JPH07237154A - Leg walking robot - Google Patents
Leg walking robotInfo
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- JPH07237154A JPH07237154A JP6890894A JP6890894A JPH07237154A JP H07237154 A JPH07237154 A JP H07237154A JP 6890894 A JP6890894 A JP 6890894A JP 6890894 A JP6890894 A JP 6890894A JP H07237154 A JPH07237154 A JP H07237154A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、例えば工場内におい
て、凹凸や段差やパイプなどの敷設物などのある床、あ
るいは階段のように、移動や運搬のために従来から広く
用いられている車輪では入ることができない、あるいは
困難をきたすような環境で、複数本ある脚をその環境に
適した順序で踏みしめて歩行することにより、車輪では
先に進めないような環境でも、そのようなことなく機能
を果たす可能性を大きくすることができる。これによ
り、種々の物品の運搬や点検作業などの自動化や、防災
・保安作業の範囲の拡大に寄与することができる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wheel that has been widely used in the past for moving or transporting, for example, floors with unevenness, steps, pipes and other laying, or stairs in factories. In an environment where it is impossible or difficult to enter, by stepping on multiple legs in an order suitable for that environment and walking, even in an environment where the wheels cannot advance further, The possibility of fulfilling the function can be increased. As a result, it is possible to contribute to automation of transportation and inspection work of various articles and expansion of the range of disaster prevention / security work.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、例えば工場内においては材料
や製品などの運搬、移送は重要な作業であり、人間が運
転する種々の運搬車や、信号により誘導される無人の搬
送ロボットなどが用いられている。これらは、支持、移
動の手段として車輪を用いているため、車輪で行動でき
る範囲の比較的平坦な環境でしか用いることができな
い。多少の凹凸のある地面に対してはクローラが有効で
あるが、それが通るところはすべて踏みつけて行くの
で、重量がかかっては困る敷設物があるところでは使え
ない。床の状態に無関係のものとしてはクレーンがある
が、これはその設備が建物に固定されるので、その範囲
でしか用いることができない。近年、このような制約を
受けない手段として、関節をもつ脚による歩行機構が研
究されている。具体的に公表されているものとしては、
一脚、二脚、三脚、四脚、六脚がある。これらのうち
一、二、および三脚はその機構自体の移動が主目的で他
の物資の運搬には向かない。四脚は多くの動物と同じ脚
の数であるが、移動のため一脚を持ち上げたときの姿勢
のバランスないし安定性の確保の制御が難しく、機能上
の制約がある。その点、六脚は安定性が大きいが脚の数
が多くなり、それだけ機構が複雑になったり、重量がか
さんだり、邪魔になったりしがちである。2. Description of the Related Art Conventionally, for example, transportation and transfer of materials and products have been important tasks in factories, and various human-driven vehicles and unmanned transport robots guided by signals have been used. Has been. Since these use wheels as a means for supporting and moving, they can be used only in a relatively flat environment where the wheels can move. The crawler is effective on slightly uneven ground, but since it tramples all the places where it passes, it cannot be used where there is a laying that is troubled by the weight. Unrelated to the condition of the floor is the crane, which can only be used in that area because its equipment is fixed to the building. In recent years, a walking mechanism using jointed legs has been studied as a means for avoiding such restrictions. As for what has been specifically announced,
There are monopods, bipods, tripods, tetrapods, and hexapods. Of these, one, two, and three tripods are mainly for the purpose of moving the mechanism themselves, and are not suitable for carrying other materials. Although the four legs have the same number of legs as many animals, it is difficult to control the balance or stability of the posture when the monopod is lifted for movement, and there are functional limitations. On the other hand, the hexapod has high stability, but the number of legs is large, and the mechanism tends to be complicated, the weight is heavy, and the hexapod tends to be an obstacle.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上述のように、車輪、
