KR100917352B1 - 다리식 이동로봇의 착상충격 완충장치 - Google Patents

Abstract

로봇의 다리체의 족평 기구(6)에 설치된 착상충격 완충장치(18)이며, 족평 기구(6)의 바닥면측에 압축팽창 가능한 대상부재(19)(가변용적체)를 구비하고 있다. 대상부재(19)는 고무 등의 탄성재에 의해 구성되어 있다. 대상부재(19)에는, 전자 밸브(27) 등을 구비하는 유입·유출 수단(20)에 의해 대기중의 공기가 입출 가능하다. 족평 기구(6)의 착상 상태와, 이 착상 상태로부터 이상 상태로 이행한 직후의 상태에서는, 전자 밸브(27)가 폐쇄되어 대상부재(19)가 압축상태로 유지된다. 또, 족평 기구(6)의 이상 상태에서의 대상부재(19)의 팽창시에는, 전자 밸브(27)를 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 전환하는 타이밍을 제어함으로써 대상부재(19)의 압축 방향의 높이가 로봇의 보용형태에 적합한 높이로 제어된다. 다리식 이동로봇의 다리체의 착상 동작시의 충격 하중을 경감하면서, 이 로봇의 자세의 안정성의 확보를 용이하게 행할 수 있고, 게다가, 경량의 구성으로 할 수 있다.

로봇, 충격, 완충, 밸브, 대상부재, 컴플라이언스, 가변용적체

Description

다리식 이동로봇의 착상충격 완충장치{DEVICE FOR ABSORBING FLOOR-LANDING SHOCK FOR LEGGED MOBILE ROBOT}

본 발명은, 다리식 이동로봇의 다리체의 착상 동작시의 충격 하중을 경감하기 위한 착상충격 완충장치에 관한 것이다.

2족 이동로봇 등, 복수의 다리체를 구비한 다리식 이동로봇에서는, 각 다리체는 그 선단부에 설치된 족평(足平) 기구의 접지면부를 통하여 바닥에 접지된다. 여기에서, 이 족평 기구는, 보다 상세하게는, 각 다리체의 가장 선단측의 관절(발목관절)에 연결된 기구이다. 그리고 다리식 이동로봇은, 각 다리체의 이상(離床)·착상(着床) 동작에 의해 이동한다. 이 이상·착상 동작은, 보다 상세하게 말하면, 복수의 다리체 중의 적어도 하나의 다리체를 지지다리로 하고, 이 지지다리의 족평 기구를 접지 상태로 유지하는 한편, 다른 다리체를 미접지 다리로 하여, 이 미접지 다리의 족평 기구를 그 접지 장소로부터 공중에 들어 올려서 이동시키고, 다른 접지 개소에 접지시킨다는 동작의 반복이다.

이 종류의 다리식 이동로봇에서는, 각 다리체의 착상 동작에 의해, 이 다리체의 족평 기구의 접지면부를 접지시켰을 때에, 이 다리체의 족평 기구를 통하여 순간적으로 비교적 큰 충격 하중(과도적인 상반력)이 작용한다. 특히, 다리식 이 동로봇를 비교적 빠른 이동 속도로 이동시키는 것과 같은 경우에는, 다리체의 족평 기구가 접지하기 직전에 있어서의 다리체의 운동에너지가 크기 때문에, 상기 충격 하중이 큰 것이 된다. 그리고 이 충격 하중이 크면, 그것에 견딜수 있도록 각 다리체의 각 부의 강성을 높일 필요가 생기고, 나아가서는, 각 다리체의 소형화나 경량화의 방해가 된다. 이 때문에, 이러한 충격 하중을 경감하는 것이 요망된다.

이러한 충격 완충장치로서는, 예를 들면 본원 출원인이 일본 특개평 5-305578호 공보에 제안한 것이 알려져 있다. 이 충격 완충장치에서는, 족평 기구의 발뒤꿈치부에 작동유가 충전된 실린더를 구비하고, 이 실린더내를 슬라이딩가능한 피스톤으로부터 족평 기구의 발뒤꿈치부의 바닥면측을 향하여 로드가 뻗어 설치되어 있다. 그리고, 이 로드의 선단부에는 버섯 모양으로 직경확장되어 이루어지는 접지체가 설치되어 있다. 또, 피스톤은, 그 상측에서 실린더내에 수용된 스프링에 의해, 상기 접지체가 족평 기구의 바닥면측에 돌출하는 방향으로 가압되어 있다. 또한, 이 피스톤에는, 그 상측의 실과 하측의 실 사이에서의 작동유의 유통을 가능하게 하는 유통로가 뚫려 있다.

이와 같이 구성된 충격 완충장치에서는, 다리체의 착상 동작시에, 상기 접지체가 접지하고, 피스톤과 함께 상기 스프링의 가압력과 역방향으로 가압된다. 이 때, 실린더내의 작동유가 피스톤의 유통로를 통하여 유통하면서, 피스톤이 스프링을 압축하는 방향으로 슬라이딩하고, 이것에 의해 다리체의 착상 동작시의 충격 하중이 경감된다.

그렇지만, 이러한 충격 완충장치에서는, 다리체의 착상 상태(다리체의 지지 다리기의 상태)에서는, 족평 기구의 발뒤꿈치부의 접지체가 접지하고, 상기 스프링의 가압력에 저항하여 가압되므로, 족평 기구의 발뒤꿈치부에 항상, 상반력(床反力)이 작용하게 된다. 더욱이, 로봇의 보용(步容) 형태에 따라서는, 다리체의 이상 직후에서도 상기 접지체가 접지하고 있는 경우가 있다. 이 때문에, 로봇의 이동시의 다리체의 이상 동작을 원활하게 행할 수 없어, 비틀거림을 일으키는 경우가 있다. 또, 다리체의 착상 상태에서, 족평 기구의 발뒤꿈치부에 항상, 상반력이 작용하므로, 로봇의 자세의 안정성을 확보하기 위해서 상반력을 족평 기구의 원하는 개소(예를 들면 발끝부 등)에 집중적으로 작용시키거나 할 수 없다. 이 때문에, 바닥형상이나 외력 등에 의해 로봇의 자세의 안정성이 손상되기 쉽다.

더욱이, 상기 충격 완충장치에서는, 작동유를 사용하고 있기 때문에, 완충장치의 중량이 큰 것이 되고, 로봇의 경량화의 방해가 된다. 또, 다리체의 착상 동작때에 접지하는 접지체는, 피스톤의 슬라이딩 방향(실린더의 축심방향)으로밖에 이동할 수 없는 동시에 고체 형상의 것이기 때문에, 바닥의 형상에 의해서는 이 접지체에 그 가동 방향과 교차하는 방향으로 충격 하중이 작용하고, 이 충격 하중을 충분하게 경감할 수 없거나, 충격 완충장치의 손상을 일으킬 우려가 있다.

본 발명은 이러한 배경을 감안하여 이루어진 것으로서, 다리식 이동로봇의 다리체의 착상 동작시의 충격 하중을 경감하면서, 이 로봇의 자세의 안정성의 확보를 용이하게 행할 수 있고, 게다가, 경량의 구성으로 할 수 있는 착상충격 완충장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다리식 이동로봇의 착상충격 완충장치는 이러한 목적을 달성하기 위해서, 족평 기구의 접지면부를 통하여 각각 접지할 수 있는 복수의 다리체의 이상·착상 동작에 의해 이동하는 다리식 이동로봇에서, 각 다리체의 착상 동작때에 상반력을 받아서 압축되는 동시에 적어도 이 다리체의 이상 동작에 의해 이 상반력을 받지 않게 되었을 때에는 팽창할 수 있도록 이 다리체의 족평 기구에 설치되고, 그 압축팽창에 따라 내부에 유체를 입출할 수 있는 가변용적체와, 각 다리체의 이상 상태에서 이 가변용적체를 팽창시키면서 이 가변용적체에 유체를 유입시키는 동시에 상기 상반력에 의한 이 가변용적체의 압축에 따라 이 가변용적체로부터 유체를 유출시키는 유입·유출 수단을 구비하고, 이 유입·유출 수단에 의한 상기 가변용적체내의 유체의 유출때에 유출저항을 발생시키도록 한 착상충격 완충장치로서, 적어도 각 다리체의 착상 동작에 의해 상기 가변용적체가 압축된 후, 이 다리체가 그 이상 동작에 의해 이상 상태로 된 직후까지의 기간내에 있어서 이 가변용적체를 압축상태로 유지하는 압축상태 유지 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다(제 1 발명).

또한, 본 발명에 있어서, 각 다리체의 착상 동작은, 이 다리체의 족평 기구의 접지면부가 바닥으로부터 떨어진 상태로부터, 이 족평 기구를 하강시켜서 그 접지면부를 바닥에 접지시키는 동작을 의미하고, 각 다리체의 이상 동작은, 이 다리체의 족평 기구의 접지면부를 바닥에 접지시킨 상태로부터, 이 족평 기구를 공중에 들어 올려서 그 접지면부를 바닥으로부터 떨어지게 하는 동작을 의미한다. 또, 각 다리체 혹은 족평 기구의 이상 상태는, 이 다리체의 족평 기구의 접지면부를 바닥 으로부터 떨어지게 한 상태를 의미한다. 또한, 각 다리체 혹은 족평 기구의 착상 상태는, 이 다리체의 족평 기구의 접지면부의 전부 혹은 일부를 바닥에 접지시킨 상태를 의미한다.

이러한 본 발명(제 1 발명)에 의하면, 각 다리체의 착상 동작때에, 팽창 상태의 가변용적체가 압축되고, 이 때, 가변용적체내의 유체가 상기 유입·유출 수단에 의해 이 가변용적체내로부터 유출 저항을 수반하며 유출된다. 이것에 의해 착상 동작을 행하는 다리체의 운동에너지가 흡수되어서, 이 다리체의 족평 기구의 운동량이 감소하고, 그 착상 동작때에 이 다리체에 작용하는 충격 하중이 경감된다. 그리고 본 발명(제 1 발명)에서는, 각 다리체의 착상 동작때에 압축되는 가변용적체는, 적어도 각 다리체의 착상 동작에 의해 압축된 후, 이 다리체가 그 이상 동작에 의해 이상 상태로 된 직후까지의 기간내에서 상기 압축상태 유지 수단에 의해, 압축상태로 유지된다. 이 때문에, 가변용적체의 압축후의 다리체의 착상 상태에서 가변용적체에 작용하는 상반력을 극히 작게 하여, 기본적으로는 족평 기구의 접지면부의 장소에만 상반력을 작용시킬 수 있다. 이 결과, 족평 기구의 자세제어 등에 의해, 용이하게 로봇의 자세의 안정성을 확보할 수 있다. 또, 다리체의 이상 동작에 의해 이 다리체가 착상 상태로부터 이상 상태로 이행할 때, 및 그 이행 직후에도, 가변용적체를 압축상태로 유지할 수 있기 때문에, 로봇의 비틀거림 등을 발생하지 않아 다리체의 이상 동작도 원활하게 행할 수 있다.

따라서, 본 발명(제 1 발명)에 의하면, 다리식 이동로봇의 다리체의 착상 동작시의 충격 하중을 경감하면서, 이 로봇의 자세의 안정성을 용이하게 확보할 수 있다.

또한, 본 발명(제 1 발명)에서, 다리체가 그 이상 동작에 의해 이상 상태로 된 직후의 타이밍(상기 압축상태 유지 수단에 의해 가변용적체를 압축상태로 유지하는 기간의 종료 타이밍)은, 이 타이밍 이후에 가변용적체가 팽창해도, 이 가변용적체나 이것과 일체로 움직일 수 있는 부분, 혹은 족평 기구의 바닥면부 등, 다리체의 운동시에 족평 기구와 일체로 움직이는 부분이 접지하는 일이 없는 타이밍인 것이 바람직하다.

이러한 본 발명(제 1 발명)에서는, 상기 유체는 압축성 유체인 것이 바람직하다(제 2 발명). 즉, 압축성 유체는, 스프링성을 가지기 때문에, 각 다리체의 착상 동작때에, 다리체의 운동에너지의 일부는 가변용적체의 내부의 압축성 유체의 탄성에너지로 변환된다. 그리고 그 탄성에너지는, 압축성 유체가 가변용적체의 압축에 따라 이 가변용적체로부터 유출하는 과정에서 유출 저항에 의해 해산된다. 이 결과, 각 다리체의 착상 동작때에, 가변용적체 및 그 내부의 압축성 유체를 통하여 다리체에 작용하는 상반력의 순시적인 급변이 생기는 것을 회피하면서, 충격 하중(이하, 착상충격이라고 하는 경우가 있음)을 보다 효과적으로 경감할 수 있다.

또한, 상기 압축성 유체로서는, 공기 등의 기체나, 기포를 함유하는 액체 혹은 겔 등을 들 수 있다. 이 경우, 특히, 압축성 유체로서 기체를 사용한 경우에는, 이 압축성 유체가 경량인 것이 되고, 나아가서는 본 발명의 착상충격 완충장치를 경량인 것으로 할 수 있다.

이와 같이 압축성 유체를 사용하는 본 발명(제 2 발명)은, 상기 다리식 이동 로봇이, 그 각 다리체의 족평 기구에 작용하는 상반력의 수평방향 축주위의 모멘트(예를 들면 6축력센서 등에 의해 검출되는 모멘트)를 소정의 목표 모멘트에 추종시키도록 이 족평 기구의 위치 및 자세가 컴플라이언스 제어에 의해 제어되는 로봇인 경우에 적합하다(제 3 발명). 즉, 압축성 유체의 스프링정수는, 상기 다리체의 착상 동작에 의한 상기 가변용적체의 압축에 의해 작아지므로, 상기 컴플라이언스 제어의 제어계의 안정성을 확보하면서 이 제어의 게인(컴플라이언스 게인)을 높일 수 있다. 그 결과, 각 족평 기구에 작용하는 수평방향 축 주위의 모멘트의 목표 모멘트에의 추종성을 높일 수 있다. 따라서, 착상시의 충격 하중을 적정하게 경감하면서, 로봇의 자세의 안정성을 확보할 수 있다.

