WO2004087381A1

WO2004087381A1 - 脚式移動ロボット

Info

Publication number: WO2004087381A1
Application number: PCT/JP2004/002441
Authority: WO
Inventors: Susamu Miyazaki; Tomoko Otani
Original assignee: Honda Motor Co.,Ltd.
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2004-10-14
Also published as: US20050167167A1; JP4299567B2; EP1609567B1; KR100629226B1; EP1609567A1; EP1609567A4; DE602004024510D1; US7111696B2; KR20050014843A; JP2004298997A

Abstract

脚式移動ロボット(10)において、足首関節(26R,26L)をロボットの左右軸(26RY,26LY)回りに回転させるモータ(42)と、前記モータの出力を減速する減速機(58)とを備え、前記モータを膝関節(22R,22L)と同位置あるいは大腿リンク(16R,16L)に配置すると共に、前記減速機を下腿リンク(20R,20L)に配置する。それによって、脚部(12R,12L)の末端側の重量を軽量化することができ、よってロボットの移動時に脚部に発生する慣性力を低減できる。

Description

脚式移動ロボット技術分野

この発明は脚式移動ロボットに関し、より詳しくは、脚式移動ロボットの脚部に関する。背景技術

脚式移動ロボット、特に脚式移動ロボットの脚部に関する技術としては、例えば、特許第 2 5 9 2 3 4 0号公報（第 5頁左欄、図 2、図 6など）に記載される技術が知られている。この従来技術にあっては、膝関節を駆動する電動モータ（ 8 0 ) を大腿リンク（7 0 ) に配置すると共に、足首関節を駆動する電動モータ ( 8 8 ) を下腿'リンク（8 6 ) に配置し、各関節の軸線と同軸に配置された減速機 ( 8 4 ) ( 9 2 ) をベルト ( 8 2 ) ( 9 0 ) を介して駆動することにより、歩行に必要な駆動力を得るように構成している。

脚式移動ロボットを移動させる場合、特に、高速で移動させる場合にあっては、脚部に大きな慣性力が生じる。このため、移動時に脚部に発生する慣性力を低減させるように、脚部、特にその末端側（即ち、足平側）の重量は軽量であることが望ましい。しかしながら、上記した従来技術にあっては、下; 9退リンクに足首関節を駆動するためのモータが配置されると共に、その出力を減速する減速機が足首関節の軸線と同軸に配置されることから、脚部の末端側の重量が重くなり、慣性力の低減の点で改善の余地を残していた。発明の開示

従って、この発明の目的は、脚部の末端側の重量を軽量化し、よって移動時に脚部に発生する慣性力を低減できるようにした脚式移動ロボットを提供することにある。

この発明は、上記した目的を達成するために、後述する請求の範囲第 1項に記載する如く、大腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、前記下腿リンクと足平を連結する足首関節を有する脚部を備え、前記脚部を駆動して移動する脚式移動ロボットにおいて、前記足首関節を前記ロボットの左右軸回りに回転させるモータと、前記モータの出力を減速する減速機とを備え、前記モータを前記膝関節と同位置あるいは前記大腿リンクに配置すると共に、前記減速機を前記下腿リンクに配置するように構成した。

ロボットの足首関節を左右軸（進行方向と直交する左右方向）回りに回転させるには、大きな駆動力が必要とされる。そのため、一般に、足首関節を左右軸回りに回転させるのに用いられるモータは、大型で重量の大きいものが選択される。従って、後述する請求の範囲第 1項に記载する如く、ロボットの足首関節を左右軸回りに回転させるモータを膝関節と同位置あるいは大腿リンクに配置すると共に、前記モータの出力を減速する減速機を下腿リンクに配置することで、脚部の末端側の重量を軽量化する（脚部の重心位置を末端側から遠くする）ことができ、よってロボットの移動時に脚部に発生する慣性力を低減できる。尚、減速機を下腿リンクに配置したのは、大腿リンクに多くの部品を配置し過ぎると、脚部の外観を損ねるおそれがあると共に、脚部を複数本備えた場合、それらが干渉し易くなるのを防止するためである。

また、この発明は、後述する請求の範囲第 2項に記載する如く、前記モータを前記大腿リンクに配置すると共に、前記モータの出力を、前記膝関節の軸線と同軸に配置された中間軸を介して前記減速機に伝達するように構成した。

このように、ロボッ卜の足首関節を左右軸回りに回転させるモータを大腿リンクに配置し、その出力を膝関節の軸線（より具体的には左右軸。即ち、足首関節の左右軸と平行な軸線）と同軸に配置された中間軸を介して減速機に伝達するように構成したので、請求の範囲第 1項で述べた効果に加え、膝関節が駆動されて前記モータと減速機の相対位置が変化した場合であっても、モータの出力を減速機に正確に伝達することができる。さらに、構造がコンパクトとなるため、脚部の外観を損ねることがない。

また、この発明は、後述する請求の範囲第 3項に記載する如く、前記中間軸の回転を前記減速機に伝達する第 1の伝達要素と、前記減速機の出力を前記足首関節の左右軸に伝達する第 2の伝達要素の少なくともいずれかを、前記下腿リンクの内部に配置するように構成した。

このように、膝関節の軸線と同軸に配置された中間軸の回転を減速機に伝達する第 1の伝達要素と、減速機の出力を足首関節の左右軸に伝達する第 2の伝達要素の少なくともいずれかを、下腿リンクの内部（具体的には、下腿リンク外形線の内部）に配置するように構成したので、請求の範囲第 1項などで述べた効果に加え、構造がよりコンパクトとなり、脚部の外観を損ねることがない。

また、この発明は、後述する請求の範囲第 4項に記載する如く、前記第 2の伝達要素を、前記減速機の出力軸と前記足首関節の左右軸をロッドで連結するロッド機構から構成した。

このように、減速機の出力を足首関節の左右軸に伝達する第 2の伝達要素を、減速機の出力軸と足首関節の左右軸をロッド（剛性部材）で連結するロッド機構から構成したので、請求の範囲第 1項などで述べた効果に加え、減速機から出力される大きな駆動力を前記左右軸に確実に伝達することができる。

また、この発明は、後述する請求の範囲第 5項に記載する如く、前記ロッド機構を、前記減速機の出力軸に中点が固定された第 1のクランクと、前記足首関節の左右軸に中点が固定された第 2のクランクと、前記第 1のクランクの一端と前記第 2のクランクの一端に連結された第 1のロッドと、前記第 1のクランクの他端と第 2のクランクの他端に連結された第 2のロッドとから構成した。

このように、減速機の出力を足首関節の左右軸に伝達する口ッド機構を、減速機の出力軸に中点が固定された第 1のクランクと、足首関節の左右軸に中点が固定された第 2のクランクと、前記第 1のクランクの一端と前記第 2のクランクの一端に連結された第 1のロッドと、前記第 1のクランクの他端と第 2のクランクの他端に連結された第 2のロッドとから構成したので、第 1のクランクが回転することにより、第 1のロッドと第 2のロッドが相反する方向へと変位する。かかる変位は、第 2のクランクの回転力に変換される際、互いの伝達力を補助し合うように作用するため、請求の範囲第 1項などで述べた効果に加え、伝達効率を向上させることができる。さらに、一方のロッドが破損した場合であっても、他方のロッドで減速機の出力を足首関節の左右軸に伝達することができるため、信頼性を向上させることができる。

また、この発明は、後述する請求の範囲第 6項に記載する如く、前記第 1の口ッドと前記第 2のロッドの離間距離を、前記下腿リンクの幅より小さ！/、値に設定するように構成した。

