JP3270767B2 - Legged walking robot with shock absorbing mechanism - Google Patents
Legged walking robot with shock absorbing mechanismInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は衝撃吸収機構を備えた
脚式歩行ロボットに関し、より具体的には２足歩行など
の脚式移動ロボットにおいて、着地時などに生ずる外力
による衝撃を、吸収緩和する機構を備えた脚式歩行ロボ
ットに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a legged walking robot provided with a shock absorbing mechanism, and more specifically, a legged mobile robot, such as a bipedal walking, absorbs and absorbs an impact due to an external force generated when landing or the like. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a legged walking robot provided with a mechanism for performing legging.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近時、人間の労力を軽減することを目的
としてロボットが移動型のものも含めて種々提案されて
おり、本出願人も先に特開平３−１８４７８２号公報に
おいて２足歩行の脚式歩行ロボットを提案している。2. Description of the Related Art In recent years, various types of robots, including mobile robots, have been proposed for the purpose of reducing human labor. Has proposed a legged walking robot.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】この様な脚式歩行ロボ
ットにあっては、脚が路面に接地している限り、路面か
ら常に反力を受けているが、その反力は特に歩行中に遊
脚が着地したときに大きな衝撃力となり、場合によって
はそれが外乱となってロボットの姿勢を不安定にする。
また本出願人が先に提案した脚式歩行ロボットはリンク
を連結する関節を備え、そこで電動モータの出力を減速
機で減速しつつリンクを相対変位させているが、着地時
に発生する衝撃力は減速機ないしは軸受部などの関節の
駆動機構に負荷として作用する。更に、かかる脚式歩行
ロボットは２本の脚を交互に前方に振り出しつつ歩行す
ることになるが、この遊脚を振って前方に押し出すとき
の振り回し力（慣性力）も遊脚の関節、特に膝関節に負
荷として作用する。この様な外力に起因する負荷は関節
の駆動機構にとって耐久性上望ましいものではなく、姿
勢を不安定にする一因ともなる。また脚式歩行ロボット
にはマイクロ・コンピュータなどの精密電子部品からな
る制御装置を搭載すると共に、必要に応じて貨物を運搬
させることになるが、着地衝撃力ないしは慣性力などの
外力は搭載部品、積載貨物にも作用して悪影響を与える
恐れがある。In such a legged walking robot, a reaction force is always received from the road surface as long as the legs are in contact with the road surface. When the free leg lands, a large impact force is generated, and in some cases, it becomes a disturbance, and makes the posture of the robot unstable.
In addition, the legged walking robot proposed earlier by the present applicant has a joint for connecting the link, where the link is relatively displaced while the output of the electric motor is reduced by the speed reducer. It acts as a load on a joint drive mechanism such as a reduction gear or a bearing. Further, such a legged walking robot walks while alternately swinging two legs forward, and the swinging force (inertial force) when swinging the free leg and pushing forward is also the joint of the free leg, particularly Acts as a load on the knee joint. The load resulting from such an external force is not desirable in terms of durability for the drive mechanism of the joint, and also contributes to making the posture unstable. A legged walking robot is equipped with a control device consisting of precision electronic components such as a microcomputer, and carries cargo as needed.However, external forces such as landing impact force or inertia force are It may also affect loaded cargo and have an adverse effect.
【０００４】従って、この発明の目的は、路面反力ない
し慣性力などの外力が生じたときにロボットに作用する
衝撃を吸収、緩和して軽減する衝撃吸収機構を備えた脚
式歩行ロボットを提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a legged walking robot having a shock absorbing mechanism for absorbing, mitigating and reducing the shock acting on the robot when an external force such as a road surface reaction force or an inertial force is generated. Is to do.
【０００５】他方、この様な衝撃を吸収するためにリン
クの剛性を低下させることも考えられるが、それではロ
ボットの座標軸上の位置を決定するのが困難となって新
たな問題を生ずる。[0005] On the other hand, it is conceivable to reduce the rigidity of the link in order to absorb such an impact, but this makes it difficult to determine the position of the robot on the coordinate axes, which causes a new problem.
【０００６】従って、この発明の第２の目的は、ロボッ
トの座標軸上の位置決定に対する影響を可能な限り抑制
しつつ外力による衝撃を吸収、緩和する衝撃吸収機構を
備えた脚式歩行ロボットを提供することにある。Accordingly, a second object of the present invention is to provide a legged walking robot having a shock absorbing mechanism for absorbing and mitigating an impact due to an external force while minimizing the influence on position determination on the coordinate axis of the robot. Is to do.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ためにこの発明は例えば請求項１項に示す如く、基体
と、それに連結される複数本の可動脚部を備えた脚式歩
行ロボットにおいて、前記基体の底板と前記可動脚部を
支持する支持部材の間に弾性体を嵌装して衝撃吸収機構
を形成し、よって前記基体と可動脚部を前記衝撃吸収機
構を介して連結して相対変位自在として前記基体または
可動脚部に作用する外力による衝撃を吸収するように構
成した。According to the present invention, there is provided a legged walking robot having a base and a plurality of movable legs connected to the base. The bottom plate of the base and the movable leg
Shock absorbing mechanism by fitting an elastic body between supporting members
It is formed and thus was constituted the base body and the movable leg portion so as to absorb the impact caused by external forces acting on the base body or the movable legs and freely relative displacement linked via the shock absorbing mechanism.
【０００８】[0008]
【作用】基体と可動脚部とを弾性体からなる衝撃吸収機
構を介して連結したので、着地時などに可動脚部に路面
反力が大きく作用するときも、その外力を吸収する方向
に相対変位して衝撃を効果的に吸収、緩和することがで
きる。Since the base and the movable leg are connected via an impact absorbing mechanism made of an elastic body, even when a large road surface reaction force acts on the movable leg at the time of landing or the like, it is relatively movable in the direction of absorbing the external force. Displacement can effectively absorb and mitigate impact.
【０００９】[0009]
【実施例】以下、ロボットとして２足歩行脚式移動ロボ
ットを例にとってこの発明の実施例を説明する。図１は
そのロボット１を全体的に示す説明スケルトン図であ
り、左右それぞれの脚部に６個の関節（軸）を備える
（理解の便宜のために各関節（軸）をそれを駆動する電
動モータで例示する）。該６個の関節（軸）は上から順
に、腰の脚部回旋用の関節（軸）１０Ｒ，１０Ｌ（右側
をＲ、左側をＬとする。以下同じ）、腰のピッチ方向
（Ｘ方向）の関節（軸）１２Ｒ，１２Ｌ、同ロール方向
（Ｙ方向）の関節（軸）１４Ｒ，１４Ｌ、膝部のピッチ
方向の関節（軸）１６Ｒ，１６Ｌ、足首部のピッチ方向
の関節（軸）１８Ｒ，１８Ｌ、同ロール方向の関節
（軸）２０Ｒ，２０Ｌとなっており、その下部には足部
２２Ｒ，２２Ｌが取着されると共に、最上位には胴体部
（基体）２４が設けられる。上記において股関節は関節
（軸）１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）から
構成され、また足関節は、関節（軸）１８Ｒ（Ｌ），２
０Ｒ（Ｌ）から構成されると共に、脚部リンクは左右の
脚についてそれぞれ６つの自由度を与えられ、歩行中に
これらの６×２＝１２個の関節（軸）をそれぞれ適宜な
角度に駆動することで、脚全体に所望の動きを与えるこ
とができ、任意に３次元空間を歩行することができる様
に構成される。尚、股関節と膝関節との間は大腿リンク
２６Ｒ，２６Ｌで、膝関節と足関節との間は下腿リンク
２８Ｒ，２８Ｌで連結される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to a bipedal walking mobile robot as an example of a robot. FIG. 1 is an explanatory skeleton diagram showing the robot 1 as a whole, and has six joints (axes) on each of the right and left legs (for convenience of understanding, each joint (axis) is electrically driven to drive it). Motors). The six joints (axes) are, in order from the top, joints (axes) 10R and 10L for turning the leg of the hip (right side is R, left side is L. The same applies hereinafter), hip pitch direction (X direction). Joints (axis) 12R and 12L, joints (axis) 14R and 14L in the same roll direction (Y direction), joints (axis) 16R and 16L in the pitch direction of the knee, and joints (axis) 18R in the pitch direction of the ankle , 18L, and joints (axes) 20R, 20L in the same roll direction. Foot portions 22R, 22L are attached to lower portions thereof, and a body portion (base) 24 is provided at the uppermost position. In the above description, the hip joint is composed of joints (axis) 10R (L), 12R (L), 14R (L), and the ankle joint is joints (axis) 18R (L), 2R.
