JP5528916B2

JP5528916B2 - Robot and external force detection mechanism of robot

Info

Publication number: JP5528916B2
Application number: JP2010141252A
Authority: JP
Inventors: 進宮崎
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2030-06-22
Also published as: JP2012006087A

Description

本発明は、ロボット及びロボットの外力検出機構に関する。 The present invention relates to a robot and a robot external force detection mechanism.

アクチュエータにより駆動される関節を有するロボットが知られている。例えば、特許文献１には、複数箇所の外装表面に接触検知部が配置された２脚歩行式人型ロボットが開示されている。接触検知部は、外装表面を構成する外装部と、この外装部に作用する圧力を検知する圧力センサと、外装部に作用する衝撃を緩和する衝撃吸収材とから構成されている。そして、圧力センサの検知信号から判別した転倒した状態に対する動作パターンに基づいて転倒後の起き上がり動作を行うように、関節駆動用モータ（アクチュエータ）が制御される。 A robot having a joint driven by an actuator is known. For example, Patent Document 1 discloses a biped walking humanoid robot in which contact detection units are arranged on a plurality of exterior surfaces. The contact detection part is comprised from the exterior part which comprises the exterior surface, the pressure sensor which detects the pressure which acts on this exterior part, and the impact absorber which relieves the impact which acts on an exterior part. Then, the joint drive motor (actuator) is controlled so as to perform the rising operation after the fall based on the operation pattern for the fall state determined from the detection signal of the pressure sensor.

特許第３６８２５２５号公報Japanese Patent No. 3682525

上記特許文献１に開示されたロボットにおいては、圧力センサの検知信号から転倒した状態を判別すればよいので、外装部に作用する外力の有無を検知すれば十分であり、ロボットに対する外力の大きさや入力方向を正確に検出する必要はない。 In the robot disclosed in Patent Document 1, it is sufficient to determine the fall state from the detection signal of the pressure sensor. Therefore, it is sufficient to detect the presence or absence of an external force acting on the exterior portion. There is no need to accurately detect the input direction.

しかしながら、ロボットに予期しない外力が作用されたとき転倒回避動作を行うためには、外力の大きさや入力方向を正確に検出する必要が生じる。 However, in order to perform the fall avoidance operation when an unexpected external force is applied to the robot, it is necessary to accurately detect the magnitude and input direction of the external force.

本発明は、以上の点に鑑み、ロボットに対する外力の大きさや入力方向を正確に検出することが可能なロボット及びロボットの外力検出機構を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a robot capable of accurately detecting the magnitude and input direction of an external force applied to the robot and a robot external force detection mechanism.

本発明のロボットは、上部上体と基体である下部上体とが連結軸を介して揺動可能に連結された関節を有するロボットであって、前記関節を駆動するアクチュエータと、軸心が前記連結軸と同軸となるように配置された外力入力部を有し、前記上部上体から前記下部上体に作用する外力を検出する第１の力覚センサと、前記ロボットの外装に形成された隆起部の内部に配置され、該隆起部の表面に作用する外力を検出する第２の力覚センサと、前記第１及び第２の力覚センサの検出値に基づいて前記関節の動作を決定する動作決定部と、前記動作決定部が決定した前記関節の動作に基づいて、前記アクチュエータへの駆動指令を生成する駆動指令生成部とを備えることを特徴とする。 The robot of the present invention is a robot having a joint in which an upper upper body and a lower upper body as a base are swingably connected via a connecting shaft, the actuator driving the joint, A first force sensor having an external force input portion arranged so as to be coaxial with the connecting shaft, and detecting an external force acting on the lower upper body from the upper upper body ; and formed on an exterior of the robot A second force sensor that is disposed inside the raised portion and detects an external force acting on the surface of the raised portion, and the movement of the joint is determined based on detection values of the first and second force sensors. And a drive command generation unit that generates a drive command to the actuator based on the motion of the joint determined by the motion determination unit.

本発明のロボットによれば、第１の力覚センサは、その外力入力部の軸心が関節の連結軸と同軸となるように配置され、関節を介して連結された一方の部材である上部上体から他方の部材である下部上体に作用する外力を検出する。これら部材は連結軸を介して揺動可能に連結されており、一方の部材から他方の部材に作用する外力は連結軸を介して作用される。そのため、第１の力覚センサの検出値から、一方の部材から他方の部材に作用する外力を正確に検出することができる。よって、第１の力覚センサの検出値に基づき、予期しない外力によりロボットがバランスを崩すことを回避させるように動作決定部が関節の動作を決定することにより、ロボットがバランスを崩すことを回避させることが可能となる。 According to the robot of the present invention, the first force sensor is arranged so that the axis of the external force input portion is coaxial with the joint connecting shaft, and is an upper portion that is one member connected through the joint. detecting the external force acting on the lower body which is the other member from the body. These members are swingably connected via a connecting shaft, and an external force acting on one member from the other member is applied via the connecting shaft. Therefore, it is possible to accurately detect an external force that acts on the other member from one member based on the detection value of the first force sensor. Therefore, based on the detection value of the first force sensor, the motion determination unit determines the motion of the joint so as to prevent the robot from losing balance due to an unexpected external force, thereby preventing the robot from losing balance. It becomes possible to make it.

さらに、前記一方の部材に直接作用される外力に限らず、当該部材に直接的及び間接的に連結された部材に作用される外力も、第１の力覚センサを用いて検出することができる。そのため、基体である下部上体に影響を及ぼす外力を検出することができ、ロボットがバランスを崩すことをより効果的に回避させることが可能となる。なお、第１の力覚センサは、３軸力覚センサや６軸力覚センサ等の多軸力覚センサであることが好ましいが、１軸力覚センサであってもよい。 Further, not only the external force directly acting on the one member but also the external force acting on the member directly and indirectly connected to the member can be detected using the first force sensor. . Therefore, it is possible to detect an external force that affects the lower upper body , which is the base body, and it is possible to more effectively avoid the robot from losing balance. The first force sensor is preferably a multi-axis force sensor such as a 3-axis force sensor or a 6-axis force sensor, but may be a 1-axis force sensor.

さらに、ロボットの外装に形成された隆起部は、ロボットが移動動作等をするとき障害物等の外環境に接触しやすく、人間等の外物がロボットに接触等するとき外物に接触しやすい。そして、第２の力覚センサは、この隆起部の内部に配置され、隆起部の表面に作用する外力を検出するので、外環境や外物から作用される外力を検出しやすい。よって、第２の力覚センサの検出値に基づき、予期しない外力によりロボットがバランスを崩すことを回避させるように動作決定部が関節の動作を決定することにより、ロボットがバランスを崩すことを回避させることが可能となる。なお、第２の力覚センサは、１軸力覚センサ（圧力センサ）で十分であるが、３軸力覚センサや６軸力覚センサ等の多軸力覚センサであってもよい。 Furthermore, the raised portion formed on the exterior of the robot is likely to come into contact with an external environment such as an obstacle when the robot is moving, etc., and is likely to come into contact with an external object when an external object such as a human is in contact with the robot. . And since the 2nd force sensor is arranged inside this bulge part and detects the external force which acts on the surface of a bulge part, it is easy to detect the external force applied from an external environment or an external object. Therefore, based on the detection value of the second force sensor, the motion determination unit determines the motion of the joint so as to prevent the robot from losing balance due to an unexpected external force, thereby preventing the robot from losing balance. It becomes possible to make it. Note that a single-axis force sensor (pressure sensor) is sufficient as the second force sensor, but a multi-axis force sensor such as a 3-axis force sensor or a 6-axis force sensor may be used.

