JPH03184782A

JPH03184782A - 脚式歩行ロボットの関節構造

Info

Publication number: JPH03184782A
Application number: JP1324218A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Gomi; 洋五味; Tomoharu Kumagai; 熊谷　智治; Masato Hirose; 真人広瀬; Masao Nishikawa; 正雄西川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1989-12-14
Filing date: 1989-12-14
Publication date: 1991-08-12
Anticipated expiration: 2012-03-19
Also published as: DE69033942D1; EP0433096B1; US5159988A; DE69031613T2; EP0791439A2; JP2592340B2; EP0433096A3; DE69031613D1; EP0791439B1; EP0433096A2; EP0791439A3; DE69033942T2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は脚式歩行ロボット、特に２足歩行ロボットの関
節構造に関し、その股関節部位での被動部の慣性質量を
低減させて駆動エネルギを効果的に低下する様に構成し
た脚式歩行ロボットの関節構造に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題）２足歩
行ロボット等、複数本の脚部を持つ脚式歩行ロボットに
ついて歩行中の各部の運動を考察してみると、胴体の部
分は概ね一定の速度で移動するのに対し、脚部は歩行の
１周期毎に大きな加速・減速を繰り返しており、従って
脚部の駆動を担う関節部の駆動手段は、その関節から下
の部位が有する慣性質量を駆動することとなって大きな
トルクと駆動速度とが要求される。斯る脚式歩行ロボッ
トにおいて、駆動トルクや速度が大きくなることは、ロ
ボットの移動に費やされる消費エネルギが増大すること
を意味する。移動ロボットにとって消費エネルギの増大
は、その有用性からすれば好ましくない。脚部には進行
方向（以下「ピッチ方向」と呼ぶ）、左右方向（以下「
ロール方向」と呼ぶ）乃至は回転方向等の多数の運動を
司る関節が設けられているが、このうちピッチ方向の運
動を担うものにおいて、上記の要求が一段と強い。何故
ならば、ピッチ方向の運動は動作範囲が広く、従って加
減速が大きく、他の関節に比べて遥かに大きなトルク、
速度或いは駆動頻度を要求されるので、ピッチ方向駆動
用の関節及び駆動用モータは結果的に大型で重いものに
ならざるを得ないからである。

一般的に脚穴移動ロボットにおいては、上述した関節が
直列に配置されており、そこにおいて高トルク、高速度
を出力する駆動手段を採用することは、各関節の中でよ
り上位の関節にとっては駆動対象の慣性質量が増大する
ことを意味し、その結果さらに大容量の駆動手段を使用
せざるを得なり、ロボットの総重量を増加する。その点
で近時、特開昭６２−９７００５．６２−９７００６号
公報に開示される如く、股関節においてピッチ軸とロー
ル軸とを交差させて配置したものも提案されている。し
かしながら、この従来のものにおいては駆動手段として
油圧ポンプと油圧アクチュエータを使用している。油圧
アクチュエータは小型で強力である長所を有する反面、
エネルギの変換ロスが大きく、油圧ポンプを駆動する電
動モータの容量が大きくなり、これは搭載するエネルギ
量が限定される脚式歩行ロボットにとっては望ましいも
のではない。またいずれにしても慣性質量を低減すべく
関節構造を配置する思想を開示するものではなかった。

従って、本発明の目的は上記した欠点を解消し、駆動手
段として電動モータを使用して小型・軽量化を図ると共
に、付随する減速機等も含めてそれらの適正な配置を図
り、よって股関節での被動部の慣性質量を効果的に低減
する脚式歩行ロボットの関節構造を提供することにある
。

