專利名稱：多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，裝配有該機(jī)構(gòu)的雙足行走機(jī)器人，及其控制結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)在足底平面內(nèi)形成假想的支承多角形，并且在多角點(diǎn)(polygonal point)處支承足底，本發(fā)明還涉及裝備有該機(jī)構(gòu)的雙足行走機(jī)器人及其控制結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，頻繁地研究和開(kāi)發(fā)在人類的生活環(huán)境中活躍地應(yīng)用的所謂“具有人類特點(diǎn)的機(jī)器人”的人形機(jī)器人。在很多情況下，具有人類特點(diǎn)的機(jī)器人不僅用于工業(yè)生產(chǎn)，而且也用于家務(wù)、對(duì)老年人的看護(hù)和使人生活得舒適。為了在為人類創(chuàng)造的環(huán)境中使機(jī)器人接近非特定的使用者工作，需要機(jī)器人具有合適的形狀和特性。另外，要求機(jī)器人具有安全和靈活的界面，而無(wú)需特殊的使用訓(xùn)練。即，仍然存在著大量有待研究的課題。特別是，很多研究機(jī)關(guān)和企業(yè)正在進(jìn)行積極的研究和開(kāi)發(fā)像人類一樣、作為運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)每一個(gè)具有兩條腿并且能夠進(jìn)行雙足行走的雙足行走機(jī)器人。
由本申請(qǐng)人提出的專利文獻(xiàn)1，揭示了一種雙足行走機(jī)器人的下半身模塊，包括基部；右足部和左足部；配置在基部、右足部和左足部之間的多個(gè)被動(dòng)接頭；以及，平行連桿機(jī)構(gòu)部，所述平行連桿機(jī)構(gòu)部分別配置在設(shè)于基部的被動(dòng)接頭和設(shè)于右足部的被動(dòng)接頭之間、以及設(shè)于基部的被動(dòng)接頭和設(shè)于左足部的被動(dòng)接頭之間。
進(jìn)而，由本申請(qǐng)人提出的專利文獻(xiàn)2，揭示了一種行走模式生成單元，用于生成雙足行走機(jī)器人的行走模式，所述單元設(shè)定在足部的目標(biāo)零力矩點(diǎn)，并根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)零力矩點(diǎn)計(jì)算在腰部的力矩補(bǔ)償軌跡。
專利文獻(xiàn)1日本公開(kāi)的尚未審查的專利申請(qǐng)No.2003-291080
專利文獻(xiàn)2日本公開(kāi)的尚未審查的專利申請(qǐng)No.2004-82223在專利文獻(xiàn)1中所描述的雙足行走機(jī)器人的下半身模塊中，通過(guò)用平行連桿機(jī)構(gòu)部構(gòu)成腿部，腿部可以耐受大的負(fù)荷，搬運(yùn)重的物體，實(shí)用性優(yōu)異，同時(shí)，能夠在其上裝載或組裝重量大的上半身，其設(shè)計(jì)自由度很高。同樣，通過(guò)提供專利文獻(xiàn)2所述的帶有行走模式生成單元的模塊，可以生成行走模式，借助這種行走模式，可以進(jìn)行穩(wěn)定的雙足行走。特別是，機(jī)器人具有在平坦的著地面上行走運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性十分優(yōu)異的作用和效果。但是，要求進(jìn)一步改進(jìn)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性、能夠?qū)崿F(xiàn)在各種地形上的活動(dòng)。
更詳細(xì)地說(shuō)，(1)在對(duì)于各個(gè)腿很難確保平坦的著地面的場(chǎng)所，例如在能夠高速移動(dòng)并且能量效率優(yōu)異的輪移動(dòng)式機(jī)器人不能進(jìn)入的非常崎嶇不平的場(chǎng)所，以及不能確保多腿機(jī)器人所需的寬的支承基面的場(chǎng)所，對(duì)于在很多傳統(tǒng)的雙足行走機(jī)器人中采用的剛性的和平坦的足底，當(dāng)足底的中心踩到突出的物體時(shí)，很難預(yù)測(cè)如何形成用于支承足底的支承多角形(由足底的著地點(diǎn)形成的面積最大的凸多角形)，存在著不能防止翻倒的問(wèn)題。
(2)進(jìn)而，即使假定能夠預(yù)測(cè)支承多角形，但由于所形成的支承多角形的面積很窄，所以也很難繼續(xù)穩(wěn)定地行走，當(dāng)行走繼續(xù)時(shí)，搖擺增大，最后機(jī)器人翻倒。從而，存在著行走穩(wěn)定性和可靠性不足的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有優(yōu)異的可靠性的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)能夠容易地安裝到現(xiàn)有的雙足行走機(jī)器人等的足底，當(dāng)所有的支承點(diǎn)著地時(shí)，通過(guò)順從地追隨諸如路面等著地面的輪廓并且控制支承點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，可以快速地將足底支承到著地面的不同高度的多個(gè)點(diǎn)上，并且，所述機(jī)構(gòu)可以防止機(jī)器人翻倒，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種雙足行走機(jī)器人，所述機(jī)器人裝配有多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，所述機(jī)構(gòu)在行走運(yùn)動(dòng)中具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和通用性，即使在崎嶇的或者具有高度差的復(fù)雜的地形上也能夠操作，本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供一種用于所述雙足行走機(jī)器人的控制結(jié)構(gòu)。
為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)、裝配有該機(jī)構(gòu)的雙足行走機(jī)器人、及其控制結(jié)構(gòu)具有以下結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求1所述的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，包括基部，每個(gè)所述基部配置在行走機(jī)器人的腿部的足底；三個(gè)或更多個(gè)足底支承部，每個(gè)所述足底支承部，其端部從所述基部的底面向下方突出地配置，在著地時(shí)，每個(gè)所述足底支承部獨(dú)立地向上運(yùn)動(dòng)，并且所述足底支承部被可滑動(dòng)或可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承；著地傳感器，每個(gè)所述著地傳感器配置在基部或者足底支承部，檢測(cè)足底支承部的著地；以及，配置在基部的鎖定機(jī)構(gòu)，當(dāng)著地傳感器檢測(cè)出所有的足底支承部著地時(shí)，所述鎖定機(jī)構(gòu)對(duì)所有足底支承部的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制和制動(dòng)。
借助這種結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生以下作用。
(1)由于端部從配置在行走機(jī)器人的足底上的基部的底面向下方突出地配置，并且設(shè)置有三個(gè)或更多個(gè)足底支承部，當(dāng)著地時(shí)獨(dú)立地向上運(yùn)動(dòng)并且被可滑動(dòng)或可旋轉(zhuǎn)地支承，所以，各個(gè)足底支承部在從足底(基部的底面)起的突出量減少的方向上運(yùn)動(dòng)，順從地追隨著地面的輪廓。從而，當(dāng)著地傳感器檢測(cè)出所有足底支承部著地時(shí)，鎖定機(jī)構(gòu)對(duì)所有足底支承部的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制和制動(dòng)，其中，在足底上形成具有和平坦的著地面相等的面積的假想支承多角形，足底可以在多角點(diǎn)(多個(gè)點(diǎn))處被支承。從而，能夠牢固地支承行走機(jī)器人的腿部并防止其翻倒。
(2)由于各個(gè)足底支承部順從地著地到著地面上，追隨地面條件的輪廓，所以，當(dāng)著地時(shí)，可以使足底的基部大致水平，其中，可以與設(shè)定的情況一致地控制行走機(jī)器人的主體和腰部的位置和姿勢(shì)，可以進(jìn)行穩(wěn)定的行走。
(3)由于可以利用配置在基部或者各個(gè)足底支承部的著地傳感器獨(dú)立地檢測(cè)出各個(gè)足底支承部的著地，所以，能夠可靠地確認(rèn)所有足底支承部的著地，其中，可以借助鎖定機(jī)構(gòu)對(duì)所有足底支承部的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制和制動(dòng)。
(4)由于足底支承部可滑動(dòng)或可旋轉(zhuǎn)地支承在基部上，所以，當(dāng)足底支承部的端部著地到諸如路面等著地面上時(shí)，足底支承部的端部能夠容易并且可靠地使各個(gè)足底支承部向足底的上方滑動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，而與著地面的輪廓無(wú)關(guān)。從而，足底不會(huì)被著地面上的任何凸出部捕獲，其中，可以借助鎖定機(jī)構(gòu)對(duì)所有足底支承部的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制和制動(dòng)，可以形成假想的支承多角形，所述支承多角形具有與在足底上的平坦的著地面相等的面積，并且可以在多角點(diǎn)處支承足底支承部。
(5)由于足底支承部配置在基部，所以，可以成一整體地處理足部支承部，其中，可以將足底支承部容易地安裝到現(xiàn)有的行走機(jī)器人的腿部的足底，可以改進(jìn)行走機(jī)器人的行走運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。
(6)由于設(shè)置有三個(gè)或更多個(gè)足底支承部，所以，能夠可靠地形成與足底上的平坦的著地面相等的面積的支承多角形，以便在多角點(diǎn)支承腿部，其中，可以穩(wěn)定地支承行走機(jī)器人的腿部，并且，多點(diǎn)著地型的足部支承機(jī)構(gòu)可以被特別優(yōu)選地應(yīng)用于雙足行走機(jī)器人。
這里，將基部的外形形成多角形，例如，大致的矩形、大致的六角形、大致的八角形；或者形成大致的圓形、或大致的橢圓形等，以便確保與行走機(jī)器人的腿部的足底的尺寸相一致的足夠的支承面積。優(yōu)選地，鋁合金可以用作基部的材料，因?yàn)樵摬牧系闹亓枯p并具有高強(qiáng)度和剛性。
檢測(cè)來(lái)自于諸如地板或者路面的著地面的反作用力并測(cè)量ZMP(零力矩點(diǎn))的位置的6軸力傳感器，配置在所述基部并且安裝到行走機(jī)器人的腿部的足底上。
足底支承部除形成大致的圓柱形或者大致的橢圓柱形之外，還可以形成多角柱形，例如三角柱、四角棱柱或者六角柱形，并被可滑動(dòng)地支承，或者通過(guò)將它們彎曲成大致的L形，可自由旋轉(zhuǎn)地軸支承其端部，其中，當(dāng)從基部的底面向下方突出的足底支承部著地到諸如路面等著地面上時(shí)，可以將足底支承部的一個(gè)端部向上移動(dòng)，從而可以減小從足底的突出量，足底支承部可以追隨著地面的輪廓。
由于由足底支承部形成的支承多角形被制成等邊多角形，例如等邊三角形和正方形，足底支承部的端部之間以等間隔配置在同一周邊上，從而距離基部的中心是等距離的，所以，能夠利用各個(gè)足底支承部均勻地支承腿部，其中，可以改進(jìn)著地時(shí)的穩(wěn)定性。
作為著地傳感器，可以利用配置在基部或者足底支承部上、并檢測(cè)足底支承部的滑動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)的傳感器，或者利用配置在足底支承部的著地側(cè)的端部上、并檢測(cè)足底支承部的著地以及著地面的傳感器。
可以將用合成橡膠等制造、形成大致的圓柱形或者大致的半圓形的著地突起配置在足底支承部的下端，藉此，可以保護(hù)足底支承部的下端。特別是，在著地傳感器配置在足底支承部的下端的情況下，通過(guò)利用足底支承部和著地突起覆蓋除著地傳感器的著地部分之外的外周部，可以保護(hù)著地傳感器。從而，可以防止著地傳感器損壞，從而，其可靠性非常優(yōu)異。