0R (L), and the leg link is provided with six degrees of freedom for the left and right legs, respectively, and drives these 6 × 2 = 12 joints (axes) to an appropriate angle during walking. By doing so, a desired movement can be given to the entire leg, and it is possible to walk in a three-dimensional space arbitrarily. The thigh links 26R and 26L connect between the hip joint and the knee joint, and the thigh links 28R and 28L connect between the knee joint and the ankle joint.
【００１０】図２以下を参照して上記した構成を具体的
に説明すると、胴体部２４は図２に示す様に、人の骨盤
に相当する腰板３０に適宜な手段でマウントされ、腰板
３０を介して左右の脚部は結合されてロボットの移動手
段を構成している。尚、図１に示した如く、股関節を含
む脚部は左右対称であるので、以下その内の一方につい
てのみ説明する。具体的には、図２において、腰板３０
の内部には第１のハーモニック減速機（商品名）３２が
あって、該減速機３２の入力軸にはプーリ３４が取着さ
れ、プーリ３４にはベルト３５を介して第１の電動モー
タ３６から駆動力が伝達される。減速機３２の入力軸が
回されると周知の如く、そのフレックスリング３８とサ
ーキュラスプラインのＳ側（固定側）４０とＤ側（駆動
側）４２との間に相対運動が生じて第１電動モータ３６
の回転が減速される。サーキュラスプラインのＳ側４０
は腰板３０に、Ｄ側４２は出力部材４４にボルト止めさ
れているので、第１電動モータ３６の回転に応じて腰板
３０と出力部材４４とは、前記した関節軸線１０を中心
として相対回転する。Referring to FIG. 2 et seq., The structure described above will be described in detail. As shown in FIG. 2, the torso 24 is mounted on a lumbar plate 30 corresponding to a human pelvis by appropriate means. The left and right legs are connected to each other to form a moving means of the robot. As shown in FIG. 1, since the legs including the hip joint are symmetrical, only one of the legs will be described below. Specifically, in FIG.
Is provided with a first harmonic reducer (trade name) 32, a pulley 34 is attached to an input shaft of the reducer 32, and a first electric motor 36 is connected to the pulley 34 via a belt 35. The driving force is transmitted from the motor. When the input shaft of the speed reducer 32 is turned, as is well known, relative movement occurs between the flex ring 38 and the S-side (fixed side) 40 and the D-side (drive side) 42 of the circular spline, and the first electric motor is driven. Motor 36
Rotation is reduced. S side 40 of the circular spline
Is bolted to the waist plate 30 and the D side 42 is bolted to the output member 44, so that the waist plate 30 and the output member 44 relatively rotate about the joint axis 10 in accordance with the rotation of the first electric motor 36. .
【００１１】出力部材４４にはその下部で第１のヨーク
部材５０がボルト止めされる。第１ヨーク部材の上部は
空洞５１になっていて第２の電動モータ５２を横向きに
収納している。第２電動モータ５２の出力は、ベルト５
４を介してその下方に位置する第２のハーモニック減速
機５６に入力される。第２ハーモニック減速機５６も第
１のものと同様に入力回転を減速して倍力し、そのサー
キュラスプラインのＤ側５８を駆動する。そのＳ側６０
は第１ヨーク部材５０の下部左側にボルト止めされてお
り、Ｄ側５８は第１ヨーク部材５０の下位に位置する大
腿リンク２６の上端部に出力部材６２を介して固定され
ているので、第２電動モータ５２の作動によって第１ヨ
ーク部材５０と大腿リンク２６とは相対回転し、図で大
腿リンク２６を前記した関節軸線１４（ロール軸）を中
心として相対回転させる。即ち、第１ヨーク部材５０の
下部はその右側で軸受部を構成しており、大腿リンク２
６を出力部材６２と共働して支持する。A lower part of the output member 44 is bolted to a first yoke member 50. The upper part of the first yoke member is a cavity 51 and houses the second electric motor 52 sideways. The output of the second electric motor 52 is
4 is input to a second harmonic reducer 56 located therebelow. The second harmonic reducer 56 also reduces the input rotation and boosts the power similarly to the first harmonic reducer 56, and drives the D side 58 of the circular spline. S side 60
Is bolted to the lower left side of the first yoke member 50, and the D side 58 is fixed to the upper end of the thigh link 26 located below the first yoke member 50 via the output member 62. (2) The first yoke member 50 and the thigh link 26 are relatively rotated by the operation of the electric motor 52, and the thigh link 26 is relatively rotated about the joint axis 14 (roll axis) described above. That is, the lower portion of the first yoke member 50 forms a bearing on the right side thereof, and the thigh link 2
6 is supported in cooperation with the output member 62.
【００１２】また図３（図２のIII −III 線断面図）に
明示する如く、大腿リンク２６の上部は第２のヨーク部
材７１を構成しており、そこにおいて左右のヨークに架
橋される形で第３のハーモニック減速機７２とそれにト
ルクを入力する第３の電動モータ７４とが横方向に直列
して配置される。この第３ハーモニック減速機７２のサ
ーキュラスプラインのＳ側７６は前記した第２出力部材
６２に結合されており、そのＤ側７８は第２ヨーク部材
７１に結合されていることから、第３電動モータ７４が
駆動されると、出力部材６２と第２ヨーク部材７１との
間に相対回転が生じ、図で大腿リンク２６を軸線１２
（ピッチ軸）を中心として回転運動させる。図から明ら
かな如く、腰部において軸線１０，１２，１４は相互に
直交しつつ１点で交差し、その角度位置を直交座標系の
変換で算出することができる様に構成される。尚、大腿
リンク２６の上端側には凹部７９が形成され、そこに第
４の電動モータ８０が収納され、その出力はベルト８２
を介して後で述べる膝関節に送られる。As shown in FIG. 3 (a sectional view taken along the line III-III in FIG. 2), the upper part of the thigh link 26 constitutes a second yoke member 71, where the upper part is bridged by the left and right yokes. Thus, a third harmonic reducer 72 and a third electric motor 74 for inputting torque thereto are arranged in series in the lateral direction. Since the S side 76 of the circular spline of the third harmonic reduction gear 72 is connected to the second output member 62 and the D side 78 is connected to the second yoke member 71, the third electric motor When the drive member 74 is driven, a relative rotation occurs between the output member 62 and the second yoke member 71, and the thigh link 26 is connected to the axis 12.
(Pitch axis). As is apparent from the figure, the axes 10, 12, and 14 intersect at a single point in the waist while intersecting each other at right angles, and their angular positions can be calculated by conversion of an orthogonal coordinate system. A concave portion 79 is formed on the upper end side of the thigh link 26, in which a fourth electric motor 80 is housed.
Is sent to the knee joint to be described later.
【００１３】ここで特徴的なことは、胴体部２４と脚部
リンクの腰板３０とを衝撃吸収機構２００を介して連結
したことにある。図４はその衝撃吸収機構２００を良く
示す要部拡大断面図であるが、図示の如く、胴体部２４
の底板２４０と脚部リンク側の腰板３０は所定以上の厚
みを有する部位で穿孔され、そこにボルト２０２が挿通
され、ワッシャ２０４，２０４を介してナット２０６で
締結され、底板２４０と腰板３０とは相互に連結され
る。ボルト２０２には円筒状のシャフト２０８が嵌めら
れると共に、その外周には円形状のゴムなどからなる弾
性体２１０が嵌められ、更にその外周には同様に円形状
の圧縮スプリング２１２が弾装される。また底板２４０
と腰板３０の穿孔面とシャフト２０８との間にはメタル
ブシュ（ドライブシュ）２１４，２１４が嵌装されて摩
耗を防止する。この構成において脚部リンクに着地時な
どに所定以上の外力が作用すると、腰板３０と底板２４
０とは想像線で示す如く相対変位するので、それによっ
て外力を吸収、緩和することができる。尚、ここで腰板
３０と底板２４０の所定以上の厚みを有する穿孔部にお
いてシャフト２０８を介して腰板３０と底板２４０とを
ボルト止めしているので、鉛直軸方向（Ｚ軸方向）にの
み相対変位、即ち上下動のみ行って衝撃を吸収、緩和す
る。換言すれば、Ｘ，Ｙ軸方向には変位しないことか
ら、ロボットの姿勢を不安定にすることがない。また後
述する如く、座標軸上の位置計算に支障を来すことがな
い。A characteristic feature is that the body 24 and the waist plate 30 of the leg link are connected via the shock absorbing mechanism 200. FIG. 4 is an enlarged sectional view of a main part of the shock absorbing mechanism 200, which shows the body 24 as shown.
