JP2009095958A - 脚車輪モジュール及び脚車輪型ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】下腿部を構成するリンクの外郭フレームによってモータを含む回転駆動部を外部の衝撃から保護することが可能な脚車輪モジュール、該脚車輪モジュールを含んで成る脚部を有する脚車輪型ロボットを提供する。
【解決手段】脚車輪型ロボットの駆動輪２０を回転駆動する車輪駆動機構１９０を、車輪モータ５０の回転力をその回転方向を変換し且つ回転速度を減速して動力伝達用回転軸１９０ｂに伝達する駆動及び従動傘歯車１９０ａ及び１９０ｃと、動力伝達用回転軸１９０ｂの回転力を回転速度を減速して減速用回転軸１９０ｅに伝達する動力伝達用平歯車１９０ｄ及び減速用平歯車１９０ｆと、減速用回転軸１９０ｅの回転力を車輪回転軸１９０ｈに伝達する駆動、従動プーリ１９０ｇ、１９０ｉ及びベルト１９０ｊとを含んだ構成とし、車輪駆動機構１９０を、下腿部リンクのフレームを構成する車輪駆動部用ハウジング１９ｃの内側に配設する構成とした。
【選択図】図５

Description

本発明は、脚車輪型ロボットの下腿部を構成する脚車輪モジュール及び該脚車輪モジュールによって構成された脚部を備えた脚車輪型ロボットに関する。

従来、基体に対して自由度を有して連結された複数の脚部と、該各脚部の脚先側端部に設けられた車輪とを備え、環境に応じて各脚部又は各車輪を適宜に動作させて移動する脚車輪型ロボットがある。各脚部は複数のリンク部材が直列に連結された構成のシリアルリンク機構を利用したものが一般的である。この種のロボットは、連結された各リンク部材における基端側（ロボットなどの基体に連結される側）のリンク部材に、これらのリンク部材に対して脚先側のリンク部材を回動させる関節（回転軸）を駆動するモータを含む関節駆動機構や、脚先側端部の車輪を駆動するモータを含む車輪駆動機構が設けられており、モータを駆動することによって、その動力が各関節や車輪に伝達される。これにより、各関節が動作（回転軸が回転）して、基体側のリンク部材に支持された脚先側のリンク部材が動作（回動）する。または、車輪が回転駆動する。

例えば、特許文献１に記載の４脚移動ロボットは、略一直線上に配置した４つの股関節に、伸縮可能な４脚を前後に回動可能に備え、各脚の先端に車輪軸を介して２個の車輪を取り付けた走行装置を設けた構成を有している。各脚の足首軸には、該足首軸の軸中心を貫通して回転可能に支持された駆動軸が設けられ、該駆動軸と前記車輪軸との間は、ベルト或いはチェーン等の動力伝達部材により連結されている。更に、各脚に１つのアクチュエータが設けられ、該アクチュエータの回転軸に備えた駆動べベルギヤと噛合する従動べベルギヤが前記駆動軸に設けられている。
特開２００５−４６９５０号公報

しかしながら、上記特許文献１の従来技術においては、脚先の近辺に車輪を駆動するモータが剥き出しに設置されているため、モータが、他の脚に接触したり障害物に接触したりなどすることによって破損する恐れがあった。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであり、下腿部を構成するリンクの外郭フレームによってモータを含む回転駆動部を外部の衝撃から保護することが可能な脚車輪モジュール、該脚車輪モジュールを含んで成る脚部を有する脚車輪型ロボットを提供することを目的としている。

〔発明１〕 上記目的を達成するために、発明１の脚車輪モジュールは、
下腿部を構成するリンクである下腿部リンクと、該下腿部リンクに取り付けられた回転駆動機構と、前記下腿部リンクの一端に回転自在に軸支されると共に前記回転駆動機構で回転駆動される車輪とから構成される脚車輪モジュールであって、
前記回転駆動機構は、少なくとも、前記車輪の回転軸である車輪回転軸と、回転力を発生するモータと、該モータの回転力を前記車輪回転軸に伝達する伝達機構とを備え、
前記リンクは、中空の外郭部を有するフレームを備え、
前記回転駆動機構の少なくとも前記モータを含む構成部を前記外郭部の内側に配設したことを特徴とする。

ここで、回転駆動機構は、モータの回転力を、下腿部リンクの車輪回転軸に伝達する機構であり、例えば、モータの回転方向と車輪回転軸の回転方向とが異なる場合には、更に回転方向を変換する機構を含み、他にもモータのコントローラ（制御回路）、モータのドライバ（駆動回路）、エンコーダ、減速機などを更に含む場合がある。

〔発明２〕 更に、発明２の脚車輪モジュールは、発明１に記載の脚車輪モジュールにおいて、
前記モータを、該モータの出力軸の先端を前記下腿部リンクの伸長方向に向けた姿勢で前記外郭部の内側に支持し、
前記伝達機構は、前記外郭部の内側に前記車輪回転軸と同じ回転方向に回転自在に支持された動力伝達用回転軸と、前記モータの出力軸に外嵌された駆動歯車と、前記動力伝達用回転軸に外嵌された、前記駆動歯車と噛合して該駆動歯車の回転方向を前記動力伝達用回転軸の回転方向に変換する従動歯車と、前記動力伝達用回転軸の回転力を前記車輪回転軸に伝達する回転力伝達機構とを備えることを特徴とする。

〔発明３〕 更に、発明３の脚車輪モジュールは、発明２に記載の脚車輪モジュールにおいて、
前記従動歯車の径長及び歯数を、前記駆動歯車の径長及び歯数よりも大きくしたことを特徴とする。

〔発明４〕 更に、発明４の脚車輪モジュールは、発明１乃至３のいずれか１に記載の脚車輪モジュールにおいて、
前記回転力伝達機構は、前記動力伝達用回転軸に外嵌された第１のプーリと、前記車輪回転軸に外嵌された第２のプーリと、前記第１のプーリと前記第２のプーリとに掛け回されたベルトとを備えることを特徴とする。

〔発明５〕 更に、発明５の脚車輪モジュールは、発明１乃至３のいずれか１に記載の脚車輪モジュールにおいて、
前記伝達機構は、前記外郭部の内側に前記車輪回転軸と同じ回転方向に回転自在に支持された減速用回転軸と、前記動力伝達用回転軸に外嵌された動力伝達用歯車と、前記減速用回転軸に外嵌され且つ前記動力伝達用歯車と噛合する該動力伝達用歯車よりも径長及び歯数の大きい減速用歯車とを更に備え、
前記回転力伝達機構は、前記減速用回転軸の回転力を前記車輪回転軸に伝達する構成となっていることを特徴とする。

〔発明６〕 更に、発明６の脚車輪モジュールは、発明５に記載の脚車輪モジュールにおいて、
前記回転力伝達機構は、前記減速用回転軸に外嵌された第１のプーリと、前記車輪回転軸に外嵌された第２のプーリと、前記第１のプーリと前記第２のプーリとに掛け回されたベルトとを備えることを特徴とする。

