JPH038910B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、歩行ロボツト、特に階段、段差ある
いは粗い凹凸面等を登降あるいは歩行する必要の
あるロボツトに用いるための歩行ロボツト用脚に
関するものであり、さらに具体的には接地状態を
検出するためのセンサを備えた歩行ロボツト用脚
に関するものである。

［従来の技術］ 歩行ロボツトが、例えば階段や段差等のように
立面を備えた歩行面を歩行移動するとき、脚先端
部に感覚がないと、脚裹の一部が部分的に階段の
縁に引掛かつた不安定な状態になつていても、さ
らには脚が立面あるいはそれと床面とが交わる隅
部に衝当していても、その状態を検出することが
できず、脚が階段を踏み外したり、つまずいて転
倒したり、脚の一部に無理な力が作用して破損す
るなどの危険性がある。

このような問題を解消するため、本発明者は、
先に、安定的な歩行に有効な端部センサを備えた
歩行ロボツト用脚を提案している（特願昭60−
35184号）。その脚は、歩行時において脚裹面のほ
ぼどの程度の領域が接地したかを、安定的に歩行
できるか否かという観点から検出可能に構成した
もので、具体的には、第７図に示すように、歩行
ロボツトの脚裹ａにおける前後端と、その前後端
の中間位置に、それぞれ歩行面への接地を検出す
る接触センサｂ，ｃ，ｄを設け、上記中間位置の
接触センサｄを、脚裹ａの前側または後側の領域
が部分的ではあつても機体を安定的に支持するの
に十分な面積において接地した場合に作動する位
置に配置したものである。

しかるに、このような脚においても、完全に脚
裹の接地を全面的に検知可能にすることは比較的
困難で、特に脚裹ａの前後端部等にわずかな範囲
ではあるが検知不能な死角領域A₁，A₂が存在し、
これをできるだけ小さくしないと、その部分が接
地しているにもかかわらず、その接地が検知され
ないため、転倒等の原因になる可能性がある。

さらに、脚前面ｅが立面ｆ等に衝当するのを検
出するには、脚前面ｅに脚裹面のセンサとは別の
センサｇを設ける必要があり、このようなセンサ
ｇを設けると、脚におけるセンサの数が増大し、
センサを脚内の狭い空間に設けることが比較的困
難となり、設計上において十分な配慮をしないと
脚が大形化するという問題がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、脚裹先端部の不感領域の存在
を無くすことにより、転倒等の危険を少なくする
と同時に、脚に設けるべき複数のセンサの共通化
を図つて、設けるべきセンサの数を減少させると
共に、センサからの出力信号を単純化し、それに
より脚内のセンサ取付空間を小さく、且つその出
力信号を処理する制御装置を簡易化できるように
し、脚等の小形化、制御の容易化を図ることにあ
る。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明の脚は、歩行
ロボツトの脚裹における前後端に端部センサを設
けると共に前後端の中間位置に脚裹センサを設け
たものにおいて、上記端部センサのうちの少なく
とも脚裹前端の端部センサを、脚裹面と脚前面と
が交わる稜線部分から先端を突出させた接触杆を
有し、その接触杆の基端を、水平軸のまわりに回
転可能で、ばねにより中立位置に保持させた接触
杆支持体によつて、軸方向に進退摺動可能に支持
させ、上記接触杆にその回転の方向と角度を検出
する回転検出装置を付設することにより構成した
ことを特徴とするものである。

［作用］ 上記構成を有する端部センサを備えた歩行ロボ
ツト用脚においては、各センサからの検出信号を
総合的に判断することによつて、脚の着地状態や
脚が障害物に衝当したか否かが検知される。

即ち、脚裹の全体が床面に適正に着地している
場合には、脚裹前端の端部センサの接触杆が水平
軸のまわりに上方へ回転することによる着地情報
と、脚裹センサ及び脚裹後端の端部センサからの
着地情報とが得られる。また、脚前面が立面へ当
接した場合には、前端の端部センサのみから、接
触杆が下向きに回転することによる情報が得ら
れ、脚裹センサ及び後端の端部センサからは情報
が得られない。さらに、脚が床面と立面とが交わ
る隅部に突込んだ場合には、前端の端部センサの
接触杆は回転することなく軸方向に摺動後退し、
このため接触杆の回転による情報は出力されない
が、脚裹センサ及び後端の端部センサは床面に接
地することにより情報を出力する。

