JPS59110575A - 多足歩行機械 - Google Patents

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】 この発明は、盲導犬ロボット、乗用移動機械、貨物運搬
装置等の多足歩行機械装置、特にリンク機構を用いた多
足歩行機械に関するものである。

従来にもリンク［１を用いて動物の足と似た４本または
それ以上の足体を持つ機構に歩行動作を行なわせるよう
にしだロボッ１〜用歩行装置等の多足歩行機械は種々の
ものが開発されているが、一般的に歩行動作がぎごちな
く、安定性が悪いという欠点があり、特に足体の歩行動
作に伴ってその足体に支持されている基台が上下、前後
または左右に傾きもしくは振れ、基台上に物品を載置し
て運搬しようとする場合には、安定性及び安全性に欠け
るけるという問題があり、それらの解決が望まれている
。

この発明は以上のごとき事情に鑑みてなされたものであ
って、リンクｍ４Ｎを用いた歩行装ａにおいて、基台の
上下動または傾動が極めて小さく、スムースに安定的に
移動出来るようにした多足歩行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、この発明の多足歩行機械は少なく
とも、原動機を備えた基台と、その基台の左右両側に配
備された前足、中足及び後足の合計６本の足と、前記基
台の両側にそれぞれ２個づつ取付けられ前記原動機によ
って同方向へ回転されかつその回転角度が相互に１８０
度ずらされた駆動側リンクと、それらの駆動側リンクに
それぞれ一端を連結され他端は前記中足の上端部近傍に
軸止めされた従動側リンクと、これら従動側リンクの各
中点近傍と前記基台との間を連結した支持リンクと、前
記駆動側リンクに各一端を連結し他端は前足と後足を連
結した連結用棒材の前後両部近傍にそれぞれ対称的に連
結された従動側リンクと、この従動側リンクの各中点近
傍と基台との間を連結する支持リンクとを有し、この様
なリンク機構を基台の左右両側にそれぞれ対称的に配偏
して、その片側の前足と後足及び反対側の中足を組みに
し、その様な２組を交互に着地と上下運動とを繰返させ
て前後進させ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を示す図面について説
明する。

第１図はこの発明の多足歩行機械に用いられる周知の基
本的なリンク機構（ｃｂｅｂｙｓｈｅｖリンク）を示す
もので、Ａ点を基台１に軸止めされた比較的短い駆動側
リンク２と、その他端のＢ点に連結された長さＢＤなる
従動側リンク３と、リンク３の中点Ｃと基台のＥ点の間
に連結された支持リンク４から成り、例えば、各リンク
の長さは大略的に下記のような関係にある。

ＢＣ−ＧＥ−ＣＤＬ：２．５ＡＢ ＡＥ：＝：２ＡＢ この様なリンク機構において、駆動側リンク２を回転す
れば、従動側リンク３のＤ点の描く軌跡はａ、　−す、
−ｃ、−ｄ、　−ａ、のような線となり、駆動側リンク
２がｃ　−ｄ−ａ間の１８０°以上のクランク回転角度
を回転する間は、Ｄ点はｃ、−ｄ、−ａ、のごとく疑似
直線を描き、ａ　−ｂ−ｃ間を回転する間はａ　ｒ　　
ｂ　ｒ　　ｃ　ｔの様な曲紗Ｑを描く。

したがってＤ点に多足歩行機械の足を連結すれば、直ａ
ｐ部分では足が直ｎ運動をし、その足を接地した静止の
状態にすれば、その足を支持している基台が反作用とし
て直線移動し、曲線Ｑ部分では足を持上げた運動を行な
わせることが可能である。

この発明はこの様な基本的リンク機構を８個使用し、そ
のうち４個を一方の一組として片側の前足後足に各１個
、中足に２個使用し、残りの４個を他方の一相とし、一
方の一組の位相と他方の一組の位相を１８０度ずら（）
、二組の足を交互に接地させて基台に上下動や傾動のき
わめて小さい連続的な歩行を行えるようにしたものであ
る。

