JP5755108B2 - Legged mobile robot - Google Patents

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進 宮▲崎▼
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Description

本発明は、大腿部と下腿部が膝関節により連結され、足部が下腿部の下方に足首関節を介して連結される構成を備える脚式移動ロボットに関する。   The present invention relates to a legged mobile robot having a configuration in which a thigh and a crus are connected by a knee joint and a foot is connected to the lower part of the crus through an ankle joint.

一般的に、ロボットは、二足歩行をすることができる脚式移動ロボットが多数提案されている。この脚式移動ロボットは、大腿部と下腿部が膝関節を介して連結されていると共に、下腿部の下方に足首関節を介して足部が連結されており、足部が足首関節の回動あるいは揺動により所定角度回動しながら動作して足部の裏面が地面から離間当接することで2足歩行を行っている。   In general, many legged mobile robots that can walk on two legs have been proposed. In this legged mobile robot, the thigh and lower leg are connected via a knee joint, and the foot is connected to the lower part of the lower leg via an ankle joint. The two-legged walking is performed by moving while rotating at a predetermined angle by rotating or swinging and the back surface of the foot part comes into contact with and separates from the ground.

また、脚式移動ロボットは、二足歩行を行う場合、低イナーシャ化を実現するために、足部を駆動する駆動源を脚部の上方である大腿部に配置するように構成されている。例えば、従来の脚式移動ロボットは、大腿部に揺動機構の駆動モータを設置し、その駆動モータの回転によりプーリを回転させる。そして、脚式移動ロボットは、プーリに接続されているロッドを上下させて足首関節を作動、あるいは、下腿部内にリンクを介する構成とすることで、ロッドからリンクを介して足首関節を作動させ、歩行するときに足部が最適な角度となるようにしている(例えば、特許文献1参照)。   In addition, the legged mobile robot is configured such that when performing biped walking, a drive source for driving the foot is disposed on the thigh above the leg in order to achieve low inertia. . For example, in a conventional legged mobile robot, a drive motor of a swing mechanism is installed on the thigh, and the pulley is rotated by the rotation of the drive motor. The legged mobile robot operates the ankle joint by moving the rod connected to the pulley up and down, or operates the ankle joint via the link from the rod by configuring the link in the lower leg. The foot is at an optimal angle when walking (see, for example, Patent Document 1).

特開2007−245346号公報JP 2007-245346 A

しかし、従来の脚式移動ロボットでは、以下に示すような更なる改善が望まれていた。
従来の脚式移動ロボットでは、低イナーシャ化を図るために、足部の角度を制御するための揺動機構の駆動源となる駆動モータを大腿部側に配置しているため、大腿部の外周が大きくなり、胴体下部との干渉量や、左右の大腿部の干渉量が増大して股関節角度の範囲が狭まってしまう。また、脚式移動ロボットは、大腿部に揺動機構の駆動源を設置してロッドの進退する移動幅を大きくすることで足首関節の可動範囲を広げる構成とした場合、下腿部内にリンク機構等を設置して低イナーシャ可を図ることも考えられる。しかし、下腿部にリンク機構を設けると、リンク機構の構成上幅をとることになり、また、リンク機構も重いので、下腿部の限られた収納スペース内に設置する制限を考慮したときに更なる改善が望まれていた。
However, the conventional legged mobile robot has been desired to be further improved as described below.
In a conventional legged mobile robot, a drive motor that is a drive source of a swing mechanism for controlling the angle of the foot is arranged on the thigh side in order to reduce inertia, so that the thigh As a result, the amount of interference with the lower torso and the amount of interference between the left and right thighs increases and the range of the hip joint angle is narrowed. In addition, when the legged mobile robot is configured to widen the range of movement of the ankle joint by installing a drive source of the swing mechanism in the thigh and increasing the movement width of the rod, the inside of the lower leg It is conceivable to install a link mechanism or the like to achieve low inertia. However, if a link mechanism is provided on the crus, the link mechanism will be wide, and the link mechanism is heavy, so when considering the limitations of installing in the limited storage space of the crus Further improvement was desired.

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、低イナーシャ化を維持して大腿部を小さくし、かつ、足首関節の可動範囲を広くすることができる脚式移動ロボット及び保護カバーの駆動方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such a problem, and a legged mobile robot and a protective cover that can maintain a low inertia, reduce a thigh, and widen a movable range of an ankle joint. It is an object to provide a driving method.

前記した課題を解決するために、請求項1に記載の脚式移動ロボットは、大腿部の下端に膝関節を介して連結される下腿部と、前記下腿部の下端に足首関節を介して連結される足部と、下端が前記足首関節に連結され前記下腿部側に延びるロッドを進退させることにより前記足首関節を介して前記足部を前記下腿部に対して揺動させる揺動機構とを有する脚体を備える脚式移動ロボットにおいて、
前記揺動機構は、下腿部外装内に設置した支持フレームに設けた駆動モータと、前記駆動モータにより駆動する駆動プーリと、前記駆動プーリにより従動する従動プーリと、前記従動プーリに設けたロッカーアームと、前記ロッカーアームに設けた前記ロッドとを有し、
前記駆動プーリの上方に従動プーリが配置され、前記従動プーリのロッカーアームに前記ロッドの上端が回動自在に連結されると共に、前記ロッドの下端が前記足首関節を揺動させる揺動支点位置に回動自在に連結され
前記支持フレームに設けられガイド溝を形成したガイド手段と、前記ガイド手段のガイド溝に回動自在に連結する溝連結部ならびに前記足首関節に回動自在に連結する取付部を有する保護カバーと、を更に備え、
前記ガイド手段は、前記ガイド溝が、一方の移動端に前記溝連結部が位置するときに、前記ロッドの退行端の位置となり、他方の移動端に前記溝連結部が位置するときに、前記ロッドの進行端の位置となるように形成され、
前記保護カバーは、前記ロッドの退行端の位置で前記ガイド溝の一方の移動端に前記溝連結部が位置して前記下腿部外装内に配置され、かつ、前記ロッドの進行端の位置で前記ガイド溝の他方の移動端に前記溝連結部が位置して前記下腿部外装から露出する前記足首関節の上方側を覆うように動作し、
前記ガイド手段は、前記ガイド溝がS字形状に形成され、前記足部の踵側に位置する前記下腿部外装の内面に凸となる第1溝部と、この第1溝部に連続して凹凸が変曲する位置を超えて前記下腿部外装の内面に対して凹となる第2溝部とが、前記下腿部上方から下腿部下方に向かう方向に対して順に形成された構成とした。
In order to solve the above-described problem, a legged mobile robot according to claim 1, wherein a leg part connected to a lower end of a thigh through a knee joint, and an ankle joint at a lower end of the lower leg part. The foot part is rocked with respect to the crus part via the ankle joint by advancing and retreating a foot part connected via the ankle joint and a rod having a lower end connected to the ankle joint and extending toward the crus side. In a legged mobile robot comprising a leg having a swing mechanism,
The swing mechanism includes a drive motor provided on a support frame installed in a lower crus exterior, a drive pulley driven by the drive motor, a driven pulley driven by the drive pulley, and a rocker provided on the driven pulley. An arm, and the rod provided on the rocker arm,
A driven pulley is disposed above the drive pulley, and an upper end of the rod is rotatably connected to a rocker arm of the driven pulley, and a lower end of the rod is at a swing fulcrum position that swings the ankle joint. Are pivotally connected ,
A guide cover provided on the support frame and having a guide groove; a protective cover having a groove connecting portion that is rotatably connected to the guide groove of the guide means; and a mounting portion that is rotatably connected to the ankle joint; Further comprising
The guide means has a position of the retracting end of the rod when the groove connecting portion is located at one moving end, and the guide means is located when the groove connecting portion is located at the other moving end. Formed to be the position of the advancing end of the rod,
The protective cover is disposed in the crus exterior with the groove connecting portion positioned at one moving end of the guide groove at the retreating end of the rod, and at the position of the advancing end of the rod. The groove connecting portion is located at the other moving end of the guide groove and operates to cover the upper side of the ankle joint exposed from the crus exterior,
The guide means includes a first groove portion that is formed in an S-shape and is convex on an inner surface of the outer crus portion that is located on a heel side of the foot portion, and an unevenness that is continuous with the first groove portion. The second groove part that is concave with respect to the inner surface of the crus exterior beyond the position at which the inflection occurs is formed in order in the direction from the upper part of the lower leg part to the lower part of the lower leg part . .

かかる構成によれば、脚式移動ロボットは、歩行するとき、あるいは、足首関節を回動させるときに、下腿部外装内に設けた駆動モータが駆動して駆動プーリを介して従動プーリが所定角度回転すると、従動プーリのロッカーアームに設けたロッドが進退する動作を行なう。このとき、下腿部外装内で従動プーリが駆動プーリよりも上方に位置しているので、ロッドの進退する距離をかせげて足首関節の回動範囲を大きくすることができる。また、脚式移動ロボットは、揺動機構を下腿部側に設置しても、リンク機構を設置することと比較すると重量的なそれほど大きな差はなく低イナーシャについても確保することが可能となる。
また、かかる構成によれば、脚式移動ロボットは、足首関節の一方の最大回動角度になったときに、保護カバーが下腿部外装の内部に収納され、かつ、足首関節の他方の最大回動角度になったときに足首関節の上部側を覆うように動作するようになっている。そして、脚式移動ロボットは、ロッドが退行端から進行端に亘って移動することで、足首関節を所定角度回動させ、この足首関節の回動により、ガイド手段のガイド溝に沿って溝連結部を移動させ保護カバーの移動をガイドして、下腿部外装内から他方の最大回動角度になった足首関節の上方側の構造部分を覆うように連動させることができる。
さらに、かかる構成によれば、脚式移動ロボットは、S字形状に形成されたガイド溝に沿って移動する溝連結部に伴って、保護カバーが下腿部外装の内面に一番近づく位置から、下腿部外装の外側まで移動するようになり、保護カバーの移動軌跡がS字形状に沿って移動することで、下腿部外装内のスペース内を有効に使用できる。
According to such a configuration, when the legged mobile robot walks or rotates the ankle joint, the drive motor provided in the crus exterior is driven and the driven pulley is predetermined via the drive pulley. When the angle is rotated, the rod provided on the rocker arm of the driven pulley moves forward and backward. At this time, since the driven pulley is located above the drive pulley in the lower leg exterior, the range in which the ankle joint rotates can be increased by increasing the distance by which the rod advances and retreats. In addition, even if the swing mechanism is installed on the crus side, the legged mobile robot does not have much difference in weight compared to the link mechanism, and can secure low inertia. .
Further, according to this configuration, the legged mobile robot has the protective cover housed inside the crus exterior when the maximum rotation angle of one of the ankle joints is reached, and the other maximum of the ankle joint. When the rotation angle is reached, it operates so as to cover the upper side of the ankle joint. The legged mobile robot rotates the ankle joint by a predetermined angle by moving the rod from the retreating end to the advancing end, and the groove is connected along the guide groove of the guide means by the rotation of the ankle joint. It is possible to guide the movement of the protective cover by moving the part and interlock the cover so as to cover the upper structure portion of the ankle joint that has reached the other maximum rotation angle from the inside of the lower leg exterior.
Furthermore, according to such a configuration, the legged mobile robot can move from the position where the protective cover comes closest to the inner surface of the lower leg exterior together with the groove connecting portion that moves along the guide groove formed in the S shape. Since the movement of the protective cover moves along the S-shape, the space inside the lower leg exterior can be used effectively.

