脚式歩行ロボットの足部構造

【課題】歩行動作時において足部の裏面と接地面との良好な接地状態を維持することにより、単脚支持状態における十分な安定性を確保し、もってこの種の脚式ロボットの歩行動作をよりスムースに行えるようにすることにある。
【解決手段】足部の裏面に接地面を掴持可能な可動体を設けて、歩行動作時において足部の裏面が接地面に接地した際に、可動体により接地面を掴持して、足部の裏面と接地面との良好な接地状態を維持するように構成した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の脚体を所定の順序で前方又は後方に踏み出すことにより接地面上を歩行することができる２足歩行ロボット等の足部分の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のロボットブームを背景として、２足歩行ロボット等の脚式歩行ロボットも種々のものが開発されるに至っている。一般に、この種の歩行ロボットにあっては、不安定となり易い単脚接地時における安定性が求められるが、かかる安定性を図るべく開発された従来の足部構造としては、例えば図２０に示すようなものが存在する（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２３６７７９号公報（第２頁、図７）。
【０００３】
この従来のものは、下面にゴム板を有する板状部材４０を足部４１の裏面４２に出退自在に設けたものであり、足部４１の裏面４２が接地面と接地状態にある時は、板状部材４０を裏面４２から突出させて接地面との摩擦抵抗を増加せしめてスリップを防止し、単脚接地時における安定性を図ることにより、円滑な歩行動作を可能にせんとするものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の足部構造のような、単に板状部材４０のゴム板と接地面とを接触させて摩擦抵抗を増加させるという手段は、単脚支持状態における安定性を確保する手段としては不十分であり、接地面の種類やその状況によっては安定した走行が行えずに、ロボットが転倒し易いという問題点があった。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、歩行動作時において足部の裏面と接地面との良好な接地状態を維持することにより、単脚支持状態における十分な安定性を確保し、もってこの種の脚式ロボットの歩行動作をよりスムースに行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の脚式歩行ロボットの足部構造は、足部の裏面に接地面を掴持可能な可動体が設けられてなることを特徴とする。
【０００７】
請求項１記載の脚式歩行ロボットの足部構造にあっては、歩行動作時において足部の裏面が接地面に接地した際には、可動体により接地面が掴持されることになる。一方、足部の裏面が接地面から離反する際には、可動体による接地面の掴持状態が解除される。
【０００８】
請求項２に記載の脚式歩行ロボットの足部構造は、請求項１記載の脚式歩行ロボットの足部構造において、前記可動体が、所定間隔を有して設けられた複数のローラからなり且つ該ローラは回転駆動可能に構成されてなることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の脚式歩行ロボットの足部構造にあっては、歩行動作時において足部の裏面が接地面に接地した際に、ローラを相対する方向に回転駆動させれば、該ローラにより前記接地面が掴持されることになる。また、足部の裏面が接地面から離反する際には、ローラの回転動作は停止して該ローラによる接地面の掴持状態が解除される。
【００１０】
請求項３に記載の脚式歩行ロボットの足部構造は、請求項１記載の脚式歩行ロボットの足部構造において、前記可動体が、所定間隔を有して複数設けられ且つ接離自在に駆動し得るように構成されてなることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の脚式歩行ロボットの足部構造にあっては、歩行動作時において足部の裏面が接地面に接地した際には、可動体が接近して該可動体により前記接地面が掴持されることになる。また、足部の裏面が接地面から離反する際には、可動体が相互に離間して該可動体による接地面の掴持状態が解除される。
