WO2004020159A1 - 脚式移動ロボット - Google Patents

Description

脚式移動ロボット 技術分野

この発明は脚式移動ロボットに関し、 より詳しくは、 脚式移動ロボットの脚部 に関する。 背景技術

脚式移動ロボット、 特に脚式移動ロボットの脚部に関する技術としては、 例え ば特許第 3 2 9 3 9 5 2号公報記載の技術が知られている。 この従来技術にあつ ては、 膝関節を駆動する電動モータを大腿リンクに配置すると共に、 足首関節を 駆動する電動モータを下腿リンクに配置し、 各関節の軸線と同軸に配置された減 速機をベルトを介して駆動することにより、 歩行に必要な駆動力を得るように構 成している。

脚式移動ロボットを移動させる場合、 特に、 高速で移動させる場合にあっては

、 脚部に大きな' 性力が生じる。 このため、 移動時に脚部に発生する慣性力を低 減させるよう、 脚部、 特にその接地側 （床面に接地する側。 即ち、 末端側） の重 量が軽量であることが望ましい。 しかしながら、 上記した従来技術にあっては、 下腿リンクに足首関節を駆動するための電動モータが配置されると共に、 足首関 節の軸線と同軸に減速機が配置されることから、 脚部の接地側の重量が重くなり

、 1貫性力の低減の点で改善の余地を残していた。 発明の開示

従って、 この発明の目的は、 脚部の接地側 （末端側） の重量を軽量化し、 よつ て移動時に脚部に発生する慣性力を低減できるようにした脚式移動ロボットを提 供することにある。

この発明は、 上記した目的を達成するために、 後述する請求の範囲第 1項に記 載する如く、 関節脚部を備え、 ァクチユエータで前記脚部を駆動して移動する脚 式移動ロボットにおいて、 前記脚部は、 少なくとも第 1の関節と、 前記第 1の関 節より重力方向において下方に配置される第 2の関節を備えると共に、 前記第 2 の関節を駆動するァクチユエータが、 前記第 1の関節と同位置および前記第 1の 関節より重力方向において上方の位置のいずれかに配置される如く構成した。 こ のように、 脚部が少なくとも第 1の関節とそれより重力方向において下方に配置 される第 2の関節を備えると共に、 前記第 2の関節を駆動するァクチユエータが 、 前記第 1の関節と同位置、 およびそれより重力方向において上方の位置のいず れかに配置されるように構成したので、 脚部の接地側 （末端側。 即ち、 第 2の関 節側） の重量を軽量ィヒすることができ、 よって移動時、 特に高速移動時に脚部に 発生する慣性力を低減することができる。

また、 この発明は、 後述する請求の範囲第 2項に記載する如く、 前記第 2の関 節を駆動するァクチユエータの出力軸およびその出力が伝達される伝達要素の出 力軸のいずれかが、 前記第 1の関節の軸線と同軸に配置されると共に、 前記第 2 の関節は、 前記第 1の関節の軸線と同軸に配置された出力軸にロッドを介して駆 動されるように接続される如く構成した。 このように、 第 2の関節を駆動するァ クチユエータの出力軸およびその出力が伝達される伝達要素の出力軸のいずれか 力 第 1の関節の軸線と同軸に配置されると共に、 前記第 2の関節は、 前記第 1 の関節の軸線と同軸に配置された出力軸に剛体であるロッドを介して駆動される ように接続される如く構成したので、 前述の効果に加え、 第 2の関節とァクチュ エータ、 あるいは第 2の関節と伝達要素を離間して配置しても精度良く動力を伝 達することができる。 さらには、 第 1の関節と第 2の関節を独立して角度調整す ることができる。

また、 この発明は、 後述する請求の範囲第 3項に記載する如く、 前記第 2の関 節は、 少なくとも異なる 2方向の回転軸線を備える如く構成した。 このように、 第 2の関節が少なくとも異なる 2方向の回転軸線を備える如く構成したので、 前 述の効果に加え、 脚式移動ロボットの滑らかな移動が可能となる。

