JP3080927B2 - 多関節ロボットの進行波移動方式 - Google Patents
多関節ロボットの進行波移動方式Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車輪機構を持たな
い型式の多関節ロボットであって、同種の関節モジュー
ルを結合して成る多関節ロボットの進行波移動制御方式
に関するものである。
い型式の多関節ロボットであって、同種の関節モジュー
ルを結合して成る多関節ロボットの進行波移動制御方式
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】同種の関節モジュールを結合して成る多
関節ロボットとして、回転機構及び車輪機構の２自由度
を持つ同種の関節を多数個連結したロボットと、回転機
構の１自由度だけを持つ同種の関節を多数個連結したロ
ボットとがそれぞれ提案されている。
関節ロボットとして、回転機構及び車輪機構の２自由度
を持つ同種の関節を多数個連結したロボットと、回転機
構の１自由度だけを持つ同種の関節を多数個連結したロ
ボットとがそれぞれ提案されている。
【０００３】２自由度を持つ同種の関節モジュールを多
数個連結したロボットとしては、第２回日本ロボット学
会講演論文集第２３７〜２３８頁（昭和５９年１１月２
９日，３０日，１２月１日）に示されるような多関節ロ
ボット１が提案されている。この多関節ロボット１は、
図２０及び図２２に示すように、一対の車輪２と、これ
らの車輪２を回転駆動する車輪駆動用モータ３と、互い
に隣り合う一対の車輪２の車輪軸２ａ間に連結される一
対のリンク４と、これらのリンク４を回転駆動するリン
ク回転用モータ５とをそれぞれ有する同種（同一構造）
の関節モジュール（ユニット）６を多数個、直列状に連
結したものであり、この連結状態の下では互いに隣り合
う関節モジュール６の連結部分が関節７となされてい
る。そして、このロボット１は、外部の電源８からケー
ブル９を介して供給される電力とコントローラ１０から
ケーブル９を介して供給される制御信号とによって駆動
（移動）されるようになっている。
数個連結したロボットとしては、第２回日本ロボット学
会講演論文集第２３７〜２３８頁（昭和５９年１１月２
９日，３０日，１２月１日）に示されるような多関節ロ
ボット１が提案されている。この多関節ロボット１は、
図２０及び図２２に示すように、一対の車輪２と、これ
らの車輪２を回転駆動する車輪駆動用モータ３と、互い
に隣り合う一対の車輪２の車輪軸２ａ間に連結される一
対のリンク４と、これらのリンク４を回転駆動するリン
ク回転用モータ５とをそれぞれ有する同種（同一構造）
の関節モジュール（ユニット）６を多数個、直列状に連
結したものであり、この連結状態の下では互いに隣り合
う関節モジュール６の連結部分が関節７となされてい
る。そして、このロボット１は、外部の電源８からケー
ブル９を介して供給される電力とコントローラ１０から
ケーブル９を介して供給される制御信号とによって駆動
（移動）されるようになっている。
【０００４】この場合、各関節７は、車輪駆動用モータ
３及びリンク回転用モータ５の２種類の駆動手段による
２自由度を持っている。かくして、リンク回転用モータ
５にてリンク４を回転させて車輪２を上下動させながら
凹凸面上に車輪２を乗せた後に、車輪２を回転駆動して
ロボット全体を前進させることにより移動できるように
構成されている。図２１（ａ）〜（ｅ）は多関節ロボッ
ト１が障害１１に対応して移動する状態を示すものであ
って、図２１（ａ）に示す如く平坦路面１２上を移動し
て障害１１に達したときには図２１（ｂ）に示す如く多
関節ロボット１が反転移動されるか、或いは、図２１
（ｃ）に示すようにその障害１１に沿って立ち上がった
後に図２１（ｄ）に示すように障害１１上に乗り上が
り、図２１（ｅ）に示すようにして障害１１を乗り越え
るように移動する。
３及びリンク回転用モータ５の２種類の駆動手段による
２自由度を持っている。かくして、リンク回転用モータ
５にてリンク４を回転させて車輪２を上下動させながら
凹凸面上に車輪２を乗せた後に、車輪２を回転駆動して
ロボット全体を前進させることにより移動できるように
構成されている。図２１（ａ）〜（ｅ）は多関節ロボッ
ト１が障害１１に対応して移動する状態を示すものであ
って、図２１（ａ）に示す如く平坦路面１２上を移動し
て障害１１に達したときには図２１（ｂ）に示す如く多
関節ロボット１が反転移動されるか、或いは、図２１
（ｃ）に示すようにその障害１１に沿って立ち上がった
後に図２１（ｄ）に示すように障害１１上に乗り上が
り、図２１（ｅ）に示すようにして障害１１を乗り越え
るように移動する。
【０００５】また、１自由度を持つ同種の関節モジュー
ルを多数個連結したロボットとしては、第１３回日本ロ
ボット学会学術講演会第４９９〜５００頁（１９９７年
１１月）に示されるような多関節ロボット２０が提案さ
れている。この多関節ロボット２０は、図２３及び図２
５に示すように、胴体部２１と、互いに隣り合う胴体部
２１を連結する関節２２と、この関節２２を回転させる
モータ２３とをそれぞれ有する同種の関節モジュール
（ユニット）２４を多数個連結したものであり、外部の
電源２５からケーブル２６を介して供給される電力とコ
ントローラ２７からケーブル２６を介して供給される制
御信号とにより駆動されるようになっている。なお、こ
の多関節ロボット２０にあっては、図２４に示すよう
に、ロボット全体の形状が矩形波となるように各関節２
２が回転されて進行波移動するように構成されている。
ルを多数個連結したロボットとしては、第１３回日本ロ
ボット学会学術講演会第４９９〜５００頁（１９９７年
１１月）に示されるような多関節ロボット２０が提案さ
れている。この多関節ロボット２０は、図２３及び図２
５に示すように、胴体部２１と、互いに隣り合う胴体部
２１を連結する関節２２と、この関節２２を回転させる
モータ２３とをそれぞれ有する同種の関節モジュール
（ユニット）２４を多数個連結したものであり、外部の
電源２５からケーブル２６を介して供給される電力とコ
ントローラ２７からケーブル２６を介して供給される制
御信号とにより駆動されるようになっている。なお、こ
の多関節ロボット２０にあっては、図２４に示すよう
に、ロボット全体の形状が矩形波となるように各関節２
２が回転されて進行波移動するように構成されている。
【０００６】また、その他に、この種のロボットとして
は、日本機会学会通常総会オーガナイズドセッション、
マイクロマニファクチャリング（１９９６年４月）にお
いて、１自由度を持つ同種の関節モジュールを多数個連
結した多関節ロボット３０が提案されている。この多関
節ロボット３０は、図２６に示すように、固定リンク部
３１と、１軸まわりに回転する形状の関節３２ａ（ロー
ル軸；Ｚ軸まわりに回転する関節），３２ｂ（ヨー軸；
Ｘ軸まわりに回転する関節），及び３２ｃ（ピッチ軸；
Ｙ軸まわりに回転する関節）を金属板から成るリンク３
３にて交互に結合した４本の脚３４ａ，３４ｂ，３４
ｃ，３４ｄとにより構成して成るものである。なお、各
脚３４ａ〜３４ｄの先端には、回転しない固定軸３５が
それぞれ配設されている。かくして、この多関節ロボッ
ト３０は、外部の電源３８からケーブル３６を介して供
給される電力とコントローラ３７からケーブル３６を介
して供給される制御信号とにより駆動されるようになっ
ている。
は、日本機会学会通常総会オーガナイズドセッション、
マイクロマニファクチャリング（１９９６年４月）にお
