JP2002253872A - 二足歩行型ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単で安価な構成によりスムーズな旋回動作
を行う。 【解決手段】 両脚部２０、３０は、平行リンク機構に
よりその下端に取り付けられた足部４０、５０の着地板
４３、５３がそれぞれ楕円状軌跡を描き且つ左右がちょ
うど反対位相となるように回転運動する。足部５０は平
行リンク部材３２ｂに対して水平面内で回転自在であっ
て、可動体３２２が下にスライド移動すると可動体３２
２の下端の係合片が突出し、足部固定板５２に設けられ
た係合突起を後方から押圧して着地板５３が右斜め前方
に開くように回転する。右足部５０が床面４から離間し
ている間に着地板５３を回転させ、着地して電磁石５４
によって床面４に吸着したあと、ばねの付勢力で可動体
３２２が上にスライド移動すると、他のばねの付勢力で
胴体部１０は右足部５０の向きと揃い旋回が達成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は玩具等に好適な二足
歩行型ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】玩具における二足歩行型ロボットとして
は、例えば特開平７−３１７４９号公報、特開平７−２
２７４８２号公報等に記載のものが知られている。この
従来の二足歩行型ロボットは、脚部下端に設けられた足
部底面が歩行面に着地した際には内部に収容され、足部
が歩行面から離間した際には下方に突出して歩行面に接
触する車輪を、左右両脚の内部に備える。この車輪はモ
ータにより回転駆動され、この車輪の回転動力によりロ
ボットは前進・後退する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の二足歩行型ロボットは、上方に持ち上げ
られた足部においても車輪が歩行面に接触しており、た
とえ足部に隠れて車輪が見えにくかったとしても、完全
な二足歩行を達成しているとは言えない。

【０００４】また、上記従来技術のほかに、片足のみに
より胴体部の支持を確保し、左右脚部の回転運動によっ
て歩行する二足歩行型ロボットも知られている。しかし
ながら、従来のこのようなロボットは、片足での安定的
なバランスを確保するため、足部の接地面積を非常に広
くする必要があり、胴体部の大きさとのバランスが不自
然にならざるをえない。つまり、人間の身体の寸法バラ
ンスを大きく逸脱した形態となってしまう。

【０００５】このような課題に鑑み、本出願人は特願２
０００−３９５４４６号により、着地した側の足を床面
に吸着させることによって転倒を回避しながら前進及び
後退歩行を行う二足歩行型ロボットを提案している。こ
うした二足歩行型ロボットでは直進的な歩行のみなら
ず、前進及び後退時に左右いずれの方向にも旋回できる
ことが好ましい。本発明はこのような点に鑑みて成され
たものであり、その目的とするところは、左右両足を片
足ずつ交互に床面から離間させて二足歩行を行う二足歩
行型ロボットにおいて、左右方向への方向転換を歩行し
ながらスムーズに行うことができ、しかもそのための構
成や制御が簡単であって低廉なコストで実現が可能であ
るような二足歩行型ロボットを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段、及び効果】上記課題を解
決するために成された第１の発明に係る二足歩行型ロボ
ットは、 a)胴体部と、 b)該胴体部にそれぞれ設けた左右脚部と、 c)該左右脚部の下端にそれぞれ左右方向に回動自在に設
けた左右足部と、 d)該左右足部が側方から見て略楕円状又は略円状の軌跡
を描き、且つ左足部と右足部とが互いに略逆位相でそれ
ぞれ回転するように前記左右脚部を駆動する脚部駆動手
段と、 e)一方の足部の裏面が床面に着地し他方が床面から離間
したときに、該離間した側の足部を左右いずれかの方向
に回転させ、該足部の裏面が床面に着地して他方が床面
に離間したあとに、着地した足部よりも上方の両脚部及
び胴体部を該足部の向きに揃うように回転させる旋回実
行手段と、を備えることを特徴としている。

【０００７】また、上記課題を解決するために成された
第２の発明に係る二足歩行型ロボットは、 a)胴体部と、 b)該胴体部にそれぞれ設けた左右脚部と、 c)該左右脚部の下端にそれぞれ左右方向に回動自在に設
けた左右足部と、 d)該左右足部が側方から見て略楕円状又は略円状の軌跡
を描き、且つ左足部と右足部とが互いに略逆位相でそれ
ぞれ回転するように前記左右脚部を駆動する脚部駆動手
段と、 e)一方の足部の裏面が床面に着地し他方が床面から離間
したときに、該着地した足部側でその上方の脚部及び胴
体部を左右いずれかの方向に回転させ、次いでその足部
の裏面が床面から離間したあとに、該足部を上方の両脚
部及び胴体部の向きに揃うように回転させる旋回実行手
段とを備えることを特徴としている。

【０００８】第１の発明に係る二足歩行型ロボットで
は、両足部の上下動作及び前進・後退の推進力を得るた
めの足部の踏出し動作を脚部駆動手段により達成し、そ
うした足部の踏出し動作中のロボットの旋回、つまり方
向転換を旋回実行手段により達成する。例えば右方向へ
の方向転換を行う際には、右足部が床面から離間したあ
と再び着地するまでの間に、その右足部を右脚部を軸と
して右方向に所定角度だけ回転させる。それによって、
右足部は右斜め前方に開いた状態となって着地する。そ
して、左足部が床面から離れ右足部のみで上体を支持し
た状態になったあと、右足部よりも上方の上体全体（胴
体部及び両脚部）を右脚部を軸に右方向に回転させて上
体の向きを右足部の向きと揃える。その結果、ロボット
全体が右方向に上記所定角度だけ回転した状態となり、
持ち上げていた左足部は右斜め前方へと着地する。この
ようにして、歩行しながら右方向へと旋回することがで
きる。左方向へも左右が逆となっただけであとは同様に
して旋回することができる。更にまた、後方への左右旋
回も同様にして行うことができる。