また、 この発明は、 後述する請求の範囲第 4項に記載する如く、 前記第 2の関 節は、 複数個のァクチユエータによって駆動されると共に、 前記複数個のァクチ ユエータの出力軸およびそれらの出力が伝達される伝達要素の出力軸のいずれか と、 複数本のロッドを介して駆動されるように接続される如く構成した。 このよ うに、 第 2の関節が複数個のァクチユエ一タによって駆動されると共に、 前記複 数個のァクチユエータの出力軸、 およびそれらの出力が伝達される伝達要素の出 力軸のいずれかと、 複数本のロッドを介して駆動されるように接続される如く構 成したので、 前述の効果に加え、 第 2の関節 （具体的には大きな駆動力が必要と される足首関節） の駆動を複数個のァクチユエータの駆動力の和によって行なう ことができ、 よって第 2の関節を駆動する複数個のァクチユエータを小型化する ことができる。

また、 この発明は、 後述する請求の範囲第 5項に記載する如く、 前記複数本の 口ッドは、 前記第 2の関節の軸線から所定の距離離間して配置される如く構成し た。 このように、 第 2の関節とそれを駆動する複数個のァクチユエータ （あるい はそれらの出力が伝達される伝達要素） の出力軸を接続する複数本のロッドが、 第 2の関節の軸線から所定の距離離間して配置される如く構成したので、 前述の 効果に加え、 小さな駆動力で第 2の関節を駆動することができる。

また、 この発明は、 後述する請求の範囲第 6項に記載する如く、 前記第 2の関 節は、 前記脚部が有する関節の中で最も接地側に配置される関節である如く構成 した。 このように、 第 2の関節が脚部が有する関節の中で最も接地側に配置され る関節である如く構成したので、 前述の効果に加え、 脚部の接地端から第 2の関 節 （具体的には足首関節） までの距離を小さくすることができ、 よって脚式移動 ロボットの安定性を向上させることができる。 図面の簡単な説明

第 1図は、 この発明の一つの実施の形態に係る脚式移動ロボットを、 脚部の関 節構造を中心に模式的に示す概略図である。

第 2図は、 第 1図で模式的に示した口ボットの右側の脚部を詳しく示す右側面 図である。

第 3図は、 第 2図に示す脚部の背面図である。

第 4図は、 第 3図の I V— I V線断面図である。

第 5図は、 第 3図の V— V線断面図である。 第 6図は、 第 1図に示すロボットの右側の脚部を右側方から見た、 足首関節の 駆動動作を説明する模式図である。

第 7図は、 第 1図に示すロボットの右側の脚部を後方から見た、 足首関節の駆 動動作を説明する模式図である。

第 8図は、 足首関節とそれを駆動するァクチユエータとの一つの接続手法を示 す説明図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 添付図面を参照してこの発明の一つの実施の形態に係る脚式移動ロボッ トについて説明する。

第 1図はこの実施の形態に係る脚式移動ロボット、 より詳しくは、 2足歩行口 ボットを、 脚部の関節構造を中心に模式的に示す概略図である。

図示の如く、 2足歩行ロボット （以下 「ロボット」 という） 1は、 左右それぞ れの脚部 2R， 2 L (右側を R、 左側を Lとする。 以下同じ） に 6個の関節 （軸 線で示す） を備える。 6個の関節は重力上方において上方から順に、 股 （腰部） の脚部回転用 （Z軸まわり） の関節 1 OR, 10 L (右側を R、 左側を とする 。 以下同じ） 、 股 （腰部） のロール方向 （X軸まわり） の関節 12R， 12 L、 股 （腰部） のピッチ方向 （Y軸まわり） の関節 14 R, 14L、 膝部のピッチ方 向の関節 16 R， 16 L、 足首のピッチ方向の関節 18 R, 18 L、 および同口 ール方向の関節 2 OR, 20 Lから構成される。 即ち、 股関節 （あるいは腰関節 ) は関節 1 OR (L) ， 12R (L) , 14R (L) から、 膝関節 （前記した第 1の関節） は関節 16R (L) 力 ら、 足首関節 （前記した第 2の関節） は関節 1 8R (L) , 2 OR (L) から構成される。

足首関節 18 R (L) , 2 OR (L) の下部には足平 22 R， Lが取り付けら れると共に、 最上位には上体 （基体） 24が設けられ、 その内部にマイクロコン ピュータからなる制御ユニット 26などが格納される。 また、 股関節 1 OR (L ) , 12R (L) , 14R (L) と膝関節 16R (L) とは大腿リンク 28 R, Lで連結され、 膝関節 16R (L) と足首関節 18R (L) , 2 OR (L) とは 下腿リンク 30 R， Lで連結される。 また、 同図に示す如く、 足首関節 18, 2 OR (L) と足平 22R (L) の接 地端の間には、 公知の 6軸力センサ （床反力検出器） 34R (L) が取り付けら れ、 力の 3方向成分 F x, Fy， F zとモーメントの 3方向成分 Mx, My, M zとを測定し、 脚部 2R (L) の着地 （接地） の有無、 および床面 （図示せず） から脚部 2 R (L) に作用する床反力 （接地荷重） などを検出する。 また、 上体 24には傾斜センサ 36が設置され、 Z軸 （鉛直方向 （重力方向） ） に対する傾 きとその角速度を検出する。 また、 各関節を駆動する電動モータには、 その回転 量を検出するロータリエンコーダ （図示せず） が設けられる。

