JP2968420B2 - ２足歩行ロボット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、玩具、ゲーム装置とし
て、または映画やテレビ等の特殊効果において、あるい
はテーマパーク等におけるステージ装置やディスプレイ
装置として利用できる２足歩行ロボットに関し、特に、
旋回動作を容易に制御できる２足歩行ロボットに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の玩具における２足歩行ロボット
は、左右足部材底部の前後位置に内側に向けて２本の櫛
形の支えを有し、片足だけの支持を確保した上で左右脚
部材の回動動作により前後進するロボット、または左右
足部材底部に前進方向のみに回転可能な車輪を設け、両
足部材を常に床面に接地したまま両脚部材の前後動作に
より前進するロボット等が一般的であるが、いずれも方
向転換に関する配慮がなされてなく、一方、方向転換に
関する配慮がなされたロボットは、一般的には普通の車
輪走行によるもので２足歩行ロボットとは異なるもので
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、方向
転換等の制御が可能でかつ歩行動作の実感が伴った２足
歩行ロボットを達成し、さらに動力源や制御回路を整理
削減し、ロボットを一般的な玩具の大きさに小形化可能
にすることである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、胴体部とこの両側に設ける一対の脚部材
と各脚部材の下端に設ける足部材とを有してなり、胴体
部に動力源を一つ設け、これを歯車等の配列を介して二
つの駆動系に分岐してなり、一方の駆動系は、上記胴体
部に左右水平方向に設けられた回転自在のクランク軸を
駆動して、このクランクピン部に枢支された左右推進部
ロッドに互いに逆位相の回動動作を与え、さらにこれら
推進部ロッドに準じて動作する左右足部材に互いに逆位
相の前後動作をなさしめ、上記左右足部材はそれぞれ推
進機構を具備した駆動足部材とこれに連係した支持足部
材とからなり、上記クランク軸のクランクピン部には該
クランク軸とは独立して正逆自在に自転する出力軸を具
備し、該出力軸の回転は、上記推進部ロッドに一体的に
取付けられた伝達機構を介して、上記駆動足部材の推進
機構に伝達され、これに推進力を与えてなり、上記駆動
足部材と支持足部材は足リンクを介して連係し、互いに
一定の位相関係を保ちながら上下動作を行うことによ
り、上記推進力を床面に伝達もしくは非伝達なさしめる
動作を反復せしめることにより実感が伴った歩行動作を
なさしめることを特徴とする。より具体的に本発明は、
胴体部とこの両側に設ける一対の脚部材と各脚部材の下
端に設ける足部材とを有してなり、上記一対の脚部材が
胴体部に対し相互に逆位相の回動動作を行うことによっ
て各足部材に対し進行方向に平行で床面に垂直な面内で
の長円動作及び円弧動作等の前後動作をなさしめる２足
歩行ロボットにおいて、上記胴体部には駆動部によって
正逆自在の回転力を与えられるクランク軸を左右水平方
向に設けてなり、上記一対の脚部材は脚平行リンクと推
進部ロッドとからなると共に、上記各足部材は推進機構
を具備した駆動足部材とこれに足リンクを介して連係す
るロボット本体の重量を断続的に支える支持足部材とか
らなり、上記脚平行リンクは上部を上記胴体部に枢支す
ると共に、下部を上記支持足部材に枢支してなり、上記
推進部ロッドは、上部の任意の部位を上記クランク軸の
クランクピン部に枢支し、またこれと連係した上端部も
しくは中間部等の別の部位を上記胴体部左右に設けられ
た支軸に遊嵌状に枢支すると共に、下端部を上記駆動足
部材に枢支してなり、上記クランク軸のクランクピン部
には該クランク軸とは独立して正逆自在に自転するよう
に、上記駆動部より回転力を伝達されてなる出力軸を具
備し、この出力軸に上記推進部ロッドが枢支されてな
り、上記クランク軸の回転により、上記一対の推進部ロ
ッドが相互に逆位相の回動動作を行うことによって、上
記各足部材に前後動作をなさしめると共に、上記支持足
部材と上記駆動足部材が上記足リンクを介して相互に上
下動作を行うことにより、上記駆動足部材の推進力を床
面に伝達もしくは非伝達なさしめる動作を反復してなる
ことを特徴とする２足歩行ロボットからなる。

【０００５】さらに他方の駆動系は上記胴体部の左右に
設けられたアイドラー板の中央に位置する駆動歯車を駆
動し、この両側に位置して、これに噛合する二つのアイ
ドラー歯車に所定の方向と速度の回転を与えてなり、上
記クランク軸の主軸に太陽歯車を遊嵌状に取付けると共
に、上記クランクピン部には上記太陽歯車に噛合させた
遊星歯車を上記主軸を中心に公転するように軸支し、こ
の遊星歯車の軸をもって出力軸となし、ストッパーが設
けられた制御レバーと上記アイドラー板は、互いに連係
して上記ストッパーもしくは上記アイドラー歯車を上記
太陽歯車に対して噛脱自在となし、上記太陽歯車を停止
させた状態もしくはこれに上記アイドラー歯車が噛合し
て上記太陽歯車に所定の回転速度を与えた状態のいずれ
かの状態を選択自在になさしめる機構を有してなり、上
記クランク軸を一方向に回転させると同時に上記太陽歯
車の回転を制御することにより上記クランクピン部の出
力軸を正逆自在に回転なさしめ、上記出力軸の回転は、
上記推進部ロッドに一体的に取付けられた伝達機構を介
して、上記駆動足部材の推進機構に伝達され、これに前
後自在の推進力を与えてなり、また、上記推進力にかか
わる駆動系は、左右独立に設けられて対をなし、上記左
右制御レバーの操作によって上記左右出力軸の回転方向
を選択し、これらに連なる上記左右駆動足部材のそれぞ
れの上記推進機構に左右独立した回転を与えて、これら
の前後方向の推進力を自由に選択可能ならしめ、ロボッ
ト本体の前後進はもとより左右旋回を可能としたことを
特徴とする。

