JPH05318337A - Flat leg structure of leg type walking robot - Google Patents

Flat leg structure of leg type walking robot

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JPH05318337A
JPH05318337A JP15274692A JP15274692A JPH05318337A JP H05318337 A JPH05318337 A JP H05318337A JP 15274692 A JP15274692 A JP 15274692A JP 15274692 A JP15274692 A JP 15274692A JP H05318337 A JPH05318337 A JP H05318337A
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foot
walking
robot
movable
ratio
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Hiroshi Gomi
洋 五味
Masao Nishikawa
正雄 西川
Masato Hirose
真人 広瀬
秀明 ▲高▼橋
Hideaki Takahashi
Takashi Matsumoto
隆志 松本
Akira Takeno
晃 竹野
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To prevent effectively the production of difficulties in which walking becomes difficult due to conditions on walking such as walking up and down stairs and walking at high speed. CONSTITUTION:Flat leg pieces 102A to 102D capable of moving in a direction that a ratio A/B of a distance A between the center of a tarsus joint and the rearmost of a robot in advancing direction and a distance between the center of the tarsus joint and the front end of it in advancing direction is varied are provided on a flat leg main body 100. Each movable flat leg piece is operated by an operation mechanism 72 to vary the ratio of A/B.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、脚式歩行ロボットの
足平構造に関するものであり、より詳細には、ロボット
の歩行時における安定性を増すようにした足平構造に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a foot structure for a legged walking robot, and more particularly to a foot structure for increasing the stability of the robot during walking.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から脚式歩行ロボットに関する技術
としては種々のものが提案されており、そのうち自律型
の2足歩行タイプの脚式歩行ロボットに適用可能な技術
としては、特開昭62−97005号公報や特開昭62
−97006号公報に記載された技術などがあり、また
特に2足歩行タイプの脚式歩行ロボットの足部構造とし
ては、本出願人が既に特開平3−184781号公報の
技術を提案している。
2. Description of the Related Art Conventionally, various techniques have been proposed as to legged walking robots, and as a technique applicable to an autonomous bipedal walking type legged walking robot, Japanese Patent Laid-Open No. 62- 97005 and JP-A-62.
The technology disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-184781 has already been proposed by the applicant of the present invention as the foot structure of a bipedal walking robot. ..

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】脚式歩行ロボットのう
ちでも、2足歩行タイプのロボットは、本来安定性が低
いのに加え、歩行すべき地面等の歩行面の状況や周囲の
状況、歩行速度等によっては歩行時の安定性を確保する
ことが困難となることが多い。すなわち、水平な平面上
を低速で歩行する場合には安定性を保つことが比較的容
易であるが、階段を昇降する場合や歩行速度が速い場合
などにおいては、2足での歩行が不安定となりやすい。
Among the legged walking robots, the bipedal walking type robot is inherently low in stability, and in addition to that, the situation of the walking surface such as the ground to be walked, the surrounding situation, and walking. It is often difficult to secure stability during walking depending on the speed and the like. That is, it is relatively easy to maintain stability when walking at low speed on a horizontal plane, but when walking up and down stairs or when walking speed is fast, walking with two legs is unstable. It is easy to become.

【0004】2足歩行タイプの脚式歩行ロボットにおけ
る歩行時の安定性を増すための一つの方策としては、歩
行面に対する接地面積が大きくなるように足平を設計す
ることが考えられる。しかしながら単純に足平を大きく
しただけでは、歩行の状況によっては逆に安定性を損な
ってしまうことがある。例えば歩行面が階段である場
合、階段には各段の段差部分に廂状の突出部分が存在す
ることが多く、このような場合、足平が大きければ、階
段上昇時にその廂状の部分に足平の爪先側の部分が干渉
して転倒してしまうおそれが強い。また歩行速度が速い
場合も、足平が大きければ干渉しやすくなって転倒が生
じやすくなる。このほか種々の状況が考えられるが、い
ずれにしても、単純に足平を大きく設計しただけでは、
歩行時の安定性を増すための根本的な解決策とはならな
い。
As one measure for increasing the stability during walking in a bipedal walking robot, it is conceivable to design the foot so that the ground contact area with respect to the walking surface is large. However, simply increasing the foot size may adversely affect the stability depending on the walking situation. For example, if the walking surface is a staircase, there are often stair-shaped protrusions on the steps of each staircase. In such a case, if the foot is large, the staircase-like part will be formed when the stairs are raised. There is a strong risk that the toe side of the foot will interfere and fall. In addition, even if the walking speed is high, if the foot is large, it is easy to interfere with each other and fall easily. In addition to this, various situations are possible, but in any case, simply designing a large foot,
It is not a fundamental solution to increase walking stability.

【0005】この発明は以上の事情を背景としてなされ
たもので、歩行面の状況や歩行速度などが変化しても、
常に歩行の安定性を保ち得るようにした足平構造を提供
することを基本的な目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances. Even if the condition of the walking surface or the walking speed changes,
The basic purpose is to provide a foot structure that can always maintain walking stability.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】前述のような課題を解決
するため、この発明においては、基本的には、請求項1
に示されるように、それぞれ複数本の可動脚部を備える
とともに、各可動脚部の先端に足平を設けて歩行自在と
した脚式歩行ロボットの足平構造において、各可動脚部
に結合された足平本体のそれぞれに、足首関節中心位置
から歩行面に対する有効接地面のロボット進行方向最後
端の位置までのロボット進行方向と平行な垂直面への投
影距離Aと足首関節中心位置から歩行面に対する有効接
地面のロボット進行方向最前端までのロボット進行方向
と平行な垂直面への投影距離Bとの比率A/Bを変化さ
せるように移動可能な少なくとも一つの可動足平片を取
付け、かつその可動足平片を前記比率A/Bが変化する
方向へ作動させる作動機構を、前記足平本体に設けた構
成とされている。
In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, basically, the first aspect is
As shown in Fig. 2, in the foot structure of a legged walking robot that includes a plurality of movable legs and has a foot at the tip of each movable leg, the structure is coupled to each movable leg. In each of the foot flats, the projection distance A from the center position of the ankle joint to the end position of the effective contact surface with respect to the walking surface on the vertical plane parallel to the robot traveling direction and the walking surface from the center position of the ankle joint And at least one movable foot piece movable so as to change the ratio A / B of the effective ground contact surface to the foremost end of the robot in the robot traveling direction and the projection distance B on the vertical plane parallel to the robot traveling direction, and An operating mechanism for operating the movable foot piece in a direction in which the ratio A / B changes is provided in the foot body.

【0007】[0007]

【作用】この発明の足平構造においては、図1に示すよ
うに、可動脚部2における足首関節中心位置23から足
平22の有効接地面109の最後端(ロボット進行方向
に対し最後端)の位置までの、ロボット進行方向と平行
な垂直面への投影距離をAとし、足首関節中心位置23
から足平22の有効接地面109の最前端(ロボット進
行方向の最前端)の位置までの、ロボット進行方向と平
行な垂直面への投影距離をBとする。ここで、足首関節
中心位置23を通りかつロボットの進行方向と平行な垂
直面内に、足平22の有効接地面の最前端、最後端の各
位置が含まれている場合には、足首関節中心位置23か
ら最前端、最後端の各位置までの実際の空間的距離が直
ちに前記距離A,Bに相当することになるが、実際の足
平では足平22の有効接地面の最前端および最後端の位
置が、足首関節中心を通りかつロボット進行方向と平行
な垂直面内に含まれないことが多く(例えば後述する実
施例の図4、図5の場合など)、その場合には、足首関
節中心位置23から最前端、最後端の各位置までの実際
の空間的距離についての、ロボット進行方向と平行な方
向の各成分が前述の投影距離A,Bに相当することにな
る。但し、以下の説明では煩雑さを避けるため、簡便に
“足首関節中心位置から接地面のロボット進行方向最後
端までの距離A”、“足首関節中心位置から接地面のロ
ボット進行方向最前端までの距離B”なる表現を用いる
こととする。
In the foot structure of the present invention, as shown in FIG. 1, from the center position 23 of the ankle joint in the movable leg 2 to the rear end of the effective grounding surface 109 of the foot 22 (the rear end with respect to the robot advancing direction). Let A be the projection distance on the vertical plane parallel to the robot traveling direction up to the position of
Let B be the projection distance from the to the position of the foremost end (the foremost end in the robot advancing direction) of the effective grounding surface 109 of the foot 22 on the vertical plane parallel to the robot advancing direction. Here, if the front end and the rear end of the effective grounding surface of the foot 22 are included in a vertical plane that passes through the ankle joint center position 23 and that is parallel to the traveling direction of the robot, the ankle joint The actual spatial distances from the center position 23 to the frontmost and rearmost positions immediately correspond to the distances A and B, but in the actual foot, the front end of the effective grounding surface of the foot 22 and The position of the last end is often not included in a vertical plane that passes through the center of the ankle joint and is parallel to the robot traveling direction (for example, in the case of FIGS. 4 and 5 of the embodiment described later). In that case, With respect to the actual spatial distances from the ankle joint center position 23 to the frontmost and rearmost positions, the respective components in the direction parallel to the robot traveling direction correspond to the above-mentioned projection distances A and B. However, in the following description, in order to avoid complication, "the distance A from the center position of the ankle joint to the last end of the ground contact surface in the robot advancing direction" and "the distance from the center position of the ankle joint to the front end of the ground contact surface in the robot advancing direction" are simply described. The expression "distance B" will be used.

【0008】この発明の足平構造では、作動機構により
可動足平片を作動させることによって、前述の距離Aと
距離Bとの比率A/Bを変化させることができる。この
比率A/Bの値は、歩行の状況によってはロボットの歩
行の安定性に大きな影響を与える。そしてこの発明の構
造では、例えば階段の上昇、階段の下降、あるいは歩行
速度などの歩行の状況に応じて、歩行の安定性を最も高
め得るような最適な値に前記比率A/Bを選択すること
ができる。
In the foot structure of the present invention, the ratio A / B between the distance A and the distance B can be changed by actuating the movable foot piece by the actuating mechanism. The value of the ratio A / B greatly affects the walking stability of the robot depending on the walking situation. In the structure of the present invention, the ratio A / B is selected to an optimum value that can maximize the stability of walking, for example, according to walking conditions such as stair climbing, stair descending, or walking speed. be able to.