いて、１自由度を持つ同種の関節モジュールを多数個連
結した多関節ロボット３０が提案されている。この多関
節ロボット３０は、図２６に示すように、固定リンク部
３１と、１軸まわりに回転する形状の関節３２ａ（ロー
ル軸；Ｚ軸まわりに回転する関節），３２ｂ（ヨー軸；
Ｘ軸まわりに回転する関節），及び３２ｃ（ピッチ軸；
Ｙ軸まわりに回転する関節）を金属板から成るリンク３
３にて交互に結合した４本の脚３４ａ，３４ｂ，３４
ｃ，３４ｄとにより構成して成るものである。なお、各
脚３４ａ〜３４ｄの先端には、回転しない固定軸３５が
それぞれ配設されている。かくして、この多関節ロボッ
ト３０は、外部の電源３８からケーブル３６を介して供
給される電力とコントローラ３７からケーブル３６を介
して供給される制御信号とにより駆動されるようになっ
ている。
【０００７】図２７は図２６において矢印Ｍで示す関節
部分Ｐの構成を示している。図２７に示のように、この
関節部分Ｐを構成する球状の各関節４０の内部には、駆
動モータ４１と、減速機４２と、モータコントローラ４
３と、駆動モータ４１へのデジタル指令値を伝送するた
めのＬＡＮ Ｉ／Ｆ（インターフェイス）４４と、駆動
モータ４１の回転数を計測するエンコーダ４５とがそれ
ぞれ内蔵されており、関節４０は決められた量だけ一軸
まわりに回転させることができるように構成されてい
る。また、図２８に示すように、関節４０の表面に３個
の接触センサ４６ａ，４６ｂ，４６ｃが付設され、これ
らの接触センサ４６ａ，４６ｂ，４６ｃによって対象物
（相手物）との接触の有無並びに接触方向を検知するこ
とができるようになっている。
部分Ｐの構成を示している。図２７に示のように、この
関節部分Ｐを構成する球状の各関節４０の内部には、駆
動モータ４１と、減速機４２と、モータコントローラ４
３と、駆動モータ４１へのデジタル指令値を伝送するた
めのＬＡＮ Ｉ／Ｆ（インターフェイス）４４と、駆動
モータ４１の回転数を計測するエンコーダ４５とがそれ
ぞれ内蔵されており、関節４０は決められた量だけ一軸
まわりに回転させることができるように構成されてい
る。また、図２８に示すように、関節４０の表面に３個
の接触センサ４６ａ，４６ｂ，４６ｃが付設され、これ
らの接触センサ４６ａ，４６ｂ，４６ｃによって対象物
（相手物）との接触の有無並びに接触方向を検知するこ
とができるようになっている。
【０００８】図２９は、図２６に示す多関節ロボット３
０が狭隘部を移動するときの代表的な進行波移動パター
ン（蛇移動パターン）を示している。この進行波移動
は、多関節ロボット３０がサイン（正弦）波形を形成し
ながら繰り返して前に進むようにするために、後ろ側の
脚３４ｃ，３４ｄ（図２６参照）の先端の関節部分から
順次に回転させて１波づつ送ることにより行われる。
０が狭隘部を移動するときの代表的な進行波移動パター
ン（蛇移動パターン）を示している。この進行波移動
は、多関節ロボット３０がサイン（正弦）波形を形成し
ながら繰り返して前に進むようにするために、後ろ側の
脚３４ｃ，３４ｄ（図２６参照）の先端の関節部分から
順次に回転させて１波づつ送ることにより行われる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、移動ロボッ
トのマイクロマシン化を考えた場合、移動ロボットを構
成する関節の自由度が少ない方がメカ構造はシンプルで
あり、１自由度の同種の関節モジュールを多数個連結し
た多関節ロボットは、マイクロマシン化に有利である。
しかしながら、図２３や図２６に示すような車輪機構を
持たない１自由度の同種の関節モジュールを多数個連結
した多関節ロボット２０，３０の進行波移動手段に関し
ては、次のような課題がある。すなわち、図２３や図２
６に示す多関節ロボット２０，３０に関しては、図２４
や図２９に示すような進行波移動方式が提案されている
が、以下に記述する如く、階段等の凸凹のある場所を移
動できないのが大きな問題点である。
トのマイクロマシン化を考えた場合、移動ロボットを構
成する関節の自由度が少ない方がメカ構造はシンプルで
あり、１自由度の同種の関節モジュールを多数個連結し
た多関節ロボットは、マイクロマシン化に有利である。
しかしながら、図２３や図２６に示すような車輪機構を
持たない１自由度の同種の関節モジュールを多数個連結
した多関節ロボット２０，３０の進行波移動手段に関し
ては、次のような課題がある。すなわち、図２３や図２
６に示す多関節ロボット２０，３０に関しては、図２４
や図２９に示すような進行波移動方式が提案されている
が、以下に記述する如く、階段等の凸凹のある場所を移
動できないのが大きな問題点である。
【００１０】図２４や図２９に示す進行波移動中の各関
節角度は、正弦波を用いた下記の式（１）で近似するこ
とができる。
節角度は、正弦波を用いた下記の式（１）で近似するこ
とができる。
【数３】 ここで、上記の式（１）中の変数は、図３０に示すよう
に、θｉは基準面（階段の床面）５０とｉ番目の関節５
１とのがす角度、Ｋは進行波の最大傾き角、ωは進行波
の角速度（関節の角速度）、ｔは時間、ｈは関節５１，
５２間の位相差、ｉは関節番号である。また、φi は、
ｉ−１番目の関節５２とｉ番目の関節５１の実際の回転
角度（ロボット座標系）である。
に、θｉは基準面（階段の床面）５０とｉ番目の関節５
１とのがす角度、Ｋは進行波の最大傾き角、ωは進行波
の角速度（関節の角速度）、ｔは時間、ｈは関節５１，
５２間の位相差、ｉは関節番号である。また、φi は、
ｉ−１番目の関節５２とｉ番目の関節５１の実際の回転
角度（ロボット座標系）である。
【００１１】上記の式（１）に示す進行波による階段移
動では、図３１（ａ）〜（ｄ）及び図３２（ａ）〜
（ｄ）で示す解析結果（運動力学解析ソフト：ワーキン
グモデル３Ｄの解析結果）のように多関節ロボット３０
は階段５４を滑り落ちてしまう。なお、図３１（ａ）〜
（ｄ）及び図３２（ａ）〜（ｄ）は多関節ロボット３０
の一連の移動動作を順次に連続して示している。このよ
うに多関節ロボット３０が階段５４を滑り落ちてしまう
原因は、図３３に示すように階段５４の垂直壁５４ａに
接触した中間部分の関節５５が垂直壁５４ａから受ける
反力ｆにより押し戻されること、並びに、図３４に示す
ように先端の関節５６の傾斜Ｑ 2 が階段５４の傾斜Ｑ 1
よりも上向きになり、次の段５４ｂ上に関節５６がきち
んと上がりきらないためである。
動では、図３１（ａ）〜（ｄ）及び図３２（ａ）〜
（ｄ）で示す解析結果（運動力学解析ソフト：ワーキン
グモデル３Ｄの解析結果）のように多関節ロボット３０
は階段５４を滑り落ちてしまう。なお、図３１（ａ）〜
（ｄ）及び図３２（ａ）〜（ｄ）は多関節ロボット３０
の一連の移動動作を順次に連続して示している。このよ
うに多関節ロボット３０が階段５４を滑り落ちてしまう
原因は、図３３に示すように階段５４の垂直壁５４ａに
接触した中間部分の関節５５が垂直壁５４ａから受ける
反力ｆにより押し戻されること、並びに、図３４に示す
ように先端の関節５６の傾斜Ｑ 2 が階段５４の傾斜Ｑ 1
よりも上向きになり、次の段５４ｂ上に関節５６がきち
んと上がりきらないためである。
【００１２】本発明は、このような問題点を解消すべく
なされたものであって、その目的は、車輪機構を持たな
い同じモジュールを多数連結した多関節ロボットに関し
て、進行波移動で階段等の段差を円滑にかつ確実に移動
可能にすることができるような多関節ロボットの進行波
移動方式を提供することにある。
