多点接地型足部支持機構及びそれを備えた２足歩行ロボットの脚部並びにその制御構造
【課題】既存の２足歩行ロボット等の脚部の足底に容易に取付可能で、足底支持部の可動爪部が受動的に路面等の接地面の凹凸にならって確実に摺動することができ、固定爪部の接地や可動爪部の移動量を検出して足底支持部の運動を制動することにより、段差等がある接地面でも、速やか、かつ、確実に足底を多点支持することができ、転倒を回避できる信頼性に優れる多点接地型足部支持機構の提供。
【解決手段】歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部と、基部を多点支持する足底支持部と、を備えた多点接地型足部支持機構であって、足底支持部が、基部の底面より下方に下端部が突出して配設され接地時にそれぞれ独立して上方に移動する摺動自在に保持された３以上の可動爪部と、各々の可動爪部の移動量を検出する移動量検出センサ部と、移動量検出センサ部で検出した可動爪部の移動量に基づいて全ての可動爪部の運動を制動するロック機構と、を備えている。
【解決手段】歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部と、基部を多点支持する足底支持部と、を備えた多点接地型足部支持機構であって、足底支持部が、基部の底面より下方に下端部が突出して配設され接地時にそれぞれ独立して上方に移動する摺動自在に保持された３以上の可動爪部と、各々の可動爪部の移動量を検出する移動量検出センサ部と、移動量検出センサ部で検出した可動爪部の移動量に基づいて全ての可動爪部の運動を制動するロック機構と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、足底の平面内に仮想的な支持多角形を形成し足底を多点支持する多点接地型足部支持機構及びそれを備えた２足歩行ロボットの脚部並びにその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、人間の生活環境で活動する人間形ロボット、いわゆるヒューマノイドロボット の研究、開発がさかんに行われている。ヒューマノイドロボット は、工業生産だけでなく、家事、高齢者介護等、人間の生活を快適にする目的で使用される場合が多く、人間のために作られた環境において不特定の使用者と密着して作業するため、それに適した形態と機能を持つ必要がある。また、特別な使用訓練を必要とせず安全で柔軟なインターフェースを備えることも要求され、極めて多くの研究課題がある。特に、移動手段として人間と同様に２足を有し、２足歩行を行う２足歩行ロボットは、多くの研究機関や企業で鋭意研究され開発されている。
本出願人が出願した（特許文献１）には「ベース部と、右足部及び左足部と、ベース部と右足部及び左足部の各々に配設された複数の受動ジョイントと、ベース部に配設された受動ジョイントと右足部に配設された受動ジョイントとの間、及び、ベース部に配設された受動ジョイントと左足部に配設された受動ジョイントとの間に各々配設されたパラレルリンク機構部と、を備えた２足歩行ロボットの下半身モジュール」が開示されている。
また、同じく本出願人が出願した（特許文献２）には「足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて腰部のモーメント補償軌道を算出する２足歩行ロボット装置の歩行パターンを作成する歩行パターン作成装置」が開示されている。
【０００３】
（特許文献１）に記載の２足歩行ロボットの下半身モジュールは、脚部をパラレルリンク機構で構成することにより、脚部が大きな負荷に耐えることができ、重量物の搬送が可能で実用性に優れると共に、重量の大きい上半身を搭載又は組み込むことができ設計の自由度に優れるものであり、（特許文献２）に記載の歩行パターン作成装置を備えることにより、安定した２足歩行を行わせる歩行パターンを作成することができ、特に平坦な接地面においては歩行動作の安定性に優れる。
しかしながら、高速移動が可能でエネルギー効率に優れる車輪移動式のロボットで侵入できない凹凸の激しい場所や多脚のロボットに必要な広い支持基底面を確保できない場所など、各足が平坦な接地面を確保することが困難な場所においては、従来の２足歩行ロボットの多くで採用されている剛体平板の足底では、足底の中心で突起物等を踏んだ際に、足底を支持する支持多角形がどのように形成されるか予測不能であり、転倒を回避することができないという問題点があった。
また、仮に支持多角形を予測できた場合でも、形成される支持多角形の面積が狭いので、安定した歩行を継続することが困難であり、歩行を続けるに従い揺動が大きくなり、最終的に転倒に至るため、歩行安定性、信頼性に欠けるという問題点があった。
【０００４】
そこで、本出願人は、さらなる動作の安定性の向上、様々な地形における活動を実現するために、鋭意、検討を行い（特許文献３）の発明を完成した。
（特許文献３）には、「歩行ロボットの脚部の足底にそれぞれ配設される基部と、基部の底面より下方に端部が突出して配設され接地時にそれぞれ独立して上方に移動する摺動自在又は回動自在に支持された３以上の足底支持部と、基部又は各々の足底支持部に配設され各々の足底支持部の接地を検出する接地センサと、基部に配設され接地センサが全ての足底支持部の接地を検出した時に全ての足底支持部の運動を制動するロック機構と、を備えた多点接地型足部支持機構」が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２９１０８０号公報
【特許文献２】特開２００４−８２２２３号公報
【特許文献３】ＷＯ２００６／０１１５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上記従来の技術では、以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献３）に記載の多点接地型足部支持機構は、既存の２足歩行ロボット等の足底に容易に取付けることができ、各足底支持部が受動的に路面等の接地面の凹凸にならい、全ての足底支持部が接地した際に足底支持部の運動を制動することにより、段差等がある接地面においても、速やかに足底を多点支持することができ、転倒を回避することができる信頼性に優れる多点接地型足部支持機構であったが、接地センサにより足底支持部の接地を検出する方式であるため、凹凸の状況によってセンサの検出不良が発生することがあり、動作の安定性に欠けるという課題を有していた。
（２）接地センサで全ての足底支持部の接地を検出した時に、ロック機構により全ての足底支持部をロックする方式であるため、例えば一方の足部の全ての足底支持部が凸部に載るような接地面では、他方の足底の高さ（基準位置）よりも高い位置でロックされてしまい、左右の足底の高さに差が生じるので、足部単体では凹凸路面に対応できないという課題を有していた。また、路面に凹部がある場合、足底支持部の先端部が凹部に到達することができず、ロックが掛からないまま立脚に移り、凹路面に対応できないという課題を有していた。
（３）特に、支持点となる足底支持部が回動型の場合、接地時に足底支持部の先端部で横滑りが発生するため、凸部の端に先端部が着地する場合、路面にならうと同時に先端部が凸部から滑落するという欠点を持っており、適応可能な地形が限られ、汎用性に欠けるという課題を有していた。
（４）また、回動型の足底支持部では上下方向の可動範囲が狭く、凹凸の差が大きな地形においては、全ての足底支持部を確実に接地させることができないことがあり、足底支持部がロックされず、足底を支持できなくなって姿勢が不安定になったり、転倒が発生したりして、動作の安定性、汎用性に欠けるという課題を有していた。
（５）さらに、回動型の足底支持部では、路面にならう際に横滑りを生じなければならないため、摩擦係数の大きい摩擦材を先端部に使用することができず、立脚側で路面との間に十分な摩擦力を得ることができないので、ロボットが歩行の際に足を振り出すことによって発生する慣性力で立脚側の脚部を中心にヨー軸周りに回転し、歩行が不安定になるという課題を有していた。
（６）また、全ての足底支持部が可動式の場合、部品点数が増え、構造が複雑となり、故障や動作不良が発生し易く、取り扱い性、信頼性に欠けるという課題を有していた。
【０００６】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、既存の２足歩行ロボット等の脚部の足底に容易に取付けることができ、足底支持部の可動爪部が受動的に路面等の接地面の凹凸にならって確実に摺動することができ、固定爪部の接地や可動爪部の移動量を検出して足底支持部の運動を制動することにより、段差等がある接地面においても、速やか、かつ、確実に足底を多点支持することができ、転倒を回避することができる信頼性に優れる多点接地型足部支持機構の提供、及び凹凸や段差等がある複雑な地形においても、安定した姿勢を維持して活動することができる歩行動作の安定性、汎用性に優れる多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの脚部の提供、並びにその制御構造の提供をすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明の多点接地型足部支持機構及びそれを備えた２足歩行ロボットの脚部並びにその制御方法は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の多点接地型足部支持機構は、歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部と、前記基部を多点支持する足底支持部と、を備えた多点接地型足部支持機構であって、前記足底支持部が、前記基部の底面より下方に下端部が突出して配設され接地時にそれぞれ独立して上方に移動する摺動自在に保持された３以上の可動爪部と、各々の前記可動爪部の移動量を検出する移動量検出センサ部と、前記移動量検出センサ部で検出した前記可動爪部の移動量に基づいて全ての前記可動爪部の運動を制動するロック機構と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部の底面より下方に下端部が突出して配設され、接地時にそれぞれ独立して上方に移動する摺動自在に保持された３以上の可動爪部を有することにより、回動型の足底支持部に比べてストロークが長く、凹凸に対する自由度を向上させることができ、横滑りや凸部からの滑落等を確実に防止することができ、歩行ロボットの歩行動作の安定性に優れる。
（２）基部に摺動自在に保持された各々の可動爪部が、受動的に接地面の凹凸にならって足底（基部の底面）からの突出量が減少する方向に移動（上方に摺動）するので、移動量検出センサ部で検出した可動爪部の移動量に基づいて、ロック機構により全ての可動爪部の運動を制動することにより、足底に平坦な接地面と同等の広さの仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、歩行ロボットの脚部を確実に支持することができ、転倒を回避することができる。
（３）各々の可動爪部の移動量を検出する移動量検出センサ部を有することにより、確実に可動爪部の接地を確認することができ、ロック機構によって足底支持部の運動を確実に制動することができるので、接地時における足底の基部を常に略水平に保持することができ、これに伴って歩行ロボットの胴体や腰の位置や姿勢を設定した通りに制御することができ、歩行動作の安定性に優れる。
（４）可動爪部が基部に摺動自在に保持されているので、可動爪部の下端部が路面等の接地面に接地した際（立脚時）に、接地面の凹凸によらず、各々の可動爪部を容易かつ確実に足底の上方に摺動させることができ、足底が接地面の凸部から滑落することがなく、ロック機構により全ての可動爪部の運動を確実に制動することができ、足底に確実に平坦な接地面と同等の広さの支持多角形を形成することができ、支持安定性に優れる。
（５）足底支持部が基部に配設されているので、足底支持部と基部を一体的に取り扱うことができ、既存の歩行ロボットの脚部の足底に容易に取り付けて歩行動作の安定性を向上させることができ、組み立て作業性、汎用性に優れる。
（６）３以上の可動爪部を有することにより、足底に確実に平坦な接地面と同等の広さの支持多角形を形成して多点支持することができるので、歩行ロボットの脚部を安定して支持することができ、特に２足歩行ロボットに対し好適に用いることができる。
（７）足底支持部の可動爪部が上下方向に摺動する摺動型であることにより、接地時に可動爪部の先端部で横滑りが発生しないため、可動爪部の先端部の材質として摩擦係数の大きい摩擦材を使用して、立脚側の足底支持部で十分な摩擦力を得ることができ、歩行中に遊脚側の脚部の慣性力によって歩行ロボットがヨー軸周りに回転することがなく、安定した歩行を実現することができる。
【０００８】
ここで、基部の外形は歩行ロボットの脚部の足底の大きさに合わせて十分な支持面積が確保できるように略矩形状や略六角形、略八角形等の多角形状或いは略円形状、略楕円形状等に形成する。基部の材質にはアルミニウム合金が好適に用いられる。軽量で高い強度と剛性がえられるからである。
基部には、床や路面等の接地面からの反力を検出しＺＭＰ（ゼロモーメントポイント）の位置を測定するための６軸力覚センサが配設され、歩行ロボットの脚部の足底に取付けられる。
【０００９】
可動爪部は略円柱状や略楕円柱状のほか、三角柱状，四角柱状，六角柱状等の多角柱状など、様々な形状に形成される。可動爪部は基部に対して摺動自在に支持されていればよいが、遊脚時に自重若しくは圧縮ばねなどの付勢手段等により下方に摺動して最大長になるものが好適に用いられる。これにより、可動爪部の接地前に常に最大ストロークを確保することができ、基部の底面より下方に突出した可動爪部の下端部が路面等の接地面に接地した際（立脚時）に、足底からの突出量が減少するように可動爪部を確実に上方に移動させることができ、接地面の凹凸に倣って脚部を支持することができる。摺動部分にボールリテーナやリニアベアリングなどを配設した場合、摩擦を低減して摺動動作を滑らかにすることができ、可動爪部の動作安定性に優れる。
各々の可動爪部の位置が基部の中心から等距離となるように同一円周上に等間隔で可動爪部を配設した場合、可動爪部によって形成される支持多角形が、正三角形や正方形等の正多角形となるので、各可動爪部によって均一に脚部を支持することができ、接地時の安定性を向上させることができる。
尚、基部には、可動爪部に加えて、固定爪部を設けてもよい。歩行の際に大きな剛性が必要とされるロボットにおいては、高強度で変形の恐れのない固定爪部を併用することにより、足裏の接地剛性を高くすることができ、転倒の可能性を低減できるためである。
【００１０】
移動量検出センサ部としては、足底支持部の移動量を検出できるものであればよいが、例えば、リニアエンコーダが好適に用いられる。ワイヤー式リニアエンコーダの場合、足底支持部と平行にワイヤーを張設し、足底支持部と共にワイヤーが摺動するようにすれば、ワイヤーの引き出し量（移動量）により足底支持部の移動量を検出することができる。足底支持部のストロークの中間点を基準位置とすることにより、接地面の凹凸に対応することができる。尚、基準位置は任意に設定することができ、ロック機構によるロックのタイミングを適宜、選択することができる。
移動量検出センサ部で各々の可動爪部の移動量を直接、検出することができるので、左右の足底の高さや、各足底における各々の可動爪部の移動量を比較することや、予め設定した基準位置（高さ）に達するまでに要する時間を測定すること等により、接地面の凹凸を判断することができ、基準位置を維持しながら凹凸面に対応して安定した連続歩行を行うことができ、汎用性、歩行動作の安定性を向上させることができる。
【００１１】
可動爪部の下端には合成ゴム製等の摩擦材で形成した先端接触部を配設してもよい。これにより、接地面との摩擦力を大きくすることができ、歩行時におけるヨー軸周りの回転を抑制して歩行動作を安定させることができる。摩擦材の材質としては、具体的には耐久性に優れるクロロプレンゴムが好適に用いられるが、弾性変形の影響を極力小さくするために、ショア硬さ９０程度の硬質のものが好ましい。
尚、先端接触部を可動爪部に対して着脱自在に配設した場合、接地面の硬さや表面状態などに応じて材質の異なる先端接触部を選択することや、摩耗した先端接触部を交換することができ、汎用性、メンテナンス性に優れる。
【００１２】
ロック機構としては、移動量検出センサ部からの信号に従って、アクチュエータを駆動し、アクチュエータによりカム等のブレーキ部を摺動又は回動させ、可動爪部の上端や側面に形成された傾斜面などの当接面にブレーキ部を当接させ、機械的な固定或いは摩擦力による固定を行うものが好適に用いられる。可動爪部の下端部が接地して可動爪部に負荷がかかっている状態でのみロックがかかるようにした場合、足底が上昇を始めると共に、可動爪部が自重若しくは付勢手段などにより下方に摺動し、ロックが自動的に解除されるので、可動爪部を駆動するための駆動部が不要で、小型化、軽量化を図ることができる。尚、ブレーキ部は別途、アクチュエータにより駆動されて初期位置に復帰する。
【００１３】
可動爪部，移動量検出センサ部，ロック機構をユニット化した適応接地型爪部を基部に対して着脱自在にした場合、不具合が生じた適応接地型爪部のみを取り外して修理したり、交換したりすることができメンテナンス性に優れる。また、必要に応じて爪部が伸縮しない固定爪部にユニット毎交換することができるので、適応接地型爪部（可動爪部）と固定爪部の組合せや配置を任意に選択することができ汎用性に優れる。
この多点接地型足部支持機構は既存の歩行ロボットの足部に容易に取付けることができ、３以上の可動爪部を有することにより、各足底に確実に支持多角形を形成して多点支持することができるので、車輪移動式のロボットで侵入できない凹凸の激しい場所や多脚のロボットに必要な広い支持基底面を確保できない場所で歩行を行う２足歩行ロボットに対し特に有用であるが、４足や６足等の多脚の歩行ロボットや作業テーブルなどに対して取付けることも可能である。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の多点接地型足部支持機構であって、前記移動量検出センサ部が全ての前記可動爪部の内のいずれか１つの前記可動爪部の移動量が設定値に達したことを検出した時に、前記ロック機構が全ての前記可動爪部の運動を制動する構成を有している。
この構成により、請求項１の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）移動量検出センサ部が全ての可動爪部の内のいずれか１つの可動爪部の移動量が設定値に達したことを検出した時に、ロック機構が全ての可動爪部の運動を制動するので、凹路面を歩行する際に、全ての可動爪部が接地し、基準面に接地した可動爪部の移動量が設定値に達した時点で全ての可動爪部をロックすることにより、基準位置（高さ）より高い位置で可動爪部がロックされることがなく、予め設定した基準位置（高さ）に足底を維持して安定した歩行を行うことができ、凹路面での歩行の信頼性に優れる。
【００１５】
ここで、各々の可動爪部は接地面の凹凸にならって上方に摺動するが、凹部を有する接地面を歩行する場合、まず、ある可動爪部が接地面の基準面に接地し、続いて他の可動爪部が凹部に接地することになるが、従来のように全ての可動爪部が接地した段階で全ての可動爪部にロックをかけると、凹部の深さによってロックのタイミングが変化してしまい、足部の高さがまちまちになってしまう。全ての可動爪部が接地してもロックをかけずに、いずれか１つの可動爪部の移動量が設定値に達したことを検出した時に、全ての可動爪部をロックすることにより、常に接地面の基準面から等しい距離となる基準位置（高さ）で足底を支持することができる。
