JP2006315587A - 脚車輪分離型ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】 整地における高速走行が得られ、不整地に対して高い適応性が得られる脚車輪分離型ロボットを提供する。
【解決手段】 胴体２と、胴体２に回転可能に設けられる一対の車輪３６、３９と、胴体２に設けられるとともに、水平方向及び鉛直方向に旋回可能な一対の前脚１１、２２と、胴体２に設けられるとともに、水平方向及び鉛直方向に旋回可能な一対の後脚３４、３５と、各車輪３６、３９を駆動させるアクチュエータＡ１３、Ａ１４と、各前脚１１、２２を駆動させるアクチュエータＡ１〜Ａ６と、各後脚３４、３５を駆動させるアクチュエータＡ７〜Ａ１２と、アクチュエータＡ１〜Ａ１４の動作を制御するコントローラとを備える。コントローラにより、前脚１１、２２及び後脚３４、３５による脚モード、一対の車輪３６、３９による車輪モード、一対の車輪３６、３９と前脚１１、２２及び後脚３４、３５とによる脚車輪モードの何れかのモードを選択可能する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、脚車輪分離型ロボットに関し、特に、高速走行と高い不整地適応性とを備えた脚車輪分離型ロボットに関する。

近年、林業、建設業等の各種の産業界において、不整地移動能力を備えたロボットの実現が強く望まれ、そのため、多くの研究者により不整地移動ロボットの研究が鋭意行われ、各種の不整地移動ロボットが開発されている。現在までに研究、開発されている不整地移動ロボットは、機構の面から大きく４つのグループ（脚型、車輪・クローラ型、節体幹型、複合機構型）に分けることができる。

脚型のロボットは、脚機構を用いて不整地を移動するロボットであって、４脚、６脚、８脚等のロボットが開発されている。このようなタイプのロボットは、離散的に脚接地地点を選択できるため、地割れ等にも対応することが可能であり、不整地対応の潜在能力が高い（例えば、特許文献１参照。）。

また、車輪・クローラ型のロボットは、車輪やクローラ機構を用いて不整地を移動するロボットであって、脚型のロボットに比べて機構が比較的簡単であり、高速走行が可能、サスペンションにより車体荷重を支持するためエネルギ効率が高い等の利点がある（例えば、特許文献２参照。）。

さらに、節体幹型のロボットとしては、蛇と同じ移動原理で推進する蛇型のロボット等があり、倒壊家屋下等の狭隘不整地内を探索移動可能な利点がある（例えば、特許文献３参照。）。

さらに、複合機構型のロボットは、脚機構と車輪またはクローラ機構とを複合利用することにより、不整地移動を実現するようにしたものであって、それぞれの機構の利点を複合できるために、単体の機構以上に不整地及び整地移動能力が高いという利点がある（例えば、特許文献４参照。）。
Ｓ．Ｍ．Ｓｏｎｇ ａｎｄ Ｋ．Ｊ．Ｗａｌｄｒｏｎ：“Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｔｈａｔ Ｗａｌｋ：Ｔｈｅ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ，”ＭＩＴ Ｐｒｅｓｓ，１９８９． Ｙ．Ｋｕｒｏｄａ，Ｋ．Ｋｏｎｄｏ，Ｔ．Ｍｉｙａｔａ ａｎｄ Ｍ．Ｍａｋｉｎｏ：“Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏ Ｐｌａｎｅｔａｒｙ Ｒｏｖｅｒ，”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １６ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ，３Ｍ３４，ｖｏｌ．３，ｐｐ．１４６１−１４６２，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，１９９８． 広瀬、森島、堀越、妻木、物部、“節体除型ロボットＫＲIIの開発”日本ロボット学会誌、ｖｏｌ．９，ｐｐ．１１−１９ 広瀬、竹内：“ローラウォーカ：新しい脚車輪ハイブリッド移動体の提案”，日本機械学会誌（Ｃ編），ｖｏｌ．６２，ｎｏ．５９９，ｐｐ．２４２−２４８，１９９６

ところで、上記のような各種の不整地移動ロボットのうち、特許文献１に記載されている脚型のロボットは、車輪機構を用いているロボットに比べて移動速度が低速となり、また、体重を脚で支持するエネルギが必要になるためにエネルギ効率が悪い等の問題がある。また、特許文献２に記載されている車輪・クローラ型のロボットは、脚機構のロボットと比べると、不整地移動能力が低く、また車輪の連続接地による地形追従移動となるため、地割れ等を乗り越えることが困難である等の問題がある。さらに、特許文献３に記載されている節体幹型のロボットは、その形態、駆動方式により、低速走行となり、また運搬作業等には適さないという問題がある。さらに、特許文献４に記載されている複合機構型のロボットは、機構が複雑になるという問題がある。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、高速走行と高い不整地適応性とを同時に実現することができるとともに、機構を簡単にすることができる脚車輪分離型ロボットを提供することを目的とする。

上記のような課題を解決するために、本発明は、以下のような手段を採用している。
すなわち、請求項１に係る発明は、胴体と、該胴体に回転可能に設けられる一対の車輪と、該胴体に設けられるとともに、水平方向及び鉛直方向に旋回可能な一対の前脚と、該胴体に設けられるとともに、水平方向及び鉛直方向に旋回可能な一対の後脚と、前記各車輪を駆動させるアクチュエータと、前記各前脚を駆動させるアクチュエータと、前記各後脚を駆動させるアクチュエータと、前記アクチュエータの動作を制御するコントローラとを備え、前記コントローラにより、前記前脚及び前記後脚による脚モード、前記一対の車輪による車輪モード、前記一対の車輪と前記前脚及び前記後脚とによる脚車輪モードの何れかのモードを選択可能としたことを特徴とする。

本発明による脚車輪分離型ロボットによれば、コントローラにより各アクチュエータの駆動を制御することにより、脚モード、車輪モード、脚車輪モードの何れかのモードを選択し、その選択したモードに応じた走行が可能となり、整地においての高速走行が可能になるとともに、高い不整地適応性が得られることになる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の脚車輪分離型ロボットであって、前記各前脚及び前記各後脚は、前記胴体に股関節部を介して水平方向及び鉛直方向に旋回可能に取り付けられる大腿部と、該大腿部に膝関節部を介して鉛直方向に旋回可能に取り付けられる脛部とから構成され、前記股関節部及び前記膝関節部に前記アクチュエータがそれぞれ設けられていることを特徴とする。

本発明による脚車輪分離型ロボットによれば、コントローラにより脚モード及び脚車輪モードを選択し、それらのモードによって走行する際に、股関節部及び膝関節部のアクチュエータの駆動により、前脚及び後脚の大腿部が水平方向及び鉛直方向に旋回し、脛部が鉛直方向に旋回することになる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の脚車輪分離型ロボットであって、前記各前脚及び前記各後脚の各膝関節部には、鉛直方向又は全方向に回転自在な補助車輪がそれぞれ設けられ、前記一対の車輪による車輪モードの際に、前記前脚の前記両補助車輪又は前記後脚の前記両補助車輪の少なくとも何れか一方を地面に接地させるように構成したことを特徴とする。

本発明による脚車輪分離型ロボットによれば、車輪モードによる走行の際に、両前脚の両補助車輪又は両後脚の両補助車輪の少なくとも何れか一方を地面に接地させることにより、安定した走行が可能となる。

請求項４に係る発明は、請求項１から３の何れかに記載の脚車輪分離型ロボットであって、前記胴体には、前記一対の車輪を鉛直方向に旋回させるための段軸機構が設けられ、該段軸機構の駆動により前記一対の車輪の鉛直方向の位置が調整可能に構成されていることを特徴とする。