なされたものであって、その目的は、車輪機構を持たな
い同じモジュールを多数連結した多関節ロボットに関し
て、進行波移動で階段等の段差を円滑にかつ確実に移動
可能にすることができるような多関節ロボットの進行波
移動方式を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明では、車輪機構を持たない型式の階段移動
用の多関節ロボットであって、同種の関節モジュールを
結合して成る多関節ロボットの進行波移動制御方式にお
いて、正弦波と余弦波とを組み合わせた進行波であっ
て、かつ、以下に記載の条件、すなわち、 〈条件１〉 前記進行波の波長が、階段の波長と同じで
あること。 〈条件２〉 前記多関節ロボットが前記階段の床面とな
す最大傾斜角度が、前 記階段を登ることができる進行波
の最大傾斜角度以下であること。 〈条件３〉 １回の進行波の移動量が、互いに隣り合う
関節の中心間の長さ以 上であること。 を全て満たす進行波 を演算し、これにより得られる進行
波にて前記多関節ロボットを階段移動させるようにして
いる。また、本発明では、前記進行波の演算を下記の式
に基づいて行なうようにし、これにより階段移動を可能
としている。
めに、本発明では、車輪機構を持たない型式の階段移動
用の多関節ロボットであって、同種の関節モジュールを
結合して成る多関節ロボットの進行波移動制御方式にお
いて、正弦波と余弦波とを組み合わせた進行波であっ
て、かつ、以下に記載の条件、すなわち、 〈条件１〉 前記進行波の波長が、階段の波長と同じで
あること。 〈条件２〉 前記多関節ロボットが前記階段の床面とな
す最大傾斜角度が、前 記階段を登ることができる進行波
の最大傾斜角度以下であること。 〈条件３〉 １回の進行波の移動量が、互いに隣り合う
関節の中心間の長さ以 上であること。 を全て満たす進行波 を演算し、これにより得られる進行
波にて前記多関節ロボットを階段移動させるようにして
いる。また、本発明では、前記進行波の演算を下記の式
に基づいて行なうようにし、これにより階段移動を可能
としている。
【数４】 ここで、 θｉ ： i番面の関節と基準面とのなす角 Ｋ ： 進行波の最大傾き角 ｋ1 ，ｋ2 ： 係数 ω ： 進行波の角速度すなわち関節の角速度 ｔ ： 時間 ｉ ： 関節番号 ｄ ： 互いに隣り合う関節間の位相差 また、本発明では、前記進行波の演算を下記の式に基づ
いて行なうようにし、これにより階段移動を可能として
いる。
いて行なうようにし、これにより階段移動を可能として
いる。
【数５】 ここで、 θｉ ： i番面の関節と基準面とのなす角 Ｋ ： 進行波の最大傾き角 ｋ１ ，ｋ２ ： 係数 ω ： 進行波の角速度すなわち関節の角速度 ｔ ： 時間 ｉ ： 関節番号 ｄ ： 互いに隣り合う関節間の位相差 また、本発明では、前記正弦波と余弦波とを組み合わせ
た進行波で平面を移動中に関節が物と接触した際に、床
面に接地している両脚の関節間の間隔が変化することに
基づいて、関節が床面以外の物と接触したことを検知
し、床面以外の物と接触した後において接地する関節の
間隔が一定になるように進行波を変更して前記多関節ロ
ボットの全高を調整し、これにより前記多関節ロボット
を狭い場所（狭隘部）でも移動し得るようにしている。
た進行波で平面を移動中に関節が物と接触した際に、床
面に接地している両脚の関節間の間隔が変化することに
基づいて、関節が床面以外の物と接触したことを検知
し、床面以外の物と接触した後において接地する関節の
間隔が一定になるように進行波を変更して前記多関節ロ
ボットの全高を調整し、これにより前記多関節ロボット
を狭い場所（狭隘部）でも移動し得るようにしている。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図１〜図３３を参照して説明する。なお、以下の説明に
おいては、既述の説明及び図面を参酌して本発明の実施
形態を説明することとする。
図１〜図３３を参照して説明する。なお、以下の説明に
おいては、既述の説明及び図面を参酌して本発明の実施
形態を説明することとする。
【００１５】本発明の第１実施形態においては、図２６
に示した多関節ロボット３０を用い、この多関節ロボッ
ト３０を図７に示す操作フロー（後に詳述する）で作動
させることにより、進行波移動で階段５４を移動せしめ
るようにしている。
に示した多関節ロボット３０を用い、この多関節ロボッ
ト３０を図７に示す操作フロー（後に詳述する）で作動
させることにより、進行波移動で階段５４を移動せしめ
るようにしている。
【００１６】まず、多関節ロボット３０が階段５４を登
ることができる進行波形を考察すると、以下の如くであ
る。すなわち、従来技術において、既述の式（１）に示
す進行波では階段５４を登ることができないことを図３
３及び図３４を参照して説明した。そこで、階段５４を
登ることができるための進行波の条件を考察すると、そ
の条件は以下の３つである。
ることができる進行波形を考察すると、以下の如くであ
る。すなわち、従来技術において、既述の式（１）に示
す進行波では階段５４を登ることができないことを図３
３及び図３４を参照して説明した。そこで、階段５４を
登ることができるための進行波の条件を考察すると、そ
の条件は以下の３つである。
【００１７】〈条件１〉 図１に示す進行波の波長λ
が、階段５４の波長Ｌと同じであること。
が、階段５４の波長Ｌと同じであること。
【００１８】〈条件２〉 図２に示す多関節ロボット３
０が基準面（階段の床面）５０となす最大傾斜角度θ
が、図３（ｂ）に示すθmax 以下であること。なお、上
記θmax は下記の式（２）により求められる。
０が基準面（階段の床面）５０となす最大傾斜角度θ
が、図３（ｂ）に示すθmax 以下であること。なお、上
記θmax は下記の式（２）により求められる。
【数６】 ここで、θmax は階段５４を昇ることができる進行波の
最大傾斜角度、θs は階段５４の傾斜角度、θ0 は次の
段に関節４０を接地することができる最大傾斜角度であ
る（図２，図３（ａ），（ｂ）参照）。なお、上記最大
傾斜角度θ0 は、関節４０の大きさＤと、関節４０間の
長さ（関節間距離）Ｄh と、階段５４に登る際の余裕し
ろＤs とより、下記の式（３）で決まる。
最大傾斜角度、θs は階段５４の傾斜角度、θ0 は次の
段に関節４０を接地することができる最大傾斜角度であ
る（図２，図３（ａ），（ｂ）参照）。なお、上記最大
傾斜角度θ0 は、関節４０の大きさＤと、関節４０間の
長さ（関節間距離）Ｄh と、階段５４に登る際の余裕し
ろＤs とより、下記の式（３）で決まる。
【数７】
【００１９】〈条件３〉 １回の進行波の移動量Ｌ
m が、図３に示すＬw （互いに隣り合う関節４０の中心
間の長さ）以上であること。なお、上記Ｌw は下記の式
（４）で決まる。また、上記Ｌm は下記の式（５）で決
まる。
m が、図３に示すＬw （互いに隣り合う関節４０の中心
間の長さ）以上であること。なお、上記Ｌw は下記の式
（４）で決まる。また、上記Ｌm は下記の式（５）で決
まる。
【数８】
【数９】
【００２０】条件１，条件２及び条件３を全て満たす進
行波形は、図４（ａ）に示す如き正弦波Ｗ1 では形成す
ることができず、図４（ｂ）に示すように最大傾斜角を
小さくした波形Ｗ2 が条件１〜条件３を満足する。一般
に、進行波のような周期関数の場合には、フーリエ級数
を使って近似するできることが理論的に証明されてい
る。そのため、周期の異なる正弦波と余弦波とを複数個
