人型歩行ロボット用脚
【課題】人型歩行ロボット用脚において、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することにある。
【解決手段】下腿8の上部に配置したモータ13aと直線駆動機構13bとをベルト式伝動機構13dで駆動結合し、下腿8下部に配置したモータ14aと下腿8の左右方向へ延在する中間軸14bとをベベルギヤ組14cで駆動結合し、下腿8に軸線P4周りに揺動可能に支持した関節部材11cに足9を軸線R3周りに揺動可能に支持し、軸線R3上に同軸型減速機14dを配置してその出力要素を足9に結合し、関節部材11cの、軸線P4上から外れた部位と直線駆動機構13bの出力要素13fとをリンク部材13hで連結し、関節部材11cの、軸線P4上の位置に回動可能に支持した中間軸14eと、中間軸14bとをベルト式伝動機構14hで駆動結合し、同軸型減速機14dの入力要素と中間軸14eとをベベルギヤ組14iで駆動結合する。
【解決手段】下腿8の上部に配置したモータ13aと直線駆動機構13bとをベルト式伝動機構13dで駆動結合し、下腿8下部に配置したモータ14aと下腿8の左右方向へ延在する中間軸14bとをベベルギヤ組14cで駆動結合し、下腿8に軸線P4周りに揺動可能に支持した関節部材11cに足9を軸線R3周りに揺動可能に支持し、軸線R3上に同軸型減速機14dを配置してその出力要素を足9に結合し、関節部材11cの、軸線P4上から外れた部位と直線駆動機構13bの出力要素13fとをリンク部材13hで連結し、関節部材11cの、軸線P4上の位置に回動可能に支持した中間軸14eと、中間軸14bとをベルト式伝動機構14hで駆動結合し、同軸型減速機14dの入力要素と中間軸14eとをベベルギヤ組14iで駆動結合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人型歩行ロボットに用いられる脚に関し、特には、人の脚に近いプロポーション（長さに対する太さの比率）を実現する人型歩行ロボット用脚に関するものである。なお、この明細書中、ロボットの「前」および「後」とは、ロボット自身から見て「前」および「後」を意味し、ロボットの「左」および「右」とは、ロボット自身から見て「左」および「右」を意味する。
【背景技術】
【０００２】
人型歩行ロボットとしては従来、例えば特許文献１記載のものが知られており、かかる人型歩行ロボットはその歩行機能を担保するため、脚の足首関節に、足を下腿に対しピッチ軸線およびロール軸線周りにそれぞれ揺動させる二つの駆動機構を具えるとともに、下腿に、それらピッチ軸用とロール軸用との駆動機構をそれぞれ駆動する二台のモータを具えている。
【０００３】
そして、一般に人型歩行ロボットの関節においては、駆動機構が例えば商品名ハーモニックドライブ等の、入出力要素が同一軸線上に位置する同軸型減速機を関節軸線上に有し、その同軸型減速機の入力要素とモータの出力要素との間の動力伝達が、ベルト式伝動機構等の、二軸を平行に配置した平行軸型伝動機構により行われており、上記特許文献１記載の人型歩行ロボットの足首関節でも、上記二つの駆動機構がそれぞれハーモニックドライブを有し、それらのハーモニックドライブと二台のモータとの間の動力伝達がベルト式伝動機構により行われている。
【０００４】
また、人型歩行ロボットの足首関節においては、ロール軸線とピッチ軸線とを足首の中心付近で互いに直交するよう配置するとともに、それらの軸線上でモータから同軸型減速機に回転を入力するのが通常であり、上記特許文献１記載の人型歩行ロボットの脚の足首関節でも、ピッチ軸線上で二台のモータからの回転を入力するとともに、ロール軸用モータからの回転は足首の中心付近に位置する、二軸を交差配置した交差軸型伝動機構としてのベベルギヤ組を介してロール軸線上の回転に変換してロール軸用のハーモニックドライブに伝達している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３２６２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで近年、人型歩行ロボット、特に会場や商品の案内等の、人と対面する仕事に用いられる人型歩行ロボットとして、そのプロポーション（長さに対する太さの比率）が人のプロポーション、特に女性のプロポーションに近いものが求められており、このことは、その人型歩行ロボットの脚のプロポーションに関しても例外ではない。
【０００７】
しかしながら、前述のように人型歩行ロボットの脚の足首関節の二つの駆動機構がそれぞれ同軸型減速機を有し、それらの同軸型減速機と二台のモータとの間の動力伝達をベルト式伝動機構により行うようにすると、ピッチ軸線が水平に延在することから、二台のモータをそれらの軸線が水平に延在するようにそれぞれ横向きにして下腿の上部および下部に配置する必要があり、かかるモータの配置では、歩行機能を担保し得る出力のモータを用いると必然的に、下腿全体が左右に幅広くなって長さに対する太さの割合が大きい太目のプロポーションになり、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することは困難であった。
【０００８】
また、前述のようにピッチ軸線上でロール軸用モータからの回転を入力し、ベベルギヤ組を介してロール軸用同軸型減速機に入力するようにすると、そのロール軸用同軸型減速機が、足首の中心付近に位置するベベルギヤ組で足首の前後方向へ追いやられるため、必然的に足首が前後に幅広くなって長さに対する太さの割合が大きい太目のプロポーションになり、この点でも人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することは困難であった。
【０００９】
それゆえこの発明は、人型歩行ロボット用脚において、長さに対する太さの比率が従来のものより小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は上記課題を有利に解決するものであり、この発明の人型歩行ロボット用脚は、人型歩行ロボットの足を足首関節で下腿に対し、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させるものであって、第１の態様では、前記下腿の上部に第１のモータとねじ式直線駆動機構とをそれらの軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置して、前記第１のモータの出力要素と前記ねじ式直線駆動機構の入力要素とを第１の平行軸型伝動機構により駆動結合し、前記下腿の下部に、第２のモータをその軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置するとともに、第１の中間軸をその軸線が前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線と平行に延在するように回転可能に支持して、前記第２のモータの出力要素と前記第１の中間軸とを第１の交差軸型伝動機構により駆動結合し、前記下腿に関節部材を、前記一方の軸線周りに揺動可能に支持するとともに、その関節部材に前記足を、前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持し、前記他方の軸線上に同軸型減速機を配置してその出力要素を前記足に結合し、前記関節部材の、前記一方の軸線上から外れた部位と前記ねじ式直線駆動機構の出力要素とをリンク部材によって連結し、前記関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第２の中間軸を回転可能に支持するとともに、前記第１の中間軸と前記第２の中間軸とを第２の平行軸型伝動機構により駆動結合し、前記同軸型減速機の入力要素と前記第２の中間軸とを第２の交差軸型伝動機構により駆動結合したことを特徴としている。
【００１１】
またこの発明の人型歩行ロボット用脚は、人型歩行ロボットの足を足首関節で下腿に対し、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させるものであって、第２の態様では、前記下腿の上部に第１のモータと第１の同軸型減速機とをそれらの軸線が互いに平行にかつ前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線と平行に延在するように配置して、前記第１のモータの出力要素と前記第１の同軸型減速機の入力要素とを第１の平行軸型伝動機構により駆動結合し、前記下腿の下部に、第２のモータをその軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置するとともに、第１の中間軸をその軸線が前記一方の軸線と平行に延在するように回転可能に支持して、前記第２のモータの出力要素と前記第１の中間軸とを第１の交差軸型伝動機構により駆動結合し、前記下腿に関節部材を、前記一方の軸線周りに揺動可能に支持するとともに、その関節部材に前記足を、前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持し、前記他方の軸線上に第２の同軸型減速機を配置してその出力要素を前記足に結合し、前記関節部材の、前記一方の軸線上から外れた部位と前記第１の同軸型減速機の出力要素に設けたアームとをリンク部材によって連結し、前記関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第２の中間軸を回転可能に支持するとともに、前記関節部材の、前記一方の軸線上から前記第２の同軸型減速機の側と反対の側へ外れた位置に前記第２の中間軸と平行に第３の中間軸を回転可能に支持して、それら第２の中間軸と第３の中間軸とを第２の平行軸型伝動機構により駆動結合し、前記第１の中間軸と前記第２の中間軸とを第３の平行軸型伝動機構により駆動結合するとともに、前記第２の同軸型減速機の入力要素と前記第３の中間軸とを第２の交差軸型伝動機構により駆動結合したことを特徴としている。
【００１２】
そしてこの発明の人型歩行ロボット用脚は、人型歩行ロボットの足を足首関節で下腿に対し、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させるものであって、前記第１の態様の下腿の部分と前記第２の態様の足首関節の部分とを組み合わせた第３の態様では、前記下腿の上部に第１のモータとねじ式直線駆動機構とをそれらの軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置して、前記第１のモータの出力要素と前記ねじ式直線駆動機構の入力要素とを第１の平行軸型伝動機構により駆動結合し、前記下腿の下部に、第２のモータをその軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置するとともに、第１の中間軸をその軸線が前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線と平行に延在するように回転可能に支持して、前記第２のモータの出力要素と前記第１の中間軸とを第１の交差軸型伝動機構により駆動結合し、前記下腿に関節部材を、前記一方の軸線周りに揺動可能に支持するとともに、その関節部材に前記足を、前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持し、前記他方の軸線上に同軸型減速機を配置してその出力要素を前記足に結合し、前記関節部材の、前記一方の軸線上から外れた部位と前記ねじ式直線駆動機構の出力要素とをリンク部材によって連結し、前記関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第２の中間軸を回転可能に支持するとともに、前記関節部材の、前記一方の軸線上から前記同軸型減速機の側と反対の側へ外れた位置に前記第２の中間軸と平行に第３の中間軸を回転可能に支持して、それら第２の中間軸と第３の中間軸とを第２の平行軸型伝動機構により駆動結合し、前記第１の中間軸と前記第２の中間軸とを第３の平行軸型伝動機構により駆動結合するとともに、前記同軸型減速機の入力要素と前記第３の中間軸とを第２の交差軸型伝動機構により駆動結合したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
上述したこの発明の人型歩行ロボット用脚の第１の態様にあっては、下腿の上部に配置された第１のモータの出力要素が、同じく下腿の上部に配置されたねじ式直線駆動機構の入力要素を第１の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それによりねじ式直線駆動機構の出力要素が進退駆動されて、下腿に足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線周りに揺動可能に支持された関節部材の前記一方の軸線上から外れた部位をリンク部材を介して押し引きして、前記関節部材を前記一方の軸線周りに揺動させ、これにより、その関節部材に足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持された足を前記一方の軸線周りに揺動させる。また、下腿の下部に配置された第２のモータの出力要素が、同じく下腿の下部に回転可能に支持された第１の中間軸を第１の交差軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第１の中間軸が、関節部材の前記一方の軸線上の位置に回転可能に支持された第２の中間軸を第２の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第２の中間軸が、前記他方の軸線上に配置されて出力要素を前記足に結合された同軸型減速機の入力要素を第２の交差軸型伝動機構を介して回転駆動し、前記足を前記他方の軸線周りに揺動させる。
【００１４】
さらにこの第１の態様にあっては、下腿の上部に第１のモータとねじ式直線駆動機構とが、それらの軸線が下腿の長手方向に沿って延在するように配置されており、しかもそのねじ式直線駆動機構の出力要素が、下腿の長手方向と直交する方向へ突出しないので、第１のモータを横向きに配置した場合より下腿の上部が細く構成され、また、下腿の下部に第２のモータが、その軸線が下腿の長手方向に沿って延在するように配置されていて、その第２のモータの出力要素が、これも下腿の下部に配置された第１の中間軸に第１の交差軸型伝動機構により駆動結合されているので、第２のモータを横向きに配置した場合より下腿の下部も細く構成される。
【００１５】
従って、この発明の人型歩行ロボット用脚の第１の態様によれば、足を足首関節で、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させることができるとともに、下腿の上部から下部に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。
【００１６】
また、上述したこの発明の人型歩行ロボット用脚の第２の態様にあっては、下腿の上部に配置された第１のモータの出力要素が、同じく下腿の上部に配置された第１の同軸型減速機の入力要素を第１の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それにより第１の同軸型減速機の出力要素に設けられたアームが揺動されて、下腿に足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線周りに揺動可能に支持された関節部材の前記一方の軸線上から外れた部位をリンク部材を介して押し引きし、その関節部材に足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持された足を前記一方の軸線周りに揺動させる。また、下腿の下部に配置された第２のモータの出力要素が、同じく下腿の下部に回転可能に支持された第１の中間軸を第１の交差軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第１の中間軸が、関節部材の前記一方の軸線上の位置に回転可能に支持された第２の中間軸を第３の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第２の中間軸が、関節部材の前記一方の軸線上から外れた位置に第２の中間軸と平行に支持された第３の中間軸を第２の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第３の中間軸が、前記他方の軸線上に配置されて出力要素を前記足に結合された第２の同軸型減速機の入力要素を第２の交差軸型伝動機構を介して回転駆動し、前記足を前記他方の軸線周りに揺動させる。
【００１７】
さらにこの第２の態様にあっては、下腿の下部に第２のモータが、その軸線が下腿の長手方向に沿って延在するように配置されていて、その第２のモータの出力要素が、これも下腿の下部に配置された第１の中間軸に第１の交差軸型伝動機構により駆動結合されているので、第２のモータを横向きに配置した場合より下腿の下部が細く構成され、また、関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第２の中間軸が配置されるとともに、関節部材の、前記一方の軸線上から第２の同軸型減速機の側と反対の側へ外れた位置に、第２の中間軸から第２の平行軸型伝動機構により伝動される第３の中間軸が配置され、その第３の中間軸が、前記他方の軸線上に配置された第２の同軸型減速機の入力要素に第２の交差軸型伝動機構を介して伝動するので、その第２の交差軸型伝動機構が足首関節の中心付近から第２の同軸型減速機の側と反対の側へ外れ、その分第２の同軸型減速機が足首関節の中心付近へ向けて引っ込むため、第２の交差軸型伝動機構を足首関節の中心付近に配置した場合より足首が細く構成される。
【００１８】
従って、この発明の人型歩行ロボット用脚の第２の態様によれば、足を足首関節で、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させることができるとともに、下腿の下部から足首に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。
【００１９】
そして、上述したこの発明の人型歩行ロボット用脚の第３の態様にあっては、下腿の上部に配置された第１のモータの出力要素が、同じく下腿の上部に配置されたねじ式直線駆動機構の入力要素を第１の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それによりねじ式直線駆動機構の出力要素が進退駆動されて、下腿に足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線周りに揺動可能に支持された関節部材の前記一方の軸線上から外れた部位をリンク部材を介して押し引きし、その関節部材に足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持された足を前記一方の軸線周りに揺動させる。また、下腿の下部に配置された第２のモータの出力要素が、同じく下腿の下部に回転可能に支持された第１の中間軸を第１の交差軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第１の中間軸が、関節部材の前記一方の軸線上の位置に回転可能に支持された第２の中間軸を第３の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第２の中間軸が、関節部材の前記一方の軸線上から外れた位置に第２の中間軸と平行に支持された第３の中間軸を第２の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第３の中間軸が、前記他方の軸線上に配置されて出力要素を前記足に結合された同軸型減速機の入力要素を第２の交差軸型伝動機構を介して回転駆動し、前記足を前記他方の軸線周りに揺動させる。
【００２０】
