JP2003065415A - 早もどり近似平行運動機構 - Google Patents

早もどり近似平行運動機構

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JP2003065415A
JP2003065415A JP2001306913A JP2001306913A JP2003065415A JP 2003065415 A JP2003065415 A JP 2003065415A JP 2001306913 A JP2001306913 A JP 2001306913A JP 2001306913 A JP2001306913 A JP 2001306913A JP 2003065415 A JP2003065415 A JP 2003065415A
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crank
links
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shaft
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Toshiyuki Kakeda
俊幸 欠田
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H21/00Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
    • F16H21/10Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Toys (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 運動周期の4分の3で近似平行運動し、残り
4分の1で近似平行線から離れて開始点に戻る、4足歩
行ロボットの足の機構となる、早もどり近似平行運動機
構を模型や玩具にも利用可能な廉価な機構で提供する。 【解決手段】 同方向に等速回転するクランク軸
(1)、(2)を平行に配置し、クランク軸(1)の軸
端にクランクアーム(3)の一端を、クランク軸(2)
の軸端にクランクアーム(4)の一端を取り付け、クラ
ンクアーム(3)と(4)の回転位相を180度ずら
し、クランク軸(1)、(2)より下方向に向けて、ク
ランクアーム(3)の他端にリンク(5)及び(7)の
一端を同軸着し、クランクアーム(4)の他端にリンク
(6)及び(8)の一端を同軸着し、リンク(5)及び
(8)の他端とリンク(9)の一端を同軸着し、リンク
(6)及び(7)の他端とリンク(10)の一端を同軸
着し、リンク(9)及び(10)の他端を軸着して構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、4足歩行ロボット
の足の機構に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の歩行ロボットの足の機構は、玩具
などの単純なものではその多くがスライダクランク機構
のリンクを延長して、先端の楕円運動をする部分を接地
点とするような擬似的な歩行機構が多く、他の機構もそ
の足先の軌跡は上下動が大きく戻りも遅く、その結果足
を引きずることになり、自然な歩行とは程遠いものであ
った、またそれらを解消したものはカムを利用するか、
油圧やモーター等を動力とし、コンピュータで各関節を
個別に制御するような複雑で高価な機構であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】低速の4足歩行運動で
は、常に3本の足の足先が地面に接地してロボット本体
を支えながら地面と平行に移動し、その間に1本の足が
前に出る運動である為、それぞれの足先は足の1運動周
期の4分の3に渡って近似平行運動してロボット本体を
支え、他の足がロボット本体を支えている間の足の1運
動周期の残り4分の1で近似平行運動線から離れて早も
どり運動をする必要がある。
【0004】本発明は1運動周期の4分の3に渡って近
似平行運動し、残り4分の1で近似平行運動線から離れ
て開始点に戻る、4足歩行ロボットの足の機構となる早
もどり近似平行運動機構を玩具等にも利用できるように
単純、廉価な機構で提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決する為の手段】上記目的を達成する為に、
本発明の早もどり近似平行運動機構は、クランク軸
(1)、(2)を平行に配置し、クランク軸(1)の軸
端にクランクアーム(3)の一端を、クランク軸(2)
の軸端にクランクアーム(4)の一端をそれぞれクラン
ク軸の軸方向に直行して取り付け、クランクアーム
(3)と(4)の回転位相を180度ずらし、クランク
