JP3095271U - 二足歩行ロボット玩具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 胴体１０に、歩行駆動用モータ３０と、
ギヤボックス３１と、左右の歩行脚４０，４１と、歩行
脚の各下端の地面に接する部位に形成したコ字状の足５
０，５１とを備え、左右方向制御用モータ６０，６０’
を胴体下部の横方向中心位置から左右対称に設け、各左
右方向制御用モータ６０，６０’の回転軸６１，６１’
を左右対称にそれぞれ地面に対して４５〜９０度の角度
θで突出するように取り付ける。 【効果】 左右方向制御用モータを左右対称に二基を配
置したことにより、その回転軸６１，６１’の先端が同
時に地面に接することになり、胴体に対する回転力が倍
加するので一つあたりのモーターの回転力が小さくて済
む。回転軸６１，６１’と地面との接触角度θが垂直
（９０度）から４５度へと小さいほど地面に伝える回転
力が大きくなり、胴体に対してより大きな回転力を与え
る

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、モータの回転電動の仕組みを子供達に楽しく学ばせるための教材用 ロボット玩具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、正逆回転可能なモータを内蔵し、その回転方向を制御することにより歩 行や方向転換を行わせるロボット玩具がある。しかし、直進移動で前進／後退を 切り替える単純な動作切替だけでなく、移動方向を右向き又は左向きに制御可能 とするには構造が複雑になり、子供達に内部構造を観察させ動作原理を理解させ ることが難しく、また金額的にも高価になるので、教材用のロボット玩具には適 さないものであった。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構造で「 前進／後退」及び「右向き／左向き」に移動方向を制御することができ、子供達 に内部構造を観察させ動作原理を理解させることができる教材用のロボット玩具 を安価に提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するために、本考案の請求項１記載の二足歩行ロボット玩具は 、ロボットの外観を模した胴体に、歩行駆動用モータと、該歩行駆動用モータの 回転を減速するギヤボックスと、該ギヤボックスからそれぞれクランクアームを 介して駆動される左右の歩行脚と、該左右の歩行脚の各下端の地面に接する部位 に形成したコ字状の足とを備え、歩行時に左右の足が胴体下方で交互に地面を踏 んで該胴体を上下動させつつ歩行するロボット玩具であって、 胴体下部に左右方向制御用モータをその回転軸を地面方向に突出させかつ歩行時 に胴体が上下動して最も下がったときに該回転軸の先端が地面に接するように設 けた手段を講じたものである。

【０００８】 請求項２記載の二足歩行ロボット玩具は、請求項１記載の二足歩行ロボット玩 具において、前記左右方向制御用モータは、その回転軸を胴体下部の横方向中心 位置から地面に対して垂直に突出するように設ける手段を講じたものである。

【０００９】 請求項３記載の二足歩行ロボット玩具は、請求項１記載の二足歩行ロボット玩 具において、前記左右方向制御用モータは、胴体下部の横方向中心位置から左右 対称に二箇所に設け、かつ、該二つの左右方向制御用モータの各回転軸は胴体下 部の横方向中心位置から左右対称にそれぞれ地面に対して４５〜９０度の角度で 突出させ、かつ、該二つの左右方向制御用モータの回転方向を地面と垂直方向に 対して同一とする手段を講じたものである。

【００１０】 請求項４記載の二足歩行ロボット玩具は、請求項１〜３のいずれかに記載の二 足歩行用ロボット玩具において、前記歩行駆動用モータは、正逆回転切替可能な 直流モータであって、電源極性を正負逆に切り替えて回転方向を切り替えること により、歩行方向を前進又は後退に切り替えるとともに、前記左右方向制御用モ ータは、正逆回転切替可能な直流モータであって、電源極性を正負逆に切り替え て回転方向を切り替えることにより、歩行方向を左又は右に切り替える手段を講 じたものである。

【００１１】 請求項５記載の二足歩行ロボット玩具は、請求項１〜４のいずれかに記載の二 足歩行ロボット玩具において、前記左右方向制御用モータは、その回転軸の先端 にゴム等の摩擦係数の大きいキャップを被せる手段を講じたものである。

