DE69307023T2

DE69307023T2 - Beweglicher Roboter mit Beinen

Info

Publication number: DE69307023T2
Application number: DE69307023T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Gomi; Masato Hirose; Takashi Matsumoto; Masao Nishikawa; Hideaki Takahashi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1992-05-26
Filing date: 1993-05-26
Publication date: 1997-04-17
Anticipated expiration: 2013-05-27
Also published as: US5445235A; EP0573203A1; DE69307023D1; EP0573203B1

Description

Die Erfindung betrifft einen beweglichen Schreitroboter.
Bewegliche Roboter mit Beinen, insbesondere bewegliche Roboter mit Beinen, die eine zweitbeinige Fortbewegung benutzen, werden durch die japanischen offengelegten Patentveröffentlichungen Nrn. 62(1987)-97005 und 63(1988)-150176 gelehrt. Eine allgemeine Erörterung von Robotern, einschließlich beweglicher Roboter mit Beinen, kann in "Robotics Handbook", Robotic Society of Japan, 20. Oktober 1990, gefunden werden.
Von beweglichen Robotern mit Beinen, insbesondere solchen, die eine zweibeinige Fortbewegung benutzen, wird erwartet, daß sie eine zunehmende Zahl von Aufgaben übernehmen, die früher von Menschen gehandhabt wurden. Darunter sind viele Tätigkeiten, die verlangen, daß der Roboter in einer Arbeitsumgebung arbeitet, welche zahlreiche Rohre und andere Konstruktionselemente enthält. Darüber hinaus verlangen viele der für Roboter ins Auge gefaßten Tätigkeiten, daß diese in relativ beengten Bereichen arbeiten. Falls ein in einer derartigen Umgebung arbeitender Roboter sein Gleichgewicht verlieren und gegen ein Konstruktionselement, wie beispielsweise ein Rohr, oder gegen einen nahe befindlichen menschlichen Arbeiter fallen sollte, würde er wahrscheinlich das Element beschädigen oder den Arbeiter verletzen. Außerdem könnte der Roboter selbst beschädigt und arbeitsunfähig gemacht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, das vorgenannte Problem zu überwinden, indem ein beweglicher Roboter mit Beinen vorgesehen wird, welcher mit einem Stoßdämpfer ausgestattet ist, der Stöße dämpft, die bei einem Zusammenprall entstehen, der zwischen dem Roboter und Konstruktionselementen oder Personen in der Arbeitsumgebung des Roboters auftreten kann, und der auf diese Weise Schäden/Verletzungen sowohl am Roboter selbst als auch an dem Konstruktionselement oder der Person minimiert, mit dem bzw. mit der er zusammenstößt.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung einen beweglichen Roboter mit Beinen vor, der mit einem Stoßdämpfer ausgestattet ist, wobei der Stoßdämpfer ein Element umfaßt, welches aus einem Anfangszustand verlagert oder deformiert wird, wenn eine andere Reaktionskraft auf den Roboter wirkt als diejenige, die vom Roboter beim Gehen auf dem Boden hervorgerufen wird, um so einen hieraus entstehenden Stoß zu dämpfen.
Obige und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung wird man aus der folgenden Beschreibung und den lediglich beispielhaft gegebenen Zeichnungen besser ersehen, in denen:
Figur 1 eine schematische Prinzipansicht ist, die die Gesamtanordnung eines mit einem erfindungsgemäßen Stoßdämpfer auszurüstenden beweglichen Roboters mit Beinen zeigt, wobei ein zweibeiniger beweglicher Roboter als Beispiel genommen ist,
Figur 2 ein Blockdiagramm ist, das die Einzelheiten einer in Figur 1 dargestellten Steuereinheit zeigt,
Figur 3 eine Vorderansicht des Roboters der Figur 1 ist, die seine Konstruktion im einzelnen und Stoßdämpfer zeigt, mit denen er nach einer ersten und einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist,
