TW201345677A

TW201345677A - 足式機器人

Info

Publication number: TW201345677A
Application number: TW101145808A
Authority: TW
Inventors: Masaki Nagatsuka
Original assignee: Thk Co Ltd
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2013-11-16
Also published as: TWI549795B; JP5373880B2; WO2013084789A1; JP2013119136A

Abstract

本發明提供一種於直立時可降低馬達等驅動源之驅動力的足式機器人。足式機器人10包括軀體部11、及可擺動地連結於軀體部11之腿部12，腿部12包含大腿部12a、及經由膝關節19連結於大腿部12a之小腿部12b，且足式機器人10係藉由馬達26a~26d、31a~31d使腿部12產生擺動而步行。於腿部12中設置有彈性構件34、36，其等係以使彎曲之腿部12伸長之方式來產生彈力，而產生輔助馬達26a~26d、31a~31d之使腿部12伸長時之驅動力。於足式機器人10直立時，大腿部12a及小腿部12b抵接於可旋轉地連結於大腿部12a及小腿部12b之膝關節19之碟構件22。彈性構件34、36係以保持大腿部12a及小腿部12b抵接於膝關節19之碟構件22之狀態之方式來產生彈力。

Description

足式機器人

本發明係關於一種足式機器人，其包括軀體部、及可擺動地連結於軀體部之腿部，且藉由馬達等使腿部產生擺動而步行。

具有複數條腿部之足式機器人係一方面使各條腿部產生擺動一方面步行。如人類般以兩隻腳一方面保持平衡一方面走動之足式機器人被稱為雙足步行機器人。如動物般以四隻腳步行之足式機器人被稱為四足步行機器人。腿部之數量較典型為兩條或四條，但只要為複數條則無論為多少條均可。

各腿部係自軀體部(亦稱為軀幹連桿)經由複數個關節依序連續設置複數個連桿而構成。具體而言，各腿部係自機器人之軀體部經由髖關節、膝關節、腳踝關節依序連續設置相當於大腿部、小腿部、腳板部之連桿而構成。連桿係可繞著向足式機器人之側方延伸之俯仰軸(pitch axis)旋轉地連結於關節。於關節處具備有作為使連桿產生旋轉之驅動源之馬達。馬達輸出適當之驅動力，來控制連桿之旋轉角度，藉此使足式機器人之腿部相對於軀體部前後產生擺動。此處，髖關節係指連結軀體部與腿部之關節，四足步行機器人之連結軀體部與前腿之關節亦包含於髖關節。又，馬達係為將電、汽油等能源轉換成機械動作之裝置，較典型為電動馬達或引擎。

為了降低消耗能源，而期望於足式機器人中使用小型且低輸出之馬達。因此，提出有利用彈簧等彈性體之彈力來產生輔助馬達之驅動力之足式機器人。

例如，於專利文獻1中，提出有如下足式機器人：於經由髖關節而連結之軀體部與大腿部之間插裝彈簧，使該彈簧以將藉由彈簧之伸縮所產生之彈力用於步行時之腿部向前方之邁出而輔助步行時之髖關節之馬達之驅動力之方式來發揮作用。

於專利文獻2中，提出有如下足式機器人：於經由膝關節而連結之大腿部與小腿部之間插裝空氣彈簧，使該空氣彈簧以將空氣彈簧之彈力用於步行時之腿部之屈伸而輔助步行時之膝關節之馬達之驅動力之方式來發揮作用。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開2008-44066號公報

專利文獻2：日本專利特開2003-103480號公報

然而，上述文獻之任一者均著眼於降低步行時之馬達之驅動力者。足式機器人係不僅於步行，而且有時亦會使彎曲之腿部伸長(換言之，伸直膝蓋)而直立。由於直立之時間亦較長，因此於機器人直立之狀態下如何能夠降低馬達之驅動力亦為重要之課題。若將具有制動功能或自鎖功能之減速機組裝於關節中，則即便不對馬達供給電力亦可使機器人保持直立之狀態。然而，由於關節大型化、或控制複雜化，因而產生運用上之新問題。

