JPS6239377A - 端部センサを備えた歩行ロボツト用脚 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、歩行ロボット、特に階段、段差あるいは粗い
凹凸面等を登降あるいは歩行する必要のあるロボットに
用いるための歩行ロボット用脚に関するものであり、さ
らに具体的には接地状態を検出するためのセンサを備え
た歩行ロボット用脚に関するものである。

［従来の技術］ 歩行ロボットが、例えば階段や段差等のように立面を備
えた歩行面を歩行移動するとき、脚先端部に感覚がない
と、脚裏の一部が部分的に階段の縁に引掛かった不安定
な状態になっていても、さらには脚が立面あるいはそれ
と床面とが交わる隅部に衝当していても、その状態を検
出することができず、脚が階段を踏み外したり、つまず
いて転倒したり、脚の一部に無理な力が作用して破損す
るなどの危険性がある。

このような問題を解消するため、本発明者は、先に、安
定的な歩行に有効な端部センサを備えた歩行ロボット用
脚を提案している（特願昭６０−３５１４８号）。その
脚は、歩行時において脚裏面のほぼどの程度の領域が接
地したかを、安定的に歩行できるか否かという観点から
検出可能に構成したもので、具体的には、第７図に示す
ように、歩行ロボットの脚裏ａにおける前後端と、その
前後−端の中間位置に、それぞれ歩行面への接地を検出
する接触センサｂ、ｃ、ｄを設け、上記中間位置の接触
センサｄを、脚裏ａの前側または後側の領域か部分的で
はあっても機体を安定的に支持するのに十分な面積にお
いて接地した場合に作動する位置に配置したものである
。

しかるに、このような脚においても、完全に脚裏の接地
を全面的に検知可能にすることは比較的困難で、特に脚
裏ａの前後端部等にわずかな範囲ではあるが検知不能な
死角領域Ａ、　、　Ａ２が存在し、これをできるだけ小
さくしないと、その部分が接地しているにもかかわらず
、その接地が検知されないため、転倒等の原因になる可
能性がある。

さらに、脚前面ｅが立面ｆ等に衝当するのを検出するに
は、脚前面ｅに脚裏面のセンサとは別のセンサｇを設け
る必要があり、このようなセンサｇを設けると、脚にお
けるセンサの数が増大し、センサを脚内の狭い空間に設
けることが比較的困難となり、設計上において十分な配
慮をしないと脚が大形化するという問題がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、脚裏先端部の不感領域の存在を無くす
ことにより、転倒等の危険を少なくすると同時に、脚に
設けるべき複数のセンサの共通化を図って、設けるべき
センサの数を減少させると共に、センサからの出力信号
を中線化し、それにより脚内のセンサ取付空間を小さく
、且つその出力信号を処理する制御装置を簡易化できる
ようにし、脚等の小形化、制御の容易化を図ることにあ
る。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明の脚は、歩行ロボット
の脚裏における前後端に端部センサを設けると共に前後
端の中間位置に脚裏センサを設けたものにおいて、上記
端部センサのうちの少なく′とも脚裏前端の端部センサ
を、脚裏面と脚前面とが交わる技線部分から先端を突出
させた接触杆を有し、その接触杆の基端を、水平軸のま
わりに回転可能で、ばねにより中立位置に保持させた接
触杆支持体によって、軸方向に進退摺動可能に支持させ
、上記接触杆にその回転の方向と角度を検出する回転検
出装置を付設することにより構成したことを特徴とする
ものである。

［作　用］ 上記構成を有する端部センサを備えた歩行ロボット用脚
においては、各センサがらの検出信号を総合的に判断す
ることによって、脚の着地状態や脚が障害物に衝当した
か否かが検知される。

即ち、脚裏の全体が床面に適正に着地している場合には
、脚裏前端の端部センサの接触杆が水平軸のまわりに上
方へ回転することによる着地情報と、脚裏センサ及び脚
裏後端の端部センサからの着地情報と、が得られる。ま
た、脚前面が立面へ当接した場合には１前端の端部セン
サのみから、接触杆が下向きに回転することによる情報
が得られ、脚裏センサ及び後端の端部センサからは情報
が得られない。さらに、脚が床面と立面とが交わる隅部
に突込んだ場合には、前端の端部センサの接触杆は回転
することなく軸方向に摺動後退し、このため接触杆の回
転による情報は出力されないが１脚裏センサ及び後端の
端部センサは床面に接地することにより情報を出力する
。