このように、第 1のロッドと第 2のロッドの離間距離を、下腿リンクの幅より小さい値に設定するように構成したので、請求の範囲第 1項などで述べた効果に加え、構造がよりコンパクトとなり、脚部の外観を損ねることがない。

また、この発明は、後述する請求の範囲第 7項および第 8項に記載する如く、前記第 1のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および前記第 2のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、それぞれ略 1 8 0度に設定するように構成した。

このように、第 1のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および第 2のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、それぞれ略 1 8 0度に設定する、換言すれば、口ッド機構が平行リンク機構となるように構成したので、第 1のロッドの伝達力と第 2のロッドの伝達力が釣り合う（偶力となる）こと力ゝら、足首関節の左右軸を支持するベアリングに付加的な応力が作用しない。

また、この発明は、後述する請求の範囲第 9項および第 1 0項に記載する如く、前記第 1のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および前記第 2のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、前記ロボットの移動するときの歩容に応じて変更するように構成した。

このように、第 1のクランクの一端と中点と他端のなす角度、およぴ第 2のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、ロボットの移動するときの歩容に応じて変更するように構成したので、請求の範囲第 1項などで述べた効果に加え、足首関節の左右軸に最も大きなトルクを発生させる必要があるときに、前記減速機の出力を最も効率的に前記左右軸の回転力に変換するこができる。このため、モータや減速機の小型化が図れ、脚部の末端側の重量を軽量化して移動時に発生する' 1賞性力を低減できると共に、構造がコンパクトとなって外観が損なわれるのを防止することができる。

また、この発明は、後述する請求の範囲第 1 1項および第 1 2項に記載する如く、前記第 1のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および前記第 2のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、前記脚部の着床時近傍および離床時近傍に前記足平に作用するトルクに基づいて設定するように構成した。

このように、第 1のクランクの一端と中点と他端のなす角度、およぴ第 2のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、脚部の着床時近傍および離床時近傍に足平に作用するトルクに基づいて設定するように構成したので、請求の範囲第 1 項などで述べた効果に加え、足首関節の左右軸に最も大きなトルクを発生させる必要がある着床時近傍と離床時近傍にぉレ、て、前記減速機の出力を最も効率的に前記左右軸の回転力に変換することができる。このため、モータや減速機の小型化が図れ、脚部の末端側の重量を軽量化して移動時に発生する慣性力を低減できると共に、構造がコンパクトとなって外観が損なわれるのを防止することができる。

また、この発明は、後述する請求の範囲第 1 3項から第 1 6項に記載する如く、前記第 1のクランクと第 2のクランクに、それぞれ前記一端と中点と他端のなす角度を変更する角度変更機構を設けるように構成した。

このように、第 1のクランクと第 2のクランクのそれぞれに、それらの一端と中点と他端のなす角度を変更する角度変更機構を設けるように構成したので、請求の範囲第 1項などで述べた効果に加え、前記角度の変更を容易に行うことができる。

また、この発明は、後述する請求の範囲第 1 7項に記載する如く、大腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、前記下腿リンクと足平を連結する足首関節を有する脚部を備え、前記脚部を駆動して移動する脚式移動ロボットにおいて、前記足首関節を前記ロボットの左右軸回りに回転させる第 1のモータと、前記足首関節を前記ロボットの前後軸回りに回転させる第 2のモータとを備え、前記第 1 のモータおよび前記第 2のモータを前記大 ffigリンクに配置すると共に、前記第 1 のモータの出力を、前記膝関節の軸線と同軸に配置された第 1の中間軸を介して前記足首関節の左右軸に伝達し、前記第 2のモータの出力を、前記膝関節の軸線と同軸に配置された第 2の中間軸を介して前記足首関節の前後軸に伝達するように構成した。このように、足首関節を左右軸（進行方向と直交する左右方向）回りに回転させる第 1のモータと、前記足首関節を前後軸（進行方向）回りに回転させる第 2 のモータを、それぞれ大腿リンクに配置するように構成したので、脚部の末端側の重量を軽量化する（脚部の重心位置を末端側から遠くする）ことができ、よつてロボットの移動時に脚部に発生する' I貧性力を低減できる。また、第 1のモータと第 2のモータの出力を、それぞれ膝関節の軸線と同軸に配置された第 1の中間軸と第 2の中間軸を介して前記足首関節の各軸に伝達するように構成したので、膝関節が駆動されて各モータと足首関節の相対位置が変化した場合であっても、モータの出力を足首関節に正確に伝達することができる。さらに、構造がコンパタトとなるため、脚部の外観を損ねることがない。

また、この発明は、後述する請求の範囲第 1 8項に記載する如く、大腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、前記下腿リンクと足平を連結する足首関節を有する脚部を備え、前記脚部を駆動して移動する脚式移動ロボットにおいて、前記足首関節を前記ロボットの左右軸回りに回転させる第 1のモータと、前記足首関節を前記ロボットの前後軸回りに回転させる第 2のモータとを備え、前記第 2 のモータを前記膝関節と同位置あるいは前記大腿リンクに配置する共に、前記第 1のモータを、前記大腿リンクにおいて、前記第 2のモータより前記膝関節から離間した位置に配置するように構成した。

このように、ロボットの足首関節を左右軸（進行方向と直交する左右方向）回りに回転させるには、前後軸（進行方向）回りに回転させるのに比して大きな駆動力が必要とされる。そのため、一般に、足首関節を左右軸回りに回転させるのに用いられるモータは、前後軸回りに回転させるのに用いられるモータより大型で重量の大きいものが選択される。従って、後述する請求の範囲第 1 8項に記載する如く、足首関節を前後軸回りに回転させる第 2のモータを膝関節と同位置あるいは大腿リンクに配置すると共に、足首関節を左右軸回りに回転させる第 1のモータの出力を、前記大腿リンクにおいて、前記第 2のモータより膝関節から離間した位置（即ち、脚部の末端側から遠い位置）に配置するように構成することで、脚部の末端側の重量を軽量化する（脚部の重心位置を末端側から遠くする）ことができ、よつて移動時に脚部に発生する慣性力を低減できる。図面の簡単な説明

第 1図は、この発明の一つの実施の形態に係る脚式移動ロボットを、脚部の関節構造を中心に模式的に示す概略図である。

第 2図は、第 1図で模式的に示したロボットの右側の脚部を詳しく示す右側面図である。

第 3図は、第 2図の III— III,線断面図である。

第 4図は、第 2図に示す足首 Y軸を一 6 0度回転させたときの下腿リンクより端部側を示す右側面図である。

第 5図は、この発明の第 2の実施の形態に係る脚式移動ロボットにおいて、脚部の下腿リンクより末端側を示す右側面図である。

第 6図は、第 5図に示す足首 Y軸を一 6 0度回転させたときの下腿リンクより端部側を示す、第 4図と同様な右側面図である。

第 7図は、この発明の第 3の実施の形態に係る脚式移動ロボットにおいて、脚部の下腿リンクより末端側を示す、第 5図と同様な右側面図である。

第 8図は、図に示す足首 Y軸を _α度回転させたときの下腿リンクより端部側を示す右側面図である。

第 9図は、口ボットが移動するときに足平に作用する、足首 Υ軸回りのトルクを示すタイム ·チヤ一 1、である。

第 1 0図は、ロボットが移動するときの足首 Υ軸の回転角度を示すタイム ·チヤートである。

第 1 1図は、この発明の第 4の実施の形態に係る脚式移動ロボットにおいて、脚部の下腿リンクより末端側を示す、第 5図と同様な右側面図である。

第 1 2図は、第 1 1図に示す第 1のクランクの拡大説明図である。

第 1 3図は、第 1 1図に示す第 2のクランクの拡大説明図である。発明を実施するための最良の形態

以下、添付図面を参照してこの発明の一つの実施の形態に係る脚式移動ロボットについて説明する。第 1図はこの実施の形態に係る脚式移動ロボット、より詳しくは、 2足歩行口ボットを、脚部の関節構造を中心に模式的に示す概略図である。

