歩行ロボット
【課題】 本発明は、ピッチ方向大腿部関節及び膝関節の駆動構造が改善された歩行ロボットを提供するためのものである。
【解決手段】 本発明に係る歩行ロボットは、大腿リンクが上体に対してピッチ方向に回転されるように第１ピッチ方向の大腿部関節を駆動する第１ピッチ方向アクチュエータと、下腿リンクが大腿リンクに対してピッチ方向に回転されるように第１ピッチ方向アクチュエータの駆動力を上記膝関節に伝達する動力伝達装置を具備して構成される。
【解決手段】 本発明に係る歩行ロボットは、大腿リンクが上体に対してピッチ方向に回転されるように第１ピッチ方向の大腿部関節を駆動する第１ピッチ方向アクチュエータと、下腿リンクが大腿リンクに対してピッチ方向に回転されるように第１ピッチ方向アクチュエータの駆動力を上記膝関節に伝達する動力伝達装置を具備して構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行ロボットに関し、より詳しくは、ピッチ方向大腿部関節と膝関節の駆動構造を改善した歩行ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭用、軍事用、産業用の目的に、２足歩行、４足歩行などが可能な多様な形態の歩行ロボットが開発されている。
【０００３】
大韓民国公開特許第２００１−５０２７３号は、２足歩行ロボットに該当する人型ロボット（humanoid）を開示している。
【０００４】
大韓民国公開特許第２００１−５０２７３号に開示された人型ロボットは、上体と、胴体の上段部に設けられる頭部と、上体の上部両側に設けられる一対の腕と、上体の下部両側に設けられる一対の脚とを含む。
【０００５】
各脚は、３自由度の大腿部関節を通じて上体と連結される大腿リンクと、１自由度の膝関節を通じて大腿リンクと連結される下腿リンクと、２自由度の足首関節を通じて下腿リンクと連結される足を含んで、総６自由度の運動が可能であるように設けられる。これにより、駆け足、歩きなどの歩行動作だけでなく、多様な下体動作が具現される。
【０００６】
特に、駆け足、歩きなどの歩行動作は、主にピッチ方向大腿部関節及び膝関節の反復的な回動によりなされ、足の地面との接触時に地面から相当な大きさの衝撃がロボットに加えられる。この際、ピッチ方向大腿部関節、膝関節などを制御して、ある程度の衝撃緩和が可能である。
【０００７】
しかしながら、従来の歩行ロボットは、各関節、特にピッチ方向大腿部関節及び膝関節が性能が相異する別のアクチュエータにより独立的に駆動されるので、効果的に衝撃を緩和させるためには、制御メカニズムが複雑になる問題点がある。
【０００８】
また、従来の歩行ロボットでは、膝関節を駆動させるためのアクチュエータが膝関節に隣接するように配置されるので、歩行時に脚に大きい慣性力が発生し、大腿部関節駆動用アクチュエータに大きい負荷を加える問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、歩行ロボットのピッチ方向大腿部関節及び膝関節の駆動構造を改善して、制御メカニズムが簡単で、かつ歩行時に脚で発生する慣性力を減少させて、より小さな出力で、よりスムースな歩行が可能な歩行ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明に係る歩行ロボットは、上体と大腿リンクとを連結する第１ピッチ方向大腿部関節と、大腿リンクと下腿リンクとを連結する膝関節を備える歩行ロボットであって、上記大腿リンクが上記上体に対してピッチ方向に回転されるように、上記第１ピッチ方向大腿部関節を駆動する第１ピッチ方向アクチュエータと、上記下腿リンクが上記大腿リンクに対してピッチ方向に回転されるように、上記第１ピッチ方向アクチュエータの駆動力を上記膝関節に伝達する動力伝達装置と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、上記上体と上記大腿リンクとを連結する第２ピッチ方向大腿部関節と、上記第２ピッチ方向大腿部関節を駆動する第２ピッチ方向アクチュエータをさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
また、上記第１ピッチ方向大腿部関節と上記第２ピッチ方向大腿部関節との間には上記第１ピッチ方向大腿部関節と上記第２ピッチ方向大腿部関節とを互いに結束または結束解除する電子クラッチと、上記電子クラッチに電源を供給または遮断する制御部をさらに備えることを特徴とする。
【００１３】
また、上記第１ピッチ方向大腿部関節と上記第２ピッチ方向大腿部関節とが互いに結束される場合、上記制御部は上記第１ピッチ方向アクチュエータを停止させ、上記第２ピッチ方向アクチュエータを動作させることを特徴とする。
【００１４】
また、上記第１ピッチ方向大腿部関節と上記第２ピッチ方向大腿部関節とが互いに結束解除される場合、上記制御部は上記第１ピッチ方向アクチュエータを動作させ、上記第２ピッチ方向アクチュエータを停止させることを特徴とする。
【００１５】
また、上記制御部は、上記第２ピッチ方向アクチュエータを動作させることを特徴とする。
【００１６】
また、上記動力伝達装置は、上記第１ピッチ方向大腿部関節に連結される上記大腿リンクと、上記大腿リンクと離隔して上記第２ピッチ方向大腿部関節と上記下腿リンクに回転可能に連結される伝達リンクを具備し、上記大腿リンクと上記下腿リンクとを連結する上記膝関節は、上記下腿リンクを長手方向に分けるどの一地点に設けられることを特徴とする。
【００１７】
また、上記伝達リンクは、上記第２ピッチ方向大腿部関節の中心から所定間隔離隔して設置されることを特徴とする。
【００１８】
また、上記動力伝達装置は、上記大腿リンクの回転方向と異なる方向に上記下腿リンクを回転させることを特徴とする。
【００１９】
また、上記第１ピッチ方向アクチュエータと上記第２ピッチ方向アクチュエータは、各々回転力を発生させるモータと、回転速度を調節する減速機からなることを特徴とする。
【００２０】
また、上記第１ピッチ方向大腿部関節と上記第２ピッチ方向大腿部関節は、同一な回転中心を持つことを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る歩行ロボットは、上体と大腿リンクとを連結する第１ピッチ方向大腿部関節と、大腿リンクと下腿リンクとを連結する膝関節を備える歩行ロボットであって、上記大腿リンクを上記上体に対してピッチ方向に回転させるために、上記第１ピッチ方向大腿部関節を駆動する第１ピッチ方向アクチュエータと、上記下腿リンクを上記大腿リンクに対してピッチ方向に回転させるために上記第１ピッチ方向アクチュエータと連動されて上記膝関節を駆動する動力伝達装置と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る歩行ロボットは、上体と、上記上体に連結され、大腿リンクと下腿リンクを持つレグ部と、上記上体に対して上記レグ部をピッチ方向に回転させるための第１ピッチ方向大腿部関節及び第２ピッチ方向大腿部関節と、上記第１ピッチ方向大腿部関節を駆動する第１ピッチ方向アクチュエータと、上記第１ピッチ方向大腿部関節と第２ピッチ方向大腿部関節を駆動する第２ピッチ方向アクチュエータと、上記下腿リンクが上記大腿リンクに対してピッチ方向に相対回転するように上記第２ピッチ方向大腿部関節と上記下腿リンクとを連結する伝達リンクと、を含む。
【００２３】
また、上記第２ピッチ方向アクチュエータによる上記第２ピッチ方向大腿部関節の回転力を上記第１ピッチ方向大腿部関節に伝達または遮断する動力団束装置をさらに含む。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る歩行ロボットでは、ピッチ方向大腿部関節及び膝関節の制御が簡単になる。
