JP5303723B2 - Legs for humanoid walking robot - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、人型歩行ロボットに用いられる脚に関し、特には、人の脚に近いプロポーション(長さに対する太さの比率)を実現する人型歩行ロボット用脚に関するものである。なお、この明細書中、ロボットの「前」および「後」とは、ロボット自身から見て「前」および「後」を意味し、ロボットの「左」および「右」とは、ロボット自身から見て「左」および「右」を意味する。 The present invention relates to a leg used for a humanoid walking robot, and more particularly to a leg for a humanoid walking robot that realizes a proportion (ratio of thickness to length) close to a human leg. In this specification, “front” and “rear” of the robot mean “front” and “rear” when viewed from the robot itself, and “left” and “right” of the robot refer to the robot itself. When viewed, it means “left” and “right”.
人型歩行ロボットとしては従来、例えば特許文献1記載のものが知られており、かかる人型歩行ロボットはその歩行機能を担保するため、脚の足首関節に、足を下腿に対しピッチ軸線およびロール軸線周りにそれぞれ揺動させる二つの駆動機構を具えるとともに、下腿に、それらピッチ軸用とロール軸用との駆動機構をそれぞれ駆動する二台のモータを具えている。
As a humanoid walking robot, for example, the one described in
そして、一般に人型歩行ロボットの関節においては、駆動機構が例えば商品名ハーモニックドライブ等の、入出力要素が同一軸線上に位置する同軸型減速機を関節軸線上に有し、その同軸型減速機の入力要素とモータの出力要素との間の動力伝達が、ベルト式伝動機構等の、二軸を平行に配置した平行軸型伝動機構により行われており、上記特許文献1記載の人型歩行ロボットの足首関節でも、上記二つの駆動機構がそれぞれハーモニックドライブを有し、それらのハーモニックドライブと二台のモータとの間の動力伝達がベルト式伝動機構により行われている。 In general, in a joint of a humanoid walking robot, the drive mechanism has a coaxial reduction gear on the joint axis whose input / output elements are located on the same axis, such as a product name harmonic drive, and the coaxial reduction gear The power transmission between the input element and the output element of the motor is performed by a parallel shaft type transmission mechanism in which two axes are arranged in parallel, such as a belt type transmission mechanism. Also in the ankle joint of the robot, the above two drive mechanisms each have a harmonic drive, and power transmission between these harmonic drives and the two motors is performed by a belt type transmission mechanism.
また、人型歩行ロボットの足首関節においては、ロール軸線とピッチ軸線とを足首の中心付近で互いに直交するよう配置するとともに、それらの軸線上でモータから同軸型減速機に回転を入力するのが通常であり、上記特許文献1記載の人型歩行ロボットの脚の足首関節でも、ピッチ軸線上で二台のモータからの回転を入力するとともに、ロール軸用モータからの回転は足首の中心付近に位置する、二軸を交差配置した交差軸型伝動機構としてのベベルギヤ組を介してロール軸線上の回転に変換してロール軸用のハーモニックドライブに伝達している。
In the ankle joint of a humanoid walking robot, the roll axis and the pitch axis are arranged so as to be orthogonal to each other in the vicinity of the center of the ankle, and rotation is input from the motor to the coaxial reduction gear on these axes. Normally, the ankle joint of the leg of the humanoid walking robot described in
ところで近年、人型歩行ロボット、特に会場や商品の案内等の、人と対面する仕事に用いられる人型歩行ロボットとして、そのプロポーション(長さに対する太さの比率)が人のプロポーション、特に女性のプロポーションに近いものが求められており、このことは、その人型歩行ロボットの脚のプロポーションに関しても例外ではない。 By the way, in recent years, as a humanoid walking robot, especially a humanoid walking robot used for work facing people such as venues and product guidance, its proportion (ratio of thickness to length) is proportional to human proportions, especially women A thing close to a proportion is required, and this is no exception for the proportion of the legs of the humanoid walking robot.
しかしながら、前述のように人型歩行ロボットの脚の足首関節の二つの駆動機構がそれぞれ同軸型減速機を有し、それらの同軸型減速機と二台のモータとの間の動力伝達をベルト式伝動機構により行うようにすると、ピッチ軸線が水平に延在することから、二台のモータをそれらの軸線が水平に延在するようにそれぞれ横向きにして下腿の上部および下部に配置する必要があり、かかるモータの配置では、歩行機能を担保し得る出力のモータを用いると必然的に、下腿全体が左右に幅広くなって長さに対する太さの割合が大きい太目のプロポーションになり、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することは困難であった。 However, as described above, the two driving mechanisms of the ankle joints of the legs of the humanoid walking robot each have a coaxial reduction gear, and the power transmission between the coaxial reduction gear and the two motors is a belt type. When the transmission mechanism is used, the pitch axis extends horizontally, so it is necessary to place the two motors sideways so that their axes extend horizontally and above and below the lower leg. In such a motor arrangement, when using a motor with an output that can guarantee the walking function, the entire lower leg is widened to the left and right, and the proportion of the thickness with respect to the length is large. In particular, it has been difficult to achieve a slim proportion close to that of women.
また、前述のようにピッチ軸線上でロール軸用モータからの回転を入力し、ベベルギヤ組を介してロール軸用同軸型減速機に入力するようにすると、そのロール軸用同軸型減速機が、足首の中心付近に位置するベベルギヤ組で足首の前後方向へ追いやられるため、必然的に足首が前後に幅広くなって長さに対する太さの割合が大きい太目のプロポーションになり、この点でも人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することは困難であった。 Moreover, when the rotation from the roll shaft motor is input on the pitch axis as described above and is input to the roll shaft coaxial reduction device via the bevel gear set, the roll shaft coaxial reduction device is Because the bevel gear set located near the center of the ankle is driven back and forth in the ankle's front and rear, the ankle is inevitably widened in the front and back, resulting in a thick proportion with a large ratio of thickness to length. In particular, it was difficult to achieve a slim proportion close to the legs of women.
それゆえこの発明は、人型歩行ロボット用脚において、長さに対する太さの比率が従来のものより小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to realize a slim proportion close to a human leg, particularly a female leg, in which the ratio of the thickness to the length is smaller than that of a conventional leg for a humanoid walking robot.
この発明は上記課題を有利に解決するものであり、この発明の人型歩行ロボット用脚は、人型歩行ロボットの足を足首関節で下腿に対し、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させるものであって、第1の態様では、前記下腿の上部に第1のモータとねじ式直線駆動機構とをそれらの軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置して、前記第1のモータの出力要素と前記ねじ式直線駆動機構の入力要素とを第1の平行軸型伝動機構により駆動結合し、前記下腿の下部に、第2のモータをその軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置するとともに、第1の中間軸をその軸線が前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線と平行に延在するように回転可能に支持して、前記第2のモータの出力要素と前記第1の中間軸とを第1の交差軸型伝動機構により駆動結合し、前記下腿に関節部材を、前記一方の軸線周りに揺動可能に支持するとともに、その関節部材に前記足を、前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持し、前記他方の軸線上に同軸型減速機を配置してその出力要素を前記足に結合し、前記関節部材の、前記一方の軸線上から外れた部位と前記ねじ式直線駆動機構の出力要素とをリンク部材によって連結し、前記関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第2の中間軸を回転可能に支持するとともに、前記第1の中間軸と前記第2の中間軸とを第2の平行軸型伝動機構により駆動結合し、前記同軸型減速機の入力要素と前記第2の中間軸とを第2の交差軸型伝動機構により駆動結合したことを特徴としている。 The present invention advantageously solves the above problems, and the humanoid walking robot leg of the present invention swings the legs of the humanoid walking robot around the pitch axis and the roll axis perpendicular to the lower leg at the ankle joint. In the first aspect, the first motor and the screw-type linear drive mechanism are arranged on the upper part of the lower leg so that their axes extend along the longitudinal direction of the lower leg. The output element of the first motor and the input element of the screw-type linear drive mechanism are drive-coupled by a first parallel shaft type transmission mechanism, and the second motor is connected to the lower leg of the lower leg at the axis thereof. The first intermediate shaft is rotatably supported so that its axis extends in parallel with one of the pitch axis and the roll axis of the ankle joint. Then, the second mode The output element and the first intermediate shaft are drive-coupled by a first cross-axis type transmission mechanism, and a joint member is supported on the lower leg so as to be swingable around the one axis line. The foot is supported so as to be swingable around the other axis of the pitch axis and roll axis of the ankle joint, and a coaxial speed reducer is disposed on the other axis, and its output element is coupled to the foot. A portion of the joint member that is off the one axis and an output element of the screw type linear drive mechanism are connected by a link member, and a second intermediate position is provided at a position on the one axis of the joint member. A shaft is rotatably supported, and the first intermediate shaft and the second intermediate shaft are drive-coupled by a second parallel shaft transmission mechanism, and the input element of the coaxial reduction gear and the second intermediate shaft are coupled. Drive the intermediate shaft with the second cross shaft transmission mechanism It is characterized by bound.
またこの発明の人型歩行ロボット用脚は、人型歩行ロボットの足を足首関節で下腿に対し、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させるものであって、第2の態様では、前記下腿の上部に第1のモータと第1の同軸型減速機とをそれらの軸線が互いに平行にかつ前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線と平行に延在するように配置して、前記第1のモータの出力要素と前記第1の同軸型減速機の入力要素とを第1の平行軸型伝動機構により駆動結合し、前記下腿の下部に、第2のモータをその軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置するとともに、第1の中間軸をその軸線が前記一方の軸線と平行に延在するように回転可能に支持して、前記第2のモータの出力要素と前記第1の中間軸とを第1の交差軸型伝動機構により駆動結合し、前記下腿に関節部材を、前記一方の軸線周りに揺動可能に支持するとともに、その関節部材に前記足を、前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持し、前記他方の軸線上に第2の同軸型減速機を配置してその出力要素を前記足に結合し、前記関節部材の、前記一方の軸線上から外れた部位と前記第1の同軸型減速機の出力要素に設けたアームとをリンク部材によって連結し、前記関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第2の中間軸を回転可能に支持するとともに、前記関節部材の、前記一方の軸線上から前記第2の同軸型減速機の側と反対の側へ外れた位置に前記第2の中間軸と平行に第3の中間軸を回転可能に支持して、それら第2の中間軸と第3の中間軸とを第2の平行軸型伝動機構により駆動結合し、前記第1の中間軸と前記第2の中間軸とを第3の平行軸型伝動機構により駆動結合するとともに、前記第2の同軸型減速機の入力要素と前記第3の中間軸とを第2の交差軸型伝動機構により駆動結合したことを特徴としている。 Further, the leg for the humanoid walking robot of the present invention swings the foot of the humanoid walking robot around the pitch axis and the roll axis perpendicular to each other with respect to the lower leg at the ankle joint. In the second aspect, The first motor and the first coaxial speed reducer are arranged on the upper part of the lower leg so that their axes are parallel to each other and extend parallel to one of the pitch axis and the roll axis of the ankle joint. Then, the output element of the first motor and the input element of the first coaxial type speed reducer are drive-coupled by a first parallel shaft type transmission mechanism, and a second motor is attached to the lower part of the lower leg. The second intermediate shaft is disposed so as to extend along the longitudinal direction of the lower leg, and the first intermediate shaft is rotatably supported so that the first axial line extends in parallel with the one axial line. Motor output element and the first intermediate shaft Are coupled by the first cross-axis type transmission mechanism, the joint member is supported on the lower leg so as to be swingable around the one axis, the foot is supported on the joint member, and the pitch axis of the ankle joint and A roll axis is supported so as to be swingable around the other axis, a second coaxial type speed reducer is disposed on the other axis, an output element thereof is coupled to the foot, and the one of the joint members A portion of the joint member and an arm provided on the output element of the first coaxial speed reducer are connected by a link member, and a second intermediate shaft is disposed at a position on the one axis line of the joint member. A third intermediate parallel to the second intermediate shaft at a position where the joint member is rotatably supported and is disengaged from the one axial line to the side opposite to the second coaxial reduction gear. A shaft rotatably supporting the second intermediate shaft and the second Are coupled to the first intermediate shaft and the second intermediate shaft by a third parallel shaft type transmission mechanism, and the second parallel shaft type transmission mechanism is coupled to the second shaft. The input element of the coaxial reduction gear and the third intermediate shaft are drive-coupled by a second cross-axis transmission mechanism.
