JP4279151B2 - Walking robot - Google Patents
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Description
この発明は、複数の脚機構における関節部の角度を所定のタイミングで制御して、胴体を前方に送り出す制御手段を有する歩行ロボットに関するものである。 The present invention relates to a walking robot having control means for controlling the angles of joints in a plurality of leg mechanisms at a predetermined timing and feeding the body forward.
従来の歩行ロボットは、本体部である胴体を支持する脚機構を４脚備え、４脚の脚機構における関節部の角度を所定のタイミングで制御して、胴体を前方に送り出すようにしている（例えば、特許文献１参照）。
このような歩行ロボットでは、４脚の脚機構によって移動時や停止時におけるバランスを容易に取ることができる。したがって、歩行面に凹凸や段差等の障害があっても歩行することができる。
しかし、４脚の脚機構における関節部の角度を所定のタイミングで制御して、４脚の脚機構を順番に胴体の前方に繰り出させる必要があるため、移動速度には限界があり、高速移動が困難である。
A conventional walking robot has four leg mechanisms that support the body, which is the main body, and controls the angles of the joints in the four-leg mechanism at a predetermined timing so as to feed the body forward ( For example, see Patent Document 1).
In such a walking robot, the four-legged mechanism can easily balance when moving or stopping. Therefore, even if there are obstacles such as irregularities and steps on the walking surface, it is possible to walk.
However, it is necessary to control the angle of the joints in the leg mechanism of the four legs at a predetermined timing, and the leg mechanism of the four legs must be fed out in front of the body in order. Is difficult.
そこで、歩行ロボットの移動速度を高めるため、車輪を有する移動機器を準備して、その移動機器に歩行ロボットを搭載し、歩行ロボットの脚機構が歩行面を蹴り上げることによって推進力を発生するようにしている（例えば、特許文献２参照）。 Therefore, in order to increase the moving speed of the walking robot, a mobile device having wheels is prepared, the walking robot is mounted on the mobile device, and the leg mechanism of the walking robot kicks the walking surface to generate a propulsive force. (For example, refer to Patent Document 2).
従来の歩行ロボットは以上のように構成されているので、車輪を有する移動機器を準備して、その移動機器に搭載するようにすれば、高速移動が可能になる。しかし、車輪を有する移動機器を準備する必要があるためコスト高を招く課題があった。また、歩行面に凹凸や段差等の障害がある場合には、移動が困難になる課題もあった。 Since the conventional walking robot is configured as described above, it is possible to move at high speed if a mobile device having wheels is prepared and mounted on the mobile device. However, there is a problem incurring high costs because it is necessary to prepare a mobile device having wheels. In addition, when there are obstacles such as irregularities and steps on the walking surface, there is a problem that the movement becomes difficult.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、歩行面に凹凸や段差等の障害がある場合でも移動することができるとともに、歩行面に障害がなければ、特別な移動機器を準備することなく、高速に移動することができる歩行ロボットを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and can be moved even when there are obstacles such as irregularities and steps on the walking surface. An object of the present invention is to obtain a walking robot that can move at a high speed without preparing the robot.
この発明に係る歩行ロボットは、制御手段が複数の脚機構を順番に胴体の歩行方向に繰り出させる通常歩行モードと、所定の脚機構については関節部の角度を固定してローラのみを歩行面に接地させ、他の脚機構については関節部の角度を制御して順番に胴体の歩行方向に繰り出させる高速歩行モードとを備えるようにしたものである。 The walking robot according to the present invention includes a normal walking mode in which the control means sequentially feeds a plurality of leg mechanisms in the walking direction of the torso, and a predetermined leg mechanism with a fixed joint angle and a roller only on the walking surface. The other leg mechanism is provided with a high-speed walking mode in which the angle of the joint portion is controlled and the trunk is sequentially extended in the walking direction of the trunk.
この発明によれば、制御手段が複数の脚機構を順番に胴体の歩行方向に繰り出させる通常歩行モードと、所定の脚機構については関節部の角度を固定してローラのみを歩行面に接地させ、他の脚機構については関節部の角度を制御して順番に胴体の歩行方向に繰り出させる高速歩行モードとを備えるように構成したので、歩行面に凹凸や段差等の障害がある場合でも移動することができるとともに、歩行面に障害がなければ、特別な移動機器を準備することなく、高速に移動することができる効果がある。 According to the present invention, the control means causes the plurality of leg mechanisms to be extended in the walking direction of the torso in order, and the predetermined leg mechanism is configured so that only the roller is grounded to the walking surface by fixing the joint angle. The other leg mechanism is configured to have a high-speed walking mode that controls the angle of the joint part and sequentially feeds it out in the walking direction of the torso, so it can move even when there are obstacles such as irregularities or steps on the walking surface As long as there is no obstacle on the walking surface, it is possible to move at high speed without preparing a special moving device.
