JP2001353686A - 脚式移動ロボットのための足部構造、並びに路面検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脚式移動ロボットの歩行中における路面の表
面状態や路面への足部の接地状態を正確に判断する。 【解決手段】 ロボットの足部は、足部ベース体と、足
部ベース体の底面に配置されて、足部と路面との接近及
び接地状況を測定する路面検知部とで構成される。個々
の路面検知部は、足部ベース体に対して出没自在で且つ
路面方向に付勢されて取り付けられた路面検知子と、路
面検知子が第１の出没位置にいるか否かを検出する第１
の検出部と、路面検知子が第２の出没位置にいるか否か
を検出する第２の検出部とで構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも複数本
の可動脚を備えた脚式移動ロボットに係り、特に、様々
な路面上を可動脚によって歩行その他の脚式移動作業を
行う脚式移動ロボットのための足部構造に関する。

【０００２】更に詳しくは、本発明は、表面状態が不知
の路面上を可動脚によって歩行その他の脚式移動作業を
行う脚式移動ロボットのための足部構造に係り、特に、
路面の表面状態や路面への接地状態を正確に判断する脚
式移動ロボットのための足部構造に関する。

【０００３】

【従来の技術】電気的若しくは磁気的な作用を用いて人
間の動作に似せた運動を行う機械装置のことを「ロボッ
ト」という。ロボットの語源は、スラブ語の"ＲＯＢＯ
ＴＡ(奴隷機械)"に由来すると言われている。わが国に
おいてロボットが普及し始めたのは１９６０年代末から
であるが、その多くは、工場における生産作業の自動化
・無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボッ
トなどの産業用ロボット（industrial robot）であっ
た。

【０００４】アーム式ロボットのように、ある特定の場
所に植設して用いるような据置きタイプのロボットは、
部品の組立・選別作業など固定的・局所的な作業空間で
のみ活動する。これに対し、移動式のロボットは、作業
空間は非限定的であり、所定の経路上または無経路上を
自在に移動して、所定の若しくは任意の人的作業を代行
したり、ヒトやイヌあるいはその他の生命体に置き換わ
る種々の幅広いサービスを提供することができる。なか
でも脚式の移動ロボットは、クローラ式やタイヤ式のロ
ボットに比し不安定で姿勢制御や歩行制御が難しくなる
が、階段や梯子の昇降や障害物の乗り越えや、整地・不
整地の区別を問わない柔軟な歩行・走行動作を実現でき
るという点で優れている。

【０００５】最近では、イヌやネコのように４足歩行の
動物の身体メカニズムやその動作を模したペット型ロボ
ット、あるいは、ヒトのような２足直立歩行を行う動物
の身体メカニズムや動作をモデルにしてデザインされた
「人間形」若しくは「人間型」と呼ばれるロボット（hu
manoid robot）など、脚式移動ロボットに関する研究開
発が進展し、実用化への期待も高まってきている。

【０００６】人間の作業空間や居住空間のほとんどは、
２足による直立歩行という人間が持つ身体メカニズムや
行動様式に合わせて形成されている。言い換えれば、人
間の住空間は、車輪その他の駆動装置を移動手段とした
現状の機械システムが移動するのにはあまりに多くの障
壁が存在する。機械システムすなわちロボットが様々な
人的作業を支援又は代行し、さらに人間の住空間に深く
浸透していくためには、ロボットの移動可能範囲が人間
のそれとほぼ同じであることが好ましい。これが、脚式
移動ロボットの実用化が大いに期待されている所以でも
ある。人間型の形態を有していることは、ロボットが人
間の住環境との親和性を高める上で必須であると言え
る。

【０００７】２足歩行による脚式移動を行うタイプのロ
ボットについての姿勢制御や安定歩行に関する技術は既
に数多提案されている。ここで言う安定な「歩行」と
は、「転倒することなく、脚を使って移動すること」と
定義することができる。ロボットの姿勢安定制御は、ロ
ボットの転倒を回避する上で非常に重要である。何故な
らば、転倒は、ロボットが実行中の作業を中断すること
を意味し、且つ、転倒状態から起き上がって作業を再開
するために相当の労力や時間が払われるからである。ま
た、何よりも、転倒によって、ロボット本体自体、ある
いは転倒するロボットと衝突する相手側の物体にも、致
命的な損傷を与えてしまう危険があるからである。した
がって、脚式移動ロボットの設計・開発において、姿勢
安定制御や歩行時の転倒防止は最も重要な課題の１つで
ある。

【０００８】しかしながら、脚式移動ロボットは、研究
段階からようやく実用化への第１歩を踏み出そうとして
いるのが現状であり、未だ数多の技術的課題が残されて
いる。例えば、路面の表面状態（整地か不整地か、ある
いは摩擦係数など）が脚式歩行の姿勢安定制御や安定歩
行に与える影響は非常に大きいが、充分には解明されて
いない。