而且，在形成具有大致的圓柱形底板、以便覆蓋包括著地傳感器在內(nèi)的足底支承部的整個(gè)下部的滑動(dòng)罩被可滑動(dòng)地安裝到足底支承部上的情況下，所述滑動(dòng)罩可以向與足部的著地角度無(wú)關(guān)地上滑動(dòng)，從而，借助著地傳感器對(duì)滑動(dòng)罩的滑動(dòng)的反應(yīng)，可以檢測(cè)出足底支承部與著地面的接觸。因此，可以防止由足部的著地角度引起的著地傳感器的故障，可以改進(jìn)可靠性。
作為鎖定機(jī)構(gòu)，優(yōu)選采用這樣的鎖定機(jī)構(gòu)，即，當(dāng)所有的足底支承部著地時(shí)，該鎖定機(jī)構(gòu)根據(jù)來(lái)自于著地傳感器的信號(hào)驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，引起制動(dòng)部被該致動(dòng)器滑動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)，使制動(dòng)部與形成或配置在足底支承部的上端及其側(cè)面的接觸部接觸，借此進(jìn)行機(jī)械鎖定或者借助摩擦力的鎖定。在解除足底支承部的制動(dòng)時(shí)，可以在所有足底支承部離開(kāi)著地面時(shí)同時(shí)進(jìn)行制動(dòng)的解除，或者，也可以在各足底支承部離開(kāi)著地面時(shí)，隨時(shí)單獨(dú)地將足底支承部從制動(dòng)中解放出來(lái)。
進(jìn)而，在裝配諸如彈簧等加壓構(gòu)件，以便總是將足底支承部壓到基部的底面?zhèn)鹊那闆r下，在鎖定機(jī)構(gòu)被解除時(shí)，可以同時(shí)借助加壓構(gòu)件的恢復(fù)力使足底支承部自動(dòng)地從基部的底面突出，可以將足底支承部恢復(fù)到其默認(rèn)狀態(tài)。
多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)可以容易地安裝在現(xiàn)有的行走機(jī)器人的足部上。由于該支承機(jī)構(gòu)配備有三個(gè)或更多個(gè)足底支承部，所以在各個(gè)足底上可靠地形成支承多角形，并且足部可以支承在多個(gè)點(diǎn)上。從而，對(duì)于在輪式移動(dòng)型的機(jī)器人不能進(jìn)入的非常崎嶇的場(chǎng)所以及不能確保多腿機(jī)器人所必須的寬的支承基底面的場(chǎng)所行走的雙足行走的機(jī)器人而言，多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)是非常有效的。但是，多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)也可以安裝到其它的有腿的行走機(jī)器人上，例如，4腿機(jī)器人或者6腿機(jī)器人等。
權(quán)利要求2所述的發(fā)明，其特征在于，在根據(jù)權(quán)利要求1所述的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)中，足底支承部包括在下端部著地的垂直支承部；從垂直支承部的上端部大致沿水平方向延伸的水平支承部；以及形成在水平支承部的端部上的軸支承部；其中，基部包括旋轉(zhuǎn)和支承部，用于可旋轉(zhuǎn)地軸支承各個(gè)足底支承部的軸支承部。
利用這種結(jié)構(gòu)，除根據(jù)權(quán)利要求1的作用之外，還可以具有如下的作用。
(1)由于足底支承部設(shè)置有在其下端部著地的垂直支承部和從該垂直支承部的上端部大致沿水平方向延伸的水平支承部，并且在形成在水平支承部的端部處的軸支承部中，由形成在基部的旋轉(zhuǎn)和支承部可旋轉(zhuǎn)地軸支承，所以，當(dāng)足底支承部的垂直支承部的下端部著地時(shí)，各個(gè)足底支承部以軸支承部作為支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，足底支承部可以沿著其從足底突出的量減少的方向(即，向上)運(yùn)動(dòng)，順從地追隨著地面的輪廓，藉此，形成假想的支承多角形，可以在多點(diǎn)上支承足部。
這里，作為加壓構(gòu)件，在足底支承部的軸支承部處配置扭轉(zhuǎn)螺旋彈簧，總是能夠沿著使垂直支承部的下端從基部的底面向下方突出的方向(向下)推壓。從而，足底支承部可以旋轉(zhuǎn)和運(yùn)動(dòng)，從而當(dāng)鎖定機(jī)構(gòu)被解除時(shí)，同時(shí)借助加壓構(gòu)件的恢復(fù)力使足底支承部的垂直支承部自動(dòng)地從基部的底面突出，藉此，可以將足底支承部復(fù)位到其默認(rèn)狀態(tài)。
而且，在各個(gè)足底支承部的水平支承部從基部的中心呈放射狀配置的情況下，腿部可以被各個(gè)足底支承部均勻地支承，藉此，著地的穩(wěn)定性非常優(yōu)異。特別是，在足底支承部等角地配置的情況下，由足底支承部形成的支承多角形變成諸如等邊三角形和正方形等正多角形，藉此，可以改進(jìn)著地穩(wěn)定性。
權(quán)利要求3所述的發(fā)明，其特征在于，在根據(jù)權(quán)利要求2所述的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)中，著地傳感器配置在足底支承部的垂直支承部的下端部。
借助這種結(jié)構(gòu)，除根據(jù)權(quán)利要求2的作用之外，還具產(chǎn)生以下作用。
(1)由于著地傳感器配置在足底支承部的垂直支承部的下端部，所以，當(dāng)其下端部在諸如路面等著地面上著地時(shí)，能夠直接檢測(cè)出足底支承部的垂直支承部的下端部是否著地。從而，能夠進(jìn)一步可靠地確認(rèn)有無(wú)著地，藉此，可以防止鎖定機(jī)構(gòu)誤操作，可以以穩(wěn)定的狀態(tài)支承腿部。
這里，當(dāng)著地傳感器的著地部在諸如路面等著地面上著地時(shí)，著地傳感器檢測(cè)出足底支承部已經(jīng)著地。作為著地傳感器的著地部，可以利用按鈕型和鉸接桿(hinge lever)型的著地部，前者通過(guò)從傳感器表面上突出的銷直接與著地面接觸來(lái)進(jìn)行切換，后者通過(guò)其另一端可旋轉(zhuǎn)地支承在傳感器表面上的板簧的一端與著地面接觸，并通過(guò)擺動(dòng)以及與傳感器表面的接觸點(diǎn)接觸來(lái)進(jìn)行切換。在鉸接桿型的情況下，優(yōu)選地，在與著地面接觸側(cè)的端部處，在著地面?zhèn)刃纬苫蛘吲渲猛怀霾?。從而，板簧的端部可以更可靠地與著地面接觸，以便使板簧擺動(dòng)，藉此，在切換動(dòng)作中的穩(wěn)定性非常優(yōu)異。特別是，在其中可旋轉(zhuǎn)地配置突起部的滾子的情況下，所述滾子可以在著地面上與足底支承部的旋轉(zhuǎn)相一致地移動(dòng)，從而，不存在任何過(guò)大負(fù)荷施加到板簧上的情況，可以改進(jìn)切換動(dòng)作的穩(wěn)定性。進(jìn)而，著地傳感器的著地部安排在行走時(shí)最先著地的垂直支承部的基部側(cè)(根部側(cè))。從而，可以使著地傳感器的著地部可靠地與著地面接觸，以便能夠進(jìn)行切換，從而，著地傳感器的操作穩(wěn)定性非常優(yōu)異。
權(quán)利要求4所述的發(fā)明，其特征在于，在權(quán)利要求2所述的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)中，著地傳感器配置在足底支承部的水平支承部的下部，同時(shí)設(shè)有固定到基部并配置在著地傳感器下方的傳感器接觸部。
借助這種結(jié)構(gòu)，除了根據(jù)權(quán)利要求2的作用之外，還產(chǎn)生以下的作用。
(1)由于著地傳感器配置在足底支承部的水平支承部上，并根據(jù)著地傳感器是否與傳感器的傳感器接觸部接觸，檢測(cè)出由于足底支承部的下端部的著地引起的足底支承部的旋轉(zhuǎn)，所以，與著地面的條件以及諸如沙礫等任何障礙物的存在無(wú)關(guān)，著地傳感器能夠可靠地操作，可以改進(jìn)操作的可靠性及其穩(wěn)定性。
權(quán)利要求5所述的發(fā)明，其特征在于，在根據(jù)權(quán)利要求2至權(quán)利要求4任何一項(xiàng)所述的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)中，各個(gè)足底支承部具有大致弧形的接觸部，該大致弧形的接觸部形成在水平支承部的端部，以及，所述鎖定機(jī)構(gòu)包括(a)制動(dòng)部，在該制動(dòng)部中，在其下端形成與各個(gè)足底支承部的接觸部接觸、并且向上方展寬的錐形部，以及(b)與該制動(dòng)部連接的致動(dòng)器，用于使制動(dòng)部在上下方向上滑動(dòng)。
借助這種結(jié)構(gòu)，除了根據(jù)權(quán)利要求2至權(quán)利要求4任何一項(xiàng)的作用之外，還可以產(chǎn)生以下的作用。
(1)由于在足底支承部的水平支承部的端部形成大致弧形的接觸部，并且鎖定部配置有具有形成在其下端的錐形部的制動(dòng)部以及與該制動(dòng)部連接的致動(dòng)器，所以，當(dāng)足底支承部著地時(shí)，使得制動(dòng)部在垂直方向上滑動(dòng)，制動(dòng)部的錐形部能夠與足底支承部的接觸部接觸，從而，能夠可靠地防止足底支承部旋轉(zhuǎn)，通過(guò)借助足底支承部進(jìn)行多角點(diǎn)支承，對(duì)腿部進(jìn)行穩(wěn)定地支承。
(2)由于將足底支承部的水平支承部的接觸部形成大致弧形，并且將鎖定機(jī)構(gòu)的制動(dòng)部的錐形部向上展寬地形成，所以，能夠可靠地使制動(dòng)部的錐形部與足底支承部的水平支承部的接觸部接觸，而不依賴于足底支承部的旋轉(zhuǎn)量，從而，可以防止足底支承部旋轉(zhuǎn)地進(jìn)行保持。
(3)由于將致動(dòng)器設(shè)置成使得制動(dòng)部在垂直方向上滑動(dòng)，可以使鎖定機(jī)構(gòu)的安裝空間變窄，從而，節(jié)省空間的特點(diǎn)優(yōu)異，可以將足底支承機(jī)構(gòu)縮小尺寸并減輕其重量。
這里，致動(dòng)器可以采用由氣壓或者液壓力驅(qū)動(dòng)的缸體等，或者也可以采用電磁螺線管等。螺線管尺寸小、重量輕，可以節(jié)省空間。特別是，能夠在上下兩個(gè)方向驅(qū)動(dòng)制動(dòng)部的雙穩(wěn)態(tài)自持型螺線管，可以在由制動(dòng)部進(jìn)行制動(dòng)時(shí)(當(dāng)下降時(shí))和解除制動(dòng)(上升)時(shí)，利用螺線管的吸引力，從而，由于能夠快速地進(jìn)行制動(dòng)部的垂直運(yùn)動(dòng)，所以，優(yōu)選利用螺線管。并且，由于雙穩(wěn)態(tài)自持型螺線管內(nèi)部裝有磁鐵，無(wú)需供電，由磁鐵的反作用力在鎖定方向上施加力，從而可以更可靠地進(jìn)行鎖定。因此，雙穩(wěn)態(tài)自持型螺線管具有高穩(wěn)定性，并且，因?yàn)橹恍柙谥苿?dòng)和解除制動(dòng)時(shí)提供電力就足夠了，所以節(jié)能性優(yōu)異。
權(quán)利要求6所述的發(fā)明，其特征在于，在權(quán)利要求5所述的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)中，進(jìn)一步包括配置在制動(dòng)部中的彈性體的上部固定部；配置在基部上的彈性體的下部固定部；彈性體，該彈性體的上端部固定在所述彈性體的上部固定部上，其下端部固定在所述彈性體的下部固定部上。
借助這種結(jié)構(gòu)，除了根據(jù)權(quán)利要求5的作用之外，還可以產(chǎn)生以下的作用。
(1)借助在制動(dòng)部的解除動(dòng)作中由于制動(dòng)部向上的滑動(dòng)而伸長(zhǎng)的彈性體的恢復(fù)力，在制動(dòng)動(dòng)作中，可以使制動(dòng)部快速地向下滑動(dòng)，從而，可以快速地完成制動(dòng)動(dòng)作，可以改進(jìn)響應(yīng)速度。
(2)通過(guò)調(diào)整制動(dòng)部，使得在執(zhí)行制動(dòng)動(dòng)作的狀態(tài)下(即，即使在制動(dòng)部的錐形部與足底支承部的接觸部接觸的狀態(tài)下)，彈性體的恢復(fù)力能夠起作用，在執(zhí)行解除動(dòng)作時(shí)，制動(dòng)部的錐形部能夠總是受接觸部的恢復(fù)力推壓，從而，能夠牢固地鎖定足底支承部。
這里，作為彈性體，可以利用拉力彈簧或者拉力螺旋彈簧。
另外，為了使彈性體的恢復(fù)力在制動(dòng)動(dòng)作中起作用，調(diào)整彈性體的長(zhǎng)度和各個(gè)固定部之間的距離，使得在處于制動(dòng)動(dòng)作中的制動(dòng)部向下方滑動(dòng)的狀態(tài)下，將伸長(zhǎng)的彈性體固定在各個(gè)固定部之間。