더욱이, 본 발명(제 1∼제 3 발명)에서는, 상기 가변용적체는, 상기 각 다리체의 착상 동작때에 이 다리체의 족평 기구의 접지면부에 선행하여 접지하도록 이 다리체의 족평 기구의 바닥면측에 설치된 변형가능한 대상(袋狀)부재에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다(제 4 발명). 즉, 상기 대상부재는, 각 다리체의 착상 동작때에, 이 다리체의 족평 기구의 접지면부에 선행하여 접지하고, 압축된다. 이 때, 이 대상부재는, 바닥의 표면형상을 따르도록 하여 변형할 수 있기 때문에, 이 대상부재가 접지할 수 있는 한, 바닥의 형상 등에 좌우되지 않고 본 발명의 착상충격 완충장치의 완충 기능을 발휘할 수 있다. 따라서 다리체의 착상 동작시의 충격 하중의 경감 효과의 확실성을 높일 수 있다. 또, 대상부재는, 그 변형의 자유도가 높으므로, 각 다리체의 착상 동작때에 이 대상부재에 여러 다양한 방향으로부터 상반력이 작용해도, 이 대상부재가 파손되는 것과 같은 사태를 회피할 수 있다.

또, 본 발명(제 1∼제 4 발명)에서는, 상기 압축상태 유지 수단은, 적어도 상기 유입·유출 수단에 의한 상기 가변용적체에의 유체의 유입을 차단시킴으로써 이 가변용적체를 압축상태로 유지하는 것이 바람직하다(제 5 발명).

이것에 의하면, 가변용적체에의 유체의 유통로에 구비한 전자 밸브 등을 사용하여, 간단한 구성으로 용이하게 가변용적체의 압축상태로의 유지를 행할 수 있다. 또한, 가변용적체의 압축상태의 유지는, 이 가변용적체에 결합시킨 기계적인 수단이나 전자력 수단에 의해 역학적으로 행하도록 하는 것도 가능하다.

또, 본 발명(제 1∼제 5 발명)에서는, 상기 압축상태 유지 수단은, 예를 들면 상기 다리식 이동로봇의 이동시의 목표 보용에 따라 정해지는 각 다리체의 이상·착상 동작의 시각 정보(어느 시각에 각 다리체의 족평 기구를 접지시킬지 등의 정보)에 기초하여, 상기 가변용적체를 압축상태로 유지하는 시기를 판단한다(제 6 발명). 이것에 의하면, 센서를 사용하지 않고, 가변용적체의 압축상태로의 유지 제어를 용이하게 행할 수 있다.

또는, 본 발명(제 1∼제 5 발명)에서는, 상기 각 다리체의 족평 기구가 상기 접지면부를 통하여 접지하고 있는지 아닌지를 검지하기 위한 센서가 구비되어 있고, 상기 압축상태 유지 수단은, 이 센서의 검지 데이터에 기초하여, 상기 가변용적체를 압축상태로 유지하는 시기를 판단한다(제 7 발명). 이것에 의하면, 확실하게 원하는 시기에 가변용적체를 압축상태로 유지할 수 있다.

또한, 가변용적체를 압축상태로 유지하는 시기의 판단은, 로봇의 목표 보용에 따른 각 다리체의 이상·착상 동작의 시간정보와, 족평 기구의 접지의 유무를 검지하는 센서의 검지 데이터와의 양자를 병용하여 행하도록 해도 좋다.

또, 본 발명(제 1∼제 7 발명)에서는, 상기 각 다리체의 이상 상태에서의 상기 가변용적체의 팽창시에, 이 가변용적체의 압축 방향의 사이즈(길이)가 상기 다리식 이동로봇의 보용형태에 따른 소정의 사이즈로 되도록, 상기 유입·유출 수단에 의한 가변용적체로의 상기 유체의 유입량을 이 보용형태에 따라 제어하는 팽창 제어 수단을 구비하는 것이 바람직하다(제 8 발명).

이것에 의하면, 각 다리체의 착상 동작에 의한 가변용적체의 압축의 개시전에, 가변용적체에의 유체의 유입량을 제어함으로써, 상기 가변용적체의 압축 방향의 사이즈가 로봇의 보용형태에 따른 소정의 사이즈로 제어되게 된다. 이 때문에, 각 다리체의 착상 동작에 의한 가변용적체의 압축량, 나아가서는, 이 가변용적체로부터의 유체의 유출량을 로봇의 보용형태(예를 들면 이동 속도 등의 보용형태)로 정합한 것으로 할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 착상충격 완충장치에 의한 착상충격의 완충 효과를 로봇의 보용형태에 적합한 것으로 할 수 있다. 즉, 각 다리체의 착상 동작시에 이 다리체에 작용하는 상반력의 과도적인 변화를 로봇의 보용형태에 적합한 것으로 할 수 있고, 나아가서는, 로봇의 자세의 안정화를 보다 적절하게 도모할 수 있다.

또한, 일반적으로는, 로봇의 이동 속도가 빠를수록, 각 다리체의 착상 동작전에 있어서의 가변용적체의 압축 방향의 사이즈를 크게 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 로봇의 이동 속도가 빠를수록, 가변용적체의 압축시에 가변용적체로부터 유출되는 유체의 유량이 많아지고, 그 유출 저항이 증가하여, 착상충격 완 충장치의 댐핑 효과(운동에너지의 감쇠 효과)를 높일 수 있다.

이와 같이 팽창 제어 수단을 구비한 본 발명(제 8 발명)에서는, 상기 팽창 제어 수단은, 예를 들면 상기 압축상태 유지 수단에 의한 상기 가변용적체의 압축상태의 유지 작동이 해제된 후에 있어서의 이 가변용적체에의 상기 유체의 유입시간에 기초하여, 이 가변용적체의 압축 방향에서의 사이즈가 상기 소정의 사이즈로 팽창했는지 아닌지를 판단하고, 이 가변용적체의 압축 방향의 사이즈가 상기 소정의 사이즈로 팽창했다고 판단했을 때, 상기 유입·유출 수단에 의한 가변용적체로의 유체의 유입을 차단하게 한다(제 9 발명). 이것에 의하면, 센서 등을 필요로 하지 않고, 비교적 간단한 구성으로 가변용적체의 팽창을 제어할 수 있다.

또는, 상기 가변용적체의 압축 방향의 사이즈(길이)에 따라 변화하는 물리량을 검출하는 센서를 구비하고 있고, 상기 팽창 제어 수단은, 상기 압축상태 유지 수단에 의한 상기 가변용적체의 압축상태의 유지 작동이 해제된 후에 있어서의 이 센서의 검출 데이터에 기초하여 이 가변용적체의 압축 방향의 사이즈가 상기 소정의 사이즈로 팽창했는지 아닌지를 판단하고, 이 가변용적체의 압축 방향의 사이즈가 상기 소정의 사이즈로 팽창했다고 판단했을 때, 상기 유입·유출 수단에 의한 가변용적체로의 유체의 유입을 차단하게 한다(제 10 발명). 이것에 의하면, 각 다리체의 이상 상태에서 가변용적체를 팽창시켰을 때의 이 가변용적체의 최종적인 압축 방향의 사이즈를 확실하게 보용형태에 따른 소정의 사이즈로 제어할 수 있다.

또한, 가변용적체의 압축 방향의 사이즈에 따라 변화하는 물리량으로서는, 이 가변용적체의 압축 방향의 길이나, 이 가변용적체의 내부의 압력 등을 들 수 있 다.

더욱이, 상기 팽창 제어 수단을 구비한 본 발명(제 8 발명)에서는, 상기 가변용적체내의 압력을 검출하는 제 1 센서와 이 가변용적체의 압축 방향에 있어서의 사이즈(길이)를 검출하는 제 2 센서를 구비하고 있고, 상기 압축상태 유지 수단 및 팽창 제어 수단은, 상기 다리식 이동로봇의 보용형태에 따라 상기 가변용적체내의 목표 압력의 경시 변화 패턴과 이 가변용적체의 압축 방향의 목표 사이즈의 경시 변화 패턴을 설정하고, 상기 제 1 센서 및 제 2 센서에 의해 각각 검출되는 압력 및 사이즈가 각각 상기 목표 압력 및 목표 사이즈의 경시 변화 패턴을 따라서 변화되도록 상기 유입·유출 수단에 의한 가변용적체의 유체의 유출·유입을 제어하도록 해도 좋다(제 11 발명).

이것에 의하면, 가변용적체의 압축 방향의 사이즈와, 이 가변용적체의 내부의 압력 양쪽을, 축차, 로봇의 보용형태에 적합한 것으로 제어하는 것이 가능하게 된다. 따라서 본 발명의 착상충격 완충장치에 의한 완충 효과, 및, 로봇의 자세의 안정화의 효과를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에서의 다리식 이동로봇의 기본 구성을 도시하는 측면도,

도 2는 본 발명의 제 1 실시형태의 착상충격 완충장치를 구비한 족평 기구의 측면에서 본 단면도,

도 3은 도 2의 족평 기구의 바닥면측에서 본 평면도,

도 4는 도 1의 다리식 이동로봇의 동작 제어의 처리를 나타내는 플로우챠트,

도 5는 도 2의 족평 기구의 착상충격 완충장치의 작동을 설명하기 위한 플로우차트,

도 6은 도 2의 족평 기구의 착상충격 완충장치의 작동을 설명하기 위한 타이밍 차트,

도 7은 본 발명의 제 2 실시형태의 착상충격 완충장치의 작동을 설명하기 위한 플로우차트,

도 8은 본 발명의 제 3 실시형태의 착상충격 완충장치를 구비한 족평 기구의 주요부의 모식도,

도 9는 본 발명의 제 3 실시형태의 착상충격 완충장치의 작동을 설명하기 위한 플로우차트,

도 10은 본 발명의 제 4 실시형태의 착상충격 완충장치의 작동을 설명하기 위한 플로우차트,

도 11은 본 발명의 제 1∼제 4 실시형태에 관계되는 변형 태양에서의 족평 기구의 주요부의 모식도,

도 12는 본 발명의 제 1∼제 4 실시형태에 관계되는 변형 태양에서의 족평 기구의 주요부의 모식도,

도 13은 본 발명의 제 5 실시형태의 착상충격 완충장치를 구비한 족평 기구의 주요부의 모식도,

도 14는 도 13의 족평 기구의 착상충격 완충장치의 작동을 설명하기 위한 플 로우차트,

도 15는 도 13의 족평 기구의 착상충격 완충장치의 작동을 설명하기 위한 타이밍 차트, 및

도 16은 본 발명의 제 6 실시형태의 착상충격 완충장치를 구비한 족평 기구의 측면에서 본 단면도.

본 발명의 제 1 실시형태를 도 1~도 6을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 실시형태의 다리식 이동로봇(1)의 전체의 기본 구성을 모식화하여 도시하는 측면도이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 다리식 이동로봇(1)은, 예를 들면 그 상체(2)(동체)의 하단부로부터 뻗어설치된 좌우 한쌍(2개)의 다리체(3, 3)를 구비하는 2족 이동로봇이다. 또한, 상체(2)에는, 팔체나 머리부가 부착되어 있어도 좋다.

각 다리체(3)는, 대퇴부(4), 하퇴부(5), 족평 기구(6)를 상체(2)의 하단부로부터 고관절(7), 무릎관절(8), 발목관절(9)을 순서대로 통하여 접속해서 구성되어 있다. 보다 상세하게 말하면, 각 다리체(3)는, 상체(2)의 하단부로부터 고관절(7)을 통하여 대퇴부(4)를 뻗어 설치하는 동시에, 이 대퇴부(4)의 선단부에 무릎관절(8)을 통하여 하퇴부(5)를 연결하고, 또한, 이 하퇴부(5)의 선단부에 발목관절(9)을 통하여 족평 기구(6)를 연결한 구성으로 되어 있다. 그리고, 각 다리체(3)는 그 최선단측에 존재하는 족평 기구(6)를 통하여 바닥(A)에 접지 가능하게 되고, 그 접지에 의해 상체(2)를 지지한다. 이 경우, 각 다리체(3)의 고관절(7)은, 로봇(1)의 상하방향, 전후방향, 좌우측 방향의 3축 주위의 회전 동작이 가능하게 되고, 무릎관절(8)은, 좌우측 방향의 1축주위의 회전 동작이 가능하게 되고, 발목관절(9)은, 전후방향 및 좌우측 방향의 2축주위의 회전 동작이 가능하게 되어 있다. 이들 각 관절(7∼9)의 회전 동작에 의해, 각 다리체(3)는 인간의 다리체와 거의 동일한 운동을 행할 수 있게 되어 있다.

