JPH04293687A - 歩行ロボット - Google Patents
歩行ロボットInfo
- Publication number
- JPH04293687A JPH04293687A JP3058909A JP5890991A JPH04293687A JP H04293687 A JPH04293687 A JP H04293687A JP 3058909 A JP3058909 A JP 3058909A JP 5890991 A JP5890991 A JP 5890991A JP H04293687 A JPH04293687 A JP H04293687A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- leg
- robot
- legs
- walking robot
- running
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 10
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 abstract description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，脚の先端部に走行車輪
を有する脚車輪型の歩行ロボットに係り，水平走行時に
おける外力が少さくなるように脚角度を制御する歩行ロ
ボットに関するものである。
を有する脚車輪型の歩行ロボットに係り，水平走行時に
おける外力が少さくなるように脚角度を制御する歩行ロ
ボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】障害物の跨ぎ越え動作を迅速に行って移
動することのできる移動装置の一つとして，図３に示す
ような脚ａとその先端部に車輪ｂ等の走行装置を有する
脚車輪型の移動装置，即ち脚車輪型の歩行ロボットｃが
ある。この装置は，車輪ｂによる走行動作，脚ａによる
歩行動作，あるいは，それらの組み合わせによって，平
地走行や不整地での移動，障害物の跨ぎ越えなどを迅速
に行うことができる。この歩行ロボットの不整地歩行に
おける脚の制御方法については，図４にさまざまな移動
の様子をパターン化して示すように，様々に脚の制御方
法が検討されている。（図４に示した不整地歩行のパタ
ーン図は，日本ロボット学会誌２巻３号から抜粋したも
のである）
動することのできる移動装置の一つとして，図３に示す
ような脚ａとその先端部に車輪ｂ等の走行装置を有する
脚車輪型の移動装置，即ち脚車輪型の歩行ロボットｃが
ある。この装置は，車輪ｂによる走行動作，脚ａによる
歩行動作，あるいは，それらの組み合わせによって，平
地走行や不整地での移動，障害物の跨ぎ越えなどを迅速
に行うことができる。この歩行ロボットの不整地歩行に
おける脚の制御方法については，図４にさまざまな移動
の様子をパターン化して示すように，様々に脚の制御方
法が検討されている。（図４に示した不整地歩行のパタ
ーン図は，日本ロボット学会誌２巻３号から抜粋したも
のである）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，従来か
ら歩行ロボットにおいては，脚による不整地歩行を重点
化するあまり，車輪による水平移動については充分な検
討が成されていなかった。例えば，脚先端部の車輪によ
る水平走行時の加減速の際に，脚関節を駆動するモータ
に過大なトルクが加わることがあり，そのため，脚関節
を駆動するモータに高トルク型のものを必要とし，必然
的に移動装置の重量が重くなるという課題を残していた
。
ら歩行ロボットにおいては，脚による不整地歩行を重点
化するあまり，車輪による水平移動については充分な検
討が成されていなかった。例えば，脚先端部の車輪によ
る水平走行時の加減速の際に，脚関節を駆動するモータ
に過大なトルクが加わることがあり，そのため，脚関節
を駆動するモータに高トルク型のものを必要とし，必然
的に移動装置の重量が重くなるという課題を残していた
。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は，任意の自由度を有する任意数の脚と，その
脚の先端部に走行用車輪とを有する歩行ロボットにおい
て，走行加速度と重力加速度に応じて，前記脚角度を該
脚の各関節に加わるトルクが最小となる方向に脚姿勢を
制御することを特徴とする。
に本発明は，任意の自由度を有する任意数の脚と，その
脚の先端部に走行用車輪とを有する歩行ロボットにおい
て，走行加速度と重力加速度に応じて，前記脚角度を該
脚の各関節に加わるトルクが最小となる方向に脚姿勢を
制御することを特徴とする。
【０００５】
【作用】脚車輪型のロボットを水平走行させると，ロボ
ット本体には重力と慣性力がかかり，アーム長が長いと
これを支える脚の関節部分には過大なトルクが加わるが
，上記のように走行加速度と重力加速度に応じた脚角度
に姿勢制御することによって，関節部分に加わるトルク
を軽減することができる。従って，関節駆動用のモータ
を小型，軽量のものにすることができ，ロボットの軽量
化を図ることができる。
ット本体には重力と慣性力がかかり，アーム長が長いと
これを支える脚の関節部分には過大なトルクが加わるが
，上記のように走行加速度と重力加速度に応じた脚角度
に姿勢制御することによって，関節部分に加わるトルク
を軽減することができる。従って，関節駆動用のモータ
を小型，軽量のものにすることができ，ロボットの軽量
化を図ることができる。
【０００６】
【実施例】図１に本発明の実施例に係る歩行ロボットの
