專利名稱：步行式移動機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種步行式移動機器人，具體講涉及步行式移動機器人的腿部。
背景技術(shù)：
作為涉及步行式移動機器人的技術(shù)，特別是涉及步行式移動機器人的腿部的技術(shù)，例如已經(jīng)公知的特許第3293952號公報記載的技術(shù)。該現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)成為，把驅(qū)動膝關(guān)節(jié)的電動機配置在大腿連桿上，同時把驅(qū)動踝關(guān)節(jié)的電動機配置在小腿連桿上，通過傳動帶驅(qū)動與各關(guān)節(jié)的軸線同軸配置的減速器，能夠獲得步行所需的驅(qū)動力。
在步行式移動機器人移動時，特別是快速移動時，在腿部產(chǎn)生較大的慣性力。因此，期望腿部特別是其接觸地面一側(cè)(接觸地面的一側(cè)，即末端側(cè))的重量比較輕，以降低移動時在腿部產(chǎn)生的慣性力。但是，在上述現(xiàn)有技術(shù)中，在小腿連桿上配置了用于驅(qū)動踝關(guān)節(jié)的電動機，同時在踝關(guān)節(jié)的同一軸線上配置減速器，所以腿部的接觸地面一側(cè)的重量變大，從降低慣性力方面考慮具有改善的余地。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種步行式移動機器人，其可以減輕腿部接觸地面一側(cè)(末端側(cè))的重量，由此可以降低移動時在腿部產(chǎn)生的慣性力。
為了達到上述目的，本發(fā)明的步行式移動機器人，如后述的權(quán)利要求1所述，具有關(guān)節(jié)腿部，利用驅(qū)動器驅(qū)動所述腿部移動，其構(gòu)成為，所述腿部至少具有第1關(guān)節(jié)，和在重力方向上配置在所述第1關(guān)節(jié)下方的第2關(guān)節(jié)，驅(qū)動所述第2關(guān)節(jié)的驅(qū)動器配置在與所述第1關(guān)節(jié)相同的位置、或者在重力方向上位于所述第1關(guān)節(jié)上方的位置中的任一方。這樣，腿部至少具有第1關(guān)節(jié)和在重力方向上配置在第1關(guān)節(jié)下方的第2關(guān)節(jié)，驅(qū)動所述第2關(guān)節(jié)的驅(qū)動器配置在與所述第1關(guān)節(jié)相同的位置、或者在重力方向上位于其上方的位置中的任一方，所以能夠減輕腿部接觸地面一側(cè)(末端側(cè)，即第2關(guān)節(jié))的重量，因此，在移動時，特別是在快速移動時，可以減小在腿部產(chǎn)生的慣性力。
并且，本發(fā)明構(gòu)成為，如后述的權(quán)利要求2所述，驅(qū)動所述第2關(guān)節(jié)的驅(qū)動器的輸出軸和傳遞其輸出的傳動裝置的輸出軸中的任一方，配置在與所述第1關(guān)節(jié)的同一軸線上，所述第2關(guān)節(jié)連接與所述第1關(guān)節(jié)的軸線同軸配置的輸出軸，并且通過聯(lián)桿被驅(qū)動。這樣，驅(qū)動所述第2關(guān)節(jié)的驅(qū)動器的輸出軸和傳遞該輸出的傳動裝置的輸出軸中的任一方，配置在與所述第1關(guān)節(jié)的同一軸線上，所述第2關(guān)節(jié)連接配置在所述第1關(guān)節(jié)的同一軸線上的輸出軸，并且被剛性體的聯(lián)桿所驅(qū)動，所以在前述效果的基礎(chǔ)上，即使第2關(guān)節(jié)和驅(qū)動器、或者第2關(guān)節(jié)和傳動裝置分離開配置，也能夠高精度地傳遞動力。另外，可以獨立地對第1關(guān)節(jié)和第2關(guān)節(jié)進行角度調(diào)整。
并且，本發(fā)明構(gòu)成為，如后述的權(quán)利要求3所述，所述第2關(guān)節(jié)至少具有不同的兩個方向的旋轉(zhuǎn)軸線。這樣，第2關(guān)節(jié)構(gòu)成為至少具有不同的兩個方向的旋轉(zhuǎn)軸線，所以在前述效果的基礎(chǔ)上，可以實現(xiàn)步行式移動機器人的順暢移動。
并且，本發(fā)明構(gòu)成為，如后述的權(quán)利要求4所述，所述第2關(guān)節(jié)由多個驅(qū)動器所驅(qū)動，同時連接所述多個驅(qū)動器的輸出軸以及傳遞它們輸出的傳動裝置的輸出軸中的任一方，并且通過多個聯(lián)桿所驅(qū)動。這樣，第2關(guān)節(jié)由多個驅(qū)動器所驅(qū)動，同時連接所述多個驅(qū)動器的輸出軸以及傳遞它們輸出的傳動裝置的輸出軸中的任一方，并且通過多個聯(lián)桿被驅(qū)動，所以在前述效果的基礎(chǔ)上，利用多個驅(qū)動器的驅(qū)動力之和可以進行第2關(guān)節(jié)(具體講是需要較大驅(qū)動力的踝關(guān)節(jié))的驅(qū)動，能夠使驅(qū)動第2關(guān)節(jié)的多個驅(qū)動器小型化。
并且，本發(fā)明構(gòu)成為，如后述的權(quán)利要求5所述，所述多個聯(lián)桿被配置成從所述第2關(guān)節(jié)的軸線離開規(guī)定距離。這樣，連接第2關(guān)節(jié)和驅(qū)動第2關(guān)節(jié)的多個驅(qū)動器(或傳遞它們的輸出的傳動裝置)的輸出軸的多個聯(lián)桿，從第2關(guān)節(jié)的軸線離開規(guī)定距離而進行配置，所以在前述效果的基礎(chǔ)上，能夠以較小的驅(qū)動力驅(qū)動第2關(guān)節(jié)。
