JP2004097712A

JP2004097712A - Quadrupedal apparatus

Info

Publication number: JP2004097712A
Application number: JP2002267467A
Authority: JP
Inventors: Sueoki Tsuga; 津賀　末興; Teruhisa Onishi; 大西　輝尚; Takashi Mitsuda; 満田　隆
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2004-04-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable a person to move on a wide range of places such as a floor, stairs and irregular grounds. <P>SOLUTION: A quadrupedal apparatus having four leg modules is provided. Each leg module comprises a multistage vertical slide leg actuated by a vertical slide motor and having a foot with a lateral slippage mechanism, a multistage horizontal slide leg actuated by a horizontal slide motor, a leg supporting arm, and a steering motor fixed on an underframe. In details, the multistage vertical slide leg is connected to the multistage horizontal slide leg, a base leg of the multistage horizontal slide leg is fixed to the leg supporting arm, and the leg supporting arm is actuated by the steering motor. The four leg modules are arranged on the underframe to allow horizontal slide movements of the four leg modules to occur simultaneously. When moving, the rearmost leg is first floated and is moved in the traveling direction, and the other three legs are extended or retracted horizontally when moving in the travelling direction or are extended or retracted vertically when moving vertically by the slide apparatuses, while keeping a horizontal status of the underframe by a controller having a horizontal sensor. In addition, the feet each having the lateral slippage mechanism allow the steering of the quadrupedal apparatus. Movements such as climbing up and down the stairs are thus allowed in the quadrupedal apparatus. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】床、階段及び不整地等での広い範囲の移動を可能とする四足歩行装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、階段及び不整地等での移動に関しては無限軌道型の装置がよく使われる。また、最近では倒立振子型で安定化制御方式の輪車を利用した装置等がある。しかし、これらはいずれも走行面に対して連続した接触での移動を基本としており、走行面に依存する振動の影響を避けることができない。これに対して走行面に対して離散的な接触によって、階段及び不整地等を滑らかに移動できる装置は実用化されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】水平姿勢を保ちながら床、階段及び不整地等を四脚を使って滑らかに移動すること。
【０００４】
【課題を解決するための手段】動力伝達機構として２つのピニオンギヤと１つのスプロケットを配したスライド脚保持装置でベース脚とスライド脚の関係を保つことでスライド可能な状態に連結しておき、ベース脚に設けた２つのスプロケットに掛けられたチェーンの一箇所をスライド脚保持装置に取り付けて、モータ等でベース脚のスプロケットを駆動すればスライド脚がスライドするようにし、スライド脚保持装置の動力伝達機構の２つのピニオンギヤのうち１つをベース脚に固定したラックギヤと噛み合わせ、もう一方のピニオンギヤをスライド脚に設けたラックギヤと噛み合わせ、さらにスライド脚のチェーンにはスプロケットの回転を伝達して、必要に応じて水平、垂直、段数等を選択して、脚のスライドが可能なスライド脚モジュールを構成する。
【０００５】
また、接地面にタッチセンサ、進行方向に障害物センサを取り付け、横滑り機構付き足を最後の垂直スライド脚の先端に取り付け、ベース脚に脚支持腕を設けて、台枠に取り付け、操舵用モータで操舵する脚足モジュールを構成する。
【０００６】
また、この脚足モジュール４個を水平スライドが同時に可能なように台枠に配置し、水平センサ付きコントローラで台枠の水平を保ちながら、最後尾の脚足を浮かせて進行方向に移動させ、他の３個の脚足が構成するスライド装置上で台枠を水平に滑らせることにより直進し、且つ横滑り機構付き足を使って操舵回転ができるようにし、又移動面の高低の変化には脚の垂直伸縮を使用して昇降することができるようにする。
【０００７】
【実施例】図１に示すようにスライド脚モジュールは動力伝達機構７が２つのピニオンギヤと１つのスプロケットを配して構成され、スライド脚保持装置５に内装されるが、ベース脚１とスライド脚８がこのスライド脚保装置５で連結され、ベース脚１に設けた２つのスプロケット３にかけられたチェーン４の一部をスライド脚保持装置５に取り付けて、モータ２でベース脚のスプロケット３を回せばスライド脚８がスライドする。スライド脚保持装置５の動力伝達機構７の２つのピニオンギヤのうち１つをベース脚１に固定したラックギヤと噛み合わせ、もう一方のピニオンギヤをスライド脚８に設けたラックギヤと噛み合わせ、さらにスライド脚８のチェーン４にはスプロケットの回転を伝達して、必要に応じて水平、垂直、段数等を選択して、スライド脚を構成することができる。
【０００８】
図２に示すように動力伝達機構７は、ベース脚側ピニオンギヤ３２の回転駆動力を利用してスライド脚側ピニオンギヤ３３を駆動すると同時に、スプロケット３１を駆動してスライド脚をスライドさせることができる。スライド脚保持装置５には動力伝達機構７が組み込まれているので、多段でスライド脚に動力を伝動することができる。
【０００９】
図３に示すように脚足モジュールは、接地面にタッチセンサ、進行方向に障害物センサを取り付け、横滑り機構付き足１７を最後の垂直スライド脚の先端に取り付け、ベース脚１に脚支持腕１２を設けて、台枠１０に取り付け、操舵用モータ１１で操舵する脚足モジュールを構成することができる。脚は水平スライド用モータ１３の駆動で、多段式水平スライド脚１４が動作し、垂直スライド用モータ１５の駆動で多段式垂直スライド脚１６が動作する。
【００１０】
図４に示すように、この脚足モジュール４個を水平スライドが同時に可能なように台枠に配置して四足歩行装置を構成し、座席２０に座り操作卓１９を操作して階段や不正地での歩行ができる。水平センサ付きコントローラ１８で台枠の水平を保ちながら、最後尾の多段式垂直スライド脚１６を垂直スライド用モータ１５で浮かせ、水平スライド用モータ１３で多段式水平スライド脚１４を進行方向に移動させ、他の３個の脚足が構成するスライド装置上で台枠を水平に滑らせることにより直進し、且つ横滑り機構付き足１７を使って操舵用モータ１５で操舵回転ができるようにし、又移動面の高低の変化には脚の垂直伸縮を使用して昇降することができる。