【0009】[0009]

【実施例】以下、脚式移動ロボットとして2足歩行のロ
ボットを例にとって、この発明の実施例を説明する。図
2はそのロボット1の全体を概略的に示す説明スケルト
ン図であり、左右それぞれのリンク状の可動脚部2は6
個の関節を備えている(理解の便宜のために各関節を、
それを駆動する電動モータで示す)。これらの6個の関
節は上から順に、腰の脚部回旋用(z軸まわり)の関節
10R,10L(右側をR、左側をLとする;以下同
じ)、腰のロール方向(x軸まわり)の関節12R,1
2L、同ピッチ方向(y軸まわり)の関節14R,14
L、膝部のピッチ方向の関節16R,16L、足首部の
ピッチ方向の関節18R,18L、同ロール方向の関節
20R,20Lとなっており、その下部には後述するよ
うな可動足平片およびその可動足平片を作動させる作動
機構を備えた足平22R,22Lが取付けられるととも
に、最上部には筐体(上体)24が設けられ、その内部
には、ロボット全体の歩行等の動作を制御するための制
御手段として、制御ユニット26が格納されている。
Embodiments of the present invention will be described below by taking a bipedal robot as an example of a legged mobile robot. FIG. 2 is an explanatory skeleton diagram schematically showing the entire robot 1, in which the left and right link-shaped movable legs 2 are 6
It is equipped with individual joints (each joint is
Shown by the electric motor that drives it). These six joints are, in order from the top, joints 10R and 10L for rotating the legs of the waist (around the z axis) (R on the right side, L on the left side; the same applies below), roll direction of the waist (around the x axis). ) Joints 12R, 1
2L, joints 14R, 14 in the same pitch direction (around the y-axis)
L, joints 16R and 16L in the pitch direction of the knees, joints 18R and 18L in the pitch direction of the ankles, and joints 20R and 20L in the same roll direction, and below the movable foot pieces and The feet 22R and 22L having an actuating mechanism for actuating the movable foot piece are attached, and a housing (upper body) 24 is provided at the uppermost part, and inside the robot, an operation such as walking of the entire robot is performed. A control unit 26 is stored as control means for controlling the.

【0010】以上のところにおいて、股関節は関節10
R(L),12R(L),14R(L)によって構成さ
れ、また足首関節は、関節18R(L),20R(L)
よって構成されている。したがって関節18R(L),
20R(L)の中心が前述の足首関節中心位置23(図
1参照)に相当することになる。また、腰関節と膝関節
との間は大腿リンク32R,32Lによって、膝関節と
足首関節との間は下腿リンク34R,34Lによって、
それぞれ連結されている。ここで可動脚部2は、左右の
足についてそれぞれ6つの自由度を与えられており、歩
行中にこれらの6×2=12個の関節(軸)をそれぞれ
適宜な角度だけ駆動することにより、足全体に所望の動
きを与えて、任意に3次元空間を歩行することができる
ように構成されている。既に述べたように、前述の各関
節は電動モータからなり、さらにはその出力を倍力する
減速機などを備えているが、その詳細は先に本出願人が
提案した出願(特願平1−324218号、特開平3−
184782号)などに述べられており、それ自体はこ
の発明の要旨とするところではないので、これ以上の説
明は省略する。
In the above, the hip joint is joint 10
R (L), 12R (L), 14R (L), and ankle joints are joints 18R (L), 20R (L)
It is composed of Therefore, joint 18R (L),
The center of 20R (L) corresponds to the ankle joint center position 23 (see FIG. 1) described above. Further, thigh links 32R and 32L are provided between the waist joint and the knee joint, and lower leg links 34R and 34L are provided between the knee joint and the ankle joint.
Each is connected. Here, the movable leg 2 is provided with six degrees of freedom for each of the left and right feet, and by driving these 6 × 2 = 12 joints (axes) by appropriate angles during walking, It is configured so that it can walk in a three-dimensional space arbitrarily by giving a desired movement to the entire foot. As described above, each of the above-mentioned joints is composed of an electric motor and is further provided with a speed reducer that boosts the output of the electric motor. For details, refer to the application previously proposed by the applicant (Japanese Patent Application No. -324218, JP-A-3-
No. 184782) and the like, which is not the gist of the present invention per se, so further description will be omitted.

【0011】図2に示すロボット1において、足首部に
は公知の6軸力センサ36が設けられており、この6軸
力センサ36は、足平を介してロボットに伝達される
x,y,z方向の力成分Fx,Fy,Fzとその方向ま
わりのモーメント成分Mx,My,Mzとを測定し、足
部の着地の有無と支持脚に加わる力の大きさと方向とを
検出する。また足平22R(L)の四隅には、足平の歩
行面への接地の有無を検出するための接地検出手段とし
て例えば静電容量型の接地センサ38(図2では省略)
が設けられている。なお前記6軸力センサ36を接地検
出手段として用いる場合には、接地センサ38は省略す
ることができる。さらに、筐体24には傾斜センサ40
が設置されており、この傾斜センサ40は、x−z平面
内とy−z平面内のz軸に対する傾斜角度、すなわち重
力方向に対する傾斜角速度を検出する。また各関節の電
動モータには、その回転量を検出するロータリエンコー
ダ46(図1では省略)が設けられている。さらに、図
2では省略するが、ロボット1の適宜な位置には、傾斜
センサ40の出力を補正するための原点スイッチ42
と、フェール対策用のリミットスイッチ44が設けられ
ている。これらの出力は前記した筐体24内の制御ユニ
ット26に送られる。
In the robot 1 shown in FIG. 2, a well-known 6-axis force sensor 36 is provided at the ankle portion, and the 6-axis force sensor 36 is transmitted to the robot via the foot x, y ,. The force components Fx, Fy, Fz in the z direction and the moment components Mx, My, Mz around the directions are measured to detect the presence or absence of landing of the foot and the magnitude and direction of the force applied to the supporting leg. Further, at the four corners of the foot 22R (L), for example, a capacitance-type ground sensor 38 (not shown in FIG. 2) is used as ground detection means for detecting the presence or absence of ground contact with the walking surface of the foot.
Is provided. When the 6-axis force sensor 36 is used as the ground contact detecting means, the ground contact sensor 38 can be omitted. Further, the housing 24 has an inclination sensor 40.
The tilt sensor 40 detects the tilt angle with respect to the z axis in the xz plane and the yz plane, that is, the tilt angular velocity with respect to the gravity direction. Further, the electric motor of each joint is provided with a rotary encoder 46 (not shown in FIG. 1) that detects the amount of rotation thereof. Further, although omitted in FIG. 2, an origin switch 42 for correcting the output of the tilt sensor 40 is provided at an appropriate position of the robot 1.
And a limit switch 44 for fail protection. These outputs are sent to the control unit 26 in the housing 24 described above.

【0012】図3は制御ユニット26の詳細を示すブロ
ック図であり、この制御ユニット26は、マイクロ・コ
ンピュータによって構成されている。ここで、傾斜セン
サ40などの出力はA/D変換器50でデジタル値に変
換され、その出力はバス52を介してRAM54に伝送
される。また各関節の電動モータに隣接して配置される
エンコーダ46の出力はカウンタ56を介してRAM5
4内に入力されるとともに、接地センサ38などの出力
は波形整形回路58を経てRAM54内に入力される。
制御ユニット内にはCPUからなる第1、第2および第
3の演算装置60,62,63が設けられており、第1
の演算装置60は、ROM64に格納されている重力軌
道などの予め設定された歩行パターンを読出して目標関
節角度を算出し、これをRAM54に送出するととも
に、その読出した歩行パターンに基づく歩行の状況につ
いての情報を第3の演算装置63に与える。また第2の
演算装置62は、RAM54からその目標関節角度と検
出された実測値とを読出して、各関節の駆動に必要な制
御値を算出し、D/A変換器66とサーボアンプ48を
介して各関節を駆動する電動モータに出力する。さらに
第3の演算装置63は、RAM54から接地の有無の信
号を読出すとともに、第1の演算装置60から与えられ
る歩行の状況についての情報、その他必要に応じて歩行
の状況を実際に検出するための装置(図示せず)、例え
ば階段等を検出するためのイメージセンサなどからの情
報に基づき、足平の可動足平片の作動に必要な制御値を
前記状況に応じて算出し、D/A変換器68およびサー
ボアンプ70を介して可動足平片を作動させるための作
動機構72のアクチュエータ74に出力する。
FIG. 3 is a block diagram showing the details of the control unit 26, which is composed of a microcomputer. Here, the output of the tilt sensor 40 or the like is converted into a digital value by the A / D converter 50, and the output is transmitted to the RAM 54 via the bus 52. The output of the encoder 46 arranged adjacent to the electric motor of each joint is sent to the RAM 5 via the counter 56.
4 and the outputs of the ground sensor 38 and the like are input to the RAM 54 via the waveform shaping circuit 58.
The control unit is provided with first, second and third arithmetic units 60, 62 and 63 each composed of a CPU.
The arithmetic unit 60 reads out a preset walking pattern such as a gravity trajectory stored in the ROM 64 to calculate a target joint angle, sends the calculated target joint angle to the RAM 54, and walks on the basis of the read walking pattern. To the third arithmetic unit 63. Further, the second arithmetic unit 62 reads out the target joint angle and the detected measured value from the RAM 54, calculates the control value necessary for driving each joint, and controls the D / A converter 66 and the servo amplifier 48. It outputs to the electric motor which drives each joint via. Further, the third arithmetic unit 63 reads out a signal indicating the presence or absence of grounding from the RAM 54, and actually detects the information on the walking condition given from the first arithmetic unit 60 and other actual walking conditions as necessary. Device (not shown), for example, based on information from an image sensor for detecting stairs or the like, a control value necessary for actuation of the movable foot piece of the foot is calculated according to the situation, and D It outputs to the actuator 74 of the operation mechanism 72 for operating a movable foot piece via the / A converter 68 and the servo amplifier 70.

【0013】次に、図4以降を参照してこの発明の脚式
歩行ロボットの足平構造を具体的に説明する。
Next, the foot structure of the legged walking robot of the present invention will be specifically described with reference to FIG. 4 and subsequent figures.

【0014】図4および図5は、図2に示したロボット
1の足平22R(22L)の構造の一例、すなわちこの
発明の第1の実施例の足平構造を示すものである。なお
以下の各図において、足平は特に断らない限りは左右対
称であるから、L,Rの符号は省略し、単に足平22と
表わす。図4、図5において、足平22は可動脚部2の
下端に取付けられた平板状の足平本体100を備えてい
る。この足平本体100は、平面的に見て長板状に作ら
れており、可動脚部2の取付中心位置(より正確には、
足首関節の鉛直投影位置)からロボット進行方向の前端
までの長さ(したがって踝から爪先までの長さ)が、前
記取付中心位置から進行方向の後端までの長さ(したが
って踝から踵までの長さ)よりも長くなるように、可動
脚部2に対する取付位置が定められている。そして足平
本体100の4隅の下面側には、平面的に見て楕円形を
なす平板状の可動足平片102A,102B,102
C,102Dが配設されており、これらの可動足平片1
02A〜102Dは、それぞれ垂直な支軸104によっ
て水平面内(接地面と平行な面内)を回動可能に支持さ
れている。各支軸104は、それぞれ足平本体100の
上面側の4隅に配設した作動機構72によって軸中心に
回転せしめられるように構成されている。この作動機構
72としては、図示の例ではアクチュエータ(図3の符
号74)として電動モータを用いたギヤドモータ、ある
いはアクチュエータとして空気圧もしくは油圧によるロ
ータリアクチュエータを用いたものなどを適用すること
ができる。
4 and 5 show an example of the structure of the foot 22R (22L) of the robot 1 shown in FIG. 2, that is, the foot structure of the first embodiment of the present invention. In each of the following drawings, the foot is symmetrical unless otherwise specified, and therefore the reference symbols L and R are omitted and simply referred to as the foot 22. In FIGS. 4 and 5, the foot 22 includes a flat foot main body 100 attached to the lower end of the movable leg 2. The foot main body 100 is formed in a long plate shape in a plan view, and has a mounting center position of the movable leg portion 2 (more accurately,
The length from the vertical projection position of the ankle joint) to the front end in the robot advancing direction (hence the length from the ankle to the toe) is the length from the attachment center position to the rear end in the advancing direction (hence the ankle to heel). The attachment position with respect to the movable leg portion 2 is determined so as to be longer than the length. Then, on the lower surface sides of the four corners of the foot main body 100, flat-plate-like movable foot pieces 102A, 102B, 102 which are oval in plan view are formed.
C and 102D are arranged, and these movable foot pieces 1
02A to 102D are rotatably supported by a vertical support shaft 104 in a horizontal plane (in a plane parallel to the ground plane). Each of the support shafts 104 is configured to be rotated about its axis by an operating mechanism 72 disposed at four corners on the upper surface side of the foot main body 100. As the actuating mechanism 72, in the illustrated example, a geared motor using an electric motor as an actuator (reference numeral 74 in FIG. 3), or an actuator using a pneumatic or hydraulic rotary actuator as the actuator can be applied.

