JP4111134B2

JP4111134B2 - Boarding robot

Info

Publication number: JP4111134B2
Application number: JP2003427207A
Authority: JP
Inventors: 貴史山本; 仁司鴻巣; 英之村山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2023-12-24
Also published as: JP2005186650A

Description

本発明は、搭乗型ロボットに関するものである。詳しくは、搭乗型ロボットの搭乗部の姿勢を制御する技術に関するものである。 The present invention relates to a boarding type robot. More specifically, the present invention relates to a technique for controlling the posture of a riding part of a boarding robot.

人が搭乗する搭乗部を有するとともに、脚リンクで歩行する搭乗型ロボットが知られている（例えば、特許文献１）（以下、「搭乗型ロボット」を「ロボット」と記載する）。 2. Description of the Related Art A boarding robot that has a boarding unit on which a person rides and walks with a leg link is known (for example, Patent Document 1) (hereinafter, “boarding robot” is referred to as “robot”).

特開平６−２８６６７７号公報JP-A-6-286777

ロボットが脚リンクを用いて歩行すると、搭乗部の姿勢が変化してしまい乗り心地が悪い。また、ロボットは、つま先を地面の突起に引っ掛けたり、他の物体と接触したりして転倒することがある。ロボットが転倒すると、搭乗部の姿勢が変化してしまう。
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、搭乗部の姿勢を一定に維持することが可能なロボットを提供することを課題とする。 When the robot walks using the leg link, the posture of the riding section changes and the riding comfort is poor. In addition, the robot may fall over when the toe is hooked on a protrusion on the ground or is in contact with another object. When the robot falls, the posture of the riding section changes.
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a robot capable of maintaining a constant posture of the riding section.

本発明のロボットは、人が搭乗する搭乗部と複数の関節と各関節を駆動する歩行用アクチュエータを有する脚リンクの一対を有するとともに一対の脚リンクで歩行する。そして、ロボットの進行方向軸回りの搭乗部の姿勢を変えるロール軸アクチュエータと、ロボットの側方軸回りの搭乗部の姿勢を変えるピッチ軸アクチュエータと、進行方向軸回りと側方軸回りの搭乗部の姿勢を検出する手段と、ロボットが転倒したか否かを検出する手段と、コントローラを備えている。前記のロール軸アクチュエータとピッチ軸アクチュエータは、脚リンクに設けられている足首関節アクチュエータと膝関節アクチュエータと股関節アクチュエータからなる歩行用アクチュエータの少なくとも一つを利用している。コントローラは、転倒検出手段で前後方向の転倒が検出された以降に、
（１）姿勢検出手段で検出される進行方向軸回りと側方軸回りの搭乗部の姿勢が水平に維持されるようにロール軸アクチュエータとピッチ軸アクチュエータを制御するとともに、（２）足首関節アクチュエータを駆動して、下腿リンクをその搭乗部側の端部が上方へ向かって回転する方向に足首の関節を回動させるとともに、膝関節アクチュエータを駆動して上腿リンクをその搭乗部側の端部が上方へ向かって回転する方向に膝の関節を回動させることによって搭乗部の落下速度を遅くする。
このロボットによれば、転倒検出手段で転倒が検出された以降に、コントローラがロール軸アクチュエータとピッチ軸アクチュエータを制御して、搭乗部の姿勢を水平に維持することができる。また、搭乗部の落下速度を遅くすることによって、搭乗部の着地ショックを小さくすることができる。
The robot of the present invention has a pair of leg links each having a riding section on which a person rides, a plurality of joints, and a walking actuator that drives each joint, and walks with the pair of leg links. And a roll axis actuator that changes the attitude of the riding section around the robot's traveling direction axis, a pitch axis actuator that changes the attitude of the riding section around the lateral axis of the robot, and a riding section around the traveling direction axis and the lateral axis It means for detecting a posture, and means for detecting whether the robot falls down, and a controller. The roll axis actuator and the pitch axis actuator utilize at least one of walking actuators including an ankle joint actuator, a knee joint actuator, and a hip joint actuator provided in a leg link. After the controller detects the fall in the front-rear direction,
(1) The roll axis actuator and the pitch axis actuator are controlled so that the attitude of the riding section about the traveling direction axis and the side axis detected by the attitude detection means is maintained horizontally, and (2) the ankle joint actuator To rotate the ankle joint in a direction in which the end on the riding section side of the lower leg link rotates upward, and the knee joint actuator is driven to move the upper leg link to the end on the riding section side. The fall speed of the riding section is slowed by rotating the knee joint in the direction in which the section rotates upward.
According to this robot, the controller can control the roll axis actuator and the pitch axis actuator after the fall is detected by the fall detection means, so that the posture of the riding section can be kept horizontal. Moreover, the landing shock of the riding section can be reduced by reducing the falling speed of the riding section.

上記のロボットにおいて、前記のロール軸アクチュエータとピッチ軸アクチュエータが、歩行用アクチュエータと別に付加されていてもよい。
In the robot described above, the roll axis actuator and the pitch axis actuator may be added separately from the walking actuator .

後述する実施例の主要な特徴を記載する。
（１）ロボットは、右脚と左脚からなる脚部と、脚部の上に設けられた搭乗部を備えている。右脚と左脚は、股関節と、股関節に接続された上腿と、上腿に膝関節で接続された下腿と、下腿に足首関節で接続された足先を有している。
（２）搭乗部には、コントローラと、搭乗部の姿勢を検出するジャイロが装着されている。コントローラは、ジャイロから入力される姿勢信号を処理して、ロボットが転倒中に、搭乗部が水平な姿勢を維持するように、右脚と左脚の関節角度を制御する。転倒中に水平な姿勢に維持された搭乗部は、そのままの姿勢で着地する。
（３）コントローラは、ロボットが正常に歩行しているときに、搭乗部の姿勢を水平に維持することもできる。搭乗部の姿勢が水平に維持されると、歩行にともなって搭乗者が揺すられなくなるので、乗り心地が良くなる。 The main features of the embodiments described later will be described.
(1) The robot includes a leg portion including a right leg and a left leg, and a riding section provided on the leg portion. The right leg and the left leg have a hip joint, an upper leg connected to the hip joint, a lower leg connected to the upper leg by a knee joint, and a toe connected to the lower leg by an ankle joint.
(2) The boarding unit is equipped with a controller and a gyro for detecting the posture of the boarding unit. The controller processes the posture signal input from the gyro, and controls the joint angles of the right leg and the left leg so that the riding section maintains a horizontal posture while the robot is falling. The riding section maintained in a horizontal posture during the fall falls down in the same posture.
(3) The controller can also maintain the posture of the riding section horizontally when the robot is walking normally. If the posture of the riding section is kept horizontal, the rider will not be shaken with walking, so the ride comfort is improved.

本発明のロボット１０に係る一実施例について、図面を参照しながら説明する。
図１、図２に示されているように、搭乗型のロボット１０は、脚部１２と、脚部１２の上に設けられた搭乗部１００を備えている。搭乗部１００には、搭乗者７５が搭乗する。なお、図２では、搭乗者７５の図示が省略されている。また、図１、図２では、説明の便宜上、ｘ、ｙ、ｚの３軸からなる座標系を設定している。ｘ軸はロボット１０の前後方向に延びている。ｙ軸はロボット１０の左右方向に延びている。ｚ軸はロボット１０の上下方向に延びている。 An embodiment according to the robot 10 of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, the boarding robot 10 includes a leg portion 12 and a riding portion 100 provided on the leg portion 12. A passenger 75 gets on the boarding unit 100. In FIG. 2, the passenger 75 is not shown. In FIG. 1 and FIG. 2, a coordinate system composed of three axes of x, y, and z is set for convenience of explanation. The x-axis extends in the front-rear direction of the robot 10. The y axis extends in the left-right direction of the robot 10. The z axis extends in the vertical direction of the robot 10.

脚部１２は、右脚１４と左脚１５から構成されている。右脚１４は、右股関節１６、右上腿１８、右膝関節２０、右下腿２２、右足首関節２４、右足先２６を備えている。
図３、図４に良く示されているように、右股関節１６は、股ヨーク２８、股クロスシャフト３０、股ｘ軸回り駆動機構３２、股ｙ軸回り駆動機構３３、股ｚ軸回り駆動機構３４等を備えている。股ヨーク２８は、下方に向かって開いた略コ字状に形成されている。図４に良く示されているように、股クロスシャフト３０は、十字状に形成されている。股ヨーク２８と右上腿１８は、股クロスシャフト３０を介して接続されている。右上腿１８は、２枚の板状の部材で構成されている。股クロスシャフト３０は、股ヨーク２８と右上腿１８に対して回転することができる。従って、右上腿１８は、股ヨーク２８に対して、ｘ軸回りとｙ軸回りの角度が可変である。 The leg portion 12 includes a right leg 14 and a left leg 15. The right leg 14 includes a right hip joint 16, an upper right thigh 18, a right knee joint 20, a right lower thigh 22, a right ankle joint 24, and a right foot tip 26.
3 and 4, the right hip joint 16 includes a crotch yoke 28, a crotch cross shaft 30, a crotch x-axis driving mechanism 32, a crotch y-axis driving mechanism 33, and a crotch z-axis driving mechanism. 34 etc. are provided. The crotch yoke 28 is formed in a substantially U shape that opens downward. As well shown in FIG. 4, the crotch cross shaft 30 is formed in a cross shape. The crotch yoke 28 and the upper right thigh 18 are connected via a crotch cross shaft 30. The upper right thigh 18 is composed of two plate-like members. The crotch cross shaft 30 can rotate with respect to the crotch yoke 28 and the upper right thigh 18. Accordingly, the angle of the upper right thigh 18 around the x-axis and the y-axis with respect to the crotch yoke 28 is variable.

