JP4675356B2

JP4675356B2 - 脚式移動ロボット

Info

Publication number: JP4675356B2
Application number: JP2007178032A
Authority: JP
Inventors: 洋五味; 一司浜谷; 均豊田; 佳也竹村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2022-08-28
Also published as: JP2007245346A

Description

この発明は脚式移動ロボットに関し、より詳しくは、脚式移動ロボットの脚部に関する。

脚式移動ロボット、特に脚式移動ロボットの脚部に関する技術としては、例えば下記の特許文献１記載の技術が知られている。この従来技術にあっては、膝関節を駆動する電動モータを大腿リンクに配置すると共に、足首関節を駆動する電動モータを下腿リンクに配置し、各関節の軸線と同軸に配置された減速機をベルトを介して駆動することにより、歩行に必要な駆動力を得るように構成している。
特許第３２９３９５２号公報

脚式移動ロボットを移動させる場合、特に、高速で移動させる場合にあっては、脚部に大きな慣性力が生じる。このため、移動時に脚部に発生する慣性力を低減させるよう、脚部、特にその接地側（床面に接地する側。即ち、末端側）の重量が軽量であることが望ましい。しかしながら、上記した従来技術にあっては、下腿リンクに足首関節を駆動するための電動モータが配置されると共に、足首関節の軸線と同軸に減速機が配置されることから、脚部の接地側の重量が重くなり、慣性力の低減の点で改善の余地を残していた。

従って、この発明の目的は、脚部の接地側（末端側）の重量を軽量化し、よって移動時に脚部に発生する慣性力を低減できるようにした脚式移動ロボットを提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１項にあっては、関節脚部を備え、アクチュエータで前記脚部を駆動して移動する脚式移動ロボットにおいて、前記脚部は、少なくとも第１の関節と、前記第１の関節より重力方向において下方に配置される第２の関節と、前記第２の関節を駆動するアクチュエータの出力を減速する減速機とを備え、前記減速機が前記第１の関節に配置されると共に、前記減速機の入力軸が前記第１の関節の軸線と同軸に配置される如く構成した。

請求項２項にあっては、前記脚部は、前記第１の関節と前記第２の関節を連結するリンクを備えると共に、前記減速機のベース部が前記第１の関節と第２の関節を連結するリンクに配置される如く構成した。

請求項３項にあっては、前記減速機の出力軸が、前記第１の関節の軸線と同軸に配置されると共に、前記第２の関節は、前記減速機の出力軸にロッドを介して駆動されるように接続される如く構成した。

請求項４項にあっては、前記第２の関節は、少なくとも異なる２方向の回転軸線を備える如く構成した。

請求項５項にあっては、前記第２の関節は、複数個のアクチュエータによって駆動されると共に、前記複数個のアクチュエータの出力が伝達される減速機の出力軸と複数本のロッドを介して駆動されるように接続される如く構成した。

請求項６項にあっては、前記複数本のロッドは、前記第２の関節の軸線から所定の距離離間して配置される如く構成した。また、請求項７項にあっては、前記第２の関節は、前記脚部が有する関節の中で最も接地側に配置される関節である如く構成した。

請求項１にあっては、脚部が少なくとも第１の関節と、それより重力方向において下方に配置される第２の関節と、第２の関節を駆動するアクチュエータの出力を減速する減速機とを備え、減速機が第１の関節に配置されると共に、減速機の入力軸が第１の関節の軸線と同軸に配置されるように構成したので、脚部の接地側（末端側。即ち、第２の関節側）の重量を軽量化することができ、よって移動時、特に高速移動時に脚部に発生する慣性力を低減することができる。

請求項２にあっては、脚部が第１の関節と前記第２の関節を連結するリンクを備えると共に、減速機のベース部が第１の関節と第２の関節を連結するリンクに配置されるように構成したので、脚部の接地側（末端側。即ち、第２の関節側）の重量を軽量化することができ、よって移動時、特に高速移動時に脚部に発生する慣性力を低減することができる。さらに、減速機のベース部を第１の関節と第２の関節を連結するリンクに配置することで、第１の関節の角度変化が第２の関節の角度に及ぼす影響を低減することができる。具体的には、第１の関節の角度変化に対する第２の関節の角度変化を、減速機の減速比倍に低減することができる。

