WO2002100607A1

WO2002100607A1 - Two-leg walking humanoid robot

Info

Publication number: WO2002100607A1
Application number: PCT/JP2002/005423
Authority: WO
Inventors: Takayuki Furuta; Ken Tomiyama; Hiroaki Kitano
Original assignee: Japan Science And Technology Corporation
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2002-12-19
Also published as: JP2002361575A; KR100515276B1; JP3682525B2; EP1393867A1; US20040060746A1; EP1393867A4; US6902015B2; EP1393867B1; TW544380B; KR20030029789A; DE60231300D1

Description

明細書二脚歩行式人型ロボット技術分野

本発明は二脚歩行式人型ロボット、とくに、ロボットの転倒時等に各部に作用する衝撃を緩和させると共に、転倒状態を検出するようにした二脚歩行式人型口ボッ卜に関するものである。背景技術

従来、所謂二脚歩行式人型ロボットは、前もづて設定された歩行パターン（以下、歩容という）データを生成して、この歩容デ一夕に従って歩行制御を行なつて、所定の歩行、。ターンで脚部を動作させることにより二脚歩行を実現するようにしている。

ところで、このような二脚歩行式人型ロボットは、例えば床面状況，ロボット自体の物理パラメ一夕の誤差等によつて歩行の際の姿勢が不安定になりやすく、場合によっては転倒してしまうことがある。

しかしながら、従来の二脚歩行式人型ロボットは、できるだけ転倒しないように設計はしてあるが、転倒時に受け身動作を行なつたり転倒した状態から起き上がるようには設計されていない。即ち、従来の二脚歩行式人型ロボットは、転倒時に、各部に作用する衝撃を緩和させたり、転倒した状態を検出するようには設計されていない。また、従来の二脚歩行式人型ロボッ卜は、胴体部や脚部，腕部の外装表面が比較的平坦な面により構成されていることから、転倒時の起き上がり動作を行なわせようとしても、動的且つ円滑な動作遷移を実現することは困難であった。さらに、二脚歩行式人型ロボッ卜に前転等の床面上での運動を行なわせる場合にも、同様の問題があった。

本発明は、以上の点にかんがみて、転倒時等に各部に作用する衝撃を緩和させると共に、転倒状態を検出するようにした二脚歩行式人型ロボットを提供することを目的としている。発明の開示

上記目的を達成するため、本発明では、胴体部と、胴体部の下部両側に取り付けられた脚部と、胴体部の上部両側に取り付けられた腕部と、胴体部の上端に取り付けられた頭部とを備えており、上記脚部が、胴体部に対して三軸方向に揺動可能に取り付けられた二つの大腿部と、各大腿部の下端に対してそれぞれ一軸方向に揺動可能に取り付けられた下腿部と、各下腿部の下端に対して二軸方向に摇動可能に取り付けられた足部とを含んでいて、上記腕部が、胴体部に対して二軸方向に揺動可能に取り付けられた二つの上腕部と、各上腕部に対してそれぞれ一軸方向に揺動可能に取り付けられた下腕部と、各下腕部に対して二軸方向に揺動可能に取り付けられた手部とを含んでおり、また上記胴体部が途中の前屈部にて前屈可能に構成されていて、さらに、上記脚部の足部，下腿部，大腿部そして上記腕部の手，下腕部及び上腕部そして前屈部をそれぞれ揺動させる駆動手段と、各駆動手段をそれぞれ駆動制御する制御部とを有している二脚歩行式人型口ボッ卜において、上記各腕部の上腕部及び下腕部の間の肘部外側と、上記各腕部の下腕部と手部の間の手首部外側と、上記足部の爪先部下側と、上記足部の踵部下側と、上記足部の大腿部及び下腿部の間の膝部外側と、上記胴体部の尻部，背中部と、にそれぞれ接触検知部を備えており、各接触検知部が、それぞれ外装表面を構成する外装部と、この外装部に作用する圧力を検知する圧力センサと、この外装部に作用する衝撃を緩和する衝撃吸収材と、から構成されたことを特徴とするものである。

本発明による二脚歩行式人型ロボットは、好ましくは、上記各接触検知部における圧力センサ及び衝撃吸収材が一体に構成され、さらに好ましくは、上記各接触検知部における外装部，圧力センサ及び衝擊吸収材が一体に構成されている。本発明による二脚歩行式人型ロボットは、好ましくは、上記各接触検知部における外装部が最も外側に配置されているか、或いは、上記各接触検知部における圧力センサが最も外側に配置されているか、又は、上記各接触検知部における衝撃吸収材が最も外側に配置されている。

