机器人关节结构的制作方法

本发明涉及一种用于机器人的关节结构。

背景技术：

例如，通过为机器人提供由连杆(link)和关节部形成的结构(比如臂、腿等)，并且通过致动器旋转驱动关节部，可以使机器人执行各种操作，比如由人执行的操作。

例如，ptl1描述了一种机器人，该机器人通过具有头部、躯干部、臂部、手部和腿部并且通过致动器驱动这些部分中的每一个的关节部来进行全身协调运动。

[引文清单]

[专利文献]

[ptl1]

美国专利申请公开号2013/0202212

技术实现要素：

[技术问题]

为了稳定如上所述的机器人的操作，例如期望防止在机器人的操作期间发生意外的力矩或振动。然而，实际上，通过防止由于存在于关节部、用于将驱动力传递到关节部的机构等中的齿隙(backlash)等引起的意外力矩或振动的发生，不一定容易稳定机器人的操作。

因此，本发明的目的是提供一种用于机器人的新的改进的关节结构，该关节结构使得能够通过适当地控制可能在机器人的关节部中发生的齿隙来稳定机器人的操作。

[解决问题的方法]

根据本发明的某个方面，提供了一种用于机器人的控制装置。该控制装置包括处理器，该处理器构造为实现：获得指示检测机器人的状态量的传感器的检测值的信号的功能；以及在根据通过传感器的校准而获得的转换函数将检测值转换为状态量的估计值时在机器人的操作中在紧急情况下应用补偿估计值与实际状态量之间的差异的偏移值的功能。

根据如上所述的本发明的构造，可以通过适当地控制在机器人的关节部中可能发生的齿隙来稳定机器人的操作。

附图说明

图1是示出根据本发明一实施例的机器人的关节构造的说明图。

图2是示出根据本发明一实施例的机器人的硬件构造的说明图。

图3是示出根据本发明一实施例的用于驱动机器人的关节部的构造的说明性框图。

图4是帮助说明典型齿隙的示例的图。

图5a是帮助说明机器人的关节部中的齿隙的示例的图。

图5b是帮助说明机器人的关节部中的齿隙的示例的图。

图6a是帮助说明齿隙在机器人的双足步行中的效果的示例的图。

图6b是帮助说明齿隙在机器人的双足步行中的效果的示例的图。

图6c是帮助说明齿隙在机器人的双足步行中的效果的示例的图。

图7是示出根据本发明一实施例的机器人的关节结构的示例的图。

图8a是帮助说明根据本发明一实施例的关节结构在机器人的腿部中的应用示例的图。

图8b是帮助说明根据本发明一实施例的关节结构在机器人的腿部中的应用示例的图。

图9a是帮助说明根据本发明一实施例的关节结构在机器人的臂部中的应用示例的图。

图9b是帮助说明根据本发明一实施例的关节结构在机器人的臂部中的应用示例的图。

图10a是示出根据本发明一实施例的机器人的关节结构的变型例的图。

图10b是示出根据本发明一实施例的机器人的关节结构的变型例的图。

图11是帮助说明电位计的校准示例的曲线图。

图12是帮助说明在本发明一实施例中将偏移值应用于电位计校准结果的曲线图。

图13是示出在本发明一实施例中用于设定和应用偏移值的具体过程的示例的流程图。

图14是帮助说明在本发明一实施例中将多个偏移值选择性地应用到电位计校准结果的示例的曲线图。

图15是示出在本发明一实施例中用于选择性地应用多个偏移值的具体过程的示例的流程图。

具体实施方式

下文中将参考附图详细描述本发明的一些实施例。顺便提及，在本说明书和附图中，具有基本相同功能构造的构成元件由相同的附图标记标识，并且将省略其重复描述。

(机器人的关节构造)

图1是示出根据本发明一实施例的机器人的关节构造的说明图。参考图1，根据本发明一示例性实施例的机器人10包括头部101、主体部102、一对臂部103l和103r、一对手部104l和104r、一对腿部105l和105r以及一对脚部106l和106r。这些部分中的每一个包括关节部和联接到该关节部的连杆。连杆绕关节部相对旋转。从而实现了机器人10的各种操作。

在示出的示例中，左臂部103l包括肩关节部131l、肘关节部132l和腕关节部133l。肩关节部131l位于联接至主体部102的肩连杆141l与上臂连杆142l之间。肩关节部131l使连杆142l能够相对于连杆141l相对旋转。更具体地，关节部131l包括能够俯仰旋转的俯仰关节部131l_p、能够侧倾旋转的侧倾关节部131l_r以及能够偏航旋转的偏航关节部131l_y。顺便提及，在本说明书中，以机器人10的直立姿势作为参考来定义旋转轴线(俯仰、侧倾和偏航)。这种关节部131l的结构使得上臂连杆142l能够相对于肩连杆141l沿每个方向旋转。

类似地，肘关节部132l位于上臂连杆142l与前臂连杆143l之间。肘关节部132l包括能够俯仰旋转的俯仰关节部132l_p和能够偏航旋转的偏航关节部132l_y。这种关节部132l的结构使得前臂连杆143l能够相对于上臂连杆142l沿俯仰方向和偏航方向旋转。另外，腕关节部133l位于前臂连杆143l和联接至手部104l的腕连杆144l之间。腕关节部133l包括能够侧倾旋转的侧倾关节部133l_r和能够俯仰旋转的俯仰关节部133l_p。这种关节部133l的结构使得腕连杆144l能够相对于前臂连杆143l沿侧倾方向和俯仰方向旋转。

另外，在示出的示例中，左腿部105l包括胯关节部134l、膝关节部135l和踝关节部136l。胯关节部134l位于联接至主体部102的腰连杆145与大腿连杆146l之间。胯关节部134l使连杆146l能够相对于连杆145相对旋转。更具体地，关节部134l包括能够偏航旋转的偏航关节部134l_y、能够侧倾旋转的侧倾关节部134l_r和能够俯仰旋转的俯仰关节部134l_p。这种关节部134l的结构使得大腿连杆146l能够相对于腰连杆145沿每个方向旋转。

类似地，膝关节部135l位于大腿连杆146l和小腿连杆147l之间。膝关节部135l包括能够俯仰旋转的俯仰关节部135l_p。这种关节部135l的结构使得小腿连杆147l能够相对于大腿连杆146l沿俯仰方向旋转。另外，踝关节部136l位于小腿连杆147l和联接至脚部106l的踝连杆148l之间。踝关节部136l包括能够俯仰旋转的俯仰关节部136l_p和能够侧倾旋转的侧倾关节部136l_r。这种关节部136l的结构使得踝连杆148l能够相对于小腿连杆147l沿俯仰方向和侧倾方向旋转。

顺便提及，在示出的示例中，右臂部103r和右腿部105r的构造与上述左臂部103l和左腿部105l的构造相似，因此将省略其重复描述。具体地，右臂部103r包括联接至肩连杆141r的肩关节部131r、联接至肩关节部131r的上臂连杆142r、联接至上臂连杆142r的肘关节部132r、联接至肘关节部132r的前臂连杆143r、联接至前臂连杆143r的腕关节部133r以及联接至腕关节部133r和手部104r的腕连杆144r。右腿部105r包括联接至腰连杆145的胯关节部134r、联接至胯关节部134r的大腿连杆146r、联接至大腿连杆146r的膝关节部135r、联接至膝关节部135r的小腿连杆147r、联接至小腿连杆147r的踝关节部136r以及联接至踝关节部136r和脚部106r的踝连杆148r。