本発明の外力検出機構は、上部上体と基体である下部上体とが連結軸を介して揺動可能に連結された関節を有するロボットの外力検出機構であって、前記関節を駆動するアクチュエータと、軸心が前記連結軸と同軸となるように配置された外力入力部を有し、前記上部上体から前記下部上体に作用する外力を検出する多軸力覚センサとを備えることを特徴とする。 Outer force detecting mechanism of the present invention is a external force detection mechanism of a robot and a lower body which is the upper body and the base body has a pivotally linked joint through the connecting shaft, for driving the joint An actuator, and an external force input unit arranged so that an axis is coaxial with the connecting shaft, and a multi-axis force sensor for detecting an external force acting on the lower body from the upper body. It is characterized by.

この外力検出機構によれば、多軸力覚センサは、その外力入力部の軸心が関節の連結軸と同軸となるように配置され、関節を介して連結された一方の部材である上部上体から他方の部材である下部上体に作用する外力を検出する。そのため、多軸力覚センサの検出値から、一方の部材から他方の部材に作用する外力を正確に検出することができる。また、前記一方の部材に直接作用される外力に限らず、当該部材に直接的及び間接的に連結された部材に作用される外力も、多軸力覚センサを用いて検出することができる。 According to this external force detection mechanism, the multi-axis force sensor is arranged so that the axis of the external force input portion is coaxial with the joint connection axis, and is an upper member that is one member connected via the joint. detecting the external force acting from the body to the lower body which is the other member. Therefore, it is possible to accurately detect an external force acting on one member from the other member based on the detection value of the multi-axis force sensor. Further, not only the external force directly acting on the one member but also the external force acting on a member directly and indirectly connected to the member can be detected using a multi-axis force sensor.

本発明の実施形態に係るロボットの概略構成を示す斜視図。1 is a perspective view showing a schematic configuration of a robot according to an embodiment of the present invention. 上部上体と下部上体とを連結する関節の概略構成を示す部分側断面図。The fragmentary sectional side view which shows schematic structure of the joint which connects an upper upper body and a lower upper body. 上部上体の胸部の概略構成を示す部分縦断面図。The fragmentary longitudinal cross-section which shows schematic structure of the chest of an upper body. 肩部の概略構成を示す部分側断面図。The partial sectional side view which shows schematic structure of a shoulder part. 制御ユニットの構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of the control unit 制御ユニットの機能的構成を示すブロック図Block diagram showing the functional configuration of the control unit

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

まず、図１を参照して、本発明のロボットの実施形態であるロボット１の全体構成について説明する。 First, an overall configuration of a robot 1 that is an embodiment of the robot of the present invention will be described with reference to FIG.

ロボット１は、２足歩行人型移動ロボットであり、上体２４から下方に延設された左右一対の脚体（脚部リンク）２Ｒ，２Ｌを備える。上体２４は、上部上体２４１と、下部上体２４２とからなる。上部上体２４１と、下部上体２４２とは、関節７０によりＺ軸まわりに相対的に回動可能に連結されている。また、上部上体２４１は、関節７２，７４によりＸ軸まわり、Ｙ軸まわりにそれぞれ下部上体２４２に対して傾動可能とされている。 The robot 1 is a biped walking humanoid mobile robot, and includes a pair of left and right legs (leg links) 2R and 2L extending downward from the upper body 24. The upper body 24 includes an upper upper body 241 and a lower upper body 242. The upper upper body 241 and the lower upper body 242 are connected by a joint 70 so as to be relatively rotatable around the Z axis. The upper body 241 can be tilted with respect to the lower body 242 around the X axis and the Y axis by joints 72 and 74, respectively.

なお、本実施形態の説明では、符号Ｒ，Ｌはそれぞれ右側、左側の構成部材であることを意味する。また、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向は、水平面上で互いに直交する２軸方向であり、Ｘ軸方向はロボット１の前後方向（ロール軸方向）、Ｙ軸方向はロボット１の左右方向（ピッチ軸方向）に相当する。また、Ｚ軸方向は鉛直方向（重力方向）であり、ロボット１の上下方向（ヨー軸方向）に相当する。 In the description of the present embodiment, the symbols R and L mean right and left components, respectively. The X-axis direction and the Y-axis direction are two axial directions orthogonal to each other on the horizontal plane. The X-axis direction is the front-rear direction (roll axis direction) of the robot 1 and the Y-axis direction is the left-right direction (pitch axis) of the robot 1. Direction). The Z-axis direction is the vertical direction (gravity direction) and corresponds to the vertical direction (yaw axis direction) of the robot 1.

両脚体２Ｒ，２Ｌは同一構造であり、それぞれ６個の関節を備える。その６個の関節は上体２４側から順に、股（腰部）の回旋（回転）用（上体２４に対するヨー方向の回転用）の関節１０Ｒ，１０Ｌと、股（腰部）のロール方向（Ｘ軸まわり）の回転用の関節１２Ｒ，１２Ｌと、股（腰部）のピッチ方向（Ｙ軸まわり）の回転用の関節１４Ｒ，１４Ｌと、膝部のピッチ方向の回転用の関節１６Ｒ，１６Ｌと、足首のピッチ方向の回転用の関節１８Ｒ，１８Ｌと、足首のロール方向の回転用の関節２０Ｒ，２０Ｌとから構成される。 Both legs 2R and 2L have the same structure, and each has six joints. The six joints are, in order from the upper body 24 side, joints 10R and 10L for the rotation (rotation) of the crotch (waist) (for rotation in the yaw direction with respect to the upper body 24), and the roll direction (X Joints 12R and 12L for rotation around the axis), joints 14R and 14L for rotation in the pitch direction of the crotch (waist) (around the Y axis), and joints 16R and 16L for rotation in the pitch direction of the knee, The ankle pitch rotation joints 18R and 18L and the ankle roll rotation joints 20R and 20L are configured.

各脚体２Ｒ（Ｌ）の足首の２つの関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）の下部には、各脚体２Ｒ（Ｌ）の先端部を構成する足平２２Ｒ（Ｌ）が取着されるとともに、両脚体２Ｒ，２Ｌの最上位には、各脚体２Ｒ（Ｌ）の股の３つの関節１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）を介して上体２４が取り付けられている。上体２４の内部には、制御ユニット２６（図５参照）などが格納されている。 A foot 22R (L) constituting the tip of each leg 2R (L) is attached to the lower part of the two joints 18R (L) and 20R (L) of the ankle of each leg 2R (L). In addition, the upper body 24 is attached to the uppermost positions of both legs 2R, 2L via three joints 10R (L), 12R (L), 14R (L) of the crotch of each leg 2R (L). ing. In the upper body 24, a control unit 26 (see FIG. 5) and the like are stored.