本発明による二脚歩行式人型ロボットは、好ましくは、上記胴体部，腕部の上腕部，下腕部，脚部の大腿部，下腿部が、凸状の曲面形状から成る外装表面を有している。

本発明による二脚歩行式人型ロボットは、好ましくは、上記足部が、下腿部に対して前後方向に関して— 2 0乃至 + 2 0度以上の角度範囲で揺動可能であり、上記下腿部が、大腿部に対して前後方向に関して 0乃至 + 6 0度以上の角度範囲で揺動可能であって、また、上記大腿部が、胴体部に対して前後方向に関して 0 乃至 + 4 5度以上の角度範囲で揺動可能であり、さらに、上記胴体部が、前後方向に関して 0乃至 + 3 0度以上の角度範囲で前屈可能である。

本発明による二脚歩行式人型ロボットは、好ましくは、上記脚部の足部，下腿部，大腿部をそれぞれ揺動させるための駆動手段が、互いに足部，下腿部及び大腿部の揺動を妨げないように、相互に斜めに配置されている。

上記構成によれば、二脚歩行式人型ロボッ卜が転倒する際、あるいは前転等の床面上での運動を行なう場合に、床面等に衝突し得る部分、即ち各腕部の上腕部及び下腕部の間の肘部外側と、上記各腕部の下腕部と手部の間の手首部外側と、上記足部の爪先部下側と、上記足部の踵部下側と、上記足部の大腿部及び下腿部の間の膝部外側と、上記胴体部の尻部，背中部と、にそれぞれ接触検知部が備えられているので、これらの部分が床面等に衝突したとしても、接触検知部の衝撃吸収材によって衝突による衝撃が吸収される。従って、転倒時等における二脚歩行式人型ロボッ卜の各部における内部構造に対する衝撃が緩和され、転倒時等に各部が破損するようなことはない。

そして、二脚歩行式人型ロボッ卜の転倒時に、上記各部のうち床面等に接触している部分の接触検知部の圧力センサが圧力を検知することによつて制御部により二脚歩行式人型ロボッ卜の転倒状態が把握される。従って、制御部が、現在の転倒状態に基づいて、駆動手段を駆動制御して、腕部及び脚部を適宜に動作させることにより、転倒するときに受け身動作を行なったり、起き上がり動作によつて、二脚で立ち上がった状態に移行することができる。

上記各接触検知部における圧力センサ及び衝撃吸収材を一体に構成すると、または上記各接触検知部における外装部，圧力センサ及び衝撃吸収材を一体に構成すると、各接触検知部が簡単な構成で容易に組み立てられる。上記各接触検知部における外装部が最も外側に配置されている場合には、二脚歩行式人型ロボッ卜の転倒の際に各接触検知部が床面等に衝突したとしても、外装部が直接に床面等により接触し、内側の圧力センサ，衝撃吸収材さらに内部構造を衝撃から保護することができる。

上記各接触検知部における圧力センサが最も外側に配置されている場合には、二脚歩行式人型ロボッ卜の転倒の際に、各接触検知部の圧力センサが床面等に直接に接触し、圧力センサが床面等への接触を確実に検出することができる。上記各接触検知部における衝撃吸収材が最も外側に配置されている場合には、二脚歩行式人型ロボッ卜の転倒の際に各接触検知部が床面等に衝突したとしても、衝撃吸収材が直接に床面等により接触して衝撃が確実に吸収され、内側の外装部，圧力センサ及び内部構造を衝撃から保護することができる。

上記胴体部，腕部の上腕部，下腕部，脚部の大腿部，下腿部が凸状の曲面形状から成る外装表面を有している場合には、二脚歩行式人型ロボッ卜の転倒状態からの起き上がり動作の際に、これらの曲面形状の外装表面が床面等に接触し、起き上がり動作を円滑に行なうことができる。

