JP2011255426A - Two-legged mobile device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、二脚型移動装置に係り、特に、脚の先端に車輪を備え、二脚による歩行動作と車輪による走行動作とを行うことのできる二脚型移動装置に関する。 The present invention relates to a two-legged moving device, and more particularly to a two-legged moving device that includes a wheel at the tip of a leg and is capable of performing a walking motion by the two legs and a running motion by the wheels.
人間と共生できるサービスロボットが盛んに研究されているが、現時点ではなかなか産業として成り立ち難い状況にある。この要因として、サービスされる人間側のメンタル面や各種規制等の法制度面などの問題も指摘されているが、最たる要因は人間と共生でき、また満足の行くサービスを提供できるロボットを、そのサービスの対価に相当する適当な価格で供給できる産業技術が創造されていない点と思われる。 There are many researches on service robots that can coexist with humans, but at present, it is difficult to establish as an industry. As a factor of this, problems such as the mental side of the serviced person and the legal system such as various regulations have been pointed out, but the most important factor is the robot that can coexist with humans and provide satisfactory services. It seems that industrial technology that can be supplied at an appropriate price corresponding to the price of the service has not been created.
人間と共生するという点に関しては、様々な面から捉えた課題があるが、大きな技術課題の一つが、人間が暮らしている住環境を人間と同じように自在に移動できる技術が達成されていないことが挙げられる。同じ住環境での共生という点から、ロボットを移動可能とすべき床の条件としては、通常人間が移動できる床の条件なら同様に移動できるようにするという点が重要である。すなわち、平面だけでなく、平均的な人間が移動できる程度の段差、スロープ、障害物、或いは階段等を人間と同程度に移動し、跨ぎ、或いは昇降する機能を有していることが必要である。 There are various issues regarding symbiosis with human beings, but one of the major technical issues is that technology that can move freely in the living environment where humans live is not achieved. Can be mentioned. From the viewpoint of symbiosis in the same living environment, it is important that the robot should be able to move as long as it can move as long as the floor can be moved by a normal person. In other words, it is necessary to have not only a flat surface but also a function to move, straddle, or move up and down steps, slopes, obstacles, or stairs that can move an average person as much as a person. is there.
特に、この中で障害物を跨ぐという動作は軽視されがちであるが、一般家庭内、一般道路においては、跨ぎ越さなければならない障害物、例えば、生き物、汚物、壊れ物、備品等が移動予定のルート上に出現する状況は多々想像でき、人間が跨ぎ越せる程度のものは同様にスムースに跨ぎ越せることが重要である。 In particular, the operation of straddling obstacles tends to be neglected, but on ordinary households and roads, obstacles that must be straddled, such as creatures, filth, broken objects, and fixtures, are scheduled to move. You can imagine many situations that appear on the route of, and it is important to be able to cross over smoothly in the same way that humans can straddle.
また、サービスという点からは、食事、小物類、或いは書類等に代表される貨物を運搬する運搬サービスにおいて、衝撃や急激な負荷がかからないように極めてスムースに移動することが望まれる。このスムースで衝撃のない移動は、運搬する貨物が等速運動、あるいは等加速度運動を続けることを意味し、旋回運動、昇降等の運動から他の等速運動への移行時もなるべく急激な加速度の変化は抑え、連続してスムースな移行がなされることを意味している。このように、スムースな運搬サービスおよび人間並みの移動手段を廉価に実現することが、サービスロボット産業の創生の基本要素技術として強く望まれている。 In terms of service, it is desirable to move extremely smoothly so as not to be subjected to impacts or sudden loads in a transportation service for transporting cargo represented by meals, small items, or documents. This smooth and impact-free movement means that the cargo to be transported continues constant-velocity movement or constant-acceleration movement, and the acceleration is as rapid as possible when moving from a movement such as a swiveling movement or lifting movement to another constant-speed movement. This means that a smooth transition can be made continuously. As described above, it is strongly desired to realize a smooth transportation service and a human-like moving means at a low price as a basic element technology for the creation of the service robot industry.
従来のロボットの移動手段としては、２足歩行による移動手段、車輪による移動手段、或いはそれらの複合型の移動手段が多く試みられてきている。例えば、特開２００９−１５４２５６号公報には、上記複合型の移動手段に相当する従来技術として、先端に車輪を備えた２脚の車輪付脚を備え、脚式歩行と車輪走行とを切り替えて動作する車輪付脚式移動装置が提案されている。この車輪付脚式移動装置は、より具体的には、車輪付脚の脚部にいわゆる膝関節を備え、車輪走行時において地面の凸凹からの衝撃吸収や、加速減速時の重心にかかる横方向荷重の吸収、更には旋回時の回転経路の中心方向への本体の傾斜などによる遠心力の吸収を、該膝関節の屈伸動作で実現することとしている。 As a conventional robot moving means, a moving means by bipedal walking, a moving means by wheels, or a combined type moving means has been tried. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2009-154256 discloses a conventional technique corresponding to the above-described composite moving means, which includes a two-wheeled leg with a wheel at the tip, and switches between legged walking and wheel running. A wheeled legged moving device has been proposed. More specifically, this wheeled legged moving device has a so-called knee joint in the leg part of the wheeled leg, and absorbs the impact from the unevenness of the ground when running on the wheel, and the lateral direction applied to the center of gravity during acceleration and deceleration. Absorption of the load, and further, absorption of centrifugal force due to the inclination of the main body toward the center of the rotation path at the time of turning is realized by the bending and stretching operation of the knee joint.
上述した従来の技術では、脚式歩行動作について明示的に記載されてはいないが、通常は人間の歩行動作と同様に膝関節を進行方向に突出するように屈折させて歩行するのが一般的である。図４４は、このような従来の二脚型移動装置の構造を示す図である。尚、図４４ａは該移動装置の背面図を、図４４ｂは該移動装置の側面図をそれぞれ示している。また、図中の１０は臀部、１１，１２は一対の腿部、１３，１４は一対の脚部、１５，１６は一対の車輪機構を示している。各腿部１１，１２は、臀部１０に対して関節様の仕組みで結合され、独立した駆動機構で少なくとも前後に回転動作が可能である。脚部１３，１４は、対応する腿部１１，１２といわゆる膝関節様の仕組みで結合され、前後方向にのみ回転動作が可能である。また、一対の車輪機構１５，１６は、対応する脚部１３，１４と少なくとも前後に回転動作できるように結合され、独立に回転駆動される。
In the conventional technology described above, the legged walking motion is not explicitly described, but it is common to walk with the knee joint refracted so as to protrude in the traveling direction as in the case of human walking motion. It is. FIG. 44 is a diagram showing the structure of such a conventional bipedal moving device. 44a is a rear view of the moving device, and FIG. 44b is a side view of the moving device. In the figure, 10 is a heel part, 11 and 12 are a pair of thigh parts, 13 and 14 are a pair of leg parts, and 15 and 16 are a pair of wheel mechanisms. The
このような二脚型移動装置の利点は、階段や障害物のある経路では脚式歩行動作に切り替え、比較的平坦な路面では効率のよい車輪走行動作に切り替えることができる点にある。しかしながら、上述した従来の技術のように膝関節を進行方向に突出するように屈折させて脚式歩行動作を行うと、床上の大きな障害物を跨ぎこすことができないことが想定される。図４５は、従来の二脚型移動装置が一定速度で障害物を跨ぐ際の動作を連続的に示す図である。この図に示すとおり、２脚歩行によって障害物を跨ぎ越す動作では、進行方向に膝関節部が突出するため、跨ぎ越え可能な障害物の大きさは図中の三角の小領域に限定されてしまう。 The advantage of such a bipedal moving apparatus is that it can be switched to a legged walking operation on a route with stairs or obstacles, and can be switched to an efficient wheel traveling operation on a relatively flat road surface. However, when a legged walking motion is performed by bending the knee joint so as to protrude in the traveling direction as in the conventional technique described above, it is assumed that a large obstacle on the floor cannot be straddled. FIG. 45 is a diagram continuously showing the operation when the conventional bipedal moving apparatus straddles an obstacle at a constant speed. As shown in this figure, in the operation of straddling an obstacle by walking on two legs, the knee joint part protrudes in the traveling direction, so the size of the obstacle that can be straddled is limited to a triangular small area in the figure. End up.
また、階段の昇動作の際にも同様の困難性が想定される。図４６は、従来の二脚型移動装置が一定速度で階段を昇る際の動作を連続的に示す図である。この図に示すとおり、２脚歩行によって階段を昇る動作では、階段の段差に向かって膝関節部が突出するため、脚部１３，１４の側面が当該階段の段差に接触してしまうことが想定される。このように、上述した従来の技術では、障害物の跨ぎ越し能力或いは階段昇降能力に関して、通常の人間並みの能力を発揮することができず、改善が望まれていた。
In addition, the same difficulty is assumed when the stairs are moved up. FIG. 46 is a diagram continuously showing the operation when the conventional bipedal moving device climbs the stairs at a constant speed. As shown in this figure, in the operation of climbing the stairs by walking on two legs, the knee joint part protrudes toward the step of the stairs, so it is assumed that the side surfaces of the
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、人間が暮らす住環境において存在する障害物をスムースに跨ぎ越すことのできる二脚型移動装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a two-legged moving device that can smoothly cross obstacles existing in a living environment where humans live. .
第１の発明は、上記の目的を達成するため、二脚型移動装置であって、
角度自在に屈折可能な膝関節を有する第１および第２の脚と、
前記第１および第２の脚の根元の関節（以下、腿関節）をそれぞれ回動自在に支持する臀部と、
前記膝関節の屈折角度および前記腿関節の回転角度をそれぞれ制御して、進行方向の床上に設けられた凸状の障害物を跨ぎ越す跨ぎ越し制御手段と、を備え、
前記跨ぎ越し制御手段は、前記第２の脚を前記障害物の後方側に接地させた状態で前記第１の脚を前記障害物の上方へ振り出して該障害物を跨ぐ場合に、前記第２の脚の膝関節を後方へ突出させた姿勢に制御することを特徴としている。
In order to achieve the above object, a first invention is a two-legged movement device,
First and second legs having knee joints that can be bent freely;
A buttocks that rotatably supports joints (hereinafter referred to as thigh joints) of the first and second legs;
Crossing control means for controlling the refraction angle of the knee joint and the rotation angle of the thigh joint, and straddling a convex obstacle provided on the floor in the traveling direction,
The straddle control means is configured such that when the second leg is grounded to the rear side of the obstacle and the first leg is swung out above the obstacle to straddle the obstacle, the second leg It is characterized by controlling the posture so that the knee joint of the leg protrudes backward.
第２の発明は、第１の発明において、
前記跨ぎ越し制御手段は、
前記第１の脚を前記障害物の上方へ振り出して該障害物を跨ぐ場合に、前記第１の脚の膝関節を前方へ突出させた姿勢で該第１の脚を前記障害物の前方側へ接地させることを特徴としている。
According to a second invention, in the first invention,
The stride control means is
When the first leg is swung out above the obstacle and straddles the obstacle, the first leg is placed forward of the obstacle in a posture in which the knee joint of the first leg protrudes forward. It is characterized by being grounded.
第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記第１および第２の脚は、その先端に配置された第１および第２の車輪機構をそれぞれ含み、該第１および／または第２の車輪機構を駆動することにより床面上の走行を可能とし、
前記跨ぎ越し制御手段は、
前記臀部の重心の水平位置を前記第２の脚の接地点に一致させた状態で、前記第２の車輪機構を駆動して所定の等速度で走行しつつ前記第１の脚を持ち上げて前記障害物を跨ぎ、該第１の脚を前記障害物の前方側へ接地させる第１の動作を行う手段と、
前記第１の動作により前記第１の脚が接地したときに前記第２の車輪機構を停止して、前記膝関節および前記腿関節を制御して前記重心の水平位置を前記第２の脚の接地点から前記第１の脚のそれに前記所定の等速度で移動させる第２の動作を行う手段と、
前記第２の動作により前記重心の水平位置が前記第１の脚の接地点に一致したときに、前記第１の車輪機構を駆動して前記所定の等速度で走行しつつ前記第２の脚を持ち上げて前記障害物を跨ぎ越える第３の動作を行う手段と、
を含むことを特徴としている。
According to a third invention, in the first or second invention,
Each of the first and second legs includes first and second wheel mechanisms arranged at the tips thereof, and travels on the floor surface by driving the first and / or second wheel mechanisms. Made possible
The stride control means is
With the horizontal position of the center of gravity of the buttocks coincided with the ground contact point of the second leg, the second leg mechanism is driven to lift the first leg while running at a predetermined constant speed. Means for performing a first action of straddling an obstacle and grounding the first leg to the front side of the obstacle;
When the first leg is grounded by the first action, the second wheel mechanism is stopped, and the knee joint and the thigh joint are controlled to set the horizontal position of the center of gravity of the second leg. Means for performing a second action of moving the first leg from the ground point to the first leg at the predetermined constant speed;
When the horizontal position of the center of gravity coincides with the ground contact point of the first leg by the second operation, the second leg is driven while driving at the predetermined constant speed by driving the first wheel mechanism. Means for performing a third action of lifting and straddling the obstacle;
It is characterized by including.