또, 각 다리체(3)의 각 관절(7∼9)에는, 그 각 축주위의 회전 동작을 행하기 위한 액추에이터로서의 전동 모터(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 또한, 로봇(1)의 상체(2)에는, 이 로봇(1)의 다리체(3, 3)의 동작 제어(각 관절(7∼9)의 전동 모터의 동작 제어)를 행하는 제어장치(10)나, 로봇(1)의 동작용 전원으로서의 축전장치(11) 등이 탑재되어 있다. 제어장치(10)는 마이크로 컴퓨터 등을 포함하는 전자회로에 의해 구성된 것이다. 이 경우, 제어장치(10)는, 로봇(1)의 이동시에는, 인간과 동일하게, 양 다리체(3, 3)의 이상·착상 동작을 번갈아 반복함으로써, 로봇(1)을 이동시키도록 하고 있다. 그 이상·착상 동작의 반복은, 보다 상세하게 말하면, 다음과 같은 동작이다. 즉, 양 다리체(3, 3)중의 어느 한쪽을 지지다리로 하고 다른쪽을 미접지 다리로 한다. 그리고 지지다리측의 다리체(3)를 착상시킨 상태(이 다리체(3)의 족평 기구(6)를 바닥(A)에 접지시킨 상태)에서, 미접지 다리측의 다리체(3)를 이상시킨다(이 다리체(3)의 족평 기구(6)를 바닥(A)상으로부터 공중으로 들어 올림). 또한, 이상시킨 미접지 다리측의 다리체(3)의 족평 기구(6)을 공중에서 이동시킨 후, 원하는 장소에 착상시킨다. 그리고 그 착상시킨 미접지 다리측의 다리체(3)를 새롭게 지지다리로 하는 동시에, 지금까지 지지다리 로 되어 있었던 다리체(3)를 새롭게 미접지 다리로 하고, 새롭게 미접지 다리로 된 다리체(3)를 상기와 동일하게 움직인다. 이와 같은 다리체(3, 3)의 동작의 반복이, 로봇(1)의 이동때의 양 다리체(3, 3)의 이상·착상 동작의 반복이다.

각 다리체(3)의 족평 기구(6)의 구성을 도 2 및 도 3을 참조하여 더욱 설명한다. 도 2는 족평 기구(6)의 측면에서 본 단면도, 도 3은 이 족평 기구(6)의 바닥면측에서 본 평면도이다.

족평 기구(6)는, 대략 평판상의 족평 플레이트 부재(12)를 골격부재로서 구비하고 있다. 이 족평 플레이트 부재(12)는, 그 전단부(발끝부)와 후단부(발뒤꿈치부)는 약간 상방으로 만곡되어 있지만, 다른 부분은 평탄한 평판상으로 되어 있다. 또, 족평 플레이트 부재(12)의 상면부에는, 횡단면 사각형상의 통부재(13)가 그 축심을 상하 방향을 향하게 하여 고정 설치되어 있다. 이 통부재(13)의 내부에는, 이 통부재(13)의 내주면에 따르도록 하고 대략 상하방향으로 이동할 수 있게 설치된 가동판(14)이 설치되고, 이 가동판(14)이 발목관절(9)에 6축력센서(15)를 통하여 연결되어 있다. 이 6축력센서(15)는 족평 기구(6)에 작용하는 상반력(상세하게는, 전후, 좌우, 및 상하방향의 3축방향의 병진력, 및, 그 3축주위의 모멘트)을 검출하는 것이며, 그 검출 출력은 제어장치(10)에 입력된다.

또, 가동판(14)은, 그 하면의 둘레 가장자리부가 스프링, 고무 등의 탄성재로 이루어지는 복수의 탄성부재(16)(도면에서는 스프링으로서 기재하고 있음)를 통하여 족평 플레이트 부재(12)의 상면부에 연결되어 있다. 따라서 족평 플레이트 부재(12)는, 탄성부재(16), 가동판(14) 및 6축력센서(15)를 통하여 발목관절(9)에 연결되어 있다. 또한, 통부재(13)의 내부(가동판(14)의 하측의 공간)는, 도시 생략하는 구멍이나 간극을 통하여 대기측에 개방되어 있어, 대기중의 공기가 통부재(13)의 내부로 입출 자유롭게 되어 있다.

족평 플레이트 부재(12)의 바닥면(하면)에는, 접지 부재(17)가 부착되어 있다. 이 접지 부재(17)는, 족평 플레이트 부재(12)의 접지시에, 이 족평 플레이트 부재(12)와 바닥면 사이에 개재시키는 탄성부재(바닥면에 직접적으로 접촉하는 탄성부재)이며, 본 실시형태에서는 족평 플레이트 부재(12)의 바닥면의 네 모퉁이(족평 플레이트 부재(12)의 발끝부의 양측부 및 발뒤꿈치부의 양 측부)에 고착되어 있다. 또, 접지 부재(17)는, 본 실시형태에서는 비교적 연질의 고무재로 이루어지는 연질층(17a)과, 비교적 경질의 고무재로 이루어지는 경질층(17b)을 상하에 중합하여 이루어지는 2층구조로 형성되고, 경질층(17b)이, 다리체(3)의 착상시에 직접적으로 바닥면에 접촉하는 접지면부로서 최하면측에 설치되어 있다.

족평 기구(6)에는, 상기한 구성의 것 이외에, 본 발명에 관계되는 착상충격 완충장치(18)가 구비되어 있다. 이 착상충격 완충장치(18)는, 족평 플레이트 부재(12)의 바닥면에 부착된 대상부재(19)와, 이 대상부재(19)의 내부에 대해 압축성 유체로서의 공기(대기중의 공기)를 입출시키기 위한 유입·유출 수단(20)을 구비하고 있다.

대상부재(19)는, 그 주위에 상기 접지 부재(17)가 존재하도록 하여, 족평 플레이트 부재(12)의 바닥면의 대략 중앙부에 설치되어 있다. 이 대상부재(19)는, 고무 등의 탄성재에 의해 변형 자유롭게 구성되어 있고, 외력에 의한 탄성변형이 발생하지 않는 자연상태에서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 상방으로 개구한 술통형의 바닥있는 용기 형상을 나타낸다. 그리고, 이 대상부재(19)는, 그 개구 단부가 전체 둘레에 걸쳐서 족평 플레이트 부재(12)의 바닥면에 고착되고, 이 족평 플레이트 부재(12)에 의해 덮개 씌워져 있다. 또, 대상부재(19)는, 술통형의 바닥있는 용기 형상을 나타내는 자연상태에서는, 이 대상부재(19)의 바닥부가 상기 접지 부재(17)보다도 하방으로 돌출하도록 설치되어 있다. 즉, 이 대상부재(19)의 높이(족평 플레이트 부재(12)의 하면으로부터 대상부재(19)의 바닥까지의 거리)는, 접지 부재(17)의 두께보다도 큰 것으로 되어 있다. 따라서, 족평 플레이트 부재(12)가 접지 부재(17)를 통하여 접지한 상태(다리체(3)의 착상 상태)에서는, 대상부재(19)는, 도 1에서 착상 상태의 다리체(3)(도면에서는 로봇(1)의 전방측의 다리체(3))에 관하여 도시하는 바와 같이 상반력에 의해 대상부재(19)의 높이 방향으로 압축된다.

여기에서 대상부재(19)가 술통형의 바닥있는 용기 형상을 나타내는 자연상태는 이 대상부재(19)의 팽창 상태이며, 이 팽창 상태에서는, 이하에 설명하는 유입·유출 수단(20)을 통하여 대기압과 동등 압력의 공기가 충전되어 있다. 또, 대상부재(19)는, 탄성재에 의해 구성되어 있기 때문에, 압축되었을 때, 자연상태의 형상(술통형의 바닥있는 용기 형상)으로의 형상복원력을 갖는다. 또한, 대상부재(19)의 자연상태의 형상은 반드시 술통형일 필요는 없고, 예를 들면, 바닥있는 원통 형상이라도 좋다.

상기 유입·유출 수단(20)은, 대상부재(19)의 내부와 상기 통부재(13)의 내 부를 연통시키도록 족평 플레이트 부재(12)에 뚫어 설치된 2개의 유통 구멍(유통로)(21, 22)과, 각 유통 구멍(21, 22)에 각각 통부재(13)내에서 접속되어서, 이 통부재(13)의 외부에 도출된 유체관로(23, 24)(유통로)를 갖추고, 이들 유체관로(23, 24)의 선단부(대상부재(19)측과 반대측의 단부)는 대기중으로 개방되어 있다. 그리고 유체관로(23)에는, 이것을 통과하여 공기가 대상부재내에 유입하는 것을 차단하는 역지밸브(25)가 설치되어 있다. 또, 유체관로(24)에는, 이것을 통과하여 대상부재(19)내의 공기가 유출되는 것을 차단하는 역지밸브(26)와, 상기 제어장치(10)에 의해 개폐 제어가능한 전자 밸브(27)가 설치되어 있다. 여기에서, 도 2에서는, 편의상, 유체관로(23, 24) 및 이것들에 설치된 역지밸브(25, 26), 전자 밸브(27)는 족평 기구(6) 등으로부터 이간하여 설치되어 있는 것과 같이 기재되어 있지만, 이것들은, 실제상은, 족평 기구(6) 등, 다리체(3)의 적당한 장소에 부착되고, 또는, 상기 통부재(13)내에 수용된다. 또한, 본 실시형태에서는 상기 유통 구멍(21, 22)은 스로틀 통로로 되어 있고, 유통 구멍(21)의 개구면적은, 유통 구멍(22)의 개구면적보다도 작은 것으로 되어 있다.

이와 같이 구성된 유입·유출 수단(20)에서는, 대상부재(19)가 압축되면, 유통 구멍(21) 및 유체관로(23)를 통하여 대상부재(19)내의 공기가 대기중으로 유출된다. 또, 전자 밸브(27)를 개방한 상태에서는, 대상부재(19)가 압축상태로부터 형상복원력에 의해 자연상태로 팽창함에 따라, 대기중의 공기가 유체관로(24) 및 유통 구멍(22)을 통하여 대상부재(19)내에 유입되게 된다. 그리고 대상부재(19)에 대한 공기의 입출때에는, 스로틀 통로로서의 유통 구멍(21, 22)에 의해, 유체저항 이 발생하게 된다. 이 경우, 유통 구멍(21)의 개구면적은 작으므로, 대상부재(19)로부터의 공기의 유출 저항은 비교적 크다. 반대로, 유통 구멍(22)의 개구면적은 비교적 크므로, 대상부재(19)에의 공기의 유입 저항은 비교적 작다.

또한, 상기 전자 밸브(27)는, 이것을 개폐 제어하는 제어장치(10)와 더불어, 본 발명에서의 압축상태 유지 수단 및 팽창 제어 수단을 구성하는 것이다.

다음에, 본 실시형태에서, 로봇(1)을 이동시키기 위한 다리체(3)의 기본적인 동작 제어에 관하여 설명한다. 또한, 이 동작 제어의 주요부(도 4의 STEP6 이외의 처리)는, 본원 출원인에 의한 일본 특개평 10-277969호 공보 등에서 상세하게 설명되어 있으므로, 여기에서는 개요를 설명한다.

로봇(1)의 상체(2)에 탑재되어 있는 상기 제어장치(10)는, 도 4의 플로우챠트에 나타내는 처리를 소정의 제어 사이클로 실행한다. 즉, 제어장치(10)는, 우선, 로봇(1)의 보용(다리체(3)의 발걸음의 형태)의 전환 타이밍인지 아닌지를 판단한다(STEP1). 여기에서, 보용의 전환 타이밍은, 지지다리의 전환 타이밍이며, 예를 들면 미접지 다리측의 다리체(3)가 착상했을 때(본 실시형태에서는 이 다리체(3)의 족평 기구(6)의 대상부재(19)가 접지했을 때)의 타이밍이다. 이 타이밍의 판단은, 예를 들면 상기 6축력센서(15)의 출력 등에 기초하여 이루어진다.

그리고, STEP1에서 보용의 전환 타이밍일 경우에는, 제어장치(10)는, 제어 처리용 시각 t를 「0」으로 초기화 한 후(STEP2), 외부로부터 주어지는 로봇(1)의 동작 지령이나, 로봇(1)의 미리 정해진 이동 계획(어떠한 타이밍에서 로봇(1)을 어떻게 움직일지 등을 정한 계획)에 기초하여 보용 파라미터를 갱신한다(STEP3). 여 기에서, 보용 파라미터는, 로봇(1)의 1보분의 목표 보용을 규정하는 파라미터이며, 예를 들면 보행, 주행 등의 로봇(1)의 이동 모드, 로봇(1)의 이동시의 보폭, 이동 속도(보행 주기) 등의 파라미터이다. 또, 로봇(1)의 목표 보용은, 상체(2)의 목표 위치 및 자세의 궤도, 각 다리체(3)의 족평 기구(6)의 목표 위치 및 자세의 궤도, 목표 전체 상반력(양 다리체(3, 3)에 각각 작용하는 상반력의 합력의 목표값), 목표 ZMP(전체 상반력의 작용점의 목표 위치)의 궤도 등으로 구성되는 것이다. 또한, 목표 ZMP는, 보다 상세하게는, 상체(2)의 목표 위치 및 자세의 궤도, 및 각 다리체(3)의 족평 기구(6)의 목표 위치 및 자세의 궤도에 의해 정해지는 로봇(1)의 목표 운동 패턴에 따라 로봇(1)에 작용하는 관성력과 중력과의 합력에 동적으로 평형하는 전체 상반력(이 합력과 동일작용선상의 전체 상반력)의 작용점의 목표 위치이며, 그 전체 상반력의 연직방향 축주위의 모멘트 이외의 모멘트(수평방향의 축주위의 모멘트)가 「0」이 되는 바닥상의 점(Zero Moment Point)의 목표 위치이다.