【0015】ここで、各支軸104と各可動足平片10
2A〜102Dとの相対位置関係は、各可動足平片10
2A〜102Dの中心位置に対して各支軸104が偏心
するように定められている。したがって後に改めて説明
するように、各可動足平片102A〜102Dは、その
回動時に平面的に見て足平本体100からの外側への張
出し量が変化することになる。
Here, each support shaft 104 and each movable foot piece 10
The relative positional relationship with 2A to 102D is that each movable foot piece 10
It is determined that each support shaft 104 is eccentric with respect to the center position of 2A to 102D. Therefore, as will be described later, the movable foot pieces 102A to 102D change in the amount of protrusion to the outside from the foot main body 100 when viewed in plan when rotating.

【0016】なお足平本体100の下面の4隅部分に
は、前記各可動足平片102A〜102Dを収容するた
めの切欠段部106が形成されており、また各可動足平
片102A〜102Dの下面には、ゴム等の弾性材10
8が貼着されている。なおまた、実際の足平において
は、弾性材108の下面縁部、さらには可動足平片10
2A〜102Dの下面縁部は、R状に面取りを施すかま
たはR状に湾曲させておくことが多いが、ここでは図面
の簡単化のためRについては特に示していない。また、
図3に示したように接地センサ38を用いて足平22の
接地状態の有無を検出する場合、その接地センサ38は
各可動足平片102A〜102Dに設けておくのが通常
であるが、図4、図5では図面の簡略化のため、接地セ
ンサは示していない。
Notched step portions 106 for accommodating the movable foot pieces 102A to 102D are formed at the four corners of the lower surface of the foot body 100, and the movable foot pieces 102A to 102D are formed. On the lower surface of the
8 is attached. In addition, in the actual foot, the lower edge portion of the elastic member 108, and further, the movable foot piece 10
The lower surface edges of 2A to 102D are often chamfered in an R shape or curved in an R shape, but R is not shown here for simplification of the drawing. Also,
When the presence or absence of the grounding state of the foot 22 is detected using the grounding sensor 38 as shown in FIG. 3, the grounding sensor 38 is usually provided on each of the movable foot pieces 102A to 102D. The ground sensor is not shown in FIGS. 4 and 5 for simplification of the drawings.

【0017】以上のような図4および図5に示される実
施例の足平構造の機能について、図6〜図9とともに説
明する。この実施例では、可動足平片102A〜102
Dの下面のみ、具体的には各弾性材108の下面のみ
が、歩行時における路面等の歩行面に対する有効接地面
109となっている。図4、図5に示す状態は、各可動
足平片102A〜102Dが外側へ振り出されていない
状態であり、この状態の足首関節中心23から有効接地
面109のロボット進行方向最後端までの投影距離A、
最前端までの投影距離Bは図5中に示されている。この
状態で距離A,Bの比率A/Bは、図4、図5の例では
約0.79となっている。この状態からいずれかの作動
機構72を作動させれば、それに対応する可動足平片、
例えば102Aが水平面内(したがって有効接地面と平
行な面内)を回動して足平本体100の切欠段部106
から振出され、前記比率A/Bが変化することになる。
図6、図7はロボットの進行方向前端側の2つの隅部の
可動足平片102A,102Bを同時に斜め前方へ振り
出させた状態を示し、この場合は前記比率A/Bが小さ
くなり、図示の例では約0.63となる。一方図8、図
9はロボットの進行方向に対し後端側の2つの隅部の可
動足平片102C、102Dを同時に斜め後方へ振り出
させた状態を示し、この場合は前記比率A/Bが大きく
なり、図示の例ではA/B=1となっている。このよう
にして、可動足平片102A〜102Dを適宜回動させ
ることによって、距離Aと距離Bとの比率A/Bを適宜
変化させることができる。
The function of the foot structure of the embodiment shown in FIGS. 4 and 5 will be described with reference to FIGS. 6 to 9. In this embodiment, the movable foot pieces 102A to 102
Only the lower surface of D, specifically, the lower surface of each elastic member 108 is an effective ground contact surface 109 for a walking surface such as a road surface during walking. The state shown in FIGS. 4 and 5 is a state in which the movable foot pieces 102A to 102D are not swung outward, and in this state, from the ankle joint center 23 to the rear end of the effective ground surface 109 in the robot advancing direction. Projection distance A,
The projected distance B to the front end is shown in FIG. In this state, the ratio A / B of the distances A and B is about 0.79 in the examples of FIGS. If any of the operating mechanisms 72 is operated from this state, the corresponding movable foot piece,
For example, 102A rotates in a horizontal plane (and thus in a plane parallel to the effective ground plane), and the notched step portion 106 of the foot main body 100 is rotated.
Then, the ratio A / B changes.
6 and 7 show a state in which the movable foot pieces 102A and 102B at the two corners on the front end side in the traveling direction of the robot are simultaneously swung forward obliquely. In this case, the ratio A / B becomes small, In the illustrated example, it is about 0.63. On the other hand, FIGS. 8 and 9 show a state in which the movable foot pieces 102C and 102D at the two corners on the rear end side with respect to the traveling direction of the robot are simultaneously swung backward obliquely. In this case, the ratio A / B Becomes larger, and A / B = 1 in the illustrated example. In this way, by appropriately rotating the movable foot pieces 102A to 102D, the ratio A / B between the distance A and the distance B can be appropriately changed.

【0018】図10には、上述のような足平構造の動作
を、歩行の状況に応じて制御するためのフローチャート
を示す。図10において、制御を開始して先ず最初のス
テップ200においては、足平における前記比率A/B
が初期状態のままで歩行して、その歩行が困難となるよ
うな状況が発生すると予測されるか否かを判別する。こ
のように歩行が困難となる状況とは、例えば階段の上
昇、階段の下降あるいは歩行速度の増大等を意味する。
この判別は、図3に示した第3の演算装置63におい
て、これから歩行しようとする歩行パターンの情報に基
いて判別しても良く、あるいは図示しないイメージセン
サによって階段の存在を検出したりして得られた情報に
より判別しても良く、さらには両者を併用して判別して
も良い。このステップ200において、歩行が困難とな
るような状況の発生が予測された場合(YES)には、
次のステップ202に移行する。一方予測されない場合
(NO)はステップ214で示すように、前記比率A/
Bを変えることなく、初期状態のまま維持されて、制御
ループが終了する。すなわち作動機構72のアクチュエ
ータ74が駆動されず、足平の各可動足平片102A〜
102Dは作動されない。
FIG. 10 shows a flowchart for controlling the operation of the above-described foot structure according to the walking condition. In FIG. 10, in the first step 200 after starting the control, the ratio A / B at the foot is shown.
Walks in the initial state, and determines whether or not a situation in which the walking becomes difficult occurs is predicted. Such a situation where walking becomes difficult means, for example, rising stairs, descending stairs, or increasing walking speed.
This determination may be made in the third arithmetic unit 63 shown in FIG. 3 based on the information of the walking pattern to be walked, or the presence of stairs may be detected by an image sensor (not shown). The determination may be made based on the obtained information, or both may be used in combination. In this step 200, if the occurrence of a situation in which walking becomes difficult is predicted (YES),
Then, the process proceeds to next step 202. On the other hand, if it is not predicted (NO), the ratio A /
Without changing B, the initial state is maintained and the control loop ends. That is, the actuator 74 of the actuating mechanism 72 is not driven, and each movable foot piece 102A-
102D is not activated.

【0019】ステップ202においては、足平の接地面
が歩行面から離れているか否かを判別する。これは、足
平の作動機構72のアクチュエータ74の駆動(したが
って各可動足平片102A〜102Dの作動)を、足平
が歩行面から離れている状態(接地していない状態)で
のみ行なわせるためである。すなわち、足平が接地して
いる状態で可動足平片102A〜102Dを作動させよ
うとした場合には、著しく大きな負荷が作動機構72の
アクチュエータ74に加わり、アクチュエータ74の作
動が困難となったり、アクチュエータ74が故障したり
するからである。このステップ202においては、足平
に予め設けておいた接地センサ38からの接地検出信
号、あるいは6軸力センサ36からの信号によって判別
すれば良い。ステップ202において足平が歩行面から
離れてないと判断された場合(NO)は、ステップ20
4へ移行して足平が歩行面から離れるまで待機し、所定
時間経過後に再びステップ202に戻ることになる。一
方ステップ202において足平が歩行面から離れている
と判別された場合(YES)には次のステップ206へ
移行する。
In step 202, it is determined whether or not the ground contact surface of the foot is separated from the walking surface. This causes the actuator 74 of the foot actuating mechanism 72 to be driven (thus, the operation of the movable foot pieces 102A to 102D) only when the foot is away from the walking surface (not in contact with the ground). This is because. That is, when the movable foot pieces 102A to 102D are operated with the foot grounded, a remarkably large load is applied to the actuator 74 of the operation mechanism 72, and the operation of the actuator 74 becomes difficult. This is because the actuator 74 may break down. In this step 202, the determination may be made by the ground detection signal from the ground sensor 38 provided in advance on the foot or the signal from the 6-axis force sensor 36. If it is determined in step 202 that the foot is not separated from the walking surface (NO), step 20
The process shifts to step 4 and waits until the foot separates from the walking surface, and after a predetermined time has elapsed, the process returns to step 202 again. On the other hand, when it is determined in step 202 that the foot is away from the walking surface (YES), the process proceeds to next step 206.

【0020】ステップ206においては、前述の比率A
/Bの値を増大もしくは減少するべく、各可動足平片1
02A〜102Dのうちいずれか一つもしくは2以上に
対応する作動機構72のアクチュエータ74を駆動させ
る。なおこのステップ206においては、前記ステップ
200において予測される状況の種類に応じて、比率A
/Bの値を増大させる方向へ動作させる場合と、逆に比
率A/Bの値を減少させる方向へ動作させる場合とがあ
る。また、予測される状況の困難さの程度に応じて、前
記比率A/Bの値の変化量を調整することもできる。な
おこれらの比率A/Bの値の増大もしくは減少の選択、
比率A/Bの増大−減少量の調整などの設定は、通常は
前述のステップ200において行なっておくのが通常で
ある。
In step 206, the above-mentioned ratio A
Each movable foot piece 1 to increase or decrease the value of / B
The actuator 74 of the actuation mechanism 72 corresponding to any one or two or more of 02A to 102D is driven. In this step 206, the ratio A is calculated according to the kind of situation predicted in step 200.
There is a case where it is operated in the direction of increasing the value of / B and a case where it is operated in the direction of decreasing the value of the ratio A / B. Further, the amount of change in the value of the ratio A / B can be adjusted according to the degree of difficulty of the predicted situation. In addition, selection of increase or decrease of the value of these ratios A / B,
The settings such as the adjustment of the increase / decrease amount of the ratio A / B are normally made in step 200 described above.