第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記跨ぎ越し制御手段は、前記障害物を跨ぎ越える場合に、前記臀部の重心の上下方向の位置を一定に維持するように前記膝関節および前記腿関節を制御することを特徴としている。
A fourth invention is any one of the first to third inventions,
The straddle control means controls the knee joint and the thigh joint so as to maintain a constant vertical position of the center of gravity of the buttocks when straddling the obstacle.
第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記跨ぎ越し制御手段の実行に先立って、前記第２の脚の膝関節を後方へ突出させる姿勢に制御する手段を更に備えることを特徴としている。
According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions,
Prior to execution of the straddle control means, it is further characterized by further comprising means for controlling the posture so that the knee joint of the second leg protrudes backward.
第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、
前記膝関節の屈折角度および前記腿関節の回転角度をそれぞれ制御して、階段の段差を順に昇る階段昇降制御手段を更に備え、
前記階段昇降制御手段は、前記第１および第２の脚の膝関節を後方に突出させた姿勢で前記階段の段差を昇ることを特徴としている。
A sixth invention is any one of the first to fifth inventions,
Further comprising a stair lift control means for controlling the refraction angle of the knee joint and the rotation angle of the thigh joint to ascend the steps of the stair in order,
The stair climbing control means is characterized in that the step of the stair climbs in a posture in which the knee joints of the first and second legs protrude backward.
第７の発明は、第６の発明において、
前記階段昇降制御手段は、
前記臀部の重心の水平位置を前記第２の脚の接地点に一致させた状態で前記第１の脚を持ち上げて、前記第１の脚が接地している面よりも上の段差面へ接地させる第１の昇動作を行う手段と、
前記第１の昇動作により前記第１および第２の脚がそれぞれ接地した状態で、前記膝関節および前記腿関節を制御して前記重心の水平位置を前記第２の脚の接地点から前記第１の脚のそれに移動させる第２の昇動作を行う手段と、を含み、
前記第１の昇動作および前記第２の昇動作を、前記第１の脚と前記第２の脚とを入れ替えて交互に実行することにより前記階段の段差を順に昇ることを特徴としている。
A seventh invention is the sixth invention, wherein
The stair climbing control means is
The first leg is lifted in a state where the horizontal position of the center of gravity of the buttocks coincides with the ground contact point of the second leg, and grounded to a stepped surface above the surface where the first leg is grounded Means for performing a first ascending operation,
In a state where the first and second legs are grounded by the first ascending motion, the knee joint and the thigh joint are controlled to set the horizontal position of the center of gravity from the ground contact point of the second leg. Means for performing a second ascending movement to move it to one of the legs,
The first ascending motion and the second ascending motion are alternately performed by exchanging the first leg and the second leg, and the steps of the staircase are sequentially climbed.
第８の発明は、第７の発明において、
前記第１および第２の脚は、その先端に配置された第１および第２の車輪機構をそれぞれ含み、該第１および／または第２の車輪機構を駆動することにより床面上の走行を可能とし、
前記階段昇降制御手段は、
前記第１の昇動作において、前記車輪機構を用いて水平方向へ移動しつつ前記膝関節および前記腿関節を制御して前記臀部を鉛直方向へ持ち上げることにより、前記臀部の重心を所定の第２の等速度で前記階段の傾斜に平行な方向に移動させる手段と、
前記第２の昇動作において、前記膝関節および前記腿関節を制御して前記臀部の重心を前記第２の等速度で前記階段の傾斜に平行な方向に移動させる手段と、
を更に含むことを特徴としている。
In an eighth aspect based on the seventh aspect,
Each of the first and second legs includes first and second wheel mechanisms arranged at the tips thereof, and travels on the floor surface by driving the first and / or second wheel mechanisms. Made possible
The stair climbing control means is
In the first ascending operation, the knee mechanism and the thigh joint are controlled using the wheel mechanism to move in the horizontal direction to lift the buttocks in the vertical direction, whereby the center of gravity of the buttocks is set to a predetermined second. Means for moving in a direction parallel to the slope of the stairs at a constant speed of
Means for controlling the knee joint and the thigh joint in the second ascending motion to move the center of gravity of the buttocks in the direction parallel to the inclination of the stairs at the second constant speed;
Is further included.
第９の発明は、第６乃至第８の何れか１つの発明において、
前記階段昇降制御手段の実行に先立って、前記第１および第２の脚の膝関節を後方へ突出させる姿勢に制御する手段を更に備えることを特徴としている。
According to a ninth invention, in any one of the sixth to eighth inventions,
Prior to the execution of the stair lift control means, the apparatus further comprises means for controlling the posture so that the knee joints of the first and second legs protrude backward.
第１の発明によれば、第１の脚を上方に振り出して凸状の障害物を跨ぎ越す場合に、障害物の後方側に接地している第２の脚が、膝関節を後方へ突出させる姿勢に制御される。このため、本発明によれば、第２の脚の膝関節が該障害物側に突出して該障害物に接触することを有効に抑止することができるので、より大きな障害物を越えることが可能となる。 According to the first invention, when the first leg is swung upward and straddles the convex obstacle, the second leg that is in contact with the rear side of the obstacle projects the knee joint backward. The posture is controlled. Therefore, according to the present invention, it is possible to effectively prevent the knee joint of the second leg from projecting to the obstacle side and coming into contact with the obstacle, so that it is possible to overcome a larger obstacle. It becomes.
第２の発明によれば、第１の脚部を上方に振り上げて凸状の障害物を跨ぐ場合に、第１の脚の膝関節が前方に突出した姿勢で該第１の脚が該障害物の前方に接地される。このため、本発明によれば、第１の脚の膝関節が該障害物側に突出して該障害物に接触することを有効に抑止することができるので、より大きな障害物を跨ぎ越えることが可能となる。 According to the second invention, when the first leg is swung upward to straddle the convex obstacle, the first leg is in the posture in which the knee joint of the first leg protrudes forward. Grounded in front of the object. Therefore, according to the present invention, it is possible to effectively prevent the knee joint of the first leg from projecting toward the obstacle side and coming into contact with the obstacle. It becomes possible.
第３の発明によれば、臀部の重心を水平方向に等速度で移動させつつ障害物を跨ぎ越すことができる。このため、本発明によれば、安定したスムースな跨ぎ越しを行うことができる。 According to the third invention, it is possible to straddle an obstacle while moving the center of gravity of the buttocks in the horizontal direction at a constant speed. For this reason, according to the present invention, stable and smooth straddling can be performed.
第４の発明によれば、臀部の重心の上下方向の移動を伴わずに跨ぎ越しの動作が行われる。このため、本発明によれば、安定したスムースな跨ぎ越しを行うことができる。 According to the fourth aspect of the invention, the straddling operation is performed without the vertical movement of the center of gravity of the buttocks. For this reason, according to the present invention, stable and smooth straddling can be performed.
第５の発明によれば、跨ぎ越し動作に先立って、第２の脚が膝関節を後方に突出させた姿勢に制御される。このため、本発明によれば、跨ぎ越し動作にスムースに移行することができる。 According to the fifth aspect of the invention, prior to the straddling operation, the second leg is controlled to a posture in which the knee joint protrudes backward. For this reason, according to the present invention, it is possible to smoothly shift to the crossover operation.
第６の発明によれば、第１および第２の脚の膝関節を後方に突出させた姿勢で階段の昇り動作が行われる。このため、本発明によれば、第１および第２の脚の膝関節が階段側に突出して段差に接触することを有効に抑止することができる。 According to the sixth aspect, the stair climbing operation is performed in a posture in which the knee joints of the first and second legs protrude backward. For this reason, according to this invention, it can suppress effectively that the knee joint of the 1st and 2nd leg protrudes in the staircase side, and contacts a level | step difference.
第７の発明によれば、第１または第２の脚を１つ上の段差へ接地させる動作と第１および第２の脚の膝関節および腿関節を制御することにより第１の脚と第２の脚との間で重心の水平方向の移動を行う動作とを繰り返し行うことにより、階段の段差を順に昇ることができる。 According to the seventh invention, the first leg and the second leg are controlled by controlling the operation of grounding the first or second leg to a step above and the knee joint and the thigh joint of the first and second legs. By repeatedly performing the horizontal movement of the center of gravity between the two legs, the steps of the stairs can be raised in order.
第８の発明によれば、階段の傾斜に平行な方向に等速度で臀部重心を移動させることができるので、スムースな階段の昇動作を行うことができる。 According to the eighth aspect, the center of gravity of the buttock can be moved at a constant speed in a direction parallel to the slope of the staircase, so that a smooth stair climbing operation can be performed.
第９の発明によれば、階段の昇り動作に先立って、第２の脚が膝関節を後方に突出させた姿勢に制御される。このため、本発明によれば、階段の昇り動作にスムースに移行することができる。 According to the ninth aspect, prior to the climbing operation of the stairs, the second leg is controlled to a posture in which the knee joint protrudes backward. For this reason, according to this invention, it can transfer to the climbing operation | movement of stairs smoothly.
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
先ず、本発明の実施の形態の構成を説明する。図１は、本発明による二脚型移動装置の構成を説明するための全体図である。尚、図１ａは二脚型移動装置を背面から俯瞰した図を、図１ｂは図１ａを側面から俯瞰した図を、それぞれ示している。
[Configuration of Embodiment 1]
First, the configuration of the embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is an overall view for explaining the configuration of a bipedal moving apparatus according to the present invention. FIG. 1a shows a view of the biped mobile device viewed from the back, and FIG. 1b shows a view of FIG. 1a viewed from the side.
図１に示すとおり、二脚型移動装置は臀部１０を備えている。臀部１０には、第一の腿部１１および第二の腿部１２の一端が回動自在に固定されている。また、第一の腿部１１および第二の腿部１２の他端には、第一の脚部１３および第二の脚部１４の一端がそれぞれ回動自在に固定されている。また、第一の脚部１３および第二の脚部１４の他端には、第一の車輪機構１５および第二の車輪機構１６がそれぞれ固定されている。以下、第一の腿部１１、第一の脚部１３、および第一の車輪機構１５で構成される脚を「第一の脚」と称し、第二の腿部１２、第二の脚部１４、および第二の車輪機構１６で構成される脚を「第二の脚」と称することとする。
As shown in FIG. 1, the two-legged moving device includes a
また、図２は、本発明による二脚型移動装置の腿関節部分の構成を説明するための図である。尚、図２ａは二脚型移動装置を背面から俯瞰した図を、図２ｂは図２ａ中の一点鎖線の囲み（イ）の部分を拡大表示した詳細図を、それぞれ示している。 FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the thigh joint portion of the bipedal moving device according to the present invention. FIG. 2a is a view of the two-legged type moving apparatus viewed from the back, and FIG. 2b is an enlarged detailed view of a portion surrounded by a one-dot chain line (a) in FIG. 2a.
図２に示すとおり、臀部１０には、各駆動機構を制御するための制御機構２０が設けられている。また、臀部１０と第一の腿部１１とでなす腿関節には、関節軸ａを軸に第一の腿部１１を回転駆動する第一の腿駆動機構２１が、臀部１０と第二の腿部１２とでなす腿関節には、関節軸ｂを軸に第二の腿部１２を回転駆動する第二の腿駆動機構２２が、それぞれ設けられている。各腿部１１，１２は臀部１０に対して腿関節様の仕組みで結合され、対応した腿駆動機構２１，２２で少なくとも前後に独立に回転動作がなされる。
As shown in FIG. 2, the
また、図３は、本発明による二脚型移動装置の膝関節部分の構成を説明するための図である。尚、図３ａは二脚型移動装置を背面から俯瞰した図を、図３ｂは図３ａ中の一点鎖線の囲み（ロ）の部分を拡大表示した詳細図を、それぞれ示している。 FIG. 3 is a view for explaining the configuration of the knee joint portion of the bipedal mobile device according to the present invention. FIG. 3a is a view of the two-legged type moving device as viewed from the back, and FIG. 3b is a detailed view in which the encircled portion (b) in FIG. 3a is enlarged.