【０００９】路面での歩行を考える場合、本来その路面
状態に適した歩行方法を行うことが好ましい。

【００１０】人間の歩行を考えると、視覚による路面状
態認識、足裏感覚、経験的判断などを駆使して歩行を行
う。すなわち、視覚によって路面の状態や凹凸形状、傾
斜などをあらかじめ把握した上で、経験的に行動計画を
立てて足を踏み出し、その後足裏の感覚で路面との接地
を確認しながら歩行作業を継続することができる。

【００１１】脚式ロボットによる歩行においても、当
然、同様のセンシング及び制御メカニズムを実装するこ
とが望ましい。しかしながら、現状の技術水準では、ロ
ボットの視覚認識に適用されるカメラの性能や画像処理
能力、精度等では、人間の視覚認識のレベルとは大差が
あり、ロボットの視覚による路面状態認識は未知の路面
に対して充分であるとは言い難い。勿論、カメラの台数
などを模して視覚による路面認識を強力にする方法も考
えられるが、歩行ロボット一般に適用するには技術的及
び経済的な面から困難なことが多い。

【００１２】一方、足裏感覚に相当する接地確認や床反
力測定などについては、当業界で既に周知の技術により
ある程度実現することが可能である。スイッチなどによ
る路面接地の確認や、ロードセルなどによる床反力の測
定は、既に数多のロボットに搭載されている。

【００１３】このように、現状のロボットは、視覚によ
る細かい路面状況の把握は困難であるが、路面に接地し
た状態の確認についてはある程度情報を得ることができ
る状況にある。これは、現状のロボットが実験室レベル
にある状況を反映した結果とも言える。すなわち、実験
室においては、基本的に路面の状態は既知であり、ま
た、平滑で整備された路面であることが多い。このた
め、視覚による路面の認識については特に重視されず、
自身の歩行状態把握用の足部センサが開発されてきてい
る状況にある。

【００１４】歩行ロボットの実用化を目前としている昨
今、実験室外での作業場、すなわち、未知の路面、凹
凸、傾斜などのある路面への対応がロボットにとって不
可欠なものとなってくる。これに対する方策として、前
述したように、１つは視覚センサ入力を基にした処理の
更なる開発が考えられる。しかし、人間と同程度の視覚
認識をロボット上で実現するためには、まだまだ前途は
長いと言わざるを得ない。

【００１５】足部にセンサ類を取り付けて視覚センサに
よる路面認識能力を補うという方策も考えられる。歩行
中のある時点において（あるいは所定のタイミング
で）、足部と路面との距離を測定することにより、路面
の凹凸、傾斜などの状態を把握することができ、また、
それにより足部と路面との接地のタイミング、接地時の
足部の姿勢などの判断に利用することができる。

【００１６】足部と路面の距離を測定する実現手段とし
ては、例えば、ポテンショメータを利用するという事例
がある。その具体的な構造例を図１に示している。

【００１７】同図において、足底構成部品０１０１に
は、接地部材０１０２が取り付けられている。また、接
地部材０１０２の近傍に直動型ポテンショメータ０１０
３が配置されている。直動型ポテンショメータ０１０３
は、直動型ポテンショメータ０１０３の軸方向に移動可
能に支持された移動ロッド０１０４を有している。そし
て、移動ロッド０１０４の上下位置に応じた電気的内部
抵抗が形成され、これを外部から測定することによっ
て、ロッドの位置すなわち足部と路面との距離を測定す
ることが可能となっている。

【００１８】また、直動型ポテンショメータ０１０３
は、下方すなわち路面方向に付勢するロッド押し出し用
部材をその内部に有しており、移動ロッド０１０４に軸
方向外力すなわち床反力が作用しない場合には、移動ロ
ッド０１０４はそのストローク端まで突き出されること
になる。

【００１９】図１に示す状態では、直動型ポテンショメ
ータは外力に拘束されない自由状態にあり、その下端部
は接地部材０１０２の路面側端面からＬ０だけ突き出た
状態にある。また、足底構成部品０１０１はその上部に
おいて、ロボット本体の脚部（図示しない）に連結して
利用される。

【００２０】次いで、この足部がロボットの脚部に取り
付けられて、路面状況を測定する様子について、図２〜
図４を参照しながら説明する。

【００２１】図２には、図１に示したものと略同一構成
の足部０２０１がロボット本体側の脚部０２０２に取り
付けられて、さらに脚部の動作により足部が持ち挙げら
れて遊脚状態となって、路面０２０３と足部０２０１の
接地部は距離Ｈ０だけ離間した状態にある。