これら 6軸力センサ 34R (L) や傾斜センサ 36などの出力は制御ユニット 26に入力される。 制御ユニット 26は、 メモリ （図示せず） に格納されている データおよび入力された検出値に基づき、 各関節を駆動する電動モータ （同図で 図示せず） の制御値を算出する。

このように、 ロボット 1は左右の脚部 2 R, 2 Lのそれぞれについて 6つの自 由度を与えられ、 これら 6 X 2= 12個の関節を駆動する電動モータを制御ュニ ット 26で算出された制御値に基づいて動作させることにより、 足全体に所望の 動きを与えることができ、 任意に 3次元空間を移動させることができる。 尚、 上 体 24には腕部や頭部が接続されるが、 それらの構造はこの発明の要旨に直接の 関係を有しないため、 図示を省略する。

続いて、 第 2図以降を参照してロボット 1の脚部 2R, 2 Lについて詳説する 。 尚、 以下、 右側の脚部 2 Rを例に挙げて説明するが、 脚部 2R， 2 Lは左右対 称のため、 以下の説明は脚部 2 Lにも妥当する。

第 2図は、 第 1図で模式的に示した脚部 2 Rを詳しく示す右側面図である。 尚 、 同図において、 股関節付近の図示は省略する。 また、 第 3図は、 第 2図に示す 脚部 2 Rの背面図である。

両図に示すように、 大腿リンク 28 Rの後部にはモータケース 50が設けられ 、 モータケース 50の内部上方には、 膝関節 16 Rを駆動する電動モータ （以下 「膝関節用電動モータ」 という） 52が配置される。 また、 モータケース 50の 内部下方には、 足首関節 18R, 2 ORを駆動する第 1の電動モータ （以下 「第 1足首関節用電動モータ」 という） 54が配置されると共に、 第 1足首関節用電 動モータ 5 4のさらに下方には足首関節 1 8 R , 2 O Rを駆動する第 2の電動モ ータ （以下 「第 2足首関節用電動モータ」 という） 5 6が配置される。 第 1足首 関節用電動モータ 5 4と第 2足首関節用電動モータ 5 6は、 それらの出力軸 5 4 o sと 5 6 o sが左右方向 （第 1図の Υ軸方向） において相反する向きに位置す るように配置される。

また、 大 ffiiリンク 2 8 Rの前部において、 前記した膝関節用電動モータ 5 2と 対向する位置には、 減速機 （以下 「膝関節用減速機」 という） 6 0が配置される 。 膝関節用電動モータ 5 2の出力軸 5 2 o sに固定されたプーリ 5 2 pは、 ベル ト 5 2 Vを介して膝関節用減速機 6 0の入力軸 6 0 i sに固定されたプーリ 6 0 pと接続され、 よって膝関節用電動モータ 5 2の出力は膝関節用減速機 6 0に伝 達される。 尚、 膝関節用減速機 6 0は公知のハーモニック減速機 （登録商標） で あり、 詳細な説明は省略する。

また、 膝関節用減速機 6 0の出力軸 （図示せず） には、 ロッド接続部 （以下 「 膝関節用口ッド接続部」 という） 6 2が設けられ、 膝関節用口ッド接続部 6 2に は剛体からなるロッド （以下 「膝関節用ロッド」 という） 6 4の上端がピッチ方 向 （第 1図の Y軸回り） において回動自在に接続される。

他方、 二股に分岐された膝関節用ロッド 6 4の下端は、 下腿リンク 3 0 Rの上 端に形成された下腿リンク側膝関節用口ッド接続部 6 6に、 ピッチ方向において 回動自在に接続される。 このように、 下腿リンク 3 O Rは、 膝関節用ロッド接続 部 6 2と膝関節用ロッド 6 4を介して膝関節用減速機 6◦に接続され、 よって膝 関節用電動モータ 5 2の出力によってピッチ方向に駆動される。 このとき、 下腿 リンク 3 O Rの回転軸線が、 前記した膝関節 1 6 Rの軸線 1 6 sとなる。

