JPH07100309B2 - 歩行ロボットのための腕に転用可能な脚機構 - Google Patents

歩行ロボットのための腕に転用可能な脚機構

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JPH07100309B2
JPH07100309B2 JP5268176A JP26817693A JPH07100309B2 JP H07100309 B2 JPH07100309 B2 JP H07100309B2 JP 5268176 A JP5268176 A JP 5268176A JP 26817693 A JP26817693 A JP 26817693A JP H07100309 B2 JPH07100309 B2 JP H07100309B2
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範 穗 小谷内
達 弘 典 安
井 健 生 新
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    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
    • B62D57/032Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members with alternately or sequentially lifted supporting base and legs; with alternately or sequentially lifted feet or skid

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、歩行のために必要な脚
を備え、それらの脚の動作によって歩行を行う歩行ロボ
ットのための脚機構に関するものであり、更に詳しく
は、脚の一部を物体の把持、移動、搬送、その他各種作
業を行う腕に転用可能にするための脚機構に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】歩行ロボットの脚機構として、あるいは
ロボットの腕機構(マニピュレータ)として、平行リン
クを用いることは既に知られている。この平行リンクを
用いた脚や腕では、それらの一部が動作中にロボット本
体や他の機構部分に接触したりするのを避ける必要があ
り、それを前提として脚や腕を構成する必要がある。ま
た、歩行ロボットの脚機構は、その自重を支持するため
に、鉛直下向きに大きな力を出せることが必要であり、
腕機構と比べると、同じ出力(仕事率)をもつアクチュ
エータで駆動される場合でも、低速、大トルクの設定に
しなければならない。そのため、一般的に脚機構と腕機
構とを共通化することは困難であり、両機構を併設する
ためには、それらを個別的に設ける必要がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、平行閉リンクにより構成して、歩行のための駆動に
低速高トルクが必要な脚機構を、簡単な手段により、高
速低トルクを必要とする腕作業にも転用可能とし、それ
によって、歩行ロボットの機構を単純化すると同時に、
歩行ロボットに腕(マニピュレータ)を別設する必要を
なくして、脚と腕との接触を避けるための配慮をも不必
要にした脚機構を得ることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る脚機構は、歩行ロボットにその歩行動
作のために備える脚であって、その脚は、ロボット本体
に回転駆動可能に取付けた第1及び第2の入力リンク
と、それらの入力リンクのうちの上方に伸びる第2の入
力リンクの先端に連結した連結リンクと、一端を上記連
結リンクの先端に連結し、中間部を第1の入力リンクに
連結した出力リンクとを備え、この脚は、腕に転用する
ために、連結リンクと出力リンクとが一直線になる特異
点を越えて、その連結リンクと出力リンクのなす角が1
80°を境に反転する状態に移行可能とし、且つ、第2
の入力リンクにその長さを調節する調節機構を設けるこ
とにより構成される。
【0005】
【作用】上記脚機構は、脚として利用する場合には、通
常の平行閉リンクとして、第1及び第2の入力リンクの
一方または双方を駆動し、それによって出力リンクの先
端に所期の運動を行わせ、歩行ロボットに必要な歩行運
動を行わせる。この場合には、第2の入力リンクの長さ
が短縮した状態に保持され、そのため、出力リンクが低
速高トルクで駆動され、脚は自重を支持して大きな力で
駆動される。
【0006】上記脚を腕に転用する場合には、連結リン
クと出力リンクとが一直線になる特異点を越えて、その
連結リンクと出力リンクのなす角が180°を境に反転
する状態に移行させ、それと同時に第2の入力リンクの
長さを伸長した状態に保持する。これにより、出力リン
クの先端はロボット本体の上部を動作範囲とし、しかも
第2の入力リンクの伸長により出力リンクは高速低トル
クで駆動され、腕の動作が物体の把持、移動、搬送、そ
の他各種作業に適したものとなる。
【0007】このような脚機構によれば、歩行のための
駆動に低速高トルクが必要な脚機構を、第2の入力リン
クの伸長という簡単な手段により、高速低トルクを必要
とする腕作業に転用することができ、それによって、歩
行ロボットの機構を単純化すると同時に、歩行ロボット
に腕を別設する必要をなくし、脚と腕との接触を避ける
ための配慮も不必要になるか、または簡易化される。
