JPS6389275A - 歩行移動機 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は不整地歩行に対し、車体の姿勢変動を少な（、
なめらかに歩行可能な歩行移動機に関するものである。

〔従来技術〕

従来の車輪型、またはクローラ型の移動機においては、
不整地に対する踏破能力に問題があり、不整地に対して
はその車体の姿勢変動を小さくできないため、エネルギ
効率が悪いという欠点があった。

そこで、そのような不整地での移動を可能とするため、
近年多関節式脚型の歩行移動機が開発されてきているが
、多関節式のため、自由度の数、即ち、アクチュエータ
の数が１２〜１８個と多く、重量が重くなると共に、直
進や操舵時には、多くのアクチュエータを同時に協調的
に制御しなければならず、制御が複雑で、高速歩行に適
さないと共に、車体になめらかな歩行速度を達成しにく
いのでエネルギ効率が悪いという問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は、前記従来の問題点を解消するためになされた
ものであり、制御が容易で、かつ高速歩行に適すると共
に、アクチュエータの数、即ち自由度を少なくして、そ
の本体を軽量にし、更に歩行速度の変動が小さく、エネ
ルギ効率の良い多足式の歩行移動機を提供することを目
的としたものである。

〔発明の構成〕

上記の目的を達成するため、本発明の歩行移動機は、上
下昇降可能な複数個の脚をそれぞれ有し、かつ一つの駆
動軸から傘歯車を介してそれぞれ運動する一定の比をも
った４節リンク機構を各々に設けた２つの脚板を、それ
ぞれの４節リンク機構が左右対称になるように上下に配
設すると共に、上記各４節リンク機構のそれぞれのリン
ク支持軸を固定した２つのステアリング板を、相対的な
方向に変向可能となるように設けることにより構成され
る。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の詳細な説明するが、第１図
は本発明の一実施例における歩行移動機の平面図、第２
図は第２図のＡ−Ａ方向の要部側断面図、第３図は第３
図の歩行移動機の要部断面の斜視図、第４図は第１図の
歩行移動機の外観斜視図である。

まず、この歩行移動機の車体３は、上記第１図、第２図
、第３図及び第４図に示すごとく、３個の昇降可能な脚
１４ａ、１４ｂ、１４ｅおよび１４ｂ、１４ｄ、１４ｆ
をそれぞれ有すると共に、一つの駆動軸６から傘歯車８
ａ、８ｂを介してそれぞれ運動する一定の比をもった４
節リンク機構１０２，１０ｂを各々に設けた上側の脚板
（Ｉ）１と、下側の脚板（■）５とを、それぞれの４節
リンク機構が車体の前後方向の水平中心軸を基準に、は
ぼ左右対称（２つのリンクは１８０°の位相差を有する
）になるように上下に配設し、更に、上記各４節リンク
機構のそれぞれのリンク支持軸１３ａ、１３ｂを固定し
た上側のステアリング板（■）２と、下側のステアリン
グ板（■）４とを、それぞれの相対的な方向を、中心軸
１６を中心として変更可能に設けている。

次に、上記の構成からなるこの歩行移動機の直進は、駆
動用原動機１５を等速回転させることにより、駆動軸６
、傘歯車、１３ａ、３ｂ、そしてこれら傘歯車８ａ、８
ｂに固定されている各クランク９ａ、９０、これによっ
てリンク支持軸１３ａ、４３ｂのまわりを運動する各リ
ンク１０ａ、１０ｂによって動力が伝達され、脚板（１
）１．（ｎ）５は前後方向に揺動運動を行なう。

このとき、第５図に示す４節リンク機構のリンク長さの
比がある一定値であれば、例えばチェビシェフのリンク
のＰＭ＝ＭＱ＝ＭＯで、ＰＭ：ＣＯ：ＰＣ＝１００　：
　７８　：　３５であれば、１８０°以上の角度位相の
範囲で、擬似等速運動を達成する。

そこで、クランク９ａとクランク９ｂとの位相を１８０
°ずらし、上記のようなある一定の比をもった４節リン
ク機構を本体に対して上下両側に取りつけることにより
、この４節リンク機構によって動かされる脚板（■）１
と、脚板（■）５とは１８０°位相のずれた揺動運動を
行なうことになる。

即ち、一方の群の３つの脚１４ａ、１４ｃ。

１４ｅと、他方の群の３つの脚１４ｂ、１４ｄ。

１４ｆとは互いに１８ｏ°位相のずれた揺動運動を行う
ことになる。

上記において、一方の群の脚１４ａ、１４ｃ。

１４ｅと他方の群の脚１４ｂ、１４ｄ、１４ｆとの直進
方向の車体３に対する前者の速度をＶい後者の速度をＶ
、とし、時間ｔで表わした線図が第６図である。

即ち、擬似等速度となる位相区間を立脚相として、双方
の側群の着地及び離地を行えば、車体３はほぼ一定速度
にて直進運動を達成することができ、この場合、脚１４
ａ〜１４ｆの踏み替え時には立脚相が重複するので、滑
らかでエネルギ効率の良い歩行が可能である。

ここで、各脚１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ
、１４ｆは、上下昇降用の１自由度以上を必要とするが
、接地点の選択を考えなければ上下昇降用の１自由度で
充分で、起伏の有る不整地歩行を行なうことができる。

これらの脚１４ａから１４ｆの上下昇降の制御としては
、近接センサ、リミットスイッチ等による接地面の検出
機能を持たせ、脚１４ａから１４ｆの昇降ストロークを
制御することにより着地を達成したり、また本体３に姿
勢センサ等を設け、各脚を協調的に制御することにより
車体３の姿勢制御も行なえるようにすることができる。