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による歩行ロボットを示す要部斜視図であり、図２はこの発明の実施の形態１による歩行ロボットの歩行状態を示す側面図である。
図において、本体部である胴体１は剛体で形成され、左前脚機構２，右前脚機構３，左後脚機構４及び右後脚機構５により支持されている。胴体１には脚機構２〜４における関節部の角度を所定のタイミングで制御する制御手段８（図２を参照）やバッテリ等の電源（図示せず）が内蔵されている。
FIG. 1 is a perspective view showing a main part of a walking robot according to
In the figure, the
左前脚機構２は関節部２１，２２，２３と上肢フレーム２４と下肢フレーム２５と足部２６とから構成されている。
上肢フレーム２４の上端部には、アクチュエータや減速機構などからなる関節部２１が設置されており、上肢フレーム２４は関節部２１を介して胴体１に回動自在に接続されている。関節部２１は胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有し、上肢フレーム２４を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
上肢フレーム２４の下端部には、アクチュエータや減速機構などからなる関節部２２が設置されており、上肢フレーム２４は関節部２２を介して下肢フレーム２５の上端部に接続されている。関節部２２は胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有し、下肢フレーム２５を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
下肢フレーム２５の下端部には、アクチュエータや減速機構などからなる関節部２３が設置されている。関節部２３はアーム２６１を介して足部２６に接続されており、胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有し、足部２６を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
The left
At the upper end of the
At the lower end of the
At the lower end portion of the
右前脚機構３は関節部３１，３２，３３と上肢フレーム３４と下肢フレーム３５と足部３６とから構成されている。
上肢フレーム３４の上端部には、アクチュエータや減速機構などからなる関節部３１が設置されており、上肢フレーム３４は関節部３１を介して胴体１に回動自在に接続されている。関節部３１は胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有し、上肢フレーム３４を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
上肢フレーム３４の下端部には、アクチュエータや減速機構などからなる関節部３２が設置されており、上肢フレーム３４は関節部３２を介して下肢フレーム３５の上端部に接続されている。関節部３２は胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有し、下肢フレーム３５を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
下肢フレーム３５の下端部には、アクチュエータや減速機構などからなる関節部３３が設置されている。関節部３３はアーム３６１を介して足部３６に接続されており、胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有し、足部３６を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
The right
At the upper end of the
At the lower end of the
At the lower end portion of the
左後脚機構４は関節部４１，４２，４３と上肢フレーム４４と下肢フレーム４５と足部４６とから構成されている。
上肢フレーム４４の上端部には、アクチュエータや減速機構などからなる関節部４１が設置されており、上肢フレーム４４は関節部４１を介して胴体１に回動自在に接続されている。関節部４１は胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有し、上肢フレーム４４を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
上肢フレーム４４の下端部には、アクチュエータや減速機構などからなる関節部４２が設置されており、上肢フレーム４４は関節部４２を介して下肢フレーム４５の上端部に接続されている。関節部４２は胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有し、下肢フレーム４５を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
下肢フレーム４５の下端部には、アクチュエータや減速機構などからなる関節部４３が設置されている。関節部４３はアーム４６１を介して足部４６に接続されており、胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有し、足部４６を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
The left
At the upper end of the
At the lower end of the
At the lower end portion of the
右後脚機構５は関節部５１，５２，５３と上肢フレーム５４と下肢フレーム５５と足部５６とから構成されている。
上肢フレーム５４の上端部には、アクチュエータや減速機構などからなる関節部５１が設置されており、上肢フレーム５４は関節部５１を介して胴体１に回動自在に接続されている。関節部５１は胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有し、上肢フレーム５４を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
上肢フレーム５４の下端部には、アクチュエータや減速機構などからなる関節部５２が設置されており、上肢フレーム５４は関節部５２を介して下肢フレーム５５の上端部に接続されている。関節部５２は胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有し、下肢フレーム５５を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
下肢フレーム５５の下端部には、アクチュエータや減速機構などからなる関節部５３が設置されている。関節部５３はアーム５６１を介して足部５６に接続されており、胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有し、足部５６を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
The right
At the upper end of the
At the lower end of the
At the lower end portion of the
頭部７は胴体１の前端部１ａ付近に首機構６を介して接続されている。
首機構６の下端には、アクチュエータや減速機構などからなる首関節に相当する関節部６１が接続されており、首機構６は関節部６１を介して胴体１に回動自在に接続されている。関節部６１は胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有し、首機構６を胴体１の前後方向に任意角度回動することができる。
首機構６の上端には、アクチュエータや減速機構などからなる首関節に相当する関節部６２が接続されており、首機構６は関節部６２を介して頭部７を支持している。関節部６２は首機構６の伸長方向軸回りに回動可能な１自由度を有する。
頭部７は関節部６１，６２により、胴体１の前後方向および左右方向に回動することが可能となる。
The
The lower end of the
A
The
図３は図１の左前脚機構２の先端部を示す要部断面側面図であり、図４は図１の左前脚機構２の先端部を示す要部正面図であり、図５は図１の左前脚機構２におけるローラを示す要部断面後方視図である。図３〜図５では左前脚機構２の詳細構成を示しているが、右前脚機構３，左後脚機構４及び右後脚機構５の詳細構成は、左前脚機構２の詳細構成と同様であるため説明を省略する。
図において、関節部２３は関節軸２３０と、軸受け２３１と、出力ギア２３２と、減速ギア２３４ａ，２３４ｂ，２３５，２３６と、アクチュエータであるモータ２３７と、ピニオンギア２３８と、ブレーキ２３９とから構成されている。
3 is a cross-sectional side view of the main part showing the front end of the left
In the figure, the
関節部２３の関節軸２３０は下肢フレーム２５により固定された軸受け２３１によって矢印Ｂ方向に回動可能に保持され、出力ギア２３２が固定されている。また、関節軸２３０の一端には角度センサ２３３が接続され、角度センサ２３３が関節軸２３０の回転角度を検出する。
減速ギア２３４ａ，２３４ｂ，２３５，２３６は、それぞれ回転可能に下肢フレーム２５に保持され、それぞれの小歯車と大歯車が噛合することによって減速機構を形成し、小歯車である減速ギア２３４ａは出力ギア２３２に噛合する。
アクチュエータであるモータ２３７は下肢フレーム２５に保持され、その回転軸にはピニオンギア２３８が固定されている。また、ピニオンギア２３８は大歯車である減速ギア２３４ｂに噛合する。
ブレーキ２３９は下肢フレーム２５に保持され、ブレーキ２３９のブレーキパッド２３９ａが減速ギア２３６を挟み込むことにより減速機構を制動する。
なお、関節部２１，２２の構成は、上述した関節部２３と同様の構成であるため説明を省略する。
The
The reduction gears 234a, 234b, 235, and 236 are rotatably held by the
A
The
In addition, since the structure of the
足部２６はアーム２６１，足フレーム２６２，弾性部材２６３，ローラ２６４，回転軸２６５，軸受け２６６及びカバー２６７から構成されている。
アーム２６１は関節部２３の関節軸２３０に固定され、その一端が足フレーム２６２に接続されている。弾性部材２６３は足フレーム２６２に貼付され、ローラ２６４は回転軸２６５に固定されている。
回転軸２６５は軸受け２６６を介して足フレーム２６２に回転可能に保持されている。
なお、足フレーム２６２に貼付された弾性部材２６３が歩行面に均一に接地した状態においては、ローラ２６４は歩行面から離間した状態に保持される。
The
The
The
When the
次に動作について説明する。
最初に、制御手段８が左前脚機構２，右前脚機構３，左後脚機構４及び右後脚機構５を順番に胴体１の前方に繰り出させる通常歩行モードによって、歩行ロボットを移動させる場合の動作を説明する。通常歩行モードは、例えば、歩行面に凹凸や段差等の障害がある場合に選択される。
まず、歩行ロボットの歩行時には、制御手段８が左前脚機構２，右前脚機構３，左後脚機構４及び右後脚機構５に設置された関節部２１〜２３，３１〜３３，４１〜４３，５１〜５３を制御して、図２に示すように、胴体１を支持する。関節部２１〜２３等の制御内容については後述する。
Next, the operation will be described.
