JP3900959B2

JP3900959B2 - Legged mobile robot and control method thereof

Info

Publication number: JP3900959B2
Application number: JP2002039182A
Authority: JP
Inventors: 幸弘花岡
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: JP2003236777A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の脚部を所定の順序で前方に踏み出し動作させる脚式移動ロボット及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の脚部を所定の順序で前方に踏み出し動作させる脚式移動ロボットが既に開発されている。この種の脚式移動ロボットは、全ての脚部を着床させたまま歩行を行うものに比べ、構造や制御がやや複雑になるものの、段差歩行が可能になる等の利点を有している。
【０００３】
上記脚部の下端部には、通常、所定の着床面積を確保する足平部が設けられており、特に、２足歩行を行う脚式移動ロボットにおいては、片脚支持期や、離床脚の着床時における安定性を確保するために、着床面積を広くすることが要求される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記着床面積を広くするために足平部を前後方向に長くした場合には、片脚支持期や、離床脚の着床時における安定性が向上するものの、着床脚の蹴り出し動作において、その足平部前端が床面に干渉し易くなるため、着床脚の足平部を、床面と平行に制御しつつ、高く持ち上げる必要があり、その結果、歩幅が小さくなる許りでなく、歩行速度が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、片脚支持期や、離床脚の着床時には、十分な着床面積を確保しつつ、着床脚の蹴り出し動作においては、その足平部を床面と平行に制御したり、高く持ち上げることを不要にし、その結果、広い歩幅で高速歩行ができる脚式移動ロボット及びその制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の脚式移動ロボットは、ロボット本体に前後回動自在に設けられ、所定の順序で前方に踏み出し動作される複数の脚部と、前記脚部の下端部に設けられ、所定の着床面積を確保する足平部と、前記足平部を前方に拡張する爪先部であって、前記足平部の前端部に上下回動自在に設けられるものとを備えて構成される。
【０００７】
また、前記爪先部の底面が前記足平部の底面と同一方向となるよう前記爪先部を付勢する付勢手段を更に備えることが好ましい。この場合においては、常時は爪先部の底面が足平部の底面と同一方向となる位置で保持して必要な着床面積を確保しつつ、床面との干渉時には爪先部の退避回動を許容することができる。
【０００８】
また、前記爪先部の回動ロックまたは強制回動を行う駆動手段を更に備えることが好ましい。この場合においては、爪先部の回動を任意に制御し、脚式移動ロボットの歩行性能を高めることができる。
【０００９】
また、前記駆動手段は、前記爪先部の底面が前記足平部の底面と同一方向となる位置で前記爪先部の回動をロックするロック機構であることが好ましい。この場合においては、片脚支持期や、離床脚の着床時に、前記爪先部の底面が前記足平部の底面と同一方向となる位置でその爪先部をロックすることにより、必要な着床面積を確実に確保することができる。
【００１０】
また、前記脚部に設けられる関節部の動作および前記ロック機構の動作を制御する制御部を更に備え、該制御部が、前記脚部の歩行動作にタイミングを合せて前記ロック機構のロック動作およびロック解除動作を自動的に行うことが好ましい。この場合においては、爪先部の回動を適正なタイミングでロックまたはロック解除し、脚式移動ロボットの歩行性能を高めることができる。
【００１１】
また、前記制御部は、離床脚が着床する以前に、該離床脚に設けられる爪先部の回動を前記爪先部の底面が前記足平部の底面と同一方向となる位置でロックすることが好ましい。この場合においては、離床脚の着床時に、必要な着床面積を確実に確保することができる。
【００１２】
また、前記制御部は、ロボット重心点が着床脚の足平部前端位置を越えたとき又はそれ以前に、その爪先部の回動ロックを解除することが好ましい。この場合においては、着床脚の蹴り出し動作時に爪先部を確実に退避回動させることができる。
【００１３】
また、前記制御部は、離床脚を前方に振り出す手段と、ロボット重心点が着床脚の足平部前端位置を越えたとき又はそれ以前に、該着床脚に設けられる爪先部の回動ロックを解除する手段と、前記離床脚を、その爪先部の回動がロックされた状態で着床させる手段とを備えることが好ましい。この場合においては、着床脚の蹴り出し動作時に爪先部を確実に退避回動させることができる許りでなく、離床脚の着床時に、必要な着床面積を確実に確保することができる。
【００１４】
