JPS61178270A - 歩行機械の脚用水平アクチユエ−タ− - 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】 且豊豆見 本発明は、歩行機械の脚用水平アクチュエーター、特に
脚部機構の均−且つ正確な水平移動をその位置に関係な
く確実に行う歩行機械のパンクグラフ式脚部機構に使用
される水平アクチュエーター機構に関するものである。

且」」１） 脚付機械は、車輪付又はペダル付の車が運行できない地
域や地面で動作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
囲の情況を感知する方法を教え、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。

コンピューターは真人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。

「歩行機械」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（１）においては、周りの均一
な位置に六本の脚が取付けられていて、延びている本体
を有する歩行機械が開示されている。その出願において
開示されているように、本体と、均一に離間した六本の
脚とを有する歩行機械を配置することにより、この機械
は人間が行動し得るような同じ小さな領域でも行動する
能力を有する。

「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パンタグラフの考えを組込んだ歩
行機械の脚部機構の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方を教示している。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。しかし、その出願は横方
向に足を駆動するためのアクチュエーター機構を教示し
ていない。

「歩行機械の脚部機構」という名称で、本願出願人によ
り本出願と同日付で出願された特許願（２）においては
、機械本体に対して歩行機械の脚を簡潔に曲げることが
できる脚部曲げ機構が開示されている。その出願は、本
願発明の目的である。脚部機構の水平アクチュエーター
機構を開示してはいるがその点について権利要求はして
いない。

前記米国特許出願では、垂直駆動点の横方向の動きを調
節しながら足を上下に駆動するのに、揺動する長い支柱
が使用されている。足を横方向に延ばさせるために垂直
駆動点を用いるのは非実用的であり、これはこのような
点が上下運動と共に非常に大きな距離で上下に動くから
である。本願発明がその一部である装置全体が垂直駆動
装置の長い支柱をむしろ効果的に調節する。しかし、長
い支柱が水平アクチュエーター機構と同じ目的を達成す
る余地は全くない。摺動アクチュエーターに依存しない
ような簡単でしかも効果的な装置は、今まで知られてい
なかったのである。

目　　　的 本発明の目的は、歩行機械の脚用水平アクチュエーター
機構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。脚部機構の主要取付点に接続された脚部リン
クに接続された一組のクランク・アーム間に駆動力を適
用する水平アクチュエーター機構を提供することによっ
てこれらの問題を解決することが本発明の一つの特徴で
ある。

アクチュエーターからのてこの作用は、横方向に足を動
かすためにリンクが個々にどのような機械的利点を有し
ていても又脚がどのような位置にあっても正しく調和さ
せる水平アクチュエーター機構が、派生的な一つの利点
である。他の利点は、親ねじを有する歩行機械の脚部用
水平アクチュエーター機構であって、これは親ねじの回
転が脚部の足の横方向の動きに正比例している。

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。

見−１ 本発明によれば、各脚に主要取付点を設けたパンタグラ
フの一角を有するパンタグラフ機構に配置された複数の
リンクを含む歩行機械の脚用水平アクチュエーターが提
供されている。パンタグラフ機構の垂直作動は、パンタ
グラフ機構上の駆動ナンドと一点との間に接続された一
組の長い揺動支柱によって達成される。水平アクチュエ
ーター機構は、摺動機構又は長い揺動リンクを必要とし
ないように、パンタグラフ機構の主要取付点において、
二本のパンタグラフ・リンクに直接接続されている。

このような配置では、足がどの程度まで前後に動き、上
下するかにより、各リンクが脚部機構の足を動かすてこ
の力は最大値から零まで横方向に変化するという問題が
起こる。本発明によれば、この問題は、主要取付点に接
続された各リンクに、−組のクランク・アームを設ける
ことによって横方向の作動が行われるということで解決
される。

一本のクランク・アームが一本のリンクの角度形成位置
をもたらし、他のクランク・アームが他のリンクの角度
形成位置をもたらしている。電動機等の原動機は、これ
ら二本のクランク・アーム間に単に力を与えているだけ
で、アクチュエーターからクランク・アームへのてこの
力は横方向に足を動かすためにリンクが個々にどのよう
な機械的利点を有していても又、脚がどのような位置に
あっても正しく調和されるようにしている。