因此，本發明之目的在於提供一種於直立時可降低馬達等驅動源之驅動力的足式機器人。

為了解決上述課題，本發明之一態樣係一種足式機器人，其包括軀體部、及可擺動地連結於上述軀體部之腿部，上述腿部包含大腿部、及經由膝關節連結於上述大腿部之小腿部，該足式機器人係藉由驅動源使上述腿部產生擺動而步行；且該足式機器人包括彈性構件，該彈性構件係以使彎曲之上述腿部伸長之方式來產生彈力，而產生輔助上述驅動源之使上述腿部伸長時之驅動力；於上述足式機器人直立時，上述大腿部及上述小腿部抵接於可旋轉地連結於上述大腿部及上述小腿部之上述膝關節之碟構件，或上述大腿部及上述小腿部相互抵接；並且上述彈性構件以保持上述大腿部及上述小腿部抵接於上述膝關節之碟構件之狀態、或上述大腿部及上述小腿部相互抵接之狀態之方式來產生彈力。

又，本發明之另一態樣係一種足式機器人，其包括軀體部、及可擺動地連結於上述軀體部之腿部，上述腿部包含經由髖關節連結於上述軀體部之大腿部、及經由膝關節連結於上述大腿部之小腿部，該足式機器人係藉由驅動源使腿部產生擺動而步行；且於上述足式機器人直立時，上述大腿部及上述小腿部抵接於可旋轉地連結於上述大腿部及上述小腿部之上述膝關節之碟構件，或上述大腿部及上述小腿部相互抵接；並且上述驅動源係以保持上述大腿部及上述小腿部抵接於上述膝關節之碟構件之狀態、或上述大腿部及上述小腿部相互抵接之狀態之方式來產生力矩。

根據本發明之一態樣，於足式機器人直立時，大腿部及小腿部抵接於膝關節之碟構件，或大腿部及小腿部相互抵接，因此發揮止動作用以使大腿部及小腿部變成伸長之狀態。而且，彈性構件以保持發揮止動作用之狀態之方式來產生彈力，因此可使足式機器人之直立狀態呈現穩定。因此，可降低用以保持直立狀態之驅動源之驅動力，視情形，即便驅動源不產生驅動力(例如，即便不對電動馬達供給電力)，亦可保持直立之狀態。又，彈性構件兼用作為於步行時輔助驅動源之驅動力之彈性構件，故而可防止膝關節大型化。

根據本發明之另一態樣，只要以保持功能發揮作用之狀態之方式來產生力矩即可，故而可降低驅動源之驅動力。

以下，根據隨附圖式對本發明之一實施形態中之足式機器人進行說明。圖1係表示本實施形態之足式機器人之整體構成之前視圖，圖2係為側視圖。於圖2中，表示自足式機器人之軀體部、左腿、及左臂上卸下外殼後之狀態。於本實施形態中，左右係自圖中所示之足式機器人側所觀看之左右。又，於將足式機器人之行進方向設為x軸正方向、將自足式機器人所觀看之左手方向設為y軸正方向、將足式機器人之上方設為z軸正方向時，設定x軸為滾轉軸(roll axis)、y軸為俯仰軸、z軸為搖動軸(yaw axis)。

足式機器人10包括：兩條腿部12，其等設置於軀體部11之下方；兩條臂部13，其等設置於軀體部11之上方左右兩側面；及一個頭部14，其設置於軀體部11之上方；由此該足式機器人可做出近似於人類之動作。

兩條臂部13係經由肩關節16連結於軀體部11，而可於軀體部11之周圍自由地旋轉。各臂部13係以肘關節17為界，包括靠近肩膀側之上臂部13b、及靠近手部13a側之下臂部13c。於下臂部13c之前端經由手腕關節而設置有手部13a。藉由利用手部13a而可握持或抓取物品。