【００１２】

【考案の実施の形態】

本考案の実施の形態を、代表的な実施例に基づいて図を用いて説明する。図２ は本考案の一実施例である二足歩行ロボット玩具の外観を示す斜視図である。図 ２に示すように、このロボット玩具は、内部にモータ・ギヤボックス等を組み込 んだ胴体１０と、左右の腕２０、２１と、左右の歩行脚４０，４１と、模擬頭部 １２とを備えており、図示しないが電池及び操作部は胴体後部より有線式により 接続されたコントローラーに組み込まれている。また、コントローラの操作によ り、「前進／後退／停止」及び「右向き／左向き／直進」に歩行を制御すること ができ、歩行動作時は、左右の歩行脚が交互に地面を踏み、歩行脚の動作ととも に左右の腕が上下動するように構成されている。さらに、胴体１０の前面には着 脱可能な前面パネル１１が取り付けられ、子供達がロボットの内部作動を観察で きるように、適宜取り外しできるように構成されている。

【００１３】 図１は、図２に示した二足歩行ロボット玩具の胴体正面の前面パネルを取り外 し胴体内部をわかりやすく表わした構造説明図である（図中、ロボットの腕及び その駆動機構は本考案の要旨から外れるので省略した。）。図１に示すように、 胴体１０の内部に歩行駆動用モータ３０とギヤボックス３１が取り付けられ、胴 体１０の左右側面にはギヤボックス３１からの減速回転シャフト３２が突出し、 減速回転シャフト３２の左右端部にそれぞれクランクアーム３３，３４を介して 左右の歩行脚４０，４１が胴体１０の左右側面部に取り付けられている。左右の 歩行脚４０，４１の各下端部には地面に接する面がコ字状の足５０，５１が形成 されている。また、胴体下部には左右方向制御用モータ６０をその回転軸６１の 先端が歩行時に地面に接するように突出させて取り付けてある。

【００１４】 図３は、本考案の二足歩行ロボット玩具を右横から見た側面図である（図中、 右歩行脚などの隠れた部分を破線で表わした）。図４は、左右の歩行脚と減速回 転シャフトの取付を示す構造説明図である。歩行駆動用モータの回転はギヤボッ クスにより減速され、左右のクランクアーム３３，３４を回転させる。各クラン クアームの歩行脚側のクランク軸３５，３６は各歩行脚に遊着してあるので、左 歩行脚４０は減速回転シャフト３２を中心軸にクランクアーム３３を回転半径と して円運動を行い、左歩行脚４０の下端部のコ字状の左足５０も地面に平行状態 を維持しつつ同じ回転半径で円運動を行う。 一方、右歩行脚４１も胴体の右側で減速回転シャフト３２からクランクアーム ３４を回転半径として同一方向に円運動を行うが、クランクアーム３３とクラン クアーム３４は、その取り付け方向を減速回転シャフト３２を軸として１８０度 ずらして取り付けてあるので、左歩行脚４０と右歩行脚４１の円運動周期は１８ ０度の位相差を有するように駆動される。この二足歩行ロボット玩具を地面に置 くと、一方の足（左足５０）が地面に接して円運動し、胴体１０を前方に進める 。半回転後に他方の足（右足５１）が接地して円運動し、同様に胴体１０を前方 に進める。このように、両方の足が半回転毎に交互に地面を踏んで、胴体１０を 前方に進め、あたかも二足歩行するように作動する。

【００１５】 図５は、歩行時の右足及び左足の運動軌跡を示す説明図である。図５Ａは、左 歩行脚４０（図中実線で示す）と右歩行脚４１（図中破線で示す）の円運動を示 す説明図であって、左歩行脚４０がクランクアーム３３によって時計方向に回転 駆動されると、左歩行脚４０に遊着されたクランク軸３５は減速回転シャフト３ ２を中心軸にして図中矢印円の軌跡を描いて円運動する。右歩行脚４１は、左歩 行脚４０と１８０度の位相差でクランクアーム３４によって時計方向に回転駆動 され、右歩行脚４１に遊着されたクランク軸３６は減速回転シャフト３２を中心 軸にして円運動する。クランク軸３５，３６はそれぞれ各歩行脚に遊着されてい るので、各歩行脚全体が減速回転シャフト３２を中心として転回するのではなく 、各歩行脚は横から見たとき同一姿勢を保つように構成されている。このとき、 各足５０，５１も地面に対して平行状態を保ちつつ円運動をする。 図５Ｂは、二足歩行ロボット玩具が空中にあると仮定したときの、左歩行脚４ ０（図中実線で示す）と右歩行脚４１（図中破線で示す）の位置関係と両足の円 運動軌跡を示しており、左歩行脚４０がクランクアーム３２によって時計方向に 回転駆動されると、左足５０は時計方向に円運動しその接地部（図中▼マークの 位置ＦＬ）の高さの軌跡は時間変化（横軸）に対して正弦波状の軌跡ＴＬを描き 、左足の接地部（図中▽マークの位置ＦＲ）の高さの軌跡は半サイクル遅れて正 弦波状の軌跡ＴＲを描く。