First, when the control means 8 moves the walking robot in the normal walking mode in which the left
First, at the time of walking of the walking robot, the control means 8 is connected to the left
制御手段８は、例えば、左前脚機構２については、足部２６の足フレーム２６２に貼付された弾性部材２６３を歩行面に接地させて、ローラ２６４が歩行面から離間するように関節部２３を制御する。
制御手段８は、右前脚機構３，左後脚機構４及び右後脚機構５の関節部３３，４３，５３についても、左前脚機構２の関節部２３と同様に制御することにより、弾性部材３６３，４６３，５６３を歩行面に接地させて、ローラ３６４，４６４，５６４を歩行面から離間させる。
For example, with respect to the left
The control means 8 controls the
この状態で、左前脚機構２，右前脚機構３，左後脚機構４及び右後脚機構５のモータ２３７等をそれぞれ所定のタイミングで回転させると歩行動作を行う。
例えば、図２に示す状態から矢印Ａ方向に移動する場合、胴体１に対して相対的に後退している右前脚機構３を前方に繰り出す動作を行う。
即ち、制御手段８が右前脚機構３の関節部３１，３２，３３を制御して、足部３６の弾性部材３６３を歩行面から離間させる。このとき、左前脚機構２，左後脚機構４及び右後脚機構５が胴体１を支持している。
In this state, when the left
For example, when moving from the state shown in FIG. 2 in the direction of the arrow A, the right
That is, the control means 8 controls the
制御手段８は、遊脚となる右前脚機構３の足部３６の弾性部材３６３が歩行面に接触しないように、関節部３１，３２，３３を適切に制御して、前方への繰り出し動作を行う。同時に、胴体１を支持している左前脚機構２，左後脚機構４及び右後脚機構５の関節部２１〜２３，４１〜４３，５１〜５３を適切に制御して、胴体１に対して左前脚機構２，左後脚機構４及び右後脚機構５が相対的に後退する方向に移動させることにより、胴体１を前方に送り出すようにする。
The control means 8 appropriately controls the
制御手段８は、右前脚機構３を所定距離だけ前方に繰り出させたのち、関節部３１，３２，３３を制御して、足部３６の弾性部材３６３を歩行面に接地させ、右前脚機構３の遊脚動作を終了する。
右前脚機構３の遊脚動作が終了すると、上記と同様にして、左後脚機構４，左前脚機構２，右後脚機構５の順に繰り出し動作を実施しつつ、遊脚以外の脚機構で胴体１を支持して、胴体１を送り出すことにより、図２に示す状態にあった歩行ロボットが矢印Ａ方向に移動する。これらの動作を繰り返すことにより、歩行ロボットの移動が実現する。
The control means 8 extends the right
When the free leg operation of the right
次に、通常歩行モードよりも高速に歩行ロボットを移動させる高速歩行モードによって、歩行ロボットを移動させる場合の動作を説明する。高速歩行モードは、例えば、歩行面に凹凸や段差等の障害がない場合に選択される。
まず、制御手段８は、図６及び図７に示すように、支持脚となる左前脚機構２のローラ２６４を歩行面に接地させて、弾性部材２６３が歩行面から離間するように、関節部２１，２２，２３を制御する。
同様に支持脚となる右前脚機構３のローラ３６４を歩行面に接地させて、弾性部材３６３が歩行面から離間するように、関節部３１，３２，３３を制御する。
Next, an operation when the walking robot is moved in the high-speed walking mode in which the walking robot is moved faster than the normal walking mode will be described. The high-speed walking mode is selected, for example, when there are no obstacles such as irregularities or steps on the walking surface.