そしてこの発明の人型歩行ロボット用脚は、人型歩行ロボットの足を足首関節で下腿に対し、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させるものであって、前記第1の態様の下腿の部分と前記第2の態様の足首関節の部分とを組み合わせた第3の態様では、前記下腿の上部に第1のモータとねじ式直線駆動機構とをそれらの軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置して、前記第1のモータの出力要素と前記ねじ式直線駆動機構の入力要素とを第1の平行軸型伝動機構により駆動結合し、前記下腿の下部に、第2のモータをその軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置するとともに、第1の中間軸をその軸線が前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線と平行に延在するように回転可能に支持して、前記第2のモータの出力要素と前記第1の中間軸とを第1の交差軸型伝動機構により駆動結合し、前記下腿に関節部材を、前記一方の軸線周りに揺動可能に支持するとともに、その関節部材に前記足を、前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持し、前記他方の軸線上に同軸型減速機を配置してその出力要素を前記足に結合し、前記関節部材の、前記一方の軸線上から外れた部位と前記ねじ式直線駆動機構の出力要素とをリンク部材によって連結し、前記関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第2の中間軸を回転可能に支持するとともに、前記関節部材の、前記一方の軸線上から前記同軸型減速機の側と反対の側へ外れた位置に前記第2の中間軸と平行に第3の中間軸を回転可能に支持して、それら第2の中間軸と第3の中間軸とを第2の平行軸型伝動機構により駆動結合し、前記第1の中間軸と前記第2の中間軸とを第3の平行軸型伝動機構により駆動結合するとともに、前記同軸型減速機の入力要素と前記第3の中間軸とを第2の交差軸型伝動機構により駆動結合したことを特徴としている。 The leg for the humanoid walking robot of the present invention swings the foot of the humanoid walking robot around the pitch axis and the roll axis perpendicular to each other with respect to the lower leg at the ankle joint. In the third aspect in which the lower leg part and the ankle joint part of the second aspect are combined, the first motor and the screw-type linear drive mechanism are disposed on the upper part of the lower leg, and their axes are in the longitudinal direction of the lower leg. The output element of the first motor and the input element of the screw-type linear drive mechanism are drive-coupled by a first parallel shaft type transmission mechanism, and are attached to the lower part of the lower leg. The second motor is arranged such that its axis extends along the longitudinal direction of the lower leg, and the first intermediate shaft is arranged with one of the pitch axis and the roll axis of the ankle joint. To extend in parallel The output element of the second motor and the first intermediate shaft are drive-coupled by a first cross-axis transmission mechanism, and a joint member is attached to the lower leg about the one axis. The foot is supported on the joint member so as to be swingable around the other axis of the pitch axis and the roll axis of the ankle joint, and a coaxial speed reducer is provided on the other axis. Arranging and connecting the output element to the foot, connecting a portion of the joint member that is off the one axis and the output element of the screw type linear drive mechanism by a link member; The second intermediate shaft is rotatably supported at a position on the one axis, and the first intermediate shaft is disengaged from the one axis on the side opposite to the coaxial reduction gear. Rotate the third intermediate shaft parallel to the two intermediate shafts The second intermediate shaft and the third intermediate shaft are drive-coupled by a second parallel shaft type transmission mechanism, and the first intermediate shaft and the second intermediate shaft are connected to the third intermediate shaft. The parallel shaft type transmission mechanism is coupled by driving, and the input element of the coaxial reduction gear and the third intermediate shaft are coupled by driving by the second cross axis transmission mechanism.
上述したこの発明の人型歩行ロボット用脚の第1の態様にあっては、下腿の上部に配置された第1のモータの出力要素が、同じく下腿の上部に配置されたねじ式直線駆動機構の入力要素を第1の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それによりねじ式直線駆動機構の出力要素が進退駆動されて、下腿に足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線周りに揺動可能に支持された関節部材の前記一方の軸線上から外れた部位をリンク部材を介して押し引きして、前記関節部材を前記一方の軸線周りに揺動させ、これにより、その関節部材に足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持された足を前記一方の軸線周りに揺動させる。また、下腿の下部に配置された第2のモータの出力要素が、同じく下腿の下部に回転可能に支持された第1の中間軸を第1の交差軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第1の中間軸が、関節部材の前記一方の軸線上の位置に回転可能に支持された第2の中間軸を第2の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第2の中間軸が、前記他方の軸線上に配置されて出力要素を前記足に結合された同軸型減速機の入力要素を第2の交差軸型伝動機構を介して回転駆動し、前記足を前記他方の軸線周りに揺動させる。 In the first aspect of the leg for the humanoid walking robot of the present invention described above, the screw type linear drive mechanism in which the output element of the first motor arranged at the upper part of the lower leg is also arranged at the upper part of the lower leg. And the output element of the screw-type linear drive mechanism is driven forward and backward to drive the lower leg around one of the pitch axis and roll axis of the ankle joint. The part of the joint member supported so as to be swingable is pushed and pulled through the link member to swing the joint member around the one axis, whereby the joint member A foot supported so as to be swingable around the other axis of the pitch axis and roll axis of the ankle joint is swung around the one axis. Further, the output element of the second motor arranged at the lower part of the lower leg drives the first intermediate shaft, which is also rotatably supported by the lower part of the lower leg, via the first cross axis transmission mechanism, The first intermediate shaft that is rotationally driven by the motor drives the second intermediate shaft that is rotatably supported at a position on the one axis line of the joint member via the second parallel shaft type transmission mechanism, The second intermediate shaft that is rotationally driven by the rotation of the input element of the coaxial reduction gear that is disposed on the other axis and has the output element coupled to the foot is rotated via the second cross-axis transmission mechanism. Drive to swing the foot around the other axis.
さらにこの第1の態様にあっては、下腿の上部に第1のモータとねじ式直線駆動機構とが、それらの軸線が下腿の長手方向に沿って延在するように配置されており、しかもそのねじ式直線駆動機構の出力要素が、下腿の長手方向と直交する方向へ突出しないので、第1のモータを横向きに配置した場合より下腿の上部が細く構成され、また、下腿の下部に第2のモータが、その軸線が下腿の長手方向に沿って延在するように配置されていて、その第2のモータの出力要素が、これも下腿の下部に配置された第1の中間軸に第1の交差軸型伝動機構により駆動結合されているので、第2のモータを横向きに配置した場合より下腿の下部も細く構成される。 Furthermore, in this first aspect, the first motor and the screw type linear drive mechanism are arranged on the upper part of the lower leg so that their axes extend along the longitudinal direction of the lower leg, Since the output element of the screw type linear drive mechanism does not protrude in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the lower leg, the upper part of the lower leg is configured to be thinner than when the first motor is disposed sideways, and the lower part of the lower leg is The second motor is arranged such that its axis extends along the longitudinal direction of the lower leg, and the output element of the second motor is connected to the first intermediate shaft which is also arranged at the lower part of the lower leg. Since it is drive-coupled by the first cross axis type transmission mechanism, the lower part of the lower leg is also configured to be narrower than when the second motor is disposed sideways.
従って、この発明の人型歩行ロボット用脚の第1の態様によれば、足を足首関節で、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させることができるとともに、下腿の上部から下部に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。 Therefore, according to the first aspect of the leg for the humanoid walking robot of the present invention, the foot can be swung around the pitch axis and the roll axis orthogonal to each other at the ankle joint, and from the upper part to the lower part of the lower leg. In addition, a slim proportion close to a human leg, particularly a female leg, with a small ratio of thickness to length can be realized.
また、上述したこの発明の人型歩行ロボット用脚の第2の態様にあっては、下腿の上部に配置された第1のモータの出力要素が、同じく下腿の上部に配置された第1の同軸型減速機の入力要素を第1の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それにより第1の同軸型減速機の出力要素に設けられたアームが揺動されて、下腿に足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線周りに揺動可能に支持された関節部材の前記一方の軸線上から外れた部位をリンク部材を介して押し引きし、その関節部材に足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持された足を前記一方の軸線周りに揺動させる。また、下腿の下部に配置された第2のモータの出力要素が、同じく下腿の下部に回転可能に支持された第1の中間軸を第1の交差軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第1の中間軸が、関節部材の前記一方の軸線上の位置に回転可能に支持された第2の中間軸を第3の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第2の中間軸が、関節部材の前記一方の軸線上から外れた位置に第2の中間軸と平行に支持された第3の中間軸を第2の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第3の中間軸が、前記他方の軸線上に配置されて出力要素を前記足に結合された第2の同軸型減速機の入力要素を第2の交差軸型伝動機構を介して回転駆動し、前記足を前記他方の軸線周りに揺動させる。 In the above-described second aspect of the leg for the humanoid walking robot of the present invention, the output element of the first motor arranged on the upper part of the lower leg is the same as the first element arranged on the upper part of the lower leg. The input element of the coaxial speed reducer is driven via the first parallel shaft type transmission mechanism, whereby the arm provided on the output element of the first coaxial speed reducer is swung, and the ankle joint is moved to the lower leg. A portion of the joint member that is swingably supported around one of the pitch axis and the roll axis is pushed and pulled through the link member, and the pitch axis of the ankle joint is pushed to the joint member. Further, the foot supported so as to be swingable around the other axis of the roll axes is swung around the one axis. Further, the output element of the second motor arranged at the lower part of the lower leg drives the first intermediate shaft, which is also rotatably supported by the lower part of the lower leg, via the first cross axis transmission mechanism, The first intermediate shaft that is rotationally driven by the motor drives the second intermediate shaft that is rotatably supported at a position on the one axis of the joint member via the third parallel shaft type transmission mechanism, The second intermediate shaft that is rotationally driven by the second intermediate shaft supported in parallel with the second intermediate shaft at a position deviated from the one axis of the joint member becomes the second parallel shaft transmission mechanism. The third intermediate shaft, which is driven through the rotary shaft, is rotated on the other axis, and the input element of the second coaxial speed reducer in which the output element is coupled to the foot is the second. Rotating drive through the cross axis type transmission mechanism, the foot is swung around the other axis.
