KR20060003021A

KR20060003021A - 2족 보행식 이동 로봇

Info

Publication number: KR20060003021A
Application number: KR1020057019739A
Authority: KR
Inventors: 요시나리 다케무라; 다다아키 하세가와; 다카후미 후쿠시마
Original assignee: 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2004-05-18
Publication date: 2006-01-09
Also published as: US7441614B2; EP1625917A4; JP4299583B2; WO2004103650A1; KR100691401B1; JP2004344989A; EP1625917B1; EP1625917A1; DE602004020606D1; US20060243498A1

Abstract

본 발명은, 2족 보행식 이동 로봇(10)에 관한 것으로서, 상체(l4)와 상부 대퇴 링크(16R, 16L)를 연결하는 대퇴 관절(18R, 18L)이, 요축(Z축) 주위의 자유도를 생성하는 제1 회전축(18RZ, 18LZ)과, 롤축(X축) 주위의 자유도를 생성하는 제2 회전축(18RX, 18LX)과, 피치축(Y축) 주위의 자유도를 생성하는 제3 회전축(18RY, 18LY)을 구비하는 동시에, 용장 자유도를 생성하는 제4 회전축(18RR, 18LR)을 더 구비하도록 구성하였다. 이에 따라, 상체(14)의 굴곡량과 다리부(l2R, 12L)의 가동역을 증대시킬 수 있으므로, 자세나 보용의 자유도를 향상시킬 수 있게 된다.

Description

2족 보행식 이동 로봇{LEGGED MOBILE ROBOT}

본 발명은 2족 보행식 이동 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 2족 보행식 이동 로봇의 대퇴 관절 구조에 관한 것이다.

2족 보행식 이동 로봇의 대퇴(대퇴부) 관절 구조에 관한 기술로서는, 예컨대 일본국특허 제2592340호 공보, 일본국 특개 2001-62761호 공보, 일본국 특개 2001-150371호 공보에 기재된 기술이 알려져 있다. 일본국 특허 제2592340호 공보(제4페이지 내지 제5페이지, 도 2등)에 관한 종래 기술에서는 대퇴 관절을 구동하는 각 모터를 상체측에 배치함으로써, 다리부 말단측의 중량을 경량화하여, 다리부에 발생하는 관성 모멘트를 감소시키도록 구성하였다.

또, 일본국 특개 2001-62761호 공보(단락 0053 내지 0055, 도 12 등)에 관한 종래 기술에서는, 대퇴 관절에 평행 링크 기구를 설치하여 좌우 다리부를 연결하고, 아이들링(idling) 레그의 착지 시에 상기 평행 링크 기구를 동작시켜 착지하는 다리부를 상방으로 구동함으로써, 착지 충격력을 완화시키도록 구성되어 있다.

또, 일본국 특개 2001-150371호 공보(단락 0070 내지 0086, 도 5, 도 7 등)에 관한 종래 기술에서는, 대퇴 관절의 각 자유도 중, 요(Yaw)축 주위의 자유도를 생성하는 회전축을 롤축 방향에 대하여 오프셋시킴으로써, 로봇의 방향 전환 시에 발바닥 끼리의 간섭을 회피하도록 구성되어 있다.

그러나, 2족 보행식 이동 로봇의 상체를 굴곡시킬 경우(전굴(前屈) 혹은 후굴(後屈)시키는 경우), 대퇴 관절에 설치된 피치축 혹은 롤축 주위의 각 회전축의 가동역만으로는 원하는 굴곡량을 획득할 수 없는 경우가 있었다.

그러므로, 상체의 굴곡량을 증대시키는 기술로서, 상체를 상부와 하부로 분할하는 동시에, 이들을 피치축 주위의 자유도를 갖는 관절을 통해 연결하고, 상기 상체의 상부와 하부를 피치축 주위에서 상대 회전시킴으로써 상체의 굴곡량을 대퇴 관절의 가동역 이상으로 크게 획득할 수 있도록 한 기술이 제안되어 있다(예컨대, 카와다 공업주식회사, “일하는 인간형 로봇에 의한 “일어서기·뒹굴기”동작의 성공”,[online], 2002년 9월 19일, 카와다 공업주식회사 홈 페이지, topics, [2003년 5월 2일 검색], 인터넷<URL:http://www.kawada.co.jp/general/topics/020919_hrp-2p.html> 참조).

상기한 홈페이지 기재의 기술에 있어서는, 상체를 상부와 하부로 분할하도록 구성되어 있기 때문에, 상체 내부로의 기기에 대한 수용성이 저하된다는 부조화가 있었다.

또, 대퇴 관절의 가동역이 부족하다라는 것은, 상체의 굴곡량이 부족한 것과 동시에, 다리부의 가동역을 크게 확보할 수 없음을 의미한다. 상기한 홈 페이지 기재의 기술에 있어서는, 상체에 관절을 설치함으로써 상체의 굴곡량을 증대시키므로, 다리부의 가동역은 조금도 증대되지 않고, 하반신을 포함한 로봇의 자세나 보용(步容)의 자유도를 향상시키는 데까지는 도달하지 못했다.

따라서, 본 발명의 목적은 상체의 굴곡량 및 다리부의 가동역을 증대시켜, 자세나 보용의 자유도를 향상시키는 동시에, 상체로의 기기의 수용성을 저하시키지 않도록 한 2족 보행식 이동 로봇을 제공하는 것에 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 후술하는 청구의 범위 제1항에 기재한 바와 같이, 상체와 상부 대퇴 링크를 연결하는 대퇴 관절과, 상기 상부 대퇴 링크와 하부 대퇴 링크를 연결하는 무릎 관절과, 상기 하부 대퇴 링크와 발바닥을 연결하는 발목 관절을 갖는 다리부를 구비하고, 상기 다리부를 구동하여 이동하는 2족 보행식 이동 로봇에 있어서, 상기 대퇴 관절은 요축 주위의 자유도를 생성하는 제1 회전축과, 롤축 주위의 자유도를 생성하는 제2 회전축과, 피치축 주위의 자유도를 생성하는 제3 회전축을 구비하는 동시에, 용장(冗長) 자유도를 생성하는 제4 회전축을 더 구비하도록 구성하였다.

이와 같이 상체와 상부 대퇴 링크를 연결하는 대퇴 관절이, 요축 주위의 자유도를 생성하는 제1 회전축과, 롤축 주위의 자유도를 생성하는 제2 회전축과, 피치축 주위의 자유도를 생성하는 제3 회전축을 구비하는 동시에, 용장 자유도를 생성하는 제4 회전축을 더 구비하도록 구성하였으므로, 상체의 굴곡량과 다리부의 가동역을 증대시킬 수 있으므로, 자세나 보용의 자유도를 향상시킬 수 있게 된다. 또, 상체가 분할되지 않기 때문에, 상체로의 기기의 수용성이 저하되지도 않는다.

또, 본 발명은 후술하는 청구의 범위 제2항에 기재한 바와 같이, 상기 대퇴 관절은 상기 제 1 내지 제 3 회전축 중의 어느 하나의 회전축을 통해 상기 상체에 연결되는 제1 부재와, 상기 제 1 내지 제 3 회전축 중의 나머지 회전축을 통해 상기 상부 대퇴 링크에 연결되는 제2 부재를 구비하는 동시에, 상기 제1 부재와 제2 부재를 상기 제4 회전축을 통해 연결하도록 구성하였다.

