JP5602057B2 - Legged mobile robot and swing structure - Google Patents
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Description
本発明は、脚式移動ロボット、特に足首関節部分を覆う外装構造、及び揺動構造に関する。 The present invention relates to a legged mobile robot, and more particularly to an exterior structure that covers an ankle joint and a swing structure.
従来、大腿部の下端に膝関節を介して連結される下腿部と、下腿部の下端に足首関節を介して連結される足部と、下端が足部に連結され下腿部側に延びるロッドを進退させることにより足首関節を介して足部を下腿部に対し揺動させる揺動機構とを有する脚体を備える脚式移動ロボットにおいて、脚体の足首関節の部分を覆う外装構造として部分球面状カバーを備えるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, the lower leg connected to the lower end of the thigh via the knee joint, the foot connected to the lower end of the lower leg via the ankle joint, and the lower end connected to the foot and the lower leg In a legged mobile robot having a leg having a swinging mechanism that swings the foot with respect to the crus through an ankle joint by advancing and retreating a rod extending in the leg, an exterior covering the part of the ankle joint of the leg A structure having a partial spherical cover as a structure is known (for example, see Patent Document 1).
特許文献1の足首関節は、足部を下腿部に対してピッチ方向に揺動自在とする足首ピッチ関節と、ロール方向に揺動自在とする足首ロール関節とで構成される。下腿部には電動モータが設けられており、この電動モータの駆動力がベルトを介して足首関節の足首ピッチ関節部分に設けられた減速機に伝達されることにより、足部が下腿部に対してピッチ方向に揺動する。
The ankle joint of
下腿部は、その内部構造を覆い隠す下腿カバーを備え、電動モータ、減速機及び足首ピッチ関節の軸方向の両端部分は、下腿カバーで覆い隠されている。足首ピッチ関節の軸方向中央部分は、足部の上側に取り付けられた部分球面状カバーで覆われている。このカバー内には、足首ロール関節が配置されている。 The crus part is provided with a crus cover that covers the internal structure thereof, and both end portions in the axial direction of the electric motor, the speed reducer, and the ankle pitch joint are covered with the crus cover. The central portion in the axial direction of the ankle pitch joint is covered with a partial spherical cover attached to the upper side of the foot. An ankle roll joint is disposed in the cover.
このように、特許文献1のものでは、足首関節を下腿カバー及び部分球面状カバーで覆うことにより、足首関節の内部構造を露出させることなく、足首関節部分の外観を良好に保っている。
Thus, in the thing of
ここで、特許文献1の足首関節構造では、ピッチ方向揺動軸に減速機を取り付けるため、脚体を稼動させるに際し、接地側の質量が大きく、脚体に大きな慣性力が生じる。従って、脚体を駆動させる電動モータは容量の大きいものを用いる必要があり、小型化及び電力消費量削減の観点で問題がある。
Here, in the ankle joint structure of
これを解決すべく、減速機を足首関節よりも上方に配置し、減速機と足部とをロッドで連結して、減速機の回転に伴いロッドを上下に進退させ、足部を下腿部に対してピッチ方向に揺動させるように構成したものも知られている(例えば、特許文献2)。これによれば、脚体の接地側の質量を小さくすることができ、脚体を駆動させる電動モータの小型化及び電力消費量の削減を図ることができる。 In order to solve this, the speed reducer is placed above the ankle joint, the speed reducer and the foot are connected by a rod, the rod is moved up and down as the speed reducer rotates, and the foot is moved to the lower leg A configuration is also known that is configured to swing in the pitch direction (for example, Patent Document 2). According to this, the mass on the grounding side of the leg can be reduced, and the electric motor for driving the leg can be reduced in size and the power consumption can be reduced.
しかしながら、足首関節で足部を揺動させるために、上記特許文献2に示されるようにロッドの進退により足部をピッチ方向に揺動させる機構を用いた場合、足部に連結されたロッドが足部から下腿部側に延びることとなる。このため、従来の球面状カバーからなる外装構造では、ロッドと球面状の外装とが干渉してしまう。
However, in order to cause the foot to swing at the ankle joint, as shown in
本発明は、ロッドを進退させることにより足部を揺動させる揺動機構を用いても、ロッドとの干渉を防止すると共に、足首関節を、その可動範囲を制限することなく適切に覆うことができる外装構造を提供することを目的とする。 The present invention can prevent interference with the rod and properly cover the ankle joint without restricting its movable range even if a swing mechanism that swings the foot by moving the rod forward and backward is used. An object of the present invention is to provide an exterior structure that can be used.
更に、本発明は、足首関節以外の関節において、ロッドを進退させることにより第1部材に対して第2部材を揺動させる揺動機構を用いても、ロッドとの干渉を防止すると共に、関節を、その可動範囲を制限することなく適切に覆うことができる外装構造を提供することを目的とする。 Furthermore, the present invention prevents interference with the rod even in a joint other than the ankle joint, even if a swing mechanism that swings the second member relative to the first member by moving the rod back and forth is used. An object of the present invention is to provide an exterior structure that can appropriately cover the movable range without limiting the movable range.