また、上記目的を達成するため本発明の脚式移動ロボットにおける制御方法は、離床脚を前方に振り出す工程と、ロボット重心点が着床脚の足平部前端位置を越えたとき又はそれ以前に、該着床脚に設けられる爪先部の回動ロックを解除する工程と、前記離床脚を、その爪先部の回動がロックされた状態で着床させる工程とを備えて構成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に沿って説明する。図１は、脚式移動ロボットの斜視図、図２は、脚式移動ロボットの側面図、図３は、脚式移動ロボットの自由度を示す概略斜視図である。これらの図に示されるように、脚式移動ロボット１０は、ロボット本体１１に、左右一対の脚部１２Ｌ、１２Ｒを備えて構成される。各脚部１２Ｌ、１２Ｒは、ロボット本体１１に股関節部１３Ｌ、１３Ｒを介して連結される大腿部１４Ｌ、１４Ｒと、該大腿部１４Ｌ、１４Ｒの下端部に膝関節部１５Ｌ、１５Ｒを介して連結される脛部１６Ｌ、１６Ｒと、該脛部１６Ｌ、１６Ｒの下端部に足首関節部１７Ｌ、１７Ｒを介して連結される足平部１８Ｌ、１８Ｒとを備える。股関節部１３Ｌ、１３Ｒには、左右方向を向く股関節ピッチ軸１９Ｌ、１９Ｒが設けられており、該股関節ピッチ軸１９Ｌ、１９Ｒを揺動支点として、大腿部１４Ｌ、１４Ｒが、ロボット本体１１に対してピッチ方向に動作される。また、膝関節部１５Ｌ、１５Ｒには、左右方向を向く膝関節ピッチ軸２０Ｌ、２０Ｒが設けられており、該膝関節ピッチ軸２０Ｌ、２０Ｒを揺動支点として、脛部１６Ｌ、１６Ｒが、大腿部１４Ｌ、１４Ｒに対してピッチ方向に動作される。さらに、足首関節部１７Ｌ、１７Ｒには、左右方向を向く足首関節ピッチ軸２１Ｌ、２１Ｒと、前後方向を向く足首関節ロール軸２２Ｌ、２２Ｒとが設けられており、これらの足首関節ピッチ軸２１Ｌ、２１Ｒ、足首関節ロール軸２２Ｌ、２２Ｒを揺動支点として、足平部１８Ｌ、１８Ｒが、脛部１６Ｌ、１６Ｒに対してピッチ方向及びロール方向に動作される。つまり、本実施形態の脚式移動ロボット１０は、１脚あたり４つの自由度を備えており、この４つの自由度を、ロボット重心点Ｐを考慮しながら駆動制御することにより、左右の脚部１２Ｌ、１２Ｒを交互に踏み出し動作して２足歩行を実現するものである。尚、本願記載の「ロボット重心点」は、ＺＭＰ（Zero Moment Point：床反力によるモーメントがゼロとなる床面上の点）の意味を含むものとする。
【００１６】
図４は、足平ユニットの側面図、図５は、足平ユニットの正面図、図６は、足平ユニットの要部分解斜視図、図７は、爪先部の底面が足平部の底面と同一方向となる位置でロックされた状態を示す足平ユニットのＡ−Ａ断面図、図８は、爪先部のロックが解除された状態を示す足平ユニットのＡ−Ａ断面図である。これらの図に示されるように、足平ユニット２３Ｌ、２３Ｒは、前述した足首関節部１７Ｌ、１７Ｒおよび足平部１８Ｌ、１８Ｒに加え、後述する爪先部２４Ｌ、２４Ｒを含むユニットであり、脛部１６Ｌ、１６Ｒの下端部に足首関節ピッチ軸２１Ｌ、２１Ｒを介して前後揺動自在に支持される足首関節フレーム２５Ｌ、２５Ｒと、該足首関節フレーム２５Ｌ、２５Ｒに足首関節ロール軸２２Ｌ、２２Ｒを介して左右揺動自在に支持される足平フレーム２６Ｌ、２６Ｒとを備える。足首関節フレーム２５Ｌ、２５Ｒには、ピッチ動作用セクタギヤ２７Ｌ、２７Ｒ（足首関節ピッチ軸２１Ｌ、２１Ｒと同心）と、ロール動作用セクタギヤ２８Ｌ、２８Ｒ（足首関節ロール軸２２Ｌ、２２Ｒと同心）とが一体的に設けられる。ピッチ動作用セクタギヤ２７Ｌ、２７Ｒは、脛部１６Ｌ、１６Ｒ側に設けられる足首関節ピッチ駆動系２９Ｌ、２９Ｒの最終ギヤ３０Ｌ、３０Ｒに噛合しており、該最終ギヤ３０Ｌ、３０Ｒの駆動に伴って足首関節フレーム２５Ｌ、２５Ｒおよび足平フレーム２６Ｌ、２６Ｒがピッチ動作される。また、側面視凵字状に形成される足平フレーム２６Ｌ、２６Ｒ内には、足首関節ロール駆動系３１Ｌ、３１Ｒが設けられる。足首関節ロール駆動系３１Ｌ、３１Ｒは、足首関節ロール動作用モータ３２Ｌ、３２Ｒと、該モータ３２Ｌ、３２Ｒの出力軸に連結される双方向トルクリミッタ３３Ｌ、３３Ｒと、該トルクリミッタ３３Ｌ、３３Ｒの出力ギヤ３４Ｌ、３４Ｒに噛合する中間ギヤ３５Ｌ、３５Ｒと、該中間ギヤ３５Ｌ、３５Ｒと一体回転し、且つ、前記ロール動作用セクタギヤ２８Ｌ、２８Ｒに噛合する最終ギヤ３６Ｌ、３６Ｒとを備えており、前記モータ３２Ｌ、３２Ｒの駆動に伴って足平フレーム２６Ｌ、２６Ｒがロール動作される。
【００１７】
足平フレーム２６Ｌ、２６Ｒの底部には、所定の着床面積を有する足裏部材３７Ｌ、３７Ｒが一体的に設けられる。足裏部材３７Ｌ、３７Ｒの前端部には、左右方向を向く爪先支軸３８Ｌ、３８Ｒを介して爪先部２４Ｌ、２４Ｒが上下回動自在に支持される。爪先部２４Ｌ、２４Ｒは、その底面が足裏部材３７Ｌ、３７Ｒの底面と同一方向になる位置を下限とし、所定の角度範囲で上下回動が許容されると共に、図示しないバネ（付勢手段）によって下方に付勢される。つまり、爪先部２４Ｌ、２４Ｒの底面を足裏部材３７Ｌ、３７Ｒの底面と同一方向になる位置で保持することにより、足平部１８Ｌ、１８Ｒの着床面積を拡張することが可能になると共に、爪先部２４Ｌ、２４Ｒが床面に干渉した際には、爪先部２４Ｌ、２４Ｒの退避回動により、床面に対する引っ掛かりを回避することが可能になる。尚、足裏部材３７Ｌ、３７Ｒの前端部には、爪先部２４Ｌ、２４Ｒの下方への回動を制限する下限ストッパ３９Ｌ、３９Ｒが立設されている。
【００１８】
足平フレーム２６Ｌ、２６Ｒの前部には、爪先部２４Ｌ、２４Ｒの回動を爪先部の底面が足裏部材３７Ｌ、３７Ｒの底面と同一方向になる位置でロックするロック機構４０Ｌ、４０Ｒ（駆動手段）が設けられる。ロック機構４０Ｌ、４０Ｒは、足平フレーム２６Ｌ、２６Ｒの前面部に設けられる爪先ロック用カム４１Ｌ、４１Ｒと、該カム４１Ｌ、４１Ｒを回転させる爪先ロック用モータ４２Ｌ、４２Ｒとを備えて構成される。爪先ロック用カム４１Ｌ、４１Ｒは、前方に突出する凸部４１ａを有する円盤部材であり、該凸部４１ａが下側に位置する状態では、図７に示される如く、凸部４１ａが爪先部２４Ｌ、２４Ｒの後面に接当し、爪先部２４Ｌ、２４Ｒの回動がロックされる。一方、凸部４１ａが上側に位置する状態では、図８に示される如く、凸部４１ａが爪先部２４Ｌ、２４Ｒの動作領域から退避することによって、爪先部２４Ｌ、２４Ｒの上方への回動が許容される。
【００１９】