請求項３にあっては、減速機の出力軸が、第１の関節の軸線と同軸に配置されると共に、第２の関節は、減速機の出力軸に剛体であるロッドを介して駆動されるように接続される如く構成したので、請求項１および２で述べた効果に加え、第２の関節と減速機を離間して配置しても精度良く動力を伝達することができる。さらには、第１の関節と第２の関節を独立して角度調整することができる。

請求項４にあっては、第２の関節が少なくとも異なる２方向の回転軸線を備える如く構成したので、請求項１から３で述べた効果に加え、脚式移動ロボットの滑らかな移動が可能となる。

請求項５にあっては、第２の関節が複数個のアクチュエータによって駆動されると共に、複数個のアクチュエータの出力が伝達される減速機の出力軸と、複数本のロッドを介して駆動されるように接続される如く構成したので、請求項１から４で述べた効果に加え、第２の関節（具体的には大きな駆動力が必要とされる足首関節）の駆動を複数個のアクチュエータの駆動力の和によって行なうことができ、よって第２の関節を駆動する複数個のアクチュエータを小型化することができる。

請求項６にあっては、第２の関節と減速機の出力軸を接続する複数本のロッドが、第２の関節の軸線から所定の距離離間して配置される如く構成したので、請求項５で述べた効果に加え、小さな駆動力で第２の関節を駆動することができる。また、請求項７にあっては、第２の関節が脚部が有する関節の中で最も接地側に配置される関節である如く構成したので、請求項１から６で述べた効果に加え、脚部の接地端から第２の関節（具体的には足首関節）までの距離を小さくすることができ、よって脚式移動ロボットの安定性を向上させることができる。

以下、添付図面を参照してこの発明の一つの実施の形態に係る脚式移動ロボットについて説明する。

図１はこの実施の形態に係る脚式移動ロボット、より詳しくは、２足歩行ロボットを、脚部の関節構造を中心に模式的に示す概略図である。

図示の如く、２足歩行ロボット（以下「ロボット」という）１は、左右それぞれの脚部２Ｒ，２Ｌ（右側をＲ、左側をＬとする。以下同じ）に６個の関節（軸線で示す）を備える。６個の関節は重力方向において上方から順に、股（腰部）の脚部回転用（Ｚ軸まわり）の関節１０Ｒ，１０Ｌ（右側をＲ、左側をＬとする。以下同じ）、股（腰部）のロール方向（Ｘ軸まわり）の関節１２Ｒ，１２Ｌ、股（腰部）のピッチ方向（Ｙ軸まわり）の関節１４Ｒ，１４Ｌ、膝部のピッチ方向の関節１６Ｒ，１６Ｌ、足首のピッチ方向の関節１８Ｒ，１８Ｌ、および同ロール方向の関節２０Ｒ，２０Ｌから構成される。即ち、股関節（あるいは腰関節）は関節１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）から、膝関節（前記した第１の関節）は関節１６Ｒ（Ｌ）から、足首関節（前記した第２の関節）は関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）から構成される。

足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）の下部には足平２２Ｒ，Ｌが取り付けられると共に、最上位には上体（基体）２４が設けられ、その内部にマイクロコンピュータからなる制御ユニット２６などが格納される。また、股関節１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）と膝関節１６Ｒ（Ｌ）とは大腿リンク２８Ｒ，Ｌで連結され、膝関節１６Ｒ（Ｌ）と足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）とは下腿リンク３０Ｒ，Ｌで連結される。

また、同図に示す如く、足首関節１８，２０Ｒ（Ｌ）と足平２２Ｒ（Ｌ）の接地端の間には、公知の６軸力センサ（床反力検出器）３４Ｒ（Ｌ）が取り付けられ、力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚとを測定し、脚部２Ｒ（Ｌ）の着地（接地）の有無、および床面（図示せず）から脚部２Ｒ（Ｌ）に作用する床反力（接地荷重）などを検出する。また、上体２４には傾斜センサ３６が設置され、Ｚ軸（鉛直方向（重力方向））に対する傾きとその角速度を検出する。また、各関節を駆動する電動モータには、その回転量を検出するロータリエンコーダ（図示せず）が設けられる。

これら６軸力センサ３４Ｒ（Ｌ）や傾斜センサ３６などの出力は制御ユニット２６に入力される。制御ユニット２６は、メモリ（図示せず）に格納されているデータおよび入力された検出値に基づき、各関節を駆動する電動モータ（同図で図示せず）の制御値を算出する。

