JP5330733B2 - Walking robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、歩行用の脚を有し、該脚により歩行運動が可能な歩行ロボットに関する。 The present invention relates to a walking robot having a leg for walking and capable of walking motion with the leg.
近年、歩行ロボットの開発が盛んであるが、その中でもいわゆる位置エネルギーなどのポテンシャルエネルギーを利用した受動的歩行が注目されている。受動的歩行とは、歩行ロボットの力学的特徴であるポテンシャルエネルギーから運動エネルギーへの遷移を生かした歩行であり、例えば、重力場のみを用いた傾斜面の歩行が該当する。 In recent years, a walking robot has been actively developed, and among them, passive walking using potential energy such as so-called potential energy has attracted attention. Passive walking is walking that makes use of the transition from potential energy to kinetic energy, which is a mechanical characteristic of a walking robot, and corresponds to walking on an inclined surface using only a gravitational field, for example.
受動的歩行は、歩行ロボットの物理量によってその歩容が決まるという意味で自然で効率的な歩行である。このように力学的に自然な歩行をロボットによって実現することで、エネルギー効率のよい歩行ロボットを開発することが可能となる。尚、受動的歩行を行う歩行ロボットに関する技術が、例えば非特許文献1に開示されている。当該技術では、足首が自由関節である二足歩行ロボットにおける歩行軌道の安定性について述べられている。
歩行ロボットの歩行を考慮する際、人間の歩行を十分に検討するのが好ましい。ここで、人間が歩行する場合、その筋力だけではなく外力を利用して歩行を行っている。これにより、人間はより少ないエネルギーで効率的な歩行を実現している。一方、従来の多くの二足歩行ロボットは、その歩行において全ての関節をアクチュエータで駆動するいわば能動的歩行であり、そのため人間の歩行と比べてエネルギー消費が多くなる。また、従来のように受動的歩行に関する技術はあるが、それはあくまでもポテンシャルエネルギーを運動エネルギーに変換するものであり、それが適用できる状況は限定されざるを得ない。 When considering the walking of a walking robot, it is preferable to fully examine human walking. Here, when a human walks, he / she walks using not only the muscular strength but also an external force. As a result, humans can efficiently walk with less energy. On the other hand, many conventional biped robots are active walks in which all joints are driven by actuators during the walk, and therefore consume more energy than a human walk. Although there is a technique related to passive walking as in the prior art, it merely converts potential energy into kinetic energy, and the situation in which it can be applied must be limited.
本発明では、上記した問題に鑑み、従来から行われるアクチュエータによる能動的歩行だけではなく受動的歩行を積極的に行うことで、歩行ロボットの歩行に要するエネルギーを低減し、効率的な歩行の実現を図ることを目的とする。 In the present invention, in view of the above-described problems, not only active walking by an actuator conventionally performed but also passive walking is actively performed, thereby reducing energy required for walking of a walking robot and realizing efficient walking. It aims to plan.
そこで、上記の課題を解決するために、本発明では、歩行ロボットに歩行ロボットの歩行に連動して制御用空気の流れを発生させるとともに、該制御用空気を効率的に利用することで、歩行ロボットの歩行のサイクルの一部を制御用空気による受動的駆動とし、効率的な歩行の実現を可能とした。より詳細には、本発明に係る歩行ロボットは、複数のリンク部材と該リンク部材の各々を連結する関節部とで構成される脚を有し、該脚が立脚状態と遊脚状態を繰り返すことで床面上の歩行を行う歩行ロボットであって、前記歩行ロボットの歩行と連動して、所定の閉空間内で制御用空気の動きを制御することで、該歩行ロボットの歩行をアシストする空気回路部を備える。そして、前記空気回路部は、前記歩行ロボットの歩行時において前記脚が立脚状態から遊脚状態に移行する際に、該脚を構成する各リンク部材の各関節部を介して行われる相対位置変化によって、制御用空気を介して該歩行のエネルギーの一部を回収する歩行エネルギー回収部と、前記歩行ロボットの歩行時において、前記脚が遊脚状態から立脚状態へ移行する際に、前記歩行エネルギー回収部によって回収された歩行エネルギーを開放し、該脚の立脚状態への移行をアシストする歩行アシスト部と、を有する。 Therefore, in order to solve the above-described problem, in the present invention, the walking robot generates a flow of control air in conjunction with the walking of the walking robot, and efficiently uses the control air. Part of the robot's walking cycle is passively driven by control air, enabling efficient walking. More specifically, the walking robot according to the present invention has a leg composed of a plurality of link members and joint portions connecting the link members, and the legs repeat a standing leg state and a free leg state. A walking robot that walks on the floor surface in conjunction with the walking of the walking robot, and controls the movement of control air in a predetermined closed space to assist the walking of the walking robot A circuit part is provided. The air circuit unit is configured to change the relative position that is performed via each joint portion of each link member that constitutes the leg when the leg moves from the standing leg state to the swing leg state when the walking robot is walking. A walking energy recovery unit that recovers a part of the energy of the walking via the control air, and the walking energy when the leg shifts from the swinging state to the standing state during the walking of the walking robot. A walking assist unit that releases walking energy collected by the collecting unit and assists the leg in transition to a standing state.
上記歩行ロボットの脚は、リンク部材と関節部とで構成され、これらは基本的にはアクチュエータから供給される駆動力によって駆動され、歩行ロボットの能動的歩行が可能となる。ここで、この歩行ロボットは歩行が可能である限りその脚の数は限定されない。但し、歩行時の歩行ロボットの安定性の観点からは脚の数が多いほど好ましいが、脚の数が多くなるに従い、脚同士の干渉や脚数の増加による歩行ロボット重量の増加、消費エネルギーの増加が懸念されるため、実施の形態に応じて歩行ロボットの脚数は決定すればよい。 The leg of the walking robot is composed of a link member and a joint, which are basically driven by the driving force supplied from the actuator, and the walking robot can actively walk. Here, as long as this walking robot can walk, the number of its legs is not limited. However, the larger the number of legs, the better from the viewpoint of the stability of the walking robot during walking, but as the number of legs increases, the weight of the walking robot increases due to the interference between legs and the increase in the number of legs. Since there is a concern about the increase, the number of legs of the walking robot may be determined according to the embodiment.
ここで、本発明に係る歩行ロボットには、空気回路部が備えられている。この空気回路部は、歩行ロボットの歩行と連動してその内部に封入されている制御用空気の流れを制御することで、歩行ロボットの歩行を部分的にアシストすることが可能となる。即ち、空気回路部が有する歩行エネルギー回収部が、歩行ロボットの脚がアクチュエータによって立脚状態(脚が床面に接地している状態)から遊脚状態(脚が床面から離れてしまっている状態)に至るときに、各リンク部材の相対位置変化の運動エネルギーを、制御用空気を介して回収する。そして、その回収されたエネルギーを、歩行アシスト部が、その後の該脚が遊脚状態から立脚状態に至る期間の該脚の駆動に利用する。 Here, the walking robot according to the present invention includes an air circuit unit. This air circuit unit can partially assist the walking of the walking robot by controlling the flow of control air enclosed in the interior in conjunction with the walking of the walking robot. That is, the walking energy recovery unit of the air circuit unit is in a state where the leg of the walking robot is in a standing leg state (a state where the leg is in contact with the floor surface) by the actuator (a state where the leg is separated from the floor surface). ), The kinetic energy of the relative position change of each link member is recovered via the control air. Then, the collected energy is used by the walking assist unit for driving the leg during a period in which the leg subsequently changes from the free leg state to the standing leg state.
