專利名稱：雙足步行機(jī)器人的下半身模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可只用下半身進(jìn)行步行動(dòng)作的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，尤其是涉及使用并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)(パラレルリンク)作為腳部的機(jī)構(gòu)的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，大力研究開(kāi)發(fā)了在人的生活環(huán)境中進(jìn)行活動(dòng)的人形機(jī)器人，即所謂的宇宙機(jī)器人。宇宙機(jī)器人不僅是在工業(yè)生產(chǎn)中，而且也多以家務(wù)、看護(hù)老年人等使人們的生活舒適為目的而使用，為了在以人為目的而形成的環(huán)境中與不特定的使用者密切合作，需要具有與此相對(duì)應(yīng)的形態(tài)和功能。并且，要求不需要進(jìn)行特別的使用訓(xùn)練而具有安全的柔軟的接觸面，具有非常多的研究課題。尤其是，很多研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)正在對(duì)作為移動(dòng)裝置的與人相同地具有雙足、進(jìn)行雙足步行的雙足步行機(jī)器人進(jìn)行深入的研究和開(kāi)發(fā)。
現(xiàn)有的雙足步行機(jī)器人都是在腳部機(jī)構(gòu)中使用運(yùn)動(dòng)學(xué)上限制少的串聯(lián)桿機(jī)構(gòu)。串聯(lián)桿機(jī)構(gòu)是將多條桿串聯(lián)連結(jié)的機(jī)構(gòu)，廣泛用于生產(chǎn)用的機(jī)械手等上。
通過(guò)由這樣的串聯(lián)桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成腳部的雙足步行機(jī)器人在特開(kāi)平5-237775號(hào)公報(bào)(以下稱為公報(bào)①)中有所記載，即“一種雙足步行機(jī)器人，其特征在于，具有基體、至少一個(gè)連桿機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置以及控制設(shè)備，所述連桿機(jī)構(gòu)與基體連結(jié)、至少具有一個(gè)使兩個(gè)桿結(jié)合的關(guān)節(jié)，所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)上述連桿機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)，控制設(shè)備控制該驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)作”。
圖7是現(xiàn)有的雙足步行機(jī)器人的模式圖。另外，在圖7中，只就右腳部進(jìn)行說(shuō)明，左腳部與右腳部的結(jié)構(gòu)相同，因此省略說(shuō)明。
在圖7中，100是現(xiàn)有的雙足步行機(jī)器人，101是胯部的轉(zhuǎn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)用關(guān)節(jié)，102是胯部的前后方向運(yùn)動(dòng)用關(guān)節(jié)，103是胯部的左右方向運(yùn)動(dòng)用關(guān)節(jié)，104是膝部的前后方向運(yùn)動(dòng)用關(guān)節(jié)，105是腳腕部的前后方向運(yùn)動(dòng)用的關(guān)節(jié)，106是腳腕部的左右方向運(yùn)動(dòng)用關(guān)節(jié)，107是腳部，108是基體，109是連結(jié)胯部的關(guān)節(jié)101、102、103和膝部的關(guān)節(jié)104的大腿連桿，110是連結(jié)膝部的關(guān)節(jié)104和腳腕部的關(guān)節(jié)105、106的小腿連桿。
如圖7所示，現(xiàn)有的雙足步行機(jī)器人100在右足部和左足部各具有6個(gè)關(guān)節(jié)。在胯部和腳腕部上分別以直角設(shè)置有前后左右方向的兩個(gè)關(guān)節(jié)，其關(guān)節(jié)軸線在空間的一點(diǎn)相交?？璨康那昂蠓较蜻\(yùn)動(dòng)用關(guān)節(jié)102和膝部的前后方向運(yùn)動(dòng)用關(guān)節(jié)104以及腳腕部的前后方向運(yùn)動(dòng)用關(guān)節(jié)105的轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行設(shè)置，無(wú)論其他三個(gè)自由度怎樣變化，該三個(gè)關(guān)節(jié)102、104、105的相對(duì)位置關(guān)系不會(huì)改變。并且，在胯部設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)用的關(guān)節(jié)101，作為進(jìn)行整個(gè)腳部轉(zhuǎn)動(dòng)的第三自由度，該轉(zhuǎn)動(dòng)軸在關(guān)節(jié)102、103的軸的交點(diǎn)處與這兩個(gè)軸相互正交地進(jìn)行配置。
并且，在特開(kāi)2001-121460號(hào)公報(bào)(以下稱為公報(bào)②)中記載有以下內(nèi)容“一種機(jī)器人用并聯(lián)桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以空間六個(gè)自由度相對(duì)驅(qū)動(dòng)第一部件和第二部件，其特征在于，該并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)由至少三根連結(jié)第一部件和第二部件的、具有雙自由度驅(qū)動(dòng)功能的組合桿構(gòu)成，各組合桿具有第一臂和第二臂、連結(jié)第一部件和第一臂的單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)、連結(jié)第一臂和第二臂的單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)單自由度轉(zhuǎn)動(dòng)從動(dòng)關(guān)節(jié)、以及連結(jié)第二臂和第二部件的三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)從動(dòng)關(guān)節(jié)”。
但是，在上述現(xiàn)有的技術(shù)中，具有以下問(wèn)題。
(1)在①號(hào)公報(bào)中所述的雙足步行機(jī)器人中，由于腳部是通過(guò)串聯(lián)桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成的，因此設(shè)置在腳部的前端的足部的輸出功率小，結(jié)構(gòu)上不能承受大的負(fù)荷，例如具有以下問(wèn)題，即，上半身不能搭載或組裝重量大的部件，設(shè)計(jì)自由度低，并且，在上半身上設(shè)置臂部等情況下，不能用臂部拿重物進(jìn)行高速移動(dòng)，實(shí)用性差。
(2)并且，現(xiàn)有的雙足步行機(jī)器人由于下半身的腳部是通過(guò)串聯(lián)桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性差，因此將上半身和下半身進(jìn)行組合、使其協(xié)調(diào)動(dòng)作的進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此具有以下課題，即，只設(shè)計(jì)下半身是很困難的，需要考慮上半身的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作設(shè)計(jì)下半身，因此設(shè)計(jì)自由度低。
(3)在②號(hào)公報(bào)所述的機(jī)器人用并聯(lián)桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，由于各組合桿通過(guò)串聯(lián)連結(jié)的第一臂和第二臂構(gòu)成，因此在將該機(jī)器人用并聯(lián)桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于機(jī)器人左右的腳部上時(shí)，具有各機(jī)構(gòu)相互干涉，動(dòng)作受到限制，并且設(shè)計(jì)自由度低、實(shí)用性差的問(wèn)題。