また、上記足部が、下腿部に対して前後方向に関して— 1 0乃至 + 2 0度以上の角度範囲で揺動可能であり、上記下腿部が、大腿部に対して前後方向に関して 0乃至 + 6 0度以上の角度範囲で揺動可能であって、また、上記大腿部が、胴体部に対して前後方向に関して 0乃至 + 4 5度以上の角度範囲で揺動可能であり、さらに、上記胴体部が、前後方向に関して 0乃至 + 3 0度以上の角度範囲で前屈可能である場合には、二脚歩行式人型ロボッ卜の転倒状態からの起き上がり動作の際に、上述した動作範囲により確実に起き上がり動作を行なうことができる。上記脚部の足部，下腿部，大腿部をそれぞれ揺動させるための駆動手段が、互いに足部，下腿部及び大腿部の揺動を妨げないように相互に斜めに配置されている場合には、二脚歩行式人型ロボッ卜の転倒状態からの起き上がり動作の際に、脚部の足部，下腿部及び大腿部が互いに千渉することなく揺動可能であるので、確実に起き上がり動作を行なうことができる。図面の簡単な説明

本発明は、以下の詳細な説明及び本発明の幾つかの実施の形態を示す添付図面に基づいて、より良く理解されるものとなろう。なお、添付図面に示す実施の形態は本発明を特定又は限定することを意図するものではなく、単に本発明の説明及び理解を容易とするためだけに記載されたものである。

図中、

図 1は、本発明による二脚歩行式人型ロボッ卜の一実施形態の外観を示し、（

A ) は概略正面図、（B ) は概略側面図である。

図 2は、図 1の二脚歩行式人型ロボットの機械的構成を示す概略図である。図 3は、図 1の二脚歩行式人型ロボットの接触検知部の構成を示す拡大分解斜視図である。

図 4は、図 1の二脚歩行式人型ロボッ卜の前屈部及び脚部の各関節部の前方への揺動限界を示す概略図である。

図 5は、図 1の二脚歩行式人型ロボットの前屈部及び脚部の各関節部の前方への揺動限界を示す概略図である。

図 6は、図 1の二脚歩行式人型ロボッ卜の脚部における各関節駆動用モータの配置を示し、（A ) は直立時の、（B ) は揺動時の概略図である。

図 7は、図 1の二脚歩行式人型ロボットの電気的構成のプロック図である。図 8は、図 1の二脚歩行式人型ロボットの前方への転倒の際の受け身動作を示すもので、（A ) は転倒前，（B ) は転倒時、（C ) は倒伏時の受け身動作を示す概略図である。

図 9は、図 1の二脚歩行式人型ロボッ卜の後方への転倒の際の（A)転倒前， ( B ) 転倒時及び（C ) 受け身動作を示す概略図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明を好適な実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図 1及び図 2は、本発明による二脚歩行式人型ロボッ卜の一実施形態の構成を示している。図 1において、二脚歩行式人型ロボット 1 0は、胴体部 1 1と、胴体部 1 1の下部両側に取り付けられた脚部 1 2 L , 1 2 Rと、胴体部の上部両側に取り付けられた腕部 1 3 L, 1 3 Rと、胴体部の上端に取り付けられた頭部 1 4と、を含んでいる。

上記胴体部 1 1は、上部 1 1 aと下部 1 1 bとに分割されており、上部 1 l a が前屈部 1 1 cにて下部 1 1 bに対して前後方向に揺動可能に、特に前方に前屈可能に支持されている。さらに、上記胴体部 1 1には後述する制御部が内蔵されている。なお、上記前屈部 1 1 cは関節駆動用モ一夕（図 2参照）により構成されている。

上記脚部 1 2 L， 1 2 Rは、それぞれ大腿部 1 5 L, 1 5 R, 下腿部 1 6 L, 1 6 R及び足部 1 7 L, 1 7 Rと、から構成されている。ここで、上記脚部 1 2 L, 1 2 Rは、図 2に示すように、それぞれ六個の関節部、即ち上方から順に、胴体部 1 1に対する腰の脚部回旋用の関節部 1 8 L, 1 8 R、腰のロール方向（ X軸周り）の関節部 1 9 L, 1 9 R、腰のピッチ方向（y軸周り）の関節部 20 L, 2 O R、大腿部 1 5 L, 1 51¾と下腿部1 6し， 1 6 Rの接続部分である膝部 2 1 L, 2 1 Rのピッチ方向の関節部 2 2 L, 2 2 R、足部 1 7 L, 1 7 Rに対する足首部のピッチ方向の関節部 2 3 L, 2 3 R、足首部のロール方向の関節咅 P24 L, 2 4 Rを備えている。なお、各関節部 1 8 L, 1 8 R乃至 2 4 L, 2 4 Rは、それぞれ関節駆動用モータにより構成されている。このようにして、腰関節は、上言己関節部 1 8 L , 1 8R, 1 9 L, 1 9 R, 20 L, 2 O Rから構成され、また足関節は、関節部 2 3 L, 2 3 R, 24 L, 24 Rから構成されることになる。

