JP2010005718A - Leg type robot - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve step ascending and descending performance without increasing the size of a leg part. <P>SOLUTION: A plurality of leg parts 20 are provided at a base body 10 in the leg type robot. The base body 10 includes a front side base body 11 in a base body fore and aft direction, a rear side base body 12 in the base body fore and aft direction, and a waist joint 13 jointing the front side base body 11 with the rear side base body 12 in a state to be able to relatively displace around a roll axis. The plurality of leg parts 20 are provided at each of the front side base body 11 and the rear side base body 12. Freedom around the roll axis is provided between the front side base body 11 and the rear side base body 12 by the waist joint 13, thus twisting one body to the other body is made possible. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数の脚部によって歩行可能な脚式ロボットに関するものである。   The present invention relates to a legged robot capable of walking with a plurality of legs.

四本の脚部を備え、夫々に回転可能な股関節及び膝関節を形成し、レーザ及びカメラによって前方の環境を認識しながら、各関節を電動モータで駆動することにより、階段を昇降したり障害物を乗り越えたりするものがある（特許文献１参照）。
また、複数の自由度を有する脚部の先端に車輪を形成し、脚部による歩行移動、車輪による走行移動、及び双方を併せたハイブリッド移動を実現することで、機動性や表現力を高めるものもある（特許文献２参照）。
特開２００７−１９０６５４号公報 特開２００４−０３４１６９号公報 It has four legs, each forming a hip and knee joint that can rotate, and by driving each joint with an electric motor while recognizing the front environment with a laser and a camera, it is possible to move up and down stairs and obstruct There are things that get over things (see Patent Document 1).
In addition, a wheel is formed at the tip of a leg portion having a plurality of degrees of freedom to improve mobility and expressive power by realizing walking movement by the leg portion, traveling movement by the wheel, and hybrid movement combining both. There is also (refer patent document 2).
JP 2007-190654 A JP 2004-034169 A

しかしながら、上記の特許文献１、２に記載された従来技術のように、脚部に複数の自由度があるとしても、昇降可能な段差の最大高さは、脚部の長さにも依存しているため、大きな段差を昇降可能にするためには、それだけ脚部を長くしなければならず、大型化が避けられない。また、脚部が長いとロボットの重心が高くなるので、脚部の先端に車輪を設け、この車輪によって旋回走行するときに、転倒しやすくなってしまう。   However, even if the leg portion has a plurality of degrees of freedom as in the prior art described in Patent Documents 1 and 2, the maximum height of the step that can be raised and lowered depends on the length of the leg portion. Therefore, in order to make it possible to move up and down a large step, it is necessary to lengthen the leg portion accordingly, and an increase in size is inevitable. Also, if the leg is long, the center of gravity of the robot becomes high. Therefore, when a wheel is provided at the tip of the leg and the vehicle is turned by this wheel, the robot tends to fall.

本発明の課題は、脚部を大型化することなく段差の昇降性能を向上させることである。   The subject of this invention is improving the raising / lowering performance of a level | step difference, without enlarging a leg part.

〔発明１〕 この発明１に係る脚式ロボットは、基体に複数の脚部が設けられた脚式ロボットであって、前記基体は、基体前後方向の前側基体と、基体前後方向の後側基体と、前記前側基体及び前記後側基体を、相対変位可能な状態で連結する基体関節と、を備える。
このような構成であれば、前側基体と後側基体との間に、少なくとも一自由度が与えられるので、一方に対して他方を、捻ったり曲げたりすることが可能となる。 [Invention 1] A legged robot according to Invention 1 is a legged robot in which a base is provided with a plurality of legs, and the base includes a front base in the front-rear direction of the base and a rear base in the front-back direction of the base. And a base joint for connecting the front base and the rear base in a relatively displaceable state.
With such a configuration, at least one degree of freedom is given between the front substrate and the rear substrate, so that the other can be twisted or bent.

〔発明２〕 この発明２に係る脚式ロボットは、発明１において、前記基体関節は、前記前側基体及び前記後側基体を、前記基体のロール軸回りに相対変位可能な状態で連結する。
このような構成であれば、前側基体及び後側基体の一方に対して他方を、捻ることが可能となる。 [Invention 2] In the legged robot according to Invention 2, in the invention 1, the base joint connects the front base and the rear base in a state of being relatively displaceable around a roll axis of the base.
With such a configuration, it is possible to twist the other of the front base and the rear base.

〔発明３〕 この発明３に係る脚式ロボットは、発明１又は２において、前記基体関節は、前記前側基体及び前記後側基体を、前記基体のピッチ軸回りに相対変位可能な状態で連結する。
このような構成であれば、前側基体及び後側基体の一方に対して他方を、上下方向に傾けて、側面視で『く』の字型に曲げることが可能となる。 [Invention 3] In the legged robot according to Invention 3, in the invention 1 or 2, the base joint connects the front base and the rear base in a state of being relatively displaceable around the pitch axis of the base. .
With such a configuration, it is possible to incline the other of the front base body and the rear base body in the vertical direction and bend it into a "<" shape in a side view.

〔発明４〕 この発明４に係る脚式ロボットは、発明１〜３の何れか一つにおいて、前記基体関節は、前記前側基体及び前記後側基体を、前記基体のヨー軸回りに相対変位可能な状態で連結する。
このような構成であれば、前側基体及び後側基体の一方に対して他方を、左右方向に傾けて、平面視で『く』の字型に曲げることが可能となる。 [Invention 4] In the legged robot according to Invention 4, in any one of Inventions 1 to 3, the base joint can relatively displace the front base and the rear base around the yaw axis of the base. Connect in a safe state.
With such a configuration, it becomes possible to incline the other of the front base body and the rear base body in the left-right direction and bend it into a “<” shape in plan view.

〔発明５〕 この発明５に係る脚式ロボットは、発明１〜４の何れか一つにおいて、前記基体関節で前記前側基体及び前記後側基体を所定の軸回りに相対変位させる駆動機構を備える。
このような構成であれば、一方に対して他方を、任意に捻ったり曲げたりすることが可能となる。 [Invention 5] The legged robot according to Invention 5 includes the drive mechanism according to any one of Inventions 1 to 4, wherein the front base and the rear base are relatively displaced about a predetermined axis by the base joint. .
With such a configuration, it is possible to arbitrarily twist or bend the other with respect to the other.

〔発明６〕 この発明６に係る脚式ロボットは、発明１〜５の何れか一つにおいて、前記基体関節は、一端側が前記前側基体及び前記後側基体の何れか一方に軸支され、他端側が前記前側基体及び前記後側基体の他方に固定された軸部材を備え、前記駆動機構は、前記前側基体及び前記後側基体の一方に固定されたモータと、該モータの動力を前記軸部材に伝達する伝達機構と、を備える。
このような構成であれば、モータの回転角を制御することで、一方に対して他方を、任意に捻ったり曲げたりすることが可能となる。 [Invention 6] In the legged robot according to Invention 6, in any one of Inventions 1 to 5, one end side of the base joint is pivotally supported by either the front base body or the rear base body. An end side includes a shaft member fixed to the other of the front base body and the rear base body, and the drive mechanism includes a motor fixed to one of the front base body and the rear base body and power of the motor to the shaft. A transmission mechanism for transmitting to the member.
With such a configuration, it is possible to arbitrarily twist or bend the other with respect to one by controlling the rotation angle of the motor.

〔発明７〕 この発明７に係る脚式ロボットは、発明１〜６の何れか一つにおいて、前記脚部の先端に駆動可能な車輪を備える。
このような構成であれば、脚部による歩行のみならず、車輪による走行が可能となる。 [Invention 7] A legged robot according to an invention 7 according to any one of the inventions 1 to 6, further comprising a drivable wheel at a tip of the leg portion.
If it is such a structure, not only the walk by a leg part but driving | running | working by a wheel will be attained.

〔発明８〕 この発明８に係る脚式ロボットは、発明５〜７の何れか一つにおいて、距離を測定する距離測定手段と、該距離測定手段の測定方向と直交し且つ互いに直交する二軸で当該距離測定手段を回転させる回転機構と、該回転機構による前記距離測定手段の回転角及び当該距離測定手段の測定結果に基づいて測定範囲内に存在する物体の連続面を認識する認識手段と、該認識手段で認識した連続面に基づいて前記駆動機構を制御する制御手段と、を備える。
このような構成であれば、測定範囲内に存在する物体の連続面を認識し、これに応じて基体関節を駆動することが可能となる。 [Invention 8] The legged robot according to Invention 8 is the legged robot according to any one of Inventions 5 to 7, wherein the distance measuring means for measuring the distance and the two axes orthogonal to the measuring direction of the distance measuring means and orthogonal to each other A rotating mechanism for rotating the distance measuring means, and a recognizing means for recognizing a continuous surface of an object existing in the measuring range based on a rotation angle of the distance measuring means by the rotating mechanism and a measurement result of the distance measuring means. And control means for controlling the drive mechanism based on the continuous surface recognized by the recognition means.
With such a configuration, it is possible to recognize a continuous surface of an object existing within the measurement range and to drive the base joint according to this.