(机器人的硬件构造)

图2是示出根据本发明一实施例的机器人的硬件构造的说明图。参考图2，机器人10具有包括在主体部102中的控制装置110。控制装置110包括执行算术处理的中央处理单元(cpu)111、随机存取存储器(ram)112、只读存储器(rom)113、外部存储器114等。控制装置110根据由相机121生成的图像数据、由麦克风122生成的音频数据、由通信接口124接收的命令信号等来确定机器人10的操作。相机121、麦克风122和通信接口124经由总线接口115连接到控制装置110。

在此，作为图像输入装置的示例的相机121包括成像元件、镜头和图像处理电路。相机121生成通过捕获机器人10的周围的图像而获得的图像数据。作为声音输入装置的示例的麦克风122生成通过捕获机器人的周围的声音而获得的音频数据。通信接口124通过有线或无线电方式与外部设备进行通信，从而向外部设备发送各种信号和数据以及从外部设备接收各种信号和数据。具体地，通信接口124可以通过使用蓝牙(注册商标)、无线局域网(lan)、红外线等的无线通信向充当机器人10的远程控制器的终端设备发送信号以及从该终端设备接收信号，该终端设备例如是智能电话、平板电脑或专用控制器。另外，通信接口124可以经由外部设备连接到网络，并且向网络上的服务器发送信号以及从网络上的服务器接收信号。

另外，控制装置110控制机器人10的每个部分以执行所确定的操作。具体地，控制装置110控制电动机150，该电动机150旋转驱动臂部103l和103r、手部104l和104r以及腿部105l和105r的关节部，以便执行所确定的操作。尽管未示出，但是也可以将由电动机150驱动的关节部设置到头部101、主体部102以及脚部106l和106r。此时，控制装置110根据需要参考测距传感器(未示出)、惯性测量单元(imu)125、接地确认传感器126l和126r、负载传感器(未示出)以及电源控制装置127的检测值。另外，控制装置110可以将音频数据提供给扬声器123，或者将命令信号从通信接口124发送到外部设备，以便执行确定的操作。扬声器123、通信接口124、电动机150、测距传感器、imu125、接地确认传感器126l和126r、负载传感器以及电源控制装置127经由总线接口115连接至控制装置110。

在此，测距传感器检测到机器人10的周围存在的物体的距离。imu125检测主体部102的姿势和倾斜。接地确认传感器126l和126r检测脚部106l和106r与地板表面的接触。负载传感器检测施加到每个脚部106l和106r的负载。电源控制装置127用于管理电源比如电池等，并且检测电源的剩余容量。

例如，控制装置110的cpu111从存储在rom113或外部存储器114中的控制模式中选择与所确定的操作相对应的模式，根据所选择的模式来设定脚部运动、零力矩点(zmp)轨迹、躯干运动、上肢运动、腰部的水平位置和高度等，并且根据这些设定值来控制电动机150。此时，cpu111可以根据如上所述的传感器等的检测值来自适应地控制电动机150。

(驱动关节部的构造)

图3是示出根据本发明一实施例的用于驱动机器人的关节部的构造的说明性框图。参考图3，除了控制装置110以外，机器人10还包括伺服电路151、驱动器152、编码器153、驱动力传递机构154、电位计155和模拟/数字(a/d)转换器电路156以及作为用于驱动关节部130的构造的电动机150(以下将图1所示的机器人10的关节部也统称为关节部130)。控制装置110将电动机150的旋转角度的目标值输入到伺服电路151。伺服电路151通过向驱动器152输入控制信号来驱动电动机150，并且当电动机150旋转时，根据从编码器153输出的脉冲信号检测电动机150的旋转角度。伺服电路151调整输入到驱动器152的控制信号，使得旋转角度达到目标值。

驱动力传递机构154将电动机150的旋转驱动力传递到关节部130。由此，在联接至关节部130的两个连杆(例如在图1所示的胯关节部134l的情况下是腰连杆145和大腿连杆146l)之间发生相对旋转。电位计155附接到关节部130，以便检测该相对旋转。因此，当发生上述相对旋转时，电位计155的输出电压根据旋转角度而变化。控制装置110基于输出电压获得由a/d转换器电路156生成的数字信号。

在控制装置110中，cpu111基于从a/d转换器电路156输入的信号来计算由电位计155检测到的旋转角度。这时，cpu111参考存储在rom113或外部存储器114中的转换函数116。此外，根据需要，cpu111参考与转换函数116分开的存储在rom113或外部存储器114中的偏移值117。顺便提及，转换函数116和偏移值117的细节将在后面描述。通过将电动机150的旋转角度的目标值(该目标值由控制装置110输入到伺服电路151)与由电位计155检测出的旋转角度的计算结果进行比较，可以提取关节部130的旋转角度的理想值(例如被认为是机器人10执行预定操作所必需的旋转角度)与实际发生的旋转角度之间的差异。例如，在差异大的情况下，控制装置110将用于补偿差异的附加目标值输入到伺服电路151。

顺便提及，在根据本实施例的机器人10中，电位计155的旋转角度的反馈不一定需要在所有关节部130处执行，并且电位计155和a/d转换器电路156可以没有附接到关节部的至少一部分上。另外，旋转角度的理想值与实际发生的旋转角度之间的差异可以通过从另一传感器比如图2所示的imu125等的检测值中检测出机器人10的姿势和倾斜来估计，而不是通过电位计155检测实际的旋转角度。

(关节结构中的齿隙)

齿隙是指存在于诸如齿轮等的机械元件的接合部中的间隙。通常，有意地提供适当大小的齿隙，以使得机械元件能够平滑地运动。然而，由于构件的磨损，齿隙可能增加到超过适当的范围。

图4是帮助说明典型齿隙的示例的图。如图4所示，在使相对于旋转轴线对称的物体obj旋转的情况下，物体obj例如是车轮、转盘等，通过旋转驱动的方向来确定齿隙bl的位置。具体地，如图所示，在使得驱动侧元件e1的旋转先于从动侧元件e2的旋转的位置处产生齿隙bl。当旋转驱动的方向反转时，驱动侧元件e1、从动侧元件e2和齿隙bl之间的位置关系反转，因此，产生了与齿隙bl的大小相对应的旋转驱动死区。

图5a和图5b是帮助说明在机器人的关节部中的齿隙的示例的图。图5a和图5b示出了机器人10的主体侧连杆140a(以下将如图1所示的机器人10的连杆中的联接至关节部130的主体侧的连杆也统称为主体侧连杆140a)、关节部130和远端侧连杆140b(以下将如图1所示的机器人10的连杆中的联接至关节部130的远端侧的连杆也统称为远端侧连杆140b)。关节部130包括联接至主体侧连杆140a的第一部分130a和联接至远端侧连杆140b的第二部分130b。顺便提及，第二部分130b能够相对于第一部分130a相对旋转。

