JPS61205567A - ロボツトの脚機構 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はいわゆる２足歩行ロボットの脚機構に関するも
のである。

〔従来の技術〕

従来より２本の脚部で立姿勢を維持し、且つ、その脚で
移動できるようにされたロボットは知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、従来の歩行ロボットは、その脚で歩行するとい
っても、厳密な意味での歩行形態をとるものは少ない。

例えば、脚の下端のいわば足に相当する部に走行車軸等
を設け、この車軸の回転により移動できるようにしたも
のが大半である。

また、走行タイプといえるものであっても１人が歩行す
る場合のように人の足に相当する部分を上げて歩行する
ものは殆んどない。

ロボットに於て、足に相当する部分を持上げて歩行でき
るものがあれば、段差があっても、或は階段状の部分で
も、特別な歩行構造部１例えば、キャタピラやプラネッ
ト車軸のようなものは不要となる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はいわゆる歩行ロボットの上記のような現状に鑑
み、人の歩行態様ときわめて類似した態様での歩行が可
能な脚機構を提供することを目的としてなされたもので
、その構成は、平行な第１゜第３リンクと、平行な第２
．第４リンクにより縦長の向きで且つ四隅を枢着して形
成した平行四辺リンクであって、第１リンクの延長下端
と第２リンクの後端近くからその延長外端の間において
任意に設定する第２リンク後端部と、当該第１、第２リ
ンクの上記端部を結ぶ線分が第２リンクに平行な第３リ
ンク又はその第３リンクの延長部と交わる交点とが一直
線上にあるように形成したパントグラフ状リンク機構を
、上記第２リンク後端部と上記第３リンクにおける交点
においてブラケットに形成した垂直方向と水平方向のガ
イドに支持案内させて脚部材に構成し、この脚部材の２
つを。

上記ブラケットを平行にして配設すると共に、両ブラケ
ットを平面内で相互に角運動可能なように垂直な軸によ
り枢着する一方、上記脚部材における第１リンクの下端
に枢着されて前記第１リンクに平行なサブリンクと第２
リンク又は第４リンクに平行なサブリンクとを介して所
定の向きに姿勢が保持される足部材リンクを取付け、且
つ、上記ブラケットのガイドに支持案内された部分及び
ブラケット同士の枢着部に、それらの運動方向に作用す
る駆動力を伝達するようにしたことを特徴とするもので
ある。

〔作用〕

パントグラフ状リンク機構による脚部材に於て。

ブラケットの垂直、水平方向のガイドに支持された第２
リンク後端部、及び、第３リンクと第４リンクの交点の
作動は、いわば人の脚の牌関接に相当し、上記脚部材全
体を前後揺動的に作動させる。

同じく、第１リンクと第２リンクの枢着部はいわば人の
脚の膝に相当し、上記脚部材に折曲動作をさせる。

また、サブリンクにより所定向きに姿勢が維持される足
部材は、脚の開脚度に拘らずロボット全体の起立姿勢を
所定に維持する。

〔実施例〕

第１図に於て、Ｌはパントグラフ状リンク機構を主体に
形成された脚部材で、次のように構成されている。

而して、１は概ね縦向きの姿勢で配設された第１リンク
で、下端側は延長部１ａに形成しである。

２は第１リンクの上端とその先端において枢着Ｐ１され
た第２リンク、３は第２リンクの後端側においてその上
端枢着Ｐ２シた第３リンクで、第１リンク１に平行であ
る。

４は第２リンク２に平行でその先端を第１リンク１にま
た。後端を第３リンク３の下端にそれぞれ枢着した第４
リンクである。上記各リンク１〜４は各枢着部Ｐ□〜Ｐ
４に於て平行四辺形リンクを形成する。また、上記各リ
ンクに於て、第１リンク１の延長下端１ｂと、第３リン
ク３と第４リンク４との枢着部Ｐ、と、ここでは第２リ
ンク２の後端２ｂとは、当該下端１ｂと後端２ｂとを結
ぶ仮想線分Ω上に在る。しかして、このように形成され
た各リンクはパントグラフ状のリンク機構を構成する。

この実施例に於て、上記リンク機構は、枢着部Ｐ４を支
点として水平ガイド５に、また、第２リンク２の後端２
ｂを力点として垂直ガイド６に、夫々のガイドに沿って
摺動可能に支持しである。以下。

支点は符号Ｐ４、力点は符号２ｂを付して説明する。

上記ガイド５，６は、両ガイドを含む面又はこれに平行
な面を有するブラケット７に取付けられている。

また、上記両ガイド５，６に支持された支点Ｐ４及び力
点２ｂは、夫々のガイド５，６において当該各点の移動
２位置決め並びにクランプ等を行うため、例えば、モー
タや駆動シリンダ等による適宜駆動源ＰＶ、ＰＨに接続
しである。