その結果、歩行ロボットの歩行時の脚のサイクルにおいて、全ての時間でアクチュエータを駆動することなく、脚を駆動することが可能となり、以て歩行時に要するエネルギーを低減し、効率的な歩行を実現できる。尚、歩行アシスト部によって開放される歩行エネルギーが効率的に利用されるべく、脚を構成するリンク部材、関節部内の摩擦力や、重量を適宜調整するのが好ましい。 As a result, the leg can be driven without driving the actuator at all times in the leg cycle during walking of the walking robot, thus reducing the energy required for walking and realizing efficient walking. it can. In order to efficiently use the walking energy released by the walking assist unit, it is preferable to appropriately adjust the link member constituting the leg, the frictional force in the joint, and the weight.
ここで、上記歩行ロボットの脚のより具体的な構成について、該脚は、前記床面に接する接地リンク部材と、前記接地リンク部材に足首関節部を介して接続される第一脚リンク部材と、前記第一脚リンク部材に膝関節部を介して接続される第二脚リンク部材と、を有するようにしてもよい。もちろん、歩行ロボットは、その脚において上記以外のリンク部材および関節部を有しても構わない。そしてこのような場合、前記歩行エネルギー回収部は、前記足首関節部と前記膝関節部を介した前記接地リンク部材、前記第一脚リンク部材、前記第二脚リンク部材の相対位置変化によって、前記制御用空気を圧縮し、貯留することで、前記歩行エネルギーの一部を回収し、一方で、前記歩行アシスト部は、前記圧縮され且つ蓄積された制御用空気を開放し、前記接地リンク部材、前記第一脚リンク部材、前記第二脚リンク部材のうち少なくとも何れかに、前記脚が立脚状態に移行するための歩行
エネルギーを与える。これにより、歩行ロボットの歩行時に要するエネルギーを低減し、効率的な歩行を実現できる。
Here, regarding a more specific configuration of the leg of the walking robot, the leg includes a ground link member that is in contact with the floor surface, and a first leg link member that is connected to the ground link member via an ankle joint. And a second leg link member connected to the first leg link member via a knee joint. Of course, the walking robot may have link members and joints other than the above on its legs. In such a case, the walking energy recovery unit is configured to change the relative position of the ground link member, the first leg link member, and the second leg link member via the ankle joint and the knee joint, By compressing and storing control air, a part of the walking energy is recovered, while the walking assist unit releases the compressed and accumulated control air, and the ground link member, At least one of the first leg link member and the second leg link member is provided with walking energy for shifting the leg to a standing state. Thereby, the energy required for walking of the walking robot can be reduced, and efficient walking can be realized.
また、上記歩行ロボットにおいて、前記空気回路部は、前記歩行ロボットの歩行に連動して、前記足首関節部を介して前記接地リンク部材と前記第一脚リンク部材との相対位置変化によって、制御用空気の圧縮、膨張を行う第一ピストン部と、前記歩行ロボットの歩行に連動して、前記膝関節部を介して前記第二脚リンク部材と前記第一脚リンク部材との相対位置変化によって、制御用空気の圧縮、膨張を行う第二ピストン部と、前記制御用空気を貯留するタンク部と、を有する構成としてもよい。前記歩行エネルギー回収部は、前記第一ピストン部及び前記第二ピストン部のうち少なくとも何れかによって圧縮された制御用空気を前記タンク部に貯留し、前記歩行アシスト部は、前記タンク部に貯留された制御用空気を前記第一ピストン部及び前記第二ピストン部に開放する。
In the walking robot, the air circuit unit is controlled by a relative position change between the ground link member and the first leg link member via the ankle joint unit in conjunction with the walking of the walking robot. In conjunction with the walking of the walking robot, the first piston part that compresses and expands air, and the relative position change between the second leg link member and the first leg link member via the knee joint part, It is good also as a structure which has the 2nd piston part which compresses and expands control air, and the tank part which stores the said control air. The walking energy recovery unit stores control air compressed by at least one of the first piston unit and the second piston unit in the tank unit, and the walking assist unit is stored in the tank unit. The control air is released to the first piston part and the second piston part.
即ち、脚を上下に構成する第一脚リンク部材と第二脚リンク部材のそれぞれに連動する第一ピストン部と第二ピストン部による制御用空気の圧縮および該制御用空気による各ピストン部の駆動を利用することで、上述のように歩行ロボットの歩行時の脚のサイクルにおいて、全ての時間でアクチュエータを駆動することなく、脚を駆動することが可能となる。
That is, the compression of the control air by the first piston part and the second piston part interlocked with the first leg link member and the second leg link member that constitute the legs up and down, and the driving of each piston part by the control air As described above, the leg can be driven without driving the actuator all the time in the leg cycle during walking of the walking robot as described above.
また、上記の歩行ロボットにおいて、前記歩行エネルギー回収部は、少なくとも前記接地リンク部材の一部が床面から離れ始めてから完全に離れ終わるまでの遊脚移行工程において、前記第一ピストン部によって送り出された制御用空気の圧縮圧が前記第二ピストン部内に作用するように構成されてもよい。このようにすることで、上記遊脚移行工程において脚の上側に位置する第二ピストン部内には制御用空気が比較的多く残るため、その内部圧力が減少し難くなる。その結果、歩行ロボットの歩行時において、歩行ロボットの上体をしっかりと支えることが可能となり、以て状態が急激に沈み込むなど歩行時の姿勢が不安定になることを防止することが可能となる。 Further, in the above walking robot, the walking energy recovery unit is sent out by the first piston unit in a swing leg transition process from when at least a part of the ground link member starts to leave the floor surface until it completely leaves. Further, the compressed pressure of the control air may be configured to act on the second piston portion. By doing so, a relatively large amount of control air remains in the second piston portion located on the upper side of the leg in the above-mentioned free leg transition step, and thus the internal pressure is difficult to decrease. As a result, it is possible to firmly support the upper body of the walking robot when walking, and to prevent the posture during walking from becoming unstable, such as the state suddenly sinking. Become.