さらにこの第2の態様にあっては、下腿の下部に第2のモータが、その軸線が下腿の長手方向に沿って延在するように配置されていて、その第2のモータの出力要素が、これも下腿の下部に配置された第1の中間軸に第1の交差軸型伝動機構により駆動結合されているので、第2のモータを横向きに配置した場合より下腿の下部が細く構成され、また、関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第2の中間軸が配置されるとともに、関節部材の、前記一方の軸線上から第2の同軸型減速機の側と反対の側へ外れた位置に、第2の中間軸から第2の平行軸型伝動機構により伝動される第3の中間軸が配置され、その第3の中間軸が、前記他方の軸線上に配置された第2の同軸型減速機の入力要素に第2の交差軸型伝動機構を介して伝動するので、その第2の交差軸型伝動機構が足首関節の中心付近から第2の同軸型減速機の側と反対の側へ外れ、その分第2の同軸型減速機が足首関節の中心付近へ向けて引っ込むため、第2の交差軸型伝動機構を足首関節の中心付近に配置した場合より足首が細く構成される。 Further, in this second aspect, the second motor is arranged at the lower part of the lower leg such that its axis extends along the longitudinal direction of the lower leg, and the output element of the second motor is Also, this is driven and coupled to the first intermediate shaft arranged at the lower part of the lower leg by the first cross-axis type transmission mechanism, so that the lower part of the lower leg is made thinner than when the second motor is arranged laterally. In addition, a second intermediate shaft is disposed at a position on the one axis of the joint member, and from the one axis to the side opposite to the second coaxial speed reducer side. A third intermediate shaft, which is transmitted from the second intermediate shaft by the second parallel shaft type transmission mechanism, is disposed at a position deviated from the second intermediate shaft, and the third intermediate shaft is disposed on the other axis. Because it is transmitted to the input element of the two coaxial type reduction gears via the second cross axis type transmission mechanism, The second cross-axis type transmission mechanism is disengaged from the vicinity of the center of the ankle joint to the side opposite to the second coaxial speed reducer, and the second coaxial speed reducer is directed toward the center of the ankle joint. In order to retract, the ankle is configured to be thinner than when the second cross-axis transmission mechanism is disposed near the center of the ankle joint.
従って、この発明の人型歩行ロボット用脚の第2の態様によれば、足を足首関節で、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させることができるとともに、下腿の下部から足首に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。 Therefore, according to the second aspect of the leg for the humanoid walking robot of the present invention, the foot can be swung around the pitch axis and the roll axis orthogonal to each other at the ankle joint, and from the lower part of the lower leg to the ankle. In addition, a slim proportion close to a human leg, particularly a female leg, with a small ratio of thickness to length can be realized.
そして、上述したこの発明の人型歩行ロボット用脚の第3の態様にあっては、下腿の上部に配置された第1のモータの出力要素が、同じく下腿の上部に配置されたねじ式直線駆動機構の入力要素を第1の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それによりねじ式直線駆動機構の出力要素が進退駆動されて、下腿に足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線周りに揺動可能に支持された関節部材の前記一方の軸線上から外れた部位をリンク部材を介して押し引きし、その関節部材に足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持された足を前記一方の軸線周りに揺動させる。また、下腿の下部に配置された第2のモータの出力要素が、同じく下腿の下部に回転可能に支持された第1の中間軸を第1の交差軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第1の中間軸が、関節部材の前記一方の軸線上の位置に回転可能に支持された第2の中間軸を第3の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第2の中間軸が、関節部材の前記一方の軸線上から外れた位置に第2の中間軸と平行に支持された第3の中間軸を第2の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第3の中間軸が、前記他方の軸線上に配置されて出力要素を前記足に結合された同軸型減速機の入力要素を第2の交差軸型伝動機構を介して回転駆動し、前記足を前記他方の軸線周りに揺動させる。 And in the 3rd aspect of the leg for humanoid walking robots of this invention mentioned above, the screw type straight line in which the output element of the 1st motor arrange | positioned at the upper part of the lower leg is similarly arrange | positioned at the upper part of the lower leg. The input element of the drive mechanism is driven through the first parallel shaft type transmission mechanism, whereby the output element of the screw type linear drive mechanism is driven forward and backward, and one of the pitch axis line and the roll axis line of the ankle joint is driven on the lower leg. A portion of the joint member supported so as to be swingable around the axis is pushed and pulled through the link member, and the joint member is rotated around the other axis of the ankle joint pitch axis and roll axis. The foot supported so as to be able to swing is swung around the one axis. Further, the output element of the second motor arranged at the lower part of the lower leg drives the first intermediate shaft, which is also rotatably supported by the lower part of the lower leg, via the first cross axis transmission mechanism, The first intermediate shaft that is rotationally driven by the motor drives the second intermediate shaft that is rotatably supported at a position on the one axis of the joint member via the third parallel shaft type transmission mechanism, The second intermediate shaft that is rotationally driven by the second intermediate shaft supported in parallel with the second intermediate shaft at a position deviated from the one axis of the joint member becomes the second parallel shaft transmission mechanism. A third intermediate shaft driven by rotation and thereby driven in rotation is arranged on the other axis, and the output element is coupled to the foot with the input element of the coaxial speed reducer as the second cross axis It is rotationally driven through a mold transmission mechanism to swing the foot around the other axis.
さらにこの第3の態様にあっては、下腿の上部に第1のモータとねじ式直線駆動機構とが、それらの軸線が下腿の長手方向に沿って延在するように配置されており、しかもそのねじ式直線駆動機構の出力要素が、下腿の長手方向と直交する方向へ突出しないので、第1のモータを横向きに配置した場合より下腿の上部が細く構成され、また、下腿の下部に第2のモータが、その軸線が下腿の長手方向に沿って延在するように配置されていて、その第2のモータの出力要素が、これも下腿の下部に配置された第1の中間軸に第1の交差軸型伝動機構により駆動結合されているので、第2のモータを横向きに配置した場合より下腿の下部も細く構成され、加えて、関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第2の中間軸が配置されるとともに、関節部材の、前記一方の軸線上から同軸型減速機の側と反対の側へ外れた位置に、第2の中間軸から第2の平行軸型伝動機構により伝動される第3の中間軸が配置され、その第3の中間軸が、前記他方の軸線上に配置された同軸型減速機の入力要素に第2の交差軸型伝動機構を介して伝動するので、その第2の交差軸型伝動機構が足首関節の中心付近から同軸型減速機の側と反対の側へ外れ、その分同軸型減速機が足首関節の中心付近へ向けて引っ込むため、第2の交差軸型伝動機構を足首関節の中心付近に配置した場合より足首が細く構成される。 Furthermore, in this third aspect, the first motor and the screw-type linear drive mechanism are arranged on the upper part of the lower leg so that their axes extend along the longitudinal direction of the lower leg, Since the output element of the screw type linear drive mechanism does not protrude in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the lower leg, the upper part of the lower leg is configured to be thinner than when the first motor is disposed sideways, and the lower part of the lower leg is The second motor is arranged such that its axis extends along the longitudinal direction of the lower leg, and the output element of the second motor is connected to the first intermediate shaft which is also arranged at the lower part of the lower leg. Since it is drive-coupled by the first cross-axis type transmission mechanism, the lower part of the lower leg is configured to be narrower than when the second motor is disposed sideways, and in addition, the joint member is positioned at the position on the one axis. A second intermediate shaft is disposed and the joint A third intermediate shaft that is transmitted from the second intermediate shaft by the second parallel shaft type transmission mechanism is disposed at a position that deviates from the one axis line to the side opposite to the side of the coaxial reduction gear. Since the third intermediate shaft is transmitted to the input element of the coaxial type reduction gear disposed on the other axis via the second cross-axis type transmission mechanism, the second cross-axis type transmission is performed. The mechanism is disengaged from the vicinity of the center of the ankle joint to the opposite side of the coaxial reduction gear, and the coaxial reduction gear is retracted toward the center of the ankle joint accordingly, so the second cross-axis transmission mechanism is connected to the ankle joint. The ankle is made narrower than the case where it is arranged near the center.
従って、この発明の人型歩行ロボット用脚の第3の態様によれば、足を足首関節で、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させることができるとともに、下腿の上部から足首に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。 Therefore, according to the third aspect of the leg for the humanoid walking robot of the present invention, the foot can be swung around the pitch axis and the roll axis orthogonal to each other at the ankle joint, and from the upper part of the lower leg to the ankle. In addition, a slim proportion close to a human leg, particularly a female leg, with a small ratio of thickness to length can be realized.
なお、この発明の人型歩行ロボット用脚においては、前記下腿のフレームが、前記ねじ式直線駆動機構のねじ軸を回転可能に支持するとともに、そのねじ軸に螺合するナットの供回りを阻止しつつそのナットの移動を案内するものであっても良い。このようにすれば、下腿のフレームがねじ式直線駆動機構のフレームを兼ねるので、下腿の上部をよりスリムに構成することができる。 In the leg for the humanoid walking robot of the present invention, the lower leg frame rotatably supports the screw shaft of the screw type linear drive mechanism, and prevents the nut from being screwed into the screw shaft. However, the movement of the nut may be guided. In this way, since the lower leg frame also serves as the frame of the screw type linear drive mechanism, the upper part of the lower leg can be configured to be slimmer.
また、この発明の人型歩行ロボット用脚においては、前記一方の軸線がピッチ軸線であり、前記他方の軸線がロール軸線であっても良い。このようにすれば、ねじ式直線駆動機構の出力要素と関節部材とを連結するリンク部材が、足首関節のピッチ軸を駆動するために下肢の前側または後ろ側に位置するので、横断面形状が前後方向に細長い人の脚、特に女性の脚に近いプロポーションを実現することができる。 In the leg for a humanoid walking robot according to the present invention, the one axis may be a pitch axis, and the other axis may be a roll axis. In this way, the link member that connects the output element of the screw-type linear drive mechanism and the joint member is located on the front side or the rear side of the lower limb to drive the pitch axis of the ankle joint, so that the cross-sectional shape is A proportion close to that of a human leg, particularly a female leg, can be realized.
以下、この発明の実施の形態を図面に基づく実施例によって詳細に説明する。ここに、図1(a),(b),(c)および(d)は、この発明の人型歩行ロボット用脚の第1の態様の下腿の部分と第2の態様の足首関節の部分とを組み合わせた第3の態様に基づき実現した、この発明の第1実施例の脚を具える人型歩行ロボットの下半身を示す平面図、底面図、正面図および側面図、また図2(a)および(b)は、上記人型歩行ロボットの下半身を示す背面図および斜視図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 (a), (b), (c) and (d) show the leg portion of the first aspect of the leg for the humanoid walking robot according to the present invention and the ankle joint portion of the second aspect. A plan view, a bottom view, a front view and a side view showing the lower half of the humanoid walking robot having the legs of the first embodiment of the present invention realized based on the third mode in combination with ) And (b) are a rear view and a perspective view showing the lower half of the humanoid walking robot.