図３に示すとおり、第一の腿部１１と第一の脚部１３とでなす膝関節には、関節軸ｃを軸に第一の脚部１３を回転駆動する第一の脚駆動機構２３が、第二の腿部１２と第二の脚部１４とでなす膝関節には、関節軸ｄを軸に第二の脚部１４を回転駆動する第二の脚駆動機構２４が、それぞれ設けられている。脚部１３，１４は、対応する腿部１１，１２といわゆる膝関節様の仕組みでそれぞれ結合され、対応した脚駆動機構により独立に前後方向に回転動作がなされる。尚、膝関節は片側に膝を突出する動作に限定されることなく、反対側にも同様の回転稼動が可能である。以下、膝関節を屈折させた姿勢について、当該移動装置の進行方向（或いは前方）に膝を突出する姿勢を「正膝」、進行方向と逆方向（或いは後方）に膝を突出する姿勢を「逆膝」、とそれぞれ称することとする。
As shown in FIG. 3, the knee joint formed by the
更に、図４は、本発明による二脚型移動装置の車輪部分の構成を説明するための図である。尚、図４ａは二脚型移動装置を背面から俯瞰した図を、図４ｂは図４ａ中の一点鎖線の囲み（ハ）の部分の第一の脚部を拡大表示した詳細図を、図４ｃは図４ａ中の一点鎖線の囲み（ニ）の部分の第二の脚部を拡大表示した詳細図を、それぞれ示している。 Further, FIG. 4 is a view for explaining the configuration of the wheel portion of the bipedal moving device according to the present invention. 4a is a view of the two-legged type moving device as viewed from the back, and FIG. 4b is a detailed view of the enlarged first leg portion of the portion surrounded by the one-dot chain line in FIG. 4a. FIG. 4A and FIG. 4B respectively show detailed views in which the second leg portion of the portion surrounded by the alternate long and short dash line in FIG.
図４に示すとおり、第一の脚部１３には、軸ｅを中心に第一の車輪機構１５を回転駆動する第一の車輪駆動機構２５が、第二の脚部１４には、軸ｆを中心に第二の車輪機構１６を回転駆動する第二の車輪駆動機構２６が、それぞれ設けられている。一対の車輪機構１５，１６は、対応する脚部１３，１４と少なくとも前後に回転動作できるように結合され、対応した車輪駆動機構２５，２６により独立に回転駆動される。また図に示すように、各セットの車輪駆動機構２５，２６は左右に分離した車輪を持つ場合、旋回動作などの際に左右の車輪が別の回転動作ができるような構造になっている。
As shown in FIG. 4, the
尚、図２では腿駆動機構２１，２２が臀部１０に固定されるような構造について説明したが、要は腿部１１，１２が臀部１０に対して前後に回転動作できればよく、腿駆動機構２１，２２が腿部１１，１２側に固定される構造でもよい。
In FIG. 2, the structure in which the
また、図３では脚駆動機構２３，２４が脚部１３，１４に固定されるような構造について説明したが、要は脚部１３，１４がそれぞれ腿部１１，１２に対して前後に回転動作できればよく、脚駆動機構２３，２４が脚部１３，１４側に固定される構造でもよい。
Further, FIG. 3 illustrates the structure in which the
尚、本実施の形態の移動装置は、人間の男性に近いサイズを模擬して、車輪機構１５，１６の車輪サイズを８ｃｍ、脚部１３，１４のサイズ（車輪軸中心から膝関節軸の中心まで）を４１ｃｍ(直立時の床面から膝関節中心高までを４５ｃｍ)、腿部１１，１２のサイズ（膝関節軸の中心から腿関節の中心軸まで）を４５ｃｍ（結果として、膝を伸ばして直立した際の床面から腿関節軸までの高さが９０ｃｍ）、脚部１３，１４および腿部１１，１２の短手方向の部材幅を１０ｃｍ、障害物や階段等と該移動装置の構造材との必要マージン（接地点を除く）を１ｃｍと仮定して、以下の説明を行うこととする。
The moving device according to the present embodiment simulates a size close to that of a human male, the wheel size of the
［実施の形態１の動作］
次に、本発明の実施の形態１の基本動作について説明する。本発明の移動装置は、いわゆる車輪型の倒立振子の仕組みで移動する。尚、車輪型の倒立振子の基本制御については、種々の文献で公知となっているため、その詳細な説明は省略することとする。
[Operation of Embodiment 1]
Next, the basic operation of the first embodiment of the present invention will be described. The moving device of the present invention moves by a so-called wheel-type inverted pendulum mechanism. The basic control of the wheel-type inverted pendulum is known in various literatures, and therefore detailed description thereof will be omitted.
本発明の二脚型移動装置は、その動作姿勢として、第一の脚および第二の脚の膝関節を同じ方向に屈折させた第一のポジションと、第一の脚の膝関節と第二の脚のそれとを互いに異なる方向へ屈折させた第二のポジションとを実現することができる。また、本発明の二脚型移動装置は、何れのポジションにおいても、車輪機構１５，１６の何れか一方を接地させた状態で走行或いは静止する一脚支持と、車輪機構１５，１６の双方を接地させた状態で走行或いは静止する二脚支持と、を採ることができる。
The two-legged movement device of the present invention has, as its operating posture, a first position in which the knee joints of the first leg and the second leg are refracted in the same direction, a knee joint of the first leg, and a second joint. The second position can be realized by refracting the legs of the legs in different directions. In addition, the bipedal moving device of the present invention has both a monopod support that travels or stops in a state where one of the
図５は、本発明による二脚型移動装置のいわゆる一脚支持による第一のポジションを示す図である。尚、図中の図５ａは該移動装置の背面図を、図５ｂは該移動装置の側面図を、それぞれ示している。この図に示すとおり、第一のポジションでは、床面に接している車輪機構（この図では第一の車輪機構１５）の接地点に、重心にかかる合成力のベクトル方向が一致するように車輪の回転を前後に制御しバランスを維持することとなる。
FIG. 5 is a diagram showing a first position by so-called monopod support of the bipedal movement apparatus according to the present invention. 5a in the figure shows a rear view of the moving device, and FIG. 5b shows a side view of the moving device. As shown in this figure, in the first position, the wheel is such that the vector direction of the resultant force applied to the center of gravity coincides with the ground point of the wheel mechanism (
尚、当該二脚型移動装置では、水平方向の重心位置が臀部１０の中心（すなわち、腿関節の軸中心）にあることとして、以下の説明を行うこととする。このため、当該二脚型移動装置が等速度で走行（或いは静止）している場合には、重心にかかる合成力のベクトル方向が臀部１０の中心（腿関節の軸中心）から鉛直下方向となる。 In the biped type moving apparatus, the following description will be made on the assumption that the center of gravity in the horizontal direction is at the center of the buttock 10 (that is, the axial center of the thigh joint). For this reason, when the two-legged moving device is traveling (or stationary) at a constant speed, the vector direction of the resultant force applied to the center of gravity is the vertical downward direction from the center of the buttocks 10 (the center of the thigh joint). Become.
また、この図では、床面に接している第一の車輪機構１５を支える第一の脚部１３の上に、床面に接していない他方の第二の車輪機構１６を支える第二の脚部１４を乗せることで、臀部１０を強固に支えていることとしているが、支える重量に対して十分な保持力があれば第一の脚のみで臀部１０を支えていても問題はない。
Moreover, in this figure, on the
図６は、本発明による二脚型移動装置のいわゆる一脚支持による第二のポジションの側面図を示す図である。この第二のポジションの場合も同様に、床面に接している車輪機構（この図では第一の車輪機構１５）の接地点に重心にかかる合成力のベクトル方向が一致するように、車輪の回転を制御しバランスを維持することとなる。
FIG. 6 is a diagram showing a side view of the second position by the so-called monopod support of the two-legged moving device according to the present invention. Similarly, in the case of this second position, the vector direction of the resultant force applied to the center of gravity coincides with the ground point of the wheel mechanism (
また、図７は、本発明による二脚型移動装置のいわゆる一脚支持による第一および第二のポジションにおいて、臀部１０を最も低い位置にした場合の側面図を示す図である。尚、この図において、図７ａは第一のポジションにおいて臀部１０を最も低い位置にした場合の側面図を、図７ｂは第二のポジションにおいて臀部１０を最も低い位置にした場合の側面図を、それぞれ示している。
FIG. 7 is a diagram showing a side view when the
図８は、本発明による二脚型移動装置のいわゆる二脚支持による第一および第二のポジションの側面図を示す図である。尚、この図において、図８ａは二脚支持による第一のポジションの側面図を、図８ｂは二脚支持による第二のポジションの側面図を、それぞれ示している。二脚支持による静止或いは走行時には、床面に接している前後２軸の車輪機構１５，１６の前後の接地点を結ぶ線と、重心にかかる合成力のベクトルが交差するように車輪の回転を制御すればよく、前後の車輪機構１５，１６の開き具合にもよるが、一脚支持による走行に比べるとバランスの制御は相当容易くなっている。但し、前後の車輪機構を離すに従って、走行に必要な接地面積が大きくなる。このため、当該移動装置の床面に対する占有面積が広がり、移動可能な場所が制約されてくるというというトレードオフがある。
FIG. 8 is a diagram showing a side view of the first and second positions by the so-called two-leg support of the two-legged movement apparatus according to the present invention. In addition, in this figure, FIG. 8a has shown the side view of the 1st position by biped support, and FIG. 8b has shown the side view of the 2nd position by bipod support, respectively. When stationary or running with a biped support, rotate the wheel so that the line connecting the ground contact points of the front and rear two-
また、図９は、本発明による二脚型移動装置のいわゆる二脚支持による第一および第二のポジションにおいて、臀部１０を最も低い位置にした場合の側面図を示す図である。尚、この図において、図９ａは第二のポジションにおいて臀部１０を最も低い位置にした場合の側面図を、図９ｂは第一のポジションにおいて臀部１０を最も低い位置にした場合の側面図を、それぞれ示している。
Moreover, FIG. 9 is a figure which shows the side view at the time of making the
図１０は、本発明による二脚型移動装置のいわゆる二脚支持による他のポジションの側面図を示す図である。この図に示すとおり、このポジションでは、第二のポジションにおいて第一の脚部１３と第二の脚部１４とをＸ状に交差させたポジション（以下、「第三のポジション」と称する）となっている。第三のポジションにおいても、上記二脚支持による第一および第二のポジションの場合と同様に、床面に接している前後２軸の車輪機構の前後の接地点を結ぶ線と、重心にかかる合成力のベクトル方向が交差するように車輪の回転を制御すればよい。
FIG. 10 is a view showing a side view of another position by the so-called biped support of the biped type moving apparatus according to the present invention. As shown in this figure, in this position, the
図１１は、本発明による二脚型移動装置のいわゆる休止時のポジションの一例を示す側面図である。この図に示すとおり、二脚型移動装置の休止時においては、腿部１１，１２の膝関節部が床に接地した状態で休止される。これにより、電源が切断されて駆動機構が脱力状態になった場合でも一定の安定した姿勢を保ち続けることができる。尚、かかる姿勢において床と接することとなる腿部１１，１２の膝関節部には、滑りにくいゴムなどの部材を使うことで、より安定した休止姿勢を保つことができる。
FIG. 11 is a side view showing an example of a so-called rest position of the bipedal mobile device according to the present invention. As shown in this figure, when the two-legged mobile device is paused, it is paused with the knee joints of the
このように、本発明による二脚型移動装置は、膝関節を進行方向の前方にも後方にも屈折可能にしたことで、静止時、走行時ともに多彩な姿勢(ポジション)を選択することができる。これにより、状況に応じた最適な姿勢の選択範囲を広げることができるので、より広範囲の条件の環境を走行することが可能となる。 As described above, the bipedal moving device according to the present invention can refract the knee joint both forward and backward in the traveling direction, so that various postures (positions) can be selected both when stationary and when traveling. it can. Thereby, since the selection range of the optimal posture according to the situation can be expanded, it becomes possible to travel in an environment with a wider range of conditions.
尚、ポジションの変更の一例として、第二のポジションから第一のポジションへの変更は、以下の手順で行うことができる。図１２は、静止時に第二のポジションから第一のポジションへ移行する動作を連続的に示す側面図である。尚、図１２ａは、第二の脚を前方に振って、第二のポジションから第一のポジションへ移行する動作を、図１２ｂは、第二の脚を後方に振って、第二のポジションから第一のポジションへ移行する動作を、それぞれ示している。また、図１３は、一定速度で走行している場合に第二のポジションから第一のポジションへ移行する動作を連続的に示す側面図である。 As an example of the position change, the change from the second position to the first position can be performed by the following procedure. FIG. 12 is a side view continuously showing the movement from the second position to the first position when stationary. 12a shows the movement of the second leg swinging forward and moving from the second position to the first position. FIG. 12b shows the movement of the second leg swinging backward and from the second position. The movement to the first position is shown respectively. FIG. 13 is a side view continuously showing the operation of shifting from the second position to the first position when traveling at a constant speed.
