JP2004298997A - 脚式移動ロボット - Google Patents
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Abstract
【課題】脚部の末端側の重量を軽量化し、よっ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。
【解決手段】足首関節２６Ｒの左右軸である足首Ｙ軸２６ＲＹを回転させる足首Ｙ軸用電動モータ４２と、足首関節２６Ｒの前後軸である足首Ｘ軸２６ＲＸを回転させる足首Ｘ軸用電動モータ４０を、大腿リンク１６Ｒに配置する。また、足首Ｙ軸用電動モータ４２を、足首Ｘ軸用電動モータ４０より膝関節２２Ｒから離間した位置、即ち、脚部１２Ｒの末端側（足平２４Ｒ側）から遠い位置に配置する。
【選択図】 図２
【解決手段】足首関節２６Ｒの左右軸である足首Ｙ軸２６ＲＹを回転させる足首Ｙ軸用電動モータ４２と、足首関節２６Ｒの前後軸である足首Ｘ軸２６ＲＸを回転させる足首Ｘ軸用電動モータ４０を、大腿リンク１６Ｒに配置する。また、足首Ｙ軸用電動モータ４２を、足首Ｘ軸用電動モータ４０より膝関節２２Ｒから離間した位置、即ち、脚部１２Ｒの末端側（足平２４Ｒ側）から遠い位置に配置する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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、例えば特許文献１に記載される技術が知られている。この従来技術にあっては、膝関節を駆動する電動モータ（８０）を大腿リンク（７０）に配置すると共に、足首関節を駆動する電動モータ（８８）を下腿リンク（８６）に配置し、各関節の軸線と同軸に配置された減速機（８４）（９２）をベルト（８２）（９０）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。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２５９２３４０号公報（第５頁左欄、図２、図６など）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
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、脚部に大きな慣性力が生じる。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に、脚部、特にその末端側（即ち、足平側）の重量は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モータが配置されると共に、その出力を減速する減速機が足首関節の軸線と同軸に配置されることから、脚部の末端側の重量が重くなり、慣性力の低減の点で改善の余地を残していた。
【０００５】
従って、この発明の目的は、脚部の末端側の重量を軽量化し、よっ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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１項にあっては、大腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、前記下腿リンクと足平を連結する足首関節を有する脚部を備え、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、前記足首関節を前記ロボットの左右軸回りに回転させるモータと、前記モータの出力を減速する減速機とを備え、前記モータを前記膝関節と同位置あるいは前記大腿リンクに配置すると共に、前記減速機を前記下腿リンクに配置するように構成した。
【０００７】
ロボットの足首関節を左右軸（進行方向と直交する左右方向）回りに回転させるには、大きな駆動力が必要とされる。そのため、一般に、足首関節を左右軸回りに回転させるのに用いられるモータは、大型で重量の大きいものが選択される。従って、請求項１項に記載される如く、ロボットの足首関節を左右軸回りに回転させるモータを膝関節と同位置あるいは大腿リンクに配置すると共に、前記モータの出力を減速する減速機を下腿リンクに配置することで、脚部の末端側の重量を軽量化する（脚部の重心位置を末端側から遠くする）ことができ、よってロボットの移動時に脚部に発生する慣性力を低減できる。尚、減速機を下腿リンクに配置したのは、大腿リンクに多くの部品を配置し過ぎると、脚部の外観を損ねるおそれがあると共に、脚部を複数本備えた場合、それらが干渉し易くなるのを防止するためである。
【０００８】
また、請求項２項にあっては、前記モータを前記大腿リンクに配置すると共に、前記モータの出力を、前記膝関節の軸線と同軸に配置された中間軸を介して前記減速機に伝達するように構成した。
【０００９】
このように、ロボットの足首関節を左右軸回りに回転させるモータを大腿リンクに配置し、その出力を膝関節の軸線（より具体的には左右軸。即ち、足首関節の左右軸と平行な軸線）と同軸に配置された中間軸を介して減速機に伝達するように構成したので、請求項１項で述べた効果に加え、膝関節が駆動されて前記モータと減速機の相対位置が変化した場合であっても、モータの出力を減速機に正確に伝達することができる。さらに、構造がコンパクトとなるため、脚部の外観を損ねることがない。
【００１０】
また、請求項３項にあっては、前記中間軸の回転を前記減速機に伝達する第１の伝達要素と、前記減速機の出力を前記足首関節の左右軸に伝達する第２の伝達要素の少なくともいずれかを、前記下腿リンクの内部に配置するように構成した。
【００１１】
このように、膝関節の軸線と同軸に配置された中間軸の回転を減速機に伝達する第１の伝達要素と、減速機の出力を足首関節の左右軸に伝達する第２の伝達要素の少なくともいずれかを、下腿リンクの内部（具体的には、下腿リンク外形線の内部）に配置するように構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、構造がよりコンパクトとなり、脚部の外観を損ねることがない。
【００１２】
また、請求項４項にあっては、前記第２の伝達要素を、前記減速機の出力軸と前記足首関節の左右軸をロッドで連結するロッド機構から構成した。
【００１３】
このように、減速機の出力を足首関節の左右軸に伝達する第２の伝達要素を、減速機の出力軸と足首関節の左右軸をロッド（剛性部材）で連結するロッド機構から構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、減速機から出力される大きな駆動力を前記左右軸に確実に伝達することができる。
【００１４】
また、請求項５項にあっては、前記ロッド機構を、前記減速機の出力軸に中点が固定された第１のクランクと、前記足首関節の左右軸に中点が固定された第２のクランクと、前記第１のクランクの一端と前記第２のクランクの一端に連結された第１のロッドと、前記第１のクランクの他端と第２のクランクの他端に連結された第２のロッドとから構成した。
【００１５】
このように、減速機の出力を足首関節の左右軸に伝達するロッド機構を、減速機の出力軸に中点が固定された第１のクランクと、足首関節の左右軸に中点が固定された第２のクランクと、前記第１のクランクの一端と前記第２のクランクの一端に連結された第１のロッドと、前記第１のクランクの他端と第２のクランクの他端に連結された第２のロッドとから構成したので、第１のクランクが回転することにより、第１のロッドと第２のロッドが相反する方向へと変位する。かかる変位は、第２のクランクの回転力に変換される際、互いの伝達力を補助し合うように作用するため、請求項１項などで述べた効果に加え、伝達効率を向上させることができる。さらに、一方のロッドが破損した場合であっても、他方のロッドで減速機の出力を足首関節の左右軸に伝達することができるため、信頼性を向上させることができる。
【００１６】
また、請求項６項にあっては、前記第１のロッドと前記第２のロッドの離間距離を、前記下腿リンクの幅より小さい値に設定するように構成した。
【００１７】
このように、第１のロッドと第２のロッドの離間距離を、下腿リンクの幅より小さい値に設定するように構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、構造がよりコンパクトとなり、脚部の外観を損ねることがない。
【００１８】
また、請求項７項にあっては、前記第１のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および前記第２のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、それぞれ略１８０度に設定するように構成した。
【００１９】
このように、第１のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および第２のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、それぞれ略１８０度に設定する、換言すれば、ロッド機構が平行リンク機構となるように構成したので、第１のロッドの伝達力と第２のロッドの伝達力が釣り合う（偶力となる）ことから、足首関節の左右軸を支持するベアリングに付加的な応力が作用しない。
【００２０】
また、請求項８項にあっては、前記第１のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および前記第２のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、前記ロボットの移動するときの歩容に応じて変更するように構成した。
【００２１】
このように、第１のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および第２のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、ロボットの移動するときの歩容に応じて変更するように構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、足首関節の左右軸に最も大きなトルクを発生させる必要があるときに、前記減速機の出力を最も効率的に前記左右軸の回転力に変換することができる。このため、モータや減速機の小型化が図れ、脚部の末端側の重量を軽量化して移動時に発生する慣性力を低減できると共に、構造がコンパクトとなって外観が損なわれるのを防止することができる。
【００２２】
また、請求項９項にあっては、前記第１のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および前記第２のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、前記脚部の着床時近傍および離床時近傍に前記足平に作用するトルクに基づいて設定するように構成した。
【００２３】
このように、第１のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および第２のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、脚部の着床時近傍および離床時近傍に足平に作用するトルクに基づいて設定するように構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、足首関節の左右軸に最も大きなトルクを発生させる必要がある着床時近傍と離床時近傍において、前記減速機の出力を最も効率的に前記左右軸の回転力に変換することができる。このため、モータや減速機の小型化が図れ、脚部の末端側の重量を軽量化して移動時に発生する慣性力を低減できると共に、構造がコンパクトとなって外観が損なわれるのを防止することができる。
【００２４】
また、請求項１０項にあっては、前記第１のクランクと第２のクランクに、それぞれ前記一端と中点と他端のなす角度を変更する角度変更機構を設けるように構成した。
【００２５】
このように、第１のクランクと第２のクランクのそれぞれに、それらの一端と中点と他端のなす角度を変更する角度変更機構を設けるように構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、前記角度の変更を容易に行うことができる。
【００２６】
また、請求項１１項にあっては、大腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、前記下腿リンクと足平を連結する足首関節を有する脚部を備え、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、前記足首関節を前記ロボットの左右軸回りに回転させる第１のモータと、前記足首関節を前記ロボットの前後軸回りに回転させる第２のモータとを備え、前記第１のモータおよび前記第２のモータを前記大腿リンクに配置すると共に、前記第１のモータの出力を、前記膝関節の軸線と同軸に配置された第１の中間軸を介して前記足首関節の左右軸に伝達し、前記第２のモータの出力を、前記膝関節の軸線と同軸に配置された第２の中間軸を介して前記足首関節の前後軸に伝達するように構成した。
【００２７】
このように、足首関節を左右軸（進行方向と直交する左右方向）回りに回転させる第１のモータと、前記足首関節を前後軸（進行方向）回りに回転させる第２のモータを、それぞれ大腿リンクに配置するように構成したので、脚部の末端側の重量を軽量化する（脚部の重心位置を末端側から遠くする）ことができ、よってロボットの移動時に脚部に発生する慣性力を低減できる。また、第１のモータと第２のモータの出力を、それぞれ膝関節の軸線と同軸に配置された第１の中間軸と第２の中間軸を介して前記足首関節の各軸に伝達するように構成したので、膝関節が駆動されて各モータと足首関節の相対位置が変化した場合であっても、モータの出力を足首関節に正確に伝達することができる。さらに、構造がコンパクトとなるため、脚部の外観を損ねることがない。
【００２８】
また、請求項１２項にあっては、大腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、前記下腿リンクと足平を連結する足首関節を有する脚部を備え、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、前記足首関節を前記ロボットの左右軸回りに回転させる第１のモータと、前記足首関節を前記ロボットの前後軸回りに回転させる第２のモータとを備え、前記第２のモータを前記膝関節と同位置あるいは前記大腿リンクに配置する共に、前記第１のモータを、前記大腿リンクにおいて、前記第２のモータより前記膝関節から離間した位置に配置するように構成した。
【００２９】
ロボットの足首関節を左右軸（進行方向と直交する左右方向）回りに回転させるには、前後軸（進行方向）回りに回転させるのに比して大きな駆動力が必要とされる。そのため、一般に、足首関節を左右軸回りに回転させるのに用いられるモータは、前後軸回りに回転させるのに用いられるモータより大型で重量の大きいものが選択される。従って、請求項１２項に記載される如く、足首関節を前後軸回りに回転させる第２のモータを膝関節と同位置あるいは大腿リンクに配置すると共に、足首関節を左右軸回りに回転させる第１のモータの出力を、前記大腿リンクにおいて、前記第２のモータより膝関節から離間した位置（即ち、脚部の末端側から遠い位置）に配置するように構成することで、脚部の末端側の重量を軽量化する（脚部の重心位置を末端側から遠くする）ことができ、よって移動時に脚部に発生する慣性力を低減できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
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。
【００３１】
図１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。
【００３２】
図示の如く、２足歩行ロボット（以下「ロボット」という）１０は、左右それぞれの脚部１２Ｒ，１２Ｌ（右側をＲ、左側をＬとする。以下同じ）を備える。左右の脚部１２Ｒ，１２Ｌは、それぞれ、上体１４と大腿リンク１６Ｒ，１６Ｌを連結する腰（股）関節１８Ｒ，１８Ｌと、大腿リンク１６Ｒ，１６Ｌと下腿リンク２０Ｒ，２０Ｌを連結する膝関節２２Ｒ，２２Ｌと、下腿リンク２０Ｒ，２０Ｌと足平２４Ｒ，２４Ｌを連結する足首関節２６Ｒ，２６Ｌとを有する。