更にまた、脚式歩行ロボットの股関節には多くの自由度
が集中するために構成が複雑となり、関節の作動時に各
部の機構的な干渉が生じ易い。

そのためには機構部分が互いに離間する様に設計するこ
とになるが、例えば左右の脚部の間隔を大きくとると、
一方の脚部を遊脚させたとき、その遊脚側の脚部と本体
部との重量が支持脚側に加わり、支持脚の股関節のうち
ロール方向を駆動する関節にそのモーメントが作用する
。作用モーメントは両脚の離間距離に比例して増加する
ので、左右関節を駆動する電動モータもまた大きな出力
を必要とし、その点でも慣性質量が大きくなって消費エ
ネルギが増加する。また左右の脚部が互いに離れた配置
はロボット本体部の垂直軸回りの慣性モーメントを増大
させ、よってロボットの身軽さが犠牲となる。

従って、本発明の第２の目的は股関節の構成をコンパク
トにまとめることで上記した干渉を排除し、かつロボッ
トの慣性モーメントも小さくすることが出来る脚式歩行
ロボットの関節構造を提供することにある。

更にまた、脚式歩行ロボットにおいては股関節と足関節
に加えて膝関節も設けられ、前記した如くピッチ方向、
ロール方向等にそれぞれ駆動されるが、その場合にロボ
ットの歩行制御において遊脚側の運動軌跡が容易に算出
出来ることが望ましい。その点において前記した従来技
術においては、該３個の関節軸が平行に配置され、直交
座標系での計算を可能としている。しかしながら、この
例にあっては方向転換用のヨー軸を大腿部に設けている
ため、旋回動作を行うと、ピッチ軸の平行関係がその干
渉を受けて崩れてしまい、計算を著しく複雑にする。而
して、歩行ロボットにおいて旋回動作は不可避なもので
ある。

従って、本発明の第３の目的は、該３個の関節を他の自
由度の干渉を受けることなく常に適正な位置関係に保持
して遊脚側の運動軌跡の算出を容易とする脚式歩行ロボ
ットの関節構造を提供することにある。

更にまた、斯る脚式歩行ロボットにおいては駆動源を関
節の上位に配置するのが下部の慣性モーメントを低減す
る点で有益であり、また斯く構成することにより、全体
の重心高さが高くなって立脚時に上体を倒そうとする重
力が働いたときに倒立振子としての倒れ込み時間が長く
とれ、制御において態勢の立て直しに時間的な余裕を生
ずる。この理由から、歩行ロボットを設計する際に関節
よりも上位に駆動用の電動モータを配置し、そのモータ
から適切な伝動比をもつベルトで関節を駆動することが
、例えば日本ロボット学会誌１巻３号の古荘著、「動的
２足歩行ロボットの制御」で提案されている。

しかしながら、この公知の構造では３〜４倍の減速比し
か得られない減速比率に制限のあるベルトでモータのト
ルクを伝動しているので、本来高速回転させるべき電動
モータを低速で使用しなければならず、減速比で所要の
トルクを得ることが出来ないこととなってモータの容量
を大きくせざるを得す、所期の目的たる慣性モーメント
の低減にはさほど効果を期待することが出来なかった。

また関節で要求されるトルクは立脚期に自重を支えるた
めに必要な量として必然的に決定されるので、そのトル
クを伝達するのにベルトを用いる従来の配置ではベルト
自体に高トルクが作用し、ベルトが幅広で嵩張るものと
なって股関節の部位に使用するとき脚部相互間の機械的
な干渉を招き、形状としてもガニ股のロボットとならざ
るを得ない。

従って、本発明の第４の目的は従来技術の上記した欠点
を効果的に解消し、慣性モーメントを減少すると共に、
その重心位置を高くすることが出来る脚穴移動ロボット
の関節構造を提供することにある。

（課題を解決するための手段）上記した目的を達成するために本発明は例えば請求項１
項において、股関節相当部位を支点として脚部をピッチ
方向に揺動させる回転自由度を含む少なくとも２つの動
作自由度を備えてなる脚式歩行ロボットにおいて、該ピ
ッチ方向自由度の回転軸線と同軸に該ピッチ運動用の電
動モータの出力軸を配置する様に構成した。

