JPS60104670A - 多足歩行機械の脚ユニツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、乗用移動機械、偽物運搬機械等の多足歩行
機械、特にリンク（幾構を用いた多足歩行機械の脚ユニ
ツ１−に関づるものである。

従来にもリンクは横を用いて動物９足と似た４本または
でれ以上の定休を持つ（幾（立に歩行動作を行なわせる
ようにした白ボッ１−等の多足歩行機械は種々のものが
開発され−Ｃいるが、一般的に歩（ｊ動作がぎごらなく
、安定性が悪いという欠点があり、特に足体の歩ｔｊ動
作に１ゝｌ′ってぞの足体に支ｊ、′Ｊされている基台
が上下、前後または左右に傾きもしくは振れ、基台上に
物品を載置し−Ｃ運搬しようとづ゛る場合には、安定性
及び安全性に欠（ノるという問題があり、それらの解決
が望まれていた。

この点を解決する１、：めにこの発明の発明者等は先に
改良された多足歩行機械を提案したく昭和５７年特許願
第２２１５３８号参照）。この新たに提案された多足歩
行（浅域は、原動機を備えｌこ基台と、その基台の左右
両側に配楠された前足、中足及び後足の８４６本の足と
をイラし、前記それぞれの足は、前記基台に取イ］番ノ
られ００記原動１幾にＪ、って回転される駆動側リンク
と前記駆動側リンクに一端を連結され他端は前記足に軸
止めされた従動側リンクど前記従動側リンクの中点３Ｉ
Ｌ傍と前記基台との間を連結し／ｊ支持リンクとで構成
するチェビシェフリンク機構にＪ、って駆りＪされ、前
記基台の片側の前足と後足及び反対側の中足を組みにし
、その様な２粗を父Ｕに着地ど空中運動（立脚相と遊脚
用）どを繰返さｕ′Ｃ前後進さＬるように構成したもの
である。

この多足歩行機械は平地上を歩行覆るには極めて円滑な
歩行動作をＪることができるが、歩行面が凹凸のある不
整地Ｃあるど足／Ｊ（凹部に接地したりあるいは凸部に
接地したりり′るの′Ｃ駐台がそれに追随しζ上下動刃
ることがある。そこで不整地上における歩行動作におい
ても基台１ｆｉ一定の高さ方向の位置を保ち、十十勅し
ない多足歩行装；４の開発が望まれ、またその様な上下
ｖＪを防止する機構を設置用こｌこめに自由１其が極端
に多くなったり、多大のエネルギーをｉｉ’ｊ　”Ｉｔ
−Ｊることのない多足歩ｔｒ装置の開発が望まれ゛（い
る。

この発明は以上のごとき事情に亀みでなされたものであ
って、リンク機（ｊｌｌを用いた歩行装置にＪ３いて、
基台の上下動または傾動が極めて小さく、スムースに安
定的に移動出来、かつ階段Ｑ降も可能で、しかも、不整
地上にＪ３Ｌ］る歩行にＪ３いても基台が上下動せず、
かつ、構造が複雑になったり、多大のエネルギーを消費
り゛ることのない多足歩行ゆ械を捉供することを目的と
するｂので（りる。

