1986
E0
研究雙腳移動的原理

. 首先,要創造一具會行走的雙腳機器人…
. 雙腳輪流開步走的目標達成。然而每一步伐之間相距5秒鐘,機器人是以極緩
     慢速度前進。
. 緩慢行走及快速行走的不同。
. 若要加快行走的速度,或是想要在不平坦的表面或斜坡上等所有地面上行走,
     就必須先實現快速行走的目標。

. 上圖是緩慢行走與快速行走之腳的進行及由上所看到的重心移動圖。
. 緩慢行走時,為了一直維持身體的重心集中於兩腳腳底及腳底的範圍內 ,重心的移動就像上圖般的呈直線行進。
     因此,在緩慢行走,身體搖搖晃晃的左右振動。
. 另一方面,快速行走時重心並非一直放在腳底。因此就像上圖般,重心的移動就呈現順暢的曲線行進。
. 在快速行走時,運用身體的姿勢及平衡 使重心的移動更為順暢的行走,就可像人類般自然的行走。

規         格 人類機能的比較
自由度 3自由度*2腳=6自由度 . 運用關節的功能。
. EO具有跨股、膝蓋、腳裸
    3處*2腳=6自由度。
    因為 EO紙具有直線前進移動,不具左右
    方向的自由度。
跨股的關節 (前後方向/左右方向) 1自由度
膝蓋的關節 (前後方向) 1自由度
腳踝的關節 (前後方向/左右方向) 1自由度
3自由度*2手= 6自由度
Actuator
(作動裝置)
.DC輔助馬達
.Ballscrew (減速機,其伸縮讓腳作動)
. 有肌肉的功能
. 運用馬達等驅動關節,替代肌肉的伸縮。
Censor
(感應器 )
接地探測用測力計
(在腳接觸到地面時,測量腳底受力的裝置)
. 具有壓力感覺的功能
.測量從地面傳達的力量,控制另一隻腳
    的作動。
全高 101.3 cm
重量 16.5 kg
*自由度是讓手和腳行動的方向之意。
    例如,人類手腕的關節,可以上下、 左右及扭轉之3個方向的動作,則稱之為3自由度。

1991
E1- E2- E3
實現以雙腳快速行走

研究人類是「如何」行走的…
「實現快速行走…」

為實現「快速行走」,徹底地研究了人類行走的方式,甚至動物和其他行走形式也加以觀察研究,分析出以兩腳
行走時,關節的配置與作動方式,並將其輸入機器人之中進行實驗。 之後的E2首度在平坦表面上,成功地達到了1.2km/h快速行走的速度。

下一階段要實現的,是在人類生活環境中,特別是不平的表面、斜坡以及在階梯上,能穩定的以兩腳行走而且不會跌倒。

規         格 人類機能的比較
自由度 3自由度*2腳=6自由度 .運用關節的功能。

腳的迴轉
1自由度
跨股的關節 (前後方向/左右方向) 2自由度
膝蓋的關節 (前後方向) 1自由度
腳踝的關節 (前後方向/左右方向) 2自由度
6自由度*2手=12自由度
Actuator
(作動裝置)
.DC輔助馬達
.Harmonic drive 減速機
.有肌肉的功能
Censor
(感應器 )
接地探測用測力計
(在腳接觸到地面時,測量腳底受力的裝置)
.具有壓力感覺的功能
.測量從地面傳達的力量,控制另一隻腳的
    作動。
全高 128.0 cm
重量 72.0 kg
*自由度是讓手和腳行動的方向之意。
    例如,人類手腕的關節,可以上下、 左右及扭轉之3個方向的動作,則稱之為3自由度。

規         格 人類機能的比較
自由度 6自由度*2腳=12自由度 .運用關節的功能
.自由度的構成,從E2起就沒改變。
腳的迴轉
1自由度
跨股的關節 (前後方向/左右方向) 2自由度
膝蓋的關節 (前後方向) 1自由度
腳踝的關節 (前後方向/左右方向) 2自由度
6自由度*2手=12自由度
Actuator
(作動裝置)
.DC輔助馬達
.Harmonic drive 減速機
.有肌肉的功能
Censor
(感應器 )
.視覺攝影機
.傾斜計 ,G感應器
.腳踝及手腕,6軸力感應器
.眼睛的功能=視覺攝影機 (辨識物體)
.三半規管的功能
   =傾斜計 G感應器
   (姿勢的變化=感應身體的傾斜度極加速度)
.壓感= 6軸力感應器
   (感應腳踝及手腕的力量及方向)
全高 132.0 cm
重量 67.7 kg
*自由度是讓手和腳行動的方向之意。
    例如,人類手腕的關節,可以上下、 左右及扭轉之3個方向的動作,則稱之為3自由度。