The bottom plate 240 and the waist plate 30 on the leg link side are pierced at a portion having a predetermined thickness or more, a bolt 202 is inserted therethrough and fastened with a nut 206 via washers 204, 204, and the bottom plate 240 and the waist plate 30 are connected to each other. Are interconnected. A cylindrical shaft 208 is fitted to the bolt 202, an elastic body 210 made of a circular rubber or the like is fitted to the outer periphery thereof, and a circular compression spring 212 is also elastically mounted to the outer periphery thereof. . Also the bottom plate 240
Metal bushes (drive shoes) 214, 214 are fitted between the perforated surface of the waist plate 30 and the shaft 208 to prevent abrasion. In this configuration, when an external force exceeding a predetermined level acts on the leg link at the time of landing or the like, the waist plate 30 and the bottom plate 24
Since 0 is relatively displaced as indicated by the imaginary line, external force can thereby be absorbed and reduced. Here, since the waist plate 30 and the bottom plate 240 are bolted via the shaft 208 at the perforated portions of the waist plate 30 and the bottom plate 240 having a predetermined thickness or more, the relative displacement is made only in the vertical axis direction (Z-axis direction). That is, only the vertical movement is performed to absorb and reduce the impact. In other words, since there is no displacement in the X and Y axis directions, the posture of the robot does not become unstable. Further, as described later, there is no problem in calculating the position on the coordinate axis.
【００１４】次いで、膝関節について説明する。図５と
図６はその詳細を示す説明断面図である。図５において
前記した大腿リンク２６に配置された電動モータ８０か
らベルト８２を介して送られる出力は、膝関節１６にお
いて第４のハーモニック減速機８４の入力軸に入力され
る。入力されたモータ出力はそこで所定の倍率で減速さ
れ、減速された出力は一方ではサーキュラスプラインの
Ｓ側８６から後で述べる第２の衝撃吸収機構３００を介
して出力部材８８に伝達され、更にボルト９０でそれに
連結された大腿リンク２６に伝達されると共に、他方で
はそのＤ側９２からそれにボルト９４で固定される下腿
リンク２８に伝達され、大腿リンク２６と下腿リンク２
８とを図５において軸線１６を中心として紙面の前後方
向に相対変位させる。即ち、大腿リンク２６は下端の膝
関節位置で軸受部を構成しており、その内部に下腿リン
ク２８の上端を収容して回動自在に支持する。Next, the knee joint will be described. 5 and 6 are explanatory sectional views showing details thereof. In FIG. 5, the output sent from the electric motor 80 disposed on the thigh link 26 via the belt 82 is input to the input shaft of the fourth harmonic reducer 84 at the knee joint 16. The input motor output is then decelerated at a predetermined magnification, and the decelerated output is transmitted from the S side 86 of the circular spline to the output member 88 via a second shock absorbing mechanism 300 described later, and At 90, it is transmitted to the thigh link 26 connected thereto, while on the other hand it is transmitted from its D side 92 to the crus link 28, which is fixed to it by bolts 94, and the thigh link 26 and the crus link 2
8 are displaced relative to each other in the front-rear direction on the paper with the axis 16 as the center in FIG. That is, the thigh link 26 constitutes a bearing at the position of the knee joint at the lower end, and accommodates the upper end of the lower leg link 28 therein and rotatably supports it.
【００１５】ここで膝関節に設けられた第２の衝撃吸収
機構３００について説明する。ここで特徴的なことは、
図２と図３に示した構成においてはハーモニック減速機
のサーキュラスプラインのＳ側（あるいはＤ側）はそれ
に隣接する部材に強固に固定され、減速機出力が直ちに
伝達されるように構成されているのに対し、膝関節にお
いては減速機のサーキュラスプラインの一方、この場合
Ｓ側８６が隣接する出力部材８８にピン３０２を介して
連結されている点である。即ち、図６（図５のVI−VI線
断面図）に良く示すように、ピン３０２は長孔３０４内
に移動自在に収容され、長孔３０４内でピン３０２の両
側にはゴムなどからなる弾性体３０６が充填されてい
る。即ち、第４ハーモニック減速機８４のサーキュラス
プラインのＳ側８６の出力がピン３０２、長孔３０４、
弾性体３０６からなる衝撃吸収機構３００を介して出力
部材８８に伝達されるように構成される。尚、Ｓ側８６
と出力部材８８との間には摩耗防止のためにメタルブシ
ュ９６が介挿される。ここで、弾性体３０６の硬度を適
正に設定し、外力が生じない状態では、減速機出力は、
ピン３０２を図６に示す中央位置付近に位置させたま
ま、換言すれば弾性体３０６をほとんど変形させること
なく出力部材８８に伝達され、それに固定される大腿リ
ンク２６を、サーキュラスプラインの他方のＤ側９２を
介して駆動される下腿リンク２８に対してモータ出力に
比例する量だけ相対変位させると共に、着地時に大きな
路面反力が下腿リンク２８に作用したときは、ピン３０
２を長孔３０４内において弾性体３０６を変形させつつ
外力を吸収する方向に移動し、大腿リンク２６と下腿リ
ンク２８とを相対変位させる。よって、ピン３０２の変
位量に比例する量だけ外力を吸収して衝撃を緩和するこ
とができる。また、ここで強調されるべきことは、この
相対変位が関節１６の軸線を中心として行われるため、
座標系の位置決め計算に殆ど支障を来さないことであ
る。これについては後述する。Here, the second shock absorbing mechanism 300 provided at the knee joint will be described. What is unique here is that
In the structure shown in FIGS. 2 and 3 S side of the circular spline of a harmonic reduction gear (or D side) is firmly fixed to the members adjacent thereto, reduction gear output is configured to immediately be transmitted On the other hand, in the knee joint, one of the circular splines of the reduction gear, in this case, the S side 86 is connected to the adjacent output member 88 via the pin 302. That is, as best shown in FIG. 6 (VI-VI line sectional view of FIG. 5), the pin 302 is movably accommodated in elongated hole 304, formed of rubber or the like on both sides of the pin 302 in the long hole 304 The elastic body 306 is filled. That is, the output of the S side 86 of the circular spline of the fourth harmonic reducer 84 is the pin 302, the long hole 304,
Configured to be transmitted to the output member 88 via the shock-absorbing mechanism 300 made of an elastic body 306. The S side 86
A metal bush 96 is interposed between the motor and the output member 88 to prevent wear. Here, in a state where the hardness of the elastic body 306 is appropriately set and no external force is generated, the output of the speed reducer is
While the pin 302 is located near the center position shown in FIG. 6, in other words, the thigh link 26 which is transmitted to the output member 88 without substantially deforming the elastic body 306 and is fixed thereto is connected to the other D of the circular spline. When a large road surface reaction force is applied to the lower leg link 28 at the time of landing, the pin 30 is moved relative to the lower leg link 28 driven through the side 92.
2 moves in the direction in which the external force is absorbed while deforming the elastic body 306 in the elongated hole 304, and relatively displaces the thigh link 26 and the lower leg link 28. Therefore, it is possible to absorb an external force by an amount proportional to the displacement amount of the pin 302 and reduce the impact. Also, It should be emphasized, since this relative displacement is performed about the axis of the joint 16,
That is, it hardly hinders the calculation of the positioning of the coordinate system. This will be described later.
【００１６】更に下側について説明を続けると、膝関節
付近において下腿リンク２８に第５の電動モータ９８が
装着され、その出力はベルト１００を介して図７に示す
足関節に送られて第５のハーモニック減速機１０２に入
力され、足部２２を軸線１８（ピッチ軸）を中心として
回動する。またそれと直交配置された第６の電動モータ
（図示せず）とその出力を入力する第６のハーモニック
減速機１０４を介して足部２２を軸線２０（ロール軸）
を中心として回動する。足部２２の足裏面には路面との
摩擦力を増強するために弾性材１０６，１０６が貼りつ
けられると共に、踵部にはショックアブソーバ状の第３
の衝撃吸収機構４００が設けられる。Continuing with the description of the lower side, a fifth electric motor 98 is attached to the lower leg link 28 near the knee joint, and its output is sent to the ankle joint shown in FIG. , And the foot 22 rotates about the axis 18 (pitch axis). In addition, the foot 22 is connected to the axis 20 (roll axis) via a sixth electric motor (not shown) arranged orthogonally thereto and a sixth harmonic reducer 104 for inputting its output.
