專利名稱：直動(dòng)連桿裝置及具有該直動(dòng)連桿裝置的雙足步行機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有保持制動(dòng)器的直動(dòng)連桿裝置及具有該直動(dòng)連桿裝置的雙足步行機(jī)器人，所述保持制動(dòng)器在促動(dòng)器停止時(shí)進(jìn)行保持、固定，以不使直動(dòng)連桿裝置伸縮。
背景技術(shù)：
以往，作為使用平行連桿(パラレルリンク)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人，提出了各種結(jié)構(gòu)的裝置。一般的，平行連桿機(jī)構(gòu)，具有被伸縮驅(qū)動(dòng)的6根直動(dòng)連桿，各直動(dòng)連桿的一端部經(jīng)由萬向接頭與基座結(jié)合，另一端部經(jīng)由另一個(gè)萬向接頭與末端執(zhí)行裝置結(jié)合。
作為這樣的使用平行連桿機(jī)構(gòu)的機(jī)器人，在特開平7-60678號公報(bào)(以下，稱為一號公報(bào))中，公開了“一種平行連桿機(jī)械手，設(shè)有基座板和末端執(zhí)行裝置以及具有連結(jié)這兩個(gè)裝置的促動(dòng)器的6根直動(dòng)連桿，直動(dòng)連桿，在其一端具有萬向節(jié)，在另一端具有萬向節(jié)及與其串連連接的繞軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)接頭，將直動(dòng)連桿相對于輸出較大方向線對稱且接近其軸地進(jìn)行配置?！钡窃谏鲜鲆酝募夹g(shù)中，具有如下的課題。
(1)在一號公報(bào)所公開的平行連桿機(jī)械手中，雖然通過直動(dòng)連桿支承末端執(zhí)行裝置，但是不僅在動(dòng)作時(shí)，即使在靜止時(shí)，為了通過直動(dòng)連桿支承末端執(zhí)行裝置的自重以及施加在其上的重量，也需要驅(qū)動(dòng)促動(dòng)器，具有在促動(dòng)器上施加過大的載荷的問題。
(2)另外，在使用平行連桿機(jī)構(gòu)的機(jī)器人中，在搭載電池作為電源的情況下，不僅在動(dòng)作時(shí)即使在靜止時(shí)，由于也驅(qū)動(dòng)促動(dòng)器，因此具有通過一次更換電池或充電而能夠動(dòng)作的動(dòng)作時(shí)間縮短，機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)效率低下的問題。
本發(fā)明就是用于解決上述以往的問題的，其目的在于提供一種直動(dòng)連桿裝置以及具有該直動(dòng)連桿裝置的雙足步行機(jī)器人，該機(jī)器人由于在促動(dòng)器停止時(shí)能夠通過保持制動(dòng)器進(jìn)行保持固定，以不使直動(dòng)連桿裝置伸縮，因此能夠降低施加在促動(dòng)器上的負(fù)載，同時(shí)能夠抑制電力消耗。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的直動(dòng)連桿裝置以及具有該直動(dòng)連桿裝置的雙足步行機(jī)器人具有如下的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的技術(shù)方案1所述的直動(dòng)連桿裝置，具有促動(dòng)器，通過上述促動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能夠在長度方向上自由伸縮，還具有保持固定上述促動(dòng)器的可動(dòng)部的保持制動(dòng)器。
通過該結(jié)構(gòu)，具有如下的作用。
(1)在通過直動(dòng)連桿裝置支承重物的狀態(tài)下，即使在停止促動(dòng)器時(shí)，也能夠通過保持制動(dòng)器保持固定可動(dòng)部，因此可不使可動(dòng)部因重物的重量而從動(dòng)地保持支承狀態(tài)。
(2)在通過直動(dòng)連桿裝置支承重物的狀態(tài)下，由于能夠停止促動(dòng)器，因此能夠降低施加在促動(dòng)器上的負(fù)載，同時(shí)，能夠抑制促動(dòng)器的運(yùn)轉(zhuǎn)能量消耗。
在此，作為促動(dòng)器，使用通過電力驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)或油壓、水壓、氣壓缸、直動(dòng)促動(dòng)器等。
另外，作為保持制動(dòng)器，在促動(dòng)器為電動(dòng)機(jī)等的情況下，使用由推壓板的推壓而產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行制動(dòng)的裝置，在促動(dòng)器為液壓缸的情況下，使用停止油、水的供給的開閉閥、伺服閥等。另外，在通過由推壓板的推壓而產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行制動(dòng)的情況下，為了將推壓板壓接在推壓板制動(dòng)部上，可以在兩者上配置永久磁鐵或?qū)烧哌M(jìn)行著磁而磁化，或者也可以通過彈簧等的彈性體的彈力將推壓板壓接在推壓板制動(dòng)部上。
技術(shù)方案2所述的直動(dòng)連桿裝置，在技術(shù)方案1所述的發(fā)明中，上述保持制動(dòng)器，具有在上述促動(dòng)器停止時(shí)，保持固定上述促動(dòng)器的上述可動(dòng)部的結(jié)構(gòu)。