First, as shown in FIGS. 6 and 7, the
Similarly, the
制御手段８は、上記のようにして、左前脚機構２の関節部２１，２２，２３と右前脚機構３の関節部３１，３２，３３を制御すると、左前脚機構２の関節部２３に設置されたブレーキ２３９を作動させてブレーキパッド２３９ａにより減速ギア２３６を挟持させることにより、関節部２１の関節軸２３０の角度を固定する。
制御手段８は、左前脚機構２の関節部２２，２３と、右前脚機構３の関節部３１，３２，３３についても同様に、図示しないブレーキを作動させて関節軸の角度を固定する。
このとき、左前脚機構２及び右前脚機構３は、回転自在なローラ２６４，３６４によって歩行面に接地されているが、関節部２１，２２，２３，３１，３２，３３の角度が全て保持されているので、ロボット本体の自重により左前脚機構２及び右前脚機構３が矢印Ｃ方向に回動して倒れる恐れはない。
When the control means 8 controls the
The control means 8 similarly activates a brake (not shown) for the
At this time, the left
次に、制御手段８は、駆動脚となる左後脚機構４の弾性部材４６３を歩行面に接地させて、ローラ４６４が歩行面から離間するように、関節部４１，４２，４３を制御する。
同様に、駆動脚となる右後脚機構５の弾性部材５６３を歩行面に接地させて、ローラ５６４が歩行面から離間するように、関節部５１，５２，５３を制御する。
次に、制御手段８は、胴体１に対して相対的に後退している左後脚機構４を前方に繰り出す動作を行う。このとき、左後脚機構４は遊脚となり、足部４６の弾性部材４６３が歩行面から離間するので、左前脚機構２，右前脚機構３及び右後脚機構５が胴体１を支持する。
Next, the control means 8 controls the
Similarly, the
Next, the control means 8 performs an operation of extending the left
制御手段８は、遊脚となる左後脚機構４の足部４６の弾性部材４６３が歩行面に接触しないように、関節部４１，４２，４３を適切に制御して、前方への繰り出し動作を行う。同時に、駆動脚となる右後脚機構５に配置された関節部５１，５２，５３を適切に制御して、胴体１に対して右後脚機構５が相対的に後退する方向に移動させる。
左前脚機構２及び右前脚機構３は、回転自在に支持されているローラ２６４，３６４によって歩行面に接地されているので、右後脚機構５の動作により、胴体１が左前脚機構２及び右前脚機構３とともに矢印Ａ方向に前進する。
The control means 8 appropriately controls the
Since the left
制御手段８は、左後脚機構４を所定距離だけ前方に繰り出させたのち、関節部４１，４２，４３を制御して、足部４６の弾性部材４６３を歩行面に接地させて、左後脚機構４の遊脚動作を終了する。
左後脚機構４の遊脚動作が終了すると、上記と同様にして、右後脚機構５を遊脚として繰り出し動作を行いつつ、駆動脚となる左後脚機構４を胴体１に対して相対的に後退する方向に移動させることにより、胴体１が矢印Ａ方向に移動する。これらの動作を繰り返すことにより、歩行ロボットは後脚機構４，５の関節４１〜４３，５１〜５３を制御するのみで高速に移動することが可能となる。
The control means 8 extends the left
When the free leg operation of the left
ここで、左前脚機構２，右前脚機構３，左後脚機構４及び右後脚機構５の関節部２１〜２３，３１〜３３，４１〜４３，５１〜５３の制御内容を説明する。
ただし、関節部２１〜２３，３１〜３３，４１〜４３，５１〜５３の制御内容は同様であるため、図３及び図４を参照し、関節部２３を例にとって説明する。
制御手段８が関節部２３を駆動する場合、モータ２３７に所定の電流を印加することにより、モータ２３７の回転軸に固定されたピニオンギア２３８を回転駆動する。
ピニオンギア２３８の回転は、減速ギア２３６，２３５，２３４ｂ，２３４ａにより減速されながら、回動可能に保持された関節軸２３０に固定された出力ギア２３２に伝達され、その結果、出力ギア２３２が回転駆動する。関節軸２３０にはアーム２６１が固定されているので、モータ２３７への電流の印加により、アーム２６１が矢印Ｂ方向に回動する。
Here, the control content of the joint parts 21-23, 31-33, 41-43, 51-53 of the left
However, since the control contents of the
When the
The rotation of the
なお、アーム２６１の回動角は、関節軸２３０の一端に取り付けられた角度センサ２３３により検出され、アーム２６１の回動角は、制御手段８が行うモータ２３７の回転制御のフィードバック信号として利用される。
制御手段８がブレーキ２３９を作動させてブレーキパッド２３９ａにより減速ギア２３６を挟持した場合には、モータ２３７への電流の印加を中止しても関節部２３の角度は保持される。
The rotation angle of the
When the control means 8 operates the
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、制御手段８が複数の脚機構を順番に胴体１の前方に繰り出させる通常歩行モードと、前脚機構については関節部の角度を固定してローラのみを歩行面に接地させ、後脚機構については関節部の角度を制御して順番に胴体１の前方に繰り出させる高速歩行モードとを備えるように構成したので、歩行面に凹凸や段差等の障害がある場合でも移動することができるとともに、歩行面に障害がなければ、特別な移動機器を準備することなく、高速に移動することができる効果を奏する。
即ち、この実施の形態１による歩行ロボットは、通常の歩行時には４脚を使用することにより安定した歩行が可能なため、凹凸等の不整地を移動することが可能になる。一方、略平面を歩行する場合には、後脚の関節を制御するのみで移動が可能であるため、４脚を順に繰り出す歩行に比して高速な移動が可能となる。また、略平面を移動する場合に、前脚の関節をブレーキにより保持し、モータによる関節駆動は行わないので、移動時の消費電力を低減することもできる。
As apparent from the above, according to the first embodiment, the control means 8 fixes the normal walking mode in which the plurality of leg mechanisms are sequentially advanced forward of the
That is, the walking robot according to the first embodiment can stably walk by using four legs during normal walking, and thus can move on uneven surfaces such as unevenness. On the other hand, when walking on a substantially flat surface, it is possible to move only by controlling the joints of the rear legs, so that it is possible to move faster than walking in which the four legs are extended in order. Further, when moving on a substantially flat surface, the joint of the front leg is held by a brake and the joint drive by the motor is not performed, so that power consumption during movement can be reduced.