要するに、本発明の教示に従って構成される脚部機構と
水平アクチュエーターは、フレーム部材と、第一細長リ
ンクと、フレーム部材に枢着されている第一リンクの第
一端部と、・第二リンクと、第一リンクの第二端部に枢
着されている第二リンクの第一端部と、足を形成する第
二リンクの第二端部と、第三リンクと、フレーム部材及
び第一リンクの第一端部に枢着されている第三リンクの
第一端部と、第四リンクと、第三リンクの第二端部に枢
着されている第四リンクの第一端部と、′第二リンクの
中間点に枢着されている第四リンクの第二端部と、第四
リンクに作用的に接続されている垂直アクチュエーター
機構と、更に第一リンクに接続すれていてその第一端部
にはゾ垂直に延びている第一クランク・アームと、第三
リンクに接続されていてその第一端部にほゞ垂直に延び
た第二クランク・アームと、第一及び第二クランク・ア
ーム間にその角度を制御するために接続されている駆動
装置とを含む水平アクチュエーター機構とから成ってい
る。

本発明の好適な実施例によれば、駆動装置は、電動機と
、電動機によって駆動されるジヤツキねじと、ジヤツキ
ねし上の駆動ナンドとから成っており、更に水平アクチ
ュエーター機構は、第一クランク・アーム及び電動機と
の間に接続されている第五リンクと、第二クランク・ア
ーム及び駆動ナツトとの間に接続されている第六リンク
と、電動機の横方向の動きを制限するために電動機とフ
レーム部材との間に接続されている揺動腕とから成って
いる。

夫隻糞 今、図面を参照して特に詳記するならば、第１図、第２
図、第３図、第４図及び第７図には、全体を符号１０で
示した歩行機械用脚部機構が示されている。脚部機構１
０と、歩行機械の脚を機械本体に対して簡潔に曲げるこ
とができる方法との十分な理解を得るために、前記特許
側（２）を参照すべきである。又、脚部機構１０が複数
の付加的で同一の脚部機構と組合せられて完全な歩行機
械を構成するために本体に取付けられることができる方
法の更に十分な理解を得るためには、前記特許側＋１）
をも参照すべきである。

完全な歩行機械の構造については、本発明に直接関係な
く、又脚部機構１０の詳細も正確に示していない。本発
明は、パンタグラフ式脚部機構の足の横方向位置を制御
するためのアクチュエーター機構に向けられているだけ
である。しかし、本発明はその好適な実施例において説
明されており、これは前記特許側（２）の脚部機構を使
用している。

従って、脚部機構１０はそこに十分に説明されている。

脚部機構１０は、枢動可能な（図示されていない）方法
で、（図示されていない）歩行機械本体に接続されてい
る細長い直立脚部フレーム１）を含んでいる。脚部フレ
ーム１）は一対の向い合って離間した平行な側部１４及
び１５を有している。

ピン１６は脚部フレーム１）の低端部において、側部１
４と１５の間に横架されている。

脚部機構ＩＯは、平行四辺形に配置された複数の細長い
リンクを有していて、リンクの各々の選定された点に加
えられた力がその機構の移動可能な足を形成している他
のリンクに伝達することができるパンタグラフ機構を形
成している。特に詳記するならば、脚部機構１０は、脚
部機構１０の大腿部を形成しているように見える第一細
長リンク１７を含んでいる。リンク１７は符号１８で示
されているようにくの字形脚を有する固体部材である。

ピン１６はリンク１７の第一端部を通して延びていて、
リンク１７を脚部フレーム１）に枢着している。

脚部機構１０は全体を符号２０で示す第二細長リンクを
含んでおり、これは脚部機構１０の脛部を形成している
。リンク２０は好、ましくは、適当な方法で相互に接続
されている上部部品２１と下部部品２２の二つの部品で
作られるとよい。部品２１は、その上部が一対の向い合
った平行な側部２３及び２４を有し、下部が符号２５で
示されているように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２３及び２４の第
一端部とリンク１７の第二端部は、ピン２６によって互
いに枢着されている。側部２３及び２４は、第２図及び
第７図で非常に明確に示されているように、リンク１７
の第二端部の両側に位置決めされている。これによりリ
ンク２０の側部２３及び２４の間にリンク１７を位置決
めすることができる。リンク２０の部品２２の下端部は
脚部機構１０の足２７を形成していて、足２７は便宜上
ゴム・キャップ２７′を備えているということにも注意
され度い。