組み合わせることで図４（ｂ）に示すような進行波形を
作成できる。
行波形は、図４（ａ）に示す如き正弦波Ｗ1 では形成す
ることができず、図４（ｂ）に示すように最大傾斜角を
小さくした波形Ｗ2 が条件１〜条件３を満足する。一般
に、進行波のような周期関数の場合には、フーリエ級数
を使って近似するできることが理論的に証明されてい
る。そのため、周期の異なる正弦波と余弦波とを複数個
組み合わせることで図４（ｂ）に示すような進行波形を
作成できる。
【００２１】因みに、奥行き２５０ｍｍで高さ１００ｍ
ｍの階段５４を一例として考えると、この場合には、下
記の式（６）に示す進行波が既述の３条件（条件１〜条
件３）を満たす。
ｍの階段５４を一例として考えると、この場合には、下
記の式（６）に示す進行波が既述の３条件（条件１〜条
件３）を満たす。
【数１０】 ここで、各変数は従来技術の式（１）に関して述べたも
のと同様であり、θiはｉ番面の関節４０と基準面５０
とのなす角度、Ｋは進行波の最大傾き角、ｋ1，ｋ2 は
係数、ωは進行波の角速度、ｔは時間、ｉは関節番号で
ある。また、ｄは互いに隣り合う関節４０間の位相差で
下記の式（７）により表される。
のと同様であり、θiはｉ番面の関節４０と基準面５０
とのなす角度、Ｋは進行波の最大傾き角、ｋ1，ｋ2 は
係数、ωは進行波の角速度、ｔは時間、ｉは関節番号で
ある。また、ｄは互いに隣り合う関節４０間の位相差で
下記の式（７）により表される。
【数１１】 ここで、Ｎは進行波の１周期を構成する関節数である。
各数値は、Ｎ＝７，ｋ 1 ＝ｋ2 ＝１，Ｋ＝５５ｄｅｇ、
ωは関節４０の回転速度に依存するが、ここではω＝π
／１０としている。上記の式（６）で示される進行波の
形状（進行波形状）は、図５に示す如くとなる。
各数値は、Ｎ＝７，ｋ 1 ＝ｋ2 ＝１，Ｋ＝５５ｄｅｇ、
ωは関節４０の回転速度に依存するが、ここではω＝π
／１０としている。上記の式（６）で示される進行波の
形状（進行波形状）は、図５に示す如くとなる。
【００２２】その他の例として、奥行き２５０ｍｍで高
さ１５０ｍｍの階段５４の場合に、下記の式（８）に示
す進行波が条件１〜条件３の全てを満たす。
さ１５０ｍｍの階段５４の場合に、下記の式（８）に示
す進行波が条件１〜条件３の全てを満たす。
【数１２】 ここで、各変数は従来技術の式（１）に関して述べたも
のと同様であり、θiはｉ番面の関節４０と基準面５０
とのなす角度、Ｋは進行波の最大傾き角、ｋ1，ｋ2 は
係数、ωは進行波の角速度、ｔは時間、ｉは関節番号で
ある。なお、上記の式（８）中のｄは式７で求められ
る。この場合は、階段５４の高さが変化するのに応じ
て、階段５４の傾斜角度θs，互いに隣り合う関節４０
の中心間の長さＬw （図３参照）、階段５４の波長Ｌ
（図１参照）が大きくなるため、上記の式（６）よりも
多数個の正弦波と余弦波を組み合わせる必要がある。各
数値は、Ｎ＝８，ｋ1 ＝２，ｋ2 ＝７，ｋ3 ＝３，ｋ4
＝３，ｋ5 ＝２，ｋ6 ＝１，Ｋ＝１００．８ｄｅｇと
し、ωは関節４０（５２）の回転速度に依存するが、こ
こではω＝π／１０としている。上記の式（８）で示さ
れる進行波の波形（進行波形状）は、図６に示す如くと
なる。
のと同様であり、θiはｉ番面の関節４０と基準面５０
とのなす角度、Ｋは進行波の最大傾き角、ｋ1，ｋ2 は
係数、ωは進行波の角速度、ｔは時間、ｉは関節番号で
ある。なお、上記の式（８）中のｄは式７で求められ
る。この場合は、階段５４の高さが変化するのに応じ
て、階段５４の傾斜角度θs，互いに隣り合う関節４０
の中心間の長さＬw （図３参照）、階段５４の波長Ｌ
（図１参照）が大きくなるため、上記の式（６）よりも
多数個の正弦波と余弦波を組み合わせる必要がある。各
数値は、Ｎ＝８，ｋ1 ＝２，ｋ2 ＝７，ｋ3 ＝３，ｋ4
＝３，ｋ5 ＝２，ｋ6 ＝１，Ｋ＝１００．８ｄｅｇと
し、ωは関節４０（５２）の回転速度に依存するが、こ
こではω＝π／１０としている。上記の式（８）で示さ
れる進行波の波形（進行波形状）は、図６に示す如くと
なる。
【００２３】次に、進行波による多関節ロボット３０の
階段移動について述べると、以下の通りである。まず、
図２６の多関節ロボット３０を階段移動させるための操
作フローを図７に示す。この多関節ロボット３０を階段
移動させる際には、ステップＭ1 において、多関節ロボ
ット３０を階段５４の正面に向けて配置すると共に、階
段５４の各段の高さ、並びに、多関節ロボット３０の形
状（例えば、関節のサイズ，関節間距離，関節数等）を
操作者がコントローラ３６（図２６参照）に入力し、移
動を開始する。この入力に基づいて、ステップＭ2 にお
いて操作者から指定された高さの階段を登るのに適した
進行波形、すなわち、既述の条件１〜条件３の全てを満
足する進行波形を上記の式（６）や式（８）に示す如く
正弦波と余弦波を適宜に組み合わせた式に基づいて生成
する。次いで、ステップＭ3 では、求めた進行波の式か
ら各関節４０の基準面５０に対する目標角度θi を求
め、実際の目標関節角度φi を算出する。そして、ｉ番
目の関節４０の現在角度と上記目標関節角度φi との差
がなくなるように従来の位置制御手法を用いて各関節４
０を駆動制御する（ステップＭ4 ）。この後、多関節ロ
ボット３０が所定の目標点に到達するまで上述のステッ
プＭ2 〜Ｍ4 を繰り返し行なう。かくして、多関節ロボ
ット３０が所定の目標点に到達したら、操作者が停止信
号をコントローラ３６に入力し、多関節ロボット３０を
停止させる（ステップＭ5 ）。
階段移動について述べると、以下の通りである。まず、
図２６の多関節ロボット３０を階段移動させるための操
作フローを図７に示す。この多関節ロボット３０を階段
移動させる際には、ステップＭ1 において、多関節ロボ
ット３０を階段５４の正面に向けて配置すると共に、階
段５４の各段の高さ、並びに、多関節ロボット３０の形
状（例えば、関節のサイズ，関節間距離，関節数等）を
操作者がコントローラ３６（図２６参照）に入力し、移
動を開始する。この入力に基づいて、ステップＭ2 にお
いて操作者から指定された高さの階段を登るのに適した
進行波形、すなわち、既述の条件１〜条件３の全てを満
足する進行波形を上記の式（６）や式（８）に示す如く
正弦波と余弦波を適宜に組み合わせた式に基づいて生成
する。次いで、ステップＭ3 では、求めた進行波の式か
ら各関節４０の基準面５０に対する目標角度θi を求
め、実際の目標関節角度φi を算出する。そして、ｉ番
目の関節４０の現在角度と上記目標関節角度φi との差
がなくなるように従来の位置制御手法を用いて各関節４
０を駆動制御する（ステップＭ4 ）。この後、多関節ロ
ボット３０が所定の目標点に到達するまで上述のステッ
プＭ2 〜Ｍ4 を繰り返し行なう。かくして、多関節ロボ
ット３０が所定の目標点に到達したら、操作者が停止信
号をコントローラ３６に入力し、多関節ロボット３０を
停止させる（ステップＭ5 ）。
【００２４】多関節ロボット３０が高さ１００ｍｍの階
段を移動する様子を市販の計算機シミュレータ（例え
ば、ＫnowledgeＲevolution 社製 ＷorkingＭodel３
Ｄ）を使って解析したところ、図８〜図１０に示す如き
解析結果が得られた。同様に、高さ１５０ｍｍの階段移
動を解析したところ、図１１〜図１３に示す如き解析結
果が得られた。この解析結果から明らかなように、本発
明に係る実施形態のような進行波による階段移動が力学
的にも可能であることが市販のシミュレータによって実
証された。
段を移動する様子を市販の計算機シミュレータ（例え