[1]上記目的を達成するため、本発明は、大腿部の下端に膝関節を介して連結される下腿部と、該下腿部の下端に足首関節を介して連結される足部と、下端が前記足部に連結され前記下腿部側に延びるロッドを進退させることにより足首関節を介して前記足部を前記下腿部に対し揺動させる揺動機構とを有する脚体を備える脚式移動ロボットであって、前記下腿部に固定され、該下腿部を覆う下腿カバーと、前記ロッドの外方に位置させて前記足部に連結された下部カバーと、前記足部と共に前記足首関節の揺動する揺動部材にアームを介して揺動自在に連結され、且つ前記下腿部に設けられた上下方向に延びるガイドに沿って、前記下腿カバーと前記下部カバーとの間を移動自在な上部カバーとを備えることを特徴とする。 [1] In order to achieve the above object, the present invention provides a lower leg connected to the lower end of the thigh via a knee joint, and a foot connected to the lower end of the lower leg via an ankle joint. And a swinging mechanism that swings the foot part with respect to the crus part via an ankle joint by moving a rod whose lower end is connected to the foot part and extends toward the crus part. A legged mobile robot comprising a lower leg cover fixed to the lower leg part and covering the lower leg part, a lower cover positioned on the outside of the rod and connected to the foot part, and the foot part And an oscillating member that oscillates the ankle joint via an arm, and is connected to the crus cover and the lower cover along a vertically extending guide provided on the crus. And an upper cover movable between the two.
かかる構成によれば、上部カバーは、足部と共に揺動する揺動部材に連結されると共に、下腿部に設けられたガイドにより移動が規制されながら、下腿カバーと下部カバーとの間を移動する。そのため、下腿部に対し足部が揺動しても、下腿部に固定された下腿カバーと足部に連結された下部カバーとの間の隙間を上部カバーにより覆い隠すことが可能となる。よって、ロッドがカバーに干渉することなく、足首関節を適切に覆い隠すことができて、足首関節の部分の外観を良好に保つことができる。 According to this configuration, the upper cover is connected to the swinging member that swings together with the foot portion, and moves between the lower leg cover and the lower cover while the movement is restricted by the guide provided on the lower leg portion. To do. Therefore, even if the foot swings with respect to the lower leg, the upper cover can cover the gap between the lower leg cover fixed to the lower leg and the lower cover connected to the foot. . Therefore, the ankle joint can be properly covered without the rod interfering with the cover, and the appearance of the ankle joint portion can be kept good.
[2]本発明において、前記下部カバーは前記足部に揺動自在に連結されると共に、付勢手段によって外方に付勢され、前記アームは前記揺動部材に固定され、前記上部カバーは前記アームに揺動自在に連結され、且つ、前記下部カバーの上端部は、前記上部カバーの下端部内面に沿って摺動自在に構成されることが好ましい。 [2] In the present invention, the lower cover is swingably connected to the foot, and is biased outward by biasing means, the arm is fixed to the swing member, and the upper cover is Preferably, the upper cover is swingably connected to the arm, and the upper end of the lower cover is slidable along the inner surface of the lower end of the upper cover.
この場合、本発明は、大腿部の下端に膝関節を介して連結される下腿部と、下腿部の下端に足首関節を介して連結される足部と、下端が足部に連結され下腿部側に延びるロッドを進退させることにより足首関節を介して足部を下腿部に対し揺動させる揺動機構とを有する脚体を備える脚式移動ロボットにおいて、脚体の足首関節の部分を覆う外装構造であって、ロッドの外方に位置させて足部に揺動自在に連結された下部カバーと、下部カバーを外方に付勢する付勢手段と、足首関節のピッチ方向に揺動する揺動部材に固定されたアームと、該アームに揺動自在に連結され、且つ下腿部に設けられた上下方向に延びるガイドに沿って上下方向に移動自在な上部カバーとを備え、下部カバーの上端部は、上部カバーの下端部内面に沿って摺動自在に構成されることを特徴とする。 In this case, the present invention provides a lower leg connected to the lower end of the thigh via a knee joint, a foot connected to the lower end of the lower leg via an ankle joint, and the lower end connected to the foot. An ankle joint of a leg in a legged mobile robot having a leg having a swinging mechanism that swings the foot with respect to the lower leg through an ankle joint by advancing and retreating a rod extending toward the lower leg A lower cover that is positioned outside the rod and is swingably connected to the foot, a biasing means that biases the lower cover outward, and an ankle joint pitch. An arm fixed to a swinging member that swings in a direction, and an upper cover that is swingably connected to the arm and that is movable in the vertical direction along a guide that is provided on the lower leg and extends in the vertical direction. The upper end of the lower cover slides along the inner surface of the lower end of the upper cover. Characterized in that it is configured to.
かかる構成によれば、上部カバーは足部の揺動に伴いアームで押し引きされてガイドに沿って上下方向に移動する。又、下部カバーは、付勢手段により外方に付勢されて、その上端部が上部カバーの下端部内面に押し付けられているため、足部の揺動に拘らず、下腿部に対する角度の変化を抑えることができる。従って、下腿部に対し足部が揺動しても、足首関節の可動範囲を制限することなく、足首関節を適切に覆い隠すことができて、足首関節の部分の外観を良好に保つことができる。 According to this configuration, the upper cover is pushed and pulled by the arm as the foot swings and moves in the vertical direction along the guide. In addition, the lower cover is urged outward by the urging means, and the upper end thereof is pressed against the inner surface of the lower end of the upper cover. Change can be suppressed. Therefore, even if the foot swings with respect to the lower leg, the ankle joint can be properly covered without restricting the movable range of the ankle joint, and the appearance of the ankle joint portion can be kept good. Can do.
[3]本発明において、前記下部カバーは前記足部に固定され、前記アームは前記揺動部材に揺動自在に連結され、前記上部カバーは前記アームに連結されることが好ましい。 [3] In the present invention, it is preferable that the lower cover is fixed to the foot, the arm is swingably connected to the swing member, and the upper cover is connected to the arm.
