專利名稱：雙腳行走機器人的制作方法
技術領域：
本發明涉及雙腳行走機器人。
這種機器人，進行腿部或臂部等動作用的動作用電源，雖然也有從外部經由導線向其供給的，但是這種電源，機器人可活動的范圍很容易受到限制，同時導線的處理上也煩雜。由此人們也就期望能在機器人自身上搭載有作為其動作電源用電池等的蓄電池裝置。
但是，在機器人身上搭載作為其動作電源用的電池等的蓄電池裝置的時候，為充分確保機器人連續活動時間，就必須裝載容量相對較大的蓄電池裝置，該蓄電池為比較大型的電池，且其重量也大。另外，與具有多條腿部的機器人相比，雙腳行走機器人本來就在受到干擾等影響時更容易失去姿勢的平穩性。
由此，大型笨重的蓄電池以何種配置方式搭載在雙腳行走機器人的什么位置，成為在確保該機器人于行走或作業時姿勢的平穩性方面的一個重要課題。
鑒于上述情況，本發明的目的在于提供一種具有蓄電池裝置搭載構造的雙腳行走機器人，以便能夠容易確保機器人于行走或作業時的姿勢平穩性。

發明內容
為達到所述目的，本發明的雙腳行走機器人具有兩種形態。第1形態為一種雙腳行走機器人，具有作為機器人的動作電源用的蓄電池裝置，其特征在于，上述蓄電池裝置以其重心點處于上述機器人卸去上述蓄電池裝置后該機器人于直立狀態時的重心點的上方一側位置的方式，被搭載于該機器人的上體上。
即，對雙腳行走機器人實施的一般是例如本申請的申請人在特開平5-337849號公報或美國專利第5459659號上公開的根據倒立擺動力學原理模型而進行的機器人姿勢穩定化控制。這種姿勢穩定化控制是通過倒立擺的動作特性對機器人上體位置擾動的動作特性進行模擬表現，從而對機器人的踝部周圍的轉矩進行控制的。而且，實施這種姿勢穩定化控制的機器人，其整體重心處于較高位置時比該機器人整體重心處于較低(距離機器人腳掌接觸的地面相對較近的高度位置)位置時更容易確保機器人姿勢的平穩性。
因此，本發明的第1形態，如上所述，以蓄電池裝置的重心點處于上述機器人卸去上述蓄電池裝置后該機器人于直立狀態時的重心點的上方一側位置的方式，將蓄電池裝置搭載于機器人的上體上。在此，該上體具體是指延設有機器人腿部及臂部的機器人軀干部。
這樣，由于包括蓄電池裝置在內的機器人重心處于機器人身上相對較高的位置，所以，可以提高機器人在行走及作業時的姿勢平穩性。
另外，本發明的第1形態如上所述，最適合利用按照倒立擺動力學原理模型而進行姿勢平穩性控制的雙腳行走機器人。
此外，本發明的雙腳行走機器人的第2形態為一種雙腳行走機器人，具有作為機器人的動作電源用的蓄電池裝置和從該機器人上體的肩部延設出的臂部，其特征在于，上述蓄電池裝置以其重心點處于上述機器人卸去上述蓄電池裝置后該機器人于直立狀態時的重心點的前后方向上的后方一側位置的方式，被搭載于該機器人的上體上，同時連結著上述臂部的上述機器人上體肩部被設置在該機器人卸去上述蓄電池裝置后該機器人于直立狀態時的重心點的前后方向上的前方一側位置。
另外，本說明書中機器人的前后方向是指機器人處于直立狀態下，與機器人兩條腿部并排方向(機器人的左右方向)及上下方向(垂直方向)垂直的方向。
根據本發明的第2形態，連結著機器人臂部的機器人上體肩部，由于靠近機器人的前側，通過將臂部伸到機器人的前方，就可以進行抓持機器人前方較遠特定位置的物體等的作業。而此時，將臂部伸到機器人的前方，卸去了上述蓄電池裝置的機器人的重心將相對較大地移動至機器人前方一側，但是因為在機器人的后側(背面一側)存在較重的上述蓄電池裝置，裝載有該蓄電池裝置的機器人的整體重心將不會較大幅度地移動至機器人前方一側。這樣，機器人即使將臂部伸向前方進行作業的時候，也能夠很容易地確保機器人姿勢的平穩。即，根據本發明的第2形態，在機器人前方比較遠的特定位置利用臂部進行作業中，也能夠確保機器人姿勢的平穩。
