JPH0248397B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明はロボツト、乗用機械等の歩行機械、
特に不整地面や月面を移動する場合に有利な移動
機械に関するものである。 不整地面を移動させるための移動機械として最
低限満足しなければならない条件としては (イ) 本体を重力方向に対して、常に水平に保ち、 (ロ) 本体の上下動が少なく、 (ハ) 平面上の任意の位置に行くことができ、本体
を任意の方向に向け得る、 ことが必要である。 従来にも、動物の足と似た４本またはそれ以上
の足を持つ機構に歩行動作を行なわせるようにし
たロボツト用歩行装置等の多足歩行機械がある
が、それらは一般的に安定性が悪いという欠点が
あり、特に、不整地上の歩行における足の歩行動
作にともなつて、その足に支持されている基台が
上下、前後または左右に傾き若しくは振れ、基台
上に物品を積載して運搬しようとする場合には歩
行面の地形に関係なく、常に一定の垂直方向位置
を保つたまま移動させることが困難であるという
問題があつて、それらの解決が望まれている。ま
た従来の歩行移動機械における足の制御は、一般
に、各足が３自由度をもち、ｎ個の足について合
計3n自由度の協調制御を行なつているが、この
方法は、微視的なレベルでの足場の選択は可能で
あるが、歩行速度は極めて遅く、かつ構造が複雑
で、制御は極めて煩雑である。さらにまた、ステ
アリング時の各足の協調制御が必要となつてお
り、これらの点の改良技術の開発が望まれてい
る。 この発明は上記のごとき事情に鑑みてなされた
ものであつて、歩行機械としての最低条件を容易
に満足させ、車輪式移動機械で行けないような場
所でも自由に行くことができ、自由度が少なく構
造が簡単で各足の協調制御を極めて簡単にするこ
とができ、歩行速度が高く、かつ全方向に進むこ
とができる、全方向移動機械を提供することを目
的とするものである。 この目的に対応して、この発明の第１の発明の
全方向移動機械は、少なくとも、基台と、前記基
台に取付けられ前記基台に対して上下に可変の位
置をとり得る最少限４本の足体とを備え、機械全
体及び積載物の合成された重心が前記足体の接地
点を結ぶ線で区画される図形の垂直投影面内を通
るように構成され、前記足体の内の３本以上の足
体は前記基台に対して被駆動部分の軸心のまわり
に回転可能であつて水平方向に離隔して位置する
前記被駆動部分と接地部分と前記被駆動部分と前
記接地部分を連結する連結部分とをもつ曲がり足
体であることを特徴としている。 またこの発明の第２の発明の全方向移動機械
は、少なくとも、基台と、前記基台に取付けられ
前記基台に対して上下に可変の位置をとり得る最
少限５本の足体とを備え、機械全体及び積載物な
合成された重心が前記足体の接地点を結ぶ線で区
画される図形の垂直投影面内を通るように構成さ
れ、前記足体の内の３本以上の足体は前記基台に
対して被駆動部分の軸心のまわりに回転可能であ
つて水平方向に離隔して位置する前記被駆動部分
と接地部分と前記被駆動部分と前記接地部分を連
結する連結部分とをもつ曲がり足体であることを
特徴としている。 以下、この発明の詳細を一実施例に示す図面に
ついて説明する。 第１図及び第２図において、１は４足歩行機械
であり、４足歩行機械１は基台２と４本の足３，
４，５および６を備えている。 足３は直棒状の直足で矢印１０で示すように、
基台２に対して上下方向に駆動される。、足４，
５，６はいわゆる曲がり足であつて、被駆動部分
７と接地部分８を備えている。被駆動部分７と接
地面部分８は実質的に水平方向に所定の距離だけ
離隔して位置し、かつこの被駆動部分７と接地部
分８は実質的に水平方向に位置する連結部分９に
よつて連結されている。この連結部分９は撓まな
いが、後述するように、必要に応じて水平方向に
伸縮することができる。これらの足４，５及び６
は被駆動部分で駆動されて、基台２に対して矢印
１１で示すように上下動することができ、かつ基
台２に対して矢印１２で示すように回転変位する
ことができる。 運転席１４、バランス重り１６は基台２上に設
けられ、かつ垂直軸１５に関して基台２に対して
回転することができる。なお、この運転席１４の
回転は歩行動作には直接関係なく、操縦性の立場
