JP4478313B2 - Biped robot with storage battery - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動作電源として蓄電池を搭載した二足歩行ロボットに係り、特に二足歩行ロボットに搭載する蓄電池の配置に関する。
【0002】
【従来の技術】
二足歩行ロボットとしては、特開昭62−97005号公報、特開昭63−150176号公報記載のものが知られている。
二足歩行ロボットは、基本的構成が人型のロボットであり、胴体の下端部の腰部から二本の脚体を延設し、胴体の左右両側部の肩部から二本の腕体を延設し、胴体の上端部にロボットの視覚用の撮像装置を備えた頭部を搭載している。
【0003】
ところで、二足歩行ロボットの姿勢安定制御装置として、倒立振子型動力学モデルに基づきロボットの姿勢安定制御を行なう技術を、本出願人は特開平5−337849号公報で提案している。
この公報で開示したような倒立振子型動力学モデルに基づくロボットの姿勢安定制御は、ロボットの上体位置の振動分の挙動特性により疑似表現してロボットの足首周りのトルク制御を行なうものであり、この種の姿勢安定制御を行なうロボットでは、ロボット全体の重心がより低い位置にある場合よりも、重心がより高い位置にあるほうがロボットの姿勢の安定性を確保し易い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記二足歩行ロボットにおける脚体や腕体等の動作を行なう動作用の電源は、外部からケーブルを介してロボットに供給するものもあるが、このような給電方式では、ロボットの可動範囲がケーブルで制限を受けるとともに、ケーブルの取り回しが煩雑となり、このため、ロボットの動作用電源として蓄電池を搭載することが好ましい。
【0005】
本発明は、以上の課題に鑑みなされたもので、その目的とする処は、動作用の電源として蓄電池を搭載したロボットにおいて、ロボットの二足歩行、動作時における干渉を防止し、容量の大きい蓄電池を搭載可能とした蓄電池を搭載した二足歩行ロボットを提供する。
又本発明の他の目的とする処は、ロボットの二足歩行時における蓄電池個々の保持を確実化し、ロボットの二足歩行と動作時における蓄電池の保持、安定性を向上させた蓄電池を搭載した二足歩行ロボットを提供する。
更に本発明の他の目的とする処は、蓄電池を複数の蓄電池モジュールとし、各蓄電池モジュールの品質確認を可能とした蓄電池を搭載した二足歩行ロボットを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項1は、胴体の下端部から二本の脚体を延設した下部胴体と、両側部の肩部から二本の腕体を延設した上部胴体で構成し、前記上部胴体の上端部に頭部を設け、前記上部胴体と下部胴体とを、上下方向に設けた回転軸廻りに相対回転可能とし、前記上部胴体の背面に蓄電池を搭載した二足歩行ロボットであって、前記蓄電池は前記上部胴体の背面且つ前記頭部の背面に設けたサブボディで覆われ、前記蓄電池を覆ったサブボディは、その上端部が前記頭部の上端部よりも下方に配置されて設けられているとともに、前記サブボディは、前記上部胴体の肩幅よりも内側の範囲内に前記蓄電池を搭載されており、前記下部胴体の背面には、サブボディに収納されたコントロールユニットを設けたことを特徴とする。
【0007】
請求項1では、蓄電池はロボットの上部胴体で、頭部よりも下方に配置したので、蓄電池はロボットの上部に配置することとなり、しかも肩幅の内側に配置したので、二足歩行ロボットの歩行において、ロボットが通過可能な幅を肩幅程度と狭く設定することができ、歩行動作時における周囲との干渉を防止することができ、又上部胴体の背面で、肩幅内に蓄電池を搭載するので、容量の大きい蓄電池を搭載することができる。
【0008】
請求項2は、請求項1において、蓄電池は、中央部、その左右部に夫々分割した蓄電池モジュールを電気的に結合した構造としたことを特徴とする。
【0009】
請求項2では、蓄電池を中央部のモジュール、両側部のモジュールに夫々分割して搭載するので、蓄電池の個々のセルはモジュールとして確実に保持することができ、ロボットの歩行時や動作時における蓄電池の保持の安定性が向上する。
【0010】
請求項3は、請求項2において、蓄電池モジュールの夫々は、その外面に接続端子を露出して設けたことを特徴とする。
【0011】
請求項3では、蓄電池を構成する複数の各モジュールは、外面に設けた接続端子を介して電圧計等に接続することができ、従って蓄電池を構成する蓄電池モジュール個々の電圧等をチェックすることができ、蓄電池モジュール個々の品質確認を可能とし、蓄電池のセルやモジュールの不良交換等が比較的容易となり、不良セルや不良モジュールに起因する蓄電池全体を交換する等の不都合を防止することができる。
【0012】
請求項4は、請求項1、請求項2又は請求項3の何れかにおいて、蓄電池は、リチュームイオン電池としたことを特徴とする。
【0013】
請求項4では、蓄電池がリチュームイオン電池なので、エネルギー密度が大きく、軽量であり、長時間駆動が可能であり、二足歩行ロボットの歩行、作業等の動作を行なわせる上で好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