이와 같이, 제 1 내지 제 3 회전축 중의 어느 하나의 회전축을 통해 상체에 연결되는 제1 부재와, 상기 제 1 내지 제 3 회전축 중의 나머지 회전축을 통해 상부 대퇴 링크에 연결되는 제2 부재를 구비하는 동시에, 상기 제1 부재와 제2 부재를 제4 회전축을 통해 연결하도록 구성하였으므로, 청구의 범위 제1항과 마찬가지로, 상체의 굴곡량과 다리부의 가동역을 증대시킬 수 있어, 자세나 보용의 자유도를 향상시킬 수 있게 된다.

또, 본 발명은 후술하는 청구의 범위 제3항에 기재한 바와 같이, 상기 제4 회전축은 상기 요축과 비평행한 회전축이 되도록 구성하였다.

이와 같이, 제4 회전축이 로봇의 요축과 비평행한 회전축이 되도록 구성하였으므로, 청구의 범위 제1항과 마찬가지로, 상체의 굴곡량과 다리부의 가동성을 증대시킬 수 있으므로, 자세나 보용의 자유도를 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명은 후술하는 청구의 범위 제4항에 기재한 바와 같이, 상기 제 4 회전축을 상기 제1 회전축보다 상기 롤축 방향에서 전방에 배치되도록 구성하였다.

이와 같이, 제4 회전축을 제1 회전축보다 롤축 방향에서 전방(바꾸어 말하면, 로봇의 진행 방향에서 전방)에 배치되게 구성하였으므로, 상기한 효과에 추가하여, 상체의 전굴 동작이 용이하게 된다.

또, 본 발명은 후술하는 청구의 범위 제5항에 기재한 바와 같이, 상기 제1 회전축을 구동하는 제1 회전축용 모터와, 상기 제1 회전축용 모터의 출력을 감속하는 제1 회전축용 감속기를 구비하는 동시에, 상기 제1 회전축용 감속기를 이들 출력축이 상기 제1 회전축과 동축이 되도록 배치되게 구성하였다.

이와 같이, 제1 회전축을 구동하는 제1 회전축용 모터와, 상기 제1 회전축용 모터의 출력을 감속하는 제1 회전축용 감속기를 구비하는 동시에, 상기 제1 회전축용 모터와 제1 회전축용 감속기를, 이들의 출력축이 상기 제1 회전축과 동축이 되도록 배치되게 구성하였으므로, 상기한 효과에 추가하여, 제1 회전축에 관한 출력 전달계의 구조를 컴팩트화 할 수 있다.

또, 본 발명은 후술하는 청구의 범위 제6항에 기재한 바와 같이, 상기 제2 회전축을 구동하는 제2 회전축용 모터와, 상기 제2 회전축용 모터의 출력을 감속하는 제2 회전축용 감속기를 구비하는 동시에, 상기 제2 회전축용 모터와 제2 회전축용 감속기를, 이들의 출력축이 상기 제2 회전축과 동축이 되도록 배치되게 구성하였다.

이와 같이, 제2 회전축을 구동하는 제2 회전축용 모터와, 상기 제2 회전축용모터의 출력을 감속하는 제2 회전축용 감속기를 구비하는 동시에, 상기 제2 회전축용 모터와 제2 회전축용 감속기를, 이들의 출력축이 제2 회전축과 동축이 되도록 배치되게 구성하였으므로, 상기한 효과에 추가하여, 제2 회전축에 관한 출력 전달계의 구조를 컴팩트화 할 수 있다.

또, 본 발명은 후술하는 청구의 범위 제7항에 기재한 바와 같이, 상기 제3 회전축을 구동하는 제3 회전축용 모터와, 상기 제3 회전축용 모터의 출력을 감속하는 제3 회전축용 감속기를 구비하는 동시에, 상기 제3 회전축용 감속기를 그 출력축이 상기 제3 회전축과 동축이 되도록 배치되게 구성하였다.

이와 같이, 제3 회전축을 구동하는 제3 회전축용 모터와, 상기 제3 회전축용 모터의 출력을 감속하는 제3 회전축용 감속기를 구비하는 동시에, 상기 제3 회전축용 감속기를, 그 출력축이 제3 회전축과 동축이 되도록 배치되게 구성하였으므로, 상기한 효과에 추가하여, 제3 회전축에 관한 출력 전달계의 구조를 컴팩트화 할 수 있다. 또, 제3 회전축용 감속기의 출력축과 제3 회전축을 동축으로 함으로써, 제3 회전축을 구동하는 데 필요하게 되는 다른 전달 요소는 제3 회전축 모터와 제3 회전축용 감속기 사이에 배치만 하면 된다. 이와 같은 전달 요소는 감속되기 전의 작은 구동력(즉, 제3 회전축용 모터의 출력)을 제3 회전축용 감속기에 전달하면 되므로 전달 용량을 작게 설정할 수 있다. 그러므로, 비교적 경량인 전달 요소를 사용할 수 있기 때문에, 전동 모터와 감속기의 이격 거리가 증가하여 전달 요소가 연장되어도 큰 중량의 증가를 초래하지 않으며, 따라서, 제3 회전축용 전동 모터의 배치 위치의 자유도를 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명은 후술하는 청구의 범위 제8항에 기재한 바와 같이, 상기 제4 회전축을 구동하는 제4 회전축용 모터를 구비하는 동시에, 상기 제4 회전축용 모터를 상기 제4 회전축과 같은 위치 혹은 그것보다 상체측에 배치되도록 구성하였다.

이와 같이, 제4 회전축을 구동하는 제4 회전축용 모터를 구비하는 동시에, 상기 제4 회전축용 모터를 상기 제4 회전축과 같은 위치 혹은 그것보다 상체측에 배치되게 구성하였으므로, 제4 회전축용 모터는 제4 회전축의 회전 대상이 되지 않으므로, 제4 회전축의 구동 시에 다리부에 발생하는 관성 모멘트를 저감할 수 있게 된다.

또, 본 발명은 후술하는 청구의 범위 제9항에 기재한 바와 같이, 상기 제4 회전축용 모터의 출력을 감속하는 제4 회전축용 감속기를 구비하는 동시에, 상기 제4 회전축용 감속기를 그 출력축이 상기 제4 회전축과 동축이 되도록 배치되게 구성하였다.

이와 같이, 제4 회전축용 모터의 출력을 감속하는 제4 회전축용 감속기를 구비하는 동시에, 상기 제4 회전축용 감속기를 그 출력축이 제4 회전축과 동축이 되도록 배치되게 구성하였으므로, 상기한 효과에 추가하여, 제4 회전축에 관한 출력 전달계의 구조를 컴팩트화 할 수 있다. 또, 제4 회전축용 감속기의 출력축과 제4 회전축을 동축으로 함으로써, 제4 회전축을 구동하는 데 필요하게 되는 다른 전달 요소는 제4 회전축용 모터와 제4 회전축용 감속기의 사이에 배치만 하면 된다. 이와 같은 전달 요소는, 감속되기 전의 작은 구동력(즉, 제4 회전축용 모터의 출력)을 제4 회전축용 감속기에 전달하면 되므로, 전달 용량을 작게 설정할 수 있다. 그러므로, 비교적 경량인 전달 요소를 사용할 수 있기 때문에, 전동 모터와 감속기의 이격 거리가 증가하여 전달 요소가 연장되어도 큰 중량의 증가를 초래하지 않고, 따라서 제4 회전축용 전동 모터의 배치 위치의 자유도를 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명은 후술하는 청구의 범위 제10항에 기재한 바와 같이, 상기 제2 회전축을 구동하는 제2 회전축용 모터와, 상기 제4 회전축을 구동하는 제4 회전축용 모터를 구비하는 동시에, 상기 제2 부재와 상부 대퇴 링크를, 적어도 상기 제2 회전축을 통해 연결하고, 상기 제4 회전축용 모터를 상기 제2 회전축용 모터보다 상체측에 배치되게 구성하였다.

