JPH0366115B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は水平地面、垂直地面に沿つて連続的に
移動しながら作業や運搬を行なうことが可能な歩
行脚付移動ロボツトに関する。

（従来技術） 歩行脚を有し移動過程で運搬作業、加工作業等
を行なうことが可能な移動ロボツトには第５図に
例示した構造のものが従来から知られているが、
このロボツトは２個のフレームＡ，Ｂを互いに相
対的な直線摺動可能に係合すると共に、各フレー
ムＡ，Ｂに自立用の例えば４本の脚Ｌを垂設して
それら脚Ｌをフレーム毎の交互に接地のための降
動と離地のための昇動とが成されるように制御す
ることによつて、移動ロボツト全体を水平地面上
に走行可能となしたものである。

ところがこのロボツトは両フレームＡ，Ｂに設
けた各脚Ｌが同時に接地した重合タイミングにお
いては、両フレームＡ，Ｂ間での相対的な直線運
動が全然できない。

従つて、移動状態をみると恰も尺取り虫のよう
に間欠的な移動とならざるを得なくて、単なる運
搬の用に供する場合は問題ないとしても、溶接、
塗装など一定速度で同じ条件の作業を行なうもの
の基台として用いた場合には機能上な問題が生じ
る。

また、主要機器をフレーム上に搭載しようとす
ると、両フレームＡ，Ｂにわたらせて配設するこ
とはできなくて、いずれか一方のフレームに搭載
しなければならなくて、ロボツトの水平面側での
有効スペースが大とならざるを得ずコンパクトな
移動ロボツトが得難い問題もあつた。

さらに、この機構では方向転換を行なわせるこ
とが不可能か、たとえ可能であるとしても方向転
換させるための別の構造が必要であつて複雑なも
のとなることは避けられなかつた。

（発明の目的） 本発明はかゝる従来のロボツトが有する問題点
を解消することを技術的課題として成されたもの
であつて、本発明の目的とするところは、一定速
度下の連続した歩行ならびに方向転換を簡単な機
構で行なわせ得ることによつて、各種作業や運搬
等の処理を安定的にしかも円滑に成さしめ、もつ
て移動ロボツトの汎用化を推進せしめる点に存す
る。

（発明の構成） しかして本発明は相似形をなす１対のフレーム
を、一方のフレームに軸直角となし固定した回転
駆動機の出力軸を中心とする回りの対偶関係に係
合して平板状をなすフレームに形成し、各フレー
ムの同一面側から夫々３基以上の接地ユニツトを
分散させて直角方向に垂設せしめて、各フレーム
毎の接地ユニツトだけで１対のフレームを転倒し
ないように支持可能となす一方、前記各接地ユニ
ツトを、基準位相角度で係合した状態の前記各フ
レームに対して平行かつ同一方向に直線摺動可能
となし設けた摺動ブロツクと、接地、離地のため
アクチユエータの作動で前記各フレームに接離す
る昇降動可能となして前記摺動ブロツクに支持せ
しめた脚座とから形成して、前記各摺動ブロツク
と前記各フレームとに関連して、両者間に相対的
な直線往復運動を行なわせる回転運動−直線運動
変換機構を配設せしめる一方、前記回転駆動機の
前記出力軸に嵌着した太陽歯車と、該太陽歯車に
対し自転・公転可能に噛合せしめた遊星歯車と、
該遊星歯車に噛合せしめて前記出力軸のまわりに
回転可能となし回転駆動機を固定していない方の
前記フレームに固定した内歯車とにより遊星歯車
装置を構成して、前記遊星歯車の公回転運動を伝
達し得る中間軸を前記出力軸と同軸となし設ける
と共に、回転駆同機を固定してなる一方のフレー
ムに対する前記内歯車の回転を制動する第１ブレ
ーキ装置を該フレームに配設する一方、前記中間
軸と前記各回転運動−直線運動変換機構の入力回
転軸との間に回転伝達装置を設けると共に、前記
中間軸の回転を制動する第２ブレーキ装置を何れ
かのフレームに配設せしめた構成としたものであ
つて、前記回転駆動機の駆動下において、前記第
１ブレーキ装置を作動せしめることにより各接地
ユニツトに前進のための往動運動あるいは次の前
進に備えての復動運動を行なわせ、また前記第２
ブレーキ装置を作動せしめることにより、１対の
フレーム間での相対的な回動が離地中の接地ユニ
ツトの移動によつて行なわれる。