【００１１】
【発明の効果】本発明は、着座姿勢がとれる程度の障害を持つ人の移動範囲を大幅に拡大する。また、この機構はレスキューロボットや建設機械等にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】多段で伸縮することができる脚を構成するスライド脚モジュールの斜視図である。
【図２】ベース脚側ピニオンギア、スライド脚側ピニオンギヤ及びスプロケットを同軸に配して構成する動力伝達機構の斜視図である。
【図３】横滑り機構付き足、スライド脚モジュール、脚支持腕及び操舵用モータから構成される脚足モジュールの斜視図である。
【図４】脚足モジュールを台枠に４個配し、水平センサ付きコントローラで台枠の水平を保ちながら、階段等を昇降することができる四足歩行装置の斜視図である。
【符号の説明】
１　ベース脚
２　モータ
３ａ、３ｃ、３ｄ　スプロケット
４　チェーン
５　スライド脚保持装置
６　ベース脚側固定ラックギヤ
７　動力伝達機構
８　スライド脚
９　スライド脚側固定ラックギヤ
１０　台枠
１１　操舵用モータ
１２　脚支持腕
１３　水平スライド用モータ
１４　多段式水平スライド脚
１５　垂直スライド用モータ
１６　多段式垂直スライド脚
１７　横滑り機構付き足
１８　水平センサ付きコントローラ
１９　操作卓
２０　座席
３１　スプロケット
３２　ベース脚側ピニオンギヤ
３３　スライド脚側ピニオンギヤ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a quadruped walking device capable of moving in a wide range on floors, stairs, uneven terrain, and the like.
[0002]
2. Description of the Related Art Conventionally, an endless track type device is often used for movement on stairs and uneven terrain. In recent years, there is a device using an inverted pendulum type wheel using a stabilization control method. However, these are all based on movement by continuous contact with the running surface, and the influence of vibration depending on the running surface cannot be avoided. On the other hand, a device that can smoothly move on stairs and uneven terrain by discrete contact with the running surface has not been put to practical use.
[0003]
The object of the present invention is to smoothly move a floor, stairs, rough terrain, and the like using a quadruple while maintaining a horizontal posture.
[0004]
SUMMARY OF THE INVENTION As a power transmission mechanism, a slide leg holding device having two pinion gears and one sprocket is connected in a slidable state by maintaining the relationship between the base leg and the slide leg. Attach one part of the chain hung on the two sprockets provided on the legs to the slide leg holding device, and drive the sprocket of the base leg with a motor or the like so that the slide legs slide, and the power transmission of the slide leg holding device One of the two pinion gears of the mechanism meshes with the rack gear fixed to the base leg, the other pinion gear meshes with the rack gear provided on the slide leg, and further transmits the rotation of the sprocket to the chain of the slide leg, Select the horizontal, vertical, number of steps, etc. as necessary, and slide the Constitute a Lumpur.
[0005]
In addition, a touch sensor is attached to the ground contact surface, an obstacle sensor is attached in the direction of travel, a foot with a sideslip mechanism is attached to the tip of the last vertical slide leg, a leg support arm is provided for the base leg, and the base frame is attached to the underframe. To form a steerable leg module.
[0006]
In addition, the four leg modules are arranged on the underframe so that horizontal sliding can be performed simultaneously, and the controller with the horizontal sensor keeps the underframe horizontal while lifting the last leg and moving it in the traveling direction. By sliding the underframe horizontally on the slide device composed of the other three legs, the vehicle can go straight, and use the feet with the sideslip mechanism to enable steering rotation. Be able to ascend and descend using the vertical stretching of the legs.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As shown in FIG. 1, in a slide leg module, a power transmission mechanism 7 is constructed by arranging two pinion gears and one sprocket, and is mounted in a slide leg holding device 5, but a base leg 1 and a slide leg are provided. 8 are connected by the slide leg holding device 5, a part of the chain 4 applied to the two sprockets 3 provided on the base leg 1 is attached to the slide leg holding device 5, and the motor 2 turns the sprocket 3 of the base leg. For example, the slide leg 8 slides. One of the two pinion gears of the power transmission mechanism 7 of the slide leg holding device 5 meshes with a rack gear fixed to the base leg 1, and the other pinion gear meshes with a rack gear provided on the slide leg 8. The rotation of the sprocket is transmitted to the chain 4, and the horizontal, vertical, the number of steps, and the like can be selected as necessary to form a slide leg.