【００２２】このとき、直動型ポテンショメータ０２０
４の移動ロッド０２０５は路面と接触していないため、
ストローク端まで突き出されて、足部０２０１の接地部
から距離Ｌ０だけ飛び出した状態にある。この状態は、
Ｈ０がＬ０より大きい状態である。したがって、ロボッ
トは、直動型ポテンショメータの位置がＬ０である場合
には、足底と路面とがＬ０以上離間していることを認識
できる。

【００２３】また、図３には、足部が路面に接近した状
態を示している。ここでは、足部０２０１が路面０２０
３に対して接近して相対距離がＨ１になっているものと
する。図示の状態では、移動ロッド０２０５の下端部が
路面に接触しており、直動型ポテンショメータ０２０４
はその軸方向に上方に押し込まれるように移動する。こ
のとき、足部接地部からの移動ロッド先端部突き出し量
はＬ１となっているが、すなわちこれが足部接地部と路
面との距離となる（Ｌ１＝Ｈ１）。図示の構造を採用す
ることにより、ロボットは足部主構造部が接地するより
も前に路面への接近を検知するとともに、路面との距離
を測定することが可能となる。このように、路面の接近
状況が足部主構造部の接近以前に判ることにより、歩行
の安定化のために路面接近情報を利用することができ
る。

【００２４】また、図４には、足部が路面に完全に接地
した状態を示している。図示の例では、足部０２０１と
路面０２０３の距離Ｈ３はゼロとなり、同様に、移動ロ
ッドの足部接地部からの突き出し量Ｌ３もゼロとなって
いる。したがって、ロボット本体側では、足部接地部か
らの移動ロッド下端突き出し量がゼロであることを確認
することで、足部が路面に対して完全に接地しているこ
とを判定することができる。

【００２５】上述したように、ポテンショメータを利用
することで、足部と路面との距離関係を測定することが
可能になる。

【００２６】しかしながら、上述した用途にポテンショ
メータを適用するためには、移動ロッド・ストロークの
２倍以上の長さが必要となるので、小型ロボットに対し
て搭載することは設計上無理がある。また、ポテンショ
メータは、経時変化や温度特性などのために測定ポイン
トの信頼性に問題があることがあり、長時間メンテナン
ス・フリーの環境下にロボットを設置する場合には実用
が困難となる。また、高精度のポテンショメータは効果
であるため、装置コストや設計上のバランスに欠けるこ
とがある。

【００２７】また、特に小型ロボットの場合、路面と足
部の距離を厳密に測定することが必ずしも必要ではない
こともある。すなわち、路面と足部の距離関係を２〜４
段階程度の離散的な値で測定すれば充分であることもあ
る。このような状況下で、高価なポテンショメータを使
用することは、重量配置面や経済面からも好ましくない
場合が多い。言い換えれば、小型で且つ安価な路面検知
部が望まれている訳である。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、様々
な路面上を可動脚によって歩行その他の脚式移動作業を
行う脚式移動ロボットのための優れた足部構造を提供す
ることにある。

【００２９】本発明の更なる目的は、表面状態が不知の
路面上を可動脚によって歩行その他の脚式移動作業を行
う脚式移動ロボットのための優れた足部構造を提供する
ことにある。

【００３０】本発明の更なる目的は、路面の表面状態や
路面への接地状態を正確に判断する脚式移動ロボットの
ための優れた足部構造を提供することにある。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を参
酌してなされたものであり、少なくとも複数本の可動脚
を備えた脚式移動ロボットのための足部構造であって、
足部ベース体と、前記足部ベース体の底面に配置され
て、足部と路面との接近及び接地状況を測定する路面検
知部と、を具備することを特徴とする脚式移動ロボット
のための足部構造である。

【００３２】前記路面検知部は、前記足部ベース体の底
面に複数基配置されていてもよい。例えば、前記路面検
知部は、少なくとも前記足部ベース体の底面の４隅に配
置されていてもよい。あるいは、前記路面検知部は、少
なくとも前記足部ベース体の底面の略中央に配置されて
いてもよい。

【００３３】また、前記路面検知部は、前記足部ベース
体に対して出没自在で且つ路面方向に付勢されて取り付
けられた路面検知子と、該路面検知子が第１の出没位置
にいるか否かを検出する第１の検出部と、該路面検知子
が第２の出没位置にいるか否かを検出する第２の検出部
とで構成することができる。このような場合、第１及び
第２の検出部からの各出力に基づいて、足部と路面との
距離関係を段階的に検地することができる。たとえば、
足部の路面に対する接近状況や接地状況を正確に把握す
ることができる。