各腿部12經由髖關節18至少可繞著俯仰軸擺動地連結於軀體部11之骨盆。於該實施形態中，各腿部12係可繞著俯仰軸、滾轉軸、搖動軸擺動地連結於軀體部11之骨盆。足式機器人10係使兩條腿部12至少繞著俯仰軸交替地擺動，從而如人類般以兩隻腳一方面保持平衡一方面走動。

各腿部12係包括大腿部12a及小腿部12b。於大腿部12a之下設置有膝關節19。於膝關節19之下連結有可繞著俯仰軸旋轉地之小腿部12b。於小腿部12b之下設置有可繞著俯仰軸旋轉地之腳踝關節29。於腳踝關節29之下設置有可繞著滾轉軸旋轉地著地於步行路面上之腳板部21。

於頭部14及軀體部11分別設置有電荷耦合元件(CCD，Charge Coupled Device)照相機15。藉由該CCD照相機15，可將足式機器人10周圍之狀況當作為圖像資料加以收集。

該足式機器人10係構成為可遠距離操作之機器人，藉由操作者操作位於遠離位置上之未圖示之操作器，可使足式機器人10執行與操作器之動作相對應之動作。因此，操作者可經由網際網路線路等無線通訊設備或設置於足式機器人10上之CCD照相機15等，雖然身在遠處亦能夠掌握足式機器人10周圍之狀況，從而可操作足式機器人10。再者，足式機器人10不僅可藉由位於遠離位置上之操作器來進行操作，亦可藉由有線連接之操作桿來進行操作。

以上，對本實施形態之足式機器人10之整體構成之概要進行了說明。其次，使用圖3至圖5，對本實施形態之足式機器人10之腿部12之詳細情況加以進行說明。圖3表示卸下外殼後之左腿部12之側視圖。圖4及圖5表示足式機器人10進行屈伸運動時之情況。於圖4中表示自兩條腿部12之內側進行觀察之圖，於圖5中表示自兩條腿部12之外側進行觀察之圖。於圖4及圖5中，(a)表示使膝關節19伸直且使腿部12伸長之狀態，(b)表示使膝關節19彎曲且使腿部12輕度彎曲之狀態，(c)表示使腿部12深度彎曲之狀態。

如圖3所示，左腿部12包含大腿部12a、小腿部12b、及腳板部21。又，左腿部12包含髖關節18、膝關節19、及腳踝關節29。髖關節18包含可繞著搖動軸及滾轉軸旋轉地連結於軀體部11之關節本體18a。於髖關節18之關節本體18a上，可繞著俯仰軸18b旋轉地連結有大腿部12a。於大腿部12a之下端，可繞著俯仰軸22a旋轉地連結有膝關節19之碟構件22。於碟構件22上，可繞著俯仰軸22b旋轉地連結有小腿部12b。於小腿部12b之下端，可繞著俯仰軸29b旋轉地連結有腳踝關節29之關節本體29a。於腳踝關節29之關節本體29a上，可繞著滾轉軸23旋轉地連結有腳板部21。再者，右腿部12亦係與左腿部12相同之構成，故而標註相同之符號而省略其說明。

如圖4(a)所示，大腿部12a係包含一對平行之連桿(即，本體骨架24a及輔助連桿24b)，其等之上端可繞著俯仰軸18b旋轉地連結於髖關節18之關節本體18a，下端則可繞著俯仰軸22a旋轉地連結於膝關節19之碟構件22。本體骨架24a及輔助連桿24b之長度相等，由髖關節18之關節本體18a、本體骨架24a、輔助連桿24b、及膝關節19之碟構件22構成平行四邊形之平行曲柄機構。如圖4(b)及圖4(c)所示，若使大腿部12a之本體骨架24a及輔助連桿24b相對於髖關節18之關節本體18a產生擺動，膝關節19之碟構件22相對於髖關節18之關節本體18a則產生平行地移動。