上記構成の各脚体２Ｒ（Ｌ）においては、股関節（又は腰関節）は関節１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）から構成され、膝関節は関節１６Ｒ（Ｌ）から構成され、足関節（足首関節）は関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）から構成される。また股関節と膝関節とは大腿リンク２８Ｒ（Ｌ）で連結され、膝関節と足関節とは下腿リンク３０Ｒ（Ｌ）で連結される。 In each leg 2R (L) configured as described above, the hip joint (or the hip joint) is composed of joints 10R (L), 12R (L), and 14R (L), and the knee joint is composed of joint 16R (L). The ankle joint (ankle joint) is composed of joints 18R (L) and 20R (L). The hip joint and the knee joint are connected by a thigh link 28R (L), and the knee joint and the ankle joint are connected by a crus link 30R (L).

各脚体２Ｒ（Ｌ）の上記構成により、各脚体２の足平２２Ｒ（Ｌ）は、上体２４に対して６つの自由度を与えられている。そして、ロボット１の移動に際して両脚体２Ｒ，２Ｌを合わせて１２個の関節を適宜な角度で駆動することで、両足平２２Ｒ，２２Ｌの所望の運動を行うことができる。これによりロボット１は任意に３次元空間を移動することができる。 With the above-described configuration of each leg 2R (L), the foot 22R (L) of each leg 2 is given six degrees of freedom with respect to the upper body 24. Then, when the robot 1 is moved, the two legs 2R and 2L are combined and the 12 joints are driven at an appropriate angle, whereby the desired motion of both feet 22R and 22L can be performed. Thereby, the robot 1 can arbitrarily move in the three-dimensional space.

上体２４の上部の両側部には左右一対の腕体８０Ｒ，８０Ｌが取り付けられる。各腕体８０Ｒ（Ｌ）は、それに備える複数の関節によって、該腕体８０Ｒ（Ｌ）を上体２４に対して前後に振る等の運動を行うことが可能となっている。 A pair of left and right arm bodies 80R and 80L are attached to both sides of the upper portion of the upper body 24. Each arm body 80R (L) can perform a motion such as swinging the arm body 80R (L) back and forth with respect to the upper body 24 by a plurality of joints provided therein.

両腕体８０Ｒ，８０Ｌは同一構造であり、それぞれ４個の関節を備える。その４個の関節は上体２４側から順に、肩部のロール方向（Ｘ軸まわり）の回転用の関節８２Ｒ，８２Ｌと、肩部のピッチ方向（Ｙ軸まわり）の回転用の関節８４Ｒ，８４Ｌと、肘部のピッチ方向の回転用の関節８６Ｒ，８６Ｌと、手首のピッチ方向の回転用の関節８８Ｒ，８８Ｌとから構成される。各腕体８０Ｒ（Ｌ）の手首の関節８８Ｒ（Ｌ）の下部には、手部８９Ｒ（Ｌ）が設けられている。 Both arm bodies 80R and 80L have the same structure, and each has four joints. The four joints are, in order from the upper body 24 side, joints 82R and 82L for rotation in the roll direction of the shoulder (around the X axis) and joints 84R for rotation in the pitch direction of the shoulder (around the Y axis). 84L, elbow joints 86R and 86L for rotation in the pitch direction, and wrist joints 88R and 88L for rotation in the pitch direction of the wrist. A hand portion 89R (L) is provided below the wrist joint 88R (L) of each arm body 80R (L).

各腕体８０Ｒ（Ｌ）において、肩関節は関節８２Ｒ（Ｌ），８４Ｒ（Ｌ）から構成され、肘関節は関節８６Ｒ（Ｌ）から構成され、手根関節は関節８８Ｒ（Ｌ）から構成される。また肩関節と肘関節とは上部腕体８５Ｒ（Ｌ）で連結され、肘関節と手根関節とは下部腕体８７Ｒ（Ｌ）で連結されている。 In each arm body 80R (L), the shoulder joint is composed of joints 82R (L) and 84R (L), the elbow joint is composed of joint 86R (L), and the carpal joint is composed of joint 88R (L). The The shoulder joint and the elbow joint are connected by an upper arm body 85R (L), and the elbow joint and the carpal joint are connected by a lower arm body 87R (L).

上体２４の上端部には頭部９０が配置される。頭部９０は、上体２４に対して関節（図示略）のまわりに回動可能とされている。頭部９０には、ロボット１の周囲を撮像するカメラ９２が設けられている。 A head 90 is disposed at the upper end of the upper body 24. The head 90 is rotatable about a joint (not shown) with respect to the upper body 24. The head 90 is provided with a camera 92 that images the surroundings of the robot 1.

そして、各脚体２の足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）の下方には足平２２Ｒ（Ｌ）との間に公知の６軸力覚センサ３４が介装されている。この６軸力覚センサ３４は、各脚体２の足平２２Ｒ（Ｌ）の着地の有無、及び各脚体２に作用する床反力（接地荷重）などを検出するためのものであり、床反力の並進力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ並びにモーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの検出信号を制御ユニット２６に出力する。 A known 6-axis force sensor 34 is interposed between the foot 22R (L) and the ankle joints 18R (L), 20R (L) of each leg 2. The six-axis force sensor 34 is for detecting the presence or absence of the foot 22R (L) of each leg 2 and the floor reaction force (ground load) acting on each leg 2. Detection signals of the three-direction components Fx, Fy, Fz of the translational force of the floor reaction force and the three-direction components Mx, My, Mz of the moment are output to the control unit 26.

また、上体２４には、Ｚ軸（鉛直方向）に対する上体２４の傾き（姿勢角）とその角速度とを検出するための傾斜センサ３６が設置され、その検出信号が該傾斜センサ３６から制御ユニット２６に出力される。 The body 24 is provided with an inclination sensor 36 for detecting the inclination (posture angle) of the body 24 with respect to the Z axis (vertical direction) and its angular velocity, and the detection signal is controlled by the inclination sensor 36. It is output to the unit 26.

図２を参照して、上体２４には、本発明の第１の力覚センサに相当する６軸力覚センサ３８が配置されている。この６軸力覚センサ３８は、静電容量素子又は歪み抵抗素子等を利用した図示しないセンサチップが支持される固定台座部３８１と、外力が入力される円柱状の外力入力部３８２と、外力入力部３８２に入力された外力をセンサチップに伝達する図示しない伝達部とから構成され、伝達部から伝達された外力に応じてセンサチップが当該外力を検出する。尚、６軸力覚センサ３４は、起歪体に歪ゲージが貼付されたロードセルタイプのものであってもよい。 Referring to FIG. 2, a six-axis force sensor 38 corresponding to the first force sensor of the present invention is disposed on the upper body 24. The six-axis force sensor 38 includes a fixed base 381 on which a sensor chip (not shown) using a capacitance element or a strain resistance element is supported, a cylindrical external force input unit 382 to which an external force is input, and an external force. A transmission unit (not shown) that transmits an external force input to the input unit 382 to the sensor chip, and the sensor chip detects the external force according to the external force transmitted from the transmission unit. The 6-axis force sensor 34 may be a load cell type in which a strain gauge is attached to a strain body.