との目的に対１心シて、この発明の多足歩＜ｊｌ′Ａ械
の脚ユニットは、少なくとも、原１１■を協えた基台と
、その基台の左右両側に配備されＩご前足、中足及び後
足の合ｉＬ　６木の足とをイｊし、前記それぞれの足は
、前記基台にΔ点でＩＩＭ　４Ｂ）られ前記原動機によ
って回転される駆動側リンクＡ１３と前記駆動側リンク
に一端をＢ点で連結され他端は１）貞ぐ前記足に軸止め
された従動側リンク［３１）と前記従動側リンクの中点
近傍Ｃ点どｌ）’Ｊ　ｉｉＬ！塁台の基台との間を連結
した支持リンクＣＥと、及び、従動側リンクＢｌ）の一
部Ｃ［）と支持リンクＣ［：と（゛画く図形ＤＣＥを平
行移動し′Ｃ′ｃきる図形Ｆ　［１−１の各点Ｆ、Ｉ、
ト１を粘び、これらの点で回転可能４１ように軸止めさ
れ、点Ｈでは更に前記基台に回転可能なように軸止めさ
れたリンクＩＦ、リンク１１−１、リンクＤＦ、リンク
ＣＦとで構成覆る８節リンク機構によって駆動され、ｉ
ｆＱ記基台の片側の前足と後足及び反対側の中足を組み
にし、イの様な２組を交互に立脚相とｙｆｉ脚相とを繰
返させて前後）ＷさＶるように構成しｌこ多足歩行）浅
域に４３いて、前記足の足先を鉛直な軸の回りに回転可
能にし、かつ０ム記足の足先を前記回転中心からずらし
′Ｃ段（）、かつ前記８節リンクと前記足の連結点り点
と足先Ｇ点との間の前記足の前記回転中心り向の長さを
可変に椙成し接地点を３次元的に選択可能どし、地面の
凹凸に対りる対地適応性と階段σ降をｉｉｌ　ｒｌｌ：
とする番よか、足の支持を０点以外に１点でも行えるに
うにし、足の剛１１１を高めｌこことを特徴としている
。

以上、これらの発明の詳Ｋｉｌ＋を一実施例を示１図面
について説明する。

第１図はこの発明の多足歩行機械に用いられる周知の基
本的なリンク機４Ｍ　（Ｃｂｅｂｙｓｂｅｖリンク）を
示すもので、ΔＪ１°：ｔを基台１に軸止めされた比較
的短い駆動側リンク２ど、その他端のＢ点に連結された
長さＢＤなる従動側リンク３と、従動側すンク３の中点
近傍Ｃと基台のＥ魚の間に３！１帖された支持リンク４
から成り、例えば、各リンクの長さは大略的に下記のよ
うな関係にある。

■ＬＦσ百卸で万等２．５ＡＢ ΔＥ→２ΔＢ この様なリンク機ＩＭにＪ３い−（、駆動側リンク２を
回転り−れは、従動側リンク３のＤ点の描く軌跡はａＩ
−１１１Ｃ１ｄ＋−ａｌのような線となり、駆ｉ１Ｊ　
＋１１１１リンク２がｃ　Ｌｄ−ａ間の１８０°以上の
クランク１１ｍ１ｔ　転／’Ｉ　ｌｕ　全回転リル間１
ｒＡ１、Ｉ）　ｔｉｌｔはｃ、−ｄ、−ａ、のごとく擬
似直線を描き、ａ　−ｂ−ｃ間を回転Ｊる間はａ、−１
１，−ｃ、の様な曲線Ｑを描く。

したがってＤ点に多足歩行機械の足が地面に垂直になる
ように連結りれぽ、直線１〕部分ひは足先Ｇが直線運動
をし、その足を接地した静止の状ｒさにり′れば、その
足を支持しＣいる基台が反作用として直線移動し、曲線
Ｑ部分では足を持上げＩこ運動を行なわＵることが可能
である。前記の先に提案した発明はこの様な基本的４節
リンク機構を８個使用しＣ足の垂直性を保−［し、イの
うら／ｌ１ｌＩ！Ｉを一方の一組としてｊ１側の前足、
後足に各１個、中足に２個使用し、残りの１１個を他り
の一組どじ、一方の一組の位相ど他りの一組の位相を１
８０度ずらし、二相の足を交７７に接地さｕＣ具台に上
下動や傾動のきわめて小さい連続的な歩行を行えるよう
にしたものである。