この人型歩行ロボットは、顔および体型が人の女性に似ている女性型のものであり、身長158cm、バッテリ込み体重43kgで、日本人青年女性の平均的体型に極めて近いプロポーション(長さに対する太さの比率)を有している。そしてこの人型歩行ロボットの腰から下の部分である下半身は、図示しない上半身すなわち胸と頭と左右の腕とに胸を介して繋がる腰関節1と、その腰関節1を支持する腰フレーム2と、腰フレーム2の左右側部に設けられた二つの股関節4と、それらの股関節4を介して腰フレーム2にそれぞれ連結された二本の脚5とを具えており、それらの脚5が各々上記第1実施例の脚を構成している。
This humanoid walking robot is a female type whose face and body shape are similar to a human woman, is 158cm tall and weighs 43kg including battery, and has a proportion (relative to length) that is very close to the average body type of Japanese adolescent women. Thickness ratio). The lower body of the lower part of the humanoid walking robot is composed of an upper body (not shown), that is, a waist joint 1 connected to the chest, the head, and the left and right arms via the chest, and a
ここで、腰関節1と二つの股関節4とは、互いに同一の関節ユニット6を用いてそれぞれ構成されており、この関節ユニット6は、上部ベース6aと、その上部ベース6aの下面にそれぞれ結合された前ブラケット6bおよび後ブラケット6cと、それら前後ブラケット6b,6cをこの人型歩行ロボットの前後方向へ延在する腰ロール軸線R1または股ロール軸線R2周りに回動可能に支持する十字状の連結部材6dと、その連結部材6dをこの人型歩行ロボットの左右方向へ延在する腰ピッチ軸線P1または股ピッチ軸線P2周りに回動可能に支持する左ブラケット6eおよび右ブラケット6fと、上部ベース6aと連結部材6dとの間にこの人型歩行ロボットの前後方向へ軸線が延在する向きで配置されて前後ブラケット6b,6cで支持されたロール軸用モータ6gと、後ブラケット6cに設けられて入力要素を平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構によりロール軸用モータ6gの出力軸に駆動結合されるとともに出力要素を連結部材6dに結合された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ6hと、その連結部材6d内にこの人型歩行ロボットの左右方向へ軸線が延在する向きで配置された図示しないピッチ軸用モータと、左ブラケット6eに設けられて入力要素をそのピッチ軸用モータの出力軸に結合されるとともに出力要素を連結部材6dに結合された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ6iとを有している。
Here, the
さらに、腰関節1を構成する関節ユニット6の上部ベース6aは、図示しない上半身の胸の下端部をこの人型歩行ロボットの上下方向へ延在する腰ヨー軸線Y1周りに回動可能に支持するとともに、その胸の下部の腰ヨー軸線Y1上の位置に配置された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブの出力要素に結合され、そのハーモニックドライブの入力要素は、胸の下部に設けられた腰ヨー軸用モータの出力軸に平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構により駆動結合されており、また腰関節1を構成する関節ユニット6の左右ブラケット6e,6fは、腰フレーム2の上面に結合されている。これにより腰関節1は、腰ヨー軸用モータと関節ユニット6のロール軸用モータおよびピッチ軸用モータとの作動により、腰フレーム2に対し上半身を、腰ヨー軸線Y1周り、腰ロール軸線R1周りおよび腰ピッチ軸線P1周りに三自由度で回動させることができる。
Further, the
一方、各股関節4を構成する関節ユニット6の上部ベース6aは、腰フレーム2の下端部をこの人型歩行ロボットの上下方向へ延在する股ヨー軸線Y2周りに回動可能に支持するとともに、その腰フレーム2の下部の股ヨー軸線Y2上の位置に配置された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブの出力要素に結合され、そのハーモニックドライブの入力要素は、腰フレーム2の中央部に設けられた図示しない股ヨー軸用モータの出力軸に平行軸型伝動機構としての図示しないベルト式伝動機構により駆動結合されており、また各股関節4を構成する関節ユニット6の左右ブラケット6e,6fは、この実施例の脚5の大腿フレーム7の上端面に結合されている。これにより各股関節4は、股ヨー軸用モータと関節ユニット6のロール軸用モータおよびピッチ軸用モータとの作動により、腰フレーム2に対し各脚5を、股ヨー軸線Y2周り、股ロール軸線R2周りおよび股ピッチ軸線P2周りに三自由度で回動させることができる。
On the other hand, the
そして二本の脚5は各々、上記大腿フレーム7に加えて、下腿フレーム8と、足9とを具えるとともに、大腿フレーム7と下腿フレーム8とを連結する膝関節10と、下腿フレーム8と足9とを連結する足首関節11と、下腿フレーム8と足首関節11との間に介挿されたギヤボックス12とを具えており、これら大腿フレーム7と下腿フレーム8と足9と膝関節10と足首関節11とギヤボックス12との構成は、大腿フレーム7が各々下方に向かって内向きに傾斜して左右対称をなしている点と、足9が各々足首関節11から内側よりも外側へより大きく広がって左右対称をなしている点とを除けば、二本の脚5で互いに同一とされている。
Each of the two
ここで、大腿フレーム7と下腿フレーム8とは、スリム化および軽量化に加えて内部でのモータ等の配線の引き回しのために各々カバーと組み合わされて概略角筒状に形成されており、膝関節10は、大腿フレーム7の下端面に結合された左ブラケット10aおよび右ブラケット10bと、下腿フレーム8の上端面に結合されてそれら左右ブラケット10a,10bを図示しない中空軸を介しこの人型歩行ロボットの左右方向へ延在する膝ピッチ軸線P3周りに回動可能に支持するL字状の下ブラケット10cと、大腿フレーム7の下端面と下ブラケット10cとの間にこの人型歩行ロボットの左右方向へ軸線が延在する向きで配置されて左右ブラケット10a,10bで支持された膝ピッチ軸用モータ10dと、左ブラケット10aに設けられて入力要素を平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構により膝ピッチ軸用モータ10dの出力軸に駆動結合されるとともに出力要素を下ブラケット10cに結合された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ10eとを有している。これにより膝関節10は、膝ピッチ軸用モータ10dの作動により、大腿フレーム7に対し下腿フレーム8を膝ピッチ軸線P3周りに一自由度で回動させることができる。
Here, the
図3(a),(b)および(c)は、上記第1実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す正面図、側面図および背面図、図4(a),(b)および(c)は、上記第1実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す、図3中のA−A線、B−B線およびC−C線にそれぞれ沿う断面図、そして図5(a)および(b)は、上記第1実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す斜視図および透視図である。 3 (a), 3 (b) and 3 (c) are a front view, a side view and a rear view showing the legs of the humanoid walking robot leg of the first embodiment from the lower leg to the foot, and FIGS. b) and (c) are cross sections taken along lines AA, BB and CC, respectively, in FIG. 3, showing from the lower leg to the foot of the leg for the humanoid walking robot of the first embodiment. FIGS. 5A and 5B are a perspective view and a perspective view showing the leg of the humanoid walking robot according to the first embodiment from the lower leg to the foot, respectively.
これらの図に示すように、この第1実施例の脚5の足首関節11は、下腿フレーム8の下端面にギヤボックス12を介してそれぞれ結合された左ブラケット11aおよび右ブラケット11bと、それら左右ブラケット11a,11bをこの人型歩行ロボットの左右方向へ延在する足首ピッチ軸線P4周りに回動可能に支持する、関節部材としての、概略球殻状の上半部と概略筒状の下半部とを持つ連結部材11cと、その連結部材11cをこの人型歩行ロボットの前後方向へ延在する足首ロール軸線R3周りに回動可能に支持する前ブラケット11dおよび後ブラケット11eと、足首ピッチ軸線P4と足首ロール軸線R3との交点を通ってそれらと直交する足9の支持中心軸線C1の周囲に周方向に等間隔に配置された三本の弾性ブッシュ11fと、それらの弾性ブッシュ11fを介して足9に弾性支持されるとともに力センサ11gを介して前後ブラケット11d,11eに結合された足首基台11hとを有している。
As shown in these drawings, the
加えてこの第1実施例の脚5の足首関節11は、足首ピッチ軸駆動系13と足首ロール軸駆動系14とを有し、足首ピッチ軸駆動系13は、下腿フレーム8の上部内に、その下腿フレーム8の長手方向に沿ってそれぞれ軸線が延在するように前後に並べて配置された第1のモータとしての足首ピッチ軸用モータ13aおよびねじ式直線駆動機構13bを有するとともに、その足首ピッチ軸用モータ13aの出力要素としての出力軸と、ねじ式直線駆動機構13bの入力要素としてのねじ軸13cとを駆動結合する第1の平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構13dを有している。また足首ロール軸駆動系14は、下腿フレーム8の下部内に、その下腿フレーム8の長手方向に沿って軸線が延在するように配置された第2のモータとしての足首ロール軸用モータ14aを有するとともに、下腿フレーム8の下端面に固定されたギヤボックス12の側部に、軸線が足首ピッチ軸線P4と平行に延在するようにそのギヤボックス12を貫通して回転可能に支持された第1の中間軸14bを有し、さらにギヤボックス12内に、足首ロール軸用モータ14aの出力要素としての出力軸と第1の中間軸14bとを駆動結合する第1の交差軸型伝動機構としてのベベルギヤ組14cを有している。
In addition, the
ここで、ねじ式直線駆動機構13bは、ねじ軸13cに螺合するボール循環式ナット13eと、そのボール循環式ナット13eを基端部に固定されて下腿フレーム8の長手方向に沿って延在するとともに、その延在方向へ進退移動可能にガイドスリーブを介して下腿フレーム8に支持された出力要素としての中空の駆動ロッド13fと、ボール循環式ナット13eとともに駆動ロッド13fの基端部に固定されて、下腿フレーム8の長手方向へ延在する下腿フレーム8の内面と摺接し、ねじ軸13cに対するボール循環式ナット13eの供回りを阻止する概略矩形の摺動部材13gとを有し、そのねじ軸13cの回転により駆動ロッド13fを進退移動させる。
Here, the screw type
さらに足首ピッチ軸駆動系13は、ギヤボックス12の後方に、連結部材11cの、足首ピッチ軸線P4上から後方へ外れた部位をねじ式直線駆動機構13bの駆動ロッド13fの先端部に連結するリンク部材としての連結ロッド13hを有し、また足首ロール駆動系14は、足首ロール軸線R3上で連結部材11cの前部に配置されるとともに出力要素を前ブラケット11dに結合された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ14dと、連結部材11cの足首ピッチ軸線P4上の位置とその足首ピッチ軸線P4上からハーモニックドライブ14d側と反対の側である後方へ外れた位置とにそれぞれ回転可能にかつ互いに平行に支持された第2の中間軸14eおよび第3の中間軸14fと、それら第2の中間軸14eと第3の中間軸14fとを駆動結合する第2の平行軸型伝動機構としてのスパーギヤ組14gと、上記第1の中間軸14bと第2の中間軸14eとを駆動結合する第3の平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構14hと、ハーモニックドライブ14dの入力要素と第3の中間軸14fとを駆動結合する第2の交差軸型伝動機構としてのベベルギヤ組14iとを有している。