本発明による脚車輪分離型ロボットによれば、段軸機構により各車輪の鉛直方向の位置を調整することにより、各モードによる走行時に各種の不整地に対する適応性を高めることができる。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載の脚車輪分離型ロボットであって、前記段軸機構は、前記胴体に設けられるアクチュエータと、該アクチュエータの出力軸に取り付けられるとともに、アクチュエータの作動により出力軸を中心として鉛直方向に旋回可能なサスペンションとからなり、該サスペンションの両端部に前記一対の車輪が取り付けられていることを特徴とする。

本発明による脚車輪分離型ロボットによれば、段軸機構のアクチュエータを作動させることにより、サスペンションがアクチュエータの出力軸を中心として鉛直方向に旋回し、サスペンションの両端部の各車輪がそれぞれ鉛直方向に移動することになる。

請求項６に係る発明は、請求項１から５の何れかに記載の脚車輪分離型ロボットであって、前記各アクチュエータには、各アクチュエータの回転角度を検出する角度センサがそれぞれ設けられ、前記コントローラは、前記各角度センサからの検出信号に基づいて前記各アクチュエータの駆動を制御するように構成されていることを特徴とする。

本発明による脚車輪分離型ロボットによれば、各アクチュエータの回転角度を角度センサにより検出し、その検出信号に基づいてコントローラが各アクチュエータの駆動を制御することにより、各車輪、各前脚の大腿部及び脛部、各後脚の大腿部及び脛部の駆動が制御され、整地における高速走行が可能になるとともに、不整地における高い適応性が獲られることになる。

以上、説明したように、本発明の脚車輪分離型ロボットによれば、前脚と後脚との協働によって走行する脚モード、車輪によって走行する車輪モード、前脚と後脚と車輪との協働によって走行する脚車輪モードの何れかを選択することができるので、整地における高速走行が可能になるとともに、各種の不整地に対して高い適応性を発揮することができる。

また、車輪モードによる走行の際に、両前脚の両補助車輪又は両後脚の両補助車輪の少なくとも何れか一方を地面に接地させることができるので、安定した走行が得られることになる。さらに、両補助車輪に全方向に回転可能なものを使用することにより、方向転換やカーブを走行する際等にも安定して胴体を支持することができ、安定した走行が可能となる。

さらに、両前脚及び両後脚の股関節部及び膝関節部の各アクチュエータ、各車輪のアクチュエータ、段軸機構のアクチュエータの回転角度を角度センサで検出し、その検出信号に応じてコントローラにより各アクチュエータを制御することにより、安定した走行が得られることになるので、全体の構造を簡単にすることができるとともに、制御系を簡素化することもできる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図５には、本発明による脚車輪分離型ロボットの一実施の形態が示されていて、図１は脚車輪分離ロボットの全体を示す平面図、図２は図１の正面図、図３は図１の左側面図、図４は図１の部分拡大平面図、図５は図４の正面図である。

すなわち、この脚車輪分離型ロボット１は、胴体２と、胴体２の前端部に設けられる一対の前脚１１、２２と、胴体２の後端部に設けられる一対の後脚３４、３５と、胴体２の両側部に設けられる一対の車輪３６、３９と、各前脚１１、２２を駆動させるアクチュエータＡ１〜Ａ６と、各後脚３４、３５を駆動させるアクチュエータＡ７〜Ａ１２と、各車輪３６、３９を駆動させるアクチュエータＡ１３、Ａ１４と、各車輪３６、３９の鉛直方向の位置を調整する段軸機構５５と、段軸機構５５を駆動させるアクチュエータＡ１５と、各アクチュエータＡ１〜Ａ１５の駆動を制御するコントローラ６０とを備えている。

胴体２は、複数の鋼材を組み合わせて構成した直方体状の本体部３と、本体部３の上部に前後方向及び上下方向に移動、位置決め可能、かつ傾きを調整可能に設けられるシート４と、シート４の前後方向の位置、上下方向の位置、及び傾きを調整するシート調整機構６とから構成されている。

シート４は、本体部３の上部に支持台５を介して設けられ、このシート４にオペレータが座って脚車輪分離型ロボット１の操作を行うように構成されている。支持台５は、本体部３の上部に複数のダンパー７を介して取り付けられ、脚車輪分離型ロボット１の走行時に、振動がオペレータに直接伝達するのを防止している。

シート調整機構６は、シート４を支持する支持台５の前後方向の位置、高さ、傾きを調整することにより、シート４を前後方向の所定の位置、上下方向の所定の位置に、所定の傾きに調整するためのものであって、例えば、胴体２の本体部３の上部に長手方向に沿って設けられるラックと、支持台５のＸ形状の支持脚の下端部にそれぞれ回転自在に設けられて、ラックと相互に噛合するピニオンと、各ピニオンを回転駆動させるアクチュエータ（モータ等）と、両支持脚をＸ形状に噛合させるラックとピニオンと、ピニオンを回転駆動させるアクチュエータ(モータ等)とを備えている。この場合、一方の支持脚にラックが設けられ、他方の支持脚にラックと相互に噛合するピニオンが設けられている。

そして、両支持脚の下端部のアクチュエータを正逆回転させることにより、両支持脚の胴体２の本体部３上での前後方向の位置を調整でき、両支持脚の下端部のアクチュエータ及び両支持脚の交差部のアクチュエータを正逆回転させることにより、両支持脚間の間隔、及び両支持脚の交差部の位置を調整することができ、支持台５及びシート４の上下方向の位置、傾きを調整することができる。
なお、シート調整機構６は、上記のようなラックとピニオンとアクチュエータとの組合せに限らず、ネジ軸とボールネジナットとアクチュエータの組合せ等の周知の調整機構を採用してもよい。

胴体２の本体部３の各部には、胴体２の姿勢を検出するための姿勢センサ（ジャイロ等）Ｓ１６が設けられ、この姿勢センサＳ１６からの入力信号（検出信号）に基づいて、ドライバＤ１〜Ｄ１５を介して各アクチュエータＡ１〜Ａ１５に駆動電流（駆動電圧）を出力し、各アクチュエータＡ１〜Ａ１５の駆動を制御することにより、胴体２の姿勢を所定の角度に保つことができる。

前脚１１、２２は、胴体２の本体部３の前左端部に設けられる前左脚１１と、前右端部に設けられる前右脚２２とから構成されている。前左脚１１は、胴体２の本体部３の前左端部に水平方向に旋回可能に連結される左大腿部１２と、左大腿部１２に鉛直方向に旋回可能に連結される左脛部１９と、左脛部１９の先端部に連結される左足部２１と、左大腿部１２を胴体２の本体部３に旋回可能に連結する左股関節部１５と、左脛部１９を左大腿部１２に旋回可能に連結する左膝関節部２０とから構成されている。

左大腿部１２は、胴体２の本体部３の前左端部に水平方向に旋回可能に連結される第１左大腿部１３と、第１大左腿部１３に鉛直方向に旋回可能に連結される第２左大腿部１４と、第１左大腿部１３を胴体２の本体部３に旋回可能に連結する第１左股関節部１６と、第２左大腿部１４を第１左大腿部１３に旋回可能に連結する第２左股関節部１７とから構成され、第１左股関節部１６と第２左股関節部１７とによって左股関節部１５が構成されている。

左大腿部１２の第１左大腿部１３、第２左大腿部１４、及び後述する左脛部１９の形状は、特に制限はなく、板状、棒状（丸棒状、角棒状等）、パイプ状（丸パイプ状、角パイプ状等）等（本実施の形態においては板状としている）とすることができる。

第１左股関節部１６は、胴体２の本体部３の前左端部に取り付けられるアクチュエータＡ１と、アクチュエータＡ１の回転角度を検出する角度センサＳ１とから構成され、第１左股関節部１６のアクチュエータＡ１の作動により、第１左大腿部１３が水平方向に所定の範囲内を旋回するように構成されている。角度センサＳ１としては、例えば、エンコーダ、ポテンショメータ等が挙げられる（後述する角度センサＳ２〜Ｓ１５についても同様。）。