また、上述までの歩行ロボットにおいて、前記接地リンク部材は、前記足首関節部を介して前記第一脚リンク部材と接続される脚底リンク部材と、前記脚底リンク部材に爪先関節部を介して接続される爪先リンク部材と、を有してもよい。そして、この場合、前記歩行ロボットの歩行時において前記脚が立脚状態から遊脚状態に移行する際には、前記脚底リンク部材、前記爪先リンク部材の順に床面からの離脱が行われ、更に、前記爪先リンク部材が前記爪先関節部を介して前記脚底リンク部材に対して相対位置変化を行った場合の前記第一ピストン部における制御用空気の圧縮率は、該脚底リンク部材が前記足首関節部を介して前記第一脚リンク部材に対して相対位置変化を行った場合の該第一ピストン部における制御用空気の圧縮率よりも高く設定される。
In the walking robot described above, the ground link member is connected to the first leg link member via the ankle joint and to the bottom link member via a toe joint. And a toe link member. And in this case, when the leg moves from the standing leg state to the swing leg state during the walking of the walking robot, the leg bottom link member and the toe link member are detached from the floor surface in this order, The compression ratio of the control air in the first piston portion when the toe link member changes relative position to the bottom link member via the toe joint is determined by the bottom link member being the ankle joint. Is set higher than the compression rate of the control air in the first piston portion when the relative position is changed with respect to the first leg link member.
この接地リンク部材が構成されることで、歩行ロボットの脚が床面を蹴り出し、床面との接触が無くなるその直前において、より多くの制御用空気をタンク部に送り込むことが可能となる。その結果、回収された制御用空気による歩行動作のアシストもより効率的に行われ、歩行ロボットの歩行に要するエネルギー減少に大きく貢献し得る。 By configuring the ground link member, it becomes possible to send more control air into the tank unit immediately before the leg of the walking robot kicks off the floor surface and the contact with the floor surface disappears. As a result, the walking motion is assisted more efficiently by the collected control air, which can greatly contribute to a reduction in energy required for walking of the walking robot.
そして、上記歩行ロボットにおいては、前記爪先リンク部材は、前記第一脚リンク部材に対して弾性部材を介して接続されていてもよく、その場合、前記歩行ロボットの歩行時において前記脚が床面から離れて遊脚状態に至ったとき、前記爪先リンク部材は、前記弾性部材の弾性力により、該脚が立脚状態であって該爪先リンク部材及び前記脚底リンク部材が床面に接地している状態である初期状態の位置に戻されるように構成される。このように弾性部材を適切に配置することで、空気回路部による歩行へのアシストに加えて、弾性部材によるアシストによって、歩行ロボットの更なる効率的な歩行が実現される。
In the walking robot, the toe link member may be connected to the first leg link member via an elastic member. In this case, the leg is a floor surface when the walking robot is walking. The toe link member is in a standing state and the toe link member and the bottom link member are in contact with the floor surface due to the elastic force of the elastic member It is configured to be returned to the position of the initial state that is the state. By appropriately arranging the elastic member in this manner, the walking robot can be more efficiently walked by the assist by the elastic member in addition to the assist by the air circuit unit.
ここで、上述までの歩行ロボットにおいて、前記第一ピストン部と前記第二ピストン部は、一のピストン筐体を共有する形態で、且つ該第一ピストン部が前記接地リンク部材側に位置し、該第二ピストン部が前記第二脚リンク部材側に位置するように、前記空気回路部に設けられるようにしてもよい。このように各ピストン部を構成することで、歩行ロボットの脚の動きをより確実に各ピストン部に伝えることができる。
Here, in the walking robot up to the above, the first piston part and the second piston part share one piston housing, and the first piston part is located on the ground link member side, You may make it provide in the said air circuit part so that this 2nd piston part may be located in the said 2nd leg link member side. By configuring each piston portion in this way, the movement of the leg of the walking robot can be more reliably transmitted to each piston portion.
また、上述までの歩行ロボットにおいて、前記歩行ロボットの胴体部に対して、前記第二脚リンク部材を可動状態で接続する腰関節部を、更に備えてもよい。そして、その場合、前記腰関節部は、前記胴体部側に設けられた二つの回転軸と、前記第二脚リンク部材側に設けられた二つの回転軸とを、二つのリンク部材で、且つ該二つのリンク部材が交差するように連結することで構成される4リンク機構部と、太陽ギア、遊星ギア、内歯車で構成される遊星歯車機構部であって、前記胴体部側に設けられた二つの回転軸のうち一の回転軸に、該太陽ギアが接続される遊星歯車機構部と、前記太陽ギアを駆動するアクチュエータと、前記遊星歯車機構部の遊星ギア、もしくは該遊星ギアに接続されるキャリアと、前記胴体部とを弾性的に連結する胴体側弾性部材と、を有する構成としてもよい。
The walking robot described above may further include a hip joint that connects the second leg link member in a movable state to the trunk of the walking robot. And in that case, the waist joint portion is composed of two link members, two rotation shafts provided on the body portion side and two rotation shafts provided on the second leg link member side, and and 4 linkage mechanism formed by the two link members are connected so as to intersect, a sun gear, planetary gear, the planetary gear mechanism composed of the internal gear, provided on the body portion side The planetary gear mechanism unit to which the sun gear is connected to one of the two rotation shafts, the actuator that drives the sun gear, the planetary gear of the planetary gear mechanism unit, or the planetary gear It is good also as a structure which has the body carried out and the trunk | drum side elastic member which connects the said trunk | drum part elastically.
このように4リンク機構部を設けることで、歩行ロボットの上体部(上記腰関節部よりも上側の部分)を安定的に支持することができ、歩行時の姿勢の乱れを防止することができる。更に、遊星歯車機構のキャリアに胴体側弾性部材を設置することにより、腰関節部を中心として歩行ロボットの姿勢を戻す場合に、当該胴体側弾性部材からの弾性力によるアシストを得ることで、歩行ロボットの歩行に要するエネルギーを低減することが可能となる。 By providing the four-link mechanism in this way, the upper part of the walking robot (the part above the hip joint part) can be stably supported, and posture disturbance during walking can be prevented. it can. Furthermore, by installing a fuselage-side elastic member on the carrier of the planetary gear mechanism, when the posture of the walking robot is returned around the hip joint, walking with the elastic force from the trunk-side elastic member is obtained. It is possible to reduce the energy required for walking the robot.
従来から行われるアクチュエータによる能動的歩行だけではなく受動的歩行を積極的に行うことで、歩行ロボットの歩行に要するエネルギーを低減し、効率的な歩行の実現を図られる。 By actively performing passive walking as well as active walking using conventional actuators, energy required for walking of the walking robot can be reduced and efficient walking can be realized.
以下に、本発明に係る歩行ロボット1の実施の形態について図面に基づいて説明する。ここで、図1には歩行ロボット1の機構を概略的に示す。尚、図1においては、歩行ロボット1の腰部を含む下半身部分を示しており、腕部等を含む上半身部分の記載は省略しているが、この点は本発明に係る歩行ロボット1の構成を図1に示す構成に限定する意図を示すものではない。 Hereinafter, an embodiment of a walking robot 1 according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, FIG. 1 schematically shows the mechanism of the walking robot 1. In FIG. 1, the lower body part including the waist part of the walking robot 1 is shown, and the description of the upper body part including the arm part and the like is omitted, but this point is the configuration of the walking robot 1 according to the present invention. It is not intended to limit the configuration shown in FIG.
