JP2009095957A - Joint module and legged robot - Google Patents

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JP2009095957A
JP2009095957A JP2007272045A JP2007272045A JP2009095957A JP 2009095957 A JP2009095957 A JP 2009095957A JP 2007272045 A JP2007272045 A JP 2007272045A JP 2007272045 A JP2007272045 A JP 2007272045A JP 2009095957 A JP2009095957 A JP 2009095957A
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Isayuki Sagayama
功幸 嵯峨山
Kazuteru Hida
和輝 飛田
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NSK Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a joint module suitable for properly forming the width and length of a link and also provide a legged robot comprising a leg part having the joint module. <P>SOLUTION: This leg-wheel robot 100 comprises a third rotatingly driving mechanism 180 for a rotating joint 18. The third rotatingly driving mechanism comprises a joint motor 40, a drive bevel gear 180a and a driven bevel gear 180c for changing the rotating direction of the joint motor 40, a power transmission rotating shaft 180b, a drive pulley 180d and a driven pulley 180f and a belt 180g for transmitting the torque of the power transmission rotating shaft 180b to a knee joint rotating shaft 182, and a reduction gear 180e. The joint motor 40 is supported on the inside of a knee joint housing 17c in the attitude of facing the end of an output shaft 140 downward. The axis O<SB>1</SB>of the power transmission rotating shaft 180b and the axis O<SB>2</SB>of the knee joint rotating shaft 182 are arranged separately a predetermined distance from each other in the longitudinal direction of the leg part 12 and closely to each other in the vertical direction within the range in which these parts are not brought into contact with the other parts. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、リンクを連結して多関節構造のマニピュレータを構成する関節モジュール及び該関節モジュールによって構成された脚部を備えた脚型ロボットに関する。   The present invention relates to a joint module that forms a manipulator having a multi-joint structure by connecting links, and a legged robot that includes a leg portion formed by the joint module.

従来、基体に対して自由度を有して連結された複数の脚部を備え、該各脚部を動作させて移動する脚型ロボットがある。各脚部は複数のリンク部材が直列に連結された構成のシリアルリンク機構を利用したものが一般的である。この種のロボットは、連結された各リンク部材における基端側（ロボットなどの基体に連結される側）のリンク部材に、これらのリンク部材に対して脚先側のリンク部材を回動させる関節（回転軸）を駆動するモータを含む駆動機構が設けられており、モータを駆動することによって、その動力が各関節に伝達される。これにより、各関節が動作（回転軸が回転）して、基体側のリンク部材に支持された脚先側のリンク部材が動作（回動）する。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is a legged robot that includes a plurality of legs connected to a base body with a degree of freedom and moves each leg by moving the legs. Each leg generally uses a serial link mechanism in which a plurality of link members are connected in series. This type of robot is a joint that rotates the link member on the leg end side with respect to the link member on the base end side (the side connected to the base body of the robot or the like) of each linked link member. A drive mechanism including a motor for driving the (rotating shaft) is provided, and the power is transmitted to each joint by driving the motor. As a result, each joint operates (the rotation shaft rotates), and the leg tip side link member supported by the base side link member operates (turns).

例えば、特許文献１に記載のロボットの関節構造は、側面にテーパ状に形成された凸部を少なくとも４つ有する連結部材と、対向する側面の両側または片側に凸部を設けたモータ部と、前記連結部材のテーパ状の凸部と嵌合するテーパ状の凹部、および前記モータ部の凸部が挿入される貫通孔が形成された略Ｌ字状保持部と、を備え、前記モータ部の凸部
の中心軸はモータ部の回動軸上にあり、前記モータ部の凸部は前記略Ｌ字状保持部の貫通孔と回動可能に連結された構造を有している。
特開２００７−１８５７５７号公報 For example, the joint structure of the robot described in Patent Document 1 includes a connecting member having at least four convex portions formed in a tapered shape on the side surface, a motor unit having convex portions on both sides or one side of the opposing side surface, A tapered recess that fits with the tapered projection of the connecting member, and a substantially L-shaped holding portion in which a through hole into which the projection of the motor portion is inserted is formed. The central axis of the convex part is on the rotation axis of the motor part, and the convex part of the motor part has a structure that is rotatably connected to the through hole of the substantially L-shaped holding part.
JP 2007-185757 A

しかしながら、上記特許文献１の従来技術においては、モータを内蔵したモータ部がロボットのアームを構成しており、更に、モータ部は、モータの回転軸周りに回動する構造となっている。そのため、モータ部の幅が少なくともモータの回転軸の長さ以上必要となり、この幅広の状態で更に必要な長さに構成する必要がある。特に、減速機を設ける場合は、モータ部の幅を更に広くして減速機を内蔵するか、モータ部の外部に減速機を設ける必要があり、重量による不具合や、見た目のバランスの悪化などの問題が生じる恐れがある。   However, in the prior art disclosed in Patent Document 1, a motor unit having a built-in motor constitutes an arm of a robot, and the motor unit is configured to rotate around the rotation axis of the motor. For this reason, the width of the motor portion is required to be at least as long as the rotation shaft of the motor, and it is necessary to further configure the length in this wide state. In particular, when a reduction gear is provided, it is necessary to make the motor part wider and incorporate a reduction gear, or to provide a reduction gear outside the motor part. Problems may arise.

そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであり、リンクの幅及び長さを適宜の幅及び長さに構成するのに好適な関節モジュール、該関節モジュールから成る脚部を有する脚型ロボットを提供することを目的としている。   Therefore, the present invention has been made paying attention to such an unsolved problem of the conventional technology, and is a joint module suitable for configuring the width and length of the link to an appropriate width and length. An object of the present invention is to provide a legged robot having a leg portion composed of the joint module.

〔発明１〕 上記目的を達成するために、発明１の関節モジュールは、
第１リンクと、該第１リンク側に取り付けられた回転駆動機構と、前記第１リンクと相対回転可能に連結されると共に前記回転駆動機構で回転駆動される第２リンクとから構成される関節モジュールであって、
前記回転駆動機構は、少なくとも、前記第２リンクの回転軸である関節回転軸と、回転力を発生するモータと、該モータの回転力を前記関節回転軸に伝達する伝達機構とを備え、
前記第１リンクは、中空の外郭部を有するフレームを備え、
前記回転駆動機構の少なくとも前記モータを含む構成部を、前記外郭部の内側に配設すると共に、前記モータを、該モータの出力軸の先端を前記第１リンクの伸長方向に向けた姿勢で前記外郭部の内側に支持したことを特徴とする。 [Invention 1] In order to achieve the above object, the joint module of Invention 1 comprises:
A joint composed of a first link, a rotation drive mechanism attached to the first link side, and a second link connected to the first link so as to be relatively rotatable and rotated by the rotation drive mechanism. A module,
The rotational drive mechanism includes at least a joint rotational shaft that is a rotational shaft of the second link, a motor that generates a rotational force, and a transmission mechanism that transmits the rotational force of the motor to the joint rotational shaft,
The first link includes a frame having a hollow outer portion,
The component including at least the motor of the rotational drive mechanism is disposed inside the outer shell, and the motor is positioned in a posture in which the tip of the output shaft of the motor is directed in the extending direction of the first link. It is supported inside the outer shell.

ここで、回転駆動機構は、モータの回転力を、第２リンクの回転軸である関節回転軸に伝達する機構であり、例えば、モータの回転方向と関節回転軸の回転方向とが異なる場合には、更に回転方向を変換する機構を含み、他にもモータのコントローラ（制御回路）、モータのドライバ（駆動回路）、エンコーダ、減速機などを更に含む場合がある。   Here, the rotational drive mechanism is a mechanism that transmits the rotational force of the motor to the joint rotational shaft that is the rotational shaft of the second link. For example, when the rotational direction of the motor is different from the rotational direction of the joint rotational shaft. Includes a mechanism for changing the rotation direction, and may further include a motor controller (control circuit), a motor driver (drive circuit), an encoder, a speed reducer, and the like.

〔発明２〕 更に、発明２の関節モジュールは、発明１に記載の関節モジュールにおいて、
前記伝達機構は、前記関節回転軸と同じ回転方向に回転自在に前記外郭部の内側に支持された動力伝達用回転軸と、前記外郭部の内側に設けられた前記モータの回転力を前記動力伝達用回転軸の回転力に変換して該動力伝達用回転軸に伝達する回転方向変換機構と、前記動力伝達用回転軸の回転力を前記関節回転軸に伝達する回転力伝達機構とを備えることを特徴とする。 [Invention 2] Furthermore, the joint module according to Invention 2 is the joint module according to Invention 1,
The transmission mechanism includes a power transmission rotary shaft supported inside the outer shell portion so as to be rotatable in the same rotational direction as the joint rotary shaft, and a rotational force of the motor provided inside the outer shell portion. A rotation direction conversion mechanism that converts the rotational force of the transmission rotary shaft into the rotational force of the power transmission and transmits the rotational force to the rotational shaft of the power transmission; It is characterized by that.

〔発明３〕 更に、発明３の関節モジュールは、発明２に記載の関節モジュールにおいて、
前記動力伝達用回転軸と前記関節回転軸とを、これら回転軸に垂直で且つ前記第１リンクの伸長方向と垂直な方向に両者の軸心位置を離間して配設したことを特徴とする。 [Invention 3] Furthermore, the joint module of Invention 3 is the joint module according to Invention 2,
The power transmission rotary shaft and the joint rotary shaft are disposed perpendicularly to the rotary shaft and in a direction perpendicular to the extending direction of the first link, with their axial center positions separated from each other. .

〔発明４〕 更に、発明４の関節モジュールは、発明２又は３に記載の関節モジュールにおいて、
前記回転方向変換機構は、前記モータの出力軸に設けられた駆動歯車と、前記動力伝達用回転軸に設けられた、前記駆動歯車と噛合して前記駆動歯車の回転方向を前記動力伝達用回転軸の回転方向に変換する従動歯車とを備えることを特徴とする。 [Invention 4] Furthermore, the joint module of Invention 4 is the joint module according to Invention 2 or 3,
The rotation direction conversion mechanism meshes with the drive gear provided on the output shaft of the motor and the drive gear provided on the power transmission rotary shaft to change the rotation direction of the drive gear to the power transmission rotation. And a driven gear that converts the rotational direction of the shaft.

〔発明５〕 更に、発明５の関節モジュールは、発明２乃至４のいずれか１に記載の関節モジュールにおいて、
前記回転力伝達機構は、前記動力伝達用回転軸に設けられた第１のプーリと、前記関節回転軸に設けられた第２のプーリと、前記第１のプーリと前記第２のプーリとに掛け回されたベルトとを備え、
前記第１のプーリの回転力を、前記ベルトを介して前記第２のプーリに伝達して、前記関節回転軸を回転駆動する構成となっていることを特徴とする。 [Invention 5] The joint module according to Invention 5 is the joint module according to any one of Inventions 2 to 4,
The rotational force transmission mechanism includes a first pulley provided on the power transmission rotary shaft, a second pulley provided on the joint rotational shaft, the first pulley, and the second pulley. With a belt that is wrapped around,
The rotational force of the first pulley is transmitted to the second pulley via the belt to rotate the joint rotation shaft.