６軸力覚センサ３８は、外力入力部３８２の軸心が関節７０の連結軸７０１と同軸となるように配置され、連結軸７０１を介して連結される２つの部材のうちの一方の部材である上部上体２４１から他方の部材である下部上体２４２に作用する外力を検出する。連結軸７０１は、減速機付きの電動モータ（アクチュエータ）７０２の回転駆動がベルト７０３を介して伝達されＺ軸まわり（ヨー方向）に回転する駆動軸（出力軸）であり、上部上体２４１を下部上体２４２に対してＺ軸まわりに揺動可能に連結している。そして、固定台座３８１は下部上体２４２を構成するフレーム２４２ａに固定され、連結軸７０１はフレーム２４２ａに固定された軸受７０４に支持されている。一方、外力入力部３８２は、上部上体２４１の下部外殻を構成するフレーム２４１ａに固定されている。 The six-axis force sensor 38 is arranged so that the axis of the external force input unit 382 is coaxial with the connection shaft 701 of the joint 70, and is one of two members connected via the connection shaft 701. An external force acting on a lower upper body 242 which is the other member from an upper upper body 241 is detected. The connection shaft 701 is a drive shaft (output shaft) that rotates around the Z axis (yaw direction) when the rotational drive of the electric motor (actuator) 702 with a reduction gear is transmitted via the belt 703, and connects the upper body 241. The lower upper body 242 is connected to be swingable around the Z axis. The fixed base 381 is fixed to a frame 242a constituting the lower upper body 242, and the connecting shaft 701 is supported by a bearing 704 fixed to the frame 242a. On the other hand, the external force input unit 382 is fixed to a frame 241 a that constitutes the lower outer shell of the upper upper body 241.

６軸力覚センサ３８は、上部上体２４１を介して下部上体２４２に作用する外力を検出し、当該外力の並進力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ並びにモーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの検出信号を制御ユニット２６（図５参照）に出力する。 The six-axis force sensor 38 detects an external force acting on the lower body 242 via the upper body 241, and the three-direction components Fx, Fy, Fz of the translation force of the external force and the three-direction components Mx, My of the moment. , Mz detection signals are output to the control unit 26 (see FIG. 5).

また、図３を参照して、上部上体２４１の胸中央前面部には、本発明の第２の力覚センサに相当する力覚センサ４０が配置されている。力覚センサ４０は、公知の静電容量素子又は歪み抵抗素子等を利用した圧力センサ（１軸力覚センサ）である。 In addition, referring to FIG. 3, a force sensor 40 corresponding to the second force sensor of the present invention is disposed on the chest front surface of upper upper body 241. The force sensor 40 is a pressure sensor (single-axis force sensor) using a known capacitance element or strain resistance element.

力覚センサ４０は、上部上体２４１の胸部外殻を構成する外装カバー２４１ｂに形成された隆起部２４１ｃと、上部上体２４１の内部骨格を構成する内部フレーム２４１ｄとの間に配置されている。そして、力覚センサ４０の外力入力部４０１の前側には、隆起部２４１ｃの内面形状に沿って形成された部材４０２が当接している。なお、隆起部２４１ｃの内面と部材４０２との間にゴム等の弾性材からなる緩衝部材を設けてもよい。 The force sensor 40 is disposed between a raised portion 241 c formed on an exterior cover 241 b that forms a chest outer shell of the upper body 241 and an internal frame 241 d that forms an internal skeleton of the upper body 241. . A member 402 formed along the shape of the inner surface of the raised portion 241c is in contact with the front side of the external force input portion 401 of the force sensor 40. A buffer member made of an elastic material such as rubber may be provided between the inner surface of the raised portion 241c and the member 402.

力覚センサ４０は、隆起部２４１ｃに作用する外力を検出し、当該外力の検出信号を制御ユニット２６（図５参照）に出力する。 The force sensor 40 detects an external force acting on the raised portion 241c and outputs a detection signal of the external force to the control unit 26 (see FIG. 5).

図４を参照して、左右各肩部には、本発明の第１の力覚センサに相当する６軸力覚センサ４２が配置されている。なお、各肩部は、左右対称であり、ここでは、右側肩部について説明する。 Referring to FIG. 4, a six-axis force sensor 42 corresponding to the first force sensor of the present invention is disposed on each of the left and right shoulders. In addition, each shoulder part is left-right symmetric, and right shoulder part is demonstrated here.

６軸力覚センサ４２は、静電容量素子又は歪み抵抗素子等を利用した図示しないセンサチップが支持される固定台座部４２１と、外力が入力される円柱状の外力入力部４２２と、外力入力部４２２に入力された外力をセンサチップに伝達する図示しない伝達部とから構成され、伝達部から伝達された外力に応じてセンサチップが当該外力を検出する。 The six-axis force sensor 42 includes a fixed base portion 421 that supports a sensor chip (not shown) using a capacitance element or a strain resistance element, a columnar external force input portion 422 to which an external force is input, and an external force input. It comprises a transmission part (not shown) that transmits the external force input to the part 422 to the sensor chip, and the sensor chip detects the external force according to the external force transmitted from the transmission part.

６軸力覚センサ４２は、外力入力部４２２の軸心が関節８４Ｒの連結軸８４１と同軸となるように配置され、連結軸８４１を介して連結される２つの部材のうちの一方の部材である上部腕体８５Ｒから他方の部材である上部上体２４１に作用する外力を検出する。連結軸８４１は、減速機付きの電動モータ（アクチュエータ）８４２の回転駆動が伝達されＹ軸まわり（ピッチ方向）に回転する駆動軸（出力軸）であり、上部腕体８５Ｒを上部上体２４１に対してＹ軸まわりに揺動可能に連結している。そして、電動モータ８４２及び固定台座４２１は上部上体２４１の内部骨格を構成する内部フレーム２４１ｄに固定されている。一方、外力入力部４２２は、連結軸８４１に外挿され、上部腕体８５Ｒの骨格を構成するフレーム８５１に固定されている。 The six-axis force sensor 42 is arranged so that the axis of the external force input unit 422 is coaxial with the connecting shaft 841 of the joint 84R, and is one member of two members connected via the connecting shaft 841. An external force acting on the upper upper body 241 as the other member is detected from a certain upper arm body 85R. The connecting shaft 841 is a drive shaft (output shaft) that rotates around the Y axis (pitch direction) when the rotational drive of the electric motor (actuator) 842 with a speed reducer is transmitted to the upper arm body 241. On the other hand, it is connected to be swingable around the Y axis. The electric motor 842 and the fixed base 421 are fixed to an internal frame 241d constituting the internal skeleton of the upper upper body 241. On the other hand, the external force input portion 422 is extrapolated to the connecting shaft 841 and is fixed to a frame 851 that constitutes the skeleton of the upper arm body 85R.

６軸力覚センサ４２は、上部腕体８５Ｒを介して上部上体２４１に作用する外力を正確に検出し、当該外力の並進力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ並びにモーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの検出信号を制御ユニット２６（図５参照）に出力する。 The six-axis force sensor 42 accurately detects an external force acting on the upper upper body 241 via the upper arm body 85R, and the three-direction components Fx, Fy, Fz of the translation force of the external force and the three-direction components Mx of the moment. , My, Mz detection signals are output to the control unit 26 (see FIG. 5).

また、上部腕体８５Ｒの肩外側部には、本発明の第２の力覚センサに相当する力覚センサ４４が配置されている。力覚センサ４４は、公知の静電容量素子又は歪み抵抗素子等を利用した圧力センサ（１軸力覚センサ）である。 A force sensor 44 corresponding to the second force sensor of the present invention is disposed on the shoulder outer side of the upper arm 85R. The force sensor 44 is a pressure sensor (single-axis force sensor) using a known capacitance element or strain resistance element.