これにより、二脚歩行式人型ロボット 1 0の左右両側の脚部 1 2 L, 1 2 Rはそれぞれ 6自由度を与えられることになり、歩行中にこれらの 1 2個の関節部をそれぞれ駆動モータにより適宜の角度に駆動制御することにより、脚部 1 2 L, 1 2 R全体に所望の動作を与えて、任意に三次元空間を歩行することができるように構成されている。

上記腕部 1 3 L, 1 3 Rは、それぞれ上腕部 2 5 L, 2 5 R，下腕部 2 6 L, 2 6 [^及び手部2 7 ， 2 7 Rと、から構成されている。ここで、上記腕部 1 3 L, 1 3 Rの上腕部2 5 L， 2 5 R, 下腕部 2 6 L, 2 6 R及び手部 2 7 L, 2 7 Rは、上述した脚部 1 2 L, 1 2 Rと同様にして、それぞれ関節部により一軸方向または二軸方向に揺動可能に支持されており、各関節部はそれぞれ関節駆動用モー夕により構成されている。このようにして、二脚歩行式人型ロボット 1 0 の左右両側の腕部 1 3 L, 1 3 Rは、それぞれ適宜の自由度を与えられて各種動作を行なう。

上記頭部 1 4は、胴体部 1 1の上部 1 1 aの上端に取り付けられており、例えば視覚としてのカメラや聴覚としてのマイクが搭載されている。

以上の構成は、従来の二脚歩行式人型ロボッ卜とほぼ同様の構成であるが、本発明実施形態による二脚歩行式人型ロボット 1 0においては、以下の点で異なる構成になっている。

即ち、二脚歩行式人型ロボット 1 0は、図 1に示すように、上述した胴体部 1 1の上咅 P 1 1 a , 下部 1 1 b、脚音 [Π 2 L , 1 2 Rの大腿部 1 5 L， 1 5 R，下腿部 1 6 L, 1 61¾そして腕部1 3し， 1 31¾の上腕部2 5し， 2 5 R，下腕部 26 L, 2 6 Rが、それぞれ例えば発泡スチロール等の耐衝撃性材料により形成された凸状の曲面形状から成る外装表面を備えている。

さらに、二脚歩行式人型ロボット 1 0は、転倒時に床面等に衝突し得る部分、即ち上記各腕部 1 3 L， 1 3 Rの上腕部 2 5 L , 2 5 R及び下腕部 26 L, 26 Rの間の肘部 2 8 L, 2 8 Rの外側と、上記各腕部 1 3 L, 1 3 Rの下腕部 26 L, 2 6 Rと手部 2 7 L， 2 7 Rの間の手首部 2 9 L, 2 9 Rの外側と、上記足部 1 7 L, 1 7 Rの下面中央，爪先部 3 0 L, 30 Rの下側，踵部 3 1 L， 3 1 Rの下側及び膝部 2 1 L, 2 1 Rの外側と、上記胴体部 1 1の下部 1 1 bの後側である尻部 3 2及び上部 1 1 aの後側である背中部 3 3と、にそれぞれ接触検知部 4 0を備えている。この接触検知部 4 0は、図 3に示すように、外装表面を構成する外装部 4 1と、外装部 4 1の内側に配置された圧力センサ 4 2と、さらにその内側に配置された衝撃吸収材 4 3と、から構成されている。

上記外装部 4 1は、例えば発泡スチロール等の耐衝撃性材料等から構成されており、上述した各部と同様に凸状の曲面形状から構成されている。

上記圧力センサ 4 2は、当該接触検知部 40が二脚歩行式人型ロボット 1 0の転倒時等にて床面等に接触しているとき、接触圧力を検出して、その検出信号を後述する制御部に出力するようになっている。上記衝撃吸収材 4 3は、例えばソルボセイン等から構成されており、当該接触検知部 4 0が二脚歩行式人型ロボット 1 0の転倒時等により床面等に衝突したとき、その衝撃を吸収するようになっている。

なお、上記接触検知部 4 0は、外側から順に外装部 4 1 , 圧力センサ 4 2及び衝撃吸^材 4 3を備えているが、これに限らず、任意の順に配置されていてもよい。この場合、外装部 4 1が最も外側に配置されると、二脚歩行式人型ロボッ卜