〔発明９〕 この発明９に係る脚式ロボットは、発明１〜８の何れか一つにおいて、前記基体に対して前記脚部を所定の軸回りに回動可能な状態で連結する股関節を備え、前記股関節で前記脚部が回動する際に、当該脚部と前記基体とが干渉し合う少なくとも一方の部位を、前記脚部の軌道に応じて除去する。
このような構成であれば、股関節の可動範囲が拡大する。
なおここで、基体とは、基体に支持された部材をも含む。また、脚部とは、脚部と一体的に形成された部材をも含む。 [Invention 9] The legged robot according to Invention 9 includes the hip joint according to any one of Inventions 1 to 8, wherein the leg is connected to the base body so as to be rotatable around a predetermined axis. When the leg portion rotates at the hip joint, at least one portion where the leg portion and the base body interfere with each other is removed according to the trajectory of the leg portion.
With such a configuration, the movable range of the hip joint is expanded.
Here, the base includes a member supported by the base. The leg portion includes a member formed integrally with the leg portion.

〔発明１０〕 この発明１０に係る脚式ロボットは、発明１〜９の何れか一つにおいて、前記脚部は、基体側の基体側脚部と、接地側の接地側脚部と、前記基体側脚部に対して前記接地側脚部を所定の軸回りに回動可能な状態で連結する脚部関節とを備え、前記脚部関節で前記接地側脚部が回動する際に、当該接地側脚部と前記基体側脚部とが干渉し合う少なくとも一方の部位を、前記接地側脚部の軌道に応じて除去する。
このような構成であれば、脚部関節の可動範囲が拡大する。
なおここで、接地側脚部とは、接地側脚部と一体的に形成された部材をも含む。また、基体側脚部とは、基体側脚部と一体的に形成された部材をも含む。 [Invention 10] A legged robot according to Invention 10, according to any one of Inventions 1 to 9, wherein the legs are a base-side leg on the base side, a ground-side leg on the ground side, and the base A leg joint for connecting the grounding side leg to the side leg so as to be rotatable about a predetermined axis, and when the grounding side leg rotates at the leg joint, At least one portion where the ground side leg and the base body side leg interfere with each other is removed according to the track of the ground side leg.
With such a configuration, the movable range of the leg joint is expanded.
Here, the ground side leg portion includes a member formed integrally with the ground side leg portion. The base-side leg portion includes a member formed integrally with the base-side leg portion.

発明１に係る脚式ロボットによれば、前側基体と後側基体との間に、少なくとも一自由度が与えられるので、一方に対して他方を、捻ったり曲げたりすることが可能となる。したがって、脚部の長さが同一であっても、基体関節のない脚式ロボットと比べて、脚部の可動範囲を拡大させることができ、昇降性能を向上させることができる。
発明２に係る脚式ロボットによれば、前側基体及び後側基体の一方に対して他方を、捻ることが可能となる。したがって、脚部の長さが同一であっても、基体関節のない脚式ロボットと比べて、脚部の可動範囲を拡大させることができ、昇降性能を向上させることができる。 According to the legged robot according to the first aspect of the present invention, at least one degree of freedom is given between the front base and the rear base, so that the other can be twisted or bent with respect to one. Therefore, even if the length of the leg is the same, the range of movement of the leg can be expanded and the lifting performance can be improved as compared with a legged robot without a base joint.
According to the legged robot according to the second aspect, the other of the front base and the rear base can be twisted. Therefore, even if the length of the leg is the same, the range of movement of the leg can be expanded and the lifting performance can be improved as compared with a legged robot without a base joint.

発明３に係る脚式ロボットによれば、前側基体及び後側基体の一方に対して他方を、上下方向に傾けて、側面視で『く』の字型に曲げることが可能となる。したがって、基体関節のない脚式ロボットよりも、昇降性能を向上させることができる。
発明４に係る脚式ロボットによれば、前側基体及び後側基体の一方に対して他方を、左右方向に傾けて、平面視で『く』の字型に曲げることが可能となる。したがって、基体関節のない脚式ロボットよりも、昇降性能を向上させることができる。 According to the legged robot according to the third aspect of the present invention, it is possible to incline the other of the front base body and the rear base body in the vertical direction and bend it into a “<” shape in a side view. Therefore, the lifting / lowering performance can be improved as compared with a legged robot without a base joint.
According to the legged robot according to the fourth aspect of the present invention, it is possible to incline the other of the front base body and the rear base body in the left-right direction and bend it into a “<” shape in plan view. Therefore, the lifting / lowering performance can be improved as compared with a legged robot without a base joint.

発明５に係る脚式ロボットによれば、駆動機構により、前側基体及び後側基体の一方に対して他方を、任意に捻ったり曲げたりすることが可能となる。したがって、昇降性能を向上させることができる。
発明６に係る脚式ロボットによれば、モータの回転角を制御することで、前側基体及び後側基体の一方に対して他方を、任意に捻ったり曲げたりすることが可能となる。したがって、捻ったり曲げたりする相対変位を容易に制御することができる。 According to the legged robot according to the fifth aspect, the drive mechanism can arbitrarily twist or bend the other of the front base and the rear base. Therefore, the lifting / lowering performance can be improved.
According to the legged robot according to the sixth aspect of the present invention, it is possible to arbitrarily twist or bend the other of the front base and the rear base by controlling the rotation angle of the motor. Therefore, the relative displacement that is twisted or bent can be easily controlled.

発明７に係る脚式ロボットによれば、脚部の先端に駆動可能な車輪を備えることで、脚部による歩行のみならず、車輪による走行が可能となる。したがって、機動性能を向上させることができる。
発明８に係る脚式ロボットによれば、測定範囲内に存在する物体の連続面を認識し、これに応じて基体関節を駆動することが可能となる。したがって、昇降性能を向上させることができる。 According to the legged robot according to the seventh aspect of the invention, by providing a drivable wheel at the tip of the leg, not only walking by the leg but also running by the wheel becomes possible. Therefore, maneuverability can be improved.
According to the legged robot according to the eighth aspect of the present invention, it is possible to recognize a continuous surface of an object existing in the measurement range and drive the base joint according to the recognition. Therefore, the lifting / lowering performance can be improved.

発明９に係る脚式ロボットによれば、股関節の可動範囲が拡大する。したがって、昇降性能を向上させることができる。
発明１０に係る脚式ロボットによれば、脚部関節の可動範囲が拡大する。したがって、昇降性能を向上させることができる。 According to the legged robot according to the ninth aspect, the movable range of the hip joint is expanded. Therefore, the lifting / lowering performance can be improved.
According to the legged robot according to the tenth aspect, the movable range of the leg joint is expanded. Therefore, the lifting / lowering performance can be improved.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔一実施形態〕
先ず、脚式ロボット１００の概略構成について説明する。
図１は、脚式ロボット１００の正面図であり、図２は、その側面図である。
脚式ロボット１００は、略直方体の基体１０と、この基体１０の四隅に連結された四本の脚部２０と、を備えている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[One Embodiment]
First, a schematic configuration of the legged robot 100 will be described.
FIG. 1 is a front view of the legged robot 100, and FIG. 2 is a side view thereof.
The legged robot 100 includes a substantially rectangular parallelepiped base 10 and four legs 20 connected to four corners of the base 10.

基体１０は、基体前後方向の前側基体１１と、基体前後方向の後側基体１２と、これら前側基体１１及び後側基体１２を、所定の軸回りに相対変位可能な状態で連結する腰関節１３とを備え、前側基体１１及び後側基体１２には、夫々、二本の脚部２０が連結されている。
基体１０と各脚部２０との間には、基体側から順に、第一股関節３０と、第二股関節４０と、が介装されている。第一股関節３０は、基体１０の上下軸回りに脚部２０を回動させる関節であり、第二股関節４０は、基体１０の上下軸と直行する軸回りに脚部２０を回動させる関節である。すなわち、第二股関節４０は、第一股関節３０の回動位置に応じて、基体１０の左右軸回りや前後軸回りに脚部２０を回動させる関節である。これら第一股関節３０と第二股関節４０とにより、脚部２０の立体的な枢動が可能となる。 The base body 10 includes a front base body 11 in the front-rear direction of the base body, a rear base body 12 in the front-back direction of the base body, and a waist joint 13 that connects the front base body 11 and the rear base body 12 in a state of being relatively displaceable about a predetermined axis. And two leg portions 20 are connected to the front base body 11 and the rear base body 12, respectively.
A first hip joint 30 and a second hip joint 40 are interposed between the base body 10 and each leg 20 in order from the base body side. The first hip joint 30 is a joint that rotates the leg portion 20 about the vertical axis of the base body 10, and the second hip joint 40 is a joint that rotates the leg portion 20 about an axis orthogonal to the vertical axis of the base body 10. is there. That is, the second hip joint 40 is a joint that rotates the leg portion 20 around the left and right axes and the front and rear axes of the base body 10 according to the rotation position of the first hip joint 30. The first hip joint 30 and the second hip joint 40 enable a three-dimensional pivot of the leg 20.