Figur 4 eine Seitenansicht des Roboters der Figur 3 ist,
Figur 5 eine Teilschnittansicht ist, die den detaillierten Aufbau eines in den Figuren 3 und 4 dargestellten Stoßdämpfers nach der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
Figur 6 eine längs der Linie VI-VI der Figur 3 genommene Schnittansicht ist, die den detaillierten Aufbau eines weiteren Stoßdämpfers nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
Figur 7 eine Ansicht ähnlich Figur 3 ist, die jedoch einen dritten Stoßdämpfer nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Figur 8 eine längs der Linie VIII-VIII der Figur 7 genommene Schnittansicht ist,
Figur 9 eine Ansicht ähnlich Figur 3 ist, die jedoch einen vierten Stoßdämpfer nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt, und
Figur 10 ein Flußlaufplan ist, der die Arbeitsweise des in Figur 9 dargestellten vierten Stoßdämpfers zeigt.
Zunächst wird ein beweglicher Roboter mit Beinen selbst erläutert, wobei ein zweibeiniger Roboter als Beispiel genommen wird.
Figur 1 ist eine Gesamtprinzipansicht eines zweibeinigen Schreitroboters 1. Der Roboter 1 weist ein linkes und ein rechtes Bein 2 mit jeweils sechs Gelenken (Achsen) auf. (Um die Anordnung leichter verständlich zu machen, sind die Gelenke (Achsen) als elektrische Motoren dargestelt, durch die sie angetrieben werden.) Die sechs Gelenke (Achsen) sind beginnend von oben Gelenke (Achsen) 10R, 10L zum Schwenken (allgemein horizontale Drehung) der Beine an der Hüfte (wobei R und L das rechte und linke Bein bezeichnen), Gelenke (Achsen) 12R, 12L zur Drehung an der Hüfte in Nickrichtung (Drehung um die x-Achse), Gelenke (Achsen) 14R, 14L zur Drehung an der Hüfte in Rollrichtung (Drehung um die y-Achse), Gelenke (Achsen) 16R, 16L zur Drehung am Knie in Rollrichtung, Gelenke (Achsen) 18R, 18L zur Drehung am Knöchel in Rollrichtung und Gelenke (Achsen) 20R, 20L zur Drehung am Knöchel in Nickrichtung. Am unteren Ende dieser Anordnung sind Füße 22R, 22L vorgesehen und am oberen Ende ein Rumpf (Haupteinheit) 24, welcher elektronische Komponenten, beispielsweise eine aus einem Mikrocomputer bestehende Steuereinheit 26, sowie eine Batterie zur Stromzufuhr zu den Gelenkmotoren o.dgl. aufnimmt.
Die Hüftgelenke sind bei der vorangehenden Konfiguration von den Gelenken (Achsen) 10R(L), 12R(L) und 14R(L) und die Knöchelgelenke von den Gelenken (Achsen) 18R(L) und 20R(L) gebildet. Die Hüft- und Kniegelenke sind durch Oberschenkelglieder 32R, 32L verbunden, die Kniegelenke und Köchelgelenke durch Unterschenkelglieder 34R, 34L. Die Beine 2 weisen somit sechs Freiheitsgrade auf, so daß man die Beine als Ganzes während der Fortbewegung die gewünschte Bewegung ausführen lassen kann, indem die 6 x 2 = 12 Gelenke (Achsen) auf geeignete Winkel eingesteuert werden. Der Roboter ist so in der Lage, innerhalb eines dreidimensionalen Raums frei zu gehen. Die Gelenke sind hauptsächlich mit Elektromotoren, wie vorher erwähnt, und Untersetzungsgetriebemechanismen zur Erhöhung des Motordrehmoments versehen. Die Konstruktion der Gelenke ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 1(1989)-324,218 (japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 3(1991)- 184,782) usw. beschrieben. Da sie kein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, wird sie hier nicht weiter erläutert.