図示の如く、 2足歩行ロボット（以下「ロボット」という） 10は、左右それぞれの脚部 12 R, 12 L (右側を R、左側を Lとする。以下同じ）を備える。左右の脚部 12 R， 12 Lは、それぞれ、上体 14と大腿リンク 16 R， 16 L を連結する腰（股）関節 18 R， 18 Lと、大腿リンク 16R, 16 Lと下腿リンク 20R， 20 Lを連結する膝関節 22 R, 22 Lと、下腿リンク 20 R, 2 0 と足平241 , 24 Lを連結する足首関節 26 R, 26 Lとを有する。

腰関節 18 R, 18 Lは、具体的には、大腿リンク 16 R, 16 Lより末端側 (足平側）を重力軸（Z軸）回りに回転させる腰 Z軸 18RZ， 18 LZと、大退リンク 16R， 16 Lより末端側を前後軸（X軸。即ち、進行方向）回り（口ール方向）に回転させる腰 X軸 18 RX， 18 LXと、大腿リンク 16 R， 16 Lより末端側を左右軸（Y軸。即ち、進行方向および重力方向と直交する方向）回り（ピッチ方向）に回転させる腰 Y軸 18 RY， 18 LYとからなる。

また、膝関節 22R, 22 Lは、下腿リンク 20R, 20 Lより末端側を左右軸回りに回転させる膝 Y軸 22 RY, 22 LYからなる。また、足首関節 26 R ， 26 Lは、足平 24R, 24 Lを前後軸回りに回転させる足首 X軸 26 RX, 26 LXと、足平 24R, 24 Lを左右軸回りに回転させる足首 Y軸 26 RY,

26 LYとからなる。上記した各軸は、電動モータ（同図で図示せず。一部後述 ) によって駆動される。

足首関節 26R， 26 Lと足平 24R, 24 Lの間には、公知の 6軸力センサ

30 R, 30 Lが取り付けられ、力の 3方向成分 Fx, Fy， F zとモーメントの 3方向成分 Mx, My, Mzとを測定し、脚部 12R， 12 Lの着地の有無、と床面から脚部 12R， 12 Lに作用する床反力などを検出する。また、上体 1 4には傾斜センサ 32が設置され、ロボット 10の Z軸に対する傾きとその角速度を検出する。また、各軸を駆動する電動モータには、その回転量を検出する口一タリエンコーダ（図示せず）が設けられる。

これら 6軸力センサ 30R， 30 Lや傾斜センサ 32などの出力は、上体 14 に収容された制御ュニット 34に入力される。制御ュニット 34は、メモリ（図示せず）に格納されているデータおょぴ入力された検出値に基づき、各軸を駆動する電動モータの制御値を算出する。

このように、ロボット 10は、左右の脚部 12R, 12 Lのそれぞれについて 6つの軸（自由度）を与えられ、これら 6 X 2 =12個の軸を駆動する電動モータを制御ュニット 34で算出された制御値に基づいて動作させることにより、脚全体に所望の動きを与えて任意に 3次元空間を移動することができる。尚、上体 14には、例えば国際公開第 WO 02/40226 A 1パンフレットに記载されるような腕部や頭部が接続されるが、それらの構造はこの発明の要旨に直接の関係を有しないため、図示および説明を省略する。

続いて、第 2図以降を参照してロボット 1の脚部 12R， 12 Lについて詳説する。尚、以下、右側の脚部 12 Rを例に挙げて説明するが、左右の脚部 12 R , 12 Lは左右対称のため、以下の説明は左側の脚部 12 Lにも妥当する。

第 2図は、第 1図で模式的に示した脚部 1 2 Rを詳しく示す右側面図である。また、第 3図は、第 2図の III— III線断面図である。

両図に示すように、大腿リンク 16 Rには、足首関節 26Rの X軸 26RX ( 以下、「足首 X軸」という）を駆動する電動モータ 40 (以下「足首 X軸用電動モータ」という）が配置される。また、大腿リンク 16Rにおいて、足首 X軸用電動モータ 40より膝関節 22Rから離間した位置（即ち、重力方向において上方）には、足首関節 26Rの Y軸 26RY (以下「足首 Y軸」という）を駆動する電動モータ 42 (以下「足首 Y軸用電動モータ」という）と、膝関節 22Rの Y軸 22RY (以下「膝 Y軸」という）を駆動する電動モータ 44 (以下「膝 Y 軸用電動モータ」という）が配置される。

膝 Y軸用電動モータ 44の出力（回転出力）は、ベルト 48 (以下「膝 Y軸用ベルト」という）を介して膝 Y軸 22 RYと同軸に配置された減速機 50 (以下「膝 Y軸用減速機」という）に伝達される。膝 Y軸用減速機 50によって寧速された出力は、膝 Y軸 22 RYに直接伝達される。このように、大腿リンク 6R に配置された膝 Y軸用電動モータ 44の出力は、膝 Y軸用ベルト 48と膝 Y軸用減速機 50を介して月黍 Y車由 22 RYに伝達される。

また、足首 Y軸用電動モータ 42の出力（回転出力）は、ベルト 52 (以下「第 1の足首 Y軸用ベルト」という）を介して膝 Υ軸 2 2 R Yと同軸に配置された中間軸 5 4 (以下「足首 Υ軸用中間軸 j という）に伝達される。足首 Y軸用中間軸 5 4の回転は、ベルト 5 6 (前記した第 1の伝達要素。以下「第 2の足首 Y軸用ベルト」という）を介し、下腿リンク 2 O Rに配置された減速機 5 8 (以下「足首 Y軸用減速機」という）に伝達される。尚、第 2の足首 Y軸用ベルト 5 6は、下腿リンク 2 O Rの内部、具体的には、その外形線の内部に配置される。また、足首 Y軸用減速機 5 8は、その出力軸 5 8 oが Y軸方向と平行となるように配置される。

足首 Y軸用減速機 5 8によつて減速された出力は、口ッド機構 6 0 (前記した第 2の伝達要素）を介して足首 Y軸 2 6 R Yに伝達される。ロッド機構 6 0は、剛性部材によって形成される第 1のクランク 6 2と、第 2のクランク 6 4と、第 1のロッド 6 6と、第 2のロッド 6 8とからなる。

具体的に説明すると、足首 Y軸用減速機の出力軸 5 8 oには、平面視略菱形を呈する第 1のクランク 6 2が固定される。第 1のクランク 6 2は、その一端 6 2 a (ロボット 1 0の進行方向前方に位置する端部) にピン継手 6 2 a 1が形成されると共に、他端 6 2 b (ロボット 1 0の進行方向後方に位置する端部）にピン継手 6 2 b 1が形成される。尚、第 1のクランク 6 2は、一端 6 2 aと他端 6 2 bの中点、具体的には、一端に形成されたピン継手 6 2 a 1と他端に形成されたピン継手 6 2 b 1の中点 6 2 cにおいて、足首 Y軸用減速機の出力軸 5 8 oに固定される。また、第 1のクランク 6 2の一端 6 2 aと中点 6 2 cと他端 6 2 bは、それらのなす角度が 1 8 0度となる、即ち、それらが同一直線上に配置されるように設定される。換言すれば、一端に形成されたピン継手 6 2 a 1と他端に形成されたピン継手 6 2 b 1の回転軌跡の位相差が、 1 8 0度となるように設定される。