このように、ロボット１は左右の脚部２Ｒ，２Ｌのそれぞれについて６つの自由度を与えられ、これら６×２＝１２個の関節を駆動する電動モータを制御ユニット２６で算出された制御値に基づいて動作させることにより、足全体に所望の動きを与えることができ、任意に３次元空間を移動させることができる。尚、上体２４には腕部や頭部が接続されるが、それらの構造はこの発明の要旨に直接の関係を有しないため、図示を省略する。

続いて、図２以降を参照してロボット１の脚部２Ｒ，２Ｌについて詳説する。尚、以下、右側の脚部２Ｒを例に挙げて説明するが、脚部２Ｒ，２Ｌは左右対称のため、以下の説明は脚部２Ｌにも妥当する。

図２は、図１で模式的に示した脚部２Ｒを詳しく示す右側面図である。尚、同図において、股関節付近の図示は省略する。また、図３は、図２に示す脚部２Ｒの背面図である。

両図に示すように、大腿リンク２８Ｒの後部にはモータケース５０が設けられ、モータケース５０の内部上方には、膝関節１６Ｒを駆動する電動モータ（以下「膝関節用電動モータ」という）５２が配置される。また、モータケース５０の内部下方には、足首関節１８Ｒ，２０Ｒを駆動する第１の電動モータ（以下「第１足首関節用電動モータ」という）５４が配置されると共に、第１足首関節用電動モータ５４のさらに下方には足首関節１８Ｒ，２０Ｒを駆動する第２の電動モータ（以下「第２足首関節用電動モータ」という）５６が配置される。第１足首関節用電動モータ５４と第２足首関節用電動モータ５６は、それらの出力軸５４ｏｓと５６ｏｓが左右方向（図１のＹ軸方向）において相反する向きに位置するように配置される。

また、大腿リンク２８Ｒの前部において、前記した膝関節用電動モータ５２と対向する位置には、減速機（以下「膝関節用減速機」という）６０が配置される。膝関節用電動モータ５２の出力軸５２ｏｓに固定されたプーリ５２ｐは、ベルト５２ｖを介して膝関節用減速機６０の入力軸６０ｉｓに固定されたプーリ６０ｐと接続され、よって膝関節用電動モータ５２の出力は膝関節用減速機６０に伝達される。尚、膝関節用減速機６０は公知のハーモニック減速機（登録商標）であり、詳細な説明は省略する。

また、膝関節用減速機６０の出力軸（図示せず）には、ロッド接続部（以下「膝関節用ロッド接続部」という）６２が設けられ、膝関節用ロッド接続部６２には剛体からなるロッド（以下「膝関節用ロッド」という）６４の上端がピッチ方向（図１のＹ軸回り）において回動自在に接続される。

他方、二股に分岐された膝関節用ロッド６４の下端は、下腿リンク３０Ｒの上端に形成された下腿リンク側膝関節用ロッド接続部６６に、ピッチ方向において回動自在に接続される。このように、下腿リンク３０Ｒは、膝関節用ロッド接続部６２と膝関節用ロッド６４を介して膝関節用減速機６０に接続され、よって膝関節用電動モータ５２の出力によってピッチ方向に駆動される。このとき、下腿リンク３０Ｒの回転軸線が、前記した膝関節１６Ｒの軸線１６ｓとなる。

膝関節１６Ｒの軸線１６ｓ上において、膝関節１６Ｒの両側（左右方向における両側）には、２個の減速機７０，７２が配置される。減速機７０の入力軸７０ｉｓに固定されたプーリ７０ｐは、前記した第１足首関節用電動モータ５４の出力軸５４ｏｓに固定されたプーリ５４ｐとベルト５４ｖを介して接続され、よって第１足首関節用電動モータ５４の出力は減速機７０に伝達される。以下、減速機７０を「第１足首関節用減速機」という。

また、減速機７２の入力軸７２ｉｓに固定されたプーリ７２ｐは、前記した第２足首関節用電動モータ５６の出力軸５６ｏｓに固定されたプーリ５６ｐとベルト５６ｖを介して接続され、よって第２足首関節用電動モータ５６の出力は減速機７２に伝達される。以下、減速機７２を「第２足首関節用減速機」という。尚、第１足首関節用減速機７０と第２足首関節用減速機７２は、共に公知のハーモニック減速機であり、それらのベース部（回転しない部位）は、下腿リンク３０Ｒに固定される。