Die einzelnen Knöchel des in Figur 1 gezeigten Roboters 1 sind mit einem sechsdimensionalen Kraft- und Drehmomentsensor 36 herkömmlicher Gestaltung versehen. Durch Messen der über die Füße auf den Roboter übertragenen x-, y- und z-Kraftkomponenten Fx, Fy und Fz und ferner durch Messen der Momentenkomponenten Mx, My und Mz um die drei Achsen erfaßt der sechsdimensionale Kraft- und Drehmomentsensor 36, ob der zugehörige Fuß gelandet ist oder nicht, sowie die Größe und Richtung der auf das Stützbein wirkenden Kräfte. Die Sohle jedes Fußes ist an ihren vier Ecken mit Aufsetzschaltern 38 - in Figur 1 nicht dargestellt - herkömmlicher Gestaltung ausgestattet, um zu erfassen, ob der Fuß in Kontakt mit dem Boden ist oder nicht. Der Oberteil des Rumpfs 24 ist mit einem Neigungssensor 40 zur Erfassung des Neigungswinkels und der Winkelgeschwindigkeit des Roboterrumpfs relativ zur z- Achse in den x-z- und y-z-Ebenen. Jeder Elektromotor an den einzelnen Gelenken ist mit einem Drehcodierer zur Erzeugung von Drehinformationen versehen. Obwohl in Figur 1 nicht dargestellt, ist der Roboter 1 darüber hinaus mit einem Nullreferenzschalter 42 zur Kalibrierung des Ausgangssignals des Neigungssensors 40 sowie mit einem Grenzschalter 44 zur Ausfallsicherung versehen. Die Ausgangssignale der Sensoren 36 u.dgl. werden an die Steuereinheit 26 im Rumpf gesendet.
Wie in dem Blockdiagramm der Figur 2 gezeigt, weist die Steuereinheit 26 einen Mikrocomputer auf. Die Ausgangssignale des Neigungssensors 40 etc. werden mittels eines A/D-Wandlers 50 in digitale Signale umgewandelt; die resultierenden digitalen Werte werden über einen Bus 52 an ein RAM (Direktzugriffsspeicher) 54 zur Speicherung gesendet. Außerdem werden die Ausgangssignale von benachbart den jeweiligen Motoren angeordneten Codierern über einen Zähler 56 in das RAM 54 eingegeben, während Ausgangssignale der Aufsetzschalter 38 u.dgl. über einen Wellenformer 58 im RAM 54 gespeichert werden. Die Steuereinheit weist einen ersten Prozessor 60 und einen zweiten Prozessor 62 auf. Der erste Prozessor 60 berechnet Sollgelenkwinkel anhand eines im voraus aufgestellten und in einem ROM 64 gespeicherten Schreitmusters (Gangart) und gibt dieselben an das RAM 54 aus. Der zweite Prozessor 62 holt die Sollgelenkwinkel und gemessene Gelenkwinkel aus dem RAM 54, berechnet Steuerbefehle der einzelnen Gelenkmotoren und sendet dieselben über einen D/A-Wandler 66 an diesen zugeordnete Servoverstärker.
Die Figuren 3 und 4 sind eine Vorderansicht und eine Seitenansicht des Roboters der Figur 1 und zeigen diesen in näherer konstruktiver Einzelheit. Was die vorliegende Ausführungsform kennzeichnet, ist, daß die Haupteinheit 24 des Roboters, die dasjenige Teil von ihm ist, das am weitesten vorsteht, mit einem Stoßdämpfer 70 versehen ist. Figur 5 ist eine Schnittansicht des wesentlichen Teils des Stoßdämpfers 70 der nun mit Bezug auf die Figuren 3 bis 5 erläutert wird. Der Stoßdämpfer 70 umfaßt einen ringförmigen Ballon 72, der mit komprimierter Luft aufgeblasen ist und gut sitzend über die Haupteinheit 25 gelegt ist, so daß er deren Außenumfang bedeckt. Wie am besten in Figur 5 zu erkennen, ist der Ballon 72 aus einem frei zusammenziehbaren elastischen Material gebildet und weist eine geeignete Zahl von Ventilen (Rückschlagventile) 76 auf, die an ihm vorgesehen sind. Wie in Figur 5 gezeigt, ist jedes Ventil 76 von einem Ventilkörper 76a gebildet, der über ein elastisches Element 77 luftdicht mit dem Rand einer in dem Ballon 72 gebildeten Öffnung verbunden ist, einer Platte 76b, welche luftdicht und verschiebbar in dem Ventilkörper 76a aufgenommen ist, sowie einer Feder 76c, welche die Platte 76b in die dargestellte Position drängt. Der Ventilkörper 76a und die Platte 76b sind in Draufsicht kreisförmig. Der Ventilkörper 76a ist an einer Anzahl von Stellen