KR20010050273A

KR20010050273A - 2발 보행 레그식 이동 로봇

Info

Publication number: KR20010050273A
Application number: KR1020000050862A
Authority: KR
Inventors: 고미히로시; 하마야가즈시; 마츠모토다카시
Original assignee: 가와모토 노부히코; 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2001-06-15
Also published as: EP1081027A2; JP4213310B2; KR100385424B1; EP1081027B1; DE60004302T2; US6564888B1; ATE246626T1; DE60004302D1; EP1081027A3; JP2001062761A

Abstract

착지 충격력을 효과적으로 흡수하여 완화하는 동시에, 보행 허용 설계의 자유도도 확대하도록한 2발 보행 레그식 이동 로봇을 제공하는 것으로, 적어도 상체(3)와, 상기 상체(3)에 연결되는 2개의 레그 링크(가동 레그부)(2)를 구비하여 이루어지는 2발 보행 레그식 이동 로봇(1)에 있어서, 상기 상체(3)와 레그 링크(2)를 평행 링크기구(7)를 통하여 연결하고, 그 상하 링크(90, 92)에 제l 및 제2 지점(회전축(100), 관절(102))을 통하여 상체(3)를 연결함과 동시에, 좌우 링크(94R, L)에 레그 링크(2)를 연결하고, 지점(관절)(102)에 레그 링크(2)를 상하방향으로 구동하는 액츄에이터(전동 모터(104))를 설치하여 중력방향과 대략 평행하게 상대변위 가능하게 한다.

Description

2발 보행 레그식 이동 로봇{BIPED MOBILE ROBOT}

본 발명은 2발 보행 레그식 이동 로봇에 관한 것이다.

종래부터 2발 보행 레그식 이동 로봇에 관한 기술로서는 다양한 것이 제안되고 있고, 예를들면 일본국 특개소 62-97005호 공보나 특개소 62-97006호 공보에 기재된 기술이 알려져 있다. 또한, 종래 기술에서 볼 수 있는 바와같이 2발 보행 레그식 이동 로봇에 있어서는 착지시에 노면 반발력에 따른 충격을 받으므로, 이러한 충격을 효과적으로 흡수하여 완화하는 수법이 다양하게 제안되고 있다.

예를들면, 일본국 특개평 11-33941호 공보에 있어서 발부분 전체에 완충부재를 구비하여 착지시의 충격을 흡수하는 방법이 개시되어 있는 것 외에 로봇의 보행시에 미동작 레그부의 무릎관절을 크게 구부려 착지시의 충격을 흡수하는 방법 등도 제안되어 있다. 또한, 일본국 특개평 7-205069호 공보에서는 로봇의 보행시에 상부 아암을 구동함으로써 지지 레그를 중심으로 회전하는 스핀력을 취소하는 수법이 개시되어 있다.

그러나, 로봇의 자체 무게를, 예를들면 130kg으로 하면, 착지시에 받는 충격력은 300kgf이상에 달하기 때문에, 발부분 전체에 충격흡수부재를 구비하는 것 만으로는 충격력을 충분히 흡수할 수 없다. 또한, 착지시의 강한 충격에 견디기 위해 연질이 두꺼운 충격흡수부재를 사용하면, 직립시의 안정성이 결여된다.

또한, 미동작 레그의 무릎관절을 구부려 착지시키는 방법에서는 강한 착지충격력을 어느정도 흡수하는 것은 가능하지만, 미동작 레그를 늘려 대퇴로 보행시키는 고속보행에서는 강한 착지 충격력을 받음에도 불구하고 미동작 레그의 무릎관절을 구부릴 수 없으므로, 고속보행에 알맞지 않는 문제가 있다. 또한, 미동작 레그가 착지할 때 마다 무릎관절을 크게 구부리면, 에너지 소비도 증가한다.