Around the center. Elastic materials 106, 106 are attached to the sole surface of the foot portion 22 in order to increase the frictional force with the road surface, and a shock absorber-like third heel portion is attached to the heel portion.
Is provided.
【００１７】図８はそれを良く示す図７の要部拡大断面
図であって、第３の衝撃吸収機構４００は、足部２２に
穿設された孔内に埋設され、足部２２に一体的に固定さ
れたシリンダ４０２と、その内部に摺動自在に収容され
たピストン４０４とを備える。即ち、シリンダ４０２に
はその下部が肉厚に形成されてそこに底部４０２ａが設
けられると共に、その中央付近は穿孔されてメタルブシ
ュ４０６が嵌められ、その内部にピストン４０４のロッ
ド４０４ａが挿通される。ロッド４０４ａの自由端はキ
ノコ状に拡径されて接地体４０４ｂが形成される。また
シリンダ４０２内においてピストン４０４の上部には圧
縮スプリング４０８が弾装され、ピストン４０４を図で
下方に付勢する。シリンダ４０２内には油などの作動流
体が充填される。作動油はピストン４０４に穿設された
通路４０４ｃを通ってピストン４０４で画成された上室
４０２ｂと下室４０２ｃとを流通する。尚、シリンダの
底部４０２ａのピストンロッド４０４ａの挿通路は液密
に形成される。FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of a main part of FIG. 7, which shows this well. The third shock absorbing mechanism 400 is embedded in a hole formed in the foot 22 and is integrated with the foot 22. A fixed cylinder 402 and a piston 404 slidably accommodated therein are provided. That is, the lower portion of the cylinder 402 is formed to be thick, and a bottom portion 402a is provided in the lower portion. A metal bush 406 is fitted around the center thereof, and the rod 404a of the piston 404 is inserted therein. The free end of the rod 404a is expanded in a mushroom shape to form a grounded body 404b. A compression spring 408 is elastically mounted on the upper part of the piston 404 in the cylinder 402 to urge the piston 404 downward in the drawing. The cylinder 402 is filled with a working fluid such as oil. The hydraulic oil flows through an upper chamber 402b and a lower chamber 402c defined by the piston 404 through a passage 404c formed in the piston 404. The insertion passage for the piston rod 404a at the bottom 402a of the cylinder is formed liquid-tight.
【００１８】この構成において、遊脚側の足部２２が着
地しようとすると、先ずピストン４０４の接地体４０４
ｂが路面に接触し、ピストン４０４をスプリング力に抗
して上方に駆動しようとする。このとき作動油は押圧さ
れて通路４０４ｃを通って上室４０２ｂから下室４０２
ｃに徐々に移動する。このスプリング力と流体抵抗とに
よって着地時にロボット１が受ける衝撃を吸収、緩和す
ることができる。尚、その後に離床するときは、ピスト
ン４０４はスプリング４０８によって初期位置に復帰さ
せられ、そのピストン４０４の復帰作用によって作動油
も上室４０２ｂに復帰させられて次の着地に備える。
尚、ここでシリンダ４０２の底部４０２ａは肉厚に形成
され、そこにピストンロッド４０４ａが液密に挿通され
る様に構成されているため、ピストンロッド４０４ａの
移動方向が規制され、ロボット１の着地姿勢を不安定に
することがない。In this configuration, when the foot 22 on the free leg side tries to land, first, the grounding body 404 of the piston 404
b comes into contact with the road surface and tries to drive the piston 404 upward against the spring force. At this time, the hydraulic oil is pressed and passes from the upper chamber 402b to the lower chamber 402 through the passage 404c.
Move gradually to c. The impact received by the robot 1 at the time of landing can be absorbed and reduced by the spring force and the fluid resistance. When the user subsequently leaves the bed, the piston 404 is returned to the initial position by the spring 408, and the hydraulic oil is also returned to the upper chamber 402b by the return action of the piston 404 to prepare for the next landing.
Here, the bottom portion 402a of the cylinder 402 is formed to be thick, and the piston rod 404a is configured to be inserted therethrough in a liquid-tight manner. Therefore, the moving direction of the piston rod 404a is restricted, and the landing of the robot 1 is stopped. Does not make the posture unstable.
【００１９】ここで図１に示したロボットの歩行制御動
作について簡単に説明すると、図２から図７に示したよ
うに、各電動モータにはその回転量を検出するロータリ
エンコーダ１１０，１１２，１１４，１１６，１１８，
１２０が配置され、その出力は胴体部２４内に配置され
る制御ユニット１３０（図１）に送出される。またロボ
ット１の足部２２には６軸力センサ１３２が設けられ、
足部を介してロボット１に伝達されるＸ，Ｙ，Ｚ方向の
力成分とその方向回りのモーメント成分とを検出し、足
部の着地の有無と支持脚に加わる力の大きさと方向とを
検出する。また胴体部２４の上部には一対の傾斜センサ
１３４，１３６が設置され、Ｘ−Ｚ，Ｙ−Ｚ平面内のＺ
軸に対する傾斜角速度を検出する。これらのセンサ出力
も制御ユニットに送られる。制御ユニット１３０はマイ
クロ・コンピュータ、電動モータ駆動回路などから構成
され、そのマイクロ・コンピュータにおいてＣＰＵは予
め設定された歩行データとセンサ出力から各関節の駆動
制御値を決定して電動モータ駆動回路に出力する。尚、
前記したように股関節と足関節において関節軸は直交配
置され、また膝関節を含む３本のピッチ軸はロボット１
がどのような動きを行おうと常に平行な位置関係にある
ので、各関節の位置を直交座標系で容易に算出できる構
成となっている。更に、胴体部２４には各電動モータ用
のバッテリなども収容される。Here, the walking control operation of the robot shown in FIG. 1 will be briefly described .
Cormorants to, each electric motor rotary encoder 110,112,114,116,118 for detecting the amount of rotation,
The output is sent to a control unit 130 (FIG. 1) located in the body 24. A six-axis force sensor 132 is provided on the foot 22 of the robot 1,
A force component in the X, Y, and Z directions transmitted to the robot 1 via the foot and a moment component around the direction are detected, and the presence or absence of landing of the foot and the magnitude and direction of the force applied to the support leg are determined. To detect. Further, a pair of inclination sensors 134 and 136 are installed on the upper part of the body part 24, and the inclination sensors 134 and 136 in the XZ and YZ planes
Detecting the tilt angular velocity against the axis. These sensor outputs are also sent to the control unit. The control unit 130 includes a microcomputer, an electric motor drive circuit, and the like. In the microcomputer, the CPU determines the drive control value of each joint from the preset walking data and the sensor output and outputs the value to the electric motor drive circuit. I do. still,
Joint axis in the hip joint and ankle joint, as described above are arranged orthogonally, and the pitch axes of three, including a knee joint robot 1
Are always in a parallel positional relationship no matter what kind of movement is performed, so that the position of each joint can be easily calculated in a rectangular coordinate system. Further, the body 24 also accommodates a battery for each electric motor and the like.