〔発明６〕 一方、上記目的を達成するために、発明６の脚型ロボットは、
基体と、該基体に対して自由度を有して連結された複数の脚部と、各該脚部の回転駆動機構を制御する制御手段とを備え、前記脚部を駆動することによって移動する脚型ロボットであって、
前記各脚部を、発明１乃至５のいずれか１に記載の関節モジュールから構成したことを特徴とする。 [Invention 6] On the other hand, in order to achieve the above object, a legged robot according to Invention 6 includes:
A base, a plurality of legs connected to the base with a degree of freedom, and a control means for controlling a rotation driving mechanism of each leg, are moved by driving the legs. A legged robot,
Each said leg part was comprised from the joint module of any one of invention 1 thru | or 5, It is characterized by the above-mentioned.

以上説明したように、発明１、２、４及び５の関節モジュール並びに発明６の脚型ロボットによれば、回転駆動機構を構成する、少なくともモータを含む構成部を、第１リンクのフレームの形成する外郭部の内側に配設し、且つモータを、その出力軸の先端を第１リンクの伸長方向に向けた姿勢で、外郭部の内側に支持する構成としたので、モータの幅方向の長さよりも出力軸の先端方向の長さの方が長尺の場合に、モータの出力軸の先端を第１リンクの幅方向に向けた姿勢で支持するよりも、第１リンクの幅の長さを短く構成することができるので、第１リンク及び第２リンクをスマートに構成することができるという効果が得られる。また、モータを含む構成部が第１リンクの外郭部の内側に配設されることから、外部からの衝撃を外郭部が防いでくれるため、外部からの衝撃によるモータを含む構成部の破損を防ぐことができるという効果も得られる。   As described above, according to the joint modules of the first, second, fourth, and fifth aspects and the legged robot of the sixth aspect, the component that forms the rotation drive mechanism and includes at least the motor is formed in the frame of the first link. Since the motor is configured to be supported on the inner side of the outer shell in a posture in which the tip of the output shaft is oriented in the extending direction of the first link, the length in the width direction of the motor is When the length of the output shaft in the tip direction is longer than the length, the width of the first link is longer than that of supporting the tip of the output shaft of the motor in the posture in the width direction of the first link. Therefore, the first link and the second link can be configured smartly. In addition, since the component part including the motor is disposed inside the outer part of the first link, the outer part prevents the external shock, so that the component part including the motor is damaged by the external shock. The effect that it can prevent is also acquired.

また、発明３の関節モジュール及び発明６の脚型ロボットによれば、発明１、２、４及び５の前記効果に加え、動力伝達用回転軸と関節回転軸とを、これら回転軸に垂直で且つ第１リンクの伸長方向と垂直な方向に両者の軸心位置を離間して配設したので、例えば、動力伝達用回転軸と他の構成部とが接触しない範囲で動力伝達用回転軸と関節回転軸とを接近させて配設するときに、軸心位置を離間しなかった場合と比較して、動力伝達用回転軸と関節回転軸とを、より接近させて配設することができる。これにより、離間させなかった場合よりも第１リンクを短く構成することができるという効果が得られる。   According to the joint module of the invention 3 and the legged robot of the invention 6, in addition to the effects of the inventions 1, 2, 4 and 5, the power transmission rotary shaft and the joint rotary shaft are perpendicular to the rotary shafts. In addition, since the axial center positions of the first link and the first link are spaced apart from each other, the power transmission rotary shaft and the other components are not in contact with each other. Compared to the case where the axial center position is not separated when the joint rotation shaft is disposed close to the joint rotation shaft, the power transmission rotation shaft and the joint rotation shaft can be disposed closer to each other. . Thereby, the effect that the 1st link can be constituted shorter than the case where it does not separate is acquired.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１〜図１３は、本発明に係る関節モジュール及び脚型ロボットの実施の形態を示す図である。
まず、図１及び図２に基づき、本発明に係る脚車輪型ロボットの概略構成を説明する。
図１は、本発明に係る脚車輪型ロボット１００の正面図である。また、図２は、本発明に係る脚車輪型ロボット１００の側面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 13 are views showing an embodiment of a joint module and a legged robot according to the present invention.
First, based on FIG.1 and FIG.2, schematic structure of the leg wheel type robot which concerns on this invention is demonstrated.
FIG. 1 is a front view of a leg wheel type robot 100 according to the present invention. FIG. 2 is a side view of the leg wheel type robot 100 according to the present invention.

脚車輪型ロボット１００は、図１及び図２に示すように、基体１０と、基体１０に連結された４つの脚部１２とを有して構成されている。
基体１０の前方には、２本の脚部１２が回転関節１４を介して左右対称の位置に連結されている。また、基体１０の後方には、２本の脚部１２が回転関節１４を介して左右対称の位置に連結されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the leg-wheel type robot 100 includes a base body 10 and four leg portions 12 connected to the base body 10.
In front of the base 10, two leg portions 12 are coupled to a symmetrical position via a rotary joint 14. In addition, two legs 12 are connected to the rear side of the base body 10 via a rotary joint 14 at a symmetrical position.

各脚部１２は、回転関節１４と、上腿部リンク１７と、下腿部リンク１９と、上腿部リンク１７及び下腿部リンク１９を回転自在に連結する２つの回転関節１６、１８とから構成されている。
各脚部１２の回転関節１４は、関節モータ４０と、第１股関節駆動部１２０と、減速機とから構成されている。 Each leg 12 includes a rotary joint 14, an upper leg link 17, a lower leg link 19, and two rotary joints 16 and 18 that rotatably connect the upper leg link 17 and the lower leg link 19. It is composed of
The rotary joint 14 of each leg 12 includes a joint motor 40, a first hip joint drive unit 120, and a speed reducer.

第１股関節駆動部１２０は、ボックス形状の外郭フレーム部（以下、第１股関節用ハウジングと称す）内に、回転軸と、該回転軸の軸受と、関節モータ４０及び該関節モータ４０の回転駆動力を回転軸に伝達する伝達機構から構成される第１回転駆動機構のうち伝達機構が収納された構成となっている。
第１股関節用ハウジング内に配設された回転軸と、外部の減速機とは同軸に連結されており、減速機の上端部は、第１股関節用ハウジングの下面に接合され、該下面に設けられた貫通穴を通って、回転軸が減速機の軸受内に挿通された構成となっている。 The first hip joint drive unit 120 has a rotation shaft, a bearing of the rotation shaft, a joint motor 40, and a rotation drive of the joint motor 40 in a box-shaped outer frame portion (hereinafter referred to as a first hip joint housing). The transmission mechanism is housed in the first rotation drive mechanism including the transmission mechanism that transmits the force to the rotation shaft.
The rotary shaft disposed in the first hip joint housing and the external speed reducer are connected coaxially, and the upper end of the speed reducer is joined to the lower surface of the first hip joint housing and provided on the lower surface. The rotating shaft is inserted into the bearing of the speed reducer through the formed through hole.

上記構成により、回転関節１４は、第１回転駆動機構から回転駆動力を得て、脚車輪型ロボット１００の底面と直交する方向を軸方向として回転する。すなわち、ヨー軸回りに回転する。
各脚部１２の回転関節１６は、第２股関節駆動部１２２と、回転軸と、その軸受と、回転軸と同軸の減速機とから構成されている。 With the above-described configuration, the rotary joint 14 obtains a rotational driving force from the first rotational driving mechanism, and rotates with the direction orthogonal to the bottom surface of the leg wheel type robot 100 as the axial direction. That is, it rotates around the yaw axis.
The rotary joint 16 of each leg 12 includes a second hip joint drive unit 122, a rotary shaft, a bearing thereof, and a speed reducer coaxial with the rotary shaft.

第２股関節駆動部１２２は、関節モータ４０及び該関節モータ４０の回転駆動力を回転軸に伝達する伝達機構から構成される第２回転駆動機構と、回転軸、軸受及び減速機を覆う関節フレーム部とボックス形状のフレーム部（以下、第２股関節用ハウジングと称す）とが一体形成されたフレームとを備え、第２股関節用ハウジング内に第２回転駆動機構を収納した構成となっている。   The second hip joint drive unit 122 includes a joint motor that covers the joint motor 40 and a second rotational drive mechanism that includes a transmission mechanism that transmits the rotational driving force of the joint motor 40 to the rotational shaft, and the rotational shaft, the bearing, and the speed reducer. And a frame in which a box-shaped frame portion (hereinafter referred to as a second hip joint housing) is integrally formed, and the second rotational drive mechanism is housed in the second hip joint housing.

関節フレーム部の上面には、回転関節１４を構成する減速機の下端部が接合され、回転関節１６が回転関節１４の回転方向に回転自在に支持されている。
ここで、回転関節１４及び回転関節１６は脚車輪型ロボット１００の股関節を構成している。
各脚部１２の上腿部リンク１７は、その上端部が、関節フレーム部において、回転関節１６に対してその回転方向に回転自在に連結されている。 A lower end portion of a reduction gear constituting the rotary joint 14 is joined to the upper surface of the joint frame portion, and the rotary joint 16 is supported to be rotatable in the rotation direction of the rotary joint 14.
Here, the rotary joint 14 and the rotary joint 16 constitute a hip joint of the leg-wheel type robot 100.
The upper thigh link 17 of each leg 12 is connected to the rotary joint 16 so as to be rotatable in the rotational direction at the joint frame portion.

各脚部１２の下腿部リンク１９は、その上端部が、回転関節１８を介して、上腿部リンク１７に対して回転関節１８の回転方向に回転自在に連結されている。更に、下腿部リンク１９の下端部には、回転関節１６、１８と軸方向を同一にして駆動輪２０が回転自在に設けられている。
ここで、回転関節１８は脚車輪型ロボット１００の膝関節を構成している。 The lower leg link 19 of each leg 12 is connected to the upper leg link 17 via the rotary joint 18 so as to be rotatable in the rotational direction of the rotary joint 18. Further, a drive wheel 20 is rotatably provided at the lower end portion of the crus link 19 so as to have the same axial direction as the rotary joints 16 and 18.
Here, the rotary joint 18 constitutes the knee joint of the leg-wheel type robot 100.

上記構成により、回転関節１６、１８は、回転関節１４が図１の状態であるときは、脚車輪型ロボット１００の側面と直交する方向を軸方向として回転する。すなわち、回転関節１４が図１の状態であるときは、ピッチ軸回りに回転し、回転関節１４が図１の状態から９０度回転した状態であるときは、ロール軸回りに回転し、上腿部リンク１７及び下腿部リンク１９を各回転方向に回動させる。従って、脚部１２は、駆動輪２０も含めればそれぞれ４自由度を有する。   With the above configuration, when the rotary joint 14 is in the state shown in FIG. 1, the rotary joints 16 and 18 rotate with the direction orthogonal to the side surface of the leg wheel type robot 100 as the axial direction. That is, when the rotary joint 14 is in the state shown in FIG. 1, the rotary joint 14 rotates around the pitch axis, and when the rotary joint 14 is rotated 90 degrees from the state shown in FIG. The part link 17 and the crus link 19 are rotated in each rotation direction. Accordingly, each of the leg portions 12 has four degrees of freedom including the drive wheels 20.

