JPS61178268A

JPS61178268A - 歩行機械

Info

Publication number: JPS61178268A
Application number: JP60014602A
Authority: JP
Inventors: ステイフアン、ジエー、バーソレツト
Original assignee: Odetics Inc
Current assignee: Iteris Inc
Priority date: 1985-01-30
Filing date: 1985-01-30
Publication date: 1986-08-09

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】夜正牙見本発明は、歩行機械、特に非常に限られた地域で歩行し
且つ行動することができる非常に巾の狭い側面を有する
歩行機械に関するものである。

賛末荻朱脚付機械は、車輪又はペダル付きの車が運行できない地
域や地面で作動することができるので、車輪又はペダル
で駆動される機械よりも歩行する機械を開発する方が利
点があるということは長い間知られてきた。従って、歩
行機械を開発するために数多くの試みが多年に渡って行
われてきている。しかし、このような機械を開発するに
際しての問題が余りにも多過ぎたので、今日まで満足な
機械が存在していない。これらの問題は、各脚の動きを
整合せしめ、各々の足が正しく着地するように機械に周
辺の状況を感知する方法を押え、転倒しないように機械
に平衡感覚を教えること等を含んでいる。かかる事項に
ついての簡単な事実は、歩くことは人や動物にとって第
二の天性であるが、コンピューターやロボットにとって
は非常に複雑であるということである。

コンピューターは莫大な量のデータを処理して適正な命
令を実行する能力を有しているので、歩行機械の脚の制
御を処理し易い問題にすることができる。その結果、世
界中の多くの研究者達が様々な型式の歩行機械を開発し
てきた。

今まで計画されてきた殆んどの歩行機械は、非常に大型
でかさがあり、扱いにくいものである。

これは歩行機械の実用性を全く制限している。狭い廊下
を通ったり、戸口をｉｍったり抜けたりするような非常
に限られた区域で歩行し且つ行動することができる歩行
機械を提供することが大いに望まれるのである。これは
今まで達成されなかったことである。

今まで計画された殆んどの歩行機械は、前部。

後部及び側部が限定されている。歩行機械はその方位に
より異なった動作特性を有するものである。

従って、歩行機械がある方向に動いていて方向を変える
必要がある場合、向きを変えることが必要である。これ
は限られた区域で動作している時非常に困難な場合があ
る。従って、どの方向にも他の方向と同じ効果で歩行す
ることができる感覚であらゆる方向性有するを歩行機械
を提供することが大いに望まれるのである。このような
可能性により、歩行機械は所定の方向に向いた本体と共
に狭い廊下を通ることができ、本体を回転する必要もな
く他の方向へ他の廊下を通って簡単に移動することがで
きるようになる。このようなことも又、今までに得られ
なかったことである。

「歩行機械の脚部機構」という名称で、本願出願人によ
り本出願と同日付けで出願された特許願（２）において
は、パンタグラフ機構を構成するように配置された複数
のリンクを有していて、これらのリンクは脚が本体に密
接して縮むことができるように互いに曲げることができ
、人間が行動し得るのと同じ小さな区域でも機械が行動
できるように、このような脚が取付けられて小さな側面
を有する歩行機械の脚部機構が開示されている。

「歩行機械の脚の垂直アクチュエーター機構」という名
称で、本願出願人に譲渡された米国特許出願第４７６５
８３号においては、上下及び横方向に機械の足を駆動す
る各機構を独立させるように脚部機構をパンタグラフで
構成した基本的な詳細が開示されている。その出願では
又、上下に足を駆動するために広範囲なアクチュエータ
ー機構の考えかたを教示している。この垂直アクチュエ
ーター機構は、足が横方向に駆動されるのに応じて足の
上下位置を維持する。

「歩行機械の脚用水乎アクチュエーター」という名称で
、本願出願人により本出願と同日付で出願された特許願
（３）においては、水平駆動力を加えるのに小型で高速
な電動機を使用できる歩行機械のパンタグラフ脚部機構
用水平アクチュエーター機構が開示されている。

これらの出願を再検討してみると、上記で論議した諸問
題を解決するために機構本体に脚部機構を取付ける問題
が残っている。

目　　　的本発明の目的は非常に限られた区域で歩行し且つ行動す
ることができる歩行機械を提供することにより関連した
諸問題を解決することにある。六本の回転脚が六角形の
頂点に位置していて、各脚が１２０度以上の角度で回転
可能な歩行機械を提供することによってこれらの問題を
解決するのが本発明の一つの特徴である。派生的な一つ
の利点はあらゆる方向性を有する歩行機械である。他の
利点は、非常に限られた区域で歩行し且つ行動すること
ができる歩行機械である。更に他の利点は、本体を回転
せずに動く方向を変えることのできる歩行機械である。