図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面図、即ち、膝関節１６Ｒの断面図である。

同図に示す如く、第１足首関節用減速機７０と第２足首関節用減速機７２の入力軸７０ｉｓ，７２ｉｓと出力軸７０ｏｓ，７２ｏｓは、いずれも膝関節１６Ｒの軸線１６ｓと同軸に配置される。また、第１足首関節用減速機７０の出力軸７０ｏｓには第１足首関節用ロッド接続部８０が固定され、第１足首関節用ロッド接続部８０には剛体からなる第１足首関節用ロッド８２の上端がピッチ方向に回動自在に接続される。同様に、第２足首関節用減速機７２の出力軸７２ｏｓには、第２足首関節用ロッド接続部８４が固定され、第２足首関節用ロッド接続部８４には剛体からなる第２足首関節用ロッド８６の上端がピッチ方向に回動自在に接続される。

図２および図３の説明に戻ると、６軸力センサ３４Ｒの上部には台座部８８が設けられる。台座部８８には、同一平面上において異なる２方向の回転軸線９０ａと９０ｂを備えるユニバーサル・ジョイント９０が設置される。下腿リンク３０Ｒの下端は、ユニバーサル・ジョイント９０に接続され、よってユニバーサル・ジョイント９０、台座部８８および６軸力センサ３４Ｒを介して前記した足平２２Ｒに接続される。以下、ユニバーサル・ジョイント９０を「下腿リンク接続用ユニバーサル・ジョイント」という。

図５は、図３のＶ−Ｖ線断面図、即ち、足首関節１８Ｒ，２０Ｒの断面図である。

同図に示すように、下腿リンク接続用ユニバーサル・ジョイント９０は、直交する２本の軸９０Ａと９０Ｂを備える。軸９０Ａは、ロール方向（Ｘ軸まわり）の回転軸であり、前記した関節２０Ｒに相当すると共に、その回転中心が上記した回転軸線９０ａとなる。また、軸９０Ａの両端は、台座部８８によって支持（固定）される。

他方、軸９０Ｂは、ピッチ方向（Ｙ軸まわり）の回転軸であり、前記した関節１８Ｒに相当すると共に、その回転中心が上記した回転軸線９０ｂとなる。また、軸９０Ｂの両端には、二股に分岐された下腿リンク３０Ｒの下端が固定される。これにより、足首関節１８Ｒ，２０Ｒは、ロール方向とピッチ方向によって規定される平面内の任意の軸線を中心として、回動自在に構成される。

図２および図３の説明に戻ると、台座部８８において下腿リンク接続用ユニバーサル・ジョイント９０の後方には、それより小さな第１ロッド用ユニバーサル・ジョイント９２と第２ロッド用ユニバーサル・ジョイント９４が設置され、第１ロッド用ユニバーサル・ジョイント９２には第１足首関節用ロッド８２の下端が接続されると共に、第２ロッド用ユニバーサル・ジョイント９４には第２足首関節用ロッド８６の下端が接続される。

図５を参照して第１ロッド用ユニバーサル・ジョイント９２と第２ロッド用ユニバーサル・ジョイント９４について詳説すると、第１ロッド用ユニバーサル・ジョイント９２と第２ロッド用ユニバーサル・ジョイント９４は、それぞれ直交する２本の軸９２Ａと９２Ｂ，９４Ａと９４Ｂを備える。軸９２Ａ，９４Ａは、共にロール方向（Ｘ軸まわり）の回転軸であり、それらの回転軸線９２ａ，９４ａは、前記した下腿リンク接続用ユニバーサル・ジョイント９０の回転軸線９０ａと同一平面上かつ平行に位置する。軸９２Ａと９４Ａの両端には、二股に分岐された第１足首関節用ロッド８２の下端と第２足首関節用ロッド８６の下端がそれぞれ固定される。

また、軸９２Ｂ，９４Ｂは、共にピッチ方向（Ｙ軸まわり）の回転軸であり、それらの回転軸線９２ｂ，９４ｂは、前記した下腿リンク接続用ユニバーサル・ジョイント９０の回転軸線９０ｂと同一平面上かつ平行に位置する。軸９２Ｂと９４Ｂの両端は、それぞれ台座部８８によって支持（固定）される。これにより、各足首関節用ロッド８２，８６の下端は、ロール方向とピッチ方向によって規定される平面内の任意の軸線を中心として、回動自在に構成される。