歩行ロボット1の構造を概略的に説明すると、歩行ロボット1は、胴体部2に対して二本の脚3が取り付けられることで、二足歩行を可能とする歩行ロボットである。そして、この各脚3は、胴体部2に近い順に腰部5、膝部4、足首部6から構成されており、各構成部には、それらを構成するためのリンク部材や関節部が含まれ、これらが互いに連結されることで、複数のリンク部材と関節部から構成される歩行ロボット1の脚3が形成されることになる。更に、図2及び図3に、一本の脚3の詳細な構造を示す。図2は、脚3を背面側から見た場合の構造図であり、図3は脚3を側面側から見た場合の構造図である。ここで、脚3においては、膝部4の背面側であって足首部6の上方に、空気回路部100が設けられている。以下、各構成部の詳細な説明を行う。
The structure of the walking robot 1 will be schematically described. The walking robot 1 is a walking robot that allows two legs to be walked by attaching two legs 3 to the
先ず、図4及び図5に基づいて、膝部4を説明する。尚、図4は、図2に示す状態の膝部4の拡大図であり、図5は、図3に示す状態の膝部4の拡大図である。膝部4における膝関節部は、遊星歯車機構17を中心に構成されている。この遊星歯車機構17は、太陽ギア、遊星ギア、内歯車で構成される一般の遊星歯車機構であり、太陽ギアを中心としてその周りに複数の遊星ギアが配置され、更にそれら遊星ギアが内歯車のギアと噛み合った構成となっている。ここで、複数の遊星ギアは、その両側で二つのキャリア20によって一連に連結された状態となっている。この遊星歯車機構17の太陽ギアに、第一膝上フレーム14と第二膝上フレーム15に回転可能に軸支されたギアシャフト12が連結されており、更にこのギアシャフト12上に平歯車22と、該ギアシャフト12の先端部分(第二膝上フレーム15の外側)に後述するシリンダ108を取り付けるためのシリンダ取り付け軸32が設けられている。
First, the
更に、上記平歯車22と噛み合う平歯車19が設けられたギアシャフト11が、第一膝上フレーム14、第二膝上フレーム15及び矢倉13によって回転可能に軸支されている。更に、ギアシャフト11には、上記平歯車22と同一の平歯車33が、上記矢倉13と干渉しないように設けられている。また、平歯車33は、図示しない平歯車であってモータ23の出力軸に取り付けられたモータ出力軸歯車と噛み合っている。以上の構成により、モータ23の出力は、ギアシャフト11、12及びこれらに設けられた各平歯車によって遊星歯車機構17の太陽ギアに入力されることになり、且つモータ出力軸歯車と平歯車33との噛み合いにより、そして平歯車19、22の噛み合いによりモータ23の出力は比較的大きく減速されている。
Further, the
また、モータ23の上方には、第一膝上フレーム14と第二膝上フレーム15とを繋ぐように、バネ固定軸21が設けられている。そして、このバネ固定軸21と上記遊星歯車機構17との間には、バネ34が、該遊星歯車機構17で生じた変位に応じて弾性力を発生させ、それにより該遊星歯車機構17を含んで構成される膝部4が所定の状態に復元しようとするのをアシストできるように連結されている。
A
次に、膝部4の下部分は主に図4中コの字型をした膝下フレーム16によって形成されている。そして、上記第一膝上フレーム14、第二膝上フレーム15で構成される膝部4の上部分と、この膝下フレーム16とは、二本のリンクシャフト29によって連結されている。各リンクシャフト29は、その一端においてロッドエンドベアリング24を介して、膝下フレーム16の側面板部にボルト26で連結されている。従って、リンクシャフト29は、膝下フレーム16の側面板部に対して回転可能状態となっている。更に、各リンクシャフト29の他端においても、ロッドエンドベアリング24を介して、第一膝上フレーム14、第二膝上フレーム15のそれぞれにボルト30で連結されている。従って、リンクシャフト29は、第一膝上フレーム14、第二膝上フレーム15に対しても回転可能状態となっている。
Next, the lower part of the
また、膝下フレーム16の上部には左右の側面板部を連結するようにリンクシャフト31が設けられている。そして、リンクシャフト31の中央部分において二つのロッドエンドベアリング28が、該リンクシャフト31に対して回転可能状態となるように設けられ、更に各ロッドエンド28と遊星歯車機構17が有するキャリア20とを連結する連結ネジ27が設けられている。
A
以上より、膝部4においては、その上部分と下部分とは二本のリンクシャフト29と連結ネジ27とで連結されている。ここで、二本のリンクシャフト29のそれぞれは平行であり、また二本の連結ネジ27も平行であるが、リンクシャフト29と連結ネジ27とは平行ではない。従って、膝部4における上部分と下部分は、自由度が1の4リンク機構で連結されていることになる。尚、膝部4において上部分と下部分とが直接的に接触し破損しないように、緩衝材としてのポリウレタン樹脂製のゲル25が、上部分(第一膝上フレーム14、第二膝上フレーム15)側と、下部分(膝下フレーム16)側に設けられている。
As described above, in the
次に、図6〜図8に基づいて、腰部5を説明する。尚、図6は、図2に示す状態の腰部5の拡大図であり、図7は、図3に示す状態の腰部5の拡大図である。腰部5における腰関節部は、遊星歯車機構41を中心に構成されている。この遊星歯車機構41は、太陽ギア、遊星ギア、内歯車で構成される一般の遊星歯車機構であり、太陽ギアを中心としてその周りに複数の遊星ギアが配置され、更にそれら遊星ギアが内歯車のギアと噛み合った構
成となっている。ここで、複数の遊星ギアは、その両側で二つのキャリア42によって一連に連結された状態となっている。この遊星歯車機構41の太陽ギアに、第一フレーム49と第二フレーム62に回転可能に軸支された回転軸46が連結されている。更に、該回転軸46はベアリング48によって第二フレーム62に固定され、後述するタイミングプーリ56の入力軸に連結される。また、回転軸46に対して平行にシャフト47が、第一フレーム49と第二フレーム62の間に設置されている。
Next, the
ここで、第一フレーム49と第二フレーム62の間にモータ51が設置され、その第一フレーム49側にはエンコーダ52が取り付けられ、その出力側となる第二フレーム62側には、該モータ51の出力を受ける金属カラー54が取り付けられる。そして、この金属カラー54と、タイミングプーリ55、56が第二フレーム62上に設けられており、三者はタイミングベルト57によってモータ51のトルクを伝達可能に結び付けられてい
る。尚、タイミングプーリ56の直径はタイミングプーリ55及び金属カラー54の直径より大きいため、モータ51のトルクは減速されて遊星歯車機構41の太陽ギアに入力されることになる。
Here, the
ここで、腰部5は、図2及び図3に示すように膝部4の上部分を構成する第一膝上フレーム14と第二膝上フレーム15に、二本のシャフト43と二本のシャフト63からなる4リンク機構によって接続されている。ここで、この4リンク機構と膝部4とを接続するために、膝部4の第一膝上フレーム14と第二膝上フレーム15との間に二本のシャフト45a、45b(図6においてはシャフト45bは、シャフト45aの裏に隠れた状態である。)が設けられている。そして、シャフト63は、その一端において、シャフト47に対してロッドエンドベアリング64を介して接続され、その他端においてはシャフト45bに対してロッドエンドベアリング64を介して接続される。従って、シャフト63は、シャフト47及びシャフト45bに対して回転可能状態となっている。また、シャフト43は、その一端において、遊星歯車機構41の遊星ギアを連結する二つのキャリア42のそれぞれに対してロッドエンドベアリング44を介して接続され、その他端においてはシャフト45aに対してロッドエンドベアリング44を介して接続される。従って、シャフト43は、キャリア42及びシャフト45aに対して回転可能状態となっている。そして、これら二本のシャフト43は互いに平行であり、また二本のシャフト63は互いに平行であるが、シャフト43とシャフト63は互いに平行ではなく図7に示すように交差した状態で配置され、以て膝部4と腰部5の間に4リンク機構が形成される。また、シャフト45a上には平歯車60が設置されており、該平歯車60は第二膝上フレームに設けられた平歯車61と噛み合っている。この平歯車61には図示されないロータリダンパが接続されており、それにより腰部5を構成する遊星歯車機構41等に対してダンピング効果を与えている。
Here, as shown in FIGS. 2 and 3, the
また、第一フレーム49及び第二フレーム62の間に固定軸59が設置されており、該固定軸59は胴体部2の構成要素に対して回転可能となるようにベアリング等で支持されている。更に、固定軸59上に平歯車58が設置されており、胴体部2に設けられたモータからのトルクの供給を受ける。その結果、床面に接地した脚3に対して、歩行ロボット1の胴体部2を傾倒させることが可能となる。
