JP3893126B2 - ４足歩行ロボット - Google Patents

Description

本発明は、４つの脚部を有し、各々の脚部を動かして自力で移動する４足歩行ロボットに関するものである。

従来、自力で移動するロボットとして、車輪を有するもの、キャタピラを有するもの、脚部を有するもの等が開発されている。脚部を有する歩行ロボットとしては、２足、３足、４足、６足等の多足歩行ロボットが開発されている。特に４つの脚部を有する４足歩行ロボットは、歩行動作の安定性が高いこと、ロボットが４足の動物、例えば犬や猫等を象って製作されること等の理由から近年種々開発されている。
４足歩行ロボットの歩行動作としては、例えば、３つの脚部の足先を接地させて胴体等の重量を支持した状態で、他の１の足を遊脚として他の地点に移動させた後、接地させ、このような接地脚と遊脚を各々の脚部で交互に切り替えることによりロボットの重量を支持しつつ、歩行、移動を行っている。
このような４足歩行ロボットとしては、特許文献１に、胴体の側面に対して複数本の足すなわち脚部が設けられた多足歩行ロボットにおいて、各足に第１回動軸、第２回動軸、及び第３回動軸が設けられた構成が記載されている。特許文献１の４足歩行ロボットの足は、胴体の側面に配設された第１ユニットと、第１ユニットに対し第１関節部を介して取り付けられる第２ユニットと、第２ユニットに対し第２関節部を介して取り付けられる第３ユニットから構成され、第１関節部は、胴体の側面に対して平行な方向に軸方向を有する第１回動軸と、胴体の側面に対して垂直な方向に軸方向を有する第２回動軸と、からなる。また、第２関節部は、第２回動軸と平行な第３回動軸からなる。

特開２００２−１１６７９号公報

しかしながら、上記従来の多足歩行ロボットでは以下のような課題を有していた。
（１）特許文献１の多足歩行ロボットは、第１，第２，第３回動軸を回動させるために、回動軸を駆動するためのモータ等の駆動部を各々に設ける必要があり、４足で合計１２個の駆動部が必要になるため、駆動部の数が増加し、製造コストが高騰すると共に重量が増加するという課題を有していた。
（２）また、駆動部の数を少なくするために、単に回動軸の数を少なくしただけでは、足の自由度が減少し、足先を任意の位置に移動させることができなくなるので、安定した歩行制御が行えず、特に、安定した歩行を行うためのＺＭＰ制御を行う場合は、接地脚の足先を任意の位置に移動させることができないのでバランスが悪くなったり歩行中に足先が地面を滑って歩行が安定しなかったりする等の不具合が生じるという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、駆動部の数を少なくして製造コストの低下及び重量の軽減化を実現しつつ、脚部の自由度を減少させても安定した歩行動作を行うことができる４足歩行ロボットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の４足歩行ロボットは、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の４足歩行ロボットは、胴体部の側部に４脚部を有する４足歩行ロボットであって、前記脚部が、前記胴体部に水平方向に旋回自在に配設された水平旋回部と、前記胴体部に配設され前記水平旋回部を水平方向に回動駆動する水平旋回駆動部と、前記水平旋回部に上下方向に回動自在に軸着された上側上脚部と、前記上側上脚部の下部に略平行に配設され前記水平旋回部に上下方向に回動自在に軸着された下側上脚部と、前記水平旋回部に配設され前記上側上脚部を上下方向に回動駆動する上脚回動駆動部と、前記上側上脚部の先端部と前記下部側上脚部の先端部とが上端部に上下に軸支された下脚部と、前記下脚部の下端部に配設された接地部と、を備え、前記下側上脚部が、その中間部に配設され長手方向に弾性的に伸縮する弾性伸縮部を備えた構成を有している。

