JPH0474150B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は歩行ロボツトの脚機構の改良に関する
ものである。

［従来の技術］ 従来の歩行ロボツト、例えば４足歩行ロボツト
の脚機構としては、第７図に示すように脚本体１
にそれぞれＸ、Ｙ、Ｚの矢印方向に作動する直線
動形アクチユエータ２，３，４を設け、これら各
アクチユエータ２，３，４の駆動軸を３軸直交に
して３次元パンタグラフ機構５を連結し、この３
次元パンダグラフ機構５によりアクチユエータ
２，３，４の動きを拡大して３次元パンタグラフ
機構５の作用端に取付けられた足先６を駆動する
ようにしたものがある。この場合、３次元パンタ
グラフ機構５は回動軸Ｒ、Ｑを中心に回動可能に
連結部材を介して連結されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 従つて、このような４足歩行ロボツトの脚機構
においては各直線動形アクチユエータ２，３，４
とパンタグラフ機構５により、足先６は第５図の
一点鎖線に示す可動範囲７での移動ができ、また
４足ロボツトとしては馬のような脚形状からトカ
ゲのような脚形状までの動作が可能となるが、次
のような点に難点がある。

(1) Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の各直線動形アクチユエータ
２，３，４の直交軸と回動軸Ｒ、Ｑとを組合せ
た自在機構になつているため、機構的な剛性が
低い。

(2) 各脚に直交軸駆動系を有しているため重量が
比較的大きく、しかも可動範囲７は第５図の一
点鎖線に示すように制限されたものとなる。

本発明はかかる問題点を解決するためになされ
たもので、機械的に複雑化しないで駆動系全体の
剛性を向上させると共に出来るだけ形状を簡単に
して脚の可動範囲を広くすることができる歩行ロ
ボツトの脚機構を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ そこで本発明による歩行ロボツトの脚機構で
は、脚本体と、この脚本体に水平回動可能に支持
された脚部フレームと、この脚部フレーム内にそ
の回動中心軸と同方向に並行に且つ回転可能にそ
れぞれ支持されたネジ軸及びナツトを有する第１
及び第２のボールネジ機構と、この第１のボール
ネジ機構のナツトに駆動端が連結されたラムダ機
構と、このラムダ機構の作用端に２つの支持端の
内の１支持端が連結されたパンタグラフ機構と、
このパンタグラフ機構の作用端に取付けられた足
先とを有し且つ前記ラムダ機構の支持端と前記パ
ンタグラフ機構の他の支持端とはその内の一方が
前記脚部フレームに連結され、他方が前記第２の
ボールネジ機構のナツトに連結されてなり、前記
足先を円筒座標的に動作させることを特徴として
いる。

［作用］ 従つて、このような構成の歩行ロボツトの脚機
構にあつては第１のボールネジ機構の駆動により
ナツトがネジ軸上を移動すると、このナツトに駆
動端が連結されたラムダ機構は支持端を支点とし
て動作するので、ラムダ機構の作用端に枢支端が
連結されたパンタグラフ機構の作用端はネジ軸か
ら見て半径方向ｒに移動し、また第２のボールネ
ジ機構の駆動によりナツトがネジ軸上を移動する
と、このナツトに駆動端が連結されたパンタグラ
フ機構の作用端はネジ軸と同方向、つまりＺ軸方
向に移動するこになり、したがつてラムダ機構と
パンタグラフ機構の動作を組合せることにより、
足先の動作範囲は半径方向ｒとＺ軸方向とが合成
された広いものになる。またラムダ機構とパンタ
グラフ機構は第１及び第２のボールネジ機構によ
りそれぞ別個に駆動されるので、全体の機構が簡
易化できると共に剛性を向上させた構造となる。
さらに脚本体に脚部フレームが回動可能に支持さ
れ、脚機構全体がＺ−Ｚ軸を中心に回動できるの
で、前述したラムダ機構とパンタグラフ機構の動
作との組合せにより円筒座標的な足先の動作が可
能となる。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面に基いて説明す
る。