（作用）例えば請求項１項においては上記の如く構成したことか
ら、股関節の中で最もトルクが要求され、結果として最
も重いモータを備え、かつ最も頻繁に使用されるピッチ
方向の動力源を最重視した配列とすることで、下位部材
の慣性質量を減少させ、かつ駆動に要する総合的な消費
エネルギを効果的に低減することが出来る。

（実施例）以下、脚式歩行ロボットとして２足歩行ロボットを例に
とって本発明の詳細な説明する。第１図はそのロボット
１を全体的に示す説明スケルトン図であり、左右それぞ
れの脚部に６個の関節（軸）を備える。該６個の関節（
軸）は上から順に、脚部回旋用の関節（軸）１０、股部
のピッチ方向の関節（軸）１２、同ロール方向の関節（
軸）１４、膝部のピッチ方向の関節（軸）１６、足首部
のピッチ方向の関節（軸）１８、同ロール方向の関節（
軸）２０となっており、その下部には足部２２が取着さ
れると共に、最上位には胴体部２４が設けられる。上記
において股関節は、関節（軸）１０，１２．１４から、
足関節は関節（軸）１８．２２から構成される。

後で詳細に示す如く、股部と足首部ではそれぞれピッチ
方向とロール方向の２個の関節が直角に配置されており
、その軸線は空間の一点で交差している。また図から明
らかな通り、股関節と膝関節と足関節においてピッチ方
向の関節（軸）が平行に配置されており、他の自由度の
変化の如何に関わらず、特に方向転換用の関節（軸）１
０の変化の如何に関わらず、この３軸の相対位置関係は
変わらない構成となっている。更に、股関節では脚部回
旋用の関節１０の軸線は上記ピッチ、ロール方向の２つ
の軸線と相互に直交しており、従って３つの自由度の回
転軸が、空間上において互いに直交する関係配置とされ
ている。即ち、第１図に示す如く、実施例に係る関節構
成においては片方の脚部に６つの自由度が与えられてお
り、胴体部２４の位置乃至は姿勢に関わりなく、足部を
任意の位置、角度、方向に置くことが可能となっている
。

第２図乃至第４図は第１図に概略的に示した股関節部を
具体的に示す断面図である。以下説明すると、第２図に
おいて２点鎖線で示した部位は前記した胴体部２４であ
り、この内部にはロボットの駆動制御用のマイクロ・コ
ンピュータからなる制御ユニット或いはエネルギ供給の
ためのバッテリ等が収納される（共に図示せず）。胴体
部２４は第２図に示す様に、人の骨盤に相当する腰板３
０に適宜な手段でマウントされ、腰板３０を介して左右
の脚部は結合されてロボットの移動手段を構成している
。第１図に示した如く、股関節を含む脚部は左右対称で
あるので、以下その内の一方についてのみ説明する。

第２図において、腰板３０の内部には第１のハーモニッ
ク減速機（商品名）３２があって、該減速機３２の入力
軸にはプーリ３４が取着され、プーリ３４にはベルト３
５を介して第１の電動モータ３６から駆動力が伝達され
る。減速機３２の入力軸が回されると周知の如く、その
フレックスリング３８と固定リング４０及び出力リング
４２との間に相対運動が生じて第１電動モータ３６の回
転が減速される。而して、固定リング４０は腰板３０に
、出力リング４２は出力部材４４にボルト止めされてい
るので、第１電動モータ３６の回転に応じて腰板３０と
出力部材４４とは、前記した関節軸線１０を中心として
相対回転する。ここで、第１電動モータ３６を腰板３０
に固定することによって、質量の大きい電動モータを被
動される脚部側に取着することを避けることが出来、そ
の慣性質量を防止することが出来る。尚、第１電動モー
タ３６は歩行時の進行（ピッチ）方向において後部側に
取着されてピッチ運動時の他の部材との干渉を回避する
と共に、軸線１０に比較的近接して配置され、垂直軸回
りの慣性モーメントを低減する。