〔発明７〕 更に、発明７の脚車輪モジュールは、発明４又は６に記載の脚車輪モジュールにおいて、
前記外郭部の内側に、前記ベルトのテンションを調整するアイドルプーリを軸支し、前記ベルトを前記第１プーリ、前記第２プーリ及び前記アイドルプーリに掛け回したことを特徴とする。

〔発明８〕 一方、上記目的を達成するために、発明８の脚車輪型ロボットは、
基体と、該基体に回転可能に支持された上腿部リンク、該上腿部リンクにこれと相対回転可能に支持された、発明１乃至７のいずれか１に記載の脚車輪モジュール、前記上腿部リンクを回転駆動する第２の回転駆動機構、及び前記脚車輪モジュールを回転駆動する第３の回転駆動機構とから各々が構成される複数の脚部とを備え、前記脚部又は前記車輪を駆動して移動することを特徴とする。

以上説明したように、発明１の脚車輪モジュール及び発明８の脚車輪型ロボットによれば、回転駆動機構を構成する、少なくともモータを含む構成部を、下腿部リンクのフレームの形成する外郭部の内側に配設した構成としたので、外郭部の内側に配設した構成部を外部から与えられた衝撃から保護することができるという効果が得られる。
また、発明２の脚車輪モジュール及び発明８の脚車輪型ロボットによれば、発明１の前記効果に加えて、モータを、その出力軸の先端を下腿部リンクの伸長方向に向けた姿勢で、外郭部の内側に支持する構成としたので、モータの幅方向の長さよりも出力軸の先端方向の長さの方が長尺の場合に、モータの出力軸の先端を下腿部リンクの幅方向に向けた姿勢で支持するよりも、下腿部リンクの幅の長さを短く構成することができるので、下腿部をスマートに構成することができるという効果が得られる。

また、発明３の脚車輪モジュール及び発明８の脚車輪型ロボットによれば、発明２の前記効果に加え、駆動歯車の径長及び歯数を従動歯車の径長及び歯数よりも大きくしたので、これらの歯車によって、動力伝達用回転軸の回転速度を減速する効果が得られる。
また、発明４の脚車輪モジュール及び発明８の脚車輪型ロボットによれば、発明１乃至３のいずれか１の前記効果に加え、動力伝達用回転軸が回転すると第１プーリが回転し、この回転力がベルトを介して第２プーリに伝達され、これにより第２プーリが回転することによって車輪回転軸が共に回転する。このように、プーリとベルトによって動力を伝達する構成としたので、動力伝達用回転軸と、車輪回転軸とを下腿部リンクの伸長方向に並べて配設するなど、これら回転軸を、外郭部の内側において比較的自由な位置に配設することができる。これにより、設計段階において下腿部の幅や長さなどの調整を容易に行うことができるという効果が得られる。

また、発明５の脚車輪モジュール及び発明８の脚車輪型ロボットによれば、発明１乃至３のいずれか１の前記効果に加え、動力伝達用回転軸に外嵌された動力伝達用歯車と、減速用回転軸と、減速用回転軸に外嵌され且つ動力伝達用歯車に噛合する該動力伝達用歯車よりも径長及び歯数が大きい減速用歯車とを更に設けて、これら歯車によって動力伝達用回転軸の回転速度を減速して車輪回転軸に回転力を伝達する構成としたので、車輪回転軸に従動プーリしか使わないシンプルな構造で減速を行うことができるという効果が得られる。

また、発明６の脚車輪モジュール及び発明８の脚車輪型ロボットによれば、発明５の前記効果に加え、減速用回転軸が回転すると第１プーリが回転し、この回転力がベルトを介して第２プーリに伝達され、第２プーリが回転する。これによって車輪回転軸が第２プーリと共に回転する。このように、プーリとベルトによって動力を伝達する構成としたので、動力伝達用回転軸と、車輪回転軸とを下腿部リンクの伸長方向に並べて配設するなど、これら回転軸を、外郭部の内側において比較的自由な位置に配設することができる。これにより、設計段階において下腿部の幅や長さなどの調整を容易に行うことができるという効果が得られる。

また、発明７の脚車輪モジュール及び発明８の脚車輪型ロボットによれば、発明４又は６の前記効果に加え、外郭部の内側にアイドルプーリを設け、第１、第２プーリ及びアイドルプーリにベルトを掛け回した構成としたので、ベルトのテンション調整を容易に行うことができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１〜図１５は、本発明に係る関節モジュール及び脚型ロボットの実施の形態を示す図である。
まず、図１及び図２に基づき、本発明に係る脚車輪型ロボットの概略構成を説明する。
図１は、本発明に係る脚車輪型ロボット１００の正面図である。また、図２は、本発明に係る脚車輪型ロボット１００の側面図である。

脚車輪型ロボット１００は、図１及び図２に示すように、基体１０と、基体１０に連結された４つの脚部１２とを有して構成されている。
基体１０の前方には、２本の脚部１２が回転関節１４を介して左右対称の位置に連結されている。また、基体１０の後方には、２本の脚部１２が回転関節１４を介して左右対称の位置に連結されている。

各脚部１２は、回転関節１４と、上腿部リンク１７と、下腿部リンク１９と、上腿部リンク１７及び下腿部リンク１９を回転自在に連結する２つの回転関節１６、１８とから構成されている。
各脚部１２の回転関節１４は、関節モータ４０と、第１股関節駆動部１２０と、減速機とから構成されている。

第１股関節駆動部１２０は、ボックス形状の外郭フレーム部（以下、第１股関節用ハウジングと称す）内に、回転軸と、該回転軸の軸受と、関節モータ４０及び該関節モータ４０の回転駆動力を回転軸に伝達する伝達機構から構成される第１回転駆動機構のうち伝達機構が収納された構成となっている。
第１股関節用ハウジング内に配設された回転軸は、外部へと延びて下方の減速機と同軸に連結されている。具体的に、減速機の上端部は、第１股関節用ハウジングの下面に接合され、該下面に設けられた貫通穴を通って、回転軸の外部へと延びた部分が減速機の軸受内に挿通された構成となっている。

上記構成により、回転関節１４は、第１回転駆動機構から回転駆動力を得て、脚車輪型ロボット１００の底面と直交する方向を軸方向として回転する。すなわち、ヨー軸回りに回転する。
各脚部１２の回転関節１６は、第２股関節駆動部１２２と、回転軸と、その軸受と、回転軸と同軸の減速機とから構成されている。

第２股関節駆動部１２２は、関節モータ４０及び該関節モータ４０の回転駆動力を回転軸に伝達する伝達機構から構成される第２回転駆動機構と、回転軸、軸受及び減速機を覆う関節フレーム部とボックス形状のフレーム部（以下、第２股関節用ハウジングと称す）とが一体形成されたフレームとを備え、第２股関節用ハウジング内に第２回転駆動機構を収納した構成となっている。