かくして単系統の回転駆動機によつて歩行前進
と方向転換との運動を行なわせ得るものであつ
て、ここに所期の目的は達成される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面によつて詳し
く説明する。

第１図及び第２図において１は平板状をなすフ
レームで平面図上では例えば６つの腕を有する
「ひとで」に似た形をなし、水平に配置せしめる。

このフレーム１はＹ字形板状をなす同形状のフ
レーム１Ａ，１Ｂをモータ１４、減速機１５から
なる回転駆動機１３の垂直方向に延びる出力軸を
中心として回転角で180°の位相がずれる配置で、
かつ、所定角度内での相互間の回りの対偶が可能
な如く係合することにより、前述した如く１つの
フレーム１を形成している。

そして各フレーム１Ａ，１Ｂの中心から放射状
に延びる腕部の先端下面側には、接地ユニツト２
Ａ，２Ｂをその軸がフレーム１Ａ，１Ｂに対し直
交叉するように夫々垂設せしめていて、各フレー
ム１Ａ，１Ｂから分散させて下方に延ばしてい
る。

それら各接地ユニツト２Ａ，２Ｂを、前記フレ
ーム１を支持するための脚として使用している
が、水平配置した状態の前記フレーム１が転倒し
ないように支持可能な配列関係となる１つ置きの
接地ユニツト２Ａの３基とこれに隣り合う１つ置
きの接地ユニツト２Ｂの３基とを夫々組とした２
組に区分せしめている。

なお、接地ユニツトが８基の場合には四方に存
する４基と、これに喰い違つた配列で四方に存す
る４基との２組に区分して各組毎でフレーム１を
安定的に支持し得るようにするものである。

しかして、前記回転駆動機１３は出力軸を垂直
下向きとなし、フレーム１Ａ，１Ｂの係合中心部
に存するように一方のフレーム１Ｂに固定せしめ
ている。

前記接地ユニツト２Ａ，２Ｂは、第３図に要部
構造を示しているが、摺動ブロツク３と、脚座４
とを備えていて、摺動ブロツク３を基準位相角度
で係合した状態（第１図々示状態）のフレーム１
Ａ，１Ｂにより形成されるフレーム１に対し平行
な同一方向（第１図において左右方向）に直線摺
動可能に設ける一方、脚座４をフレーム１に接離
する昇降動可能に摺動ブロツク３に支持せしめて
いる。

前記摺動ブロツク３は前記各フレーム１Ａ，１
Ｂの先端部に固着した支持用部材５の下面側に係
合させていて、前記下面側の対向する両側縁に沿
つて設けた１対の直進用ガイド５ａ，５ａに挾持
された状態で支持されていると共に、この直進用
ガイド５ａ，５ａに対応する側縁部に設けたガイ
ドレール部３ａ，３ａが、直進用ガイド５ａ，５
ａに摺接するようになつており、従つて摺動ブロ
ツク３は前記直進用ガイド５ａ，５ａに沿つて摺
動し、前記各フレーム１Ａ，１Ｂの板面に平行
で、かつ各摺動ブロツク３が同一方向となつて直
線往復動し得る構造となつている。

一方、脚座４は摺動ブロツク３の直下方に平行
を保持し設けられた板体をなしていて、前記摺動
ブロツク３から垂直下方に延設された垂直ガイド
６に嵌合する孔を有しており、この垂直ガイド６
に案内されて摺動ブロツク３との平行を保ちなが
ら上下の昇降動可能となつている。