更に、各脚部１２の下腿部リンク１９には、脚車輪型ロボット１００の移動経路上に存在する物体までの距離を測定し、且つ接地面までの距離を測定する脚先センサ２４が設けられている。
一方、基体１０の正面の上部中央には、水平面レーザ光を照射する水平レーザ２６が設けられている。また、基体１０の正面の中央左右には、垂直面レーザ光を照射する垂直レーザ２８、３０がそれぞれ設けられている。 Further, the leg link 19 of each leg 12 is provided with a leg tip sensor 24 for measuring the distance to an object existing on the movement path of the leg wheel type robot 100 and measuring the distance to the ground plane. It has been.
On the other hand, a horizontal laser 26 that irradiates a horizontal laser beam is provided in the upper center of the front surface of the substrate 10. In addition, vertical lasers 28 and 30 for irradiating vertical surface laser light are respectively provided on the center left and right of the front surface of the substrate 10.

基体１０の正面の下部中央には、水平面レーザ光および垂直面レーザ光の反射光を含む画像を撮影するカメラ３２が設けられている。
水平レーザ２６は、カメラ３２で水平面レーザ光の反射光を含む画像が撮影できるように下方に所定角度傾けて設けられている。同様に、垂直レーザ２８は、カメラ３２で垂直面レーザ光の反射光を含む画像が撮影できるように右方に所定角度傾けて設けられ、垂直レーザ３０は、左方に所定角度傾けて設けられている。 A camera 32 that captures an image including reflected light of a horizontal plane laser beam and a vertical plane laser beam is provided at the lower center of the front surface of the substrate 10.
The horizontal laser 26 is provided so as to be inclined downward by a predetermined angle so that the camera 32 can capture an image including the reflected light of the horizontal laser beam. Similarly, the vertical laser 28 is tilted to the right by a predetermined angle so that the camera 32 can capture an image including reflected light of the vertical plane laser beam, and the vertical laser 30 is tilted to the left by a predetermined angle. ing.

カメラ３２の左右には、障害物を検出する障害物センサ３４、３６がそれぞれ設けられている。障害物センサ３４、３６は、指向性の低い超音波測距センサを複数アレイ状に配列して構成することができる。また、指向性の高い赤外線測距センサを複数アレイ状に配列して構成することもできる。アレイ状に配列する構成に限らず、単体で構成してもよい。また、超音波測距センサまたは赤外線測距センサを複数平面上に配列したエリアセンサで構成してもよい。これにより、脚車輪型ロボット１００の移動経路上に存在する障害物を大まかに検出することができる。   Obstacle sensors 34 and 36 for detecting an obstacle are provided on the left and right of the camera 32, respectively. The obstacle sensors 34 and 36 can be configured by arranging a plurality of ultrasonic ranging sensors having low directivities in an array. Further, a plurality of highly infrared directivity ranging sensors can be arranged in an array. It is not limited to the configuration arranged in an array, and may be configured as a single unit. Moreover, you may comprise with the area sensor which arranged the ultrasonic ranging sensor or the infrared ranging sensor on the several plane. Thereby, the obstacle which exists on the movement path | route of the leg wheel type robot 100 can be roughly detected.

次に、図３〜図６に基づき、脚部１２のより詳細な構成を説明する。
ここで、図３は、脚部１２を前方側から見た斜視図である。また、図４は、上腿部リンク１７のハウジング部分の透視図である。また、図５（ａ）は、回転関節１８の正面図であり、（ｂ）は回転関節１８の側面図である。また、図６は、下腿部リンク１９を後方側から見た斜視図である。 Next, based on FIGS. 3-6, the more detailed structure of the leg part 12 is demonstrated.
Here, FIG. 3 is a perspective view of the leg 12 as seen from the front side. FIG. 4 is a perspective view of the housing portion of the upper leg link 17. FIG. 5A is a front view of the rotary joint 18, and FIG. 5B is a side view of the rotary joint 18. FIG. 6 is a perspective view of the lower leg link 19 as seen from the rear side.

図３に示すように、第１股関節駆動部１２０を構成する第１股関節用ハウジングは、その回転関節１４の回転軸が収納される側の外郭形状が、円筒を縦に半分に切ったような曲面形状となっている。また、この円筒部分の上面部はハウジングカバー１２０ａで覆われている。更に、回転関節１４の回転軸を回転駆動する関節モータ４０が、ハウジングカバー１２０ａで覆われていない部分から上方に突出する形で設けられている。本実施の形態において、関節モータ４０の回転力は、ハウジング内部のプーリ及びベルトから構成される伝達機構を介して回転関節１４の回転軸へと伝達される。   As shown in FIG. 3, the first hip joint housing constituting the first hip joint drive unit 120 is such that the outer shape on the side where the rotation shaft of the rotary joint 14 is housed is a cylinder cut in half vertically. It has a curved shape. Further, the upper surface of the cylindrical portion is covered with a housing cover 120a. Further, a joint motor 40 that rotationally drives the rotary shaft of the rotary joint 14 is provided so as to protrude upward from a portion not covered with the housing cover 120a. In the present embodiment, the rotational force of the joint motor 40 is transmitted to the rotary shaft of the rotary joint 14 via a transmission mechanism including a pulley and a belt inside the housing.

更に、第１股関節駆動部１２０の側面には、脚部１２の回転関節１４に対する回動範囲を広げる目的で、平面視矩形の切り欠き１２０ｂが設けられている。この切り欠き１２０ｂは、上腿部リンク１７が屈曲している状態で、回転関節１４の回転駆動によって第２股関節駆動部１２２が開脚方向に回動したときに、屈曲状態の上腿部リンク１７のフレームの一部が第１股関節駆動部１２０の側面と丁度ぶつかる位置に設けられている。   Further, a rectangular notch 120b in plan view is provided on the side surface of the first hip joint drive unit 120 in order to widen the rotation range of the leg portion 12 with respect to the rotary joint 14. This notch 120b is a bent upper thigh link when the second hip joint drive unit 122 is rotated in the opening direction by the rotational drive of the rotary joint 14 in a state where the upper thigh link 17 is bent. A part of the 17 frame is provided at a position where it directly collides with the side surface of the first hip joint drive unit 120.

つまり、開脚方向への回動によって上腿部リンク１７の第１股関節駆動部１２０の側面とぶつかる部位が、その回動方向に切り欠き１２０ｂ内に進入できる構成とすることによって回動範囲を広くしている。
ここで、開脚方向に回動させるとは、脚車輪型ロボット１００の右前脚を回転関節１４を時計回り方向に回転する方向に回動させ且つ左前脚を回転関節１４を反時計回り方向に回転させる方向に回動させることである。同様に、後ろ脚の場合は、左後脚を時計回り方向に回動させ、且つ右後脚を反時計回り方向に回動させることである。 In other words, the rotation range is set by adopting a configuration in which the portion of the upper leg link 17 that collides with the side surface of the first hip joint drive unit 120 by the rotation in the leg opening direction can enter the notch 120b in the rotation direction. Wide.
Here, to rotate in the open leg direction means to rotate the right front leg of the leg wheel type robot 100 in the direction of rotating the rotary joint 14 in the clockwise direction and to turn the left front leg in the counterclockwise direction of the rotary joint 14. It is to rotate in the direction of rotation. Similarly, in the case of the rear leg, the left rear leg is rotated clockwise and the right rear leg is rotated counterclockwise.

一方、上腿部リンク１７は、２つの板状のリンク部材１７ａ及び１７ｂの板面同士を、回転関節１６の回転軸方向の幅よりも広い間隙を空けて相対させ、その下端側に、上端部に傾斜面が形成された略ボックス形状の外郭部１７ｃ（以下、膝関節用ハウジング１７ｃと称す）が、一体形成された構成のフレームを備えている。更に、膝関節用ハウジング１７ｃの下端には、下腿部リンク１９との連結用の略コ字状の第１フレーム部が形成されている。   On the other hand, the upper leg link 17 makes the plate surfaces of the two plate-like link members 17a and 17b face each other with a gap wider than the width of the rotary joint 16 in the rotation axis direction, A substantially box-shaped outer portion 17c (hereinafter, referred to as a knee joint housing 17c) having an inclined surface formed in the portion includes a frame having a structure in which it is integrally formed. Furthermore, a substantially U-shaped first frame portion for connection with the crus link 19 is formed at the lower end of the knee joint housing 17c.

更に、上腿部リンク１７は、その上端部と第２股関節駆動部１２２の関節フレーム部とにおいて、回転関節１６を構成する回転軸、その軸受及び回転軸と同軸の減速機を介して、第２股関節駆動部１２２に両持ちで支持されている。このように、両側から支持する構成とすることで、回転モーメント等に対する連結部の剛性を高めている。
また、リンク部材１７ａ及び１７ｂと膝関節用ハウジング１７ｃの上面と回転関節１６とに囲まれた間隙の大きさは、上腿部リンク１７を回転関節１６の回転軸周りに主屈曲方向（図３中の前方側）に向けて回動させたときに、少なくとも、膝関節用ハウジング１７ｃが回転関節１６に当接しない大きさに構成されている。これにより、上腿部リンク１７の主屈曲方向の回動を膝関節用ハウジング１７ｃが阻害しないようにしている。 Further, the upper thigh link 17 is connected to the upper end portion thereof and the joint frame portion of the second hip joint drive unit 122 via a rotary shaft constituting the rotary joint 16, its bearing, and a reduction gear coaxial with the rotary shaft. The two hip joint drive unit 122 is supported by both ends. In this way, by adopting a structure that supports from both sides, the rigidity of the connecting portion with respect to rotational moment and the like is increased.
Further, the size of the gap surrounded by the link members 17a and 17b, the upper surface of the knee joint housing 17c and the rotary joint 16 is such that the upper thigh link 17 is rotated around the rotation axis of the rotary joint 16 in the main bending direction (FIG. 3). The housing is configured such that at least the knee joint housing 17c does not come into contact with the rotary joint 16 when it is turned toward the front side. This prevents the knee joint housing 17c from inhibiting the rotation of the upper leg link 17 in the main bending direction.

なお、本実施の形態において、図３中の後方側に向けて上腿部リンク１７を屈曲する方向を上腿部リンク１７の副屈曲方向とする。
また、膝関節用ハウジング１７ｃの上端部に形成された傾斜面は、回転関節１６の回転軸と直交する方向に変位する傾斜（本実施の形態においては、図３に示す前方側に向かって下っていく傾斜）を有している。これにより、傾斜面を設けずに平らな面にしたときと比較して、傾斜にした分だけ、上腿部リンク１７の回動範囲を広げることができる。 In the present embodiment, the direction in which the upper thigh link 17 is bent toward the rear side in FIG.
In addition, the inclined surface formed at the upper end of the knee joint housing 17c is inclined so as to be displaced in a direction orthogonal to the rotation axis of the rotary joint 16 (in this embodiment, it is lowered toward the front side shown in FIG. Slope). Thereby, compared with the case where it makes a flat surface without providing an inclined surface, the rotation range of the upper leg link 17 can be expanded by the amount of inclination.

