JPH0639755A

JPH0639755A - 衝撃吸収手段を備えた脚式歩行ロボット

Info

Publication number: JPH0639755A
Application number: JP14572693A
Authority: JP
Inventors: 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
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1992-05-26
Filing date: 1993-05-25
Publication date: 1994-02-15
Anticipated expiration: 2017-06-17
Also published as: JP3293952B2

Abstract

(57)【要約】【構成】衝撃吸収手段を備えた２足歩行の脚式歩行ロ
ボットであって、基体を圧縮空気が充填されたバルーン
で被覆し、配管などと干渉したとき、充填した圧縮空気
を放出して衝撃を吸収する。更には、脚部に油圧シリン
ダを設けてピストンを緩衝カバーに取着して干渉時の外
力を吸収する。更には、ロボットを弾性材で被覆する、
ないしはエアバッグを装着する。【効果】干渉によって生じる衝撃を吸収、緩和するの
で、ロボットと干渉した相手方とを共に保護することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は衝撃吸収手段を備えた
脚式歩行ロボットに関し、より具体的には作業環境で配
管などに干渉（接触）したとき、よって生じる衝撃を吸
収してロボット自体と干渉した相手方とを保護する様に
したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】脚式歩行ロボット、特に２足歩行の脚式
歩行ロボットとしては、特開昭６２−９７００５号、特
開昭６３−１５０１７６号公報記載のものなどが知られ
ている。また２足歩行の脚式歩行ロボットを含むロボッ
ト全般については、「ロボット工学ハンドブック」（日
本ロボット学会編、１９９０年１０月２０日）に詳し
い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、脚式歩行ロ
ボット、特に２足歩行の脚式歩行ロボットにおいては人
間に代替する作業能力が期待されており、その作業環境
には配管など多くの構築物が存在すると共に、作業環境
はスペース的にも比較的狭隘なことが予想される。その
様な環境において万一ロボットが姿勢を崩して配管など
の構築物や作業員などに干渉するとき、それらを損傷す
る恐れがあるのみならず、ロボット自体も損傷して作業
に支障を来す恐れがある。

【０００４】従って、この発明の目的は上記した不都合
を解消することにあり、脚式歩行ロボットが作業環境な
どにおいて万一配管などの構築物や作業員などに干渉す
るときも、自他の損傷を可能な限り防止する衝撃吸収手
段を備えた脚式歩行ロボットを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ためにこの発明は例えば請求項１項に示す如く、脚部リ
ンクを備えてなる脚式歩行ロボットにおいて、歩行時に
床から受ける床反力以外の外力による衝撃を吸収する手
段を備えると共に、該衝撃吸収手段は、初期位置より変
位する部位を備えることにより衝撃を吸収する如く構成
した。

【０００６】

【作用】床反力以外の外力による衝撃を吸収する手段を
備える様にしたので、作業環境で配管などの構築物や作
業員などと干渉しても、それによって受ける損傷度を低
減することができると共に、干渉した相手方の損傷度も
低減することができ、両者を保護することができる。

【０００７】

【実施例】以下、脚式歩行ロボットとして２足歩行の脚
式移動ロボットを例にとって、この発明の実施例を説明
する。図１はそのロボット１を全体的に示す関節スケル
トン図であり、左右それぞれの脚部リンク２に６個の関
節を備える（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）。該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）、腰のピッチ方向
（ｘ軸まわり）の関節１２Ｒ，１２Ｌ、同ロール方向
（ｙ軸まわり）の関節１４Ｒ，１４Ｌ、膝部のロール方
向の関節１６Ｒ，１６Ｌ、足首部のロール方向の関節１
８Ｒ，１８Ｌ、同ピッチ方向の関節２０Ｒ，２０Ｌとな
っており、その下部には足平２２Ｒ，２２Ｌが取着され
ると共に、最上位には基体２４が設けられ、その内部に
は後で述べるマイクロ・コンピュータからなる制御ユニ
ット２６などの精密電子部品やバッテリなどが格納され
る。

【０００８】上記において腰関節は関節１０Ｒ（Ｌ），
１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）から構成され、また足関節
は、関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）から構成される。
また、腰関節と膝関節との間は大腿リンク３２Ｒ，３２
Ｌで、膝関節と足関節との間は下腿リンク３４Ｒ，３４
Ｌで連結される。ここで、脚部リンク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、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に
駆動することで、足全体に所望の動きを与えることがで
き、任意に３次元空間を歩行することができる様に構成
される。先に述べた様に、上記した関節は電動モータか
らなり、更にはその出力を倍力する減速機などを備える
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。