【００２０】この実施例は上記の如く構成したので、股
関節と膝関節と足部とに設けた第１ないし第３の衝撃吸
収機構を介して着地時などにロボット１に作用する衝撃
を効果的に吸収、緩和することができ、ロボット１の姿
勢の安定化に寄与すると共に、各関節に配置された減速
機、軸受部などにかかる負荷を低減することができ、ま
た特に第２の衝撃吸収機構３００の場合には遊脚の振り
回しによる慣性力をも吸収、緩和することができ、更に
胴体部２４内に収容した制御ユニットなどの精密電子部
品を衝撃から保護することができる。また第１の衝撃吸
収機構２００においては相対変位する方向をＺ軸方向に
規制すると共に、膝関節に設けた第２の衝撃吸収機構３
００においても膝関節１６の軸線を中心に相対変位する
ようにしたので、各関節の直交座標系での位置計算にほ
とんど影響を与えることがない。即ち、リンクの剛性を
低減して衝撃を吸収することも考えられるが、その場合
には各関節の実際の位置が算出値から大きく異なる恐れ
がある。しかし上記した実施例の場合には実際値とのず
れがほとんど生じることがない。Since this embodiment is constructed as described above, the impact acting on the robot 1 at the time of landing or the like via the first to third shock absorbing mechanisms provided at the hip joint, the knee joint and the foot can be effectively reduced. And contributes to stabilization of the posture of the robot 1 and reduces the load on the reduction gears, bearings, and the like disposed at each joint, and in particular, the second shock absorption In the case of the mechanism 300, the inertial force due to swinging of the free leg can be absorbed and reduced, and the precision electronic components such as the control unit housed in the body 24 can be protected from impact. In the first shock absorbing mechanism 200, the direction of relative displacement is restricted in the Z-axis direction, and the second shock absorbing mechanism 3
Relatively displaced about the axis of the knee joint 16 even 00
As a result , the position calculation of each joint in the rectangular coordinate system is hardly affected. That is, it is conceivable to absorb the impact by reducing the stiffness of the link, in which case the actual position of each joint is likely largely differ from the calculated value. However, in the case of the embodiment described above, there is almost no deviation from the actual value.
【００２１】更に、第１ないし第３の３つの衝撃吸収機
構を全て設けた例を示したが、そのうちの１つまたは２
つのみ使用し、例えば膝関節に第２の衝撃吸収機構３０
０のみを設けても良いことは言うまでもない。また第
１、第２の衝撃吸収機構２００，３００の弾性体２１
０，３０６の素材としてゴムを例示したが、それに限ら
れるものではなく、粘性特性を備えたものであればどの
様なものでも良い。また第１の衝撃吸収機構２００にお
いて弾性体２１０の回周に圧縮スプリング２１２を配置
したが、それがなくてもバネダンパ系が構成されている
ので、このスプリングの配置を省略しても良い。また第
２の衝撃吸収機構３００を減速機のサーキュラスプライ
ンのＳ側に連結したが、Ｄ側に連結しても良い。Furthermore, an example is shown in which all of the first to third three shock absorbing mechanisms are provided, but one or two of them are provided.
One, for example, a second shock absorbing mechanism 30
It goes without saying that only 0 may be provided. The elastic body 21 of the first and second shock absorbing mechanisms 200 and 300
Although rubber is exemplified as the material 0, 306, the material is not limited to rubber, and any material having viscosity characteristics may be used. Further, in the first shock absorbing mechanism 200, the compression spring 212 is arranged around the elastic body 210. However, since the spring damper system is formed without the compression spring, the arrangement of the spring may be omitted. Although the second shock absorbing mechanism 300 is connected to the S side of the circular spline of the speed reducer, it may be connected to the D side.
【００２２】図９はこの発明の第２の実施例を示す、図
５に類似する膝の関節構造の要部断面図である。この場
合には図６に示した膝関節に配置した第２の衝撃吸収機
構３００においてピン３０２の初期位置を長孔３０４の
時計方向の終端位置に寄せる様に弾性体３０６ａを充填
したものである。この例の場合には図に矢印で示す方向
に対してのみ大腿リンク２６と下腿リンク２８とを相対
変位させることができる。よって衝撃を吸収する方向は
限定されるが、ピン３０２の移動距離が大きくなって衝
撃の吸収量が増加する。FIG. 9 is a sectional view of a principal part of a knee joint structure similar to FIG. 5, showing a second embodiment of the present invention. In this case, the elastic body 306a is filled so that the initial position of the pin 302 is brought closer to the clockwise end position of the elongated hole 304 in the second shock absorbing mechanism 300 arranged at the knee joint shown in FIG. . In the case of this example, the thigh link 26 and the lower leg link 28 can be relatively displaced only in the direction indicated by the arrow in the figure. Therefore, the direction in which the shock is absorbed is limited, but the moving distance of the pin 302 increases and the amount of shock absorption increases.
【００２３】図１０はこの発明の第３の実施例を示す、
図５に類似する膝の関節構造の要部断面図である。この
場合には、第２実施例の場合とは逆に、図６に示した膝
関節に配置した第２の衝撃吸収機構３００においてピン
３０２の初期位置を長孔３０４の反時計方向の終端位置
に寄せる様に弾性体３０６ｂを充填したものである。衝
撃を吸収する方向が逆になる点を除き、効果は第２実施
例と異ならない。FIG. 10 shows a third embodiment of the present invention.
It is principal part sectional drawing of the joint structure of the knee similar to FIG. In this case, contrary to the case of the second embodiment, the initial position of the pin 302 in the second shock absorbing mechanism 300 arranged at the knee joint shown in FIG. Is filled with an elastic body 306b. The effect is the same as that of the second embodiment except that the direction of absorbing the shock is reversed.
【００２４】図１１はこの発明の第４の実施例を示す、
図５に類似する膝の関節構造の要部断面図である。図１
１を参照して説明すると、この実施例においては膝関節
に配置された第２の衝撃吸収機構３００において、長孔
３０４とピン３０２により形成される孔よりも大きなサ
イズの弾性体３０６ｃが、適正な予圧を加えられて圧縮
された上で長孔３０４内のピン３０２の両側に設置され
ている。これにより、設置後の弾性体３０６ｃの荷重−
変形量の特性は図１２に実線で示す様なものとなり（図
１２中、破線で示すのは予圧を加えないときの特性であ
る。）、弾性体３０６ｃは所定値以上の負荷が加わった
ときだけ変形して外力を吸収する様にした。FIG. 11 shows a fourth embodiment of the present invention.
It is principal part sectional drawing of the joint structure of the knee similar to FIG. FIG.
Referring to FIG. 1, in the present embodiment, in the second shock absorbing mechanism 300 disposed at the knee joint, an elastic body 306c having a size larger than the hole formed by the elongated hole 304 and the pin 302 is appropriately used. After being compressed by applying an appropriate preload, it is installed on both sides of the pin 302 in the elongated hole 304. Thereby, the load of the elastic body 306c after the installation is-
The characteristic of the amount of deformation is as shown by the solid line in FIG. 12 (the broken line in FIG. 12 is the characteristic when no preload is applied), and the elastic body 306c is subjected to a load greater than a predetermined value. Only deformed to absorb external force.
【００２５】図１３はこの発明の第５の実施例を示す、
図５に類似する膝の関節構造の要部断面図である。この
実施例においては、膝関節に配置された第２の衝撃吸収
機構３００において、長孔３０４ｄとピン３０２ｄとを
図示の様な断面形状として、ピン３０２ｄの両側に配置
される弾性体３０６ｄをコイルスプリングをもって構成
した。効果は第１実施例と同様である。尚、コイルスプ
リングに代えて皿ばねを用いても良い。FIG. 13 shows a fifth embodiment of the present invention.
It is principal part sectional drawing of the joint structure of the knee similar to FIG. In this embodiment, in the second shock absorbing mechanism 300 arranged at the knee joint, the elongated hole 304d and the pin 302d are formed in a cross-sectional shape as shown, and the elastic bodies 306d arranged on both sides of the pin 302d are coiled. It was configured with a spring. The effects are the same as in the first embodiment. Incidentally, a disc spring may be used instead of the coil spring.
【００２６】図１４はこの発明の第６の実施例を示す、
腰の脚部回旋用の関節の構造を示す図３と同様の要部断
面図である。この実施例においては、第１実施例に示し
た第１の衝撃吸収機構２００、第２の衝撃吸収機構３０
０、第３の衝撃吸収機構４００に加え、第１実施例の第
２の衝撃吸収機構３００と類似する構造を有する第４の
衝撃吸収機構５００を腰の脚部回旋用の関節に配置し
た。FIG. 14 shows a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a principal part, similar to FIG. 3, showing a structure of a joint for turning the waist leg. In this embodiment, the first shock absorbing mechanism 200 and the second shock absorbing mechanism 30 shown in the first embodiment are used.
In addition to the third and third shock absorbing mechanisms 400, a fourth shock absorbing mechanism 500 having a structure similar to that of the second shock absorbing mechanism 300 of the first embodiment is arranged at the joint for turning the waist leg.