【００３３】
腰関節１８Ｒ，１８Ｌは、具体的には、大腿リンク１６Ｒ，１６Ｌより末端側（足平側）を重力軸（Ｚ軸）回りに回転させる腰Ｚ軸１８ＲＺ，１８ＬＺと、大腿リンク１６Ｒ，１６Ｌより末端側を前後軸（Ｘ軸。即ち、進行方向）回り（ロール方向）に回転させる腰Ｘ軸１８ＲＸ，１８ＬＸと、大腿リンク１６Ｒ，１６Ｌより末端側を左右軸（Ｙ軸。即ち、進行方向および重力方向と直交する方向）回り（ピッチ方向）に回転させる腰Ｙ軸１８ＲＹ，１８ＬＹとからなる。
【００３４】
また、膝関節２２Ｒ，２２Ｌは、下腿リンク２０Ｒ，２０Ｌより末端側を左右軸回りに回転させる膝Ｙ軸２２ＲＹ，２２ＬＹからなる。また、足首関節２６Ｒ，２６Ｌは、足平２４Ｒ，２４Ｌを前後軸回りに回転させる足首Ｘ軸２６ＲＸ，２６ＬＸと、足平２４Ｒ，２４Ｌを左右軸回りに回転させる足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹとからなる。上記した各軸は、電動モータ（同図で図示せず。一部後述）によって駆動される。
【００３５】
足首関節２６Ｒ，２６Ｌと足平２４Ｒ，２４Ｌの間には、公知の６軸力センサ３０Ｒ，３０Ｌが取り付けられ、力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚとを測定し、脚部１２Ｒ，１２Ｌの着地の有無、と床面から脚部１２Ｒ，１２Ｌに作用する床反力などを検出する。また、上体１４には傾斜センサ３２が設置され、ロボット１０のＺ軸に対する傾きとその角速度を検出する。また、各軸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。
【００３６】
これら６軸力センサ３０Ｒ，３０Ｌや傾斜センサ３２などの出力は、上体１４に収容された制御ユニット３４に入力される。制御ユニット３４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、各軸を駆動する電動モータの制御値を算出する。
【００３７】
このように、ロボット１０は、左右の脚部１２Ｒ，１２Ｌのそれぞれについて６つの軸（自由度）を与えられ、これら６×２＝１２個の軸を駆動する電動モータを制御ユニット３４で算出された制御値に基づいて動作させることにより、脚全体に所望の動きを与えて任意に３次元空間を移動することができる。尚、上体１４には、例えば国際公開第ＷＯ ０２／４０２２６ Ａ１パンフレットに記載されるような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、図示および説明を省略する。
【００３８】
続いて、図２以降を参照してロボット１の脚部１２Ｒ，１２Ｌについて詳説する。尚、以下、右側の脚部１２Ｒを例に挙げて説明するが、左右の脚部１２Ｒ，１２Ｌは左右対称のため、以下の説明は左側の脚部１２Ｌにも妥当する。
【００３９】
図２は、図１で模式的に示した脚部１２Ｒを詳しく示す右側面図である。また、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【００４０】
両図に示すように、大腿リンク１６Ｒには、足首関節２６ＲのＸ軸２６ＲＸ（以下、「足首Ｘ軸」という）を駆動する電動モータ４０（以下「足首Ｘ軸用電動モータ」という）が配置される。また、大腿リンク１６Ｒにおいて、足首Ｘ軸用電動モータ４０より膝関節２２Ｒから離間した位置（即ち、重力方向において上方）には、足首関節２６ＲのＹ軸２６ＲＹ（以下「足首Ｙ軸」という）を駆動する電動モータ４２（以下「足首Ｙ軸用電動モータ」という）と、膝関節２２ＲのＹ軸２２ＲＹ（以下「膝Ｙ軸」という）を駆動する電動モータ４４（以下「膝Ｙ軸用電動モータ」という）が配置される。
【００４１】
膝Ｙ軸用電動モータ４４の出力（回転出力）は、ベルト４８（以下「膝Ｙ軸用ベルト」という）を介して膝Ｙ軸２２ＲＹと同軸に配置された減速機５０（以下「膝Ｙ軸用減速機」という）に伝達される。膝Ｙ軸用減速機５０によって減速された出力は、膝Ｙ軸２２ＲＹに直接伝達される。このように、大腿リンク１６Ｒに配置された膝Ｙ軸用電動モータ４４の出力は、膝Ｙ軸用ベルト４８と膝Ｙ軸用減速機５０を介して膝Ｙ軸２２ＲＹに伝達される。
【００４２】
また、足首Ｙ軸用電動モータ４２の出力（回転出力）は、ベルト５２（以下「第１の足首Ｙ軸用ベルト」という）を介して膝Ｙ軸２２ＲＹと同軸に配置された中間軸５４（以下「足首Ｙ軸用中間軸」という）に伝達される。足首Ｙ軸用中間軸５４の回転は、ベルト５６（前記した第１の伝達要素。以下「第２の足首Ｙ軸用ベルト」という）を介し、下腿リンク２０Ｒに配置された減速機５８（以下「足首Ｙ軸用減速機」という）に伝達される。尚、第２の足首Ｙ軸用ベルト５６は、下腿リンク２０Ｒの内部、具体的には、その外形線の内部に配置される。また、足首Ｙ軸用減速機５８は、その出力軸５８ｏがＹ軸方向と平行となるように配置される。
【００４３】
足首Ｙ軸用減速機５８によって減速された出力は、ロッド機構６０（前記した第２の伝達要素）を介して足首Ｙ軸２６ＲＹに伝達される。ロッド機構６０は、剛性部材によって形成される第１のクランク６２と、第２のクランク６４と、第１のロッド６６と、第２のロッド６８とからなる。
【００４４】
具体的に説明すると、足首Ｙ軸用減速機の出力軸５８ｏには、平面視略菱形を呈する第１のクランク６２が固定される。第１のクランク６２は、その一端６２ａ（ロボット１０の進行方向前方に位置する端部）にピン継手６２ａ１が形成されると共に、他端６２ｂ（ロボット１０の進行方向後方に位置する端部）にピン継手６２ｂ１が形成される。尚、第１のクランク６２は、一端６２ａと他端６２ｂの中点、具体的には、一端に形成されたピン継手６２ａ１と他端に形成されたピン継手６２ｂ１の中点６２ｃにおいて、足首Ｙ軸用減速機の出力軸５８ｏに固定される。また、第１のクランク６２の一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂは、それらのなす角度が１８０度となる、即ち、それらが同一直線上に配置されるように設定される。換言すれば、一端に形成されたピン継手６２ａ１と他端に形成されたピン継手６２ｂ１の回転軌跡の位相差が、１８０度となるように設定される。
【００４５】
また、足首Ｙ軸２６ＲＹには、第２のクランク６４が固定される。第２のクランク６４は、平面視略菱形を呈し、その一端６４ａ（ロボット１０の進行方向前方に位置する端部）にピン継手６４ａ１が形成されると共に、他端６４ｂ（ロボット１０の進行方向後方に位置する端部）にピン継手６４ｂ１が形成される。また、第２のクランク６４は、その一端６４ａと他端６４ｂの中点、具体的には、一端に形成されたピン継手６４ａ１と他端に形成されたピン継手６４ｂ１の中点６４ｃにおいて、足首Ｙ軸２６ＲＹに固定されると共に、前記一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂは、それらのなす角度が１８０度となる、即ち、同一直線上に配置されるように設定される。換言すれば、一端に形成されたピン継手６４ａ１と他端に形成されたピン継手６４ｂ１の回転軌跡の位相差が、１８０度となるように設定される。
【００４６】
尚、第１のクランクの一端に形成されたピン継手６２ａ１と他端に形成されたピン継手６２ｂ１の離間距離、および第２のクランクの一端に形成されたピン継手６４ａ１と他端に形成されたピン継手６４ｂ１の離間距離は、下腿リンク２０Ｒの幅（Ｘ軸方向の幅）より小さい値に設定される。
【００４７】
第１のクランクの一端に形成されたピン継手６２ａ１と第２のクランクの一端に形成されたピン継手６４ａ１は、第１のロッド６６を介して連結される。また、第１のクランクの他端に形成されたピン継手６２ｂ１と第２のクランクの他端に形成されたピン継手６４ｂ１は、第１のロッド６６と平行に配置された第２のロッド６８を介して連結される。即ち、ロッド機構６０は、平行リンク機構（平行クランク機構）とされる。また、第１のクランクに形成されたピン継手６２ａ１とピン継手６２ｂ１の離間距離、および第２のクランクに形成されたピン継手６４ａ１とピン継手６４ｂ１の離間距離が、下腿リンク２０Ｒの幅（Ｘ軸方向の幅）より小さい値に設定されることから、第１のロッド６６と第２のロッド６８の離間距離も、下腿リンク２０Ｒの幅（Ｘ軸方向の幅）より小さい値とされる。
【００４８】
このように、大腿リンク１６Ｒに配置された足首Ｙ軸用電動モータ４２の出力は、第１の足首Ｙ軸用ベルト５２と、足首Ｙ軸用中間軸５４と、第２の足首Ｙ軸用ベルト５６と、足首Ｙ軸用減速機５８と、ロッド機構６０とを介して足首Ｙ軸２６ＲＹに伝達される。
【００４９】
また、足首Ｘ軸用電動モータ４０の出力（回転出力）は、ベルト７２（以下「第１の足首Ｘ軸用ベルト」という）を介して膝Ｙ軸２２ＲＹと同軸に配置された中間軸７４（以下「足首Ｘ軸用中間軸」という）に伝達さえる。足首Ｘ軸用中間軸７４の回転は、ベルト７６（以下「第２の足首Ｘ軸用ベルト」という）を介し、足首Ｙ軸２６ＲＹと平行に配置された受動軸７８に伝達される。
【００５０】
受動軸７８の端部には、ドライブベベルギヤ８０が固定され、ドライブベベルギヤ８０は、足首Ｘ軸２６ＲＸの端部に固定されたドリブンベベルギヤ８２に噛合される。即ち、大腿リンク１６Ｒに配置された足首Ｘ軸用電動モータ４０の出力は、第１の足首Ｘ軸用ベルト７２と、足首Ｘ軸用中間軸７４と、第２の足首Ｘ軸用ベルト７６と、受動軸７８と、ドライブベベルギヤ８０とドリブンベベルギヤ８２とを介して足首Ｘ軸２６ＲＸに伝達される。
【００５１】
ここで、足首関節２６Ｒの足首Ｙ軸２６ＲＹ回りへの駆動（回転）について説明すると、足首Ｙ軸用電動モータ４２が回転出力を生じることにより、第１の足首Ｙ軸用ベルト５２と足首Ｙ軸用中間軸５４と第２の足首Ｙ軸用ベルト５６を介し、足首Ｙ軸用減速機の出力軸５８ｏに固定された第１のクランク６２が回転する。第１のクランク６２が回転すると、その一端６２ａに連結された第１のロッド６６と他端に連結された第２のロッド６８が相反する方向へと変位し、よって第２のクランク６４に回転力（偶力）が発生する。これにより、図４に示す如く、足首Ｙ軸２６ＲＹが駆動（回転）されて足平２４Ｒと下腿リンク２０Ｒの相対位置（角度）が変化する。尚、図４は、足首Ｙ軸２６ＲＹを−６０度回転させたときの下腿リンク２０Ｒより端部側を示す右側面図である（この実施の形態にあっては、足首関節２６Ｒを屈曲させる方向への回転を−（マイナス）の回転角度とし、足首関節２６Ｒを伸展させる方向への回転を＋（プラス）の回転角度とする）。
【００５２】
このように、この実施の形態に係る脚式移動ロボットにあっては、ロボット１０の足首Ｙ軸２６ＲＹ（２６ＬＹ）を回転させる足首Ｙ軸用電動モータ４２を大腿リンク１６Ｒ（１６Ｌ）に配置すると共に、足首Ｙ軸用電動モータ４２の出力を減速する足首Ｙ軸用減速機５８を下腿リンク２０Ｒ（２０Ｌ）に配置するようにしたので、脚部１２Ｒ（１２Ｌ）の末端側（接地側。即ち、足平２４Ｒ（２４Ｌ）側）の重量を軽量化する、換言すれば、脚部１２Ｒ（１２Ｌ）の重心位置を末端側から遠くすることができ、よってロボット１０の移動時に脚部１２Ｒ（１２Ｌ）に発生する慣性力を低減することができる。
【００５３】
尚、足首Ｙ軸用減速機５８を下腿リンク２０Ｒ（２０Ｌ）に配置したのは、大腿リンク１６Ｒ（１６Ｌ）に多くの部品を配置し過ぎると、例えば特願２００２−２４８４６７号の図２に記載されるように、大腿部の外形線が大きくなって脚部１２Ｒ（１２Ｌ）の外観を損ねるおそれがあると共に、左右の脚部１２Ｒ，１２Ｌが干渉し易くなることから、それらを防止するためである。
【００５４】
さらに、足首Ｘ軸２６ＲＸ（２６ＬＸ）を回転させる足首Ｘ軸用電動モータ４０を、大腿リンク１６Ｒ（１６Ｌ）に配置するようにしたので、脚部１２Ｒ（１２Ｌ）の末端側の重量を一層軽量化することができ、よってロボット１０の移動時に脚部１２Ｒ（１２Ｌ）に発生する慣性力を一層低減することができる。
【００５５】
ところで、脚式移動ロボットの足首関節を左右軸（Ｙ軸）回りに回転させるには、前後軸（Ｘ軸）回りに回転させるのに比して大きな駆動力が必要とされる。このため、図示の如く、足首Ｙ軸用電動モータ４２は、足首Ｘ軸用電動モータ４０に比して大型で重量の大きいものが選択される。従って、この実施の形態にあっては、足首Ｙ軸用電動モータ４２を、足首Ｘ軸用電動モータ４０より膝関節２２Ｒ（２２Ｌ）から離間した位置（即ち、足平２４Ｒ（２４Ｌ）から遠い位置（腰関節１８Ｒ（１８Ｌ）側））に配置するようにした。これにより、脚部１２Ｒ（１２Ｌ）の末端側の重量をより一層軽量化することができ、よって移動時に脚部１２Ｒ（１２Ｌ）に発生する慣性力をより一層低減することができる。
【００５６】
一方、足首関節２６Ｒ（２６Ｌ）を駆動する足首Ｙ軸用電動モータ４２と足首Ｘ軸用電動モータ４０を大腿リンク１６Ｒ（１６Ｌ）に配置すると、膝関節２２Ｒ（２２Ｌ）が駆動されたとき、各モータと足首関節２６Ｒ（２６Ｌ）の相対位置が変化するという不具合が生じる。そこで、この実施の形態にあっては、足首Ｙ軸用電動モータ４２と足首Ｘ軸用電動モータ４０の出力を、それぞれ膝関節Ｙ軸２２ＲＹ（２２ＬＹ）と同軸に配置された足首Ｙ軸用中間軸５４と足首Ｘ軸用中間軸７４を介して足首Ｙ軸２６ＲＹ（２６ＬＹ）と足首Ｘ軸２６ＲＸ（２６ＬＸ）に伝達するようにした。これにより、膝関節２２Ｒ（２２Ｌ）が駆動されて各モータと足首関節２６Ｒ（２６Ｌ）の相対位置が変化した場合であっても、各モータと各中間軸の相対位置ならびに各中間軸と足首関節２６Ｒ（２６Ｌ）の相対位置は変化しないことから、各モータの出力を足首関節２６Ｒ（２６Ｌ）に正確に伝達することができる。さらに、構造がコンパクトとなるため、脚部１２Ｒ（１２Ｌ）の外観を損ねることがない。
【００５７】
また、足首Ｙ軸用中間軸５４の回転を足首Ｙ軸用減速機５８に伝達する第２の足首Ｙ軸用ベルト５６を、下腿リンク２０Ｒ（２０Ｌ）の内部に配置するようにしたので、構造をよりコンパクトとすることができ、よって脚部１２Ｒ（１２Ｌ）の外観を損ねることがない。また、第１のロッド６６と第２のロッド６８の離間距離を、下腿リンク２０Ｒ（２０Ｌ）の幅より小さい値に設定するようにしたので、構造をより一層コンパクトとすることができ、よって脚部１２Ｒ（１２Ｌ）の外観を損ねることがない。
【００５８】
さらに、足首Ｙ軸用減速機５８の出力を、剛性部材からなる２本のロッドによって足首Ｙ軸２６ＲＹ（２６ＬＹ）に伝達するようにしたので、足首Ｙ軸用減速機５８から出力される大きな駆動力を確実に伝達することができる。
【００５９】
また、第１のロッド６６と第２のロッド６８が相反する方向へと変位することにより、かかる変位が第２のクランク６４の回転力に変換される際、互いの伝達力を補助し合うように作用するため、伝達効率を向上させることができる。さらに、一方のロッドが破損した場合であっても、他方のロッドで足首Ｙ軸用減速機５８の出力を足首Ｙ軸２６ＲＹ（２６ＬＹ）に伝達することができるため、信頼性を向上させることができる。
【００６０】
さらに、第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度、および第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を、それぞれ１８０度に設定する、換言すれば、ロッド機構６０が平行リンク機構となるようにしたので、第１のロッド６６の伝達力と第２のロッド６８の伝達力が釣り合う（偶力となる）ことから、足首Ｙ軸２６ＲＹ（２６ＬＹ）を支持するベアリング８４（軸受け。図３に示す）に付加的な応力が作用しない。
【００６１】
次いで、この発明の第２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。
【００６２】
図５は、第２の実施の形態に係る脚式移動ロボットにおいて、脚部の下腿リンクより末端側を示す右側面図であり、図６は、足首Ｙ軸を−６０度回転させたときの下腿リンクより端部側を示す、図４と同様な右側面図である。
【００６３】
第１の実施の形態で述べたように、第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度、および第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を、それぞれ略１８０度に設定すると、第１のクランクの伝達力と第２のクランクの伝達力が釣り合う（偶力となる）ため、足首Ｙ軸２６ＲＹ（２６ＬＹ）を支持するベアリング８４に付加的な応力が作用しないという利点がある。
