JP2005297131A - 脚式移動ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】比較的大型で自重が大きい脚式移動ロボットにおいて着座姿勢をとることを可能とすると共に、着座の前後を通じて安定した姿勢を保持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】基体３と、前記基体に関節（股関節）を介して連結され、その先端に足部を備えた脚部（脚部リンク機構）とから少なくともなると共に、前記脚部を駆動して前記足部を接地させつつ床面上を歩行するようにした脚式移動ロボット１において、前記基体と脚部の少なくともいずれか、より具体的には基体フレーム３ａに尻当て部８０を設けて腰掛８２に着座可能とすると共に、前記尻当て部８０を、前記ロボット１が着座したとき、前記ロボットの着座したときの重心位置１ｇより後方となる位置に設ける。
【選択図】図８

Description

この発明は、脚式移動ロボットに関する。

近時、脚式移動ロボットとして２足歩行、４足歩行など種々のロボットが提案されているが、その４足歩行ロボットについて、胴体部の尻相当部に設けられた平面部と腹相当部とを繋ぐ曲面部を設け、ロボットの自重により、曲面部を接地させながら胴体部が腹相当部側に積極的に倒れるように、その平面部を形成し、よって姿勢変位をより自然で滑らかに行い得るようにすることが提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−７１７５３号公報

上記した従来技術は比較的小型で軽量のペットロボットにおいて尻相当部に曲面部を設けて着座を含む姿勢変位を滑らかに行わせるようにしているが、他の脚式移動ロボット、特に人を模したヒューマノイド型の２足ロボットなどにおいても、腰掛などに着座させることができれば、保管（格納）スペースを低減できると共に、輸送の途中の安全性も向上し、さらにはメンテナンス作業も容易になるなどの利点がある。

しかしながら、他の脚式移動ロボット、特に人を模したヒューマノイド型の２足ロボットなどは比較的大型で自重が大きいと共に、着座の前後を通じて安定した姿勢を保持することが最優先することから、従来技術をそのまま適用させることは困難である。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、比較的大型で自重が大きい脚式移動ロボットにおいて着座姿勢をとることを可能とすると共に、着座の前後を通じて安定した姿勢を保持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。

上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、基体と、前記基体に関節を介して連結され、その先端に足部を備えた脚部リンク機構とから少なくともなると共に、前記脚部リンク機構を駆動して前記足部を接地させつつ床面上を歩行するようにした脚式移動ロボットにおいて、前記基体と脚部リンク機構の少なくともいずれかに尻当て部を設けて腰掛に着座可能とすると共に、前記尻当て部を、前記ロボットが着座したとき、前記ロボットの着座したときの重心位置より後方となる位置に設けるように構成した。

請求項２にあっては、基体と、前記基体に関節を介して連結され、その先端に足部を備えた脚部リンク機構とから少なくともなると共に、前記脚部リンク機構を駆動して前記足部を接地させつつ床面上を歩行するようにした脚式移動ロボットにおいて、前記基体と脚部リンク機構の少なくともいずれかに尻当て部を設けて腰掛に着座可能とすると共に、前記尻当て部を前記腰掛に対して変位自在とした如く構成した。

請求項３にあっては、基体と、前記基体に関節を介して連結され、その先端に足部を備えた脚部リンク機構とから少なくともなると共に、前記脚部リンク機構を駆動して前記足部を接地させつつ床面上を歩行するようにした脚式移動ロボットにおいて、前記基体と脚部リンク機構の少なくともいずれかに尻当て部を設けて腰掛に着座可能とすると共に、前記尻当て部の前記腰掛に対する摩擦力を、前記足部の接地面の前記床面に対する摩擦力より小さくするように構成した。

請求項４にあっては、基体と、前記基体に股関節を介して揺動可能に連結され、その先端に足部を備えた脚部リンク機構と、前記基体に肩関節を介して揺動可能に連結され、その先端にハンドを備えた腕部リンク機構とから少なくともなると共に、少なくとも前記腕部リンク機構を駆動して作業空間内において作業を行うようにした脚式移動ロボットにおいて、前記基体と脚部リンク機構の少なくともいずれかに尻当て部を設けて腰掛に着座しつつ前記作業空間内の作業対象物群に対する作業を行えるようにすると共に、前記ロボットの着座時における前記足部接地面から前記肩関節までの高さを、前記作業対象物群の前記床面からの高さを平均して得た平均値とそれらの偏差に基づいて決定される範囲内に設定し、さらに前記尻当て部を、前記肩関節から重力方向において所定距離下方の位置に設けるように構成した。

請求項５に係る脚式移動ロボットにあっては、前記脚部リンク機構が大腿リンクと膝関節を介して連結される下腿リンクとを備えると共に、前記足部の接地面から前記膝関節までの距離をＨとするとき、前記ロボットの着座時における前記尻当て部を前記足部の接地面からＨ±｛（1/3）・Ｈ｝の範囲内の位置に設けるように構成した。

請求項６に係る脚式移動ロボットにあっては、前記尻当て部の前記腰掛に接触する部位が、弾性体からなるように構成した。

請求項７に係る脚式移動ロボットにあっては、前記尻当て部の前記腰掛に接触する部位が、回転体からなるように構成した。

請求項８に係る脚式移動ロボットにあっては、前記尻当て部の前記腰掛に接触する部位が、弾性材から製作される回転体からなるように構成した。

請求項９に係る脚式移動ロボットにあっては、前記尻当て部に、前記ロボットの搭載機器を駆動するバッテリを充電するための端子を備えるように構成した。

請求項１に係る脚式移動ロボットにおいては、基体と脚部リンク機構の少なくともいずれかに尻当て部を設けて腰掛に着座可能としたので、占有スペースが減少して保管（格納）あるいは輸送するときのスペースを低減できると共に、輸送における安全性も向上する。さらには着座させた状態で固定できるので、メンテナンス作業も容易となる。さらには、作業範囲も拡大し、デスクワークなども可能となる。また、尻当て部を、ロボットが着座したとき、ロボットの着座したときの重心位置より後方となる位置に設けるように構成したので、換言すれば、床反力を受ける足部と逆方向の位置に尻当て部を設けるように構成したので、着座するときにロボットに作用する重心回りのモーメントがロボットを後傾するように作用することがなく、よって着座の前後を通じてロボットに安定した姿勢を保持させることができる。