このように、得られる情報の内容が、脚がとのような状
態にあるかによって異なり、それらの情報から脚の状態
が検出される。

また、上記の検出に際し、少なくとも脚裏前端の端部セ
ンサは、脚裏面と脚前面とが交わる稜線部分か°ら先端
が突出する接触杆の基端を、水平軸のまわりに回転可能
な接触杆支持体によって、軸方向に進退摺動可能に支持
させ、その接触杆の回転の方向と角度を回転検出装置に
よって検出するように構成しているため、センサの数を
減少させて皿内のセンサ取付空間を小さくできると共に
、センサからの出力信号の処理が容易化される。

［発明の効果〕 本発明の歩行ロボット用脚によれば、脚がどのような接
地状態にあるかを検出可能であるため、歩行ロボットを
安定的に歩行させることができ、特に前端の端部センサ
は脚の裏面のセンサと前面のセンサとの２つの機能を果
たすため、センサの数を減少できると共に、脚の小形軽
量化が達成され、それと同時に脚裏に不感領域のないロ
ボット用脚を得ることができる。

さらに、上記端部センサからの出力が接触杆の回転方向
及び角度を示すアナログ値として得られるので、そのセ
ンサ出力を脚の動作の減速制御等に利用することもでき
る。

また、上記端部センサは、その接触杆を軸方向に後退可
能としたので、脚光が床面と立面とが交わる隅部に突込
んだ際にも、端部センサが破損するのを避けることがで
きる。

［実施例コ 第１図は内部構造を示す断面図、第２図はその底面図、
第３図は端部センサの斜視図であり、それらの図におい
て、ｌは脚柱、２は脚体を示している。

上記脚体２は、脚裏における前後端に端部センサ３及び
４を設けると共に、その中間位置に脚裏センサ５を設け
ている。上記各センサ３〜５は歩行面への脚の着地を検
出可能に構成し、さらに端部センサ３及び４は胛前後面
が階段や段差の立面等に当接したか否かについても検出
可能に構成している。

即ち、上記端部センサ３は、床面や立面への接離を検出
するための接触杆８を、接触杆支持体９によって斜め下
向きに、且つその接触杆８の軸方向に摺動可能に支持し
ている。この支持体８は、その両側を水平軸１１ａ、ｆ
ｌｂにより脚体２のボディ１２に回転可能に支持され、
従って上記接触杆８は水平軸１１ａ、ｌｌｂのまわりに
回転可能に、且つ軸方向に摺動可能に支持されている。

さらに、上記支持体９の側面には板ばね１３の一端を挿
入固定し、この板ばね１３の他端を、ボディ１２に設け
た一対のばね支持杆１４．１４の間に摺動自在に挟むこ
とにより、ボディ１２に保持させている。従って、接触
杆８により支持体９に回転力を加えると、支持体９は板
ばね１３を湾曲させながら水平軸１１ａ、ｌｌｂのまわ
りに回転するが、その力を取除けば板ばね１３の弾性復
元力により第２図の中立位置に復帰する。

また、上記支持体９には、周側面に歯切りした駆動片１
６が一体的に重接固定され、支持体９と駆動片１６との
間に形成した通孔１７に、上記接触杆８の基端部分を軸
方向に摺動可能に挿嵌し、その先端に接触用ローラ１８
を回転可能に取付けると共に、そのローラ１８を脚裏面
と脚前面とが交わる稜線部分から突出させている。さら
に、支持体８の側面と接触杆８のばね座１θとの間にコ
イルばね２０を縮設し、これにより接触杆８に支持体９
から突出する方向の力を付与し、接触杆８の基端部分に
設けた抜止段部２１により、接触杆８が通孔１７から抜
出すのを阻止している。

これにより、接触杆８は、第１図及び第３図に矢印で示
すように、支持体８及び駆動片１６と共に板ばね１３を
変形させなから軸１１ａ、ｌｌｂのまわりに回転すると
共に、支持体８に対してコイルばね２０を圧縮変形させ
ながら軸方向に進退摺動可能に構成している。

さらに、上記駆動片１６と噛合する従動歯車２４がボデ
ィ１２に回転可能に軸支されており、この従動歯車２４
の回転の方向及び回転量を検出する検出装置としてポテ
ンショメータ２５を従動歯車３１によって回転駆動可能
に設けている。

また、脚裏後端の端部センサ４も、上記端部センサ３と
８２図において中心点のまわりに点対称で、はぼ同様に
構成しているため、同等部分に同一符号を付しているが
、この後端の端部センサ４は、以下に説明する脚裏セン
サ５と同様な構成とすることもできる。