概念図を示す。４本の脚１，２，３，４は，それぞれ２
自由度を有する。図は走行方向の側面から見たものとし
て表しているため，片側側面のみの表示であるが，他側
側面も同一状態にあるものとする。２自由度を有する脚
は，それぞれ上リンク５と下リンク６から成り，その間
は中関節８で回動可能に接続され，上リンク５はロボッ
ト本体７と上関節９で回動可能に接続されている。また
下リンク６の下端部には車輪１０が回転自在に取付けら
れ，脚車輪型の歩行ロボットを構成している。各関節８
，９及び車輪１０には関節駆動用モータ（図示せず）が
装着されており，個々の関節８，９を自在に駆動して，
先に図４に例示したごとき不整地歩行をすると共に，車
輪１０によって水平走行をすることができる。
概念図を示す。４本の脚１，２，３，４は，それぞれ２
自由度を有する。図は走行方向の側面から見たものとし
て表しているため，片側側面のみの表示であるが，他側
側面も同一状態にあるものとする。２自由度を有する脚
は，それぞれ上リンク５と下リンク６から成り，その間
は中関節８で回動可能に接続され，上リンク５はロボッ
ト本体７と上関節９で回動可能に接続されている。また
下リンク６の下端部には車輪１０が回転自在に取付けら
れ，脚車輪型の歩行ロボットを構成している。各関節８
，９及び車輪１０には関節駆動用モータ（図示せず）が
装着されており，個々の関節８，９を自在に駆動して，
先に図４に例示したごとき不整地歩行をすると共に，車
輪１０によって水平走行をすることができる。
【０００７】上記脚車輪型の歩行ロボットを水平走行さ
せるとき，ロボットの質量をｍ，走行加速度をａ，重力
加速度をｇとすると，ロボット本体７には重力ｍｇと慣
性力ｍａの合力がかかる。これを支える４本の脚１，２
，３，４には大きな負荷がかかり，それは各関節８，９
に過大なトルクとして加わる。そのため各関節８，９は
姿勢を保つため，各関節駆動モータに関節駆動に必要と
する以上の高トルク型のものを採用しなければならない
。それは歩行ロボット全体の重量増加を伴い，様々な動
作に支障をきたす原因となる。
せるとき，ロボットの質量をｍ，走行加速度をａ，重力
加速度をｇとすると，ロボット本体７には重力ｍｇと慣
性力ｍａの合力がかかる。これを支える４本の脚１，２
，３，４には大きな負荷がかかり，それは各関節８，９
に過大なトルクとして加わる。そのため各関節８，９は
姿勢を保つため，各関節駆動モータに関節駆動に必要と
する以上の高トルク型のものを採用しなければならない
。それは歩行ロボット全体の重量増加を伴い，様々な動
作に支障をきたす原因となる。
【０００８】本実施例においては，車輪１０による水平
走行時に，上記した各関節８，９への負荷トルクを軽減
させるため，上リンク５，下リンク６を適切な走行角度
に制御している。即ち，図示するように重力ｍｇと慣性
力ｍａとの合力方向と平行に，各脚１，２，３，４の姿
勢を定めれば，脚にかかるモーメントをゼロにすること
ができる。このときの上リンク５の関節角θは，下記（
１）式で求められる。 θ＝ｔａｎ（ａ／ｇ）…………（１） また，下リンク６については，下リンク６の関節軸と車
輪１０の接地点ｙを結ぶ直線（破線で示す）が角度θで
あればいいので，下リンク６の長さをｌ，車輪の半径を
ｒとすると，下記（２）式を満たすθ´を求め，θ´を
下リンク６の関節角とすればよい。 ｔａｎθ＝ａ／ｇ＝ｌｓｉｎθ´／（
ｌｃｏｓθ´＋ｒ）………（２）上記の脚姿勢の算定の
方法は，任意数の脚と各脚が任意の自由度を有する場合
にも適用できる。尚，図１に示した走行姿勢をとった場
合，ロボットの走行安定性が悪くなることがあるが，こ
のときには上リンク５の関節角をθ＋１８０°となる脚
姿勢に制御することで解決できる。即ち，図２に示すよ
うなほふく姿勢をとれば，上記と同じ効果が得られ，尚
且つ安定性を向上させることができる。
走行時に，上記した各関節８，９への負荷トルクを軽減
させるため，上リンク５，下リンク６を適切な走行角度
に制御している。即ち，図示するように重力ｍｇと慣性
力ｍａとの合力方向と平行に，各脚１，２，３，４の姿
勢を定めれば，脚にかかるモーメントをゼロにすること
ができる。このときの上リンク５の関節角θは，下記（
１）式で求められる。 θ＝ｔａｎ（ａ／ｇ）…………（１） また，下リンク６については，下リンク６の関節軸と車
輪１０の接地点ｙを結ぶ直線（破線で示す）が角度θで
あればいいので，下リンク６の長さをｌ，車輪の半径を
ｒとすると，下記（２）式を満たすθ´を求め，θ´を
下リンク６の関節角とすればよい。 ｔａｎθ＝ａ／ｇ＝ｌｓｉｎθ´／（
ｌｃｏｓθ´＋ｒ）………（２）上記の脚姿勢の算定の
方法は，任意数の脚と各脚が任意の自由度を有する場合
にも適用できる。尚，図１に示した走行姿勢をとった場
合，ロボットの走行安定性が悪くなることがあるが，こ
のときには上リンク５の関節角をθ＋１８０°となる脚
姿勢に制御することで解決できる。即ち，図２に示すよ
うなほふく姿勢をとれば，上記と同じ効果が得られ，尚
且つ安定性を向上させることができる。
【０００９】
【発明の効果】以上の説明の通り本発明によれば，脚車
輪型の歩行ロボットを水平走行させるときに，脚角度を
走行加速度と重力加速度に応じた脚角度に姿勢制御する
ことによって脚関節部分に加わる過大なトルクを軽減す
ることができるので，関節駆動用のモータを関節駆動に
必要なだけの小型，軽量のものにすることができ，ロボ
ットの軽量化を図ることができる。それは，より自由・
自在な動きを可能にする効果として発揮される。
輪型の歩行ロボットを水平走行させるときに，脚角度を