【０００６】

【実施例】本発明の一実施例について以下説明する。図
１は本実施例の一動作状態における斜視図、図２はその
一部を破断した正面図、図３は図２の要部側面図で、い
ずれも簡略化してある。各図において、１は胴体部、２
はクランク軸、３は出力軸、４は駆動部、１０は脚部
材、１１は推進部ロッド、１４は脚平行リンク、１５は
支持脚、２０は足部材、２１は支持足部材、２２は駆動
足部材、２３は推進機構、２６は足リンク、３０は伝達
子、４０は太陽歯車、４２は遊星歯車、４４はストッパ
ー、４８ａ，ｂはアイドラー歯車（図１２、図１３）を
それぞれ示す。

【０００７】各図において本実施例における２足歩行ロ
ボット（以下本件ロボット）は、ロボット本体を構成す
る胴体部１とこの両側に位置する一対の脚部材１０，１
０と各脚部材１０の下端に設ける足部材２０とを有して
なる。

【０００８】この胴体部１の略中央部には、図２に示す
ように、上記クランク軸２がこの胴体部１を貫通して、
左右水平方向に設けられている。このクランク軸２の両
端部は、この胴体部１の両側から突出しており、後述す
るような左右逆位相の動作を行う。

【０００９】上記クランク軸２は、駆動部４によって正
逆自在の回転力を与えられており、この駆動部４は、モ
ータ、ギヤボックス等により構成されている。このモー
タとギヤボックスは上記胴体部１の内部に納められ、電
源となるバッテリ４ａは本実施例では上記足部材２０の
内部に納められている。上記駆動部４は、バッテリ４ａ
により回転するモータの回転駆動力をギヤボックスを介
して一定の回転比で上記クランク軸２に伝達してなる。

【００１０】この回転自在とされたクランク軸２は、図
１０に示すように、その両端のクランクピン部に出力軸
３を具備してなり、この出力軸３は、上記クランク軸２
の主軸に対して回転自在に軸支されて、該クランク軸２
とは独立して回転可能となっている。このように上記ク
ランク軸２の両端の出力軸３は、互いに該クランク軸２
の中心点に対して点対称の向きとされており、該クラン
ク軸２の回転に伴って互いに逆位相の回転動作を行う。

【００１１】一方、上記胴体部１の両側に位置する上記
一対の脚部材１０，１０は、図３に示すように、脚平行
リンク１４と推進部ロッド１１とからなり、上記胴体部
１に対し互いに逆位相の回動動作を行なうことによって
上記各足部材２０に対し進行方向に平行で床面に垂直な
面内での長円動作及び円弧動作等の前後動作をなさしめ
るものである。この脚平行リンク１４は、同一面内に配
置された一対の平板状の部材よりなり、その上部を上記
胴体部１の側面の下部にピン等により枢支されると共
に、その下部を平板形状の支持脚１５に枢支されてい
る。この支持脚１５は、後述する支持足部材２１の上面
に取付けられている。この支持脚１５が取付けられた支
持足部材２１は、上記脚平行リンク１４により、上記胴
体部１に対して常に平行に維持される。上記脚平行リン
ク１４は、上記支持脚１５を介することなく、上記支持
足部材２１に直接取付けられても良い。

【００１２】上記推進部ロッド１１は、上記脚平行リン
ク１４の外側に位置する一枚の多角形状の平板よりな
り、その略中間部には縦の長孔たる枢支部１２が設けら
れている。この推進部ロッド１１は、この枢支部１２に
おいて、案内子１３により上記胴体部１の側面に遊嵌状
に枢支され、この推進部ロッド１１の端部は回転自在か
つ任意の楕円軌道の回動動作が可能とされている。この
推進部ロッド１１は、その上端部を上記出力軸３に枢支
することにより、上記クランク軸２に連係し、その下端
部を後述する駆動足部材２２の推進機構２３に連係して
いる。また、図２に示すように、本実施例ではこの推進
部ロッド１１の下端部は外側に向かって屈曲している
が、これは、伝達、駆動、連結等の諸機能を同時に満た
す形状の一例である。この推進部ロッド１１の上記出力
軸３への枢支の位置と上記胴体部１の側面の枢支部１２
の位置はこれを交換してもよく、同様な回動動作が得ら
れる。