膝関節 1 6 Rの軸線 1 6 s上において、 膝関節 1 6 Rの両側 （左右方向におけ る両側） には、 2個の減速機 7 0， 7 2が配置される。 減速機 7 0の入力軸 7 0 i sに固定されたプーリ 7 O pは、 前記した第 1足首関節用電動モータ 5 4の出 力軸 5 4 o sに固定されたプーリ 5 4 pとベルト 5 4 Vを介して接続され、 よつ て第 1足首関節用電動モータ 5 4の出力は減速機 7 0に伝達される。 以下、 減速 機 7 0を 「第 1足首関節用減速機」 という。

また、 減速機 7 2の入力軸 7 2 i sに固定されたプーリ 7 2 pは、 前記した第 2足首関節用電動モータ 5 6の出力軸 5 6 o sに固定されたプーリ 5 6 pとベル ト 5 6 Vを介して接続され、 よって第 2足首関節用電動モータ 5 6の出力は減速 機 7 2に伝達される。 以下、 減速機 7 2を 「第 2足首関節用減速機」 という。 尚 、 第 1足首関節用減速機 7 0と第 2足首関節用減速機 7 2は、 共に公知のハ一モ ニック減速機であり、 それらのベース部 （回転しない部位。 図示せず） は、 下腿 リンク 3 0 Rに固定される。

第 4図は、 第 3図の I V— I V線断面図、 即ち、 膝関節 1 6 Rの断面図である 同図に示す如く、 第 1足首関節用減速機 7 0と第 2足首関節用減速機 7 2の入 力軸 7 0 i s , 7 2 i sと出力軸 7 0 o s , 7 2 o sは、 いずれも膝関節 1 6 R の軸線 1 6 sと同軸に配置される。 また、 第 1足首関節用減速機 7 0の出力軸 7 0 o sには第 1足首関節用口ッド接続部 8 0が固定され、 第 1足首関節用口ッド 接続部 8 0には剛体からなる第 1足首関節用ロッド 8 2の上端がピッチ方向に回 動自在に接続される。 同様に、 第 2足首関節用減速機 7 2の出力軸 7 2 o sには 、 第 2足首関節用ロッド接続部 8 4が固定され、 第 2足首関節用ロッド接続部 8 4には剛体からなる第 2足首関節用ロッド 8 6の上端がピッチ方向に回動自在に 接続される。

第 2図および第 3図の説明に戻ると、 6軸力センサ 3 4 Rの上部には台座部 8 8が設けられる。 台座部 8 8には、 同一平面上において異なる 2方向の回転軸線 9 0 aと 9 0 bを備えるユニバーサル 'ジョイント 9 0が設置される。 下腿リン ク 3 O Rの下端は、 ユニバーサル.ジョイント 9 0に接続され、 よってュニバー サル ·ジョイント 9 0、 台座部 8 8および 6軸力センサ 3 4 Rを介して前記した 足平 2 2 Rに接続される。 以下、 ユニバーサル 'ジョイント 9 0を 「下腿リンク 接続用ユニバーサル ' ジョイント」 という。

第 5図は、 第 3図の V— V線断面図、 即ち、 足首関節 1 8 R , 2 0 Rの断面図 である。 - 同図に示すように、 下腿リンク接続用ユニバーサル ·ジョイント 9 0は、 直交 する 2本の軸 9 O Aと 9 0 Bを備える。 軸 9 O Aは、 ロール方向 （X軸まわり） の回転軸であり、 前記した関節 2 O Rに相当すると共に、 その回転中心が上記し た回転軸線 9 0 aとなる。 また、 軸 9 O Aの両端は、 台座部 8 8によって支持 （ 固定） される。

他方、 軸 9 0 Bは、 ピッチ方向 （Y軸まわり） の回転軸であり、 前記した関節 1 8 Rに相当すると共に、 その回転中心が上記した回転軸線 9 0 bとなる。 また 、 軸 9 0 Bの両端には、 二股に分岐された下腿リンク 3 O Rの下端が固定される 。 これにより、 足首関節 1 8 R， 2 O Rは、 ロール方向とピッチ方向によって規 定される平面内の任意の軸線を中心として、 回動自在に構成される。

