危険性を回避することができる。   Next, the configuration of the ducted fan 7 will be described with reference to FIG. In the ducted fan 7, a plurality of fans 71, 71,... Are rotatably supported around a rotation shaft inside a cylindrical duct 72, and arranged below the fan 71 in the circumferential direction at intervals. A plurality of rectifying plates 73, 73,... Are mounted. The ducted fan 7 can be rotated by a motor 74 shown in FIGS. By attaching the ducted fan 7 to the biped walking robot 1 as a propulsion device, the danger that the fan interferes with the robot body can be avoided.

次に、図4,5をもとに負荷軽減手段の作用を説明する。既述する2足歩行ロボット1において、負荷軽減手段は関節まわりに装着された引張ばね81,83,85や補助部材82,84,86から構成される。図4は補助部材がない負荷軽減手段の実施形態であり、図5は補助部材を備えた負荷軽減手段の実施形態である。   Next, the operation of the load reducing means will be described with reference to FIGS. In the biped walking robot 1 described above, the load reducing means is composed of tension springs 81, 83, 85 and auxiliary members 82, 84, 86 mounted around the joints. FIG. 4 shows an embodiment of load reducing means without an auxiliary member, and FIG. 5 shows an embodiment of load reducing means having an auxiliary member.

図4aは、アクチュエータbを中心に屈曲する部材a1,a2に跨るように引張ばねcが装着された負荷軽減手段の屈曲前の状態を示している。図4bは、部材a1,a2が屈曲した際の状態を示しており、部材a2に対して部材a1が相対的にX1方向に屈曲すると、引張ばねcには引張力tが作用し、この引張力tとトルク半径hとの積からなる復元力トルクがX2方向に作用することとなる。引張ばねのばね剛性を大きくして引張力を高めたとしても、トルク半径が小さい(図示する実施例では、アクチュエータの出力軸の回転半径)ことから、大きな復元力トルクを期待し難い。   FIG. 4a shows a state before bending of the load reducing means to which the tension spring c is mounted so as to straddle the members a1 and a2 that are bent around the actuator b. FIG. 4b shows a state when the members a1 and a2 are bent. When the member a1 is bent relative to the member a2 in the X1 direction, a tensile force t acts on the tension spring c, and this tension is applied. A restoring force torque consisting of the product of the force t and the torque radius h acts in the X2 direction. Even if the tension force is increased by increasing the spring stiffness of the tension spring, it is difficult to expect a large restoring force torque because the torque radius is small (in the illustrated embodiment, the rotation radius of the output shaft of the actuator).

一方、図5aは、L型形状に成形された補助部材dを部材a2に装着し、この補助部材dの端部と部材a1とを引張ばねcで繋いだ負荷軽減手段の部材屈曲前の状況を示している。L型の補助部材dが他方の部材a1方向に延設することで引張ばねcのばね長が短くなり、したがってばね剛性が大きくなることで該引張ばねcに作用する引張力も大きくなる。それに加えて、図5bからも明らかなように、アクチュエータbを中心に部材a1が部材a2に対して相対的にX1方向に屈曲した際に、引張ばねcとアクチュエータbの中心とのトルク半径hも図4の実施形態に比して格段に長くなり、結果としてX2方向に作用する復元力トルクの値も格段に大きくなる。本発明の2足歩行ロボット1においては、図5に示す負荷軽減手段を股関節や膝関節、足首関節を構成するそれぞれのアクチュエータ51、62、64のまわりに装着した構成となっており、ダクテッドファン7,7、…の装着によってロボット重量が増加しても、負荷軽減手段を設けることでアクチュエータへの負担を軽減している。   On the other hand, FIG. 5a shows the state before bending of the load reducing means in which the auxiliary member d formed in the L shape is attached to the member a2, and the end of the auxiliary member d and the member a1 are connected by the tension spring c. Is shown. When the L-shaped auxiliary member d extends in the direction of the other member a1, the spring length of the tension spring c is shortened. Therefore, the spring rigidity is increased and the tensile force acting on the tension spring c is also increased. In addition, as is apparent from FIG. 5b, when the member a1 is bent in the X1 direction relative to the member a2 around the actuator b, the torque radius h between the tension spring c and the center of the actuator b. 4 is much longer than that in the embodiment of FIG. 4, and as a result, the value of the restoring force torque acting in the X2 direction is also significantly increased. In the biped walking robot 1 of the present invention, the load reducing means shown in FIG. 5 is mounted around the actuators 51, 62, and 64 constituting the hip joint, knee joint, and ankle joint. .., 7,..., Even if the robot weight increases, the load on the actuator is reduced by providing a load reducing means.