尚、設定値は任意に選択することができるが、可動爪部のストロークの中間点を基準位置とし、可動爪部のストロークの１／２を設定値とした場合、基準面に対して凹凸の両方に均等に対応することができるので好ましい。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の多点接地型足部支持機構であって、各々の前記可動爪部が、上端側から下方に向かって拡開して形成された傾斜面を有し、前記ロック機構が、各々の前記可動爪部の前記傾斜面に当接する楕円弧状の接触面を有するカムと、前記カムを垂直面内で回動させるアクチュエータと、を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１又は２の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）各々の可動爪部が、上端側から下方に向かって拡開して形成された傾斜面を有し、ロック機構が、各々の可動爪部の傾斜面に当接する楕円弧状の接触面を有するカムと、カムを垂直面内で回動させるアクチュエータと、を備えているので、ロック機構のアクチュエータによりカムを回動させるだけで、カムの接触面を可動爪部の傾斜面に当接させて確実に可動爪部の上方への移動を防止することができ、足底支持部による多点支持を行なって脚部を安定して支持することができる。
（２）可動爪部の傾斜面が上端側から下方に向かって拡開して形成され、カムの接触面が楕円弧状に形成されているので、可動爪部の移動量に応じて、カムの回転角を変化させることにより、可動爪部の傾斜面にカムの接触面を確実に当接させることができ、ロック機構の動作安定性に優れる。
（３）アクチュエータがカムを垂直面内で回動させるように配置することにより、ロック機構の設置スペースを狭くすることができ、省スペ−ス性に優れ、多点接地型足部支持機構の小型軽量化を図ることができる。
【００１７】
ここで、アクチュエータとしては、カムを回動させることができればよいが、高い応答速度を有するロータリソレノイドやステッピングモ−タ等が好適に用いられる。
ロータリソレノイドは初期位置から瞬時にカムを回転させることができ、可動爪部の傾斜面にカムの接触面を当接させてロックすることができる。ステッピングモ−タは、可動爪部の摺動に追従してカムを回転させ、可動爪部の傾斜面とカムの接触面との隙間を常に小さく保つことにより、瞬時にロックすることができる。特にロータリソレノイドは小型軽量で省スペース性、取り扱い性に優れるので好ましい。
尚、可動爪部のストロークに応じて、可動爪部の傾斜面の傾斜角、ロック機構のカムの接触面の形状、可動爪部とカムの回転軸との距離などは、適宜、選択することができる。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の多点接地型足部支持機構は、歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部と、前記基部を多点支持する足底支持部と、を備えた多点接地型足部支持機構であって、前記足底支持部が、前記基部の底面より下方に下端部が突出して固設された１以上の固定爪部と，前記固定爪部より下方に突出し接地時に上方に移動する摺動自在に保持された１以上の可動爪部と，を含む３以上の爪部と、前記固定爪部の接地を検出する接地センサ部と、前記接地センサ部で前記固定爪部の接地を検出した時に全ての前記可動爪部の運動を制動するロック機構と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部の底面より下方に下端部が突出して固設された１以上の固定爪部と，固定爪部より下方に突出し接地時に上方に移動する摺動自在に保持された１以上の可動爪部と，を含む３以上の爪部を有することにより、固定爪部と可動爪部の組合せで足底に支持多角形を形成して多点支持することができ、多様な接地面に対応して、歩行ロボットの脚部を確実に支持することができ、転倒を回避することができる。
（２）基部に摺動自在に保持された可動爪部の下端が、固定爪部の下端より下方に突出していることにより、固定爪部よりも先に可動爪部が接地するので、固定爪部の接地点より低い位置でも可動爪部が接地することができ、接地センサ部で固定爪部の接地を検出した時に、ロック機構により全ての可動爪部の運動を確実に制動することができ、固定爪部と共に足底に確実に平坦な接地面と同等の広さの支持多角形を形成することができ、支持安定性に優れる。
（３）足底支持部が基部に配設されているので、足底支持部と基部を一体的に取り扱うことができ、既存の歩行ロボットの脚部の足底に容易に取り付けて歩行動作の安定性を向上させることができ、組み立て作業性、汎用性に優れる。
（４）３以上の爪部を有することにより、足底に確実に平坦な接地面と同等の広さの支持多角形を形成して多点支持することができるので、歩行ロボットの脚部を安定して支持することができ、特に２足歩行ロボットに対し好適に用いることができる。
（５）足底支持部の可動爪部が上下方向に摺動する摺動型であることにより、接地時に可動爪部の先端部で横滑りが発生しないため、可動爪部の先端部の材質として摩擦係数の大きい摩擦材を使用して、立脚側の足底支持部で十分な摩擦力を得ることができ、歩行中に遊脚側の脚部の慣性力によって歩行ロボットがヨー軸周りに回転することがなく、安定した歩行を実現することができる。
（６）基部に摺動自在に保持された可動爪部の下端が、固定爪部の下端より下方に突出していることにより、固定爪部よりも先に可動爪部が接地するので、固定爪部の接地点より低い位置に可動爪部が接地することができ、何らかの足部姿勢の路面へのならい制御を併用すれば、可動爪部が１箇所のみの構成でも足底に確実に平坦な接地面と同等の広さの支持多角形を形成することができ、支持安定性に優れる機構を安価に構成でき、量産性に優れる。
（７）可動爪部より原理的に剛性と信頼性に優れる固定爪部を組合せることにより、可動爪部の数を減らすことができ、支持安定性に優れる機構を高い剛性で実現でき、故障や動作不良が発生し難く、取り扱い性、信頼性、支持安定性に優れる．
【００１９】
ここで、基部、可動爪部、ロック機構については、請求項１と同様であるので、説明を省略する。
爪部は、固定爪部と可動爪部を合わせて３以上であればよく、固定爪部及び可動爪部の数や配置などの組合せは、接地面の凹凸の状況などによって、適宜、選択することができる。可動爪部の数を減らすことにより、多点接地型足部支持機構の構造や制御を簡素化することができ、故障や動作不良が発生し難く、取り扱い性、信頼性に優れる。特に、ＷＯ２００７／０３２１２０に開示されているような凹凸にならって歩行する２足歩行ロボット装置の制御方法と、この多点接地型足部支持機構を併用した場合、少ない可動爪部で凹凸のある接地面への適応性を向上させることができ、汎用性、量産性に優れる。
【００２０】
接地センサとしては、固定爪部の接地側の端部に配設し、固定爪部と接地面との接地を検出するものが用いられる。
接地センサの接地部としては、センサ表面に突設されたピンが直接、接地面に当接してスイッチングを行う押しボタン形のものや、センサ表面に一端が回動自在に支持された板ばねの他端が、接地面に当接して揺動することによりセンサ表面の接点に接触してスイッチングを行うヒンジレバー形のもの等がある。ヒンジレバー形の場合、接地面に当接する側の端部には接地面側に突起部を形成又は配設することが好ましい。これにより、より確実に板ばねの端部を接地面に当接させることができ、板ばねを揺動させることができ、スイッチング動作の安定性に優れる。
【００２１】
本発明の請求項５に記載の多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの脚部は、左右の足部と、前記左右の足部の足底にそれぞれ配設された請求項１乃至４の内いずれか１項の多点接地型足部支持機構と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）左右の足部の足底にそれぞれ多点接地型足部支持機構が配設されているので、左右の足部の内、歩行時に接地した足部の多点接地型足部支持機構により、凹凸や段差等がある複雑な接地面においても、足底に平坦な接地面と同等の広さの仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、２足歩行ロボットの脚部を確実に支持することができ、転倒を回避して安定した歩行を継続することができる。
（２）２足歩行ロボットのＺＭＰ制御を行う場合、通常、接地面は水平な平坦面であると仮定し、ＺＭＰが支持多角形内に存在するように歩行パターンを設定するため、従来の剛体平板の足底では、接地面の傾斜面や凹凸を踏んだ場合は２足歩行ロボットが認識する支持多角形と実際の支持多角形とが大きく異なってしまい、歩行が不安定になって最終的には転倒してしまうが、足底支持部の可動爪部が受動的に接地面にならって接地することにより、接地面に凹凸があっても２足歩行ロボットが認識する支持多角形と実際の支持多角形とを常に略一致させることができるので、設定した歩行パターン通りの安定した歩行を行うことができる。
【００２２】
ここで、２足歩行ロボットの脚部は、シリアルリンク機構部又はパラレルリンク機構部を有する。パラレルリンク機構部はベース部に配設された受動ジョイントと左右の足部にそれぞれ配設された受動ジョイントとの間に各々配設される。各々のパラレルリンク機構部を２本のリンクを１組としてＶ字形状に配設し、それを３組配設したスチュワートプラットフォームにより構成した場合、安定性及び剛性に優れると共に、動作制御を簡便化することができる。
リンクとしては、モータを用いた送り螺子機構を有するものや、油圧、水圧、空気圧シリンダや直動型アクチュエータ等を用いた直動リンクや、２以上の棒状部材を駆動関節により連結したもの等種々のものが用いられる。なお、直動リンクを用いた場合、各々の直動リンクはその軸方向へ伸縮するため互いに干渉することがなく装置の小型化が可能であり好ましい。
受動ジョイントとしては、ユニバーサルジョイント、ボールジョイント、又は２軸の軸継手、或いはこれらと１軸或いは２軸の軸継手の組合せ等を各々適宜ベース側や左右の足部に配置して用いられる。なお、ユニバーサルジョイントを用いた場合、ボールジョイントに比べ可動範囲が広くなるため好ましい。
【００２３】
本発明の請求項６に記載の２足歩行ロボットの脚部の制御構造は、左右の足部と、前記左右の足部の足底にそれぞれ配設された多点接地型足部支持機構と、を有し、前記多点接地型足部支持機構が前記足底から下端部が突出して配設され接地時にそれぞれ独立して受動的に摺動してその突出量が減少する３以上の可動爪部と、各々の前記可動爪部の移動量を検出する移動量検出センサ部と、各々の前記可動爪部を固定するロック機構と、を備え、前記左右の足部を上下動させて歩行する２足歩行ロボットの制御構造であって、前記左右の足部のそれぞれについて、前記多点接地型足部支持機構の前記移動量検出センサ部で各々の前記可動爪部の移動量を検出し、その移動量に基づいて前記ロック機構により全ての前記可動爪部の運動を制動し、接地した前記足部の前記足底を多点支持する構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）左右の足部のそれぞれについて、多点接地型足部支持機構の各々の可動爪部の移動量を移動量検出センサ部で検出し、その移動量に基づいてロック機構により全ての可動爪部の運動を制動し、接地した足部の足底に仮想的な支持多角形を形成して多点支持することにより、歩行動作の安定性を向上させることができ、２足歩行ロボットの転倒を防止することができる。
【００２４】
本発明の請求項７に記載の２足歩行ロボットの脚部の制御構造は、左右の足部と、前記左右の足部の足底にそれぞれ配設された多点接地型足部支持機構と、を有し、前記多点接地型足部支持機構が前記足底から下端部が突出して固設された１以上の固定爪部と，前記固定爪部より下方に突出し接地時に受動的に摺動してその突出量が減少する１以上の可動爪部と，を含む３以上の爪部と、前記固定爪部の接地を検出する接地センサ部と、各々の前記可動爪部を固定するロック機構と、を備え、前記左右の足部を上下動させて歩行する２足歩行ロボットの制御構造であって、前記左右の足部のそれぞれについて、前記多点接地型足部支持機構の前記接地センサ部で各々の前記固定爪部の接地を検出し、前記固定爪部の接地に基づいて前記ロック機構により全ての前記可動爪部の運動を制動し、接地した前記足部の前記足底を多点支持する構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）左右の足部のそれぞれについて、多点接地型足部支持機構の固定爪部の接地を接地センサ部で検出し、固定爪部の接地に基づいてロック機構により全ての可動爪部の運動を制動することにより、接地した足部の足底に３以上の爪部で仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、歩行動作の安定性を向上させることができ、２足歩行ロボットの転倒を防止することができる。
（２）基部に摺動自在に保持された可動爪部の下端が、固定爪部の下端より下方に突出していることにより、ＷＯ２００７／０３２１２０に開示されているような凹凸にならって歩行する２足歩行ロボット装置の制御方法と、この多点接地型足部支持機構を併用した場合、少ない可動爪部で凹凸のある接地面への適応性を向上させることができ、汎用性、量産性に優れる。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、本発明の多点接地型足部支持機構及びそれを備えた２足歩行ロボットの脚部並びにその制御方法によれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）足底に配設される基部の底面より下方に下端部が突出して配設され、接地時にそれぞれ独立して上方に移動する摺動自在に保持された３以上の可動爪部を有することにより、接地面の凹凸にならって可動爪部を確実に摺動させることができ、横滑りや凸部からの滑落等を確実に防止することができ、歩行ロボットの歩行動作の安定性に優れ、移動量検出センサ部で各々の可動爪部の移動量を検出して、ロック機構により全ての可動爪部の運動を制動することで足底に平坦な接地面と同等の広さの仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、脚部を確実に支持して転倒を回避することができる支持安定性、動作安定性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
（２）移動量検出センサ部で各々の可動爪部の移動量を検出することで、確実に全ての可動爪部の接地を確認することができ、ロック機構で全ての可動爪部の運動を確実に制動して接地時における足底の基部を常に略水平に保持することができ、歩行ロボットの胴体や腰の位置や姿勢を設定した通りに制御することができる歩行動作の安定性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
（３）基部に配設された足底支持部を基部と一体的に取り扱うことができるので、既存の歩行ロボットの脚部の足底に容易に取付けを行うことができ、歩行ロボットの歩行動作の安定性を向上させることができる組立て作業性、生産性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
【００２６】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）移動量検出センサ部が全ての可動爪部の内のいずれか１つの可動爪部の移動量が設定値に達したことを検出した時に、ロック機構が全ての可動爪部の運動を制動することにより、凹路面を歩行する際に、全ての可動爪部が接地した上で、基準面に接地した可動爪部の移動量を元にして全ての可動爪部をロックすることができ、常に足底を予め設定した基準位置（高さ）に維持して安定した歩行を行うことができる凹路面での歩行の信頼性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
【００２７】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）ロック機構のアクチュエータによりカムを回動させるだけで、カムの接触面を足底支持部の傾斜面に当接させて確実に可動爪部の上方への移動を防止することができ、足底支持部による多点支持を行なって脚部を安定して支持することができる信頼性、確実性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
（２）可動爪部の傾斜面が上端側から下方に向かって拡開して形成され、カムの接触面が楕円弧状に形成されていることにより、可動爪部の移動量によらず、可動爪部の傾斜面にカムの接触面を確実に当接させることができるロック機構の動作安定性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
（３）アクチュエータがカムを垂直面内で回動させるように配置することにより、ロック機構の設置スペースを狭くすることができる小型軽量で省スペ−ス性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
【００２８】
請求項４に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）足底に配設される基部の底面より下方に下端部が突出して固設された１以上の固定爪部と，固定爪部より下方に突出し接地時に上方に移動する摺動自在に保持された１以上の可動爪部と，を含む３以上の爪部を有することにより、接地面の凹凸によらず、固定爪部よりも先に可動爪部を接地させ、可動爪部を確実に足底の上方に摺動させることができ、接地センサ部で固定爪部の接地を検出して、ロック機構により全ての可動爪部の運動を制動することで、固定爪部と可動爪部によって足底に平坦な接地面と同等の広さの仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、脚部を確実に支持して転倒を回避することができる支持安定性、動作安定性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
（２）基部に配設された足底支持部を基部と一体的に取り扱うことができるので、既存の歩行ロボットの脚部の足底に容易に取付けを行うことができ、歩行ロボットの歩行動作の安定性を向上させることができる組立て作業性、生産性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
（３）基部に摺動自在に保持された可動爪部の下端が、固定爪部の下端より下方に突出しているので、ＷＯ２００７／０３２１２０に開示されているような凹凸にならって歩行する２足歩行ロボット装置の制御方法と、この多点接地型足部支持機構を併用した場合、少ない可動爪部で凹凸のある接地面への適応性を向上させることができ、汎用性、量産性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
【００２９】
請求項５に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）左右の足部の足底にそれぞれ多点接地型足部支持機構が配設されているので、左右の足部の内、歩行時に接地した足部の多点接地型足部支持機構により、凹凸や段差等がある複雑な接地面においても、足底に平坦な接地面と同等の広さの仮想的な支持多角形を形成することができ、脚部を確実に多点支持することができ、転倒を回避することができる歩行時の安定性に優れた多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの脚部を提供することができる。