Further, the ankle pitch
上述したこの第1実施例の脚5にあっては、下腿フレーム8の上部に配置された足首ピッチ軸用モータ13aの出力軸が、同じく下腿フレーム8の上部に配置されたねじ式直線駆動機構13bのねじ軸13cを、ベルト式伝動機構13dを介して駆動し、それによりねじ式直線駆動機構13bの駆動ロッド13fが進退駆動されて、下腿フレーム8に足首関節11の足首ピッチ軸線P4周りに揺動可能に支持された連結部材11cの足首ピッチ軸線P4上から外れた部位を、連結ロッド13hを介して押し引きし、その連結部材11cに足首関節11の足首ロール軸線R3周りに揺動可能に支持された足9を足首ピッチ軸線P4周りに揺動させる。
In the above-described
また、下腿フレーム8の下部に配置された足首ロール軸用モータ14aの出力軸が、下腿フレーム8の下端に固定されたギヤボックス12に回転可能に支持された第1の中間軸14bを、ベベルギヤ組14cを介して駆動し、それにより回転駆動された第1の中間軸14bが、連結部材11cの足首ピッチ軸線P4上の位置に回転可能に支持された第2の中間軸14eを、ベルト式伝動機構14hを介して駆動し、それにより回転駆動された第2の中間軸14eが、連結部材11cの足首ピッチ軸線P4上から外れた位置に第2の中間軸14eと平行に支持された第3の中間軸14fを、スパーギヤ組14gを介して駆動し、それにより回転駆動された第3の中間軸14fが、足首ロール軸線R3上に配置されて出力要素を足9に結合されたハーモニックドライブ14dの入力要素を、ベベルギヤ組14iを介して回転駆動し、足9を足首ロール軸線R3周りに揺動させる。
Further, the output shaft of the ankle
さらにこの第1実施例の脚5にあっては、下腿フレーム8の上部に足首ピッチ軸用モータ13aとねじ式直線駆動機構13bとが、それらの軸線が下腿フレーム8の長手方向に沿って延在するように配置されており、しかもそのねじ式直線駆動機構13bの出力要素である駆動ロッド13fが、下腿フレーム8の長手方向と直交する方向へ突出しないので、足首ピッチ軸用モータ13aを横向きに配置した場合より下腿の上部が細く構成され、また、下腿フレーム8の下部に足首ロール軸用モータ14aが、その軸線が下腿フレーム8の長手方向に沿って延在するように配置されていて、その足首ロール軸用モータ14aの出力軸が、下腿フレーム8の下端に固定されたギヤボックス12に配置された第1の中間軸14bにベベルギヤ組14cにより駆動結合されているので、足首ロール軸用モータ14aを横向きに配置した場合より下腿の下部も細く構成される。
Further, in the
加えてこの第1実施例の脚5にあっては、連結部材11cの、足首ピッチ軸線P4上の位置に第2の中間軸14cが配置されるとともに、連結部材11cの、足首ピッチ軸線P4上から後方へ外れた位置に、第2の中間軸14cからスパーギヤ組14gにより伝動される第3の中間軸14fが配置され、その第3の中間軸14fが、足首ロール軸線R3上に配置されたハーモニックドライブ14dの入力要素にベベルギヤ組14iを介して伝動するので、そのベベルギヤ組14iが足首関節11の中心付近から後方へ外れ、その分ハーモニックドライブ14dが足首関節11の中心付近へ向けて引っ込むため、ベベルギヤ組14iを足首関節11の中心付近に配置した場合より足首が細く構成される。
In addition, in the
従って、この第1実施例の脚5を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、腰関節1で腰フレーム2に対し図示しない上半身を、腰ヨー軸線Y1周り、腰ロール軸線R1周りおよび腰ピッチ軸線P1周りに三自由度で回動させることができ、また股関節4で腰フレーム2に対し二本の脚5をそれぞれ、股ヨー軸線Y2周り、股ロール軸線R2周りおよび股ピッチ軸線P2周りに三自由度で回動させることができ、さらに膝関節10で大腿フレーム7に対し下腿フレーム8を、膝ピッチ軸線P3周りに一自由度で回動させることができ、そして足首関節11で下腿フレーム8に対し足9を、足首ピッチ軸線P4および足首ロール軸線R3周りに二自由度で揺動させることができるので、人型歩行ロボットの自然な歩行動作を実現することができ、しかも脚5の大腿から足首に亘り、特に上述した下腿の上下部および足首の細い構成により下腿の上部から足首に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。
Therefore, according to the lower body of the humanoid walking robot having the
さらに、この第1実施例の脚5を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、下腿フレーム8が、ねじ式直線駆動機構13bのねじ軸13cを回転可能に支持するとともに、そのねじ軸13cに螺合するボール循環式ナット13eの供回りを阻止しつつボール循環式ナット13eの移動をガイドスリーブを介して案内することから、下腿フレーム8がねじ式直線駆動機構13bのフレームを兼ねるので、下腿の上部をよりスリムに構成することができる。
Furthermore, according to the lower half of the humanoid walking robot having the
加えて、この第1実施例の脚5を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、下腿フレーム8を連結部材11cで足首ピッチ軸線P4周りに揺動可能に支持するとともに、その連結部材11cを足9で足首ロール軸線R3周りに揺動可能に支持することから、ねじ式直線駆動機構13bの駆動ロッド13fおよび、その駆動ロッド13fと連結部材11cとを連結する連結ロッド13hが、足首関節11のピッチ軸を駆動するために下腿の後側に位置するので、横断面形状が前後方向に細長い人の脚、特に女性の脚に近いプロポーションを実現することができる。
In addition, according to the lower half of the humanoid walking robot having the
図6(a),(b),(c)および(d)は、この発明の人型歩行ロボット用脚の第1の態様に基づき実現した、この発明の第2実施例の脚を具える人型歩行ロボットの下半身を示す平面図、底面図、正面図および側面図、また図7(a)および(b)は、上記人型歩行ロボットの下半身を示す背面図および斜視図であり、図中、先の実施例におけると同様の部分はそれと同一の符号にて示す。 6 (a), 6 (b), 6 (c) and 6 (d) include the leg of the second embodiment of the present invention realized based on the first aspect of the humanoid walking robot leg of the present invention. FIG. 7 is a plan view, a bottom view, a front view, and a side view showing the lower half of the humanoid walking robot, and FIGS. 7A and 7B are a rear view and a perspective view showing the lower half of the humanoid walking robot. Among them, the same parts as those in the previous embodiment are denoted by the same reference numerals.
この人型歩行ロボットも、先の第1実施例の脚5を具えるものと同様に、女性型のものであり、身長158cm、バッテリ込み体重43kgで、日本人青年女性の平均的体型に極めて近いプロポーション(長さに対する太さの比率)を有している。そしてこの人型歩行ロボットの腰から下の部分である下半身は、図示しない上半身すなわち胸と頭と左右の腕とに胸を介して繋がる腰関節1と、その腰関節1を支持する腰フレーム2と、腰フレーム2の左右側部に設けられた二つの股関節4と、それらの股関節4を介して腰フレーム2にそれぞれ連結された二本の脚5とを具えており、それらの脚5が各々上記第2実施例の脚を構成している。
This humanoid walking robot is also of a female type, similar to the one having the
ここで、腰関節1と二つの股関節4とは、互いに同一の関節ユニット6を用いてそれぞれ構成されており、この関節ユニット6は先の第1実施例におけると同様の構成を有しているので、ここでは詳細な説明を省略する。これにより腰関節1は、腰ヨー軸用モータと関節ユニット6のロール軸用モータおよびピッチ軸用モータとの作動により、腰フレーム2に対し上半身を、腰ヨー軸線Y1周り、腰ロール軸線R1周りおよび腰ピッチ軸線P1周りに三自由度で回動させることができ、また各股関節4は、股ヨー軸用モータと関節ユニット6のロール軸用モータおよびピッチ軸用モータとの作動により、腰フレーム2に対し各脚5を、股ヨー軸線Y2周り、股ロール軸線R2周りおよび股ピッチ軸線P2周りに三自由度で回動させることができる。
Here, the
そして二本の脚5も各々、先の第1実施例におけると同様、大腿フレーム7と、下腿フレーム8と、足9とを具えるとともに、大腿フレーム7と下腿フレーム8とを連結する膝関節10と、下腿フレーム8と足9とを連結する足首関節11と、下腿フレーム8と足首関節11との間に介挿されたギヤボックス12とを具えており、これら大腿フレーム7と下腿フレーム8と足9と膝関節10と足首関節11とギヤボックス12との構成は、大腿フレーム7が各々下方に向かって内向きに傾斜して左右対称をなしている点と、足9が各々足首関節11から内側よりも外側へより大きく広がって左右対称をなしている点とを除けば、二本の脚5で互いに同一とされている。
Each of the two
ここで、大腿フレーム7と下腿フレーム8とは、スリム化および軽量化に加えて内部でのモータ等の配線の引き回しのために各々カバーと組み合わされて概略角筒状に形成されており、膝関節10は、大腿フレーム7の下端面に結合された左ブラケット10aおよび右ブラケット10bと、下腿フレーム8の上端面に結合されてそれら左右ブラケット10a,10bを図示しない中空軸を介しこの人型歩行ロボットの左右方向へ延在する膝ピッチ軸線P3周りに回動可能に支持するL字状の下ブラケット10cと、大腿フレーム7の下端面と下ブラケット10cとの間にこの人型歩行ロボットの左右方向へ軸線が延在する向きで配置されて左右ブラケット10a,10bで支持された膝ピッチ軸用モータ10dと、左ブラケット10aに設けられて入力要素を平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構により膝ピッチ軸用モータ10dの出力軸に駆動結合されるとともに出力要素を下ブラケット10cに結合された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ10eとを有している。これにより膝関節10は、膝ピッチ軸用モータ10dの作動により、大腿フレーム7に対し下腿フレーム8を膝ピッチ軸線P3周りに一自由度で回動させることができる。
Here, the
図8(a),(b)および(c)は、上記第2実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す正面図、側面図および背面図、図9(a),(b)および(c)は、上記第2実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す、図8中のD−D線、E−E線およびF−F線にそれぞれ沿う断面図、そして図10(a)および(b)は、上記第2実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す斜視図および透視図である。 8 (a), (b) and (c) are a front view, a side view and a rear view showing the leg of the humanoid walking robot leg of the second embodiment from the lower leg to the foot, and FIG. b) and (c) are cross sections taken along lines DD, EE, and FF in FIG. 8, respectively, showing from the lower leg to the foot of the leg for the humanoid walking robot of the second embodiment. FIGS. 10A and 10B are a perspective view and a perspective view showing the leg of the humanoid walking robot according to the second embodiment from the lower leg to the foot.