1 0の転倒の際に、各接触検知部 4 0が床面等に衝突したとしても、外装部 4 1 が直接に床面等により接触し、内側の圧力センサ 4 2 , 衝撃吸収材 4 3さらに内部構造を衝撃から保護することができる。また、圧力センサ 4 2が最も外側に配置されると、二脚歩行式人型ロボット 1 0の転倒の際に、圧力センサ 4 2が床面等に直接に接触し、床面等への接触を確実に検出することができる。さらに、衝撃吸収材 4 3が最も外側に配置されると、二脚歩行式人型ロボット 1 0の転倒の際に、各接触検知部 4 0が床面等に衝突したとしても、衝撃吸収材 4 3が直接に床面等により接触し、衝撃が確実に吸収され得る。

また、上記接触検知部 4 0は、外装部 4 1，圧力センサ 4 2及び衝撃吸収材 4

3が別体に構成されているが、これに限らず、圧力センサ 4 2及び衝撃吸収材 4

3、あるいは外装部 4 1 , 圧力センサ 4 2及び衝撃吸収材 4 3が互いに一体に構成されていてもよい。

さらに、上記二脚歩行式人型ロボット 1 0においては、胴体部 1 1の前屈部 1

1 cと、脚部 1 2 L , 1 2 Rの前後方向の関節部、即ち腰関節の関節部 2 0 L，

2 0 R , 膝部の関節部 2 2 L， 2 2 R , 足首部の関節部 2 3 L , 2 3 Rは、図 4 及び図 5に示す角度範囲で揺動可能に支持されている。即ち、足首部の関節部 2

3 L , 2 3 Rは、その揺動角度 θ 1がー 1 0乃至 + 2 0度以上の角度範囲で揺動可能である。

また、膝部の関節部 2 2 L , 2 2 Rは、その揺動角度 Θ 2が 0乃至 + 6 0度以上の角度範囲で揺動可能である。

さらに、腰関節の関節部 2 0 L , 2 O Rは、その揺動角度 Θ 3が 0乃至 + 4 5 度以上の角度範囲で揺動可能である。

また、胴体部 1 1の前屈部 1 1 cは、その揺動角度 Θ 4が、 0乃至 + 3 0度以上の角度範囲で揺動可能である。

上述した前屈部 1 1 c及び各関節部 20 L， 2 O R, 2 2 L, 2 2 R, 2 3 L , 2 3 Rの揺動角度範囲を実現するために、前屈部 1 1 c及び各関節部 2 0 L, 2 OR, 2 2 L, 2 2 R, 23 L, 2 3 Rの関節駆動用モー夕は、図 6に示すように配置されている。即ち、図 6において、前屈部 1 1 c及び各関節部 2 0 L, 2 0 R, 2 2 L, 2 2 R, 2 3 L, 2 3 Rの関節駆動用モー夕 M 2 , M3, M4 は、それぞれモータの駆動軸が減速器 G 2, G 3， G 4を介して、その出力軸 G 2 a， G 3 a, G4 aにより前屈部 1 1 c及び各関節部 2 0 L, 2 OR, 2 2 L , 2 2 R, 2 3 L, 2 3 Rを駆動して、それぞれ胴体部 1 1の上部 1 1 a , 大腿咅 1 5 L. 1 5 R, 6 L, 1 6 Rそして足き P 1 7 L , 1 7 Rを揺動させるようになっている。そして、減速器 G2 , G 3， G 4を含む各モータ M 2， M 3， M4は、互いに前屈部 1 1 c，各関節部 2 0 L, 2 0 R, 2 2 L, 2 2 R, の揺動を妨げないように、図 6 (A) に示すように互いに傾斜して配置されている。これにより、前屈部 1 1 c, 各関節部 20 L, 2 O R, 2 2 L, 2 2 Rが揺動したとき、図 6 (B) に示すように、各モータ M 2, M3, M4は、前屈部 1 1 じ，各関節部201^, 2 0 R, 2 2 L, 2 2 Rの揺動と干渉しない。このような構成により、脚部 1 2 L, 1 2 Rの長さを必要以上に長くすることなく、前屈音 P 1 1 c及び各関節部 2 0 L, 2 O R, 2 2 L, 11 Rの揺動の角度範囲を確保することができる。なお、図 6において、モータ M lは、関節咅 P24 L, 24 R の関節駆動用モータであり、またモー夕 M 5は、関節部 1 9 L, 1 9 R用の関節駆動用モー夕である。