本發(fā)明就是用于解決上述以往的課題的，其目的是提供一種雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，該下半身模塊由于通過(guò)并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成腳部，因此腳部可承受大的負(fù)荷，可搬運(yùn)重物，實(shí)用性好，并且可裝載或組裝重量大的上半身、設(shè)計(jì)自由度高。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述課題，本發(fā)明的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊具有以下結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的技術(shù)方案1所述的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊具有以下結(jié)構(gòu)，即，具有基座部；右足部和左足部；分別設(shè)置在上述基座部、上述右足部和上述左足部上的多個(gè)從動(dòng)關(guān)節(jié)；在設(shè)置在上述基座部的上述從動(dòng)關(guān)節(jié)和設(shè)置在上述右足部的上述從動(dòng)關(guān)節(jié)之間、以及在設(shè)置在上述基座部的上述從動(dòng)關(guān)節(jié)和設(shè)置在上述左足部的上述從動(dòng)關(guān)節(jié)之間分別設(shè)置的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部。
通過(guò)該結(jié)構(gòu)具有如下作用。
(1)下半身模塊的腳部，由于通過(guò)在基座部與右足部以及與左足部之間分別并列配置有多條桿的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)而形成，因此負(fù)荷可分散在各桿上、可承受大的負(fù)荷、可提高剛性，并且，右足部和左足部上的輸出功率較大，可裝載或運(yùn)輸重物、實(shí)用性非常好。
(2)下半身模塊的腳部，由于通過(guò)在基座部與右足部以及與左足部之間分別并列配置有多條桿的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)而形成，因此由步行動(dòng)作中的連桿的活動(dòng)移位的誤差而產(chǎn)生的右足部或左足部的位置誤差被平均化，可進(jìn)行高精度的定位，并且，檢測(cè)桿的變位的檢測(cè)器不需要很高的分辨率，生產(chǎn)效率高。
(3)由于下半身模塊的腳部的動(dòng)作不需要上半身的補(bǔ)償動(dòng)作，因此可裝載或組裝重量大的上半身，設(shè)計(jì)自由度高。
(4)下半身模塊的腳部由于通過(guò)并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部而形成，因此容易進(jìn)行用于動(dòng)作控制的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的計(jì)算，可減輕生成步行方式的計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)。
(5)下半身模塊的腳部由于通過(guò)并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部形成，因此與串聯(lián)桿機(jī)構(gòu)相比較，在下半身模塊形成低的姿勢(shì)時(shí)，可降低施加在桿的促動(dòng)器上的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩，同時(shí)，可節(jié)省促動(dòng)器的動(dòng)力、節(jié)能性好。
(6)由于構(gòu)成并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部的多條桿可使用相同結(jié)構(gòu)的部件，因此制造時(shí)可節(jié)省成本和勞動(dòng)力，并且，可提高維修保養(yǎng)性。
在此，并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部被分別設(shè)置在基座部和右足部之間、基座部和左足部之間，多個(gè)桿并列配置在各并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部上。
連桿可使用具有電動(dòng)機(jī)的進(jìn)給螺紋機(jī)構(gòu)，或使用油壓、水壓、氣壓缸或直動(dòng)型促動(dòng)器等的直動(dòng)連桿，或通過(guò)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)連結(jié)兩根以上的棒狀部件等的各種部件。另外，使用直動(dòng)連桿的情況下，各直動(dòng)連桿由于向其軸方向伸縮，因此不相互干涉，可實(shí)現(xiàn)裝置的小型化和緊湊化，較為理想。
作為從動(dòng)關(guān)節(jié)可將萬(wàn)向接頭、球關(guān)節(jié)或雙軸的聯(lián)軸器，或?qū)⑦@些與單軸或雙軸的聯(lián)軸器的組合等分別適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在基座側(cè)或右足部側(cè)、左足部側(cè)使用。另外，與球關(guān)節(jié)相比較，使用萬(wàn)向接頭時(shí)的可動(dòng)范圍變大，非常理想。
技術(shù)方案2所述的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊在技術(shù)方案1所述的發(fā)明，其結(jié)構(gòu)為，具有設(shè)置在上述基座部和上述右足部之間以及設(shè)置在上述基座部和上述左足部之間各三組的上述并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部。
通過(guò)該結(jié)構(gòu)，在技術(shù)方案1的作用以外，還具有以下作用。
(1)左右的腳部使用的各并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部，兩根為一組設(shè)置成V字形，由于通過(guò)設(shè)置了三組斯特瓦爾特(Stewart)平臺(tái)而構(gòu)成，因此穩(wěn)定性和剛性非常好，并且，可使動(dòng)作控制簡(jiǎn)便化。
在此，用于下半身模塊的左右腳部的各并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部，最好對(duì)稱設(shè)置在基座部的中央兩側(cè)。并且，用于并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部的連桿最好在左右的腳部也同樣地對(duì)稱設(shè)置。這樣，可進(jìn)行用于控制步行動(dòng)作的ZMP(Zero Moment Point)控制，步行動(dòng)作時(shí)的穩(wěn)定性非常好。
技術(shù)方案3所述的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊在技術(shù)方案1或2所述的發(fā)明中，上述并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部是分別具有六個(gè)自由度的結(jié)構(gòu)。
通過(guò)該結(jié)構(gòu)，在技術(shù)方案1或2的作用以外，還具有以下作用。
(1)由于并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部分別具有六個(gè)自由度，因此右足部和左足部可進(jìn)行多種動(dòng)作，可圓滑地進(jìn)行步行動(dòng)作。
(2)在右腳的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部和左腳的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部對(duì)稱設(shè)置的情況下，由于各并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部具有六個(gè)自由度，因此在進(jìn)行步行動(dòng)作時(shí)，可進(jìn)行步行控制，以使軸的周方向的力矩不施加在下半身模塊的腰軸上，因此在步行時(shí)基座部不會(huì)在腰軸的軸周方向轉(zhuǎn)動(dòng)，可穩(wěn)定地步行。
技術(shù)方案4所述的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，在技術(shù)方案1至3中的任一項(xiàng)所述的發(fā)明中，其結(jié)構(gòu)為，上述并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部的連桿具有通過(guò)上述從動(dòng)關(guān)節(jié)分別立設(shè)在上述基座部和上述右足部之間、以及上述基座部和上述左足部之間的多根可伸縮的直動(dòng)連桿。