Further, a fixed
ここで、膝部4及び腰部5の間に設けられる上記4リンク機構の構成を把握しやすいように、その斜視図を図8に示す。図8においては、膝部4を構成する第一膝上フレーム14等は図示されてはいないが、シャフト43及びシャフト63が交差状態に配置されているのが分かる。ここで、第一フレーム49及び第二フレーム62の間に、該固定軸59に平行にシャフト53が設置され、更にこのシャフト53に一端が接続され、他端が遊星歯車機構41のキャリア42に接続される弾性部材のバネ65が設置されている。
Here, a perspective view is shown in FIG. 8 so that the configuration of the four link mechanism provided between the
次に、図9及び図10に基づいて、足首部6を説明する。尚、図9は、足首部6の上面図であって、図10は、足首部6の側面図である。足首部6の床面接地部分は、主に踵フレーム71と爪先フレーム72とで構成され、踵フレーム71は歩行ロボット1の背面側に位置し、爪先フレーム72は該歩行ロボット1の正面側に位置する。そして、図9に示すように踵フレーム71の上方中央部に窪みが形成され、且つ爪先フレーム72の下方中央部が、該窪みに嵌り込む凸部が形成され、該窪みと該凸部とが嵌りこんだ状態で両者が相対回転移動可能なように、回転軸85が両者の間に設けられている。
Next, the
また、踵フレーム71上に、二つの踝フレーム73が平行に立設されており、その略中央部には貫通孔88が設けられている。この貫通孔88は、膝部4を構成する膝下フレーム16に設けられた貫通孔と合わせて、踵フレーム71と膝下フレーム16とが相対的に回転可能な状態となるように、ベアリングによって支持された回転軸を介して連結される。これにより、足首部6が膝部4に対して回転可能な状態となる。
In addition, two heel frames 73 are erected in parallel on the
ここで、図10に示すように、踝フレーム73には踵フレーム71から斜め上方に延びる貫通孔であるスライド孔部89が設けられている。また、爪先フレーム72の上面中央であって、上記凸部の近くに二つの軸指示部74が設けられている。そして、爪先連結部77が、その一端に回転自在に設けられたシャフト75が、二つのスライド孔部89に沿ってスライド可能な状態で、且つその他端に回転自在に設けられたシャフト76が、二つの軸指示部74によって回転可能に支持された状態で、踝フレーム73を介して踵フレーム71と爪先フレーム72とを連結する。従って、踵フレーム71と爪先フレーム72のシャフト85を中心とした回転に従って、物理的な拘束条件によりシャフト75がスライド孔部89内をスライドすることになる。
Here, as shown in FIG. 10, the
また、足首部6には、7台の圧力センサ83が設けられている。具体的には、踵フレーム71の四隅と、爪先フレーム72の踵フレーム71寄りの二隅と、中央先端部の一箇所の合計7箇所に圧力センサが配置されている。これらの圧力センサ83は、全て同じタイプのセンサであり、床面に接する面から若干量飛び出た接触端子82がセンサ本体を押し込むことで、歩行ロボット1の歩行時に発生する各場所での圧力を検知することができる。更に、爪先フレーム72と膝部4の膝下フレーム16との間に図示しない圧縮バネが設けられており、爪先フレーム72が踵フレームに対して背屈した状態となると、当該圧縮バネは圧縮された状態となる。
The
次に、空気回路部100について、図11〜図13に基づいて説明する。尚、図11は、空気回路部100の詳細構造を側面方向から見た図であり、図12は該空気回路部100の背面図である。また、空気回路部100の主たる構成要素は、図11、12において点線で示すように所定の筐体の内部に隠された状態となっているため、本発明の理解を図るために図13には、空気回路部100の概略構成がブロック図で示されている。
Next, the
ここで、この空気回路部100は、歩行ロボット1の歩行時における脚3の動きを制御するために、閉空間内に閉じ込められた制御用空気を利用する回路である。そこで、空気回路部100には、歩行ロボット1の脚3の動きに連動して制御用空気を送り出す、いわば制御用空気の供給源として機能するエアシリンダ108が備えられている。このエアシリンダ108は、いわゆるデュアルストロークシリンダであって、一本の円筒状のシェルをその中央部で分割して、独立した二つのシリンダ131、133を形成するとともに、各シリンダに対応してその内部の制御用空気を圧縮・膨張させるピストン130(本願でいう第一ピストン部の一例である)、ピストン132(本願でいう第二ピストン部の一例である)をそれぞれ有している。そして、ピストン130の端部は、上記足首部6の爪先連結部77に固定され、またピストン132の端部は、上記膝部4のシリンダ取付け軸32に固定される。この結果、エアシリンダ108の各ピストン130、132の動きは、歩行ロボット1の脚3、特に膝部4と足首部6の動きに連動することになる。尚、図13では、簡便化のために、エアシリンダ108の記載は省略化し、二つのピストンの記載は割愛した。
Here, the
また、本実施例では上述の通りデュアルストロークシリンダを用いたが、これに代えて二本の通常のシリンダを互いに逆向きに並べて連結することで形成される複合型のシリンダも利用可能である。即ち、歩行ロボット1の歩行時における制御用空気の供給が上記デュアルストロークシリンダと同様に行われるように構成されるシリンダであれば、空気回路部100への搭載は可能である。
Further, in the present embodiment, the dual stroke cylinder is used as described above. However, instead of this, a composite cylinder formed by connecting two ordinary cylinders arranged in opposite directions to each other can also be used. In other words, the cylinder can be mounted on the
ここで、空気回路部100の本体部、即ちエアシリンダ108から制御用空気が供給される構造部の一部は、通しボルト116で位置決めされた第一本体部112、第二本体部107、第三本体部115で構成される。これらの本体部は、アクリル樹脂製であって、
それら自体の製造によって制御用空気が流れる流路や、該制御用空気を制御するための様々な制御機器を収容する空間が既に形成されている。従って、これらの本体部に所定の制御機器を収容させ、且つ通しボルトで所定の位置に配置させると、空気回路部100が形成されることになる。尚、通しボルト116に対して、固定装置111を介してエアシリンダ108が取り付けられる。
Here, the main body portion of the
A flow path through which the control air flows and a space for accommodating various control devices for controlling the control air are already formed by manufacturing them. Therefore, when a predetermined control device is accommodated in these main body portions and arranged at a predetermined position with a through bolt, the
ここで、第二本体部107と第三本体部115は互いに隣接させて通しボルト116に取り付け、更に隣接した状態の第二本体部107と第三本体部115との間に電磁弁105が配置される。電磁弁105は、図示しない制御装置からの信号に従って、各本体部の内部に形成されている制御用空気の流路の流れを切り替える三方弁である。また、第二本
体部107には絞り弁117が設けられている。更に、第一本体部112の上部には、アクリル樹脂製のタンク114(本願でいうタンク部の一例である)が設けられる。タンク114は、制御用空気を一時的に貯留することが可能なタンクであり、その内部にピストン103と、該ピストン103をタンク蓋101の内壁に弾性的に接続する圧縮バネ102が備えられている。従って、エアシリンダ108から本体部側に供給された制御用空気は、タンク114に一時的貯留され、それが再び圧縮バネ102及びピストン103の作用によりピストン108側に還流されることで、制御用空気の循環が行われることになる。
Here, the second
このように構成される空気回路部100における、制御用空気の流路およびそこに組み込まれる制御機器の詳細な構成について図13に基づいて説明する。尚、図13は、上述の通り概略構成であり、図11および図12に示す実際の空気回路部の構成と等価的な空気回路部をブロック図で示したものである。従って、制御機器等の配置が図11、12に示す配置と異なっていることに留意すべきであり、また空気回路部100の一部の構成要素の記載は省略されている。
