脚式移動ロボット
【課題】足首部のコンパクト化が可能な脚式移動ロボットを提供する。
【解決手段】ロボット１は、下腿リンク３４に設けられ、ピッチの方向に揺動可能な揺動部材５２と、下端５４ａが揺動部材５２の前端５２ｂに連結された前側ロッド５４と、上端５６ａが揺動部材５２の後端５２ｃに連結され、下端５６ｂが足首関節の揺動軸線より後方にて足平２２に連結された後側ロッド５６と、前側ロッド５４を駆動するアクチュエータ５８と備える足首関節駆動機構５０を有する。
【解決手段】ロボット１は、下腿リンク３４に設けられ、ピッチの方向に揺動可能な揺動部材５２と、下端５４ａが揺動部材５２の前端５２ｂに連結された前側ロッド５４と、上端５６ａが揺動部材５２の後端５２ｃに連結され、下端５６ｂが足首関節の揺動軸線より後方にて足平２２に連結された後側ロッド５６と、前側ロッド５４を駆動するアクチュエータ５８と備える足首関節駆動機構５０を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脚式移動ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
上腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、下腿リンクと足平を連結する足首関節とを有する脚体を備え、脚体を駆動して移動する脚式移動ロボットが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、大腿リンク（上腿リンク）と下腿リンクを連結する膝関節が膝Ｙ軸（膝ピッチ軸）を有し、上腿リンクに配置された電動モータの出力がベルト及び減速機を介して膝Ｙ軸に伝達される脚式移動ロボットが開示されている。
【０００４】
この脚式移動ロボットにおいては、大腿リンクに電動モータが配置され、この電動モータの出力がベルトを介して膝Ｙ軸と同軸に配置された中間軸に伝達される。中間軸の回転は、ベルトを介し、下腿リンクに配置された減速機に伝達される。そして、減速機で減速された出力が、ロッド機構を介して足首Ｙ軸（足首ピッチ軸）に伝達される。ロッド機構は平行クランク機構とされており、減速機の出力軸の外側側部に固定された第１のクランクの回転が、平行リンクを介し、足首Ｙ軸の外側側部に固定された第２のクランクに伝達される。これにより、電動モータの出力が、中間軸や平行クランク機構等を介して足首Ｙ軸に伝達され、足首Ｙ軸がＹ軸回り（ピッチ方向）に回転可能となっている。
【０００５】
さらに、上腿リンクに別の電動モータが配置され、この電動モータの出力がベルトを介して膝Ｙ軸と同軸に配置された別の中間軸に伝達される。そして、中間軸の回転は、ベルトを介し、足首Ｙ軸と同軸に配置された受動軸に伝達される。受動軸の端部の内側端部には、ドライブベベルギヤが固定され、このドライブベベルギヤは、足首Ｘ軸（足首ロール軸）の端部に固定されたドリブンベベルギヤと噛合している。これにより、電動モータの出力が、中間軸、受動軸等を介して足首Ｘ軸に伝達され、足首Ｘ軸がＸ軸回り（ロール方向）に回転可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２９８９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に開示された脚式移動ロボットにおいては、両端にロッドが連結されたクランクが足首Ｙ軸の外側側部に固定されている。さらに、足首Ｙ軸と同軸に配置された受動軸、この受動軸の端部の内側端部に固定されたドライブベベルギヤ、及び足首Ｘ軸の端部に固定されたドリブンベベルギヤを備えている。そのため、足首部は、大型となり、重量も大きくなる。
【０００８】
脚体の末端側（足平側）の重量が大きいと、脚式移動ロボットを移動させる際に脚体に大きな慣性力が発生し、各関節を駆動させるアクチュエータを高出力なものとする必要が生じる。
【０００９】
本発明は、以上の点に鑑み、足首部のコンパクト化が可能な脚式移動ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、前記下腿リンクと足平を連結する足首関節とを有する脚体を備え、前記膝関節及び前記足首関節が第１の方向に揺動軸線を有し、前記脚体を駆動して移動する脚式移動ロボットであって、前記下腿リンクに設けられ、前記第１の方向に揺動可能な揺動部材と、一端が前記揺動部材の前端に連結された前側ロッドと、一端が前記揺動部材の後端に連結され、他端が前記足首関節の揺動軸線より後方にて前記足平に連結された後側ロッドと、前記前側ロッドを駆動するアクチュエータと、を備えた足首関節駆動機構を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、足首関節駆動機構によって足平を下腿リンクに対して第１の方向に揺動させることが可能となる。そして、足首関節は、後側ロッドの他端が連結された連結部を備えていればよい。そのため、上記特許文献１のように足首関節軸の外側側部にクランクを固定する必要がなく、足首部をコンパクト且つ軽量にすることが可能となる。そして、これに伴い、脚式移動ロボットを移動させる際に脚体に発生する慣性力が減少し、足首関節を駆動させるために必要なアクチュエータの出力を低減することが可能となる。
【００１２】
また、本発明において、前記アクチュエータを前記揺動部材より重力方向において上方に設けることが好ましい。
【００１３】
この場合、重量物であるアクチュエータを脚体の足平から離れた位置に設けることができ、脚式移動ロボットを移動させる際に脚体に発生する慣性力がさらに減少し、足首関節を駆動させる際に必要なアクチュエータの出力をさらに低減することが可能となる。
【００１４】
また、本発明において、前記揺動部材の揺動中心は、側面視において、前記膝関節の揺動軸線と前記足首関節の揺動軸線とを結ぶ線より前方に位置することが好ましい。
【００１５】
この場合、揺動部材の後方への突出を抑制することが可能となり、後側ロッドと上腿リンクとが干渉するおそれが減少し、膝関節の屈曲角度を十分に確保することができる。
【００１６】
また、本発明において、前記足首関節が前記第１の方向と異なる第２の方向に揺動軸線を有し、各前記脚体が前記足首関節駆動機構をそれぞれ２つ備え、各前記後側ロッドが前記足平に異なる位置にて連結されることが好ましい。
【００１７】
この場合、各脚体の２つの足首関節駆動機構のそれぞれのアクチュエータを独立して動作させることにより、各脚体の足平を下腿リンクに対して第２の方向にも揺動させることが可能となる。
【００１８】
また、本発明において、前記アクチュエータは、前記膝関節と同位置もしくは重力方向において上方に前記第１の方向に回転可能に設けられ、端部が前記前側ロッドの他端と連結された回転板と、前記上腿リンクに設けられ、前記回転板を回転駆動する駆動源とを備えることが好ましい。
【００１９】
この場合、アクチュエータを簡易に構成することが可能となる。また、重量物である駆動源を脚体の足平から離れた上腿リンクに設けるので、脚式移動ロボットを移動させる際に脚体に発生する慣性力が減少し、足首関節を駆動させる際に必要な駆動源の出力を低減することが可能となる。
【００２０】
また、本発明において、前記下腿リンクに固定され、前記下腿リンクの後部を覆う第１カバーと、前記足平に固定され、前記足首関節の後部を覆う第２カバーと、前記足平の後部に連結されるとともに前記下腿リンクに摺動可能に設けられ、前記後側ロッドの後部を覆う第３カバーとを備えることが好ましい。
【００２１】
この場合、下腿リンクに対する足平の揺動に伴う下腿リンクに対する後側ロッドの相対移動に拘わらず、常に第３カバーが後側ロッドの後部を覆う。そのため、第１カバーと第２カバーとの間に隙間が生じても、その隙間を第３カバーが覆うので、埃や水滴等の浸入を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る２足移動ロボットの概略構成を示す斜視図。