제어장치(10)는, 상기한 바와 같이 STEP3에서 새로운 보용 파라미터를 설정한 후, 또는, 상기 STEP1에서 보용의 전환 타이밍이 아닐 경우에는, STEP4의 처리를 실행하고, 현재의 제어 사이클에서의 목표 보용으로서의 순시 목표 보용을 현재 설정되어 있는 보용 파라미터에 기초하여 구한다. 즉, 현재 설정되어 있는 보용 파라미터에 의해 규정되는 로봇(1)의 1보분의 목표 보용 중, 현재의 제어 사이클(현재시각 t)에서의 목표 보용(현재시각 t에서의 상체(2)의 목표 위치 및 자세, 각 족평 기구(6)의 목표 위치 및 자세, 목표 전체 상반력, 목표 ZMP)가 순간 목표 보용으로서 구해진다.

이어서, 제어장치(10)는, STEP5에서, 복합 컴플라이언스 동작의 제어 처리를 실행하고, STEP4에서 구한 순시 목표 보용중, 각 족평 기구(6)의 목표 위치 및 자세를 수정한다. 이 복합 컴플라이언스 동작의 처리에서는, 상체(2)의 목표자세(목표 경사각도)와, 도시하지 않은 자이로 센서나 가속도 센서 등의 출력에 의해 검출되는 상체(2)의 실제 경사각도와의 편차에 따라, 상체(2)를 그 목표 자세로 복원시키기 위해서 목표 ZMP(목표 전체 상반력의 작용점) 주위에 발생시켜야 할 전체 상반력의 모멘트 성분(이하, 보상 전체 상반력 모멘트라고 함)이 구해진다. 여기에서, 구해지는 보상 전체 상반력 모멘트는, 수평방향의 축주위의 모멘트이며, 로봇(1)의 전후방향의 축주위의 모멘트 성분과, 좌우측 방향의 축주위의 모멘트 성분으로 이루어진다. 그리고 제어장치(10)는, 각 다리체(3)의 6축력센서(15)에 의해 각각 검출되는 각 다리체(3)마다의 실제 상반력의 합력(실제 전체 상반력)을, 접지 상태의 족평 기구(6)의 접지성을 확보할 수 있는 범위내에서, 상기 보상 전체 상반력 모멘트와 목표 전체 상반력과의 합력에 추종시키도록 각 족평 기구(6)의 목표 위치 및 자세를 수정한다. 이 경우, 목표 전체 상반력의 작용점으로서의 상기 목표 ZMP에서는, 목표 전체 상반력의 수평방향(전후방향 및 좌우측 방향)의 축주위의 모멘트 성분은 「0」이다. 따라서, 각 족평 기구(6)의 목표 위치 및 자세의 수정은, 실제 전체 상반력의 수평방향의 축주위의 모멘트 성분을 보상 전체 상반력 모멘트에 추종시키도록 행해진다. 또한, 이러한 각 족평 기구(6)의 목표 위치 및 자세의 수정시에는, 각 족평 기구(6)의 접지시에 있어서의 상기 탄성부재(16) 및 접지 부재(17)의 탄성변형의 영향을 보상하도록, 각 족평 기구(6)의 목표 위치 및 자세가 수정된다.

이어서, 제어장치(10)는, 상기 전자 밸브(27)의 제어 처리를 실행한다(STEP6). 또한, 이 제어 처리에 관해서는 후술한다.

이어서, 상기 STEP4에서 구해진 순시 목표 보용 중의 상체(2)의 목표 위치 및 자세와, STEP5에서 수정된 각 족평 기구(6)의 목표 위치 및 자세로부터, 로봇(1)의 기하학 모델(강체 링크 모델)에 기초하는 키네매틱스 연산 처리에 의해, 양 다리체(3, 3)의 각 관절(7∼9)의 목표 변위량(보다 상세하게는 각 관절(7∼9)의 각 축주위의 목표 회전각)을 구한다(STEP7). 그리고 제어장치(10)는, 이 구한 목표 변위량에 각 관절(7∼9)의 실제 변위량을 추종시키도록, 각 관절(7∼9)을 구동하는 전동 모터(도시생략)의 토크를 제어한다(STEP8). 또한, 이 경우, 각 관절(7∼9)의 실제 변위량(각 관절(7∼9)의 각 축주위의 실제 회전각)은, 각 관절(7∼9)에 구비되는 로터리 엔코더 등에 의해 검출된다. 또한, 제어장치(10)는, 제어 처리용 시각 t를 소정의 시간 △t(제어 사이클의 주기에 상당하는 시간)만큼 증가시키고(STEP9), 도 4의 처리를 종료한다.

이상과 같은 제어장치(10)의 제어 처리에 의해, 로봇(1)은, 그 자세의 안정성을 자율적으로 확보하면서, 목표 보용에 추종하도록 하여 이동하게 된다.

한편, 상기 STEP6에서는, 제어장치(10)는, 도 5의 플로우챠트에 도시하는 바와 같이, 각 다리체(3)마다, 그 다리체(3)에 대응하여 구비된 상기 전자 밸브(27)를 제어한다.

제어장치(10)는, 우선, 현재 설정되어 있는 보용 파라미터(로봇(1)의 이동 모드나, 보폭, 이동 속도 등)에 따라, 다리체(3)가 착상 상태로부터 이상 상태로 이행한 직후에 대상부재(19)를 압축상태로 유지하는 시간(기간)을 규정하는 압축상태 유지시간 Thold와, 그 압축상태의 유지의 해제후에 전자 밸브(27)를 개방제어하는 시간(기간)을 규정하는 밸브개방 시간 Topen을 설정한다(STEP11). 이 경우, 기본적으로는, 로봇(1)의 이동 속도가 빠를수록, 압축상태 유지시간 Thold는 짧은 시간으로 설정된다. 또, 밸브개방 시간 Topen은, 기본적으로는, 로봇(1)의 이동 속도가 빠를수록, 긴 시간으로 설정된다. 단, 이들 압축상태 유지시간 Thold 및 밸브개방 시간 Topen의 합은, 다리체(3)가 이상 상태로 유지되는 시간보다도 짧은 시간이다.

또한, 제어장치(10)는, 현재 설정되어 있는 보용 파라미터에 기초하여, 다리체(3)가 지지다리기가 되는 시간 Tsup(족평 기구(6)가 접지 부재(17) 혹은 대상부재(19)를 통하여 접지한 상태로 유지되는 시간. 이하, 지지다리 시간 Tsup이라고 함)을 구한다(STEP12).

이어서, 제어장치(10)는, 현재시각 t(보용의 전환 차례로부터의 경과 시간)가, 0≤t<Tsup+Thold의 기간내에 있는지 아닌지, 즉, 다리체(3)의 족평 기구(6)의 대상부재(19)가 거의 접지하기 시작했을 때(지지다리기의 개시시)로부터, 이 다리체(3)의 지지다리기의 종료후, 상기 압축상태 유지시간 Thold가 경과할 때까지의 기간내에 있는지 아닌지를 판단한다(STEP13). 이 때, 0≤t<Tsup+Thold인 경우에는, 제어장치(10)는, 전자 밸브(27)를 폐쇄제어한다(STEP14).

한편, STEP13에서, 0≤t<Tsup+Thold가 아닌 경우, 즉, 다리체(3)의 지지다리 기의 종료후, 또한 압축상태 유지시간 Thold가 경과한 후의 상태일 경우에는, 제어장치(10)는, 현재시각 t가, Tsup+Thold≤t<Tsup+Thold+Topen인지 아닌지를 판단한다(STEP15). 이 때, Tsup+Thold≤t<Tsup+Thold+Topen일 경우에는, 제어장치(10)는, 전자 밸브(27)를 개방제어한다(STEP16). 또, 제어장치(10)는, Tsup+Thold≤t<Tsup+Thold+Topen이 아닌 경우(이 경우에는 기본적으로는, 이상 상태의 다리체(3)의 착상 동작에 의해, 이 다리체(3)의 대상부재(19)가 다시 접지하기 조금 전의 상태임)에는, 전자 밸브(27)를 폐쇄제어한다(STEP17).

상술한 바와 같은 전자 밸브(27)의 제어에 의해, 도 6의 타이밍 차트에 도시하는 바와 같이 전자 밸브(27)는, 다리체(3)의 지지다리기의 개시시부터, 지지다리기의 종료후, 상기 압축상태 유지시간 Thold가 경과할 때까지, 이 지지다리기의 전체 시간을 포함하여, 폐쇄 유지된다. 따라서 이 상태에서는, 상기 대상부재(19)내에는 대기중의 공기는 유입될 수 없다. 또, 전자 밸브(27)는, 다리체(3)의 미접지 다리기(대상부재(19)를 포함하여 족평 기구(6)의 전체가 바닥(A)으로부터 떨어진 상태)에서, 밸브개방 시간 Topen만큼 개방 유지되고, 이 상태에서는, 대상부재(19)내에는, 유체관로(24)를 통과하여 대기중의 공기가 대상부재(19)내에 유입될 수 있다.

다음에, 상기 착상충격 완충장치(18)의 작동 및 효과를 설명한다. 상술한 제어장치(10)의 제어 처리에 의한 로봇(1)의 이동시에, 미접지 다리측의 다리체(3)(이상 상태의 다리체(3))의 착상 동작때는, 우선, 상기 대상부재(19)가 접지한다. 그리고 다리체(3)의 착상 동작의 진행에 따라 이 대상부재(19)에 작용 하는 상반력에 의해, 대상부재(19)가 압축된다.

이 때, 대상부재(19)가 압축됨에 따라, 이 대상부재(19)내의 공기가 압축·가압되고, 상기 유통 구멍(21) 및 유체관로(23)를 통하여 유출된다. 그리고 이 때, 공기의 유출 저항이 유통 구멍(21)에서 발생한다. 이것에 의해 다리체(3)의 운동에너지가 감쇠한다. 또, 이 경우, 압축성 유체인 공기의 스프링성에 의해, 다리체(3)의 운동에너지의 일부가 이 공기의 탄성에너지로 변환되어서 흡수되고, 또한 그 탄성에너지가, 대상부재(19)로부터의 공기의 유출 저항에 의해 해산된다. 이것에 의해 대상부재(19)를 통하여 다리체(3)에 작용하는 상반력의 순간적인 급변을 피하면서, 다리체(3)의 착상 동작시의 충격 하중(착상충격)이 경감된다. 이 경우, 대상부재(19)는 변형 자유롭고, 바닥(A)의 형상에 따라 변형되어 압축되기 때문에, 바닥(A)의 형상이나 착상 직전의 족평 기구(6)의 자세의 영향을 그다지 받지 않아 착상충격을 경감할 수 있는 동시에, 대상부재(19)의 파손 등도 발생하기 어렵다.

또한, 대상부재(19)는, 족평 기구(6)가 그 전방부 및 후방부의 접지 부재(17)을 통하여 접지하는 상태(다리체(3)의 착상 동작이 완료된 상태)로 될 때까지 압축된다.

계속해서, 다리체(3)의 이상 동작에 의해, 대상부재(19)는, 자신의 형상복원력에 의해 팽창하려고 하지만, 상기한 바와 같이 전자 밸브(27)는, 다리체(3)의 지지다리기의 종료후, 상기 압축상태 유지시간 Thold가 경과할 때까지 폐쇄 유지되어 있다. 이 때문에, 다리체(3)의 이상 동작의 개시 직후에 족평 기구(6)가 접지 부 재(17)를 통하여 접지하고 있는 상태는 물론, 족평 기구(6)의 접지 부재(17)가 바닥(A)으로부터 떨어지고 나서, 압축상태 유지시간 Thold가 경과할 때까지는, 대상부재(19)에는, 대기중의 공기가 유입될 수 없다. 따라서 이 대상부재(19)는, 족평 기구(6)가 착상 상태로부터 이상 상태로 이행한 후, 상기 압축상태 유지시간 Thold가 경과할 때까지 팽창하지 않는다.

그리고 족평 기구(6)가 완전하게 바닥(A)으로부터 떨어지고, 상기 압축상태 유지시간 Thold가 경과하면, 상기 전자 밸브(27)가, 상기 밸브개방 시간 Topen만큼 개방 유지된다. 이 때, 대상부재(19)는, 자신의 자연상태로의 복원력에 의해 팽창하면서, 그 내부에 대기중의 공기가 유체관로(24)를 통하여 유입된다. 이 경우, 밸브개방 시간 Topen은, 대상부재(19)가 자연상태로 팽창할 때까지 요하는 시간 이하의 시간으로 설정되어 있다. 따라서 밸브개방 시간 Topen의 경과시에 있어서의 팽창 상태의 대상부재(19)의 높이는, 밸브개방 시간 Topen에 따른 것이 된다. 그리고 이와 같이 대상부재(19)가 팽창한 상태에서, 다리체(3)의 착상 동작이 다시 행해지고, 상기한 바와 같이 그 착상 동작때의 착상충격이 경감된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 실시형태의 착상충격 완충장치(18)의 작동에 의해, 각 다리체(3)의 착상 동작때의 착상충격을 경감할 수 있다. 이 경우, 본 실시형태에서는 다리체(3)의 착상 상태에서는, 대상부재(19)에 공기가 유입되지 않아, 이 대상부재(19)가 팽창하지 않는다. 이 때문에, 대상부재(19)의 개소에 상반력을 작용시키지 않고, 족평 기구(6)의 착상 상태에서의 자세제어에 의해, 이 족평 기구(6)의 원하는 부위에 집중적으로 상반력을 작용시키도록 할 수 있다. 예를 들 면 로봇(1)이 꺼꾸러지듯이 넘어질 것 같이 되었을 때에, 족평 기구(6)의 전단측에 상반력을 집중시키도록 할 수 있다. 이 결과, 로봇(1)의 자세의 안정화를 용이하게 도모할 수 있다. 또한, 이것에 관하여, 보충설명을 하면, 가령 다리체(3)의 착상 상태에서 전자 밸브(27)를 개방한 상태로 해 두면, 대상부재(19)에는, 대기중의 공기가 유입되려고 하기(대상부재(19)가 항상 부풀려고 하기) 때문에, 이 대상부재(19)의 개소에는 항상 상반력이 작용하게 된다. 이 때문에, 족평 기구(6)의 원하는 부위에 상반력을 집중시킬 수 없어, 족평 기구(6)의 착상 상태에서의 자세제어에 의한 로봇(1)의 자세의 안정화에 한계가 발생하기 쉽게 된다. 이에 반해, 본 실시형태의 착상충격 완충장치(18)에서는, 상술한 바와 같이 로봇(1)의 자세의 안정화의 한계를 높일 수 있다.