また、前記脚式移動ロボットにおいて、前記ロッドは、直線状に形成され直動するように構成すると都合がよい。
かかる構成によれば、脚式移動ロボットは、ロッドが直線状に形成され従動プーリの回転によりロッカーアームの長さ分シフトして直動することで進退する動作をおこなっているため、従動プーリの所定角度の回転により直動するロッドの動きをダイレクトに足首関節を回動させる動きに結び付けることができる。
Further, in the legged mobile robot, it is convenient that the rod is configured to be linearly formed and linearly move.
According to such a configuration, the legged mobile robot performs the operation of moving forward and backward by moving the length of the rocker arm by the rotation of the driven pulley and linearly moving by the rotation of the driven pulley. The movement of the rod that moves linearly by rotation at a predetermined angle can be directly linked to the movement of rotating the ankle joint.

また、前記脚式移動ロボットにおいて、前記保護カバーは、前記溝連結部が前記第1溝部の位置のときに、前記下腿部外装の内面に当該保護カバーが最も近づく位置となるように設置されている構成とした。
かかる構成によれば、脚式移動ロボットは、S字形状のガイド溝の凸となる第1溝部に溝連結部が位置することで、下腿部外装の内面に最も近づく位置となり保護カバーが足首関節側に移動し、さらに、S字形状の変曲する位置に溝連結部が移動しても保護カバーを足首関節側に移動でき、続けて、S字形状のガイド溝の凹となる第2溝部に溝連結部が位置するまで、保護カバーを足首関節側に下腿部外装から突出して移動させることができる。
In the legged mobile robot, the protective cover is installed so that the protective cover is closest to the inner surface of the crus exterior when the groove connecting portion is at the position of the first groove. It was set as the structure.
According to such a configuration, the legged mobile robot is positioned closest to the inner surface of the crus exterior by positioning the groove coupling portion in the first groove portion that is the convex of the S-shaped guide groove, and the protective cover is placed on the ankle. The protective cover can be moved to the ankle joint side even if the groove connecting portion moves to the position where the S-shaped bend is moved, and then the second is a concave portion of the S-shaped guide groove. The protective cover can be protruded and moved from the crus exterior to the ankle joint side until the groove connecting part is positioned in the groove part.

さらに、前記脚式移動ロボットにおいて、前記保護カバーの取付部は、その一端を当該保護カバーに固定すると共に、その他端を前記足首関節に回動自在に連結する取付フレームである構成としても構わない。
かかる構成によれば、脚式移動ロボットは、取付フレームを介在させることで保護カバーと足部とを接続する位置を任意の位置として取付フレームの一端に固定することができ、ガイド手段との位置関係を容易に調整することが可能となる。
Furthermore, in the legged mobile robot, the mounting portion of the protective cover may be a mounting frame that fixes one end to the protective cover and rotatably connects the other end to the ankle joint. .
According to such a configuration, the legged mobile robot can fix the position where the protective cover and the foot are connected to one end of the mounting frame as an arbitrary position by interposing the mounting frame. The relationship can be easily adjusted.

そして、前記脚式移動ロボットにおいて、前記足部は、その踵側から足首関節側に突出する外装カバーを備え、前記取付フレームは、その一端と他端の間に、前記つま先側に湾曲する湾曲部を形成して備え、前記湾曲部が、前記ロッドの退行端で前記足首関節を回動させることに伴い前記外装カバーが移動したときに、その外装カバーの先端の移動を許容できる湾曲突出長さに形成されていることとした。
かかる構成によれば、脚式移動ロボットは、ロッドの退行端に移動して足部に形成した外装カバーの先端が下腿部外装内に入り込んで来ても、その外装カバーの先端が接触しないように取付フレームに湾曲部が形成されているので、保護カバーの広い移動範囲を確保すると共に、足首関節の可動範囲を広げることが両立できる。
In the legged mobile robot, the foot portion includes an exterior cover that protrudes from the heel side toward the ankle joint side, and the attachment frame is curved toward the toe side between one end and the other end thereof. A curved projecting length that allows the distal end of the exterior cover to move when the exterior cover moves as the ankle joint is rotated at the retracted end of the rod. It was decided that it was formed.
According to such a configuration, the legged mobile robot does not contact the tip of the exterior cover even if the tip of the exterior cover formed on the foot moves into the retraction end of the rod and enters the exterior of the lower leg. Since the curved portion is formed on the mounting frame as described above, it is possible to ensure both a wide movement range of the protective cover and a wide range of movement of the ankle joint.

また、前記脚式移動ロボットにおいて、前記ロッドは、前記従動プーリの左右にそれぞれ設けた前記ロッカーアームに、第1ロッドと第2ロッドとが設置され、前記ガイド手段及び前記取付フレームは、前記第1ロッド及び第2ロッドの間に配置された構成としてもよい。
かかる構成によれば、脚式移動ロボットは、第1ロッド及び第2ロッドを進退させる動作により足首関節をピッチ軸及びロール軸に沿って回動させ、かつ、ガイド手段及び取付フレームを使用しても、保護カバーを下腿部外装の内部に収納できるスペースが確保できる。なお、駆動モータを2つ設け、さらに従動プーリを2つ設け、それぞれの従動プーリにロッカーアームを設置して、第1ロッド及び第2ロッドを回動自在に設ける構成としてもよい。
Further, in the legged mobile robot, the rod is provided with a first rod and a second rod on the rocker arms respectively provided on the left and right sides of the driven pulley, and the guide means and the mounting frame are provided with the first rod. It is good also as a structure arrange | positioned between 1 rod and 2nd rod.
According to such a configuration, the legged mobile robot rotates the ankle joint along the pitch axis and the roll axis by moving the first rod and the second rod back and forth, and uses the guide means and the mounting frame. In addition, it is possible to secure a space in which the protective cover can be stored inside the lower leg exterior. In addition, it is good also as a structure which provides two drive motors, further provides two driven pulleys, installs a rocker arm in each driven pulley, and provides the 1st rod and the 2nd rod so that rotation is possible.

さらに、請求項2に記載の脚式移動ロボットは、大腿部の下端に膝関節を介して連結される下腿部と、前記下腿部の下端に足首関節を介して連結される足部と、下端が前記足首関節に連結され前記下腿部側に延びるロッドを進退させることにより前記足首関節を介して前記足部を前記下腿部に対して揺動させる揺動機構とを有する脚体を備える脚式移動ロボットにおいて、
前記揺動機構は、下腿部外装内に設置した支持フレームに設けた駆動モータと、前記駆動モータにより駆動する駆動プーリと、前記駆動プーリにより従動する従動プーリと、前記従動プーリに設けたロッカーアームと、前記ロッカーアームに設けた前記ロッドとを有し、
前記駆動プーリの上方に従動プーリが配置され、前記従動プーリのロッカーアームに前記ロッドの上端が回動自在に連結されると共に、前記ロッドの下端が前記足首関節を揺動させる揺動支点位置に回動自在に連結され、
前記支持フレームに設けられガイド溝を形成したガイド手段と、前記ガイド手段のガイド溝に回動自在に連結する溝連結部ならびに前記足首関節に回動自在に連結する取付部を有する保護カバーと、を更に備え、
前記ガイド手段は、前記ガイド溝が、一方の移動端に前記溝連結部が位置するときに、前記ロッドの退行端の位置となり、他方の移動端に前記溝連結部が位置するときに、前記ロッドの進行端の位置となるように形成され、
前記保護カバーは、前記ロッドの退行端の位置で前記ガイド溝の一方の移動端に前記溝連結部が位置して前記下腿部外装内に配置され、かつ、前記ロッドの進行端の位置で前記ガイド溝の他方の移動端に前記溝連結部が位置して前記下腿部外装から露出する前記足首関節の上方側を覆うように動作し、
前記支持フレームは、前記下腿部外装の内部に形成される空間の上方から前記足部のつま先側となる前記下腿部外装内壁面向かって、前記下腿部外装の内部に傾斜して設置され、前記支持フレームの傾斜により当該支持フレームと前記足部の踵側となる前記下腿部外装内壁面との間に収納空間を形成し、前記保護カバーは、前記収納空間に収納されると共に前記ガイド手段に沿って移動するように設けられた構成とした
Further, the legged mobile robot according to claim 2 includes a crus connected to the lower end of the thigh via a knee joint, and a foot connected to the lower end of the crus via an ankle joint. And a swinging mechanism that swings the foot part relative to the crus part via the ankle joint by moving a rod whose lower end is connected to the ankle joint and extends toward the crus part. In a legged mobile robot with a body,
The swing mechanism includes a drive motor provided on a support frame installed in a lower crus exterior, a drive pulley driven by the drive motor, a driven pulley driven by the drive pulley, and a rocker provided on the driven pulley. An arm, and the rod provided on the rocker arm,
A driven pulley is disposed above the drive pulley, and an upper end of the rod is rotatably connected to a rocker arm of the driven pulley, and a lower end of the rod is at a swing fulcrum position that swings the ankle joint. Are pivotally connected,
A guide cover provided on the support frame and having a guide groove; a protective cover having a groove connecting portion that is rotatably connected to the guide groove of the guide means; and a mounting portion that is rotatably connected to the ankle joint; Further comprising
The guide means has a position of the retracting end of the rod when the groove connecting portion is located at one moving end, and the guide means is located when the groove connecting portion is located at the other moving end. Formed to be the position of the advancing end of the rod,
The protective cover is disposed in the crus exterior with the groove connecting portion positioned at one moving end of the guide groove at the retreating end of the rod, and at the position of the advancing end of the rod. The groove connecting portion is located at the other moving end of the guide groove and operates to cover the upper side of the ankle joint exposed from the crus exterior,
The support frame is installed to be inclined inside the crus exterior from above the space formed inside the crus exterior toward the inner surface of the crus exterior that is the toe side of the foot. And a storage space is formed between the support frame and the lower crus exterior inner wall surface on the heel side of the foot by tilting the support frame, and the protective cover is stored in the storage space. It has a structure which is provided so as to move along the guide means.

かかる構成によれば、脚式移動ロボットは、支持フレームが下腿部外装の内部に傾斜して配置されることで、傾斜した支持フレームと下腿部外装の内部に収納空間を形成し、その収納空間に保護カバーを収納して、ガイド手段のガイド溝に沿って溝連結部がロッドの移動により移動することで、保護カバーを下腿部外装内の収納空間の位置からの下腿部外装の外側まで保護カバーの大きさを確保して移動させることができる。   According to such a configuration, the legged mobile robot is configured such that the support frame is disposed inside the crus exterior so as to form a storage space inside the slant support frame and the crus exterior. The protective cover is stored in the storage space, and the groove connecting part moves by the movement of the rod along the guide groove of the guide means, so that the protective cover is removed from the position of the storage space inside the crus exterior. The size of the protective cover can be secured and moved to the outside.

本発明に係る脚式移動ロボットでは、以下に示す優れた効果を奏するものである。
脚式移動ロボットは、下腿部外装内に足部を揺動させる揺動機構を設け、駆動プーリの上方に従動プーリを配置して、従動プーリのロッカーアームに設けたロッドにより足首関節を介して足部を揺動させるため、低イナーシャ化を確保して大腿部のスリム化を図ることができ、大腿部の可動範囲の制限が軽減される。また、脚式移動ロボットは、足首関節の可動域範囲を広くすることができるので、歩行時に凹凸があってもバランスをとり易くなる。
The legged mobile robot according to the present invention has the following excellent effects.
The legged mobile robot is provided with a swing mechanism that swings the foot in the exterior of the crus, a driven pulley is arranged above the drive pulley, and a rod provided on the rocker arm of the driven pulley is inserted through the ankle joint. Since the foot part is swung, the inertia can be secured and the thigh can be slimmed, and the restriction of the movable range of the thigh is reduced. In addition, since the legged mobile robot can widen the range of motion of the ankle joint, it is easy to balance even if there are irregularities during walking.