図6は、2足歩行ロボット1が前方へ浮上している状況を示した側面図である。胴体2内に埋設されたアクチュエータ31を所定角度X1だけ回動させることによって左右の腕に装着されたダクテッドファン7,7をX2方向に回動させ、ファンの推力によって前方へ浮上するものである。   FIG. 6 is a side view showing a situation where the biped walking robot 1 is levitating forward. By rotating the actuator 31 embedded in the body 2 by a predetermined angle X1, the ducted fans 7 and 7 mounted on the left and right arms are rotated in the X2 direction, and floated forward by the thrust of the fan.

一方、図7は逆に後方へ浮上している状況を示した側面図であり、ダクテッドファン7,7を前方へ回動(X方向)させ、ファンの推力によって後方へ浮上することができる。なお、かかる浮上や浮遊の際には、ジャイロセンサー91がロボットの平衡安定性や浮遊方向などを検知し、安定性を確保しながら所望の方向へ浮遊できるように、胴体2後方のダクテッドファン7の推力を含めて全てのダクテッドファン7,7,7の推力や傾斜角を微調整するようになっている。   On the other hand, FIG. 7 is a side view showing a situation where the air is levitating backward, and the ducted fans 7 and 7 can be rotated forward (X direction) and levitated rearward by the thrust of the fan. During such ascending and floating, the gyro sensor 91 detects the equilibrium stability and the floating direction of the robot, and the ducted fan 7 at the rear of the fuselage 2 can be floated in a desired direction while ensuring stability. The thrusts and inclination angles of all ducted fans 7, 7, 7 including the thrust are finely adjusted.

図8は、2足歩行ロボット1が右上方へ横移動している状況を示したものであり、この場合は、左右の肩関節3,3を構成するアクチュエータ32,32をそれぞれX1方向へ回動させ、ダクテッドファン7をX2方向へ回動させることでかかる横移動が可能となる。   FIG. 8 shows a situation in which the biped robot 1 is laterally moving to the upper right. In this case, the actuators 32 and 32 constituting the left and right shoulder joints 3 and 3 are rotated in the X1 direction, respectively. The lateral movement is made possible by moving the ducted fan 7 in the X2 direction.

図9は、浮上しながら2足歩行ロボット1が旋回している状況を示したものである。かかる旋回は、左右のアクチュエータ31,31を反対方向(前後方向)に回動させることによって、例えば、左側のダクテッドファン7をX1方向へ、右側のダクテッドファン7をX2方向へ同じ量だけ回動させることで右回りの旋回を実現できる。   FIG. 9 shows a situation where the biped robot 1 is turning while surfacing. For this turning, the left and right actuators 31 are rotated in opposite directions (front-rear direction), for example, the left ducted fan 7 is rotated in the X1 direction and the right ducted fan 7 is rotated in the X2 direction by the same amount. Can turn clockwise.