関節フレーム部の上面には、回転関節１４を構成する減速機の下端部が接合され、回転関節１６が回転関節１４の回転方向に回転自在に支持されている。
ここで、回転関節１４及び回転関節１６は脚車輪型ロボット１００の股関節を構成している。
各脚部１２の上腿部リンク１７は、その上端部が、関節フレーム部において、回転関節１６に対してその回転方向に回転自在に連結されている。

各脚部１２の下腿部リンク１９は、その上端部が、回転関節１８を介して、上腿部リンク１７に対して回転関節１８の回転方向に回転自在に連結されている。更に、下腿部リンク１９の下端部には、回転関節１６、１８と軸方向を同一にして駆動輪２０が回転自在に設けられている。
回転関節１８は脚車輪型ロボット１００の膝関節を構成している。

上記構成により、回転関節１６、１８は、回転関節１４が図１の状態であるときは、脚車輪型ロボット１００の側面と直交する方向を軸方向として回転する。すなわち、回転関節１４が図１の状態であるときは、ピッチ軸回りに回転し、回転関節１４が図１の状態から９０度回転した状態であるときは、ロール軸回りに回転し、上腿部リンク１７及び下腿部リンク１９を各回転方向に回動させる。従って、脚部１２は、駆動輪２０も含めればそれぞれ４自由度を有する。

更に、各脚部１２の下腿部リンク１９には、脚車輪型ロボット１００の移動経路上に存在する物体までの距離を測定し、且つ接地面までの距離を測定する脚先センサ２４が設けられている。
一方、基体１０の正面の上部中央には、水平面レーザ光を照射する水平レーザ２６が設けられている。また、基体１０の正面の中央左右には、垂直面レーザ光を照射する垂直レーザ２８、３０がそれぞれ設けられている。

基体１０の正面の下部中央には、水平面レーザ光および垂直面レーザ光の反射光を含む画像を撮影するカメラ３２が設けられている。
水平レーザ２６は、カメラ３２で水平面レーザ光の反射光を含む画像が撮影できるように下方に所定角度傾けて設けられている。同様に、垂直レーザ２８は、カメラ３２で垂直面レーザ光の反射光を含む画像が撮影できるように右方に所定角度傾けて設けられ、垂直レーザ３０は、左方に所定角度傾けて設けられている。

カメラ３２の左右には、障害物を検出する障害物センサ３４、３６がそれぞれ設けられている。障害物センサ３４、３６は、指向性の低い超音波測距センサを複数アレイ状に配列して構成することができる。また、指向性の高い赤外線測距センサを複数アレイ状に配列して構成することもできる。アレイ状に配列する構成に限らず、単体で構成してもよい。また、超音波測距センサまたは赤外線測距センサを複数平面上に配列したエリアセンサで構成してもよい。これにより、脚車輪型ロボット１００の移動経路上に存在する障害物を大まかに検出することができる。

次に、図３〜図６に基づき、脚部１２のより詳細な構成を説明する。
ここで、図３は、脚部１２を前方側から見た斜視図である。また、図４は、下腿部リンク１９を後方側から見た斜視図である。また、図５は、下腿部リンク１９のハウジング部分を斜め前方から見た透視図である。また、図６は、下腿部リンク１９のハウジング部分の上半分を側面から見た透視図である。また、図７は、下腿部リンク１９のハウジング部分の下半分を斜め前方から見た透視図である。また、図８（ａ）は、車輪駆動機構１９０の正面図であり、（ｂ）は車輪駆動機構１９０の側面図である。

図３に示すように、第１股関節駆動部１２０を構成する第１股関節用ハウジングは、その回転関節１４の回転軸が収納される側の外郭形状が、円筒を縦に半分に切ったような曲面形状となっている。また、この円筒部分の上面部はハウジングカバー１２０ａで覆われている。更に、回転関節１４の回転軸を回転駆動する関節モータ４０が、ハウジングカバー１２０ａで覆われていない部分から上方に突出する形で設けられている。本実施の形態において、関節モータ４０の回転力は、ハウジング内部のプーリ及びベルトから構成される伝達機構を介して回転関節１４の回転軸へと伝達される。

更に、第１股関節駆動部１２０の側面には、脚部１２の回転関節１４に対する回動範囲を広げる目的で、平面視矩形の切り欠き１２０ｂが設けられている。この切り欠き１２０ｂは、回転関節１６の回転駆動によって上腿部リンク１７が屈曲している状態で、第２股関節駆動部１２２が開脚方向に回動したときに、屈曲状態の上腿部リンク１７のフレームの一部が第１股関節駆動部１２０の側面と丁度ぶつかる位置に設けられている。

つまり、開脚方向への回動によって上腿部リンク１７の第１股関節駆動部１２０の側面とぶつかる部位が、その回動方向に切り欠き１２０ｂ内に進入できる構成とすることによって回動範囲を広くしている。
ここで、開脚方向に回動させるとは、脚車輪型ロボット１００の右前脚を回転関節１４を時計回り方向に回転する方向に回動させ且つ左前脚を回転関節１４を反時計回り方向に回転させる方向に回動させることである。同様に、後ろ脚の場合は、左後脚を時計回り方向に回動させ、且つ右後脚を反時計回り方向に回動させることである。

一方、上腿部リンク１７は、２つの板状のリンク部材１７ａ及び１７ｂの板面同士を、回転関節１６の回転軸方向の幅よりも広い間隙を空けて相対させ、その下端側に、上端部に傾斜面が形成された略ボックス形状の外郭フレーム部１７ｃ（以下、膝関節用ハウジング１７ｃと称す）が一体形成された構成のフレームを備えている。更に、膝関節用ハウジング１７ｃの下端には、下腿部リンク１９との連結用の略コ字状の第１フレーム部が形成されている。

更に、上腿部リンク１７は、その上端部と第２股関節駆動部１２２の関節フレーム部とにおいて、回転関節１６を構成する回転軸、その軸受及び回転軸と同軸の減速機を介して、第２股関節駆動部１２２に両持ちで支持されている。このように、両側から支持する構成とすることで、回転モーメント等に対する連結部の剛性を高めている。
また、リンク部材１７ａ及び１７ｂと膝関節用ハウジング１７ｃの上面と回転関節１６とに囲まれた間隙の大きさは、上腿部リンク１７を回転関節１６の回転軸周りに主屈曲方向（図３中の前方側）に向けて回動させたときに、少なくとも、膝関節用ハウジング１７ｃが回転関節１６に当接しない大きさに構成されている。これにより、上腿部リンク１７の主屈曲方向の回動を膝関節用ハウジング１７ｃが阻害しないようにしている。

なお、本実施の形態において、図３中の後方側に向けて上腿部リンク１７を屈曲する方向を上腿部リンク１７の副屈曲方向とする。
また、膝関節用ハウジング１７ｃの上端部に形成された傾斜面は、回転関節１６の回転軸と直交する方向に変位する傾斜（本実施の形態においては、図３に示す前方側に向かって下っていく傾斜）を有している。これにより、傾斜面を設けずに平らな面にしたときと比較して、傾斜にした分だけ、上腿部リンク１７の回動範囲を広げることができる。