このように、足首関節１８Ｒ，２０Ｒは、第１足首関節用ロッド８２と第２足首関節用ロッド８６を介して第１足首関節用電動モータ５４および第２足首関節用電動モータ５６の出力が伝達される伝達要素である第１足首関節用減速機７０と第２足首関節用減速機７２に接続され、よって足首関節１８Ｒ，２０Ｒは、第１足首関節用電動モータ５４および第２足首関節用電動モータ５６によって駆動される。

ここで、第１足首関節用減速機７０と第２足首関節用減速機７２は、足首関節１８Ｒ，２０Ｒより重力方向において上方に位置する膝関節１６Ｒの軸線１６ｓと同軸に配置されると共に、第１足首関節用電動モータ５４と第２足首関節用電動モータ５６は、膝関節１６Ｒよりさらに上方に位置する上腿リンク２８Ｒに配置されるので、脚部２Ｒの接地側（末端側。即ち、足首関節１８Ｒ，２０Ｒ側）の重量を軽量化することができ、よって移動時、特に高速移動時に脚部に発生する慣性力を低減することができる。

また、足首関節１８Ｒ，２０Ｒに減速機や電動モータなどが配置されないため、脚部２Ｒの接地端と足首関節１８Ｒ，２０Ｒの距離を小さくすることができ、よってロボット１の安定性を向上させることができる。さらには、足平２２Ｒの接地端と６軸力センサ３４Ｒ、６軸力センサ３４Ｒと足首関節１８Ｒ，２０Ｒのそれぞれの離間距離を短くすることができるため、脚部２Ｒに作用する床反力の大きさや方向を精度良く検出することができる。

また、足首関節１８Ｒ，２０Ｒを下腿リンク接続用ユニバーサル・ジョイント９０から構成し、異なる２方向の回転軸線９０ａ，９０ｂを備えるようにしたので、ロボット１の滑らかな移動が可能となる。

次いで、図６および図７を参照し、足首関節１８Ｒ，２０Ｒの駆動動作について説明する。図６は、右側の脚部２Ｒを右側方から見た、足首関節１８Ｒ，２０Ｒの駆動動作を説明する模式図である。図７は、右側の脚部２Ｒを後方から見た、足首関節１８Ｒ，２０Ｒの駆動動作を説明する模式図である。

以下説明すると、図６において、Ａで示す脚部２Ｒを初期状態としたとき、第２足首関節用減速機７２を第２足首関節用電動モータ５６（図示せず）によって紙面において時計回り（即ち、脚部２Ｒを右側から見た場合における時計回り）に駆動すると共に、第２足首関節用減速機７２の裏側に位置する第１足首関節用減速機７０を第１足首関節用電動モータ５４（図示せず）によって時計回り（図示しない左側の脚部２Ｌ側から見た場合は反時計回り）に駆動することにより、同図Ｂに示すように、第２足首関節用ロッド接続部８４と第２足首関節用ロッド８６、ならびに第１足首関節用ロッド接続部８０と第１足首関節用ロッド８２が上方に駆動され、よって足平２２Ｒが踵を上げる（つま先を下げる）ように駆動される。

他方、第２足首関節用減速機７２を第２足首関節用電動モータ５６によって紙面において反時計回りに駆動すると共に、第１足首関節用減速機７０を第１足首関節用電動モータ５４によって反時計回り（図示しない左側の脚部２Ｌ側から見た場合は時計回り）に駆動することにより、同図Ｃに示すように、第２足首関節用ロッド接続部８４と第２足首関節用ロッド８６、ならびに第１足首関節用ロッド接続部８０と第１足首関節用ロッド８２が下方に駆動され、よって足平２２Ｒが踵を下げる（つま先を上げる）ように駆動される。このように、第１足首関節用ロッド８２と第２足首関節用ロッド８６を同方向に駆動することにより、足首関節１８Ｒ，２０Ｒはピッチ方向（Ｙ軸回り）に駆動される。

一方、図７においてＡで示す脚部２Ｒを初期状態としたとき、第１足首関節用ロッド８２を下方に駆動すると共に、第２足首関節用ロッド８６を上方に駆動することで、同図Ｂに示すように、足平２２Ｒが左側を下げる（右側を上げる）ように駆動される。