【００３０】
請求項６に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）左右の足部のそれぞれについて、多点接地型足部支持機構の各々の足底支持部の移動量を移動量検出センサ部で検出し、その移動量に基づいてロック機構により全ての足底支持部の運動を制動し、接地した足部の足底に仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、２足歩行ロボットの脚部を確実に支持することができる歩行動作の安定性に優れた２足歩行ロボットの脚部の制御構造を提供することができる。
【００３１】
請求項７に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）左右の足部のそれぞれについて、多点接地型足部支持機構の固定爪部の接地を接地センサ部で検出し、固定爪部の接地に基づいてロック機構により全ての可動爪部の運動を制動し、接地した足部の足底に仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、２足歩行ロボットの脚部を確実に支持することができる歩行動作の安定性に優れた２足歩行ロボットの脚部の制御構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構について、以下図面を用いて説明する。
図１は本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構を示す斜視図である。
図１中、１は本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構、２はアルミニウム合金等の金属製で外形が略矩形状に形成された多点接地型足部支持機構１の基部、２ａは基部２の中央部に略円形に形成され床や路面等の接地面からの反力を検出しＺＭＰの位置を測定するための６軸力覚センサ（図示せず）が固設される基部２の力覚センサ固定部、２ｂは力覚センサ固定部２ａの表面に穿設され６軸力覚センサの位置決めを行うための位置決めピンが挿通される２箇所の位置決め孔、２ｃは力覚センサ載置部２ａの位置決め孔２ｂの対称位置に穿設され６軸力覚センサをねじ止めにより固定する固定ボルトが挿通される４箇所のボルト挿通孔、２ｄは基部２の底面、２ｅは力覚センサ載置部２ａの外周に放射状に底面２ｄに立設され底面２ｄを補強する基部２のリブ、３は基部２を後述する４つの可動爪部４により多点支持する多点接地型足部支持機構１の足底支持部、３ａは足底支持部３の可動爪部４を基部２に取り付けるためのアタッチメント部、３ｂはアタッチメント部３ａに固設され可動爪部４を上下方向に摺動自在に支持する多点接地型足部支持機構１の摺動支持部、４は長尺平板状に形成された摺動部４ａで摺動支持部３ｂに摺動自在に支持され基部２の底面２ｄより下方に下端部が突出して配設された多点接地型足部支持機構１の可動爪部、４ｂは摺動部４ａの表面に配設され上端側から下方に向かって拡開して形成された傾斜面４ｃを有する可動爪部４の当接部、４ｄは合成ゴム製の摩擦材（雪の降る日はスノーシュー）で形成され当接部４ｂの下端部に着脱自在に配設された可動爪部４の先端接触部、４ｅ，４ｆは摺動部４ａの上端部を両側から挟むように配設され可動爪部４の摺動時に摺動支持部３ｂの上端部に当接して可動爪部４の抜けを防止するストッパー部、４ｇはストッパー部４ｆの側部に配設されたワイヤー固定部、５は可動爪部４の側部に配設され可動爪部４の移動量を検出する多点接地型足部支持機構１の移動量検出センサ部、５ａは移動量検出センサ部５のワイヤー式リニアエンコーダ本体、５ｂはワイヤー式リニアエンコーダ本体５ａから可動爪部４と平行に張設され可動爪部４と共に摺動するワイヤー、５ｃはワイヤー５ｂの先端に環状に形成されワイヤー固定部４ｇに挿通されたワイヤー５ｂの挿通部、６は可動爪部４の運動を制動する多点接地型足部支持機構１のロック機構、６ａはロータリソレノイドを用いたロック機構６のアクチュエータ、６ｂはアクチュエータ６の回動軸、７は回動軸６ｂに挿設されて垂直面内で回動するロック機構６のカム、８は可動爪部４，移動量検出センサ部５，ロック機構６がユニット化され基部２の四隅に着脱自在に配設された多点接地型足部支持機構１の適応接地型爪部である。
【００３３】
基部２に６軸力覚センサが固設される力覚センサ固定部２ａを有し、力覚センサ固定部２ａの表面に６軸力覚センサの位置決めを行うための位置決めピンが挿通される２箇所の位置決め孔２ｂ及び６軸力覚センサをねじ止めにより固定する固定ボルトが挿通される４箇所のボルト挿通孔２ｃが穿設されているので、容易に力覚センサ固定部２ａに６軸力覚センサを位置決めし、固定することができる。これにより、６軸力覚センサを介して既存の２足歩行ロボット等の足部に多点接地型足部支持機構１を取付けることができ、床や路面等の接地面からの反力を検出しＺＭＰの位置を測定することができる。
基部２及び力覚センサ固定部２ａの形状を変更するだけで、種々の形状の２足歩行ロボット等の足部に多点接地型足部支持機構１を取付けることができ、汎用性に優れる。
【００３４】
次に、足底支持部の可動爪部及びロック機構の詳細について説明する。
図２（ａ）は足底支持部の可動爪部及びロック機構を示す要部断面側面図であり、図２（ｂ）は足底支持部の可動爪部の固定状態を示す要部断面側面図である。
図２中、７ａは可動爪部４の傾斜面４ｃに当接するカム７の楕円弧状の接触面、２０は路面などの接地面である。
本実施の形態では、摺動支持部３ｂと摺動部４ａの組合せとして、市販のＴＨＫ製のボールリテーナ入りＬＭガイドを使用し、摺動部４ａの表面に傾斜面４ｃを有する当接部４ｂを配設して可動爪部４とした。これにより、摺動支持部３ｂに対して滑らかに摺動部４ａを移動させることができる。遊脚時に自重により可動爪部４が下方に摺動して最大長となることにより、可動爪部４の接地前に常に最大ストロークを確保することができ、基部２の底面２ｄより下方に突出した可動爪部４の下端部が路面等の接地面２０に接地した際（立脚時）に、足底からの突出量が減少するように可動爪部４を確実に上方に移動させることができ、接地面２０の凹凸に倣って脚部を支持することができる。
尚、可動爪部４は本実施の形態に限定されるものではなく、基部２に対して摺動自在に支持されていればよい。また、摺動部４ａと当接部４ｂは一体に形成してもよい。
【００３５】
可動爪部４の下端に合成ゴム製の摩擦材で形成した先端接触部４ｄを配設することにより、接地面２０との摩擦力を大きくすることができ、歩行時におけるヨー軸周りの回転を抑制して歩行動作を安定させた。
本実施の形態では、弾性変形の影響を極力小さくするために、ショア硬さ９０程度の硬質で耐久性に優れるクロロプレンゴムを用いたが、先端接触部４ｄの材質は、これに限定されるものではない。
尚、先端接触部４ｄを可動爪部４に対して着脱自在に配設することにより、接地面２０の硬さや表面状態などに応じて材質の異なる先端接触部４ｄを選択することや、摩耗した先端接触部４ｄを容易に交換することができ、汎用性、メンテナンス性に優れる。
【００３６】
図１に示したように、可動爪部４の上端部のストッパー部４ｆの側部に配設されたワイヤー固定部４ｇにワイヤー５ｂの先端の挿通部５ｃが挿通されて固定されているので、可動爪部４と共にワイヤー５ｂが上下に摺動する。移動量検出センサ部５はワイヤー式リニアエンコーダ本体５ａからのワイヤー５ｂの引き出し量（移動量）を測定することにより可動爪部４の移動量を検出することができる。可動爪部４のストロークの中間点を基準位置とすることにより、可動爪部４が基準位置を中心にストロークの１／２ずつ上下に移動することができ、接地面２０の凹凸に対応することができる。
尚、移動量検出センサ部５は本実施の形態に限定されるものではなく、可動爪部４の移動量を検出できるものであればよい。また、基準位置は任意に設定することができるので、接地面２０における凹部の深さや凸部の高さなどに応じて、ロック機構６によるロックのタイミングを適宜、選択することができ、様々な地形に対応することができる。
【００３７】
ロック機構６は、移動量検出センサ部５からの信号に従って、アクチュエータ６ａを駆動し、アクチュエータ６ａによりカム７を回動させ、可動爪部４の傾斜面４ｃにカム７の接触面７ａを当接させて、くさびのようにして可動爪部４を固定することができる。可動爪部４の下端部が接地して可動爪部４に負荷がかかっている状態でのみロックがかかるようにすることで、足底が上昇を始めると共に、可動爪部４が自重により下方に摺動し、ロックが自動的に解除される。尚、カム７は別途、アクチュエータ６ａにより駆動されて初期位置に復帰する。
可動爪部４，移動量検出センサ部５，ロック機構６をユニット化した適応接地型爪部８を基部２に対して着脱自在にすることにより、不具合が生じた適応接地型爪部８のみを取り外して修理したり、交換したりすることができメンテナンス性に優れる。また、必要に応じて可動爪部４が伸縮しない固定型爪部にユニット毎交換することができるので、適応接地型爪部８と固定型爪部の組合せや配置を任意に選択することができ汎用性に優れる。
尚、可動爪部４の数や配置は本実施の形態に限定されるものではなく、３つ以上の可動爪部４によって足底に平坦な接地面と同等の広さの仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができるものであればよい。
【００３８】
以上のように構成された本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構について、以下その動作の詳細を説明する。
多点接地型足部支持機構１の１組の適応接地型爪部８に着目する。
図２（ａ）において、基部２が下降すると、可動爪部４の先端接触部４ｄが接地面２０に接触する。図２（ｂ）において、さらに基部２が下降すると、可動爪部４が上方に移動し、このときの移動量が移動量検出センサ部５（図１参照）によって検出され、移動量検出センサ部５からの移動量の信号は図示しない配線を通って制御部（図示せず）へ送られる。
各々の移動量検出センサ部５からの移動量の信号を受取った制御部は、移動量が予め設定した設定値に達した時に、ロック機構６のアクチュエータ６ａに可動爪部４の運動を制動してその状態を保持するように指示する。
アクチュエータ６ａの回動軸６ｂが回動することにより、カム７の接触面７ａが可動爪部４の傾斜面４ｃに当接し、可動爪部４が上昇するのを防止して可動爪部４の運動を制動する。
全ての可動爪部４の運動を制動することにより、足底の４点接地が略矩形状の支持多角形を形成し、確実に脚部を多点支持することができる。
【００３９】
以上のように、各可動爪部４が独立して動作するので、各可動爪部４が接地面２０の凹凸や傾斜にならって動作することができる。このとき、移動量検出センサ部５で各々の可動爪部４の移動量を直接、検出することができるので、左右の足底の高さや、各足底における各々の可動爪部４の移動量を比較することや、予め設定した基準位置（高さ）に達するまでに要する時間を測定すること等により、接地面２０の凹凸を判断することができ、基準位置を維持しながら凹凸面に対応して安定した連続歩行を行うことができ、汎用性、歩行動作の安定性を向上させることができる。
また、この多点接地型足部支持機構１は既存の歩行ロボットの足部に容易に取付けることができ、可動爪部４によって各足底に確実に支持多角形を形成して多点支持することができるので、車輪移動式のロボットで侵入できない凹凸の激しい場所や多脚のロボットに必要な広い支持基底面を確保できない場所で歩行を行う２足歩行ロボットに対し特に有用であるが、４足や６足等の多脚の歩行ロボットや作業テーブルなどに対して取付けることも可能である。
【００４０】
以上のように構成された本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの脚部について、図面を用いて説明する。
図３は本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの脚部を示す斜視図であり、図４はベース部受動ジョイントの要部斜視図であり、図５は足部受動ジョイントの要部斜視図である。
図３中、１０は本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構１を備えた２足歩行ロボットの脚部、１１は２足歩行ロボットの脚部１０のベース部、１２ａ、１２ｂは略三角形状に形成され足底に多点接地型足部支持機構１が配設された２足歩行ロボット１０の左右の足部、１３は２本の直動リンク１３ａ、１３ｂを１組としてＶ字形状に配設された２足歩行ロボットの脚部１０のパラレルリンク機構部、１４は二個一組でベース部１１の左右にそれぞれ３箇所ずつ互いに対称に配設され３組のパラレルリンク機構部１３の上端と連結された２自由度を有するベース部受動ジョイント、１５は左右の足部１２ａ、１２ｂにそれぞれ３箇所ずつ互いに対称に配設され３組のパラレルリンク機構部１３の下端と連結された３自由度を有する足部受動ジョイントである。
【００４１】
図４中、１６ａはベース部１１の下部に固定されたコ字形状のベース部上部継手、１６ｂはベース部上部継手１６ａの立設された対向辺に架設された上部継手軸、１６ｃは直動リンク１３ａ，１３ｂの上端部に固定されたコ字形状のベース部下部継手、１６ｄはベース部下部継手１６ｃの立設された対向辺に架設されベース部下部継手１６ｃを回動自在に軸支する下部継手軸、１６ｅは上部継手軸１６ｂと下部継手軸１６ｄを直交させて連結する連結回動部である。
図５中、１７ａは直動リンク１３ａの下端部に連結されたコ字形状の第１の足部上部継手、１７ｂは直動リンク１３ｂの下端部に連結されたコ字形状の第２の足部上部継手、１７ｃは第１の足部上部継手１７ａと第２の足部上部継手１７ｂのそれぞれの両側に垂設された対向辺に架設され第１の足部上部継手１７ａと第２の足部上部継手１７ｂを連結し各々回動自在に軸支する上部継手軸、１７ｄは後述の基部を介して足部１２ａ，１２ｂに連結されたコ字形状の足部下部継手、１７ｅは足部下部継手１７ｄの両側に立設された対向辺に架設された下部継手軸、１７ｆは上部継手軸１７ｃと下部継手軸１７ｅを直交させて連結する連結回動部、１８は足部１２ａ，１２ｂ上に固定された継手固定部、１８ａは継手固定部１８に対して足部下部継手１７ｄを回動自在に軸支する継手回動軸である。
【００４２】
図４に示すように、ベース部下部継手１６ｃは、ベース部上部継手１６ａに対して、上部継手軸１６ｂと下部継手軸１６ｄの軸周方向に回動する。これにより、ベース部受動ジョイント１４は、直動リンク１３ａ，１３ｂの長手方向に直交する上部継手軸１６ｂと下部継手軸１６ｄの軸周方向に２自由度を有するので、直動リンク１３ａ（１３ｂ）の伸縮に追従してこれを妨げることなく円滑に従動して歩行動作を行うことができる。
また、図５に示すように、第１の足部上部継手１７ａ及び第２の足部下部継手１７ｂは、足部下部継手１７ｄに対して、上部継手軸１７ｃと下部継手軸１７ｅの軸周方向に回動する。また、足部下部継手１７ｄは、継手固定部１８に対して、継手回動軸１８ａの軸周方向に回動する。これにより、足部受動ジョイント１５は、直動リンク１３ａ，１３ｂの長手方向に直交する上部継手軸１７ｃと下部継手軸１７ｅの軸周方向に２自由度を有すると共に、直動リンク１３ａ，１３ｂの軸方向の継手回動軸１８ａの軸周方向に１自由度を有するので、直動リンク１３ａ，１３ｂの伸縮に追従してこれを妨げることなく円滑に従動して歩行動作を行うことができる。
【００４３】
各々のパラレルリンク機構部１３が、２本の直動リンク１３ａ、１３ｂを１組としてＶ字形状に配設され、それが３組配設されたスチュワートプラットフォームにより構成されていることにより、安定性及び剛性に優れると共に、動作制御を簡便化することができる。パラレルリンク機構部１３のリンクとして直動リンク１３ａ、１３ｂを用いたことにより、各々の直動リンク１３ａ、１３ｂがその軸方向へ伸縮するため互いに干渉することがなく、２足歩行ロボット１０を小型化している。
ベース部受動ジョイント１４、足部受動ジョイント１５はそれぞれユニバーサルジョイント、ボールジョイント、又は２軸の軸継手、或いはこれらと１軸或いは２軸の軸継手を組合せたもの等を用いることができる。なお、ユニバーサルジョイントを用いた場合、ボールジョイントに比べ可動範囲が広くなるため好ましい。
左右の脚部に用いられる各々のパラレルリンク機構部１３は、ベース部１１の両側に互いに対称に配設し、パラレルリンク機構部１３に用いられる直動リンク１３ａ、１３ｂも、それぞれ左右の脚部で同様に対称に配設した。
【００４４】
以上のように構成された本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの制御構造について、図面を用いて説明する。
図６は本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの歩行状態を示す足部の拡大側面図である。
図６中、２０ａは接地面２０の凹部である。
左右の足部１２ａ、１２ｂにそれぞれ多点接地型足部支持機構１を備えた２足歩行ロボット１０は、左右の足部１２ａ、１２ｂそれぞれについて、多点接地型足部支持機構１の全ての可動爪部４の移動量を移動量検出センサ部５（図１参照）で検出し、その移動量に基づいてロック機構６により全ての可動爪部４の運動を制動する。
【００４５】
各々の可動爪部４は接地面２０の凹凸にならって上方に摺動するが、凹部２０ａを有する接地面２０上を歩行する場合、まず、一方の足部１２ａの１つの可動爪部４が接地面２０の基準面（表面）に接地し、続いて他の可動爪部４が凹部２０ａに接地することになるが、従来のように全ての可動爪部４が接地した段階で全ての可動爪部４にロックをかけると、凹部２０ａの深さによってロックのタイミングが変化してしまい、足部の高さがまちまちになってしまう。そこで、全ての可動爪部４が接地してもロックをかけずに、移動量検出センサ部５が一方の足部１２ａの全ての可動爪部４の内のいずれか１つの可動爪部４の移動量が設定値Ｌに達したことを検出した時に、ロック機構６が全ての可動爪部４の運動を制動する構造とする。これにより、基準面である接地面２０の表面に接地した可動爪部４（図６の右側）の移動量が設定値Ｌに達した時点で全ての可動爪部４をロックすることができるので、予め設定した基準位置（高さ）に足部１２ａの高さを維持することができ、凹部２０ａを有する接地面２０においても安定した歩行を行うことができる。
【００４６】
以上のように実施の形態１における多点接地型足部支持機構によれば、以下の作用を有する。
（１）歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部２の底面２ｄより下方に下端部が突出して配設され、接地時にそれぞれ独立して上方に移動する摺動自在に保持された４つの可動爪部４を有することにより、回動型の足底支持部に比べてストロークが長く、凹凸に対する自由度を向上させることができ、横滑りや凸部からの滑落などを確実に防止することができ、歩行ロボットの歩行動作の安定性に優れる。
（２）基部２に摺動自在に保持された各々の可動爪部４が、受動的に接地面２０の凹凸にならって足底（基部２の底面２ｄ）からの突出量が減少する方向に移動する（上方に摺動する）ので、移動量検出センサ部５で検出した可動爪部４の移動量に基づいて、ロック機構６により全ての可動爪部４の運動を制動することにより、足底に平坦な接地面２０と同等の広さの仮想的な支持多角形（四角形）を形成して多点支持することができ、歩行ロボットの脚部を確実に支持することができ、転倒を回避することができる。