[0008]
As shown in FIG. 2, the power transmission mechanism 7 drives the slide leg-side pinion gear 33 using the rotational driving force of the base leg-side pinion gear 32, and at the same time, drives the sprocket 31 to slide the slide leg. Since the power transmission mechanism 7 is incorporated in the slide leg holding device 5, power can be transmitted to the slide legs in multiple stages.
[0009]
As shown in FIG. 3, the leg and foot module has a touch sensor on the ground surface and an obstacle sensor in the traveling direction, a foot 17 with a skid mechanism attached to the tip of the last vertical slide leg, and a leg support arm 12 on the base leg 1. And a leg module that is attached to the underframe 10 and steered by the steering motor 11 can be configured. The legs are driven by a horizontal slide motor 13 to operate a multi-stage horizontal slide leg 14, and driven by a vertical slide motor 15 to operate a multi-stage vertical slide leg 16.
[0010]
As shown in FIG. 4, the four leg modules are arranged on an underframe so that horizontal sliding can be performed simultaneously, and a quadruped walking device is constructed. You can walk on the ground. While keeping the underframe horizontal by the controller 18 with the horizontal sensor, the last multi-stage vertical slide leg 16 is lifted by the vertical slide motor 15, and the multi-stage horizontal slide leg 14 is moved in the traveling direction by the horizontal slide motor 13. By moving the underframe horizontally on a slide device composed of the other three legs, the vehicle moves straight, and the steering motor 15 can be used to rotate the steering wheel 15 using the side-slip mechanism, so that the vehicle can move. The elevation of the surface can be raised and lowered using the vertical expansion and contraction of the legs.
[0011]
According to the present invention, the range of movement of a person with a disability so that the user can take a sitting posture is greatly expanded. This mechanism can also be applied to rescue robots and construction machines.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a slide leg module constituting a leg that can be extended and contracted in multiple stages.
FIG. 2 is a perspective view of a power transmission mechanism in which a base leg side pinion gear, a slide leg side pinion gear, and a sprocket are coaxially arranged.
FIG. 3 is a perspective view of a leg / foot module including a side with a skid mechanism, a slide leg module, a leg support arm, and a steering motor.
FIG. 4 is a perspective view of a quadruped walking device capable of arranging four leg and foot modules on an underframe and moving up and down stairs while keeping the underframe horizontal by a controller with a horizontal sensor.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 base leg 2 motor 3a, 3c, 3d sprocket 4 chain 5 slide leg holding device 6 base leg side fixed rack gear 7 power transmission mechanism 8 slide leg 9 slide leg side fixed rack gear 10 underframe 11 steering motor 12 leg support arm 13 horizontal Slide motor 14 Multi-stage horizontal slide leg 15 Vertical slide motor 16 Multi-stage vertical slide leg 17 Side slide mechanism 18 Controller with horizontal sensor 19 Console 20 Seat 31 Sprocket 32 Base leg side pinion gear 33 Slide leg side pinion gear