【０００９】また第２の発明に係る二足歩行型ロボット
では、先に足部を回転させるのではなく、着地している
側の足部の上方の脚部を足部に対して回転させる（脚部
と共に胴体部も回転する）。これにより、着地していた
足部を除いてロボット全体が左右いずれかの方向に所定
角度だけ回転した状態となり、持ち上げていた足部は斜
め前方へと着地する。そして、先に着地していた上記足
部が床面から離間したあとにその足部を胴体部の向きに
揃えるように回転させる。

【００１０】第１及び第２の発明に係る二足歩行型ロボ
ットによれば、前進・後退歩行しながらその途中でスム
ーズに左右いずれの方向にも旋回することができる。

【００１１】上記第１、第２の発明に係る二足歩行型ロ
ボットでは、歩行時に片足が交互に完全に床面から離間
するために、片足での上体の支持を可能とした転倒防止
手段を備えることが好ましい。具体的には、転倒防止手
段は、床面に対して左右足部の裏の着地面をそれぞれ吸
着させる吸着手段とすることができ、例えば、床面を磁
性体で形成し、左右足部にそれぞれ設けた磁石又は電磁
石から発する磁力によって床面に吸着させる構成とする
ことができる。また、床面と足部裏面との間に負圧を発
生させることによって吸着させることも考えられる。こ
の構成によれば、旋回時は勿論、直進歩行時にも安定し
た歩行動作が可能であって転倒することがない。

【００１２】このような吸着手段を利用してロボットが
転倒することなく歩行できるようにするには、上記脚部
駆動手段による両脚部の駆動と連動して、少なくとも足
部が回転軌跡の下方にあって、その着地面が床面に接触
しているときに該足部側で吸着動作を行わせるととも
に、足部が回転軌跡の上方にあるときには該足部側で吸
着動作を停止し、このような動作を左右両脚部の回転運
動に応じて交互に繰り返すべく吸着手段を制御する制御
手段を設けるとよい。

【００１３】第１、第２の発明に係る二足歩行型ロボッ
トでは、上記旋回実行手段は、足部とその上方の脚部と
が同方向に揃うように付勢する付勢手段と、床面から離
間した側の足部を脚部駆動手段による両脚部の駆動と連
動して付勢手段による付勢力に抗して回転させるととも
に、その足部が着地したときにその回転動作を解除す
る、又は、床面に着地している側の足部の上方の脚部を
脚部駆動手段による両脚部の駆動と連動して付勢手段に
よる付勢力に抗して回転させるとともに、その足部が床
面から離間したときにその回転動作を解除する強制回動
手段とを含む構成とすることができる。ここで付勢手段
は、例えばばねやゴム等の一般的な弾性部材を利用する
ことができる。

【００１４】また、上記強制回動手段は、足部又はその
上の脚部のいずれか一方に固定的に設けられた固定係合
部と、他方に進退自在に設けられ進出時に該固定係合部
と係合する可動係合部とを含み、脚部の位置に応じて可
動係合部と固定係合部とが係合して足部又は脚部を回転
させる構成とすることができる。

【００１５】この構成によれば、足部又は脚部を回転さ
せるためにモータ等の駆動手段を設ける必要はなく、可
動係合部を進出又は後退させるための単純な直線運動を
行わせる駆動手段を設けさえすればよい。こうした駆動
手段としては、ソレノイド等の電磁力によるもの、形状
記憶合金等の通電（加熱）によって伸縮する材料を用い
るもの、或いは、これらとばね等の組合せなどが考えら
れる。このような駆動手段はモータ等を利用する場合よ
りも低廉なコストですみ、特に小型化にも有利である。

【００１６】更に、上記固定係合部は足部に設けられ、
上記可動係合部は脚部の下端に進退自在に設けられ、脚
部駆動手段による両脚部の駆動によって脚部の傾斜状態
が変化するに伴って可動係合部と固定係合部との係合及
びその解除が成される構成とすることができる。この構
成によれば、例えば足部が床面から離間している期間に
その足部を左右いずれかの方向に適切に回転させること
ができ、構成が簡単になり、可動係合部を進出又は後退
させるための駆動手段に対する電気的な制御も非常に簡
単になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
二足歩行型ロボットについて図面を参照して説明する。
図１は本実施形態による二足歩行型ロボットの外観斜視
図、図２はロボット本体１の右半身側面図、図３はロボ
ット本体１の正面図、図４はロボット本体１の胴体部１
０の内部にある駆動機構１１の概略構成を示す左側面図
（ａ）及び一部上面図（ｂ）、図５は右脚部の一構成要
素である平行リンク部材の要部の構成を示す斜視図、図
６は平行リンク部材に内装される可動体の動作を示す要
部の縦断面図、図７は右足部の構成を示す上面図（ａ）
及び右側面図、図８は脚下端支承部材の構成図、図９は
足部固定板の構成図である。

【００１８】図１に示すように、本二足歩行型ロボット
は、鉄等の磁石に吸着する性質を有する材料から成る床
面４上を歩行するロボット本体１と、このロボット本体
１とケーブル線２を介して接続された操作部３とから成
る。ロボット本体１は、例えば、テレビのアニメーショ
ン番組等で知られた各種のいわゆるキャラクタを模した
外装を有しているが、図１〜図３ではこれら外装を取り
除き、ロボット本体１の歩行動作に関連する要部のみを
記載している。