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求7所述的裝配有多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的雙足行走機(jī)器人，其特征在于，包括左右足部；根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求6任何一項(xiàng)所述的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，其中各多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)配置在左右足部的足底。
借助這種結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生如下的作用。
(1)由于多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)分別配置在左右足部的足底，所以即使在具有不均勻性或高度差的復(fù)雜的著地面上，也會(huì)由左右足部之中在行走時(shí)著地的足部的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)在足底形成假想的支承多角形，該假想的支承多角形具有與平坦的著地面等同的面積，從而，足部可以被支承在多角形點(diǎn)上，雙足行走機(jī)器人的腿部能夠被可靠地支承。因此，可以持續(xù)地穩(wěn)定行走，同時(shí)防止行走機(jī)器人翻倒。
(2)在進(jìn)行雙足行走機(jī)器人的ZMP控制的情況下，由于通常將行走模式設(shè)定成使得在假定著地面是水平的平坦面時(shí)，ZMP存在于支承多角形內(nèi)，所以，對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的剛性平坦的足底，在機(jī)器人踩到著地面的傾斜面或者凹凸不平的部位時(shí)的情況下，行走機(jī)器人所感知的支承多角形與真實(shí)的支承多角形有很大的不同，從而，行走變得不穩(wěn)定，最后機(jī)器人會(huì)翻倒。但是，由于各個(gè)足底支承部可以著地，順從地追隨著地面，所以，即使著地面崎嶇不平，也總是能夠使雙足行走機(jī)器人所感知的支承多角形大致與真實(shí)的支承多角形相一致，從而，雙足行走機(jī)器人能夠按照設(shè)定的行走模式穩(wěn)定地行走。
這里，雙足行走機(jī)器人在其腿部包括一系列連桿機(jī)構(gòu)部或者平行連桿機(jī)構(gòu)部。平行連桿機(jī)構(gòu)部分別配置在設(shè)于基部的被動(dòng)接頭與設(shè)于左右足部的被動(dòng)接頭之間。在腿部由斯圖爾特平臺(tái)(Stewart platform)構(gòu)成(在所述斯圖爾特平臺(tái)中，各個(gè)平行連桿機(jī)構(gòu)部以兩個(gè)連桿為一組配置成V形，并且配置三組)的情況下，可以確保優(yōu)異的穩(wěn)定性和剛性，同時(shí)，可以簡(jiǎn)化動(dòng)作的控制。
可以利用各種類型的連桿，包括具有采用馬達(dá)的進(jìn)給絲杠機(jī)構(gòu)的連桿；利用油壓、水壓和氣壓缸體、以及直接動(dòng)作型致動(dòng)器等的直接動(dòng)作的連桿；以及利用驅(qū)動(dòng)接頭將兩個(gè)或更多個(gè)棒狀構(gòu)件連接到一起的連桿。并且，在利用直接動(dòng)作連桿的情況下，由于各個(gè)直接動(dòng)作連桿在軸向方向伸長(zhǎng)和收縮，不會(huì)相互干擾，可以將其小型化，因此是優(yōu)選的。
作為被動(dòng)接頭，可以將萬(wàn)向接頭、球接頭或者雙軸軸接頭、或者它們與單軸或雙軸軸接頭的組合適當(dāng)?shù)嘏渲煤陀糜诨讉?cè)和左右足部。在采用萬(wàn)向接頭時(shí)，由于與球接頭相比可以擴(kuò)大可動(dòng)范圍，所以是優(yōu)選的。
用于左右腿部的各個(gè)平行連桿機(jī)構(gòu)部在基部的中間對(duì)稱地配置在兩側(cè)，其中，用于平行連桿機(jī)構(gòu)部中的連桿也對(duì)稱地配置在左右腿部，能夠進(jìn)行執(zhí)行行走運(yùn)動(dòng)控制的ZMP控制，從而，行走運(yùn)動(dòng)中的穩(wěn)定性優(yōu)異。
根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求8所述的用于雙足行走機(jī)器人的控制結(jié)構(gòu)，是一種用于通過(guò)垂直地上下移動(dòng)左足部和右足部來(lái)進(jìn)行行走的雙足行走機(jī)器人的控制結(jié)構(gòu)，具有左右足部；分別配置在左足部和右足部的多點(diǎn)著地型腿部支承機(jī)構(gòu)；并包括三個(gè)或更多足底支承部，其中，多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，其一端從足底突出地配置，當(dāng)著地時(shí)，其突出量獨(dú)立并被動(dòng)地縮?。恢貍鞲衅?，用于檢測(cè)各個(gè)足底支承部的著地；以及鎖定機(jī)構(gòu)，用于對(duì)各足底支承部的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行制動(dòng)；從而，當(dāng)對(duì)于左右足部，著地傳感器檢測(cè)出多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的所有足底支承部在諸如路面等著地面上著地時(shí)，所有足底支承部的運(yùn)動(dòng)被鎖定機(jī)構(gòu)制動(dòng)，著地的足部的足底被支承在多角點(diǎn)上，與此同時(shí)，當(dāng)著地傳感器檢測(cè)出多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的所有足底支承部離開(kāi)諸如路面等著地面時(shí)，鎖定機(jī)構(gòu)被釋放，將所有的足底支承部的制動(dòng)解除。
借助這種結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生以下的作用。
(1)當(dāng)對(duì)于左右足部，著地傳感器檢測(cè)出多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的所有足底支承部在諸如路面等著地面上著地時(shí)，鎖定機(jī)構(gòu)對(duì)所有足底支承部的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行制動(dòng)，在著地的足部的足底上形成假想的支承多角形，足部被支承在多角點(diǎn)上。從而，即使在只有左足部或右足部著地的狀態(tài)下，當(dāng)雙足行走機(jī)器人行走時(shí)，雙足行走機(jī)器人能夠被著地的足部可靠地支承，可以執(zhí)行ZMP控制，以便能夠穩(wěn)定地行走。
(2)當(dāng)對(duì)于左右足部，著地傳感器檢測(cè)出多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的所有足底支承部在諸如路面等著地面上著地時(shí)，鎖定機(jī)構(gòu)對(duì)所有足底支承部的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行制動(dòng)，當(dāng)著地傳感器檢測(cè)出多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的所有足底支承部離開(kāi)諸如路面等著地面時(shí)，鎖定機(jī)構(gòu)被釋放，解除所有足底支承部的制動(dòng)。從而，當(dāng)在著地的足部的足底形成支承多角形時(shí)，重心移動(dòng)到可靠地著地的足部，從而，機(jī)器人被支承在多角點(diǎn)上，可以改進(jìn)行走當(dāng)中的穩(wěn)定性，能夠防止雙足行走機(jī)器人翻倒。
發(fā)明的效果如上所述，根據(jù)本發(fā)明的所述多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)、裝配有該多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的雙足行走機(jī)器人、及其控制結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生如下的有益效果。
根據(jù)權(quán)利要求1，可以產(chǎn)生以下的效果。
(1)由于機(jī)器人配備有三個(gè)或更多個(gè)足底支承部，其一端配置成從設(shè)于足部的基部的底面向下方突出，并且所述足底支承部獨(dú)立地向上方移動(dòng)，被可滑動(dòng)或者可旋轉(zhuǎn)地支承，所以，各個(gè)足底支承部沿著從足底突出的量減少的方向移動(dòng)，順從地追隨各個(gè)著地面的輪廓。從而，當(dāng)著地傳感器檢測(cè)出所有足底支承部著地時(shí)，所有足底支承部的運(yùn)動(dòng)被鎖定機(jī)構(gòu)制動(dòng)，從而，在足底形成面積等于平坦的著地部的假想的支承多角形，可以被多角點(diǎn)支承，并且能夠提供具有高可靠性的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，所述機(jī)構(gòu)可靠地支承腿部，并且可以防止機(jī)器人翻倒。
(2)由于各個(gè)足底支承部著地，順從地追隨著地面的輪廓，當(dāng)著地時(shí)，總是能夠使足底的基部大致水平。與之相一致地，可以象所設(shè)計(jì)的那樣控制行走機(jī)器人的主體部和腰部的位置和姿勢(shì)，從而，可以提供具有優(yōu)異的行走穩(wěn)定性的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)。
(3)由于各個(gè)足底支承部的著地是被配置在基部或者配置各個(gè)足底支承部的著地傳感器獨(dú)立地檢測(cè)的，所以，能夠可靠地確定所有足底支承部的著地，藉此，可以提供具有高可靠性的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可以借助鎖定機(jī)構(gòu)對(duì)所有足底支承部的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行制動(dòng)。
(4)由于足底支承部能夠被可滑動(dòng)或者可旋轉(zhuǎn)地支承在基部，所以，當(dāng)足底支承部的一個(gè)端部在諸如路面等著地面上著地時(shí)，能夠可靠地使各個(gè)足底支承部容易和可靠地在足底的上方滑動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，而與著地面的輪廓無(wú)關(guān)，藉此，足底不會(huì)被著地面的任何凸出部俘獲，所有足底支承部的運(yùn)動(dòng)都可以被鎖定機(jī)構(gòu)制動(dòng)。從而，可以提供一種具有高穩(wěn)定性的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，對(duì)于所述多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，可以提供在足底形成面積等于平坦的著地面的假想的支承多角形進(jìn)行多角點(diǎn)支承。
(5)由于足底支承部配置在基部，所以，可以成一整體地處理足部支承機(jī)構(gòu)，可以容易地將足部支承機(jī)構(gòu)安裝到現(xiàn)有的行走機(jī)器人的腿部的足底，藉此，可以提供具有優(yōu)異裝配性能和優(yōu)異生產(chǎn)率的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，藉此，可以改進(jìn)在行走機(jī)器人的行走運(yùn)動(dòng)中的穩(wěn)定性。
(6)由于在足底可靠地形成面積等于平坦的著地面的支承多角形，并且通過(guò)具有三個(gè)或更多個(gè)足底支承部能夠進(jìn)行多角點(diǎn)支承，所以，能夠提供具有優(yōu)異的實(shí)用性和優(yōu)異的可靠性的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，該支承機(jī)構(gòu)將行走機(jī)器人的腿部支承在穩(wěn)定的狀態(tài)，特別是，可以優(yōu)選用于雙足行走機(jī)器人。
根據(jù)權(quán)利要求2，除權(quán)利要求1的效果之外，還可以產(chǎn)生以下的效果。