更に、膝関節用ハウジング１７ｃの内側には、回転関節１８の各構成部が配設されている。
回転関節１８は、第３回転駆動機構と、下腿部リンク１９の回転軸である膝関節回転軸とを含んで構成される。
第３回転駆動機構は、回転駆動力を発生する膝関節用の関節モータ４０と、関節モータ４０の回転角度位置を検出するエンコーダ４２と、関節モータ４０の駆動回路であるドライバ４４と、関節モータ４０の回転駆動力を膝関節回転軸に伝達する伝達機構と、減速機とを含んで構成されている。

また、図３及び図４に示すように、下腿部リンク１９は、２つの板状のリンク部材１９ａ及び１９ｂの板面同士を、上腿部リンク１７を正面から見てその膝関節用ハウジング１７ｃの略コ字状の第１フレーム部の短尺方向の幅よりも広い間隙を空けて相対させ、その下端側に、上端部に傾斜面が形成された略ボックス形状の外郭フレーム部１９ｃ（以下、車輪駆動部用ハウジング１９ｃと称す）が、リンク部材１９ａ及び１９ｂと一体形成された構成となっている。更に、車輪駆動部用ハウジング１９ｃの下端には、駆動輪２０の取付用の略コ字状の第２フレーム部が形成されている。

更に、下腿部リンク１９は、その上端部と上腿部リンク１７の下端に設けられた略コ字状の第１フレーム部とにおいて、回転関節１８を構成する膝関節回転軸、その軸受及び減速機を介して上腿部リンク１７に両持ちで支持されている。このように、両側から支持する構成としたことで、回転モーメント等に対する連結部の剛性を高めている。
また、リンク部材１９ａ及び１９ｂと膝関節用ハウジング１７ｃの上面と回転関節１８とに囲まれた間隙の大きさは、下腿部リンク１９を回転関節１８の回転軸周りに主屈曲方向（図３中の後方側）に向けて回動させたときに、少なくとも、車輪駆動部用ハウジング１９ｃが回転関節１８に当接しない大きさに構成されている。これにより、下腿部リンク１９の主屈曲方向の回動を車輪駆動部用ハウジング１９ｃが阻害するのを回避している。

なお、本実施の形態において、図３中の前方側に向けて下腿部リンク１９を屈曲する方向を下腿部リンク１９の副屈曲方向とする。
また、車輪駆動部用ハウジング１９ｃの上端部に形成された傾斜面は、回転関節１８の回転軸と直交する方向に変位する傾斜（本実施の形態においては、図３に示す後方側に向かって下っていく傾斜）を有している。これにより、傾斜面を設けずに平らな面にしたときと比較して、傾斜にした分だけ、下腿部リンク１９の回動範囲を広げることができる。

更に、図５〜図８に示すように、車輪駆動部用ハウジング１９ｃの内側には、駆動輪２０を回転駆動する車輪駆動機構１９０の構成部が配設されている。
車輪駆動機構１９０は、車輪モータ５０、該車輪モータ５０の回転角度位置を検出するエンコーダ５２、車輪モータ５０の駆動回路であるドライバ５４、車輪モータ５０の回転力をその回転方向を変換して動力伝達用回転軸１９０ｂに伝達する駆動傘歯車１９０ａ及び従動傘歯車１９０ｃと、動力伝達用回転軸１９０ｂと、動力伝達用回転軸１９０ｂの回転力をその回転速度を減速して減速用回転軸１９０ｅに伝達する動力伝達用平歯車１９０ｄ及び減速用平歯車１９０ｆと、減速用回転軸１９０ｅと、車輪回転軸１９０ｈと、減速用回転軸１９０ｅの回転力を車輪回転軸１９０ｈに伝達する駆動プーリ１９０ｇ、従動プーリ１９０ｉ及びベルト１９０ｊとを含んで構成されている。

車輪モータ５０は、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、その本体の長尺方向の一端にエンコーダ５２が取り付けられ且つ他端から出力軸１５０が突出した構成となっている。そして、車輪モータ５０は、車輪駆動部用ハウジング１９ｃの内側における上方の位置に、出力軸１５０の先端を下方向に向けた姿勢で支持されている。
更に、図６に示すように、車輪駆動部用ハウジング１９ｃの内側における、車輪モータ５０の対面の後方側の壁にはドライバ５４が、その長尺方向を車輪駆動部用ハウジング１９ｃの伸長方向に沿った姿勢で、且つドライバ５４の基板面と壁面とを対向させて支持されている。

また、本実施の形態においては、脚先センサ２４の一部が車輪駆動部用ハウジング１９ｃの内側に配設されて、該内側において支持されている。
出力軸１５０の先端には、駆動傘歯車１９０ａが、出力軸１５０と共に同じ回転方向に回転するように取り付けられている。
車輪駆動部用ハウジング１９ｃの内側における出力軸１５０の先端部の真下には、図７及び図８に示すように、動力伝達用回転軸１９０ｂが、車輪駆動部用ハウジング１９ｃの伸長方向と直交する方向に向いた姿勢で（車輪回転軸１９０ｈと同じ姿勢で）、両側の壁に軸受（例えば、フランジ付の玉軸受など）を介して回転自在に支持されている。

更に、動力伝達用回転軸１９０ｂには、駆動傘歯車１９０ａと噛合して、該駆動傘歯車１９０ａよりも径長が長く且つ歯数の多い従動傘歯車１９０ｃが外嵌されている。
動力伝達用回転軸１９０ｂには、その回転力を減速用回転軸１９０ｅに伝達するための動力伝達用平歯車１９０ｄが外嵌されている。
減速用回転軸１９０ｅは、動力伝達用回転軸１９０ｂと前後方向に略平行な姿勢で、車輪駆動部用ハウジング１９ｃの内側における両側の壁に軸受（例えば、フランジ付の玉軸受など）を介して回転自在に支持されている。

減速用回転軸１９０ｅには、動力伝達用平歯車１９０ｄと噛合して、該動力伝達用平歯車１９０ｄよりも径長が長く且つ歯数の多い減速用平歯車１９０ｆが外嵌されている。
なお、従動傘歯車１９０ｃの径長及び歯数と減速用平歯車１９０ｆの径長及び歯数とは、両者による減速比が所望の減速比となるようにこれらの径長及び歯数が構成されている。

減速用回転軸１９０ｅの右端側には、減速用回転軸１９０ｅと共に回転可能に駆動プーリ１９０ｇがその軸穴を介して外嵌されている。
更に、図５及び図７に示すように、車輪駆動部用ハウジング１９ｃの略コ字状の第２フレーム部には、その内側に、車輪回転軸１９０ｈが、両側の壁においてそれぞれ軸受（例えば、深溝軸受など）を介して回転自在に支持されている。

また、車輪回転軸１９０ｈの右端側で且つ駆動プーリ１９０ｇと略同じ平面位置には、従動プーリ１９０ｉがその軸穴を介して外嵌されている。
更に、図７及び図８に示すように、駆動プーリ１９０ｇと従動プーリ１９０ｉには、駆動プーリ１９０ｇの回転力を従動プーリ１９０ｉに伝達するベルト１９０ｊが掛け回されている。