これらの図に示すとおり、第二のポジションから第一のポジションへ移行は、静止時であろうと走行時であろうと、また、第二の脚を前方に振り上げようとも後方に振り上げようとも、臀部１０すなわち重心の移動を伴わずになめらかに行うことが可能であることがわかる。尚、これらの図では、第一の車輪機構１５による一脚支持走行（或いは静止）時にポジションの入れ替え動作を行っているが、二脚支持による走行時（或いは静止時）には、先ず一脚支持の走行姿勢に移行して、その後に上述したポジション変更動作を実施することとすればよい。
As shown in these figures, the transition from the second position to the first position is whether it is stationary or running, and whether the second leg is swung forward or rearward, 10 that is, it can be performed smoothly without moving the center of gravity. In these figures, the position switching operation is performed when the
図１４は、静止時に第二のポジションから第一のポジションへ移行する動作の他の例として、臀部１０の上下方向の重心移動を更に伴う場合の移行動作を連続的に示す側面図である。尚、図１４ａは、第二の脚を前方に振って、第二のポジションから第一のポジションへ移行する動作を、図１２ｂは、第二の脚を後方に振って、第二のポジションから第一のポジションへ移行する動作を、それぞれ示している。この図に示すポジション移行動作では、臀部１０すなわち重心の上下動を伴う代わりに、移行動作に必要な前後の床スペースを、上述した図１２および図１３に示す動作の場合よりも小さくすることができる。
FIG. 14 is a side view continuously showing the transition operation in the case of further accompanying the vertical center of gravity movement of the
[実施の形態１の特徴的動作]
次に、図１５乃至図２１を参照して、本実施の形態１の特徴的動作について説明する。本実施の形態の二脚型移動装置は、床面に存在する凸状の障害物を跨ぐ動作に特徴がある。図１５は、本発明による二脚型移動装置において、断面が正方形の障害物を一定の速度で跨ぎ越す動作を連続的に示す側面図である。尚、この図に示す障害物は、正方形断面を有する障害物の中で、跨ぎ越すことが可能な最大サイズのものを図示している。また、この図においては、視認性の観点から、時点ｔ２、ｔ４、およびｔ６の姿勢の図示を省略して示している。また、図１６は、図１５における時点ｔ３〜ｔ５までの姿勢の変化を示す側面図である。以下、図１５および図１６を参照して、一連の跨ぎ越し動作を、順を追って説明する。
[Characteristic operation of the first embodiment]
Next, characteristic operations of the first embodiment will be described with reference to FIGS. The two-legged type moving apparatus of the present embodiment is characterized by an operation over a convex obstacle existing on the floor surface. FIG. 15 is a side view showing continuously the operation of straddling an obstacle having a square cross section at a constant speed in the biped type moving apparatus according to the present invention. In addition, the obstacle shown in this figure is the obstacle of the maximum size that can be straddled among the obstacles having a square cross section. Further, in this drawing, from the viewpoint of visibility, illustration of postures at time points t2, t4, and t6 is omitted. FIG. 16 is a side view showing a change in posture from time t3 to time t5 in FIG. Hereinafter, with reference to FIG. 15 and FIG. 16, a series of crossing operations will be described in order.
先ず、図１５に示すとおり、時点ｔ０では、跨ぎ越しのアプローチの姿勢として、第一の車輪機構１５を接地させた一脚支持において、第一および第二の脚の膝関節を何れも逆膝の姿勢とした第一のポジションに制御されている。時点ｔ０からｔ３までの動作は、この一脚支持による第一のポジションにおいて一定速度で走行している状態から、第二の車輪機構１６、第二の脚部１４、および第二の腿部１２で構成される第二の脚を前方に持ち上げるように制御する。そして、第二の車輪機構１６が障害物を跨ぎ越した後に障害物に触れないように制御しつつ第二の脚が逆膝から正膝の姿勢へ移行するように、膝関節部を徐々に回転させていく。
First, as shown in FIG. 15, at time t0, as a straddling approach posture, the first and second leg knee joints are reverse knees in a monopod support in which the
時点ｔ３では、障害物に触れないように第一の車輪機構１５を該障害物の約１ｃｍ程度手前で静止させ、同時に第二の車輪機構１６を該障害物の奥側から１ｃｍ程度背離した地点に着地させて静止させる。時点ｔ０〜ｔ３の動作によって、時点ｔ３では、第一の脚および第二の脚の膝関節をそれぞれ該障害物から背離する方向に屈折させた状態で、第一の車輪機構１５を障害物の後方に、第二の車輪機構１６を該障害物の前方に、それぞれ障害物に触れないように静止させた状態となる。
At the time t3, the
次に、時点ｔ３からｔ５までの期間は、図１６に示すように、重心にかかる合成力のベクトルの方向（臀部１０の中心）の水平位置が、時点ｔ０〜ｔ３までの移動速度と同じ等速度で、第一の車輪機構１５の接地点から第二の車輪機構１６の接地点まで移動される。この際、鉛直方向の重心移動が行われないように、すなわち臀部１０が所定の鉛直位置に維持されるように、腿駆動機構２１，２２および脚駆動機構２３，２４が制御される。
Next, during the period from time t3 to t5, as shown in FIG. 16, the horizontal position in the direction of the resultant force vector applied to the center of gravity (the center of the heel part 10) is the same as the moving speed from time t0 to time t3, etc. It is moved at a speed from the ground point of the
その後、図１５における時点ｔ５以降に示すように、障害物の前方（奥側）の第二の車輪機構１６による一脚支持走行に移行し、障害物の後方（手前側）に残った第一の車輪機構１５および第一の脚部１３は、該第一の車輪機構１５を後方に蹴り上げるように膝関節を回転させて、障害物に触れないように跨ぎ越してゆく。そして、第一の脚が障害物を跨ぎ越すまで第二の車輪機構１６が移動したら、第一の脚の膝関節を前方に突き出すように回転させてゆく。
Thereafter, as shown after time t5 in FIG. 15, the vehicle shifts to the monopod support traveling by the
このような一連の動作により、本実施の形態の二脚型移動装置では、両膝関節を進行方向に突出させる従来の姿勢によって跨ぎ越すことのできた障害物のサイズ（一辺が１８ｃｍ角の正方形断面形状の障害物）の１．５倍以上に相当する一辺３０ｃｍ角の断面形状の障害物を、一定の等速度でスムースに跨ぎ越すことが可能となった。 Due to such a series of operations, the biped type mobile device of the present embodiment has a size of an obstacle that can be straddled by a conventional posture in which both knee joints protrude in the advancing direction (a square cross section with an 18 cm square on one side). It is possible to smoothly cross an obstacle having a cross-sectional shape with a side of 30 cm square corresponding to 1.5 times or more of the shape obstacle) at a constant constant speed.
ところで、上述した実施の形態１の移動装置では、第一のポジションにおいて一定速度で走行している状態から障害物を跨ぎ越すこととしているが、第二のポジションから障害物を跨ぎ越すこととしてもよい。図１７は、本発明による二脚型移動装置によって、第二のポジションから障害物を跨ぎ越す動作を連続的に示す側面図である。尚、この図に示す障害物は、図１５における障害物と同様のサイズのものを図示している。また、この図においては、視認性の観点から、時点ｔ−１、ｔ２、およびｔ４の姿勢の図示を省略して示している。
By the way, in the moving apparatus of
この図に示すように、第二の脚が正膝となる姿勢で走行している場合、時点ｔ−３から第二の腿部１２を前方に振り上げ、膝関節を前方に振り上げつつ、第二の車輪機構１６を地面に触れないように前方に振り出す。そして、第二の脚の膝関節を逆膝の姿勢に移行しつつ、第二の車輪機構１６を障害物に触れることなく必要な高さまで振り上げる。このように多少手間はかかるが、第二のポジションによる走行からでも、一定速度で障害物を跨ぎ越すことが可能である。
As shown in this figure, when the second leg is running with a positive knee, the
また、上述した実施の形態１の移動装置では、障害物を跨ぎ越して第一の車輪機構１５を着地させると、第一および第二の脚が何れも正膝となる第一のポジションとなるため、次の障害物の跨ぎ動作にそのままスムースに移行することができない。そこで、例えば、以下の手順によって、障害物を跨ぎこした後の姿勢が第二のポジションとなるようにしてもよい。図１８は、本発明による二脚型移動装置において、障害物を跨ぎ越した後に第二のポジションとなる動作を連続的に示す側面図である。尚、この図に示す障害物は、図１２における障害物と同様のサイズのものを図示している。また、この図においては、視認性の観点から、時点ｔ６の姿勢の図示を省略して示している。
Moreover, in the moving apparatus of
ここでは、時点ｔ５以降において第一の脚が障害物を跨ぎ越す際に、該第一の脚の膝関節を逆膝に保ちつつ第一の腿部１１を第一の脚部１３および第一の車輪機構１５と共に後方に振り上げる。そして、第二の車輪機構１６での走行により障害物を跨ぎ越し、第一の脚の逆膝を維持しながら第一の腿部１１を前方に振り下ろし、第一の車輪機構１５を床に着地させている。
Here, when the first leg straddles an obstacle after time t5, the
この一連の動作により、障害物を跨ぎ越した後、第二のポジションに速やかに移行できるので、連続した障害物や、階段の昇り動作などが、素早く連続して実施できるようになる。 With this series of operations, the vehicle can quickly move to the second position after straddling an obstacle, so that a continuous obstacle, ascending operation of stairs, etc. can be performed quickly and continuously.
また、上述した実施の形態１の移動装置では、断面形状が正方形となる障害物を跨ぎ越えることとしているが、他の障害物として、例えば薄く平坦で比較的広い面積の障害物も跨ぎ越えることもできる。図１９は、本発明による二脚型移動装置において、薄く平坦で比較的広い面積の障害物を一定の速度で跨ぎ越す動作を連続的に示す側面図である。尚、この図に示す障害物は、２ｃｍ程度の薄く平坦な障害の中で、跨ぎ越すことが可能な最大幅のものを図示している。また、この図においては、視認性の観点から、時点ｔ２、ｔ４、およびｔ５の姿勢の図示を省略して示している。また、図２０は、図１９における時点ｔ３〜ｔ６までの姿勢の変化を示す側面図である。以下、図１９および図２０を参照して、一連の跨ぎ越し動作を、順を追って説明する。
Moreover, in the moving apparatus of
先ず、図１９に示すとおり、時点ｔ０では、跨ぎ越しのアプローチの姿勢として、第一の車輪機構１５を接地させた一脚支持において、第一および第二の脚の膝関節を何れも逆膝の姿勢とした第一のポジションに制御されている。時点ｔ０からｔ３までの動作は、この一脚支持による第一のポジションにおいて一定速度で走行している状態から、第二の車輪機構１６、第二の脚部１４、および第二の腿部１２で構成される第二の脚を前方にわずかに持ち上げつつ膝関節を伸ばすように制御する。そして、第二の車輪機構１６が障害物を跨ぎ越した後に障害物に触れないように制御しつつ、膝関節を略一直線状に伸ばした第二の脚を障害物に触れないように下降させてゆく。
First, as shown in FIG. 19, at the time point t0, as a straddling approach posture, the first and second leg knee joints are reverse knees in a monopod support in which the
時点ｔ３では、障害物に触れないように第一の車輪機構１５を該障害物の約１ｃｍ程度手前で静止させ、同時に第二の車輪機構１６を該障害物の奥側から１ｃｍ程度背離した地点に着地させて静止させる。時点ｔ０〜ｔ３の動作によって、時点ｔ３では、第一の脚の膝関節を該障害物から背離する方向に屈折させ、且つ第二の脚の膝関節を略一直線上に伸ばした状態で、第一の車輪機構１５を障害物の後方に、第二の車輪機構を該障害物の前方に、それぞれ障害物に触れないように静止させた状態となる。
At the time t3, the
次に、時点ｔ３からｔ６までの期間は、図２０に示すように、重心にかかる合成力のベクトルの方向（臀部１０の中心）の水平位置が、時点ｔ０〜ｔ３までの移動速度と同じ等速度で、第一の車輪機構１５の接地点から第二の車輪機構１６の接地点まで移動される。この際、鉛直方向の重心移動が行われないように、すなわち腿関節が所定の鉛直位置に維持されるように、腿駆動機構２１，２２および脚駆動機構２３，２４が制御される。
Next, during the period from time t3 to time t6, as shown in FIG. 20, the horizontal position in the direction of the resultant force vector applied to the center of gravity (the center of the collar portion 10) is the same as the moving speed from time t0 to time t3, etc. It is moved at a speed from the ground point of the
その後、図１９における時点ｔ６以降に示すように、障害物の前方（奥方）の第二の車輪機構１６による一脚支持走行に移行し、障害物の後方（手前側）に残った第一の車輪機構１５および第一の脚部１３は、該第一の車輪機構１５を後方にやや持ち上げるように膝関節を回転させて、障害物に触れないように跨ぎ越してゆく。そして、第一の脚が障害物を跨ぎ越すまで第二の車輪機構１６が移動したら、第一の車輪機構１５および第一の脚部１３を下ろすように第一の腿部１１を回転させてゆく。この図では時点ｔ８において第一の車輪機構１５が着地し、車輪機構１５，１６の双方が接地した二脚支持の第二のポジションでの走行を開始している。
Thereafter, as shown after time t6 in FIG. 19, the vehicle shifts to the monopod support traveling by the
このような一連の動作により、本実施の形態の二脚型移動装置では、約５０ｃｍ超の幅を有する高さ２ｃｍ程度の平坦な障害物を一定の等速度でスムースに跨ぎ越すことが可能となった。 With such a series of operations, the biped moving device of the present embodiment can smoothly cross a flat obstacle having a width of more than about 50 cm and a height of about 2 cm at a constant speed. became.