尚、図において、矢印Frで示した方向を前方とし、矢印Rr示した方向を後方とする。
又ロボットの前後方向とは、ロボットの直立状態において、ロボットの二本の脚体が並列する方向(ロボットの左右方向)と上下方向(鉛直方向)と直交する方向とする。
図1は、本発明の一実施形態の二足歩行ロボットの直立状態を示す側面図である。
【0015】
図1を参照して二足歩行ロボット1の概略を説明する。
二足歩行ロボット1は、胴体2、脚体3、腕体4及び胴体2の上端部に設けた頭部5を備え、人型のロボットである。図は一側面を示しているので、脚体3、上体4がぞれぞれ一本づつ表されているが、脚体3及び腕体4は左右一対づつ備え、図で示される脚体3及び腕体4は、ロボットの前方に向かって右側の脚体及び腕体を示した。後述する図2では、ロボットの上半部の正面を示したので、左右の腕体4,4を図示した。
【0016】
ロボット1の胴体2は、仮想線Xよりも上側の上部胴体6と下側の下部胴体7とに上下に分割して構成され、上部胴体6の両側には左右の腕体4が連結され、上端部には頭部5が支持されている。頭部5には、図示しないロボットの視覚用の撮像装置等が設けられている。
上部胴体6の背面には、詳細は後述する蓄電池30を搭載する。上部胴体2の背面には、蓄電池30を覆うサブボディ8を備える。
下部胴体7の下端部には左右の脚体3を連結し、下部胴体7の背面には、ロボットの作動制御を担うコントロールユニット10(マイコン等を有する電子回路ユニット「ECU])を内装、搭載したサブボディ9を備える。
【0017】
上部胴体6のサブボディ8は、上部胴体6の背面に対して着脱可能に装着された箱体状のもので、下部胴体7のサブボディ9は、下部胴体7の背面に対して着脱可能に装着された背嚢に類似する箱体状のものである。
上部胴体6のサブボディ8内に収納され、搭載される蓄電池30は、上部胴体6側の支持フレーム14に着脱自在に支持され、又下部胴体7のサブボディ9内に収納され、搭載されるコントロールユニット10は、下部胴体7側の支持フレーム15に着脱自在に支持されている。
【0018】
上部胴体6と下部胴体7との内部には、これ等上部胴体6、下部胴体7の一方に対し他方を相対的に回転する回転機構11がその回転軸12を上下に向けて内装、設置されている。回転機構11の上部11aが上部胴体6に、下部11bが下部胴体7に夫々取付、支持されている。
これにより、上部胴体6と下部胴体7とは、回転機構11により、その回転軸12廻りに互いに相対回転可能に連結されている。
【0019】
図1は、上部胴体6及び下部胴体7の前後方向を一致させた基本姿勢状態であり、上部胴体6の左右の側部には肩部13が設けられている。
肩部13には図示しない肩関節機構が内蔵されており、これから前記各腕体4が延設され、各腕体4は、手先部4aと肩部13との間に、関節4b,4cを備える。
又各脚体3は、足平部3aと股関節3bとの間に、膝関節3c、足首関節3dを備える。
【0020】
以上二足歩行ロボットの一実施形態の概略を説明した。
図示しなかったが、上記した構成の他、頭部5に内装した撮像装置を伏仰駆動するための電動モータ、各脚体3及び腕体4の関節を駆動するための電動モータ、これ等の電動モータの回転位置(各関節の回転位置)を検出するためのセンサ、脚体3の足平部3aや腕体4の手先部4aに作用する荷重及びモーメントを検出するセンサ、胴体2の傾斜角及び傾斜角速度等を検出するセンサ等も備える。
【0021】
ところで、二足歩行ロボット1の本実施の形態における重心であるが、図のような直立状態において、蓄電池30を除去した状態における重心点を、例えば点aの位置とし、蓄電池30の重心点を、サブボディ8内の支持部材14に支持してロボットに搭載したとき、前記重心点aよりもPだけ上方の点bとし、且つ重心点bは、重心点aよりもQだけ後方に位置する。
肩部13の中心cは重心点aよりも前方に位置するように上部胴体6に設けられている。
【0022】
上記した重心点の配置で、重量物である蓄電池30の重心点bが、基準重心点aよりも上側に位置するので、蓄電池30をロボットに搭載した状態におけるロボット全体の重心は、ロボット全体の上端よりの高所(基準重心点aよりも高い位置)に存在することとなる。
このため、ロボットの姿勢の挙動特性は、倒立振子の挙動特性により良く合致するものとなり、その結果、姿勢安定化制御を倒立振子型モデルに基づいて行うことで、ロボットの姿勢安定化制御を適正に行うことができ、ロボットの姿勢の安定性を良好に確保することができる。
又肩部13の中心部cが基準重心点aよりも前方で、ロボットの前面寄りに位置しているので、腕体4を前方に延ばすことで、腕体4の手先部4aが、ロボットの前方の比較的遠方の箇所まで届き、遠方箇所の物体の把持等を行うことが可能となる。
【0023】
図2は、図1のロボット1の胴体2の正面図である。
図のように、肩部13は胴体2の上部胴体6の左右に配設されており、肩部13,13に左右の腕体4,4が延設されている。
支持部材14で上部胴体6の背面に搭載、支持した蓄電池30は、左右方向の幅が肩幅Wよりも十分に小さく、肩幅Wの内側に位置する。破線で示した蓄電池30を収納するサブボディ8の幅W1は、肩幅Wよりも十分に幅狭とし、肩幅Wの内側に位置させる。
そして蓄電池30は、その上端部が30aが頭部5の上端部よりも下方に配置する。
【0024】