請求項２に係る脚式移動ロボットあっては、着座可能とすることで上記したのと同様の効果を得ることができると共に、尻当て部を前記腰掛に対して変位自在とした、具体的には、着座するときあるいは着座状態から立ち上がるときにおいて基体（上体）を腰掛部に対して変位自在（前後移動自在）としたので、ロボットの重心位置を前方に移動させることができ、同様に、着座するときにロボットに作用する重心回りのモーメントがロボットを後傾するように作用するのを回避することができる。また、着座状態から立ち上がるときにあっても前記したモーメントを所期通りに作用させることができ、よって着座の前後を通じてロボットに安定した姿勢を保持させることができる。

請求項３に係る脚式移動ロボットにあっては、着座可能とすることで上記したのと同様の効果を得ることができると共に、尻当て部の腰掛に対する摩擦力を、足部の接地面の前記床面に対する摩擦力より小さくする、即ち、摩擦係数と垂直抗力の積によって求まる摩擦力において、足部の接地面の前記床面に対する値より尻当て部の腰掛に対する値を小さくするように構成したので、着座するときにロボットに作用する重心回りのモーメントを所期通りに作用させる、例えば、ロボットを後傾しないように作用させることができ、また着座状態から立ち上がるときにあっても、同様に、前記したモーメントを所期通りに作用させることができ、よって着座の前後を通じてロボットに安定した姿勢を保持させることができる。

請求項４に係る脚式移動ロボットにあっては、尻当て部を設けて腰掛に着座しつつ作業空間内の作業対象物群に対する作業を行えるようにすることで、上記したのと同様な効果、特に作業範囲も拡大し、デスクワークなども可能となる効果が一層顕著となると共に、着座時における足部接地面から肩関節までの高さを作業対象物群の床面からの高さを平均して得た平均値とそれらの偏差に基づいて決定される範囲内に設定することで、肩関節の高さを着座時の作業対象物群の高さに応じて最適に決定することができる。さらに尻当て部を肩関節から重力方向において所定距離下方の位置に設けるように構成したので、その位置に肩関節が一致するように着座高さを設定することにより、安定した姿勢で着座することができ、よって着座の前後を通じてロボットに安定した姿勢を保持させることができる。

請求項５に係る脚式移動ロボットにあっては、足部の接地面から膝関節までの距離をＨとするとき、前記ロボットの着座時における尻当て部を接地面からＨ±｛（1/3）・Ｈ｝の範囲内の位置に設けるように構成したので、ロボットが着座状態にあってさまざまな作業をする場合において、肩関節を作業しやすい高さに位置させることができ、よって上記した効果に加え、作業能率を向上させることができる。

請求項６に係る脚式移動ロボットにあっては、尻当て部の腰掛に接触する部位が弾性体からなるように構成したので、上記した効果に加え、着座時に衝撃が生じても、それを効果的に吸収することができると共に、着座時の安定性も向上することから、着座の前後を通じてロボットに一層安定した姿勢を保持させることができる。

請求項７に係る脚式移動ロボットにあっては、尻当て部の腰掛に接触する部位が回転体からなるように構成したので、上記した効果に加え、ロボットの重心位置を前方に移動させるのが一層容易となって、よって着座の前後を通じてロボットに一層安定した姿勢を保持させることができる。さらに、基体の姿勢に関わらず安定した姿勢で着座できると共に腰掛に多少の傾斜があっても、その影響を受けることなく、着座の前後を通じて安定した姿勢を保持させることができる。

請求項８に係る脚式移動ロボットにあっては、尻当て部の腰掛に接触する部位が弾性材から製作される回転体からなるように構成したので、請求項６と７で述べた如く、着座時の衝撃を吸収できると共に、重心位置の前方への移動も一層容易となり、よって着座の前後を通じてロボットに一層安定した姿勢を保持させることができる。また、請求項６と７で述べた構成より簡易な構成で、それらと同等の効果を得ることができる。

請求項９に係る脚式移動ロボットにあっては、尻当て部にロボットの搭載機器を駆動するバッテリを充電するための端子を備えるように構成したので、充電などのメンテナンス作業が一層容易となる。

以下、添付図面に即してこの発明に係る脚式移動ロボットを実施するための最良の形態について説明する。

以下、添付図面を参照してこの発明の第１実施例に係る脚式移動ロボットを説明する。尚、脚式移動ロボットとして２足歩行ロボットを例にとる。

図１はその２足歩行ロボット（以下「ロボット」という）１の正面図、図２はその側面図である。

図１に示すように、ロボット１は、２本の脚部リンク機構（以下「脚部」という）２を備えると共に、その上方には基体（上体）３が設けられる。基体３の上部には頭部４が設けられると共に、基体３の両側には２本の腕部リンク機構（以下「腕部」という）５が連結される。また、図２に示すように、基体３の背部には格納部６が設けられ、その内部にはＥＣＵ（Electronic Control Unit。電子制御ユニット。後述）およびロボット１の関節を駆動する電動モータ（搭載機器）のバッテリ電源（図示せず）などが収容される。尚、図１および図２に示すロボット１は、内部構造を保護するためのカバーが取着されたものを示す。

図３を参照して上記したロボット１の内部構造を関節を中心に説明する。

図示の如く、ロボット１は、左右それぞれの脚部２に６個の関節を備える。計１２個の関節は、腰部の脚回旋用の鉛直軸（Ｚ軸あるいは重力軸）まわりの関節１０Ｒ，１０Ｌ（右側をＲ、左側をＬとする。以下同じ）、股（腰部）のロール方向（Ｘ軸まわり）の関節１２Ｒ，１２Ｌ、股（腰部）のピッチ方向（Ｙ軸まわり）の関節１４Ｒ，１４Ｌ、膝部のピッチ方向（Ｙ軸まわり）の関節１６Ｒ，１６Ｌ、足首のピッチ方向（Ｙ軸まわり）の関節１８Ｒ，１８Ｌ、および同ロール方向（Ｘ軸まわり）の関節２０Ｒ，２０Ｌから構成される。脚部２Ｒ（Ｌ）の下部には足部２２Ｒ，２２Ｌが取着される。