mit Fenstern 76d ausgeführt. Eine Schulter 76e ist so vorgesehen, daß sie am unteren Abschnitt des Ventilkörpers 76a nach innen vorsteht, um die Platte 76b aufzunehmen. Der obere Abschnitt des Ventilkörpers 76a ist mit einem Halter 76g versehen. Der Halter 76g ist in Draufsicht omega-förmig und teilweise in eine an der Innenwand des Ventilkörpers 76a ausgebildete Nut eingesetzt, so daß er längs der Innenwand geringfügig vorsteht. Eine zweite Platte 76f liegt an dem vorstehenden Abschnitt an dessen innenliegender Seite an, um das obere Ende des Ventilkörpers 76a zu verschließen und mit der Platte 76b die Feder 76c sandwichartig aufzunehmen.
Wenn der Stoßdämpfer 70 der vorgenannten Ausgestaltung mit einem äußeren Objekt 100 kollidiert, z.B. mit einem Konstruktionselement oder einem Arbeiter in der Arbeitsumgebung, wird der Ballon 72 deformiert, wie durch die Hilfslinien in Figur 5 angedeutet. Die Druckzunahme der komprimierten Luft in dem Ballon 72 drückt die Platte 76b gegen die Kraft der Feder 76c nach oben, so daß die Fenster 76d geöffnet werden und die komprimierte Luft nach außen entweichen kann. Durch geeignete Wahl der Zahl der Ventile 76 und der Kraft der darin vorgesehenen Federn 76c wird es somit möglich, den durch die Kollision mit dem äußeren Objekt 100 hervorgerufenen Stoß zu dämpfen. Als Folge können die Stöße abgeschwächt werden, die sowohl der Roboter 1 als auch das äußere Objekt 100 empfangen. Der Ballon 72 wird zur Wiederverwendung bereitgemacht, indem die abgegebene Luft ersetzt wird.
Während die Ausführungsform mit Bezug auf einen Fall erläutert wurde, bei dem der Stoßdämpfer 70 (der Ballon 72) um den gesamten Umfang der Haupteinheit 24 herum vorgesehen ist, kann er alternativ lediglich an bestimmten Bereichen davon vorgesehen sein, beispielsweise an den Ecken, oder er kann zusätzlich oder stattdessen an den Beinen 2 vorgesehen sein. Obwohl weiterhin Luft als Medium benutzt wird, ist es alternativ möglich, irgendein anderes Fluidmedium zu verwenden, beispielsweise Öl. Obwohl darüber hinaus ein Ballon 72 mit einer einzigen luftdichten Kammer benutzt wird, ist es ebenfalls möglich, andere Pufferelemente mit einer Mehrzahl von Kammern oder einer Bienenwabenstruktur oder ein aus einem Schaummaterial gefertigtes Pufferelement u.dgl. zu verwenden.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung erläutert. Wie in den Figuren 3 und 4 gezeigt, ist ein Stoßdämpfer 80 der zweiten Ausführungsform an den Oberschenkelgliedern 32R(L) und den Unterschenkeigliedern 34R(L) angebracht. Figur 6 ist eine längs der Linie VI-VI genommene detaillierte Schnittansicht des Stoßdämpfers 80. Obwohl sich die folgende Erläuterung auf einen an einem Oberschenkelglied angebrachten Stoßdämpfer 80 bezieht, kann derselbe auch an einem Unterschenkelglied 34R(L) benutzt werden.
Der in Figur 6 gezeigte Stoßdämpfer 80 ist in ein Oberschenkelglied 32R(L) H-förmiger Querschnittsgestalt eingebaut und besteht aus zwei Dämpfereinheiten 86, welche auf beiden Seiten des Glieds in Ausrichtung zueinander angeordnet sind. Jede Dämpfereinheit 86 weist einen Zylinder 86d, einen verschiebbar in dem Zylinder 86d angeordneten Kolbenkopf 86a sowie eine Kolbenstange 86b auf, an der der Kolbenkopf 86a an einem Ende mittels einer Sicherungsmutter 86c befestigt ist. Über einen in dem Kolbenkopf 86a ausgebildeten Kanal 86i stehen eine einwärts des Kolbenkopfs 86a in dem Zylinder 86d begrenzte erste Kammer 86h und eine zwischen dem äußeren Ende des Kolbenkopfs 86a und einer den Mund des Zylinders 86d verschließenden Kappe 86f begrenzte zweite Kammer 86j in Verbindung. In der ersten Kammer 86h ist eine Feder 86e angeordnet, um den Kolbenkopf 86a in die dargestellte Position in Kontakt mit der Kappe 86f zu drängen. Die erste Kammer 86h ist mit einem Fluid gefüllt, beispielsweise einem Öl. Die freien Enden der Kolbenstangen 86b sind zu einer scheibenartigen Gestalt vergrößert, und um die Dämpfereinheiten 86 ist eine Pufferabdeckung 88 angeordnet, die an den scheibenartigen Enden der Kolbenstangen 86b angebracht ist. (Das Bezugssymbol 86g bezeichnet Öldichtungen).