この構成により、以下のような作用を有する。
（１）脚部の上脚回動駆動部を駆動して、上側上脚部を上方向又は下方向に回動させることで、下脚部を上方向へ移動させ遊脚としたり下方向へ移動させ接地させたりすることができる。また、脚部が遊脚のときに、水平旋回駆動部を駆動して水平旋回部を右方向又は左方向へ回動させることで、脚部を前進方向や後退方向へ旋回させることができる。
（２）脚部の下脚部を上方へ移動させ遊脚とし、脚部を前進方向へ旋回させ、接地させる動作を、各々の脚部について順次行うクロール歩行動作を行うことにより、４足歩行ロボットを前進、後退、転回させることができる。その際に、遊脚とした脚部の他の３つの脚部で胴体部を支持しながら、制御装置により４足歩行ロボットの各部の重力と慣性力によるモーメントの総和が０となる地面上の点であるＺＭＰ（ゼロモーメントポイント）が接地脚の接地部を頂点とする三角形、いわゆる支持多角形の内部に位置するように胴体部の姿勢を制御することにより、安定した歩行動作を行うことができる。
（３）弾性伸縮部が弾性的に伸縮することにより、下脚部の傾きを上側上脚部に対して可変させることができ、脚部の姿勢を胴体部の移動やその際の姿勢に対応させて可変させることができるので、接地部が地面上を滑ることなく、１脚の脚部について２の駆動部を有する２駆動系であっても安定した歩行を行うことができる。
（４）１の脚部について２の駆動部を有する２駆動系であるので、３駆動系に比べ駆動部の数を減少させることができ、製造コストを低減できると共に重量を軽量化することができる。
（５）脚部が２の駆動部を有する２駆動系であるが、下側上脚部が弾性伸縮部を有することにより、通常の３駆動系、３自由度に近い歩行動作を実現することができる。

ここで、４足歩行ロボットは、胴体部の前部及び後部の両側部に４つの脚部が設けられ、その内の３の脚部の接地部を接地させて胴体部の重量を支持した状態で、他の１の脚部を遊脚として他の地点に移動させた後、接地させ、このような接地脚と遊脚を各々の脚部について交互に切り替えることにより歩行を行うクロール歩行動作や、４つの脚部の内、対角上の一対の脚部、例えば前部の右側部と後部の左側部の脚部を遊脚とし、他の脚部を接地脚として、遊脚の脚部と接地脚の脚部とを交互に切り替えることにより歩行を行うトロット歩行動作等を行うことができる。なお、弾性伸縮部の摺動部を管状部に固定して伸縮しないようにするロック機構部を設け、トロット歩行動作を行う場合は、ロック機構部を作動させて弾性伸縮部を固定することが好ましい。
弾性伸縮部としては、下側上脚部の長手方向に沿って配設された管状部と、管状部に摺動自在に挿入された摺動部と、管状部の内部に装入されたバネ部材と、を備えたものが用いられる。
水平旋回駆動部や上脚回動駆動部としては、ギアモータ等のモータが用いられる。また、１乃至複数のギアを介して水平旋回部や上側上脚部に固定された回動軸を回動させ、水平旋回部や上側上脚部を回動させることもできる。

本発明の請求項２に記載の４足歩行ロボットは、請求項１に記載の発明において、前記弾性伸縮部が、前記下側上脚部の長手方向に沿って配設された管状部と、前記管状部に摺動自在に挿入された摺動部と、前記管状部の内部に装入され前記摺動部を伸縮方向に付勢するバネ部材と、を備えた構成を有している。

この構成により、請求項１の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）管状部に挿入された摺動部が、管状部の内壁に沿って摺動すると共に管状部に装入されたバネ部材により付勢されることで弾性伸縮部が弾性的に伸縮するので、脚部の姿勢を胴体部の移動やその際の姿勢に対応させて可変させることができ、安定した歩行を行うことができる。

本発明の請求項３に記載の４足歩行ロボットは、請求項１又は２に記載の発明において、各々の前記脚部の前記弾性伸縮部に配設され前記弾性伸縮部を固定及び固定解除するロック機構部を備えた構成を有している。

この構成により、請求項１又は２の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）ロック機構部により弾性伸縮部を伸縮しないように固定及び固定解除することができるので、４足歩行ロボットがクロール歩行動作を行う場合は固定解除して弾性伸縮部を弾性的に伸縮させ安定した歩行動作を行うことができ、例えばトロット歩行動作を行う場合は、弾性伸縮部を固定し、胴体部の移動等により下脚部が胴体部に向かって傾かないようにすることで、安定したトロット歩行動作を行うことができる。

ここで、ロック機構部としては、管状部に穿設されたロック孔と、ロック孔に挿入される挿入ピンとを備え、挿入ピンをロック孔に挿し込むことによりロックできるものや、ソレノイドと、ソレノイドの可動部に固定された挿入ピンと、弾性伸縮部に形成され挿入ピンが挿入されるロック孔やロック溝と、を備え、ソレノイドへの通電により挿入ピンがロック孔やロック溝に差し込まれロックするもの等が用いられる。