また、足首 Y軸 2 6 R Yには、第 2のクランク 6 4が固定される。第 2のクランク 6 4は、平面視略菱形を呈し、その一端 6 4 a (ロボット 1 0の進行方向前方に位置する端部）にピン継手 6 4 a 1が形成されると共に、他端 6 4 b (ロボット 1 0の進行方向後方に位置する端部）にピン継手 6 4 b 1が形成される。また、第 2のクランク 6 4は、その一端 6 4 aと他端 6 4 bの中点、具体的には、一端に形成されたピン継手 6 4 a 1と他端に形成されたピン継手 6 4 b 1の中点 6 4 cにおいて、足首 Y軸 2 6 RYに固定されると共に、前記一端 6 4 aと中点 6 4 cと他端 6 4 bは、それらのなす角度が 1 8 0度となる、即ち、同一直線上に配置されるように設定される。換言すれば、一端に形成されたピン継手 6 4 a 1と他端に形成されたピン継手 6 4 b 1の回転軌跡の位相差が、 1 8 0度となるように設定される。

尚、第 1のクランクの一端に形成されたピン継手 6 2 a 1と他端に形成されたピン継手 6 2 b 1の離間距離、および第 2のクランクの一端に形成されたピン継手 6 4 a 1と他端に形成されたピン継手 6 4 b 1の離間距離は、下腿リンク 2 0 Rの幅（X軸方向の幅）より小さい値に設定される。

第 1のクランクの一端に形成されたピン継手 6 2 a 1と第 2のクランクの一端に形成されたピン継手 6 4 a 1は、第 1のロッド 6 6を介して連結される。また、第 1のクランクの他端に形成されたピン継手 6 2 b 1と第 2のクランクの他端に形成されたピン継手 6 4 b 1は、第 1のロッド 6 6と平行に配置された第 2のロッド 6 8を介して連結される。即ち、口ッド機構 6 0は、平行リンク機構（平行クランク機構) とされる。また、第 1のクランクに形成されたピン継手 6 2 a 1とピン継手 6 2 b 1の離間距離、および第 2のクランクに形成されたピン継手 6 4 a 1とピン継手 6 4 b 1の離間距離が、下腿リンク 2 0 Rの幅（X軸方向の幅）より小さい値に設定されることから、第 1のロッド 6 6と第 2のロッド 6 8 の離間距離も、下腿リンク 2 0 Rの幅（X軸方向の幅）より小さい値とされる。このように、大腿リンク 1 6 Rに配置された足首 Y軸用電動モータ 4 2の出力は、第 1の足首 Y軸用ベルト 5 2と、足首 Y軸用中間軸 5 4と、第 2の足首 Y軸用ベルト 5 6と、足首 Y軸用減速機 5 8と、ロッド機構 6 0とを介して足首 Y軸 2 6 R Yに伝達される。

また、足首 X軸用電動モータ 4 0の出力（回転出力）は、ベルト 7 2 (以下「第 1の足首 X軸用ベルト」という）を介して膝 Y軸 2 2 R Yと同軸に配置れた中間軸 7 4 (以下「足首 X軸用中間軸」という）に伝達さえる。足首 X軸用中間軸 7 4の回転は、ベルト 7 6 (以下「第 2の足首 X軸用ベルト」という）を介し、足首 Y軸 2 6 R Yと平行に配置された受動軸 7 8に伝達される。受動軸 78の端部には、ドライブべベルギヤ 80が固定され、ギヤ 80は、足首 X軸 26 RXの端部に固定されたドリブンべベルギヤ 82に嚙合される。即ち、大腿リンク 16 Rに配置された足首 X軸用電動モータ 40の出力は、第 1の足首 X軸用ベルト 72と、足首 X軸用中間軸 74と、第 2の足首 X 軸用ベルト 76と、受動軸 78と、ドライブべベルギヤ 80とドリプンベべルギャ 82とを介して足首 X軸 26 RXに伝達される。

ここで、足首関節 26 Rの足首 Y軸 26 RY回りへの駆動（回転）について説明すると、足首 Y軸用電動モータ 42が回転出力を生じることにより、第 1の足首 Y軸用ベルト 52と足首 Y軸用中間軸 54と第 2の足首 Y軸用ベルト 56を介し、足首 Y軸用減速機の出力軸 58 oに固定された第 1のクランク 62が回転する。第 1のクランク 62が回転すると、その一端 62 aに連結された第 1のロッド 66と他端に連結された第 2のロッド 68が相反する方向へと変位し、よって第 2のクランク 64に回転力 (偶力) が発生する。これにより、第 4図に示す如く、足首 Y軸 26RYが駆動（回転）されて足平 24 Rと下腿リンク 2 ORの相対位置（角度）が変化する。尚、第 4図は、足首 Y軸 26 RYを一 60度回転させたときの下腿リンク 20 Rより端部側を示す右側面図である（この実施の形態にあっては、足首関節 26 Rを屈曲させる方向への回転を一 (マイナス）の回転角度とし、足首関節 26 Rを伸展させる方向への回転を + (プラス）の回転角度とする）。

このように、この実施の形態に係る脚式移動口ボットにあっては、ロボット 1 0の足首 Y軸 26RY (26 LY) を回転させる足首 Y軸用電動モータ 42を大腿リンク 16R (16 L) に配置すると共に、足首 Y軸用電動モータ 42の出力を減速する足首 Y軸用減速機 58を下腿リンク 20R (20 L) に配置するようにしたので、脚部 12R (12 L) の末端側（接地側。即ち、足平 24R (24 L) 側）の重量を軽量化する、換言すれば、脚部 12R (12 L) の重心位置を末端側から遠くすることができ、よってロボット 10の移動時に脚部 12 R ( 1 2L) に発生する慣性力を低減することができる。

尚、足首 Y軸用減速機 58を下退リンク 20 R (20 L) に配置したのは、大腿リンク 16 R ( 16 L) に多くの部品を配置し過ぎると、例えば特願 2002 -248467号の図 2に記載されるように、大腿部の外形線が大きくなって脚部 12R (12 L) の外観を損ねる.おそれがあると共に、 .左右の脚部 12 R， 1 2 Lが干渉し易くなることから、それらを防止するためである。

さらに、足首 X軸 26RX (26 LX) を回転させる足首 X軸用電動モータ 4 0を、大腿リンク 16 R (16 L) に配置するようにしたので、脚部 12R (1 2 L) の末端側の重量を一層軽量化することができ、よってロボット 10の移動時に脚部 12R (12L) に発生する' I賞性力を一層低減することができる。

ところで、脚式移動ロボットの足首関節を左右軸（Y軸）回りに回転させるには、前後軸（X軸）回りに回転させるのに比して大きな駆動力が必要とされる。このため、図示の如く、足首 Y軸用電動モータ 42は、足首 X軸用電動モータ 4 0に比して大型で重量の大きいものが選択される。従って、この実施の形態にあつては、足首 Y軸用電動モータ 42を、足首 X軸用電動モータ 40より膝関節 2 2R (22 L) 力ら離間した位置（即ち、足平 24R (24 L) から遠い位置 ( 腰関節 18 R ( 18 L) 側））に配置するようにした。これにより、脚部 12 R (12 L) の末端側の重量をより一層軽量化することができ、よって移動時に脚部 12 R (12L) に発生する' I貧性力をより一層低減することができる。