Wenn der Stoßdämpfer 80 der vorgenannten Ausgestaltung mit dem äußeren Objekt 100 kollidiert, zieht sich die Abdeckung 88 zurück, wie durch die Hilfslinie in Figur 6 angedeutet, was bewirkt, daß die Kolbenstangen 86b der Dämpfereinheiten 86 auf der betroffenen Seite in die Zylinder 86d gegen die Kraft der Federn 86e geschoben werden. Als Folge strömt das Öl in der ersten Kammer 86h durch die Kanäle 86i in die zweiten Kammern 86j. Durch Wahl eines für das Volumen der ersten Kammer geeigneten Durchmessers der Kanäle 86i und Wahl von Federn 86e geeigneter Kraft wird es somit möglich, die durch die Kollision mit dem äußeren Objekt 100 hervorgerufene externe Kraft abzuschwächen und so den Stoß zu mildern. Wie bei der ersten Ausführungsform ist es daher möglich, den seitens des Roboters 1 als auch des Objekts oder der Person, das bzw. die mit ihm zusammengestoßen ist, empfangenen Stoß zu dämpfen und zu mildern. Der Dämpfer kann anstelle von Öl Luft o.dgl. als Fluid benutzen. Der Dämpfer kann nur an den Oberschenkelgliedern, nur an den Unterschenkelgliedern oder an beiden vorgesehen sein. Er kann auch an der Haupteinheit 24 vorgesehen sein.
Figur 7 ist eine Vorderansicht - teilweise im Schnitt - des vorgenannten Roboters 1, der jedoch mit einem Stoßdämpfer 90 nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung ausgerüstet ist. Bei dieser dritten Ausführungsform ist der Roboter 1 im wesentlichen vollständig mit dem Stoßdämpfer 90 überzogen, der als ein aus einem harten Urethanschaummaterial hergestelltes elastisches (Puffer-) Element 92.ausgeführt ist. Wie weiter in Figur 8 gezeigt (einer längs der Linie VIII-VIII in Figur 7 genommenen Schnittansicht), ist das elastische Element 92 so auf das Oberschenkelglied 32R(L) aufgebracht, daß es Drähte 94 umschließt, welche einen Motorstrom für das Kniegelenk und/oder ein Signal zur Steuerung des Motorbetriebs von der Batterie oder der Steuereinheit 24 führen, die in dem Roboterrumpf 24 untergebracht sind. Am Unterschenkelglied 34R(L) ist die Ausgestaltung ähnlich. Die Bezugsziffer 96 bezeichnet Riemen zur Übertragung von Motorleistung zum Kniegelenk. Die Haupteinheit 24 ist an geeigneten Stellen mit Wärmelöchern 98 versehen, wie in Figur 7 dargestellt, um Wärme von den darin untergebrachten elektronischen Komponenten nach außen abzuführen
Wenn somit bei der dritten Ausführungsform das an der Haupteinheit 24 oder am Bein 2 angeordnete elastische Element in Kontakt mit einem äußeren Objekt gelangt, wird es deformiert, um den aus dem Kontakt entstehenden Stoß zu dämpfen und abzuschwächen. Da außerdem die Verdrahtung u.dgl. von dem elastischen Element umgeben ist, ist sie vor Beschädigung durch den Kontakt geschützt. Während die dritte Ausführungsform mit Bezug auf einen Fall beschrieben wurde, bei dem im wesentlichen der gesamte Roboter mit dem elastischen Element überzogen ist, ist es ebenfalls möglich, das elastische Element nur auf begrenzte Bereiche aufzubringen, beispielsweise die Haupteinheit 24.
