JPH05305578A - 衝撃吸収機構を備えた脚式歩行ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 衝撃吸収機構を備えた脚式歩行ロボット。基
体と脚部リンクとの連結部あるいは脚部リンクの膝関節
に弾性体を介挿する。足裏面にもショックアブソーバ状
の衝撃吸収機構を設ける。 【効果】 着地時などに発生する大きな路面反力を吸
収、緩和することができると共に、ロボットの姿勢を崩
すことがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は衝撃吸収機構を備えた
脚式歩行ロボットに関し、より具体的には２足歩行など
の脚式移動ロボットにおいて、着地時などに生ずる外力
による衝撃を、吸収緩和する機構を備えた脚式歩行ロボ
ットに関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、人間の労力を軽減することを目的
としてロボットが移動型のものも含めて種々提案されて
おり、本出願人も先に特開平３−１８４７８２号公報に
おいて２足歩行の脚式歩行ロボットを提案している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この様な脚式歩行ロボ
ットにあっては、脚が路面に接地している限り、路面か
ら常に反力を受けているが、その反力は特に歩行中に遊
脚が着地したときに大きな衝撃力となり、場合によって
はそれが外乱となってロボットの姿勢を不安定にする。
また本出願人が先に提案した脚式歩行ロボットはリンク
を連結する関節を備え、そこで電動モータの出力を減速
機で減速しつつリンクを相対変位させているが、着地時
に発生する衝撃力は減速機ないしは軸受部などの関節の
駆動機構に負荷として作用する。更に、かかる脚式歩行
ロボットは２本の脚を交互に前方に振り出しつつ歩行す
ることになるが、この遊脚を振って前方に押し出すとき
の振り回し力（慣性力）も遊脚の関節、特に膝関節に負
荷として作用する。この様な外力に起因する負荷は関節
の駆動機構にとって耐久性上望ましいものではなく、姿
勢を不安定にする一因ともなる。また脚式歩行ロボット
にはマイクロ・コンピュータなどの精密電子部品からな
る制御装置を搭載すると共に、必要に応じて貨物を運搬
させることになるが、着地衝撃力ないしは慣性力などの
外力は搭載部品、積載貨物にも作用して悪影響を与える
恐れがある。

【０００４】従って、この発明の目的は、路面反力ない
し慣性力などの外力が生じたときにロボットに作用する
衝撃を吸収、緩和して軽減する衝撃吸収機構を備えた脚
式歩行ロボットを提供することにある。

【０００５】他方、この様な衝撃を吸収するためにリン
クの剛性を低下させることも考えられるが、それではロ
ボットの座標軸上の位置を決定するのが困難となって新
たな問題を生ずる。

【０００６】従って、この発明の第２の目的は、ロボッ
トの座標軸上の位置決定に対する影響を可能な限り抑制
しつつ外力による衝撃を吸収、緩和する衝撃吸収機構を
備えた脚式歩行ロボットを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ためにこの発明は例えば請求項１項に示す如く、基体
と、それに連結される複数本の可動脚部を備えた脚式歩
行ロボットにおいて、前記基体と可動脚部とを弾性体か
らなる衝撃吸収機構を介して連結して相対変位自在と
し、前記基体または可動脚部に作用する外力による衝撃
を吸収する如く構成した。

【０００８】

【作用】基体と可動脚部とを弾性体からなる衝撃吸収機
構を介して連結したので、着地時などに可動脚部に路面
反力が大きく作用するときも、その外力を吸収する方向
に相対変位して衝撃を効果的に吸収、緩和することがで
きる。