在此，在图5a和图5b所示的示例中，由参照如上所述的图3所述的驱动力传递机构154传递的旋转驱动力使第二部分130b相对于第一部分130a相对旋转。结果，远端侧连杆140b相对于主体侧连杆140a旋转。此时，作为旋转目标物体的远端侧连杆140b相对于旋转轴线不对称。因此，齿隙bl的位置由作用在远端侧连杆140b上的力f的方向而不是旋转驱动的方向来确定。

具体地，在图5a的示例中，在远端侧连杆140b上作用有在与旋转驱动力的方向相反的方向上产生力矩的力f，因此产生使得第一部分130a的旋转先于第二部分130b的旋转的齿隙bl，如上述的图4的示例中那样。另一方面，在图5b的示例中，在远端侧连杆140b上作用有在与旋转驱动力相同的方向上产生力矩的力f，因此产生使得第二部分130b的旋转先于第一部分130a的旋转的齿隙bl，与图4和图5a的示例不同。

(齿隙在双足步行中的效果)

图6a至6c是帮助说明齿隙在机器人的双足步行中的效果的示例的图。这些图示出了当机器人10执行双足步行时在胯侧倾关节部134l_r和134r_r中产生的齿隙bl的变化。顺便提及，为简单起见，未示出不产生侧倾旋转的俯仰关节部和偏航关节部。另外，也未示出在踝侧倾关节部136l_r和136r_r中产生的齿隙。

图6a示出了在双足步行中抬起左腿部105l之前的阶段中机器人10将机器人10的重心移动到右侧的状态。在这种状态下，机器人10的自重由左腿部105l和右腿部105r两者支撑。因此，来自地板表面的向上反作用力作用在左大腿连杆146l和右大腿连杆146r上(对应于上述的图5a和图5b的示例中的远端侧连杆140b)。结果，在侧倾关节部134l_r和134r_r中产生如图所示的齿隙。具体而言，在左侧倾关节部134l_r中产生内侧齿隙blin，在右侧倾关节部134r_r中产生外侧齿隙blout。

图6b示出了在图6a所示的状态之后机器人10已经抬起左腿部105l的状态。在该状态下，机器人10的自重由右腿部105r支撑。因此，来自地板表面的向上反作用力继续作用在右大腿连杆146r上，并且在右侧倾关节部134r_r中产生外侧齿隙blout。另一方面，来自地板表面的反作用力不再作用在左大腿连杆146l上。在该状态下，连杆146l构成具有左侧倾关节部134l_r作为支点的(倾斜)悬臂。因此，施加到连杆146l本身和腿部105l的远端侧部分的向下重力作用在连杆146l上，这些部分联接至连杆146l(即膝关节部135l、小腿连杆147l、踝关节部136l、踝连杆148l以及脚部106l)。结果，在左侧倾关节部134l_r中产生的齿隙从图6a所示的内侧齿隙blin变化到外侧齿隙blout。

图6c示出了在图6b所示的状态之后机器人10已经将左腿部105l降低到地板表面的状态。在这种状态下，当左脚部106l再次与地板表面接触时，机器人10的自重由左腿部105l和右腿部105r两者支撑。然而，此时，在左侧倾关节部134l_r中产生的齿隙再次从外侧齿隙blout切换为内侧齿隙blin，因此产生伴随该切换的死区。在此期间，在左侧倾关节部134l_r中产生不稳定的齿隙blunst(即存在齿隙，但齿隙的位置不稳定)，并且有可能交替且不规则地发生来自地板表面的反作用力作用在左大腿连杆146l上的状态和来自地板表面的反作用力不作用在左大腿连杆146l上的状态。因此，有可能对包括腿部105l和105r的机器人10施加意外的力矩，或者在机器人10中产生振动，从而使机器人10翻倒。

(机器人的关节结构的示例)

图7是示出根据本发明一实施例的机器人的关节结构的示例的图。参照图7，机器人10的关节结构160包括具有第一部分130a和第二部分130b的关节部130、驱动力传递机构154和拉伸弹簧161。在此，如上面参照图5a和图5b所述，关节部130的第一部分130a联接至主体侧连杆140a，并且关节部130的第二部分130b联接至远端侧连杆140b。

在此，主体侧连杆140a是指联接至关节部130的连杆之一且位于更靠近机器人10的主体部102的一侧的连杆。类似地，远端侧连杆140b是指联接至关节部130的连杆之一并且位于更远离主体部102的一侧的连杆。具体而言，在左腿部105l的情况下，对于胯关节部134l，腰连杆145对应于主体侧连杆140a，而大腿连杆146l对应于远端侧连杆140b。对于膝关节部135l，大腿连杆146l对应于主体侧连杆140a，而小腿连杆147l对应于远端侧连杆140b。对于踝关节部136l，小腿连杆147l对应于主体侧连杆140a，而踝连杆148l对应于远端侧连杆140b。

从上述示例可以理解，相同的连杆可以是主体侧连杆140a并且可以是远端侧连杆140b，这取决于关节部130与机器人10的哪个关节部相关联。尽管前面以左腿部105l的关节部为例进行了说明，但对于右腿部105r的关节部也同样如此。另外，主体侧连杆140a和远端侧连杆140b可以类似地限定在臂部103l和103r中。具体地，在左臂部103l的情况下，对于肩关节部131l，肩连杆141l对应于主体侧连杆140a，而上臂连杆142l对应于远端侧连杆140b。对于肘关节部132l，上臂连杆142l对应于主体侧连杆140a，而前臂连杆143l对应于远端侧连杆140b。对于腕关节部133l，前臂连杆143l对应于主体侧连杆140a，而腕连杆144l对应于远端侧连杆140b。在右侧臂部103r中类似的定义也是可能的。

换句话说，远端侧连杆140b是可以构成具有关节部130作为支点的悬臂的连杆。例如，在前述中的图6b所示的状态下，作为相对于包括左侧倾关节部134l_r的胯关节部134l的远端侧连杆的大腿连杆146l构成了具有关节部134l作为支点的悬臂。具体地，当脚部106l抬起并与地板表面分离时，连杆146l的第一端部由关节部134l支撑，而连杆146l的相反侧上的第二端部经由膝关节部135l接收小腿连杆147l、踝关节部136l、踝连杆148l以及脚部106l的负载。

小腿连杆147l类似地构成具有膝关节部135l作为支点的悬臂。另外，踝连杆148l构成具有踝关节部136l作为支点的悬臂。如前所述，当在机器人10的双足步行操作中右腿部105r抬起时，右侧的大腿连杆146r构成具有胯关节部134r作为支点的悬臂，而小腿连杆147r构成了具有膝关节部135r作为支点的悬臂，且踝连杆148r构成具有踝关节部136r作为支点的悬臂。另外，在臂部103l和103r中，例如，除了手部104l和104r由机器人10以外的物体支撑的情况以外，可以是如上所述远端侧连杆140b的每个连杆构成具有关节部130作为支点的悬臂。

如上所述，关节部130包括联接至主体侧连杆140a的第一部分130a和联接至远端侧连杆140b的第二部分130b。第一部分130a和第二部分130b组装成能够直接或经由关节部130的另一部分围绕旋转轴线x相对于彼此旋转。由此，能够使远端侧连杆140b相对于关节部130中的主体侧连杆140a进行相对旋转。驱动力传递机构154将用于使第二部分130b相对于第一部分130a围绕旋转轴线x相对旋转的旋转驱动力从以上参照图3所述的电动机150传递到关节部130。