図９は、制御部の入出力を示すブロック図である。この図に示されるように、脚式移動ロボット１０には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える制御部４３が設けられる。制御部４３の入力側には、股関節ピッチ軸１９Ｌ、１９Ｒの回転角を検出する股関節ピッチ角センサ４４Ｌ、４４Ｒ（例えばポテンショメータ）と、膝関節ピッチ軸２０Ｌ、２０Ｒの回転角を検出する膝関節ピッチ角センサ４５Ｌ、４５Ｒと、足首関節ピッチ軸２１Ｌ、２１Ｒの回転角を検出する足首関節ピッチ角センサ４６Ｌ、４６Ｒと、足首関節ロール軸２２Ｌ、２２Ｒの回転角を検出する足首関節ロール角センサ４７Ｌ、４７Ｒと、爪先ロック用カム４１Ｌ、４１Ｒの回転位置を検出するカム回転角センサ４８Ｌ、４８Ｒとが所定の入力回路を介して接続される。一方、制御部４３の出力側には、大腿部１４Ｌ、１４Ｒをロボット本体１１に対してピッチ動作させる股関節ピッチ動作用モータ４９Ｌ、４９Ｒ（例えばＤＣサーボモータ）と、脛部１６Ｌ、１６Ｒを大腿部１４Ｌ、１４Ｒに対してピッチ動作させる膝関節ピッチ動作用モータ５０Ｌ、５０Ｒと、足平部１８Ｌ、１８Ｒを脛部１６Ｌ、１６Ｒに対してピッチ動作させる足首関節ピッチ動作用モータ５１Ｌ、５１Ｒと、足平部１８Ｌ、１８Ｒを脛部１６Ｌ、１６Ｒに対してロール動作させる足首関節ロール動作用モータ３２Ｌ、３２Ｒと、爪先部２４Ｌ、２４Ｒの回動をロックする爪先ロック用モータ４２Ｌ、４２Ｒとが所定の出力回路を介して接続されており、これらのモータが予め記述された２足歩行プログラムに基づいて駆動制御される。以下、脚式移動ロボット１０における２足歩行の制御手順を図１０〜図１８に沿って説明する。但し、以下の説明において、ピッチ軸１９Ｌ〜２１Ｌ、１９Ｒ〜２１Ｒの回転方向ＣＷ、ＣＣＷは、左側面視を基準視点とする。また、股関節ピッチ軸１９Ｌ、１９Ｒの回転駆動方向は、ロボット本体１１に対する大腿部１４Ｌ、１４Ｒのピッチ動作方向、膝関節ピッチ軸２０Ｌ、２０Ｒの回転駆動方向は、大腿部１４Ｌ、１４Ｒに対する脛部１６Ｌ、１６Ｒのピッチ動作方向、足首関節ピッチ軸２１Ｌ、２１Ｒの回転駆動方向は、脛部１６Ｌ、１６Ｒに対する足平部１８Ｌ、１８Ｒのピッチ動作方向である。
【００２０】
図１０は、ロック機構の動作タイミングを示すタイミングチャートである。この図に示されるように、脚式移動ロボット１０は、８つの動作ステップ（工程）を基本歩行動作とし、該基本歩行動作を左右交互に行うことにより、２足歩行を実現する。以下、８つの動作ステップ（右脚部踏み出し動作）を順次説明する。
【００２１】
図１１は、両脚着床ステップを示す脚式移動ロボットの左側面図である。この図に示されるように、歩行初期状態である両脚着床ステップにおいては、爪先部２４Ｌ、２４Ｒの底面が足平部１８Ｌ、１８Ｒの底面と同一方向となる位置でロックされている。これにより、左右両脚部１２Ｌ、１２Ｒにおいて十分な着床面積が確保され、脚式移動ロボット１０が安定状態で両脚支持される。
【００２２】
図１２は、片脚離床ステップを示す脚式移動ロボットの左側面図である。この図に示されるように、片脚離床ステップにおいては、ロボット重心点Ｐを左脚部１２Ｌ（以下、着床脚という。）の足平内に位置させた状態で、右脚部１２Ｒの各ピッチ軸１９Ｒ、２０Ｒ、２１Ｒを所定方向に動作させ、右脚部１２Ｒ（以下、離床脚という。）を離床させる。このとき、着床脚１２Ｌの爪先部２４Ｌは、爪先部２４Ｌの底面が足平部１８Ｌの底面と同一方向となる位置でロックされる。これにより、着床脚１２Ｌにおいて十分な着床面積が確保され、脚式移動ロボット１０が安定状態で片脚支持される。
【００２３】
図１３は、離床脚振り出しステップを示す脚式移動ロボットの左側面図である。この図に示されるように、離床脚振り出しステップにおいては、離床脚１２Ｒの股関節ピッチ動作（ＣＷ方向）等によって離床脚１２Ｒを前方に振り出すと共に、着床脚１２Ｌの足首関節ピッチ動作（ＣＷ方向）等によってロボット重心点Ｐを前方に移動させる。ロボット重心点Ｐは、この動作ステップによって着床脚１２Ｌにおける足平部１８Ｌの前端部まで移動する。
【００２４】
図１４は、爪先支持ステップを示す脚式移動ロボットの左側面図である。この図に示されるように、爪先支持ステップにおいては、上記着床脚振り出しステップと同様の動作を継続し、離床脚１２Ｒを更に前方に振り出すと共に、ロボット重心点Ｐを更に前方に移動させる。ロボット重心点Ｐは、この動作ステップによって着床脚１２Ｌにおける足平部１８Ｌの前端から外れ、爪先部２４Ｌ内に移動する。このとき、爪先部２４Ｌの回動ロックを解除し、爪先部２４Ｌの退避回動を許容する。これにより、歩幅が大きくなっても爪先部２４Ｌが床に引っ掛かることがない。
【００２５】
図１５は、着床ステップを示す脚式移動ロボットの左側面図である。この図に示されるように、着床ステップにおいては、着床脚１２Ｌ（以下、蹴り出し脚という。）の膝関節ピッチ動作（ＣＷ方向）等によってロボット重心点Ｐを更に前方に移動させ、離床脚１２Ｒ（以下、踏み出し脚という。）を床面に着床させる。踏み出し脚１２Ｒの着床時は、急激な境界条件の変化により、脚式移動ロボット１０が最も不安定になりやすい時期であり、着床時に作用する床反力と前方への慣性力によって、脚式移動ロボット１０が上下前後に揺れる可能性があるが、このとき、踏み出し脚１２Ｒの爪先部２４Ｒはその底面が足平部１８Ｒの底面と同一方向となる位置でロックされ、着床時に十分な着床面積が確保されるため、極めて安定した着床を行うことが可能になる。
【００２６】
図１６は、重心移動ステップを示す脚式移動ロボットの左側面図である。この図に示されるように、重心ステップにおいては、踏み出し脚１２Ｒの股関節ピッチ動作（ＣＣＷ方向）や足首関節ピッチ動作（ＣＷ方向）により、ロボット重心点Ｐを踏み出し脚１２Ｒの中心部まで移動する。このとき、踏み出し脚１２Ｒの爪先部２４Ｒはその底面が足平部１８Ｒの底面と同一方向となる位置でロックされており、安定した重心移動が行われる。また、この重心移動によって蹴り出し脚１２Ｌの爪先部２４Ｌは更に回動する。
【００２７】
図１７は、次期立脚ステップを示す脚式移動ロボットの左側面図である。この図に示されるように、次期立脚ステップにおいては、蹴り出し脚１２Ｌの股関節ピッチ動作（ＣＷ方向）や膝関節ピッチ動作（ＣＣＷ方向）によって蹴り出し脚１２Ｌ（以下、離床脚という。）を離床させる。それに伴い、蹴り出し脚１２Ｌの爪先部２４Ｌは、バネ力によって自動的に爪先部２４Ｌの底面が足平部１８Ｒの底面と同一方向となる位置に復帰し、このとき爪先部２４Ｌのロック動作が行われる。
【００２８】