【0021】ここで、実際の2足歩行タイプのロボット
では、2本の可動脚部2を備えているから、ステップ2
02,204,206は、左右の足平(22L,22
R)のそれぞれに関して個別に、もしくは順次実行する
ことになる。このようにしてステップ206により比率
A/Bが増大もしくは減少された後には、その状態を維
持したまま歩行動作が進み、その間、次のステップ20
8に移行する。ステップ208においては、歩行が困難
な状況が解消されて初期の状況に復帰したか否かを判別
する。すなわちステップ206が終了してからの歩行の
間に、歩行困難な状況が解消されたか否かを判別する。
このステップ208によって歩行が困難な状況から復帰
していないと判断された場合(NO)には、ステップ2
10に移行して、そのままの状態を維持し、所定時間経
過後に再びステップ208に戻る。一方ステップ208
において、歩行が困難な状況から復帰したと判断された
場合(YES)には、ステップ212に移行する。
Here, since an actual two-legged walking type robot is provided with two movable legs 2, step 2
02,204,206 are left and right foot (22L, 22
R) will be executed individually or sequentially. In this way, after the ratio A / B is increased or decreased in step 206, the walking motion proceeds while maintaining that state, while the next step 20
Go to 8. In step 208, it is determined whether the difficult walking condition has been resolved and the initial condition has been restored. That is, it is determined whether or not the difficult walking condition is resolved during the walking after the end of step 206.
If it is determined in step 208 that the walking has not recovered from the difficult situation (NO), step 2
After shifting to step 10, the state is maintained as it is, and after a predetermined time has passed, the process returns to step 208 again. Meanwhile, step 208
In the case where it is determined that the user has recovered from the difficult walking condition (YES), the process proceeds to step 212.

【0022】ステップ212においては、前記比率A/
Bの値を初期の値に戻すように、その比率A/Bの値を
減少もしくは増大させる。すなわち作動機構72のアク
チュエータ74を動作させて、可動足平片102A〜1
02Dを初期の位置に復帰させる。なおステップ212
を実行させるにあたっては、図10には示していない
が、既に述べたステップ202,204と同様に歩行面
から足平が離れている状態でのみ、作動機構72のアク
チュエータ74を動作させ、足平が歩行面に接地してい
る場合には歩行面から離れるのを待ってアクチュエータ
74を動作させる。なおこのステップ212も、実際は
左右の足平(22R,22L)のそれぞれについて、個
別に、もしくは順次実行することになる。
In step 212, the ratio A /
The value of the ratio A / B is decreased or increased so that the value of B is returned to the initial value. That is, the actuator 74 of the operating mechanism 72 is operated to move the movable foot pieces 102A to 102A-1.
02D is returned to the initial position. Note that step 212
Although not shown in FIG. 10, the actuator 74 of the actuating mechanism 72 is operated only when the foot is separated from the walking surface, which is not shown in FIG. When is grounded on the walking surface, the actuator 74 is operated after waiting for the user to leave the walking surface. It should be noted that this step 212 is also actually executed individually or sequentially for each of the left and right feet (22R, 22L).

【0023】以上のようにして歩行が困難であると予測
される状況が存在する場合に、足平の前記比率A/Bの
値をその状況に応じて増大もしく減少させて歩行を行な
い、これによって上述のような状況下でも歩行の安定性
を確保することができる。
When there is a situation in which walking is predicted to be difficult as described above, walking is performed while increasing or decreasing the value of the ratio A / B of the foot according to the situation, As a result, it is possible to ensure the stability of walking even under the above-mentioned situation.

【0024】次に歩行が困難となる状況の種類とそれに
応じた前記比率A/Bの値の増大もしくは減少の対応の
例を図11〜図13を参照して説明する。
Next, an example of the kind of situation in which walking is difficult and the corresponding increase / decrease in the ratio A / B value will be described with reference to FIGS. 11 to 13.

【0025】図11には、ロボット1が階段300を上
昇するときの状況を示す。階段300には段差部分の上
縁部に廂状に突出する突起部302が存在することが多
く、この場合に、足平22の後端側の距離Aと先端側の
距離Bとの比率A/Bが小さくて、図の仮想線で示すよ
うに足平22の先端側が長ければ、足平22の先端が突
起部302に干渉して転倒するおそれがある。そこでこ
のような状況が予測される場合には足平22における後
端側の距離Aと先端側の距離Bとの比率A/Bを増大さ
せる。具体的には、図4〜図9の例では、例えば進行方
向前方側の可動足平片102A,102Bを引込ませる
ように作動機構72のアクチュエータ74を動作させれ
ば良い。なおこのように階段を上昇する際には、前記比
率A/Bが1.0もしくはそれに近い値(但し1.0を
越えないような値)となるように設定することが好まし
い。具体的には0.9〜1.0の範囲内となるように設
定することが好ましい。
FIG. 11 shows the situation when the robot 1 climbs the stairs 300. In many cases, the staircase 300 has a protrusion 302 projecting in a cuboid pattern at the upper edge of the stepped portion. If / B is small and the tip side of the foot 22 is long as shown by the phantom line in the figure, the tip of the foot 22 may interfere with the protrusion 302 and fall. Therefore, when such a situation is predicted, the ratio A / B between the distance A on the rear end side and the distance B on the front end side of the foot 22 is increased. Specifically, in the examples of FIGS. 4 to 9, for example, the actuator 74 of the actuating mechanism 72 may be operated so that the movable foot pieces 102A and 102B on the front side in the traveling direction are retracted. When the stairs are raised in this way, it is preferable to set the ratio A / B to 1.0 or a value close thereto (however, a value not exceeding 1.0). Specifically, it is preferable to set it within the range of 0.9 to 1.0.

【0026】図12には、ロボット1が階段300を下
降するときの状況を示す。階段300を下降する際に
は、ロボット1に進行方向前方(階段下降方向)へ倒れ
込もうとするモーメントが作用するから、足平22の後
端側の距離Aと先端側の距離Bとの比率A/Bが大き
く、足平22の先端側が短い場合には、ロボット1が下
方へ転倒しやすくなる。そこでこのような状況が予測さ
れる場合には、足平22の前記比率A/Bを小さくす
る。具体的には、図4〜図9の例では、例えば進行方向
前方側の可動足平片102A,102Bを前方へ振出す
ように作動機構72のアクチュエータ74を動作させれ
ば良い。
FIG. 12 shows the situation when the robot 1 descends the stairs 300. When descending the stairs 300, a moment that tends to fall forward in the traveling direction (stair descending direction) acts on the robot 1, so that the distance A on the rear end side of the foot 22 and the distance B on the front end side. When the ratio A / B is large and the tip side of the foot 22 is short, the robot 1 is likely to fall down. Therefore, when such a situation is predicted, the ratio A / B of the foot 22 is reduced. Specifically, in the example of FIGS. 4 to 9, for example, the actuator 74 of the actuating mechanism 72 may be operated so as to swing the movable foot pieces 102A and 102B on the front side in the traveling direction forward.

【0027】またロボット1の歩行速度が速い場合に
は、足平22の先端側が長ければ、干渉が生じやすくな
って転倒しやすくなる。またこの場合、遊脚側の可動脚
部の足平22の振り上げから着地までの足平の傾動角度
が大きくなって可動脚部の動作モーメントも大きくな
る。すなわち、一般の2足歩行タイプのロボットの歩行
においては、図13に示すように、足平22を歩行面か
ら離す際に先ず踵側から上げ、空中で逆方向に足平22
を傾動させて再び踵側から着地させ、続いて爪先側を降
ろすのが通常であり、したがって爪先側が長ければ、足
平の各傾動角度が大きくなってその動作モーメントが大
きくなり、特にその傾向は歩行速度が高い場合に顕著と
なって転倒しやすくなる。したがって高速で歩行する場
合には、足平22の後端側の距離Aと先端側の距離Bと
の比率A/Bを小さくし、これによって干渉のおそれを
少なくするとともに、足平の傾動角度を小さくし、これ
によって安定性を高めて転倒の危険を少なくすることが
できる。この場合、歩行速度が予め定めた速度を越える
ことが予想される場合に足平22の等価接地領域を縮小
させるように制御すれば良い。もちろん歩行速度に応じ
て段階的に等価接地領域を変化させても良い。
Further, when the walking speed of the robot 1 is high, if the tip end side of the foot 22 is long, interference is likely to occur and it is easy to fall. Further, in this case, the tilting angle of the foot 22 from the swing up of the foot 22 of the movable leg on the free leg side to the landing is large, and the operating moment of the movable leg is also large. That is, in walking of a general bipedal type robot, as shown in FIG. 13, when the foot 22 is separated from the walking surface, the foot 22 is first raised from the heel side, and the foot 22 is moved in the opposite direction in the air.
It is normal to tilt the foot to land again from the heel side, and then lower the toe side. It becomes noticeable when the walking speed is high, and it is easy to fall. Therefore, when walking at a high speed, the ratio A / B between the distance A on the rear end side of the foot 22 and the distance B on the front end side is reduced to reduce the risk of interference and to increase the tilt angle of the foot. To improve stability and reduce the risk of tipping. In this case, if the walking speed is expected to exceed a predetermined speed, the equivalent ground contact area of the foot 22 may be controlled to be reduced. Of course, the equivalent ground area may be changed stepwise according to the walking speed.

【0028】次にこの発明の足平構造の他のいくつかの
実施例、特に機構的な部分を変形させた実施例を図14
〜図25を参照して説明する。
Next, several other embodiments of the foot structure according to the present invention, particularly an embodiment in which the mechanical portion is modified, are shown in FIG.
~ It demonstrates with reference to FIG.

【0029】図14は、作動足平片102A〜102D
を作動させるための作動機構72を図4、図5の実施例
とは異ならしめた例を示す。この場合は、各可動足平片
102A〜102Dの支軸104と、各可動足平片10
2A〜102Dに対応して設けた電動モータあるいは流
体圧ロータリーアクチュエータ等のアクチュエータ74
の回転軸404との間に、ウォームギヤ402が伝達機
構として介在している。
FIG. 14 shows the operating foot pieces 102A to 102D.
An example in which the actuating mechanism 72 for actuating the is different from the embodiment of FIGS. 4 and 5 is shown. In this case, the support shaft 104 of each movable foot piece 102A to 102D and each movable foot piece 10
An actuator 74 such as an electric motor or a fluid pressure rotary actuator provided corresponding to 2A to 102D
The worm gear 402 is interposed as a transmission mechanism between the rotary shaft 404 and the rotary shaft 404.