軸(1)、(2)より下方向に向けて、クランクアーム
(3)の他端にリンク(5)及び(7)の一端をクラン
クピンで同軸着し、クランクアーム(4)の他端にリン
ク(6)及び(8)の一端をクランクピンで同軸着し、
リンク(5)及び(8)の他端とリンク(9)の一端を
ピンで同軸着し、リンク(6)及び(7)の他端とリン
ク(10)の一端をピンで同軸着し、リンク(9)及び
(10)の他端をピンで軸着して構成したものである。
【0006】この機構でクランク軸(1)、(2)を等
速回転させると、機構の先端であるリンク(9)、(1
0)の軸着部分は足先となって、クランク軸(1)、
(2)の1回転周期の4分の3に渡ってクランク軸
(1)、(2)の先端を結ぶ線と近似平行運動し、残り
4分の1で近似平行運動線より上を通って開始点に戻る
運動を繰り返す。この機構を4組、ロボット本体に取り
付け、右前、左後、左前、右後の順でそれぞれのクラン
ク軸(1)の位相を順次90度ずつずらして等速回転さ
せれば4足歩行ロボットができる。前2つと後2つの機
構はそれぞれ対向する位置にあるのでクランク軸
(1)、(2)を共用すれば構造が簡略になる。また前
2つ後2つの機構をロボット本体から独立させるか、ク
ランク軸(1)、(2)を共用せず、4つの機構すべて
をロボット本体から独立させて、自動車の前輪のように
その独立した機構を保持するロボット本体に対して舵角
をつけることで進行方向を変えることができる。
【0007】クランク軸の軸間とクランクアームとリン
クのピッチの比率はクランク軸(1)、(2)の軸間を
100として、クランクアーム(3)、(4)のピッチ
を20、リンク(5)、(6)、(9)、(10)のピ
ッチを70、リンク(7)、(8)のピッチを110と
すると、早もどり近似平行運動機構となるが、これは一
例であり、それぞれの比率を調整することで運動軌跡を
変化させることができ、設計時の設定の他に、軸着部分
においては、ピンの一端を一方のリンクに固定し、他端
を偏芯カム形状にして相手のリンクに回転自在に取り付
けることで、2つのリンクが構成する角度によって軸着
部分におけるリンク相互の距離を伸縮させる方法や、リ
ンクそのものを独立動力で伸縮する方法など、運動中に
リンクの長さを調整する機構を持たせて足先の軌跡を変
化させることも可能である。
【0008】クランク軸(1)の軸端にクランクアーム
(3)を取り付け、クランクアーム(3)の先端にリン
ク(5)及び(7)の一端をクランクピンで同軸着する
部分の構造については、他の形態として、ピッチ円の直
径がクランク軸(1)とクランクアーム(3)のクラン
クピンの軸間と同じ固定歯車(12)をクランク軸
(1)に取り付ける、この場合クランク軸(1)は回転
可能であるが、固定歯車(12)は回転しないように固
定する、同型の遊星歯車(11)を固定歯車(12)に
噛合せつつ、クランクアーム(3)の先端のクランクピ
ンに回転自在に取り付け、遊星歯車(11)の面上で中
心より外れた一点にリンク(5)及び(7)の一端を同
軸着することもできる、その遊星歯車(11)の中心か
らリンク(5)及び(7)を同軸着する点までのピッチ
は回転軸(1)、(2)の軸間を100とした上記の比
率では3.5とする。この場合、遊星歯車(11)の中
心とリンク(5)及び(7)の一端を同軸着した点で、
もうひとつの回転クランクを構成し、その回転クランク
は遊星歯車(11)が、クランク軸(1)、クランクア
ーム(3)の回転に伴って固定された固定歯車(12)
に噛合ったままその周囲を回転する為、クランクアーム
(3)の回転に伴い、その2倍の回転角度で回転し、そ
の二つの回転クランクの合成軌跡をリンク(5)及び
(7)の軸着点が移動することで、クランクが一つの時
に比べ、構造は複雑になるがより理想的な軌跡を描く機
構とすることもできる。クランク軸(2)とクランクア
ーム(4)の構造についてもクランク軸(1)とクラン
クアーム(3)と対称で同様の構造とすることができ
る、クランクの方向はクランクアーム(3)がクランク
軸(2)に向いた時リンク(5)及び(7)を軸着した
点もクランク軸(2)に向く位置を基本とするが、それ
ぞれ個別にクランクアーム(3)、(4)や遊星歯車
(11)、(13)の向きの設定を変えることや、動作
中でも固定歯車(12)、(14)の回転位相を同時ま
たは個別に変えることで足先の軌跡を変えることができ
る、またクランク軸(1)、(2)の軸間のピッチを変
更する方法や、クランク軸(1)、(2)に偏芯カムを
取り付け、動作中にその運動で軸間を変化させるなどの
方法でも足先の軌跡を変えることができる。
【0009】接地点となるリンク(9)、(10)の軸
着部分のリンクの端部形状がリンクの末端方向を頂点と
した半円形なら、接地点はリンクの軌跡のままで推移す
るが、リンクの末端方向の半円形の頂点付近をその接線