【００１２】
請求項４に記載の脚式歩行ロボットの足部構造は、請求項１記載の脚式歩行ロボットの足部構造において、前記可動体が、足部の幅方向に所定間隔を有して設けられ且つ水平方向に回転駆動可能な一対の第一可動体と、該第一可動体と接離自在に駆動し得る第二可動体とからなることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の脚式歩行ロボットの足部構造にあっては、歩行動作時において足部の裏面が接地面に接地した際には、第一可動体が相対する内向きに回転駆動されると共に、該第二可動体が前記第一可動体の方向へと接近するように駆動されて、両可動体によって前記接地面が掴持されることになる。一方、足部の裏面側が接地面から離反する際には、第一可動体の回転動作が停止すると共に、第二可動体の第一可動体から離間して両可動体による接地面の掴持状態が解除される。
【００１４】
請求項５に記載の脚式歩行ロボットの足部構造は、請求項１記載の脚式歩行ロボットの足部構造において、前記可動体が所定間隔を有して複数設けられ且つ該可動体の一端部が枢支されると共に、他端部が相互に接離自在となるべく構成されてなることを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の脚式歩行ロボットの足部構造にあっては、歩行動作時において足部の裏面が接地面に接地した際には、各可動体の他端部が接近してこれら両可動体によって前記接地面が掴持されることになる。また、足部の裏面側が接地面から離反する際には、可動体が離間して両可動体による接地面の掴持状態が解除される。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の脚式歩行ロボットの足部構造によれば、足部の裏面に、接地面を掴持可能な可動体が設けられてなるために、歩行動作時において足部の裏面が接地面に接地した際には、可動体により接地面が掴持されて、この両者の接地状態が強固且つ確実なものとなる結果、単脚支持状態における安定性が確保されて、一連の歩行動作の安定且つスムースに行うことができる。
【００１７】
請求項２に記載の脚式歩行ロボットの足部構造によれば、可動体が、所定間隔を有して設けられた複数のローラからなり且つ該ローラは回転駆動可能に構成されてなるために、歩行動作時において足部の裏面が接地面に接地した際には、ローラを相対する方向に回転駆動させれば該ローラにより接地面が掴持されて、この両者の接地状態が強固且つ確実なものとなる。従って、単脚支持状態における安定性を確保することができ、一連の歩行動作が安定且つスムースに行うことができる。
【００１８】
請求項３に記載の脚式歩行ロボットの足部構造によれば、可動体が所定間隔を有して複数設けられ且つ接離自在に駆動し得るように構成されてなるために、歩行動作時において足部の裏面が接地面に接地した際には、接近するように駆動した可動体により接地面が掴持されて、この両者の接地状態が強固且つ確実なものとなる結果、単脚支持状態における安定性を確保することが可能となり、一連の歩行動作が安定且つスムースに行うことができる。
【００１９】
請求項４に記載の脚式歩行ロボットの足部構造によれば、可動体が、足部の幅方向に所定間隔を有して設けられ且つ水平方向に回転駆動可能な一対の第一可動体と、該第一可動体と接離自在に駆動可能な第二可動体とからなるために、歩行動作時には第一可動体の回転動作と第二可動体の第一可動体側への接近動作によって接地面が各可動体により掴持されて、この両者の接地状態が強固且つ確実なものとなる。よって、単脚支持状態における安定性を確保することができ、一連の歩行動作が安定且つスムースに行うことができる。
【００２０】
請求項５に記載の脚式歩行ロボットの足部構造によれば、可動体の一端部が枢支されると共に、他端部が相互に接離自在となるべく駆動し得るように構成されてなるために、歩行動作時には、各可動体の他端部が接近してこれら両可動体によって前記接地面が掴持されることになり、この両者の接地状態が強固且つ確実なものとなる結果、単脚支持状態における安定性を確保することが可能となり、一連の歩行動作が安定且つスムースに行うことができる。