出力部材４４にはその下部で第１のヨーク部材５０がボ
ルト止めされる。第１ヨーク部材は図示から明らかな如
く紙面中央付近に広く跨がっており、その上部は空洞５
１になっていて第２の電動モータ５２を横向きに収納し
ている。第２電動モータ５２の出力は、ベルト５４を介
してその下方に位置する第２のハーモニック減速機５６
に人力される。第２ハーモニック減速機５６も第１のも
のと同様に入力回転を減速して倍力し、出力リング５８
を駆動する。この第２ハーモニック減速機５６の固定リ
ング６０は第１ヨーク部材５０の下部左側にボルト止め
されており、出力リング５８は第１ヨーク部材５０の下
位に位置する大腿状のりンク７０の上端部に出力部材６
２を介して固定されているので、第２電動モータ５２の
作動によって第１ヨーク部材５０と大腿リンク７０とは
相対回転し、図で大腿リンク７０を前記した関節軸線１
４を中心として相対回転させる。関節軸線１４は、脚部
をロール方向に揺動させる回転軸である。尚、第２ハー
モニック減速機５６も第１電動モータ３６と同様に、ピ
ッチ方向後部側で軸線１０に近接した位置に配置される
。

而して、第１ヨーク部材５０の下部はその右側で軸受部
を構成しており、大腿リンク７０を出力部材６２と共働
して支持する。ここで、大腿リンク７０を駆動する第２
電動モータ５２もまた被動される大腿リンク側ではなく
、駆動する第１ヨーク部材５０側に取り付けることによ
り、自らを揺動させることがなく、駆動対象の慣性質量
が少なくて済み、結果としてモータの必要トルクを低減
することが出来る。

また第３図に明示する如く、大腿リンク７０の上部は第
２のヨーク部材７１を構成しており、そこにおいて左右
のヨークに架橋される形で第３のハーモニック減速機７
２とそれにトルクを入力する第３の電動モータ７４とが
横方向に直列して配置される。即ち、第３図及び第４図
に良く示す如く、ベルトが最早設けられておらず、第３
電動モータ７４の出力は直ちに減速機７２に人力される
。この第３ハーモニック減速機７２の固定リング７６は
前記した第２出力部材６２に結合されており、その出力
リング７８は第２ヨーク部材７１に結合されていること
から、第３電動モータ７４が駆動されると、出力部材６
２と第２ヨーク部材７１との間に相対回転が生じ、図で
大腿リンク７０を軸線１２を中心として回転運動させる
。軸線１２は前記したピッチ方向の関節軸線である。こ
こで、第３電動モータ７４は大腿リンク７０を駆動する
ためのものであるが、被動される大腿リンク７０側に取
着されておらず、駆動する出力部材６２側、換言すれば
第１ヨーク部材５０側に取り付けられたことにより、大
腿リンク７０の慣性質量を、少なくとも第３電動モータ
７４の重量相当分だけ低減することが出来、その分、第
３電動モータ７４自体の容量、即ち重量を小さくするこ
とが出来る。尚、第３ハーモニック減速機７２は第４図
から明らかな如く、脚部の外側（他方の脚部に対面する
側を内側としたとき）に配置され、脚部相互間の干渉を
回避する。また先に述べた様に、軸線１０，１２．１４
は、点Ａ（第３図）において相互に直交しつつ交差し、
その角度位置を直交座標系の変換で算出出来る様に構成
される。

更に、路側に向けて説明を続けると、第２図において大
腿リンク７０の上端側には凹部７９が形成され、そこに
第４の電動モータ８０が収納され、その出力は下方の膝
関節に送られる。第５図及び第６図には膝関節以下の部
位が示されており、第４電動モータ８０の出力はベルト
８２を介して膝関節（軸）１６に装着された第４のハー
モニック減速機８４の入力軸に入力される。尚、膝関節
１６の内部には空洞８５が形成され、軽量化が図られる
。