并且，本發(fā)明構(gòu)成為，如后述的權(quán)利要求6所述，所述第2關(guān)節(jié)是在所述腿部具有的關(guān)節(jié)中配置在最接近接觸地面一側(cè)的關(guān)節(jié)。這樣，因為第2關(guān)節(jié)是在腿部具有的關(guān)節(jié)中配置在最接近接觸地面一側(cè)的關(guān)節(jié)，所以在前述效果的基礎(chǔ)上，能夠縮小從腿部的接觸地面端到第2關(guān)節(jié)(具體講是踝關(guān)節(jié))的距離，能夠提高步行式移動機器人的穩(wěn)定性。
并且，本發(fā)明的步行式移動機器人，如后述的權(quán)利要求7所述，具有關(guān)節(jié)腿部，并且利用驅(qū)動器驅(qū)動所述腿部而移動，其構(gòu)成為，所述腿部至少具有第1關(guān)節(jié)；在重力方向上，配置在所述第1關(guān)節(jié)下方的第2關(guān)節(jié)；以及傳遞用于驅(qū)動所述第2關(guān)節(jié)的驅(qū)動器的輸出的減速器，所述減速器的輸入軸被配置在所述第1關(guān)節(jié)的同一軸線上。這樣，由于腿部至少具有第1關(guān)節(jié)，在重力方向上配置在其下方的第2關(guān)節(jié)，以及傳遞用于驅(qū)動第2關(guān)節(jié)的驅(qū)動器的輸出的減速器，所述減速器的輸入軸被配置在所述第1關(guān)節(jié)的同一軸線上，所以能夠減輕腿部接觸地面一側(cè)(末端側(cè)，即第2關(guān)節(jié))的重量，在移動時，特別是在快速移動時，可以降低在腿部產(chǎn)生的慣性力。
并且，本發(fā)明的步行式移動機器人，如后述的權(quán)利要求8所述，具有關(guān)節(jié)腿部，并且利用驅(qū)動器驅(qū)動所述腿部而移動，其構(gòu)成為，所述腿部至少具有第1關(guān)節(jié)；在重力方向上配置在所述第1關(guān)節(jié)下方的第2關(guān)節(jié)；連接所述第1關(guān)節(jié)和所述第2關(guān)節(jié)的連桿；以及傳遞用于驅(qū)動所述第2關(guān)節(jié)的驅(qū)動器的輸出的減速器，所述減速器的基部配置在連接所述第1關(guān)節(jié)和第2關(guān)節(jié)的連桿上。這樣，腿部至少具有第1關(guān)節(jié)；在重力方向上配置在其下方的第2關(guān)節(jié)；連接所述第1關(guān)節(jié)和所述第2關(guān)節(jié)的連桿；以及傳遞用于驅(qū)動所述第2關(guān)節(jié)的驅(qū)動器的輸出的減速器，并且所述減速器的基部配置在連接所述第1關(guān)節(jié)和第2關(guān)節(jié)的連桿上，所以能夠減輕腿部接觸地面一側(cè)(末端側(cè)，即第2關(guān)節(jié))的重量，在移動時，特別是在快速移動時，可以降低在腿部產(chǎn)生的慣性力。另外，通過把減速器的基部配置在連接所述第1關(guān)節(jié)和第2關(guān)節(jié)的連桿上，可以降低第1關(guān)節(jié)的角度變化對第2關(guān)節(jié)的角度的影響。具體講，可以把相對第1關(guān)節(jié)的角度變化的第2關(guān)節(jié)的角度變化減小為減速器的減速比倍數(shù)。
并且，本發(fā)明構(gòu)成為，如后述的權(quán)利要求9所述，所述減速器的輸出軸被配置在所述第1關(guān)節(jié)的同一軸線上，同時所述第2關(guān)節(jié)連接所述減速器的輸出軸，并通過聯(lián)桿(rod)被驅(qū)動。這樣，減速器的輸出軸被配置成與所述第1關(guān)節(jié)同軸，同時所述第2關(guān)節(jié)連接所述減速器的輸出軸，并通過剛體的聯(lián)桿被驅(qū)動，所以在權(quán)利要求7和8所述效果的基礎(chǔ)上，即使將第2關(guān)節(jié)和減速器分開配置，也能夠高精度地傳遞動力。另外，可以獨立地調(diào)整第1關(guān)節(jié)和第2關(guān)節(jié)的角度。
并且，本發(fā)明構(gòu)成為，如后述的權(quán)利要求10所述，所述第2關(guān)節(jié)至少具有不同的兩個方向的旋轉(zhuǎn)軸線。這樣，第2關(guān)節(jié)構(gòu)成為至少具有不同的兩個方向的旋轉(zhuǎn)軸線，所以在權(quán)利要求7～9所述效果的基礎(chǔ)上，可以實現(xiàn)腿式移動機器人的靈活的移動。
并且，本發(fā)明構(gòu)成為，如后述的權(quán)利要求11所述，所述第2關(guān)節(jié)由多個驅(qū)動器驅(qū)動，同時與傳遞所述多個驅(qū)動器輸出的減速器的輸出軸相連接，并且通過多個聯(lián)桿被驅(qū)動。這樣，第2關(guān)節(jié)由多個驅(qū)動器驅(qū)動，同時與傳遞所述多個驅(qū)動器輸出的減速器的輸出軸相連接，并且通過多個聯(lián)桿被驅(qū)動，所以在權(quán)利要求7～10所述效果的基礎(chǔ)上，可以利用多個驅(qū)動器的驅(qū)動力之和進行第2關(guān)節(jié)(具體講是需要較大驅(qū)動力的踝關(guān)節(jié))的驅(qū)動，能夠使驅(qū)動第2關(guān)節(jié)的多個驅(qū)動器小型化。
并且，本發(fā)明構(gòu)成為，如后述的權(quán)利要求12所述，所述多個聯(lián)桿被配置成從所述第2關(guān)節(jié)的軸線分開規(guī)定距離。這樣，連接第2關(guān)節(jié)和減速器的輸出軸的多個聯(lián)桿被配置成，從第2關(guān)節(jié)的軸線分開規(guī)定距離，所以在權(quán)利要求11所述效果的基礎(chǔ)上，能夠以較小的驅(qū)動力驅(qū)動第2關(guān)節(jié)。