図3は、ロボットの上部胴体6の説明的平面図で、他の実施例を含む図である。蓄電池30の左右方向の幅は、肩幅Wの内側の幅ではあるが、W2として図2に比較して幅広である。蓄電池30の外側を覆うサブボディ8Aは、前記したサブボディ8よりも幅広ではあるが、肩幅Wの内側の幅とし、肩幅Wの外側に突出せず、これの内側とする。
図2において、幅広のサブボディ8Aを鎖線で示した。
【0025】
以上のように、ロボット1において、胴体2の上部胴体6の背面で、胴体の上端部に設ける頭部5よりも下方で、且つ該胴体の肩幅よりも内側の範囲内に前記蓄電池30を搭載したことにより、前述の蓄電池30をロボットに搭載した状態におけるロボット全体の重心を、ロボット全体の上端よりの高所に存在せることができ、倒立振子型モデルに基づいて行うロボットの姿勢安定化制御を適正に行うことができ、ロボットの姿勢の安定性を良好に確保することができる。
【0026】
そして、重要なことは、ロボット1が歩行するに際し、上部胴体で背負った蓄電池30を含むサブボディ8は、左右両側端部8a,8aが肩幅Wの内側なので、ロボット1の幅よりも若干幅広の箇所、例えば幅狭の通路や廊下を歩行する際、蓄電池30やこれを収納するサブボディ8が通路や廊下に干渉することがない。
従って、幅狭の通路や廊下を蓄電池を背負って搭載しつつ、ロボットは周囲に干渉されることなく歩行することができる。
又上部胴体6の背面で、肩幅W内に蓄電池30を搭載するので、開放された上部胴体の大きな背面及びこの後方のスペースを利用して、容量の大きい蓄電池を搭載することができる。
【0027】
図4は、蓄電池と蓄電池のロボット上部胴体への支持構造の一実施の形態を示す部分破断斜視図である。
蓄電池30は、底のある本体32と、蓋であるカバー33とからなる外側ケース31と、外側ケース31内に収納、保持された複数の蓄電池モジュール40…からなり、蓄電池モジュール40…は後述する複数の蓄電池セルを、内側ケースに収納、保持してなる。
図において、上部胴体6内に設置された回転機構11のハウジング16には回転軸12の通し孔16aを備え、ハウジング16の後面に略L形の支持部材14が後方に延設されている。
【0028】
ハウジング16の後面にはC型のロック爪19が回転可能に設け、ロック爪19はL形リンク18に連結し、L形リンク18は支持部材14上に配設された支持テーブル17に連結する。
外側ケース31の本体32の前面にはロック棒34を横架して固設し、蓋を構成するカバー33の上方には上押え板20を設ける。
図は蓄電池30を搭載、支持する直前の状態を示す。蓄電池30を前方Fr方向に移動すると、ロック棒34がロック爪19の後方に開放した谷部19aに係合し、これを回転させる。これによりL形リンク18は揺動し、これに連結した支持部材14上の支持テーブル17は上動し、蓄電池30の底部(外側ケースの底部)を支持して持ち上げ、カバー33は上押え板20の下面で蓄電池30の上面を押えて保持する。
【0029】
図5は、蓄電池30の分解斜視図、図6は、蓄電池モジュールの横断平面図である。これ等の図で蓄電池30を説明する。
蓄電池30は前記した通り底を備え、上方に開放したケース本体32と、蓋を構成する逆凹皿状のカバー33とからなる外側ケース31内に、複数、実施の形態では6個の蓄電池モジュール40…を収納してなる。
蓄電池モジュール40…は、詳細には、両側に配置され、上下に積層した4個の側部モジュール40A…と、中央部の上下に配置した2個の中央部モジュール40B,40Bとからなる。
【0030】
これ等左右の上下に積層された4個の蓄電池モジュール40A…、中央部の上下の蓄電池モジュール40B,40Bを一括して1ユニットとし、ケース本体32の上方の開放部32aから、ケース本体30の内部に挿入して収納する。
収納後、カバー33をカバー本体32の上に被せ、蓄電池30を構成する。
【0031】
両側の蓄電池モジュール40A…は同一形状で、中央部の蓄電池モジュール40Bは、上下で同一形状をなす。
図5、図6で明らかなように、両側の蓄電池モジュール40A…は底のある内側カバー41と蓋板42を備え、内側カバー41は平面視において前後に長く、前部41aが先細り形状で、実施の形態では先細りの前部41a内に1本、幅広の胴部41bに左右に2本づつ前後に3本、都合6本、合計7本の蓄電池セル43…を収納する。
上下の蓄電池モジュール40A…の夫々は同形状、同寸法である。
【0032】
中央部の蓄電池モジュール40Bは、前後に長い平面視矩形の内側ケース44と蓋板45とを備え、内部に左右に2本づつ前後に3本、合計6本の蓄電池セル43…を収納する。
7本の蓄電池セル43…を内側ケース41及び蓋板42で収納、保持した両側の蓄電池モジュール40A…を上下に積層し、6本の蓄電池セル43…を内側ケース44及び蓋板45で収納、保持した中央部の蓄電池モジュール40B,40Bを上下に積層し、一括して図5に示した外側ケース31内に収納して蓄電池30を構成した。
7本の蓄電池セル43…を収納、保持した蓄電池モジュール40A…と、6本の蓄電池セル43…を収納、保持した蓄電池モジュール40B,40Bの各蓄電池セル43…は、各モジュール内で直列に接続され、又各蓄電池モジュール40A…,40B,40Bは、直列接続する。
【0033】
以上のように、蓄電池を中央部のモジュール40B及びその左右部の両側部のモジュール40A,40Aに夫々分割して搭載し、又蓄電池モジュールを電気的に結合した構造としたので、蓄電池の個々のセルは、蓄電池モジュールとして内側ケース41,44内に収納して確実に保持することができる。