【０００９】

【実施例】以下、ロボットとして２足歩行脚式移動ロボ
ットを例にとってこの発明の実施例を説明する。図１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
（理解の便宜のために各関節（軸）をそれを駆動する電
動モータで例示する）。該６個の関節（軸）は上から順
に、腰の脚部回旋用の関節（軸）１０Ｒ，１０Ｌ（右側
をＲ、左側をＬとする。以下同じ）、腰のピッチ方向
（Ｘ方向）の関節（軸）１２Ｒ，１２Ｌ、同ロール方向
（Ｙ方向）の関節（軸）１４Ｒ，１４Ｌ、膝部のピッチ
方向の関節（軸）１６Ｒ，１６Ｌ、足首部のピッチ方向
の関節（軸）１８Ｒ，１８Ｌ、同ロール方向の関節
（軸）２０Ｒ，２０Ｌとなっており、その下部には足部
２２Ｒ，２２Ｌが取着されると共に、最上位には胴体部
（基体）２４が設けられる。上記において股関節は関節
（軸）１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）から
構成され、また足関節は、関節（軸）１８Ｒ（Ｌ），２
０Ｒ（Ｌ）から構成されると共に、脚部リンクは左右の
脚についてそれぞれ６つの自由度を与えられ、歩行中に
これらの６×２＝１２個の関節（軸）をそれぞれ適宜な
角度に駆動することで、脚全体に所望の動きを与えるこ
とができ、任意に３次元空間を歩行することができる様
に構成される。尚、股関節と膝関節との間は大腿リンク
２６Ｒ，２６Ｌで、膝関節と足関節との間は下腿リンク
２８Ｒ，２８Ｌで連結される。

【００１０】図２以下を参照して上記した構成を具体的
に説明すると、胴体部２４は図２に示す様に、人の骨盤
に相当する腰板３０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。尚、図１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。具体的には、図２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３５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とサ
ーキュラスプラインのＳ側（固定側）４０とＤ側（駆動
側）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。サーキュラスプラインのＳ側４０
は腰板３０に、Ｄ側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。

【００１１】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ヨーク部材の上部は
空洞５１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５
４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に入力される。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、そのサー
キュラスプラインのＤ側５８を駆動する。そのＳ側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、Ｄ側５８は第１ヨーク部材５０の下位に位置する大
腿リンク２６の上端部に出力部材６２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２６とは相対回転し、図で大
腿リンク２６を前記した関節軸線１４（ロール軸）を中
心として相対回転させる。即ち、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２
６を出力部材６２と共働して支持する。

【００１２】また図３（図２のIII −III 線断面図）に
明示する如く、大腿リンク２６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７２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。この第３ハーモニック減速機７２のサ
ーキュラスプラインのＳ側７６は前記した第２出力部材
６２に結合されており、そのＤ側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６２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２６を軸線１２
（ピッチ軸）を中心として回転運動させる。図から明ら
かな如く、腰部において軸線１０，１２，１４は相互に
直交しつつ１点で交差し、その角度位置を直交座標系の
変換で算出することができる様に構成される。尚、大腿
リンク２６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、その出力はベルト８２
を介して後で述べる膝関節に送られる。

【００１３】ここで特徴的なことは、胴体部２４と脚部
リンクの腰板３０とを衝撃吸収機構２００を介して連結
したことにある。図４はその衝撃吸収機構２００を良く
示す要部拡大断面図であるが、図示の如く、胴体部２４
の底板２４０と脚部リンク側の腰板３０は所定以上の厚
みを有する部位で穿孔され、そこにボルト２０２が挿通
され、ワッシャ２０４，２０４を介してナット２０６で
締結され、底板２４０と腰板３０とは相互に連結され
る。ボルト２０２には円筒状のシャフト２０８が嵌めら
れると共に、その外周には円形状のゴムなどからなる弾
性体２１０が嵌められ、更にその外周には同様に円形状
の圧縮スプリング２１２が弾装される。また底板２４０
と腰板３０の穿孔面とシャフト２０８との間にはメタル
ブシュ（ドライブシュ）２１４，２１４が嵌装されて摩
耗を防止する。この構成において脚部リンクに着地時な
どに所定以上の外力が作用すると、腰板３０と底板２４
０とは想像線で示す如く相対変位するので、それによっ
て外力を吸収、緩和することができる。尚、ここで腰板
３０と底板２４０の所定以上の厚みを有する穿孔部にお
いてシャフト２０８を介して腰板３０と底板２４０とを
ボルト止めしているので、鉛直軸方向（Ｚ軸方向）にの
み相対変位、即ち上下動のみ行って衝撃を吸収、緩和す
る。換言すれば、Ｘ，Ｙ軸方向には変位しないことか
ら、ロボットの姿勢を不安定にすることがない。また後
述する如く、座標軸上の位置計算に支障を来すことがな
い。