また、第１足首関節用ロッド８２を上方に駆動すると共に、第２足首関節用ロッド８６を下方に駆動することで、同図Ｃに示すように、足平２２Ｒが左側を上げる（右側を下げる）ように駆動される。即ち、第１足首関節用ロッド８２と第２足首関節用ロッド８６を逆方向に駆動することにより、足首関節１８Ｒ，２０Ｒはロール方向（Ｘ軸回り）に駆動される。

このように、大きな駆動力が必要とされる足首関節１８Ｒ，２０Ｒの駆動を２個の電動モータ（第１足首関節用電動モータ５４と第２足首関節用電動モータ５６）の駆動力の和によって行なうようにしたので、各足首関節用電動モータ５４，５６を小型化することができる。

また、第１足首関節用ロッド８２と第２足首関節用ロッド８６は、図３に示すように、下腿リンク接続用ユニバーサル・ジョイント９０のロール方向の軸線９０ａから所定の距離ｄ１だけ側方に離間して配置されると共に、図２に示すように、下腿リンク接続用ユニバーサル・ジョイント９０のピッチ方向の軸９０Ｂから所定の距離ｄ２だけ後方に離間して配置される。即ち、力点（第１ロッド用ユニバーサル・ジョイント９２と第２ロッド用ユニバーサル・ジョイント９４）を支点（下腿リンク接続用ユニバーサル・ジョイント９０）から所定の距離離間した位置に配置するようにしたので、小さな駆動力で足首関節１８Ｒ，２０Ｒを駆動することができる。

さらに、第１足首関節用減速機７０と足首関節１８Ｒ，２０Ｒ、および第２足首関節用減速機７２と足首関節１８Ｒ，２０Ｒを、それぞれ剛体である第１足首関節用ロッド８２と第２足首関節用ロッド８６を介して駆動されるように接続したので、各足首関節用減速機７０，７２と足首関節１８Ｒ，２０Ｒを離間して配置しても精度良く動力を伝達することができる。

これについて図２を参照して詳しく説明すると、例えば、第２足首関節用電動モータ５６と第２ロッド用ユニバーサル・ジョイント９４の相対位置は、膝関節１６Ｒが駆動されることによって変化するため、それらを剛体からなるロッドで接続することはできない。しかしながら、膝関節１６Ｒの軸線１６ｓと第２ロッド用ユニバーサル・ジョイント９４の相対位置は、膝関節１６Ｒが駆動されても変化しないため、膝関節１６Ｒの軸線１６ｓと同軸に電動モータ、あるいはその出力が伝達される減速機（伝達要素）の出力軸を配置することで、それらを剛体からなるロッドで接続することができる。

尚、上記において、例えば図８に示すように、上腿リンク１００に配置された電動モータ１０２と足首関節１０４を、膝関節１０６に支点を持つ剛体からなる平行リンク１０８で接続することも考えられる。しかしながら、このような平行リンク１０８で接続すると、膝関節１０６の角度（屈曲角）θｋｎｅｅの変位に伴って足首関節の角度（屈曲角）θａｎｋｌｅも変化するため、膝関節１０６と足首関節１０４を独立して角度調整することが困難であるという不具合が生じる。具体的には、膝関節１０６の角度θｋｎｅｅの変位をθｍｏｖｅとすると、θａｎｋｌｅは、およそθａｎｋｌｅとθｍｏｖｅの和になる。即ち、θａｎｋｌｅもθｍｏｖｅだけ変位する。

他方、この発明に係る脚式移動ロボット１にあっては、膝関節１６Ｒ（Ｌ）の角度が変位しても足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）の角度にはほとんど影響を及ぼさない。正確には、膝関節１６Ｒ（Ｌ）の角度が変化すると前記したベース部（下腿リンク３０に固定されて回転しない部分）と入力軸７０ｉｓ，７２ｉｓの相対角度が変化するため、減速機７０，７２の減速比倍低減された角度だけ足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）がピッチ方向（Ｙ軸まわり）に駆動される。具体的には、膝関節１６Ｒ（Ｌ）の角度θｋｎｅｅの変位をθｍｏｖｅとすると、足首関節の角度θａｎｋｌｅは、およそθｍｏｖｅ／減速比だけ変化する。