図１８は、離床脚の足平部底面が床面と平行になるようにするステップ（以下離床脚水平復帰ステップと言う）を示す脚式移動ロボットの左側面図である。この図に示されるように、離床脚水平復帰ステップにおいては、離床脚１２Ｌの足平部１８Ｌが床面と平行になるまで足首関節ピッチ動作（ＣＷ方向）を行う。これにより、前述した片脚離床ステップ（図１２）と同じ状態（左右反転）になり、以降は、前記動作ステップ（図１２〜図１８）を左右交互に繰り返すことにより、安定した２足歩行が実現する。
【００２９】
以上の如く本実施形態によれば、脚式移動ロボット１０は、ロボット本体１１に前後回動自在に設けられ、所定の順序で前方に踏み出し動作される２つの脚部１２Ｌ、１２Ｒと、該脚部１２Ｌ、１２Ｒの下端部に設けられ、所定の着床面積を確保する足平部１８Ｌ、１８Ｒと、該足平部１８Ｌ、１８Ｒを前方に拡張する爪先部２４Ｌ、２４Ｒとを備えると共に、該爪先部２４Ｌ、２４Ｒが、前記足平部１８Ｌ、１８Ｒの前端部に上下回動自在に設けられる。これにり、片脚支持期や、離床脚１２Ｒ（１２Ｌ）の着床時には、十分な着床面積を確保できる一方、着床脚１２Ｌ（１２Ｒ）の蹴り出し動作においては、その足平部１８Ｌを床面と平行に制御したり、高く持ち上げることなく、床面との引っ掛かりを防止できることになり、その結果、歩行動作が安定し、高速歩行が可能になる許りでなく、歩幅を広くすることができる。
【００３０】
また、前記爪先部２４Ｌ、２４Ｒの底面が前記足平部１８Ｌ、１８Ｒの底面と同一方向となる位置に向けて前記爪先部２４Ｌ、２４Ｒを付勢するため、常時は爪先部２４Ｌ、２４Ｒの底面が前記足平部１８Ｌ、１８Ｒの底面と同一方向となる位置で爪先部２４Ｌ、２４Ｒを保持して必要な着床面積を確保しつつ、床面との干渉時には爪先部２４Ｌ、２４Ｒの退避回動を許容することができる。
【００３１】
また、爪先部２４Ｌ、２４Ｒの底面が前記足平部１８Ｌ、１８Ｒの底面と同一方向となる位置で前記爪先部２４Ｌ、２４Ｒの回動をロックするロック機構４０Ｌ、４０Ｒを備えるため、片脚支持期や、離床脚１２Ｒ（１２Ｌ）の着床時に、必要な着床面積を確実に確保することができる。
【００３２】
また、前記脚部１２Ｌ、１２Ｒに設けられる関節部の動作および前記ロック機構４０Ｌ、４０Ｒの動作を制御する制御部４３を更に備え、該制御部４３は、離床脚１２Ｒを前方に振り出す離床脚振り出しステップと、ロボット重心点Ｐが着床脚１２Ｌの足平部前端位置を越えたとき、その爪先部２４Ｌの回動ロックを解除する爪先支持ステップと、前記離床脚１２Ｒを、その爪先部２４Ｒの回動がロックされた状態で着床させる着床ステップとを実行するため、着床脚１２Ｌの蹴り出し動作時に爪先部２４Ｌを確実に退避回動させることができる許りでなく、離床脚１２Ｒの着床時に、必要な着床面積を確実に確保することができる。
【００３３】
以上、本発明の一実施形態を図面に沿って説明したが、本発明は前記実施形態において示された事項に限定されず、特許請求の範囲及び発明の詳細な説明の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者がその変更・応用を行うことができる範囲が含まれる。例えば、本発明は、２足歩行を行うロボットに限らず、４足歩行を行うロボット等でも実施することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、片脚支持期や、離床脚の着床時には、十分な着床面積を確保しつつ、着床脚の蹴り出し動作においては、その足平部を床面と平行に制御したり、高く持ち上げることを不要にし、その結果、広い歩幅で高速歩行を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】脚式移動ロボットの斜視図である。
【図２】脚式移動ロボットの側面図である。
【図３】脚式移動ロボットの自由度を示す概略斜視図である。
【図４】足平ユニットの側面図である。
【図５】足平ユニットの正面図である。
【図６】足平ユニットの要部分解斜視図である。
【図７】爪先部の底面が足平部の底面と同一方向となる位置でロックされた状態を示す足平ユニットのＡ−Ａ断面図である。
【図８】爪先部のロックが解除された状態を示す足平ユニットのＡ−Ａ断面図である。
【図９】制御部の入出力を示すブロック図である。
【図１０】ロック機構の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１１】両脚着床ステップを示す脚式移動ロボットの左側面図である。
【図１２】片脚離床ステップを示す脚式移動ロボットの左側面図である。
【図１３】離床脚振り出しステップを示す脚式移動ロボットの左側面図である。
【図１４】爪先支持ステップを示す脚式移動ロボットの左側面図である。
【図１５】着床ステップを示す脚式移動ロボットの左側面図である。
【図１６】重心移動ステップを示す脚式移動ロボットの左側面図である。
【図１７】次期立脚ステップを示す脚式移動ロボットの左側面図である。
【図１８】離床脚水平復帰ステップを示す脚式移動ロボットの左側面図である。
【符号の説明】
Ｐロボット重心点
１０脚式移動ロボット
１１ロボット本体
１２Ｌ、１２Ｒ脚部
１３Ｌ、１３Ｒ股関節部
１４Ｌ、１４Ｒ大腿部
１５Ｌ、１５Ｒ膝関節部
１６Ｌ、１６Ｒ脛部
１７Ｌ、１７Ｒ足首関節部
１８Ｌ、１８Ｒ足平部
１９Ｌ、１９Ｒ股関節ピッチ軸
２０Ｌ、２０Ｒ膝関節ピッチ軸
２１Ｌ、２１Ｒ足首関節ピッチ軸
２２Ｌ、２２Ｒ足首関節ロール軸
２３Ｌ、２３Ｒ足平ユニット
２４Ｌ、２４Ｒ爪先部
３７Ｌ、３７Ｒ足裏部材
３８Ｌ、３８Ｒ爪先支軸
４０Ｌ、４０Ｒロック機構
４１Ｌ、４１Ｒ爪先ロック用カム
４２Ｌ、４２Ｒ爪先ロック用モータ
４３制御部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a legged mobile robot for stepping forward a plurality of legs in a predetermined order and a control method thereof.