更に、膝関節用ハウジング１７ｃの内側には、図４及び図５（ａ）に示すように、回転関節１８の構成部の一部が配設されている。
回転関節１８は、第３回転駆動機構１８０と、下腿部リンク１９の回転軸である膝関節回転軸１８２とを含んで構成される。
第３回転駆動機構１８０は、回転駆動力を発生する関節モータ４０と、関節モータ４０の回転角度位置を検出するエンコーダ４２と、関節モータ４０の駆動回路であるドライバ４４と、関節モータ４０の回転力をその回転方向を変換して動力伝達用回転軸１８０ｂに伝達する駆動傘歯車１８０ａ及び従動傘歯車１８０ｃと、関節モータ４０の回転力を伝達する動力伝達用回転軸１８０ｂと、動力伝達用回転軸１８０ｂの回転力を膝関節回転軸１８２に伝達する駆動プーリ１８０ｄ、従動プーリ１８０ｆ及びベルト１８０ｇと、膝関節回転軸１８２の回転速度を減速する減速機１８０ｅとを含んで構成される。 Furthermore, as shown in FIGS. 4 and 5A, a part of the components of the rotary joint 18 is disposed inside the knee joint housing 17c.
The rotary joint 18 includes a third rotary drive mechanism 180 and a knee joint rotary shaft 182 that is a rotary shaft of the crus link 19.
The third rotation drive mechanism 180 includes a joint motor 40 that generates a rotation driving force, an encoder 42 that detects a rotation angle position of the joint motor 40, a driver 44 that is a drive circuit for the joint motor 40, and the rotation of the joint motor 40. A driving bevel gear 180a and a driven bevel gear 180c that convert force to the power transmission rotary shaft 180b, a power transmission rotary shaft 180b that transmits the rotational force of the joint motor 40, and a power transmission rotation The driving pulley 180d, the driven pulley 180f, and the belt 180g that transmit the rotational force of the shaft 180b to the knee joint rotating shaft 182 and the speed reducer 180e that reduces the rotational speed of the knee joint rotating shaft 182 are configured.

関節モータ４０は、その本体の長尺方向の一端にエンコーダ４２が取り付けられ且つ他端から出力軸１４０が突出した構成となっている。そして、関節モータ４０は、膝関節用ハウジング１７ｃの内側における上方の位置に、出力軸１４０の先端を下方向に向けた姿勢で支持されている。
更に、膝関節用ハウジング１７ｃの内側における、関節モータ４０の対面の前方側の壁にはドライバ４４が、その長尺方向を膝関節用ハウジング１７ｃの伸長方向に沿った姿勢で、且つドライバ４４の基板面と壁面とを対向させて支持されている。 The joint motor 40 has a configuration in which an encoder 42 is attached to one end of the main body in the longitudinal direction and an output shaft 140 projects from the other end. The joint motor 40 is supported at an upper position inside the knee joint housing 17c in a posture in which the tip of the output shaft 140 is directed downward.
Further, a driver 44 is placed on the wall on the front side facing the joint motor 40 inside the knee joint housing 17c so that the longitudinal direction of the driver 44 is along the extension direction of the knee joint housing 17c, and the driver 44 The substrate surface and the wall surface are supported to face each other.

出力軸１４０の先端には、駆動傘歯車１８０ａが、出力軸１４０と共に同じ回転方向に回転するように取り付けられている。
膝関節用ハウジング１７ｃの内側における出力軸１４０の先端部の真下には、動力伝達用回転軸１８０ｂが、膝関節用ハウジング１７ｃの伸長方向と直交する方向に向いた姿勢で（膝関節回転軸１８２と同じ向きで）膝関節用ハウジング１７ｃ内の両側の壁に軸受（例えば、フランジ付の玉軸受など）を介して回転自在に支持されている。 A driving bevel gear 180 a is attached to the tip of the output shaft 140 so as to rotate in the same rotational direction as the output shaft 140.
Immediately below the distal end portion of the output shaft 140 inside the knee joint housing 17c, the power transmission rotary shaft 180b is oriented in a direction perpendicular to the extending direction of the knee joint housing 17c (the knee joint rotary shaft 182). (In the same direction as above), it is rotatably supported by bearings (for example, a ball bearing with a flange) on both side walls in the knee joint housing 17c.

動力伝達用回転軸１８０ｂには、駆動傘歯車１８０ａと噛合して従動傘歯車１８０ｃが外嵌されている。
動力伝達用回転軸１８０ｂの右端部には、膝関節用ハウジング１７ｃの外側に飛び出す形で、動力伝達用回転軸１８０ｂと共に回転可能に駆動プーリ１８０ｄがその軸穴を介して外嵌されている。 A driven bevel gear 180c is externally fitted to the power transmission rotating shaft 180b so as to mesh with the drive bevel gear 180a.
A drive pulley 180d is fitted on the right end portion of the power transmission rotating shaft 180b through the shaft hole so as to protrude to the outside of the knee joint housing 17c so as to be rotatable together with the power transmission rotating shaft 180b.

膝関節用ハウジング１７ｃの略コ字状の第１フレーム部には、その内側に、両側の壁においてそれぞれ軸受（例えば、深溝軸受など）を介して膝関節回転軸１８２が回転自在に支持されている。
また、膝関節回転軸１８２には、これと同軸に減速機１８０ｅがその軸受を介して外嵌されている。 The substantially U-shaped first frame portion of the knee joint housing 17c has a knee joint rotation shaft 182 rotatably supported on the inner walls thereof via bearings (for example, deep groove bearings) on both side walls. Yes.
In addition, a reduction gear 180e is externally fitted to the knee joint rotation shaft 182 via a bearing coaxially therewith.

更に、膝関節回転軸１８２の右端部（駆動プーリ１８０ｄと略同じ平面位置）には、従動プーリ１８０ｆがその軸穴を介して外嵌されている。
駆動プーリ１８０ｄと従動プーリ１８０ｆには、駆動プーリ１８０ｄの回転力を従動プーリ１８０ｆに伝達するベルト１８０ｇが掛け回されている。
更に、回転関節１８は、図５（ｂ）に示すように、動力伝達用回転軸１８０ｂの軸心Ｏ1と、膝関節回転軸１８２の軸心Ｏ2とを、脚部１２の前後方向に所定距離を離間して配設し、且つ、動力伝達用回転軸１８０ｂと膝関節回転軸１８２とを、他の部品と接触しない範囲で、垂直方向に接近させて配設している。 Further, a driven pulley 180f is externally fitted to the right end portion of the knee joint rotation shaft 182 (substantially the same plane position as the drive pulley 180d) through the shaft hole.
A belt 180g that transmits the rotational force of the driving pulley 180d to the driven pulley 180f is wound around the driving pulley 180d and the driven pulley 180f.
Further, as shown in FIG. 5 (b), the rotary joint 18 has an axial center O 1 of the power transmission rotary shaft 180 b and an axial center O 2 of the knee joint rotary shaft 182 in the front-rear direction of the leg portion 12. The power transmission rotating shaft 180b and the knee joint rotating shaft 182 are disposed close to each other in a vertical direction within a range that does not come into contact with other components.

以上の構成により、関節モータ４０を、その出力軸１４０を上腿部リンク１７の伸長方向と直交する方向に向けて支持したときよりも、上腿部リンク１７の幅を狭く構成できる。また、ドライバ４４を、その長尺方向を上腿部リンク１７の伸長方向と直交する方向に向けて支持したときよりも、上腿部リンク１７の幅を狭く構成できる。また、軸心Ｏ1と軸心Ｏ2とを離間させなかったときと比較して、上腿部リンク１７の伸長方向の長さを短く構成できる。 With the above configuration, the width of the upper thigh link 17 can be configured to be narrower than when the joint motor 40 is supported with the output shaft 140 directed in a direction orthogonal to the extending direction of the upper thigh link 17. Further, the width of the upper thigh link 17 can be made narrower than when the driver 44 is supported with its longitudinal direction oriented in a direction orthogonal to the extending direction of the upper thigh link 17. In addition, the length of the upper thigh link 17 in the extending direction can be made shorter than when the axis O 1 and the axis O 2 are not separated from each other.

また、他の脚部１２などの外部からの衝撃を膝関節用ハウジング１７ｃが防いでくれるため、外部からの衝撃による関節モータ４０などの内側に配設された部品の破損を防ぐことができる。
一方、図３及び図６に示すように、下腿部リンク１９は、２つの板状のリンク部材１９ａ及び１９ｂの板面同士を、上腿部リンク１７を正面から見てその膝関節用ハウジング１７ｃの略コ字状の第１フレーム部の短尺方向の幅よりも広い間隙を空けて相対させ、その下端側に、上端部に傾斜面が形成された略ボックス形状の外郭フレーム部１９ｃ（以下、車輪駆動部用ハウジング１９ｃと称す）が、リンク部材１９ａ及び１９ｂと一体形成された構成となっている。更に、車輪駆動部用ハウジング１９ｃの下端には、駆動輪２０の取付用の略コ字状の第２フレーム部が形成されている。 In addition, since the knee joint housing 17c prevents an external impact such as the other leg 12 from being damaged, it is possible to prevent damage to components disposed inside the joint motor 40 and the like due to the external impact.
On the other hand, as shown in FIGS. 3 and 6, the crus link 19 has two knee-like link members 19 a and 19 b, and the knee joint housing when the crus link 17 is viewed from the front. A substantially box-shaped outer frame portion 19c (hereinafter, referred to as a substantially box-shaped outer frame portion 19c) having a gap wider than the width in the short direction of the first frame portion 17c and an inclined surface at the upper end portion. The wheel drive unit housing 19c) is integrally formed with the link members 19a and 19b. Furthermore, a substantially U-shaped second frame portion for mounting the drive wheels 20 is formed at the lower end of the wheel drive portion housing 19c.

更に、下腿部リンク１９は、その上端部と上腿部リンク１７の下端に設けられた略コ字状の第１フレーム部とにおいて、回転関節１８を構成する膝関節回転軸１８２、その軸受及び減速機１８０ｅを介して上腿部リンク１７に両持ちで支持されている。このように、両側から支持する構成としたことで、回転モーメント等に対する連結部の剛性を高めている。   Further, the crus link 19 includes a knee joint rotation shaft 182 constituting the rotary joint 18 and a bearing thereof at the upper end portion and the substantially U-shaped first frame portion provided at the lower end of the crus link 17. And it is supported by both upper thigh link 17 via reduction gear 180e. As described above, since the structure is supported from both sides, the rigidity of the connecting portion with respect to the rotational moment or the like is increased.

また、リンク部材１９ａ及び１９ｂと膝関節用ハウジング１７ｃの上面と回転関節１８とに囲まれた間隙の大きさは、下腿部リンク１９を回転関節１８の回転軸周りに主屈曲方向（図３中の後方側）に向けて回動させたときに、少なくとも、車輪駆動部用ハウジング１９ｃが回転関節１８に当接しない大きさに構成されている。これにより、下腿部リンク１９の主屈曲方向の回動を車輪駆動部用ハウジング１９ｃが阻害するのを回避している。   Further, the size of the gap surrounded by the link members 19a and 19b, the upper surface of the knee joint housing 17c, and the rotary joint 18 is such that the crus link 19 is in the main bending direction around the rotation axis of the rotary joint 18 (FIG. It is configured such that at least the wheel drive unit housing 19c does not abut against the rotary joint 18 when it is turned toward the rear side. This prevents the wheel drive unit housing 19c from obstructing the rotation of the lower leg link 19 in the main bending direction.