【００１９】ロボット本体１は、直方体箱形状の胴体部
１０の左右両側面にそれぞれ左脚部２０及び右脚部３０
を備え、左脚部２０及び右脚部３０の下端にはそれぞれ
左足部４０及び右足部５０を有している。胴体部１０の
内部には、左右両脚部２０、３０を同期して駆動するた
めの駆動機構１１を備える。この駆動機構１１において
は、図４に示すように、モータ１２の回転駆動力が、モ
ータ軸１３に取り付けられたウォーム１４、ウォーム１
４に噛合する第１歯車１５、第１歯車１５に噛合する第
２歯車１６、第２歯車１６の前後にそれぞれ噛合する前
歯車１７ａ及び後歯車１７ｂを介して、略水平に延伸す
る二本のクランク軸（前クランク軸１８ａ及び後クラン
ク軸１８ｂ）に伝達され、それらクランク軸１８ａ、１
８ｂを同一方向に同一速度で回転させる。モータ１２が
逆方向に回転すると、二本のクランク軸１８ａ、１８ｂ
も連動して逆方向に回転する。ウォーム１４、第１歯車
１５、第２歯車１６、前歯車１７ａ（及び後歯車１７
ｂ）の歯数は、モータ１２の回転速度と前クランク軸１
８ａ（及び後クランク軸１８ｂ）の回転速度との比を考
慮して適宜に決められる。

【００２０】略同一水平面上にあって互いに平行な前ク
ランク軸１８ａ及び後クランク軸１８ｂの両端は、図
１、図３に示すように胴体部１０の側面板を貫通して左
右両側に突出している。左側面側の二個のクランクピン
２１ａ、２１ｂと右側面側の二個のクランクピン３１
ａ、３１ｂとは、左側と右側とでちょうど反転位相の動
作を行うように、クランク軸１８ａ、１８ｂの周りに１
８０°対向する回転位置に固定されている。このクラン
クピン２１ａ、２１ｂ及び３１ａ、３１ｂにそれぞれ上
記左脚部２０及び右脚部３０が取り付けられている。

【００２１】図２及び図３により右脚部３０の構成につ
いて説明すると、二個のクランクピン３１ａ、３１ｂの
他端には、右脚部３０の骨組に相当する二本の略くの字
形状の平行リンク部材３２ａ、３２ｂの上端が回転自在
に枢支されている。平行リンク部材３２ａ、３２ｂには
縦方向に長い孔状の枢支開口３３ａ、３３ｂが形成され
ており、胴体部１０の側面板に突設された案内ピン３４
ａ、３４ｂが枢支開口３３ａ、３３ｂに遊嵌して平行リ
ンク部材３２ａ、３２ｂの動きを制限している。

【００２２】二本の平行リンク部材３２ａ、３２ｂのう
ち、後方側の平行リンク部材３２ｂにあって脛部に相当
する部分は、図５（ａ）に示すように、後方が開口した
断面コ字形状体（又は断面ロ字形状体でもよい）３２１
である。その内部空間には図５（ｂ）に示すような可動
体３２２が収納されており、可動体３２２は断面コ字形
状体３２１に固定された棒状体３２６が挿通された長形
孔３２３に沿って上下にスライド移動可能となってい
る。この可動体３２２には駆動装置としてリニアアクチ
ュエータ３２５が付設されている。ここでは、リニアア
クチュエータ３２５は、通電によってプランジャが突出
して可動体３２２を下方向に押すプッシュ型のソレノイ
ド３２５ａと、そのプランジャの突出方向とは反対方向
に可動体３２２を付勢するばね３２５ｂとを組み合わせ
た構成としている。リニアアクチュエータ３２５の構成
はこれに限定されるものではなく、例えば通電によって
圧縮又は伸長する形状記憶合金を利用したアクチュエー
タを用いてもよい。いずれにしても、充分なストローク
や応答速度が得られるものであればよく、好ましくは駆
動に要する電力の消費が少ないものがよい。

【００２３】可動体３２２が最高位置に在るときには、
図６（ａ）に示すように可動体３２２下端の係合片３２
４は断面コ字形状体３２１の内部に隠れている。そし
て、リニアアクチュエータ３２５への通電によって可動
体３２２が下方向にスライド移動すると、図６（ｂ）に
示すように係合片３２４は断面コ字形状体３２１の下端
から突出する。係合片３２４は後述するように足部と協
働して、本ロボットの旋回を達成する。

【００２４】右足部５０は、図７（ａ）、（ｂ）に示す
ように、上記両平行リンク部材３２ａ、３２ｂの下端に
それぞれ回転自在に軸着される脚下端支承部材５１と、
脚下端支承部材５１を垂直な軸５２３を中心に回転自在
に支持する足部固定板５２と、足部固定板５２の下面に
固着された略平板状の着地板５３とを含む。着地板５３
の上面で且つ脚下端支承部材５１の位置よりも外方側に
は、逆Ｕ字状の電磁石５４が設けられている。この電磁
石５４は、着地板５３を貫通して底部に露出する二個の
ナット５４１の間に逆Ｕ字状のコア５４２を取り付け、
そのコア５４２の周囲に電線５４３を巻回したものであ
る。この電磁石５４に通電を行うと二個のナット５４１
から下方に向けて磁力線が発生するので、着地板５３の
下方側に強い磁力を得ることができ、磁性体である床面
４に強力に吸着する。

【００２５】脚下端支承部材５１は図８に示すように、
略断面コ字形状を有し平行リンク部材３２ａ、３２ｂの
下端を間に挟み込んで軸着するための軸穴を前後に有す
る基体５１１と、該基体５１１の底壁から水平方向に延
出し垂直な軸穴５１４を有する取付片５１３とを有す
る。基体５１１の底壁の後方側は後記理由のために略Ｕ
字状の切欠部５１２が形成されている。一方、足部固定
板５２は図９に示すように、平板部５２１と該平板部５
２１から上方に突出した制止凸部５２２、軸５２３、及
び係合突起５２４を有している。

【００２６】足部固定板５２の軸５２３は脚下端支承部
材５１の取付片５１３の軸穴５１４に挿通して、その上
部には脱落防止の係止部材（ナットなど）が取り付けら
れるようになっている。また、足部固定板５２の係合突
起５２４はちょうど脚下端支承部材５１の切欠部５１２
の位置に対応している。更に図７及び図９に示すよう
に、脚下端支承部材５１の基体５１１と足部固定板５２
の制止凸部５２２との間には引張コイルばね５５が設け
られ、これによって脚下端支承部材５１は軸５２３を中
心に右回転方向に付勢され、取付片５１３の縁部が足部
固定板５２の制止凸部５２２に当接する位置で静止して
いる。本ロボットにおいてこの位置は、胴体部１０と右
足部５０とが共に真直ぐに前を向く位置である。