しかしながら、前述した如く、足首関節の駆動には大きな駆動力が必要とされるため、通常は減速機７０，７２の減速比も大きく設定される。このため、θｍｏｖｅ／減速比は非常に小さな値となることから、膝関節１６Ｒ（Ｌ）の角度の変化は足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）の角度にはほとんど影響を及ぼさない。また、膝関節１６Ｒ（Ｌ）の回転運動（ピッチ方向の回転運動）は、足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）のロール方向（Ｘ軸まわり）の回転運動とは全く関係しないため、膝関節１６Ｒ（Ｌ）の運動が足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）のロール方向の運動に影響を及ぼすことはない。従って、膝関節１６Ｒ（Ｌ）と足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）を独立して角度調整することができる。

以上のように、この実施の形態に係る脚式移動ロボットにあっては、関節脚部２Ｒ（Ｌ）を備え、アクチュエータで前記脚部を駆動して移動する脚式移動ロボット（ロボット）１において、前記脚部は、少なくとも第１の関節（膝関節１６Ｒ（Ｌ））と、前記第１の関節より重力方向において下方に配置される第２の関節（足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ））を備えると共に、前記第２の関節を駆動するアクチュエータ（第１足首関節用電動モータ５４，第２足首関節用電動モータ５６）が、前記第１の関節と同位置および前記第１の関節より重力方向において上方の位置（上腿リンク２８Ｒ（Ｌ））のいずれかに配置される如く構成した。

また、前記第２の関節を駆動するアクチュエータの出力軸５４ｏｓ，５６ｏｓおよびその出力が伝達される伝達要素（第１足首関節用減速機７０，第２足首関節用減速機７２）の出力軸７０ｏｓ，７２ｏｓのいずれかが、前記第１の関節の軸線１６ｓと同軸に配置されると共に、前記第２の関節は、前記第１の関節の軸線と同軸に配置された出力軸にロッド（第１足首関節用ロッド８２，第２足首関節用ロッド８６）を介して駆動されるように接続される如く構成した。

また、前記第２の関節は、少なくとも異なる２方向の回転軸線９０ａ，９０ｂを備える如く構成した。

また、前記第２の関節は、複数個のアクチュエータ（第１足首関節用電動モータ５４，第２足首関節用電動モータ５６）によって駆動されると共に、前記複数個のアクチュエータの出力軸５４ｏｓ，５６ｏｓおよびそれらの出力が伝達される伝達要素（第１足首関節用減速機７０，第２足首関節用減速機７２）の出力軸７０ｏｓ，７２ｏｓのいずれかと、複数本のロッド（第１足首関節用ロッド８２，第２足首関節用ロッド８６）を介して駆動されるように接続される如く構成した。

また、前記複数本のロッドは、前記第２の関節の軸線９０ａ，９０ｂから所定の距離ｄ１，ｄ２離間して配置される如く構成した。

また、前記第２の関節は、前記脚部が有する関節の中で最も接地側に配置される（足首）関節である如く構成した。また、関節脚部を備え、アクチュエータで前記脚部を駆動して移動する脚式移動ロボットにおいて、前記脚部は、少なくとも第１の関節と、前記第１の関節より重力方向において下方に配置される第２の関節と、前記第２の関節を駆動するアクチュエータの出力を減速する減速機と備え、前記減速機が前記第１の関節に配置されると共に、前記減速機の入力軸が前記第１の関節の軸線と同軸に配置される如く構成した。また、前記脚部は、前記第１の関節と前記第２の関節を連結するリンクを備えると共に、前記減速機のベース部が前記第１の関節と第２の関節を連結するリンクに配置される如く構成した。また、前記減速機の出力軸が、前記第１の関節の軸線と同軸に配置されると共に、前記第２の関節は、前記減速機の出力軸にロッドを介して駆動されるように接続される如く構成した。また、前記第２の関節は、少なくとも異なる２方向の回転軸線を備える如く構成した。また、前記第２の関節は、複数個のアクチュエータによって駆動されると共に、前記複数個のアクチュエータの出力が伝達される減速機の出力軸と複数本のロッドを介して駆動されるように接続される如く構成した。また、前記複数本のロッドは、前記第２の関節の軸線から所定の距離離間して配置される如く構成した。また、請求項７項にあっては、前記第２の関節は、前記脚部が有する関節の中で最も接地側に配置される関節である如く構成した。