なお、本実施の形態において、図３中の前方側に向けて下腿部リンク１９を屈曲する方向を下腿部リンク１９の副屈曲方向とする。
また、車輪駆動部用ハウジング１９ｃの上端部に形成された傾斜面は、回転関節１８の回転軸と直交する方向に変位する傾斜（本実施の形態においては、図３に示す後方側に向かって下っていく傾斜）を有している。これにより、傾斜面を設けずに平らな面にしたときと比較して、傾斜にした分だけ、下腿部リンク１９の回動範囲を広げることができる。 In the present embodiment, the direction in which the lower leg link 19 is bent toward the front side in FIG.
Further, the inclined surface formed at the upper end of the wheel drive unit housing 19c is inclined so as to be displaced in a direction orthogonal to the rotation axis of the rotary joint 18 (in the present embodiment, toward the rear side shown in FIG. 3). Slope). Thereby, compared with the case where it makes a flat surface without providing an inclined surface, the rotation range of the crus link 19 can be expanded by the amount of inclination.

車輪駆動部用ハウジング１９ｃの内側には、駆動輪２０を回転駆動する車輪駆動機構が配設されている。車輪駆動機構は、車輪モータ５０、該車輪モータ５０の回転角度位置を検出するエンコーダ５２、車輪モータ５０の駆動回路であるドライバ５４、車輪モータ５０の回転駆動力を駆動輪２０の回転軸に伝達する伝達機構及び減速機を含んで構成されている。   A wheel drive mechanism that rotationally drives the drive wheels 20 is disposed inside the wheel drive housing 19c. The wheel drive mechanism transmits a wheel motor 50, an encoder 52 that detects a rotational angle position of the wheel motor 50, a driver 54 that is a drive circuit of the wheel motor 50, and a rotational drive force of the wheel motor 50 to the rotation shaft of the drive wheel 20. A transmission mechanism and a speed reducer.

なお、図３に示す例は、脚車輪型ロボット１００の左前脚の例となるが、右前脚についても同様となる。また、左後脚及び右後脚については、基体１０の向きを基準として、右前脚の例（図３の例）において、前方側を後方側に、後方側を前方側に入れ替えることで同様となる。
次に、脚車輪型ロボット１００の駆動制御システムを説明する。 The example shown in FIG. 3 is an example of the left front leg of the leg-wheel type robot 100, but the same applies to the right front leg. Further, with respect to the left hind leg and the right hind leg, in the example of the right front leg (example of FIG. 3), the front side is changed to the rear side and the rear side is changed to the front side with reference to the orientation of the base body 10. Become.
Next, a drive control system for the leg wheel type robot 100 will be described.

図７は、脚車輪型ロボット１００の駆動制御システムを示すブロック図である。
各脚部１２には、図７に示すように、第１、第２、第３回転駆動機構に対して、回転関節１４、１６、１８を回転駆動するアクチュエータとして関節モータ４０がそれぞれ設けられている。各関節モータ４０には、関節モータ４０の回転角度位置を検出するエンコーダ４２と、モータ指令信号およびエンコーダ４２の出力信号に基づいて関節モータ４０の駆動を制御するドライバ４４が設けられている。 FIG. 7 is a block diagram showing a drive control system of the leg wheel type robot 100.
As shown in FIG. 7, each leg 12 is provided with a joint motor 40 as an actuator for rotationally driving the rotary joints 14, 16, and 18 with respect to the first, second, and third rotary drive mechanisms. Yes. Each joint motor 40 is provided with an encoder 42 that detects the rotational angle position of the joint motor 40, and a driver 44 that controls the driving of the joint motor 40 based on the motor command signal and the output signal of the encoder 42.

各脚部１２の駆動輪２０の回転軸を回転駆動する車輪駆動機構に対して、車輪モータ５０がそれぞれ設けられている。各車輪モータ５０には、車輪モータ５０の回転角度位置を検出するエンコーダ５２と、モータ指令信号およびエンコーダ５２の出力信号に基づいて車輪モータ５０の駆動を制御するドライバ５４が設けられている。
脚車輪型ロボット１００は、更に、ＣＰＵ６０と、脚車輪型ロボット１００の姿勢を検出する３軸姿勢センサ７０と、カメラ３２の画像信号を処理するビジョンプロセッサ７２と、外部のＰＣ等と無線通信を行う無線通信部７４と、ビジョンプロセッサ７２および無線通信部７４とＣＰＵ６０の入出力を中継するハブ７６と、警告音等を出力するスピーカ７８とを有して構成される。 A wheel motor 50 is provided for each wheel drive mechanism that rotationally drives the rotation shaft of the drive wheel 20 of each leg 12. Each wheel motor 50 is provided with an encoder 52 that detects the rotational angle position of the wheel motor 50, and a driver 54 that controls the driving of the wheel motor 50 based on the motor command signal and the output signal of the encoder 52.
The leg wheel type robot 100 further performs wireless communication with the CPU 60, the three-axis attitude sensor 70 that detects the attitude of the leg wheel type robot 100, the vision processor 72 that processes the image signal of the camera 32, and an external PC. The wireless communication unit 74 is configured to include a vision processor 72, a wireless communication unit 74, a hub 76 that relays input / output of the CPU 60, and a speaker 78 that outputs warning sound and the like.

３軸姿勢センサ７０は、ジャイロ若しくは加速度センサ、またはその両方を有し、地軸に対して脚車輪型ロボット１００の姿勢の傾きを検出する。
ＣＰＵ６０は、モータ指令出力Ｉ／Ｆ６１を介してドライバ４４、５４にモータ指令信号を出力し、角度取込Ｉ／Ｆ６２を介してエンコーダ４２、５２の出力信号を入力する。また、センサ入力Ｉ／Ｆ６３を介して、脚先センサ２４、障害物センサ３４及び３軸姿勢センサ７０からそれぞれセンサ信号を入力する。また、通信Ｉ／Ｆ６４を介してハブ７６と信号の入出力を行い、サウンド出力Ｉ／Ｆ６５を介してスピーカ７８に音声信号を出力する。 The triaxial attitude sensor 70 includes a gyroscope or an acceleration sensor, or both, and detects the inclination of the attitude of the leg wheel type robot 100 with respect to the ground axis.
The CPU 60 outputs motor command signals to the drivers 44 and 54 via the motor command output I / F 61 and inputs output signals of the encoders 42 and 52 via the angle fetch I / F 62. In addition, sensor signals are input from the leg tip sensor 24, the obstacle sensor 34, and the triaxial posture sensor 70 via the sensor input I / F 63, respectively. Further, signals are input / output to / from the hub 76 via the communication I / F 64, and an audio signal is output to the speaker 78 via the sound output I / F 65.

次に、ＣＰＵ６０で実行される処理を説明する。
ＣＰＵ６０は、ＲＯＭ等の所定領域に格納されている制御プログラムを起動させ、その制御プログラムに従って、図８のフローチャートに示す昇降制御処理を実行する。
図８は、昇降制御処理を示すフローチャートである。
昇降制御処理は、脚車輪型ロボット１００の移動経路上に段差（障害物）があったときに実行される、脚部１２の昇降制御を行う処理であって、ＣＰＵ６０において実行されると、まず、図８に示すように、ステップＳ１００に移行する。 Next, processing executed by the CPU 60 will be described.
The CPU 60 activates a control program stored in a predetermined area such as a ROM, and executes the elevation control process shown in the flowchart of FIG. 8 according to the control program.
FIG. 8 is a flowchart showing the elevation control process.
The up / down control process is a process for performing the up / down control of the leg portion 12 that is executed when there is a step (obstacle) on the movement path of the leg-wheel type robot 100. As shown in FIG. 8, the process proceeds to step S100.

ステップＳ１００では、ビジョンプロセッサ７２から画像を取り込み、ステップＳ１０２に移行する。
ステップＳ１０２では、取り込んだ画像に基づいて光切断法により段差の特徴点を抽出する。
図９は、光切断法の原理を説明するための図である。 In step S100, an image is captured from the vision processor 72, and the process proceeds to step S102.
In step S102, step feature points are extracted by a light cutting method based on the captured image.
FIG. 9 is a diagram for explaining the principle of the light cutting method.

光切断法は、三角測量の原理により計測対象上の座標を求める計測法である。図９に計測座標系を示す。 計測対象上の座標Ｐ（x0、y0、z0）は、カメラ３２の撮像素子上の任意の座標をＰs（xi、yi、zi）とすると、下式（１）により求められる。   The light section method is a measurement method for obtaining coordinates on a measurement object based on the principle of triangulation. FIG. 9 shows a measurement coordinate system. The coordinates P (x0, y0, z0) on the measurement target are obtained by the following equation (1), where arbitrary coordinates on the image sensor of the camera 32 are Ps (xi, yi, zi).

Figure 2009095957
Figure 2009095957

次に、得られた三次元座標から、レーザ光の反射光の不連続点または屈曲点を段差の特徴点として抽出する。 図１０は、段差にレーザ光を照射した状態およびカメラ３２の撮像素子の画像を示す図である。   Next, from the obtained three-dimensional coordinates, a discontinuous point or a bent point of the reflected light of the laser beam is extracted as a feature point of the step. FIG. 10 is a diagram illustrating a state in which the step is irradiated with laser light and an image of the imaging element of the camera 32.

脚車輪型ロボット１００の移動経路上に凸状の段差が存在すると、図１０（ａ）左側に示すように、水平レーザ２６から照射された水平面レーザ光が段差の壁面および床面で反射し、カメラ３２により、その反射光を含む段差の画像が撮影される。その画像に対して画像処理を行うと、図１０（ａ）右側に示すように、壁面での反射光エッジおよび床面での反射光エッジを抽出することができる。そして、そのエッジ画像および上式（１）により得られた三次元座標に基づいて、反射光エッジの不連続点に対応する実座標を算出することができる。   When there is a convex step on the movement path of the leg wheel type robot 100, as shown on the left side of FIG. 10 (a), the horizontal plane laser light emitted from the horizontal laser 26 is reflected on the wall surface and floor surface of the step, An image of a step including the reflected light is taken by the camera 32. When image processing is performed on the image, a reflected light edge on the wall surface and a reflected light edge on the floor surface can be extracted as shown on the right side of FIG. Based on the edge image and the three-dimensional coordinates obtained by the above equation (1), the actual coordinates corresponding to the discontinuous points of the reflected light edge can be calculated.

また、図１０（ｂ）左側に示すように、垂直レーザ２８から照射された垂直面レーザ光が段差の壁面および上面で反射し、カメラ３２により、その反射光を含む段差の画像が撮影される。その画像に対して画像処理を行うと、図１０（ｂ）右側に示すように、壁面での反射光エッジおよび上面での反射光エッジを抽出することができる。また、垂直レーザ３０についても同様であり、図１０（ｃ）右側に示すように、壁面での反射光エッジおよび上面での反射光エッジを抽出することができる。そして、それらエッジ画像および上式（１）により得られた三次元座標に基づいて、反射光エッジの屈曲点に対する実座標を算出することができる。   As shown on the left side of FIG. 10B, the vertical surface laser light emitted from the vertical laser 28 is reflected by the wall surface and the upper surface of the step, and the camera 32 captures an image of the step including the reflected light. . When image processing is performed on the image, a reflected light edge on the wall surface and a reflected light edge on the upper surface can be extracted as shown on the right side of FIG. The same applies to the vertical laser 30. As shown on the right side of FIG. 10C, the reflected light edge on the wall surface and the reflected light edge on the upper surface can be extracted. Based on these edge images and the three-dimensional coordinates obtained by the above equation (1), the actual coordinates with respect to the bending point of the reflected light edge can be calculated.