於本體骨架24a之上下端配置有當作為使大腿部12a產生擺動之驅動源之兩個伺服馬達26a、26b。上側之伺服馬達26a係使本體骨架24a相對於髖關節18之關節本體18a產生旋轉，而下側之伺服馬達26b則使本體骨架24a相對於膝關節19之碟構件22產生旋轉。進而，於本體骨架24a之長度方向之途中配置有作為驅動源之上下兩個伺服馬達26c、26d。於伺服馬達26c、26d之輸出軸上，結合有伺服擺臂(servo horn)27c、27d作為連結片。伺服擺臂27c、27d之前端係可旋轉地連結於輔助連桿24b。伺服擺臂27c、27d之長度係設定為與髖關節18之關節本體18a之連桿長度及膝關節19之碟構件22之連桿長度相等。藉由該等伺服擺臂27c、27d，將平行曲柄機構之平行四邊形進而劃分成三個較小之平行四邊形。於使大腿部12a相對於髖關節18繞著俯仰軸18b產生擺動之情形時，使四個伺服馬達26a~26d同步地產生驅動。即，控制四個伺服馬達26a~26d之四個驅動器中之一個當作為主驅動器(master driver)來發揮作用，剩餘三個則當作為接收自主驅動器信號之子驅動器(slave driver)來發揮作用。如此，使用四個伺服馬達26a~26d來驅動大腿部12a，藉此可將各伺服馬達26a~26d設定為小型且低輸出者。

如圖4(a)所示，小腿部12b係包含一對平行之連桿(即，本體骨架28a及輔助連桿28b)，其等之上端可繞著俯仰軸22b旋轉地連結於膝關節19之碟構件22，下端則可繞著俯仰軸29b旋轉地連結於腳踝關節29之關節本體29a。本體骨架28a及輔助連桿28b之長度相等，由膝關節19之碟構件22、本體骨架28a、輔助連桿28b、及腳踝關節29之關節本體29a構成平行四邊形之平行曲柄機構。如圖4(b)及圖4(c)所示，若使小腿部12b之本體骨架28a及輔助連桿28b相對於膝關節19之碟構件22產生擺動，腳踝關節29之關節本體29a相對於膝關節19之碟構件22則產生平行地移動。

小腿部12b於包含平行曲柄機構之方面為與大腿部12a相同之構成。如上所述，膝關節19之碟構件22相對於髖關節18之關節本體18a平行地產生移動。而且，腳踝關節29之關節本體29a相對於膝關節19之碟構件22平行地產生移動。因此，無論使大腿部12a及小腿部12b如何擺動，腳踝關節29之關節本體29a均相對於髖關節18之關節本體18a平行地產生移動，且腳踝關節29之關節本體29a之姿勢相對於髖關節18之關節本體18a不產生變化。

於小腿部12b之本體骨架28a之上下端配置有當作為使小腿部12b產生擺動之驅動源之兩個伺服馬達31a、31b。上側之伺服馬達31a係使本體骨架28a相對於膝關節19之碟構件22產生旋轉，而下側之伺服馬達31b則使本體骨架28a相對於腳踝關節29之關節本體29a產生旋轉。進而，於本體骨架28a之長度方向之途中配置有作為驅動源之上下兩個伺服馬達31c、31d。於伺服馬達31c、31d之輸出軸上結合有伺服擺臂32c、32d作為連結片，且伺服擺臂32c、32d之前端係可旋轉地連結於輔助連桿28b。伺服擺臂32c、32d之長度係設定為與髖關節18之關節本體18a之連桿長度及膝關節19之碟構件22之連桿長度相等。藉由該等伺服擺臂32c、32d，將平行曲柄機構之平行四邊形之內部進而劃分成三個較小之平行四邊形。於使小腿部12b相對於膝關節19之碟構件22繞著俯仰軸22b產生擺動之情形時，使四個伺服馬達31a~31d同步地產生驅動。即，控制四個伺服馬達31a~31d之四個驅動器中之一個當作為主驅動器來發揮作用，剩餘三個則當作為接收自主驅動器信號之子驅動器來發揮作用。如此，使用四個伺服馬達31a~31d來驅動小腿部12b，藉此可將各伺服馬達31a~31d設定為小型且低輸出者。