这里，虽然驱动力传递机构154描述为包括链条或皮带，但是驱动力传递机构154不一定需要包括链条或皮带。驱动力传递机构154可以包括各种机械元件，比如齿轮等。即使电动机150嵌入关节部130中，但在电动机150与关节部130之间也存在构成驱动力传递机构154的至少一组机械元件的接合部。由于提供给接合部的齿隙，因此产生了例如上面参照图5a和图5b以及图6a至6c描述的现象。

包括在本实施例中的关节结构160中的拉伸弹簧161是用于对关节部130的第二部分130b施加围绕旋转轴线x的旋转偏压力(即旋转偏压力与第二部分130b相对于第一部分130a的相对旋转同轴)的偏压装置的示例。在图示的示例中，拉伸弹簧161的两端分别联接至主体侧连杆140a和远端侧连杆140b。拉伸弹簧161以预先膨胀的状态附接在主体侧连杆140a与远端侧连杆140b之间。因此，产生拉伸偏压力，以使远端侧连杆140b旋转并且使远端侧连杆140b靠近主体侧连杆140a。如上所述，主体侧连杆140a和远端侧连杆140b分别联接到关节部130的第一部分130a和第二部分130b。因此，通过如上所述的拉伸弹簧161施加到主体侧连杆140a和远端侧连杆140b的偏压力提供与第二部分130b相对于第一部分130a的相对旋转同轴的旋转偏压力。

因此，在示出的示例中，与以上参考图5a描述的示例不同，尽管在远端侧连杆140b上作用有沿与旋转驱动相反的方向产生力矩的力f，但产生使第二部分130b的旋转先于第一部分130a的旋转的齿隙bl。在此，如参考图5b描述的示例中那样，当在远端侧连杆140b上作用有沿与旋转驱动的相同方向产生力矩的力f时也产生使第二部分130b的旋转先于第一部分130a的旋转的齿隙bl。也就是说，在图7所示的示例中，齿隙bl的位置不改变，而不管作用在远端侧连杆140b上的力的方向如何。

(关节结构在腿部中的应用示例)

图8a和图8b是帮助说明上面参照图7所述的关节结构160在根据本发明一实施例的机器人10的腿部105l和105r中的应用示例的图。图8a描绘了与前面图6b中描绘的类似的状态，即在双足步行中机器人10从地板表面抬起左腿部105l的状态。在图6b的示例中，在该状态下在左侧倾关节部134l_r成产生的齿隙从内侧齿隙blin变为外侧齿隙blout。在图8a的示例中，即使在抬起左腿部105l之后，在侧倾关节部134l_r中也继续产生内侧齿隙blin。这是因为在包括侧倾关节部134l_r的关节结构160中，当大腿连杆146l构成具有侧倾关节部134l_r作为支点的悬臂时，拉伸弹簧161附接成以提供抵抗作用在连杆146l上的重力的旋转偏压力。

另一方面，图8b描绘了与前面图6c中描绘的类似的状态，即机器人10已经将左腿部105l降低到地板表面的状态。在图6c的示例中，当在该状态下在左侧倾关节部134l_r中产生的齿隙从外侧齿隙blout再次变为内侧齿隙blin时，产生不稳定的齿隙blunst。另一方面，在图8b的示例中，如上所述，在左腿部105l抬起的同时，在侧倾关节部134l_r中也产生内侧齿隙blin，因此当左腿部105l降低至地板表面时，齿隙不会再次变化。因此，防止了由于产生不稳定的齿隙blunst而引起意外的力矩和振动。

因此，在本发明一实施例中，如参照图7所描述的关节结构160中的拉伸弹簧161提供了抵抗作用在构成具有关节部130作为支点的悬臂的远端侧连杆140b上的重力的旋转偏压力。由此，当远端侧连杆140b从不构成悬臂的状态(由关节部130以外的部分支撑的状态)转变成构成悬臂的状态(仅由关节部130支撑的状态)时，能够避免由于关节部130中的齿隙的改变而使机器人10的操作不稳定。

顺便提及，尽管已经在如上所述的图8a和图8b的示例中描述了包括左胯侧倾关节部134l_r的关节结构160，但是包括拉伸弹簧161的关节结构160也可以类似地应用于左踝侧倾关节部136l_r。当类似的关节结构160也应用于包括在右腿部105r中的侧倾关节部134r_r(和侧倾关节部136r_r)时，在双足步行中抬起右腿部105r时的操作可以稳定。另外，虽然在图8a和图8b中以使腿部105l和105r中的连杆之间能够侧倾旋转的关节部为例进行了描述，但是上述关节结构160也可以类似地应用于能够俯仰旋转和偏航旋转的关节部。

在此，例如，可以如下确定机器人10的腿部105l和105r的要应用关节结构160的关节部的关节部。例如，上述示例中的胯侧倾关节部134l_r和134r_r是其中齿隙的改变可能使机器人10的操作不稳定的关节部，因为在机器人10的双足步行中一条腿的支撑改变为两条腿的支撑(反之亦然)的时机与关节部中的齿隙改变的时机一致。在这样的关节部中，可以通过应用关节结构160来使机器人10的操作稳定。另一方面，例如，可以不需要在改变齿隙的关节部中应用关节结构160，因为远端侧连杆140b构成悬臂，但不会导致操作不稳定，因为在例如双足步行中机器人10由两条腿支撑的同时发生齿隙的变化，以及在假定的控制下不发生齿隙的变化的关节部。然而，在机器人10执行除双足步行之外的操作的情况下条件不同，并且即使在执行双足步行的情况下，条件也取决于哪个关节部被编程以操作而不同。因此，上述关节结构160可以应用于将主体侧连杆140a和远端侧连杆140b彼此联接的所有关节部130。

(关节结构在臂部中的应用示例)

图9a和图9b是帮助说明上面参照图7所述的关节结构160在根据本发明一实施例的机器人10的左臂部103l中的应用示例的图。图9a示出了机器人10使左臂部103l水平延伸并且手部104l的手掌朝上的状态。在该状态下，腕连杆144l构成由腕关节部133l支撑的悬臂。然而，此时，包括腕关节部133l的俯仰关节部133l_p的关节结构160的拉伸弹簧161在与作用在连杆144l上的重力相同的方向上提供旋转偏压力。因此，在俯仰关节部133l_p中，根据作用在连杆144l上的重力，在手掌侧(图9a中的上侧)产生齿隙blpalm。

图9b示出了其中肘关节部132l的偏航关节部132l_y从图9a所示的状态旋转约180度的状态。在该状态下，腕连杆144l继续构成由腕关节部133l支撑的悬臂。然而，由于臂部103l的偏航关节部132l_y的末端侧的一部分旋转180度，因此与图9a的状态不同，手部104l的手掌朝下。在此，由于包括腕关节部133l的俯仰关节部133l_p的关节结构160旋转180度，因此拉伸弹簧161在与作用在连杆144l上的重力相反的方向上提供旋转偏压力。因此，在俯仰关节部133l_p中产生的齿隙保持为在手掌侧(图9b中的下侧)的齿隙blpalm。