또한, 일본국 특개평 7-205069호 공보에 개시되어 있는 것과 같은 상부 아암을 구동시켜 지지 레그를 중심으로 회전하는 스핀력을 취소하는 방법에서는 로봇의 보행시에 좌우 발의 높이 위치가 달라 상체가 경사지므로, 상체가 좌우로 요동하면서 보행하게 되어, 고속보행에서 자세가 불안정해 진다. 또한, 상체 경사에 의해 등부나 머리부에 탑재한 자이로콤파스(gyrocompass)나 G 센서가 오신호를 출력하여 적정한 보행제어를 곤란하게 한다. 또한, 상부 아암을 구동하는 에너지도 필요해 진다.

이와 같이, 상기한 착지 충격력을 흡수하여 완화할 수 있으면, 보용설계(gait design)의 자유도를 확대할 수 있는 동시에, 안정된 자세로 고속으로 또한 에너지를 절약하는 보행을 실현할 수 있을 뿐 만 아니라, 자유로운 상체동작이 가능해지기 때문에, 예를들면 무릎을 꿇은 자세로 작업하는 것도 가능해진다.

따라서, 본 발명의 목적은 착지 충격력을 효과적으로 흡수하여 완화함과 동시에, 보행 허용 설계의 자유도도 확대할 수 있고, 따라서 안정된 자세로 고속으로 또한 에너지를 절약하는 보행을 실현하여, 자유로운 상체동작을 가능하게 하는 2발 보행 레그식 이동 로봇을 제공하는데 있다.

도1은 본 발명에 관한 2발 보행 레그식 이동 로봇의 정면도,

도2는 도1에 도시하는 2발 보행 레그식 이동 로봇의 좌측면도,

도3은 도1에 도시하는 2발 보행 레그식 이동 로봇의 내부구조를 관절을 중심으로 전체적으로 도시하는 개략도,

도4는 도1에 도시하는 제어 유닛을 상세하게 도시하는 블록도,

도5는 도1에 도시하는 2발 보행 레그식 이동 로봇의 평행 링크 기구를 파단적으로 도시하는 로봇(1)의 부분 정면도,

도6은 도5에 도시하는 평행 링크기구의 정면도,

도7은 도6의 Ⅶ-Ⅶ선 단면도,

도8은 도7에 도시하는 평행 링크기구와 상체 등의 연결관계를 도시하는 도5에 도시하는 로봇의 부분 파단 측면도,

도9는 도6의 Ⅸ-Ⅸ선 단면도,

도10은 도9에 도시하는 평행 링크기구와 상체 등의 연결관계를 도시하는 도5에 도시하는 로봇의 부분 파단 측면도,

도11은 도6의 XI-XI선 단면도,

도12는 도1에 도시하는 2발 보행 레그식 이동 로봇의 보행시의 동작을 모식적으로 도시하는 측면도 및 정면도,

도13은 종래 기술에 관한 2발 보행 레그식 이동 로봇에 작용하는 착지 충격력의 시뮬레이션 데이터도이다.

〈부호의 설명〉

1 : 2발 보행 레그식 이동 로봇(로봇) 2 : 레그 링크(가동 레그부)

3 : 상체(기체) 5 : 아암 링크

7 : 평행 링크기구 10, 12, 14R, L : 대퇴 관절

l6R, L : 무릎관절 18, 20R, L : 발관절

22R, L : 발부분(평편한 발) 28 : 상체 링크

30, 32, 34R, L : 어깨관절 68 : 제어 유닛

90 : 상부 링크 92 : 하부 링크

94R, L : 좌우 링크 96, 98R, L : 회전축

l00 : 회전축(제1 지점) 102 : 관절(제2 지점)

104 : 전동 모터(액츄에이터) 106 : 하모닉 감속기

110 : 관절 112 : 전동 모터

114 : 하모닉 감속기

상기한 과제를 해결하기 위해, 청구항1에서는 적어도 상체와, 상기 상체에 연결되는 2개의 가동 레그부를 구비하여 이루어지는 2발 보행 레그식 이동 로봇에 있어서, 상기 상체와 상기 2개의 가동 레그부를 평행 링크 기구를 통하여 연결하고, 따라서 상기 가동 레그부를 중력축 방향에 상대변위 가능하게 하도록 구성했다.