かかる構成によれば、簡易な構成で足首関節を適切に覆い隠すことができて、足首関節の部分の外観を良好に保つことができる。 According to such a configuration, the ankle joint can be appropriately covered with a simple configuration, and the appearance of the ankle joint portion can be kept good.
[4]本発明において、ロッドを、足部の足首関節と連結される部分よりもピッチ方向前方側で連結することが好ましい。ロッドを、足部の後方側で連結することも考えられるが、脚体を膝関節で屈曲させた場合に、ロッドの上端部が大腿部に接触し膝関節の可動範囲が制限される虞がある。 [4] In the present invention, it is preferable to connect the rod on the front side in the pitch direction with respect to the portion connected to the ankle joint of the foot. It is conceivable to connect the rod on the rear side of the foot, but when the leg is bent at the knee joint, the upper end of the rod may contact the thigh and the movable range of the knee joint may be limited. There is.
本発明のように、ロッドを足部の前方側で連結すれば、ロッドと大腿部とが接触することがなく、膝関節の可動範囲が制限されることを防止することができる。 If the rod is connected on the front side of the foot as in the present invention, the rod and the thigh are not in contact with each other, and it is possible to prevent the movable range of the knee joint from being limited.
[5]本発明において、前記足部の前記ロッドが接続される側と反対側の部分に固定される半球状の第1カバーと、前記第1カバーの外側又は内側に配置され、且つ、前記下腿部の下端部にロール方向に揺動自在に設けられる半球状の第2カバーと、前記第1カバーと前記第2カバーとの間に配置されると共に、ピッチ方向に揺動自在となるように第1カバーに設けられる半球状の中間カバーとを備え、該中間カバーの上端部には、前記第2カバーの下端部に係止される係止部が設けられることも好ましい。 [5] In the present invention, a hemispherical first cover fixed to a portion of the foot portion opposite to the side to which the rod is connected, disposed outside or inside the first cover, and A hemispherical second cover that is provided swingably in the roll direction at the lower end of the crus, and is disposed between the first cover and the second cover and is swingable in the pitch direction. In this way, it is preferable that the first cover is provided with a hemispherical intermediate cover, and an upper end portion of the intermediate cover is provided with an engaging portion that is engaged with the lower end portion of the second cover.
かかる構成によれば、第1カバーと第2カバーと中間カバーとが蛇腹状にスライドすることにより、ロッドが配置される側と反対側の足首関節の部分を適切に覆い隠すことができる。 According to such a configuration, the first cover, the second cover, and the intermediate cover slide in a bellows shape, so that the portion of the ankle joint on the side opposite to the side where the rod is disposed can be appropriately covered.
[6]更に、本発明は、関節を介して第1部材の下端に第2部材が連結され、下端が前記第2部材に連結され前記第1部材側に延びるロッドを進退させることにより関節を介して前記第1部材を前記第2部材に対し揺動させる揺動機構とを有する揺動構造であって、前記第1部材に固定され、該第1部材を覆う第1部材カバーと、前記ロッドの外方に位置させて前記第2部材に連結された下部カバーと、前記第2部材と共に揺動する揺動部材にアームを介して揺動自在に連結され、且つ前記第1部材に設けられた上下方向に延びるガイドに沿って、前記第1部材と前記下部カバーとの間を移動自在な上部カバーとを備えることを特徴とする。 [6] Further, according to the present invention, the second member is coupled to the lower end of the first member via the joint, and the rod is advanced and retracted by advancing and retracting the rod having the lower end coupled to the second member and extending toward the first member. A swing mechanism having a swing mechanism for swinging the first member with respect to the second member, a first member cover fixed to the first member and covering the first member; A lower cover that is positioned outside the rod and connected to the second member, and a swinging member that swings together with the second member are swingably connected via an arm and provided on the first member. An upper cover that is movable between the first member and the lower cover is provided along a vertically extending guide.
かかる構成によれば、上部カバーは、第2部材と共に揺動する揺動部材に連結されると共に、第1部材に設けられたガイドにより移動が規制されながら、第1部材カバーと下部カバーとの間を移動する。そのため、第1部材に対し第2部材が揺動しても、第1部材に固定された第1部材カバーと第2部材に連結された下部カバーとの間の隙間を上部カバーにより覆い隠すことが可能となる。よって、ロッドがカバーに干渉することなく、関節を適切に覆い隠すことができて、関節の部分の外観を良好に保つことができる。 According to this configuration, the upper cover is connected to the swinging member that swings together with the second member, and the movement of the upper cover is restricted by the guide provided on the first member, while the first member cover and the lower cover Move between. Therefore, even if the second member swings with respect to the first member, the upper cover covers the gap between the first member cover fixed to the first member and the lower cover connected to the second member. Is possible. Therefore, the joint can be appropriately covered without the rod interfering with the cover, and the appearance of the joint portion can be kept good.
尚、本発明の揺動構造は、上述したように脚式移動ロボットの足首関節に適用したものに限定されず、手首関節などロボットの関節、更にはロボット以外のものに備わる関節にも適用することができる。 Note that the swinging structure of the present invention is not limited to that applied to the ankle joint of the legged mobile robot as described above, but is also applicable to a joint of a robot such as a wrist joint, and further to a joint provided in other than the robot. be able to.