各脚部２０は、基体側の基体側脚部２１と、接地側の接地側脚部２２と、基体側脚部２１に対して接地側脚部２２を、第二股関節４０と平行な軸回りに回動可能な状態で連結する膝関節５０と、を備える。したがって、膝関節５０は、第一股関節３０の回動位置に応じて、基体１０の左右軸回りや前後軸回りに脚部２０を回動させる関節である。これら第二股関節４０と膝関節５０とにより、脚部２０の屈伸が可能となる。   Each leg 20 includes a base-side leg 21 on the base-side, a ground-side leg 22 on the ground-side, and the ground-side leg 22 with respect to the base-side leg 21 and an axis parallel to the second hip joint 40. And a knee joint 50 connected in a rotatable state. Therefore, the knee joint 50 is a joint that rotates the leg portion 20 around the left-right axis and the front-rear axis of the base body 10 according to the rotation position of the first hip joint 30. The second hip joint 40 and the knee joint 50 allow the leg portion 20 to bend and stretch.

各脚部２０の先端には、膝関節５０と平行な軸回りに回転する駆動輪６０が軸支されている。
基体１０の正面には、三次元距離測定装置１４が取り付けられている。三次元距離測定装置１４は、距離センサの測定方向に対して直交する二つの軸回りに距離センサを回転させ、これにより得られた測定結果に基づいて、測定範囲内に存在する物体上の連続面を認識する。 A driving wheel 60 that rotates about an axis parallel to the knee joint 50 is pivotally supported at the tip of each leg 20.
A three-dimensional distance measuring device 14 is attached to the front surface of the base 10. The three-dimensional distance measuring device 14 rotates the distance sensor about two axes orthogonal to the measurement direction of the distance sensor, and based on the measurement result obtained thereby, the three-dimensional distance measuring device 14 continuously on the object existing within the measurement range. Recognize the face.

三次元距離測定装置１４の座標系（以下、センサ座標系と称す）は、基体１０の前後方向をｘrs軸、基体１０の左右方向をｙrs軸、基体１０の高さ方向をｚrs軸とする。なお、距離センサの原点位置においては、距離センサの測定方向がｘrs軸と一致し、距離センサの第一の回転軸がｙrs軸と一致する。距離センサの第一の回転軸は、ｚ軸回りの走査角度によって向きが変化するが、原点位置においてｙrs軸と一致するため、説明の便宜上、距離センサの第一の回転軸をｙrs’軸と表記する。
各脚部２０の先端側には、前方物体までの距離を検出する脚先前方センサ２３と、接地面までの距離を検出する脚先下方センサ２４と、が設けられている。 The coordinate system (hereinafter referred to as a sensor coordinate system) of the three-dimensional distance measuring device 14 has the front-rear direction of the base 10 as the xrs axis, the left-right direction of the base 10 as the yrs axis, and the height direction of the base 10 as the zrs axis. At the origin position of the distance sensor, the measurement direction of the distance sensor coincides with the xrs axis, and the first rotation axis of the distance sensor coincides with the yrs axis. Although the direction of the first rotation axis of the distance sensor changes depending on the scanning angle around the z-axis, the first rotation axis of the distance sensor coincides with the yrs axis at the origin position. write.
A leg tip front sensor 23 that detects the distance to the front object and a leg tip lower sensor 24 that detects the distance to the ground plane are provided on the distal end side of each leg 20.

次に、腰関節１３の構成について説明する。
図３は、腰関節１３の側面図である。
腰関節１３は、一般にハーモニックドライブ（登録商標）として知られる波動歯車装置７０を備え、この波動歯車装置７０を介して、前側基体１１及び後側基体１２を、基体１０のロール軸回りに相対変位可能な状態で連結している。 Next, the configuration of the hip joint 13 will be described.
FIG. 3 is a side view of the hip joint 13.
The hip joint 13 includes a wave gear device 70 generally known as a harmonic drive (registered trademark), and the front base body 11 and the rear base body 12 are relatively displaced around the roll axis of the base body 10 through the wave gear device 70. Linked in a possible state.

ここで、波動歯車装置７０について説明する。
図４は、波動歯車装置７０の断面図である。
波動歯車装置７０は、回転中心となる楕円状のカム及びこれに外嵌されたボールベアリングによって構成されるウェーブジェネレータ７１と、内周面がボールベアリングの外輪に摺接し外周面に歯が形成された薄肉カップ状のフレクスプライン７２と、内周面に形成されたフレクスプライン７２よりも多い歯を介してフレクスプライン７２に噛合するリング状のサーキュラスプライン７３と、で構成されている。ここで、フレクスプライン７２が前側基体１１に連結され、サーキュラスプライン７３が後側基体１２に連結されている。 Here, the wave gear device 70 will be described.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the wave gear device 70.
The wave gear device 70 includes a wave generator 71 constituted by an elliptical cam serving as a rotation center and a ball bearing fitted on the cam, and an inner peripheral surface which is in sliding contact with an outer ring of the ball bearing, and teeth are formed on the outer peripheral surface. A thin cup-shaped flexspline 72 and a ring-shaped circular spline 73 that meshes with the flexspline 72 through more teeth than the flexspline 72 formed on the inner peripheral surface. Here, the flexspline 72 is connected to the front base 11, and the circular spline 73 is connected to the rear base 12.

一方、ウェーブジェネレータ７１のカムには、前側基体１１によって軸支された回転軸７４が連結され、この回転軸７４には、従動プーリ７５が固定されている。前側基体１１には、回転軸７４と略平行なモータ軸を有するモータＭ１が固定されており、そのモータ軸には、従動プーリ７５と周方向に対向する駆動プーリ７６が固定されている。これら従動プーリ７５と駆動プーリ７６とに、図示しないタイミングベルトやＶベルトを掛けることで、モータＭ１の動力をウェーブジェネレータ７１に伝達する。なお、動力伝達は、歯車やチェーンであってもよい。   On the other hand, the cam of the wave generator 71 is connected to a rotating shaft 74 supported by the front base 11, and a driven pulley 75 is fixed to the rotating shaft 74. A motor M1 having a motor shaft substantially parallel to the rotating shaft 74 is fixed to the front base body 11, and a driving pulley 76 facing the driven pulley 75 in the circumferential direction is fixed to the motor shaft. By applying a timing belt or a V belt (not shown) to the driven pulley 75 and the driving pulley 76, the power of the motor M1 is transmitted to the wave generator 71. The power transmission may be a gear or a chain.

上記の構成により、モータＭ１の回転は、プーリを介した所定の減速比でウェーブジェネレータ７１に伝達される。ウェーブジェネレータ７１の回転は、フレクスプライン７２とサーキュラスプライン７３との噛合位置を変化させ、これによって所定の減速比でサーキュラスプライン７３を回転させる。すなわち、モータＭ１の回転により、前側基体１１及び後側基体１２を、基体１０のロール軸回りに相対変位させる。   With the above configuration, the rotation of the motor M1 is transmitted to the wave generator 71 at a predetermined reduction ratio via the pulley. The rotation of the wave generator 71 changes the meshing position of the flex spline 72 and the circular spline 73, thereby rotating the circular spline 73 at a predetermined reduction ratio. That is, the front substrate 11 and the rear substrate 12 are relatively displaced around the roll axis of the substrate 10 by the rotation of the motor M1.

次に、脚部２０について説明する。
図５は、脚部２０の全体図である。
図６は、第一股関節３０及び第二股関節４０の概観図である。
図７は、膝関節５０の概観図である。
第一股関節３０は、基体１０に固定されるボックス状のハウジング３１と、基体１０の上下軸と略平行な状態でハウジング３１に軸支されハウジング３１の下方で第二股関節４０に連結される関節軸３２と、ハウジング３１の上面に固定され関節軸３２を駆動するモータＭ２と、を備えている。なお、ハウジング３１には、モータＭ２の回転を所定の減速比で関節軸３２に伝達する減速機（例えば波動歯車装置）が収容されている。また、ハウジング３１の側面には、関節軸３２で基体側脚部２１が回動する際に、この基体側脚部２１と干渉する部位を、基体側脚部２１の軌道に応じて除去した切欠部３３が形成されている。 Next, the leg part 20 will be described.
FIG. 5 is an overall view of the leg 20.
FIG. 6 is a schematic view of the first hip joint 30 and the second hip joint 40.
FIG. 7 is a schematic view of the knee joint 50.
The first hip joint 30 is a box-shaped housing 31 fixed to the base body 10, and a joint that is pivotally supported by the housing 31 in a state substantially parallel to the vertical axis of the base body 10 and connected to the second hip joint 40 below the housing 31. A shaft 32 and a motor M2 that is fixed to the upper surface of the housing 31 and drives the joint shaft 32 are provided. The housing 31 houses a reduction gear (for example, a wave gear device) that transmits the rotation of the motor M2 to the joint shaft 32 at a predetermined reduction ratio. Further, the side surface of the housing 31 has a notch in which a portion that interferes with the base-side leg 21 when the base-side leg 21 is rotated by the joint shaft 32 is removed according to the track of the base-side leg 21. A portion 33 is formed.

