回転２足歩行ロボット

【課題】高級な部品、及び高度な制御技術を使わずに安価な２足歩行を実現する。
【解決手段】ベース１の下に、平行リンク機構２で構成し、リンクを駆動できる足を２本、同じ平面で動くよう取り付け、地面側のリンク３に対し回転軸４を地面側のリンク３と垂直でかつ、先の平面内にあるように回転する円盤５を取り付けた脚機構において、歩行する場合は、平行リンク機構の足を２本とも左に傾け、重心を左に移し、重心と反対側の足を右に移動して浮かし、重心側の左足を回転し、ある量回転したら、重心と反対側の足を左に移動し地面に着地させる。次に平行リンク機構の足を２本とも右に傾け、重心を右に移し、重心と反対側の足を左に移動し浮かし、重心側の右足を回転し、ある量回転したら、重心と反対の足を右に移動し地面に着地させる。以上を繰り返し歩行移動する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安価で実用的な２足歩行ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ホンダのアシモに代表されるように２足歩行ロボットは技術的に非常に高度なものとされている。その理由は、１２個のモータを制御してバランスをとりながら歩行するためで、高度な制御技術が要求される点である。さらに、各関節に組み込まれた減速機付モータは、高トルク、高応答性、軽量、小型の高性能のものが要求される。また、それを制御する制御機器も、小型軽量、の高性能のものが要求される。さらに、センサも同様である。つまり、すべてが最先端技術で成り立っている。そのため、非常に高価であり普及を妨げている
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
高級な部品、及び高度な制御技術を使わずに安価で実用的な２足歩行を実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１２個のモータを連動しての移動ではなく、各軸動作で移動できるように重心移動と、進行動作を分離した。また、足先は絶えず水平になるように平行リンク機構とした。つまり、ベースの下に、平行リンク機構で構成し、リンクを駆動できる足を２本、同じ平面で動くよう取り付け、地面側のリンクに対し回転軸を地面側のリンクと垂直でかつ、先の平面内にあるように回転する円盤を取り付けた脚機構において、歩行する場合は、平行リンク機構の足を２本とも左に傾け、重心を左に移し、重心と反対側の足を右に移動して浮かし、重心側の左足を回転し、ある量回転したら、重心と反対側の足を左に移動し地面に着地させる。次に平行リンク機構の足を２本とも右に傾け、重心を右に移し、重心と反対側の足を左に移動し浮かし、重心側の右足を回転し、ある量回転したら、重心と反対の足を右に移動し地面に着地させる。以上を繰り返し歩行移動する。歩行であるので、段差も乗り越えられる。大きな段差は、円盤の高さを変更できる機構を設けることにより対応できる。このことにより高級な部品、高度な制御技術を使わずに２足歩行を実現した。単純な構造なので、制御の暴走により倒れることはなく、安全性が高く実用的である。実用を考慮すれば高速移動も重要である。本ロボットは、足先を円盤状にして、高速移動が必要な場合、この円盤を傾け、車輪走行可能とする。つまり、連続移動する場合は、両側対象の状態から、たとえば左足を広げるように伸ばすと、重心が左足の方により、両足の円盤が傾き地面に対し接線で接するようになる。この状態で円盤を同一方向に回転させれば前進、または、後進でき、逆回転すれば、左回転、または、右回転できるので自在な車輪走行が可能となる。以上の機構と操作により人の脚に近い構造でありながら車輪走行の機能を有する実用的な２足歩行ロボットが実現できる。
【発明の効果】
【０００５】
高級な部品、高度な制御技術を使わずに２足歩行を実現した。単純な構造なので、制御の暴走により倒れることはなく、安全性が高く実用的である。また、移動に関し、水平面内での回転運動のため、エネルギーの消費が少なく有利である。言い換えれば、大きな力が不要であり、小型モータの簡単な制御で、安価な２足歩行が実現できる。さらに、回転円盤が傾くように足で調整することにより車輪移動が可能となり、歩行とは比較にならない移動速度が実現でき、人に近い動きもしながら、機械のよさである連続回転を取り入れ実用的な移動装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
人に似せるためには、足先の回転円盤の大きさは人の足の長さと靴の寸法バランスで決定して良いが、高速で移動させる場合とか、サッカーゲームでボールを蹴るような場合は円盤を大きくすることにより安定性が向上する。重心は低いほど安定するため、低い位置に駆動系バッテリーは搭載するのが好ましい。
【実施例１】
【０００７】
図１は、回転２足歩行ロボットの実施例の構成を示す。本例では、ベース１の下に、平行リンク機構２で構成し、リンクを駆動できる足を２本、同じ平面で動くよう取り付け、地面側のリンク３に対し回転軸４を地面側のリンクと垂直でかつ、先の平面内にあるように回転する円盤５を取り付けた脚機構である。円盤は、高さが変化させられるような昇降機構１１を有し、段差、階段にも対応可能としている。平行リンク機構２の駆動方法は、本実施例では平行リンク機構２上部の関節の１箇所にギヤードモータ６を配置している。シリンダーで駆動しても問題ない。円盤５の回転はギヤードモータ７を配置している。円盤の高さ変化は、ギヤードモータ８でネジ９を回し駆動する。ガイド１０があり、回り止め機能と、荷重の支持を行う。図２は回転２足歩行の足上げの状態を示している。まず、破線で示す状態になるよう左右の平行リンクを同時に同じ方向に駆動し重心を移動する。次に、実線のように重心がかかってないほうの足１２を持ち上げる。図３は回転２足歩行の平面歩行の説明である。回転歩行する場合は、平行リンク機構の足を２本とも左に傾け、重心を左に移し、重心と反対側の足を右に移動して浮かし、重心側の左足を回転し、ある量回転したら、重心と反対側の足を左に移動し地面に着地させる。次に平行リンク機構の足を２本とも右に傾け、重心を右に移し、重心と反対側の足を左に移動し浮かし、重心側の右足を回転し、ある量回転したら、重心と反対の足を右に移動し地面に着地させる。以上を繰り返し歩行移動する。図３において、実線は立脚であり、破線は遊脚である。縦方向の図は、下から上に向けて時間が移行している状況を示し、横方向は移動している状況を示す。図４は回転２足歩行の階段歩行の説明図である。本図の状態は階段上で、足先の昇降機構を作動させ中立の状態を実現している。階段の移動は、階段の上下の変化を昇降機構で対応しながら、移動は平面歩行の図３で示したアルゴリズムで実現する。図５は回転２足歩行の車輪移動形態の説明である。連続移動する場合は、両側対象の状態から、たとえば左足を広げるように伸ばすと、重心が左足の方により、両足の円盤が傾き地面に対し接線で接するようになる。この状態で円盤を同一方向に回転させれば前進、または、後進でき、逆回転すれば、左回転、または、右回転できるので自在な車輪走行が可能となる。図６に回転２足歩行の車輪移動の説明を示す。
【産業上の利用可能性】
【０００８】
イベント用人間型ロボットの歩行装置。サッカーロボット。家庭用ロボット。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】回転２足歩行ロボットの構成の説明
【図２】回転２足歩行の足上げの説明
【図３】回転２足歩行の平面歩行の説明
【図４】回転２足歩行の階段歩行の説明
【図５】回転２足歩行の車輪移動形態の説明
【図６】回転２足歩行の車輪移動の説明
【符号の説明】
【００１０】
１ベース
２平行リンク機構
３地面側のリンク
４回転軸
５円盤
６ギヤードモータ
７ギヤードモータ
８ギヤードモータ
９ネジ
１０ガイド
１１昇降機構
１２重心がかかってないほうの足
１３地面
１４階段
１５接地部
１６移動開始位置
１７移動量
１８重心移動
１９足広げ
２０足回転
２１足戻し
２２重心移動
２３前進
２４後進
２５前進左大曲
２６後進左大曲
２７前進右大曲
２８後進右大曲
２９左その場旋回
３０右その場旋回