従って、ロボットの歩行時や、多数の蓄電池セルから構成される蓄電池は、ロボットの動作時においてガタ付いたりすることがなく、多数のセルで構成される蓄電池の保持の安定性を向上させることができ、ロボットの歩行時や動作時における蓄電池の保持の安定性が向上する。二足歩行ロボットでは二足歩行するが、歩行時における重心移動の影響を少なくすることができる。
【0034】
図7は、両側の蓄電池モジュール40Aの分解斜視図である。
内側ケース41は絶縁性の合成樹脂で形成され、実施の形態では内部に収納する蓄電池セル43…の外側半部に倣う平面視弧状の凹部41c…を、先部41a及び胴部41bの左右の部分の内側に前後に3個づつ備える。底部は底板41cで閉塞されている。
7本の円柱状の蓄電池セル43…は、先部41aに1本、胴部41bに6本収納され、蓄電池セル43…は凹部41c…に外周の一部が嵌合して位置決めされ、内側ケース41の内底部及び蓋板42の頂部下面に設けた突出部との係合でケース41内で位置決めされ、内側ケース41及び蓋板42内でのガタ付きを防止する。
【0035】
蓄電池セル43…を内側ケース41内に挿入して位置決め収納し、爾後蓋板42を内側ケース41の上端開放部41dに被せ、ビス46…を介して内側ケース41の上端部に蓋板42を固着する。
蓋板42を内側ケース41上に被せ、ビス46で固定し、両側の蓄電池モジュール40Aを構成した状態を図8で示した。
【0036】
図9は、中央部の蓄電池モジュール40Bを示す斜視図である。
このモジュール40Bは、底のある前後方向に長い平面視矩形の内側ケース44と、このケース44の上端後方部を塞ぐ蓋板45とからなる。
内側ケース44の前後の内壁及び左右の内壁には、前記と同様の弧状の凹部を備え、且つ蓋板43の内頂面及び内側ケース44の内底部に設けた突出部で6本の蓄電池セル43…を位置決めしつつ、ガタ付きを防止しつつ収納、保持する。
【0037】
図10は、蓄電池30の外形を構成する外側ケース31のケース本体32と蓋板であるカバー33とを分解した縦断面図である。
ケース本体32底部上面32b及びカバー33の頂部下面33bには、上下に積層した蓄電池モジュール40A,40Bの底部及び頂部と係合する位置決め突起32a…,33a…を設ける。
位置決め用突起32a,33aは、蓄電池モジュール40A,40Bの底部及び頂部を囲繞する形状とし、蓄電池モジュール40Aにあっては、前後方向に長い矩形で、先部が先細りの形状の外側を囲繞する形状とし、40Bでは、左右に比較し前後が蓄電池セル1本分長い矩形の外側を囲繞する形状とする。
【0038】
図10のように、外側ケースの本体ケース32の上方の開放部32bから、上下に2個積層した左右の蓄電池モジュール40A、中間部の蓄電池モジュール40Bを挿入し、ケース本体32の内底部上面32bの突起部32a…に嵌合するように載置し、上からカバー33を被せ、カバー33の内頂部33bの下面に突出した突起部33a…を蓄電池モジュール44A,44B…の頂部に嵌合させる。
爾後、カバー33の周辺部の適所からビス46…を螺合し、カバー33をケース本体32に結合し、蓄電池30を構成した。この状態を図11で示した。
【0039】
図12は、蓄電池モジュール40…の接続状態を示す模式的説明図である。
実施の形態では、蓄電池30は、両側の7本の蓄電池セルを収納した4個の蓄電池モジュール40A…、及び中央部の6本の蓄電池セルを収納した2個の蓄電池モジュール40B,40Bからなり、これ等の蓄電池モジュールにA〜Fの符号を付した。
蓄電池モジュール40A…,40B,40Bは、配線47、ターミナル48を介して直列接続されており、実施の形態では正極側にヒューズ49を介装し、ゼネラル端子50に負極とともに接続されている。
【0040】
図14は、蓄電池モジュールの外部に設けた接続端子による品質確認の例を示す説明的斜視図である。
蓄電池モジュール40Aの内側ケース本体41の背面の外側に、接続端子50,51を設ける。該外部接続端子50,51をもって、隣接する蓄電池モジュール40A又は40Bと配線47をもって直列接続する。これを外観的には図5において、又模式的には図12において示した。
【0041】
蓄電池モジュール40Aの外部接続端子50,51は、内側ケース本体41の背面の外側に露出しており、これに、例えば電圧計52を接続し、蓄電池モジュール40Aの電圧を計測することができ、計測結果は表示部53にデジタル、或いはアナログ情報として表示させる。
これにより、蓄電池30を構成する蓄電池モジュール40…、即ち40A…,40B,40Bの個々の蓄電池モジュールの電圧を計測することができる。これにより、蓄電池モジュール個々の充・放電の品質確認を行うことができる。
【0042】
従って蓄電池を構成する蓄電池モジュール個々の電圧等を個々毎にチェックすることができ、蓄電池モジュール個々の品質確認を可能とし、蓄電池の不良があった場合において、電圧不足等の品質蓄不良が容易に検出でき、これにより電池のセルやモジュールの不良交換等が比較的容易となり、不良セルや不良モジュールに起因する蓄電池全体を交換する等の不都合を防止することができる。
【0043】