なお、この実施の形態１では、略平面を高速移動する際に駆動脚となる左後脚機構４及び右後脚機構５もローラ４６４，５６４を回転自在に支持するものについて示したが、図８に示すように、駆動脚となる左後脚機構４及び右後脚機構５のローラ４６４，５６４は省略してもよい。
また、この実施の形態１では、略平面を高速移動する際に、例えば、左後脚機構３が遊脚となるときに、弾性部材３６３が歩行面から離間するように繰り出す動作を示したが、左後脚機構３のローラ３６４を歩行面に接地させるようにしても、繰り出し動作に支障をきたすことはない。
さらに、この実施の形態１では、略平面を高速移動する際、左後脚機構４及び右後脚機構５が駆動脚となるものについて示したが、左前脚機構２及び右前脚機構３が駆動脚となり、左後脚機構４及び右後脚機構５がローラ４６４，５６４で接地する支持脚としてもよく、同様の効果を奏することができる。
In the first embodiment, the left
In the first embodiment, when the left
Further, in the first embodiment, the left
実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２による歩行ロボットの歩行状態を示す側面図である。
また、図１０は図９の左前脚機構２の先端部を示す要部断面側面図であり、図１１は図９の左前脚機構２の先端部を示す要部正面図であり、図１２は図９の左前脚機構２におけるローラを示す要部断面後方視図である。図において、図２〜図５と同一符号は同一または相当部分を示しているので説明を省略している。
なお、図１１〜図１２では左前脚機構２の詳細構成を示しているが、右前脚機構３，左後脚機構４及び右後脚機構５の詳細構成は、左前脚機構２の詳細構成と同様であるため説明を省略する。
FIG. 9 is a side view showing a walking state of a walking robot according to
10 is a cross-sectional side view of the main part showing the front end of the left
11 to 12 show the detailed configuration of the left
足部２６はアーム２６０１，足フレーム２６０２，ローラ２６０３，ワンウェイクラッチ２６０４，支軸２６０５及びカバー２６０６から構成されている。
アーム２６０１は関節部２３の関節軸２３０に固定され、その一端が足フレーム２６０２に接続されている。ローラ２６０３はワンウェイクラッチ２６０４を介して矢印Ｄ方向にのみ回転可能に支軸２６０５に支持されている。支軸２６０５は足フレーム２６０２に固定され、カバー２６０６はアーム２６０１に保持されている。
The
The
次に動作について説明する。
最初に、制御手段８が左前脚機構２，右前脚機構３，左後脚機構４及び右後脚機構５を順番に胴体１の前方に繰り出させる通常歩行モードによって、歩行ロボットを移動させる場合の動作を説明する。通常歩行モードは、例えば、歩行面に凹凸や段差等の障害がある場合に選択される。
まず、歩行ロボットの歩行時には、制御手段８が左前脚機構２，右前脚機構３，左後脚機構４及び右後脚機構５に設置された関節部２１〜２３，３１〜３３，４１〜４３，５１〜５３を制御して、図９に示すように、胴体１を支持する。
Next, the operation will be described.
First, when the control means 8 moves the walking robot in the normal walking mode in which the left
First, at the time of walking of the walking robot, the control means 8 is connected to the left
制御手段８は、例えば、左前脚機構２については、足部２６のローラ２６０３が歩行面に接地するように関節部２３を制御する。
制御手段８は、右前脚機構３，左後脚機構４及び右後脚機構５の関節部３３，４３，５３についても、左前脚機構２の関節部２３と同様に制御することにより、足部３６，４６，５６のローラ３６０３，４６０３，５６０３を歩行面に接地させる。
For example, with respect to the left
The control means 8 controls the
この状態で、左前脚機構２，右前脚機構３，左後脚機構４及び右後脚機構５のモータ２３７等をそれぞれ所定のタイミングで回転させると歩行動作を行う。
例えば、図９に示す状態から矢印Ａ方向に移動する場合、胴体１に対して相対的に後退している右前脚機構３を前方に繰り出す動作を行う。
即ち、制御手段８が右前脚機構３の関節部３１，３２，３３を制御して、足部３６のローラ３６０３を歩行面から離間させる。このとき、左前脚機構２，左後脚機構４及び右後脚機構５が胴体１を支持している。
In this state, when the left
For example, when moving from the state shown in FIG. 9 in the direction of the arrow A, the right
That is, the control means 8 controls the
制御手段８は、遊脚となる右前脚機構３の足部３６のローラ３６０３が歩行面に接触しないように、関節部３１，３２，３３を適切に制御して、前方への繰り出し動作を行う。同時に、胴体１を支持している左前脚機構２，左後脚機構４及び右後脚機構５の関節部２１〜２３，４１〜４３，５１〜５３を適切に制御して、胴体１に対して左前脚機構２，左後脚機構４及び右後脚機構５が相対的に後退する方向に移動させることにより、胴体１を前方に送り出すようにする。
なお、関節部２１〜２３，４１〜４３，５１〜５３による胴体１の送り出し動作により、接地しているローラ２６０３，４６０３，５６０３が矢印Ａ方向と逆方向に歩行面を転がろうとするが、ローラ２６０３，４６０３，５６０３はワンウェイクラッチ２６０４等により回転が規制されるので、ローラ２６０３，４６０３，５６０３は歩行面を転がらず、相対的に胴体１を矢印Ａ方向に送り出すことができる。
The control means 8 appropriately controls the
The
制御手段８は、右前脚機構３を所定距離だけ前方に繰り出させたのち、関節部３１，３２，３３を制御して、足部３６のローラ３６０３を歩行面に接地させ、右前脚機構３の遊脚動作を終了する。
右前脚機構３の遊脚動作が終了すると、上記と同様にして、左後脚機構４，左前脚機構２，右後脚機構５の順に繰り出し動作を実施しつつ、遊脚以外の脚機構で胴体１を支持して、胴体１を送り出すことにより、図９に示す状態にあった歩行ロボットが矢印Ａ方向に移動する。これらの動作を繰り返すことにより、歩行ロボットの移動が実現する。
The control means 8 extends the right
When the free leg operation of the right
次に、通常歩行モードよりも高速に歩行ロボットを移動させる高速歩行モードによって、歩行ロボットを移動させる場合の動作を説明する。高速歩行モードは、例えば、歩行面に凹凸や段差等の障害がない場合に選択される。
まず、制御手段８は、図１３に示すように、支持脚となる左前脚機構２のローラ２６０３が歩行面に接地するように、関節部２１，２２，２３を制御する。
同様に支持脚となる右前脚機構３のローラ３６０３が歩行面に接地するように、関節部３１，３２，３３を制御する。
Next, an operation when the walking robot is moved in the high-speed walking mode in which the walking robot is moved faster than the normal walking mode will be described. The high-speed walking mode is selected, for example, when there are no obstacles such as irregularities or steps on the walking surface.