脚部機構１０は、一対の第三細長リンク２Ｂ及び２９を
含んでいて、リンク２８及び２９の第一端部が好ましく
はピン１６によってフレーム部材１）に枢着されている
。本発明の好適な実施例によれば、リンク１７はリンク
２８及び２９の間に位置決めされている。リンク２８及
び２９は第１図に符号３０により示されているように、
わずかにくの字形に曲った脚を有している。

平行四辺形の第四辺は、一対の細長リンク３１及び３２
によって形成されていて、リンク３１及び３２の第一端
部はリンク３１及び３２の間に位置するリンク２８及び
２９の両リンクと共に、ピン３３によりリンク２８及び
２９の第二端部比枢着されている。リンク３１及び３２
の第二端部は、リンク２０の中間点に、明確に云えば、
リンク２０の部品２１に即ちリンク３１及び３２間のリ
ンク２０の部品２１と共に枢着されている。リンク１７
がリンク２０の側部２３及び２４の間を通ることができ
るように、リンク３１はピン３４によって側部２３に接
続され、リンク３２は別のピン３５によって側部２４に
接続されている。

今述べたリンクの配置は、平行四辺形に形成されている
各リンクによりパンタグラフ機構を形成していて、その
角部は文字符号Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤによって限定されてい
るということが、第１図を見れば当業者により容易に認
識されるだろう。平行四辺形の平行辺は点線で示されて
いる。ピン１６で限定されている点Ｂはパンタグラフ上
の固定点であって、これに対して足２７はその究極の可
動部材となる。

足２７の上下の動きは一対のアクチュエーター支柱３６
及び３７によって制御されていて、支柱３６及び３７の
第一端部はリンク３１及び３２の中間点Ｅに、支柱３６
及び３７の間に位置するリンク３１及び３２と共に枢着
されている。単一ピン３８はリンク３１及び３２を貫通
して支柱３６及び３７の間に横架されている。支柱３６
及び３７の第二端部は、脚部フレーム１）に接続されて
いる、全体を符号３９で′示した脚部アクチュエーター
機構に接続されている。

更に明確に云うならば、脚部アクチュエーター機構３９
は、−組の軸受４３゜及び４４によって脚部フレーム１
）に取付けられて回転する親ねじ４２に、適当な歯車装
置４１により接続された電動機４０を有している。駆動
ナツト４５は親ねじ４２上に取付けられていて、駆動ナ
ツト４５が親ねじ４２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３６及び３７の
第二端部はピン４５Ａ及び４５Ｂにより各々駆動ナツト
４５に枢着されている。脚部アクチュエーター機構３９
が足２７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べ
きである。

本発明によれば、脚部機構１０は足２７を横方向に駆動
するための、全体を符号５０で示した脚部アクチュエー
ター機構を含んでいる。脚部アクチュエーター機構５０
は親ねじ５２を直接駆動する電動［５］を有している。

電動［５１は一対のピン５３Ａ及び５３ＢによってＵ字
形揺動腕５３の一端に枢着されている。揺動腕５３の他
端は脚部フレーム１）の側部１４及び１５間にピン５４
により接続されている。親ねじ５２には駆動ナツト５５
が取付けられている。

リンク１７は、ピン１６に隣接してその第一端部にはゾ
垂直に延びているクランク・アーム５６を有している。

同様に、リンク２８及び２９は、ピン１６に隣接してそ
の第一端部にほゞ垂直に延びているクランク・アーム５
８及び５９をそれぞれ有している。リンク６０は駆動ナ
ツト５５と一体に作られた第一端部と、ピン６１によっ
てクランク・アーム５８及び５９に接続された第二端部
とを有している。リンク６２は、ピン６３によって揺動
腕５３の片側に接続された第一端部と、ピン６４によっ
てクランク・アーム５６に接続された第二端部とを有し
ている。

第１図、第５図及び第６図を、比較してわかるように、
これらの図は脚部機構１０のいろいろ異なった位置を示
しているが、脚部アクチュエーター機構５０を上下駆動
点Ｅに接続することは実際に不可能であって、これは点
Ｅが足の上下の動きと共に非常に大きな間隔で上下に動
くからである。

脚部機構１０は、脚部駆動装置３９の長い支柱３６及び
３７に対して余裕をもっているが、足２７の横方向の動
きに対して同じ目的を達する程、相当する支柱に対して
は余裕がない。従って、摺動アクチュエーターを回避し
て点Ｅの上下の動きに適応させるため、に、足２７の横
方向の動きはパンタグラフ脚部機構１０の主取付点Ｂに
おいてリンク１７と、２８及び２９を直接作動すること
によって行われる。