【００１３】図３において、上記脚部材１０，１０の下
端に設けられた上記足部材２０は、上記駆動足部材２２
と上記支持足部材２１とからなる。この駆動足部材２２
は上記推進機構２３を有してなり、この推進機構２３
は、上記左右足部材２０，２０の底部において左右独立
もしくは同一に制御可能とされるもので、動輪２４と補
助輪２５と駆動基板２７とよりなる。この動輪２４は、
図２に示すように、その側面に冠歯車部を有して、上記
したように推進部ロッド１１の下端に枢支されると共
に、後述する伝達子３０のピニオン３２と噛合して、こ
の伝達子３０の回転を受けて正逆回転自在とされてい
る。図３において、上記駆動基板２７は、一枚の平板よ
りなり、その一端が上記動輪２４と同軸で上記推進部ロ
ッド１１に回転自在に枢支されている。また、この駆動
基板２７の他端下側には上記補助輪２５が回転自在に取
付けられており、側面には足リンク２６の４支点のうち
後方の２支点が枢支されている。この推進機構２３は本
実施例の他、キャタピラ等でもよく、上記伝達子３０よ
り回転力を伝達されて前後推進可能なものであればよ
い。

【００１４】上記支持足部材２１は、上記駆動足部材２
２と連係してロボット本体の重量を断続的に支えるもの
である。この支持足部材２１は、図１に示すように、本
実施例においては上記駆動足部材２２を包含するような
箱状に形成され、その上部には、上記脚平行リンク１４
の下部を枢支する上記支持脚１５が取付けられている。
この支持脚１５は、上記支持足部材２１と一体となって
形成されてもよい。また、上記したように脚平行リンク
１４をこの支持足部材２１に直接取付ける場合には、上
記支持脚１５は不要となる。この支持足部材２１の略中
央には空間部が設けられており、この空間部の内部に、
図３に示すように、上記した推進機構２３と足リンク２
６とが納められている。この足リンク２６の上記駆動基
板２７に枢支されていない側の２支点は、上記支持足部
材２１の空間部の側面において、この支持足部材２１に
枢支されている。このように枢支された足リンク２６に
より、上記駆動足部材２２の回動運動が上記支持足部材
２１に伝達されてこれに同期した前後動作を行なわせ、
この前後動作に同期させて上記駆動足部材２２と支持足
部材２１が一定の位相関係を保ちながら互いに対して上
下動作を行う。本実施例では、この足リンク２６を平行
リンクとしていることによって、上記駆動足部材２２と
上記支持足部材２１とが互いに常に平行に維持される
が、変形リンクとすることによって、上記足部材２０の
先端部の動きを増幅することも可能である。

【００１５】上記推進部ロッド１１に取付られて、これ
と一体的に動作する上記伝達子３０は、図３に示すよう
に、上記推進部ロッド１１に対し回転自在に軸支された
回転棒からなるものである。この伝達子３０は、その上
端部が後述する歯車列を介して上記出力軸３に連係して
所定の回転を受けると共に、下端部が上記推進機構２３
に連係して上記所定の回転を上記推進機構２３に伝達し
てなる。この伝達子３０は、具体的には、図２に示すよ
うに、上記推進部ロッド１１の外側面に沿って取付けら
れており、その下端部の屈曲面でこの伝達子３０を軸支
してなる。この上下両端には、それぞれピニオン３１，
３２が固定されており、このピニオン３１とピニオン３
２とは、上記歯車列と上記した駆動足部材２２の動輪２
４の冠歯車部とにそれぞれ噛合する。

【００１６】上記歯車列は、図７に示すように、出力歯
車３５と中継歯車３３ａと冠歯車３３ｂとよりなり、上
記推進部ロッド１１の外側面に取付けられて、後述する
推進回転制御機構の遊星歯車４２の自転を上記伝達子３
０に伝達してなるものである。上記出力歯車３５は、上
記遊星歯車４２と同軸に固定され、この遊星歯車４２の
自転を伝達する。上記中継歯車３４は、上記推進部ロッ
ド１１に回転自在に取付けられて、上記出力歯車３５と
噛合する。上記冠歯車３３は、上記中継歯車３４と同軸
に取付けられると共に、上記したピニオン３１と噛合
し、上記中継歯車３４の回転を上記ピニオン３１に伝達
する。この伝達子３０は、本実施例のような軸の他、チ
ェーンやベルト等でもよく、上記出力軸３と推進機構２
３とに連係して、回転力を伝達するものであればよい。
また、これらの略中間部に屈曲状に動力伝達可能な中継
部を設ければ、上記脚部材１０の略中央部に関節状の形
状を得ることができる。

【００１７】上記した推進回転制御機構について以下説
明する。図８に示すのは、上記推進回転制御機構と上記
伝達子３０の歯車列との要部正面図である。また、概念
的に説明するために、この図８の主要構成部のみの断面
図を示したものが図１０である。この図１０において、
上記クランク軸２の、いわゆるクランクピン部に上記出
力軸３が遊嵌状に軸支して具備されている。一方、図８
において、上記クランク軸２の主軸上には、ピニオン４
０ａと平歯車４０ｂとからなる太陽歯車４０が遊嵌状に
取付けられている。また、上記出力軸３には、この出力
軸３と一体的に回転する遊星歯車４２が軸支固定される
と共に、該遊星歯車４２は上記太陽歯車４０のピニオン
４０ａに噛合している。

【００１８】図１１に示すように、上記出力軸３に軸支
固定された上記遊星歯車４２は、上記クランク軸２の回
転に伴って、上記クランク軸２の主軸を中心に公転す
る。ここで、上記クランク軸２に回転を与え、かつ上記
太陽歯車４０が後述するストッパー４４により係止され
停止状態にあるとき、上記遊星歯車４２は上記クランク
軸２の主軸の周りを公転しながら、これと同方向に自転
する。このときの自転速度は、上記クランク軸２の回転
速度と上記太陽歯車４０のビニオン部４０ａと上記遊星
歯車４２との歯車比で決定される。一方、上記クランク
軸２に回転を与え、かつ上記太陽歯車４０が後述する上
記駆動部４を分岐もしくはこれと独立した別の駆動経路
から、制御の目的を達成する所定の回転を与えられたと
き、上記遊星歯車４２は上記クランク軸２の主軸の周り
を公転しながら、これと逆方向に自転する。このときの
自転速度は、前述の条件がすでに決定されているとき、
上記太陽歯車４０の回転速度でのみ決定される。