また該膝関節（軸）１６と足関節とは下腿リンク８６で
連結されており、下腿リンク８６の上端側にも凹部８７
が形成され、そこに第５の電動モータ８８が収納され、
その出力はベルト９０を介して足首部に配置された第５
のハーモニック減速機９２の入力され、足部２２を前記
した軸線１８を中心としてピッチ方向に駆動する。また
軸線１８と直交する前記した軸線２０を中心として足部
２２はロール方向に揺動自在に構成されており、そのた
めに第６のハーモニック減速機・９４と、それに動力を
供給する第６の電動モータ９６とが直結されて設けられ
ている。

ここでピッチ方向の第５電動モータ８８は可能な限り上
端側に位置させて配置すると共に、その出力を一旦下位
の関節部位に配置した第５減速機９２に伝達し、その倍
力を関節に供給する如く構成される。この構成は膝部に
ついても同様であり、よって慣性質量を低減し、重心位
置を高くしている。また先に述べた様にピッチ方向の軸
線１２．１６．１８は平行になる様に各関節が位置づけ
られる。この場合、回旋用の関節（軸）１０をそれらの
上方に位置させたことから、その干渉を受けることがな
く、旋回動作を含む歩行時において常に直交座標系での
位置計算が可能となる。

続いて、実施例に係る歩行ロボットの動作を説明すると
第２図乃至第６図に示す如く、電動モータ３６，５２，
７４，８０．８８．９６にはロークリエンコーダ３７，
５３．７５，８１．８９（第６電動モーターは図示省略
）が設けられてモータ軸の回転角度を検出すると共に、
足首部には６軸カセンサ９８が設けられて印加荷重等を
測定しており、それらの出力は前記した胴体部２４内の
制御ユニットに送られる。該制御ユニットにおいてマイ
クロ・コンピュータのＣＰＵは、検出値に基づいて現在
角度（位置）を算出し、メモリ内に格納された制御値を
検索して検出値との偏差を解消すべく各電動モータを駆
動する。但し、その詳細は本発明の要旨とは直接関係す
るものではないので、これ以上の説明を省略する。尚、
制御ユニットは胴体部２４内に収容されていて電動モダ
群から隔離されているため、′Ｔ！！、磁ノイズの影響
が受けることがない。

本実施例においては駆動源として油圧機器に比べて絶対
的に軽量で足る電動モータを使用すると共に、股関節に
おいてピッチ方向の運動を行う関節を大腿リンクに最も
接近する位置に配置したことから、ピッチ運動に際して
他の関節（軸）を駆動する動力源の重量がその負担とな
らず、よってピッチ運動を駆動する動力源（第３電動モ
ータ７４）の容量を効果的に低減することが出来る。

更に、そこにおいて第３ハーモニック減速機７２と第３
電動モータ７４の回転軸を共に大腿リンク７０のピッチ
運動の回転軸に一致させて配置したので、自らの慣性質
量を理論上量も低減する配置とすることが出来た。もし
、これがピッチ回転軸１２から所定距離だけオフセント
して配置されたとしたら、減速機とモータの固有の慣性
ＩＩに、その質量×距離の自乗を加算したものが実際の
慣性質量となり、オフセット距離が大きくなるにつれて
慣性質量が飛躍的に増大する。即ち、関節軸１２と１４
との交点に、どの関節の駆動モータ（と減速機）を配置
するかを決定するとき、最も重量があり、かつ使用頻度
の高いピンチ運動用のものを選択し、その他のものは別
に配置するのが、合理的なのである。而して、その他の
ものについては次に大きなトルクと速度とを要求される
左右方向の関節をピッチ関節に直ちに隣接して配置し、
出力トルクと速度並びに速度変化の要求が最も少なく、
かつ使用頻度の最も少ない回旋用の関節を最上位に配置
した。よって、例えば脚部全体の回旋動作のときには他
の関節部が全て負荷となるが、回旋運動自体はピッチ運
動と比べれば駆動速度は小さくて済むため、慣性質量が
大きくても駆動トルクをさほど要求されない、と言った
実用上のニーズに照らしても理想的な配置とすることが
出来た。また歩行の実体から回旋運動時間はピッチ運動
時間に比べて少ないことから、エネルギ消費の点でも図
示した配置は有用なものである。