脚部駆動装置５０が取付点Ｂにおいてリンク１７と２８
及び２９を直接作動させることによって生じる問題は、
リンク１７が足２７を横方向に動かさなければならない
てこの力と、リンク２８及び２９が足２７を横方向に動
かさなければならないてこの力とが、足２７がどの程度
まで前後に動き、上下するかによって最大値から零まで
変化するということである。本発明によれば、この問題
はリンク１７と、２８及゛び２９の間の作動力を分割す
ることによって解決される。電動機５１がジヤツキねじ
５２を回転する時は、電動機５１と駆動ナツト５５との
間の距離の変化を単に強制せしめてクランク・アーム５
６と、５８及び５９の間の角度を変えている。クランク
・アーム５６と、５８及び５９の間の角度は、横方向に
足２７を動かすためにリンク１７と、２８及び２９がど
のような機械的利点を有していても、又脚部機構１０が
どのような位置にあっても正しく調和されるのである。

本発明によって解決される潜在的問題は、第１図、第５
図及び第６図を比較してみればわかる。

リンク゛１７と、２８及び２９が共にはＶ゛垂直ある時
、クランク・アーム５６と、５８及び５９は何れも駆動
電動機５１によって力が加えられる位置にあることがわ
かる。他方、リンク１７が水平位置に近づくと、第１図
に示したように、そこに加えられた力が脚部機構１０を
動かし得ないように、ピン６４はピン１６及び６３と一
線をなす点に到達する。同様にして、例えば第５図に示
したように、リンク２８及び２９が水平位置に近づくと
、クランク・アーム５８及び５９が加えられた力が足２
７を動かし得ないように、ピン６１は駆動ナツト５５と
ピン１６と一線をなす位置に到達する。足２７の全作動
範囲に対して、クランク・アーム５６と、５８及び５９
の何れか一方は、常に足２７を動かすのに有効である。

ある位置においては、両方のクランク・アームは殆ど同
時に有効である。どのような場合でも、脚部アクチュエ
ーター機構５０は、リンク角度に比例して電動機５１の
動きを自動的に分割し、どのリンクが有効な動きをして
も適応するように配置されている。

ジヤツキねじ５２（電動機５１）の上端部は、揺動腕５
３及びリンク６２によりクランク・アーム５６に接続さ
れていて、電動機５１がリンク１７に取付けられたクラ
ンク・アーム５６を押すか又は引張ることができるよう
になっていることに注意され度い。リンク６２の上端部
は電動機５１に直接簡単に接続されるようにすることも
できるが、便宜上、揺動腕５３に接続されている。

電動機５１は、固定して接続されていないような感じで
脚部フレーム１）に対して浮動していることにも注意さ
れ度い。揺動腕５３は、脚部アクチュエーター機構３９
が足２７を上下に動かすにつ□れて足２７の横方向の動
きに関係なく電動機５１の位置を変えることができるの
である。揺動腕５３は、駆動ナツト５５のすべての動き
がリンク１７と、２８及び２９の引張りと伸びに限定さ
れるように、電動機５１の横方向の向きを抑制する必要
がある。

換言すれば、親ねじ５２及び駆動ナツト５５はクランク
５６と、５Ｂ及び５９に垂直な力を加えることを意図し
ており、これものクランクはリンク１７と、２８及び２
９に対して約９０“の角度をなしていて、これは足２７
の上下の運動を横方向の運動に変えるものである。ジヤ
ツキねじ５２に対してこのような力を効果的に加えるた
めに、上下方向においてのみ動きを制限しなければなら
ない□。クランク・アーム５８及び′５９の取付点はジ
ヤツキねじ５２の下端部で制限している。揺動腕５３は
ジヤツキねじ５２の上端部で、制限している。

今述べた脚部アクチュエーター機構５０の配置から他の
利点が生じて（る。更に明確に云えば、いろいろな部品
が配置されて調和されており、親ねじ５２の所定の回転
により、足２７の伸び位置に関係なく、又、足２７の上
下位置に無関係に足２７の調和した横方向の動きが行わ
れるよう゛にしている。即ち、足２７の横方向の動きに
正比例する親ねじ５２の角゛回転を行うことにより、電
位差計を取付けて親ねじ５２の回転を感知することカイ
でき、この電位差計の出力は親ねじ５２の角回転を指示
するばかりでなく、足２７の横方向の位置も指示する。