【0030】このような図14の例では、図4、図5の
例と同様に、アクチュエータ74を駆動させれば、ウォ
ームギヤ402を介して各可動足平片102A〜102
Dが接地面と平行な面内において個別に回動せしめら
れ、したがって前記比率A/Bの値を変化させることが
できる。またこの例では、アクチュエータ74と各可動
足平片102A〜102Dとの間に伝達機構としてウォ
ームギヤ402が介在しており、足平の接地時に接地面
に加わる歩行面からの反力は回転軸404の撓みによっ
て吸収されるから、その反力が直接アクチュエータ74
に加わってそのアクチュエータ74の著しい負荷の増大
や故障を招くことを防止できる。
In the example shown in FIG. 14, as in the examples shown in FIGS. 4 and 5, when the actuator 74 is driven, the movable foot pieces 102A to 102 are moved through the worm gear 402.
D is individually rotated in a plane parallel to the ground plane, so that the value of the ratio A / B can be changed. Further, in this example, the worm gear 402 is interposed as a transmission mechanism between the actuator 74 and each of the movable foot pieces 102A to 102D, and the reaction force from the walking surface applied to the ground surface when the foot touches the rotary shaft 404. Is absorbed by the bending of the actuator 74, the reaction force is directly absorbed by the actuator 74.
In addition, it is possible to prevent the load of the actuator 74 from increasing significantly and causing a failure.

【0031】図15には、図14に示される実施例をさ
らに変形して、ロボットの進行方向の前方側の2つの可
動足平片102A,102Bを同時に作動させ、またロ
ボットの進行方向後端側の2つの可動足平片102C,
102Dを同時に作動させるように作動機構72を構成
した例を示す。図15において、ロボットの進行方向前
方側の2つの可動足平片102A,102Bについてそ
れらに共通の回転駆動型のアクチュエータ74Aが、ま
たロボットの進行方向後方側の2つの可動足平片102
C,102Dについてそれらに共通の回転駆動型のアク
チュエータ74Bが設けられている。アクチュエータ7
4Aの回転駆動力は、傘歯車機構406Aを介して、駆
動側に共通な軸を有する2つのウォームギヤ402A,
402Bに与えられ、これらのウォームギヤ402A,
402Bによって回動足平片102A,102Bが同時
に反対方向へ回動せしめられるように構成されている。
またアクチュエータ74Bの回転駆動力も、同様に傘歯
車機構406Bを介して、駆動側に共通な軸を有する2
つのウォームギヤ402C,402Dに与えられ、これ
らのウォームギヤ402C,402Dによって可動足平
片102C,102Dが同時に反対方向へ回動せしめら
れるように構成されている。
In FIG. 15, the embodiment shown in FIG. 14 is further modified so that the two movable foot pieces 102A and 102B on the front side in the traveling direction of the robot are simultaneously operated, and the rear end of the robot in the traveling direction is moved. Two movable foot pieces 102C on the side,
An example in which the actuating mechanism 72 is configured to actuate 102D simultaneously is shown. In FIG. 15, a rotary drive type actuator 74A common to the two movable foot pieces 102A and 102B on the front side in the moving direction of the robot, and two movable foot pieces 102 on the rear side in the moving direction of the robot are shown.
A rotary drive type actuator 74B common to C and 102D is provided. Actuator 7
The rotational driving force of 4A is transmitted via the bevel gear mechanism 406A to the two worm gears 402A having a common shaft on the drive side.
402B, these worm gears 402A,
By 402B, the rotating foot pieces 102A and 102B are simultaneously rotated in opposite directions.
Similarly, the rotational driving force of the actuator 74B also has a common shaft on the driving side via the bevel gear mechanism 406B.
The worm gears 402C and 402D are provided so that the worm gears 402C and 402D can simultaneously rotate the movable foot pieces 102C and 102D in opposite directions.

【0032】このような図15の例では、足平22の進
行方向前方の両側の可動足平片102A,102Bを同
時に進行方向前方へ進出させて前記比率A/Bの値を小
さくすることができ、また足平22の進行方向後方の両
側においても可動足平片102C,102Dを同時に進
行方向後方へ進出させて前記比率A/Bの値を大きくす
ることができる。
In the example shown in FIG. 15, the movable foot pieces 102A and 102B on both sides of the front of the foot 22 in the advancing direction can be simultaneously advanced forward in the advancing direction to reduce the value of the ratio A / B. It is possible to increase the value of the ratio A / B by moving the movable foot pieces 102C and 102D to the rear side in the traveling direction at the same time on both sides of the foot 22 in the traveling direction.

【0033】なお図15に示す例においても、各アクチ
ュエータ74A〜74D;74Eと各可動足平片102
A〜102Dとの間に傘歯車機構406A,406Bお
よびウォームギヤ402A〜402Dが伝達機構として
介在しており、この場合も中間の各軸の撓みによって歩
行面から接地面が受ける反力を吸収することができる。
Also in the example shown in FIG. 15, the actuators 74A to 74D; 74E and the movable foot pieces 102 are also included.
Bevel gear mechanisms 406A and 406B and worm gears 402A to 402D are interposed as transmission mechanisms between A and 102D, and in this case as well, the reaction force received from the walking surface to the ground contact surface by the bending of each intermediate shaft is absorbed. You can

【0034】以上の例ではいずれも可動足平片102A
〜102Dを水平面内(接地面に平行な面内)において
回動させることによって前記比率A/Bの値を変化させ
るように構成しているが、可動足平片102A〜102
Dの移動方向はこれに限られないことは勿論である。図
16〜図23には、可動足平片102A〜102Dを接
地面に平行な面内において直線移動させることによって
前記比率A/Bを変化させるように作動機構72を構成
した例を示す。
In each of the above examples, the movable foot piece 102A is used.
The movable foot pieces 102A to 102D are configured so that the value of the ratio A / B is changed by rotating the surface of the movable foot piece 102D in a horizontal plane (in a plane parallel to the ground plane).
Of course, the moving direction of D is not limited to this. 16 to 23 show an example in which the operating mechanism 72 is configured to change the ratio A / B by linearly moving the movable foot pieces 102A to 102D in a plane parallel to the ground contact surface.

【0035】先ず図16〜図18に示される実施例にお
いては、足平本体100の四方の下面側に、例えば平面
的に見て長方形状をなす可動足平片102A〜102D
が配設されている。これらの可動足平片102A〜10
2Dの下面には、それぞれ弾性材108が貼着されて、
その弾性材108の下面が有効接地面109とされてい
る。各可動足平片102A〜102Dには、それぞれ進
退軸500A〜500Dの先端が固定されており、これ
らの進退軸500A〜500Dの進退によって可動足平
片102A〜102Dが足平本体100の放射方向に進
退し、前述の比率A/Bの値を変化させるようになって
いる。各進退軸500A〜500Dを進退させるための
作動機構72のアクチュエータ74としては、図18に
示すように空気圧あるいは油圧等の流体圧により駆動さ
れる流体圧シリンダが用いられている。
First, in the embodiment shown in FIGS. 16 to 18, the movable foot pieces 102A to 102D, which are rectangular in plan view, are formed on the lower surfaces of the four sides of the foot main body 100, for example.
Are arranged. These movable foot pieces 102A-10
Elastic materials 108 are attached to the lower surfaces of 2D,
The lower surface of the elastic material 108 is an effective grounding surface 109. The tips of the advancing and retracting shafts 500A to 500D are fixed to the movable foot pieces 102A to 102D, respectively, and the movable foot pieces 102A to 102D move in the radial direction of the foot body 100 by advancing and retracting the advancing and retracting shafts 500A to 500D. And the value of the ratio A / B is changed. As the actuator 74 of the operating mechanism 72 for advancing / retreating each of the advancing / retreating shafts 500A to 500D, a fluid pressure cylinder driven by fluid pressure such as air pressure or hydraulic pressure is used as shown in FIG.

【0036】図19には、各可動足平片102A〜10
2Dを直線的に進退移動させるための作動機構72のア
クチュエータ74として電動モータ等の回転駆動型アク
チュエータを用い、かつそのアクチュエータ74の回転
駆動力をスクリューネジ機構504によって直線駆動力
に変換して伝達するように構成した例を、図18に対応
して可動足平片102Aの部分について示す。図19に
おいて、回転駆動型のアクチュエータ74によって回転
せしめられるスクリュー軸506に、進退軸500Aに
形成された雌ネジ部508が螺合している。したがって
アクチュエータ74の回転駆動力によって進退軸500
Aが進退し、これに伴なって可動足平片102Aも進退
するようになっている。なお図19には示していない
が、他の可動足平片102B〜102Dに関する作動機
構もそれぞれ同様に構成される。
FIG. 19 shows each movable foot piece 102A-10.
A rotary drive type actuator such as an electric motor is used as the actuator 74 of the actuating mechanism 72 for linearly moving the 2D forward and backward, and the rotary drive force of the actuator 74 is converted into a linear drive force by the screw screw mechanism 504 and transmitted. An example of the structure configured to do so will be described for the portion of the movable foot piece 102A corresponding to FIG. In FIG. 19, a female screw portion 508 formed on the advancing / retreating shaft 500A is screwed onto a screw shaft 506 rotated by a rotary drive type actuator 74. Therefore, the forward / backward movement of the shaft
A moves back and forth, and along with this, the movable foot piece 102A also moves back and forth. Although not shown in FIG. 19, the operating mechanisms for the other movable foot pieces 102B to 102D have the same configuration.

【0037】図20には、各可動足平片102A〜10
2Dを直線的に進退移動させるための作動機構72のア
クチュエータ74として、図19の例と同様に電動モー
タ等の回転駆動型アクチュエータを用い、かつそのアク
チュエータ74の回転駆動力をラック−ピニオン機構5
10によって直線駆動力に変換して伝達するように構成
した例を、図18に対応して可動足平片102Aの部分
について示す。図20において、回転駆動型のアクチュ
エータ74によって回転せしめられるピニオン512
に、進退駆動軸500Aと一体なラック514が噛合っ
ており、したがってアクチュエータ74の回転駆動によ
って進退軸500Aが進退し、これに伴なって可動足平
片102Aも進退するようになっている。他の可動足平
片102B〜102Dについても同様に構成する。
FIG. 20 shows each movable foot piece 102A-10.
A rotary drive type actuator such as an electric motor is used as the actuator 74 of the actuating mechanism 72 for linearly moving the 2D forward and backward, and the rotary drive force of the actuator 74 is used as the rack-pinion mechanism 5 as in the example of FIG.
An example of a configuration in which 10 is converted to a linear driving force and transmitted will be shown for the movable foot piece 102A corresponding to FIG. In FIG. 20, a pinion 512 rotated by a rotary drive type actuator 74.
Further, the rack 514 integrated with the advancing / retreating drive shaft 500A is meshed, and therefore the advancing / retreating shaft 500A advances / retreats by the rotational driving of the actuator 74, and the movable foot piece 102A also advances / retreats with this. The other movable foot pieces 102B to 102D are similarly configured.