通過該結(jié)構(gòu)，在技術(shù)方案1的作用的基礎(chǔ)上，還具有如下的作用。
(1)在通過直動(dòng)連桿裝置支承重物的狀態(tài)下，即使在由于機(jī)器的故障等而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)意外停止的情況下，也可通過利用保持制動(dòng)器保持固定可動(dòng)部而保持支承狀態(tài)，因此穩(wěn)定性及安全性優(yōu)異。
技術(shù)方案3所述的直動(dòng)連桿裝置，在技術(shù)方案2所述的發(fā)明中，具有作為上述促動(dòng)器的電動(dòng)機(jī)；固定在上述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上、并設(shè)置在上述直動(dòng)連桿裝置的長度方向上的長棒狀的外螺紋軸部；與上述外螺紋軸部螺合的內(nèi)螺紋螺母部；固定在上述內(nèi)螺紋螺母部上并通過上述電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)而在上述直動(dòng)連桿裝置的長度方向上滑動(dòng)的內(nèi)桿部；保持固定上述電動(dòng)機(jī)的上述旋轉(zhuǎn)軸的保持制動(dòng)器。
通過該結(jié)構(gòu)，在技術(shù)方案2的作用的基礎(chǔ)上，還具有如下的作用。
(1)由于通過保持制動(dòng)器能夠制動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)并固定內(nèi)桿部，因此在通過直動(dòng)連桿裝置支承重物的狀態(tài)下，能夠停止電動(dòng)機(jī)，保持支承狀態(tài)。
(2)在通過直動(dòng)連桿裝置支承重物的狀態(tài)下，在靜止的情況下，由于可以通過保持制動(dòng)器在保持靜止的狀態(tài)下停止電動(dòng)機(jī)，因此可以減輕施加在電動(dòng)機(jī)上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，同時(shí)，可以抑制電動(dòng)機(jī)的電能消耗。
技術(shù)方案4所述的雙足步行機(jī)器人，具有基座部；右足部及左足部；分別設(shè)置在上述基座部和上述右足部及左足部上的多個(gè)從動(dòng)聯(lián)軸節(jié)(受動(dòng)ジョイント)；平行連桿機(jī)構(gòu)部，該平行連桿機(jī)構(gòu)部分別配設(shè)在設(shè)置于上述基座部的上述從動(dòng)聯(lián)軸節(jié)和設(shè)置于上述右足部的上述從動(dòng)聯(lián)軸節(jié)之間，及設(shè)置于上述基座部的上述從動(dòng)聯(lián)軸節(jié)和設(shè)置于上述左足部的上述從動(dòng)聯(lián)軸節(jié)之間；作為上述平行連桿機(jī)構(gòu)部的連桿的技術(shù)方案1至3中的任何一項(xiàng)所述的直動(dòng)連桿裝置。
通過該結(jié)構(gòu)，具有如下的作用。
(1)在雙足步行機(jī)器人的靜止?fàn)顟B(tài)，即，姿勢固定狀態(tài)下，由于可以通過保持制動(dòng)器保持固定促動(dòng)器的可動(dòng)部，因此可以不使促動(dòng)器的可動(dòng)部由于機(jī)器人的自重等而隨動(dòng)地、保持靜止?fàn)顟B(tài)的姿勢，同時(shí)可以降低施加在促動(dòng)器上的負(fù)載。
(2)在雙足步行機(jī)器人的靜止?fàn)顟B(tài)，即，姿勢固定狀態(tài)下，由于可以停止向促動(dòng)器供給運(yùn)轉(zhuǎn)能量，因此可以降低促動(dòng)器的消耗能量，例如，在通過搭載的電池向電促動(dòng)器供給電力的情況下，通過一次的電池更換或充電而能夠動(dòng)作的動(dòng)作時(shí)間變長，可提高雙足步行機(jī)器人的效率。
(3)即使在由于機(jī)器的故障等而導(dǎo)致在動(dòng)作中促動(dòng)器意外停止的情況下，由于雙足步行機(jī)器人可以保持姿勢，因此不會(huì)發(fā)生由于翻倒而引起的雙足步行機(jī)器人自身的破損或由于翻倒而引起的事故，穩(wěn)定性及安全性優(yōu)異。
(4)在雙足步行機(jī)器人的輸送時(shí)或待機(jī)時(shí)，由于可以不驅(qū)動(dòng)促動(dòng)器地保持姿勢，因此可以減輕施加在促動(dòng)器上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，同時(shí)可以抑制促動(dòng)器的運(yùn)轉(zhuǎn)能量的消耗。
技術(shù)方案5所述的雙足步行機(jī)器人，在技術(shù)方案4所述的發(fā)明中，具有在上述基座部和上述右足部之間、以及在上述基座部和上述左足部之間設(shè)置的各三組的上述平行連桿機(jī)構(gòu)部。
通過該結(jié)構(gòu)，在技術(shù)方案4的作用的基礎(chǔ)上，還具有如下的作用。
(1)用于左右的腳部的各平行連桿機(jī)構(gòu)部，以兩根連桿為一組設(shè)置成V字形狀，并通過將其設(shè)置3組的斯特瓦爾特(Stewart)平臺而構(gòu)成，因此穩(wěn)定性及剛性優(yōu)異，同時(shí)能夠使動(dòng)作控制簡便化。


圖1是實(shí)施方式1的直動(dòng)連桿裝置的要部立體圖。
圖2(a)是實(shí)施方式1中的直動(dòng)連桿裝置的要部側(cè)視圖。