クローラやクレーンが用いられない環境に対して、関節
をもつ脚歩行ロボツトが有効となる可能性があるが、こ
の脚歩行ロボットも現状ではまだ多くの問題点を有して
いる。現在までに公表されているロボットのうち、一お
よび二脚ロボットは立っているときでさえ不安定であ
り、それ自体の移動にも動的な制御が必要で、他の物資
の運搬には向かない。三脚ロボットも移動のために一な
いし二脚を振り上げると不安定となるので同様である。
四脚ロボットは一脚を振り上げても安定なようにするこ
とができるが、動的な力が働かないよう静かに歩く静歩
行では、安定余裕を大きくとることがかなり困難で、重
心が三つの支持脚の着地点が囲む三角形の領域の外に出
て不安定とならないように、歩幅を狭くしたり、特定の
脚の関節を深く曲げたり、移動に気を付けなければなら
ない。このため、移動速度があまり大きくならないと
か、姿勢が常時は水平を保てないというような欠陥を有
する。馬のトロット、ペースやバウンスのような動歩行
によって全体として安定な状態を継続できるが、本体の
振動、床への衝撃など別の欠陥が生じる。As described above, the wheels,
A legged robot with joints may be effective in an environment where crawlers and cranes are not used, but this legged robot still has many problems at present. Among the robots that have been published so far, mono- and biped robots are unstable even when standing, and their movements also require dynamic control, making them unsuitable for carrying other goods. It doesn't. The same is true for a tripod robot, which becomes unstable when one or two legs are raised for movement.
A four-legged robot can be made stable even if it swings up a monopod, but it is quite difficult to take a large stability margin in a quiet walk where no dynamic force is exerted, and the center of gravity is three. Care must be taken in stride lengths, deep bends in certain leg joints, and movement so that the landing points of the supporting legs do not become unstable outside the surrounding triangular area. For this reason, there are defects that the moving speed does not become too high and that the posture cannot always be kept horizontal. The horse's trot, dynamic walking such as pace and bounce can maintain a stable state as a whole, but other defects such as vibration of the main body and impact on the floor occur.
【0004】したがって、実用的な関節をもつ脚歩行ロ
ボットとしては、まず静歩行ができる静的な安定性が重
要である。この点、六脚ロボットは静歩行でも安定を維
持するのが容易であるが、脚の数が多いのでそれ自体邪
魔になりやすくて占有面積や体積の点で効率が悪く、そ
れだけ機構も複雑化し、重量も消費エネルギーも増す。
すなわち、脚の数は、歩行の際の安定性を大きくするに
は多い方がよいが、機構、重量、エネルギーなどの観点
では少ない方がよいというジレンマがある。Therefore, as a legged robot having a practical joint, it is important that the robot be statically walked and statically stable. In this respect, a six-legged robot is easy to maintain stability even when walking quietly, but since it has many legs, it tends to be a hindrance and is inefficient in terms of occupied area and volume, and the mechanism is complicated accordingly. , Increase weight and energy consumption.
That is, there is a dilemma that the number of legs is preferably large in order to increase stability during walking, but is small in terms of mechanism, weight, energy and the like.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は関節という構造と五本の脚という構造とを
併用する。すなわち、関節をもつ五本の脚を用いること
により、静歩行において一脚はもとより二脚まで振り上
げても残る三脚で安定性を保つことができ、5本の脚を
平面図で正五角形状に配置すれば、その安定余裕は四脚
の場合よりはるかに大きく確保することができる。しか
も、六脚の場合より一脚少ないので、占有スペース、機
構、重量、消費エネルギーなど多くの点で六脚ロボット
に勝る。In order to achieve the above object, the present invention uses a joint structure and a five-leg structure together. In other words, by using five legs with joints, it is possible to maintain stability not only in one leg but also in three legs when swinging up to two legs in static walking. If it is arranged, its stability margin can be secured much larger than that of the four-legged case. Moreover, since the number of legs is less than that of a hexapod, it is superior to the hexapod robot in many points such as occupied space, mechanism, weight and energy consumption.