また実施例で明示した股関節の配置は極めてコンパクト
であり、第２ハーモニック減速機５６は脚部の後部（進
行（ピッチ）方向から見て）側に吊下される様に取着さ
れており、大腿リンク７０が進行方向前方に振り出され
たとき干渉するものが何も存しない配置となっている。

従って、大腿リンク７０のピッチ方向の可動範囲を広く
とることが出来、人の場合と同様にしゃがむことも可能
となる。また第３ハーモニック減速機７２は脚部の外側
に位置しており、左右の減速機同士が干渉し合うことを
未然に防止しており、従って両脚の間隔を狭く設定する
ことが出来る。その結果、片脚を遊脚させたときに支持
脚側に加わる重力によるモーメントを小さくすることが
出来、この面でもロール方向の関節駆動用の第２電動モ
ータ５２の容量を小さなものにすることが出来、慣性質
量の一層の減少を図ることが出来る。

更にまた、上記実施例によるときは第１電動モータ３６
がロボットの後部側に配置されているだけでなく、比較
的ロボットの中心線寄りに配置されていることから、ロ
ボット自体の垂直軸回りの慣性モーメントを小さなもの
とすることが出来、ロボットの制御時に略接な動作を期
待することが出来る。

更にまた、上記構成において関節駆動用のモータを上位
側の部材に収納し、その出力をヘルドで伝達すると共に
、一方では当該関節にその回転軸と一致する出力軸を持
つ減速機を配置して該ベルトの一端に接続したので、重
量を実質的に増加することなく、慣性モーメントを低減
することが出来、かつ図示の如くロボットの重心を高く
することが出来る。この場合、図示した如く、収納部材
においては可能な限り上位側にモータを位置させること
が、効果的である。何となれば、モータと減速機間の距
離が増加したとしても、駆動ベルトは減速前の比較的小
さなモータトルクを伝達するだけで良いので、細く且つ
軽量で足り、両者の距離が伸びても、実質的に重量の増
加は少ないからである。

更にまた、上記構成においてピッチ方向の軸線１２，１
６．１８が常に平行となる様に股関節等の関係位置を決
定したので、遊脚の運動軌跡が容易となり、胴体部の位
置、姿勢を変えることなく脚部を任意の位置或いは方向
に置こうとするとき、その算出が容易となり、演算時間
も短縮することが出来る。

尚、上記実施例において減速機をハーモニック減速機と
して説明してきたが、それに限られるものではなく、他
の適宜な歯車型のものでも良いまたベルトの動力伝達比
については特に述べなかったが、等倍に設定しても良く
、或いはそれ以外の値を使用して減速・倍力しても良い
。

またモータの回転角度を検出する手段として、ロータリ
エンコーダを使用したが、ポテンショメータ等を使用し
ても良い。

更に、２足歩行ロボットの下肢側を例にとって本発明の
詳細な説明したが、本発明はその上肢側にも同種構造で
ある限り妥当するものであり、更には２足に限らず３足
乃至それ以上の脚部を備えるものにも妥当する。