アクチュエータＡ１は、減速機付のＤＣサーボモータであって、減速機の出力軸に取付け板１８を介して第１左大腿部１３が連結され、アクチュエータＡ１の作動により、第１左大腿部１３が取付け板１８を介して水平方向に旋回する。

本実施の形態においては、アクチュエータＡ１のＤＣサーボモータに山洋電機株式会社製のものを使用し、減速機にハーモニックドライブ（登録商標、ハーモニックドライブシステムズ株式会社製）を使用し、角度センサＳ１にエンコーダを使用している。但し、この組合せに限らず、他の周知の組合せを使用してもよい。

アクチュエータＡ１は、減速機の出力軸が鉛直方向を向くように（出力軸の回転方向が水平方向となるように）、胴体２の本体部３の前左端部に取り付けられ、この減速機の出力軸に取付け板１８を介して第１左大腿部１３の一端部が一体に取り付けられている。この場合、第１左大腿部１３は、胴体２の本体部３の外側に所定の間隔をおいて、かつ胴体２の本体部３の側面と平行かつ水平となるように、減速機の出力軸に取付け板１８を介して取り付けられ、この位置を基準として、水平方向の左右に所定の範囲内を旋回可能に構成されている。なお、胴体２の本体部３には、取付け板１８又は第１左大腿部１３を電気的に接触させることにより、アクチュエータＡ１の回転角度を制限するストッパー部（図示せず）が設けられている (後述する前右脚２２の第１右股関節部２７のアクチュエータＡ４、後左脚３４の第１左股関節部１６のアクチュエータＡ７、後右脚３５の第１右股関節部２７のアクチュエータＡ１０についても同様。)。ストッパー部としては、例えばリミットスイッチが挙げられる（以下、各ストッパー部について同様。）。

第２左股関節部１７は、第１左大腿部１３の他端部に取り付けられるアクチュエータＡ２と、アクチュエータＡ２の回転角度を検出する角度センサＳ２とから構成され、第２左股関節部１７のアクチュエータＡ２の作動により、第２左大腿部１４が鉛直方向に所定の範囲内を旋回するように構成されている。

アクチュエータＡ２は、第１左股関節部１６のアクチュエータＡ１と同様の構成を有するものであって、減速機付のＤＣサーボモータによって構成され、減速機の出力軸に第２左大腿部１４の一端部が一体に連結されている。なお、本実施の形態においては、アクチュエータＡ２の減速機にハーモニックドライブ（登録商標）を使用しているので、ハーモニックドライブ（登録商標）を両側から挟持するように、アクチュエータＡ２のＤＣサーボモータを第１左大腿部１３に連結し、ハーモニックドライブ（登録商標）に第２左大腿部１４を連結している（後述するアクチュエータＡ３、Ａ５、Ａ６、Ａ８、Ａ９、Ａ１１、Ａ１２についても同様。）。

第２左股関節部１７のアクチュエータＡ２は、減速機の出力軸が水平方向を向くように（出力軸の回転方向が鉛直方向となるように）、第１左大腿部１３の他端部に取り付けられ、この減速機の出力軸に第２左大腿部１４の一端部が一体に取り付けられている。この場合、第２左大腿部１４は、第１左大腿部１３と平行かつ水平となるように減速機の出力軸に取り付けられ、この位置を基準として、鉛直方向に所定の範囲内を旋回可能に構成されている。

第１左大腿部１３の中央部の外側面には、図２及び図５に示すように、ストッパー部８が水平方向外方に突出した状態で一体に設けられ、このストッパー部８に第２左大腿部１４が電気的に接触することにより、第２左大腿部１４のそれ以上の鉛直方向上方（胴体２の方向）への旋回が制限される。（後述する後左脚３４の第２左股関節部１７のアクチュエータＡ８についても同様。）。
また、第１左大腿部１３の他端部下面側には、ストッパー部（図示せず）が水平方向に突出した状態で一体に設けられ、このストッパー部に第２左大腿部１４が電気的に接触することにより、第２左大腿部１４のそれ以上の鉛直方向下方（胴体２の方向）への旋回が制限される（後述する後左脚３４の第２左股関節部１７のアクチュエータＡ８についても同様。）。

左膝関節部２０は、第２左大腿部１４の他端部に取り付けられるアクチュエータＡ３と、アクチュエータＡ３の回転角度を検出する角度センサＳ３から構成され、左膝関節部２０のアクチュエータＡ３の作動により左脛部１９が鉛直方向に所定の範囲内を旋回可能に構成されている。

アクチュエータＡ３は、第１左股関節部１６のアクチュエータＡ１と同様の構成を有するものであって、減速機付のＤＣサーボモータによって構成され、減速機の出力軸に左脛部１９の一端部が一体に連結されている。

左膝関節部２０のアクチュエータＡ３は、減速機の出力軸が水平方向を向くように（出力軸の回転方向が鉛直方向となるように）、第２左大腿部１４の他端部に取り付けられ、この減速機の出力軸に左脛部１９の一端部が一体に取り付けられている。この場合、左脛部１９は、第２左大腿部１４と平行かつ水平となるように減速機の出力軸に取り付けられ、この位置を基準として、鉛直方向に所定の範囲内を旋回可能に構成されている。

第２左大腿部１４の他端部の外側面には、図２及び図５に示すように、ストッパー部９が水平方向外方に突出した状態で一体に設けられ、このストパー部９に左脛部１９が電気的に接触することにより、左脛部１９のそれ以上の鉛直方向上方（胴体２の方向）への旋回が制限される（後述する後左脚３４の左関節部２０のアクチュエータＡ９についても同様。）。
また、図２に示すように、第２左大腿部１４の他端部上面側には、ストッパー部８ｂが突出した状態で一体に設けられ、このストッパー部８ｂに左脛部１９が電気的に接触することにより、左脛部１９のそれ以上の鉛直方向下方（胴体２の方向）への旋回が制限される。（後述する後左脚３４の左関節部２０のアクチュエータＡ９についても同様。）。
さらに、ストッパー部８ｂと前述した第１左大腿部１３のストッパー部８との協働により、前左脚１１の制御上の初期位置合わせが行われる（後左脚３４についても同様。）。

左脛部１９の先端部には左足部２１が着脱自在に取り付けられ、前脚１１、２２及び後脚３４、３５による走行（歩行）時に、この左足部２１と後述する前右脚２２の右足部３２と後左脚３４の左足部２１と後右脚３５の右足部３２とが接地するように構成されている。左足部２１は、ゴム、合成樹脂等の弾性材からなり、略球状に形成されている。左足部２１は、略球状に限らず、他の形状としてもよい。

左脛部１９の一端部の外側の部分には、前左補助車輪６１が鉛直方向に回転可能に取り付けられている。前左補助車輪６１は、左脛部１９の一端部に水平方向に突出した状態で取り付けられる支持軸６２に軸受６３を介して回転自在に支持され、この前左補助車輪６１と後述する前右補助車輪６４と後左補助車輪６７と後右補助車輪６８とを接地させることにより、後述する一対の車輪３６、３９による走行時に胴体２を安定して支持することができる。

前左補助車輪６１は、上記のような一方向に回転可能なものであってもよいし、図６に示すように、全方向に回転可能なものであってもよい。全方向に回転可能なものを使用することにより、脚車輪分離型ロボット１の方向を変える際にも安定して胴体２を支持することができる。全方向に回転可能な前左補助車輪６１としては、例えば、オムニホイール（登録商標、株式会社富士製作所）が挙げられる。