さらにこの第３の態様にあっては、下腿の上部に第１のモータとねじ式直線駆動機構とが、それらの軸線が下腿の長手方向に沿って延在するように配置されており、しかもそのねじ式直線駆動機構の出力要素が、下腿の長手方向と直交する方向へ突出しないので、第１のモータを横向きに配置した場合より下腿の上部が細く構成され、また、下腿の下部に第２のモータが、その軸線が下腿の長手方向に沿って延在するように配置されていて、その第２のモータの出力要素が、これも下腿の下部に配置された第１の中間軸に第１の交差軸型伝動機構により駆動結合されているので、第２のモータを横向きに配置した場合より下腿の下部も細く構成され、加えて、関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第２の中間軸が配置されるとともに、関節部材の、前記一方の軸線上から同軸型減速機の側と反対の側へ外れた位置に、第２の中間軸から第２の平行軸型伝動機構により伝動される第３の中間軸が配置され、その第３の中間軸が、前記他方の軸線上に配置された同軸型減速機の入力要素に第２の交差軸型伝動機構を介して伝動するので、その第２の交差軸型伝動機構が足首関節の中心付近から同軸型減速機の側と反対の側へ外れ、その分同軸型減速機が足首関節の中心付近へ向けて引っ込むため、第２の交差軸型伝動機構を足首関節の中心付近に配置した場合より足首が細く構成される。
【００２１】
従って、この発明の人型歩行ロボット用脚の第３の態様によれば、足を足首関節で、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させることができるとともに、下腿の上部から足首に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。
【００２２】
なお、この発明の人型歩行ロボット用脚においては、前記下腿のフレームが、前記ねじ式直線駆動機構のねじ軸を回転可能に支持するとともに、そのねじ軸に螺合するナットの供回りを阻止しつつそのナットの移動を案内するものであっても良い。このようにすれば、下腿のフレームがねじ式直線駆動機構のフレームを兼ねるので、下腿の上部をよりスリムに構成することができる。
【００２３】
また、この発明の人型歩行ロボット用脚においては、前記一方の軸線がピッチ軸線であり、前記他方の軸線がロール軸線であっても良い。このようにすれば、ねじ式直線駆動機構の出力要素と関節部材とを連結するリンク部材が、足首関節のピッチ軸を駆動するために下肢の前側または後ろ側に位置するので、横断面形状が前後方向に細長い人の脚、特に女性の脚に近いプロポーションを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人型歩行ロボット用脚の第３の態様に基づき実現した、この発明の第１実施例の脚を具える人型歩行ロボットの下半身を示す平面図、底面図、正面図および側面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、上記人型歩行ロボットの下半身を示す背面図および斜視図である。
【図３】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人型歩行ロボットの下半身が具える上記第１実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す正面図、側面図および背面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記第１実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す、図３中のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線にそれぞれ沿う断面図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、上記第１実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す斜視図および透視図である。
【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人型歩行ロボット用脚の第１の態様に基づき実現した、この発明の第２実施例の脚を具える人型歩行ロボットの下半身を示す平面図、底面図、正面図および側面図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、上記人型歩行ロボットの下半身を示す背面図および斜視図である。
【図８】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人型歩行ロボットの下半身が具える上記第２実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す正面図、側面図および背面図である。
【図９】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記第２実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す、図８中のＤ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線およびＦ−Ｆ線にそれぞれ沿う断面図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、上記第２実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す斜視図および透視図である。
【図１１】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人型歩行ロボット用脚の第２の態様に基づき実現した、この発明の第３実施例の脚を具える人型歩行ロボットの下半身を示す平面図、底面図、正面図および側面図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、上記人型歩行ロボットの下半身を示す背面図および斜視図である。
【図１３】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人型歩行ロボットの下半身が具える上記第３実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す正面図、側面図および背面図である。
【図１４】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記第３実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す、図１３中のＧ−Ｇ線、Ｈ−Ｈ線およびＩ−Ｉ線にそれぞれ沿う断面図である。
【図１５】（ａ）および（ｂ）は、上記第３実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す斜視図および透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づく実施例によって詳細に説明する。ここに、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人型歩行ロボット用脚の第１の態様の下腿の部分と第２の態様の足首関節の部分とを組み合わせた第３の態様に基づき実現した、この発明の第１実施例の脚を具える人型歩行ロボットの下半身を示す平面図、底面図、正面図および側面図、また図２（ａ）および（ｂ）は、上記人型歩行ロボットの下半身を示す背面図および斜視図である。
【００２６】
この人型歩行ロボットは、顔および体型が人の女性に似ている女性型のものであり、身長１５８ｃｍ、バッテリ込み体重４３ｋｇで、日本人青年女性の平均的体型に極めて近いプロポーション（長さに対する太さの比率）を有している。そしてこの人型歩行ロボットの腰から下の部分である下半身は、図示しない上半身すなわち胸と頭と左右の腕とに胸を介して繋がる腰関節１と、その腰関節１を支持する腰フレーム２と、腰フレーム２の左右側部に設けられた二つの股関節４と、それらの股関節４を介して腰フレーム２にそれぞれ連結された二本の脚５とを具えており、それらの脚５が各々上記第１実施例の脚を構成している。
【００２７】
ここで、腰関節１と二つの股関節４とは、互いに同一の関節ユニット６を用いてそれぞれ構成されており、この関節ユニット６は、上部ベース６ａと、その上部ベース６ａの下面にそれぞれ結合された前ブラケット６ｂおよび後ブラケット６ｃと、それら前後ブラケット６ｂ，６ｃをこの人型歩行ロボットの前後方向へ延在する腰ロール軸線Ｒ１または股ロール軸線Ｒ２周りに回動可能に支持する十字状の連結部材６ｄと、その連結部材６ｄをこの人型歩行ロボットの左右方向へ延在する腰ピッチ軸線Ｐ１または股ピッチ軸線Ｐ２周りに回動可能に支持する左ブラケット６ｅおよび右ブラケット６ｆと、上部ベース６ａと連結部材６ｄとの間にこの人型歩行ロボットの前後方向へ軸線が延在する向きで配置されて前後ブラケット６ｂ，６ｃで支持されたロール軸用モータ６ｇと、後ブラケット６ｃに設けられて入力要素を平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構によりロール軸用モータ６ｇの出力軸に駆動結合されるとともに出力要素を連結部材６ｄに結合された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ６ｈと、その連結部材６ｄ内にこの人型歩行ロボットの左右方向へ軸線が延在する向きで配置された図示しないピッチ軸用モータと、左ブラケット６ｅに設けられて入力要素をそのピッチ軸用モータの出力軸に結合されるとともに出力要素を連結部材６ｄに結合された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ６ｉとを有している。
【００２８】
さらに、腰関節１を構成する関節ユニット６の上部ベース６ａは、図示しない上半身の胸の下端部をこの人型歩行ロボットの上下方向へ延在する腰ヨー軸線Ｙ１周りに回動可能に支持するとともに、その胸の下部の腰ヨー軸線Ｙ１上の位置に配置された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブの出力要素に結合され、そのハーモニックドライブの入力要素は、胸の下部に設けられた腰ヨー軸用モータの出力軸に平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構により駆動結合されており、また腰関節１を構成する関節ユニット６の左右ブラケット６ｅ，６ｆは、腰フレーム２の上面に結合されている。これにより腰関節１は、腰ヨー軸用モータと関節ユニット６のロール軸用モータおよびピッチ軸用モータとの作動により、腰フレーム２に対し上半身を、腰ヨー軸線Ｙ１周り、腰ロール軸線Ｒ１周りおよび腰ピッチ軸線Ｐ１周りに三自由度で回動させることができる。
【００２９】
一方、各股関節４を構成する関節ユニット６の上部ベース６ａは、腰フレーム２の下端部をこの人型歩行ロボットの上下方向へ延在する股ヨー軸線Ｙ２周りに回動可能に支持するとともに、その腰フレーム２の下部の股ヨー軸線Ｙ２上の位置に配置された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブの出力要素に結合され、そのハーモニックドライブの入力要素は、腰フレーム２の中央部に設けられた図示しない股ヨー軸用モータの出力軸に平行軸型伝動機構としての図示しないベルト式伝動機構により駆動結合されており、また各股関節４を構成する関節ユニット６の左右ブラケット６ｅ，６ｆは、この実施例の脚５の大腿フレーム７の上端面に結合されている。これにより各股関節４は、股ヨー軸用モータと関節ユニット６のロール軸用モータおよびピッチ軸用モータとの作動により、腰フレーム２に対し各脚５を、股ヨー軸線Ｙ２周り、股ロール軸線Ｒ２周りおよび股ピッチ軸線Ｐ２周りに三自由度で回動させることができる。
【００３０】
そして二本の脚５は各々、上記大腿フレーム７に加えて、下腿フレーム８と、足９とを具えるとともに、大腿フレーム７と下腿フレーム８とを連結する膝関節１０と、下腿フレーム８と足９とを連結する足首関節１１と、下腿フレーム８と足首関節１１との間に介挿されたギヤボックス１２とを具えており、これら大腿フレーム７と下腿フレーム８と足９と膝関節１０と足首関節１１とギヤボックス１２との構成は、大腿フレーム７が各々下方に向かって内向きに傾斜して左右対称をなしている点と、足９が各々足首関節１１から内側よりも外側へより大きく広がって左右対称をなしている点とを除けば、二本の脚５で互いに同一とされている。
【００３１】
ここで、大腿フレーム７と下腿フレーム８とは、スリム化および軽量化に加えて内部でのモータ等の配線の引き回しのために各々カバーと組み合わされて概略角筒状に形成されており、膝関節１０は、大腿フレーム７の下端面に結合された左ブラケット１０ａおよび右ブラケット１０ｂと、下腿フレーム８の上端面に結合されてそれら左右ブラケット１０ａ，１０ｂを図示しない中空軸を介しこの人型歩行ロボットの左右方向へ延在する膝ピッチ軸線Ｐ３周りに回動可能に支持するＬ字状の下ブラケット１０ｃと、大腿フレーム７の下端面と下ブラケット１０ｃとの間にこの人型歩行ロボットの左右方向へ軸線が延在する向きで配置されて左右ブラケット１０ａ，１０ｂで支持された膝ピッチ軸用モータ１０ｄと、左ブラケット１０ａに設けられて入力要素を平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構により膝ピッチ軸用モータ１０ｄの出力軸に駆動結合されるとともに出力要素を下ブラケット１０ｃに結合された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ１０ｅとを有している。これにより膝関節１０は、膝ピッチ軸用モータ１０ｄの作動により、大腿フレーム７に対し下腿フレーム８を膝ピッチ軸線Ｐ３周りに一自由度で回動させることができる。
【００３２】
図３（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記第１実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す正面図、側面図および背面図、図４（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記第１実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す、図３中のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線にそれぞれ沿う断面図、そして図５（ａ）および（ｂ）は、上記第１実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す斜視図および透視図である。
【００３３】
これらの図に示すように、この第１実施例の脚５の足首関節１１は、下腿フレーム８の下端面にギヤボックス１２を介してそれぞれ結合された左ブラケット１１ａおよび右ブラケット１１ｂと、それら左右ブラケット１１ａ，１１ｂをこの人型歩行ロボットの左右方向へ延在する足首ピッチ軸線Ｐ４周りに回動可能に支持する、関節部材としての、概略球殻状の上半部と概略筒状の下半部とを持つ連結部材１１ｃと、その連結部材１１ｃをこの人型歩行ロボットの前後方向へ延在する足首ロール軸線Ｒ３周りに回動可能に支持する前ブラケット１１ｄおよび後ブラケット１１ｅと、足首ピッチ軸線Ｐ４と足首ロール軸線Ｒ３との交点を通ってそれらと直交する足９の支持中心軸線Ｃ１の周囲に周方向に等間隔に配置された三本の弾性ブッシュ１１ｆと、それらの弾性ブッシュ１１ｆを介して足９に弾性支持されるとともに力センサ１１ｇを介して前後ブラケット１１ｄ，１１ｅに結合された足首基台１１ｈとを有している。
【００３４】
加えてこの第１実施例の脚５の足首関節１１は、足首ピッチ軸駆動系１３と足首ロール軸駆動系１４とを有し、足首ピッチ軸駆動系１３は、下腿フレーム８の上部内に、その下腿フレーム８の長手方向に沿ってそれぞれ軸線が延在するように前後に並べて配置された第１のモータとしての足首ピッチ軸用モータ１３ａおよびねじ式直線駆動機構１３ｂを有するとともに、その足首ピッチ軸用モータ１３ａの出力要素としての出力軸と、ねじ式直線駆動機構１３ｂの入力要素としてのねじ軸１３ｃとを駆動結合する第１の平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構１３ｄを有している。また足首ロール軸駆動系１４は、下腿フレーム８の下部内に、その下腿フレーム８の長手方向に沿って軸線が延在するように配置された第２のモータとしての足首ロール軸用モータ１４ａを有するとともに、下腿フレーム８の下端面に固定されたギヤボックス１２の側部に、軸線が足首ピッチ軸線Ｐ４と平行に延在するようにそのギヤボックス１２を貫通して回転可能に支持された第１の中間軸１４ｂを有し、さらにギヤボックス１２内に、足首ロール軸用モータ１４ａの出力要素としての出力軸と第１の中間軸１４ｂとを駆動結合する第１の交差軸型伝動機構としてのベベルギヤ組１４ｃを有している。
【００３５】
ここで、ねじ式直線駆動機構１３ｂは、ねじ軸１３ｃに螺合するボール循環式ナット１３ｅと、そのボール循環式ナット１３ｅを基端部に固定されて下腿フレーム８の長手方向に沿って延在するとともに、その延在方向へ進退移動可能にガイドスリーブを介して下腿フレーム８に支持された出力要素としての中空の駆動ロッド１３ｆと、ボール循環式ナット１３ｅとともに駆動ロッド１３ｆの基端部に固定されて、下腿フレーム８の長手方向へ延在する下腿フレーム８の内面と摺接し、ねじ軸１３ｃに対するボール循環式ナット１３ｅの供回りを阻止する概略矩形の摺動部材１３ｇとを有し、そのねじ軸１３ｃの回転により駆動ロッド１３ｆを進退移動させる。
【００３６】
さらに足首ピッチ軸駆動系１３は、ギヤボックス１２の後方に、連結部材１１ｃの、足首ピッチ軸線Ｐ４上から後方へ外れた部位をねじ式直線駆動機構１３ｂの駆動ロッド１３ｆの先端部に連結するリンク部材としての連結ロッド１３ｈを有し、また足首ロール駆動系１４は、足首ロール軸線Ｒ３上で連結部材１１ｃの前部に配置されるとともに出力要素を前ブラケット１１ｄに結合された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ１４ｄと、連結部材１１ｃの足首ピッチ軸線Ｐ４上の位置とその足首ピッチ軸線Ｐ４上からハーモニックドライブ１４ｄ側と反対の側である後方へ外れた位置とにそれぞれ回転可能にかつ互いに平行に支持された第２の中間軸１４ｅおよび第３の中間軸１４ｆと、それら第２の中間軸１４ｅと第３の中間軸１４ｆとを駆動結合する第２の平行軸型伝動機構としてのスパーギヤ組１４ｇと、上記第１の中間軸１４ｂと第２の中間軸１４ｅとを駆動結合する第３の平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構１４ｈと、ハーモニックドライブ１４ｄの入力要素と第３の中間軸１４ｆとを駆動結合する第２の交差軸型伝動機構としてのベベルギヤ組１４ｉとを有している。
【００３７】
上述したこの第１実施例の脚５にあっては、下腿フレーム８の上部に配置された足首ピッチ軸用モータ１３ａの出力軸が、同じく下腿フレーム８の上部に配置されたねじ式直線駆動機構１３ｂのねじ軸１３ｃを、ベルト式伝動機構１３ｄを介して駆動し、それによりねじ式直線駆動機構１３ｂの駆動ロッド１３ｆが進退駆動されて、下腿フレーム８に足首関節１１の足首ピッチ軸線Ｐ４周りに揺動可能に支持された連結部材１１ｃの足首ピッチ軸線Ｐ４上から外れた部位を、連結ロッド１３ｈを介して押し引きし、その連結部材１１ｃに足首関節１１の足首ロール軸線Ｒ３周りに揺動可能に支持された足９を足首ピッチ軸線Ｐ４周りに揺動させる。
【００３８】
また、下腿フレーム８の下部に配置された足首ロール軸用モータ１４ａの出力軸が、下腿フレーム８の下端に固定されたギヤボックス１２に回転可能に支持された第１の中間軸１４ｂを、ベベルギヤ組１４ｃを介して駆動し、それにより回転駆動された第１の中間軸１４ｂが、連結部材１１ｃの足首ピッチ軸線Ｐ４上の位置に回転可能に支持された第２の中間軸１４ｅを、ベルト式伝動機構１４ｈを介して駆動し、それにより回転駆動された第２の中間軸１４ｅが、連結部材１１ｃの足首ピッチ軸線Ｐ４上から外れた位置に第２の中間軸１４ｅと平行に支持された第３の中間軸１４ｆを、スパーギヤ組１４ｇを介して駆動し、それにより回転駆動された第３の中間軸１４ｆが、足首ロール軸線Ｒ３上に配置されて出力要素を足９に結合されたハーモニックドライブ１４ｄの入力要素を、ベベルギヤ組１４ｉを介して回転駆動し、足９を足首ロール軸線Ｒ３周りに揺動させる。
【００３９】