A detailed configuration of the control air flow path and the control device incorporated therein in the
ここで、エアシリンダ108の足首部6側のシリンダ131から供給される制御用空気は流路120に流れ込む。尚、流路120には絞り弁117が設置されている。一方で膝部4側のシリンダ133から供給される制御用空気は流路121に流れ込む。ここで、流路121は二つに分岐し、一方が流路122となる。そして、分岐後の流路121上にはチェック弁110aが設けられ、流れ絞り弁117後の流路120と合流し、流路123となり、三方弁である電磁弁105の第一の入力口に接続される。また、流路122にはチェック弁110bが設置され、電磁弁105の第二の入力口に接続される。尚、チェック弁110aは、流路121においてエアシリンダ108へ向かう方向に制御用空気が流れることを許容し、チェック弁110bは、流路122において電磁弁105へ向かう方向に制御用空気が流れることを許容する。
Here, the control air supplied from the
また、電磁弁105の第三の入力口には流路124が接続され、電磁弁105とタンク114とを接続する。尚、流路124には、そこを流れる制御用空気の速度を制御する速度制御弁109が設けられている。このように流路122、123、124が接続される電磁弁105では、制御信号によりON状態となると流路124が流路123と連通し、OFF状態になると流路124が流路122と連通する。
In addition, a
ここで、空気回路部100による制御用空気の流れ、特にタンク114へ該制御用空気を貯留する場合の流れについて図14Aに基づいて説明するとともに、該タンク114に貯留された制御用空気が排出される場合の流れについて図14Bに基づいて説明する。尚、図14A、図14Bに基づく説明の際には、説明の簡便化のために歩行ロボット1の脚の動きとの相関は割愛し、後に改めて詳細に説明する。
Here, the flow of control air by the
図14Aに示す状態では、電磁弁105はOFF状態となっている。このとき歩行ロボット1の膝部4は屈曲状態となり、それによりエアシリンダ108のシリンダ131、1
33から圧送される制御用空気の流れは、図14A中の白抜き矢印で示される。具体的には、シリンダ131からの制御用空気は、流路120を流れた後、チェック弁110aを経て流路121に流れ込み、更にチェック弁110bを経て流路122に流れる。一方で、シリンダ133からの制御用空気は流路121を流れた後、チェック弁110bを経て流路122に合流する。これらの制御用空気は、その後電磁弁105、速度制御弁109を経て、流路124からタンク114に至る。そして、タンク114に制御用空気が流れ込むことで、その内部の圧縮バネ102が圧縮される。
In the state shown in FIG. 14A, the
The flow of control air pumped from 33 is indicated by the white arrow in FIG. 14A. Specifically, the control air from the
次に、図14Bに示す状態では、電磁弁105はON状態となっている。このとき歩行ロボット1の膝部は制御用空気によって伸展状態となり、それによりタンク114内に貯留されていた制御用空気がエアシリンダ108側に還流され、その流れは図14Bちゅうの白抜き矢印で示される。具体的には、制御用空気はタンク114から流路124を経て電磁弁105に至り、その後流路123から、分岐して流路120、121のそれぞれを経て、シリンダ131、133内に制御用空気が流れ込む。このとき、各シリンダ内に適切な量の制御用空気が流れ込むように絞り弁117の開度が調整される。
Next, in the state shown in FIG. 14B, the
このように、空気回路部100では、脚3が動くことで制御用空気をタンク114に貯留し、その後その制御用空気によって脚部を動かすという一定のサイクルを形成することが可能となり、この結果歩行ロボット1の歩行時の脚3の動きをアシストすることが可能となる。そこで、図15A〜図15Gに基づいて、脚3の動き、特に膝部4と足首部6の動きと、空気回路部100における制御用空気の流れについて説明する。尚、各図において上側に歩行ロボット1の歩行時の脚3の状態を示し、そこではエアピストン108に作用する圧縮又は膨張の力を点線の矢印で描写し、各関節部の動きを実線の矢印で描写している。また、各図の下側に空気回路部100における制御用空気の流れを示し、そこでは制御用空気の流れを実線の矢印で描写している。
As described above, in the
先ず、図15Aに示す状態では、歩行ロボット1の歩行は開始されておらず、脚3は床面に対して垂直に立っている状態である。従って、空気回路部100内には制御用空気の流れは原則、生じていない。ここで、膝部4に設けられたモータ23、腰部5に設けられたモータ51が駆動することにより、歩行ロボット1が歩行するためのエネルギーが供給され、膝部4の屈曲および足首部6の背屈が始まることになる。
First, in the state shown in FIG. 15A, the walking of the walking robot 1 is not started, and the leg 3 is standing vertically with respect to the floor surface. Therefore, in principle, no flow of control air is generated in the
先ず、図15Aに示す状態から足首部6が背屈することで、歩行ロボット1の重心が前方に移動する。その結果、踝フレーム73と膝下フレーム16との間に相対的な回転運動が生じるとともに、踵フレーム71と爪先フレーム72との間にも相対的な回転運動が生じる。この段階では、前者の回転運動のほうが後者の回転運動より支配的であるため、シャフト75のスライド孔部89内のスライド量は比較的小さい。しかし、シャフト75のスライドと膝部4の屈曲動作により、エアシリンダ108に対してはピストン130、132を押し込もうとする力が作用する。ここで、ピストン130によってシリンダ131から押し出された制御用空気がチェック弁110aを経てシリンダ133側に加圧作用を及ぼすため、一方でピストン132によってシリンダ133から押し出されようとする制御用空気はチェック弁110aによってシリンダ131側に至ることはできないため、該シリンダ133内の制御用空気が外に押し出されにくくなる。その結果、流路122、124を経てタンク114に流入する制御用空気は、シリンダ131側の制御用空気が大半となる。それと同時に、シリンダ133内の制御用空気はほぼ維持されるため、結果的に歩行ロボット1の膝部4が急激に屈曲してしまうことを防止でき、歩行ロボット1の姿勢安定及び姿勢維持のために消費されるエネルギーの軽減が図られる。
First, the center of gravity of the walking robot 1 moves forward because the
更に、図15Bに示す状態から膝部4、足首部6の屈曲、背屈が進み、脚3が床面から離れようとする蹴り出し状態が、図15Cに示される。このときは、爪先フレーム72が
踵フレーム71に対してより強く相対的に回転運動することになるため、シャフト75のスライド孔部89内のスライド量が、図15Bに示す状態よりも大きくなる。その結果、ピストン130による制御用空気の押し出し量が増加する。それに加えて、膝部4の屈曲が更に進行するため、ピストン132による制御用空気の押し出し量も、図15Bに示す状態より増加する。従って、図15Cに示す状態では、タンク114に制御用空気が貯留される時間割合が図15Bに示す状態のときより高くなり、効率的な制御用空気の貯留が行われることになる。また、図15Cに示す状態でも、シリンダ131からの制御用空気により加圧作用がシリンダ133側に作用するため、ここでも膝部4が急激に屈曲してしまうことを防止することができる。
Further, FIG. 15C shows a kicking state in which the knee 3 and the
図15Cに示す状態の次には、脚3は図15Dに示す遊脚状態となる。この状態では、爪先フレーム72と膝下フレーム16との間に設けられた図示しない圧縮バネによって、爪先フレーム72が踵フレーム71に対して底屈し、該踵フレーム71と面一の状態へ移行するとともに、踝フレーム73と膝下フレーム16との間の相対位置関係は維持される。そのため、慣性力により膝部4の屈曲が更に進行して、タンク114への制御用空気の貯留が更に行われることになる。
Next to the state shown in FIG. 15C, the leg 3 is in the free leg state shown in FIG. 15D. In this state, the