【００２７】この実施例における第４の衝撃吸収機構５
００を備えた腰の脚部回旋用の関節について説明する。
図１４において、第１実施例で述べた如く、腰板３０の
内部には第１のハーモニック減速機（商品名）３２があ
って、該減速機３２の入力軸にはプーリ３４が取着さ
れ、プーリ３４にはベルト３５を介して第１の電動モー
タ３６（図示省略）から駆動力が伝達される。減速機３
２の入力軸が回されると周知の如く、そのフレックスリ
ング３８とサーキュラスプラインのＳ側（固定側）５０
４とＤ側（駆動側）４２との間に相対運動が生じて第１
電動モータ３６の回転が減速される。サーキュラスプラ
インのＳ側５０４はピン５１０、出力部材５０２を介し
て腰板３０に連結され、Ｄ側４２は出力部材４４にボル
ト止めされているので、第１電動モータ３６の回転に応
じて腰板３０と出力部材４４とは、関節軸線１０を中心
として相対回転する。ここで特徴的なことは、図２と図
３に示した第１実施例の構成においてはハーモニック減
速機のサーキュラスプラインのＳ側（あるいはＤ側）は
それに隣接する部材に強固に固定され、減速機出力が直
ちに伝達される様に構成されているのに対し、本実施例
の腰の脚部回旋用の関節においては減速機のサーキュラ
スプラインの一方、この場合Ｓ側５０４が隣接する出力
部材５０２にピン５１０を介して連結されている点であ
る。即ち、第１実施例の膝関節に設けられた第２の衝撃
吸収機構３００についての図６と同様に、ピン５１０は
長孔内に移動自在に収容され、長孔内でピン５１０の両
側にはゴムなどからなる弾性体が充填されている。即
ち、第１のハーモニック減速機３２のサーキュラスプラ
インのＳ側５０４の出力が、ピン５１０、長孔、弾性体
からなる衝撃吸収機構５００を介して出力部材５０２に
伝達される様に構成される。尚、Ｓ側５０４と出力部材
５０２との間には摩耗防止のためにメタルブシュ５０６
が介挿される。Fourth shock absorbing mechanism 5 in this embodiment
The joint for turning the waist provided with 00 is described.
In FIG. 14, as described in the first embodiment, a first harmonic reducer (trade name) 32 is provided inside the waist plate 30, and a pulley 34 is attached to an input shaft of the reducer 32. A driving force is transmitted to the pulley 34 from a first electric motor 36 (not shown) via a belt 35. Reduction gear 3
When the input shaft 2 is turned, the flex ring 38 and the S-side (fixed side) 50 of the circular spline are well known.
4 and the D side (drive side) 42, a relative motion occurs and the first
The rotation of the electric motor 36 is reduced. Since the S side 504 of the circular spline is connected to the lumbar board 30 via the pin 510 and the output member 502, and the D side 42 is bolted to the output member 44, the S side 504 is connected to the lumbar board 30 according to the rotation of the first electric motor 36. The output member 44 rotates relative to the joint axis 10. What is characteristic here is that in the configuration of the first embodiment shown in FIGS. 2 and 3, the S side (or D side) of the circular spline of the harmonic reducer is firmly fixed to a member adjacent thereto, and the speed is reduced. While the output of the machine is configured to be transmitted immediately, in the joint for turning the waist leg of this embodiment, one of the circular splines of the speed reducer, in this case, the S side 504 is adjacent to the output member 502. Are connected to each other via a pin 510. That is, similarly to FIG. 6 for the second shock absorbing mechanism 300 provided at the knee joint of the first embodiment, the pin 510 is movably accommodated in the elongated hole, and is provided on both sides of the pin 510 in the elongated hole. Is filled with an elastic body made of rubber or the like. That is, the output of the S side 504 of the circular spline of the first harmonic reducer 32 is transmitted to the output member 502 via the shock absorbing mechanism 500 including the pin 510, the long hole, and the elastic body. Note that a metal bush 506 is provided between the S side 504 and the output member 502 to prevent wear.
Is inserted.
【００２８】ここで、弾性体の硬度を適正に設定し、外
力が生じない状態では、減速機出力は、ピン５１０をそ
の初期位置付近に位置させたまま、換言すれば弾性体を
ほとんど変形させることなく出力部材５０２に伝達さ
れ、それに固定される腰板３０を、サーキュラスプライ
ンの他方のＤ側４２、出力部材４４を介して駆動される
第１ヨーク部材以下の脚部リンクに対してモータ出力に
比例する量だけ相対変位させると共に、着地時に大きな
路面反力（関節軸線１０回りのモーメント）が脚部リン
クに作用したときは、ピン５１０を長孔内において弾性
体を変形させつつ外力を吸収する方向に移動し、腰板３
０と第１ヨーク部材以下の脚部リンクとを相対変位させ
る。よって、ピン５１０の変位量に比例する量だけ外力
を吸収して衝撃を緩和することができる。また、第１実
施例の第２の衝撃吸収機構３００と同様に、この相対変
位は関節軸線１０を中心として行われるため、座標系の
位置決め計算に殆ど支障を来さない。Here, when the hardness of the elastic body is properly set and no external force is generated, the output of the reduction gear causes the elastic body to be almost deformed while the pin 510 is located near its initial position. The waist plate 30, which is transmitted to the output member 502 without being fixed thereto, is connected to the other D side 42 of the circular spline and the leg link below the first yoke member driven through the output member 44 to output the motor. In addition to the relative displacement by a proportional amount, when a large road surface reaction force (moment about the joint axis 10) acts on the leg link at the time of landing, the pin 510 absorbs the external force while deforming the elastic body in the elongated hole. Move in the direction
0 and the leg links below the first yoke member are relatively displaced. Therefore, the external force can be absorbed by an amount proportional to the displacement amount of the pin 510, and the impact can be reduced. Further, similarly to the second shock absorbing mechanism 300 of the first embodiment, since this relative displacement is performed about the joint axis 10, there is almost no hindrance to the calculation of the positioning of the coordinate system.
【００２９】尚、上記において、第１実施例では第１の
衝撃吸収機構２００、第２の衝撃吸収機構３００、第３
の衝撃吸収機構４００を組み合わせて用い、また第６実
施例では、これらにさらに第４の衝撃吸収機構５００に
加えて構成したが、本発明に係る衝撃吸収機構を備えた
脚式歩行ロボットはこの構成に限られるものではない。
上記の組み合わせ以外の任意の複数の衝撃吸収機構の組
み合わせとしても良いし、また任意の１つの衝撃吸収機
構のみを用いても良い。In the first embodiment, the first shock absorbing mechanism 200, the second shock absorbing mechanism 300,
In the sixth embodiment, the leg-type walking robot provided with the shock absorbing mechanism according to the present invention is constructed by adding the fourth shock absorbing mechanism 500 to the legged walking robot. It is not limited to the configuration.
Any combination of a plurality of shock absorbing mechanisms other than the above combination may be used, or only one arbitrary shock absorbing mechanism may be used.
【００３０】最後に、上記した衝撃吸収機構に関するテ
スト結果を図１５、図１６、図１７に示す。図１５は衝
撃吸収機構を持たない場合の上下方向床反力のテスト結
果である。この場合、最大で２５０ｋｇｆの上下方向床
反力が作用しており、これはロボットの自重の３８５％
に相当する。図１６は本発明の第１実施例の第１の衝撃
吸収機構２００を設けた場合のテスト結果であり、この
場合最大で１４７ｋｇｆの上下方向床反力が作用してお
り、これはロボットの自重の２２５パーセントに相当す
る。図１７は第１実施例で示した第３の衝撃吸収機構４
００を設けた場合のテスト結果であり、この場合最大で
１３４ｋｇｆの上下方向床反力が作用しており、これは
ロボットの自重の２０４パーセントに相当する。以上の
テスト結果より、本発明に係る衝撃吸収機構が効果的に
衝撃を吸収、緩和していることが確認できる。更に、複
数種の衝撃吸収機構を併用して用いる場合は、一層効果
的にロボットに作用する衝撃が吸収、緩和される。Finally, FIG. 15, FIG. 16, and FIG. 17 show test results on the above-described shock absorbing mechanism. FIG. 15 shows a test result of the floor reaction force in the vertical direction without the shock absorbing mechanism. In this case, a vertical floor reaction force of a maximum of 250 kgf acts, which is 385% of the robot's own weight.
Is equivalent to FIG. 16 shows a test result in the case where the first shock absorbing mechanism 200 of the first embodiment of the present invention is provided. In this case, a maximum floor reaction force of 147 kgf acts on the robot in the vertical direction. 225% of FIG. 17 shows the third shock absorbing mechanism 4 shown in the first embodiment.