圖2(b)是沿著圖2(a)的A-A線的要部剖面圖。
圖3(a)是表示保持制動(dòng)器的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖。
圖3(b)是表示保持制動(dòng)器的電動(dòng)機(jī)停止時(shí)的狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是實(shí)施方式2中的雙足步行機(jī)器人的立體圖。
具體實(shí)施例方式
下面使用附圖就本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說明。
(實(shí)施方式1)圖1是本實(shí)施方式1的直動(dòng)連桿裝置的要部立體圖；圖2(a)是實(shí)施方式1中的直動(dòng)連桿裝置的要部側(cè)視圖；圖2(b)是沿著圖2(a)中的A-A線的要部剖面圖；圖3(a)是表示保持制動(dòng)器的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖；圖3(b)是表示保持制動(dòng)器的電動(dòng)機(jī)停止時(shí)的狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖。
在圖1或圖2中，1為直動(dòng)連桿裝置，21為保持后述的電動(dòng)機(jī)、齒輪組件、保持制動(dòng)器、旋轉(zhuǎn)編碼器等的保持殼體，22為從保持殼體21延伸設(shè)置的中空狀的外管部，23為插入外管部22中并在直動(dòng)連桿裝置1的長度方向上滑動(dòng)的內(nèi)桿部。直動(dòng)連桿裝置1的伸縮通過內(nèi)桿部23滑動(dòng)而進(jìn)行。24為在內(nèi)桿部23上沿其長度方向形成的外螺紋軸插通孔，25為在內(nèi)桿部23的外周上上下相對且在其長度方向上形成的桿導(dǎo)軌部，26是桿導(dǎo)軌部25所嵌合、滑動(dòng)的導(dǎo)軌引導(dǎo)部，27是用于檢測內(nèi)桿部23的初始位置的初始位置傳感器，28是作為用于使直動(dòng)連桿裝置1伸縮的促動(dòng)器的電動(dòng)機(jī)，29是將電動(dòng)機(jī)28的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)減速為規(guī)定的旋轉(zhuǎn)速度的齒輪組件，30是配置于電動(dòng)機(jī)28的后部側(cè)的保持制動(dòng)器，31是檢測電動(dòng)機(jī)28的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器，32是經(jīng)由齒輪組件29連結(jié)旋轉(zhuǎn)軸和后述的外螺紋軸部的連結(jié)器，33是支承后述的外螺紋軸部的軸承，34是插通內(nèi)桿部23的外螺紋軸插通孔24并設(shè)置在外管部22的內(nèi)部、外周進(jìn)行螺紋切割的外螺紋軸部，35是固定在內(nèi)桿部23的外管部22的內(nèi)部側(cè)端部的外螺紋軸插通孔24內(nèi)、與外螺紋軸部34螺合的內(nèi)螺紋螺母部，36a、36b是制動(dòng)器。
在圖3中，28是電動(dòng)機(jī)，30是保持制動(dòng)器，41是延伸設(shè)置在電動(dòng)機(jī)28的后部側(cè)的電動(dòng)機(jī)28的旋轉(zhuǎn)軸，42是設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸41的周圍的線圈部，43a、43b是線圈部42的端子。線圈部42的端子43a、43b與未圖示的邏輯電路相連接，該邏輯電路根據(jù)外部的計(jì)算機(jī)等的控制裝置的指令經(jīng)由繼電器向線圈部42施加或者停止施加電壓。由此，伴隨著電動(dòng)機(jī)28的驅(qū)動(dòng)、停止對線圈部42進(jìn)行通電、打開。此外，也可以代替邏輯電路，將端子43a、43b并列連接到與電動(dòng)機(jī)28連接的驅(qū)動(dòng)電源的配線，并進(jìn)行控制以便伴隨著停止同步地施加電壓。
作為向線圈部42施加電壓的時(shí)間，例如，在電動(dòng)機(jī)28停止的狀態(tài)下，如果沒有向線圈部42施加電壓，則從外部的控制裝置向控制電動(dòng)機(jī)28的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器施加使電動(dòng)機(jī)28旋轉(zhuǎn)的速度指令，此時(shí)，邏輯電路向線圈部42施加電壓，伴隨著電動(dòng)機(jī)28的驅(qū)動(dòng)打開保持制動(dòng)器30。作為向線圈部42停止施加電壓的時(shí)間，例如，在電動(dòng)機(jī)28被驅(qū)動(dòng)、向線圈部42施加電壓的狀態(tài)下，從外部的控制裝置向控制電動(dòng)機(jī)28的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器施加使電動(dòng)機(jī)28的速度為0的速度指令，此時(shí)，邏輯電路停止向線圈部42施加電壓，伴隨著電動(dòng)機(jī)28的停止使保持制動(dòng)器30進(jìn)行動(dòng)作。