第 2図および第 3図の説明に戻ると、 台座部 8 8において下腿リンク接続用ュ 二バーサル 'ジョイント 9 0の後方には、 それより小さな第 1口ッド用ュニバ一 サル ·ジョイント 9 2と第 2ロッド用ユニバーサル ·ジョイント 9 4が設置され 、 第 1ロッド用ユニバーサル ' ジョイント 9 2には第 1足首関節用ロッド 8 2の 下端が接続されると共に、 第 2ロッド用ユニバーサル'ジョイント 9 4には第 2 足首関節用ロッド 8 6の下端が接続される。

第 5図を参照して第 1口ッド用ユニバーサル 'ジョイント 9 2と第 2ロッド用 ユニバーサル 'ジョイント 9 4について詳説すると、 第 1ロッド用ユニバーサル 'ジョイント 9 2と第 2ロッド用ユニバーサル 'ジョイント 9 4は、 それぞれ直 交する 2本の軸 9 2 Aと 9 2 B , 9 4 Aと 9 4 Bを備える。 軸 9 2 A, 9 4 Aは 、 共にロール方向 （X軸まわり） の回転軸であり、 それらの回転軸線 9 2 a， 9 4 aは、 前記した下腿リンク接続用ユニバーサル 'ジョイント 9 0の回転軸線 9 0 aと同一平面上かつ平行に位置する。 軸 9 2 Aと 9 4 Aの両端には、 二股に分 岐された第 1足首関節用ロッド 8 2の下端と第 2足首関節用ロッド 8 6の下端が それぞれ固定される。

また、 軸 9 2 B , 9 4 Bは、 共にピッチ方向 （Y軸まわり） の回転軸であり、 それらの回転軸線 9 2 b， 9 4 bは、 前記した下腿リンク接続用ユニバーサル . ジョイント 9 0の回転軸線 9 0 bと同一平面上かつ平行に位置する。 軸 9 2 Bと 9 4 Bの両端は、 それぞれ台座部 8 8によって支持 （固定) される。 これにより 、 各足首関節用ロッド 8 2， 8 6の下端は、 ロール方向とピッチ方向によって規 定される平面内の任意の軸線を中心として、 回動自在に構成される。

このように、 足首関節 1 8 R , 2 O Rは、 第 1足首関節用ロッド 8 2と第 2足 首関節用ロッド 86を介して第 1足首関節用電動モータ 54および第 2足首関節 用電動モータ 56の出力が伝達される伝達要素である第 1足首関節用減速機 70 と第 2足首関節用減速機 72に接続され、 よって足首関節 18 R, 2 ORは、 第 1足首関節用電動モータ 54および第 2足首関節用電動モータ 56によって駆動 される。

ここで、 第 1足首関節用減速機 70と第 2足首関節用減速機 72は、 足首関節 18R, 2 ORより重力方向において上方に位置する膝関節 16Rの軸線 16 s と同軸に配置されると共に、 第 1足首関節用電動モータ 54と第 2足首関節用電 動モータ 56は、 膝関節 16 よりさらに上方に位置する上腿リンク 28 Rに配 置されるので、 脚部 2 Rの接地側 （末端側。 即ち、 足首関節 18 R, 2 OR側） の重量を軽量化することができ、 よって移動時、 特に高速移動時に脚部に発生す る慣性力を低減することができる。

また、 足首関節 18R, 2 ORに減速機や電動モータなどが配置されないため 、 脚部 2 Rの接地端と足首関節 18 R, 2 ORの距離を小さくすることができ、 よってロボット 1の安定性を向上させることができる。 さらには、 足平 22Rの 接地端と 6軸力センサ 34 R、 6軸力センサ 34 Rと足首関節 18 R, 2 ORの それぞれの離間距離を短くすることができるため、 脚部 2 Rに作用する床反力の 大きさや方向を精度良く検出することができる。

また、 足首関節 18 R, 2 ORを下腿リンク接続用ユニバーサル ·ジョイント 90から構成し、 異なる 2方向の回転軸線 90 a, 90 bを備えるようにしたの で、 ロボット 1の滑らかな移動が可能となる。

次いで、 第 6図および第 7図を参照し、 足首関節 18R, 20Rの駆動動作に ついて説明する。 第 6図は、 右側の脚部 2 Rを右側方から見た、 足首関節 18R , 2 ORの駆動動作を説明する模式図である。 第 7図は、 右側の脚部 2 Rを後方 から見た、 足首関節 1 8 R, 2 ORの駆動動作を説明する模式図である。