この発明の多足歩行機械では、第２図に示すように、基
台１１の左右両側にそれぞれ前足ＦｌとＦｌ′、中足Ｆ
２とＦ、４、及び後足Ｆ３とＦ、／が配向され、この内
のＦ／、　＋：、、及びじ・が一方の組を成し、Ｆ；、
す及びＦ２が他方の組を成す。「１と１及びじが着地し
て１い、ルー間はＦ；とＦイ及びＦ２が引−ヒげられ、
その２相４　！ｆ　改互に着地と上下運動を繰返して前
進するよう１□に：咄っている。これらの足と基台とを
連結するリンクｔｉ１Ｍは基台の左右両側について全く
同じであり、第３図以下にはその片側だけのリンク機構
を示しである。第３図において、基台１１には、原動機
の一例としての駆動モーター１２と、それによって回転
される中間歯車゛１３、中間歯車１３の両側にかみあわ
された２個のＧＩＧｌｌｉ１４と１５が設備され、歯車
１４と１５は同方向に回転される。このような駆動方法
を採用づると、足Ｆ２に０く歩行機械の自重及び積載積
荷の級毎に間する力及び水平方向に外乱とし：′Ｃ働く
力は歯車１４及び１５を逆方向に回転させるｔ−メント
へ、１１、Ｍ２としで働き、中間歯車１３を互いに反対
ブｊ向に回転させるモーメントどなり、それを支える回
転モーメン１〜はＮ・１１どｔｖ１２の差となり、単独
にＭｌ、Ｍ２を駆動するＪ：り大幅な消費エネルギーの
節約となる。また足Ｆ１、Ｆ３についても両者を一紺と
して考えると足Ｆ２の場合と同様の機構となり、やはり
大幅なエネルギー消費の節約となる。また基台１１の側
面には歯車１４．１５と同心に、駆動側リンク１６．１
７の枢点Ａ１、Ａ２が軸止めされ、これらのリンク１６
．１７の他端にはそれぞれ従動側リンク１８．１９が連
結され、従動側リンク１８．１９の他端は交差した状態
で連結用棒材２０の両端に連結し、連結用棒材２０の中
央に中足Ｆ２の上端が固定されている。他方、従動側リ
ンク１８．１９の中点ＣＩ、Ｃ２と基台１１のＥ（、Ｆ
２点との間にはそれぞれ支持リンク２１．２２が連結さ
れている。このように中足Ｆ２について設けられた２相
の対称的なリンク機構、すなわちＡ／、　Ｂ／％　Ｃ７
，Ｆ７を節点とするリンクＫＱ　４ｍと、Ａ２、Ｂ２、
Ｃ２、Ｅ、を８点とするリンク機構はそれぞれ第１図に
説明したＡＳＢ、ＣＳＥを節点とするリンク機構と同一
であり、その位相が１８０１１ｆｆｉずれて対称状と成
っているだけである。このように第１０のリンクＩ！構
を対称的に２組、組合せたのは、足を地面に対して常に
垂直にするためである。このことは中足についても、前
優足についても同じである。したがって、駆動側リンク
１６、′１７が同時に同方向に回転すると、従動側リン
ク１８．１９の先端に固定された中足Ｆ２の上端Ｄ１、
Ｂ２は地面に平行のまま、基台１１が静止していると仮
定づ゛れは、第１図の直線Ｐと曲線Ｑのような軌跡を描
くことになり、反対に、中足Ｆ２が着地して静止してい
るとすれば直線Ｐの過程では基台１１の方が中足Ｆ２に
対して相対的に前進することとなる。他ｈ、前足Ｆ１と
後足Ｆ３とは連結用棒材２３によつ−Ｃ一体的に連結さ
れ、その連結用棒材２３の前後部には、互いに対称的に
配置された２組のリンク機構の従動側リンク２４．２５
の−Ｄ４点が軸止され、これらのリンク２４と２５の他
端はそれぞれｍ卓１４．１５の内面Ｂ、、　Ｂ２と重な
るＢ３、Ｂ４の各点に軸止めされ、また中点Ｃ８、Ｃｑ
と基台のＦ３、Ｆ４との間には支持リンク２６と２７が
３！Ｉ！結されＣいる。ここでもＡ３、Ｂ３、Ｂ３、Ｆ
３及びＡ４、Ｂ４、Ｃ牛、［４を節点とする２組の対称
的なリンク機構は第１図のＡ、Ｂ、Ｃ，Ｅを節点とする
リンクｌｉ２４１とおなじで、また基台１１を水平に保
持するため、中足Ｆ２リンクｔｉｅと同一の寸法になっ
ている。この場合のへ１白３及び〜Ｂ４の長さを有する
駆動側リンクは必ずしもバー聚用いるとは限らず、歯車
１４．１５をそのままリンクに兼用できる。このＡ１ｎ
３、Ａ顧４なる駆動側リンクは回転角変に１８０度のず
れがあるため、２相のリンクａｍの向きを対称的に配置
して、２個の従動側リンク２４．２５の先端Ｄ３、Ｄ、
１．を結ぶ連結用棒材２３が常に地面に対して水平にな
り、足Ｆ１、Ｆ３を地面に垂直になるようにしている。

また、中足Ｆ２の運動と前足Ｆ１と後足Ｆ３との運動は
タイミングが１８０度ずらされているので、第３図に示
すように、中足Ｆ２が接地している状態では前足Ｆ１と
後足Ｆ３とは持上げられて前進中である。

この状態から歯車１４．１５が約９０度回転した場合は
、第４図に示すように、前足Ｆ１と後足Ｆ３とが接地し
始めるが、との時点では、第１図について述べた原理に
より、前足Ｆ１と後足Ｆ３とは静止していた中足Ｆ２の
位置に対して大幅に前進しており、また基台１１も中足
Ｆ２が静止しているのでその反動で前進している。そし
て前足Ｆ１と後足Ｆ３とが完全に着地して静止すると、
今度は中足Ｆ２が持上げられ始め、同時に前進し始める
。同時に基台１１も今度は静止している前足と後足のリ
ンク機構の反力を受けて前進を続ける。さらに第４図の
状態から約１３０度程度回転した第５図の時点では、中
足Ｆ２は前進しながら下降し始め、それが着地した後は
、再び前足Ｆと、後足Ｆ３が上昇と前進運動を始めて、
やがて第３図の状態に復帰する。

