JP6688562B2 - エネルギを回生する歩行ロボットシステム - Google Patents
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Description
100a サポート部材
100b サポート部材
100c サポート部材
100d サポート部材
100e サポート部材
100f サポート部材
100g サポート部材
102 臀部サポート
103 腰部ストラップ
104 側部ストラップ
106 電源
107 第1の部分
110a 軸線
110b 軸線
110c 軸線
110d 軸線
110e 軸線
110f 軸線
110g 軸線
111a 軸線
111b 軸線
111c 軸線
111d 軸線
111e 軸線
111f 軸線
111g 軸線
112a アクチュエータ
112b アクチュエータ
112c アクチュエータ
112d アクチュエータ
112e アクチュエータ
112f アクチュエータ
112g アクチュエータ
212 アクチュエータ
213 位置エネルギ蓄積機構
213′ 付加的又は代替的な位置エネルギ貯蔵機構
220a アクチュエータ
220b アクチュエータ
223a 固定位置
223b 固定位置
313 位置エネルギ蓄積機構
314 クラッチ(チャンバ)
412 アクチュエータ
413 位置エネルギ蓄積機構
414 チャンバ
415 ピストン
416 チャンバ
417 ピストン
424 バルブ
425 バルブ
520 三方向バルブ
521 三方向バルブ
Claims (32)
- 複数の自由度を有する相対運動をするように共に結合されている複数のサポート部材であって、前記複数の自由度のうち少なくとも1つの自由度が、人の脚の少なくとも1つの自由度に対応している、前記サポート部材と、
前記複数の自由度のうち前記少なくとも1つの自由度について力又はトルクを前記サポート部材に作用させるためのアクチュエータと、
前記複数の自由度のうち前記少なくとも1つの自由度に関連している位置エネルギ蓄積機構であって、前記複数の自由度のうち前記少なくとも1つの自由度についての前記サポート部材同士の相対運動の結果として位置エネルギを蓄積するように、且つ、前記アクチュエータを補助するために、蓄積された位置エネルギの少なくとも一部を前記サポート部材に補償力又は補償トルクとして供給するように動作し、前記位置エネルギ蓄積機構のバネ定数又は零点位置のうち少なくとも1つが、動作中に変化可能である、前記位置エネルギ蓄積機構と、
前記位置エネルギ蓄積機構と選択的に係合又は係合解除するように、前記位置エネルギ蓄積機構と直列に配置されているクラッチと、
を備えている歩行ロボット装置において、
前記アクチュエータは、前記アクチュエータを選択的に係合解除して自由に移動可能な状態となるよう動作可能であって、前記位置エネルギ蓄積機構および前記アクチュエータの選択的な係合解除により、前記複数の自由度のうち少なくとも1つの自由度において、前記サポート部材の自由な相対移動が促進されることを特徴とする歩行ロボット装置。 - 前記アクチュエータが、前記位置エネルギ蓄積機構を考慮しない場合には、最大荷重要求に対して小型化されていることを特徴とする請求項1に記載の歩行ロボット装置。
- 前記歩行ロボット装置の前記複数の自由度のうちの前記少なくとも1つの自由度が、人の脚の股関節の屈曲/伸展、股関節の外転/内転、股関節の内旋/外旋、膝関節の屈曲/伸展、足首の屈曲/伸展、足首の内反/外反、及び足首の内旋/外旋のうち少なくとも1つに対応していることを特徴とする請求項1に記載の歩行ロボット装置。
- 前記アクチュエータが、液圧式アクチュエータ、空圧式アクチュエータ、電気式アクチュエータ、又は前記液圧式アクチュエータ、前記空圧式アクチュエータ、及び前記電気式アクチュエータの組み合わせであることを特徴とする請求項1に記載の歩行ロボット装置。
- 前記アクチュエータ及び位置エネルギ蓄積機構が、並列に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の歩行ロボット装置。