（３）各々の可動爪部４の移動量を検出する移動量検出センサ部５を有することにより、確実に可動爪部４の接地を確認することができ、ロック機構６によって可動爪部４の運動を確実に制動することができるので、接地時における足底の基部２を常に略水平に保持することができ、これに伴って歩行ロボットの胴体や腰の位置や姿勢を設定した通りに制御することができ、歩行動作の安定性に優れる。
（４）可動爪部４が基部２に摺動自在に保持されているので、可動爪部４の下端部が路面等の接地面２０に接地した際（立脚時）に、接地面２０の凹凸によらず、各々の可動爪部４を容易かつ確実に足底の上方に摺動させることができ、足底が接地面２０の凸部から滑落することがなく、ロック機構６により全ての可動爪部４の運動を確実に制動することができ、足底に確実に平坦な接地面２０と同等の広さの支持多角形を形成することができ、支持安定性に優れる。
（５）足底支持部３が基部２に配設されているので、足底支持部３と基部２を一体的に取り扱うことができ、既存の歩行ロボットの脚部の足底に容易に取り付けて歩行動作の安定性を向上させることができ、組み立て作業性、汎用性に優れる。
（６）４つの可動爪部４を有することにより、足底に確実に平坦な接地面２０と同等の広さの支持多角形を形成して多点支持することができるので、歩行ロボットの脚部を安定して支持することができ、特に２足歩行ロボットに対し好適に用いることができる。
（７）足底支持部３の可動爪部４が上下方向に摺動する摺動型であることにより、接地時に可動爪部４の先端部で横滑りが発生しないため、可動爪部４の先端接触部４ｄの材質として摩擦係数の大きい摩擦材を使用して、立脚側の可動爪部４と接地面２０との間で十分な摩擦力を得ることができ，歩行中に遊脚側の脚部の慣性力によって歩行ロボットがヨー軸周りに回転することがなく、安定した歩行を実現することができ信頼性に優れる。
（８）移動量検出センサ部５が全ての可動爪部４の内のいずれか１つの可動爪部４の移動量が設定値に達したことを検出した時に、ロック機構６が全ての可動爪部４の運動を制動することにより、凹路面を歩行する際に、全ての可動爪部４が接地し、基準面（接地面２０の表面）に接地した可動爪部４の移動量が設定値に達した時点で全ての可動爪部４をロックすることにより、基準位置（高さ）より高い位置で可動爪部４がロックされることがなく、予め設定した基準位置（高さ）に足底を維持して安定した歩行を行うことができ、凹路面での歩行の信頼性に優れる。
（９）各々の可動爪部４が、上端側から下方に向かって拡開して形成された傾斜面４ｃを有し、ロック機構６が、各々の可動爪部４の傾斜面４ｃに当接する楕円弧状の接触面７ａを有するカム７と、カム７を垂直面内で回動させるアクチュエータ６ａと、を備えているので、ロック機構６のアクチュエータ６ａによりカム７を回動させるだけで、カム７の接触面７ａを可動爪部４の傾斜面４ｃに当接させて確実に可動爪部４の上方への移動を防止することができ、可動爪部４による多点支持を行なって脚部を安定して支持することができる。
（１０）可動爪部４の傾斜面４ｃが上端側から下方に向かって拡開して形成され、カム７の接触面７ａが楕円弧状に形成されているので、可動爪部４の移動量に応じて、カム７の回転角を変化させることにより、可動爪部４の傾斜面４ｃにカム７の接触面７ａを確実に当接させることができ、ロック機構６の動作安定性に優れる。
（１１）アクチュエータ６ａがカム７を垂直面内で回動させるように配置することにより、ロック機構６の設置スペースを狭くすることができ、省スペ−ス性に優れ、多点接地型足部支持機構１の小型軽量化を図ることができる。
【００４７】
実施の形態１における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの脚部によれば、以下の作用を有する。
（１）左右の足部１２ａ，１２ｂの足底にそれぞれ多点接地型足部支持機構１が配設されているので、左右の足部１２ａ，１２ｂの内、歩行時に接地した足部１２ａ（１２ｂ）の多点接地型足部支持機構１により、凹凸や段差等がある複雑な接地面２０においても、足底に平坦な接地面２０と同等の広さの仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、２足歩行ロボットの脚部１０を確実に支持することができ、転倒を回避して安定した歩行を継続することができる。
（２）２足歩行ロボットのＺＭＰ制御を行う場合、通常、接地面は水平な平坦面であると仮定し、ＺＭＰが支持多角形内に存在するように歩行パターンを設定するため、従来の剛体平板の足底では、接地面２０の傾斜面や凹凸を踏んだ場合は２足歩行ロボットが認識する支持多角形と実際の支持多角形とが大きく異なってしまい、歩行が不安定になって最終的には転倒してしまうが、各々の足底支持部３の可動爪部４が受動的に接地面２０にならって接地することにより、接地面２０に凹凸があっても２足歩行ロボットが認識する支持多角形と実際の支持多角形とを常に略一致させることができるので、設定した歩行パターン通りの安定した歩行を行うことができる。
【００４８】
実施の形態１における２足歩行ロボットの脚部の制御構造によれば、以下の作用を有する。
（１）左右の足部１２ａ，１２ｂのそれぞれについて、多点接地型足部支持機構１の各々の可動爪部４の移動量を移動量検出センサ部５で検出し、その移動量に基づいてロック機構６により全ての可動爪部４の運動を制動し、接地した足部１２ａ，１２ｂの足底に仮想的な支持多角形を形成して多点支持するので、歩行動作の安定性を向上させることができ、２足歩行ロボットの転倒を防止することができる。
【００４９】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における多点接地型足部支持機構について、以下図面を用いて説明する。尚、実施の形態１と同様のものには同一の符号を付して説明を省略する。
図７は本発明の実施の形態２における多点接地型足部支持機構を示す斜視図である。
図７において、実施の形態２の多点接地型足部支持機構１Ａが実施の形態１と異なるのは、足底支持部３Ａが、基部２の底面２ｄより下方に下端部が突出して固設された３つの固定爪部４Ａと、固定爪部４Ａより下方に突出し接地時に上方に移動する摺動自在に保持された１つの可動爪部４を有する点である。
【００５０】
次に、固定爪部の詳細について説明する。
図８は足底支持部の固定爪部の接地センサ部を示す要部断面側面図である。
図８中、５Ａは固定爪部４Ａの接地を検出する多点接地型足部支持機構１Ａの接地センサ部である。
接地センサ５Ａとしては、固定爪部４Ａの接地側の端部に配設し、固定爪部４Ａと接地面２０との接地を検出するものであればよい。
本実施の形態では、接地センサ５Ａの接地部として、センサ表面に突設されたピンが直接、接地面２０に当接してスイッチングを行う押しボタン形のものを用いたが、これに限定されるものではなく、例えばセンサ表面に一端が回動自在に支持された板ばねの他端が、接地面に当接して揺動することによりセンサ表面の接点に接触してスイッチングを行うヒンジレバー形のもの等を用いることができる。
【００５１】
以上のように構成された本発明の実施の形態２における多点接地型足部支持機構の動作に基づいて、実施の形態２における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの制御構造について、図面を用いて説明する。
図９は本発明の実施の形態２における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの歩行状態を示す足部の拡大側面図である。尚、実施の形態２における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの脚部については、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
図９中、２０ｂは接地面２０の凸部である。
【００５２】
まず、図７においては、足底支持部３Ａが平坦な接地面に接地している状態を示しているが、実施の形態１で説明したように、可動爪部４は、遊脚時に自重若しくは圧縮ばねなどの付勢手段等により下方に摺動して最大長となり、可動爪部４の下端は固定爪部４Ａの下端より下方に突出している。これにより、接地面２０の凹凸によらず、固定爪部４Ａよりも先に可動爪部４が接地させることができる。
凸部２０ｂを有する接地面２０上を歩行する場合、一方の足部１２ａの基部２が遊脚状態から下降すると、図９に示すように、まず、可動爪部４の先端接触部４ｄが接地面２０の凸部２０ｂに接触する。さらに基部２が下降すると、可動爪部４が上方に移動し、固定爪部４Ａが接地面２０に接地する。固定爪部４Ａの接地が接地センサ部５Ａ（図８参照）によって検出され、接地センサ部５Ａからの信号は図示しない配線を通って制御部（図示せず）へ送られる。
接地センサ部５Ａからの接地の信号を受取った制御部は、ロック機構６に可動爪部４の運動を制動してその状態を保持するように指示する。
尚、ロック機構６の動作は実施の形態１と同様なので説明を省略する。
固定爪部４Ａの接地センサ部５Ａで可動爪部４の運動を制動することにより、足底の４点接地が略矩形状の支持多角形を形成し、確実に脚部を多点支持することができる。
【００５３】
本実施の形態では、多点接地型足部支持機構１Ａが１つの可動爪部４と３つの固定爪部４Ａを有する場合について説明したが、可動爪部４及び固定爪部４Ａの数や配置などの組合せは、接地面２０の凹凸の状況などによって、適宜、選択することができる。可動爪部４の数を減らすことにより、多点接地型足部支持機構１Ａの構造や制御を簡素化することができ、故障や動作不良が発生し難く、取り扱い性、信頼性に優れる。特に、ＷＯ２００７／０３２１２０に開示されているような凹凸にならって歩行する２足歩行ロボット装置の制御方法と、この多点接地型足部支持機構１Ａを併用した場合、少ない可動爪部４で凹凸のある接地面２０への適応性を向上させることができ、汎用性、量産性に優れる。
【００５４】
以上のように実施の形態２における多点接地型足部支持機構によれば、以下の作用を有する。
（１）歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部２の底面２ｄより下方に下端部が突出して固設された３つの固定爪部４Ａと、固定爪部４Ａより下方に突出し接地時に上方に移動する摺動自在に保持された１つの可動爪部４とを有することにより、固定爪部４Ａと可動爪部４の組合せで足底に支持多角形を形成して多点支持することができ、多様な接地面２０に対応して、歩行ロボットの脚部を確実に支持することができ、転倒を回避することができる。
（２）基部２に摺動自在に保持された可動爪部４の下端が、固定爪部４Ａの下端より下方に突出していることにより、固定爪部４Ａよりも先に可動爪部４が接地するので、接地センサ部５Ａで固定爪部４Ａの接地を検出した時に、ロック機構６により可動爪部４の運動を確実に制動することができ、固定爪部４Ａと共に足底に確実に平坦な接地面２０と同等の広さの支持多角形を形成することができ、支持安定性に優れる。
（３）足底支持部３Ａが基部２に配設されているので、足底支持部３Ａと基部２を一体的に取り扱うことができ、既存の歩行ロボットの脚部の足底に容易に取り付けて歩行動作の安定性を向上させることができ、組み立て作業性、汎用性に優れる。
（４）３つの固定爪部４Ａと１つの可動爪部４を合わせた４つの爪部を有することにより、足底に確実に平坦な接地面２０と同等の広さの支持多角形を形成して多点支持することができるので、歩行ロボットの脚部を安定して支持することができ、特に２足歩行ロボットに対し好適に用いることができる。
（５）足底支持部３Ａの可動爪部４が上下方向に摺動する摺動型であることにより、接地時に可動爪部４の先端部で横滑りが発生しないため、可動爪部４の先端部の材質として摩擦係数の大きい摩擦材を使用して、立脚側の足底支持部３Ａで十分な摩擦力を得ることができ、歩行中に遊脚側の脚部の慣性力によって歩行ロボットがヨー軸周りに回転することがなく、安定した歩行を実現することができる。
（６）可動爪部４より原理的に剛性と信頼性に優れる固定爪部４Ａを組合せることにより、可動爪部４の数を減らすことができ、支持安定性に優れる多点接地型足部支持機構１Ａを高い剛性で実現でき、故障や動作不良が発生し難く、取り扱い性、信頼性、支持安定性に優れる．
【００５５】
実施の形態２における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの脚部によれば、実施の形態１と同様の作用を有する。
【００５６】
実施の形態２における２足歩行ロボットの脚部の制御構造によれば、以下の作用を有する。
（１）左右の足部１２ａ，１２ｂのそれぞれについて、多点接地型足部支持機構１Ａの固定爪部４Ａの接地を接地センサ部５Ａで検出し、固定爪部４Ａの接地に基づいてロック機構６により可動爪部４の運動を制動することにより、接地した足部１２ａ，１２ｂの足底に仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、歩行動作の安定性を向上させることができ、２足歩行ロボットの転倒を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、既存の２足歩行ロボット等の脚部の足底に容易に取付けることができ、足底支持部の可動爪部が受動的に路面等の接地面の凹凸にならって確実に摺動することができ、固定爪部の接地や可動爪部の移動量を検出して足底支持部の運動を制動することにより、段差等がある接地面においても、速やか、かつ、確実に足底を多点支持することができ、転倒を回避することができる信頼性に優れる多点接地型足部支持機構の提供、及び凹凸や段差等がある複雑な地形においても、安定した姿勢を維持して活動することができる歩行動作の安定性、汎用性に優れる多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの脚部の提供、並びにその制御構造の提供を行うことができ、特に、車輪移動式のロボットで侵入できない凹凸の激しい場所や多脚のロボットに必要な広い支持基底面を確保できない場所で歩行を行う２足歩行ロボットの普及を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構を示す斜視図
【図２】（ａ）足底支持部及びロック機構を示す要部断面側面図（ｂ）足底支持部の制動状態を示す要部断面側面図
【図３】本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットを示す斜視図
【図４】ベース部受動ジョイントの要部斜視図
【図５】足部受動ジョイントの要部斜視図
【図６】本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの歩行状態を示す足部の拡大側面図
【図７】本発明の実施の形態２における多点接地型足部支持機構を示す斜視図
【図８】足底支持部の固定爪部の接地センサ部を示す要部断面側面図
【図９】本発明の実施の形態２における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの歩行状態を示す足部の拡大側面図
【符号の説明】
【００５９】
１，１Ａ 多点接地型足部支持機構
２ 基部
２ａ 力覚センサ固定部
２ｂ 位置決め孔
２ｃ ボルト挿通孔
２ｄ 底面
２ｅ リブ
３ 足底支持部
３Ａ 適応接地型爪部
３ａ アタッチメント部
３ｂ 摺動支持部
４ 可動爪部
４Ａ 固定爪部
４ａ 摺動部
４ｂ 当接部
４ｃ 傾斜面
４ｄ 先端接触部
４ｅ，４ｆ ストッパー部
４ｇ ワイヤー固定部
５ 移動量検出センサ部
５Ａ 接地センサ部
５ａ ワイヤー式リニアエンコーダ本体
５ｂ ワイヤー
５ｃ 挿通部
６ ロック機構
６ａ アクチュエータ
６ｂ 回動軸
７ カム
７ａ 接触面
８ 適応接地型爪部
１０ ２足歩行ロボット
１１ ベース部
１２ａ、１２ｂ 足部
１３ パラレルリンク機構部
１３ａ、１３ｂ 直動リンク
１４ ベース部受動ジョイント
１５ 足部受動ジョイント
１６ａ ベース部上部継手
１６ｂ 上部継手軸
１６ｃ ベース部下部継手
１６ｄ 下部継手軸
１６ｅ 連結回動部
１７ａ 第１の足部上部継手
１７ｂ 第２の足部上部継手
１７ｃ 上部継手軸
１７ｄ 足部下部継手
１７ｅ 下部継手軸
１７ｆ 連結回動部
１８ 継手固定部
１８ａ 継手回動軸
２０ 接地面
２０ａ 凹部
２０ｂ 凸部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、足底の平面内に仮想的な支持多角形を形成し足底を多点支持する多点接地型足部支持機構及びそれを備えた２足歩行ロボットの脚部並びにその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、人間の生活環境で活動する人間形ロボット、いわゆるヒューマノイドロボット の研究、開発がさかんに行われている。ヒューマノイドロボット は、工業生産だけでなく、家事、高齢者介護等、人間の生活を快適にする目的で使用される場合が多く、人間のために作られた環境において不特定の使用者と密着して作業するため、それに適した形態と機能を持つ必要がある。また、特別な使用訓練を必要とせず安全で柔軟なインターフェースを備えることも要求され、極めて多くの研究課題がある。特に、移動手段として人間と同様に２足を有し、２足歩行を行う２足歩行ロボットは、多くの研究機関や企業で鋭意研究され開発されている。
本出願人が出願した（特許文献１）には「ベース部と、右足部及び左足部と、ベース部と右足部及び左足部の各々に配設された複数の受動ジョイントと、ベース部に配設された受動ジョイントと右足部に配設された受動ジョイントとの間、及び、ベース部に配設された受動ジョイントと左足部に配設された受動ジョイントとの間に各々配設されたパラレルリンク機構部と、を備えた２足歩行ロボットの下半身モジュール」が開示されている。
また、同じく本出願人が出願した（特許文献２）には「足部において目標ゼロモーメントポイントを設定し、設定した目標ゼロモーメントポイントに応じて腰部のモーメント補償軌道を算出する２足歩行ロボット装置の歩行パターンを作成する歩行パターン作成装置」が開示されている。
【０００３】
（特許文献１）に記載の２足歩行ロボットの下半身モジュールは、脚部をパラレルリンク機構で構成することにより、脚部が大きな負荷に耐えることができ、重量物の搬送が可能で実用性に優れると共に、重量の大きい上半身を搭載又は組み込むことができ設計の自由度に優れるものであり、（特許文献２）に記載の歩行パターン作成装置を備えることにより、安定した２足歩行を行わせる歩行パターンを作成することができ、特に平坦な接地面においては歩行動作の安定性に優れる。
しかしながら、高速移動が可能でエネルギー効率に優れる車輪移動式のロボットで侵入できない凹凸の激しい場所や多脚のロボットに必要な広い支持基底面を確保できない場所など、各足が平坦な接地面を確保することが困難な場所においては、従来の２足歩行ロボットの多くで採用されている剛体平板の足底では、足底の中心で突起物等を踏んだ際に、足底を支持する支持多角形がどのように形成されるか予測不能であり、転倒を回避することができないという問題点があった。
また、仮に支持多角形を予測できた場合でも、形成される支持多角形の面積が狭いので、安定した歩行を継続することが困難であり、歩行を続けるに従い揺動が大きくなり、最終的に転倒に至るため、歩行安定性、信頼性に欠けるという問題点があった。
【０００４】
そこで、本出願人は、さらなる動作の安定性の向上、様々な地形における活動を実現するために、鋭意、検討を行い（特許文献３）の発明を完成した。