図８に戻り、次いで、ステップＳ１０４に移行して、抽出した特徴点に基づいて段差の幅を算出し、ステップＳ１０６に移行する。
ステップＳ１０６、抽出した特徴点に基づいて段差の上面の実座標を算出し、ステップＳ１０８に移行する。
ステップＳ１０８では、算出した段差の幅および上面の実座標、並びに３軸姿勢センサ７０のセンサ信号に基づいて逆運動学計算および重心計算を行い、ステップＳ１１０に移行する。 Returning to FIG. 8, the process then proceeds to step S <b> 104, the step width is calculated based on the extracted feature points, and the process proceeds to step S <b> 106.
In step S106, the actual coordinates of the upper surface of the step are calculated based on the extracted feature points, and the process proceeds to step S108.
In step S108, inverse kinematics calculation and centroid calculation are performed based on the calculated step width and actual coordinates of the upper surface and the sensor signal of the triaxial posture sensor 70, and the process proceeds to step S110.

ステップＳ１１０では、ステップＳ１０８の計算結果に基づいて脚先の着地位置を決定し、ステップＳ１１２に移行する。
ステップＳ１１２では、車輪モータ５０の回転を停止すべき停止信号をドライバ５４に出力し、ステップＳ１１４に移行する。これにより、車輪モータ５０が制御され駆動輪２０の回転を停止する（回転しないようにトルクをかけて保持する）。または、減速機などによって、車輪モータ５０を駆動していないときに車輪が回転しないように保持する構成としても良い。後者の構成の場合は、車輪モータ５０への電力の供給を停止する。 In step S110, the landing position of the leg tip is determined based on the calculation result of step S108, and the process proceeds to step S112.
In step S112, a stop signal for stopping the rotation of the wheel motor 50 is output to the driver 54, and the process proceeds to step S114. Thereby, the wheel motor 50 is controlled to stop the rotation of the drive wheel 20 (torque is applied so as not to rotate). Or it is good also as a structure hold | maintained so that a wheel may not rotate by the reducer etc. when the wheel motor 50 is not driven. In the case of the latter configuration, the supply of electric power to the wheel motor 50 is stopped.

ステップＳ１１４では、脚先センサ２４からセンサ信号を入力し、ステップＳ１１６に移行する。
ステップＳ１１６では、ステップＳ１１４で入力した脚先センサ２４のセンサ信号に基づいて壁面までの距離を算出し、ステップＳ１１８に移行する。
ステップＳ１１８では、ステップＳ１１４で入力した脚先センサ２４のセンサ信号に基づいて脚先と上面との位置関係を算出し、ステップＳ１２０に移行する。 In step S114, a sensor signal is input from the leg tip sensor 24, and the process proceeds to step S116.
In step S116, the distance to the wall surface is calculated based on the sensor signal of the leg tip sensor 24 input in step S114, and the process proceeds to step S118.
In step S118, the positional relationship between the leg tip and the upper surface is calculated based on the sensor signal of the leg tip sensor 24 input in step S114, and the process proceeds to step S120.

ステップＳ１２０では、決定した着地位置および算出した両距離に基づいてドライバ４４へのモータ指令信号を生成し、ステップＳ１２２に移行する。
ステップＳ１２２では、ステップＳ１２０で生成したモータ指令信号をドライバ４４に出力し、ステップＳ１２４に移行する。
ステップＳ１２４では、脚先が着地位置に着地したか否かを判定し、脚先が着地したと判定したとき(Yes)は、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。 一方、ステップＳ１２４で、脚先が着地しないと判定したとき(No)は、ステップＳ１１２に移行する。 In step S120, a motor command signal to the driver 44 is generated based on the determined landing position and the calculated both distances, and the process proceeds to step S122.
In step S122, the motor command signal generated in step S120 is output to the driver 44, and the process proceeds to step S124.
In step S124, it is determined whether or not the leg tip has landed at the landing position. When it is determined that the leg tip has landed (Yes), the series of processes is terminated and the process returns to the original process. On the other hand, when it is determined in step S124 that the leg tip does not land (No), the process proceeds to step S112.

次に、図１１〜図１３に基づき、本実施の形態の動作を説明する。
ここで、図１１は、下腿部リンク１９を主屈曲方向に限界位置まで回動させたときの脚部１２を斜め後方側から見た斜視図である。また、図１２は、上腿部リンク１７を主屈曲側に限界位置まで回動させたときの脚部１２を斜め上方向から見た斜視図である。また、図１３は、図１２の状態の脚部１２を開脚方向に回動させたときの斜め上方向から見た斜視図である。 Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
Here, FIG. 11 is a perspective view of the leg 12 when viewed from the obliquely rear side when the crus link 19 is rotated to the limit position in the main bending direction. FIG. 12 is a perspective view of the leg 12 as seen from an obliquely upward direction when the upper thigh link 17 is rotated to the limit position on the main bending side. FIG. 13 is a perspective view of the leg 12 in the state shown in FIG. 12 as viewed obliquely from the upper side when the leg 12 is rotated in the opening direction.

脚車輪型ロボット１００の移動経路上に凸状の段差が存在すると、水平レーザ２６から照射された水平面レーザ光、および垂直レーザ２８、３０から照射された垂直面レーザ光がそれぞれ段差で反射し、カメラ３２により、それら反射光を含む画像が撮影される。次いで、カメラ３２で撮影された画像が取り込まれ（ステップＳ１００）、取り込まれた画像から段差の特徴点が抽出される（ステップＳ１０２）。そして、抽出された特徴点に基づいて段差の幅及び段差上面の実座標が算出され（ステップＳ１０４〜Ｓ１０８）、算出された段差の幅及び段差上面の実座標に基づいて脚先の着地位置が決定される（ステップＳ１１０）。   If there is a convex step on the movement path of the leg-wheel type robot 100, the horizontal plane laser beam emitted from the horizontal laser 26 and the vertical plane laser beam emitted from the vertical lasers 28 and 30 are reflected by the step, respectively. The camera 32 captures an image including the reflected light. Next, an image photographed by the camera 32 is captured (step S100), and step feature points are extracted from the captured image (step S102). Then, the step width and the actual coordinates of the step upper surface are calculated based on the extracted feature points (steps S104 to S108), and the landing position of the leg tip is determined based on the calculated step width and the actual coordinates of the step upper surface. It is determined (step S110).

着地位置が決定されると、各車輪２０を駆動する車輪モータ５０に対応するドライバ５４に対して、駆動輪２０の回転を停止させる停止信号を出力する（ステップＳ１１２）。これにより、脚部１２を用いた移動時において、各駆動輪２０が回転しないように制御される。
更に、脚先センサ２４からセンサ信号が入力され（ステップＳ１１４）、壁面までの距離及び脚先と段差上面との位置関係が算出される（ステップＳ１１６〜Ｓ１１８）。そして、決定された着地位置および算出された両距離に基づいてモータ指令信号が生成され（ステップＳ１２０）、生成されたモータ指令信号がドライバ４４に出力される（ステップＳ１２２）。これにより、回転関節１４〜１８が駆動し、脚車輪型ロボット１００の脚部１２の姿勢が、段差を乗り越えるための姿勢へと変更される。 When the landing position is determined, a stop signal for stopping the rotation of the drive wheel 20 is output to the driver 54 corresponding to the wheel motor 50 that drives each wheel 20 (step S112). As a result, the drive wheels 20 are controlled so as not to rotate during movement using the legs 12.
Further, a sensor signal is input from the leg tip sensor 24 (step S114), and the distance to the wall surface and the positional relationship between the leg tip and the upper surface of the step are calculated (steps S116 to S118). Then, a motor command signal is generated based on the determined landing position and the calculated both distances (step S120), and the generated motor command signal is output to the driver 44 (step S122). Accordingly, the rotary joints 14 to 18 are driven, and the posture of the leg portion 12 of the leg-wheel type robot 100 is changed to a posture for overcoming the step.

ここで、昇降対象の段差が脚部１２の回動限界の高さ以上の比較的高い段差であったとする。
まず、駆動制御システムは、回転関節１８のドライバ４４に指令信号を与えて、関節モータ４０を回転駆動する。関節モータ４０が回転駆動すると、その出力軸１４０の先端に取り付けられた駆動傘歯車１８０ａが回転し、該駆動傘歯車１８０ａと噛合する従動傘歯車１８０ｃが回転する。これにより、駆動傘歯車１８０ａの回転方向が変換され、この変換された回転方向の回転力が動力伝達用回転軸１８０ｂへと伝達される。これにより、動力伝達用回転軸１８０ｂが回転し、その端部に取り付けられた駆動プーリ１８０ｄが回転する。 Here, it is assumed that the step to be lifted / lowered is a relatively high step equal to or higher than the rotation limit of the leg 12.
First, the drive control system gives a command signal to the driver 44 of the rotary joint 18 to drive the joint motor 40 to rotate. When the joint motor 40 is driven to rotate, the driving bevel gear 180a attached to the tip of the output shaft 140 rotates, and the driven bevel gear 180c meshing with the driving bevel gear 180a rotates. As a result, the rotational direction of the driving bevel gear 180a is converted, and the rotational force in the converted rotational direction is transmitted to the power transmission rotary shaft 180b. As a result, the power transmission rotating shaft 180b rotates, and the drive pulley 180d attached to the end rotates.

駆動プーリ１８０ｄが回転すると、この回転力がベルト１８０ｇを介して従動プーリ１８０ｆに伝達される。更に、従動プーリ１８０ｆに伝達された回転力は、膝関節回転軸１８２に伝達されると共に減速機１８０ｅにも伝達され、減速機１８０ｅで減速された回転速度で膝関節回転軸１８２が回転する。
膝関節回転軸１８２が回転すると、その回転方向に下腿部リンク１９が回動する。 When the driving pulley 180d rotates, this rotational force is transmitted to the driven pulley 180f via the belt 180g. Further, the rotational force transmitted to the driven pulley 180f is transmitted to the knee joint rotation shaft 182 and also to the speed reducer 180e, and the knee joint rotation shaft 182 rotates at the rotational speed reduced by the speed reducer 180e.
When the knee joint rotation shaft 182 rotates, the crus link 19 rotates in the rotation direction.