通過(guò)該結(jié)構(gòu)，除了技術(shù)方案1至3中的任一項(xiàng)的作用以外，還具有以下作用。
(1)并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部的連桿，通過(guò)使用桿的縱向?yàn)榭蓜?dòng)方向的直動(dòng)連桿，各直動(dòng)連桿之間互不干涉，因此可使裝置小型化以及緊湊化，并且，設(shè)計(jì)自由度高。
(2)并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部的連桿，通過(guò)使用桿的縱向?yàn)榭蓜?dòng)方向的直動(dòng)連桿，在直動(dòng)連桿伸長(zhǎng)時(shí)和縮短時(shí)，施加在直動(dòng)連桿的促動(dòng)器上的負(fù)荷沒(méi)有大的差別，因此在下半身模塊形成低的姿勢(shì)的情況下，可降低施加在促動(dòng)器上的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩，并且可節(jié)省促動(dòng)器的動(dòng)力、節(jié)能性高。
(3)由于在各直動(dòng)連桿上只附加拉伸力和壓縮力，而沒(méi)有彎矩，因此強(qiáng)度和剛性高，并且選擇材質(zhì)和形狀的范圍廣、設(shè)計(jì)自由度高。
技術(shù)方案5所述的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，在技術(shù)方案1至4中的任一項(xiàng)所述的發(fā)明中，具有以下結(jié)構(gòu)，即，上述并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部的連桿的各促動(dòng)器是直動(dòng)型的促動(dòng)器。
通過(guò)該結(jié)構(gòu)，在技術(shù)方案1至4中的任一項(xiàng)的作用以外，還具有以下作用。
(1)為了使直動(dòng)連桿在其縱向伸縮，可使用直動(dòng)型促動(dòng)器，因此可減少零件數(shù)量，并且容易進(jìn)行高精度的變位控制。
技術(shù)方案6所述的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊在技術(shù)方案5所述的發(fā)明中，具有以下結(jié)構(gòu)，即，上述直動(dòng)型促動(dòng)器被設(shè)置在上述直動(dòng)連桿的上述基座部側(cè)。
通過(guò)該結(jié)構(gòu)，在技術(shù)方案5的作用以外，具有以下作用。
(1)由于直動(dòng)型促動(dòng)器設(shè)置在基座部側(cè)，因此可減輕直動(dòng)連桿的右足部以及左足部的重量，可降低使右足部和左足部動(dòng)作的動(dòng)力，節(jié)能性和穩(wěn)定性非常好。
技術(shù)方案7所述的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊在技術(shù)方案1至6中的任一項(xiàng)所述的發(fā)明中，具有以下結(jié)構(gòu)，即，上述從動(dòng)關(guān)節(jié)具有基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)，該基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)具有固定在上述基座部的コ字形的基座部側(cè)上部聯(lián)軸器、固定在上述直動(dòng)連桿端部的コ字形的基座部側(cè)下部聯(lián)軸器、以及將上述基座部側(cè)上部聯(lián)軸器和上述基座部側(cè)下部聯(lián)軸器可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地連結(jié)成正交狀的連結(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)部；足側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)，該足側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)具有固定在上述直動(dòng)連桿的端部的コ字形的足部側(cè)上部聯(lián)軸器、可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地固定在上述足部的コ字形的足部側(cè)下部聯(lián)軸器、以及將上述足側(cè)上部聯(lián)軸器和上述足側(cè)下部聯(lián)軸器可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地連結(jié)成正交狀的連結(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)部。
通過(guò)該結(jié)構(gòu)，在技術(shù)方案1至6中的任一項(xiàng)的作用以外，還具有以下作用。
(1)直動(dòng)連桿，通過(guò)具有雙自由度的基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)和具有三個(gè)自由度的足部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)，以此在其兩端與基座部和足部連結(jié)，因此各從動(dòng)關(guān)節(jié)追隨直動(dòng)連桿的伸縮、不妨礙其伸縮地圓滑地從動(dòng)，可進(jìn)行穩(wěn)定的動(dòng)作，同時(shí)可較大地設(shè)定可動(dòng)范圍。
(2)左右腳的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部由于分別形成六個(gè)自由度，因此右足部和左足部可進(jìn)行以前后、左右、上下以及前后方向、左右方向、上下方向?yàn)檩S的軸周方向的動(dòng)作，并可進(jìn)行多種動(dòng)作，可圓滑地進(jìn)行步行動(dòng)作。


圖1(a)是第一實(shí)施方式中的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊的模式立體圖。
圖1(b)是第一實(shí)施方式中的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊的模式俯視圖。
圖2是第二實(shí)施方式中的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊的立體圖。
圖3是直動(dòng)連桿的要部立體圖。
圖4(a)是直動(dòng)連桿的要部側(cè)視圖。
圖4(b)是沿圖4(a)的A-A線的要部剖視圖。
圖5是基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)的要部立體圖。
圖6是足部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)的要部立體圖。
圖7是現(xiàn)有的雙足步行機(jī)器人的模式圖。
具體實(shí)施例方式
以下根據(jù)附圖就本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
第一實(shí)施方式圖1(a)是第一實(shí)施方式中的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊的模式立體圖，圖1(b)是第一實(shí)施方式中的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊的模式俯視圖。
在圖1中，1是第一實(shí)施方式中的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，1a是右腳的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部，1b是左腳的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部，2是基座部，3是右足部，4是左足部，5a、5a’，5b、5b’，5c、5c’是直動(dòng)連桿，6a、6a’，6b、6b’，6c、6c’是基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)，7a、7b、7c是足部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)，8a、8b、8c是轉(zhuǎn)動(dòng)從動(dòng)關(guān)節(jié)。另外，左腳的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部1b的各部與右腳的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部1a對(duì)稱、結(jié)構(gòu)相同，因此省略說(shuō)明。