ところで、蓄電池セルであるが、実施の形態では、エネルギー密度が大きく、軽量であり、長時間駆動が可能であり、二足歩行ロボットの歩行、作業等の動作を行なわせる上で好ましいリチュームイオン2次電池を用いた。
【0044】
図14は、蓄電池の他の実施の形態を示す斜視図である。
蓄電池の全体符号を130とし、蓄電池モジュールを140Aで示した。蓄電池モジュール140Aは7本の蓄電池セルを収納、保持した前記蓄電池モジュール40Aと同構造である。
上下に積層した2個の蓄電池モジュール140A,140A(蓄電池モジュール140A−1)に隣接して、上下に積層した2個の蓄電池モジュール140A,140A(蓄電池モジュール140−2)を並設する。蓄電池モジュール140A−1,140−2の先細りの先部141a,141a間に、上下に積層した2個の蓄電池モジュール140A,140A(蓄電池モジュール140−3)を向きを変えて配設し、これ等を想像線で示した外側ケース131に収納、保持する。
【0045】
図15は、蓄電池の更なる他の実施の形態を示す斜視図である。
蓄電池の全体符号を230とし、蓄電池モジュールの内の前記した6個の蓄電池セルを収納した蓄電池モジュールに相当する蓄電池モジュールを240Bとし、前記した7個の蓄電池セルを収納した蓄電池モジュールに相当する蓄電池モジュールを、240Aとした。
中央部に、上下に7個の蓄電池セルを収納した先細り部を有する蓄電池モジュールを240A,240Aを積層配置する。これの両側に、6個の蓄電池セルを収納した蓄電池モジュール240B,240Bを積層して形成した蓄電池モジュール(蓄電池モジュール240B−1,240B−2)を配置し、中央部の蓄電池モジュール240Aの先部240aが突出する。
これ等の蓄電池モジュール240A…,240B,240Bを想像線で示した外側ケース231に収納、保持する。
【0046】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項1は、胴体の下端部から二本の脚体を延設した下部胴体と、両側部の肩部から二本の腕体を延設した上部胴体で構成し、上部胴体の上端部に頭部を設け、上部胴体と下部胴体とを、上下方向に設けた回転軸廻りに相対回転可能とし、上部胴体の背面に蓄電池を搭載した二足歩行ロボットであって、蓄電池は上部胴体の背面且つ頭部の背面に設けたサブボディで覆われ、蓄電池を覆ったサブボディは、その上端部が頭部の上端部よりも下方に配置されて設けられているとともに、サブボディは、上部胴体の肩幅よりも内側の範囲内に前記蓄電池を搭載されており、下部胴体の背面には、サブボディに収納されたコントロールユニットを設けた。
【0047】
請求項1では、蓄電池はロボットの上部胴体で、頭部よりも下方に配置したので、蓄電池をロボットに搭載した状態におけるロボット全体の重心を、ロボット全体の上端よりの高所に存在せることができ、倒立振子型モデルに基づいて行うロボットの姿勢安定化制御を適正に行うことができ、ロボットの姿勢の安定性を良好に確保することができる。
又胴体の肩幅よりも内側の範囲内に蓄電池を搭載したので、ロボットが歩行するに際し、上部胴体で背負った蓄電池が肩幅の内側なので、ロボットの幅よりも若干幅広の箇所、例えば、幅狭の通路や廊下を歩行する際、蓄電池やこれを収納するサブボディが通路や廊下に干渉することがない。
【0048】
従って、幅狭の通路や廊下を蓄電池を背負って搭載しつつ、ロボットは周囲に干渉されることなく歩行することができる。これにより、ロボットが通過可能な幅を肩幅程度と狭く設定することができ、歩行動作時における周囲との干渉を防止することができ、
又上部胴体の背面で、肩幅W内に蓄電池30を搭載するので、開放された上部胴体の大きな背面及びこの後方のスペースを利用して、容量の大きい蓄電池を搭載することができる。
【0049】
請求項2は、請求項1において、蓄電池を、中央部、その左右部に夫々分割した蓄電池モジュールを電気的に結合した構造とした。
【0050】
請求項2では、蓄電池を中央部のモジュール及びその左右部の両側部のモジュールに夫々分割した搭載し、又蓄電池モジュールを電気的に結合した構造としたので、蓄電池の個々のセルは、蓄電池モジュールとして確実に保持することができる。
従って、ロボットの歩行時や、多数の蓄電池セルから構成される蓄電池は、ロボットの動作時においてガタ付いたりすることがなく、多数のセルで構成される蓄電池の保持の安定性を向上させることができ、ロボットの歩行時における重心移動の影響を少なくし、又ロボットの動作時における蓄電池の保持の安定性が向上する。
【0051】
請求項3は、請求項2において、蓄電池モジュールの夫々は、その外面に接続端子を露出して設けた。
【0052】
請求項3では、蓄電池を構成する蓄電池モジュール個々の電圧等を、蓄電池モジュール個々毎にチェックすることが可能となり、蓄電池モジュール個々の品質確認を可能とし、蓄電池の不良があった場合において、電圧不足等の品質蓄不良が容易に検出できる。これにより電池のセルやモジュールの不良交換等が比較的容易となり、不良セルや不良モジュールに起因する蓄電池全体を交換する等の不都合を防止することができる。
【0053】
請求項4は、請求項1、請求項2又は請求項3の何れかにおいて、蓄電池をリチュームイオン電池とした。
【0054】