走行加速度と重力加速度に応じた脚角度に姿勢制御する
ことによって脚関節部分に加わる過大なトルクを軽減す
ることができるので，関節駆動用のモータを関節駆動に
必要なだけの小型，軽量のものにすることができ，ロボ
ットの軽量化を図ることができる。それは，より自由・
自在な動きを可能にする効果として発揮される。
【図１】 実施例の脚車輪型ロボットの概念図。
【図２】 同上の走行姿勢態様の概念図。
【図３】 従来例の歩行ロボットの模式図。
【図４】 歩行ロボットの不整地走行パターン図。
１，２，３，４…脚 ７…ロボ
ット本体８…中関節
９…上関節１０…車輪
θ…重力と慣性力の合力方向角
ット本体８…中関節
９…上関節１０…車輪
θ…重力と慣性力の合力方向角
Claims (1)
- 【請求項１】 任意の自由度を有する任意数の脚と，
その脚の先端部に走行用車輪とを有する歩行ロボットに
おいて，前記走行用車輪により水平走行するとき，走行
加速度と重力加速度に応じて，前記脚角度を該脚の各関
節に加わるトルクが最小となる方向に姿勢制御すること
を特徴とする歩行ロボット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3058909A JPH04293687A (ja) | 1991-03-22 | 1991-03-22 | 歩行ロボット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3058909A JPH04293687A (ja) | 1991-03-22 | 1991-03-22 | 歩行ロボット |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04293687A true JPH04293687A (ja) | 1992-10-19 |
Family
ID=13097944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3058909A Pending JPH04293687A (ja) | 1991-03-22 | 1991-03-22 | 歩行ロボット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04293687A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009090795A (ja) * | 2007-10-09 | 2009-04-30 | Ihi Corp | 多脚型走行装置 |
| JP2009120101A (ja) * | 2007-11-16 | 2009-06-04 | Ihi Corp | 移動ロボット及びその移動方法 |
| JP2011255426A (ja) * | 2010-06-04 | 2011-12-22 | Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute | 二脚型移動装置 |
| CN105383582A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-03-09 | 中国人民解放军装甲兵工程学院 | 摆臂式无人四驱平台 |
| CN108528562A (zh) * | 2018-06-07 | 2018-09-14 | 张家港江苏科技大学产业技术研究院 | 一种机器人攀爬底盘装置 |
| CN110304167A (zh) * | 2019-07-16 | 2019-10-08 | 深圳市爱因派科技有限公司 | 轮腿复合结构及轮腿复合四足仿生机器人 |
-
1991
- 1991-03-22 JP JP3058909A patent/JPH04293687A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009090795A (ja) * | 2007-10-09 | 2009-04-30 | Ihi Corp | 多脚型走行装置 |
| JP2009120101A (ja) * | 2007-11-16 | 2009-06-04 | Ihi Corp | 移動ロボット及びその移動方法 |
| JP2011255426A (ja) * | 2010-06-04 | 2011-12-22 | Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute | 二脚型移動装置 |
| CN105383582A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-03-09 | 中国人民解放军装甲兵工程学院 | 摆臂式无人四驱平台 |
| CN105383582B (zh) * | 2015-12-14 | 2018-06-01 | 中国人民解放军装甲兵工程学院 | 摆臂式无人四驱平台 |
| CN108528562A (zh) * | 2018-06-07 | 2018-09-14 | 张家港江苏科技大学产业技术研究院 | 一种机器人攀爬底盘装置 |
| CN108528562B (zh) * | 2018-06-07 | 2020-12-01 | 张家港江苏科技大学产业技术研究院 | 一种机器人攀爬底盘装置 |
| CN110304167A (zh) * | 2019-07-16 | 2019-10-08 | 深圳市爱因派科技有限公司 | 轮腿复合结构及轮腿复合四足仿生机器人 |
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