このような電位差計の出力信号は脚部機構１０を制御す
るコンピューターへフィード・バックされ、コンピュー
ターが足２７の上下位置に関係なく足２７の゛横方向の
位置がどめようになっているかを常に□知り得るように
なっている。

本発明は、本発明に従って構成された好適な実施例につ
いて記述されてきたが、これに限定されることなく様々
な変更及び改良がなされ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、歩行機械の脚部に水平ア
クチュエーター機構を設けることによって、どのような
状態においても足の横方向の動きを円滑に行うことがで
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足の横方
向の動きを上下の動きとは別に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水平アクチュエータ
ー機構を組入れた歩行機械の脚部機構の側部正面図、第
２図、第３図及び第４図は第１図の線２−２．３−３．
及び４−４に各々沿った断面図、第５図及び第６図は異
なった位置における第１図の機構の付加的側部正面図、
第７図は縮めた位置における脚部機構の前部正面図、第
８図は第１図の線８−８の方向から見た後部正面図であ
る。 １０・・・・脚部機構、１）・・・・脚部フレーム、１
７・・・・第一リンク、２０・・・・第二リンク、２８
゜２９・・・・第三リンク、３１．３２・・・・第四リ
ンク、３６．３７・・・・支柱、３９．５０・・・・脚
部アクチュエーター機構、４０．５１・・・・電動機、
５６゜５８．５９・・・・クランク・アーム。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）フレーム部材と、第一端部が該フレーム部材に枢
   着されている第一細長リンクと、第一端部が該第一リン
   クの第二端部に枢着されていて第二端部が足部を形成す
   る第二リンクと、第一端部が該フレーム部材及び該第一
   リンクの該第一端部に枢着されている第三リンクと、第
   一端部が該第三リンクの第二端部に枢着されていて第二
   端部が該第二リンクの中間点に枢着されている第四リン
   クと、該第四リンクに作用的に接続された垂直アクチュ
   エーター装置と、該第一リンクと該第三リンクとの間に
   作用的に接続された水平アクチュエーター装置とを含む
   、歩行機械の脚用水平アクチュエーター。
2. （２）該水平アクチュエーター装置が、該第一リンクに
   接続されていてその該第一端部にほゞ垂直に延びた第一
   クランク・アームと、該第三リンクに接続されていてそ
   の該第一端部にほゞ垂直に延びた第二クランク・アーム
   と、該第一クランク・アームと該第二クランク・アーム
   との間に接続されていてその間の角度を制御する駆動装
   置とから成る特許請求の範囲（１）に従う水平アクチュ
   エーター。
3. （３）該駆動装置が、電動機と、該電動機によって駆動
   される親ねじと、該親ねじ上の駆動ナットとを含み、更
   に該水平アクチュエーター装置が、該第一クランク・ア
   ームと該電動機との間に接続された第五リンクと、該第
   二クランク・アームと該駆動ナットとの間に接続された
   第六リンクとを含んでいる特許請求の範囲（２）に従う
   水平アクチュエーター。
4. （４）該水平アクチュエーター機構が、該電動機の水平
   移動を制限するための手段を含んでいる特許請求の範囲
   （３）に従う水平アクチュエーター。
5. （５）該水平移動制限装置が、該電動機と該フレーム部
   材との間に接続された揺動腕を含んでいる特許請求の範
   囲（４）に従う水平アクチュエーター。
6. （６）該親ねじの回転が該足部の水平移動に正比例する
   特許請求の範囲（３）に従う水平アクチュエーター。
7. （７）該親ねじの回転を感知するために作用的に連結せ
   しめられていて、該足部の水平移動に正比例する出力信
   号を提供する電位差計を含んでいる特許請求の範囲（６
   ）に従う水平アクチュエーター。
8. （８）該親ねじの角回転と該足部の水平移動との関係が
   線形をなしている特許請求の範囲（３）に従う水平アク
   チュエーター。
9. （９）該親ねじの回転を感知するために作用的に連結せ
   しめられていて、該足部の水平移動に線状に比例する出
   力信号を提供する電位差計を含んでいる特許請求の範囲
   （８）に従う水平アクチュエーター。