JPH04152075A

JPH04152075A - 歩行機械

Info

Publication number: JPH04152075A
Application number: JP27632590A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Tani; 谷　知之; Yuji Hosoda; 祐司細田; Shizuko Shiina; 椎名　静子; Masakatsu Fujie; 正克藤江
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-10-17
Filing date: 1990-10-17
Publication date: 1992-05-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は１脚以上の脚を有する歩行機械に係り、特に移
動時の着地衝撃力吸収及び反力測定に好適な脚先部を備
えた歩行機械に関する。

〔従来の技術〕

従来、歩行機械の歩行の安定化には、着地の際の衝撃力
吸収が重要な課題であった。また、着地反力の測定は、
重心位置の演算等、歩行に有効な要素となる。

着地衝撃力吸収の方法としては、１）サンドインチ構造の足部に、ゲル材からなる緩衝材
をいれる（第６回日本ロボット学会学術講演会予稿集、
３０７頁から３０８頁）２）関節の剛性を制御する手法
を利用して、着地衝撃を抑制する（第３回日本ロボット
学会学術講演会予稿集、３３９頁から３４０頁）という
方策が提案されている。

着地時の路面からの反力の測定法としては、３）脚の先
端（足先）に反力センサを設置し、ジンバル機構で保持
する（第６回日本ロボット学会学術講演会予稿集、３１
９頁から３２０頁）という方策がある。

また、脚の着地判定と着地衝撃力吸収を実現した機構と
しては、４）跳躍による移動を目的とした移動機構において、脚
の着地部分に接地スイッチを固定して着地判定を行い、
さらに脚部先端に空気ばねを備え衝撃吸収を行う（Ｄｙ
ｎａｍｉｃａｌｌｙ　５ｔａｂｌｅ　ｌｅｇｇｅｄｌｏ
ｃｏｍｏｔｉｏｎ、　Ｃａｒｎｅｇｉｅ−Ｍｅｌｌｏｎ
　Ｌｌｎｉｖ、　１９８３　。

４９頁から５６頁）機構がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術には、各々次の問題点があった。

着地衝撃力吸収としては。

１）については、ゲル材によって着地衝撃を吸収するに
は、広い接地面積を必要とし、歩行機械の脚先の重量の
増加を招く。

２）については、制御演算による時間遅れのために瞬時
の衝撃を十分に吸収できない。

３）については、反力の測定の精度を高めるには、足先
の路面に対する姿勢制御の必要性が生じ、脚先の機構お
よび制御は複雑なものとなる。

４）について、反力測定に関しては、接地スイッチを反
力センサに変更した場合、脚の着地部分に固定されてい
るため、着地反力と、路面との摩擦力の合力を検出する
ことになり、着地反力を精度良く測定できない。さらに
、衝撃力吸収については、ばね要素のみで行うため吸収
した衝撃エネルギを放出する手段が必要になる。また、
脚先位置が２着地した際の負荷により変動し、歩行機械
の姿勢が不安定になる。

本発明の目的は、安定に着地衝撃力吸収が行え、かつ脚
の長手方向の反力を簡単な機構で高精度に測定する機能
を備えた脚先部を有する歩行機械を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

歩行機械の脚先部の長手方向に直動型のアブソーバの固
定側を設置し、アブソーバの可動側に脚先部の長手方向
に直線移動できるように保持された反力センサの一端を
点接触させ、おなじく肩先部の長手方向に直線移動でき
るように保持された、着地部分を一端に形成したシャフ
トを反力センサの他端に点接触させた構造をとること比
より上記目的を達成するものである。

このとき、シャフトの移動量を制限する機構と、アブソ
ーバの位置を変更することで吸収する衝撃力を調整する
機構を設け、アブソーバのばね要素。

ダンパ要素によって吸収エネルギを調整することにより
、脚の長さ変動および吸収に要する時間を、歩行の安定
性を損なわない微少なものに設定できる。

〔作用〕

脚が着地動作を行う際、脚の着地部分を一端にもつシャ
フトが直線移動し、それにともなってアブソーバの可動
側が収縮して衝撃吸収を行う。脚が路面から離れる際に
は、アブソーバのばねによって、シャフトは速やかに復
帰し、次回の着地動作に備える。このときの脚の長さ変
動および吸収に要する時間は調整可能であり、歩行の安
定性を損なわない微少なものに設定できる。

反力センサは、直動軸受により、長手方向の負荷のみを
精度良く検出する。脚の反力センサ情報を歩行制御に応
用することも可能である。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すもので、歩行機械は胴
体部１の下部に少なくとも１本以上の脚２を備えて、制
御装置３によって制御される。

脚２は、腰関節４．膝関節５および大腿部６゜下腿部７
９脚先部８からなる。腰関節４．膝関節５には角度、角
速度のセンサが備わっている６第２図は脚先部８の構造
図である。この図において脚先部８は、その先端部に空
隙を有し、長手方向に直動型のアブソーバ９の固定側９
ａを接合している。アブソーバ９の可動側９ｂの反力セ
ンサ１０の一端を接触させ、反力センサ１０の他端には
シャフト１１を接触させている。シャフト１１の反力セ
ンサ１０とも接触部に５ゴム材などに代表される弾性材
１６を設置し、長手方向まわりに回転できる回転部材１
７を設ける。これにより点接触と同等の効果を得る。シ
ャフト１１は、つばｌｌａを有し着地部分１２を一端に
接続している。シャフト１１および反力センサ１ｏは、
各各直動軸受１３．直動軸受１４に保持されている。