如圖5(a)所示，於膝關節19之碟構件22與大腿部12a之間配置有作為大腿部側彈性構件之大腿部側螺旋彈簧34。大腿部側螺旋彈簧34之上端係經由銷可旋轉地連結於大腿部12a之本體骨架24a，大腿部側螺旋彈簧34之下端係經由銷可旋轉地連結於碟構件22(參照圖6)。無論是處於如圖5(a)所示般使腿部12伸長之狀態下，抑或是處於如圖5(b)及(c)所示般使腿部12彎曲之狀態下，大腿部側螺旋彈簧34均處於較自然長度而產生延伸之狀態，從而產生拉緊之彈力。膝關節19之碟構件22與大腿部12a係可繞著俯仰軸22a旋轉地相連結。因此，大腿部側螺旋彈簧34所產生之彈力係將繞著俯仰軸之力矩施加至大腿部12a。即，大腿部側螺旋彈簧34係以使圖5(b)及圖5(c)所示之彎曲之腿部12變成圖5(a)所示之伸長之狀態之方式來產生彈力。如圖5(a)→(b)→(c)所示，若大腿部12a及小腿部12b之彎曲程度變深，則大腿部側螺旋彈簧34之長度亦變長，故而與長度成正比地產生較大之彈力。由於大腿部側螺旋彈簧34係以使腿部12伸長之方式來產生彈力，故而具有消除作用於軀體部11之重力之效果。大腿部側螺旋彈簧34係產生輔助伺服馬達26a~26d使彎曲之腿部12伸長時之驅動力。

於膝關節19之碟構件22與小腿部12b之間配置有當作為小腿部側彈性構件之小腿部側螺旋彈簧36。小腿部側螺旋彈簧36之上端係經由銷可旋轉地連結於膝關節19之碟構件22，小腿部側螺旋彈簧36之下端係經由銷可旋轉地連結於小腿部12b之本體骨架28a(參照圖6)。無論是處於如圖5(a)所示般使腿部12伸長之狀態下，抑或是處於如圖5(b)及(c)所示般使腿部12彎曲之狀態下，小腿部側螺旋彈簧36均處於較自然長度而產生延伸之狀態，從而產生拉緊之彈力。膝關節19之碟構件22與小腿部12b係可繞著俯仰軸22b旋轉地相連結。因此，小腿部側螺旋彈簧36所產生之彈力係將繞著俯仰軸22b之力矩施加至小腿部12b。即，小腿部側螺旋彈簧36以使圖5(b)及5圖(c)所示之彎曲之腿部12變成圖5(a)所示之伸長之狀態之方式來產生彈力。如圖5(a)→(b)→(c)所示，若大腿部12a及小腿部12b之彎曲程度變深，則小腿部側螺旋彈簧36之長度亦變長，故而與長度成正比地產生較大之彈力。由於小腿部側螺旋彈簧36係以使腿部12伸長之方式來產生彈力，故而具有消除作用於軀體部11之重力之效果。小腿部側螺旋彈簧36係產生輔助伺服馬達31a~31c使彎曲之腿部12伸長時之驅動力。

再者，於本實施形態中，雖然用以使腿部12伸長之彈性構件包含大腿部側螺旋彈簧34與小腿部側螺旋彈簧36之兩個彈簧，但亦可設定為架設於大腿部12a與小腿部12b之間之一個彈性構件。