또한, 대상부재(19)는, 다리체(3)가 착상 상태로부터 이상 상태로 이행한 직후까지, 압축상태로 유지되기 때문에, 다리체(3)의 족평 기구(6)가 바닥(A)으로부터 떨어질 때에, 대상부재(19)가 팽창하여, 바닥(A)에 접지해버리는 것과 같은 일이 없다. 이 결과, 다리체(3)의 이상 동작때에 차질을 발생하거나 하지 않아, 원활하게 다리체(3)의 이상 동작을 행할 수 있다. 그리고 이 경우, 다리체(3)가 이상 상태로 이행한 직후에 대상부재(19)를 압축상태로 유지하는 시간, 즉, 상기 압축상태 유지시간 Thold는, 로봇(1)의 이동 속도가 빠를수록, 짧으므로, 필요 최저한의 시간에 그치게 할 수 있다. 그 때문에 그 후에, 대상부재(19)를 팽창시키기 위한 시간을 충분하게 확보할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는 다리체(3)의 이상 상태에서 대상부재(19)가 팽창할 때의 대상부재(19)의 높이의 상한, 즉, 다리체(3)의 착상 동작 직전에서의 대상부재(19)의 높이(이것은 대상부재(19)의 압축 방향의 사이즈임)가, 상기 밸브개방 시간 Topen(대상부재(19)에 공기를 유입시키는 시간)에 의해 규정된다. 그리고 이 밸브개방 시간 Topen은, 보용 파라미터에 따라 설정되고, 기본적으로는, 로봇(1)의 이동 속도가 빠를수록, 긴 시간으로 설정된다. 이 때문에, 로봇(1)의 이동 속도가 빠를수록, 다리체(3)의 착상 동작의 직전의 대상부재(19)의 높이가 높아진다. 따라서 로봇(1)의 이동 속도가 빠를수록, 다리체(3)의 착상 동작때의 대상부재(19)의 압축량이 커진다. 그 결과, 착상충격 완충장치(18)에 의한 착상충격의 경감 효과를 로봇(1)의 보용형태에 적합한 것으로 할 수 있어, 로봇(1)의 보용형태에 좌우되지 않고, 원활하게 착상충격을 경감할 수 있다.

또, 본 실시형태의 착상충격 완충장치(18)는, 다음과 같은 효과도 이룰 수 있다. 즉, 대상부재(19)내에 대해 입출하는 유체는 압축성 유체의 공기이기 때문에, 착상충격 완충장치(18)를 경량으로 구성할 수 있다. 또한, 다리체(3)의 착상 동작때에, 대상부재(19)내의 압력이 순간적으로 증가하지 않아, 어느 정도의 시정수를 가지고 상승하기 때문에, 상반력의 급변을 피할 수 있다. 또, 대상부재(19)의 압축시에 이 대상부재(19)로부터 유출되는 공기는 대기중으로 방출되는 동시에, 이 대상부재(19)의 팽창시에는 대기중으로부터 새로운 공기가 이 대상부재(19)내에 유입되기 때문에, 대상부재(19)로부터의 공기의 유출 저항에 따르는 발열이 대상부재(19)내에 축적되지 않는다. 즉, 착상충격 완충장치(18)의 방열성이 좋아 방열기 등의 발열대책 기기를 구비할 필요가 없다.

또, 다리체(3)의 착상 동작때에 스프링으로서 기능하는 대상부재(19)내의 공기의 스프링정수는, 대상부재(19)의 접지 직후의 압축에 따라 작아지기 때문에, 전술의 복합 컴플라이언스 동작의 제어의 효과를 높일 수 있다. 즉, 로봇(1)의 복합 컴플라이언스의 동작의 제어에서는, 전술한 바와 같이, 실제 전체 상반력의 수평방향의 축주위의 모멘트 성분(이하, 여기에서는, 실제 전체 상반력 모멘트라고 함)을, 그 모멘트 성분의 목표값으로서의 보상 전체 상반력 모멘트(보상 전체 상반력 모멘트가 「0」일 경우도 포함함)에 추종시키도록 각 족평 기구(6)의 위치 및 자세가 수정된다. 그리고, 이와 같은 복합 컴플라이언스 동작 제어는, 바닥(A)에 경사가 있는 경우라도, 족평 기구(6)의 착상 위치 및 자세를 바닥(A)면에 순응시켜, 로봇(1)의 자세의 안정성을 확보하기 위한 것이다. 이 경우, 상기 실제 전체 상반력 모멘트의 보상 전체 상반력 모멘트로의 추종성을 높이기 위해서는, 복합 컴플라이언스 동작 제어에서의 컴플라이언스 게인, 즉, 실제 전체 상반력 모멘트와 보상 전체 상반력 모멘트 사이의 편차의 변화에 대한 족평 기구(6)의 목표 착상 위치 및 자세의 변화량(발목관절(9)의 회전각의 변화량)을 크게 하는 것이 바람직하다. 단, 상기 컴플라이언스 게인을 크게 채용하면, 일반적으로는, 복합 컴플라이언스 동작 제어의 루프 게인(이것은, 대강, 상기 컴플라이언스 게인과, 족평 기구(6)가 갖는 스프링 기구(상기 접지 부재(17), 탄성부재(16), 및 착상충격 완충장치(18))의 토털적인 스프링정수와의 적(積)에 비례함)이 커져, 제어계가 불안정하게 되기 쉽다.

그런데, 본 실시형태의 착상충격 완충장치(18)의 대상부재(19)내의 공기의 스프링정수는, 대상부재(19)의 접지 직후의 압축에 따라 작아지기 때문에, 상기 루프 게인이 작아진다. 그 결과, 상기 컴플라이언스 게인을 높여도, 복합 컴플라이언스 동작 제어의 안정성을 확보할 수 있다. 따라서 실제 전체 상반력 모멘트의 보상 전체 상반력 모멘트로의 추종성을 높일 수 있고, 나아가서는, 로봇(1)의 자세의 안정성의 확보를 높일 수 있다.

다음에 본 발명의 제 2 실시형태를 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은 본 실시형태의 주요부의 작동을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 또한, 본 실시형태는, 상기 제 1 실시형태의 것과, 상기 전자 밸브(27)의 제어 처리의 일부만이 다른 것이므로, 상기 제 1 실시형태와 동일한 참조 부호를 사용한다. 그리고, 제 1 실시형태와 동일 구성 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

상기 제 1 실시형태에서는 시각정보에만 기초하여 전자 밸브(27)의 개폐의 타이밍을 정하도록 했는데, 로봇(1)의 다리체(3)의 착상 동작시의 실제의 접지 타이밍(족평 기구(6)의 대상부재(19)가 접지하는 타이밍)이 예정 시각보다도 늦은 경우에는, 제어장치(10)는 신속하게 다리체(3)를 착상시키기 위해서, 족평 기구(6)를 적극적으로 하강시킨다. 이 때문에, 이 족평 기구(6)의 착상 동작시에 통상보다도 큰 착상충격이 발생하기 쉽게 된다.

본 실시형태는, 이와 같은 사태에 대처하는 것이며, 제어장치(10)는, 상기 도 4의 STEP6에서, 도 7의 플로우챠트에 도시하는 바와 같이 전자 밸브(27)를 제어한다. 즉, 본 실시형태에서는 제어장치(10)는, 상기 제 1 실시형태에서의 도 5의 STEP11, 12의 처리와 동일한 처리를 STEP21, 22에서 실행한 후, STEP23에서, 현재 시각 t가 0≤t<Tsup인지 아닌지, 즉, 현재시각 t가 다리체(3)의 지지다리기내에 있는지 아닌지를 판단한다. 이 때, 0≤t<Tsup일 경우에는, 제어장치(10)는, 또한, 다리체(3)의 족평 기구(6)가 그 접지 부재(17) 혹은 대상부재(19)를 통하여 실제로 접지하고 있는지 아닌지를 판단한다(STEP24). 이 판단은, 예를 들면 상기 6축력센서(15)의 출력에 기초하여 이루어진다. 그리고 이 STEP24에서, 족평 기구(6)가 접지하고 있을 경우에는, 전자 밸브(27)를 폐쇄제어한다(STEP25). 또, STEP24에서 족평 기구(6)가 접지하고 있지 않은 경우에는, 전자 밸브(27)를 개방 제어한다(STEP26).

또, STEP23에서, 0≤t<Tsup이 아닐 경우에는, 제어장치(10)는, 다음에 상기 제 1 실시형태에서의 도 5의 STEP15와 동일한 판단 처리, 즉, 현재시각 t가 Tsup+Thold≤t<Tsup+Thold+Topen인지 아닌지의 판단을 STEP27에서 실행한다. 그리고 이 판단 결과에 따라, 상기 제 1 실시형태와 동일하게 전자 밸브(27)의 개폐 제어를 STEP28 또는 STEP29에서 실행한다. 또한, 이 경우, 본 실시형태에서는 STEP27에서 Tsup+Thold≤t<Tsup+Thold+Topen이 아닌 상태는, Tsup≤t<Tsup+Thold인 상태가 포함된다. 따라서 Tsup≤t<Tsup+Thold인 상태에서는, 상기 제 1 실시형태와 동일하게, 전자 밸브(27)가 STEP29에서 폐쇄제어된다.

상술한 바와 같은 전자 밸브(27)의 개폐 제어에 의해, 다리체(3)의 지지다리기에서 족평 기구(6)가 접지 부재(17) 혹은 대상부재(19)를 통하여 접지하고 있는 경우, 즉, 목표 보용에 의한 예정대로 다리체(3)의 이상·착상 동작이 행해지고 있는 경우에는, 상기 제 1 실시형태와 완전히 동일하게, 전자 밸브(27)의 개폐 제어 가 이루어진다. 따라서 이 경우에는, 본 실시형태의 착상충격 완충장치(18)에 의한 작동 및 효과는, 상기 제 1 실시형태와 동일하다.

한편, 다리체(3)의 지지다리기(0≤t<Tsup)에서 족평 기구(6)가 접지 부재(17) 혹은 대상부재(19)를 통하여 접지하여 있지 않은 경우, 즉, 예를 들면 다리체(3)의 착상 동작시에 이 다리체(3)의 대상부재(19)가 접지해야 할 시간에 아직 이 대상부재(19)가 접지하고 있지 않은 것과 같은 경우에는, 전자 밸브(27)가 개방 제어된다. 또한, 이 경우, 전자 밸브(27)는 반드시 완전개방 상태로 할 필요는 없고, 예를 들면 반개방 상태로 제어하도록 해도 좋다.

이와 같이, 전자 밸브(27)가 개방제어되기 때문에, 다리체(3)의 이상 상태에서의 상기 밸브개방 시간 Topen의 경과시에 전자 밸브(27)가 폐쇄됨으로써 팽창이 중단된 대상부재(19)가 다시 팽창하면서, 이 대상부재(19)의 내부에 공기가 유입되고, 이 대상부재(19)의 높이가 증가한다. 그 결과, 다리체(3)의 족평 기구(6)를 신속하게 접지시키기 위해 이 족평 기구(6)를 하강시켜도, 다리체(3)의 착상충격을 확실하게 경감할 수 있다.

다음에 본 발명의 제 3 실시형태를 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다. 도 8은 본 실시형태의 착상충격 완충장치를 구비한 족평 기구의 주요부를 모식화하여 도시한 도면, 도 9는 본 실시형태의 주요부의 작동을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 또한, 본 실시형태에서는 족평 기구는, 착상충격 완충장치에 관계되는 구성을 제외하고 상기 제 1 실시형태의 것과 동일하여, 도 8에서는, 족평 기구의 주요부 구성만을 기재하고 있다. 또, 본 실시형태의 설명에서는, 상기 제 1 실시형태와 동일 구성 부분 혹은 동일 기능 부분에 대해서는, 제 1 실시형태와 동일한 참조 부호를 사용하고, 설명을 생략한다.

도 8을 참조하여, 본 실시형태에서는 족평 플레이트 부재(12)의 바닥면에 부착된 대상부재(19)의 내부의 바닥면부에는, 플레이트 부재(28)가 고정 설치되고, 이 플레이트 부재(28)로부터 상방을 향해서 뻗어 설치된 로드 부재(29)가 족평 플레이트 부재(12)를 상하 방향(대상부재(19)의 압축 방향)으로 슬라이딩하도록 관통하고, 이 족평 플레이트 부재(12)의 상측으로 돌출하고 있다. 따라서 이 로드 부재(29)의 돌출 부분의 길이(이하, 돌출량이라고 함)는, 대상부재(19)가 압축됨에 따라, 커지고, 대상부재(19)의 높이에 따른 것으로 된다. 그리고 이 로드 부재(29)의 돌출 부분에는, 그 돌출량, 나아가서는, 대상부재(19)의 높이(대상부재(19)의 압축 방향의 사이즈)를 검출하기 위한 센서로서, 리니어 포텐셔미터(30)가 장착되어 있고, 이 리니어 포텐셔미터(30)의 출력 신호는, 상기 제 1 실시형태의 것과 동일 구성의 유입·유출 수단(20)의 전자 밸브(27)의 개폐 제어를 상기 제어장치(10)에 의해 행하기 위해서, 이 제어장치(10)에 입력되게 되어 있다. 이상에서 설명한 이외의 구성(전자 밸브(27)의 개폐 제어 이외의 제어장치(10)의 제어 처리를 포함함)은, 상기 제 1 실시형태와 동일하다.