力覚センサ４４は、上部腕体８５Ｒの肩部外殻を構成する外装カバー８５２に形成された隆起部８５２ａと、上部腕体８５Ｒの内部骨格を構成する内部フレーム８５１との間に配置されている。そして、力覚センサ４４の入力部４４１の外側には、隆起部８５２ａの内面形状に沿って形成された部材４４２が当接している。なお、隆起部８５２ａの内面と部材４４２との間にゴム等の弾性材からなる緩衝部材を設けてもよい。 The force sensor 44 is disposed between a raised portion 852a formed on the exterior cover 852 that constitutes the outer shell of the upper arm body 85R and an inner frame 851 that constitutes the inner skeleton of the upper arm body 85R. Yes. And the member 442 formed along the inner surface shape of the protruding part 852a is in contact with the outside of the input part 441 of the force sensor 44. A buffer member made of an elastic material such as rubber may be provided between the inner surface of the raised portion 852a and the member 442.

力覚センサ４４は、隆起部８５２ａに作用する外力を検出し、当該外力の検出信号を制御ユニット２６に出力する。なお、電動モータ８４２にかかる負荷を低減するために、重量物である力覚センサ４４は連結軸４２１と同軸に配置されている。 The force sensor 44 detects an external force acting on the raised portion 852a and outputs a detection signal of the external force to the control unit 26. In order to reduce the load applied to the electric motor 842, the force sensor 44, which is a heavy object, is disposed coaxially with the connecting shaft 421.

さらに、図４を参照して、ロボット１の他の各関節には、それを駆動するために電動モータ３２が設けられている。そして、電動モータ３２，７０２，８４２の回転量（各関節の回転角）を検出するためのエンコーダ（ロータリエンコーダ）３３とが設けられ、エンコーダ３３の検出信号は制御ユニット２６（図５参照）に出力される。 Further, referring to FIG. 4, each of the other joints of the robot 1 is provided with an electric motor 32 for driving it. An encoder (rotary encoder) 33 for detecting the rotation amount (rotation angle of each joint) of the electric motors 32, 702, and 842 is provided, and the detection signal of the encoder 33 is sent to the control unit 26 (see FIG. 5). Is output.

さらに、図５を参照して、ロボット１の外部には、ロボット１の操縦用のジョイスティック（操作器）４６が設けられている。ジョイスティック４６を操作することにより、直進移動しているロボット１を旋回させるなど、ロボット１の歩容に対する要求を必要に応じて制御ユニット２６に入力できる。入力できる要求は、例えばロボット１の移動時の歩容形態（歩行、走行等）、遊脚の着地位置姿勢や着地時刻、又はこれらの着地位置姿勢や着地時刻を規定する指令データ（例えばロボット１の移動方向、移動速度等）である。 Further, referring to FIG. 5, a joystick (operator) 46 for operating the robot 1 is provided outside the robot 1. By operating the joystick 46, a request for the gait of the robot 1 can be input to the control unit 26 as necessary, such as turning the robot 1 moving straight ahead. The request that can be input includes, for example, gait forms (walking, running, etc.) when the robot 1 moves, landing position / posture and landing time of the free leg, or command data (for example, the robot 1) that defines the landing position / posture and landing time. Movement direction, movement speed, etc.).

制御ユニット２６は、マイクロコンピュータにより構成されており、ＣＰＵからなる第１の演算装置６０及び第２の演算装置６２、Ａ／Ｄ変換器５０、カウンタ５６、Ｄ／Ａ変換器６６、ＲＡＭ５４、ＲＯＭ６４、並びにこれらの間のデータ授受を行うバスライン５２を備えている。この制御ユニット２６では、６軸力覚センサ３４，３８，４２、傾斜センサ３６、力覚センサ４０，４４、ジョイスティック４６等の出力信号はＡ／Ｄ変換器５０でデジタル値に変換された後、バスライン５２を介してＲＡＭ５４に入力される。また、ロボット１の各関節のエンコーダ３３（ロータリエンコーダ）の出力はカウンタ５６を介してＲＡＭ５４に入力される。 The control unit 26 is constituted by a microcomputer, and includes a first arithmetic device 60 and a second arithmetic device 62 composed of a CPU, an A / D converter 50, a counter 56, a D / A converter 66, a RAM 54, and a ROM 64. And a bus line 52 for exchanging data between them. In this control unit 26, output signals from the 6-axis force sensors 34, 38, 42, the tilt sensor 36, the force sensors 40, 44, the joystick 46, etc. are converted into digital values by the A / D converter 50, The data is input to the RAM 54 via the bus line 52. The output of the encoder 33 (rotary encoder) of each joint of the robot 1 is input to the RAM 54 via the counter 56.

第１の演算装置６０は後述のように、目標歩容を生成するとともに、関節角変位指令（各関節の変位角もしくは各電動モータ３２の回転角の指令値）を算出し、ＲＡＭ５４に送出する。また、第２の演算装置６２はＲＡＭ５４から関節角変位指令と、エンコーダ３３の出力信号に基づいて検出された関節角の実測値とを読み出し、各関節の駆動に必要な操作量を算出してＤ／Ａ変換器６６とサーボアンプ３２ａとを介して各関節を駆動する電動モータ３２，７０２，８４２に出力する。 As will be described later, the first arithmetic unit 60 generates a target gait and calculates a joint angle displacement command (a command value of a displacement angle of each joint or a rotation angle of each electric motor 32) and sends it to the RAM 54. . Further, the second arithmetic unit 62 reads out the joint angle displacement command and the actual value of the joint angle detected based on the output signal of the encoder 33 from the RAM 54, and calculates the operation amount necessary for driving each joint. The data is output to the electric motors 32, 702, and 842 that drive each joint via the D / A converter 66 and the servo amplifier 32a.

次に、図６を参照して、本実施形態におけるロボット１の歩容生成装置及び制御装置について説明する。図６中の「実ロボット」の部分以外の部分が制御ユニット２６が実行する処理機能（主として第１の演算装置６０及び第２の演算装置６２の機能）によって構成される。なお、歩容制御装置及び制御装置の詳細は、本出願人が先に出願した国際公開公報ＷＯ２００６／０６４５９９号公報等に詳細に記載されているので、ここでは、簡易な説明に留める。 Next, with reference to FIG. 6, the gait generator and controller of the robot 1 in this embodiment will be described. 6 are configured by processing functions (mainly functions of the first arithmetic device 60 and the second arithmetic device 62) executed by the control unit 26. Note that the details of the gait control device and the control device are described in detail in International Publication No. WO2006 / 064599 previously filed by the applicant of the present application, and therefore, only a brief description will be given here.

制御ユニット２６は、目標歩容を自在かつリアルタイムに生成して出力する歩容生成装置１００を備えている。歩容生成装置１００には、遊脚側の足平２２の着地位置姿勢（着地予定位置姿勢）や着地時刻（着地予定時刻）等の目標歩容生成用の基本的な要求値（要求パラメータ）が、ジョイスティック４６の所要の操作等に応じて歩容生成装置１００に与えられる。そして、歩容生成装置１００は、要求パラメータを用いて目標歩容を生成する。 The control unit 26 includes a gait generator 100 that generates and outputs a desired gait freely and in real time. The gait generator 100 includes basic required values (request parameters) for generating a desired gait such as the landing position / posture (scheduled landing position / posture) and landing time (scheduled landing time) of the foot 22 on the free leg side. Is given to the gait generator 100 in accordance with a required operation of the joystick 46 or the like. Then, the gait generator 100 generates a target gait using the requested parameter.