以上の構成により、他の脚部１２などの外部からの衝撃を車輪駆動部用ハウジング１９ｃが防いでくれるため、外部からの衝撃による車輪モータ５０などの内側に配設された各構成部の破損を防ぐことができる。
また、車輪モータ５０を、その出力軸１５０を下腿部リンク１９の伸長方向と直交する方向に向けて支持したときよりも、下腿部リンク１９の幅を狭く構成できる。また、ドライバ５４を、その長尺方向を下腿部リンク１９の伸長方向と直交する方向に向けて支持したときよりも、下腿部リンク１９の幅を狭く構成できる。

また、駆動傘歯車１９０ａ及び従動傘歯車１９０ｃと、動力伝達用平歯車１９０ｄ、減速用回転軸１９０ｅ及び減速用平歯車１９０ｆと、駆動プーリ１９０ｇ及び従動プーリ１９０ｉとによって、動力伝達用回転軸の回転力をその回転速度を三段階に減速して伝達する構成としたので、車輪回転軸１９０ｈに減速機を設ける必要が無く、車輪回転軸１９０ｈにかかる負荷を軽減できる。更に、減速用の歯車だけで減速するときよりもプーリで減速される分、歯車のサイズを小さくすることができる。

なお、図３に示す例は、脚車輪型ロボット１００の左前脚の例となるが、右前脚についても同様となる。また、左後脚及び右後脚については、基体１０の向きを基準として、右前脚の例（図３の例）において、前方側を後方側に、後方側を前方側に入れ替えることで同様となる。
次に、脚車輪型ロボット１００の駆動制御システムを説明する。

図９は、脚車輪型ロボット１００の駆動制御システムを示すブロック図である。
各脚部１２には、図９に示すように、第１、第２、第３回転駆動機構に対して、回転関節１４、１６、１８を回転駆動するアクチュエータとして関節モータ４０がそれぞれ設けられている。各関節モータ４０には、関節モータ４０の回転角度位置を検出するエンコーダ４２と、モータ指令信号およびエンコーダ４２の出力信号に基づいて関節モータ４０の駆動を制御するドライバ４４が設けられている。

各脚部１２には、更に、駆動輪２０の車輪回転軸１９０ｈを回転駆動する車輪駆動機構１９０に対して、車輪モータ５０がそれぞれ設けられている。各車輪モータ５０には、車輪モータ５０の回転角度位置を検出するエンコーダ５２と、モータ指令信号およびエンコーダ５２の出力信号に基づいて車輪モータ５０の駆動を制御するドライバ５４が設けられている。

脚車輪型ロボット１００は、更に、ＣＰＵ６０と、脚車輪型ロボット１００の姿勢を検出する３軸姿勢センサ７０と、カメラ３２の画像信号を処理するビジョンプロセッサ７２と、外部のＰＣ等と無線通信を行う無線通信部７４と、ビジョンプロセッサ７２および無線通信部７４とＣＰＵ６０の入出力を中継するハブ７６と、警告音等を出力するスピーカ７８とを有して構成される。

３軸姿勢センサ７０は、ジャイロ若しくは加速度センサ、またはその両方を有し、地軸に対して脚車輪型ロボット１００の姿勢の傾きを検出する。
ＣＰＵ６０は、モータ指令出力Ｉ／Ｆ６１を介してドライバ４４、５４にモータ指令信号を出力し、角度取込Ｉ／Ｆ６２を介してエンコーダ４２、５２の出力信号を入力する。また、センサ入力Ｉ／Ｆ６３を介して、脚先センサ２４、障害物センサ３４及び３軸姿勢センサ７０からそれぞれセンサ信号を入力する。また、通信Ｉ／Ｆ６４を介してハブ７６と信号の入出力を行い、サウンド出力Ｉ／Ｆ６５を介してスピーカ７８に音声信号を出力する。

次に、ＣＰＵ６０で実行される処理を説明する。
ＣＰＵ６０は、ＲＯＭ等の所定領域に格納されている制御プログラムを起動させ、その制御プログラムに従って、図１０のフローチャートに示す昇降制御処理を実行する。
図１０は、昇降制御処理を示すフローチャートである。
昇降制御処理は、脚車輪型ロボット１００の移動経路上に段差（障害物）があったときに実行される、脚部１２の昇降制御を行う処理であって、ＣＰＵ６０において実行されると、まず、図１０に示すように、ステップＳ１００に移行する。

ステップＳ１００では、ビジョンプロセッサ７２から画像を取り込み、ステップＳ１０２に移行する。
ステップＳ１０２では、取り込んだ画像に基づいて光切断法により段差の特徴点を抽出する。
図１１は、光切断法の原理を説明するための図である。

光切断法は、三角測量の原理により計測対象上の座標を求める計測法である。図１１に計測座標系を示す。 計測対象上の座標Ｐ（x0、y0、z0）は、カメラ３２の撮像素子上の任意の座標をＰs（xi、yi、zi）とすると、下式（１）により求められる。

次に、得られた三次元座標から、レーザ光の反射光の不連続点または屈曲点を段差の特徴点として抽出する。 図１２は、段差にレーザ光を照射した状態およびカメラ３２の撮像素子の画像を示す図である。

脚車輪型ロボット１００の移動経路上に凸状の段差が存在すると、図１２（ａ）左側に示すように、水平レーザ２６から照射された水平面レーザ光が段差の壁面および床面で反射し、カメラ３２により、その反射光を含む段差の画像が撮影される。その画像に対して画像処理を行うと、図１２（ａ）右側に示すように、壁面での反射光エッジおよび床面での反射光エッジを抽出することができる。そして、そのエッジ画像および上式（１）により得られた三次元座標に基づいて、反射光エッジの不連続点に対応する実座標を算出することができる。

また、図１２（ｂ）左側に示すように、垂直レーザ２８から照射された垂直面レーザ光が段差の壁面および上面で反射し、カメラ３２により、その反射光を含む段差の画像が撮影される。その画像に対して画像処理を行うと、図１２（ｂ）右側に示すように、壁面での反射光エッジおよび上面での反射光エッジを抽出することができる。また、垂直レーザ３０についても同様であり、図１２（ｃ）右側に示すように、壁面での反射光エッジおよび上面での反射光エッジを抽出することができる。そして、それらエッジ画像および上式（１）により得られた三次元座標に基づいて、反射光エッジの屈曲点に対する実座標を算出することができる。

図１０に戻り、次いで、ステップＳ１０４に移行して、抽出した特徴点に基づいて段差の幅を算出し、ステップＳ１０６に移行する。
ステップＳ１０６、抽出した特徴点に基づいて段差の上面の実座標を算出し、ステップＳ１０８に移行する。
ステップＳ１０８では、算出した段差の幅および上面の実座標、並びに３軸姿勢センサ７０のセンサ信号に基づいて逆運動学計算および重心計算を行い、ステップＳ１１０に移行する。