【００２５】
また、歩行ロボットの歩行時に脚で発生する慣性力が格段に減少されて脚の駆動に必要とされる出力が減少する。
【００２６】
また、大腿リンク及び下腿リンクのピッチ方向回動のための２つのアクチュエータのうち、一つのアクチュエータを低い出力を持つアクチュエータに代替することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る歩行ロボットのレグ部の関節構造を中心にして模式的に示す概略図である。
【図２】図１で示したレグ部１２Ｌの右側を詳細に示す右側面図である。
【図３】図１で示したレグ部１２Ｌの正面を詳細に示す正面図である。
【図４】本発明に係るレグ部１２Ｌにおいて、大腿リンクと下腿リンクが互いに反対方向に回転することを示す状態図である。
【図５】本発明に係るレグ部１２Ｌにおいて、大腿リンクと下腿リンクが同一な方向に一緒に回転することを示す状態図である。
【図６】本発明に係るレグ部１２Ｌにおいて、大腿リンクと下腿リンクが同一な方向に一緒に回転することを示す状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る歩行ロボットの好ましい実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明に係る歩行ロボットのレグ部の関節構造を中心にして模式的に示す概略図である。図１に示すように、二足歩行ロボット（以下、「ロボット」という）１０は、左右それぞれのレグ部１２Ｒ、１２Ｌ（右側をＲ、左側をＬとする。以下、同一である）を備える。左右それぞれのレグ部１２Ｒ、１２Ｌは、上体１４と大腿リンク１６Ｒ、１６Ｌとを連結する大腿部関節１８Ｒ、１８Ｌと、大腿リンク１６Ｒ、１６Ｌと下腿リンク２０Ｒ、２０Ｌとを連結する膝関節２２Ｒ、２２Ｌと、下腿リンク２０Ｒ、２０Ｌと足裏２４Ｒ、２４Ｌとを連結する足首関節２６Ｒ、２６Ｌを持つ。
【００３０】
大腿部関節１８Ｒ、１８Ｌは、大腿リンク１６Ｒ、１６Ｌから末端側（足裏側）を重力軸（Ｚ軸。即ち、重力方向）の周りに回転させるヨー（yaw）方向大腿部関節１８ＲＺ、１８ＬＺと、大腿リンク１６Ｒ、１６Ｌから末端側を前後軸（Ｘ軸。即ち、進行方向）の周りに回転させるロール方向大腿部関節１８ＲＸ、１８ＬＸと、大腿リンク１６Ｒ、１６Ｌから末端側を左右軸（Ｙ軸。即ち、進行方向及び重力方向と直交する方向）の周りに回転させるピッチ方向大腿部関節１８ＲＹ、１８ＬＹとからなる。
【００３１】
膝関節２２Ｒ、２２Ｌは、下腿リンク２０Ｒ、２０Ｌから末端側を左右軸の周りに回転させるピッチ方向膝関節２２ＲＹ、２２ＬＹからなる。また、足首関節２６Ｒ、２６Ｌは、足裏２４Ｒ、２４Ｌを前後軸の周りに回転させるロール方向足首関節２６ＲＸ、２６ＬＸと、足裏２４Ｒ、２４Ｌを左右軸の周りに回転させるピッチ方向足首関節２６ＲＹ、２６ＬＹとからなる。前述した各軸は、電動モータ（同図面では図示せず。一部後述）により駆動される。
【００３２】
足首関節２６Ｒ、２６Ｌと足裏２４Ｒ、２４Ｌとの間には、公知の６軸力センサ３０Ｒ、３０Ｌが付着されて、力の３方向成分（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）とモーメントの３方向成分（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）を測定して、レグ部１２Ｒ、１２Ｌの着地の有無と、床面からレグ部１２Ｒ、１２Ｌに作用する床反力などを検出する。また、上体１４には傾斜センサ３２が設置されて、ロボット１０のＺ軸に対する傾斜とその各速度を検出する。また、各軸を駆動する電動モータには、その回転量を検出するロータリーエンコーダー（図示せず）が設置される。
【００３３】
これらの６軸力センサ３０Ｒ、３０Ｌや傾斜センサ３２などの出力は、上体１４に受容された制御ユニット３４に入力される。制御ユニット３４は、メモリ（図示せず）に格納されているデータ及び入力された検出値に基づいて、各軸を駆動する電動モータの制御値を算出する。
【００３４】
このように、ロボット１０は、左右のレグ部１２Ｒ、１２Ｌの各々に対し、６個の軸（自由度）が与えられて、これら６×２＝１２個の軸を駆動する電動モータを制御ユニット３４で算出された制御値に基づいて動作させることによって、脚全体に希望する動きを与えて、任意に３次元空間を移動することができる。
【００３５】
以下、図２乃至図６を参照して、ロボット１０のレグ部１２Ｒ、１２Ｌについて詳細に説明する。左側のレグ部１２Ｌを例として説明するが、左右のレグ部１２Ｒ、１２Ｌは左右対称であるので、以下の説明は右側のレグ部１２Ｒにも妥当である。
【００３６】
図２は図１で示したレグ部１２Ｌの右側を詳細に示す側面図であり、図３は図１で示したレグ部１２Ｌの前面を詳細に示す正面図である。
【００３７】
図２及び図３に示すように、ヨー方向大腿部関節１８ＬＺを駆動して、レグ部１２ＬをＺ軸の周りに回転させるヨー方向大腿部関節アクチュエータ１８ＬＺＡが設置され、ロール方向大腿部関節１８ＬＸを駆動して、レグ部１２ＬをＸ軸の周りに回転させるロール方向大腿部関節アクチュエータ１８ＬＸＡが設置され、ピッチ方向大腿部関節１８ＬＹを駆動してレグ部１２ＬをＹ軸の周りに回転させるピッチ方向大腿部関節アクチュエータ１８ＬＹＡが設置される。
【００３８】
ピッチ方向大腿部関節１８ＬＹは、第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２とからなるが、第１ピッチ方向大腿部関節４１が第２ピッチ方向大腿部関節４２上で回転可能に設けられる。第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２との間には動力団束装置の一例として電子クラッチ６０が設けられるが、電子クラッチ６０は第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２とを結束または結束解除させることができる。より詳細に説明すると、電子クラッチ６０は磁気力を発生させるコイルを具備しているが、コイルに電源を供給すると磁気力を発生することになり、この磁気力によって第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２とが結束される。これと反対に、コイルに電源の供給を中断すると磁気力が消えて、第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２との結束が解除される。
【００３９】
ピッチ方向大腿部関節アクチュエータ１８ＬＹAは、第１ピッチ方向大腿部関節４１を駆動して大腿リンク１６Ｌを上体１４に対してピッチ方向に回転させる第１ピッチ方向アクチュエータ５１と、第２ピッチ方向大腿部関節４２を駆動して大腿リンク１６Ｌを上体１４に対してピッチ方向に回転させる第２ピッチ方向アクチュエータ５２とを備える。第１ピッチ方向アクチュエータ５１と第２ピッチ方向アクチュエータ５２は、各々モータＭと減速機Ｒからなり、第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２を駆動する。この際、モータＭには電源が供給されることで、動作するようになる。
【００４０】
前述したように、第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２は、各々回転可能に設置される。但し、電子クラッチ６０に電源が供給されて、第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２とが結束される場合、第２ピッチ方向アクチュエータ５２に挿入されたモータＭには電源が供給されて、第２ピッチ方向大腿部関節４２が第２ピッチ方向アクチュエータ５２により駆動されるが、第１ピッチ方向アクチュエータ５１に挿入されたモータＭには電源が供給されないので、第１ピッチ方向大腿部関節４１は第１ピッチ方向アクチュエータ５１により駆動できない。この際、第１ピッチ方向大腿部関節４１は、第２ピッチ方向大腿部関節４２に結束されて第２ピッチ方向アクチュエータ５２により回転する。