이와 같이, 제2 부재와 상부 대퇴 링크는 적어도 제2 회전축을 통해 연결되는, 바꾸어 말하면, 제4 회전축은 제2 회전축보다 상체측에 배치되는 동시에, 제4 회전축용 모터를 제2 회전축용 모터보다 상체측에 배치되게 구성하였으므로, 다리부의 말단측의 중량을 경량화 할 수 있고(다리부의 중심 위치를 말단측으로부터 멀리 할 수 있고), 로봇 이동 시에 다리부에 발생하는 관성 모멘트를 저감할 수 있다. 즉, 제4 회전축을 제2 회전축보다 상체측에 배치함으로써, 제4 회전축에 의해 회전되어지는 부재가 제2 회전축에 의해 회전되어지는 부재에 비해 많아진다. 그러므로, 제4 회전축용 모터는 제2 회전축용 모터보다 큰 구동력이 요구되므로, 보다 대형이며 중량이 무거운 것이 사용된다. 따라서, 제4 회전축용 모터를 제2 회전축용 모터보다 상체측에 배치함으로써, 다리부의 말단측의 중량을 경량화하여, 다리부에 발생하는 관성 모멘트를 저감할 수 있게 된다.

또, 본 발명은 후술하는 청구의 범위 제11항에 기재한 바와 같이, 상기 제3 회전축을 구동하는 제3 회전축용 모터와, 상기 제4 회전축을 구동하는 제4 회전축용 모터를 구비하는 동시에, 상기 제2 부재와 상부 대퇴 링크를 적어도 상기 제3 회전축을 통해 연결하고, 상기 제4 회전축용 모터를 상기 제3 회전축용 모터보다 상체측에 배치되게 구성하였다.

이와 같이, 제2 부재와 상부 대퇴 링크는 적어도 제3 회전축을 통해 연결되고, 바꾸어 말하면, 제4 회전축은 제3 회전축보다 상체측에 배치되는 동시에 제4 회전축용 모터를 제3 회전축용 모터보다 상체측에 배치되게 구성하였으므로, 다리부의 말단측의 중량을 경량화할 수 있고(다리부의 중심 위치를 말단측으로부터 멀리할 수 있고), 로봇의 이동 시에 다리부에 발생하는 관성 모멘트를 저감할 수 있게 된다. 즉, 제4 회전축을 제3 회전축보다 상체측에 배치함으로써 제4 회전축에 의해 회전되어지는 부재가 제3 회전축에 의해 회전되어지는 제3 회전축에 의해 회전되어지는 부재에 비해 많아진다. 그러므로, 제4 회전축용 모터는 제3 회전축용 모터보다 큰 구동력이 요구되므로, 보다 대형이며 중량이 무거운 것이 사용된다. 따라서, 제4 회전축용 모터를 제3 회전축용 모터보다 상체측에 배치함으로써, 다리부의 말단측의 중량을 경량화하고, 다리부에 발생하는 관성 모멘트를 저감할 수 있게 된다.

또, 본 발명은, 후술하는 청구의 범위 제12항에 기재한 바와 같이, 상기 제4 회전축용 모터를 상기 롤축 방향에서, 상기 다리부의 중심축을 끼워 상기 제4 회전축과 대향하는 위치에 배치되게 구성하였다.

이와 같이, 제4 회전축용 모터를 롤축 방향에서, 다리부의 중심축을 끼워 제4 회전축과 대향하는 위치에 배치되게 구성하였으므로, 상기한 효과에 추가하여, 다리부의 중심 밸런스를 향상시킬 수 있게 된다. 또, 상체를 크게 전굴시킨 경우에도, 상체와 제4 회전축용 모터가 간섭하지 않으므로, 큰 전굴량을 획득할 수 있게 된다.

또, 본 발명은 후술하는 청구의 범위 제13항에 기재한 바와 같이, 상기 제1 회전축을 상기 다리부의 중심축에 대하여, 상기 롤축 방향으로 오프셋시키도록 구성하였다.

이와 같이, 제1 회전축을 다리부의 중심축에 대하여, 롤축 방향으로 오프셋시키도록 구성하였으므로, 다리부를 선회시켰을 때의 발바닥끼리의 간섭을 억제할 수 있는 동시에, 다리부의 선회 각도를 증대시킬 수 있다.

또, 본 발명은 후술하는 청구의 범위 제14항에 기재한 바와 같이, 상기 제2 회전축과 제3 회전축이 직교되도록 구성하였다.

이와 같이, 제2 회전축과 제3 회전축이 직교되도록 구성하였으므로, 상기한 효과에 추가하여, 대퇴 관절에 용장 자유도를 생성하는 제4 회전축을 설치한 경우에도 대퇴 관절을 콤팩트하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 2족 보행식 이동 로봇의 모식도이다.

도 2는 도 1에서 모식적으로 도시한 로봇의 우측 다리부를 상세하게 도시한 우측면도이다.

도 3은 도 1에서 모식적으로 도시한 로봇의 우측 다리부를 상세하게 도시한 정면도이다.

도 4는 도 1에 도시한 로봇의 보용의 일례(넓적다리의 선회)를 도시한 설명도이다.

도 5는 도 1에 도시한 로봇의 보용의 일례(안짱다리 선회)를 도시한 설명도이다.

도 6은 도 1에 도시한 로봇에 있어서, 다리부에 컴플라이언스 기능을 부여할 때의 대퇴 관절 피치 축과 대퇴 관절 용장 축의 구동 방향의 일례를 도시한 모식도이다.

도 7은 도 1에 도시한 로봇에 있어서, 다리부의 착지 시에 대퇴 관절 피치 축과 대퇴 관절 용장 축을 역방향으로 구동한 경우의 착지 충격력과, 그러한 경우의 착지 충격력을 대비하여 도시한 그래프이다.

도 8은 대퇴 관절 용장축에 의해 피치 축 주위 이외의 자유도가 생성되는 예를 도시한 도 1과 같은 모식도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 관한 2족 보행식 이동 로봇에 관하여 설명한다.

도 1은 본 실시 형태에 관한 2족 보행식 이동 로봇, 보다 상세하게는, 2족 보행 로봇의 모식도이다.

도시한 바와 같이, 2족 보행 로봇(10)(이하「로봇」이라 한다)은 좌우 각각의 다리부(12R, 12L)(우측을 R, 좌측을 L이라고 하며, 이하 동일)를 구비한다. 좌우의 다리부(12R, 12L)는 각각, 상체(14)와 상부 대퇴 링크(16R, 16L)를 연결하는 대퇴 관절(18R, 18L)과, 상부 대퇴 링크(16R, 16L)와 하부 대퇴 링크(20R, 20L)를 연결하는 무릎 관절(22R, 22L)과, 하부 대퇴 링크(20R, 20L)와 발바닥(24R, 24L)을 연결하는 발목 관절(26R, 26L)을 갖는다.