股ｘ軸回り駆動機構は３２は、股ｘ軸モータ４０、股ｘ軸モータ側プーリ３８、股関節側ｘ軸プーリ４３、ベルト３９を備えている。股ｘ軸モータ４０は、ヨーク２８に固定されている。股ｘ軸モータ側プーリ３８は、股ｘ軸モータ４０の駆動軸４０ａに取付けられている。股関節側ｘ軸プーリ４３は、股クロスシャフト３０に固定されている。ベルト３９は、股ｘ軸モータ側プーリ３８と股関節側ｘ軸プーリ４３に巻付けられている。股ｘ軸モータ４０が回転して股ｘ軸モータ側プーリ３８が回転すると、ベルト３９を介して股関節側ｘ軸プーリ４３も回転する。股関節側ｘ軸プーリ４３が回転すると、それに固定されている股クロスシャフト３０のｘ軸回りの角度が変化する。このため、右股関節１６のｘ軸回りの関節角が変化する。股ｘ軸モータ４０を正転したり逆転したりすることにより、右上腿１８が右側に持ち上げられたり、左側に持ち上げられたりする。 The crotch x-axis rotation drive mechanism 32 includes a crotch x-axis motor 40, a crotch x-axis motor side pulley 38, a hip joint side x-axis pulley 43, and a belt 39. The crotch x-axis motor 40 is fixed to the yoke 28. The crotch x-axis motor side pulley 38 is attached to the drive shaft 40 a of the crotch x-axis motor 40. The hip joint side x-axis pulley 43 is fixed to the crotch cross shaft 30. The belt 39 is wound around the crotch x-axis motor side pulley 38 and the hip joint side x-axis pulley 43. When the crotch x-axis motor 40 rotates and the crotch x-axis motor side pulley 38 rotates, the hip joint side x-axis pulley 43 also rotates via the belt 39. When the hip joint side x-axis pulley 43 rotates, the angle around the x axis of the hip cross shaft 30 fixed thereto changes. For this reason, the joint angle around the x-axis of the right hip joint 16 changes. By rotating the crotch x-axis motor 40 forward or backward, the upper right thigh 18 is lifted to the right or lifted to the left.

股ｙ軸回り駆動機構は３３は、股ｙ軸モータ４６、股ｙ軸モータ側プーリ４９、股関節側ｙ軸プーリ５０、ベルト５２を備えている。股ｙ軸モータ４６は右上腿１８に固定されている。股ｙ軸モータ側プーリ４９は、股ｙ軸モータ４６の駆動軸に取付けられている。股関節側ｙ軸プーリ５０は、股クロスシャフト３０に固定されている。ベルト５２は、股ｙ軸モータ側プーリ４９と股関節側ｙ軸プーリ５０に巻付けられている。股ｙ軸モータ４６が回転すると、股ｙ軸モータ側プーリ４９が回転する。股ｙ軸モータ側プーリ４９が回転すると、ベルト５２を介して股関節側ｙ軸プーリ５０が回転する。股関節側ｙ軸プーリ５０の回転にともなって、股クロスシャフト３０のｙ軸回りの角度が変化する。従って、右股関節１６のｙ軸回りの関節角が変化する。股ｙ軸モータ４６を正転したり逆転したりすることにより、右上腿１８を右股関節１６回りに前方側に持ち上げたり、後方側に持ち上げたりすることができる。これに対して、人間の股関節は、上腿を前方側に持ち上げることはできるが、後方側に持ち上げることはできない。 The crotch y-axis rotation drive mechanism 33 includes a crotch y-axis motor 46, a crotch y-axis motor side pulley 49, a hip joint side y-axis pulley 50, and a belt 52. The crotch y-axis motor 46 is fixed to the upper right thigh 18. The crotch y-axis motor side pulley 49 is attached to the drive shaft of the crotch y-axis motor 46. The hip joint side y-axis pulley 50 is fixed to the crotch cross shaft 30. The belt 52 is wound around the crotch y-axis motor side pulley 49 and the hip joint side y-axis pulley 50. When the crotch y-axis motor 46 rotates, the crotch y-axis motor side pulley 49 rotates. When the hip y-axis motor side pulley 49 rotates, the hip joint side y-axis pulley 50 rotates via the belt 52. As the hip joint side y-axis pulley 50 rotates, the angle of the hip cross shaft 30 about the y axis changes. Therefore, the joint angle around the y-axis of the right hip joint 16 changes. By rotating the crotch y-axis motor 46 forward or backward, the upper right thigh 18 can be lifted forward or backward about the right hip joint 16. On the other hand, the human hip joint can lift the upper leg forward, but cannot lift it rearward.

図３に良く示されているように、股ｚ軸回り駆動機構は３４は、股ｚ軸モータ５４、股ｚ軸モータ側プーリ５６、股関節側ｚ軸プーリ５８、ベルト６０等を備えている。股ｚ軸モータ５４はブラケット６２を介して腰部材６４に固定されている。詳しくは後述するが、腰部材６４は、搭乗部１００と結合されている。股ｚ軸モータ側プーリ５６は、股ｚ軸モータ５４の駆動軸に取付けられている。股関節側ｚ軸プーリ５８は、シャフト６６によって股ヨーク２８と連結されている。このため、股ヨーク２８は、股関節側ｚ軸プーリ５８とともにｚ軸回りに回転する。シャフト６６は、腰部材６４内に設けられているベアリング（図示省略）によって、回転可能に支持されている。ベルト６０は、股ｚ軸モータ側プーリ５６と股関節側ｚ軸プーリ５８に巻付けられている。股ｚ軸モータ５４が回転すると、股ｚ軸モータ側プーリ５６が回転する。股ｚ軸モータ側プーリ５６が回転すると、ベルト５２を介して股関節側ｚ軸プーリ５８が回転する。股関節側ｚ軸プーリ５８の回転にともなって股ヨーク２８は回転し、それとともに右股関節１６のｚ軸回りの関節角が変化する。股ｚ軸モータ５４が正転したり逆転したりすると、右股関節１６のｚ軸回りの関節角が一方向に変化したり、他方向に変化したりする。右股関節１６のｚ軸回りの関節角が一方向に変化したり、他方向に変化したりすると、右脚１４が内股になったり、外股になったりする。 3, the crotch z-axis rotation drive mechanism 34 includes a crotch z-axis motor 54, a crotch z-axis motor side pulley 56, a hip joint side z-axis pulley 58, a belt 60, and the like. The crotch z-axis motor 54 is fixed to the waist member 64 via a bracket 62. As will be described in detail later, the waist member 64 is coupled to the riding section 100. The crotch z-axis motor side pulley 56 is attached to the drive shaft of the crotch z-axis motor 54. The hip joint side z-axis pulley 58 is connected to the crotch yoke 28 by a shaft 66. For this reason, the crotch yoke 28 rotates around the z axis together with the hip joint side z axis pulley 58. The shaft 66 is rotatably supported by a bearing (not shown) provided in the waist member 64. The belt 60 is wound around the crotch z-axis motor side pulley 56 and the hip joint side z-axis pulley 58. When the crotch z-axis motor 54 rotates, the crotch z-axis motor side pulley 56 rotates. When the hip z-axis motor side pulley 56 rotates, the hip joint side z-axis pulley 58 rotates via the belt 52. The hip yoke 28 rotates with the rotation of the hip joint side z-axis pulley 58, and the joint angle of the right hip joint 16 about the z axis changes. When the crotch z-axis motor 54 rotates forward or backward, the joint angle around the z-axis of the right hip joint 16 changes in one direction or changes in the other direction. If the joint angle around the z-axis of the right hip joint 16 changes in one direction or changes in the other direction, the right leg 14 becomes an inner thigh or an outer thigh.