Figur 9 zeigt einen vierten Stoßdämpfer 200 nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung, bei der vier Luftsacksysteme um den Roboterrumpf 24 herum vorgesehen sind, d.h. an der linken und rechten Seite und an der Vorder- und Rückseite des Roboterrumpfs 24. Jedes Luftsacksystem umfaßt einen Sack 202 und eine Aufblasvorrichtung 204; sein Aufbau ist im Prinzip der gleiche, wie er bei einem Fahrzeug verwendet wird. Unten im Blockdiagramm der Figur 2 ist eine Steuerschaltung für das Luftsacksystem gezeigt. In der Steuereinheit 26 steuert der vorgenannte zweite Prozessor 62 den Betrieb. Die Säcke 202 sind normalerweise in den Aufblasvorrichtungen 204 untergebracht.
Die Arbeitsweise wird mit Bezug auf den Flußlaufplan der Figur 10 erläutert. Als erstes wird in Schritt S10 das Ausgangssignal des Neigungssensors 40 gelesen. Das Sensorausgangssignal gibt den Neigungswinkel und die Winkelgeschwindigkeit des Roboterrumpfs relativ zur Vertikalrichtung an, wie früher erwähnt. Die Steuerung geht als nächstes weiter zu Schritt S12, in dem das Sensorausgangssignal mit einem Referenzwert verglichen wird. Der Referenzwert wird im voraus so voreingestellt, daß er ein Wert ist, der die Möglichkeit eines Umkippens des Roboters angibt. Wenn sich in Schritt S12 herausstellt, daß das Sensorausgangssignal den Referenzwert übersteigt, geht die Steuerung zu Schritt S14, in dem ein Zündbefehl über eine Ausgangsschaltung 206 an einen Zünder (in keiner Figur gezeigt) der Aufblasvorrichtung 204 gesendet wird, da dies bedeutet, daß ein Umkippen des Roboters vorhergesehen wird. Als Folge verbrennt ein an beiden Seiten des Zünders eingefülltes Sprengpulver aus Borkaliumnitrat explosionsartig und bewirkt, daß der Sack 202 aufgeblasen wird, wie in Figur 9 durch Hilfslinien dargestellt (in der Figur sind nur der rechte und linke Sack dargestellt). Wenn das Ergebnis in Schritt S14 negativ ist, beendet die Steuerung unverzüglich das Programm.
Die Ausbildung des dargestellten Luftsacksystems ist hier im Prinzip die gleiche, wie sie bei einem Fahrzeug verwendet wird, wie zuvor erläutert. Da jedoch das dargestellte Luftsacksystem zur Minimierung eines Stoßes vorgesehen ist, der erzeugt wird, wenn der Roboter sein Gleichgewicht verliert und durch sein Eigengewicht umkippt, ist es so ausgebildet, daß sich die Säcke nach dem Aufblasen im Vergleich zu dem bei einem Fahrzeug verwendeten System langsam entleeren, damit der Roboterrumpf eine weiche Landung auf dem Boden machen kann. Bei dieser Ausbildung kann so eine Beschädigung des Roboters und des Bodens vermieden werden. Da außerdem die Säcke 202 normalerweise in den Aufblasvorrichtungen 204 untergebracht sind, wird die Gehbewegung des Roboters in einem engen Arbeitsraum nicht eingeschränkt.
Es sollte hier beachtet werden, daß trotz der Vorsehung von vier Luftsacksystemen um den Roboterrumpf bei dieser Ausführungsform es alternativ möglich ist, nur ein Luftsacksystem oder fünf oder mehr Luftsacksysteme um den Roboterrumpf herum vorzusehen. Ferner ist es ebenfalls möglich, ein Luftsacksystem an den Roboterbeinen vorzusehen.
Die Erfindung wurde mit Bezug auf die erste bis vierte Ausführungsform beschrieben. Es sollte beachtet werden, daß die vorangehend beschriebenen vier verschiedenen Arten eines Stoßdämpfers unabhängig oder in Kombination verwendet werden können.
Obwohl die Erfindung ferner mit Bezug auf einen zweibeinigen Schreitroboter als Beispiel eines beweglichen Roboters mit Beinen beschrieben wurde, kann die Erfindung bei anderen beweglichen Robotern mit Beinen angewendet werden, die ein Bein oder drei oder mehr Beine aufweisen.