ば、ＫnowledgeＲevolution 社製 ＷorkingＭodel３
Ｄ）を使って解析したところ、図８〜図１０に示す如き
解析結果が得られた。同様に、高さ１５０ｍｍの階段移
動を解析したところ、図１１〜図１３に示す如き解析結
果が得られた。この解析結果から明らかなように、本発
明に係る実施形態のような進行波による階段移動が力学
的にも可能であることが市販のシミュレータによって実
証された。
【００２５】従来の歩行移動や尺取り移動は、図１４に
示すように脚の両端７０ａと７０ｂ（歩行移動）、脚の
両端７０ｄと７０ｅ（尺取り移動）の間隔Ｓ1 ，Ｓ2 が
長いため、胴体部の関節７０ｃ或いは関節７０ｆに大き
な負荷が加わる。これに比べ、進行波移動は、図１５に
示すように移動面に接地する関節４０ａ，４０ｂ，４０
ｃの数も多く、しかも一定間隔Ｓ3 で接地して自重を保
持するため、関節４０ａ〜４０ｃに加わる負荷が小さく
て済む。
示すように脚の両端７０ａと７０ｂ（歩行移動）、脚の
両端７０ｄと７０ｅ（尺取り移動）の間隔Ｓ1 ，Ｓ2 が
長いため、胴体部の関節７０ｃ或いは関節７０ｆに大き
な負荷が加わる。これに比べ、進行波移動は、図１５に
示すように移動面に接地する関節４０ａ，４０ｂ，４０
ｃの数も多く、しかも一定間隔Ｓ3 で接地して自重を保
持するため、関節４０ａ〜４０ｃに加わる負荷が小さく
て済む。
【００２６】一方、図２３や図２６に示す多関節ロボッ
ト２０，３０は、既述の如く機械の小型化に有利である
が、通常では脚の根元が太く、先が細い一般的なロボッ
トに比べて脚の根元の強度や大きさの制限から関節の駆
動力も小さく、低負荷で移動することが課題となる。そ
こで、図２３や図２６に示す多関節ロボット２０，３の
場合には低負荷である進行波移動が有利であることに鑑
み、本実施形態のような進行波移動を採用することによ
り、従来技術では登れなかった階段移動が可能となる。
そのため、この種の多関節ロボットの適用範囲を広げる
ことができる。
ト２０，３０は、既述の如く機械の小型化に有利である
が、通常では脚の根元が太く、先が細い一般的なロボッ
トに比べて脚の根元の強度や大きさの制限から関節の駆
動力も小さく、低負荷で移動することが課題となる。そ
こで、図２３や図２６に示す多関節ロボット２０，３の
場合には低負荷である進行波移動が有利であることに鑑
み、本実施形態のような進行波移動を採用することによ
り、従来技術では登れなかった階段移動が可能となる。
そのため、この種の多関節ロボットの適用範囲を広げる
ことができる。
【００２７】次に、本発明の第２実施形態について説明
する。本実施形態では、既述の第１実施形態の場合と同
様に、図２６に示した多関節ロボット３０を図１７に示
すフロー（後に詳述する）で作動させることにより、進
行波移動で狭隘部を移動せしめるようにしている。すな
わち、本実施形態では、正弦波と余弦波とを組み合わせ
た階段移動用の進行波により多関節ロボットを階段移動
させる場合に、狭い水平壁間のような狭隘部を移動する
際に壁との接触状態に応じて進行波形を変化させること
により、狭隘部をくぐり抜けるように構成している。
する。本実施形態では、既述の第１実施形態の場合と同
様に、図２６に示した多関節ロボット３０を図１７に示
すフロー（後に詳述する）で作動させることにより、進
行波移動で狭隘部を移動せしめるようにしている。すな
わち、本実施形態では、正弦波と余弦波とを組み合わせ
た階段移動用の進行波により多関節ロボットを階段移動
させる場合に、狭い水平壁間のような狭隘部を移動する
際に壁との接触状態に応じて進行波形を変化させること
により、狭隘部をくぐり抜けるように構成している。
【００２８】既述の第１実施形態で示した階段移動用の
進行波は、狭い水平壁間のような狭隘部の移動に対して
も、壁との接触状態に応じて、進行波形を変化させるこ
とにより適用可能である。
進行波は、狭い水平壁間のような狭隘部の移動に対して
も、壁との接触状態に応じて、進行波形を変化させるこ
とにより適用可能である。
【００２９】上記の式（６）や式（８）で示した進行波
の移動は、図１６において実線８０ａで示される状態で
は常に一定の形状を繰り返しながら移動する。そのた
め、例えば図１６において破線８０ｂで示される形状の
進行波では、互いに平行な水平壁８１ａ，８１ｂ間の狭
隘部８２において関節４０の一部が水平壁８１ｂに接触
するので通過できない。このため、図１６において二点
鎖線８０ｃに示すように進行波の高さを低くして関節４
０が水平壁８１ｂにぶつかるのを回避することにより、
狭隘部８２の移動が可能になる。すなわち、多関節ロボ
ット３０が広い平面から狭い水平壁８１ａ，８１ｂ間
（狭隘部８２）をくぐり抜けることが可能になる。
の移動は、図１６において実線８０ａで示される状態で
は常に一定の形状を繰り返しながら移動する。そのた
め、例えば図１６において破線８０ｂで示される形状の
進行波では、互いに平行な水平壁８１ａ，８１ｂ間の狭
隘部８２において関節４０の一部が水平壁８１ｂに接触
するので通過できない。このため、図１６において二点
鎖線８０ｃに示すように進行波の高さを低くして関節４
０が水平壁８１ｂにぶつかるのを回避することにより、
狭隘部８２の移動が可能になる。すなわち、多関節ロボ
ット３０が広い平面から狭い水平壁８１ａ，８１ｂ間
（狭隘部８２）をくぐり抜けることが可能になる。
【００３０】図１７は、このような狭隘部８２の移動を
可能ならしめるための多関節ロボット３０の操作フロー
を示している。この多関節ロボット３０を階段移動させ
る際には、ステップＮ1 において、多関節ロボット３０
を水平壁８１ａ，８１ｂ間（狭隘部８２）の正面に向け
て配置すると共に、多関節ロボット３０の形状（例え
ば、関節のサイズ，関節間距離，関節数等）と移動対象
が平面であることを操作者がコントローラ３６に入力
し、移動を開始する。次いで、ステップＮ2 において、
上述の入力情報に基づき、移動対象が平面である場合の
進行波（上記の式（６）で表せる進行波）、例えば、高
さ１００ｍｍの階段を移動するための進行波形を選択し
て生成する。そして、ステップＮ3 において、選択した
進行波の式から各関節４０の基準面５０に対する目標角
度θi を求め、実際の目標関節角度φ i を算出する。そ
して、ｉ番目の関節４０の現在角度と上記目標関節角度
φi との差がなくなるように従来の位置制御手法を用い
て各関節４０を駆動制御する。しかる後に、ステップＮ
4 において、多関節ロボット３０の関節の中で床面（水
平壁８１ａ）に接地している関節４０間の間隔が一定間
隔Ｓ3 と異なる間隔Ｓ4になったとき、すなわち、図１
８に示す如くＳ3 ＞Ｓ4 になったときに、関節４０が床
面以外の壁（水平壁８１ｂ）に接触したと判断する。そ
して、これに伴い、上記の式（６）中のＫを低い値にし
てゆくことにより、多関節ロボット３０の全高を下げる
（ステップＮ4 ）。この後、多関節ロボット３０が所定
の目標点に到達するまで上述のステップＮ2 〜Ｎ4 を繰
り返し行なう（ステップＮ5 ）。以上の如く、物と接触
することに伴う関節４０の接地間隔の変化から床面以外
の壁との接触の有無を判定し、床面以外のものに接触し
た場合には上記の式（６）中のＫを調節することにより
多関節ロボット３０の全高を調整し、狭い水平壁間を移
動せしめる。かくして、多関節ロボット３０が所定の目
標点に到達したら、操作者が停止信号をコントローラ３
６に入力し、多関節ロボット３０を停止させる（ステッ
プＮ6 ）。