図４に示す如く、足部２２Ｒ（Ｌ）の底面（接地面）には、ゴムなどからなる弾性体２２ａがその全面にわたって貼り付けられ、足部２２Ｒ（Ｌ）の接地面を構成する。足部２２Ｒ（Ｌ）の接地面を構成する弾性体２２ａの素材は、具体的にはゴムであり、その摩擦係数は凡そ０．６程度である。

このように、脚部２は、股関節（腰関節）１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）、膝関節１６Ｒ（Ｌ）、および足関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）から構成される。股関節と膝関節は大腿リンク２４Ｒ（Ｌ）で、膝関節と足関節は下腿リンク２６Ｒ（Ｌ）で連結される。

脚部２は股関節を介して基体３に連結されるが、図３では基体３を基体リンク２８として簡略的に示す。前記したように、基体３には腕部５が連結される。腕部５は、肩部のピッチ方向（Ｙ軸まわり）の関節３０Ｒ（Ｌ）、同ロール方向（Ｘ軸まわり）の関節３２Ｒ（Ｌ）、腕の回旋用の鉛直軸まわりの関節３４Ｒ（Ｌ）、肘部のピッチ方向（Ｙ軸まわり）の関節３６Ｒ（Ｌ）、手首回旋用の鉛直軸まわりの関節３８Ｒ（Ｌ）から構成される。手首の先にはハンド（エンドエフェクタ）４０Ｒ（Ｌ）が取着される。

このように、腕部５は、肩関節３０Ｒ（Ｌ），３２Ｒ（Ｌ），３４Ｒ（Ｌ）、肘関節３６Ｒ（Ｌ）、手首関節３８Ｒ（Ｌ）から構成される。また肩関節と肘関節とは上腕リンク４２Ｒ（Ｌ）で、肘関節とハンドとは下腕リンク４４Ｒ（Ｌ）で連結される。

頭部４は、鉛直軸まわりの首関節４６およびそれと直交する軸で頭部４を回転させる頭部揺動機構４８から構成される。頭部４の内部には、２個のＣＣＤカメラ（撮像手段）５０Ｒ（Ｌ）が、左右に並列してステレオ視（複眼視）自在に取りつけられる。ＣＣＤカメラ５０Ｒ（Ｌ）がそれぞれ撮像して得た画像（カラー画像）はＥＣＵ６０に送られ、そこで後述する移動体の検出処理が行われる。

ロボット１は、上記の如く、左右の脚部２Ｒ（Ｌ）について合計１２の自由度を与えられ、歩行中にこれらの１２個の関節を適宜な角度で駆動することで、脚部２を駆動して足部２２Ｒ（Ｌ）を接地させつつ、任意に３次元空間において床面（図３で図示せず）を歩行（移動）することができる。また、腕部５も左右の腕についてそれぞれ５つの自由度を与えられ、これらの関節を適宜な角度で駆動することで腕部５を駆動して３次元空間（作業空間）において所望の作業を行うことができる。

また、足関節の下方の足部２２Ｒ（Ｌ）には公知の６軸力センサ５４Ｒ（Ｌ）が取着され、ロボット１に作用する外力の内、接地面からロボット１に作用する床反力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを示す信号を出力する。さらに、基体３には傾斜センサ５６が設置され、鉛直軸に対する傾きとその角速度を示す信号を出力する。

前述したとおり、格納部６の内部にはマイクロコンピュータからなるＥＣＵ６０などが収容され、６軸力センサ５４Ｒ（Ｌ）などのセンサ出力およびＣＣＤカメラ５０Ｒ（Ｌ）の画像出力は、ＥＣＵ６０に送られる。

図５は、ＥＣＵ６０の構成を詳細に示すブロック部である。図示の如く、６軸力センサ５４Ｒ（Ｌ）やＣＣＤカメラ５０Ｒ（Ｌ）などの出力は、ＥＣＵ６０の内部においてＡ／Ｄ変換器６２でデジタル値に変換された後、バス６４を介してＲＡＭ６６に送られ、記憶される。ＲＡＭ６６には、さらに、上記した各関節を駆動する電動モータＭに隣接して配置されるエンコーダＥの出力が、カウンタ６８を介して入力される。

また、ＥＣＵ６０には、ＣＰＵ７０が設けられる。ＣＰＵ７０はＲＯＭ７２に格納されている各種データおよびＲＡＭ６６に記憶された各種出力に基づいて各関節の駆動に必要な電動モータＭの制御値（操作量）を算出し、Ｄ／Ａ変換器７４とアンプＡを介して電動モータＭに出力する。

図１などに示すロボット１において特徴的なことは、基体３と脚部２の少なくともいずれか、より具体的には基体３に尻当て部８０を設けて腰掛８２に着座可能としたことにある。以下、それについて説明する。

図６から図８は、ロボット１が尻当て部８０を介して腰掛８２に着座する動作を時間的に示すロボット１の側面図、および図９は着座した後のロボット１の背面図である。尚、図６などにおいては尻当て部８０の基体３への取り付けを詳細に示すため、頭部４を除き、図１などに示す内部構造を保護するためのカバーを取り外した状態のロボット１を示す。

図６などに示す如く、基体３の背部の格納部６（格納ケース６ａ）はボックス状を呈すると共に、その下部には側面視Ｌ字状の基体フレーム３ａが配置される。尚、格納ケース６ａにはＥＣＵ６０およびモータ駆動回路などの搭載機器の一部が格納される。

図１０は基体フレーム３ａの正面図、図１１は基体フレーム３ａの側面図、および図１２は基体フレーム３ａの下端の部分斜視図である。

尻当て部８０は、基体フレーム３ａの下端に相互に離間しつつ、２個、取り付けられる。尻当て部８０は、図１２に良く示す如く、円筒状の部材８０ａを備える。部材８０ａは防振ゴムなどの弾性材からなる。部材８０ａにはボルト８０ｂが差し込まれ、ナット８０ｃを介してボルト８０ｂに固定される。部材８０ａと基体フレーム３ａの下端の間にはロードセル（荷重センサ）８０ｄが配置される。ボルト８０ｂはロードセル８０ｄを貫通し、基体フレーム３ａの下端に穿設された孔を通って上方に延び、ナット８０ｅで固定される。このように、ボルト８０ｂにより、部材８０ａとロードセル８０ｄが基体フレーム３ａの下端に取り付けられ、よって尻当て部８０が基体３に取り付けられる（設けられる）。

