JPS60259580A - 不整地対応型多足歩行機械の脚ユニツトリンク機構 - 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】 （イ）発明の目的 １産業上の利用分野］ この発明は、乗用移動機械、貨物運搬機械等のリンク機
構を用いた多足歩行機械、特に不整地の歩行に対応でき
る多足歩行機械の脚ユニットリンク機構に関するもので
ある。

［従来の技術］ 従来にもリンク機構を用いて動物の足と似た４本または
それ以上の足体を持つ機構に歩行動作を行なわせるよう
にしたロボット等の多足歩行機械は種々のものが開発さ
れているが、一般的に歩行動作がぎごちなく、安定性が
悪いという欠点があり、特に足体の歩行動作に伴ってそ
の定休に支持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て運搬しよう
とする場合には、安定性及び安全性に欠けるという問題
があり、′それらの解決が望まれていた。

この点を解決するた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（昭和５７年特許願第２
２１５３８号、昭和５８年特許願第１５６０１９号、昭
和５８年特許願第２１３０６１号、及び昭和５９年第３
５６８４号等参照）。この新たに提案された多足歩行機
械は、原動機を備えた基台と、その基台の左右両側に配
備された前足、中足及び後足の合計６本の足とを有し、
前記それぞれの足は、前記基台に取付けられ前記原動機
によ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１）　記足ゝ軸止め８４’Ｌｔ
Ｃ従動側ＩＪ′／′ａ前記従動側リンクの中点近傍と前
記基台との間を連結した支持リンクとで構成するチェビ
シェフリンク機構によって駆動され、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組
を交互に着地と空中運動（立脚相と遊脚相）とを繰返さ
せて前後進させるように構成したものであって、多足歩
行機械における制御性の単純化、高速化、高エネルギー
効率化を実現した。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、多足歩行機械においては、そのいずれの動作
中においても多足が歩行面に対して垂直をなすことが望
ましく、この足の垂直性を確保するために、前記の先に
提案された発明の多足歩行　者機械では１脚について２
個の４節チェビシェフリンク機構を足に対して線対称に
配設して使用しているが、必要な構成部材の数が多くな
り、構造が複雑になり、かつ構成が大型化して、取付は
スペースが大きくなるという問題があり、そのコンパク
ト化が望まれている。

この発明は以上のごとき事情に鑑みてなされたものであ
って、多足歩行機械に使用する脚ユニットリンク機構に
おいて、少数のリンク部材を付加することによって足の
垂直性を確保することができ、従って、脚ユニットの構
成を簡単にし、構成部材の数が少なく、小型化が可能で
、取付はスペースも少なくてすみ、かつ安価で、エネル
ギー効率の高いものを提供することを目的とするもので
ある。

（ロ）発明の構成 Ｅ問題を解決するための手段］ この目的に対応して、この発明の不整地対応型多足歩行
機械の足ユニットリンク機構は、多足歩行機械の脚ユニ
ットリンク機構であって、多足歩行機械の基台にＡ点で
回転可能に軸止され前記原動機によって回転される駆動
側リンクＡＢと前記駆動側リンクに一端をＢ点で回転可
能に軸止され他端はＤ点で前記足に回転可能に軸止され
た従動側リンクＢＤと一端で前記従動側リンクの中点近
傍Ｃ点に回転可能に軸止し他端で前記基台のＥ点に回転
可能に軸止した支持リンクＧＥと、前記０点に回転可能
に軸止されたリンク部材と、前記従動側リンクＢＤの一
部ＣＤと等長でかつ平行をなし一端で前記リンク部材上
の一点Ｈ点に回転可能に軸止され他端はに点で前記足に
回転可能に軸止された従動側副リンクＨＫと、前記支持
リンクＣＥと等長でかつ平行をなし一端で前記リンク部
材上の一点Ｉ点に回転可能に軸止され他端が５点で前記
基台に回転可能に軸止された支持側副リンクＩＪとで構
成される１０節リンク機構によって構成されたことを特
徴としている。