右前脚２２は、左前脚１１と同様に、胴体２の本体部３の前右端部に水平方向に旋回可能に連結される右大腿部２３と、右大腿部２３に鉛直方向に旋回可能に連結される右脛部３０と、右脛部３０の先端部に連結される右足部３２と、右大腿部２３を胴体２の本体部３の前右端部に旋回可能に連結する右股関節部２６と、右脛部３０を右大腿部２３に旋回可能に連結する右膝関節部３１とから構成されている。

右大腿部２３は、左大腿部１２と同様の構成を有するものであって、胴体２の本体部３の前左端部に水平方向に旋回可能に連結される第１右大腿部２４と、第１右左腿部２４に鉛直方向に旋回可能に連結される第２右大腿部２５と、第１右大腿部２４を胴体２の本体部３に旋回可能に連結する第１右股関節部２７と、第２右大腿部２５を第１右大腿部２４に旋回可能に連結する第２右股関節部２８とから構成され、第１右股関節部２７と第２右股関節部２８とによって右股関節部２６が構成されている。

右大腿部２３の第１右大腿部２４、第２右大腿部２５、及び後述する右脛部３０の形状は、左大腿部１２及び左脛部１９と同様の構成を有するものであって、板状、棒状（丸棒状、角棒状等）、パイプ状（丸パイプ状、角パイプ状等）等（本実施の形態においては板状としている）とすることができる。

第１右股関節部２７は、第１左股関節部１６と同様の構成を有するものであって、胴体２の本体部３の前右端部に取り付けられるアクチュエータＡ４と、アクチュエータＡ４の回転角度を検出する角度センサＳ４とから構成され、第１右股関節部２７のアクチュエータア４の作動により、第１右大腿部２４が水平方向に所定の範囲内を旋回するように構成されている。

アクチュエータＡ４は、第１左股関節部１６のアクチュエータＡ１と同様の構成を有するものであって、減速機付のＤＣサーボモータから構成され、減速機の出力軸に取付け板２９を介して第１右大腿部２４が一体に連結されている。

第１右股関節部２７のアクチュエータＡ４は、減速機の出力軸が鉛直方向を向くように（出力軸の回転方向が水平方向となるように）、胴体２の本体部３の前右端部に取り付けられ、この減速機の出力軸に取付け板２９を介して第１右大腿部２４の一端部が一体に取り付けられている。この場合、第１右大腿部２４は、胴体３の本体部３の外側に所定の間隔をおいて、かつ胴体２の本体部３の側面と平行かつ水平となるように減速機の出力軸に取付け板２９を介して取り付けられ、この位置を基準として、水平方向の左右に所定の範囲内を旋回可能に構成されている。

第２右股関節部２８は、第２左股関節部１７と同様の構成を有するものであって、第１右大腿部２４に取り付けられるアクチュエータＡ５と、アクチュエータＡ５の回転角度を検出する角度センサＳ５とから構成され、第２右股関節部２８のアクチュエータＡ５の作動により、第２右大腿部２５が鉛直方向に所定の範囲内を旋回するように構成されている。

アクチュエータＡ５は、第１左股関節部１６のアクチュエータＡ１と同様の構成を有するものであって、減速機付のＤＣサーボモータによって構成され、減速機の出力軸に第２右大腿部２５の一端部が一体に連結されている。

第２右股関節部２８のアクチュエータＡ５は、減速機の出力軸が水平方向を向くように（出力軸の回転方向が垂直方向となるように）、第１右大腿部２４の他端部に取り付けられ、この減速機の出力軸に第２右大腿部２５の一端部が一体に取り付けられている。この場合、第２右大腿部２５は、第１右大腿部２４と平行かつ水平となるように減速機の出力軸に取り付けられ、この位置を基準として、鉛直方向に所定の範囲内を旋回可能に構成されている。

第１右大腿部２４の中央部外側面には、第１左大腿部１３のストッパー部８と同様の構成のストッパー部（図示せず）が水平方向外方に突出した状態で設けられ、このストッパー部に第２右大腿部２５が電気的に接触することにより、第２右大腿部２５のそれ以上の鉛直方向上方（胴体２の方向）への旋回が制限される（後述する後右脚３５の第２右股関節部２８のアクチュエータＡ１１についても同様。）。
また、第１右大腿部２４の他端部下面側には、第１左大腿部１３のストッパー部と同様の構成のストッパー部（図示せず）が水平方向に突出した状態で一体に設けられ、このストッパー部に第２右大腿部２５が電気的に接触することにより、第２右大腿部２５のそれ以上の鉛直方向下方（胴体２の方向）への旋回が制限される（後述する後右脚３５の第２右股関節部２８のアクチュエータＡ１１についても同様。）。

右膝関節部３１は、左膝関節部２０と同様の構成を有するものであって、第２右大腿部３５の他端部に取り付けられるアクチュエータＡ６と、アクチュエータＡ６の回転角度を検出する角度センサＳ６とから構成され、右膝関節部３１のアクチュエータＡ６の作動により、右脛部３０が鉛直方向に所定の範囲内を旋回可能に構成されている。

右膝関節部３１のアクチュエータＡ６は、減速機の出力軸が水平方向を向くように（出力軸の回転方向が水平方向となるように）、第２右大腿部２５の他端部に取り付けられ、この減速機の出力軸に右脛部３０の一端部が一体に取り付けられている。この場合、右脛部３０は、第２右大腿部２５と平行かつ水平となるように減速機の出力軸に取り付けられ、この位置を基準として、鉛直方向に所定の範囲内を旋回可能に構成されている。

第２右大腿部２５の他端部の外側面には、第２左大腿部１４のストッパー部９と同様の構成のストッパー部（図示せず）が水平方向外方に突出した状態で一体に設けられ、このストッパー部に右脛部３０が電気的に接触することにより、右脛部３０のそれ以上の鉛直方向上方（胴体２方向）への旋回が制限される（後述する後右脚３５の右膝関節部３１のアクチュエータＡ１２についても同様。）。
また、第２右大腿部２５の他端部上面側には、第２左大腿部１４のストッパー部８ｂと同様の構成のストッパー部（図示せず）が突出した状態で一体に設けられ、このストッパー部に右脛部３０が電気的に接触することにより、右脛部３０のそれ以上の鉛直方向下方（胴体２の方向）への旋回が制限される。（後述する後右脚３５の右関節部３１のアクチュエータＡ１２についても同様。）。
さらに、このストッパー部と前述した第１右大腿部２４のストッパー部との協働により、前右脚２２の制御上の初期位置合わせが行われる（後右脚３５についても同様。）。

右脛部３０の先端部には、左脛部１９と同様の構成の右足部３２が着脱自在に取り付けられ、前脚１１、２２及び後脚３４、３５による走行（歩行）時に、この右足部３２と前左脚１１の左足部２１と後左脚３４の左足部２１と後右脚３５の右足部３２とが接地するように構成されている。

右脛部３０の一端部の外側の部分には、左脛部１９と同様の構成を有する前右補助車輪６４が鉛直方向に回転可能に取り付けられている。前右補助車輪６４は、右脛部３０の一端部に水平方向に突出した状態で取り付けられる支持軸６５に軸受６６を介して回転自在に支持され、この前右補助車輪６４と前左補助車輪６１と後述する後左補助車輪６１と後右補助車輪６４とを接地させることにより、後述する一対の車輪３６、３９による走行時に胴体２を安定して支持することができる。

前右補助車輪６４は、前左補助車輪６１と同様に、一方向に回転可能なものであってもよいし、図６に示すように、全方向に回転可能なものであってもよい。全方向に回転可能なものを使用することにより、脚車輪分離型ロボット１の方向を変える際にも安定して胴体２を支持することができる。全方向に回転可能な前右補助車輪６４としては、例えば、オムニホイール（登録商標、株式会社富士製作所）が挙げられる。