このように、得られる情報の内容が、脚がどの
ような状態にあるかによつて異なり、それらの情
報から脚の状態が検出される。

また、上記の検出に際し、少なくも脚裹前端の
端部センサは、脚裹面と脚前面とが交わる稜線部
分から先端が突出する接触杆の基端を、水平軸の
まわりに回転可能な接触杆支持体によつて、軸方
向に進退摺動可能に支持させ、その接触杆の回転
の方向と角度を回転検出装置によつて検出するよ
うに構成しているため、センサの数を減少させて
脚内のセンサ取付空間を小さくできると共に、セ
ンサからの出力信号の処理が容易化される。

［発明の効果］ 本発明の歩行ロボツト用脚によれば、脚がどの
ような接地状態にあるかを検出可能であるため、
歩行ロボツトを安定的に歩行させることができ、
特に前端の端部センサと前面のセンサとの２つの
機能を果たすため、センサの数を減少できると共
に、脚の小形軽量化が達成され、それと同時に脚
裹に不感領域のないロボツト用脚を得ることがで
きる。

さらに、上記端部センサからの出力が接触杆の
回転方向及び角度を示すアナログ値として得られ
るので、そのセンサ出力を脚の動作の減速制御等
に利用することもできる。

また、上記端部センサは、その接触杆を軸方向
に後退可能としたので、脚先が床面と立面とが交
わる隅部に突込んだ際にも、端部センサが破損す
るのを避けることができる。

［実施例］ 第１図は内部構造を示す断面図、第２図はその
底面図、第３図は端部センサの斜視図であり、そ
れらの図において、１は脚柱、２は脚体を示して
いる。

上記脚体２は、脚裹における前後端に端部セン
サ３及び４を設けると共に、その中間位置に脚裹
センサ５を設けている。上記各センサ３〜５は歩
行面への脚の着地を検出可能に構成し、さらに端
部センサ３及び４は脚前後面が階段や段差の立面
等に当接したか否かについても検出可能に構成し
ている。

即ち、上記端部センサ３は、床面や立面への接
離を検出するための接触杆８を、接触杆支持体９
によつて斜め下向きに、且つその接触杆８の軸方
向に摺動可能に支持している。この支持体９は、
その両側を水平軸１１ａ，１１ｂにより脚体２の
ボデイ１２に回転可能に支持され、従つて上記接
触杆８は水平軸１１ａ，１１ｂのまわりに回転可
能に、且つ軸方向に摺動可能に支持されている。

さらに、上記支持体９の側面には板ばね１３の
一端を挿入固定し、この板ばね１３の他端を、ボ
デイ１２に設けた一対のばね支持杆１４，１４の
間に摺動自在に挟むことにより、ボデイ１２に保
持させている。従つて、接触杆８により支持体９
に回転力を加えると、支持体９は板ばね１３を湾
曲させながら水平軸１１ａ，１１ｂのまわりに回
転するが、その力を取除けば板ばね１３の弾性復
元力により第２図の中立位置に復帰する。

また、上記支持体９には、周側面に歯切りした
駆動片１６が一体的に重接固定され、支持体９と
駆動片１６との間に形成した通孔１７に、上記接
触杆８の基端部分を軸方向に摺動可能に挿嵌し、
その先端に接触用ローラ１８を回転可能に取付け
ると共に、そのローラ１８を脚裹面と脚前面とが
交わる稜線部分から突出させている。さらに、支
持体９の側面と接触杆８のばね座１９との間にコ
イルばね２０を縮設し、これにより接触杆８に支
持体９から突出する方向の力を付与し、接触杆８
の基端部分に設けた抜止段部２１により、接触杆
８が通孔１７から抜出すのを阻止している。

これにより、接触杆８は、第１図及び第３図に
矢印で示すように、支持体９及び駆動片１６と共
に板ばね１３を変形させながら軸１１ａ，１１ｂ
のまわりに回転すると共に、支持体９に対してコ
イルばね２０を圧縮変形させながら軸方向に進退
摺動可能に構成している。

さらに、上記駆動片１６と噛合する従動歯車２
４がボデイ１２に回転可能に軸支されており、こ
の従動歯車２４の回転の方向及び回転量を検出す
る検出装置としてポテンシヨメータ２５を従動歯
車３１によつて回転駆動可能に設けている。

また、脚裹後端の端部センサ４も、上記端部セ
ンサ３と第２図において中心点のまわりに点対称
で、ほぼ同様に構成しているため、同等部分に同
一符号を付しているが、この後端の端部センサ４
は、以下に説明する脚裹センサ５と同様な構成と
することもできる。