【００６４】
一方、そのように構成すると、第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂ、および第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂの全てが同一直線上に位置したときに回転し難くなる（即ち、死点が存在する）という不具合があった。
【００６５】
そこで、第２の実施の形態にあっては、図５および図６に示すように、第１のクランク６２の一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度が９０度となるように設定した。換言すれば、第１のクランク６２の一端に形成されたピン継手６２ａ１と他端に形成されたピン継手６２ｂ１の回転軌跡の位相差が、９０度となるように設定した。
【００６６】
また、第２のクランク６４も同様に、その一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度が９０度となるように、換言すれば、第２のクランク６４の一端に形成されたピン継手６４ａ１と他端に形成されたピン継手６４ｂ１の回転軌跡の位相差が９０度となるように設定した。
【００６７】
これにより、第２の実施の形態にあっては、ロッド機構６０に死点が存在せず、よって足首Ｙ軸用減速機５８の出力（回転出力）を足首Ｙ軸２６ＲＹ（２６ＬＹ）の回転力に効率的に変換することができる。
【００６８】
尚、残余の構成およびそれによって得られる効果については、従前の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６９】
次いで、この発明の第３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。
【００７０】
脚式移動ロボットにあっては、一般に、歩容によって足首関節に作用するトルクが決定される。そこで、第３の実施の形態にあっては、第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度、および第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を、ロボット１０の移動するときの歩容に応じて変更する、具体的には、歩容から決定される足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹ回りのトルクに基づいて設定するようにした。
【００７１】
図７は、第３の実施の形態に係る脚式移動ロボットの脚部のうち、下腿リンクより末端側を示す、図５と同様な右側面図である。また、図８は、足首Ｙ軸をα度回転させたときの下腿リンクより端部側を示す右側面図である。
【００７２】
図７および図８の説明を続ける前に、図９を参照し、ロボット１０が移動するときに発生する足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹ回りのトルクについて説明する。
【００７３】
図９は、ロボット１０が移動するときに発生する足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹ回りのトルクを示すタイム・チャートである。
【００７４】
図９に示すように、足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹ回りのトルクは、脚部１２Ｒ，１２Ｌの離床時近傍と着床時近傍においてそれぞれ正負の最大値をとる。具体的には、脚部１２Ｒ，１２Ｌの離床時近傍に＋（プラス）方向の最大トルクが発生すると共に、着床時近傍に−（マイナス）方向の最大トルクが発生する。尚、＋方向のトルクとは、足首関節２６Ｒ，２６Ｌを伸展させる方向のトルクを意味し、−方向のトルクとは、足首関節２６Ｒ，２６Ｌを屈曲させる方向のトルクを意味する。
【００７５】
ところで、足首Ｙ軸用減速機５８の出力を足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹの回転力に最も効果的に変換できるのは、第１のクランクの中点６２ｃと一端６２ａ（ピン継手６２ａ１）を結ぶ線、および第２のクランクの中点６４ｃと一端６４ａ（ピン継手６４ａ１）を結ぶ線が、第１のロッド６６と直交するとき、あるいは、第１のクランクの中点６２ｃと他端６２ｂ（ピン継手６２ｂ１）を結ぶ線、および第１のクランクの中点６４ｃと他端６４ｂ（ピン継手６４ｂ１）を結ぶ線が、第２のロッド６８と直交するときである。
【００７６】
そこで、第３の実施の形態にあっては、足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹ回りに最大トルクが作用するとき、上記した条件が満たされるように、第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度、および第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を設定するようにした。別言すれば、足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹに最大トルクを発生させる必要がある脚部１２Ｒ，１２Ｌの着床時近傍と離床時近傍において、足首Ｙ軸用減速機５８の出力を最も効率的に足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹの回転力に変換できるように、各クランクの中点に対する一端と他端の位置を設定するようにした。
【００７７】
図１０は、ロボット１０が移動するときの足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹの回転角度を示すタイム・チャートである。図１０に示すように、＋方向の最大トルクが作用する脚部１２Ｒ，１２Ｌの離床時近傍において、足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹの回転角度はα度となる。また、−方向の最大トルクが作用する脚部１２Ｒ，１２Ｌの着床時近傍において、足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹの回転角度はβ度となる。
【００７８】
そこで、図７および図８に示すように、第１のクランクの一端６２ａと第２のクランクの一端６４ａを、足首Ｙ軸２６ＲＹの回転角度がα度となったときに、第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃを結んだ線および第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃを結んだ線が、それぞれ第１のロッド６６と直交するように設定した。
【００７９】
また、第１のクランクの他端６２ｂと第２のクランクの他端６４ｂを、足首Ｙ軸２６ＲＹの回転角度がβ度となったときに、第１のクランクの他端６２ｂと中点６２ｃを結んだ線および第２のクランクの他端６４ｂと中点６４ｃを結んだ線が、それぞれ第２のロッド６８と直交するように設定した。
【００８０】
即ち、第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度、および第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を、それぞれγ度（γ：α＋β）に設定する、換言すれば、各一端と他端の回転軌跡の位相差が、γ度となるように設定した。
【００８１】
このように、第３の実施の形態にあっては、第１のクランク６２の一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度、および第２のクランク６４の一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を、ロボット１０の歩容に応じて変更する、具体的には、歩容から決定される足首Ｙ軸２６ＲＹ（２６ＬＹ）回りの最大トルクに基づいて設定するようにした。これにより、足首Ｙ軸２６ＲＹ（２６ＬＹ）に最大トルクを発生させる必要がある脚部１２Ｒ（１２Ｌ）の着床時近傍と離床時近傍において、足首Ｙ軸用減速機５８の出力を最も効率的に足首Ｙ軸２６ＲＹ（２６ＬＹ）の回転力に変換することができる。このため、足首Ｙ軸用電動モータ４２や足首Ｙ軸用減速機５８の小型化が図れ、脚部１２Ｒ（１２Ｌ）の末端側の重量を軽量化して移動時に発生する慣性力を低減できると共に、構造がコンパクトとなって外観が損なわれるのを防止することができる。
【００８２】
尚、残余の構成およびそれによって得られる効果については、従前の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００８３】
次いで、この発明の第４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。
【００８４】
第３の実施の形態で述べたように、脚式移動ロボットにあっては、歩容によって足首関節に作用するトルクが決定される。従って、ロボットの歩容や移動環境が変化すれば、最大トルクを発生させる必要がある足首Ｙ軸の回転角度も変化する。このため、各クランクの一端と中点と他端のなす角度を、容易に変更できることが望ましい。
【００８５】
そこで、第４の実施の形態にあっては、第１のクランク６２と第２のクランク６４のそれぞれに、それらの一端と中点と他端のなす角度を変更する角度変更機構を設けるようにした。
【００８６】
図１１は、第４の実施の形態に係る脚式移動ロボットの脚部のうち、下腿リンクより末端側を示す、図５と同様な右側面図である。
【００８７】
図１１に示すように、第１のクランク６２は、その一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度を変更する角度変更機構９２を備える。また、第２のクランク６４は、その一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を変更する角度変更機構９４を備える。
【００８８】
図１２は、第１のクランク６２の拡大説明図である。
【００８９】
図示の如く、第１のクランク６２は、一端６２ａ側の第１のアーム６２Ａと、他端６２ｂ側の第２のアーム６２Ｂとに分割される。第１のアーム６２Ａと第２のアーム６２Ｂは、足首Ｙ軸用減速機の出力軸５８ｏに回転自在に取り付けられる。また、第１のアーム６２Ａと第２のアーム６２Ｂには、それぞれ孔６２Ａ１と孔６２Ｂ１が穿設される。
【００９０】
角度変更機構９２は、前記した孔６２Ａ１に挿入されるべきキー９２ａと、孔６２Ｂ１に挿入されるべきキー９２ｂと、足首Ｙ軸用減速機の出力軸５８ｏに固定されたスプライン９２ｃとを備える。即ち、第１のアーム６２Ａを回転させて孔６２Ａ１とスプライン９２ｃの任意の溝部９２ｃ１を位置合わせした後、キー９２ａを孔６２Ａ１とそれに位置合わせされた溝部９２ｃ１に挿入することにより、同図に破線で示すように、第１のアーム６２Ａを任意の角度に固定することができる。
【００９１】
これは、第２のアーム６２Ｂに関しても同様であり、第２のアーム６２Ｂを回転させて孔６２Ｂ１とスプライン９２ｃの任意の溝部９２ｃ１を位置合わせした後、キー９２ｂを孔６２Ｂ１とそれに位置合わせされた溝部９２ｃ１に挿入することにより、第２のアーム６２Ｂを任意の角度に固定することができる。換言すれば、第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度を、任意の角度に変更することができる。
【００９２】
尚、図１２において、孔６２Ａ１、孔６２Ｂ１および溝部９２ｃ１に対し、キー９２ａおよびキー９２ｂを小さく示したが、これは理解の便宜のためであり、実際にはそれらは隙間なく当接されるように形成される。
【００９３】
図１３は、第２のクランク６４の拡大図である。
【００９４】
図１３に示すように、第２のクランク６４も、第１のクランク６２と同様に、一端６４ａ側の第１のアーム６４Ａと、他端６４ｂ側の第２のアーム６４Ｂとに分割され、それらは足首Ｙ軸２６ＲＹに回転自在に取り付けられる。また、第１のアーム６４Ａと第２のアーム６４Ｂには、それぞれ孔６４Ａ１と孔６４Ｂ１が穿設される。
【００９５】
角度変更機構９４は、前記した孔６４Ａ１に挿入されるべきキー９４ａと、孔６２Ｂ１に挿入されるべきキー９４ｂと、足首Ｙ軸２６ＲＹに固定されたスプライン９４ｃとを備え、よって第１のアーム６４Ａを回転させて孔６４Ａ１とスプライン９４ｃの任意の溝部９４ｃ１を位置合わせした後、キー９４ａを孔６４Ａ１とそれに位置合わせされた溝部９４ｃ１に挿入することにより、同図に破線で示すように、第１のアーム６４Ａを任意の角度に固定することができる。
【００９６】
これは、第２のアーム６４Ｂに関しても同様であり、第２のアーム６４Ｂを回転させて孔６４Ｂ１とスプライン９４ｃの任意の溝部９４ｃ１を位置合わせした後、キー９４ｂを孔６４Ｂ１とそれに位置合わせされた溝部９４ｃ１に挿入することにより、第２のアーム６４Ｂを任意の角度に固定することができる。換言すれば、第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を、任意の角度に変更することができる。
【００９７】
尚、図１３において、孔６４Ａ１、孔６４Ｂ１および溝部９４ｃ１に対し、キー９４ａおよびキー９４ｂを小さく示したが、これは理解の便宜のためであり、実際にはそれらは隙間なく当接されるように形成される。
【００９８】
このように、第４の実施の形態にあっては、第１のクランク６２と第２のクランク６４のそれぞれに、それらの一端６２ａ，６４ａと中点６２ｃ，６４ｃと他端６２ｂ，６４ｂのなす角度を変更する角度変更機構９２，９４を設けるように構成したので、前記角度の変更を容易に行うことができる。
【００９９】
尚、残余の構成およびそれによって得られる効果については、従前の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【０１００】
以上のように、この発明の第１から第４の実施の形態にあっては、大腿リンク１６Ｒ，１６Ｌと下腿リンク２０Ｒ，２０Ｌを連結する膝関節２２Ｒ，２２Ｌと、前記下腿リンクと足平２４Ｒ，２４Ｌを連結する足首関節２６Ｒ，２６Ｌを有する脚部１２Ｒ，１２Ｌを備え、前記脚部を駆動して移動する脚式移動ロボット１０において、前記足首関節を前記ロボットの左右軸（足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹ）回りに回転させるモータ（足首Ｙ軸用電動モータ４２）と、前記モータの出力を減速する減速機（足首Ｙ軸用減速機５８）とを備え、前記モータを前記膝関節と同位置あるいは前記大腿リンクに配置すると共に、前記減速機を前記下腿リンクに配置するように構成した。
【０１０１】
さらに、前記モータを前記大腿リンクに配置すると共に、前記モータの出力を、前記膝関節の軸線（膝Ｙ軸２２ＲＹ，２２ＬＹ）と同軸に配置された中間軸（足首Ｙ軸用中間軸５４）を介して前記減速機に伝達するように構成した。
【０１０２】
さらに、前記中間軸の回転を前記減速機に伝達する第１の伝達要素（第２の足首Ｙ軸用ベルト５６）と、前記減速機の出力を前記足首関節の左右軸に伝達する第２の伝達要素（ロッド機構６０）の少なくともいずれか、具体的には、第１の伝達要素を、前記下腿リンクの内部に配置するように構成した。
【０１０３】
さらに、前記第２の伝達要素を、前記減速機の出力軸５８ｏと前記足首関節の左右軸をロッド（第１のロッド６６と第２のロッド６８）で連結するロッド機構６０から構成した。
【０１０４】
さらに、前記ロッド機構を、前記減速機の出力軸に中点６２ｃが固定された第１のクランク６２と、前記足首関節の左右軸に中点６４ｃが固定された第２のクランク６４と、前記第１のクランクの一端６２ａと前記第２のクランクの一端６４ａに連結された第１のロッド６６と、前記第１のクランクの他端６２ｂと第２のクランクの他端６４ｂに連結された第２のロッド６８とから構成した。
【０１０５】
さらに、前記第１のロッド６６と前記第２のロッド６８の離間距離を、前記下腿リンクの幅（前後方向の幅）より小さい値に設定するように構成した。
【０１０６】