【００２７】なお、左脚部２０及び左足部４０と右脚部
３０及び右足部５０とは左右対称である以外は同一の構
成を有しているので、左脚部２０及び左足部４０につい
ては説明を省略する。

【００２８】上記構成において、モータ１２の回転駆動
力によりクランク軸１８ａ、１８ｂが回転されると、平
行リンク部材３２ａ、３２ｂの上端の枢支部は、図２中
にそれぞれＡ、Ｂで示すように円状に回転運動する。し
かしながら、平行リンク部材３２ａ、３２ｂの動きは案
内ピン３４ａ、３４ｂと枢支開口３３ａ、３３ｂとの遊
嵌によって規制されているため、平行リンク部材３２
ａ、３２ｂ下端の脚下端支承部材５１の二本の軸は、上
記円状の回転運動とは逆回りの、図２中にＣ、Ｄで示す
楕円状の回転運動となる。二本のクランク軸１８ａ、１
８ｂの回転は同期しているから、二本の平行リンク部材
３２ａ、３２ｂの平行性は常に維持され、右足部５０は
その底面の着地板５３が床面４と略平行に維持された状
態で長円状に回転運動する。また、右側面の平行リンク
部材３２ａ、３２ｂと左側面の平行リンク部材２２ａ、
２２ｂは互いに反転位相で動作するから、右足部５０と
左足部４０の長円運動はちょうど位相が反転したものと
なり、例えば右足部５０が図２中に示す位置Ｌ１に在る
ときには左足部４０は図２中に示す位置Ｌ２にある。

【００２９】後に詳述するが、通常の前進歩行及び後退
歩行時には、上述した両脚部２０、３０の運動と両足部
４０、５０の電磁石４４、４５の通電・断電とは所定の
タイミングで同期するように制御されている。その連動
動作のためのスイッチ機構について図１０〜図１２によ
り説明する。図１０は後歯車１７ｂの分解構成図、図１
１は後歯車１７ｂ周囲の背面図、図１２はこのスイッチ
機構を含む要部の電気系構成図である。なお、前歯車１
７ａにおけるスイッチ機構の構成も図１０、図１１と同
一の構成を有している。

【００３０】図１０に示すように、後歯車１７ｂの基部
１７１には略１８０°対向する位置に左右に貫通するス
リット１７２が形成されている。この後歯車１７ｂを挟
んでその両側から、スリット１７２の形成位置に合わせ
て折り曲げた曲げ片部１７４を備えた略半円形状の導電
板１７３を取り付ける。両側の導電板１７３の曲げ片部
１７４はスリット１７２の内側で安定的に接触する。そ
のため、両側の導電板１７３の間は電気的に導通状態に
ある。

【００３１】図１１に示すように、後歯車１７ｂが前述
の如く駆動機構１１の一部として組み上げられた状態
で、後歯車１７ｂを挟み込むようにスイッチ６０ｂが取
り付けられる。このスイッチ６０ｂは、耐摩耗性を有す
る接点６１ａ、６２ａを対向して備える二本の導電体６
１、６２であり、該二本の導電体６１、６２は電気的絶
縁性を有するゴム、ばね等の付勢部材６３によって互い
に近接するように付勢されている。これにより、両接点
６１ａ、６２ａは後歯車１７ｂの基部１７１の両面に適
度な強さで押し付けられて接触している。したがって、
後歯車１７ｂの回転に伴って接点６１ａ、６２ａの対向
位置に導電板１７３が来たときには、この導電板１７３
を介して両側の導電体６１、６２が導通する。後歯車１
７ｂが連続的に回転するとき、１回転のうちの略半回転
期間では導電板１７３を介して両側の導電体６１、６２
が導通し、それ以外の略半回転期間では接点６１ａ、６
２ａ間に導電板１７３が存在しないために両側の導電体
６１、６２間の導通は遮断される。すなわち、このスイ
ッチ６０ｂは、後歯車１７ｂつまりは後クランク軸１８
ｂが略半回転期間だけ導通するスイッチとして機能す
る。

【００３２】図１２に示すように、後歯車１７ｂに設け
られたスイッチ６０ｂと、同様の構成を有して前歯車１
７ａに設けられたスイッチ６０ａとは、互いに相違する
略半回転期間でそれぞれ導通するように構成されてい
る。また、前歯車１７ａに設けられたスイッチ６０ａは
右足部５０の電磁石５４、後歯車１７ｂに設けられたス
イッチ６０ｂは左足部４０の電磁石４４への駆動電流の
供給・遮断を制御するように構成されている。これによ
り、電磁石４４、５４はクランク軸１８ａ、１８ｂの回
転動作、つまりは両足部４０、５０の長円形状の回転運
動に同期して、それぞれ交互に所定期間だけオンし他の
期間はオフする。

【００３３】本実施形態によるロボット本体１の通常の
歩行動作は、上述したような両脚部２０、３０を介した
両足部４０、５０の長円状の回転運動と、両足部４０、
５０に設けられた電磁石４４、５４のオン・オフ動作と
の組合せによって達成される。このロボット本体１の歩
行動作について、図１３のタイムチャートを参照して説
明する。

【００３４】モータ１２の回転駆動により両足部４０、
５０がそれぞれ回転運動を行うとき、例えば右足部５０
が、位置Ｌ１に在るときとその反転位置の位置Ｌ２に在
るときのいずれも着地した状態にある。つまり、図１３
（ａ）及び（ｂ）に示す通り、左足部４０、右足部５０
が共に、クランク軸１８ａ、１８ｂの１回転周期（以
下、単に「１周期」という）のうち約６０％程度の期間
着地している。したがって、図１３（ｅ）に示すよう
に、１周期のうちの一部期間は両方の足部４０、５０が
共に着地した、いわば安定状態にある。