在此，基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)6a、6a’設(shè)置在基座部2的下面的右后部側(cè)。足部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)7a設(shè)置在右足部3的右后部側(cè)，轉(zhuǎn)動(dòng)從動(dòng)關(guān)節(jié)8a設(shè)置在其下部。直動(dòng)連桿5a的上端部與基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)6a連結(jié)，下端部與足部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)7a連結(jié)。直動(dòng)連桿5a’的上端部與基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)6a’連結(jié)，下端部與足部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)7a連結(jié)。
基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)6b、6b’設(shè)置在基座部2的下面的右前部側(cè)。足部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)7b設(shè)置在右足部3的右前部側(cè)，轉(zhuǎn)動(dòng)從動(dòng)關(guān)節(jié)8b設(shè)置在其下部。直動(dòng)連桿5b的上端部與基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)6b連結(jié)，下端部與足部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)7b連結(jié)。直動(dòng)連桿5b’的上端部與基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)6b’連結(jié)，下端部與足部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)7b連結(jié)。
基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)6c、6c’設(shè)置在基座部2下面的右中央部。足部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)7c設(shè)置在右足部3的右中央部，轉(zhuǎn)動(dòng)從動(dòng)關(guān)節(jié)8c設(shè)置在其下部。直動(dòng)連桿5c的上端部與基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)6c連結(jié)，下端部與足部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)7c連結(jié)。直動(dòng)連桿5c’的上端部與基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)6c’連結(jié)，下端部與足部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)7c連結(jié)。
這樣，右腳的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部1a和左腳的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部1b，相對(duì)于基座部2的中央對(duì)稱地設(shè)置在其兩側(cè)。這樣可進(jìn)行用于步行動(dòng)作控制的ZMP控制，步行動(dòng)作時(shí)的穩(wěn)定性非常好。
并且，直動(dòng)連桿5、5a、5a’、5b、5b’、5c、5c’(以下稱為直動(dòng)連桿5、5a～5c’)使用具有電動(dòng)機(jī)的進(jìn)給螺紋機(jī)構(gòu)或使用油壓、水壓、氣壓等的液壓缸等的直動(dòng)式促動(dòng)器，可自由伸縮地形成，形成為在其縱向進(jìn)行伸縮的單自由度?；總?cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)6、6a、6a’、6b、6b’、6c、6c’(以下稱為基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)6、6a～6c’)與直動(dòng)連桿5、5a～5c’的縱向正交，并且，形成為在各正交的雙軸的軸周方向轉(zhuǎn)動(dòng)的雙自由度。足部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)7、7a、7b、7c與直動(dòng)連桿5、5a～5c’的縱向正交，并且，形成為在各正交的雙軸的軸周方向轉(zhuǎn)動(dòng)的雙自由度。轉(zhuǎn)動(dòng)從動(dòng)關(guān)節(jié)8、8a、8b、8c形成為在直動(dòng)連桿5、5a～5c’的軸周方向轉(zhuǎn)動(dòng)的單自由度。
這樣，并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部1a、1b由于分別形成為六個(gè)自由度，因此右足部3和左足部4可進(jìn)行以前后、左右、上下以及前后方向、左右方向、上下方向?yàn)檩S的軸周方向的動(dòng)作，并可進(jìn)行多種動(dòng)作，可圓滑地進(jìn)行步行動(dòng)作。
并且，右腳的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部1a和左腳的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部1b相對(duì)于基座部2的中央對(duì)稱地設(shè)置在其兩側(cè)，并且，由于各并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部1a、1b具有六個(gè)自由度，因此，在步行動(dòng)作時(shí)，可進(jìn)行步行控制，以使力矩不施加在下半身模塊1的腰軸，即，穿過(guò)基座部2的中央、與基座部2正交的軸的軸周方向上。這樣，步行時(shí)基座部2不會(huì)進(jìn)行腰軸的軸周方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，不會(huì)翻倒、可穩(wěn)定地步行。
以下，利用附圖就如上所述結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施方式的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施方式中，就下半身模塊的右腳的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。左腳的動(dòng)作和右腳相同，因此省略說(shuō)明。
在使右腳動(dòng)作的情況下，根據(jù)事先設(shè)定的步行方式、計(jì)算右足部3的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)，根據(jù)計(jì)算的值驅(qū)動(dòng)直動(dòng)連桿5a～5c’的各未圖示的促動(dòng)器、使直動(dòng)連桿5a～5c’進(jìn)行伸縮。設(shè)置在直動(dòng)連桿5a～5c’與基座部2或與右足部3的連結(jié)部分上的基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)6a～6c’、足部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)7a～7c以及轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)軸器8a～8c，隨著直動(dòng)連桿5a～5c’的伸縮、不妨礙該伸縮地圓滑地從動(dòng)。直動(dòng)連桿5a～5c’的促動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)，通過(guò)分別設(shè)置在促動(dòng)器上的回轉(zhuǎn)式編碼器等的無(wú)圖示的檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，并將得到的檢測(cè)值作為角度數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋、對(duì)直動(dòng)連桿5a～5c’進(jìn)行反饋控制。這樣，右足部3可進(jìn)行邁出一步的動(dòng)作或原地踏步的動(dòng)作等。而且，通過(guò)右足部3和左足部4交替連續(xù)進(jìn)行這樣的動(dòng)作，可進(jìn)行步行動(dòng)作。