図1に概略構成を示す脚式移動ロボット1(以下、単にロボット1という)を用いて、本発明の実施形態を説明する。ロボット1は、上体2と、この上体2から下方に延設される左右一対の脚体3R,3Lとを備える。上体2は、接床する脚体3R,3Lによって床面の上方に支持される。
An embodiment of the present invention will be described using a legged mobile robot 1 (hereinafter simply referred to as a robot 1) having a schematic configuration shown in FIG. The
脚体3R,3Lは、上体2に股関節41R,41Lを介して上端部が連結される大腿部51R,51Lと、大腿部51R,51Lの下端部に膝関節42R,42Lを介して上端部が連結される下腿部52R,52Lと、下腿部52R,52Lの下端部に足首関節43R,43Lを介して連結される足部53R,53Lとを備える。
The
股関節41R,41Lは、ヨー関節41aR,41aLと、股ロール関節41bR,41bLと、股ピッチ関節41cR,41cLとで構成され、3自由度を有する。ヨー関節41aR,41aLは、股ロール関節41bR,41bLを上体2に対しヨー方向(旋回方向、Z軸を中心に回転する方向)に回動自在に連結している。
The
股ロール関節41bR,41bLは、股ピッチ関節41cR,41cLをヨー関節41aR,41aLに対しロール方向(左右方向、X軸を中心に回転する方向)に揺動自在に連結している。股ピッチ関節41cR,41cLは、大腿部51R,51Lを股ロール関節41bR,41bLに対しピッチ方向(前後方向、Y軸を中心に回転する方向)に揺動自在に連結している。
The crotch roll joints 41bR and 41bL connect the crotch pitch joints 41cR and 41cL to the yaw joints 41aR and 41aL so as to be swingable in the roll direction (left and right direction, a direction rotating around the X axis). The crotch pitch joints 41cR and 41cL connect the
膝関節42R,42Lは、1自由度を有するものであり、下腿部52R,52Lを大腿部51R,51Lに対しピッチ方向に揺動自在に連結している。
The knee joints 42R and 42L have one degree of freedom, and connect the
足首関節43R,43Lは、足首ピッチ関節43aR,43aLと、足首ロール関節43bR,43bLとで構成され、2自由度を有する。足首ピッチ関節43aR,43aLは、足首ロール関節43bR,43bLを下腿部52R,52Lに対しピッチ方向に揺動自在に連結している。足首ロール関節43bR,43bLは、足部53R,53Lを足首ピッチ関節43aR,43aLに対しロール方向に揺動自在に連結している。
The ankle joints 43R and 43L are composed of ankle pitch joints 43aR and 43aL and ankle roll joints 43bR and 43bL, and have two degrees of freedom. The ankle pitch joints 43aR and 43aL connect the ankle roll joints 43bR and 43bL to the
尚、本実施形態の説明では、符号R,Lはそれぞれ右側脚体、左側脚体に対応するものであることを意味する。又、X軸、Y軸、Z軸は、支持脚座標系の3つの座標軸を意味する。この支持脚座標系のX軸方向、Y軸方向は、水平面上で互いに直交する2軸方向であり、X軸方向はロボット1の前後方向(ロール軸方向)、Y軸方向はロボット1の左右方向(ピッチ軸方向)に相当する。又、Z軸方向は鉛直方向(重力方向)であり、ロボット1の上下方向(ヨー軸方向)に相当する。
In the description of the present embodiment, the symbols R and L mean that they correspond to the right leg and the left leg, respectively. The X axis, the Y axis, and the Z axis mean three coordinate axes of the support leg coordinate system. In this support leg coordinate system, the X-axis direction and the Y-axis direction are two axis directions orthogonal to each other on the horizontal plane, the X-axis direction is the front-rear direction (roll axis direction) of the
各関節41R〜43R,41L〜43L,は、アクチュエータ(電動モータ)により回転駆動される。そして、ロボット1は、各関節41R〜43R,41L〜43Lを適宜駆動させて、脚体3R,3Lに所望の運動をさせることで、歩行動作や走行動作等、3次元空間を移動することができる。
Each joint 41R-43R, 41L-43L is rotationally driven by an actuator (electric motor). The
上体2の内部にはロボット1の動作制御を行う制御ユニット21が格納されている。図1では、便宜上、制御ユニット21を上体2の外部に記載している。
A
脚体3R,3Lには、足首関節43R,43Lと足部53R,53Lとの間に位置させて6軸力センサ31R,31Lが介設されている。この6軸力センサ31R,31Lは、床から足部53R,53Lに伝達される床反力のX軸、Y軸、Z軸の3軸方向の力成分及び3軸まわりのモーメント成分を検出し、検出信号を制御ユニット21に出力する。
6-
又、上体2には、鉛直方向(重力方向)に対する上体2の傾斜角(ロール方向及びピッチ方向の傾斜角)とその変化速度(角速度)とを計測するための傾斜センサ22が搭載されている。この傾斜センサ22は、より詳しくは、加速度センサとジャイロセンサ等のレートセンサ(角速度センサ)とから構成され、これらのセンサの検出信号を制御ユニット21に出力する。
The
又、各関節41R〜43R,41L〜43Lを回転駆動する電動モータには、各関節の回転角を検出するためのエンコーダ(ロータリエンコーダ)が付設され、該エンコーダの検出信号が制御ユニット21に出力される。制御ユニット21は、入力された検出信号に基づいて各関節41R〜43R,41L〜43Lを駆動する電動モータを制御する。