本発明の請求項４に記載の４足歩行ロボットは、請求項３に記載の発明において、前記ロック機構部が、前記管状部に穿設されたロック孔と、前記ロック孔に挿入される挿入ピンとを備えた構成を有している。

この構成により、請求項３の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）挿入ピンをロック孔に挿入することにより摺動部が管状部内部へ摺動することを止めることができ、挿入ピンをロック孔から抜くことにより摺動部の固定を解除することができる。

以上説明したように本発明の４足歩行ロボットによれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、
（１）１の脚部について２の駆動部を有する２駆動系であるので、３駆動系に比べ駆動部の数を減少させることができ、製造コストを低減できると共に重量を軽量化することができる足歩行ロボットを提供することができる。
（２）弾性伸縮部が弾性的に伸縮することにより、下脚部の傾きを上側上脚部に対して可変させることができ、脚部の姿勢を胴体部の移動やその際の姿勢に対応させて可変させることができるので、接地部が地面上を滑ることなく、１脚の脚部について２の駆動部を有する２駆動系であっても安定した歩行を行うことができる安定性に優れた４足歩行ロボットを提供することができる。
（３）脚部が２の駆動部を有する２駆動系であるが、下側上脚部が弾性伸縮部を有することにより、通常の３駆動系、３自由度に近い歩行動作を実現することができ、歩行動作の安定性に優れスムーズな歩行が可能な４足歩行ロボットを提供することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、
（１）管状部に挿入された摺動部が管状部の内壁に沿って摺動すると共に管状部に装入されたバネ部材により付勢されることで、弾性伸縮部が弾性的に伸縮するので、脚部の姿勢を胴体部の移動やその際の姿勢に対応させて可変させることができ、安定した歩行を行うことができる安定性に優れた４足歩行ロボットを提供することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、
（１）ロック機構部により弾性伸縮部を伸縮しないように固定及び固定解除することができるので、４足歩行ロボットがクロール歩行動作を行う場合は固定解除して弾性伸縮部を弾性的に伸縮させ安定した歩行動作を行うことができ、例えばトロット歩行動作を行う場合は、弾性伸縮部を固定し、胴体部の移動等により下脚部が胴体部に向かって傾かないようにすることで、安定したトロット歩行動作を行うことができ、ロック機構部を作動又は解除するだけで種々の歩行動作が可能で歩行動作の多様性に優れた４足歩行ロボットを提供することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項３の効果に加え、
（１）挿入ピンをロック孔に挿入することにより摺動部が管状部内部へ摺動することを止めることができ、挿入ピンをロック孔から抜くことにより摺動部の固定を解除することができ、簡単に歩行動作の切り替えが可能な４足歩行ロボットを提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態について、図１乃至図７を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本実施の形態１における４足歩行ロボットの前部の脚部を示す要部斜視図であり、図２は本実施の形態１における４足歩行ロボットの脚部の背面図である。なお、本実施の形態１においては、４足歩行ロボットの前部の１の脚部のみについて説明しているが、各脚部は同様の構成であるので、他の脚部については説明を省略する。
図中、１は本実施の形態１における４足歩行ロボット、２は上下に平行に配設された上側胴体板２ａ及び下側胴体板２ｂからなり前端部及び後端部に幅広部２ｄを有する胴体部、２０ａは４足歩行ロボット１の前部の左右の脚部、４は胴体部２の幅広部２ｄの側部に水平方向に旋回自在に設けられた水平旋回部、５は胴体部２の上側胴体板２ａに穿設された矩形の固定孔２ｃに嵌合固定され、水平旋回部４を旋回駆動する水平旋回駆動部、６は水平旋回駆動部５の水平駆動軸５ａ（図２参照）に固定された水平駆動側ギア、７は水平駆動側ギア６に歯合した水平従動側ギア、８は水平従動側ギア７に固定された水平旋回軸である。水平旋回部４は、上面の上側旋回板４ａ，下面の下側旋回板４ｂ，及び両側部の側部旋回板４ｃ，４ｄからなり、水平旋回軸８は、その上下端部が上側旋回板４ａと下側旋回板４ｂに固定されていると共に、胴体部の２の上側胴体板２ａと下側胴体板２ｂに回動自在に軸支されている。