（特許文献３）には、「歩行ロボットの脚部の足底にそれぞれ配設される基部と、基部の底面より下方に端部が突出して配設され接地時にそれぞれ独立して上方に移動する摺動自在又は回動自在に支持された３以上の足底支持部と、基部又は各々の足底支持部に配設され各々の足底支持部の接地を検出する接地センサと、基部に配設され接地センサが全ての足底支持部の接地を検出した時に全ての足底支持部の運動を制動するロック機構と、を備えた多点接地型足部支持機構」が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２９１０８０号公報
【特許文献２】特開２００４−８２２２３号公報
【特許文献３】ＷＯ２００６／０１１５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上記従来の技術では、以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献３）に記載の多点接地型足部支持機構は、既存の２足歩行ロボット等の足底に容易に取付けることができ、各足底支持部が受動的に路面等の接地面の凹凸にならい、全ての足底支持部が接地した際に足底支持部の運動を制動することにより、段差等がある接地面においても、速やかに足底を多点支持することができ、転倒を回避することができる信頼性に優れる多点接地型足部支持機構であったが、接地センサにより足底支持部の接地を検出する方式であるため、凹凸の状況によってセンサの検出不良が発生することがあり、動作の安定性に欠けるという課題を有していた。
（２）接地センサで全ての足底支持部の接地を検出した時に、ロック機構により全ての足底支持部をロックする方式であるため、例えば一方の足部の全ての足底支持部が凸部に載るような接地面では、他方の足底の高さ（基準位置）よりも高い位置でロックされてしまい、左右の足底の高さに差が生じるので、足部単体では凹凸路面に対応できないという課題を有していた。また、路面に凹部がある場合、足底支持部の先端部が凹部に到達することができず、ロックが掛からないまま立脚に移り、凹路面に対応できないという課題を有していた。
（３）特に、支持点となる足底支持部が回動型の場合、接地時に足底支持部の先端部で横滑りが発生するため、凸部の端に先端部が着地する場合、路面にならうと同時に先端部が凸部から滑落するという欠点を持っており、適応可能な地形が限られ、汎用性に欠けるという課題を有していた。
（４）また、回動型の足底支持部では上下方向の可動範囲が狭く、凹凸の差が大きな地形においては、全ての足底支持部を確実に接地させることができないことがあり、足底支持部がロックされず、足底を支持できなくなって姿勢が不安定になったり、転倒が発生したりして、動作の安定性、汎用性に欠けるという課題を有していた。
（５）さらに、回動型の足底支持部では、路面にならう際に横滑りを生じなければならないため、摩擦係数の大きい摩擦材を先端部に使用することができず、立脚側で路面との間に十分な摩擦力を得ることができないので、ロボットが歩行の際に足を振り出すことによって発生する慣性力で立脚側の脚部を中心にヨー軸周りに回転し、歩行が不安定になるという課題を有していた。
（６）また、全ての足底支持部が可動式の場合、部品点数が増え、構造が複雑となり、故障や動作不良が発生し易く、取り扱い性、信頼性に欠けるという課題を有していた。
【０００６】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、既存の２足歩行ロボット等の脚部の足底に容易に取付けることができ、足底支持部の可動爪部が受動的に路面等の接地面の凹凸にならって確実に摺動することができ、固定爪部の接地や可動爪部の移動量を検出して足底支持部の運動を制動することにより、段差等がある接地面においても、速やか、かつ、確実に足底を多点支持することができ、転倒を回避することができる信頼性に優れる多点接地型足部支持機構の提供、及び凹凸や段差等がある複雑な地形においても、安定した姿勢を維持して活動することができる歩行動作の安定性、汎用性に優れる多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの脚部の提供、並びにその制御構造の提供をすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明の多点接地型足部支持機構及びそれを備えた２足歩行ロボットの脚部並びにその制御方法は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の多点接地型足部支持機構は、歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部と、前記基部を多点支持する足底支持部と、を備えた多点接地型足部支持機構であって、前記足底支持部が、前記基部の底面より下方に下端部が突出して配設され接地時にそれぞれ独立して上方に移動する摺動自在に保持された３以上の可動爪部と、各々の前記可動爪部の移動量を検出する移動量検出センサ部と、前記移動量検出センサ部で検出した前記可動爪部の移動量に基づいて全ての前記可動爪部の運動を制動するロック機構と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部の底面より下方に下端部が突出して配設され、接地時にそれぞれ独立して上方に移動する摺動自在に保持された３以上の可動爪部を有することにより、回動型の足底支持部に比べてストロークが長く、凹凸に対する自由度を向上させることができ、横滑りや凸部からの滑落等を確実に防止することができ、歩行ロボットの歩行動作の安定性に優れる。
（２）基部に摺動自在に保持された各々の可動爪部が、受動的に接地面の凹凸にならって足底（基部の底面）からの突出量が減少する方向に移動（上方に摺動）するので、移動量検出センサ部で検出した可動爪部の移動量に基づいて、ロック機構により全ての可動爪部の運動を制動することにより、足底に平坦な接地面と同等の広さの仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、歩行ロボットの脚部を確実に支持することができ、転倒を回避することができる。
（３）各々の可動爪部の移動量を検出する移動量検出センサ部を有することにより、確実に可動爪部の接地を確認することができ、ロック機構によって足底支持部の運動を確実に制動することができるので、接地時における足底の基部を常に略水平に保持することができ、これに伴って歩行ロボットの胴体や腰の位置や姿勢を設定した通りに制御することができ、歩行動作の安定性に優れる。
（４）可動爪部が基部に摺動自在に保持されているので、可動爪部の下端部が路面等の接地面に接地した際（立脚時）に、接地面の凹凸によらず、各々の可動爪部を容易かつ確実に足底の上方に摺動させることができ、足底が接地面の凸部から滑落することがなく、ロック機構により全ての可動爪部の運動を確実に制動することができ、足底に確実に平坦な接地面と同等の広さの支持多角形を形成することができ、支持安定性に優れる。
（５）足底支持部が基部に配設されているので、足底支持部と基部を一体的に取り扱うことができ、既存の歩行ロボットの脚部の足底に容易に取り付けて歩行動作の安定性を向上させることができ、組み立て作業性、汎用性に優れる。
（６）３以上の可動爪部を有することにより、足底に確実に平坦な接地面と同等の広さの支持多角形を形成して多点支持することができるので、歩行ロボットの脚部を安定して支持することができ、特に２足歩行ロボットに対し好適に用いることができる。
（７）足底支持部の可動爪部が上下方向に摺動する摺動型であることにより、接地時に可動爪部の先端部で横滑りが発生しないため、可動爪部の先端部の材質として摩擦係数の大きい摩擦材を使用して、立脚側の足底支持部で十分な摩擦力を得ることができ、歩行中に遊脚側の脚部の慣性力によって歩行ロボットがヨー軸周りに回転することがなく、安定した歩行を実現することができる。
【０００８】
ここで、基部の外形は歩行ロボットの脚部の足底の大きさに合わせて十分な支持面積が確保できるように略矩形状や略六角形、略八角形等の多角形状或いは略円形状、略楕円形状等に形成する。基部の材質にはアルミニウム合金が好適に用いられる。軽量で高い強度と剛性がえられるからである。
基部には、床や路面等の接地面からの反力を検出しＺＭＰ（ゼロモーメントポイント）の位置を測定するための６軸力覚センサが配設され、歩行ロボットの脚部の足底に取付けられる。
【０００９】
可動爪部は略円柱状や略楕円柱状のほか、三角柱状，四角柱状，六角柱状等の多角柱状など、様々な形状に形成される。可動爪部は基部に対して摺動自在に支持されていればよいが、遊脚時に自重若しくは圧縮ばねなどの付勢手段等により下方に摺動して最大長になるものが好適に用いられる。これにより、可動爪部の接地前に常に最大ストロークを確保することができ、基部の底面より下方に突出した可動爪部の下端部が路面等の接地面に接地した際（立脚時）に、足底からの突出量が減少するように可動爪部を確実に上方に移動させることができ、接地面の凹凸に倣って脚部を支持することができる。摺動部分にボールリテーナやリニアベアリングなどを配設した場合、摩擦を低減して摺動動作を滑らかにすることができ、可動爪部の動作安定性に優れる。
各々の可動爪部の位置が基部の中心から等距離となるように同一円周上に等間隔で可動爪部を配設した場合、可動爪部によって形成される支持多角形が、正三角形や正方形等の正多角形となるので、各可動爪部によって均一に脚部を支持することができ、接地時の安定性を向上させることができる。
尚、基部には、可動爪部に加えて、固定爪部を設けてもよい。歩行の際に大きな剛性が必要とされるロボットにおいては、高強度で変形の恐れのない固定爪部を併用することにより、足裏の接地剛性を高くすることができ、転倒の可能性を低減できるためである。
【００１０】
移動量検出センサ部としては、足底支持部の移動量を検出できるものであればよいが、例えば、リニアエンコーダが好適に用いられる。ワイヤー式リニアエンコーダの場合、足底支持部と平行にワイヤーを張設し、足底支持部と共にワイヤーが摺動するようにすれば、ワイヤーの引き出し量（移動量）により足底支持部の移動量を検出することができる。足底支持部のストロークの中間点を基準位置とすることにより、接地面の凹凸に対応することができる。尚、基準位置は任意に設定することができ、ロック機構によるロックのタイミングを適宜、選択することができる。
移動量検出センサ部で各々の可動爪部の移動量を直接、検出することができるので、左右の足底の高さや、各足底における各々の可動爪部の移動量を比較することや、予め設定した基準位置（高さ）に達するまでに要する時間を測定すること等により、接地面の凹凸を判断することができ、基準位置を維持しながら凹凸面に対応して安定した連続歩行を行うことができ、汎用性、歩行動作の安定性を向上させることができる。
【００１１】
可動爪部の下端には合成ゴム製等の摩擦材で形成した先端接触部を配設してもよい。これにより、接地面との摩擦力を大きくすることができ、歩行時におけるヨー軸周りの回転を抑制して歩行動作を安定させることができる。摩擦材の材質としては、具体的には耐久性に優れるクロロプレンゴムが好適に用いられるが、弾性変形の影響を極力小さくするために、ショア硬さ９０程度の硬質のものが好ましい。
尚、先端接触部を可動爪部に対して着脱自在に配設した場合、接地面の硬さや表面状態などに応じて材質の異なる先端接触部を選択することや、摩耗した先端接触部を交換することができ、汎用性、メンテナンス性に優れる。
【００１２】
ロック機構としては、移動量検出センサ部からの信号に従って、アクチュエータを駆動し、アクチュエータによりカム等のブレーキ部を摺動又は回動させ、可動爪部の上端や側面に形成された傾斜面などの当接面にブレーキ部を当接させ、機械的な固定或いは摩擦力による固定を行うものが好適に用いられる。可動爪部の下端部が接地して可動爪部に負荷がかかっている状態でのみロックがかかるようにした場合、足底が上昇を始めると共に、可動爪部が自重若しくは付勢手段などにより下方に摺動し、ロックが自動的に解除されるので、可動爪部を駆動するための駆動部が不要で、小型化、軽量化を図ることができる。尚、ブレーキ部は別途、アクチュエータにより駆動されて初期位置に復帰する。
【００１３】
可動爪部，移動量検出センサ部，ロック機構をユニット化した適応接地型爪部を基部に対して着脱自在にした場合、不具合が生じた適応接地型爪部のみを取り外して修理したり、交換したりすることができメンテナンス性に優れる。また、必要に応じて爪部が伸縮しない固定爪部にユニット毎交換することができるので、適応接地型爪部（可動爪部）と固定爪部の組合せや配置を任意に選択することができ汎用性に優れる。
この多点接地型足部支持機構は既存の歩行ロボットの足部に容易に取付けることができ、３以上の可動爪部を有することにより、各足底に確実に支持多角形を形成して多点支持することができるので、車輪移動式のロボットで侵入できない凹凸の激しい場所や多脚のロボットに必要な広い支持基底面を確保できない場所で歩行を行う２足歩行ロボットに対し特に有用であるが、４足や６足等の多脚の歩行ロボットや作業テーブルなどに対して取付けることも可能である。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の多点接地型足部支持機構であって、前記移動量検出センサ部が全ての前記可動爪部の内のいずれか１つの前記可動爪部の移動量が設定値に達したことを検出した時に、前記ロック機構が全ての前記可動爪部の運動を制動する構成を有している。
この構成により、請求項１の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）移動量検出センサ部が全ての可動爪部の内のいずれか１つの可動爪部の移動量が設定値に達したことを検出した時に、ロック機構が全ての可動爪部の運動を制動するので、凹路面を歩行する際に、全ての可動爪部が接地し、基準面に接地した可動爪部の移動量が設定値に達した時点で全ての可動爪部をロックすることにより、基準位置（高さ）より高い位置で可動爪部がロックされることがなく、予め設定した基準位置（高さ）に足底を維持して安定した歩行を行うことができ、凹路面での歩行の信頼性に優れる。
【００１５】
ここで、各々の可動爪部は接地面の凹凸にならって上方に摺動するが、凹部を有する接地面を歩行する場合、まず、ある可動爪部が接地面の基準面に接地し、続いて他の可動爪部が凹部に接地することになるが、従来のように全ての可動爪部が接地した段階で全ての可動爪部にロックをかけると、凹部の深さによってロックのタイミングが変化してしまい、足部の高さがまちまちになってしまう。全ての可動爪部が接地してもロックをかけずに、いずれか１つの可動爪部の移動量が設定値に達したことを検出した時に、全ての可動爪部をロックすることにより、常に接地面の基準面から等しい距離となる基準位置（高さ）で足底を支持することができる。
尚、設定値は任意に選択することができるが、可動爪部のストロークの中間点を基準位置とし、可動爪部のストロークの１／２を設定値とした場合、基準面に対して凹凸の両方に均等に対応することができるので好ましい。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の多点接地型足部支持機構であって、各々の前記可動爪部が、上端側から下方に向かって拡開して形成された傾斜面を有し、前記ロック機構が、各々の前記可動爪部の前記傾斜面に当接する楕円弧状の接触面を有するカムと、前記カムを垂直面内で回動させるアクチュエータと、を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１又は２の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）各々の可動爪部が、上端側から下方に向かって拡開して形成された傾斜面を有し、ロック機構が、各々の可動爪部の傾斜面に当接する楕円弧状の接触面を有するカムと、カムを垂直面内で回動させるアクチュエータと、を備えているので、ロック機構のアクチュエータによりカムを回動させるだけで、カムの接触面を可動爪部の傾斜面に当接させて確実に可動爪部の上方への移動を防止することができ、足底支持部による多点支持を行なって脚部を安定して支持することができる。
（２）可動爪部の傾斜面が上端側から下方に向かって拡開して形成され、カムの接触面が楕円弧状に形成されているので、可動爪部の移動量に応じて、カムの回転角を変化させることにより、可動爪部の傾斜面にカムの接触面を確実に当接させることができ、ロック機構の動作安定性に優れる。
（３）アクチュエータがカムを垂直面内で回動させるように配置することにより、ロック機構の設置スペースを狭くすることができ、省スペ−ス性に優れ、多点接地型足部支持機構の小型軽量化を図ることができる。
【００１７】
ここで、アクチュエータとしては、カムを回動させることができればよいが、高い応答速度を有するロータリソレノイドやステッピングモ−タ等が好適に用いられる。
ロータリソレノイドは初期位置から瞬時にカムを回転させることができ、可動爪部の傾斜面にカムの接触面を当接させてロックすることができる。ステッピングモ−タは、可動爪部の摺動に追従してカムを回転させ、可動爪部の傾斜面とカムの接触面との隙間を常に小さく保つことにより、瞬時にロックすることができる。特にロータリソレノイドは小型軽量で省スペース性、取り扱い性に優れるので好ましい。
尚、可動爪部のストロークに応じて、可動爪部の傾斜面の傾斜角、ロック機構のカムの接触面の形状、可動爪部とカムの回転軸との距離などは、適宜、選択することができる。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の多点接地型足部支持機構は、歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部と、前記基部を多点支持する足底支持部と、を備えた多点接地型足部支持機構であって、前記足底支持部が、前記基部の底面より下方に下端部が突出して固設された１以上の固定爪部と，前記固定爪部より下方に突出し接地時に上方に移動する摺動自在に保持された１以上の可動爪部と，を含む３以上の爪部と、前記固定爪部の接地を検出する接地センサ部と、前記接地センサ部で前記固定爪部の接地を検出した時に全ての前記可動爪部の運動を制動するロック機構と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部の底面より下方に下端部が突出して固設された１以上の固定爪部と，固定爪部より下方に突出し接地時に上方に移動する摺動自在に保持された１以上の可動爪部と，を含む３以上の爪部を有することにより、固定爪部と可動爪部の組合せで足底に支持多角形を形成して多点支持することができ、多様な接地面に対応して、歩行ロボットの脚部を確実に支持することができ、転倒を回避することができる。
（２）基部に摺動自在に保持された可動爪部の下端が、固定爪部の下端より下方に突出していることにより、固定爪部よりも先に可動爪部が接地するので、固定爪部の接地点より低い位置でも可動爪部が接地することができ、接地センサ部で固定爪部の接地を検出した時に、ロック機構により全ての可動爪部の運動を確実に制動することができ、固定爪部と共に足底に確実に平坦な接地面と同等の広さの支持多角形を形成することができ、支持安定性に優れる。
（３）足底支持部が基部に配設されているので、足底支持部と基部を一体的に取り扱うことができ、既存の歩行ロボットの脚部の足底に容易に取り付けて歩行動作の安定性を向上させることができ、組み立て作業性、汎用性に優れる。
（４）３以上の爪部を有することにより、足底に確実に平坦な接地面と同等の広さの支持多角形を形成して多点支持することができるので、歩行ロボットの脚部を安定して支持することができ、特に２足歩行ロボットに対し好適に用いることができる。