ここでは、右前脚を構成する下腿部リンク１９を、図１１に示すように、主屈曲方向に回動限界位置まで回動させる。
駆動制御システムの制御によって、下腿部リンク１９は、車輪駆動部用ハウジング１９ｃの上端部と、膝関節用ハウジング１７ｃの下端部とを接触させることなく、膝関節用ハウジング１７ｃの下端部を間隙内に入り込ませながら回動する。そして、図１１に示すように、車輪駆動部用ハウジング１９ｃの上端に形成された傾斜面とリンク部材１７ａ及び１７ｂとが略平行になる位置まで回動して、上腿部リンク１７のフレームと傾斜面とがぶつかる寸前で停止する。この停止動作は、駆動制御システムにおいて、下腿部リンク１９の回動限界位置を検出するセンサの検出結果に基づき制御される。 Here, as shown in FIG. 11, the lower leg link 19 constituting the right front leg is rotated to the rotation limit position in the main bending direction.
Under the control of the drive control system, the crus link 19 causes the lower end of the knee joint housing 17c to be in a gap without contacting the upper end of the wheel drive housing 19c and the lower end of the knee joint housing 17c. It rotates while getting inside. Then, as shown in FIG. 11, the inclined surface formed at the upper end of the wheel drive unit housing 19c and the link members 17a and 17b are rotated to a position where they are substantially parallel to each other. Stop just before it hits the inclined surface. This stop operation is controlled based on the detection result of the sensor that detects the rotation limit position of the crus link 19 in the drive control system.

次に、駆動制御システムは、段差の上面に脚先を持っていくために、下腿部リンク１９が主屈曲方向に回転限界位置まで回動している状態で、更に、回転関節１６を回転駆動して、図１２に示すように、上腿部リンク１７を、主屈曲方向に回転限界位置まで回動させる。
駆動制御システムの制御によって、上腿部リンク１７が主屈曲方向に回動を開始すると、回転関節１６の関節フレーム部側の下端部（回転関節１６の回転軸及び減速機を含む）が、リンク部材１７ａ及び１７ｂとの間に形成された間隙内に入り込む。このとき、上腿部リンク１７は、膝関節用ハウジング１７ｃの上端部を、回転関節１６に接触させることなく、回転関節１６の関節フレーム部側の下端部を間隙内に入り込ませながら回動する。上腿部リンク１７は、膝関節用ハウジング１７ｃの上端に形成された傾斜面と第１股関節駆動部１２０の半円筒形状の曲面部とが略平行になる位置まで回動していき、図１２に示すように、傾斜面と曲面部とがぶつかる寸前で停止する。この停止動作は、駆動制御システムにおいて、上腿部リンク１７の回転関節１６に対する回動限界位置を検出するセンサの検出結果に基づき制御される。 Next, the drive control system further rotates the rotary joint 16 in a state where the lower leg link 19 is rotated in the main bending direction to the rotation limit position in order to bring the leg tip to the upper surface of the step. Driven to rotate the upper thigh link 17 to the rotation limit position in the main bending direction as shown in FIG.
When the upper thigh link 17 starts to rotate in the main bending direction by the control of the drive control system, the lower end portion (including the rotation shaft of the rotary joint 16 and the speed reducer) of the rotary joint 16 is linked. It enters into the gap formed between the members 17a and 17b. At this time, the upper leg link 17 rotates without bringing the upper end of the knee joint housing 17c into contact with the rotary joint 16 while allowing the lower end of the rotary joint 16 on the side of the joint frame to enter the gap. . The upper leg link 17 rotates to a position where the inclined surface formed at the upper end of the knee joint housing 17c and the semi-cylindrical curved surface portion of the first hip joint drive unit 120 are substantially parallel to each other, as shown in FIG. As shown in Fig. 2, the vehicle stops immediately before the inclined surface and the curved surface portion collide with each other. This stopping operation is controlled based on the detection result of the sensor that detects the rotation limit position of the upper thigh link 17 relative to the rotary joint 16 in the drive control system.

以上の制御によって、段差の上面へと右前脚の脚先を運ぶ。駆動制御システムは、図１２に示す姿勢でも段差に届かない場合は、更に、下腿部リンク１９を副屈曲方向に回動させる制御を行う。
次に、脚車輪型ロボット１００を、重心位置をできるだけ低くした状態で正面を向かせたまま真横方向に車輪走行で移動させる場合の動作を説明する。この場合は、各脚部１２を、主屈曲姿勢に屈曲させた状態で、開脚方向に駆動輪２０の進行方向が真横を向く回動角度分、回動させることになる。 With the above control, the right front leg tip is carried to the upper surface of the step. If the drive control system does not reach the step even in the posture shown in FIG. 12, the drive control system further controls to rotate the crus link 19 in the sub-bending direction.
Next, the operation in the case where the leg wheel type robot 100 is moved by wheel running in the lateral direction while keeping the front face facing with the position of the center of gravity as low as possible will be described. In this case, in a state where each leg portion 12 is bent in the main bending posture, the leg 12 is rotated by a rotation angle in which the traveling direction of the drive wheel 20 is directed to the lateral direction in the leg opening direction.

具体的に、駆動制御システムは、上腿部リンク１７及び下腿部リンク１９が主屈曲方向の回動限界位置まで回動している状態（図１２に示す状態）で、回転関節１４を回転駆動して、上腿部リンク１７を、図１３に示すように、開脚方向に駆動輪２０の進行方向が真横方向を向く回動位置まで回動させる。
回転関節１４が回転駆動されると、上腿部リンク１７はそのフレームの間隙の内面を、第１股関節駆動部１２０の半円筒形状の曲面に沿わせながら回動し、やがて回転関節１４の第１股関節駆動部１２０の側面へと到達する。第１股関節駆動部１２０の側面には、先述したように、上腿部リンク１７のフレームの当接位置に、切り欠き１２０ｂが設けられているため、上腿部リンク１７は、そのフレームの当接部位を切り欠き１２０ｂ内に進入させながら回動を続ける。 Specifically, the drive control system rotates the rotary joint 14 with the upper thigh link 17 and the lower thigh link 19 rotating to the rotation limit position in the main bending direction (the state shown in FIG. 12). By driving, as shown in FIG. 13, the upper thigh link 17 is rotated to the rotation position in which the traveling direction of the driving wheel 20 is directed in the lateral direction in the leg opening direction.
When the rotary joint 14 is driven to rotate, the upper thigh link 17 rotates while keeping the inner surface of the gap of the frame along the semi-cylindrical curved surface of the first hip joint drive unit 120, and eventually the first joint of the rotary joint 14 is rotated. It reaches the side surface of the one hip joint drive unit 120. As described above, since the notch 120b is provided on the side surface of the first hip joint drive unit 120 at the contact position of the frame of the upper thigh link 17, the upper thigh link 17 contacts the frame. The rotation is continued while the contact part is made to enter the notch 120b.

そして、上腿部リンク１７は、駆動輪２０の進行方向が、正面を向いた状態から略９０[°]回動した方向となるまで回動し、その位置で停止する。これにより、図１３に示すように、駆動輪２０の進行方向が真横方向へと変更される。なお、上腿部リンク１７の停止動作は、駆動制御システムにおいて、上腿部リンク１７の回転関節１４に対する回動限界位置を検出するセンサの検出結果又はエンコーダ４２の検出角度に基づき制御される。   Then, the upper thigh link 17 rotates until the traveling direction of the drive wheel 20 becomes approximately 90 [°] from the state of facing the front, and stops at that position. Thereby, as shown in FIG. 13, the traveling direction of the drive wheels 20 is changed to the lateral direction. Note that the stop operation of the upper leg link 17 is controlled based on the detection result of the sensor that detects the rotation limit position of the upper leg link 17 relative to the rotary joint 14 or the detection angle of the encoder 42 in the drive control system.

他の脚部１２についても同様の開脚動作を行うことで、脚車輪型ロボット１００を真横移動させることが可能な姿勢へと変更することができる。
各脚部１２の姿勢が変更されると、駆動制御システムの各ドライバ５４の制御によって各駆動輪２０が駆動され、脚車輪型ロボット１００が真横方向に移動する。
以上より、膝関節用ハウジング１７ｃの内側に、関節モータ４０をその長尺方向の端部から突出する出力軸１４０の先端を下方向に向けた姿勢で支持する構成としたので、関節モータ４０を、その出力軸１４０を上腿部リンク１７の伸長方向と直交する方向に向けて支持したときよりも、上腿部リンク１７の幅を狭く構成できる。 By performing the same leg-opening operation for the other leg portions 12, it is possible to change the posture so that the leg-wheel type robot 100 can move sideways.
When the posture of each leg 12 is changed, each drive wheel 20 is driven by the control of each driver 54 of the drive control system, and the leg-wheel type robot 100 moves in the lateral direction.
As described above, the joint motor 40 is supported inside the knee joint housing 17c in a posture in which the tip of the output shaft 140 protruding from the end in the longitudinal direction is directed downward. The width of the upper leg link 17 can be made narrower than when the output shaft 140 is supported in a direction orthogonal to the extending direction of the upper leg link 17.

更に、動力伝達用回転軸１８０ｂの軸心Ｏ1と、膝関節回転軸１８２の軸心Ｏ2とを、脚部１２の前後方向に所定距離を離間して配設し、且つ、動力伝達用回転軸１８０ｂと膝関節回転軸１８２とを、他の部品と接触しない範囲で、垂直方向に接近させて配設したので、軸心Ｏ1と軸心Ｏ2とを離間させなかったときと比較して、上腿部リンク１７の伸長方向の長さを短く構成できる。 Further, the shaft center O 1 of the power transmission rotating shaft 180b and the shaft center O 2 of the knee joint rotating shaft 182 are arranged at a predetermined distance in the front-rear direction of the leg portion 12, and are used for power transmission. Since the rotary shaft 180b and the knee joint rotary shaft 182 are arranged close to each other in the vertical direction so as not to come into contact with other components, the axis O 1 and the axis O 2 are not separated from each other. Thus, the length of the upper thigh link 17 in the extending direction can be shortened.

上記実施の形態において、脚車輪型ロボット１００は、発明７に記載の脚型ロボットに対応し、上腿部リンク１７は、発明１又は３に記載の第１リンクに対応し、下腿部リンク１９は、発明１、２、３及び５のいずれか１に記載の第２リンクに対応し、上腿部リンク１７、回転関節１８及び下腿部リンク１９は、発明１乃至５の関節モジュールに対応し、膝関節用ハウジング１７ｃは、発明１又は２に記載の外郭部に対応し、膝関節回転軸１８２は、発明１、２、３及び５のいずれか１に記載の関節回転軸に対応し、駆動傘歯車１８０ａ及び従動傘歯車１８０ｃは、発明２又は４に記載の回転方向変換機構に対応し、駆動プーリ１８０ｄ、従動プーリ１８０ｆ及びベルト１８０ｇは、発明２又は５に記載の回転力伝達機構に対応する。   In the above embodiment, the leg wheel type robot 100 corresponds to the leg type robot described in the invention 7, the upper leg link 17 corresponds to the first link described in the invention 1 or 3, and the lower leg link. 19 corresponds to the second link according to any one of the inventions 1, 2, 3 and 5, and the upper leg link 17, the rotary joint 18 and the lower leg link 19 are included in the joint module of the inventions 1 to 5. Correspondingly, the knee joint housing 17c corresponds to the outer portion described in the invention 1 or 2, and the knee joint rotation shaft 182 corresponds to the joint rotation shaft described in any one of the inventions 1, 2, 3, and 5. The driving bevel gear 180a and the driven bevel gear 180c correspond to the rotation direction changing mechanism described in the invention 2 or 4, and the driving pulley 180d, the driven pulley 180f and the belt 180g are used for transmitting the rotational force described in the invention 2 or 5. Corresponds to the mechanism.