并且，本發(fā)明構(gòu)成為，如后述的權(quán)利要求13所述，所述第2關(guān)節(jié)是所述在腿部所具有的關(guān)節(jié)中配置在最接近接觸地面一側(cè)的關(guān)節(jié)。這樣，第2關(guān)節(jié)是在腿部所具有的關(guān)節(jié)中配置在最接近接觸地面一側(cè)的關(guān)節(jié)，所以在權(quán)利要求7～12所述效果的基礎(chǔ)上，能夠縮小從腿部的接觸地面端到第2關(guān)節(jié)(具體講是踝關(guān)節(jié))的距離，從而能夠提高步行式移動機器人的穩(wěn)定性。


圖1是以腿部的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)為中心來表示本發(fā)明的一實施方式涉及的步行式移動機器人的概略示意圖。
圖2是詳細表示圖1所示機器人的右腿部的右側(cè)視圖。
圖3是圖2所示的腿部的后視圖。
圖4是沿圖3的IV-IV線剖面圖。
圖5是沿圖3的V-V線剖面圖。
圖6是說明從右側(cè)觀看圖1所示機器人的右腿部時踝關(guān)節(jié)的驅(qū)動動作的示意圖。
圖7是說明從后方觀看圖1所示機器人的右腿部時踝關(guān)節(jié)的驅(qū)動動作的示意圖。
圖8是表示踝關(guān)節(jié)和驅(qū)動踝關(guān)節(jié)的驅(qū)動器的一種連接方法的說明圖。
具體實施例方式
以下，參照

本發(fā)明的一實施方式涉及的步行式移動機器人。
圖1表示該實施方式涉及的步行式移動機器人，具體講是以腿部的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)為中心來表示雙足步行機器人的概略示意圖。
如圖所示，雙足步行機器人(以下稱為“機器人”)1在各個左右腿部2R、2L(設(shè)右側(cè)為R，左側(cè)為L，以下相同)中具有6個關(guān)節(jié)(用軸線表示)。在重力方向，6個關(guān)節(jié)從上方依次由以下關(guān)節(jié)構(gòu)成，即，大腿(腰部)的腿部旋轉(zhuǎn)用(繞Z軸)關(guān)節(jié)10R、10L(設(shè)右側(cè)為R，左側(cè)為L，以下相同)；大腿(腰部)的滾動(roll)方向(繞X軸)關(guān)節(jié)12R、12L；大腿(腰部)的前后(Pitch)方向(繞Y軸)關(guān)節(jié)14R、14L；膝蓋部的前后方向的關(guān)節(jié)16R、16L；腳腕的前后方向的關(guān)節(jié)18R、18L，以及滾動方向的關(guān)節(jié)20R、20L。即，大腿關(guān)節(jié)(或腰關(guān)節(jié))由關(guān)節(jié)10R(L)、12R(L)、14R(L)構(gòu)成，膝關(guān)節(jié)(所述第1關(guān)節(jié))由關(guān)節(jié)16R(L)構(gòu)成，踝關(guān)節(jié)(所述第2關(guān)節(jié))由關(guān)節(jié)18R(L)、20R(L)構(gòu)成。
在踝關(guān)節(jié)18R(L)和20R(L)的下部安裝著腳板22R、22L，并且在最上方設(shè)有上體(基體)24，在其內(nèi)部存儲著由微型計算機構(gòu)成的控制單元26等。大腿關(guān)節(jié)10R(L)、12R(L)、14R(L)和膝關(guān)節(jié)16R(L)利用大腿連桿28R、L連接著，膝關(guān)節(jié)16R(L)和踝關(guān)節(jié)18R(L)、20R(L)利用小腿連桿30R、30L連接著。
并且，如該圖所示，在踝關(guān)節(jié)18R(L)、20R(L)和腳板22R(L)的接觸地面端之間安裝有已公知的6軸向力傳感器(地面反作用力檢測器)34R(L)，測定3個方向上的力的成分Fx、Fy、Fz和3個方向的力矩的成分Mx、My、Mz，檢測腿部2R(L)是否著地(接觸地面)、以及地面(未圖示)作用于腿部2R(L)的地面反作用力(接觸地面荷重)等。在上體24中設(shè)置傾斜傳感器36，檢測相對于Z軸(垂直方向(重力方向))傾斜度和角速度。另外，在驅(qū)動各關(guān)節(jié)的電動機中還設(shè)有檢測其旋轉(zhuǎn)量的旋轉(zhuǎn)編碼器(未圖示)。
這些6軸向力傳感器34R(L)和傾斜傳感器36等的輸出被輸入到控制單元26中?？刂茊卧?6根據(jù)存儲在存儲器(未圖示)中的數(shù)據(jù)和所輸入的檢測值，算出驅(qū)動各關(guān)節(jié)的電動機(在該圖中未圖示)的控制值。
這樣，機器人1的左右腿部2R、2L分別被賦予六種自由度，并根據(jù)由控制單元26算出的控制值，使驅(qū)動這些6×2＝12個關(guān)節(jié)的電動機動作，由此可以對整個腿部賦予所期望的動作，使其能夠自由地在三維空間移動。另外，在上體24上連接著臂部和頭部，但由于它們的結(jié)構(gòu)與本發(fā)明的宗旨沒有直接的關(guān)系，所以省略圖示。
下面，參照圖2及圖2之后的附圖來說明機器人1的腿部2R、2L。另外，下面，以右腿部2R為例進行說明，由于腿部2R、2L是左右對稱的，所以以下說明也適合于腿部2L。
圖2是詳細表示在圖1中模擬表示的腿部2R的右側(cè)視圖。另外，在該圖中，省略了大腿關(guān)節(jié)附近的圖示。圖3是圖2所示的腿部2R的后視圖。