(1)由于足底支承部具有在其下端部著地的垂直支承部和從所述垂直支承部的上端部起在大致水平方向上延伸的水平支承部，并且在形成于水平支承部另一個(gè)端部的軸支承部處，被形成在基部的旋轉(zhuǎn)和支承部沿軸向方向可自由旋轉(zhuǎn)地支承，所以，可以提供在行走運(yùn)動(dòng)中具有優(yōu)異的穩(wěn)定性多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，其中，當(dāng)足底支承部的垂直支承部的下端部著地時(shí)，各個(gè)足底支承部以軸支承部作為支點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，足底支承部可以沿著從足底突出的量減少的方向(即，向上)運(yùn)動(dòng)，順從地追隨著地面的輪廓，形成假想的支承多角形，以便能夠進(jìn)行多角點(diǎn)支承。
根據(jù)權(quán)利要求3，除權(quán)利要求2的效果之外，還可以產(chǎn)生以下的效果。
(1)由于通過(guò)在足底支承部的垂直支承部的下端部配置著地傳感器，所以，當(dāng)其下端部在諸如路面等著地面上著地時(shí)，可以直接檢測(cè)出足底支承部的垂直支承部的下端部是否著地，可以提供一種具有優(yōu)異的可靠性和確定性的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，所述機(jī)構(gòu)能夠進(jìn)一步可靠地確認(rèn)著地，能夠防止鎖定機(jī)構(gòu)誤動(dòng)作，并能夠以穩(wěn)定的方式支承腿部。
根據(jù)權(quán)利要求4，除權(quán)利要求2的效果之外，還可以產(chǎn)生以下的效果。
(1)由于可以利用著地傳感器可以檢測(cè)出由于足底支承部的下端部的著地引起的足底支承部的旋轉(zhuǎn)，所以，可以提供一種在操作當(dāng)中具有優(yōu)異的可靠性和穩(wěn)定性的多點(diǎn)著地型的足部支承機(jī)構(gòu)，其中，與著地面的形狀和有無(wú)諸如沙礫等障礙物無(wú)關(guān)，著地傳感器能夠可靠地操作。
根據(jù)權(quán)利要求5，除權(quán)利要求2至權(quán)利要求4的效果之外，還可以產(chǎn)生以下的效果。
(1)由于在足底支承部的水平支承部的另一個(gè)端部形成大致的弧形的接觸部，并且，鎖定機(jī)構(gòu)設(shè)有在其一端具有錐形部的制動(dòng)部和與制動(dòng)部的另一端連接的致動(dòng)器，所以，可以提供一種具有優(yōu)異的可靠性和確定性的多點(diǎn)制著地型足部支承機(jī)構(gòu)，所述機(jī)構(gòu)當(dāng)足底支承部著地時(shí)，能夠使制動(dòng)部被鎖定機(jī)構(gòu)的致動(dòng)器沿上下方向滑動(dòng)，使制動(dòng)部的錐形部與足底支承部的接觸部接觸，可靠地將足底支承部的運(yùn)動(dòng)制動(dòng)，將腿部支承在穩(wěn)定的狀態(tài)。
(2)由于足底支承部的水平支承部的接觸部形成大致的弧形，并且，鎖定機(jī)構(gòu)的制動(dòng)部的錐形部向上展寬，所以，能夠提供一種在運(yùn)動(dòng)中具有優(yōu)異穩(wěn)定性的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，該支承機(jī)構(gòu)能夠可靠地使制動(dòng)部的錐形部與足底支承部的水平支承部的接觸部接觸，并且能夠?qū)⒆愕字С胁恐苿?dòng)，同時(shí)防止足底支承部旋轉(zhuǎn)。
(3)由于將致動(dòng)器的制動(dòng)部設(shè)置成在上下方向上滑動(dòng)，所以，可以提供一種可以使鎖定機(jī)構(gòu)的安裝空間變窄、小型化并具有優(yōu)異的空間效率的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)。
根據(jù)權(quán)利要求6，除權(quán)利要求5的效果之外，可以產(chǎn)生以下以下的效果。
(1)可以提供一種具有優(yōu)異的響應(yīng)速度的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，該多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)可以借助在制動(dòng)-松開(kāi)運(yùn)動(dòng)中伸長(zhǎng)的彈性體的恢復(fù)力使制動(dòng)部在制動(dòng)運(yùn)動(dòng)中快速地向下滑動(dòng)，并且能夠執(zhí)行快速的制動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
(2)可以提供一種具有優(yōu)異的可靠性和確定性的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，通過(guò)調(diào)整彈性體的恢復(fù)力使之在制動(dòng)運(yùn)動(dòng)中動(dòng)作，該多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)在制動(dòng)動(dòng)作中可以總是將制動(dòng)部推壓到足底支承部的接觸部上，并且能夠牢固地鎖定足底支承部。
根據(jù)權(quán)利要求7，可以產(chǎn)生以下的效果。
(1)由于多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)分別配置在左右足部的足底，所以，可以提供一種裝配有具有優(yōu)異穩(wěn)定性的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的雙足行走機(jī)器人，借助左右足部的在行走時(shí)著地的足部的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，即使在崎嶇不平或具有高度差等的復(fù)雜的著地面上，所述多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)也能夠形成具有和足底的平坦的著地面面積相等的假想的支承多角形，能夠可靠地支承腿部，并且可以防止行走機(jī)器人翻倒。
(2)由于在進(jìn)行雙足行走機(jī)器人的ZMP控制的情況下，各個(gè)足底支承部著地，順從地追隨著地面，并且，即使當(dāng)著地面崎嶇不平時(shí)，由雙足行走機(jī)器人所感知的支承多角形也大致與真實(shí)的支承多角形相一致，所以，可以提供一種能夠按照預(yù)先建立的行走模式進(jìn)行穩(wěn)定行走的雙足行走機(jī)器人。
根據(jù)權(quán)利要求8，可以產(chǎn)生如下的效果。
(1)當(dāng)著地傳感器對(duì)于左右足部檢測(cè)出多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的所有足底支承部在諸如路面等著地面上著地時(shí)，由于鎖定機(jī)構(gòu)將所有足底支承部的運(yùn)動(dòng)制動(dòng)，著地的足部的足底在多角點(diǎn)上被支承，所以，可以提供一種可靠性優(yōu)異的用于雙足行走機(jī)器人的控制結(jié)構(gòu)，當(dāng)雙足行走機(jī)器人行走時(shí)，即使在只有左足部或者右足部著地的情況下，也能夠由著地的足部可靠地支承雙足行走的機(jī)器人，可以通過(guò)執(zhí)行ZMP控制進(jìn)行穩(wěn)定的行走。
(2)當(dāng)著地傳感器對(duì)于左右足部檢測(cè)出多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的所有足底支承部在諸如路面等著地面上著地時(shí)，由于鎖定機(jī)構(gòu)將所有足底支承部的運(yùn)動(dòng)制動(dòng)，并且，當(dāng)著地傳感器檢測(cè)出多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的所有足底支承部脫離諸如路面等著地面時(shí)，鎖定機(jī)構(gòu)被釋放，以便松開(kāi)所有足底支承部的制動(dòng)，所以，可以提供一種在行走運(yùn)動(dòng)中具有優(yōu)異的穩(wěn)定性的用于雙足行走機(jī)器人的控制結(jié)構(gòu)，所述控制結(jié)構(gòu)可以在著地的足部的足底形成假想的支承多角形，并且與在著地的足部的足底形成支承多角點(diǎn)同時(shí)，可以將重心移動(dòng)到可靠的著地的足部。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的第一種實(shí)施形式的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的透視圖；圖2A是表示足底支承部和鎖定機(jī)構(gòu)的主要部分的剖視側(cè)視圖，圖2B是表示足底支承部的制動(dòng)狀態(tài)的主要部分的剖視側(cè)視圖；圖3是表示裝配有根據(jù)本發(fā)明的第一種實(shí)施形式的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的雙足行走機(jī)器人的透視圖；
圖4是表示基部的被動(dòng)接頭的主要部分的透視圖；圖5是表示足部的被動(dòng)接頭的主要部分的透視圖；圖6是表示裝配有多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的雙足行走機(jī)器人的行走狀態(tài)的足部的放大側(cè)視圖；圖7是表示根據(jù)第二種實(shí)施形式的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的足部支承部和鎖定機(jī)構(gòu)的主要部分的透視圖；以及圖8A是表示足底支承部和鎖定機(jī)構(gòu)的主要部分的剖視側(cè)視圖，圖8B是表示足底支承部的固定狀態(tài)的主要部分的剖視側(cè)視圖。
符號(hào)說(shuō)明1 根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施形式的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)2 基部2a 力傳感器容納部2b 定位孔2c 螺栓插入孔2d 底面2e 旋轉(zhuǎn)和支承部2f 肋3 足底支承部3a 垂直支承部3b 水平支承部3c 下端部3d 軸支承部3e 接觸部4 著地傳感器4a 傳感器固定孔4b 傳感器表面4c 接觸點(diǎn)4d 著地部4e 滾子
4f 接線端子5鎖定機(jī)構(gòu)5a 鎖定機(jī)構(gòu)5b 滑動(dòng)部6制動(dòng)部6a 錐形部6b 后側(cè)部7連接軸8制動(dòng)接觸部8a 摩擦材料10 雙足行走機(jī)器人11 基部12a、12b 足部13 平行連桿機(jī)構(gòu)部13a、13b 直接動(dòng)作的連桿14 基部被動(dòng)接頭15 足部被動(dòng)接頭16a 基部上部接頭16b 上部接頭軸16c 基部下部接頭16d 下部接頭軸16e 連接旋轉(zhuǎn)部17a 第一足部上部接頭17b 第二足部上部接頭17c 上部接頭軸17d 足部下部接頭17e 下部接頭軸17f 連接旋轉(zhuǎn)部18 基部
18a 基部軸20 著地面20a 傾斜面22 保持部22a 彈性體下部固定部23 足底支承部23a 垂直支承部23b 水平支承部23c 下端部23d 軸支承部23e 接觸部24 著地傳感器24a 可動(dòng)部24b 下端部25 鎖定機(jī)構(gòu)25a 致動(dòng)器25b 滑動(dòng)部26 制動(dòng)部26a 彈性體上部固定部26b 錐形部26c 后側(cè)部27 彈性體28 制動(dòng)接觸部28a 摩擦材料29 底壁部29a 傳感器接觸部具體實(shí)施方式
[第一種實(shí)施形式]下面將參照附圖對(duì)根據(jù)本發(fā)明的第一種實(shí)施形式的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的第一種實(shí)施形式的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的透視圖。
在圖1中，參照標(biāo)號(hào)1表示根據(jù)本發(fā)明的第一種實(shí)施形式的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)。參考標(biāo)號(hào)2表示多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)1的基部，該基部由鋁合金等制成，并且其外形形成大致為矩形的多角形或圓形，2a表示基部2的力傳感器容納部，在該容納部?jī)?nèi)容納具有底部并大致形成圓筒形的6軸力傳感器(未示出)，用于檢測(cè)來(lái)自于諸如地板、路面等著地面的反作用力，并測(cè)量ZMP的位置，2b表示在力傳感器容納部2a的底面上鉆出且位于兩個(gè)點(diǎn)上的定位孔，用于定位6軸力傳感器的定位銷被插入到所述定位孔2b內(nèi)，2c表示在四個(gè)點(diǎn)處鉆在力傳感器容納部2a的底面上的螺栓插入孔，通過(guò)螺紋緊固將6軸力傳感器固定的固定螺栓被插入到所述螺栓插入孔內(nèi)，2d表示基部2的底面，2e表示配置在基部2的四個(gè)拐角處的旋轉(zhuǎn)和支承部，2f表示用于加強(qiáng)底面2d并容納各個(gè)部件的豎立在底面2d上的肋。參考標(biāo)號(hào)3表示四個(gè)足底支承部，其每一個(gè)都具有垂直支承部3a和從垂直支承部3a的上端部彎曲并沿著大致水平方向延伸的水平支承部3b，并且形成大致的L形，其中，將垂直支承部3a的下端部3c配置成從基部2的底面2d上向下方突出，水平支承部3b的端部被旋轉(zhuǎn)和支承部2e可旋轉(zhuǎn)地軸支承。參考標(biāo)號(hào)4表示分別配置或容納在四個(gè)足底支承部3的垂直支承部3a的下端部3c中的著地傳感器，所述傳感器檢測(cè)足底支承部3的下端部3c的著地。參考標(biāo)號(hào)5表示配置在基部2的四個(gè)拐角處的鎖定機(jī)構(gòu)，所述鎖定機(jī)構(gòu)用于當(dāng)被四個(gè)著地傳感器4檢測(cè)出足底支承部3著地時(shí)，將所有足底支承部3的運(yùn)動(dòng)制動(dòng)。