【００３４】

【作用】本発明に係る脚式移動ロボットの足部は、足部
ベース体と、足部ベース体の底面に配置されて、足部と
路面との接近及び接地状況を測定する路面検知部とで構
成される。個々の路面検知部は、足部ベース体に対して
出没自在で且つ路面方向に付勢されて取り付けられた路
面検知子と、路面検知子が第１の出没位置にいるか否か
を検出する第１の検出部と、路面検知子が第２の出没位
置にいるか否かを検出する第２の検出部とで構成され
る。

【００３５】各路面検知部では、第１及び第２の検出部
からの各出力に基づいて、足部と路面との距離関係を段
階的に検地することができる。たとえば、足部の路面に
対する接近状況や接地状況を正確に把握することができ
る。

【００３６】したがって、本発明に係る脚式移動ロボッ
トのための足部構造によれば、足部と路面との接近及び
接地状況などの距離関係の計測を、路面検知部を用いて
小型且つ安価に実現することができる。

【００３７】また、路面検知部を足部に複数箇所配置す
ることによって、単純に路面との距離関係を測定するだ
けでなく、足部接地面と路面との傾斜や、路面の凹凸状
況、路面の有無などの確認を行うことができる。

【００３８】また、土踏まずに相当する足部の略中央付
近にも路面検知子を配置することにより、階段の昇降動
作を、安定した無理のない脚部の軌道で、また低消費電
力で実現することができる。

【００３９】また、本発明の第２の側面は、脚式移動ロ
ボットにおける可動脚の足部に適用され、該足部と路面
との距離関係を検出する路面検知装置であって、前記足
部の底面に対して路面方向に出没自在に取り付けられた
路面検知子と、該路面検知子が路面に近い第１の出没位
置にいるか否かを検出する第１の検出部と、該路面検知
子が路面よりもやや遠い第２の出没位置にいるか否かを
検出する第２の検出部と、を具備することを特徴とする
路面検知装置である。

【００４０】本発明の第２の側面に係る路面検知装置
は、さらに、前記路面検知子を路面方向に向かって付勢
する押し付け部を備えていてもよい。このような場合、
前記路面検知子は路面に接地するまでは前記足部の底面
から露出することができ、前記の第１及び第２の検出部
を正確に作動させることができる。

【００４１】また、前記第１の検出部は路面への接近を
検出するようにしてもよい。また、前記第２の検出部は
路面への接地を検出するようにしてもよい。

【００４２】また、前記第１の検出部は足部と路面との
距離が所定値Ｈ１以上のときにオン状態になりＨ１未満
になるとオフ状態に切り換わるように設定されるととも
に、前記第２の検出部は足部と路面との距離が所定値Ｈ
２（但し、Ｈ２＜Ｈ１）以上のときにオフ状態になりＨ
２未満になるとオン状態に切り換わるように設定されて
いてもよい。このような場合、前記第１及び第２の検出
部のオン／オフ状態の組合せに基づいて、足部と路面と
の距離がＨ１以上、Ｈ１〜Ｈ２、Ｈ２未満という３つの
状態を正確に判断することができる。

【００４３】本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、
後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳
細な説明によって明らかになるであろう。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施例を詳解する。

【００４５】図５には、本発明の実施に供される脚式ロ
ボットの足部構造を図解している。また、図６及び図７
にはそれぞれ、図５に示す足部のＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ
断面を示している。

【００４６】本実施例に係る足部では、その底面側には
図８に示すような複数個の路面検知子０３０３が足底ベ
ース部０３０１に出没自在に埋設されており、各路面検
知子０３０３からのセンサ出力に基づいて路面接近確認
と路面接地確認の双方が可能となっている（後述）。

【００４７】足部は、足底ベース部０３０１を主構造部
材とし、脚固定部０３１１を介して脚部と連結される。

【００４８】足底ベース部０３０１には、複数の路面検
知子０３０３が支点部０３０２を回転中心として揺動可
能に取り付けられている。さらに、各路面検知子０３０
３とともに、路面接地確認用ドグ０３０４と、路面接近
確認用ドグ０３０５が、同じく支点部０３０２を回転中
心として回動可能に取り付けられている。

【００４９】路面検知子０３０３は、押し付けバネ０３
０９によって外側すなわち路面側に向かって付勢されて
いる。したがって、足部が路面に接地していない間は、
各路面検知子０３０３は足底ベース部から出現して（図
９を参照のこと）、路面への接地を待機している。ま
た、略Ｕ字形状の路面接地確認センサ０３０７及び路面
接近確認センサ０３０８がそれぞれ基板０３０６上に搭
載されている。路面接地確認用ドグ０３０４及び路面接
近確認用ドグ０３０５は、路面検知子０３０３の回動操
作に伴って、各センサ０３０７及び０３０８のＵ字形状
の内側を通過することができる。

【００５０】図示の通り、足底ベース部０３０１の路面
側には複数の路面接地部０３１０が配設されており、足
部が接地したときに脚式ロボット全体の荷重はこれら路
面接地部０３０１を介して支持される。