【図２】脚体の下部を示す側面図。
【図３】脚体の下部を示す正面図。
【図４】図２における足平の傾斜が異なる状態を示し、（ａ）は足平が前上がりの状態を、（ｂ）は足平が水平の状態、（ｃ）は足平が前下がりの状態をそれぞれ示す。
【図５】脚体の下部をカバーと共に示す側面図。
【図６】図５における足平の傾斜が異なる状態を示し、（ａ）は足平が前上がりの状態を、（ｂ）は足平が水平の状態、（ｃ）は足平が前下がりの状態をそれぞれ示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、脚式移動ロボットとして２足移動ロボットを例にとって、本発明の実施形態に係る２足移動ロボット１（以下、単にロボット１という）について説明する。
【００２４】
図１に示すように、ロボット１は、左右一対の脚体２Ｒ，２Ｌと、両脚体２Ｒ，２Ｌの基端部（上端部）に連結された上体４とを備えており、接床する脚体２Ｒ，２Ｌによって上体４が床面の上方に支持される。
【００２５】
両脚体２Ｒ，２Ｌは同一構造であり、それぞれ６個の関節を備える。その６個の関節は上体４側から順に、股の回旋用（上体４に対するヨー方向の回転用）の股関節１０Ｒ，１０Ｌと、股のロール方向（Ｘ軸まわり）の回転用の股関節１２Ｒ，１２Ｌと、股のピッチ方向（Ｙ軸まわり）の回転用の股関節１４Ｒ，１４Ｌと、膝部のピッチ方向の回転用の膝関節１６Ｒ，１６Ｌと、足首部のピッチ方向の回転用の足首関節１８Ｒ，１８Ｌと、足首部のロール方向の回転用の足首関節２０Ｒ，２０Ｌとから構成されている。
【００２６】
なお、本実施形態の説明では、符号Ｒ，Ｌはそれぞれ右側脚体２Ｒ、左側脚体２Ｌに対応するものであることを意味する。また、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向は、水平面上で互いに直交する２軸方向であり、Ｘ軸方向はロボット１の前後方向（ロール軸方向）、Ｙ軸方向はロボット１の左右方向（ピッチ軸方向）に相当する。また、Ｚ軸方向は鉛直方向（重力方向）であり、ロボット１の上下方向（ヨー軸方向）に相当する。上下方向は重力方向における上下方向を意味する。
【００２７】
各脚体２Ｒ（Ｌ）の股関節１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）によって３自由度の股関節が構成され、膝関節１６Ｒ（Ｌ）によって１自由度の膝関節が構成され、足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）によって２自由度の足首関節が構成されている。
【００２８】
そして、股関節１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）と膝関節１６Ｒ（Ｌ）とは上腿リンク３２Ｒ（Ｌ）で連結され、膝関節１６Ｒ（Ｌ）と足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）とは下腿リンク３４Ｒ（Ｌ）で連結されている。また、各脚体２Ｒ（Ｌ）の足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）の下部に、各脚体２Ｒ（Ｌ）の先端部（下端部）を構成する足平２２Ｒ（Ｌ）が取着されている。また、各脚体２Ｒ（Ｌ）の上端部（基端部）が、股関節１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）を介して上体４に連結されている。
【００２９】
各脚体２Ｒ（Ｌ）の上記構成により、各脚体２Ｒ（Ｌ）の足平２２Ｒ（Ｌ）は、上体４に対して６自由度を有する。そして、ロボット１の移動に際して両脚体２Ｒ，２Ｌを合わせて６×２＝１２個の関節をそれぞれ適宜な角度に駆動することで、両足平２２Ｒ，２２Ｌの所望の運動を行うことができる。これにより、ロボット１は歩行動作や走行動作等、３次元空間を移動する運動を行うことが可能となっている。
【００３０】
なお、図示は省略するが、本実施形態では、上体４の上部の両側部には左右一対の腕体が取り付けられるとともに、上体４の上端部には頭部が搭載される。そして、各腕体は、それに備える複数の関節（肩関節、肘関節、手首関節など）によって、該腕体を上体４に対して前後に振る等の運動を行うことが可能となっている。ただし、これらの腕体及び頭部はなくてもよい。
【００３１】
各脚体２Ｒ（Ｌ）の足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）と足平２２Ｒ（Ｌ）との間には６軸力センサ３６Ｒ（Ｌ）が介装されている。この６軸力センサ３６Ｒ（Ｌ）は、床から足平２２Ｒ（Ｌ）を介して各脚体２Ｒ（Ｌ）に伝達される床反力の３軸方向の並進力成分及び３軸まわりのモーメント成分を検出し、その検出信号を図示しない制御ユニットに出力する。
【００３２】
次に、脚体２Ｒ（Ｌ）の足首関節１８（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）の駆動機構について説明する。脚体２Ｒ，２Ｌは、左右対称であり、ここでは、脚体２Ｒに設けられた足首関節１８Ｒ，２０Ｒの駆動機構について説明するが、以下、符号Ｒは適宜省略する。なお、他の関節の駆動機構は、例えば本願出願人が特開平３−１８４７８２号などにて提案した公知の構成のものなど、任意の構成であってよい。
【００３３】
図２及び図３に示すように、下腿リンク３４と足平２２とは、足首ピッチ軸４２を揺動中心としてピッチ方向に揺動可能に、且つ足首ロール軸４４を揺動中心としてロール方向に揺動可能に連結されている。また、上腿リンク３２と下腿リンク３４とは、膝ピッチ軸４６を相対揺動中心としてヨー方向に揺動可能に連結されている。なお、ピッチ方向が本発明における第１の方向を意味し、ロール方向が本発明における第１の方向と異なる第２の方向を意味する。
【００３４】
脚体２は、足首関節１８，２０を駆動する足首関節駆動機構５０ｒ，５０ｌを備えている。足首関節駆動機構５０ｒは脚体２の右側に、足首関節駆動機構５０ｌは脚体２の左側にそれぞれ設けられている。これにより、ロボット１は、合計４つの足首関節駆動機構５０Ｒｒ，５０Ｒｌ，５０Ｌｒ，５０Ｌｌを備えている。
【００３５】
なお、本実施形態の説明では、符号ｒ，ｌはそれぞれ脚体２Ｒ（Ｌ）の右側、左側に対応するものであることを意味する。足首関節駆動機構５０ｒ，５０ｌは、左右対称であり、ここでは、足首関節駆動機構５０ｒについて説明するが、以下、符号ｒは適宜省略する。
【００３６】
足首関節駆動機構５０は、揺動部材５２、前側ロッド５４、後側ロッド５６及びアクチュエータ５８を備えており、揺動部材５２、前側ロッド５４及び後側ロッド５６がＺ型リンクを構成している。
【００３７】
揺動部材５２は、ピッチ方向に揺動可能に下腿リンク３４に設けられている。ここでは、揺動部材５２は、ピッチ軸方向の軸線５２ａ回りに揺動可能に、下腿リンク３４の上下方向中間部に軸支されている。そして、軸線５２ａは、脚体２の側面視において、足首ピッチ軸４２の軸線と膝ピッチ軸４６の軸線とを結ぶ線分Ｌより前方に位置している。
【００３８】
前側ロッド５４は、その下端（一端）５４ａが揺動部材５２の前端５２ｂに連結されている。ここでは、前側ロッド５４は、揺動部材５２に対して少なくともピッチ方向に揺動可能に連結されている。
【００３９】
後側ロッド５６は、その上端（一端）５６ａが揺動部材５２の後端５２ｃに連結され、その下端（他端）５６ｂが足首ピッチ軸４２より後方にて足平２２に連結されている。ここでは、後側ロッド５６の上端は、揺動部材５２に図示しない球面ベアリングを介して全方向に揺動可能に連結されている。そして、後側ロッド５６の下端は、足平２２に球面ベアリング６０を介して全方向に揺動可能に連結されている。