- 前記アクチュエータが、液圧式アクチュエータであることを特徴とする請求項1に記載の歩行ロボット装置。
- 前記液圧式アクチュエータが、液圧式ダンパとして選択的に機能するように構成されていることを特徴とする請求項6に記載の歩行ロボット装置。
- 前記液圧式アクチュエータが、前記液圧式アクチュエータを選択的に係合解除するために、前記液圧式アクチュエータのピストンを自在に移動させるように構成されており、
前記位置エネルギ蓄積機構と前記液圧式アクチュエータとを選択的に係合解除することによって、前記複数の自由度のうち前記少なくとも1つの自由度について、前記サポート部材同士を自在に相対運動させることができることを特徴とする請求項6に記載の歩行ロボット装置。 - 前記位置エネルギ蓄積機構が、空気バネを選択的に係合解除するために、前記空気バネのピストンを自在に移動させるように構成されている前記空気バネを備えており、
前記液圧式アクチュエータが、前記液圧式アクチュエータを選択的に係合解除するために、前記液圧式アクチュエータのピストンを自在に移動させるように構成されており、
前記空気バネと前記液圧式アクチュエータとを選択的に係合解除することによって、前記複数の自由度のうち前記少なくとも1つの自由度について、前記サポート部材同士を自在に相対運動させることができることを特徴とする請求項6に記載の歩行ロボット装置。 - 少なくとも1つのバルブが、前記空気バネの前記ピストンと前記液圧式アクチュエータの前記ピストンとのうち少なくとも1つのピストンを自在に移動させるように制御することを特徴とする請求項9に記載の歩行ロボット装置。
- 前記位置エネルギ蓄積機構が、空圧式アクチュエータ及び空圧式ダンパのうち少なくとも1つとして選択的に機能するように構成されている空気バネを備えていることを特徴とする請求項1に記載の歩行ロボット装置。
- 前記空気バネが、バネ定数、零点位置、及びプリロードのうち少なくとも1つを変化させるように構成されていることを特徴とする請求項11に記載の歩行ロボット装置。
- 前記位置エネルギ蓄積機構が、バネを備えていることを特徴とする請求項1に記載の歩行ロボット装置。
- 前記バネが、引張バネ、圧縮バネ、捩じりバネ、螺旋状捩じりバネ、空気バネ、片持ち式バネ、定荷重バネ、ネゲータスプリング、弾性材料、螺旋状バネ、コイルスプリング、板バネ、アーチスプリング、液圧式アキュムレータ、磁気バネ、又はこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項13に記載の歩行ロボット装置。
- 前記バネに作用するプリロードが、動作中に変化可能とされることを特徴とする請求項13に記載の歩行ロボット装置。
- 前記少なくとも1つの自由度についての前記サポート部材の運動に抵抗するためのダンパを備えていることを特徴とする請求項1に記載の歩行ロボット装置。
- 前記ダンパが、液圧式ダンパ、空圧式ダンパ、機械式ダンパ、電気式ダンパ、又は前記液圧式ダンパ、前記空圧式ダンパ、前記機械式ダンパ、及び前記電気式ダンパの組み合わせであることを特徴とする請求項16に記載の歩行ロボット装置。
- 前記ダンパの減衰係数が、動作中に変化可能とされることを特徴とする請求項16に記載の歩行ロボット装置。
- 前記アクチュエータに給電するために、前記歩行ロボット装置の周囲において支持されている電源を備えていることを特徴とする請求項1に記載の歩行ロボット装置。
- 前記歩行ロボット装置が、人体に取り付けるための外骨格構造として構成されていることを特徴とする請求項1に記載の歩行ロボット装置。
- 前記歩行ロボット装置が、ヒト型ロボットとして構成されていることを特徴とする請求項1に記載の歩行ロボット装置。
- 人の膝の自由度に対応している第1の自由度を有する相対運動をするように、第2のサポート部材に結合されている第1のサポート部材と、
第1の自由度について、力又はトルクを前記第1のサポート部材及び前記第2のサポート部材に作用させるための第1のアクチュエータと、
