JP2003340763A

JP2003340763A - ２足歩行ロボットの階段昇降方法及び２足歩行ロボット

Info

Publication number: JP2003340763A
Application number: JP2002151540A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Fujita; 藤田　　淳
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-05-24
Filing date: 2002-05-24
Publication date: 2003-12-02

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】２足歩行ロボットの小型化を図ることができ
るとともに、二足歩行ロボットに対して階段の段差部が
高い場合や階段の段差部に対して２足歩行ロボットの脚
部が短い場合において脚部が階段に干渉することがない
２足歩行ロボットの階段昇降方法及び２足歩行ロボット
を提供する。【解決手段】少なくとも上体２と、上体２に股関節、
４１を介して連結される２つの脚部３、４を備え、当該
脚部３、４は膝関節３２、４２及び足部５、６を回動自
在に連結する足首関節３３、４３を有する２足歩行ロボ
ット１の階段昇降方法において、２足歩行ロボット１が
階段５０を昇る際に、通常歩行時の重心２０の位置より
も当該２足歩行ロボット１の重心２０の位置を前方に移
動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、２足歩行ロボッ
トの階段昇降方法及び２足歩行ロボットに関し、更に詳
しくは、階段の段差に対して２足歩行ロボットの脚が短
い場合や二足歩行ロボットに対して階段の段差が高い場
合において、階段を昇降する２足歩行ロボットの階段昇
降方法及び２足歩行ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、人間と同じ環境下で作業が行うた
めの脚式移動ロボットが種々提案されている。しかし、
人間の作業環境のほとんどは、２足による直立歩行とい
う人間の構造や行動様式に合わせて形成されている。し
たがって、２足以外の脚式移動ロボットがこの人間の作
業環境で作業を行うには、この脚式移動ロボットの大き
さを人間と同じ程度にしなければならない。そこで、人
間の作業環境での作業は、人間と同様に２足の脚式移動
ロボット、すなわち２足歩行ロボットが最適である。

【０００３】一方、人間の作業環境には階段も予定され
ているが、２足歩行ロボットがこの階段の昇降を行う際
には脚の着地位置が限定されている。したがって、階段
を昇降する２足歩行ロボットは、安定した歩容で歩行す
ることが重要である。ここで、階段の段差に対して２足
歩行ロボットの脚が充分に長い場合や二足歩行ロボット
に対して階段の段差が低い場合において、２足歩行ロボ
ットの階段の昇降は、実現されている。

【０００４】一般的にロボットが転倒することなく歩行
をするためには、ＺＭＰ（ＺｅｒｏＭｏｍｅｎｔＰｏ
ｉｎｔ）は、常に足部接地点と床面の形成する支持多角
形の内側に入っていなくてはならない。つまり、二足歩
行ロボットの歩行動作においては、一方の足が床面から
離れる前に、他方の足部接地点と床面の形成する支持多
角形の内側にＺＭＰを移動させる必要があり、これは２
足歩行ロボットの階段の昇降時でも同様である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】２足歩行ロボットが階
段を昇降する際には、２つの脚部のいずれか一方でこの
２足歩行ロボットの重量を支える片足支持期が存在す
る。この片足支持期においては、脚部の膝関節に最も大
きな負荷がかかる。したがって、２足歩行ロボットにお
いては、膝関節に大きなトルクを有するアクチュエータ
が必要となり、２足歩行ロボットの小型化が困難であっ
た。

【０００６】図８は、従来の２足歩行ロボットの階段昇
降時の問題点を示す図であり、同図（ａ）は階段昇降前
の状態、同図（ｂ）は一方の脚が段差部の床面に着地し
た状態、同図（ｃ）は２足歩行ロボットの重心を移動し
ている状態、同図（ｄ）は、２足歩行ロボットの重心を
移動した状態を示す図である。２足歩行ロボット１００
が階段２００を昇降する際には、まず同図（ａ）に示す
状態から一方の脚部１０１の足部１０３を同図（ｂ）に
示すように階段２００の段差部の床面２０１に着地させ
る。このとき、この２足歩行ロボット１００のＺＭＰ１
１１は、他方の脚部１０２の足部１０４と床面の形成す
る支持多角形の内側に入っている。なお、１１０は２足
歩行ロボットの重心である。