【００１９】一方、図１２に示すように、上記太陽歯車
４０の近傍には制御レバー４３があり、この制御レバー
４３は、上記胴体部１の側面に取付けられ、上記胴体部
１の背面に設けられたモータにより動力を伝達されて制
御操作自在とされている。この制御レバー４３は多角形
状の平板よりなるもので、その一部には上記した太陽歯
車４０を係止しその回転を停止させる突起状のストッパ
ー４４が設けられている。上記制御レバー４３は、常時
上記ストッパー４４が上記太陽歯車４０の平歯車４０ｂ
に係脱自在に係止するように、バネにより付勢されてい
る。また、上記制御レバー４３の一端には、係止溝４５
が形成されており、この制御レバー４３が、上記したよ
うにそのストッパー４４において上記平歯車４０ｂを係
止させて上記太陽歯車４０の回転を停止させているとき
は、その係止溝４５に後述するアイドラー板４６の一端
に設けられた係止ピン５０を係止させて、各アイドラー
歯車４８ａ，ｂと上記太陽歯車４０とを非噛合状態とし
てなる。上記制御レバー４３の駆動源としては上記した
モータの他、電磁石や形状記憶合金やカム機構等が用い
られてもよく、上記制御レバー４３を任意に制御操作可
能なものであればよい。

【００２０】また、図１３に示すように、上記制御レバ
ー４３がモータにより駆動力を受けた時には、上記アイ
ドラー板４６の係止ピン５０が上記係止溝４５より係脱
すると共に、上記ストッパー４４と上記平歯車４０ｂと
が係脱して、後述するアイドラー歯車４８ａ，もしくは
４８ｂが上記平歯車４０ｂに噛合自在となる。このアイ
ドラー歯車４８ａ，ｂは、上記胴体部１に取付けられた
アイドラー板４６に対して二つ取付けられる。また、上
記アイドラー歯車４８ａ，ｂの中間には、これら相互に
噛合する駆動歯車４７が設けられており、上記アイドラ
ー歯車４８ａ，ｂのそれぞれはこの駆動歯車４７よりこ
れと逆方向の回転を伝達される。ここで上記アイドラー
板４６は上記駆動歯車４７と同軸で回転自在に取付けら
れており、この駆動歯車４７の回転時に生じる回転モー
メントにより、この軸を中心とした円弧動作を行なう。
このため、上記アイドラー歯車４８ａ，ｂは、この駆動
歯車４７の一方の回転により一方のアイドラー歯車４８
ａが、他方の回転により他方のアイドラー歯車４８ｂが
それぞれ上記太陽歯車４０の平歯車４０ｂに噛合自在と
してなる。

【００２１】このように、上記駆動歯車４７の回転方向
を任意に逆転させることにより、上記アイドラー歯車４
８ａ，ｂのいずれかを上記平歯車４０ｂに噛合させるこ
とができ、このアイドラー歯車４８ａ，ｂのいずれかを
介して、上記駆動歯車４７の回転を上記平歯車４０ｂに
伝達させることができる。本実施例における上記駆動歯
車４７は、図２に示すように、上記クランク軸２の駆動
源たる上記駆動部４よりこれを分岐して駆動力を伝達さ
れているが、このクランク軸２と独立した別の駆動経路
とすれば、上記駆動歯車４７を任意に直接駆動させるこ
とができるので、この駆動歯車４７自体に上記ストッパ
ー４４の役目を付加でき、上記制御レバー４３は不要と
なる。

【００２２】上記説明した構成により、上記クランク軸
２と上記遊星歯車４２との相対的な回転速度を変化させ
ることができ、結果として上記出力軸３の自転の方向が
正逆自在に制御可能となる。このように上記出力軸３の
自転の方向は、用いられる歯車の組合せにより任意に制
御され、上記クランク軸２が一定の速度で回転を与えら
れているとき、この主軸上の上記太陽歯車４０が上記ス
トッパー４４の係止により停止状態にあれば、これと任
意の歯車比で噛合された上記遊星歯車４２は、上記クラ
ンク軸２の回転と同方向でかつ任意の速度で回転し、し
たがって上記出力軸３も同方向の自転を行う。また、上
記クランク軸２が前述と同じように回転を与えられてい
るとき、上記太陽歯車４０が、上記アイドラー歯車４８
ａ，ｂのいずれか一方と噛合してこれと同方向でかつ制
御の目的を達成する固有の速度で回転状態にあれば、前
述と同じように噛合された上記遊星歯車４２は、その自
転を停止し、したがって上記出力軸３も停止する。さら
に、上記クランク軸２が前述と同じように回転を与えら
れているとき、上記太陽歯車４０が、上記アイドラー歯
車４８ａ，ｂのいずれか他方と噛合してこれと同方向で
かつ前述の速度より速い任意の速度で回転状態にあれ
ば、前述と同じように噛合された上記遊星歯車４２は、
上記クランク軸２の回転と逆方向でかつ任意の速度で回
転し、したがって上記出力軸３も逆方向の自転となる。
本実施例では、上記駆動部４の駆動力を二つ分岐して、
一つを上記クランク軸２の駆動のため、もう一つを上記
駆動歯車４７のためとしていることによって、上記クラ
ンク軸２と上記出力軸３の回転方向に関する相対関係は
常に一定で、上記クランク軸２の回転をすべて前述と逆
方向とすれば、上記出力軸３も全て前述と逆方向の回転
を得る。このとき上記駆動部４の回転の向きによって、
上記太陽歯車４０に噛合するのが、上記アイドラー歯車
４８ａであるかアイドラー歯車４８ｂであるかの差が生
じるが、結果とは無関係である。また、前述したように
上記駆動歯車４７の駆動源を上記クランク軸２のそれと
全く独立のものとすれば、さらに上記アイドラー歯車４
８ａ，ｂも不要となる。