（発明の効果）請求項１項は、股関節相当部位を支点として脚部をピッ
チ方向に揺動させる回転自由度を含む少なくとも２つの
動作自由度を備えてなる脚式歩行ロボットにおいて、該
ピッチ方向自由度の回転軸線と同軸に該ピッチ運動用の
電動モータの出力軸を配置する様に構成したので、股関
節乃至は足関節の中で最も重量があり、かつ最も頻繁に
使用されるピッチ方向の動力源を最重視した配列とする
ことか出来、その下方部材の慣性質量を低減することが
出来、駆動に要するエネルギ総量を効果的に低減するこ
とが出来る。

請求項２項記載の脚式歩行ロボットの関節構造は、前記
ピッチ運動用の電動モータの出力軸と同軸に、その出力
を入力して倍力する減速機の入力軸を配置する様に構成
したので、上記した効果を奏するコンパクトな関節構造
を実現することが出来る。

請求項３項記載の脚式歩行ロボットの関節構造は、前記
２つの動作自由度の内、他方の自由度は前記脚部をピッ
チ方向と直交するロール方向に揺動させる回転自由度で
あって、該ロール運動用の第２の電動モータとその出力
を入力して倍力する減速機とを備えると共に、該ロール
方向自由度の回転軸線と同軸に、該第２減速機の出力軸
を配置する様に構成したので、前記した効果を奏するコ
ンパクトな関節構造であって、干渉も少なく重心高さも
高くすることが出来る関節構造を実現することが出来る
。而してその構成はより具体的には請求項４項乃至６項
に記載する如くした。

請求項７項記載の脚式歩行ロボットの関節構造は、前記
第３電動モータが、前記第３自由度軸線に対して進行方
向において後方位置で、かつ該第３自由度軸線に近接し
た位置で前記第２上位部材に固定される様に構成したの
で、股関節部位で上述した効果に加えて、干渉が少なく
自由な姿勢をとることが可能であると共に、垂直軸回り
の慣性モーメントも低減する関節構造を実現することが
出来る。

請求項８項記載の脚式歩行ロボットの関節構造は、股関
節相当部位を支点として少なくとも脚部をピッチ方向に
揺動させる第１の動作自由度を備えると共に、更に該脚
部を該ピッチ方向に揺動させる第２、第３の動作自由度
を有する少なくとも３個の関節を備えてなる脚式歩行ロ
ボットにおいて、前記３つの動作自由度の回転軸線が、
他の自由度の干渉を受けることなく、常に平行となる様
に前記関節を配置する如く構成したので、他の動作自由
度の変化の如何に関わらず、常に直交座標系で位置を求
めることが出来、遊脚側の運動軌跡の算出を容易とする
関節構造を実現することが出来る。