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースの下に、平行リンク機構で構成し、リンクを駆動できる足を２本、同じ平面で動くよう取り付け、地面側のリンクに対し回転軸を地面側のリンクと垂直でかつ、先の平面内にあるように回転する円盤を取り付けた脚機構において、歩行する場合は、平行リンク機構の足を２本とも左に傾け、重心を左に移し、重心と反対側の足を右に移動して浮かし、重心側の左足を回転し、ある量回転したら、重心と反対側の足を左に移動し地面に着地させる。次に平行リンク機構の足を２本とも右に傾け、重心を右に移し、重心と反対側の足を左に移動し浮かし、重心側の右足を回転し、ある量回転したら、重心と反対の足を右に移動し地面に着地させる。以上を繰り返し歩行移動する。歩行であるので、段差も乗り越えられる。大きな段差は、円盤の高さを変更できる機構を設けることにより対応できる。連続移動する場合は、両側対象の状態から、たとえば左足を広げるように伸ばすと、重心が左足の方により、両足の円盤が傾き地面に対し接線で接するようになる。この状態で円盤を同一方向に回転させれば前進、または、後進でき、逆回転すれば、左回転、または、右回転できるので自在な車輪走行が可能となる。以上の機構と操作により人の脚に近い構造でありながら車輪走行の機能を有する回転２足歩行ロボット。

【図１】