【００４０】
具体的には、足平２２の後部に設けられた連結部６２に、球面ベアリング６０を介して後側ロッド５６の下端５６ｂが連結されている。足平２２の略中央上部に足首ロール軸４４がロール軸方向に回転可能に軸支されており、この足首ロール軸４４の中央部に足首ピッチ軸４２がピッチ軸方向に回転可能に挿通されている。そして、連結部６２は、足首ピッチ軸４２及び足首ロール軸４４から離間されており、後側ロッド５６と下腿リンク３４との干渉が防止されている。
【００４１】
アクチュエータ５８は、前側ロッド５４を駆動し、ここでは、揺動部材５２より上方に設けられている。具体的には、アクチュエータ５８は、膝ピッチ軸４６と同軸にピッチ方向に回転可能に設けられ、端部６４ａが前側ロッド５４の上端（他端）５４ｂと連結された回転板６４と、上腿リンク３２に設けられ、回転板６４を回転駆動する駆動源である電動モータ６６とを備えている。電動モータ６６の出力がベルト６８を介して不図示の減速機構から伝達され、回転板６４が膝ピッチ軸４６回りに回転する。端部６４ａは回転板６４の回転中心、すなわち膝ピッチ軸４６の軸心より前方に形成されている。左右の電動モータ６６ｒ，６６ｌは、独立して駆動制御が可能であり、前記制御ユニットからの入力に応じて動作する。
【００４２】
次に、足首関節１８，２０の揺動動作について説明する。
【００４３】
電動モータ６６の出力は、ベルト６８及び減速機構７０を介して回転板６４に伝達され、回転板６４が回転する。回転板６４の回転に応じて、前側ロッド５４を介して揺動部材５２が揺動し、後側ロッド５６を介して足平２２が揺動する。
【００４４】
具体的には、回転板６４が時計回りに回転すると、前側ロッド５４が上方に移動し、これにより、揺動部材５２が時計回りに揺動し、後側ロッド５６が下方に移動し、連結部６２の位置が、足首ピッチ軸４２と足首ロール軸４４との交点Ｏに対して下方に移動する。一方、回転板６４が反時計回りに回転すると、前側ロッド５４が下方に移動し、これにより、揺動部材５２が反時計回りに揺動し、後側ロッド５６が上方に移動し、連結部６２の位置が、足首ピッチ軸４２と足首ロール軸４４との交点Ｏに対して上方に移動する。
【００４５】
これにより、左右の回転板６４ｒ，６４ｌがともに時計回りに回転すると、連結部６２ｒ，６２ｌが交点Ｏに対して下方に移動し、図４（ａ）に示すように、前上がり（つま先上がり）に傾斜するように足平２２が下腿リンク３４に対してピッチ方向に揺動する。一方、左右の回転板６４ｒ，６４ｌがともに反時計回りに回転すると、連結部６２ｒ，６２ｌが交点Ｏに対して上方に移動し、図４（ｃ）に示すように、前下がり（つま先下がり）に傾斜するように足平２２が下腿リンク３４に対してピッチ方向に揺動する。
【００４６】
そして、右側の回転板６４ｒが時計回りに、左側の回転板６４ｌが反時計回りにそれぞれ回転すると、交点Ｏに対して右側の連結部６２ｒが下方に、左側の連結部６２ｌが上方に移動し、右側が左側より下がるように足平２２が下腿リンク３４に対してロール方向に揺動する。右側の回転板６４ｒが反時計回りに、左側の回転板６４ｌが時計回りにそれぞれ回転すると、交点Ｏに対して右側の連結部６２ｒが上方に、左側の連結部６２ｌが下方に移動し、右側が左側より高くなるように足平２２が下腿リンク３４に対してロール方向に揺動する。
【００４７】
このように、左右の電動モータ６６ｒ，６６ｌを適宜駆動制御することにより、足平２２を下腿リンク３４に対してピッチ方向及びロール方向に揺動する。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態に係るロボット１は、その足首関節が、足平２２の上部に軸支された足首ロール軸４４、この足首ロール軸４４に挿通された足首ピッチ軸４２及び左右の後側ロッド５６ｒ，５６ｌとそれぞれ連結される左右の連結部６２ｒ，６２ｌから構成されており、簡素に構成されている。そのため、上記特許文献１に開示された脚式移動ロボットの足首部と比較して、足首部をコンパクト化、軽量化することが可能となる。そして、これに伴い、ロボット１を移動させる際に脚体２に発生する慣性力が減少し、足首関節１８，２０を駆動させる電動モータ６６の定格出力を低減させることが可能となる。
【００４９】
なお、交点Ｏより前方にて足平２２に連結部を設け、この連結部と回転板６４の端部６４ａとを直接連結する１本のロッドを設けることが想定される。しかし、この場合、足平２２の前上がり角度を十分に確保できないおそれがある。人間などの足首関節は、前上がり角度が後上がり角度（前下がり角度）よりも相当程度大きくなるように構成されており、特に、蹴り足時に足平２２の前上がり角度が大きくなる。一方、本実施形態に係るロボット１は、交点Ｏより後方にて足平２２に連結部６２を設けているので、十分に大きな前上がり角度を確保することが可能である。なお、後上がり角度は制限を受け得るが、人間類似の移動形態である限り、問題は生じない。
【００５０】
また、回転板６４の後側の端部と連結部６２とを直接連結する１本のロッドを設けることが想定される。しかし、この場合、このロッドと上腿リンク３２とが干渉して、膝関節１６の屈曲角度を十分に確保できないおそれがある。一方、本実施形態に係るロボット１は、回転板６４の前方の端部６４ａに前側ロッド５４を連結しているので、前側ロッド５４と上腿リンク３２とが干渉するおそれがなく、膝関節１６の屈曲角度を十分に確保することができる。
【００５１】
また、回転板６４の端部６４ａと連結部６２とを直接連結する１本のロッドを設けることが想定される。しかし、この場合、足平２２を揺動させるために必要な電動モータ６６の出力が増大し、高定格出力の電動モータ６６が必要となる。一方、本実施形態に係るロボット１は、電動モータ６６の出力を回転板６４から揺動部材５２を介して連結部６２に伝達しているので、回転板６４の位置及びリンク長、前側ロッド５４及び後側ロッド５６のリンク長などを適切に設定することにより、低定格出力の電動モータ６６を用いることが可能となる。
【００５２】
さらに、揺動部材５２の軸線５２ａは、脚体２の側面視において、足首ピッチ軸４２の軸線と膝ピッチ軸４６の軸線とを結ぶ線分Ｌより前方に位置している。これにより、揺動部材５２の後端部５２ｃの後方への突出を抑制することが可能となり、後側ロッド５６と上腿リンク３２との干渉するおそれが減少し、膝関節１６の屈曲角度を十分に確保することができる。また、揺動部材５２の初期角度及び連結部６２の初期角度の設定により、足首関節駆動機構５０ｒ，５０ｌを高剛性化し、不所望の撓みが生じず、安定した駆動力が足平２２に伝達されるように構成することが容易となる。
【００５３】
ところで、脚体２は、精密部品から構成されており、埃や水滴などの付着を防止する必要があり、カバーで覆われている。以下、脚体２の下腿リンク３４及び足首関節１８，２０を覆うカバーについて説明する。なお、上腿リンク３２や膝関節１６等をカバーは従来公知の任意のカバーとすればよい。
【００５４】
脚体２は、下腿リンク３４の前部を覆う前方カバー７２、下腿リンク３４の後部を覆う後方カバー７４、足首関節１８，２０の少なくとも後部を覆う足首カバー７６、及び後側ロッド５６の後部を覆う後側ロッドカバー７８を備えている。さらに、足平２２は、足平カバー８０により全体が覆われている。なお、後方カバー７４が本発明における第１カバーを意味し、足首カバー７６が本発明における第２カバーを意味し、後側ロッドカバー７８が本発明における第３カバーを意味する。
【００５５】
前方カバー７２は、取付部７２ａ，７２ｂで下腿リンク３４に固定されており、前側ロッド５４と干渉することなく、下腿リンク３４の前部を覆うように構成されている。
【００５６】