【００１４】次いで、膝関節について説明する。図５と
図６はその詳細を示す説明断面図である。図５において
前記した大腿リンク２６に配置された電動モータ８０か
らベルト８２を介して送られる出力は、膝関節１６にお
いて第４のハーモニック減速機８４の入力軸に入力され
る。入力されたモータ出力はそこで所定の倍率で減速さ
れ、減速された出力は一方ではサーキュラスプラインの
Ｓ側８６から後で述べる第２の衝撃吸収機構３００を介
して出力部材８８に伝達され、更にボルト９０でそれに
連結された大腿リンク２６に伝達されると共に、他方で
はそのＤ側９２からそれにボルト９４で固定される下腿
リンク２８に伝達され、大腿リンク２６と下腿リンク２
８とを図５において軸線１６を中心として紙面の前後方
向に相対変位させる。即ち、大腿リンク２６は下端の膝
関節位置で軸受部を構成しており、その内部に下腿リン
ク２８の上端を収容して回動自在に支持する。

【００１５】ここで膝関節に設けられた第２の衝撃吸収
機構３００について説明する。ここで特徴的なことは、
図２と図３に示した構成においてはハーモニック減速機
のサーキュラスプラインのＳ側（あるいはＤ側）はそれ
に隣接する部材に強固に固定され、減速機出力が直ちに
伝達される様に構成されているのに対し、膝関節におい
ては減速機のサーキュラスプラインの一方、この場合Ｓ
側８６が隣接する出力部材８８にピン３０２を介して連
結されている点である。即ち、図６（図５のVI−VI線断
面図）に良く示す様に、ピン３０２は長孔３０４内に移
動自在に収容され、長孔３０４内でピン３０２の両側に
はゴムなどからなる弾性体３０６が充填されている。即
ち、第４ハーモニック減速機８４のサーキュラスプライ
ンのＳ側８６の出力がピン３０２、長孔３０４、弾性体
３０６からなる衝撃吸収機構３００を介して出力部材８
８に伝達される様に構成される。尚、Ｓ側８６と出力部
材８８との間には摩耗防止のためにメタルブシュ９６が
介挿される。ここで、弾性体３０６の硬度を適正に設定
し、外力が生じない状態では、減速機出力は、ピン３０
２を図６に示す中央位置付近に位置させたまま、換言す
れば弾性体３０６をほとんど変形させることなく出力部
材８８に伝達され、それに固定される大腿リンク２６
を、サーキュラスプラインの他方のＤ側９２を介して駆
動される下腿リンク２８に対してモータ出力に比例する
量だけ相対変位させると共に、着地時に大きな路面反力
が下腿リンク２８に作用したときは、ピン３０２を長孔
３０４内において弾性体３０６を変形させつつ外力を吸
収する方向に移動し、大腿リンク２６と下腿リンク２８
とを相対変位させる。よって、ピン３０２の変位量に比
例する量だけ外力を吸収して衝撃を緩和することができ
る。また、ここで強調されるべきことは、この相対変位
が関節軸線１６を中心として行われるため、座標系の位
置決め計算に殆ど支障を来さないことである。これにつ
いては後述する。

【００１６】更に下側について説明を続けると、膝関節
付近において下腿リンク２８に第５の電動モータ９８が
装着され、その出力はベルト１００を介して図７に示す
足関節に送られて第５のハーモニック減速機１０２に入
力され、足部２２を軸線１８（ピッチ軸）を中心として
回動する。またそれと直交配置された第６の電動モータ
（図示せず）とその出力を入力する第６のハーモニック
減速機１０４を介して足部２２を軸線２０（ロール軸）
を中心として回動する。足部２２の足裏面には路面との
摩擦力を増強するために弾性材１０６，１０６が貼りつ
けられると共に、踵部にはショックアブソーバ状の第３
の衝撃吸収機構４００が設けられる。