【０００７】次に、同図（ｃ）に示すように、ＺＭＰ１
１１を脚部１０１の足部１０３と１段目の床面２０１の
形成する支持多角形の内側に入るように２足歩行ロボッ
ト１００の重心１１０を移動する。しかし、二足歩行ロ
ボット１００に対して２００階段の段差部が高い場合や
階段２００の段差部に対して２足歩行ロボット１００の
脚部１０１、１０２が短い場合は、同図（ｄ）に示す矢
印Ａのように、足部１０１が階段２００に干渉するとい
う問題がある。

【０００８】そこで、この発明は、上記に鑑みてなされ
たものであって、２足歩行ロボットの小型化を図ること
ができるとともに、二足歩行ロボットに対して階段の段
差部が高い場合や階段の段差部に対して２足歩行ロボッ
トの脚部が短い場合において脚部が階段に干渉すること
がない２足歩行ロボットの階段昇降方法及び２足歩行ロ
ボットを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明では、少なくとも上体と、上体に股関節を
介して連結される２つの脚部を備え、当該脚部は膝関節
および足部を回動自在に連結する足首関節を有する２足
歩行ロボットの階段昇降方法において、２足歩行ロボッ
トが階段を昇る際に、通常歩行時の重心位置よりも当該
２足歩行ロボットの重心位置を前方に移動させることを
特徴とする。

【００１０】また、この発明では、少なくとも上体と、
上体に股関節を介して連結される２つの脚部を備え、当
該脚部は膝関節および足部を回動自在に連結する足首関
節を有する２足歩行ロボットの階段昇降方法において、
２足歩行ロボットが階段を降りる際に、当該２足歩行ロ
ボットを階段に対して後ろ向きにし、且つ通常歩行時の
重心位置よりも当該２足歩行ロボットの重心位置を前方
に移動させることを特徴とする。

【００１１】また、この発明では、少なくとも上体と、
上体に股関節を介して連結される２つの脚部を備え、当
該脚部は膝関節および足部を回動自在に連結する足首関
節を有する２足歩行ロボットの階段昇降方法において、
２足歩行ロボットが階段の前まで移動した後、当該階段
の段差の高さが２足歩行ロボットの重心位置を前方に移
動させる必要があるかを判断し、２足歩行ロボットの重
心位置を前方に移動し、足部のいずれか一方を階段の段
差部の床面に着地し、２足歩行ロボットの重心位置を着
地した足部接地点と床面の形成する支持多角形の内側又
は近傍に移動し、足部の他方を階段の段差部の床面に着
地することを特徴とする。

【００１２】上記これら発明によれば、２足歩行ロボッ
トが階段を昇降する際に、通常歩行時の重心位置よりも
当該２足歩行ロボットの重心位置を前方に移動させるの
で、２足歩行ロボットの重心位置を階段の段差部の床面
に着地した一方の足部接地点と床面の形成する支持多角
形の内側又は近傍に移動するときの移動量を少なくする
ことができ、脚部が階段に干渉することをなくすること
ができる。また、２足歩行ロボットが階段を昇降する際
に、この２足歩行ロボットの重心からの鉛直線近傍に脚
部の膝関節が位置し、片足支持期における膝関節にかか
る負荷を小さくできるので膝関節に用いるアクチュエー
タの小型化を図ることができる。さらに、膝関節に用い
るアクチュエータの小型化により、２足歩行ロボットの
小型化を図ることができる。ここで、前方とは、２足歩
行ロボットの正面方向をいう。

【００１３】また、この発明では、請求項１〜３のいず
れか一つに記載の２足歩行ロボットの階段昇降方法にお
いて、２足歩行ロボットの重心位置を足部の先端まで移
動させることを特徴とする。