이에 따라 착지충격력을 효과적으로 흡수하여 완화하는 동시에, 보행 허용 설계의 자유도도 확대할 수 있고, 따라서 안정된 자세로 고속으로 또한 에너지를 절약하는 보행을 실현할 수 있으며, 또한 자유로운 상체동작을 가능하게 할 수 있다.

또한, 안정된 자세로 보행시킬수 있으므로, 센서를 상체에 배치할 때, 오검출이 발생해 제어가 부적정하게 되는 일도 없다.

보다 구체적으로는 청구항2항에 나타내는 바와같이, 상기 평행 링크 기구의 상하 링크에 제1 및 제2 지점을 사이에 두고 상기 상체를 연결함과 동시에, 좌우 링크에 상기 가동 레그부를 각각 연결하고, 상기 제1 및 제2 지점중 어느 하나에 상기 가동 레그부를 중력축 방향으로 상대변위시키는 액츄에이터를 구비하도록 구성했다.

제3항에 있어서는, 상기 상체와 상기 상하 링크를 관절을 통하여 연결하고, 따라서 상기 상체를 상기 평행 링크기구에 대해 중력축 주위에 상대변위 가능하도록 구성했다.

이에 따라 상기한 작용 및 효과에 추가하여, 한층 자유로운 상체동작을 실현할 수 있다.

〈발명의 실시형태〉

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일실시 형태에 관한 2발 보행 레그식 이동 로봇을 설명한다.

도1은 그 2발 보행 레그식 이동 로봇의 정면도, 도2는 그 측면도이다.

도1에 도시하는 바와같이, 2발 보행 로봇(이하 간단히 「로봇」이라고 한다)(l)은 2개의 레그 링크(가동 레그부)(2)를 구비하는 동시에, 그 상방에는 상체(기체)(3)가 설치된다. 상체(3)의 상부에는 머리부(4)가 형성됨과 동시에, 상체(3)의 양측에는 2개의 아암 링크(5)가 연결된다. 또한, 도2에 도시하는 바와같이, 상체(3)의 등부에는 격납부(6)가 설치되고, 그 내부에는 제어 유닛(후술) 및 로봇(1)의 관절을 구동하는 전동 모터의 배터리 전원 등이 수용된다.

도3을 참조하여 상기한 로봇(1)의 내부구조를 관절을 중심으로 설명한다.

도시과 같이, 로봇(l)은 좌우 각각의 레그 링크(2)에 6개의 관절을 구비한다(이해의 편의를 위해 도3에서 모든 관절은 그것을 구동하는 전동 모터로 표시한다).

12개의 관절은 허리 부분의 레그 회선용 중력축(Z축 혹은 연직축) 주위의 관절(10R, l0L)(우측을 R, 좌측을 L로 한다. 이하 동일), 허리 부분의 피치축(Y축) 주위의 관절(l2R, 12L), 동일 롤축(X축) 주위의 관절(l4R, 14L), 무릎부의 피치축(Y축) 주위의 관절(l6R, 16L), 발목의 피치축(Y축) 주위의 관절(18R, 18L) 및 동일 롤축(X축) 주위의 관절(20R, 20L)로 구성된다. 레그 링크(5)의 하부에는 발부분(평편한 발)(22R, 22L)이 부착된다.

즉, 레그 링크(2)는 대퇴 관절(허리관절)(l0R(L), 12R(L), 14R(L)), 무릎관절(16R(L)), 발관절(l8R(L), 20R(L))을 구비한다. 대퇴 관절과 무릎 관절은 대퇴 링크(24R(L))에, 무릎관절과 발관절은 하퇴 링크(26R(L))에 연결된다.