右膝関節２０は、シャフト７０と膝関節駆動機構７２を備えている。シャフト７０は、右上腿１８と右下腿２２をｙ軸回りに回転可能に接続している。右下腿２２は、２枚の板状の部材から構成されている。
膝関節駆動機構７２は、膝モータ７４、膝モータ側プーリ７８、膝関節側プーリ７６、ベルト７９を有している。膝モータ７４は、右上腿１８に固定されている。膝モータ側プーリ７８は、膝モータ７４の駆動軸に取付けられている。膝関節側プーリ７６は、右下腿２２に固定されている。ベルト７９は、膝モータ側プーリ７８と膝関節側プーリ７６に巻付けられている。膝モータ４６が回転すると、膝モータ側プーリ７８が回転する。膝モータ側プーリ７８が回転すると、ベルト７９を介して膝関節側プーリ７６が回転する。膝関節側プーリ７６が回転すると、右膝関節２０のｙ軸回りの関節角が変化する。
膝モータ７４を正転したり逆転したりすることにより、右下腿２２を右膝関節２０回りに前方側に持ち上げたり、後方側に持ち上げたりすることができる。これに対して、人間の下腿は後方側に持ち上げることができるのみで、前方側に持ち上げることができない。右下腿２２を右膝関節２０回りに前方側に持ち上げると、右上腿１８と右下腿２２は前方側に向かって開いた状態（右上腿１８の延長線よりも前方側に、右下腿２２が右膝関節２０回りに回転した状態）になる。以下においては、この状態を「鳥足状態」と呼ぶ。また、人間のように、右上腿１８と右下腿２２が後方側に向かって開いた状態（右上腿１８の延長線よりも後方側に、右下腿２２が右膝関節２０回りに回転した状態）を「人足状態」と呼ぶ。本ロボット１０は、脚１４、１５を鳥足状態にも、人足状態にもすることもできる。 The right knee joint 20 includes a shaft 70 and a knee joint drive mechanism 72. The shaft 70 connects the upper right thigh 18 and the right lower thigh 22 so as to be rotatable about the y axis. The right lower leg 22 is composed of two plate-like members.
The knee joint drive mechanism 72 includes a knee motor 74, a knee motor side pulley 78, a knee joint side pulley 76, and a belt 79. The knee motor 74 is fixed to the upper right thigh 18. The knee motor side pulley 78 is attached to the drive shaft of the knee motor 74. The knee joint side pulley 76 is fixed to the right lower leg 22. The belt 79 is wound around the knee motor side pulley 78 and the knee joint side pulley 76. When the knee motor 46 rotates, the knee motor side pulley 78 rotates. When the knee motor side pulley 78 rotates, the knee joint side pulley 76 rotates via the belt 79. When the knee joint side pulley 76 rotates, the joint angle around the y axis of the right knee joint 20 changes.
By rotating the knee motor 74 forward or backward, the right lower leg 22 can be lifted forward or backward about the right knee joint 20. On the other hand, the human lower leg can only be lifted rearward and cannot be lifted forward. When the right lower thigh 22 is lifted forward around the right knee joint 20, the upper right thigh 18 and the right lower thigh 22 are opened toward the front side (the right lower thigh 22 is on the right side of the extension line of the upper right thigh 18 and the right lower thigh 22 is (Rotated around the knee joint 20). Hereinafter, this state is referred to as a “bird leg state”. Further, like a human being, the upper right thigh 18 and the right lower thigh 22 are opened toward the rear side (the state where the right lower thigh 22 is rotated around the right knee joint 20 behind the extended line of the upper right thigh 18). Is called a “human foot condition”. The robot 10 can place the legs 14 and 15 in a bird's foot state or a human foot state.

右足首関節２４は、足首ヨーク８０、足首クロスシャフト８２、足首ｘ軸回り駆動機構８３、足首ｙ軸回り駆動機構８４を備えている。足首ヨーク８０は、上方に向かって開いた略コ字状に形成されている。足首クロスシャフト８２は、股クロスシャフト３０と同様に十字状に形成されている。足首ヨーク８０と右下腿２２は、足首クロスシャフト８２を介して接続されている。足首ヨーク８０には、右足先２６が固定されている。このように右下腿２２と右足先２６が右足首関節２４を介して接続されているので、足先２６は右下腿２２に対して、ｘ軸回りとｙ軸回りの角度が可変とされている。 The right ankle joint 24 includes an ankle yoke 80, an ankle cross shaft 82, an ankle x-axis rotation drive mechanism 83, and an ankle y-axis rotation drive mechanism 84. The ankle yoke 80 is formed in a substantially U-shape that opens upward. The ankle cross shaft 82 is formed in a cross shape like the crotch cross shaft 30. The ankle yoke 80 and the right lower leg 22 are connected via an ankle cross shaft 82. The right foot tip 26 is fixed to the ankle yoke 80. Since the right lower leg 22 and the right foot 26 are thus connected via the right ankle joint 24, the angle of the foot 26 around the x-axis and the y-axis with respect to the right lower leg 22 is variable. .

足首ｘ軸回り駆動機構は８３は、足首ｘ軸モータ８８、足首ｘ軸モータ側プーリ８５、足首関節側ｘ軸プーリ８７、ベルト８６を備えている。足首ｘ軸モータ８８は、右下腿２２に固定されている。足首ｘ軸モータ側プーリ８５は、足首ｘ軸モータ８８の駆動軸に取付けられている。足首関節側ｘ軸プーリ８７は、足首クロスシャフト８２に固定されている。ベルト８６は、足首ｘ軸モータ側プーリ８５と足首関節側ｘ軸プーリ８７に巻付けられている。足首ｘ軸モータ８８が回転すると、足首ｘ軸モータ側プーリ８５が回転する。足首ｘ軸モータ側プーリ８６が回転すると、ベルト８６を介して足首関節側ｘ軸プーリ８７が回転する。足首関節側ｘ軸プーリ８７が回転すると、足首クロスシャフト８２とともに足首ヨーク８０のｘ軸回りの角度が変化する。このため、足首ｘ軸モータ８８が正転したり逆転したりすると、右足先２６のつま先が上を向いたり下を向いたりする。 The ankle x-axis rotation drive mechanism 83 includes an ankle x-axis motor 88, an ankle x-axis motor side pulley 85, an ankle joint side x-axis pulley 87, and a belt 86. The ankle x-axis motor 88 is fixed to the right lower leg 22. The ankle x-axis motor side pulley 85 is attached to the drive shaft of the ankle x-axis motor 88. The ankle joint side x-axis pulley 87 is fixed to the ankle cross shaft 82. The belt 86 is wound around the ankle x-axis motor side pulley 85 and the ankle joint side x-axis pulley 87. When the ankle x-axis motor 88 rotates, the ankle x-axis motor side pulley 85 rotates. When the ankle x-axis motor-side pulley 86 rotates, the ankle joint-side x-axis pulley 87 rotates via the belt 86. When the ankle joint side x-axis pulley 87 rotates, the angle around the x-axis of the ankle yoke 80 together with the ankle cross shaft 82 changes. For this reason, when the ankle x-axis motor 88 rotates forward or backward, the toe of the right foot tip 26 faces upward or downward.

足首ｙ軸回り駆動機構は８４は、足首ｙ軸モータ８９、足首ｙ軸モータ側プーリ９０、足首関節側ｙ軸プーリ９１、ベルト９２を備えている。足首ｙ軸モータ８９は右下腿２２に固定されている。足首ｙ軸モータ側プーリ９０は、足首ｙ軸モータ８９の駆動軸に取付けられている。足首関節側ｙ軸プーリ９１は、足首クロスシャフト８２に対して固定されている。ベルト９２は、足首ｙ軸モータ側プーリ９０と足首関節側ｙ軸プーリ９１に巻付けられている。足首ｙ軸モータ８９が回転すると、足首ｙ軸モータ側プーリ９０が回転する。足首ｙ軸モータ側プーリ９０が回転すると、ベルト９２を介して足首関節側ｙ軸プーリ９１が回転する。足首関節側ｙ軸プーリ９１が回転すると、足首クロスシャフト８２とともに右足首ヨーク８０のｙ軸回りの角度が変化する。足首ｙ軸モータ８９が正転したり逆転したりすると、右足先２６のつま先が右をむいたり左を向いたりする。 The ankle y-axis rotation drive mechanism 84 includes an ankle y-axis motor 89, an ankle y-axis motor side pulley 90, an ankle joint side y-axis pulley 91, and a belt 92. The ankle y-axis motor 89 is fixed to the right lower leg 22. The ankle y-axis motor side pulley 90 is attached to the drive shaft of the ankle y-axis motor 89. The ankle joint side y-axis pulley 91 is fixed to the ankle cross shaft 82. The belt 92 is wound around the ankle y-axis motor side pulley 90 and the ankle joint side y-axis pulley 91. When the ankle y-axis motor 89 rotates, the ankle y-axis motor side pulley 90 rotates. When the ankle y-axis motor side pulley 90 rotates, the ankle joint side y-axis pulley 91 rotates via the belt 92. When the ankle joint side y-axis pulley 91 rotates, the angle around the y-axis of the right ankle yoke 80 together with the ankle cross shaft 82 changes. When the ankle y-axis motor 89 rotates forward or backward, the toes of the right foot tip 26 turn right or face left.

図２に良く示されているように、左脚１５は、左股関節１３、左上腿１７、左膝関節２５、左下腿１９、左足首関節２１、左足先２３を備えている。左脚１５の構成は右脚１４と同様なので、これ以上の説明は省略する。 As shown well in FIG. 2, the left leg 15 includes a left hip joint 13, a left upper thigh 17, a left knee joint 25, a left lower thigh 19, a left ankle joint 21, and a left foot tip 23. Since the configuration of the left leg 15 is the same as that of the right leg 14, further description is omitted.