由于如上所述地構(gòu)成第一實(shí)施方式中的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊1，因此具有以下作用。
(1)下半身模塊1的腳部，由于通過(guò)在基座部2與右足部4以及與左足部4之間分別并列設(shè)置有多條直動(dòng)連桿5的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部1a、1b形成，因此負(fù)荷可分散在各直動(dòng)連桿5上、可承受大的負(fù)荷、提高了剛性，同時(shí)，右足部和左足部上的輸出功率增大，可裝載或運(yùn)輸重物等、實(shí)用性非常好。
(2)由于由步行動(dòng)作中的直動(dòng)連桿的可動(dòng)變位的誤差產(chǎn)生的右足部3或左足部4的位置誤差被平均化，可進(jìn)行高精度的定位，同時(shí)，由于檢測(cè)直動(dòng)連桿5的變位的檢測(cè)器不需要很高的分辨率，因此生產(chǎn)效率高。
(3)由于下半身模塊1的腳部的動(dòng)作不需要上半身的補(bǔ)償動(dòng)作，因此可裝載或組裝重量大的上半身，設(shè)計(jì)的自由度高。
(4)下半身模塊1的腳部由于通過(guò)并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部1a、1b而形成，因此容易進(jìn)行用于動(dòng)作控制的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的計(jì)算，可減輕生成步行方式的計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)。
(5)與串聯(lián)桿機(jī)構(gòu)相比較，在下半身模塊1形成低的姿勢(shì)時(shí)，可降低施加在直動(dòng)連桿5的促動(dòng)器上的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩，同時(shí)，可節(jié)省促動(dòng)器的動(dòng)力、節(jié)能性好。
(6)由于構(gòu)成并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部1a、1b的直動(dòng)連桿5可使用相同結(jié)構(gòu)的部件，因此制造時(shí)可節(jié)省成本和勞動(dòng)力，同時(shí)，可提高維修保養(yǎng)性。
(7)由于左右的腳部使用的各并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部1a、1b，以兩根直動(dòng)連桿5為一組設(shè)置成V字形，并利用將其設(shè)置了三組的斯特瓦爾特(Stewart)平臺(tái)而構(gòu)成，因此穩(wěn)定性和剛性非常好，并且可使動(dòng)作控制簡(jiǎn)便化。
(8)由于在各直動(dòng)連桿5上只施加拉伸力和壓縮力，而沒(méi)有施加彎矩，因此強(qiáng)度和剛性高，并且選擇材質(zhì)和形狀的范圍廣、設(shè)計(jì)自由度高。
第二實(shí)施方式圖2是第二實(shí)施方式中的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊的立體圖。
在圖2中，1c是第二實(shí)施方式中的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊、2是基座部、3是右足部、3a是固定在右足部3的上部的平板狀的固定板、4是左足部、4a是固定在左足部4的上部的平板狀的固定板、9是設(shè)置在基座部2的上面的控制裝置部、9’是設(shè)置在控制裝置部9的后部的控制用計(jì)算機(jī)、10是羅盤、11是電池、12是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用電路部、15是分別立設(shè)在基座部2與右足部3以及與左足部4之間的直動(dòng)連桿、16是固定在基座部2下面?zhèn)鹊囊?guī)定位置上的基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)、17是可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地固定在右足部3和左足部4的固定板3a、4a的上面?zhèn)鹊囊?guī)定位置上的足部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)。
在此，在第二實(shí)施方式中，直動(dòng)連桿15通過(guò)后述的進(jìn)給螺紋機(jī)構(gòu)形成為可在縱向上自由伸縮。也可利用使用油壓、水壓、氣壓等的液壓缸或直動(dòng)式促動(dòng)器的機(jī)構(gòu)代替進(jìn)給螺紋機(jī)構(gòu)。直動(dòng)連桿15，兩根為一組設(shè)置成V字形，即，上端部與各基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)16連結(jié)、下端部與一個(gè)足部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)17連結(jié)。一組直動(dòng)連桿15在右腳和左腳上各設(shè)置三組、俯視時(shí)呈三角形，每只腳上設(shè)置6根、共12根。即，第二實(shí)施方式中的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊1c的左右腳部分別由斯特瓦爾特(Stewart)平臺(tái)構(gòu)成。這樣，動(dòng)作的穩(wěn)定性和強(qiáng)度非常高。并且，在一個(gè)基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)16上連結(jié)有一個(gè)直動(dòng)連桿15的上端部，在一個(gè)足部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)17上連結(jié)有兩個(gè)直動(dòng)連桿15的下端部。
羅盤10、電池11、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用電路部12設(shè)置在控制裝置部9上。在第二實(shí)施方式中，電池11使用鎳氫電池。
并且，在右足部3和左足部4的底面?zhèn)纫部稍O(shè)置檢測(cè)地面的反作用力的六軸力覺(jué)傳感器。六軸力覺(jué)傳感器可高精度地并且逐一連續(xù)地同時(shí)檢測(cè)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。并且，也可根據(jù)六軸力覺(jué)傳感器檢測(cè)出的值進(jìn)行ZMP控制。
以下利用附圖、就直動(dòng)連桿的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖3是直動(dòng)連桿的要部立體圖，圖4(a)是直動(dòng)連桿的要部側(cè)視圖，圖4(b)是圖沿著4(a)的A-A線的要部剖視圖。
在圖3或圖4中，15是直動(dòng)連桿，21是保持后述的電動(dòng)機(jī)、齒輪組件、保持制動(dòng)器、回轉(zhuǎn)式編碼器等的保持殼體，22是從保持殼體21延伸設(shè)置的空心的外管部，23是插設(shè)在外管部22中、在直動(dòng)連桿15的縱向滑動(dòng)的內(nèi)桿部。直動(dòng)連桿15的伸縮通過(guò)內(nèi)桿部23的滑動(dòng)進(jìn)行。24是在內(nèi)桿部23上、形成在其縱向的外螺紋軸插通孔，25是在內(nèi)桿部23的外周上、上下相對(duì)地鋪設(shè)在其縱向的桿導(dǎo)軌部，26是與桿導(dǎo)軌部25嵌合滑動(dòng)的導(dǎo)軌引導(dǎo)部，27是檢測(cè)內(nèi)桿部23的初期位置的初期位置傳感器，28是電動(dòng)機(jī)，29是將電動(dòng)機(jī)28的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)減速到規(guī)定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的齒輪組件，30是不通電時(shí)、用于固定電動(dòng)機(jī)28的轉(zhuǎn)動(dòng)軸、保持內(nèi)桿部23的保持制動(dòng)器，31是檢測(cè)電動(dòng)機(jī)28的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)式編碼器，32是通過(guò)齒輪組件29連結(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)軸和后述的外螺紋軸部的聯(lián)軸節(jié)、33是支撐后述的外螺紋軸部的軸承，34是設(shè)置在外管部22的內(nèi)部、并插通內(nèi)桿部23的外螺紋軸插通孔24、外周形成螺紋的外螺紋軸部，35是固定在內(nèi)桿部23的外管部22的內(nèi)部側(cè)的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是止動(dòng)器。