９は一端部で水平旋回部４に上下方向に回動自在に軸支された上側上脚部、９ａは上側上脚部９の一端部に固定され側部旋回板４ｃ，４ｄに回動自在に軸支された上側上脚部回動軸、１０は側部旋回板４ｃに穿設された矩形の固定孔４ｅに嵌合固定され、上側上脚部９を回動駆動する上脚回動駆動部、１１は上側上脚部９の下部に略平行に配設され一端部で水平旋回部４に回動自在に軸支された下側上脚部、１１ａは下側上脚部１１の一端部に固定され側部旋回板４ｃ，４ｄに回動自在に軸支された下側上脚回動軸、１２は下側上脚部１１の中間部に配設された弾性伸縮部、１２ａは下側上脚部１１の長手方向に沿って配設され下脚部側部材１１ｂに固定された管状部、１２ｂは下側上脚部１１の水平旋回部側部材１１ｃに固定され管状部１２ａに摺動自在に挿入された摺動部、１３は上部が上側上脚部９及び下側上脚部１１の他端部に軸支された下脚部、１３ａ，１３ｂは下脚部１３の前面及び後面の下脚板、１４は上側上脚部９の他端部に固定され下脚部１３の上端部に軸支された上側下脚軸、１５は下側上脚部１１の他端部に固定され下脚部１３の上側下脚軸１４の下部に軸支された下側下脚軸、１６は下脚部１３の下端部に長手方向に沿って複数設けられた支持ピンと各々の支持ピンに環装されたバネ部材からなる緩衝部、１７は緩衝部１６の下部に配設され下部が湾曲面状に形成された接地部である。

図２において、５ａは水平旋回駆動部５の駆動軸であり水平駆動ギア６が固定された水平駆動軸、９ｂは上側上脚回動軸９ａに固定された上脚従動側ギア、１０ａは上脚回動駆動部１０の駆動軸である上脚駆動軸、１０ｂは上脚駆動軸１０ａに固定され上脚従動側ギア９ｂに歯合した上脚駆動側ギア、１２ｃは管状部１２ａの内部に装入され一端部が管状部１２ａの底部に固定され他端部が摺動部１２ｂの先端部に固定されたバネ部材である。
ここで、水平旋回駆動部５及び上脚回動駆動部１０としてはギアモータが用いられる。

以上のように構成された本実施の形態１における４足歩行ロボット１について、以下その歩行動作を図１及び図２を用いて説明する。
まず、脚部３を接地した状態から遊脚とし、水平方向に旋回させた後接地させる脚部基本動作について説明する。
図１及び図２に示すように、接地部１７が地面に接地した状態から、下脚部１３を上方向へ上げ、脚部３を遊脚とするには、上脚回動駆動部１０を駆動して上脚駆動側ギア１０ｂを図２において矢印ｙ方向に回転させ、上脚駆動側ギア１０ｂに歯合した上脚従動側ギア９ｂを矢印右回りに回転させ上側上脚部９を上方向に回動させる。これに伴って下脚部１３は上方向へ移動する。なお、下側上脚部１１は上側上脚部９の上方向への回動に伴って上方向へ回動するため下脚部１３は接地部１７が下向きの姿勢を保つことができる。
脚部３を遊脚とした状態で、脚部３を水平方向に旋回させるには、水平旋回駆動部５を駆動して水平駆動側ギア６を矢印β方向に回転させ、水平駆動側ギア６に歯合した水平従動側ギア７を上方から見て右回りに回転させ水平旋回部４を右回りへ回動させる。これにより脚部３は前方へ旋回する。
脚部３を所定位置まで旋回させると、上脚回動駆動部１０を駆動して上脚駆動側ギア１０ｂを図２において右回り（矢印ｘ方向）に回転させ、上脚従動側ギア９ｂを左回りに回転させ上側上脚部９を下方向に回動させ、下脚部１３は下方向へ移動させ、接地部１７を接地させる。
なお、円滑な歩行動作を行うために、下脚部１３の上下方向への移動と脚部３の水平方向の旋回動作は同時に行うこともできる。このとき、接地部１７は略円弧状の軌跡を描く。