図１、図２に示されているように、搭乗部１００は、第１フレーム１０２、第２フレーム１０４、座席１０６、右操作部１０８、左操作部１１０等を備えている。第１フレーム１０２と第２フレーム１０４は、パイプ状の部材を曲げ成形したものである。図１に良く示されているように、第１フレーム１０２は、座席１０６の座面の下面と、背当ての後面に沿う形状に形成されている。第２フレーム１０４は、第１フレーム１０２と結合されており、座席１０６の左右と前方下部に配置される。
図２に良く示されているように、第１フレーム１０２は、座席１０６の下方で、ブラケット１１２を介して腰部材６４と結合されている。座席１０６は、結合部材１１４を介してブラケット１１２と結合されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the boarding unit 100 includes a first frame 102, a second frame 104, a seat 106, a right operation unit 108, a left operation unit 110, and the like. The first frame 102 and the second frame 104 are formed by bending a pipe-shaped member. As shown well in FIG. 1, the first frame 102 is formed in a shape along the lower surface of the seating surface of the seat 106 and the rear surface of the backrest. The second frame 104 is coupled to the first frame 102 and is disposed on the left and right sides of the seat 106 and the lower front portion.
As shown well in FIG. 2, the first frame 102 is coupled to the waist member 64 via the bracket 112 below the seat 106. The seat 106 is coupled to the bracket 112 via a coupling member 114.

図１に良く示されているように、搭乗者７５は、座面１０６ａに臀部を載せた状態で座席１０６に座る。この状態では、第２フレーム１０４に設けられている転落防止部１０４ｂが搭乗者７５の肘関節よりも高く配置される。転落防止部１０４ｂが設けられていることにより、搭乗者７５が座席１０６の横方向に転落してしまうのが防止されている。 As well shown in FIG. 1, the occupant 75 sits on the seat 106 with the buttocks on the seating surface 106a. In this state, the fall prevention part 104b provided on the second frame 104 is disposed higher than the elbow joint of the passenger 75. By providing the fall prevention part 104b, the passenger 75 is prevented from falling in the lateral direction of the seat 106.

右操作部１０８は、基台部１０８ａとスティック１０８ｂを有している。左操作部１１０は、基台部１１０ａとスティック１１０ｂを有している。基台部１０８ａ、１１０ａは、第２フレーム１０４に固定されているとともに、それぞれセンサ１０８ｃ、１１０ｃを内蔵している。センサ１０８ｃ、１１０ｃは、操作された（倒された）ことによるスティック１０８ｂ、１１０ｂのストロークを検出する。搭乗者７５は、右手でスティック１０８ｂを操作し、左手でスティック１１０ｂを操作してロボット１０を操縦する。 The right operation unit 108 includes a base unit 108a and a stick 108b. The left operation unit 110 includes a base unit 110a and a stick 110b. The base portions 108a and 110a are fixed to the second frame 104 and incorporate sensors 108c and 110c, respectively. The sensors 108c and 110c detect the strokes of the sticks 108b and 110b due to being operated (turned down). The passenger 75 operates the stick 108b with the right hand and operates the stick 110b with the left hand to steer the robot 10.

座席１０６の背当て後方には、第１フレーム１０２に固定されて、箱状の収容部１２０が２つ設けられている。上側の収容部１２０には、ロボット１０の動作を制御するコントローラ１６０等が収容されている。下側の収容部１２０には、ジャイロ１６２や、バッテリー（図示省略）等が収容されている。図１３に示されているように、コントローラ１６０には、センサ１０８ｃ、１１０ｃ、ジャイロ１６２、股ｘ軸回り駆動機構３２、股ｙ軸回り駆動機構３３等の関節駆動機構が接続されている。
コントローラ１６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えるコンピュータである。ＲＯＭには、制御プログラムが格納されている。搭乗者７５によってスティック１０８ｂ、１１０ｂが操作されると、その操作ストロークをセンサ１０８ｃ、１１０ｃが検出する。操作ストロークを検出したセンサ１０８ｃ、１１０ｃは、操作信号をコントローラ１６０に出力する。コントローラ１６０のＣＰＵは、入力された操作信号を制御プログラムに従って処理し、制御信号をモータ４０、４６、５４、７４、８８、８９に送信する。モータ４０、４６、５４、７４、８８、８９が制御信号に従って回転すると、ロボット１０は搭乗者７５が操縦したとおりに動作する。
コントローラ１６０は、ジャイロ１６２から入力される姿勢信号を処理して、ロボット１０が転倒中に、搭乗部１００の姿勢を制御する。ジャイロ１６２や、搭乗部１００の姿勢制御については、後述にて詳細に説明する。 Two box-shaped accommodation portions 120 are provided behind the backrest of the seat 106 and fixed to the first frame 102. The upper accommodating portion 120 accommodates a controller 160 that controls the operation of the robot 10. The lower accommodating portion 120 accommodates a gyro 162, a battery (not shown), and the like. As shown in FIG. 13, joint driving mechanisms such as sensors 108 c and 110 c, a gyro 162, a crotch x-axis driving mechanism 32, and a crotch y-axis driving mechanism 33 are connected to the controller 160.
The controller 160 is a computer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like. A control program is stored in the ROM. When the stickers 108b and 110b are operated by the passenger 75, the operation strokes are detected by the sensors 108c and 110c. The sensors 108 c and 110 c that have detected the operation stroke output an operation signal to the controller 160. The CPU of the controller 160 processes the input operation signal according to the control program and transmits the control signal to the motors 40, 46, 54, 74, 88 and 89. When the motors 40, 46, 54, 74, 88 and 89 rotate according to the control signal, the robot 10 operates as operated by the passenger 75.
The controller 160 processes the attitude signal input from the gyro 162 and controls the attitude of the riding section 100 while the robot 10 is falling. The attitude control of the gyro 162 and the riding section 100 will be described in detail later.

スティック１０８ｂ、１１０ｂを倒れない（ストロークを持たない）ようにし、センサ１０８ｃ、１１０ｃをスティック１０８ｂ、１１０ｂに入力される力を検出するタイプ（フォースセンサ）とすることもできる。この場合、搭乗者７５の腕を安定させるために、手首や肘の載置部を第２フレームに固定することが好ましい。このように構成すると、ロボット１０が歩行することによって搭乗者７５が揺すられても、その動きがスティック１０８ｂ、１１０ｂに入力されるのを抑制することができる。このため、ロボット１０の操縦が容易になる。 The sticks 108b and 110b can be prevented from falling (having no stroke), and the sensors 108c and 110c can be of a type (force sensor) that detects the force input to the sticks 108b and 110b. In this case, in order to stabilize the arm of the passenger 75, it is preferable to fix the wrist or elbow placement part to the second frame. If comprised in this way, even if the passenger 75 shakes by the robot 10 walking, it can suppress that movement being input into the sticks 108b and 110b. For this reason, the robot 10 can be easily operated.

図２に良く示されているように、第２フレーム１０４には、左右方向に延びる棒状のフットレスト１０４ａが設けられている。搭乗者７５は、足先をフットレスト１０４ａに載せておくことにより、自身の姿勢を安定させることができる。第２フレーム１０４のフットレスト１０４ａのさらに下方には、接地部１０４ｃが設けられている（接地部１０４ｃの機能については、後述には説明する）。 As well shown in FIG. 2, the second frame 104 is provided with a rod-like footrest 104a extending in the left-right direction. The passenger 75 can stabilize his / her posture by placing his toes on the footrest 104a. A grounding part 104c is provided further below the footrest 104a of the second frame 104 (the function of the grounding part 104c will be described later).

ロボット１０に搭乗者７５が乗り降りする場合には、座席１０６を低くする必要がある。この場合、足首関節２１、２４と股関節１３、１６ができるだけ前後方向に離れないように、すなわち、立った姿勢からロボット１０がそのまま腰を落とすようにしゃがむのが望ましい。なぜならば、足首関節２１、２４と股関節１３、１６が前後方向に離れ、搭乗部１００の重心が足先２３、２６よりも前に移動したり、後に移動したりするとロボット１０が前方、あるいは後方に転倒してしまうからである。
また、搭乗部１００の重心と股関節１３、１６の前後方向距離は、できるだけ小さいことが好ましい。搭乗部１００の重心と股関節１３、１６の前後方向距離が大きいと、ロボットが直立したり歩行したりしゃがんだりするときに脚１４、１５の各関節に大きな回転モーメントが作用する。このため、各関節を駆動するのに大きなパワーと電力が必要になる。 When the passenger 75 gets on and off the robot 10, the seat 106 needs to be lowered. In this case, it is desirable to squat so that the ankle joints 21 and 24 and the hip joints 13 and 16 are not separated as much as possible in the front-rear direction, that is, the robot 10 falls from the standing posture. This is because when the ankle joints 21 and 24 and the hip joints 13 and 16 are separated in the front-rear direction and the center of gravity of the riding section 100 moves before or after the toes 23 and 26, the robot 10 moves forward or backward. Because it will fall.
Moreover, it is preferable that the distance between the center of gravity of the riding section 100 and the front-rear direction distance between the hip joints 13 and 16 is as small as possible. If the center of gravity of the riding section 100 and the distance between the hip joints 13 and 16 are large, a large rotational moment acts on each joint of the legs 14 and 15 when the robot stands upright, walks, or crouches. For this reason, large power and electric power are required to drive each joint.