【００１７】図８はそれを良く示す図７の要部拡大断面
図であって、第３の衝撃吸収機構４００は、足部２２に
穿設された孔内に埋設され、足部２２に一体的に固定さ
れたシリンダ４０２と、その内部に摺動自在に収容され
たピストン４０４とを備える。即ち、シリンダ４０２に
はその下部が肉厚に形成されてそこに底部４０２ａが設
けられると共に、その中央付近は穿孔されてメタルブシ
ュ４０６が嵌められ、その内部にピストン４０４のロッ
ド４０４ａが挿通される。ロッド４０４ａの自由端はキ
ノコ状に拡径されて接地体４０４ｂが形成される。また
シリンダ４０２内においてピストン４０４の上部には圧
縮スプリング４０８が弾装され、ピストン４０４を図で
下方に付勢する。シリンダ４０２内には油などの作動流
体が充填される。作動油はピストン４０４に穿設された
通路４０４ｃを通ってピストン４０４で画成された上室
４０２ｂと下室４０２ｃとを流通する。尚、シリンダの
底部４０２ａのピストンロッド４０４ａの挿通路は液密
に形成される。

【００１８】この構成において、遊脚側の足部２２が着
地しようとすると、先ずピストン４０４の接地体４０４
ｂが路面に接触し、ピストン４０４をスプリング力に抗
して上方に駆動しようとする。このとき作動油は押圧さ
れて通路４０４ｃを通って上室４０２ｂから下室４０２
ｃに徐々に移動する。このスプリング力と流体抵抗とに
よって着地時にロボット１が受ける衝撃を吸収、緩和す
ることができる。尚、その後に離床するときは、ピスト
ン４０４はスプリング４０８によって初期位置に復帰さ
せられ、そのピストン４０４の復帰作用によって作動油
も上室４０２ｂに復帰させられて次の着地に備える。
尚、ここでシリンダ４０２の底部４０２ａは肉厚に形成
され、そこにピストンロッド４０４ａが液密に挿通され
る様に構成されているため、ピストンロッド４０４ａの
移動方向が規制され、ロボット１の着地姿勢を不安定に
することがない。

【００１９】ここで図１に示したロボットの歩行制御動
作について簡単に説明すると、図２から図７に示した様
に、各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１１０，１１２，１１４，１１６，１１８，１
２０が配置され、その出力は胴体部２４内に配置される
制御ユニット１３０（図１）に送出される。またロボッ
ト１の足部２２には６軸力センサ１３２が設けられ、足
部を介してロボット１に伝達されるＸ，Ｙ，Ｚ方向の力
成分とその方向回りのモーメント成分とを検出し、足部
の着地の有無と支持脚に加わる力の大きさと方向とを検
出する。また胴体部２４の上部には一対の傾斜センサ１
３４，１３６が設置され、Ｘ−Ｚ，Ｙ−Ｚ平面内のＺ軸
にたいする傾斜角速度を検出する。これらのセンサ出力
も制御ユニットに送られる。制御ユニット１３０はマイ
クロ・コンピュータ、電動モータ駆動回路などから構成
され、そのマイクロ・コンピュータにおいてＣＰＵは予
め設定された歩行データとセンサ出力から各関節の駆動
制御値を決定して電動モータ駆動回路に出力する。尚、
前記した様に股関節と足関節において関節軸は直交配置
され、また膝関節を含む３本のピッチ軸はロボット１が
どの様な動きを行おうと常に平行な位置関係にあるの
で、各関節の位置を直交座標系で容易に算出できる構成
となっている。更に、胴体部２４には各電動モータ用の
バッテリなども収容される。