如這兩個圖所示，在大腿連桿28R的后部設(shè)有電機殼體50，在電機殼體50的內(nèi)部上方配置了驅(qū)動膝關(guān)節(jié)16R的電動機(以下稱為“膝關(guān)節(jié)用電動機”)52。在電機殼體50的內(nèi)部下方配置了驅(qū)動踝關(guān)節(jié)18R、20R的第1電動機(以下稱為“第1踝關(guān)節(jié)用電動機”)54，在第1踝關(guān)節(jié)用電動機54的下方配置了驅(qū)動踝關(guān)節(jié)18R、20R的第2電動機(以下稱為“第2踝關(guān)節(jié)用電動機”)56。第1踝關(guān)節(jié)用電動機54和第2踝關(guān)節(jié)用電動機56被配置成，使它們的輸出軸54os和56os在左右方向(圖1的Y軸方向)位于相反的方向。
并且，在大腿連桿28R的前部，在與所述膝關(guān)節(jié)用電動機52相對的位置配置減速器(以下稱為“膝關(guān)節(jié)用減速機”)60。被固定在膝關(guān)節(jié)用電動機52的輸出軸52os上的皮帶輪52p，通過傳動帶52v與被固定在膝關(guān)節(jié)用減速器60的輸入軸60is上的皮帶輪60p連接，從而膝關(guān)節(jié)用電動機52的輸出被傳遞給膝關(guān)節(jié)用減速器60。另外，膝關(guān)節(jié)用減速器60是公知的諧波減速器(注冊商標(biāo))，所以省略詳細說明。
并且，在膝關(guān)節(jié)用減速器60的輸出軸(未圖示)上設(shè)有聯(lián)桿連接部(以下稱為“膝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿連接部”)62，由剛性體構(gòu)成的聯(lián)桿(以下稱為“膝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿”)64的上端連接在膝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿連接部62上，并且在前后方向(圖1的繞Y軸)可以自由轉(zhuǎn)動。
另一方面，分成兩股的膝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿64的下端連接在小腿連桿側(cè)膝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿連接部66上，并且在前后方向自由轉(zhuǎn)動，膝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿連接部66形成于小腿連桿30R的上端。這樣，小腿連桿30R通過膝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿連接部62和膝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿64連接在膝關(guān)節(jié)用減速器60上，借助膝關(guān)節(jié)用電動機52的輸出在前后方向上被驅(qū)動。此時，小腿連桿30R的旋轉(zhuǎn)軸線成為所述膝關(guān)節(jié)16R的軸線16s。
在膝關(guān)節(jié)16R的軸線16s上，在膝關(guān)節(jié)16R的兩側(cè)(左右方向的兩側(cè))配置兩個減速器70、72。被固定在減速器70的輸入軸70is上的皮帶輪70p通過傳動帶54v與被固定在所述第1踝關(guān)節(jié)用電動機54的輸出軸54os上的皮帶輪54p連接，從而第1踝關(guān)節(jié)用電動機54的輸出被傳遞給減速器70。以下，把減速器70稱為“第1踝關(guān)節(jié)用減速器”。
并且，被固定在減速器72的輸入軸72is上的皮帶輪72p，通過傳動帶56v與被固定在所述第2踝關(guān)節(jié)用電動機56的輸出軸56os上的皮帶輪56p連接，從而第2踝關(guān)節(jié)用電動機56的輸出被傳遞給減速器72。以下，把減速器72稱為“第2踝關(guān)節(jié)用減速器”。另外，第1踝關(guān)節(jié)用減速器70和第2踝關(guān)節(jié)用減速器72是公知的諧波減速器，它們的基部(不旋轉(zhuǎn)的部位)被固定在小腿連桿30R上。
圖4是沿圖3的IV-IV線的剖面圖，即膝關(guān)節(jié)16R的剖面圖。
如該圖所示，第1踝關(guān)節(jié)用減速器70和第2踝關(guān)節(jié)用減速器72的輸入軸70is、72is和輸出軸70os、70is，被配置成均在膝關(guān)節(jié)16R的同一條軸線16s上。并且，在第1踝關(guān)節(jié)用減速器70的輸出軸70os上固定著第1踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿連接部80，由剛性體構(gòu)成的第1踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿82的上端連接在第1踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿連接部80上，并且在前后方向上可以自由轉(zhuǎn)動。同樣，在第2踝關(guān)節(jié)用減速器72的輸出軸72os上固定著第2踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿連接部84，由剛性體構(gòu)成的第2踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿84的上端連接在第2踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿連接部84上，并且在前后方向上可以自由轉(zhuǎn)動。
返回圖2和圖3的說明，在6軸向力傳感器34R的上部設(shè)有底座部88。在底座部88上設(shè)有萬向聯(lián)軸器90，其在同一平面上具有兩個不同方向上的旋轉(zhuǎn)軸線90a和90b。小腿連桿30R的下端連接在萬向聯(lián)軸器90上，從而通過萬向聯(lián)軸器90、底座部88和6軸向力傳感器34R與所述腳板22R相連接。以下，把萬向聯(lián)軸器90稱為“小腿連桿連接用萬向聯(lián)軸器”。