足首関節２１、２４と股関節１３、１６が前後方向に離れないようにし、かつ脚１４、１５を人足状態にしてロボット１０をしゃがませると、膝関節２０、２５や上腿１７、１８がフットレスト１０４ａと干渉する。フットレスト１０４ａを設けなくても、搭乗者７５の足先が膝関節２０、２５や上腿１７、１８と干渉する。この状態が図５に図示されている。よって、座席１０６をそれ以上低くすることができず、乗り降りが不便である。 When the ankle joints 21 and 24 and the hip joints 13 and 16 are not separated in the front-rear direction, and the robot 10 is squatted with the legs 14 and 15 in the human foot state, the knee joints 20 and 25 and the upper thighs 17 and 18 are footrests. Interfering with 104a. Even if the footrest 104a is not provided, the feet of the occupant 75 interfere with the knee joints 20 and 25 and the upper thighs 17 and 18. This state is illustrated in FIG. Therefore, the seat 106 cannot be lowered any more and it is inconvenient to get on and off.

膝関節２０、２５や上腿１７、１８がフットレスト１０４ａと干渉するのを防止するためには、フットレスト１０４ａをより高く配置すればよい。しかしながら、フットレスト１０４ａをより高く配置すると、それとともに座席１０６もより高く配置しなければならない。すると、ロボット１０の背が高くなってしまい、屋内、電車、バス、乗用車等の中で使用することができなくなってしまう。また、背が高いロボット１０は人に威圧感を与えてしまう。 In order to prevent the knee joints 20 and 25 and the upper thighs 17 and 18 from interfering with the footrest 104a, the footrest 104a may be disposed higher. However, if the footrest 104a is arranged higher, the seat 106 must be arranged higher with it. Then, the robot 10 becomes tall and cannot be used indoors, in a train, a bus, a passenger car, or the like. In addition, the tall robot 10 gives an intimidating feeling to a person.

脚１４、１５を鳥足状態にすると、ロボットをしゃがませても、膝関節２０、２５や上腿１７、１８はフットレスト１０４ａと干渉しない。図６は、この状態を図示している。膝関節２０、２５や上腿１７、１８がフットレスト１０４ａと干渉しないと、乗り降りが容易な高さまで座席１０６を低くすることができる。乗り降りが容易な座席１０６の座面の高さは、地面から４０〜６０ｃｍ程度である。第２フレーム１０４に設けられている接地部１０４ｃは、ロボット１０の動作がオフにされたり、不具合が発生したりしてロボット１０がさらに深くしゃがんだ場合に接地し、ロボット１０を安定させる。 When the legs 14 and 15 are in the state of bird feet, the knee joints 20 and 25 and the upper thighs 17 and 18 do not interfere with the footrest 104a even if the robot is squatted. FIG. 6 illustrates this state. If the knee joints 20 and 25 and the upper thighs 17 and 18 do not interfere with the footrest 104a, the seat 106 can be lowered to a height at which it is easy to get on and off. The height of the seating surface of the seat 106 that is easy to get on and off is about 40 to 60 cm from the ground. The grounding unit 104c provided in the second frame 104 is grounded when the robot 10 is squatted further deeply when the operation of the robot 10 is turned off or a malfunction occurs, and stabilizes the robot 10.

図７に示されているように、ロボット１０が脚１４、１５を人足状態にして階段等の段差を昇るために脚１４、１５を高く持ち上げると、膝関節２０、２５とフットレスト１０４ａが干渉（図７のＡ）してしまう。これに対して、図８に示されているように、脚１４、１５を鳥足状態にすると、フットレスト１０４ａと干渉することなく、脚１４、１５を高く持ち上げることができる。よって、ロボット１０は、脚１４、１５を鳥足状態にすることにより、大きい段差を昇ることができる。
図９に示されているように、ロボット１０が脚１４、１５を鳥足状態にして段差を降りると、下腿１９、２２が段差と干渉（図９のＢ）する。図１０に示されているように、脚１４、１５を人足状態にして段差を降りると、下腿１９、２２と段差との干渉を避けることができる。このように、脚１４、１５を鳥足状態にしたり、人足状態にしたりするのを切り替えることにより、ロボット１０は地面の段差により柔軟に対応することができる。 As shown in FIG. 7, when the robot 10 lifts the legs 14, 15 high to raise the steps such as the stairs with the legs 14, 15 in the human foot state, the knee joints 20, 25 and the footrest 104 a interfere with each other. (A in FIG. 7). On the other hand, as shown in FIG. 8, when the legs 14 and 15 are placed in a bird's-foot state, the legs 14 and 15 can be lifted high without interfering with the footrest 104a. Therefore, the robot 10 can ascend a large step by placing the legs 14 and 15 in the bird's feet state.
As shown in FIG. 9, when the robot 10 descends the step with the legs 14 and 15 placed in the bird's feet state, the lower legs 19 and 22 interfere with the step (B in FIG. 9). As shown in FIG. 10, when the legs 14 and 15 are in the human foot state and descend the step, it is possible to avoid interference between the lower legs 19 and 22 and the step. As described above, the robot 10 can flexibly cope with the level difference of the ground by switching the legs 14 and 15 to the bird-footed state or the human-legged state.

図１１に示されているように、搭乗者７５が雨風を避けるため等を目的として、搭乗部１００を覆うキャビン１５０を設けることもできる。キャビン１５０は、本体１５０ａと、本体１５０ａに対して開閉可能なキャノピィ１５０ｂを備えている。キャノピィ１５０ｂは透明である。図１１はキャノピィ１５０ｂが閉じた状態、図１２は開いた状態を図示している。 As shown in FIG. 11, a cabin 150 that covers the riding section 100 may be provided for the purpose of avoiding rain and wind by the passenger 75. The cabin 150 includes a main body 150a and a canopy 150b that can be opened and closed with respect to the main body 150a. The canopy 150b is transparent. FIG. 11 shows the canopy 150b in a closed state, and FIG. 12 shows the opened state.

ロボット１０は、例えば、予期せずに地面の突起や窪みを踏んだり、他の物体と接触したりすると転倒することがある。本実施例のロボット１０は、転倒中に、搭乗部１００の姿勢を水平に維持する。ここで、搭乗部１００の水平な姿勢とは、図１、図２に示されているように、座席１０６の座面１０６ａがほぼ水平になっている状態を意味する。以下、搭乗部１００の姿勢制御について説明する。
搭乗部１００の姿勢制御には、ジャイロ１６２から出力される姿勢信号が用いられる。ジャイロ１６２は、高速回転するコマと、コマを支持するジンバルを内蔵している。コマの絶対空間に対する姿勢を維持する性質を利用して、ジャイロ１６２は、それが装着されている物体の姿勢を検出する。上述したように、ジャイロ１６２は、搭乗部１００の第１フレーム１０２に固定されている収容部１２０に収容されている。このため、ジャイロ１６２は、搭乗部１００のｘ軸回りのロール角度、ｙ軸回りのピッチ角度、ｚ軸回りのヨー角度を検出し、それらを姿勢信号としてコントローラ１６０に出力する。もちろん、ジャイロ１６２はコマを内蔵したタイプに限られるものではなく、他のタイプ（例えば、内蔵した振動子の共振周波数変化から姿勢を検出するタイプ）のものであってもよい。 For example, the robot 10 may fall down if it unexpectedly steps on a ground protrusion or depression or comes into contact with another object. The robot 10 according to the present embodiment maintains the posture of the riding section 100 horizontally during the fall. Here, the horizontal posture of the riding section 100 means a state in which the seat surface 106a of the seat 106 is substantially horizontal, as shown in FIGS. Hereinafter, attitude control of the riding section 100 will be described.
For the attitude control of the riding section 100, an attitude signal output from the gyro 162 is used. The gyro 162 includes a frame that rotates at a high speed and a gimbal that supports the frame. Using the property of maintaining the posture of the frame with respect to the absolute space, the gyro 162 detects the posture of the object on which it is mounted. As described above, the gyro 162 is accommodated in the accommodating portion 120 that is fixed to the first frame 102 of the riding portion 100. For this reason, the gyro 162 detects the roll angle around the x axis, the pitch angle around the y axis, and the yaw angle around the z axis of the riding section 100 and outputs them to the controller 160 as posture signals. Of course, the gyro 162 is not limited to the type having a built-in frame, but may be of another type (for example, a type in which the attitude is detected from a change in the resonance frequency of the built-in vibrator).