請求項９項は、相対運動可能な２個のリンク部材を関節
で連結する脚式歩行ロボットにおいて、前記関節の軸線
と同一の軸線上に減速機を設け、該減速機の上方に動力
伝達手段を介して関節駆動用モータを配置する様に構成
したので、慣性質量を低減すると共に、重心高さを高く
して異常時の倒れ込み時間を長くすることが出来、よっ
てその間に姿態等を回復する余裕時間を延長することが
出来る関節構造を実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る脚穴ロボットを全体的に示す概略
図、第２図はその股関節の構造を詳細に示す断面図、第
３図は第２図Ｉ［［−Ｉ［［線断面図、第４図は第２図
ＩＶ−ＩＶ線断面図、第５図は第１図の膝関節以下の部
位を示す説明側面図及び第６図はそのＶｌ−Ｖｌ線部分
断面図である。１・・・脚式歩行ロボット（２足歩行ロボット）１０・
・・脚部回旋用の関節（軸）、１２・・・股部のピッチ
方向の関節（軸）、１４・・・股部のロール方向の関節
（軸）、１６・・・膝部のピッチ方向の関節（軸）、１
８・・・足首部のピッチ方向の関１（軸）、２０・・・
足首部のロール方向の関節（軸）、２２・・・足部、２
４・・・胴体部、３０・・・腰板、３２，５６，７２゜
８４．９２．９４・・・ハーモニック減速機、３４　・
　・　・プーリ、３５，５４，８２．９０　・　・　・
ベルト、３６　５２，７４，８０，８８．９６・・１電
動モータ、３７，５３，７５，８１．８９・・・ロータ
リエンコーダ、３８・・・フレックスリング、４０，６
０．７６・・・固定リング、４２　５８．７８・・・出
力リング、４４．６２・・・出力部材、５０．７１・・
・ヨーク部材、５１．８５・・・空洞、７０．８６・・
・リンク、７９．８７・・・凹部、９８・・・６軸力セ
ンサ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）股関節相当部位を支点として脚部をピッチ方向に
揺動させる回転自由度を含む少なくとも２つの動作自由
度を備えてなる脚式歩行ロボットにおいて、該ピッチ方
向自由度の回転軸線と同軸に該ピッチ運動用の電動モー
タの出力軸を配置したことを特徴とする脚式歩行ロボッ
トの関節構造。
（２）前記ピッチ運動用の電動モータの出力軸と同軸に
、その出力を入力して倍力する減速機の入力軸を配置し
たことを特徴とする請求項１項記載の脚式歩行ロボット
の関節構造。
（３）前記２つの動作自由度の内、他方の自由度は前記
脚部をピッチ方向と直交するロール方向に揺動させる回
転自由度であって、該ロール運動用の第２の電動モータ
とその出力を入力して倍力する減速機とを備えると共に
、該ロール方向自由度の回転軸線と同軸に、該第２減速
機の出力軸を配置したことを特徴とする請求項１項記載
の脚式歩行ロボットの関節構造。
（４）前記股関節相当部位は、前記２つの動作自由度の
回転軸線の交点の垂直方向において下方位置に、前記脚
部の一部を構成するリンクを備えると共に、その上方位
置には該リンクに対して前記２つの動作自由度をもって
相対回転する上位部材を備えてなり、該上位部材に前記
第２電動モータを固定し、その出力軸と前記第２減速機
の入力軸とを動力伝達手段を介して接続したことを特徴
とする請求項３項記載の脚式歩行ロボットの関節構造。
（５）前記上位部材が垂直方向において更にその上方位
置に、該垂直軸線からなる第３の自由度軸線を中心とし
て相対回転する第２の上位部材に連結されてなり、該第
３自由度軸線を中心とする旋回運動用の第３の電動モー
タとその出力を入力して倍力する第３の減速機とを備え
ると共に、該第３自由度軸線と同軸に該第３減速機の出
力軸を配置したことを特徴とする請求項４項記載の脚式
歩行ロボットの関節構造。
（６）前記第３電動モータを前記第２上位部材に固定す
ると共に、その出力軸と前記第２減速機の入力軸とを動
力伝達手段を介して接続したことを特徴とする請求項５
項記載の脚式歩行ロボットの関節構造。
（７）前記第３電動モータが、前記第３自由度軸線に対
して進行方向において後方位置で、かつ該第３自由度軸
線に近接した位置で前記第２上位部材に固定されること
を特徴とする請求項６項記載の脚式歩行ロボットの関節
構造。
（８）股関節相当部位を支点として少なくとも脚部をピ
ッチ方向に揺動させる第１の動作自由度を備えると共に
、更に該脚部を該ピッチ方向に揺動させる第２、第３の
動作自由度を有する少なくとも３個の関節を備えてなる
脚式歩行ロボットにおいて、前記３つの動作自由度の回
転軸線が、他の自由度の干渉を受けることなく、常に平
行となる様に前記関節を配置したことを特徴とする脚式
歩行ロボットの関節構造。
（９）相対運動可能な２個のリンク部材を関節で連結す
る脚式歩行ロボットにおいて、前記関節の軸線と同一の
軸線上に減速機を設け、該減速機の上方に動力伝達手段
を介して関節駆動用モータを配置したことを特徴とする
脚式歩行ロボットの関節構造。