在此，在第二實(shí)施方式中，保持殼體21和外管部22的材質(zhì)使用輕質(zhì)的并且強(qiáng)度較高的縮醛類塑料的DURACON(商標(biāo))。并且，初期位置傳感器27使用顯微照相傳感器。
在保持電動(dòng)機(jī)28、齒輪組件29、保持制動(dòng)器30、回轉(zhuǎn)式編碼器31的保持殼體21上，可形成冷卻用狹縫或空氣冷卻風(fēng)扇、用于冷卻電動(dòng)機(jī)28。這樣，可降低電動(dòng)機(jī)28的負(fù)荷。并且，出于同樣的目的也可將冷卻用的風(fēng)扇設(shè)置在系統(tǒng)內(nèi)、可得到同樣的效果。
電動(dòng)機(jī)28、齒輪組件29、保持制動(dòng)器30、回轉(zhuǎn)式編碼器31被設(shè)置在殼體21內(nèi)，殼體21被設(shè)置在直動(dòng)連桿15的基座部2側(cè)。這樣，由于可減輕直動(dòng)連桿15上的右足部3或左足部4側(cè)的重量，因此可降低使右足部3或左足部4動(dòng)作的動(dòng)力，節(jié)省勞動(dòng)力并且穩(wěn)定性好。
并且，在第二實(shí)施方式中，為了螺合外螺紋軸部34和內(nèi)螺紋螺母部35而使用滑動(dòng)螺紋(滑り螺子)。這樣，可使內(nèi)桿部23進(jìn)行高速滑動(dòng)，可提高步行速度。但是，外螺紋軸部34和內(nèi)螺紋螺母部35的螺合并不局限于滑動(dòng)螺紋，也可使用滾珠螺紋(ボ一ル螺子)。在使用滾珠螺紋的情況下，雖然可降低螺合部分的摩擦阻力，但是由于使裝置大型化或限制導(dǎo)程角的設(shè)定等，因此最好根據(jù)裝置的大小或需要的可動(dòng)速度等進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。
如圖3或圖4所示，一旦驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)28，則其轉(zhuǎn)動(dòng)軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)、外螺紋軸部34以通過(guò)齒輪組件29以規(guī)定的減速比減速后的轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。在外螺紋軸部34上嚙合有固定在內(nèi)桿部32上的內(nèi)螺紋螺母部35。在此，由于設(shè)置在外周面上的桿導(dǎo)軌部25與導(dǎo)軌引導(dǎo)部26嵌合，因此內(nèi)桿部23在縱向滑動(dòng)而在軸的周方向不轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，一旦外螺紋軸部34轉(zhuǎn)動(dòng)，則內(nèi)桿部23利用進(jìn)給螺紋機(jī)構(gòu)、通過(guò)內(nèi)螺紋螺母部35在其縱向滑動(dòng)。如此直動(dòng)連桿15進(jìn)行伸縮。
以下利用附圖，就基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖5是基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)的要部立體圖。
在圖5中，2是基座部，15是直動(dòng)連桿，16是基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)，21是直動(dòng)連桿15的保持殼體，41是固定在基座部2下部的コ字形的基座部側(cè)上部聯(lián)軸器，42是架設(shè)在基座部側(cè)上部聯(lián)軸器41的立設(shè)的相對(duì)邊上的上部聯(lián)軸器軸，43是固定在直動(dòng)連桿15的保持殼體21側(cè)的上端部的コ字形的基座部側(cè)下部聯(lián)軸器，44是架設(shè)在基座部側(cè)下部聯(lián)軸器43的立設(shè)的相對(duì)邊上、并可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地軸支撐基座部側(cè)下部聯(lián)軸器43的下部聯(lián)軸器軸，45是使上部聯(lián)軸器軸42和下部聯(lián)軸器軸44正交連結(jié)的連結(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)部。
如圖5所示，基座部側(cè)下部聯(lián)軸器43相對(duì)于基座部側(cè)上部聯(lián)軸器41、在上部聯(lián)軸器軸42和下部聯(lián)軸器軸44的軸周方向轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)16由于在與直動(dòng)連桿15的縱向正交的上部聯(lián)軸器軸42和下部聯(lián)軸器軸44的軸周方向上具有雙自由度，因此可追隨直動(dòng)連桿15的伸縮、不妨礙該伸縮地圓滑地從動(dòng)。
以下利用附圖、就足部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖6是足部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)的要部立體圖。
在圖6中，3a是固定板，15、15’是直動(dòng)連桿，17是腳部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)，23是直動(dòng)連桿15的內(nèi)桿部，23’是直動(dòng)連桿15’的內(nèi)桿部，51是與內(nèi)桿部23的下端部連結(jié)的コ字形的第一足側(cè)上部聯(lián)軸器，53是與內(nèi)桿部23’的下端部連結(jié)的コ字形的第二足側(cè)上部聯(lián)軸器，55是架設(shè)在第一足側(cè)上部聯(lián)軸器51和第二足側(cè)上部聯(lián)軸器53的立設(shè)的相對(duì)邊上、連結(jié)第一足側(cè)上部聯(lián)軸器51和第二足側(cè)上部聯(lián)軸器53、可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地分別對(duì)其軸支撐的上部聯(lián)軸器軸，56是通過(guò)后述的足側(cè)基端部連結(jié)在固定板3a上的コ字形的足側(cè)下部聯(lián)軸器，57是架設(shè)在足側(cè)下部聯(lián)軸器56的立設(shè)的相對(duì)邊上的下部聯(lián)軸器軸，58是固定在固定板3a上的足側(cè)基部，59是將足側(cè)下部聯(lián)軸器56相對(duì)于足側(cè)基部58可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地軸支撐的基部軸，60是使上部聯(lián)軸器軸55和下部聯(lián)軸器軸57正交、連結(jié)的連結(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)部。
如圖6所示，第一足側(cè)上部聯(lián)軸器51和第二足側(cè)下部聯(lián)軸器53，相對(duì)于足側(cè)下部聯(lián)軸器56，在上部聯(lián)軸器軸55和下部聯(lián)軸器軸57的軸周方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。并且，足側(cè)下部聯(lián)軸器56相對(duì)于足側(cè)基端部58在基部軸59的軸周方向轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，由于足部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)17在與直動(dòng)連桿15的縱向正交的上部聯(lián)軸器軸55和下部聯(lián)軸器軸57的軸周方向具有雙自由度，并且，在直動(dòng)連桿15的軸方向的基部軸59的軸周方向具有單自由度，因此追隨直動(dòng)連桿15的伸縮、不妨礙該伸縮地圓滑地從動(dòng)。
如上所述地構(gòu)成的第二實(shí)施方式的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊的步行動(dòng)作與第一實(shí)施方式中所說(shuō)明的相同，因此省略其說(shuō)明。
第二實(shí)施方式的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊如上所述地構(gòu)成，因此具有以下作用。
(1)通過(guò)使用直動(dòng)連桿15，各直動(dòng)連桿15不相互干涉，因此可實(shí)現(xiàn)裝置的小型化和緊湊化，并且設(shè)計(jì)自由度高。