図 7は、図 1乃至図 6に示した二脚歩行式人型ロボット 1 0の電気的構成を示している。図 7において、二脚歩行式人型ロボット 1 0は、駆動手段、即ち上述した前屈部 1 1 c、そして各関節部、即ち関節駆動用モータ 1 8 L, 1 8 R乃至 2 4 L, 24 Rを駆動制御する歩行制御装置 5 0を備えている。

上記歩行制御部 5 0は、制御部 5 1とモータ制御ュニッ卜 5 2とから構成されている。上記制御部 5 1は、前以て決められた動作パターンに基づいて各関節駆動用モータの制御信号を生成するようになっている。上記モー夕制御ュニット 5 2は、制御部 5 1からの制御信号に従って各関節駆動用モータを駆動制御するようになつている。さらに、上記制御部 5 1は、二脚歩行式人型ロボット 1 0の転倒時には、その転倒状態、即ち各接触検知部 4 0の圧力センサ 4 2からの検出信号に基づいて転倒状態（転倒姿勢）を判別して、この転倒姿勢に対する動作パ夕ーンに基づいて転倒時の受け身動作，転倒後の起き上がり動作を行なうように、前以て決められた動作パターンに基づいて各関節駆動用モータの制御信号を生成する。

本発明実施形態による二脚歩行式人型ロボット 1 0は以上のように構成されており、通常の歩行動作は、歩行制御装置 5 0の制御部 5 1が前以て決められた歩行動作パターンに基づいて制御信号を生成してモータ制御ュニット 52に出力する。これにより、モータ制御ュニット 5 2が前屈部 1 1 c及び各関節部 1 8 L, 1 8 R乃至 2 4 L, 24 Rの関節駆動用モータを駆動制御する。このようにして二脚歩行式人型ロボッ卜 1 0は歩行動作を行なうことになる。

ここで、二脚歩行式人型ロボット 1 0が、例えば歩行姿勢が不安定になって、前側に転倒する場合、図 8 (A) に示すように、通常の歩行では、足部 1 7 L, 1 7 Rの下面中央付近に設けられた接触検知部 4 0の圧力センサが圧力を検出して、その検出信号を制御部 5 1に出力する。これにより、制御部 5 1は、安定した歩行状態と判断して通常の歩行動作を継続する。

これに対して、二脚歩 ί亍式人型ロボッ卜 1 0が、図 8 (Β) に示すように前側に転倒すると、片方の腕部 1 3 Lまたは 1 3 Rの手首部 2 9 L， 2 9 Rに設けられた接触検知部 40の圧力センサが圧力を検出して、その検出信号を制御部 5 1 に出力する。これにより制御部 5 1は、手首部 2 9 L, 2 9 Rの圧力センサ 4 2 からの検出信号に基づいて二脚歩行式人型ロボット 1 0が前方に転倒していることを判別し、受け身動作を行なうようにモータ制御ュニット 5 2に対して制御信号を出力する。従って、二脚歩行式人型ロボット 1 0は、図 8 (C) に示すように、受け身動作により、両肘部 2 8 L, 2 8 R, 両膝部 2 1 L. 2 1 Rを床面についた状態となる。この場合、両肘部 2 8 L, 2 8 R, 両膝部 2 1 L, 2 1 Rには、それぞれ接触検知部 4 0が設けられているので、両肘部 2 8 L, 2 8 R, 両膝部 2 1 L, 2 1 Rが床面に衝突したとしても、接触検知部 4 0の衝擊吸収材 4 3が衝突による衝撃を吸収する。また、制御部 5 1は、図示のように、両肘部 2 8 L， 2 8 R，両膝部 2 1 L , 2 1 Rそして一方の足部 1 7 Lまたは 1 7 Rの爪先部 3 0 L , 3 O Rに設けられた接触検知部 4 0からの検出信号が入力されることにより、二脚歩行式人型口ボット 1 0の転倒姿勢を把握することができる。従って、制御部 5 1は、この転倒状態から起き上がり動作を行なうように、モータ制御ュニット 5 2に対して制御信号を出力する。これにより、二脚歩行式人型ロボット 1 0は、起き上がり動作を行なって、二脚で立ち上がった状態に移行することができる。この際、各部の外装表面が凸状の曲面形状からなる外装表面を有しているので、起き上がり動作を円滑に行なうことができる。