圖5是沿圖3的V-V線的剖面圖，即踝關(guān)節(jié)18R、20R的剖面圖。
如該圖所示，小腿連桿連接用萬向聯(lián)軸器90具有正交的兩個軸90A和90B。軸90A是滾動方向(繞X軸)的旋轉(zhuǎn)軸，相當(dāng)于所述關(guān)節(jié)20R，其旋轉(zhuǎn)中心成為所述旋轉(zhuǎn)軸線90a。并且，軸90A的兩端由底座部88支承(固定)。
另一方面，軸90B是前后方向(繞Y軸)的旋轉(zhuǎn)軸，相當(dāng)于所述關(guān)節(jié)18R，其旋轉(zhuǎn)中心成為所述旋轉(zhuǎn)軸線90b。并且，在軸90B的兩端固定著分成兩股的小腿連桿30R的下端。由此，踝關(guān)節(jié)18R、20R以通過滾動方向和前后方向所限定的平面內(nèi)的任意軸線為中心而可以自由轉(zhuǎn)動。
返回圖2和圖3的說明，在底座部88，在小腿連桿連接用萬向聯(lián)軸器90的后方設(shè)有比其小的第1聯(lián)桿用萬向聯(lián)軸器92和第2聯(lián)桿用萬向聯(lián)軸器94，第1踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿82的下端連接在第1聯(lián)桿用萬向聯(lián)軸器92上，第2踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿86的下端連接在第2聯(lián)桿用萬向聯(lián)軸器94上。
參照圖5說明第1聯(lián)桿用萬向聯(lián)軸器92和第2聯(lián)桿用萬向聯(lián)軸器94，第1聯(lián)桿用萬向聯(lián)軸器92和第2聯(lián)桿用萬向聯(lián)軸器94分別具有正交的兩個軸92A和92B、94A和94B。軸92A和94A均是滾動方向(繞X軸)的旋轉(zhuǎn)軸，它們的旋轉(zhuǎn)軸線92a、94a與所述小腿連桿連接用萬向聯(lián)軸器90的旋轉(zhuǎn)軸線90a位于同一平面上并且平行。在軸92A和94A的兩端分別固定著分成兩股的第1踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿82的下端和第2踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿86的下端。
并且，軸92B和94B均是前后方向(繞Y軸)上的旋轉(zhuǎn)軸，它們的旋轉(zhuǎn)軸線92b、94b與所述小腿連桿連接用萬向聯(lián)軸器90的旋轉(zhuǎn)軸線90b位于同一平面上并且平行。軸92B和94B的兩端分別由底座部88支承(固定)。由此，各踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿82、86的下端以利用滾動方向和前后方向所限定的平面內(nèi)的任一軸線為中心而可以自由轉(zhuǎn)動。
這樣，踝關(guān)節(jié)18R、20R通過第1踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿82和第2踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿86，與第1踝關(guān)節(jié)用減速器70和第2踝關(guān)節(jié)用減速器72相連接，減速器70和減速器72是傳遞第1踝關(guān)節(jié)用電動機54和第2踝關(guān)節(jié)用電動機56的輸出的傳動裝置，由此，踝關(guān)節(jié)18R、20R被第1踝關(guān)節(jié)用電動機54和第2踝關(guān)節(jié)用電動機56所驅(qū)動。
此處，第1踝關(guān)節(jié)用減速器70和第2踝關(guān)節(jié)用減速器72與膝關(guān)節(jié)16R的軸線16s同軸配置，膝關(guān)節(jié)16R在重力方向上位于踝關(guān)節(jié)18R、20R的上方，第1踝關(guān)節(jié)用電動機54和第2踝關(guān)節(jié)用電動機56配置在大腿連桿28R上，大腿連桿28R位于膝關(guān)節(jié)16R的更上方，所以能夠減輕腿部2R的接觸地面?zhèn)?末端側(cè)，即踝關(guān)節(jié)18R、20R側(cè))的重量，從而在移動時，特別是在快速移動時，可以減小在腿部產(chǎn)生的慣性力。
并且，由于在踝關(guān)節(jié)18R、20R中未配置減速器和電動電機等，所以能夠縮小腿部2R的接觸地面端與踝關(guān)節(jié)18R、20R的距離，從而可以提高機器人1的穩(wěn)定性。進而，可以分別縮短腳板22R的接觸地面端與6軸向力傳感器34R、6軸向力傳感器34R與踝關(guān)節(jié)18R、20R的離開距離，所以能夠高精度地檢測作用于腿部2R的地面反作用力的大小和方向。
并且，由于利用小腿連桿連接用萬向聯(lián)軸器90構(gòu)成踝關(guān)節(jié)18R、20R，并且具有兩個不同方向上的旋轉(zhuǎn)軸線90a、90b，所以能夠?qū)崿F(xiàn)機器人1靈活地移動。
下面，參照圖6和圖7，說明踝關(guān)節(jié)18R、20R的驅(qū)動動作。圖6是從右側(cè)觀看右腿部2R時，對踝關(guān)節(jié)18R、20R的驅(qū)動動作進行說明的示意圖。圖7是從后方觀看右腿部2R時，對踝關(guān)節(jié)18R、20R的驅(qū)動動作進行說明的示意圖。