대퇴 관절(18R, 18L)은 요축(Z축, 연직 방향) 주위의 자유도를 생성하는 대퇴 관절 요축(18RZ, 18LZ)(상기한 제1 회전축)과 롤축(X축, 로봇(10)의 진행 방향) 주위의 자유도를 생성하는 대퇴 관절 롤축(18RX, 18LX)(상기한 제2 회전축)과, 피치축(Y축, 로봇(10)의 진행 방향 및 연직 방향으로 직행하는 좌우 방향) 주위의 자유도를 생성하는 대퇴 관절 피치축(18RY, 18LY)(상기한 제3 회전축)과, 피치축 주위의 용장 자유도를 생성하는 대퇴 관절 용장축(18RR, 18LR)(상기한 제4 회전축)을 구비한다. 대퇴 관절 롤축(18RX, 18LX)과 대퇴 관절 피치축(18RY, 18LY)은 도시한 바와 같이 직교한다.

또, 대퇴 관절(18R, 18L)은 대퇴 관절 요축(18RZ, 18LZ)을 통해 상체(14)에 연결되는 제1 대퇴 관절 링크(30R, 30L)(상기한 제1 부재)와, 대퇴 관절 롤축(18RX, 18LX)과 대퇴 관절 피치축(18RY, 18LY)을 통해 상부 대퇴 링크(16R, 16L)에 연결되는 제2 대퇴 관절 링크(32R, 32L)(상기한 제2 부재)를 구비한다. 제1 대퇴 관절 링크(30R, 30L)와 제2 대퇴 관절 링크(32R, 32L)는, 대퇴 관절 용장 축(18RR, 18LR)을 통해 연결된다. 또한, 제1 대퇴 관절 링크(30R, 30L) 및 제2 대퇴 관절 링크(32R, 32L)는 대퇴 관절(18R, 18L)의 일부를 이루어도 위화감이 없도록, 상부 대퇴 링크(16R, 16L)나 하부 대퇴 링크(20R, 20L)에 비해 짧게 형성된다.

무릎 관절(22R, 22L)은 피치축 주위의 자유도를 생성하는 무릎 관절 피치축(22RY, 22LY)을 구비한다. 또, 발목 관절(26R, 26L)은 롤축 주위의 자유도를 생성하는 발목 관절 롤축(26RX, 26LX)과, 피치축 주위의 자유도를 생성하는 발목 관절 피치축(26RY, 26LY)을 구비한다. 상기한 각 회전축은 후술하는 각 전동 모터에 의해 구동된다.

발목 관절(26R, 26L)과 발바닥(24R, 24L) 사이에는, 공지의 6축력 센서가 장 착되어 힘의 3방향 성분(Fx, Fy, Fz)과 모멘트의 3방향 성분(Mx, My, Mz)을 측정하여, 다리부(12R, 12L)의 착지 유무와, 바닥면에서 다리부(12R, 12L)에 작용하는 바닥 반력 등을 검출한다. 또, 상체(14)에는 경사 센서가 설치되고, 로봇(10)의 Z축에 대한 경사와 그 각속도를 검출한다. 또, 각 회전축을 구동하는 전동 모터에는, 그 회전량을 검출하는 로터리 엔코더가 설치된다.

이들 각 센서의 출력은 상체(14)에 수용된 제어 유닛에 입력된다.

제어 유닛은 메모리에 저장되어 있는 데이터 및 입력된 검출치에 근거하여, 각 회전축을 구동하는 모터의 제어치를 산출한다. 또한, 제어치의 산출 수법에 관하여는 본 발명의 주된 취지가 아니므로, 자세한 설명을 생략하는 동시에, 그것에 사용되는 상기한 각 센서나 제어 유닛의 도시도 생략한다.

이와 같이, 본 실시 형태에 관한 로봇(10)은 좌우의 다리부(12R, 12L)의 각각에 대하여 7개의 회전축(자유도)이 부여되고, 이들 7 ×2 = 14개의 회전축을 전동 모터로 구동함으로써, 다리부 전체에 원하는 움직임을 주어 임의로 3차원 공간을 이동할 수 있도록 한다. 또한, 상체(14)에는, 예컨대 국제공개 제 WO 02/40226 A1 팜플렛에 기재된 바와 같은 암부나 헤드부가 접속되지만, 이들 구조는 본 발명의 요지에 직접적인 관계를 갖지 않으므로, 도시 및 설명을 생략한다.

계속해서, 도 2 이후를 참조하여, 로봇(10)의 다리부(12R, 12L)에 관하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하, 우측의 다리부(12R)를 예로 들어 설명하지만, 좌우의 다리부(12R, 12L)는 좌우 대칭이므로, 이하의 설명은 좌측의 다리부(12L)에도 해당된다.

도 2는 도 1에서 모식적으로 도시한 다리부(12R)를 상세하게 도시한 우측면도이다. 또, 도 3은 다리부(12R)를 상세하게 도시한 정면도이다.

양 도면에 도시한 바와 같이, 상체(14)에는, 대퇴 관절 요축(18RZ)을 구동하는 전동 모터(50)(이하「대퇴 관절 요축용 모터」라고 한다)가 배치된다. 또한, 대퇴 관절 요축(18RZ)은 다리부(12R)의 중심축(12RC)과 일치된다.

대퇴 관절 요축용 모터(50)의 출력축은 상체(14)의 하단에 장착된 감속기(52)(이하 「대퇴 관절 요축용 감속기」라고 한다)에 직접 접속되고, 이에 의해 대퇴 관절 요축용 모터(50)의 출력은 대퇴 관절 요축용 감속기(52)에 직접 전달된다. 또, 대퇴 관절 요축용 감속기(52)는 그 출력축이 대퇴 관절 요축(18RZ)과 동축이 되도록 배치되고, 이에 의해 대퇴 관절 요축용 감속기(52)에 의하여 감속된 출력은, 대퇴 관절 요축(18RZ)에 직접 전달되어 제1 대퇴 관절 링크(30R)를 상체(14)에 대하여 선회시킨다. 또한, 대퇴 관절 요축용 감속기(52)는 입력축(즉, 대퇴 관절 요축용 모터(50)의 출력축)과 출력축이 동축 상에 위치하도록 구성된다. 즉, 대퇴 관절 요축용 모터(50)와 대퇴 관절 요축용 감속기(52)의 각 출력축은 대퇴 관절 요축(18RZ)과 동축으로 취급된다.

제1 대퇴 관절 링크(30R)는 대퇴 관절 용장축(18RR)을 구동하는 전동 모터(54)(이하「대퇴 관절 용장축용 모터」라고 한다)가 배치된다. 대퇴 관절 용장축용 모터(54)의 출력은, 벨트(56)를 통해 감속기(58)(이하「대퇴 관절 용장축용 감속기」라고 한다)에 전달된다. 대퇴 관절 용장축용 감속기(58)는 그 출력축이 대퇴 관절 용장축(18RR)과 동축이 되도록 배치되고, 이에 의해 대퇴 관절 용장축용 감속기 (58)에 의해 감속된 출력은 대퇴 관절 용장축(18RR)에 직접 전달되어 제1 대퇴 관절 링크(30R)와 제2 대퇴 관절 링크(32R)를 피치축 주위에서 상대 회전시킨다.

여기서, 대퇴 관절 용장축용 모터(54)는 대퇴 관절 용장축(18RR)보다 상체(14)측에 배치된다. 그러므로, 대퇴 관절 용장축용 모터(54)는 대퇴 관절 용장축(18RR)의 회전 대상이 되지 않는다. 더 언급하자면, 대퇴 관절 용장축용 모터(54)보다 상체측에는 요축 주위 이외의 자유도가 존재하지 않으므로, 대퇴 관절 용장축용 모터(54)는 요축 주위의 회전을 제외하고는 회전 대상이 되지 않는다. 따라서, 대퇴 관절 용장축(18RR)의 구동 시에, 나아가서는 로봇(10)의 이동 시에 다리부(12R)에 발생하는 관성 모멘트를 저감할 수 있다.