Claims

横滑り機構付き足と、伸縮可能なスライド脚と、脚支持腕とを連結して台枠１０に取り付け、操舵用モータで脚支持腕を操舵することができる脚足モジュールを具備したことを特徴とする四足歩行装置。A leg / foot module is provided, which is capable of connecting a leg with a sideslip mechanism, an extendable slide leg, and a leg support arm to be attached to the underframe 10 and steering the leg support arm with a steering motor. A four-legged walking device.

「請求項１」記載の脚足モジュール４個を水平スライドが同時に可能なように台枠に配置し、水平センサー付きコントローラで台枠の水平を保ちながら、最後尾の脚足を浮かせて進行方向に移動させ、他の３個の脚足が構成するスライド装置上で台枠を水平に移動させることにより直進し、且つ横滑り機構付き足を使って操舵回転ができるようにし、又移動面の高低の変化には脚の垂直伸縮を使用して昇降することができることを特徴とする四足歩行装置。Four leg and foot modules according to claim 1 are arranged on a frame so that horizontal sliding can be performed at the same time, and while the level of the frame is maintained by a controller with a horizontal sensor, the last leg is lifted and the traveling direction is raised. And moving the underframe horizontally on a slide device composed of the other three legs, allowing the vehicle to go straight ahead and to be able to steer and rotate using the feet with the sideslip mechanism. The quadrupedal walking device is characterized in that it can be moved up and down by using vertical expansion and contraction of the legs to change.

動力伝達機構として２つのピニオンギヤと１つのスプロケットを同一軸上に具備したスライド脚保持装置でベース脚とスライド脚を連結しておき、必要に応じて、水平、垂直、段数等を選択して、脚のスライドが可能なスライド脚モジュールを構成できることを特徴とする、四足歩行装置。The base leg and the slide leg are connected by a slide leg holding device having two pinion gears and one sprocket on the same shaft as a power transmission mechanism, and if necessary, horizontal, vertical, the number of steps, etc. are selected, A quadruped walking device characterized by being able to constitute a slide leg module capable of sliding legs.

接地面にタッチセンサ、進行方向に障害物センサを取り付け、横滑り機構付き足を、脚の先端に具備したことを特長とする四足歩行装置。A quadruped walking device comprising a touch sensor on a ground contact surface, an obstacle sensor in a traveling direction, and a foot with a sideslip mechanism at a tip of a leg.