また、第１の実施の形態にあっては、前記第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度、および前記第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を、それぞれ略１８０度に設定するように構成した。
【０１０７】
また、第３および第４の実施の形態にあっては、前記第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度、および前記第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を、前記ロボットの移動するときの歩容に応じて変更するように構成した。
【０１０８】
さらに、前記第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度、および前記第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を、前記脚部の着床時近傍および離床時近傍に前記足平に作用するトルク、具体的には、足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹ回りに作用するトルクの最大値に基づいて設定するように構成した。
【０１０９】
また、第４の実施の形態にあっては、前記第１のクランク６２と第２のクランク６４に、それぞれ前記一端と中点と他端のなす角度を変更する角度変更機構９２，９４を設けるように構成した。
【０１１０】
また、第１から第４の実施の形態にあっては、大腿リンク１６Ｒ，１６Ｌと下腿リンク２０Ｒ，２０Ｌを連結する膝関節２２Ｒ，２２Ｌと、前記下腿リンクと足平２４Ｒ，２４Ｌを連結する足首関節２６Ｒ，２６Ｌを有する脚部１２Ｒ，１２Ｌを備え、前記脚部を駆動して移動する脚式移動ロボット１０において、前記足首関節を前記ロボットの左右軸（足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹ）回りに回転させる第１のモータ（足首Ｙ軸用電動モータ４２）と、前記足首関節を前記ロボットの前後軸（足首Ｘ軸２６ＲＸ，２６ＬＸ）回りに回転させる第２のモータ（足首Ｘ軸用電動モータ４０）とを備え、前記第１のモータおよび前記第２のモータを前記大腿リンクに配置すると共に、前記第１のモータの出力を、前記膝関節の軸線（膝Ｙ軸２２ＲＹ，２２ＬＹ）と同軸に配置された第１の中間軸（足首Ｙ軸用中間軸５４）を介して前記足首関節の左右軸に伝達し、前記第２のモータの出力を、前記膝関節の軸線と同軸に配置された第２の中間軸（足首Ｘ軸用中間軸７４）を介して前記足首関節の前後軸に伝達するように構成した。
【０１１１】
また、第１から第４の実施の形態にあっては、大腿リンク１６Ｒ，１６Ｌと下腿リンク２０Ｒ，２０Ｌを連結する膝関節２２Ｒ，２２Ｌと、前記下腿リンクと足平２４Ｒ，２４Ｌを連結する足首関節２６Ｒ，２６Ｌを有する脚部１２Ｒ，１２Ｌを備え、前記脚部を駆動して移動する脚式移動ロボット１０において、前記足首関節を前記ロボットの左右軸（足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹ）回りに回転させる第１のモータ（足首Ｙ軸用電動モータ４２）と、前記足首関節を前記ロボットの前後軸（足首Ｘ軸２６ＲＸ，２６ＬＸ）回りに回転させる第２のモータ（足首Ｘ軸用電動モータ４０）とを備え、前記第２のモータを前記膝関節と同位置あるいは前記大腿リンクに配置する共に、前記第１のモータを、前記大腿リンクにおいて、前記第２のモータより前記膝関節から離間した位置（腰関節１８Ｒ，１８Ｌ側）に配置するように構成した。
【０１１２】
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ロボットでも良い。
【０１１３】
また、足首Ｙ軸用電動モータ４２と足首Ｘ軸用電動モータ４０を共に大腿リンク１６Ｒ，１６Ｌに配置するようにしたが、膝関節２２Ｒ，２２Ｙと同位置に配置するようにしても良い。
【０１１４】
また、第２の足首Ｙ軸用ベルト５６とロッド機構６０のうち、第２の足首Ｙ軸用ベルト５６のみを下腿リンク２０Ｒ，２０Ｌの内部に配置するようにしたが、それら両方、あるいはロッド機構６０のみを下腿リンク２０Ｒ，２０Ｌの内部に配置するようにしても良い。
【０１１５】
また、第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度、および第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を、それぞれ１８０度に設定するように構成したが、必ずしも厳密に１８０度である必要はなく、略１８０度であれば、所望の効果を十分に得ることができる。
【０１１６】
さらに、第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度、および第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度は、上記で記載した角度に限定されるものではなく、ロボット１０の歩容や移動環境に応じて適宜設定すべきであるのは言うまでもない。
【０１１７】
また、角度変更機構９２，９４も上記した構成に限られるものではなく、第１のアームと第２のアームの角度を任意に変更して固定できるものであれば、いかなる構成でも構わない。
【０１１８】
また、使用するモータも電動モータに限られるものではなく、油圧モータなどであっても良い。
【０１１９】
【発明の効果】
請求項１項にあっては、ロボットの足首関節を左右軸回りに回転させるモータを膝関節と同位置あるいは大腿リンクに配置すると共に、前記モータの出力を減速する減速機を下腿リンクに配置するようにしたので、脚部の末端側の重量を軽量化することができ、よってロボットの移動時に脚部に発生する慣性力を低減できる。
【０１２０】
請求項２項にあっては、ロボットの足首関節を左右軸回りに回転させるモータを大腿リンクに配置し、その出力を膝関節の軸線と同軸に配置された中間軸を介して減速機に伝達するように構成したので、請求項１項で述べた効果に加え、膝関節が駆動されて前記モータと減速機の相対位置が変化した場合であっても、モータの出力を減速機に正確に伝達することができる。さらに、構造がコンパクトとなるため、脚部の外観を損ねることがない。
【０１２１】
請求項３項にあっては、膝関節の軸線と同軸に配置された中間軸の回転を減速機に伝達する第１の伝達要素と、減速機の出力を足首関節の左右軸に伝達する第２の伝達要素の少なくともいずれかを、下腿リンクの内部に配置するように構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、構造がよりコンパクトとなり、脚部の外観を損ねることがない。
【０１２２】
請求項４項にあっては、減速機の出力を足首関節の左右軸に伝達する第２の伝達要素を、減速機の出力軸と足首関節の左右軸をロッド（剛性部材）で連結するロッド機構から構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、減速機から出力される大きな駆動力を前記左右軸に確実に伝達することができる。
【０１２３】
請求項５項にあっては、減速機の出力を足首関節の左右軸に伝達するロッド機構を、減速機の出力軸に中点が固定された第１のクランクと、足首関節の左右軸に中点が固定された第２のクランクと、前記第１のクランクの一端と前記第２のクランクの一端に連結された第１のロッドと、前記第１のクランクの他端と第２のクランクの他端に連結された第２のロッドとから構成したので、第１のロッドと第２のロッドが互いの伝達力を補助し合うように作用するため、請求項１項などで述べた効果に加え、伝達効率を向上させることができる。さらに、一方のロッドが破損した場合であっても、他方のロッドで減速機の出力を足首関節の左右軸に伝達することができるため、信頼性を向上させることができる。
【０１２４】
請求項６項にあっては、第１のロッドと第２のロッドの離間距離を、下腿リンクの幅より小さい値に設定するように構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、構造がよりコンパクトとなり、脚部の外観を損ねることがない。
【０１２５】
請求項７項にあっては、第１のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および第２のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、それぞれ略１８０度に設定する、換言すれば、ロッド機構が平行リンク機構となるように構成したので、第１のロッドの伝達力と第２のロッドの伝達力が釣り合う（偶力となる）ことから、足首関節の左右軸を支持するベアリングに付加的な応力が作用しない。
【０１２６】
請求項８項にあっては、第１のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および第２のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、ロボットの移動するときの歩容に応じて変更するように構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、足首関節の左右軸に最も大きなトルクを発生させる必要があるときに、前記減速機の出力を最も効率的に前記左右軸の回転力に変換することができる。このため、モータや減速機の小型化が図れ、脚部の末端側の重量を軽量化して移動時に発生する慣性力を低減できると共に、構造がコンパクトとなって外観が損なわれるのを防止することができる。
【０１２７】
請求項９項にあっては、第１のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および第２のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、脚部の着床時近傍および離床時近傍に足平に作用するトルクに基づいて設定するように構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、足首関節の左右軸に最も大きなトルクを発生させる必要がある着床時近傍と離床時近傍において、前記減速機の出力を最も効率的に前記左右軸の回転力に変換することができる。このため、モータや減速機の小型化が図れ、脚部の末端側の重量を軽量化して移動時に発生する慣性力を低減できると共に、構造がコンパクトとなって外観が損なわれるのを防止することができる。
【０１２８】
請求項１０項にあっては、第１のクランクと第２のクランクのそれぞれに、それらの一端と中点と他端のなす角度を変更する角度変更機構を設けるように構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、前記角度の変更を容易に行うことができる。
【０１２９】
請求項１１項にあっては、足首関節を左右軸（進行方向と直交する左右方向）回りに回転させる第１のモータと、前記足首関節を前後軸（進行方向）回りに回転させる第２のモータを、それぞれ大腿リンクに配置するように構成したので、脚部の末端側の重量を軽量化する（脚部の重心位置を末端側から遠くする）ことができ、よってロボットの移動時に脚部に発生する慣性力を低減できる。また、第１のモータと第２のモータの出力を、それぞれ膝関節の軸線と同軸に配置された第１の中間軸と第２の中間軸を介して前記足首関節の各軸に伝達するように構成したので、膝関節が駆動されて各モータと足首関節の相対位置が変化した場合であっても、モータの出力を足首関節に正確に伝達することができる。さらに、構造がコンパクトとなるため、脚部の外観を損ねることがない。
【０１３０】
請求項１２項にあっては、足首関節を前後軸回りに回転させる第２のモータを膝関節と同位置あるいは大腿リンクに配置すると共に、足首関節を左右軸回りに回転させる第１のモータの出力を、前記大腿リンクにおいて、前記第２のモータより膝関節から離間した位置に配置するように構成することで、脚部の末端側の重量を軽量化することができ、よって移動時に脚部に発生する慣性力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】図１で模式的に示したロボットの右側の脚部を詳しく示す右側面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図２に示す足首Ｙ軸を−６０度回転させたときの下腿リンクより端部側を示す右側面図である。
【図５】この発明の第２の実施の形態に係る脚式移動ロボットにおいて、脚部の下腿リンクより末端側を示す右側面図である。
【図６】図５に示す足首Ｙ軸を−６０度回転させたときの下腿リンクより端部側を示す、図４と同様な右側面図である。
【図７】この発明の第３の実施の形態に係る脚式移動ロボットにおいて、脚部の下腿リンクより末端側を示す、図５と同様な右側面図である。
【図８】図に示す足首Ｙ軸をα度回転させたときの下腿リンクより端部側を示す右側面図である。
【図９】ロボットが移動するときに足平に作用する、足首Ｙ軸回りのトルクを示すタイム・チャートである。
【図１０】ロボットが移動するときの足首Ｙ軸の回転角度を示すタイム・チャートである。
【図１１】この発明の第４の実施の形態に係る脚式移動ロボットにおいて、脚部の下腿リンクより末端側を示す、図５と同様な右側面図である。
【図１２】図１１に示す第１のクランクの拡大説明図である。
【図１３】図１１に示す第２のクランクの拡大説明図である。
【符号の説明】
１０ ロボット（脚式移動ロボット）
１２Ｒ，Ｌ 脚部
１６Ｒ，Ｌ 大腿リンク
１８Ｒ，Ｌ 腰関節
２０Ｒ，Ｌ 下腿リンク
２２Ｒ，Ｌ 膝関節
２２ＲＹ，ＬＹ 膝Ｙ軸（膝関節の左右軸）
２４Ｒ，Ｌ 足平
２６Ｒ，Ｌ 足首関節
２６ＲＹ，ＬＹ 足首Ｙ軸（足首関節の左右軸）
２６ＲＸ，ＬＸ 足首Ｘ軸（足首関節の前後軸）
４０ 足首Ｘ軸用電動モータ（第２のモータ）
４２ 足首Ｙ軸用電動モータ（モータ。第１のモータ）
５４ 足首Ｙ軸用中間軸（中間軸。第１の中間軸）
５６ 第２の足首Ｙ軸用ベルト（第１の伝達要素）
５８ 足首Ｙ軸用減速機（減速機）
５８ｏ （足首Ｙ軸用減速機の）出力軸
６０ ロッド機構（第２の伝達要素）
６２ 第１のクランク
６２ａ （第１のクランクの）一端
６２ｂ （第１のクランクの）他端
６２ｃ （第１のクランクの）中点
６４ 第２のクランク
６４ａ （第２のクランクの）一端
６４ｂ （第２のクランクの）他端
６４ｃ （第２のクランクの）中点
６６ 第１のロッド
６８ 第２のロッド
７４ 足首Ｘ軸用中間軸（第２の中間軸）
９２，９４ 角度変更機構
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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、例えば特許文献１に記載される技術が知られている。この従来技術にあっては、膝関節を駆動する電動モータ（８０）を大腿リンク（７０）に配置すると共に、足首関節を駆動する電動モータ（８８）を下腿リンク（８６）に配置し、各関節の軸線と同軸に配置された減速機（８４）（９２）をベルト（８２）（９０）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。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２５９２３４０号公報（第５頁左欄、図２、図６など）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
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、脚部に大きな慣性力が生じる。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に、脚部、特にその末端側（即ち、足平側）の重量は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モータが配置されると共に、その出力を減速する減速機が足首関節の軸線と同軸に配置されることから、脚部の末端側の重量が重くなり、慣性力の低減の点で改善の余地を残していた。
【０００５】