（５）足底支持部の可動爪部が上下方向に摺動する摺動型であることにより、接地時に可動爪部の先端部で横滑りが発生しないため、可動爪部の先端部の材質として摩擦係数の大きい摩擦材を使用して、立脚側の足底支持部で十分な摩擦力を得ることができ、歩行中に遊脚側の脚部の慣性力によって歩行ロボットがヨー軸周りに回転することがなく、安定した歩行を実現することができる。
（６）基部に摺動自在に保持された可動爪部の下端が、固定爪部の下端より下方に突出していることにより、固定爪部よりも先に可動爪部が接地するので、固定爪部の接地点より低い位置に可動爪部が接地することができ、何らかの足部姿勢の路面へのならい制御を併用すれば、可動爪部が１箇所のみの構成でも足底に確実に平坦な接地面と同等の広さの支持多角形を形成することができ、支持安定性に優れる機構を安価に構成でき、量産性に優れる。
（７）可動爪部より原理的に剛性と信頼性に優れる固定爪部を組合せることにより、可動爪部の数を減らすことができ、支持安定性に優れる機構を高い剛性で実現でき、故障や動作不良が発生し難く、取り扱い性、信頼性、支持安定性に優れる．
【００１９】
ここで、基部、可動爪部、ロック機構については、請求項１と同様であるので、説明を省略する。
爪部は、固定爪部と可動爪部を合わせて３以上であればよく、固定爪部及び可動爪部の数や配置などの組合せは、接地面の凹凸の状況などによって、適宜、選択することができる。可動爪部の数を減らすことにより、多点接地型足部支持機構の構造や制御を簡素化することができ、故障や動作不良が発生し難く、取り扱い性、信頼性に優れる。特に、ＷＯ２００７／０３２１２０に開示されているような凹凸にならって歩行する２足歩行ロボット装置の制御方法と、この多点接地型足部支持機構を併用した場合、少ない可動爪部で凹凸のある接地面への適応性を向上させることができ、汎用性、量産性に優れる。
【００２０】
接地センサとしては、固定爪部の接地側の端部に配設し、固定爪部と接地面との接地を検出するものが用いられる。
接地センサの接地部としては、センサ表面に突設されたピンが直接、接地面に当接してスイッチングを行う押しボタン形のものや、センサ表面に一端が回動自在に支持された板ばねの他端が、接地面に当接して揺動することによりセンサ表面の接点に接触してスイッチングを行うヒンジレバー形のもの等がある。ヒンジレバー形の場合、接地面に当接する側の端部には接地面側に突起部を形成又は配設することが好ましい。これにより、より確実に板ばねの端部を接地面に当接させることができ、板ばねを揺動させることができ、スイッチング動作の安定性に優れる。
【００２１】
本発明の請求項５に記載の多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの脚部は、左右の足部と、前記左右の足部の足底にそれぞれ配設された請求項１乃至４の内いずれか１項の多点接地型足部支持機構と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）左右の足部の足底にそれぞれ多点接地型足部支持機構が配設されているので、左右の足部の内、歩行時に接地した足部の多点接地型足部支持機構により、凹凸や段差等がある複雑な接地面においても、足底に平坦な接地面と同等の広さの仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、２足歩行ロボットの脚部を確実に支持することができ、転倒を回避して安定した歩行を継続することができる。
（２）２足歩行ロボットのＺＭＰ制御を行う場合、通常、接地面は水平な平坦面であると仮定し、ＺＭＰが支持多角形内に存在するように歩行パターンを設定するため、従来の剛体平板の足底では、接地面の傾斜面や凹凸を踏んだ場合は２足歩行ロボットが認識する支持多角形と実際の支持多角形とが大きく異なってしまい、歩行が不安定になって最終的には転倒してしまうが、足底支持部の可動爪部が受動的に接地面にならって接地することにより、接地面に凹凸があっても２足歩行ロボットが認識する支持多角形と実際の支持多角形とを常に略一致させることができるので、設定した歩行パターン通りの安定した歩行を行うことができる。
【００２２】
ここで、２足歩行ロボットの脚部は、シリアルリンク機構部又はパラレルリンク機構部を有する。パラレルリンク機構部はベース部に配設された受動ジョイントと左右の足部にそれぞれ配設された受動ジョイントとの間に各々配設される。各々のパラレルリンク機構部を２本のリンクを１組としてＶ字形状に配設し、それを３組配設したスチュワートプラットフォームにより構成した場合、安定性及び剛性に優れると共に、動作制御を簡便化することができる。
リンクとしては、モータを用いた送り螺子機構を有するものや、油圧、水圧、空気圧シリンダや直動型アクチュエータ等を用いた直動リンクや、２以上の棒状部材を駆動関節により連結したもの等種々のものが用いられる。なお、直動リンクを用いた場合、各々の直動リンクはその軸方向へ伸縮するため互いに干渉することがなく装置の小型化が可能であり好ましい。
受動ジョイントとしては、ユニバーサルジョイント、ボールジョイント、又は２軸の軸継手、或いはこれらと１軸或いは２軸の軸継手の組合せ等を各々適宜ベース側や左右の足部に配置して用いられる。なお、ユニバーサルジョイントを用いた場合、ボールジョイントに比べ可動範囲が広くなるため好ましい。
【００２３】
本発明の請求項６に記載の２足歩行ロボットの脚部の制御構造は、左右の足部と、前記左右の足部の足底にそれぞれ配設された多点接地型足部支持機構と、を有し、前記多点接地型足部支持機構が前記足底から下端部が突出して配設され接地時にそれぞれ独立して受動的に摺動してその突出量が減少する３以上の可動爪部と、各々の前記可動爪部の移動量を検出する移動量検出センサ部と、各々の前記可動爪部を固定するロック機構と、を備え、前記左右の足部を上下動させて歩行する２足歩行ロボットの制御構造であって、前記左右の足部のそれぞれについて、前記多点接地型足部支持機構の前記移動量検出センサ部で各々の前記可動爪部の移動量を検出し、その移動量に基づいて前記ロック機構により全ての前記可動爪部の運動を制動し、接地した前記足部の前記足底を多点支持する構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）左右の足部のそれぞれについて、多点接地型足部支持機構の各々の可動爪部の移動量を移動量検出センサ部で検出し、その移動量に基づいてロック機構により全ての可動爪部の運動を制動し、接地した足部の足底に仮想的な支持多角形を形成して多点支持することにより、歩行動作の安定性を向上させることができ、２足歩行ロボットの転倒を防止することができる。
【００２４】
本発明の請求項７に記載の２足歩行ロボットの脚部の制御構造は、左右の足部と、前記左右の足部の足底にそれぞれ配設された多点接地型足部支持機構と、を有し、前記多点接地型足部支持機構が前記足底から下端部が突出して固設された１以上の固定爪部と，前記固定爪部より下方に突出し接地時に受動的に摺動してその突出量が減少する１以上の可動爪部と，を含む３以上の爪部と、前記固定爪部の接地を検出する接地センサ部と、各々の前記可動爪部を固定するロック機構と、を備え、前記左右の足部を上下動させて歩行する２足歩行ロボットの制御構造であって、前記左右の足部のそれぞれについて、前記多点接地型足部支持機構の前記接地センサ部で各々の前記固定爪部の接地を検出し、前記固定爪部の接地に基づいて前記ロック機構により全ての前記可動爪部の運動を制動し、接地した前記足部の前記足底を多点支持する構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）左右の足部のそれぞれについて、多点接地型足部支持機構の固定爪部の接地を接地センサ部で検出し、固定爪部の接地に基づいてロック機構により全ての可動爪部の運動を制動することにより、接地した足部の足底に３以上の爪部で仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、歩行動作の安定性を向上させることができ、２足歩行ロボットの転倒を防止することができる。
（２）基部に摺動自在に保持された可動爪部の下端が、固定爪部の下端より下方に突出していることにより、ＷＯ２００７／０３２１２０に開示されているような凹凸にならって歩行する２足歩行ロボット装置の制御方法と、この多点接地型足部支持機構を併用した場合、少ない可動爪部で凹凸のある接地面への適応性を向上させることができ、汎用性、量産性に優れる。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、本発明の多点接地型足部支持機構及びそれを備えた２足歩行ロボットの脚部並びにその制御方法によれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）足底に配設される基部の底面より下方に下端部が突出して配設され、接地時にそれぞれ独立して上方に移動する摺動自在に保持された３以上の可動爪部を有することにより、接地面の凹凸にならって可動爪部を確実に摺動させることができ、横滑りや凸部からの滑落等を確実に防止することができ、歩行ロボットの歩行動作の安定性に優れ、移動量検出センサ部で各々の可動爪部の移動量を検出して、ロック機構により全ての可動爪部の運動を制動することで足底に平坦な接地面と同等の広さの仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、脚部を確実に支持して転倒を回避することができる支持安定性、動作安定性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
（２）移動量検出センサ部で各々の可動爪部の移動量を検出することで、確実に全ての可動爪部の接地を確認することができ、ロック機構で全ての可動爪部の運動を確実に制動して接地時における足底の基部を常に略水平に保持することができ、歩行ロボットの胴体や腰の位置や姿勢を設定した通りに制御することができる歩行動作の安定性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
（３）基部に配設された足底支持部を基部と一体的に取り扱うことができるので、既存の歩行ロボットの脚部の足底に容易に取付けを行うことができ、歩行ロボットの歩行動作の安定性を向上させることができる組立て作業性、生産性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
【００２６】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）移動量検出センサ部が全ての可動爪部の内のいずれか１つの可動爪部の移動量が設定値に達したことを検出した時に、ロック機構が全ての可動爪部の運動を制動することにより、凹路面を歩行する際に、全ての可動爪部が接地した上で、基準面に接地した可動爪部の移動量を元にして全ての可動爪部をロックすることができ、常に足底を予め設定した基準位置（高さ）に維持して安定した歩行を行うことができる凹路面での歩行の信頼性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
【００２７】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）ロック機構のアクチュエータによりカムを回動させるだけで、カムの接触面を足底支持部の傾斜面に当接させて確実に可動爪部の上方への移動を防止することができ、足底支持部による多点支持を行なって脚部を安定して支持することができる信頼性、確実性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
（２）可動爪部の傾斜面が上端側から下方に向かって拡開して形成され、カムの接触面が楕円弧状に形成されていることにより、可動爪部の移動量によらず、可動爪部の傾斜面にカムの接触面を確実に当接させることができるロック機構の動作安定性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
（３）アクチュエータがカムを垂直面内で回動させるように配置することにより、ロック機構の設置スペースを狭くすることができる小型軽量で省スペ−ス性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
【００２８】
請求項４に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）足底に配設される基部の底面より下方に下端部が突出して固設された１以上の固定爪部と，固定爪部より下方に突出し接地時に上方に移動する摺動自在に保持された１以上の可動爪部と，を含む３以上の爪部を有することにより、接地面の凹凸によらず、固定爪部よりも先に可動爪部を接地させ、可動爪部を確実に足底の上方に摺動させることができ、接地センサ部で固定爪部の接地を検出して、ロック機構により全ての可動爪部の運動を制動することで、固定爪部と可動爪部によって足底に平坦な接地面と同等の広さの仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、脚部を確実に支持して転倒を回避することができる支持安定性、動作安定性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
（２）基部に配設された足底支持部を基部と一体的に取り扱うことができるので、既存の歩行ロボットの脚部の足底に容易に取付けを行うことができ、歩行ロボットの歩行動作の安定性を向上させることができる組立て作業性、生産性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
（３）基部に摺動自在に保持された可動爪部の下端が、固定爪部の下端より下方に突出しているので、ＷＯ２００７／０３２１２０に開示されているような凹凸にならって歩行する２足歩行ロボット装置の制御方法と、この多点接地型足部支持機構を併用した場合、少ない可動爪部で凹凸のある接地面への適応性を向上させることができ、汎用性、量産性に優れた多点接地型足部支持機構を提供することができる。
【００２９】
請求項５に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）左右の足部の足底にそれぞれ多点接地型足部支持機構が配設されているので、左右の足部の内、歩行時に接地した足部の多点接地型足部支持機構により、凹凸や段差等がある複雑な接地面においても、足底に平坦な接地面と同等の広さの仮想的な支持多角形を形成することができ、脚部を確実に多点支持することができ、転倒を回避することができる歩行時の安定性に優れた多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの脚部を提供することができる。
【００３０】
請求項６に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）左右の足部のそれぞれについて、多点接地型足部支持機構の各々の足底支持部の移動量を移動量検出センサ部で検出し、その移動量に基づいてロック機構により全ての足底支持部の運動を制動し、接地した足部の足底に仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、２足歩行ロボットの脚部を確実に支持することができる歩行動作の安定性に優れた２足歩行ロボットの脚部の制御構造を提供することができる。
【００３１】
請求項７に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）左右の足部のそれぞれについて、多点接地型足部支持機構の固定爪部の接地を接地センサ部で検出し、固定爪部の接地に基づいてロック機構により全ての可動爪部の運動を制動し、接地した足部の足底に仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、２足歩行ロボットの脚部を確実に支持することができる歩行動作の安定性に優れた２足歩行ロボットの脚部の制御構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構について、以下図面を用いて説明する。
図１は本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構を示す斜視図である。
図１中、１は本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構、２はアルミニウム合金等の金属製で外形が略矩形状に形成された多点接地型足部支持機構１の基部、２ａは基部２の中央部に略円形に形成され床や路面等の接地面からの反力を検出しＺＭＰの位置を測定するための６軸力覚センサ（図示せず）が固設される基部２の力覚センサ固定部、２ｂは力覚センサ固定部２ａの表面に穿設され６軸力覚センサの位置決めを行うための位置決めピンが挿通される２箇所の位置決め孔、２ｃは力覚センサ載置部２ａの位置決め孔２ｂの対称位置に穿設され６軸力覚センサをねじ止めにより固定する固定ボルトが挿通される４箇所のボルト挿通孔、２ｄは基部２の底面、２ｅは力覚センサ載置部２ａの外周に放射状に底面２ｄに立設され底面２ｄを補強する基部２のリブ、３は基部２を後述する４つの可動爪部４により多点支持する多点接地型足部支持機構１の足底支持部、３ａは足底支持部３の可動爪部４を基部２に取り付けるためのアタッチメント部、３ｂはアタッチメント部３ａに固設され可動爪部４を上下方向に摺動自在に支持する多点接地型足部支持機構１の摺動支持部、４は長尺平板状に形成された摺動部４ａで摺動支持部３ｂに摺動自在に支持され基部２の底面２ｄより下方に下端部が突出して配設された多点接地型足部支持機構１の可動爪部、４ｂは摺動部４ａの表面に配設され上端側から下方に向かって拡開して形成された傾斜面４ｃを有する可動爪部４の当接部、４ｄは合成ゴム製の摩擦材（雪の降る日はスノーシュー）で形成され当接部４ｂの下端部に着脱自在に配設された可動爪部４の先端接触部、４ｅ，４ｆは摺動部４ａの上端部を両側から挟むように配設され可動爪部４の摺動時に摺動支持部３ｂの上端部に当接して可動爪部４の抜けを防止するストッパー部、４ｇはストッパー部４ｆの側部に配設されたワイヤー固定部、５は可動爪部４の側部に配設され可動爪部４の移動量を検出する多点接地型足部支持機構１の移動量検出センサ部、５ａは移動量検出センサ部５のワイヤー式リニアエンコーダ本体、５ｂはワイヤー式リニアエンコーダ本体５ａから可動爪部４と平行に張設され可動爪部４と共に摺動するワイヤー、５ｃはワイヤー５ｂの先端に環状に形成されワイヤー固定部４ｇに挿通されたワイヤー５ｂの挿通部、６は可動爪部４の運動を制動する多点接地型足部支持機構１のロック機構、６ａはロータリソレノイドを用いたロック機構６のアクチュエータ、６ｂはアクチュエータ６の回動軸、７は回動軸６ｂに挿設されて垂直面内で回動するロック機構６のカム、８は可動爪部４，移動量検出センサ部５，ロック機構６がユニット化され基部２の四隅に着脱自在に配設された多点接地型足部支持機構１の適応接地型爪部である。
【００３３】
基部２に６軸力覚センサが固設される力覚センサ固定部２ａを有し、力覚センサ固定部２ａの表面に６軸力覚センサの位置決めを行うための位置決めピンが挿通される２箇所の位置決め孔２ｂ及び６軸力覚センサをねじ止めにより固定する固定ボルトが挿通される４箇所のボルト挿通孔２ｃが穿設されているので、容易に力覚センサ固定部２ａに６軸力覚センサを位置決めし、固定することができる。これにより、６軸力覚センサを介して既存の２足歩行ロボット等の足部に多点接地型足部支持機構１を取付けることができ、床や路面等の接地面からの反力を検出しＺＭＰの位置を測定することができる。