図６から図８を参照してロボット１の着座動作を説明すると、ＥＣＵ６０は、図６に示すようにロボット１が腰掛８２の前に直立した状態から、図７に示すように膝関節１６Ｒ（Ｌ）が大きく曲がると共に、股関節（１０Ｒ（Ｌ）など）が基体３に対して曲がり、かつ足関節（１８Ｒ（Ｌ）など）が足部２２Ｒ（Ｌ）に対して曲がるように、それぞれの電動モータＭを駆動して尻当て部８０を腰掛８２に向けて下降させ、図８に示すように尻当て部８０が腰掛８２の着座面８２ａに十分に接触した状態で電動モータＭの駆動を停止する。

このとき、尻当て部８０の部材８０ａはロボット１が腰掛８２に着座するときの衝撃を吸収すると共に、ロードセル８０ｄは、接触による荷重に応じた出力を生じ、ハーネス８０ｆを介してＥＣＵ６０に送出する。図９に示す如く、ロボット１は２個の尻当て部８０によって支持されることから、腰掛８２に安定した姿勢で着座することができる。尚、図７から図８を通じて明らかなように、ロボット１が着座するとき、直立姿勢を保つように制御される。着座した後、ロボット１の基体３より上位の部分の重量の多くは、腰掛８２で支持される。

図８から明らかな如く、尻当て部８０は、ロボット１が着座したときの（ロボット１の）重心位置１ｇよりも、後方となる位置に設けられる。また、部材８０ａ（尻当て部８０の腰掛８２の着座面８２ａに接触する部位に相当）の素材は弾性材、具体的には、接触面にフッ素樹脂系コーティングなどの低摩擦化処理を施したものであり、その摩擦係数は凡そ０．１程度であり、前記した足部２２Ｒ（Ｌ）の弾性体２２ａのそれよりも小さい。

さらに、尻当て部８０の部材８０ａは摩擦係数が上記の如く比較的小さな値であり、部材８０ａを介して腰掛８２の着座面８２ａに接触しているに過ぎないため、腰掛８２の着座面８２ａに対して変位（スライド）することができる。尚、腰掛８２はアルミ材からなると共に、着座面８２ａはそのアルミ材にフッ素樹脂系コーティングなどの低摩擦化処理を施してなり、摩擦係数は凡そ０．１程度である。

尚、図１２において、符号８４は、ロボット１の搭載機器を駆動するバッテリを充電するための端子を示す。このように、尻当て部８０、それに近接して配置された端子８４を備える。また、符号８６は、カバーなどの位置決めガイドを示す。

次いで、図１３および図１４を参照し、この実施例に係るロボット１における肩関節（３０Ｒ（Ｌ）など）の位置（高さ）などについて説明する。

図１３は、肩関節の床面Ｆからの高さなどを示すロボット１の正面図であり、図１４は作業対象物群を示すロボット１の側面図である。

この実施例に係るロボット１は、家庭、オフィスなどの作業空間において軽作業を行うことを目的とするが、そのときの作業対象物として、例えば図１４に示すようなものが挙げることができる。尚、図１４に示す作業対象物とその床面Ｆからの高さの関係は、建築用のＪＩＳ（日本工業規格）により推奨されているものの中の代表的な一部であり、図１４に示すものの他に、例えばコートハンガーなど、数多くの家庭環境内において使用される据え付け品などの推奨高さが規定されている。

図１４から明らかなように、家庭環境における作業対象物は、ある特定の高さ範囲、具体的には７００ｍｍから１１００ｍｍの範囲に多く分布している。ここで、これら作業対象物群の高さの平均値Ｈａｖｇをとると、約８６２ｍｍとなる。また、これらの分布の標準偏差σを公知の標準偏差算出式を用いて導くと、約３０５ｍｍとなる（尚、平均値および推奨高さは図示の作業対象物以外にも種々の物品の推奨高さが含まれる）。即ち、平均値Ｈａｖｇ±１／２標準偏差σ（７０９．５ｍｍから１０１４．５ｍｍ）の範囲内に作業対象物が集中していると言える。尚、この傾向は、工場などの人間が活動する空間において当然ながら数多く見られる。

次いで、作業対象物群に応じたロボット１の肩関節の床面Ｆからの高さ（別言すれば、脚部２の床面Ｆとの接地端、即ち足部２２Ｌ（Ｒ）の接地面からの高さ）について考察する。肩関節の床面からの高さが決定されると、ロボット１が人間を模した２足歩行ロボットであれば、その身長や腕部リンク２の長さなどの取り得る範囲が外観的な観点から限定される。腕部５の長さが凡そ決定されれば、肩関節（３０Ｒ（Ｌ）など）および肘関節（３６Ｒ（Ｌ））の揺動範囲から、腕部５全体の揺動範囲、より具体的にはハンド４０Ｌ（Ｒ）の作業領域も決定される。

そこで、肩関節の床面からの高さを概ね「作業対象物群高さの平均値Ｈａｖｇ±１／２標準偏差σ」とすることで、一般的な可動範囲を有する関節を用い、直立姿勢のまま作業対象物群の集中する高さ範囲全般にハンド４０Ｌ（Ｒ）を位置させることができ、よって作業性を向上させることができると共に、関節にも過剰な負担をかけるおそれがない。

また、「作業対象物群高さの平均値Ｈａｖｇ±１／２標準偏差σ」とは、上記したように７０９．５ｍｍ〜１０１４．５ｍｍの範囲内であり、略７００ｍｍから１０００ｍｍ程度ということができる。肩関節（３０Ｒ（Ｌ）など）の高さが７００ｍｍから１０００ｍｍ程度になれば、通常、人間を模した場合、その身長は１０００ｍｍから１３００ｍｍ程度となる。これは、小学校低学年位に相当する身長であり、従って、肩関節の高さを７００ｍｍから１０００ｍｍに設定することにより、家庭環境における作業性が高く、かつ親しみ易く人間社会との親和性を有した外観（サイズ）を呈するロボットとなる。以上の理由により、この実施例に係るロボット１は、図１３に示すように、肩関節の床面Ｆからの高さを９１０ｍｍに設定すると共に、身長を約１２１０ｍｍとした。尚、歩行時の一歩の歩幅は３３５ｍｍである。