【００１４】この発明によれば、２足歩行ロボットの重
心位置を足部の先端まで移動させるので、２足歩行ロボ
ットの重心位置を階段の段差部の床面に着地した一方の
足部接地点と床面の形成する支持多角形の内側又は近傍
に移動するときの移動量をさらに少なくすることがで
き、脚部が階段に干渉することをさらになくすることが
できる。また、この２足歩行ロボットの重心からの鉛直
線のさらに近傍に脚部の膝関節が位置し、片足支持期に
おける膝関節にかかる負荷を小さくできるので膝関節に
用いるアクチュエータの小型化をさらに図ることができ
る。また、膝関節に用いるアクチュエータのさらなる小
型化により、２足歩行ロボットの小型化をさらに図るこ
とができる。

【００１５】また、この発明では、請求項１〜４のいず
れか一つに記載の２足歩行ロボットの階段昇降方法にお
いて、２足歩行ロボットの重心位置の移動は、上体を傾
斜させることで行うことを特徴とする。

【００１６】また、この発明では、請求項１〜４のいず
れか一つに記載の２足歩行ロボットの階段昇降方法にお
いて、２足歩行ロボットの重心位置の移動は、上体に設
けられた腕部、頭部又は内蔵ウェイトの少なくともいず
れかを駆動させることで行うことを特徴とする。

【００１７】上記これら発明によれば、２足歩行ロボッ
トが階段を昇降する際に、当該２足歩行ロボットの重心
位置の移動を簡単な構成で行うことができる。

【００１８】この発明では、少なくとも上体と、上体に
股関節を介して連結される２つの脚部を備え、当該脚部
は膝関節および足部を回動自在に連結する足首関節を有
する２足歩行ロボットにおいて、階段昇降時に通常歩行
時の重心位置よりも２足歩行ロボットの重心位置を前方
に移動させる重心位置移動手段を備えたことを特徴とす
る。

【００１９】この発明によれば、階段昇降時に通常歩行
時の重心位置よりも２足歩行ロボットの重心位置を前方
に移動させる重心位置移動手段を備えたので、２足歩行
ロボットの重心位置を階段の段差部の床面に着地した一
方の足部接地点と床面の形成する支持多角形の内側又は
近傍に移動するときの移動量を少なくすることができ、
脚部が階段に干渉することをなくすることができる。ま
た、階段昇降時に、２足歩行ロボットの重心からの鉛直
線近傍に脚部の膝関節が位置し、片足支持期における膝
関節にかかる負荷を小さくできるので膝関節に用いるア
クチュエータの小型化を図ることができる。さらに、膝
関節に用いるアクチュエータの小型化により、２足歩行
ロボットの小型化を図ることができる。ここで、前方と
は、２足歩行ロボットの正面方向をいう。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明につき図面を参照
しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこ
の発明が限定されるものではない。また、下記実施の形
態における構成要素には、当業者が容易に想定できるも
の或いは実質的に同一のものが含まれる。また、下記実
施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定で
きるものが含まれるものとする。

【００２１】図１は、この発明にかかる２足歩行ロボッ
トの概略構成例を示す図である。同図に示すように、２
足歩行ロボット１は、上体２、この上体２に後述する股
間接を介して連結された２つ脚部３、４及びこの脚部
３、４の先端にそれぞれ後述する足首間接を介して回動
自在に連結された足部５、６により構成されている。

【００２２】上体２と脚部３、４を連結するそれぞれの
股間接３１、４１は、脚部３、４をＺ軸まわりに旋回さ
せる第１股間接３１ａ、４１ａ、脚部３、４をＹ軸まわ
り（ロール方向）に旋回させる第２股間接３１ｂ、４１
ｂ及び脚部３、４をＸ軸まわり（ピッチ方向）に旋回さ
せる第３股間接３１ｃ、４１ｃにより構成されている。
また、脚部３、４の所定の位置には、この脚部３、４の
下部をロール方向に旋回させる膝間接３２、４２が設け
られている。さらに、脚部３、４と足部５、６を連結す
るそれぞれの足首間接３３、４３は、足部５、６をロー
ル方向に旋回させる第１足首間接３３ａ、４３ａ及び足
部５、６をピッチ方向に旋回させる第２足首間接３３
ｂ、４３ｂにより構成されている。つまり、この２足歩
行ロボット１は、各脚部３、４にそれぞれ６個の関節を
有しており、各脚３、４は６つの自由度が与えられてい
る。ここで、各関節に用いるアクチュエータは、電動モ
ータなどが好ましい。