ステップＳ１１０では、ステップＳ１０８の計算結果に基づいて脚先の着地位置を決定し、ステップＳ１１２に移行する。
ステップＳ１１２では、車輪モータ５０の回転を停止すべき停止信号をドライバ５４に出力し、ステップＳ１１４に移行する。これにより、車輪モータ５０が制御され駆動輪２０の回転を停止する（回転しないようにトルクをかけて保持する）。または、減速機などによって、車輪モータ５０を駆動していないときに車輪が回転しないように保持する構成としても良い。後者の構成の場合は、車輪モータ５０への電力の供給を停止する。

ステップＳ１１４では、脚先センサ２４からセンサ信号を入力し、ステップＳ１１６に移行する。
ステップＳ１１６では、ステップＳ１１４で入力した脚先センサ２４のセンサ信号に基づいて壁面までの距離を算出し、ステップＳ１１８に移行する。
ステップＳ１１８では、ステップＳ１１４で入力した脚先センサ２４のセンサ信号に基づいて脚先と上面との位置関係を算出し、ステップＳ１２０に移行する。

ステップＳ１２０では、決定した着地位置および算出した両距離に基づいてドライバ４４へのモータ指令信号を生成し、ステップＳ１２２に移行する。
ステップＳ１２２では、ステップＳ１２０で生成したモータ指令信号をドライバ４４に出力し、ステップＳ１２４に移行する。
ステップＳ１２４では、脚先が着地位置に着地したか否かを判定し、脚先が着地したと判定したとき(Yes)は、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。 一方、ステップＳ１２４で、脚先が着地しないと判定したとき(No)は、ステップＳ１１２に移行する。

次に、図１３〜図１５に基づき、本実施の形態の動作を説明する。
ここで、図１３は、下腿部リンク１９を主屈曲方向に限界位置まで回動させたときの脚部１２を斜め後方側から見た斜視図である。また、図１４は、上腿部リンク１７を主屈曲側に限界位置まで回動させたときの脚部１２を斜め上方向から見た斜視図である。また、図１５は、図１４の状態の脚部１２を開脚方向に回動させたときの斜め上方向から見た斜視図である。

脚車輪型ロボット１００の移動経路上に凸状の段差が存在すると、水平レーザ２６から照射された水平面レーザ光、および垂直レーザ２８、３０から照射された垂直面レーザ光がそれぞれ段差で反射し、カメラ３２により、それら反射光を含む画像が撮影される。次いで、カメラ３２で撮影された画像が取り込まれ（ステップＳ１００）、取り込まれた画像から段差の特徴点が抽出される（ステップＳ１０２）。そして、抽出された特徴点に基づいて段差の幅及び段差上面の実座標が算出され（ステップＳ１０４〜Ｓ１０８）、算出された段差の幅及び段差上面の実座標に基づいて脚先の着地位置が決定される（ステップＳ１１０）。

着地位置が決定されると、各車輪２０を駆動する車輪モータ５０に対応するドライバ５４に対して、駆動輪２０の回転を停止させる停止信号を出力する（ステップＳ１１２）。これにより、脚部１２を用いた移動時において、各駆動輪２０が回転しないように制御される。
更に、脚先センサ２４からセンサ信号が入力され（ステップＳ１１４）、壁面までの距離及び脚先と段差上面との位置関係が算出される（ステップＳ１１６〜Ｓ１１８）。そして、決定された着地位置および算出された両距離に基づいてモータ指令信号が生成され（ステップＳ１２０）、生成されたモータ指令信号がドライバ４４に出力される（ステップＳ１２２）。これにより、回転関節１４〜１８が駆動し、脚車輪型ロボット１００の脚部１２の姿勢が、段差を乗り越えるための姿勢へと変更される。

ここで、昇降対象の段差が脚部１２の回動限界の高さ以上の比較的高い段差であったとする。
まず、駆動制御システムは、回転関節１８のドライバ４４に指令信号を与えて、関節モータ４０を回転駆動する。関節モータ４０が回転駆動すると、その回転力が伝達機構及び減速機を介して回転関節１８の膝関節回転軸へと伝達され、減速機で減速された回転速度で膝関節回転軸が回転する。

膝関節回転軸が回転すると、その回転方向に下腿部リンク１９が回動する。
ここでは、右前脚を構成する下腿部リンク１９を、図１３に示すように、主屈曲方向に回動限界位置まで回動させる。
このとき、下腿部リンク１９は、車輪駆動部用ハウジング１９ｃの上端部と、膝関節用ハウジング１７ｃの下端部とを接触させることなく、膝関節用ハウジング１７ｃの下端部を間隙内に入り込ませながら回動する。そして、図１３に示すように、車輪駆動部用ハウジング１９ｃの上端に形成された傾斜面とリンク部材１７ａ及び１７ｂとが略平行になる位置まで回動して、上腿部リンク１７のフレームと傾斜面とがぶつかる寸前で停止する。この停止動作は、駆動制御システムにおいて、下腿部リンク１９の回動限界位置を検出するセンサの検出結果に基づき制御される。

次に、駆動制御システムは、段差の上面に脚先を持っていくために、下腿部リンク１９が主屈曲方向に回転限界位置まで回動している状態で、更に、回転関節１６を回転駆動して、図１４に示すように、上腿部リンク１７を、主屈曲方向に回転限界位置まで回動させる。
このとき、上腿部リンク１７は、膝関節用ハウジング１７ｃの上端部を、回転関節１６に接触させることなく、回転関節１６の関節フレーム部側の下端部を間隙内に入り込ませながら回動する。

更に、上腿部リンク１７が回動することによって、上腿部リンク１７は、膝関節用ハウジング１７ｃの上端に形成された傾斜面と第１股関節駆動部１２０の半円筒形状の曲面部とが略平行になる位置まで回動していき、図１４に示すように、傾斜面と曲面部とがぶつかる寸前で停止する。この停止動作は、駆動制御システムにおいて、上腿部リンク１７の回転関節１６に対する回動限界位置を検出するセンサの検出結果に基づき制御される。

以上の制御によって、段差の上面へと右前脚の脚先を運ぶ。駆動制御システムは、図１４に示す姿勢でも段差に届かない場合は、更に、下腿部リンク１９を副屈曲方向に回動させる制御を行う。
次に、脚車輪型ロボット１００を、重心位置をできるだけ低くした状態で正面を向かせたまま真横方向に車輪走行で移動させる場合の動作を説明する。この場合は、各脚部１２を、主屈曲姿勢に屈曲させた状態で、開脚方向に駆動輪２０の進行方向が真横を向く回動角度分、回動させることになる。

具体的に、脚車輪型ロボット１００は、障害物センサ３４、３６のセンサ信号に基づき、自己の移動経路上に何も障害物が存在しないと判断すると、各脚部１２の上腿部リンク１７及び下腿部リンク１９が主屈曲方向の回動限界位置まで回動している状態（図１４に示す状態）で、回転関節１４を回転駆動して、上腿部リンク１７及び下腿部リンク１９を、図１５に示すように、開脚方向に駆動輪２０の進行方向が真横方向を向く回動位置まで回動させる。