레그 링크(2)는 대퇴 관절을 통하여 상체(3)에 연결되는데, 도3에서는 상체(3)를 상체 링크(28)로서 간략하게 나타낸다. 상기와 같이, 상체(3)에는 아암 링크(5)가 연결된다.

아암 링크(5)는 어깨부의 피치축 주위의 관절(30R, 30L), 동일 롤축 주위의 관절(32R, 32L), 아암의 선회용 중력축 주위의 관절(34R, 34L), 팔꿈치부의 피치축 주위의 관절(36R, 36L), 손목 선회용 중력축 주위의 관절(38R, 38L), 동일 피치축 주위의 관절(40R, 40L) 및 동일 롤축 주위의 관절(42R, 42L)로 구성된다. 손목 앞에는 핸드(엔드 이펙터)(44R, 44L)가 부착된다.

즉, 아암 링크(5)는 어깨관절(30R(L), 32R(L), 34R(L)), 손목관절(38R(L), 40R(L), 42R(L))로 구성된다. 또한 어깨관절과 팔꿈치관절은 상부 아암 링크(46R(L))에, 팔꿈치관절과 손목관절은 하부 아암 링크(48R(L))에 연결된다.

상기 구성에 의해, 레그 링크(2)는 좌우 발에 대해 합계12의 자유도가 주어지고, 보행중에 이들 6*2=12개의 관절을 적절한 각도로 구동함으로써, 발 전체에 원하는 동작을 줄 수 있고, 임의로 3차원 공간을 보행시킬 수 있다(이 명세서에서 「*」는 곱셈을 표시한다). 또한, 아암 링크(5)도 좌우의 아암에 대해 각각 7개의 자유도가 주어져, 이들 관절을 적절한 각도로 구동시켜 원하는 작업을 행하게 할 수 있다.

또한, 도l에 도시하는 바와같이, 발관절 하측 발부분(22R(L))에는 공지의 6축력 센서(56)가 부착되고, 로봇에 작용하는 외력 중, 접지면에서 로봇에 작용하는 바닥 반력의 3방향 성분(Fx, Fy, Fz)과 모먼트의 3방향 성분(Mx, My, Mz)을 검출한다.

또한, 손목관절과 핸드(44R(L)) 사이에는 동일 종류의 6축력 센서(58)가 부착되고, 로봇에 작용하는 그 이외의 외력, 특히 작업대상물로부터 받는 상기한 대상물 반력의 3방향 성분(Fx, Fy, Fz)과 모먼트의 3방향 성분(Mx, My, Mz)을 검출한다.

또한, 상체(3)에는 경사 센서(60)가 설치되고, 중력축에 대한 경사와 그 각 속도를 검출한다. 또한 각 관절의 전동 모터는 그 출력을 감속·증력하는 감속기(도시하지 않음)를 통하여 상기한 링크(24, 26R(L)) 등을 상대변위시키는 동시에, 그 회전량을 검출하는 로터리 엔코더(도시하지 않음)가 설치된다.

상기한 바와같이, 격납부(6)의 내부에는 마이크로 컴퓨터로 이루어지는 제어 유닛(68) 등이 수납되고, 6축력 센서(56) 등의 출력(도시의 편의를 위해 로봇(1)의 우측에 대해서만 도시한다)은 제어 유닛(68)으로 이송된다.

도4는 제어 유닛(68)의 구성을 상세하게 도시하는 블록도이다.

도시와 같이, 제어 유닛(68)은 마이크로 컴퓨터로 구성된다. 여기에서 경사 센서(60) 등의 출력은 A/D 변환기(70)로 디지털값으로 변환되고, 그 출력은 버스(72)를 통하여 RAM(74)에 이송된다. 또한 각 관절에서 전동 모터에 인접하여 배치되는 엔코더의 출력은 카운터(76)를 통하여 RAM(74) 내로 입력된다.