【００４１】
これと反対に、電子クラッチ６０に電源供給が中断されて、第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２とが結束解除される場合、第１ピッチ方向アクチュエータ５１に挿入されたモータＭには電源が供給されるが、第２ピッチ方向アクチュエータ５２に挿入されたモータＭには電源が供給されない。したがって、第１ピッチ方向アクチュエータ５１に連結される第１ピッチ方向大腿部関節４１は駆動するが、第２ピッチ方向アクチュエータ５２と連結解除される第２ピッチ方向大腿部関節４２は駆動できない。これと共に、第２ピッチ方向大腿部関節４２の回転を必要とする場合には、第２ピッチ方向アクチュエータ５２に電源を供給することができる。
【００４２】
このように、第１ピッチ方向大腿部関節４１を独立的に駆動させるか、第１ピッチ方向大腿部関節４１と同時に第２ピッチ方向大腿部関節４２を駆動させるか、第１ピッチ方向大腿部関節４１を第２ピッチ方向大腿部関節４２に従属させて駆動させるためには、第１ピッチ方向アクチュエータ５１と第２ピッチ方向アクチュエータ５２の動作を制御し、電子クラッチ６０の動作を制御できる制御部６１が設けられる。ここで、制御部６１は第１ピッチ方向アクチュエータ５１と第２ピッチ方向アクチュエータ５２に挿入されたモータＭに電源を供給または遮断し、電子クラッチ６０に電源を供給または遮断する。
【００４３】
膝関節２２Ｌ（図１参照）は、下腿リンク２０Ｌを大腿リンク１６Ｌに対してピッチ方向のみに回転させるピッチ方向膝関節２２ＬＹ（図１参照）からなる。
【００４４】
図２及び図３に示すように、第１ピッチ方向アクチュエータ５１の駆動力を膝関節２２Ｌに伝達させる動力伝達装置７０が設けられる。
【００４５】
動力伝達装置７０は、大腿リンク１６Ｌと、この大腿リンク１６Ｌと所定距離離隔して設置される伝達リンク７３を備える。大腿リンク１６Ｌの一端７１は第１ピッチ方向大腿部関節４１に固定され、大腿リンク１６Ｌの他端７２は膝関節２２ＬＹに回転可能に連結される。伝達リンク７３の一端７４は第２ピッチ方向大腿部関節４２に回転可能に設置され、伝達リンク７３の他端７５は下腿リンク２０Ｌに回転可能に設置される。この際、伝達リンク７３の一端７４は第２ピッチ方向大腿部関節４２の中心から所定距離離れて設置される。
【００４６】
膝関節２２ＬＹは、下腿リンク２０Ｌを長手方向に分けるどの一地点に設けられる。これで、下腿リンク２０Ｌは膝関節２２ＬＹを軸にしてシーソー運動が可能になる。言い換えると、下腿リンク２０Ｌは大腿リンク１６Ｌに対してピッチ方向に回転運動可能になる。結局、大腿リンク１６Ｌと下腿リンク２０Ｌは、概略的に平行四辺形リンク構造を持つことになるので、大腿リンク１６Ｌと伝達リンク７３の相対運動に従って下腿リンク２０Ｌも相対運動をするようになる。
【００４７】
以下、レグ部１２Ｌの動作を説明しながら動力伝達装置７０が膝関節２２ＬＹを駆動させる動作について説明する。
【００４８】
まず、図２及び図３を参照してレグ部１２Ｌが膝関節２２Ｌを基準にして折れるための第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２の動作を説明する。制御部６１が電子クラッチ６０に電源供給を遮断すると、第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２とは結束解除される。これと共に、制御部６１が第１ピッチ方向アクチュエータ５１に電源を供給し、第２ピッチ方向アクチュエータ５２に電源供給を遮断すると、第１ピッチ方向大腿部関節４１は駆動し、第２ピッチ方向大腿部関節４２は駆動しない。
【００４９】
図４は、本発明に係るレグ部が第１ピッチ方向アクチュエータにより動作することを示す状態図である。図４に示すように、第１ピッチ方向大腿部関節４１が駆動すると、大腿リンク１６Ｌの一端７１は第１ピッチ方向大腿部関節４１に一体に連結されるので、大腿リンク１６Ｌは上体１４に対してピッチ方向に回転する。伝達リンク７３は第２ピッチ方向大腿部関節４２が駆動しないので、伝達リンク７３の一端７４が第２ピッチ方向大腿部関節４２の中心を基準にして回転しない。但し、このような場合にも下腿リンク２０Ｌと連結された伝達リンク７３は第２ピッチ方向大腿部関節４２に回転可能に連結された一端７４を軸にして回転するようになる。
【００５０】
これによって、伝達リンク７３の他端７５は下腿リンク２０Ｌを加圧することになり、下腿リンク２０Ｌは膝関節２２ＬＹを軸にしてシーソー運動する。即ち、膝関節２２ＬＹを駆動して下腿リンク２０Ｌが大腿リンク１６Ｌに対してピッチ方向に回転させるものである。この際、下腿リンク２０Ｌが回転する方向は大腿リンク１６Ｌが上体１４に対して回転する方向と互いに反対になる。
【００５１】
結局、図４に示すように、レグ部１２Ｌは膝関節２２ＬＹを軸にして折れることになり、足裏２４Ｌは地面から離れて上側へ移動する。
【００５２】
以下、レグ部１２Ｌが膝関節２２ＬＹを軸にして折れた状態で、または折れていない状態で大腿リンク１６Ｌと下腿リンク２０Ｌが同一な方向に一緒に回転することについて説明する。
【００５３】
まず、図２及び図３を参照して大腿リンク１６Ｌと下腿リンク２０Ｌを同一な方向に一緒に回転させるために必要な第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２の動作を説明する。制御部６１が電子クラッチ６０に電源を供給すると、第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２は結束される。これと共に、制御部６１が第１ピッチ方向アクチュエータ５１に電源供給を遮断し、第２ピッチ方向アクチュエータ５２に電源を供給すると、第１ピッチ方向大腿部関節４１は駆動せず、第２ピッチ方向アクチュエータ５２は駆動する。
【００５４】
図５は、本発明に係るレグ部が第２ピッチ方向アクチュエータにより前方に回転することを示す状態図である。図５は、レグ部１２Ｌが膝関節２２ＬＹを軸にして折れていない状態でレグ部１２Ｌが前方に回転することを表す。この際、大腿リンク１６Ｌと下腿リンク２０Ｌは同一な方向に回転しながら相対回転が発生させない。図５を参照すると、第２ピッチ方向大腿部関節４２が駆動すると、大腿リンク１６Ｌは第２ピッチ方向大腿部関節４２の中心を軸にして上体１４に対してピッチ方向に回転する。この際、伝達リンク７３の一端７４は第２ピッチ方向大腿部関節４２と一緒に回転するので、伝達リンク７３は大腿リンク１６Ｌと略平行するように一定の間隔を維持しながら回転する。したがって、伝達リンク７３の他端７５が下腿リンク２０Ｌを加圧しなくなり、これによって、下腿リンク２０Ｌは膝関節２２ＬＹを軸にして回転しなくなって、大腿リンク１６Ｌと一緒に上体１４に対してピッチ方向に回転する。
【００５５】
図６は、本発明に係るレグ部が第２ピッチ方向アクチュエータにより後方に回転することを示す状態図である。図６は、レグ部１２Ｌが膝関節２２ＬＹを軸にして折れた状態で後方へ回転することを表す。この際、大腿リンク１６Ｌと下腿リンク２０Ｌは同一な方向に回転しながら相対回転が発生させない。
【００５６】
図６に示されたレグ部１２Ｌの初期位置は、図４に示されたレグ部１２Ｌと同一である。即ち、図４のようにレグ部１２Ｌが足首関節２６Ｌを軸にして折れた状態で第２ピッチ方向アクチュエータ５２により後方に回転することを表す。