【００２３】図１５に示すのは、本実施例の主要下部の
実質的な応用例である。その上部には受信ユニット６２
が設けられており、遠隔操作で上記クランク軸２の回転
を変動させ、上記制御レバー４３の動作を切替えられる
ようになっている。上記胴体部６０や推進部ロッド６１
は、実質的には本実施例における胴体部１や推進部ロッ
ド１１を構成する。この２足歩行ロボットには、さらに
頭や腕等上部部位が取付けられ、より動作を興味深いも
のとされてもよい。

【００２４】本実施例の動作について説明する。まず、
本実施例における２足歩行ロボットは両端のクランクピ
ン部が互いに逆位相の上記クランク軸２の回転が歩行動
作の基礎となる。そこで、左足の前進動作のみを概念的
に説明すれば、図３から図６において、上記クランク軸
２の回転に伴って、上記推進部ロッド１１の上端部が作
用を受け、上記案内子１３を支点として動作する。この
動作は、上記推進部ロッド１１の上部が上記クランク軸
２を中心とする時計回りの円運動し、下部が反時計回り
の楕円運動をするものである。この推進部ロッド１１の
下部の楕円運動は、上記脚平行リンク１４および足リン
ク２６を介して上記支持足部材２１に伝達されるため、
見掛け上は、ロボットが、図３から図４のように足部材
２０を上記胴体部１より前方に出し、図５のように前方
に出した足部材２０に上記胴体部１を引寄せ、図６のよ
うにこの胴体部１をさらに前方に押出し、最後に足部材
２０を前方に引寄せながら持ち上げて再び図３の状態に
もどる一連の歩行動作を行なうように見え、右足がこの
左足と逆位相の歩行動作をすることにより、これを繰返
すことで全体としてはこの右足と左足とを交互に前に出
しながら歩行するように見える。また、上記説明した動
作は、上記脚平行リンク１４と上記足リンク２６とによ
り、上記胴体部１と上記支持足部材２１と上記駆動足部
材２２とが、常に、それぞれ水平状態に姿勢を維持され
ながら行なわれる。

【００２５】一方、実質的な推進力源となる上記推進機
構２３の動輪２４は、上記出力軸３の自転を上記伝達子
３０により回転伝達されると共に、その枢支部を介して
上記した推進部ロッド１１の楕円運動と一体的に動作し
て上記支持足部材２１に対して上下運動することによ
り、接地状態と非接地状態とを繰返す。この動輪２４
は、図６のように、上記足部材２０が上記胴体部１の後
方に位置する状態から、図４のように、上記足部材２０
が前方に出される状態に移る間にのみ接地状態となり、
この足部材２０を前方に出す推進力を接地面に伝達す
る。その他の状態においては非接地状態となる。後退動
作についての詳細は省略するが、上記クランク軸２の回
転方向を変動させることにより、上記説明した前進動作
と全く逆の動作として行なわれるものである。

【００２６】次に、前後進、左右旋回動作の詳細につい
て説明する。図１４に示すのは、本件ロボットの前後
進、左右旋回動作を簡略的に表した平面図である。以
下、本件ロボットの前進に関わる回転を全て前転、後進
にかかわる回転を全て後転と定義する。ただし本実施例
において上記クランク軸２の回転方向と上記左右の脚部
材１０，１０の回動動作の方向は、常に逆回転の関係に
あるので、ここでは上記クランク軸２の回転に関しては
これに言及せず、単に左右の脚部材１０，１０の前転、
左右の脚部材１０，１０の後転という呼び方にとどめ
る。本件ロボットにおいて、上記左右の脚部材１０，１
０の前転、後転は、常に左右同期し、単純に上記胴体部
１に設けられた上記駆動部４の前転、後転で決定され
る。一方、各足部材２０，２０には、左右それぞれ独立
した推進機構２３が設けられており、上記脚部材１０，
１０の前転、後転と関わりなく、上記制御レバー４３の
操作によって上記推進機構２３の動輪２４を左右独立し
て前転、後転とすることができ、これらの回転を組合せ
ることにより、本件ロボットの前後進、左右旋回の多様
な歩行動作が可能となっている。