また、上述した実施の形態１の移動装置では、断面形状が正方形となる障害物を跨ぎ越えることとしているが、他の障害物として、例えば断面形状が三角形となる障害物も跨ぎ越えることもできる。図２１は、本発明による二脚型移動装置において、断面形状が三角形となる障害物を一定の速度で跨ぎ越す動作を連続的に示す側面図である。尚、この図に示す障害物は、三角形断面を有する障害物の中で、跨ぎ越すことが可能な最大サイズのものを図示している。また、この図においては、視認性の観点から、時点ｔ４およびｔ５の姿勢の図示を省略して示している。一連の動作についての記載は省略するが、本実施の形態の二脚型移動装置では、底辺３３ｃｍおよび高さ２５ｃｍ程度の断面を有する三角形の障害物を一定の等速度でスムースに跨ぎ越すことが可能となった。
Moreover, in the moving apparatus of
実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、図２２乃至図２８を参照して、本実施の形態２の特徴的動作について説明する。 本実施の形態２の二脚型移動装置は、階段を昇る動作に特徴がある。図２２は、本発明による二脚型移動装置が一定の速度で階段を昇る動作を連続的に示す側面図である。尚、この図に示す階段は、ステップ高２０ｃｍ、ステップ前後幅２０ｃｍ、昇降角度４５°のいわゆる人間の住環境に一般的に存在するサイズのものを図示している。また、この図における水平方向への移動は一定速度とし、各時点間の水平移動距離は１０ｃｍ、すなわち時速３．６ｋｍ／ｈを想定している。また、この図においては、視認性の観点から臀部１０の図示を適宜省略して示している。
[Features of Embodiment 2]
Next, characteristic operations of the second embodiment will be described with reference to FIGS. The two-legged type moving apparatus of the second embodiment is characterized by an operation of climbing stairs. FIG. 22 is a side view showing continuously the operation of the two-legged moving apparatus according to the present invention for ascending the stairs at a constant speed. Note that the steps shown in this figure are of a size generally existing in a so-called human living environment having a step height of 20 cm, a width of 20 cm before and after the step, and an elevation angle of 45 °. Further, the horizontal movement in this figure is assumed to be a constant speed, and the horizontal movement distance between each time point is assumed to be 10 cm, that is, 3.6 km / h. Moreover, in this figure, illustration of the
図２２に示すとおり、階段を昇る場合には、先ず、第一および第二の脚の膝関節を何れも逆膝とした第一のポジションを採って、時点ｔ０まで水平方向へ一定速度で走行する。次に、時点ｔ０〜ｔ３では、水平方向へ移動しつつ第一の脚の膝関節を徐々に伸ばすことで、階段の傾斜角度（４５°）に平行な方向への昇運動にスムースに移行し、その後の時点ｔ３〜ｔ８までの階段昇り運動につなげている。更に、時点ｔ８〜ｔ１２では、４段目のステップを昇る動作から第一の車輪機構１５を接地させた第一のポジションでの等速走行へスムースに移行している。このように、膝関節を段差の後方に突出させた逆膝の姿勢を採ることで、水平走行から、階段を昇って再び水平走行をするまでの一連の走行をスムースに実行できるようになった。
As shown in FIG. 22, when going up the stairs, first, the first position where the knee joints of the first and second legs are both reverse knees is taken, and the vehicle runs at a constant speed in the horizontal direction until time t0. To do. Next, at time points t0 to t3, the knee joint of the first leg is gradually extended while moving in the horizontal direction, thereby smoothly shifting to the ascending motion in a direction parallel to the inclination angle (45 °) of the stairs. Then, it is connected to the stair climbing motion from time t3 to t8. Furthermore, from time t8 to t12, the operation proceeds smoothly from the operation of ascending the fourth step to the constant speed running at the first position where the
図２３は、図２２における時点ｔ４〜ｔ８までの姿勢の変化を詳細に示す側面図である。また、図２４は図２３における時点ｔ４〜ｔ５までの姿勢の変化を、図２５は図２３における時点ｔ５〜ｔ６までの姿勢の変化を、図２６は図２３における時点ｔ６〜ｔ７までの姿勢の変化を、図２７は図２３における時点ｔ７〜ｔ８までの姿勢の変化を、それぞれ詳細に示す側面図である。以下、図２３乃至図２７を参照して、一周期分（時点ｔ４〜ｔ８の期間）の階段昇り動作を、順を追って説明する。 FIG. 23 is a side view showing in detail the change in posture from time t4 to time t8 in FIG. 24 shows changes in posture from time t4 to t5 in FIG. 23, FIG. 25 shows changes in posture from time t5 to t6 in FIG. 23, and FIG. 26 shows posture changes from time t6 to t7 in FIG. FIG. 27 is a side view showing in detail each change in posture from time t7 to time t8 in FIG. Hereinafter, with reference to FIG. 23 to FIG. 27, the stair climbing operation for one cycle (period t4 to t8) will be described in order.
先ず、図２４を参照して、時点ｔ４〜ｔ５までの動作を最初のフェーズとして説明する。この期間は、第二の車輪機構１６で階段の手前から奥まで一脚での等速車輪走行を行いつつ、臀部１０すなわち重心を階段の傾斜に平行な昇方向に一定速度で昇らせるように、第二の脚の膝関節を徐々に伸ばすこととしている。また、この間に第一の脚は、階段に各部が衝突しないように股関節および膝関節の回転角度を調整しながら、該第二の脚のステップより一段下となるステップから一段上となるステップ上へ運ばれる。
First, with reference to FIG. 24, the operation from time t4 to t5 will be described as the first phase. During this period, the
次に、図２５を参照して、時点ｔ５〜ｔ６までの動作を二番目のフェーズとして説明する。この期間は、第二の車輪機構１６が階段のステップの奥まで走行して静止し、且つ第一の車輪機構１５が階段の一段上のステップの手前側に着地した時点（時点ｔ５）から、臀部１０すなわち重心を階段の傾斜に平行な昇方向に一定速度で昇らせるように、第一および第二の脚の膝関節および腿関節を制御している。この間に、臀部１０すなわち重心に対する合成力のベクトルの水平位置は、第二の車輪機構１６の接地点から、第一の車輪機構１５の接地点まで移動することになる。
Next, with reference to FIG. 25, the operation from time t5 to t6 will be described as the second phase. During this period, the
次に、図２６を参照して、時点ｔ６〜ｔ７までの動作を三番目のフェーズとして説明する。この期間は、最初のフェーズと脚の動作が入れ替わり、第一の車輪機構１５で階段の手前から奥まで一脚での等速車輪走行を行いつつ、臀部１０すなわち重心を階段の傾斜に平行な昇方向に一定速度で昇らせるように、第一の脚の膝関節を徐々に伸ばすこととしている。また、この間に第二の脚は、階段に各部が衝突しないように股関節および膝関節の回転角度を調整しながら、該第一の脚のステップよりも一段下となるステップから一段上となるステップ上へ運ばれる。
Next, with reference to FIG. 26, the operation from the time point t6 to t7 will be described as the third phase. During this period, the first phase and the movement of the legs are interchanged, and the
次に、図２７を参照して、時点ｔ７〜ｔ８までの動作を四番目のフェーズとして説明する。この期間は、二番目のフェーズと脚の動作が入れ替わり、第一の車輪機構１５が階段のステップの奥まで走行して静止し、且つ第二の車輪機構１６が階段の一段上のステップの手前側に着地した時点（時点ｔ７）から、臀部１０すなわち重心を階段の傾斜に平行な昇方向に一定速度で昇らせるように、第一および第二の脚の膝関節および腿関節を制御している。この間に、臀部１０すなわち重心に対する合成力のベクトルの水平位置は、第一の車輪機構１５の接地点から、第二の車輪機構１６の接地点まで移動することになる。
Next, with reference to FIG. 27, the operation from time t7 to t8 will be described as the fourth phase. During this period, the movement of the second phase and the leg is interchanged, the
これらの一番目から四番目までのフェーズを繰り返し実行することで、臀部１０すなわち重心を階段の傾斜に沿ってスムースに一定速度で昇らせつつ階段を昇る一連の動作が、必要なだけ継続されることとなる。
By repeatedly executing these first to fourth phases, a series of actions to ascend the stairs while raising the
ところで、上述した実施の形態２の移動装置では、人間の住環境に一般的に存在するサイズの階段（ステップ高２０ｃｍ、ステップ前後幅２０ｃｍ、昇降角度４５°）を例にとって、その昇動作について説明したが、更に急勾配の階段を昇ることもできる。図２８は、本発明による二脚型移動装置が一定の速度で急勾配の階段を昇る動作を連続的に示す側面図である。尚、この図に示す階段は、ステップ高２０ｃｍ、ステップ前後幅１２ｃｍのものを図示している。この図に示す階段の昇動作では、一番目および三番目のフェーズで移動する水平距離は５ｃｍ、二番目および四番目で水平移動する距離は７ｃｍとなる。このため、一番目および三番目のフェーズに要する時間と、二番目および四番目のフェーズ要する時間との比率を、そのフェーズで移動する水平移動距離と同じ比率（この場合５：７）にすることで、臀部１０すなわち重心を階段の傾斜に沿って平行に一定速度で昇らせることができる。このように、本発明による二脚型移動装置によれば、人間が生活する住環境における現実的な様々な傾斜の階段を、一定速度で臀部１０すなわち重心を傾斜に沿ってスムースに移動させながら昇ることが可能である。
By the way, in the mobile device of the second embodiment described above, the ascending operation will be described by taking, as an example, a step having a size generally existing in a human living environment (
実施の形態３．
［実施の形態３の特徴］
次に、図２９乃至図３１を参照して、本実施の形態３の特徴的動作について説明する。 本実施の形態３の二脚型移動装置は、車輪機構を持たない二脚型の移動装置において、障害物を跨ぐ或いは階段を昇る動作に特徴がある。図２９は、本発明による二脚型の移動装置の構成を説明するための全体図である。尚、図２９ａは当該移動装置を背面から俯瞰した図を、図２９ｂは図２９ａを側面から俯瞰した図を、それぞれ示している。
[Features of Embodiment 3]
Next, characteristic operations of the third embodiment will be described with reference to FIGS. The bipedal moving device of the third embodiment is characterized by an operation of straddling an obstacle or ascending a staircase in a bipedal moving device having no wheel mechanism. FIG. 29 is an overall view for explaining the configuration of a bipedal moving device according to the present invention. Note that FIG. 29a shows a view of the mobile device as seen from the back, and FIG. 29b shows a view of FIG. 29a as seen from the side.
この図に示すとおり、図２９に示す移動装置は、図１に示す車輪機構１５，１６に替えて、第一および第二の足部１７，１８を備えている点、および図４に示す車輪駆動機構２５，２６を備えていない点以外は、図１に示す移動装置と同様の構成を有している。足部１７，１８は、脚部１３，１４が床面上で滑ることを防止するために設けられた部材であって、ゴム等で構成されている。このため、脚部１３，１４自体が滑りにくい部材で構成されている場合等には、足部１７，１８を設けないこととしてもよい。
29, the moving device shown in FIG. 29 includes first and
次に、図３０を参照して、本実施の形態３の二脚型の移動装置が障害物を跨ぎ越す動作について説明する。図３０は、本発明による二脚型の移動装置において、断面が正方形の障害物を跨ぎ越す動作を連続的に示す側面図である。尚、この図に示す障害物は、図１５に示す正方形断面を有する障害物と同様のサイズのものを図示している。 Next, with reference to FIG. 30, the operation of the biped mobile device of the third embodiment over an obstacle will be described. FIG. 30 is a side view showing continuously the operation of straddling an obstacle having a square cross section in the bipedal moving device according to the present invention. The obstacle shown in this figure is the same size as the obstacle having a square cross section shown in FIG.