また、歩容生成装置１００には、６軸力覚センサ３８，４２及び力覚センサ４０，４４（以下、これらを合わせて、外力覚センサ３８〜４４という）が検出した外力が与えられる。外力覚センサ３８〜４４が予期しない外力を検出したとき、ロボット１がバランスを崩すおそれがあるので、歩容生成装置１００はバランスが崩れることを回避する動作を行うための目標歩容を生成する。 The gait generator 100 is given an external force detected by the six-axis force sensors 38 and 42 and the force sensors 40 and 44 (hereinafter collectively referred to as external force sensors 38 to 44). When the external force sensors 38 to 44 detect an unexpected external force, the robot 1 may lose balance, so the gait generator 100 generates a target gait for performing an operation to avoid the balance being lost. .

具体的には、例えば、外力覚センサ３８〜４４の検出信号から上部上体２４１に前方から外力が作用されたと判断した場合には、作用された外力の大きさや方向に応じて、上部上体２４１を後方に移動させる、上部上体２４１を回旋させていなす、遊脚中の足平２２を後方に着地させ踏ん張る、腕体８０を前方に出しバランスをとる等の動作を行うための目標歩容を生成する。また、外力覚センサ３８〜４４の検出信号から腕体８０に外側方から外力が作用されたと判断した場合には、上部上体２４１を傾斜させる、遊脚の足平２２を側方に着地させる、遊脚を用いてバランスをとる等の動作を行うための目標歩容を生成する。 Specifically, for example, when it is determined from the detection signals of the external force sensors 38 to 44 that an external force has been applied to the upper body 241 from the front, the upper body according to the magnitude and direction of the applied external force. The target steps for performing actions such as moving 241 backward, rotating the upper upper body 241, landing and stretching the foot 22 in the free leg backward, and balancing the arm body 80 by moving it forward. Generate In addition, when it is determined from the detection signals of the external force sensors 38 to 44 that an external force is applied to the arm body 80 from the outside, the upper leg 221 is inclined and the free leg's foot 22 is landed laterally. Then, a desired gait for performing an operation such as balancing using the free leg is generated.

歩容生成装置１００は、要求パラメータ及び外力に応じて、目標歩容の目標足平位置姿勢軌道、目標床反力鉛直成分軌道等、目標歩容の一部の構成要素を規定するパラメータ（歩容パラメータという）を決定した上で、その歩容パラメータを用いて目標歩容の瞬時値を逐次決定し、該目標歩容の時系列パターンを生成する。 The gait generator 100 is a parameter that defines some components of the desired gait, such as the desired foot position / posture trajectory of the desired gait and the desired floor reaction force vertical component trajectory according to the required parameters and external force. (Referred to as a gait parameter), the instantaneous value of the desired gait is sequentially determined using the gait parameter, and a time series pattern of the desired gait is generated.

歩容生成装置１００が出力する目標歩容は、目標上体位置姿勢軌道（上体２４の目標位置及び目標姿勢の軌道）、目標足平位置姿勢軌道（各足平２２の目標位置及び目標姿勢の軌道）、目標腕姿勢軌道（各腕体８０の目標姿勢の軌道）、目標全床反力中心点（目標ＺＭＰ）軌道、及び目標全床反力軌道から構成される。 The target gait output by the gait generator 100 includes a target body position / posture trajectory (trajectory of the target position and target posture of the upper body 24), a target foot position / posture trajectory (target position and target posture of each foot 22). ), Target arm posture trajectory (target posture trajectory of each arm body 80), target total floor reaction force center point (target ZMP) trajectory, and target total floor reaction force trajectory.

歩容生成装置１００で生成された目標歩容のうち、目標上体位置姿勢（軌道）、目標腕姿勢（軌道）が、ロボット幾何学モデル（逆キネマティクス演算部）１０２に送出される。 Of the desired gaits generated by the gait generator 100, the desired body position / posture (trajectory) and the desired arm posture (trajectory) are sent to the robot geometric model (reverse kinematics computing unit) 102.

また、目標足平位置姿勢（軌道）、目標ＺＭＰ軌道（目標全床反力中心点軌道）、及び目標全床反力（軌道）（目標床反力水平成分と目標床反力鉛直成分）は、複合コンプライアンス動作決定部１０４に送られるとともに、目標床反力分配器１０６にも送られる。そして、目標床反力分配器１０６で、床反力は各足平２２Ｒ，２２Ｌに分配され、目標各足平床反力中心点及び目標各足平床反力が決定される。この決定された目標各足平床反力中心点及び目標各足平床反力は複合コンプライアンス動作決定部１０４に送られる。 Also, the desired foot position / posture (trajectory), target ZMP trajectory (target total floor reaction force center point trajectory), and target total floor reaction force (trajectory) (target floor reaction force horizontal component and target floor reaction force vertical component) are: And sent to the composite compliance operation determination unit 104 and also to the target floor reaction force distributor 106. The desired floor reaction force distributor 106 distributes the floor reaction force to each foot 22R, 22L, and determines the desired foot floor reaction force center point and the desired foot floor reaction force. The determined desired foot floor reaction force center point and the desired foot floor reaction force are sent to the composite compliance operation determining unit 104.

複合コンプライアンス動作決定部１０４から、機構変形補償付き修正目標足平位置姿勢（軌道）がロボット幾何学モデル１０２に送られる。ロボット幾何学モデル１０２は、目標上体位置姿勢（軌道）と機構変形補償付き修正目標足平位置姿勢（軌道）を入力されると、それらを満足する各関節の関節変位指令（値）を算出して変位コントローラ１０８に送る。 From the composite compliance operation determination unit 104, the corrected desired foot position / posture (trajectory) with mechanism deformation compensation is sent to the robot geometric model 102. When the target body position / posture (trajectory) and the corrected target foot position / posture (trajectory) with mechanism deformation compensation are input, the robot geometric model 102 calculates a joint displacement command (value) of each joint that satisfies them. And sent to the displacement controller 108.

変位コントローラ１０８は、ロボット幾何学モデル１０２で算出された関節変位指令（値）を目標値としてロボット１の各関節の変位を追従制御する。 The displacement controller 108 performs follow-up control on the displacement of each joint of the robot 1 using the joint displacement command (value) calculated by the robot geometric model 102 as a target value.

また、ロボット１に生じた姿勢傾斜偏差θerrx，θerry（詳しくは目標上体姿勢角に対する実姿勢角の偏差で、ロール方向（Ｘ軸回り）の姿勢角偏差がθerrxであり、ピッチ方向（Ｙ軸回り）の姿勢角偏差がθerryである）が傾斜センサ３６を介して検出され、その検出値は姿勢安定化制御演算部１１２に送られる。この姿勢安定化制御演算部１１２で、ロボット１の上体姿勢角を目標上体姿勢角に復元するための目標全床反力中心点（目標ＺＭＰ）まわり補償全床反力モーメントが算出されて複合コンプライアンス動作決定部１０４に送られる。 Further, the posture inclination deviations θerrx, θerry (specifically, the deviation of the actual posture angle with respect to the target body posture angle, the posture angle deviation in the roll direction (around the X axis) is θerrx, and the pitch direction (Y axis Rotation angle) is detected via the inclination sensor 36, and the detected value is sent to the attitude stabilization control calculation unit 112. The posture stabilization control calculation unit 112 calculates a total floor reaction force moment compensated around the target total floor reaction force center point (target ZMP) for restoring the body posture angle of the robot 1 to the target body posture angle. It is sent to the composite compliance operation determination unit 104.