【００５１】図８を見ても分かるように、路面接地確認
センサ０３０７と路面接近確認センサ０３０８は、足底
面すなわち接地路面からの高さが異なる位置にそれぞれ
取り付けられているので、路面接地確認用ドグ０３０４
が路面接地確認センサ０３０７のＵ字形状に挿入すると
きと、路面接近確認センサ０３０５が路面接近確認セン
サ０３０８のＵ字形状に挿入するときとでは、路面検知
子０３０３の回転位置が相違する。したがって、路面検
知子０３０３が同じ回転位置にあるときでも、路面接地
確認センサ０３０７と路面接近確認センサ０３０８とで
はセンサ出力に位相差がある。

【００５２】次いで、図５に示す足部における路面接近
確認と路面接地確認を行う仕組みについて説明する。図
１０及び図１１には、足部のＡ−Ａ断面及びＢ―Ｂ断面
のうち路面接地確認ドグ０３０４周辺並びに路面接近確
認ドグ０３０５周辺が作動する様子をそれぞれ拡大して
示している。

【００５３】図１０及び図１１に示す例では、足部の足
底は路面０３１２とは充分離間している。各路面検知子
０３０３は、押し付けバネ０３０９によって路面方向
（各図で紙面時計回り）に最大限に付勢されている。

【００５４】この状態では、路面接近確認ドグ０５は、
路面接近確認センサ０３０８の検知域に収容されてい
る。一方、路面接地確認ドグ０３０４は、路面接地確認
センサ０３０７の検知域から逸脱している。ここで、セ
ンサ検知域にドグが進入しているセンサ状態を"ＯＮ"、
ドグがセンサ検知域外にある状態を"ＯＦＦ"と記述する
と、図１０及び図１１に示す例では、路面接地確認セン
サ０３０７の状態はＯＦＦであり、路面接近確認センサ
０３０８の状態はＯＮである。

【００５５】次に、路面が足底に接近してきた場合につ
いて考えてみる。図１２及び図１３には、路面が足底に
接近したときの、足部のＡ−Ａ断面及びＢ―Ｂ断面のう
ち路面接地確認ドグ０３０４周辺並びに路面接近確認ド
グ０３０５周辺が作動する様子をそれぞれ拡大して示し
ている。

【００５６】路面検知子０３０３が路面０３１２と接触
し、さらに路面と足底の距離が小さくなるにつれ、路面
検知子０３０３は紙面反時計回りに回動して、足部方向
に向かって埋没していく。

【００５７】かかる路面検知子０３０３の動作に伴っ
て、各センサ用ドグ０３０４及び０３０５も一緒に回動
する。すなわち、路面接近確認用ドグ０３０５は、路面
接近確認用センサ０３０８の検知域の外に出る。また、
路面接地確認用ドグ０３０４は、路面接地確認センサ０
３０７側に接近しているが、その検知域には未だ入って
いない。この場合、路面接近確認センサ０３０８並びに
路面接地確認センサ０３０７の状態はいずれもＯＦＦと
なる。

【００５８】実際には、足底と路面との距離が所定の値
Ｈ１になったときに、路面接近確認センサ０３０８がＯ
ＦＦとなるように路面接近確認ドグ０３０５の取り付け
位置を調整しておくことが好ましい。

【００５９】次いで、路面が足底にさらに接近してきた
場合について考えてみる。図１４及び図１５には、路面
が足底にさらに接近したときの、足部のＡ−Ａ断面及び
Ｂ―Ｂ断面のうち路面接地確認ドグ０３０４周辺並びに
路面接近確認ドグ０３０５周辺が作動する様子をそれぞ
れ拡大して示している。

【００６０】路面が足底に接近を続けると最終的には足
部の路面０３１２への接地が完了する。このとき、路面
検知子０３０３は、路面０３１２と接触して足底方向に
向かって紙面反時計回りに回動して、足部内に深く埋没
してしまう。この動作に追従して、各センサ用ドグ０３
０４及び０３０５も一緒に回動する。すなわち、路面接
近確認ドグ０３０５は、路面接近確認センサ０３０８の
検知域の外に出る。また、路面接地確認ドグ０３０４も
回転して、路面接地確認センサ０３０７の検知域内に突
入する。この場合、路面接近確認センサ０３０８の状態
はＯＦＦであるとともに、路面接地確認センサ０３０７
の状態はＯＮとなる。

【００６１】実際には、足底と路面との距離がある所定
の値Ｈ２以下になったときに路面接地確認センサ０３０
７がＯＮになるように路面接地確認ドグ０３０４の取り
付け位置を調整しておくことが好ましい。