44是在旋轉(zhuǎn)軸41的長度方向上滑動(dòng)自如地配置在旋轉(zhuǎn)軸41上的圓板狀的按壓板，44a是形成在按壓板44的后述的按壓板制動(dòng)部側(cè)的按壓面，45是穿設(shè)在按壓板44的中心部、插通有旋轉(zhuǎn)軸41的旋轉(zhuǎn)軸插通孔，46是突出設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸41的前端部上的鍵，47是形成在按壓板44的旋轉(zhuǎn)軸插通孔45的內(nèi)周面上、鍵46嵌合滑動(dòng)的鍵滑動(dòng)槽，48是與按壓面44a相對地設(shè)置在按壓板44的電動(dòng)機(jī)28側(cè)的按壓板制動(dòng)部。
在此，按壓板44和按壓板制動(dòng)部48，為相互磁性吸引的結(jié)構(gòu)。按壓板44至少在按壓面44a中被磁化為S極或者N極，與推壓面44a相對設(shè)置的推壓板制動(dòng)部48被磁化為N極或者S極。另外，推壓板44和推壓板制動(dòng)部48可以分別使用磁化有規(guī)定的磁極的永久磁鐵，或者可以卷繞線圈等、通過通電產(chǎn)生規(guī)定的磁力。例如，在將推壓板44磁化為S極、將推壓板制動(dòng)部48磁化為N極的情況下，將通過線圈42產(chǎn)生的磁力設(shè)定為S極，以便與推壓板44的S極相斥。另外，推壓板制動(dòng)部48的磁力，設(shè)定為小于通過對線圈部42通電而產(chǎn)生的磁力。在對線圈部42通電時(shí)，由于線圈部42的推壓板44側(cè)產(chǎn)生的S極的磁力，大于推壓板制動(dòng)部48的N極的磁力，因此推壓板44被向電動(dòng)機(jī)28的后部側(cè)排斥，從推壓板制動(dòng)部48隔離。
另外，基于保持制動(dòng)器30的制動(dòng)力，與推壓板制動(dòng)部48推壓推壓板44的推壓力成比例。推壓板44的朝向推壓板制動(dòng)部48的推壓力，通過適當(dāng)設(shè)定推壓板44、推壓板制動(dòng)部48的S極或者N極的磁力及由線圈部42產(chǎn)生的磁力，而進(jìn)行調(diào)整。特別是，通過增大向線圈部42施加的電壓，能夠增大在線圈部42上產(chǎn)生的磁力。另外，由保持制動(dòng)器30產(chǎn)生的制動(dòng)力，最好考慮齒輪組件29的減速比、外螺紋軸部34及與其螺合的內(nèi)螺紋螺母部35的導(dǎo)程角等進(jìn)行設(shè)定。另外，為了獲得設(shè)定保持制動(dòng)器30的制動(dòng)力，最好設(shè)定向線圈部42施加的電壓。
另外，推壓板44，由于在形成在推壓板44的旋轉(zhuǎn)軸插通孔45上的鍵滑動(dòng)槽47中，滑動(dòng)自如地嵌合有突出設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸41的周面上的鍵46，因此伴隨著旋轉(zhuǎn)軸41的旋轉(zhuǎn)而聯(lián)動(dòng)地旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，在旋轉(zhuǎn)軸41的長度方向自由滑動(dòng)。另外，雖然沒有圖示，但為了防止鍵41脫離，最好在鍵滑動(dòng)槽47的至少電動(dòng)機(jī)28側(cè)的端部上配置制動(dòng)器。
下面，使用附圖對如上構(gòu)成的本實(shí)施方式1的直動(dòng)連桿裝置的動(dòng)作進(jìn)行說明。
如圖1或者圖2所示，若驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)28，則電動(dòng)機(jī)28的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，并通過齒輪組件29以規(guī)定的減速比減速，外螺紋軸部34旋轉(zhuǎn)。在外螺紋軸部34上螺合有固定在內(nèi)桿部23上的內(nèi)螺紋螺母部35。在此，內(nèi)桿部23，由于在導(dǎo)軌引導(dǎo)部26中嵌合有設(shè)置在外周面上的桿導(dǎo)軌部25，因此雖然在長度方向上滑動(dòng)，但是不向軸的周向旋轉(zhuǎn)。由此，如果外螺紋軸部34旋轉(zhuǎn)，則利用進(jìn)給螺紋機(jī)構(gòu)經(jīng)由內(nèi)螺紋螺母部35，內(nèi)桿部23向其長度方向滑動(dòng)。如此，直動(dòng)連桿裝置1伸縮。
在電動(dòng)機(jī)28驅(qū)動(dòng)時(shí)，如圖3(a)所示，向保持制動(dòng)器30的線圈部42施加電壓，進(jìn)行通電。在本實(shí)施方式1中，伴隨著電動(dòng)機(jī)28的驅(qū)動(dòng)，向線圈部42施加24伏的電壓。如果向線圈部42通電，則由于通過線圈部42在推壓板44側(cè)產(chǎn)生S極的磁力，因此向推壓板44施加的S極的磁力，與線圈部42的推壓板44側(cè)產(chǎn)生的S極的磁力相斥，推壓板44被向電動(dòng)機(jī)28的后部側(cè)加力。如此，在電動(dòng)機(jī)28的驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于推壓板44從推壓板制動(dòng)部48離開，因此推壓板44與旋轉(zhuǎn)軸41聯(lián)動(dòng)地沒有阻力地旋轉(zhuǎn)。
在電動(dòng)機(jī)28停止時(shí)，如圖3(b)所示，停止向保持制動(dòng)器30的線圈部42施加電壓。通過停止向線圈部42施加電壓，推壓板制動(dòng)部48的N極和推壓板44的S極互相吸引、推壓板44被向推壓板制動(dòng)部48側(cè)施力，在推壓面44a中，被壓設(shè)在推壓板制動(dòng)部48上。如此，在電動(dòng)機(jī)28停止時(shí)，由于推壓板42的推壓面44a與推壓板制動(dòng)部48抵接，并被推壓，因此旋轉(zhuǎn)軸41通過推壓面44a的摩擦力被制動(dòng)。