なお、脚座４は図示しないが油圧シリンダなど
のアクチユエータを介して前記摺動ブロツク３に
係合させており、このアクチユエータを操作して
前記各フレーム１Ａ，１Ｂに接離する方向の任意
の位置に固定することが可能である。

上述の構成になる接地ユニツト２Ａ，２Ｂに関
連して、摺動ブロツク３を直線往復運動させるた
めの回転運動−直線運動変換機構（以下運動変換
機と略称する）７を設けているが、図示例はラツ
ク８と、ピニオン９と、復動用ばね１０とにより
構成しており、ラツク８は摺動ブロツク３の内側
縁部に前記ガイドレール部３ａと平行させて固定
せしめている。

上記ラツク８に噛合せしめるピニオン９は前記
支持用部材５の中心部に設けられてなる軸受部に
回転自在に嵌装した軸１１に嵌着すると共に、前
記ラツク８に噛合して、フレーム１Ａ，１Ｂに対
して定位置で回転せしめられるが、このピニオン
９は全周歯部を有するのではなく、円周の一部例
えば1/4円周程度を歯底と等外径の円弧面に形成
した欠歯部９ａが存する切欠きピニオンが用いら
れており、欠歯部９ａがラツク８に対面した状態
になるとラツク８はピニオン９との噛合がはずさ
れるようになつている。

一方、復動用ばね１０は第３図々示の如く、フ
レーム１自体あるいは前記支持用部材５と摺動用
ブロツク３との間に係架して設けており、ピニオ
ン９が回転してラツク８を前進させることによつ
て摺動用ブロツク３を前進せしめた場合に弾力が
反力として作用し得る如き状態に設けることが必
要である。

従つて、前記ばね１０は常に摺動用ブロツク３
の動きを制限するように作用しており、ピニオン
９の歯部とラツク８の噛合がはずれた状態になる
と、ばね力によつて摺動用ブロツク３は引き戻さ
れてストツパ１２（第３図参照）に当接する基準
位置まで復動するようになる。

なお、この復動に要する時間は、基準位置から
所定ストローク（ピニオン８の歯数及びピツチに
よつて決まる値）前進するのに必要な時間よりも
短縮されることは言うまでもない。

しかして、前記ピニオン９を回転駆動するため
の駆動機構は、６基のピニオン９に共用せしめた
１基の前記回転駆動機１３と、遊星歯車装置１６
と、中間軸２０と、該中間軸２０と各軸１１との
間を連絡する回転伝達装置２３（接地ユニツト２
Ａ，２Ｂと同数を有する）とから構成している。

前記遊星歯車装置１６は、回転駆動機１３の出
力軸に嵌着した太陽歯車１７と、該太陽歯車１７
に対してその周りで自転及び公転が可能に噛合せ
しめた複数個の遊星歯車１８と、該遊星歯車１８
に噛合する内歯を有して前記出力軸の周りに回転
可能となしフレーム１Ａに固定した輪状の内歯車
１９とからなつている。

一方、中間軸２０は前記遊星歯車１８を回転可
能に支持する支持部材と一体をなして、前記出力
軸と同軸配置となして両フレーム１Ａ，１Ｂの係
合中心部に軸受を介し回転可能に枢支せしめてい
る。

前記回転伝達装置２３は中間軸２０に嵌着した
大歯車２４と、各フレーム１Ａ，１Ｂにおいての
中間軸２０を中心とした所定径の円周を接地ユニ
ツト２Ａ，２Ｂの数で等分した個所に夫々回転可
能に設けた軸２５と、各軸２５の一端に嵌着して
前記大歯車２４に噛合せしめた小歯車２６と、各
軸２５の他端に嵌着した小歯車２７と、前記各軸
１１に夫々嵌着した小歯車２８と、該各小歯車２
８と前記各小歯車２７の間に張架したチエーン２
９とからなる歯車チエーン伝達装置に形成してい
る。