先ず、図３０に示すとおり、時点ｔ０では、跨ぎ越しのアプローチの姿勢として、第一および第二の脚の膝関節を何れも後方に突出させて逆膝の姿勢とした第一のポジションに制御されている。また、この時点において、重心にかかる合成力のベクトルの方向（ここでは、臀部１０の中心）の水平位置は、第二の足部１８の接地点に位置している。
First, as shown in FIG. 30, at the time point t0, as the straddling approach posture, the knee joints of the first and second legs are both protruded rearward and controlled to the first position in the reverse knee posture. Has been. At this time, the horizontal position in the direction of the resultant force vector applied to the center of gravity (here, the center of the heel portion 10) is located at the contact point of the
時点ｔ０からｔ１までの期間は、図３０に示すように、重心にかかる合成力のベクトルの方向（臀部１０の中心）の水平位置が第二の足部１８の接地点から第一の足部１７の接地点まで移動される。この際、鉛直方向の重心移動が行われないように、すなわち腿関節が所定の鉛直位置に維持されるように、腿駆動機構２１，２２および脚駆動機構２３，２４が制御される。
In the period from the time point t0 to t1, as shown in FIG. 30, the horizontal position in the direction of the resultant force vector applied to the center of gravity (the center of the heel part 10) is from the contact point of the
時点ｔ１からｔ２までの期間は、図３０に示すように、第二の脚を一歩前に踏み出した後に、重心にかかる合成力のベクトルの方向（臀部１０の中心）の水平位置が第一の足部１７の接地点から第二の足部１８の接地点まで移動される。この際、時点ｔ０からｔ１までの期間と同様に、鉛直方向の重心移動が行われないように、すなわち腿関節が所定の鉛直位置に維持されるように、腿駆動機構２１，２２および脚駆動機構２３，２４が制御される。
In the period from time t1 to t2, as shown in FIG. 30, the horizontal position in the direction of the resultant force vector (center of the buttock 10) applied to the center of gravity after the second leg is stepped one step forward is the first position. It is moved from the contact point of the
時点ｔ２からｔ３までの期間は、図３０に示すように、第一の脚を一歩前に踏み出した後に、重心にかかる合成力のベクトルの方向（臀部１０の中心）の水平位置が第二の足部１８の接地点から第一の足部１７の接地点まで移動される。この際、第一の脚の膝関節を伸ばすことにより臀部１０を一旦持ち上げて、その間に膝関節が屈折した第二の脚を前方に持ち上げるように制御する。そして、第二の足部１８が障害物を跨ぎ越した後に障害物に触れないように制御しつつ第二の脚が逆膝から正膝の姿勢へ移行するように、膝関節部を徐々に回転させていく。
In the period from time t2 to t3, as shown in FIG. 30, the horizontal position in the direction of the vector of the resultant force applied to the center of gravity (the center of the heel part 10) after the first leg is stepped one step forward is the second foot. It is moved from the
時点ｔ３からｔ５までの期間は、図３０に示すように、重心にかかる合成力のベクトルの方向（ここでは、臀部１０の中心）の水平位置が、第一の足部１７の接地点から第二の足部１８の接地点まで移動される。この際、鉛直方向の重心移動が行われないように、すなわち腿関節が所定の鉛直位置に維持されるように、腿駆動機構２１，２２および脚駆動機構２３，２４が制御される。
As shown in FIG. 30, the horizontal position in the direction of the resultant force vector applied to the center of gravity (here, the center of the heel part 10) is from the grounding point of the
このような一連の動作により、本実施の形態の二脚型の移動装置では、鉛直方向の重心移動および移動速度の変化を伴うこととなるが、上述した実施の形態１における障害物と同等の大きさの障害物を跨ぐことができる。 With such a series of operations, the bipedal moving device of the present embodiment is accompanied by a vertical center of gravity movement and a change in moving speed, but is equivalent to the obstacle in the first embodiment described above. Can cross obstacles of size.
次に、図３１を参照して、本実施の形態３の二脚型の移動装置が階段を昇る動作について説明する。図３１は、本発明による二脚型の移動装置が階段を昇る動作を連続的に示す側面図である。尚、この図に示す階段は、図２２に示す階段と同じサイズのものを図示している。以下、この図を参照し一周期分（時点ｔ４〜ｔ８の期間）の階段昇り動作を、順を追って説明する。 Next, with reference to FIG. 31, the operation of the two-legged moving device of the third embodiment going up the stairs will be described. FIG. 31 is a side view continuously showing the operation of the two-legged moving device according to the present invention for ascending the stairs. The steps shown in this figure are the same size as the steps shown in FIG. Hereinafter, the step-up operation for one cycle (period from time t4 to t8) will be described in order with reference to this figure.
図３１に示すとおり、時点ｔ４では、階段を昇る姿勢として、第一および第二の脚の膝関節を何れも逆膝とした第一のポジションに制御されている。また、この時点において、第二の脚が第一の脚よりも一段上となるステップ上に接地し、且つ、重心にかかる合成力のベクトルの方向（臀部１０の中心）の水平位置は、第二の足部１８の接地点に位置している。
As shown in FIG. 31, at time t4, the posture of ascending the stairs is controlled to the first position where the knee joints of the first and second legs are both reverse knees. At this time, the horizontal position of the direction of the resultant force vector (center of the heel part 10) applied to the center of gravity is the second position when the second leg contacts the step that is one step higher than the first leg. It is located at the contact point of the
時点ｔ４からｔ５までの期間は、階段に各部が衝突しないように股関節および膝関節の回転角度を調整しながら、第一の脚が第二の脚のステップより一段上となるステップ上へ運ばれる。次に、時点ｔ５からｔ６までの期間は、臀部１０すなわち重心を階段の傾斜に平行な昇方向に一定速度で昇らせるように、第一および第二の脚の膝関節および腿関節が制御される。この間に、臀部１０すなわち重心に対する合成力のベクトルの水平位置は、第二の足部１８の接地点から、第一の足部１７の接地点まで移動することになる。時点ｔ６からｔ８の期間は、第一の脚と第二の脚との動作を入れ替えて、上述した時点ｔ４からｔ６までの期間と同様の動作が実行される。
During the period from the time point t4 to the time point t5, the first leg is moved to a step that is one step higher than the step of the second leg while adjusting the rotation angles of the hip joint and the knee joint so that each part does not collide with the stairs. . Next, during the period from time t5 to t6, the knee joints and the thigh joints of the first and second legs are controlled so that the
このように、時点ｔ４〜ｔ８までの動作を繰り返し実行することで、移動速度の変化を伴うこととなるが、上述した実施の形態１における階段と同サイズの階段を臀部１０すなわち重心を階段の傾斜に沿って昇らせることができる。
As described above, by repeatedly executing the operation from the time point t4 to t8, the movement speed is changed. However, the
実施の形態４．
［実施の形態４の特徴］
次に、図３２および図３３を参照して、本実施の形態４の特徴的動作について説明する。本実施の形態４の二脚型移動装置は、発進、停止、および旋回する動作に特徴がある。先ず、図３２を参照して、二脚型移動装置が発進および停止するための動作について説明する。
[Features of Embodiment 4]
Next, characteristic operations of the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 32 and 33. FIG. The bipedal moving apparatus of the fourth embodiment is characterized by starting, stopping, and turning operations. First, with reference to FIG. 32, the operation for starting and stopping the bipedal mobile device will be described.
本発明の移動装置で静止姿勢から移動する場合には、接地している車輪機構により前進することになる。ところが、全体の重心は車輪機構の遥か上方（およそ１ｍ程度上方）にあり、倒立振子なので支持点（車輪機構が床と接地している点）を前に移動することで、重心には重力の後方への分力が働き、結果としてバランスを失い後方へ倒れてしまうことになる。 When moving from a stationary posture with the moving device of the present invention, the vehicle is moved forward by the grounded wheel mechanism. However, the overall center of gravity is far above the wheel mechanism (about 1m above), and since it is an inverted pendulum, moving the support point forward (the point where the wheel mechanism is in contact with the floor) moves the gravity center to the center of gravity. The component force to the back works, and as a result, it loses balance and falls backwards.
このことより、車型の倒立振子移動機構では、発進ないしは加速時には、先ず一端車輪機構をわずかに後に移動させ（走行時は速度を一瞬わずかに減速し)、等速運動中の重心に重力による前方への水平分力を発生させる。その後、この前方への分力により重心が前方へ倒れようとする速度が発生するので、それを打ち消す程度の速度で車輪機構を前方へ移動(加速)させ、丁度所望の速度を得た時点で、重心にかかる合成力のベクトルが、支持している車輪機構の支持点を指すように制御する必要がある。 Therefore, in the case of a car-type inverted pendulum moving mechanism, when starting or accelerating, the wheel mechanism is first moved slightly backward (slightly decelerates momentarily during traveling), and the center of gravity during constant-velocity movement is moved forward by gravity. Generate a horizontal component force. After that, the speed at which the center of gravity falls forward is generated by this forward component force, so the wheel mechanism is moved forward (accelerated) at a speed that cancels it, and just when the desired speed is obtained. Therefore, it is necessary to control the vector of the resultant force applied to the center of gravity so as to indicate the support point of the wheel mechanism that is supported.
停止あるいは減速時には、その逆に、先ず一端車輪機構の速度を一瞬わずかに加速し、等速運動中の重心に重力による後方への水平分力を発生させる。その後、この後方への分力により重心が後方へ倒れようとする加速度が発生するので、それを打ち消す程度の加速度で車輪機構を減速させ、丁度所望の速度（静止は速度０）を得た時点で、重心にかかる合成力のベクトルが、支持している車輪機構の支持点を指すように制御する必要がある。 When stopping or decelerating, conversely, the speed of the one-end wheel mechanism is first slightly increased for a moment, and a horizontal component force due to gravity is generated at the center of gravity during constant speed motion. After that, the acceleration that causes the center of gravity to fall backward occurs due to this backward component force. When the wheel mechanism is decelerated with an acceleration that cancels the acceleration, the desired speed (still is 0) is obtained. Therefore, it is necessary to control the vector of the resultant force applied to the center of gravity so as to point to the support point of the wheel mechanism that is supported.
これに対して、２脚での走行姿勢を取り入れることで、車輪機構に逆方向の動作をさせることなく、二脚型移動装置の発進、加速、停止、或いは減速を行うこともできる。図３２は、二脚型移動装置の発進、加速、停止、或いは減速の原理を説明するための図である。尚、図３２ａは、貨物を搭載した二脚型移動装置が、２脚が接地した第一のポジションでの定速度走行(静止状態も含む)をしている状態の重心と重力による力ベクトルを図示した側面図を、図３２ｂは当該移動装置が図１５ａの状態から、第二の車輪機構１６(進行方向の前側の車輪機構)を少し持ち上げて、第二の脚をいわゆる遊脚状態にした直後の重心と重力による力ベクトルを図示した側面図を、図３２ｃは当該移動装置が図３２ａの状態から、第一の車輪機構１５(進行方向の後側の車輪機構)を少し持ち上げて、第一の脚をいわゆる遊脚状態にした直後の重心と重力による力ベクトルを図示した側面図を、それぞれ示している。 On the other hand, by adopting a traveling posture with two legs, the two-legged moving device can be started, accelerated, stopped, or decelerated without causing the wheel mechanism to operate in the opposite direction. FIG. 32 is a diagram for explaining the principle of starting, accelerating, stopping, or decelerating of the two-legged moving device. FIG. 32a shows the gravity vector and the gravity vector when the bipedal mobile device carrying the cargo is traveling at a constant speed (including the stationary state) at the first position where the two legs are in contact with the ground. In the side view shown in FIG. 32B, the moving device lifts the second wheel mechanism 16 (the wheel mechanism on the front side in the traveling direction) slightly from the state shown in FIG. FIG. 32c shows a side view illustrating the gravity vector immediately after the center of gravity and gravity, and FIG. 32c shows that the moving device slightly lifts the first wheel mechanism 15 (the wheel mechanism on the rear side in the traveling direction) from the state of FIG. A side view illustrating a center of gravity immediately after a leg is brought into a so-called free leg state and a force vector due to gravity is shown.
図３２ａに示すように、２脚が接地した第一のポジションでの安定走行乃至静止している時においては、重心に対する合成力のベクトルが、第一の車輪機構１５の接地点と第二の車輪機構１６の接地点とのほぼ中間点を指している。この状態で、図３２ｂに示すようにわずかに第二の車輪機構１６（前方の車輪機構）を持ち上げると、支持点は第一の車輪機構１５（後方の車輪機構）の接地点に移るため、結果として重心には重力の合成力の前方への水平分力が発生する。この前方への分力を打ち消すように利用することで、加速乃至発進動作が実現される。そして、所望の速度に達した時点で浮かせておいた前方の車輪機構を床に設置させることで、重心にかかる合成力のベクトルが前後の車輪機構の接地点の間を指している限り、安定した等速運動が実現される。
As shown in FIG. 32a, when the two legs are in stable running or stationary at the first position where the two legs touch the ground, the resultant force vector with respect to the center of gravity is equal to the ground point of the
一方、図３２ａの状態での等速走行中に第一の車輪機構１５（後方の車輪機構）をわずかに持ち上げると、支持点が第二の車輪機構１６（前方の車輪機構）の接地点に移動するため、重心には重力により後方への水平分力が発生する。この後方への分力を打ち消すように利用することで、減速ないしは停止の動作が実現される。そして、車輪機構の速度を減速して所望の速度になった時点で浮かせておいた後方の車輪機構を床に接地させることで、重心にかかる合成力のベクトルが、前後の車輪機構の設置点の間を指している限り、安定した等速運動ないしは静止姿勢が実現される。 On the other hand, if the first wheel mechanism 15 (rear wheel mechanism) is lifted slightly during constant speed traveling in the state of FIG. 32a, the support point becomes the ground point of the second wheel mechanism 16 (front wheel mechanism). Due to the movement, a horizontal component force is generated at the center of gravity due to gravity. By using the backward component force so as to cancel out, a deceleration or stop operation is realized. Then, by lowering the speed of the wheel mechanism and bringing the rear wheel mechanism floated when it reaches the desired speed to the floor, the resultant force vector applied to the center of gravity becomes the installation point of the front and rear wheel mechanisms. As long as it points between, stable constant speed motion or static posture is realized.