The electric motors that rotate the joints 41R to 43R and 41L to 43L are provided with encoders (rotary encoders) for detecting the rotation angles of the joints, and the detection signals of the encoders are output to the
図2及び図3に示すように、各大腿部51R,51Lには、足首関節43R,43L用の左右一対の電動モータ61Ra,61Rb,61La,61Lbが夫々設けられている。電動モータ61Ra,61Rb,61La,61Lbの出力軸には、駆動プーリ62aが設けられ、駆動プーリ62aの駆動力は、ベルト62bを介して膝関節42R,42Lと同軸上に設けられた従動プーリ62cに伝達される。
As shown in FIGS. 2 and 3, each
従動プーリ62cには、前方に向って延びるクランクアーム63が連結されている。クランクアーム63の先端には、ロッド64の一端がボールジョイント64aを介して揺動自在に連結されている。ロッド64の他端は、足部53R,53Lの足首関節43R,43Lが連結された部分よりも前方の部分に2自由度を有するジョイント64bを介してピッチ方向及びロール方向に揺動自在に連結されている。
A
これにより、電動モータ61Ra,61Rb,61La,61Lbを駆動させることにより、ロッド64を昇降させて足部53R,53Lを足首関節43R,43Lを支点に下腿部52R,52Lに対して揺動させることができる。
Thus, by driving the electric motors 61Ra, 61Rb, 61La, 61Lb, the
又、ロッド64の下端部が足部53R,53Lの足首関節43R,43Lと連結された部分よりも前方側に連結され、ロッド64の上端部が前方に向って伸びるクランクアーム63の先端に連結されている。このため、膝関節42R,42Lで下腿部52R,52Lが大腿部51R,51Lに対してピッチ方向後方側に揺動する際に、ロッド64と大腿部51R,51Lとが接触することがなく、膝関節42R,42Lの可動範囲が制限されることを防止できる。
The lower end portion of the
図4に示すように、下腿部52R,52Lの前方側には、上下方向に延びるガイド71が設けられている。ガイド71には、ローラ81aを介して上部カバー81が揺動自在に且つガイド71に沿って上下方向に移動自在(昇降自在)に設けられている。
As shown in FIG. 4, a
足首関節43R,43Lの足首ピッチ関節43aR,43aLで、下腿部52R,52Lに対しピッチ方向に揺動する略十字状の揺動部材43cR,43cLには、前方に向って延びる上部カバー81用のアーム72が設けられている。アーム72の先端には、上部カバー81用の固定部材81bがピッチ方向に揺動自在に連結されている。
For the
この固定部材81bは、略Y字状に形成され、上方左右両側に延びる上端部81cで上部カバー81の内側にネジ73で固定されている。実施形態の上部カバー81は、固定部材81bを介してアーム72に揺動自在に連結されている。上部カバー81の下端部には、前方に向って張り出すように湾曲する湾曲部81dが形成されている。又、下腿部52R,52Lには下腿カバー52aR(52aL)が固定されており、下腿カバー52aR(52aL)はロッド64の前方側を覆っている。
The fixing
足部53R,53Lには、ロッド64の前方に位置させて、略半球体形状の下部カバー82がピッチ方向に揺動自在に連結されている。下部カバー82はねじりばね74(付勢手段)により足部53R,53Lに対してピッチ方向外方に付勢されている。下部カバー82の上端は、上部カバー81の湾曲部81dの内面に当接し湾曲部81dの内面を摺動自在とされている。
A substantially hemispherical
これにより、ロッド64及び足首関節43R,43Lの前方側は、下腿カバー52aR(52aL)、下部カバー82、及び下腿カバー52aR(52aL)と下部カバー82との間に配置される上部カバー81によって覆われる。
Thereby, the front side of the
足部53R,53Lには、ロッド64が接続される側(前方)と反対側(後方)の部分に、半球状の第1カバー91が形成されている。又、下腿部52R,52Lの下端部には、第1カバー91の内側に配置される半球状の第2カバー92がロール方向に揺動自在に設けられている。又、第1カバー91には、第2カバー92との間に位置させて、半球状の中間カバー93がピッチ方向に揺動自在に設けられている。
A hemispherical
中間カバー93の上端部には、内方に突出する係止部93aが設けられている。この係止部93aは、第2カバー92の下端部に設けられた、外方に突出する突部92aに係止自在となっている。
A locking portion 93 a that protrudes inward is provided at the upper end of the
これにより、足首関節43R,43Lの後方側は、第1カバー91、第2カバー92、及び第1カバー91と第2カバー92との間に配置される中間カバー93によって覆われる。
Thereby, the rear side of the ankle joints 43 </ b> R and 43 </ b> L is covered with the
実施形態の脚式移動ロボット1は、電動モータ61Ra,61Rb(61La,61Lb)を駆動させて、一対のロッド64を上方へ引張することにより、図5に示すように、足部53R(53L)を下腿部52R(52L)に対してピッチ方向前方に揺動させることができる。
The legged
このとき、上部カバー81は、足部53R(53L)と共にピッチ方向前方に揺動するアーム72に固定部材81bを介して上方へ押圧され、ガイド71に沿うようにして上方へ移動し、その上端部分が下腿部52R(52L)の下腿カバー52aR(52aL)内に収容される。
At this time, the
下部カバー82は、足部53R(53L)の揺動に伴い上方に押され、上部カバー81の湾曲部81dの内面を上方に向って摺動しながら、上方に移動する。このとき、下部カバー82は、ねじりばね74(付勢手段)により、ピッチ方向前方側に付勢され、その上端部が上部カバー81の湾曲部81dの内面に当接した状態が維持される。
The
このため、下部カバー82は、足部53R(53L)のピッチ方向の揺動に拘らず、下腿部52R(52L)に対するピッチ方向の角度が殆ど変化しない。
Therefore, the angle of the
このとき、中間カバー93は自重により第1カバー91と共に下方へ揺動するが、係止部93aが突部92aに係止されたところで中間カバー93の下方への揺動が阻止され、第1カバー91と第2カバー92との隙間を覆い隠す。尚、中間カバー93が自重により下方へ適切に揺動できない場合には、中間カバー93を下方への付勢するねじりばね等の付勢手段を用いたり、又は、中間カバー93の下端部に第1カバー91の上端部と係止する係止部を設ければよい。
At this time, the