【0008】
【実施例】図1及び図2は、本発明に係る脚機構の実施
例を示している。この脚機構は、腕に転用可能なもので
あるが、基本的には、多足歩行ロボットにその歩行動作
のために設けるものである。多足歩行ロボットの一例を
図5及び図6に示しているが、その具体的構成について
は後述する。
【0009】図1に実線で示す上記脚機構は、ロボット
本体10に回転駆動可能に取付ける第1及び第2の入力
リンク11,12と、それらの入力リンクのうちの上方
に伸びる第2の入力リンク12の先端に連結した連結リ
ンク13と、一端を上記連結リンク13の先端に連結
し、中間部を第1の入力リンク11に連結した出力リン
ク14とを備えている。そして、上記第2の入力リンク
12には、その長さを調節する調節機構16を設けてい
る。
【0010】この第2の入力リンク12の調節機構16
は、本来、低速高トルクが必要な脚機構に、高速低トル
クを必要とする腕作業にも適した特性を持たせるための
もので、脚先に低速高トルクを出力する脚機構として使
用する場合には、図中に鎖線で示すように、第2入力リ
ンク12を短縮させて各リンク11〜14を平行四辺形
状に連結した状態とし、高速低トルクで使用する腕作業
の場合には、実線で示しているように第2入力リンク1
2を伸長させる。この第2入力リンク12の長さは、必
要な出力トルクによって中間的な適宜長さにすることも
可能である。上記調節機構16は、回転駆動されるねじ
軸17と、その回転に伴ってねじ軸17上を移動するめ
ねじ部材18を両端のリンクに設けることにより構成す
ることもできるが、このような機構に限ることなく、任
意のリンク伸縮機構を採用することができる。
【0011】上記ロボット本体10には、図示を省略し
ているが、第1及び第2の入力リンク11,12を回転
駆動するための駆動装置を備えている。この駆動装置
は、前記各リンク11〜14を含む平面内において、第
1及び第2の入力リンク11,12をそれぞれ個別的に
駆動するものである。また、上記各リンク11〜14の
相互の連結は、いずれも上記平面内における回転可能な
連結である。従って、制御装置による上記駆動装置の駆
動制御により出力リンク14の先端(脚先)を上記平面
内の所望の位置に移動させることができ、脚に必要な歩
行動作を行わせることができる。
【0012】上記脚は、それを腕に転用するために、図
2に示すように、連結リンク13と出力リンク14とが
一直線になる幾何学的特異点を越えて、その連結リンク
13と出力リンク14のなす角が180°を境に反転す
る状態に移行可能に構成している。この場合には、腕と
して高速低トルクで使用するため、通常は、前述したよ
うに第2の入力リンク12が伸長した状態に保持され
る。
【0013】上記構成を有する脚機構は、脚として利用
する場合には、通常の平行閉リンクとして、第1及び第
2の入力リンク11,12の一方または双方を駆動し、
それによって出力リンク14の先端に所期の運動を行わ
せ、歩行ロボットに必要な歩行運動を行わせる。この場
合には、第2の入力リンク12の長さが短縮した状態に
保持され、そのため、出力リンク14が低速高トルクで
駆動され、脚は自重を支持して大きな力で駆動される。
【0014】上記脚を腕に転用する場合には、連結リン
ク13と出力リンク14とが一直線になる特異点を越え
て、その連結リンク13と出力リンク14のなす角が1
80°を境に反転する状態に移行させ、それと同時に調
節機構16により第2の入力リンク12の長さを伸長し
た状態に保持する。これにより、出力リンク14への速
度伝達比が変わって高速低トルクで駆動され、腕の動作
が物体の把持、移動、搬送、その他各種作業に適したも
のとなる。
【0015】連結リンク13と出力リンク14のなす角
を反転状態に移行させるためには、図1において第2の
入力リンク12をロボット本体10への取り付け部を中
心にして反時計方向に回転させ、連結リンク13と出力
リンク14とが一直線になった状態から上記入力リンク
12を時計方向に回転させるが、その場合に、連結リン
ク13と出力リンク14とが反転状態に移行せず、元の
状態に復帰する可能性もある。このような問題を解消す
るためには、連結リンク13と出力リンク14との連結
部に何らかの復帰防止手段を設けるとか、出力リンク1
4の先端を地面や他の脚に圧接した状態で、連結リンク
13と出力リンク14とを反転状態に移行させる、など
の手段を用いることができる。
【0016】図3は、第2の入力リンク12を短縮さ
せ、上記各リンク11〜14が平行四辺形を形成する場
合において、脚機構を通常の脚として動作させ(実線で
示す脚機構の状態)、第1の入力リンク11を水平位置
から±60°の範囲で振ると共に、第2の入力リンク1
2を垂直位置から±60°の範囲で振ったときの、出力
リンク14の先端(脚先)の動作範囲Aと、図4との比
較のために、同状態の脚機構を腕として動作させる場合
(点線で示す脚機構の状態)における同条件での出力リ
ンク14の先端(腕先)の動作範囲B、並びに、その場
合において、第2の入力リンク12を垂直位置から±1
5°振ったときの出力リンク14の先端の動作軌跡a1,
2 を示している。
【0017】また、図4は、第2の入力リンク12を図
3の場合の2倍に伸長させてリンク11〜14を非平行
四辺形とした場合において、図3の場合と同様に、脚機
構を通常の脚として動作させ(実線で示す脚機構の状
態)、第1の入力リンク11及び第2の入力リンク12
を±60°の範囲で振ったときの、出力リンク14の先
端(脚先)の動作範囲Aと、同状態の脚機構を腕として