前記第1の自由度に関連している第1の位置エネルギ蓄積機構であって、前記第1の自由度についての前記第1のサポート部材及び前記第2のサポート部材の相対運動の結果として位置エネルギを蓄積するように、且つ、前記第1のアクチュエータを補助するために、蓄積された位置エネルギの少なくとも一部を前記第1のサポート部材及び前記第2のサポート部材に補償力又は補償トルクとして供給するように動作し、前記第1の位置エネルギ蓄積機構のバネ定数及び零点位置のうち少なくとも1つが、動作中に変化可能である、前記第1の位置エネルギ蓄積機構と、
前記位置エネルギ蓄積機構と選択的に係合又は係合解除するように、前記位置エネルギ蓄積機構と直列に配置されているクラッチと、
を備えている歩行ロボット装置において、
前記アクチュエータは、前記アクチュエータを選択的に係合解除して自由に移動可能な状態となるよう動作可能であって、前記位置エネルギ蓄積機構および前記アクチュエータの選択的な係合解除により、前記複数の自由度のうち少なくとも1つの自由度において、前記サポート部材の自由な相対移動が促進されることを特徴とする歩行ロボット装置。 - 人の股関節の自由度に対応している第2の自由度を有する相対運動をするように、前記第2のサポート部材に結合されている第3のサポート部材と、
前記第2の自由度について、力又はトルクを前記第2のサポート部材及び前記第3のサポート部材に作用させるための第2のアクチュエータと、
前記第2の自由度に関連している第2の位置エネルギ蓄積機構であって、前記第2の自由度についての前記第2のサポート部材及び前記第3のサポート部材の相対運動の結果として位置エネルギを蓄積するように、且つ、前記第2のアクチュエータを補助するために、蓄積されたエネルギの少なくとも一部を前記第2のサポート部材及び前記第3のサポート部材に補償力又は補償トルクとして供給するように動作する前記第2の位置エネルギ蓄積機構と、
を備えていることを特徴とする請求項22に記載の歩行ロボット装置。 - 前記歩行ロボット装置の第2の自由度が、人の股関節の屈曲/伸展、股関節の外転/内転、及び股関節の内旋/外旋のうち少なくとも1つに対応していることを特徴とする請求項23に記載の歩行ロボット装置。
- 前記股関節の第2の自由度に対応している第3の自由度を有する相対運動をするように、前記第3のサポート部材に結合されている第4のサポート部材と、
前記第3の自由度について、力又はトルクを前記第3のサポート部材及び前記第4のサポート部材に作用させるための第3のアクチュエータと、
前記第3の自由度に関連している第3の位置エネルギ蓄積機構であって、前記第3の自由度についての前記第3のサポート部材及び前記第4のサポート部材の相対運動の結果として位置エネルギを蓄積するように、且つ、前記第3のアクチュエータを補助するために、蓄積された位置エネルギの少なくとも一部を前記第3のサポート部材及び前記第4のサポート部材に補償力又は補償トルクとして供給するように動作する前記第3の位置エネルギ蓄積機構と、
を備えていることを特徴とする請求項23に記載の歩行ロボット装置。 - 前記股関節の第3の自由度に対応している第4の自由度を有する相対運動をするように、前記第4のサポート部材に結合されている第5のサポート部材と、
前記第4の自由度について、力又はトルクを前記第4のサポート部材及び前記第5のサポート部材に作用させるための第4のアクチュエータと、
前記第4の自由度に関連している第4の位置エネルギ蓄積機構であって、前記第4の自由度についての前記第4のサポート部材及び前記第5のサポート部材の相対運動の結果として位置エネルギを蓄積するように、且つ、前記第4のアクチュエータを補助するために、蓄積された位置エネルギの少なくとも一部を前記第4のサポート部材及び前記第5のサポート部材に補償トルクとして供給するように動作する前記第4の位置エネルギ蓄積機構と、
を備えていることを特徴とする請求項25に記載の歩行ロボット装置。 - 人の脚の股関節の自由度に対応している第1の自由度を有する相対運動をするように、第2のサポート部材に結合されている第1のサポート部材と、
前記第1の自由度について、トルクを前記第1のサポート部材及び前記第2のサポート部材に作用させるための第1のアクチュエータと、