【0038】図21〜図23には、ロボットの進行方向
前方の両側の2つの可動足平片102A,102Bを同
時に直線的に進退させ、またロボットの進行方向後方の
両側の2つの可動足平片102C,102Dを同時に直
線的に進退させるようにした例を示す。図21〜図23
において、平面的に見て矩形状をなす足平本体100の
四辺部分のうち、ロボットの進行方向前端側の一辺の左
右両側に相当する位置の下面側には可動足平片102
A,102Bが配設されており、一方ロボットの進行方
向後端側の一辺の左右両側に相当する位置の下面側には
可動足平片102C,102Dが配設されている。各可
動足平片102A〜102Dの下面には前記同様に弾性
材108が貼着されて、その下面が有効接地面109と
されている。可動足平片102A,102Bの上部両側
には凸状もしくは凹状の被ガイド部531が形成されて
おり、これに対応して足平本体100には前記被ガイド
部531が直線的に摺動可能に係合するガイド部532
が形成されている。これらのガイド部532は、可動足
平片102A,102Bをロボットの進行方向と平行な
方向(前後方向)に案内するとともに、接地時において
可動足平片102A,102Bに加わる歩行面からの反
力を受けるためのものである。一方ロボットの進行方向
後端側の可動足平片102C,102Dも同様に足平本
体100に対してロボットの進行方向に沿って案内およ
び支持されるように構成されているが、そのガイド部分
等については図面の都合上省略する。
21 to 23, two movable foot pieces 102A and 102B on both sides in front of the robot in the advancing direction are linearly moved back and forth at the same time, and two movable foot pieces on both sides in the advancing direction of the robot are on the same side. An example is shown in which the pieces 102C and 102D are linearly moved back and forth simultaneously. 21 to 23
In the four side portions of the foot main body 100 having a rectangular shape in plan view, a movable foot piece 102 is provided on the lower surface side at a position corresponding to both left and right sides of one side on the front end side in the traveling direction of the robot.
A and 102B are arranged, while movable foot pieces 102C and 102D are arranged on the lower surface side at positions corresponding to the left and right sides of one side on the rear end side in the traveling direction of the robot. An elastic material 108 is adhered to the lower surface of each of the movable foot pieces 102A to 102D as described above, and the lower surface serves as an effective grounding surface 109. A convex or concave guided portion 531 is formed on both upper sides of the movable foot pieces 102A and 102B. Correspondingly, the guided portion 531 can linearly slide on the foot main body 100. Portion 532 that engages with
Are formed. These guide portions 532 guide the movable foot pieces 102A and 102B in a direction parallel to the traveling direction of the robot (front-rear direction), and a reaction force from the walking surface applied to the movable foot pieces 102A and 102B at the time of contact with the ground. It is for receiving. On the other hand, the movable foot pieces 102C and 102D on the rear end side in the moving direction of the robot are also configured to be guided and supported by the foot main body 100 along the moving direction of the robot. Are omitted for convenience of the drawings.

【0039】ロボットの進行方向前端側の可動足平片1
02A,102Bは単一かつ共通の回転駆動型のアクチ
ュエータ74Fたとえば電動モータを備えた作動機構7
2Fによって同時にロボットの進行方向の前後方向に直
線的に進退移動されるように構成されている。すなわ
ち、アクチュエータ74Fの回転駆動力は傘歯車機構5
34を介して中間共通回転軸536に伝達され、さらに
その中間回転軸536の回転力は傘歯車機構538A,
538Bを介してスクリュー軸540A,540Bに伝
達され、そのスクリュー軸540A,540Bの回転
が、そのスクリュー軸540A,540Bに螺合する雌
ネジブロック542A,542Bによって直線運動に変
換され、これらの雌ネジブロック542A,542Bに
固定された可動足平片102A,102Bを直線進退移
動させる。一方、ロボットの進行方向後端側の可動足平
片102C,102Dも単一かつ共通の回転駆動型のア
クチュエータ74Gたとえば電動モータを備えた作動機
構72Gによって同時にロボットの進行方向の前後方向
に直線的に進退移動されるように構成されている。すな
わち、アクチュエータ74Gの回転駆動力は傘歯車機構
534を介して中間共通回転軸536に伝達され、さら
にその中間回転軸536の回転力は傘歯車538C,5
38Dを介してスクリュー軸540C,540Dに伝達
され、そのスクリュー軸540C,540Dの回転が、
そのスクリュー軸540C,540Dに螺合する雌ネジ
ブロック542C,542Dによって直線運動に変換さ
れ、これらの雌ネジブロック542C,542Dに固定
された可動足平片102C,102Dを直線進退移動さ
せる。
Movable foot piece 1 on the front end side in the traveling direction of the robot
02A and 102B are a single and common rotary drive type actuator 74F, for example, an operating mechanism 7 including an electric motor.
The robot 2F is configured to be linearly moved forward and backward in the front-rear direction of the moving direction of the robot by the 2F. That is, the rotational driving force of the actuator 74F is the bevel gear mechanism 5
34 is transmitted to the intermediate common rotating shaft 536, and the rotating force of the intermediate rotating shaft 536 is transmitted to the bevel gear mechanism 538A,
The rotation of the screw shafts 540A, 540B transmitted to the screw shafts 540A, 540B via the 538B is converted into a linear motion by the female screw blocks 542A, 542B screwed to the screw shafts 540A, 540B, and these female screw screws are rotated. The movable foot pieces 102A and 102B fixed to the blocks 542A and 542B are linearly moved back and forth. On the other hand, the movable foot pieces 102C and 102D on the rear end side in the moving direction of the robot are also linear in the front-rear direction in the moving direction of the robot at the same time by the single and common rotary drive type actuator 74G, for example, the operating mechanism 72G equipped with an electric motor. It is configured to be moved back and forth. That is, the rotational driving force of the actuator 74G is transmitted to the intermediate common rotating shaft 536 via the bevel gear mechanism 534, and the rotating force of the intermediate rotating shaft 536 is further transmitted to the bevel gears 538C, 5C.
38D is transmitted to the screw shafts 540C and 540D, and the rotation of the screw shafts 540C and 540D is
The female foot blocks 542C and 542D screwed onto the screw shafts 540C and 540D are converted into linear motions, and the movable foot pieces 102C and 102D fixed to the female screw blocks 542C and 542D are moved rectilinearly.

【0040】このような図21〜図23の実施例におい
ては、アクチュエータ74Fを駆動させることによって
ロボットの進行方向前端側の可動足平片102A,10
2Bを同時にロボットの進行方向前方へ進退させて、前
記比率A/Bを変化させることができる。また逆に、ア
クチュエータ74Gを駆動させることによってロボット
の進行方向後端側の可動足平片102C,102Dを同
時にロボットの進行方向後方へ進退させることによって
も、前記比率A/Bの値を変化させることができる。
In the embodiment shown in FIGS. 21 to 23, the movable foot pieces 102A, 10A on the front end side in the traveling direction of the robot are driven by driving the actuator 74F.
The ratio A / B can be changed by simultaneously moving 2B forward and backward in the moving direction of the robot. Conversely, the value of the ratio A / B is also changed by driving the actuator 74G to simultaneously move the movable foot pieces 102C and 102D on the rear end side of the robot in the moving direction backward and backward. be able to.

【0041】次に図24および図25には、各可動足平
片102E〜102Hを足平本体100に対し水平な軸
線(接地面と平行な軸線)を中心として回動させること
により、それらの可動足平片102E〜102Hを、足
平本体100の有効接地面109の延長面に対して起伏
させ、これによって、前記比率A/Bの値を変化せるよ
うにした実施例の足平構造を示す。
Next, in FIGS. 24 and 25, the movable foot pieces 102E to 102H are rotated with respect to the foot main body 100 about an axis (horizontal axis parallel to the ground plane) that is horizontal. The movable foot pieces 102E to 102H are undulated with respect to the extension surface of the effective grounding surface 109 of the foot body 100, thereby changing the value of the ratio A / B. Show.

【0042】図24、図25において足平本体100は
平面的に見て矩形状をなす平板状に作られており、その
足平本体100の下面におけるロボット進行方向前端側
および後端側にはそれぞれ弾性材108が貼着されてお
り、その下面が有効接地面109とされている。足平本
体100の進行方向前端には、ロボットの進行方向に対
し直行しかつ水平な支軸600を中心として回動可能と
なるように可動足平片102Eが取付けられている。一
方足平本体100の進行方向後端には、ロボットの進行
方向に対し直行しかつ水平な支軸602を中心として回
動可能となるように可動足平片102Fが取付けられて
いる。さらに足平本体100の進行方向後部の左右両側
には、ロボットの進行方向と平行でかつ水平な支軸60
4,606を中心として回動可能となるように可動足平
片102G,102Hが取付けられている。これらの可
動足平片102E〜102Hの裏面にもそれぞれ弾性材
108が貼着されている。
In FIGS. 24 and 25, the foot main body 100 is formed in a flat plate shape which is rectangular in plan view, and the bottom surface of the foot main body 100 is on the front end side and the rear end side in the robot advancing direction. An elastic material 108 is attached to each, and the lower surface of the elastic material 108 serves as an effective ground surface 109. A movable foot piece 102E is attached to the front end of the foot main body 100 in the advancing direction so as to be rotatable about a horizontal support shaft 600 that is orthogonal to the advancing direction of the robot. On the other hand, a movable foot piece 102F is attached to the rear end of the foot main body 100 in the advancing direction so as to be rotatable about a horizontal support shaft 602 which is orthogonal to the advancing direction of the robot. Further, on the left and right sides of the rear part of the foot body 100 in the traveling direction, a support shaft 60 parallel to the traveling direction of the robot and horizontal is provided.
Movable foot pieces 102G and 102H are attached so as to be rotatable around 4,606. Elastic materials 108 are also attached to the back surfaces of the movable foot pieces 102E to 102H, respectively.

【0043】ロボットの進行方向前端の可動足平片10
2Eは、電動モータ(ギヤドモータを含む)等の回転駆
動型のアクチュエータ74Hを備えた作動機構72Hに
よって直立状態と水平な状態との間で回動(すなわち起
伏)せしめられるように構成されている。具体的には、
足平本体100に前記回転駆動型のアクチュエータ74
Hが固定されており、そのアクチュエータ74Hによっ
て垂直な軸線を有するスクリュー軸608が回転せしめ
られるようになっている。そしてこのスクリュー軸60
8には雌ネジブロック610が螺合されており、さらに
その雌ネジブロック610と可動足平片102Eとの間
はリンク片612によって連結されている。ここで、ア
クチュエータ74Hが駆動されればスクリュー軸608
の回転に伴なって雌ネジブロック610が昇降し、リン
ク片612によって可動足平片102Eが起伏せしめら
れる。一方ロボットの進行方向後端の可動足平片102
Fおよびロボット進行方向後端部両側の可動足平片10
2G,102Hは、それらの可動足平片102F〜10
2Hに共通する電動モータ(ギヤドモータを含む)等の
回転駆動型のアクチュエータ74Iを備えた作動機構7
2Iによって、直立状態と水平な状態との間で回動(す
なわち起伏)せしめられるように構成されている。具体
的には、足平本体100に前記回転駆動型のアクチュエ
ータ74Iが固定されており、そのアクチュエータ74
Iによって垂直な軸線を有するスクリュー軸614が回
転せしめられるようになっている。そしてこのスクリュ
ー軸614には雌ネジブロック616が螺合されてお
り、さらにその雌ネジブロック616と各可動足平片1
02F〜102Hとの間はそれぞれリンク片618,6
20,622によって連結されている。ここで、アクチ
ュエータ74Iが駆動されればスクリュー軸614の回
転に伴なって雌ネジブロック616が昇降し、各リンク
片618,620,622によって可動足平片102F
〜102Hが同時に起伏せしめられる。
A movable foot piece 10 at the front end of the robot in the traveling direction.
2E is configured to be rotated (i.e., undulated) between an upright state and a horizontal state by an operating mechanism 72H including a rotary drive type actuator 74H such as an electric motor (including a geared motor). In particular,
The rotary drive type actuator 74 is attached to the foot body 100.
H is fixed, and the screw shaft 608 having a vertical axis is rotated by its actuator 74H. And this screw shaft 60
A female screw block 610 is screwed into the shaft 8, and the female screw block 610 and the movable foot piece 102E are connected by a link piece 612. Here, if the actuator 74H is driven, the screw shaft 608
The female screw block 610 ascends and descends with the rotation, and the movable foot piece 102E is undulated by the link piece 612. On the other hand, the movable foot piece 102 at the rear end of the robot in the traveling direction
F and movable foot pieces 10 on both sides of the rear end of the robot in the traveling direction
2G and 102H are those movable foot pieces 102F to 10F.
Actuator 7 including a rotary drive type actuator 74I such as an electric motor (including a geared motor) common to 2H
2I is configured to rotate (that is, undulate) between an upright state and a horizontal state. Specifically, the rotary drive type actuator 74I is fixed to the foot body 100.
The screw shaft 614 having a vertical axis is rotated by I. A female screw block 616 is screwed onto the screw shaft 614, and the female screw block 616 and each movable foot piece 1 are further attached.
Link pieces 618 and 6 between 02F and 102H, respectively.
They are connected by 20,622. When the actuator 74I is driven, the female screw block 616 moves up and down as the screw shaft 614 rotates, and the movable foot piece 102F is moved by the link pieces 618, 620, 622.
˜102H is undulated at the same time.