即ら、これを第２図につき説明り−ると、基台１１の左
右両側に（れそ゛れ前足Ｆ、とＦ１′、中足Ｆ２ど［２
′、及びｌ！２足１．と１−８′　が配備され、この内
の１１、Ｆ、Ｉ及び１：、が−Ｉ）の相を成し、Ｆ、’
　、Ｆユ及びト、′が他方の相を成り、ｌ、と１：２′
及びに、が着地しでいる間はＦ１′　とＦ２及び１：３
′　が引上げられ、その２絹が交Ｈに危地と−１−十運
動を繰返して前進りるようになっている。たＩピし、こ
の提案された発明の多足歩行装置Ｃ（ま、足先の接地Ｊ
コ先の高低に応じてその足に支えられている基台も上Ｆ
　１ＩｉＪＪ−！ｌ−ることは前述の通りである。

今回の発明は以上の９１区、足の伸縮機構、足先の接地
点を選択づる＋′Ｊ′１．横及び足が地面とのなす角を
一定−にする機構に関υるもので、これらの脚（幾横は
多足に関しすべて同一のリンク機構で構成することが′
Ｃきるので、以下−っの脚」ニットリンク機構につきｄ
１明する 第３図及び第４図にＪ３いて、基台１１には、１も［動
機の一例としての前進・後退用駆動モータ′１２がＡ軸
を駆動りるＪ：うに設備されるＵす台１１の側面には駆
動側リンク１６の枢点Ａが軸止めされ、このリンク１Ｇ
の他端には従動側リンク１８が連結され、従動側リンク
１８の他端は足１７の案内）１ノーム２０に連結し、案
内フレーム２０には第４図で後述するＪ：うに足１７の
足部イイ１ｏの上端が挿通され−Ｃいる。他方、従動側
リンク１８の中点近Ｉｎと基台１１のＥ貞との間には支
持リンク２１が連結されでいる。このＪ、うにＡ、１３
．０、Ｅを節点とりるリンク機構は第１図に説明しＩこ
△、Ｂ　、ＣＮ　ＩＥ　ヲＤｊ’　点トＪ’　ル！Ｊ　
ンクＩＪ　ＩＲ＋　ト１ｒｉｌ　−”Ｃｈ　ル。

したがって、駆動側リンク１６が回転すると、従動側リ
ンク１Ｂの先端の案内フレーム２０に１Φ通支持された
足１７の」二部支持点であるＤ点は地面に平行のＪ：ま
、見合１１が静止し−（いると仮定すれば、第１図の直
線１〕と曲線Ｑのような軌跡を描くことになり、反対に
、足部材１０が着地して地面とのなＪ角θを一定の６１
ま静止し“Ｃいるとり−れば直線Ｐの過程で（よ基台１
１の方が足部材１０に対し−（相対的に前進りることと
なる。１ここＣ足部材の地面に月７る角度を常に走ｉ−
１中一定に保つため、点ＩＪか画く軌跡を平行移動さμ
に軌跡を画く機構をｆ＝Ｊ加り′る必要がある。このた
めの（幾椙としてホ光明石はこれまで同一のチェビシ１
ノリンク機構を化０軸に関し対称にする機構、水平軸に
関し夕・ｊ称にりる機構を発明しくいるが、本発明は平
行移ｖｊさける機（１４によるｂのである。