以下説明すると、 第 6図において、 Aで示す脚部 2 Rを初期状態としたとき、 第 2足首関節用減速機 72を第 2足首関節用電動モータ 56 (図示せず） によつ て紙面において時計回り （即ち、 脚部 2 Rを右側から見た場合における時計回り ) に駆動すると共に、 第 2足首関節用減速機 72の裏側に位置する第 1足首関節 用減速機 7 0を第 1足首関節用電動モータ 5 4 (図示せず） によって時計回り （ 図示しない左側の脚部 2 L側から見た場合は反時計回り） に駆動することにより 、 同図 Bに示すように、 第 2足首関節用ロッド接続部 8 4と第 2足首関節用ロッ ド 8 6、 ならびに第 1足首関節用ロッド接続部 8 0と第 1足首関節用ロッド 8 2 が上方に駆動され、 よって足平 2 2 Rが踵を上げる （つま先を下げる） ように駆 動される。

他方、 第 2足首関節用減速機 7 2を第 2足首関節用電動モータ 5 6によって紙 面において反時計回りに駆動すると共に、 第 1足首関節用減速機 7 0を第 1足首 関節用電動モータ 5 4によって反時計回り （図示しない左側の脚部 2 L側から見 た場合は時計回り） に駆動することにより、 同図 Cに示すように、 第 2足首関節 用ロッド接続部 8 4と第 2足首関節用ロッド 8 6、 ならびに第 1足首関節用口ッ ド接続部 8 0と第 1足首関節用ロッド 8 2が下方に駆動され、 よって足平 2 2 R が踵を下げる （つま先を上げる） ように駆動される。 このように、 第 1足首関節 用ロッド 8 2と第 2足首関節用ロッド 8 6を同方向に駆動することにより、 足首 関節 1 8 R， 2 0 Rはピッチ方向 （Y軸回り） に駆動される。

一方、 第 7図において Aで示す脚部 2 Rを初期状態としたとき、 第 1足首関節 用ロッド 8 2を下方に駆動すると共に、 第 2足首関節用ロッド 8 6を上方に駆動 することで、 同図 Bに示すように、 足平 2 2 Rが左側を下げる （右側を上げる） ように駆動される。

また、 第 1足首関節用ロッド 8 2を上方に駆動すると共に、 第 2足首関節用口 ッド 8 6を下方に駆動することで、 同図 Cに示すように、 足平 2 2 Rが左側を上 げる （右側を下げる） ように駆動される。 即ち、 第 1足首関節用ロッド 8 2と第 2足首関節用ロッド 8 6を逆方向に駆動することにより、 足首関節 1 8 R , 2 0 Rはロール方向 （X軸回り） に駆動される。

このように、 大きな駆動力が必要とされる足首関節 1 8 R , 2 0 Rの駆動を 2 個の電動モータ （第 1足首関節用電動モータ 5 4と第 2足首関節用電動モータ 5 6 ) の駆動力の和によって行なうようにしたので、 各足首関節用電動モータ 5 4 ， 5 6を小型ィ匕することができる。

また、 第 1足首関節用ロッド 8 2と第 2足首関節用ロッド 8 6は、 第 3図に示 すように、 下 Ji退リンク接続用ユニバーサル 'ジョイント 90のロール方向の軸線 90 aから所定の距離 d 1だけ側方に離間して配置されると共に、 第 2図に示す ように、 下腿リンク接続用ユニバーサル 'ジョイント 90のピッチ方向の軸 90 Bから所定の距離 d 2だけ後方に離間して配置される。 即ち、 力点 （第 1ロッド 用ュ-バーサノレ 'ジョイント 92と第 2ロッド用ユニバーサル 'ジョイント 94 ) を支点 （下腿リンク接続用ユニバーサル 'ジョイント 90) から所定の距離離 間した位置に配置するようにしたので、 小さな駆動力で足首関節 18 R， 2 OR を駆動することができる。

さらに、 第 1足首関節用減速機 70と足首関節 18 R， 2 OR, および第 2足 首関節用減速機 72と足首関節 18 R, 20 Rを、 それぞれ剛体である第 1足首 関節用ロッド 82と第 2足首関節用ロッド 86を介して駆動されるように接続し たので、 各足首関節用減速機 70， 72と足首関節181 ， 2 ORを離間して配 置しても精度良く動力を伝達することができる。