また、上記実施の形態において、第３回転駆動機構１８０は、発明１に記載の回転駆動機構に対応する。
なお、上記実施の形態においては、動力伝達用回転軸１８０ｂと、膝関節回転軸１８２とを、これらの軸心位置を前後方向に離間して配設すると共に、高さ方向に他の部品と接触しない範囲で接近させる構成としたが、これに限らず、上腿部リンク１７をもっと長く構成できる場合は、軸心位置を前後方向に離間させずに一致させて両者を配設するなど他の構成としても良い。 In the above-described embodiment, the third rotation drive mechanism 180 corresponds to the rotation drive mechanism described in the first aspect.
In the above-described embodiment, the power transmission rotating shaft 180b and the knee joint rotating shaft 182 are disposed with their axial positions spaced apart in the front-rear direction and with other components in the height direction. Although it was made the structure approached in the range which does not contact, it is not restricted to this, and when the thigh part link 17 can be comprised longer, other things, such as arrange | positioning both by aligning an axial center position, without separating in the front-back direction, etc. It is good also as a structure of.

また、上記実施の形態においては、駆動プーリ１８０ｄ、従動プーリ１８０ｆ及びベルト１８０ｇによって、動力伝達用回転軸１８０ｂの回転力を、膝関節回転軸１８２に伝達する構成としたが、これに限らず、複数の歯車を使って伝達するなど他の構成としても良い。
また、上記実施の形態においては、第３回転駆動機構１８０のモータ４０を、その出力軸１４０の先端を下方向に向けた姿勢で膝関節用ハウジング１７ｃの内側に支持する構成としたが、これに限らず、上方向に向けた姿勢で支持する構成としても良い。 Further, in the above embodiment, the driving pulley 180d, the driven pulley 180f, and the belt 180g are configured to transmit the rotational force of the power transmission rotating shaft 180b to the knee joint rotating shaft 182. Other configurations such as transmission using a plurality of gears are also possible.
In the above embodiment, the motor 40 of the third rotation drive mechanism 180 is supported on the inner side of the knee joint housing 17c in a posture in which the tip of the output shaft 140 faces downward. It is good also as a structure supported not only in but the attitude | position toward the upward direction.

本発明に係る脚車輪型ロボット１００の正面図である。1 is a front view of a leg wheel type robot 100 according to the present invention. 本発明に係る脚車輪型ロボット１００の側面図である。1 is a side view of a leg wheel type robot 100 according to the present invention. 脚部１２を前方側から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the leg part 12 from the front side. 上腿部リンク１７の膝関節用ハウジング１７ｃの透視図である。6 is a perspective view of a knee joint housing 17c of an upper leg link 17. FIG. （ａ）は、第３駆動機構の正面図であり、（ｂ）は第３駆動機構の側面図である。(A) is a front view of a 3rd drive mechanism, (b) is a side view of a 3rd drive mechanism. 下腿部リンク１９を後方側から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the leg part link 19 from the back side. 脚車輪型ロボット１００の駆動制御システムを示すブロック図である。2 is a block diagram showing a drive control system of a leg wheel type robot 100. FIG. 昇降制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a raising / lowering control process. 光切断法の原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of a light cutting method. 段差にレーザ光を照射した状態およびカメラ３２の撮像素子の画像を示す図である。It is a figure which shows the state which irradiated the laser beam to the level | step difference, and the image of the image pick-up element of the camera. 下腿部リンク１９を主屈曲方向に限界位置まで回動させたときの脚部１２を斜め後方側から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the leg part 12 when the lower leg link 19 was rotated to the limit position in the main bending direction from the obliquely rear side. 上腿部リンク１７を主屈曲側に限界位置まで回動させたときの脚部１２を斜め上方向から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the leg part 12 from the diagonally upward direction when rotating the upper leg link 17 to the limit position to the main bending side. 図１２の状態の脚部１２を開脚方向に回動させたときの斜め上方向から見た斜視図である。It is the perspective view seen from the diagonally upward direction when the leg part 12 of the state of FIG. 12 is rotated in the open leg direction.

符号の説明Explanation of symbols

１００ 脚車輪型ロボット
１２０ 第１股関節駆動部
１２０ｂ 切り欠き
１２２ 第２股関節駆動部
１４０ 出力軸
１８０ 第３回転駆動機構
１８０ａ 駆動傘歯車
１８０ｂ 動力伝達用回転軸
１８０ｃ 従動傘歯車
１８０ｄ 駆動プーリ
１８２ 膝関節回転軸
１８０ｅ 減速機
１８０ｆ 従動プーリ
１８０ｇ ベルト
１０ 基体
１２ 脚部
１４、１６、１８ 回転関節
１７ 上腿部リンク
１７ａ，１７ｂ，１９ａ，１９ｂ リンク部材
１７ｃ 膝関節用ハウジング
１９ 下腿部リンク
１９ｃ 車輪駆動部用ハウジング
２０ 車輪
２４ 脚先センサ
２６ 水平レーザ
２８、３０ 垂直レーザ
３２ カメラ
３４、３６ 障害物センサ
４０ 関節モータ
５０ 車輪モータ
４２、５２ エンコーダ
４４、５４ ドライバ
６０ ＣＰＵ
６２ 角度取込Ｉ／Ｆ
６４ 通信Ｉ／Ｆ
７０ ３軸姿勢センサ
７６ ハブ 100 leg wheel type robot 120 first hip joint drive unit 120b notch 122 second hip joint drive unit 140 output shaft 180 third rotary drive mechanism 180a drive bevel gear 180b power transmission rotary shaft 180c driven bevel gear 180d drive pulley 182 knee joint rotation Shaft 180e Reducer 180f Driven pulley 180g Belt 10 Base 12 Legs 14, 16, 18 Rotary joint 17 Upper leg link 17a, 17b, 19a, 19b Link member 17c Knee joint housing 19 Lower leg link 19c For wheel drive part Housing 20 Wheel 24 Leg tip sensor 26 Horizontal laser 28, 30 Vertical laser 32 Camera 34, 36 Obstacle sensor 40 Joint motor 50 Wheel motor 42, 52 Encoder 44, 54 Driver 60 CPU
62 Angle capture I / F
64 Communication I / F
70 3-axis attitude sensor 76 Hub

Claims (6)

第１リンクと、該第１リンク側に取り付けられた回転駆動機構と、前記第１リンクと相対回転可能に連結されると共に前記回転駆動機構で回転駆動される第２リンクとから構成される関節モジュールであって、
前記回転駆動機構は、少なくとも、前記第２リンクの回転軸である関節回転軸と、回転力を発生するモータと、該モータの回転力を前記関節回転軸に伝達する伝達機構とを備え、
前記第１リンクは、中空の外郭部を有するフレームを備え、
前記回転駆動機構の少なくとも前記モータを含む構成部を、前記外郭部の内側に配設すると共に、前記モータを、該モータの出力軸の先端を前記第１リンクの伸長方向に向けた姿勢で前記外郭部の内側に支持したことを特徴とする関節モジュール。 A joint composed of a first link, a rotation drive mechanism attached to the first link side, and a second link connected to the first link so as to be relatively rotatable and rotated by the rotation drive mechanism. A module,
The rotational drive mechanism includes at least a joint rotational shaft that is a rotational shaft of the second link, a motor that generates a rotational force, and a transmission mechanism that transmits the rotational force of the motor to the joint rotational shaft,
The first link includes a frame having a hollow outer portion,
The component including at least the motor of the rotational drive mechanism is disposed inside the outer shell, and the motor is positioned in a posture in which the tip of the output shaft of the motor is directed in the extending direction of the first link. A joint module characterized by being supported inside the outer shell. 前記伝達機構は、前記関節回転軸と同じ回転方向に回転自在に前記外郭部の内側に支持された動力伝達用回転軸と、前記外郭部の内側に設けられた前記モータの回転力を前記動力伝達用回転軸の回転力に変換して該動力伝達用回転軸に伝達する回転方向変換機構と、前記動力伝達用回転軸の回転力を前記関節回転軸に伝達する回転力伝達機構とを備えることを特徴とする請求項１に記載の関節モジュール。   The transmission mechanism includes a power transmission rotary shaft supported inside the outer shell portion so as to be rotatable in the same rotational direction as the joint rotary shaft, and a rotational force of the motor provided inside the outer shell portion. A rotation direction conversion mechanism that converts the rotational force of the transmission rotary shaft into the rotational force of the power transmission and transmits the rotational force to the rotational shaft of the power transmission; and a rotational force transmission mechanism that transmits the rotational force of the rotational shaft for power transmission to the joint rotational shaft. The joint module according to claim 1. 前記動力伝達用回転軸と前記関節回転軸とを、これら回転軸に垂直で且つ前記第１リンクの伸長方向と垂直な方向に両者の軸心位置を離間して配設したことを特徴とする請求項２に記載の関節モジュール。   The power transmission rotary shaft and the joint rotary shaft are disposed perpendicularly to the rotary shaft and in a direction perpendicular to the extending direction of the first link, with their axial center positions separated from each other. The joint module according to claim 2. 前記回転方向変換機構は、前記モータの出力軸に設けられた駆動歯車と、前記動力伝達用回転軸に設けられた、前記駆動歯車と噛合して前記駆動歯車の回転方向を前記動力伝達用回転軸の回転方向に変換する従動歯車とを備えることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の関節モジュール。   The rotation direction conversion mechanism meshes with the drive gear provided on the output shaft of the motor and the drive gear provided on the power transmission rotary shaft to change the rotation direction of the drive gear to the power transmission rotation. The joint module according to claim 2, further comprising a driven gear that converts the rotational direction of the shaft. 前記回転力伝達機構は、前記動力伝達用回転軸に設けられた第１のプーリと、前記関節回転軸に設けられた第２のプーリと、前記第１のプーリと前記第２のプーリとに掛け回されたベルトとを備え、
前記第１のプーリの回転力を、前記ベルトを介して前記第２のプーリに伝達して、前記関節回転軸を回転駆動する構成となっていることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の関節モジュール。 The rotational force transmission mechanism includes a first pulley provided on the power transmission rotary shaft, a second pulley provided on the joint rotational shaft, the first pulley, and the second pulley. With a belt that is wrapped around,
5. The structure according to claim 2, wherein the rotational force of the first pulley is transmitted to the second pulley via the belt to rotationally drive the joint rotation shaft. The joint module according to any one of the above. 基体と、該基体に対して自由度を有して連結された複数の脚部と、各該脚部の回転駆動機構を制御する制御手段とを備え、前記脚部を駆動することによって移動する脚型ロボットであって、
前記各脚部を、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の関節モジュールから構成したことを特徴とする脚車輪型ロボット。 A base, a plurality of legs connected to the base with a degree of freedom, and a control means for controlling a rotation driving mechanism of each leg, are moved by driving the legs. A legged robot,
A leg-wheel type robot, wherein each of the leg portions is constituted by the joint module according to any one of claims 1 to 5.
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