【０００９】図１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、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，Ｆ
ｙ，Ｆｚとその方向まわりのモーメント成分Ｍｘ，Ｍ
ｙ，Ｍｚとを測定する。また足平２２Ｒ（Ｌ）の四隅に
は静電容量型の接地スイッチ３８（図１で図示省略）が
設けられて、足平の接地の有無を検出する。更に、基体
２４には傾斜センサ４０が設置され、基体２４の重力方
向に対する傾斜角度と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
ンコーダが設けられる。更に、図１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が設けられる。これらの出力は前記し
た基体２４内の制御ユニット２６に送られる。

【００１０】図２は制御ユニット２６の詳細を示すブロ
ック図であり、マイクロ・コンピュータから構成され
る。そこにおいて傾斜センサ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に送られる。また各電動モータに隣
接して配置されるエンコーダの出力はカウンタ５６を介
してＲＡＭ５４内に入力されると共に、接地スイッチ３
８などの出力は波形整形回路５８を経て同様にＲＡＭ５
４内に格納される。制御ユニット内にはＣＰＵからなる
第１、第２の演算装置６０，６２が設けられており、第
１の演算装置６０はＲＯＭ６４に格納されている歩容
（腰軌道、足平軌道）を読み出して目標関節角度を算出
してＲＡＭ５４に送出する。また第２の演算装置６２は
ＲＡＭ５４からその目標値と検出された実測値とを読み
出し、各関節の駆動に必要な制御値を算出し、Ｄ／Ａ変
換器６６とサーボアンプを介して各関節を駆動する電動
モータに出力する。

【００１１】図３は図１に示したロボット１の構造をよ
り具体的に示す正面図、図４は側面図であるが、この発
明において特徴的なことは、ロボット１において最も突
出する部位である基体２４に図示の様な衝撃吸収手段７
０を設けたことにある。図５はその要部断面図である。
図３ないし図５を参照して説明すると、衝撃吸収手段７
０はドーナツ状のバルーン７２からなり、その中央開口
部で基体２４を挿通し基体２４の回周を被覆する。バル
ーン７２は図５に良く示す如く、ゴムなどの収縮自在な
弾性材からなる。そして、バルーン７２には適宜個数の
バルブ７６が配設される。ここで、バルブ７６は図５に
示す如く、バルーン７２に穿設された開口部の縁部に弾
性材片７７を介して気密に接着されたバルブ本体７６ａ
とその内部に気密かつ摺動自在に収容されたプレート７
６ｂと、プレート７６ｂを図示位置に付勢しているスプ
リング７６ｃとからなる。図面からは明らかではない
が、バルブ本体７６ａとプレート７６ｂは、平面円形と
する。またバルブ本体７６ａの側面には複数箇所で窓７
６ｄが穿設される。尚、バルブ本体７６の下部には肩部
７６ｅが突設されてプレート７６ｂを受けると共に、そ
の上面７６ｆはインターナルサークリップ７６ｇで図示
位置に固定される。

【００１２】上記の構成において、図５に示す様に作業
環境構築物や作業員など異物１００と接触すると、バル
ーン７２は同図に想像線で示す様に変形し、バルーン７
２内に充填されていた圧縮空気はスプリング７６ｃのス
プリング力に抗してプレート７６ｂを図で上方に駆動
し、窓７６ｄから外部に流出する。このとき、バルブ７
６の設置個数とスプリング７６ｃのスプリング力とを適
宜な値に設定しておくことにより、異物１００との干渉
によって生じる衝撃を吸収することができる。それによ
り、ロボット１が受ける衝撃を緩和することができると
共に、異物１００が受ける衝撃も緩和することができ
る。尚、放出された空気は後で再充填されて次の使用に
備える。

【００１３】尚、ここでは衝撃吸収手段７０（バルーン
７２）を基体２４の全周に配置する例を示したが、角部
などに部分的に配置しても良く、更には脚部リンク２に
配置しても良い。更に、媒体として空気を用いたがそれ
に限られるものでなく、油などの流体を用いても良い。
更に、単一の気密室からなるバルーン７２を用いたが、
これに限られるものではなく、複数の気密室を備えても
良く、あるいはハニカム構造体でも良く、さらには発泡
材などを用いてもよい。