可能ならしめるための多関節ロボット３０の操作フロー
を示している。この多関節ロボット３０を階段移動させ
る際には、ステップＮ1 において、多関節ロボット３０
を水平壁８１ａ，８１ｂ間（狭隘部８２）の正面に向け
て配置すると共に、多関節ロボット３０の形状（例え
ば、関節のサイズ，関節間距離，関節数等）と移動対象
が平面であることを操作者がコントローラ３６に入力
し、移動を開始する。次いで、ステップＮ2 において、
上述の入力情報に基づき、移動対象が平面である場合の
進行波（上記の式（６）で表せる進行波）、例えば、高
さ１００ｍｍの階段を移動するための進行波形を選択し
て生成する。そして、ステップＮ3 において、選択した
進行波の式から各関節４０の基準面５０に対する目標角
度θi を求め、実際の目標関節角度φ i を算出する。そ
して、ｉ番目の関節４０の現在角度と上記目標関節角度
φi との差がなくなるように従来の位置制御手法を用い
て各関節４０を駆動制御する。しかる後に、ステップＮ
4 において、多関節ロボット３０の関節の中で床面（水
平壁８１ａ）に接地している関節４０間の間隔が一定間
隔Ｓ3 と異なる間隔Ｓ4になったとき、すなわち、図１
８に示す如くＳ3 ＞Ｓ4 になったときに、関節４０が床
面以外の壁（水平壁８１ｂ）に接触したと判断する。そ
して、これに伴い、上記の式（６）中のＫを低い値にし
てゆくことにより、多関節ロボット３０の全高を下げる
（ステップＮ4 ）。この後、多関節ロボット３０が所定
の目標点に到達するまで上述のステップＮ2 〜Ｎ4 を繰
り返し行なう（ステップＮ5 ）。以上の如く、物と接触
することに伴う関節４０の接地間隔の変化から床面以外
の壁との接触の有無を判定し、床面以外のものに接触し
た場合には上記の式（６）中のＫを調節することにより
多関節ロボット３０の全高を調整し、狭い水平壁間を移
動せしめる。かくして、多関節ロボット３０が所定の目
標点に到達したら、操作者が停止信号をコントローラ３
６に入力し、多関節ロボット３０を停止させる（ステッ
プＮ6 ）。
【００３１】すなわち、本実施形態においては、多関節
ロボット３０が進行波で床面（水平壁８１ａ上の平面）
を移動中に関節４０が物（水平壁８１ａ）と接触した際
に、接地している両脚の関節４０間の間隔の変化に基づ
いて、関節４０が床面以外のものと接触したことを検知
し、物と接触した後において接地する関節４０の間隔が
一定になるように進行波の係数Ｋを調整することにより
多関節ロボット３０の全高を調整するようにしているの
で、狭い場所（狭隘部８２）でも移動（くぐり抜け）が
可能になる。
ロボット３０が進行波で床面（水平壁８１ａ上の平面）
を移動中に関節４０が物（水平壁８１ａ）と接触した際
に、接地している両脚の関節４０間の間隔の変化に基づ
いて、関節４０が床面以外のものと接触したことを検知
し、物と接触した後において接地する関節４０の間隔が
一定になるように進行波の係数Ｋを調整することにより
多関節ロボット３０の全高を調整するようにしているの
で、狭い場所（狭隘部８２）でも移動（くぐり抜け）が
可能になる。
【００３２】多関節ロボット３０が幅８０ｍｍの隙間を
移動する様子を市販の計算機シミュレータ（例えば、Ｋ
nowledgeＲevolution 社製 ＷorkingＭodel３Ｄ）を使
って解析したところ、図１９に示す如き解析結果が得ら
れた。この解析結果から明らかなように、本発明に係る
実施形態のような進行波を用いても、進行波の係数Ｋを
調整することにより狭い狭隘部でも移動が可能になるこ
とが市販の計算機シミュレータによって実証された。
移動する様子を市販の計算機シミュレータ（例えば、Ｋ
nowledgeＲevolution 社製 ＷorkingＭodel３Ｄ）を使
って解析したところ、図１９に示す如き解析結果が得ら
れた。この解析結果から明らかなように、本発明に係る
実施形態のような進行波を用いても、進行波の係数Ｋを
調整することにより狭い狭隘部でも移動が可能になるこ
とが市販の計算機シミュレータによって実証された。
【００３３】以上、本発明の一実施形態について述べた
が、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、
本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可
能である。例えば、既述の実施形態で述べた階段５４の
高さは１００ｍｍ又は１５０ｍｍであるが、これに限ら
ず、各種の高さに対応して多関節ロボット３０を移動さ
せることが可能である。また、水平壁８１ａ，８１ｂ間
の狭隘部８２に限らず、種々の形状の狭隘部においても
多関節ロボット３０を移動させることが可能である。ま
た、階段５４の段差を登る場合に限らず、様々な段差を
移動させることも可能である。さらに、既述の実施形態
では、図２６に示す多関節ロボット３０を用いるように
したが、車輪機構を持たない同種の関節モジュールを結
合して成るものであればどのような構造の多関節ロボッ
トであってもよい。
が、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、
本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可
能である。例えば、既述の実施形態で述べた階段５４の
高さは１００ｍｍ又は１５０ｍｍであるが、これに限ら
ず、各種の高さに対応して多関節ロボット３０を移動さ
せることが可能である。また、水平壁８１ａ，８１ｂ間
の狭隘部８２に限らず、種々の形状の狭隘部においても
多関節ロボット３０を移動させることが可能である。ま
た、階段５４の段差を登る場合に限らず、様々な段差を
移動させることも可能である。さらに、既述の実施形態
では、図２６に示す多関節ロボット３０を用いるように
したが、車輪機構を持たない同種の関節モジュールを結
合して成るものであればどのような構造の多関節ロボッ
トであってもよい。
【００３４】
【発明の効果】請求項１に記載の本発明は、車輪機構を
持たない型式の階段移動用の多関節ロボットであって、
同種の関節モジュールを結合して成る多関節ロボットの
進行波移動制御方式において、正弦波と余弦波とを組み
合わせた進行波であって、かつ、以下に記載の条件、す
なわち、 〈条件１〉 前記進行波の波長が、階段の波長と同じで
あること。 〈条件２〉 前記多関節ロボットが前記階段の床面とな
す最大傾斜角度が、前 記階段を登ることができる進行波
の最大傾斜角度以下であること。 〈条件３〉 １回の進行波の移動量が、互いに隣り合う
関節の中心間の長さ以 上であること。 を全て満たす進行波 を演算し、これにより得られる進行
波にて前記多関節ロボットを階段移動させるようにした
ものであるから、メカ構成がシンプルな１自由度の多関
節ロボットでありながら、階段移動を行わしめることが
可能となる。
持たない型式の階段移動用の多関節ロボットであって、
同種の関節モジュールを結合して成る多関節ロボットの
進行波移動制御方式において、正弦波と余弦波とを組み
合わせた進行波であって、かつ、以下に記載の条件、す
なわち、 〈条件１〉 前記進行波の波長が、階段の波長と同じで
あること。 〈条件２〉 前記多関節ロボットが前記階段の床面とな
す最大傾斜角度が、前 記階段を登ることができる進行波
の最大傾斜角度以下であること。 〈条件３〉 １回の進行波の移動量が、互いに隣り合う
関節の中心間の長さ以 上であること。 を全て満たす進行波 を演算し、これにより得られる進行