第１図は本発明による歩行ロボツトとして例え
ば４足歩行ロボツトの１つの脚機構の構成例を示
す図であり、第２図は第１図のＰ−Ｐ線に沿つて
矢印方向に見た図である。第１図及び第２図にお
いて、１１は脚本体、１２はこの脚本体１１に平
行に設けられた脚部フレームで、この脚部フレー
ム１２はその両側面部を脚本体１１の両側部に図
示Ｚ−Ｚ軸を中心に回動可能に支持されている。
１３は脚部フレーム１２内に図示Ｚ−Ｚ軸と同方
向に配設されたネジ軸１３ａとナツト１３ｂを有
する第１のボールネジ機構で、この第１のボール
ネジ機構１３はそのネジ軸の両端部が脚部フレー
ム１２の両側面部に回転可能に支持されている。

１４はレバー１４ａと１４ｂとをλ形状に組合
せて連結してなるラムダ機構で、このラムダ機構
１４はその駆動端ａが第１のボールネジ機構１３
のナツト１３ｂに連結されると共に支持端ｃが脚
部フレーム１２の下方側面部近傍に連結されてお
り、ナツト１３ｂの移動により駆動端ａがネジ軸
１３ａに近接して配設されたリニアガイド１５に
ガイドされながら上下動すると作用端ｂが支持端
ｃを中心に半径ｒ方向に移動するようになつてい
る。また、１６は脚部フレーム１２内に第１のボ
ールネジ機構１３と並行に配設されたネジ軸１６
ａとナツト１６ｂを有する第２のボールネジ機構
で、この第２のボールネジ機構１６はそのネジ軸
の両端部が脚部フレーム１２の両側面部に回転可
能に支持されている。１７はレバー１７ａ〜１７
ｄをパンタグラフ形状に組合せ連結してなるパン
タグラフ機構で、このパンタグラフ機構１７はそ
の駆動端ｄが第２のボールネジ機構１６のナツト
１６ｂに連結されると共にレバー１７ｃと１７ｄ
との枢支端にラムダ機構１４の作用端ｂが連結さ
れており、ナツト１６ｂの移動により駆動端ｄが
ネジ軸１６ａに近接して配設されたリニアガイド
１８にガイドされながら上下動すると作用端に取
付けられた足先１９は図示Ｚ−Ｚ軸方向に移動す
るようになつている。さらに、２０，２１は脚部
フレーム１２、第１のボールネジ機構１３の下方
側支持端にそれぞれ個別に連結されたプーリであ
り、また２２は第２のボールネジ機構１６の下方
側支持端に連結された歯車付プーリであり、これ
らプーリ２０，２１及び歯車付プーリ２２はアク
チユエータと共に脚本体１１に組込まれている。

第３図ａは上記したプーリ２０，２１及び歯車
付プーリ２２とアクチユエータとの関係を示すも
のである。即ち、第３図に示すようにプーリ２
０，２１と歯車付プーリ２２は脚本体１１内にそ
れぞれ固定されたθ方向用アクチユエータ２３、
ｒ方向用アクチユエータ２４及びＺ方向用アクチ
ユエータ２５によりベルト、チエーンなどの駆動
伝達手段で駆動されるようになつている。従つ
て、脚部フレーム１２、第１のボールネジ機構１
３及び第２のボールネジ機構１６はそれぞれ対応
するプーリ２０，２１及び２２により独立して駆
動される。

次に上記のように構成された４足歩行ロボツト
の脚機構の作用を第４図を参照しながら述べる。
第４図は第１図に示す脚機構において、足先１９
の半径方向ｒの変位及び垂直方向Ｚの変位状態を
示している。いま、脚機構が第４図ａに示すよう
な基準状態にあり、この状態からパンタグラフ機
構１７の駆動端ｄを固定点として第４図ｂに示す
ように第１のボールネジ機構１３の駆動によりナ
ツト１３ｂと共にラムダ機構１４の駆動端ａをネ
ジ軸１３ａ上の図示下方にk₁又は図示上方にk₂移
動すると、ラムダ機構１４の作用端ｂはＺ−Ｚ軸
に対して半径方向r₁′又はr₂′に移動し、パンタグ
ラフ機構１７の作用端に取付けられた足先１９は
半径方向r₁又はr₂に拡大されて移動し、図示実線
又は点線のような状態になる。