逆に、一対のロッド64を下方へ押圧すると、図6に示すように、足部53R(53L)は下腿部52R(52L)に対してピッチ方向後方に揺動させることができる。このとき、上部カバー81は、足部53R(53L)と共にピッチ方向後方に揺動するアーム72に引っ張られて、ガイド71に沿うようにして下方へ移動する。下部カバー82は、足部53R(53L)に引っ張られて、下方へ移動する。この場合にも、下部カバー82の下腿部52R(52L)に対するピッチ方向の角度は殆ど変化しない。
On the other hand, when the pair of
このとき、中間カバー93は、その下端が足部53R(53L)と接触して、足部53R(53L)の揺動に伴い、第2カバー92の外面を摺動するように押し上げられる。
At this time, the lower end of the
又、一対のロッド64のうち、一方を上方へ引張し、他方を下方へ押圧すると、足部53R,53Lをロール方向に揺動させることができる。図2及び図7を参照して、右側の脚体3Rを例にこれを詳説すると、内側(左側)の電動モータ61Raを駆動させて内側のロッド64を下方へ押圧し、外側(右側)の電動モータ61Rbを駆動させて外側のロッド64を上方へ引張すると、図7(a)に示すように、図7(b)の状態から足部53Rがロール方向外側に外転する。
Further, when one of the pair of
逆に、内側のロッド64を上方へ引張し、外側のロッド64を下方へ押圧すると、図7(c)に示すように、図7(b)の状態から足部53Rがロール方向内側に内転する。
Conversely, when the
実施形態においては、電動モータ61Ra,61Rb,61La,61Lb、駆動プーリ62a、ベルト62b、従動プーリ62c、クランクアーム63及びロッド64により、本発明の揺動機構が構成される。
In the embodiment, the electric motors 61Ra, 61Rb, 61La, 61Lb, the drive pulley 62a, the
本実施形態によれば、上部カバー81及び下部カバー82は、上下方向に移動するものの、足部53R,53Lのピッチ方向への揺動に拘らず、下腿部52R,52Lに対するピッチ方向の角度を殆ど変えることなく維持させることができる。
According to the present embodiment, although the
従って、図5及び図6に示したように、ピッチ方向前方側に約60度、ピッチ方向後方側に約15度の合計75度の広い可動範囲で足部53R,53Lを揺動させることのできる脚式移動ロボット1において、上部カバー81及び下部カバー82とロッド64とが干渉することによって足首関節の可動範囲が制限されることを防止することができ、上部カバー81と下部カバー82の2つのカバーで一対のロッド64及び足首関節43R,43Lの前方を適切に覆い隠すことができる。
Therefore, as shown in FIGS. 5 and 6, the
又、足首関節43R,43Lの部分を前方側から視認した場合、上部カバー81と下部カバー82の2つしか見えないため、外観をスッキリさせることができ、意匠性を向上させ、親和性を高めることができる。
In addition, when the
又、下部カバー82が略半球体形状に形成されているため、図7に示したように、足部53R,53Lがロール方向に揺動する際にも、2つのカバー81,82で一対のロッド64及び足首関節43R,43Lの前方を適切に覆い隠すことができる。
Further, since the
又、ロッド64が配置されていない側である後方側では、第1カバー91、第2カバー92及び中間カバー93の3つのカバーが、蛇腹状にスライドすることで足首関節43R,43Lの後方を適切に覆い隠すことができる。
Further, on the rear side where the
尚、本実施形態においては、ロッド64を足部53R,53Lの前方に連結させているが、ロッド64を足部53R,53Lの後方に連結したものでも、同様に本発明を適用することができる。この場合、上部カバー81及び下部カバー82を足首関節43R,43Lの後方側に配置し、第1カバー91、第2カバー92及び中間カバー93を足首関節43R,43Lの前方側に配置すればよい。
In the present embodiment, the
次に、本発明の別実施形態を説明する。本実施形態においては、ロッド65を足部53R,53Lの後方に連結している。
Next, another embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the
図8に示すように、下腿部52R,52Lの後方側には、概略上下方向に延びるガイド75が設けられている。ガイド75には、ローラ85aを介して上部カバー85が揺動自在に且つガイド75に沿って概略上下方向に移動自在(昇降自在)に設けられている。
As shown in FIG. 8, a
足首関節43R,43Lの足首ピッチ関節43aR,43aLで、下腿部52R,52Lに対しピッチ方向に揺動する略十字状の揺動部材43cR,43cLの後端部には、上方に向って延びる上部カバー85用の略L字状のアーム76の下端がピッチ方向に揺動自在に連結されている。そして、アーム76の先端には、上部カバー85の上下方向略中間部の後方側に形成された連結部85bがロール方向に揺動自在に連結されている。このように、上部カバー85は、揺動部材43cR,43cLに対して、アーム76を介してピッチ方向及びロール方向に揺動自在に連結されている。
The ankle pitch joints 43aR and 43aL of the
足部53R,53Lには、ロッド65の後方に位置させて、略半球体形状の下部カバー86が形成されている。又、下腿部52R,52Lには下腿カバー52aR(52aL)が固定されており、下腿カバー52aR(52aL)はロッド65の後方側を覆っている。
A
これにより、ロッド65及び足首関節43R,43Lの後方側は、下腿カバー52aR(52aL)、下部カバー86、及び下腿カバー52aR(52aL)と下部カバー86との間に配置される上部カバー85によって覆われる。
Thereby, the rear side of the
足部53R,53Lには、ロッド65が接続される側(後方)と反対側(前方)の部分に、半球状の第1カバー95が形成されている。又、下腿部52R,52Lの下端部には、第1カバー95の内側に配置される半球状の第2カバー96がロール方向に揺動自在に設けられている。又、第1カバー95には、第2カバー96との間に位置させて、半球状の中間カバー97がピッチ方向に揺動自在に設けられている。
A hemispherical
中間カバー97の上端部には、内方に突出する係止部97aが設けられている。この係止部97aは、第2カバー96の下端部に設けられた、外方に突出する突部96aに係止自在となっている。
A locking
これにより、足首関節43R,43Lの前方側は、第1カバー95、第2カバー96、及び第1カバー95と第2カバー96との間に配置される中間カバー97によって覆われる。
Thereby, the front side of the
実施形態の脚式移動ロボット1は、電動モータ61Ra,61Rb(61La,61Lb)を駆動させて、一対のロッド65を下方へ押圧することにより、図9に示すように、足部53R(53L)を下腿部52R(52L)に対してピッチ方向前方に揺動させることができる。