後方カバー７４は、取付部７４ａで下腿リンク３４に固定されており、後側ロッド５６及び上腿リンク３２の図示しないカバーと干渉することなく、下腿リンク３４の後部を覆うように構成されている。後方カバー７４は、その側部にて前方カバー７２と連結されている。
【００５７】
足首カバー７６は、図示しない取付部で足平２２に固定されており、連結部６２の後方を含む足首関節１８，２０の周囲を覆うように構成されている。足首カバー７６は、足平２２に固定されているので、足平２２の揺動に拘わらず、常に連結部６２の後方を覆うことになる。なお、足首カバー７６の前側部分は、足平２２の揺動に拘わらず、前方カバー７２の下端との間に隙間がないように、詳細は図示しないが、スライディング・シャッターとして構成されている。
【００５８】
後側ロッドカバー７８は、足平２２の後部に連結されるとともに、下腿リンク３４に設けられた案内機構８２に案内されて摺動し、後側ロッド５６の後部を覆うように構成されている。
【００５９】
具体的には、後側ロッドカバー７８の上下方向略中間部内面に形成された連結部７８ａにＬ字状の連結棒８４の一端がロール方向に回転可能に連結されており、この連結棒８４の他端が、連結部６２の近傍にて足平２２の後部に形成された突起部８６にピッチ方向に回転可能に連結されている。そして、案内機構８２は、下腿リンク３４の上下方向略中間部にボルトを用いて固定され、後下がりに傾斜して延びる長穴８８ａが形成されたガイド部材８８と、この長穴８８ａに摺動可能に設けられ、後側ロッドカバー７８の上方に延出された延出部７８ｂの先端に設けられたピン９０とから構成されている。
【００６０】
これにより、後側ロッドカバー７８は、後方カバー７４と足首カバー７６との前後方向の中間に位置し、下腿リンク３４に対する足平２２の揺動に拘わらず、後方カバー７４及び足首カバー７６と干渉しないように構成されている。
【００６１】
後側ロッドカバー７８は、後側ロッド５６の移動に伴い移動し、後側ロッドカバー７８の連結部７８ａと後側ロッド５６の下端５６ｂとの距離変化、特に上下方向の距離変化は小さなものとなる。そのため、後側ロッドカバー７８は、下腿リンク３４に対する後側ロッド５６の相対移動に拘わらず、常に後側ロッド５６の下側後部を覆っており、足平２２が前上がりに傾斜して、後方カバー７４と足首カバー７６との間に隙間が生じても、後側ロッドカバー７８はその隙間を覆う。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態に係るロボット１は、後側ロッドカバー７８を備えているので、図６（ａ）に示すように、足平２２が前上がりに大きく傾斜した場合であっても、後側ロッドカバー７８によって、後側ロッド５６の下部後方を覆うことができる。また、足平２２の揺動に拘わらず、後側ロッドカバー７８と後方カバー７４及び足首カバー７６との間に生じる隙間が常に小さいものとなる。
【００６３】
なお、後側ロッド５６を設けない場合、後側ロッド５６の下部後方を常にカバーで覆うためには、後方カバー及び足首カバーが大型化し、足首部のスリム化を図ることが困難になる。また、後方カバーと足首カバーとの間に必然的に大きな隙間が生じ、その隙間から埃や水滴等が浸入するおそれがある。
【００６４】
なお、以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、実施形態では、アクチュエータ５８が電動モータ６６により回転駆動され、端部６４ａが前側ロッド５４の上端５４ｂに連結された回転板６４を備える場合について説明したが、これに限定されない。例えば、ボールねじ機構を用いて前側ロッド５４を直動駆動させてもよい。
【００６５】
さらに、同一方向（実施形態ではピッチ方向）に膝部及び足首部の回転させる膝関節１６Ｒ（Ｌ）及び足首関節１８Ｒ（Ｌ）を有するものであれば、各関節の構成や関節の配置は、実施形態に限定されない。例えば、足首部をロール方向に回転させる足首関節２０Ｒ（Ｌ）を備えないものであってもよい。この場合、足首関節駆動機構を各脚体２Ｒ（Ｌ）にそれぞれ１つずつ設ければよい。
【００６６】
さらに、足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）は足首部の回転方向が異なるものであれば、その回転方向は実施形態に限定されない。例えば、足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）の足首部の回転方向が互いに直交しないものであってよい。
【００６７】
さらに、２足移動ロボットに限定されない。例えば、獣や昆虫等を模した４足移動ロボットや６足移動ロボット等であってもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１…２足移動ロボット（脚式移動ロボット）、 ２Ｒ，２Ｌ…脚体、 １６Ｒ，１６Ｌ…膝関節、 １８Ｒ，１８Ｌ，２０Ｒ，２０Ｌ…足首関節、 ２２Ｒ，２２Ｌ…足平、 ３４Ｒ，３４Ｌ…下腿リンク、 ４２…足首ピッチ軸、 ４４…足首ロール軸、 ４６…膝ピッチ軸、 ５０…足首関節駆動機構、 ５２…揺動部材、 ５２ａ…揺動部材の軸線、 ５２ｂ…揺動部材の前端、 ５２ｃ…揺動部材の後端、 ５４…前側ロッド、 ５４ａ…前側ロッドの下端（一端）、 ５４ｂ…前側ロッドの上端（他端）、 ５６…後側ロッド、 ５６ａ…後側ロッドの上端（一端）、５６ｂ…後側ロッドの下端（他端）、 ５８…アクチュエータ、 ６２…連結部、 ６４…回転板、 ６６…電動モータ（駆動源）、 ７４…後方カバー（第１カバー）、 ７６…足首カバー（第２カバー）、 ７８…後側ロッドカバー（第３カバー）、 ８２…案内機構。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脚式移動ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
上腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、下腿リンクと足平を連結する足首関節とを有する脚体を備え、脚体を駆動して移動する脚式移動ロボットが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、大腿リンク（上腿リンク）と下腿リンクを連結する膝関節が膝Ｙ軸（膝ピッチ軸）を有し、上腿リンクに配置された電動モータの出力がベルト及び減速機を介して膝Ｙ軸に伝達される脚式移動ロボットが開示されている。
【０００４】
この脚式移動ロボットにおいては、大腿リンクに電動モータが配置され、この電動モータの出力がベルトを介して膝Ｙ軸と同軸に配置された中間軸に伝達される。中間軸の回転は、ベルトを介し、下腿リンクに配置された減速機に伝達される。そして、減速機で減速された出力が、ロッド機構を介して足首Ｙ軸（足首ピッチ軸）に伝達される。ロッド機構は平行クランク機構とされており、減速機の出力軸の外側側部に固定された第１のクランクの回転が、平行リンクを介し、足首Ｙ軸の外側側部に固定された第２のクランクに伝達される。これにより、電動モータの出力が、中間軸や平行クランク機構等を介して足首Ｙ軸に伝達され、足首Ｙ軸がＹ軸回り（ピッチ方向）に回転可能となっている。
【０００５】
さらに、上腿リンクに別の電動モータが配置され、この電動モータの出力がベルトを介して膝Ｙ軸と同軸に配置された別の中間軸に伝達される。そして、中間軸の回転は、ベルトを介し、足首Ｙ軸と同軸に配置された受動軸に伝達される。受動軸の端部の内側端部には、ドライブベベルギヤが固定され、このドライブベベルギヤは、足首Ｘ軸（足首ロール軸）の端部に固定されたドリブンベベルギヤと噛合している。これにより、電動モータの出力が、中間軸、受動軸等を介して足首Ｘ軸に伝達され、足首Ｘ軸がＸ軸回り（ロール方向）に回転可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２９８９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に開示された脚式移動ロボットにおいては、両端にロッドが連結されたクランクが足首Ｙ軸の外側側部に固定されている。さらに、足首Ｙ軸と同軸に配置された受動軸、この受動軸の端部の内側端部に固定されたドライブベベルギヤ、及び足首Ｘ軸の端部に固定されたドリブンベベルギヤを備えている。そのため、足首部は、大型となり、重量も大きくなる。