【００５７】
図６に示されたレグ部１２Ｌが第２ピッチ方向アクチュエータ５２により回転する動作原理は、図５に示されたレグ部１２Ｌが第２ピッチ方向アクチュエータ５２により回転する動作原理と同一である。但し、図５でのレグ部１２Ｌは前方に回転するが、図６でのレグ部１２Ｌは後方に回転することが互いに相違している。
【００５８】
但し、図６のように、レグ部１２Ｌを回転させる理由は、図４に示すように、大腿リンク１６Ｌと下腿リンク２０Ｌが互いに反対方向に回転すると、足首関節２６Ｌがヨー方向大腿部関節１８ＬＺから大きく外れた場合が存在することになる。このような場合、レグ部１２Ｌにより重心が揺れてロボット１０がバランスを取り難いという問題点が生じることがある。
【００５９】
これに、制御部６１が第１ピッチ方向アクチュエータ５１を動作させて図４のように大腿リンク１６Ｌと下腿リンク２０Ｌを互いに反対方向に回転させ、これと共に（または、順次に）制御部６１が第２ピッチ方向アクチュエータ５２を動作させて、図６のように大腿リンク１６Ｌと下腿リンク２０Ｌを同一な方向に回転させる。結局、図６に示すように、足首関節２６Ｌがヨー方向大腿部関節１８ＬＺ線上に位置することになって、ロボット１０の均衡が維持できる。
【００６０】
図２乃至図６では、第１ピッチ方向アクチュエータ５１の駆動力を動力伝達装置７０に通じて膝関節２２ＬＹに伝達することによって、下腿リンク２０Ｌが大腿リンク１６Ｌに対してピッチ方向に回転する駆動構造と、第２ピッチ方向アクチュエータ５２の駆動力によって下腿リンク２０Ｌが大腿リンク１６Ｌと一緒に上体１４に対してピッチ方向に回転する駆動構造に対して開示している。
【００６１】
また、図２及び図３にはロール方向足首関節２６ＬＸを駆動して足裏２４Ｌを前後軸の周りに回転させるロール方向アクチュエータ２６ＬＸＡが設置され、ピッチ方向足首関節２６ＬＹを駆動して足裏２４Ｌを左右軸の周りに回転させるピッチ方向アクチュエータ２６ＬＹAが設置される。これらロール方向アクチュエータ２６ＬＸＡとピッチ方向アクチュエータ２６ＬＹAは、モータ及び減速機で構成されることができ、その他にリニアアクチュエータなど、いろいろな他の部品から構成されることができる。足首関節２６Ｌの駆動構造は、本発明の要旨とあまり関係ないので、詳細な説明は省略する。
【符号の説明】
【００６２】
１０ ロボット
１２Ｒ、１２Ｌ レグ部
１４ 上体
１６Ｒ、１６Ｌ 大腿リンク
２０Ｒ、２０Ｌ 下腿リンク
２２Ｒ、２２Ｌ 膝関節
２４Ｒ、２４Ｌ 足裏関節
２６Ｒ、２６Ｌ 足首関節
３４ 制御ユニット
４１ 第１ピッチ方向大腿部関節
４２ 第２ピッチ方向大腿部関節
５１ 第１ピッチ方向アクチュエータ
５２ 第２ピッチ方向アクチュエータ
６０ 電子クラッチ
６１ 制御部
７０ 動力伝達装置
７３ 伝達リンク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行ロボットに関し、より詳しくは、ピッチ方向大腿部関節と膝関節の駆動構造を改善した歩行ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭用、軍事用、産業用の目的に、２足歩行、４足歩行などが可能な多様な形態の歩行ロボットが開発されている。
【０００３】
大韓民国公開特許第２００１−５０２７３号は、２足歩行ロボットに該当する人型ロボット（humanoid）を開示している。
【０００４】
大韓民国公開特許第２００１−５０２７３号に開示された人型ロボットは、上体と、胴体の上段部に設けられる頭部と、上体の上部両側に設けられる一対の腕と、上体の下部両側に設けられる一対の脚とを含む。
【０００５】
各脚は、３自由度の大腿部関節を通じて上体と連結される大腿リンクと、１自由度の膝関節を通じて大腿リンクと連結される下腿リンクと、２自由度の足首関節を通じて下腿リンクと連結される足を含んで、総６自由度の運動が可能であるように設けられる。これにより、駆け足、歩きなどの歩行動作だけでなく、多様な下体動作が具現される。
【０００６】
特に、駆け足、歩きなどの歩行動作は、主にピッチ方向大腿部関節及び膝関節の反復的な回動によりなされ、足の地面との接触時に地面から相当な大きさの衝撃がロボットに加えられる。この際、ピッチ方向大腿部関節、膝関節などを制御して、ある程度の衝撃緩和が可能である。
【０００７】
しかしながら、従来の歩行ロボットは、各関節、特にピッチ方向大腿部関節及び膝関節が性能が相異する別のアクチュエータにより独立的に駆動されるので、効果的に衝撃を緩和させるためには、制御メカニズムが複雑になる問題点がある。
【０００８】
また、従来の歩行ロボットでは、膝関節を駆動させるためのアクチュエータが膝関節に隣接するように配置されるので、歩行時に脚に大きい慣性力が発生し、大腿部関節駆動用アクチュエータに大きい負荷を加える問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、歩行ロボットのピッチ方向大腿部関節及び膝関節の駆動構造を改善して、制御メカニズムが簡単で、かつ歩行時に脚で発生する慣性力を減少させて、より小さな出力で、よりスムースな歩行が可能な歩行ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明に係る歩行ロボットは、上体と大腿リンクとを連結する第１ピッチ方向大腿部関節と、大腿リンクと下腿リンクとを連結する膝関節を備える歩行ロボットであって、上記大腿リンクが上記上体に対してピッチ方向に回転されるように、上記第１ピッチ方向大腿部関節を駆動する第１ピッチ方向アクチュエータと、上記下腿リンクが上記大腿リンクに対してピッチ方向に回転されるように、上記第１ピッチ方向アクチュエータの駆動力を上記膝関節に伝達する動力伝達装置と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、上記上体と上記大腿リンクとを連結する第２ピッチ方向大腿部関節と、上記第２ピッチ方向大腿部関節を駆動する第２ピッチ方向アクチュエータをさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
また、上記第１ピッチ方向大腿部関節と上記第２ピッチ方向大腿部関節との間には上記第１ピッチ方向大腿部関節と上記第２ピッチ方向大腿部関節とを互いに結束または結束解除する電子クラッチと、上記電子クラッチに電源を供給または遮断する制御部をさらに備えることを特徴とする。
【００１３】
また、上記第１ピッチ方向大腿部関節と上記第２ピッチ方向大腿部関節とが互いに結束される場合、上記制御部は上記第１ピッチ方向アクチュエータを停止させ、上記第２ピッチ方向アクチュエータを動作させることを特徴とする。
【００１４】
また、上記第１ピッチ方向大腿部関節と上記第２ピッチ方向大腿部関節とが互いに結束解除される場合、上記制御部は上記第１ピッチ方向アクチュエータを動作させ、上記第２ピッチ方向アクチュエータを停止させることを特徴とする。
【００１５】
また、上記制御部は、上記第２ピッチ方向アクチュエータを動作させることを特徴とする。
【００１６】
また、上記動力伝達装置は、上記第１ピッチ方向大腿部関節に連結される上記大腿リンクと、上記大腿リンクと離隔して上記第２ピッチ方向大腿部関節と上記下腿リンクに回転可能に連結される伝達リンクを具備し、上記大腿リンクと上記下腿リンクとを連結する上記膝関節は、上記下腿リンクを長手方向に分けるどの一地点に設けられることを特徴とする。
【００１７】
また、上記伝達リンクは、上記第２ピッチ方向大腿部関節の中心から所定間隔離隔して設置されることを特徴とする。
【００１８】
また、上記動力伝達装置は、上記大腿リンクの回転方向と異なる方向に上記下腿リンクを回転させることを特徴とする。