【００２３】上記脚部３、４の股関節３１、４１と膝関
節３２、４２はそれぞれ大腿部３４、４４により連結さ
れており、膝関節３２、４２と足首関節３３、４３はそ
れぞれ下腿部３５、４５により連結されている。また、
足部５、６の底面には、床面との接触を検知するセンサ
が３箇所以上設けられている（図示せず）。このセンサ
は、２足歩行ロボットの脚部３、４が着地した床面にか
かる圧力を検知する圧力センサなどが好ましい。また、
上体２には、その内部に制御装置２１などが格納されて
いる。なお、２０は２足歩行ロボット１の重心を示し、
２２はＺＭＰを示すものである。

【００２４】この制御装置２１は、脚部３、４の各関節
に用いるアクチュエータの回転量を検出するロータリー
エンコーダ（図示せず）や上記足部５、６の底面に設け
られたセンサから出力される信号をもとに、脚部３、４
の各関節を適度な角度で駆動する。つまり、２足歩行ロ
ボット１の歩行時には、制御装置２１から脚部３、４の
各関節に用いるアクチュエータに駆動信号が出力され、
この駆動信号により各脚部３、４の６個の関節、すなわ
ち合計１２個の関節を適度な角度で駆動し、脚部３、４
に所望の動作を与え、任意の３次元空間を歩行すること
ができる。なお、制御装置２１は、少なくともＣＰＵな
どからなる演算部、上記ロータリーエンコーダやセンサ
からの出力信号の記憶や、脚部３、４の歩行時必要なパ
ラメータを記憶する記憶部を備える。

【００２５】次に２足歩行ロボットが階段を昇る場合の
動作について説明する。図２〜図５は、この発明にかか
る２足歩行ロボットが階段を昇る場合の動作説明図であ
る。また、図２（ａ）は階段を昇る前の状態、図２
（ｂ）は上体を傾けた状態を示す図である。また、図３
（ａ）は片足支持の状態、図３（ｂ）は一方の脚部の足
部が段差部の床面に着地した状態を示す図である。ま
た、図４（ａ）は２足歩行ロボットの重心を移動してい
る状態、図４（ｂ）は２足歩行ロボットの重心を段差部
の床面に着地した脚部の足部まで移動した状態を示す図
である。また、図５（ａ）は片足支持の状態、図５
（ｂ）は他方の脚部の足部が一方の脚部の足部が着地し
た段差部より１段上の段差部の床面に着地した状態を示
す図である。

【００２６】２足歩行ロボット１が階段５０を昇る場合
は、まず床面６０の上を通常歩行により階段５０付近ま
で移動した後、図２（ａ）に示すように、２つの脚部
３、４で２足歩行ロボットの重量を支える両足支持の状
態で停止する。次に、この両足支持状態から図２（ｂ）
に示すように上体２を前方（この場合は、進行方向）に
所定角度傾斜させる。この上体２を傾斜させる角度は、
上体２を傾斜させることで移動する２足歩行ロボット１
の重心２０から延びるＺＭＰ２２が脚部３、４の足部
５、６の先端に位置する角度が好ましい。すなわち、足
部５、６と床面６０の形成する支持多角形の内側で、且
つ２足歩行ロボット１の重心２０の位置が最も前方に位
置できる角度に上体２を傾斜させる。

【００２７】上体２を傾斜させた後、図３（ａ）に示す
ように、脚部４の足部６を股関節４１、膝関節４２及び
足首関節４３を駆動させることで床面６０から離し、２
足歩行ロボット１を脚部３による片足支持の状態とす
る。このとき、重心２０から延びるＺＭＰ２２は、脚部
３の足部５と床面６０の形成する支持多角形の内側に位
置するので２足歩行ロボット１は片足支持の状態でも転
倒することはない。次に、図３（ｂ）に示すように、床
面６０から離れた脚部４の足部６を、股関節４１、膝関
節４２及び足首関節４３を駆動させることで、階段５０
の段差部の一段目の床面５１に着地させる。