【０００８】
脚体の末端側（足平側）の重量が大きいと、脚式移動ロボットを移動させる際に脚体に大きな慣性力が発生し、各関節を駆動させるアクチュエータを高出力なものとする必要が生じる。
【０００９】
本発明は、以上の点に鑑み、足首部のコンパクト化が可能な脚式移動ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、前記下腿リンクと足平を連結する足首関節とを有する脚体を備え、前記膝関節及び前記足首関節が第１の方向に揺動軸線を有し、前記脚体を駆動して移動する脚式移動ロボットであって、前記下腿リンクに設けられ、前記第１の方向に揺動可能な揺動部材と、一端が前記揺動部材の前端に連結された前側ロッドと、一端が前記揺動部材の後端に連結され、他端が前記足首関節の揺動軸線より後方にて前記足平に連結された後側ロッドと、前記前側ロッドを駆動するアクチュエータと、を備えた足首関節駆動機構を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、足首関節駆動機構によって足平を下腿リンクに対して第１の方向に揺動させることが可能となる。そして、足首関節は、後側ロッドの他端が連結された連結部を備えていればよい。そのため、上記特許文献１のように足首関節軸の外側側部にクランクを固定する必要がなく、足首部をコンパクト且つ軽量にすることが可能となる。そして、これに伴い、脚式移動ロボットを移動させる際に脚体に発生する慣性力が減少し、足首関節を駆動させるために必要なアクチュエータの出力を低減することが可能となる。
【００１２】
また、本発明において、前記アクチュエータを前記揺動部材より重力方向において上方に設けることが好ましい。
【００１３】
この場合、重量物であるアクチュエータを脚体の足平から離れた位置に設けることができ、脚式移動ロボットを移動させる際に脚体に発生する慣性力がさらに減少し、足首関節を駆動させる際に必要なアクチュエータの出力をさらに低減することが可能となる。
【００１４】
また、本発明において、前記揺動部材の揺動中心は、側面視において、前記膝関節の揺動軸線と前記足首関節の揺動軸線とを結ぶ線より前方に位置することが好ましい。
【００１５】
この場合、揺動部材の後方への突出を抑制することが可能となり、後側ロッドと上腿リンクとが干渉するおそれが減少し、膝関節の屈曲角度を十分に確保することができる。
【００１６】
また、本発明において、前記足首関節が前記第１の方向と異なる第２の方向に揺動軸線を有し、各前記脚体が前記足首関節駆動機構をそれぞれ２つ備え、各前記後側ロッドが前記足平に異なる位置にて連結されることが好ましい。
【００１７】
この場合、各脚体の２つの足首関節駆動機構のそれぞれのアクチュエータを独立して動作させることにより、各脚体の足平を下腿リンクに対して第２の方向にも揺動させることが可能となる。
【００１８】
また、本発明において、前記アクチュエータは、前記膝関節と同位置もしくは重力方向において上方に前記第１の方向に回転可能に設けられ、端部が前記前側ロッドの他端と連結された回転板と、前記上腿リンクに設けられ、前記回転板を回転駆動する駆動源とを備えることが好ましい。
【００１９】
この場合、アクチュエータを簡易に構成することが可能となる。また、重量物である駆動源を脚体の足平から離れた上腿リンクに設けるので、脚式移動ロボットを移動させる際に脚体に発生する慣性力が減少し、足首関節を駆動させる際に必要な駆動源の出力を低減することが可能となる。
【００２０】
また、本発明において、前記下腿リンクに固定され、前記下腿リンクの後部を覆う第１カバーと、前記足平に固定され、前記足首関節の後部を覆う第２カバーと、前記足平の後部に連結されるとともに前記下腿リンクに摺動可能に設けられ、前記後側ロッドの後部を覆う第３カバーとを備えることが好ましい。
【００２１】
この場合、下腿リンクに対する足平の揺動に伴う下腿リンクに対する後側ロッドの相対移動に拘わらず、常に第３カバーが後側ロッドの後部を覆う。そのため、第１カバーと第２カバーとの間に隙間が生じても、その隙間を第３カバーが覆うので、埃や水滴等の浸入を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る２足移動ロボットの概略構成を示す斜視図。
【図２】脚体の下部を示す側面図。
【図３】脚体の下部を示す正面図。
【図４】図２における足平の傾斜が異なる状態を示し、（ａ）は足平が前上がりの状態を、（ｂ）は足平が水平の状態、（ｃ）は足平が前下がりの状態をそれぞれ示す。
【図５】脚体の下部をカバーと共に示す側面図。
【図６】図５における足平の傾斜が異なる状態を示し、（ａ）は足平が前上がりの状態を、（ｂ）は足平が水平の状態、（ｃ）は足平が前下がりの状態をそれぞれ示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、脚式移動ロボットとして２足移動ロボットを例にとって、本発明の実施形態に係る２足移動ロボット１（以下、単にロボット１という）について説明する。
【００２４】
図１に示すように、ロボット１は、左右一対の脚体２Ｒ，２Ｌと、両脚体２Ｒ，２Ｌの基端部（上端部）に連結された上体４とを備えており、接床する脚体２Ｒ，２Ｌによって上体４が床面の上方に支持される。
【００２５】
両脚体２Ｒ，２Ｌは同一構造であり、それぞれ６個の関節を備える。その６個の関節は上体４側から順に、股の回旋用（上体４に対するヨー方向の回転用）の股関節１０Ｒ，１０Ｌと、股のロール方向（Ｘ軸まわり）の回転用の股関節１２Ｒ，１２Ｌと、股のピッチ方向（Ｙ軸まわり）の回転用の股関節１４Ｒ，１４Ｌと、膝部のピッチ方向の回転用の膝関節１６Ｒ，１６Ｌと、足首部のピッチ方向の回転用の足首関節１８Ｒ，１８Ｌと、足首部のロール方向の回転用の足首関節２０Ｒ，２０Ｌとから構成されている。
【００２６】
なお、本実施形態の説明では、符号Ｒ，Ｌはそれぞれ右側脚体２Ｒ、左側脚体２Ｌに対応するものであることを意味する。また、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向は、水平面上で互いに直交する２軸方向であり、Ｘ軸方向はロボット１の前後方向（ロール軸方向）、Ｙ軸方向はロボット１の左右方向（ピッチ軸方向）に相当する。また、Ｚ軸方向は鉛直方向（重力方向）であり、ロボット１の上下方向（ヨー軸方向）に相当する。上下方向は重力方向における上下方向を意味する。
【００２７】
各脚体２Ｒ（Ｌ）の股関節１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）によって３自由度の股関節が構成され、膝関節１６Ｒ（Ｌ）によって１自由度の膝関節が構成され、足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）によって２自由度の足首関節が構成されている。
【００２８】