第二股関節４０は、第一股関節３０の関節軸３２に固定されるハウジング４１と、基体１０の上下軸と直交する軸と略平行な状態でハウジング４１に軸支され基体側脚部２１に連結される関節軸４２と、ハウジング４１に収容され関節軸４２を駆動するモータＭ２（図示省略）と、を備えている。なお、ハウジング４１には、モータＭ２の回転を所定の減速比で関節軸４２に伝達する減速機（例えば波動歯車装置）も収容されている。   The second hip joint 40 is pivotally supported by the housing 41 and connected to the base-side leg 21 in a state substantially parallel to the housing 41 fixed to the joint shaft 32 of the first hip joint 30 and the vertical axis of the base 10. And a motor M2 (not shown) that is housed in the housing 41 and drives the joint shaft 42. The housing 41 also houses a reduction gear (for example, a wave gear device) that transmits the rotation of the motor M2 to the joint shaft 42 at a predetermined reduction ratio.

基体側脚部２１は、上端側が第二股関節４０のハウジング４１を挟むように対向し且つ関節軸４２に固定される一対のフレームで構成される。
膝関節５０は、基体側脚部２１の下端側に一体形成されたボックス状のハウジング５１と、基体１０の上下軸と直交する軸と略平行な状態でハウジング５１に軸支されハウジング５１の下部で接地側脚部２２に連結される関節軸５２と、ハウジング５１に収容され関節軸５２を駆動するモータＭ２（図示省略）と、を備えている。なお、ハウジング５１には、モータＭ２の回転を所定の減速比で関節軸５２に伝達する減速機（例えば波動歯車装置）が収容されている。また、ハウジング５１の上端側には、第二股関節４０で基体側脚部２１が回動する際に、この第二股関節４０のハウジング４１と干渉する部位を、基体側脚部２１の軌道に応じて除去した傾斜部５３が形成されている。 The base-side leg portion 21 is configured by a pair of frames that are opposed to each other so that the upper end side sandwiches the housing 41 of the second hip joint 40 and is fixed to the joint shaft 42.
The knee joint 50 is pivotally supported by the housing 51 in a state of being substantially parallel to an axis perpendicular to the vertical axis of the base 10 and a box-shaped housing 51 integrally formed on the lower end side of the base-side leg 21. And a motor shaft M2 (not shown) housed in the housing 51 and driving the joint shaft 52. The housing 51 houses a reduction gear (for example, a wave gear device) that transmits the rotation of the motor M2 to the joint shaft 52 at a predetermined reduction ratio. Further, on the upper end side of the housing 51, when the base-side leg portion 21 rotates at the second hip joint 40, a portion that interferes with the housing 41 of the second hip joint 40 corresponds to the trajectory of the base-side leg portion 21. The inclined portion 53 removed in this manner is formed.

接地側脚部２２は、上端側が膝関節５０のハウジング５１を挟むように対向し且つ関節軸５２に固定される一対のフレームで構成される。
駆動輪６０は、接地側脚部２２の下端側に一体形成されたボックス状のハウジング６１と、基体１０の上下軸と直交する軸と略平行な状態でハウジング６１に軸支されハウジング６１の下方に少なくとも接地部が露出した車輪６２と、ハウジング６１に収容され車輪６２を駆動するモータＭ３（図示省略）と、を備えている。なお、ハウジング６１には、モータＭ３の回転を所定の減速比で車輪６２に伝達する減速機（例えば波動歯車装置）が収容されている。また、ハウジング６１の上端側には、膝関節５０で接地側脚部２２が回動する際に、膝関節５０のハウジング５１及び基体側脚部２１と干渉する部位を、接地側脚部２２の軌道に応じて除去した傾斜部６３が形成されている。 The grounding side leg 22 is composed of a pair of frames that are opposed to each other so that the upper end side sandwiches the housing 51 of the knee joint 50 and is fixed to the joint shaft 52.
The drive wheel 60 is pivotally supported by the housing 61 in a state of being substantially parallel to an axis perpendicular to the vertical axis of the base body 10 and a box-shaped housing 61 integrally formed on the lower end side of the grounding leg 22. And a motor 62 (not shown) that is housed in the housing 61 and drives the wheel 62. The housing 61 houses a speed reducer (for example, a wave gear device) that transmits the rotation of the motor M3 to the wheel 62 at a predetermined speed reduction ratio. Further, on the upper end side of the housing 61, when the ground-side leg portion 22 rotates at the knee joint 50, a portion that interferes with the housing 51 and the base-side leg portion 21 of the knee joint 50 is disposed on the ground-side leg portion 22. An inclined portion 63 removed in accordance with the trajectory is formed.

次に、脚式ロボット１００の移動制御システムについて説明する。
図８は、移動制御システムを示すブロック図である。
腰関節１３のモータＭ１には、回転角を検出するエンコーダ８１と、モータ制御指令及びエンコーダ８１の出力信号に基づいてモータＭ１を駆動するドライバ８２と、が設けられている。 Next, the movement control system of the legged robot 100 will be described.
FIG. 8 is a block diagram showing the movement control system.
The motor M1 of the hip joint 13 is provided with an encoder 81 that detects a rotation angle, and a driver 82 that drives the motor M1 based on a motor control command and an output signal of the encoder 81.

また、各脚部２０において、第一股関節３０のモータＭ２、第二股関節４０のモータＭ２、及び膝関節５０のモータＭ２の夫々には、回転角を検出するエンコーダ８３と、モータ制御指令及びエンコーダ８３の出力信号に基づいてモータＭ２を駆動するドライバ８４と、が設けられている。
さらに、各脚部２０において、駆動輪６０のモータＭ３には、回転角を検出するエンコーダ８５と、モータ制御指令及びエンコーダ８５の出力信号に基づいてモータＭ２を駆動するドライバ８６と、が設けられている。 In each leg 20, an encoder 83 that detects a rotation angle, a motor control command, and an encoder are provided for each of the motor M 2 of the first hip joint 30, the motor M 2 of the second hip joint 40, and the motor M 2 of the knee joint 50. And a driver 84 for driving the motor M2 based on the output signal 83.
Further, in each leg portion 20, the motor M <b> 3 of the driving wheel 60 is provided with an encoder 85 that detects a rotation angle, and a driver 86 that drives the motor M <b> 2 based on a motor control command and an output signal of the encoder 85. ing.

脚式ロボット１００は、ＣＰＵ９０と、脚式ロボット１００の姿勢を検出する三軸姿勢センサ９１と、外部のＰＣ等と無線通信を行う無線通信部９２と、無線通信部９２及びＣＰＵ９０の入出力を中継するハブ９３と、警告音等を出力するスピーカ９４と、を備えている。
三軸姿勢センサ９１は、ジャイロセンサ及び加速度センサの少なくとも一方を備え、地軸に対して脚式ロボット１００の姿勢（傾き）を検出する。 The legged robot 100 includes a CPU 90, a three-axis posture sensor 91 that detects the posture of the legged robot 100, a wireless communication unit 92 that performs wireless communication with an external PC, and the like, and inputs and outputs of the wireless communication unit 92 and the CPU 90. A hub 93 for relaying and a speaker 94 for outputting a warning sound or the like are provided.
The triaxial attitude sensor 91 includes at least one of a gyro sensor and an acceleration sensor, and detects the attitude (tilt) of the legged robot 100 with respect to the ground axis.

ＣＰＵ９０は、モータ指令出力Ｉ／Ｆ９５を介してドライバ８２、８４、８６にモータ指令信号を出力し、角度取込Ｉ／Ｆ９６を介してエンコーダ８１、８３、８５の出力信号を入力する。また、センサ入力Ｉ／Ｆ９７を介して、三次元距離測定装置１４、脚先前方センサ２３、脚先下方センサ２４、及び三軸姿勢センサ９１の各センサ信号を入力する。また、通信Ｉ／Ｆ９８を介してハブ９３と信号の入出力を行い、サウンド出力Ｉ／Ｆ９９を介してスピーカ９４に音声信号を出力する。   The CPU 90 outputs motor command signals to the drivers 82, 84, 86 via the motor command output I / F 95, and inputs output signals of the encoders 81, 83, 85 via the angle fetch I / F 96. In addition, sensor signals of the three-dimensional distance measuring device 14, the leg tip front sensor 23, the leg tip lower sensor 24, and the three-axis posture sensor 91 are input via the sensor input I / F 97. In addition, signals are input / output to / from the hub 93 via the communication I / F 98, and an audio signal is output to the speaker 94 via the sound output I / F 99.

次に、三次元距離測定装置１４の構成を説明する。
三次元距離測定装置１４は、距離センサと、距離センサをｙrs’軸回りに回転させるｙrs’軸回転機構と、距離センサをｚrs軸回りに回転させるｚrs軸回転機構と、距離センサの測定結果に基づいて連続面を認識するセンシングプロセッサと、を備えている。
センシングプロセッサは、先ずＣＰＵ９０からの指令信号に基づいて、ｙrs’軸回転機構及びｚrs軸回転機構の走査角度範囲及び走査単位角度を設定し、ｙrs’軸回転機構に指令信号を出力することにより、走査角度範囲内において、距離センサを走査単位角度ずつｙrs’軸回りに回転させると共に、各走査角度に応じた距離情報を測定する第一走査処理を実行する。 Next, the configuration of the three-dimensional distance measuring device 14 will be described.
The three-dimensional distance measuring device 14 includes a distance sensor, a yrs 'axis rotation mechanism that rotates the distance sensor about the yrs' axis, a zrs axis rotation mechanism that rotates the distance sensor about the zrs axis, and a measurement result of the distance sensor. And a sensing processor for recognizing a continuous surface based thereon.
The sensing processor first sets the scanning angle range and the scanning unit angle of the yrs 'axis rotation mechanism and the zrs axis rotation mechanism based on the command signal from the CPU 90, and outputs the command signal to the yrs' axis rotation mechanism. Within the scanning angle range, the distance sensor is rotated around the yrs' axis by the scanning unit angle, and the first scanning process for measuring the distance information corresponding to each scanning angle is executed.