First, as shown in FIG. 13, the
Similarly, the
制御手段８は、上記のようにして、左前脚機構２の関節部２１，２２，２３と右前脚機構３の関節部３１，３２，３３を制御すると、左前脚機構２の関節部２３に設置されたブレーキ２３９を作動させてブレーキパッド２３９ａにより減速ギア２３６を挟持させることにより、関節部２１の関節軸２３０の角度を固定する。
制御手段８は、左前脚機構２の関節部２２，２３と、右前脚機構３の関節部３１，３２，３３についても同様に、図示しないブレーキを作動させて関節軸の角度を固定する。
このとき、左前脚機構２及び右前脚機構３は、回転自在なローラ２６４，３６４によって歩行面に接地されているが、関節部２１，２２，２３，３１，３２，３３の角度が全て保持されているので、ロボット本体の自重により左前脚機構２及び右前脚機構３が矢印Ｃ方向に回動して倒れる恐れはない。
When the control means 8 controls the
The control means 8 similarly activates a brake (not shown) for the
At this time, the left
次に、制御手段８は、駆動脚となる左後脚機構４のローラ４６０３が歩行面に接地するように、関節部４１，４２，４３を制御する。
同様に、駆動脚となる右後脚機構５のローラ５６０３が歩行面に接地するように、関節部５１，５２，５３を制御する。
次に、制御手段８は、胴体１に対して相対的に後退している左後脚機構４を前方に繰り出す動作を行う。このとき、左後脚機構４は遊脚となり、足部４６のローラ４６０３が歩行面から離間するので、左前脚機構２，右前脚機構３及び右後脚機構５が胴体１を支持する。
Next, the control means 8 controls the
Similarly, the
Next, the control means 8 performs an operation of extending the left
制御手段８は、遊脚となる左後脚機構４の足部４６のローラ４６０３が歩行面に接触しないように、関節部４１，４２，４３を適切に制御して、前方への繰り出し動作を行う。同時に、駆動脚となる右後脚機構５に配置された関節部５１，５２，５３を適切に制御して、胴体１に対して右後脚機構５が相対的に後退する方向に移動させる。
なお、関節部５１，５２，５３による胴体１の送り出し動作により、接地しているローラ５６０３が矢印Ａ方向と逆方向に歩行面を転がろうとするが、ローラ５６０３はワンウェイクラッチにより回転が規制されるので、ローラ５６０３は歩行面を転がらず、相対的に胴体１を矢印Ａ方向に送り出すことができる。
左前脚機構２及び右前脚機構３は、矢印Ｄ方向に回転自在に支持されているローラ２６０３，３６０３によって歩行面に接地されているので（図１０を参照）、右後脚機構５の動作により、胴体１が左前脚機構２及び右前脚機構３とともに矢印Ａ方向に前進する。
The control means 8 appropriately controls the
Note that the
The left
制御手段８は、左後脚機構４を所定距離だけ前方に繰り出させたのち、関節部４１，４２，４３を制御して、足部４６のローラ４６０３を歩行面に接地させて、左後脚機構４の遊脚動作を終了する。
左後脚機構４の遊脚動作が終了すると、上記と同様にして、右後脚機構５を遊脚として繰り出し動作を行いつつ、駆動脚となる左後脚機構４を胴体１に対して相対的に後退する方向に移動させることにより、胴体１が矢印Ａ方向に移動する。これらの動作を繰り返すことにより、歩行ロボットは後脚機構４，５の関節４１〜４３，５１〜５３を制御するのみで高速に移動することが可能となる。
The control means 8 extends the left
When the free leg operation of the left
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、制御手段８が複数の脚機構を順番に胴体１の前方に繰り出させる通常歩行モードと、前脚機構については関節部の角度を固定してローラのみを歩行面に接地させ、後脚機構については関節部の角度を制御して順番に胴体１の前方に繰り出させる高速歩行モードとを備えるように構成したので、歩行面に凹凸や段差等の障害がある場合でも移動することができるとともに、歩行面に障害がなければ、特別な移動機器を準備することなく、高速に移動することができる効果を奏する。
即ち、この実施の形態２による歩行ロボットは、通常の歩行時には４脚を使用することにより安定した歩行が可能なため、凹凸等の不整地を移動することが可能になる。一方、略平面を歩行する場合には、後脚の関節を制御するのみで移動が可能であるため、４脚を順に繰り出す歩行に比して高速な移動が可能となる。また、略平面を移動する場合に、前脚の関節をブレーキにより保持し、モータによる関節駆動は行わないので、移動時の消費電力を低減することもできる。
As is apparent from the above, according to the second embodiment, the control means 8 fixes the normal walking mode in which the plurality of leg mechanisms are sequentially fed forward of the
That is, since the walking robot according to the second embodiment can stably walk by using four legs during normal walking, it can move on rough terrain such as unevenness. On the other hand, when walking on a substantially flat surface, it is possible to move only by controlling the joints of the rear legs, so that it is possible to move faster than walking in which the four legs are extended in order. Further, when moving on a substantially flat surface, the joint of the front leg is held by a brake and the joint drive by the motor is not performed, so that power consumption during movement can be reduced.
また、この実施の形態２によれば、ワンウェイクラッチ２６０４によりローラ２６０３の回転方向を一方向に規制しているため、脚による駆動時には、確実に胴体１を進行方向に送り出すことが可能となり、足首部の制御の簡素化を図ることができる効果を奏する。
Further, according to the second embodiment, the one-way clutch 2604 regulates the rotation direction of the
なお、この実施の形態２では、通常歩行モードや高速歩行モードにおいて、例えば、左後脚機構３が遊脚となる際に、ローラ３６０３が歩行面から離間するように繰り出す動作を示したが、左後脚機構３のローラ３６０３は歩行面に接地していてもよい。即ち、ローラ３６０３は、ワンウェイクラッチにより矢印Ｄ方向（図１０を参照）に回転自在に支持されているので、脚の繰り出し動作時にローラ３６０３が歩行面に接地していても、繰り出し動作を妨げることはなく、繰り出し動作に支障をきたすことはない。
In the second embodiment, in the normal walking mode and the high-speed walking mode, for example, when the left
また、この実施の形態２では、略平面を高速移動する場合、左後脚機構４及び右後脚機構５が駆動脚となる構成を示したが、左前脚機構２及び右前脚機構３が駆動脚となり、左後脚機構４及び右後脚機構５をローラ４６０３，５６０３で接地する支持脚としてもよく、同様の効果を奏することができる。
また、この実施の形態２では、略平面を高速移動する場合、駆動脚となる左後脚機構４及び右後脚機構５にもローラ４６０３，５６０３をワンウェイクラッチを介して支持するものについて示したが、駆動脚となる左後脚機構４及び右後脚機構５のローラ４６０３，５６０３は、回転しない弾性部材などで形成してもよい。
Further, in the second embodiment, the configuration in which the left
Further, in the second embodiment, the case where the
実施の形態３．
この実施の形態３では、通常歩行モードによって歩行ロボットを移動させる場合には、上記実施の形態１と同様に、４脚を交互に遊脚として繰り出すことにより、歩行ロボットを移動させる。
また、高速歩行モードによって歩行ロボットを移動させる場合にも、上記実施の形態１と同様に、支持脚となる左前脚機構２及び右前脚機構３のローラ２６４，３６４を歩行面に接地させるとともに、駆動脚となる左後脚機構４及び右後脚機構５を交互に遊脚として繰り出すことにより、歩行ロボットを移動させる。
しかし、この実施の形態３では、制御手段８は、高速歩行モードにおいて胴体１が前方（歩行方向）に慣性を有すると、図１４に示すように、駆動脚となる左後脚機構４及び右後脚機構５の関節部４１〜４３，５１〜５３の角度を固定してローラ４６４，５６４のみを歩行面に接地させるようにする。
In the third embodiment, when the walking robot is moved in the normal walking mode, the walking robot is moved by alternately extending four legs as swing legs as in the first embodiment.