如在上面所述的示例中那样，在将关节结构160应用于机器人10的臂部103l和103r的关节部的情况下，即使例如通过另一关节部的操作改变了施加于远端侧连杆140b的重力的方向，也能够防止齿隙在关节部130中变化。由此，例如，不管其他关节部的操作如何，都能够高精度地控制手部104l和104r的位置，并且能够提高机器人10的操作精度，该操作是用手部104l和104r保持另一个物体或移动另一个物体的操作。

另外，从上述示例可以说，关节结构160的拉伸弹簧161不一定提供在远端侧连杆140b构成具有关节部130作为支点的悬臂的同时始终抵抗作用在远端侧连杆140b上的重力的旋转偏压力。例如，如在上面参照图9a和图9b所述的示例中那样，在远端侧连杆140b相对于重力方向的定向改变的情况下，拉伸弹簧161可以构造成提供在特定方向上抵抗重力的旋转偏压力，该重力作用在远端侧连杆140b上。在这种情况下，拉伸弹簧161可以在与作用于远端侧连杆140b的重力相同的方向上提供旋转偏压力，而作用于远端侧连杆140b上的重力不在特定方向上。

(关节结构的变型例)

图10a和图10b是示出根据本发明一实施例的机器人的关节结构的变型例的图，该关节结构已在上面参照图7进行了说明。根据图10a中所示的变型例的关节结构160a包括联接至关节部130的第一部分130a和拉伸弹簧161a的联接构件162a。拉伸弹簧161a的两端分别联接至联接构件162a和远端侧连杆140b。拉伸弹簧161a以预先膨胀的状态附接在联接构件162a与远端侧连杆140b之间。因此，产生拉伸偏压力以旋转远端侧连杆140b并使远端侧连杆140b靠近联接构件162a。如上所述，联接构件162a和远端侧连杆140b分别联接至关节部130的第一部分130a和第二部分130b。因此，与第二部分130b相对于第一部分130a的相对旋转同轴的旋转偏压力由拉伸弹簧161a施加于联接构件162a和远端侧连杆140b的偏压力提供，如上所述。

在此，在图10a所示的变型例中，与图7所示的示例不同，拉伸弹簧161a的一端联接至与第一部分130a而非主体侧连杆140a联接的联接构件162a。因此，只要旋转偏压力最终施加到第二部分130b，拉伸弹簧161a的两端就可以联接到主体侧连杆140a和远端侧连杆140b，可以联接到与第一部分130a或第二部分130b联接的联接构件，或者可以直接联接到第一部分130a或第二部分130b。

另外，尽管在图7所示的变型例中，拉伸弹簧161沿着以旋转轴线x为中心的圆弧延伸(例如使用未图示的弹簧引导件)，但在图10a所示的变型例中，拉伸弹簧161a线性地延伸。因此，拉伸弹簧161a可以不布置成使得拉伸弹簧161a自身产生围绕旋转轴线x的旋转偏压力。具体地，例如，利用关节部130的第一部分130a和第二部分130b组装成可围绕旋转轴线x相对于彼此旋转的事实，拉伸弹簧161a可向第二部分130b或联接至第二部分130b的部分提供线性偏压力，使得围绕旋转轴线x的旋转偏压力最终施加到第二部分130b。

另一方面，在根据图10b所示的变型例的关节结构160b中，与图10a所示的变型例相比，螺线管致动器163b附接至联接构件162a，并且拉伸弹簧161a联接至螺线管致动器163b。螺线管致动器163b在以旋转轴线x为中心的圆的切线方向上以预定行程操作，从而使作为构成偏压装置的弹性体的拉伸弹簧161a膨胀或收缩。拉伸弹簧161a的长度和联接构件162a的位置设定为使得当螺线管致动器163b使拉伸弹簧161a膨胀时，施加可以抵抗作用在远端侧连杆140b上的力f的线性偏压力，并且使得当螺线管致动器163b使拉伸弹簧161a收缩时，不会施加可以抵抗作用在远端侧连杆140b上的力f的线性偏压力。

即在图10b的示例中，螺线管致动器163b用作切换装置，用于在第一状态和第二状态之间进行切换，在第一状态中，拉伸弹簧161a向关节部130的第二部分130b施加足够的旋转偏压力，在第二状态中，拉伸弹簧161a不向第二部分130b施加足够的旋转偏压力。在上述第一状态下，与作用在远端侧连杆140b上的力f的方向无关，通过拉伸弹簧161a的偏压力来确定齿隙bl在关节部130中的位置。另一方面，在上述第二状态下，通过作用在远端侧连杆140b上的力f的方向来确定齿隙bl在关节部130中的位置。

顺便提及，包括在关节结构160b中的切换装置不限于螺线管致动器，而可以是能够使拉伸弹簧161a膨胀或收缩的另一种线性致动器。可替代地，切换装置可以是旋转致动器，其可以通过缠绕联接至拉伸弹簧161a的线或带而使拉伸弹簧161a膨胀或收缩。如稍后将描述的，可以使用其他偏压装置代替拉伸弹簧161a。同样在这种情况下，当偏压装置是弹性体时，诸如上述螺线管致动器163b等的使弹性体膨胀或收缩的机构可以用作切换装置。

通过使用如上所述的关节结构160b，在如上参照图8a和图8b所述的双足步行的示例中，例如，可以在机器人10由一条腿支撑的同时(即当腿部105l和105r中的任何一个抬起时)，将旋转偏压力施加于侧倾关节部134l_r和134r_r，而当机器人10由双腿支撑时，可能不会施加旋转偏压力。当机器人10由双腿支撑时，即使当关节部中的齿隙发生变化时，机器人10的操作也变得不稳定的可能性相对较小。因此，通过使用切换装置，通过在机器人10的操作中在紧急情况下选择上述第一状态，可以通过旋转偏压力使机器人10的操作稳定，而通过选择第二状态，可以防止旋转偏压力在其他情况下对机器人10的操作产生意外影响。

顺便提及，在上述机器人10的关节结构中，拉伸弹簧161(或拉伸弹簧161a)是用于将旋转偏压力施加至关节部130的第二部分130b的偏压装置的示例。具体地，拉伸弹簧161(或拉伸弹簧161a)可以是弹性体，比如包括线圈弹簧、螺旋弹簧等的各种弹簧或橡胶带等。在上述示例中，旋转偏压力通过由拉伸弹簧161产生的拉伸偏压力施加到第二部分130b。然而，当拉伸弹簧161相对于远端侧连杆140b的位置反向时，例如，可以通过由拉伸弹簧161产生的压缩偏压力将旋转偏压力施加到第二部分130b。

(电位计的校准)

上面参考图3描述的电位计155是检测联接至关节部130的两个连杆之间发生的相对旋转的传感器。电位计155的输出电压根据电位计155所附接到的关节部130的一部分(例如该部分是以上参考图5a和图5b等描述的第二部分130b)的旋转角度而改变。机器人10的控制装置110基于输出电压通过数字信号来识别关节部130中的实际旋转角度。

图11是帮助说明电位计的校准示例的图。在图11的图中，横坐标轴表示电位计155所附接到的关节部130的旋转角度θ，纵坐标轴表示电位计155的输出电压v。在图示的示例中，输出电压v根据关于旋转角度θ的函数f(θ)0而变化。函数f(θ)0根据电位计155等的个体差异而变化。因此，需要对电位计155进行校准以将输出电压v转换为旋转角度θ。