【００２８】脚部４の足部６を床面５１に着地させた
後、図４（ａ）に示すように、ＺＭＰ２２を脚部４の足
部６と床面５１の形成する支持多角形の内側に入るよう
に２足歩行ロボット１の重心２０の移動を開始する。次
に、図４（ｂ）に示すように、ＺＭＰ２２が脚部４の足
部６と床面５１の形成する支持多角形の内側に位置した
後、図５（ａ）に示すように、脚部３の足部５を股関節
３１、膝関節３２及び足首関節３３を駆動させることで
床面６０から離し、２足歩行ロボット１を脚部４による
片足支持の状態とする。このとき、重心２０から延びる
ＺＭＰ２２は、脚部４の足部６と床面５１の形成する支
持多角形の内側に位置するので２足歩行ロボット１は片
足支持の状態でも転倒することはない。そして、図５
（ｂ）に示すように、床面６０から離れた脚部３の足部
５を、股関節３１、膝関節３２及び足首関節３３を駆動
させることで、階段５０の段差部の二段目の床面５２に
着地させる。

【００２９】上記動作を繰り返すことで、２足歩行ロボ
ット１は、階段５０を昇ることができる。なお、２足歩
行ロボット１が階段５０を昇っている間は、上体２は前
方に傾斜した状態のままであり、階段５０を昇り終わっ
た後に、上体２の傾斜を終了させる。上記のように２足
歩行ロボット１が階段５０を昇る際に、重心位置移動手
段（すなわち上体２を前方に傾斜させること）により、
通常歩行時の重心２０の位置よりも当該２足歩行ロボッ
ト１の重心２０の位置を前方（この場合は、進行方向）
に移動させるので、一方の足部５（又は足部６）と床面
の形成する支持多角形から他方の足部６（又は足部５）
と床面の形成する支持多角形にＺＭＰ２２を移動させる
移動量を少なくすることができる。したがって、ＺＭＰ
２２の移動量、すなわち２足歩行ロボット１の重心２０
の移動量を少なくすることができるので、下腿部４５
（下腿部３５）の床面に対する傾斜角度を小さくでき、
脚部４（又は脚部３）が階段５０に干渉することをなく
することができる。

【００３０】なお、２足歩行ロボットが階段を降りる場
合は、図２〜図４に示す２足歩行ロボット１を階段５０
に対して後ろ向き方向転換し、上体２を前方（この場合
は、進行方向と反対）に所定角度傾斜させる。そして、
図２〜図４に示す２足歩行ロボット１の動作と逆の動作
を行うことで、この２足歩行ロボット１は階段５０を下
りることができる。

【００３１】上記２足歩行ロボット１の階段５０の昇降
においては、脚部４の足部６を最初に床面６０から離し
たが、脚部３の足部５を最初に床面６０から離しても良
い。また、図２〜図９に示す２足歩行ロボット１は、そ
れぞれの足部５、６の一方の端部付近、すなわちかかと
側に脚部３、４の足首関節３３、４３が取り付けられて
いるが、足部５、６の中央部に脚部３、４の足首関節３
３、４３を取り付けても良い。また、２足歩行ロボット
１の重心２０の高さは、高い方が好ましい。これは、重
心２０の位置が高いと上体２を前方に傾斜させる角度が
少なくて済むからである。

【００３２】ここで、２足歩行ロボットの片足支持期に
おける膝関節を保持するのに必要なトルクについて検討
する。２足歩行ロボットが階段を昇降する際には、各脚
部に高低差が生じるため、各脚部の膝関節が２足歩行ロ
ボットの重心の鉛直線（動歩行においては慣性力を含め
た作用線）から大きく離れる瞬間が発生する。一般に、
脚部の膝関節の位置が上記鉛直線に近くなると膝関節を
保持するトルクは小さくなり、反対にこの鉛直線に遠く
なると膝関節を保持するトルクは大きくなる。