前記第1の自由度に関連している第1の位置エネルギ蓄積機構であって、前記第1の自由度についての前記第1のサポート部材及び前記第2のサポート部材の相対運動の結果として位置エネルギを蓄積するように、且つ、前記第1のアクチュエータを補助するために、蓄積された位置エネルギの少なくとも一部を前記第1のサポート部材及び前記第2のサポート部材に補償トルクとして供給するように動作し、前記第1の位置エネルギ蓄積機構のバネ定数及び零点位置のうち少なくとも1つが、動作中に変化可能である、前記第1の位置エネルギ蓄積機構と、
前記位置エネルギ蓄積機構と選択的に係合又は係合解除するように、前記位置エネルギ蓄積機構と直列に配置されているクラッチと、
を備えている歩行ロボット装置において、
前記アクチュエータは、前記アクチュエータを選択的に係合解除して自由に移動可能な状態となるよう動作可能であって、前記位置エネルギ蓄積機構および前記アクチュエータの選択的な係合解除により、前記複数の自由度のうち少なくとも1つの自由度において、前記サポート部材の自由な相対移動が促進されることを特徴とする歩行ロボット装置。 - 前記第2のサポート部材が、人の脚の膝の自由度に対応している第2の自由度を形成するのに十分な弾性及び可撓性を有しており、
弾性及び可撓性を有している前記第2のサポート部材が、前記第2のサポート部材の屈曲の結果として位置エネルギを蓄積するように、且つ、第2のサポート部材を真っ直ぐにするために、蓄積された位置エネルギの少なくとも一部を供給するように動作することを特徴とする請求項27に記載の歩行ロボット装置。 - 歩行ロボット装置のアクチュエータを補助するために補償トルクを供給するための方法において、
前記方法が、
複数の自由度を有する相対運動をするように共に結合されている複数のサポート部材を準備するステップであって、前記複数の自由度のうち少なくとも1つの自由度が、人の脚の少なくとも1つの自由度に対応している、前記ステップと、
前記複数の自由度のうち前記少なくとも1つの自由度について、力又はトルクを前記サポート部材に作用させるためのアクチュエータを準備するステップと、
前記複数の自由度のうち少なくとも1つの自由度に関連している位置エネルギ蓄積機構を準備するステップであって、前記位置エネルギ蓄積機構が、前記複数の自由度のうち前記少なくとも1つの自由度についての前記サポート部材同士の相対運動の結果として位置エネルギを蓄積するように、且つ、前記アクチュエータを補助するために、蓄積された位置エネルギの少なくとも一部を前記サポート部材に補償力又は補償トルクとして供給するように動作し、前記位置エネルギ蓄積機構のバネ定数及び零点位置のうち少なくとも1つが、動作中に変化可能である、前記ステップと、
前記位置エネルギ蓄積機構と選択的に係合又は係合解除するように、前記位置エネルギ蓄積機構と直列に配置されているクラッチを準備するステップと、
を備えており、
前記アクチュエータは、前記アクチュエータを選択的に係合解除して自由に移動可能な状態となるよう動作可能であって、前記位置エネルギ蓄積機構と前記アクチュエータとの選択的な係合解除により、前記複数の自由度のうち少なくとも1つの自由度において、前記サポート部材の自由な相対移動が促進されることを特徴とする方法。 - 前記アクチュエータが、前記位置エネルギ蓄積機構を設けられていない場合には、最大荷重要求に対して小型化されていることを特徴とする請求項29に記載の方法。
- 人の前記脚の前記少なくとも1つの自由度が、股関節の屈曲/伸展、股関節の外転/内転、股関節の内旋/外旋、膝関節の屈曲/伸展、足首の屈曲/伸展、足首の内反/外反、及び足首の内旋/外旋のうち少なくとも1つに対応していることを特徴とする請求項29に記載の方法。
- 前記バネが、引張バネ、圧縮バネ、捩じりバネ、螺旋状捩じりバネ、空気バネ、片持ち式バネ、定荷重バネ、ネゲータスプリング、弾性材料、螺旋状バネ、コイルスプリング、板バネ、アーチスプリング、又はこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項29に記載の方法。
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