このように、本発明による二脚型移動装置では、一輪の倒立振子型の移動手段に比べると、より許容範囲が広い制御範囲で発進停止、加減速が実現される。 As described above, in the two-legged type moving apparatus according to the present invention, start / stop and acceleration / deceleration are realized in a control range having a wider allowable range as compared with a single inverted pendulum type moving means.
次に、図３３を参照して、二脚型移動装置の旋回動作について説明する。図３３は、本実施の形態の二脚型移動装置の旋回動作について説明するための図である。尚、図３３ａは、貨物を搭載した二脚型移動装置が、その重心を半径ｒの曲線軌道に沿って一定速度で旋回しようとしている様子を上方から俯瞰し重心にかかる遠心力を併せて示した図である。また、図３３ｂは図３３ａの状態を後方から重心にかかる遠心力と重力の合成力を併せて示した図である。 Next, with reference to FIG. 33, the turning operation of the two-legged moving device will be described. FIG. 33 is a diagram for explaining a turning operation of the two-legged moving apparatus according to the present embodiment. Note that FIG. 33a shows a state where the biped type moving device carrying the cargo is turning around the center of gravity at a constant speed along a curved track having a radius r, and also shows the centrifugal force applied to the center of gravity. It is a figure. FIG. 33b shows the state of FIG. 33a together with the combined force of centrifugal force and gravity applied from the rear to the center of gravity.
この図に示したように、旋回動作自体は、床に接している外輪と内輪との速度差を作ることで任意の半径の重心の旋回軌道を実現することができる。つまり外輪軌道の半径と内輪軌道の半径との比はそれぞれの速度の比となる。このように、任意の半径の旋回軌道は実現されるが、実際の旋回時には、重心の旋回軌道の半径に応じて重心に遠心力が働き、その大きさは、おおよそ速度の２乗と軌道半径ｒの逆数に比例することが知られている。 As shown in this figure, the turning operation itself can realize a turning trajectory having a center of gravity of an arbitrary radius by creating a speed difference between the outer ring and the inner ring in contact with the floor. That is, the ratio of the radius of the outer ring raceway to the radius of the inner ring raceway is the ratio of the respective speeds. In this way, a turning trajectory having an arbitrary radius is realized, but during actual turning, a centrifugal force acts on the center of gravity according to the radius of the center of gravity turning trajectory, and the magnitude is approximately the square of the speed and the radius of the trajectory. It is known to be proportional to the inverse of r.
この旋回時に重心に働く遠心力とその他の力すなわち等角速度走行では、主に重力が形成する重心にかかる合成力のベクトルの指し示す方角が、内側と外側の車輪機構が床と設置している点を結んだ直線上の範囲内に入っていれば、問題なく旋回動作が実行できる。 In the centrifugal force acting on the center of gravity at the time of turning and other forces, i.e., at constant angular speed, the direction indicated by the resultant force vector applied to the center of gravity mainly formed by gravity is that the inner and outer wheel mechanisms are installed on the floor. If it is within the range on the straight line connecting, the turning motion can be executed without any problem.
以上のように、本発明に基づく二脚型移動装置により、同一サイズの従来品と比較してコストを増やすことなく、平面、階段、段差、より大きなサイズの跨ぎこすべき障害物などが存在しても、積載する貨物の重心を一定の速度で滑らかにスムースに発進、加速、減速、停止、旋回などの動作を含めて移動することが達成できる。これにより、人間が生活する住空間のより広範囲な条件の中で自由に移動できる装置が低コストに実現できる。 As described above, the two-legged moving device according to the present invention has a plane, a staircase, a step, an obstacle to be straddled with a larger size, etc. without increasing the cost as compared with the conventional product of the same size. However, the center of gravity of the cargo to be loaded can be smoothly and smoothly moved at a constant speed, including operations such as starting, accelerating, decelerating, stopping, and turning. Thereby, the apparatus which can move freely within the wider range of the living space where people live can be realized at low cost.
［本発明の他の変形例］
次に、図３４乃至図４３を参照して、本発明の実施例の変形例について説明する。本発明において、旋回行動中に、速度が速かったり、軌道半径が小さかったりすると、遠心力の成分が大きくなり、この合成力の指し示す方角が外側の車輪機構が床と接地している点の外側になってしまい、結果としてこの移動装置は旋回軌道の外側に転倒してしまうことになる。
[Other Modifications of the Present Invention]
Next, a modification of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present invention, if the speed is high or the orbit radius is small during the turning action, the centrifugal force component increases, and the direction indicated by the resultant force is outside the point where the outer wheel mechanism is in contact with the floor. As a result, the moving device falls to the outside of the turning trajectory.
図３４は、より大きな遠心力に対しても転倒しないで旋回できるように、重心側方移動手段を搭載した本発明の別の実施例を示す背面図である。また、図３５は、図３４の一点鎖線で囲まれた領域（ホ）の部分を詳細に説明するための図である。尚、図３５中の図３５ａは領域（ホ）の部分を拡大した側面図を、図３５ｂは領域（ホ）の部分を拡大した背面図を、図３５ｃは一点鎖線で囲まれた領域（ヘ）の部分を拡大した背面図および該背面図のＡ−Ａ´線で切断した断面図を、それぞれ示している。 FIG. 34 is a rear view showing another embodiment of the present invention in which the center-of-gravity side moving means is mounted so as to be able to turn without falling even for a larger centrifugal force. FIG. 35 is a diagram for explaining in detail the portion of the region (e) surrounded by the alternate long and short dash line in FIG. 35a in FIG. 35 is an enlarged side view of the area (e), FIG. 35b is an enlarged rear view of the area (e), and FIG. 35c is an area surrounded by an alternate long and short dash line (he) ) Is an enlarged rear view, and a cross-sectional view taken along line AA ′ of the rear view is shown.
これらの図において、３０は貨物を搭載するベースとなるステージ、３１は第一の平歯車、３２は第二の平歯車、３３は螺旋状の歯車、３４は歯車３３と螺合する板歯の構造物、３５は重心側方移動用の駆動機構である。駆動機構３５は臀部１０に固定されている。また、ステージ３０は臀部１０に切ってある溝と噛み合って、側面方向にのみ移動できるようにはめ込まれている。また、板歯の構造物３４はステージ３０の裏側に固定されている。更に、螺旋歯車３３と第二の平歯車３２とは互いに固定され、必要な回転のみ許されるように臀部１０に装着されている。
In these drawings, 30 is a stage serving as a base on which cargo is loaded, 31 is a first spur gear, 32 is a second spur gear, 33 is a helical gear, and 34 is a plate tooth screwed with the
この図において、駆動機構３５を回転させるとそれに接続された平歯車３１が回転しその回転が螺合先の平歯車３２へ伝わり、それと固着されている螺旋歯車３３を回転させることになる。螺旋歯車３３が回転することでステージ３０に固着され螺旋歯車３３と噛み合っている板歯３４は図３５ｂの左右方向へ移動することになり当然それに固着されているステージも左右方向に移動されることになる。このように駆動機構３５の回転を制御することでステージ３０の側面方向への移動を実現している。
In this figure, when the
尚、図３４，３５では、板歯３４がステージ３０に固定され、それ以外の構成要素である第一の平歯車３１，第二の平歯車３２，螺旋状の歯車３３，駆動機構３５が臀部１０に固定される例について説明したが、要はステージ３０が臀部１０に対して側面方向に移動動作できればよく、板歯３４を臀部１０に固定し、第一の平歯車３１，第二の平歯車３２，螺旋状の歯車３３，駆動機構３５がステージ３０側に固定される構造でもよい。
34 and 35, the
図３６は、重心側方移動手段を搭載した本発明による二脚型移動装置の動作を説明するための図である。尚、この図中の図３６ａは、重心側方移動手段を搭載した本発明による二脚型移動装置が貨物を搭載し、半径ｒ’の曲線軌道に沿って一定速度で旋回しようとしている様子を上方から俯瞰し重心にかかる遠心力を併せて示した図である。また、図３６ｂは、図３６ａの状態を後方から俯瞰し重心にかかる遠心力と重力の合成力を併せて示した図である。この図に示すように、重心側方移動手段を備えることで、旋回動作時にステージ３０を旋回軌道の内側へスライドさせることができる。これにより、重心にかかる合成力のベクトルも内側に平行移動し、結果として外側の車輪の更に外側の方向を指していた合成力のベクトルの方向を、外側の車輪の床との接地点の内側に移動させられるケースが出現する。このように、重心側方移動手段を搭載することで、より速い速度、より小さい半径の旋回軌道での旋回動作が可能となる。
FIG. 36 is a diagram for explaining the operation of the two-legged moving apparatus according to the present invention on which the gravity center side moving means is mounted. Incidentally, FIG. 36a in this figure shows a state in which the two-legged type moving apparatus according to the present invention equipped with the means for moving the center of gravity side is loaded with cargo and is going to turn at a constant speed along a curved track of radius r ′. It is the figure which combined the centrifugal force which looked down from upper direction and applied to a gravity center. FIG. 36b is a diagram showing the state of FIG. 36a from behind, and the combined force of centrifugal force and gravity applied to the center of gravity. As shown in this figure, the
図３７は、本発明の実施例の他の変形例を説明するための図である。尚、この図中の図３７ａおよび図３７ｂは、本発明の変形例としての二脚型移動装置の背面図および側面図をそれぞれ示している。この変形例では、車輪機構１５，１６の外輪と内輪との距離がぐっと短くなり、結果として脚部の両側に接近して車輪機構が配置されている構造になる。この構造では、一脚支持での走行時或いは静止時において、重心にかかる重力による合成力のベクトル方向が支持している車輪機構の外輪と内輪との間から外れてしまい、結果として転倒することになってしまう。このため、重心の側方移動手段の搭載が必要である。
FIG. 37 is a diagram for explaining another modification of the embodiment of the present invention. 37a and 37b in this figure respectively show a rear view and a side view of a bipedal moving device as a modification of the present invention. In this modification, the distance between the outer ring and the inner ring of the
図３８は、図３７に示す二脚型移動装置に重心側方移動手段を搭載した場合の、一脚支持による静止或いは移動時の状態を説明するための図である。尚、この図中の図３８ａおよび図３８ｂは、当該二脚型移動装置の背面図および側面図を、それぞれ示している。この図からも分かるとおり、重心側方移動手段を駆動することにより安定した立位を保つことができる。これにより、様々な必要な動作が可能な上に、車輪機構間の距離が短いことで立位に必要な設置床面積も狭くて良く、結果として人間の片足立ちと同様のスペースがあれば障害物を跨ぎ越して移動することができる。結果としてより広い条件下での移動を可能にするという利点が生じる。 FIG. 38 is a diagram for explaining a stationary or moving state by the monopod support when the center-of-gravity side moving means is mounted on the two-legged moving device shown in FIG. 38a and 38b in this figure respectively show a rear view and a side view of the bipedal moving device. As can be seen from this figure, a stable standing position can be maintained by driving the gravity center side moving means. As a result, various necessary operations can be performed, and the distance between the wheel mechanisms is short, so the floor space required for standing can be small. You can move across objects. The result is the advantage of allowing movement under wider conditions.
図３９は、本発明の実施例の更なる変形例を説明するための図である。尚、この図中の図３９ａおよび図３９ｂは、本発明の変形例としての二脚型移動装置の背面図および側面図をそれぞれ示している。この図に示す移動装置では、車輪機構１５，１６の車輪が完全に一輪になるので、立位の姿勢を保つためには重心を側方に移動させるための方策が必須になる。
FIG. 39 is a diagram for explaining a further modification of the embodiment of the present invention. 39a and 39b in this figure respectively show a rear view and a side view of a bipedal moving device as a modification of the present invention. In the moving device shown in this figure, since the wheels of the
図４０は、図３９に示す二脚型移動装置に重心側方移動手段を搭載した場合の、一脚支持による静止或いは移動時の状態を説明するための図である。尚、この図中の図４０ａおよび図４０ｂは、当該二脚型移動装置の背面図および側面図を、それぞれ示している。この図からも分かるとおり、重心測方移動手段を搭載することで、上述した図３７および図３８に示す二脚型移動装置と同様の効果を奏することが可能である。 FIG. 40 is a diagram for explaining a state at rest or movement by supporting a monopod when the center-of-gravity side moving means is mounted on the two-legged moving device shown in FIG. 40a and 40b in this figure respectively show a rear view and a side view of the bipedal moving device. As can be seen from this figure, by mounting the center-of-gravity measuring movement means, it is possible to achieve the same effect as the above-described bipedal movement apparatus shown in FIG. 37 and FIG.