在本發明的第2形態中，與上述第1形態的情況一樣，上述蓄電池裝置最好以其重心點處于上述機器人卸去上述蓄電池裝置后該機器人于直立狀態時的重心點的上方一側位置的方式，搭載在該機器人的上體上。
通過這樣，就如對上述第1形態說明的那樣，可以提高機器人在行走及作業時姿勢的平穩性。
另外，在本發明的第2形態中，當上述機器人具有處于該機器人上體的上方一側且被支撐于該上體的上端上的攝影裝置的情況下，該攝影裝置和機器人上體之間的連結部最好設置在該機器人卸去上述蓄電池裝置后該機器人于直立狀態時的重心點的前后方向上的前方一側位置。
通過這樣，由于上述攝影裝置與臂部都靠近機器人的前面一側，比較容易平衡該攝影裝置、臂部與機器人后背一側的蓄電池裝置之間的重量關系，由此，更易確保機器人姿勢的平穩性。
根據本發明第1及第2形態，用于搭載上述蓄電池裝置的上述機器人上體上設置的蓄電池裝置裝載部，最好是在機器人于直立狀態時其上端具有開口，經由該開口將上述蓄電池裝置即可插入又可取出地裝載在該蓄電池裝置裝載部內。
通過這樣，在機器人比較小的情況下，進行維修或保養蓄電池裝置等時候，可以經由上述開口將該蓄電池裝置從上述蓄電池裝置裝載部的上方插入或取出，由此，該蓄電池裝置的插入或取出作業變得簡單易行。另外，例如由于能在使機器人下蹲狀態下進行蓄電池裝置的插入或取出作業，故而，能在保持機器人的姿勢平穩的狀態下進行該蓄電池裝置的插入或取出作業。此外，由于蓄電池裝置裝載部的開口處于其上端，即使機器人以各種姿勢進行作業，也能夠切實避免蓄電池裝置從蓄電池裝置裝載部內脫落的可能。特別是能夠有效地防止在將蓄電池裝置搭載在機器人上部特定位置的本發明第1形態中，萬一因蓄電池裝置裝載部的開口的蓋發生故障等原因，蓄電池裝置有可能掉落，一旦掉下，很容易發生的該蓄電池裝置損壞的現象。
這種情況，最好在上述機器人于直立狀態時上述蓄電池裝置裝載部的下端處，接合/脫離自如地設置一在該蓄電池裝置裝載部內裝載上述蓄電池裝置的狀態下與該蓄電池裝置的供電端子部進行連接的受電端子部。
通過這樣，將蓄電池裝置插入、裝載到蓄電池裝載部內，可以使蓄電池裝置的供電端子部與機器人的上體一側的受電端子部連接，同時，通過該蓄電裝置的自重，能夠切實保證兩個端子部可靠地連接。
圖2是表示對

圖1中機器人的蓄電池裝置進行插入或取出作業時其下蹲姿態的側視圖。
下面結合圖1及圖2對本發明的一實施例進行說明。
參照圖1，本實施例的雙腳行走機器人是具有上體1(軀干)、腿部2、臂部3及頭部4的人型機器人。此時，因圖1是機器人于直立狀態的側視圖，腿部2及臂部3雖然只各顯示一只，但該腿部2和臂部3實際與人類一樣，都各具有左右一對。圖示的腿部2及臂部3分別是在其面向前方時右側的腿部及臂部。
該機器人的上體1包括主體5、第1副體7、第2副體9，其中，主體5在連結腿部2及臂部3等同時，又支撐著頭部4，第1副體7為搭載機器人動作用電源即蓄電池裝置6的蓄電池裝載部，第2副體9搭載有擔負機器人動作控制的控制單元8(具有微型計算機的電路單元，以下稱‘ECU8’)。
另外，在本實施例中雖然蓄電池裝置6使用的是例如鋰離子電池等的可充電的充電電池，但是，電偶極子層電容器等的大容量電容也可以。
在主體5上部的左右一側各形成有肩部10，從內藏在該肩部10內圖中未示的肩關節機構處延設出各臂部3。各臂部3在其手指部11與肩部10之間，從肩部10一側開始依次具有肘關節12及腕關節13。