如果制動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸41，則如圖2所示，由于直動(dòng)連桿裝置1的外螺紋軸部34被固定，因此內(nèi)桿部23被固定，即使在向直動(dòng)連桿裝置1的長度方向施加的力的情況下，也不會(huì)滑動(dòng)。如此，在電動(dòng)機(jī)28停止時(shí)，直動(dòng)連桿裝置1不會(huì)伸縮。
另外，在本實(shí)施方式1中，雖然在電動(dòng)機(jī)28的后部側(cè)配置保持制動(dòng)器30，但是并不局限于此，也可以在電動(dòng)機(jī)28的前部側(cè)配置保持制動(dòng)器30。
此外，在本實(shí)施方式1中，保持制動(dòng)器30通過磁力推壓推壓板44、產(chǎn)生制動(dòng)力，但是并不局限于此，也可以通過螺旋彈簧、板彈簧等的彈性體的彈力推壓推壓板、進(jìn)行制動(dòng)。
另外，在本實(shí)施方式1中，直動(dòng)連桿裝置1作為促動(dòng)器利用使用電動(dòng)機(jī)的進(jìn)給螺紋機(jī)構(gòu)、在長度方向上伸縮自如地形成，但是，并不局限于此，也可以使用直動(dòng)型促動(dòng)器代替使用電動(dòng)機(jī)的進(jìn)給螺紋機(jī)構(gòu)，所述直動(dòng)型促動(dòng)器具有經(jīng)由使用油壓、水壓、氣壓等的汽缸、齒條、小齒輪(ピニオン)等將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)的形式等。在使用油壓缸的情況下，可以將開閉閥、伺服閥等作為保持制動(dòng)器進(jìn)行使用，該開閉閥、伺服閥等停止向液壓缸內(nèi)供給油或者停止從液壓缸流出油。這種情況下，該開閉閥、伺服閥的開閉時(shí)間，與在實(shí)施方式1所說明的保持制動(dòng)器的動(dòng)作時(shí)間相同，由此，能夠獲得同樣的效果。
由于如上地構(gòu)成本實(shí)施方式1的直動(dòng)連桿裝置，因此具有如下的作用。
(1)由于可以通過保持制動(dòng)器30制動(dòng)電動(dòng)機(jī)28的旋轉(zhuǎn)軸41的旋轉(zhuǎn)，因此可以在通過直動(dòng)連桿裝置1支承重物的狀態(tài)下，停止電動(dòng)機(jī)28，并保持支承狀態(tài)。
(2)在通過直動(dòng)連桿裝置1支承重物的狀態(tài)下靜止時(shí)，由于通過保持制動(dòng)器30保持靜止?fàn)顟B(tài)，并在該狀態(tài)下停止電動(dòng)機(jī)28，因此能夠減輕向電動(dòng)機(jī)28施加的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，同時(shí)可以抑制電動(dòng)機(jī)28的電力消耗。
(3)在通過直動(dòng)連桿裝置1支承重物的狀態(tài)下，即使在由于機(jī)器的故障等而造成電動(dòng)機(jī)28意外停止的情況下，也能夠通過保持制動(dòng)器30保持固定旋轉(zhuǎn)軸41，以此可以保持支撐狀態(tài)，因此穩(wěn)定性及安全性優(yōu)異。
下面，對使用在實(shí)施方式1說明的直動(dòng)連桿裝置的雙足步行機(jī)器人進(jìn)行說明。
(實(shí)施方式2)圖4是本實(shí)施方式2的雙足步行機(jī)器人的立體圖。
在圖4中，1是在實(shí)施方式1中說明的直動(dòng)連桿裝置，101是本實(shí)施方式2的雙足步行機(jī)器人，101a是雙足步行機(jī)器人101的右腳的平行連桿機(jī)構(gòu)部，101b是雙足步行機(jī)器人101的左腳的平行連桿機(jī)構(gòu)部，102是基座部，103是隔離設(shè)置在基座部102的下部的右足部，103a是固定在右足部103的上部的平板狀的固定板，104是與基座部102的下部隔離、與右足部103并列設(shè)置的左足部，104a是固定在左足部104的上部的平板狀的固定板，106是固定在基座部102的下面?zhèn)鹊囊?guī)定位置上的基座部側(cè)自由從動(dòng)聯(lián)軸節(jié)，107是固定在右足部103及左足部104的固定板103a、104a的上面?zhèn)鹊囊?guī)定位置上的足部側(cè)自由從動(dòng)聯(lián)軸節(jié)，108是配置在基座部102的上面的控制裝置部，109是配置在控制裝置部108的后部的控制用計(jì)算機(jī)，110是羅盤，111是電池，112是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用電路部。
在此，直動(dòng)連桿裝置1，兩個(gè)為一組配置成V字形狀，即，上端部分別與基座部側(cè)自由從動(dòng)聯(lián)軸節(jié)106連結(jié)，下端部與一個(gè)足部側(cè)自由從動(dòng)聯(lián)軸節(jié)107連結(jié)。一組的直動(dòng)連桿裝置1，在右腳及左腳上分別俯視呈三角形狀地各配置有3組，在一只腳上配置有6根，合計(jì)12根。即，本實(shí)施方式1的雙足步行機(jī)器人101的左右腳部，分別通過斯特瓦爾特(Stewart)平臺構(gòu)成。由此，動(dòng)作的穩(wěn)定性及強(qiáng)度優(yōu)異。另外，在一個(gè)基座部側(cè)自由從動(dòng)聯(lián)軸節(jié)106上連結(jié)有一個(gè)直動(dòng)連桿裝置1的上端部，在一個(gè)足部側(cè)自由從動(dòng)聯(lián)軸節(jié)107上連結(jié)有兩個(gè)直動(dòng)連桿裝置1的下端部。