次に、以上説明した脚部基本動作を各々の脚部について順次繰り返し行うことによるクロール歩行動作をついて図３を用いて説明する。
図３（ａ）乃至図３（ｅ）は本実施の形態１における４足歩行ロボットのクロール歩行動作を説明する模式図である。
図３において、１は４足歩行ロボット、２は胴体部、３，３ａ，３ｂ，３ｃは脚部、１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃは各脚部３，３ａ，３ｂ，３ｃの足先の接地部である。
図３（ａ）に示すように、４足歩行ロボット１が停止している状態では、接地部１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃは地面に接地している。
図３（ｂ）に示すように、脚部３の下脚部１３を上方へ移動させると共に、脚部３を前進方向へ旋回させる。このとき、脚部３は遊脚であり接地部１７は地面から離れている。また、脚部３ａ，３ｂ，３ｃは接地脚であり接地部１７ａ，１７ｂ，１７ｃは接地し胴体部２を３点で支持している。脚部３を前進方向へ旋回させた後、下脚部１３を下方へ移動させ接地部１７を接地させる。
続いて、図３（ｃ）乃至図３（ｅ）に示すように、上述した脚部３と同様にして他の脚部３ａ，３ｂ，３ｃを、脚部３ｃ（図３（ｃ））→脚部３ａ（図３（ｄ））→脚部３ｂ（図３（ｅ））の順で遊脚とし、その際他の３つの脚部は接地脚として胴体部２を支持する。遊脚とした脚部３ａ，３ｂ，３ｃを前進方向へ旋回させ、順次前進方向へ送り出して接地させることにより、４足歩行ロボット１は前進方向へクロール歩行を行う。
なお、図３においては、４足歩行ロボット１の前進方向への歩行について説明しているが、脚部３，３ａ，３ｂ，３ｃの水平旋回方向や遊脚とする順序を適宜制御することにより、後退や転回、足踏み等を行うこともできる。

次に、クロール歩行時のＺＭＰ制御について図４を用いて説明する。
図４（ａ）及び図４（ｂ）は本実施の形態１における４足歩行ロボットのクロール歩行時のＺＭＰ制御を説明する模式図である。
図４において、１８ａは地面上の接地部１７ａ，１７ｂ，１７ｃを頂点とする三角形である支持多角形、１８ｂは地面上の接地部１７，１７ａ，１７ｂを頂点とする三角形である支持多角形、１９ａ，１９ｂは４足歩行ロボット１の各部の重力と慣性力によるモーメントの総和が０となる地面上の点であるＺＭＰ（ゼロモーメントポイント）、２０ａ，２０ｂは支持多角形１８ａ，１８ｂの内部に位置するように予め設定された設定ＺＭＰである。設定ＺＭＰ２０ａ，２０ｂは、支持多角形１８ａ，１８ｂの内部に設定されると共に、滑らかな歩行を行えるような位置、例えばクロール歩行時に重心が大きく振れないような位置に設定される。
図４（ａ）に示すように、脚部３は遊脚であり、脚部３ａ，３ｂ，３ｃは接地脚である。接地部１７ａ，１７ｂ，１７ｃは接地し胴体部２を３点で支持している。この３点支持の状態におけるＺＭＰ１９ａは、予め設定された設定ＺＭＰ２０ａと一致しているため、４足歩行ロボット１は倒れることはない。
図４（ｂ）に示すように、遊脚としていた脚部３を接地させ、続いて脚部３ｃを遊脚とする際には、制御装置（図示せず）は、まず、脚部３，３ａ，３ｂの接地部１７，１７ａ，１７ｂで３点支持した場合のＺＭＰ１９ｂを算出する。ここで、ＺＭＰ１９ａは胴体部２の位置や姿勢からＺＭＰ方程式により算出される。
次に、制御装置は、算出されたＺＭＰ１９ｂが予め設定された設定ＺＭＰ２０ｂと一致するように、接地脚である各脚部３，３ａ，３ｂの水平旋回駆動部５及び上脚回動駆動部１０を駆動して胴体部２の位置と姿勢を制御する。すなわち、各脚部３，３ａ，３ｂの水平旋回駆動部５を駆動し、各脚部３，３ａ，３ｂを後方へ向かって旋回させる。このとき、各脚部３，３ａ，３ｂの接地部１７，１７ａ，１７ｂは地面に接地しているので、各脚部３，３ａ，３ｂの後方への旋回により胴体部２は前進方向に向かって略前方の胴体部２′の位置に移動し、脚部３，３ａ，３ｂは脚部３′，３ａ′，３ｂ′の位置に移動する。また、脚部３，３ａ，３ｂの上脚回動駆動部１０を駆動することにより、胴体部２の姿勢を左右に傾けることもできる。
以上のようにして、制御装置は、４足歩行ロボット１のＺＭＰ１９ｂが支持多角形１８ｂの内部に設定された設定ＺＭＰ２０ｂと一致するように胴体部２の姿勢を制御しながら、クロール歩行を行って前進する。