(2)通過(guò)使用直動(dòng)連桿15，在直動(dòng)連桿15的伸長(zhǎng)時(shí)和縮短時(shí)，施加在直動(dòng)連桿15的電動(dòng)機(jī)28上的負(fù)荷不產(chǎn)生大的差，因此在下半身模塊1c形成低姿勢(shì)的情況下，可降低施加在電動(dòng)機(jī)28上的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩，同時(shí)，可節(jié)省電動(dòng)機(jī)28的耗電量、節(jié)能性好。
(3)由于雙足步行機(jī)器人的下半身模塊1c的左右腳部，分別由將多條直動(dòng)連桿15并列配置在基座部2與右足部3和與左足部4之間的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)形成，因此可承受大的負(fù)荷、可搬運(yùn)重物、且實(shí)用性好，并且，由于雙足步行機(jī)器人的下半身模塊1c的腳部動(dòng)作不需要上半身的補(bǔ)償動(dòng)作，因此可裝載或組裝重量大的上半身，設(shè)計(jì)自由度高。
(4)由于由步行動(dòng)作中的直動(dòng)連桿15的可動(dòng)變位的誤差而引起的右足部3或左足部4的位置誤差被平均化，因此可進(jìn)行高精度的動(dòng)作，并且，由于檢測(cè)直動(dòng)連桿15的變位的回轉(zhuǎn)式編碼器31不需要高的分辨率，因此生產(chǎn)效率高。
(5)由于在各直動(dòng)連桿15上只附加有拉伸力和壓縮力，而不施加彎矩，因此強(qiáng)度和剛性高，并且選擇材質(zhì)和形狀的面廣、設(shè)計(jì)自由度高。并且，由于通過(guò)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)，因此容易控制并且強(qiáng)度和剛性好。
(6)由于多根直動(dòng)連桿15可使用相同結(jié)構(gòu)的裝置，因此制造時(shí)可節(jié)省成本和勞動(dòng)力，并且可提高維修保養(yǎng)性。
(7)由于將直動(dòng)連桿兩根為一組設(shè)置成V字形，并在右足部和左足部上至少各設(shè)置三組、設(shè)置成俯視為三角形，因此下半身模塊的腳部分別由斯特瓦爾特(Stewart)平臺(tái)構(gòu)成，穩(wěn)定性以及強(qiáng)度好。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊可得到以下有利的效果。
根據(jù)技術(shù)方案1所述的發(fā)明，具有以下效果，(1)由于下半身模塊的腳部，通過(guò)在基座部與右足部和與左足部之間分別并列配置多條連桿的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部而形成，因此可提供如下的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，即，負(fù)荷可分散在各連桿上、可承受大的負(fù)荷、并可提高剛性，同時(shí)，右足部和左足部上的輸出功率大，可裝載或運(yùn)輸重物、且實(shí)用性非常好。
(2)由于下半身模塊的腳部，通過(guò)在基座部與右足部和與左足部之間分別并列配置多條連桿的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部而形成，因此可提供如下的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，即，由步行動(dòng)作中的連桿的可動(dòng)變位的誤差產(chǎn)生的右足部或左足部的位置誤差被平均化，可進(jìn)行高精度的定位，并且，由于檢測(cè)連桿的變位的檢測(cè)器不需要很高的分辨率，因此生產(chǎn)效率高。
(3)由于下半身模塊的腳部的動(dòng)作不需要上半身的補(bǔ)償動(dòng)作，因此可提供如下的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，即，可裝載或組裝重量大的上半身，并且設(shè)計(jì)自由度高。
(4)由于下半身模塊的腳部通過(guò)并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部形成，因此可提供如下的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，即，容易進(jìn)行用于動(dòng)作控制的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的計(jì)算，可減輕生成步行方式的計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)。
(5)由于下半身模塊的腳部通過(guò)并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部形成，因此可提供如下的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，即，與串聯(lián)桿機(jī)構(gòu)相比較，在下半身模塊形成低的姿勢(shì)時(shí)，可降低施加在桿的促動(dòng)器上的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩，并且，可節(jié)省促動(dòng)器的動(dòng)力、節(jié)能性好。
(6)由于構(gòu)成并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部的多條桿可使用相同結(jié)構(gòu)的部件，因此可提供如下的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，即，制造時(shí)可節(jié)省成本和勞動(dòng)力，同時(shí)，可提高維修保養(yǎng)性。
根據(jù)技術(shù)方案2所述的發(fā)明，在技術(shù)方案1的效果之外，還具有以下作用，(1)由于左右的腳部所使用的各并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部，以兩根連桿為一組設(shè)置成V字形，并通過(guò)將其設(shè)置了三組的斯特瓦爾特(Stewart)平臺(tái)而構(gòu)成，因此可提供如下的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，即，穩(wěn)定性和剛性非常好，并且可使動(dòng)作控制簡(jiǎn)便化。
根據(jù)技術(shù)方案3的發(fā)明，在技術(shù)方案1或2的作用以外，還具有以下作用，(1)由于并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部分別具有六個(gè)自由度，因此可提供如下的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，即，右足部和左足部可進(jìn)行多種動(dòng)作，可圓滑地進(jìn)行步行動(dòng)作。
(2)由于在右腳的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部和左腳的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部對(duì)稱設(shè)置的情況下，各并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部具有六個(gè)自由度，因此在進(jìn)行步行動(dòng)作時(shí)，可進(jìn)行步行控制，以使軸周方向的力矩不施加在下半身模塊的腰軸上，因此可提供如下的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，即，步行時(shí)基座部不會(huì)在腰軸的軸周方向轉(zhuǎn)動(dòng)，可穩(wěn)定地步行。
根據(jù)技術(shù)方案4的發(fā)明，在技術(shù)方案3的作用以外，還具有以下作用，(1)由于并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部的連桿使用活動(dòng)方向?yàn)檫B桿的縱向的直動(dòng)連桿，并且各直動(dòng)連桿互不干涉，因此可提供如下的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，即，可使裝置小型化以及緊湊化，并且，設(shè)計(jì)自由度高。
(2)由于并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部的連桿，使用可動(dòng)方向?yàn)檫B桿的縱向的直動(dòng)連桿，并且直動(dòng)連桿伸長(zhǎng)時(shí)和縮短時(shí)，施加在直動(dòng)連桿的促動(dòng)器上的負(fù)荷沒(méi)有大的差別，因此可提供如下的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，即，在下半身模塊形成低的姿勢(shì)的情況下，可降低施加在促動(dòng)器上的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩，并且可節(jié)省促動(dòng)器的動(dòng)力、節(jié)能性高。