これらの図に示すように、この第2実施例の脚5の足首関節11も、下腿フレーム8の下端面にギヤボックス12を介してそれぞれ結合された左ブラケット11aおよび右ブラケット11bと、それら左右ブラケット11a,11bをこの人型歩行ロボットの左右方向へ延在する足首ピッチ軸線P4周りに回動可能に支持する、関節部材としての、概略球殻状の上半部と概略筒状の下半部とを持つ連結部材11cと、その連結部材11cをこの人型歩行ロボットの前後方向へ延在する足首ロール軸線R3周りに回動可能に支持する前ブラケット11dおよび後ブラケット11eと、足首ピッチ軸線P4と足首ロール軸線R3との交点を通ってそれらと直交する足9の支持中心軸線C1の周囲に周方向に等間隔に配置された三本の弾性ブッシュ11fと、それらの弾性ブッシュ11fを介して足9に弾性支持されるとともに力センサ11gを介して前後ブラケット11d,11eに結合された足首基台11hとを有している。
As shown in these drawings, the
加えてこの第2実施例の脚5の足首関節11は、第1実施例におけると同様の足首ピッチ軸駆動系13と、第1実施例におけると異なる足首ロール軸駆動系14とを有している。すなわち、足首ピッチ軸駆動系13は、下腿フレーム8の上部内に、その下腿フレーム8の長手方向に沿ってそれぞれ軸線が延在するように前後に並べて配置された第1のモータとしての足首ピッチ軸用モータ13aおよびねじ式直線駆動機構13bを有するとともに、その足首ピッチ軸用モータ13aの出力要素としての出力軸と、ねじ式直線駆動機構13bの入力要素としてのねじ軸13cとを駆動結合する第1の平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構13dを有している。また足首ロール軸駆動系14は、下腿フレーム8の下部内に、その下腿フレーム8の長手方向に沿って軸線が延在するように配置された第2のモータとしての足首ロール軸用モータ14aを有するとともに、下腿フレーム8の下端面に固定されたギヤボックス12の側部に、軸線が足首ピッチ軸線P4と平行に延在するようにそのギヤボックス12を貫通して回転可能に支持された第1の中間軸14bを有し、さらにギヤボックス12内に、足首ロール軸用モータ14aの出力要素としての出力軸と第1の中間軸14bとを駆動結合する第1の交差軸型伝動機構としてのベベルギヤ組14cを有している。
In addition, the
ここで、ねじ式直線駆動機構13bは、ねじ軸13cに螺合するボール循環式ナット13eと、そのボール循環式ナット13eを基端部に固定されて下腿フレーム8の長手方向に沿って延在するとともに、その延在方向へ進退移動可能にガイドスリーブを介して下腿フレーム8に支持された出力要素としての中空の駆動ロッド13fと、ボール循環式ナット13eとともに駆動ロッド13fの基端部に固定されて、下腿フレーム8の長手方向へ延在する下腿フレーム8の内面と摺接し、ねじ軸13cに対するボール循環式ナット13eの供回りを阻止する概略矩形の摺動部材13gとを有し、そのねじ軸13cの回転により駆動ロッド13fを進退移動させる。
Here, the screw type
さらに足首ピッチ軸駆動系13は、ギヤボックス12の後方に、連結部材11cの、足首ピッチ軸線P4上から後方へ外れた部位をねじ式直線駆動機構13bの駆動ロッド13fの先端部に連結するリンク部材としての連結ロッド13hを有し、その一方足首ロール駆動系14は、足首ロール軸線R3上で連結部材11cの前部に第1実施例におけるよりも足首中心から前方へ離間して配置されるとともに出力要素を前ブラケット11dに結合された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ14dと、連結部材11cの足首ピッチ軸線P4上の位置に回転可能に支持された第2の中間軸14eと、上記第1の中間軸14bと第2の中間軸14eとを駆動結合する第2の平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構14hと、ハーモニックドライブ14dの入力要素と第2の中間軸14eとを駆動結合する第2の交差軸型伝動機構としてのベベルギヤ組14iとを有している。
Further, the ankle pitch
上述したこの第2実施例の脚5にあっては、下腿フレーム8の上部に配置された足首ピッチ軸用モータ13aの出力軸が、同じく下腿フレーム8の上部に配置されたねじ式直線駆動機構13bのねじ軸13cを、ベルト式伝動機構13dを介して駆動し、それによりねじ式直線駆動機構13bの駆動ロッド13fが進退駆動されて、下腿フレーム8に足首関節11の足首ピッチ軸線P4周りに揺動可能に支持された連結部材11cの足首ピッチ軸線P4上から外れた部位を、連結ロッド13hを介して押し引きし、その連結部材11cに足首関節11の足首ロール軸線R3周りに揺動可能に支持された足9を足首ピッチ軸線P4周りに揺動させる。
In the above-described
また、下腿フレーム8の下部に配置された足首ロール軸用モータ14aの出力軸が、下腿フレーム8の下端に固定されたギヤボックス12に回転可能に支持された第1の中間軸14bを、ベベルギヤ組14cを介して駆動し、それにより回転駆動された第1の中間軸14bが、連結部材11cの足首ピッチ軸線P4上の位置に回転可能に支持された第2の中間軸14eを、ベルト式伝動機構14hを介して駆動し、それにより回転駆動された第2の中間軸14eが、足首ロール軸線R3上に配置されて出力要素を足9に結合されたハーモニックドライブ14dの入力要素を、ベベルギヤ組14iを介して回転駆動し、足9を足首ロール軸線R3周りに揺動させる。
Further, the output shaft of the ankle
さらにこの第2実施例の脚5にあっては、下腿フレーム8の上部に足首ピッチ軸用モータ13aとねじ式直線駆動機構13bとが、それらの軸線が下腿フレーム8の長手方向に沿って延在するように配置されており、しかもそのねじ式直線駆動機構13bの出力要素である駆動ロッド13fが、下腿フレーム8の長手方向と直交する方向へ突出しないので、足首ピッチ軸用モータ13aを横向きに配置した場合より下腿の上部が細く構成され、また、下腿フレーム8の下部に足首ロール軸用モータ14aが、その軸線が下腿フレーム8の長手方向に沿って延在するように配置されていて、その足首ロール軸用モータ14aの出力軸が、下腿フレーム8の下端に固定されたギヤボックス12に配置された第1の中間軸14bにベベルギヤ組14cにより駆動結合されているので、足首ロール軸用モータ14aを横向きに配置した場合より下腿の下部も細く構成される。
Further, in the
従って、この第2実施例の脚5を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、腰関節1で腰フレーム2に対し図示しない上半身を、腰ヨー軸線Y1周り、腰ロール軸線R1周りおよび腰ピッチ軸線P1周りに三自由度で回動させることができ、また股関節4で腰フレーム2に対し二本の脚5をそれぞれ、股ヨー軸線Y2周り、股ロール軸線R2周りおよび股ピッチ軸線P2周りに三自由度で回動させることができ、さらに膝関節10で大腿フレーム7に対し下腿フレーム8を、膝ピッチ軸線P3周りに一自由度で回動させることができ、そして足首関節11で下腿フレーム8に対し足9を、足首ピッチ軸線P4および足首ロール軸線R3周りに二自由度で揺動させることができるので、人型歩行ロボットの自然な歩行動作を実現することができ、しかも脚5の大腿から下腿に亘り、特に上述した下腿の上下部の細い構成により下腿の上部から下部に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。
Therefore, according to the lower body of the humanoid walking robot having the
さらに、この第2実施例の脚5を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、下腿フレーム8が、ねじ式直線駆動機構13bのねじ軸13cを回転可能に支持するとともに、そのねじ軸13cに螺合するボール循環式ナット13eの供回りを阻止しつつボール循環式ナット13eの移動をガイドスリーブを介して案内することから、下腿フレーム8がねじ式直線駆動機構13bのフレームを兼ねるので、下腿の上部をよりスリムに構成することができる。
Furthermore, according to the lower half of the humanoid walking robot having the
加えて、この第2実施例の脚5を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、下腿フレーム8を連結部材11cで足首ピッチ軸線P4周りに揺動可能に支持するとともに、その連結部材11cを足9で足首ロール軸線R3周りに揺動可能に支持することから、ねじ式直線駆動機構13bの駆動ロッド13fおよび、その駆動ロッド13fと連結部材11cとを連結する連結ロッド13hが、足首関節11のピッチ軸を駆動するために下腿の後側に位置するので、横断面形状が前後方向に細長い人の脚、特に女性の脚に近いプロポーションを実現することができる。
In addition, according to the lower half of the humanoid walking robot having the
図11(a),(b),(c)および(d)は、この発明の人型歩行ロボット用脚の第2の態様に基づき実現した、この発明の第3実施例の脚を具える人型歩行ロボットの下半身を示す平面図、底面図、正面図および側面図、また図12(a)および(b)は、上記人型歩行ロボットの下半身を示す背面図および斜視図であり、図中、先の実施例におけると同様の部分はそれと同一の符号にて示す。 FIGS. 11 (a), (b), (c) and (d) comprise the legs of the third embodiment of the present invention realized on the basis of the second aspect of the legs for the humanoid walking robot of the present invention. FIGS. 12A and 12B are a plan view, a bottom view, a front view and a side view showing the lower body of the humanoid walking robot, and FIGS. 12A and 12B are a rear view and a perspective view showing the lower body of the humanoid walking robot. Among them, the same parts as those in the previous embodiment are denoted by the same reference numerals.
この人型歩行ロボットも、先の第1実施例の脚5を具えるものと同様に、女性型のものであり、身長158cm、バッテリ込み体重43kgで、日本人青年女性の平均的体型に極めて近いプロポーション(長さに対する太さの比率)を有している。そしてこの人型歩行ロボットの腰から下の部分である下半身は、図示しない上半身すなわち胸と頭と左右の腕とに胸を介して繋がる腰関節1と、その腰関節1を支持する腰フレーム2と、腰フレーム2の左右側部に設けられた二つの股関節4と、それらの股関節4を介して腰フレーム2にそれぞれ連結された二本の脚5とを具えており、それらの脚5が各々上記第3実施例の脚を構成している。
This humanoid walking robot is also of a female type, similar to the one having the
ここで、腰関節1と二つの股関節4とは、互いに同一の関節ユニット6を用いてそれぞれ構成されており、この関節ユニット6は先の第1実施例におけると同様の構成を有しているので、ここでは詳細な説明を省略する。これにより腰関節1は、腰ヨー軸用モータと関節ユニット6のロール軸用モータおよびピッチ軸用モータとの作動により、腰フレーム2に対し上半身を、腰ヨー軸線Y1周り、腰ロール軸線R1周りおよび腰ピッチ軸線P1周りに三自由度で回動させることができ、また各股関節4は、股ヨー軸用モータと関節ユニット6のロール軸用モータおよびピッチ軸用モータとの作動により、腰フレーム2に対し各脚5を、股ヨー軸線Y2周り、股ロール軸線R2周りおよび股ピッチ軸線P2周りに三自由度で回動させることができる。
Here, the
そして二本の脚5も各々、先の第1実施例におけると同様、大腿フレーム7と、下腿フレーム8と、足9とを具えるとともに、大腿フレーム7と下腿フレーム8とを連結する膝関節10と、下腿フレーム8と足9とを連結する足首関節11と、下腿フレーム8と足首関節11との間に介挿されたギヤボックス12とを具え、さらに先の第1,第2実施例と異なり下腿フレーム8と膝関節10との間に介挿された連結フレーム15を具えており、これら大腿フレーム7と下腿フレーム8と足9と膝関節10と足首関節11とギヤボックス12と連結フレーム15との構成は、大腿フレーム7が各々下方に向かって内向きに傾斜して左右対称をなしている点と、足9が各々足首関節11から内側よりも外側へより大きく広がって左右対称をなしている点とを除けば、二本の脚5で互いに同一とされている。
Each of the two
ここで、スリム化および軽量化に加えて内部でのモータ等の配線の引き回しのために、大腿フレーム7はカバーと組み合わされて、また下腿フレーム8はそれ自体で、各々概略角筒状に形成され、そして連結フレーム15は、互いに平行に延在する左側壁部材15aおよび右側壁部材15bによって構成されており、膝関節10は、大腿フレーム7の下端面に結合された左ブラケット10aおよび右ブラケット10bと、連結フレーム15の上端面に結合されてそれら左右ブラケット10a,10bを図示しない中空軸を介しこの人型歩行ロボットの左右方向へ延在する膝ピッチ軸線P3周りに回動可能に支持するL字状の下ブラケット10cと、大腿フレーム7の下端面と下ブラケット10cとの間にこの人型歩行ロボットの左右方向へ軸線が延在する向きで配置されて左右ブラケット10a,10bで支持された膝ピッチ軸用モータ10dと、左ブラケット10aに設けられて入力要素を平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構により膝ピッチ軸用モータ10dの出力軸に駆動結合されるとともに出力要素を下ブラケット10cに結合された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ10eとを有している。これにより膝関節10は、膝ピッチ軸用モータ10dの作動により、大腿フレーム7に対し連結フレーム15ひいては下腿フレーム8を膝ピッチ軸線P3周りに一自由度で回動させることができる。
Here, in addition to slimming and weight reduction, the
図13(a),(b)および(c)は、上記第3実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す正面図、側面図および背面図、図14(a),(b)および(c)は、上記第3実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す、図13中のG−G線、H−H線およびI−I線にそれぞれ沿う断面図、そして図15(a)および(b)は、上記第3実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す斜視図および透視図である。 FIGS. 13A, 13B and 13C are a front view, a side view and a rear view showing the legs of the humanoid walking robot leg of the third embodiment from the lower leg to the foot, and FIGS. b) and (c) are cross sections taken along lines G-G, H-H and II, respectively, in FIG. 13, showing the legs of the humanoid walking robot according to the third embodiment from the lower leg to the foot. FIGS. 15A and 15B are a perspective view and a perspective view showing the legs of the humanoid walking robot according to the third embodiment from the lower leg to the foot, respectively.