本発明の他の目的、特徴及び付帯する利点は、本発明に
従って構成されて、図中同一部品には同一番号を付した
添付図面に関連した好適な実施例の以下の詳細な説明に
より当業者にとって明らかとなるであろう。

本発明によれば、所要の全方向性を有する歩行機械が提
供されている。本歩行機械は、狭い廊下を通ったり、又
は戸口を通り抜けたりするような、歩行機械が従来行動
できなかった場所でも行動できるように、非常に巾の狭
い側面を有するように゛して脚を方向づけることができ
る。更に、本歩行機械は、ある方向に動いてい、て角に
到達すると、角を廻って進むために本体を回転せずに９
０度向きを変えて他の方向へ移動することができるよう
に、どの方向へも同じ効果で作用することができる。本
歩行機械には、特定の前部、後部又は側部がなり、機械
的立場から見て全く対称な運搬具である。

要するに、本発明の教示に従って構成される歩行機械は
、本体と、本体に取付けられていて、六角形の頂点に位
置する六本の平行に離間した軸を中心に回転動作し、各
々が１２０度以上の角度で回転動作するために取付けら
れている六つの脚部フレームと、脚部フレームの各々に
取付けられていて、各々が足を有する脚部機構と、本体
に取付けられていて、脚部フレームの各々の回転動作を
制御する駆動装置と、脚部フレームの各々に取付けられ
ていて軸に平行な方向に各足の動きを制御する駆動装置
と、脚部フレームの各々に取付けられていて半径方向に
各足の動きを制御する駆動装置とを含んでいる。

」■− 今、図面を参照して、特に詳記するならば、第１図乃至
第４図には、全体を符号１）で示した本体と、全体を符
号１２で示した六つの同一な脚部機構とを有する、符号
１０で示した歩行機械が示されている。脚部機構１２と
、本体１）に対して歩行機械の脚を簡潔に曲げられる方
法とについて十分な理解を得るためには、前記特許側（
２）を参照すべきである。又、脚部機構１２の垂直アク
チュエーター機構の理解を得るためには、前記の米国特
許出願を参照するとよい。更に又、脚部機構１２の水平
アクチュエーター機構の理解をえるのには、前記特許Ｈ
Ｔａ２を参照すべきである。

脚部機構１２の各々の構造については本発明に直接関係
なく、本発明は、脚部機構１２が本体１）に組合され取
付けられて、完全な歩行機械を形成する方法を指向して
いる。しかし、本発明は前述の各出願において説明した
脚部機構と、水平及び垂直アクチュエーターを含めてい
る。従って、脚部機構１２は簡単に説明されている。更
に、脚部機構１２の各々は同一のものであるので、一つ
の説明ですべてを説明するのに十分である。

各脚部機構１２は、垂直な軸線を中心に脚部フレーム１
３の回転動作ができるようにして本体１）に接続されて
いる細長い直立脚部フレー、ム１３を含んでいる、脚部
フレーム１３は一対の向い合って離間した平行な側部１
４及び１５を有している。ピン１６は脚部フレーム１３
の低端部にオイて、側部１４及び１５の間に装架されて
いる。又、指示する機能を果している複数の交差部材も
側部１４及び１５の間に横架されている。第一プレート
１７は各脚部フレーム１３の頂部を横切って側部１４及
び１５の間に装架されている。第ニブレート１８は側部
１４及び１５の間に、その上端部と下間部の中間に装架
されている。又、軸受支持プレート１９も、以下の説明
で十分に明らかになる理由で、側部１４及び１５の間に
装架されている。（図示されていない）他の支持プレー
トも又含まれることがある。

各脚部機構１２は平行四辺形に配置された複数の細長リ
ンクを含んでいてパンタグラフ機構を楕成し、これによ
って、各リンクの選定点に加えられた力が、この機構の
可動な足を形成している他のリンクへ伝達されることが
できる。各々のリンクは単一なリンクとして説明される
が、前記特許側（２）に十分に説明されているように、
複合で並立した平行なリンクの場合もある。

更に詳記するならば、各脚部機構１２は脚部機構１２の
大腿部を形成しているように見える第一細長リンク２１
を有している。ピン１６はリンク２１を脚部フレーム１
３に枢着するようにリンク２１の第一端部を通して延び
ている。