在示出的示例中，对于三个旋转角度θ1、θ2和θ3，测量旋转角度处的输出电压v1、v2和v3，并且从测量结果获得近似于旋转角度θ与输出电压v之间的关系的函数f(θ)1。在所示示例中的函数f(θ)1是以点(θ1,v1)、点(θ2,v2)和点(θ3,v3)作为参考确定的近似直线。即使电位计155的输出电压v是输出电压v1、v2和v3以外的任意值，这样的函数f(θ)1的定义也使得能够通过设定θ＝f^-1(v)1来将输出电压v转换为旋转角度θ的估计值。顺便提及，在下面的描述中，该函数f^-1(v)1也将被称为通过电位计155的校准获得的转换函数。

然而，如图所示，指示电位计155相对于旋转角度θ的原始输出电压v的函数f(θ)0不一定是线性函数。因此，在不同于用作例如确定函数f(θ)1的参考的三个旋转角度θ1、θ2和θ3的旋转角度(在图11中示出为旋转角度θx和旋转角度θy之间的范围)处，原始函数f(θ)0和函数f(θ)1之间可能会出现更大的差异vdiff。在这种旋转角度θ的范围内，在基于转换函数f^-1(v)1的旋转角度θ的估计值与实际旋转角度θ之间可能存在差异，即，基于电位计155的输出电压v的旋转角度θ的估计值有可能不一定准确。

在此，如参考上述的图6a至6c等所述，在机器人10的操作中，存在不希望的力矩或振动(即使该力矩或振动很小)导致机器人翻倒等的结果的情况，比如在例如双足步行中在通过双腿的支撑与通过一条腿的支撑之间切换的情况。在下面的描述中，这种情况也将称为机器人10的操作中的紧急情况。例如，在机器人10的操作中在紧急情况下在一旋转角度处出现如图11所示的差异vdiff的情况下，由于用于控制装置110以控制机器人10的旋转角度θ的估计值不准确，因此有可能容易发生诸如翻倒之类的结果。

如以上参考图3所述，控制装置110通过比较输入到伺服电路151的电动机150的旋转角度的目标值和由电位计155检测到的旋转角度θ来提取关节部130的旋转角度的理想值与实际产生的旋转角度θ之间的差异。当该差异较大时，控制装置110将用于补偿该差异的附加目标值输入到伺服电路151。这种控制可以例如通过减小在将旋转驱动力从电动机150传递到关节部130的驱动力传递机构154中产生的齿隙的影响来适当地控制机器人10的操作。然而，如已经描述的，控制装置110用来控制机器人10的旋转角度θ是通过使用转换函数f^-1(v)1从输出电压v转换而来的估计值。因此，当由于例如图11所示的差异vdiff而导致旋转角度θ的估计值不正确时，由于没有输入被认为是必要的附加目标值或者输入了被认为是不必要的附加目标值，因此可能无法适当地控制机器人10的操作。

同时，控制装置110还可以经由传感器比如上面参考图2描述的imu125和接地确认传感器126l和126r等来识别状态比如机器人10的姿势和倾斜、脚部106l和106r与地板表面的接触等。这些传感器的检测值例如可以用于在如上所述的紧急情况下适当地控制机器人10的操作。例如，在双足步行中由一条腿支撑期间，通过参考imu125的检测值恒定地检查机器人10的姿势，同时控制关节部130的旋转角度θ，可以适当地控制机器人10的操作，而不受图11中所示的差异vdiff的影响。然而，反馈如上所述的由imu125检测到的机器人10的姿势的控制给cpu111带来了沉重的处理负荷。与补偿旋转角度的差异的相对简单的控制不同，通过将指示机器人10的姿势的物理量(该物理量特别是加速度和角速度)结合到用于控制的参数中，极大地增加了处理负荷。

(偏移值应用于校准结果)

图12是帮助说明在本发明一实施例中将偏移值应用于电位计校准结果的曲线图。在图12的曲线图中描绘的示例中，通过将偏移值voffset与函数f(θ)1的值相加而获得的函数f(θ)2用于将电位计155的输出电压v转换为在旋转角度θx与旋转角度θy之间的范围内的旋转角度θ。在示出的示例中，偏移值voffset补偿在旋转角度θx与旋转角度θy之间的范围内的函数f(θ)0与函数f(θ)2之间的差异。

例如，当旋转角度θx与旋转角度θy之间的范围是在机器人10的操作中在紧急情况下的旋转角度θ的范围时，偏移值voffset的应用补偿在该范围内使用转换函数f^-1(v)1的情况下旋转角度θ的估计值与实际旋转角度θ之间的差异。结果，控制装置110可以识别在该范围内的准确的旋转角度θ，并且更适当地控制机器人10的操作。另一方面，在图12的示例中，在旋转角度θx与旋转角度θy之间的范围内以有限的方式应用偏移值voffset。即，在旋转角度θx与旋转角度θy之间的范围以外的旋转角度θ处使用原始函数f(θ)1和转换函数f^-1(v)1。然而，旋转角度θx和旋转角度θy可以不必直接检测。例如，如稍后将描述的设定过程的示例中那样，当通过使用机器人10具有的另一传感器(比如imu125等)识别出操作中的紧急情况并且在这种情况下以有限的方式应用偏移值voffset时，最终在旋转角度θx与旋转角度θy之间的范围内以有限的方式应用偏移值voffset。在这种情况下，在旋转角度θ的特定范围内以有限的方式应用偏移值voffset等同于在机器人10的操作中在紧急情况下以有限的方式应用偏移值voffset。

应当注意，在本发明一实施例中，下面将描述该实施例，通过将偏移值voffset应用于转换函数f^-1(v)1，从而设定与转换函数f^-1(v)2等效的函数f^-1(v+voffset)1，而不是将转换函数f^-1(v)1替换为转换函数f^-1(v)2，可以基于电位计155的输出电压v识别准确的旋转角度θ。这种构造例如有利于在如上所述的机器人10的操作中在紧急情况下以有限的方式施加偏移值voffset，在机器人10的多个操作中针对各个紧急情况应用不同的偏移值voffset，或者更新偏移值voffset以便与由于电位计155的长期变化或周围环境导致的函数f(θ)0的变化相对应。

图13是示出在本发明一实施例中用于设定和应用偏移值的具体过程的示例的流程图。顺便提及，假设在图示的处理中，通过单独的校准处理来预先确定转换函数f^-1(v)1。

首先，cpu111开始机器人10的双足步行操作(步骤s101)。这里，cpu111根据从rom113或外部存储器114读取的双足步行控制模式来控制旋转驱动机器人10的每个部分的关节部130的电动机150。在这时，cpu111根据转换函数f^-1(v)1将电位计155的输出电压v转换为旋转角度θ的估计值。