回転関節１４が回転駆動されると、上腿部リンク１７はそのフレームの間隙の内面を、第１股関節駆動部１２０の半円筒形状の曲面に沿わせながら回動し、やがて回転関節１４の第１股関節駆動部１２０の側面へと到達する。第１股関節駆動部１２０の側面には、先述したように、上腿部リンク１７のフレームの当接位置に、切り欠き１２０ｂが設けられているため、上腿部リンク１７は、そのフレームの当接部位を切り欠き１２０ｂ内に進入させながら回動を続ける。

そして、上腿部リンク１７は、駆動輪２０の進行方向が、正面を向いた状態から略９０[°]回動した方向となるまで回動し、その位置で停止する。これにより、図１５に示すように、駆動輪２０の進行方向が真横方向へと変更される。なお、上腿部リンク１７の停止動作は、駆動制御システムにおいて、上腿部リンク１７の回転関節１４に対する回動限界位置を検出するセンサの検出結果又はエンコーダ４２の検出角度に基づき制御される。

他の脚部１２についても同様の開脚動作を行うことで、脚車輪型ロボット１００を真横移動させることが可能な姿勢へと変更することができる。
駆動制御システムは、各脚部１２を真横移動させることが可能な姿勢へと変更すると、次に、各車輪モータ５０のドライバ５４に対するモータ指令信号を生成し、当該生成したモータ指令信号を、各ドライバ５４に出力する。これにより、車輪モータ５０が回転駆動し、その出力軸１５０に外嵌された駆動傘歯車１９０ａが回転する。駆動傘歯車１９０ａが回転すると、これと噛合する従動傘歯車１９０ｃが回転して回転速度が減速されると共に回転方向が変換され、動力伝達用回転軸１９０ｂが減速された回転速度で回転する。

動力伝達用回転軸１９０ｂが回転すると、これに外嵌された動力伝達用平歯車１９０ｄが回転する。動力伝達用平歯車１９０ｄが回転すると、これと噛合する減速用平歯車１９０ｆが回転して回転速度が減速されると共に、この減速された回転速度で減速用回転軸１９０ｅが回転する。
減速用回転軸１９０ｅが回転すると、これに外嵌された駆動プーリ１９０ｇが回転し、この回転力がベルト１９０ｊを介して従動プーリ１９０ｉへと伝達され、従動プーリ１９０ｉが回転する。

従動プーリ１９０ｉが回転すると、これと共に車輪回転軸１９０ｈが回転し、該車輪回転軸１９０ｈに外嵌された駆動輪２０が回転する。
各駆動輪２０が回転すると、脚車輪型ロボット１００は、駆動輪２０の進行方向（真横方向）に移動する。
以上より、車輪駆動部用ハウジング１９ｃの内側に、車輪駆動機構１９０の各構成部を設けたので、外部の衝撃から車輪駆動機構１９０の各構成部を保護することができる。

また、車輪モータ５０をその長尺方向の端部から突出する出力軸１５０の先端を下方向に向けた姿勢で支持する構成としたので、車輪モータ５０を、その出力軸１５０を下腿部リンク１９の伸長方向と直交する方向に向けて支持したときよりも、下腿部リンク１９の幅を狭く構成できる。
また、従動傘歯車１９０ｃの径長及び歯数を、駆動傘歯車１９０ａよりも大きく構成したので、回転方向の変換に加え回転速度の減速を行うことができる。

また、減速用回転軸１９０ｅを設け、動力伝達用回転軸１９０ｂに外嵌された動力伝達用平歯車１９０ｄと、減速用回転軸１９０ｅに外嵌された、動力伝達用平歯車１９０ｄよりも径長及び歯数の大きい減速用平歯車１９０ｆによって、回転速度を減速することができる。
上記実施の形態において、脚車輪型ロボット１００は、発明８に記載の脚車輪型ロボットに対応し、下腿部リンク１９は、発明１又は２に記載の下腿部リンクに対応し、下腿部リンク１９、車輪駆動機構１９０及び駆動輪２０は、発明１乃至７のいずれか１に記載の脚車輪モジュールに対応し、車輪駆動部用ハウジング１９ｃは、発明１、２、５及び７のいずれか１に記載の外郭部に対応し、駆動傘歯車１９０ａ及び従動傘歯車１９０ｃは、発明２に記載の駆動歯車及び従動歯車に対応し、駆動プーリ１９０ｇ、従動プーリ１９０ｉ及びベルト１９０ｊは、発明２、４、５及び６のいずれか１に記載の回転力伝達機構に対応する。

また、上記実施の形態において、車輪駆動機構１９０は、発明１に記載の回転駆動機構に対応する。
また、上記実施の形態において、第１回転駆動機構及び第２回転駆動機構は、発明８に記載の第２の回転駆動機構に対応し、第３回転駆動機構は、発明８に記載の第３の回転駆動機構に対応する。

なお、上記実施の形態においては、駆動プーリ１９０ｇと従動プーリ１９０ｉとにベルト１９０ｊを掛け回して、駆動プーリ１９０ｇの回転力を、ベルト１９０ｊを介して従動プーリ１９０ｉに伝達する構成としたが、これに限らず、ベルト１９０ｊの張り位置及びテンションを調整するためのアイドルプーリを設け、駆動プーリ１９０ｇと従動プーリ１９０ｉとアイドルプーリとにベルト１９０ｊを掛け回す構成としても良い。

以下、図１６に基づき、アイドルプーリを設けた場合の具体的な構成例を説明する。
ここで、図１６（ａ）は、アイドルプーリ１９０ｍを設けた場合の下腿部リンク１９のハウジング部を含む構成部を正面から見た透視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
例えば、図１６（ａ）に示すように、車輪駆動部用ハウジング１９ｃの内部における、駆動プーリ１９０ｇと従動プーリ１９０ｉと略同じ平面位置（これらのプーリにベルト１９０ｊを掛け回せる位置）で、且つ図１６（ｂ）に示すように、駆動プーリ１９０ｇと従動プーリ１９０ｉと共に頂点をなす三角形を形成する位置にアイドルプーリ１９０ｍを配設する。これにより、ベルト１９０ｊのテンションを容易に調整することができ、回転力の伝達をより確実に行うことができる。また、部品の配置に応じて、アイドルプーリ１９０ｍによって、巻き回されたベルト１９０ｊの内側に部品を避けるなど、ベルト１９０ｊを部品配置に応じた形に掛け回すことができる。

この場合に、アイドルプーリ１９０ｍは、発明７に記載のアイドルプーリに対応する。
また、上記実施の形態においては、駆動傘歯車１９０ａ及び従動傘歯車１９０ｃと、動力伝達用平歯車１９０ｄ、減速用回転軸１９０ｅ及び減速用平歯車１９０ｆと、駆動プーリ１９０ｇ及び従動プーリ１９０ｉとを用いて、三段階で回転速度を減速する構成としたが、これに限らず、これらのうち、いずれか１つ又は２つを用いて減速する構成としても良い。