各脚部機構１２は脚部機構１２の脛部を形成する第二細
長リンク２２を有している。リンク２２はその上部が一
対の向い合った平行な側部２５及び２６を有し、下部が
固体部材であるという点において全体にＵ字形をなした
部材である、側部２５及び２６の第一端部とリンク２１
の第二端部とはピン２７によって互いに枢着されている
。リンク２２の下端部と脚部機構１２の足２８を形成し
、足２８は便宜状ゴム・キャップを備えている。

各脚部機構１２は又、第三リンク２３を有していて、リ
ンク２３の第一端部が好ましくはピン１６によって脚部
フレーム１３に枢着されている。

各平行四辺形の第四辺は細長リンク２４によって形成さ
れていて、その第一端部とピン２９によりリンク２３の
第二端部に枢着されている。リンク２４の第二端部はピ
ン３０によってリンク２２の中間点に枢着されている。

今述べたリンクの配置は平行四辺形に形成されているリ
ンク２１〜２４によりパンタグラフ機構を構成していて
、その角部はピン１６，２７．２９及び３０によって限
定されているということが第１図をみれば当業者により
容易に認識されるであろう。ピン１６はパンタグラフ上
の固定点であって、これに対して足２８は最端の可動部
材である。

足２８の上下の動きは一対のアクチュエーター支柱３１
によって制御されていて、支柱３１の第一端部はピン３
２によってリンク２４の中間点に枢着されている。支柱
３１の第二端部は脚部フレ−ム１３に接続されている、
全体を符号３３で示した脚部アクチュエーター機構に接
続されている。

更に詳記するならば、脚部ア・クチユニーター機構３３
は一対の軸受３７により脚部フレーム１３に取付けられ
て回転する親ねじ３６に、適当な歯車装置３５を介して
接続された電動機３４を有してい颯。第３図に示すよう
に、一方の軸受３７はプレート１７に取付けられ、他方
の軸受は軸受支持プレート１９に取付けられている。駆
動ナツト３８は親ねじ３６に取付けられていて駆動ナツ
ト３８が親ねじ３６の回転により上方か又は下方へ垂直
に駆動されるようになっている。支柱３１の第二端部は
ピン３９により駆動ナツト３８に枢着されている。脚部
アクチュエーター機構３３が足２８の上下の動きを制御
する方法について更に十分な理解を得るためには、前記
の米国特許出願を参照するとよい。

足２８の半径方向の動きは、第１図に示されている、全
体を符号４０で示した脚部アクチュエーター機構によっ
て制御される。脚部アクチュエーター機構４０は親ねじ
４２を直接駆動する電動機４１を有している。電動機４
１は揺動腕４３の一方の端部に枢着されており、揺動腕
４３の他方の端部は脚部フレーム１３の側部１４及び１
５の間に接続されている。雄ねじ４２には駆動ナツト４
４が取付けられている。

各リンク２１は、ピン１６に隣接してその第一端部には
ゾ垂直に延びている、一体部分として作られたクランク
・アーム４５を有している。同様に、リンク２３はピン
１６に隣接してその第一端部にはり垂直に延びている、
一体部分として作られたクランク・アーム４６を有して
いる。リンク４７は駆動ナツト４４と一体に作られた第
一端部と、ピン４８によりクランク・アーム４６に接続
された第二端部とを有している。リンク４９は揺動腕４
３に接続された第一端部と、クランク・アーム４５に接
続された第二端部と有している。脚部アクチュエーター
機構４０が足２８の半径方向の動きを制御する方法につ
いて更に十分を理解を得るためには、前記特許側（３）
を参照するとよい。

更に、第１図から第４図までを参照して、本体１）は三
つの主支持プレート５１．５２及び５３を有している。

プレート５１は頂部プレートであって、プレート５２は
中間プレートである。これらのプレートは装置の組合せ
によって互いに平行で離間した共軸の関係で保持されて
いる。プレート５１及び５２は各々中心孔５４及び５５
を有しており、管５６がプレート５１及び５２の間に、
これに垂直に孔５４及び５５へ延びている。管５６の両
端は好ましくはプレート５１及び５２に溶接されるとよ
い。更に、複数の補助支持プレート５７がプレート５１
及び５２の間に、管５６から放射状に外側へ向かって延
びている。複数のスペーサー５８はプレート５２及び５
３の間に延びている。これらの部品のすべては、好まし
くは共に溶接又はボルト止めされるとよい。