第３３図はこの一例を小りもので、１）、にが平行運動
を行なうのに不必要なリンク機構は省略しである。これ
を図につＱ’　ｔ＋１２明りると、△ｖ　ｃ　＋ｈを距
離百丁だけ平行移動しｌこ八Ｆ　Ｉ　Ｈを考え、点１−
１を基台１１に軸止めし、１）−ＣＩを＊ｉ’ｉび、Ａ
　Ｂ、■て■、「「、σＦ、ＣＩ、σ［、Ｉ　Ｈ及び基
台１１のにうな８　ｆＩｉｌリンク機構を考えると、リ
ンクＡＢの回転に併ない点［：の画く軌跡は点１］の軌
跡をＥ下だり平行移動したものとなる１、Ｊ、っＣリン
ク匡「の延長線はリンクＡＢが回転し−（も常に地面１
００と一定の角瓜θどなり、リンク６丁を足の案内フレ
ームどりることがでさる 案内フレーム２０には足部ｖＪ１０に回転をｈえるため
の回転伝）ヱ（幾横２３ど足部（Ａ１０にｌｌ：ｔ、　
Ｉ！ｊ運動を与えるための回転運動−直線運動変換（幾
横２４とがｌｉｔ　４：Ｊられ−Ｃいる。回転１バ辻機
１．１．ｊ　２３はスプライン２５を有し、スプライン
２；）の外周につＡ−ムギ１２Ｇを取イ」すＣいる。つ
Ａ−ムギノ１２６にはつＡ−ム２７がかみあってＪｊす
、つＡ−ム２７の回転軸２８は案内フレーム２０に支］
、ｊされている。前記ヂ１ビシ■フリンクにお（）る前
記基台の］三点と前記０点及び前記１つ貞に−でれそれ
回転軸を設けて同じ大きさのプーリー３　’１　、３２
及び３３を取イＵす、プーリー３３１どｆ−リ−３２の
間及びプーリー３２とプーリー３３３の間にベルト３４
及び３５を巻１１）す゛（回転伝達関係にし−Ｃある。

そしてプーリー３３とつＡ−ム２７を回転伝達関係に置
く。Ｊなわち、プーリー３１とプーリー３２の間及びプ
ーリー３２とプーリー３３の間はそれぞれ平行運動ｌＸ
１ｔ　ｌｉｔ：を猫えた回転伝達（幾４ｉｉ　”Ｃ′連
結されＩこことになり、プーリー３．１の軸を足回転用
モータ３６で回転駆動Ｊ−れば、その回転がプーリー３
２．３３を介しくつ４−ム２７及びつＡ−ムギア２６に
伝達され、足部材１０４；１回転し足先Ｇの着地点が変
る。−１〕、歩（ｊ動１′１の際に足を動かづために各
リンクが変Ｂ／、　Ｌ／てもプーリー３１、ご３２．３
３は串ｉｊ運動をりるのみＣ回＄トムし４「い。

したがって足の歩１ｊ動作と回転を独立に制御Ｊること
ができる。このＪ、うにして、足部材の回φムに必要な
重量の大きなアクヂュ土−夕を運動づる位置に設りる必
要がなく、基台上に設（Ｊることができ、また、脚の歩
行動作に伴って各リンクが変位しくし、プーリー３′１
ど−ｆ−リー３２の間及びＶ−リ−３２どプーリー３３
の間は長さが一定であるからリンクの変位に１，６じて
ベル１−等の長さを調節する必要もない。なＪｊ、この
機構はプーリーどベル１へを用いる代りに歯車列を用い
ても達成できる。

一方、回転運動−直線運動変換機構２４はビニオン３０
を右し、この′ビニオン３０の回転軸３７は案内フレー
ム２０に支持されている。前記チェビシェフリンクにお
ける０点に一端を連１＋！ｉりるリンク４０と、ビニオ
ン３０の位置１点に一端を連結するリンク３８と及び基
台１１上の固定点１−１に一端を連結するリンク４１の
それぞれのリンクの他端を１点で回転可能に連結し、１
点、１：点及びＨ点にそれぞれ回転軸を設けて同じ大き
さのプーリー４２．４３及び４４を取イ４け、プーリー
４２とプーリー４３の間及びプーリー４２とプーリー４
４の間にベル１−４５及び４６を巻Ｉ旧Ｊ　Ｃ回転伝達
関係にしである。そしてプーリー４／Ｉとビニオン３０
を回転伝達関係に置く。Ｊ゛な４つら、プーリー４２と
プーリー４３の間及びプーリー４２とプーリー４４の間
はそれぞれ平行運動１幾能を備えｌζ回転伝達機構で連
結されたことになり、プーリー４３の軸を足、ト下駆動
１１ト［−タ４７で回転駆動りれば、その回転がビニオ
ン３０に伝達され、足部材１０は上下動し、足１７は伸
縮Ｊる。一方、歩行動作の際に足を動かずために各リン
クが変位してもプーリー４２．４３．４４は平行運動を
するのみで回転しない。したがって足の歩行動作と伸縮
を独立に制御することができる。このようにし−Ｕ、脚
の伸縮に必要な重量の大きなアクチュエータを運動する
位置に設置Ｊる必要がなく、基台上に設けることができ
、また、脚の歩行動作に伴って各リンクが変位しても、
プーリー４２とプーリー４３の間及びプーリー４２とプ
ーリー４４の間は良さが一定であるからリンクの変位に
応じてベル１〜等の長さを調節りる必要しない。