また、これとは逆にラムダ機構１４の駆動端ａ
を固定点として第４図ａに示す状態から第４図ｃ
に示すように第２のボールネジ機構１６の駆動に
よりナツト１６ｂと共にパンダグラフ機構１７の
駆動端ｄをネジ軸１６ａ上の図示上方にm₁又は
m₂移動すると、足先１９は垂直方向に拡大され
てZ₁又はZ₂移動し、図示実線又は点線のような状
態となる。

さらに、本脚機構において脚部フレーム１２は
Ｚ−Ｚ軸を中心に水平回動する。この場合、脚部
フレーム１２の回動半径をｒすると回動角θの回
動範囲は第４図ｄに示すようになる。

従つて、上述したタムダ機構１４による半径方
向の変位とパンタグラフ機構１７によ垂直方向の
変位及び脚部フレーム１２によるＺ−Ｚ軸を中心
に水平回動の角動作を組合せることにより、パン
タグラフ機構１７の足先１９は円筒座標のＡ、
ｒ、Ｚの任意の座標を持たせることができる。

このように本実施例では第１のボールネジ機構
１３により駆動されるレバー１４ａ及び１４ｂで
構成されたラムダ機構１４と第２のボールネジ機
構１６により駆動されるレバー１７ａ〜１７ｄで
構成されたパンタグラフ機構１７とを組合せ結合
するようにしているので、簡単な構成にして全体
としての剛性を向上させることができると共に
ｒ、Ｚ方向の足先１９の動作範囲が広くなる。ま
た、ｒ、Ｚ方向の足先１９の動作に加えて脚部フ
レーム１２はＺ−Ｚ軸を中心に水平回動するの
で、円筒座標的な動作が可能となり、従来の３軸
直交形の脚機構に比べて足先１９の可動範囲を大
幅に改善することができる。さらに、前述した各
アクチユエータ２３，２４，２５に対して従来の
制御システムを接続し、感知機能を付加するとに
より、４足歩行アルゴリズムを実現することがで
きる。

次に本発明の他の実施例について説明する。

第５図は第１図と同一部品には同一記号を付し
て示す本発明の他の実施例の１つの脚機構の構成
図であり、ここでは第１図と異なる点について述
べる。

本実施例では第５図に示すように脚部フレーム
１２が脚本体１１の両側部にＺ軸を中心に回動可
能に支持され、その一側部側の支持軸にはθ軸駆
動用プーリ２６が取付けられている。この脚部フ
レーム１２内に第１のボールネジ機構１３と第２
のボールネジ機構１６が図示Ｚ−Ｚ軸と同方向に
且つ同一軸線上に配設され、第１のボールネジ機
構１３のネジ軸１３ａの一端部は脚本体１１の一
側面部に回動可能に支持される共にその支持軸に
はｒ軸駆動用プーリ２１が取付けられ、ネジ軸１
３ａの他端部は脚部フレーム１２のほぼ中央部に
設けられた仕切部に回転可能に支持されている。
また第２のボールネジ機構１６のネジ軸１６ａの
一端部は脚本体１１の他側面部に回動可能に支持
されると共にその支持軸にはＺ軸駆動用プーリ２
２が取付けられ、ネジ軸１６ａの他端部は脚部フ
レーム１２の仕切部に回転可能に支持されてい
る。さらにラムダ機構１４の駆動端ａが第１のボ
ールネジ機構１３のナツト１３ｂに連結されると
共に支持端ｃが第２のボールネジ機構１６のナツ
ト１６ｂに連結され、作用端ｂはパンタグラフ機
構１７の一方の支持端に連結されている。そして
パンタグラフ機構１７の他方の支持端は脚部フレ
ーム１２から突出する突出部に支点Ａを中心に回
動可能に連結されている。一方、脚本体１１内に
はθ軸駆動モータ２７、ｒ軸駆動モータ２８、Ｚ
軸駆動モータ２９がそれぞれ取付けられており、
θ軸駆動プーリ２６はθ軸駆動モータ２７に、ｒ
軸駆動プーリ２１はｒ軸駆動モータ２８に、Ｚ軸
駆動プーリ２２はｒ軸駆動モータ２９にそれぞれ
ベルト、チエーンなどの駆動伝達手段を介して連
結されている。