波にて前記多関節ロボットを階段移動させるようにした
ものであるから、メカ構成がシンプルな１自由度の多関
節ロボットでありながら、階段移動を行わしめることが
可能となる。
【００３５】また、本発明によれば、特に、進行波の条
件として、前記〈条件１〉，〈条件２〉及び〈条件３〉
を全て満たすようにしているので、多関節ロボットによ
る階段移動が可能となり、多関節ロボットを階段に確実
に登らせることができる。
件として、前記〈条件１〉，〈条件２〉及び〈条件３〉
を全て満たすようにしているので、多関節ロボットによ
る階段移動が可能となり、多関節ロボットを階段に確実
に登らせることができる。
【００３６】請求項３に記載の本発明は、前記進行波の
演算を所定の式（既述の式（６））に基づいて行なうよ
うにしたものであるから、多関節ロボットを例えば奥行
き２５０ｍｍで高さ１００ｍｍの階段に登らせることが
できる。
演算を所定の式（既述の式（６））に基づいて行なうよ
うにしたものであるから、多関節ロボットを例えば奥行
き２５０ｍｍで高さ１００ｍｍの階段に登らせることが
できる。
【００３７】請求項４に記載の本発明は、前記進行波の
演算を所定の式（既述の式（８））に基づいて行なうよ
うにしたものであるから、多関節ロボットを例えば奥行
き２５０ｍｍで高さ１５０ｍｍの階段に登らせることが
できる。
演算を所定の式（既述の式（８））に基づいて行なうよ
うにしたものであるから、多関節ロボットを例えば奥行
き２５０ｍｍで高さ１５０ｍｍの階段に登らせることが
できる。
【００３８】請求項５に記載の本発明は、正弦波と余弦
波とを組み合わせた進行波で平面を移動中に関節が物と
接触した際に、床面に接地している両脚の関節間の間隔
が変化することに基づいて、関節が床面以外の物と接触
したことを検知し、床面以外の物と接触した後において
接地する関節の間隔が一定になるように進行波を変更し
て前記多関節ロボットの全高を調整し、これにより前記
多関節ロボットを狭い場所でも移動し得るようにしたも
のであるから、上述の階段移動を行ない得ると共に、多
関節ロボットを狭い場所（狭隘部）においてはその高さ
を適宜に変化させて狭隘部をくぐり抜けることができ
る。
波とを組み合わせた進行波で平面を移動中に関節が物と
接触した際に、床面に接地している両脚の関節間の間隔
が変化することに基づいて、関節が床面以外の物と接触
したことを検知し、床面以外の物と接触した後において
接地する関節の間隔が一定になるように進行波を変更し
て前記多関節ロボットの全高を調整し、これにより前記
多関節ロボットを狭い場所でも移動し得るようにしたも
のであるから、上述の階段移動を行ない得ると共に、多
関節ロボットを狭い場所（狭隘部）においてはその高さ
を適宜に変化させて狭隘部をくぐり抜けることができ
る。
【００３９】さらに、本発明に係る進行波移動方式を適
用した多関節ロボットが階段移動している状況や狭隘部
をくぐり抜けている状況を市販の計算機シミュレータを
使って検証することが容易に可能である。
用した多関節ロボットが階段移動している状況や狭隘部
をくぐり抜けている状況を市販の計算機シミュレータを
使って検証することが容易に可能である。
【図１】多関節ロボットが階段を登ることができるため
の進行波の条件の１つである進行波の波長と階段の波長
との関係を示す説明図である。
の進行波の条件の１つである進行波の波長と階段の波長
との関係を示す説明図である。
【図２】多関節ロボット３０が基準面（階段の床面）を
移動している際の最大傾き角度を示す説明図である。
移動している際の最大傾き角度を示す説明図である。
【図３】多関節ロボットが階段を登ることができるため
の進行波の条件の１つである多関節ロボットと基準面
（階段の床面）とのなす最大傾きを説明するためのもの
であって、図３（ａ）は多関節ロボットが階段を登って
いる状態を示す説明図、図３（ｂ）は図３（ａ）におい
て矢印αで示す部分を拡大して示す説明図である。
の進行波の条件の１つである多関節ロボットと基準面
（階段の床面）とのなす最大傾きを説明するためのもの
であって、図３（ａ）は多関節ロボットが階段を登って
いる状態を示す説明図、図３（ｂ）は図３（ａ）におい
て矢印αで示す部分を拡大して示す説明図である。
【図４】進行波形を構成する正弦波を示すものであっ
て、図４（ａ）は進行波の３条件を満足することができ
ない正弦波を示す波形図、図４（ｂ）は進行波の３条件
を満足することができる正弦波を示す波形図である。
て、図４（ａ）は進行波の３条件を満足することができ
ない正弦波を示す波形図、図４（ｂ）は進行波の３条件
を満足することができる正弦波を示す波形図である。
【図５】奥行き２５０ｍｍで高さ１００ｍｍの階段の場
合に、進行波の３条件を満たす進行波の形状を示す波形
図である。
合に、進行波の３条件を満たす進行波の形状を示す波形
図である。
【図６】奥行き２５０ｍｍで高さ１５０ｍｍの階段の場
合に、進行波の３条件を満たす進行波の形状を示す波形
図である。
合に、進行波の３条件を満たす進行波の形状を示す波形
図である。
【図７】本発明の第１実施形態における多関節ロボット
の操作フローを示すフローチャートである。
の操作フローを示すフローチャートである。
【図８】図８（ａ）〜（ｄ）は多関節ロボットが高さ１
００ｍｍの階段を移動する様子を示す解析図である。
００ｍｍの階段を移動する様子を示す解析図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は多関節ロボットが高さ１
００ｍｍの階段を移動する様子を示す解析図である。
００ｍｍの階段を移動する様子を示す解析図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｄ）は多関節ロボットが高
さ１００ｍｍの階段を移動する様子を示す解析図であ
る。
さ１００ｍｍの階段を移動する様子を示す解析図であ
る。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｄ）は多関節ロボットが高
さ１５０ｍｍの階段を移動する様子を示す解析図であ
る。
さ１５０ｍｍの階段を移動する様子を示す解析図であ
る。
【図１２】図１２（ａ）〜（ｄ）は多関節ロボットが高
さ１５０ｍｍの階段を移動する様子を示す解析図であ
る。
さ１５０ｍｍの階段を移動する様子を示す解析図であ
る。
【図１３】図１３（ａ）〜（ｃ）は多関節ロボットが高
さ１５０ｍｍの階段を移動する様子を示す解析図であ
る。
さ１５０ｍｍの階段を移動する様子を示す解析図であ
る。
【図１４】多関節ロボットの両脚間の間隔を示す説明図
である。
である。
【図１５】多関節ロボットの移動中における脚の両端間
の間隔を示す説明図である。
の間隔を示す説明図である。
【図１６】多関節ロボットが狭隘部をくぐり抜ける様子
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図１７】本発明の第２実施形態における多関節ロボッ
トの操作フローを示すフローチャートである。
トの操作フローを示すフローチャートである。
【図１８】多関節ロボットが水平壁間を移動する状況を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図１９】図１９（ａ）〜（ｄ）は多関節ロボットが幅
８０ｍｍの水平壁間を移動する様子を示す解析図であ
る。
８０ｍｍの水平壁間を移動する様子を示す解析図であ
る。
【図２０】従来より提案されている多関節ロボットの構
成図である。
成図である。