図15Dに示す遊脚状態後、膝部4の伸展が行われる状態(図15Eに示す状態)に至る。このタイミングで、電磁弁5をOFF状態からON状態へと切り替える。すると、タンク114に貯留されていた制御用空気が、圧縮バネ102からのアシストにもよってタンク114から排出される状態となる(図15Fに示す状態)。この状態では、図14Bに示すように制御用空気のシリンダ131、133への還流が行われる。その結果、ピストン130、132を介して、膝部4を伸展しようとする力が作用することになる。そして、最終的に図15Fに示す状態であって、脚3の状態および空気回路部100内の制御用空気の流れの状態は図15Aに示す状態と同じとなる。
After the free leg state shown in FIG. 15D, the
ここで、歩行ロボット1は二足歩行を行うロボットである。そして、各脚3の状態が180度の位相でずれた状態で、図15A〜図15Gの動作、即ち立脚状態から遊脚状態への移行、及び遊脚状態から立脚状態への移行が交互に行われる。そのため、立脚状態から遊脚状態へ移行する場合(図15Aから図15Dに至る場合)にタンク114に溜めた制御用空気による制動エネルギー(タンク114に制御用空気が貯留されることで結果的に脚3の動きに対して制動力を作用させた状態となるため、「制動」という言葉を使用する。)が、遊脚状態から立脚状態に至るための駆動エネルギーとして利用することが可能となる。図16に、この制動エネルギーと駆動エネルギーの相関を示す。脚3における内部摩擦等によって駆動エネルギーは制動エネルギーより小さくなるが、少なくとも膝部4を伸展し又足首部6を底屈させるためのエネルギーの大部分をこの駆動エネルギーで賄うことができるため、歩行ロボット1の歩行に要する駆動エネルギー全体を効果的に低減することができる。
Here, the walking robot 1 is a robot that performs bipedal walking. Then, with the state of each leg 3 shifted by a phase of 180 degrees, the operation of FIGS. 15A to 15G, that is, the transition from the standing state to the free leg state, and the transition from the free leg state to the standing state are alternately performed. Done. Therefore, when the transition from the standing state to the free leg state (from FIG. 15A to FIG. 15D), the braking energy by the control air accumulated in the tank 114 (resulting in the control air being stored in the
また、歩行ロボット1では、膝部4及び腰部5において4リンク機構を採用している。そのため、歩行時の歩行ロボット1の姿勢を安定的に維持することが可能となるため、これも歩行ロボット1の歩行に要する駆動エネルギー低減に寄与する。更に、膝部4に設けられたバネ34、腰部5に設けられたバネ65、爪先フレーム72と膝下フレーム16の間に設けられた圧縮バネから得られる復元力も、同様に歩行ロボット1の歩行に要する駆動エネルギーの低減に貢献する。
The walking robot 1 employs a four-link mechanism at the
1・・・・歩行ロボット
2・・・・胴体部
3・・・・脚
4・・・・膝部
5・・・・腰部
6・・・・足首部
100・・・・空気回路部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Walking
Claims (4)
前記歩行ロボットの歩行と連動して、所定の閉空間内で制御用空気の動きを制御することで、該歩行ロボットの歩行をアシストする空気回路部を備え、
前記空気回路部は、
前記歩行ロボットの歩行時において前記脚が立脚状態から遊脚状態に移行する際に、該脚を構成する各リンク部材の各関節部を介して行われる相対位置変化によって、制御用空気を介して該歩行のエネルギーの一部を回収する歩行エネルギー回収部と、
前記歩行ロボットの歩行時において、前記脚が遊脚状態から立脚状態へ移行する際に、前記歩行エネルギー回収部によって回収された歩行エネルギーを開放し、該脚の立脚状態への移行をアシストする歩行アシスト部と、を有し、
前記脚は、
前記床面に接する接地リンク部材と、
前記接地リンク部材に足首関節部を介して接続される第一脚リンク部材と、
前記第一脚リンク部材に膝関節部を介して接続される第二脚リンク部材と、を有し、
前記歩行エネルギー回収部は、前記足首関節部と前記膝関節部を介した前記接地リンク部材、前記第一脚リンク部材、前記第二脚リンク部材の相対位置変化によって、前記制御用空気を圧縮し、貯留することで、前記歩行エネルギーの一部を回収し、
前記歩行アシスト部は、前記圧縮され且つ蓄積された制御用空気を開放し、前記接地リンク部材、前記第一脚リンク部材、前記第二脚リンク部材のうち少なくとも何れかに、前記脚が立脚状態に移行するための歩行エネルギーを与え、
前記空気回路部は、
前記歩行ロボットの歩行に連動して、前記足首関節部を介して前記接地リンク部材と前記第一脚リンク部材との相対位置変化によって、制御用空気の圧縮、膨張を行う第一ピストン部と、
前記歩行ロボットの歩行に連動して、前記膝関節部を介して前記第二脚リンク部材と前記第一脚リンク部材との相対位置変化によって、制御用空気の圧縮、膨張を行う第二ピストン部と、
前記制御用空気を貯留するタンク部と、を有し、
前記歩行エネルギー回収部は、前記第一ピストン部及び前記第二ピストン部のうち少な
くとも何れかによって圧縮された制御用空気を前記タンク部に貯留し、
前記歩行アシスト部は、前記タンク部に貯留された制御用空気を前記第一ピストン部及び前記第二ピストン部に開放し、
前記歩行エネルギー回収部は、少なくとも前記接地リンク部材の一部が床面から離れ始めてから完全に離れ終わるまでの遊脚移行工程において、前記第一ピストン部によって送り出された制御用空気の圧縮圧が前記第二ピストン部内に作用するように構成される、
歩行ロボット。 A walking robot having a leg composed of a plurality of link members and joint portions connecting each of the link members, the leg walking on the floor surface by repeating a standing leg state and a free leg state. ,
In conjunction with the walking of the walking robot, by controlling the movement of the control air in a predetermined closed space, comprising an air circuit unit that assists the walking of the walking robot,
The air circuit part is
During the walking of the walking robot, when the leg transitions from the standing leg state to the swing leg state, the relative position change performed via each joint portion of each link member that constitutes the leg, via the control air A walking energy recovery unit that recovers part of the energy of the walking;
During the walking of the walking robot, when the leg shifts from the free leg state to the standing state, the walking energy recovered by the walking energy recovery unit is released, and the walking assists the transition of the leg to the standing state. An assist unit,
The legs are
A ground link member in contact with the floor;
A first leg link member connected to the ground link member via an ankle joint;
A second leg link member connected to the first leg link member via a knee joint,