また、二脚歩行式人型ロボット 1 0が、例えば歩行姿勢が不安定になって後側に転倒する場合、図 9 (A) に示すように、通常の歩行では足部 1 7 L , 1 7 R の下面中央付近に設けられた接触検知部 4 0の圧力センサが圧力を検出して、その検出信号を制御部 5 1に出力する。これにより、制御部 5 1は安定した歩行状態と判断して通常の歩行動作を継続する。

これに対して、二脚歩行式人型ロボッ卜 1 0が、図 9 ( B ) に示すように後側に転倒すると、片方の足部 1 7 Lまたは 1 7 Rの踵部 3 1 L , 3 1 Rに設けられた接触検知部 4 0の圧力センサ 4 2が圧力を検出して、その検出信号を制御部 5 1に出力する。これにより、制御部 5 1は、踵部 3 1 L , 3 1 Rの圧力センサ 4 2からの検出信号に基づいて、二脚歩行式人型ロボット 1 0が後方に転倒していることを判別し、受け身動作を行なうようにモータ制御ュニット 5 2に対して制御信号を出力する。従って、二脚歩行式人型ロボット 1 0は、図 9 ( C ) に示すように、受け身動作により、尻部 3 2 , 背中部 3 3及び両肘部 2 8 L , 2 8 Rを床面についた状態となる。この場合、尻部 3 2 , 背中部 3 3及び両肘部 2 8 L ,

2 8 Rには、それぞれ接触検知部 4 0が設けられているので、尻部 3 2 , 背中部

3 3及び両肘部 2 8 L , 2 8 Rが床面に衝突したとしても、接触検知部 4 0の衝撃吸収材 4 3が衝突による衝撃を吸収する。

また、制御部 5 1は、図示のように、尻部 3 2，背中部 3 3及び両肘部 2 8 L ， 8 Rに設けられた接触検知部 4 0からの検出信号が入力されることにより、二脚歩行式人型ロボット 1 0の転倒姿勢を把握することができる。従って、制御部 5 1は、この転倒状態から起き上がり動作を行なうようにモータ制御ユニット 5 2に対して制御信号を出力する。これにより、二脚歩行式人型ロボット 1 0は起き上がり動作を行なつて、二脚で立ち上がった状態に移行することができる。この際、同様にして、各部の外装表面が凸状の曲面形状からなる外装表面を有しているので、起き上がり動作を円滑に行なうことができる。

このようにして、本発明実施形態による二脚歩行式人型ロボット 1 0によれば、両肘部 2 8 L , 2 8 R，手首部2 9 L， 2 9 R , 両膝部 2 1 L , 2 1 R，足部 1 7 L , 1 7 Rの下面中央部，踵部 3 1 L， 3 1 R及び爪先部 3 0 L , 3 0 Rに設けられた接触検知部 4 0により転倒姿勢を検出することができるので、二脚歩行式人型ロボット 1 0の転倒時には、その転倒姿勢に対応した受け身動作を行なうことができると共に、転倒姿勢に応じた起き上がり動作によつて二脚で立ち上がった状態に円滑に移行することができる。さらに、本発明実施形態による二脚歩行式人型ロボット 1 0によれば、転倒状態（転倒姿勢）を把握することができるので、例えば床面上での前転，後転等の運動を行なうことも可能である。上述した実施形態においては、腕部 1 3 L , 1 3 Rは、受け身動作及び起き上がり動作時にどのように動作するかについて説明されていないが、これらの受け身動作及び起き上がり動作時に適宜に動作するようにしてもよい。産業上の利用可能性

本発明によれば、二脚歩行式人型ロボッ卜が転倒する際、あるいは前転等の床面上での運動を行なう場合に、床面等に衝突し得る部分、即ち各腕部の上腕部及び下腕部の間の肘部外側と、上記各腕部の下腕部と手部の間の手首部外側と、上記足部の爪先部下側と、上記足部の踵部下側と、上記足部の大腿部及び下腿部の間の膝部外側と、上記胴体部の尻部，背中部とにそれぞれ接触検知部が備えられているので、これらの部分が床面等に衝突したとしても接触検知部の衝撃吸収材によって衝突による衝撃が吸収される。従って、転倒時等の際に、二脚歩行式人型口ボットの各部における内部構造に対する衝撃が緩和されることで各部が破損するようなことはない。