[0002]
[Prior art]
A legged mobile robot has already been developed that moves a plurality of legs forward in a predetermined order. This type of legged mobile robot has the advantage of being able to walk on steps, although the structure and control are slightly more complex than those that walk with all legs lying down. .
[0003]
The lower end of the leg portion is usually provided with a foot portion that secures a predetermined landing area. In particular, in a legged mobile robot that performs bipedal walking, a one-leg support period or a leaving leg In order to ensure the stability at the time of landing, it is required to increase the floor area.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the foot is lengthened in the front-rear direction in order to increase the landing area, the stability during landing on one leg or the landing leg of the leaving leg is improved, but the landing leg is kicked out. In operation, the front end of the foot part easily interferes with the floor surface, so the foot part of the landing leg needs to be lifted high while being controlled parallel to the floor surface. In addition, there is a problem that walking speed decreases.
[0005]
The object of the present invention is to secure a sufficient landing area during a one-leg support period or at the time of landing of a leaving leg, and to control the foot part parallel to the floor surface in the kicking-out operation of the landing leg. It is an object of the present invention to provide a legged mobile robot and a method for controlling the same that can make high-speed walking with a wide stride.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a legged mobile robot according to the present invention is provided on a robot main body so as to be able to pivot forward and backward, and is provided at a plurality of legs that are stepped forward in a predetermined order and provided at a lower end of the legs. A foot part that secures a predetermined floor area, and a toe part that extends the foot part forward, and is provided at the front end of the foot part so as to be pivotable up and down. Composed.
[0007]
Moreover, it is preferable to further comprise urging means for urging the toe portion so that the bottom surface of the toe portion is in the same direction as the bottom surface of the foot portion. In this case, the bottom of the toe is always held in a position that is in the same direction as the bottom of the foot to secure the required landing area, and the toe is retracted and rotated when it interferes with the floor. Can be tolerated.
[0008]
Moreover, it is preferable to further include a drive means for performing rotation lock or forced rotation of the toe portion. In this case, it is possible to arbitrarily control the rotation of the toe portion and improve the walking performance of the legged mobile robot.
[0009]
Moreover, it is preferable that the said drive means is a lock mechanism which locks rotation of the said toe part in the position where the bottom face of the said toe part becomes the same direction as the bottom face of the said foot part. In this case, necessary landing is achieved by locking the toe portion at a position where the bottom surface of the toe portion is in the same direction as the bottom surface of the foot portion during the one leg support period or at the time of landing of the leaving leg. An area can be ensured reliably.
[0010]
And a control unit that controls the operation of the joint provided in the leg and the operation of the lock mechanism, and the control unit performs the locking operation of the lock mechanism in synchronization with the walking operation of the leg. Preferably, the unlocking operation is performed automatically. In this case, the rotation of the toe portion can be locked or unlocked at an appropriate timing, and the walking performance of the legged mobile robot can be enhanced.
[0011]
In addition, the control unit locks the rotation of the toe portion provided on the leaving leg at a position where the bottom surface of the toe portion is in the same direction as the bottom surface of the foot portion before the leaving leg is landed. Is preferred. In this case, the required landing area can be ensured reliably when the landing legs are landed.
[0012]
Further, it is preferable that the control unit releases the rotation lock of the toe portion when or before the center of gravity of the robot exceeds the foot front end position of the landing leg. In this case, the toe portion can be reliably retracted and rotated when the landing leg is kicked out.
[0013]
In addition, the control unit includes means for swinging the landing leg forward, and a rotation of a toe portion provided on the landing leg when the robot center of gravity exceeds the front end position of the foot part of the landing leg. It is preferable to include means for releasing the movement lock, and means for landing the leaving leg with the rotation of the toe portion locked. In this case, the toe portion can be reliably retracted and rotated during the kicking-out operation of the landing leg, and the necessary landing area can be reliably ensured when the leaving leg is landing. .
[0014]
In order to achieve the above object, the control method for the legged mobile robot of the present invention includes a step of swinging out the leaving leg forward, and when the center of gravity of the robot exceeds the front end position of the foot part of the landing leg. And a step of releasing the rotation lock of the toe portion provided on the landing leg, and a step of landing the leaving leg with the rotation of the toe portion locked.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a perspective view of a legged mobile robot, FIG. 2 is a side view of the legged mobile robot, and FIG. 3 is a schematic perspective view showing the degree of freedom of the legged mobile robot. As shown in these drawings, the legged mobile robot 10 includes a robot body 11 having a pair of left and right legs 12L and 12R. The legs 12L, 12R are thighs 14L, 14R connected to the robot body 11 via hip joints 13L, 13R, and knee joints 15L, 15R at the lower ends of the thighs 14L, 14R. Shin portions 16L, 16R connected to each other, and foot portions 18L, 18R connected to the lower ends of the shin portions 16L, 16R via ankle joint portions 17L, 17R. The hip joint portions 13L and 13R are provided with hip joint pitch shafts 19L and 19R facing in the left-right direction. The hip joint pitch shafts 19L and 19R are used as swing fulcrums and the thigh portions 14L and 14R are connected to the robot body 11. Are operated in the pitch direction. The knee joint portions 15L and 15R are provided with knee joint pitch axes 20L and 20R facing in the left-right direction. The knee joint pitch axes 20L and 20R are used as swing fulcrums, and the shin portions 16L and 16R are large. The thigh portions 14L and 14R are operated in the pitch direction. Further, the ankle joint portions 17L and 17R are provided with ankle joint pitch axes 21L and 21R facing in the left-right direction and ankle joint roll axes 22L and 22R facing in the front-rear direction. These ankle joint pitch axes 21L, The foot portions 18L and 18R are moved in the pitch direction and the roll direction with respect to the shin portions 16L and 16R, with 21R and ankle joint roll shafts 22L and 22R as swing fulcrums. That is, the legged mobile robot 10 of the present embodiment has four degrees of freedom per leg, and by driving and controlling these four degrees of freedom in consideration of the robot center-of-gravity point P, the left and right legs The two-legged walking is realized by alternately stepping 12L and 12R. The “robot centroid point” described in the present application includes the meaning of ZMP (Zero Moment Point: a point on the floor where the moment due to the floor reaction force is zero).