【００３３】図６は、２足歩行ロボットの階段昇降時の
重心位置と膝関節の負担との関係を示す図であり、同図
（ａ）は通常歩行時と同様の重心位置で階段を昇降する
場合、同図（ｂ）は重心位置を前方に移動させて階段を
昇降する場合を示す図である。同図（ａ）に示すよう
に、階段昇降時の２足歩行ロボット１の重心２０の位置
が通常歩行時と同様の場合、すなわち上体２を通常歩行
時の姿勢とした場合において、片足支持期の膝関節４２
を保持するのに必要なトルクＴ₂は、下記の式により計
算される。Ｔ₂＝Ｍｇ×Ｌ₂ （１）なお、Ｍは上体２と脚部３を合計した重量、ｇは重力加
速度、Ｌ₂は重心２０から延びる鉛直線と膝関節４２の
距離である。

【００３４】一方、同図（ｂ）に示すように、階段昇降
時の２足歩行ロボット１の重心２０の位置を前方に移動
させた場合、すなわち上体２を前方に傾斜させた場合に
おいて、片足支持期の膝関節４２を保持するのに必要な
トルクＴ´₂は、下記の式により計算される。Ｔ´₂＝Ｍｇ×Ｌ´₂ （２）

【００３５】ここで、Ｌ₂＝Ｌ´₁＋Ｌ´₂であるのでＬ
´₂＜Ｌ₂となる。したがって、上記式（１）及び（２）
より、Ｔ´₂＜Ｔ₂となり、同図（ｂ）に示すように２足
歩行ロボット１の重心２０の位置を前方に移動させた場
合は、脚部４の膝関節４２を保持するのに必要なトルク
を軽減することができる。なお、Ｌ´₁は、重心２０か
ら延びる鉛直線と股関節４１の距離である。

【００３６】上記のように、２足歩行ロボット１の重心
２０の位置を前方に移動させた場合は、重心２０から延
びる鉛直線近傍に脚部３、４の膝関節３２、４２が位置
し、片足支持期における膝関節３２、４２にかかる負荷
を小さくできるので膝関節３２、４２に用いるアクチュ
エータの小型化を図ることができる。さらに、膝関節３
２、４２に用いるアクチュエータの小型化により、２足
歩行ロボット１の小型化を図ることができる。

【００３７】図７は、この発明にかかる２足歩行ロボッ
トの階段昇降時の制御フローを示す図である。まず、２
足歩行ロボット１の進行方向に階段５０があるか否かを
判断する（ステップ１）。進行方向に階段５０がある場
合は、２足歩行ロボット１がこの階段５０を昇る場合で
あるか否かを判断する（ステップ２）。２足歩行ロボッ
トが階段５０を昇る場合でない、すなわち降りる場合
は、２足歩行ロボット１を階段５０に対して後ろ向きに
方向転換する（ステップ３）。

【００３８】次に、階段５０の段差部の高さから上体２
を前方に傾斜させる必要があるか否かを判断する（ステ
ップ４）。このとき、上体２を前方に傾斜させる必要が
あるか否かの判断は、上体２に取り付けられたカメラな
どの出力信号から制御装置２１の演算部により演算され
た階段５０の段差部の高さと、この制御装置２１の記憶
部に記憶されている脚部３、４のデータを比較すること
で行う。なお、制御装置２１の記憶部に予め記憶されて
いる階段５０の段差部の高さのデータと、この制御装置
２１の記憶部に記憶されている脚部３、４のデータを比
較することで行っても良い。

【００３９】次に、上体２を前方に傾斜させる必要があ
る場合は、上体２前方に傾斜させ（ステップ５）、２足
歩行ロボット１に階段５０を昇降させる（ステップ
６）。なお、上体２を前方に傾斜させる必要がない場合
は、上体２を通常歩行時と同様の姿勢のまま、２足歩行
ロボット１に階段５０を昇降させる（ステップ７）。

【００４０】上記実施形態では、２足歩行ロボット１は
静歩行により階段５０の昇降を行う場合を説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、２足歩行ロボ
ット１が動歩行により階段５０の昇降を行う場合にも適
用することができる。