【００２７】はじめに、本件ロボットの前後進について
説明する。この場合、上記左右の制御レバー４３，４３
に対して何ら操作を行わないので、上記左右の制御レバ
ー４３，４３のストッパー４４，４４は常にバネによる
付勢を受け、上記左右の太陽歯車４０，４０を係止して
常にこれを停止状態とする。ここで、上記駆動部４を前
転とすれば、上記左右の脚部材１０，１０は前転とな
り、停止した上記左右の太陽歯車４０，４０により上記
左右の遊星歯車４２，４２も共に前転となり、結果的に
左右の動輪２４，２４とも前転となって、本件ロボット
は、図１４におけるＡのような前進を行う。次に、前述
の条件で、上記駆動部４を後転とすれば、上記左右の脚
部材１０，１０は後転となり、停止した上記左右の太陽
歯車４０，４０により、上記左右の遊星歯車４２，４２
も共に後転となり、結果的に左右の動輪２４，２４とも
後転となって、本件ロボットは、図１４におけるＢのよ
うな後進を行う。

【００２８】次に、本件ロボットの前進左信地旋回につ
いて説明する。この場合、上記右の制御レバー４３に対
しては何ら操作を行わず、したがって上記右の太陽歯車
４０を停止状態とし、上記左の制御レバー４３に対して
は背面のモータによってこれを駆動して、上記左の太陽
歯車４０を上記左のストッパー４４より解放して回転自
在とする。ここで、上記駆動部４を前転とすれば、上記
左右の脚部材１０，１０は前転となり、上記右の太陽歯
車４０のみが停止していることにより、上記右の遊星歯
車４２のみ前転となり、結果的に上記右の動輪２４のみ
が前転となる。一方、上記駆動部４の前転によって、上
記左の駆動歯車４７も前転となり、この回転モーメント
を受けて、上記アイドラー歯車４８ａ（もしくはｂ）は
回転自在なる上記左の太陽歯車４０と噛合してなる。こ
のとき、上記左の遊星歯車４２の自転を停止させる目的
を達成すべく上記左の駆動歯車４７によって上記左の太
陽歯車４０に、ある固有の前転速度を与えた場合、その
制御目的にしたがって上記左の遊星歯車４２は停止し、
結果的に上記左の動輪２４は停止する。上記右の動輪２
４が前転し、上記左の動輪２４が停止する場合、本件ロ
ボットは、図１４におけるＣのような前進左信地旋回を
行う。詳細な説明は省くが、前述の条件で上記駆動部４
を後転とすれば、本件ロボットは、図１４におけるＤの
ような後進左信地旋回を、また、上記駆動部４を前転
（もしくは後転）として、上記右（もしくは左）制御レ
バー４３のみを駆動させると、本件ロボットは、図１４
におけるＥ（もしくはＦ）のような前進（もしくは後
進）右信地旋回を行う。

【００２９】最後に、本件ロボットの左超信地旋回につ
いて説明する。この場合、上記左右の制御レバー４３に
対する操作は、前述の左信地旋回のときと全く同じであ
る。ここで、上記駆動部４を前転とすれば、前述のよう
に上記右の動輪２４は前転となる。一方、上記駆動部４
の前転によって、上記左の駆動歯車４７も前転となり、
前述のように上記アイドラー歯車４８ａ（もしくはｂ）
は回転自在なる上記左の太陽歯車４０と噛合してなる。
このとき、上記左の駆動歯車４７によって上記左の太陽
歯車４０に前述した固有の前転速度より高速の任意の前
転速度を与えた場合、上記左の遊星歯車４２は後転し、
結果的に上記左の動輪２４は後転する。上記右の動輪２
４が前転し、上記左の動輪２４が後転する場合、本件ロ
ボットは、図１４のＧのような左超信地旋回を行う。詳
細な説明は省くが、前述の条件で上記駆動部４を後転と
すれば、本件ロボットは、図１４のＨのような右超信地
旋回を、上記駆動部４を前転（もしくは後転）として、
上記右（もしくは左）制御レバー４３のみを駆動させて
も、本件ロボットは、前述と全く同質の右（もしくは
左）超信地旋回を行う。

【００３０】これらの前後進、左右旋回に関わる制御
は、２チャンネルのリモコン操作で可能であり、また、
クランク軸２と推進機構２３の駆動源をそれぞれ独立さ
せると無限の旋回性能、旋回速度の設定が可能である
が、本実施例のように、両方の駆動源を上記駆動部４の
ように一つにまとめ、したがって旋回機能の一部を省略
して、より簡易な構成とされてもよい。

【００３１】

【００３２】本実施例の基本機構を用いたその他の例に
ついて説明する。まず、他の実施例においては、クラン
ク軸２に枢支された推進部ロッド１１を駆動足部材２２
に枢支して、これに支持足部材２１を連係してなるとこ
ろ、これとは逆にこの推進部ロッド１１を支持足部材２
１に枢支して、一方駆動足部材２２は胴体部１に対して
円弧状に動作するよう脚平行リンク１４を介して胴体部
１に枢支しこれに支持足部材２１を連係させ、この駆動
足部材２２に胴体部１より脚平行リンク１４を介して推
進回転力を伝達させれば、支持足部材２１が回動動作を
行うに伴って、駆動足部材２２はこれに同期して胴体部
１に対する前後動作を行い、両者の連係により両者は互
いに対して上下動作を行う。このように、駆動足部材２
２と支持足部材２１を取換えた例においても、歩行動作
をなす２足歩行ロボットが掲げられる。

【００３３】次に、もっとも簡略な構造だが、支持足部
材２１（もしくは駆動足部材２２）をはじめから胴体部
１の下部に固定して設け、これに対してクランク機構等
により駆動足部材２２（もしくは支持足部材２１）を上
下動させれば、脚部材１０の前後動作はないものの片足
を中心に身体を傾け半身になる動作を反復しながら歩行
動作をなす２足歩行ロボットが掲げられる。