【００２０】この実施例は上記の如く構成したので、股
関節と膝関節と足部とに設けた第１ないし第３の衝撃吸
収機構を介して着地時などにロボット１に作用する衝撃
を効果的に吸収、緩和することができ、ロボット１の姿
勢の安定化に寄与すると共に、各関節に配置された減速
機、軸受部などにかかる負荷を低減することができ、ま
た特に第２の衝撃吸収機構３００の場合には遊脚の振り
回しによる慣性力をも吸収、緩和することができ、更に
胴体部２４内に収容した制御ユニットなどの精密電子部
品を衝撃から保護することができる。また第１の衝撃吸
収機構２００においては相対変位する方向をＺ軸方向に
規制すると共に、膝関節に設けた第２の衝撃吸収機構３
００においても膝関節の軸線１６を中心に相対変位する
様にしたので、各関節の直交座標系での位置計算にほと
んど影響を与えることがない。即ち、リンクの剛性を低
減して衝撃を吸収することも考えられるが、その場合に
は各関節の実際の位置が算出値から大きくことなる恐れ
がある。しかし上記した実施例の場合には実際値とのず
れがほとんど生じることがない。

【００２１】更に、第１ないし第３の３つの衝撃吸収機
構を全て設けた例を示したが、そのうちの１つまたは２
つのみ使用し、例えば膝関節に第２の衝撃吸収機構３０
０のみを設けても良いことは言うまでもない。また第
１、第２の衝撃吸収機構２００，３００の弾性体２１
０，３０６の素材としてゴムを例示したが、それに限ら
れるものではなく、粘性特性を備えたものであればどの
様なものでも良い。また第１の衝撃吸収機構２００にお
いて弾性体２１０の回周に圧縮スプリング２１２を配置
したが、それがなくてもバネダンパ系が構成されている
ので、このスプリングの配置を省略しても良い。また第
２の衝撃吸収機構３００を減速機のサーキュラスプライ
ンのＳ側に連結したが、Ｄ側に連結しても良い。

【００２２】図９はこの発明の第２の実施例を示す、図
５に類似する膝の関節構造の要部断面図である。この場
合には図６に示した膝関節に配置した第２の衝撃吸収機
構３００においてピン３０２の初期位置を長孔３０４の
時計方向の終端位置に寄せる様に弾性体３０６ａを充填
したものである。この例の場合には図に矢印で示す方向
に対してのみ大腿リンク２６と下腿リンク２８とを相対
変位させることができる。よって衝撃を吸収する方向は
限定されるが、ピン３０２の移動距離が大きくなって衝
撃の吸収量が増加する。

【００２３】図１０はこの発明の第３の実施例を示す、
図５に類似する膝の関節構造の要部断面図である。この
場合には、第２実施例の場合とは逆に、図６に示した膝
関節に配置した第２の衝撃吸収機構３００においてピン
３０２の初期位置を長孔３０４の反時計方向の終端位置
に寄せる様に弾性体３０６ｂを充填したものである。衝
撃を吸収する方向が逆になる点を除き、効果は第２実施
例と異ならない。

【００２４】図１１はこの発明の第４の実施例を示す、
図５に類似する膝の関節構造の要部断面図である。図１
１を参照して説明すると、この実施例においては膝関節
に配置された第２の衝撃吸収機構３００において、長孔
３０４とピン３０２により形成される孔よりも大きなサ
イズの弾性体３０６ｃが、適正な予圧を加えられて圧縮
された上で長孔３０４内のピン３０２の両側に設置され
ている。これにより、設置後の弾性体３０６ｃの荷重−
変形量の特性は図１２に実線で示す様なものとなり（図
１２中、破線で示すのは予圧を加えないときの特性であ
る。）、弾性体３０６ｃは所定値以上の負荷が加わった
ときだけ変形して外力を吸収する様にした。

【００２５】図１３はこの発明の第５の実施例を示す、
図５に類似する膝の関節構造の要部断面図である。この
実施例においては、膝関節に配置された第２の衝撃吸収
機構３００において、長孔３０４ｄとピン３０２ｄとを
図示の様な断面形状として、ピン３０２ｄの両側に配置
される弾性体３０６ｄをコイルスプリングをもって構成
した。効果は第１実施例と同様である。尚、コイルスプ
リングに代えて皿ばねを用いても良い。

【００２６】図１４はこの発明の第６の実施例を示す、
腰の脚部回旋用の関節の構造を示す図３と同様の要部断
面図である。この実施例においては、第１実施例に示し
た第１の衝撃吸収機構２００、第２の衝撃吸収機構３０
０、第３の衝撃吸収機構４００に加え、第１実施例の第
２の衝撃吸収機構３００と類似する構造を有する第４の
衝撃吸収機構５００を腰の脚部回旋用の関節に配置し
た。