さらにこの第１実施例の脚５にあっては、下腿フレーム８の上部に足首ピッチ軸用モータ１３ａとねじ式直線駆動機構１３ｂとが、それらの軸線が下腿フレーム８の長手方向に沿って延在するように配置されており、しかもそのねじ式直線駆動機構１３ｂの出力要素である駆動ロッド１３ｆが、下腿フレーム８の長手方向と直交する方向へ突出しないので、足首ピッチ軸用モータ１３ａを横向きに配置した場合より下腿の上部が細く構成され、また、下腿フレーム８の下部に足首ロール軸用モータ１４ａが、その軸線が下腿フレーム８の長手方向に沿って延在するように配置されていて、その足首ロール軸用モータ１４ａの出力軸が、下腿フレーム８の下端に固定されたギヤボックス１２に配置された第１の中間軸１４ｂにベベルギヤ組１４ｃにより駆動結合されているので、足首ロール軸用モータ１４ａを横向きに配置した場合より下腿の下部も細く構成される。
【００４０】
加えてこの第１実施例の脚５にあっては、連結部材１１ｃの、足首ピッチ軸線Ｐ４上の位置に第２の中間軸１４ｃが配置されるとともに、連結部材１１ｃの、足首ピッチ軸線Ｐ４上から後方へ外れた位置に、第２の中間軸１４ｃからスパーギヤ組１４ｇにより伝動される第３の中間軸１４ｆが配置され、その第３の中間軸１４ｆが、足首ロール軸線Ｒ３上に配置されたハーモニックドライブ１４ｄの入力要素にベベルギヤ組１４ｉを介して伝動するので、そのベベルギヤ組１４ｉが足首関節１１の中心付近から後方へ外れ、その分ハーモニックドライブ１４ｄが足首関節１１の中心付近へ向けて引っ込むため、ベベルギヤ組１４ｉを足首関節１１の中心付近に配置した場合より足首が細く構成される。
【００４１】
従って、この第１実施例の脚５を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、腰関節１で腰フレーム２に対し図示しない上半身を、腰ヨー軸線Ｙ１周り、腰ロール軸線Ｒ１周りおよび腰ピッチ軸線Ｐ１周りに三自由度で回動させることができ、また股関節４で腰フレーム２に対し二本の脚５をそれぞれ、股ヨー軸線Ｙ２周り、股ロール軸線Ｒ２周りおよび股ピッチ軸線Ｐ２周りに三自由度で回動させることができ、さらに膝関節１０で大腿フレーム７に対し下腿フレーム８を、膝ピッチ軸線Ｐ３周りに一自由度で回動させることができ、そして足首関節１１で下腿フレーム８に対し足９を、足首ピッチ軸線Ｐ４および足首ロール軸線Ｒ３周りに二自由度で揺動させることができるので、人型歩行ロボットの自然な歩行動作を実現することができ、しかも脚５の大腿から足首に亘り、特に上述した下腿の上下部および足首の細い構成により下腿の上部から足首に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。
【００４２】
さらに、この第１実施例の脚５を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、下腿フレーム８が、ねじ式直線駆動機構１３ｂのねじ軸１３ｃを回転可能に支持するとともに、そのねじ軸１３ｃに螺合するボール循環式ナット１３ｅの供回りを阻止しつつボール循環式ナット１３ｅの移動をガイドスリーブを介して案内することから、下腿フレーム８がねじ式直線駆動機構１３ｂのフレームを兼ねるので、下腿の上部をよりスリムに構成することができる。
【００４３】
加えて、この第１実施例の脚５を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、下腿フレーム８を連結部材１１ｃで足首ピッチ軸線Ｐ４周りに揺動可能に支持するとともに、その連結部材１１ｃを足９で足首ロール軸線Ｒ３周りに揺動可能に支持することから、ねじ式直線駆動機構１３ｂの駆動ロッド１３ｆおよび、その駆動ロッド１３ｆと連結部材１１ｃとを連結する連結ロッド１３ｈが、足首関節１１のピッチ軸を駆動するために下腿の後側に位置するので、横断面形状が前後方向に細長い人の脚、特に女性の脚に近いプロポーションを実現することができる。
【００４４】
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人型歩行ロボット用脚の第１の態様に基づき実現した、この発明の第２実施例の脚を具える人型歩行ロボットの下半身を示す平面図、底面図、正面図および側面図、また図７（ａ）および（ｂ）は、上記人型歩行ロボットの下半身を示す背面図および斜視図であり、図中、先の実施例におけると同様の部分はそれと同一の符号にて示す。
【００４５】
この人型歩行ロボットも、先の第１実施例の脚５を具えるものと同様に、女性型のものであり、身長１５８ｃｍ、バッテリ込み体重４３ｋｇで、日本人青年女性の平均的体型に極めて近いプロポーション（長さに対する太さの比率）を有している。そしてこの人型歩行ロボットの腰から下の部分である下半身は、図示しない上半身すなわち胸と頭と左右の腕とに胸を介して繋がる腰関節１と、その腰関節１を支持する腰フレーム２と、腰フレーム２の左右側部に設けられた二つの股関節４と、それらの股関節４を介して腰フレーム２にそれぞれ連結された二本の脚５とを具えており、それらの脚５が各々上記第２実施例の脚を構成している。
【００４６】
ここで、腰関節１と二つの股関節４とは、互いに同一の関節ユニット６を用いてそれぞれ構成されており、この関節ユニット６は先の第１実施例におけると同様の構成を有しているので、ここでは詳細な説明を省略する。これにより腰関節１は、腰ヨー軸用モータと関節ユニット６のロール軸用モータおよびピッチ軸用モータとの作動により、腰フレーム２に対し上半身を、腰ヨー軸線Ｙ１周り、腰ロール軸線Ｒ１周りおよび腰ピッチ軸線Ｐ１周りに三自由度で回動させることができ、また各股関節４は、股ヨー軸用モータと関節ユニット６のロール軸用モータおよびピッチ軸用モータとの作動により、腰フレーム２に対し各脚５を、股ヨー軸線Ｙ２周り、股ロール軸線Ｒ２周りおよび股ピッチ軸線Ｐ２周りに三自由度で回動させることができる。
【００４７】
そして二本の脚５も各々、先の第１実施例におけると同様、大腿フレーム７と、下腿フレーム８と、足９とを具えるとともに、大腿フレーム７と下腿フレーム８とを連結する膝関節１０と、下腿フレーム８と足９とを連結する足首関節１１と、下腿フレーム８と足首関節１１との間に介挿されたギヤボックス１２とを具えており、これら大腿フレーム７と下腿フレーム８と足９と膝関節１０と足首関節１１とギヤボックス１２との構成は、大腿フレーム７が各々下方に向かって内向きに傾斜して左右対称をなしている点と、足９が各々足首関節１１から内側よりも外側へより大きく広がって左右対称をなしている点とを除けば、二本の脚５で互いに同一とされている。
【００４８】
ここで、大腿フレーム７と下腿フレーム８とは、スリム化および軽量化に加えて内部でのモータ等の配線の引き回しのために各々カバーと組み合わされて概略角筒状に形成されており、膝関節１０は、大腿フレーム７の下端面に結合された左ブラケット１０ａおよび右ブラケット１０ｂと、下腿フレーム８の上端面に結合されてそれら左右ブラケット１０ａ，１０ｂを図示しない中空軸を介しこの人型歩行ロボットの左右方向へ延在する膝ピッチ軸線Ｐ３周りに回動可能に支持するＬ字状の下ブラケット１０ｃと、大腿フレーム７の下端面と下ブラケット１０ｃとの間にこの人型歩行ロボットの左右方向へ軸線が延在する向きで配置されて左右ブラケット１０ａ，１０ｂで支持された膝ピッチ軸用モータ１０ｄと、左ブラケット１０ａに設けられて入力要素を平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構により膝ピッチ軸用モータ１０ｄの出力軸に駆動結合されるとともに出力要素を下ブラケット１０ｃに結合された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ１０ｅとを有している。これにより膝関節１０は、膝ピッチ軸用モータ１０ｄの作動により、大腿フレーム７に対し下腿フレーム８を膝ピッチ軸線Ｐ３周りに一自由度で回動させることができる。
【００４９】
図８（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記第２実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す正面図、側面図および背面図、図９（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記第２実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す、図８中のＤ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線およびＦ−Ｆ線にそれぞれ沿う断面図、そして図１０（ａ）および（ｂ）は、上記第２実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す斜視図および透視図である。
【００５０】
これらの図に示すように、この第２実施例の脚５の足首関節１１も、下腿フレーム８の下端面にギヤボックス１２を介してそれぞれ結合された左ブラケット１１ａおよび右ブラケット１１ｂと、それら左右ブラケット１１ａ，１１ｂをこの人型歩行ロボットの左右方向へ延在する足首ピッチ軸線Ｐ４周りに回動可能に支持する、関節部材としての、概略球殻状の上半部と概略筒状の下半部とを持つ連結部材１１ｃと、その連結部材１１ｃをこの人型歩行ロボットの前後方向へ延在する足首ロール軸線Ｒ３周りに回動可能に支持する前ブラケット１１ｄおよび後ブラケット１１ｅと、足首ピッチ軸線Ｐ４と足首ロール軸線Ｒ３との交点を通ってそれらと直交する足９の支持中心軸線Ｃ１の周囲に周方向に等間隔に配置された三本の弾性ブッシュ１１ｆと、それらの弾性ブッシュ１１ｆを介して足９に弾性支持されるとともに力センサ１１ｇを介して前後ブラケット１１ｄ，１１ｅに結合された足首基台１１ｈとを有している。
【００５１】
加えてこの第２実施例の脚５の足首関節１１は、第１実施例におけると同様の足首ピッチ軸駆動系１３と、第１実施例におけると異なる足首ロール軸駆動系１４とを有している。すなわち、足首ピッチ軸駆動系１３は、下腿フレーム８の上部内に、その下腿フレーム８の長手方向に沿ってそれぞれ軸線が延在するように前後に並べて配置された第１のモータとしての足首ピッチ軸用モータ１３ａおよびねじ式直線駆動機構１３ｂを有するとともに、その足首ピッチ軸用モータ１３ａの出力要素としての出力軸と、ねじ式直線駆動機構１３ｂの入力要素としてのねじ軸１３ｃとを駆動結合する第１の平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構１３ｄを有している。また足首ロール軸駆動系１４は、下腿フレーム８の下部内に、その下腿フレーム８の長手方向に沿って軸線が延在するように配置された第２のモータとしての足首ロール軸用モータ１４ａを有するとともに、下腿フレーム８の下端面に固定されたギヤボックス１２の側部に、軸線が足首ピッチ軸線Ｐ４と平行に延在するようにそのギヤボックス１２を貫通して回転可能に支持された第１の中間軸１４ｂを有し、さらにギヤボックス１２内に、足首ロール軸用モータ１４ａの出力要素としての出力軸と第１の中間軸１４ｂとを駆動結合する第１の交差軸型伝動機構としてのベベルギヤ組１４ｃを有している。
【００５２】
ここで、ねじ式直線駆動機構１３ｂは、ねじ軸１３ｃに螺合するボール循環式ナット１３ｅと、そのボール循環式ナット１３ｅを基端部に固定されて下腿フレーム８の長手方向に沿って延在するとともに、その延在方向へ進退移動可能にガイドスリーブを介して下腿フレーム８に支持された出力要素としての中空の駆動ロッド１３ｆと、ボール循環式ナット１３ｅとともに駆動ロッド１３ｆの基端部に固定されて、下腿フレーム８の長手方向へ延在する下腿フレーム８の内面と摺接し、ねじ軸１３ｃに対するボール循環式ナット１３ｅの供回りを阻止する概略矩形の摺動部材１３ｇとを有し、そのねじ軸１３ｃの回転により駆動ロッド１３ｆを進退移動させる。
【００５３】
さらに足首ピッチ軸駆動系１３は、ギヤボックス１２の後方に、連結部材１１ｃの、足首ピッチ軸線Ｐ４上から後方へ外れた部位をねじ式直線駆動機構１３ｂの駆動ロッド１３ｆの先端部に連結するリンク部材としての連結ロッド１３ｈを有し、その一方足首ロール駆動系１４は、足首ロール軸線Ｒ３上で連結部材１１ｃの前部に第１実施例におけるよりも足首中心から前方へ離間して配置されるとともに出力要素を前ブラケット１１ｄに結合された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ１４ｄと、連結部材１１ｃの足首ピッチ軸線Ｐ４上の位置に回転可能に支持された第２の中間軸１４ｅと、上記第１の中間軸１４ｂと第２の中間軸１４ｅとを駆動結合する第２の平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構１４ｈと、ハーモニックドライブ１４ｄの入力要素と第２の中間軸１４ｅとを駆動結合する第２の交差軸型伝動機構としてのベベルギヤ組１４ｉとを有している。
【００５４】
上述したこの第２実施例の脚５にあっては、下腿フレーム８の上部に配置された足首ピッチ軸用モータ１３ａの出力軸が、同じく下腿フレーム８の上部に配置されたねじ式直線駆動機構１３ｂのねじ軸１３ｃを、ベルト式伝動機構１３ｄを介して駆動し、それによりねじ式直線駆動機構１３ｂの駆動ロッド１３ｆが進退駆動されて、下腿フレーム８に足首関節１１の足首ピッチ軸線Ｐ４周りに揺動可能に支持された連結部材１１ｃの足首ピッチ軸線Ｐ４上から外れた部位を、連結ロッド１３ｈを介して押し引きし、その連結部材１１ｃに足首関節１１の足首ロール軸線Ｒ３周りに揺動可能に支持された足９を足首ピッチ軸線Ｐ４周りに揺動させる。
【００５５】
また、下腿フレーム８の下部に配置された足首ロール軸用モータ１４ａの出力軸が、下腿フレーム８の下端に固定されたギヤボックス１２に回転可能に支持された第１の中間軸１４ｂを、ベベルギヤ組１４ｃを介して駆動し、それにより回転駆動された第１の中間軸１４ｂが、連結部材１１ｃの足首ピッチ軸線Ｐ４上の位置に回転可能に支持された第２の中間軸１４ｅを、ベルト式伝動機構１４ｈを介して駆動し、それにより回転駆動された第２の中間軸１４ｅが、足首ロール軸線Ｒ３上に配置されて出力要素を足９に結合されたハーモニックドライブ１４ｄの入力要素を、ベベルギヤ組１４ｉを介して回転駆動し、足９を足首ロール軸線Ｒ３周りに揺動させる。
【００５６】
さらにこの第２実施例の脚５にあっては、下腿フレーム８の上部に足首ピッチ軸用モータ１３ａとねじ式直線駆動機構１３ｂとが、それらの軸線が下腿フレーム８の長手方向に沿って延在するように配置されており、しかもそのねじ式直線駆動機構１３ｂの出力要素である駆動ロッド１３ｆが、下腿フレーム８の長手方向と直交する方向へ突出しないので、足首ピッチ軸用モータ１３ａを横向きに配置した場合より下腿の上部が細く構成され、また、下腿フレーム８の下部に足首ロール軸用モータ１４ａが、その軸線が下腿フレーム８の長手方向に沿って延在するように配置されていて、その足首ロール軸用モータ１４ａの出力軸が、下腿フレーム８の下端に固定されたギヤボックス１２に配置された第１の中間軸１４ｂにベベルギヤ組１４ｃにより駆動結合されているので、足首ロール軸用モータ１４ａを横向きに配置した場合より下腿の下部も細く構成される。
【００５７】
従って、この第２実施例の脚５を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、腰関節１で腰フレーム２に対し図示しない上半身を、腰ヨー軸線Ｙ１周り、腰ロール軸線Ｒ１周りおよび腰ピッチ軸線Ｐ１周りに三自由度で回動させることができ、また股関節４で腰フレーム２に対し二本の脚５をそれぞれ、股ヨー軸線Ｙ２周り、股ロール軸線Ｒ２周りおよび股ピッチ軸線Ｐ２周りに三自由度で回動させることができ、さらに膝関節１０で大腿フレーム７に対し下腿フレーム８を、膝ピッチ軸線Ｐ３周りに一自由度で回動させることができ、そして足首関節１１で下腿フレーム８に対し足９を、足首ピッチ軸線Ｐ４および足首ロール軸線Ｒ３周りに二自由度で揺動させることができるので、人型歩行ロボットの自然な歩行動作を実現することができ、しかも脚５の大腿から下腿に亘り、特に上述した下腿の上下部の細い構成により下腿の上部から下部に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。
【００５８】
さらに、この第２実施例の脚５を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、下腿フレーム８が、ねじ式直線駆動機構１３ｂのねじ軸１３ｃを回転可能に支持するとともに、そのねじ軸１３ｃに螺合するボール循環式ナット１３ｅの供回りを阻止しつつボール循環式ナット１３ｅの移動をガイドスリーブを介して案内することから、下腿フレーム８がねじ式直線駆動機構１３ｂのフレームを兼ねるので、下腿の上部をよりスリムに構成することができる。
【００５９】
加えて、この第２実施例の脚５を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、下腿フレーム８を連結部材１１ｃで足首ピッチ軸線Ｐ４周りに揺動可能に支持するとともに、その連結部材１１ｃを足９で足首ロール軸線Ｒ３周りに揺動可能に支持することから、ねじ式直線駆動機構１３ｂの駆動ロッド１３ｆおよび、その駆動ロッド１３ｆと連結部材１１ｃとを連結する連結ロッド１３ｈが、足首関節１１のピッチ軸を駆動するために下腿の後側に位置するので、横断面形状が前後方向に細長い人の脚、特に女性の脚に近いプロポーションを実現することができる。
【００６０】
図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人型歩行ロボット用脚の第２の態様に基づき実現した、この発明の第３実施例の脚を具える人型歩行ロボットの下半身を示す平面図、底面図、正面図および側面図、また図１２（ａ）および（ｂ）は、上記人型歩行ロボットの下半身を示す背面図および斜視図であり、図中、先の実施例におけると同様の部分はそれと同一の符号にて示す。
【００６１】
この人型歩行ロボットも、先の第１実施例の脚５を具えるものと同様に、女性型のものであり、身長１５８ｃｍ、バッテリ込み体重４３ｋｇで、日本人青年女性の平均的体型に極めて近いプロポーション（長さに対する太さの比率）を有している。そしてこの人型歩行ロボットの腰から下の部分である下半身は、図示しない上半身すなわち胸と頭と左右の腕とに胸を介して繋がる腰関節１と、その腰関節１を支持する腰フレーム２と、腰フレーム２の左右側部に設けられた二つの股関節４と、それらの股関節４を介して腰フレーム２にそれぞれ連結された二本の脚５とを具えており、それらの脚５が各々上記第３実施例の脚を構成している。
【００６２】
ここで、腰関節１と二つの股関節４とは、互いに同一の関節ユニット６を用いてそれぞれ構成されており、この関節ユニット６は先の第１実施例におけると同様の構成を有しているので、ここでは詳細な説明を省略する。これにより腰関節１は、腰ヨー軸用モータと関節ユニット６のロール軸用モータおよびピッチ軸用モータとの作動により、腰フレーム２に対し上半身を、腰ヨー軸線Ｙ１周り、腰ロール軸線Ｒ１周りおよび腰ピッチ軸線Ｐ１周りに三自由度で回動させることができ、また各股関節４は、股ヨー軸用モータと関節ユニット６のロール軸用モータおよびピッチ軸用モータとの作動により、腰フレーム２に対し各脚５を、股ヨー軸線Ｙ２周り、股ロール軸線Ｒ２周りおよび股ピッチ軸線Ｐ２周りに三自由度で回動させることができる。
【００６３】
そして二本の脚５も各々、先の第１実施例におけると同様、大腿フレーム７と、下腿フレーム８と、足９とを具えるとともに、大腿フレーム７と下腿フレーム８とを連結する膝関節１０と、下腿フレーム８と足９とを連結する足首関節１１と、下腿フレーム８と足首関節１１との間に介挿されたギヤボックス１２とを具え、さらに先の第1，第２実施例と異なり下腿フレーム８と膝関節１０との間に介挿された連結フレーム１５を具えており、これら大腿フレーム７と下腿フレーム８と足９と膝関節１０と足首関節１１とギヤボックス１２と連結フレーム１５との構成は、大腿フレーム７が各々下方に向かって内向きに傾斜して左右対称をなしている点と、足９が各々足首関節１１から内側よりも外側へより大きく広がって左右対称をなしている点とを除けば、二本の脚５で互いに同一とされている。
【００６４】