なお、図４（ｂ）に示すように、脚部３，３ａ，３ｂの接地部１７，１７ａ，１７ｂが接地した状態で胴体部２が略前方に移動する場合、各脚部３，３ａ，３ｂに設けられた弾性伸縮部１２により胴体部２を円滑に移動させている。以下、弾性伸縮部の動作について説明する。
図５（ａ）及び図５（ｂ）は本実施の形態１における４足歩行ロボットの弾性伸縮部の動作を説明する模式図である。なお、Ａ，Ｂは各々平面図及び側面図を示す。
図５において、Ｌ１は胴体部２の側部と接地部１７の間の距離、Ｌ２は脚部３の水平方向の旋回半径である。
図５（ａ）に示すように、脚部３の接地部１７は胴体部２の左斜め前方に接地している。この状態で、図４（ｂ）において説明したように胴体部２が前進方向へ移動すると、図５（ｂ）に示すように、脚部３′が胴体部２′の側部に対して平面略直角になる。胴体部２′の側部と接地部１７の間の距離Ｌ１は、図５（ａ）に示す前進前の状態と略同一であるので、距離Ｌ１は脚部３の旋回半径Ｌ２より小さい。このため、下側上脚部１１に設けられた弾性伸縮部１２が縮んで下脚部１３の接地部１７側が胴体部２′の側部に向かって傾いた状態となる。
ここで、本実施の形態１における４足歩行ロボット１は、１脚の脚部３に対して２の駆動部５，１０を有する２駆動系であり２自由度があるので、接地状態にある脚部３の姿勢を任意姿勢にすることはできないが、上述したように弾性伸縮部１２が伸縮することで脚部３′の下脚部１３の姿勢を胴体部２′の移動に対応させて可変させることができるので、接地部１７が地面上を滑ることなく安定した歩行を行うことができる。

なお、クロール歩行動作とは異なり、脚部３，３ａ，３ｂ，３ｃの内、対角上の一対の脚部、例えば脚部３，３ｃを一組として、その一組の脚部を遊脚とし、他の組の脚部３ａ，３ｂを接地脚として、遊脚と接地脚の組を交互に切り替えることによりトロット歩行動作を行うこともできる。トロット歩行を行う場合のＺＭＰ制御は、接地した対角上び一組の脚部、例えば脚部３，３ｃの接地部１７を結ぶ直線帯状の領域を支持多角形として、該支持多角形の内部に設定ＺＭＰを設定し、その設定ＺＭＰにＺＭＰを一致させるように胴体部２の位置及び姿勢を制御する点以外はクロール歩行と同様である。

なお、トロット歩行動作を行う場合は、安定した歩行動作を行うために、ロック機構部により弾性伸縮部１２が伸縮して下脚部１３の接地部１７側が胴体部２′の側部に向かって傾ないように、弾性伸縮部１２の伸縮を固定することもできる。以下、ロック機構部について図６を用いて説明する。
図６はロック機構部の一部断面要部側面図である。
図６において、１１は下側上脚部、１２は弾性伸縮部、１２ａは管状部、１２ｂは摺動部、１２ｃはバネ部材、２１はロック機構部、２２は管状部１２ａの外壁に配設されたケーシング部、２３はケーシング部２２の内部に配設されたソレノイド部、２４はソレノイド部２３の可動部に固定された挿入ピン、２５は管状部１２ａに穿設されたロック孔、２６は摺動部１２ｂの所定の伸縮長さでロック孔２５に連通する位置に設けられたロック溝である。
図６に示すように、ロック機構部２１においてソレノイド部２３は通電により挿入ピン２４をロック孔２５及びロック溝２６に挿入し、或いは挿入した挿入ピン２４を抜くことができる。挿入ピン２４がロック孔２５及びロック溝２６に連挿されることにより、摺動部１２ｂを管状部１２ａに対して固定し弾性伸縮部１２を伸縮しないように固定することができる。これにより、下側上脚部１１に設けられた弾性伸縮部１２が伸縮しないので、胴体部２の移動等により下脚部１３が胴体部２に向かって傾くことはない。トロット歩行動作のＺＭＰ制御においては、対角上の脚部による２点支持の状態で胴体部２の位置及び姿勢を制御するため、１脚の脚部に２自由度があれば足り、クロール歩行で生じていた接地部１７が滑る等の不具合が生じず、したがって弾性伸縮部１２を伸縮しないように固定することにより、下脚部１３は傾くことなく略垂直の姿勢を保持できるので、胴体部２がふらついたりせず、安定したトロット歩行を行うことができる。また、挿入ピン２４をロック孔２５及びロック溝２６から抜くことにより、弾性伸縮部１２をバネ部材１２ｃにより弾性的に伸縮させることができるので、制御装置（図示せず）はロック機構部２１のソレノイド部２３に流れる電流を制御することにより、弾性伸縮部１２が伸縮しないように固定解除することができ、上述したように安定したクロール歩行を行わせることができる。このように、クロール歩行を行うかトロット歩行を行うかを選択する際に、その歩行動作に応じて弾性伸縮部１２を伸縮させるか伸縮させないかを選択できる。