【００３４】次に、旋回性能およびその制御に関するそ
の他の例について述べる。本実施例において、本件ロボ
ットは、前後進、前進左右信地旋回、後進左右信地旋
回、左右超信地旋回等あらゆる旋回が可能であるが、詳
しい具体例はここでは省くが、動力源の数を削減した
り、一部の機構もしくは制御に関わる歯車を適宜省略し
て、その旋回性能を一部省略することが可能であること
は前述したとおりである。また本実施例では、制御に関
わる機構を左右一対に設けることを前提としていたが、
これを右ないし左に一つしか設けないとすれば、本件ロ
ボットは片側だけにしか旋回できなくなるものの、一応
全方向への移動は可能である。さらに制御に関わる機構
を全く設けないとすれば、本件ロボットは前後進するだ
けであるが、玩具としては最低限成立する。このよう
に、本件ロボットに前後進、左右旋回をさせるために
は、２チャンネルのリモコンもしくはラジコンで操作す
ることが率直な方法であるが、これを１チャンネルにし
ても後進時（もしくは前進時）のみ片側旋回するロボッ
ト、カム等の機械プログラムによって自由に方向転回し
ながら無操作で歩行するロボット、さらにコンピュータ
やセンサを搭載してそのプログラムに基き、自立歩行す
るロボット等が、その他の例として考えられる。

【００３５】最後に、その他の例として多足歩行ロボッ
トへの応用の可能性について述べる。偶数足はもとより
奇数足のロボットも可能で、それらの足の配列も前後
列、左右並列、前後左右の内外列、上下列等、無限の配
列が考えられる。それらの足の全部もしくは一部に、本
実施例の２足歩行機構を設ければ、新たにこれらの機構
を全体的に同期させる必要が生じるものの、全体的な安
定性は増し、個々の足を小さく設定することも可能であ
る。また旋回に関しても、前述の信地旋回、超信地旋回
の他に、操舵方式による旋回が新たに付記される。上述
のような本実施例の２足歩行機構を用いた多足歩行ロボ
ットも、その他の例として掲げておく。

【００３６】

【発明の効果】上記説明したように本発明は、胴体部に
設けたクランク軸のクランクピン部の特殊な構造、もし
くはその周辺機構に関わるもので、特に一つの動力源で
クランク軸を回転させながら、そのクランクピン部から
足の推進機構のための駆動力を取出すことが可能となっ
た効果がある。しかも本発明によれば、足部材を駆動足
部材と支持足部材とから構成すると共に、これ等を足リ
ンクを介して連係し、互いに一定の位相関係を保ちなが
ら上下動作を行なわしめて、推進力を床面に伝達もしく
は非伝達なさしめる動作を反復せしめたことにより、ロ
ボットが一方の足を交互に上げながら歩行するという実
感が伴った歩行動作をなさしめることができるという効
果がある。

【００３７】更に本発明は、機械的に連係した制御機構
を構成したことにより、電子制御に頼ることなく所定の
駆動軸、伝達子、歯車など正逆回転自在となし、また伝
達の新しい方法により、常時運動状態にある推進機構に
駆動力を伝達させることを可能にできるという効果があ
り、歩行動作の実感と旋回性能を損うことなく、より小
型で非常に簡便な構造の２足歩行機構を達成できるとい
う効果がある。

【００３８】また、本発明は、全体の構成要素のどれ一
つ欠けても達成できず、それぞれの機構が高次元で調和
し、連係し、その一方、この新機構は、目的に合わせて
機能満載にすることも、また逆に、機能の一部を省略す
ることもでき、設計の応用が広範囲にできるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の一動作状態における斜視図で
ある。

【図２】図１の一部を破断した正面図である。

【図３】図２の要部側面図である。

【図４】実施例の一動作状態における要部側面図であ
る。

【図５】実施例の一動作状態における要部側面図であ
る。

【図６】実施例の一動作状態における要部側面図であ
る。

【図７】図４の要部側面図である。

【図８】図７の要部正面図である。

【図９】図８の分解斜視図である。

【図１０】推進回転制御機構の一動作状態における要部
の正面からみた断面図である。

【図１１】推進回転制御機構の一動作状態における要部
側面図である。

【図１２】推進回転制御機構の一動作状態における要部
側面図である。

【図１３】図１２の一動作状態における要部側面図であ
る。

【図１４】旋回状態の要部平面図である。

【図１５】応用例の全体斜視図である。

【符号の説明】

１ 胴体部 ２ クランク軸 ３ 出力軸 ４ 駆動部 １０ 脚部材 １１ 推進部ロッド １２ 枢支部 １４ 脚平行リンク ２０ 足部材 ２１ 支持足部材 ２２ 駆動足部材 ２３ 推進機構 ２４ 動輪 ２６ 足リンク ３０ 伝達子 ４０ 太陽歯車 ４０ａ ピニオン ４０ｂ 平歯車 ４２ 遊星歯車 ４３ 制御レバー ４４ ストッパー ４５ 係止溝 ４６ アイドラー板 ４８ａ アイドラー歯車 ４８ｂ アイドラー歯車

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 隆志 東京都葛飾区青戸４丁目19番16号 株式 会社タカラ内 (56)参考文献 実開 平４−55389（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A63H 11/18 A63H 29/22 A63H 31/08