次いで、測定した距離情報に対してフィルタリング処理を実行してノイズ成分を除去し、ノイズ除去後の回転座標系の距離情報を直交座標系の座標情報に変換し、変換された座標情報に基づいてハフ変換等により直交座標系における線分を検出する。
そして、検出した線分の端点を連続面の境界として判定し、連続面の境界として判定した端点の座標情報をセンサ座標系に変換し、変換された座標情報をＲＡＭ等のメモリに記憶する。 Next, filtering processing is performed on the measured distance information to remove noise components, and the distance information of the rotating coordinate system after the noise removal is converted into the coordinate information of the orthogonal coordinate system, based on the converted coordinate information A line segment in the orthogonal coordinate system is detected by Hough transform or the like.
Then, the end point of the detected line segment is determined as the boundary of the continuous surface, the coordinate information of the end point determined as the boundary of the continuous surface is converted into a sensor coordinate system, and the converted coordinate information is stored in a memory such as a RAM.

ｙrs’軸回りの走査範囲で測定可能な領域（以下、走査平面と称す）の一つについてこれら一連の処理が終了すると、ｚrs軸回転機構に指令信号を出力することにより、走査角度範囲内において、距離センサを走査単位角度ずつｚrs軸回りに回転させる第二走査処理を実行する。
全ての走査平面についてこれら一連の処理が終了すると、メモリの座標情報に基づいて面データを生成する。連続面の境界として判定した端点を結ぶ線分は、物体上の連続面と走査平面が交わる交線であるので、面データの生成は、例えば、ある走査平面において、連続面の境界として判定した端点を結ぶ線分と、ｚrs軸回りに隣接する走査平面において、連続面の境界として判定した端点を結ぶ線分との傾き及び座標が所定範囲にあるものを連続面と判定し、それら線分に対応する座標情報を対応付けたり、公知の補間法を用いてつなぎ合わせたりすることにより行う。例えば、傾きが０に近い連続面は、水平面とみなすことができるので、そこが歩行可能な面であると判定することができる。
そして、センサ入力Ｉ／Ｆ９７を介して面データをＣＰＵ９０に出力する。 When these series of processes are completed for one of the regions that can be measured in the scanning range around the yrs' axis (hereinafter referred to as a scanning plane), a command signal is output to the zrs axis rotation mechanism, so that it is within the scanning angle range. Then, a second scanning process is executed in which the distance sensor is rotated around the zrs axis by a scanning unit angle.
When these series of processes are completed for all scanning planes, plane data is generated based on the coordinate information in the memory. The line segment connecting the end points determined as the boundary of the continuous surface is an intersection line where the continuous surface on the object and the scanning plane intersect. Therefore, for example, the generation of the surface data is determined as the boundary of the continuous surface in a certain scanning plane. In the scanning plane adjacent to the zrs axis, the line segment connecting the end points and the line segment connecting the end points determined as the boundary of the continuous surface are determined to be continuous surfaces if the inclination and coordinates are within a predetermined range. This is performed by associating coordinate information corresponding to, or connecting them using a known interpolation method. For example, since a continuous surface having an inclination close to 0 can be regarded as a horizontal surface, it can be determined that the surface is a walking surface.
Then, the surface data is output to the CPU 90 via the sensor input I / F 97.

次に、ＣＰＵ９０で実行される処理を説明する。
ＣＰＵ９０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、下記の昇降制御処理を実行する。 Next, processing executed by the CPU 90 will be described.
The CPU 90 activates a control program stored in a predetermined area such as a ROM, and executes the following elevation control process according to the control program.

図９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、脚部２０の昇降制御を行う処理であって、ＣＰＵ９０において実行されると、まず、図９に示すように、ステップＳ１００に移行する。
ステップＳ１００では、三次元距離測定装置１４から面データを入力し、ステップＳ１０２に移行して、入力した面データに基づいて、センサ座標系の座標をグローバル座標系の座標に変換し、連続面の境界線上の点を階段の特徴点として検出する。 FIG. 9 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 20. When the up / down control process is executed by the CPU 90, first, as shown in FIG. 9, the process proceeds to step S <b> 100.
In step S100, surface data is input from the three-dimensional distance measuring device 14, and the process proceeds to step S102. Based on the input surface data, the coordinates of the sensor coordinate system are converted to the coordinates of the global coordinate system, and A point on the boundary line is detected as a feature point of the staircase.

次いで、ステップＳ１０４に移行して、検出した階段の特徴点に基づいて階段の幅を算出し、ステップＳ１０６に移行して、検出した階段の特徴点に基づいて階段の段鼻部の実座標を算出し、ステップＳ１０８に移行する。
ステップＳ１０８では、算出した階段の幅及び段鼻部の実座標、並びに三軸姿勢センサ９１のセンサ信号に基づいて逆運動学計算及び重心計算を行い、ステップＳ１１０に移行して、ステップＳ１０８の計算結果に基づいて脚先（駆動輪６０）の着地位置を決定し、ステップＳ１１２に移行する。 Next, the process proceeds to step S104, the width of the staircase is calculated based on the detected feature point of the staircase, and the process proceeds to step S106, where the actual coordinates of the stair nosing part of the staircase are calculated based on the detected feature point of the staircase. Then, the process proceeds to step S108.
In step S108, inverse kinematics calculation and centroid calculation are performed based on the calculated width of the staircase and the actual coordinates of the nose and the sensor signal of the three-axis posture sensor 91, and the process proceeds to step S110, and the calculation result of step S108. The landing position of the leg tip (drive wheel 60) is determined based on the above, and the process proceeds to step S112.

ステップＳ１１２では、脚先前方センサ２３及び脚先下方センサ２４から各センサ信号を入力し、ステップＳ１１４に移行して、入力した脚先前方センサ２３のセンサ信号に基づいて蹴込板までの距離を算出し、ステップＳ１１６に移行して、入力した脚先下方センサ２４のセンサ信号に基づいて脚先と踏板の位置関係を算出し、ステップＳ１１８に移行する。   In step S112, each sensor signal is input from the leg tip front sensor 23 and the leg tip lower sensor 24, the process proceeds to step S114, and the distance to the kick plate is calculated based on the input sensor signal of the leg tip front sensor 23. Then, the process proceeds to step S116, where the positional relationship between the leg tip and the tread is calculated based on the input sensor signal of the leg tip lower sensor 24, and the process proceeds to step S118.

ステップＳ１１８では、決定した着地位置及び算出した両距離に基づいてドライバ８２、８４、８６へのモータ指令信号を生成し、ステップＳ１２０に移行して、生成したモータ指令信号をドライバ８２、８４、８６に出力し、ステップＳ１２２に移行する。
ステップＳ１２２では、脚先が踏板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Ｓ１２２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 S118, a motor command signal to the drivers 82, 84, 86 is generated based on the determined landing position and both calculated distances, and the process proceeds to step S120, and the generated motor command signal is transferred to the drivers 82, 84, 86. The process proceeds to step S122.
In step S122, it is determined whether or not the leg tip has landed on the tread. If 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 S122 that the leg tip does not land (No), the process proceeds to step S112.

次に、本実施形態の動作を説明する。
脚式ロボット１００の移動経路上に階段が存在し、これを乗り越える場合を説明する。
まず、三次元距離測定装置１４により、連続面の境界が判定され、面データが生成される。次いで、ステップＳ１００、Ｓ１０２を経て、ＣＰＵ９０により、面データが入力され、入力された面データに基づいて階段の特徴点が検出される。そして、ステップＳ１０４〜Ｓ１１０を経て、検出された階段の特徴点に基づいて階段の幅及び段鼻部の実座標が算出され、算出された階段の幅及び段鼻部の実座標に基づいて脚先の着地位置が決定される。 Next, the operation of this embodiment will be described.
A case will be described in which a stairway exists on the movement path of the legged robot 100 and the stairs are overcome.
First, the boundary of the continuous surface is determined by the three-dimensional distance measuring device 14, and surface data is generated. Next, through steps S100 and S102, the CPU 90 inputs surface data, and the staircase feature point is detected based on the input surface data. Then, through steps S104 to S110, the width of the staircase and the actual coordinates of the stair nose are calculated based on the detected feature points of the staircase, and the leg tip is calculated based on the calculated stair width and the actual coordinates of the stair nose. The landing position is determined.