【００１４】次いで、この発明の第２の実施例である、
衝撃吸収手段の別の例（以下、第２の衝撃吸収手段８０
と言う）を説明する。この例においては、図３と図４に
示す様に、大腿リンク３２Ｒ（Ｌ）と下腿リンク３４Ｒ
（Ｌ）とに設けた。図６はその詳細を示すVI−VI線断面
図である。尚、以下に述べる大腿リンク側に設けた機構
の説明は、下腿リンク３４Ｒ（Ｌ）に設けた機構にも妥
当する。

【００１５】図６を参照して説明すると、第２の衝撃吸
収手段８０は、断面Ｈ字状の大腿（下腿）リンク３２
（３４）Ｒ（Ｌ）に組み込まれてなる。即ち、リンク内
にはダンパユニット８６が片側に２個並列されている。
各ダンパユニット８６はシリンダ８６ｄにピストンヘッ
ド８６ａが摺動自在に挿入されると共に、ピストンヘッ
ド８６ａは止めナット８６ｃによりピストンロッド８６
ｂと一体をなしている。ピストンヘッド８６ａで画成さ
れる第１の室８６ｈとピストンヘッド８６ａとキャップ
８６ｆにより形成される第２の室８６ｊとは、ピストン
ヘッド８６ａに設けられた通路８６ｉで連通される。ま
た、第１室８６ｈにはスプリング８６ｅが設けられ、ピ
ストンヘッド８６ａをキャップ８６ｆに接触する図示位
置に付勢する。第１室８６ｈには作動油が供給される。
また、ピストンロッド８６ｂの自由端は拡径され、そこ
に緩衝カバー８８が取り付けられる。尚、８６ｇはオイ
ルシールである。

【００１６】上記の構成において、脚部が異物１００と
干渉すると、カバー８８は図６に想像線で示す様に後退
してピストンロッド８６ｂをスプリング力に抗してシリ
ンダ８６ｄ内に進入させる。その結果、第１室８６ｈ内
の作動油は通路８６ｉを通って第２室８６ｊに流入す
る。従って、通路８６ｉの径を第１室の容積に対して適
宜に設定すると共に、スプリング８６ｅの力を適宜に設
定することにより、異物１００との干渉によって生じた
外力を減殺し、それによる衝撃を緩和することができ、
第１実施例と同様にロボット１と干渉した相手方とが受
ける衝撃を吸収、緩和することができる。尚、作動流体
として油を用いたが、空気などを用いても良い。更には
大腿リンクと下腿リンクの双方に配置したが、一方でも
良く、更に基体２４などに配置しても良い。

【００１７】図７はこの発明の第３の実施例である、衝
撃吸収手段の別の例（第３の衝撃吸収手段９０）を示す
ロボット１の正面部分断面図である。第３実施例におい
ては図示の如く、ロボット１の全体を硬質ウレタンフォ
ームからなる弾性材９２で被覆する様にした。更に、図
８（図７のVIII−VIII線断面図）に良く示す如く、弾性
材９２は大腿リンク３２Ｒ（Ｌ）において配線９４を内
部に収容する様に被覆される。これは下腿リンク３４Ｒ
（Ｌ）についても同様である。尚、配線９４は、基体２
４に格納された制御ユニット２６ないしバッテリから、
膝関節１６Ｒ（Ｌ）、足関節18,20R(L) に装着したモー
タ群に制御信号や駆動電流を送るためのものである。ま
た符号９６は伝動ベルトを示す。尚、基体２４には適宜
な位置に収容する電子機器の放熱用の窓９８を設ける。

【００１８】上記の様に構成したので、第３実施例にお
いても、基体２４ないしは脚部リンク２が異物と干渉し
たとき、よってロボット１と異物とに生じる衝撃を吸
収、緩和することができる。また、配線９４などは内部
に収容したので、干渉によって破損することがない。
尚、ロボット１の全体を被覆する例を示したが、基体２
４など部分的に被覆しても良い。

【００１９】図９はこの発明の第４の実施例である、衝
撃吸収手段の更に別の例（第４の衝撃吸収手段２００）
を示す、図３と同様のロボット１の正面部分断面図であ
る。第４実施例においては衝撃吸収手段として、基体２
４の周囲にエアバッグ・システムを４個、前後左右に配
置する様にした。エアバッグ・システムはバッグ２０２
とインフレータ２０４とを備えてなり、その構造自体は
車両で使用される公知のものと基本的に異ならない。図
２ブロック図の末尾にその制御回路を示す。制御ユニッ
ト２６において第２の演算装置６２が、その作動を制御
する。尚、バッグ２０２は作動されないときはインフレ
ータ２０４内に収納されている。