後脚３４、３５は、胴体２の本体部の後左端部に設けられる後左脚３４と、後右端部に設けられる後右脚３５とから構成されている。後左脚３４は、前左脚１１と同様に、胴体２の本体部３の後左端部に水平方向に旋回可能に連結される左大腿部１２と、左大腿部１２に鉛直方向に旋回可能に連結される左脛部１９と、左脛部１９の先端部に連結される左足部２１と、左大腿部１２を胴体２の本体部３に旋回可能に連結する左股関節部１５と、左脛部１９を左大腿部１２に旋回可能に連結する左膝関節部２０とから構成され、左大腿部１２、左脛部１９、左足部２１、左股関節部１５、及び左膝関節部２０は、前左脚１１のそれらと同一の構成を有しているので、同一の番号を付してその詳細な説明は省略するものとする。

また、第１左股関節部１６のアクチュエータＡ７、その回転角度を検出する角度センサＳ７、第２左股関節部１７のアクチュエータＡ８、その回転角度を検出する角度センサＳ８、左膝関節部２０のアクチュエータＡ９、その回転角度を検出する角度センサＳ９も、前左脚１１のそれらと同一構成を有しているので、その詳細な説明は省略するものとする。

後右脚３５は、前右脚２２と同様に、胴体２の本体部３の後右端部に水平方向に旋回可能に連結される右大腿部２３と、右大腿部２３に鉛直方向に旋回可能に連結される右脛部３０と、右脛部３０の先端部に連結される右足部３２と、右大腿部２３を胴体２の本体部３に旋回可能に連結する右股関節部２６と、右脛部３０を右大腿部２３に旋回可能に連結する右膝関節部３１とから構成され、右大腿部２３、右脛部３０、右足部３２、右股関節部２６、及び右膝関節部３１は、前右脚２２のそれらと同一の構成を有しているので、同一の番号を付してその詳細な説明は省略するものとする。

また、第１右股関節部２７のアクチュエータＡ１０、その回転角度を検出する角度センサＳ１０、第２右股関節部２８のアクチュエータＡ１１、その回転角度を検出する角度センサＳ１１、右膝関節部２６のアクチュエータＡ１２、その回転角度を検出する角度センサＳ１２も、前右脚２２のそれらと同一構成を有しているので、その詳細な説明は省略するものとする。

車輪３６、３９は、胴体２の本体部３の左側部に鉛直方向に回転可能に設けられる左車輪３６と、胴体２の本体部３の右側部に鉛直方向に回転可能に設けられる右車輪３９とを備え、両車輪３６、３９は後述する段軸機構５５のアクチュエータＡ１５にサスペンション４２を介して取り付けられている。

サスペンション４２は、胴体２の前後方向に所定の間隔をおいて平行に設けられる一対の平行リンク機構４３、４３を有し、両平行リンク機構４３、４３の両端部に支持板５４を介して左車輪３６及び右車輪３９がそれぞれ回転可能に取り付けられている。両平行リンク機構４３、４３は、後述する段軸機構５５のアクチュエータＡ１５に取り付けられ、アクチュエータＡ１５の作動により、胴体２を中心として両端部が鉛直方向に旋回するように構成され、この両平行リンク機構４３、４３の旋回運動により、両平行リンク機構４３、４３の両端部の左車輪３６及び右車輪３９が鉛直方向の所定の位置に位置決めされる。

各平行リンク機構４３は、板状の上リンク４４と、上リンク４４の下方に所定の間隔をおいて平行に設けられる下リンク４５とを備え、両平行リンク機構４３、４３の両上リンク４４、４４及び両下リンク４５、４５が水平方向に所定の間隔をおいて平行となるように、後述する段軸機構５５のアクチュエータＡ１５に連結されている。

両平行リンク機構４３、４３の両上リンク４４、４４の両端部間には、回転軸５０が軸受を介してそれぞれ回転自在に取り付けられるとともに、各回転軸５０の内側の両上リンク４３、４３間には連結軸５１がそれぞれ取り付けられ、各回転軸５０には、中央部と両端部の３箇所にそれぞれ連結ブロック５２が一体に連結され、この連結ブロック５２に略長方形板状の支持板５４の上端部が連結されている。

各平行リンク機構４３の各下リンク４５は、一対の連結棒４６、４６からそれぞれ構成され、両連結棒４６、４６の一端部は軸受４７を介して胴体２の本体部３にそれぞれ鉛直方向に回動可能に取り付けられ、両連結棒４６、４６の他端部は軸受４７を介して支持板５４の下端部に鉛直方向に回動可能に取り付けられている。

各連結棒４６は、内周面に雌ネジが螺設される筒状のナット４８と、外周面にナット４８の雌ネジと合致する雄ネジが螺設されるとともに、ナット４８の両端部に螺着される一対のネジ棒４９、４９とからなり、両ネジ棒４９、４９のナット４８に対する螺合位置を調整することにより、各連結棒４６の長さを調整することができる。

左車輪３６及び右車輪３９は、両端部に外方に環状に張り出るフランジを有する略円筒状のホイール３７、４０と、ホイール３７、４０の外周側に取り付けられるゴム、樹脂等から形成される環状のタイヤ３８、４１とからなり、後述するアクチュエータＡ１３、Ａ１４の出力軸にホイール３７、４０を介して取り付けられている。

アクチュエータＡ１３、Ａ１４は、第１左股関節部１６のアクチュエータＡ１と同様の構成を有するものであって、減速機付のＤＣサーボモータによって構成され、減速機の出力軸が水平方向を向くように（出力軸の回転方向が鉛直方向となるように）、支持板５４、５４の内面側に取り付けられている。各アクチュエータＡ１３、Ａ１４の減速機の出力軸は、それぞれ支持板５４を貫通して外方に突出し、その突出している出力軸の部分にホイール３７、４０を介してタイヤ３８、４１が取り付けられている。アクチュエータＡ１３、Ａ１４には、回転角度を検出するための角度センサＳ１３、Ｓ１４が取り付けられている。

段軸機構５５は、胴体２の本体部３に取付け板５６を介して取り付けられるアクチュエータＡ１５と、アクチュエータＡ１５の回転角度を検出する角度センサＳ１５とを備えている。アクチュエータＡ１５は、第１左股関節部１６のアクチュエータＡ１と同様の構成を有するものであって、減速機付のＤＣサーボモータによって構成され、減速機の出力軸が水平方向を向くように（出力軸の回転方向が鉛直方向となるように）、胴体２の本体部３に取り付けられ、この減速機の出力軸にサスペンション４２の後側の平行リンク機構４３の上リンク４４の中央部が一体に連結されている。

段軸機構５５のアクチュエータＡ１５を作動させることにより、サスペンション４２の両平行リンク機構４３，４３が減速機の出力軸を中心として鉛直方向に旋回し、両平行リンク機構４３、４３の両端部に設けられている左車輪３６及び右車輪３９が鉛直方向に移動し、左車輪３６及び右車輪３９が鉛直方向の所定の位置に位置決めされることになる。なお、段軸機構５５のアクチュエータＡ１５に隣接する部分にも、前述した各アクチュエータＡ１〜Ａ１２と同様に、アクチュエータＡ１５の回転角度を電気的に制限するためのストッパー部が設けられている。