於髖關節18之關節本體18a與大腿部12a之間配置有髖關節側螺旋彈簧37。髖關節側螺旋彈簧37之上端係可旋轉地連結於髖關節18之關節本體18a，髖關節側螺旋彈簧37之下端係可旋轉地連結於大腿部12a之本體骨架24a。該髖關節側螺旋彈簧37亦係無論是處於使腿部12伸長之狀態下抑或是處於使腿部12彎曲之狀態下，均處於較自然長度而產生延伸之狀態，從而產生拉緊之彈力。髖關節側螺旋彈簧37亦係以使彎曲之腿部12變成伸長之狀態之方式來產生彈力，而產生輔助伺服馬達26a~26d使彎曲之腿部12伸長時之驅動力。

圖6係表示膝關節19之立體圖。圖6(a)係表示使大腿部12a及小腿部12b伸長之狀態，圖6(b)係表示為易於理解地表示止動部38、39，而使大腿部12a相對於膝關節19產生彎曲、而使小腿部12b相對於膝關節19不產生彎曲之狀態。如圖6(b)所示，於大腿部12a之本體骨架24a之下端結合有板狀之止動部38。而於小腿部12b之本體骨架之上端亦結合有板狀之止動部39。如圖6(a)所示，於彎曲之腿部12伸長時，大腿部12a及小腿部12b之止動部38、39抵接於碟構件22。藉此，相對於碟構件22大腿部12a及小腿部12b之繞著俯仰軸22a、22b之旋轉受到限制，從而大腿部12a及小腿部12b變成伸長之狀態。

再者，於本實施形態中，止動部係設置於大腿部12a及小腿部12b上，但止動部38、39亦可設置於碟構件22上。又，亦可藉由使大腿部12a與小腿部12b直接抵接而產生止動作用。

如圖3所示，於使足式機器人10產生直立時，大腿部12a及小腿部12b之膝關節19側之旋轉軸(即大腿部12a及小腿部12b相對於碟構件22之俯仰軸22a、22b)之中心位於線L 上，或位於較該線L稍靠足式機器人10之行進方向之相反側之位置，其中線L係連結大腿部12a之髖關節18側之旋轉軸(即髖關節18之關節本體18a之俯仰軸18b)之中心與小腿部12b之腳踝關節29側之旋轉軸之中心(即腳踝關節29之關節本體29a之俯仰軸29b)者。即，大腿部12a及小腿部12b係呈一直線狀，或變成與步行時之ㄑ字之彎曲狀態相反之倒ㄑ字之彎曲狀態。所謂倒ㄑ字之彎曲狀態係指由大腿部12a及小腿部12b形成之凸的彎曲狀態朝向行進方向之相反方向。藉此，於足式機器人10直立時，藉由作用於足式機器人10之重力，而保持大腿部12a及小腿部12b之止動部抵接於膝關節19之碟構件22之狀態，故而變得易於使足式機器人10產生直立。進而，大腿部側螺旋彈簧34及小腿部側螺旋彈簧36係以保持大腿部12a及小腿部12b之止動部38、39抵接於碟構件22之狀態之方式來產生彈力。藉由併用止動作用與大腿部側螺旋彈簧34及小腿部側螺旋彈簧36之彈力，而可使足式機器人10直立之狀態呈現穩定。

參照圖7，對步行時之足式機器人10之動作進行說明。(a)至(d)係以時間序列表示步行時之特定時間點時的足式機器人10之腿部12之姿勢。時間點(a)係正欲向前方邁出處於抬腿狀態之左腿部12之瞬間。時間點(b)係已向前方邁出之左腿部12於軀體部11之前方落地之瞬間。時間點(c)係使左腿部12立地、使右腿部12離地之瞬間。時間點(d)係已向前方邁出之右腿部12於軀體部11之前方落地之瞬間。自時間點(a)起至時間點(d)為止表示一個步行週期。