これらの図に示すように、この第3実施例の脚5の足首関節11も、下腿フレーム8の下端面にギヤボックス12を介してそれぞれ結合された左ブラケット11aおよび右ブラケット11bと、それら左右ブラケット11a,11bをこの人型歩行ロボットの左右方向へ延在する足首ピッチ軸線P4周りに回動可能に支持する、関節部材としての、概略球殻状の上半部と概略筒状の下半部とを持つ連結部材11cと、その連結部材11cをこの人型歩行ロボットの前後方向へ延在する足首ロール軸線R3周りに回動可能に支持する前ブラケット11dおよび後ブラケット11eと、足首ピッチ軸線P4と足首ロール軸線R3との交点を通ってそれらと直交する足9の支持中心軸線C1の周囲に周方向に等間隔に配置された三本の弾性ブッシュ11fと、それらの弾性ブッシュ11fを介して足9に弾性支持されるとともに力センサ11gを介して前後ブラケット11d,11eに結合された足首基台11hとを有している。
As shown in these drawings, the
加えてこの第3実施例の脚5の足首関節11は、第1実施例におけると異なる足首ピッチ軸駆動系13と、第1実施例におけると同様の足首ロール軸駆動系14とを有している。すなわち、足首ピッチ軸駆動系13は、連結フレーム15にその左右方向に沿ってそれぞれ軸線が延在するように上下に並べて配置された第1の同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ13iおよび第1のモータとしての足首ピッチ軸用モータ13aを有するとともに、その足首ピッチ軸用モータ13aの出力要素としての出力軸とハーモニックドライブ13iの入力要素とを駆動結合する第1の平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構13dを有しており、ハーモニックドライブ13iは、連結フレーム15の右側壁部材15bを貫通してその右側壁部材15bで支持され、また足首ピッチ軸用モータ13aは、連結フレーム15の左右側壁部材15a,15bを貫通してその右側壁部材15bで支持されている。さらに足首ピッチ軸駆動系13は、左右側壁部材15a,15bの間に配置されてハーモニックドライブ13iの出力要素に基部を結合されるとともに先端部を左右側壁部材15a,15bの後方へ突出させた駆動アーム13jを有している。
In addition, the
また足首ロール軸駆動系14は、下腿フレーム8内に、その下腿フレーム8の長手方向に沿って軸線が延在するように配置された第2のモータとしての足首ロール軸用モータ14aを有するとともに、下腿フレーム8の下端面に固定されたギヤボックス12の側部に、軸線が足首ピッチ軸線P4と平行に延在するようにそのギヤボックス12を貫通して回転可能に支持された第1の中間軸14bを有し、さらにギヤボックス12内に、足首ロール軸用モータ14aの出力要素としての出力軸と第1の中間軸14bとを駆動結合する第1の交差軸型伝動機構としてのベベルギヤ組14cを有している。
The ankle roll
さらに足首ピッチ軸駆動系13は、ギヤボックス12の後方に、連結部材11cの、足首ピッチ軸線P4上から後方へ外れた部位を駆動アーム13jの先端部に連結するリンク部材としての連結ロッド13hを有し、また足首ロール駆動系14は、足首ロール軸線R3上で連結部材11cの前部に配置されるとともに出力要素を前ブラケット11dに結合された第2の同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ14dと、連結部材11cの足首ピッチ軸線P4上の位置とその足首ピッチ軸線P4上からハーモニックドライブ14d側と反対の側である後方へ外れた位置とにそれぞれ回転可能にかつ互いに平行に支持された第2の中間軸14eおよび第3の中間軸14fと、それら第2の中間軸14eと第3の中間軸14fとを駆動結合する第2の平行軸型伝動機構としてのスパーギヤ組14gと、上記第1の中間軸14bと第2の中間軸14eとを駆動結合する第3の平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構14hと、ハーモニックドライブ14dの入力要素と第3の中間軸14fとを駆動結合する第2の交差軸型伝動機構としてのベベルギヤ組14iとを有している。
Further, the ankle pitch
上述したこの第3実施例の脚5にあっては、連結フレーム15に配置された足首ピッチ軸用モータ13aの出力軸が、同じく連結フレーム15に配置されたハーモニックドライブ13iの入力要素を、ベルト式伝動機構13dを介して駆動し、それによりハーモニックドライブ13iの出力要素に結合された駆動アーム13jが揺動駆動されて、下腿フレーム8に足首関節11の足首ピッチ軸線P4周りに揺動可能に支持された連結部材11cの足首ピッチ軸線P4上から外れた部位を、連結ロッド13hを介して押し引きし、その連結部材11cに足首関節11の足首ロール軸線R3周りに揺動可能に支持された足9を足首ピッチ軸線P4周りに揺動させる。
In the
また、下腿フレーム8に配置された足首ロール軸用モータ14aの出力軸が、下腿フレーム8の下端に固定されたギヤボックス12に回転可能に支持された第1の中間軸14bを、ベベルギヤ組14cを介して駆動し、それにより回転駆動された第1の中間軸14bが、連結部材11cの足首ピッチ軸線P4上の位置に回転可能に支持された第2の中間軸14eを、ベルト式伝動機構14hを介して駆動し、それにより回転駆動された第2の中間軸14eが、連結部材11cの足首ピッチ軸線P4上から外れた位置に第2の中間軸14eと平行に支持された第3の中間軸14fを、スパーギヤ組14gを介して駆動し、それにより回転駆動された第3の中間軸14fが、足首ロール軸線R3上に配置されて出力要素を足9に結合されたハーモニックドライブ14dの入力要素を、ベベルギヤ組14iを介して回転駆動し、足9を足首ロール軸線R3周りに揺動させる。
Further, the output shaft of the ankle
さらにこの第3実施例の脚5にあっては、下腿フレーム8に足首ロール軸用モータ14aが、その軸線が下腿フレーム8の長手方向に沿って延在するように配置されていて、その足首ロール軸用モータ14aの出力軸が、下腿フレーム8の下端に固定されたギヤボックス12に配置された第1の中間軸14bにベベルギヤ組14cにより駆動結合されているので、足首ロール軸用モータ14aを横向きに配置した場合より下腿の下部が細く構成される。
Furthermore, in the
加えてこの第3実施例の脚5にあっては、連結部材11cの、足首ピッチ軸線P4上の位置に第2の中間軸14cが配置されるとともに、連結部材11cの、足首ピッチ軸線P4上から後方へ外れた位置に、第2の中間軸14cからスパーギヤ組14gにより伝動される第3の中間軸14fが配置され、その第3の中間軸14fが、足首ロール軸線R3上に配置されたハーモニックドライブ14dの入力要素にベベルギヤ組14iを介して伝動するので、そのベベルギヤ組14iが足首関節11の中心付近から後方へ外れ、その分ハーモニックドライブ14dが足首関節11の中心付近へ向けて引っ込むため、ベベルギヤ組14iを足首関節11の中心付近に配置した場合より足首が細く構成される。
In addition, in the
従って、この第3実施例の脚5を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、腰関節1で腰フレーム2に対し図示しない上半身を、腰ヨー軸線Y1周り、腰ロール軸線R1周りおよび腰ピッチ軸線P1周りに三自由度で回動させることができ、また股関節4で腰フレーム2に対し二本の脚5をそれぞれ、股ヨー軸線Y2周り、股ロール軸線R2周りおよび股ピッチ軸線P2周りに三自由度で回動させることができ、さらに膝関節10で大腿フレーム7に対し下腿フレーム8を、膝ピッチ軸線P3周りに一自由度で回動させることができ、そして足首関節11で下腿フレーム8に対し足9を、足首ピッチ軸線P4および足首ロール軸線R3周りに二自由度で揺動させることができるので、人型歩行ロボットの自然な歩行動作を実現することができ、しかも脚5の大腿から足首に亘り、特に上述した下腿の下部および足首の細い構成により下腿の下部から足首に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。
Therefore, according to the lower body of the humanoid walking robot having the
さらに、この第3実施例の脚5を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、下腿フレーム8を連結部材11cで足首ピッチ軸線P4周りに揺動可能に支持するとともに、その連結部材11cを足9で足首ロール軸線R3周りに揺動可能に支持することから、ハーモニックドライブ13iの出力要素に結合された駆動アーム13jおよび、その駆動アーム13jと連結部材11cとを連結する連結ロッド13hが、足首関節11のピッチ軸を駆動するために下腿の後側に位置するので、横断面形状が前後方向に細長い人の脚、特に女性の脚に近いプロポーションを実現することができる。
Furthermore, according to the lower half of the humanoid walking robot having the
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述した実施例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更することができるものであり、例えば、上記実施例の脚を具える人型歩行ロボットは、女性型でなく顔および体型が人の男性に似ている男性型のものでも良く、また上記人型歩行ロボットの各関節の自由度は、歩行動作に支障のない範囲で適宜増減させても良い。なお、この発明の構成は、その足を手に、足首関節を手首関節に、下腿を前腕(または下腕)にそれぞれ変更することで、人型ロボットの腕、特に前腕(または下腕)および手首にも容易に適用することができる。 Although the present invention has been described above based on the illustrated examples, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed within the scope of the claims. The humanoid walking robot with legs may be of a male type that is similar to a human male in terms of face and body shape, not a female type, and the degree of freedom of each joint of the above humanoid walking robot will interfere with walking motion. You may increase / decrease suitably in the range which does not have. The configuration of the present invention is to change the arm of the humanoid robot, particularly the forearm (or lower arm) and the arm of the humanoid robot by changing the foot to the hand, the ankle joint to the wrist joint, and the lower leg to the forearm (or lower arm). It can be easily applied to the wrist.
かくしてこの発明の人型歩行ロボット用脚の第1の態様によれば、足を足首関節で、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させることができるとともに、下腿の上部から下部に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。 Thus, according to the first aspect of the leg for the humanoid walking robot of the present invention, the foot can be swung around the pitch axis and the roll axis that are orthogonal to each other at the ankle joint, and from the upper part to the lower part of the lower leg. Thus, a slim proportion close to a human leg, particularly a female leg, with a small ratio of thickness to length can be realized.
またこの発明の人型歩行ロボット用脚の第2の態様によれば、足を足首関節で、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させることができるとともに、下腿の下部から足首に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。 According to the second aspect of the leg for a humanoid walking robot of the present invention, the foot can be swung around the pitch axis and the roll axis perpendicular to each other at the ankle joint, and from the lower part of the lower leg to the ankle. Thus, a slim proportion close to a human leg, particularly a female leg, with a small ratio of thickness to length can be realized.