脚式移動ロボットは、ガイド手段のガイド溝に沿って保護カバーがロッドの進退する動作に伴って移動し、足首関節の上部側の部材を露出させることなく覆うように作動することができる。特に、脚式移動ロボットは、ガイド溝をS字形状にすることで、足首可動角度の範囲を広げることができる共に、下腿部外装内の内部スペースの確保の両立を行うことが可能となる。   The legged mobile robot can be operated so that the protective cover moves along the guide groove of the guide means as the rod moves forward and backward, and covers the upper part of the ankle joint without exposing it. In particular, the legged mobile robot can widen the range of ankle movement angles by making the guide groove S-shaped, and at the same time, can secure an internal space in the crus exterior. .

脚式移動ロボットは、特に、取付フレームを介在させて保護カバーを足首関節に取付けることで、保護カバーとガイド手段と配置がし易く、保護カバーを移動させる範囲を下腿部外装内において調整しやすくなる。   The legged mobile robot is easy to arrange the protective cover and the guide means, especially by attaching the protective cover to the ankle joint with the attachment frame interposed, and adjusts the range to move the protective cover within the lower leg exterior It becomes easy.

脚式移動ロボットは、保護カバーの取付フレームに湾曲部を形成することで、足部の外部カバーが下腿部外装内に入り込むように移動しても接触することがないので、保護カバーの広い移動範囲を確保すると共に、足首関節の可動範囲を広げることが両立でき、足首関節が広い可動範囲で可動しても、保護カバーあるいは外部カバーにより内部の構造が保護される状態を維持できる。   Since the legged mobile robot has a curved part on the protective cover mounting frame, it does not come into contact even if the outer cover of the foot moves so as to enter the exterior of the lower leg part. It is possible to secure both the movement range and widen the movable range of the ankle joint, and even when the ankle joint moves within a wide movable range, the state in which the internal structure is protected by the protective cover or the external cover can be maintained.

脚式移動ロボットは、下腿部外装の内部に支持フレームを傾斜して設置し、その傾斜した支持フレームと下腿部外装の内部に形成される収納空間に保護カバーを設置するように構成したので、足首関節の可動範囲を広げても保護カバーによりカバーできる保護カバーの大きさを確保することが可能となる。   The legged mobile robot is configured such that a support frame is inclined and installed inside the crus exterior, and a protective cover is installed in the storage space formed inside the inclined support frame and crus exterior. Therefore, it is possible to ensure the size of the protective cover that can be covered by the protective cover even if the movable range of the ankle joint is expanded.

(a)、(b)は、本発明に係る脚式移動ロボットの全体を示す側面図及び正面図である。(A), (b) is the side view and front view which show the whole leg type mobile robot which concerns on this invention. 本発明に係る脚式移動ロボットの下腿部の一部を省略して模式的に断面にして示す断面図である。It is sectional drawing which abbreviate | omits a leg part of the leg type mobile robot which concerns on this invention, and shows it as a cross section typically. 本発明に係る脚式移動ロボットの下腿部の内部の構造を模式的に示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows typically the structure inside the leg part of the leg type mobile robot which concerns on this invention. 本発明に係る脚式移動ロボットの下腿部に設けられる保護カバーと取付フレームとを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the protective cover and attachment frame which are provided in the leg part of the leg type mobile robot according to the present invention. (a)〜(d)は、脚式移動ロボットにおける下腿部の構成と足首関節の可動範囲との関係を模式的に示す断面図である。(A)-(d) is sectional drawing which shows typically the relationship between the structure of the leg part and the movable range of an ankle joint in a legged mobile robot. (a)〜(e)は、脚式移動ロボットにおける歩行時における足部の状態を模式的に示す断面図である。(A)-(e) is sectional drawing which shows typically the state of the leg | foot part at the time of the walk in a legged mobile robot. 本発明に係る脚式移動ロボットの大腿部及び下腿部の外形寸法と、従来の脚式移動ロボットの大腿部及び下腿部の外形寸法とのアウトラインを模式的に比較するための模式図であり、(a)は側面図、(b)は正面図である。Schematic for schematically comparing outlines of outer dimensions of thighs and crus of a legged mobile robot according to the present invention and outer dimensions of thighs and crus of a conventional legged mobile robot It is a figure, (a) is a side view, (b) is a front view.

以下、本発明に係る脚式移動ロボットについて図面を参照して説明する。
なお、脚式移動ロボットの位置、方向等に関する表現は、図1で示すように、脚式移動ロボットの正面を基準として前後方向、左右方向、上下方向を特定して説明する。はじめに、脚式移動ロボットの全体構成を簡単に説明した後に、大腿部に膝関節を介して連結した下腿部の構成、下腿部に足首関節を介して連結した足部について説明する。
Hereinafter, a legged mobile robot according to the present invention will be described with reference to the drawings.
Note that the expressions relating to the position, direction, etc. of the legged mobile robot will be described by specifying the front-rear direction, the left-right direction, and the up-down direction with reference to the front of the legged mobile robot as shown in FIG. First, after briefly explaining the overall configuration of the legged mobile robot, the configuration of the lower leg connected to the thigh via the knee joint and the foot connected to the lower leg via the ankle joint will be described.

なお、ロボットAsは、図示しない、カメラ、スピーカ、マイク、画像処理部、音声処理部、記憶部、主制御部、自律移動制御部、無線通信部、バッテリ、対象検知部、および周辺状態検知部等を適宜備えており、さらに、ロボットAsの向いている方向を検出するジャイロセンサや、予め設定された地図上におけるロボットAsの存在する位置座標を取得するためのGPS(Global Positioning System)受信器を図示していないが有している。
[脚式移動ロボットの構成]
図1(a)、(b)に示すように、脚式移動ロボット(以下、ロボットという)Asは、人間と同じように2本の脚体RF,LFにより起立し、自律的に移動(歩行、走行等)するものであり、胴体Bdと、この胴体Bdの肩の位置に設けた2本の腕部Ra,Laと、胴体Bdの上部中央に設けた頭部Hdとを有している。そして、ロボットAsは、これら脚体RF,LF、胴体Bd、腕部Ra,Laおよび頭部Hdが人間とほぼ同じように動作するように各関節を介して設けられ、その動作の制御する制御装置搭載部Bcを背負う形で背中(胴体Bdの後方)に備えている。なお、2足歩行についての詳細は、例えば、特開2001−62760号公報に開示されている。
The robot As includes a camera, a speaker, a microphone, an image processing unit, a sound processing unit, a storage unit, a main control unit, an autonomous movement control unit, a wireless communication unit, a battery, a target detection unit, and a surrounding state detection unit (not shown). And a GPS (Global Positioning System) receiver for acquiring the position coordinates where the robot As exists on a preset map. Is not shown.
[Configuration of legged mobile robot]
As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), a legged mobile robot (hereinafter referred to as a robot) As stands up by two legs RF and LF like a human and moves autonomously (walks). The body Bd, the two arms Ra and La provided at the shoulder position of the body Bd, and the head Hd provided at the upper center of the body Bd. . The robot As is provided through each joint so that the legs RF and LF, the torso Bd, the arms Ra and La, and the head Hd operate in substantially the same manner as a human, and control for controlling the operation thereof is performed. The device mounting portion Bc is provided on the back (back of the body Bd) in a form of carrying the back. Details of biped walking are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-62760.

[脚体の関節構造]
ロボットAsの脚体RF,LFの関節構造は、左右それぞれの脚体RFに6個の関節を備えており、股部に設けられた脚回旋用(Z軸)まわりの股関節と、股部のロール軸(X軸)まわりの股関節と、股部のピッチ軸(Y軸)まわりの股関節と、膝部のピッチ軸(Y軸)まわりの膝関節110,110と、足首のピッチ軸(Y軸)及びロール軸(X軸)まわりの足首関節20,20と、とから構成されている。そして、脚体RF,LFの下方となる位置には足部30,30が取り付けられている。
[Leg joint structure]
The joint structure of the legs RF and LF of the robot As includes six joints in each of the left and right legs RF, and a hip joint around the leg rotation (Z axis) provided in the crotch, Hip joint around the roll axis (X axis), hip joint around the pitch axis (Y axis) of the crotch, knee joints 110, 110 around the pitch axis (Y axis) of the knee, and pitch axis of the ankle (Y axis) ) And ankle joints 20 and 20 around the roll axis (X axis). And the leg parts 30 and 30 are attached to the position below leg body RF and LF.

[下腿部の構造]
ロボットAsは、胴体Bdの下部側で股関節を介して脚部Ftが連結されている。そして、ロボットAsは、股関節を介して大腿部100が連結され、大腿部100と下腿部10とを膝関節110を介して連結し、下腿部10の下部に足首関節20を介して足部30が連結された脚体RF,LFを備えている。そして、ロボットAsは、その下腿部10の下腿部外装11内に足首関節20を揺動させる揺動機構1を備えている(図2参照)。また、ロボットAsは、揺動機構1により足首関節20を可動範囲内において揺動させ、かつ、下腿部外装11内に収納されている保護カバー12がガイド手段13に沿って移動するように構成されている(図5参照)。
[Structure of lower leg]
The robot As has legs Ft connected via a hip joint on the lower side of the body Bd. In the robot As, the thigh 100 is connected via the hip joint, the thigh 100 and the lower leg 10 are connected via the knee joint 110, and the lower part of the lower leg 10 is connected via the ankle joint 20. And leg portions RF and LF to which the foot portion 30 is connected. The robot As includes a swing mechanism 1 that swings the ankle joint 20 in the lower leg exterior 11 of the lower leg 10 (see FIG. 2). In addition, the robot As causes the ankle joint 20 to swing within the movable range by the swing mechanism 1 so that the protective cover 12 housed in the crus exterior 11 moves along the guide means 13. It is configured (see FIG. 5).

[揺動機構]
図2に示すように、下腿部外装11内には、支持フレーム15が下腿部外装11の内面に設置され、その支持フレーム15内に揺動機構1が設置されている。
揺動機構1は、支持フレーム15に支持された駆動モータMと、この駆動モータMにより駆動する駆動プーリ2と、この駆動プーリ2の回転を伝達させる伝達手段である無端ベルト3と、この無端ベルト3により従動するように支持フレーム15に回動自在に支持された従動プーリ4と、この従動プーリ4に設けたロッカーアーム5と、このロッカーアーム5に回動ピン6を介して回動自在に一端となる上端を連結させ、他端となる下端に自在継手8を介して足首関節20に連結されるロッド7とを備えている。
[Oscillation mechanism]
As shown in FIG. 2, a support frame 15 is installed on the inner surface of the crus exterior 11 in the crus exterior 11, and the swing mechanism 1 is installed in the support frame 15.
The swing mechanism 1 includes a drive motor M supported by a support frame 15, a drive pulley 2 driven by the drive motor M, an endless belt 3 which is a transmission means for transmitting the rotation of the drive pulley 2, and the endless A driven pulley 4 rotatably supported by a support frame 15 so as to be driven by the belt 3, a rocker arm 5 provided on the driven pulley 4, and a rocker arm 5 that is rotatable via a rotation pin 6. And a rod 7 connected to the ankle joint 20 via the universal joint 8 at the lower end serving as the other end.