제어 유닛(68)내에는 CPU로 이루어지는 연산장치(80)가 설치되고, 연산장치(80)는 ROM(84)에 격납되어 있는 데이터 및 센서 출력에 따라 각 관절의 구동에 필요한 제어치(조작량)를 산출하여 D/A 변환기(86)와 각 관절에 구비된 액츄에이터 구동장치(앰프)(88)를 통하여 각 관절을 구동하는 전동 모터에서 출력된다.

이 실시 형태에 관한 로봇(l)에 있어서 특징적인 것은 상체(3)와 2개의 레그 링크(가동 레그부)(2)를 평행 링크기구(7)를 통하여 연결하고, 따라서 상기 각 링크(2)를 중력축(Z축)방향으로 상대변위 가능하도록 구성한데 있다.

보다 구체적으로는 평행 링크기구(7)의 상하 링크에 제l 및 제2 지점을 통하여 상기 상체(3)를 연결함 동시에, 좌우 링크에 상기 각 링크(2)를 각각 연결하고, 상기 제1, 제2 지점중 어느 하나에 상기 레그 링크(2)를 중력축 방향으로 상대변위시키는 액츄에이터를 설치하도록 구성한 것에 있다.

또한, 상체(3)와 상기 상하 링크를 관절을 통하여 연결하고, 따라서 상체(3)를 평행 링크기구(7)에 대해 중력축(Z축) 주위에 상대변위 가능하게 하도록 구성한 것에 있다.

이하, 도5 이후를 참조하여 평행 링크기구(7) 등의 구성을 구체적으로 설명한다. 도5는 도1에 도시하는 로봇(1)의 평행 링크기구(7)를 파단적으로 도시하는 부분 파단 정면도, 도6은 그 중 평행 링크기구(7)의 정면도, 도7은 도6의 Ⅶ-Ⅶ선 단면도, 도8은 도7에 도시하는 평행 링크기구(7)와 상체(3)의 연결을 도시하는 (단, 역방향) 도5의 로봇의 부분 파단 측면도, 도9는 도6의 Ⅸ-Ⅸ선 단면도, 도10은 도9에 도시하는 평행 링크기구(7)와 상체(3)의 연결을 도시하는(단, 역방향) 도5의 로봇의 부분 파단 측면도, 및 도11은 도6의 ⅩI-ⅩI선 단면도(동 도면에서 화살표시는 로봇 진행방향(X축방향)을 나타낸다)이다.

도시와 같이, 평행 링크기구(7)는 중력축(Z축)에 있어서 상하에 위치하는 상하 링크(상부 링크(90)와 하부 링크(92))와 중력축(Z축)에 평행한 좌우 링크(좌측 링크(94R)와 우측 링크(94L))로 구성된다.

상부 링크(90)와 좌우 링크((94R), L)는 회전축(96R, 96L)을 통하여 상호 롤축(X축) 주위에 회전자유롭게 연결됨과 동시에, 하부 링크(92)와 좌우 링크((94R), L)도 회전축(98R, 98L)을 통하여 상호 롤축(X축) 주위에 회전자유롭게 연결된다.

또한, 상부 링크(90)의 중앙위치에는 회전축(제1 지점)(100)이 설치되고, 상부 링크(90)는 상체 링크(28)와 롤축(X축) 주위에 회전자유롭게 연결됨과 동시에, 하부 링크(92)의 중앙위치에는 관절(제2 지점)(102)이 설치되며, 하부 링크(92)는 상체 링크(28)와 롤축(X축) 주위에 회전자유롭게 연결된다.

관절(102)에 대해 설명하면, 도7 및 도11에 도시하는 바와같이, 거기에는 롤축(X)의 축방향에 전동 모터(액츄에이터)(104)가 배치되고, 그 출력은 하모닉 감속기(상품명)(1O6)에 입력된다. 하모닉 감속기(106)의 입출력 한쪽은 상체 링크(28)에 고정되는 동시에, 다른쪽은 하부 링크(92)에 고정된다.