そしてこの発明の人型歩行ロボット用脚の第3の態様によれば、足を足首関節で、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させることができるとともに、下腿の上部から足首に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。 According to the third aspect of the leg for the humanoid walking robot of the present invention, the foot can be swung around the pitch axis and the roll axis perpendicular to each other at the ankle joint, and from the upper part of the lower leg to the ankle. Thus, a slim proportion close to a human leg, particularly a female leg, with a small ratio of thickness to length can be realized.
1 腰関節
2 腰フレーム
4 股関節
5 脚
6 関節ユニット
6a 上部ベース
6b 前ブラケット
6c 後ブラケット
6d 連結部材
6e 左ブラケット
6f 右ブラケット
6g ロール軸用モータ
6h,6i ハーモニックドライブ
7 大腿フレーム
8 下腿フレーム
9 足
10 膝関節
10a 左ブラケット
10b 右ブラケット
10c 下ブラケット
10d 膝ピッチ軸用モータ
10e ハーモニックドライブ
11 足首関節
11a 左ブラケット
11b 右ブラケット
11c 連結部材
11d 前ブラケット
11e 後ブラケット
11f 弾性ブッシュ
11g 力センサ
11h 足首基台
12 ギヤボックス
13 足首ピッチ軸駆動系
13a 足首ピッチ軸用モータ
13b ねじ式直線駆動機構
13c ねじ軸
13d ベルト式伝動機構
13e ボール循環式ナット
13f 駆動ロッド
13g 摺動部材
13h 連結ロッド
13i ハーモニックドライブ
13j 駆動アーム
14 足首ロール軸駆動系
14a 足首ロール軸用モータ
14b 第1の中間軸
14c ベベルギヤ組
14d ハーモニックドライブ
14e 第2の中間軸
14f 第3の中間軸
14g スパーギヤ組
14h ベルト式伝動機構
14i ベベルギヤ組
15 連結フレーム
15a 左側壁部材
15b 右側壁部材
P1 腰ピッチ軸線
R1 腰ロール軸線
Y1 腰ヨー軸線
P2 股ピッチ軸線
R2 股ロール軸線
Y2 股ヨー軸線
P3 膝ピッチ軸線
P4 足首ピッチ軸線
R3 足首ロール軸線
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記下腿の上部に第1のモータとねじ式直線駆動機構とをそれらの軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置して、前記第1のモータの出力要素と前記ねじ式直線駆動機構の入力要素とを第1の平行軸型伝動機構により駆動結合し、
前記下腿の下部に、第2のモータをその軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置するとともに、第1の中間軸をその軸線が前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線と平行に延在するように回転可能に支持して、前記第2のモータの出力要素と前記第1の中間軸とを第1の交差軸型伝動機構により駆動結合し、
前記下腿に関節部材を、前記一方の軸線周りに揺動可能に支持するとともに、その関節部材に前記足を、前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持し、
前記他方の軸線上に同軸型減速機を配置してその出力要素を前記足に結合し、
前記関節部材の、前記一方の軸線上から外れた部位と前記ねじ式直線駆動機構の出力要素とをリンク部材によって連結し、
前記関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第2の中間軸を回転可能に支持するとともに、前記第1の中間軸と前記第2の中間軸とを第2の平行軸型伝動機構により駆動結合し、
前記同軸型減速機の入力要素と前記第2の中間軸とを第2の交差軸型伝動機構により駆動結合したことを特徴とする、人型歩行ロボット用脚。 In the legs of a humanoid walking robot that swings the legs of the humanoid walking robot around the pitch axis and roll axis perpendicular to the lower leg at the ankle joint,
The first motor and the screw type linear drive mechanism are arranged on the upper part of the lower leg so that their axes extend along the longitudinal direction of the lower leg, and the output element of the first motor and the screw type The input element of the linear drive mechanism is drivingly coupled by the first parallel shaft type transmission mechanism,
A second motor is arranged at the lower part of the lower leg such that its axis extends along the longitudinal direction of the lower leg, and the first intermediate axis is arranged between the pitch axis and the roll axis of the ankle joint. The first motor is coupled to the output element of the second motor and the first intermediate shaft by a first cross-axis transmission mechanism, rotatably supported so as to extend parallel to one of the axes,
The joint member is supported on the lower leg so as to be swingable around the one axis, and the foot is supported on the joint member so as to be swingable around the other axis of the pitch axis and the roll axis of the ankle joint. And
A coaxial speed reducer is disposed on the other axis and its output element is coupled to the foot,
A portion of the joint member that is off the one axis and an output element of the screw-type linear drive mechanism are connected by a link member,
A second intermediate shaft is rotatably supported at a position on the one axis line of the joint member, and the first intermediate shaft and the second intermediate shaft are supported by a second parallel shaft transmission mechanism. Drive coupled,
A leg for a humanoid walking robot, wherein an input element of the coaxial reduction gear and the second intermediate shaft are drivingly coupled by a second cross-axis transmission mechanism.
前記下腿の上部に第1のモータと第1の同軸型減速機とをそれらの軸線が互いに平行にかつ前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線と平行に延在するように配置して、前記第1のモータの出力要素と前記第1の同軸型減速機の入力要素とを第1の平行軸型伝動機構により駆動結合し、
前記下腿の下部に、第2のモータをその軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置するとともに、第1の中間軸をその軸線が前記一方の軸線と平行に延在するように回転可能に支持して、前記第2のモータの出力要素と前記第1の中間軸とを第1の交差軸型伝動機構により駆動結合し、
前記下腿に関節部材を、前記一方の軸線周りに揺動可能に支持するとともに、その関節部材に前記足を、前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持し、
前記他方の軸線上に第2の同軸型減速機を配置してその出力要素を前記足に結合し、
前記関節部材の、前記一方の軸線上から外れた部位と前記第1の同軸型減速機の出力要素に設けたアームとをリンク部材によって連結し、
前記関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第2の中間軸を回転可能に支持するとともに、前記関節部材の、前記一方の軸線上から前記第2の同軸型減速機の側と反対の側へ外れた位置に前記第2の中間軸と平行に第3の中間軸を回転可能に支持して、それら第2の中間軸と第3の中間軸とを第2の平行軸型伝動機構により駆動結合し、
前記第1の中間軸と前記第2の中間軸とを第3の平行軸型伝動機構により駆動結合するとともに、前記第2の同軸型減速機の入力要素と前記第3の中間軸とを第2の交差軸型伝動機構により駆動結合したことを特徴とする、人型歩行ロボット用脚。 In the legs of a humanoid walking robot that swings the legs of the humanoid walking robot around the pitch axis and roll axis perpendicular to the lower leg at the ankle joint,
The first motor and the first coaxial speed reducer are arranged on the upper part of the lower leg so that their axes are parallel to each other and extend parallel to one of the pitch axis and the roll axis of the ankle joint. Then, the output element of the first motor and the input element of the first coaxial reduction gear are drivingly coupled by a first parallel shaft type transmission mechanism,
A second motor is arranged at the lower part of the lower leg such that its axis extends along the longitudinal direction of the lower leg, and the first intermediate axis extends parallel to the one axis. The output element of the second motor and the first intermediate shaft are drive-coupled by a first cross-axis transmission mechanism,
The joint member is supported on the lower leg so as to be swingable around the one axis, and the foot is supported on the joint member so as to be swingable around the other axis of the pitch axis and the roll axis of the ankle joint. And
Placing a second coaxial reducer on the other axis and coupling its output element to the foot;
A portion of the joint member deviated from the one axis and an arm provided on an output element of the first coaxial speed reducer are connected by a link member,
A second intermediate shaft is rotatably supported at a position on the one axis of the joint member, and opposite to the second coaxial speed reducer side from the one axis of the joint member. A third intermediate shaft is rotatably supported in parallel with the second intermediate shaft at a position deviated to the side, and the second intermediate shaft and the third intermediate shaft are connected to a second parallel shaft type transmission mechanism. Driven by
The first intermediate shaft and the second intermediate shaft are drive-coupled by a third parallel shaft type transmission mechanism, and the input element of the second coaxial type reduction gear and the third intermediate shaft are connected to each other. A leg for a humanoid walking robot, characterized in that it is drive-coupled by two cross-axis transmission mechanisms.
前記下腿の上部に第1のモータとねじ式直線駆動機構とをそれらの軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置して、前記第1のモータの出力要素と前記ねじ式直線駆動機構の入力要素とを第1の平行軸型伝動機構により駆動結合し、
前記下腿の下部に、第2のモータをその軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置するとともに、第1の中間軸をその軸線が前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線と平行に延在するように回転可能に支持して、前記第2のモータの出力要素と前記第1の中間軸とを第1の交差軸型伝動機構により駆動結合し、
前記下腿に関節部材を、前記一方の軸線周りに揺動可能に支持するとともに、その関節部材に前記足を、前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持し、
前記他方の軸線上に同軸型減速機を配置してその出力要素を前記足に結合し、
前記関節部材の、前記一方の軸線上から外れた部位と前記ねじ式直線駆動機構の出力要素とをリンク部材によって連結し、
前記関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第2の中間軸を回転可能に支持するとともに、前記関節部材の、前記一方の軸線上から前記同軸型減速機の側と反対の側へ外れた位置に前記第2の中間軸と平行に第3の中間軸を回転可能に支持して、それら第2の中間軸と第3の中間軸とを第2の平行軸型伝動機構により駆動結合し、
前記第1の中間軸と前記第2の中間軸とを第3の平行軸型伝動機構により駆動結合するとともに、前記同軸型減速機の入力要素と前記第3の中間軸とを第2の交差軸型伝動機構により駆動結合したことを特徴とする、人型歩行ロボット用脚。 In the legs of a humanoid walking robot that swings the legs of the humanoid walking robot around the pitch axis and roll axis perpendicular to the lower leg at the ankle joint,
The first motor and the screw type linear drive mechanism are arranged on the upper part of the lower leg so that their axes extend along the longitudinal direction of the lower leg, and the output element of the first motor and the screw type The input element of the linear drive mechanism is drivingly coupled by the first parallel shaft type transmission mechanism,
A second motor is arranged at the lower part of the lower leg such that its axis extends along the longitudinal direction of the lower leg, and the first intermediate axis is arranged between the pitch axis and the roll axis of the ankle joint. The first motor is coupled to the output element of the second motor and the first intermediate shaft by a first cross-axis transmission mechanism, rotatably supported so as to extend parallel to one of the axes,
The joint member is supported on the lower leg so as to be swingable around the one axis, and the foot is supported on the joint member so as to be swingable around the other axis of the pitch axis and the roll axis of the ankle joint. And
A coaxial speed reducer is disposed on the other axis and its output element is coupled to the foot,
A portion of the joint member that is off the one axis and an output element of the screw-type linear drive mechanism are connected by a link member,
A second intermediate shaft is rotatably supported at a position on the one axis of the joint member, and is disengaged from the one axis on the opposite side to the coaxial reduction gear. A third intermediate shaft is rotatably supported at a position parallel to the second intermediate shaft, and the second intermediate shaft and the third intermediate shaft are driven and coupled by a second parallel shaft type transmission mechanism. And
The first intermediate shaft and the second intermediate shaft are drive-coupled by a third parallel shaft type transmission mechanism, and the input element of the coaxial reduction gear and the third intermediate shaft are connected at a second intersection. A leg for a humanoid walking robot, characterized by being driven and coupled by an axial transmission mechanism.
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