この駆動機構は前記内歯車１９を回転しないよ
うに固定すると、回転駆動機１３の出力軸の回転
を太陽歯車７を通じて遊星歯車１８，１８に自転
運動及び公転運動として伝達するので、中間軸２
０は遊星歯車１８，１８の公転速度と等速で減速
回転する結果、前記回転伝達装置２３を介して各
軸１１に回転運動を与えて各ピニオン９を等速か
つ同方向に一斉回転させることができ、従つて各
前記運動変換機７を同条件で作動せしめ得るもの
である。

但し、後述する接地ユニツト２Ａ，２Ｂの作動
に係る説明内容によつて明らかにされるところで
あるが、３個で１つの組を形成する接地ユニツト
２Ａと同じく別の組を形成する接地ユニツト２Ｂ
とは運動変換機７の往動行程と復動行程とタイミ
ングのずれを持たせることが必要であるので、ラ
ツク８とピニオン９との噛合位相を組相互間でず
らし、欠歯部９ａがラツク８に対面する状態とな
るのに組相互間で時間のずれが生じるようにして
前記チエーン２９を張架せしめるものである。

以上述べた構成を有する移動ロボツトにおい
て、第２図に図示する如く、２基のブレーキ装置
２１，２２を備えている点もまた構造上の特徴と
されるところであるが、中心軸と一体させたリン
グ３０と、この中心軸の周りに回転自在に設けた
リング３１とを、電磁コイル２３への通電によつ
て同軸結合させて制動側に作動させ、一方、非通
電によつて結合を解き非制動側に作動させる電磁
ブレーキを用いている。

そして第１ブレーキ装置２１は、本体部を回転
駆動機１３が固定されてなる一方のフレーム１Ｂ
に固定して前記中心軸を同じくこのフレーム１Ｂ
に固着し、前記リング３１の外周には歯車を一体
に設けて、この歯車を前記内歯車１９に噛合せし
めている。

一方、第２ブレーキ装置２２は前記中心軸を前
記中間軸２５と同軸一体させて回転可能となすと
共に装置本体部を他方のフレーム１Ａに固定し、
前記リング３１を同じくフレーム１Ａに固着せし
めている。

しかして第１ブレーキ装置２１を制動側に作動
させると内歯車１９は動きが拘束される結果、フ
レーム１Ａ，１Ｂは非回転状態に一体化される。

従つて回転駆動機１３の出力軸の回転は前述し
た通り、各運動変換機７に回転運動として伝達さ
れる。

一方、第２ブレーキ装置２２を制動側に作動さ
せると、中間軸２５の回転が拘束される結果、中
間軸２０は回転が拘束される。

従つて、回転駆動機１３の出力軸の回転は、自
転のみを行なう遊星歯車１８を介して内歯車１９
に回転を与えることとなり、フレーム１Ａ，１Ｂ
相互間で回転運動が成され、離地している方の接
地ユニツト２Ａ又は２Ｂに係るフレーム１Ａ又は
１Ｂが方向変換せしめられる。

次に各接地ユニツト２Ａ，２Ｂの作動態様を説
明すると回転駆動機１３の駆動により６個のピニ
オン９，９が等速かつ同方向に一斉回転するの
で、ピニオン９と噛合しているラツク８が直進す
る結果、該ラツク８と一体をなす摺動ブロツク３
も同様に前進する。

すなわち、第３図においてピニオン９が矢示方
向に回転するとラツク８は往同方向イに移動する
が、当該接地ユニツト２Ａが接地していると、相
対的にピニオン９を支持しているフレーム１は前
進方向ハに移動する。

ピニオン９が約3/4回転して欠歯部９ａがラツ
ク８に対面すると、両者の噛み合いがはずれて復
動用ばね１０によりラツク８は復動方向ロに移動
して、ピニオン９の次の歯部の噛み合い位置に達
するまで待機する。