各駆動源ＰＶ、ＰＨの出力は、減速機等を含むか又は含
まない伝動機構を介し夫々のガイド５，６上においてそ
の案内方向に沿った往復運動により前記力点２ｂ、支点
Ｐ４に伝達されるようにしである。

而して、８は上記リンク機構に於て、第１リンク１の下
端１ｂに枢着され概ね水平な姿勢に保持されるリンクで
、このリンク８は次に述べるサブリンクＬＡ、　４Ａに
より常にその姿勢が水平に維持され、ロボットの足とし
て機能するようにしである。

この実施例では、第１リンク１と同長且つ平行に配設し
た第１サブリンクＩＡと、第４リンク４と同長且つ平行
に配した第４サブリンク４Ａと、両サブリンクを繋ぐ連
結リンク８ａとから成り、第１サブリンクＩＡの下端は
リンク８に枢着され、また第４サブリンク４Ａの後端が
結合リンク８ｂを介して第４リンク４の力点２ｂと一体
に水平ガイド５に支持されることにより、上記リンク８
が水平な姿勢を維持できるようになっている。

尚、リンク８の姿勢を所定に維持するための構造は、上
記例に限られるものではない。

また、上記足となるリンク８は、電磁石等による床面の
吸着機構（図に表われず）を設ける。

更に、必要に応じて、リンク８自体を床面に対し高さ方
向で伸縮できるリンク構造とすることもある。

以上の１〜８の各部材により、本発明脚機構における脚
部材りを構成する。

上記脚部材りはその２つが第２図々示のように並列させ
られ１両者のブラケット７に於て垂直な向きの軸９を介
して連結されることにより、一方の脚部材りが他方のそ
れに対し上記軸９を中心に所定角回転できるようにしで
ある。

尚、説明の便宜上第２図以降の図面では、他方の脚部材
については各部材の符号にダッシュを付して説明する。

第２図々示の例では、ブラケット７．７′の端側（図の
下方）を軸９により枢着しているが、枢着位置は二九に
限られない１例えば、対向する両ブラケット７．７′の
側面において枢着するようにしてもよい、尚、７ａは軸
９の枢着部としてブラケット７．７′の後面に形成した
枢着用ブラケット部である。

而して、ブラケット７．７の旋回は、駆動シリンダやモ
ータとクランク機構等により行うが、ここでは２本のモ
ータシリンダＰＴ、ＰＴ’を、その後端を軸９側に、ま
た夫々の先端をブラケット７゜７′の側面に連結し、各
シリンダＰＴ、ＰＴ’を伸縮させることにより旋回をさ
せるようにしである。

以上のようにして本発明の脚機構の一例を構成するが、
この脚機構はロボットの上半身を支えるので、この点に
触れておく。

第３図は本発明の脚機構を具備するロボットの一例の概
略を表わす側面図である。

第３図に於て、１０は上記脚機構におけるブラケット７
．７′の上面側に於て、当該ブラケット７゜７′に載架
支持された上半身ＤＢの支持基板で、前述の軸９と同軸
上で枢着１０ａされていると共に、軸９を中心に旋回す
るブラケット７．７′を案内するため、軸９を中心とし
た円弧状の案内部１０ｂを有する。

而して、ロボットの上半身υＢは、その内部に設けた連
結基板１１の下面側が上記支持基盤上１０上に旋回自在
で、且つ、正面から見て左右に少量摺動可能に載架され
る。尚、この旋回及び左右動のための駆動源は図示しな
いが別個に設けられる。

第３図に於て、１２はパントグラフリンク機構を使用し
た腕機構ＡＰを装着したブラケット、１３は頭部、　１
４は上半身カバーで、これらは連結基板１１に取付は支
持されている。

次に、上述のように構成した本発明脚機構の作動の一例
について第４図により説明する。

第４図は歩行状態にある本発明脚機構の骨組を示す。

いま、図示の状態でロボットの上半身ＵＢ及びそれに付
随する荷重Ｗが２本の脚部材り、Ｌ’に支持されている
とする。ここで、荷重Ｗの作用線は。

脚部材り、Ｌ’における仮想線分Ｑ、Ｑ’に挟まれた頂
角を略２分する線上にあるものとする。

この状態に於てロボットが歩行前進するには、後方（図
の右側）に位置する脚部材Ｌ′が歩行のための動作をす
ると同時に１脚部材り側がこの歩行動作と同期した姿勢
補正動作をする。