Claims

1. Beweglicher Roboter (1) mit Beinen, der mit einem Stoßdämpfer (70, 80, 90, 200) ausgestattet ist, welcher ein Element (72, 88, 92, 202) umfaßt, das aus einem Anfangszustand verlagert oder deformiert wird, wenn eine andere Reaktionskraft als die vom Roboter (1) beim Gehen auf dem Boden hervorgerufene Reaktionskraft auf den Roboter (1) wirkt, um so einen hieraus entstehenden Stoß zu dämpfen.

2. Roboter nach Anspruch 1, bei dem der Stoßdämpfer (70) umfaßt: ein auffüllbares Element (72), das mit einem Fluid gefüllt ist und am Roboter (1) angeordnet ist, sowie Mittel (76) zum Entleeren des auffüllbaren Elements (72), wenn es in Kontakt mit einem fremden Objekt gelangt, um so einen aus dem Kontakt entstehenden Stoß zu dämpfen.

3. Roboter nach Anspruch 2, bei dem das auffüllbare Element ein Ballon (72) ist, der mit einem Fluid gefüllt ist und am Roboter (1) angeordnet ist, und das Entleerungsmittel ein Rückschlagventil (76) ist, welches dazu vorgesehen ist, das Fluid aus dem Ballon (72) abzulassen.

4. Roboter nach Anspruch 3, bei dem das Rückschlagventil (76) umfaßt: einen hohlen Ventilkörper (76a) mit einem Einlaß, welcher mit dem Inneren des Ballons (72) in Verbindung steht, und mit einem Auslaß, welcher mit der Außenumgebung des Ballons (72) in Verbindung steht, eine Platte (76b), welche in dem hohlen Ventilkörper (76a) angeordnet ist, sowie eine Feder (76c), die die Platte (76b) in eine erste Position drängt, in der sich die Platte (76b) zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des hohlen Ventilkörpers (76a) befindet, wobei die Platte (76b) zur Entleerung des Ballons (72) durch das Fluid in eine zweite Position verlagert wird, wenn der Ballon (72) in Kontakt mit einem fremden Objekt gelangt, um so einen aus dem Kontakt entstehenden Stoß zu dämpfen.

5. Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Stoßdämpfer (70, 90, 200) an einem vorstehenden Abschnitt (24) des Roboters (1) angeordnet ist.

6. Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Roboter (1) ein beweglicher Roboter mit Beinen ist, welcher einen Rumpf (24) sowie eine Mehrzahl jeweils mit dem Rumpf (24) verbundener Beine (2) aufweist, und der Stoßdämpfer (70, 90, 200) an dem Rumpf (24) angeordnet ist.

7. Roboter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem das auffüllbare Element (72) ringförmig ist und um den Rumpf (24) des Roboters herum angeordnet ist.

8. Roboter nach Anspruch 1, bei dem der Stoßdämpfer (80) umfaßt: einen an dem Roboter (1) befestigten Zylinder (86d) sowie einen Kolben (86a, 86b), welcher verschiebbar in dem Zylinder (86d) angeordnet ist, um zwischen dem Kopf (86a) des Kolbens und dem Innersten des Zylinders (86d) eine Kammer (86h) zu begrenzen, wobei das Element (88) mit einer Stange (86b) des Kolbens zusammenwirkt, die Kammer (86h) mit einem Fluid gefüllt ist und die Kammer (86h) über einen Kanal (86i) mit dem Äußeren (86j) in Verbindung steht, wobei das Element (88) bewirkt, daß der Kolben (86a, 86b) zum Innersten des Zylinders (86d) hin zwecks Ableitung des Fluids aus der Kammer (86h) verlagert wird, wenn das Element (88) in Kontakt mit einem fremden Objekt gelangt, um so einen aus dem Kontakt entstehenden Stoß zu dämpfen.

9. Roboter nach Anspruch 1, ferner umfassend Mittel (86e), um zu bewirken, daß das Element (88) zur Anfangsposition hin zurückgeführt wird.