前述の通り、案内フレーム２０のスプライン２５には足
部材１０が挿通されている。足部材１０は棒状をなすが
、下端部の足先部１５は本体４８からアーム５０をｆｉ
シて横方向にずれた位置にある。本体４８のうらスプラ
イン２５４通過する部分にはスプライン軸部５１が形成
されてＪｊす、スプライン２５の回転によってスプライ
ン２５の軸を中心として回転ｉｊｌ　（Ｉヒであり、ま
た、軸方向の相対直線変位が許容される。一方、本体４
８のうち、ビニオン３０に対応する部分にはスリーブ５
３がゆる＜　＋＆（合し、このスリーブ５３の表面にラ
ック５２が形成されていてビニＡ−ンと噛みあっている
。スリーブ５３の上下端部近傍には、つば５４．５５が
ビン５Ｇによって足部材１０に固定しており、このつば
５４．５５がスリーブ５３の足部材１０の軸方向の位置
決めをしている。スリーブ５３と足部４Ａｉｏは軸に関
して相対回転変位可能であり、ビニオン３０の回転によ
りスプライン２５の軸方向に相対直線移動が１０能でパ
ある。

足部ＵＩＯはスリーブ５３を取すイ」りた部分の下方に
おいて、案内フレーム２０の下）Ｊ延長部（Ｊ設【）ら
れたリニアボールベアリング５７に十下動可能及び回転
動可能に支持されＣいる。ただし、このリニアボールベ
アリング５７にＪこる支持は必ずしも段けなく−Ｕもよ
い。

足部材１０の足先部′１５はアーム５０によって本体４
８と連結しており、アーム５０は伸縮可能である。アー
ム５０の伸縮機構としでは任意の構成を採用し得るが、
第５図にはそのＪ、うな伸縮Ｉ１横の一例が示され【い
る。

即ち、アーム５０は同心状に重なり合つｌこ２本の筒状
体６１．６２を１１；＾え−Ｃいる。筒状体６１は足部
材１０の本体４８側に固層し、筒状体６１は足先部１５
に固着している。筒状体６１．６２にはそれぞれキー溝
６３．６４が形成され、このキー溝６３．６４に二１−
６５が嵌合しており、従って、筒状体６１．６２は軸方
向に相対直線変位が６′［容されるが、その軸まわりの
相対回転変位はｔ＋’Ｆ容されない。筒状体６２には雌
ねじ部材６Ｇが取り（＝Ｊ　ｔ〕ら（ｔ、この＃［Ｉｆ
ねじ部材６６にＨ（ねじ部材６７が螺合する。雄ねじ部
材６７を本体４８側に取すイリリＩこモータ６８によ−
）て回転さＵることによって筒状体６１．６２（よ相対
直線変位をしＣアーム５０が全体として伸縮りる。

このように４ｉ４成された多足歩行機械にＪ５　ＬＪる
脚ユニツ１−は、足上］；駆動用上−夕４７が駆動され
ると、これと伝動関係にあるビニオン３０が回転しラッ
ク５２を介し−（足部４）Ｊｌ　０を上下動させる。