以下、これらの発明の詳細を一実施例を示す図面につい
て説明する。

第２図はこの、発明の多足歩行機械に用いられる周知の
基本的なリンク機構（Ｃｈｅｂｙｓｈｅｙリンク）を示
すもので、Ａ点を基台１に軸止めされた比較的短い駆動
側リンク２と、その他端のＢ点に連結された長さ８０な
る従動側リンク３と、従動側リンク３の中点近傍Ｃと基
台のＥ点の間に連結された支持リンク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
。

「百〜σで→σ℃〜２．５入石 にＥ’Ｆ２Ａ石 この様なリンク機構において、駆動側リンク２を回転す
れば、従動側リンク３のＤ点の描く軌跡はａ、−ｂ、　
−ｃ、−ｄ、−ａ、のような線となり、駆動側リンク２
がｃ　−ｄ−ａ間の１８０°以上のクランク回転角度を
回転する間は、Ｄ点はｃ、　−ｄ、−ａ、のごとく擬似
直線を描き、ａ　−ｂ−ｃ間を回転する間はａ、−ｂ、
−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
ように連結すれば、擬似直線Ｐ部分では足先Ｇが擬似直
線運動をし、その足を接地した静止の状態にすれば、そ
の足を支持して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た運動を行なわせることが可能
である。前記の先に提案した発明はこの様な基本的４節
リンク機構を使用して足の垂直性を保証し、二組の足を
交互に接地させて基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１　る・ Ｉ　即ち、これを第３図につき説明すると、基台１１の
左右両側にそれぞれ前足Ｆ１とＦ１′、中足Ｆ２とＦ２
′、及び後足６とＦ、ｌ　が配備され、この内のＦＩ、
Ｆユ′及びＦ３が一方の組を成し、Ｆ＋’　、Ｆ返びＦ
、ｌが他方の組を成す。ＦＩとＦ２′及び６が着地して
いる間はＦ、ｌ　とＦ２及びＦ３′が引上げられ、その
２組が交互に着地と上下運動を繰返して前進するように
なっている。そしてその作動中、多足がいかなる位置に
あっても、それら多足を地面に対して垂直に保つ必要が
あるのは前述の通りである。

今回の発明では上記多足の垂直性を確保するために脚ユ
ニットリンク機構を次のように構成した。

第１図、第４図及び第５図において、１１は基台である
。基台１１は上部基台１１ａと下部基台１１′ｂとから
成っている。上部基台１１ａと下部基台１１ｂとは互い
に上下量なり合っており、かつ垂直な回転軸Ｘ−Ｘに関
して相対回転変位可能に係合している。第３図に示す前
足Ｆｒ　１中足Ｆ：Ｉ及び後足ＦＪは上部基台１１ａに
配備されており、ま１前足Ｆ・′・中足Ｆ・及“後足Ｆ
、ｌ　は下部基台　１１１ｂに配備されている。　） 上部基台１１ａと下部基台１１ｂとが軸Ｘ−Ｘに関して
相対回転変位することによって基台１１の移動方向を制
御する舵取りが行なわれる。多足はすべて同一のリンク
機構で構成されるので、以下、一つの脚ユニットリンク
機構につき説明する。

基台１１には、原動機の一例としての前進・後退用駆動
モータ１２がＡ軸を駆動するように設備されている。な
お、前進、後退駆動は一個のモータ出力をタイミングベ
ルト、スプライン、ユニバーサルジヨイント等を用いて
伝達することができる。基台１１の側面には駆動側リン
ク１６の枢点Ａが回転可能に軸止され、このリンク１６
の他端には従動側リンク１８が回転可能に軸止され、従
動側リンク１８の他端は足１７の案内フレーム２０に回
転可能に軸止し、案内フレーム２０には第４図で後述す
るように足１７の足部材１０の上端が挿通されている。