在基部2設(shè)置其中容納所述6軸力傳感器的力傳感器容納部2a，在力傳感器容納部2a的底面鉆有兩個(gè)定位孔2b和四個(gè)螺栓插入孔2c，將用于定位6軸力傳感器的定位銷插入到所述定位孔2b內(nèi)，并且，通過(guò)螺紋緊固固定6軸力傳感器的固定螺栓被插入所述螺栓插入孔2c。從而，可以容易地將6軸力傳感器定位和固定到力傳感器容納部2a中。因此，可以借助6軸力傳感器，將多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)1安裝到現(xiàn)有的雙足行走機(jī)器人等的足部上，藉此，通過(guò)檢測(cè)來(lái)自于諸如地板和路面等著地面的反作用力，可以檢測(cè)ZMP位置。
只改變基部2和力傳感器容納部2a的形狀，就可以將多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)1安裝到各種類型的雙足行走機(jī)器人等的足部。即，可以確保優(yōu)異的通用性。
下面，詳細(xì)描述足底支承部和鎖定機(jī)構(gòu)。
圖2A是表示足底支承部和鎖定機(jī)構(gòu)的主要部分的剖視側(cè)視圖，圖2B是表示足底支承部的固定狀態(tài)的主要部分的剖視側(cè)視圖。
在圖2中，參考標(biāo)號(hào)3d表示形成在足底支承部3的水平支承部3b的端部的軸支承部，該軸支承部被基部2的旋轉(zhuǎn)和支承部2e可旋轉(zhuǎn)地軸支承。參考標(biāo)號(hào)3e表示大致為弧形的接觸部，該接觸部形成在足底支承部3的水平支承部3b的端部。參考標(biāo)號(hào)4a表示傳感器固定孔，用于將著地傳感器配合和固定到足底支承部3的垂直支承部3a的端部。參考標(biāo)號(hào)4b表示著地傳感器4的傳感器表面，4c表示在著地傳感器4的傳感器表面4b上鉆出的接觸點(diǎn)，4d表示由鉸鏈桿形的板簧構(gòu)成的著地部，其一端可擺動(dòng)地支承在傳感器表面4b上，所述板簧通過(guò)配置在其另一端的滾子4e與著地面20接觸而擺動(dòng)，并且與傳感器表面4b的接觸點(diǎn)4c接觸，進(jìn)行開(kāi)關(guān)。參考標(biāo)號(hào)4e表示配置在著地部4d的另一端部的著地面20側(cè)的滾子。參考標(biāo)號(hào)4f表示電連接著地傳感器4的接線端子，5a表示鎖定機(jī)構(gòu)5的致動(dòng)器，采用雙穩(wěn)態(tài)自持型螺線管，5b表示致動(dòng)器5a的滑動(dòng)部，根據(jù)來(lái)自于著地傳感器4的ON/OFF(通/斷)信號(hào)垂直運(yùn)動(dòng)。參考標(biāo)號(hào)6表示配置在致動(dòng)器5a的滑動(dòng)部5b上且形成大致楔形的制動(dòng)部，通過(guò)垂直滑動(dòng)將足底支承部3的制動(dòng)解除(當(dāng)向上運(yùn)動(dòng)時(shí))，并將其制動(dòng)(當(dāng)向下運(yùn)動(dòng)時(shí))，6a表示錐形部，所述錐形部的形成方式為，使制動(dòng)部6的下端的足底支承部3側(cè)朝著下端越來(lái)越薄(錐形)，當(dāng)制動(dòng)部6向下方運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)與水平支承部3b的接觸部3e接觸，將足底支承部3的運(yùn)動(dòng)制動(dòng)，6b表示制動(dòng)部6的后側(cè)部。參考標(biāo)號(hào)7表示連接軸，用于將滑動(dòng)部5b連接到制動(dòng)部6上。參考標(biāo)號(hào)8表示豎立在鎖定機(jī)構(gòu)5的致動(dòng)器5a側(cè)部的制動(dòng)接觸部，8a表示粘結(jié)到制動(dòng)接觸部8的位于制動(dòng)部6側(cè)的表面上的摩擦材料。
這里，足底支承部3的下端部3c形成為將其跟部側(cè)制造得較低，著地傳感器4的滾子4e配置在下端部3c的跟部側(cè)(基部2側(cè))。從而，能夠可靠地將著地傳感器4的滾子4e著地到著地面20上，從而通過(guò)擺動(dòng)著地部4d能夠進(jìn)行切換，并且，在著地傳感器4的運(yùn)動(dòng)中的穩(wěn)定性優(yōu)異。
進(jìn)而，可以利用由合成樹(shù)脂或橡膠制成的片狀材料作為摩擦材料8a。特別是，可以利用氯丁二烯橡膠、氟橡膠、乙烯橡膠、丁腈橡膠、硅橡膠等，其耐磨性能和摩擦特性優(yōu)異。特別是，優(yōu)選利用具有高硬度的氯丁二烯橡膠。如果摩擦材料8a的硬度低，當(dāng)執(zhí)行制動(dòng)動(dòng)作時(shí)，摩擦材料8a被壓縮，足底支承部3將會(huì)移動(dòng)等于壓縮量相等的量，從而會(huì)造成不利的影響，例如，行走運(yùn)動(dòng)中的穩(wěn)定性會(huì)變差。
下面，對(duì)具有上述結(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明的第一種實(shí)施形式的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
利用多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)1的一組足底支承部3和鎖定機(jī)構(gòu)進(jìn)行描述。
首先，對(duì)足底支承部3的制動(dòng)動(dòng)作進(jìn)行描述。
在圖2B中，當(dāng)多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)1向下方運(yùn)動(dòng)時(shí)，配置在足底支承部3的下端部的著地傳感器4的滾子4e與著地面20接觸。通過(guò)使?jié)L子4e與著地面20接觸，著地傳感器4的著地部4d向上方旋轉(zhuǎn)并與傳感器表面4b的接觸點(diǎn)4c接觸，從而，傳感器4檢測(cè)出滾子4e在著地面20上著地，并發(fā)出信號(hào)。
來(lái)自著地傳感器4的信號(hào)從接線端子4f通過(guò)電線(未示出)傳送到控制部(未示出)。
從所有著地傳感器4接受著地信號(hào)的控制部4，同時(shí)向所有鎖定機(jī)構(gòu)5的致動(dòng)器5a給出指令，使得足底支承部3的運(yùn)動(dòng)被制動(dòng)，并保持在該狀態(tài)。
由于致動(dòng)器5a的滑動(dòng)部5b向下方滑動(dòng)，制動(dòng)部6的錐形部6a與接觸部3e接觸。另外，制動(dòng)部6被接觸部3e推壓到后側(cè)，后側(cè)部6b與制動(dòng)接觸部8的摩擦材料8a接觸，從而，防止足底支承部3以軸支承部3d為中心向上方旋轉(zhuǎn)，從而將足底支承部3的運(yùn)動(dòng)制動(dòng)。
通過(guò)將所有足底支承部3的運(yùn)動(dòng)制動(dòng)，足底的四點(diǎn)著地形成大致矩形的支承多角形。由于各個(gè)足底支承部3獨(dú)立地操作，所以，各自足底支承部3可以追隨著地面20的輪廓和傾斜獨(dú)立地操作，從而，當(dāng)所有足底支承部3著地時(shí)，所有足底支承部3的運(yùn)動(dòng)被制動(dòng)，并且足底支承部一著地，足底支承部3就形成支承多角形，能夠可靠地支承腿部。
進(jìn)而，如圖2A所示，在足底支承部3的制動(dòng)動(dòng)作之前，在制動(dòng)部6的后側(cè)部6b與制動(dòng)接觸部8的摩擦材料8a之間形成小的間隙，從而，制動(dòng)部6和摩擦材料8a相互間隔開(kāi)地配置。從而，在制動(dòng)部6的下降的路途中，后側(cè)部6b與摩擦材料8a接觸，因此，防止對(duì)下降動(dòng)作造成妨礙。另外，當(dāng)制動(dòng)部6下降到預(yù)定的位置并且與接觸部3e接觸時(shí)，制動(dòng)部6被接觸部3e推壓。由于制動(dòng)部6游動(dòng)地安裝到連接軸7上，所以，后側(cè)部6b通過(guò)推壓與摩擦材料8a接觸。
下面，對(duì)于足底支承部3的制動(dòng)-解除制動(dòng)動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
隨著多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)1向上方運(yùn)動(dòng)，借助著地部4d的彈簧特性，配置在足底支承部3的下端部3c上的著地傳感器4的滾子4e和著地部4d一起向下方擺動(dòng)并且被重新設(shè)置在初始位置。而且，隨著足底支承部3的下端部3c從著地面20分離，由于其自身的重量，足底支承部3圍繞軸支承部3d為中心向下方旋轉(zhuǎn)，從而，制動(dòng)部6的錐形部6a脫離足底支承部3的接觸部3e，與此同時(shí)，后側(cè)部6b脫離制動(dòng)接觸部8的摩擦材料8a。
由于著地傳感器4的著地部4d和傳感器表面4b的接觸點(diǎn)4c處于不接觸的狀態(tài)，所以，從各個(gè)著地傳感器4傳送給控制部的信號(hào)中止。
當(dāng)來(lái)自所有著地傳感器4的信號(hào)中止時(shí)，控制部向所有鎖定機(jī)構(gòu)5的致動(dòng)器5a給出指令，使得將對(duì)足底支承部3的制動(dòng)解除，使致動(dòng)器5a的滑動(dòng)部5b向上方滑動(dòng)。
這樣，消除足底支承部3的制動(dòng)。
下面參照附圖，對(duì)裝配有具有上述結(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明的第一種實(shí)施形式的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的雙足行走機(jī)器人進(jìn)行描述。
圖3是表示裝配有根據(jù)本發(fā)明的第一種實(shí)施形式的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的雙足行走機(jī)器人的透視圖。圖4是表示基部的被動(dòng)接頭的主要部分的透視圖。圖5是表示足部的被動(dòng)接頭的主要部分的透視圖。
在圖中，參考標(biāo)號(hào)10表示裝配有根據(jù)本發(fā)明的第一種實(shí)施形式的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)1的雙足行走機(jī)器人。參考標(biāo)號(hào)11表示雙足行走機(jī)器人10的基部。參考標(biāo)號(hào)12a和12b表示雙足行走機(jī)器人10的左右足部，每一個(gè)足部具有配置在大致三角形的足底的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)1。參考標(biāo)號(hào)13表示雙足行走機(jī)器人10的平行連桿機(jī)構(gòu)部，在該平行連桿機(jī)構(gòu)部中，兩個(gè)直接動(dòng)作的連桿13a和13b作為一組配置成V形。參考標(biāo)號(hào)14表示基部被動(dòng)接頭，具有兩個(gè)自由度，所述接頭與三組平行連桿機(jī)構(gòu)13的上端連接，并對(duì)稱的配置在基部11的左右側(cè)的各在三個(gè)部位處。參考標(biāo)號(hào)15表示足部被動(dòng)接頭，所述接頭具有三個(gè)自由度，與三組平行連桿機(jī)構(gòu)部13的下端連接，并對(duì)稱地配置在左右足部12a和12b上的各三個(gè)部位處。
在圖4中，參考標(biāo)號(hào)16a表示固定到基部2下端部的槽形基部上部接頭，16b表示架設(shè)于在基部上部接頭16a處相互對(duì)向的豎立的側(cè)邊之間的上部接頭軸，16c表示固定到直接動(dòng)作連桿13a和13b的上端部上的槽狀基部下部接頭，16d表示架設(shè)于在基部下部接頭16c處相互對(duì)向的豎立的側(cè)邊之間的下部接頭軸，用于可旋轉(zhuǎn)地軸支承基部下部接頭16c，以及，16e表示連接旋轉(zhuǎn)部，用于使上部接頭軸16b和下部接頭軸16d相互正交，并將它們連接到一起。