此处，当接地确认传感器126l和126r检测到机器人10的脚部106l和106r中的任何一个未与地板表面接触时，即机器人10被一条腿支撑(步骤s102)，并且尚未设定用于两足步行的偏移值voffset(步骤s103)时，cpu111执行用于设定偏移值voffset的过程。具体地，cpu111通过参考imu125的检测结果来识别机器人10的姿势(步骤s104)，并且基于机器人10的实际姿势和理想姿势之间的差异来确定偏移值voffset(例如实际姿势相对于理想姿势的倾斜角度)(步骤s105)。在此，两足步行中的机器人10的理想姿势例如可以是使主体部102为水平的姿势。

在上述步骤s104的时间点，cpu111通过使用转换函数f^-1(v)1而不应用偏移值voffset，根据从输出电压v转换的旋转角度θ的估计值，控制机器人10的双足步行操作。在此，当实际旋转角度θ与上述估计值之间存在差异时，在控制的结果中，即在机器人10的实际姿势与理想姿势之间，也产生与旋转角度θ的差异相对应的差异。因此，在步骤s105中，cpu111基于机器人10的实际姿势与理想姿势之间的差异来确定偏移值voffset。可以补偿在上述情况下的实际发生的旋转角度θ与识别结果之间的差异，并且通过如上所述的cpu111的控制来维持机器人10的适当姿势。具体地，例如，cpu111通过将实际姿势相对于适当姿势的倾斜度转换成在腿部105l和105r的关节部中的旋转(俯仰旋转、侧倾旋转和偏航旋转)来计算每个关节部的旋转角度θ的偏移值voffset。

当在上述步骤s105中计算出偏移值voffset时，并且在上述步骤s103中已经设定了偏移值voffset时，cpu111在将输出电压v转换为旋转角度θ的估计值时应用偏移值voffset(步骤s106)。具体地，cpu111通过将偏移值voffset应用于转换函数f^-1(v)1来设定函数f^-1(v+voffset)1，然后将输出电压v转换为旋转角度θ的估计值。因此，旋转角度θ的估计值接近实际旋转角度θ，并且cpu111可以更适当地控制机器人10的双足步行操作。

当接地确认传感器126l和126r在上述步骤s102中检测到机器人10不被一条腿支撑时，即机器人10被两条腿支撑，另一方面，cpu111根据转换函数f^-1(v)1将输出电压v转换为旋转角度θ而不应用偏移值voffset(步骤s107)。此后，重复上述处理，直到cpu111结束机器人10的双足步行操作(步骤s108)。

如上所述，根据本实施例的处理可以获得旋转角度θ的估计值，其中通过应用偏移值voffset可以减少或消除所描述图11所示的差异vdiff的影响。另外，尽管当首先设定偏移值voffset时参考imu125的检测结果，但是此后进行补偿基于电位计155的输出电压v的旋转角度θ的估计值与旋转角度θ的理想值之间的差异的相对简单的控制。因此，大大减少了cpu111上的处理负荷。

另外，尽管上面描述只是在第一双足步行操作时执行用于设定偏移值voffset的过程的示例，但是cpu111可以通过定期执行设定偏移值voffset的过程来以预定间隔更新偏移值voffset。因此，例如，即使当函数f(θ)0根据电位计155或周围环境的长期变化而变化时，也可以设定与该变化相对应的偏移值voffset。例如，与再次执行电位计155的校准并再次定义函数f(θ)1的过程相比，用于设定偏移值voffset的过程是容易的，并且可以在机器人10的正常操作期间执行用于设定偏移值voffset的过程。因此，例如，在最终用户长时间使用手边的机器人10的情况下，可以维持机器人10的准确操作而不会增加维护工作。

(多个偏移值的选择性应用)

图14是帮助说明在本发明一实施例中将多个偏移值选择性地应用到电位计校准结果的示例的曲线图。图14的曲线图描绘了除了通过将第一偏移值voffset1加到函数f(θ)1的值而获得的函数f(θ)2之外通过将第二偏移值voffset2加到函数f(θ)1的值而获得的函数f(θ)3。在此，与如上所述的图12所示的偏移值voffset相同，第一偏移值voffset1在旋转角度θx与旋转角度θy之间的范围内补偿函数f(θ)0与函数f(θ)2之间的差异。另一方面，第二偏移值voffset2在与前述不同的旋转角度θz和旋转角度θw之间的范围内补偿函数f(θ)0和函数f(θ)3之间的差异。

当旋转角度θz和旋转角度θw之间的范围是在机器人10的操作中在紧急情况下的旋转角度θ的范围时，该范围不同于旋转角度θx和旋转角度θy之间的范围，例如，第二偏移值voffset2的应用补偿在该范围中使用转换函数f^-1(v)1的情况下的旋转角度θ的估计值与实际旋转角度θ之间的差异。结果，控制装置110可以识别在该范围内的准确的旋转角度θ，并且更适当地控制机器人10的操作。

具体地，例如，旋转角度θx与旋转角度θy之间的范围可以是在机器人10的第一操作中在紧急情况下的旋转角度θ的范围，例如是在双足步行中由一条腿支撑的情况，并且旋转角度θz和旋转角度θw之间的范围可以是在机器人10的第二操作中在紧急情况下的旋转角度θ的范围，例如是机器人10从坐下或翻倒状态起身时的情况。如上所述，在本实施例中，cpu111从存储在rom113或外部存储器114中的控制模式中选择与所确定的操作相对应的模式，并且根据所选择的模式来控制机器人10。因此，在上述示例中，可以基于选择的控制模式来识别作为第一操作的双足步行和作为第二操作的起身。

在此，在应用第一偏移值voffset1或第二偏移值voffset2时，cpu111可以在旋转角度θ的特定范围(具体地，在第一偏移值voffset1的情况下的旋转角度θx与旋转角度θy之间的范围和在第二偏移值voffset2的情况下的旋转角度θz与旋转角度θw之间的范围)中以有限的方式应用偏移值，或者在选择特定控制模式(上述具体示例中的两足步行模式和起身模式)的情况下可以在旋转角度θ的整个范围中应用第一偏移值voffset1或第二偏移值voffset2，如图14所示。

图15是示出在本发明一实施例中用于选择性地应用多个偏移值的具体过程的示例的流程图。顺便提及，假设在所示的处理中，通过对于第一偏移值voffset1和第二偏移值voffset2中的每一个执行如图13中上面所示的设定过程来预先确定用于双足步行的第一偏移值voffset1和用于起身的第二偏移值voffset2，并且将其存储在rom113或外部存储器114中。另外，假设在应用每个偏移值之后识别关节部130的旋转角度θ的处理类似于图13所示的处理。

首先，当选择双足步行模式作为机器人10的控制模式时(步骤s111)，cpu111应用第一偏移值voffset1(步骤s112)。因此，在机器人10的双足步行操作期间，cpu111根据应用了第一偏移值voffset1的函数f(θ)2从电位计155的输出电压v中识别出旋转角度θ。

另一方面，当选择起身模式作为机器人10的控制模式时(步骤s113)，cpu111应用第二偏移值voffset2(步骤s114)。因此，在机器人10的起身操作期间，cpu111根据应用了第二偏移值voffset2的函数f(θ)3从电位计155的输出电压v中识别出旋转角度θ。

作为上述步骤s111或s113中的确定的结果，当两足步行模式或起身模式均未被选择为机器人10的控制模式时，cpu111根据未应用偏移值的函数f(θ)1从电位计155的输出电压v中识别出旋转角度θ。