そして、股関節１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）と膝関節１６Ｒ（Ｌ）とは上腿リンク３２Ｒ（Ｌ）で連結され、膝関節１６Ｒ（Ｌ）と足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）とは下腿リンク３４Ｒ（Ｌ）で連結されている。また、各脚体２Ｒ（Ｌ）の足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）の下部に、各脚体２Ｒ（Ｌ）の先端部（下端部）を構成する足平２２Ｒ（Ｌ）が取着されている。また、各脚体２Ｒ（Ｌ）の上端部（基端部）が、股関節１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４Ｒ（Ｌ）を介して上体４に連結されている。
【００２９】
各脚体２Ｒ（Ｌ）の上記構成により、各脚体２Ｒ（Ｌ）の足平２２Ｒ（Ｌ）は、上体４に対して６自由度を有する。そして、ロボット１の移動に際して両脚体２Ｒ，２Ｌを合わせて６×２＝１２個の関節をそれぞれ適宜な角度に駆動することで、両足平２２Ｒ，２２Ｌの所望の運動を行うことができる。これにより、ロボット１は歩行動作や走行動作等、３次元空間を移動する運動を行うことが可能となっている。
【００３０】
なお、図示は省略するが、本実施形態では、上体４の上部の両側部には左右一対の腕体が取り付けられるとともに、上体４の上端部には頭部が搭載される。そして、各腕体は、それに備える複数の関節（肩関節、肘関節、手首関節など）によって、該腕体を上体４に対して前後に振る等の運動を行うことが可能となっている。ただし、これらの腕体及び頭部はなくてもよい。
【００３１】
各脚体２Ｒ（Ｌ）の足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）と足平２２Ｒ（Ｌ）との間には６軸力センサ３６Ｒ（Ｌ）が介装されている。この６軸力センサ３６Ｒ（Ｌ）は、床から足平２２Ｒ（Ｌ）を介して各脚体２Ｒ（Ｌ）に伝達される床反力の３軸方向の並進力成分及び３軸まわりのモーメント成分を検出し、その検出信号を図示しない制御ユニットに出力する。
【００３２】
次に、脚体２Ｒ（Ｌ）の足首関節１８（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）の駆動機構について説明する。脚体２Ｒ，２Ｌは、左右対称であり、ここでは、脚体２Ｒに設けられた足首関節１８Ｒ，２０Ｒの駆動機構について説明するが、以下、符号Ｒは適宜省略する。なお、他の関節の駆動機構は、例えば本願出願人が特開平３−１８４７８２号などにて提案した公知の構成のものなど、任意の構成であってよい。
【００３３】
図２及び図３に示すように、下腿リンク３４と足平２２とは、足首ピッチ軸４２を揺動中心としてピッチ方向に揺動可能に、且つ足首ロール軸４４を揺動中心としてロール方向に揺動可能に連結されている。また、上腿リンク３２と下腿リンク３４とは、膝ピッチ軸４６を相対揺動中心としてヨー方向に揺動可能に連結されている。なお、ピッチ方向が本発明における第１の方向を意味し、ロール方向が本発明における第１の方向と異なる第２の方向を意味する。
【００３４】
脚体２は、足首関節１８，２０を駆動する足首関節駆動機構５０ｒ，５０ｌを備えている。足首関節駆動機構５０ｒは脚体２の右側に、足首関節駆動機構５０ｌは脚体２の左側にそれぞれ設けられている。これにより、ロボット１は、合計４つの足首関節駆動機構５０Ｒｒ，５０Ｒｌ，５０Ｌｒ，５０Ｌｌを備えている。
【００３５】
なお、本実施形態の説明では、符号ｒ，ｌはそれぞれ脚体２Ｒ（Ｌ）の右側、左側に対応するものであることを意味する。足首関節駆動機構５０ｒ，５０ｌは、左右対称であり、ここでは、足首関節駆動機構５０ｒについて説明するが、以下、符号ｒは適宜省略する。
【００３６】
足首関節駆動機構５０は、揺動部材５２、前側ロッド５４、後側ロッド５６及びアクチュエータ５８を備えており、揺動部材５２、前側ロッド５４及び後側ロッド５６がＺ型リンクを構成している。
【００３７】
揺動部材５２は、ピッチ方向に揺動可能に下腿リンク３４に設けられている。ここでは、揺動部材５２は、ピッチ軸方向の軸線５２ａ回りに揺動可能に、下腿リンク３４の上下方向中間部に軸支されている。そして、軸線５２ａは、脚体２の側面視において、足首ピッチ軸４２の軸線と膝ピッチ軸４６の軸線とを結ぶ線分Ｌより前方に位置している。
【００３８】
前側ロッド５４は、その下端（一端）５４ａが揺動部材５２の前端５２ｂに連結されている。ここでは、前側ロッド５４は、揺動部材５２に対して少なくともピッチ方向に揺動可能に連結されている。
【００３９】
後側ロッド５６は、その上端（一端）５６ａが揺動部材５２の後端５２ｃに連結され、その下端（他端）５６ｂが足首ピッチ軸４２より後方にて足平２２に連結されている。ここでは、後側ロッド５６の上端は、揺動部材５２に図示しない球面ベアリングを介して全方向に揺動可能に連結されている。そして、後側ロッド５６の下端は、足平２２に球面ベアリング６０を介して全方向に揺動可能に連結されている。
【００４０】
具体的には、足平２２の後部に設けられた連結部６２に、球面ベアリング６０を介して後側ロッド５６の下端５６ｂが連結されている。足平２２の略中央上部に足首ロール軸４４がロール軸方向に回転可能に軸支されており、この足首ロール軸４４の中央部に足首ピッチ軸４２がピッチ軸方向に回転可能に挿通されている。そして、連結部６２は、足首ピッチ軸４２及び足首ロール軸４４から離間されており、後側ロッド５６と下腿リンク３４との干渉が防止されている。
【００４１】
アクチュエータ５８は、前側ロッド５４を駆動し、ここでは、揺動部材５２より上方に設けられている。具体的には、アクチュエータ５８は、膝ピッチ軸４６と同軸にピッチ方向に回転可能に設けられ、端部６４ａが前側ロッド５４の上端（他端）５４ｂと連結された回転板６４と、上腿リンク３２に設けられ、回転板６４を回転駆動する駆動源である電動モータ６６とを備えている。電動モータ６６の出力がベルト６８を介して不図示の減速機構から伝達され、回転板６４が膝ピッチ軸４６回りに回転する。端部６４ａは回転板６４の回転中心、すなわち膝ピッチ軸４６の軸心より前方に形成されている。左右の電動モータ６６ｒ，６６ｌは、独立して駆動制御が可能であり、前記制御ユニットからの入力に応じて動作する。
【００４２】
次に、足首関節１８，２０の揺動動作について説明する。
【００４３】
電動モータ６６の出力は、ベルト６８及び減速機構７０を介して回転板６４に伝達され、回転板６４が回転する。回転板６４の回転に応じて、前側ロッド５４を介して揺動部材５２が揺動し、後側ロッド５６を介して足平２２が揺動する。
【００４４】
具体的には、回転板６４が時計回りに回転すると、前側ロッド５４が上方に移動し、これにより、揺動部材５２が時計回りに揺動し、後側ロッド５６が下方に移動し、連結部６２の位置が、足首ピッチ軸４２と足首ロール軸４４との交点Ｏに対して下方に移動する。一方、回転板６４が反時計回りに回転すると、前側ロッド５４が下方に移動し、これにより、揺動部材５２が反時計回りに揺動し、後側ロッド５６が上方に移動し、連結部６２の位置が、足首ピッチ軸４２と足首ロール軸４４との交点Ｏに対して上方に移動する。
【００４５】
これにより、左右の回転板６４ｒ，６４ｌがともに時計回りに回転すると、連結部６２ｒ，６２ｌが交点Ｏに対して下方に移動し、図４（ａ）に示すように、前上がり（つま先上がり）に傾斜するように足平２２が下腿リンク３４に対してピッチ方向に揺動する。一方、左右の回転板６４ｒ，６４ｌがともに反時計回りに回転すると、連結部６２ｒ，６２ｌが交点Ｏに対して上方に移動し、図４（ｃ）に示すように、前下がり（つま先下がり）に傾斜するように足平２２が下腿リンク３４に対してピッチ方向に揺動する。
【００４６】
そして、右側の回転板６４ｒが時計回りに、左側の回転板６４ｌが反時計回りにそれぞれ回転すると、交点Ｏに対して右側の連結部６２ｒが下方に、左側の連結部６２ｌが上方に移動し、右側が左側より下がるように足平２２が下腿リンク３４に対してロール方向に揺動する。右側の回転板６４ｒが反時計回りに、左側の回転板６４ｌが時計回りにそれぞれ回転すると、交点Ｏに対して右側の連結部６２ｒが上方に、左側の連結部６２ｌが下方に移動し、右側が左側より高くなるように足平２２が下腿リンク３４に対してロール方向に揺動する。
