JPS59169770A - 全方向移動機械 - 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】 この発明はロボット、乗用機械等の歩行機械、特に不整
地而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。

不整地而を移動させるための移動機械として最低限溝？
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
（、 （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（プ得る、 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ッＩ〜用
歩行装間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」−の歩
行にお（〕る足の歩行動作にともなって、その足に支持
されている基台が上下、前後または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−２− ったまま移動させることが困難であるという問題があっ
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、８足が３自由痩をも
ち、ｎ個の足について合計３０自由度の協調制御を行な
っているが、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８足の協調制御が必要となっており、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
って、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８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（、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−３− 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
木の足体とを備え、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Ｊ：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回転可能であって水平方
向に離隔して位置する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
り定休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を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及び６を
備えている。

足３は直棒状の百足で矢印１０で示ずように、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
曲がり足であって、被駆動部分７と接地部分８を備えて
いる。被験ａ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−　４　− は実質的に水平方向に位置する連結部分９によって連結
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αｄど−１“）’＜、７”ｊｊ、’Ｔ
ｒ＝− け回転し、足５が角αｂだけ回転し、また足６が角屹だ
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を偽だけ回転させ、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ト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。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
△、Ｂ１及びＣがＡ′、Ｂ′、Ｃ鐘に軌跡３０を通って
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ップを繰返す
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−〇　− 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、装首全体の静的バランスを保持するため
、バランス■す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自由麿と歩
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。以上の動作のシーフェンスを表にま
とめると次のようになる。

−７揶り 足先整列　足の状態　　　　足先の動き５６３ （始めの任意の状態） （１）　　　ｌ立立立 （２）　　遊立立立　日→Ｐ （３）　　立立立立　　Ｐ　　　Ｑ、　　　Ｒ１（４）
　　立遊立立 （５）　　立遊立立　　Ｐ　　Ｑ、→Ｑ　　Ｒ＋〈６）
　　立立立立　　Ｐ　　　Ｑ　　　Ｒ＋（７）　　立立
遊立 （８）　　立立遊立　　ＰＱＲ，→Ｒ （９）　　立立立立　　ＰＱＲ （移動） （１０）　　　立立立遊　　ＰＱＲ （１１）　　　立立立遊　Ａ−＋〆Ｂ→Ｂ’Ｃ−＋　Ｃ
’Ｄ→Ｄ′（１２）　　　立立立立　　Ａ’　　　ｒ３
’　　　Ｃ’　　Ｄ’繰返し −８− 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１ｆｆ１ｂは基台２にそれぞ
れ腹足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、位置決めに当たっては足４
．５の回転は同期させることができる。ざらに立足の足
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自由麿分少なくてすむ。

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は腹足
であり、足４．５及び６は曲−９− 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
当たって足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自由喰で済む。

第７図に示すものは、この発明のさらに他の実施例に係
わる６足歩行機械１ｄであって、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木の足を使用し、全てを曲がり足としたもの
で、足４．５．６が立足となって駆動されているときに
足１７．１８．１９が遊び足となって位置決めを行なう
。この場合の自由度は９自由麿である。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軟物の合成され
た重心Ｇの位置と三角形の一辺との距離７の最小を与え
る足配置を示している。

−１０− このように構成された歩行機械では曲がり足を算定とし
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繋がりであり、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１１２０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２
２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、したがっ
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４引１− 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、
したがって基台２は第８図及び第１０図の破線で示すよ
うに直線運動することができる。この場合の弁２１．２
５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Ｊ：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、行りないような場所でも自由に行くことがで
き、自由皮が少なく構造が簡単で８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図はこの発明の仙の
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ャートである
。 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−１３
− 第１図 第２図 酵 °γ ５（Ｂ）　　　３０８　６（Ｃ）　　ｌ！３０８（０“
＝／ｂ′必）１．８・　。・ ４（Ａ　　　　　３０　　　３ ９−　　０　１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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回転可能であって水平方向に離
   隔して位置する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. （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。