【００２１】
また、本発明に係る脚式歩行ロボットの足部構造は、いずれも全体の構成が非常に簡易であるために、安価に且つ容易に製作できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
【００２３】
図１において、１は頭部２を有するロボット本体を示し、その上部側の両側部には腕体３を備えている。４はロボット本体１の下部側の両側部に設けた一対の脚体で、各脚体４は交互に前方又は後方に踏み出すことにより２足歩行が可能なように構成されており、その下端部には足部５を備えている。
【００２４】
次に、足部５の構造に係る一実施形態について具体的に説明する。図２乃至図５において、６は略箱状に形成した足部本体を示し、その上面は前記脚体４の下端に回動自在に設けられている。７は足裏面８の長手方向に所定間隔を有して設けた一対のローラからなる可動体で、足裏面８に形成した凹部９に回転自在に内装されている。かかる可動体７の下端部は足裏面８から下方へ若干突出するように配置されており、また可動体７の外周面にはゴム材やウレタン樹脂等（図示せず）が設けられている。
【００２５】
１０は可動体７を回転駆動するための電動機で、前記各凹部９の上方位置に配されており、その駆動軸１１に設けた歯車１２及び歯車群１３を介して可動体７を回転駆動し得るように構成してなる。
【００２６】
１４は取付け部材１５に挿着したスイッチ棒で、その下端側に固定したリング１６と取付け部材１５間にはバネ１７が介装されて、その付勢力によりスイッチ棒１４の下端部は足裏面８から突出しており、足部本体６が接地面１８に接地した際には該接地面１８によりスイッチ棒１４は上向きに押圧されて上昇する。尚、スイッチ棒１４の足裏面８からの突出量は前記可動体７の下端部の突出量よりも大きく設定している。
【００２７】
１９は前記取付け部材１５に固定したスイッチで、そのレバー２０の先端部はスイッチ棒１４の上端部に係合しており、該スイッチ棒１４が一定以上上昇した際にレバー２０を介してスイッチ１９はＯＮ状態となり、下降した際にＯＦＦ状態となる。２１は前記電動機１０に電源を供給すると共に、スイッチ１９の状況に応じて電動機１０の動きを制御する制御部である。本実施形態ではスイッチ１９がＯＮ状態になると制御部２１により電動機１０が駆動されて、各可動体７が図２、図３及び図５に示す如く相対する方向（矢印Ａ方向）に回転するように設定している。
【００２８】
本実施形態は以上のような構成からなるが、本実施形態に係るロボットは２足歩行であるため、その歩行動作は一方の足部５の足裏面８を接地面１８に接地した状態で、他方の足部５の足裏面８が接地面１８から離反するようにして脚体４を踏み出して行われることになる。
【００２９】
この歩行動作時において、図４のように一方の足部５が接地面１８に接地すると、該接地面１８によりバネ１７の付勢力に抗してスイッチ棒１４が上向きに押圧され、該スイッチ棒１４によってスイッチ１９のレバー２０が回動してＯＮ状態となり、制御部２１を介して各可動体７がそれぞれ矢印Ａ方向に回転を開始する。この間に他方の足部５を有する方の脚体４は踏み出し動作が開始される。
【００３０】
この場合、可動体７が接地面１８に接触して単脚支持状態になるとその回転は停止するが、かかる回転力は接地面１８に作用し続けるため、該接地面１８は各可動体７により掴持されることになる。これにより足部５と接地面１８との良好な接地状態が維持される結果、かかる単脚支持状態が安定化してスムースな歩行が可能となり、不用意に転倒することもなくなる。
【００３１】
一方、図５のように足部５が接地面１８から離反すると、スイッチ棒１４がバネ１７の作用により足裏面８から突出してスイッチ１９がＯＦＦ状態となって可動体７の回転は停止し、脚体４の踏み出し動作が安定して行われる。
【００３２】