ここで、スリム化および軽量化に加えて内部でのモータ等の配線の引き回しのために、大腿フレーム７はカバーと組み合わされて、また下腿フレーム８はそれ自体で、各々概略角筒状に形成され、そして連結フレーム１５は、互いに平行に延在する左側壁部材１５ａおよび右側壁部材１５ｂによって構成されており、膝関節１０は、大腿フレーム７の下端面に結合された左ブラケット１０ａおよび右ブラケット１０ｂと、連結フレーム１５の上端面に結合されてそれら左右ブラケット１０ａ，１０ｂを図示しない中空軸を介しこの人型歩行ロボットの左右方向へ延在する膝ピッチ軸線Ｐ３周りに回動可能に支持するＬ字状の下ブラケット１０ｃと、大腿フレーム７の下端面と下ブラケット１０ｃとの間にこの人型歩行ロボットの左右方向へ軸線が延在する向きで配置されて左右ブラケット１０ａ，１０ｂで支持された膝ピッチ軸用モータ１０ｄと、左ブラケット１０ａに設けられて入力要素を平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構により膝ピッチ軸用モータ１０ｄの出力軸に駆動結合されるとともに出力要素を下ブラケット１０ｃに結合された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ１０ｅとを有している。これにより膝関節１０は、膝ピッチ軸用モータ１０ｄの作動により、大腿フレーム７に対し連結フレーム１５ひいては下腿フレーム８を膝ピッチ軸線Ｐ３周りに一自由度で回動させることができる。
【００６５】
図１３（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記第３実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す正面図、側面図および背面図、図１４（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記第３実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す、図１３中のＧ−Ｇ線、Ｈ−Ｈ線およびＩ−Ｉ線にそれぞれ沿う断面図、そして図１５（ａ）および（ｂ）は、上記第３実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す斜視図および透視図である。
【００６６】
これらの図に示すように、この第３実施例の脚５の足首関節１１も、下腿フレーム８の下端面にギヤボックス１２を介してそれぞれ結合された左ブラケット１１ａおよび右ブラケット１１ｂと、それら左右ブラケット１１ａ，１１ｂをこの人型歩行ロボットの左右方向へ延在する足首ピッチ軸線Ｐ４周りに回動可能に支持する、関節部材としての、概略球殻状の上半部と概略筒状の下半部とを持つ連結部材１１ｃと、その連結部材１１ｃをこの人型歩行ロボットの前後方向へ延在する足首ロール軸線Ｒ３周りに回動可能に支持する前ブラケット１１ｄおよび後ブラケット１１ｅと、足首ピッチ軸線Ｐ４と足首ロール軸線Ｒ３との交点を通ってそれらと直交する足９の支持中心軸線Ｃ１の周囲に周方向に等間隔に配置された三本の弾性ブッシュ１１ｆと、それらの弾性ブッシュ１１ｆを介して足９に弾性支持されるとともに力センサ１１ｇを介して前後ブラケット１１ｄ，１１ｅに結合された足首基台１１ｈとを有している。
【００６７】
加えてこの第３実施例の脚５の足首関節１１は、第１実施例におけると異なる足首ピッチ軸駆動系１３と、第１実施例におけると同様の足首ロール軸駆動系１４とを有している。すなわち、足首ピッチ軸駆動系１３は、連結フレーム１５にその左右方向に沿ってそれぞれ軸線が延在するように上下に並べて配置された第１の同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ１３ｉおよび第１のモータとしての足首ピッチ軸用モータ１３ａを有するとともに、その足首ピッチ軸用モータ１３ａの出力要素としての出力軸とハーモニックドライブ１３ｉの入力要素とを駆動結合する第１の平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構１３ｄを有しており、ハーモニックドライブ１３ｉは、連結フレーム１５の右側壁部材１５ｂを貫通してその右側壁部材１５ｂで支持され、また足首ピッチ軸用モータ１３ａは、連結フレーム１５の左右側壁部材１５ａ，１５ｂを貫通してその右側壁部材１５ｂで支持されている。さらに足首ピッチ軸駆動系１３は、左右側壁部材１５ａ，１５ｂの間に配置されてハーモニックドライブ１３ｉの出力要素に基部を結合されるとともに先端部を左右側壁部材１５ａ，１５ｂの後方へ突出させた駆動アーム１３ｊを有している。
【００６８】
また足首ロール軸駆動系１４は、下腿フレーム８内に、その下腿フレーム８の長手方向に沿って軸線が延在するように配置された第２のモータとしての足首ロール軸用モータ１４ａを有するとともに、下腿フレーム８の下端面に固定されたギヤボックス１２の側部に、軸線が足首ピッチ軸線Ｐ４と平行に延在するようにそのギヤボックス１２を貫通して回転可能に支持された第１の中間軸１４ｂを有し、さらにギヤボックス１２内に、足首ロール軸用モータ１４ａの出力要素としての出力軸と第１の中間軸１４ｂとを駆動結合する第１の交差軸型伝動機構としてのベベルギヤ組１４ｃを有している。
【００６９】
さらに足首ピッチ軸駆動系１３は、ギヤボックス１２の後方に、連結部材１１ｃの、足首ピッチ軸線Ｐ４上から後方へ外れた部位を駆動アーム１３ｊの先端部に連結するリンク部材としての連結ロッド１３ｈを有し、また足首ロール駆動系１４は、足首ロール軸線Ｒ３上で連結部材１１ｃの前部に配置されるとともに出力要素を前ブラケット１１ｄに結合された第２の同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ１４ｄと、連結部材１１ｃの足首ピッチ軸線Ｐ４上の位置とその足首ピッチ軸線Ｐ４上からハーモニックドライブ１４ｄ側と反対の側である後方へ外れた位置とにそれぞれ回転可能にかつ互いに平行に支持された第２の中間軸１４ｅおよび第３の中間軸１４ｆと、それら第２の中間軸１４ｅと第３の中間軸１４ｆとを駆動結合する第２の平行軸型伝動機構としてのスパーギヤ組１４ｇと、上記第１の中間軸１４ｂと第２の中間軸１４ｅとを駆動結合する第３の平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構１４ｈと、ハーモニックドライブ１４ｄの入力要素と第３の中間軸１４ｆとを駆動結合する第２の交差軸型伝動機構としてのベベルギヤ組１４ｉとを有している。
【００７０】
上述したこの第３実施例の脚５にあっては、連結フレーム１５に配置された足首ピッチ軸用モータ１３ａの出力軸が、同じく連結フレーム１５に配置されたハーモニックドライブ１３ｉの入力要素を、ベルト式伝動機構１３ｄを介して駆動し、それによりハーモニックドライブ１３ｉの出力要素に結合された駆動アーム１３ｊが揺動駆動されて、下腿フレーム８に足首関節１１の足首ピッチ軸線Ｐ４周りに揺動可能に支持された連結部材１１ｃの足首ピッチ軸線Ｐ４上から外れた部位を、連結ロッド１３ｈを介して押し引きし、その連結部材１１ｃに足首関節１１の足首ロール軸線Ｒ３周りに揺動可能に支持された足９を足首ピッチ軸線Ｐ４周りに揺動させる。
【００７１】
また、下腿フレーム８に配置された足首ロール軸用モータ１４ａの出力軸が、下腿フレーム８の下端に固定されたギヤボックス１２に回転可能に支持された第１の中間軸１４ｂを、ベベルギヤ組１４ｃを介して駆動し、それにより回転駆動された第１の中間軸１４ｂが、連結部材１１ｃの足首ピッチ軸線Ｐ４上の位置に回転可能に支持された第２の中間軸１４ｅを、ベルト式伝動機構１４ｈを介して駆動し、それにより回転駆動された第２の中間軸１４ｅが、連結部材１１ｃの足首ピッチ軸線Ｐ４上から外れた位置に第２の中間軸１４ｅと平行に支持された第３の中間軸１４ｆを、スパーギヤ組１４ｇを介して駆動し、それにより回転駆動された第３の中間軸１４ｆが、足首ロール軸線Ｒ３上に配置されて出力要素を足９に結合されたハーモニックドライブ１４ｄの入力要素を、ベベルギヤ組１４ｉを介して回転駆動し、足９を足首ロール軸線Ｒ３周りに揺動させる。
【００７２】
さらにこの第３実施例の脚５にあっては、下腿フレーム８に足首ロール軸用モータ１４ａが、その軸線が下腿フレーム８の長手方向に沿って延在するように配置されていて、その足首ロール軸用モータ１４ａの出力軸が、下腿フレーム８の下端に固定されたギヤボックス１２に配置された第１の中間軸１４ｂにベベルギヤ組１４ｃにより駆動結合されているので、足首ロール軸用モータ１４ａを横向きに配置した場合より下腿の下部が細く構成される。
【００７３】
加えてこの第３実施例の脚５にあっては、連結部材１１ｃの、足首ピッチ軸線Ｐ４上の位置に第２の中間軸１４ｃが配置されるとともに、連結部材１１ｃの、足首ピッチ軸線Ｐ４上から後方へ外れた位置に、第２の中間軸１４ｃからスパーギヤ組１４ｇにより伝動される第３の中間軸１４ｆが配置され、その第３の中間軸１４ｆが、足首ロール軸線Ｒ３上に配置されたハーモニックドライブ１４ｄの入力要素にベベルギヤ組１４ｉを介して伝動するので、そのベベルギヤ組１４ｉが足首関節１１の中心付近から後方へ外れ、その分ハーモニックドライブ１４ｄが足首関節１１の中心付近へ向けて引っ込むため、ベベルギヤ組１４ｉを足首関節１１の中心付近に配置した場合より足首が細く構成される。
【００７４】
従って、この第３実施例の脚５を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、腰関節１で腰フレーム２に対し図示しない上半身を、腰ヨー軸線Ｙ１周り、腰ロール軸線Ｒ１周りおよび腰ピッチ軸線Ｐ１周りに三自由度で回動させることができ、また股関節４で腰フレーム２に対し二本の脚５をそれぞれ、股ヨー軸線Ｙ２周り、股ロール軸線Ｒ２周りおよび股ピッチ軸線Ｐ２周りに三自由度で回動させることができ、さらに膝関節１０で大腿フレーム７に対し下腿フレーム８を、膝ピッチ軸線Ｐ３周りに一自由度で回動させることができ、そして足首関節１１で下腿フレーム８に対し足９を、足首ピッチ軸線Ｐ４および足首ロール軸線Ｒ３周りに二自由度で揺動させることができるので、人型歩行ロボットの自然な歩行動作を実現することができ、しかも脚５の大腿から足首に亘り、特に上述した下腿の下部および足首の細い構成により下腿の下部から足首に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。
【００７５】
さらに、この第３実施例の脚５を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、下腿フレーム８を連結部材１１ｃで足首ピッチ軸線Ｐ４周りに揺動可能に支持するとともに、その連結部材１１ｃを足９で足首ロール軸線Ｒ３周りに揺動可能に支持することから、ハーモニックドライブ１３ｉの出力要素に結合された駆動アーム１３ｊおよび、その駆動アーム１３ｊと連結部材１１ｃとを連結する連結ロッド１３ｈが、足首関節１１のピッチ軸を駆動するために下腿の後側に位置するので、横断面形状が前後方向に細長い人の脚、特に女性の脚に近いプロポーションを実現することができる。
【００７６】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述した実施例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更することができるものであり、例えば、上記実施例の脚を具える人型歩行ロボットは、女性型でなく顔および体型が人の男性に似ている男性型のものでも良く、また上記人型歩行ロボットの各関節の自由度は、歩行動作に支障のない範囲で適宜増減させても良い。なお、この発明の構成は、その足を手に、足首関節を手首関節に、下腿を前腕（または下腕）にそれぞれ変更することで、人型ロボットの腕、特に前腕（または下腕）および手首にも容易に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
かくしてこの発明の人型歩行ロボット用脚の第１の態様によれば、足を足首関節で、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させることができるとともに、下腿の上部から下部に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。
【００７８】
またこの発明の人型歩行ロボット用脚の第２の態様によれば、足を足首関節で、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させることができるとともに、下腿の下部から足首に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。
【００７９】
そしてこの発明の人型歩行ロボット用脚の第３の態様によれば、足を足首関節で、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させることができるとともに、下腿の上部から足首に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１ 腰関節
２ 腰フレーム
４ 股関節
５ 脚
６ 関節ユニット
６ａ 上部ベース
６ｂ 前ブラケット
６ｃ 後ブラケット
６ｄ 連結部材
６ｅ 左ブラケット
６ｆ 右ブラケット
６ｇ ロール軸用モータ
６ｈ，６ｉ ハーモニックドライブ
７ 大腿フレーム
８ 下腿フレーム
９ 足
１０ 膝関節
１０ａ 左ブラケット
１０ｂ 右ブラケット
１０ｃ 下ブラケット
１０ｄ 膝ピッチ軸用モータ
１０ｅ ハーモニックドライブ
１１ 足首関節
１１ａ 左ブラケット
１１ｂ 右ブラケット
１１ｃ 連結部材
１１ｄ 前ブラケット
１１ｅ 後ブラケット
１１ｆ 弾性ブッシュ
１１ｇ 力センサ
１１ｈ 足首基台
１２ ギヤボックス
１３ 足首ピッチ軸駆動系
１３ａ 足首ピッチ軸用モータ
１３ｂ ねじ式直線駆動機構
１３ｃ ねじ軸
１３ｄ ベルト式伝動機構
１３ｅ ボール循環式ナット
１３ｆ 駆動ロッド
１３ｇ 摺動部材
１３ｈ 連結ロッド
１３ｉ ハーモニックドライブ
１３ｊ 駆動アーム
１４ 足首ロール軸駆動系
１４ａ 足首ロール軸用モータ
１４ｂ 第１の中間軸
１４ｃ ベベルギヤ組
１４ｄ ハーモニックドライブ
１４ｅ 第２の中間軸
１４ｆ 第３の中間軸
１４ｇ スパーギヤ組
１４ｈ ベルト式伝動機構
１４ｉ ベベルギヤ組
１５ 連結フレーム
１５ａ 左側壁部材
１５ｂ 右側壁部材
Ｐ１ 腰ピッチ軸線
Ｒ１ 腰ロール軸線
Ｙ１ 腰ヨー軸線
Ｐ２ 股ピッチ軸線
Ｒ２ 股ロール軸線
Ｙ２ 股ヨー軸線
Ｐ３ 膝ピッチ軸線
Ｐ４ 足首ピッチ軸線
Ｒ３ 足首ロール軸線
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人型歩行ロボットに用いられる脚に関し、特には、人の脚に近いプロポーション（長さに対する太さの比率）を実現する人型歩行ロボット用脚に関するものである。なお、この明細書中、ロボットの「前」および「後」とは、ロボット自身から見て「前」および「後」を意味し、ロボットの「左」および「右」とは、ロボット自身から見て「左」および「右」を意味する。
【背景技術】
【０００２】
人型歩行ロボットとしては従来、例えば特許文献１記載のものが知られており、かかる人型歩行ロボットはその歩行機能を担保するため、脚の足首関節に、足を下腿に対しピッチ軸線およびロール軸線周りにそれぞれ揺動させる二つの駆動機構を具えるとともに、下腿に、それらピッチ軸用とロール軸用との駆動機構をそれぞれ駆動する二台のモータを具えている。
【０００３】
そして、一般に人型歩行ロボットの関節においては、駆動機構が例えば商品名ハーモニックドライブ等の、入出力要素が同一軸線上に位置する同軸型減速機を関節軸線上に有し、その同軸型減速機の入力要素とモータの出力要素との間の動力伝達が、ベルト式伝動機構等の、二軸を平行に配置した平行軸型伝動機構により行われており、上記特許文献１記載の人型歩行ロボットの足首関節でも、上記二つの駆動機構がそれぞれハーモニックドライブを有し、それらのハーモニックドライブと二台のモータとの間の動力伝達がベルト式伝動機構により行われている。
【０００４】
また、人型歩行ロボットの足首関節においては、ロール軸線とピッチ軸線とを足首の中心付近で互いに直交するよう配置するとともに、それらの軸線上でモータから同軸型減速機に回転を入力するのが通常であり、上記特許文献１記載の人型歩行ロボットの脚の足首関節でも、ピッチ軸線上で二台のモータからの回転を入力するとともに、ロール軸用モータからの回転は足首の中心付近に位置する、二軸を交差配置した交差軸型伝動機構としてのベベルギヤ組を介してロール軸線上の回転に変換してロール軸用のハーモニックドライブに伝達している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３２６２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで近年、人型歩行ロボット、特に会場や商品の案内等の、人と対面する仕事に用いられる人型歩行ロボットとして、そのプロポーション（長さに対する太さの比率）が人のプロポーション、特に女性のプロポーションに近いものが求められており、このことは、その人型歩行ロボットの脚のプロポーションに関しても例外ではない。
【０００７】
しかしながら、前述のように人型歩行ロボットの脚の足首関節の二つの駆動機構がそれぞれ同軸型減速機を有し、それらの同軸型減速機と二台のモータとの間の動力伝達をベルト式伝動機構により行うようにすると、ピッチ軸線が水平に延在することから、二台のモータをそれらの軸線が水平に延在するようにそれぞれ横向きにして下腿の上部および下部に配置する必要があり、かかるモータの配置では、歩行機能を担保し得る出力のモータを用いると必然的に、下腿全体が左右に幅広くなって長さに対する太さの割合が大きい太目のプロポーションになり、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することは困難であった。
【０００８】
また、前述のようにピッチ軸線上でロール軸用モータからの回転を入力し、ベベルギヤ組を介してロール軸用同軸型減速機に入力するようにすると、そのロール軸用同軸型減速機が、足首の中心付近に位置するベベルギヤ組で足首の前後方向へ追いやられるため、必然的に足首が前後に幅広くなって長さに対する太さの割合が大きい太目のプロポーションになり、この点でも人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することは困難であった。
【０００９】
それゆえこの発明は、人型歩行ロボット用脚において、長さに対する太さの比率が従来のものより小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は上記課題を有利に解決するものであり、この発明の人型歩行ロボット用脚は、人型歩行ロボットの足を足首関節で下腿に対し、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させるものであって、第１の態様では、前記下腿の上部に第１のモータとねじ式直線駆動機構とをそれらの軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置して、前記第１のモータの出力要素と前記ねじ式直線駆動機構の入力要素とを第１の平行軸型伝動機構により駆動結合し、前記下腿の下部に、第２のモータをその軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置するとともに、第１の中間軸をその軸線が前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線と平行に延在するように回転可能に支持して、前記第２のモータの出力要素と前記第１の中間軸とを第１の交差軸型伝動機構により駆動結合し、前記下腿に関節部材を、前記一方の軸線周りに揺動可能に支持するとともに、その関節部材に前記足を、前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持し、前記他方の軸線上に同軸型減速機を配置してその出力要素を前記足に結合し、前記関節部材の、前記一方の軸線上から外れた部位と前記ねじ式直線駆動機構の出力要素とをリンク部材によって連結し、前記関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第２の中間軸を回転可能に支持するとともに、前記第１の中間軸と前記第２の中間軸とを第２の平行軸型伝動機構により駆動結合し、前記同軸型減速機の入力要素と前記第２の中間軸とを第２の交差軸型伝動機構により駆動結合したことを特徴としている。
【００１１】