在圖5中，參考標(biāo)號(hào)17a表示與直接動(dòng)作連桿13a的下端部連接的槽形第一足部上部接頭，17b表示與直接動(dòng)作連桿13b的下端部連接的槽形第二足部上部接頭，17c表示上部接頭軸，該上部接頭軸架設(shè)于在第一足部上部接頭17a和第二足部上部接頭17b處相互對(duì)向地豎立的側(cè)邊之間，將第一足部上部接頭17a與第二足部上部接頭17b連接起來(lái)，并可旋轉(zhuǎn)地軸支承足部上部接頭17a和17b，17d表示經(jīng)由后面描述的基部與足部12a和12b連接的槽形足部下部接頭，17e表示架設(shè)于在足部下部接頭17d處相互對(duì)向的豎立的側(cè)邊之間的下部接頭軸，以及，17f表示連接旋轉(zhuǎn)部，用于使上部接頭軸17c和下部接頭軸17e相互正交，并且將它們相互連接起來(lái)。參考標(biāo)號(hào)18表示固定到足部12a和12b上的基部，18a表示基部軸，用于可旋轉(zhuǎn)地將足部下部接頭17d軸支承到基部18上。
如圖4所示，基部下部接頭16c在上部接頭軸16b和下部接頭軸16d的軸的周向方向上相對(duì)于基部上部接頭16a旋轉(zhuǎn)。因而，由于基部被動(dòng)接頭在和直接動(dòng)作連桿13a及13b的縱向方向正交的上部接頭軸16b和下部接頭軸16d的軸的周向方向上具有兩個(gè)自由度，所以，基部被動(dòng)接頭14追隨直接動(dòng)作連桿13的伸縮，并且順滑地從動(dòng)而不會(huì)妨礙其伸縮。
而且，如圖5所示，第一足部上部接頭17a和第二足部下部接頭17b相對(duì)于足部下部接頭17d在上部接頭軸17c和下部接頭軸17e的軸的周向方向上旋轉(zhuǎn)。另外，足部下部接頭17d相對(duì)于基部18在基部軸18a的軸的周向方向上旋轉(zhuǎn)。從而，由于足部被動(dòng)接頭15在正交于直接動(dòng)作連桿13a和13b的縱向方向的上部接頭軸17c和下部接頭軸17e的軸的周向方向上具有兩個(gè)自由度，同時(shí)，在直接動(dòng)作連桿13a和13b的軸向方向的基部軸18a的軸的周向方向上具有一個(gè)自由度，所以，足部被動(dòng)接頭15追隨直接動(dòng)作連桿13a和13b的伸縮，并順滑地從動(dòng)而不會(huì)妨礙其伸縮。
由于雙足行走機(jī)器人10由斯圖爾特平臺(tái)(Stewart platform)構(gòu)成，所述斯圖爾特平臺(tái)具有各個(gè)平行連桿機(jī)構(gòu)部13，其中，將兩個(gè)直接動(dòng)作連桿13a和13b作為一組配置成V形，所述平臺(tái)配置三組V形連桿機(jī)構(gòu)部，雙足行走機(jī)器人10具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和剛性，并可以簡(jiǎn)化其控制動(dòng)作。進(jìn)而，作為平行連桿機(jī)構(gòu)部13采用直接動(dòng)作連桿13a和13b，作為被動(dòng)接頭也采用基部被動(dòng)接頭14和足部被動(dòng)接頭15，其中，由于各個(gè)直接動(dòng)作連桿13a和13b能夠在其軸向方向上伸縮，所以，直接動(dòng)作連桿13a和13b不會(huì)相互干擾，并且可以縮小其尺寸。
作為基部被動(dòng)接頭14和足部被動(dòng)接頭15，除圖4和圖5中所示的接頭之外，也可以采用萬(wàn)向接頭、球接頭、雙軸軸接頭、或者它們與單軸或雙軸軸接頭的組合。而且，在利用萬(wàn)向接頭時(shí)是優(yōu)選的，因?yàn)榕c球接頭相比，可以進(jìn)一步展寬其可動(dòng)區(qū)域。
進(jìn)而，用于左右腿部的各個(gè)平行連桿機(jī)構(gòu)部13對(duì)稱地配置在基部11的兩側(cè)，用于平行連桿機(jī)構(gòu)部13的直接動(dòng)作連桿13a和13b也對(duì)稱地配置在左右腿部。從而，能夠?qū)嵤┻M(jìn)行行走動(dòng)作控制的ZMP控制，并且使得在行走動(dòng)作中具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。
下面參照

用于裝配有具有上述結(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明的第一種實(shí)施形式的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的雙足行走機(jī)器人的控制結(jié)構(gòu)。
圖6是足部的放大的側(cè)視圖，表示裝配有多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的雙足行走機(jī)器人的行走狀態(tài)。
在圖6中，參考標(biāo)號(hào)20a表示著地面20的傾斜面。
當(dāng)分別在左右足部12a和12b裝配有多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)1的雙足行走機(jī)器人10行走于具有傾斜面20a的著地面20上時(shí)，當(dāng)相對(duì)于左右足部12a和12b，著地傳感器4檢測(cè)出多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)1的所有足底支承部3在著地面20(20a)上著地時(shí)，鎖定機(jī)構(gòu)5將所有足底支承部3的運(yùn)動(dòng)制動(dòng)。
從而，即使在著地面20具有傾斜面20a的情況下，足部12a和12b也在著地的足底形成假想的支承多角形，并在多個(gè)點(diǎn)受到支承。在雙足行走機(jī)器人10行走時(shí)，即使在只有一個(gè)左足部12a或右足部12b著地的狀態(tài)下，雙足行走機(jī)器人10仍可以被著地的足部12a(或12b)可靠地支承。控制部(未示出)執(zhí)行ZMP控制，以便確保穩(wěn)定的行走。
另外，當(dāng)著地傳感器4檢測(cè)出多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)1的所有足底支承部3脫離著地面20(20a)時(shí)，鎖定機(jī)構(gòu)5被釋放，解除所有足底支承部3的制動(dòng)。
從而，當(dāng)在著地的足部12a(或12b)的足底形成假想的支承多角形，足部12a(或12b)在多角點(diǎn)受到的同時(shí)，根據(jù)ZMP控制，重心移動(dòng)到可靠地著地的足部12a(或12b)上，藉此可以改善行走運(yùn)動(dòng)中的穩(wěn)定性。
利用如上所述的根據(jù)第一種實(shí)施形式的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，可以產(chǎn)生以下作用。
(1)由于端部從配置在行走機(jī)器人足底的基部2的底面2d向下方突出地配置，并且設(shè)有在著地時(shí)分別獨(dú)立地向上方旋轉(zhuǎn)并被可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地支承的四個(gè)足底支承部3，所以，各個(gè)足底支承部3沿著從足底(基部的底面)突出的量減少的方向運(yùn)動(dòng)，被動(dòng)地追隨著地面20的輪廓。從而，當(dāng)著地傳感器4檢測(cè)出所有的足底支承部3著地時(shí)，鎖定機(jī)構(gòu)5控制并制動(dòng)所有足底支承部3的運(yùn)動(dòng)，從而，足底以與著地面平坦情況下相等的面積在多角點(diǎn)受到支承。從而，能夠可靠地支承行走機(jī)器人的腿部，防止其翻倒。
(2)由于各個(gè)足底支承部3順從的追隨著地面20的輪廓著地，所以，即使當(dāng)在著地面20上存在任何斜面20a或者崎嶇不平時(shí)，也總是能夠使足底的基底2水平(或者相對(duì)于水平狀態(tài)保持在固定的角度)，并且可以控制行走機(jī)器人的主體和腰部以及足底的位置和姿勢(shì)與預(yù)先設(shè)定的相一致，可以進(jìn)行穩(wěn)定的行走。
(3)由于各個(gè)足底支承部3的著地可以被配置在各個(gè)足底支承部3的著地傳感器4獨(dú)立地檢測(cè)，所以，能夠可靠地確認(rèn)所有足底支承部3的著地，藉此，可以借助鎖定機(jī)構(gòu)5控制和制動(dòng)所有足底支承部3的運(yùn)動(dòng)。
(4)由于足底支承部3被可旋轉(zhuǎn)地支承在基部2上，所以，當(dāng)足底支承部3的下端部3c在著地面20上著地時(shí)，足底支承部3的下端部3c可以容易和可靠地使各個(gè)足底支承部3向足底的上方旋轉(zhuǎn)，而與著地面20的輪廓無(wú)關(guān)。從而，足底不會(huì)被著地面20上的任何凸出部俘獲，從而，可以借助鎖定機(jī)構(gòu)5控制和制動(dòng)所有足底支承部3的運(yùn)動(dòng)，并且能夠以和著地面平坦情況下相等的面積在多角點(diǎn)支承足底。
(5)由于足底支承部3配置在基部2上，所以，能夠成一整體地處理足部支承機(jī)構(gòu)1，從而，可以容易地經(jīng)由容納在基部2的力傳感器容納部2a內(nèi)的6軸力傳感器將足底支承部3安裝到現(xiàn)有的雙足行走機(jī)器人等的腿部的足底，并且能夠改進(jìn)行走機(jī)器人在行走動(dòng)作中的穩(wěn)定性。
(6)由于設(shè)置有四個(gè)足底支承部3，即使在著地面20上存在任何傾斜面20a或者崎嶇不平時(shí)，也會(huì)在足底形成其面積與著地面平坦情況下相等的支承多角形，確保多角點(diǎn)支承。從而，可以穩(wěn)定地支承行走機(jī)器人的腿部，可以特別優(yōu)選地將多點(diǎn)著地型腿部支承機(jī)構(gòu)應(yīng)用于雙足行走機(jī)器人。
(7)在足底支承部3的端部以彼此之間相等的間隔配置在同一個(gè)圓周上，使得從端部到基部2的中心的距離變成等距離的情況下，由于由足底支承部3形成的支承多角形變成正方形，所以能夠由各個(gè)足底支承部3均勻地支承腿部，從而，可以改進(jìn)著地穩(wěn)定性。
(8)由于在基部2配置6軸力傳感器，所以，如果傳感器安裝到行走機(jī)器人的足部的足底上的話，該傳感器可以檢測(cè)出來(lái)自諸如地板和路面等著地面20的反作用力，可以根據(jù)檢測(cè)值測(cè)量ZMP(零力矩點(diǎn))的位置，從而，可以利用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行ZMP控制。
(9)足底支承部3具有其一個(gè)端部3c著地的垂直支承部3a和從垂直支承部3a的上端部沿著大致水平的方向延伸的水平支承部3b，并且在形成于水平支承部3b端部的軸支承部3d處，由形成在基部2上的旋轉(zhuǎn)和支承部2e可旋轉(zhuǎn)地軸支承。從而，當(dāng)足底支承部3的垂直支承部3a的下端部3c著地時(shí)，各個(gè)足底支承部3以軸支承部3d作為支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，并且，各個(gè)足底支承部3可以沿著從足底突出的量減少的方向(向上方)運(yùn)動(dòng)，順從地追隨著地面20的輪廓，從而形成垂直的支承多角形，可以實(shí)現(xiàn)多角點(diǎn)支承。
(10)著地傳感器4配置在足底支承部3的垂直支承部3a的下端部3c處。從而，當(dāng)足底支承部3的垂直支承部3a的下端部3c在諸如路面等著地面20上著地時(shí)，可以直接檢測(cè)出下端部3c是否著地。從而，可以進(jìn)一步可靠地確認(rèn)著地，藉此，可以防止鎖定機(jī)構(gòu)5誤動(dòng)作，能夠以穩(wěn)定的方式支承腿部。
(11)由于在足底支承部3的水平支承部3b的端部形成大致弧狀的接觸部3e，并且，鎖定機(jī)構(gòu)5配備有在其下端形成錐形部6a的制動(dòng)部6以及與制動(dòng)部6連接的致動(dòng)器5a，所以，當(dāng)足底支承部3著地時(shí)，由鎖定機(jī)構(gòu)5的致動(dòng)器5a使滑動(dòng)部5b沿上下方向滑動(dòng)，從而，制動(dòng)部6的錐形部6a與足底支承部3的接觸部3e接觸，與此同時(shí)，后側(cè)部6b與制動(dòng)接觸部8的摩擦材料8a接觸。從而，由于制動(dòng)部6像楔子一樣配合到接觸部3e與制動(dòng)接觸部8之間，能夠可靠地將足底支承部3的運(yùn)動(dòng)制動(dòng)，能夠?qū)⑼炔恐С性诜€(wěn)定的狀態(tài)。
(12)由于足底支承部3的水平支承部3b的接觸部3e形成大致的弧形，并且，鎖定機(jī)構(gòu)5的制動(dòng)部6的錐形部6a朝著其遠(yuǎn)端越來(lái)越薄，所以，能夠可靠地使制動(dòng)部6的錐形部6a與水平支承部3b的接觸部3e接觸，而與足底支承部3的旋轉(zhuǎn)量無(wú)關(guān)，藉此，防止足底支承部3旋轉(zhuǎn)，可以將其制動(dòng)。
(13)由于將致動(dòng)器5a配置成使制動(dòng)部6沿上下方向滑動(dòng)，所以，可以將鎖定機(jī)構(gòu)5的安裝空間變窄，藉此，節(jié)省空間的性能優(yōu)異，并且能夠?qū)⒍帱c(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)1小型化和輕量化。