図４１は、本発明の実施例の更なる変形例を説明するための図である。尚、この図中の図４１ａおよび図４１ｂは、本発明の変形例としての二脚型移動装置の背面図および側面図をそれぞれ示している。この変形例の移動装置は一輪での走行なので装置全体を側方に傾けることができる。これにより、傾かせた形で重心をつりあわせることができるので、上記重心側方移動手段を搭載した移動装置と同様の効果を奏することが可能である。また、この図４１に示す実施例では着床している面積が最も小さいので、立位における必要な床面積は最も小さくなるという利点がある。 FIG. 41 is a diagram for explaining a further modification of the embodiment of the present invention. 41a and 41b in this figure respectively show a rear view and a side view of a bipedal moving device as a modification of the present invention. Since the moving device of this modification is traveling on a single wheel, the entire device can be tilted sideways. Thereby, the center of gravity can be balanced in a tilted manner, so that the same effect as that of the moving device equipped with the center-of-gravity side moving means can be obtained. Further, in the embodiment shown in FIG. 41, since the flooring area is the smallest, there is an advantage that the floor area required in the standing position is the smallest.
図４２は、本発明の実施例の更なる変形例を説明するための図である。尚、この図中の図４２ａおよび図４２ｂは、本発明の変形例としての移動装置の背面図および側面図をそれぞれ示している。この変形例の移動装置は、図４０に示す二脚型移動装置の車輪機構１５，１６を足部１７，１８に入れ替えた構造を有している。このように、車輪機構１５，１６を有していなくても、重心測方移動手段を搭載することで、上述した図４０に示す二脚型移動装置と同様の効果を奏することが可能である。
FIG. 42 is a diagram for explaining a further modification of the embodiment of the present invention. 42a and 42b in this figure respectively show a rear view and a side view of a moving apparatus as a modification of the present invention. The moving device of this modification has a structure in which the
図４３は、本発明の実施例の更なる変形例を説明するための図である。尚、この図中の図４３ａおよび図４３ｂは、本発明の変形例としての移動装置の背面図および側面図をそれぞれ示している。この変形例の移動装置は、図４１に示す二脚型移動装置の車輪機構１５，１６を足部１７，１８に入れ替えた構造を有している。このように、車輪機構１５，１６を有していなくても、装置全体を傾けることで、上述した図４１に示す二脚型移動装置と同様の効果を奏することが可能である。
FIG. 43 is a diagram for explaining a further modification of the embodiment of the present invention. 43a and 43b in this figure respectively show a rear view and a side view of a moving device as a modification of the present invention. The moving device of this modification has a structure in which the
１０ 臀部
１１ 第一の腿部
１２ 第二の腿部
１３ 第一の脚部
１４ 第二の脚部
１５ 第一の車輪機構
１６ 第二の車輪機構
１７ 第一の足部
１８ 第二の足部
２０ 制御機構
２１ 第一の腿駆動機構
２２ 第二の腿駆動機構
２３ 第一の脚駆動機構
２４ 第二の脚駆動機構
２５ 第一の車輪駆動機構
２６ 第二の車輪駆動機構
３０ ステージ
３１ 第一の平歯車
３２ 第二の平歯車
３３ 螺旋状の歯車
３４ 板歯の構造物
３５ 駆動機構
10
Claims (9)
前記第１および第２の脚の根元の関節（以下、腿関節）をそれぞれ回動自在に支持する臀部と、
前記膝関節の屈折角度および前記腿関節の回転角度をそれぞれ制御して、進行方向の床上に設けられた凸状の障害物を跨ぎ越す跨ぎ越し制御手段と、を備え、
前記跨ぎ越し制御手段は、前記第２の脚を前記障害物の後方側に接地させた状態で前記第１の脚を前記障害物の上方へ振り出して該障害物を跨ぐ場合に、前記第２の脚の膝関節を後方へ突出させた姿勢に制御することを特徴とする二脚型移動装置。 First and second legs having knee joints that can be bent freely;
A buttocks that rotatably supports joints (hereinafter referred to as thigh joints) of the first and second legs;
Crossing control means for controlling the refraction angle of the knee joint and the rotation angle of the thigh joint, and straddling a convex obstacle provided on the floor in the traveling direction,
The straddle control means is configured such that when the second leg is grounded to the rear side of the obstacle and the first leg is swung out above the obstacle to straddle the obstacle, the second leg The biped type moving device is controlled to a posture in which the knee joint of the leg is protruded rearward.
前記第１の脚を前記障害物の上方へ振り出して該障害物を跨ぐ場合に、前記第１の脚の膝関節を前方へ突出させた姿勢で該第１の脚を前記障害物の前方側へ接地させることを特徴とする請求項１記載の二脚型移動装置。 The stride control means is
When the first leg is swung out above the obstacle and straddles the obstacle, the first leg is placed forward of the obstacle in a posture in which the knee joint of the first leg protrudes forward. The two-legged moving device according to claim 1, wherein the two-legged moving device is grounded.
前記跨ぎ越し制御手段は、
前記臀部の重心の水平位置を前記第２の脚の接地点に一致させた状態で、前記第２の車輪機構を駆動して所定の等速度で走行しつつ前記第１の脚を持ち上げて前記障害物を跨ぎ、該第１の脚を前記障害物の前方側へ接地させる第１の動作を行う手段と、
前記第１の動作により前記第１の脚が接地したときに前記第２の車輪機構を停止して、前記膝関節および前記腿関節を制御して前記重心の水平位置を前記第２の脚の接地点から前記第１の脚のそれに前記所定の等速度で移動させる第２の動作を行う手段と、
前記第２の動作により前記重心の水平位置が前記第１の脚の接地点に一致したときに、前記第１の車輪機構を駆動して前記所定の等速度で走行しつつ前記第２の脚を持ち上げて前記障害物を跨ぎ越える第３の動作を行う手段と、
を含むことを特徴とする請求項１または２記載の二脚型移動装置。 Each of the first and second legs includes first and second wheel mechanisms arranged at the tips thereof, and travels on the floor surface by driving the first and / or second wheel mechanisms. Made possible
The stride control means is
With the horizontal position of the center of gravity of the buttocks coincided with the ground contact point of the second leg, the second leg mechanism is driven to lift the first leg while running at a predetermined constant speed. Means for performing a first action of straddling an obstacle and grounding the first leg to the front side of the obstacle;
When the first leg is grounded by the first action, the second wheel mechanism is stopped, and the knee joint and the thigh joint are controlled to set the horizontal position of the center of gravity of the second leg. Means for performing a second action of moving the first leg from the ground point to the first leg at the predetermined constant speed;
When the horizontal position of the center of gravity coincides with the ground contact point of the first leg by the second operation, the second leg is driven while driving at the predetermined constant speed by driving the first wheel mechanism. Means for performing a third action of lifting and straddling the obstacle;
The bipedal moving device according to claim 1 or 2, characterized by comprising:
前記階段昇降制御手段は、前記第１および第２の脚の膝関節を後方に突出させた姿勢で前記階段の段差を昇ることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の二脚型移動装置。 Further comprising a stair lift control means for controlling the refraction angle of the knee joint and the rotation angle of the thigh joint to ascend the steps of the stair in order,
6. The step according to any one of claims 1 to 5, wherein the stair lift control means moves up the step of the stair in a posture in which the knee joints of the first and second legs protrude backward. Leg type moving device.
前記臀部の重心の水平位置を前記第２の脚の接地点に一致させた状態で前記第１の脚を持ち上げて、前記第１の脚が接地している面よりも上の段差面へ接地させる第１の昇動作を行う手段と、
前記第１の昇動作により前記第１および第２の脚がそれぞれ接地した状態で、前記膝関節および前記腿関節を制御して前記重心の水平位置を前記第２の脚の接地点から前記第１の脚のそれに移動させる第２の昇動作を行う手段と、を含み、
前記第１の昇動作および前記第２の昇動作を、前記第１の脚と前記第２の脚とを入れ替えて交互に実行することにより前記階段の段差を順に昇ることを特徴とする請求項６記載の二脚型移動装置。 The stair climbing control means is
The first leg is lifted in a state where the horizontal position of the center of gravity of the buttocks coincides with the ground contact point of the second leg, and grounded to a stepped surface above the surface where the first leg is grounded Means for performing a first ascending operation,
In a state where the first and second legs are grounded by the first ascending motion, the knee joint and the thigh joint are controlled to set the horizontal position of the center of gravity from the ground contact point of the second leg. Means for performing a second ascending movement to move it to one of the legs,
The step of the staircase is raised in order by alternately executing the first ascending motion and the second ascending motion by exchanging the first leg and the second leg. 6. A bipedal moving device according to 6.
前記階段昇降制御手段は、
前記第１の昇動作において、前記車輪機構を用いて水平方向へ移動しつつ前記膝関節および前記腿関節を制御して前記臀部を鉛直方向へ持ち上げることにより、前記臀部の重心を所定の第２の等速度で前記階段の傾斜に平行な方向に移動させる手段と、
前記第２の昇動作において、前記膝関節および前記腿関節を制御して前記臀部の重心を前記第２の等速度で前記階段の傾斜に平行な方向に移動させる手段と、
を更に含むことを特徴とする請求項７記載の二脚型移動装置。 Each of the first and second legs includes first and second wheel mechanisms arranged at the tips thereof, and travels on the floor surface by driving the first and / or second wheel mechanisms. Made possible
The stair climbing control means is
In the first ascending operation, the knee mechanism and the thigh joint are controlled using the wheel mechanism to move in the horizontal direction to lift the buttocks in the vertical direction, whereby the center of gravity of the buttocks is set to a predetermined second. Means for moving in a direction parallel to the slope of the stairs at a constant speed of
Means for controlling the knee joint and the thigh joint in the second ascending motion to move the center of gravity of the buttocks in the direction parallel to the inclination of the stairs at the second constant speed;
The bipedal moving device according to claim 7, further comprising:
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014100767A (en) * | 2012-11-20 | 2014-06-05 | Toshiba Corp | Level difference walking control device and method of multileg walking robot |
| WO2022153843A1 (en) * | 2021-01-18 | 2022-07-21 | ソニーグループ株式会社 | Mobile device, and mobile device control method |
| JP7122779B1 (en) | 2021-04-26 | 2022-08-22 | Ｌｉｆｅｈｕｂ株式会社 | moving device |
| WO2023013113A1 (en) * | 2021-08-02 | 2023-02-09 | ソニーグループ株式会社 | Mobile body and method for controlling mobile body |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04293687A (en) * | 1991-03-22 | 1992-10-19 | Kobe Steel Ltd | Walking robot |
| JP2002500113A (en) * | 1998-01-06 | 2002-01-08 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | Gyroscope stabilization device, especially biped robot |
| JP2005052897A (en) * | 2003-08-05 | 2005-03-03 | Toyota Motor Corp | Boarding type robot |
| JP2007290054A (en) * | 2006-04-24 | 2007-11-08 | Hitachi Ltd | Bipedal type moving mechanism |
| JP2008265697A (en) * | 2007-04-25 | 2008-11-06 | Toyota Motor Corp | Inverted wheel type moving body and its control method |
-
2010
- 2010-06-04 JP JP2010129014A patent/JP5511523B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04293687A (en) * | 1991-03-22 | 1992-10-19 | Kobe Steel Ltd | Walking robot |
| JP2002500113A (en) * | 1998-01-06 | 2002-01-08 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | Gyroscope stabilization device, especially biped robot |
| JP2005052897A (en) * | 2003-08-05 | 2005-03-03 | Toyota Motor Corp | Boarding type robot |
| JP2007290054A (en) * | 2006-04-24 | 2007-11-08 | Hitachi Ltd | Bipedal type moving mechanism |
| JP2008265697A (en) * | 2007-04-25 | 2008-11-06 | Toyota Motor Corp | Inverted wheel type moving body and its control method |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014100767A (en) * | 2012-11-20 | 2014-06-05 | Toshiba Corp | Level difference walking control device and method of multileg walking robot |
| WO2022153843A1 (en) * | 2021-01-18 | 2022-07-21 | ソニーグループ株式会社 | Mobile device, and mobile device control method |
| JP7122779B1 (en) | 2021-04-26 | 2022-08-22 | Ｌｉｆｅｈｕｂ株式会社 | moving device |
| JP2022168811A (en) * | 2021-04-26 | 2022-11-08 | Ｌｉｆｅｈｕｂ株式会社 | Transfer device |
| WO2023013113A1 (en) * | 2021-08-02 | 2023-02-09 | ソニーグループ株式会社 | Mobile body and method for controlling mobile body |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP5511523B2 (en) | 2014-06-04 |
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