【００２７】この実施例における第４の衝撃吸収機構５
００を備えた腰の脚部回旋用の関節について説明する。
図１４において、第１実施例で述べた如く、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３５を介して第１の電動モー
タ３６（図示省略）から駆動力が伝達される。減速機３
２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とサーキュラスプラインのＳ側（固定側）５０
４とＤ側（駆動側）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。サーキュラスプラ
インのＳ側５０４はピン５１０、出力部材５０２を介し
て腰板３０に連結され、Ｄ側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、関節軸線１０を中心
として相対回転する。ここで特徴的なことは、図２と図
３に示した第１実施例の構成においてはハーモニック減
速機のサーキュラスプラインのＳ側（あるいはＤ側）は
それに隣接する部材に強固に固定され、減速機出力が直
ちに伝達される様に構成されているのに対し、本実施例
の腰の脚部回旋用の関節においては減速機のサーキュラ
スプラインの一方、この場合Ｓ側５０４が隣接する出力
部材５０２にピン５１０を介して連結されている点であ
る。即ち、第１実施例の膝関節に設けられた第２の衝撃
吸収機構３００についての図６と同様に、ピン５１０は
長孔内に移動自在に収容され、長孔内でピン５１０の両
側にはゴムなどからなる弾性体が充填されている。即
ち、第１のハーモニック減速機３２のサーキュラスプラ
インのＳ側５０４の出力が、ピン５１０、長孔、弾性体
からなる衝撃吸収機構５００を介して出力部材５０２に
伝達される様に構成される。尚、Ｓ側５０４と出力部材
５０２との間には摩耗防止のためにメタルブシュ５０６
が介挿される。

【００２８】ここで、弾性体の硬度を適正に設定し、外
力が生じない状態では、減速機出力は、ピン５１０をそ
の初期位置付近に位置させたまま、換言すれば弾性体を
ほとんど変形させることなく出力部材５０２に伝達さ
れ、それに固定される腰板３０を、サーキュラスプライ
ンの他方のＤ側４２、出力部材４４を介して駆動される
第１ヨーク部材以下の脚部リンクに対してモータ出力に
比例する量だけ相対変位させると共に、着地時に大きな
路面反力（関節軸線１０回りのモーメント）が脚部リン
クに作用したときは、ピン５１０を長孔内において弾性
体を変形させつつ外力を吸収する方向に移動し、腰板３
０と第１ヨーク部材以下の脚部リンクとを相対変位させ
る。よって、ピン５１０の変位量に比例する量だけ外力
を吸収して衝撃を緩和することができる。また、第１実
施例の第２の衝撃吸収機構３００と同様に、この相対変
位は関節軸線１０を中心として行われるため、座標系の
位置決め計算に殆ど支障を来さない。

【００２９】尚、上記において、第１実施例では第１の
衝撃吸収機構２００、第２の衝撃吸収機構３００、第３
の衝撃吸収機構４００を組み合わせて用い、また第６実
施例では、これらにさらに第４の衝撃吸収機構５００に
加えて構成したが、本発明に係る衝撃吸収機構を備えた
脚式歩行ロボットはこの構成に限られるものではない。
上記の組み合わせ以外の任意の複数の衝撃吸収機構の組
み合わせとしても良いし、また任意の１つの衝撃吸収機
構のみを用いても良い。