此外，主體5的下端部為腰部14，從與內藏在該腰部14內圖中未示的平行鏈環機構相連結的左右一對髖關節15處向下方各延設出一對腿部2。各腿部2在其腳掌部16與髖關節15之間，從髖關節15一側開始依次具有膝關節17及踝關節18。
上述第1副體7是被安設在主體5的上部的背面部呈筐體形狀的物體。在該第1副體7的內部收納有支撐部件19，其中該支撐部件19固定設置在主體5上部的后背上，用于搭載上述蓄電池裝置6。蓄電池裝置6被架載支撐于該支撐部件19上。
在此參照圖2，在第1副體7的上端部形成有供開閉蓋20自如開關的開口21，在將開閉蓋20如圖2中的雙點劃線所示那樣打開的狀態下，經由該開口21可以將蓄電池裝置6插入第1副體7內或從其內取出。而且，在支撐該蓄電池裝置6的上述支撐部件19的下端部(機器人于直立狀態時位于蓄電池裝置6的正下方的部分)設置有與蓄電池裝置6的底面部設置的插頭狀的供電端子部22(向外部輸出蓄電池裝置6的電能的部分)相接合的接頭狀的受電端子部23。該受電端子部23是向機器人各關節的電動機(圖中未示)或上述ECU8等處提供、分配蓄電池裝置6的電能的部分。并且，在將蓄電池裝置6經由上述開口21插入第1副體7的內部并由支撐部件19支撐時，當該受電端子部23即與該蓄電池裝置6的供電端子部22相接合形成電連通。
另外，開閉蓋20蓋上上述開口21后(圖2中實線所示的狀態)，又通過圖示省略的鎖定機關被鎖止于其關閉狀態，作為解除其鎖止狀態的執行元件的電動機24裝載在第1副體7內。
參照圖1，上述第2副體9是配置在第1副體7的正下方且被安設在主體5的下部呈筐體形狀的物體。在該第2副體9的內部收納有支撐部件25，其中該支撐部件25固定設置在主體5的下部的后背上，用于搭載上述ECU8。ECU8裝載在該支撐部件25上并被其支撐。
在上述頭部4的外部殼體4a(筐狀體)的內部以使其視野方向朝向前方的方式收容有作為機器人的視覺系統用的攝影裝置(照相機)26。該照相機26經由連結部件29與安裝在安裝部件27上的減速機28連結，隨該減速機28的轉動而連動，并能在該減速機28的轉動軸心周圍搖動，其中安裝部件27豎直設置在靠近主體5上端部的前側的特定位置。此時，減速機28的轉動軸心朝向左右方向(垂直于圖1紙面的方向)地被安裝在安裝部件27上，攝影裝置26如圖1中箭頭Y所示，其視野可以上下擺動。此外，上述安裝部件27上安設有電動機30，該電動機30的轉動力經由傳送帶等傳送給減速機28，借此，攝影裝置26可以進行上述的搖動。
另外，雖然省略其圖示，但本實施例的雙腳行走機器人除具有上述的構成之外，還具備有驅動各腿部2及臂部3的各個關節的電動機、檢測這些電動機轉動位置(各個關節的轉動位置)的傳感器、檢測作用到腿部2的腳掌部16及臂部3的手指部11上的載荷以及力矩傳感器、檢測上體1的傾斜角及傾斜角速度的傳感器等。
此外，上述ECU8根據從上述各種傳感器(包括攝影裝置26)得到的信息或事先設定的程序等，對上述的各電動機進行控制，從而進行機器人的動作控制(根據腿部2的動作進行的機器人行走的控制或根據臂部3的動作進行的作業的控制)。這種情況，在本實施例中，通過ECU8根據特開平5-337849號公報或美國專利第5459659號上公開的倒立擺動力學原理模型而對腿部2的各關節的動作進行控制，從而對機器人進行在行走及作業時的姿勢穩定化控制。
具有如上所述構成的本實施例的雙腳行走機器人，在卸去蓄電池裝置6的狀態下，且使機器人于圖1所示的直立狀態下時，機器人的重心處于例如圖1中A點(以下稱該點A為基準重心點A)的位置(主體5的大致中心部)。并且，在此上述直立狀態具體是指使左右腿部2于左右方向并排的狀態下，該腿部2及上體1于豎直方向上伸展地站立，且左右臂部3豎直向下伸展的狀態。