以上のリンク機構は、基台１１の片側のみについて述べ
たものであるが、反対側の前足Ｆ（、中足Ｆ２’、後足
Ｆｉについても全く同様な機構があって左Ｗ貢−側が互
いに逆動作をなすように動作タイミンｙ、ニア７！！＜
：ずらされているから、結局は片側の前足Ｆ１と衝足Ｆ
８、反対側の中足ＦΔとが１１寺になり、残り１の゛王
：Ｆ′３、Ｆ２とが別組に成って両相専が交互に着地と
上下運動を繰返して前進することができる。このように
して、基台１１は歩行中のどの時点においても、三角形
の頂点に位置する３本の足によって同じ高さに安定的に
保持されることになり、従って上下動や傾動をおこすこ
となく、はとんど水平の状態でバランス良く、スムース
に移動させることができる。

この故に基台１１に物品を載置して運搬さゼる場合でも
、安定性を充分に確保づることが出来るという効果があ
る。しかも、基台がほとんど上下動しないため、走行エ
ネルギーの損失が極めて少ない。

なお、以上の説明した実施例の多足歩行機械は２組６木
の足を含む１単位のリンク機構が使用されているが、こ
れは必要なリンク機構の最小数で、あって、このほか、
請合せて少数のリンク機構を用いＣ長い大型の多足歩行
機械を構成してもよい。

この場合には、それぞれのリンク機構の構成要素はそれ
ぞれ別個に準備してもよいし、諌た―合うリンク機構間
で足等の構成部材を共用してもよい。

また、以上説明した実施例における駆動モーターから駆
動側リンクに至る回報の伝達機構は上記の歯車対を使用
した歯車伝動機構の他に、チェーンスプロケット等摩擦
伝動装置を用いてもよく、また、それぞれ独立の駆動系
を設ける場合、各駆動軸に各々同期回転が可能なシンク
ロナスモータやサーボモータを用いて１１１期運転して
もよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は多足歩行機械に用いられる基本的なリンク機構
を示す線図、第２図はこの発明に係わる多足歩行機械の
基台と足の立置関係？示す平面図、及び第３図ないし第
５図は基台の片側のみめリンク１１欝を例示した側面図
で、順次に歩行動作の過程を示している。 １１・・・基台　　１２・・・１２動モータ　　１３・
・・中間歯車　　１４．１５・・・歯車　　１６．１７
・・・駆動側リンク　　１８．１９・・・従動側リンク
　　２０・・・連結用棒材　　２１．２２・・・支持リ
ンク２３・・・連結用棒材　　２４．２５・・・従動側
リンク２６．２７・・・支持リンク　　Ｒ，Ｆ、・・・
前足Ｆ２、Ｆ（・・・中足　　Ｆ３．　ｌ”卜・後足第
１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）少なくとも、原動機を備えた基台と、その基台の
   左右両側に配備され°た前足、中足及び後足の合計６本
   の足と、前記基台の両側にそれぞれ２個づつ取付けられ
   前記原動機によって同方向へ回転されかつその回転角度
   が相互に１８０度ずらされた駆動側リンクと、それらの
   駆動側リンクにそれぞれ一端を連結され他端は前記中足
   の上端部近傍に軸止めされた従動側リンクと、これら従
   動側リンクの各中点近傍と前記基台との間を連結した支
   持リンクと、前記駆動側リンクに各一端を連結し他端は
   前足と後足を連結した連結用棒材の前後両部近傍にそれ
   ぞれ対称的に連結された従動側リンクと、この従動側リ
   ンクの各中点近傍と基台との間を連結する支持リンクと
   を有し、この様なリンク機構を基台の左右両側にそれぞ
   れ対称的に配備して、その片側の前足と後足及び反対側
   の中足を組みにし、その様な２組を交互に着地と上下運
   動とを繰返させて前後進させることを特徴とする多足歩
   行機械。 （２〉前記従動側リンクの長さは、駆動側リンクの約５
   倍、各支持リンクの長さは駆動側リンクの約２．５倍、
   支持リンクと基台との連結点からその駆動側リンクの回
   転中心点までの距離が駆動側リンクの長さの約２倍にな
   っていて従動側リンクの先端の軌跡の一部に疑似直線が
   存在することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   多足歩行機械。 （３）前記駆！１ＪｌｌＩリンクとして、それと同心の
   前記歯車自体を利用したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の多足歩行機械。 （４）前記片側の前足と後足のための駆動側リンクの働
   きをする２ｆＩＡの歯車及び中足のための２本の駆動側
   リンクの各々または全体を、他の歯車装置または鎖伝動
   装置等と組合せ、その相対回転運動に拘束を与え、接地
   足からの水平・垂直方向の反力及び空中足の自重による
   トルクを打消し合うようにした機構をもっことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の
   多足歩行機械。