コントローラ６０は、図２０に示すように、前左脚１１の第１左股関節部１６、第２左股関節部１７、及び左膝関節部２０の各アクチュエータＡ１〜Ａ３、前右脚２２の第１右股関節部２７、第２右股関節部２８、及び右膝関節部３１の各アクチュエータＡ４〜Ａ６、後左脚３４の第１左股関節部１６、第２左股関節部１７、及び左膝関節部２０の各アクチュエータＡ７〜Ａ９、後右脚３５の第１右股関節部２７、第２右股関節部２８、右膝関節部３１の各アクチュエータＡ１０〜Ａ１２、左車輪３６及び右車輪３９のアクチュエータＡ１３、Ａ１４、段軸機構５５のアクチュエータＡ１５の駆動を制御するものであって、ＣＰＵと、各アクチュエータＡ１〜Ａ１５の制御動作を実行するためのプログラム等の各種のプログラム及び各種のデータを記憶する記憶部とを有している。

コントローラ６０は、各アクチュエータＡ１〜Ａ１５に設けられている角度センサＳ１〜Ｓ１５からの入力信号（検出信号）及び胴体２の各部に設けられている姿勢センサ（ジャイロ等）Ｓ１６からの入力信号に基づいて、各ドライバＤ１〜Ｄ１５を介して各アクチュエータＡ１〜Ａ１５に駆動電流（駆動電圧）を出力し、各アクチュエータＡ１〜Ａ１５の駆動を制御するＰＤ制御を行うように構成されている。

次に、上記のように構成した本実施の形態による脚車輪分離型ロボット１の動作について説明する。本実施の形態による脚車輪分離型ロボット１は、脚モードと車輪モードと脚車輪モードとを備えおり、それらの中から何れかのモードを選択可能に構成されている。また、車輪モードは、２車輪モードと４車輪モードと６車輪モードとを備えており、それらの中から何れかのモードを選択可能に構成されている。以下、各モードについて説明する。

＜脚モード＞
脚モードは、図１３に示すように、前脚１１、１２及び後脚３４、３５のみを使用して走行するモードであって、コントローラ６０により両前脚１１、１２及び両後脚３４、３５の各アクチュエータＡ１〜Ａ１２の駆動を制御することにより、両前脚１１、１２と両後脚３４、３５とを使用した走行が可能となる。

具体的に前左脚１１を例にとって説明すると、コントローラ６０からドライバＤ１を介して左股関節部１５の第１左股関節部１６のアクチュエータＡ１に駆動電流が出力されると、アクチュエータＡ１の回転力が第１左大腿部１３に伝達され、第１左大腿部１３及び第２左大腿部１４が胴体２に対して水平方向に所定の範囲内を旋回する。

また、コントローラ６０からドライバＤ２を介して左股関節部１５の第２左股関節部１７のアクチュエータＡ２に駆動電流が出力されると、アクチュエータＡ２の回転力が第２左大腿部１４に伝達され、第２左大腿部１４が鉛直方向に旋回する。

さらに、コントローラ６０からドライバＤ３を介して左膝関節部２０のアクチュエータＡ３に駆動電流が出力されると、アクチュエータＡ３の回転力が左脛部１９に伝達され、左脛部１９が鉛直方向に旋回する。

このように、コントローラ６０によって第１左股関節部１６のアクチュエータＡ１、第２左股関節部１７のアクチュエータＡ２、左膝関節部２０のアクチュエータＡ３の駆動を制御することにより、左前脚１１が所定の走行（歩行）動作を行うことになる。なお、前右脚２２、後左脚３４、後右脚３５の動作については、前左脚１１と同様であるので、その詳細な説明は省略するものとする。

そして、上記のように、両前脚１１、２２及び両後脚３４、３５に所定の動作を行わせることにより、両前脚１１、２２と両後脚３４、３５との協働による走行（歩行）が可能となり、不整地の穴を越えたり、相当荒れた凹凸の不整地での走行（移動）が可能になる。

＜車輪モード＞
車輪モードは、図１４に示すように、一対の車輪３６、３９のみを使用して走行する２車輪モードと、図１５及び図１６に示すように、一対の車輪３６、３９と前又は後の２つの補助車輪６１、６４とを使用して走行する４車輪モードと、図１７に示すように、一対の車輪３６、３９と前後の４つの補助車輪６１、６４、６１、６４を使用して走行する６車輪モードとを備えている。

＜２車輪モード＞
図１４に示すように、２車輪モードでは、コントローラ６０により一対の車輪３６、３９の各々のアクチュエータＡ１３、Ａ１４の駆動を制御し、両車輪３６、３９を回転駆動させることにより、一対の車輪３６、３９を使用した高速走行が可能となり、整地での高速移動が可能となる。

具体的には、コントローラ６０からドライバＤ１３、Ｄ１４を介して左車輪３６のアクチュエータＡ１３及び右車輪３９のアクチュエータＡ１４に駆動電流が出力されると、各アクチュエータＡ１３、Ａ１４の回転力が左車輪３６及び右車輪３９に伝達され、左車輪３６及び右車輪３９が鉛直方向に回転駆動する。この場合、両前脚１１、２２及び両後脚３４、３５の各脛部１９、３０を地面と平行となる位置まで上昇させることにより、前後のバランスをとることができる。なお、バランスがくずれた場合には、脚の位置をずらし（長さを調整し）、全体の重心の位置を調整することにより、安定した走行が可能となる。

２車輪モードでは、左車輪３６又は右車輪３９の一方を回転させ、他方を停止させることによりその場での旋回が可能となる。また、小スペースでの移動も可能になる。さらに、両車輪３６、３９は、常時接地したままの状態であり、かつ両車輪３６、３９への荷重が一番大きくかかるため、駆動力伝達が最大となる。

＜４車輪モード＞
図１５及び図１６に示すように、４車輪モードでは、コントローラ６０により一対の車輪３６、３９の各々のアクチュエータＡ１３、Ａ１４の駆動を制御し、両車輪３６、３９を回転駆動させるとともに、両前脚１１、１２の各アクチュエータＡ１〜Ａ６、両後脚３４、３５の各アクチュエータＡ７〜Ａ１２の駆動を制御することにより、一対の車輪３６、３９と、両前脚１１、２２の両補助車輪６１、６４又は両後脚３４、３５の両補助車輪６１、６４とを使用した高速走行が可能となり、整地での高速移動が可能となる。

具体的には、コントローラ６０からドライバＤ１３、Ｄ１４を介して左車輪３６のアクチュエータＡ１３及び右車輪３９のアクチュエータＡ１４に駆動電流が出力されると、各アクチュエータＡ１３、Ａ１４の回転力が左車輪３６及び右車輪３９に伝達され、左車輪３６及び右車輪３９が鉛直方向に回転駆動する。また、コントローラか６０らドライバＤ１〜Ｄ１２を介して両前脚１１、２２の各アクチュエータＡ１〜Ａ６、両後脚３４、３５の各アクチュエータＡ７〜Ａ１２に駆動電流が出力されると、各アクチュエータＡ１〜Ａ１２の回転力が両前脚１１、２２及び両後脚３４、３５が水平方向及び鉛直方向に旋回する。この場合、図１６に示すように、両前脚１１、２２の両補助車輪６１、６４が接地し、又は、図１５に示すように、両後脚３４、３５の両補助車輪６１、６４が接地するように、両前脚１１、２２、両後脚３４、３５を駆動させる。

図１５に示す態様では、シート調整機構６によりシート４を後方へ移動させることにより後方に重心を位置させることができので、安定した走行が可能となる。この場合、シートの傾きを調整することにより、オペレータは安定して座ることができる。また、図１６に示す態様では、シート調整機構６によりシート４を前方へ移動させ、前方に重心を位置させることができるので、安定した走行が可能となる。この場合、シートの傾きを調整することにより、オペレータは安定して座ることができる。

４車輪モードでは、接地しない脚を用いることにより、他人との協同作業や、作業しながらの移動が可能になる。また、必要に応じて、両前脚１１、２２又は両後脚３４、３５を手として使用することができるので、後方を振り向かずに作業や物の受け渡しを行うことができる。