一方、足首関節 26 R (26 L) を駆動する足首 Y軸用電動モータ 42と足首 X軸用電動モータ 40を大 j5退リンク 16 R (16 L) に配置すると、膝関節 22 R (22L) が駆動されたとき、各モータと足首関節 26 R (26 L) の相対位置が変化するという不具合が生じる。そこで、この実施の形態にあっては、足首 Y軸用電動モータ 42と足首 X軸用電動モータ 40の出力を、それぞれ膝関節 Y 軸 22RY (22 LY) と同軸に配置された足首 Y軸用中間軸 54と足首 X軸用中間軸 74を介して足首 Y軸 26 RY (26 LY) と足首 X軸 26RX (26 L X) に伝達するようにした。これにより、膝関節 22 R (22 L) が駆動されて各モータと足首関節 26R (26 L) の相対位置が変化した場合であっても、各モータと各中間軸の相対位置ならびに各中間軸と足首関節 26 R (26 L) の相対位置は変化しないことから、各モータの出力を足首関節 26 R (26 L) に正確に伝達することができる。さらに、構造がコンパクトとなるため、脚部 12R (12 L) の外観を損ねることがない。また、足首 Y軸用中間軸 54の回転を足首 Y軸用減速機 58に伝達する第 2の足首 Υ軸用べノレト 56を、下腿リンク 2 OR (20 L) の内部に配置するようにしたので、構造をよりコンパクトとすることができ、よって脚部 12R (12 L ) の外観を損ねることがない。また、第 1のロッド 66と第 2のロッド 68の離間距離を、下腿リンク 20R (20L) の幅より小さい値に設定するようにしたので、構造をより一層コンパクトとすることができ、よって脚部 12R (12 L ) の外観を損ねることがない。

さらに、足首 Y軸用減速機 58の出力を、剛性部材からなる 2本のロッドによつて足首 Y軸 26RY (26 LY) に伝達するようにしたので、足首 Y軸用減速機 58から出力される大きな駆動力を確実に伝達することができる。

また、第 1のロッド 66と第 2のロッド 68が相反する方向へと変位することにより、かかる変位が第 2のクランク 64の回転力に変換される際、互いの伝達力を補助し合うように作用するため、伝達効率を向上させることができる。さらに、一方のロッドが破損した場合であっても、他方のロッドで足首 Y軸用減速機 58の出力を足首 Y軸 26 RY (26 LY) に伝達することができるため、信頼性を向上させることができる。

さらに、第 1のクランクの一端 62 aと中点 62 cと他端 62 bのなす角度、および第 2のクランクの一端 64 aと中点 64 cと他端 64 bのなす角度を、それぞれ 180度に設定する、換言すれば、口ッド機構 60が平行リンク機構となるようにしたので、第 1のロッド 66の伝達力と第 2のロッド 68の伝達力が釣り合う（偶力となる）こと力ら、足首 Y軸 26RY (26 LY) を支持するベアリング 84 (軸受け。第 3図に示す）に付加的な応力が作用しない。

次いで、この発明の第 2の実施の形態に係る脚式移動ロボットについて説明する。 '

第 5図は、第 2の実施の形態に係る脚式移動ロボットにおいて、.脚部の下腿リンクより末端側を示す右側面図であり、第 6図は、足首 Y軸を一 60度回転させたときの下腿リンクより端部側を示す、第 4図と同様な右側面図である。

第 1の実施の形態で述べたように、第 1のクランクの一端 62 aと中点 62 c と他端 62 bのなす角度、および第 2のクランクの一端 64 aと中点 64 cと他 ,

O 2004/087381

15 端 6 4 bのなす角度を、それぞれ略 1 8 0度に設定すると、第 1のクランクの伝達力と第 2のクランクの伝達力が釣り合う（偶力となる）ため、足首 Y軸 2 6 R Y ( 2 6 L Y) を支持するベアリング 8 4に付加的な応力が作用しないという利点がある。

一方、そのように構成すると、第 1のクランクの一端 6 2 aと中点 6 2 cと他端 6 2 b、および第 2のクランクの一端 6 4 aと中点 6 4 cと他端 6 4 bの全てが同一直線上に位置したときに回転し難くなる（即ち、死点が存在する）という不具合があった。

そこで、第 2の実施の形態にあっては、第 5図および第 6図に示すように、第 1のクランク 6 2の一端 6 2 aと中点 6 2 cと他端 6 2 bのなす角度が 9 0度となるように設定した。換言すれば、第 1のクランク 6 2の一端に形成されたピン継手 6 2 a 1と他端に形成されたピン継手 6 2 b 1の回転軌跡の位相差が、 9 0 度となるように設定した。

また、第 2のクランク 6 4も同様に、その一端 6 4 aと中点 6 4 cと他端 6 4 bのなす角度が 9◦度となるように、換言すれば、第 2のクランク 6 4の一端に形成されたピン継手 6 4 a 1と他端に形成されたピン継手 6 4 b 1の回転軌跡の位相差が 9 0度となるように設定した。

これにより、第 2の実施の形態にあっては、口ッド機構 6 0に死点が存在せず、よって足首 Y軸用減速機 5 8の出力（回転出力）を足首 Y軸 2 6 R Y ( 2 6 L Y) の回転力に効率的に変換することができる。

尚、残余の構成およびそれによつて得られる効果については、従前の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

次いで、この発明の第 3の実施の形態に係る脚式移動ロボットについて説明する。

脚式移動ロボットにあっては、一般に、歩容によって足首関節に作用するトルクが決定される。そこで、第 3の実施の形態にあっては、第 1のクランクの一端 6 2 aと中点 6 2 cと他端 6 2 bのなす角度、およぴ第 2のクランクの一端 6 4 aと中点 6 4 cと他端 6 4 bのなす角度を、ロボット 1 0の移動するときの歩容に応じて変更する、具体的には、歩容から決定される足首 Y軸 2 6 R Y, 2 6 L Y回りのトルクに基づいて設定するようにした。

第 7図は、第 3の実施の形態に係る脚式移動口ポットの脚部のうち、下腿リンクより末端側を示す、第 5図と同様な右側面図である。また、第 8図は、足首 Υ 軸を α度回転させたときの下腿リンクより端側を示す右側面図である。

第 7図および第 8図の説明を続ける前に、第 9図を参照し、ロボット 10が移動するときに発生する足首 Υ軸 26 RY, 26 LY回りのトルクについて説明する。

第 9図は、ロボット 10が移動するときに発生する足首 Υ軸 26 RY, 26 L Υ回りのトルクを示すタイム ·チャートである。

第 9図に示すように、足首 Υ軸 26 RY， 26 LY回りのトルクは、脚部 12 R, 12 Lの離床時近傍と着床時近傍においてそれぞれ正負の最大値をとる。具体的には、脚部 12R, 12 Lの離床時近傍に + (プラス）方向の最大トルクが発生すると共に、着床時近傍に一 (マイナス）方向の最大トルクが発生する。尚、 +方向のトルクとは、足首関節 26 R, 26 Lを伸展させる方向のトルクを意昧し、一方向のトルクとは、足首関節 26 R, 26 Lを屈曲させる方向のトルクを意味する。

ところで、足首 Y軸用減速機 58の出力を足首 Y軸 26 RY, 26 LYの回転力に最も効果的に変換できるのは、第 1のクランクの中点 62 cと一端 62 a ( ピン継手 62 a 1) を結ぶ線、および第 2のクランクの中点 64 cと一端 64 a (ピン継手 64 a 1) を結ぶ線が、第 1のロッド 66と直交するとき、あるいは、第 1のクランクの中点 62 cと他端 62 b (ピン継手 62 b 1) を結ぶ線、および第 1のクランクの中点 64 cと他端 64 b (ピン継手 64 b 1) を結ぶ線が、第 2のロッド 68と直交するときである。