さらに、ステップＳ１１２〜Ｓ１１６を経て、脚先前方センサ２３及び脚先下方センサ２４から各センサ信号が入力され、蹴込板までの距離及び脚先と踏板の位置関係が算出される。そして、ステップＳ１１８、Ｓ１２０を経て、決定された着地位置及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、生成されたモータ指令信号がドライバ８２、８３、８４に出力される。これにより、駆動輪６０が回転すると共に、腰関節１３、第一股関節３０、第二股関節４０、膝関節５０が駆動し、脚式ロボット１００が姿勢を適切に保ちつつ階段を乗り越える。また、状況によっては階段を回避したり手前で停止したりする。したがって、車輪を備えていない脚式ロボットと同様に階段への適応性が高い。   Further, through steps S112 to S116, each sensor signal is input from the leg tip front sensor 23 and the leg tip lower sensor 24, and the distance to the kick plate and the positional relationship between the leg tip and the tread board are calculated. Then, through steps S118 and S120, a motor command signal is generated based on the determined landing position and both calculated distances, and the generated motor command signal is output to the drivers 82, 83, and 84. As a result, the driving wheel 60 rotates, and the hip joint 13, the first hip joint 30, the second hip joint 40, and the knee joint 50 are driven, and the legged robot 100 gets over the stairs while keeping its posture properly. Depending on the situation, the stairs may be avoided or stopped in front. Therefore, the adaptability to a staircase is high like a legged robot without wheels.

ここで、腰関節１３の動作について説明する。
図１０は、腰関節１３の動作図である。
腰関節１３により、前側基体１１と後側基体１２との間には、ロール軸回りの自由度が与えられるので、一方に対して他方を捻ることが可能となる。例えば、前側基体１１の右側脚部２０を蹴り上げて上段地点へと踏込む場合には、後側基体１２に対する前側基体１１を、前方に向かって左回りに相対変位させることで、右側脚部２０の股関節位置を上昇させる。これにより、脚部２０の長さが同一であっても、腰関節１３のない脚式ロボットと比べて、より高く脚部２０を蹴り上げることができ、昇降性能を向上させることができる。 Here, the operation of the hip joint 13 will be described.
FIG. 10 is an operation diagram of the hip joint 13.
The waist joint 13 provides a degree of freedom around the roll axis between the front base body 11 and the rear base body 12, so that one can be twisted with respect to the other. For example, when the right leg 20 of the front base 11 is kicked up and stepped on to the upper position, the right leg is obtained by moving the front base 11 relative to the rear base 12 counterclockwise relative to the front. 20 hip positions are raised. Thereby, even if the length of the leg part 20 is the same, compared with the legged robot without the hip joint 13, the leg part 20 can be kicked up higher and the raising / lowering performance can be improved.

ここで、膝関節５０の動作について説明する。
図１１、図１２は、脚部２０を膝関節５０の限界まで屈曲させた状態を示す。
膝関節５０で接地側脚部２２を曲げてゆくと、駆動輪６０のハウジング６１が膝関節５０のハウジング５１及び基体側脚部２１に干渉することになるが、ハウジング６１において、ハウジング５１及び基体側脚部２１と干渉する部位を、接地側脚部２２の軌道に応じて除去している。これにより、接地側脚部２２を構成する一対のフレームの間に、ハウジング５１及び基体側脚部２１が入り込んでゆき、ハウジング６１に形成した傾斜部６３に対してハウジング５１及び基体側脚部２１が当接するまで、接地側脚部２２の回動を継続することができる。すなわち、膝関節５０の可動範囲が拡大する。したがって、昇降性能を向上させることができる。 Here, the operation of the knee joint 50 will be described.
11 and 12 show a state in which the leg 20 is bent to the limit of the knee joint 50. FIG.
When the ground-side leg 22 is bent at the knee joint 50, the housing 61 of the drive wheel 60 interferes with the housing 51 and the base-side leg 21 of the knee joint 50. In the housing 61, the housing 51 and the base A portion that interferes with the side leg portion 21 is removed according to the trajectory of the ground side leg portion 22. As a result, the housing 51 and the base-side leg 21 enter between the pair of frames constituting the ground-side leg 22, and the housing 51 and the base-side leg 21 with respect to the inclined part 63 formed in the housing 61. Until the contact, the rotation of the grounding side leg portion 22 can be continued. That is, the movable range of the knee joint 50 is expanded. Therefore, the lifting / lowering performance can be improved.

ここで、第二股関節４０の動作について説明する。
図１３、図１４は、脚部２０を第二股関節４０の限界まで屈曲させた状態を示す。
第二股関節４０で基体側脚部２１を曲げてゆくと、膝関節５０のハウジング５１が第二股関節４０のハウジング４１に干渉することになるが、ハウジング５１において、ハウジング４１と干渉する部位を、基体側脚部２１の軌道に応じて除去している。これにより、基体側脚部２１を構成する一対のフレームの間に、ハウジング４１が入り込んでゆき、ハウジング５１に形成した傾斜部５３に対してハウジング４１が当接するまで、基体側脚部２１の回動を継続することができる。すなわち、第二股関節４０の可動範囲が拡大する。したがって、昇降性能を向上させることができる。 Here, the operation of the second hip joint 40 will be described.
13 and 14 show a state where the leg portion 20 is bent to the limit of the second hip joint 40.
When the base leg 21 is bent at the second hip joint 40, the housing 51 of the knee joint 50 interferes with the housing 41 of the second hip joint 40. It is removed according to the trajectory of the base side leg 21. As a result, the housing 41 enters between the pair of frames constituting the base-side leg 21, and the base-side leg 21 rotates until the housing 41 comes into contact with the inclined part 53 formed on the housing 51. Can continue. That is, the movable range of the second hip joint 40 is expanded. Therefore, the lifting / lowering performance can be improved.

ここで、第一股関節３０の動作について説明する。
図１５は、脚部２０を第一股関節３０の限界まで回動させた状態を示す。
脚部２０を第二股関節４０の限界まで屈曲させた状態で、第一股関節３０により基体側脚部２０を回動させてゆくと、基体側脚部２１が第一股関節３０のハウジング３１に干渉することになるが、ハウジング３１の側面において、基体側脚部２１と干渉する部位に、基体側脚部２１の軌道に応じて除去した切欠部３３を形成している。これにより、第一股関節３０の切欠部３３に対して、基体側脚部２１を構成する一方のフレームが入り込んでゆき、第一股関節３０に対して基体側脚部２１が当接するまで、基体側脚部２１の回動を継続することができる。すなわち、第一股関節３０の可動範囲が拡大する。したがって、昇降性能を向上させることができる。 Here, the operation of the first hip joint 30 will be described.
FIG. 15 shows a state in which the leg portion 20 is rotated to the limit of the first hip joint 30.
If the base leg 20 is rotated by the first hip joint 30 with the leg 20 bent to the limit of the second hip joint 40, the base leg 21 interferes with the housing 31 of the first hip joint 30. However, on the side surface of the housing 31, a cutout portion 33 that is removed according to the trajectory of the base-side leg 21 is formed in a portion that interferes with the base-side leg 21. As a result, one frame constituting the base leg 21 enters the cutout 33 of the first hip joint 30 until the base leg 21 abuts against the first hip 30. The rotation of the leg portion 21 can be continued. That is, the movable range of the first hip joint 30 is expanded. Therefore, the lifting / lowering performance can be improved.

一方、平地では、脚式ロボット１００は、車輪走行で移動することができる。したがって、車輪式ロボットと同様に平地での移動性が高い。
さらに、本実施形態では、距離センサをｙrs’軸回りに回転させるｙrs’軸回転機構と、距離センサをｚrs軸回りに回転させるｚrs軸回転機構とを備え、ｙrs’軸回転機構により距離センサを回転させながらｙrs’軸回転機構の走査単位角度ごとに距離センサの測定結果を取得する第一走査を、ｚrs軸回転機構により距離センサを回転させながらｚrs軸回転機構の走査単位角度ごとに行う第二走査を行うことにより、ｙrs’軸回転機構の走査単位角度ごと及びｚrs軸回転機構の走査単位角度ごとの測定結果を取得する。 On the other hand, on a flat ground, the legged robot 100 can move by wheel running. Therefore, the mobility on a flat ground is high like a wheeled robot.
Furthermore, the present embodiment includes a yrs 'axis rotation mechanism that rotates the distance sensor around the yrs' axis, and a zrs axis rotation mechanism that rotates the distance sensor around the zrs axis. A first scan for acquiring the measurement result of the distance sensor for each scanning unit angle of the yrs' axis rotation mechanism while rotating is performed for each scanning unit angle of the zrs axis rotation mechanism while rotating the distance sensor by the zrs axis rotation mechanism. By performing two scans, measurement results are obtained for each scanning unit angle of the yrs' axis rotation mechanism and for each scanning unit angle of the zrs axis rotation mechanism.