【００３５】一方、電磁石４４、５４は、図１３（ｃ）
及び（ｄ）に示すように、両足部４０、５０が着地した
安定状態において、それぞれオン→オフ又はオフ→オン
が切り替えられ、それぞれ１周期のうちの約５０％の期
間ずつオンする。このような制御は上述したスイッチ６
０ｂ、６０ａにより達成される。したがって、一方の足
部が着地状態から上方に引き上げられるとき、その足部
の電磁石はオフしているが、他方の足部の電磁石は必ず
オンしている。例えば、電磁石４４がオンすると左足部
４０の着地板４３の下面は磁力により床面４に吸着し、
たとえロボット本体１の重心がその左足部４０のみで支
持するには適当でない位置にあっても、転倒することな
く上方に引き上げられた右足部５０が着地するまでロボ
ット本体１を片足支持する。モータ１２が所定方向に回
転するとき上記動作の繰り返しによって、ロボット本体
１は左右の足部４０、５０を交互に上げながら前進歩行
する。また、モータ１２の回転方向を反転させれば、上
記と全く逆の動作によりロボット本体１は後退歩行す
る。

【００３６】なお、両足部４０、５０の電磁石４４、５
４のオン・オフの切替えタイミングや１周期内でのそれ
ぞれの比率（つまりデューティ比）は、上述したように
前歯車１７ａ及び後歯車１７ｂに取り付ける導電板１７
３の大きさ（クランク軸１８ａ、１８ｂ周りの回転角）
や回転方向における取付位置によって、自在に調整する
ことが可能である。したがって、電磁石４４、５４のオ
ン・オフと両足部４０、５０の着地とのタイミングは適
切な歩行が行えるように適宜に設定すればよく、上記記
載の例に限定されるものではない。

【００３７】次に、本実施形態による二足歩行型ロボッ
トの旋回動作について説明する。旋回を行う場合には、
上述したような両脚部２０、３０の運動及び電磁石４
４、５４のオン・オフ動作に加えて、右脚部３０に設け
られているリニアアクチュエータ３２５と左脚部２０に
設けられているリニアアクチュエータ２２５への通電・
断電動作を行う。図１４及び図１５を参照して旋回の方
法を説明する。図１４は足部付近の要部の側面図、図１
５は要部の上面図である。

【００３８】通常（つまり直進）歩行時には両脚部２
０、３０のリニアアクチュエータ２２５、３２５へは通
電が行われず、可動体２２２、３２２は共に最高位置に
あり、図６（ａ）に示すように係合片３２４は平行リン
ク部材３２ｂの下端面から突出していない。したがっ
て、図１４（ａ）に示すように足部固定板５２の係合突
起５２４に対して何ら作用を及ぼさない。

【００３９】例えば前進歩行中において右方向へ旋回す
る場合を考える。いま左足部４０が前方（図２中の位置
Ｌ２）、右足部５０が後方（図２中の位置Ｌ１）にあっ
て共に床面４に着地した状態にあるとする。次に、この
状態から右足部５０が上方に持ち上げられるわけである
が、それ以前に右脚部３０側のリニアアクチュエータ３
２５へ通電を開始する。すると、上述したようにリニア
アクチュエータ３２５のソレノイド３２５ａからプラン
ジャが突出し、可動体３２２を下方へスライド移動させ
る。その結果、図６（ｂ）に示すように係合片３２４が
平行リンク部材３２ｂの下端面から突出する。このと
き、図１４（ｂ）中に実線で示すように平行リンク部材
３２ｂは前方側に傾いているから、係合片３２４は右足
部５０の足部固定板５２の係合突起５２４の後方に位置
する（図１５（ａ）参照）。

【００４０】右足部５０が床面４から離間して上方に持
ち上げられるに伴い、平行リンク部材３２ｂはその下端
が前方へ徐々に突き出すように回動する。すると、係合
片３２４が右足部５０の足部固定板５２の係合突起５２
４の後部に当接し、更に平行リンク部材３２ｂが回動す
ると、係合片３２４は係合突起５２４を強く前方へと押
圧する（図１４（ｂ））中の一点鎖線参照）。これによ
って、図１５（ｂ）に示すように、足部固定板５２は引
張コイルばね５５の付勢力に抗して軸５２３を中心に右
方向に回転する。このとき、脚下端支承部材５１よりも
上部、つまり右脚部３０、胴体部１０、左脚部２０は真
直ぐ前方を指向しており、足部固定板５２よりも下部、
つまり着地板５３は右に旋回した方向を指向している。

【００４１】この状態で右足部５０の着地板５３は前方
に踏み出して床面４に着地し、上述したように電磁石５
４の作用により右斜め前方を指向した状態で床面４に吸
着する。他方、左足部４０の吸着は解除され、上方に持
ち上げられる。すると、着地している右足部５０では、
平行リンク部材３２ｂは先の動きとは逆に下端が後方へ
徐々に後退するように回動する。そのため、たとえ係合
片３２４が突出した状態のままだとしても、係合片３２
４は足部固定板５２の係合突起５２４を押圧しなくなる
から、引張コイルばね５５の圧縮しようとする付勢力に
よって脚下端支承部材５１と足部固定板５２とは互いに
引き合う。このとき、着地板５３が床面４に吸着してい
るため、脚下端支承部材５１が軸５２３を中心に右方向
に回転し、取付片５１３が制止凸部５２２に当接する位
置で静止する。すなわち、右脚部３０、胴体部１０及び
左脚部２０が右足部５０の着地板５３の指向している方
向に揃うように回転する（図１５（ｃ）参照）。このよ
うにしてロボット本体１の右方向への旋回が完了する。