従って、この発明の目的は、脚部の末端側の重量を軽量化し、よっ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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１項にあっては、大腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、前記下腿リンクと足平を連結する足首関節を有する脚部を備え、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、前記足首関節を前記ロボットの左右軸回りに回転させるモータと、前記モータの出力を減速する減速機とを備え、前記モータを前記膝関節と同位置あるいは前記大腿リンクに配置すると共に、前記減速機を前記下腿リンクに配置するように構成した。
【０００７】
ロボットの足首関節を左右軸（進行方向と直交する左右方向）回りに回転させるには、大きな駆動力が必要とされる。そのため、一般に、足首関節を左右軸回りに回転させるのに用いられるモータは、大型で重量の大きいものが選択される。従って、請求項１項に記載される如く、ロボットの足首関節を左右軸回りに回転させるモータを膝関節と同位置あるいは大腿リンクに配置すると共に、前記モータの出力を減速する減速機を下腿リンクに配置することで、脚部の末端側の重量を軽量化する（脚部の重心位置を末端側から遠くする）ことができ、よってロボットの移動時に脚部に発生する慣性力を低減できる。尚、減速機を下腿リンクに配置したのは、大腿リンクに多くの部品を配置し過ぎると、脚部の外観を損ねるおそれがあると共に、脚部を複数本備えた場合、それらが干渉し易くなるのを防止するためである。
【０００８】
また、請求項２項にあっては、前記モータを前記大腿リンクに配置すると共に、前記モータの出力を、前記膝関節の軸線と同軸に配置された中間軸を介して前記減速機に伝達するように構成した。
【０００９】
このように、ロボットの足首関節を左右軸回りに回転させるモータを大腿リンクに配置し、その出力を膝関節の軸線（より具体的には左右軸。即ち、足首関節の左右軸と平行な軸線）と同軸に配置された中間軸を介して減速機に伝達するように構成したので、請求項１項で述べた効果に加え、膝関節が駆動されて前記モータと減速機の相対位置が変化した場合であっても、モータの出力を減速機に正確に伝達することができる。さらに、構造がコンパクトとなるため、脚部の外観を損ねることがない。
【００１０】
また、請求項３項にあっては、前記中間軸の回転を前記減速機に伝達する第１の伝達要素と、前記減速機の出力を前記足首関節の左右軸に伝達する第２の伝達要素の少なくともいずれかを、前記下腿リンクの内部に配置するように構成した。
【００１１】
このように、膝関節の軸線と同軸に配置された中間軸の回転を減速機に伝達する第１の伝達要素と、減速機の出力を足首関節の左右軸に伝達する第２の伝達要素の少なくともいずれかを、下腿リンクの内部（具体的には、下腿リンク外形線の内部）に配置するように構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、構造がよりコンパクトとなり、脚部の外観を損ねることがない。
【００１２】
また、請求項４項にあっては、前記第２の伝達要素を、前記減速機の出力軸と前記足首関節の左右軸をロッドで連結するロッド機構から構成した。
【００１３】
このように、減速機の出力を足首関節の左右軸に伝達する第２の伝達要素を、減速機の出力軸と足首関節の左右軸をロッド（剛性部材）で連結するロッド機構から構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、減速機から出力される大きな駆動力を前記左右軸に確実に伝達することができる。
【００１４】
また、請求項５項にあっては、前記ロッド機構を、前記減速機の出力軸に中点が固定された第１のクランクと、前記足首関節の左右軸に中点が固定された第２のクランクと、前記第１のクランクの一端と前記第２のクランクの一端に連結された第１のロッドと、前記第１のクランクの他端と第２のクランクの他端に連結された第２のロッドとから構成した。
【００１５】
このように、減速機の出力を足首関節の左右軸に伝達するロッド機構を、減速機の出力軸に中点が固定された第１のクランクと、足首関節の左右軸に中点が固定された第２のクランクと、前記第１のクランクの一端と前記第２のクランクの一端に連結された第１のロッドと、前記第１のクランクの他端と第２のクランクの他端に連結された第２のロッドとから構成したので、第１のクランクが回転することにより、第１のロッドと第２のロッドが相反する方向へと変位する。かかる変位は、第２のクランクの回転力に変換される際、互いの伝達力を補助し合うように作用するため、請求項１項などで述べた効果に加え、伝達効率を向上させることができる。さらに、一方のロッドが破損した場合であっても、他方のロッドで減速機の出力を足首関節の左右軸に伝達することができるため、信頼性を向上させることができる。
【００１６】
また、請求項６項にあっては、前記第１のロッドと前記第２のロッドの離間距離を、前記下腿リンクの幅より小さい値に設定するように構成した。
【００１７】
このように、第１のロッドと第２のロッドの離間距離を、下腿リンクの幅より小さい値に設定するように構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、構造がよりコンパクトとなり、脚部の外観を損ねることがない。
【００１８】
また、請求項７項にあっては、前記第１のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および前記第２のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、それぞれ略１８０度に設定するように構成した。
【００１９】
このように、第１のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および第２のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、それぞれ略１８０度に設定する、換言すれば、ロッド機構が平行リンク機構となるように構成したので、第１のロッドの伝達力と第２のロッドの伝達力が釣り合う（偶力となる）ことから、足首関節の左右軸を支持するベアリングに付加的な応力が作用しない。
【００２０】
また、請求項８項にあっては、前記第１のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および前記第２のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、前記ロボットの移動するときの歩容に応じて変更するように構成した。
【００２１】
このように、第１のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および第２のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、ロボットの移動するときの歩容に応じて変更するように構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、足首関節の左右軸に最も大きなトルクを発生させる必要があるときに、前記減速機の出力を最も効率的に前記左右軸の回転力に変換することができる。このため、モータや減速機の小型化が図れ、脚部の末端側の重量を軽量化して移動時に発生する慣性力を低減できると共に、構造がコンパクトとなって外観が損なわれるのを防止することができる。
【００２２】
また、請求項９項にあっては、前記第１のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および前記第２のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、前記脚部の着床時近傍および離床時近傍に前記足平に作用するトルクに基づいて設定するように構成した。
【００２３】
このように、第１のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および第２のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、脚部の着床時近傍および離床時近傍に足平に作用するトルクに基づいて設定するように構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、足首関節の左右軸に最も大きなトルクを発生させる必要がある着床時近傍と離床時近傍において、前記減速機の出力を最も効率的に前記左右軸の回転力に変換することができる。このため、モータや減速機の小型化が図れ、脚部の末端側の重量を軽量化して移動時に発生する慣性力を低減できると共に、構造がコンパクトとなって外観が損なわれるのを防止することができる。
【００２４】
また、請求項１０項にあっては、前記第１のクランクと第２のクランクに、それぞれ前記一端と中点と他端のなす角度を変更する角度変更機構を設けるように構成した。
【００２５】
このように、第１のクランクと第２のクランクのそれぞれに、それらの一端と中点と他端のなす角度を変更する角度変更機構を設けるように構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、前記角度の変更を容易に行うことができる。
【００２６】
また、請求項１１項にあっては、大腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、前記下腿リンクと足平を連結する足首関節を有する脚部を備え、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、前記足首関節を前記ロボットの左右軸回りに回転させる第１のモータと、前記足首関節を前記ロボットの前後軸回りに回転させる第２のモータとを備え、前記第１のモータおよび前記第２のモータを前記大腿リンクに配置すると共に、前記第１のモータの出力を、前記膝関節の軸線と同軸に配置された第１の中間軸を介して前記足首関節の左右軸に伝達し、前記第２のモータの出力を、前記膝関節の軸線と同軸に配置された第２の中間軸を介して前記足首関節の前後軸に伝達するように構成した。
【００２７】
このように、足首関節を左右軸（進行方向と直交する左右方向）回りに回転させる第１のモータと、前記足首関節を前後軸（進行方向）回りに回転させる第２のモータを、それぞれ大腿リンクに配置するように構成したので、脚部の末端側の重量を軽量化する（脚部の重心位置を末端側から遠くする）ことができ、よってロボットの移動時に脚部に発生する慣性力を低減できる。また、第１のモータと第２のモータの出力を、それぞれ膝関節の軸線と同軸に配置された第１の中間軸と第２の中間軸を介して前記足首関節の各軸に伝達するように構成したので、膝関節が駆動されて各モータと足首関節の相対位置が変化した場合であっても、モータの出力を足首関節に正確に伝達することができる。さらに、構造がコンパクトとなるため、脚部の外観を損ねることがない。
【００２８】
また、請求項１２項にあっては、大腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、前記下腿リンクと足平を連結する足首関節を有する脚部を備え、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、前記足首関節を前記ロボットの左右軸回りに回転させる第１のモータと、前記足首関節を前記ロボットの前後軸回りに回転させる第２のモータとを備え、前記第２のモータを前記膝関節と同位置あるいは前記大腿リンクに配置する共に、前記第１のモータを、前記大腿リンクにおいて、前記第２のモータより前記膝関節から離間した位置に配置するように構成した。
【００２９】
ロボットの足首関節を左右軸（進行方向と直交する左右方向）回りに回転させるには、前後軸（進行方向）回りに回転させるのに比して大きな駆動力が必要とされる。そのため、一般に、足首関節を左右軸回りに回転させるのに用いられるモータは、前後軸回りに回転させるのに用いられるモータより大型で重量の大きいものが選択される。従って、請求項１２項に記載される如く、足首関節を前後軸回りに回転させる第２のモータを膝関節と同位置あるいは大腿リンクに配置すると共に、足首関節を左右軸回りに回転させる第１のモータの出力を、前記大腿リンクにおいて、前記第２のモータより膝関節から離間した位置（即ち、脚部の末端側から遠い位置）に配置するように構成することで、脚部の末端側の重量を軽量化する（脚部の重心位置を末端側から遠くする）ことができ、よって移動時に脚部に発生する慣性力を低減できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
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。
【００３１】
図１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。
【００３２】
図示の如く、２足歩行ロボット（以下「ロボット」という）１０は、左右それぞれの脚部１２Ｒ，１２Ｌ（右側をＲ、左側をＬとする。以下同じ）を備える。左右の脚部１２Ｒ，１２Ｌは、それぞれ、上体１４と大腿リンク１６Ｒ，１６Ｌを連結する腰（股）関節１８Ｒ，１８Ｌと、大腿リンク１６Ｒ，１６Ｌと下腿リンク２０Ｒ，２０Ｌを連結する膝関節２２Ｒ，２２Ｌと、下腿リンク２０Ｒ，２０Ｌと足平２４Ｒ，２４Ｌを連結する足首関節２６Ｒ，２６Ｌとを有する。
【００３３】
腰関節１８Ｒ，１８Ｌは、具体的には、大腿リンク１６Ｒ，１６Ｌより末端側（足平側）を重力軸（Ｚ軸）回りに回転させる腰Ｚ軸１８ＲＺ，１８ＬＺと、大腿リンク１６Ｒ，１６Ｌより末端側を前後軸（Ｘ軸。即ち、進行方向）回り（ロール方向）に回転させる腰Ｘ軸１８ＲＸ，１８ＬＸと、大腿リンク１６Ｒ，１６Ｌより末端側を左右軸（Ｙ軸。即ち、進行方向および重力方向と直交する方向）回り（ピッチ方向）に回転させる腰Ｙ軸１８ＲＹ，１８ＬＹとからなる。
【００３４】
また、膝関節２２Ｒ，２２Ｌは、下腿リンク２０Ｒ，２０Ｌより末端側を左右軸回りに回転させる膝Ｙ軸２２ＲＹ，２２ＬＹからなる。また、足首関節２６Ｒ，２６Ｌは、足平２４Ｒ，２４Ｌを前後軸回りに回転させる足首Ｘ軸２６ＲＸ，２６ＬＸと、足平２４Ｒ，２４Ｌを左右軸回りに回転させる足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹとからなる。上記した各軸は、電動モータ（同図で図示せず。一部後述）によって駆動される。
【００３５】
足首関節２６Ｒ，２６Ｌと足平２４Ｒ，２４Ｌの間には、公知の６軸力センサ３０Ｒ，３０Ｌが取り付けられ、力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚとを測定し、脚部１２Ｒ，１２Ｌの着地の有無、と床面から脚部１２Ｒ，１２Ｌに作用する床反力などを検出する。また、上体１４には傾斜センサ３２が設置され、ロボット１０のＺ軸に対する傾きとその角速度を検出する。また、各軸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。
【００３６】
これら６軸力センサ３０Ｒ，３０Ｌや傾斜センサ３２などの出力は、上体１４に収容された制御ユニット３４に入力される。制御ユニット３４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、各軸を駆動する電動モータの制御値を算出する。
【００３７】
このように、ロボット１０は、左右の脚部１２Ｒ，１２Ｌのそれぞれについて６つの軸（自由度）を与えられ、これら６×２＝１２個の軸を駆動する電動モータを制御ユニット３４で算出された制御値に基づいて動作させることにより、脚全体に所望の動きを与えて任意に３次元空間を移動することができる。尚、上体１４には、例えば国際公開第ＷＯ ０２／４０２２６ Ａ１パンフレットに記載されるような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、図示および説明を省略する。
【００３８】
続いて、図２以降を参照してロボット１の脚部１２Ｒ，１２Ｌについて詳説する。尚、以下、右側の脚部１２Ｒを例に挙げて説明するが、左右の脚部１２Ｒ，１２Ｌは左右対称のため、以下の説明は左側の脚部１２Ｌにも妥当する。