この動作は接地ユニツト２Ａが接地している
と、フレーム１を後退方向ニに移動する動きに変
ることとなるから、ピニオン９とラツク８の噛み
合いが外れる状態となる復帰の開始よりも僅かに
早く接地ユニツト２Ａを離地させなければ、次の
前進に備えて待機する姿勢をとることができない
のは言うまでもないことである。

この場合、実施例は切欠きピニオンとラツクの
組合わせになる運動機構を採用しているので前
進、復帰の時間割合は後者が速くなる条件下で任
意に選択でき、いわゆる早戻し機構を容易に形成
できると共に、回転駆動機１３の回転を一方向に
した運転が可能である。

勿論、本発明はかゝる運動変換機７の構造に限
定されなく、全周歯を持つピニオンを可逆転させ
るものなど回転運動を可逆的に直線運動として変
換し得る公知の各種機構に置換した変形は可能で
あつて、これらも当然本発明に包含される。

以上述べた動作を第１図に示すようにＡの組の
接地ユニツト２ＡとＢの組の接地ユニツト２Ｂと
に区別し、両組間の動作位相を第４図に示す如く
ずらし、しかもＡ、Ｂ組それぞれの前進モードを
互いに重合するように、ピニオン９とラツク８の
噛合位相をＡ組とＢ組とでずらして設定すること
によつて、フレーム１は常に一定速度で円滑に移
動し、間欠的に停止する如き現像は解消される。

従つて、接地ユニツト２Ａ，２Ｂの接地、離地
を行なわせる各アクチユエータと、回転駆動機１
３と、前記両ブレーキ装置２１，２２との作動を
一括して制御する制御系は、次の要領で指令を発
すればよい。

すなわち、前進動作の場合は第１ブレーキ装置
２１を制動側に、第２ブレーキ装置２２を非制動
側に作動させると共に、回転駆動機１３を駆動せ
しめて、接地ユニツト２Ａと接地ユニツト２Ｂの
接地、離地を行なわせるアクチユエータの作動
を、対応するピニオン９とラツク８の噛合位相に
合致させてタイミングをずらして行なわせること
によつて、常に一方の組の接地ユニツト２Ａ又は
２Ｂが接地状態となつて前進モードに存するよう
制御出力を発せしめて、恰かも人間が定速度で歩
行する如き状態で前進作動させることができる。

次に、移動ロボツトの方向転換を行なわせる場
合には、両組の接地ユニツト２Ａ，２Ｂのうち、
例えば２Ａを接地状態に、２Ｂを離地状態にさせ
ておいて、第１ブレーキ装置２１を非制動側に、
第２ブレーキ装置２２を制動側に作動させると共
に、回転駆動機１３を所定回転数回転駆動させる
ことによつて、離地中の接地ユニツト２Ｂが設け
られたフレーム１Ｂはフレーム１Ａに対して相対
的に回転運動が成される結果、フレーム１Ｂの前
進方向は転換される。

次いで接地ユニツト２Ｂを接地状態、接地ユニ
ツト２Ａを離地状態に切換えると共に、回転駆動
機１３を所定回転数だけ反対に回転駆動せしめる
ことによつて離地中の接地ユニツト２Ａが設けら
れたフレーム１Ａはフレーム１Ｂと同じ前進方向
に揃えられる。

以上の動作を繰り返すことによつて所望角度の
方向転換が随意行なえる。

（発明の効果） 本発明は以上述べたように、１対のフレーム１
Ａ，１Ａから夫々垂設せしめた接地ユニツト２
Ａ，２Ｂを、互いに接地、離地の動作の位相をず
らしながら常にいずれかの接地中の接地ユニツト
により前進を行なわせながら離地中の接地ユニツ
トは次の接地に至るまでに前進に備え復動せしめ
ることが可能であつて、移動ロボツトを恰かも人
間が定速で歩行した状態と同じように前進させる
ことが可能となり、円滑かつ安定した移動が行な
える。