【0006】そして、このような利点を生かして、各脚
の付け根近くにロール関節を配置すれば全体の進行方向
を変える方向転換も容易であり、また直動関節を設けれ
ば斜面や階段のような環境でも胴体の姿勢を制御しやす
くすることができる。[0006] Taking advantage of such an advantage, if a roll joint is arranged near the base of each leg, it is easy to change the direction in which the entire traveling direction is changed, and if a linear joint is provided, the slope or stairs can be changed. Even in such an environment, the posture of the body can be easily controlled.
【0007】[0007]
【作用】脚歩行ロボットにおいて脚の数を五とすること
により、静歩行でも安定余裕を大きくとって歩行できる
作用が得られる。図1は脚の数が四の場合と五の場合の
典型例を対照的に平面図で示したものである。四脚の場
合、図1(a)に示すように、前進するために1本の脚
が踏み出されて脚先が地面から離れた遊脚(1)の状態
になるとき、荷重を支えるのは3本の支持脚(2、3、
および4)である。荷重が胴体全体にわたり均等に分布
するような典型例では、重心の位置(5)は、3本の支
持脚が作る三角形の辺の真上に乗るので、いわゆる安定
余裕は0となり、このロボットは転倒するかしないか
の、丁度、境界にある。したがって、各支持脚の位置を
少し変えてそれらが作る三角形の中に重心の位置(5)
が充分に入るよう、あるいは、各支持脚の膝関節を曲げ
て、やはり重心の投影位置がその三角形の中に入るよ
う、対応しなければならないが、これはそう容易ではな
い。[Action] By setting the number of legs to five in the leg walking robot, it is possible to obtain the action of allowing a large stability margin even during static walking. FIG. 1 is a plan view showing a typical example in which the number of legs is four and the number of legs is five. In the case of a four-legged vehicle, as shown in FIG. 1 (a), when one leg is stepped out to move forward and the tip of the leg becomes a free leg (1) separated from the ground, the load is not supported. 3 support legs (2, 3,
And 4). In a typical example in which the load is evenly distributed over the entire body, the position of the center of gravity (5) rides right above the side of the triangle formed by the three support legs, so the so-called stability margin is 0, and this robot is Whether it falls or not, it is at the border. Therefore, by changing the position of each support leg a little, the position of the center of gravity (5)
Must be accommodated sufficiently, or the knee joint of each supporting leg must be bent so that the projected position of the center of gravity also falls within the triangle, but this is not so easy.
【0008】しかるに五脚の場合は、図1(b)におい
て、たとえば1本の遊脚(6)に対して4本の支持脚
(7、8、9、および10)があり、それらが作る四辺
形の中に重心の位置(11)が充分な余裕をもって入る
ので、このままでも安定である。さらに、図1(c)に
示すように、2本の脚を振り上げて遊脚(12、および
13)を2本にしてさえ、それらが相隣りあわなければ
残る3本の支持脚(14、15、および16)で安定性
を確保することができるのも、この脚歩行ロボットの有
効な作用である。In the case of five legs, however, in FIG. 1 (b), there are, for example, four support legs (7, 8, 9, and 10) for one free leg (6), which are made by them. The position (11) of the center of gravity enters the quadrilateral with a sufficient margin, and is stable as it is. Further, as shown in FIG. 1 (c), even if the two legs are swung up to make the two free legs (12 and 13), three support legs (14, It is also an effective action of this leg walking robot that stability can be secured in 15 and 16).
【0009】また、このようなロボットにおいて各脚の
付け根近くにロール関節を設けることにより、方向転換
を容易にする作用が得られる。さらにこのようなロボッ
トにおいて各脚に直動関節を設けることにより、胴体の
姿勢が制御しやすくなり、たとえば傾斜面や階段を昇降
するような場合に有効な作用が得られる。これも、関節
構造と五脚との併用で安定性が大きく確保されるからこ
そ得られる作用である。Further, by providing a roll joint near the base of each leg in such a robot, an action of facilitating direction change can be obtained. Further, in such a robot, by providing a linear joint in each leg, the posture of the body can be easily controlled, and an effective action can be obtained, for example, when going up and down an inclined surface or stairs. This is also an effect obtained because the stability is largely secured by the joint structure and the five legs being used together.