【００３９】
図２は、図１で模式的に示した脚部１２Ｒを詳しく示す右側面図である。また、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【００４０】
両図に示すように、大腿リンク１６Ｒには、足首関節２６ＲのＸ軸２６ＲＸ（以下、「足首Ｘ軸」という）を駆動する電動モータ４０（以下「足首Ｘ軸用電動モータ」という）が配置される。また、大腿リンク１６Ｒにおいて、足首Ｘ軸用電動モータ４０より膝関節２２Ｒから離間した位置（即ち、重力方向において上方）には、足首関節２６ＲのＹ軸２６ＲＹ（以下「足首Ｙ軸」という）を駆動する電動モータ４２（以下「足首Ｙ軸用電動モータ」という）と、膝関節２２ＲのＹ軸２２ＲＹ（以下「膝Ｙ軸」という）を駆動する電動モータ４４（以下「膝Ｙ軸用電動モータ」という）が配置される。
【００４１】
膝Ｙ軸用電動モータ４４の出力（回転出力）は、ベルト４８（以下「膝Ｙ軸用ベルト」という）を介して膝Ｙ軸２２ＲＹと同軸に配置された減速機５０（以下「膝Ｙ軸用減速機」という）に伝達される。膝Ｙ軸用減速機５０によって減速された出力は、膝Ｙ軸２２ＲＹに直接伝達される。このように、大腿リンク１６Ｒに配置された膝Ｙ軸用電動モータ４４の出力は、膝Ｙ軸用ベルト４８と膝Ｙ軸用減速機５０を介して膝Ｙ軸２２ＲＹに伝達される。
【００４２】
また、足首Ｙ軸用電動モータ４２の出力（回転出力）は、ベルト５２（以下「第１の足首Ｙ軸用ベルト」という）を介して膝Ｙ軸２２ＲＹと同軸に配置された中間軸５４（以下「足首Ｙ軸用中間軸」という）に伝達される。足首Ｙ軸用中間軸５４の回転は、ベルト５６（前記した第１の伝達要素。以下「第２の足首Ｙ軸用ベルト」という）を介し、下腿リンク２０Ｒに配置された減速機５８（以下「足首Ｙ軸用減速機」という）に伝達される。尚、第２の足首Ｙ軸用ベルト５６は、下腿リンク２０Ｒの内部、具体的には、その外形線の内部に配置される。また、足首Ｙ軸用減速機５８は、その出力軸５８ｏがＹ軸方向と平行となるように配置される。
【００４３】
足首Ｙ軸用減速機５８によって減速された出力は、ロッド機構６０（前記した第２の伝達要素）を介して足首Ｙ軸２６ＲＹに伝達される。ロッド機構６０は、剛性部材によって形成される第１のクランク６２と、第２のクランク６４と、第１のロッド６６と、第２のロッド６８とからなる。
【００４４】
具体的に説明すると、足首Ｙ軸用減速機の出力軸５８ｏには、平面視略菱形を呈する第１のクランク６２が固定される。第１のクランク６２は、その一端６２ａ（ロボット１０の進行方向前方に位置する端部）にピン継手６２ａ１が形成されると共に、他端６２ｂ（ロボット１０の進行方向後方に位置する端部）にピン継手６２ｂ１が形成される。尚、第１のクランク６２は、一端６２ａと他端６２ｂの中点、具体的には、一端に形成されたピン継手６２ａ１と他端に形成されたピン継手６２ｂ１の中点６２ｃにおいて、足首Ｙ軸用減速機の出力軸５８ｏに固定される。また、第１のクランク６２の一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂは、それらのなす角度が１８０度となる、即ち、それらが同一直線上に配置されるように設定される。換言すれば、一端に形成されたピン継手６２ａ１と他端に形成されたピン継手６２ｂ１の回転軌跡の位相差が、１８０度となるように設定される。
【００４５】
また、足首Ｙ軸２６ＲＹには、第２のクランク６４が固定される。第２のクランク６４は、平面視略菱形を呈し、その一端６４ａ（ロボット１０の進行方向前方に位置する端部）にピン継手６４ａ１が形成されると共に、他端６４ｂ（ロボット１０の進行方向後方に位置する端部）にピン継手６４ｂ１が形成される。また、第２のクランク６４は、その一端６４ａと他端６４ｂの中点、具体的には、一端に形成されたピン継手６４ａ１と他端に形成されたピン継手６４ｂ１の中点６４ｃにおいて、足首Ｙ軸２６ＲＹに固定されると共に、前記一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂは、それらのなす角度が１８０度となる、即ち、同一直線上に配置されるように設定される。換言すれば、一端に形成されたピン継手６４ａ１と他端に形成されたピン継手６４ｂ１の回転軌跡の位相差が、１８０度となるように設定される。
【００４６】
尚、第１のクランクの一端に形成されたピン継手６２ａ１と他端に形成されたピン継手６２ｂ１の離間距離、および第２のクランクの一端に形成されたピン継手６４ａ１と他端に形成されたピン継手６４ｂ１の離間距離は、下腿リンク２０Ｒの幅（Ｘ軸方向の幅）より小さい値に設定される。
【００４７】
第１のクランクの一端に形成されたピン継手６２ａ１と第２のクランクの一端に形成されたピン継手６４ａ１は、第１のロッド６６を介して連結される。また、第１のクランクの他端に形成されたピン継手６２ｂ１と第２のクランクの他端に形成されたピン継手６４ｂ１は、第１のロッド６６と平行に配置された第２のロッド６８を介して連結される。即ち、ロッド機構６０は、平行リンク機構（平行クランク機構）とされる。また、第１のクランクに形成されたピン継手６２ａ１とピン継手６２ｂ１の離間距離、および第２のクランクに形成されたピン継手６４ａ１とピン継手６４ｂ１の離間距離が、下腿リンク２０Ｒの幅（Ｘ軸方向の幅）より小さい値に設定されることから、第１のロッド６６と第２のロッド６８の離間距離も、下腿リンク２０Ｒの幅（Ｘ軸方向の幅）より小さい値とされる。
【００４８】
このように、大腿リンク１６Ｒに配置された足首Ｙ軸用電動モータ４２の出力は、第１の足首Ｙ軸用ベルト５２と、足首Ｙ軸用中間軸５４と、第２の足首Ｙ軸用ベルト５６と、足首Ｙ軸用減速機５８と、ロッド機構６０とを介して足首Ｙ軸２６ＲＹに伝達される。
【００４９】
また、足首Ｘ軸用電動モータ４０の出力（回転出力）は、ベルト７２（以下「第１の足首Ｘ軸用ベルト」という）を介して膝Ｙ軸２２ＲＹと同軸に配置された中間軸７４（以下「足首Ｘ軸用中間軸」という）に伝達さえる。足首Ｘ軸用中間軸７４の回転は、ベルト７６（以下「第２の足首Ｘ軸用ベルト」という）を介し、足首Ｙ軸２６ＲＹと平行に配置された受動軸７８に伝達される。
【００５０】
受動軸７８の端部には、ドライブベベルギヤ８０が固定され、ドライブベベルギヤ８０は、足首Ｘ軸２６ＲＸの端部に固定されたドリブンベベルギヤ８２に噛合される。即ち、大腿リンク１６Ｒに配置された足首Ｘ軸用電動モータ４０の出力は、第１の足首Ｘ軸用ベルト７２と、足首Ｘ軸用中間軸７４と、第２の足首Ｘ軸用ベルト７６と、受動軸７８と、ドライブベベルギヤ８０とドリブンベベルギヤ８２とを介して足首Ｘ軸２６ＲＸに伝達される。
【００５１】
ここで、足首関節２６Ｒの足首Ｙ軸２６ＲＹ回りへの駆動（回転）について説明すると、足首Ｙ軸用電動モータ４２が回転出力を生じることにより、第１の足首Ｙ軸用ベルト５２と足首Ｙ軸用中間軸５４と第２の足首Ｙ軸用ベルト５６を介し、足首Ｙ軸用減速機の出力軸５８ｏに固定された第１のクランク６２が回転する。第１のクランク６２が回転すると、その一端６２ａに連結された第１のロッド６６と他端に連結された第２のロッド６８が相反する方向へと変位し、よって第２のクランク６４に回転力（偶力）が発生する。これにより、図４に示す如く、足首Ｙ軸２６ＲＹが駆動（回転）されて足平２４Ｒと下腿リンク２０Ｒの相対位置（角度）が変化する。尚、図４は、足首Ｙ軸２６ＲＹを−６０度回転させたときの下腿リンク２０Ｒより端部側を示す右側面図である（この実施の形態にあっては、足首関節２６Ｒを屈曲させる方向への回転を−（マイナス）の回転角度とし、足首関節２６Ｒを伸展させる方向への回転を＋（プラス）の回転角度とする）。
【００５２】
このように、この実施の形態に係る脚式移動ロボットにあっては、ロボット１０の足首Ｙ軸２６ＲＹ（２６ＬＹ）を回転させる足首Ｙ軸用電動モータ４２を大腿リンク１６Ｒ（１６Ｌ）に配置すると共に、足首Ｙ軸用電動モータ４２の出力を減速する足首Ｙ軸用減速機５８を下腿リンク２０Ｒ（２０Ｌ）に配置するようにしたので、脚部１２Ｒ（１２Ｌ）の末端側（接地側。即ち、足平２４Ｒ（２４Ｌ）側）の重量を軽量化する、換言すれば、脚部１２Ｒ（１２Ｌ）の重心位置を末端側から遠くすることができ、よってロボット１０の移動時に脚部１２Ｒ（１２Ｌ）に発生する慣性力を低減することができる。
【００５３】
尚、足首Ｙ軸用減速機５８を下腿リンク２０Ｒ（２０Ｌ）に配置したのは、大腿リンク１６Ｒ（１６Ｌ）に多くの部品を配置し過ぎると、例えば特願２００２−２４８４６７号の図２に記載されるように、大腿部の外形線が大きくなって脚部１２Ｒ（１２Ｌ）の外観を損ねるおそれがあると共に、左右の脚部１２Ｒ，１２Ｌが干渉し易くなることから、それらを防止するためである。
【００５４】
さらに、足首Ｘ軸２６ＲＸ（２６ＬＸ）を回転させる足首Ｘ軸用電動モータ４０を、大腿リンク１６Ｒ（１６Ｌ）に配置するようにしたので、脚部１２Ｒ（１２Ｌ）の末端側の重量を一層軽量化することができ、よってロボット１０の移動時に脚部１２Ｒ（１２Ｌ）に発生する慣性力を一層低減することができる。
【００５５】
ところで、脚式移動ロボットの足首関節を左右軸（Ｙ軸）回りに回転させるには、前後軸（Ｘ軸）回りに回転させるのに比して大きな駆動力が必要とされる。このため、図示の如く、足首Ｙ軸用電動モータ４２は、足首Ｘ軸用電動モータ４０に比して大型で重量の大きいものが選択される。従って、この実施の形態にあっては、足首Ｙ軸用電動モータ４２を、足首Ｘ軸用電動モータ４０より膝関節２２Ｒ（２２Ｌ）から離間した位置（即ち、足平２４Ｒ（２４Ｌ）から遠い位置（腰関節１８Ｒ（１８Ｌ）側））に配置するようにした。これにより、脚部１２Ｒ（１２Ｌ）の末端側の重量をより一層軽量化することができ、よって移動時に脚部１２Ｒ（１２Ｌ）に発生する慣性力をより一層低減することができる。
【００５６】
一方、足首関節２６Ｒ（２６Ｌ）を駆動する足首Ｙ軸用電動モータ４２と足首Ｘ軸用電動モータ４０を大腿リンク１６Ｒ（１６Ｌ）に配置すると、膝関節２２Ｒ（２２Ｌ）が駆動されたとき、各モータと足首関節２６Ｒ（２６Ｌ）の相対位置が変化するという不具合が生じる。そこで、この実施の形態にあっては、足首Ｙ軸用電動モータ４２と足首Ｘ軸用電動モータ４０の出力を、それぞれ膝関節Ｙ軸２２ＲＹ（２２ＬＹ）と同軸に配置された足首Ｙ軸用中間軸５４と足首Ｘ軸用中間軸７４を介して足首Ｙ軸２６ＲＹ（２６ＬＹ）と足首Ｘ軸２６ＲＸ（２６ＬＸ）に伝達するようにした。これにより、膝関節２２Ｒ（２２Ｌ）が駆動されて各モータと足首関節２６Ｒ（２６Ｌ）の相対位置が変化した場合であっても、各モータと各中間軸の相対位置ならびに各中間軸と足首関節２６Ｒ（２６Ｌ）の相対位置は変化しないことから、各モータの出力を足首関節２６Ｒ（２６Ｌ）に正確に伝達することができる。さらに、構造がコンパクトとなるため、脚部１２Ｒ（１２Ｌ）の外観を損ねることがない。
【００５７】
また、足首Ｙ軸用中間軸５４の回転を足首Ｙ軸用減速機５８に伝達する第２の足首Ｙ軸用ベルト５６を、下腿リンク２０Ｒ（２０Ｌ）の内部に配置するようにしたので、構造をよりコンパクトとすることができ、よって脚部１２Ｒ（１２Ｌ）の外観を損ねることがない。また、第１のロッド６６と第２のロッド６８の離間距離を、下腿リンク２０Ｒ（２０Ｌ）の幅より小さい値に設定するようにしたので、構造をより一層コンパクトとすることができ、よって脚部１２Ｒ（１２Ｌ）の外観を損ねることがない。
【００５８】
さらに、足首Ｙ軸用減速機５８の出力を、剛性部材からなる２本のロッドによって足首Ｙ軸２６ＲＹ（２６ＬＹ）に伝達するようにしたので、足首Ｙ軸用減速機５８から出力される大きな駆動力を確実に伝達することができる。
【００５９】
また、第１のロッド６６と第２のロッド６８が相反する方向へと変位することにより、かかる変位が第２のクランク６４の回転力に変換される際、互いの伝達力を補助し合うように作用するため、伝達効率を向上させることができる。さらに、一方のロッドが破損した場合であっても、他方のロッドで足首Ｙ軸用減速機５８の出力を足首Ｙ軸２６ＲＹ（２６ＬＹ）に伝達することができるため、信頼性を向上させることができる。
【００６０】
さらに、第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度、および第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を、それぞれ１８０度に設定する、換言すれば、ロッド機構６０が平行リンク機構となるようにしたので、第１のロッド６６の伝達力と第２のロッド６８の伝達力が釣り合う（偶力となる）ことから、足首Ｙ軸２６ＲＹ（２６ＬＹ）を支持するベアリング８４（軸受け。図３に示す）に付加的な応力が作用しない。
【００６１】
次いで、この発明の第２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。
【００６２】
図５は、第２の実施の形態に係る脚式移動ロボットにおいて、脚部の下腿リンクより末端側を示す右側面図であり、図６は、足首Ｙ軸を−６０度回転させたときの下腿リンクより端部側を示す、図４と同様な右側面図である。
【００６３】
第１の実施の形態で述べたように、第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度、および第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を、それぞれ略１８０度に設定すると、第１のクランクの伝達力と第２のクランクの伝達力が釣り合う（偶力となる）ため、足首Ｙ軸２６ＲＹ（２６ＬＹ）を支持するベアリング８４に付加的な応力が作用しないという利点がある。
【００６４】
一方、そのように構成すると、第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂ、および第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂの全てが同一直線上に位置したときに回転し難くなる（即ち、死点が存在する）という不具合があった。
【００６５】
そこで、第２の実施の形態にあっては、図５および図６に示すように、第１のクランク６２の一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度が９０度となるように設定した。換言すれば、第１のクランク６２の一端に形成されたピン継手６２ａ１と他端に形成されたピン継手６２ｂ１の回転軌跡の位相差が、９０度となるように設定した。
【００６６】
また、第２のクランク６４も同様に、その一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度が９０度となるように、換言すれば、第２のクランク６４の一端に形成されたピン継手６４ａ１と他端に形成されたピン継手６４ｂ１の回転軌跡の位相差が９０度となるように設定した。
【００６７】
これにより、第２の実施の形態にあっては、ロッド機構６０に死点が存在せず、よって足首Ｙ軸用減速機５８の出力（回転出力）を足首Ｙ軸２６ＲＹ（２６ＬＹ）の回転力に効率的に変換することができる。
【００６８】
尚、残余の構成およびそれによって得られる効果については、従前の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６９】
次いで、この発明の第３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。
【００７０】
脚式移動ロボットにあっては、一般に、歩容によって足首関節に作用するトルクが決定される。そこで、第３の実施の形態にあっては、第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度、および第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を、ロボット１０の移動するときの歩容に応じて変更する、具体的には、歩容から決定される足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹ回りのトルクに基づいて設定するようにした。
【００７１】
図７は、第３の実施の形態に係る脚式移動ロボットの脚部のうち、下腿リンクより末端側を示す、図５と同様な右側面図である。また、図８は、足首Ｙ軸をα度回転させたときの下腿リンクより端部側を示す右側面図である。
【００７２】