而且，蓄電池裝置6本身的重心點(位于蓄電池裝置6的大致中心部)在將該蓄電池裝置6支撐于上述第1副體7內的支撐部件19上搭載于機器人上的時候，處于圖1中的B點位置(以下稱該點B為蓄電池裝置重心點B)。即，蓄電池裝置重心點B處于上述基準重心點A的上方(參照圖1中的箭頭P)且又在該基準重心點A的后方(參照圖1中的箭頭Q)。若換種說法，即，根據本實施例的機器人，以使蓄電池裝置重心點B相對于基準重心點A形成如上所述的位置關系的方式，配設第1副體7及支撐部件19。
此外，在本實施例中，上述肩部10如圖所示，以其中心部C處于上述基準重心點A的前方位置的方式，被設置在主體5上(參照圖1中的箭頭R)。另外，上述攝影裝置26被處于基準重心點A的前方且從主體5上端部豎直設置出的安裝部件27所支撐，而且，被配置在基準重心點A的前方靠近機器人最前面的位置(參照圖1中的箭頭S)。
根據本實施例的雙腳行走機器人，由于笨重的蓄電池裝置6的蓄電池裝置重心點B處于如上所述基準重心點A的上方，因此，機器人上搭載有蓄電池裝置6狀態下的機器人整體重心也就處在該機器人整體上靠近上方的高位(比基準重心點A高的位置)。由此，機器人姿勢的動作特性比較符合倒立擺的動作特性。這樣，通過根據倒立擺型模型而進行的姿勢平穩性控制，也就能合理地進行機器人的姿勢平穩化控制，可有效地確保機器人姿勢的平穩性。
另外，肩部10的中心部C也處于基準重心點A的前方一側，該肩部10處在靠近機器人前面的位置。這樣，向前方伸開臂部3，該臂部3的手指部11伸到機器人前方比較遠的特定位置，即可以進行抓持該遠方位置的物體等作業。
此外，由于攝影裝置26處在靠近機器人最前面的位置，所以即使不設置讓機器人頭部4上下搖動的機構而只通過讓攝影裝置26上下搖動，也可以確保攝影裝置26的視野擴展到上下方向上的寬廣范圍，特別是在上下樓梯等時，可以對腳下情況進行攝像。
這種場合，因肩部10和攝影裝置26都處在基準重心點A的前方、靠近機器人前面的位置，特別是當向前方伸開兩臂部3時，卸去蓄電池裝置6的機器人的重心將會較大幅度地移至機器人的前方，因此，蓄電池裝置6與肩部10、攝影裝置26相反地被搭載在基準重心點A的后方、機器人的后背上。所以，即使是在兩條臂部3向前方伸開狀態下，裝載有蓄電池裝置6的機器人整體的重心也不會大幅度地移動到機器人的前方。即，在兩臂部3下垂狀態和兩臂部3向前方伸開狀態中的兩種狀態下，裝載有蓄電池裝置6的機器人整體的重心位置在前后方向上的變化比較小。這樣，在使用臂部3作業時，可以容易地確保機器人姿勢的平穩性。
另外，根據本實施例的機器人，進行蓄電池裝置6的維修保養(例如，蓄電池裝置6的充電或更換)等時，例如，可按以下方法進行蓄電池裝置6的取出、插入作業。
即，上述ECU8當從外部接受到例如進行蓄電池裝置6的維修保養的指令時，即控制機器人姿態變為如圖2所示的姿態。這種姿態是讓機器人各腿部2的腳掌部16及膝關節17著地，然后讓各臂部3的手指部11著地的姿態(人跪下、手撐地行禮的姿態)。控制成這種姿態是為了切實確保機器人姿勢的平穩性。
并且，上述ECU8一旦通過檢測驅動各腿部2及臂部3的各關節用的電動機(圖未示)的轉動位置的傳感器(圖未示)的輸出信號確認機器人的姿態如圖2所示的姿態后，即驅動上述第1副體7的電動機24工作，解除開閉蓋20處于關閉位置的鎖定。