なお、揺動機構1は、図3に示すように、ここでは、駆動モータM(駆動モータM1,M2:図2、3参照)により駆動する駆動プーリ2を第1駆動プーリ2A及び第2駆動プーリ2Bとして回転するように設置し、同様に、従動プーリ4も第1従動プーリ4A及び第2従動プーリ4Bとして回転するように設置している。そして、揺動機構1は、ロッド7についても、第1従動プーリ4Aの第1ロッカーアーム5Aに第1回動ピン(又は球面軸受け)6Aを介して設けた第1ロッド7A、及び、第2従動プーリ4Bの第2ロッカーアーム5Bに第2回動ピン(又は球面軸受け)6Bを介して設けた第2ロッド7Bを備えている。さらに、第1ロッド7A及び第2ロッド7Bは、その下端側を第1自在継手8A及び第2自在継手8Bを介して足首関節20の揺動支点位置(自在継手8の自在中心となる位置)に連結している。なお、駆動モータMは、左右一対の電動モータと、この一対の電動モータにそれぞれ駆動プーリ2(2A,2B)を取付け、支持フレーム15に支持するように構成し、第1従動プーリ4A及び第2従動プーリ4Bをそれぞれ駆動する構成としてもよい。このような構成により各ロッド7(7A,7B)を独立して可動させることができる。   As shown in FIG. 3, the swing mechanism 1 includes a drive pulley 2 driven by a drive motor M (drive motors M1 and M2; see FIGS. 2 and 3) as a first drive pulley 2 </ b> A and a second drive pulley. The pulley 2B is installed to rotate, and similarly, the driven pulley 4 is also installed to rotate as the first driven pulley 4A and the second driven pulley 4B. The swing mechanism 1 also includes the first rod 7A provided on the first rocker arm 5A of the first driven pulley 4A via the first rotation pin (or spherical bearing) 6A and the second rod 7 A second rod 7B provided on the second rocker arm 5B of the driven pulley 4B via a second rotation pin (or spherical bearing) 6B is provided. Furthermore, the first rod 7A and the second rod 7B have the lower end side of the swing fulcrum position of the ankle joint 20 via the first universal joint 8A and the second universal joint 8B (position that is the universal center of the universal joint 8). It is linked to. The drive motor M is configured such that a pair of left and right electric motors and a drive pulley 2 (2A, 2B) are attached to the pair of electric motors and supported by the support frame 15, respectively. The two driven pulleys 4B may be driven. With such a configuration, each rod 7 (7A, 7B) can be moved independently.

また、説明上、第1駆動プーリ2A及び第2駆動プーリ2Bを駆動プーリ2として、第1従動プーリ4A及び第2従動プーリ4Bを従動プーリ4として、第1ロッカーアーム5A及び第2ロッカーアーム5Bをロッカーアーム5として、第1回動ピン6A及び第2回動ピン6Bを回動ピン6として、第1ロッド7A及び第2ロッド7Bをロッド7として、第1自在継手8A及び第2自在継手8Bを自在継手8として説明する場合があり、同様に第1及び第2とした対象物を一つの符号で説明することがある。   For the sake of explanation, the first drive pulley 2A and the second drive pulley 2B are used as the drive pulley 2, the first driven pulley 4A and the second driven pulley 4B are used as the driven pulley 4, and the first rocker arm 5A and the second rocker arm 5B. As the rocker arm 5, the first rotation pin 6A and the second rotation pin 6B as the rotation pin 6, the first rod 7A and the second rod 7B as the rod 7, and the first universal joint 8A and the second universal joint. 8B may be described as the universal joint 8, and similarly, the first and second objects may be described with one symbol.

第1従動プーリ4A及び第2従動プーリ4Bは、第1駆動プーリ2A及び第2駆動プーリ2Bよりも上方になるように配置されている。この第1従動プーリ4A及び第2従動プーリ4Bは、足首関節20の揺動支点位置から離間するように配置されることで、第1ロッド7A及び第2ロッド7Bの直動により足首関節20の回動動作角度の範囲が広がるように配置されている。揺動機構1において、従動プーリ4と駆動プーリ2との位置関係は、駆動プーリ2の水平中心よりも従動プーリ4の水平中心が上方に位置すればよい。なお、図2に示すように、揺動機構1は、ここでは、駆動プーリ2と従動プーリ4との位置関係が上下方向において直列するように配置されている。   The first driven pulley 4A and the second driven pulley 4B are arranged to be above the first driving pulley 2A and the second driving pulley 2B. The first driven pulley 4A and the second driven pulley 4B are arranged so as to be separated from the swing fulcrum position of the ankle joint 20, so that the ankle joint 20 can be moved directly by the first rod 7A and the second rod 7B. It arrange | positions so that the range of a rotation operation | movement angle may spread. In the swing mechanism 1, the positional relationship between the driven pulley 4 and the driving pulley 2 may be such that the horizontal center of the driven pulley 4 is positioned above the horizontal center of the driving pulley 2. As shown in FIG. 2, the swing mechanism 1 is here arranged such that the positional relationship between the drive pulley 2 and the driven pulley 4 is in series in the vertical direction.

無端ベルト3は、駆動プーリ2と従動プーリ4との間に掛け渡されている。無端ベルト3は、ここでは、図2に示すように、駆動プーリ2及び従動プーリ4の間の位置で支持フレーム15に支持された押圧ローラ16により一方に押圧されるように構成されている。
押圧ローラ16は、支持フレーム15に支持される固定部と、この固定部に回動自在に支持された回転ローラとを備えている。
無端ベルト3は、押圧ローラ16により常に一方向に押圧されることで、テンションを維持して駆動プーリ2からの回転を従動プーリ4に伝達することができる。なお、無端ベルト3は、平ベルトあるは歯付きベルトであっても構わない。
The endless belt 3 is stretched between the driving pulley 2 and the driven pulley 4. Here, as shown in FIG. 2, the endless belt 3 is configured to be pressed to one side by a pressing roller 16 supported by a support frame 15 at a position between the driving pulley 2 and the driven pulley 4.
The pressing roller 16 includes a fixed portion supported by the support frame 15 and a rotating roller rotatably supported by the fixed portion.
The endless belt 3 is always pressed in one direction by the pressing roller 16, so that the rotation from the driving pulley 2 can be transmitted to the driven pulley 4 while maintaining the tension. The endless belt 3 may be a flat belt or a toothed belt.

図3に示すように、第1ロッカーアーム5A及び第2ロッカーアーム5Bは、ここでは、第1従動プーリ4A及び第2従動プーリ4Bの周縁に固定された環状部からアーム部が並列して突出するようにそれぞれ形成されている。そして、第1ロッカーアーム5A及び第2ロッカーアーム5Bは、それぞれ並列するアーム部に第1回動ピン6A、第2回動ピン6Bを介して、第1ロッド7A及び第2ロッド7Bの一端を回動自在に連結している。   As shown in FIG. 3, in the first rocker arm 5A and the second rocker arm 5B, here, the arm portions protrude in parallel from the annular portions fixed to the peripheral edges of the first driven pulley 4A and the second driven pulley 4B. Each is formed to do. Then, the first rocker arm 5A and the second rocker arm 5B are respectively connected to one end of the first rod 7A and the second rod 7B via the first rotation pin 6A and the second rotation pin 6B on the parallel arm portions. It is pivotably connected.

第1ロッド7A及び第2ロッド7Bは、直線上に形成され、従動プーリ4の所定角度の回動に伴い上下して、足首関節20を所定角度に回動させるものである。この第1ロッド7A及び第2ロッド7Bは、下端側に第1自在継手8A及び第2自在継手8Bを介して、足首関節20に連結され、上下に直動することで足首関節20をローリング方向あるいはピッチング方向に回動させている。   The first rod 7A and the second rod 7B are formed on a straight line, and move up and down with the rotation of the driven pulley 4 at a predetermined angle to rotate the ankle joint 20 at a predetermined angle. The first rod 7A and the second rod 7B are connected to the ankle joint 20 via the first universal joint 8A and the second universal joint 8B on the lower end side, and move linearly up and down to move the ankle joint 20 in the rolling direction. Alternatively, it is rotated in the pitching direction.

また、支持フレーム15は、下腿部外装11内においてつま先側となる外装正面板11Fに下端側面を沿わせて配置し、その上端側を下腿部外装11内の踵側となる外装背面板11Bに形成した接続突起11a,11bに接続している。そして、支持フレーム15は、その下端底面側を後記する足首関節20の外部正面カバー24の球面形状に沿って下向きに凹となる形状として形成されている。したがって、支持フレーム15は、下腿部外装11内に傾斜して支持され、外装背面板11Bとの間に保護カバー12を収納する収納空間Sを形成するように設置されている。また、支持フレーム15は、足首関節20が可動しても外部正面カバー24に接触することがないように、前記した下端底面側が外部正面カバー24に沿った形状をして離間して配置されている。   The support frame 15 is arranged with the lower end side face along the front face plate 11 </ b> F which becomes the toe side in the crus exterior 11, and the upper end side of the support frame 15 becomes the heel side in the crus exterior 11. The connection protrusions 11a and 11b formed on 11B are connected. And the support frame 15 is formed in the shape which becomes concave downward along the spherical surface shape of the external front cover 24 of the ankle joint 20 which mentions the lower end bottom face side later. Therefore, the support frame 15 is inclined and supported in the crus exterior 11 and is installed so as to form a storage space S for storing the protective cover 12 between the support frame 15 and the exterior back plate 11B. Further, the support frame 15 is arranged so that the bottom surface of the lower end has a shape along the external front cover 24 so as not to come into contact with the external front cover 24 even if the ankle joint 20 is movable. Yes.

[保護カバー]
保護カバー12は、支持フレーム15に支持され外装背面板11Bとの収納空間S側に設置され、支持フレーム15に取付けられたガイド手段13により案内されて移動するように構成されている。図2から図4に示すように、保護カバー12は、後記する足部30の外部カバー25を覆う大きさで、外装背面板11Bと対面する位置に正面カバー12a及びサイドカバー12b,12cとが一体で形成され、また、正面カバー12aの内側には、第1係合部12d,12d及び第2係合部12e,12eが形成されている。そして、保護カバー12は、第2係合部12e,12eが後記する取付フレーム14に取付けられ、その取付フレーム14が足首関節20に回動自在に設けられ、かつ、第1係合部12d,12dがガイド手段13のガイド溝13a,13bに連結する溝連結部12f,12fに取付けられてガイド手段13に案内されて移動する。
[Protective cover]
The protective cover 12 is supported by the support frame 15 and is installed on the housing space S side with the exterior rear plate 11B, and is configured to be guided and moved by the guide means 13 attached to the support frame 15. As shown in FIGS. 2 to 4, the protective cover 12 is sized to cover the outer cover 25 of the foot 30 described later, and the front cover 12 a and the side covers 12 b and 12 c are located at a position facing the exterior back plate 11 B. The first engagement portions 12d and 12d and the second engagement portions 12e and 12e are formed inside the front cover 12a. The protective cover 12 is attached to an attachment frame 14 which will be described later by the second engagement portions 12e, 12e, the attachment frame 14 is rotatably provided at the ankle joint 20, and the first engagement portions 12d, 12d is attached to the groove connecting portions 12f and 12f connected to the guide grooves 13a and 13b of the guide means 13, and is guided by the guide means 13 to move.