基部２及び力覚センサ固定部２ａの形状を変更するだけで、種々の形状の２足歩行ロボット等の足部に多点接地型足部支持機構１を取付けることができ、汎用性に優れる。
【００３４】
次に、足底支持部の可動爪部及びロック機構の詳細について説明する。
図２（ａ）は足底支持部の可動爪部及びロック機構を示す要部断面側面図であり、図２（ｂ）は足底支持部の可動爪部の固定状態を示す要部断面側面図である。
図２中、７ａは可動爪部４の傾斜面４ｃに当接するカム７の楕円弧状の接触面、２０は路面などの接地面である。
本実施の形態では、摺動支持部３ｂと摺動部４ａの組合せとして、市販のＴＨＫ製のボールリテーナ入りＬＭガイドを使用し、摺動部４ａの表面に傾斜面４ｃを有する当接部４ｂを配設して可動爪部４とした。これにより、摺動支持部３ｂに対して滑らかに摺動部４ａを移動させることができる。遊脚時に自重により可動爪部４が下方に摺動して最大長となることにより、可動爪部４の接地前に常に最大ストロークを確保することができ、基部２の底面２ｄより下方に突出した可動爪部４の下端部が路面等の接地面２０に接地した際（立脚時）に、足底からの突出量が減少するように可動爪部４を確実に上方に移動させることができ、接地面２０の凹凸に倣って脚部を支持することができる。
尚、可動爪部４は本実施の形態に限定されるものではなく、基部２に対して摺動自在に支持されていればよい。また、摺動部４ａと当接部４ｂは一体に形成してもよい。
【００３５】
可動爪部４の下端に合成ゴム製の摩擦材で形成した先端接触部４ｄを配設することにより、接地面２０との摩擦力を大きくすることができ、歩行時におけるヨー軸周りの回転を抑制して歩行動作を安定させた。
本実施の形態では、弾性変形の影響を極力小さくするために、ショア硬さ９０程度の硬質で耐久性に優れるクロロプレンゴムを用いたが、先端接触部４ｄの材質は、これに限定されるものではない。
尚、先端接触部４ｄを可動爪部４に対して着脱自在に配設することにより、接地面２０の硬さや表面状態などに応じて材質の異なる先端接触部４ｄを選択することや、摩耗した先端接触部４ｄを容易に交換することができ、汎用性、メンテナンス性に優れる。
【００３６】
図１に示したように、可動爪部４の上端部のストッパー部４ｆの側部に配設されたワイヤー固定部４ｇにワイヤー５ｂの先端の挿通部５ｃが挿通されて固定されているので、可動爪部４と共にワイヤー５ｂが上下に摺動する。移動量検出センサ部５はワイヤー式リニアエンコーダ本体５ａからのワイヤー５ｂの引き出し量（移動量）を測定することにより可動爪部４の移動量を検出することができる。可動爪部４のストロークの中間点を基準位置とすることにより、可動爪部４が基準位置を中心にストロークの１／２ずつ上下に移動することができ、接地面２０の凹凸に対応することができる。
尚、移動量検出センサ部５は本実施の形態に限定されるものではなく、可動爪部４の移動量を検出できるものであればよい。また、基準位置は任意に設定することができるので、接地面２０における凹部の深さや凸部の高さなどに応じて、ロック機構６によるロックのタイミングを適宜、選択することができ、様々な地形に対応することができる。
【００３７】
ロック機構６は、移動量検出センサ部５からの信号に従って、アクチュエータ６ａを駆動し、アクチュエータ６ａによりカム７を回動させ、可動爪部４の傾斜面４ｃにカム７の接触面７ａを当接させて、くさびのようにして可動爪部４を固定することができる。可動爪部４の下端部が接地して可動爪部４に負荷がかかっている状態でのみロックがかかるようにすることで、足底が上昇を始めると共に、可動爪部４が自重により下方に摺動し、ロックが自動的に解除される。尚、カム７は別途、アクチュエータ６ａにより駆動されて初期位置に復帰する。
可動爪部４，移動量検出センサ部５，ロック機構６をユニット化した適応接地型爪部８を基部２に対して着脱自在にすることにより、不具合が生じた適応接地型爪部８のみを取り外して修理したり、交換したりすることができメンテナンス性に優れる。また、必要に応じて可動爪部４が伸縮しない固定型爪部にユニット毎交換することができるので、適応接地型爪部８と固定型爪部の組合せや配置を任意に選択することができ汎用性に優れる。
尚、可動爪部４の数や配置は本実施の形態に限定されるものではなく、３つ以上の可動爪部４によって足底に平坦な接地面と同等の広さの仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができるものであればよい。
【００３８】
以上のように構成された本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構について、以下その動作の詳細を説明する。
多点接地型足部支持機構１の１組の適応接地型爪部８に着目する。
図２（ａ）において、基部２が下降すると、可動爪部４の先端接触部４ｄが接地面２０に接触する。図２（ｂ）において、さらに基部２が下降すると、可動爪部４が上方に移動し、このときの移動量が移動量検出センサ部５（図１参照）によって検出され、移動量検出センサ部５からの移動量の信号は図示しない配線を通って制御部（図示せず）へ送られる。
各々の移動量検出センサ部５からの移動量の信号を受取った制御部は、移動量が予め設定した設定値に達した時に、ロック機構６のアクチュエータ６ａに可動爪部４の運動を制動してその状態を保持するように指示する。
アクチュエータ６ａの回動軸６ｂが回動することにより、カム７の接触面７ａが可動爪部４の傾斜面４ｃに当接し、可動爪部４が上昇するのを防止して可動爪部４の運動を制動する。
全ての可動爪部４の運動を制動することにより、足底の４点接地が略矩形状の支持多角形を形成し、確実に脚部を多点支持することができる。
【００３９】
以上のように、各可動爪部４が独立して動作するので、各可動爪部４が接地面２０の凹凸や傾斜にならって動作することができる。このとき、移動量検出センサ部５で各々の可動爪部４の移動量を直接、検出することができるので、左右の足底の高さや、各足底における各々の可動爪部４の移動量を比較することや、予め設定した基準位置（高さ）に達するまでに要する時間を測定すること等により、接地面２０の凹凸を判断することができ、基準位置を維持しながら凹凸面に対応して安定した連続歩行を行うことができ、汎用性、歩行動作の安定性を向上させることができる。
また、この多点接地型足部支持機構１は既存の歩行ロボットの足部に容易に取付けることができ、可動爪部４によって各足底に確実に支持多角形を形成して多点支持することができるので、車輪移動式のロボットで侵入できない凹凸の激しい場所や多脚のロボットに必要な広い支持基底面を確保できない場所で歩行を行う２足歩行ロボットに対し特に有用であるが、４足や６足等の多脚の歩行ロボットや作業テーブルなどに対して取付けることも可能である。
【００４０】
以上のように構成された本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの脚部について、図面を用いて説明する。
図３は本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの脚部を示す斜視図であり、図４はベース部受動ジョイントの要部斜視図であり、図５は足部受動ジョイントの要部斜視図である。
図３中、１０は本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構１を備えた２足歩行ロボットの脚部、１１は２足歩行ロボットの脚部１０のベース部、１２ａ、１２ｂは略三角形状に形成され足底に多点接地型足部支持機構１が配設された２足歩行ロボット１０の左右の足部、１３は２本の直動リンク１３ａ、１３ｂを１組としてＶ字形状に配設された２足歩行ロボットの脚部１０のパラレルリンク機構部、１４は二個一組でベース部１１の左右にそれぞれ３箇所ずつ互いに対称に配設され３組のパラレルリンク機構部１３の上端と連結された２自由度を有するベース部受動ジョイント、１５は左右の足部１２ａ、１２ｂにそれぞれ３箇所ずつ互いに対称に配設され３組のパラレルリンク機構部１３の下端と連結された３自由度を有する足部受動ジョイントである。
【００４１】
図４中、１６ａはベース部１１の下部に固定されたコ字形状のベース部上部継手、１６ｂはベース部上部継手１６ａの立設された対向辺に架設された上部継手軸、１６ｃは直動リンク１３ａ，１３ｂの上端部に固定されたコ字形状のベース部下部継手、１６ｄはベース部下部継手１６ｃの立設された対向辺に架設されベース部下部継手１６ｃを回動自在に軸支する下部継手軸、１６ｅは上部継手軸１６ｂと下部継手軸１６ｄを直交させて連結する連結回動部である。
図５中、１７ａは直動リンク１３ａの下端部に連結されたコ字形状の第１の足部上部継手、１７ｂは直動リンク１３ｂの下端部に連結されたコ字形状の第２の足部上部継手、１７ｃは第１の足部上部継手１７ａと第２の足部上部継手１７ｂのそれぞれの両側に垂設された対向辺に架設され第１の足部上部継手１７ａと第２の足部上部継手１７ｂを連結し各々回動自在に軸支する上部継手軸、１７ｄは後述の基部を介して足部１２ａ，１２ｂに連結されたコ字形状の足部下部継手、１７ｅは足部下部継手１７ｄの両側に立設された対向辺に架設された下部継手軸、１７ｆは上部継手軸１７ｃと下部継手軸１７ｅを直交させて連結する連結回動部、１８は足部１２ａ，１２ｂ上に固定された継手固定部、１８ａは継手固定部１８に対して足部下部継手１７ｄを回動自在に軸支する継手回動軸である。
【００４２】
図４に示すように、ベース部下部継手１６ｃは、ベース部上部継手１６ａに対して、上部継手軸１６ｂと下部継手軸１６ｄの軸周方向に回動する。これにより、ベース部受動ジョイント１４は、直動リンク１３ａ，１３ｂの長手方向に直交する上部継手軸１６ｂと下部継手軸１６ｄの軸周方向に２自由度を有するので、直動リンク１３ａ（１３ｂ）の伸縮に追従してこれを妨げることなく円滑に従動して歩行動作を行うことができる。
また、図５に示すように、第１の足部上部継手１７ａ及び第２の足部下部継手１７ｂは、足部下部継手１７ｄに対して、上部継手軸１７ｃと下部継手軸１７ｅの軸周方向に回動する。また、足部下部継手１７ｄは、継手固定部１８に対して、継手回動軸１８ａの軸周方向に回動する。これにより、足部受動ジョイント１５は、直動リンク１３ａ，１３ｂの長手方向に直交する上部継手軸１７ｃと下部継手軸１７ｅの軸周方向に２自由度を有すると共に、直動リンク１３ａ，１３ｂの軸方向の継手回動軸１８ａの軸周方向に１自由度を有するので、直動リンク１３ａ，１３ｂの伸縮に追従してこれを妨げることなく円滑に従動して歩行動作を行うことができる。
【００４３】
各々のパラレルリンク機構部１３が、２本の直動リンク１３ａ、１３ｂを１組としてＶ字形状に配設され、それが３組配設されたスチュワートプラットフォームにより構成されていることにより、安定性及び剛性に優れると共に、動作制御を簡便化することができる。パラレルリンク機構部１３のリンクとして直動リンク１３ａ、１３ｂを用いたことにより、各々の直動リンク１３ａ、１３ｂがその軸方向へ伸縮するため互いに干渉することがなく、２足歩行ロボット１０を小型化している。
ベース部受動ジョイント１４、足部受動ジョイント１５はそれぞれユニバーサルジョイント、ボールジョイント、又は２軸の軸継手、或いはこれらと１軸或いは２軸の軸継手を組合せたもの等を用いることができる。なお、ユニバーサルジョイントを用いた場合、ボールジョイントに比べ可動範囲が広くなるため好ましい。
左右の脚部に用いられる各々のパラレルリンク機構部１３は、ベース部１１の両側に互いに対称に配設し、パラレルリンク機構部１３に用いられる直動リンク１３ａ、１３ｂも、それぞれ左右の脚部で同様に対称に配設した。
【００４４】
以上のように構成された本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの制御構造について、図面を用いて説明する。
図６は本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの歩行状態を示す足部の拡大側面図である。
図６中、２０ａは接地面２０の凹部である。
左右の足部１２ａ、１２ｂにそれぞれ多点接地型足部支持機構１を備えた２足歩行ロボット１０は、左右の足部１２ａ、１２ｂそれぞれについて、多点接地型足部支持機構１の全ての可動爪部４の移動量を移動量検出センサ部５（図１参照）で検出し、その移動量に基づいてロック機構６により全ての可動爪部４の運動を制動する。
【００４５】
各々の可動爪部４は接地面２０の凹凸にならって上方に摺動するが、凹部２０ａを有する接地面２０上を歩行する場合、まず、一方の足部１２ａの１つの可動爪部４が接地面２０の基準面（表面）に接地し、続いて他の可動爪部４が凹部２０ａに接地することになるが、従来のように全ての可動爪部４が接地した段階で全ての可動爪部４にロックをかけると、凹部２０ａの深さによってロックのタイミングが変化してしまい、足部の高さがまちまちになってしまう。そこで、全ての可動爪部４が接地してもロックをかけずに、移動量検出センサ部５が一方の足部１２ａの全ての可動爪部４の内のいずれか１つの可動爪部４の移動量が設定値Ｌに達したことを検出した時に、ロック機構６が全ての可動爪部４の運動を制動する構造とする。これにより、基準面である接地面２０の表面に接地した可動爪部４（図６の右側）の移動量が設定値Ｌに達した時点で全ての可動爪部４をロックすることができるので、予め設定した基準位置（高さ）に足部１２ａの高さを維持することができ、凹部２０ａを有する接地面２０においても安定した歩行を行うことができる。
【００４６】
以上のように実施の形態１における多点接地型足部支持機構によれば、以下の作用を有する。
（１）歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部２の底面２ｄより下方に下端部が突出して配設され、接地時にそれぞれ独立して上方に移動する摺動自在に保持された４つの可動爪部４を有することにより、回動型の足底支持部に比べてストロークが長く、凹凸に対する自由度を向上させることができ、横滑りや凸部からの滑落などを確実に防止することができ、歩行ロボットの歩行動作の安定性に優れる。
（２）基部２に摺動自在に保持された各々の可動爪部４が、受動的に接地面２０の凹凸にならって足底（基部２の底面２ｄ）からの突出量が減少する方向に移動する（上方に摺動する）ので、移動量検出センサ部５で検出した可動爪部４の移動量に基づいて、ロック機構６により全ての可動爪部４の運動を制動することにより、足底に平坦な接地面２０と同等の広さの仮想的な支持多角形（四角形）を形成して多点支持することができ、歩行ロボットの脚部を確実に支持することができ、転倒を回避することができる。
（３）各々の可動爪部４の移動量を検出する移動量検出センサ部５を有することにより、確実に可動爪部４の接地を確認することができ、ロック機構６によって可動爪部４の運動を確実に制動することができるので、接地時における足底の基部２を常に略水平に保持することができ、これに伴って歩行ロボットの胴体や腰の位置や姿勢を設定した通りに制御することができ、歩行動作の安定性に優れる。
（４）可動爪部４が基部２に摺動自在に保持されているので、可動爪部４の下端部が路面等の接地面２０に接地した際（立脚時）に、接地面２０の凹凸によらず、各々の可動爪部４を容易かつ確実に足底の上方に摺動させることができ、足底が接地面２０の凸部から滑落することがなく、ロック機構６により全ての可動爪部４の運動を確実に制動することができ、足底に確実に平坦な接地面２０と同等の広さの支持多角形を形成することができ、支持安定性に優れる。
（５）足底支持部３が基部２に配設されているので、足底支持部３と基部２を一体的に取り扱うことができ、既存の歩行ロボットの脚部の足底に容易に取り付けて歩行動作の安定性を向上させることができ、組み立て作業性、汎用性に優れる。
（６）４つの可動爪部４を有することにより、足底に確実に平坦な接地面２０と同等の広さの支持多角形を形成して多点支持することができるので、歩行ロボットの脚部を安定して支持することができ、特に２足歩行ロボットに対し好適に用いることができる。
（７）足底支持部３の可動爪部４が上下方向に摺動する摺動型であることにより、接地時に可動爪部４の先端部で横滑りが発生しないため、可動爪部４の先端接触部４ｄの材質として摩擦係数の大きい摩擦材を使用して、立脚側の可動爪部４と接地面２０との間で十分な摩擦力を得ることができ，歩行中に遊脚側の脚部の慣性力によって歩行ロボットがヨー軸周りに回転することがなく、安定した歩行を実現することができ信頼性に優れる。
（８）移動量検出センサ部５が全ての可動爪部４の内のいずれか１つの可動爪部４の移動量が設定値に達したことを検出した時に、ロック機構６が全ての可動爪部４の運動を制動することにより、凹路面を歩行する際に、全ての可動爪部４が接地し、基準面（接地面２０の表面）に接地した可動爪部４の移動量が設定値に達した時点で全ての可動爪部４をロックすることにより、基準位置（高さ）より高い位置で可動爪部４がロックされることがなく、予め設定した基準位置（高さ）に足底を維持して安定した歩行を行うことができ、凹路面での歩行の信頼性に優れる。
（９）各々の可動爪部４が、上端側から下方に向かって拡開して形成された傾斜面４ｃを有し、ロック機構６が、各々の可動爪部４の傾斜面４ｃに当接する楕円弧状の接触面７ａを有するカム７と、カム７を垂直面内で回動させるアクチュエータ６ａと、を備えているので、ロック機構６のアクチュエータ６ａによりカム７を回動させるだけで、カム７の接触面７ａを可動爪部４の傾斜面４ｃに当接させて確実に可動爪部４の上方への移動を防止することができ、可動爪部４による多点支持を行なって脚部を安定して支持することができる。
（１０）可動爪部４の傾斜面４ｃが上端側から下方に向かって拡開して形成され、カム７の接触面７ａが楕円弧状に形成されているので、可動爪部４の移動量に応じて、カム７の回転角を変化させることにより、可動爪部４の傾斜面４ｃにカム７の接触面７ａを確実に当接させることができ、ロック機構６の動作安定性に優れる。
（１１）アクチュエータ６ａがカム７を垂直面内で回動させるように配置することにより、ロック機構６の設置スペースを狭くすることができ、省スペ−ス性に優れ、多点接地型足部支持機構１の小型軽量化を図ることができる。
【００４７】
実施の形態１における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの脚部によれば、以下の作用を有する。
（１）左右の足部１２ａ，１２ｂの足底にそれぞれ多点接地型足部支持機構１が配設されているので、左右の足部１２ａ，１２ｂの内、歩行時に接地した足部１２ａ（１２ｂ）の多点接地型足部支持機構１により、凹凸や段差等がある複雑な接地面２０においても、足底に平坦な接地面２０と同等の広さの仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、２足歩行ロボットの脚部１０を確実に支持することができ、転倒を回避して安定した歩行を継続することができる。
（２）２足歩行ロボットのＺＭＰ制御を行う場合、通常、接地面は水平な平坦面であると仮定し、ＺＭＰが支持多角形内に存在するように歩行パターンを設定するため、従来の剛体平板の足底では、接地面２０の傾斜面や凹凸を踏んだ場合は２足歩行ロボットが認識する支持多角形と実際の支持多角形とが大きく異なってしまい、歩行が不安定になって最終的には転倒してしまうが、各々の足底支持部３の可動爪部４が受動的に接地面２０にならって接地することにより、接地面２０に凹凸があっても２足歩行ロボットが認識する支持多角形と実際の支持多角形とを常に略一致させることができるので、設定した歩行パターン通りの安定した歩行を行うことができる。
【００４８】
実施の形態１における２足歩行ロボットの脚部の制御構造によれば、以下の作用を有する。