そこで、第 3の実施の形態にあっては、足首 Y軸 26RY, 26 LY回りに最大トルクが作用するとき、上記した条件が満たされるように、第 1のクランクの一端 62 aと中点 62 cと他端 62 bのなす角度、および第 2のクランクの一端 64 aと中点 64 cと他端 64 bのなす角度を設定するようにした。別言すれば、足首 Y軸 26RY, 26 LYに最大トルクを発生させる必要がある脚部 12 R ， 12 Lの着床時近傍と離床時近傍において、足首 Y軸用減速機 58の出力を最も効率的に足首 Y軸 2 6 RY，. 26 LYの回転力に変換できるように、各クランクの中点に対する一端と他端の位置を設定するようにした。

第 1 0図は、ロボット 1◦が移動するときの足首 Y軸 2 6 RY， 2 6 LYの回転角度を示すタイム 'チャートである。第 1 0図に示すように、 +方向の最大トルクが作用する脚部 1 2 R, 1 2 Lの離床時近傍において、足首 Y軸 26 RY, 2 6 LYの回転角度はひ度となる。また、一方向の最大トルクが作用する脚部 1 2 R, 1 2 Lの着床時近傍において、足首 Y軸 2 6 RY, 2 6 LYの回転角度は度となる。

そこで、第 7図および第 8図に示すように、第 1のクランクの一端 6 2 aと第 2のクランクの一端 64 aを、足首 Y軸 2 6 RYの回転角度がひ度となったときに、第 1のクランクの一端 6 2 aと中点 6.2 cを結んだ線おょぴ第 2のクランクの一端 64 aと中点 6 4 cを結んだ線が、それぞれ第 1のロッド 6 6と直交するように設定した。

また、第 1のクランクの他端 6 2 bと第 2のクランクの他端 64 bを、足首 Y 軸 2 6 RYの回転角度が度となったときに、第 1のクランクの他端 6 2 bと中点 6 2 cを結んだ線および第 2のクランクの他端 64 bと中点 64 cを結んだ線が、それぞれ第 2のロッド 6 8と直交するように設定した。

即ち、第 1のクランクの一端 6 2 aと中点 6 2 cと他端 6 2 bのなす角度、おょぴ第 2のクランクの一端 6 4 aと中点 64 cと他端 6 4 bのなす角度を、それぞれ γ度（_Ύ ： α + β ) に設定する、換言すれば、各一端と他端の回転軌跡の位相差が、 Ύ度となるように設定した。

このように、第 3の実施の形態にあっては、第 1のクランク 6 2の一端 6 2 a と中点 6 2 cと他端 6 2 bのなす角度、および第 2のクランク 64の一端 64 a と中点 64 cと他端 64 bのなす角度を、ロボット 1 0の歩容に応じて変更する、具体的には、歩容から決定される足首 Y軸 2 6 RY (2 6 LY) 回りの最大トルクに基づいて設定するようにした。これにより、足首 Y軸 2 6 RY (2 6 LY ) に最大トルクを発生させる必要がある脚部 1 2 R (1 2 L) の着床時近傍と離床時近傍において、足首 Y軸用減速機 5 8の出力を最も効率的に足首 Y軸 2.6 R Y (26 LY) の回転力に変換することができる。このため、足首 Y軸用電動モータ 4 2や足首 Y軸用減速機 5 8の小型化が図れ、脚部 1 2 R ( 1 2 L ) の末端側の重量を軽量化して移動時に発生する慣性力を低減できると共に、構造がコンパクトとなつて外観が損なわれるのを防止することができる。

次いで、この発明の第 4の実施の形態に係る脚式移動ロボットについて説明する。

第 3の実施の形態で述べたように、脚式移動ロボットにあっては、歩容によつて足首関節に作用するトルクが決定される。従って、ロボットの歩容ゃ移動環境が変化すれば、最大トルクを宪生させる必要がある足首 Υ軸の回転角度も変化する。このため、各クランクの一端と中点と他端のなす角度を、容易に変更できることが望ましい。

そこで、第 4の実施の形態にあっては、第 1のクランク 6 2と第 2のクランク 6 4のそれぞれに、それらの一端と中点と他端のなす角度を変更する角度変更機構を設けるようにした。

第 1 1図は、第 4の実施の形態に係る脚式移動ロボットの脚部のうち、下腿リンクより末端側を示す、第 5図と同様な右側面図である。

第 1 1図に示すように、第 1のクランク 6 2は、その一端 6 2 aと中点 6 2 c と他端 6 2 bのなす角度を変更する角度変更機構 9 2を備える。また、第 2のクランク 6 4は、その一端 6 4 aと中点 6 4 cと他端 6 4 bのなす角度を変更する角度変更機構 9 4を備える。

第 1 2図は、第 1のクランク 6 2の拡大説明図である。

図示の如く、第 1のクランク 6 2は、一端 6 2 a側の第 1のアーム 6 2 Aと、他端 6 2 b側の第 2のアーム 6 2 Bとに分割される。第 1のアーム 6 2 Aと第 2 のアーム 6 2 Bは、足首 Y軸用減速機の出力軸 5 8 oに回転自在に取り付けられる。また、第 1のアーム 6 2 Aと第 2のアーム 6 2 Bには、それぞれ孔 6 2 A 1 と孔 6 2 B 1が穿設される。

角度変更機構 9 2は、前記した孔 6 2 A 1に揷入されるべきキー 9 2 aと、孔 6 2 B 1に揷入されるべきキー 9 2 bと、足首 Y軸用減速機の出力軸 5 8 oに固定されたスプライン 92 cとを備える。即ち、第 1のアーム 62 Aを回転させて孔 62A1とスプライン 92 cの任意の溝部 92 c 1を位置合わせした後、キー 92 aを孔 62A1とそれに位置合わせされた溝部 92 c 1に揷入することにより、第 1のアーム 62 Aを任意の角度に固定することができる。

これは、第 2のアーム 62Bに関しても同様であり、第 2のアーム 62Bを回転させて孔 62B 1とスプライン 92 cの任意の溝部 92 c 1を位置合わせした後、キー 92 bを孔 62 B 1とそれに位置合わせされた溝部 92 c 1に揷入することにより、同図に破線で示すように、第 2のアーム 62 Bを任意の角度に固定することができる。換言すれば、第 1のクランクの一端 62 aと中点 62 cと他端 62 bのなす角度を、任意の角度に変更することができる。

尚、第 12図において、孔 62A1、孔 62B 1およぴ溝部 92 c 1に対し、キー 92 aおよびキー 92 bを小さく示したが、これは理解の便宜のためであり、実際にはそれらは隙間なく当接されるように形成される。

第 13図は、第 2のクランク 64の拡大図である。

第 1 3図に示すように、第 2のクランク 64も、第 1のクランク 62と同様に、一端 64 a側の第 1のアーム 64 Aと、他端 64 b側の第 2のアーム 64 Bとに分割され、それらは足首 Y軸 26 RYに回転自在に取り付けられる。また、第 1のアーム 64 Aと第 2のアーム 64 Bには、それぞれ孔 64A1と孔 64B 1 が穿設される。

角度変更機構 94は、前記した孔 64 A1に挿入されるべきキー 94 aと、孔 64B 1に揷入されるべきキー 94 bと、足首 Y軸 26 RYに固定されたスプライン 94 cとを備え、よって第 1のアーム 64 Aを回転させて孔 64 A 1とスプライン 94 cの任意の溝部 94 c 1を位置合わせした後、キー 94 aを孔 64 A 1とそれに位置合わせされた溝部 94 c 1に挿入することにより、第 1のアーム 64 Aを任意の角度に固定することができる。