つまり、この足部材１０の上下動によって、足部材の足
先Ｇと基台１１との連結点くラック５２とビニオン３０
の噛合い点）の距離が伸縮りる。この脚の伸縮によって
、不整地において、足が凹部に接地する場合には脚を伸
ばし、また、凸部に接地する場合には脚を縮めることに
Ｊ、って、基台は上下動゛りることなく、一定の烏さを
保つことかできる。また、足部材１０をスプライン２５
で回転さＵ”ることにより、また、アーム５０を伸縮さ
せることにより、足先Ｇの着地点を選択し不整地での凹
凸を）■ノで歩行したり、階段登降を行なつＩＣ。

す、歩幅の調整をすることができる。

以上の機構により本体のｍ心の上下動が殆どなくペイロ
ー１〜を支えるエネルギー消費が殆どなく、ま１ｃ足の
着地点を選択しながら歩行でさ、歩幅し調整でき階段の
登降ｔ３可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は多足歩行機械に用いられる基本的なリンク機構
を示す線図、第２図はこの発明に係４〕る多足歩行機械
の基台と足部材のＩＬＬ　＠関係を示Ｊ１Ｌ面図、第３
図はこの発明の脚ユニツ１−の基本的なリンク機構を示
′１Ｊ線図、第４図はこの発明の脚コーニットを示す説
明図、及び第５図は足先部を示す拡大説明図である。 １０・・・足部材　１１・・・基台　１２・・・前進・
後退用駆動モータ　１０・・・駆動側リンク　１７・・
・足　１８・・・従動側リンク　２０・・・案内フレー
ム　２１・・・支持リンク　２３・・・回転伝達１；支
４ｉ４　２４・・・回転運動−直線運ｅｈ変換（幾横２
５・・・スプライン　２６・・・つＡ−Ｉ＼ギア２７・
・・つＡ−ム　３０・・・ビニオン　３６・・・足回転
用七−夕　３８・・・リンク　４０・・・リンク４１・
・・リンク　４７・・・足上下駆動用モータ５２・・・
ラック 第１図 第２図 Ｆｌ　ト２ト３ 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも、原！１１１１ｊ！８協えた基台と、
   その基台の左右両側に配備されたｔｒｆｊ足、中足及び
   後戻の０６１６本の足とを有し、前記でれそれの足は、
   前記基台にＡ点で取イ」けられ前記原動（幾にＪ、って
   回転される駆動側リンクＡ［３と前記駆動側リンクに一
   端を８点で連結され他端はＤ点Ｃ゛前記足に軸止めされ
   た従動側リンクＢｌ）と前記従動側リンクの中点近傍Ｃ
   点と前記基台の１点どの間を連結した支持リンクＣ１三
   と、及び、従動側リンクＢ１．）の一部ＣＤと支持リン
   クＣＥとで画く図形Ｄ　ＣＥを平行移動してできる図形
   Ｆ　Ｉ　１−１の６点Ｆ、■、１］を結び、これらの点
   で回転ＬＪ能なにうに軸止めされ、点１−１では更に前
   呪塁台に回転１」能なように軸止めされたリンク１Ｆ、
   リンク１１−１、リンクＤＦ、リンクＣＦとで構成づる
   ８節リンク機構によって駆動され、前記基台のハ側の前
   足ど後足及び反対側の中足を組みにし、その様な２組を
   交Ｈに立脚相ど遊脚用とを繰返さＵて前後進さｌるＪ：
   うに］１１１成した多足歩行機械において、前記足の足
   先を鉛直な軸の回りに回転ｉｉＪ能にし、かつ前記足の
   足先を前記回転中心からり°らし゛（設け、かつ前記８
   節リンクとｉｌ記足の連結）、’、ｉｌ）点と足先Ｇ貞
   との間の前記足の前記回転中心り向の長さを可変に構成
   したことを特徴とりる多足歩行機械の脚］ニツ１〜。 〈２）前記足の足先と前記回転中心との間の距離を可変
   に構成したことを’ｌｊｉ徴とＪる特許請求の範囲７Ａ
   １項記載の多足歩行機械の脚ユニツｌ−。