また、上記実施の形態においては、車輪駆動機構１９０の車輪モータ５０を、その出力軸１５０の先端を下方向に向けた姿勢で車輪駆動部用ハウジング１９ｃの内側に支持する構成としたが、これに限らず、上方向に向けた姿勢で支持する構成としても良い。
また、上記実施の形態においては、駆動プーリ１９０ｇ、従動プーリ１９０ｉ及びベルト１９０ｊによって、減速用回転軸１９０ｅの回転力を、車輪回転軸１９０ｈに伝達する構成としたが、これに限らず、複数の歯車を使って伝達するなど他の構成としても良い。

また、上記実施の形態においては、上腿部リンク１７及び下腿部リンク１９を、板状のリンク部材で構成したが、これに限らず、円柱状のリンク部材など剛性を著しく損なうものでなければどのような形状のものを用いて構成しても良い。

本発明に係る脚車輪型ロボット１００の正面図である。 本発明に係る脚車輪型ロボット１００の側面図である。 脚部１２を前方側から見た斜視図である。 下腿部リンク１９を後方側から見た斜視図である。 下腿部リンク１９のハウジング部分を斜め前方から見た透視図である。 下腿部リンク１９のハウジング部分の上半分を側面から見た透視図である。 下腿部リンク１９のハウジング部分の下半分を斜め前方から見た透視図である。 （ａ）は、車輪駆動機構１９０の正面図であり、（ｂ）は車輪駆動機構１９０の側面図である。 脚車輪型ロボット１００の駆動制御システムを示すブロック図である。 昇降制御処理を示すフローチャートである。 光切断法の原理を説明するための図である。 段差にレーザ光を照射した状態およびカメラ３２の撮像素子の画像を示す図である。 下腿部リンク１９を主屈曲方向に限界位置まで回動させたときの脚部１２を斜め後方側から見た斜視図である。 上腿部リンク１７を主屈曲側に限界位置まで回動させたときの脚部１２を斜め上方向から見た斜視図である。 図１４の状態の脚部１２を開脚方向に回動させたときの斜め上方向から見た斜視図である。 （ａ）は、アイドルプーリ１９０ｍを設けた場合の下腿部リンク１９のハウジング部を含む構成部を正面から見た透視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１００ 脚車輪型ロボット
１２０ 第１股関節駆動部
１２０ａ ハウジングカバー
１２０ｂ 切り欠き
１２２ 第２股関節駆動部
１５０ 出力軸
１９０ 車輪駆動機構
１９０ａ 駆動傘歯車
１９０ｂ 動力伝達用回転軸
１９０ｃ 従動傘歯車
１９０ｄ 動力伝達用平歯車
１９０ｅ 減速用回転軸
１９０ｆ 減速用平歯車
１９０ｇ 駆動プーリ
１９０ｈ 車輪回転軸
１９０ｉ 従動プーリ
１９０ｊ ベルト
１９０ｍ アイドルプーリ
１０ 基体
１２ 脚部
１４、１６、１８ 回転関節
１７ 上腿部リンク
１７ａ，１７ｂ，１９ａ，１９ｂ リンク部材
１７ｃ 膝関節用ハウジング
１９ 下腿部リンク
１９ｃ 車輪駆動部用ハウジング
２０ 車輪
２４ 脚先センサ
２６ 水平レーザ
２８、３０ 垂直レーザ
３２ カメラ
３４、３６ 障害物センサ
４０ 関節モータ
５０ 車輪モータ
４２、５２ エンコーダ
４４、５４ ドライバ
６０ ＣＰＵ
６２ 角度取込Ｉ／Ｆ
６４ 通信Ｉ／Ｆ
７０ ３軸姿勢センサ
７６ ハブ

Claims (8)

1. 下腿部を構成するリンクである下腿部リンクと、該下腿部リンクに取り付けられた回転駆動機構と、前記下腿部リンクの一端に回転自在に軸支されると共に前記回転駆動機構で回転駆動される車輪とから構成される脚車輪モジュールであって、
   前記回転駆動機構は、少なくとも、前記車輪の回転軸である車輪回転軸と、回転力を発生するモータと、該モータの回転力を前記車輪回転軸に伝達する伝達機構とを備え、
   前記リンクは、中空の外郭部を有するフレームを備え、
   前記回転駆動機構の少なくとも前記モータを含む構成部を前記外郭部の内側に配設したことを特徴とする脚車輪モジュール。
2. 前記モータを、該モータの出力軸の先端を前記下腿部リンクの伸長方向に向けた姿勢で前記外郭部の内側に支持し、
   前記伝達機構は、前記外郭部の内側に前記車輪回転軸と同じ回転方向に回転自在に支持された動力伝達用回転軸と、前記モータの出力軸に外嵌された駆動歯車と、前記動力伝達用回転軸に外嵌された、前記駆動歯車と噛合して該駆動歯車の回転方向を前記動力伝達用回転軸の回転方向に変換する従動歯車と、前記動力伝達用回転軸の回転力を前記車輪回転軸に伝達する回転力伝達機構とを備えることを特徴とする請求項１に記載の脚車輪モジュール。
3. 前記従動歯車の径長及び歯数を、前記駆動歯車の径長及び歯数よりも大きくしたことを特徴とする請求項２に記載の脚車輪モジュール。
4. 前記回転力伝達機構は、前記動力伝達用回転軸に外嵌された第１のプーリと、前記車輪回転軸に外嵌された第２のプーリと、前記第１のプーリと前記第２のプーリとに掛け回されたベルトとを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の脚車輪モジュール。
5. 前記伝達機構は、前記外郭部の内側に前記車輪回転軸と同じ回転方向に回転自在に支持された減速用回転軸と、前記動力伝達用回転軸に外嵌された動力伝達用歯車と、前記減速用回転軸に外嵌され且つ前記動力伝達用歯車と噛合する該動力伝達用歯車よりも径長及び歯数の大きい減速用歯車とを更に備え、
   前記回転力伝達機構は、前記減速用回転軸の回転力を前記車輪回転軸に伝達する構成となっていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の脚車輪モジュール。
6. 前記回転力伝達機構は、前記減速用回転軸に外嵌された第１のプーリと、前記車輪回転軸に外嵌された第２のプーリと、前記第１のプーリと前記第２のプーリとに掛け回されたベルトとを備えることを特徴とする請求項５に記載の脚車輪モジュール。
7. 前記外郭部の内側に、前記ベルトのテンションを調整するアイドルプーリを軸支し、前記ベルトを前記第１プーリ、前記第２プーリ及び前記アイドルプーリに掛け回したことを特徴とする請求項４又は請求項６に記載の脚車輪モジュール。
8. 基体と、該基体に回転可能に支持された上腿部リンク、該上腿部リンクにこれと相対回転可能に支持された、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の脚車輪モジュール、前記上腿部リンクを回転駆動する第２の回転駆動機構、及び前記脚車輪モジュールを回転駆動する第３の回転駆動機構とから各々が構成される複数の脚部とを備え、前記脚部又は前記車輪を駆動して移動することを特徴とする脚車輪型ロボット。

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