Pie para robot humanoide.

Pie para robot humanoide, que puede conectarse a una pierna mediante un tobillo que comprende:

· una suela (11),

· dedos (12),

· una unión (13) motorizada, independiente del tobillo, en rotación entre la suela (11) y los dedos (12),pudiendo los dedos (12) desplazarse según un recorrido angular alrededor de un eje (14) de la unión (13),

· un accionador (19) que permite la motorización de la unión (13), caracterizado porque comprende,además, medios para controlar el accionador (19) de manera autónoma que permiten elegir un estadoentre:

- una rigidez completa de la unión (13),

- un par de retorno en función del recorrido angular de la unión (13),

- una amortiguación de la rotación de la unión (13),

- un aporte energético durante la rotación de la unión (13).

Pie para robot humanoide

La invención se refiere a un pie y un robot humanoide que aplica el pie. La invención encuentra una utilidad particular en la realización de robots humanoides que se acercan en mayor medida a la morfología humana.

Un modelo matemático que modeliza esta morfología ha sido desarrollado en los años 1960 en los Estados Unidos por Aerospace Medical Research Laboratories situado en Dayton, Ohio. Este modelo, bien conocido bajo el nombre de modelo Hanavan, describe de manera paramétrica, con relaciones a una altura y una masa humanas dadas, las dimensiones de todas las partes del cuerpo. Por lo general, el pie es descrito como que comprende una suela y dedos unidos entre sí mediante una articulación con un grado de libertad en rotación en un plano sagital del pie.

Por ejemplo, para un adolescente de 14 años, con una altura de 1, 60 metro y un peso de 50 kilos, el pie está compuesto por un conjunto de paralelepípedos rectángulos. La longitud total del pie es de 243 mm, el ancho es de 80 mm, la altura de talón es de 62 mm y la distancia entre la parte posterior del pie y la unión de los dedos es de 207 mm.

Actualmente, se han desarrollado numerosos robots humanoides, pero ninguno respeta el modelo de Hanavan. Además, los robots conocidos tienen pies anchos y macizos, bien sin ninguna movilidad, o bien con una movilidad pasiva al nivel de los dedos del pie. Tales pies degradan la fluidez del andar del robot y lo alejan sensiblemente de la manera de andar del ser humano.

Un cálculo dinámico, muestra que para andar a una velocidad de 1, 2 m/s, y siempre para un robot de 1, 60 m y 50 kg, la unión entre la suela y los dedos necesita un par del orden de 20 N.m, con una potencia de 30 W, y un desplazamiento articular de 0º a +60º.

La invención apunta a la mejora de la concordancia entre la realización de un robot y la anatomía humana, por ejemplo modelizada en el modelo de Hanavan. La invención apunta asimismo a la mejora de la fluidez de los movimientos del robot cuando anda, sin que por ello se reproduzca una modelización compleja del pie humano.

Para alcanzar estos objetivos, la invención propone la realización de un pie cuyos dedos son móviles respecto de la suela. Tal pie para robot humanoide es divulgado en el artículo “Toe Joints That Enhance Bipedal and Full body Motion of Humanoid Robots” publicado por el ETTT. La invención propone la aplicación de un par a la unión entre los dedos y la suela, sin que este par sea forzosamente dependiente del recorrido angular de los dedos en sus movimientos de rotación. En efecto, el hecho de aplicar tal par a la unión entre los dedos y la suela permite mejorar la fase propulsiva del pie del robot para acercarse a la que el pie humano asegura, con el fin de mejorar la fluidez del andar del robot.

Con este fin, la invención tiene por objeto un pie para robot humanoide, que puede conectarse a una pierna mediante un tobillo, caracterizado porque comprende:

• una suela (11) ,

• dedos (12) ,

• una unión (13) motorizada, independiente del tobillo, en rotación entre la suela (11) y los dedos (12) , pudiendo los dedos (12) desplazarse según un recorrido angular alrededor de un eje (14) de la unión (13) ,

• un accionador (19) que permite la motorización de la unión (13) ,

• y medios para controlar el accionador (19) de manera autónoma, permitiendo estos medios la elección de un estado entre:

− una rigidez completa de la unión, − un par de retorno en función del recorrido angular de la unión, − una amortiguación de la rotación de la unión, − un aporte energético durante la rotación de la unión.

La invención tiene asimismo por objeto un robot humanoide caracterizado porque comprende al menos un pie según la invención.

Se ha intentado aplicar a los dedos un par dependiente de su recorrido angular. Este par es aplicado mediante un resorte como por ejemplo un resorte de torsión colocado en la unión entre los dedos y la suela. Se ha constatado que tal par no daba resultados significativos en cuanto a la mejora de la fase propulsiva del pie.

La invención se entenderá mejor y otras ventajas se pondrán de manifiesto en la descripción detallada de un modo de realización ofrecida a título de ejemplo, descripción ilustrada por los dibujos adjuntos en los cuales:

la figura 1 representa en perspectiva un pie conforme a la invención; la figura 2 representa el pie en corte en un plano sagital; la figura 3 representa el pie 10 en vista superior;

la figura 4 representa la articulación de un gato respecto de la suela; la figura 5 representa la articulación de dedos respecto de la suela; la figura 6 representa la articulación de los dedos respecto del gato;

Por motivos de claridad, los mismos elementos llevarán las mismas referencias en las diferentes figuras.