The walking energy recovery unit compresses the control air by a relative position change of the ground link member, the first leg link member, and the second leg link member via the ankle joint and the knee joint. , By collecting a part of the walking energy,
The walking assist unit releases the compressed and accumulated control air, and the leg is in a standing state on at least one of the ground link member, the first leg link member, and the second leg link member. Give walking energy to transition to
The air circuit part is
In conjunction with the walking of the walking robot, a first piston portion that compresses and expands control air by a relative position change between the ground link member and the first leg link member via the ankle joint portion;
In conjunction with the walking of the walking robot, a second piston portion that compresses and expands control air by changing the relative position of the second leg link member and the first leg link member via the knee joint portion. When,
A tank portion for storing the control air,
The walking energy recovery part stores control air compressed by at least one of the first piston part and the second piston part in the tank part,
The walking assist part opens control air stored in the tank part to the first piston part and the second piston part,
The walking energy recovery unit is configured such that the compression pressure of the control air sent out by the first piston unit is at least a part of the ground link member starting from the floor surface and completely moving away from the floor. Configured to act in the second piston portion;
Walking robot.
前記足首関節部を介して前記第一脚リンク部材と接続される脚底リンク部材と、
前記脚底リンク部材に爪先関節部を介して接続される爪先リンク部材と、を有し、
前記爪先リンク部材は、前記第一脚リンク部材に対して弾性部材を介して接続され、
前記歩行ロボットの歩行時において前記脚が床面から離れて遊脚状態に至ったとき、前記爪先リンク部材は、前記弾性部材の弾性力により、該脚が立脚状態であって該爪先リンク部材及び前記脚底リンク部材が床面に接地している状態である初期状態の位置に戻されるように構成される、
請求項1に記載の歩行ロボット。 The ground link member is
A sole link member connected to the first leg link member via the ankle joint,
A toe link member connected to the bottom link member via a toe joint,
The toe link member is connected to the first leg link member via an elastic member,
When the walking robot is walking, the toe link member is in a standing state by the elastic force of the elastic member when the leg is separated from the floor surface and is in a swinging state. It is configured to be returned to an initial position where the bottom link member is in contact with the floor surface.
The walking robot according to claim 1.
請求項1または請求項2に記載の歩行ロボット。 The first piston portion and the second piston portion share a single piston housing, the first piston portion is located on the ground link member side, and the second piston portion is the second leg. Provided in the air circuit portion so as to be located on the link member side,
The walking robot according to claim 1 or 2.
前記腰関節部は、
前記胴体部側に設けられた二つの回転軸と、前記第二脚リンク部材側に設けられた二つの回転軸とを、二つのリンク部材で、且つ該二つのリンク部材が交差するように連結することで構成される4リンク機構部と、
太陽ギア、遊星ギア、内歯車で構成される遊星歯車機構部であって、前記胴体部側に設けられた二つの回転軸のうち一の回転軸に、該太陽ギアが接続される遊星歯車機構部と、
前記太陽ギアを駆動するアクチュエータと、
前記遊星歯車機構部の遊星ギアに接続されるキャリアと、前記胴体部とを弾性的に連結する胴体側弾性部材と、
を有する、
請求項1から請求項3の何れか一項に記載の歩行ロボット。 A waist joint part that connects the second leg link member in a movable state to the trunk part of the walking robot,
The hip joint is
The two rotation shafts provided on the body part side and the two rotation shafts provided on the second leg link member side are connected by two link members so that the two link members intersect. A four-link mechanism configured by
A planetary gear mechanism comprising a sun gear, a planetary gear and an internal gear, wherein the planetary gear mechanism is connected to one of the two rotary shafts provided on the body side. And
An actuator for driving the sun gear;
A fuselage-side elastic member that elastically couples the carrier connected to the planetary gear of the planetary gear mechanism and the fuselage;
Having
The walking robot according to any one of claims 1 to 3.
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