脚部フレーム１３を本体１）に取付けて六角形の頂点に
位置している六本の平行で離間した軸線を中心として回
転動作させることが本発明の教えるところである。従っ
て、第２図に示すように、プレート５１は管５６が装着
されている中央部６０と、中央部６０の廻りに６０度の
間隔をおいて離間されている六本の放射状に外側へ向か
って延びているアーム６１とを含んでいる。各アーム６
１は横方向へ延びている孔６２を有していて、脚部フレ
ーム１３の頂部プレート１７において軸６３が孔６２を
通して軸受け６４内へ延びている。

このようにして、軸６３と軸受６４は脚部フレーム１３
の上端部を支持していて、軸６３と共軸な軸線６５を中
心として回転動作を行う。

第４図の右側に見られるように、プレート５２は、放射
状に外側へ向って延びている複数の軸受支持プレート６
６をその上面に接続した全体に円板状をなす部材である
。各支持プレート６６は軸６８が延びている孔６７を有
している。軸受６９は孔６７の中に位置決めされていて
軸６８を支持し、軸線６５を中心として同軸動作を行う
。軸６８の下端部は、他のプレート７１に載置している
フランジ７０を有している。プレート７１は脚部フレー
ム１３の側部１４及び１５の間に接続されてのびている
前記のプレート１８上に載置されている。複数のねじ７
２が、フランジ７０及プレートび７１を通してプレート
１８まで延びていて、これ、らの部材を堅固に相互接続
している。このようにして、軸６８は脚部フレーム１３
に堅固に接続され、軸受６９は軸６８と脚部フレーム１
３を支持して軸線６５を中心として同軸動作を行う。

プレート５３は、全体にプレート５２と同じで、そのす
ぐ下に離間されている円板状部材である。

プレート５３は電動機７４を受入れるための複数の第一
孔７３を有している。電動１）７４は６０度の間隔でプ
レート５３の中実軸線を中心にして離間されている。各
電動機７４は歯車７６を、支持している出力軸７５を有
している。遊び歯車７７は軸７８に取付けられていて、
その両端部は共軸孔７９及び８０を通してプレート５２
及び５３まで各々延びている。歯車７７は歯車７６に噛
合っている。プレー）７１の半径方向の内側は遊び歯車
７７に噛合っている歯８１を形成している。このように
して、電動機７４の作動により歯８１を駆動してプレー
ト７１と脚部フレーム１３の回転動作をひき起こすので
ある。

作動について説明すれば第５図は、個々の電動機７４の
作動により、その関連した軸線６５を中心として関連し
た脚部フレーム１３の回転動作をひき起こす方法を示し
ている。本発明の好適な実施例によれば１．第２図及び
第４図と、第５図の実線とで示したように、各脚部フレ
ーム１３はその中央位置から±６５度の角度で回転する
ことができる。このような配置による利点は第６図及び
第７図でわかる。即ち、第６図はその中央位置における
脚部機構１２を実線で示している。二、三の脚部機構は
最大の位置で、点線で示されている。

その最大の位置においては、一つの脚部機構１２が他の
脚部機構１２の区域と重なっていることがわかる。これ
は、歩行機械が所望の全方向性を得ることができ且つ、
歩行機械が狭い廊下を通ったり戸口を通り抜けたりする
ような今まで行動できなかった場所でも行動できるよう
に、非常に狭い側面を有するようにしてその脚を方向づ
けることができるようにするためには、非常に重要であ
る。

今、第７図を参照すると、歩行機械１０の各脚部機構１
２の最初の位置が実線で示されている。

三つの脚部機構１２が反対方向に向いている残りの三つ
の脚部機構と共に一方向に向いていて、脚部機構１２が
向いている方向に垂直な方向に歩行機械１０が非常に１
）の狭い側面を有するようにしていることがわかる。今
、歩行機械１０が方向を変え度いと仮定してみる。第７
図は、各脚部機構１２が新しい位置へ回転し、歩行機械
１０が本体１）を回転することなく今まで動いていたの
と同じ効果で新しい方向に歩きはじめることができる様
子を示している。歩行機械１０は特定の前部。

後部及び側部を持たず、機械的見地から全く対称な運搬
具であるということが第７図を見れば明瞭である。歩行
機械１０の脚部機構１２が第７図に示すような方位を向
いていて、歩行機械１０が最も狭い側面を有している場
合を除いて、歩行機械１０はどの脚も動きの方向に又は
他のどの方向にも指示される必要が全くない完全・な全
方向性を有している。例えば、第６図に示すような脚で
も歩行機械１０はどの方向にも実に効果的に動くことが
できるのである。