また１脚先部８の先端に、長手方向に変位でき、つばｌ
ｌａに接することができるストッパ１５を設けている。

さらに反力センサ１０と脚先部８との衝撃吸収および摩
耗防止のため、接する部分に弾性材１８を反力センサ１
０側に設置する。

第３図は本発明で使用するアブソーバ９の構造図である
。アブソーバ９は固定側９ａ、可動側９ｂ、ばね９ｃ、
弁機構９ｄ、作動媒質９ｅからなる。ばね９ｃ、弁機構
９ｄ、作動媒質９ｅは変更可能な構造である。

次に上述した本発明の一実施例の動作を第４図および第
５図により説明する。

脚の着地部分１２が着地すると、シャフト１１が直線移
動し、それにともなってアブソーバ９が収縮して衝撃吸
収を行う。シャフト１１の直線移動距離はつばｌｌａと
脚先部８との間隙により制限される。この動作は反力セ
ンサ１０が脚先部８に接した時点で終了する（第４図）
。遊脚動作中には、アブソーバ９のばね９ｃによって、
シャフト１１はストッパ１５につばｌｌａがあたるまで
速やかに復帰し、次回の着地動作に備える（第５図）。

このようにして、歩行機械の脚の着地時の瞬時の衝撃を
吸収する。

以上の構成で、アブソーバ９のばね９ｃ、弁機構９ｄ、
作動媒質９ｅを変更することにより、吸収する衝撃エネ
ルギを調整できる。また、固定側９ａを、ねじ部８ａ上
で移動させる、もしくは。

ストッパ１５の脚先部８に対する位置を変更することに
より、シャフト１１の直線移動距離を変更できる。以上
の手段により、脚長の変動および吸収に要する時間が歩
行の安定性を損なわぬよう設定できる。

着地部分１２は着地側を曲面状に成形した弾性材とし、
着地時の路面との接触を適接触にする。

これにより、立脚期の制御の簡略化が可能となる。

この例において、着地部分１２に複数の突起もしくは穴
を設けても効果は同等であり、接地性は増す。

直動軸受１３．１４による支持により長手方向まわりの
モーメントがアブソーバ９および反力センサ１０に加わ
らず、長手方向の反力を高精度に測定できる。

本機構において、さらに、反力センサ１０の情報を制御
に利用するという効果を派生する。次に、反力センサ１
ｏの制御への応用例を第６図、第７図のフローチャート
を参照して説明する。

１）歩行機械の安定判別脚数４以上の歩行機械が静歩行を行う際、着地脚数が３
であるとき着地している脚の反力センサの情報は、制御
装置の重心演算部に取り込まれ、演算された重心位置を
基に歩行機械の安定判別を行い、判別結果により、歩行
の修正を行う（第６図）。

２）制御相切り替え歩行機械の脚数が２以上の場合、宙で振る運動（遊脚相
）を行っている脚の反力センサの情報が、あらかじめ設
定したしきい値をこえた場合、その脚は着地したと見な
し、着地状態の制御に制御相を切り替え（立脚相）、歩
行運動を継続させる（第７図）。

次に上述した他の実施例を示す。以下の図において第２
図、第３図と同符号のものは同一部分である。

第８図の実施例は、シャフト１１と着地部分１２をジン
バル機構で結合した脚先端部である。

これにより、着地圧を下げることが可能となり、軟弱な
路面に対しても沈み込みを防いで歩行を行うことが可能
となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、歩行機械の脚の着地時の瞬時の衝撃を
、脚長の変動および吸収に要する時間が歩行の安定性を
損なうことなく、効率よく吸収でき、脚の長手方向の反
力を単純な機構で高精度に測定できる。さらに、測定さ
れた反力情報は、歩行機械の安定の判別や制御相の切り
替えなど、歩行制御に応用できる。

さらに、着地部分の構造及び形状に任意のものとするこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の歩行機械の構成図、第２図
は脚先部の構造図、第３図は本発明で使用するアブソー
バの構造図、第４図、第５図は本発明の一実施例の動作
を示したものである。第６図。第７図は、反力センサを用いた制御例のフローチャート
である。第８図は本発明の他の実施例を示したものであ
る。１・・・胴体部、２・・・脚、３・・・制御装置、４・
・・腰関節、５・・膝関節、６・・・大腿部、７・・・
下腿部、８・脚先部、９・アブソーバ、１０・・・反力
センサ、１１・・・シャフト、１２・・・着地部分、１
３．１４・・・直動軸受、１５・・・ストッパ、１６・
・弾性材、１７・・回転不図巣図巣図第図巣す図 ■ 図

Claims

【特許請求の範囲】

１、脚先部、大腿部、下腿部および関節により構成され
た少なくとも１本以上の脚を有する歩行機械において、
脚先部に直動型のアブソーバの固定側を設置し、アブソ
ーバの可動側に脚先部の長手方向に直線移動できるよう
に保持された反力センサの一端を点接触させ、おなじく
脚先部の長手方向に直線移動できるように保持された、
着地部分を一端に形成したシャフトの他の一端を反力セ
ンサの他端に点接触させたことを特徴とする歩行機械。