次に、この歩行移動機の方向転換は、ステアリングモー
タ７を制御することによって行ない、ステアリングは脚
１４ａ、１４ｃ、１４ｅの群と、脚１４ｂ、１４ｄ、１
４ｆの群とがそれぞれ設けられている側のステアリング
板（■）２と、ステアリング板（■）４との相対的な方
向を変向することによって達成でき、ステアリング板（
Ｉ）２．　　（ＩＩ）４は中心軸１６を中心として回転
するが、これを車体３に取りつけられたステアリング用
モータ７によって回転するビニオンギア１２と、上下の
ラックギア１１ａ。

１１ｂとによって達成する。

上記に説明した直進歩行及び方向転換、即ち操舵の一連
のプロセスを第７−Ａ図及び第７−Ｂ図にそれぞれ示し
ており、図中の脚１４ａから１４ｆに相当する黒丸は立
脚相を示し、そして白丸は遊脚用を示しており、また第
７−Ｂ図の１サイクルは６０°旋回の例を示している。

なお、第１図において、リンク１０ａ、１０ｂの端部の
左右の変位を吸収するために、スリット孔１７を穿設す
ることにより、矢印Ｆ−Ｒの前後方向の動きだけがリン
ク１０ａ、１０ｂから脚板（１）１．　　（ｆｆ）５に
伝達するようにしている。

次に、第５図はＰＣの第１リンク、ＭＯの第２リンク、
ＰＱの第３リンク及びＣＯの第４リンクからなる４節リ
ンク機構をｘ、ｙ軸に示しの着地点へ移すモードである
遊脚用として作動させる。

なお、脚板（Ｉ）１と、脚板（■）５とでは、θ＝１８
０°の位相ずれがあり、立脚相と遊脚用とは、各脚１４
ａから１４ｆに設けられたアクチュエータによって回転
角θに同期して上下方向に伸縮させることで切換えられ
る。

即ち、立脚相では伸ばし、遊脚用では縮めることになる
が、このとき立脚相における伸縮量は、各脚１４ａから
１４ｆに設けられた対地との距離、即ち間隔を測るセン
サ等によって車体３が水平となるように、各脚１４ａか
ら１４ｆの長さ、即ち伸縮量が決定されて制御される。

一般に、側型の歩行移動機において求められる歩行機能
は、直進の際なめらかな等速運動を行なうことと、ステ
アリング機能を持つことと、更に不整地等への適応性が
あることであるが、本発明の歩行移動機は、直進及びス
テアリングのアルゴリズムをチェビシェフのリンクとし
て知られている４節リンク機構と傘歯車機構等を使用し
た機器によって構成することにより、その制御を簡素化
している。

即ち、直進運動は４節リンク機構を２組水平に配設し、
傘歯車機構によって連結することで単一の原動機を、等
速運転させることで、それに比例した車体の擬似等速運
動を達成でき、更に、上記の直進運動用のメカニカル機
構はステアリング用の機構をも複雑とならない機構とし
ている。

また、この歩行移動機は、直進用の駆動軸６と、操舵用
の中心軸１６と、６脚の上下昇降軸の合計８自由度を有
するようになっている。

なお、本実施例では、１つの脚仮に３個の脚を取り付け
、合計６脚からなる構成について示しているが、他の実
施例として、静的安定性を増すために合計８脚以上とす
ることも可能であり、また、動的安定補償制御を組み入
れ、合計４脚や２脚とすることも可能であり、これらの
いずれにも、本発明の移動機構を採用できる。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明の歩行移動機では、従来
の車輪型またはクローラ型の移動機に比べて、不整地移
動に対する踏破能力が大きいと共に、車体の姿勢変動を
小さくできるので、エネルギ効率が良いという利点があ
る。

また、現在上に開発されている多足式の歩行移動機に比
べて、単一の原動機を等速回転させるだけで、車体は、
それに比例した擬似等速運動となるような直進のための
脚制御アルゴリズムをリンク機構などで達成しているの
で、制御が容易であり、高速性が得られると共に、代表
的な自由度は直進用及び操舵用各１個及び６脚の上下昇
降用の合計８個と従来のものより少ないので、アクチュ
エータの数が少なく、それだけ軽量に形成でき、更に歩
行速度の変動が小さく、エネルギ効率が良いという利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における歩行移動機の平面図
、第２図は第１図のＡ−Ａ方向の要部側断面図、第３閏
は第１図の歩行移動機の要部断面の斜視図、第４図は第
１図の歩行移動機の外観斜視図、第５回は第１図の４節
リンク機構の説明図、第６図は第１図の歩行移動機の立
脚相と遊脚相とによる歩行を示す線図、第７−Ａ図は第
１図の歩行移動機の直進歩行の一連のプロセス図、第７
−Ｂ図は第１図の歩行移動機の旋回の一連のプロセス図
である。 １・・・脚板（１）、２・・・ステアリング板（Ｉ）、
３・・・本体、４・・・ステアリング板（■）、５・・
・脚板（ｆｆ）、６・・・駆動軸、３ａ、８ｂ・・・傘
歯車、１０ａ、１０ｂ−・・リンク、１３ａ、１３ｂ・
・・リンク支持軸、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ。 １４ｅ、１４ｆ・・・脚、１５・・・駆動用原動機、１
６・・・中心軸。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 上下昇降可能な複数個の脚をそれぞれ有し、かつ１つの
   駆動軸から傘歯車を介してそれぞれ運動する一定の比を
   もった４節リンク機構を各々に設けた２つの脚板を、そ
   れぞれの４節リンク機構が左右対称になるように上下に
   配設すると共に、上記各４節リンク機構のそれぞれのリ
   ンク支持軸を固定した２つのステアリング板を、相対的
   な方向に変向可能となるように設けた歩行移動機。