【００１９】
また、上記第１ピッチ方向アクチュエータと上記第２ピッチ方向アクチュエータは、各々回転力を発生させるモータと、回転速度を調節する減速機からなることを特徴とする。
【００２０】
また、上記第１ピッチ方向大腿部関節と上記第２ピッチ方向大腿部関節は、同一な回転中心を持つことを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る歩行ロボットは、上体と大腿リンクとを連結する第１ピッチ方向大腿部関節と、大腿リンクと下腿リンクとを連結する膝関節を備える歩行ロボットであって、上記大腿リンクを上記上体に対してピッチ方向に回転させるために、上記第１ピッチ方向大腿部関節を駆動する第１ピッチ方向アクチュエータと、上記下腿リンクを上記大腿リンクに対してピッチ方向に回転させるために上記第１ピッチ方向アクチュエータと連動されて上記膝関節を駆動する動力伝達装置と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る歩行ロボットは、上体と、上記上体に連結され、大腿リンクと下腿リンクを持つレグ部と、上記上体に対して上記レグ部をピッチ方向に回転させるための第１ピッチ方向大腿部関節及び第２ピッチ方向大腿部関節と、上記第１ピッチ方向大腿部関節を駆動する第１ピッチ方向アクチュエータと、上記第１ピッチ方向大腿部関節と第２ピッチ方向大腿部関節を駆動する第２ピッチ方向アクチュエータと、上記下腿リンクが上記大腿リンクに対してピッチ方向に相対回転するように上記第２ピッチ方向大腿部関節と上記下腿リンクとを連結する伝達リンクと、を含む。
【００２３】
また、上記第２ピッチ方向アクチュエータによる上記第２ピッチ方向大腿部関節の回転力を上記第１ピッチ方向大腿部関節に伝達または遮断する動力団束装置をさらに含む。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る歩行ロボットでは、ピッチ方向大腿部関節及び膝関節の制御が簡単になる。
【００２５】
また、歩行ロボットの歩行時に脚で発生する慣性力が格段に減少されて脚の駆動に必要とされる出力が減少する。
【００２６】
また、大腿リンク及び下腿リンクのピッチ方向回動のための２つのアクチュエータのうち、一つのアクチュエータを低い出力を持つアクチュエータに代替することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る歩行ロボットのレグ部の関節構造を中心にして模式的に示す概略図である。
【図２】図１で示したレグ部１２Ｌの右側を詳細に示す右側面図である。
【図３】図１で示したレグ部１２Ｌの正面を詳細に示す正面図である。
【図４】本発明に係るレグ部１２Ｌにおいて、大腿リンクと下腿リンクが互いに反対方向に回転することを示す状態図である。
【図５】本発明に係るレグ部１２Ｌにおいて、大腿リンクと下腿リンクが同一な方向に一緒に回転することを示す状態図である。
【図６】本発明に係るレグ部１２Ｌにおいて、大腿リンクと下腿リンクが同一な方向に一緒に回転することを示す状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る歩行ロボットの好ましい実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明に係る歩行ロボットのレグ部の関節構造を中心にして模式的に示す概略図である。図１に示すように、二足歩行ロボット（以下、「ロボット」という）１０は、左右それぞれのレグ部１２Ｒ、１２Ｌ（右側をＲ、左側をＬとする。以下、同一である）を備える。左右それぞれのレグ部１２Ｒ、１２Ｌは、上体１４と大腿リンク１６Ｒ、１６Ｌとを連結する大腿部関節１８Ｒ、１８Ｌと、大腿リンク１６Ｒ、１６Ｌと下腿リンク２０Ｒ、２０Ｌとを連結する膝関節２２Ｒ、２２Ｌと、下腿リンク２０Ｒ、２０Ｌと足裏２４Ｒ、２４Ｌとを連結する足首関節２６Ｒ、２６Ｌを持つ。
【００３０】
大腿部関節１８Ｒ、１８Ｌは、大腿リンク１６Ｒ、１６Ｌから末端側（足裏側）を重力軸（Ｚ軸。即ち、重力方向）の周りに回転させるヨー（yaw）方向大腿部関節１８ＲＺ、１８ＬＺと、大腿リンク１６Ｒ、１６Ｌから末端側を前後軸（Ｘ軸。即ち、進行方向）の周りに回転させるロール方向大腿部関節１８ＲＸ、１８ＬＸと、大腿リンク１６Ｒ、１６Ｌから末端側を左右軸（Ｙ軸。即ち、進行方向及び重力方向と直交する方向）の周りに回転させるピッチ方向大腿部関節１８ＲＹ、１８ＬＹとからなる。
【００３１】
膝関節２２Ｒ、２２Ｌは、下腿リンク２０Ｒ、２０Ｌから末端側を左右軸の周りに回転させるピッチ方向膝関節２２ＲＹ、２２ＬＹからなる。また、足首関節２６Ｒ、２６Ｌは、足裏２４Ｒ、２４Ｌを前後軸の周りに回転させるロール方向足首関節２６ＲＸ、２６ＬＸと、足裏２４Ｒ、２４Ｌを左右軸の周りに回転させるピッチ方向足首関節２６ＲＹ、２６ＬＹとからなる。前述した各軸は、電動モータ（同図面では図示せず。一部後述）により駆動される。
【００３２】
足首関節２６Ｒ、２６Ｌと足裏２４Ｒ、２４Ｌとの間には、公知の６軸力センサ３０Ｒ、３０Ｌが付着されて、力の３方向成分（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）とモーメントの３方向成分（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）を測定して、レグ部１２Ｒ、１２Ｌの着地の有無と、床面からレグ部１２Ｒ、１２Ｌに作用する床反力などを検出する。また、上体１４には傾斜センサ３２が設置されて、ロボット１０のＺ軸に対する傾斜とその各速度を検出する。また、各軸を駆動する電動モータには、その回転量を検出するロータリーエンコーダー（図示せず）が設置される。
【００３３】
これらの６軸力センサ３０Ｒ、３０Ｌや傾斜センサ３２などの出力は、上体１４に受容された制御ユニット３４に入力される。制御ユニット３４は、メモリ（図示せず）に格納されているデータ及び入力された検出値に基づいて、各軸を駆動する電動モータの制御値を算出する。
【００３４】
このように、ロボット１０は、左右のレグ部１２Ｒ、１２Ｌの各々に対し、６個の軸（自由度）が与えられて、これら６×２＝１２個の軸を駆動する電動モータを制御ユニット３４で算出された制御値に基づいて動作させることによって、脚全体に希望する動きを与えて、任意に３次元空間を移動することができる。
【００３５】
以下、図２乃至図６を参照して、ロボット１０のレグ部１２Ｒ、１２Ｌについて詳細に説明する。左側のレグ部１２Ｌを例として説明するが、左右のレグ部１２Ｒ、１２Ｌは左右対称であるので、以下の説明は右側のレグ部１２Ｒにも妥当である。
【００３６】
図２は図１で示したレグ部１２Ｌの右側を詳細に示す側面図であり、図３は図１で示したレグ部１２Ｌの前面を詳細に示す正面図である。
【００３７】
図２及び図３に示すように、ヨー方向大腿部関節１８ＬＺを駆動して、レグ部１２ＬをＺ軸の周りに回転させるヨー方向大腿部関節アクチュエータ１８ＬＺＡが設置され、ロール方向大腿部関節１８ＬＸを駆動して、レグ部１２ＬをＸ軸の周りに回転させるロール方向大腿部関節アクチュエータ１８ＬＸＡが設置され、ピッチ方向大腿部関節１８ＬＹを駆動してレグ部１２ＬをＹ軸の周りに回転させるピッチ方向大腿部関節アクチュエータ１８ＬＹＡが設置される。
【００３８】