【００４２】このように右方向に旋回した状態から再び
前進歩行するためには、遅くとも次に右脚部３０の平行
リンク部材３２ｂから突出した係合片３２４が係合突起
５２４に当接するまでの間に可動体３２２を上方向にス
ライド移動させて係合片３２４を収納しておく必要があ
る。これを達成するために、リニアアクチュエータ３２
５において通電を停止するタイミングは、ばね３２５ｂ
の付勢力やその他の要素を考慮して決めることができ
る。

【００４３】例えば、図１５（ｂ）に示すように係合片
３２４が係合突起５２４を押圧している際には、両者の
間には大きな摩擦が作用しているから、上記ばね３２５
ｂの付勢力がこの摩擦力よりも弱い場合には、この時点
でリニアアクチュエータ３２５への通電を停止しても、
係合片３２４は上記摩擦力によって突出したままとな
る。そして、右足部５０の着地板５３が床面４に吸着
し、平行リンク部材３２ｂの下端が後方へ徐々に後退す
るように回動して上記摩擦力が弱くなったときに始め
て、ばね３２５ｂの付勢力で可動体３２２は上方向にス
ライド移動する。したがって、このような構成では、リ
ニアアクチュエータ３２５への通電の停止を比較的早め
に行っても旋回動作に支障をきたさない。一方、リニア
アクチュエータ３２５のばね３２５ｂの付勢力が上記摩
擦力に打ち勝つほど強い場合には、斜め前方を指向して
着地した着地板５３が床面４に吸着するまでリニアアク
チュエータ３２５への通電を継続して、そのあとの適宜
のタイミングで通電を停止することが望ましい。

【００４４】勿論、上述したようなリニアアクチュエー
タ３２５への通電のオン／オフのタイミングは吸着のた
めの電磁石４４、５４のオン／オフと同様の構成により
達成することができる。すなわち、前歯車１７ａ、後歯
車１７ｂの回転に応じてそのタイミングを決めるように
することができ、右又は左の旋回方向に応じて右脚部３
０又は左脚部２０のリニアアクチュエータを駆動すれば
よい。

【００４５】なお、上記実施形態では、旋回する方向側
の足部（例えば右旋回の場合は右足部５０）が外方、つ
まり旋回する方向に回転し、そのあと上体が上記足部に
追随するように回転する構成であったが、同様の考え方
に基づき、旋回する方向と反対側の足部（例えば右旋回
の場合は左足部４０）が内方、つまり旋回する方向に回
転し、そのあと上体が上記足部に追随するように回転す
る構成としてもよい。上記実施形態の場合には、上体が
回転する際に回転外側の脚部が大きく振られるため、大
きな遠心力が作用してバランスを確保するのが困難にな
り、そのため着地している側の足部の吸着力を強くして
おく必要がある。それに対し、上述したように足部を内
方に回転させる構成では、上体が回転する際に回転内側
の脚部が振られるため、その振りは小さくバランスを確
保するのが容易である。そのため、着地している足部の
吸着力は相対的に弱くてもよい。

【００４６】また、上記実施形態による二足歩行型ロボ
ットでは、旋回に先立って足部が回転し、そのあと上体
が回転するという構成であったが、着地している足部を
軸にして先に上体が回転し、その着地している足部が持
ち上げられたあとにその足部が上体に追随して回転する
という構成としても旋回が可能である。この動作につい
て、図１５と対応する図１６を参照して説明する。この
ロボットでは、直前に床面に着地した足部（前進歩行時
には前方に位置する）において係合片３２４を突出させ
たとき、図１６（ａ）に示すようにその係合片３２４が
足部固定板５２の係合突起５２４の前方に位置するよう
に配置を決めておく。

【００４７】右方向に旋回したい場合には、図１６
（ａ）に示すように右足部５０が床面４に着地して吸着
する際に係合片３２４を突出させる。これにより、右脚
部３０の平行リンク部材３２ｂが後方傾斜から前方に倒
れるように回動するに伴い、係合突起５２４を後方に押
圧して足部固定板５２を回転させようとするが、着地板
５３は床面４に吸着しているため、反力によって右脚部
３０が引張コイルばね５５の付勢力に抗して右方向に回
転する（図１６（ｂ）参照）。すなわち、軸５２３を中
心に右脚部３０と、それと一体に胴体部１０及び左脚部
２０も右方向に回転する。したがって、この時点で進行
方向が変わり、持ち上げられている左足部４０は次に右
斜め前方に着地する。そして、右足部５０の着地板５３
が床面４から離間すると、係合片３２４と係合突起５２
４との係合が解除されて、引張コイルばね５５の付勢力
によって足部固定板５２及び着地板５３が軸５２３を中
心に回転し、胴体部１０の向きと揃う（図１６（ｃ）参
照）。このようにして、上記の場合と同様にスムーズな
旋回が達成される。

【００４８】また、足部を脚部に対して回転可能な構成
とし、上記説明とは相違する他の方法によって足部と脚
部とを相対的に回転させるべく動作させる構成を採用す
ることもできる。すなわち、足部と脚部とを係合させる
係合部材を解除自在に設け、通常の前進・後退歩行時に
はその係合を解除し、旋回時にはその係合を行うことに
よって脚部の回転運動を足部に伝達して足部を回転させ
る、又は足部を固定して脚部を回転させるようにすれば
よい。上記実施形態ではその係合部材として、脚部側に
進退自在の係合片を設け、他方足部側には係合突起を設
けている。これに代わるものは様々考え得るが、例え
ば、脚部側及び足部側にそれぞれ設けた歯車の噛合によ
るものとすることができる。すなわち、図１７に示すよ
うに、脚部３０の平行リンク部材３２ｂ側には略水平軸
を中心に回転自在のカサ歯車３２７、足部固定板５２に
は固定したカサ歯車５２５を設け、脚部側のカサ歯車３
２７を図示しないソレノイド等によって平行リンク部材
３２ｂに対して固定できるようにしている。なお、図示
しないが、図７と同様に脚下端支承部材５１は足部固定
板５２に対し引張コイルばねで付勢されている。