次いで、ロボット１の着座時の高さについて説明する。

上記したように肩関節の高さが直立時において９１０ｍｍに設定されたロボット１が腰掛８２に着座した場合、作業対象物は、図１４において、概ね、高さ５００ｍｍから１０００ｍｍの範囲にあるものに限られる。それらの範囲にあって建築用のＪＩＳにより推奨された作業対象物群の高さの平均値Ｈａｖｇをとると、約７８０ｍｍとなり、それらの分布の標準偏差σは同様の手法で求めると、約２４０ｍｍとなる。即ち、平均値Ｈａｖｇ±１／２標準偏差σの範囲内、即ち、６６０ｍｍから９００ｍｍの範囲内に作業対象物が集中しているということができる。

また、ロボット１において肩関節から尻当て部８０までの長さは４３０ｍｍであることから、その値を上記した着座時の作業対象物範囲（６６０ｍｍから９００ｍｍ）から減算すると、ロボット１が腰掛８２に着座したとき、腰掛８２の着座面８２ａ（同図に示す）の床面（足部２２Ｒ（Ｌ）の接地面）からの高さは２３０ｍｍから４７０ｍｍの範囲内にあるのが望ましいことになる。そこで、この実施例においては、腰掛８２の着座面８２ａの高さを３８０ｍｍ±１０ｍｍと設定するようにした。

この腰掛８２の着座面８２ａの床面（足部２２Ｒ（Ｌ）の接地面）からの高さについてより一般的に述べると、人を模したヒューマノイド型の２足ロボットが人の生活環境内で共存する場合、腰掛に着座する（腰掛ける）、さらには着座状態でさまざまな作業をすることも必要性の一つと考えられる。

そこで、知見を重ねた結果、床面から直立時の膝関節までの距離をＨとするとき、腰掛８２の着座面８２ａの接地面からの高さをＨ±｛（1/3）・Ｈ｝の範囲内の位置とする、換言すれば、足部２２Ｒ（Ｌ）の接地面から膝関節１６Ｒ（Ｌ）までの距離をＨとするとき、着座時の尻当て部８０（より正確にはその部材８０ａの接地面）から足部２２Ｒ（Ｌ）の接地面までの高さを前記した作業対象物範囲に基づいて設定するようにした。具体的には、Ｈ±｛（1/3）・Ｈ｝の範囲内の位置に設けるようにした。これにより、２足ロボットが着座状態にあってさまざまな作業をする場合において、肩関節を作業しやすい（可動させやすい）高さに位置させることができ、作業能率を向上させることができることを見出した。尚、図１４において、ロボット１が直立したとき、膝関節の床面Ｆからの高さＨは３５０ｍｍである。

この実施例に係るロボット１においては、基体３に尻当て部８０を設けて腰掛８２に着座可能としたので、ロボット１の占有スペースが減少して保管（格納）あるいは輸送するときのスペースを低減できると共に、輸送における安全性も向上する。さらには着座させた状態で固定できるので、メンテナンス作業も容易となる。さらには、作業範囲も拡大し、デスクワークなども可能となる。

また、尻当て部８０を、ロボット１が着座したとき、ロボット１の着座したときの重心位置１ｇより後方となる位置に設けるように構成したので、換言すれば、床反力を受ける足部２２Ｒ（Ｌ）と逆方向の位置に尻当て部８０を設けるように構成したので、着座するときにロボット１に作用する重心回りのモーメントがロボット１を後傾するように作用することがなく、よって着座の前後を通じてロボットに安定した姿勢を保持させることができる。

また、尻当て部８０を腰掛８２に対して変位自在としたので、ロボット１の重心位置を前方に移動させることができ、同様に、着座するときにロボット１に作用する重心回りのモーメントがロボットを後傾するように作用するのを回避することができる。また、着座状態から立ち上がるときにあっても前記したモーメントを所期通りに作用させることができ、よって着座の前後を通じてロボットに安定した姿勢を保持させることができる。

また、尻当て部８０の腰掛８２に接触する部材８０ａを構成する素材の摩擦係数を、足部２２Ｒ（Ｌ）の接地面（弾性体２２ａ）を構成する素材のそれより小さくする、即ち、尻当て部８０の腰掛８２に対する摩擦力を、足部２２Ｒ（Ｌ）の接地面の前記床面Ｆに対する摩擦力より小さくするように構成したので、着座するときにロボット１に作用する重心回りのモーメントを所期通りに作用させる、例えば、ロボット１を後傾しないように作用させることができ、また着座状態から立ち上がるときにあっても前記したモーメントを所期通りに作用させることができ、よって着座の前後を通じてロボットに安定した姿勢を保持させることができる。

また、着座時における足部２２の接地面、即ち、弾性体２２ａから肩関節までの高さを作業対象物群の床面Ｆからの高さを平均して得た平均値とそれらの偏差に基づいて決定される範囲内に設定することで、肩関節の高さを着座時の作業対象物群の高さに応じて最適に決定することができる。さらに尻当て部８０を肩関節から重力方向において所定距離、具体的には４３０ｍｍ下方の位置に設けるように構成したので、その位置に肩関節が一致するように腰掛８２の着座面８２ａの高さを設定することにより、安定した姿勢で着座することができ、よって着座の前後を通じてロボット１に安定した姿勢を保持させることができる。

また、より一般的には、足部２２Ｒ（Ｌ）の接地面、即ち、弾性体２２ａから膝関節までの距離をＨとするとき、前記ロボットの着座時における尻当て部８０を接地面からＨ±｛（1/3）・Ｈ｝の範囲内の位置に設けるように構成したので、ロボットが着座状態にあってさまざまな作業をする場合において、肩関節を作業しやすい高さに位置させることができ、よって上記した効果に加え、作業能率を向上させることができる。

