腿式移动步行机器人的腿部结构制造技术

一种腿式移动步行机器人的腿部结构，其中，在大腿部２３的下端，借助膝关节２７连接小腿部２４，在小腿部２４的下端，借助脚腕关节２８连接装有６分力传感器６０的脚部２５，相对于小腿部２４，脚腕关节２８绕左右轴线Ｌｙ俯仰自如地同时在前后轴线Ｌｘ旋转自如地定位脚部２５。绕左右轴线Ｌｙ俯仰脚部２５的俯仰用电动机３４定位在脚腕关节２８上方的小腿部２４，绕前后轴线Ｌｘ旋转脚部２５的旋转用电动机３５定位在脚腕关节２８上方的小腿部２４。由此，能够缩短绕膝关节２７转动的惯性力矩，降低驱动小腿部２４的驱动力，同时将电动机３４、３５的噪声对设置在脚部２５的６分力传感器６０的影响控制在最小限度。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种腿式移动步行机器人的腿部结构，特别涉及在大腿部的下端借助膝关节连接小腿部、在小腿部的下端借助脚腕关节连接脚部、相对于小腿部脚腕关节可自如俯仰及旋转脚部地定位脚部的腿式移动步行机器人的腿部结构。在相对于大腿部驱动小腿部时，如果能靠近连接大腿部及小腿部的膝关节的下方的惯性力矩，就能够减轻驱动小腿部的驱动源的负荷。要减小上述惯性力矩，安装在小腿部的重量物的位置最好尽量接近膝关节。但是，由于上述以往的作为重量物的俯仰用电动机配置在小腿部的上部，即接近膝关节的位置，而另一重量物的旋转用电动机配置在小腿部的下部，即远离膝关节的位置，存在不能充分减小膝关节下方的惯性力矩的问题。此外，在脚部安装有控制使机器人双足步行的6分力传感器，但是，如果旋转用电动机设置在接近脚部的小腿部的下部，存在为减轻电动机噪声的影响需要采取特别对策的问题。而且，如在脚腕关节的近处设置旋转用电动机，存在脚腕关节的离地面的位置升高，脚腕关节的柔量控制的控制量增大，很难迅速适应地面的不可预测的凹凸不平及倾斜的问题。
技术实现思路
本专利技术是针对上述问题而提出的，目的是减小绕膝关节转动的惯性力矩，降低驱动小腿部的驱动力，同时最大限度地抑制电动机噪声对设在脚部的传感器的影响，本专利技术的另一目的是降低脚腕关节离地面的高度，以能够迅速适应地面的不可预测的凹凸不平及倾斜。为达到上述目的，根据本专利技术的第1方面，可提供一种在大腿部的下端借助膝关节连接小腿部，同时在小腿部的下端借助脚腕关节连接脚部，相对小腿部，脚腕关节绕左右轴线自如俯仰地并且绕前后轴线自如旋转地将脚部定位在小腿部的腿式移动步行机器人的腿部结构，其特征在于绕左右轴线俯仰脚部的俯仰用电动机定位在脚腕关节上方的小腿部，同时绕前后轴线旋转脚部的旋转用电动机定位在脚腕关节上方的小腿部。如果采用上述构成，由于绕左右轴线俯仰脚部的俯仰用电动机和绕前后轴线旋转脚部的旋转用电动机定位在脚腕关节上方的小腿部，作为重量物的俯仰用电动机及旋转用电动机的位置接近膝关节，能够减小绕膝关节旋转小腿部的惯性力矩，减轻驱动膝关节的驱动源的负荷。此外，根据本专利技术的第2方面，在上述第1方面的基础上，提供一种腿式移动步行机器人的腿部结构，其特征在于具有绕左右轴线可转动地定位在小腿部的俯仰轴部，和将在左右轴线方向配置的俯仰用电动机的输出轴的转动传递到俯仰轴部的俯仰用皮带传递手段，可旋转地将脚部定位在俯仰轴部的旋转装置。如果采用上述构成，由于俯仰轴部绕左右轴线可转动地定位在小腿部，借助旋转装置脚部可旋转地定位在上述俯仰轴部，借助将俯仰用电动机的输出轴的转动传递到俯仰轴部的俯仰用皮带传递手段驱动俯仰轴部，所以通过转动俯仰轴部，能够使旋转装置及脚部整体俯仰运动，并且使旋转装置运转，相对于俯仰轴部能使脚部旋转，这样可避免脚部俯仰及旋转的相互干扰。此外，根据本专利技术的第3方面，提供一种在大腿部的下端，借助膝关节连接小腿部，同时在小腿部的下端借助脚腕关节连接脚部；相对小腿部，脚腕关节绕左右轴线自如俯仰地并且绕前后轴线自如旋转地定位脚部的腿式移动步行机器人的腿部结构，其特征在于具有相互垂直固定的、各自绕左右轴线及前后轴线转动的俯仰轴部及旋转轴部；在俯仰轴部及旋转轴部的一侧的外周，自如转动地定位的、与脚部整体转动的转动构件；使俯仰轴部及旋转轴部的另一侧转动的第1驱动源；在俯仰轴部及旋转轴部的另一侧的内部，同轴配置的驱动锥齿轮；咬合在俯仰轴部及旋转轴部的一侧的内部同轴配置的驱动锥齿轮上连接转动构件的从动锥齿轮；旋转驱动驱动锥齿轮的第2驱动源。