【００４１】また、上記実施形態においては、重心移動
手段は、上体２を前方に傾斜させることであるが、本発
明はこれに限定されるものではなく、上体２に腕部を設
け、この腕部を前方に駆動することで、通常歩行時の重
心２０の位置よりも２足歩行ロボット１の重心２０の位
置を前方に移動させても良い。また、上体２に頭部を設
けて、この頭部を前方に傾斜させることで、２足歩行ロ
ボット１の重心２０の位置を前方に移動させても良い。
さらに、上体２に内蔵ウェイトを取り付け、この内蔵ウ
ェイトを前方に移動させることで、２足歩行ロボット１
の重心２０の位置を前方に移動させても良い。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜３のい
ずれか一つに記載の発明によれば、２足歩行ロボットが
階段を昇降する際に、通常歩行時の重心位置よりも当該
２足歩行ロボットの重心位置を前方に移動させるので、
２足歩行ロボットの重心位置を階段の段差部の床面に着
地した一方の足部接地点と床面の形成する支持多角形の
内側又は近傍に移動するときの移動量を少なくすること
ができ、脚部が階段に干渉することをなくすることがで
きる。また、２足歩行ロボットが階段を昇降する際に、
この２足歩行ロボットの重心からの鉛直線近傍に脚部の
膝関節が位置し、片足支持期における膝関節にかかる負
荷を小さくできるので膝関節に用いるアクチュエータの
小型化を図ることができる。さらに、膝関節に用いるア
クチュエータの小型化により、２足歩行ロボットの小型
化を図ることができる。

【００４３】また、請求項４に記載の発明によれば、２
足歩行ロボットの重心位置を足部の先端まで移動させる
ので、２足歩行ロボットの重心位置を階段の段差部の床
面に着地した一方の足部接地点と床面の形成する支持多
角形の内側又は近傍に移動するときの移動量をさらに少
なくすることができ、脚部が階段に干渉することをさら
になくすることができる。また、この２足歩行ロボット
の重心からの鉛直線のさらに近傍に脚部の膝関節が位置
し、片足支持期における膝関節にかかる負荷を小さくで
きるので膝関節に用いるアクチュエータの小型化をさら
に図ることができる。また、膝関節に用いるアクチュエ
ータのさらなる小型化により、２足歩行ロボットの小型
化をさらに図ることができる。

【００４４】また、請求項５又は６に記載の発明によれ
ば、２足歩行ロボットが階段を昇降する際に、当該２足
歩行ロボットの重心位置の移動が簡単な構成で行うこと
ができる。

【００４５】また、請求項７に記載の発明によれば、階
段昇降時に通常歩行時の重心位置よりも２足歩行ロボッ
トの重心位置を前方に移動させる重心位置移動手段を備
えたので、２足歩行ロボットの重心位置を階段の段差部
の床面に着地した一方の足部接地点と床面の形成する支
持多角形の内側又は近傍に移動するときの移動量を少な
くすることができ、脚部が階段に干渉することをなくす
ることができる。また、階段昇降時に、２足歩行ロボッ
トの重心からの鉛直線近傍に脚部の膝関節が位置し、片
足支持期における膝関節にかかる負荷を小さくできるの
で膝関節に用いるアクチュエータの小型化を図ることが
できる。さらに、膝関節に用いるアクチュエータの小型
化により、２足歩行ロボットの小型化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる２足歩行ロボットの概略構成
例を示す図である。

【図２】この発明にかかる２足歩行ロボットが階段を昇
る場合の動作説明図であり、同図（ａ）は階段を昇る前
の状態、同図（ｂ）は上体を傾けた状態を示す図であ
る。

【図３】この発明にかかる２足歩行ロボットが階段を昇
る場合の動作説明図であり、同図（ａ）は片足支持の状
態、同図（ｂ）は一方の脚部の足部が段差部の床面に着
地した状態を示す図である。

【図４】この発明にかかる２足歩行ロボットが階段を昇
る場合の動作説明図であり、同図（ａ）は２足歩行ロボ
ットの重心を移動している状態、同図（ｂ）は２足歩行
ロボットの重心を段差部の床面に着地した脚部の足部ま
で移動した状態を示す図である。