請求項4では、蓄電池をリチュームイオン電池としたので、エネルギー密度が大きく、軽量であり、長時間駆動が可能であり、二足歩行ロボットの歩行、作業等の動作を行なわせる上で好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の二足歩行ロボットの直立状態を示す側面図
【図2】図1のロボット1の胴体の正面図
【図3】ロボットの上部胴体の説明的平面図で、他の実施例を含む図
【図4】蓄電池と蓄電池のロボット上部胴体への支持構造の一実施の形態を示す部分破断斜視図
【図5】蓄電池の分解斜視図
【図6】蓄電池モジュールの横断平面図
【図7】両側の蓄電池モジュールの分解斜視図
【図8】図7の蓄電池モジュールの外観斜視図
【図9】中央部の蓄電池モジュールを示す斜視図
【図10】蓄電池の外形を構成する外側ケースのケース本体と蓋板であるカバーとを分解した縦断面図
【図11】図10のケース本体とカバーとをビス止めした状態の縦断面図
【図12】蓄電池モジュールの接続状態を示す模式的説明図
【図13】蓄電池モジュールの外部に設けた接続端子による品質確認の例を示す説明的斜視図
【図14】蓄電池の他の実施の形態を示す斜視図
【図15】蓄電池の更なる他の実施の形態を示す斜視図
【符号の説明】
1…二足歩行ロボット、 2…胴体、 3…脚体、 4…腕体、 5…頭部、6…上部胴体、 7…下部胴体、 12…回転軸、 30…蓄電池、 40,40A,40B…蓄電池モジュール、 50,51…接続端子、 W…肩幅。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a biped walking robot equipped with a storage battery as an operating power source, and more particularly to the arrangement of the storage battery mounted on the biped walking robot.
[0002]
[Prior art]
Known biped robots include those described in Japanese Patent Laid-Open Nos. 62-97005 and 63-150176.
A biped robot is basically a humanoid robot, with two legs extending from the waist at the lower end of the torso and two arms extending from the shoulders on the left and right sides of the torso. And a head equipped with an imaging device for visualizing the robot is mounted on the upper end of the body.
[0003]
By the way, as a posture stabilization control device for a biped robot, the present applicant has proposed a technology for performing posture stabilization control of a robot based on an inverted pendulum type dynamic model in Japanese Patent Laid-Open No. 5-337849.
The posture stability control of the robot based on the inverted pendulum type dynamic model disclosed in this publication performs the torque control around the ankle of the robot by simulating the behavior characteristic of the vibration of the upper body position of the robot. In a robot that performs this kind of posture stability control, it is easier to ensure the posture stability of the robot when the center of gravity is higher than when the center of gravity of the entire robot is lower.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, there are some power sources for operating the legs, arms, etc. in the biped robot, which are supplied to the robot from the outside via a cable. However, it is preferable to mount a storage battery as a power source for operation of the robot.