於時間點(a)時離地之左腿部12係一方面呈ㄑ字狀彎曲一方面向前方邁出。左腿部12之此種動作係可藉由控制伺服馬達26a~26d、31a~31d而加以實現。向前方邁出之左腿部12係於時間點(b)時落地。時間點(b)時之左腿部12位於相對於軀體部11擺動至最前方之位置。準備於時間點(b)時落地而使左腿部12之膝關節19產生延伸。如此使彎曲之抬腿狀態之左腿部12一方面伸長一方面著落於地面上，故而較大之負載作用於伺服馬達26a~26d、31a~31d。儘管如此，由於大腿部側螺旋彈簧34及小腿部側螺旋彈簧36以使腿部12伸長之方式來產生彈力，故而可降低作用於伺服馬達26a~26d、31a~31d之負載。於左腿部12在時間點(b)落地時，右腿部12相對於軀體部11擺動至最後方。於接下來之時間點(c)時，使右腿部12離地，且一方面使右腿部12產生彎曲，一方面向前方邁出。時間點(c)係為將時間點(a)之左右腳交換之狀態。於時間點(c)之後，一方面使右腿部12伸長，一方面向最前方邁出右腿部12，於時間點(d)時使右腿部12落地。於時間點(d)之後，再次重複自時間點(a)開始之動作。

以上，對本實施形態之足式機器人10之構造、動作進行了說明。本實施形態之足式機器人10之效果如下所述。

根據本實施形態之足式機器人10，於足式機器人10直立時，大腿部12a及上述小腿部12b抵接於膝關節19之碟構件22，因此發揮止動作用以使大腿部12a及小腿部12b變成伸長之狀態。而且，大腿部側螺旋彈簧34及小腿部側螺旋彈簧36以保持發揮止動作用之狀態之方式來產生彈力，因此可使足式機器人10之直立狀態呈現穩定。因此，可降低作為用以保持直立狀態之驅動源之伺服馬達26a~26d、31a~31d之驅動力，視情形，即便伺服馬達26a~26d、31a~31d不產生驅動力(例如，即便於切斷伺服馬達26a~26d、31a~31d之電源之狀態下)，亦可保持直立之狀態。又，大腿部側螺旋彈簧34及小腿部側螺旋彈簧36兼用作於步行時來輔助伺服馬達26a~26d、31a~31d之驅動力之彈性構件，故而可防止膝關節19之大型化。

驅動足式機器人10之伺服馬達26a~26d、31a~31d係於步行時使腿部12伸長之情形較使其彎曲之情形時需要更大之驅動力。如圖5所示，於進行屈伸運動時，伺服馬達26a~26d、31a~31d之驅動力必需克服作用於軀體部11之重力，且如圖7(b)所示，於使彎曲之抬腿一方面伸長一方面著落於地面時較大之負載作用於伺服馬達26a~26d、31a~31d。使大腿部側螺旋彈簧34及小腿部側螺旋彈簧36於使腿部12伸長時產生彈力，藉此可有效地降低所需之伺服馬達26a~26d、31a~31d之驅動力，從而即便為小型且低輸出之伺服馬達26a~26d、31a~31d亦可進行動作。

使輔助伺服馬達26a~26d、31a~31d之驅動力之彈性構件包含大腿部側螺旋彈簧34與小腿部側螺旋彈簧36之兩個彈簧，藉此無論腿部12之彎曲狀態如何始終以使腿部12伸長之方式來產生彈力則變得容易。若假設於大腿部12a與小腿部12b之間配置有一個彈性構件，則於使腿部12彎曲時及使腿部12伸長時之兩種情況下以使腿部12伸長之方式來產生彈力則變得困難。

於使足式機器人10產生直立時，自足式機器人10之側方來觀察，大腿部12a及小腿部12b形成一條直線、或變為與腿部12步行時之ㄑ字之彎曲狀態相反之倒ㄑ字之彎曲狀態，藉此可藉由軀體部11之重力之作用使足式機器人10直立之狀態呈現穩定。