而且，此時，ECU8也就將自身及各電動機等的電源轉換到搭載在機器人身上作為臨時動作用電源的預備蓄電池裝置(圖未示)上。該預備蓄電池裝置因是機器人臨時動作用的電源，故而是較小容量的就可以，與蓄電池裝置6相比屬于相當小型輕量的電源。
這種狀態下，作業人員打開開閉蓋20，然后經由第1副體7的開口21進行蓄電池裝置6的取出、插入作業(向第1副體7內進行蓄電池裝置6的取出、插入)。
這樣，根據本實施例，可以在將機器人控制在確實能夠保證其姿勢平穩的姿態的狀態下，容易地從第1副體7的上方進行蓄電池裝置6的取出、插入作業。
此外，在將蓄電池裝置6插入第1副體7的內部進行搭載時，由于蓄電池裝置6的供電端子部22通過該蓄電池裝置6的自重與上述支撐部件19的受電端子部23進行嵌合，所以能夠確實保證兩端子部22、23間的導電連通。
如上所述，本發明的雙腳行走機器人作為一種搭載有動作用的蓄電池裝置，與人類同樣用兩只腳行走移動的同時，利用兩只臂部進行各種作業的機器人，具有利用價值。
權利要求
1.一種雙腳行走機器人，具有作為機器人動作電源用的蓄電池裝置，其特征在于，上述蓄電池裝置以使其重心點處于上述機器人卸去上述蓄電池裝置后該機器人于直立狀態時的重心點的上方一側位置的方式，被搭載在該機器人的上體上。
2.一種雙腳行走機器人，具有作為機器人動作電源用的蓄電池裝置和從該機器人上體的肩部延設出的臂部，其特征在于，上述蓄電池裝置以其重心點處于上述機器人卸去上述蓄電池裝置后該機器人于直立狀態時的重心點的前后方向上的后方一側位置的方式，被搭載在該機器人的上體上，同時連結著上述臂部的上述機器人上體肩部被設置在該機器人卸去上述蓄電池裝置后該機器人于直立狀態時的重心點的前后方向上的前方一側位置。
3.如權利要求2所述的雙腳行走機器人，其特征在于，上述蓄電池裝置以其重心點處于上述機器人卸去上述蓄電池裝置后該機器人于直立狀態時的重心點的上方一側位置的方式，被搭載在該機器人的上體上。
4.如權利要求2或3所述的雙腳行走機器人，其特征在于，上述機器人具有處于該機器人上體的上方一側且被支撐在該上體的上端上的攝影裝置，該攝影裝置和機器人上體之間的連結部設置在該機器人卸去上述蓄電池裝置后該機器人于直立狀態時的重心點的前后方向上的前方一側位置。
5.如權利要求1或2所述的雙腳行走機器人，其特征在于，用于搭載上述蓄電池裝置的上述機器人上體上所設置的蓄電池裝置裝載部，在機器人于直立狀態時其上端具有開口，經由該開口將上述蓄電池裝置可插入、可取出地搭載在該蓄電池裝置裝載部內。
6.如權利要求5所述的雙腳行走機器人，其特征在于，在上述機器人于直立狀態時上述蓄電池裝置裝載部的下端處，接合/脫離自如地設置一在該蓄電池裝置裝載部內搭載上述蓄電池裝置的狀態下與該蓄電池裝置的供電端子部進行接續的受電端子部。
全文摘要
本發明提供一種雙腳行走機器人。作為機器人動作用電源的蓄電池裝置(6)，以蓄電池裝置(6)的重心點(B)處于上述機器人卸去上述蓄電池裝置后該機器人于直立狀態時的重心點(A)的上方及后方一側的特定位置，被搭載在該機器人的上體(1)上。而且，從該機器人的上體(1)延設出的臂部(3)的肩部(10)的中心部(C)處于重心點(A)的前方，另外，作為機器人視覺系統用的攝影裝置(22)經由位于重心點(A)前方的安裝部件(27)被支撐在機器人(1)上體的上端部位上。由此，可以容易地確保該機器人于行走或作業時的姿勢平穩性。
文檔編號B62D57/032GK1466506SQ01816397
公開日2004年1月7日 申請日期2001年9月20日 優先權日2000年9月29日
發明者小川健一, 小柳拓郎, 宮崎進, 高橋秀明, 松田廣志, 志, 明, 郎 申請人:本田技研工業株式會社