さらに、４車輪モードでは、図１９に示すように、例えば上り段差を乗り越える場合に、段差の下段に達したときに、手として使用していた両前脚１１、２２を上段に着け、段差移動中には、オペレータの位置や姿勢を調整して重心を移動させ、その後、後脚３４、３５を下段から離しつつ手として使用し、胴体２を上げるという移動の方法を採ることができる。この場合、両前脚１１、２２の両膝関節部２０、３１及び両股関節部１５、２６、両後脚３４、３５の両膝関節部２０、３１及び両股関節部１５、２６の駆動をコンプライアンス制御して、それらに柔らかさを持たせることにより、ある程度の凹凸と衝撃を吸収できる。また、急傾斜の斜面でも姿勢の傾きで重心位置を調整することができるので、急傾斜の斜面も容易に転がることなく、移動することが可能である。

＜６車輪モード＞
図１７に示すように、６車輪モードでは、コントローラ６０により一対の車輪３６、３９の各々のアクチュエータＡ１３、Ａ１４の駆動を制御し、両車輪３６、３９を回転駆動させるとともに、両前脚１１、１２の各アクチュエータＡ１〜Ａ６及び両後脚３４、３５の各アクチュエータＡ７〜Ａ１２の駆動を制御することにより、一対の車輪３６、３９と両前脚１１、２２の両補助車輪６１、６４及び両後脚３４、３５の両補助車輪６１、６４とを使用した高速走行が可能となり、整地での高速移動が可能となる。

具体的には、コントローラ６０からドライバＤ１３、Ｄ１４を介して左車輪３６のアクチュエータＡ１３及び右車輪３９のアクチュエータＡ１４に駆動電流が出力されると、各アクチュエータＡ１３、Ａ１４の回転力が左車輪３６及び右車輪３９に伝達され、左車輪３６及び右車輪３９が鉛直方向に回転駆動する。また、コントローラ６０からドライバＤ１〜Ｄ１２を介して両前脚１１、２２の各アクチュエータＡ１〜Ａ６及び両後脚３４、３５の各アクチュエータＡ７〜Ａ１２に駆動電流が出力されると、各アクチュエータＡ１〜Ａ１２の回転力が両前脚１１、２２及び両後脚３４、３５に伝達され、両前脚１１、２２及び両後脚３４、３５水平方向及び鉛直方向に旋回し、図１７に示すように、両前脚１１、２２の両補助車輪６１、６４及び両後脚３４、３５の両補助車輪６１、６４が接地する。

６車輪モードでは、４車輪モードによる走行よりも更に安定した走行が可能となる。また、急加速、急減速、急制動時にも安定した姿勢を保つことができる。さらに、左右方向への胴体２の傾きを、段軸機構５５による一対の車輪３６、３９の位置、前脚１１、２２及び後脚３４、３５の補助車輪６１、６４の鉛直方向の位置を調整することにより、特に回転移動時（曲がる時）の高速性、急加速性等に対応することができる。

＜脚車輪モード＞
図１８に示すように、脚車輪モードは、断続接地の両前脚１１、２２及び両後脚３４、３５と常時接地する両車輪３６、３９とを協調させて使用するモードであって、両車輪３６、３９を支持するサスペンション４２によって荷重の多くを支持することができるので、省エネによる移動が可能となる。さらに、多点で接地することができるので、安定性を高めることもできる。

次に、上記のような構成の本実施の形態による脚車輪分離型ロボットの運転モードの遷移条件について説明する。
まず、脚車輪分離型ロボットの脚先位置、脚先接地位置、又は補助車輪位置の機体座標系ｚ方向の高さｈｒの一定時間における分散の度合いを「荒れ地度」と定義し、分散の度合いが「小」のとき荒れ地度を「小」とし、分散の度合いが「中」のとき荒れ地度を「中」とし、分散の度合いが「大」のとき荒れ地度を「大」とする。

すなわち、「荒れ地度」は、脚モード及び脚車輪モード時では、仮想斜度を有する仮想面からの脚先位置の機体座標系ｚ方向の高さｈｒの一定時間における分散の度合いを意味し、４車輪モード、６車輪モード時では、補助車輪位置の機体座標系ｚ方向の高さｈｒの一定時間における分散の度合いを意味する。

ここで、機体座標系は、機体上に設定された座標系であり、図２１に示すように、機体中心にとる。なお、水平面上では、水平面に平行な機体の進行方向がｘ方向、水平面に平行な機体の進行方向と直交する方向がｙ方向、水平面に直交する鉛直方向がｚ方向となる。

さらに、脚車輪分離型ロボットの鉛直方向に対する胴体の姿勢角（ピッチ、ロール）が計測可能な場合、図２２に示すように、車輪の接地点と前脚の接地点を結ぶ仮想面の進行方向の斜度αｆとし、車輪の接地点と後脚の接地点とを結ぶ仮想面の進行方向の斜度をαｒとし、斜度αｆと斜度αｒとの平均値に対して、一定周期において脚車輪分離型ロボットが移動したときの平均をとったものを「仮想斜度αｉｍｇ」とする。なお、この仮想斜度αｉｍｇは、平らな斜面の場合には斜面の傾斜角と一致することになる。さらに、脚モードでは、図２３に示すように、前脚と後脚との接地点を結ぶ仮想面の進行方向の斜度αの一定周期平均をとったものを「仮想斜度αｉｍｇ」とする。

なお、車輪偏差の一定時間における分散の度合いを検知し、この検知した車輪偏差の分散の度合いを荒れ地度に対応させ、車輪偏差が「大」のときに荒れ地度を「大」、車輪偏差が「小」のときに荒れ地度を「小」としてもよい。車輪偏差は、駆動輪の目標角度と実際角度とのずれΔＷ（ΔＷ＝（実際角度）−（目標角度））をいい、例えば、脚車輪分離型ロボットが前に進めないときには、目標角度に対して実際角度が小さいのでΔＷを負とし、下り斜面等で前に押されるような場合にはΔＷを正とする。

＜脚モードから脚車輪モードへの遷移＞
脚車輪分離型ロボットが脚モードで歩行中に、各脚先の荒れ地度が一定時間、ある割合で「中」と判断したときに、脚車輪分離型ロボットは脚モードから脚車輪モードに自動遷移する。
また、オペレータの遷移指示により、手動で脚モードから脚車輪モードに遷移させることも可能である。

＜脚車輪モードから脚モードへの遷移＞
脚車輪分離型ロボットが脚車輪モードで歩行（走行）中に、荒れ地度が一定時間、ある割合で「大」と判断としたときに、脚車輪分離型ロボットは脚車輪モードから脚モードに自動遷移する。また、脚車輪分離型ロボットが大不整地の歩行に頻繁に入るときに、脚車輪モードから脚モードに自動遷移する。

＜脚モード又は脚車輪モードから２車輪モードへの遷移＞
脚車輪分離型ロボットが脚モード又は脚車輪モードで歩行（走行）中に、機体の前後左右に配置した障害物センサにより移動路面の周囲の状況を検知し、移動路面の周囲が所定の範囲よりも狭いと判断した場合に、脚モード又は脚車輪モードから２車輪モードに自動遷移する。また、脚車輪分離型ロボットの移動経路が予め定められており、その移動経路の途中に所定の範囲よりも狭い場所があることが予想される場合、その狭い場所を障害物センサにより検知したときに、脚モード又は脚車輪モードから２車輪モードに自動遷移する。なお、脚モード又は脚車輪モードから２車輪モードに自動遷移する場合は、荒れ地度が「小」であることが前提である。また、一定時間、荒れ地度が「小」と判断したときにも、脚モード又は脚車輪モードから２車輪モードに自動遷移する。