コントローラ１６０には、搭乗部１００の姿勢が安定しているときに（例えば、ロボット１０が直立しているとき）、搭乗部１００の姿勢をインプットしておく。コントローラ１６０は、インプットされた搭乗部１００の姿勢を基準にして、ジャイロ１６２から入力される姿勢信号を処理して、搭乗部１００がどのような姿勢になっているかを把握する。そして、コントローラ１６０は、ロボット１０が転倒中に、右脚１４と左脚１５の各関節の駆動機構（股ｘ軸回り駆動機構３２、股関節駆動機構７２等）を制御し、搭乗部１００を水平な姿勢に維持する。ロボット１０が転倒中であることは、例えば、搭乗部１００の姿勢が水平姿勢から大きく外れたり、足首関節２１、２４に設けた荷重センサがそれより上の重量を検知しなくなったことによって判別する。
コントローラ１６０は、ロボット１０の転倒中のみならず、ロボット１０が正常に歩行しているときに搭乗部１００の姿勢を水平に維持してもよい。搭乗部１００の姿勢が水平に維持されると、歩行にともなって搭乗者７５が揺すられる程度が少なくなるので、乗り心地が向上する。
ジャイロ１６２の代わりに重力方向を検出する傾斜センサを用いて搭乗部１００の姿勢を検出することもできる。ジャイロ１６２と傾斜センサを併用することもできる。ジャイロ１６２と傾斜センサを併用すると、搭乗部１００の姿勢をより正確に検出できる。 When the posture of the riding section 100 is stable (for example, when the robot 10 is upright), the posture of the riding section 100 is input to the controller 160. The controller 160 processes the attitude signal input from the gyroscope 162 on the basis of the input attitude of the riding section 100 to grasp what attitude the riding section 100 is in. Then, the controller 160 controls the drive mechanisms (the crotch x-axis rotation drive mechanism 32, the hip joint drive mechanism 72, etc.) of the joints of the right leg 14 and the left leg 15 while the robot 10 is falling, and the riding unit 100 is moved horizontally. Maintain a proper posture. Whether the robot 10 is falling is determined by, for example, the posture of the riding section 100 greatly deviating from the horizontal posture, or the load sensors provided on the ankle joints 21 and 24 no longer detect the weight above it. .
The controller 160 may maintain the posture of the riding section 100 not only when the robot 10 is falling, but also when the robot 10 is walking normally. If the posture of the riding section 100 is kept horizontal, the degree to which the passenger 75 is shaken with walking is reduced, so that the riding comfort is improved.
The posture of the riding section 100 can also be detected using an inclination sensor that detects the direction of gravity instead of the gyro 162. The gyro 162 and the tilt sensor can be used in combination. When the gyro 162 and the tilt sensor are used in combination, the posture of the riding section 100 can be detected more accurately.

コントローラ１６０は、搭乗部１００のｘ軸回りのロール角度を制御する場合には、図１４に示されているように、右股関節１６、右足首関節２４、左股関節１３、左足首関節２１のｘ軸回りの角度を調整する。コントローラ１６０は、搭乗部１００のｙ軸回りのピッチ角度を制御する場合には、図１５に示されているように、右股関節１６、右膝関節２０、右足首関節２４、左股関節１３、左膝関節２５、左足首関節２１のｙ軸回りの角度を調整する。 When the controller 160 controls the roll angle of the riding section 100 about the x axis, as shown in FIG. 14, the x of the right hip joint 16, the right ankle joint 24, the left hip joint 13, and the left ankle joint 21. Adjust the angle around the axis. When the controller 160 controls the pitch angle around the y-axis of the riding section 100, as shown in FIG. 15, the right hip joint 16, the right knee joint 20, the right ankle joint 24, the left hip joint 13, the left The angles around the y-axis of the knee joint 25 and the left ankle joint 21 are adjusted.

図１６は、搭乗部１００が水平な姿勢に維持されながら、ロボット１０が前のめりに転倒中の状態を図示している。ロボット１０がさらに転倒すると、図１７に示されているように、搭乗部１００は水平な姿勢のまま着地する。
搭乗部１００の落下速度が遅くなるように、右脚１４と左脚１５の各関節の駆動機構の回動角度や回動タイミングを調整することもできる。転倒中のロボット１０は、右足先２６と左足先２３が地面に踏ん張っていない。このため、搭乗部１００の落下速度を遅くするには、右脚１４と左脚１５の関節が回動するときに、その関節が接続している部材が互いにおよぼし合う反力を利用する。この場合、反力を生じさせるために、関節を角速度が変化するように（角加速度が発生するように）回動させる。例えば、図１６に示されている状態で下腿１９、２２を足首関節２１、２４回りに反時計方向に回動させる。すると、反力が生じて、下腿１９、２２は、地面に接している足先２３、２６のつま先２３ａ、２６ａを支点にして、上腿１７、１８を持ち上げる。さらに、上腿１７、１８を膝関節２０、２５回りに反時計方向に回動させる。このようにすると、ロボット１０が転倒中であっても、搭乗部１００に上向きの力が作用する。すなわち、右脚１４と左脚１５は、搭乗部１００に上向きの力を加えながら倒れてゆく。従って、搭乗部１００の落下速度を遅くすることができる。 FIG. 16 illustrates a state where the robot 10 is falling forward while the riding unit 100 is maintained in a horizontal posture. When the robot 10 further falls, as shown in FIG. 17, the riding section 100 is landed in a horizontal posture.
The rotation angle and the rotation timing of the drive mechanism of each joint of the right leg 14 and the left leg 15 can also be adjusted so that the falling speed of the riding section 100 becomes slow. In the falling robot 10, the right toe 26 and the left toe 23 are not standing on the ground. For this reason, in order to slow down the falling speed of the riding part 100, when the joint of the right leg 14 and the left leg 15 rotates, the reaction force which the member to which the joint connects exerts on each other is used. In this case, in order to generate a reaction force, the joint is rotated so that the angular velocity changes (an angular acceleration is generated). For example, the lower legs 19 and 22 are rotated counterclockwise around the ankle joints 21 and 24 in the state shown in FIG. Then, a reaction force is generated, and the lower legs 19 and 22 lift the upper legs 17 and 18 with the toes 23a and 26a of the toes 23 and 26 in contact with the ground as fulcrums. Furthermore, the upper thighs 17 and 18 are rotated counterclockwise around the knee joints 20 and 25. In this way, an upward force is applied to the riding section 100 even when the robot 10 is falling. That is, the right leg 14 and the left leg 15 fall while applying upward force to the riding section 100. Accordingly, the falling speed of the riding section 100 can be reduced.

搭乗部１００の落下速度と地面からの距離を用いて、搭乗部１００の落下速度を遅くする制御を行うこともできる。搭乗部１００の落下速度を遅くすると、搭乗部１００の着地ショックを小さくすることができる。落下速度と地面からの距離の検出には、例えば、搭乗部１００に取付けた加速度センサを用いる。コントローラ１６０は、加速度センサから入力される加速度を積分処理して搭乗部１００の落下速度を求める。さらにコントローラ１６０は、落下速度を積分処理する。この場合、転倒前の搭乗部１００と地面との距離を、脚部１２の各関節角度に基づいて、あらかじめ算出しておく。そして、転倒した場合には、あらかじめ算出しておいた転倒前の搭乗部１００と地面との距離から、落下速度を積分処理して得られた距離を減ずることにより、転倒しているときの搭乗部１００と地面との距離を求める。このようにして求めた転倒中の搭乗部１００の落下速度と地面との距離に基づいて、搭乗部１００の落下速度が遅くなるように、脚部１２の各関節の駆動機構の回動角度や回動タイミングを制御する。例えば、図１６に示されているように転倒して、搭乗部１００と地面との距離が近くなった場合には、下腿１９、２２を足首関節２１、２４廻りに反時計方向に回動させるとともに、上腿１７、１８を膝関節２０、２５廻りに反時計方向に回動させる。同時に、股関節１３、１６を時計方向に回動させる。各関節の回動角速度や回動角加速度は、搭乗部１００の落下速度と地面との距離に応じて調整する。このようにすると、搭乗部１００の姿勢を水平に維持しつつ、搭乗部１００の落下速度を遅くすることができる。 Control that slows the falling speed of the riding section 100 can also be performed using the falling speed of the riding section 100 and the distance from the ground. When the falling speed of the riding section 100 is decreased, the landing shock of the riding section 100 can be reduced. For example, an acceleration sensor attached to the riding section 100 is used to detect the falling speed and the distance from the ground. The controller 160 integrates the acceleration input from the acceleration sensor to obtain the falling speed of the riding section 100. Furthermore, the controller 160 integrates the drop speed. In this case, the distance between the riding section 100 before the fall and the ground is calculated in advance based on the joint angles of the legs 12. And when it falls, boarding at the time of falling is reduced by subtracting the distance obtained by integrating the falling speed from the distance between the riding part 100 before the fall and the ground calculated in advance. The distance between the part 100 and the ground is obtained. Based on the fall speed of the riding section 100 and the distance from the ground obtained in this way, the rotation angle of the drive mechanism of each joint of the leg section 12 is reduced so that the falling speed of the riding section 100 becomes slower. Controls the rotation timing. For example, as shown in FIG. 16, when the distance between the riding section 100 and the ground is reduced, the lower legs 19 and 22 are rotated counterclockwise around the ankle joints 21 and 24. At the same time, the upper thighs 17 and 18 are rotated counterclockwise around the knee joints 20 and 25. At the same time, the hip joints 13 and 16 are rotated clockwise. The rotational angular velocity and rotational angular acceleration of each joint are adjusted according to the distance between the falling speed of the riding section 100 and the ground. If it does in this way, the fall speed of boarding part 100 can be made slow, maintaining the posture of boarding part 100 horizontally.