またこの発明の人型歩行ロボット用脚は、人型歩行ロボットの足を足首関節で下腿に対し、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させるものであって、第２の態様では、前記下腿の上部に第１のモータと第１の同軸型減速機とをそれらの軸線が互いに平行にかつ前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線と平行に延在するように配置して、前記第１のモータの出力要素と前記第１の同軸型減速機の入力要素とを第１の平行軸型伝動機構により駆動結合し、前記下腿の下部に、第２のモータをその軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置するとともに、第１の中間軸をその軸線が前記一方の軸線と平行に延在するように回転可能に支持して、前記第２のモータの出力要素と前記第１の中間軸とを第１の交差軸型伝動機構により駆動結合し、前記下腿に関節部材を、前記一方の軸線周りに揺動可能に支持するとともに、その関節部材に前記足を、前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持し、前記他方の軸線上に第２の同軸型減速機を配置してその出力要素を前記足に結合し、前記関節部材の、前記一方の軸線上から外れた部位と前記第１の同軸型減速機の出力要素に設けたアームとをリンク部材によって連結し、前記関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第２の中間軸を回転可能に支持するとともに、前記関節部材の、前記一方の軸線上から前記第２の同軸型減速機の側と反対の側へ外れた位置に前記第２の中間軸と平行に第３の中間軸を回転可能に支持して、それら第２の中間軸と第３の中間軸とを第２の平行軸型伝動機構により駆動結合し、前記第１の中間軸と前記第２の中間軸とを第３の平行軸型伝動機構により駆動結合するとともに、前記第２の同軸型減速機の入力要素と前記第３の中間軸とを第２の交差軸型伝動機構により駆動結合したことを特徴としている。
【００１２】
そしてこの発明の人型歩行ロボット用脚は、人型歩行ロボットの足を足首関節で下腿に対し、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させるものであって、前記第１の態様の下腿の部分と前記第２の態様の足首関節の部分とを組み合わせた第３の態様では、前記下腿の上部に第１のモータとねじ式直線駆動機構とをそれらの軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置して、前記第１のモータの出力要素と前記ねじ式直線駆動機構の入力要素とを第１の平行軸型伝動機構により駆動結合し、前記下腿の下部に、第２のモータをその軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置するとともに、第１の中間軸をその軸線が前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線と平行に延在するように回転可能に支持して、前記第２のモータの出力要素と前記第１の中間軸とを第１の交差軸型伝動機構により駆動結合し、前記下腿に関節部材を、前記一方の軸線周りに揺動可能に支持するとともに、その関節部材に前記足を、前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持し、前記他方の軸線上に同軸型減速機を配置してその出力要素を前記足に結合し、前記関節部材の、前記一方の軸線上から外れた部位と前記ねじ式直線駆動機構の出力要素とをリンク部材によって連結し、前記関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第２の中間軸を回転可能に支持するとともに、前記関節部材の、前記一方の軸線上から前記同軸型減速機の側と反対の側へ外れた位置に前記第２の中間軸と平行に第３の中間軸を回転可能に支持して、それら第２の中間軸と第３の中間軸とを第２の平行軸型伝動機構により駆動結合し、前記第１の中間軸と前記第２の中間軸とを第３の平行軸型伝動機構により駆動結合するとともに、前記同軸型減速機の入力要素と前記第３の中間軸とを第２の交差軸型伝動機構により駆動結合したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
上述したこの発明の人型歩行ロボット用脚の第１の態様にあっては、下腿の上部に配置された第１のモータの出力要素が、同じく下腿の上部に配置されたねじ式直線駆動機構の入力要素を第１の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それによりねじ式直線駆動機構の出力要素が進退駆動されて、下腿に足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線周りに揺動可能に支持された関節部材の前記一方の軸線上から外れた部位をリンク部材を介して押し引きして、前記関節部材を前記一方の軸線周りに揺動させ、これにより、その関節部材に足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持された足を前記一方の軸線周りに揺動させる。また、下腿の下部に配置された第２のモータの出力要素が、同じく下腿の下部に回転可能に支持された第１の中間軸を第１の交差軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第１の中間軸が、関節部材の前記一方の軸線上の位置に回転可能に支持された第２の中間軸を第２の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第２の中間軸が、前記他方の軸線上に配置されて出力要素を前記足に結合された同軸型減速機の入力要素を第２の交差軸型伝動機構を介して回転駆動し、前記足を前記他方の軸線周りに揺動させる。
【００１４】
さらにこの第１の態様にあっては、下腿の上部に第１のモータとねじ式直線駆動機構とが、それらの軸線が下腿の長手方向に沿って延在するように配置されており、しかもそのねじ式直線駆動機構の出力要素が、下腿の長手方向と直交する方向へ突出しないので、第１のモータを横向きに配置した場合より下腿の上部が細く構成され、また、下腿の下部に第２のモータが、その軸線が下腿の長手方向に沿って延在するように配置されていて、その第２のモータの出力要素が、これも下腿の下部に配置された第１の中間軸に第１の交差軸型伝動機構により駆動結合されているので、第２のモータを横向きに配置した場合より下腿の下部も細く構成される。
【００１５】
従って、この発明の人型歩行ロボット用脚の第１の態様によれば、足を足首関節で、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させることができるとともに、下腿の上部から下部に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。
【００１６】
また、上述したこの発明の人型歩行ロボット用脚の第２の態様にあっては、下腿の上部に配置された第１のモータの出力要素が、同じく下腿の上部に配置された第１の同軸型減速機の入力要素を第１の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それにより第１の同軸型減速機の出力要素に設けられたアームが揺動されて、下腿に足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線周りに揺動可能に支持された関節部材の前記一方の軸線上から外れた部位をリンク部材を介して押し引きし、その関節部材に足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持された足を前記一方の軸線周りに揺動させる。また、下腿の下部に配置された第２のモータの出力要素が、同じく下腿の下部に回転可能に支持された第１の中間軸を第１の交差軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第１の中間軸が、関節部材の前記一方の軸線上の位置に回転可能に支持された第２の中間軸を第３の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第２の中間軸が、関節部材の前記一方の軸線上から外れた位置に第２の中間軸と平行に支持された第３の中間軸を第２の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第３の中間軸が、前記他方の軸線上に配置されて出力要素を前記足に結合された第２の同軸型減速機の入力要素を第２の交差軸型伝動機構を介して回転駆動し、前記足を前記他方の軸線周りに揺動させる。
【００１７】
さらにこの第２の態様にあっては、下腿の下部に第２のモータが、その軸線が下腿の長手方向に沿って延在するように配置されていて、その第２のモータの出力要素が、これも下腿の下部に配置された第１の中間軸に第１の交差軸型伝動機構により駆動結合されているので、第２のモータを横向きに配置した場合より下腿の下部が細く構成され、また、関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第２の中間軸が配置されるとともに、関節部材の、前記一方の軸線上から第２の同軸型減速機の側と反対の側へ外れた位置に、第２の中間軸から第２の平行軸型伝動機構により伝動される第３の中間軸が配置され、その第３の中間軸が、前記他方の軸線上に配置された第２の同軸型減速機の入力要素に第２の交差軸型伝動機構を介して伝動するので、その第２の交差軸型伝動機構が足首関節の中心付近から第２の同軸型減速機の側と反対の側へ外れ、その分第２の同軸型減速機が足首関節の中心付近へ向けて引っ込むため、第２の交差軸型伝動機構を足首関節の中心付近に配置した場合より足首が細く構成される。
【００１８】
従って、この発明の人型歩行ロボット用脚の第２の態様によれば、足を足首関節で、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させることができるとともに、下腿の下部から足首に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。
【００１９】
そして、上述したこの発明の人型歩行ロボット用脚の第３の態様にあっては、下腿の上部に配置された第１のモータの出力要素が、同じく下腿の上部に配置されたねじ式直線駆動機構の入力要素を第１の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それによりねじ式直線駆動機構の出力要素が進退駆動されて、下腿に足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線周りに揺動可能に支持された関節部材の前記一方の軸線上から外れた部位をリンク部材を介して押し引きし、その関節部材に足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持された足を前記一方の軸線周りに揺動させる。また、下腿の下部に配置された第２のモータの出力要素が、同じく下腿の下部に回転可能に支持された第１の中間軸を第１の交差軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第１の中間軸が、関節部材の前記一方の軸線上の位置に回転可能に支持された第２の中間軸を第３の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第２の中間軸が、関節部材の前記一方の軸線上から外れた位置に第２の中間軸と平行に支持された第３の中間軸を第２の平行軸型伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第３の中間軸が、前記他方の軸線上に配置されて出力要素を前記足に結合された同軸型減速機の入力要素を第２の交差軸型伝動機構を介して回転駆動し、前記足を前記他方の軸線周りに揺動させる。
【００２０】
さらにこの第３の態様にあっては、下腿の上部に第１のモータとねじ式直線駆動機構とが、それらの軸線が下腿の長手方向に沿って延在するように配置されており、しかもそのねじ式直線駆動機構の出力要素が、下腿の長手方向と直交する方向へ突出しないので、第１のモータを横向きに配置した場合より下腿の上部が細く構成され、また、下腿の下部に第２のモータが、その軸線が下腿の長手方向に沿って延在するように配置されていて、その第２のモータの出力要素が、これも下腿の下部に配置された第１の中間軸に第１の交差軸型伝動機構により駆動結合されているので、第２のモータを横向きに配置した場合より下腿の下部も細く構成され、加えて、関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第２の中間軸が配置されるとともに、関節部材の、前記一方の軸線上から同軸型減速機の側と反対の側へ外れた位置に、第２の中間軸から第２の平行軸型伝動機構により伝動される第３の中間軸が配置され、その第３の中間軸が、前記他方の軸線上に配置された同軸型減速機の入力要素に第２の交差軸型伝動機構を介して伝動するので、その第２の交差軸型伝動機構が足首関節の中心付近から同軸型減速機の側と反対の側へ外れ、その分同軸型減速機が足首関節の中心付近へ向けて引っ込むため、第２の交差軸型伝動機構を足首関節の中心付近に配置した場合より足首が細く構成される。
【００２１】
従って、この発明の人型歩行ロボット用脚の第３の態様によれば、足を足首関節で、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させることができるとともに、下腿の上部から足首に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。
【００２２】
なお、この発明の人型歩行ロボット用脚においては、前記下腿のフレームが、前記ねじ式直線駆動機構のねじ軸を回転可能に支持するとともに、そのねじ軸に螺合するナットの供回りを阻止しつつそのナットの移動を案内するものであっても良い。このようにすれば、下腿のフレームがねじ式直線駆動機構のフレームを兼ねるので、下腿の上部をよりスリムに構成することができる。
【００２３】
また、この発明の人型歩行ロボット用脚においては、前記一方の軸線がピッチ軸線であり、前記他方の軸線がロール軸線であっても良い。このようにすれば、ねじ式直線駆動機構の出力要素と関節部材とを連結するリンク部材が、足首関節のピッチ軸を駆動するために下肢の前側または後ろ側に位置するので、横断面形状が前後方向に細長い人の脚、特に女性の脚に近いプロポーションを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人型歩行ロボット用脚の第３の態様に基づき実現した、この発明の第１実施例の脚を具える人型歩行ロボットの下半身を示す平面図、底面図、正面図および側面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、上記人型歩行ロボットの下半身を示す背面図および斜視図である。
【図３】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人型歩行ロボットの下半身が具える上記第１実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す正面図、側面図および背面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記第１実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す、図３中のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線にそれぞれ沿う断面図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、上記第１実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す斜視図および透視図である。
【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人型歩行ロボット用脚の第１の態様に基づき実現した、この発明の第２実施例の脚を具える人型歩行ロボットの下半身を示す平面図、底面図、正面図および側面図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、上記人型歩行ロボットの下半身を示す背面図および斜視図である。
【図８】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人型歩行ロボットの下半身が具える上記第２実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す正面図、側面図および背面図である。
【図９】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記第２実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す、図８中のＤ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線およびＦ−Ｆ線にそれぞれ沿う断面図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、上記第２実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す斜視図および透視図である。
【図１１】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人型歩行ロボット用脚の第２の態様に基づき実現した、この発明の第３実施例の脚を具える人型歩行ロボットの下半身を示す平面図、底面図、正面図および側面図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、上記人型歩行ロボットの下半身を示す背面図および斜視図である。
【図１３】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人型歩行ロボットの下半身が具える上記第３実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す正面図、側面図および背面図である。
【図１４】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記第３実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す、図１３中のＧ−Ｇ線、Ｈ−Ｈ線およびＩ−Ｉ線にそれぞれ沿う断面図である。
【図１５】（ａ）および（ｂ）は、上記第３実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す斜視図および透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づく実施例によって詳細に説明する。ここに、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人型歩行ロボット用脚の第１の態様の下腿の部分と第２の態様の足首関節の部分とを組み合わせた第３の態様に基づき実現した、この発明の第１実施例の脚を具える人型歩行ロボットの下半身を示す平面図、底面図、正面図および側面図、また図２（ａ）および（ｂ）は、上記人型歩行ロボットの下半身を示す背面図および斜視図である。
【００２６】
この人型歩行ロボットは、顔および体型が人の女性に似ている女性型のものであり、身長１５８ｃｍ、バッテリ込み体重４３ｋｇで、日本人青年女性の平均的体型に極めて近いプロポーション（長さに対する太さの比率）を有している。そしてこの人型歩行ロボットの腰から下の部分である下半身は、図示しない上半身すなわち胸と頭と左右の腕とに胸を介して繋がる腰関節１と、その腰関節１を支持する腰フレーム２と、腰フレーム２の左右側部に設けられた二つの股関節４と、それらの股関節４を介して腰フレーム２にそれぞれ連結された二本の脚５とを具えており、それらの脚５が各々上記第１実施例の脚を構成している。
【００２７】