図10は、2足歩行ロボット1が膝関節および足首関節を中心に脚部6を屈曲させている状況を示している。膝関節を構成するアクチュエータ62には、X1方向の負荷トルクが作用しており、かかる負荷トルクに対して、引張ばね83に引張力t1が作用し、この引張力t1とトルク半径h1とからなる復元力トルクがX2方向に作用する。なお、X1方向の負荷トルクは、膝関節よりも上方の2足歩行ロボットの重量Wと、重心から膝関節までの作用長Lの積からなる。一方、足首関節を構成するアクチュエータ64には、X3方向の負荷トルクが作用しており、かかる負荷トルクに対して、引張ばね85に引張力t2が作用し、この引張力t2とトルク半径h2とからなる復元力トルクがX4方向に作用する。それぞれのアクチュエータ62、65まわりに作用する復元力トルクにより、負荷トルクを低減することができ、アクチュエータの高性能化/大規模化を防止することが可能となる。   FIG. 10 shows a situation where the biped walking robot 1 bends the leg 6 around the knee joint and the ankle joint. A load torque in the X1 direction acts on the actuator 62 constituting the knee joint, and a tensile force t1 acts on the tension spring 83 against the load torque, and the tension force t1 and a torque radius h1 are included. A restoring force torque acts in the X2 direction. The load torque in the X1 direction is a product of the weight W of the biped walking robot above the knee joint and the action length L from the center of gravity to the knee joint. On the other hand, a load torque in the X3 direction acts on the actuator 64 constituting the ankle joint, and a tensile force t2 acts on the tension spring 85 against the load torque, and the tensile force t2 and the torque radius h2 The restoring force torque consisting of acts in the X4 direction. The load torque can be reduced by the restoring force torque acting around each of the actuators 62 and 65, and it becomes possible to prevent the actuator from becoming higher performance / large scale.

図11は、2足歩行ロボット1が歩行する際に、一時的に全重量を片足にて支持している状況を示したものである。図は右足を前方へ踏み出す際に全重量を左足にて支持しているものであるが、この際に、股関節を構成するアクチュエータ51にX1方向の負荷トルクが作用する。かかる負荷トルクに対し、引張ばね81に引張力tが作用し、この引張力tとトルク半径hとからなる復元力トルクを逆方向(X2方向)に作用させることができる。なお、歩行時や走行時においても、脚部6の各関節の屈曲のみならず左右の腕(ダクテッドファン7を含む)を適宜回動させることで、歩行時/走行時の安定性を確保することができる。この歩行時安定性においても、ジャイロセンサー91による検知結果に基づいて各関節の回動が制御されることとなる。   FIG. 11 shows a situation where the full weight is temporarily supported by one leg when the biped walking robot 1 walks. In the figure, the entire weight is supported by the left foot when the right foot is stepped forward. At this time, a load torque in the X1 direction acts on the actuator 51 constituting the hip joint. A tensile force t acts on the tension spring 81 with respect to the load torque, and a restoring force torque composed of the tensile force t and the torque radius h can be applied in the reverse direction (X2 direction). During walking and running, the left and right arms (including the ducted fan 7) are appropriately rotated as well as the joints of the legs 6 to ensure stability during walking and running. Can do. In this walking stability, the rotation of each joint is controlled based on the detection result by the gyro sensor 91.

現在、2足歩行ロボットに関するコンテストにおいてエントリーされるロボットに対して、本発明の2足歩行ロボットの適用可能性を以下に示す。   The applicability of the biped robot of the present invention to the robot currently entered in the contest about the biped robot is shown below.

推進機を除く2足歩行ロボットの重量は20N程度、ダクテッドファン3基の重量は15N程度である。なお、ダクテッドファンの重量には、回転機であるブラシレスDCモータやバッテリー、アンプなども含む重量である。   The weight of the biped robot excluding the propulsion unit is about 20N, and the weight of the three ducted fans is about 15N. The weight of the ducted fan includes a brushless DC motor, a battery, an amplifier, and the like that are rotating machines.

2足歩行ロボットの浮遊には、全体重量の1.3倍程度の静止推力が必要であると言われており、したがって、(20N+15N)×1.3=45.5Nの推力が必要となる。ダクテッドファン1基あたりの推力性能として15N程度を見込むことは十分に可能であることから、小型軽量で浮上/浮遊可能な2足歩行ロボットは十分に製造可能である。   It is said that a stationary thrust of about 1.3 times the total weight is necessary for the floating of the biped walking robot. Therefore, a thrust of (20N + 15N) × 1.3 = 45.5N is required. Since it is sufficiently possible to expect about 15N as the thrust performance per ducted fan, a small and lightweight biped robot that can float and float can be manufactured sufficiently.