【００４７】
このように、左右の電動モータ６６ｒ，６６ｌを適宜駆動制御することにより、足平２２を下腿リンク３４に対してピッチ方向及びロール方向に揺動する。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態に係るロボット１は、その足首関節が、足平２２の上部に軸支された足首ロール軸４４、この足首ロール軸４４に挿通された足首ピッチ軸４２及び左右の後側ロッド５６ｒ，５６ｌとそれぞれ連結される左右の連結部６２ｒ，６２ｌから構成されており、簡素に構成されている。そのため、上記特許文献１に開示された脚式移動ロボットの足首部と比較して、足首部をコンパクト化、軽量化することが可能となる。そして、これに伴い、ロボット１を移動させる際に脚体２に発生する慣性力が減少し、足首関節１８，２０を駆動させる電動モータ６６の定格出力を低減させることが可能となる。
【００４９】
なお、交点Ｏより前方にて足平２２に連結部を設け、この連結部と回転板６４の端部６４ａとを直接連結する１本のロッドを設けることが想定される。しかし、この場合、足平２２の前上がり角度を十分に確保できないおそれがある。人間などの足首関節は、前上がり角度が後上がり角度（前下がり角度）よりも相当程度大きくなるように構成されており、特に、蹴り足時に足平２２の前上がり角度が大きくなる。一方、本実施形態に係るロボット１は、交点Ｏより後方にて足平２２に連結部６２を設けているので、十分に大きな前上がり角度を確保することが可能である。なお、後上がり角度は制限を受け得るが、人間類似の移動形態である限り、問題は生じない。
【００５０】
また、回転板６４の後側の端部と連結部６２とを直接連結する１本のロッドを設けることが想定される。しかし、この場合、このロッドと上腿リンク３２とが干渉して、膝関節１６の屈曲角度を十分に確保できないおそれがある。一方、本実施形態に係るロボット１は、回転板６４の前方の端部６４ａに前側ロッド５４を連結しているので、前側ロッド５４と上腿リンク３２とが干渉するおそれがなく、膝関節１６の屈曲角度を十分に確保することができる。
【００５１】
また、回転板６４の端部６４ａと連結部６２とを直接連結する１本のロッドを設けることが想定される。しかし、この場合、足平２２を揺動させるために必要な電動モータ６６の出力が増大し、高定格出力の電動モータ６６が必要となる。一方、本実施形態に係るロボット１は、電動モータ６６の出力を回転板６４から揺動部材５２を介して連結部６２に伝達しているので、回転板６４の位置及びリンク長、前側ロッド５４及び後側ロッド５６のリンク長などを適切に設定することにより、低定格出力の電動モータ６６を用いることが可能となる。
【００５２】
さらに、揺動部材５２の軸線５２ａは、脚体２の側面視において、足首ピッチ軸４２の軸線と膝ピッチ軸４６の軸線とを結ぶ線分Ｌより前方に位置している。これにより、揺動部材５２の後端部５２ｃの後方への突出を抑制することが可能となり、後側ロッド５６と上腿リンク３２との干渉するおそれが減少し、膝関節１６の屈曲角度を十分に確保することができる。また、揺動部材５２の初期角度及び連結部６２の初期角度の設定により、足首関節駆動機構５０ｒ，５０ｌを高剛性化し、不所望の撓みが生じず、安定した駆動力が足平２２に伝達されるように構成することが容易となる。
【００５３】
ところで、脚体２は、精密部品から構成されており、埃や水滴などの付着を防止する必要があり、カバーで覆われている。以下、脚体２の下腿リンク３４及び足首関節１８，２０を覆うカバーについて説明する。なお、上腿リンク３２や膝関節１６等をカバーは従来公知の任意のカバーとすればよい。
【００５４】
脚体２は、下腿リンク３４の前部を覆う前方カバー７２、下腿リンク３４の後部を覆う後方カバー７４、足首関節１８，２０の少なくとも後部を覆う足首カバー７６、及び後側ロッド５６の後部を覆う後側ロッドカバー７８を備えている。さらに、足平２２は、足平カバー８０により全体が覆われている。なお、後方カバー７４が本発明における第１カバーを意味し、足首カバー７６が本発明における第２カバーを意味し、後側ロッドカバー７８が本発明における第３カバーを意味する。
【００５５】
前方カバー７２は、取付部７２ａ，７２ｂで下腿リンク３４に固定されており、前側ロッド５４と干渉することなく、下腿リンク３４の前部を覆うように構成されている。
【００５６】
後方カバー７４は、取付部７４ａで下腿リンク３４に固定されており、後側ロッド５６及び上腿リンク３２の図示しないカバーと干渉することなく、下腿リンク３４の後部を覆うように構成されている。後方カバー７４は、その側部にて前方カバー７２と連結されている。
【００５７】
足首カバー７６は、図示しない取付部で足平２２に固定されており、連結部６２の後方を含む足首関節１８，２０の周囲を覆うように構成されている。足首カバー７６は、足平２２に固定されているので、足平２２の揺動に拘わらず、常に連結部６２の後方を覆うことになる。なお、足首カバー７６の前側部分は、足平２２の揺動に拘わらず、前方カバー７２の下端との間に隙間がないように、詳細は図示しないが、スライディング・シャッターとして構成されている。
【００５８】
後側ロッドカバー７８は、足平２２の後部に連結されるとともに、下腿リンク３４に設けられた案内機構８２に案内されて摺動し、後側ロッド５６の後部を覆うように構成されている。
【００５９】
具体的には、後側ロッドカバー７８の上下方向略中間部内面に形成された連結部７８ａにＬ字状の連結棒８４の一端がロール方向に回転可能に連結されており、この連結棒８４の他端が、連結部６２の近傍にて足平２２の後部に形成された突起部８６にピッチ方向に回転可能に連結されている。そして、案内機構８２は、下腿リンク３４の上下方向略中間部にボルトを用いて固定され、後下がりに傾斜して延びる長穴８８ａが形成されたガイド部材８８と、この長穴８８ａに摺動可能に設けられ、後側ロッドカバー７８の上方に延出された延出部７８ｂの先端に設けられたピン９０とから構成されている。
【００６０】
これにより、後側ロッドカバー７８は、後方カバー７４と足首カバー７６との前後方向の中間に位置し、下腿リンク３４に対する足平２２の揺動に拘わらず、後方カバー７４及び足首カバー７６と干渉しないように構成されている。
【００６１】
後側ロッドカバー７８は、後側ロッド５６の移動に伴い移動し、後側ロッドカバー７８の連結部７８ａと後側ロッド５６の下端５６ｂとの距離変化、特に上下方向の距離変化は小さなものとなる。そのため、後側ロッドカバー７８は、下腿リンク３４に対する後側ロッド５６の相対移動に拘わらず、常に後側ロッド５６の下側後部を覆っており、足平２２が前上がりに傾斜して、後方カバー７４と足首カバー７６との間に隙間が生じても、後側ロッドカバー７８はその隙間を覆う。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態に係るロボット１は、後側ロッドカバー７８を備えているので、図６（ａ）に示すように、足平２２が前上がりに大きく傾斜した場合であっても、後側ロッドカバー７８によって、後側ロッド５６の下部後方を覆うことができる。また、足平２２の揺動に拘わらず、後側ロッドカバー７８と後方カバー７４及び足首カバー７６との間に生じる隙間が常に小さいものとなる。
【００６３】
なお、後側ロッド５６を設けない場合、後側ロッド５６の下部後方を常にカバーで覆うためには、後方カバー及び足首カバーが大型化し、足首部のスリム化を図ることが困難になる。また、後方カバーと足首カバーとの間に必然的に大きな隙間が生じ、その隙間から埃や水滴等が浸入するおそれがある。
【００６４】