脚裹における中間位置に設けている脚裹センサ
５は、脚体２内に固定されたスイツチ３１とそれ
を作動させる切換杆３２を備え、その切換杆３２
の先端部分を脚裹面から下方に突出させ、それに
より脚体２の裏面中央部分が接地した際に切換杆
３２がスイツチ３１を切換えるものである。

脚体２の形状は、第１図に図示したように、側
面視台形状に形成し、さらに、第２図からわかる
ように、脚裹の前後端中央部を膨出させて、その
膨出位置に端部センサ３の接触用ローラ１８を突
出位置させているが、このような形状は、次のよ
うな点で有利なものである。

即ち、一般に階段等の立面上端には蹴上げ等の
突出部分ｈ（第７図参照）がある場合が多く、こ
のような場合においては、脚体の前端の端部セン
サが立面に衝当するに先たつてその突出部分ｈが
脚体２の前面に当接する可能性があるが、上記の
ように脚体２を側面視台形状にすることにより、
脚裹前端の端部センサ３が不感になるのを防止す
ることができる。また、脚裹の前後端中央部の膨
出位置に端部センサを設けると、脚が階段等に対
して相対的に斜めに歩行する場合の端部センサ３
等の不感を防止することができる。

次に、上記構成の脚の動作を、階段を登る場合
を例にとつて説明する。

第４図は、脚裹面の前半分以上が階段面４１に
着地した歩行可能な場合を示している。即ち、脚
裹中心が破線で示す軌跡に沿つて移動し、図示の
状態で階段面４１に着地すると、脚裹センサ５と
前端の端部センサ３が作動して、脚裏が階段面４
１上に登はん可能な状態で着地していることが検
出される。この場合において、端部センサ３にお
ける接触杆８が、同図に鎖線で示す位置から実線
で示す位置まで、板ばね１３を湾曲させながら軸
１１ａ，１１ｂのまわりに回転し、その回転の方
向及び回転角度がポテシヨメータによつて検出さ
れる。

第５図は、脚の先端が階段の立面４２に衝当し
た場合を示している。この場合には、脚裹センサ
５及び後端の端部センサ４は作動せず、前端の端
部センサ３のみが作動し、しかもその接触杆８
は、第４図の場合とは逆に下向きに回転し、その
回転の方向及び角度がポテンシヨメータによつて
検出される。

第６図は、脚先が階段の隅部４３に突込んだ場
合を示している。この場合には、脚裹センサ５及
び後端の端部センサ４が作動し、且つ端部センサ
３の接触杆８は回転することなく軸方向に後退
し、そのポテンシヨメータは作動しない。従つ
て、このような各センサ３〜５からの出力により
脚の状態が検出される。

このような脚の着地状態の検出に際し、上記端
部センサ３からの出力は接触杆８の回転方向及び
角度を示すアナログ値として得られるので、第４
図におけるD₁、第５図におけるD₂の範囲等にお
けるセンサの出力を、脚の動作の減速制御等に利
用することもできる。さらに、端部センサ３が第
５図に示すように階段の立面４２に完全に衝当は
しないが中間的な接触状態でその立面に沿つて昇
降する場合も存在する可能性があり、上記端部セ
ンサ３によれば、そのアナログ出力によりこのよ
うな状態にあることも検出することができる。

また、後端の端部センサ４を図示したように前
端の端部センサ３と同様な構成にすると、階段等
を降りる場合や後退する場合に、上記端部センサ
３と同様に機能させることができる。

なお、第５図及び第６図における破線は、第４
図と同様に脚裹中心の移動軌跡を示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の断面図、第２図はそ
の底面図、第３図は前端の端部センサの斜視図、
第４図ないし第６図は上記実施例の動作状態説明
図、第７図は既提案のロボツト用脚の概略的構成
を示す側面図である。 ３，４……端部センサ、５……脚裹センサ、８
……接触杆、９……接触杆支持体、１１ａ，１１
ｂ……水平軸、３４……検出装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 歩行ロボツトの脚裹における前後端に端部セ
   ンサを設けると共に前後端の中間位置に脚裹セン
   サを設けたものにおいて、上記端部センサのうち
   の少なくとも脚裹前端の端部センサを、脚裹面と
   脚前面とが交わる稜線部分から先端を突出させた
   接触杆を有し、その接触杆の基端を、水平軸のま
   わりに回転可能で、ばねにより中立位置に保持さ
   せた接触杆支持体によつて、軸方向に進退摺動可
   能に支持させ、上記接触杆にその回転の方向と角
   度を検出する回転検出装置を付設することにより
   構成したことを特徴とする端部センサを備えた歩
   行ロボツト用脚。