(14)由于作為致動(dòng)器5a采用能夠在上下兩個(gè)方向驅(qū)動(dòng)制動(dòng)部6的雙穩(wěn)態(tài)自持型螺線管，所以，可以將螺線管的吸引力用于由制動(dòng)部6的所進(jìn)行的制動(dòng)(下降)和解除制動(dòng)(上升)，藉此，制動(dòng)部6能夠以高速垂直運(yùn)動(dòng)，螺線管能夠有助于縮小尺寸，減輕重量和節(jié)省空間。
(15)由于摩擦材料8a粘結(jié)到制動(dòng)接觸部8上，所以，即使當(dāng)足底支承部3被制動(dòng)時(shí)施加大的負(fù)荷或沖擊，也可以防止制動(dòng)部6的滑動(dòng)和脫落，藉此，穩(wěn)定性和可靠性優(yōu)異。
借助裝配有根據(jù)第一種實(shí)施形式的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的雙足行走機(jī)器人，可以產(chǎn)生以下的作用。
(16)由于雙足行走機(jī)器人設(shè)置有配備在基部11和左足部12a之間以及配備在基部11與右足部12b之間的平行連桿機(jī)構(gòu)13，并且多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)1分別配置在左足部12a和右足部12b的足底，所以，即使在崎嶇不平或者具有高度差的復(fù)雜的著地面上，也可以由左足部12a和右足部12b的在行走中著地的足部12a(或12b)的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)1在足底形成假想的支承多角形，所述支承多角形具有和平坦的著地面相等的面積，藉此，能夠可靠地支承雙足行走機(jī)器人10的腿部。從而，在防止行走機(jī)器人地方翻倒的同時(shí)，可以繼續(xù)地穩(wěn)定的行走。
(17)即，在進(jìn)行雙足行走機(jī)器人的ZMP控制的情況下，由于通常將行走模式設(shè)定成使得在假定著地面是水平的平面的情況下，ZMP存在于支承多角形中，所以，對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的剛性平坦的足底，在機(jī)器人踩到著地面的傾斜面或者其崎嶇不平(凸和凹)的地方的情況下，行走機(jī)器人所感知到的支承多角形與真實(shí)的支承多角形有很大的不同，并且，ZMP偏離真實(shí)的支承多角形，由此，即使只由一步步行ZMP沒(méi)有偏離，但通過(guò)兩步或三步，誤差積累，行走變得不穩(wěn)定，最后機(jī)器人翻倒。如在第一種實(shí)施形式那樣，由于各個(gè)足底支承部3可以著地，順從地追隨著地面20，所以，即使當(dāng)在著地面20上存在著傾斜面20a或者崎嶇不平時(shí)，也總是可以使雙足行走機(jī)器人10所感知到的支承多角形大致與真實(shí)的支承多角形相一致，雙足行走機(jī)器人10可以按照設(shè)定的行走模式進(jìn)行穩(wěn)定的行走。
(18)由于分別在配置于基部11上的基部被動(dòng)接頭14與配置在左足部12a和右足部12b上的足部被動(dòng)接頭15之間設(shè)置平行連桿機(jī)構(gòu)部13，各個(gè)平行連桿機(jī)構(gòu)部13由斯圖爾特平臺(tái)構(gòu)成，其中，將兩個(gè)直接動(dòng)作連桿13a和13b配置成V字形作為一組，并設(shè)置三組。從而，雙足行走機(jī)器人10的穩(wěn)定性和剛性優(yōu)異，可以簡(jiǎn)單地進(jìn)行控制動(dòng)作。
(19)由于在平行連桿機(jī)構(gòu)部13中采用直接動(dòng)作連桿13a和13b，所以，各個(gè)直接動(dòng)作連桿13a和13b在其軸向方向上伸縮，不會(huì)相互干擾，藉此，可以縮小雙足行走機(jī)器人10的尺寸。
(20)平行連桿機(jī)構(gòu)部13分別具有6個(gè)自由度，從而，左足部12a和右足部12b可以進(jìn)行各種的動(dòng)作，其行走動(dòng)作可以順滑地進(jìn)行。
(21)由于左右足部12a和12b的平行連桿機(jī)構(gòu)部13對(duì)稱地配置，并且各個(gè)平行連桿機(jī)構(gòu)部13具有6個(gè)自由度，所以在行走動(dòng)作中進(jìn)行行走控制，使得沒(méi)有力矩沿著雙足行走機(jī)器人10的腰部軸的軸的周向方向作用，并且在行走動(dòng)作中，防止基部11在腰部軸的軸的周向方向上旋轉(zhuǎn)，藉此，確保穩(wěn)定的行走。
借助根據(jù)第一種實(shí)施形式的用于雙足行走機(jī)器人的控制結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生以下的作用。
(22)分別對(duì)于左右足部12a和12b，當(dāng)著地傳感器4檢測(cè)出多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)1的所有足底支承部3在諸如路面等著地面20(20a)上著地時(shí)，所有足底支承部3的運(yùn)動(dòng)被鎖定機(jī)構(gòu)5制動(dòng)，在著地的足部12a(或12b)的足底形成假想的支承多角形。從而，即使在當(dāng)雙足行走機(jī)器人10行走時(shí)只有左右足部12a或12b之一著地的情況下，雙足行走機(jī)器人10仍能夠可靠地被著地的足部12a(或12b)支承，并進(jìn)行ZMP控制，以便確保穩(wěn)定的行走。
(23)分別對(duì)于左足部12a和右足部12b，當(dāng)著地傳感器4檢測(cè)出多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)1的所有足底支承部3在諸如路面等著地面20(20a)上著地時(shí)，鎖定機(jī)構(gòu)5對(duì)所有足底支承部3的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行制動(dòng)，當(dāng)著地傳感器4檢測(cè)出多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)1的所有足底支承部3從諸如路面等著地面20(20a)脫離時(shí)，鎖定機(jī)構(gòu)5被釋放，取消所有足底支承部3的制動(dòng)。從而，當(dāng)在著地的足部12a(或12b)的足底形成假想的支承多角形的時(shí)刻，確保重心向著地的足部12a(或12b)位移，可以改進(jìn)行走動(dòng)作中的穩(wěn)定性，從而，可以防止雙足行走機(jī)器人10翻倒。
下面，參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的第二種實(shí)施形式的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)。
圖7是表示根據(jù)第二種實(shí)施形式的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的足底支承部和鎖定機(jī)構(gòu)的主要部分的透視圖。
在圖7中，參考標(biāo)號(hào)2表示基部，2a表示力傳感器容納部，2b表示定位孔，2c表示螺栓插入孔，2d表示底面，2e表示旋轉(zhuǎn)和支承部。這些部件和在第一種實(shí)施形式中所描述的類似，從而，給予相同的標(biāo)號(hào)，并省略其描述。參考標(biāo)號(hào)21表示根據(jù)第二種實(shí)施形式的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)。參考標(biāo)號(hào)22表示保持部，該保持部具有后壁和配置在基部2的四個(gè)拐角處的在后面將要描述的底壁部豎起的一對(duì)側(cè)壁，其平面視圖呈槽形，其中，旋轉(zhuǎn)和支承部2e被插入并配合到形成在各個(gè)側(cè)壁上的孔中。參考標(biāo)號(hào)22a表示彈性體下部固定部，所述彈性體下部固定部從保持部22的各個(gè)側(cè)壁的下端部向外側(cè)突出地形成。參考標(biāo)號(hào)23表示足底支承部，該足底支承部具有垂直支承部23a和水平支承部23b，形成大致的L形，在該足底支承部中，水平支承部23b的端部可旋轉(zhuǎn)地軸支承在旋轉(zhuǎn)和支承部23e上。參考標(biāo)號(hào)23c表示垂直支承部23a的下端部。參考標(biāo)號(hào)24表示配置在水平支承部23b上的著地傳感器。參考標(biāo)號(hào)25表示配置在基部2的四個(gè)拐角處的鎖定機(jī)構(gòu)。參考標(biāo)號(hào)26表示配置在后面將要描述的致動(dòng)器的滑動(dòng)部上的制動(dòng)部，其中，26a表示彈性體上部固定部，該彈性體上部固定部從制動(dòng)部26的上端部向兩個(gè)側(cè)部突出。參考標(biāo)號(hào)27表示諸如拉伸彈簧和拉伸螺旋彈簧等的彈性體，該彈性體配置在制動(dòng)部26的兩個(gè)側(cè)部，其上端部固定到彈性體上部固定部26a上，其下端部固定到彈性體下部固定部22a上。參考標(biāo)號(hào)29表示與基部2的四個(gè)拐角成一整體地形成的底壁部，參考標(biāo)號(hào)29a表示突出到底壁部29的遠(yuǎn)端部的上方的傳感器接觸部。
下面，詳細(xì)描述足底支承部和鎖定機(jī)構(gòu)。
圖8A是表示足底支承部和鎖定機(jī)構(gòu)的主要部分的剖視側(cè)視圖，圖8B是表示足底支承部的固定狀態(tài)的剖視側(cè)視圖。
在圖8中，參考標(biāo)號(hào)23d表示軸支承部，該軸支承部形成在足底支承部23的水平支承部23b的端部附近，并被旋轉(zhuǎn)和支承部2e可旋轉(zhuǎn)地軸支承，參考標(biāo)號(hào)23e表示形成在足底支承部23的水平支承部23b的端部處的大致弧形的接觸部。參考標(biāo)號(hào)24a表示可縮回地配置在著地傳感器24的下端面24b上的可動(dòng)部?？蓜?dòng)部24a被彈性體(未示出)沿著從下端面24b突出的方向推壓，其中，如果可動(dòng)部24a被向著地傳感器24的內(nèi)方推壓，其后端部與接觸點(diǎn)(未示出)接觸，從而進(jìn)行切換。參考標(biāo)號(hào)25a表示采用螺線管的鎖定機(jī)構(gòu)25的致動(dòng)器，25b表示致動(dòng)器25a的滑動(dòng)部，該滑動(dòng)部與來(lái)自著地傳感器24的通/斷(ON/Off)信號(hào)相一致地垂直滑動(dòng)，26b表示在制動(dòng)部6的下端傾斜地形成的錐形部。參考標(biāo)號(hào)26c表示制動(dòng)部26的后側(cè)部。參考標(biāo)號(hào)28表示由保持部22的后壁形成的制動(dòng)接觸部，28a表示粘結(jié)到制動(dòng)接觸部28的制動(dòng)部26側(cè)的表面上的摩擦材料。
此外，作為摩擦材料28a，可以采用與第一種實(shí)施形式中描述的摩擦材料8a類似的摩擦材料。
對(duì)于具有上述結(jié)構(gòu)的根據(jù)第二種實(shí)施形式的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，下面描述其制動(dòng)動(dòng)作和制動(dòng)解除動(dòng)作。
首先，描述足底支承部23的制動(dòng)動(dòng)作。
如圖8A所示，在足底支承部23的下端部23c著地之前，著地傳感器24的下端面24b與傳感器接觸部29a接觸，可動(dòng)部24a被容納到著地傳感器24內(nèi)。在這種狀態(tài)下，通知接觸點(diǎn)處于接觸狀態(tài)的信號(hào)從著地傳感器24被傳送到控制部(未示出)。另外，彈性體27在彈性體上部固定部26a與彈性體下部固定部22a之間伸縮，其中，沿著制動(dòng)部26向下方取向的方向施加恢復(fù)力。
隨著多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)21下降，足底支承部23的下端部23c與著地面20接觸。當(dāng)多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)21進(jìn)一步下降時(shí)，如圖8B所示，足底支承部23以軸支承部23d為中心向上方旋轉(zhuǎn)，著地傳感器24的下端面24b與傳感器接觸部29a間隔開(kāi)，其中，可動(dòng)部24a從著地傳感器24突出。
從而，著地傳感器24的接觸點(diǎn)到達(dá)非接觸狀態(tài)，這時(shí)從著地傳感器24傳送到控制部的信號(hào)中斷。檢測(cè)到所有著地傳感器4的信號(hào)中斷(即，所有足底支承部23的下端部23c在著地面20上著地)的控制部，同時(shí)向所有鎖定機(jī)構(gòu)25的致動(dòng)器25a給出導(dǎo)致足底支承部23由于對(duì)其運(yùn)動(dòng)制動(dòng)而被保持的狀態(tài)的指令。