これにより、連続面として物体の立体的な形状を把握することができるので、脚式ロボット１００のように複雑な姿勢制御を必要とするロボットの姿勢制御にさらに好適な認識結果を得ることができる。また、距離センサを回転させる回転機構を採用したので、移動機構に比して、走査に必要なスペースが小さくてすみ、走査のための機構が簡素となり、しかも高速な走査を実現することができる。   Thereby, since the three-dimensional shape of the object can be grasped as a continuous surface, a recognition result more suitable for posture control of a robot that requires complicated posture control such as the legged robot 100 can be obtained. . In addition, since a rotating mechanism that rotates the distance sensor is employed, a space required for scanning is smaller than that of the moving mechanism, the mechanism for scanning is simplified, and high-speed scanning can be realized. .

さらに、本実施形態では、脚先前方センサ２３及び脚先下方センサで測定した距離に基づいて階段を認識し、その認識結果に基づいてモータＭ１、Ｍ２、Ｍ３を制御する。
これにより、脚先前方センサ２３及び脚先下方センサ２４を用いて未知の階段を認識しながら脚部２０の昇降制御を行うので、従来に比して、未知の階段に対して高い適応性を実現することができる。また、人が活動する環境での動作を行えるので、人と一緒に行動する用途に用いられるホームロボット、パーソナルロボット等に好適である。 Further, in the present embodiment, the stairs are recognized based on the distance measured by the leg tip front sensor 23 and the leg tip lower sensor, and the motors M1, M2, and M3 are controlled based on the recognition result.
As a result, the leg part 20 is controlled to move up and down while recognizing the unknown staircase using the leg tip front sensor 23 and the leg tip lower sensor 24, so that it has higher adaptability to the unknown staircase than in the past. Can be realized. In addition, since it can operate in an environment where people are active, it is suitable for home robots, personal robots, and the like that are used for acting with people.

さらに、本実施形態では、三次元距離測定装置１４を基体１０の正面に設け、脚先前方センサ２３及び脚先下方センサ２４を脚部２０の先端に設けた。
これにより、脚式ロボット１００の移動経路上に存在する物体を広い視野で検出することができると共に、階段昇降時に駆動輪６０と階段の距離を精度よく測定することができる。 Further, in the present embodiment, the three-dimensional distance measuring device 14 is provided on the front surface of the base 10, and the leg tip front sensor 23 and the leg tip lower sensor 24 are provided on the tip of the leg portion 20.
As a result, it is possible to detect an object present on the movement path of the legged robot 100 with a wide field of view, and to accurately measure the distance between the drive wheel 60 and the stairs when the stairs are raised and lowered.

さらに、本実施形態では、前方脚先センサ２２の測定結果に基づいて階段の蹴込板までの距離を算出し、下方脚先センサ２４の測定結果に基づいて駆動輪６０と階段の踏板の位置関係を算出する。
これにより、階段の特徴のうち脚部２０の昇降制御にさらに有効な特徴を検出することができるので、未知の階段に対してさらに高い適応性を実現することができる。 Further, in the present embodiment, the distance to the stair kick plate is calculated based on the measurement result of the front leg tip sensor 22, and the positional relationship between the driving wheel 60 and the stair step board is calculated based on the measurement result of the lower leg tip sensor 24. Is calculated.
Thereby, since the characteristic more effective for the raising / lowering control of the leg part 20 can be detected among the characteristics of the staircase, higher adaptability can be realized for the unknown staircase.

以上より、腰関節１３が「基体関節」に対応し、モータＭ１、駆動プーリ７６、従動プーリ７５、及び波動歯車装置７０が「駆動機構」に対応し、サーキュラスプライン７３が「軸部材」に対応している。   From the above, the waist joint 13 corresponds to the “base joint”, the motor M1, the drive pulley 76, the driven pulley 75, and the wave gear device 70 correspond to the “drive mechanism”, and the circular spline 73 corresponds to the “shaft member”. is doing.

〔応用例〕
なお、本実施形態では、腰関節１３により、前側基体１１及び後側基体１２を、基体１０のロール軸回りに相対変位可能な状態で連結しているが、これに限定されるものではなく、図１６に示すように、腰関節により、前側基体１１及び後側基体１２を、基体１０のピッチ軸回りに相対変位可能な状態で連結してもよい。これによれば、前側基体１１及び後側基体１２の一方に対して他方を、上下方向に傾けて、側面視で『く』の字型に曲げることが可能となる。したがって、腰関節のない脚式ロボットよりも、昇降性能を向上させることができる。また、図１７に示すように、腰関節により、前側基体１１及び後側基体１２を、基体１０のヨー軸回りに相対変位可能な状態で連結してもよい。これによれば、前側基体１１及び後側基体１２の一方に対して他方を、左右方向に傾けて、平面視で『く』の字型に曲げることが可能となる。したがって、腰関節のない脚式ロボットよりも、昇降性能を向上させることができる。勿論、ロール軸回り用の腰関節、ピッチ軸回り用の腰関節、ヨー軸回り用の腰関節のうち、少なくとも二つを複合した腰関節を備えてもよい。 [Application example]
In this embodiment, the front base body 11 and the rear base body 12 are connected by the hip joint 13 in a state in which the front base body 11 and the rear base body 12 can be relatively displaced about the roll axis of the base body 10, but the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 16, the front base body 11 and the rear base body 12 may be connected by a hip joint so as to be relatively displaceable around the pitch axis of the base body 10. According to this, it is possible to incline the other of the front base body 11 and the rear base body 12 in the vertical direction and bend it into a "<" shape in a side view. Therefore, the lifting performance can be improved as compared with a legged robot without a hip joint. In addition, as shown in FIG. 17, the front base 11 and the rear base 12 may be coupled by a hip joint in a state in which the front base 11 and the rear base 12 can be relatively displaced about the yaw axis of the base 10. According to this, it is possible to incline the other of the front base body 11 and the rear base body 12 in the left-right direction and bend it into a “<” shape in plan view. Therefore, the lifting performance can be improved as compared with a legged robot without a hip joint. Of course, a hip joint that combines at least two of a hip joint around the roll axis, a waist joint around the pitch axis, and a waist joint around the yaw axis may be provided.

また、本実施形態では、一つの基体１０を前後方向の二つに分割して腰関節１３で連結しているが、これに限定されるものではなく、一つの基体１０を前後方向の三つ以上に分割し、夫々を腰関節１３で連結してもよい。
また、本実施形態では、波動歯車装置７０を介して前側基体１１及び後側基体１２を連結しているが、これに限定されるものではなく、図１８に示すように、ディファレンシャルギヤ７７を介して前側基体１１及び後側基体１２を連結してもよい。これによれば、より安価に実施することができる。 In this embodiment, one base 10 is divided into two parts in the front-rear direction and connected by the hip joint 13, but the present invention is not limited to this. You may divide into the above and may connect each with the waist joint 13. FIG.
Further, in the present embodiment, the front base 11 and the rear base 12 are connected via the wave gear device 70, but the present invention is not limited to this. As shown in FIG. The front substrate 11 and the rear substrate 12 may be coupled together. According to this, it can implement more cheaply.

また、本実施形態では、一本の脚部２０を長手方向の二つに分割して膝関節５０で連結しているが、これに限定されるものではなく、一本の脚部２０を長手方向の三つ以上に分割し、夫々を膝関節５０で連結してもよい。
また、本実施形態では、第一股関節３０の可動範囲を拡大するために、ハウジング３１の側面に切欠部３３を形成しているが、これに限定されるものではない。要は、第一股関節３０で脚部２０を回動させる際に、ハウジング３１と基体側脚部２１とが干渉し合う少なくとも一方の部位を除去すればよいので、基体側脚部２１側の干渉部位を除去したり、あるいは基体側脚部２１とハウジング３１の双方の干渉部位を除去してもよい。 Moreover, in this embodiment, although the one leg part 20 is divided | segmented into two of the longitudinal direction and it connects with the knee joint 50, it is not limited to this, One leg part 20 is made into a longitudinal direction. You may divide | segment into three or more of directions, and may connect each by the knee joint 50. FIG.
Moreover, in this embodiment, in order to expand the movable range of the 1st hip joint 30, the notch part 33 is formed in the side surface of the housing 31, However, It is not limited to this. In short, when the leg portion 20 is rotated by the first hip joint 30, it is only necessary to remove at least one portion where the housing 31 and the base-side leg portion 21 interfere with each other. You may remove a site | part or may remove the interference site | part of both the base | substrate side leg 21 and the housing 31. FIG.

なおここで、ハウジング３１とは、基体１０に支持された部材であり、基体１０の一部と見なすことができる。したがって、第一股関節３０の可動範囲を拡大するという主旨を逸脱しない範囲で、ハウジング３１のみならず、基体１０の一部を除去してもよい。
また、本実施形態では、第二股関節４０の可動範囲を拡大するために、ハウジング５１の上端側に傾斜部５３を形成しているが、これに限定されるものではない。要は、第二股関節４０で基体側脚部２１を回動させる際に、ハウジング５１とハウジング４１とが干渉し合う少なくとも一方の部位を除去すればよいので、ハウジング４１側の干渉部位を除去したり、あるいはハウジング４１とハウジング５１の双方の干渉部位を除去してもよい。 Here, the housing 31 is a member supported by the base body 10 and can be regarded as a part of the base body 10. Therefore, not only the housing 31 but also a part of the base 10 may be removed without departing from the gist of expanding the movable range of the first hip joint 30.
Moreover, in this embodiment, in order to expand the movable range of the second hip joint 40, the inclined portion 53 is formed on the upper end side of the housing 51. However, the present invention is not limited to this. In short, when the base leg 21 is rotated by the second hip joint 40, it is sufficient to remove at least one part where the housing 51 and the housing 41 interfere with each other. Or the interference part of both the housing 41 and the housing 51 may be removed.