【００１６】 次に二足歩行ロボット玩具を地面（又は床面、以下同じ）に置くと、地面から 見て胴体１０は正弦波状の上下運動をしつつ前進又は後退する。左足５０と右足 ５１は１８０度位相をずらせて円運動をするので、右足５０と左足５１が交互に 接地する毎に胴体１０の上下運動は半サイクルごとに反転した波状の軌跡ＴＣを 描きつつ進行することとなる。 図５Ｃは、このロボット玩具が地面を歩行するときの横から見た胴体１０の減 速回転シャフト３２の位置（高さ）の軌跡ＣＭと、左右方向制御用モータの回転 軸の先端の位置（高さ）の軌跡ＴＭを示す説明図である。左右方向制御モータ６ ０は胴体１０の下部の横方向中心位置にその回転軸７０の先端を地面に垂直に突 出するように取り付けてあり、歩行時に胴体１０が下がって最も地面に近づいた ときに、回転軸６１の先端が地面に接するようになっている。よって、胴体１０ が前進又は後退すると、左右方向制御モータ６０の回転軸６１の先端の軌跡も半 サイクルごとに反転した波状軌跡ＴＭを描くことになる。

【００１７】 この二足歩行ロボット玩具を歩行中に左右方向制御モータ６０を回転させると 、回転軸６１の先端が上下動して地面に接したとき、回転軸６１は地面に回転力 を伝え、胴体１０を回転軸６１の回転方向に回転させるよう作用する。このよう に、胴体１０を左又は右へ回転させる力が働くことによって、歩行方向を左向き 又は右向きに制御することができる。回転軸６１の先端には摩擦係数の大きいゴ ム等のキャップ６２が被せてあり、地面との接触抵抗を大きくし、胴体１０の左 右方向制御をより確実にしている。また、左右方向制御モータ６０を胴体下部の 横方向中心位置に設けたので、左向きにも、右向きにも、同一の力で方向制御で きる。

【００１８】 図６Ａは、左右方向制御用モータを胴体下部の二箇所に設けた、本考案の二足 歩行ロボット玩具の構造説明図である（図中、腕及びその駆動機構は省略）。こ の二足歩行ロボット玩具は、左右方向制御用モータ６０，６０’を胴体下部に左 右対称に設け、各左右方向制御用モータ６０，６０’の回転軸６１，６１’を左 右対称にそれぞれ地面に対して４５〜９０度の角度で突出するように取り付けた ものである。図６Ｂは、図６Ａの左右方向制御用モータ６０，６０’の回転軸６ １，６１’が地面に接するときの状態を表わした説明図である。左右方向制御用 モータを左右対称に二基を配置したことにより、その回転軸６１，６１’の先端 が同時に地面に接することになり、胴体に対する回転力が倍加するので一つあた りのモーターの回転力が小さくて済むという作用効果を奏する。さらに、回転軸 ６１，６１’を地面に対して９０〜４５度の角度θをなすように突出させその先 端を地面に対して傾けて接触させることにより、回転軸６１，６１’と地面との 接触角度θが垂直（９０度）から４５度へと小さいほど地面に伝える回転力が大 きくなり、胴体に対してより大きな回転力を与えるという作用効果を奏する。た だし、回転軸６１，６１’と地面との接触角度θを小さくするためには、胴体下 部に左右方向制御用モータを大きく傾けて取り付けなければならず、胴体及びモ ータの大きさからの制限を受けるので、９０〜４５度の角度範囲とするのが好ま しい。また、図６Ｂに示すように、左右方向制御用モータ６０，６０’の回転方 向を地面と垂直方向に対して同一としたことにより、胴体１０を右向き又は左向 きに転回させる力として加算される。また、凹凸のある荒れた地面であってもど ちらか一方の回転軸の先端が地面に接すれば、左右方向制御が一応可能となる。