ロボット１に生じた床反力（詳しくは実各足床反力）は６軸力覚センサ３４によって検出される。その検出値は複合コンプライアンス動作決定部１０４に送られる。複合コンプライアンス動作決定部１０４は、入力値に基づいて目標床反力を修正する。具体的には、目標全床反力中心点（目標ＺＭＰ）回りに補償全床反力モーメントが作用するように目標床反力を修正する。 The floor reaction force generated in the robot 1 (specifically, the actual foot floor reaction force) is detected by the 6-axis force sensor 34. The detected value is sent to the composite compliance operation determination unit 104. The composite compliance operation determining unit 104 corrects the target floor reaction force based on the input value. Specifically, the target floor reaction force is corrected so that the compensated total floor reaction force moment acts around the target total floor reaction force central point (target ZMP).

複合コンプライアンス動作決定部１０４は、修正された目標床反力に、センサ検出値などから算出される実ロボットの状態及び床反力を一致させようと上記機構変形補償付き修正目標足平位置姿勢（軌道）を決定する。ただしすべての状態を目標に一致させることは事実上不可能であるので、これらの間にトレードオフ関係を与えて妥協的になるべく一致させる。すなわち、各目標に対する制御偏差に重みを与えて、制御偏差（又は制御偏差の２乗）の重み付き平均が最小になるように制御する。これにより、実際の足平位置姿勢と全床反力とが目標足平位置姿勢と目標全床反力とに概ね従うように制御される。 The composite compliance action determining unit 104 adjusts the corrected desired foot position / posture with mechanism deformation compensation to match the corrected target floor reaction force with the state of the actual robot and the floor reaction force calculated from the sensor detection value or the like. Orbit). However, since it is practically impossible to match all the states to the target, a trade-off relationship is given between them so that they are matched as much as possible. That is, the control deviation for each target is given a weight, and control is performed so that the weighted average of the control deviation (or the square of the control deviation) is minimized. Thus, the actual foot position / posture and the total floor reaction force are controlled so as to substantially follow the target foot position / posture and the target total floor reaction force.

なお、制御ユニット２６のうち、歩容生成装置１００、ロボット幾何学モデル１０２、複合コンプライアンス動作決定部１０４、目標床反力分配器１０６及び姿勢安定化制御演算部１１２は、外力覚センサ３８〜４４の検出値に基づいて関節の動作を決定し、本発明における動作決定部に相当する。そして、制御ユニット２６のうち、変位コントローラ１０８は、動作決定部が決定した関節の動作に基づいて、電動モータ３２，７０２，８４２への駆動指令を生成し、本発明の駆動指令生成部に相当する。 Of the control unit 26, the gait generator 100, the robot geometric model 102, the composite compliance action determination unit 104, the target floor reaction force distributor 106, and the posture stabilization control calculation unit 112 are external force sensors 38 to 44. The motion of the joint is determined based on the detected value, and corresponds to the motion determination unit in the present invention. In the control unit 26, the displacement controller 108 generates a drive command to the electric motors 32, 702, and 842 based on the joint motion determined by the motion determination unit, and corresponds to the drive command generation unit of the present invention. To do.

以上のように、６軸力覚センサ３８は、その外力入力部３８２の軸心が関節７０の連結軸７０１と同軸となるように配置され、上部上体２４１から下部上体２４２に作用する外力を検出する。上部上体２４１と下部上体２４２とは連結軸７０１を介して揺動可能に連結されており、上部上体２４１から下部上体２４２に作用する外力は連結軸７０１を介して作用される。そのため、６軸力覚センサ３８の検出値から、上部上体２４１から下部上体２４２に作用する外力を正確に検出することができる。よって、６軸力覚センサ３８の検出値に基づき関節の動作を決定することにより、予期しない外力によりロボット１がバランスを崩すことを回避させることが可能となる。 As described above, the 6-axis force sensor 38 is arranged so that the axis of the external force input portion 382 is coaxial with the connecting shaft 701 of the joint 70, and the external force acting on the lower upper body 242 from the upper upper body 241. Is detected. The upper upper body 241 and the lower upper body 242 are swingably connected via a connecting shaft 701, and an external force that acts on the lower upper body 242 from the upper upper body 241 is applied via the connecting shaft 701. Therefore, the external force acting on the lower body 242 from the upper body 241 can be accurately detected from the detection value of the 6-axis force sensor 38. Therefore, by determining the joint motion based on the detection value of the six-axis force sensor 38, it is possible to prevent the robot 1 from being out of balance due to an unexpected external force.

さらに、上部上体２４１に直接作用される外力に限らず、上部上体２４１に直接的及び間接的に連結された両腕体８０Ｒ，８０Ｌや頭部９０に作用される外力も、６軸力覚センサ３８を用いて検出することができる。そのため、上部上体２４１を介して下部上体２４２に影響を及ぼす外力を検出することができ、ロボット１がバランスを崩すことをより効果的に回避させることが可能となる。 Further, not only the external force directly acting on the upper upper body 241 but also the external force acting on the both arms 80R and 80L and the head 90 connected directly and indirectly to the upper upper body 241 is a six-axis force. It can be detected using the sense sensor 38. Therefore, an external force that affects the lower body 242 can be detected via the upper body 241, and the robot 1 can be more effectively avoided from losing balance.

また、上部上体２４１の胸部の外装カバー２４１ｂに隆起部２４１ｃが形成されており、この隆起部２４１ｃに外環境や外物が接触しやすい。そして、力覚センサ４０は、隆起部２４１ｃの内部に配置され、隆起部２４１ｃの表面に作用する外力を検出するので、外環境や外物から作用される外力を検出しやすい。よって、力覚センサ４０の検出値に基づき関節の動作を決定することにより、予期しない外力によりロボット１がバランスを崩すことを回避させることが可能となる。 Further, a raised portion 241c is formed on the chest outer cover 241b of the upper body 241. The raised portion 241c is likely to come into contact with an external environment or an external object. And since the force sensor 40 is arrange | positioned inside the protruding part 241c and detects the external force which acts on the surface of the protruding part 241c, it is easy to detect the external force applied from an external environment or an external object. Therefore, by determining the joint motion based on the detection value of the force sensor 40, the robot 1 can be prevented from being out of balance by an unexpected external force.