羅盤110、電池111、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用線路部112設(shè)置在控制裝置部108上。在本實(shí)施方式2中，作為電池111使用鎳氫電池。
另外，在右足部103及左足部104的底面?zhèn)壬希O(shè)置有檢測地面反作用力的6軸力覺傳感器。6軸力覺傳感器，能夠同時(shí)且逐次連續(xù)地高精度檢測出各軸方向的力的三個(gè)成分和各軸的周圍的力矩的三個(gè)成分。另外，可以根據(jù)6軸力覺傳感器所檢測出的值進(jìn)行ZMP(ZeroMoment Point)控制。
下面使用附圖對如上構(gòu)成的本實(shí)施方式2的雙足步行機(jī)器人的動(dòng)作進(jìn)行說明。在本實(shí)施方式2中，對雙足步行機(jī)器人101的右腳的動(dòng)作進(jìn)行說明。由于左腳的動(dòng)作與右腳的動(dòng)作相同，所以省略說明。
在使右腳動(dòng)作的情況下，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的步行模式計(jì)算右足部103的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)，并根據(jù)算出的值驅(qū)動(dòng)直動(dòng)連桿裝置1的各個(gè)電動(dòng)機(jī)28，使內(nèi)桿部23滑動(dòng)、使直動(dòng)連桿裝置1伸縮。配置在直動(dòng)連桿裝置1與基座部102或者與右足部103的連結(jié)部分上的基座部側(cè)自由從動(dòng)聯(lián)軸節(jié)106、足部側(cè)自由從動(dòng)聯(lián)軸節(jié)107，追隨直動(dòng)連桿裝置1的伸縮且不對其造成妨礙地圓滑從動(dòng)。直動(dòng)連桿裝置1的電動(dòng)機(jī)28的旋轉(zhuǎn)，通過分別配置在其上的旋轉(zhuǎn)編碼器31進(jìn)行檢測，取得的檢測值作為角度數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋，對直動(dòng)連桿裝置1進(jìn)行反饋控制。由此，右足部103，能夠進(jìn)行一步踏出動(dòng)作、原地踏步動(dòng)作等。進(jìn)而，通過利用右足部103和左足部104交替連續(xù)進(jìn)行這樣的動(dòng)作，能夠進(jìn)行步行動(dòng)作。
在雙足步行機(jī)器人101處于動(dòng)作的情況下，向電動(dòng)機(jī)28供給電力，并向線圈部42通電。由此，打開保持制動(dòng)器30。
在雙足步行機(jī)器人101處于靜止?fàn)顟B(tài)、即姿勢固定狀態(tài)的情況下，若停止向電動(dòng)機(jī)28供給電力，則與此同時(shí)，停止向線圈部42通電，通過保持制動(dòng)器30保持固定電動(dòng)機(jī)28的旋轉(zhuǎn)軸41，固定內(nèi)桿部23。由此，直動(dòng)連桿裝置1不會(huì)由于自重而從動(dòng)伸縮地保持靜止?fàn)顟B(tài)的姿勢。
另外，在本實(shí)施方式2中，可以設(shè)置能夠進(jìn)行保持制動(dòng)器30的動(dòng)作、電動(dòng)機(jī)28的停止的外部開關(guān)。由此，雙足步行機(jī)器人101的操作者，在操作中察覺到危險(xiǎn)的情況下，能夠迅速地停止雙足步行機(jī)器人101的動(dòng)作，同時(shí)，由于雙足步行機(jī)器人101能夠保持姿勢，因此在緊急停止時(shí)，不會(huì)發(fā)生由于翻倒而引起的雙足步行機(jī)器人101自身的破損和由于翻倒而引起的事故，穩(wěn)定性及安全性優(yōu)異。
由于本實(shí)施方式2的雙足步行機(jī)器人如上述地構(gòu)成，因此具有如下的作用。
(1)在雙足步行機(jī)器人101的靜止?fàn)顟B(tài)、即姿勢固定的狀態(tài)下，由于通過保持制動(dòng)器30能夠保持固定電動(dòng)機(jī)28的旋轉(zhuǎn)軸41，因此可以不使內(nèi)桿部23由于自重而從動(dòng)地保持靜止?fàn)顟B(tài)的姿勢，同時(shí)，能夠減少向電動(dòng)機(jī)28施加的負(fù)載。
(2)在雙足步行機(jī)器人101的靜止?fàn)顟B(tài)、即姿勢固定狀態(tài)下，由于能夠停止向電動(dòng)機(jī)28供給電力，因此能夠減少電動(dòng)機(jī)28的消耗能量，通過所搭載的電池111的一次更換或者充電而能夠動(dòng)作的動(dòng)作時(shí)間變長，能夠提高雙足步行機(jī)器人101的工作效率。
(3)即使在由于設(shè)備的故障等而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)28在動(dòng)作中意外停止的情況下，雙足步行機(jī)器人101也能夠保持姿勢，因此，不會(huì)發(fā)生由于翻倒而引起的雙足步行機(jī)器人101自身的破損和由于翻倒而引起的事故，穩(wěn)定性及安全性優(yōu)異。