【図５】この発明にかかる２足歩行ロボットが階段を昇
る場合の動作説明図であり、同図（ａ）は片足支持の状
態、同図（ｂ）は他方の脚部の足部が一方の脚部の足部
が着地した段差部より１段上の段差部の床面に着地した
状態を示す図である。

【図６】２足歩行ロボットの階段昇降時の重心位置と膝
関節の負担との関係を示す図であり、同図（ａ）は通常
歩行時と同様の重心位置で階段を昇降する場合、同図
（ｂ）は重心位置を前方に移動させて階段を昇降する場
合を示す図である。

【図７】この発明にかかる２足歩行ロボットの階段昇降
時の制御フローを示す図である。

【図８】従来の２足歩行ロボットの階段昇降時の問題点
を示す図であり、同図（ａ）は階段昇降前の状態、同図
（ｂ）は一方の脚が段差部の床面に着地した状態、同図
（ｃ）は２足歩行ロボットの重心を移動している状態、
同図（ｄ）は、２足歩行ロボットの重心を移動した状態
を示す図である。

【符号の説明】

１２足歩行ロボット２上体２０重心２１制御装置２２ＺＭＰ３、４脚部３１、４１股関節３２、４２膝関節３３、４３足首関節３４、４４大腿部３５、４５下腿部５、６足部５０階段５１、５２床面６０床面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも上体と、前記上体に股関節を
介して連結される２つの脚部を備え、当該脚部は膝関節
および足部を回動自在に連結する足首関節を有する２足
歩行ロボットの階段昇降方法において、前記２足歩行ロボットが階段を昇る際に、通常歩行時の
重心位置よりも当該２足歩行ロボットの重心位置を前方
に移動させることを特徴とする２足歩行ロボットの階段
昇降方法。
【請求項２】少なくとも上体と、前記上体に股関節を
介して連結される２つの脚部を備え、当該脚部は膝関節
および足部を回動自在に連結する足首関節を有する２足
歩行ロボットの階段昇降方法において、前記２足歩行ロボットが階段を降りる際に、当該２足歩
行ロボットを前記階段に対して後ろ向きにし、且つ通常
歩行時の重心位置よりも当該２足歩行ロボットの重心位
置を前方に移動させることを特徴とする２足歩行ロボッ
トの階段昇降方法。
【請求項３】少なくとも上体と、前記上体に股関節を
介して連結される２つの脚部を備え、当該脚部は膝関節
および足部を回動自在に連結する足首関節を有する足歩
行ロボットの階段昇降方法において、前記２足歩行ロボットが階段の前まで移動した後、当該
階段の段差の高さが前記２足歩行ロボットの重心位置を
前方に移動させる必要があるかを判断し、前記２足歩行ロボットの重心位置を前方に移動し、前記足部のいずれか一方を階段の段差部の床面に着地
し、前記２足歩行ロボットの重心位置を前記着地した足部接
地点と前記床面の形成する支持多角形の内側または近傍
に移動し、前記足部の他方を前記階段の段差部の床面に着地するこ
とを特徴とする２足歩行ロボットの階段昇降方法。
【請求項４】前記２足歩行ロボットの重心位置を前記
足部の先端まで移動させることを特徴とする請求項１〜
３のいずれか一つに記載の２足歩行ロボットの階段昇降
方法。
【請求項５】前記２足歩行ロボットの重心位置の移動
は、前記上体を傾斜させることで行うことを特徴とする
請求項１〜４のいずれか一つに記載の２足歩行ロボット
の階段昇降方法。
【請求項６】前記２足歩行ロボットの重心位置の移動
は、前記上体に設けられた腕部、頭部または内蔵ウェイ
トの少なくともいずれかを駆動させることで行うことを
特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の２足歩
行ロボットの階段昇降方法。
【請求項７】少なくとも上体と、前記上体に股関節を
介して連結される２つの脚部を備え、当該脚部は膝関節
および足部を回動自在に連結する足首関節を有する２足
歩行ロボットにおいて、階段昇降時に通常歩行時の重心位置よりも前記２足歩行
ロボットの重心位置を前方に移動させる重心位置移動手
段を備えたことを特徴とする２足歩行ロボット。