で付加された機能である。 このように構成された４足歩行機械１の歩行動
作は次のようにしてなされる。 第１図及び第２図に示すように、足４，５及び
６の接地部分８が任意の方向に向いている場合は
まず歩行動作の第１段階として、これらの接地部
分の向きを一致させる必要がある。仮にそれぞれ
の接地部分の向きが一致するためには足４が角α_a
だけ回転し、足５が角α_bだけ回転し、また足６が
角α_cだけ回転する必要があるとすると、まず足
３，５及び６を接地させて基台２を支える立足と
した後、足４を上昇させて遊び足とし、それから
足４をα_aだけ回転させ、その回転をさせた後、足
４を接地させて立足とし、次に足５を遊び足とし
α_bだけ回転させた後に足５を降ろして接地させて
立足とし、次に足６を遊び足とし、角α_cだけ回転
させた後に足６を立足とする。このようにして足
４，５、及び６の方向が一致する。 次に足３を上昇させて、遊び足とする。この状
態から、足４，５及び６を同期させて角βだけ回
転させると、足４，５及び６の接地部分８は接地
していて変位しない代りに足４，５，６の被駆動
部分７と基台２との係合部分Ａ，Ｂ、及びＣが
A′、B′、C′点に軌跡３０を通つて相対変位し、
結局基台２が１歩だけ歩行動作をしたことにな
る。 そして次の歩行動作のためには以上のステツプ
を繰返すことになる。ただし、足４，５、及び６
の向きはすでに一致しているから次の動作では足
４，５及び６を同じ角度だけ回転させればよい。
以上の動作中、装置全体の静的バランスを保持す
るため、バランス重り１６の位置は遊び足の位置
と反対側に位置するように調節される。 この４足歩行機械の自由度は歩行に要する７自
由度と歩行中に運転席１４を任意の方向に向ける
ための１自由度と、立足の足先で形成される図形
の中に重心を位置させるためのバランス重り１６
の回転の１自由度の合計９自由度が必要である。
以上の動作シークエンスを表にまとめると次のよ
うになる。

【表】 第３図及び第４図は他の実施例に係わる５足歩
行機械を示しており、５足歩行装置１ｂは基台２
にそれぞれ直足３，３１と曲がり足４，５及び６
の計５本の足を設けたものである。 この場合の歩行方法としては、足３，４，５，
３１を立足とし、足６を遊び足にして位置決め
し、次に足３，６，３１を立足とし、足４，５を
遊び足として位置決めし、次に足３，３１を遊び
足にして足４，５，６を同期させて回転変位させ
基台２を移動させる。 この５足歩行機械の場合は、位置決めに当たつ
ては足４，５の回転は同期させることができる。
さらに立足の足先で形成される図形の中に常に重
心を位置づけるため、自由度は８自由度となり、
４足の場合の９自由度よりバランス重り移動の１
自由度分少なくてすむ。 第５図及び第６図に示すものはこの発明の他の
実施例に係わる６足歩行機械１ｃであり、基台２
に合計６本の足を設けたものであり、このうち、
足３，７及び８は直足であり、足４，５及び６は
曲がり足である。 歩行方法としては、足３，７，８を立足とし、
足４，５，６を遊び足にして位置決めし、次に足
３，７，８を遊び足とし、足４，５，６を同期さ
せて回転させ、基台２を移動させる。この６足歩
行機械の場合は、位置決めに当たつて足４，５，
６の回転は同期させることができるので、自由度
は５足の場合と同様で８自由度で済む。 第７図に示すものは、この発明のさらに当の実
施例に係わる６足歩行機械１ｄであつて、特に高
速歩行を可能にするように考慮されたものであ
る。基台２に６本の足を使用し、全てを画がり足
としたもので、足４，５，６が立足となつて駆動
されているときに足１７，１８，１９が遊び足と
なつて位置決めを行なう。この場合の自由度は９
自由度である。第７図中、破線で示すものは静的
安定性を保持する上で最も厳しい足配置、すなわ
ち、基台を含む機械全体と積載物の合成された重
心Ｇの位置と三角形の一辺との距離Ｚの最少を与
える足配置を示している。 このように構成された歩行機械では曲がり足を
立足として同期して回転させると、その反作用と
して、基台２が移動するのであるが、基台２の移
動軌跡は第８図の実線で示すように多数の円弧の
繁がりであり、軌跡が直線でないため、運転者の
乗り心地が悪いことが考えられる。この点を改良