Further, when the walking robot is moved in the high-speed walking mode, as in the first embodiment, the
However, in the third embodiment, when the
具体的には下記の通りである。通常歩行モード時の動作は上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
まず、制御手段８は、図６に示すように、支持脚となる左前脚機構２のローラ２６４を歩行面に接地させて、弾性部材２６３が歩行面から離間するように、関節部２１，２２，２３を制御する。
同様に支持脚となる右前脚機構３のローラ３６４を歩行面に接地させて、弾性部材３６３が歩行面から離間するように、関節部３１，３２，３３を制御する。
Specifically, it is as follows. Since the operation in the normal walking mode is the same as that in the first embodiment, description thereof is omitted.
First, as shown in FIG. 6, the control means 8 causes the
Similarly, the
制御手段８は、上記のようにして、左前脚機構２の関節部２１，２２，２３と右前脚機構３の関節部３１，３２，３３を制御すると、左前脚機構２の関節部２３に設置されたブレーキ２３９を作動させてブレーキパッド２３９ａにより減速ギア２３６を挟持させることにより、関節部２１の関節軸２３０の角度を固定する。
制御手段８は、左前脚機構２の関節部２２，２３と、右前脚機構３の関節部３１，３２，３３についても同様に、図示しないブレーキを作動させて関節軸の角度を固定する。
このとき、左前脚機構２及び右前脚機構３は、回転自在なローラ２６４，３６４によって歩行面に接地されているが、関節部２１，２２，２３，３１，３２，３３の角度が全て保持されているので、ロボット本体の自重により左前脚機構２及び右前脚機構３が矢印Ｃ方向に回動して倒れる恐れはない。
When the control means 8 controls the
The control means 8 similarly activates a brake (not shown) for the
At this time, the left
次に、制御手段８は、駆動脚となる左後脚機構４の弾性部材４６３を歩行面に接地させて、ローラ４６４が歩行面から離間するように、関節部４１，４２，４３を制御する。
同様に、駆動脚となる右後脚機構５の弾性部材５６３を歩行面に接地させて、ローラ５６４が歩行面から離間するように、関節部５１，５２，５３を制御する。
次に、制御手段８は、胴体１に対して相対的に後退している左後脚機構４を前方に繰り出す動作を行う。このとき、左後脚機構４は遊脚となり、足部４６の弾性部材４６３が歩行面から離間するので、左前脚機構２，右前脚機構３及び右後脚機構５が胴体１を支持する。
Next, the control means 8 controls the
Similarly, the
Next, the control means 8 performs an operation of extending the left
制御手段８は、遊脚となる左後脚機構４の足部４６の弾性部材４６３が歩行面に接触しないように、関節部４１，４２，４３を適切に制御して、前方への繰り出し動作を行う。同時に、駆動脚となる右後脚機構５に配置された関節部５１，５２，５３を適切に制御して、胴体１に対して右後脚機構５が相対的に後退する方向に移動させる。
左前脚機構２及び右前脚機構３は、回転自在に支持されているローラ２６４，３６４によって歩行面に接地されているので、右後脚機構５の動作により、胴体１が左前脚機構２及び右前脚機構３とともに矢印Ａ方向に前進する。
The control means 8 appropriately controls the
Since the left
制御手段８は、左後脚機構４を所定距離だけ前方に繰り出させたのち、関節部４１，４２，４３を制御して、足部４６の弾性部材４６３を歩行面に接地させて、左後脚機構４の遊脚動作を終了する。
左後脚機構４の遊脚動作が終了すると、上記と同様にして、右後脚機構５を遊脚として繰り出し動作を行いつつ、駆動脚となる左後脚機構４を胴体１に対して相対的に後退する方向に移動させることにより、胴体１が矢印Ａ方向に移動する。これらの動作を繰り返すことにより、歩行ロボットは矢印Ａ方向に一定速度で移動を継続し、歩行ロボットは矢印Ａ方向への慣性エネルギーを保有することとなる。
The control means 8 extends the left
When the free leg operation of the left
制御手段８は、歩行ロボットが矢印Ａ方向への慣性エネルギーを保有すると、図１４に示すように、左後脚機構４の関節部４３と右後脚機構５の関節部５３とを、矢印Ｂ１方向に素早く回動させることにより、ローラ４６４，５６４を歩行面に接地させて、弾性部材４６３，５６３が歩行面から離間するように制御する。
これにより、全ての脚機構は、ローラ２６４，３６４，４６４，５６４のみにより接地されるので、歩行ロボットが有する矢印Ａ方向への慣性エネルギーにより、胴体１は矢印Ａ方向に移動する。
なお、ローラ２６４，３６４，４６４，５６４の回転抵抗等によって、胴体１の移動速度が低下した後は、再度、上記動作を繰り返すことにより、継続して移動させることができる。
When the walking robot possesses inertial energy in the direction of arrow A, the control means 8 moves the joint 43 of the left
As a result, all the leg mechanisms are grounded only by the
In addition, after the moving speed of the
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、ロボット本体が慣性エネルギーを有した後は、全ての脚機構のローラ２６４，３６４，４６４，５６４のみが歩行面に接地するように制御するので、慣性エネルギーのみによる移動が可能となり、消費電力を大幅に低減することができる効果を奏する。
As is apparent from the above, according to the third embodiment, after the robot body has inertial energy, only the
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、ローラ２６４，３６４，４６４，５６４，２６０３，３６０３，４６０３，５６０３を、各脚機構の最下端である足裏部に設置するものについて示したが、設置場所は足裏部に限定するものではない。例えば、図１５に示すように、脚機構のうち下肢フレーム２５の上端２５ａにローラ２５０１を設けてもよく、上記実施の形態１〜３と同様の効果を奏することができる。
この場合、ローラ２５０１を接地する体勢として、例えば、図１６に示すような体勢が考えられる。なお、ローラの設置場所は、図１５に示す下肢フレームの上端には限定されず、脚機構の何れの箇所でもよい。