まず、脚部材Ｌ′はリンク８′を床面から持上げ、これ
を前方へ進める。

リンク８′の持上げ動作は、垂直ガイド６′に位置決め
されている第２リンクの力点後端２ｂ’を下方へ移動さ
せて行う。

この動作と並行し支点Ｐ４′が水平ガイド５′内を前方
（図の左方）へ移動させられることによりリンク８′が
前方へ進む。

一方１脚部材し′の上記動作時、脚部材りはその足とな
るリンク８が床に固着され且つ、その力点２ｂを位置決
めしたまま支点Ｐ４を後方（図の右方）へ移動させる。

ここで、脚部材りにおける支点Ｐ４の後方移動は、脚部
材Ｌ′足リンク８′の着地前においては、このリンク機
構りにおける仮想線分０が荷重Ｗの作用線より後方に位
置しない範囲、例えば作用線と線分２を一致させて行う
。この支点Ｐ４の後退動作は、その足リンク８が床に固
着されていることにより、相対的にブラケット７の前方
移動をもたらす。

他方、脚部材Ｌ′における支点Ｐ４′の前方移動により
当該支点Ｐ４′が脚部材乙の支点Ｐ４を超えたところで
、力点２ｂ’を力点２ｂと同位置まで上動させ足リンク
８′を着地させ、当該力点２ｂ’を位置決めクランプす
る。リンク８′の着地により支点Ｐ４′の移動は止めら
れる。

しかして、支点Ｐ４の後退移動、即ち、ブラケット７の
相対前進移動は上記リンク８′の属地完了後も続けられ
、リンク機構の線分子ｌ、Ｑ’の間に荷重Ｗの作用線が
来るまで、好ましくは第４図々示の状態の反対の位置関
係になるまで続く。

上記動作によって、２本の脚部材り、Ｌ’は、その前後
の位置関係が第４図とは逆の状態となる。

つまり、ロボット全１体は、上記動作の間に於て。

着地固定されたままの足リンク８に関し、前方（図の左
方）へ進んだこととなるのである。

従って、上記動作を繰返すことにより１本発明の脚体は
歩行前進することができる。

上記の歩行のための動作に於て、夫々の脚部材り、Ｌ’
の力点２ｂ、２ｂ’の昇降を交番的に行わせ、且つ、支
点Ｐ４．Ｐ４’の進、退を同期的に行わせる動作パター
ンは、これをコンピュータ等に予め記憶させておき、自
動的に行わせることもできる。

尚、上記脚部材り、Ｌ’における足のリンク８゜８′の
電磁石等による吸着手段は、当該リンク８゜８′の離着
動作に合せて、その電磁石等の動作を開閉制御すること
勿論である。

また、上記歩行状態におけるロボットの方向転換は、曲
がりたい側の脚部材り又はＬ′を持上げ動作させた状態
において、その脚部材り又はＬ′のブラケット７又は７
′を、軸９を中心に必要角度回転させて足リンク８又は
８′を着地させ、しかる後、他方の脚部材Ｌ′又はＬに
ついて上記と同じ動作を行わせることにより、ロボット
全体をその側に向かせる。

ここで、ブラケット７．７′に設けられロボットの上半
身υＢを支持する支持基板１０の案内部１０ｂは、その
円弧周上の内外にブラケット７．７′の旋回を規制する
ストッパ（図に表われず）が設けられている。

従って、上記旋回動作に於ては１例えば旋回角を最大に
するときには、初めに旋回するブランケットが案内部１
０ｂの外端のストッパに当接するまで旋回し、後から旋
回するブラケットが案内部１０ｂの内側のストッパを押
すことにより、後から旋回するブラケットと共に、上記
支持基板１０が旋回する。この旋回と一体に上半身ＵＢ
も向きを変える。

次に１本発明脚機構による段部の歩行について第５図に
より説明する。

段部のある部分或は階段の歩行においても、脚部材り、
Ｌ’の動作態様は、基本的には平担面の歩行と同様であ
る。

しかし、持上げて進行させられた足リンク８又は８′の
着地位置に、元の位置又は他の脚部材の足リンクの位置
に比べ高低差があるときは、持上げて進行した足リンク
の脚部材の力点の位置決めを、−例として次のように調
整する。

いま、第５図の実線で示す姿勢に両脚部材り。

Ｌ′があるとき、前方に段部があるものとする。

まず、脚部材Ｌ′が持上げられると共に、脚部材りにお
ける支点Ｐ４の後退動作及び脚部材Ｌ′の支点Ｐ４′の
前進動作によって連結されたブラケット７．７’が前方
へ移動する。ここで、持上げられた脚部材Ｌ′の前方へ
振出された足リンク８′が高く（又は低く）なった床面
に着地するまで、その脚部材Ｌ′における力点２ｂ’が
ガイド６′内を移動し位置決めされる。ここで、ブラケ
ット７゜７′自体の高さは元のままである。ブラケット
７゜７′の高さが元のままであるのは、他方の脚部材り
の力点２ｂ高さがこの時点では未だ変化していないから
である。