従つて、液体を充填した容器を溢液のないよう
に移動させたり、一定条件で溶接、塗装を行なう
場合のロボツト基部に使用してすぐれた効果を発
揮する。

さらに、連続した定速前進及び方向転換の一連
の動作を１基の回転駆動機１３と、１基の遊星歯
車装置１６と、２基のブレーキ装置２１，２２と
の組み合わせによつて行なえるので、動力伝達系
の構造は簡易なものとなり、装置コストは低廉に
おさまると共にコンパクトにまとめることがで
き、また、制御に関しても回転駆動機１３の発停
と両ブレーキ装置２１，２２のオン・オフ操作と
を行なえばよいので簡単な制御回路ですみ、この
点でも装置コストの低減が果される。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の１実施例に係る移
動ロボツトの態様を示し、第１図は平面図、第２
図は第１図の−矢視線に沿つた断面構造を骨
格示した要部構造図、第３図は回転運動−直線運
動変換機構の要部示斜視図、第４図は接地、離地
と前進、復帰との関係を示す動作線図である。第
５図Ａ，Ｂ，Ｃは従来の移動ロボツトを動作順に
示す略示正面図である。 １Ａ，１Ｂ……フレーム、２Ａ，２Ｂ……接地
ユニツト、３……摺動ブロツク、４……脚座、７
……回転運動−直線運動変換機構、１３……回転
駆動機、１６……遊星歯車装置、１７……太陽歯
車、１８……遊星歯車、１９……内歯車、２０…
…中間軸、２１……第１ブレーキ装置、２２……
第２ブレーキ装置、２３……回転伝達装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 相似形をなす１対のフレーム１Ａ，１Ｂを、
   一方のフレーム１Ｂに軸直角となし固定した回転
   駆動機１３の出力軸を中心とする回り対偶関係に
   係合して平板状をなすフレームに形成し、各フレ
   ーム１Ａ，１Ｂの同一面側から夫々３基以上の接
   地ユニツト２Ａ，２Ｂを分散させて直角方向に垂
   設せしめて、各フレーム１Ａ，１Ｂ毎の接地ユニ
   ツト２Ａ，２Ｂだけで１対のフレーム１Ａ，１Ｂ
   を転倒しないように支持可能となす一方、前記各
   接地ユニツト２Ａ，２Ｂを、基準位相角度で係合
   した状態の前記フレーム１Ａ，１Ｂに対して平行
   かつ同一方向に直線摺動可能となし設けた摺動ブ
   ロツク３と、接地、離地のためアクチユエータの
   作動で前記フレーム１Ａ，１Ｂに接離する昇降動
   可能となして前記摺動ブロツク３に支持せしめた
   脚座４とから形成して、前記各摺動ブロツク３と
   前記フレーム１Ａ，１Ｂとに関連して、両者間に
   相対的な直線往復運動を行なわせる回転運動−直
   線運動変換機構７を配設せしめる一方、前記回転
   駆動機１３の前記出力軸に嵌着した太陽歯車１７
   と、該太陽歯車１７に対し自転・公転可能に噛合
   せしめた遊星歯車１８と、該遊星歯車１８に噛合
   せしめて前記出力軸のまわりに回転可能となし回
   転駆動機１３を固定していない方の前記フレーム
   １Ａに固定した内歯車１９とにより遊星歯車装置
   １６を構成して、前記遊星歯車１８の公回転運動
   を伝達し得る中間軸２０を前記出力軸と同軸とな
   し設けると共に、回転駆動機１３を固定してなる
   一方のフレーム１Ｂに対する前記内歯車１９の回
   転を制動する第１ブレーキ装置２１を該フレーム
   １Ｂに配設する一方、前記中間軸２０と前記各回
   転運動−直線運動変換機構７の入力回転軸との間
   に回転伝達装置２３を設けると共に、前記中間軸
   ２０の回転を制動する第２ブレーキ装置２２を何
   れかのフレーム１Ａ又は１Ｂに配設せしめたこと
   を特徴とする移動ロボツト。