ピッチ方向大腿部関節１８ＬＹは、第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２とからなるが、第１ピッチ方向大腿部関節４１が第２ピッチ方向大腿部関節４２上で回転可能に設けられる。第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２との間には動力団束装置の一例として電子クラッチ６０が設けられるが、電子クラッチ６０は第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２とを結束または結束解除させることができる。より詳細に説明すると、電子クラッチ６０は磁気力を発生させるコイルを具備しているが、コイルに電源を供給すると磁気力を発生することになり、この磁気力によって第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２とが結束される。これと反対に、コイルに電源の供給を中断すると磁気力が消えて、第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２との結束が解除される。
【００３９】
ピッチ方向大腿部関節アクチュエータ１８ＬＹAは、第１ピッチ方向大腿部関節４１を駆動して大腿リンク１６Ｌを上体１４に対してピッチ方向に回転させる第１ピッチ方向アクチュエータ５１と、第２ピッチ方向大腿部関節４２を駆動して大腿リンク１６Ｌを上体１４に対してピッチ方向に回転させる第２ピッチ方向アクチュエータ５２とを備える。第１ピッチ方向アクチュエータ５１と第２ピッチ方向アクチュエータ５２は、各々モータＭと減速機Ｒからなり、第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２を駆動する。この際、モータＭには電源が供給されることで、動作するようになる。
【００４０】
前述したように、第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２は、各々回転可能に設置される。但し、電子クラッチ６０に電源が供給されて、第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２とが結束される場合、第２ピッチ方向アクチュエータ５２に挿入されたモータＭには電源が供給されて、第２ピッチ方向大腿部関節４２が第２ピッチ方向アクチュエータ５２により駆動されるが、第１ピッチ方向アクチュエータ５１に挿入されたモータＭには電源が供給されないので、第１ピッチ方向大腿部関節４１は第１ピッチ方向アクチュエータ５１により駆動できない。この際、第１ピッチ方向大腿部関節４１は、第２ピッチ方向大腿部関節４２に結束されて第２ピッチ方向アクチュエータ５２により回転する。
【００４１】
これと反対に、電子クラッチ６０に電源供給が中断されて、第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２とが結束解除される場合、第１ピッチ方向アクチュエータ５１に挿入されたモータＭには電源が供給されるが、第２ピッチ方向アクチュエータ５２に挿入されたモータＭには電源が供給されない。したがって、第１ピッチ方向アクチュエータ５１に連結される第１ピッチ方向大腿部関節４１は駆動するが、第２ピッチ方向アクチュエータ５２と連結解除される第２ピッチ方向大腿部関節４２は駆動できない。これと共に、第２ピッチ方向大腿部関節４２の回転を必要とする場合には、第２ピッチ方向アクチュエータ５２に電源を供給することができる。
【００４２】
このように、第１ピッチ方向大腿部関節４１を独立的に駆動させるか、第１ピッチ方向大腿部関節４１と同時に第２ピッチ方向大腿部関節４２を駆動させるか、第１ピッチ方向大腿部関節４１を第２ピッチ方向大腿部関節４２に従属させて駆動させるためには、第１ピッチ方向アクチュエータ５１と第２ピッチ方向アクチュエータ５２の動作を制御し、電子クラッチ６０の動作を制御できる制御部６１が設けられる。ここで、制御部６１は第１ピッチ方向アクチュエータ５１と第２ピッチ方向アクチュエータ５２に挿入されたモータＭに電源を供給または遮断し、電子クラッチ６０に電源を供給または遮断する。
【００４３】
膝関節２２Ｌ（図１参照）は、下腿リンク２０Ｌを大腿リンク１６Ｌに対してピッチ方向のみに回転させるピッチ方向膝関節２２ＬＹ（図１参照）からなる。
【００４４】
図２及び図３に示すように、第１ピッチ方向アクチュエータ５１の駆動力を膝関節２２Ｌに伝達させる動力伝達装置７０が設けられる。
【００４５】
動力伝達装置７０は、大腿リンク１６Ｌと、この大腿リンク１６Ｌと所定距離離隔して設置される伝達リンク７３を備える。大腿リンク１６Ｌの一端７１は第１ピッチ方向大腿部関節４１に固定され、大腿リンク１６Ｌの他端７２は膝関節２２ＬＹに回転可能に連結される。伝達リンク７３の一端７４は第２ピッチ方向大腿部関節４２に回転可能に設置され、伝達リンク７３の他端７５は下腿リンク２０Ｌに回転可能に設置される。この際、伝達リンク７３の一端７４は第２ピッチ方向大腿部関節４２の中心から所定距離離れて設置される。
【００４６】
膝関節２２ＬＹは、下腿リンク２０Ｌを長手方向に分けるどの一地点に設けられる。これで、下腿リンク２０Ｌは膝関節２２ＬＹを軸にしてシーソー運動が可能になる。言い換えると、下腿リンク２０Ｌは大腿リンク１６Ｌに対してピッチ方向に回転運動可能になる。結局、大腿リンク１６Ｌと下腿リンク２０Ｌは、概略的に平行四辺形リンク構造を持つことになるので、大腿リンク１６Ｌと伝達リンク７３の相対運動に従って下腿リンク２０Ｌも相対運動をするようになる。
【００４７】
以下、レグ部１２Ｌの動作を説明しながら動力伝達装置７０が膝関節２２ＬＹを駆動させる動作について説明する。
【００４８】
まず、図２及び図３を参照してレグ部１２Ｌが膝関節２２Ｌを基準にして折れるための第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２の動作を説明する。制御部６１が電子クラッチ６０に電源供給を遮断すると、第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２とは結束解除される。これと共に、制御部６１が第１ピッチ方向アクチュエータ５１に電源を供給し、第２ピッチ方向アクチュエータ５２に電源供給を遮断すると、第１ピッチ方向大腿部関節４１は駆動し、第２ピッチ方向大腿部関節４２は駆動しない。
【００４９】
図４は、本発明に係るレグ部が第１ピッチ方向アクチュエータにより動作することを示す状態図である。図４に示すように、第１ピッチ方向大腿部関節４１が駆動すると、大腿リンク１６Ｌの一端７１は第１ピッチ方向大腿部関節４１に一体に連結されるので、大腿リンク１６Ｌは上体１４に対してピッチ方向に回転する。伝達リンク７３は第２ピッチ方向大腿部関節４２が駆動しないので、伝達リンク７３の一端７４が第２ピッチ方向大腿部関節４２の中心を基準にして回転しない。但し、このような場合にも下腿リンク２０Ｌと連結された伝達リンク７３は第２ピッチ方向大腿部関節４２に回転可能に連結された一端７４を軸にして回転するようになる。
【００５０】
これによって、伝達リンク７３の他端７５は下腿リンク２０Ｌを加圧することになり、下腿リンク２０Ｌは膝関節２２ＬＹを軸にしてシーソー運動する。即ち、膝関節２２ＬＹを駆動して下腿リンク２０Ｌが大腿リンク１６Ｌに対してピッチ方向に回転させるものである。この際、下腿リンク２０Ｌが回転する方向は大腿リンク１６Ｌが上体１４に対して回転する方向と互いに反対になる。
【００５１】
結局、図４に示すように、レグ部１２Ｌは膝関節２２ＬＹを軸にして折れることになり、足裏２４Ｌは地面から離れて上側へ移動する。
【００５２】
以下、レグ部１２Ｌが膝関節２２ＬＹを軸にして折れた状態で、または折れていない状態で大腿リンク１６Ｌと下腿リンク２０Ｌが同一な方向に一緒に回転することについて説明する。
【００５３】