또, 본 실시형태에서는 상기 제어장치(10)는, 상기 도 4의 STEP6에서, 도 9의 플로우챠트에 도시한 바와 같이 전자 밸브(27)를 제어한다. 즉, 제어장치(10)는, 우선, 현재 설정되어 있는 보용 파라미터(로봇(1)의 이동 모드나, 보폭, 이동 속도 등)에 따라, 상기 제 1 실시형태에서 설명한 상기 압축상태 유지시간 Thold 와, 다리체(3)의 이상 상태에서 대상부재(19)를 팽창시킬 때의 이 대상부재(19)의 상한의 높이의 목표값 Hcmd(이하, 목표 팽창 높이 Hcmd이라고 함)를 설정한다(STEP31). 이 경우, 압축상태 유지시간 Thold의 설정의 방법은, 상기 제 1 실시형태와 동일하다. 또, 목표 팽창 높이 Hcmd는, 기본적으로는, 로봇(1)의 이동 속도가 빠를수록, 큰 높이로 설정된다. 단, 본 실시형태에서는 목표 팽창 높이 Hcmd는 대상부재(19)의 자연상태에서의 높이 이하의 높이이다.

또한, 제어장치(10)는, 상기 제 1 실시형태에서의 도 5의 STEP12와 동일하게, 현재 설정되어 있는 보용 파라미터에 기초하여 다리체(3)가 지지다리기가 되는 지지다리 시간 Tsup를 구한다(STEP32).

이어서, 제어장치(10)는, 현재시각 t(보용의 전환차례의 경과 시간)이, 0≤t<Tsup+Thold의 기간내에 있는지 아닌지를 판단한다(STEP33). 이 때, 0≤t<Tsup+Thold인 경우에는, 제어장치(10)는, 전자 밸브(27)를 폐쇄 제어한다(STEP34). 이 STEP33, 34의 처리는, 상기 제 1 실시형태의 도 5의 STEP13, 14의 처리와 동일하다.

한편, STEP33에서 0≤t<Tsup+Thold가 아닌 경우에는, 제어장치(10)는, 또한, 상기 리니어 포텐셔미터(30)의 출력에 의해 대상부재(19)의 현재의 대상부재(19)의 실제의 높이 Hact를 검출하고(STEP35), 이 검출한 높이 Hact를 상기 목표 팽창 높이 Hcmd와 비교한다(STEP36). 그리고 제어장치(10)는, Hact<Hcmd일 경우에는, 전자 밸브(27)을 개방제어하고(STEP37), Hact≥Hcmd일 경우에는, 전자 밸브(27)을 폐쇄제어한다(STEP38).

상술한 바와 같은 전자 밸브(27)의 개폐 제어에 의해, 다리체(3)의 착상 상태와, 그 착상 상태로부터 이상 상태로의 이행 직후에 있어서 대상부재(19)가 압축상태로 유지되는 것은 상기 제 1 실시형태와 완전히 동일하다.

한편, 본 실시형태에서는 다리체(3)의 이상 상태에서의 전자 밸브(27)의 개방후의 대상부재(19)의 팽창시에는, 대상부재(19)의 실제의 높이 Hact가 보용 파라미터에 따라 설정된 목표 팽창 높이 Hcmd로 되었을 때에, 전자 밸브(27)가 폐쇄제어되어서, 대상부재(19)에의 공기의 유입이 차단된다. 그 결과, 로봇(1)의 착상전의 대상부재(19)의 높이는 목표 팽창 높이 Hcmd로 제어된다. 따라서 상기 제 1 실시형태와 동일하게, 착상충격 완충장치(18)에 의한 착상충격의 경감 효과를 로봇(1)의 보용형태에 적합한 것으로 할 수 있고, 로봇(1)의 보용형태에 좌우되지 않고, 원활하게 착상충격을 경감할 수 있다. 그리고 이 경우, 대상부재(19)의 높이가 확실하게 로봇(1)의 보용형태에 따른 목표 팽창 높이 Hcmd로 제어되므로, 착상충격의 경감 효과를 양호하게 확보할 수 있다.

다음에 본 발명의 제 4 실시형태를 도 10을 참조하여 설명한다. 도 10은 본 실시형태의 주요부의 작동을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 또한, 본 실시형태는, 상기 제 3 실시형태의 것과, 상기 전자 밸브(27)의 제어 처리의 일부만이 다른 것이므로, 상기 제 1 실시형태와 동일한 참조 부호를 사용한다. 그리고 제 3 실시형태와 동일 구성 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

본 실시형태는, 상기 제 2 실시형태와 동일하게, 다리체(3)의 족평 기구(6)가 예정 시각보다도 늦게 접지하는 경우를 고려한 것이다. 그리고 상기 제어장치(10)는, 상기 도 4의 STEP6에서, 도 10의 플로우챠트에 나타낸 바와 같이 전자 밸브(27)를 제어한다. 즉, 제어장치(10)는, 상기 제 3 실시형태에서의 도 9의 STEP31, 32의 처리와 동일한 처리를 STEP41, 42에서 실행한 후, STEP43에서, 현재시각 t가 0≤t<Tsup인지 아닌지, 즉, 현재시각 t가 다리체(3)의 지지다리기내에 있는지 아닌지를 판단한다. 이 때, 0≤t<Tsup일 경우에는, 제어장치(10)는, 또한, 다리체(3)의 족평 기구(6)가 그 접지 부재(17) 혹은 대상부재(19)를 통하여 실제로 접지하고 있는지 아닌지를 판단한다(STEP44). 이 판단은, 예를 들면 상기 6축력센서(15)의 출력에 기초하여 이루어진다. 그리고 이 STEP44에서, 족평 기구(6)가 접지하고 있을 경우에는, 전자 밸브(27)를 폐쇄제어한다(STEP45).

또, STEP44에서 족평 기구(6)가 접지하고 있지 않은 경우에는, 제어장치(10)는, 현재 설정되어 있는 목표 팽창 높이 Hcmd를 증가시킨다(STEP46). 이 경우, 목표 팽창 높이 Hcmd의 증가량은 예를 들면 미리 정한 단위증가량으로 한다. 또한, 제어장치(10)는, 상기 리니어 포텐셔미터(30)의 출력에 의해 대상부재(19)의 현재의 대상부재(19)의 실제의 높이 Hact를 검출하고(STEP47), 이 검출한 높이 Hact를 목표 팽창 높이 Hcmd와 비교한다(STEP48). 그리고 제어장치(10)는, Hact<Hcmd일 경우에는, 전자 밸브(27)를 개방제어하고(STEP49), Hact≥Hcmd일 경우에는, 전자 밸브(27)를 폐쇄제어한다(STEP45).

한편, 상기 STEP43에서 현재시각 t가 0≤t<Tsup이 아닐 경우에는, 제어장치(10)는, 다음에 현재시각 t가 Tsup≤t<Tsup+Thold인지 아닌지를 판단한다(STEP50). 이 때, Tsup≤t<Tsup+Thold일 경우에는, 제어장치(10)는, 전자 밸브(27)를 폐쇄제어한다(STEP51). 또, Tsup≤t<Tsup+Thold가 아닌 경우에는, 제어장치(10)는, 전술한 STEP47로부터의 처리를 실행하고, 대상부재(19)의 실제의 높이 Hact와 목표 팽창 높이 Hcmd와의 비교에 기초하여 전자 밸브(27)를 개폐 제어한다.

이상에서 설명한 전자 밸브(27)의 개폐 제어에 의해, 다리체(3)의 지지다리기에서 족평 기구(6)가 접지 부재(17) 혹은 대상부재(19)를 통하여 접지하고 있을 경우, 즉, 목표 보용에 의한 예정대로 다리체(3)의 이상·착상 동작이 이루어지고 있을 경우에는, 상기 제 3 실시형태와 완전히 동일하게, 전자 밸브(27)의 개폐 제어가 이루어진다. 따라서 이 경우에는, 본 실시형태의 착상충격 완충장치(18)에 의한 작동 및 효과는, 상기 제 3 실시형태와 동일하다.

한편, 다리체(3)의 지지다리기(0≤t<Tsup)에서 족평 기구(6)가 접지 부재(17) 혹은 대상부재(19)를 통하여 접지하고 있지 않은 경우, 즉, 예를 들면 다리체(3)의 착상 동작시에 이 다리체(3)의 대상부재(19)가 접지해야할 시각에 아직 이 대상부재(19)가 접지하지 않은 것과 같은 경우에는, 목표 팽창 높이 Hcmd가 증가되어서, 전자 밸브(27)가 개방제어된다. 그리고 이 때, 전자 밸브(27)의 개방, 즉, 대상부재(19)에의 공기의 유입은, 대상부재(19)의 실제의 높이가 증가된 목표 팽창 높이 Hcmd로 될 때까지 실행된다. 이것에 의해 대상부재(19)의 높이가 본래의 보용형태에 따른 높이보다도 커지도록 이 대상부재(19)가 팽창된다. 단, 본 실시형태에서는 대상부재(19)내에 유입되는 공기는 대기압의 공기이기 때문에, 대상부재(19)의 팽창시의 높이의 상한은, 이 대상부재(19)의 자연상태에서의 높이이다.

이와 같이, 다리체(3)의 착상 동작시에 이 다리체(3)의 대상부재(19)가 접지해야 할 시각에 아직 이 대상부재(19)가 접지하지 않은 것과 같은 경우에는, 대상부재(19)의 내부에 공기를 유입시켜서 대상부재(19)의 높이를 증가시키므로, 다리체(3)의 족평 기구(6)를 신속하게 접지시키기 위해 이 족평 기구(6)를 하강시켜도, 다리체(3)의 착상충격을 확실하게 경감할 수 있다.

또한, 상기 제 3 및 제 4 실시형태에서는 대상부재(19)의 높이 Hact를 리니어 포텐셔미터(30)에 의해 검출하도록 했는데, 레이저광 등을 이용한 거리측정 센서에 의해 검출하게 해도 좋다. 또, 대상부재(19)의 팽창시의 내부의 압력은, 일반적으로, 대상태부재(19)의 높이와 상관성을 가지므로, 대상부재(19)내의 압력을 압력센서에 의해 검출하고, 그 검출 압력에 기초하여 전자 밸브(27)의 개폐 제어를 행함으로써 대상부재(19)의 팽창시의 높이를 제어하도록 해도 좋다.

또, 이상에서 설명한 제 1∼제 4 실시형태에서는 대상부재(19)를 압축상태로 유지하거나, 또는, 대상부재(19)의 팽창시의 높이를 제어하기 위해서, 대상부재(19)에의 공기의 유입을 전자 밸브(27)를 통하여 제어함으로써 행하도록 했는데, 대상부재(19)의 압축팽창의 제어를 위해서, 예를 들면, 도 11에 도시하는 바와 같은 기구적 수단 또는 도 12에 도시하는 바와 같은 전자적 수단을 사용하도록 해도 좋다. 또한, 이들 도 11, 12에서는, 상기 도 8과 동일하게, 족평 기구(6)의 주요부 구성만을 기재하고 있다.

도 11에 도시하는 예에서는, 상기 제 3 실시형태의 것과 동일하게, 대상부재(19)의 내부의 바닥면부에 플레이트 부재(31)가 고정 설치되고, 이 플레이 트 부재(31)로부터 상방을 향해서 뻗어 설치된 로드 부재(32)가 족평 플레이트 부재(12)를 상하 방향(대상부재(19)의 압축 방향)으로 슬라이딩하도록 관통하여, 이 족평 플레이트 부재(12)의 상측으로 돌출하고 있다. 그리고 이 로드 부재(32)에 원웨이 클러치 기구(33)가 장착되어 있고, 이 원웨이 클러치 기구(33)는, 대상부재(19)의 압축 방향(로드 부재(32)가 상방향 이동하는 방향)에서는 로드 부재(32)를 이동 자유롭게 하는 동시에, 대상부재(19)의 팽창 방향(로드 부재(32)가 하방향 이동하는 방향)에서는, 상기 제어장치(10)로부터 주어지는 지령 등에 의해, 로드 부재(32)를 결합(로킹) 가능하게 하고 있다. 이와 같은 기구를 구비한 경우에는, 다리체(3)의 착상 동작에 의해, 대상부재(19)가 압축상태로 된 후(족평 기구(6)가 그 전방부 및 후방부의 접지 부재(17)를 통하여 접지한 후), 다리체(3)가 착상 상태로부터 이상 상태로 이행한 직후(상기 제 1∼제 4 실시형태에서 그 이상 상태로의 이행 직후에 전자 밸브(27)를 폐쇄상태로부터 개방상태로 전환하는 타이밍)까지, 로드 부재(32)를 원웨이 클러치 기구(33)에 의해 걸어서, 상기 제 1∼제 4 실시형태와 동일하게 대상부재(19)를 압축상태로 유지할 수 있다. 이 경우, 로드 부재(32)를 걸어서, 대상부재(19)를 보다 확실하게 압축상태로 유지할 수 있다. 또한, 다리체(3)의 이상 상태에서는, 상기 제 1∼제 4 실시형태에서 전자 밸브(27)를 개방상태로부터 폐쇄상태로 전환하는 타이밍에서, 원웨이 클러치 기구(33)에 의해 로드 부재(32)를 걸어서 대상부재(19)의 높이를 보다 확실하게 원하는 높이로 제어할 수 있다.