【００２０】図１０フロー・チャートを参照してそれを
説明すると、先ずＳ１０において傾斜センサ４０の出力
を読み込み、Ｓ１２に進んで所定値と比較する。前記し
た如く、傾斜センサ４０の出力は、ロボット１の基体２
４の重力方向に対する傾斜角度および傾斜角速度を示
す。所定値としてはロボット１が転倒することが予測さ
れるほどの値を設定する。Ｓ１２でセンサ出力値が所定
値を超えると判断されるときはロボット１の転倒が予測
されるので、Ｓ１４に進んで出力回路２０６を介してイ
ンフレータ２０４に収容された点火装置（図９で図示省
略）に通電し、その両側に充填されたボロン硝酸カリウ
ムの推薬を点火・燃焼させ、エアバッグ２０２を図９に
想像線で示す状態に展開させる（図９では左右のバッグ
の展開した状態を示す）。尚、Ｓ１２で否定されたとき
は、そのままプログラムを終了する。

【００２１】尚、図示に係るエアバッグ・システムの構
造自体は前述の如く公知の車両用のものと基本的には異
ならないが、車両の場合に比較してロボット１の場合
は、姿勢の安定を失って自重で転倒するときの床面など
との衝突を緩和するものであるため、車両での衝突に比
較すればバッグ２０２は緩慢に収縮してロボット１が床
面に軟着陸する様に設定する。

【００２２】第４実施例は上記の如く構成したので、ロ
ボット１が姿勢の安定を失って転倒するときも、床面か
ら受ける衝撃を緩和することができ、ロボット１と床面
との双方を保護することができる。更に、インフレータ
２０４が点火されない限り、バッグ２０２はその内部に
収容されていて基体２４から突出することがないので、
狭隘な作業空間を歩行するのも容易となる。尚、実施例
ではエアバッグ・システムを基体に４個設ける例を示し
たが、これに限られるものではなく、１個でも５個以上
でも良い。また、配置先も基体に限らず、脚部であって
も良い。

【００２３】尚、上記の第１ないし第４実施例におい
て、４種の衝撃吸収手段を示したが、これらは単独に用
いても良く、あるいは組み合わせて用いても良い。

【００２４】更に、上記において、２足歩行の脚式歩行
ロボットを例にとって説明してきたが、それに限られる
ものではなく、３足以上の脚式歩行ロボットにも妥当す
るものである。また、脚式歩行ロボットを例にとった
が、車輪型やクローラ型のロボットにも妥当する。

【００２５】

【発明の効果】請求項１項にあっては、脚部リンクを備
えてなる脚式歩行ロボットにおいて、歩行時に床から受
ける床反力以外の外力による衝撃を吸収する手段を備え
ると共に、該衝撃吸収手段は、初期位置より変位する部
位を備えることにより衝撃を吸収する如く構成したの
で、ロボットが作業環境において配管などの設置物や作
業員に干渉したときも、ロボット自体と干渉した相手方
とが受ける衝撃を吸収、緩和して双方を保護することが
できる。

【００２６】請求項２項の脚式歩行ロボットにあって
は、前記衝撃吸収手段が、前記初期位置より変位して衝
撃を吸収する部位をその後初期位置に復帰する手段を有
する様に構成したので、万一連続的に干渉することがあ
っても、常に衝撃を吸収、緩和することができる。

【００２７】請求項３項の脚式歩行ロボットにあって
は、前記衝撃吸収手段が、前記ロボットの凸部を被覆す
るものである様に構成したので、ロボットの比較的干渉
し易いい部位での干渉による損傷を回避してロボットと
干渉相手方とを保護することができる。

【００２８】請求項４項の脚式歩行ロボットにあって
は、前記衝撃吸収手段が、前記ロボットの配線などの制
御系もしくは駆動系の伝送経路を実質的に被覆するもの
である様に構成したので、干渉時の衝撃を効果的に吸
収、緩和すると共に、伝送経路の断線などを防止するこ
ともできる。

【００２９】請求項５項の脚式歩行ロボットにあって
は、前記ロボットが基体とそれに連結された脚部リンク
とを備えてなるものであり、前記衝撃吸収手段が、該基
体を少なくとも部分的に被覆するものである様に構成し
たので、比較的突出して干渉し易いと共に、精密電子部
品などを格納することが多い基体と干渉相手方とを保護
することができる。