これは、第 2のアーム 64 Bに関しても同様であり、第 2のアーム 64 Bを回転させて孔 64B 1とスプライン 94 cの任意の溝部 94 c 1を位置合わせした後、キー 94 bを孔 64 B 1とそれに位置合わせされた溝部 94 c 1に挿入することにより、同図に破線で示すように、第 2のアーム 64 Bを任意の角度に固定することができる。換言すれば、第 2のクランクの一端 64 aと中点 64 cと他端 64 bのなす角度を、任意の角度に変更することができる。

尚、第 13図において、孔 64A1、孔 64B 1および溝部 94 c 1に対し、キー 94 aおよびキー 94 bを小さく示したが、これは理解の便宜のためであり、実際にはそれらは隙間なく当接されるように形成される。

このように、第 4の実施の形態にあっては、第 1のクランク 62と第 2のクランク 64のそれぞれに、それらの一端 62 a， 64 aと中点 62 c, 64 cと他端 62 b， 64 bのなす角度を変更する角度変更機構 92， 94を設けるように構成したので、前記角度の変更を容易に行うことができる。

以上のように、この発明の第 1から第 4の実施の形態にあっては、大腿リンク 16R, 16 Lと下腿リンク 2 OR, 20 Lを連結する膝関節 22 R， 22 Lと、前記下腿リンクと足平 24 R， 24Lを連結する足首関節 26 R, 26 Lを有する脚部 12 R, 12 Lを備え、前記脚部を駆動して移動する脚式移動ロボット 10において、前記足首関節を前記ロボットの左右軸（足首 Y軸 26RY, 26 LY) 回りに回転させるモータ（足首 Y軸用電動モータ 42) と、前記モータの出力を減速する減速機（足首 Y軸用減速機 58) とを備え、前記モータを前記膝関節と同位置あるいは前記大腿リンクに配置すると共に、前記減速機を前記下腿リンクに配置するように構成した。

さらに、前記モータを前記大腿リンクに配置すると共に、前記モータの出力を、前記膝関節の軸線（膝 Y軸 22RY, 22 LY) と同軸に配置された中間軸（足首 Y軸用中間軸 54) を介して前記減速機に伝達するように構成した。

さらに、前記中間軸の回転を前記減速機に伝達する第 1の伝達要素（第 2の足首 Y軸用ベルト 56) と、前記減速機の出力を前記足首関節の左右軸に伝達する第 2の伝達要素（口ド機構 60) の少なくともいずれか、具体的には、第 1の伝達要素を、前記下腿リンクの内部に配置するように構成した。

さらに、前記第 2の伝達要素を、前記減速機の出力軸 58 oと前記足首関節の左右軸をロッド（第 1のロッド 66と第 2の口ッド 68) で連結するロッド機構 6 0から構成した。

さらに、前記ロッド機構を、前記減速機の出力軸に中点 6 2 cが固定された第 1のクランク 6 2と、前記足首関節の左右軸に中点 6 4 cが固定された第 2のクランク 6 4と、前記第 1のクランクの一端 6 2 aと前記第 2のクランクの一端 6 4 aに連結された第 1のロッド 6 6と、前記第 1のクランクの他端 6 2 bと第 2 のクランクの他端 6 4 bに連結された第 2のロッド 6 8とから構成した。

さらに、前記第 1のロッド 6 6と前記第 2のロッド 6 8の離間距離を、前記下腿リンクの幅（前後方向の幅）より小さレ、値に設定するように構成した。

また、第 1の実施の形態にあっては、前記第 1のクランクの一端 6 2 aと中点 6 2 cと他端 6 2 bのなす角度、および前記第 2のクランクの一端 6 4 aと中点 6 4 cと他端 6 4 bのなす角度を、それぞれ略 1 8 0度に設定するように構成した。

また、第 3および第 4の実施の形態にあっては、前記第 1のクランクの一端 6 2 aと中点 6 2 cと他端 6 2 bのなす角度、およぴ前記第 2のクランクの一端 6 4 aと中点 6 4 cと他端 6 4 bのなす角度を、前記ロボットの移動するときの歩容に応じて変更するように構成した。

さらに、前記第 1のクランクの一端 6 2 aと中点 6 2 cと他端 6 2 bのなす角度、および前記第 2のクランクの一端 6 4 aと中点 6 4 cと他端 6 4 bのなす角度を、前記脚部の着床時近傍および離床時近傍に前記足平に作用するトルク、具体的には、足首 Y軸 2 6 R Y, 2 6 L Y回りに作用するトルクの最大値に基づいて設定するように構成した。

また、第 4の実施の形態にあっては、前記第 1のクランク 6 2と第 2のクランク 6 4に、それぞれ前記一端と中点と他端のなす角度を変更する角度変更機構 9 2 , 9 4を設けるように構成した。

また、第 1から第 4の実施の形態にあっては、大腿リンク 1 6 R， 1 6 Lと下腿リンク 2 O R , 2 0 Lを連結する膝関節 2 2 R， 2 2 Lと、前記下腿リンクと足平 2 4 R, 2 4 Lを連結する足首関節 2 6 R , 2 6 Lを有する脚部 1 2 R, 1 2 Lを備え、前記脚部を駆動して移動する脚式移動ロボット 1 0において、前記足首関節を前記ロボットの左右軸（足首 Y軸 2 6 R Y, 2 6 L Y) 回りに回転させる第 1のモータ（足首 Y軸用電動モータ 42) と、前記足首関節を前記ロボットの前後軸（足首 X軸 26RX, 26 LX) 回りに回転させる第 2のモータ（足首 X軸用電動モータ 40) とを備え、前記第 1のモータおよび前記第 2のモータを前記大腿リンクに配置すると共に、前記第 1のモータの出力を、前記膝関節の軸線（膝 Y軸 22RY, 22 LY) と同軸に配置された第 1の中間軸（足首 Y軸用中間軸 54) を介して前記足首関節の左右軸に伝達し、前記第 2のモータの出力を、前記膝関節の軸線と同軸に配置された第 2の中間軸（足首 X軸用中間軸 7 4) を介して前記足首関節の前後軸に伝達するように構成した。

また、第 1から第 4の実施の形態にあっては、大腿リンク 16 R, 16 Lと下腿リンク 20 R， 20 Lを連結する膝関節 22 R, 22 Lと、前記下腿リンクと足平 24R, 24 Lを連結する足首関節 26 R, 26 Lを有する脚部 12 R, 1 2Lを備え、前記脚部を駆動して移動する脚式移動ロボット 10において、前記足首関節を前記ロボットの左右軸（足首 Y軸 26RY, 26 LY) 回りに回転させる第 1のモータ（足首 Y軸用電動モータ 42) と、前記足首関節を前記ロボットの前後軸（足首 X軸 26RX, 26 LX) 回りに回転させる第 2のモータ（足首 X軸用電動モータ 40) とを備え、前記第 2のモータを前記膝関節と同位置あるいは前記大腿リンクに配置する共に、前記第 1のモータを、前記大腿リンクにおいて、前記第 2のモータより前記膝関節から離間した位置（腰関節 18R， 1 8 L側）に配置するように構成した。

尚、上記において、脚式移動ロボットとして 2本の脚部を備えた 2足歩行ロボットを例にとって説明したが、 1本あるいは 3本以上の脚部を備えた脚式移動口ボットでも良い。