まず、図２及び図３を参照して大腿リンク１６Ｌと下腿リンク２０Ｌを同一な方向に一緒に回転させるために必要な第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２の動作を説明する。制御部６１が電子クラッチ６０に電源を供給すると、第１ピッチ方向大腿部関節４１と第２ピッチ方向大腿部関節４２は結束される。これと共に、制御部６１が第１ピッチ方向アクチュエータ５１に電源供給を遮断し、第２ピッチ方向アクチュエータ５２に電源を供給すると、第１ピッチ方向大腿部関節４１は駆動せず、第２ピッチ方向アクチュエータ５２は駆動する。
【００５４】
図５は、本発明に係るレグ部が第２ピッチ方向アクチュエータにより前方に回転することを示す状態図である。図５は、レグ部１２Ｌが膝関節２２ＬＹを軸にして折れていない状態でレグ部１２Ｌが前方に回転することを表す。この際、大腿リンク１６Ｌと下腿リンク２０Ｌは同一な方向に回転しながら相対回転が発生させない。図５を参照すると、第２ピッチ方向大腿部関節４２が駆動すると、大腿リンク１６Ｌは第２ピッチ方向大腿部関節４２の中心を軸にして上体１４に対してピッチ方向に回転する。この際、伝達リンク７３の一端７４は第２ピッチ方向大腿部関節４２と一緒に回転するので、伝達リンク７３は大腿リンク１６Ｌと略平行するように一定の間隔を維持しながら回転する。したがって、伝達リンク７３の他端７５が下腿リンク２０Ｌを加圧しなくなり、これによって、下腿リンク２０Ｌは膝関節２２ＬＹを軸にして回転しなくなって、大腿リンク１６Ｌと一緒に上体１４に対してピッチ方向に回転する。
【００５５】
図６は、本発明に係るレグ部が第２ピッチ方向アクチュエータにより後方に回転することを示す状態図である。図６は、レグ部１２Ｌが膝関節２２ＬＹを軸にして折れた状態で後方へ回転することを表す。この際、大腿リンク１６Ｌと下腿リンク２０Ｌは同一な方向に回転しながら相対回転が発生させない。
【００５６】
図６に示されたレグ部１２Ｌの初期位置は、図４に示されたレグ部１２Ｌと同一である。即ち、図４のようにレグ部１２Ｌが足首関節２６Ｌを軸にして折れた状態で第２ピッチ方向アクチュエータ５２により後方に回転することを表す。
【００５７】
図６に示されたレグ部１２Ｌが第２ピッチ方向アクチュエータ５２により回転する動作原理は、図５に示されたレグ部１２Ｌが第２ピッチ方向アクチュエータ５２により回転する動作原理と同一である。但し、図５でのレグ部１２Ｌは前方に回転するが、図６でのレグ部１２Ｌは後方に回転することが互いに相違している。
【００５８】
但し、図６のように、レグ部１２Ｌを回転させる理由は、図４に示すように、大腿リンク１６Ｌと下腿リンク２０Ｌが互いに反対方向に回転すると、足首関節２６Ｌがヨー方向大腿部関節１８ＬＺから大きく外れた場合が存在することになる。このような場合、レグ部１２Ｌにより重心が揺れてロボット１０がバランスを取り難いという問題点が生じることがある。
【００５９】
これに、制御部６１が第１ピッチ方向アクチュエータ５１を動作させて図４のように大腿リンク１６Ｌと下腿リンク２０Ｌを互いに反対方向に回転させ、これと共に（または、順次に）制御部６１が第２ピッチ方向アクチュエータ５２を動作させて、図６のように大腿リンク１６Ｌと下腿リンク２０Ｌを同一な方向に回転させる。結局、図６に示すように、足首関節２６Ｌがヨー方向大腿部関節１８ＬＺ線上に位置することになって、ロボット１０の均衡が維持できる。
【００６０】
図２乃至図６では、第１ピッチ方向アクチュエータ５１の駆動力を動力伝達装置７０に通じて膝関節２２ＬＹに伝達することによって、下腿リンク２０Ｌが大腿リンク１６Ｌに対してピッチ方向に回転する駆動構造と、第２ピッチ方向アクチュエータ５２の駆動力によって下腿リンク２０Ｌが大腿リンク１６Ｌと一緒に上体１４に対してピッチ方向に回転する駆動構造に対して開示している。
【００６１】
また、図２及び図３にはロール方向足首関節２６ＬＸを駆動して足裏２４Ｌを前後軸の周りに回転させるロール方向アクチュエータ２６ＬＸＡが設置され、ピッチ方向足首関節２６ＬＹを駆動して足裏２４Ｌを左右軸の周りに回転させるピッチ方向アクチュエータ２６ＬＹAが設置される。これらロール方向アクチュエータ２６ＬＸＡとピッチ方向アクチュエータ２６ＬＹAは、モータ及び減速機で構成されることができ、その他にリニアアクチュエータなど、いろいろな他の部品から構成されることができる。足首関節２６Ｌの駆動構造は、本発明の要旨とあまり関係ないので、詳細な説明は省略する。
【符号の説明】
【００６２】
１０ ロボット
１２Ｒ、１２Ｌ レグ部
１４ 上体
１６Ｒ、１６Ｌ 大腿リンク
２０Ｒ、２０Ｌ 下腿リンク
２２Ｒ、２２Ｌ 膝関節
２４Ｒ、２４Ｌ 足裏関節
２６Ｒ、２６Ｌ 足首関節
３４ 制御ユニット
４１ 第１ピッチ方向大腿部関節
４２ 第２ピッチ方向大腿部関節
５１ 第１ピッチ方向アクチュエータ
５２ 第２ピッチ方向アクチュエータ
６０ 電子クラッチ
６１ 制御部
７０ 動力伝達装置
７３ 伝達リンク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上体と大腿リンクとを連結する第１ピッチ方向大腿部関節と、大腿リンクと下腿リンクとを連結する膝関節を備える歩行ロボットであって、
前記大腿リンクが前記上体に対してピッチ方向に回転されるように、前記第１ピッチ方向大腿部関節を駆動する第１ピッチ方向アクチュエータと、
前記下腿リンクが前記大腿リンクに対してピッチ方向に回転されるように、前記第１ピッチ方向アクチュエータの駆動力を前記膝関節に伝達する動力伝達装置と、
を備えることを特徴とする歩行ロボット。
【請求項２】
前記上体と前記大腿リンクとを連結する第２ピッチ方向大腿部関節と、前記第２ピッチ方向大腿部関節を駆動する第２ピッチ方向アクチュエータをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の歩行ロボット。
【請求項３】
前記第１ピッチ方向大腿部関節と前記第２ピッチ方向大腿部関節との間には、前記第１ピッチ方向大腿部関節と前記第２ピッチ方向大腿部関節とを互いに結束または結束解除する動力団束装置と、前記動力団束装置を制御する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の歩行ロボット。
【請求項４】
前記第１ピッチ方向大腿部関節と前記第２ピッチ方向大腿部関節とが互いに結束される場合、前記制御部は前記第１ピッチ方向アクチュエータを停止させ、前記第２ピッチ方向アクチュエータを動作させることを特徴とする請求項３に記載の歩行ロボット。
【請求項５】
前記第１ピッチ方向大腿部関節と前記第２ピッチ方向大腿部関節とが互いに結束解除される場合、前記制御部は前記第１ピッチ方向アクチュエータを動作させ、前記第２ピッチ方向アクチュエータを停止させることを特徴とする請求項３に記載の歩行ロボット。
【請求項６】
前記制御部は、前記第２ピッチ方向アクチュエータを動作させることを特徴とする請求項５に記載の歩行ロボット。
【請求項７】
前記動力伝達装置は、
前記第１ピッチ方向大腿部関節に連結される前記大腿リンクと、前記大腿リンクと離隔して前記第２ピッチ方向大腿部関節と前記下腿リンクに回転可能に連結される伝達リンクを具備し、
前記大腿リンクと前記下腿リンクとを連結する前記膝関節は、前記下腿リンクを長手方向に分けるどの一地点に設けられることを特徴とする請求項２に記載の歩行ロボット。
【請求項８】
前記伝達リンクは、前記第２ピッチ方向大腿部関節の中心から所定間隔離隔して設置されることを特徴とする請求項７に記載の歩行ロボット。
【請求項９】
前記第１ピッチ方向大腿部関節が駆動される際、前記動力伝達装置は、前記下腿リンクを前記大腿リンクの回転方向と異なる方向に回転させることを特徴とする請求項１に記載の歩行ロボット。
【請求項１０】