【００６２】以上をまとめると、路面接近確認センサ０
３０８並びに路面接地確認センサ０３０７の各状態と足
底〜路面間の距離との関係は、以下に示す通りとなる。

【００６３】

【表１】

【００６４】上表からも分かるように、図５に示すよう
な足部の構成により、路面接近確認と路面接地確認を同
時に行うことができる。

【００６５】上述した例では、１つの路面検知子０３０
３に対して２つのセンサ０３０７及び０３０８を配置す
ることにより３つの状態を判別することができるが、勿
論、同様の構成を採用することにより、１つの路面検知
子で４つ以上の状態を判別することも可能である。

【００６６】図１６及び図１７には、本実施例に係る足
部を傾斜のある路面に対して適用した場合の様子を図解
している。但し、路面の傾斜角度はθであるとする。

【００６７】図１６では、足部０４０１は、路面接地部
で構成される足部接地面と角度θを持つ路面０４０２の
上空にある。足部０４０１は、つま先側の路面検知子０
４０３とかかと側の路面検知子０４０４を備えている。
図示の例では、つま先側の路面検知子０４０３とかかと
側の路面検知子０４０４はいずれも路面から充分に離間
した状態にある。

【００６８】また、図１７に示す例では、足部０４０１
の接地面は路面０４０２に対して角度θを保った状態で
さらに路面に接近している。図示の状態では、つま先側
の路面検知子０４０３は未だ路面から離間した状態にあ
るが、かかと側の路面検知子０４０４は路面に接近した
状態へと遷移している。

【００６９】また、図１８には、本実施例に係る足部を
傾斜ではなく段差のある面に対して適用した場合の様子
を図解している。

【００７０】図示のような場合、かかと側並びにつま先
側の路面検知子からの出力に基づいて、ロボットは路面
が足部接地面とは平行でない、あるいはかかと側の路面
に対して凸部がある、あるいはつま先側の路面に凹部が
ある、あるいはつま先際の路面が途切れている、などの
推測が可能となる。この結果、ロボット本体側の制御部
では、これらの路面に対応する脚式動作に切り換えるこ
とができる。

【００７１】他方、本実施例のような路面検知機能がな
い足部を適用した脚式ロボットの場合、かかと側が路面
に接地しないとかかと側が先に接地することが判らな
い。このような場合、ロボットの制御部からは意図しな
いタイミングで路面への接地が発生するので、歩行動作
の状況によってはかかと側が路面に対して過大な速度で
衝突するなどして歩行の安定性に重大な影響を及ぼす可
能性がある。

【００７２】人間の場合であっても、暗闇の中で歩行す
るような場合には、路面の段差に気がつかずに歩行が不
安定になることもある。視覚センサの検知能力や画像処
理能力が充分でない場合、実際の足部の主要部分が接地
する前に路面への接近状況を段階的に検知する機能は非
常に有効である。

【００７３】図５に示した例では、足部の底面の４隅に
路面検知子を配置したが、本発明は必ずしもこのような
構成には限定されない。より多い個数の路面検知子を配
置することにより、足部と路面との距離関係をさらに細
かく計測することができる。また、同じ個数の路面検知
子を使用する場合には、効率的に配置することが好まし
い。

【００７４】図１９には、本発明の他の実施形態に係る
足部の構造を図解している。図示の例では、１つの足部
に対して６基の路面検知子が搭載されている。また、図
２０及び図２１にはそれぞれ、図１９に示す足部のＡ−
Ａ断面及びＢ−Ｂ断面を示している。

【００７５】図５に示した足部構造との大きな相違は、
足部の底面の４隅だけでなく、土踏まずに相当する部位
にも１対の路面検知子を配設した点にある。また、土踏
まずの路面検知子は、左右で向きを異ならせている（一
方はかかと側を、他方はつま先側を向いている）。

【００７６】人間の住空間における路面は一般に平面で
はないため、接地確認並びに路面接近確認を図５に示す
ような足部の４隅だけで行うのは不充分な場合がある。
図１９に示すように路面検知子を増設することにより、
足部と路面の距離関係の測定能力並びに信頼性を向上さ
せることができる。

【００７７】図２２及び図２３には、図１９に示す足部
構造を階段の昇降に適用した様子を図解している。

【００７８】図２２には、足部がつま先からかかとまで
全面で階段の各面に接地する様子を図解している。図示
の例では、階段０７０１上にある遊脚側の足部０７０２
が立脚側の足部０７０３に支えられて、遊脚側の足部の
目的地０７０４に踏み出そうとしている。

【００７９】このような階段昇降動作においては、足部
のいずれに配設した路面検知子からも、同様に路面接近
確認並びに路面接地確認を行うことができる。

【００８０】このような階段昇降動作の場合、足底の有
効面積を大きくとれるので、安定領域が広くなる。但
し、つま先が階段の次の段の垂直面に接近するため、遊
脚側の足部を持ち上げる方向が垂直方向に立ち上がるよ
うにしなければならない。