脚裏における中間位置に設けている脚裏センサ５は、脚
体２内に固定されたスイッチ３１とそれを作動させる切
換杆３２を備え、その切換杆３２の先端部分を脚裏面か
ら下方に突出させ、それにより脚体２の裏面中央部分が
接地した際に切換杆３２がスイッチ３１を切換えるもの
である。

脚体２の形状は、第１図に図示したように、側面視台形
状に形成し、さらに、第２図かられかるように、脚裏の
前後端中央部を膨出させて、その膨出位置に端部センサ
３の接触用ローラ１８を突出位置させているが、このよ
うな形状は、次のような点で有利なものである。

即ち、一般に階段等の立面上端には蹴上げ等の突出部分
ｈ（第７図参照）がある場合が多く、このような場合に
おいては、脚体の前端の端部センサが立面に衝当するに
先立ってその突出部分りが脚体２の前面に当接する可能
性があるが、上記のように脚体２を側面視台形状にする
ことにより、脚裏前端の端部センサ３が不感になるのを
防止することができる。また、脚裏の前後端中央部の膨
出位置に端部センサを設けると、脚が階段等に対して相
対的に斜めに歩行する場合の端部センサ３等の不感を防
止することができる。

次に、上記構成の脚の動作を、階段を登る場合を例にと
って説明する。

第４図は、脚裏面の前半分以上が階段面４１に着地した
歩行可能な場合を示している。即ち１製表中心が破線で
示す軌跡に沿って移動し、図示の状態で階段面４１に着
地すると、脚裏センサ５と前端の端部センサ３が作動し
て、脚裏が階段面４１上に登はん可能な状態で着地して
いることが検出される。この場合において、端部センサ
３における接触杆８が、同図に鎖線で示す位置から実線
で示す位置まで、板ばね１３を湾曲させながら軸１１ａ
、Ｉｌｂのまわりに回転し、その回転の方向及び回転角
度がポテンショメータによって検出される。

第５図は、脚の先端が階段の立面４２に衝当した場合を
示している。この場合には、脚裏センサ５及び後端の端
部センサ４は作動せず、＃端の端部センサ３のみが作動
し、しかもその接触杆８は。

第４図の場合とは逆に下向きに回転し、その回転の方向
及び角度がポテンショメータによって検出される。

第６図は、脚光が階段の隅部４３に突込んだ場合を示し
ている。この場合には、脚裏センサ５及び後端の端部セ
ンサ４が作動し、且つ端部センサ３の接触杆８は回転す
ることなく軸方向に後退し、そのポテンショメータは作
動しない。従って、このような各センサ３〜５からの出
力により脚の状態が検出される。

このような脚の着地状態の検出に際し、上記端部センサ
３からの出力は接触杆８の回転方向及び角度を示すアナ
ログ値として得られるので、第４図におけるＤ１、第５
図におけるＤ２の範囲等におけるセンサの出力を１脚の
動作の減速制御等に利用することもできる。さらに、端
部センサ３が第５図に示すように階段の立面４２に完全
に衝昌はしないが中間的な接触・状態でその立面に沿っ
て昇降する場合も存在する可能性があり２上記端部セン
サ３によれば、そのアナログ出力によりこのような状態
にあることも検出することができる。

また、後端の端部センサ４を図示したように前端の端部
センサ３と同様な構成にすると、階段等を降りる場合や
後退する場合に、上記端部センサ３と同様に機能させる
ことができる。

なお、第５図及び第６図における破線は、第４図と同様
に製表中心の移動軌跡を示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の断面図、第２図はその底面図
、第３図は前端の端部センサの斜視図、第４図ないし第
６図は上記実施例の動作状態説明図、第７図は既提案の
ロボット用脚の概略的構成を示す側面図である。 ３．４−一端部センサ、５・９製表センサ、８・・接触
杆、　　　８・・接触杆支持体、１１ａ、ｌｌｂ　ｍ　
ｍ水平軸、３４−−検出装置。 第２図 り 第３図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、歩行ロボットの脚裏における前後端に端部センサを
   設けると共に前後端の中間位置に脚裏センサを設けたも
   のにおいて、上記端部センサのうちの少なくとも脚裏前
   端の端部センサを、脚裏面と脚前面とが交わる稜線部分
   から先端を突出させた接触杆を有し、その接触杆の基端
   を、水平軸のまわりに回転可能で、ばねにより中立位置
   に保持させた接触杆支持体によって、軸方向に進退摺動
   可能に支持させ、上記接触杆にその回転の方向と角度を
   検出する回転検出装置を付設することにより構成したこ
   とを特徴とする端部センサを備えた歩行ロボット用脚。