ここで、腰関節１と二つの股関節４とは、互いに同一の関節ユニット６を用いてそれぞれ構成されており、この関節ユニット６は、上部ベース６ａと、その上部ベース６ａの下面にそれぞれ結合された前ブラケット６ｂおよび後ブラケット６ｃと、それら前後ブラケット６ｂ，６ｃをこの人型歩行ロボットの前後方向へ延在する腰ロール軸線Ｒ１または股ロール軸線Ｒ２周りに回動可能に支持する十字状の連結部材６ｄと、その連結部材６ｄをこの人型歩行ロボットの左右方向へ延在する腰ピッチ軸線Ｐ１または股ピッチ軸線Ｐ２周りに回動可能に支持する左ブラケット６ｅおよび右ブラケット６ｆと、上部ベース６ａと連結部材６ｄとの間にこの人型歩行ロボットの前後方向へ軸線が延在する向きで配置されて前後ブラケット６ｂ，６ｃで支持されたロール軸用モータ６ｇと、後ブラケット６ｃに設けられて入力要素を平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構によりロール軸用モータ６ｇの出力軸に駆動結合されるとともに出力要素を連結部材６ｄに結合された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ６ｈと、その連結部材６ｄ内にこの人型歩行ロボットの左右方向へ軸線が延在する向きで配置された図示しないピッチ軸用モータと、左ブラケット６ｅに設けられて入力要素をそのピッチ軸用モータの出力軸に結合されるとともに出力要素を連結部材６ｄに結合された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ６ｉとを有している。
【００２８】
さらに、腰関節１を構成する関節ユニット６の上部ベース６ａは、図示しない上半身の胸の下端部をこの人型歩行ロボットの上下方向へ延在する腰ヨー軸線Ｙ１周りに回動可能に支持するとともに、その胸の下部の腰ヨー軸線Ｙ１上の位置に配置された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブの出力要素に結合され、そのハーモニックドライブの入力要素は、胸の下部に設けられた腰ヨー軸用モータの出力軸に平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構により駆動結合されており、また腰関節１を構成する関節ユニット６の左右ブラケット６ｅ，６ｆは、腰フレーム２の上面に結合されている。これにより腰関節１は、腰ヨー軸用モータと関節ユニット６のロール軸用モータおよびピッチ軸用モータとの作動により、腰フレーム２に対し上半身を、腰ヨー軸線Ｙ１周り、腰ロール軸線Ｒ１周りおよび腰ピッチ軸線Ｐ１周りに三自由度で回動させることができる。
【００２９】
一方、各股関節４を構成する関節ユニット６の上部ベース６ａは、腰フレーム２の下端部をこの人型歩行ロボットの上下方向へ延在する股ヨー軸線Ｙ２周りに回動可能に支持するとともに、その腰フレーム２の下部の股ヨー軸線Ｙ２上の位置に配置された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブの出力要素に結合され、そのハーモニックドライブの入力要素は、腰フレーム２の中央部に設けられた図示しない股ヨー軸用モータの出力軸に平行軸型伝動機構としての図示しないベルト式伝動機構により駆動結合されており、また各股関節４を構成する関節ユニット６の左右ブラケット６ｅ，６ｆは、この実施例の脚５の大腿フレーム７の上端面に結合されている。これにより各股関節４は、股ヨー軸用モータと関節ユニット６のロール軸用モータおよびピッチ軸用モータとの作動により、腰フレーム２に対し各脚５を、股ヨー軸線Ｙ２周り、股ロール軸線Ｒ２周りおよび股ピッチ軸線Ｐ２周りに三自由度で回動させることができる。
【００３０】
そして二本の脚５は各々、上記大腿フレーム７に加えて、下腿フレーム８と、足９とを具えるとともに、大腿フレーム７と下腿フレーム８とを連結する膝関節１０と、下腿フレーム８と足９とを連結する足首関節１１と、下腿フレーム８と足首関節１１との間に介挿されたギヤボックス１２とを具えており、これら大腿フレーム７と下腿フレーム８と足９と膝関節１０と足首関節１１とギヤボックス１２との構成は、大腿フレーム７が各々下方に向かって内向きに傾斜して左右対称をなしている点と、足９が各々足首関節１１から内側よりも外側へより大きく広がって左右対称をなしている点とを除けば、二本の脚５で互いに同一とされている。
【００３１】
ここで、大腿フレーム７と下腿フレーム８とは、スリム化および軽量化に加えて内部でのモータ等の配線の引き回しのために各々カバーと組み合わされて概略角筒状に形成されており、膝関節１０は、大腿フレーム７の下端面に結合された左ブラケット１０ａおよび右ブラケット１０ｂと、下腿フレーム８の上端面に結合されてそれら左右ブラケット１０ａ，１０ｂを図示しない中空軸を介しこの人型歩行ロボットの左右方向へ延在する膝ピッチ軸線Ｐ３周りに回動可能に支持するＬ字状の下ブラケット１０ｃと、大腿フレーム７の下端面と下ブラケット１０ｃとの間にこの人型歩行ロボットの左右方向へ軸線が延在する向きで配置されて左右ブラケット１０ａ，１０ｂで支持された膝ピッチ軸用モータ１０ｄと、左ブラケット１０ａに設けられて入力要素を平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構により膝ピッチ軸用モータ１０ｄの出力軸に駆動結合されるとともに出力要素を下ブラケット１０ｃに結合された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ１０ｅとを有している。これにより膝関節１０は、膝ピッチ軸用モータ１０ｄの作動により、大腿フレーム７に対し下腿フレーム８を膝ピッチ軸線Ｐ３周りに一自由度で回動させることができる。
【００３２】
図３（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記第１実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す正面図、側面図および背面図、図４（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記第１実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す、図３中のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線にそれぞれ沿う断面図、そして図５（ａ）および（ｂ）は、上記第１実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す斜視図および透視図である。
【００３３】
これらの図に示すように、この第１実施例の脚５の足首関節１１は、下腿フレーム８の下端面にギヤボックス１２を介してそれぞれ結合された左ブラケット１１ａおよび右ブラケット１１ｂと、それら左右ブラケット１１ａ，１１ｂをこの人型歩行ロボットの左右方向へ延在する足首ピッチ軸線Ｐ４周りに回動可能に支持する、関節部材としての、概略球殻状の上半部と概略筒状の下半部とを持つ連結部材１１ｃと、その連結部材１１ｃをこの人型歩行ロボットの前後方向へ延在する足首ロール軸線Ｒ３周りに回動可能に支持する前ブラケット１１ｄおよび後ブラケット１１ｅと、足首ピッチ軸線Ｐ４と足首ロール軸線Ｒ３との交点を通ってそれらと直交する足９の支持中心軸線Ｃ１の周囲に周方向に等間隔に配置された三本の弾性ブッシュ１１ｆと、それらの弾性ブッシュ１１ｆを介して足９に弾性支持されるとともに力センサ１１ｇを介して前後ブラケット１１ｄ，１１ｅに結合された足首基台１１ｈとを有している。
【００３４】
加えてこの第１実施例の脚５の足首関節１１は、足首ピッチ軸駆動系１３と足首ロール軸駆動系１４とを有し、足首ピッチ軸駆動系１３は、下腿フレーム８の上部内に、その下腿フレーム８の長手方向に沿ってそれぞれ軸線が延在するように前後に並べて配置された第１のモータとしての足首ピッチ軸用モータ１３ａおよびねじ式直線駆動機構１３ｂを有するとともに、その足首ピッチ軸用モータ１３ａの出力要素としての出力軸と、ねじ式直線駆動機構１３ｂの入力要素としてのねじ軸１３ｃとを駆動結合する第１の平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構１３ｄを有している。また足首ロール軸駆動系１４は、下腿フレーム８の下部内に、その下腿フレーム８の長手方向に沿って軸線が延在するように配置された第２のモータとしての足首ロール軸用モータ１４ａを有するとともに、下腿フレーム８の下端面に固定されたギヤボックス１２の側部に、軸線が足首ピッチ軸線Ｐ４と平行に延在するようにそのギヤボックス１２を貫通して回転可能に支持された第１の中間軸１４ｂを有し、さらにギヤボックス１２内に、足首ロール軸用モータ１４ａの出力要素としての出力軸と第１の中間軸１４ｂとを駆動結合する第１の交差軸型伝動機構としてのベベルギヤ組１４ｃを有している。
【００３５】
ここで、ねじ式直線駆動機構１３ｂは、ねじ軸１３ｃに螺合するボール循環式ナット１３ｅと、そのボール循環式ナット１３ｅを基端部に固定されて下腿フレーム８の長手方向に沿って延在するとともに、その延在方向へ進退移動可能にガイドスリーブを介して下腿フレーム８に支持された出力要素としての中空の駆動ロッド１３ｆと、ボール循環式ナット１３ｅとともに駆動ロッド１３ｆの基端部に固定されて、下腿フレーム８の長手方向へ延在する下腿フレーム８の内面と摺接し、ねじ軸１３ｃに対するボール循環式ナット１３ｅの供回りを阻止する概略矩形の摺動部材１３ｇとを有し、そのねじ軸１３ｃの回転により駆動ロッド１３ｆを進退移動させる。
【００３６】
さらに足首ピッチ軸駆動系１３は、ギヤボックス１２の後方に、連結部材１１ｃの、足首ピッチ軸線Ｐ４上から後方へ外れた部位をねじ式直線駆動機構１３ｂの駆動ロッド１３ｆの先端部に連結するリンク部材としての連結ロッド１３ｈを有し、また足首ロール駆動系１４は、足首ロール軸線Ｒ３上で連結部材１１ｃの前部に配置されるとともに出力要素を前ブラケット１１ｄに結合された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ１４ｄと、連結部材１１ｃの足首ピッチ軸線Ｐ４上の位置とその足首ピッチ軸線Ｐ４上からハーモニックドライブ１４ｄ側と反対の側である後方へ外れた位置とにそれぞれ回転可能にかつ互いに平行に支持された第２の中間軸１４ｅおよび第３の中間軸１４ｆと、それら第２の中間軸１４ｅと第３の中間軸１４ｆとを駆動結合する第２の平行軸型伝動機構としてのスパーギヤ組１４ｇと、上記第１の中間軸１４ｂと第２の中間軸１４ｅとを駆動結合する第３の平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構１４ｈと、ハーモニックドライブ１４ｄの入力要素と第３の中間軸１４ｆとを駆動結合する第２の交差軸型伝動機構としてのベベルギヤ組１４ｉとを有している。
【００３７】
上述したこの第１実施例の脚５にあっては、下腿フレーム８の上部に配置された足首ピッチ軸用モータ１３ａの出力軸が、同じく下腿フレーム８の上部に配置されたねじ式直線駆動機構１３ｂのねじ軸１３ｃを、ベルト式伝動機構１３ｄを介して駆動し、それによりねじ式直線駆動機構１３ｂの駆動ロッド１３ｆが進退駆動されて、下腿フレーム８に足首関節１１の足首ピッチ軸線Ｐ４周りに揺動可能に支持された連結部材１１ｃの足首ピッチ軸線Ｐ４上から外れた部位を、連結ロッド１３ｈを介して押し引きし、その連結部材１１ｃに足首関節１１の足首ロール軸線Ｒ３周りに揺動可能に支持された足９を足首ピッチ軸線Ｐ４周りに揺動させる。
【００３８】
また、下腿フレーム８の下部に配置された足首ロール軸用モータ１４ａの出力軸が、下腿フレーム８の下端に固定されたギヤボックス１２に回転可能に支持された第１の中間軸１４ｂを、ベベルギヤ組１４ｃを介して駆動し、それにより回転駆動された第１の中間軸１４ｂが、連結部材１１ｃの足首ピッチ軸線Ｐ４上の位置に回転可能に支持された第２の中間軸１４ｅを、ベルト式伝動機構１４ｈを介して駆動し、それにより回転駆動された第２の中間軸１４ｅが、連結部材１１ｃの足首ピッチ軸線Ｐ４上から外れた位置に第２の中間軸１４ｅと平行に支持された第３の中間軸１４ｆを、スパーギヤ組１４ｇを介して駆動し、それにより回転駆動された第３の中間軸１４ｆが、足首ロール軸線Ｒ３上に配置されて出力要素を足９に結合されたハーモニックドライブ１４ｄの入力要素を、ベベルギヤ組１４ｉを介して回転駆動し、足９を足首ロール軸線Ｒ３周りに揺動させる。
【００３９】
さらにこの第１実施例の脚５にあっては、下腿フレーム８の上部に足首ピッチ軸用モータ１３ａとねじ式直線駆動機構１３ｂとが、それらの軸線が下腿フレーム８の長手方向に沿って延在するように配置されており、しかもそのねじ式直線駆動機構１３ｂの出力要素である駆動ロッド１３ｆが、下腿フレーム８の長手方向と直交する方向へ突出しないので、足首ピッチ軸用モータ１３ａを横向きに配置した場合より下腿の上部が細く構成され、また、下腿フレーム８の下部に足首ロール軸用モータ１４ａが、その軸線が下腿フレーム８の長手方向に沿って延在するように配置されていて、その足首ロール軸用モータ１４ａの出力軸が、下腿フレーム８の下端に固定されたギヤボックス１２に配置された第１の中間軸１４ｂにベベルギヤ組１４ｃにより駆動結合されているので、足首ロール軸用モータ１４ａを横向きに配置した場合より下腿の下部も細く構成される。
【００４０】
加えてこの第１実施例の脚５にあっては、連結部材１１ｃの、足首ピッチ軸線Ｐ４上の位置に第２の中間軸１４ｃが配置されるとともに、連結部材１１ｃの、足首ピッチ軸線Ｐ４上から後方へ外れた位置に、第２の中間軸１４ｃからスパーギヤ組１４ｇにより伝動される第３の中間軸１４ｆが配置され、その第３の中間軸１４ｆが、足首ロール軸線Ｒ３上に配置されたハーモニックドライブ１４ｄの入力要素にベベルギヤ組１４ｉを介して伝動するので、そのベベルギヤ組１４ｉが足首関節１１の中心付近から後方へ外れ、その分ハーモニックドライブ１４ｄが足首関節１１の中心付近へ向けて引っ込むため、ベベルギヤ組１４ｉを足首関節１１の中心付近に配置した場合より足首が細く構成される。
【００４１】
従って、この第１実施例の脚５を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、腰関節１で腰フレーム２に対し図示しない上半身を、腰ヨー軸線Ｙ１周り、腰ロール軸線Ｒ１周りおよび腰ピッチ軸線Ｐ１周りに三自由度で回動させることができ、また股関節４で腰フレーム２に対し二本の脚５をそれぞれ、股ヨー軸線Ｙ２周り、股ロール軸線Ｒ２周りおよび股ピッチ軸線Ｐ２周りに三自由度で回動させることができ、さらに膝関節１０で大腿フレーム７に対し下腿フレーム８を、膝ピッチ軸線Ｐ３周りに一自由度で回動させることができ、そして足首関節１１で下腿フレーム８に対し足９を、足首ピッチ軸線Ｐ４および足首ロール軸線Ｒ３周りに二自由度で揺動させることができるので、人型歩行ロボットの自然な歩行動作を実現することができ、しかも脚５の大腿から足首に亘り、特に上述した下腿の上下部および足首の細い構成により下腿の上部から足首に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。
【００４２】
さらに、この第１実施例の脚５を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、下腿フレーム８が、ねじ式直線駆動機構１３ｂのねじ軸１３ｃを回転可能に支持するとともに、そのねじ軸１３ｃに螺合するボール循環式ナット１３ｅの供回りを阻止しつつボール循環式ナット１３ｅの移動をガイドスリーブを介して案内することから、下腿フレーム８がねじ式直線駆動機構１３ｂのフレームを兼ねるので、下腿の上部をよりスリムに構成することができる。
【００４３】
加えて、この第１実施例の脚５を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、下腿フレーム８を連結部材１１ｃで足首ピッチ軸線Ｐ４周りに揺動可能に支持するとともに、その連結部材１１ｃを足９で足首ロール軸線Ｒ３周りに揺動可能に支持することから、ねじ式直線駆動機構１３ｂの駆動ロッド１３ｆおよび、その駆動ロッド１３ｆと連結部材１１ｃとを連結する連結ロッド１３ｈが、足首関節１１のピッチ軸を駆動するために下腿の後側に位置するので、横断面形状が前後方向に細長い人の脚、特に女性の脚に近いプロポーションを実現することができる。
【００４４】
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人型歩行ロボット用脚の第１の態様に基づき実現した、この発明の第２実施例の脚を具える人型歩行ロボットの下半身を示す平面図、底面図、正面図および側面図、また図７（ａ）および（ｂ）は、上記人型歩行ロボットの下半身を示す背面図および斜視図であり、図中、先の実施例におけると同様の部分はそれと同一の符号にて示す。
【００４５】
この人型歩行ロボットも、先の第１実施例の脚５を具えるものと同様に、女性型のものであり、身長１５８ｃｍ、バッテリ込み体重４３ｋｇで、日本人青年女性の平均的体型に極めて近いプロポーション（長さに対する太さの比率）を有している。そしてこの人型歩行ロボットの腰から下の部分である下半身は、図示しない上半身すなわち胸と頭と左右の腕とに胸を介して繋がる腰関節１と、その腰関節１を支持する腰フレーム２と、腰フレーム２の左右側部に設けられた二つの股関節４と、それらの股関節４を介して腰フレーム２にそれぞれ連結された二本の脚５とを具えており、それらの脚５が各々上記第２実施例の脚を構成している。
【００４６】
ここで、腰関節１と二つの股関節４とは、互いに同一の関節ユニット６を用いてそれぞれ構成されており、この関節ユニット６は先の第１実施例におけると同様の構成を有しているので、ここでは詳細な説明を省略する。これにより腰関節１は、腰ヨー軸用モータと関節ユニット６のロール軸用モータおよびピッチ軸用モータとの作動により、腰フレーム２に対し上半身を、腰ヨー軸線Ｙ１周り、腰ロール軸線Ｒ１周りおよび腰ピッチ軸線Ｐ１周りに三自由度で回動させることができ、また各股関節４は、股ヨー軸用モータと関節ユニット６のロール軸用モータおよびピッチ軸用モータとの作動により、腰フレーム２に対し各脚５を、股ヨー軸線Ｙ２周り、股ロール軸線Ｒ２周りおよび股ピッチ軸線Ｐ２周りに三自由度で回動させることができる。
【００４７】
そして二本の脚５も各々、先の第１実施例におけると同様、大腿フレーム７と、下腿フレーム８と、足９とを具えるとともに、大腿フレーム７と下腿フレーム８とを連結する膝関節１０と、下腿フレーム８と足９とを連結する足首関節１１と、下腿フレーム８と足首関節１１との間に介挿されたギヤボックス１２とを具えており、これら大腿フレーム７と下腿フレーム８と足９と膝関節１０と足首関節１１とギヤボックス１２との構成は、大腿フレーム７が各々下方に向かって内向きに傾斜して左右対称をなしている点と、足９が各々足首関節１１から内側よりも外側へより大きく広がって左右対称をなしている点とを除けば、二本の脚５で互いに同一とされている。
【００４８】
ここで、大腿フレーム７と下腿フレーム８とは、スリム化および軽量化に加えて内部でのモータ等の配線の引き回しのために各々カバーと組み合わされて概略角筒状に形成されており、膝関節１０は、大腿フレーム７の下端面に結合された左ブラケット１０ａおよび右ブラケット１０ｂと、下腿フレーム８の上端面に結合されてそれら左右ブラケット１０ａ，１０ｂを図示しない中空軸を介しこの人型歩行ロボットの左右方向へ延在する膝ピッチ軸線Ｐ３周りに回動可能に支持するＬ字状の下ブラケット１０ｃと、大腿フレーム７の下端面と下ブラケット１０ｃとの間にこの人型歩行ロボットの左右方向へ軸線が延在する向きで配置されて左右ブラケット１０ａ，１０ｂで支持された膝ピッチ軸用モータ１０ｄと、左ブラケット１０ａに設けられて入力要素を平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構により膝ピッチ軸用モータ１０ｄの出力軸に駆動結合されるとともに出力要素を下ブラケット１０ｃに結合された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ１０ｅとを有している。これにより膝関節１０は、膝ピッチ軸用モータ１０ｄの作動により、大腿フレーム７に対し下腿フレーム８を膝ピッチ軸線Ｐ３周りに一自由度で回動させることができる。
【００４９】