次に、引張ばねによるアクチュエータに作用する負荷トルク軽減効果について検討する。例えば、図10に示すWを30N程度、Lを100mm程度とすると、膝関節に作用する負荷トルクは3000Nmmとなる。かかる小規模のロボットに適用される現在市販のサーボモータの最大トルクはおよそ3000Nmm程度(7.4V時)であり、負荷トルクと同程度の値となる。ここで、負荷トルクを例えば半分の1500Nmm程度となるように引張ばねの剛性や補助部材の形状を調整することは十分に可能であり、適宜の負荷軽減手段を装着することで、アクチュエータとして使用するモータの定格も小さくすることが可能となり、ロボット製造コストの低減にも繋がる。   Next, the effect of reducing the load torque acting on the actuator by the tension spring will be examined. For example, when W shown in FIG. 10 is about 30 N and L is about 100 mm, the load torque acting on the knee joint is 3000 Nmm. The maximum torque of a commercially available servo motor applied to such a small-scale robot is about 3000 Nmm (at 7.4 V), which is the same value as the load torque. Here, it is possible to adjust the rigidity of the tension spring and the shape of the auxiliary member so that the load torque is, for example, about 1500 Nmm, which is half, and it can be used as an actuator by attaching appropriate load reducing means. The motor rating can also be reduced, leading to a reduction in robot manufacturing costs.

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.

2足歩行ロボットの構造を示した正面図。The front view which showed the structure of the biped walking robot. 2足歩行ロボットの構造を示した側面図。The side view which showed the structure of the biped walking robot. 図2のIII−III矢視図。The III-III arrow line view of FIG. 負荷軽減手段の一実施形態を示した模式図であり、(a)は関節が屈曲する前の状態を示した図。(b)は関節が屈曲した際の状態を示した図。It is the schematic diagram which showed one Embodiment of the load reduction means, (a) is the figure which showed the state before a joint bends. (B) is a diagram showing a state when the joint is bent. 負荷軽減手段の他の実施形態を示した模式図であり、(a)は関節が屈曲する前の状態を示した図。(b)は関節が屈曲した際の状態を示した図。It is the schematic diagram which showed other embodiment of the load reduction means, (a) is the figure which showed the state before a joint bends. (B) is a diagram showing a state when the joint is bent. 2足歩行ロボットが前方へ浮上している状況を示した側面図。The side view which showed the condition where the biped walking robot has surfaced ahead. 2足歩行ロボットが後方へ浮上している状況を示した側面図。The side view which showed the condition where the biped walking robot is levitating back. 2足歩行ロボットが右方向へ浮上している状況を示した正面図。The front view which showed the condition where the biped walking robot has surfaced in the right direction. 2足歩行ロボットが左方向へ回転しながら浮上している状況を示した側面図。The side view which showed the condition where the biped walking robot is levitating while rotating to the left. 2足歩行ロボットが膝関節を中心に脚部が屈曲している状況を示した側面図。The side view which showed the condition where the leg part is bent centering on a knee joint with a biped walking robot. 2足歩行ロボットが、歩行時に片足支持している状況を示した正面図。The front view which showed the condition which the biped walking robot is supporting one leg at the time of a walk.

符号の説明Explanation of symbols

1…2足歩行ロボット、2…胴体、3…肩関節、31,32…アクチュエータ、33…リンク部材、4…上腕部材、5…股関節、51,52…アクチュエータ、6…脚部、61…大腿部材、62…アクチュエータ、63…下腿部材、64,65…アクチュエータ、66…足部材、7…ダクテッドファン、71…ファン、72…ダクト、73…整流板、81,83,85…引張ばね、82,84,86…補助部材、91…ジャイロセンサー、92…頭部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Biped walking robot, 2 ... Torso, 3 ... Shoulder joint, 31, 32 ... Actuator, 33 ... Link member, 4 ... Upper arm member, 5 ... Hip joint, 51, 52 ... Actuator, 6 ... Leg part, 61 ... Thigh Member, 62 ... Actuator, 63 ... Lower leg member, 64, 65 ... Actuator, 66 ... Foot member, 7 ... Ducted fan, 71 ... Fan, 72 ... Duct, 73 ... Current plate, 81, 83, 85 ... Tension spring, 82, 84, 86 ... auxiliary member, 91 ... gyro sensor, 92 ... head

Claims (8)