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 胴体部とこの両側に設ける一対の脚部材
   と各脚部材の下端に設ける足部材とを有してなり、上記
   一対の脚部材が胴体部に対し相互に逆位相の回動動作を
   行うことによって各足部材に対し進行方向に平行で床面
   に垂直な面内での長円動作及び円弧動作等の前後動作を
   なさしめる２足歩行ロボットにおいて、 上記胴体部には駆動部によって正逆自在の回転力を与え
   られるクランク軸を左右水平方向に設けてなり、 上記一対の脚部材は脚平行リンクと推進部ロッドとから
   なると共に、上記各足部材は推進機構を具備した駆動足
   部材とこれに足リンクを介して連係するロボット本体の
   重量を断続的に支える支持足部材とからなり、 上記脚平行リンクは上部を上記胴体部に枢支すると共
   に、下部を上記支持足部材に枢支してなり、 上記推進部ロッドは、上部の任意の部位を上記クランク
   軸のクランクピン部に枢支し、またこれと連係した上端
   部もしくは中間部等の別の部位を上記胴体部左右に設け
   られた支軸に遊嵌状に枢支すると共に、下端部を上記駆
   動足部材に枢支してなり、 上記クランク軸のクランクピン部には該クランク軸とは
   独立して正逆自在に自転するように、上記駆動部より回
   転力を伝達されてなる出力軸を具備し、この出力軸に上
   記推進部ロッドが枢支されてなり、 上記クランク軸の回転により、上記一対の推進部ロッド
   が相互に逆位相の回動動作を行うことによって、上記各
   足部材に前後動作をなさしめると共に、上記支持足部材
   と上記駆動足部材が上記足リンクを介して相互に上下動
   作を行うことにより、 上記駆動足部材の推進力を床面に伝達もしくは非伝達な
   さしめる動作を反復してなることを特徴とする２足歩行
   ロボット。
2. 【請求項２】 上記推進部ロッドには伝達機構を一体的
   に取付けてなり、かつこの伝達機構の上端部は上記出力
   軸に連係して所定の回転を受けると共に、下端部は上記
   駆動足部材の推進機構に連係して上記回転を上記推進機
   構に伝達してなり、 上記クランク軸の回転により、上記一対の推進部ロッド
   が相互に逆位相の回動動作を行うことに伴い、上記伝達
   機構はこの回動動作と一体的に回動してなることによっ
   て、 上記伝達機構に連係された上記推進機構は、床面に対す
   る前後動作および上記支持足部材に対する上下動作の一
   連の反復運動を行いながら、推進力を所定の位相状態の
   ときにのみ床面に伝達してなることを特徴とする上記請
   求項１記載の２足歩行ロボット。
3. 【請求項３】 上記クランク軸の主軸には太陽歯車を遊
   嵌状に取付けると共に、上記クランクピン部には上記太
   陽歯車に噛合させた遊星歯車を上記主軸を中心に公転す
   るように軸支し、この遊星歯車の軸をもって上記出力軸
   となし、 上記クランク軸を回転させると同時に、これと独立して
   上記太陽歯車に停止または任意の回転を与えることによ
   り、上記出力軸を任意の方向および速度で自転するよう
   にしたことを特徴とする上記請求項２記載の２足歩行ロ
   ボット。
4. 【請求項４】 上記太陽歯車の回転の停止または解放を
   なすために、この太陽歯車に対して係脱自在に係止する
   ストッパーを設けると共に、これと連係して上記太陽歯
   車に対して噛脱自在に噛合するアイドラー歯車を設けて
   なり、該アイドラー歯車が上記太陽歯車と噛合して任意
   の回転を伝達してなり、 上記クランク軸を一方向に回転させたまま、上記太陽歯
   車に対して上記ストッパーによって太陽歯車を停止させ
   るか、または上記アイドラー歯車を噛合させることによ
   り上記クランクピン部の出力軸に所定の方向と速度の回
   転を選択なさしめ、この回転を上記伝達機構により上記
   駆動足部材の推進機構に伝達させ推進動作の方向及び速
   度変更をなさしめてなることを特徴とする上記請求項３
   記載の２足歩行ロボット。
5. 【請求項５】 上記アイドラー歯車は所定の回転方向と
   速度を与えられた駆動歯車を中心にその両側に二つ相互
   に噛合してかつ円弧状に動作するようにアイドラー板に
   取付けられてなり、 この駆動歯車の一方向の回転により一方のアイドラー歯
   車が、他方向の回転により他方のアイドラー歯車がそれ
   ぞれ上記太陽歯車に噛合自在としてなることを特徴とす
   る上記請求項４記載の２足歩行ロボット。
6. 【請求項６】 上記太陽歯車のストッパーは制御レバー
   に設けられてなり、かつこの制御レバーは常時上記スト
   ッパーが上記太陽歯車を停止するように付勢されてなる
   と共に、この制御レバーには上記アイドラー板に対して
   係脱自在の係止溝が設けられてなり、 上記太陽歯車がストッパーにより停止され、かつ上記制
   御レバーの係止溝に上記アイドラー板が係止されること
   により、各アイドラー歯車が太陽歯車と非噛合となる状
   態、もしくは上記太陽歯車がストッパーより解放され、
   かつ上記アイドラー板が上記制御レバーの係止溝より解
   放され、アイドラー歯車のどちらかが太陽歯車と噛合す
   る状態の、いずれかの状態を選択自在になさしめてなる
   ことを特徴とする上記請求項５記載の２足歩行ロボッ
   ト。