【0010】[0010]
【実施例】実施例について図面を参照して説明すると、
図2は脚におけるピッチ関節(17)、ロール関節(1
8)、および直動関節(19)の配置例を示すための側
面図である。各関節の数や配置順は、必要な自由度など
に応じて適宜、設計することができる。EXAMPLES Examples will be described with reference to the drawings.
Figure 2 shows the pitch joint (17) and roll joint (1
FIG. 8) is a side view showing an arrangement example of the linear motion joint (19). The number and arrangement order of each joint can be appropriately designed according to the required degree of freedom and the like.
【0011】図3は直進歩行の典型例で、図の右方へ歩
行しようとしている例である。FIG. 3 is a typical example of straight advancement, which is an example of trying to walk to the right in the figure.
【0012】図4は図の右方への進行から図の手前へ向
きを変えようとしている場合で、手前の脚を遊脚にして
そのロール軸を動作させ、手前へ向きを変えて踏み出そ
うとしているところを示している。FIG. 4 shows a case in which the user is going to change the direction from the rightward direction to the near side of the drawing. The front leg is made to be a free leg and the roll shaft is operated to change the direction toward the near side and step out. It is showing the place.
【0013】図5は傾斜面、とくに階段の歩行の例で、
もっとも低い位置の2本の支持脚の直動軸を伸張させ
て、胴体の姿勢を水平に保っている。FIG. 5 shows an example of walking on an inclined surface, especially stairs.
The linear axes of the two lowest support legs are extended to keep the body in a horizontal position.
【0014】図3、図4、および図5に示すように、1
本の脚が、あるいは2本の脚が遊脚となっても安定が確
保されやすく、したがってロール軸や直動軸をあわせ用
いることにより、方向転換や傾斜面の歩行などをよりお
こなわせやすい脚歩行ロボットが実現しやすくなる。さ
らに、遊脚となった1本あるいは2本の脚に胴体の支持
以外の作業、例えば他の物体を押すなどの作業をさせる
こともできる。As shown in FIGS. 3, 4 and 5, 1
Stability is easily secured even if two legs or two legs become free legs. Therefore, by using the roll axis and linear motion axis together, it is easier to change direction or walk on an inclined surface. It becomes easier to realize a walking robot. Furthermore, one or two legs that have become free legs can be used to perform work other than supporting the body, for example, pushing other objects.
【0015】[0015]
【発明の効果】この発明は以上に説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。Since the present invention is constructed as described above, it has the following effects.
【0016】関節構造と五脚とを併用することにより、
静的安定性を4本およびそれ以下の場合に比べ格段に大
きくすることができ、また、これまでに安定度の大きい
機構として公表されている六脚のものに比べ、脚の数が
1本少ないので、機構の簡略化、重量、スペースや消費
エネルギーの減少などの効果をも与える。By using the joint structure and the five legs together,
The static stability can be significantly increased compared to the case of 4 or less, and the number of legs is 1 compared to the 6-legged one which has been announced as a mechanism with high stability so far. Since it is small, it also has the effects of simplifying the mechanism, reducing weight, space and energy consumption.
【0017】またそれによって各々の脚にロール関節や
直動関節を併用することも容易となり、方向転換や傾斜
面の歩行をもさせやすくなる効果を与える。This also facilitates the combined use of roll joints and linear joints for each leg, and has the effect of facilitating direction changes and walking on inclined surfaces.
【0018】さらに、遊脚となっている1本ないし2本
の脚に、胴体の支持以外の作業を適宜させることもでき
るような効果も与える。Furthermore, the one or two legs that are free legs also have the effect of being able to appropriately perform work other than supporting the body.