搭乗部１００に地面との距離を検出する距離センサを設け、その出力を搭乗部１００の落下速度を遅くする制御に用いることもできる。例えば、コントローラ１６０は、ロボット１０が転倒したときに、距離センサの出力を用いて搭乗部１００が着地寸前であることを検出する（搭乗部１００と地面との距離が小さくなったことを検出する）。そして、コントローラ１６０は、そのタイミングで搭乗部１００の落下速度が遅くなるように、右脚１４と左脚１５の各関節の駆動機構の回動角度を調整する。このように、搭乗部１００の落下速度を着地寸前に遅くすると、搭乗部１００の着地ショックを小さくすることができる。 A distance sensor for detecting the distance from the ground may be provided in the riding section 100, and the output thereof may be used for control for slowing the falling speed of the riding section 100. For example, when the robot 10 falls, the controller 160 detects that the riding part 100 is about to land using the output of the distance sensor (detects that the distance between the riding part 100 and the ground has decreased). ). And the controller 160 adjusts the rotation angle of the drive mechanism of each joint of the right leg 14 and the left leg 15 so that the falling speed of the riding part 100 becomes slow at the timing. Thus, if the falling speed of the riding part 100 is slowed down before landing, the landing shock of the riding part 100 can be reduced.

上述したのとは異なる動きを脚１４、１５が行っても、搭乗部１００の落下速度を遅くすることができる。例えば、ロボット１０が大きく姿勢を崩して転倒し、足先２３、２６が地面から離れている状態（ロボット１０が空中にある状態）であっても、脚１４、１５の関節を回動させることにより、その関節が接続している部材間で反力を生じさせることができる。関節が接続している部材間で反力を生じさせることができれば、その反力を用いて搭乗部１００の落下速度を遅くすることができる。 Even if the legs 14 and 15 move differently from those described above, the falling speed of the riding section 100 can be reduced. For example, the joints of the legs 14 and 15 are rotated even when the robot 10 is largely out of posture and falls and the toes 23 and 26 are separated from the ground (the robot 10 is in the air). Thus, a reaction force can be generated between the members to which the joint is connected. If a reaction force can be generated between the members to which the joint is connected, the falling speed of the riding section 100 can be slowed using the reaction force.

図１８、図１９に示されているように、股関節１３、１６と搭乗部１００との間に、座席関節１７０を介装することもできる。座席関節１７０は、コントローラ１６０に接続されたモータ（図示省略）に駆動されて、搭乗部１００のｘ軸回りのロール角度とｙ軸回りのピッチ角度を制御する。コントローラ１６０は、ジャイロ１６２から出力される姿勢信号を処理して、ロボット１０が転倒した場合に、搭乗部１００が水平な姿勢を維持するように座席関節１７０を制御する。このような制御が行われると、図２０に示されているように、搭乗部１００は水平な姿勢のまま着地する。図２１は、ロボット１０が横様に転倒し、搭乗部１００が水平な姿勢で着地した状態を示している。
座席関節１７０の数は１つであるが、脚１４、１５の関節数は、計６つ（股関節１３、１６、膝関節２０、２５、足首関節２１、２４）である。このため、脚１４、１５の関節が故障する確率は、座席関節１７０が故障する確率よりも高い。よって、座席関節１７０を設けることによって、搭乗部１００が水平以外の姿勢で着地する確率を大幅に低下させることができる。 As shown in FIGS. 18 and 19, a seat joint 170 may be interposed between the hip joints 13 and 16 and the riding section 100. The seat joint 170 is driven by a motor (not shown) connected to the controller 160 to control the roll angle around the x axis and the pitch angle around the y axis of the riding section 100. The controller 160 processes the posture signal output from the gyroscope 162 and controls the seat joint 170 so that the riding section 100 maintains a horizontal posture when the robot 10 falls. When such control is performed, as shown in FIG. 20, the riding section 100 lands in a horizontal posture. FIG. 21 shows a state where the robot 10 has fallen sideways and the riding section 100 has landed in a horizontal posture.
The number of seat joints 170 is one, and the number of joints of the legs 14 and 15 is six (hip joints 13 and 16, knee joints 20 and 25, ankle joints 21 and 24). For this reason, the probability that the joints of the legs 14 and 15 fail is higher than the probability that the seat joint 170 fails. Therefore, the provision of the seat joint 170 can greatly reduce the probability that the riding section 100 will land in a posture other than horizontal.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
従って、例えば、以下に記載するように構成することもできる。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In addition, the technical elements described in the present specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
Therefore, for example, it can also be configured as described below.

（１）本発明は、背が高いロボット（例えば、股関節が搭乗者の足先高さよりも低い位置にある）にも適用できる。背が高いロボットが搭乗者を乗降させるために人足状態でしゃがむと、膝関節や上腿が乗降の邪魔になる。鳥足状態でしゃがむと、膝関節や上腿は、乗降の邪魔にならない。 (1) The present invention can also be applied to a tall robot (for example, the hip joint is at a position lower than the rider's foot height). When a tall robot squats down on a human foot to get on and off the passenger, the knee joint and upper leg interfere with getting on and off. When crouching in the state of a bird's foot, the knee joint and upper leg do not interfere with getting on and off.

（２）本発明を適用するのは、２足歩行型のロボットに限られない。例えば、前脚と後脚を備える４足歩行型のロボットに適用することもできる。先端部分に搭乗する４足歩行型ロボットの場合、前脚を鳥足状態にしてしゃがむことにより、前脚と搭乗者との干渉を避けることができる。また、４足歩行型ロボットでは、前脚を鳥足状態、後脚を人足状態にすることにより、狭いスペースにしゃがむことができる。 (2) The present invention is not limited to a biped robot. For example, the present invention can be applied to a quadruped walking type robot having a front leg and a rear leg. In the case of a quadruped walking robot that rides on the tip, it is possible to avoid interference between the front leg and the passenger by squatting with the front leg in a bird's-foot state. In addition, in a quadruped walking robot, the front leg can be in a bird's foot state and the rear leg can be in a human foot state, thereby squatting in a narrow space.

（３）２足歩行型ロボットで、一方の脚を鳥足状態、他方の足を人足状態にしてひざまずかせると、ひざまずいたロボットがより安定する。 (3) In a biped walking robot, kneeling with one leg in a bird's-foot state and the other leg in a human-leg state makes the kneeling robot more stable.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In addition, the technical elements described in the present specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

ロボットの側面図。Side view of the robot. 図１のII−II線矢視図。II-II arrow directional view of FIG. 股関節部分の詳細図。Detailed view of the hip joint. 図３のIV−IV線断面図。IV-IV sectional view taken on the line of FIG. ロボットがしゃがんだ状態の側面図（人足状態）。Side view of robot squatting (human leg state). ロボットがしゃがんだ状態の側面図（鳥足状態）。Side view of the robot squatting (bird leg state). ロボットが人足状態で段差を昇っている状態の模式図。The schematic diagram of the state which the robot is climbing the level | step difference in the state of a human foot. ロボットが鳥足状態で段差を昇っている状態の模式図。The schematic diagram of the state where the robot is climbing the step in the state of a bird's foot. ロボットが鳥足状態で段差を降りている状態の模式図。The schematic diagram of the state in which the robot is descending a step in the state of a bird's foot. ロボットが人足状態で段差を降りている状態の模式図。The schematic diagram of the state in which the robot is descending a step in the state of a human foot. キャビンを備えるロボットの模式図（キャノピィ閉状態）。Schematic diagram of a robot with a cabin (canopy closed state). キャビンを備えるロボットの模式図（キャノピィ開状態）。Schematic diagram of a robot equipped with a cabin (canopy open state). ロボットの制御システムのブロック図。The block diagram of the control system of a robot. ロボットが直立した状態の正面図。The front view of the state where the robot stood upright. ロボットが直立した状態の側面図。The side view of the state where the robot stood upright. 転倒中のロボットの側面図。A side view of a falling robot. 転倒して搭乗部が着地した状態のロボットの側面図。The side view of the robot of the state where the boarding part fell down and landed. 座席関節を持つロボットが直立した状態の正面図。The front view of the state where the robot with a seat joint stands upright. 座席関節を持つロボットが直立した状態の側面図。The side view of the state where the robot with a seat joint stands upright. 座席関節を持つロボットが転倒して搭乗部が着地した状態の側面図。The side view in the state where the robot with a seat joint fell and the boarding part landed. 座席関節を持つロボットが横様に転倒して搭乗部が着地した状態の正面図。The front view of the state where the robot with a seat joint fell sideways and the boarding part landed.