するためには、曲がり足の連結部分９を水平方向
に伸縮可能とする。すなわち、第９図に示すよう
に、連結部分９にピストンシリンダー装置２０等
を設けて、撓まないが軸方向に伸縮可能とする。
曲がり足の位置決めをする場合には弁２１を通し
てシリンダー２２内に圧縮空気を送り、ピストン
２３を押して連結部分９を伸長させ、曲がり足の
被駆動部分７と接地部分８を所定の水平方向位置
に保つ。次ぎに、基台２の移動に際して曲がり足
を回転駆動する場合は、弁２５を開いてシリンダ
ー２２内の圧縮空気を逃がすようにし、したがつ
て連結部分を伸縮可能にしておく。このように構
成された曲がり足においては、これを回転させる
場合には、連結部分に作用する力のうち、連結部
分９の軸方向に作用する力に対して、連結部分９
が抵抗なく伸縮する結果、基台２を反力として押
すことがなく、したがつて基台２は第８図及び第
１０図の破線で示すように直線運動をすることが
できる。この場合の弁２１，２５の開閉時期及び
上下動駆動装置、回転駆動装置の動作のタイミン
グは第１１図のようになる。 以上の説明から明らかな通り、この発明によれ
ば、歩行機械としての最低条件を容易に満足さ
せ、車輪式移動機械では、行けないような場所で
も自由に行くことができ、自由度が少なく構造が
簡単で各足の協調制御を極めて単純にすることが
でき、歩行速度が高く、かつ全方向に進むことが
できる、全方向移動機械を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係わる４足歩行
機械を示す斜視説明図、第２図はこの発明の一実
施例に係わる４足歩行機械を示す平面説明図、第
３図はこの発明の他の実施例に係わる５足歩行機
械を示す斜視説明図、第４図はこの発明の他の実
施例に係わる５足歩行機械を示す平面説明図、第
５図はこの発明の他の実施例に係わる６足歩行機
械を示す斜視説明図、第６図はこの発明の他の実
施例に係わる６足歩行機械を示す平面説明図、第
７図はこの発明の他の実施例に係わる６足歩行機
械を示す斜視説明図、第８図は歩行機械の移動軌
跡を示す線図、第９図は曲がり足の連結部分を示
す断面説明図、第１０図は曲がり足の動きを示す
平面説明図、及び第１１図は弁及び駆動装置の動
作時期を示すタイミングチヤートである。 １……歩行機械、２……基台、３，４，５，
６，１７，１８，１９……足、７……被駆動部
分、８……接地部分、９……連結部分、２０……
ピストンシリンダー装置、２１，２５……弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも、基台と、前記基台に取付けられ
   前記基台に対して上下に可変の位置をとり得る４
   本の足体とを備え、かつ機械全体及び積載物の合
   成された重心が前記足体の接地点を結ぶ線で区画
   される図形の垂直投影面内を通るように変位可能
   なバランス重りを有し、前記足体の内の３本以上
   の足体は前記基台に対して被駆動部分の軸心のま
   わりに回転可能であつて水平方向に離隔して位置
   する前記被駆動部分と接地部分と前記被駆動部分
   と前記接地部分を連結する連結部分とをもつ曲が
   り足体であることを特徴とする全方向移動機械。 ２ 前記連結部分は水平方向に伸縮可能に構成さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の全方向移動機械。 ３ 少なくとも、基台と、前記基台に取付けられ
   前記基台に対して上下に可変の位置をとり得る最
   少限５本の足体とを備え、機械全体及び積載物の
   合成された重心が前記足体の接地点を結ぶ線で区
   画される図形の垂直投影面内を通るように構成さ
   れ、前記足体の内の３本以上の足体は前記基台に
   対して被駆動部分の軸心のまわりに回転可能であ
   つて水平方向に離隔して位置する前記被駆動部分
   と接地部分と前記被駆動部分と前記接地部分を連
   結する連結部分とをもつ曲がり足体であることを
   特徴とする全方向移動機械。 ４ 前記連結部分は水平方向に伸縮可能に構成さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   記載の全方向移動機械。