保護カバー12は、図5(a)に示すように、ロッド7の退行端のときに、ガイド手段13のガイド溝13aの一方の移動端に溝連結部12fが位置して、下腿部外装11内に収納される。また、保護カバー12は、図5(d)に示すように、ロッド7の進行端のときにガイド手段13のガイド溝13aの他方の移動端に溝連結部12fが位置して、下腿部外装11内から送り出され足首関節20の上方側を覆う位置まで移動する。   As shown in FIG. 5A, the protective cover 12 has a groove connecting portion 12f positioned at one moving end of the guide groove 13a of the guide means 13 when the rod 7 is at the retracted end, 11 is housed. In addition, as shown in FIG. 5 (d), the protective cover 12 has a groove connecting portion 12f positioned at the other moving end of the guide groove 13a of the guide means 13 when the rod 7 is at the advancing end, It is sent out from the exterior 11 and moves to a position covering the upper side of the ankle joint 20.

保護カバー12の第1係合部12d、12dは、正面カバー12aの裏面中央にリブ状に立上げられた立上体が幅方向に並列に離間して設けられ、その立上体に形成した係合穴に、溝連結部12f,12fがそれぞれ連通して固定されるように構成されている。
溝連結部12f,12fは、ガイド手段13のガイド溝13a,13bに沿って摺動するものである。この溝連結部12f,12fは、ロッド7の進退する動作で回動する足首関節20の回動に伴ってガイド溝13a,13aに沿って移動することで保護カバー12を作動させている。
The first engaging portions 12d and 12d of the protective cover 12 are formed on the standing body, in which a standing body raised in a rib shape is provided in the center of the back surface of the front cover 12a so as to be spaced apart in parallel in the width direction. The groove connecting portions 12f and 12f are configured to communicate and be fixed to the engaging holes, respectively.
The groove connecting portions 12 f and 12 f slide along the guide grooves 13 a and 13 b of the guide means 13. The groove connecting portions 12f and 12f move along the guide grooves 13a and 13a along with the rotation of the ankle joint 20 that is rotated by the forward and backward movement of the rod 7, thereby operating the protective cover 12.

保護カバー12の第2係合部12e,12eは、並列する第1係合部12d,12dの間に直列に形成されている。この第2係合部12e,12eは、ここでは、正面カバー12aの高さ方向の中心より上方に配置されており、後記するガイド溝13a,13bが形成されるガイド板13A,13Bの間となる位置に形成されている。第2係合部12e,12eは、高さ方向の中心より上方にあるため、保護カバー12が移動して他の部材が保護カバー12の内側に入り込んできても干渉することを避けることができる。   The second engaging portions 12e and 12e of the protective cover 12 are formed in series between the first engaging portions 12d and 12d arranged in parallel. Here, the second engaging portions 12e and 12e are arranged above the center in the height direction of the front cover 12a, and between the guide plates 13A and 13B in which guide grooves 13a and 13b described later are formed. It is formed in the position. Since the second engaging portions 12e and 12e are located above the center in the height direction, it is possible to avoid interference even if the protective cover 12 moves and other members enter the inside of the protective cover 12. .

取付フレーム14は、保護カバー12の取付部として足首関節20に取付られるものである。図2から図3に示すように、この取付フレーム14は、保護カバー12の取付部として、一端側14aにネジ孔が形成されて、保護カバー12の第2係合部12eにネジ等で固定され、他端側14cに形成した円環部14dが足首関節20のフレームの一部に回動自在に取り付けられる。この取付フレーム14は、さらに、一端側14aから他端側14cに向かう間に湾曲部14bが形成されている。   The attachment frame 14 is attached to the ankle joint 20 as an attachment portion of the protective cover 12. As shown in FIGS. 2 to 3, the mounting frame 14 has a screw hole formed on one end side 14 a as a mounting portion of the protective cover 12, and is fixed to the second engaging portion 12 e of the protective cover 12 with a screw or the like. An annular portion 14d formed on the other end side 14c is rotatably attached to a part of the frame of the ankle joint 20. The mounting frame 14 further has a curved portion 14b formed from the one end side 14a toward the other end side 14c.

この湾曲部14bは、後記する足部30に形成した足首関節20を踵側から保護する外部カバー25の先端が、足首関節20の一端側における回動移動端となったときに、当接しないためのものである。この湾曲部14bは、ここでは、足部30が水平状態(図2、図5(b)の状態)のときに支持フレームが15側に向かって湾曲して形成されている。そして、湾曲部14bは、その突出湾曲長さ(深さ)が外部カバー25の先端の移動端で当接しないように設定されている。
取付フレーム14は、ロッド7の進退する動作により足首関節20が可動することで、押し動かされ、あるいは、引き動かされて、保護カバー12をガイド手段13に沿って所定の軌道となるように移動させている。
The curved portion 14b does not come into contact when the distal end of the external cover 25 that protects the ankle joint 20 formed on the foot portion 30 described later from the heel side becomes a rotational movement end on one end side of the ankle joint 20. Is for. Here, the curved portion 14b is formed such that the support frame is curved toward the 15 side when the foot portion 30 is in a horizontal state (the state shown in FIGS. 2 and 5B). The bending portion 14 b is set so that the protruding bending length (depth) does not come into contact with the moving end at the tip of the outer cover 25.
The mounting frame 14 is pushed or pulled by moving the ankle joint 20 by the forward and backward movement of the rod 7, and moves the protective cover 12 along the guide means 13 so as to have a predetermined path. I am letting.

[ガイド手段]
図2及び図3に示すように、ガイド手段13は、保護カバー12を所定の軌道で移動させるものである。このガイド手段13は、ここでは、金属板を加工して形成され、支持フレーム15に接続される所定形状に形成された支持板13dと、この支持板13dから立ち上げて形成されたガイド板13A、13Bと、このガイド板13A、13Bにそれぞれ形成されたガイド溝13a,13bと、を備えている。なお、ガイド手段13は、支持板13dの上方の端部に、外装背面板11Bに形成した接続突起11b,11bを接続する接続筒部13e、13eが、ここではさらに形成されている。
[Guide means]
As shown in FIGS. 2 and 3, the guide means 13 moves the protective cover 12 along a predetermined track. Here, the guide means 13 is formed by processing a metal plate and is connected to the support frame 15, and is formed in a predetermined shape. The guide plate 13A is formed by raising the support plate 13d. , 13B and guide grooves 13a, 13b formed in the guide plates 13A, 13B, respectively. Note that the guide means 13 further includes connecting cylinder portions 13e and 13e for connecting the connecting projections 11b and 11b formed on the exterior rear plate 11B to the upper end portion of the support plate 13d.

ガイド手段13のガイド板13A,13Bは、その間に取付フレーム14が位置するように離間して互いに平行に形成されている。そして、ガイド板13A,13Bは、ガイド溝13a,13bがここではS字形状となるように形成されている。図2に示すように、ガイド溝13aは、S字形状の一端始点となる一端から徐々に外装背面板11B側に対して凸曲溝となり変曲点13a3に向かうように連続して形成した第1溝部13a1と、この第1溝部13a1の終わりとなる変曲点13a3からS字形状の他端終点となる他端に向かって徐々に外装背面板11B側に対して凹曲溝となるように連続して形成した第2溝部13a2とが形成されている。なお、ガイド板13Bも同様に第1溝部13b1、変曲点13b3及び第2溝部13b2が形成されている。   The guide plates 13A and 13B of the guide means 13 are formed in parallel with each other so that the mounting frame 14 is located therebetween. The guide plates 13A and 13B are formed such that the guide grooves 13a and 13b are S-shaped here. As shown in FIG. 2, the guide groove 13a is formed continuously from one end that is the S-shaped one end starting point so as to gradually become a convex groove toward the exterior back plate 11B side toward the inflection point 13a3. From the inflection point 13a3 at the end of the first groove 13a1 and the end of the first groove 13a1 to the other end at the other end of the S-shape, gradually become a concave groove with respect to the exterior back plate 11B side. A continuously formed second groove 13a2 is formed. Similarly, the guide plate 13B has a first groove 13b1, an inflection point 13b3, and a second groove 13b2.

また、図2及び図3に示すように、ガイド溝13aは、溝長さ及び溝位置について、保護カバー12の移動範囲に基づいて支持板13dから所定位置となるように板部分の高さ形状を調整して形成されている。ここでは、ガイド溝13aは、溝連結部12fが一方の移動端となる溝端部に位置しているときに、保護カバー12を図5(a)に示すように、下腿部外装11内に収納する位置になるように設定されている。そして、ガイド溝13aは、溝連結部12fが他方の移動端となる溝端部に位置しているときに、保護カバー12を図5(d)に示すように、下腿部外装11から送り出して足首関節20の上方を覆う位置になるように設定されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the guide groove 13a has a height shape of the plate portion so that the groove length and the groove position are at a predetermined position from the support plate 13d based on the movement range of the protective cover 12. It is formed by adjusting. Here, the guide groove 13a has the protective cover 12 in the crus exterior 11 as shown in FIG. 5 (a) when the groove connecting portion 12f is located at the groove end portion which is one moving end. It is set to be in the storage position. And the guide groove 13a sends out the protective cover 12 from the lower leg part exterior 11 as shown in FIG.5 (d), when the groove connection part 12f is located in the groove end part used as the other moving end. The position is set so as to cover the upper part of the ankle joint 20.

なお、保護カバー12の一方の移動端のとき、ガイド溝13aに連結している溝連結部13fが一方の溝端部に位置し、かつ、ロッド7の退行端の位置が整合するように構成されている。また、保護カバー12の他方の移動端のとき、ガイド溝に連結する溝連結部13fが他方の溝端部に位置し、かつ、ロッドの進行端の位置が整合するように構成されている。   In addition, when the protective cover 12 is at one moving end, the groove connecting portion 13f connected to the guide groove 13a is positioned at the one groove end portion, and the position of the retracting end of the rod 7 is aligned. ing. Further, at the other moving end of the protective cover 12, the groove connecting portion 13f connected to the guide groove is located at the other groove end portion, and the position of the advancing end of the rod is aligned.

そして、ガイド溝13aは、第1溝部13a1の凸溝の頂点位置になったときに、保護カバー12が、図5(b)に示すように、外装背面板11Bに最も近づく位置となるように設定されている。つまり、ガイド溝13aをS字形状にして、そのS字形状の凸溝の頂点位置での保護カバー12の位置を外装背面板11Bに最も近づけるように設定することで、保護カバー12をさらに下方に移動させても外装背面板11Bに当接させることがない。   Then, when the guide groove 13a reaches the apex position of the convex groove of the first groove portion 13a1, the protective cover 12 is positioned closest to the exterior back plate 11B as shown in FIG. 5B. Is set. That is, the guide groove 13a is formed in an S shape, and the position of the protective cover 12 at the apex position of the S-shaped convex groove is set so as to be closest to the exterior rear plate 11B, so that the protective cover 12 is further lowered. Even if it is moved to, it will not be brought into contact with the exterior rear plate 11B.

[足首関節]
図2に示すように、足首関節20は、ロッド7の進退する動作を受けてローリング軸方向及びピッチ軸方向に所定角度回動して足部30を作動させるものである。この足首関節20は、ローリング軸及びピッチ軸がそれぞれ回動できるように設けた回動軸部22がフレーム21に設けられている。そして、フレーム21は、足部30に設置されている。また、フレーム21のつま先側となる位置には、外部正面カバー24が外周側を断面円弧形状になるように設けられている。
[Ankle joint]
As shown in FIG. 2, the ankle joint 20 is rotated by a predetermined angle in the rolling axis direction and the pitch axis direction in response to the movement of the rod 7 to advance and retreat, thereby actuating the foot portion 30. The ankle joint 20 is provided with a rotation shaft portion 22 provided on a frame 21 so that a rolling shaft and a pitch shaft can rotate. The frame 21 is installed on the foot 30. Further, an outer front cover 24 is provided at a position on the toe side of the frame 21 so that the outer peripheral side has a circular arc shape in cross section.