尚、上記実施形態は可動体７たる一対のローラを相対方向に回転せしめて接地面１８を掴持するように構成したが、本発明に係る接地面１８の掴持手段はこれに限定されるものではなく、次に他の実施形態について説明する。この場合において、上記実施形態と同様の構成からなる部位については、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３３】
図６乃至図９に示すように、足裏面８に設けた凹部９の幅方向に対向する内面に夫々長孔２２が穿設され、該長孔２２にはローラからなる可動体７の回転軸２３がスライド自在に挿通されている。また、足部本体６の略中央には一対のソレノイド２４が配され、その可動棒２５には平面略コの字状の支持杆２６が固定されており、該支持杆２６の相対する側片２７が前記可動体７の回転軸２３を回転自在に保持している。
【００３４】
この実施形態においては、図８のようにその歩行動作時に一方の足部５が接地面１８に接地すると、上記実施形態と同様にしてスイッチ１９がＯＮ状態となり各ソレノイド２４の可動棒２５により可動体７が相対する方向（矢印Ｂ方向）に移動して接近し、該可動体７によって接地面１８が掴持されることになる。これによって、足部５と接地面１８との良好な接地状態が維持されるために、単脚支持状態の安定化が図れてスムースな歩行が可能となり、不用意に転倒することもなくなる。
【００３５】
一方、図９のように足部５が接地面１８から離反すると、スイッチ棒１４がバネ１７の作用により足裏面８から突出してスイッチ１９がＯＦＦ状態となって各可動体７は相互に離間するように移動し、脚体４の踏み出し動作が安定して行われるのである。
【００３６】
この場合において、可動体７はローラで構成する必要はなく、例えば図１０及び図１１のように直方体形状の板状体で可動体７を構成してもよい。各可動体７はソレノイド２４の可動棒２５に固定されており、該ソレノイド２５により接離自在に駆動可能である。
そして、両可動体７の接近移動によって接地面が掴持されて上記実施形態の場合と同様に安定した単脚支持状態を維持することができる。尚、上記各実施形態における凹部９は省略可能である。
【００３７】
次に説明する他の実施形態は、図１２乃至図１５に示すように可動体７が足部５の足裏面８に長手方向に所定間隔を有して配設した第一可動体７ａと、第二可動体７ｂとからなり、第一可動体７ａは幅方向に一定間隔隔てて設けられる一対の円板で構成され、各第一可動体７ａは電動機２８により歯車群２９を介して相対する方向（矢印Ｃ方向）に水平回転するように構成されている。また、円板状に形成された第二可動体７ｂは足裏面８に長手方向に形成した長孔３０から突出しており、ソレノイド３１の可動棒３２に設けた板状のスライド部材３３の下面に固定されている。尚、第一可動体７ａと第二可動体７ｂの下面は略面一になるように設定している。
【００３８】
当該実施形態にあっては、図１４のようにその歩行動作時に一方の足部５が接地面１８に接地すると、上記各実施形態と同様にしてスイッチ１９がＯＮ状態となり、電動機２８により歯車群２９を介して第一可動体７ａが相対する方向（矢印Ｃ方向）に水平回転すると共に、ソレノイド３１の可動棒３２によりスライド部材３３を介して第二可動体７ｂが第一可動体７ａに対して相対する方向（矢印Ｄ方向）に移動して接近し、両可動体７ａ、７ｂによって接地面１８が掴持されることになる。これにより、足部５と接地面１８との良好な接地状態が維持されることになり、単脚支持状態の安定化が図れてスムースな歩行が可能となる結果、不用意に転倒することもなくなるのである。
【００３９】
一方、図１５のように足部５が接地面１８から離反すると、スイッチ棒１４がバネ１７の作用により足裏面８から突出してスイッチ１９がＯＦＦ状態となって第一可動体７ａの回転が停止すると共に、第二可動体７ｂが第一可動体７ａから離間するように移動し、脚体４の踏み出し動作が安定して行われることになる。
【００４０】
さらに、他の実施形態について説明すると、図１６乃至図１９において一対の板状可動体７が長手方向に所定間隔を有して設けられ、対角線状に位置するその一端部は足裏面８に枢支されている。また、可動体７の他端部上面には足裏面８に円弧状に形成した長孔３４に挿通されるピン３５が設けられ、該ピン３５はソレノイド３６の可動棒３７に固定されて対角線状に位置する可動体７の他端部が相互に接離自在に駆動し得るように構成されている。