次に、ロック機構部の他の例について図７を用いて説明する。
図７はロック機構部の他の例を示す一部断面要部側面図である。
図７において、２１′はロック機構部、２７は管状部１２ａの管壁に穿設されたロック孔、２８はロック孔２７に挿入される挿入ピンである。
図７に示すように、挿入ピン２８をロック孔２７に挿し込む、或いは抜き出すことにより、手動で弾性伸縮部１２を伸縮しないように固定、固定解除することができるので、クロール歩行を行う場合は挿入ピン２８をロック孔２７から抜き出し、トロット歩行を行う場合は挿入ピン２８をロック孔２７に挿し込むことで、４足歩行ロボット１にいずれの歩行動作の場合であっても安定した歩行を行わせることができる。

以上のように本実施の形態１における４足歩行ロボット１は構成されているので、以下のような作用を有する。
（１）脚部３の上脚回動駆動部１０を駆動して上脚駆動側ギア１０ｂを回転させ、上脚駆動側ギア１０ｂに歯合した上脚従動側ギア９ｂを回転させ上側上脚部９を上方向又は下方向に回動させることで、下脚部１３を上方向へ移動させ遊脚としたり下方向へ移動させ接地させたりすることができる。また、脚部３が遊脚のときに、水平旋回駆動部５を駆動して水平駆動側ギア６を回転させ、水平駆動側ギア６に歯合した水平従動側ギア７を回転させ水平旋回部４を右回り又は左回りへ回動させることで、脚部３を前進方向や後退方向へ旋回させることができる。
（２）脚部３の下脚部１３を上方へ移動させ遊脚とし、脚部３を前進方向へ旋回させ、接地させる動作を、脚部３，３ａ，３ｂ，３ｃについて順に行うクロール歩行動作を行うことができ、４足歩行ロボット１を前進、後退、転回させることができる。その際に、遊脚とした脚部の他の３つの脚部で胴体部２を支持しながら、制御装置により４足歩行ロボット１の重心が接地脚の接地部を頂点とする三角形の内部に位置するように胴体部２の姿勢を制御することにより、安定した歩行動作を行うことができる。
（３）弾性伸縮部１２は管状部１２ａに挿入された摺動部１２ｂが管状部１２ａの内壁に沿って摺動すると共に、管状部１２ａに装入されたバネ部材１２ｃにより付勢されることで弾性的に伸縮する。クロール歩行を行う場合、弾性伸縮部１２が伸縮することで、下脚部１３の傾きを上側上脚部９に対して可変させることができ、脚部３の姿勢を胴体部２の姿勢に対応させて可変させることができるので、接地部１７が地面上を滑ることなく安定した歩行を行うことができる。
（４）ロック機構部２１は、ソレノイド部２３の通電により挿入ピン２４がロック孔２５及びロック溝２６に連挿され、摺動部１２ｂを管状部１２ａに対して固定し弾性伸縮部１２を伸縮しないように固定することができ、胴体部２の移動等により下脚部１３が胴体部２に向かって傾くことがないので、２点支持の状態でもふらついたりせず安定したトロット歩行を行うことができる。また、制御装置はソレノイド部２３に流れる電流を制御することにより、弾性伸縮部１２を伸縮しないように固定及び固定解除することができ、トロット歩行を行う場合は固定し、クローク歩行を行う場合は固定解除し、歩行動作に応じて切り替えることができる。

以上説明したように、本発明は、４つの脚部を有し、各々の脚部を動かして自力で移動する４足歩行ロボットに関し、特に本発明によれば、駆動部の数を少なくして製造コストの低下及び重量の軽減化を実現しつつ、脚部の自由度を減少させても安定した歩行動作を行うことができる４足歩行ロボットを提供することができる。