符号の説明Explanation of symbols

１０：ロボット
１２：脚部
１３：左股関節
１４：右脚
１５：左脚
１６：右股関節
１７：左上腿
１８：右上腿
１９：左下腿
２０：右膝関節
２１：左足首関節
２２：右下腿
２３：左足先
２４：右足首関節
２５：左膝関節
２６：右足先
２８：股ヨーク
３０：股クロスシャフト
３２：股ｘ軸回り駆動機構
３３：股ｙ軸回り駆動機構
３４：股ｚ軸回り駆動機構
３８：股ｘ軸モータ側プーリ
３９：ベルト
４０：股ｘ軸モータ４０、４０ａ：駆動軸
４３：股関節側ｘ軸プーリ４３
４６：股ｙ軸モータ
４９：股ｙ軸モータ側プーリ
５０：股関節側ｙ軸プーリ
５２：ベルト
５４：股ｚ軸モータ
５６：股ｚ軸モータ側プーリ
５８：股関節側ｚ軸プーリ
６０：ベルト
６２：ブラケット
６４：腰部材
６６：ヨーク
７０：シャフト
７２：膝関節駆動機構
７４：膝モータ
７５：搭乗者
７６：膝関節側プーリ
７８：膝モータ側プーリ
７９：ベルト
８０：足首ヨーク
８２：足首クロスシャフト
８３：足首ｘ軸回り駆動機構
８４：足首ｙ軸回り駆動機構
８５：足首ｘ軸モータ側プーリ
８６：ベルト
８７：足首関節側ｘ軸プーリ
８８：足首ｘ軸モータ
８９：足首ｙ軸モータ
９０：足首ｙ軸モータ側プーリ
９１：足首関節側ｙ軸プーリ
９２：ベルト
１００：搭乗部
１０２：第１フレーム
１０４：第２フレーム、１０４ａ：フットレスト、１０４ｂ：転落防止部、１０４ｃ：接地部
１０６：座席
１０８：右操作部、１０８ａ：基台部、１０８ｂ：スティック、１０８ｃ：センサ
１１０：左操作部、１１０ａ：基台部、１１０ｂ：スティック、１１０ｃ：センサ
１１２：ブラケット
１１４：結合部材
１２０：収容部
１５０：キャビン、１５０ａ：本体、１５０ｂ：キャノピィ
１６０：コントローラ
１６２：ジャイロ
１７０：座席関節
10: Robot 12: Leg 13: Left hip joint 14: Right leg 15: Left leg 16: Right hip joint 17: Left upper thigh 18: Upper right thigh 19: Left lower thigh 20: Right knee joint 21: Left ankle joint 22: Right lower thigh 23 : Left foot 24: Right ankle joint 25: Left knee joint 26: Right foot 28: Crotch yoke 30: Crotch cross shaft 32: Crotch x-axis drive mechanism 33: Crotch y-axis drive mechanism 34: Crotch z-axis drive mechanism 38: Crotch x-axis motor side pulley 39: Belt 40: Crotch x-axis motor 40, 40a: Drive shaft 43: Hip joint-side x-axis pulley 43
46: crotch y-axis motor 49: crotch y-axis motor side pulley 50: hip joint side y-axis pulley 52: belt 54: crotch z-axis motor 56: crotch z-axis motor side pulley 58: hip joint-side z-axis pulley 60: belt 62: Bracket 64: waist member 66: yoke 70: shaft 72: knee joint drive mechanism 74: knee motor 75: passenger 76: knee joint side pulley 78: knee motor side pulley 79: belt 80: ankle yoke 82: ankle cross shaft 83 : Ankle x-axis rotation drive mechanism 84: ankle y-axis rotation drive mechanism 85: ankle x-axis motor side pulley 86: belt 87: ankle joint side x-axis pulley 88: ankle x-axis motor 89: ankle y-axis motor 90: ankle y Axis motor side pulley 91: Ankle joint side y axis pulley 92: Belt 100: Riding portion 102: First frame 104: Second frame 104a: Footrest, 104b Fall prevention part, 104c: grounding part 106: seat 108: right operation part, 108a: base part, 108b: stick, 108c: sensor 110: left operation part, 110a: base part, 110b: stick, 110c: sensor 112 : Bracket 114: Connecting member 120: Housing part 150: Cabin, 150 a: Main body, 150 b: Canopy 160: Controller 162: Gyro 170: Seat joint

Claims

人が搭乗する搭乗部と、複数の関節と各関節を駆動する歩行用アクチュエータを備えた脚リンクの一対とを有するとともに一対の脚リンクで歩行するロボットであり、
ロボットの進行方向軸回りの搭乗部の姿勢を変えるロール軸アクチュエータと、
ロボットの側方軸回りの搭乗部の姿勢を変えるピッチ軸アクチュエータと、
進行方向軸回りと側方軸回りの搭乗部の姿勢を検出する手段と、
ロボットが転倒したか否かを検出する手段と、
コントローラを備えており、
前記のロール軸アクチュエータとピッチ軸アクチュエータが、脚リンクに設けられている足首関節アクチュエータと膝関節アクチュエータと股関節アクチュエータからなる歩行用アクチュエータの少なくとも一つを利用しており、
コントローラが、転倒検出手段で前後方向の転倒が検出された以降に、
（１）姿勢検出手段で検出される進行方向軸回りと側方軸回りの搭乗部の姿勢が水平に維持されるようにロール軸アクチュエータとピッチ軸アクチュエータを制御するとともに、（２）足首関節アクチュエータを駆動して下腿リンクをその搭乗部側の端部が上方へ向かって回転する方向に足首の関節を回動させるとともに膝関節アクチュエータを駆動して上腿リンクをその搭乗部側の端部が上方へ向かって回転する方向に膝の関節を回動させることによって搭乗部の落下速度を遅くする
ことを特徴とする搭乗型ロボット。 A robot that has a riding section on which a person is boarded and a pair of leg links each having a plurality of joints and a walking actuator that drives each joint and that walks with a pair of leg links;
A roll axis actuator that changes the posture of the riding section around the axis of travel of the robot;
A pitch axis actuator that changes the posture of the riding section around the side axis of the robot;
Means for detecting the posture of the riding section around the travel direction axis and the side axis;
Means for detecting whether the robot has fallen;
With a controller,
The roll axis actuator and the pitch axis actuator use at least one of walking actuators including an ankle joint actuator, a knee joint actuator, and a hip joint actuator provided in a leg link,
After the controller detects a fall in the front-rear direction using the fall detection means,
(1) The roll axis actuator and the pitch axis actuator are controlled so that the attitude of the riding section around the traveling direction axis and the side axis detected by the attitude detection means is maintained horizontally, and (2) the ankle joint actuator To turn the ankle joint in the direction in which the end on the riding section side rotates upward, and the knee joint actuator is driven so that the end on the riding section side A boarding robot characterized by slowing a falling speed of a riding section by rotating a knee joint in a direction of rotating upward .

人が搭乗する搭乗部と、複数の関節と各関節を駆動する歩行用アクチュエータを備えた脚リンクの一対とを有するとともに一対の脚リンクで歩行するロボットであり、
ロボットの進行方向軸回りの搭乗部の姿勢を変えるロール軸アクチュエータと、
ロボットの側方軸回りの搭乗部の姿勢を変えるピッチ軸アクチュエータと、
進行方向軸回りと側方軸回りの搭乗部の姿勢を検出する手段と、
ロボットが転倒したか否かを検出する手段と、
コントローラを備えており、
前記のロール軸アクチュエータとピッチ軸アクチュエータが、脚リンクに設けられている足首関節アクチュエータと膝関節アクチュエータと股関節アクチュエータからなる歩行用アクチュエータと別に付加されており、
コントローラが、転倒検出手段で前後方向の転倒が検出された以降に、
（１）姿勢検出手段で検出される進行方向軸回りと側方軸回りの搭乗部の姿勢が水平に維持されるようにロール軸アクチュエータとピッチ軸アクチュエータを制御するとともに、（２）足首関節アクチュエータを駆動して下腿リンクをその搭乗部側の端部が上方へ向かって回転する方向に足首の関節を回動させるとともに膝関節アクチュエータを駆動して上腿リンクをその搭乗部側の端部が上方へ向かって回転する方向に膝の関節を回動させることによって搭乗部の落下速度を遅くする
ことを特徴とする搭乗型ロボット。 A robot that has a riding section on which a person is boarded and a pair of leg links each having a plurality of joints and a walking actuator that drives each joint and that walks with a pair of leg links;
A roll axis actuator that changes the posture of the riding section around the axis of travel of the robot;
A pitch axis actuator that changes the posture of the riding section around the side axis of the robot;
Means for detecting the posture of the riding section around the travel direction axis and the side axis;
Means for detecting whether the robot has fallen;
With a controller,
The roll axis actuator and the pitch axis actuator are added separately from the walking actuator including the ankle joint actuator, the knee joint actuator, and the hip joint actuator provided in the leg link,
After the controller detects a fall in the front-rear direction using the fall detection means,
(1) The roll axis actuator and the pitch axis actuator are controlled so that the attitude of the riding section about the traveling direction axis and the side axis detected by the attitude detection means is maintained horizontally, and (2) the ankle joint actuator To turn the ankle joint in the direction in which the end on the riding section side rotates upward, and the knee joint actuator is driven so that the end on the riding section side Decreasing the falling speed of the riding section by rotating the knee joint in the direction of upward rotation
A boarding-type robot characterized by that .