하부 링크(92)는 레그 링크(2)의 대퇴 링크(24)에 연결된다. 보다 구체적으로는 도11에 도시하는 바와같이 대퇴 링크(24)는 연결위치 부근에서 중공부가 형성되고, 거기에 상기한 레그 링크(2)의 관절(10R, L)이 중력축(Z축) 주위에 회전자유롭게 수용된다.

전동 모터(104)가 구동되면, 그 출력은 하모닉 감속기(106)로 감속(증력)되며, 상체 링크(28)(상체(3))를 하부 링크(92)(및 레그 링크(2))에 대해 롤축 주위에 상대회전시킨다.

도5 및 도6에 도시하는 바와같이, 로봇(1)이 직립(정지) 상체에 있을 때, 회전축(96R, (L과 98R), L은 중력축에서 동일 직선상에 위치하는 동시에, 회전축(100)과 관절(102)(보다 구체적으로는 그 축선(102a))도 중력축에서 동일 직선상에 위치하도록 구성되므로, 전동 모터(l04)의 구동에 따라 상체 링크(28)(상체3)를 하부 링크(92)( 및 레그 링크(2))에 대해 롤축 주위에 상대 회전시키고, 따라서 레그 링크(2)를 중력축 방향에 평행하게 상대 변위시킨다.

이에 따라, 착지 충격력을 효과적으로 흡수하여 완화하는 동시에, 보행 허용 설계의 자유도도 확대시킬 수 있고, 따라서 안정된 자세로 고속으로 또한 에너지를 절약하는 보행을 실현할 수 있으며, 나아가서는 자유로운 상체동작을 가능하게 할 수 있다.

또한, 엄밀히 말하면, 좌우 회전축((98R), L)은 하부 링크(92)를 통하여 관절(102)을 중심으로 회전하므로, 피치축 방향으로도 변위한다. 따라서, 레그 링크(2)를 관절(102)을 중심으로하여 중력축 방향에 완전히 평행하게는 변위시킬 수 없다. 그러나, 착지 충격을 흡수하기 위한 레그 링크의 중력축 방향의 변위량은 미량으로 충분하므로, 피치축 방향의 변위는 무시할 수 있다.

또한, 전동 모터(104)의 구동에 의한 상체 링크(28)(상체(3))의 변위도 중력축 방향에 평행하게 되므로, 안정된 자세로 보행시킬 수 있다. 또한, 상기한 바와같이 상체(3)에는 경사 센서(60)가 형성되지만, 경사 센서(60)는 보다 자세하게는 도6에 도시하는 바와같이 평행 링크기구(7)의 상방 상체 링크(28)에 부착되며, 중력축 방향 변위의 영향밖에 받지 않기때문에, 오검출이 발생되어 제어가 부적정하게 되는 일도 없다.

상체 링크(28)에는 경사 센서(60)의 배치위치부근에서 제2 관절(110)이 설치된다. 즉, 도7 및 도8에 도시하는 바와같이, 상체 링크(28)의 내부에는 중력축방향을 따라 제2 전동 모터(112)가 배치되고, 그 출력은 제2 하모닉 감속기(114)에 입력된다. 하모닉 감속기(114)의 입출력 한쪽은 상체 링크(28)의 상단측(28a)에 고정되는 동시에, 다른쪽은 상체 링크(28)의 하단측(28b)에 고정된다.

따라서, 전동 모터(112)가 구동되면, 그 출력은 하모닉 감속기(114)에서 감속(증력)되고, 따라서 상체 링크(28)의 상단측(28a)을 하단측(28b)(및 평행 링크기구(7) 및 레그 링크(2))에 대해 중력축 주위에 상대회전시킨다. 이에 따라 한층 자유로운 상체동작을 실현할 수 있다.

이어서, 도12를 참조하여 이 실시 형태에 관한 로봇(1)의 작용을 설명한다. 또한, 상기 도면(a)은 로봇(1)의 보행시 동작을 모식적으로 도시하는 측면도, 상기 도(b)는 마찬가지로 로봇(1)의 보행시 동작을 모식적으로 도시하는 정면도이다.