他方、従動側リンク１８の中点近傍Ｃと基台１１のＥ点
との間には支持リンク２１が連結されている。このよう
にＡＸＢ、Ｃ。

［を節点とするリンク機構は第２図に説明したＡｌＢ、
Ｃ，Ｅを節点とするリンク機構と同一である。

したがって、駆動側リンク１６が回転すると、従動側リ
ンク１８の先端の案内フレーム２ｏに挿通支持された足
部材１０の上部支持点であるＤ点は地面に平行のまま、
基台１１が静止していると仮定すれば、第２図の擬似直
線Ｐと曲線Ｑのような軌跡を描くことになり、反対に、
足部材１ｏが着地して地面とのなす角θを一定のまま静
止しているとすれば擬似直線Ｐの過程では基台１１の方
が足部材１０に対して相対的に前進することとなる。

舵取りは上部基台１１ａと下部基台１１ｂを回転軸ｘ−
ｘに関して相対回転変位させて行う。この回転駆動には
モータ（図示せず）を使用し、また回転角度の検出には
角埠センサ′（図示せず）を使用覆る。

ここで足部材の地面に対する角度を常に走行中一定に保
つため、点りが画く軌跡を平行移動さゼた軌跡を画く機
構を付加する必要がある。このための機構として、前述
の通り、本発明者はこれまで同一のチェビシェフリンク
機構を垂直軸に関し対称にする機構を発明しているが、
本発明は平行リンク機構の使用により、脚ユニットの大
幅な単純化を図り、かつ脚ユニットと基台の取付は部分
の幅を小さくすることを可能とするものである。

第１図はこの一例を示すもので、ＤｌＫ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
につき説明すると、前記０点にリンク部材２２を回転可
能に軸止し、その一点Ｈに従動側副リンク２３を軸支す
る。従動側副リンク２３は従動側リンク１８の一部ＣＤ
間と等長でかつ平行をなし、一端で前記リンク部材２２
上の一点Ｈに回転可能に軸止し、他端はに点で案内フレ
ーム２０に回転可能に軸止している。したがってリンク
ＣＤ１ＣＨ，ＨＫ及びＫＤは平行四辺形リンク機構を構
成する。この平行四辺形リンク機構は変形の両極端位置
間のほぼ中間で矩形をソするように調整しておくことが
望ましい。

一方リンク部材２２上の他の点■に支持側副リンク２４
の一端を回転可能に軸止する。支持側副）１　リンク２
４は支持リンク２１と等長でかつ平行をなし、一端で前
記リンク部材２２上の一点■に回転可能に軸止し、他端
は８点で基台１１に回転可能に軸止されている。したが
ってリンクＧＥ。

ＥＪ、■Ｊ、及びＩＣはＥＪを固定リンクとする平行四
辺形リンクを構成する。この平行四辺形リンク機構は変
形の両極端位置間のほぼ中間で矩形を呈するように調整
しておくことが望ましい。

この２つの平行四辺形リンク機構からなる平行運動機構
によって案内フレーム２０上の直線ＫＤの傾きは、リン
ク機構がいかなる位置に変位しても、一定であり、案内
フレーム２０に支持される足部材１０の向きを常に垂直
方向に保つことができる。

案内フレーム２０には足部材１０に直線運動を与えるた
めの回転運動−直線運動変換機構１９とが設けられてい
る。回転運動−直線運動変換機構１９はビニオン３０を
有し、このとニオン３０の回転軸３７は案内フレーム２
０に支持されている。

また屋上下駆動用モータ４７が基台１１に取り付けられ
ている。また足部＠１０にはラック３２が　１形成され
ていて、このラック３２はピニオン３０と噛合っている
。屋上下駆動用モータ４７は、プーリー４２、ベルト３
８、プーリー４３、ベルト３９、プーリー４４、ベルト
４０、プーリー４５、ウオーム３３及びウオームホイー
ル３４を介してビニオン３０と回転伝達関係にあり、プ
ーリー４２の軸を屋上下駆動用モータ４７で回転駆動す
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は伸縮する。こうして足の歩行動作
と伸縮を独立に制御することができる。このことは昭和
５８年特許願第１５６０１９号でも示している。このよ
うにして、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ける必要がなく、基台上に設ける
ことができる。