図８（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記第２実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す正面図、側面図および背面図、図９（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記第２実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す、図８中のＤ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線およびＦ−Ｆ線にそれぞれ沿う断面図、そして図１０（ａ）および（ｂ）は、上記第２実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す斜視図および透視図である。
【００５０】
これらの図に示すように、この第２実施例の脚５の足首関節１１も、下腿フレーム８の下端面にギヤボックス１２を介してそれぞれ結合された左ブラケット１１ａおよび右ブラケット１１ｂと、それら左右ブラケット１１ａ，１１ｂをこの人型歩行ロボットの左右方向へ延在する足首ピッチ軸線Ｐ４周りに回動可能に支持する、関節部材としての、概略球殻状の上半部と概略筒状の下半部とを持つ連結部材１１ｃと、その連結部材１１ｃをこの人型歩行ロボットの前後方向へ延在する足首ロール軸線Ｒ３周りに回動可能に支持する前ブラケット１１ｄおよび後ブラケット１１ｅと、足首ピッチ軸線Ｐ４と足首ロール軸線Ｒ３との交点を通ってそれらと直交する足９の支持中心軸線Ｃ１の周囲に周方向に等間隔に配置された三本の弾性ブッシュ１１ｆと、それらの弾性ブッシュ１１ｆを介して足９に弾性支持されるとともに力センサ１１ｇを介して前後ブラケット１１ｄ，１１ｅに結合された足首基台１１ｈとを有している。
【００５１】
加えてこの第２実施例の脚５の足首関節１１は、第１実施例におけると同様の足首ピッチ軸駆動系１３と、第１実施例におけると異なる足首ロール軸駆動系１４とを有している。すなわち、足首ピッチ軸駆動系１３は、下腿フレーム８の上部内に、その下腿フレーム８の長手方向に沿ってそれぞれ軸線が延在するように前後に並べて配置された第１のモータとしての足首ピッチ軸用モータ１３ａおよびねじ式直線駆動機構１３ｂを有するとともに、その足首ピッチ軸用モータ１３ａの出力要素としての出力軸と、ねじ式直線駆動機構１３ｂの入力要素としてのねじ軸１３ｃとを駆動結合する第１の平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構１３ｄを有している。また足首ロール軸駆動系１４は、下腿フレーム８の下部内に、その下腿フレーム８の長手方向に沿って軸線が延在するように配置された第２のモータとしての足首ロール軸用モータ１４ａを有するとともに、下腿フレーム８の下端面に固定されたギヤボックス１２の側部に、軸線が足首ピッチ軸線Ｐ４と平行に延在するようにそのギヤボックス１２を貫通して回転可能に支持された第１の中間軸１４ｂを有し、さらにギヤボックス１２内に、足首ロール軸用モータ１４ａの出力要素としての出力軸と第１の中間軸１４ｂとを駆動結合する第１の交差軸型伝動機構としてのベベルギヤ組１４ｃを有している。
【００５２】
ここで、ねじ式直線駆動機構１３ｂは、ねじ軸１３ｃに螺合するボール循環式ナット１３ｅと、そのボール循環式ナット１３ｅを基端部に固定されて下腿フレーム８の長手方向に沿って延在するとともに、その延在方向へ進退移動可能にガイドスリーブを介して下腿フレーム８に支持された出力要素としての中空の駆動ロッド１３ｆと、ボール循環式ナット１３ｅとともに駆動ロッド１３ｆの基端部に固定されて、下腿フレーム８の長手方向へ延在する下腿フレーム８の内面と摺接し、ねじ軸１３ｃに対するボール循環式ナット１３ｅの供回りを阻止する概略矩形の摺動部材１３ｇとを有し、そのねじ軸１３ｃの回転により駆動ロッド１３ｆを進退移動させる。
【００５３】
さらに足首ピッチ軸駆動系１３は、ギヤボックス１２の後方に、連結部材１１ｃの、足首ピッチ軸線Ｐ４上から後方へ外れた部位をねじ式直線駆動機構１３ｂの駆動ロッド１３ｆの先端部に連結するリンク部材としての連結ロッド１３ｈを有し、その一方足首ロール駆動系１４は、足首ロール軸線Ｒ３上で連結部材１１ｃの前部に第１実施例におけるよりも足首中心から前方へ離間して配置されるとともに出力要素を前ブラケット１１ｄに結合された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ１４ｄと、連結部材１１ｃの足首ピッチ軸線Ｐ４上の位置に回転可能に支持された第２の中間軸１４ｅと、上記第１の中間軸１４ｂと第２の中間軸１４ｅとを駆動結合する第２の平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構１４ｈと、ハーモニックドライブ１４ｄの入力要素と第２の中間軸１４ｅとを駆動結合する第２の交差軸型伝動機構としてのベベルギヤ組１４ｉとを有している。
【００５４】
上述したこの第２実施例の脚５にあっては、下腿フレーム８の上部に配置された足首ピッチ軸用モータ１３ａの出力軸が、同じく下腿フレーム８の上部に配置されたねじ式直線駆動機構１３ｂのねじ軸１３ｃを、ベルト式伝動機構１３ｄを介して駆動し、それによりねじ式直線駆動機構１３ｂの駆動ロッド１３ｆが進退駆動されて、下腿フレーム８に足首関節１１の足首ピッチ軸線Ｐ４周りに揺動可能に支持された連結部材１１ｃの足首ピッチ軸線Ｐ４上から外れた部位を、連結ロッド１３ｈを介して押し引きし、その連結部材１１ｃに足首関節１１の足首ロール軸線Ｒ３周りに揺動可能に支持された足９を足首ピッチ軸線Ｐ４周りに揺動させる。
【００５５】
また、下腿フレーム８の下部に配置された足首ロール軸用モータ１４ａの出力軸が、下腿フレーム８の下端に固定されたギヤボックス１２に回転可能に支持された第１の中間軸１４ｂを、ベベルギヤ組１４ｃを介して駆動し、それにより回転駆動された第１の中間軸１４ｂが、連結部材１１ｃの足首ピッチ軸線Ｐ４上の位置に回転可能に支持された第２の中間軸１４ｅを、ベルト式伝動機構１４ｈを介して駆動し、それにより回転駆動された第２の中間軸１４ｅが、足首ロール軸線Ｒ３上に配置されて出力要素を足９に結合されたハーモニックドライブ１４ｄの入力要素を、ベベルギヤ組１４ｉを介して回転駆動し、足９を足首ロール軸線Ｒ３周りに揺動させる。
【００５６】
さらにこの第２実施例の脚５にあっては、下腿フレーム８の上部に足首ピッチ軸用モータ１３ａとねじ式直線駆動機構１３ｂとが、それらの軸線が下腿フレーム８の長手方向に沿って延在するように配置されており、しかもそのねじ式直線駆動機構１３ｂの出力要素である駆動ロッド１３ｆが、下腿フレーム８の長手方向と直交する方向へ突出しないので、足首ピッチ軸用モータ１３ａを横向きに配置した場合より下腿の上部が細く構成され、また、下腿フレーム８の下部に足首ロール軸用モータ１４ａが、その軸線が下腿フレーム８の長手方向に沿って延在するように配置されていて、その足首ロール軸用モータ１４ａの出力軸が、下腿フレーム８の下端に固定されたギヤボックス１２に配置された第１の中間軸１４ｂにベベルギヤ組１４ｃにより駆動結合されているので、足首ロール軸用モータ１４ａを横向きに配置した場合より下腿の下部も細く構成される。
【００５７】
従って、この第２実施例の脚５を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、腰関節１で腰フレーム２に対し図示しない上半身を、腰ヨー軸線Ｙ１周り、腰ロール軸線Ｒ１周りおよび腰ピッチ軸線Ｐ１周りに三自由度で回動させることができ、また股関節４で腰フレーム２に対し二本の脚５をそれぞれ、股ヨー軸線Ｙ２周り、股ロール軸線Ｒ２周りおよび股ピッチ軸線Ｐ２周りに三自由度で回動させることができ、さらに膝関節１０で大腿フレーム７に対し下腿フレーム８を、膝ピッチ軸線Ｐ３周りに一自由度で回動させることができ、そして足首関節１１で下腿フレーム８に対し足９を、足首ピッチ軸線Ｐ４および足首ロール軸線Ｒ３周りに二自由度で揺動させることができるので、人型歩行ロボットの自然な歩行動作を実現することができ、しかも脚５の大腿から下腿に亘り、特に上述した下腿の上下部の細い構成により下腿の上部から下部に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。
【００５８】
さらに、この第２実施例の脚５を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、下腿フレーム８が、ねじ式直線駆動機構１３ｂのねじ軸１３ｃを回転可能に支持するとともに、そのねじ軸１３ｃに螺合するボール循環式ナット１３ｅの供回りを阻止しつつボール循環式ナット１３ｅの移動をガイドスリーブを介して案内することから、下腿フレーム８がねじ式直線駆動機構１３ｂのフレームを兼ねるので、下腿の上部をよりスリムに構成することができる。
【００５９】
加えて、この第２実施例の脚５を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、下腿フレーム８を連結部材１１ｃで足首ピッチ軸線Ｐ４周りに揺動可能に支持するとともに、その連結部材１１ｃを足９で足首ロール軸線Ｒ３周りに揺動可能に支持することから、ねじ式直線駆動機構１３ｂの駆動ロッド１３ｆおよび、その駆動ロッド１３ｆと連結部材１１ｃとを連結する連結ロッド１３ｈが、足首関節１１のピッチ軸を駆動するために下腿の後側に位置するので、横断面形状が前後方向に細長い人の脚、特に女性の脚に近いプロポーションを実現することができる。
【００６０】
図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人型歩行ロボット用脚の第２の態様に基づき実現した、この発明の第３実施例の脚を具える人型歩行ロボットの下半身を示す平面図、底面図、正面図および側面図、また図１２（ａ）および（ｂ）は、上記人型歩行ロボットの下半身を示す背面図および斜視図であり、図中、先の実施例におけると同様の部分はそれと同一の符号にて示す。
【００６１】
この人型歩行ロボットも、先の第１実施例の脚５を具えるものと同様に、女性型のものであり、身長１５８ｃｍ、バッテリ込み体重４３ｋｇで、日本人青年女性の平均的体型に極めて近いプロポーション（長さに対する太さの比率）を有している。そしてこの人型歩行ロボットの腰から下の部分である下半身は、図示しない上半身すなわち胸と頭と左右の腕とに胸を介して繋がる腰関節１と、その腰関節１を支持する腰フレーム２と、腰フレーム２の左右側部に設けられた二つの股関節４と、それらの股関節４を介して腰フレーム２にそれぞれ連結された二本の脚５とを具えており、それらの脚５が各々上記第３実施例の脚を構成している。
【００６２】
ここで、腰関節１と二つの股関節４とは、互いに同一の関節ユニット６を用いてそれぞれ構成されており、この関節ユニット６は先の第１実施例におけると同様の構成を有しているので、ここでは詳細な説明を省略する。これにより腰関節１は、腰ヨー軸用モータと関節ユニット６のロール軸用モータおよびピッチ軸用モータとの作動により、腰フレーム２に対し上半身を、腰ヨー軸線Ｙ１周り、腰ロール軸線Ｒ１周りおよび腰ピッチ軸線Ｐ１周りに三自由度で回動させることができ、また各股関節４は、股ヨー軸用モータと関節ユニット６のロール軸用モータおよびピッチ軸用モータとの作動により、腰フレーム２に対し各脚５を、股ヨー軸線Ｙ２周り、股ロール軸線Ｒ２周りおよび股ピッチ軸線Ｐ２周りに三自由度で回動させることができる。
【００６３】
そして二本の脚５も各々、先の第１実施例におけると同様、大腿フレーム７と、下腿フレーム８と、足９とを具えるとともに、大腿フレーム７と下腿フレーム８とを連結する膝関節１０と、下腿フレーム８と足９とを連結する足首関節１１と、下腿フレーム８と足首関節１１との間に介挿されたギヤボックス１２とを具え、さらに先の第1，第２実施例と異なり下腿フレーム８と膝関節１０との間に介挿された連結フレーム１５を具えており、これら大腿フレーム７と下腿フレーム８と足９と膝関節１０と足首関節１１とギヤボックス１２と連結フレーム１５との構成は、大腿フレーム７が各々下方に向かって内向きに傾斜して左右対称をなしている点と、足９が各々足首関節１１から内側よりも外側へより大きく広がって左右対称をなしている点とを除けば、二本の脚５で互いに同一とされている。
【００６４】
ここで、スリム化および軽量化に加えて内部でのモータ等の配線の引き回しのために、大腿フレーム７はカバーと組み合わされて、また下腿フレーム８はそれ自体で、各々概略角筒状に形成され、そして連結フレーム１５は、互いに平行に延在する左側壁部材１５ａおよび右側壁部材１５ｂによって構成されており、膝関節１０は、大腿フレーム７の下端面に結合された左ブラケット１０ａおよび右ブラケット１０ｂと、連結フレーム１５の上端面に結合されてそれら左右ブラケット１０ａ，１０ｂを図示しない中空軸を介しこの人型歩行ロボットの左右方向へ延在する膝ピッチ軸線Ｐ３周りに回動可能に支持するＬ字状の下ブラケット１０ｃと、大腿フレーム７の下端面と下ブラケット１０ｃとの間にこの人型歩行ロボットの左右方向へ軸線が延在する向きで配置されて左右ブラケット１０ａ，１０ｂで支持された膝ピッチ軸用モータ１０ｄと、左ブラケット１０ａに設けられて入力要素を平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構により膝ピッチ軸用モータ１０ｄの出力軸に駆動結合されるとともに出力要素を下ブラケット１０ｃに結合された同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ１０ｅとを有している。これにより膝関節１０は、膝ピッチ軸用モータ１０ｄの作動により、大腿フレーム７に対し連結フレーム１５ひいては下腿フレーム８を膝ピッチ軸線Ｐ３周りに一自由度で回動させることができる。
【００６５】
図１３（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記第３実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す正面図、側面図および背面図、図１４（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記第３実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す、図１３中のＧ−Ｇ線、Ｈ−Ｈ線およびＩ−Ｉ線にそれぞれ沿う断面図、そして図１５（ａ）および（ｂ）は、上記第３実施例の人型歩行ロボット用脚の下腿から足までを示す斜視図および透視図である。
【００６６】
これらの図に示すように、この第３実施例の脚５の足首関節１１も、下腿フレーム８の下端面にギヤボックス１２を介してそれぞれ結合された左ブラケット１１ａおよび右ブラケット１１ｂと、それら左右ブラケット１１ａ，１１ｂをこの人型歩行ロボットの左右方向へ延在する足首ピッチ軸線Ｐ４周りに回動可能に支持する、関節部材としての、概略球殻状の上半部と概略筒状の下半部とを持つ連結部材１１ｃと、その連結部材１１ｃをこの人型歩行ロボットの前後方向へ延在する足首ロール軸線Ｒ３周りに回動可能に支持する前ブラケット１１ｄおよび後ブラケット１１ｅと、足首ピッチ軸線Ｐ４と足首ロール軸線Ｒ３との交点を通ってそれらと直交する足９の支持中心軸線Ｃ１の周囲に周方向に等間隔に配置された三本の弾性ブッシュ１１ｆと、それらの弾性ブッシュ１１ｆを介して足９に弾性支持されるとともに力センサ１１ｇを介して前後ブラケット１１ｄ，１１ｅに結合された足首基台１１ｈとを有している。
【００６７】
加えてこの第３実施例の脚５の足首関節１１は、第１実施例におけると異なる足首ピッチ軸駆動系１３と、第１実施例におけると同様の足首ロール軸駆動系１４とを有している。すなわち、足首ピッチ軸駆動系１３は、連結フレーム１５にその左右方向に沿ってそれぞれ軸線が延在するように上下に並べて配置された第１の同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ１３ｉおよび第１のモータとしての足首ピッチ軸用モータ１３ａを有するとともに、その足首ピッチ軸用モータ１３ａの出力要素としての出力軸とハーモニックドライブ１３ｉの入力要素とを駆動結合する第１の平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構１３ｄを有しており、ハーモニックドライブ１３ｉは、連結フレーム１５の右側壁部材１５ｂを貫通してその右側壁部材１５ｂで支持され、また足首ピッチ軸用モータ１３ａは、連結フレーム１５の左右側壁部材１５ａ，１５ｂを貫通してその右側壁部材１５ｂで支持されている。さらに足首ピッチ軸駆動系１３は、左右側壁部材１５ａ，１５ｂの間に配置されてハーモニックドライブ１３ｉの出力要素に基部を結合されるとともに先端部を左右側壁部材１５ａ，１５ｂの後方へ突出させた駆動アーム１３ｊを有している。
【００６８】
また足首ロール軸駆動系１４は、下腿フレーム８内に、その下腿フレーム８の長手方向に沿って軸線が延在するように配置された第２のモータとしての足首ロール軸用モータ１４ａを有するとともに、下腿フレーム８の下端面に固定されたギヤボックス１２の側部に、軸線が足首ピッチ軸線Ｐ４と平行に延在するようにそのギヤボックス１２を貫通して回転可能に支持された第１の中間軸１４ｂを有し、さらにギヤボックス１２内に、足首ロール軸用モータ１４ａの出力要素としての出力軸と第１の中間軸１４ｂとを駆動結合する第１の交差軸型伝動機構としてのベベルギヤ組１４ｃを有している。
【００６９】
さらに足首ピッチ軸駆動系１３は、ギヤボックス１２の後方に、連結部材１１ｃの、足首ピッチ軸線Ｐ４上から後方へ外れた部位を駆動アーム１３ｊの先端部に連結するリンク部材としての連結ロッド１３ｈを有し、また足首ロール駆動系１４は、足首ロール軸線Ｒ３上で連結部材１１ｃの前部に配置されるとともに出力要素を前ブラケット１１ｄに結合された第２の同軸型減速機としての商品名ハーモニックドライブ１４ｄと、連結部材１１ｃの足首ピッチ軸線Ｐ４上の位置とその足首ピッチ軸線Ｐ４上からハーモニックドライブ１４ｄ側と反対の側である後方へ外れた位置とにそれぞれ回転可能にかつ互いに平行に支持された第２の中間軸１４ｅおよび第３の中間軸１４ｆと、それら第２の中間軸１４ｅと第３の中間軸１４ｆとを駆動結合する第２の平行軸型伝動機構としてのスパーギヤ組１４ｇと、上記第１の中間軸１４ｂと第２の中間軸１４ｅとを駆動結合する第３の平行軸型伝動機構としてのベルト式伝動機構１４ｈと、ハーモニックドライブ１４ｄの入力要素と第３の中間軸１４ｆとを駆動結合する第２の交差軸型伝動機構としてのベベルギヤ組１４ｉとを有している。
【００７０】
上述したこの第３実施例の脚５にあっては、連結フレーム１５に配置された足首ピッチ軸用モータ１３ａの出力軸が、同じく連結フレーム１５に配置されたハーモニックドライブ１３ｉの入力要素を、ベルト式伝動機構１３ｄを介して駆動し、それによりハーモニックドライブ１３ｉの出力要素に結合された駆動アーム１３ｊが揺動駆動されて、下腿フレーム８に足首関節１１の足首ピッチ軸線Ｐ４周りに揺動可能に支持された連結部材１１ｃの足首ピッチ軸線Ｐ４上から外れた部位を、連結ロッド１３ｈを介して押し引きし、その連結部材１１ｃに足首関節１１の足首ロール軸線Ｒ３周りに揺動可能に支持された足９を足首ピッチ軸線Ｐ４周りに揺動させる。
【００７１】
また、下腿フレーム８に配置された足首ロール軸用モータ１４ａの出力軸が、下腿フレーム８の下端に固定されたギヤボックス１２に回転可能に支持された第１の中間軸１４ｂを、ベベルギヤ組１４ｃを介して駆動し、それにより回転駆動された第１の中間軸１４ｂが、連結部材１１ｃの足首ピッチ軸線Ｐ４上の位置に回転可能に支持された第２の中間軸１４ｅを、ベルト式伝動機構１４ｈを介して駆動し、それにより回転駆動された第２の中間軸１４ｅが、連結部材１１ｃの足首ピッチ軸線Ｐ４上から外れた位置に第２の中間軸１４ｅと平行に支持された第３の中間軸１４ｆを、スパーギヤ組１４ｇを介して駆動し、それにより回転駆動された第３の中間軸１４ｆが、足首ロール軸線Ｒ３上に配置されて出力要素を足９に結合されたハーモニックドライブ１４ｄの入力要素を、ベベルギヤ組１４ｉを介して回転駆動し、足９を足首ロール軸線Ｒ３周りに揺動させる。
【００７２】
さらにこの第３実施例の脚５にあっては、下腿フレーム８に足首ロール軸用モータ１４ａが、その軸線が下腿フレーム８の長手方向に沿って延在するように配置されていて、その足首ロール軸用モータ１４ａの出力軸が、下腿フレーム８の下端に固定されたギヤボックス１２に配置された第１の中間軸１４ｂにベベルギヤ組１４ｃにより駆動結合されているので、足首ロール軸用モータ１４ａを横向きに配置した場合より下腿の下部が細く構成される。