【図1】四脚の場合に比べ、五脚のほうが静的安定余裕
が大きいことを示すための平面図である。FIG. 1 is a plan view showing that the five-legged type has a larger static stability margin than the four-legged type.
【図2】実施例においてピッチ関節、ロール関節、およ
び直動関節の配置の一例を示すための側面図である。FIG. 2 is a side view showing an example of arrangement of pitch joints, roll joints, and linear motion joints in the embodiment.
【図3】実施例において図面右方へ歩行する場合の一例
を示すための立体図である。FIG. 3 is a three-dimensional view showing an example of walking to the right in the drawing in the example.
【図4】同じく図面右方から図面手前へ方向転換する場
合の一例を示すための立体図である。FIG. 4 is a perspective view showing an example of a case where the direction is changed from the right side of the drawing to the front side of the drawing.
【図5】同じく階段を歩行する場合の一例を示すための
立体図である。FIG. 5 is a three-dimensional view showing an example of walking on stairs.
1 四脚の場合の遊脚 2 同じく支持脚 3 同じく支持脚 4 同じく支持脚 5 同じく荷重が均等に分布する場合の重心の位置 6 五脚の場合の遊脚 7 同じく支持脚 8 同じく支持脚 9 同じく支持脚 10 同じく支持脚 11 同じく荷重が均等に分布する場合の重心の位置 12 五脚の場合の遊脚 13 同じくもう1本の遊脚 14 同じく支持脚 15 同じく支持脚 16 同じく支持脚 17 ピッチ関節 18 ロール関節 19 直動関節 1 Free leg in case of four legs 2 Same support leg 3 Same support leg 4 Same support leg 5 Position of center of gravity when load is evenly distributed 6 Free leg 7 in case of 5 legs 7 Same support leg 8 Same support leg 9 The same support leg 10 The same support leg 11 The position of the center of gravity when the load is evenly distributed 12 The free leg 13 for five legs 13 The other free leg 14 The same support leg 15 The same support leg 16 The same support leg 17 Pitch Joint 18 Roll joint 19 Linear joint
Claims (3)
節を持つ脚によって移動を行うメカニズムにおいて、脚
の数を五とするような脚歩行ロボット。1. A legged walking robot, such as mammals, reptiles and insects, which has five legs in a mechanism for moving by legs having joints.
おいて、その各々の脚が一または複数のピッチ関節と、
さらに必要に応じて、一または複数のロール関節や、一
または複数の直動関節を含み、脚の比較的上部にあるロ
ール関節によって容易に方向転換を行ったり、ピッチ関
節または直動関節によって傾斜面や階段においても胴体
を水平に保つなどの姿勢制御をすることのできるような
脚歩行ロボット。2. A legged walking robot having five legs, each leg having one or more pitch joints,
In addition, if necessary, one or more roll joints or one or more linear joints are included, and the roll joints at the relatively upper part of the leg can be used to easily change the direction, or the pitch or linear joints A leg walking robot that can control the posture such as keeping the body horizontal even on surfaces and stairs.
で安定に胴体を支えることができ、残りの一ないし二脚
は適宜、胴体の支持以外の作業を行うことができるよう
な脚歩行ロボット。3. A leg walking robot in which at least three of the five legs can stably support the body by itself, and the remaining one or two legs can appropriately perform work other than supporting the body.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6890894A JPH07237154A (en) | 1994-03-01 | 1994-03-01 | Leg walking robot |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6890894A JPH07237154A (en) | 1994-03-01 | 1994-03-01 | Leg walking robot |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07237154A true JPH07237154A (en) | 1995-09-12 |
Family
ID=13387229
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6890894A Pending JPH07237154A (en) | 1994-03-01 | 1994-03-01 | Leg walking robot |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07237154A (en) |
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- 1994-03-01 JP JP6890894A patent/JPH07237154A/en active Pending
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