動作させる場合(点線で示す脚機構の状態)における同
条件での出力リンク14の先端(腕先)の動作範囲B、
並びに、その場合において、第2の入力リンク12を垂
直位置から±15°振ったときの出力リンク14の先端
の動作軌跡a1,a2 を示している。
【0018】図3及び図4の比較から明らかなように、
第2の入力リンク12を図3の場合の2倍に伸長させて
リンク11〜14を非平行四辺形とした図4の場合に
は、入力リンク12を±15°振ったときの出力リンク
14の先端の動作軌跡a1,a2が長くなり、即ち出力リ
ンク14が高速低トルクで駆動され、入力リンク11,
12の回動角度が小さくとも、出力リンク14の先端の
広い動作範囲を得ることができる。
【0019】図5及び図6は、上記脚機構の利用に適し
た多足歩行ロボットの一例を示している。この多足ロボ
ットは、歩行ロボット本体20を、下方の脚用台座21
とその中央の旋回軸23の周りに回転駆動可能に設置し
た回転台座22とにより構成したもので、脚用台座21
には、歩行動作のために駆動される一般的な構造の3本
の脚15が取り付けられ、また、上記回転台座12に
は、腕としても使用できる機能を備えた本発明の3本の
脚26が取り付けられる。
【0020】上記脚26は、図5に示すように、脚25
と共に歩行動作を行わせることができるが、図6に示す
ように、腕として物体30の把持にも利用することがで
き、物体30の持ち上げに際しては、図2に示すよう
に、幾何学的特異点を越えて連結リンクと出力リンクの
なす角を反転させると共に第2のリンクを伸長させる。
その結果、高速低トルクで物体の把持、移動、搬送、そ
の他各種作業を行わせることが可能になる。
【0021】このように、脚25,26を歩行のために
用いるには、必然的にそれぞれが他の脚と相互接触しな
いように駆動装置が制御され、これによって脚相互の干
渉が抑制される。なお、脚26における出力リンクの先
端には、それを脚として用いる場合に支障のない範囲内
において、物体を把持する適宜把持機構を取り付けるこ
とができるが、2本の脚26の間で物体を挟持するため
には、それらの脚26を回転台座22への取り付け部に
おいて水平面内で回転させるための脚駆動装置を設ける
ことも必要である。
【0022】このような脚機構によれば、歩行のための
駆動に低速高トルクが必要な脚機構を、第2の入力リン
ク12の伸長という簡単な手段により、高速低トルクを
必要とする腕作業に転用することができ、それによっ
て、歩行ロボットの機構を単純化すると同時に、歩行ロ
ボットに腕を別設する必要をなくし、脚と腕との接触を
避けるための配慮も不必要になるか、または簡易化され
る。
【0023】
【発明の効果】以上に詳述したように、本発明によれ
ば、平行閉リンクにより構成して、歩行のための駆動に
低速高トルクが必要な脚機構を、簡単な手段により、高
速低トルクを必要とする腕作業にも転用可能とし、それ
によって、歩行ロボットの機構を単純化すると同時に、
歩行ロボットに腕(マニピュレータ)を別設する必要を
なくして、脚と腕との接触を避けるための配慮をも不必
要にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の脚機構の実施例を脚として動作させる
場合の模式的構成図である。
【図2】同脚機構を腕として動作させる場合の模式的構
成図である。
【図3】同機構のリンクを平行四辺形状とした場合の脚
先の動作範囲等を示す説明図である。
【図4】同機構の第2の入力リンクを伸長させて非平行
四辺形状とした場合の脚先の動作範囲等を示す説明図で
ある。
【図5】上記脚機構の利用の態様を説明するための多足
歩行ロボットの概略的斜視図である。
【図6】同多足歩行ロボットにおける物体の把持状態を
示す概略的斜視図である。
【符号の説明】
10 ロボット本体 11 第1の入力リンク 12 第2の入力リンク 13 連結リンク 14 出力リンク 16 調節機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B62D 57/032

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】歩行ロボットにその歩行動作のために備え
    る脚であって、 その脚は、ロボット本体に回転駆動可能に取付けた第1
    及び第2の入力リンクと、それらの入力リンクのうちの
    上方に伸びる第2の入力リンクの先端に連結した連結リ
    ンクと、一端を上記連結リンクの先端に連結し、中間部
    を第1の入力リンクに連結した出力リンクとを備え、 この脚は、腕に転用するために、連結リンクと出力リン
    クとが一直線になる特異点を越えて、その連結リンクと
    出力リンクのなす角が180°を境に反転する状態に移
    行可能とし、 且つ、第2の入力リンクにその長さを調節する調節機構
    を設けた、ことを特徴とする歩行ロボットのための腕に
    転用可能な脚機構。
JP5268176A 1993-09-30 1993-09-30 歩行ロボットのための腕に転用可能な脚機構 Expired - Lifetime JPH07100309B2 (ja)

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JPH07100775A JPH07100775A (ja) 1995-04-18
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