＜脚モード又は脚車輪モードから４車輪モードへの遷移＞
脚車輪分離型ロボットが脚モード又は脚車輪モードで歩行（走行）中に、脚車輪分離型ロボットの前脚又は後脚の何れかを作業用の手として使用する必要があると判断した場合に、脚モード又は脚車輪モードから４車輪モードへ自動遷移する。また、機体の前後左右に配置されている障害物センサにより進行方向に大きな段差等を検知し、前脚又は後脚を手として使用してその段差をよじ登る必要が生じた場合に、脚モード又は脚車輪モードから４車輪モードに自動遷移する。

＜脚モード又は脚車輪モードから６車輪モードへの遷移＞
脚車輪分離型ロボットが脚モード又は脚車輪モードで歩行（走行）中に、脚先が荒れ地度を一定時間、「小」と判断したときに、脚モード又は脚車輪モードから６車輪モードへ自動遷移する。６車輪モードでは最も高速走行が得られる。

＜２車輪モードから他のモードへの遷移＞
脚車輪分離型ロボットが２車輪モードで歩行（走行）中に、脚によるバランス制御の程度の大小により、２輪モードから他のモードへ自動遷移する。ここで、バランス制御の程度とは、前脚及び後脚の伸縮程度、及び伸縮の頻度をいい、２車輪モードのときのバランス制御の程度を「小」とし、６車輪モード、脚車輪モード、脚モードの順にバランス制御の程度を「大」とする。なお、バランス制御の程度が６車輪モードの程度で、かつ脚を手として使用する必要がある場合には、２車輪モードから４車輪モードへ自動遷移する。

＜４車輪モード又は６車輪モードから他のモードへの遷移＞
脚車輪分離型ロボットが４車輪モード又は６車輪モードで走行中に、脚関節部の制御状態（脚関節部を制御するためのトルクの増減、関節角度の目標角度との偏差、関節角速度の理想値との比較、関節角加速度の理想値との比較等）から、脚関節部に外乱が入っていると判断した場合、つまり、路面状態が荒れていると判断した場合、その程度により４車輪モード又は６車輪モードから脚車輪モード又は脚モードに自動遷移する。また、移動場所が狭いことを機体の前後左右に配置されている障害物センサで検知した場合には、２車輪モードへ自動遷移する。さらに、脚を手として使用する必要が生じた場合には、６車輪モードから４車輪モードへ自動遷移する。さらに、４車輪モードで荒れ地度を「小」と判断し、かつ最大限安定した走行が求められる場合にも、４車輪モードから６車輪モードへ自動遷移する。なお、路面の仮想斜度に応じて、モード遷移条件の荒れ地度の程度は変化する。すなわち、同じ荒れ地度でも平面ベースの場合は、脚車輪モードで、斜面ベースのときは脚モードとなり、平らな場合は斜面でも車輪モードとなる。

本発明による脚車輪分離ロボットの一実施の形態の全体を示した平面図である。 図１の正面図である。 図１の左側面図である。 図１の部分拡大平面図である。 図４の正面図である。 図１の補助車輪の他の例を示した説明図である。 図１の段軸機構の拡大平面図である。 図７の正面図である。 図７の右側面図である。 図７のサスペンションの部分拡大説明図である。 図８の左側面図である。 図１の段軸機構の動作を示した説明図である。 脚モードを示した説明図である。 ２車輪モードを示した説明図である。 ４車輪モードを示した説明図である。 ４車輪モードを示した説明図である。 ６車輪モードを示した説明図である。 脚車輪モードを示した説明図である。 ４車輪モードによる上り段差の走行状態を示した説明図である。 図１に示す脚車輪分離ロボットの制御系のブロック図である。 機体座標系の説明図である。 仮想斜度の説明図である。 脚モードにおける仮想斜度の説明図である。

符号の説明

１ 脚車輪分離型ロボット ２ 胴体
３ 本体部 ４ シート
５ 支持台 ６ シート調整機構
７ ダンパー ８、９ ストッパー部
１０ 前脚 １１ 前左脚
１２ 左大腿部 １３ 第１左大腿部
１４ 第２左大腿部 １５ 左股関節部
１６ 第１左股関節部 １７ 第２左股関節部
１８ 取付け板 １９ 左脛部
２０ 左膝関節部 ２１ 左足部
２２ 前右脚 ２３ 右大腿部
２４ 第１右大腿部 ２５ 第２右大腿部
２６ 右股関節部 ２７ 第１右股関節部
２８ 第２右股関節部 ２９ 取付け板
３０ 右脛部 ３１ 右膝関節部
３２ 右足部 ３３ 後脚
３４ 後左脚 ３５ 後右脚
３６ 左車輪 ３７、４０ ホイール
３８、４１ タイヤ ３９ 右車輪
４２ サスペンション ４３ 平行リンク機構
４４ 上リンク ４５ 下リンク
４６ 連結棒 ４７ 軸受
４８ ナット ４９ ネジ棒
５０ 回転軸 ５１ 連結軸
５２ 連結ブロック ５４ 支持板
５５ 段軸機構 ５６ 取付け板
６０ コントローラ ６１ 前左補助車輪
６２、６５ 支持軸 ６３、６６ 軸受
６４ 前右補助車輪
Ａ１〜Ａ１５ アクチュエータ（減速機付ＤＣサーボモータ）
Ｓ１〜Ｓ１５ 角度センサ（エンコーダ）
Ｓ１６ 姿勢センサ（ジャイロ）
Ｄ１〜Ｄ１５ ドライバ

Claims (6)

1. 胴体と、該胴体に回転可能に設けられる一対の車輪と、該胴体に設けられるとともに、水平方向及び鉛直方向に旋回可能な一対の前脚と、該胴体に設けられるとともに、水平方向及び鉛直方向に旋回可能な一対の後脚と、前記各車輪を駆動させるアクチュエータと、前記各前脚を駆動させるアクチュエータと、前記各後脚を駆動させるアクチュエータと、前記アクチュエータの動作を制御するコントローラとを備え、前記コントローラにより、前記前脚及び前記後脚による脚モード、前記一対の車輪による車輪モード、前記一対の車輪と前記前脚及び前記後脚とによる脚車輪モードの何れかのモードを選択可能としたことを特徴とする脚車輪分離型ロボット。
2. 前記各前脚及び前記各後脚は、前記胴体に股関節部を介して水平方向及び鉛直方向に旋回可能に取り付けられる大腿部と、該大腿部に膝関節部を介して鉛直方向に旋回可能に取り付けられる脛部とから構成され、
   前記股関節部及び前記膝関節部に前記アクチュエータがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の脚車輪分離型ロボット。
3. 前記各前脚及び前記各後脚の各膝関節部には、鉛直方向又は全方向に回転自在な補助車輪がそれぞれ設けられ、前記一対の車輪による車輪モードの際に、前記前脚の前記両補助車輪又は前記後脚の前記両補助車輪の少なくとも何れか一方を地面に接地させるように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の脚車輪分離型ロボット。
4. 前記胴体には、前記一対の車輪を鉛直方向に旋回させるための段軸機構が設けられ、該段軸機構の駆動により前記一対の車輪の鉛直方向の位置が調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の脚車輪分離型ロボット。
5. 前記段軸機構は、前記胴体に設けられるアクチュエータと、該アクチュエータの出力軸に取り付けられるとともに、アクチュエータの作動により出力軸を中心として鉛直方向に旋回可能なサスペンションとからなり、該サスペンションの両端部に前記一対の車輪が取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載の脚車輪分離型ロボット。
6. 前記各アクチュエータには、各アクチュエータの回転角度を検出する角度センサがそれぞれ設けられ、前記コントローラは、前記各角度センサからの検出信号に基づいて前記各アクチュエータの駆動を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の脚車輪分離型ロボット。
   
   

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