상부 대퇴 링크(16R)에는, 대퇴 관절 롤축(18RX)을 구동하는 전동 모터(60)(이하「대퇴 관절 롤축용 모터」라고 한다)가 배치된다. 대퇴 관절 롤축용 모터(60)의 출력축은 상부 대퇴 링크(16R)에 장착된 감속기(62)(이하 「대퇴 관절 롤축용 감속기」라고 한다)에 직접 접속되고, 이에 의해 대퇴 관절 롤축용 모터(60)의 출력은 대퇴 관절 롤축용 감속기(62)에 직접 전달된다.

또, 대퇴 관절 롤축용 감속기(62)는 그 출력축이 대퇴 관절 롤축(18RX)과 동축이 되도록 배치되고, 이에 의해 대퇴 관절 롤축용 감속기(62)에 의해 감속된 출력은 대퇴 관절 롤축(18RX)에 직접 전달되어 제2 대퇴 관절 링크(32R)와 상부 대퇴 링크(16R)를 롤축 주위로 상대 회전시킨다. 또한, 대퇴 관절 롤축용 감속기(62)는 입력축(즉, 대퇴 관절 롤축용 모터(60)의 출력축)과 출력축이 동축 상에 위치하도록 구성된다. 즉, 대퇴 관절 롤축용 모터(60)와 대퇴 관절축용 감속기(62)의 각 출력축은, 대퇴 관절 롤축(18RX)과 동축으로 취급된다.

또, 상부 대퇴 링크(16R)에는 대퇴 관절 피치축(18RY)을 구동하는 전동 모터(66)(이하「대퇴 관절 피치축용 모터」라고 한다)가 배치된다. 대퇴 관절 피치축용 모터(66)의 출력은 벨트(68)를 통해 감속기(70)(이하「대퇴 관절 피치축용 감속기」라고 한다)에 전달된다. 대퇴 관절 피치축용 감속기(70)는 그 출력축이 대퇴 관절 피치축(18RY)과 동축이 되도록 배치되고, 이에 의해 대퇴 관절 피치축용 감속기(70)에 의해 감속된 출력은 대퇴 관절 피치축(18RY)에 직접 전달되어 제2 대퇴 관절 링크(32R)와 상부 대퇴 링크(16R)를 피치축 주위에 상대 회전시킨다.

이와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 대퇴 관절 용장축(18RR)을 대퇴 관절 롤축(18RX) 및 대퇴 관절 피치축(18RY)보다 상체(14)측에 배치함과 동시에, 대퇴 관절 용장축용 모터(54)를 대퇴 관절 롤축용 모터(60) 및 대퇴 관절 피치축용 모터(66)보다 상체(14)측에 배치되게 구성하였으므로, 다리부(12R)의 말단측의 중량을 경량화(다리부(12R)의 중심 위치를 말단측으로부터 멀리)할 수 있어, 로봇(10)의 이동 시에 다리부에 발생하는 관성 모멘트를 저감할 수 있다.

이에 대하여 구체적으로 설명하면, 대퇴 관절 용장축(18RR)을 대퇴 관절롤축(18RX) 및 대퇴 관절 피치축(18RY)보다, 상체(14)측에 배치함으로써, 대퇴 관절 용장축(18RR)에 의해 회전되어지는 부재(제2 대퇴 관절 링크(32R)에서 발바닥(24R)까지)는 대퇴 관절 롤축(18RX)이나 대퇴 관절 피치축(18RY)에 의해 회전되어지는 부재(상부 대퇴 링크(16R)에서 발바닥(24R)까지)에 비해 많아진다. 그러므로, 대퇴 관절 용장축용 모터(54)는 대퇴 관절 롤축용 모터(60) 및 대퇴 관절 피치축용 모터 (66)보다 큰 구동력이 요구됨으로써, 보다 대형이고 중량이 무거운 것을 사용한다. 따라서, 보다 중량이 무거운 대퇴 관절 용장축용 모터(54)를 대퇴 관절 롤축용 모터(60) 및 대퇴 관절 피치축용 모터(66)보다 상체(14)측에 배치함으로써, 다리부(12R)의 말단측의 중량을 경량화하고, 로봇(10)의 이동 시에 다리부(12R)에 발생하는 관성 모멘트를 저감할 수 있다.

도 2 및 도 3에 대한 설명을 계속하면, 상부 대퇴 링크(16R)에는, 또한 무릎 관절 피치축(22RY)을 구동하는 전동 모터(47)(이하 「무릎 관절 피치축용 모터」라고 한다)가 배치된다. 무릎 관절 피치축용 모터(74)의 출력은 벨트(76)를 통해 감속기(78)(이하「무릎 관절 피치축용 감속기」라고 한다)에 전달된다. 무릎 관절 피치축용 감속기(78)는 그 출력축이 무릎 관절 피치축(22RY)과 동축이 되도록 배치되고 그것에 의해 무릎 관절 피치축용 감속기(78)에 의해 감속된 출력은 무릎 관절 피치축(22RY)에 직접 전달되어 상부 대퇴 링크(16R)와 하부 대퇴 링크(20R)를 피치축 주위로 상대 회전시킨다.

또, 하부 대퇴 링크(20R)에는, 발목 관절 롤축(26RX)을 구동하는 전동 모터(80)(이하 「발목 관절 롤축용 모터」라고 한다)가 배치된다. 발목 관절 롤축용 모터(80)의 출력축은 하부 대퇴 링크(20R)에 장착된 감속기(82)(이하 「발목 관절 롤축용 감속기」라고 한다)에 직접 접속되고, 그것에 의해 발목 관절 롤축용 모터(80)의 출력은 발목 관절 롤축용 감속기(82)에 직접 전달된다.

발목 관절 롤축용 감속기(82)는 그 출력축이 발목 관절 롤축(26RX)과 동축이 되도록 배치되어, 그것에 의해 발목 관절 롤축용 감속기(82)에 의해 감속된 출력은 발목 관절 롤축(26RX)에 직접 전달되어 하부 대퇴 링크(20R)와 발바닥(24R)을 롤축 주위로 상대 회전시킨다. 또한, 발목 관절 롤축용 감속기(82)는 입력축(즉, 발목 관절 롤축용 모터(80)의 출력축)과 출력축이 동축 상에 위치하도록 구성된다. 즉, 발목 관절 롤축용 모터(80)와 발목 관절 롤축용 감속기(82)의 각 출력축은 발목 관절 롤축(26RX)과 동축으로 취급된다.

또한, 하부 대퇴 링크(20R)에는, 발목 관절 피치축(26RY)을 구동하는 전동 모터(84)(이하 「발목 관절 피치축용 모터」라고 한다)가 배치된다. 발목 관절 피치축용 모터(84)의 출력은, 벨트(86)를 통해 감속기(88)(이하 「발목 관절 피치축용 감속기」라고 한다)에 전달된다. 발목 관절 피치축용 감속기(88)는 그 출력축이 발목 관절 피치축(26RY)과 동축이 되도록 배치되고, 그것에 의해 발목 관절 피치축용 감속기(88)에 의해 감속된 출력은 발목 관절 피치축(26RY)에 직접 전달되어 하부 대퇴 링크(20R)와 발바닥(24R)을 피치축 주위로 상대 회전시킨다.