また、足首 Y軸用電動モータ 42と足首 X軸用電動モータ 40を共に大 ]3退リンク 16R, 16 Lに配置するようにしたが、膝関節 22R， 22 Yと同位置に配置するようにしても良い。

また、第 2の足首 Y軸用べ < /レト 56とロッド機構 60のうち、第 2の足首 Y軸用ベルト 56のみを下腿リンク 20R， 20 Lの内部に配置するようにしたが、それら両方、あるいはロッド機構 60のみを下腿リンク 20 R, 20Lの内部に配置するようにしても良い。 ,

O 2004/087381

23 また、第 iのクランクの一端 6 2 aと中点 6 2 cと他端 6 2 bのなす角度、および第 2のクランクの一端 6 4 aと中点 6 4 cと他端 6 4 bのなす角度を、それぞれ 1 8 0度に設定するように構成したが、必ずしも厳密に 1 8 0度である必要はなく、略 1 8 0度であれば、所望の効果を十分に得ることができる。

さらに、第 1のクランクの一端 6 2 aと中点 6 2 cと他端 6 2 bのなす角度、およぴ第 2のクランクの一端 6 4 aと中点 6 4 cと他端 6 4 bのなす角度は、上記で記載した角度に限定されるものではなく、ロボット 1 0の歩容ゃ移動環境に応じて適宜設定すべきであるのは言うまでもない。

また、角度変更機構 9 2， 9 4も上記した構成に限られるものではなく、第 1 のアームと第 2のアームの角度を任意に変更して固定できるものであれば、いかなる構成でも構わない。

また、使用するモータも電動モータに限られるものではなく、油圧モータなどであっても良い。産業上の利用可能性

この発明によれば、脚式移動ロボットにおいて、ロボットの足首関節を左右軸回りに回転させるモータを膝関節と同位置ある 1/、は大腿リンクに配置すると共に、前記モータの出力を減速する減速機を下腿リンクに配置するようにしたので、脚部の末端側の重量を軽量ィヒすることができ、よってロボットの移動時に脚部に発生する慣性力を低減できる。

Claims

O 2004/087381 24 請求の範囲

1 . 大腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、前記下腿リンクと足平を連結する足首関節を有する脚部を備え、前記脚部を駆動して移動する脚式移動ロボットにおいて、前記足首関節を前記ロボットの左右軸回りに回転させるモータと、前記モータの出力を減速する減速機とを備え、前記モータを前記膝関節と同位置あるいは前記大腿リンクに配置すると共に、前記減速機を前記下腿リンクに配置するように構成したことを特徴とする脚式移動ロボット。

2 . 前記モータを前記大腿リンクに配置すると共に、前記モータの出力を、前記膝関節の軸線と同軸に配置された中間軸を介して前記減速機に伝達するように構成したことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の脚式移動ロボット。

3 . 前記中間軸の回転を前記減速機に伝達する第 1の伝達要素と、前記減速機の出力を前記足首関節の左右軸に伝達する第 2の伝達要素の少なくともいずれかを、前記下腿リンクの内部に配置したことを特徴とする請求の範囲第 2項記載の脚式移動ロボット。

4 . 前記第 2の伝達要素を、前記減速機の出力軸と前記足首関節の左右軸をロッドで連結する口ッド機構から構成したことを特徴とする請求の範囲第 3項記載の脚式移動ロボット。

5 . 前記ロッド機構を、前記減速機の出力軸に中点が固定された第：

と、前記足首関節の左右軸に中点が固定された第 2のクランクと、前記第 1のクランクの一端と前記第 2のクランクの一端に連結された第 1のロッドと、前記第 1のクランクの他端と第 2のクランクの他端に連結された第 2のロッドと力、ら構成したことを特徴とする請求の範囲第 4項記載の脚式移動ロボット。

6 . 前記第 1のロッドと前記第 2のロッドの離間距離を、前記下退リンクの幅より小さ、値に設定したことを特徴とする請求の範囲第 5項記載の脚式移動口ボッ

7 . 前記第 1のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および前記第 2のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、それぞれ略 1 8 0度に設定するように構成したことを特徴とする請求の範囲第 5項記載の脚式移動ロボット。

8 . 前記第 1のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および前記第 2のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、それぞれ略 1 8 0度に設定するように構成したことを特徴とする請求の範囲第 6項記載の脚式移動ロボット。

9 . 前記第 1のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および前記第 2のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、前記ロボットの移動するときの歩容に応じて変更するように構成したことを特徴とする請求の範囲第 5項記載の脚式移動ロボッ卜。

1 0 . 前記第 1のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および前記第 2のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、前記ロボットの移動するときの歩容に応じて変更するように構成したことを特徴とする請求の範囲第 6項記載の脚式移動ボッ卜。

1 1 . 前記第 1のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および前記第 2のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、前記脚部の着床時近傍および離床時近傍に前記足平に作用するトルクに基づいて設定するように構成したことを特徴とする請求の範囲第 9項記載の脚式移動ロボット。

1 2 . 前記第 1のクランクの一端と中点と他端のなす角度、および前記第 2のクランクの一端と中点と他端のなす角度を、前記脚部の着床時近傍および離床時近傍に前記足平に作用するトルクに基づいて設定するように構成したことを特徴とする請求の範囲第 1 0項記載の脚式移動ロボット。

1 3 . 前記第 1のクランクと第 2のクランクに、それぞれ前記一端と中点と他端のなす角度を変更する角度変更機構を設けたことを特徴とする請求の範囲第 9項記載の脚式移動ロボット。

1 4 . 前記第 1のクランクと第 2のクランクに、それぞれ前記一端と中点と他端のなす角度を変更する角度変更機構を設けたことを特徴とする請求の範囲第 1 0 項記載の脚式移動ロボット。

1 5 . 前記第 1のクランクと第 2のクランクに、それぞれ前記一端と中点と他端のなす角度を変更する角度変更機構を設けたことを特徴とする請求の範囲第 1 1 項記載の脚式移動ロボット。

1 6 . 前記第 1のクランクと第 2のクランクに、それぞれ前記一端と中点と他端のなす角度を変更する角度変更機構を設けたことを特徴とする請求の範囲第 1 2 項記載の脚式移動ロボット。

1 7 . 大腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、前記下腿リンクと足平を連結する足首関節を有する脚部を備え、前記脚部を駆動して移動する脚式移動口ボットにおいて、前記足首関節を前記ロボットの左右軸回りに回転させる第 1のモータと、前記足首関節を前記ロボットの前後軸回りに回転させる第 2のモータとを備え、前記第 1のモータおよび前記第 2のモータを前記大腿リンクに配置すると共に、前記第 1のモータの出力を、前記膝関節の軸線と同軸に配置された第 1 の中間軸を介して前記足首関節の左右軸に伝達し、前記第 2のモータの出力を、前記膝関節の軸線と同軸に配置された第 2の中間軸を介して前記足首関節の前後軸に伝達するように構成したことを特徴とする脚式移動ロボット。

1 8 . 大腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、前記下腿リンクと足平を連結する足首関節を有する脚部を備え、前記脚部を駆動して移動する脚式移動口ボットにおいて、前記足首関節を前記ロボットの左右軸回りに回転させる第 1のモータと、前記足首関節を前記ロボットの前後軸回りに回転させる第 2のモータとを備え、前記第 2のモータを前記膝関節と同位置あるいは前記大腿リンクに配置する共に、前記第 1のモータを、前記大腿リンクにおいて、前記第 2のモータより前記膝関節から離間した位置に配置するように構成したことを特徴とする脚式移動ロボット。