尚、上記において、脚式移動ロボットとして２本の脚部を備えた２足歩行ロボットを例にとって説明したが、１本あるいは３本以上の脚部を備えた脚式移動ロボットでも良い。

また、足首関節を２個の電動モータによって駆動するように構成したが、１個でも良いし、３個以上の電動モータを使用するようにしても良い。

また、膝関節の軸線と同軸に減速機を配置するようにしたが、電動モータを直接配置しても良い。

また、膝関節を駆動する電動モータ（あるいはその出力が伝達される伝達要素）を股関節の軸線と同軸に配置し、それらをロッドで接続するようにしても良い。

また、剛体からなるロッド以外にも、例えばプッシュプル・ケーブルなどを用いても良い。

また、使用するアクチュエータも電動モータに限られるものではなく、他のアクチュエータであっても良い。

この発明の一つの実施の形態に係る脚式移動ロボットを、脚部の関節構造を中心に模式的に示す概略図である。図１で模式的に示したロボットの右側の脚部を詳しく示す右側面図である。図２に示す脚部の背面図である。図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図３のＶ−Ｖ線断面図である。図１に示すロボットの右側の脚部を右側方から見た、足首関節の駆動動作を説明する模式図である。図１に示すロボットの右側の脚部を後方から見た、足首関節の駆動動作を説明する模式図である。足首関節とそれを駆動するアクチュエータとの一つの接続手法を示す説明図である。

符号の説明

１ロボット（脚式移動ロボット）、２Ｒ，Ｌ脚部、１６Ｒ，Ｌ膝関節、１６ｓ（膝関節の）軸線、１８Ｒ，Ｌ，２０Ｒ，Ｌ足首関節、２２Ｒ，Ｌ足平、２８Ｒ，Ｌ上腿リンク、３０Ｒ，Ｌ下腿リンク、５４第１足首関節用電動モータ（アクチュエータ）、５４ｏｓ（第１足首関節用電動モータの）出力軸、５６第２足首関節用電動モータ（アクチュエータ）、５６ｏｓ（第２足首関節用電動モータの）出力軸、７０第１足首関節用減速機、７０ｉｓ（第１足首関節用減速機の）入力軸、７０ｏｓ（第１足首関節用減速機の）出力軸、７２第２足首関節用減速機、７２ｉｓ（第２足首関節用減速機の）入力軸、７２ｏｓ（第２足首関節用減速機の）出力軸、８２第１足首関節用ロッド、８６第２足首関節用ロッド、９０下腿リンク接続用ユニバーサル・ジョイント、９０ａ（下腿リンク接続用ユニバーサル・ジョイントの）軸線、９０ｂ（下腿リンク接続用ユニバーサル・ジョイントの）軸線

Claims

関節脚部を備え、アクチュエータで前記脚部を駆動して移動する脚式移動ロボットにおいて、前記脚部は、少なくとも第１の関節と、前記第１の関節より重力方向において下方に配置される第２の関節と、前記第２の関節を駆動するアクチュエータの出力を減速する減速機とを備え、前記減速機が前記第１の関節に配置されると共に、前記減速機の入力軸が前記第１の関節の軸線と同軸に配置されることを特徴とする脚式移動ロボット。
前記脚部は、前記第１の関節と前記第２の関節を連結するリンクを備えると共に、前記減速機のベース部が前記第１の関節と第２の関節を連結するリンクに配置されることを特徴とする請求項１項記載の脚式移動ロボット。
前記減速機の出力軸が、前記第１の関節の軸線と同軸に配置されると共に、前記第２の関節は、前記減速機の出力軸にロッドを介して駆動されるように接続されることを特徴とする請求項１項または２項記載の脚式移動ロボット。
前記第２の関節は、少なくとも異なる２方向の回転軸線を備えることを特徴とする請求項１項から３項のいずれかに記載の脚式移動ロボット。
前記第２の関節は、複数個のアクチュエータによって駆動されると共に、前記複数個のアクチュエータの出力が伝達される減速機の出力軸と複数本のロッドを介して駆動されるように接続されることを特徴とする請求項１項から４項のいずれかに記載の脚式移動ロボット。
前記複数本のロッドは、前記第２の関節の軸線から所定の距離離間して配置されることを特徴とする請求項５項記載の脚式移動ロボット。
前記第２の関節は、前記脚部が有する関節の中で最も接地側に配置される関節であることを特徴とする請求項１項から６項のいずれかに記載の脚式移動ロボット。