이와 같이, 본 실시 형태에 관한 로봇(10)에 있어서는, 대퇴 관절(18R, 18L)이, 요축 주위의 자유도를 생성하는 대퇴 관절 요축(18RZ, 18LZ)과, 롤축 주위의 자유도를 생성하는 대퇴 관절 롤축(18RX, 18LX)과, 피치축 주위의 자유도를 생성하는 대퇴 관절 피치축(18RY, 18LY)을 구비하는 동시에, 피치축 주위의 용장 자유도를 생성하는 가랑이 관절 용장축(18RR, 18LR)을 더 구비하도록 구성하였으므로, 대퇴 관절(18R)의 가동역이 증대하고, 상체(14)의 굴곡량(전굴량 및 후굴량)을 증대시킬 수 있다.

또, 다리부(12R, 12L)의 가동역을 증대시킬 수 있으므로, 예컨대 도 4에 도 시한 바와 같은 넓적 다리의 안쪽 부분 선회나 도 5에 도시한 바와 같은 안짱다리 선회, 웅크림 등이 가능하게 되는 등, 로봇(10)의 자세나 보용의 자유도를 향상할 수 있다.

또한, 대퇴 관절 롤축(18RX, 18LX)과 대퇴 관절 피치축(18RY, 18LY)을 직교시켰으므로, 대퇴 관절 용장축(18RR, 18LR)을 설치한 경우에도, 대퇴 관절(18R, 18L)을 콤팩트하게 할 수 있다.

또한, 종래 기술과 같이 상체(14)가 분할되지 않으므로, 상체(14)로의 기기의 수용성이 저하되지도 않는다. 또, 대퇴 관절(18R, 18L)에 용장 자유도를 제공함으로써, 상체(14)에 관절(자유도)을 설치한 경우에 비해 상체(14)의 도달 가능 범위, 나아가서는 상체(14)에 장착된 암부의 도달 가능 범위를 보다 확대할 수 있게 된다. 이것은, 대퇴 관절 용장축(18RR, 18LR)과 대퇴 관절의 다른 회전축이 근접하여 배치되는 것으로부터, 사람으로 말하면, 몸의 유연성이 보다 높아진 것과 같은 효과를 얻을 수 있기 때문이다.

또, 다리부(12R, 12L)의 착지 시에, 대퇴 관절 피치축(18RY, 18LY), 대퇴 관절 롤축(18RX, 18LX) 및 대퇴 관절 용장축(18RR, 18LR)을 적절하게 구동하는, 예컨대, 도 6에 도시한 바와 같이, 대퇴 관절 피치축(18RY, 18LY)과 대퇴 관절 용장축(18RR, 18LR)을 역회전시키도록 구동함으로써(대퇴 관절(18R, 18L)을 수축시키는 방향으로 구동함으로써), 다리부(12R, 12L)에 컴플라이언스 기능을 부여할 수 있다.

도 7은 대퇴 관절 용장축(18RR, 18LR)을 설치하고, 다리부(12R, 12L)의 착지 시에 대퇴 관절 피치축(18RY, 18LY)과 대퇴 관절 용장축(18RR, 18LR)을 역방향으로 구동한 경우의 착지 충격력(실선으로 도시)과, 그러한 경우의 착지 충격력(파선으로 도시)을 대비하여 도시한 그래프이다. 동 도면에 도시한 바와 같이, 대퇴 관절 용장축(18RR, 18LR)을 설치하여 컴플라이언스 기능을 부여함으로써 착지 충격력(구체적으로는, Z축 방향으로 작용하는 힘, 즉 상기한 Fz)을 빠르게 받아 들일 수 있게 되므로 보다 안정된 보행이나 주행이 가능하게 된다.

또, 종래 기술에서 예시한 바와 같이, 좌우의 다리부를 평행 링크 기구로 연결한 경우, 상방으로 구동할 수 있는 것은 한쪽의 다리부뿐이므로, 예컨대 양쪽 다리를 동시에 착지시킬 경우 등에 있어서는, 착지 충격력을 완화할 수 없다는 부조화가 있었다. 이에 대하여, 본 실시 형태에 있어서는, 좌우의 대퇴 관절(18R, 18L)의 쌍방에 대퇴 관절 용장축(18RR, 18LR)을 설치함으로써, 양쪽 다리에 독립된 컴플라이언스 기능을 부여할 수 있으므로, 이와 같은 부조화가 생기지 않는다.

또, 도 2에 상세하게 도시한 바와 같이, 대퇴 관절 용장축(18RR, 18LR)은, 다리부의 중심축(12RC, 12LC)보다 로봇(10)의 진행 방향(X축(롤축)방향)에 있어서 전방에 배치되므로, 상체(14)의 전굴 동작이 용이하게 된다.

또한, 중량물인 대퇴 관절 용장축용 모터(54)를 롤축 방향에서 다리부의 중심축(12RC, 12LC)을 끼워 대퇴 관절 용장축(18RR, 18LR)과 대향하는 위치(로봇(10)의 진행 방향에서 후방)에 배치하였으므로, 대퇴 관절 용장축(18RR, 18LR)을 다리부의 중심축(12RC, 12LC)보다 전방에 배치한 경우에도, 다리부(12R, 12L)의 중심 밸런스를 향상시킬 수 있다.

또, 중량물인 대퇴 관절 용장축용 모터(54)가 로봇(10)의 진행 방향으로 후방에 배치되므로, 로봇(10)이 선 채로 전굴 할 때의 안정성이 향상된다. 또한, 상체(14)를 크게 전굴시킨 경우에도, 상체(14)와 대퇴 관절 용장축용 모터(54)가 간섭하지 않으므로, 큰 전굴량을 획득할 수 있게 된다.

또한, 본 실시 형태에 관한 로봇(10)과 같이, 보행 형태를 인간과 같은 2족 보행으로 한 경우, 후굴량에 비해 전굴량이 큰 쪽이 자연스럽기 때문에, 대퇴 관절 용장축(18RR, 18LR)을 전방에 배치하고, 대퇴 관절 용장축용 모터(54)를 후방에 배치하도록 하였지만, 전굴량에 비해 후굴량을 크게 얻고 싶은 경우에는, 대퇴 관절 용장축(18RR, 18LR)을 후방에 배치하고, 대퇴 관절 용장축용 모터(54)를 전방에 배치하면 된다.

또, 상기한 각 회전축과, 그들에 전동 모터의 출력을 전달하는 감속기의 출력축을 동축으로 하였으므로, 출력 전달계의 구조를 컴팩트화 할 수 있다. 특히, 대퇴 관절 요축(18RZ, 18LZ), 대퇴 관절 롤축(18RX, 18LX) 및 발목 관절 롤축(26RX, 26LX)에 관하여는, 각 회전축과 전동 모터와 감속기가 모두 동축 상에 배치되어, 다른 전달 요소를 개재하지 않고 이들이 직접 접속되기 때문에 출력 전달계의 구조를 더욱 컴팩트화 할 수 있다.