また、尻当て部８０の腰掛８２に接触する部材８０ａが弾性体からなるように構成したので、上記した効果に加え、着座時に衝撃が生じても、それを効果的に吸収することができると共に、着座時の安定性も向上することから、着座の前後を通じてロボット１に一層安定した姿勢を保持させることができる。

また、尻当て部８０に、より正確にはその付近にロボット１の搭載機器を駆動するバッテリを充電するための端子８４を備えるように構成したので、充電などのメンテナンス作業が一層容易となる。

図１５および図１６は、この発明の第２実施例に係る脚式移動ロボットを示す、図１０と図１１と同様な基体フレーム３ａの正面図および側面図である。

第２実施例においても、第１実施例と同様、尻当て部８０は基体フレーム３ａの下端に相互に離間しつつ２個取り付けられるが、尻当て部８０の形状を変えるようにした。即ち、尻当て部８０は、円柱状を呈すると共に、先端に向けて円錐台を呈する金属材などからなる部材８０ｇと、その内部に回転自在に収容されるボール（回転体）８０ｈと、部材８０ｇを基体フレーム３ａの下端にロードセル８０ｄを介して固定するフランジ状の取付具８０ｉとを備える。

図１６から想像されるように、尻当て部８０は、第１実施例と同様、ロボット１が着座したときの（ロボット１の）重心位置１ｇよりも、後方となる位置に設けられる。また、ボール８０ｈ（尻当て部８０の腰掛８２に接触する部位に相当）の素材はゴムなどの弾性材からなる。即ち、ボール８０ｈは弾性材から製作される回転体からなる。

尚、残余の構成および効果は、第１実施例のそれと異ならない。

第２実施例に係るロボット１は上記の如く構成したので、第１実施例で述べたと同様の効果を得ることができる。

さらに、尻当て部８０の腰掛８２に接触する部位（ボール８０ｈ）が回転体、より正確には弾性材から製作される回転体からなるように構成したので、着座時の衝撃を吸収できると共に、ロボット１の重心位置を前方に移動させるのが一層容易となって、よって着座の前後を通じてロボット１に一層安定した姿勢を保持させることができる。さらに、基体３の姿勢に関わらず安定した姿勢で着座できると共に腰掛に多少の傾斜があっても、その影響を受けることなく、着座の前後を通じて安定した姿勢を保持させることができる。また、構成としても簡易な構成である。

図１７および図１８は、この発明の第３実施例に係る脚式移動ロボットを示す、図１０と図１１と同様な基体フレーム３ａの正面図および側面図である。

第３実施例においても、第１実施例と同様、尻当て部８０は基体フレーム３ａの下端に相互に離間しつつ２個取り付けられるが、尻当て部８０の形状を変えるようにした。即ち、尻当て部８０は、正面視Ｕ字状の金属材などからなるフレーム８０ｋと、同様に金属材などからなると共に、フレーム８０ｋに回転自在に取り付けられた２個のローラ（回転体）８０ｌとを備える。フレーム８０ｋは、その中央部において、第１実施例で述べた部材８０ａおよびロードセル８０ｄを介して基体フレーム３ａの下端に固定される一方、その両端側には孔が穿設され、その内部にナット８０ｍで基体フレーム３ａの下端に固定されるロッド８０ｎがスライド自在に挿入される。

第３実施例において、尻当て部８０は、合計４個のローラ８０ｌを介して腰掛８２の着座面８２ａに対して変位自在に構成されると共に、着座時に衝撃を受けたとき、部材８０ａが収縮し、それに応じてフレーム８０ｋがロッドに対してスライドして衝撃を吸収する。このように、第３実施例においても、第２実施例と同様、尻当て部８０は、弾性材からなる回転体として構成される。

尚、残余の構成および効果は、第１実施例のそれと異ならない。

第３実施例に係るロボット１は上記の如く構成したので、第１実施例で述べたと同様の効果を得ることができる。

さらに、第２実施例と同様、尻当て部８０が弾性材から製作される回転体からなるように構成したので、着座時の衝撃を吸収できると共に、ロボット１の重心位置を前方に移動させるのが一層容易となって、よって着座の前後を通じてロボット１に一層安定した姿勢を保持させることができる。さらに、基体３の姿勢に関わらず安定した姿勢で着座できると共に腰掛８２に多少の傾斜があっても、その影響を受けることなく、着座の前後を通じて安定した姿勢を保持させることができる。

図１９および図２０は、この発明の第４実施例に係る脚式移動ロボットを示す、図１０と図１１と同様な基体フレーム３ａの正面図および側面図である。

第４実施例においても、第１実施例と同様、尻当て部８０は基体フレーム３ａの下端に相互に離間しつつ２個取り付けられるが、尻当て部８０の形状を変えるようにした。即ち、尻当て部８０は、金属材などからなるポスト８０ｐと、弾性材からなると共に、ポスト８０ｐに回転自在に取り付けられた２個のローラ（回転体）８０ｑとを備える。ポスト８０ｐは、ロードセル８０ｄを介して基体フレーム３ａの下端に固定される。

第４実施例においても、尻当て部８０は、合計４個のローラ８０ｑを介して腰掛８２の着座面８２ａに対して変位自在に構成されると共に、着座時に衝撃を受けたとき、ローラ８０ｑが収縮して衝撃を吸収する。このように、第４実施例においても、第２実施例と同様、尻当て部８０は、弾性材からなる回転体として構成される。

尚、残余の構成および効果は、第１実施例のそれと異ならない。

第４実施例に係るロボット１は上記の如く構成したので、第２実施例および第３実施例で述べたと同様の効果を得ることができると共に、第３実施例に比して簡素な構成となる。

図２１は、この発明の第５実施例に係る脚式移動ロボットを示す、尻当て部８０の正面図、および図２２はその側面図である。

第５実施例においては、尻当て部８０は、上下２個の金属材からなるプレート８０ｒ，８０ｓと、プレート８０ｒ，８０ｓの間に弾装されるコイルスプリング８０ｔと、前記プレート８０ｒ，８０ｓを接続する油圧シリンダからなるダンパ８０ｕと、それらをロードセル８０ｄを介して基体フレーム３ａの下端に取り付ける取付具８０ｖとを備える。プレート８０ｒ，８０ｓの中、腰掛８２の着座面８２ａに接触する下方のプレート８０ｓにはフッ素樹脂系コーティングなどの低摩擦化処理がなされ、摩擦係数を減少させて着座面８２ａ上の変位を容易にする。尚、図示は省略するが、第５実施例においても、従前の実施例と同様、尻当て部８０は基体フレーム３ａの下端に相互に離間しつつ２個取り付けられる。