他方、歩行機械１０が非常に狭い戸口を通過したり、又
は非常に狭い廊下を通って歩けるように、第７図に示し
た巾の狭い脚の位置に脚部機構１２を決めている時、動
く方向に全く近づけて個々の脚を、六本の中のどの脚も
進めさせることが重要になる。この理由は、各脚部機構
１２の揺動軸線がその直線位置から±６５度の機械的範
囲を有しているということである。脚部機構１２は６０
度離れて取付けられているので、三本の脚が動く方向に
前方へまっすぐに延び、他の三本の脚が後方へまっすぐ
に延びることになると、先頭の脚の両側の二本の脚はそ
の通常の直線位置から６０度回転しなければならなくな
り、これはその機械的限界に殆ど達することになる。外
側の二本の脚は脚が揺動する機械的限界近くで作動して
いることになるので、これは中央の脚を動く方向の±５
度以内で作動させる必要がある。従って、六本の中の一
□本の脚が、動く方向の数置以内で殆ど正確に動く非常
に巾の狭い脚の位置が必要である。他方広い方の脚の位
置に対しては完全な全方向性がある。

本発明は本発明に従って構成された好適な物理的実施例
について記述されてきたが、本発明は様々な変更及び改
良がなされ得ることは当業者にとって明らかであろう。

従って本発明は特定の図示した実施例に限られるもので
はなく、特許請求の範囲内によってのみ限定されること
を理解すべきである。

発明の効果上述の如く、本発明によれば、歩行機械に脚部機構と垂
直及び水平アクチュエーターを設けることによ゛り従来
の歩行機械では不可能であった狭い場所の歩行ができる
ようになり、しかも本体を回転せずにあらゆる方向へ転
換できる装置を提供している。又、脚部リンク機構はパ
ンタグラフを応用してコンピューターにより自由に制御
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って構成された歩行機械の前部正面
図、第２図はその頂部平面図、第３図は第２図の線３−
３に沿った拡大断面図、第４図は右側部分が第３図の線
４−４に又左側部分が第３図の線５−５に各々沿った歩
行機械の本体の断面図、第５図は脚部機□構の一つの回
転動作を示す第３図の線５−５に沿った断面図、第６図
及び第７図は本歩行機械の局部機構の機能を説明す息の
に役立つ非常に簡単化した頂部平面図である。１０・・・・歩行機械、１）・・・・本体、１２・・・
パ脚部機構、２トン・・第一リンク、２２・・・・第二
リンク、２３・・・・第三リンク、２４・・・・第四リ
ンク、３１・・・・支柱、３３，４０．、、、脚部アク
チュエーター機構、３４．　４１．　７４．、、、電動
機、４３．。、４揺動腕、４５．４６．、、、クランク・アーム。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）本体と、六つの脚部フレームと、六角形の頂点に
位置決めされている六本の平行に隔離した軸を中心とし
て回転作動するために、該脚部フレームを該本体に取付
けるための手段と、該脚部フレームの各々に取付けられ
ている脚部機構とを含む歩行機械。
（２）該本体に取付けられていて、該脚部フレームの各
々の回転動作を制御する手段を更に含んでいる、特許請
求の範囲（１）に従う歩行機械。
（３）該脚部機構の各々が足を含み、該脚部フレームの
各々に取付けられていて該軸に平行な方向に該足の動き
を制御する手段を更に含んでいる、特許請求の範囲（２
）に従う歩行機械。
（４）該脚部フレームの各々に取付けられていて、半径
方向に該足の動きを制御する手段を更に含んでいる特許
請求の範囲（３）に従う歩行機械。
（５）該脚部フレームの各々が、少くとも１２０度の角
度で回転動作するために取付けられている、特許請求の
範囲（１）に従う歩行機械。
（６）該脚部フレームの各々が１２０度以上の角度で回
転動作するために取付けられている、特許請求の範囲（
１）に従う歩行機械。
（７）該脚部機構の各々が足を含み、該脚部フレームの
各々に取付けられていて該軸に平行な方向に該足の動き
を制御する手段を更に含んでいる特許請求の範囲（１）
に従う歩行機械。
（８）該脚部フレームの各々に取付けられていて、半径
方向に該足の動きを制御する手段をさらに含んでいる特
許請求の範囲（７）に従う歩行機械。
（９）該脚部フレームの各々に取付けられていて、半径
方向に該足の動きを制御する手段を更に含んでいる特許
請求の範囲（１）に従う歩行機械。