또 다른 쪽의 대퇴 관절 피치축(18RY, 18LY), 대퇴 관절 용장축(18RR, 18LR), 무릎 관절 피치축(22RY, 22LY) 및 발목 관절 피치축(26RY, 26LY)에 관하여는, 요축이나 롤축에 비해 큰 구동력이 필요하게 되므로, 각 전동 모터와 감속기를 벨트(및 지름이 상이한 풀리)를 통해 접속하고, 감속기의 입력을 증폭시키도록 하 였다. 여기서, 전동 모터와 감속기의 사이에 개재되는 벨트는 감속기에 의해 감속되기 전의 비교적 작은 구동력, 즉, 전동 모터의 출력 그 자체를 전달하면 되므로, 전달 용량을 작게 설정할 수 있다. 그러므로, 비교적 폭이나 두께가 적은 경량의 벨트를 사용할 수 있기 때문에, 전동 모터와 감속기의 이격 거리를 증가시켜 벨트를 연장시켜도 큰 중량의 증가를 초래하지 않는다. 따라서, 각 전동 모터의 배치 위치의 자유도를 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 상기에 있어서, 대퇴 관절 용장축(18RR, 18LR)은 피치축 주위의 자유도를 생성하도록 하였지만, 요축(Z축, 연직 방향)과 비평행한 회전축, 즉, 상체(14)의 굴곡량을 변화시키는 회전축이라면, 상술한 것과 동일한 효과를 획득할 수 있다. 대퇴 관절 용장축(18RR, 18LR)의 배치 방법에 관하여는 로봇(10)이 취하고 있어야 할 자세나 보용에 따라 적절하게 결정하면 된다. 대퇴 관절 용장축(18RR, 18LR)에 의해 피치축 주위 이외의 자유도가 생성되는 예(구체적으로는 XY 평면 상에 생성되는 예)를 도 8에 도시한다.

또, 대퇴 관절 요축(18RZ, 18LZ)을 다리부의 중심축(12RC, 12RC)과 일치시키도록 하였지만, 대퇴 관절 요축(18RZ, 18LZ)을 다리부의 중심축(12RC, 12LC)에 대하여 롤축 방향으로 오프셋시켜도 된다. 그렇게 함으로써, 다리부(12R, 12L)를 선회시켰을 때의 발바닥끼리의 간섭을 억제할 수 있는 동시에, 다리부(12R, 12L)의 선회 각도를 증대시킬 수 있게 된다.

또, 대퇴 관절 용장축(18RR, 18LR), 대퇴 관절 피치축(18RY, 18LY), 무릎 관절 피치축(22RY, 22LY) 및 발목 관절 피치축(26RY, 26LY)에 관하여 각 전동 모터와 감속기의 사이에 벨트를 개재시키도록 하였지만, 각 전동 모터를 회전축과 같은 위치에 배치하여 전동 모터와 감속기와 회전축을 동축으로 하여 직접 접속하도록 하여도 된다.

또, 대퇴 관절(18R, 18L)에서 각 회전축을 상체(14)측으로부터 순서대로 대퇴 관절 요축(18RZ, 18LZ), 대퇴 관절 용장축(18RR, 18LR), 대퇴 관절 롤축(18RX, 18LX) 및 대퇴 관절 피치축(18RY, 18LY)으로 배치하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

이상과 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 2족 보행식 이동 로봇에 있어서, 상체(14)와 상부 대퇴 링크(16R, 16L)를 연결하는 대퇴 관절(18R, 18L)과, 상기 상부 대퇴 링크(16R, 16L)와 하부 대퇴 링크(20R, 20L)를 연결하는 무릎 관절(22R, 22L)과, 상기 하부 대퇴 링크(20R, 20L)와 발바닥(24R, 24L)을 연결하는 발목 관절(26R, 26L)을 갖는 다리부(12R, 12L)를 구비하고, 상기 다리부(12R, 12L)를 구동하여 이동하는 2족 보행식 이동 로봇(10)에 있어서, 상기 대퇴 관절(18R, 18L)은 요축(Z축) 주위의 자유도를 생성하는 제1 회전축(대퇴 관절 요축(18RZ, 18LZ)과, 롤축(X축) 주위의 자유도를 생성하는 제2 회전축(대퇴 관절 롤축(18RX, 18LX)과, 피치축(Y축) 주위의 자유도를 생성하는 제3 회전축(대퇴 관절 피치축(18RY, 18LY)을 구비하는 동시에, 또한, 용장 자유도를 생성하는 제4 회전축(대퇴 관절 용장축(18RR, 18LR)을 구비하도록 구성하였다.

또, 상기 대퇴 관절(18R, 18L)은 상기 제 1 내지 제 3 회전축 중의 어느 하나의 회전축(대퇴 관절 요축(18RZ, 18LZ))을 통해 상기 상체(14)에 연결되는 제1 부재(제1 대퇴 관절 링크(30R, 30L))와, 상기 제 1 내지 제 3 회전축 중의 나머지 회전축(대퇴 관절 롤축(18RX, 18LX) 및 대퇴 관절 피치축(18RY, 18LY))을 통해 상기 상부 대퇴 링크(16R, 16L)에 연결되는 제2 부재(제2 대퇴 관절 링크(32R, 32L))를 구비하는 동시에, 상기 제1 부재(30R, 30L)와 제2 부재(32R, 32L)를, 상기 제4 회전축(18RR, 18LR)을 통해 연결하도록 구성하였다.

또, 상기 제4 회전축(18RR, 18LR)은 상기 요축(Z축)과 비평행한 회전축이 되도록 구성하였다.

또, 상기 제4 회전축(18RR, 18LR)을 상기 제1 회전축(18RZ, 18LZ)보다 상기 롤축 방향보다 전방에 배치되게 구성하였다.

또, 상기 제1 회전축(18RZ, 18LZ)을 구동하는 제1 회전축용 모터(대퇴 관절 요축용 모터(50))와, 상기 제1 회전축용 모터(50)의 출력을 감속하는 제1 회전축용 감속기(대퇴 관절 요축용 감속기(52))를 구비하는 동시에, 상기 제1 회전축용 모터(50)와 제1 회전축용 감속기(52)를, 그 출력축이 상기 제1 회전축(18RZ, 18LZ)과 동축이 되도록 배치되게 구성하였다.

또, 상기 제2 회전축(18RX, 18LX)을 구동하는 제2 회전축용 모터(대퇴 관절 롤축용 모터(60))와, 상기 제2 회전축용 모터(60)의 출력을 감속하는 제2 회전축용 감속기(대퇴 관절 롤축용 감속기(62))를 구비하는 동시에, 상기 제2 회전축용 모터(60)와 제2 회전축용 감속기(62)를 이들의 출력축이 상기 제2 회전축(18RX, 18LX)과 동축이 되도록 배치되게 구성하였다.

또, 상기 제3 회전축(18RY, 18LY)을 구동하는 제3 회전축용 모터(대퇴 관절 피치축용 모터(66))와, 상기 제3 회전축용 모터(66)의 출력을 감속하는 제3 회전축용 감속기(대퇴 관절 피치축용 감속기(70))를 구비하는 동시에, 상기 제3 회전축용 감속기(70)를, 그 출력축이 상기 제3 회전축(18RY, 18LY)과 동축이 되도록 배치되게 구성하였다.

또, 상기 제4 회전축(18RR, 18LR)을 구동하는 제4 회전축용 모터(대퇴 관절 용장축용 모터(54))를 구비하는 동시에, 상기 제4 회전축용 모터(54)를 상기 제4 회전축(18RR, 18LR)과 같은 위치 혹은 그것보다 상체(14)측에 배치되게 구성하였다.

또, 상기 제4 회전축용 모터(54)의 출력을 감속하는 제4 회전축용 감속기(대퇴 관절 용장축용 감속기(58))를 구비하는 동시에, 상기 제4 회전축용 감속기(58)를, 그 출력축이 상기 제4 회전축(18RR, 18LR)과 동축이 되도록 배치되게 구성하였다.