胴体の肩関節に腕部が装着され、股関節に脚部が装着されてなる2足歩行ロボットにおいて、
前記胴体のまわりには、少なくとも3以上の推進機が設けられており、
前記少なくとも3以上の推進機のうち、2つの推進機は、左右の腕部にそれぞれ装着されており、
前記左右の腕部を回動させて前記2つの推進機を適宜傾斜させることにより、適宜の方向に浮遊可能であることを特徴とする2足歩行ロボット。
In a biped robot in which an arm is attached to a shoulder joint of a torso and a leg is attached to a hip joint,
Around the fuselage, at least three or more propulsion devices are provided,
Of the at least three propulsion units, two propulsion units are respectively attached to the left and right arms,
A biped walking robot that can float in an appropriate direction by rotating the left and right arms to appropriately tilt the two propulsion devices.
2足歩行ロボットが浮上または浮遊する際には、推進機を含む2足歩行ロボットの重心と、複数の推進機の推力の合力中心が、平面視上でほぼ同一となるように該推進機の推力を調整可能であることを特徴とする請求項1に記載の2足歩行ロボット。   When the biped robot floats or floats, the center of gravity of the biped robot including the propulsion unit and the resultant force center of the thrusts of the plural propulsion units are substantially the same in plan view. The biped robot according to claim 1, wherein thrust can be adjusted. 少なくとも2足歩行ロボットが浮上または浮遊する際には、前記推進機が、該推進機を含む2足歩行ロボットの重心位置よりも高い位置に配設されていることを特徴とする請求項1または2に記載の2足歩行ロボット。   The at least one biped walking robot floats or floats, and the propulsion device is disposed at a position higher than the center of gravity of the biped walking robot including the propulsion device. 2. A biped robot according to 2. 前記推進機がダクテッドファンであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の2足歩行ロボット。   The biped walking robot according to claim 1, wherein the propulsion device is a ducted fan. 前記脚部には膝関節と足首関節が備えられており、
股関節や膝関節、足首関節はそれぞれモータを含むアクチュエータから構成されており、
それぞれの関節が屈曲する際にアクチュエータに作用する負荷を軽減する負荷軽減手段が該アクチュエータ付近に設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の2足歩行ロボット。
The leg is provided with a knee joint and an ankle joint,
The hip joint, knee joint and ankle joint are each composed of actuators including motors,
The biped walking robot according to any one of claims 1 to 4, wherein load reducing means for reducing a load acting on the actuator when each joint bends is provided in the vicinity of the actuator.
前記負荷軽減手段は、それぞれの関節を構成するアクチュエータを中心に屈曲する部材間に跨る引張ばねからなり、
2つの部材が屈曲する際にアクチュエータに作用する負荷トルクと逆方向の復元力トルクが作用するように構成されていることを特徴とする請求項5に記載の2足歩行ロボット。
The load reducing means is composed of a tension spring straddling between members that bend around an actuator constituting each joint,
6. The biped walking robot according to claim 5, wherein a restoring force torque in a direction opposite to a load torque acting on the actuator is applied when the two members are bent.
前記アクチュエータを中心に屈曲するいずれか一方の部材または双方の部材には、他方の部材側へ延設する補助部材が装着されており、
補助部材と他方の部材または補助部材同士を引張ばねで繋ぐことにより、引張ばねの長さを相対的に短くすることで相対的に大きな復元力トルクを得るようにしたことを特徴とする請求項6に記載の2足歩行ロボット。
An auxiliary member extending to the other member side is attached to one or both members that bend around the actuator.
The auxiliary member and the other member or the auxiliary members are connected by a tension spring, whereby a relatively large restoring force torque is obtained by relatively shortening the length of the tension spring. 6. A biped robot according to 6.
請求項7に記載の2足歩行ロボットにおいて、
引張ばねとアクチュエータとの離隔を可及的に長くすることにより、該離隔と引張ばねに作用する引張力とからなる復元力トルクをさらに増加させたことを特徴とする2足歩行ロボット。
The biped robot according to claim 7,
A biped walking robot characterized by further increasing a restoring force torque comprising the separation and a tensile force acting on the tension spring by making the distance between the tension spring and the actuator as long as possible.
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