【００３０】最後に、上記した衝撃吸収機構に関するテ
スト結果を図１５、図１６、図１７に示す。図１５は衝
撃吸収機構を持たない場合の上下方向床反力のテスト結
果である。この場合、最大で２５０ｋｇｆの上下方向床
反力が作用しており、これはロボットの自重の３８５％
に相当する。図１６は本発明の第１実施例の第１の衝撃
吸収機構２００を設けた場合のテスト結果であり、この
場合最大で１４７ｋｇｆの上下方向床反力が作用してお
り、これはロボットの自重の２２５パーセントに相当す
る。図１７は第１実施例で示した第３の衝撃吸収機構４
００を設けた場合のテスト結果であり、この場合最大で
１３４ｋｇｆの上下方向床反力が作用しており、これは
ロボットの自重の２０４パーセントに相当する。以上の
テスト結果より、本発明に係る衝撃吸収機構が効果的に
衝撃を吸収、緩和していることが確認できる。更に、複
数種の衝撃吸収機構を併用して用いる場合は、一層効果
的にロボットに作用する衝撃が吸収、緩和される。

【００３１】尚、上記した実施例においてこの発明を２
足歩行の脚式歩行ロボットについて説明したが、それに
限られるものではなく、この発明は産業用ロボットと総
称される据え付け型のロボットにも妥当すると共に、３
足以上の脚式歩行ロボットにも妥当するものである。

【００３２】

【発明の効果】請求項１項にあっては、基体と、それに
連結される複数本の可動脚部を備えた脚式歩行ロボット
において、前記基体と可動脚部とを弾性体からなる衝撃
吸収機構を介して連結して相対変位自在とし、前記基体
または可動脚部に作用する外力による衝撃を吸収する様
に構成したので、着地時などにロボットに大きく作用す
る路面反力を有効に吸収、緩和することができ、またロ
ボットの姿勢を崩すことがない。

【００３３】請求項２項の脚式歩行ロボットにあって
は、前記相対変位が、鉛直軸線方向の相対変位である様
に構成したので、相対変位する方向を規制することとな
って前記ロボットの座標軸上の位置計算に支障を来すこ
とがない。

【００３４】請求項３項にあっては、少なくとも２個の
リンクを連結する少なくとも１個の関節からなる可動脚
部を複数本備え、動力手段で該関節を駆動して２個のリ
ンクを相対移動させつつ歩行自在とした脚式歩行ロボッ
トにおいて、前記２個のリンクを弾性体からなる衝撃吸
収機構を介して連結して相対変位自在とし、前記２個の
リンクの一方に作用する外力による衝撃を吸収する様に
構成したので、前記可動脚部に着地時などに大きく作用
する路面反力または遊脚の振り回し動作による慣性力な
どの外力による衝撃が作用しても有効に吸収、緩和する
ことができ、またロボットの姿勢を崩すことがない。

【００３５】請求項４項の脚式歩行ロボットにあって
は、前記２個のリンクの相対変位が、前記関節の軸線を
中心とする相対変位である様に構成したので、前記関節
の座標軸上の位置計算に支障を来すことがない。

【００３６】請求項５項にあっては、複数本の可動脚部
を備えた脚式歩行ロボットにおいて、前記可動脚部の先
端に、該脚部に固定されたシリンダとその内部に摺動自
在に収容されたピストンとからなる衝撃吸収機構を設
け、着地時にピストンのロッドの自由端を接地せしめて
ピストンを作動流体に抗してシリンダ内で摺動させ、着
地時に前記ロボットに作用する外力による衝撃を吸収す
る様に構成したので、着地時に大きく路面反力が作用し
てもその衝撃を有効に吸収、緩和することができ、また
ロボットの姿勢を崩すことがない。

【００３７】請求項６項の脚式歩行ロボットにあって
は、前記シリンダ内に、前記ピストンの摺動方向を規制
する手段を設ける様に構成したので、ロボットの座標軸
上の位置計算に支障を来すことがなく、またロボットの
姿勢を崩すことがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る脚式歩行ロボットを全体的に示
す概略図である。