The legged
このとき、下部カバー86は、足部53R(53L)の揺動に伴い下方へ揺動して、下腿カバー52aR(52aL)との間に隙間が生じる。しかし、上部カバー85が、足部53R(53L)と共にピッチ方向下方に揺動する揺動部材43cR,43cLにアーム76を介して下方へ押圧され、ガイド75に沿うようにして下方へ移動する。これにより、上部カバー85は、下部カバー86と下腿カバー52aR(52aL)との間に生じた隙間を覆い隠す。
At this time, the
このとき、中間カバー97は、その下端が足部53R(53L)と接触して、足部53R(53L)の揺動に伴い、第2カバー96の外面を摺動するように押し上げられる。
At this time, the lower end of the
逆に、一対のロッド65を上方へ引張すると、図10に示すように、足部53R(53L)は下腿部52R(52L)に対してピッチ方向後方に揺動させることができる。
Conversely, when the pair of
このとき、下部カバー86は、足部53R(53L)の揺動に伴い上方へ揺動し、下腿カバー52aR(52aL)との間に隙間は生じない。そして、上部カバー85は、足部53R(53L)と共にピッチ方向上方に揺動するアーム76を介して上方へ押圧され、ガイド75に沿うようにして上方へ移動する。これにより、上部カバー85は、下部カバー86と下腿カバー52aR(52aL)との間に収容される。
At this time, the
このとき、中間カバー97は、自重により第1カバー95と共に下方へ揺動するが、係止部97aが突部96aに係止されたところで中間カバー97の下方への揺動が阻止され、第1カバー95と第2カバー96との隙間を覆い隠す。
At this time, the
本実施形態によれば、上部カバー85は、上下方向に移動するものの、足部53R,53Lのピッチ方向への揺動に拘らず、下腿部52R,52Lに対するピッチ方向の角度を殆ど変えることなく維持させることができる。
According to the present embodiment, although the
従って、図9及び図10に示したように、広い可動範囲で足部53R,53Lを揺動させることのできる脚式移動ロボット1において、上部カバー85及び下部カバー86とロッド65とが干渉することによって足首関節の可動範囲が制限されることを防止することができ、上部カバー85と下部カバー86の2つのカバーで一対のロッド65及び足首関節43R,43Lの後方を適切に覆い隠すことができる。
Therefore, as shown in FIGS. 9 and 10, in the legged
又、足首関節43R,43Lの部分を後方側から視認した場合、上部カバー85と下部カバー86の2つしか見えないため、外観をスッキリさせることができ、意匠性を向上させ、親和性を高めることができる。
Further, when the
又、下部カバー86が略半球体形状に形成されているため、足部53R,53Lがロール方向に揺動する際にも、2つのカバー85,86で一対のロッド65及び足首関節43R,43Lの後方を適切に覆い隠すことができる。
Further, since the
又、ロッド65が配置されていない側である前方側では、第1カバー95、第2カバー96及び中間カバー97の3つのカバーが、蛇腹状にスライドすることで足首関節43R,43Lの後方を適切に覆い隠すことができる。
In addition, on the front side where the
尚、本実施形態においては、ロッド65を足部53R,53Lの後方に連結させているが、ロッド65を足部53R,53Lの前方に連結したものでも、同様に本発明を適用することができる。この場合、上部カバー85及び下部カバー86を足首関節43R,43Lの後方側に配置し、第1カバー95、第2カバー96及び中間カバー97を足首関節43R,43Lの後方側に配置すればよい。
In the present embodiment, the
又、各関節の構成や関節の配置は、各実施形態に限定されない。例えば、足首関節43R(43L)は、足部53R,53Lをロール方向に揺動させないものであってもよい。
Further, the configuration of the joints and the arrangement of the joints are not limited to the embodiments. For example, the ankle joint 43R (43L) may be one that does not swing the
更に、本発明は、関節を介して第1部材の下端に第2部材が連結され、下端が第2部材に連結され第1部材側に延びるロッドを進退させることにより関節を介して第1部材を第2部材に対し揺動させる揺動機構とを有する揺動構造であって、第1部材に固定され、該第1部材を覆う第1部材カバーと、ロッドの外方に位置させて第2部材に連結された下部カバーと、第2部材と共に揺動する揺動部材にアームを介して揺動自在に連結され、且つ第1部材に設けられた上下方向に延びるガイドに沿って、第1部材と前記下部カバーとの間を移動自在な上部カバーとを備えるものであればよい。 Further, according to the present invention, the second member is connected to the lower end of the first member through the joint, and the first member is connected to the first member through the joint by advancing and retracting the rod having the lower end connected to the second member and extending toward the first member. And a swing mechanism that swings the second member with respect to the second member, the first member cover fixed to the first member and covering the first member, and the first member cover positioned outside the rod. A lower cover connected to the two members, a swinging member that swings together with the second member, is swingably connected via an arm, and is provided along a vertically extending guide provided on the first member. What is necessary is just to provide the upper cover which can move between one member and the said lower cover.