以下進行說明，在圖6中，在把A中表示的腿部2R設(shè)為初始狀態(tài)時，利用第2踝關(guān)節(jié)用電動機56(未圖示)，沿紙面上的順時針方向(即，從右側(cè)觀看腿部2R時的順時針方向)驅(qū)動第2踝關(guān)節(jié)用減速器72，同時利用第1踝關(guān)節(jié)用電動機54(未圖示)，沿著順時針方向(從未圖示的左側(cè)腿部2L觀看時為逆時針方向)驅(qū)動位于第2踝關(guān)節(jié)用減速器72后方的第1踝關(guān)節(jié)用減速器70，如該圖B所示，第2踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿連接部84和第2踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿86、以及第1踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿連接部80和第1踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿82向上方被驅(qū)動，從而腳板22R被驅(qū)動，使腳跟抬起(腳尖向下)。
另一方面，利用第2踝關(guān)節(jié)用電動機56，沿紙面上的逆時針方向驅(qū)動第2踝關(guān)節(jié)用減速器72，同時利用第1踝關(guān)節(jié)用電動機54，沿逆時針方向(從未圖示的左側(cè)腿部2L觀看時為順時針方向)驅(qū)動第1踝關(guān)節(jié)用減速器70，如該圖C所示，第2踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿連接部84與第2踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿86、以及第1踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿連接部80與第1踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿82向下方被驅(qū)動，從而腳板22R被驅(qū)動，呈腳跟向下(腳尖抬起)。這樣，通過向相同方向驅(qū)動第1踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿82和第2踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿86，踝關(guān)節(jié)18R、20R在前后方向(繞Y軸)被驅(qū)動。
另一方面，在圖7中，在把A中表示的腿部2R設(shè)為初始狀態(tài)時，向下方驅(qū)動第1踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿82，同時向上方驅(qū)動第2踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿86，如該圖B所示，腳板22R被驅(qū)動而左側(cè)向下(右側(cè)抬高)。
并且，通過向上方驅(qū)動第1踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿82，同時向下方驅(qū)動第2踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿86，如該圖C所示，腳板22R被驅(qū)動而左側(cè)抬高(右側(cè)向下)。即，通過向反方向驅(qū)動第1踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿82和第2踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿86，在滾動方向(繞X軸)驅(qū)動踝關(guān)節(jié)18R、20R繞X軸。
這樣，利用兩個電動機(第1踝關(guān)節(jié)用電動機54和第2踝關(guān)節(jié)用電動機56)的驅(qū)動力之和，來進行需要較大驅(qū)動力的踝關(guān)節(jié)18R、20R的驅(qū)動，所以能夠使各踝關(guān)節(jié)用電動機54、56小型化。
并且，如圖3所示，第1踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿82和第2踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿86被配置成，從小腿連桿連接用萬向聯(lián)軸器90在滾動方向上的軸線90a向側(cè)方僅離開規(guī)定距離d1，同時如圖2所示，被配置成從小腿連桿連接用萬向聯(lián)軸器90在前后方向上的軸90B向后方僅離開規(guī)定距離d2。即，把力點(第1聯(lián)桿用萬向聯(lián)軸器92和第2聯(lián)桿用萬向聯(lián)軸器94)配置在從支點(小腿連桿連接用萬向聯(lián)軸器90)離開規(guī)定距離的位置上，所以利用較小的驅(qū)動力就能驅(qū)動踝關(guān)節(jié)18R、20R。
另外，把第1踝關(guān)節(jié)用減速器70和踝關(guān)節(jié)18R、20R、以及第2踝關(guān)節(jié)用減速器72和踝關(guān)節(jié)18R、20R連接成，分別通過剛性體的第1踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿82和第2踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿86而被驅(qū)動，所以即使把各踝關(guān)節(jié)用減速器70、72和踝關(guān)節(jié)18R、20R分開進行配置，也能夠高精度地傳遞動力。