実施の形態１における４足歩行ロボットの前部の脚部を示す要部斜視図 実施の形態１における４足歩行ロボットの脚部の背面図 （ａ）実施の形態１における４足歩行ロボットのクロール歩行動作を説明する模式図（ｂ）実施の形態１における４足歩行ロボットのクロール歩行動作を説明する模式図（ｃ）実施の形態１における４足歩行ロボットのクロール歩行動作を説明する模式図（ｄ）実施の形態１における４足歩行ロボットのクロール歩行動作を説明する模式図（ｅ）実施の形態１における４足歩行ロボットのクロール歩行動作を説明する模式図 （ａ）実施の形態１における４足歩行ロボットのクロール歩行時のＺＭＰ制御を説明する模式図 （ｂ）実施の形態１における４足歩行ロボットのクロール歩行時のＺＭＰ制御を説明する模式図 （ａ）本実施の形態１における４足歩行ロボットの弾性伸縮部の動作を説明する模式図（ｂ）本実施の形態１における４足歩行ロボットの弾性伸縮部の動作を説明する模式図 ロック機構部の一部断面要部側面図 ロック機構部の他の例を示す一部断面要部側面図

符号の説明

１ ４足歩行ロボット
２ 胴体部
２ａ 上側胴体板
２ｂ 下側胴体板
２ｃ 固定孔
２ｄ 幅広部
２０ａ，３ｂ，３ｃ 脚部
４ 水平旋回部
４ａ 上側旋回板
４ｂ 下側旋回板
４ｃ，４ｄ 側部旋回板
４ｅ 固定孔
５ 水平旋回駆動部
５ａ 水平駆動軸
６ 水平駆動側ギア
７ 水平従動側ギア
８ 水平旋回軸
９ 上側上脚部
９ａ 上側上脚部回動軸
９ｂ 上脚従動側ギア
１０ 上脚回動駆動部
１０ａ 上脚駆動軸
１０ｂ 上脚駆動側ギア
１１ 下側上脚部
１１ａ 下側上脚回動軸
１１ｂ 下脚部側部材
１１ｃ 水平旋回部側部材
１２ 弾性伸縮部
１２ａ 管状部
１２ｂ 摺動部
１２ｃ バネ部材
１３ 下脚部
１３ａ，１３ｂ 下脚板
１４ 上側下脚軸
１５ 下側下脚軸
１６ 緩衝部
１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 接地部
１８ａ，１８ｂ 支持多角形
１９ａ，１９ｂ ＺＭＰ
２０ａ，２０ｂ 設定ＺＭＰ
２１ ロック機構部
２２ ケーシング部
２３ ソレノイド部
２４，２８ 挿入ピン
２５，２７ ロック孔
２６ ロック溝

Claims (4)

1. 胴体部の側部に４脚部を有する４足歩行ロボットであって、
   各々の前記脚部が、
   前記胴体部に水平方向に旋回自在に配設された水平旋回部と、
   前記胴体部に配設され前記水平旋回部を水平方向に回動駆動する水平旋回駆動部と、
   前記水平旋回部に上下方向に回動自在に軸着された上側上脚部と、
   前記上側上脚部の下部に略平行に配設され前記水平旋回部に上下方向に回動自在に軸着された下側上脚部と、
   前記水平旋回部に配設され前記上側上脚部を上下方向に回動駆動する上脚回動駆動部と、
   前記上側上脚部の先端部と前記下部側上脚部の先端部とが上端部に上下に軸支された下脚部と、
   前記下脚部の下端部に配設された接地部と、
   を備え、
   前記下側上脚部が、その中間部に配設され長手方向に弾性的に伸縮する弾性伸縮部を備えていることを特徴とする４足歩行ロボット。
2. 前記弾性伸縮部が、前記下側上脚部の長手方向に沿って配設された管状部と、前記管状部に摺動自在に挿入された摺動部と、前記管状部の内部に装入され前記摺動部を伸縮方向に付勢するバネ部材と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の４足歩行ロボット。
3. 各々の前記脚部の前記弾性伸縮部に配設され前記弾性伸縮部を固定及び固定解除するロック機構部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の４足歩行ロボット。
4. 前記ロック機構部が、前記管状部に穿設されたロック孔と、前記ロック孔に挿入される挿入ピンとを備えていることを特徴とする請求項３に記載の４足歩行ロボット。

Images