상기한 바와같이. 회전축(l00, 96R, L)은 관절(102) 혹은 좌우 회전축(98R, L)에서 등거리 위치에 형성되어 있으므로, 이들 회전축(100, 96R, L)으로 연결되는 상부 링크(90)는 하부 링크(92)와 평행하게 된다.

따라서, 이러한 평행 링크구조로 함으로써, 상체(3)를 좌우로 기울이지 않고, 좌우 레그 링크(2)를 관절(102)을 중심으로하여 중력축(Z축)방향에 거의 평행하게 상대변위시키는 것이 가능해진다.

상기 도(a)에 도시하는 바와같이, 로봇(1)이 보행하여 예를들면 우측 레그 링크(2R)에서 착지할 때, 로봇(1)에는 그 레그 링크(2R)를 통하여 바닥 반발력(착지 충격력)이 작용한다.

본 실시형태에 있어서는 로봇(1)이 착지할 때, 관절(102)에 배치한 전동 모터(104)를 구동하고, 화살표로 표시하는 바와같이, 평행 링크기구(7)를 통하여 우측 레그 링크(2R)를 좌측 레그 링크(2L)와 평행(보다 자세하게는 대략 평행)하게 중력축 방향으로 구동한다.

보다 구체적으로는 착지시에 전동 모터(104)를 구동시켜 하부 링크(92)를 관절(102)을 중심으로 회전시키고, 바닥 부착 레그(우측 레그 링크(2R))를 중력축 방향으로 구동한다. 레그 링크(2)는 상부 링크(90)에 연결되어 있으므로, 바닥 부착 레그(2R)는 중력축 방향으로 변위한다.

즉, 바닥 부착 레그(2R)는 모터 출력에 비례하는 양만큼 접지측의 지지 레그(좌측 레그 링크(2L))에 대해 이와 대략 평행으로 상대변위되고, 착지시의 큰 노면 반력을 흡수하는 방향으로 이동된다. 이에따라, 평행 링크기구(7)의 변위만큼, 즉, 미동작 레그의 변위만큼만 노면 반력을 흡수할 수 있어, 착지시의 충격을 흡수하여 완화시킬 수 있다.

또한, 평행 링크기구(7)에 의해 상체(3)가 중력축에 대해 경사지지 않으므로, 로봇(1)의 자세를 안정되게 유지한 채로, 착지 충격력을 흡수하여 완화시킬 수 있고, 그에 따라 예를들면 센서를 상체(3)에 배치해도 오검출이 발생하지 않아, 제어를 잘못 할 일이 없다.

또한, 상기한 구성에 의해 보행 허용 설계의 자유도를 확대할 수 있어 에너지 절약 보행을 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 자유로운 상체 동작이 가능해지므로, 예를들면 무릎을 꿇은 자세로 작업시키는 것도 가능해진다.

다음에, 도13에 의거하여 본 실시 형태에 관한 로봇(1)에 작용하는 착지 충격력에 대해 설명한다.

도13에 파선으로 표시하는 특성은 본 출원인이 앞서 일본국 특개평 11-33941호 공보에서 제안한 로봇에 작용하는 착지 충격력(바닥 반발력)의 실측 데이터이다. 도시와 같이 종래 기술에 관한 로봇의 자체 무게를 130kg로 할 때, 충격력은 미동작 레그가 착지한 순간에 발생하고, 상방(중력축 방향)으로 튀어올라 일시적으로 제로가 되지만, 그 후에 튀어오른 미동작 레그가 바닥면에 충돌할 때, 약 300kgf정도에 달한다.

상기 도면에 실선으로 표시하는 특성은 로봇(1)에 있어서 이상적인 특성, 즉, 착지시에 약 200kgf의 착지충격력이 발생하고, 이어서 시간이 지남에 따라 경감되는 특성을 나타낸다. 본 실시 형태에 관한 로봇(l)은 상기한 바와같이 평행 링크기구(7)를 통하여 상체(3)와 레그 링크(2)를 연결하도록 하였으므로, 이상적인 특성에 가까운 특성을 얻을 수 있다.