關(guān)于這一點，參照圖2進行詳細說明，例如，隨著膝關(guān)節(jié)16R被驅(qū)動，第2踝關(guān)節(jié)用電動機56和第2聯(lián)桿用萬向聯(lián)軸器94的相對位置發(fā)生變化，所以不能利用由剛性體構(gòu)成的聯(lián)桿來連接它們。但是，即使膝關(guān)節(jié)16R被驅(qū)動，膝關(guān)節(jié)16R的軸線16s和第2聯(lián)桿用萬向聯(lián)軸器94的相對位置也不會發(fā)生變化，所以與膝關(guān)節(jié)16R的軸線16s同軸地配置電動機、或傳遞其輸出的減速器(傳動裝置)的輸出軸，從而可以利用由剛性體構(gòu)成的聯(lián)桿來連接它們。
另外，上述說明中，例如圖8所示，也可以考慮利用在膝關(guān)節(jié)106具有支點的由剛性體構(gòu)成的平行連桿108來連接配置在大腿連桿100上的電動機102和踝關(guān)節(jié)104。但是，如果利用這種平行連桿108連接，隨著膝關(guān)節(jié)106的角度(彎曲角)θknee的位移，踝關(guān)節(jié)的角度(彎曲角)θankle也發(fā)生變化，所以產(chǎn)生難以獨立調(diào)整膝關(guān)節(jié)106和踝關(guān)節(jié)104的角度的問題。具體講，如果將膝關(guān)節(jié)106的角度θknee的位移設(shè)定為θmove，則θankle大致為θankle與θmove之和。即，θankle也僅位移θmove。
另一方面，在本發(fā)明涉及的步行式移動機器人1中，即使膝關(guān)節(jié)16R(L)的角度發(fā)生位移，也幾乎不會影響踝關(guān)節(jié)18R(L)、20R(L)的角度。準(zhǔn)確地講，如果膝關(guān)節(jié)16R(L)的角度發(fā)生變化，則所述基部(被固定在小腿連桿30上的不旋轉(zhuǎn)部分)與輸入軸70is、72is的相對角度發(fā)生變化，所以踝關(guān)節(jié)18R(L)、20R(L)在前后方向(繞Y軸)被驅(qū)動，而且其角度僅被減小了減速器70、72的減速比倍數(shù)的角度。具體講，如果設(shè)膝關(guān)節(jié)16R(L)的角度θknee的位移設(shè)為θmove，則踝關(guān)節(jié)的角度θankle僅變化θmove/減速比。
但是，如前面所述，由于在驅(qū)動踝關(guān)節(jié)時需要較大的驅(qū)動力，所以通常減速器70、72的減速比被設(shè)定得較大。因此，θmove/減速比成為非常小的值，所以膝關(guān)節(jié)16R(L)的角度變化幾乎不會影響踝關(guān)節(jié)18R(L)、20R(L)的角度。并且，膝關(guān)節(jié)16R(L)的旋轉(zhuǎn)運動(前后方向的旋轉(zhuǎn)運動)與踝關(guān)節(jié)18R(L)、20R(L)的滾動方向(繞X軸)的旋轉(zhuǎn)運動完全無關(guān)，所以膝關(guān)節(jié)16R(L)的運動不會影響踝關(guān)節(jié)18R(L)、20R(L)的滾動方向的運動。因此，能夠獨立調(diào)整膝關(guān)節(jié)16R(L)和踝關(guān)節(jié)18R(L)、20R(L)的角度。
如上所述，在本實施方式涉及的步行式移動機器人(機器人)1中，具有關(guān)節(jié)腿部2R(L)，利用驅(qū)動器驅(qū)動所述腿部移動，其構(gòu)成為，所述腿部至少具有第1關(guān)節(jié)(膝關(guān)節(jié)16R(L))，和在重力方向配置在所述第1關(guān)節(jié)下方的第2關(guān)節(jié)(踝關(guān)節(jié)18R(L)、20R(L))，驅(qū)動所述第2關(guān)節(jié)的驅(qū)動器(第1踝關(guān)節(jié)用電動機54、第2踝關(guān)節(jié)用電動機56)被配置在與所述第1關(guān)節(jié)相同的位置、或者在重力方向位于所述第1關(guān)節(jié)上方的位置(大腿連桿28R(L))中的任一方。
并且，驅(qū)動所述第2關(guān)節(jié)的驅(qū)動器的輸出軸54os、56os以及傳遞其輸出的傳動裝置(第1踝關(guān)節(jié)用減速器70、第2踝關(guān)節(jié)用減速器72)的輸出軸70os、72os中的任一方，被配置成與所述第1關(guān)節(jié)的軸線16s同軸，所述第2關(guān)節(jié)連接與所述第1關(guān)節(jié)的軸線同軸配置的輸出軸，并且通過聯(lián)桿(第1踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿82、第2踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿86)被驅(qū)動。
并且，所述第2關(guān)節(jié)構(gòu)成為，至少具有不同的兩個方向的旋轉(zhuǎn)軸線90a、90b。
并且，所述第2關(guān)節(jié)由多個驅(qū)動器(第1踝關(guān)節(jié)用電動機54、第2踝關(guān)節(jié)用電動機56)驅(qū)動，同時連接所述多個驅(qū)動器的輸出軸54os、56os以及傳遞它們的輸出的傳動裝置(第1踝關(guān)節(jié)用減速器70、第2踝關(guān)節(jié)用減速器72)的輸出軸70os、72os中的任一方，并且通過多個聯(lián)桿(第1踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿82、第2踝關(guān)節(jié)用聯(lián)桿86)被驅(qū)動。