(4)在雙足步行機(jī)器人101的輸送時(shí)、待機(jī)時(shí)，由于能夠不驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)28地保持姿勢，因此能夠減輕向電動(dòng)機(jī)28施加的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，并能夠抑制電動(dòng)機(jī)28的電力消耗。
(5)由于腳部由平行連桿機(jī)構(gòu)形成，因此右足部103及左足部104的輸出較大，能夠經(jīng)受較大的負(fù)載，能夠輸送重物、且實(shí)用性優(yōu)異，所述平行連桿機(jī)構(gòu)在各個(gè)基座部102和右足部103、左足部104之間并列地配置有多個(gè)直動(dòng)連桿裝置1。
(6)由于雙足步行機(jī)器人101的左右的腳部分別由平行連桿機(jī)構(gòu)形成，該平行連桿機(jī)構(gòu)在各個(gè)基座部102和右足部103、左足部104之間并列地配置有多個(gè)直動(dòng)連桿裝置1，因此能夠經(jīng)受較大的負(fù)載，能夠輸送重物、且實(shí)用性優(yōu)異，同時(shí)，由于在雙足步行機(jī)器人101的腳部的動(dòng)作中不需要上半身的補(bǔ)償動(dòng)作，因此能夠搭載或者組裝重量大的上半身，設(shè)計(jì)自由度優(yōu)異。
(7)由于由步行動(dòng)作中的直動(dòng)連桿裝置1的可動(dòng)變位的誤差引起的右足部103或者左足部104的位置誤差平均化，因此能夠進(jìn)行高精度的動(dòng)作，同時(shí)，由于在檢測直動(dòng)連桿裝置1的變位的旋轉(zhuǎn)編碼器31中不需要較高的分辨率，因此生產(chǎn)性優(yōu)異。
(8)由于向各個(gè)直動(dòng)連桿裝置1僅施加拉伸力及壓縮力，而不施加彎矩，因此強(qiáng)度及剛性優(yōu)異，同時(shí)材料、形狀的選擇的范圍較寬，設(shè)計(jì)上的自由度優(yōu)異。另外，由于利用使用外螺紋軸部34和內(nèi)螺紋螺母部35的進(jìn)給螺紋機(jī)構(gòu)使內(nèi)桿部23滑動(dòng)，因此控制容易且強(qiáng)度及剛性優(yōu)異。
(9)由于能夠使用同一結(jié)構(gòu)的裝置作為多個(gè)直動(dòng)連桿裝置1，因此制造時(shí)的經(jīng)濟(jì)性及生產(chǎn)性優(yōu)異，同時(shí)能夠提高維護(hù)性。
(10)由于直動(dòng)連桿裝置1兩個(gè)為一組配置成V字形狀，并且在右足部及左足部上分別至少配置三組、且配置成俯視三角形狀，因此雙足步行機(jī)器人的左右的腳部分別由斯特瓦爾特(Stewart)平臺構(gòu)成，穩(wěn)定性及強(qiáng)度優(yōu)異。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的直動(dòng)連桿裝置及具有其的雙足步行機(jī)器人，具有如下的有利的效果。
根據(jù)技術(shù)方案1所記載的發(fā)明，(1)由于在通過直動(dòng)連桿裝置支承重物的狀態(tài)下，即使在停止促動(dòng)器的情況下，也可以通過保持制動(dòng)器保持固定可動(dòng)部，因此可以提供可動(dòng)部不會(huì)由于重物的重量而從動(dòng)、能夠保持支承狀態(tài)的直動(dòng)連桿裝置。
(2)由于在通過直動(dòng)連桿裝置支承重物的狀態(tài)下能夠停止促動(dòng)器，因此可以提供能夠減輕向促動(dòng)器施加的負(fù)載、同時(shí)能夠抑制促動(dòng)器的運(yùn)轉(zhuǎn)能量的消耗的直動(dòng)連桿裝置。
根據(jù)技術(shù)方案2所記載的發(fā)明，在技術(shù)方案1的效果的基礎(chǔ)上，(1)由于在通過直動(dòng)連桿裝置支承重物的狀態(tài)下，即使在由于設(shè)備的故障等而引起電動(dòng)機(jī)意外停止的情況下，也能夠通過利用保持制動(dòng)器保持固定可動(dòng)部而保持支承狀態(tài)，因此可以提供穩(wěn)定性及安全性優(yōu)異的直動(dòng)連桿裝置。
根據(jù)技術(shù)方案3所記載的發(fā)明，在技術(shù)方案2的效果的基礎(chǔ)上，(1)由于可以通過保持制動(dòng)器制動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)并固定內(nèi)桿部，因此可以提供在通過直動(dòng)連桿裝置保持重物的狀態(tài)下能夠停止電動(dòng)機(jī)、并能夠保持支承狀態(tài)的直動(dòng)連桿裝置。
(2)由于在通過直動(dòng)連桿裝置保持重物的狀態(tài)下，在靜止的情況下，能夠通過保持制動(dòng)器保持靜止?fàn)顟B(tài)并停止電動(dòng)機(jī)，因此，可以提供能夠減輕向電動(dòng)機(jī)施加的負(fù)載轉(zhuǎn)矩并可以抑制電動(dòng)機(jī)的消耗電力的直動(dòng)連桿裝置。
根據(jù)技術(shù)方案4所記載的發(fā)明，(1)由于在雙足步行機(jī)器人的靜止?fàn)顟B(tài)、即姿勢固定狀態(tài)下，能夠通過保持制動(dòng)器保持固定促動(dòng)器的可動(dòng)部，因此可以提供如下的雙足步行機(jī)器人，即，可以不使促動(dòng)器的可動(dòng)部由于機(jī)器人的自重等而從動(dòng)地保持靜止?fàn)顟B(tài)的姿勢，同時(shí)，能夠減輕向促動(dòng)器施加的負(fù)載。