【0044】この実施例では、アクチュエータ74Hを
駆動させることによってロボット進行方向前端の可動足
平片102Eを足平本体100の有効接地面109の延
長面に対して起伏させ、これによってロボット進行方向
前方側に接地面を拡大−縮小させて、前記比率A/Bの
値を変化させることができる。一方アクチュエータ74
Iを駆動させることによってロボット進行方向後部側の
各可動足平片102F〜102Gを足平本体100の有
効接地面109の延長面に対して同時に起伏させ、これ
によってロボット進行方向に対して後方側および後端部
両側方向へ接地面をデジタル的に縮小−拡大させて、前
記比率A/Bの値を変化させることができる。
In this embodiment, by driving the actuator 74H, the movable foot piece 102E at the front end in the robot advancing direction is undulated with respect to the extension surface of the effective grounding surface 109 of the foot main body 100, whereby the front of the robot advancing direction. The value of the ratio A / B can be changed by enlarging / reducing the ground contact surface to the side. On the other hand, the actuator 74
By driving I, the movable foot pieces 102F to 102G on the rear side in the robot advancing direction are simultaneously undulated with respect to the extension surface of the effective grounding surface 109 of the foot main body 100, whereby the rear side with respect to the robot advancing direction. Also, the value of the ratio A / B can be changed by digitally reducing / enlarging the ground plane toward both sides of the rear end portion.

【0045】[0045]

【発明の効果】請求項1の発明によれば、それぞれ複数
本の可動脚部を備えるとともに、各可動脚部の先端に足
平を設けて歩行自在とした脚式歩行ロボットの足平構造
において、各可動脚部に結合された足平本体のそれぞれ
に、足首関節中心位置から歩行面に対する有効接地面の
ロボット進行方向最後端の位置までのロボット進行方向
と平行な垂直面への投影距離Aと足首関節中心位置から
歩行面に対する有効接地面のロボット進行方向最前端ま
でのロボット進行方向と平行な垂直面への投影距離Bと
の比率A/Bを変化させるように移動可能な少なくとも
一つの可動足平片を取付け、かつその可動足平片を前記
比率A/Bが変化する方向へ作動させる作動機構を、前
記足平本体に設けているから、ロボットの歩行の状況、
たとえば階段の上昇、下降、あるいは歩行速度などの歩
行状況に応じて、歩行の安定性を最も高めるように、前
記比率A/Bの値を変えることができ、したがって歩行
が困難となるような種々の状況下でも歩行の安定性を飛
躍的に高めることができる。
According to the invention of claim 1, in a foot structure of a legged walking robot, each of which is provided with a plurality of movable legs, and a foot is provided at a tip of each movable leg to allow walking. , A projection distance A on a vertical plane parallel to the robot advancing direction from the center position of the ankle joint to the position of the rearmost end of the effective contact surface with respect to the walking surface in the robot advancing direction on each of the foot bodies connected to the movable legs. And at least one of which is movable so as to change the ratio A / B of the distance from the center position of the ankle joint to the front end of the effective ground contact surface with respect to the walking surface and the projection distance B on the vertical plane parallel to the robot advancing direction. Since a movable foot piece is attached and an operating mechanism for operating the movable foot piece in the direction in which the ratio A / B changes is provided in the foot body, the robot walking condition,
For example, the value of the ratio A / B can be changed so as to maximize the stability of walking according to walking conditions such as rising and falling of stairs, walking speed, and the like, and thus various walking conditions are difficult. It is possible to dramatically improve the stability of walking even under the above conditions.

【0046】また請求項2の発明によれば、足平が歩行
面に接地している状態の有無を検出するための接地検出
手段を備え、足平が接地していない状態で前記作動機構
を動作させるようにしているから、足平の着地時におい
て歩行面からの反力により作動機構に著しい大きな負荷
が加わったり、作動機構が故障したりすることを有効に
防止できる。
According to the second aspect of the present invention, there is provided ground contact detection means for detecting whether or not the foot is in contact with the walking surface, and the operating mechanism is operated when the foot is not in contact with the ground. Since it is operated, it is possible to effectively prevent a significant load from being applied to the operating mechanism or a failure of the operating mechanism due to the reaction force from the walking surface when the foot is landed.

【0047】請求項3の発明によれば、ロボットの歩行
を制御する制御手段の情報に応じて、歩行速度が予め定
めた値を越える際に前記比率A/Bを大きくさせる方向
へ前記作動機構を動作させるようにしているから、高速
で歩行する際に、遊脚の足平が干渉してしまうおそれを
少なくすることができるとともに、遊脚の足平の傾動角
を小さくして遊脚のモーメントを小さくすることがで
き、したがって高速歩行時の安定性を増して、ロボット
が転倒してしまうような事態の発生を有効に防止でき
る。
According to the invention of claim 3, according to the information of the control means for controlling the walking of the robot, when the walking speed exceeds a predetermined value, the ratio A / B is increased to increase the operating mechanism. Since it is operated, it is possible to reduce the risk that the foot of the free leg interferes with each other when walking at a high speed, and to reduce the tilt angle of the foot of the free leg to reduce The moment can be reduced, and therefore the stability during high-speed walking can be increased, and the occurrence of a situation in which the robot falls down can be effectively prevented.

【0048】請求項4の発明によれば、ロボットの歩行
を制御する制御手段の情報に応じて、階段を上昇歩行す
る際に前記比率A/Bを大きくする方向へ前記作動機構
を動作させるようにしているから、階段の段差部分上端
に廂状の突起部が存在するような階段を上昇する場合で
も、足平の爪先側の部分が前記突起部に干渉してしまう
ことを防止でき、特に請求項5の発明のように、階段を
上昇歩行する際に、前記比率A/Bを0.9〜1.0の
範囲内とするべく前記作動機構を動作させるようにした
場合には、足平の爪先側の部分が前記突起部に干渉して
転倒するような事態の発生を確実に防止できる。
According to the fourth aspect of the present invention, the actuating mechanism is operated in the direction of increasing the ratio A / B when walking up the stairs in accordance with the information of the control means for controlling the walking of the robot. Therefore, even when climbing a staircase in which there is an uneven projection at the upper end of the step portion of the stairs, it is possible to prevent the toe side portion of the foot from interfering with the projection, When the operating mechanism is operated so that the ratio A / B is within the range of 0.9 to 1.0 when walking up the stairs as in the invention of claim 5, It is possible to reliably prevent a situation in which the flat toe side portion interferes with the protrusion and falls.

【0049】請求項6の発明によれば、ロボットの歩行
を制御する制御手段の情報に応じて、階段を下降歩行す
る際に前記比率A/Bの値を小さくする方向へ前記作動
機構を動作させるようにしているから、階段の下降時に
おいてロボットの安定性を増して、下方へロボットが転
倒してしまうようなことを防止することができる。
According to the sixth aspect of the present invention, the operating mechanism is operated in a direction to reduce the value of the ratio A / B when walking down the stairs according to the information of the control means for controlling the walking of the robot. Therefore, it is possible to increase the stability of the robot at the time of descending the stairs and prevent the robot from falling down.

【0050】請求項7の発明によれば、前記作動機構の
アクチュエータと前記可動足平片との間に伝達機構が介
在されており、かつこの伝達機構は、足平の接地時に接
地面に加わる反力を前記駆動軸に直接伝達しないように
構成されているから、前記反力によって作動機構のアク
チュエータが故障したりすることを有効に防止すること
ができる。
According to the invention of claim 7, a transmission mechanism is interposed between the actuator of the actuating mechanism and the movable foot piece, and the transmission mechanism is applied to the ground surface when the foot is grounded. Since the reaction force is configured not to be directly transmitted to the drive shaft, it is possible to effectively prevent the actuator of the operating mechanism from malfunctioning due to the reaction force.

【0051】請求項8の発明によれば、可動足平片が、
有効接地面と平行な面内において直線的に摺動可能に設
けられているから、状況に応じて可動足平片を直線的に
摺動させて前記比率A/Bの値を変化させることによ
り、ロボットの歩行の安定性を増すことができ、またこ
の場合は前記比率A/Bの値をアナログ的に変化させる
ことができるから、状況に応じた最適な値に前記比率A
/Bを設定することができる。
According to the invention of claim 8, the movable foot piece is
Since it is slidable linearly in a plane parallel to the effective ground plane, the movable foot piece can be slid linearly according to the situation to change the value of the ratio A / B. The stability of walking of the robot can be increased, and in this case, the value of the ratio A / B can be changed in an analog manner, so that the ratio A can be set to an optimum value according to the situation.
/ B can be set.

【0052】請求項9の発明によれば、可動足平片が、
有効接地面と平行な面内において有効接地面に直行する
方向の軸線を中心として回動可能となるように足平本体
に取付けられているから、状況に応じて可動足平片を回
動させて前記比率A/Bを変化させることにより、ロボ
ットの安定性を増すことができ、またこの場合も請求項
13の発明の場合と同様に、状況に応じた最適な値に前
記比率A/Bを設定することができる。
According to the invention of claim 9, the movable foot piece is
Since it is attached to the foot main body so that it can rotate about an axis perpendicular to the effective ground plane in a plane parallel to the effective ground plane, the movable foot piece can be rotated depending on the situation. The stability of the robot can be increased by changing the ratio A / B by using the ratio A / B. In this case as well, the ratio A / B can be set to an optimum value according to the situation, as in the case of the invention of claim 13. Can be set.

【0053】請求項10の発明によれば、可動足平片
が、足平本体の有効接地面の延長面に対し起伏可能とな
るよう、有効接地面と平行な軸線を中心として回動可能
に取付けられているから、状況に応じて可動足平片を起
伏させて前記比率A/Bの値を変化させることにより、
ロボットの歩行の安定性を向上させることができる。
According to the tenth aspect of the invention, the movable foot piece is rotatable about an axis parallel to the effective ground surface so that the movable foot piece can be undulated with respect to the extension surface of the effective ground surface of the foot body. Since it is attached, by raising and lowering the movable foot piece according to the situation and changing the value of the ratio A / B,
The walking stability of the robot can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の作用を説明するために脚式歩行ロボ
ットの足平付近の概略を示す略解図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a leg walking robot in the vicinity of a foot for explaining the operation of the present invention.