【００８１】遊脚側を垂直に持ち上げることは、立脚側
に作用するモーメントが大きくなる時間が長くなるなど
の影響があるため、ロボットの歩行には必ずしも適して
いるとは限らない。

【００８２】また、図２３には、足部がつま先側の約半
分で階段の各面に接地する様子を図解している。

【００８３】このような階段昇降動作においては、足部
の全面が階段面に接地する訳ではないので、足部の底面
に配置された路面検知子の中には階段面との接地や接近
の測定に関与しないものもある。

【００８４】また、このような階段昇降動作の場合、足
部の接地面積が小さくなる分だけ安定領域は図２２に示
した例よりも狭くなってしまう。但し、遊脚側を持ち上
げる際に、つま先と次の段の垂直面との間の余裕を大き
くとることができるので、立脚側を持ち上げる際の仰角
を小さくすることができる。これにより遊脚側を持ち上
げる際のロボットの負担を軽減させることができる。ま
た、階段に着地するときの階段路面上を通過する期間が
短くなるので、着地面に対しても低い軌道を設定するこ
とができる。

【００８５】図２２に示した例に比べ、図２３に示す階
段昇降動作によれば、ロボット機体にとって負担が少な
く、またエネルギー消費も軽減する。

【００８６】人間の実際の階段昇降動作を見ても、つま
先を階段の次の段近くに接地させることは少ない。

【００８７】脚式ロボットが図２３に示すような階段昇
降動作を安定して実現するためには、足部のうちつま先
側の半分程度での路面接地状態を確認にできることが望
ましい。図１９に示したような足部構造によれば、土踏
まず、すなわち足部のほぼ中央にある路面検知子によっ
て、図２３に示すような階段昇降動作を好適に実現する
ことができる。

【００８８】［追補］以上、特定の実施例を参照しなが
ら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や
代用を成し得ることは自明である。

【００８９】例えば、図８などに示した路面検知子の代
わりにフォト・スイッチなどを適用しても、同様に足部
と路面との接地や接近などの距離関係を測定することが
できる。

【００９０】すなわち、例示という形態で本発明を開示
してきたのであり、限定的に解釈されるべきではない。
本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許
請求の範囲の欄を参酌すべきである。

【００９１】

【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
様々な路面上を可動脚によって歩行その他の脚式移動作
業を行う脚式移動ロボットのための優れた足部構造を提
供することができる。

【００９２】また、本発明によれば、表面状態が不知の
路面上を可動脚によって歩行その他の脚式移動作業を行
う脚式移動ロボットのための優れた足部構造を提供する
ことができる。

【００９３】また、本発明によれば、路面の表面状態や
路面への接地状態を正確に判断する脚式移動ロボットの
ための優れた足部構造を提供することができる。

【００９４】本発明に係る脚式移動ロボットのための足
部構造によれば、足部と路面との接近及び接地状況など
の距離関係の計測を、路面検知部を用いて小型且つ安価
に実現することができる。

【００９５】また、路面検知部を足部に複数箇所配置す
ることによって、単純に路面との距離関係を測定するだ
けでなく、足部接地面と路面との傾斜や、路面の凹凸状
況、路面の有無などの確認を行うことができる。

【００９６】また、土踏まずに相当する足部の略中央付
近にも路面検知子を配置することにより、階段の昇降動
作を、安定した無理のない脚部の軌道で、また低消費電
力で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】足部と路面の距離を測定する実現手段としてポ
テンショメータを足部に搭載した構造例を示した図であ
る。