This is a test result when 00 is provided. In this case, a vertical floor reaction force of 134 kgf at maximum is acting, which corresponds to 204% of the robot's own weight. From the above test results, it can be confirmed that the shock absorbing mechanism according to the present invention has effectively absorbed and reduced the shock. Further, when a plurality of types of impact absorbing mechanisms are used in combination, the impact acting on the robot is more effectively absorbed and reduced.
【００３１】尚、上記した実施例においてこの発明を２
足歩行の脚式歩行ロボットについて説明したが、それに
限られるものではなく、この発明は産業用ロボットと総
称される据え付け型のロボットにも妥当すると共に、３
足以上の脚式歩行ロボットにも妥当するものである。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment.
Although the description has been given of the legged walking robot of the legged walking, the invention is not limited thereto. The present invention is also applicable to an installation type robot generally called an industrial robot.
This is also applicable to a legged walking robot having more than two feet.
【００３２】[0032]
【発明の効果】請求項１項にあっては、基体と、それに
連結される複数本の可動脚部を備えた脚式歩行ロボット
において、前記基体の底板と前記可動脚部を支持する支
持部材の間に弾性体を嵌装して衝撃吸収機構を形成し、
よって前記基体と可動脚部を前記衝撃吸収機構を介して
連結して相対変位自在として前記基体または可動脚部に
作用する外力による衝撃を吸収するように構成したの
で、着地時などにロボットに大きく作用する路面反力を
有効に吸収、緩和することができ、またロボットの姿勢
を崩すことがない。According to the first aspect of the present invention, in a legged walking robot having a base and a plurality of movable legs connected thereto, a support for supporting the bottom plate of the base and the movable legs.
An impact absorbing mechanism is formed by fitting an elastic body between the holding members,
Thus since it is configured to absorb impact caused by external forces acting in freely relative displacement of the base body and the movable legs linked via the shock absorbing mechanism to the substrate or the movable legs, the robot, such as during landing It can effectively absorb and alleviate the road surface reaction force that acts greatly, and does not disturb the posture of the robot.
【００３３】請求項２項の脚式歩行ロボットにあって
は、前記相対変位が、鉛直軸線方向の相対変位である様
に構成したので、相対変位する方向を規制することとな
って前記ロボットの座標軸上の位置計算に支障を来すこ
とがない。In the legged walking robot according to the second aspect, the relative displacement is a relative displacement in the vertical axis direction, so that the direction of the relative displacement is regulated, and It does not hinder the calculation of the position on the coordinate axes.
【００３４】請求項３項にあっては、基体と、それに連
結され、大腿リンクと下腿リンクが膝関節で連結される
複数本の可動脚部を備えた脚式歩行ロボットにおいて、
前記膝関節を、軸線を中心に放射状に長孔が複数個穿設
された部材と、前記長孔内に移動自在に収容されるピン
とから構成し、前記大腿リンクと下腿リンクの一方を前
記部材に接続されると共に、その他方を前記ピンに接続
し、さらに前記長孔内において前記ピンの両側に弾性体
を充填して衝撃吸収機構を形成し、よって前記大腿リン
クと下腿リンクを前記衝撃吸収機構を介して連結して相
対変位自在として前記大腿リンクと下腿リンクのいずれ
かに作用する外力による衝撃を吸収するように構成した
ので、前記可動脚部に着地時などに大きく作用する路面
反力または遊脚の振り回し動作による慣性力などの外力
による衝撃が作用しても有効に吸収、緩和することがで
き、またロボットの姿勢を崩すことがない。According to a third aspect of the present invention, the base and the base are connected to each other.
The thigh link and the lower leg link are connected at the knee joint
In the legged walking robot example Bei the movable leg of the plurality of,
A plurality of long holes are drilled in the knee joint radially around the axis.
And a pin movably accommodated in the elongated hole
One of the thigh link and the lower leg link
And the other end is connected to the pin
And an elastic body is provided on both sides of the pin in the slot.
Any of by filling to form a shock absorbing mechanism, thus the femoral phosphorus <br/> click and shank link and freely coupled relative displacement via the shock absorbing mechanism of the thigh link and the crus link
Since it is configured to absorb impact caused by external forces acting on either also act impact by an external force such as an inertial force by the movable legs swinging of the road surface reaction force or the free leg acting greatly, such as during landing It can be effectively absorbed and relaxed and does not break the posture of the robot.
【００３５】請求項４項の脚式歩行ロボットにあって
は、前記大腿リンクと下腿リンクの相対変位が、前記膝
関節の軸線を中心とする相対変位であるように構成した
ので、前記関節の座標軸上の位置計算に支障を来すこと
がない。[0035] In the legged walking robot according to claim 4, wherein, since the relative displacement of said thigh link and the crus link was configured to be a relative displacement about the axis of the knee <br/> joint The calculation of the position of the joint on the coordinate axis is not hindered.
【００３６】請求項５項にあっては、前記可動脚部の先
端に、前記可動脚部に固定されたシリンダとその内部に
摺動自在に収容されたピストンとからなる衝撃吸収機構
を設け、着地時にピストンのロッドの自由端を接地せし
めてピストンを作動流体に抗してシリンダ内で摺動さ
せ、着地時に前記ロボットに作用する外力による衝撃を
吸収するように構成したので、着地時に大きく路面反力
が作用してもその衝撃を有効に吸収、緩和することがで
き、またロボットの姿勢を崩すことがない。According to a fifth aspect of the present invention, a shock absorbing mechanism comprising a cylinder fixed to the movable leg and a piston slidably housed inside the cylinder is provided at the tip of the movable leg, and allowed ground free end of the piston rod during landing against the piston to the working fluid to slide in the cylinder, since it is configured so as to absorb the impact by an external force acting on the robot during landing, large road surface during landing Even if a reaction force acts, the impact can be effectively absorbed and mitigated, and the posture of the robot is not lost.
【００３７】請求項６項の脚式歩行ロボットにあって
は、前記シリンダ内に、前記ピストンの摺動方向を規制
する手段を設ける様に構成したので、ロボットの座標軸
上の位置計算に支障を来すことがなく、またロボットの
姿勢を崩すことがない。In the legged walking robot according to the sixth aspect, the means for regulating the sliding direction of the piston is provided in the cylinder, so that the calculation of the position on the coordinate axis of the robot is hindered. It does not come and does not break the posture of the robot.
【図１】この発明に係る脚式歩行ロボットを全体的に示
す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing an entire legged walking robot according to the present invention.
【図２】図１に示す脚式歩行ロボットの腰部の関節構造
の詳細を示す説明断面図である。FIG. 2 is an explanatory sectional view showing details of a joint structure of a waist of the legged walking robot shown in FIG. 1;
【図３】図２のIII −III 線断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2;
【図４】図１に示す脚式歩行ロボットの第１の衝撃吸収
機構を詳細に示す図２の要部拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged sectional view of a main part of FIG. 2 showing in detail a first shock absorbing mechanism of the legged walking robot shown in FIG. 1;
【図５】図１に示す脚式歩行ロボットの膝の関節構造を
詳細に示す説明断面図である。FIG. 5 is an explanatory sectional view showing in detail a joint structure of a knee of the legged walking robot shown in FIG. 1;
【図６】図５のVI−VI線断面図であって図１に示す脚式
歩行ロボットの第２の衝撃吸収機構を詳細に示す断面図
である。6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI of FIG. 5, and is a cross-sectional view showing in detail a second shock absorbing mechanism of the legged walking robot shown in FIG. 1;
【図７】図１に示す脚式歩行ロボットの足部の構造を詳
細に示す説明断面図である。FIG. 7 is an explanatory sectional view showing in detail a foot structure of the legged walking robot shown in FIG. 1;
【図８】図７に示す足部に設けられた第３の衝撃吸収機
構を詳細に示す要部拡大断面図である。8 is an enlarged sectional view of a main part showing in detail a third shock absorbing mechanism provided on the foot shown in FIG. 7;
【図９】この発明の第２の実施例を示す図５に類似する
膝の関節構造の要部断面図である。FIG. 9 is a sectional view of a principal part of a knee joint structure similar to FIG. 5, showing a second embodiment of the present invention;
【図１０】この発明の第３の実施例を示す図９と同様の
膝の関節構造の要部断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a main part of a knee joint structure similar to FIG. 9 showing a third embodiment of the present invention.