【図２１】図２１（ａ）〜（ｅ）は図２０の多関節ロボ
ットの移動動作を示す説明図である。
ットの移動動作を示す説明図である。
【図２２】図２０の多関節ロボットの全体を示す斜視図
であｒ。
であｒ。
【図２３】従来より提案されている別の多関節ロボット
の構成図である。
の構成図である。
【図２４】図２３の多関節ロボットの動作を示す説明図
である。
である。
【図２５】図２３の多関節ロボットの側面図である。
【図２６】従来より提案されているさらに別の多関節ロ
ボットの構成図である。
ボットの構成図である。
【図２７】図２６に示す多関節ロボットの関節の連結部
分の断面図である。
分の断面図である。
【図２８】関節の表面に取付けられた接触センサを示す
平面図である。
平面図である。
【図２９】図２６に示す多関節ロボットが狭隘部を移動
するときの代表的な進行波移動パターン（蛇移動パター
ン）を示す説明図である。
するときの代表的な進行波移動パターン（蛇移動パター
ン）を示す説明図である。
【図３０】図２６に示す多関節ロボットの移動時の状態
を示す側面図である。
を示す側面図である。
【図３１】図３１（ａ）〜（ｄ）は正弦波を用いた式で
近似した進行波にて階段移動させた場合の多関節ロボッ
トの動作を示す解析図である。
近似した進行波にて階段移動させた場合の多関節ロボッ
トの動作を示す解析図である。
【図３２】図３２（ａ）〜（ｄ）は正弦波を用いた式で
近似した進行波にて階段移動させた場合の多関節ロボッ
トの動作を示す解析図である。
近似した進行波にて階段移動させた場合の多関節ロボッ
トの動作を示す解析図である。
【図３３】多関節ロボットが階段移動しているときに関
節が階段の垂直壁に当たって反力を受ける状態を示す説
明図である。
節が階段の垂直壁に当たって反力を受ける状態を示す説
明図である。
【図３４】先端の関節５６の傾斜が階段の傾斜よりも上
向きになって次の段上に関節がきちんと上がりきらない
ない状態を示す説明図である。
向きになって次の段上に関節がきちんと上がりきらない
ない状態を示す説明図である。
３０ 多関節ロボット ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ 関節 ３２ リンク ３３ａ〜３３ｄ 脚 ３６ コントローラ ４０ 関節 ４６ａ〜４６ｃ 接触センサ ５０ 基準面 ５１，５２ 関節 ５４ 階段 ５４ａ 垂直壁 ５４ｂ 次の段 ７０ａ，７０ｂ，７０ｄ，７０ｅ 接地している脚（関
節）の両端 ８１ａ，８１ｂ 水平壁 ８２ 狭隘部
節）の両端 ８１ａ，８１ｂ 水平壁 ８２ 狭隘部
Claims (4)
- 【請求項１】 車輪機構を持たない型式の階段移動用の
多関節ロボットであって、同種の関節モジュールを結合
して成る多関節ロボットの進行波移動制御方式におい
て、正弦波と余弦波とを組み合わせた進行波であって、
かつ、以下に記載の条件、すなわち、 〈条件１〉 前記進行波の波長が、階段の波長と同じで
あること。 〈条件２〉 前記多関節ロボットが前記階段の床面とな
す最大傾斜角度が、前 記階段を登ることができる進行波
の最大傾斜角度以下であること。 〈条件３〉 １回の進行波の移動量が、互いに隣り合う
関節の中心間の長さ以 上であること。 を全て満たす進行波 を演算し、これにより得られる進行
波にて前記多関節ロボットを階段移動させるようにした
ことを特徴とする多関節ロボットの進行波移動方式。 - 【請求項２】 前記進行波の演算を下記の式に基づいて
行なうようにし、これにより階段移動を可能としたこと
を特徴とする請求項１に記載の多関節ロボットの進行波
移動方式。 【数１】 ここで、 θｉ ： i番面の関節と基準面とのなす角 Ｋ ： 進行波の最大傾き角 ｋ1 ，ｋ2 ： 係数 ω ： 進行波の角速度すなわち関節の角速度 ｔ ： 時間 ｉ ： 関節番号 ｄ ： 互いに隣り合う関節間の位相差 - 【請求項３】 前記進行波の演算を下記の式に基づいて
行なうようにし、これにより階段移動を可能としたこと
を特徴とする請求項１に記載の多関節ロボットの進行波
移動方式。 【数２】 ここで、 θｉ ： i番面の関節と基準面とのなす角 Ｋ ： 進行波の最大傾き角 ｋ1 ，ｋ2 ： 係数 ω ： 進行波の角速度すなわち関節の角速度 ｔ ： 時間 ｉ ： 関節番号 ｄ ： 互いに隣り合う関節間の位相差 - 【請求項４】 前記正弦波と余弦波とを組み合わせた進
行波で平面を移動中に関節が物と接触した際に、床面に
接地している両脚の関節間の間隔が変化することに基づ
いて、関節が床面以外の物と接触したことを検知し、床
面以外の物と接触した後において接地する関節の間隔が
一定になるように進行波を変更して前記多関節ロボット
の全高を調整し、これにより前記多関節ロボットを狭い
場所でも移動し得るようにしたことを特徴とする請求項
１に記載の多関節ロボットの進行波移動制御方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10226889A JP3080927B2 (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 多関節ロボットの進行波移動方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10226889A JP3080927B2 (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 多関節ロボットの進行波移動方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000052283A JP2000052283A (ja) | 2000-02-22 |
| JP3080927B2 true JP3080927B2 (ja) | 2000-08-28 |
Family
ID=16852180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10226889A Expired - Fee Related JP3080927B2 (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 多関節ロボットの進行波移動方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3080927B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6603281B2 (en) * | 2000-10-16 | 2003-08-05 | Xerox Corporation | High mechanical advantage ratcheting apparatus |
| CN100400247C (zh) * | 2006-07-27 | 2008-07-09 | 浙江大学 | 波动足型行走机器人 |
-
1998
- 1998-08-11 JP JP10226889A patent/JP3080927B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000052283A (ja) | 2000-02-22 |
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|---|---|---|---|
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