このような構成の脚機構において、各モータ２
７，２８，２９を計算機等の制御装置により協調
制御を行なえば脚部フレーム１２はＺ軸を中心に
θ方向に回動し、また第１のボールネジ機構１３
の駆動によりナツト１３ｂと共にラムダ機構１４
の駆動端ａがネジ軸１３ｂ上をリニアガイド１８
ａにガイドされながら図示上下方向に移動するこ
とで、ラムダ機構１４の作用端ｂはＺ−Ｚ軸に対
して半径方向に移動する。これによりパンタグラ
フ機構１７は一方の支持端ｄが支点Ａを中心に回
動することで作用端に取付けられた足先が半径方
向に拡大されて移動する。さらに第２のボールネ
ジ機構１６の駆動によりナツト１６ｂと共にラム
ダ機構１４の支持端ｃがネジ軸１６ｂ上をリニア
ガイド１８ｂにガイドされながら図示上下方向に
移動することで、ラムダ機構１４の作用端ｂは図
示上下方向に移動し、パンタグラフ機構１７の作
用端に取付けられた足先がＺ軸方向に拡大されて
移動する。この場合、パンタグラフ機構１７の一
方の支持端ｄが脚フレーム１２の突出部に支点Ａ
を中心に回動可能に支持されているので、パンタ
グラフ機構１７の上下の可動範囲が広くなる。

従つて、このような構成の実施例によれば、ラ
ムダ機構１４の駆動端ａを第１のボールネジ機構
１３で、ラムダ機構１４の支持端ｃを第２のボー
ルネジ機構１６で半径方向、Ｚ−Ｚ軸方向に変位
させ、さらに脚フレーム１２をθ方向に変位させ
る各動作を組合せることにより、パンタグラフ機
構１７の作用端に取付けられた足先の可動範囲を
図示一点鎖線で示すようにかなり広いものとな
る。また各モータ２７，２８，２９を脚本体１１
に取付けてθ軸駆動用プーリ２６、ｒ軸駆動用プ
ーリ２１、Ｚ軸駆動用プーリ２２を協調制御しな
がら駆動すようにしているので、脚運動時にθま
わりに旋回すべき質量を定価できる。さらにパン
タグラフ比を大きくすれば、第１のボールネジ機
構１３と第２のボールネジ機構１６を同一軸線上
に配設してもその長さはあまり長くならないの
で、脚機構の簡素化を図ることもできる。

第６図は本発明のさらに異なる実施例を示すも
ので、その構成の大部分は第５図のそれと同様で
あるが、この実施例では脚の可動範囲を広げるこ
とが可能な構成としたものである。

本実施例では第６図ａに示すように第１のボー
ルネジ機構１３のネジ軸１３ａを第２のボールネ
ジ機構１６のネジ軸１６ａに比して長形にし、ま
たラムダ機構１４を構成するレバー１４ａの形状
を脚本体１１の下部軸受部との接触が回避できる
ように湾曲させている。即ち、ラムダ機構１４の
レバー１４ａが直線状の場合、レバー１４ａが第
６図ｂに示すように脚本体１１に対して矢印方向
に向いた時軸受部に当たるため、この部分を湾曲
させて可動範囲が広がるようにしている。そして
パンタグラフ機構１７の一方の支持端ｄを脚部フ
レーム１２の下端部側から突出する突出部に回動
可能に連結し、また他方の支持端をラムダ機構１
４の湾曲したレバー１４ａの作用端ｂに回動可能
に連結している。なお、ラムダ機構としては各点
を図示するようにＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたとき、
AB：BC＝BC：BDが満足される疑似直線機構と
すれば脚の可動範囲をさらに広げることができ
る。この場合、AB：BC＝２：３程度にすれば、
つまり比が１に近いほど近似度が上がる。