In the first to third embodiments, the
In this case, for example, a posture as shown in FIG. 16 can be considered as a posture for grounding the
また、上記実施の形態１〜３では、４脚を有する歩行ロボットに関して説明したが、本発明の適用範囲は４脚を有する歩行ロボットに限定するものではなく、４脚以上、例えば６脚を有する歩行ロボットにも適用できる。例えば６脚を有する歩行ロボットでは、左右１対の脚を駆動脚、その他２対の脚を支持脚として、略平面を移動することにより、同様の効果を得ることが可能である。 In the first to third embodiments, a walking robot having four legs has been described. However, the scope of application of the present invention is not limited to a walking robot having four legs, but four or more legs, for example, six legs. It can also be applied to walking robots. For example, in a walking robot having six legs, it is possible to obtain the same effect by moving in a substantially plane using a pair of left and right legs as drive legs and the other two pairs of legs as support legs.
実施の形態５．
上記実施の形態１〜３では、通常歩行モード又は高速歩行モードによって歩行ロボットを移動させるものについて示したが、制御手段８が通常歩行モード又は高速歩行モードを選択する際、歩行面の路面状況に応じて通常歩行モード又は高速歩行モードを選択するようにしてもよい。
具体的には、例えば、頭部７に監視カメラを搭載し、制御手段８が監視カメラにより撮像された映像を監視して、ロボット前方の歩行面に凹凸や段差等の障害が存在するか否かを判定する。
そして、制御手段８は、凹凸や段差等の障害が存在すると判定する場合には通常歩行モードを選択し、凹凸や段差等の障害が存在しないと判定する場合には高速歩行モードを選択するようにする。
この実施の形態５によれば、ユーザが通常歩行モード又は高速歩行モードを選択しなくても、自動的に適正なモードを選択することができる効果を奏する。
In the first to third embodiments described above, the walking robot is moved in the normal walking mode or the high-speed walking mode. However, when the
Specifically, for example, a monitoring camera is mounted on the
The control means 8 selects the normal walking mode when determining that there are obstacles such as unevenness and steps, and selects the high-speed walking mode when determining that there are no obstacles such as unevenness and steps. To.
According to this
１ 胴体、１ａ 前端部、２ 左前脚機構、３ 右前脚機構、４ 左後脚機構、５ 右後脚機構、６ 首機構、７ 頭部、８ 制御手段、２１，２２，２３ 関節部、２４ 上肢フレーム、２５ 下肢フレーム、２６ 足部、３１，３２，３３ 右前脚機構、３４ 上肢フレーム、３５ 下肢フレーム、３６ 足部、４１，４２，４３ 右前脚機構、４４ 上肢フレーム、４５ 下肢フレーム、４６ 足部、５１，５２，５３ 右前脚機構、５４ 上肢フレーム、５５ 下肢フレーム、５６ 足部、６１，６２ 関節部、２３０ 関節軸、２３１ 軸受け、２３２ 出力ギア、２３３ 角度センサ、２３４ａ，２３４ｂ，２３５，２３６ 減速ギア、２３７ モータ、２３８ ピニオンギア、２３９ ブレーキ、２６１ アーム、２６２ 足フレーム、２６３ 弾性部材、２６４ ローラ、２６５ 回転軸、２６６ 軸受け、２６７ カバー、３６１ アーム、３６４ ローラ、４６１ アーム、４６４ ローラ、５６１ アーム、５６４ ローラ、２５０１ ローラ、２６０１ アーム、２６０２ 足フレーム、２６０３ ローラ、２６０４ ワンウェイクラッチ、２６０５ 支軸、２６０６ カバー、３６０１ アーム、３６０３ ローラ、４６０１ アーム、４６０３ ローラ、５６０１ アーム、５６０３ ローラ。 1 body, 1a front end, 2 left front leg mechanism, 3 right front leg mechanism, 4 left rear leg mechanism, 5 right rear leg mechanism, 6 neck mechanism, 7 head, 8 control means, 21, 22, 23 joint part, 24 Upper limb frame, 25 Lower limb frame, 26 Foot, 31, 32, 33 Right front leg mechanism, 34 Upper limb frame, 35 Lower limb frame, 36 Foot, 41, 42, 43 Right front leg mechanism, 44 Upper limb frame, 45 Lower limb frame, 46 Foot, 51, 52, 53 Right front leg mechanism, 54 Upper limb frame, 55 Lower limb frame, 56 Foot, 61, 62 Joint, 230 Joint shaft, 231 bearing, 232 Output gear, 233 Angle sensor, 234a, 234b, 235 , 236 Reduction gear, 237 motor, 238 pinion gear, 239 brake, 261 arm, 262 foot frame, 263 elastic part 264 roller, 265 rotation shaft, 266 bearing, 267 cover, 361 arm, 364 roller, 461 arm, 464 roller, 561 arm, 564 roller, 2501 roller, 2601 arm, 2602 foot frame, 2603 roller, 2604 one-way clutch, 2605 Support shaft, 2606 cover, 3601 arm, 3603 roller, 4601 arm, 4603 roller, 5601 arm, 5603 roller.
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