前記第２ピッチ方向大腿部関節が駆動される際、前記動力伝達装置は、前記下腿リンクを前記大腿リンクの回転方向と同一な方向に回転させることを特徴とする請求項２に記載の歩行ロボット。
【請求項１１】
前記第１ピッチ方向アクチュエータと前記第２ピッチ方向アクチュエータは、各々回転力を発生させるモータと、回転速度を調節する減速機からなることを特徴とする請求項２に記載の歩行ロボット。
【請求項１２】
前記第１ピッチ方向大腿部関節と前記第２ピッチ方向大腿部関節は、同一な回転中心を持つことを特徴とする請求項２に記載の歩行ロボット。
【請求項１３】
上体と大腿リンクとを連結する第１ピッチ方向大腿部関節と、大腿リンクと下腿リンクとを連結する膝関節を備える歩行ロボットであって、
前記大腿リンクを前記上体に対してピッチ方向に回転させるために、前記第１ピッチ方向大腿部関節を駆動する第１ピッチ方向アクチュエータと、
前記下腿リンクを前記大腿リンクに対してピッチ方向に回転させるために前記第１ピッチ方向アクチュエータと連動されて前記膝関節を駆動する動力伝達装置と、
を備えることを特徴とする歩行ロボット。
【請求項１４】
上体と、
前記上体に連結され、大腿リンクと下腿リンクを持つレグ部と、
前記上体に対し、前記レグ部をピッチ方向に回転させるための第１ピッチ方向大腿部関節及び第２ピッチ方向大腿部関節と、
前記第１ピッチ方向大腿部関節を駆動する第１ピッチ方向アクチュエータと、
前記第１ピッチ方向大腿部関節と第２ピッチ方向大腿部関節を駆動する第２ピッチ方向アクチュエータと、
前記下腿リンクが前記大腿リンクに対し、ピッチ方向に相対回転するように前記第２ピッチ方向大腿部関節と前記下腿リンクとを連結する伝達リンクと、
を含むことを特徴とする歩行ロボット。
【請求項１５】
前記第２ピッチ方向アクチュエータによる前記第２ピッチ方向大腿部関節の回転力を前記第１ピッチ方向大腿部関節に伝達または遮断する動力団束装置をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の歩行ロボット。
【請求項１】
上体と大腿リンクとを連結する第１ピッチ方向大腿部関節と、大腿リンクと下腿リンクとを連結する膝関節を備える歩行ロボットであって、
前記大腿リンクが前記上体に対してピッチ方向に回転されるように、前記第１ピッチ方向大腿部関節を駆動する第１ピッチ方向アクチュエータと、
前記下腿リンクが前記大腿リンクに対してピッチ方向に回転されるように、前記第１ピッチ方向アクチュエータの駆動力を前記膝関節に伝達する動力伝達装置と、
を備えることを特徴とする歩行ロボット。
【請求項２】
前記上体と前記大腿リンクとを連結する第２ピッチ方向大腿部関節と、前記第２ピッチ方向大腿部関節を駆動する第２ピッチ方向アクチュエータをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の歩行ロボット。
【請求項３】
前記第１ピッチ方向大腿部関節と前記第２ピッチ方向大腿部関節との間には、前記第１ピッチ方向大腿部関節と前記第２ピッチ方向大腿部関節とを互いに結束または結束解除する動力団束装置と、前記動力団束装置を制御する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の歩行ロボット。
【請求項４】
前記第１ピッチ方向大腿部関節と前記第２ピッチ方向大腿部関節とが互いに結束される場合、前記制御部は前記第１ピッチ方向アクチュエータを停止させ、前記第２ピッチ方向アクチュエータを動作させることを特徴とする請求項３に記載の歩行ロボット。
【請求項５】
前記第１ピッチ方向大腿部関節と前記第２ピッチ方向大腿部関節とが互いに結束解除される場合、前記制御部は前記第１ピッチ方向アクチュエータを動作させ、前記第２ピッチ方向アクチュエータを停止させることを特徴とする請求項３に記載の歩行ロボット。
【請求項６】
前記制御部は、前記第２ピッチ方向アクチュエータを動作させることを特徴とする請求項５に記載の歩行ロボット。
【請求項７】
前記動力伝達装置は、
前記第１ピッチ方向大腿部関節に連結される前記大腿リンクと、前記大腿リンクと離隔して前記第２ピッチ方向大腿部関節と前記下腿リンクに回転可能に連結される伝達リンクを具備し、
前記大腿リンクと前記下腿リンクとを連結する前記膝関節は、前記下腿リンクを長手方向に分けるどの一地点に設けられることを特徴とする請求項２に記載の歩行ロボット。
【請求項８】
前記伝達リンクは、前記第２ピッチ方向大腿部関節の中心から所定間隔離隔して設置されることを特徴とする請求項７に記載の歩行ロボット。
【請求項９】
前記第１ピッチ方向大腿部関節が駆動される際、前記動力伝達装置は、前記下腿リンクを前記大腿リンクの回転方向と異なる方向に回転させることを特徴とする請求項１に記載の歩行ロボット。
【請求項１０】
前記第２ピッチ方向大腿部関節が駆動される際、前記動力伝達装置は、前記下腿リンクを前記大腿リンクの回転方向と同一な方向に回転させることを特徴とする請求項２に記載の歩行ロボット。
【請求項１１】
前記第１ピッチ方向アクチュエータと前記第２ピッチ方向アクチュエータは、各々回転力を発生させるモータと、回転速度を調節する減速機からなることを特徴とする請求項２に記載の歩行ロボット。
【請求項１２】
前記第１ピッチ方向大腿部関節と前記第２ピッチ方向大腿部関節は、同一な回転中心を持つことを特徴とする請求項２に記載の歩行ロボット。
【請求項１３】
上体と大腿リンクとを連結する第１ピッチ方向大腿部関節と、大腿リンクと下腿リンクとを連結する膝関節を備える歩行ロボットであって、
前記大腿リンクを前記上体に対してピッチ方向に回転させるために、前記第１ピッチ方向大腿部関節を駆動する第１ピッチ方向アクチュエータと、
前記下腿リンクを前記大腿リンクに対してピッチ方向に回転させるために前記第１ピッチ方向アクチュエータと連動されて前記膝関節を駆動する動力伝達装置と、
を備えることを特徴とする歩行ロボット。
【請求項１４】
上体と、
前記上体に連結され、大腿リンクと下腿リンクを持つレグ部と、
前記上体に対し、前記レグ部をピッチ方向に回転させるための第１ピッチ方向大腿部関節及び第２ピッチ方向大腿部関節と、
前記第１ピッチ方向大腿部関節を駆動する第１ピッチ方向アクチュエータと、
前記第１ピッチ方向大腿部関節と第２ピッチ方向大腿部関節を駆動する第２ピッチ方向アクチュエータと、
前記下腿リンクが前記大腿リンクに対し、ピッチ方向に相対回転するように前記第２ピッチ方向大腿部関節と前記下腿リンクとを連結する伝達リンクと、
を含むことを特徴とする歩行ロボット。
【請求項１５】
前記第２ピッチ方向アクチュエータによる前記第２ピッチ方向大腿部関節の回転力を前記第１ピッチ方向大腿部関節に伝達または遮断する動力団束装置をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の歩行ロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２９１９３３（Ｐ２００９−２９１９３３Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６６９９０（Ｐ２００９−６６９９０）
【出願日】平成２１年３月１８日（２００９．３．１８）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ ４４２−７４２（ＫＲ）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１８日（２００９．３．１８）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ ４４２−７４２（ＫＲ）
【Ｆターム（参考）】
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