【００１９】 本実施例の二足歩行ロボット玩具は、ロボットの外観を模した胴体にモータ・ ギヤボックス・左右の腕・左右の歩行脚等を取り付けたロボット本体と、ロボッ ト本体を電気的に制御するコントローラからなるものである。 図７は、ロボット本体の各モータと、歩行動作の「前進／後退／停止」と進行 方向の「左向き／右向き／直進」を切り替えるコントローラの電気的接続を示す 回路図である。図７において、進行方向切替スイッチＳ１は歩行駆動用モータ３ ０に印加する直流電圧の極性を正負反転してモータの回転方向を正逆に切り替え るものであり、左右方向切替スイッチＳ２は左右方向制御用モータ６０，６１に 印加する直流電圧の極性を正負反転してモータの回転方向を正逆に切り替えるも のである。進行方向切替スイッチＳ１は、「二回路二接点（中立オフ付）」の接 点形式のもので、これを切り替えることによりロボットの歩行を「前進←停止→ 後退」に切り替えることができる。また、左右方向切替スイッチＳ２は、「二回 路二接点（中立オフ付）」の接点形式のもので、これを切り替えることによりロ ボットの歩行を「右向き←直進→左向き」に切り替えることができる。 本実施例では、ロボット本体の歩行操作は有線式のコントラーラによるリモー トコントロール方式であるが、光信号・電波信号・超音波信号等を用いた無線制 御にしてもよい。

【００２０】

【実施例】

上記実施の形態において説明した二足歩行ロボット玩具は、図２に示した外形 の、身長約２０ｃｍ、横幅約１２ｃｍ、体重約３２０ｇ（コントローラ含まず） のものである。胴体は厚さ約４ｍｍの木製の筐体であるが、プラスチック製又は 金属製であってもよい。 歩行駆動用モータは、シャフト径２ｍｍ・定格電圧３Ｖ・回転数５４００ＲＰ Ｍ・トルク５ｇ−ｃｍの小型模型用直流モータを用いた。左右方向制御用モータ は、一基使用する場合は歩行駆動用モータと同じものを用いたが、２基使用する 場合は、これよりやや小型のものでもよい。また、コントローラの進行方向切替 スイッチは、「二回路二接点（中立オフ付）」の接点形式のスライドスイッチを 用いた。左右方向切替スイッチも、同じく「二回路二接点（中立オフ付）」の接 点形式のスライドスイッチを用いた。また、電池は、単二乾電池を２個直列にし て３ボルトで用いた。 左右方向制御用モータの回転軸の先端に被せるキャップは、内径約２ｍｍ・外 径約３ｍｍの摩擦係数の大きいゴムチューブを用いたが、地面と接することによ り磨耗するので、磨耗しにくい硬質ゴムや樹脂のものが好ましい。 なお、本実施例の二足歩行ロボット玩具の各構成部品は、以上に述べたものに 限定されるものではなく、本考案の要旨を変えない範囲で適宜変更してもよい。

【００２１】

【考案の効果】

本考案の二足歩行ロボット玩具は上記のように構成したことにより、以下に記 載する効果を奏する。 左右方向制御用モータの回転軸を胴体下部から地面方向に突出させ、歩行時に 回転軸の先端が地面に接したときにその回転を地面に伝え、胴体に対して左又は 右方向への回転力を与えることにより、左向き又は右向きに歩行方向を制御する ことができる。 また、左右方向制御用モータの回転軸を胴体下部の横方向中心位置から地面に 対して垂直に突出するように設けたことにより、右向きにも左向きにも同一の力 で方向制御できる。 また、二基の左右方向制御用モータの各回転軸を胴体下部の横方向中心位置か ら左右対称にそれぞれ地面に対して４５〜９０度の角度で突出させ、その回転方 向を地面と垂直方向に対して同一としたことにより、胴体を右向き又は左向きに 転回させる力として加算される。 また、歩行駆動用モータ及び左右方向制御モータとして直流モータを用い、そ の電源極性を正負逆に切り替えることにより、ロボット本体の歩行動作を「前進 ／後退／停止」と進行方向を「左向き／右向き／直進」に切り替えることができ る。 また、左右方向制御用モータの回転軸の先端にゴムなどの摩擦係数の大きい材 質のキャップを被せたことにより、地面との接触抵抗を大きくし、胴体の左右方 向制御をより確実にしている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の二足歩行ロボット玩具の構造説明図で
ある。