規         格 人類機能的比較
自由度 6自由度*2腳=12自由度 .運用關節的功能
.自由度的構成,從E2起就沒改變。
腳的迴轉
1自由度
跨股的關節 (前後方向/左右方向) 2自由度
膝蓋的關節 (前後方向) 1自由度
腳踝的關節 (前後方向/左右方向) 2自由度
6自由度*2手=12自由度
Actuator
(作動裝置)
.DC輔助馬達
.Harmonic drive 減速機
.有肌肉的功能
Censor
(感應器 )
.視覺攝影機
.傾斜計 ,G感應器
.腳踝及手腕,6軸力感應器
.眼睛的功能=視覺攝影機 (辨識物體)
.三半規管的功能
   =傾斜計 G感應器
   (姿勢的變化=感應身體的傾斜度極加速度)
.壓感= 6軸力感應器
   (感應腳踝及手腕的力量及方向)
全高 136.3 cm
重量 86.0 kg
*自由度是讓手和腳行動的方向之意。
    例如,人類手腕的關節,可以上下、 左右及扭轉之3個方向的動作,則稱之為3自由度。
1991-1993
E4- E5- E6
雙腳行走的基本功能

. E4時期, 創造「穩定行走的技術」。
. E5時期,創造了行走的機械裝置。Honda的E5機器人做到了穩定的雙腳行走,即使在階梯或斜坡上亦然。
. E6時期,下一步是要實現將腳部與上半身組合出人行的機器人。

規         格 人類機能的比較
自由度 6自由度*2腳=12自由度 .運用關節的功能
.自由度的構成,從E2起就沒改變。
腳的迴轉
1自由度
跨股的關節 (前後方向/左右方向) 2自由度
膝蓋的關節 (前後方向) 1自由度
腳踝的關節 (前後方向/左右方向) 2自由度
6自由度*2手=12自由度
Actuator
(作動裝置)
.DC輔助馬達
.Harmonic drive 減速機
.有肌肉的功能
Censor
(感應器 )
.視覺攝影機
.傾斜計 ,G感應器
.腳踝及手腕,6軸力感應器
.眼睛的功能=視覺攝影機 (辨識物體)
.三半規管的功能
   =傾斜計 G感應器
   (姿勢的變化=感應身體的傾斜度極加速度)
.壓感= 6軸力感應器
   (感應腳踝及手腕的力量及方向)
全高 159.5 cm
重量 150.0 kg
*自由度是讓手和腳行動的方向之意。
    例如,人類手腕的關節,可以上下、 左右及扭轉之3個方向的動作,則稱之為3自由度。
不會跌倒穩定行走的技術…
  • 1. 機器人在正常情況下可以較理想行走方式行走
  • 2. 如碰到凹凸不平或傾斜表面時,機器人的身體就會產生要傾倒的力量(傾倒力),而喪失平衡。
  • 3. 首先,機器人以腳尖或腳後跟來支撐起重心,使其行走不易跌倒。
  • 4. 可是,在支撐力未斷絕時,為了保持機器人立姿,防止上半身加速傾倒,於是要有反作用啟動的力量。
         如此,就可以保持機器人的姿勢,也就是說,能夠自由自在行走,就必須產生和傾倒力相反的力量。
         * 請思考一下,在乘坐快速啟動前進的汽車時,背部會壓向座椅的感覺。
             讓機器人身體產生啟動的力量=復原力, 和在乘坐快速啟動前進的汽車時,背部會相向座椅的力量是相同的。
  • 5. 可是,與其以為了使上半身加速所設的目標位置,不如朝向己加速的方向與上半身交錯加速。
         為了補正這個力量,機器人則以出腳的位置來修正。

規         格 人類機能的比較
自由度 6自由度*2腳=12自由度 .運用關節的功能
.自由度的構成,從E2起就沒改變。
腳的迴轉
1自由度
跨股的關節 (前後方向/左右方向) 2自由度
膝蓋的關節 (前後方向) 1自由度
腳踝的關節 (前後方向/左右方向) 2自由度
6自由度*2手=12自由度
Actuator
(作動裝置)
.DC輔助馬達
.Harmonic drive 減速機
.有肌肉的功能
Censor
(感應器 )
.視覺攝影機
.傾斜計 ,G感應器
.腳踝及手腕,6軸力感應器
.眼睛的功能=視覺攝影機 (辨識物體)
.三半規管的功能
   =傾斜計 G感應器
   (姿勢的變化=感應身體的傾斜度極加速度)
.壓感= 6軸力感應器
   (感應腳踝及手腕的力量及方向)
全高 173.0 cm
重量 150.0 kg
*自由度是讓手和腳行動的方向之意。
    例如,人類手腕的關節,可以上下、 左右及扭轉之3個方向的動作,則稱之為3自由度。