【図１１】この発明の第４の実施例を示す図９の膝の関
節構造の要部断面図に類似する説明図である。FIG. 11 is an explanatory view similar to a cross-sectional view of a main part of the knee joint structure of FIG. 9 showing a fourth embodiment of the present invention.
【図１２】この発明の第４の実施例に用いられる弾性体
の特性を表す説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram showing characteristics of an elastic body used in a fourth embodiment of the present invention.
【図１３】この発明の第５の実施例を示す図９と同様の
膝の関節構造の要部断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of a main part of a knee joint structure similar to FIG. 9 showing a fifth embodiment of the present invention.
【図１４】この発明の第６の実施例を示す、第４の衝撃
吸収機構を詳細に示す断面図である。FIG. 14 is a sectional view showing a fourth shock absorbing mechanism in detail, showing a sixth embodiment of the present invention.
【図１５】衝撃吸収機構を持たない場合に作用する衝撃
（上下方向床反力）のテスト結果を示すデータである。FIG. 15 is data showing a test result of an impact (vertical floor reaction force) acting without an impact absorbing mechanism.
【図１６】この発明に係る第１の衝撃吸収機構の衝撃
（上下方向床反力）吸収テスト結果を示すデータであ
る。FIG. 16 is data showing an impact (vertical floor reaction force) absorption test result of the first impact absorbing mechanism according to the present invention.
【図１７】この発明に係る第３の衝撃吸収機構の衝撃
（上下方向床反力）吸収テスト結果を示すデータであ
る。FIG. 17 is data showing an impact (vertical floor reaction force) absorption test result of the third impact absorbing mechanism according to the present invention.
１ 脚式歩行ロボット（２足歩行ロボ
ット） １０Ｒ，１０Ｌ 脚部回旋用の関節（軸） １２Ｒ，１２Ｌ 股部のピッチ方向の関節（軸） １４Ｒ，１４Ｌ 股部のロール方向の関節（軸） １６Ｒ，１６Ｌ 膝部のピッチ方向の関節（軸） １８Ｒ，１８Ｌ 足首部のピッチ方向の関節（軸） ２０Ｒ，２０Ｌ 足首部のロール方向の関節（軸） ２２Ｒ，２２Ｌ 足部 ２４ 胴体部 ２００，３００，４００ 第１ないし第３の衝撃吸収機
構 ２１０，３０６ 弾性体 ４０２ シリンダ ４０４ ピストン ４０４ａ ピストンロッド ４０４ｂ 接地体1 legged walking robot (bipedal walking robot) 10R, 10L leg rotation joint (axis) 12R, 12L crotch pitch direction joint (axis) 14R, 14L crotch roll direction joint (axis) 16R , 16L Joints in the pitch direction of the knee (axis) 18R, 18L Joints in the pitch direction of the ankle (axis) 20R, 20L Joints in the roll direction of the ankle (axis) 22R, 22L Feet 24 Torso 200, 300, 400 First to third shock absorbing mechanisms 210, 306 Elastic body 402 Cylinder 404 Piston 404a Piston rod 404b Grounding body
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼橋 秀明 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (72)発明者 高橋 忠伸 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (56)参考文献 実開 平４−83587（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−94088（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−81325（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−125232（ＪＰ，Ｕ) 実用新案登録2532940（ＪＰ，Ｙ２) 特公 昭48−39425（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B25J 5/00 B25J 19/00 F16H 15/12,15/136 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor ▲ Taka ▼ Hashiaki 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Prefecture Inside Honda R & D Co., Ltd. (72) Tadanobu Takahashi 1-4-4 Chuo, Wako-shi, Saitama No. 1 Inside Honda R & D Co., Ltd. (56) References JP-A 4-83587 (JP, U) JP 2-94088 (JP, U) JP-A 60-81325 (JP, U) JP 2 -125232 (JP, U) Utility model registration 2532940 (JP, Y2) JP 48-39425 (JP, B1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B25J 5/00 B25J 19 / 00 F16H 15 / 12,15 / 136
Claims (6)
脚部を備えた脚式歩行ロボットにおいて、前記基体の底
板と前記可動脚部を支持する支持部材の間に弾性体を嵌
装して衝撃吸収機構を形成し、よって前記基体と可動脚
部を前記衝撃吸収機構を介して連結して相対変位自在と
して前記基体または可動脚部に作用する外力による衝撃
を吸収するように構成したことを特徴とする脚式歩行ロ
ボット。1. A legged walking robot having a base and a plurality of movable legs connected to the base , wherein a bottom of the base is provided.
An elastic body is fitted between the plate and the supporting member supporting the movable leg.
To form a shock-absorbing mechanism.
Part of and <br/> freely linked relative displacement via the shock absorbing mechanism legged walking robot, characterized by being configured to absorb impact caused by external forces acting on the base body or the movable legs .
位であることを特徴とする請求項１項記載の脚式歩行ロ
ボット。2. The legged walking robot according to claim 1, wherein the relative displacement is a relative displacement in a vertical axis direction.
下腿リンクが膝関節で連結される複数本の可動脚部を備
えた脚式歩行ロボットにおいて、前記膝関節を、軸線を
中心に放射状に長孔が複数個穿設された部材と、前記長
孔内に移動自在に収容されるピンとから構成し、前記大
腿リンクと下腿リンクの一方を前記部材に接続されると
共に、その他方を前記ピンに接続し、さらに前記長孔内
において前記ピンの両側に弾性体を充填して衝撃吸収機
構を形成し、よって前記大腿リンクと下腿リンクを前記
衝撃吸収機構を介して連結して相対変位自在として前記
大腿リンクと下腿リンクのいずれかに作用する外力によ
る衝撃を吸収するように構成したことを特徴とする脚式
歩行ロボット。 3. A substrate, coupled thereto, a thigh link
In the legged walking robot example Bei <br/> the movable leg of the plurality of the lower link is connected by a knee joint, the knee joint, the axis
A member having a plurality of elongated holes radially formed at the center thereof;
A pin movably housed in the hole.
When one of the thigh link and the lower leg link is connected to the member
In both cases, connect the other end to the pin, and
The elastic body is filled on both sides of the pin in the shock absorber
Structure is formed, thus the to freely relative displacement of said thigh link and the crus link connected via the <br/> shock absorbing mechanism
Legged walking robot, characterized by being configured to absorb impact caused by external forces acting on any of the thigh link and the crus link.
が、前記膝関節の軸線を中心とする相対変位であること
を特徴とする請求項３項記載の脚式歩行ロボット。4. The legged walking robot according to claim 3, wherein the relative displacement between the thigh link and the lower leg link is a relative displacement about the axis of the knee joint.
固定されたシリンダとその内部に摺動自在に収容された
ピストンとからなる衝撃吸収機構を設け、着地時にピス
トンのロッドの自由端を接地せしめてピストンを作動流
体に抗してシリンダ内で摺動させ、着地時に前記ロボッ
トに作用する外力による衝撃を吸収するように構成した
ことを特徴とする請求項１項または３項記載の脚式歩行
ロボット。 5. A shock absorbing mechanism comprising a cylinder fixed to the movable leg and a piston slidably housed inside the movable leg is provided at the tip of the movable leg, and the rod of the piston is free when the piston lands. against the piston to the working fluid caused to ground the ends to slide in the cylinder, according to claim 1, wherein or 3 wherein wherein the configured to absorb impact caused by external forces acting on the robot at landing Legged walking robot.
方向を規制する規制手段を設けたことを特徴とする請求
項５項記載の脚式歩行ロボット。6. The legged walking robot according to claim 5, wherein a regulating means for regulating a sliding direction of the piston is provided in the cylinder.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP13625692A JP3270767B2 (en) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | Legged walking robot with shock absorbing mechanism |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP13625692A JP3270767B2 (en) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | Legged walking robot with shock absorbing mechanism |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05305578A JPH05305578A (en) | 1993-11-19 |
| JP3270767B2 true JP3270767B2 (en) | 2002-04-02 |
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ID=15170935
Family Applications (1)
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| JP13625692A Expired - Lifetime JP3270767B2 (en) | 1992-04-20 | 1992-04-28 | Legged walking robot with shock absorbing mechanism |
Country Status (1)
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-
1992
- 1992-04-28 JP JP13625692A patent/JP3270767B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JPH05305578A (en) | 1993-11-19 |
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