（１）左右の足部１２ａ，１２ｂのそれぞれについて、多点接地型足部支持機構１の各々の可動爪部４の移動量を移動量検出センサ部５で検出し、その移動量に基づいてロック機構６により全ての可動爪部４の運動を制動し、接地した足部１２ａ，１２ｂの足底に仮想的な支持多角形を形成して多点支持するので、歩行動作の安定性を向上させることができ、２足歩行ロボットの転倒を防止することができる。
【００４９】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における多点接地型足部支持機構について、以下図面を用いて説明する。尚、実施の形態１と同様のものには同一の符号を付して説明を省略する。
図７は本発明の実施の形態２における多点接地型足部支持機構を示す斜視図である。
図７において、実施の形態２の多点接地型足部支持機構１Ａが実施の形態１と異なるのは、足底支持部３Ａが、基部２の底面２ｄより下方に下端部が突出して固設された３つの固定爪部４Ａと、固定爪部４Ａより下方に突出し接地時に上方に移動する摺動自在に保持された１つの可動爪部４を有する点である。
【００５０】
次に、固定爪部の詳細について説明する。
図８は足底支持部の固定爪部の接地センサ部を示す要部断面側面図である。
図８中、５Ａは固定爪部４Ａの接地を検出する多点接地型足部支持機構１Ａの接地センサ部である。
接地センサ５Ａとしては、固定爪部４Ａの接地側の端部に配設し、固定爪部４Ａと接地面２０との接地を検出するものであればよい。
本実施の形態では、接地センサ５Ａの接地部として、センサ表面に突設されたピンが直接、接地面２０に当接してスイッチングを行う押しボタン形のものを用いたが、これに限定されるものではなく、例えばセンサ表面に一端が回動自在に支持された板ばねの他端が、接地面に当接して揺動することによりセンサ表面の接点に接触してスイッチングを行うヒンジレバー形のもの等を用いることができる。
【００５１】
以上のように構成された本発明の実施の形態２における多点接地型足部支持機構の動作に基づいて、実施の形態２における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの制御構造について、図面を用いて説明する。
図９は本発明の実施の形態２における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの歩行状態を示す足部の拡大側面図である。尚、実施の形態２における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの脚部については、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
図９中、２０ｂは接地面２０の凸部である。
【００５２】
まず、図７においては、足底支持部３Ａが平坦な接地面に接地している状態を示しているが、実施の形態１で説明したように、可動爪部４は、遊脚時に自重若しくは圧縮ばねなどの付勢手段等により下方に摺動して最大長となり、可動爪部４の下端は固定爪部４Ａの下端より下方に突出している。これにより、接地面２０の凹凸によらず、固定爪部４Ａよりも先に可動爪部４が接地させることができる。
凸部２０ｂを有する接地面２０上を歩行する場合、一方の足部１２ａの基部２が遊脚状態から下降すると、図９に示すように、まず、可動爪部４の先端接触部４ｄが接地面２０の凸部２０ｂに接触する。さらに基部２が下降すると、可動爪部４が上方に移動し、固定爪部４Ａが接地面２０に接地する。固定爪部４Ａの接地が接地センサ部５Ａ（図８参照）によって検出され、接地センサ部５Ａからの信号は図示しない配線を通って制御部（図示せず）へ送られる。
接地センサ部５Ａからの接地の信号を受取った制御部は、ロック機構６に可動爪部４の運動を制動してその状態を保持するように指示する。
尚、ロック機構６の動作は実施の形態１と同様なので説明を省略する。
固定爪部４Ａの接地センサ部５Ａで可動爪部４の運動を制動することにより、足底の４点接地が略矩形状の支持多角形を形成し、確実に脚部を多点支持することができる。
【００５３】
本実施の形態では、多点接地型足部支持機構１Ａが１つの可動爪部４と３つの固定爪部４Ａを有する場合について説明したが、可動爪部４及び固定爪部４Ａの数や配置などの組合せは、接地面２０の凹凸の状況などによって、適宜、選択することができる。可動爪部４の数を減らすことにより、多点接地型足部支持機構１Ａの構造や制御を簡素化することができ、故障や動作不良が発生し難く、取り扱い性、信頼性に優れる。特に、ＷＯ２００７／０３２１２０に開示されているような凹凸にならって歩行する２足歩行ロボット装置の制御方法と、この多点接地型足部支持機構１Ａを併用した場合、少ない可動爪部４で凹凸のある接地面２０への適応性を向上させることができ、汎用性、量産性に優れる。
【００５４】
以上のように実施の形態２における多点接地型足部支持機構によれば、以下の作用を有する。
（１）歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部２の底面２ｄより下方に下端部が突出して固設された３つの固定爪部４Ａと、固定爪部４Ａより下方に突出し接地時に上方に移動する摺動自在に保持された１つの可動爪部４とを有することにより、固定爪部４Ａと可動爪部４の組合せで足底に支持多角形を形成して多点支持することができ、多様な接地面２０に対応して、歩行ロボットの脚部を確実に支持することができ、転倒を回避することができる。
（２）基部２に摺動自在に保持された可動爪部４の下端が、固定爪部４Ａの下端より下方に突出していることにより、固定爪部４Ａよりも先に可動爪部４が接地するので、接地センサ部５Ａで固定爪部４Ａの接地を検出した時に、ロック機構６により可動爪部４の運動を確実に制動することができ、固定爪部４Ａと共に足底に確実に平坦な接地面２０と同等の広さの支持多角形を形成することができ、支持安定性に優れる。
（３）足底支持部３Ａが基部２に配設されているので、足底支持部３Ａと基部２を一体的に取り扱うことができ、既存の歩行ロボットの脚部の足底に容易に取り付けて歩行動作の安定性を向上させることができ、組み立て作業性、汎用性に優れる。
（４）３つの固定爪部４Ａと１つの可動爪部４を合わせた４つの爪部を有することにより、足底に確実に平坦な接地面２０と同等の広さの支持多角形を形成して多点支持することができるので、歩行ロボットの脚部を安定して支持することができ、特に２足歩行ロボットに対し好適に用いることができる。
（５）足底支持部３Ａの可動爪部４が上下方向に摺動する摺動型であることにより、接地時に可動爪部４の先端部で横滑りが発生しないため、可動爪部４の先端部の材質として摩擦係数の大きい摩擦材を使用して、立脚側の足底支持部３Ａで十分な摩擦力を得ることができ、歩行中に遊脚側の脚部の慣性力によって歩行ロボットがヨー軸周りに回転することがなく、安定した歩行を実現することができる。
（６）可動爪部４より原理的に剛性と信頼性に優れる固定爪部４Ａを組合せることにより、可動爪部４の数を減らすことができ、支持安定性に優れる多点接地型足部支持機構１Ａを高い剛性で実現でき、故障や動作不良が発生し難く、取り扱い性、信頼性、支持安定性に優れる．
【００５５】
実施の形態２における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの脚部によれば、実施の形態１と同様の作用を有する。
【００５６】
実施の形態２における２足歩行ロボットの脚部の制御構造によれば、以下の作用を有する。
（１）左右の足部１２ａ，１２ｂのそれぞれについて、多点接地型足部支持機構１Ａの固定爪部４Ａの接地を接地センサ部５Ａで検出し、固定爪部４Ａの接地に基づいてロック機構６により可動爪部４の運動を制動することにより、接地した足部１２ａ，１２ｂの足底に仮想的な支持多角形を形成して多点支持することができ、歩行動作の安定性を向上させることができ、２足歩行ロボットの転倒を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、既存の２足歩行ロボット等の脚部の足底に容易に取付けることができ、足底支持部の可動爪部が受動的に路面等の接地面の凹凸にならって確実に摺動することができ、固定爪部の接地や可動爪部の移動量を検出して足底支持部の運動を制動することにより、段差等がある接地面においても、速やか、かつ、確実に足底を多点支持することができ、転倒を回避することができる信頼性に優れる多点接地型足部支持機構の提供、及び凹凸や段差等がある複雑な地形においても、安定した姿勢を維持して活動することができる歩行動作の安定性、汎用性に優れる多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの脚部の提供、並びにその制御構造の提供を行うことができ、特に、車輪移動式のロボットで侵入できない凹凸の激しい場所や多脚のロボットに必要な広い支持基底面を確保できない場所で歩行を行う２足歩行ロボットの普及を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構を示す斜視図
【図２】（ａ）足底支持部及びロック機構を示す要部断面側面図（ｂ）足底支持部の制動状態を示す要部断面側面図
【図３】本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットを示す斜視図
【図４】ベース部受動ジョイントの要部斜視図
【図５】足部受動ジョイントの要部斜視図
【図６】本発明の実施の形態１における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの歩行状態を示す足部の拡大側面図
【図７】本発明の実施の形態２における多点接地型足部支持機構を示す斜視図
【図８】足底支持部の固定爪部の接地センサ部を示す要部断面側面図
【図９】本発明の実施の形態２における多点接地型足部支持機構を備えた２足歩行ロボットの歩行状態を示す足部の拡大側面図
【符号の説明】
【００５９】
１，１Ａ 多点接地型足部支持機構
２ 基部
２ａ 力覚センサ固定部
２ｂ 位置決め孔
２ｃ ボルト挿通孔
２ｄ 底面
２ｅ リブ
３ 足底支持部
３Ａ 適応接地型爪部
３ａ アタッチメント部
３ｂ 摺動支持部
４ 可動爪部
４Ａ 固定爪部
４ａ 摺動部
４ｂ 当接部
４ｃ 傾斜面
４ｄ 先端接触部
４ｅ，４ｆ ストッパー部
４ｇ ワイヤー固定部
５ 移動量検出センサ部
５Ａ 接地センサ部
５ａ ワイヤー式リニアエンコーダ本体
５ｂ ワイヤー
５ｃ 挿通部
６ ロック機構
６ａ アクチュエータ
６ｂ 回動軸
７ カム
７ａ 接触面
８ 適応接地型爪部
１０ ２足歩行ロボット
１１ ベース部
１２ａ、１２ｂ 足部
１３ パラレルリンク機構部
１３ａ、１３ｂ 直動リンク
１４ ベース部受動ジョイント
１５ 足部受動ジョイント
１６ａ ベース部上部継手
１６ｂ 上部継手軸
１６ｃ ベース部下部継手
１６ｄ 下部継手軸
１６ｅ 連結回動部
１７ａ 第１の足部上部継手
１７ｂ 第２の足部上部継手
１７ｃ 上部継手軸
１７ｄ 足部下部継手
１７ｅ 下部継手軸
１７ｆ 連結回動部
１８ 継手固定部
１８ａ 継手回動軸
２０ 接地面
２０ａ 凹部
２０ｂ 凸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部と、前記基部を多点支持する足底支持部と、を備えた多点接地型足部支持機構であって、
前記足底支持部が、前記基部の底面より下方に下端部が突出して配設され接地時にそれぞれ独立して上方に移動する摺動自在に保持された３以上の可動爪部と、各々の前記可動爪部の移動量を検出する移動量検出センサ部と、前記移動量検出センサ部で検出した前記可動爪部の移動量に基づいて全ての前記可動爪部の運動を制動するロック機構と、を備えたことを特徴とする多点接地型足部支持機構。
【請求項２】
前記移動量検出センサ部が全ての前記可動爪部の内のいずれか１つの前記可動爪部の移動量が設定値に達したことを検出した時に、前記ロック機構が全ての前記可動爪部の運動を制動することを特徴とする請求項１に記載の多点接地型足部支持機構。
【請求項３】
各々の前記可動爪部が、上端側から下方に向かって拡開して形成された傾斜面を有し、前記ロック機構が、各々の前記可動爪部の前記傾斜面に当接する楕円弧状の接触面を有するカムと、前記カムを垂直面内で回動させるアクチュエータと、を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の多点接地型足部支持機構。
【請求項４】
歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部と、前記基部を多点支持する足底支持部と、を備えた多点接地型足部支持機構であって、
前記足底支持部が、前記基部の底面より下方に下端部が突出して固設された１以上の固定爪部と，前記固定爪部より下方に突出し接地時に上方に移動する摺動自在に保持された１以上の可動爪部と，を含む３以上の爪部と、前記固定爪部の接地を検出する接地センサ部と、前記接地センサ部で前記固定爪部の接地を検出した時に全ての前記可動爪部の運動を制動するロック機構と、を備えたことを特徴とする多点接地型足部支持機構。
【請求項５】
左右の足部と、前記左右の足部の足底にそれぞれ配設された請求項１乃至４の内いずれか１項の多点接地型足部支持機構と、を備えたことを特徴とする２足歩行ロボットの脚部。
【請求項６】
左右の足部と、前記左右の足部の足底にそれぞれ配設された多点接地型足部支持機構と、を有し、前記多点接地型足部支持機構が前記足底から下端部が突出して配設され接地時にそれぞれ独立して受動的に摺動してその突出量が減少する３以上の可動爪部と、各々の前記可動爪部の移動量を検出する移動量検出センサ部と、各々の前記可動爪部を固定するロック機構と、を備え、前記左右の足部を上下動させて歩行する２足歩行ロボットの制御構造であって、前記左右の足部のそれぞれについて、前記多点接地型足部支持機構の前記移動量検出センサ部で各々の前記可動爪部の移動量を検出し、その移動量に基づいて前記ロック機構により全ての前記可動爪部の運動を制動し、接地した前記足部の前記足底を多点支持することを特徴とする２足歩行ロボットの脚部の制御構造。
【請求項７】
左右の足部と、前記左右の足部の足底にそれぞれ配設された多点接地型足部支持機構と、を有し、前記多点接地型足部支持機構が前記足底から下端部が突出して固設された１以上の固定爪部と，前記固定爪部より下方に突出し接地時に受動的に摺動してその突出量が減少する１以上の可動爪部と，を含む３以上の爪部と、前記固定爪部の接地を検出する接地センサ部と、各々の前記可動爪部を固定するロック機構と、を備え、前記左右の足部を上下動させて歩行する２足歩行ロボットの制御構造であって、前記左右の足部のそれぞれについて、前記多点接地型足部支持機構の前記接地センサ部で各々の前記固定爪部の接地を検出し、前記固定爪部の接地に基づいて前記ロック機構により全ての前記可動爪部の運動を制動し、接地した前記足部の前記足底を多点支持することを特徴とする２足歩行ロボットの脚部の制御構造。
【請求項１】
歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部と、前記基部を多点支持する足底支持部と、を備えた多点接地型足部支持機構であって、
前記足底支持部が、前記基部の底面より下方に下端部が突出して配設され接地時にそれぞれ独立して上方に移動する摺動自在に保持された３以上の可動爪部と、各々の前記可動爪部の移動量を検出する移動量検出センサ部と、前記移動量検出センサ部で検出した前記可動爪部の移動量に基づいて全ての前記可動爪部の運動を制動するロック機構と、を備えたことを特徴とする多点接地型足部支持機構。
【請求項２】
前記移動量検出センサ部が全ての前記可動爪部の内のいずれか１つの前記可動爪部の移動量が設定値に達したことを検出した時に、前記ロック機構が全ての前記可動爪部の運動を制動することを特徴とする請求項１に記載の多点接地型足部支持機構。
【請求項３】
各々の前記可動爪部が、上端側から下方に向かって拡開して形成された傾斜面を有し、前記ロック機構が、各々の前記可動爪部の前記傾斜面に当接する楕円弧状の接触面を有するカムと、前記カムを垂直面内で回動させるアクチュエータと、を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の多点接地型足部支持機構。
【請求項４】
歩行ロボットの脚部の足底に配設される基部と、前記基部を多点支持する足底支持部と、を備えた多点接地型足部支持機構であって、
前記足底支持部が、前記基部の底面より下方に下端部が突出して固設された１以上の固定爪部と，前記固定爪部より下方に突出し接地時に上方に移動する摺動自在に保持された１以上の可動爪部と，を含む３以上の爪部と、前記固定爪部の接地を検出する接地センサ部と、前記接地センサ部で前記固定爪部の接地を検出した時に全ての前記可動爪部の運動を制動するロック機構と、を備えたことを特徴とする多点接地型足部支持機構。
【請求項５】
左右の足部と、前記左右の足部の足底にそれぞれ配設された請求項１乃至４の内いずれか１項の多点接地型足部支持機構と、を備えたことを特徴とする２足歩行ロボットの脚部。
【請求項６】
左右の足部と、前記左右の足部の足底にそれぞれ配設された多点接地型足部支持機構と、を有し、前記多点接地型足部支持機構が前記足底から下端部が突出して配設され接地時にそれぞれ独立して受動的に摺動してその突出量が減少する３以上の可動爪部と、各々の前記可動爪部の移動量を検出する移動量検出センサ部と、各々の前記可動爪部を固定するロック機構と、を備え、前記左右の足部を上下動させて歩行する２足歩行ロボットの制御構造であって、前記左右の足部のそれぞれについて、前記多点接地型足部支持機構の前記移動量検出センサ部で各々の前記可動爪部の移動量を検出し、その移動量に基づいて前記ロック機構により全ての前記可動爪部の運動を制動し、接地した前記足部の前記足底を多点支持することを特徴とする２足歩行ロボットの脚部の制御構造。
【請求項７】
左右の足部と、前記左右の足部の足底にそれぞれ配設された多点接地型足部支持機構と、を有し、前記多点接地型足部支持機構が前記足底から下端部が突出して固設された１以上の固定爪部と，前記固定爪部より下方に突出し接地時に受動的に摺動してその突出量が減少する１以上の可動爪部と，を含む３以上の爪部と、前記固定爪部の接地を検出する接地センサ部と、各々の前記可動爪部を固定するロック機構と、を備え、前記左右の足部を上下動させて歩行する２足歩行ロボットの制御構造であって、前記左右の足部のそれぞれについて、前記多点接地型足部支持機構の前記接地センサ部で各々の前記固定爪部の接地を検出し、前記固定爪部の接地に基づいて前記ロック機構により全ての前記可動爪部の運動を制動し、接地した前記足部の前記足底を多点支持することを特徴とする２足歩行ロボットの脚部の制御構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−９３８２２（Ｐ２００８−９３８２２Ａ）
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３７３０９（Ｐ２００７−２３７３０９）
【出願日】平成１９年９月１２日（２００７．９．１２）
【出願人】（３０２０２２５９９）
【出願人】（５００５３９５６１）株式会社テムザック (19)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１２日（２００７．９．１２）
【出願人】（３０２０２２５９９）
【出願人】（５００５３９５６１）株式会社テムザック (19)
【Ｆターム（参考）】
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