これについて第 2図を参照して詳しく説明すると、 例えば、 第 2足首関節用電 動モータ 56と第 2ロッド用ユニバーサル 'ジョイント 94の相対位置は、 膝関 節 16 Rが駆動されることによって変化するため、 それらを剛体からなるロッド で接続することはできない。 しかしながら、 膝関節 16Rの軸線 16 sと第 2口 ッド用ユニバーサル 'ジョイント 94の相対位置は、 膝関節 16 Rが駆動されて も変化しないため、 膝関節 16Rの軸線 16 sと同軸に電動モータ、 あるいはそ の出力が伝達される減速機 （伝達要素） の出力軸を配置することで、 それらを剛 体からなるロッドで接続することができる。

尚、 上記において、 例えば第 8図に示すように、 上腿リンク 100に配置され た電動モータ 102と足首関節 104を、 膝関節 106に支点を持つ剛体からな る平行リンク 108で接続することも考えられる。 し力 しながら、 このような平 行リンク 108で接続すると、 膝関節 106の角度 （屈曲角） Θ k n e eの変位 に伴って足首関節の角度 （屈曲角） Θ a n k 1 eも変化するため、 膝関節 106 と足首関節 104を独立して角度調整することが困難であるという不具合が生じ る。 具体的には、 膝関節 106の角度 0 k n e eの変位を Θ mo v eとすると、 0 a n k l eは、 およそ e a nk l eと 0mo v eの和になる。 即ち、 Θ a n k 1 eも 0 m o v eだけ変位する。

他方、 この発明に係る脚式移動ロボット 1にあっては、 膝関節 16R (L) の 角度が変位しても足首関節 18 R (L) , 2 OR (L) の角度にはほとんど影響 を及ぼさなレ、。 正確には、 膝関節 16R (L) の角度が変化すると前記したベー ス部 （下腿リンク 30に固定されて回転しない部分） と入力軸 70 i s, 72 i sの相対角度が変化するため、 減速機 70, 72の減速比倍低減された角度だけ 足首関節 18R (L) , 2 OR (L) がピッチ方向 （Y軸まわり） 駆動される。 具体的には、 膝関節 16R (L) の角度 Θ k n e eの変位を 0 m o v eとすると 、 足首関節の角度 6 a nk l eは、 およそ 0mo v e 減速比だけ変化する。 しかしながら、 前述した如く、 足首関節の駆動には大きな駆動力が必要とされ るため、 通常は減速機 70, 72の減速比も大きく設定される。 このため、 θπι ο V 減速比は非常に小さな値となることから、 膝関節 16R (L) の角度の 変化は足首関節 18R (L) , 2 OR (L) の角度にはほとんど影響を及ぼさな レ、。 また、 膝関節 16R (L) の回転運動 （ピッチ方向の回転運動） は、 足首関 節 18 R (L) ， 20 R (L) のロール方向 （X軸まわり） の回転運動とは全く 関係しないため、 膝関節 16R (L) の運動が足首関節 18R (L) , 2 OR ( L) のロール方向の運動に影響を及ぼすことはなレ、。 従って、 膝関節 16R (L ) と足首関節 18 R (L) , 2 OR (L) を独立して角度調整することができる 以上のように、 この実施の形態に係る脚式移動ロボットにあっては、 関節脚部 2R (L) を備え、 ァクチユエータで前記脚部を駆動して移動する脚式移動ロボ ット （ロボット） 1において、 前記脚部は、 少なくとも第 1の関節 （膝関節 16 R (L) ) と、 前記第 1の関節より重力方向において下方に配置される第 2の関 節 （足首関節 18 R (L) , 2 OR (L) ) を備えると共に、 前記第 2の関節を 駆動するァクチユエータ （第 1足首関節用電動モータ 54, 第 2足首関節用電動 モータ 56) 1 前記第 1の関節と同位置および前記第 1の関節より重力方向に おいて上方の位置 （上腿リンク 28R (L) ) のいずれかに配置される如く構成 した。

また、 前記第 2の関節を駆動するァクチユエータの出力軸 54 o s， 56 o s およびその出力が伝達される伝達要素 （第 1足首関節用減速機 7 0 , 第 2足首関 節用減速機 7 2 ) の出力軸 7 0 o s , 7 2 o sのいずれかが、 前記第 1の関節の 軸線 1 6 sと同軸に配置されると共に、 前記第 2の関節は、 前記第 1の関節の軸 線と同軸に配置された出力軸にロッド （第 1足首関節用ロッド 8 2， 第 2足首関 節用ロッド 8 6 ) を介して駆動されるように接続される如く構成した。