【００４９】両カサ歯車３２７、５２５は互いに噛合し
ているものの、通常の前進・後退歩行時にはカサ歯車３
２７は自由に回転するので、足部固定板５２に対して何
ら力を及ぼさず、着地板５３は引張コイルばねの付勢力
によって進行方向を向いている。旋回時にはソレノイド
等によってカサ歯車３２７は平行リンク部材３２ｂに対
して固定される。そのため、平行リンク部材３２ｂの揺
動運動による力がカサ歯車３２７、５２５を介して足部
固定板５２に伝達され、引張コイルばねの付勢力に抗し
て足部固定板５２を回転させる。これにより着地板５３
の向きが変わる。また、この右足部５０の着地板５３が
着地して床面に吸着したあとカサ歯車３２７の固定を解
除すれば、引張コイルばねの圧縮する付勢力によって上
体が右足部５０の向きに揃うように回転する。このよう
にして上記実施形態と同様の旋回を達成することができ
る。このように歯車の噛合を利用すれば、歯車の歯数を
適宜に決めることにより旋回角度を大きくすることが可
能である。

【００５０】更にまた、上述した歯車の噛合を利用した
旋回を行う二足歩行型ロボットの他の実施形態として、
次のように構成することもできる。図１８はこの二足歩
行型ロボットの旋回を行うための要部の構成図であり、
（ａ）は図１７と同様に右足部の側面図、（ｂ）は正面
図である。この構成では、足部固定板５２には冠歯車５
２６が固着され、脚部３０の平行リンク部材３２ｂ側に
は略水平軸を中心に回転自在の平歯車３２８ａ、３２８
ｂが両側に、且つ冠歯車５２６に噛合して設けられてい
る。この平歯車３２８ａ、３２８ｂの上部は切欠部を有
し、その上方には突出時に上記切欠部まで進出するロッ
ドを備えたソレノイド３２９ａ、３２９ｂが設けられて
いる。なお、上記実施形態と同様に、脚下端支承部材５
１は足部固定板５２に対し垂直軸５２３を中心に回転自
在であって、且つ図示しない引張コイルばねで同一方向
に指向するように付勢されている。

【００５１】図１９に示すように、左足部４０も上記右
足部５０と同一の構成を有している。すなわち、この二
足歩行型ロボットでは、足部４０、５０を回転させるた
めに４個のソレノイド３２９ａ、３２９ｂ、２２９ａ、
２２９ｂが用意されており、各ソレノイドは、図示しな
い制御回路によってそれぞれ独立に通電及び断電が行わ
れるようになっている。

【００５２】次いで動作について説明する。通常の前方
又は後方への直進歩行の際には、全てのソレノイド３２
９ａ、３２９ｂ、２２９ａ、２２９ｂへの通電を遮断す
る。このときには各ソレノイド３２９ａ、３２９ｂ、２
２９ａ、２２９ｂのロッドは後退していて平歯車３２８
ａ、３２８、２２８ａ、２２８ｂと干渉せず、それら平
歯車３２８ａ、３２８、２２８ａ、２２８ｂは自由に回
転し、そのため両足部４０、５０は共に前方を指向して
いる。

【００５３】右方向への旋回を行う場合には、まず、右
足部５０が床面４から浮上したときに右足部５０の内方
のソレノイド３２９ｂに通電し、右足部５０を外方つま
り右側にひねりながら踏み出させる。そして右足部５０
が着地して左足部４０が浮上したならば、左足部４０外
方のソレノイド２２９ａに通電し、左足部４０を内方つ
まり右側にひねりながら踏み出させる。左方向への旋回
を行う場合には同様に、左足部４０が床面４から浮上し
たときに左足部４０の内方のソレノイド２２９ｂに通電
し、左足部４０を外方つまり左側にひねりながら踏み出
させる。そして左足部４０が着地して右足部５０が浮上
したならば、右足部５０外方のソレノイド３２９ａに通
電し、右足部５０を内方つまり左側にひねりながら踏み
出させる。すなわち、両脚部のソレノイドのオン／オフ
を連動させることにより、一方の足部のみではなく両足
部を同方向に回転させる。このようにすれば、旋回半径
を小さくすることができ、ロボットの動きをより一層変
化に富んだものとすることができる。

【００５４】なお、上記説明のいずれの方法を用いて
も、後退歩行時にも同様して左右方向に旋回する構成と
することができる。

【００５５】また、上記実施形態によるロボットでは、
操作部３からの操作に応じて前進・後退歩行や左右旋回
動作などを行わせる構成とすることもできるが、このよ
うな操作部３を設けず、ロボット本体に例えばマイクロ
コンピュータなどを搭載して予め定めたシーケンスで歩
行を行うような構成としてもよい。

【００５６】また、上記実施形態の記載は単に本発明の
一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜の修正や変形
を行い、更には同様の作用を達成する他の構成を採用す
ることができることは明らかである。例えば、上記実施
形態では、二足歩行型ロボットが片足で起立する際にそ
の足裏を磁石によって床面に吸着する方式を採用してい
るが、例えば、床面に着地した足裏から空気を吸引する
ことによって負圧状態にし、これによって足裏を床面に
強く吸着させる方式としてもよい（なお、このような負
圧による吸着方式に関しては本出願人が特願２０００−
３９５４４６号で提案した方法とすればよい）。また、
足裏を床面に吸着させることにより転倒を防止する方式
のみならず、他の方式により転倒を防止した二足歩行型
ロボットに対しても本発明を適用することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態による二足歩行型ロボット
の外観斜視図。