【００３０】請求項６項の脚式歩行ロボットにあって
は、前記衝撃吸収手段が、前記ロボットの適宜位置に配
設される少なくとも１個のエアバッグ、前記ロボットの
姿勢の不安定度を検出する検出手段、および姿勢の不安
定度が検出されたとき、前記エアバッグを作動させる制
御手段からなる如く構成したので、ロボットが転倒する
ことがあっても床面との接触による衝撃を緩和すること
ができると共に、エアバッグは作動されない状態では突
出することがないので、狭隘な作業空間を歩行するとき
も妨げとならない。

【００３１】請求項７項記載の脚式歩行ロボットにあっ
ては、前記検出手段は姿勢の不安定度をロボットの重力
方向に対する傾斜角度および／または傾斜角速度から検
出すると共に、前記制御手段は、検出値が所定値を超え
たとき前記エアバッグを作動させる様に構成したので、
精度良くロボットの姿勢の不安定度を検出することがで
き、転倒による床面との接触による衝撃を確実に緩和す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る脚式歩行ロボットを全体的に示
す関節スケルトン図である。

【図２】図１に示す制御ユニットの説明ブロック図であ
る。

【図３】図１のロボットの構造を具体的に示す正面図で
ある。

【図４】図１のロボットの構造を具体的に示す側面図で
ある。

【図５】図３、図４に示す衝撃吸収手段をより詳細に示
す要部断面図である。

【図６】この発明の第２実施例で衝撃吸収手段の別の例
を示す、図３のIV−IV線断面図である。

【図７】この発明の第３実施例で衝撃吸収手段の更に別
の例を示す、図３に類似するロボットの正面部分断面図
である。

【図８】図７のVIII−VIII線断面図である。

【図９】この発明の第４実施例で衝撃吸収手段の更に別
の例を示す、図３に類似するロボットの正面部分断面図
である。

【図１０】第４実施例の衝撃吸収手段の動作を説明する
フロー・チャートである。

【符号の説明】

１脚式歩行ロボット（２足歩行ロボ
ット）２脚部リンク１０Ｒ，１０Ｌ脚部回旋用の関節１２Ｒ，１２Ｌ腰部のピッチ方向の関節１４Ｒ，１４Ｌ腰部のロール方向の関節１６Ｒ，１６Ｌ膝部のロール方向の関節１８Ｒ，１８Ｌ足首部のロール方向の関節２０Ｒ，２０Ｌ足首部のピッチ方向の関節２２Ｒ，２２Ｌ足平２４基体２６制御ユニット７０，８０，９０，2 ００衝撃吸収手段７２バルーン８４シリンダ８６ピストン８８緩衝カバー９２弾性材１００異物２０２（エア）バッグ２０４インフレータ

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】脚部リンクを備えてなる脚式歩行ロボッ
トにおいて、歩行時に床から受ける床反力以外の外力に
よる衝撃を吸収する手段を備えると共に、該衝撃吸収手
段は、初期位置より変位する部位を備えることにより衝
撃を吸収することを特徴とする脚式歩行ロボット。
【請求項２】前記衝撃吸収手段が、前記初期位置より
変位して衝撃を吸収する部位をその後初期位置に復帰さ
せる手段を備えることを特徴とする請求項１項記載の脚
式歩行ロボット。
【請求項３】前記衝撃吸収手段が、前記ロボットの凸
部を被覆するものであることを特徴とする請求項１項ま
たは２項記載の脚式歩行ロボット。
【請求項４】前記衝撃吸収手段が、前記ロボットの配
線などの制御系もしくは駆動系の伝送経路を実質的に被
覆するものであることを特徴とする請求項１項ないし３
項のいずれかに記載の脚式歩行ロボット。
【請求項５】前記ロボットが、基体と、それに連結さ
れる脚部リンクとを備えてなり、前記衝撃吸収手段が、
該基体を少なくとも部分的に被覆するものであることを
特徴とする請求項１項ないし４項のいずれかに記載の脚
式歩行ロボット。
【請求項６】前記衝撃吸収手段が、ａ．前記ロボットの適宜位置に配設される少なくとも１
個のエアバッグ、ｂ．前記ロボットの姿勢の不安定度を検出する検出手
段、およびｃ．姿勢の不安定度が検出されたとき、前記エアバッグ
を作動させる制御手段、を備えることを特徴とする請求
項１項ないし５項のいずれかに記載の脚式歩行ロボッ
ト。
【請求項７】前記検出手段は、前記ロボットの所定部
位の重力方向に対する傾斜角度および／または傾斜角速
度から前記姿勢の不安定度を検出すると共に、前記制御
手段は検出値が所定値を超えたとき前記エアバッグを作
動させることを特徴とする請求項６項記載の脚式歩行ロ
ボット。