【図２】本考案の二足歩行ロボット玩具を右前方より見
た斜視図である。

【図３】本考案の二足歩行ロボット玩具の右側面図であ
る。

【図４】左右の歩行脚と減速回転シャフトの取付を示す
構造説明図である。

【図５】（Ａ）は左右の歩行脚の位置関係を示す説明図
である。（Ｂ）は各歩行脚の位置と左右の足の運動軌跡
との相関を示す説明図である。（Ｃ）は左右方向制御用
モータの回転軸先端の運動軌跡を示す説明図である。

【図６】（Ａ）は左右方向制御用モータを胴体下部に二
基設けた構造説明図である。（Ｂ）は左右方向制御用モ
ータの各回転軸と地面の角度を示す説明図である。

【図７】各モータとコントローラの電気回路を示す回路
図である。

【符号の説明】

１０・・胴体 １１・・前面パネル １２・・模擬頭部 ２０・・左腕 ２１・・右腕 ３０・・歩行駆動用モータ ３１・・ギヤボックス ３２・・減速回転シャフト ３３・・クランクアーム（左） ３４・・クランクアーム（右） ３５・・クランク軸（左歩行脚に遊着） ３６・・クランク軸（右歩行脚に遊着） ４０・・左歩行脚 ４１・・右歩行脚 ５０・・左足 ５１・・右足 ６０、６０’・・左右方向制御用モータ ６１、６１’・・回転軸 ６２、６２’・・ゴムキャップ ＦＬ・・左足の接地部の一点を示すマーク ＦＲ・・右足の接地部の一点を示すマーク ＴＬ・・左足ＦＬの軌跡 ＴＲ・・右足ＦＲの軌跡 ＴＣ・・歩行時の減速回転シャフトの位置の軌跡 ＴＭ・・歩行時の左右方向制御用モータの回転軸先端の
位置の軌跡 Ｓ１・・進行方向切替スイッチ Ｓ２・・左右方向切替スイッチ θ・・左右方向制御用モータの回転軸と地面のなす角度

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットの外観を模した胴体に、歩行駆
   動用モータと、該歩行駆動用モータの回転を減速するギ
   ヤボックスと、該ギヤボックスからそれぞれクランクア
   ームを介して駆動される左右の歩行脚と、該左右の歩行
   脚の各下端の地面に接する部位に形成したコ字状の足と
   を備え、歩行時に左右の足が胴体下方で交互に地面を踏
   んで該胴体を上下動させつつ歩行するロボット玩具であ
   って、胴体下部に左右方向制御用モータをその回転軸を
   地面方向に突出させかつ歩行時に胴体が上下動して最も
   下がったときに該回転軸の先端が地面に接するように設
   けたことを特徴とする、二足歩行ロボット玩具。
2. 【請求項２】 前記左右方向制御用モータは、その回転
   軸を胴体下部の横方向中心位置から地面に対して垂直に
   突出するように設けたことを特徴とする、請求項１に記
   載の二足歩行ロボット玩具。
3. 【請求項３】 前記左右方向制御用モータは、胴体下部
   の横方向中心位置から左右対称に二箇所に設け、かつ、
   該二つの左右方向制御用モータの各回転軸は胴体下部の
   横方向中心位置から左右対称にそれぞれ地面に対して４
   ５〜９０度の角度で突出させ、かつ、該二つの左右方向
   制御用モータの回転方向は地面と垂直方向に対して同一
   であることを特徴とする、請求項１に記載の二足歩行ロ
   ボット玩具。
4. 【請求項４】 前記歩行駆動用モータは、正逆回転切替
   可能な直流モータであって、電源極性を正負逆に切り替
   えて回転方向を切り替えることにより、歩行方向を前進
   又は後退に切り替えるとともに、前記左右方向制御用モ
   ータは、正逆回転切替可能な直流モータであって、電源
   極性を正負逆に切り替えて回転方向を切り替えることに
   より、歩行方向を左又は右に切り替えることを特徴とす
   る、請求項１〜３のいずれかに記載の二足歩行ロボット
   玩具。
5. 【請求項５】 前記左右方向制御用モータは、その回転
   軸の先端にゴム等の摩擦係数の大きい材質のキャップを
   被せたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記
   載の二足歩行ロボット玩具。