[0005]
The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to prevent a robot from biped walking and interfering during operation in a robot equipped with a storage battery as a power source for operation, and has a large capacity. A bipedal robot equipped with a storage battery that can be equipped with a storage battery is provided.
Another object of the present invention is to install a storage battery that ensures the retention of each storage battery during bipedal walking of the robot and improves the retention and stability of the storage battery during bipedal walking and operation of the robot. Provide biped robot.
Still another object of the present invention is to provide a bipedal robot equipped with a storage battery in which the storage battery is a plurality of storage battery modules and the quality of each storage battery module can be confirmed.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem,
[0007]
In
[0008]
A second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, the storage battery has a structure in which storage battery modules divided into a central portion and left and right portions thereof are electrically coupled.
[0009]
According to the second aspect of the present invention, since the storage battery is divided and mounted on the central module and the modules on both sides, the individual cells of the storage battery can be securely held as modules, and the storage battery can be used when the robot is walking or operating. The stability of holding is improved.
[0010]
A third aspect of the present invention is characterized in that in each of the storage battery modules, the connection terminal is exposed on the outer surface of the storage battery module.
[0011]
In
[0012]
[0013]
According to the fourth aspect of the present invention, since the storage battery is a lithium ion battery, the energy density is large, the battery is light, and the battery can be driven for a long time.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The drawings are viewed in the direction of the reference numerals.
In the figure, the direction indicated by the arrow Fr is the front, and the direction indicated by the arrow Rr is the rear.
The front-rear direction of the robot is a direction perpendicular to the direction in which the two legs of the robot are arranged side by side (the left-right direction of the robot) and the vertical direction (vertical direction) in the upright state of the robot.
FIG. 1 is a side view showing an upright state of a biped robot according to an embodiment of the present invention.
[0015]
An outline of the
The biped
[0016]
The
A
The left and
[0017]
The
The
[0018]
Inside the
Thereby, the
[0019]
FIG. 1 shows a basic posture state in which the front and rear directions of the
A shoulder joint mechanism (not shown) is built in the
Each
[0020]
The outline of one embodiment of the biped robot has been described above.
Although not shown in the drawings, in addition to the above-described configuration, an electric motor for driving the imaging apparatus built in the
[0021]
By the way, the center of gravity in the present embodiment of the
The center c of the
[0022]
With the above-described arrangement of the center of gravity, the center of gravity b of the
For this reason, the behavioral characteristics of the robot's posture are better matched to the behavioral characteristics of the inverted pendulum, and as a result, the posture stabilization control is performed appropriately based on the inverted pendulum type model. And the stability of the posture of the robot can be ensured satisfactorily.
Further, since the center portion c of the
[0023]
FIG. 2 is a front view of the
As shown in the figure, the
The
And as for the
[0024]
FIG. 3 is an explanatory plan view of the
In FIG. 2, the wide sub-body 8A is indicated by a chain line.
[0025]
As described above, in the
[0026]
The important thing is that when the
Accordingly, the robot can walk without being interfered by the surroundings while carrying a storage battery on a narrow passage or hallway.
Further, since the
[0027]
FIG. 4 is a partially broken perspective view showing an embodiment of a storage battery and a structure for supporting the storage battery to the upper body of the robot.
The
In the figure, the
[0028]
A C-shaped
A
The figure shows a state immediately before the
[0029]
FIG. 5 is an exploded perspective view of the
The
Specifically, the
[0030]
The four
After storage, the
[0031]
The
As is apparent from FIGS. 5 and 6, the
Each of the upper and lower
[0032]
The central
Seven
The
[0033]
As described above, the storage battery is divided and mounted on the
Therefore, a storage battery composed of a large number of storage battery cells during walking of the robot does not rattle during the operation of the robot and can improve the holding stability of the storage battery composed of a large number of cells. This improves the stability of holding the storage battery when the robot is walking or operating. The biped robot walks biped, but the influence of the center of gravity movement during walking can be reduced.
[0034]
FIG. 7 is an exploded perspective view of the
The
Seven cylindrical
[0035]
The
FIG. 8 shows a state in which the
[0036]
FIG. 9 is a perspective view showing the
The
The front and rear inner walls and the left and right inner walls of the
[0037]
FIG. 10 is an exploded vertical cross-sectional view of the case
On the bottom
The
[0038]
As shown in FIG. 10, the left and right
After that, screws 46 were screwed from appropriate positions around the periphery of the
[0039]
FIG. 12 is a schematic explanatory view showing a connection state of the
In the embodiment, the
The
[0040]
FIG. 14 is an explanatory perspective view showing an example of quality confirmation using a connection terminal provided outside the storage battery module.