図７および図８の説明を続ける前に、図９を参照し、ロボット１０が移動するときに発生する足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹ回りのトルクについて説明する。
【００７３】
図９は、ロボット１０が移動するときに発生する足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹ回りのトルクを示すタイム・チャートである。
【００７４】
図９に示すように、足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹ回りのトルクは、脚部１２Ｒ，１２Ｌの離床時近傍と着床時近傍においてそれぞれ正負の最大値をとる。具体的には、脚部１２Ｒ，１２Ｌの離床時近傍に＋（プラス）方向の最大トルクが発生すると共に、着床時近傍に−（マイナス）方向の最大トルクが発生する。尚、＋方向のトルクとは、足首関節２６Ｒ，２６Ｌを伸展させる方向のトルクを意味し、−方向のトルクとは、足首関節２６Ｒ，２６Ｌを屈曲させる方向のトルクを意味する。
【００７５】
ところで、足首Ｙ軸用減速機５８の出力を足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹの回転力に最も効果的に変換できるのは、第１のクランクの中点６２ｃと一端６２ａ（ピン継手６２ａ１）を結ぶ線、および第２のクランクの中点６４ｃと一端６４ａ（ピン継手６４ａ１）を結ぶ線が、第１のロッド６６と直交するとき、あるいは、第１のクランクの中点６２ｃと他端６２ｂ（ピン継手６２ｂ１）を結ぶ線、および第１のクランクの中点６４ｃと他端６４ｂ（ピン継手６４ｂ１）を結ぶ線が、第２のロッド６８と直交するときである。
【００７６】
そこで、第３の実施の形態にあっては、足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹ回りに最大トルクが作用するとき、上記した条件が満たされるように、第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度、および第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を設定するようにした。別言すれば、足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹに最大トルクを発生させる必要がある脚部１２Ｒ，１２Ｌの着床時近傍と離床時近傍において、足首Ｙ軸用減速機５８の出力を最も効率的に足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹの回転力に変換できるように、各クランクの中点に対する一端と他端の位置を設定するようにした。
【００７７】
図１０は、ロボット１０が移動するときの足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹの回転角度を示すタイム・チャートである。図１０に示すように、＋方向の最大トルクが作用する脚部１２Ｒ，１２Ｌの離床時近傍において、足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹの回転角度はα度となる。また、−方向の最大トルクが作用する脚部１２Ｒ，１２Ｌの着床時近傍において、足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹの回転角度はβ度となる。
【００７８】
そこで、図７および図８に示すように、第１のクランクの一端６２ａと第２のクランクの一端６４ａを、足首Ｙ軸２６ＲＹの回転角度がα度となったときに、第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃを結んだ線および第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃを結んだ線が、それぞれ第１のロッド６６と直交するように設定した。
【００７９】
また、第１のクランクの他端６２ｂと第２のクランクの他端６４ｂを、足首Ｙ軸２６ＲＹの回転角度がβ度となったときに、第１のクランクの他端６２ｂと中点６２ｃを結んだ線および第２のクランクの他端６４ｂと中点６４ｃを結んだ線が、それぞれ第２のロッド６８と直交するように設定した。
【００８０】
即ち、第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度、および第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を、それぞれγ度（γ：α＋β）に設定する、換言すれば、各一端と他端の回転軌跡の位相差が、γ度となるように設定した。
【００８１】
このように、第３の実施の形態にあっては、第１のクランク６２の一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度、および第２のクランク６４の一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を、ロボット１０の歩容に応じて変更する、具体的には、歩容から決定される足首Ｙ軸２６ＲＹ（２６ＬＹ）回りの最大トルクに基づいて設定するようにした。これにより、足首Ｙ軸２６ＲＹ（２６ＬＹ）に最大トルクを発生させる必要がある脚部１２Ｒ（１２Ｌ）の着床時近傍と離床時近傍において、足首Ｙ軸用減速機５８の出力を最も効率的に足首Ｙ軸２６ＲＹ（２６ＬＹ）の回転力に変換することができる。このため、足首Ｙ軸用電動モータ４２や足首Ｙ軸用減速機５８の小型化が図れ、脚部１２Ｒ（１２Ｌ）の末端側の重量を軽量化して移動時に発生する慣性力を低減できると共に、構造がコンパクトとなって外観が損なわれるのを防止することができる。
【００８２】
尚、残余の構成およびそれによって得られる効果については、従前の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００８３】
次いで、この発明の第４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。
【００８４】
第３の実施の形態で述べたように、脚式移動ロボットにあっては、歩容によって足首関節に作用するトルクが決定される。従って、ロボットの歩容や移動環境が変化すれば、最大トルクを発生させる必要がある足首Ｙ軸の回転角度も変化する。このため、各クランクの一端と中点と他端のなす角度を、容易に変更できることが望ましい。
【００８５】
そこで、第４の実施の形態にあっては、第１のクランク６２と第２のクランク６４のそれぞれに、それらの一端と中点と他端のなす角度を変更する角度変更機構を設けるようにした。
【００８６】
図１１は、第４の実施の形態に係る脚式移動ロボットの脚部のうち、下腿リンクより末端側を示す、図５と同様な右側面図である。
【００８７】
図１１に示すように、第１のクランク６２は、その一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度を変更する角度変更機構９２を備える。また、第２のクランク６４は、その一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を変更する角度変更機構９４を備える。
【００８８】
図１２は、第１のクランク６２の拡大説明図である。
【００８９】
図示の如く、第１のクランク６２は、一端６２ａ側の第１のアーム６２Ａと、他端６２ｂ側の第２のアーム６２Ｂとに分割される。第１のアーム６２Ａと第２のアーム６２Ｂは、足首Ｙ軸用減速機の出力軸５８ｏに回転自在に取り付けられる。また、第１のアーム６２Ａと第２のアーム６２Ｂには、それぞれ孔６２Ａ１と孔６２Ｂ１が穿設される。
【００９０】
角度変更機構９２は、前記した孔６２Ａ１に挿入されるべきキー９２ａと、孔６２Ｂ１に挿入されるべきキー９２ｂと、足首Ｙ軸用減速機の出力軸５８ｏに固定されたスプライン９２ｃとを備える。即ち、第１のアーム６２Ａを回転させて孔６２Ａ１とスプライン９２ｃの任意の溝部９２ｃ１を位置合わせした後、キー９２ａを孔６２Ａ１とそれに位置合わせされた溝部９２ｃ１に挿入することにより、同図に破線で示すように、第１のアーム６２Ａを任意の角度に固定することができる。
【００９１】
これは、第２のアーム６２Ｂに関しても同様であり、第２のアーム６２Ｂを回転させて孔６２Ｂ１とスプライン９２ｃの任意の溝部９２ｃ１を位置合わせした後、キー９２ｂを孔６２Ｂ１とそれに位置合わせされた溝部９２ｃ１に挿入することにより、第２のアーム６２Ｂを任意の角度に固定することができる。換言すれば、第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度を、任意の角度に変更することができる。
【００９２】
尚、図１２において、孔６２Ａ１、孔６２Ｂ１および溝部９２ｃ１に対し、キー９２ａおよびキー９２ｂを小さく示したが、これは理解の便宜のためであり、実際にはそれらは隙間なく当接されるように形成される。
【００９３】
図１３は、第２のクランク６４の拡大図である。
【００９４】
図１３に示すように、第２のクランク６４も、第１のクランク６２と同様に、一端６４ａ側の第１のアーム６４Ａと、他端６４ｂ側の第２のアーム６４Ｂとに分割され、それらは足首Ｙ軸２６ＲＹに回転自在に取り付けられる。また、第１のアーム６４Ａと第２のアーム６４Ｂには、それぞれ孔６４Ａ１と孔６４Ｂ１が穿設される。
【００９５】
角度変更機構９４は、前記した孔６４Ａ１に挿入されるべきキー９４ａと、孔６２Ｂ１に挿入されるべきキー９４ｂと、足首Ｙ軸２６ＲＹに固定されたスプライン９４ｃとを備え、よって第１のアーム６４Ａを回転させて孔６４Ａ１とスプライン９４ｃの任意の溝部９４ｃ１を位置合わせした後、キー９４ａを孔６４Ａ１とそれに位置合わせされた溝部９４ｃ１に挿入することにより、同図に破線で示すように、第１のアーム６４Ａを任意の角度に固定することができる。
【００９６】
これは、第２のアーム６４Ｂに関しても同様であり、第２のアーム６４Ｂを回転させて孔６４Ｂ１とスプライン９４ｃの任意の溝部９４ｃ１を位置合わせした後、キー９４ｂを孔６４Ｂ１とそれに位置合わせされた溝部９４ｃ１に挿入することにより、第２のアーム６４Ｂを任意の角度に固定することができる。換言すれば、第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を、任意の角度に変更することができる。
【００９７】
尚、図１３において、孔６４Ａ１、孔６４Ｂ１および溝部９４ｃ１に対し、キー９４ａおよびキー９４ｂを小さく示したが、これは理解の便宜のためであり、実際にはそれらは隙間なく当接されるように形成される。
【００９８】
このように、第４の実施の形態にあっては、第１のクランク６２と第２のクランク６４のそれぞれに、それらの一端６２ａ，６４ａと中点６２ｃ，６４ｃと他端６２ｂ，６４ｂのなす角度を変更する角度変更機構９２，９４を設けるように構成したので、前記角度の変更を容易に行うことができる。
【００９９】
尚、残余の構成およびそれによって得られる効果については、従前の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【０１００】
以上のように、この発明の第１から第４の実施の形態にあっては、大腿リンク１６Ｒ，１６Ｌと下腿リンク２０Ｒ，２０Ｌを連結する膝関節２２Ｒ，２２Ｌと、前記下腿リンクと足平２４Ｒ，２４Ｌを連結する足首関節２６Ｒ，２６Ｌを有する脚部１２Ｒ，１２Ｌを備え、前記脚部を駆動して移動する脚式移動ロボット１０において、前記足首関節を前記ロボットの左右軸（足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹ）回りに回転させるモータ（足首Ｙ軸用電動モータ４２）と、前記モータの出力を減速する減速機（足首Ｙ軸用減速機５８）とを備え、前記モータを前記膝関節と同位置あるいは前記大腿リンクに配置すると共に、前記減速機を前記下腿リンクに配置するように構成した。
【０１０１】
さらに、前記モータを前記大腿リンクに配置すると共に、前記モータの出力を、前記膝関節の軸線（膝Ｙ軸２２ＲＹ，２２ＬＹ）と同軸に配置された中間軸（足首Ｙ軸用中間軸５４）を介して前記減速機に伝達するように構成した。
【０１０２】
さらに、前記中間軸の回転を前記減速機に伝達する第１の伝達要素（第２の足首Ｙ軸用ベルト５６）と、前記減速機の出力を前記足首関節の左右軸に伝達する第２の伝達要素（ロッド機構６０）の少なくともいずれか、具体的には、第１の伝達要素を、前記下腿リンクの内部に配置するように構成した。
【０１０３】
さらに、前記第２の伝達要素を、前記減速機の出力軸５８ｏと前記足首関節の左右軸をロッド（第１のロッド６６と第２のロッド６８）で連結するロッド機構６０から構成した。
【０１０４】
さらに、前記ロッド機構を、前記減速機の出力軸に中点６２ｃが固定された第１のクランク６２と、前記足首関節の左右軸に中点６４ｃが固定された第２のクランク６４と、前記第１のクランクの一端６２ａと前記第２のクランクの一端６４ａに連結された第１のロッド６６と、前記第１のクランクの他端６２ｂと第２のクランクの他端６４ｂに連結された第２のロッド６８とから構成した。
【０１０５】
さらに、前記第１のロッド６６と前記第２のロッド６８の離間距離を、前記下腿リンクの幅（前後方向の幅）より小さい値に設定するように構成した。
【０１０６】
また、第１の実施の形態にあっては、前記第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度、および前記第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を、それぞれ略１８０度に設定するように構成した。
【０１０７】
また、第３および第４の実施の形態にあっては、前記第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度、および前記第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を、前記ロボットの移動するときの歩容に応じて変更するように構成した。
【０１０８】
さらに、前記第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度、および前記第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を、前記脚部の着床時近傍および離床時近傍に前記足平に作用するトルク、具体的には、足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹ回りに作用するトルクの最大値に基づいて設定するように構成した。
【０１０９】
また、第４の実施の形態にあっては、前記第１のクランク６２と第２のクランク６４に、それぞれ前記一端と中点と他端のなす角度を変更する角度変更機構９２，９４を設けるように構成した。
【０１１０】
また、第１から第４の実施の形態にあっては、大腿リンク１６Ｒ，１６Ｌと下腿リンク２０Ｒ，２０Ｌを連結する膝関節２２Ｒ，２２Ｌと、前記下腿リンクと足平２４Ｒ，２４Ｌを連結する足首関節２６Ｒ，２６Ｌを有する脚部１２Ｒ，１２Ｌを備え、前記脚部を駆動して移動する脚式移動ロボット１０において、前記足首関節を前記ロボットの左右軸（足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹ）回りに回転させる第１のモータ（足首Ｙ軸用電動モータ４２）と、前記足首関節を前記ロボットの前後軸（足首Ｘ軸２６ＲＸ，２６ＬＸ）回りに回転させる第２のモータ（足首Ｘ軸用電動モータ４０）とを備え、前記第１のモータおよび前記第２のモータを前記大腿リンクに配置すると共に、前記第１のモータの出力を、前記膝関節の軸線（膝Ｙ軸２２ＲＹ，２２ＬＹ）と同軸に配置された第１の中間軸（足首Ｙ軸用中間軸５４）を介して前記足首関節の左右軸に伝達し、前記第２のモータの出力を、前記膝関節の軸線と同軸に配置された第２の中間軸（足首Ｘ軸用中間軸７４）を介して前記足首関節の前後軸に伝達するように構成した。
【０１１１】