然后，制動(dòng)部26和致動(dòng)器25a的滑動(dòng)部25b一起向下方滑動(dòng)，制動(dòng)部26的錐形部26b與接觸部23e接觸。另外，制動(dòng)部26被接觸部23e推壓到后側(cè)，后側(cè)部26c與制動(dòng)接觸部28的摩擦材料28a接觸。這時(shí)，由于制動(dòng)部26借助已經(jīng)伸長(zhǎng)的彈性體27的恢復(fù)力快速地向下方滑動(dòng)，所以快速地進(jìn)行制動(dòng)動(dòng)作。從而，防止足底支承部23以軸支承部23d為中心向上方旋轉(zhuǎn)，足底支承部23的運(yùn)動(dòng)被制動(dòng)。另外，通過(guò)調(diào)節(jié)彈性體上部固定部26aa與彈性體下部固定部22a之間的長(zhǎng)度和距離，從而，即使在制動(dòng)部26向下方滑動(dòng)的狀態(tài)下，彈性體27也會(huì)伸長(zhǎng)并且其恢復(fù)力起作用，可以借助彈性體27的恢復(fù)力將制動(dòng)部26的錐形部26a推壓到足底支承部3的接觸部23e上。
下面，描述足底支承部3的制動(dòng)-制動(dòng)解除動(dòng)作。
當(dāng)多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)21上升時(shí)，足底支承部23的下端部23c脫離著地面20，并且，如圖8A所示，足底支承部23由于其自身的重量而以軸支承部23d為中心向下方旋轉(zhuǎn)，制動(dòng)部26的錐形部26b脫離足底支承部23的接觸部23e。同時(shí)，后側(cè)部26c脫離制動(dòng)接觸部28的摩擦材料28a。另外，著地傳感器24的可動(dòng)部24a與傳感器接觸部29a接觸，并被容納到著地傳感器24內(nèi)，從而，著地傳感器24的接觸點(diǎn)達(dá)到接觸狀態(tài)，通知接觸點(diǎn)被接觸的信號(hào)被傳送到控制部。
檢測(cè)出已經(jīng)從所有著地傳感器24傳送信號(hào)(即，所有足底支承部23的下端部23c脫離著地面20)的控制部，同時(shí)向所有鎖定機(jī)構(gòu)25的致動(dòng)器25a給出解除足底支承部23的制動(dòng)的指令，制動(dòng)部26與致動(dòng)器25a的滑動(dòng)部25b一起向上方滑動(dòng)。
從而，足底支承部23的制動(dòng)被解除。另外，由于制動(dòng)部26向上方滑動(dòng)，所以，彈性體27伸長(zhǎng)。由于致動(dòng)器25a的操作力充分大于彈性體27的伸長(zhǎng)產(chǎn)生的恢復(fù)力，所以，彈性體27容易伸長(zhǎng)。
由于根據(jù)第二種實(shí)施形式的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)具有如上所述的結(jié)構(gòu)，所以，除了第一種實(shí)施形式的作用之外，還可以產(chǎn)生如下的作用。
(1)由于著地傳感器24配置在足底支承部23的水平支承部23b上，所以，可以檢測(cè)出由于足底支承部23的下端部23c著地引起的足底支承部23的旋轉(zhuǎn)，所以，如果下端部23c的內(nèi)側(cè)(基部2側(cè))和外側(cè)的任何部分等著地的話，著地傳感器24動(dòng)作。從而，與著地面20的形狀和諸如沙礫等障礙物的存在無(wú)關(guān)，著地傳感器24能夠可靠地工作，藉此，可以改進(jìn)操作中的可靠性以及穩(wěn)定性。
(2)由于由拉伸螺旋彈簧等構(gòu)成的彈性體27配置在制動(dòng)部26與保持部22(固定在基部21上)之間，所以，在制動(dòng)動(dòng)作中，制動(dòng)部26借助在制動(dòng)的解除動(dòng)作中伸長(zhǎng)的彈性體27的恢復(fù)力快速地向下方滑動(dòng)，能夠快速地進(jìn)行制動(dòng)動(dòng)作，藉此改進(jìn)響應(yīng)速度。
(3)通過(guò)調(diào)整彈性體27，使得即使在制動(dòng)狀態(tài)其恢復(fù)力也起作用，在制動(dòng)動(dòng)作中，可以總是利用恢復(fù)力將制動(dòng)部26的錐形部26b推壓到足底支承部3的接觸部3e上。從而，能夠牢固地將足底支承部3鎖定，藉此改進(jìn)可靠性和確定性。
工業(yè)上的利用可能性本發(fā)明涉及多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)在足底平面中形成假想的支承多角形，并將足底支承部多個(gè)點(diǎn)上，本發(fā)明還涉及裝配有所述多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的雙足行走機(jī)器人。所述機(jī)器人能夠進(jìn)行穩(wěn)定的行走動(dòng)作，并且，本發(fā)明還涉及其控制結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可以提供一種具有優(yōu)異的可靠性的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，即使在著地面崎嶇不平和為傾斜面的情況下，通過(guò)足部的各個(gè)著地點(diǎn)順從地追隨諸如路面等著地面的輪廓，當(dāng)所有支承點(diǎn)著地時(shí)，對(duì)支承點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)制動(dòng)，所述支承機(jī)構(gòu)能夠快速地在多角點(diǎn)上支承足底，并防止翻倒到著地面上，并且提供一種配備有所述多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的雙足行走機(jī)器人，所述機(jī)器人即使在崎嶇不平和具有高度差等的復(fù)雜的地形上也能夠操作，并且在行走動(dòng)作中，具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和通用性，并提供其控制結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，包括基部，每個(gè)所述基部配置在行走機(jī)器人的足底；三個(gè)或更多個(gè)足底支承部，每個(gè)所述足底支承部其一個(gè)端部從前述基部的底面向下方突出地配置，在著地時(shí)，每個(gè)所述足底支承部獨(dú)立地向上運(yùn)動(dòng)，并且被可滑動(dòng)或可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承著地傳感器，每個(gè)所述著地傳感器配置在基部或者各個(gè)足底支承部上，用于檢測(cè)各個(gè)足底支承部的著地；以及，配置在基部的鎖定機(jī)構(gòu)，當(dāng)著地傳感器檢測(cè)出所有的足底支承部著地時(shí)，所述鎖定機(jī)構(gòu)控制并制動(dòng)所有足底支承部的運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述足底支承部包括在其下端部著地的垂直支承部；從所述垂直支承部的上端部起大致沿水平方向延伸的水平支承部；以及形成在水平支承部的另一端部的軸支承部；其中，所述基部包括旋轉(zhuǎn)和支承部，用于可旋轉(zhuǎn)地軸支承各個(gè)足底支承部的軸支承部。
3.如權(quán)利要求2所述的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，其特征在于，著地傳感器配置在足底支承部的垂直支承部的下端部。
4.如權(quán)利要求2所述的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，其特征在于，著地傳感器配置在足底支承部的水平支承部的下部，同時(shí)包括固定到基部并配置在著地傳感器的下方的傳感器接觸部。
5.如權(quán)利要求2至4中任何一項(xiàng)所述的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述各個(gè)足底支承部具有大致弧形的接觸部，該大致弧形的接觸部形成在水平支承部的另一端部，并且，所述鎖定機(jī)構(gòu)包括(a)制動(dòng)部，在該制動(dòng)部中，在其一端形成與各個(gè)足底支承部的接觸部接觸、并且向上方展寬的錐形部，以及(b)與該制動(dòng)部的另一端連接的致動(dòng)器，用于使制動(dòng)部在上下方向上滑動(dòng)。
6.如權(quán)利要求5所述的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括配置在制動(dòng)部中的彈性體上部固定部；配置在基部的彈性體下部固定部；彈性體，該彈性體的上端部固定在所述彈性體上部固定部上，其下端部固定在所述彈性體下部固定部上。
7.一種雙足行走機(jī)器人，包括左右足部；根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求6任何一項(xiàng)所述的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，所述多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)配置在左右足部的足底。
8.一種用于通過(guò)上下移動(dòng)左足部和右足部進(jìn)行行走的雙足行走機(jī)器人的控制結(jié)構(gòu)，具有左右足部；多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，每個(gè)所述多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)配置在左足部和右足部的足底；并包括三個(gè)或更多個(gè)足底支承部，其中，所述多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，其一端部從前述足底突出地配置，當(dāng)著地時(shí)，其突出量獨(dú)立并被動(dòng)地縮小；著地傳感器，用于檢測(cè)各個(gè)足底支承部的著地；以及鎖定機(jī)構(gòu)，用于制動(dòng)各個(gè)足底支承部的運(yùn)動(dòng)；其中，當(dāng)對(duì)于左右足部而言著地傳感器檢測(cè)出多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的所有足底支承部在諸如路面等著地面上著地時(shí)，所有足底支承部的運(yùn)動(dòng)被鎖定機(jī)構(gòu)制動(dòng)，著地的足部的足底在多角點(diǎn)上受到支承，與此同時(shí)，當(dāng)著地傳感器檢測(cè)出多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)的所有足底支承部離開(kāi)諸如路面等著地面時(shí)，鎖定機(jī)構(gòu)被解除，將所有的足底支承部的制動(dòng)解除。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有優(yōu)異的可靠性的多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)，在所述支承機(jī)構(gòu)中，各個(gè)支承點(diǎn)順從地追隨諸如地面等著地面的崎嶇不平，并且，在所有著地點(diǎn)著地時(shí)，即使在具有高度差的著地面上，通過(guò)將支承點(diǎn)固定，也能夠快速地將足底支承到多角點(diǎn)上而且防止翻倒。所述多點(diǎn)著地型足部支承機(jī)構(gòu)包括基部，每個(gè)所述基部配置行走機(jī)器人的足部的足底上；三個(gè)或更多個(gè)足底支承部，每個(gè)足底支承部，其一個(gè)端部從基部的底面向下方突出地配置，當(dāng)著地時(shí)，每個(gè)足底支承部獨(dú)立地向上方運(yùn)動(dòng)，并被可滑動(dòng)或可旋轉(zhuǎn)地支承；著地傳感器，每個(gè)著地傳感器配置在基部或者足底支承部，所述著地傳感器檢測(cè)各個(gè)足底支承部的著地；以及配置在基部的鎖定機(jī)構(gòu)，當(dāng)著地傳感器檢測(cè)出所有的足底支承部著地時(shí)，所述鎖定機(jī)構(gòu)將所有足底支承部的運(yùn)動(dòng)制動(dòng)。
文檔編號(hào)B25J13/08GK1946521SQ20058001323
公開(kāi)日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2005年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者橋本健二, 太田章博, 細(xì)畠拓也, 菅原雄介, 御廚裕, 川瀨正干, 砂冢裕之, 田中智明, 高本陽(yáng)一, 馬場(chǎng)勝之, 井野重秋 申請(qǐng)人:提姆查克股份有限公司, 高西淳夫