【図２】図１に示す脚式歩行ロボットの腰部の関節構造
の詳細を示す説明断面図である。

【図３】図２のIII −III 線断面図である。

【図４】図１に示す脚式歩行ロボットの第１の衝撃吸収
機構を詳細に示す図２の要部拡大断面図である。

【図５】図１に示す脚式歩行ロボットの膝の関節構造を
詳細に示す説明断面図である。

【図６】図５のVI−VI線断面図であって図１に示す脚式
歩行ロボットの第２の衝撃吸収機構を詳細に示す断面図
である。

【図７】図１に示す脚式歩行ロボットの足部の構造を詳
細に示す説明断面図である。

【図８】図７に示す足部に設けられた第３の衝撃吸収機
構を詳細に示す要部拡大断面図である。

【図９】この発明の第２の実施例を示す図５に類似する
膝の関節構造の要部断面図である。

【図１０】この発明の第３の実施例を示す図９と同様の
膝の関節構造の要部断面図である。

【図１１】この発明の第４の実施例を示す図９の膝の関
節構造の要部断面図に類似する説明図である。

【図１２】この発明の第４の実施例に用いられる弾性体
の特性を表す説明図である。

【図１３】この発明の第５の実施例を示す図９と同様の
膝の関節構造の要部断面図である。

【図１４】この発明の第６の実施例を示す、第４の衝撃
吸収機構を詳細に示す断面図である。

【図１５】衝撃吸収機構を持たない場合に作用する衝撃
（上下方向床反力）のテスト結果を示すデータである。

【図１６】この発明に係る第１の衝撃吸収機構の衝撃
（上下方向床反力）吸収テスト結果を示すデータであ
る。

【図１７】この発明に係る第３の衝撃吸収機構の衝撃
（上下方向床反力）吸収テスト結果を示すデータであ
る。

【符号の説明】

１ 脚式歩行ロボット（２足歩行ロボ
ット） １０Ｒ，１０Ｌ 脚部回旋用の関節（軸） １２Ｒ，１２Ｌ 股部のピッチ方向の関節（軸） １４Ｒ，１４Ｌ 股部のロール方向の関節（軸） １６Ｒ，１６Ｌ 膝部のピッチ方向の関節（軸） １８Ｒ，１８Ｌ 足首部のピッチ方向の関節（軸） ２０Ｒ，２０Ｌ 足首部のロール方向の関節（軸） ２２Ｒ，２２Ｌ 足部 ２４ 胴体部 ２００，３００，４００ 第１ないし第３の衝撃吸収機
構 ２１０，３０６ 弾性体 ４０２ シリンダ ４０４ ピストン ４０４ａ ピストンロッド ４０４ｂ 接地体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼橋 秀明 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 高橋 忠伸 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体と、それに連結される複数本の可動
   脚部を備えた脚式歩行ロボットにおいて、前記基体と可
   動脚部とを弾性体からなる衝撃吸収機構を介して連結し
   て相対変位自在とし、前記基体または可動脚部に作用す
   る外力による衝撃を吸収する様に構成したことを特徴と
   する脚式歩行ロボット。
2. 【請求項２】 前記相対変位が、鉛直軸線方向の相対変
   位であることを特徴とする請求項１項記載の脚式歩行ロ
   ボット。
3. 【請求項３】 少なくとも２個のリンクを連結する少な
   くとも１個の関節からなる可動脚部を複数本備え、動力
   手段で該関節を駆動して２個のリンクを相対移動させつ
   つ歩行自在とした脚式歩行ロボットにおいて、前記２個
   のリンクを弾性体からなる衝撃吸収機構を介して連結し
   て相対変位自在とし、前記２個のリンクの一方に作用す
   る外力による衝撃を吸収する様に構成したことを特徴と
   する脚式歩行ロボット。
4. 【請求項４】 前記２個のリンクの相対変位が、前記関
   節の軸線を中心とする相対変位であることを特徴とする
   請求項３項記載の脚式歩行ロボット。
5. 【請求項５】 複数本の可動脚部を備えた脚式歩行ロボ
   ットにおいて、前記可動脚部の先端に、該脚部に固定さ
   れたシリンダとその内部に摺動自在に収容されたピスト
   ンとからなる衝撃吸収機構を設け、着地時にピストンの
   ロッドの自由端を接地せしめてピストンを作動流体に抗
   してシリンダ内で摺動させ、着地時に前記ロボットに作
   用する外力による衝撃を吸収する様に構成したことを特
   徴とする脚式歩行ロボット。
6. 【請求項６】 前記シリンダ内に、前記ピストンの摺動
   方向を規制する規制手段を設け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。