第５実施例において、尻当て部８０は着座面８２ａ上を変位自在に構成されると共に、着座時に衝撃を受けたとき、コイルスプリング８０ｔが収縮して衝撃を吸収する。そのとき、ダンパ８０ｕが衝撃吸収による振動を減衰させるように動作することから、ロードセル８０ｄの出力などに基づいてロボット１の着座を制御するときも、発振することがない。

尚、残余の構成および効果は、第１実施例のそれと異ならない。

第５実施例に係るロボット１は上記の如く構成したので、第１実施例で述べたと同様の効果を得ることができる。

図２３および図２４は、この発明の第６実施例に係る脚式移動ロボットを示す、図２１および図２２と同様な尻当て部８０の正面図および側面図である。

第６実施例は第２実施例の変形例であり、金属材などからなる部材８０ｇを防振ゴムなどの弾性体８０ｗを介して取付具８０ｉによって基体フレーム３ａの下端にロードセル８０ｄを介して固定するようにした。部材８０ｇにはフッ素樹脂系コーティングなどの低摩擦化処理がなされる。尚、図示は省略するが、第６実施例においても、従前の実施例と同様、尻当て部８０は基体フレーム３ａの下端に相互に離間しつつ２個取り付けられる。

第６実施例において、尻当て部８０は着座面８２ａ上を変位自在に構成されると共に、着座時に衝撃を受けたとき、弾性体８０ｗが収縮して衝撃を吸収する。

尚、残余の構成および効果は、第１実施例のそれと異ならない。

上記した如く、第１実施例から第６実施例においては、基体３と、前記基体３に関節（股関節（１０Ｒ（Ｌ）など））を介して連結され、その先端に足部２２Ｒ（Ｌ）を備えた脚部（脚部リンク機構）２とから少なくともなると共に、前記脚部２を駆動して前記足部２２Ｒ（Ｌ）を接地させつつ床面上を歩行するようにした脚式移動ロボット１において、前記基体３と脚部２の少なくともいずれか、より具体的には基体フレーム３ａに尻当て部８０を設けて腰掛８２に着座可能とすると共に、前記尻当て部８０を、前記ロボット１が着座したとき、前記ロボットの着座したときの重心位置１ｇより後方となる位置に設けるように構成した。

また、基体３と、前記基体３に関節（股関節（１０Ｒ（Ｌ）など））を介して連結され、その先端に足部２２Ｒ（Ｌ）を備えた脚部（脚部リンク機構）２とから少なくともなると共に、前記脚部２を駆動して前記足部を接地させつつ床面上を歩行するようにした脚式移動ロボット１において、前記基体３と脚部の少なくともいずれか、より具体的には基体フレーム３ａに尻当て部８０を設けて腰掛８２に着座可能とすると共に、前記尻当て部８０を前記腰掛８２に対して変位自在、具体的には、着座するときあるいは着座状態から立ち上がるときにおいて基体（上体）を腰掛部に対して変位自在（前後移動自在）とするように構成した。

また、基体３と、前記基体３に関節（股関節（１０Ｒ（Ｌ）など））を介して連結され、その先端に足部２２Ｒ（Ｌ）を備えた脚部（脚部リンク機構）２とから少なくともなると共に、前記脚部を駆動して前記足部を接地させつつ床面上を歩行するようにした脚式移動ロボット１において、前記基体３と脚部２の少なくともいずれか、より具体的には基体フレーム３ａに尻当て部８０を設けて腰掛８２に着座可能とすると共に、前記尻当て部８０の前記腰掛８２に対する摩擦力を、前記足部の接地面（弾性体２２ａ）の前記床面Ｆに対する摩擦力より小さくする、即ち、前記尻当て部の前記腰掛に接触する部位（部材８０ａ，８０ｇ，８０ｓ）を構成する素材の摩擦係数を、前記足部の接地面（弾性体２２ａ）を構成する素材のそれより小さくするように構成した。

また、基体３と、前記基体３に股関節（１０Ｒ（Ｌ）など）を介して揺動可能に連結され、その先端に足部２２Ｒ（Ｌ）を備えた脚部（脚部リンク機構）２と、前記基体に肩関節（３０Ｒ（Ｌ）など）を介して揺動可能に連結され、その先端にハンド４０Ｒ（Ｌ）を備えた腕部（腕部リンク機構）５とから少なくともなると共に、少なくとも前記腕部を駆動して作業空間内において作業を行うようにした脚式移動ロボットにおいて、前記基体と脚部の少なくともいずれか、より具体的には基体フレーム３ａに尻当て部８０を設けて腰掛８２に着座しつつ前記作業空間内の作業対象物群に対する作業を行えるようにすると共に、前記ロボットの着座時における前記足部接地面（弾性体２２ａ）から前記肩関節までの高さを、前記作業対象物群の前記床面Ｆからの高さを平均して得た平均値Ｈａｖｇとそれらの偏差δに基づいて決定される範囲内に設定し、さらに前記尻当て部を、前記肩関節から重力方向において所定距離下方の位置に設けるように構成した。

また、前記脚部が大腿リンク２４Ｒ（Ｌ）と膝関節１６Ｒ（Ｌ）を介して連結される下腿リンク２６Ｒ（Ｌ）とを備えると共に、前記足部の接地面から前記膝関節までの距離をＨとするとき、前記ロボット１の着座時における前記尻当て部８０を前記足部の接地面（弾性体２２ａ）からＨ±｛（1/3）・Ｈ｝の範囲内の位置に設けるように構成した。