このように構成された多足歩行機械における脚ユニット
は、屋上下駆動用モータ４７が駆動されると、これと伝
動関係にあるピニオン３ｏが回転しラック３２を介して
足部材１０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３２とピニオン３０
の噛合い点）の距離が伸縮する。しかも足の上下駆動用
動力伝達系にウオーム、ウオームホイールが入っている
ので自重はセルフロックされるため、自重支持のための
エネルギーは必要なくなる。また、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
によって、基台は上下動することなく、一定の高さを保
つことができる。足先Ｇが接地したかどうかを検出する
ためには足先Ｇに取り付けた地面の接触センサと５１に
よって行い、また、足部材１０の繰り出し団は足の長さ
センサ５２によって行う。これらのセンサとしては市販
のポテンショメータを使用することができる。

以上の機構により本体の重心の上下動及び崎ペイロード
を支えるエネルギー消費が殆どなく、階段の登降も可能
な多足歩行機械用脚ユニットリンク機構を備えた多足歩
行機械を得ることができる。

特に重要な点として、この脚ユニットリンク機構では、
脚の垂直性を確保するのに、１脚につき２個の４節リン
ク機構を必要とせず、リンク部材２２、従動側副リンク
２３及び支持側副リンク２４の３個のリンクを付加する
だけで１０節リンク機構を構成して、足の垂直性を確保
することができ、例えば、この脚ユニットリンク機構の
基台への取付けに要する幅はにＴの範囲に納めることが
できて、従来の４節リンク機構を２個使用した場合の（
１／２）となるなど、コンパクト化を実現し、かつ、構
成部材を少なくして、軽量化、高エネルギー化を図るこ
とができ、かつ安価となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は脚ユニットの基本的なリンク機構を示す線図、
第２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３図はこの発明に係わる多足歩行機械の
基台と足部材の位置関係を示す平面図、第４図は脚ユニ
ットを示す説明図、ｊ　及び第５図はこの発明の多足歩
行機械を示す側面図である。 １０・・・足部材　１１・・・基台　１１ａ・・・上部
基台　１１ｂ・・・下部基台　１２・・・前進・後退用
部ｅモータ　Ａ・・・軸　１６・・・駆動側リンク１７
・・・足　１８・・・従動側リンク　１９・・・回転運
動−直線運動変換機構　２ｏ・・・案内フレーム２１・
・・支持リンク　２２・・・リンク部材　２３・・・従
動側副リンク　２４・・・支持側副リンク３０・・・ピ
ニオン　３２・・・ラック　３７・・・回転軸　４７・
・・屋上下駆動用モータ　５ｏ・・・角度センサ　５１
・・・地面の接触センサ　５２・・・足の長さセンサ 第２図 第３図 Ｆｌ’　Ｆ２’　Ｆ３’ 四ロロ グロ圀 ＰＩ　Ｆ２　Ｆ３ １．１ ３第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多足歩行機械の脚ユニットリンク機構であって、多足歩
   行機械の基台にＡ点で回転可能に軸止され前記原動機に
   よって回転される駆動側リンクＡＢと前記駆動側リンク
   に一端をＢ点で回転可能に軸止され他端はＤ点で前記足
   に回転可能に軸止された従動側リンクＢＤと一端で前記
   従動側リンクの中点近傍Ｃ点に回転可能に軸止し他端で
   前記基台のＥ点に回転可能に軸止した支持リンクＣＥと
   、前記０点に回転可能に軸止されたリンク部材と、前記
   従動側リンクＢＤの一部ＣＤと等長でかつ平行をなし一
   端で前記リンク部材上の一点Ｈ点に回転可能に軸止され
   他端はに点で前記足に回転可能に軸止された従動側副リ
   ンクＨＫと、前記支持リンクＣＥと等長でかつ平行をな
   し一端で前記リンク部材上の一点■点に回転可能に軸止
   され他端が０点で前記基台に回転可能に軸止された支持
   側副リンクＩＪとで構成される１０節リンク機構によっ
   て構成されたことを特徴とする不整地対応型多足歩行機
   械の脚ユニットリンク機構