또, 상기 제2 회전축(18RX, 18LX)을 구동하는 제2 회전축 관절 모터(대퇴 관절 롤축용 모터(60))와, 상기 제4 회전축(18RR, 18LR)을 구동하는 제4 회전축용 모터(대퇴 관절 용장축용 모터(54))를 구비하는 동시에, 상기 제2 부재(32R, 32L)와 상부 대퇴 링크(16R, 16L)를 적어도 상기 제2 회전축(18RX, 18LX)을 통해 연결하고, 상기 제4 회전축용 모터(54)를 상기 제2 회전축용 모터(60)보다 상체(14)측에 배치되게 구성하였다.

또, 상기 제3 회전축(18RY, 18LY)을 구동하는 제3 회전축용 모터(대퇴 관절 피치축용 모터(66))와, 상기 제4 회전축(18RR, 18LR)을 구동하는 제4 회전축용 모 터(대퇴 관절 용장축용 모터(54))를 구비하는 동시에, 상기 제2 부재(32R, 32L)와 상부 대퇴 링크(l6R, 16L)를 적어도 상기 제3 회전축(18RY, 18LY)을 통해 연결하고, 상기 제4 회전축용 모터(54)를 상기 제3 회전축용 모터(66)보다 상체(14)측에 배치되게 구성하였다.

또, 상기 제4 회전축용 모터(54)를 상기 롤축 방향에서, 상기 다리부의 중심축(12RC, 12LC)을 끼워 상기 제4 회전축(18RR, 18LR)과 대향하는 위치에 배치되게 구성하였다.

또, 상기 제1 회전축(18RZ, 18LZ)을 상기 다리부의 중심축(12RC, 12LC)에 대하여, 상기 롤축 방향에서 오프셋시키도록 구성하였다.

또, 상기 제2 회전축(18RX, 18LX)과 제3 회전축(18RY, 18LY)이 직교하도록 구성하였다.

또한, 상기에 있어서, 2족 보행식 이동 로봇으로서 2족 보행 로봇을 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 다리부로 이동하는 로봇이라면 어떠한 형태의 로봇에 대해서도 해당된다.

본 발명에 의하면, 2족 보행식 이동 로봇에 있어서, 상체와 상부 대퇴 링크를 연결하는 대퇴 관절이 요축 주위의 자유도를 생성하는 제1 회전축과, 롤축 주위의 자유도를 생성하는 제2 회전축과, 피치축 주위의 자유도를 생성하는 제3 회전축을 구비하는 동시에, 용장 자유도를 생성하는 제4 회전축을 더 구비하도록 구성하였으므로, 상체의 굴곡량과 다리부의 가동역을 증대시킬 수 있어, 자세나 보용의 자유도를 향상시킬 수 있다.

Claims

상체와 상부 대퇴 링크를 연결하는 대퇴 관절과, 상기 상부 대퇴 링크와 하부 대퇴 링크를 연결하는 무릎 관절과, 상기 하부 대퇴 링크와 발바닥을 연결하는 발목 관절을 갖는 다리부를 구비하고, 상기 다리부를 구동하여 이동하는 2족 보행식 이동 로봇에 있어서,

상기 대퇴 관절은 요축 주위의 자유도를 생성하는 제1 회전축과, 롤축 주위의 자유도를 생성하는 제2 회전축과, 피치축 주위의 자유도를 생성하는 제3 회전축을 구비하는 동시에, 용장 자유도를 생성하는 제4 회전축을 더 구비하도록 구성한 것을 특징으로 하는 2족 보행식 이동 로봇.
제 1 항에 있어서,

상기 대퇴 관절은 상기 제 1 내지 제 3 회전축 중의 어느 하나의 회전축을 통해 상기 상체에 연결되는 제1 부재와, 상기 제 1 내지 제 3 회전축 중의 나머지 회전축을 통해 상기 상부 대퇴 링크에 연결되는 제2 부재를 구비하는 동시에, 상기 제1 부재와 제2 부재를, 상기 제4 회전축을 통해 연결한 것을 특징으로 하는 2족 보행식 이동 로봇.
제 1 항에 있어서,

상기 제4 회전축은 상기 요축과 비평행한 회전축인 것을 특징으로 하는 2족 보행식 이동 로봇.
제 1 항에 있어서,

상기 제4 회전축을 상기 제1 회전축보다 상기 롤축 방향에서 전방에 배치되게 구성한 것을 특징으로 하는 2족 보행식 이동 로봇.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 회전축을 구동하는 제1 회전축용 모터와, 상기 제1 회전축용 모터의 출력을 감속하는 제1 회전축용 감속기를 구비하는 동시에, 상기 제1 회전축용 모터와 제1 회전축용 감속기를 이들의 출력축이 상기 제1 회전축과 동축이 되도록 배치한 것을 특징으로 하는 2족 보행식 이동 로봇.
제 1 항에 있어서,

상기 제2 회전축을 구동하는 제2 회전축용 모터와, 상기 제2 회전축용 모터의 출력을 감속하는 제2 회전축용 감속기를 구비하는 동시에, 상기 제2 회전축용 모터와 제2 회전축용 감속기를 이들의 출력축이 상기 제2 회전축과 동축이 되도록 배치한 것을 특징으로 하는 2족 보행식 이동 로봇.
제 1 항에 있어서,

상기 제3 회전축을 구동하는 제3 회전축용 모터와, 상기 제3 회전축용 모터 의 출력을 감속하는 제3 회전축용 감속기를 구비하는 동시에, 상기 제3 회전축용 감속기를 그 출력축이 상기 제3 회전축과 동축이 되도록 배치한 것을 특징으로 하는 2족 보행식 이동 로봇.
제 1 항에 있어서,

상기 제4 회전축을 구동하는 제4 회전축용 모터를 구비하는 동시에, 상기 제4 회전축용 모터를 상기 제4 회전축과 같은 위치 혹은 그것보다 상체측에 배치한 것을 특징으로 하는 2족 보행식 이동 로봇.
제 8 항에 있어서,

상기 제4 회전축용 모터의 출력을 감속하는 제4 회전축용 감속기를 구비하는 동시에, 상기 제4 회전축용 감속기를 그 출력축이 상기 제4 회전축과 동축이 되도록 배치한 것을 특징으로 하는 2족 보행식 이동로봇.
제 2 항에 있어서,

상기 제2 회전축을 구동하는 제2 회전축용 모터와, 상기 제4 회전축을 구동하는 제4 회전축용 모터를 구비하는 동시에, 상기 제2 부재와 상부 대퇴 링크를, 적어도 상기 제2 회전축을 통해 연결하고, 상기 제4 회전축용 모터를 상기 제2 회전축용 모터보다 상체측에 배치한 것을 특징으로 하는 2족 보행식 이동 로봇.
제 2 항에 있어서,

상기 제3 회전축을 구동하는 제3 회전축용 모터와, 상기 제4 회전축을 구동하는 제4 회전축용 모터를 구비하는 동시에, 상기 제2 부재와 상부 대퇴 링크를, 적어도 상기 제3 회전축을 통해 연결하고, 상기 제4 회전축용 모터를 상기 제3 회전축용 모터보다 상체측에 배치한 것을 특징으로 하는 2족 보행식 이동 로봇.
제 1 항에 있어서,

상기 제4 회전축 모터를 상기 롤축 방향에 있어서, 상기 다리부의 중심축을 끼워 상기 제4 회전축과 대향하는 위치에 배치한 것을 특징으로 하는 2족 보행식 이동 로봇.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 회전축을 상기 다리부의 중심축에 대하여, 상기 롤축 방향으로 오프셋시킨 것을 특징으로 하는 2족 보행식 이동 로봇.
제 1 항에 있어서,

상기 제2 회전축과 제3 회전축을 직교시킨 것을 특징으로 하는 2족 보행식 이동 로봇.