藉由與大腿部12a平行之一對連桿來連結髖關節18與膝關節19之間，且藉由與小腿部12b平行之一對連桿來連結膝關節19與腳踝關節29，藉此可使腳踝關節29始終相對於髖關節18產生平行，從而變得容易使足式機器人10產生自立。

再者，本發明並不限定於上述實施形態，可於不變更本發明之主旨之範圍內變更為各種實施形態。

例如，於本發明之另一態樣中，於足式機器人直立時，只要大腿部及上述小腿部抵接於膝關節之碟構件而可發揮止動作用，則亦可採用不設置產生輔助伺服馬達之驅動力、或保持直立狀態之彈性構件之構成。只要伺服馬達以保持發揮止動作用之狀態之方式來產生力矩，則可維持足式機器人直立之狀態。

亦可使大腿部及小腿部不包含平行之一對連桿。藉由在髖關節及腳踝關節處設置產生止動作用、及維持止動作用之彈力之彈性構件，而可使足式機器人產生直立。

足式機器人之腿之數量亦可為四條或六條。雖然使用螺旋彈簧作為彈性構件，但亦可使用蝸旋彈簧。

又，於上述實施例中，使用馬達當作為使腿部擺動之驅動源，但當作為驅動源，除此以外亦可利用空壓缸或油壓缸、線性馬達、人工肌肉致動器等各種器件。

本說明書係根據於2011年12月7日申請之日本專利特願2011-267889。其內容全部包含於本文中。

10‧‧‧足式機器人

11‧‧‧軀體部

12‧‧‧腿部

12a‧‧‧大腿部

12b‧‧‧小腿部

13‧‧‧臂部

13a‧‧‧手部

13b‧‧‧上臂部

13c‧‧‧下臂部

14‧‧‧頭部

15‧‧‧CCD照相機

16‧‧‧肩關節

17‧‧‧肘關節

18‧‧‧髖關節

18a‧‧‧髖關節之關節本體

19‧‧‧膝關節

21‧‧‧腳板部

22‧‧‧碟構件

24a‧‧‧本體骨架(大腿部之平行之一對連桿之一)

24b‧‧‧輔助連桿(大腿部之平行之一對連桿之一)

26a~26d、31a~31d‧‧‧伺服馬達(馬達，驅動源)

27c、27d、32c、32d‧‧‧伺服擺臂

28a‧‧‧本體骨架(小腿部之平行之一對連桿之一)

28b‧‧‧輔助連桿(小腿部之平行之一對連桿之一)

29‧‧‧腳踝關節

29a‧‧‧腳踝關節之關節本體

34、36、37‧‧‧螺旋彈簧(彈性構件)

38、39‧‧‧止動部

L‧‧‧線

x、23‧‧‧滾轉軸

y、18b、22a‧‧‧俯仰軸

z、22b、29b‧‧‧搖動軸

圖1係表示本發明之一實施形態之足式機器人之整體構成之前視圖。

圖2係上述足式機器人之左側視圖。

圖3係將外殼卸下後之上述足式機器人之左腿部之側視圖。

圖4係表示自腿部之內側觀察上述足式機器人進行屈伸運動時之情況所得之圖((a)表示使膝關節伸直之狀態，(b)表示輕度彎曲膝關節之狀態，(c)表示深度彎曲膝關節之狀態)。

圖5係自腿部之外側觀察上述足式機器人進行屈伸運動時之情況所得之圖((a)表示使膝關節伸直之狀態，(b)表示輕度彎曲膝關節之狀態，(c)表示深度彎曲膝關節之狀態)。

圖6係上述足式機器人之膝關節之立體圖((a)表示使大腿部及小腿部伸長之狀態，(b)表示使大腿部產生彎曲之狀態)。

圖7係說明上述足式機器人之步行時之動作之圖((a)至(d)係以時間序列表示步行時之特定時間點時之足式機器人之腿部之姿勢)。