しかして、上記に於て力点２ｂ’が位置決めされると、
ブラケット７．７′の高さは、もとの高さのままで脚部
材Ｌ′により維持拘束されることとなる（第５図の鎖線
に示す）。

次に、低位（又は高位）に残っている足リンク８を有す
る脚部材りを脚部材Ｌ′と同じ高さの位置まで移動させ
る。

ここに於ける脚部材りの移動は、歩行の場合と基本的に
同じで要領で足リンク８を持ちあげつつ、即ち、力点２
ｂを下動させつつ、支点Ｐ４を前方に移動させる。この
間に於ては、ロボットの荷重Ｗが他方の脚部材Ｌ′に支
持されるから、その重心移動のため、脚部材Ｌ′側の支
点Ｐ４′を後退、つまりブラケット７，７′を相対前進
させる。これによって脚機構全体が段部側へ全部移動を
すませることになる。

尚、ロボットの脚部材り、Ｌ’に対する重心移動は、そ
の前後方向のみならず、左右方向において必要な場合が
多い。

本発明に於ては、ロボット上半身の左右に関する重心移
動は、例えば、上半身ＵＢ全全体取付基板１１上で中心
線に関し左右に振らせたり、或は、上半身の重心の作用
線を、着地している側の脚部材における線分Ω又はΩ′
に一致させるように移動させて行う。尚、前後の重心移
動も上記例以外の手段により行ってもよいこと勿論であ
る。

〔効果〕

本発明は以上の通りであって、パントグラフ状リンク機
構の２組を用いてロボットの脚部材とすると共に、各リ
ンク機構の支点と力点を夫々にブラケットの垂直水平ガ
イドに支持させ、且つ、このブラケット同士を連結して
脚機構に構成したので、脚機構が人間の脚と類似した歩
行動作をし。

また、かかる動作が可能な多関節脚であり乍ら、駆動源
はブラケットのガイドに支持された支点。

力点用及び旋回動作用の３種類ですむという格別の効果
が得られる。

本発明は以上の通りであっていわゆる２足走行タイプの
ロボットの脚としてきわめて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明脚機構における脚部材を構成するリンク
機構の一例の側面図、第２図は本発明脚機構の要部の平
面図、第３図は本発明脚機構の一例を具備した歩行タイ
プロボットの側面図、第４図は本発明脚機構の一例の歩
行状態を示す側面図、第５図は同じく別例の側面図であ
る。 １・・・第１リンク、２・・・第２リンク、３・・・第
３リンク、４・・・第４リンク、２ｂ・・・第２リンク
の後端（力点）、Ｐ４・・・第３リンクと第４リンクの
枢着部（支点）、５・・・水平ガイド、６・・・垂直ガ
イド、７・・・ブラケット、８・・・足リンク、９・・
・ブラケット７゜７′の連結軸、１０・・・支持基盤、
１０ａ・・・取付軸、１０ｂ・・・ブラケットの旋回案
内部、１１・・・取付基板、１３・・・頭部、１４・・
・ボデー、Ｌ、Ｌ’−・・脚部材、ＰＶ、　ＰＨ。 ＰＴ・・・駆動源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 平行な第１、第３リンクと、平行な第２、第４リンクに
   より縦長の向きで且つ四隅を枢着して形成した平行四辺
   リンクであって、第１リンクの延長下端と第２リンクの
   後端近くからその延長外端の間において任意に設定する
   第２リンク後端部と、当該第１、第２リンクの上記端部
   を結ぶ線分が第２リンクに平行な第３リンク又はその第
   ３リンクの延長部と交わる交点とが一直線上にあるよう
   に形成したパントグラフ状リンク機構を、上記第２リン
   ク後端部と上記第３リンクにおける交点においてブラケ
   ットに形成した垂直方向と水平方向のガイドに支持案内
   させて脚部材に構成し、この脚部材の２つを、上記ブラ
   ケットを平行にして配設すると共に、両ブラケットを平
   面内で相互に角運動可能なように垂直な軸により枢着す
   る一方、上記脚部材における第１リンクの下端に枢着さ
   れて前記第１リンクに平行なサブリンクと第２リンク又
   は第４リンクに平行なサブリンクとを介して所定の向き
   に姿勢が保持される足部材リンクを取付け、且つ、上記
   ブラケットのガイドに支持案内された部分及びブラケッ
   ト同士の枢着部に、それらの運動方向に作用する駆動力
   を伝達するようにしたことを特徴とするロボットの脚機
   構。