【００７３】
加えてこの第３実施例の脚５にあっては、連結部材１１ｃの、足首ピッチ軸線Ｐ４上の位置に第２の中間軸１４ｃが配置されるとともに、連結部材１１ｃの、足首ピッチ軸線Ｐ４上から後方へ外れた位置に、第２の中間軸１４ｃからスパーギヤ組１４ｇにより伝動される第３の中間軸１４ｆが配置され、その第３の中間軸１４ｆが、足首ロール軸線Ｒ３上に配置されたハーモニックドライブ１４ｄの入力要素にベベルギヤ組１４ｉを介して伝動するので、そのベベルギヤ組１４ｉが足首関節１１の中心付近から後方へ外れ、その分ハーモニックドライブ１４ｄが足首関節１１の中心付近へ向けて引っ込むため、ベベルギヤ組１４ｉを足首関節１１の中心付近に配置した場合より足首が細く構成される。
【００７４】
従って、この第３実施例の脚５を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、腰関節１で腰フレーム２に対し図示しない上半身を、腰ヨー軸線Ｙ１周り、腰ロール軸線Ｒ１周りおよび腰ピッチ軸線Ｐ１周りに三自由度で回動させることができ、また股関節４で腰フレーム２に対し二本の脚５をそれぞれ、股ヨー軸線Ｙ２周り、股ロール軸線Ｒ２周りおよび股ピッチ軸線Ｐ２周りに三自由度で回動させることができ、さらに膝関節１０で大腿フレーム７に対し下腿フレーム８を、膝ピッチ軸線Ｐ３周りに一自由度で回動させることができ、そして足首関節１１で下腿フレーム８に対し足９を、足首ピッチ軸線Ｐ４および足首ロール軸線Ｒ３周りに二自由度で揺動させることができるので、人型歩行ロボットの自然な歩行動作を実現することができ、しかも脚５の大腿から足首に亘り、特に上述した下腿の下部および足首の細い構成により下腿の下部から足首に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。
【００７５】
さらに、この第３実施例の脚５を具える人型歩行ロボットの下半身によれば、下腿フレーム８を連結部材１１ｃで足首ピッチ軸線Ｐ４周りに揺動可能に支持するとともに、その連結部材１１ｃを足９で足首ロール軸線Ｒ３周りに揺動可能に支持することから、ハーモニックドライブ１３ｉの出力要素に結合された駆動アーム１３ｊおよび、その駆動アーム１３ｊと連結部材１１ｃとを連結する連結ロッド１３ｈが、足首関節１１のピッチ軸を駆動するために下腿の後側に位置するので、横断面形状が前後方向に細長い人の脚、特に女性の脚に近いプロポーションを実現することができる。
【００７６】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述した実施例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更することができるものであり、例えば、上記実施例の脚を具える人型歩行ロボットは、女性型でなく顔および体型が人の男性に似ている男性型のものでも良く、また上記人型歩行ロボットの各関節の自由度は、歩行動作に支障のない範囲で適宜増減させても良い。なお、この発明の構成は、その足を手に、足首関節を手首関節に、下腿を前腕（または下腕）にそれぞれ変更することで、人型ロボットの腕、特に前腕（または下腕）および手首にも容易に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
かくしてこの発明の人型歩行ロボット用脚の第１の態様によれば、足を足首関節で、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させることができるとともに、下腿の上部から下部に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。
【００７８】
またこの発明の人型歩行ロボット用脚の第２の態様によれば、足を足首関節で、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させることができるとともに、下腿の下部から足首に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。
【００７９】
そしてこの発明の人型歩行ロボット用脚の第３の態様によれば、足を足首関節で、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させることができるとともに、下腿の上部から足首に亘って、長さに対する太さの比率が小さい、人の脚、特に女性の脚に近いスリムなプロポーションを実現することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１ 腰関節
２ 腰フレーム
４ 股関節
５ 脚
６ 関節ユニット
６ａ 上部ベース
６ｂ 前ブラケット
６ｃ 後ブラケット
６ｄ 連結部材
６ｅ 左ブラケット
６ｆ 右ブラケット
６ｇ ロール軸用モータ
６ｈ，６ｉ ハーモニックドライブ
７ 大腿フレーム
８ 下腿フレーム
９ 足
１０ 膝関節
１０ａ 左ブラケット
１０ｂ 右ブラケット
１０ｃ 下ブラケット
１０ｄ 膝ピッチ軸用モータ
１０ｅ ハーモニックドライブ
１１ 足首関節
１１ａ 左ブラケット
１１ｂ 右ブラケット
１１ｃ 連結部材
１１ｄ 前ブラケット
１１ｅ 後ブラケット
１１ｆ 弾性ブッシュ
１１ｇ 力センサ
１１ｈ 足首基台
１２ ギヤボックス
１３ 足首ピッチ軸駆動系
１３ａ 足首ピッチ軸用モータ
１３ｂ ねじ式直線駆動機構
１３ｃ ねじ軸
１３ｄ ベルト式伝動機構
１３ｅ ボール循環式ナット
１３ｆ 駆動ロッド
１３ｇ 摺動部材
１３ｈ 連結ロッド
１３ｉ ハーモニックドライブ
１３ｊ 駆動アーム
１４ 足首ロール軸駆動系
１４ａ 足首ロール軸用モータ
１４ｂ 第１の中間軸
１４ｃ ベベルギヤ組
１４ｄ ハーモニックドライブ
１４ｅ 第２の中間軸
１４ｆ 第３の中間軸
１４ｇ スパーギヤ組
１４ｈ ベルト式伝動機構
１４ｉ ベベルギヤ組
１５ 連結フレーム
１５ａ 左側壁部材
１５ｂ 右側壁部材
Ｐ１ 腰ピッチ軸線
Ｒ１ 腰ロール軸線
Ｙ１ 腰ヨー軸線
Ｐ２ 股ピッチ軸線
Ｒ２ 股ロール軸線
Ｙ２ 股ヨー軸線
Ｐ３ 膝ピッチ軸線
Ｐ４ 足首ピッチ軸線
Ｒ３ 足首ロール軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人型歩行ロボットの足を足首関節で下腿に対し、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させる人型歩行ロボット用脚において、
前記下腿の上部に第１のモータとねじ式直線駆動機構とをそれらの軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置して、前記第１のモータの出力要素と前記ねじ式直線駆動機構の入力要素とを第１の平行軸型伝動機構により駆動結合し、
前記下腿の下部に、第２のモータをその軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置するとともに、第１の中間軸をその軸線が前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線と平行に延在するように回転可能に支持して、前記第２のモータの出力要素と前記第１の中間軸とを第１の交差軸型伝動機構により駆動結合し、
前記下腿に関節部材を、前記一方の軸線周りに揺動可能に支持するとともに、その関節部材に前記足を、前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持し、
前記他方の軸線上に同軸型減速機を配置してその出力要素を前記足に結合し、
前記関節部材の、前記一方の軸線上から外れた部位と前記ねじ式直線駆動機構の出力要素とをリンク部材によって連結し、
前記関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第２の中間軸を回転可能に支持するとともに、前記第１の中間軸と前記第２の中間軸とを第２の平行軸型伝動機構により駆動結合し、
前記同軸型減速機の入力要素と前記第２の中間軸とを第２の交差軸型伝動機構により駆動結合したことを特徴とする、人型歩行ロボット用脚。
【請求項２】
人型歩行ロボットの足を足首関節で下腿に対し、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させる人型歩行ロボット用脚において、
前記下腿の上部に第１のモータと第１の同軸型減速機とをそれらの軸線が互いに平行にかつ前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線と平行に延在するように配置して、前記第１のモータの出力要素と前記第１の同軸型減速機の入力要素とを第１の平行軸型伝動機構により駆動結合し、
前記下腿の下部に、第２のモータをその軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置するとともに、第１の中間軸をその軸線が前記一方の軸線と平行に延在するように回転可能に支持して、前記第２のモータの出力要素と前記第１の中間軸とを第１の交差軸型伝動機構により駆動結合し、
前記下腿に関節部材を、前記一方の軸線周りに揺動可能に支持するとともに、その関節部材に前記足を、前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持し、
前記他方の軸線上に第２の同軸型減速機を配置してその出力要素を前記足に結合し、
前記関節部材の、前記一方の軸線上から外れた部位と前記第１の同軸型減速機の出力要素に設けたアームとをリンク部材によって連結し、
前記関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第２の中間軸を回転可能に支持するとともに、前記関節部材の、前記一方の軸線上から前記第２の同軸型減速機の側と反対の側へ外れた位置に前記第２の中間軸と平行に第３の中間軸を回転可能に支持して、それら第２の中間軸と第３の中間軸とを第２の平行軸型伝動機構により駆動結合し、
前記第１の中間軸と前記第２の中間軸とを第３の平行軸型伝動機構により駆動結合するとともに、前記第２の同軸型減速機の入力要素と前記第３の中間軸とを第２の交差軸型伝動機構により駆動結合したことを特徴とする、人型歩行ロボット用脚。
【請求項３】
人型歩行ロボットの足を足首関節で下腿に対し、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させる人型歩行ロボット用脚において、
前記下腿の上部に第１のモータとねじ式直線駆動機構とをそれらの軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置して、前記第１のモータの出力要素と前記ねじ式直線駆動機構の入力要素とを第１の平行軸型伝動機構により駆動結合し、
前記下腿の下部に、第２のモータをその軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置するとともに、第１の中間軸をその軸線が前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線と平行に延在するように回転可能に支持して、前記第２のモータの出力要素と前記第１の中間軸とを第１の交差軸型伝動機構により駆動結合し、
前記下腿に関節部材を、前記一方の軸線周りに揺動可能に支持するとともに、その関節部材に前記足を、前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持し、
前記他方の軸線上に同軸型減速機を配置してその出力要素を前記足に結合し、
前記関節部材の、前記一方の軸線上から外れた部位と前記ねじ式直線駆動機構の出力要素とをリンク部材によって連結し、
前記関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第２の中間軸を回転可能に支持するとともに、前記関節部材の、前記一方の軸線上から前記同軸型減速機の側と反対の側へ外れた位置に前記第２の中間軸と平行に第３の中間軸を回転可能に支持して、それら第２の中間軸と第３の中間軸とを第２の平行軸型伝動機構により駆動結合し、
前記第１の中間軸と前記第２の中間軸とを第３の平行軸型伝動機構により駆動結合するとともに、前記同軸型減速機の入力要素と前記第３の中間軸とを第２の交差軸型伝動機構により駆動結合したことを特徴とする、人型歩行ロボット用脚。
【請求項４】
前記下腿のフレームが、前記ねじ式直線駆動機構のねじを回転可能に支持するとともに、そのねじに螺合するナットの供回りを阻止しつつそのナットの移動を案内することを特徴とする、請求項１または３記載の人型歩行ロボット用脚。
【請求項５】
前記一方の軸線はピッチ軸線であり、前記他方の軸線はロール軸線であることを特徴とする、請求項１から４までの何れか１項記載の人型歩行ロボット用脚。
【請求項１】
人型歩行ロボットの足を足首関節で下腿に対し、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させる人型歩行ロボット用脚において、
前記下腿の上部に第１のモータとねじ式直線駆動機構とをそれらの軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置して、前記第１のモータの出力要素と前記ねじ式直線駆動機構の入力要素とを第１の平行軸型伝動機構により駆動結合し、
前記下腿の下部に、第２のモータをその軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置するとともに、第１の中間軸をその軸線が前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線と平行に延在するように回転可能に支持して、前記第２のモータの出力要素と前記第１の中間軸とを第１の交差軸型伝動機構により駆動結合し、
前記下腿に関節部材を、前記一方の軸線周りに揺動可能に支持するとともに、その関節部材に前記足を、前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持し、
前記他方の軸線上に同軸型減速機を配置してその出力要素を前記足に結合し、
前記関節部材の、前記一方の軸線上から外れた部位と前記ねじ式直線駆動機構の出力要素とをリンク部材によって連結し、
前記関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第２の中間軸を回転可能に支持するとともに、前記第１の中間軸と前記第２の中間軸とを第２の平行軸型伝動機構により駆動結合し、
前記同軸型減速機の入力要素と前記第２の中間軸とを第２の交差軸型伝動機構により駆動結合したことを特徴とする、人型歩行ロボット用脚。
【請求項２】
人型歩行ロボットの足を足首関節で下腿に対し、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させる人型歩行ロボット用脚において、
前記下腿の上部に第１のモータと第１の同軸型減速機とをそれらの軸線が互いに平行にかつ前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線と平行に延在するように配置して、前記第１のモータの出力要素と前記第１の同軸型減速機の入力要素とを第１の平行軸型伝動機構により駆動結合し、
前記下腿の下部に、第２のモータをその軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置するとともに、第１の中間軸をその軸線が前記一方の軸線と平行に延在するように回転可能に支持して、前記第２のモータの出力要素と前記第１の中間軸とを第１の交差軸型伝動機構により駆動結合し、
前記下腿に関節部材を、前記一方の軸線周りに揺動可能に支持するとともに、その関節部材に前記足を、前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持し、
前記他方の軸線上に第２の同軸型減速機を配置してその出力要素を前記足に結合し、
前記関節部材の、前記一方の軸線上から外れた部位と前記第１の同軸型減速機の出力要素に設けたアームとをリンク部材によって連結し、
前記関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第２の中間軸を回転可能に支持するとともに、前記関節部材の、前記一方の軸線上から前記第２の同軸型減速機の側と反対の側へ外れた位置に前記第２の中間軸と平行に第３の中間軸を回転可能に支持して、それら第２の中間軸と第３の中間軸とを第２の平行軸型伝動機構により駆動結合し、
前記第１の中間軸と前記第２の中間軸とを第３の平行軸型伝動機構により駆動結合するとともに、前記第２の同軸型減速機の入力要素と前記第３の中間軸とを第２の交差軸型伝動機構により駆動結合したことを特徴とする、人型歩行ロボット用脚。
【請求項３】
人型歩行ロボットの足を足首関節で下腿に対し、互いに直交するピッチ軸線およびロール軸線周りに揺動させる人型歩行ロボット用脚において、
前記下腿の上部に第１のモータとねじ式直線駆動機構とをそれらの軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置して、前記第１のモータの出力要素と前記ねじ式直線駆動機構の入力要素とを第１の平行軸型伝動機構により駆動結合し、
前記下腿の下部に、第２のモータをその軸線が前記下腿の長手方向に沿って延在するように配置するとともに、第１の中間軸をその軸線が前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち一方の軸線と平行に延在するように回転可能に支持して、前記第２のモータの出力要素と前記第１の中間軸とを第１の交差軸型伝動機構により駆動結合し、
前記下腿に関節部材を、前記一方の軸線周りに揺動可能に支持するとともに、その関節部材に前記足を、前記足首関節のピッチ軸線およびロール軸線のうち他方の軸線周りに揺動可能に支持し、
前記他方の軸線上に同軸型減速機を配置してその出力要素を前記足に結合し、
前記関節部材の、前記一方の軸線上から外れた部位と前記ねじ式直線駆動機構の出力要素とをリンク部材によって連結し、
前記関節部材の、前記一方の軸線上の位置に第２の中間軸を回転可能に支持するとともに、前記関節部材の、前記一方の軸線上から前記同軸型減速機の側と反対の側へ外れた位置に前記第２の中間軸と平行に第３の中間軸を回転可能に支持して、それら第２の中間軸と第３の中間軸とを第２の平行軸型伝動機構により駆動結合し、
前記第１の中間軸と前記第２の中間軸とを第３の平行軸型伝動機構により駆動結合するとともに、前記同軸型減速機の入力要素と前記第３の中間軸とを第２の交差軸型伝動機構により駆動結合したことを特徴とする、人型歩行ロボット用脚。
【請求項４】
前記下腿のフレームが、前記ねじ式直線駆動機構のねじを回転可能に支持するとともに、そのねじに螺合するナットの供回りを阻止しつつそのナットの移動を案内することを特徴とする、請求項１または３記載の人型歩行ロボット用脚。
【請求項５】
前記一方の軸線はピッチ軸線であり、前記他方の軸線はロール軸線であることを特徴とする、請求項１から４までの何れか１項記載の人型歩行ロボット用脚。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−９８４２５（Ｐ２０１１−９８４２５Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５５９７７（Ｐ２００９−２５５９７７）
【出願日】平成２１年１１月９日（２００９．１１．９）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ハーモニックドライブ
【出願人】（５９１２１０６００）川田工業株式会社 (57)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月９日（２００９．１１．９）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ハーモニックドライブ
【出願人】（５９１２１０６００）川田工業株式会社 (57)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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