尚、本発明の揺動構造は、上述したように脚式移動ロボットの足首関節に適用したものに限定されず、手首関節などロボットの関節、更にはロボット以外のものに備わる関節にも適用することができる。 Note that the swinging structure of the present invention is not limited to that applied to the ankle joint of the legged mobile robot as described above, but is also applicable to a joint of a robot such as a wrist joint, and further to a joint provided in other than the robot. be able to.
1…脚式移動ロボット(揺動構造)、2…上体、21…制御ユニット、22…傾斜センサ、3R,3L…脚体、31R,31L…6軸力センサ、41R,41L…股関節、42R,42L…膝関節、43R,43L…足首関節(関節)、43aR,43aL…足首ピッチ関節、43bR,43bL…足首ロール関節、43cR,43cL…揺動部材、51R,51L…大腿部、52R,52L…下腿部(第1部材)、52aR,52aL…下腿カバー(第1部材カバー)、53R,53L…足部(第2部材)、61Ra,61Rb,61La,61Lb…電動モータ、62a…駆動プーリ、62b…ベルト、62c…従動プーリ、63…クランクアーム、64,65…ロッド、64a,65a…ボールジョイント、64b,65b…ジョイント、71,75…ガイド、72,76…アーム、73…ネジ、74…ねじりばね(付勢手段)、81,85…上部カバー、81a,85a…ローラ、81b…固定部材、81c…上端部、81d…湾曲部、82,86…下部カバー、91,95…第1カバー、92,96…第2カバー、92a,96a…突部、93,97…中間カバー、93a,97a…係止部。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記下腿部に固定され、該下腿部を覆う下腿カバーと、
前記ロッドの外方に位置させて前記足部に連結された下部カバーと、
前記足部と共に揺動する揺動部材にアームを介して揺動自在に連結され、且つ前記下腿部に設けられた上下方向に延びるガイドに沿って、前記下腿カバーと前記下部カバーとの間を移動自在な上部カバーとを備えることを特徴とする脚式移動ロボット。 A lower leg connected to the lower end of the thigh via a knee joint, a foot connected to the lower end of the lower leg via an ankle joint, and a lower end connected to the foot, the lower leg A legged mobile robot comprising a leg having a swinging mechanism that swings the foot part relative to the crus part via an ankle joint by moving a rod extending sideways forward and backward;
A crus cover fixed to the crus and covering the crus;
A lower cover located on the outside of the rod and connected to the foot;
An oscillating member that oscillates together with the foot part is oscillatingly connected via an arm, and is provided between the crus cover and the lower cover along a guide provided in the crus part that extends in the vertical direction. A legged mobile robot comprising a movable upper cover.
前記第1カバーの外側又は内側に配置され、且つ、前記下腿部の下端部にロール方向に揺動自在に設けられる半球状の第2カバーと、
前記第1カバーと前記第2カバーとの間に配置されると共に、ピッチ方向に揺動自在となるように第1カバーに設けられる半球状の中間カバーとを備え、
該中間カバーの上端部には、前記第2カバーの下端部に係止される係止部が設けられることを特徴とする請求項1から4の何れか1項記載の脚式移動ロボット。 A hemispherical first cover fixed to a portion of the foot opposite to the side to which the rod is connected;
A hemispherical second cover that is disposed outside or inside the first cover, and is provided at the lower end of the crus so as to be swingable in the roll direction;
A hemispherical intermediate cover disposed between the first cover and the second cover and provided on the first cover so as to be swingable in the pitch direction;
The legged mobile robot according to any one of claims 1 to 4, wherein a locking portion that is locked to a lower end portion of the second cover is provided at an upper end portion of the intermediate cover.
前記第1部材に固定され、該第1部材を覆う第1部材カバーと、
前記ロッドの外方に位置させて前記第2部材に連結された下部カバーと、
前記第2部材と共に揺動する揺動部材にアームを介して揺動自在に連結され、且つ前記第1部材に設けられた上下方向に延びるガイドに沿って、前記第1部材と前記下部カバーとの間を移動自在な上部カバーとを備えることを特徴とする揺動構造。
A second member is connected to the lower end of the first member via a joint, and the first member is moved to the first member via the joint by advancing and retracting a rod whose lower end is connected to the second member and extends toward the first member. A swinging structure having a swinging mechanism swinging with respect to two members,
A first member cover fixed to the first member and covering the first member;
A lower cover positioned on the outside of the rod and connected to the second member;
The first member and the lower cover are connected to a swinging member that swings together with the second member via an arm, and is swingably connected to the first member and extends in a vertical direction. A swing structure comprising an upper cover movable between the two.
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