[0016]
4 is a side view of the foot unit, FIG. 5 is a front view of the foot unit, FIG. 6 is an exploded perspective view of the main part of the foot unit, and FIG. 7 is a bottom surface of the foot portion. FIG. 8 is a cross-sectional view of the foot unit taken along the line AA showing a state where the toe portion is unlocked. FIG. As shown in these drawings, the foot units 23L and 23R are units including toe portions 24L and 24R, which will be described later, in addition to the ankle joint portions 17L and 17R and the foot portions 18L and 18R described above. Ankle joint frames 25L and 25R supported at the lower ends of 16L and 16R via ankle joint pitch shafts 21L and 21R so as to be swingable back and forth, and ankle joint roll shafts 22L and 22R on the ankle joint frames 25L and 25R. Foot frames 26L and 26R supported so as to be swingable left and right. Pitch motion sector gears 27L and 27R (concentric with ankle joint pitch shafts 21L and 21R) and roll motion sector gears 28L and 28R (concentric with ankle joint roll shafts 22L and 22R) are integrated with the ankle joint frames 25L and 25R. Provided. The pitch motion sector gears 27L and 27R mesh with the final gears 30L and 30R of the ankle joint pitch drive systems 29L and 29R provided on the shin parts 16L and 16R side, and the ankles are driven by the driving of the final gears 30L and 30R. The joint frames 25L and 25R and the foot frames 26L and 26R are pitch-operated. In addition, ankle joint roll drive systems 31L and 31R are provided in the foot frames 26L and 26R formed in a square shape in a side view. The ankle joint roll drive systems 31L and 31R include ankle joint roll operation motors 32L and 32R, bidirectional torque limiters 33L and 33R connected to the output shafts of the motors 32L and 32R, and outputs of the torque limiters 33L and 33R. Intermediate gears 35L, 35R meshing with the gears 34L, 34R, and final gears 36L, 36R that rotate integrally with the intermediate gears 35L, 35R and mesh with the roll operating sector gears 28L, 28R, As the motors 32L and 32R are driven, the foot frames 26L and 26R are rolled.
[0017]
Foot members 37L and 37R having a predetermined floor area are integrally provided at the bottoms of the foot frames 26L and 26R. The toe portions 24L and 24R are supported on the front end portions of the sole members 37L and 37R through the toe support shafts 38L and 38R facing in the left-right direction so as to be rotatable up and down. The toe portions 24L and 24R have a lower limit at a position where the bottom surfaces thereof are in the same direction as the bottom surfaces of the sole members 37L and 37R, and are allowed to rotate up and down within a predetermined angle range, and are not illustrated springs (biasing means). Is biased downward. That is, by holding the bottom surfaces of the toe portions 24L and 24R in positions that are in the same direction as the bottom surfaces of the sole members 37L and 37R, it is possible to expand the landing area of the foot portions 18L and 18R, When the toe portions 24L, 24R interfere with the floor surface, the retraction rotation of the toe portions 24L, 24R makes it possible to avoid catching on the floor surface. In addition, lower limit stoppers 39L and 39R for restricting the downward rotation of the toe portions 24L and 24R are provided upright at the front end portions of the sole members 37L and 37R.
[0018]
Locking mechanisms 40L, 40R (drives) that lock the toe portions 24L, 24R at the front portions of the foot frames 26L, 26R at positions where the bottom surfaces of the toe portions are in the same direction as the bottom surfaces of the sole members 37L, 37R Means) are provided. The lock mechanisms 40L and 40R include toe lock cams 41L and 41R provided on front surfaces of the foot frames 26L and 26R, and toe lock motors 42L and 42R that rotate the cams 41L and 41R. . The toe lock cams 41L and 41R are disk members having a convex portion 41a projecting forward, and when the convex portion 41a is positioned on the lower side, the convex portion 41a is formed on the toe portion 24L as shown in FIG. , 24R is brought into contact with the rear surface, and the rotation of the toe portions 24L, 24R is locked. On the other hand, in the state where the convex portion 41a is located on the upper side, as shown in FIG. 8, the convex portion 41a is retracted from the operation area of the toe portions 24L and 24R, so that the toe portions 24L and 24R are rotated upward. Permissible.
[0019]
FIG. 9 is a block diagram showing input / output of the control unit. As shown in this figure, the legged mobile robot 10 is provided with a control unit 43 including a CPU, a ROM, a RAM, and the like. On the input side of the control unit 43 are hip joint pitch angle sensors 44L and 44R (for example, potentiometers) that detect the rotation angles of the hip joint pitch axes 19L and 19R, and knee joint pitches that detect the rotation angles of the knee joint pitch axes 20L and 20R. Angle sensors 45L, 45R, ankle joint pitch angle sensors 46L, 46R for detecting rotation angles of ankle joint pitch axes 21L, 21R, and ankle joint roll angle sensors 47L for detecting rotation angles of ankle joint roll axes 22L, 22R, 47R and cam rotation angle sensors 48L and 48R that detect the rotational positions of the toe lock cams 41L and 41R are connected via a predetermined input circuit. On the other hand, on the output side of the control unit 43, there are large hip joint pitch operation motors 49L and 49R (for example, DC servo motors) that move the thighs 14L and 14R with respect to the robot body 11 and shin portions 16L and 16R. Knee joint pitch operation motors 50L and 50R for pitch operation with respect to the thigh portions 14L and 14R, and ankle joint pitch operation motors 51L and 51R for pitch operation of the foot portions 18L and 18R with respect to the shin portions 16L and 16R; The ankle joint roll operating motors 32L and 32R that roll the foot portions 18L and 18R with respect to the shin portions 16L and 16R, and the toe lock motors 42L and 42R that lock the rotation of the toe portions 24L and 24R are provided. Connected via a predetermined output circuit, these motors are driven and controlled based on a biped walking program described in advance. Hereinafter, a biped walking control procedure in the legged mobile robot 10 will be described with reference to FIGS. However, in the following description, the rotation directions CW and CCW of the pitch axes 19L to 21L and 19R to 21R are based on the left side view as a reference viewpoint. Further, the rotational drive directions of the hip joint pitch axes 19L and 19R are the pitch operation directions of the thighs 14L and 14R with respect to the robot body 11, and the rotational drive directions of the knee joint pitch axes 20L and 20R are the shins with respect to the thigh parts 14L and 14R. The pitch operation direction of the portions 16L and 16R and the rotational drive direction of the ankle joint pitch axes 21L and 21R are the pitch operation directions of the foot portions 18L and 18R with respect to the shin portions 16L and 16R.
[0020]
FIG. 10 is a timing chart showing the operation timing of the locking mechanism. As shown in this figure, the legged mobile robot 10 realizes bipedal walking by using eight motion steps (processes) as basic walking motions and alternately performing the basic walking motions on the left and right. Hereinafter, the eight operation steps (right leg stepping-out operation) will be sequentially described.
[0021]
FIG. 11 is a left side view of the legged mobile robot showing the both-leg landing step. As shown in this figure, in the both leg landing step in the initial walking state, the bottom surfaces of the toe portions 24L and 24R are locked at positions where they are in the same direction as the bottom surfaces of the foot portions 18L and 18R. Thereby, a sufficient landing area is ensured in the left and right both leg portions 12L and 12R, and the legged mobile robot 10 is supported by both legs in a stable state.