본 실시 형태는 상기와 같이 적어도 상체(3)와 상기 상체에 연결되는 2개의 가동 레그부(레그 링크(2))를 구비하여 이루어지는 2발 보행 레그식 이동 로봇(1)에 있어서, 상기 상체(3)와 상기 2개의 가동 레그부(레그 링크(2))를 평행 링크기구(7)를 통하여 연결하고, 따라서 상기 가동 레그부(레그 링크(2))를 중력축 방향에 상대변위 가능하도록 구성했다.

보다 구체적으로는 상기 평행 링크기구(7)의 상하 링크(90, 92)에 제1 및 제2 지점(회전축(100), 관절(102))을 통하여 상기 상체(3)를 연결함과 동시에, 좌우 링크(94R, L)에 상기 가동 레그부(레그 링크(2))를 각각 연결하고, 상기 제l 및 제2 지점중 어느 하나에 상기 가동 레그부(레그 링크(2))를 중력축 방향에 상대변위시키는 액츄에이터(전동 모터(104))를 설치하도록 구성했다.

또한, 상기 상체(3)와 상기 상하 링크(90, 92)를 관절(110)을 통하여 연결하고, 따라서 상기 상체(3)를 상기 평행 링크기구(7)에 대해 중력축 주위에 상대변위 가능하도록 구성했다. 또한, 이 구성은 본 발명에 있어서 필수적인 것은 아니다.

또한, 상기한 실시형태에 있어서는 평행 링크구조를 이용했지만, 다른 기구를 이용해도 된다. 예를들면 랙 앤드 피니온 기구를 이용하여 2개의 가동 레그부를 2개의 랙에 연결함과 동시에, 상체 링크를 그 중앙에 배치한 피니온 기어에 접속해도 된다.

또한, 본 발명은 2발 보행 레그식 이동 로봇에 관해 설명했는데, 2발 보행 이외의 레그식 이동 로봇에도 타당하다.

청구항 1항에 있어서는 착지 충격력을 효과적으로 흡수하여 완화함과 동시에, 보행 허용 설계의 자유도도 확대할 수 있고, 따라서 안정된 자세로 고속으로 또한 에너지를 절약하는 보행을 실현할 수 있으며, 또한 자유로운 상체 동작을 가능하게 할 수 있다.

또한, 안정된 자세로 보행시킬 수 있으므로, 센서를 상체에 배치할 때, 오검출이 발생되어 제어가 부적정하게 되는 일도 없다.

청구항 2항에 있어서는 청구항1과 동일한 작용, 효과를 얻을 수 있다.

청구항 3항에 있어서는 상기한 작용, 효과에 추가하여 한층 자유로운 상체동작을 실현할 수 있다.

Claims

적어도 상체와, 상기 상체에 연결되는 2개의 가동 레그부를 구비하여 이루어지는 2발 보행 레그식 이동 로봇에 있어서,

상기 상체와 상기 2개의 가동 레그부를 평행 링크 기구를 통하여 연결하고, 따라서 상기 가동 레그부를 중력축 방향에 상대변위 가능하게 한 것을 특징으로 하는 2발 보행 레그식 이동 로봇.
제1항에 있어서,

상기 평행 링크 기구의 상하 링크에 제1 및 제2 지점을 통하여 상기 상체를 연결함과 동시에, 좌우 링크에 상기 가동 레그부를 각각 연결하고, 상기 제1 및 제2 지점중 어느 하나에 상기 가동 레그부를 중력축 방향으로 상대변위시키는 액츄에이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 2발 보행 레그식 이동 로봇.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 상체와 상기 상하 링크를 관절을 통하여 연결하고, 따라서 상기 상체를 상기 평행 링크기구에 대해 중력축 주위에 상대변위가능하게 한 것을 특징으로 하는 2발 보행 레그식 이동 로봇.