また、 前記第 2の関節は、 少なくとも異なる 2方向の回転軸線 9 0 a , 9 0 b を備える如く構成した。

また、 前記第 2の関節は、 複数個のァクチユエータ （第 1足首関節用電動モー タ 5 4， 第 2足首関節用電動モータ 5 6 ) によって駆動されると共に、 前記複数 個のァクチユエータの出力軸 5 4 o s , 5 6 0 sおよびそれらの出力が伝達され る伝達要素 （第 1足首関節用減速機 7 0 , 第 2足首関節用減速機 7 2 ) の出力軸 7 0 o s , 7 2 o sのいずれかと、 複数本のロッド （第 1足首関節用ロッド 8 2 ， 第 2足首関節用ロッド 8 6 ) を介して駆動されるように接続される如く構成し た。

また、 前記複数本の口ッドは、 前記第 2の関節の軸線 9 0 a , 9 0 bから所定 の距離 d 1 , d 2離間して配置される如く構成した。

また、 前記第 2の関節は、 前記脚部が有する関節の中で最も接地側に配置され る （足首） 関節である如く構成した。

尚、 上記において、 脚式移動ロボットとして 2本の脚部を備えた 2足歩行ロボ ットを例にとって説明したが、 1本あるいは 3本以上の脚部を備えた脚式移動口 ボットでも良い。

また、 足首関節を 2個の電動モータによって駆動するように構成したが、 1個 でも良いし、 3個以上の電動モータを使用するようにしても良い。

また、 膝関節の軸線と同軸に減速機を配置するようにしたが、 電動モータを直 接配置しても良い。

また、 膝関節を駆動する電動モータ （あるいはその出力が伝達される伝達要素 ) を股関節の軸線と同軸に配置し、 それらをロッドで接続するようにしても良い また、 剛体からなるロッド以外にも、 例えばプッシュプル .ケーブルなどを用 いても良い。

また、 使用するァクチユエ一タも電動モータに限られるものではなく、 他のァ クチユエータであっても良い。 産業上の利用可能性

この発明によれば、 脚式移動ロボットにおいて、 脚部が少なくとも第 1の関節 とそれより重力方向において下方に配置される第 2の関節を備えると共に、 前記 第 2の関節を駆動するァクチユエータが、 前記第 1の関節と同位置、 およびそれ より重力方向において上方の位置のいずれかに配置されるように構成したので、 脚部の接地側 （末端側。 即ち、 第 2の関節側） の重量を軽量化することができ、 よって移動時、 特に高速移動時に脚部に発生する慣性力を低減することができる

Claims

請求の範囲

1 . 関節脚部を備え、 ァクチユエータで前記脚部を駆動して移動する脚式移動口 ボットにおいて、 前記脚部は、 少なくとも第 1の関節と、 前記第 1の関節より重 力方向において下方に配置される第 2の関節を備えると共に、 前記第 2の関節を 駆動するァクチユエータが、 前記第 1の関節と同位置および前記第 1の関節より 重力方向において上方の位置のいずれかに配置されることを特徴とする脚式移動 ロホット。

2 . 前記第 2の関節を駆動するァクチユエータの出力軸およびその出力が伝達さ れる伝達要素の出力軸のいずれかが、 前記第 1の関節の軸線と同軸に配置される と共に、 前記第 2の関節は、 前記第 1の関節の軸線と同軸に配置された出力軸に 口ッドを介して駆動されるように接続されることを特徴とする請求の範囲第 1項 記載の脚式移動ロボット。

3 . 前記第 2の関節は、 少なくとも異なる 2方向の回転軸線を備えることを特徴 とする請求の範囲第 1項または第 2項記載の脚式移動ロボット。

4 . 前記第 2の関節は、 複数個のァクチユエータによって駆動されると共に、 前 記複数個のァクチユエータの出力軸およびそれらの出力が伝達される伝達要素の 出力軸のいずれかと、 複数本のロッドを介して駆動されるように接続されること を特徴とする請求の範囲第 1項から第 3項のいずれかに記載の脚式移動ロボット

5 . 前記複数本の口ッドは、 前記第 2の関節の軸線から所定の距離離間して配置 されることを特徴とする請求の範囲第 4項記載の脚式移動ロボット。

6 . 前記第 2の関節は、 前記脚部が有する関節の中で最も接地側に配置される関 節であることを特徴とする請求の範囲第 1項から第 5項のいずれかに記載の脚式 移動ロボット。