【図２】図１に示した足部がロボットの脚部に取り付け
られて路面状況を測定する様子を示した図である。

【図３】図１に示した足部がロボットの脚部に取り付け
られて路面状況を測定する様子を示した図である。

【図４】図１に示した足部がロボットの脚部に取り付け
られて路面状況を測定する様子を示した図である。

【図５】本発明の実施に供される脚式ロボットの足部構
造を示した図であり、その上面、側面、並びに底面を描
写した図である。

【図６】図５に示す足部のＡ−Ａ断面図である。

【図７】図５に示す足部のＢ−Ｂ断面図である。

【図８】路面検知子０３０３の拡大斜視図である。

【図９】図５に示す足部の正面図である。

【図１０】図５に示す足部が路面０３１２から充分離間
しているときのＡ−Ａ断面のうち路面検知子０３０３周
辺を拡大して描いた図である。

【図１１】図５に示す足部０３１２が路面から充分離間
しているときのＢ−Ｂ断面のうち路面検知子０３０３周
辺を拡大して描いた図である。

【図１２】路面が足底に接近してきたときの図５に示す
足部のＡ−Ａ断面のうち路面検知子０３０３周辺の様子
を拡大して描いた図である。

【図１３】路面が足底に接近してきたときの図５に示す
足部のＢ−Ｂ断面のうち路面検知子０３０３周辺の様子
を拡大して描いた図である。

【図１４】路面が足底にさらに接近してきたときの図５
に示す足部のＡ−Ａ断面のうち路面検知子０３０３周辺
の様子を拡大して描いた図である。

【図１５】路面が足底にさらに接近してきたときの図５
に示す足部のＢ−Ｂ断面のうち路面検知子０３０３周辺
の様子を拡大して描いた図である。

【図１６】本実施例に係る足部を傾斜のある路面に対し
て適用した場合の様子を示した図である。

【図１７】本実施例に係る足部を傾斜のある路面に対し
て適用した場合の様子を示した図である。

【図１８】本実施例に係る足部を段差のある面に対して
適用した場合の様子を示した図である。

【図１９】本発明の他の実施例に係る足部構造を示した
図であり、その上面、側面、並びに底面を描写した図で
ある。

【図２０】図１９に示す足部のＡ−Ａ断面図である。

【図２１】図１９に示す足部のＢ−Ｂ断面図である。

【図２２】図１９に示す足部構造を階段の昇降に適用し
た様子を示した図であり、より具体的には、足部がつま
先からかかとまで全面で階段の各面に接地する様子を示
した図である。

【図２３】図１９に示す足部構造を階段の昇降に適用し
た様子を示した図であり、より具体的には、足部のつま
先側の約半分で階段の各面に接地する様子を示した図で
ある。

【符号の説明】

０３０１…足底ベース部，０３０２…支点部 ０３０３…路面検知子，０３０４…路面接地確認用ドグ ０３０５…路面接近確認用ドグ，０３０６…基板 ０３０７…路面接地確認センサ，０３０８…路面接近確
認センサ ０３０９…押し付けバネ，０３１０…路面接地部 ０３１１…脚固定部材

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも複数本の可動脚を備えた脚式移
   動ロボットのための足部構造であって、 足部ベース体と、 前記足部ベース体の底面に配置されて、足部と路面との
   接近及び接地状況を測定する路面検知部と、を具備する
   ことを特徴とする脚式移動ロボットのための足部構造。
2. 【請求項２】前記路面検知部は、前記足部ベース体の底
   面に複数基配置されていることを特徴とする請求項１に
   記載の脚式移動ロボットのための足部構造。
3. 【請求項３】前記路面検知部は、少なくとも前記足部ベ
   ース体の底面の４隅に配置されていることを特徴とする
   請求項１に記載の脚式移動ロボットのための足部構造。
4. 【請求項４】前記路面検知部は、少なくとも前記足部ベ
   ース体の底面の略中央に配置されていることを特徴とす
   る請求項１に記載の脚式移動ロボットのための足部構
   造。
5. 【請求項５】前記路面検知部は、前記足部ベース体に対
   して出没自在で且つ路面方向に付勢されて取り付けられ
   た路面検知子と、該路面検知子が第１の出没位置にいる
   か否かを検出する第１の検出部と、該路面検知子が第２
   の出没位置にいるか否かを検出する第２の検出部とを備
   えることを特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボッ
   トのための足部構造。
6. 【請求項６】脚式移動ロボットにおける可動脚の足部に
   適用され、該足部と路面との距離関係を検出する路面検
   知装置であって、 前記足部の底面に対して路面方向に出没自在に取り付け
   られた路面検知子と、 該路面検知子が路面に近い第１の出没位置にいるか否か
   を検出する第１の検出部と、 該路面検知子が路面よりもやや遠い第２の出没位置にい
   るか否かを検出する第２の検出部と、を具備することを
   特徴とする路面検知装置。
7. 【請求項７】さらに、前記路面検知子を路面方向に向か
   って付勢する押し付け部を備え、 前記路面検知子は路面に接地するまでは前記足部の底面
   から露出することを特徴とする請求項６に記載の路面検
   知装置。
8. 【請求項８】前記第１の検出部は路面への接近を検出す
   ることを特徴とする請求項６に記載の路面検知装置。
9. 【請求項９】前記第２の検出部は路面への接地を検出す
   ることを特徴とする請求項６に記載の路面検知装置。
10. 【請求項１０】前記第１の検出部は足部と路面との距離
    が所定値Ｈ１以上のときにオン状態になりＨ１未満にな
    るとオフ状態に切り換わるように設定されるとともに、 前記第２の検出部は足部と路面との距離が所定値Ｈ２
    （但し、Ｈ２＜Ｈ１）以上のときにオフ状態になりＨ２
    未満になるとオン状態に切り換わるように設定されるこ
    とを特徴とする請求項６に記載の路面検知装置。