【図2】この発明に係る脚式歩行ロボットの制御装置の
一例を全体的に示す概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram generally showing an example of a control device for a legged walking robot according to the present invention.

【図3】図2に示される制御ユニットの説明ブロック図
である。
FIG. 3 is an explanatory block diagram of a control unit shown in FIG.

【図4】この発明の一実施例の足平構造として、可動足
平片を水平面内で回動させるように構成した例を示す平
面図である。
FIG. 4 is a plan view showing an example of a foot structure according to an embodiment of the present invention in which a movable foot piece is configured to rotate in a horizontal plane.

【図5】図4に示される足平構造の V−V 線における縦
断正面図である。
FIG. 5 is a vertical cross-sectional front view taken along the line VV of the foot structure shown in FIG.

【図6】図4に示される足平構造の動作状況の一例を示
す平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing an example of an operating condition of the foot structure shown in FIG.

【図7】図6の VII−VII 線における縦断面図である。7 is a vertical cross-sectional view taken along line VII-VII of FIG.

【図8】図4に示される足平構造の動作状況の他の例を
示す平面図である。
FIG. 8 is a plan view showing another example of the operating condition of the foot structure shown in FIG.

【図9】図8のIX−IX線における縦断面図である。9 is a vertical sectional view taken along the line IX-IX in FIG.

【図10】この発明の足平構造の動作のための制御フロ
ーの一例を示すフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart showing an example of a control flow for the operation of the foot structure of the present invention.

【図11】この発明の足平構造を適用した2脚タイプの
ロボットの階段上昇時の状況を示す略解図である。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a situation of a two-legged robot to which the foot structure of the present invention is applied when climbing stairs.

【図12】この発明の足平構造を適用した2脚タイプの
ロボットの階段下降時の状況を示す略解図である。
FIG. 12 is a schematic diagram showing a situation of a two-legged robot to which the foot structure of the present invention is applied when descending stairs.

【図13】2脚タイプのロボットについて、高速歩行時
の状況を、従来技術に関して示す略解図である。
FIG. 13 is a schematic diagram showing a situation of high speed walking of a two-legged robot with respect to the related art.

【図14】図4に示される足平構造について、その作動
機構を変えた実施例を示す平面図である。
14 is a plan view showing an embodiment in which the operating mechanism of the foot structure shown in FIG. 4 is changed.

【図15】図4に示される足平構造について、その作動
機構を変えた他の実施例を示す平面図である。
15 is a plan view showing another embodiment of the foot structure shown in FIG. 4 in which the operating mechanism is changed.

【図16】この発明の一実施例の足平構造として、可動
足平片を水平面内で直線移動させるようにした例を示す
平面図である。
FIG. 16 is a plan view showing an example of a foot structure according to an embodiment of the present invention in which a movable foot piece is linearly moved in a horizontal plane.

【図17】図16に示される足平構造の正面図である。17 is a front view of the foot structure shown in FIG. 16. FIG.

【図18】図16における XVIII−XVIII 線での拡大断
面図である。
18 is an enlarged sectional view taken along line XVIII-XVIII in FIG.

【図19】図16に示される足平構造について、その作
動機構を変えた例を、図18と同じ位置で示す断面図で
ある。
19 is a cross-sectional view showing an example of the foot structure shown in FIG. 16 in which the operating mechanism is changed, at the same position as in FIG.

【図20】図16に示される足平構造について、その作
動機構を変えた他の例を、図18と同じ位置で示す断面
図である。
20 is a cross-sectional view showing another example of the foot structure shown in FIG. 16 in which the actuating mechanism is changed, at the same position as in FIG.

【図21】この発明の一実施例の足平構造として、可動
足平片をロボットの進行方向の前後方向へ直線移動させ
るようにした例を示す平面図である。
FIG. 21 is a plan view showing an example of a foot structure according to an embodiment of the present invention in which a movable foot piece is linearly moved in the front-rear direction of the traveling direction of the robot.

【図22】図21の足平構造の正面図である。22 is a front view of the foot structure of FIG. 21. FIG.

【図23】図21における XXIII−XXIII 線での縦断面
図である。
23 is a vertical cross-sectional view taken along line XXIII-XXIII in FIG.

【図24】この発明の一実施例の足平構造として、可動
足平片を起伏させるようにした例を示す部分切欠斜視図
である。
FIG. 24 is a partially cutaway perspective view showing an example in which a movable foot piece is undulated as a foot structure of an embodiment of the present invention.

【図25】図24における XXV−XXV 線での縦断面図で
ある。
25 is a vertical sectional view taken along line XXV-XXV in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ロボット 2 可動脚部 22 足平 23 足首関節中心 72 作動機構 74,74A,74B,74F,74G,74H,74
I アクチュエータ 100 足平本体 102A,102B,102C,102D,102E,
102F,102G,102H 可動足平片 109 有効接地面
1 Robot 2 Movable legs 22 Foot 23 Ankle joint center 72 Actuating mechanism 74, 74A, 74B, 74F, 74G, 74H, 74
I actuator 100 foot main body 102A, 102B, 102C, 102D, 102E,
102F, 102G, 102H Movable foot piece 109 Effective ground plane

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼橋 秀明 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 松本 隆志 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 竹野 晃 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor ▲ Takahashi Hideaki 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama, Honda R & D Co., Ltd. (72) Inventor Takashi Matsumoto 1--4, Chuo, Wako, Saitama No. 1 inside Honda R & D Co., Ltd. (72) Inventor Akira Takeno 1-4-1 Chuo, Wako, Saitama Inside Honda R & D Co., Ltd.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 それぞれ複数本の可動脚部を備えるとと
もに、各可動脚部の先端に足平を設けて歩行自在とした
脚式歩行ロボットの足平構造において、 各可動脚部に結合された足平本体のそれぞれに、足首関
節中心位置から歩行面に対する有効接地面のロボット進
行方向最後端の位置までのロボット進行方向と平行な垂
直面への投影距離Aと足首関節中心位置から歩行面に対
する有効接地面のロボット進行方向最前端までのロボッ
ト進行方向と平行な垂直面への投影距離Bとの比率A/
Bを変化させるように移動可能な少なくとも一つの可動
足平片を取付け、かつその可動足平片を前記比率A/B
が変化する方向へ作動させる作動機構を、前記足平本体
に設けたことを特徴とする脚式歩行ロボットの足平構
造。
1. A foot structure of a legged walking robot which is provided with a plurality of movable legs, each of which has a foot at the tip of each movable leg, and is connected to each movable leg in a foot structure. In each of the foot flats, the projection distance A from the center position of the ankle joint to the position of the last end of the effective contact surface with respect to the walking surface on the vertical plane parallel to the robot traveling direction and the ankle joint center position to the walking surface Ratio of the effective ground contact surface to the foremost end of the robot in the traveling direction and the projection distance B on the vertical plane parallel to the robot traveling direction A /
At least one movable foot piece movable so as to change B is attached, and the movable foot piece is set to the ratio A / B.
A foot structure of a legged walking robot, characterized in that an actuating mechanism for actuating in a changing direction is provided on the foot body.
【請求項2】 足平が歩行面に接地している状態の有無
を検出するための接地検出手段を備え、足平が接地して
いない状態で前記作動機構を動作させるようにした請求
項1に記載の脚式歩行ロボットの足平構造。
2. The grounding detection means for detecting whether or not the foot is in contact with the walking surface is provided, and the actuating mechanism is operated when the foot is not in contact with the ground. The foot structure of the legged walking robot described in.
【請求項3】 ロボットの歩行を制御する制御手段の情
報に応じて、歩行速度が予め定めた値を越える際に前記
比率A/Bを大きくする方向へ前記作動機構を動作させ
るようにした請求項1に記載の脚式歩行ロボットの足平
構造。
3. The actuating mechanism is operated in a direction to increase the ratio A / B when the walking speed exceeds a predetermined value according to the information of the control means for controlling the walking of the robot. The foot structure of the legged walking robot according to Item 1.
【請求項4】 ロボットの歩行を制御する制御手段の情
報に応じて、階段を上昇歩行する際に前記比率A/Bを
大きくする方向へ前記作動機構を動作させるようにした
請求項1に記載の脚式歩行ロボットの足平構造。
4. The operation mechanism according to claim 1, wherein the operating mechanism is operated in a direction to increase the ratio A / B when walking up the stairs in accordance with information from a control unit that controls walking of the robot. Structure of the human legged walking robot.
【請求項5】 階段を上昇歩行する際に、前記比率A/
Bを0.9〜1.0の範囲内とするべく前記作動機構を
動作させるようにした請求項4に記載の脚式歩行ロボッ
トの足平構造。
5. The ratio A / when walking up stairs.
The foot structure of the legged walking robot according to claim 4, wherein the actuating mechanism is operated so that B is within a range of 0.9 to 1.0.
【請求項6】 ロボットの歩行を制御する制御手段の情
報に応じて、階段を下降歩行する際に前記比率A/Bを
小さくする方向へ前記作動機構を動作させるようにした
請求項1に記載の脚式歩行ロボットの足平構造。
6. The operating mechanism according to claim 1, wherein the operating mechanism is operated in a direction to reduce the ratio A / B when walking down stairs in accordance with information from a control means for controlling walking of the robot. Structure of the human legged walking robot.
【請求項7】 前記作動機構のアクチュエータと前記可
動足平片との間に伝達機構が介在されており、かつこの
伝達機構は、足平の接地時に歩行面から足平の有効接地
面に加わる反力を前記アクチュエータに直接伝達しない
ように構成されている請求項1に記載の脚式歩行ロボッ
トの足平構造。
7. A transmission mechanism is interposed between the actuator of the actuating mechanism and the movable foot piece, and the transmission mechanism is applied from the walking surface to the effective grounding surface of the foot when the foot touches the ground. The foot structure of the legged walking robot according to claim 1, wherein the foot structure is configured not to directly transmit a reaction force to the actuator.
【請求項8】 前記可動足平片が、有効接地面と平行な
面内において足平本体に対し直線的に摺動可能に取付け
られている請求項1に記載の脚式歩行ロボットの足平構
造。
8. The foot of the legged walking robot according to claim 1, wherein the movable foot piece is linearly slidably attached to the foot body in a plane parallel to the effective ground plane. Construction.
【請求項9】 前記可動足平片が、有効接地面と平行な
面内において有効接地面に直行する方向の軸線を中心と
して回動可能となるように足平本体に取付けられている
請求項1に記載の脚式歩行ロボットの足平構造。
9. The movable foot piece is attached to the foot body so as to be rotatable about an axis in a direction orthogonal to the effective ground plane in a plane parallel to the effective ground plane. The foot structure of the legged walking robot described in 1.
【請求項10】 前記可動足平片が、足平本体の有効接
地面の延長面に対し起伏可能となるよう、有効接地面と
平行な軸線を中心として回動可能に取付けられている請
求項1に記載の脚式歩行ロボットの足平構造。
10. The movable foot piece is rotatably attached about an axis parallel to the effective ground surface so that the movable foot piece can rise and fall with respect to an extension surface of the effective ground surface of the foot body. The foot structure of the legged walking robot described in 1.
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