また、前記尻当て部８０の前記腰掛８２に接触する部位（部材８０ａ，８０ｑ）が、弾性体からなるように構成した。

また、前記尻当て部８０の前記腰掛８２に接触する部位（部材８０ｈ，８０ｌ，８０ｑ）が、回転体からなるように構成した。

また、前記尻当て部８０の前記腰掛８２に接触する部位（部材８０ｑ）が、弾性材から製作される回転体からなるように構成した。

また、前記尻当て部８０に、前記ロボットの搭載機器を駆動するバッテリを充電するための端子８４を備えるように構成した。

尚、上記において、尻当て部８０を基体３（基体フレーム３ａ）に設けたが、脚部２に設けても良い。

また、尻当て部８０の個数、材質および形状などについても記載したものに限られるものではない。

この発明の第１実施例に係る脚式移動ロボット（２足歩行ロボット）の正面図である。 図１に示すロボットの側面図である。 図１に示すロボットの内部構造を関節を中心に説明するスケルトン図である。 図１に示すロボットの足部の底面図である。 図３に示すＥＣＵの構成を詳細に示すブロック部である。 図１に示すロボットが尻当て部を介して腰掛に着座する動作を示すロボットの側面図である。 図１に示すロボットが尻当て部を介して腰掛に着座する動作を示すロボットの側面図である。 同様に、図１に示すロボットが尻当て部を介して腰掛に着座した状態を示すロボットの側面図である。 図８に示す着座したときのロボットの背面図である。 図６などに示す基体フレームの正面図である。 図６などに示す基体フレームの側面図である。 図６などに示す基体フレームの下端の部分斜視図である。 図１に示すロボットの肩関節の床面からの高さなどを示すロボットの正面図である。 図１に示すロボットの作業対象物群を示すロボットの側面図である。 この発明の第２実施例に係る脚式移動ロボットを示す、図１０と同様な基体フレームの正面図である。 図１５に示す基体フレームの側面図である。 この発明の第３実施例に係る脚式移動ロボットを示す、図１０と同様な基体フレームの正面図である。 図１７に示す基体フレームの側面図である。 この発明の第４実施例に係る脚式移動ロボットを示す、図１０と同様な基体フレームの正面図である。 図１９に示す基体フレームの側面図である。 この発明の第５実施例に係る脚式移動ロボットを示す、尻当て部の正面図である。 図２１に示す尻当て部の側面図である。 この発明の第６実施例に係る脚式移動ロボットを示す、尻当て部の正面図である。 図２３に示す尻当て部の側面図である。

符号の説明

１ ロボット（脚式移動ロボット）
２ 脚部（脚部リンク機構）
３ 基体
３ａ 基体フレーム
４ 頭部
５ 腕部（腕部リンク機構）
６ 格納部
１０，１２，１４Ｒ（Ｌ） 股関節
１６Ｒ（Ｌ） 膝関節
１８，２０Ｒ（Ｌ） 足関節
２２ 足部
２２ａ 足部の弾性体（接地面）
３０，３２，３４Ｒ（Ｌ） 肩関節
６０ ＥＣＵ
８０ 尻当て部
８２ 腰掛
８４ 端子

Claims (9)

1. 基体と、前記基体に関節を介して連結され、その先端に足部を備えた脚部リンク機構とから少なくともなると共に、前記脚部リンク機構を駆動して前記足部を接地させつつ床面上を歩行するようにした脚式移動ロボットにおいて、前記基体と脚部リンク機構の少なくともいずれかに尻当て部を設けて腰掛に着座可能とすると共に、前記尻当て部を、前記ロボットが着座したとき、前記ロボットの着座したときの重心位置より後方となる位置に設けることを特徴とする脚式移動ロボット。
2. 基体と、前記基体に関節を介して連結され、その先端に足部を備えた脚部リンク機構とから少なくともなると共に、前記脚部リンク機構を駆動して前記足部を接地させつつ床面上を歩行するようにした脚式移動ロボットにおいて、前記基体と脚部リンク機構の少なくともいずれかに尻当て部を設けて腰掛に着座可能とすると共に、前記尻当て部を前記腰掛に対して変位自在としたことを特徴とする脚式移動ロボット。
3. 基体と、前記基体に関節を介して連結され、その先端に足部を備えた脚部リンク機構とから少なくともなると共に、前記脚部リンク機構を駆動して前記足部を接地させつつ床面上を歩行するようにした脚式移動ロボットにおいて、前記基体と脚部リンク機構の少なくともいずれかに尻当て部を設けて腰掛に着座可能とすると共に、前記尻当て部の前記腰掛に対する摩擦力を、前記足部の接地面の前記床面に対する摩擦力より小さくすることを特徴とする脚式移動ロボット。
4. 基体と、前記基体に股関節を介して揺動可能に連結され、その先端に足部を備えた脚部リンク機構と、前記基体に肩関節を介して揺動可能に連結され、その先端にハンドを備えた腕部リンク機構とから少なくともなると共に、少なくとも前記腕部リンク機構を駆動して作業空間内において作業を行うようにした脚式移動ロボットにおいて、前記基体と脚部リンク機構の少なくともいずれかに尻当て部を設けて腰掛に着座しつつ前記作業空間内の作業対象物群に対する作業を行えるようにすると共に、前記ロボットの着座時における前記足部接地面から前記肩関節までの高さを、前記作業対象物群の前記床面からの高さを平均して得た平均値とそれらの偏差に基づいて決定される範囲内に設定し、さらに前記尻当て部を、前記肩関節から重力方向において所定距離下方の位置に設けることを特徴とする脚式移動ロボット。
5. 前記脚部リンク機構が大腿リンクと膝関節を介して連結される下腿リンクとを備えると共に、前記足部の接地面から前記膝関節までの距離をＨとするとき、前記ロボットの着座時における前記尻当て部を前記足部の接地面からＨ±｛（1/3）・Ｈ｝の範囲内の位置に設けることを特徴とする請求項４に記載の脚式移動ロボット。
6. 前記尻当て部の前記腰掛に接触する部位が、弾性体からなることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の脚式移動ロボット。
7. 前記尻当て部の前記腰掛に接触する部位が、回転体からなることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の脚式移動ロボット。
8. 前記尻当て部の前記腰掛に接触する部位が、弾性材から製作される回転体からなることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の脚式移動ロボット。
9. 前記尻当て部に、前記ロボットの搭載機器を駆動するバッテリを充電するための端子を設けることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の脚式移動ロボット。
   

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