并且，所述多個聯(lián)桿被配置成從所述第2關(guān)節(jié)的軸線90a、90b離開規(guī)定距離d1、d2。
并且，所述第2關(guān)節(jié)是所述腿部具有的關(guān)節(jié)中配置在最接近接觸地面一側(cè)的(踝)關(guān)節(jié)。
另外，作為步行式移動機器人，以上以具有兩個腿部的雙腿步行機器人為例進行了說明，但也可以是具有一個或三個以上腿部的步行式移動機器人。
并且，利用了兩個電動機驅(qū)動踝關(guān)節(jié)，但也可以使用一個或三個以上的電動機。
并且在膝關(guān)節(jié)的同一軸線上配置了減速器，但也可以直接配置電動機。
并且，把驅(qū)動膝關(guān)節(jié)的電動機(或傳遞其輸出的傳動裝置)配置在股關(guān)節(jié)的軸線的同一軸線上，但也可以利用聯(lián)桿連接它們。
并且，除由剛性體構(gòu)成的聯(lián)桿以外，也可以使用例如推拉鋼絲等。
并且，使用的驅(qū)動器不限于電動機，也可以是其他驅(qū)動器。
根據(jù)本發(fā)明，步行式移動機器人構(gòu)成為，其腿部至少具有第1關(guān)節(jié)，和在重力方向配置在其下方的第2關(guān)節(jié)，驅(qū)動所述第2關(guān)節(jié)的驅(qū)動器被配置在與所述第1關(guān)節(jié)相同的位置、或者在重力方向位于其上方的位置中的任一方，所以能夠減輕腿部的接觸地面?zhèn)?末端側(cè)，即第2關(guān)節(jié)側(cè))的重量，在移動時，特別是在快速移動時可以減小在腿部產(chǎn)生的慣性力。
權(quán)利要求
1.一種步行式移動機器人，具有關(guān)節(jié)腿部，利用驅(qū)動器驅(qū)動所述腿部移動，其特征在于，所述腿部至少具有第1關(guān)節(jié)，在重力方向配置在所述第1關(guān)節(jié)下方的第2關(guān)節(jié)，以及傳遞用于驅(qū)動所述第2關(guān)節(jié)的驅(qū)動器的輸出的減速器，所述減速器的輸入軸被配置成與所述第1關(guān)節(jié)的軸線同軸。
2.一種步行式移動機器人，具有關(guān)節(jié)腿部，利用驅(qū)動器驅(qū)動所述腿部移動，其特征在于，所述腿部至少具有第1關(guān)節(jié)，在重力方向配置在所述第1關(guān)節(jié)下方的第2關(guān)節(jié)，連接所述第1關(guān)節(jié)和所述第2關(guān)節(jié)的連桿，以及傳遞用于驅(qū)動所述第2關(guān)節(jié)的驅(qū)動器的輸出的減速器，所述減速器的基部配置在連接所述第1關(guān)節(jié)和第2關(guān)節(jié)的連桿上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的步行式移動機器人，其特征在于，所述減速器的輸出軸被配置成與所述第1關(guān)節(jié)同軸，同時所述第2關(guān)節(jié)連接所述減速器的輸出軸，并且通過聯(lián)桿被驅(qū)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項所述的步行式移動機器人，其特征在于，所述第2關(guān)節(jié)至少具有兩個不同方向的旋轉(zhuǎn)軸線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項所述的步行式移動機器人，其特征在于，所述第2關(guān)節(jié)由多個驅(qū)動器驅(qū)動，同時連接傳遞所述多個驅(qū)動器輸出的減速器輸出軸，并且通過多個聯(lián)桿驅(qū)動。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的步行式移動機器人，其特征在于，所述多個聯(lián)桿被配置成從所述第2關(guān)節(jié)的軸線離開規(guī)定距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項所述的步行式移動機器人，其特征在于，在所述腿部具有的關(guān)節(jié)中，所述第2關(guān)節(jié)是配置在最接近接觸地面一側(cè)的關(guān)節(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的步行式移動機器人，其特征在于，所述第2關(guān)節(jié)至少具有兩個不同方向的旋轉(zhuǎn)軸線。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或8所述的步行式移動機器人，其特征在于，在所述腿部具有的關(guān)節(jié)中，所述第2關(guān)節(jié)是配置在最接近接觸地面一側(cè)的關(guān)節(jié)。
全文摘要
一種步行式移動機器人(1)，腿部(2)至少具有第1關(guān)節(jié)(16)，和在重力方向上配置在其下方的第2關(guān)節(jié)(18、20)，驅(qū)動所述第2關(guān)節(jié)的驅(qū)動器(54、56)被配置在與所述第1關(guān)節(jié)相同的位置、或者在重力方向上位于其上方的位置(28)中的任一方。這樣，能夠減輕腿部接觸地面?zhèn)?末端側(cè)，即第2關(guān)節(jié)側(cè))的重量，在移動時，特別是在快速移動時，可以減小在腿部產(chǎn)生的慣性力。
文檔編號A63H11/18GK101028838SQ20071008834
公開日2007年9月5日 申請日期2003年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月28日
發(fā)明者五味洋, 浜谷一司, 豐田均, 竹村佳也 申請人:本田技研工業(yè)株式會社