規         格 人類機能的比較
自由度 3自由度*2腳=6自由度 .運用關節的功能
.自由度的構成,從E2起就沒改變。
腳的迴轉
1自由度
跨股的關節 (前後方向/左右方向) 2自由度
膝蓋的關節 (前後方向) 1自由度
腳踝的關節 (前後方向/左右方向) 2自由度
6自由度*2手=12自由度
Actuator
(作動裝置)
.DC輔助馬達
.Harmonic drive 減速機
.有肌肉的功能
Censor
(感應器 )
.視覺攝影機
.傾斜計 ,G感應器
.腳踝及手腕,6軸力感應器
.眼睛的功能=視覺攝影機 (辨識物體)
.三半規管的功能
   =傾斜計 G感應器
   (姿勢的變化=感應身體的傾斜度極加速度)
.壓感= 6軸力感應器
   (感應腳踝及手腕的力量及方向)
全高 174.3 cm
重量 150.0 kg
*自由度是讓手和腳行動的方向之意。
    例如,人類手腕的關節,可以上下、 左右及扭轉之3個方向的動作,則稱之為3自由度。
1993-1997
P1- P2- P3
獨立的類人型機器人的研究

. 附加上上半身的類人型機器人。並增加了手腕的功能,完成了可推動手推車,抓取物品的動作。
. 1996年12月發表了世界上第一具類似人類用雙腳行走的機器人。
     採用無線遙控技術,軀幹內含電腦、馬達驅動裝置、電池、無線電,以及其他必要的設備。
. 1997年9月研發完成第一具完全獨立,類似人類用雙腳行走的機器人。
     在改變組件材料並分散控制系統之後,體型和體重均因此而縮減,而較小的體型更適合於人類環境中活動。

規         格 人類機能的比較
自由度 7自由度*2腳=14自由度 . 運用關節的功能
. 增加了手腕和手,自由度也增加。
. P1手腕的自由度,與人類手腕自由度相同有
    7自由度。
肩膀的關節 (前後方向/上下方向/手腕的迴轉) 3自由度
臂的關節 (前後方向) 1自由度
手腕的關節(前後方向左右方向/手腕的迴轉) 3自由度
7自由度*2腳=14自由度
2自由度*2=4自由度
抓取物品的功能 2自由度
2自由度*2手=4自由度
6自由度*2腳=12自由度
腳的迴轉 1自由度
跨股的關節 (前後方向/左右方向) 2自由度
膝蓋的關節 (前後方向) 1自由度
腳踝的關節 (前後方向/左右方向) 2自由度
6自由度*2腳=12自由度
Actuator
(作動裝置)
. DC輔助馬達
. Harmonic drive 減速機
. 有肌肉的功能
Censor
(感應器 )
. 視覺攝影機
. 傾斜計 ,G感應器
. 腳踝及手腕,6軸力感應器
.眼睛的功能=視覺攝影機 (辨識物體)
.三半規管的功能
   =傾斜計 G感應器
   (姿勢的變化=感應身體的傾斜度極加速度)
.壓感= 6軸力感應器
   (感應腳踝及手腕的力量及方向)
全高 195.1 cm
重量 175.0 kg
*自由度是讓手和腳行動的方向之意。
    例如,人類手腕的關節,可以上下、 左右及扭轉之3個方向的動作,則稱之為3自由度。

規         格 人類機能的比較
自由度 7自由度*2腳=14自由度 . 運用關節的功能
. 增加了手腕和手,自由度也增加。
. P2手腕的自由度,與人類手腕自由度相同有
    7自由度。
肩膀的關節 (前後方向/上下方向/手腕的迴轉) 3自由度
臂的關節 (前後方向) 1自由度
手腕的關節
(前後方向左右方向/手腕的迴轉)
3自由度
7自由度*2腳=14自由度
2自由度*2=4自由度
抓取物品的功能 2自由度
2自由度*2手=4自由度
6自由度*2腳=12自由度
腳的迴轉 1自由度
跨股的關節 (前後方向/左右方向) 2自由度
膝蓋的關節 (前後方向) 1自由度
腳踝的關節 (前後方向/左右方向) 2自由度
6自由度*2腳=12自由度
Actuator
(作動裝置)
. DC輔助馬達
. Harmonic drive 減速機
. 有肌肉的功能
Censor
(感應器 )
. 視覺攝影機
. 傾斜計 ,G感應器
. 腳踝及手腕,6軸力感應器
.眼睛的功能=視覺攝影機 (辨識物體)
.三半規管的功能
   =傾斜計 G感應器
   (姿勢的變化=感應身體的傾斜度極加速度)
.壓感= 6軸力感應器
   (感應腳踝及手腕的力量及方向)
全高 182.0 cm
重量 210.0 kg
*自由度是讓手和腳行動的方向之意。
    例如,人類手腕的關節,可以上下、 左右及扭轉之3個方向的動作,則稱之為3自由度。