또, 도 12에 도시하는 예에서는, 대상부재(19)의 내부의 바닥면부에는, 플레 이트 형상의 자성체(34)가 고정 설치되고, 이 대상부재(19)의 내부의 상면부(족평 플레이트 부재(12)의 하면부)에는, 전자석(35)이 고정 설치되어 있다. 이러한 전자수단을 구비한 경우에는, 다리체(3)의 착상 동작에 의해, 대상부재(19)가 압축상태로 된 후(족평 기구(6)가 그 전방부 및 후방부의 접지 부재(17)를 통하여 접지한 후), 다리체(3)가 착상 상태로부터 이상 상태로 이행한 직후(상기 제 1∼제 4 실시형태에서 그 이상 상태에의 이행 직후에 전자 밸브(27)를 폐쇄상태로부터 개방상태로 전환하는 타이밍)까지, 전자석(35)에 의해 자성체(34)에 대해 흡착력을 생기게 함으로써, 대상부재(19)를 보다 확실하게 압축상태로 유지할 수 있다.

다음에 본 발명의 제 5 실시형태를 도 13∼도 15를 참조하여 설명한다. 도 13은 본 실시형태의 착상충격 완충장치를 구비한 족평 기구의 주요부를 모식화하여 도시한 도면, 도 14는 본 실시형태의 주요부의 작동을 설명하기 위한 플로우챠트, 도 15는 본 실시형태의 주요부의 작동을 설명하기 위한 타이밍 차트이다. 또한, 본 실시형태에서는 족평 기구는, 착상충격 완충장치에 관계되는 구성을 제외하고 상기 제 1 실시형태의 것과 동일하며, 도 13에서는, 족평 기구의 주요부 구성만을 기재하고 있다. 또, 본 실시형태의 설명에서는, 상기 제 1 실시형태와 동일 구성 부분 혹은 동일 기능 부분에 대해서는, 제 1 실시형태와 동일한 참조 부호를 사용하고, 설명을 생략한다.

도 13을 참조하여, 본 실시형태의 착상충격 완충장치(18)에서는, 족평 플레이트 부재(12)의 바닥면에 부착된 대상부재(19)의 내부에 연통하여 대상부재(19)측으로부터 도출된 유체관로(35)와, 이 유체관로(35)에 설치되어서 상기 제어장치(10)에 의해 개방 정도를 제어할 수 있는 전자비례 밸브(36)로 이루어지는 유입·유출 수단(37)을 구비하고 있다. 또, 대상부재(19)의 내부에는, 압력센서(38)가 구비되고, 또한, 족평 플레이트 부재(12)상에는, 대상부재(19)의 높이를 검출하는 거리측정 센서(39)가 구비되어 있다. 이 거리측정 센서(39)는, 예를 들면 레이저광을 사용하여 대상부재(19)의 높이를 검출하는 것이다. 이들 센서(38, 39)의 출력(검출 신호)은, 제어장치(10)에 입력된다. 이상에서 설명한 이외의 구조는, 상기 제 1 실시형태의 것과 동일하다.

또, 본 실시형태에서는 상기 제어장치(10)의 제어 처리는, 도 4의 STEP6의 처리만이 상기 제 1 실시형태의 것과 다르고, 이 STEP6에서는, 각 다리체(3)마다, 도 14의 플로우챠트에 나타내는 바와 같이 상기 전자비례 밸브(36)를 제어하도록 하고 있다.

즉, 제어장치(10)는, 우선, 현재시각 t가 t=0인지 아닌지, 즉, 다리체(3)의 지지다리기의 시작 타이밍인지 아닌지를 판단하고(STEP61), t=0일 경우에는, 현재의 보용 파라미터에 따라 대상부재(10)내의 목표압(Pcmd)과, 이 대상부재(19)의 목표 높이 HHcmd의 경시 변화의 패턴을 설정한다(STEP62). 이 경우, 목표압 Pcmd 및 목표 높이 HHcmd의 패턴은, 예를 들면 각각 도 15(a), (b)에 도시하는 바와 같이 설정된다.

보다 구체적으로는, 목표 높이 HHcmd는, 지지다리기의 개시 직후(족평 기구(6)의 대상부재(19)의 접지 직후)의 기간 Ta(이 기간은, 기본적으로는, 족평 기구(6)가 그 전방부 및 후방부의 접지 부재(17)를 통하여 완전하게 접지할 때까지 의 기간임)에서는, 초기값 HHcmd0로부터 「0」까지 단조적으로 감소해 가도록 설정된다. 그리고 상기 기간 Ta의 경과시부터, 다리체(3)의 미접지 다리기의 초기(다리체(3)가 착상 상태로부터 이상 상태로 이행한 직후)까지의 기간 Tb에서, 목표 높이 HHcmd는 「0」으로 유지된다. 또한, HHcmd=0은, 족평 기구(6)가 그 전방부 및 후방부의 접지 부재(17)를 통하여 접지하고 대상부재(19)가 완전하게 압축된 상태에서의 대상부재(19)의 높이를 의미한다. 또한, 이 기간 Tb의 경과시부터, 미접지 다리기의 종료시까지는, 목표 높이 HHcmd가 소정의 값 HHcmd1까지 증가되고, 최종적으로 이 소정값 HHcmd1으로 유지된다. 여기에서, 이 소정값 HHcmd1은, 상기 제 3 및 제 4 실시형태에서의 목표 높이 Hcmd에 상당하는 것이다. 또한, 지지다리기의 개시시에 있어서의 목표 높이 HHcmd의 초기값 HHcmd0는, 이 지지다리기 앞의 미접지 다리기에서의 최종적인 목표 높이 HHcmd(HHcmd1)에 상당하는 것이다. 이 경우, 미접지 다리기에 있어서의 최종적인 목표 높이 HHcmd1이나, 기간 Tb의 길이 등이 상기 제 1∼제 4 실시형태와 동일하게, 로봇(1)의 이동 속도 등에 따른 것으로 설정된다.

또, 목표압 Pcmd는, 기본적으로는, 다리체(3)의 지지다리기의 초기의 상기 기간 Ta에서, 「0」으로부터 일시적으로 증가한 후, 「0」까지 감소하도록 설정된다. 그리고 기간 Ta의 경과후는, 미접지 다리기의 종료시까지, Pcmd=0으로 유지된다. 또한, Pcmd=0은, 대상부재(19)내의 압력이 대기압과 동등한 것을 의미한다. 이 경우, 목표압 Pcmd의 미접지 다리기에서의 최대값 등이 보용 파라미터에 따른 것으로 설정되고, 기본적으로는, 로봇(1)의 이동 속도가 빠를수록, 목표압 Pcmd의 최대값은 커지도록 설정된다.

상술한 바와 같이 목표압 Pcmd 및 목표 높이 HHcmd의 경시 변화의 패턴을 설정한 후, 또는, STEP1에서 t=0이 아인 경우에는, 제어장치(10)는, 다음에 상기 패턴에 기초하여 현재시각 t에서의 순시 목표압 Pcmd 및 순시 목표 높이 HHcmd를 구한다(STEP63).

이어서, 제어장치(10)는, 대상부재(19)내의 실제 압력 Pact를 상기 압력센서(38)에 의해 검출하는 동시에, 대상부재(19)의 실제의 높이 Hact를 상기 거리측정 센서(39)에 의해 검출한 후(STEP64), 족평 기구(6)가 대상부재(19) 혹은 접지 부재(17)를 통하여 접지하고 있는지 아닌지를 판단한다(STEP65). 이 판단은, 예를 들면 상기 6축력센서(15) 혹은 압력센서(38)에 의한 실제 압력 Pact의 검출값에 기초하여 행해진다.

그리고, 족평 기구(6)가 접지하고 있을 경우에는, 제어장치(10)는, 상기 STEP63에서 구한 순시 목표압 Pcmd 및 순시 목표 높이 HHcmd와, STEP64에서 검출한 대상부재(19)내의 실제 압력 Pact 및 대상부재(19)의 실제의 높이 Hact에 기초하여 상기 전자비례 밸브(36)의 개방 정도를 제어한다(STEP66). 이 경우, 제어장치(10)는 예를 들면 다음 식(1)에 의해, 전자비례 밸브(36)의 개방 정도(이하, 밸브개방 정도라고 함)를 결정하고, 그 밸브개방 정도로 전자비례 밸브(36)를 제어한다.

밸브개방 정도=k1·(Pact-Pcmd)+k2·(Hact-HHcmd) ……(1)

여기에서, 식(1)중의 k1, k2는 미리 정한 양의 게인 계수이다. 또, 식(1)의 우변의 계산 결과가 음의 값으로 되었을 때에는, 강제적으로 밸브 개방 정도=0(전 자비례 밸브(36)의 폐쇄상태)으로 한다.

또, STEP65에서, 족평 기구(6)가 접지하고 있지 않을 경우에는, 제어장치(10)는, 상기 STEP63에서 구한 순시 목표 높이 HHcmd와, STEP64에서 검출한 대상부재(19)의 실제의 높이 Hact에 기초하여, 상기 전자비례 밸브(36)의 개방 정도를 제어한다(STEP67). 이 경우, 제어장치(10)는, 예를 들면 다음 식(2)에 의해, 밸브개방 정도를 결정하고, 그 밸브개방 정도로 전자비례 밸브(36)를 제어한다.

밸브개방 정도=-k3·(Hact-HHcmd) ……(2)

여기에서, 식(2)중의 k3은 미리 정한 양의 게인 계수이다. 또, 식(2)의 우변의 계산 결과가 음의 값으로 되었을 때에는, 강제적으로 밸브 개방 정도=0(전자비례 밸브(36)의 폐쇄상태)로 한다.

상술한 바와 같은 전자비례 밸브(36)의 밸브개방 정도의 제어, 바꾸어 말하면, 대상부재(19)에의 공기의 유입 제어에 의해, 족평 기구(6)(대상부재(19)를 포함함)의 접지 상태, 즉, 다리체(3)의 지지다리기에서는, 기본적으로는, 대상부재(19)내의 실제 압력 Pact과 대상부재(19)의 실제의 높이 Hact가 각각, 대체로 목표압 Pcmd 및 목표 높이 HHcmd의 패턴에 추종하도록 변화된다. 또, 족평 기구(6)의 미접지 상태, 즉, 다리체(3)의 미접지 다리기에서는, 대상부재(19)의 실제의 높이 Hact가, 목표 높이 HHcmd의 패턴에 추종하도록 변화된다. 그리고 이 경우, 목표 높이 HHcmd의 패턴은, 상기한 바와 같이 설정되어 있으므로, 대상부재(19)는, 다리체(3)의 착상 동작에 의한 압축후, 이 다리체(3)가 착상 상태 로부터 이상 상태로 이행한 직후까지, 기본적으로는 압축상태로 유지된다. 더욱이, 다리체(3)의 미접지 다리기에서는, 로봇(1)의 보용형태를 규정하는 보용 파라미터에 따른 높이까지 대상부재(19)가 팽창한다. 따라서 상기 제 1 실시형태와 동일한 작용 효과를 이룰 수 있다. 더욱이, 본 실시형태에서는 족평 기구(6)의 접지 상태에서, 대상부재(19)내의 실제 압력 Pact도 보용 파라미터에 따른 목표압 Pcmd에 대체로 추종하도록 제어되기 때문에, 착상충격 완충장치(18)에 의한 착상충격의 경감 효과를, 로봇(1)의 보용형태에 적합한 것으로 할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는 족평 기구(6)의 접지 상태에서, 상기 식(1)에 의해 전자비례 밸브(36)의 밸브개방 정도를 결정하도록 했는데, 예를 들면 다음 식(3) 또는 식(4)에 의해 밸브개방 정도를 결정하도록 해도 좋다.

밸브개방 정도=k1·(Pact-Pcmd)-k2·HHcmd ……(3)

밸브개방 정도=-k1·Pcmd+k2·(Hact-HHcmd) ……(4)

이들 식(3), (4)를 사용한 경우에도, 다리체(3)의 지지다리기에서는, 기본적으로는, 대상부재(19)내의 실제 압력 Pact와 대상부재(19)의 실제의 높이 Hact를, 각각, 대체로 목표압 Pcmd 및 목표 높이 HHcmd의 패턴에 추종하도록 변화시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는 목표압 Pcmd 및 목표 높이 HHcmd의 패턴을 설정하도록 했지만, 예를 들면 목표 높이 HHcmd의 패턴만을 설정하고, 이것에 대상부재(19)의 실제의 높이 Hact를 추종하게 하도록 전자비례 밸브(36)를 제어하도록 해도 좋다. 이 경우에는, 다리체(3)의 지지다리기 및 미접지 다리기 어느곳 에 있어서도, 예를 들면 상기 식(2)에 의해 전자비례 밸브(36)의 개방 정도를 결정하도록 하면 좋다.