【図２】 本実施形態による二足歩行型ロボットのロボ
ット本体の右半身側面図。

【図３】 本実施形態による二足歩行型ロボットのロボ
ット本体の正面図。

【図４】 本実施形態による二足歩行型ロボットの胴体
部内部にある駆動機構の概略構成を示す左側面図（ａ）
及び一部上面図（ｂ）。

【図５】 本実施形態による二足歩行型ロボットにおい
て右脚部の一構成要素である平行リンク部材の要部の構
成を示す斜視図。

【図６】 本実施形態による二足歩行型ロボットにおい
て平行リンク部材に内装される可動体の動作を示す要部
の縦断面図。

【図７】 本実施形態による二足歩行型ロボットにおい
て右足部の構成を示す上面図（ａ）及び右側面図
（ｂ）。

【図８】 本実施形態による二足歩行型ロボットにおい
て脚下端支承部材の構成図。

【図９】 本実施形態による二足歩行型ロボットにおい
て足部固定板の構成図。

【図１０】 本実施形態による二足歩行型ロボットにお
ける後歯車の分解構成図。

【図１１】 本実施形態による二足歩行型ロボットにお
ける後歯車周囲の背面図。

【図１２】 本実施形態による二足歩行型ロボットにお
けるスイッチ機構を含む要部の電気系構成図。

【図１３】 本実施形態による二足歩行型ロボットにお
ける歩行動作に関連する動作タイムチャート。

【図１４】 本実施形態による二足歩行型ロボットにお
ける足部付近の要部の側面図。

【図１５】 本実施形態による二足歩行型ロボットにお
ける足部付近の要部の上面図。

【図１６】 他の実施形態による二足歩行型ロボットに
おける足部付近の要部の上面図。

【図１７】 他の実施形態による二足歩行型ロボットに
おける足部付近の要部の側面図。

【図１８】 他の実施形態による二足歩行型ロボットに
おける足部付近の要部の側面図（ａ）及び正面図
（ｂ）。

【図１９】 図１８に示す二足歩行型ロボットにおける
両足部付近の要部の正面図。

【符号の説明】

１…ロボット本体 ４…床面 １０…胴体部 １１…駆動機構 ２０、３０…脚部 ２１ａ、３１ａ…クランクピン ２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂ…平行リンク部材 ３２１…断面コ字形状体 ３２２…可動体 ３２３…長形孔 ３２４…係合片 ３２５…リニアアクチュエータ ３２６…棒状体 ４０、５０…足部 ５１…脚下端支承部材 ５１１…基体 ５１２…切欠部 ５１３…取付片 ５１４…軸穴 ５２…足部固定板 ５２１…平板部 ５２２…制止凸部 ５２３…軸 ５２４…係合突起 ５３…着地板 ５４…電磁石

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 a)胴体部と、 b)該胴体部にそれぞれ設けた左右脚部と、 c)該左右脚部の下端にそれぞれ左右方向に回動自在に設
   けた左右足部と、 d)該左右足部が側方から見て略楕円状又は略円状の軌跡
   を描き、且つ左足部と右足部とが互いに略逆位相でそれ
   ぞれ回転するように前記左右脚部を駆動する脚部駆動手
   段と、 e)一方の足部の裏面が床面に着地し他方が床面から離間
   したときに、該離間した側の足部を左右いずれかの方向
   に回転させ、該足部の裏面が床面に着地して他方が床面
   に離間したあとに、着地した足部よりも上方の両脚部及
   び胴体部を該足部の向きに揃うように回転させる旋回実
   行手段とを備えることを特徴とする二足歩行型ロボッ
   ト。
2. 【請求項２】 a)胴体部と、 b)該胴体部にそれぞれ設けた左右脚部と、 c)該左右脚部の下端にそれぞれ左右方向に回動自在に設
   けた左右足部と、 d)該左右足部が側方から見て略楕円状又は略円状の軌跡
   を描き、且つ左足部と右足部とが互いに略逆位相でそれ
   ぞれ回転するように前記左右脚部を駆動する脚部駆動手
   段と、 e)一方の足部の裏面が床面に着地し他方が床面から離間
   したときに、該着地した足部側でその上方の脚部及び胴
   体部を左右いずれかの方向に回転させ、次いでその足部
   の裏面が床面から離間したあとに、該足部を上方の両脚
   部及び胴体部の向きに揃うように回転させる旋回実行手
   段とを備えることを特徴とする二足歩行型ロボット。
3. 【請求項３】 片足での上体の支持を可能とした転倒防
   止手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載
   の二足歩行型ロボット。
4. 【請求項４】 前記旋回実行手段は、足部とその上方の
   脚部とが同方向に揃うように付勢する付勢手段と、床面
   から離間した側の足部を前記脚部駆動手段による両脚部
   の駆動と連動して前記付勢手段による付勢力に抗して回
   転させるとともに、その足部が着地したときにその回転
   動作を解除する、又は、床面に着地している側の足部の
   上方の脚部を前記脚部駆動手段による両脚部の駆動と連
   動して前記付勢手段による付勢力に抗して回転させると
   ともに、その足部が床面から離間したときにその回転動
   作を解除する強制回動手段とを含むことを特徴とする請
   求項１〜３のいずれかに記載の二足歩行型ロボット。
5. 【請求項５】 前記強制回動手段は、足部又はその上の
   脚部のいずれか一方に固定的に設けられた固定係合部
   と、他方に進退自在に設けられ進出時に該固定係合部と
   係合する可動係合部とを含み、脚部の位置に応じて可動
   係合部と固定係合部とが係合して足部又は脚部を回転さ
   せることを特徴とする請求項４に記載の二足歩行型ロボ
   ット。
6. 【請求項６】 前記固定係合部は足部に設けられ、前記
   可動係合部は脚部の下端に進退自在に設けられ、前記脚
   部駆動手段による両脚部の駆動によって脚部の傾斜状態
   が変化するに伴って可動係合部と固定係合部との係合及
   びその解除が成されることを特徴とする請求項５に記載
   の二足歩行型ロボット。