また、フレーム21の踵側となる位置にそのフレーム21から離間して、足部30の外部カバー25が凸曲面を外側に向けて形成されている。そして、足首関節20は、その回動軸部22の動作を行なう支点となるフレーム21における揺動支点位置(自在継手8の自在中心)に、すでに説明したロッド7の他端が自在継手8を介して連結されている。さらに、足首関節20は、そのフレーム21の設けたブロックの突出接続アーム23にすでに説明した取付フレーム14の他端となる円環部14dが回動自在となるように接続されている。なお、取付フレーム14の円環部14dは、ここでは、ローリング軸の軸線延長位置となる突出接続アーム23の位置に取付けられている。   In addition, the outer cover 25 of the foot 30 is formed at a position on the heel side of the frame 21 with the convex curved surface facing outward. The ankle joint 20 has the other end of the rod 7 already described with the universal joint 8 at the swing fulcrum position (the universal center of the universal joint 8) in the frame 21 which is a fulcrum for the operation of the rotating shaft portion 22. Are connected through. Further, the ankle joint 20 is connected to the projecting connection arm 23 of the block provided with the frame 21 so that the annular portion 14d serving as the other end of the mounting frame 14 described above is rotatable. Here, the annular portion 14d of the attachment frame 14 is attached at the position of the projecting connection arm 23 that is the axial extension position of the rolling shaft.

[足部]
足部30は、図示しない6軸力センサ、センサ固定フレーム(可動部)、運動方向変換機構および緩衝機構等が設けられると共に、足首関節20のフレーム21に接続して設けられている。この足部30は、足首関節20の揺動に伴って追随して揺動するように設けられている。足部30は、その足裏31と、つま先32と、踵33とが適切な形状となるように形成されている。
以上、ロボットAsの下腿部10、足首関節20、足部30の構成について主に説明したが、ロボットAsは、他の構成、例えば、脚体RF,LFにおいて、膝関節110、足部30及び足首関節20等について、歩行するときに必要な他の構成、荷重を受ける機構等について、公知の構成が用いられ、ここではその説明を適宜省略している。
[Foot]
The foot portion 30 is provided with a six-axis force sensor, a sensor fixing frame (movable portion), a motion direction conversion mechanism, a buffer mechanism, and the like (not shown) and connected to the frame 21 of the ankle joint 20. The foot 30 is provided so as to follow and swing as the ankle joint 20 swings. The foot portion 30 is formed so that the sole 31, the toe 32, and the heel 33 have an appropriate shape.
The configuration of the lower leg portion 10, the ankle joint 20, and the foot portion 30 of the robot As has been mainly described above. However, the robot As has other configurations, for example, the leg joints RF and LF, the knee joint 110 and the foot portion 30. For the ankle joint 20 and the like, known configurations are used for other configurations necessary for walking, a mechanism for receiving a load, and the like, and the description thereof is appropriately omitted here.

つぎに、ロボットAsの足首関節20の可動範囲と保護カバー12の動作の関係について、図5を参照して説明する。
図5(a)に示すように、足首関節20は、ロッド7の退行端でピッチ可動範囲限界の一方となるように構成され、図5(d)に示すように、ロッド7の進行端でピッチ可動範囲限界の他方となるように構成されている。
Next, the relationship between the movable range of the ankle joint 20 of the robot As and the operation of the protective cover 12 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 5 (a), the ankle joint 20 is configured to be one of the pitch movable range limits at the retracting end of the rod 7, and at the advancing end of the rod 7, as shown in FIG. 5 (d). It is comprised so that it may become the other of the pitch movable range limit.

図5(a)に示すように、揺動機構1は、駆動モータMにより駆動プーリ2が所定角度回転することで無端ベルト3を介して従動プーリ4を所定角度回転させて、従動プーリ4のロッカーアーム5に回動自在に設けたロッド7を直動させて退行端にする。この揺動機構1の動作によりロッド7が退行端に位置すると、足首関節20は、足部30の踵33が下腿部外装11の下端に最も近づくように回動(あるいは揺動)して可動範囲限界の一方の位置となる。そして、足首関節20が回動することで、取付フレーム14が押し上げられ、保護カバー12は、ガイド溝13aの一方の移動端に溝連結部13fが位置して、下腿部外装11内に収納された状態となる。   As shown in FIG. 5 (a), the swing mechanism 1 rotates the driven pulley 4 by a predetermined angle via the endless belt 3 by rotating the driving pulley 2 by a predetermined angle by the driving motor M. A rod 7 rotatably provided on the rocker arm 5 is directly moved to a retreat end. When the rod 7 is positioned at the retracted end by the operation of the swing mechanism 1, the ankle joint 20 rotates (or swings) so that the heel 33 of the foot 30 is closest to the lower end of the crus exterior 11. This is one position of the movable range limit. When the ankle joint 20 is rotated, the mounting frame 14 is pushed up, and the protective cover 12 is housed in the crus exterior 11 with the groove connecting portion 13f positioned at one moving end of the guide groove 13a. It will be in the state.

つぎに、図5(b)に示すように、足部30が地面に当接状態となる場合には、駆動モータM、駆動プーリ2、無端ベルト3、従動プーリ4、ロッカーアーム5及びロッド7が作動(揺動機構1が作動)して、そのロッド7の進行(下方に)動作により、足首関節20を所定角度回転させる。足首関節20が所定角度回転すると、取付フレーム14が元位置から下方に引き動かされ、保護カバー12を下方に引っ張り、ガイド溝13aの第1溝部13a1に沿って溝連結部13fが移動して保護カバー12の移動を案内する。このとき、ガイド溝13aでは、溝連結部13fが第1溝部13a1に沿ってガイドされて移動し、保護カバー12を外装背面板11Bに最も近づける位置となるように案内している。   Next, as shown in FIG. 5B, when the foot 30 is in contact with the ground, the drive motor M, the drive pulley 2, the endless belt 3, the driven pulley 4, the rocker arm 5, and the rod 7 are used. Is actuated (the rocking mechanism 1 is actuated), and the ankle joint 20 is rotated by a predetermined angle by the movement (downward) of the rod 7. When the ankle joint 20 rotates by a predetermined angle, the mounting frame 14 is moved downward from the original position, the protective cover 12 is pulled downward, and the groove connecting portion 13f moves along the first groove portion 13a1 of the guide groove 13a to be protected. Guide the movement of the cover 12. At this time, in the guide groove 13a, the groove connecting part 13f is guided and moved along the first groove part 13a1, and guides the protective cover 12 to the position closest to the exterior rear plate 11B.

さらに、図5(c)に示すように、溝結合部13fがS字形状のガイド溝13の変曲点13a3の位置であると、揺動機構1のロッド7により足首関節20を図5(b)の状態よりもさらに所定角度回転させた状態となる。この状態のとき、保護カバー12は、足首関節20の回転によりさらに取付フレーム14が引き動かされることで、下方に移動させられる。保護カバー12が移動するときには、ガイド溝13aに沿って移動する溝連結部13fの移動軌跡により、保護カバー12の移動状態がガイドされる。つまり、図5(b)及び図5(c)に示すように、保護カバー12は、揺動機構1のロッド7の進行動作により足首関節20が回転することで、取付フレーム14が引き動かされて、外装背面板11Bの位置から離間すると共に下方に送り出されるように、ガイド溝13aの変曲点13a3から第2溝部13a2に亘ってガイドされて移動する。   Further, as shown in FIG. 5C, when the groove coupling portion 13f is at the inflection point 13a3 of the S-shaped guide groove 13, the ankle joint 20 is moved to the ankle joint 20 by the rod 7 of the swing mechanism 1. The state is further rotated by a predetermined angle than the state of b). In this state, the protective cover 12 is moved downward by further pulling the attachment frame 14 by the rotation of the ankle joint 20. When the protective cover 12 moves, the movement state of the protective cover 12 is guided by the movement locus of the groove connecting portion 13f that moves along the guide groove 13a. That is, as shown in FIG. 5B and FIG. 5C, the protective cover 12 is pulled by the attachment frame 14 when the ankle joint 20 is rotated by the movement of the rod 7 of the swing mechanism 1. Thus, the guide groove 13a3 is guided and moved from the inflection point 13a3 of the guide groove 13a so as to be separated from the position of the exterior back plate 11B and to be sent downward.

また、図5(d)に示すように、揺動機構1のロッド7の進行端の位置まで作動させることで、足首関節20のピッチ可動範囲限界の他方となる位置となり、足部30のつま先32部分が外装正面板11Fにほぼ平行となるまで足部30を可動することができる。このとき、保護カバー12は、図5(c)及び図5(d)に示すように、その全体が下腿部外装11の下方から送り出された状態となり、足首関節20の上方部分、すなわち、外部カバー25と外部正面カバー24との間の部分を覆うように移動する。つまり、保護カバー12は、揺動機構1のロッド7の進行端までの動作により足首関節20が回転することで、取付フレーム14が引き動かされて、下腿部外装11から下方に送り出されるように、ガイド溝13aの第2溝部13a2から他方の移動端に亘ってガイドされて移動する。   Further, as shown in FIG. 5 (d), by operating to the position of the advancing end of the rod 7 of the swing mechanism 1, the position becomes the other end of the pitch movable range limit of the ankle joint 20, and the toe of the foot portion 30. The foot portion 30 can be moved until the 32 portion is substantially parallel to the exterior front plate 11F. At this time, as shown in FIGS. 5 (c) and 5 (d), the protective cover 12 is entirely fed from the lower part of the crus exterior 11, and the upper part of the ankle joint 20, that is, It moves so as to cover a portion between the outer cover 25 and the outer front cover 24. That is, the protective cover 12 is sent out downward from the crus exterior 11 when the ankle joint 20 is rotated by the movement of the swing mechanism 1 up to the advancing end of the rod 7 so that the attachment frame 14 is pulled. The second groove portion 13a2 of the guide groove 13a is guided and moved from the other moving end.

以上説明したように、足首関節20は、揺動機構1のロッド7により図5(a)の状態から図5(d)の状態まで可動範囲を広げることができるので、2足歩行するときに、足部30が段差となるところでも、足首関節20の広い可動範囲で可動させることでバランスをとり易くなる。そのため、ロボットAsの歩行制御等における姿勢制御がより安定する。   As described above, since the movable range of the ankle joint 20 can be expanded from the state of FIG. 5A to the state of FIG. Even when the foot 30 is stepped, it is easy to balance by moving the ankle joint 20 within a wide range of motion. Therefore, the posture control in the walking control or the like of the robot As is more stable.