なお、以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、実施形態では、アクチュエータ５８が電動モータ６６により回転駆動され、端部６４ａが前側ロッド５４の上端５４ｂに連結された回転板６４を備える場合について説明したが、これに限定されない。例えば、ボールねじ機構を用いて前側ロッド５４を直動駆動させてもよい。
【００６５】
さらに、同一方向（実施形態ではピッチ方向）に膝部及び足首部の回転させる膝関節１６Ｒ（Ｌ）及び足首関節１８Ｒ（Ｌ）を有するものであれば、各関節の構成や関節の配置は、実施形態に限定されない。例えば、足首部をロール方向に回転させる足首関節２０Ｒ（Ｌ）を備えないものであってもよい。この場合、足首関節駆動機構を各脚体２Ｒ（Ｌ）にそれぞれ１つずつ設ければよい。
【００６６】
さらに、足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）は足首部の回転方向が異なるものであれば、その回転方向は実施形態に限定されない。例えば、足首関節１８Ｒ（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）の足首部の回転方向が互いに直交しないものであってよい。
【００６７】
さらに、２足移動ロボットに限定されない。例えば、獣や昆虫等を模した４足移動ロボットや６足移動ロボット等であってもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１…２足移動ロボット（脚式移動ロボット）、 ２Ｒ，２Ｌ…脚体、 １６Ｒ，１６Ｌ…膝関節、 １８Ｒ，１８Ｌ，２０Ｒ，２０Ｌ…足首関節、 ２２Ｒ，２２Ｌ…足平、 ３４Ｒ，３４Ｌ…下腿リンク、 ４２…足首ピッチ軸、 ４４…足首ロール軸、 ４６…膝ピッチ軸、 ５０…足首関節駆動機構、 ５２…揺動部材、 ５２ａ…揺動部材の軸線、 ５２ｂ…揺動部材の前端、 ５２ｃ…揺動部材の後端、 ５４…前側ロッド、 ５４ａ…前側ロッドの下端（一端）、 ５４ｂ…前側ロッドの上端（他端）、 ５６…後側ロッド、 ５６ａ…後側ロッドの上端（一端）、５６ｂ…後側ロッドの下端（他端）、 ５８…アクチュエータ、 ６２…連結部、 ６４…回転板、 ６６…電動モータ（駆動源）、 ７４…後方カバー（第１カバー）、 ７６…足首カバー（第２カバー）、 ７８…後側ロッドカバー（第３カバー）、 ８２…案内機構。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、前記下腿リンクと足平を連結する足首関節とを有する脚体を備え、前記膝関節及び前記足首関節が第１の方向に揺動軸線を有し、前記脚体を駆動して移動する脚式移動ロボットであって、
前記下腿リンクに設けられ、前記第１の方向に揺動可能な揺動部材と、
一端が前記揺動部材の前端に連結された前側ロッドと、
一端が前記揺動部材の後端に連結され、他端が前記足首関節の揺動軸線より後方にて前記足平に連結された後側ロッドと、
前記前側ロッドを駆動するアクチュエータとを備えた足首関節駆動機構を有することを特徴とする脚式移動ロボット。
【請求項２】
前記アクチュエータを前記揺動部材より重力方向において上方に設けることを特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボット。
【請求項３】
前記揺動部材の揺動中心は、側面視において、前記膝関節の揺動軸線と前記足首関節の揺動軸線とを結ぶ線より前方に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の脚式移動ロボット。
【請求項４】
前記足首関節が前記第１の方向と異なる第２の方向に揺動軸線を有し、
各前記脚体が前記足首関節駆動機構をそれぞれ２つ備え、各前記後側ロッドが前記足平に異なる位置にて連結されることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の脚式移動ロボット。
【請求項５】
前記アクチュエータは、
前記膝関節と同位置もしくは重力方向において上方に前記第１の方向に回転可能に設けられ、端部が前記前側ロッドの他端と連結された回転板と、
前記上腿リンクに設けられ、前記回転板を回転駆動する駆動源とを備えることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の脚式移動ロボット。
【請求項６】
前記下腿リンクに固定され、前記下腿リンクの後部を覆う第１カバーと、
前記足平に固定され、前記足首関節の後部を覆う第２カバーと、
前記足平の後部に連結されるとともに前記下腿リンクに摺動可能に設けられ、前記後側ロッドの後部を覆う第３カバーとを備えることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の脚式移動ロボット。
【請求項１】
上腿リンクと下腿リンクを連結する膝関節と、前記下腿リンクと足平を連結する足首関節とを有する脚体を備え、前記膝関節及び前記足首関節が第１の方向に揺動軸線を有し、前記脚体を駆動して移動する脚式移動ロボットであって、
前記下腿リンクに設けられ、前記第１の方向に揺動可能な揺動部材と、
一端が前記揺動部材の前端に連結された前側ロッドと、
一端が前記揺動部材の後端に連結され、他端が前記足首関節の揺動軸線より後方にて前記足平に連結された後側ロッドと、
前記前側ロッドを駆動するアクチュエータとを備えた足首関節駆動機構を有することを特徴とする脚式移動ロボット。
【請求項２】
前記アクチュエータを前記揺動部材より重力方向において上方に設けることを特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボット。
【請求項３】
前記揺動部材の揺動中心は、側面視において、前記膝関節の揺動軸線と前記足首関節の揺動軸線とを結ぶ線より前方に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の脚式移動ロボット。
【請求項４】
前記足首関節が前記第１の方向と異なる第２の方向に揺動軸線を有し、
各前記脚体が前記足首関節駆動機構をそれぞれ２つ備え、各前記後側ロッドが前記足平に異なる位置にて連結されることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の脚式移動ロボット。
【請求項５】
前記アクチュエータは、
前記膝関節と同位置もしくは重力方向において上方に前記第１の方向に回転可能に設けられ、端部が前記前側ロッドの他端と連結された回転板と、
前記上腿リンクに設けられ、前記回転板を回転駆動する駆動源とを備えることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の脚式移動ロボット。
【請求項６】
前記下腿リンクに固定され、前記下腿リンクの後部を覆う第１カバーと、
前記足平に固定され、前記足首関節の後部を覆う第２カバーと、
前記足平の後部に連結されるとともに前記下腿リンクに摺動可能に設けられ、前記後側ロッドの後部を覆う第３カバーとを備えることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の脚式移動ロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２２４７５２（Ｐ２０１１−２２４７５２Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９８８１９（Ｐ２０１０−９８８１９）
【出願日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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