이상에서 설명한 제 1∼제 5 실시형태에서는 대상부재(19)를 족평 플레이트 부재(12)의 바닥면측에 구비한 것을 나타냈지만, 대상부재(19)를 예를 들면 족평 플레이트 부재(12)와 발목관절(9) 사이에 설치하도록 해도 좋다. 이 경우의 실시형태를 제 6 실시형태로서 도 16을 참조하여 설명한다. 도 16은 본 실시형태의 착상충격 완충장치를 구비한 족평 기구의 측면에서 본 단면도이다. 또한, 본 실시형태는, 상기 제 1 실시형태의 것과, 족평 기구의 일부의 구성과 착상충격 완충장치의 일부의 구성만이 다른 것이므로, 상기 제 1 실시형태와 동일 구성 부분 혹은 동일 기능 부분에 대해서는, 이 제 1 실시형태와 동일한 참조 부호를 사용하고, 설명을 생략한다.

본 실시형태에서는 족평 기구(6)의 상면부에는, 상기 제 1 실시형태의 것과 동일하게 단면 사각 형상의 통부재(13)가 고정 설치되어 있고, 통부재(13)내에, 상기 제 1 실시형태의 대상부재와 동일한 술통형태 형상으로 상방으로 개구한 대상부재(19)(가변용적체)가 수용되어 있다. 이 경우, 대상부재(19)의 바닥면부는, 통부재(13)내에서 족평 플레이트 부재(12)에 고착되어 있다. 또, 통부재(13)내에는, 대상부재(19)의 상측에서, 바닥있는 가동 통부재(40)가 수용되고, 이 가동 통부재(40)는, 통부재(13)의 내주면을 따라서 상하이동 자유롭게 설치되어 있다. 그리고 이 가동 통부재(40)의 바닥부에 상기 대상부재(19)의 개구 단부가 고정 설치되어 있다. 따라서 가동 통부재(40)는, 대상부재(19)를 통하여 족평 플레이트 부재(12)에 연결되어 있다. 또한, 가동 통부재(40)의 바닥부에는, 2개의 유통 구멍(41, 42)이 대상부재(19)의 내부에 연통하여 뚫어 설치되어 있다. 이들 유통 구멍(41, 42)은 스로틀 통로로 되어 있다.

또, 가동 통부재(40)의 내부에는, 그 내주면을 따라서 거의 상하 방향으로 움직일 수 있는 가동 플레이트(43)가 수용되고, 이 가동 플레이트(43)는, 그 하면의 둘레 가장자리부이 스프링, 고무 등의 탄성재로 이루어지는 복수의 탄성부재(44)(도면에서는 스프링으로 기재되어 있음)를 통하여 가동 통부재(40)의 바닥부에 연결되어 있다. 그리고 이 가동 플레이트(43)의 상면부에 6축력센서(15)를 통하여 다리체(3)의 발목관절(9)이 연결되어 있다.

또, 상기 유통 구멍(41, 42)을 포함하는 유입·유출 수단(20)이 설치되어 있다. 이 유입·유출 수단(20)은, 그 기본 구성은, 상기 제 1 실시형태의 것과 동일하며, 유통 구멍(41)에 접속되고 이 유통 구멍(41)으로부터 도출된 유체관로(23)와, 이 유체관로(23)에 설치된 역지밸브(25)와, 유통 구멍(42)에 접속되고 이 유통 구멍(42)으로부터 도출된 유체관로(24)와, 이 유체관로(24)에 설치된 역지밸브(26) 및 전자 밸브(27)를 구비하는 것이다. 그리고 유체관로(23, 24)의 선단부는 대기측으로 개방되어 있다. 이 유입·유출 수단(20)과, 상기 대상부재(19)에 의해 본 실시형태의 착상충격 완충장치(18)가 구성되어 있다.

또한, 본 실시형태에서는 대상부재(19)는, 다리체(3)의 이상 상태에서, 족평 플레이트 부재(12) 등의 중량에 의해 대상부재(19)가 늘어나서 가동 통부재(40)가 통부재(13)로부터 빠져나가는 일이 없도록, 도시된 팽창 상태(자연상태) 이상으로 는 잘 늘어나지 않는 탄성재에 의해 구성되어 있다. 혹은, 구조적으로 가동 통부재(40)가 통부재(13)로부터 빠져나가지 않도록 되어 있다. 이상에서 설명한 것 이외의 구성(상기 제어장치(10)의 제어 처리를 포함함)은, 상기 제 1 실시형태의 것과 동일하다.

상술한 바와 같이 구성된 본 실시형태의 착상충격 완충장치(18)에서는, 다리체(3)의 착상 동작때에, 이 다리체(3)의 족평 기구(6)가 접지 부재(17)를 통하여 접지하면, 대상부재(19)가 압축되면서, 이 대상부재(19)내의 공기가 유통 구멍(41)을 통하여 유출한다. 이 때, 유통 구멍(41)은 스로틀 통로이므로, 유출 저항을 발생한다. 이러한 본 실시형태의 착상충격 완충장치(18)의 작동에 의해, 다리체(3)의 착상 동작때의 착상충격이 상기 제 1 및 제 2 실시형태의 것과 동일하게 경감된다. 또, 상기 제 1 실시형태와 동일하게 전자 밸브(27)를 개폐제어함으로써, 대상부재(19)의 압축후, 족평 기구(6)가 착상 상태로부터 이상 상태로 이행한 직후까지, 대상부재(l9)가 압축상태로 유지된다. 또한, 족평 기구(6)의 이상 상태에서는, 대상부재(19)는, 원하는 높이까지 팽창한다. 이것에 의해 상기 제 1 실시형태와 동일한 작용 효과를 이룰 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는 상기 제 1 실시형태와 동일하게 대상부재(19)에의 공기의 유입 제어를 행하는 것을 도시했지만, 상기 제 2∼제 4 실시형태와 동일하게 대상부재(19)에의 공기의 유입을 제어하도록 하는 것도 가능하다.

또, 본 실시형태에서는 가변용적체로서 대상부재(19)를 구비했는데, 예를 들면 상기 통부재(13)를 원통 형상(실린더 튜브 형상)으로 형성하는 동시에, 가동 통 부재(40)를 피스톤 형상으로 형성하고, 통부재(13)내에서의 가동 통부재(40)의 하측의 공간의 가변용적체로서 구성하도록 하는 것도 가능하다.

더욱이, 상기 제 1∼제 6의 각 실시형태에서는 가변용적체에 대해 입출시키는 유체를 공기로 한 것을 도시했는데, 본 발명은, 이 유체는 작동유 등의 액체라도 좋다.

이상과 같이, 본 발명은, 2족 이동로봇 등, 다리식 이동로봇의 다리체의 착상 동작시의 충격 하중을 경감하면서, 이 로봇의 자세의 안정성의 확보를 용이하게 행할 수 있고, 게다가, 경량의 구성으로 할 수 있는 착상충격 완충장치를 제공할 수 있는 것으로서 유용하다.

Claims (11)

1. 족평 기구(6)의 접지면부를 통하여 각각 접지가능한 복수의 다리체(3)의 이상·착상 동작에 의해 이동하는 다리식 이동로봇(1)에서, 각 다리체(3)의 착상 동작때에 상반력을 받아서 압축되는 동시에 적어도 이 다리체의 이상 동작에 의해 이 상반력을 받지 않게 되었을 때에는 팽창할 수 있도록 이 다리체(3)의 족평 기구(6)에 설치되고, 그 압축팽창에 따라 내부에 유체를 입출할 수 있는 가변용적체(19)와, 각 다리체(3)의 이상 상태에서 이 가변용적체(19)를 팽창시키면서 이 가변용적체에 유체를 유입시키는 동시에 상기 상반력에 의한 이 가변용적체(19)의 압축에 따라 이 가변용적체로부터 유체를 유출시키는 유입·유출 수단(20; 37)을 구비하고, 이 유입·유출 수단에 의한 상기 가변용적체(19)내의 유체의 유출때에 유출 관로와 연통하는 유통 구멍에서 유출 저항을 발생시키도록 한 착상충격 완충장치(18)로서,

   상기 가변용적체는 탄성재로 구성되어 있는 변형 자유로운 대상부재(19)이고, 다리체(3)의 족평기구(6)의 족평 플레이트 부재(12)의 바닥면 또는 족평 플레이트 부재(12)와 다리체(3)의 발목관절(9) 사이에 설치되어 있고,

   상기 유입·유출 수단(20; 37)은 일단이 대기중으로 개방되고 타단이 대상부재(19)의 내부에 연통되어 있는 유체 관로(23,24; 35)와, 상기 유체 관로(23,24; 35)를 통해 유체가 대상부재(19)에 유입하거나 대상부재(19)로부터 유출하는 것을 차단하는 밸브(25,26,27; 36)로 구성되어 있고,

   유체 관로(24; 35)에 설치된 전자 밸브(27) 또는 전자 비례 밸브(36)와 그 개폐를 제어하는 제어 장치(10)로 구성되어 있는 압축상태 유지 및 팽창 제어 수단을 구비하고 있고, 상기 압축상태 유지 및 팽창 제어 수단(10, 27; 36)은 적어도 각 다리체(3)의 착상 동작에 의해 상기 가변용적체(19)가 압축된 후, 이 다리체(3)가 그 이상 동작에 의해 이상 상태로 된 직후까지의 기간내에 있어서 이 가변용적체(19)를 압축상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동로봇의 착상충격 완충장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 유체는 압축성 유체인 것을 특징으로 하는 다리식 이동로봇의 착상충격 완충장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 다리식 이동로봇(1)은, 그 각 다리체(3)의 족평 기구(6)에 작용하는 상반력의 수평방향 축 주위의 모멘트를 소정의 목표 모멘트에 추종시키도록 이 족평 기구(6)의 위치 및 자세가 컴플라이언스 제어에 의해 제어되는 로봇인 것을 특징으로 하는 다리식 이동로봇의 착상충격 완충장치.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 압축상태 유지 및 팽창 제어 수단(10, 27; 36)은, 적어도 상기 유입·유출 수단(20; 37)에 의한 상기 가변용적체(19)로의 유체의 유입을 차단하게 함으로써 이 가변용적체(19)를 압축상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동로봇의 착상충격 완충장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 압축상태 유지 및 팽창 제어 수단(10, 27; 36)은, 상기 다리식 이동로봇(1)의 이동시의 목표 보용에 따라 정해지는 각 다리체(3)의 이상·착상 동작의 시각정보에 기초하여, 상기 가변용적체(19)를 압축상태로 유지하는 시기를 판단하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동로봇의 착상충격 완충장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 각 다리체(3)의 족평 기구(6)가 상기 접지면부를 통하여 접지하고 있는지 아닌지를 검지하기 위한 센서(15)가 구비되어 있고, 상기 압축상태 유지 및 팽창 제어 수단(10, 27; 36)은, 이 센서(15)의 검지 데이터에 기초하여, 상기 가변용적체(19)를 압축상태로 유지하는 시기를 판단하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동로봇의 착상충격 완충장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 압축상태 유지 및 팽창 제어 수단(10, 27; 36)은 상기 각 다리체(3)의 이상 상태에서의 상기 가변용적체(19)의 팽창시에, 이 가변용적체(19)의 압축 방향의 사이즈가 상기 다리식 이동로봇(1)의 보용형태에 따른 소정의 사이즈로 되도록, 상기 유입·유출 수단(20; 37)에 의한 가변용적체(19)로의 상기 유체의 유입량을 이 보용형태에 따라 제어하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동로봇의 착상충격 완충장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 압축상태 유지 및 팽창 제어 수단(10, 27; 36)은 상기 가변용적체(19)의 압축상태의 유지 작동이 해제된 후에 있어서의 이 가변용적체(19)로의 상기 유체의 유입 시간에 기초하여, 이 가변용적체(19)의 압축 방향에 있어서의 사이즈가 상기 소정의 사이즈로 팽창했는지 아닌지를 판단하고, 이 가변용적체(19)의 압축 방향의 사이즈가 상기 소정의 사이즈로 팽창했다고 판단했을 때, 상기 유입·유출 수단(20; 37)에 의한 가변용적체로의 유체의 유입을 차단하게 하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동로봇의 착상충격 완충장치.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 가변용적체(19)의 압축 방향의 사이즈에 따라 변화하는 물리량을 검출하는 센서(30)를 구비하고 있고, 상기 압축상태 유지 및 팽창 제어 수단(10, 27; 36)은 상기 가변용적체(19)의 압축상태의 유지 작동이 해제된 후에 있어서의 이 센서(30)의 검출 데이터에 기초하여 이 가변용적체(19)의 압축 방향의 사이즈가 상기 소정의 사이즈로 팽창했는지 아닌지를 판단하고, 이 가변용적체의 압축 방향의 사이즈가 상기 소정의 사이즈로 팽창했다고 판단했을 때, 상기 유입·유출 수단(20; 37)에 의한 가변용적체(19)로의 유체의 유입을 차단하게 하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동로봇의 착상충격 완충장치.
11. 제 8 항에 있어서, 상기 가변용적체(19)내의 압력을 검출하는 제 1 센서(38)와 이 가변용적체(19)의 압축 방향에서의 사이즈를 검출하는 제 2 센서(39)를 구비하고 있고, 상기 압축상태 유지 및 팽창 제어 수단(10, 27; 36)은, 상기 다리식 이동로봇(1)의 보용형태에 따라 상기 가변용적체(19)내의 목표 압력의 경시 변화 패턴과 이 가변용적체(19)의 압축 방향의 목표 사이즈의 경시 변화 패턴을 설정하고, 상기 제 1 센서(38) 및 제 2 센서(39)에 의해 각각 검출되는 압력 및 사이즈가 각각 상기 목표 압력 및 목표 사이즈의 경시 변화 패턴에 따라서 변화하도록 상기 유입·유출 수단(20; 37)에 의한 가변용적체의 유체의 유출·유입을 제어하는 것을 특징으로 하는 다리식 이동로봇의 착상충격 완충장치.

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