また、６軸力覚センサ４２は、その外力入力部４２２の軸心が関節８４Ｒ（Ｌ）の連結軸８４１と同軸となるように配置され、上部腕体８５Ｒ（Ｌ）から上部上体２４１に作用する外力を検出する。上部腕体８５Ｒ（Ｌ）と上部上体２４１とは連結軸８４１を介して揺動可能に連結されており、上部腕体８５Ｒ（Ｌ）から上部上体２４１に作用する外力は連結軸８４１を介して作用される。そのため、６軸力覚センサ４２の検出値から、上部腕体８５Ｒ（Ｌ）から上部上体２４１に作用する外力を正確に検出することができる。よって、６軸力覚センサ４２の検出値に基づき関節の動作を決定することにより、予期しない外力によりロボット１がバランスを崩すことを回避させることが可能となる。 The 6-axis force sensor 42 is arranged so that the axis of the external force input portion 422 is coaxial with the connecting shaft 841 of the joint 84R (L), and the upper arm body 85R (L) to the upper upper body 241. Detects external force acting. The upper arm body 85R (L) and the upper upper body 241 are connected to each other via a connecting shaft 841 so that the upper arm body 85R (L) can swing. The external force acting on the upper upper body 241 from the upper arm body 85R (L) is applied to the connecting shaft 841. Acted through. Therefore, the external force acting on the upper upper body 241 from the upper arm body 85R (L) can be accurately detected from the detection value of the six-axis force sensor 42. Therefore, by determining the joint motion based on the detection value of the six-axis force sensor 42, it is possible to prevent the robot 1 from being out of balance due to an unexpected external force.

さらに、上部腕体８５Ｒ（Ｌ）に直接作用される外力に限らず、上部腕体８５Ｒ（Ｌ）に直接的及び間接的に連結された下部腕体８７Ｒ（Ｌ）や手部８９Ｒ（Ｌ）に作用される外力も、６軸力覚センサ４２を用いて検出することができる。そのため、上部腕体８５Ｒ（Ｌ）を介して上部上体２４１に影響を及ぼす外力を検出することができ、ロボット１がバランスを崩すことをより効果的に回避させることが可能となる。 Furthermore, not only the external force directly acting on the upper arm body 85R (L), but also the lower arm body 87R (L) and the hand part 89R (L) connected directly and indirectly to the upper arm body 85R (L). The external force acting on the sensor can also be detected using the six-axis force sensor 42. Therefore, it is possible to detect an external force that affects the upper upper body 241 via the upper arm body 85R (L), and it is possible to more effectively avoid the robot 1 from losing balance.

また、上部腕体８５Ｒ（Ｌ）の肩部の外装カバー８５２に隆起部８５２ａが形成されており、この隆起部８５２ａに外環境や外物が接触しやすい。そして、力覚センサ４４は、隆起部８５２ａの内部に配置され、隆起部８５２ａの表面に作用する外力を検出するので、外環境や外物から作用される外力を検出しやすい。よって、力覚センサ４４の検出値に基づき関節の動作を決定することにより、予期しない外力によりロボット１がバランスを崩すことを回避させることが可能となる。 In addition, a raised portion 852a is formed on the exterior cover 852 at the shoulder portion of the upper arm body 85R (L), and an external environment and an external object are likely to come into contact with the raised portion 852a. And since the force sensor 44 is arrange | positioned inside the protruding part 852a and detects the external force which acts on the surface of the protruding part 852a, it is easy to detect the external force applied from an external environment or an external object. Therefore, by determining the joint motion based on the detection value of the force sensor 44, it is possible to prevent the robot 1 from being out of balance due to an unexpected external force.

なお、以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、実施形態では、６軸力覚センサ３８，４２は３軸力覚センサや１軸力覚センサ等であってもよく、力覚センサ４０，４４は３軸力覚センサや６軸力覚センサ等の多軸力覚センサであってもよい。 In addition, although embodiment of this invention was described above, this invention is not limited to this. For example, in the embodiment, the 6-axis force sensor 38, 42 may be a 3-axis force sensor or a 1-axis force sensor, and the force sensors 40, 44 may be a 3-axis force sensor or a 6-axis force sensor. It may be a multi-axis force sensor such as a sensor.

さらに、６軸力覚センサを他の関節に対して設けてもよく、内部に力覚センサを配置した隆起部を他の部位、例えば、背中部、腿部、頭部等に設けてもよい。 Further, a six-axis force sensor may be provided for other joints, and a raised portion in which the force sensor is disposed may be provided in another part, for example, the back, thigh, head, etc. .

さらに、各関節の配置や関節や配置は、実施形態に限定されない。そして、ロボット１は、人型２足移動ロボットに限定されず、例えば、獣や昆虫等を模した４足移動ロボットや６足移動ロボットや頭部や腕体を有さないロボット等であってもよい。 Further, the arrangement of the joints, the joints, and the arrangement are not limited to the embodiment. The robot 1 is not limited to a humanoid biped mobile robot, and is, for example, a quadruped mobile robot imitating a beast or an insect, a hexapod mobile robot, a robot without a head or an arm, and the like. Also good.

１…ロボット、１０Ｒ，１０Ｌ，１２Ｒ，１２Ｌ，１４Ｒ，１４Ｌ，１６Ｒ，１６Ｌ，１８Ｒ，１８Ｌ，２０Ｒ，２０Ｌ，７０，７２Ｒ，７２Ｌ，７４Ｒ，７４Ｌ，８２Ｒ，８２Ｌ，８４Ｒ，８４Ｌ，８６Ｒ，８６Ｌ，８８Ｒ，８８Ｌ…関節、２６…制御ユニット（動作決定部、駆動指令生成部）、３２，７０２，８４２…電動モータ（アクチュエータ）、３８，４２…６軸力覚センサ（第１の力覚センサ、力覚センサ）、４０，４４…力覚センサ（第２の力覚センサ）、３８２，４２２…外力入力部、８５Ｒ，８５Ｌ…上部腕体（部材）、２４１…上部上体（部材）、２４１ｂ，８５２…外装カバー（外装）、２４１ｃ，８５２ａ…隆起部、２４２…下部上体（部材）、７０１，８４１…連結軸。 1 ... Robot, 10R, 10L, 12R, 12L, 14R, 14L, 16R, 16L, 18R, 18L, 20R, 20L, 70L, 72R, 72L, 74R, 74L, 82R, 82L, 84R, 84L, 86R, 86L, 88R, 88L ... joint, 26 ... control unit (motion determining unit, drive command generating unit), 32, 702, 842 ... electric motor (actuator), 38, 42 ... 6-axis force sensor (first force sensor, Force sensor), 40, 44 ... force sensor (second force sensor), 382, 422 ... external force input unit, 85R, 85L ... upper arm body (member), 241 ... upper upper body (member), 241b , 852 ... exterior cover (exterior), 241c, 852a ... raised portion, 242 ... lower upper body (member), 701, 841 ... connecting shaft.

Claims

A robot having a joint in which an upper upper body and a lower upper body as a base are swingably coupled via a coupling shaft;
An actuator for driving the joint;
A first force sensor having an external force input portion arranged so that an axis is coaxial with the connecting shaft, and detecting an external force acting on the lower upper body from the upper upper body ;
A second force sensor that is disposed inside a raised portion formed on the exterior of the robot and detects an external force acting on the surface of the raised portion;
An operation determining unit that determines the operation of the joint based on detection values of the first and second force sensors;
A robot comprising: a drive command generation unit configured to generate a drive command to the actuator based on the motion of the joint determined by the motion determination unit.

An external force detection mechanism for a robot having a joint in which an upper upper body and a lower upper body as a base are swingably connected via a connecting shaft,
An actuator for driving the joint;
A multi-axis force sensor having an external force input portion arranged so that an axis is coaxial with the connecting shaft, and detecting an external force acting on the lower upper body from the upper upper body ; Robot external force detection mechanism.

3. The robot external force detection mechanism according to claim 2, wherein an arm and a head are attached to the upper upper body via joints.