そして、二脚歩行式人型ロボッ卜の転倒時に、上記各部のうち床面等に接触している部分の接触検知部の圧力センサが圧力を検知し、制御部により二脚歩行式人型ロボッ卜の転倒状態が把握される。従って、制御部が、現在の転倒状態に基づいて駆動手段を駆動制御して、腕部及び脚部を適宜に動作させることにより、転倒するときに受け身動作を行なったり、起き上がり動作によって二脚で立ち上がつた状態に移行することができる。

このようにして、本発明によれば、転倒時等に各部に作用する衝撃を緩和させると共に、転倒状態を検出するようにした、極めて優れた二脚歩行式人型ロボッ卜が提供される。

Claims

請求の範囲

1 . 胴体部と、胴体部の下部両側に取り付けられた脚部と、胴体部の上部両側に取り付けられた腕部と、胴体部の上端に取り付けられた頭部と、を備えており、

上記脚部が、胴体部に対して三軸方向に揺動可能に取り付けられた二つの大腿部と、各大腿部の下端に対してそれぞれ一軸方向に揺動可能に取り付けられた下腿部と、各下腿部の下端に対して二軸方向に揺動可能に取り付けられた足部と、を含んでいて、

上記腕部が、上記胴体部に対して二軸方向に揺動可能に取り付けられた二つの上腕部と、各上腕部に対してそれぞれ一軸方向に揺動可能に取り付けられた下腕部と、各下腕部に対して二軸方向に揺動可能に取り付けられた手部と、を含んでおり、

また上記胴体部が、途中の前屈部にて前屈可能に構成されていて、

さらに、上記脚部の足部，下腿部，大腿部そして上記腕部の手，下腕部及び上腕部そして前屈部をそれぞれ揺動させる駆動手段と、各駆動手段をそれぞれ駆動制御する制御部と、を有している二脚歩行式人型ロボッ卜において、

上記各腕部の上腕部及び下腕部の間の肘部外側と、上記各腕部の下腕部と手部の間の手首部外側と、上記足部の爪先部下側と、上記足部の踵部下側と、上記足部の大腿部及び下腿部の間の膝部外側と、上記胴体部の尻部，背中部と、にそれぞれ接触検知部を備えており、

各接触検知部が、それぞれ外装表面を構成する外装部と、この外装部に作用する圧力を検知する圧力センサと、この外装部に作用する衝撃を緩和する衝撃吸収材と、から構成されていることを特徴とする、二脚歩行式人型ロボット。

2 . 前記各接触検知部における圧力センサ及び衝撃吸収材が一体に構成されていることを特徴とする、請求項 1に記載の二脚歩行式人型ロボッ卜。

3 . 前記各接触検知部における外装部，圧力センサ及び衝撃吸収材が一体に構成されていることを特徴とする、請求項 1記載の二脚歩行式人型ロボット。

4 . 前記各接触検知部における外装部が最も外側に配置されていることを特徴とする、請求項 1に記載の二脚歩行式人型ロボット。

5 . 前記各接触検知部における圧力センサが最も外側に配置されていることを特徴とする、請求項 1に記載の二脚歩行式人型ロボット。

6 . 前記各接触検知部における衝撃吸収材が最も外側に配置されていることを特徴とする、請求項 1に記載の二脚歩行式人型ロボット。

7 . 前記胴体部，腕部の上腕部，下腕部，脚部の大腿部，下腿部が、凸状の曲面形状から成る外装表面を有していることを特徴とする、請求項 1に記載の二脚歩行式人型ロボット。

8 . 前記足部が、下腿部に対して前後方向に関して— 2 0乃至 + 2 0度以上の角度範囲で揺動可能であり、

前記下腿部が、大腿部に対して前後方向に関して 0乃至 + 6 0度以上の角度範囲で揺動可能であって、

また、前記大腿部が、胴体部に対して前後方向に関して 0乃至 + 4 5度以上の角度範囲で揺動可能であり、

さらに、前記胴体部が、前後方向に関して 0乃至 + 3 0度以上の角度範囲で前屈可能であることを特徴とする、請求項 1に記載の二脚歩行式人型ロボット。

9 . 前記脚部の足部，下腿部，大腿部をそれぞれ揺動させるための駆動手段が、互いに足部，下腿部及び大腿部の揺動を妨げないように、相互に斜めに配置されていることを特徴とする、請求項 1に記載の二脚歩行式人型ロボット。