[0022]
FIG. 12 is a left side view of the legged mobile robot showing the one-leg bed leaving step. As shown in this figure, in the one leg leaving step, each pitch of the right leg 12R is set in a state where the center of gravity P of the robot is positioned within the foot of the left leg 12L (hereinafter referred to as a landing leg). The shafts 19R, 20R, and 21R are moved in a predetermined direction, and the right leg portion 12R (hereinafter referred to as the floor leaving leg) is removed from the floor. At this time, the toe portion 24L of the landing leg 12L is locked at a position where the bottom surface of the toe portion 24L is in the same direction as the bottom surface of the foot portion 18L. Thereby, a sufficient landing area is secured in the landing leg 12L, and the legged mobile robot 10 is supported in one leg in a stable state.
[0023]
FIG. 13 is a left side view of the legged mobile robot showing the step of leaving the floor. As shown in this figure, in the step of swinging out the landing leg, the foot 12R is swung forward by the hip joint pitch operation (CW direction) of the floor leaving leg 12R and the ankle joint pitch operation (CW direction) of the landing leg 12L. ) To move the robot center-of-gravity point P forward. The robot center-of-gravity point P moves to the front end of the foot 18L in the landing leg 12L by this operation step.
[0024]
FIG. 14 is a left side view of the legged mobile robot showing the toe support step. As shown in this figure, in the toe support step, the same operation as that in the landing leg swinging step is continued, the leaving leg 12R is swung further forward, and the center of gravity P of the robot is moved further forward. The robot center-of-gravity point P moves out of the front end of the foot 18L in the landing leg 12L and moves into the toe 24L by this operation step. At this time, the rotation lock of the toe portion 24L is released, and the retraction rotation of the toe portion 24L is allowed. Thereby, even if the stride is increased, the toe portion 24L is not caught on the floor.
[0025]
FIG. 15 is a left side view of the legged mobile robot showing the landing step. As shown in this figure, in the landing step, the robot center-of-gravity point P is moved further forward by the knee joint pitch operation (CW direction) of the landing leg 12L (hereinafter referred to as the kicking leg), etc. A leg 12R (hereinafter referred to as a stepping leg) is placed on the floor. When the stepping leg 12R is landed, the legged mobile robot 10 is most likely to become unstable due to a sudden change in boundary condition. The leg reaction force and the inertial force acting on the floor act on the leg. The mobile robot 10 may swing up and down, but at this time, the toe portion 24R of the stepping leg 12R is locked at a position where the bottom surface thereof is in the same direction as the bottom surface of the foot portion 18R. Since a landing area is ensured, extremely stable landing can be performed.
[0026]
FIG. 16 is a left side view of the legged mobile robot showing the gravity center moving step. As shown in this figure, in the center of gravity step, the robot center of gravity P is moved to the center of the stepping leg 12R by the hip joint pitch operation (CCW direction) and the ankle joint pitch operation (CW direction) of the stepping leg 12R. At this time, the toe portion 24R of the stepping leg 12R is locked at a position where the bottom surface thereof is in the same direction as the bottom surface of the foot portion 18R, and stable gravity center movement is performed. Further, the toe portion 24L of the kicking leg 12L is further rotated by this movement of the center of gravity.
[0027]
FIG. 17 is a left side view of the legged mobile robot showing the next stance step. As shown in this figure, in the next stance step, the kicking leg 12L (hereinafter referred to as the leaving leg) is released by the hip joint pitch action (CW direction) and the knee joint pitch action (CCW direction) of the kicking leg 12L. Let Accordingly, the toe portion 24L of the kick leg 12L automatically returns to a position where the bottom surface of the toe portion 24L is in the same direction as the bottom surface of the foot portion 18R by the spring force. At this time, the locking operation of the toe portion 24L is performed. Done.
[0028]
FIG. 18 is a left side view of the legged mobile robot showing a step (hereinafter referred to as a step of returning to the left floor of the foot) that causes the bottom surface of the foot portion of the foot to be parallel to the floor surface. As shown in this figure, in the step of returning from the leaving leg horizontally, the ankle joint pitch operation (CW direction) is performed until the foot 18L of the leaving leg 12L becomes parallel to the floor surface. Thereby, the same state (left-right reversal) as the above-mentioned one-leg bed leaving step (FIG. 12) is obtained, and thereafter, the above-mentioned operation step (FIGS. 12 to 18) is alternately repeated left and right, thereby enabling stable bipedal walking. Realize.
[0029]
As described above, according to the present embodiment, the legged mobile robot 10 is provided on the robot body 11 so as to be pivotable back and forth, and is stepped forward in a predetermined order, and the legs 12L and 12R. The foot portions 18L and 18R are provided at the lower end portions of the portions 12L and 12R, and secure a predetermined landing area, and the toe portions 24L and 24R that extend the foot portions 18L and 18R forward are provided. Toe portions 24L and 24R are provided at the front end portions of the foot portions 18L and 18R so as to be rotatable up and down. Thus, a sufficient landing area can be secured during the one leg support period or when the landing leg 12R (12L) is landed, while the foot portion 18L of the landing leg 12L (12R) is kicked out. Can be controlled parallel to the floor or lifted to a high level to prevent it from getting caught on the floor, resulting in stable walking motion and high-speed walking, and widening the stride. be able to.
[0030]
In addition, since the bottom surfaces of the toe portions 24L and 24R are urged toward the positions where the bottom surfaces of the toe portions 24L and 24R are in the same direction as the bottom surfaces of the foot portions 18L and 18R, the bottom surfaces of the toe portions 24L and 24R are normally used. The toe portions 24L and 24R are held in the same direction as the bottom surfaces of the foot portions 18L and 18R to secure a necessary landing area, and when the toe portions 24L and 24R are retracted when they interfere with the floor surface. Motion can be tolerated.
[0031]
Further, since the toe portions 24L and 24R are provided with the lock mechanisms 40L and 40R for locking the rotation of the toe portions 24L and 24R at the positions where the bottom surfaces of the toe portions 24L and 18R are in the same direction as the foot portions 18L and 18R, The required floor area can be reliably ensured at the time of landing or when the floor landing legs 12R (12L) are landing.
[0032]
In addition, it further includes a control unit 43 that controls the operation of the joints provided in the legs 12L and 12R and the operation of the lock mechanisms 40L and 40R, and the control unit 43 swings the floor leaving leg 12R forward. A swinging step, a toe support step for releasing the rotation lock of the toe portion 24L when the center of gravity P of the robot exceeds the front end position of the foot of the landing leg 12L, and the leaving leg 12R with the toe portion 24R The landing step is performed in the state where the rotation of the landing leg is locked. Therefore, the toe portion 24L can be reliably retracted and rotated during the kicking operation of the landing leg 12L. At the time of 12R landing, a necessary landing area can be surely ensured.