(2)由于在雙足步行機(jī)器人的靜止?fàn)顟B(tài)、即姿勢固定狀態(tài)下，能夠停止向促動(dòng)器供給運(yùn)轉(zhuǎn)能量，因此可以提供如下的雙足步行機(jī)器人，即，能夠減少促動(dòng)器的消耗能量，例如，在通過搭載的電池向電促動(dòng)器供給電力的情況下，通過一次電池的更換或者充電而能夠動(dòng)作的工作時(shí)間變長，能夠提高雙足步行機(jī)器人的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。
(3)由于即使在因設(shè)備的故障等而引起促動(dòng)器在工作中意外停止的情況下，雙足步行機(jī)器人也能夠保持姿勢，因此可以提供不會(huì)發(fā)生由于翻倒而引起的雙足步行機(jī)器人自身的破損和由于翻倒而引起的事故、穩(wěn)定性及安全性優(yōu)異的雙足步行機(jī)器人。
(4)由于在雙足步行機(jī)器人的輸送時(shí)和待機(jī)時(shí)，能夠不驅(qū)動(dòng)促動(dòng)器地保持姿勢，因此可以提供能夠減少向促動(dòng)器施加的負(fù)載轉(zhuǎn)矩、同時(shí)可以抑制促動(dòng)器的運(yùn)轉(zhuǎn)能量的消耗的雙足步行機(jī)器人。
根據(jù)技術(shù)方案5所述的發(fā)明，在技術(shù)方案4的效果的基礎(chǔ)上，(1)由于左右的腳部所使用的各個(gè)平行連桿機(jī)構(gòu)部，以兩根連桿為一組并配置成V字形狀，并通過將其配置三組的斯特瓦爾特(Stewart)平臺構(gòu)成，因此能夠提供穩(wěn)定性及剛性優(yōu)異并且能使動(dòng)作控制簡單化的雙足步行機(jī)器人。
權(quán)利要求
1.一種直動(dòng)連桿裝置，具有促動(dòng)器，通過上述促動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能夠在長度方向上自由伸縮，其特征在于，還具有保持固定上述促動(dòng)器的可動(dòng)部的保持制動(dòng)器。
2.如權(quán)利要求1所述的直動(dòng)連桿裝置，其特征在于，上述保持制動(dòng)器，在上述促動(dòng)器停止時(shí)，保持固定上述促動(dòng)器的上述可動(dòng)部。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的直動(dòng)連桿裝置，其特征在于，具有作為上述促動(dòng)器的電動(dòng)機(jī)；固定在上述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上、并設(shè)置在上述直動(dòng)連桿裝置的長度方向上的長棒狀的外螺紋軸部；與上述外螺紋軸部螺合的內(nèi)螺紋螺母部；固定在上述內(nèi)螺紋螺母部上、并通過上述電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)而在上述直動(dòng)連桿裝置的長度方向上滑動(dòng)的內(nèi)桿部；保持固定上述電動(dòng)機(jī)的上述旋轉(zhuǎn)軸的保持制動(dòng)器。
4.一種雙足步行機(jī)器人，其特征在于，具有基座部；右足部及左足部；分別設(shè)置在上述基座部和上述右足部及上述左足部上的多個(gè)從動(dòng)聯(lián)軸節(jié)；平行連桿機(jī)構(gòu)部，該平行連桿機(jī)構(gòu)部分別配設(shè)在設(shè)置于上述基座部的上述從動(dòng)聯(lián)軸節(jié)和設(shè)置于上述右足部的上述從動(dòng)聯(lián)軸節(jié)之間，及設(shè)置于上述基座部的上述從動(dòng)聯(lián)軸節(jié)和設(shè)置于上述左足部的上述從動(dòng)聯(lián)軸節(jié)之間；作為上述平行連桿機(jī)構(gòu)部的連桿的、權(quán)利要求1至3中的任何一項(xiàng)所述的直動(dòng)連桿裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的雙足步行機(jī)器人，其特征在于，具有在上述基座部和上述右足部之間、及在上述基座部和上述左足部之間設(shè)置的各三組的上述平行連桿機(jī)構(gòu)部。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種直動(dòng)連桿裝置及具有該直動(dòng)連桿裝置的雙足步行機(jī)器人，該直動(dòng)連桿裝置由于在促動(dòng)器停止時(shí)能夠通過保持制動(dòng)器進(jìn)行保持固定，以不使直動(dòng)連桿裝置伸縮，因此能夠減輕向促動(dòng)器施加的負(fù)載，同時(shí)能夠抑制電力消耗。本發(fā)明的直動(dòng)連桿裝置(1)，具有促動(dòng)器(28)，通過上述促動(dòng)器(28)的驅(qū)動(dòng)能夠在長度方向上自由伸縮，還具有保持固定上述促動(dòng)器(28)的可動(dòng)部(41)的保持制動(dòng)器。另外，本發(fā)明的雙足步行機(jī)器人，具有直動(dòng)連桿裝置(1)，該直動(dòng)連桿裝置(1)具有保持固定促動(dòng)器(28)的可動(dòng)部(41)的保持制動(dòng)器(30)。
文檔編號B25J19/00GK1819900SQ03826958
公開日2006年8月16日 申請日期2003年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月12日
發(fā)明者高西淳夫, 井野重秋, 高本陽一, 馬場勝之 申請人:提姆查克股份有限公司, 高西淳夫