10. Roboter nach Anspruch 9, bei dem der Stoßdämpfer (80) umfaßt: einen an dem Roboter (1) befestigten Zylinder (86d), eine den Zylinder (86d) verschließende Kappe (86f) sowie einen Kolben (86a, 86b), welcher in dem Zylinder (86d) zwischen dem Innersten des Zylinders (86d) und der Kappe (86f) verschiebbar angeordnet ist, wobei er die Kappe (86f) mit seiner Stange (86b) durchsetzt, um zwischen seinem Kopf (86a) und dem Innersten des Zylinders (86d) eine erste Kammer (86h) und zwischen der Außenfläche des Kolbenkopfs (86a) und der Innenwand der Kappe (86f) eine zweite Kammer (86j) zu begrenzen, wobei das Element (88) mit einem distalen Ende der Kolbenstange (86b) zusammenwirkt, die erste Kammer (86h) mit Fluid gefüllt ist und die erste Kammer (86h) über einen Kanal (86i) mit der zweiten Kammer (86j) in Verbindung steht, wobei der Kolben (86a, 86b) zum Innersten des Zylinders (86d) hin zur Ableitung des Fluids aus der ersten Kammer (86h) in die zweite Kammer (86j) verlagert wird, wenn das Element (88) in Kontakt mit einem fremden Objekt gelangt, um so einen aus dem Kontakt entstehenden Stoß zu dämpfen.

11. Roboter nach Anspruch 8 oder 10, ferner umfassend eine Feder (86e), die in der Kammer (86h) zwischen dem Kolbenkopf (86a) und dem Innersten des Zylinders (86d) angeordnet ist, um den Kolben (86a, 86b) zu seiner Anfangsposition hin zu drängen.

12. Roboter nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem der Roboter (1) ein beweglicher Roboter mit Beinen ist und der Stoßdämpfer (80) an wenigstens einem Bein (2) angeordnet ist.

13. Roboter nach Anspruch 1, bei dem der Stoßdämpfer (90) ein elastisches Element (92) umfaßt, welches an dem Roboter (1) angeordnet ist und dann, wenn es in Kontakt mit einem fremden Objekt gelangt, deformiert wird, um so einen aus dem Kontakt entstehenden Stoß zu dämpfen.

14. Roboter nach Anspruch 13, bei dem das elastische Element (92) aus einem harten Urethanschaummaterial gefertigt ist.

15. Roboter nach Anspruch 13 oder 14, bei dem das Element (92) einen Draht (94) abdeckt, welcher einen Strom für einen Antriebsmotor oder ein Steuerorgan (26) führt, der bzw. das an dem Roboter (1) angebracht ist.

16. Roboter nach Anspruch 13, 14 oder 15, bei dem der Roboter (1) ein beweglicher Roboter mit Beinen ist, welcher einen Rumpf (24) sowie eine Mehrzahl jeweils mit dem Rumpf (24) verbundener Beine (2) aufweist, und das Element (92) die Beine (2) des Roboters (1) bedeckt.

17. Roboter nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem ein Wärmeloch (98) an dem Element (92) ausgebildet ist, um Wärme von in dem Rumpf (24) untergebrachten elektronischen Komponenten nach außen zu leiten.

18. Roboter nach Anspruch 1, bei dem der Stoßdämpfer (200) umfaßt: wenigestens einen an dem Roboter (1) vorgesehenen Luftsack (202), erste Mittel (40) zur Erfassung eines unstabilen Zustands des Roboters (1) sowie zweite Mittel (204) zum Aufblasen des Luftsacks (202), wenn der unstabile Zustand erfaßt wird.

19. Roboter nach Anspruch 18, bei dem die ersten Mittel (40) den unstabilen Zustand des Roboters (1) aus einer n-ten Ableitung der Neigung des Roboters relativ zur Vertikalrichtung erfassen.

20. Roboter nach Anspruch 19, bei dem die zweiten Mittel (204) den Luftsack (202) aufblasen, wenn sich herausstellt, daß die n-te Ableitung der Neigung des Roboters einen Referenzwert übersteigt.

21. Roboter nach Anspruch 18, 19 oder 20, bei dem der Roboter (1) ein beweglicher Roboter mit Beinen ist, welcher einen Rumpf (24) sowie eine Mehrzahl jeweils mit dem Rumpf (24) verbundener Beine aufweist, und der Luftsack (202) an dem Roboterrumpf (24) vorgesehen ist.

22. Roboter nach einem der Ansprüche 18 bis 21, bei dem eine Mehrzahl von Luftsäcken (202) um den Roboterrumpf (24) herum vorgesehen ist.