La figura 1 representa un pie 10 que comprende una suela 11 y dedos 12 articulados respecto de la suela 11 mediante una unión 13 que posee un grado de libertad en rotación en un plano sagital del pie 10 alrededor de un eje

14. En el ejemplo representado, los dedos 12 son solidarios y están realizados en una sola pieza mecánica monobloque. Los dedos tienen dos extremos 15 y 16. El extremo 15 está situado en el eje 14 y el extremo 16 forma la punta del pie 10. La unión 13 permite el desplazamiento de los dedos con un movimiento angular de aproximadamente 60º alrededor del eje 14. La figura 1 representa los dedos 12 en una primera posición de extremo en su movimiento de rotación alrededor del eje 14. En esta posición los dedos 12 están en la prolongación de la suela 11. Dicho de otro modo, la suela se extiende principalmente según un plano 17 y un eje 18 que pasa por los dos extremos 15 y 16 está situado en el plano 17 de la suela 11. La figura 2 representa el pie 10 en corte en un plano sagital perpendicular al plano 17 y la figura 3 representa el pie 10 en vista superior.

Una segunda posición de extremo de los dedos 12 es alcanzada cuando los dedos 12 están levantados al máximo, dicho de otro modo cuando el eje 18 que contiene los dos extremos 15 y 16 forma un ángulo de 60º con el plano 17 de la suela 11.

Durante el caminar del robot equipado con pies 10 que comprenden dedos 12 articulados, se puede aplicar un amortiguador como accionador. Tal accionador aplica a los dedos 12 un par que no depende del recorrido angular de los dedos 12 sino de su velocidad angular. En general, cuanto más importante es la velocidad angular, más importante es el par ejercido por el amortiguador. El uso de un amortiguador permite variar el par aplicado a la unión 13 en función de la velocidad a la cual el robot se desplaza andando. Cuando el robot corre, un amortiguador permite aplicar a la unión un par más importante que cuando anda. Evidentemente es posible complementar el par ejercido por el amortiguador con un par puramente proporcional a la carrera.

El accionador puede asimismo ser un motor para aplicar un par motor a la unión 13. Este par permite pasar los dedos 12 de la segunda posición de extremo a la primera posición de extremo. Este par, aplicado a los dedos 12, mejora la propulsión del robot generada por el pie 10 y reduce en aproximadamente el 30% la energía necesaria para caminar.

De manera más general, el pie comprende medios para controlar el accionador 19 de manera autónoma, es decir independientemente de cualquier otra articulación del robot. Por ejemplo, los movimientos de la unión 13 son independientes de los movimientos del tobillo del robot o de la fase de andar del robot. Los medios para controlar el accionador 19 permiten elegir un estado entre:

• una rigidez completa de la unión 13,

• un par de retorno en función del recorrido angular de la unión 13,

• una amortiguación de la rotación de la unión 13,

• un aporte energético durante la rotación de la unión 13.

Es posible realizar esta motorización mediante un motor rotativo que actúa entre la suela 11 y los dedos 12 al nivel de la unión 13. Este tipo de motor correría el riesgo de salirse del formato definido por el modelo de Hanavan. Otra alternativa... [Seguir leyendo]

1. Pie para robot humanoide, que puede conectarse a una pierna mediante un tobillo que comprende:

• una suela (11) ,

• dedos (12) ,

• una unión (13) motorizada, independiente del tobillo, en rotación entre la suela (11) y los dedos (12) , pudiendo los dedos (12) desplazarse según un recorrido angular alrededor de un eje (14) de la unión (13) ,

• un accionador (19) que permite la motorización de la unión (13) , caracterizado porque comprende, además, medios para controlar el accionador (19) de manera autónoma que permiten elegir un estado entre:

− una rigidez completa de la unión (13) , − un par de retorno en función del recorrido angular de la unión (13) , − una amortiguación de la rotación de la unión (13) , − un aporte energético durante la rotación de la unión (13) .

2. Pie según la reivindicación 1, caracterizado porque la unión (13) permite una rotación de los dedos (12) respecto de la suela (11) en un plano sagital del pie (10) .

3. Pie según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el accionador está formado por un gato lineal (19) que se apoya sobre un montante (22) solidario a la suela (11) y sobre los dedos (12) , porque el gato (19) efectúa un movimiento según un eje (23) contenido en un plano sagital del pie.

4. Pie según una de la reivindicación 3, caracterizado porque cuando los dedos (12) están alineados respecto de la suela (11) , el eje (23) del gato está inclinado respecto de un plano principal de la suela (11) para permitir el descenso de los dedos (12) por debajo del plano principal de la suela 11.

5. Pie según una cualquiera de las reivindicaciones 3 o 4, caracterizado porque el apoyo del gato (19) sobre el montante (22) está situado por encima de un plano (17) en el cual la suela (11) se extiende principalmente para

mantener concurrente el eje (23) del gato (19) y un eje (18) que une la unión (13) y el apoyo del gato (19) sobre los dedos (12) .

6. Pie según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque el gato (19) es eléctrico o hidráulico.

7. Pie según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizado porque el gato (19) es un gato de doble 30 efecto que permite bajar o levantar los dedos (12) .

8. Pie según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizado porque el gato (19) es un gato de efecto simple destinado a empujar los dedos (12) para bajarlos.

9. Robot humanoide, caracterizado porque comprende al menos un pie (10) según una de las reivindicaciones anteriores.