(3)由于在各直動(dòng)連桿上只附加有拉伸力和壓縮力，而沒(méi)有施加彎矩，因此可提供如下的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，即，強(qiáng)度和剛性高，并且，選擇材質(zhì)和形狀的范圍廣、設(shè)計(jì)自由度高。
根據(jù)技術(shù)方案5的發(fā)明，在技術(shù)方案1至4中的任一項(xiàng)的作用以外，還具有以下作用，(1)為了使直動(dòng)連桿在其縱向伸縮，可使用直動(dòng)型促動(dòng)器，因此可提供如下的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，即，可減少零件數(shù)量，并且，容易進(jìn)行高精度的變位控制。
根據(jù)技術(shù)方案6的發(fā)明，在技術(shù)方案5的作用以外，還具有以下作用。
(1)由于直動(dòng)型促動(dòng)器設(shè)置在基座部側(cè)，因此可提供如下的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，即，可減輕直動(dòng)連桿的右足部以及左足部的重量，可降低使右足部和左足部動(dòng)作的動(dòng)力，節(jié)能性和穩(wěn)定性非常好。
根據(jù)技術(shù)方案7的發(fā)明，在技術(shù)方案1至6中的任一項(xiàng)的作用以外，具有以下作用。
(1)由于直動(dòng)連桿通過(guò)具有雙自由度的基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)和具有三個(gè)自由度的足部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)，在其兩端與基座部和腳部連結(jié)，因此可提供如下的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，即，各從動(dòng)關(guān)節(jié)追隨直動(dòng)連桿的伸縮、并不妨礙其伸縮地圓滑地從動(dòng)，可進(jìn)行穩(wěn)定的動(dòng)作，并且可大范圍地設(shè)定可動(dòng)范圍。
(2)由于左右腳的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部分別形成為六個(gè)自由度，因此可提供如下的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，即，右足部和左足部可進(jìn)行以前后、左右、上下以及前后方向、左右方向、上下方向?yàn)檩S的軸周方向的動(dòng)作，并可進(jìn)行多種動(dòng)作，可圓滑地進(jìn)行步行動(dòng)作。
權(quán)利要求
1.一種雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，其特征在于，具有基座部；右足部和左足部；分別設(shè)置在上述基座部、上述右足部和上述左足部上的多個(gè)從動(dòng)關(guān)節(jié)；在設(shè)置在上述基座部的上述從動(dòng)關(guān)節(jié)和設(shè)置在上述右足部的上述從動(dòng)關(guān)節(jié)之間、以及在設(shè)置在上述基座部的上述從動(dòng)關(guān)節(jié)和設(shè)置在上述左足部的上述從動(dòng)關(guān)節(jié)之間分別設(shè)置的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部。
2.如權(quán)利要求1所述的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，其特征在于，具有設(shè)置在上述基座部和上述右足部之間以及設(shè)置在上述基座部和上述左足部之間各三組的上述并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部。
3.如權(quán)利要求1或2所述的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，其特征在于，上述并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部分別具有六個(gè)自由度。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，其特征在于，上述并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部的連桿具有通過(guò)上述從動(dòng)關(guān)節(jié)分別立設(shè)在上述基座部和上述右足部之間、以及上述基座部和上述左足部之間的多根可伸縮的直動(dòng)連桿。
5.如權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，其特征在于，上述并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部的連桿的各促動(dòng)器是直動(dòng)型促動(dòng)器。
6.如權(quán)利要求5所述的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，其特征在于，上述直動(dòng)型促動(dòng)器被設(shè)置在上述直動(dòng)連桿的上述基座部側(cè)。
7.如權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，其特征在于，上述從動(dòng)關(guān)節(jié)具有基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)和足側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)，所述基座部側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)具有固定在上述基座部的コ字形的基座部側(cè)上部聯(lián)軸器、固定在上述直動(dòng)連桿端部的コ字形的基座部側(cè)下部聯(lián)軸器、以及將上述基座部側(cè)上部聯(lián)軸器和上述基座部側(cè)下部聯(lián)軸器可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地連結(jié)成正交狀的連結(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)部；所述腳側(cè)從動(dòng)關(guān)節(jié)具有固定在上述直動(dòng)連桿得端部的コ字形的足部側(cè)上部聯(lián)軸器、可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地固定在上述腳部的コ字形的足部側(cè)下部聯(lián)軸器、以及將上述腳側(cè)上部聯(lián)軸器和上述腳側(cè)下部聯(lián)軸器可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地連結(jié)成正交狀的連結(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種雙足步行機(jī)器人的下半身模塊，該下半身模塊由于通過(guò)并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成腳部，因此腳部可承受大的負(fù)荷，可搬運(yùn)重物，實(shí)用性好，并且可裝載或組裝重量大的上半身、設(shè)計(jì)自由度高。本發(fā)明的雙足步行機(jī)器人的下半身模塊(1)，具有基座部(2)；右足部(3)和左足部(4)；分別設(shè)置在基座部(2)、右足部(3)和左足部(4)上的多個(gè)從動(dòng)關(guān)節(jié)(6，7，8)；在設(shè)置在基座部(2)的從動(dòng)關(guān)節(jié)(6)和設(shè)置在上述右足部(3)的從動(dòng)關(guān)節(jié)(7，8)之間、以及在設(shè)置在基座部(2)的從動(dòng)關(guān)節(jié)(6)和設(shè)置在左足部(4)的從動(dòng)關(guān)節(jié)(7，8)之間分別設(shè)置的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)部(1a，1b)。
文檔編號(hào)B25J19/00GK1819901SQ03826959
公開(kāi)日2006年8月16日 申請(qǐng)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(yáng)一, 馬場(chǎng)勝之 申請(qǐng)人:提姆查克股份有限公司, 高西淳夫