[0033]
As mentioned above, although one embodiment of the present invention has been described with reference to the drawings, the present invention is not limited to the matters shown in the embodiment, and the description of the claims and the detailed description of the invention, as well as the well-known technology. Based on the above, a range in which those skilled in the art can make changes and applications thereof is included. For example, the present invention is not limited to a robot that performs bipedal walking, and can also be implemented by a robot that performs quadrupedal walking.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the one leg support period or at the time of landing of the leaving leg, while securing a sufficient landing area, the foot part is used as the floor surface in the kicking operation of the landing leg. It becomes unnecessary to control in parallel or to lift it high, and as a result, it becomes possible to perform high-speed walking with a wide stride.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a legged mobile robot.
FIG. 2 is a side view of a legged mobile robot.
FIG. 3 is a schematic perspective view showing the degree of freedom of the legged mobile robot.
FIG. 4 is a side view of the foot unit.
FIG. 5 is a front view of the foot unit.
FIG. 6 is an exploded perspective view of a main part of the foot unit.
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line AA of the foot unit showing a state where the bottom surface of the toe portion is locked at a position where it is in the same direction as the bottom surface of the foot portion.
FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line AA of the foot unit showing a state where the lock of the toe portion is released.
FIG. 9 is a block diagram showing input / output of a control unit.
FIG. 10 is a timing chart showing the operation timing of the lock mechanism.
FIG. 11 is a left side view of a legged mobile robot showing both leg landing steps.
FIG. 12 is a left side view of a legged mobile robot showing a one-leg bed leaving step.
FIG. 13 is a left side view of the legged mobile robot showing the step of leaving the floor.
FIG. 14 is a left side view of the legged mobile robot showing the toe support step.
FIG. 15 is a left side view of a legged mobile robot showing a landing step.
FIG. 16 is a left side view of a legged mobile robot showing a gravity center moving step.
FIG. 17 is a left side view of the legged mobile robot showing the next stance step.
FIG. 18 is a left side view of the legged mobile robot showing the step of returning from the leaving leg horizontally.
[Explanation of symbols]
P Robot center of gravity point 10 Legged mobile robot 11 Robot body 12L, 12R Leg part 13L, 13R Hip joint part 14L, 14R Thigh part 15L, 15R Knee joint part 16L, 16R Tibial part 17L, 17R Ankle joint part 18L, 18R Foot 19L, 19R Hip joint pitch axis 20L, 20R Knee joint pitch axis 21L, 21R Ankle joint pitch axis 22L, 22R Ankle joint roll axis 23L, 23R Foot unit 24L, 24R Toe part 37L, 37R Sole member 38L, 38R Toe support Shaft 40L, 40R Lock mechanism 41L, 41R Toe lock cam 42L, 42R Toe lock motor 43 Control unit

Claims

ロボット本体に前後回動自在に設けられ、所定の順序で前方に踏み出し動作を行う複数の脚部と、該脚部の下端部に設けられ、所定の着床面積を確保する足平部と、該足平部の前端部に上下回動自在に設けられる爪先部とを備え、該爪先部の底面が前記足平部の底面と同一方向となるよう前記爪先部を付勢する付勢手段を更に備えることを特徴とする脚式移動ロボット。 A plurality of legs that are provided in the robot main body so as to be pivotable back and forth, and perform a forward stepping operation in a predetermined order, and a foot that is provided at a lower end of the legs and secures a predetermined landing area; An urging means for urging the toe portion so that the bottom surface of the toe portion is in the same direction as the bottom surface of the foot portion. A legged mobile robot, further comprising:

前記爪先部の回動ロックまたは強制回動を行う駆動手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボット。 The legged mobile robot according to claim 1, further comprising a driving unit that locks or forcibly rotates the toe portion.

前記駆動手段は、前記爪先部の底面が前記足平部の底面と同一方向となる位置で前記爪先部の回動をロックするロック機構であることを特徴とする請求項２に記載の脚式移動ロボット。 The leg type according to claim 2, wherein the driving means is a lock mechanism that locks the rotation of the toe portion at a position where the bottom surface of the toe portion is in the same direction as the bottom surface of the foot portion. Mobile robot.

前記脚部に設けられる関節部の動作および前記ロック機構の動作を制御する制御部を更に備え、該制御部が、前記脚部の歩行動作にタイミングを合せて前記ロック機構のロック動作およびロック解除動作を自動的に行うことを特徴とする請求項３に記載の脚式移動ロボット。 The apparatus further includes a control unit that controls the operation of the joint portion provided in the leg portion and the operation of the lock mechanism, and the control portion locks and unlocks the lock mechanism in synchronization with the walking operation of the leg portion. The legged mobile robot according to claim 3, wherein the movement is automatically performed.

前記制御部は、離床脚が着床する以前に、該離床脚に設けられる爪先部の回動を前記爪先部の底面が前記足平部の底面と同一方向となる位置でロックすることを特徴とする請求項４に記載の脚式移動ロボット。 The control unit locks the rotation of the toe portion provided on the leaving leg at a position where the bottom surface of the toe portion is in the same direction as the bottom surface of the foot portion before the leaving leg is landed. The legged mobile robot according to claim 4.

前記制御部は、ロボット重心点が着床脚の足平部前端位置を越えたとき又はそれ以前に、該着床脚に設けられる爪先部の回動ロックを解除することを特徴とする請求項４又は５に記載の脚式移動ロボット。 The control unit releases a rotation lock of a toe portion provided on the landing leg when or before the robot center of gravity exceeds the front end position of the foot part of the landing leg. The legged mobile robot according to 4 or 5.

前記制御部は、離床脚を前方に振り出す手段と、ロボット重心点が着床脚の足平部前端位置を越えたとき又はそれ以前に、該着床脚に設けられる爪先部の回動ロックを解除する手段と、前記離床脚を、その爪先部の回動がロックされた状態で着床させる手段と、を備えることを特徴とする請求項４〜６の何れかに記載の脚式移動ロボット。 The control unit includes a means for swinging the leaving leg forward, and a rotation lock of a toe portion provided on the landing leg when or before the center of gravity of the robot exceeds the front end position of the foot part of the landing leg. The legged movement according to any one of claims 4 to 6, further comprising: means for releasing the floor, and means for landing the leaving leg with the rotation of the toe portion locked. robot.

請求項４〜７の何れかに記載の脚式移動ロボットにおける制御方法であって、離床脚を前方に振り出す工程と、ロボット重心点が着床脚の足平部前端位置を越えたとき又はそれ以前に、該着床脚に設けられる爪先部の回動ロックを解除する工程と、前記離床脚を、その爪先部の回動がロックされた状態で着床させる工程と、を備えることを特徴とする脚式移動ロボットの制御方法。 The control method for the legged mobile robot according to any one of claims 4 to 7, wherein the step of swinging the leaving leg forward and the center of gravity of the robot exceeds the front end position of the foot of the landing leg or Before that, the step of releasing the rotation lock of the toe portion provided on the landing leg, and the step of landing the floor leaving leg with the rotation of the toe portion locked. A control method for a legged mobile robot.