つぎに、ロボットAs(図1参照)の歩行するときの状態について、図6を参照して説明する。なお、ロボットAsの脚体RF、LFや胴体Bd及び腕部Ra、Laの状態を省略して、脚体RFあるいは脚体LFの一方の下腿部10、足首関節20及び足部30の状態のみで説明する。ちなみに、ロボットAsは、自律して2足歩行する場合、図示しない基地局において、ロボットAsと管理用コンピュータとの間のデータ交換を仲介して歩行させるようにコントロールしている。
具体的には、基地局は、管理用コンピュータから出力された実行命令をロボットAsに送信するとともに、ロボットAsから送信されたロボットAsの状態に関するデータ(ステータス情報)やロボットAsが実行命令を受信したことを示す信号(受信報告信号)を受信して、管理用コンピュータに出力するものである。また、図示しない基地局は、ロボットAsと管理用コンピュータとの間のデータ交換を確実に行えるようにするために、タスク実行エリア内に少なくとも一つ設けられている。
Next, a state when the robot As (see FIG. 1) walks will be described with reference to FIG. The state of the leg RF, LF, the torso Bd, and the arms Ra, La of the robot As is omitted, and the state of the leg 10, the ankle joint 20, and the foot 30 of the leg RF or the leg LF is omitted. Only explained. Incidentally, when the robot As autonomously walks with two legs, a base station (not shown) controls the robot As to walk through data exchange between the robot As and the management computer.
Specifically, the base station transmits an execution command output from the management computer to the robot As, and receives data (status information) related to the state of the robot As transmitted from the robot As and the robot As receives the execution command. A signal (reception report signal) indicating that it has been received is received and output to the management computer. In addition, at least one base station (not shown) is provided in the task execution area in order to ensure data exchange between the robot As and the management computer.

図6(a)及び図6(b)に示すように、ロボットAsが何かのタスク実行のために2足歩行する場合は、脚体RF,LF及び各関節を作動させることと、下腿部10の揺動機構1を作動させ、ロッド7を退行動作させることで、足部30の足裏31が地面に当接している状態から、踵33を浮かせるように足首関節20を回動(揺動あるいは可動)させて図6(c)に示すように、足部30を振り出す。その後、足部30は、地面に着地することになるが、例えば、着地する地面に段差を生じるものが存在した場合、図6(d)に示すようになる。すなわち、足部30は、足首関節20が足部30のつま先32を上方に上げた状態で段差に乗り上げている状態になる。   As shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), when the robot As walks on two legs to execute some task, it operates the legs RF, LF and each joint, The ankle joint 20 is rotated so that the heel 33 is lifted from the state where the sole 31 of the foot portion 30 is in contact with the ground by operating the swing mechanism 1 of the portion 10 and retreating the rod 7 ( The foot 30 is swung out as shown in FIG. Thereafter, the foot portion 30 will land on the ground. For example, when there is a step on the ground surface, the foot portion 30 is as shown in FIG. In other words, the foot 30 is in a state where the ankle joint 20 rides on a step with the toe 32 of the foot 30 raised upward.

このとき、ロボットAsは、図6(e)に示すように、予想しなかった段差のためにバランスを制御しようとして、矢印で示す仮想線の方向に足首関節20を揺動あるいは回動させることができれば、歩行時におけるバランス制御をとり易くなる。
したがって、下腿部10、足首関節20、足部30の構成により、図5(d)に示すように、外装正面板11Fに足部30のつま先32が平行となるまで作動できるように広いため、図6(e)で示すように、凹凸等の段差が足部30の着地面に存在しても、足首関節20の可動域において各構成を動作させてバランスをとることが可能となる。また、ロボットAsは、バランスをとるときに、揺動機構1が下腿部10に設けられていることで、大腿部100(図1参照)がスリムになっているため、股関節の可動域についても広げられ、よりバランスをとり易い構成となっている。
なお、段差がない場合には、図6(e)に示すように、足部30は、その足裏面31を地面に着地して再び図6(b)からの動作が歩行の動作の都度繰り返される。
At this time, as shown in FIG. 6 (e), the robot As swings or rotates the ankle joint 20 in the direction of the imaginary line indicated by the arrow in an attempt to control the balance due to an unexpected step. If it is possible, it becomes easy to take balance control during walking.
Therefore, the structure of the crus 10, the ankle joint 20, and the foot 30 is wide enough to operate until the toe 32 of the foot 30 is parallel to the exterior front plate 11F as shown in FIG. 5 (d). As shown in FIG. 6E, even if a step such as an unevenness exists on the landing surface of the foot portion 30, it is possible to balance each other by operating each component within the movable range of the ankle joint 20. Further, when the robot As is balanced, since the thigh 100 (see FIG. 1) is slim because the swing mechanism 1 is provided in the crus 10, the range of motion of the hip joint Has been expanded to make it easier to balance.
When there is no level difference, as shown in FIG. 6 (e), the foot 30 has its foot back surface 31 landed on the ground, and the operation from FIG. 6 (b) is repeated again every time the walking operation is performed. It is.

以上説明したように、脚式移動ボットAsにおいて、下腿部10に揺動機構1を設置して従動プーリ4を駆動プーリ2よりも上方に配置することで、ロッド7の直動する範囲を長くとり、足首関節20の可動範囲を広げることが可能となる。また、足首関節20の可動範囲が広がっても、保護カバー12の移動軌跡をガイド手段によりガイドすることで限られたスペースを有効利用することができる。特に、ガイド手段のガイド溝をS字形状にすることで、下腿部外装内に収納された状態から最大可動域となった足首関節の状態に亘って適切に保護部分を覆うことができる移動軌跡を確保することができる。   As described above, in the legged moving bot As, the swing mechanism 1 is installed on the crus 10 and the driven pulley 4 is disposed above the drive pulley 2, so that the range in which the rod 7 moves linearly is increased. It is possible to extend the range of motion of the ankle joint 20 by taking a long time. Even if the movable range of the ankle joint 20 is widened, the limited space can be effectively used by guiding the movement locus of the protective cover 12 by the guide means. In particular, by making the guide groove of the guide means S-shaped, the movement that can cover the protective part appropriately over the state of the ankle joint that has become the maximum range of motion from the state housed in the lower leg exterior A trajectory can be secured.

また、ここでは、足首関節20は、ピッチ角度の可動域について、主に説明したが、第1ロッド7A及び第2ロッド7Bを第1駆動モータM1及び第2駆動モータM2のそれぞれを異なる制御を行うことで、それぞれ退行端(上端)と進行端(下端)に動かして、ローリング方向の角度も大きくできる。つまり、足首関節20は、ピッチ角度及びロール角度の両方の角度範囲を大きくして、バランスを容易にとることができる。   Here, the ankle joint 20 has mainly described the range of motion of the pitch angle. However, the first rod 7A and the second rod 7B are controlled differently from the first drive motor M1 and the second drive motor M2. By doing so, the angle in the rolling direction can be increased by moving to the retreat end (upper end) and the advance end (lower end), respectively. That is, the ankle joint 20 can easily balance by increasing the angle range of both the pitch angle and the roll angle.

ちなみに、図7に示すように、大腿部100には、膝関節の駆動モータを設け、かつ、下腿部10に揺動機構1を設けた本発明の構成と、大腿部に膝関節の駆動モータ及び揺動機構を設け、下腿部にリンク機構を設けた構成とのアウトラインの比較をみると、側面では大腿部100がスリムになっていることが分かる。   Incidentally, as shown in FIG. 7, the thigh 100 is provided with a knee joint drive motor and the crus 10 is provided with the swing mechanism 1, and the thigh is provided with a knee joint. When comparing the outline with the configuration in which the drive motor and the swing mechanism are provided and the link mechanism is provided on the lower leg, it can be seen that the thigh 100 is slim on the side.

なお、保護カバー12は、取付フレーム14を介して足首関節20に回動自在に取付けられる構成として説明したが、保護カバー12の第2係合部12eを変形させることで、保護カバー12の取付部として形成して足首関節20に回動自在に取付ける構成としても構わない。
また、駆動プーリ2、従動プーリ4は、2つを同期してあるいは同軸で回転させる構成としても、あるいは、一つのものを幅を持たせて形成しても構わない。そして、ロッド7は、2本を使用する構成として説明したが一本であっても構わない。
さらに、取付フレーム14の形状は、湾曲部14bを形成することで、足部30に形成した外部カバー25の先端が移動しても当接しない状態として説明したが、取付フレーム14を直線的に形成し外部カバー25の形状をその取付フレームに当接しない長さに調整するか、あるいは、回避する凹部を形成するようにしても構わない。
In addition, although the protective cover 12 was demonstrated as a structure rotatably attached to the ankle joint 20 via the attachment frame 14, attachment of the protective cover 12 is carried out by deform | transforming the 2nd engaging part 12e of the protective cover 12. FIG. It is good also as a structure formed as a part and attached to the ankle joint 20 so that rotation is possible.
Further, the drive pulley 2 and the driven pulley 4 may be configured such that the two are rotated synchronously or coaxially, or one may be formed with a width. And although the rod 7 was demonstrated as a structure which uses two pieces, you may be one.
Furthermore, although the shape of the mounting frame 14 has been described as a state in which the distal end of the outer cover 25 formed on the foot 30 does not come into contact with the curved portion 14b, the mounting frame 14 is linearly formed. The outer cover 25 may be formed so that the shape of the outer cover 25 is adjusted so as not to come into contact with the mounting frame, or a concave portion to be avoided may be formed.

そして、支持フレーム15は、下腿部外装11内に傾斜して取り付ける構成として説明したが、収納空間Sを形成するような形状に支持フレーム15を形成することで、下腿部外装11内に平行に配置しても構わない。また、駆動プーリ2(2A,2B)及び従動プーリ4(4Aは、それぞれに掛け渡した無端ベルト3により回動し、押圧ローラ16が無くても構わない。   The support frame 15 has been described as being configured to be inclined and mounted in the crus exterior 11, but by forming the support frame 15 in a shape that forms the storage space S, the support frame 15 is formed in the crus exterior 11. You may arrange | position in parallel. Further, the drive pulley 2 (2A, 2B) and the driven pulley 4 (4A) may be rotated by the endless belt 3 wound around each, and the pressing roller 16 may be omitted.

1 揺動機構 2 駆動プーリ
2A 第1駆動プーリ 2B 第2駆動プーリ
3 無端ベルト 4 従動プーリ
4A 第1従動プーリ 4B 第2従動プーリ
5 ロッカーアーム 5A 第1ロッカーアーム
5B 第2ロッカーアーム 6 回動ピン
6A 第1回動ピン 6B 第2回動ピン
7 ロッド 7A 第1ロッド
7B 第2ロッド 8 自在継手
8A 第1自在継手 8B 第2自在継手
10 下腿部 11 下腿部外装
11B 外装背面板 11F 外装正面板
11a 接続突起 11b 接続突起
12 保護カバー 12a 正面カバー
12b サイドカバー 12d 第1係合部
12e 第2係合部 12f 溝連結部
13 ガイド手段 13a3 変曲点
13a1 第1溝部 13a2 第2溝部
13b1 第1溝部 13b3 変曲点
13b2 第2溝部 13A ガイド板
13B ガイド板 13a ガイド溝
13d 支持板 13e 接続筒部
14 取付フレーム 14a 一端側
14b 湾曲部 14c 他端側
14d 円環部 15 支持フレーム
16 押圧ローラ 20 足首関節
21 フレーム 22 回動軸部
24 外部正面カバー 25 外部カバー
30 足部 31 足裏
33 踵 32 つま先
100 大腿部 110 膝関節
As ロボット
Bd 胴体 Bc 制御装置搭載部
Hd 頭部 M 駆動モータ
RF 脚体 Ra 腕部
S 収納空間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Swing mechanism 2 Drive pulley 2A 1st drive pulley 2B 2nd drive pulley 3 Endless belt 4 Driven pulley 4A 1st driven pulley 4B 2nd driven pulley 5 Rocker arm 5A 1st rocker arm 5B 2nd rocker arm 6 Rotating pin 6A 1st rotation pin 6B 2nd rotation pin 7 Rod 7A 1st rod 7B 2nd rod 8 Universal joint 8A 1st universal joint 8B 2nd universal joint 10 Lower leg part 11 Lower leg part exterior 11B Exterior back plate 11F Exterior Front plate 11a Connection projection 11b Connection projection 12 Protective cover 12a Front cover 12b Side cover 12d First engagement portion 12e Second engagement portion 12f Groove connection portion 13 Guide means 13a3 Inflection point 13a1 First groove portion 13a2 Second groove portion 13b1 First 1 groove 13b3 inflection point 13b2 second groove 13A guide plate 13B guide plate 1 3a guide groove 13d support plate 13e connecting cylinder part 14 mounting frame 14a one end side 14b curved part 14c other end side 14d annular part 15 support frame 16 pressing roller 20 ankle joint 21 frame 22 rotating shaft part 24 external front cover 25 external cover 30 feet 31 soles 33 heels 32 toes 100 thighs 110 knee joints
As robot Bd body Bc control device mounting part Hd head M drive motor RF leg Ra arm part S storage space