通过如上所述的处理，在机器人10的多个操作中在紧急情况下，多个偏移值的选择性应用使得cpu111能够准确地识别旋转角度θ，并且通过补偿旋转角度的理想值和实际出现的旋转角度θ之间的差异的相对简单的控制来适当地控制机器人10的操作。

顺便提及，关于机器人10的操作，在以上描述中已经示出了两足步行的操作和从机器人10就座或翻倒的状态起身的操作。然而，机器人10的操作不限于这样的示例。另外，在各个操作中的紧急情况不限于以上描述中的示例。例如，在两足步行中的紧急情况可被定义为zmp在稳定区域的边界线上的情况。另外，上述示例是主要在腿部105l和105r以及脚部106l和106r的关节部处的旋转角度影响机器人10的操作结果的示例。然而，可能存在在臂部103l和103r以及手部104l和104r的关节部处的旋转角度影响机器人10的操作结果的情况。例如，在抓握已知大小的物体的操作中，通过在抓握情况下精确地控制旋转角度θ，可以在抓握物体的同时将施加在物体上的力减小到必要的最小值。另外，在机器人10再现任意的编程运动的操作中，在机器人10的各部分可能相互干扰的情况下，例如在使双臂彼此相交的情况下等，通过精确地控制旋转角度θ，可以在不引起机器人10的各部分之间的干扰的情况下再现运动。

另外，在参考上述的图15描述的示例中，机器人10的操作包括第一操作(两足步行)和第二操作(起身)，并且偏移值包括与第一操作中的紧急情况相对应的第一偏移值(voffset1)和与第二操作中的紧急情况相对应的偏移值(voffset2)。然而，机器人10的操作和操作中的紧急状况与偏移值之间的关系不限于这种示例。例如，在机器人10的单次操作中，可能存在第一紧急情况和第二紧急情况，并且可以设定与各个紧急情况相对应的第一偏移值和第二偏移值。

另外，上面的描述只是将偏移值voffset应用于作为检测机器人10的关节部130中的旋转角度θ的传感器的电位计155的校准结果的示例。然而，可以将类似的构造应用于检测机器人10的另一个状态量的传感器。例如，应用偏移值集以补偿在机器人10的操作中发生的紧急情况下的估计值和实际值之间的差异可能很有用，例如对于传感器检测到的状态量与传感器的检测值之间的关系不一定是如参考图11所述的线性的各种传感器，因此需要进行校准以将检测值转换为状态量的估计值。

上面已经描述了本发明的说明性实施例。顺便提及，上述实施例的构造可以彼此独立地或彼此组合地实现。具体地，例如，参考图7描述的关节结构可以独立于如参照图12所述的偏移值的应用来实现。同样在关节结构的示例中，在如图8a和图8b所示的机器人10的腿部105l和105r中的其应用和在如图9a和图9b所示的机器人10的臂部103l和103r中的其应用可以同时实现，或者在如图8a和图8b所示的机器人10的腿部105l和105r中的其应用或在如图9a和图9b所示的机器人10的臂部103l和103r中的其应用可以实现。

另外，通过总体上示出机器人10的关节部130或示出了关节部的一部分(例如胯侧倾关节部134l_r)进行了以上描述。然而，如上所述的结构或控制可以根据机器人10的操作及用于实现操作的控制应用于如参照图1所述的机器人10的每个关节部中。另外，图1中所示的机器人10的关节构造是是示例，并且各种其他关节构造也是可能的。另外，根据本发明其他实施例的机器人不限于类人机器人，比如图1所示的机器人10等，而且还可以是具有关节部的各种机器人，并且在通过控制关节部而使关节部受到齿隙的影响而实现的操作中存在危急情况。

上面已经参考附图详细描述了本发明的一些实施例。然而，本发明不限于这些示例。显然，在本发明的技术领域中具有普通知识的人可以想到在权利要求中描述的技术概念的范围内的各种改变或修改。因此，应当理解，这些改变或修改自然也落入本发明的技术范围内。

附图标记列表

10...机器人，101...头部，102...主体部，103l、103r...臂部，104l、104r...手部，105l、105r...腿部，106l、106r...脚部，110...控制装置，111...cpu，113...rom，114...外部存储器，115...总线接口，116...转换函数，117..偏移值，130...关节部，130a...第一部分，130b...第二部分，140a...主体侧连杆，140b...远端侧连杆，150...电动机，151...伺服电路，152...驱动器，153...编码器，154...驱动力传递机构，155...电位计，156...a/d转换器电路，160...关节结构，161、161a...拉伸弹簧，162a...联接构件，163b...螺线管致动器。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于机器人的关节结构，该关节结构包括：

关节部，其包括联接至主体侧连杆的第一部分和联接至远端侧连杆的第二部分；

驱动力传递机构，其构造成将旋转驱动力传递到关节部，该旋转驱动力引起第二部分相对于第一部分的相对旋转；以及

偏压装置，用于向第二部分施加与相对旋转同轴的旋转偏压力，其中，

当远端侧连杆构成具有所述关节部作为支点的悬臂时，旋转偏压力抵消作用在远端侧连杆上的重力。

2.根据权利要求1所述的用于机器人的关节结构，其中，

所述远端侧连杆包括在机器人的腿部中，并且

当在机器人的双足步行操作期间在远端侧连杆不构成悬臂的第一状态与远端侧连杆构成悬臂的第二状态之间进行转变时，所述旋转偏压力防止关节部中的齿隙的位置的变化。

3.根据权利要求1所述的用于机器人的关节结构，其中，

所述远端侧连杆包括在机器人的臂部中，并且

当构成悬臂的远端侧连杆相对于重力方向的定向改变时，所述旋转偏压力防止关节部中的齿隙的位置的变化。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于机器人的关节结构，还包括：

切换装置，用于在第一状态和第二状态之间进行切换，在第一状态中，偏压装置向第二部分施加旋转偏压力；在第二状态中，偏压装置不向第二部分施加旋转偏压力。

5.根据权利要求4所述的用于机器人的关节结构，其中，

所述偏压装置包括弹性体，并且

所述切换装置包括使弹性体膨胀或收缩的机构。

6.根据权利要求4或5所述的用于机器人的关节结构，其中，

所述切换装置在机器人操作的紧急情况下选择第一状态，而在其他情况下选择第二状态。

说明或声明(按照条约第19条的修改)

基于第19条修改的声明

权利要求1基于原始提交的权利要求2而修改。具体地，修改后的权利要求1阐明“当远端侧连杆构成具有所述关节部作为支点的悬臂时，旋转偏压力抵消作用在远端侧连杆上的重力”。

删除了权利要求2。

权利要求3基于原始提交的说明书第[0029]段和第[0046]段而修改。具体地，修改后的权利要求3阐明“当在机器人的双足步行操作期间在远端侧连杆不构成悬臂的第一状态与远端侧连杆构成悬臂的第二状态之间进行转变时，所述旋转偏压力防止关节部中的齿隙的位置的变化”。

权利要求4基于原始提交的说明书第[0029]段、第[0051]段和第[0052]段而修改。具体地，修改后的权利要求4阐明“当构成悬臂的远端侧连杆相对于重力方向的定向改变时，所述旋转偏压力防止关节部中的齿隙的位置的变化”。