このような構成の脚機構において、第５図に示
す実施例と同様に第１のボールネジ機構１３、第
２のボールネジ機構１６を駆動することにより、
ラムダ機構１４の半径方向の変位とＺ−Ｚ軸方向
の変位に対するパンタグラフ機構１７の可動範囲
が広がり、さらに脚部フレーム１２のＺ軸を中心
とするθ方向の回動変位と組合せれば、脚機構の
可動範囲をかなり大きく広げることができる。

第６図ｃは前述した脚機構を４足歩行ロボツト
の各脚とて用いた場合の可動範囲の軌跡を示して
おり、また第６図ｄは同ロボツトが段差部に対し
て前脚を乗せた姿勢を示し、第６図ｅはこの段差
姿勢での各脚の概略的な様子を示している。

なお、前述した各実施例では４足歩行ロボツト
の脚機構について述べたが、本発明ではこれに限
定されるものではなく、他ロボツトの脚機構とし
て適用することは勿論である。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、脚本体に水
平回動可能に支持された脚部フレーム内にその回
動中心軸と同方向に並行に且つ回動可能にネジ軸
とナツトを有する第１及び第２のボールネジ機構
をそれぞれ支持し、第１のボールネジ機構のナツ
トにラムダ機構の駆動端を連結し、このラムダ機
構の作用端にパンタグラフ機構の２つの支持端の
内の１支持端を連結すると共にパンダグラフ機構
の作用端に足先を取付け且つラムダ機構の支持端
とパンタグラフ機構の他の支持端とはその内一方
が脚部フレームに、他方が第２のボールネジ機構
のナツトにそれぞれ連結された構成としたので、
機構的に複雑化しないで駆動系全体の剛性を向上
させることができると共に簡単な構成にして足先
の可動範囲を広くすることができる走行ロボツト
の脚機構を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるロボツトの脚機構の一実
施例を示す構成図、第２図は第１図のＰ−Ｐ線に
沿う矢視図、第３図は同実施例における各プーリ
とアクチユエータとの関係を示す斜視図、第４図
は同実施例の作用を説明するための図、第５図及
び第６図は本発明の他の実施例をそれぞれ説明す
るための図、第７図は従来の歩行ロボツトの脚機
構を説明するための構成図である。 １１……脚本体、１２……脚部フレーム、１３
……第１のボールネジ機構、１４……ラムダ機
構、１５，１８，１８ａ，１８ｂ……リニアガイ
ド、１６……第２のボールネジ機構、１７……パ
ンタグラフ機構、１９……足先、２０，２１，２
２，２６……プーリ、２３，２４，２５……アク
チユエータ、２７，２８，２９……モータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 脚本体と、この脚本体に水平回動可能に支持
   された脚部フレームと、この脚部フレーム内にそ
   の回動中心軸と同方向に且つ回転可能にそれぞれ
   支持されたネジ軸及びナツトを有する第１及び第
   ２のボールネジ機構と、この第１のボールネジ機
   構のナツトに駆動端が連結されたラムダ機構と、
   このラムダ機構の作用端に２つの支持端の内の１
   支持端が連結されたパンタグラフ機構と、このパ
   ンタグラフ機構の作用端に取付けられた足先とを
   有し且つ前記ラムダ機構の支持端と前記パンタグ
   ラフ機構の他の支持端とはその内一方が前記脚部
   フレームに連結され、他方が前記第２のボールネ
   ジ機構のナツトに連結されてなり、前記足先を円
   筒座標的に動作させることを特徴とする歩行ロボ
   ツトの脚機構。