[0041]
The
Thereby, the voltage of the individual
[0042]
Therefore, it is possible to check the voltage of each of the storage battery modules constituting the storage battery individually, enabling the quality check of each storage battery module, and if there is a storage battery failure, quality storage defects such as insufficient voltage can be easily performed. Therefore, it is possible to relatively easily replace defective cells and modules of the battery, and to prevent inconveniences such as replacement of the entire storage battery caused by the defective cells and defective modules.
[0043]
By the way, although it is a storage battery cell, in the embodiment, it has a large energy density, is lightweight, can be driven for a long time, and is preferable for performing a walking, working, etc. of a biped robot. The next battery was used.
[0044]
FIG. 14 is a perspective view showing another embodiment of the storage battery.
The whole code | symbol of the storage battery was set to 130, and the storage battery module was shown by 140A. The
Two
[0045]
FIG. 15 is a perspective view showing still another embodiment of the storage battery.
A storage battery corresponding to a storage battery module in which the entire storage battery code is 230, a storage battery module corresponding to the storage battery module storing the six storage battery cells in the storage battery module is 240B, and a storage battery module storing the seven storage battery cells described above. The module was 240A.
In the center portion, 240A and 240A are stacked and arranged with a storage battery module having a tapered portion in which seven storage battery cells are stored vertically. Storage battery modules (
These storage battery modules 240 </ b> A..., 240 </ b> B, 240 </ b> B are housed and held in an
[0046]
【The invention's effect】
The present invention exhibits the following effects by the above configuration.
[0047]
In
Also, since the storage battery is mounted in the range inside the shoulder width of the torso, when the robot walks, the storage battery carried on the upper body is inside the shoulder width, so the part slightly wider than the width of the robot, for example, When walking in a passage or hallway, the storage battery and the sub-body storing the battery do not interfere with the passage or hallway.
[0048]
Accordingly, the robot can walk without being interfered by the surroundings while carrying a storage battery on a narrow passage or hallway. Thereby, the width that the robot can pass can be set as narrow as the shoulder width, and interference with the surroundings during walking movement can be prevented,
Further, since the
[0049]
A second aspect of the present invention has a structure in which, in the first aspect, the storage battery is electrically coupled with a storage battery module that is divided into a central portion and left and right portions thereof.
[0050]
According to the second aspect of the present invention, since the storage battery is divided and mounted in the central module and the left and right side modules, and the storage battery modules are electrically connected to each other. Can be securely held as.
Therefore, a storage battery composed of a large number of storage battery cells during walking of the robot does not rattle during the operation of the robot and can improve the holding stability of the storage battery composed of a large number of cells. This can reduce the influence of the movement of the center of gravity during walking of the robot, and improve the stability of holding the storage battery during operation of the robot.
[0051]
A third aspect of the present invention is the storage battery module according to the second aspect, wherein each of the storage battery modules is provided with the connection terminal exposed on the outer surface thereof.
[0052]
In
[0053]
[0054]
In
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing an upright state of a biped robot according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a front view of the body of the
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記蓄電池は前記上部胴体の背面且つ前記頭部の背面に設けたサブボディで覆われ、
前記蓄電池を覆ったサブボディは、その上端部が前記頭部の上端部よりも下方に配置されて設けられているとともに、
前記サブボディは、前記上部胴体の肩幅よりも内側の範囲内に前記蓄電池を搭載されており、
前記下部胴体の背面には、サブボディに収納されたコントロールユニットを設けた、
ことを特徴とする蓄電池を搭載した二足歩行ロボット。 It consists of a lower torso with two legs extending from the lower end of the torso and an upper torso with two arms extending from the shoulders on both sides , and a head at the upper end of the upper torso A bipedal walking robot in which the upper body and the lower body are relatively rotatable around a rotation axis provided in the vertical direction, and a storage battery is mounted on the back of the upper body ,
The storage battery is covered with a sub- body provided on the back of the upper body and the back of the head,
The sub-body that covers the storage battery is provided with its upper end disposed below the upper end of the head ,
The sub body is mounted with the storage battery in a range inside the shoulder width of the upper body ,
On the back of the lower fuselage, a control unit housed in a sub-body was provided.
Biped robot equipped with a storage battery characterized by that.
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| AU2001294213A AU2001294213A1 (en) | 2000-10-12 | 2001-10-10 | Bipedal robot with storage battery |
| US10/399,063 US7073614B2 (en) | 2000-10-12 | 2001-10-10 | Bipedal robot with storage battery |
| US11/456,454 US7328087B2 (en) | 2000-10-12 | 2006-07-10 | Bipedal robot with storage battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000312710A JP4478313B2 (en) | 2000-10-12 | 2000-10-12 | Biped robot with storage battery |
Publications (2)
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|---|---|
| JP2002120172A JP2002120172A (en) | 2002-04-23 |
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Family
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4478313B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7353104B2 (en) * | 2019-09-02 | 2023-09-29 | 川崎重工業株式会社 | Storage battery unit and humanoid robot |
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2000
- 2000-10-12 JP JP2000312710A patent/JP4478313B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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|---|---|
| JP2002120172A (en) | 2002-04-23 |
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