【００４１】
尚、一方の可動体７は回動させずに上述した一実施形態における第二可動体７ｂのように、他方の可動体７に対して相対する方向に接離自在に移動するように構成しても構わない。この場合、回動させる他方の可動体７の他端部が足部５の内側に位置するように設定するのが、安定性の面からは好ましい。
【００４２】
そして、その歩行動作時に図１８のように一方の足部５が接地面１８に接地すると、上記各実施形態と同様にしてスイッチ１９がＯＮ状態となり各ソレノイド３６の可動棒３７により対角線状に位置する可動体７の他端部が相対する方向（矢印Ｅ方向）に移動して接近し、該可動体７によって接地面１８が掴持されることになる。これによって、足部５と接地面１８との良好な接地状態が維持されるために、単脚支持状態の安定化が図れてスムースな歩行が可能となり、不用意に転倒することはなくなる。
【００４３】
一方、図１９のように足部５が接地面１８から離反すると、スイッチ棒１４がバネ１７の作用により足裏面８から突出してスイッチ１９がＯＦＦ状態となって各可動体７は離間するように回動して停止し、脚体４の踏み出し動作が安定して行われるのである。
【００４４】
尚、本実施形態では対角線状に位置する各可動体７の他端部が回動するように構成しているが、本発明はこれに限定されず、相対する可動体７の一端部側を回動させてもよい。
【００４５】
また、上記各実施形態では２足歩行するロボットについて説明したが、本発明に係る足部構造はその他複数本の脚足を有するロボットに対しても適用可能である。
【００４６】
さらに、可動体７を回転駆動したり接離自在の駆動する手段は上記各実施形態に限られるものではない。
【００４７】
また、足部５と接地面１８との接地状態を検知する手段も上記実施形態の如きものに限定されない。
【００４８】
その他、足部５や可動体７等の具体的な形状等も本発明の意図する範囲内において任意に設計変更自在である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る脚式歩行ロボットの一実施形態を示す側面図である。
【図２】本発明に係る脚式歩行ロボットの足部構造の一実施形態を示す斜視図である。
【図３】同斜視図である。
【図４】同断面図である。
【図５】同断面図である。
【図６】他の実施形態の脚式歩行ロボットの足部構造の一実施形態を示す斜視図である。
【図７】同斜視図である。
【図８】同断面図である。
【図９】同断面図である。
【図１０】他の実施形態の脚式歩行ロボットの足部構造の一実施形態を示す斜視図である。
【図１１】同斜視図である。
【図１２】他の実施形態の脚式歩行ロボットの足部構造の一実施形態を示す斜視図である。
【図１３】同斜視図である。
【図１４】同断面図である。
【図１５】同断面図である。
【図１６】他の実施形態の脚式歩行ロボットの足部構造の一実施形態を示す斜視図である。
【図１７】同斜視図である。
【図１８】同断面図である。
【図１９】同断面図である。
【図２０】特許文献１の脚式歩行ロボットの足部構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５０】
５足部
７可動体

【特許請求の範囲】
【請求項１】
足部の裏面に接地面を掴持可能な可動体が設けられてなることを特徴とする脚式歩行ロボットの足部構造。
【請求項２】
前記可動体が、所定間隔を有して設けられた複数のローラからなり且つ該ローラは回転駆動可能に構成されてなる請求項１記載の脚式歩行ロボットの足部構造。
【請求項３】
前記可動体が、所定間隔を有して複数設けられると共に、接離自在に駆動し得るように構成されてなる請求項１記載の脚式歩行ロボットの足部構造。
【請求項４】
前記可動体が、足部の幅方向に所定間隔を有して設けられて水平方向に回転駆動可能な一対の第一可動体と、該第一可動体に対して接離自在に駆動し得る第二可動体とからなる請求項１記載の脚式歩行ロボットの足部構造。
【請求項５】
前記可動体が所定間隔を有して複数設けられ且つ該可動体の一端部が枢支されると共に、他端部が相互に接離自在となるべく駆動し得るように構成されてなる請求項１記載の脚式歩行ロボットの足部構造。

【図１】