如果采用上述构成，由于整体具备脚部的转动构件转动自如地定位在相互垂直固定的俯仰轴部及旋转轴部的一侧的外周，使在俯仰轴部及旋转轴部的另一侧的内部同轴配置的驱动锥齿轮与俯仰轴部及旋转轴部的一侧的内部同轴配置的、同时连接转动构件的从动锥齿轮咬合在一起，利用第1驱动源转动俯仰轴部及旋转轴部的另一侧，同时利用第2驱动源转动驱动锥齿轮，所以，能够互不影响地独立进行脚部的俯仰及旋转运动。而且，由于能够降低俯仰轴部及旋转轴部的位置，可以用更小的控制量实现脚腕关节的柔量控制，能够迅速适应地面的不可预测的凹凸不平及倾斜，稳定地步行。此外，根据本专利技术的第4方面，提供一种在大腿部的下端，借助膝关节连接小腿部，同时在小腿部的下端，借助脚腕关节连接脚部，脚腕关节相对于小腿部绕左右轴线俯仰自如地并且绕前后轴线旋转自如地定位脚部的腿式移动步行机器人的腿部结构，其特征在于旋转自如地将脚部定位在俯仰轴部的旋转装置具有与俯仰轴部垂直固定的旋转轴部；整体固定在脚部的、转动自如地定位在旋转轴部外周的旋转构件；在俯仰轴部内同轴配置的驱动锥齿轮；将在左右轴线方向配置的旋转用电动机的输出轴的转动传递给驱动锥齿轮的旋转用皮带传递手段；在旋转轴部内同轴配置的、咬合在驱动锥齿轮上同时连接转动构件的从动锥齿轮。如果采用上述构成，由于一体具备脚部的旋转构件转动自如地定位在与俯仰轴部垂直固定的旋转轴部的外周，借助旋转用皮带传递手段、在俯仰轴部内同轴配置的锥齿轮和在旋转轴部内同轴配置的从动锥齿轮，将旋转用电动机的输出轴的转动传递给旋转构件，所以，能够互不影响地独立进行脚部的俯仰及旋转运动，而且在旋转脚部的状态下同时还能够使脚部自由俯仰。此外，由于能够降低俯仰轴部及旋转轴部的位置，所以可以用更小的控制量实现脚腕关节的柔量控制，能够迅速适应地面的不可预测的凹凸不平及倾斜，稳定地步行。此外，如根据本专利技术的第5方面，在上述第4方面的基础上，提供一种腿式移动步行机器人的腿部结构，其特征在于在俯仰用皮带传递手段与俯仰轴部之间配置俯仰用减速器，在从动锥齿轮与旋转构件之间配置旋转用减速器。如果采用上述构成，由于在俯仰用皮带传递手段与俯仰轴部之间配置俯仰用减速器，能够减轻俯仰用电动机的负荷，并且由于在从动锥齿轮与旋转构件之间配置有旋转用减速器，能够减轻旋转用电动机的负荷。此外，根据本专利技术的第6方面，在上述第4或第5方面的基础上，提供一种腿式移动步行机器人的腿部结构，其特征在于用部分球面状罩覆盖旋转构件的外侧，在构成小腿部的骨架的小腿部连杆的下端和部分球面状罩之间，形成规定的间隙。如采用上述构成，由于在小腿部连杆的下端和覆盖旋转构件的外侧的部分球面状罩之间形成规定的间隙，即使使脚部俯仰及旋转，也能够防止在部分球面状罩与小腿部连杆之间产生大的间隙，有效地防止夹入异物。此外，如根据本专利技术的第7方面，在上述第6方面的基础上，提供一种腿式移动步行机器人的腿部结构，其特征在于部分球面状罩在俯仰轴部上或旋转轴部上具有中心。如采用上述构成，由于部分球面状罩的中心在俯仰轴部上或旋转轴部上，能够在使脚部俯仰或旋转时，使在部分球面状罩与小腿部连杆之间产生的间隙保持一定，防止部分球面状罩和小腿部连杆相互干扰，扩大脚腕关节的可活动范围，同时更有效地防止夹入异物。此外，根据本专利技术的第8方面，在上述第1～第7方面的任何一项的基础上，可提供一种腿式移动步行机器人的腿部结构，其特征在于在脚部设置检测该脚部所受负荷的传感器。如采用上述构成，由于俯仰用电动机及旋转用电动机的位置远离脚部，在脚部设置的传感器不易受到电动机噪声的影响，能够提高传感器的精度。此外，实施例中的俯仰用电动机34及旋转用电动机35分别构成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种腿式移动步行机器人的腿部结构，在大腿部（２３）的下端，借助膝关节（２７）连接小腿部（２４），同时在小腿部（２４）的下端，借助脚腕关节（２８）连接脚部（２５），相对于小腿部（２４）脚腕关节（２８）绕左右轴线（Ｌｙ）俯仰自如地并且绕前后轴线（Ｌｘ）旋转自如地定位脚部（２５），其特征在于： 绕左右轴线（Ｌｙ）俯仰脚部（２５）的俯仰用电动机（３４）定位在脚腕关节（２８）上方的小腿部（２４），同时绕前后轴线（Ｌｘ）旋转脚部（２５）的旋转用电动机（３５）定位在脚腕关节（２８）上方的小腿部（２４）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫崎进，高桥秀明，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]