なおここで、ハウジング４１とは、第一股関節３０が無ければ、基体１０に支持された部材であり、基体１０の一部と見なすことができる。したがって、第二股関節４０の可動範囲を拡大するという主旨を逸脱しない範囲で、ハウジング５１のみならず、基体１０の一部を除去してもよい。さらに、ハウジング５１とは、基体側脚部２１と一体的に形成された部材であり、基体側脚部２１の一部と見なすことができる。したがって、第二股関節４０の可動範囲を拡大するという主旨を逸脱しない範囲で、ハウジング５１のみならず、基体側脚部２１の一部を除去してもよい。   Here, the housing 41 is a member supported by the base body 10 without the first hip joint 30 and can be regarded as a part of the base body 10. Therefore, not only the housing 51 but also a part of the base body 10 may be removed without departing from the scope of enlarging the movable range of the second hip joint 40. Further, the housing 51 is a member formed integrally with the base-side leg 21 and can be regarded as a part of the base-side leg 21. Therefore, not only the housing 51 but also a part of the base-side leg 21 may be removed without departing from the gist of expanding the movable range of the second hip joint 40.

また、本実施形態では、膝関節５０の可動範囲を拡大するために、ハウジング６１の上端側に傾斜部６３を形成しているが、これに限定されるものではない。要は、膝関節５０で脚部２０を曲げる際に、ハウジング６１に対してハウジング５１が干渉し合う少なくとも一方の部位を除去すればよいので、ハウジング５１側の干渉部位を除去したり、あるいはハウジング５１とハウジング６１の双方の干渉部位を除去してもよい。   Moreover, in this embodiment, in order to expand the movable range of the knee joint 50, the inclined part 63 is formed on the upper end side of the housing 61, but it is not limited to this. In short, when bending the leg portion 20 with the knee joint 50, it is sufficient to remove at least one portion where the housing 51 interferes with the housing 61, so that the interference portion on the housing 51 side can be removed or the housing 51 can be removed. You may remove the interference site | part of both 51 and the housing 61. FIG.

なおここで、ハウジング６１とは、接地側脚部２２と一体的に形成された部材であり、接地側脚部２２の一部と見なすことができる。したがって、膝関節５０の可動範囲を拡大するという主旨を逸脱しない範囲で、ハウジング６１のみならず、接地側脚部２２の一部を除去してもよい。同様に、ハウジング５１とは、基体側脚部２１と一体的に形成された部材であり、基体側脚部２１の一部と見なすことができる。したがって、膝関節５０の可動範囲を拡大するという主旨を逸脱しない範囲で、ハウジング５１のみならず、基体側脚部２１の一部を除去してもよい。   Here, the housing 61 is a member formed integrally with the grounding side leg 22 and can be regarded as a part of the grounding side leg 22. Therefore, not only the housing 61 but also a part of the grounding side leg portion 22 may be removed without departing from the main point of expanding the movable range of the knee joint 50. Similarly, the housing 51 is a member formed integrally with the base-side leg 21 and can be regarded as a part of the base-side leg 21. Therefore, not only the housing 51 but also a part of the base-side leg 21 may be removed without departing from the scope of expanding the movable range of the knee joint 50.

脚式ロボット１００の正面図である。1 is a front view of a legged robot 100. FIG. 脚式ロボット１００の側面図である。1 is a side view of a legged robot 100. FIG. 腰関節１３の側面図である。3 is a side view of a waist joint 13. FIG. 波動歯車装置７０の断面図である。3 is a cross-sectional view of a wave gear device 70. FIG. 脚部２０の全体図である。1 is an overall view of a leg portion 20. 第一股関節３０及び第二股関節４０の概観図である。2 is a schematic view of a first hip joint 30 and a second hip joint 40. FIG. 膝関節５０の概観図である。2 is an overview diagram of a knee joint 50. FIG. 移動制御システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows a movement control system. 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. 腰関節１３の動作図である（ロール軸回り）。It is an operation | movement figure of the hip joint 13 (around a roll axis). 脚部２０を膝関節５０の限界まで屈曲させた状態を示す。The state which bent the leg part 20 to the limit of the knee joint 50 is shown. 脚部２０を膝関節５０の限界まで屈曲させた状態を示す。The state which bent the leg part 20 to the limit of the knee joint 50 is shown. 脚部２０を第二股関節４０の限界まで屈曲させた状態を示す。The state which bent the leg part 20 to the limit of the 2nd hip joint 40 is shown. 脚部２０を第二股関節４０の限界まで屈曲させた状態を示す。The state which bent the leg part 20 to the limit of the 2nd hip joint 40 is shown. 脚部２０を第一股関節３０の限界まで回動させた状態を示す。The state which turned the leg part 20 to the limit of the 1st hip joint 30 is shown. 腰関節１３の応用例である（ピッチ軸回り）。This is an application example of the hip joint 13 (around the pitch axis). 腰関節１３の応用例である（ヨー軸回り）。This is an application example of the hip joint 13 (around the yaw axis). 腰関節１３の応用例である（ディファレンシャルギヤ）。This is an application example of the hip joint 13 (differential gear).

符号の説明Explanation of symbols

１００ 脚式ロボット
１０ 基体
２０ 脚部
１１ 前側基体
１２ 後側基体
１３ 腰関節
１４ 三次元距離測定装置
３０ 第一股関節
４０ 第二股関節
２１ 基体側脚部
２２ 接地側脚部
２３ 脚先前方センサ
２４ 脚先下方センサ
５０ 膝関節
６０ 駆動輪
７０ 波動歯車装置
７１ ウェーブジェネレータ
７２ フレクスプライン
７３ サーキュラスプライン DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Leg type robot 10 Base body 20 Leg part 11 Front side base body 12 Rear side base body 13 Lumbar joint 14 Three-dimensional distance measuring device 30 First hip joint 40 Second hip joint 21 Base side leg part 22 Ground side leg part 23 Leg tip front sensor 24 Leg Forward and downward sensor 50 Knee joint 60 Drive wheel 70 Wave gear device 71 Wave generator 72 Flex spline 73 Circular spline

Claims (7)

基体に複数の脚部が設けられた脚式ロボットであって、
前記基体は、基体前後方向の前側基体と、基体前後方向の後側基体と、前記前側基体及び前記後側基体を、相対変位可能な状態で連結する基体関節と、を備えることを特徴とする脚式ロボット。 A legged robot having a plurality of legs on a base;
The base includes a front base in the front-rear direction of the base, a rear base in the front-back direction of the base, and a base joint that connects the front base and the rear base in a relatively displaceable state. Legged robot. 前記基体関節は、前記前側基体及び前記後側基体を、前記基体のロール軸回りに相対変位可能な状態で連結することを特徴とする請求項１に記載の脚式ロボット。   The legged robot according to claim 1, wherein the base joint connects the front base and the rear base in a state in which the front base and the rear base can be relatively displaced about a roll axis of the base. 前記基体関節は、前記前側基体及び前記後側基体を、前記基体のピッチ軸回りに相対変位可能な状態で連結することを特徴とする請求項１又は２に記載の脚式ロボット。   3. The legged robot according to claim 1, wherein the base joint connects the front base and the rear base in a state of being relatively displaceable about a pitch axis of the base. 前記基体関節は、前記前側基体及び前記後側基体を、前記基体のヨー軸回りに相対変位可能な状態で連結することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の脚式ロボット。   The leg type according to any one of claims 1 to 3, wherein the base joint connects the front base and the rear base in a state of being relatively displaceable about a yaw axis of the base. robot. 前記基体関節で前記前側基体及び前記後側基体を所定の軸回りに相対変位させる駆動機構を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の脚式ロボット。   The legged robot according to any one of claims 1 to 4, further comprising a drive mechanism that relatively displaces the front base and the rear base around a predetermined axis at the base joint. 前記基体関節は、一端側が前記前側基体及び前記後側基体の何れか一方に軸支され、他端側が前記前側基体及び前記後側基体の他方に固定された軸部材を備え、
前記駆動機構は、前記前側基体及び前記後側基体の一方に固定されたモータと、該モータの動力を前記軸部材に伝達する伝達機構と、を備えることを特徴とする請求項５に記載の脚式ロボット。 The base joint includes a shaft member whose one end is pivotally supported by one of the front base and the rear base and the other end is fixed to the other of the front base and the rear base.
The said drive mechanism is equipped with the motor fixed to one of the said front side base | substrate and the said back side base | substrate, and the transmission mechanism which transmits the motive power of this motor to the said shaft member, The Claim 6 characterized by the above-mentioned. Legged robot. 前記脚部の先端に駆動可能な車輪を備えることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の脚式ロボット。   The legged robot according to any one of claims 1 to 6, further comprising a drivable wheel at a tip of the leg portion.

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