方向に延長すると、リンク(9)、(10)の軸着点が
クランク軸の(1)、(2)の中間にある時はリンクの
頂点付近が接地し、クランク軸(1)、(2)の中間か
ら左右に離れて、リンク軸着部分の軌跡が地面から離れ
始める時はリンクも傾き、リンクの先端の頂点付近では
なく、接線方向に延長された点が接地することで、リン
クの軌跡を補い、より平行運動に近づけて、ロボット本
体を安定して支えることができる。
【0010】クランクアームとリンクの各軸着部分は、
クランクアームとリンクの相互に接する部分の面積を大
きくする方法や、クランクアームやリンクと軸の間、ま
たはクランクアームとリンク、リンク相互の間にベアリ
ング等を入れて摩擦を軽減することも有効である。また
それぞれのリンクを1本でなく複数にして、他のリンク
と軸着するときに交互に重ね合わせることで強度を出す
こともできる、またリンクの形状を湾曲させることで他
の軸着軸との当りを避けながらリンクを短縮できる。接
地している他の足先との移動距離の誤差については足先
の滑りで吸収するが、クランクに固定歯車と遊星歯車を
使用する場合は、固定歯車の取り付けを完全固定ではな
く、ばねで取り付ければ固定歯車がばねのたわみ分だけ
前後に回転することでリンクの移動差を吸収させること
もできる。
【0011】
【発明の実施の形態】発明の実施の形態を実施例に基づ
き図面を参照して説明する。同方向に等速回転するクラ
ンク軸(1)、(2)を平行に配置し、クランク軸
(1)の軸端にクランクアーム(3)の一端を、クラン
ク軸(2)の軸端にクランクアーム(4)の一端をそれ
ぞれクランク軸方向と直行するように取り付け、クラン
クアーム(3)と(4)の回転位相を180度ずらし、
クランク軸(1)、(2)を結ぶ線より下方向に向け
て、クランクアーム(3)の他端にリンク(5)及び
(7)の一端を同軸着し、クランクアーム(4)の他端
にリンク(6)及び(8)の一端を同軸着し、リンク
(5)及び(8)の他端とリンク(9)の一端を同軸着
し、リンク(6)及び(7)の他端とリンク(10)の
一端を同軸着し、リンク(9)及び(10)の他端を軸
着する。
【0012】
【発明の効果】本発明は以上の構成であるので、8本の
クランクと24本のリンクをピンで軸着しただけの単
純、廉価な構成で4足歩行機構ができる。各々のクラン
クやリンクのピッチの比率、先端部の形状など変化する
要素は多く、その動作は面白く、玩具、模型等に最適で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の機構原理図
【図2】本考案の機構原理図にクランク軸が30度回転
する毎の各軸着点の位置を表記した図
【図3】本考案の実施例において、クランクを二重にし
た場合の部分図。
【図4】本考案の実施例において、リンク(9)、(1
0)の先端形状を変化させた場合の部分図
【符号の説明】
1、2 クランク軸 3、4 クランクアーム 5、6、7、8、9、10 リンク 11,13 遊星歯車 12、14 固定歯車
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F16H 21/20 F16H 21/20 Z

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 クランク軸(1)、(2)を平行に配置
    し、クランク軸(1)の軸端にクランクアーム(3)の
    一端を、クランク軸(2)の軸端にクランクアーム
    (4)の一端を取り付け、クランクアーム(3)の他端
    にリンク(5)、(7)の一端を軸着し、クランクアー
    ム(4)の他端にリンク(6)、(8)の一端を軸着
    し、リンク(5)、(8)の他端とリンク(9)の一端
    を軸着し、リンク(6)、(7)の他端とリンク(1
    0)の一端を軸着し、リンク(9)、(10)の他端を
    軸着した、早もどり近似平行運動機構。
  2. 【請求項2】 クランク軸(1)、(2)に対してそれ
    ぞれに固定歯車(12)、(14)と、それぞれに噛み
    合う遊星歯車(11)、(13)を置き、遊星歯車(1
    1)の回転軸をクランクアーム(3)に、遊星歯車(1
    3)の回転軸をクランクアーム(4)に軸着し、遊星歯
    車(11)の面上にリンク(5)、(7)の一端を軸着
    し、遊星歯車(13)の面上にリンク(6)、(8)の
    一端を軸着した、請求項1記載の早もどり近似平行運動
    機構。
JP2001306913A 2001-08-29 2001-08-29 早もどり近似平行運動機構 Pending JP2003065415A (ja)

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