Claims (7)

大腿部の下端に膝関節を介して連結される下腿部と、前記下腿部の下端に足首関節を介して連結される足部と、下端が前記足首関節に連結され前記下腿部側に延びるロッドを進退させることにより前記足首関節を介して前記足部を前記下腿部に対して揺動させる揺動機構とを有する脚体を備える脚式移動ロボットにおいて、
前記揺動機構は、下腿部外装内に設置した支持フレームに設けた駆動モータと、前記駆動モータにより駆動する駆動プーリと、前記駆動プーリにより従動する従動プーリと、前記従動プーリに設けたロッカーアームと、前記ロッカーアームに設けた前記ロッドとを有し、
前記駆動プーリの上方に従動プーリが配置され、前記従動プーリのロッカーアームに前記ロッドの上端が回動自在に連結されると共に、前記ロッドの下端が前記足首関節を揺動させる揺動支点位置に回動自在に連結され
前記支持フレームに設けられガイド溝を形成したガイド手段と、前記ガイド手段のガイド溝に回動自在に連結する溝連結部ならびに前記足首関節に回動自在に連結する取付部を有する保護カバーと、を更に備え、
前記ガイド手段は、前記ガイド溝が、一方の移動端に前記溝連結部が位置するときに、前記ロッドの退行端の位置となり、他方の移動端に前記溝連結部が位置するときに、前記ロッドの進行端の位置となるように形成され、
前記保護カバーは、前記ロッドの退行端の位置で前記ガイド溝の一方の移動端に前記溝連結部が位置して前記下腿部外装内に配置され、かつ、前記ロッドの進行端の位置で前記ガイド溝の他方の移動端に前記溝連結部が位置して前記下腿部外装から露出する前記足首関節の上方側を覆うように動作し、
前記ガイド手段は、前記ガイド溝がS字形状に形成され、前記足部の踵側に位置する前記下腿部外装の内面に凸となる第1溝部と、この第1溝部に連続して凹凸が変曲する位置を超えて前記下腿部外装の内面に対して凹となる第2溝部とが、前記下腿部上方から下腿部下方に向かう方向に対して順に形成された
ことを特徴とする脚式移動ロボット。
A lower leg connected to the lower end of the thigh via a knee joint, a foot connected to the lower end of the lower leg via an ankle joint, and a lower end connected to the ankle joint and the lower leg In a legged mobile robot comprising a leg having a swinging mechanism that swings the foot with respect to the crus through the ankle joint by moving a rod extending sideways forward and backward,
The swing mechanism includes a drive motor provided on a support frame installed in a lower crus exterior, a drive pulley driven by the drive motor, a driven pulley driven by the drive pulley, and a rocker provided on the driven pulley. An arm, and the rod provided on the rocker arm,
A driven pulley is disposed above the drive pulley, and an upper end of the rod is rotatably connected to a rocker arm of the driven pulley, and a lower end of the rod is at a swing fulcrum position that swings the ankle joint. Are pivotally connected ,
A guide cover provided on the support frame and having a guide groove; a protective cover having a groove connecting portion that is rotatably connected to the guide groove of the guide means; and a mounting portion that is rotatably connected to the ankle joint; Further comprising
The guide means has a position of the retracting end of the rod when the groove connecting portion is located at one moving end, and the guide means is located when the groove connecting portion is located at the other moving end. Formed to be the position of the advancing end of the rod,
The protective cover is disposed in the crus exterior with the groove connecting portion positioned at one moving end of the guide groove at the retreating end of the rod, and at the position of the advancing end of the rod. The groove connecting portion is located at the other moving end of the guide groove and operates to cover the upper side of the ankle joint exposed from the crus exterior,
The guide means includes a first groove portion that is formed in an S-shape and is convex on an inner surface of the outer crus portion that is located on a heel side of the foot portion, and an unevenness that is continuous with the first groove portion. A second groove that is recessed with respect to the inner surface of the crus exterior beyond the position at which the inflection occurs is formed in order in the direction from the upper crus downward to the lower crus <br / > Legged mobile robot characterized by that.
大腿部の下端に膝関節を介して連結される下腿部と、前記下腿部の下端に足首関節を介して連結される足部と、下端が前記足首関節に連結され前記下腿部側に延びるロッドを進退させることにより前記足首関節を介して前記足部を前記下腿部に対して揺動させる揺動機構とを有する脚体を備える脚式移動ロボットにおいて、  A lower leg connected to the lower end of the thigh via a knee joint, a foot connected to the lower end of the lower leg via an ankle joint, and a lower end connected to the ankle joint and the lower leg In a legged mobile robot comprising a leg having a swinging mechanism that swings the foot with respect to the crus through the ankle joint by moving a rod extending sideways forward and backward,
前記揺動機構は、下腿部外装内に設置した支持フレームに設けた駆動モータと、前記駆動モータにより駆動する駆動プーリと、前記駆動プーリにより従動する従動プーリと、前記従動プーリに設けたロッカーアームと、前記ロッカーアームに設けた前記ロッドとを有し、  The swing mechanism includes a drive motor provided on a support frame installed in a lower crus exterior, a drive pulley driven by the drive motor, a driven pulley driven by the drive pulley, and a rocker provided on the driven pulley. An arm, and the rod provided on the rocker arm,
前記駆動プーリの上方に従動プーリが配置され、前記従動プーリのロッカーアームに前記ロッドの上端が回動自在に連結されると共に、前記ロッドの下端が前記足首関節を揺動させる揺動支点位置に回動自在に連結され、  A driven pulley is disposed above the drive pulley, and an upper end of the rod is rotatably connected to a rocker arm of the driven pulley, and a lower end of the rod is at a swing fulcrum position that swings the ankle joint. Are pivotally connected,
前記支持フレームに設けられガイド溝を形成したガイド手段と、前記ガイド手段のガイド溝に回動自在に連結する溝連結部ならびに前記足首関節に回動自在に連結する取付部を有する保護カバーと、を更に備え、  A guide cover provided on the support frame and having a guide groove; a protective cover having a groove connecting portion that is rotatably connected to the guide groove of the guide means; and a mounting portion that is rotatably connected to the ankle joint; Further comprising
前記ガイド手段は、前記ガイド溝が、一方の移動端に前記溝連結部が位置するときに、前記ロッドの退行端の位置となり、他方の移動端に前記溝連結部が位置するときに、前記ロッドの進行端の位置となるように形成され、  The guide means has a position of the retracting end of the rod when the groove connecting portion is located at one moving end, and the guide means is located when the groove connecting portion is located at the other moving end. Formed to be the position of the advancing end of the rod,
前記保護カバーは、前記ロッドの退行端の位置で前記ガイド溝の一方の移動端に前記溝連結部が位置して前記下腿部外装内に配置され、かつ、前記ロッドの進行端の位置で前記ガイド溝の他方の移動端に前記溝連結部が位置して前記下腿部外装から露出する前記足首関節の上方側を覆うように動作し、  The protective cover is disposed in the crus exterior with the groove connecting portion positioned at one moving end of the guide groove at the retreating end of the rod, and at the position of the advancing end of the rod. The groove connecting portion is located at the other moving end of the guide groove and operates to cover the upper side of the ankle joint exposed from the crus exterior,
前記支持フレームは、前記下腿部外装の内部に形成される空間の上方から前記足部のつま先側となる前記下腿部外装内壁面向かって、前記下腿部外装の内部に傾斜して設置され、前記支持フレームの傾斜により当該支持フレームと前記足部の踵側となる前記下腿部外装内壁面との間に収納空間を形成し、  The support frame is installed to be inclined inside the crus exterior from above the space formed inside the crus exterior toward the inner surface of the crus exterior that is the toe side of the foot. A storage space is formed between the support frame and the lower crus exterior inner wall surface which becomes the heel side of the foot by tilting the support frame;
前記保護カバーは、前記収納空間に収納されると共に前記ガイド手段に沿って移動するように設けられたことを特徴とする脚式移動ロボット。  The legged mobile robot characterized in that the protective cover is housed in the housing space and is provided to move along the guide means.
前記ロッドは、直線状に形成され直動することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の脚式移動ロボット。 The legged mobile robot according to claim 1 or 2 , wherein the rod is linearly formed and linearly moves. 前記保護カバーは、前記溝連結部が前記第1溝部の位置のときに、前記下腿部外装の内面に当該保護カバーが最も近づく位置となるように設置されていることを特徴とする請求項に記載の脚式移動ロボット。 The said protective cover is installed so that the said protective cover may be in the position closest to the inner surface of the said crus exterior when the said groove connection part is a position of the said 1st groove part. legged mobile robot according to 1. 前記保護カバーの取付部は、その一端を当該保護カバーに固定すると共に、その他端を前記足首関節に回動自在に連結する取付フレームであることを特徴とする請求項から請求項のいずれか一項に記載の脚式移動ロボット。 Mounting portion of the protective cover is fixed to one end to the protective cover, one of claims 1 to 4, characterized in that the other end is a mounting frame that pivotally connected to the ankle joint The legged mobile robot according to claim 1. 前記足部は、その踵側から足首関節側に突出する外装カバーを備え、
前記取付フレームは、その一端と他端の間に、前記つま先側に湾曲する湾曲部を形成して備え、前記湾曲部が、前記ロッドの退行端で前記足首関節を回動させることに伴い前記外装カバーが移動したときに、その外装カバーの先端の移動を許容できる湾曲突出長さに形成されていることを特徴とする請求項に記載の脚式移動ロボット。
The foot portion includes an exterior cover that protrudes from the heel side to the ankle joint side,
The mounting frame is provided with a curved portion that curves toward the toe side between one end and the other end, and the curved portion rotates with the ankle joint at the retracting end of the rod. 6. The legged mobile robot according to claim 5 , wherein the legged mobile robot is formed to have a curved protruding length that allows movement of a tip of the exterior cover when the exterior cover moves.
前記ロッドは、前記従動プーリの左右にそれぞれ設けた前記ロッカーアームに、第1ロッドと第2ロッドとが設置され、前記ガイド手段及び前記取付フレームは、前記第1ロッド及び第2ロッドの間に配置されたことを特徴とする請求項又は請求項に記載の脚式移動ロボット。 The rod is provided with a first rod and a second rod on the rocker arms respectively provided on the left and right sides of the driven pulley, and the guide means and the mounting frame are disposed between the first rod and the second rod. The legged mobile robot according to claim 5 or 6 , wherein the legged mobile robot is arranged.
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