また、第１から第４の実施の形態にあっては、大腿リンク１６Ｒ，１６Ｌと下腿リンク２０Ｒ，２０Ｌを連結する膝関節２２Ｒ，２２Ｌと、前記下腿リンクと足平２４Ｒ，２４Ｌを連結する足首関節２６Ｒ，２６Ｌを有する脚部１２Ｒ，１２Ｌを備え、前記脚部を駆動して移動する脚式移動ロボット１０において、前記足首関節を前記ロボットの左右軸（足首Ｙ軸２６ＲＹ，２６ＬＹ）回りに回転させる第１のモータ（足首Ｙ軸用電動モータ４２）と、前記足首関節を前記ロボットの前後軸（足首Ｘ軸２６ＲＸ，２６ＬＸ）回りに回転させる第２のモータ（足首Ｘ軸用電動モータ４０）とを備え、前記第２のモータを前記膝関節と同位置あるいは前記大腿リンクに配置する共に、前記第１のモータを、前記大腿リンクにおいて、前記第２のモータより前記膝関節から離間した位置（腰関節１８Ｒ，１８Ｌ側）に配置するように構成した。
【０１１２】
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ロボットでも良い。
【０１１３】
また、足首Ｙ軸用電動モータ４２と足首Ｘ軸用電動モータ４０を共に大腿リンク１６Ｒ，１６Ｌに配置するようにしたが、膝関節２２Ｒ，２２Ｙと同位置に配置するようにしても良い。
【０１１４】
また、第２の足首Ｙ軸用ベルト５６とロッド機構６０のうち、第２の足首Ｙ軸用ベルト５６のみを下腿リンク２０Ｒ，２０Ｌの内部に配置するようにしたが、それら両方、あるいはロッド機構６０のみを下腿リンク２０Ｒ，２０Ｌの内部に配置するようにしても良い。
【０１１５】
また、第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度、および第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度を、それぞれ１８０度に設定するように構成したが、必ずしも厳密に１８０度である必要はなく、略１８０度であれば、所望の効果を十分に得ることができる。
【０１１６】
さらに、第１のクランクの一端６２ａと中点６２ｃと他端６２ｂのなす角度、および第２のクランクの一端６４ａと中点６４ｃと他端６４ｂのなす角度は、上記で記載した角度に限定されるものではなく、ロボット１０の歩容や移動環境に応じて適宜設定すべきであるのは言うまでもない。
【０１１７】
また、角度変更機構９２，９４も上記した構成に限られるものではなく、第１のアームと第２のアームの角度を任意に変更して固定できるものであれば、いかなる構成でも構わない。
【０１１８】
また、使用するモータも電動モータに限られるものではなく、油圧モータなどであっても良い。
【０１１９】
【発明の効果】
請求項１項にあっては、ロボットの足首関節を左右軸回りに回転させるモータを膝関節と同位置あるいは大腿リンクに配置すると共に、前記モータの出力を減速する減速機を下腿リンクに配置するようにしたので、脚部の末端側の重量を軽量化することができ、よってロボットの移動時に脚部に発生する慣性力を低減できる。
【０１２０】
請求項２項にあっては、ロボットの足首関節を左右軸回りに回転させるモータを大腿リンクに配置し、その出力を膝関節の軸線と同軸に配置された中間軸を介して減速機に伝達するように構成したので、請求項１項で述べた効果に加え、膝関節が駆動されて前記モータと減速機の相対位置が変化した場合であっても、モータの出力を減速機に正確に伝達することができる。さらに、構造がコンパクトとなるため、脚部の外観を損ねることがない。
【０１２１】
請求項３項にあっては、膝関節の軸線と同軸に配置された中間軸の回転を減速機に伝達する第１の伝達要素と、減速機の出力を足首関節の左右軸に伝達する第２の伝達要素の少なくともいずれかを、下腿リンクの内部に配置するように構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、構造がよりコンパクトとなり、脚部の外観を損ねることがない。
【０１２２】
請求項４項にあっては、減速機の出力を足首関節の左右軸に伝達する第２の伝達要素を、減速機の出力軸と足首関節の左右軸をロッド（剛性部材）で連結するロッド機構から構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、減速機から出力される大きな駆動力を前記左右軸に確実に伝達することができる。
【０１２３】
請求項５項にあっては、減速機の出力を足首関節の左右軸に伝達するロッド機構を、減速機の出力軸に中点が固定された第１のクランクと、足首関節の左右軸に中点が固定された第２のクランクと、前記第１のクランクの一端と前記第２のクランクの一端に連結された第１のロッドと、前記第１のクランクの他端と第２のクランクの他端に連結された第２のロッドとから構成したので、第１のロッドと第２のロッドが互いの伝達力を補助し合うように作用するため、請求項１項などで述べた効果に加え、伝達効率を向上させることができる。さらに、一方のロッドが破損した場合であっても、他方のロッドで減速機の出力を足首関節の左右軸に伝達することができるため、信頼性を向上させることができる。
【０１２４】
請求項６項にあっては、第１のロッドと第２のロッドの離間距離を、下腿リンクの幅より小さい値に設定するように構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、構造がよりコンパクトとなり、脚部の外観を損ねることがない。
【０１２５】
請求項７項にあっては、第１のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および第２のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、それぞれ略１８０度に設定する、換言すれば、ロッド機構が平行リンク機構となるように構成したので、第１のロッドの伝達力と第２のロッドの伝達力が釣り合う（偶力となる）ことから、足首関節の左右軸を支持するベアリングに付加的な応力が作用しない。
【０１２６】
請求項８項にあっては、第１のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および第２のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、ロボットの移動するときの歩容に応じて変更するように構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、足首関節の左右軸に最も大きなトルクを発生させる必要があるときに、前記減速機の出力を最も効率的に前記左右軸の回転力に変換することができる。このため、モータや減速機の小型化が図れ、脚部の末端側の重量を軽量化して移動時に発生する慣性力を低減できると共に、構造がコンパクトとなって外観が損なわれるのを防止することができる。
【０１２７】
請求項９項にあっては、第１のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および第２のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、脚部の着床時近傍および離床時近傍に足平に作用するトルクに基づいて設定するように構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、足首関節の左右軸に最も大きなトルクを発生させる必要がある着床時近傍と離床時近傍において、前記減速機の出力を最も効率的に前記左右軸の回転力に変換することができる。このため、モータや減速機の小型化が図れ、脚部の末端側の重量を軽量化して移動時に発生する慣性力を低減できると共に、構造がコンパクトとなって外観が損なわれるのを防止することができる。
【０１２８】
請求項１０項にあっては、第１のクランクと第２のクランクのそれぞれに、それらの一端と中点と他端のなす角度を変更する角度変更機構を設けるように構成したので、請求項１項などで述べた効果に加え、前記角度の変更を容易に行うことができる。
【０１２９】
請求項１１項にあっては、足首関節を左右軸（進行方向と直交する左右方向）回りに回転させる第１のモータと、前記足首関節を前後軸（進行方向）回りに回転させる第２のモータを、それぞれ大腿リンクに配置するように構成したので、脚部の末端側の重量を軽量化する（脚部の重心位置を末端側から遠くする）ことができ、よってロボットの移動時に脚部に発生する慣性力を低減できる。また、第１のモータと第２のモータの出力を、それぞれ膝関節の軸線と同軸に配置された第１の中間軸と第２の中間軸を介して前記足首関節の各軸に伝達するように構成したので、膝関節が駆動されて各モータと足首関節の相対位置が変化した場合であっても、モータの出力を足首関節に正確に伝達することができる。さらに、構造がコンパクトとなるため、脚部の外観を損ねることがない。
【０１３０】
請求項１２項にあっては、足首関節を前後軸回りに回転させる第２のモータを膝関節と同位置あるいは大腿リンクに配置すると共に、足首関節を左右軸回りに回転させる第１のモータの出力を、前記大腿リンクにおいて、前記第２のモータより膝関節から離間した位置に配置するように構成することで、脚部の末端側の重量を軽量化することができ、よって移動時に脚部に発生する慣性力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】図１で模式的に示したロボットの右側の脚部を詳しく示す右側面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図２に示す足首Ｙ軸を−６０度回転させたときの下腿リンクより端部側を示す右側面図である。
【図５】この発明の第２の実施の形態に係る脚式移動ロボットにおいて、脚部の下腿リンクより末端側を示す右側面図である。
【図６】図５に示す足首Ｙ軸を−６０度回転させたときの下腿リンクより端部側を示す、図４と同様な右側面図である。
【図７】この発明の第３の実施の形態に係る脚式移動ロボットにおいて、脚部の下腿リンクより末端側を示す、図５と同様な右側面図である。
【図８】図に示す足首Ｙ軸をα度回転させたときの下腿リンクより端部側を示す右側面図である。
【図９】ロボットが移動するときに足平に作用する、足首Ｙ軸回りのトルクを示すタイム・チャートである。
【図１０】ロボットが移動するときの足首Ｙ軸の回転角度を示すタイム・チャートである。
【図１１】この発明の第４の実施の形態に係る脚式移動ロボットにおいて、脚部の下腿リンクより末端側を示す、図５と同様な右側面図である。
【図１２】図１１に示す第１のクランクの拡大説明図である。
【図１３】図１１に示す第２のクランクの拡大説明図である。
【符号の説明】
１０ ロボット（脚式移動ロボット）
１２Ｒ，Ｌ 脚部
１６Ｒ，Ｌ 大腿リンク
１８Ｒ，Ｌ 腰関節
２０Ｒ，Ｌ 下腿リンク
２２Ｒ，Ｌ 膝関節
２２ＲＹ，ＬＹ 膝Ｙ軸（膝関節の左右軸）
２４Ｒ，Ｌ 足平
２６Ｒ，Ｌ 足首関節
２６ＲＹ，ＬＹ 足首Ｙ軸（足首関節の左右軸）
２６ＲＸ，ＬＸ 足首Ｘ軸（足首関節の前後軸）
４０ 足首Ｘ軸用電動モータ（第２のモータ）
４２ 足首Ｙ軸用電動モータ（モータ。第１のモータ）
５４ 足首Ｙ軸用中間軸（中間軸。第１の中間軸）
５６ 第２の足首Ｙ軸用ベルト（第１の伝達要素）
５８ 足首Ｙ軸用減速機（減速機）
５８ｏ （足首Ｙ軸用減速機の）出力軸
６０ ロッド機構（第２の伝達要素）
６２ 第１のクランク
６２ａ （第１のクランクの）一端
６２ｂ （第１のクランクの）他端
６２ｃ （第１のクランクの）中点
６４ 第２のクランク
６４ａ （第２のクランクの）一端
６４ｂ （第２のクランクの）他端
６４ｃ （第２のクランクの）中点
６６ 第１のロッド
６８ 第２のロッド
７４ 足首Ｘ軸用中間軸（第２の中間軸）
９２，９４ 角度変更機構
Claims (12)
- 大腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、前記下腿リンクと足平を連結する足首関節を有する脚部を備え、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、前記足首関節を前記ロボットの左右軸回りに回転させるモータと、前記モータの出力を減速する減速機とを備え、前記モータを前記膝関節と同位置あるいは前記大腿リンクに配置すると共に、前記減速機を前記下腿リンクに配置するように構成したことを特徴とする脚式移動ロボット。
- 前記モータを前記大腿リンクに配置すると共に、前記モータの出力を、前記膝関節の軸線と同軸に配置された中間軸を介して前記減速機に伝達するように構成したことを特徴とする請求項１項記載の脚式移動ロボット。
- 前記中間軸の回転を前記減速機に伝達する第１の伝達要素と、前記減速機の出力を前記足首関節の左右軸に伝達する第２の伝達要素の少なくともいずれかを、前記下腿リンクの内部に配置したことを特徴とする請求項２項記載の脚式移動ロボット。
- 前記第２の伝達要素を、前記減速機の出力軸と前記足首関節の左右軸をロッドで連結するロッド機構から構成したことを特徴とする請求項１項から３項のいずれかに記載の脚式移動ロボット。
- 前記ロッド機構を、前記減速機の出力軸に中点が固定された第１のクランクと、前記足首関節の左右軸に中点が固定された第２のクランクと、前記第１のクランクの一端と前記第２のクランクの一端に連結された第１のロッドと、前記第１のクランクの他端と第２のクランクの他端に連結された第２のロッドとから構成したことを特徴とする請求項４項記載の脚式移動ロボット。
- 前記第１のロッドと前記第２のロッドの離間距離を、前記下腿リンクの幅より小さい値に設定したことを特徴とする請求項５項記載の脚式移動ロボット。
- 前記第１のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および前記第２のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、それぞれ略１８０度に設定するように構成したことを特徴とする請求項５項または６項記載の脚式移動ロボット。
- 前記第１のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および前記第２のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、前記ロボットの移動するときの歩容に応じて変更するように構成したことを特徴とする請求項５項または６項記載の脚式移動ロボット。
- 前記第１のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および前記第２のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、前記脚部の着床時近傍および離床時近傍に前記足平に作用するトルクに基づいて設定するように構成したことを特徴とする請求項８項記載の脚式移動ロボット。
- 前記第１のクランクと第２のクランクに、それぞれ前記一端と中点と他端のなす角度を変更する角度変更機構を設けたことを特徴とする請求項８項または９項記載の脚式移動ロボット。
- 大腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、前記下腿リンクと足平を連結する足首関節を有する脚部を備え、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、前記足首関節を前記ロボットの左右軸回りに回転させる第１のモータと、前記足首関節を前記ロボットの前後軸回りに回転させる第２のモータとを備え、前記第１のモータおよび前記第２のモータを前記大腿リンクに配置すると共に、前記第１のモータの出力を、前記膝関節の軸線と同軸に配置された第１の中間軸を介して前記足首関節の左右軸に伝達し、前記第２のモータの出力を、前記膝関節の軸線と同軸に配置された第２の中間軸を介して前記足首関節の前後軸に伝達するように構成したことを特徴とする脚式移動ロボット。
- 大腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、前記下腿リンクと足平を連結する足首関節を有する脚部を備え、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、前記足首関節を前記ロボットの左右軸回りに回転させる第１のモータと、前記足首関節を前記ロボットの前後軸回りに回転させる第２のモータとを備え、前記第２のモータを前記膝関節と同位置あるいは前記大腿リンクに配置する共に、前記第１のモータを、前記大腿リンクにおいて、前記第２のモータより前記膝関節から離間した位置に配置するように構成したことを特徴とする脚式移動ロボット。
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