(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴体及び前記胴体に連結される複数個の脚を含む歩行ロボットにおいて、
前記各脚のうち少なくとも一つの脚は、大腿リンクと、前記大腿リンクの下部に設けられる下腿リンクと、前記胴体と前記大腿リンクとを連結し、前記胴体に対して前記大腿リンクをピッチ方向に回動させるピッチ方向股関節と、前記大腿リンクと前記下腿リンクとを連結し、前記大腿リンクに対して前記下腿リンクをピッチ方向に回動させる膝関節と、を含み、
前記ピッチ方向股関節と前記膝関節は、互いに連動されて一つの連動アクチュエーターによって駆動され、かつ
前記ピッチ方向股関節のみを独立的に駆動する独立アクチュエーターを含み、
前記連動アクチュエーターと前記独立アクチュエーターは、背中合わせに配置され、ともに前記ピッチ方向股関節の回転軸に隣接した位置に設けられるか、前記ピッチ方向股関節の回転軸より前記胴体に近い位置に設けられる、
ことを特徴とする歩行ロボット。
【請求項２】
太陽ギアと、前記太陽ギアの外側に設けられるリングギアと、前記太陽ギア及び前記リングギアと噛み合わされて自転及び公転する複数個の遊星ギアと、前記複数個の遊星ギアに連結されるキャリアと、を備える遊星ギア装置をさらに含み、
前記連動アクチュエーターの駆動力は、前記リングギア及び前記太陽ギアのうち一つを通して前記遊星ギア装置に入力されると同時に、前記膝関節に伝達され、前記独立アクチュエーターの駆動力は、前記リングギア及び前記太陽ギアのうち残りの一つを通して前記遊星ギア装置に入力され、前記リングギアまたは前記太陽ギアを通して入力された駆動力は、前記キャリアを通して出力され、前記ピッチ方向股関節を駆動させることを特徴とする請求項１に記載の歩行ロボット。
【請求項３】
前記遊星ギアは、太陽ギアと噛み合わされる第１遊星ギアと、リングギアと噛み合わされる第２遊星ギアとを備えており、前記第１遊星ギア及び前記第２遊星ギアは互いに軸結合されることを特徴とする請求項２に記載の歩行ロボット。
【請求項４】
入力軸が前記遊星ギア装置の出力軸と連結され、出力軸が前記ピッチ方向股関節の回転軸と連結される減速器をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の歩行ロボット。
【請求項５】
入力軸が前記連動アクチュエーターの回転軸と連結され、出力軸が前記膝関節の回転軸と連結される減速器をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の歩行ロボット。
【請求項６】
一側に前記胴体と連結され、他側に前記大腿リンクと回動可能に連結されるフレームをさらに含み、
前記遊星ギア装置は、前記フレームによって支持されることを特徴とする請求項２に記載の歩行ロボット。
【請求項７】
前記ピッチ方向股関節と前記膝関節は、それぞれ異なる回動方向を有して連動されることを特徴とする請求項１に記載の歩行ロボット。
【請求項８】
前記胴体と前記ピッチ方向股関節との間に介在される一つ以上の関節をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の歩行ロボット。
【請求項９】
互いに連動される第１ピッチ関節及び第２ピッチ関節を備える脚と、
前記第１ピッチ関節及び前記第２ピッチ関節を同時に駆動させる連動アクチュエーターと、
前記第１ピッチ関節のみを独立的に駆動する独立アクチュエーターと、を含み、
前記連動アクチュエーターと前記独立アクチュエーターは、背中合わせに配置され、ともに前記第１ピッチ関節の回転軸に隣接した位置に設けられるか、前記第１ピッチ関節の回転軸より胴体に近い位置に設けられる、
ことを特徴とする歩行ロボット。
【請求項１０】
太陽ギアと、前記太陽ギアの外側に設けられるリングギアと、前記太陽ギア及び前記リングギアと噛み合わされて自転及び公転する複数個の遊星ギアと、前記複数個の遊星ギアに連結されるキャリアと、を備える遊星ギア装置をさらに含み、
前記連動アクチュエーターの駆動力は、前記リングギア及び前記太陽ギアのうち一つを通して前記遊星ギア装置に入力されると同時に、前記第２ピッチ関節に伝達され、前記独立アクチュエーターの駆動力は、前記リングギア及び前記太陽ギアのうち残りの一つを通して前記遊星ギア装置に入力され、前記リングギアまたは前記太陽ギアを通して入力された駆動力は、前記キャリアを通して出力され、前記第１ピッチ関節を駆動させることを特徴とする請求項９に記載の歩行ロボット。
【請求項１１】
前記第１ピッチ関節はピッチ方向股関節で、前記第２ピッチ関節は膝関節であることを特徴とする請求項９に記載の歩行ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行ロボットに関するもので、具体的に、ピッチ方向股関節及び膝関節の駆動構造を改善した歩行ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
家庭用、軍事用及び産業用の目的で、２足歩行及び４足歩行などが可能な多様な形態の歩行ロボットが開発されている。
【０００３】
特許文献１は、２足歩行ロボットに該当する人間型ロボット（ｈｕｍａｎｏｉｄ）を開示している。
【０００４】
特許文献１に開示された人間型ロボットは、胴体と、胴体の上端部に設けられる頭と、胴体の上部両側に設けられる一対の腕と、胴体の下部両側に設けられる一対の脚とを含む。
【０００５】
各脚は、３自由度の股関節を通して胴体と連結される大腿リンクと、１自由度の膝関節を通して大腿リンクと連結される下腿リンクと、２自由度の足首関節を通して下腿リンクと連結される足とを含み、総６自由度の運動が可能になるように設けられる。これによって、走り及び歩きなどの歩行動作だけでなく、多様な下体動作が具現される。
【０００６】
特に、走り及び歩きなどの歩行動作は、主にピッチ方向股関節及び膝関節の反復的な回動によって行われ、足の地面との接触時に地面から相当な大きさの衝撃がロボットに加えられる。このとき、ピッチ方向股関節及び膝関節などを制御することで、ある程度の衝撃緩和が可能である。
【０００７】
しかしながら、従来の歩行ロボットは、各関節、特に、ピッチ方向股関節及び膝関節が異なる性能を有する別個のアクチュエーターによって独立的に駆動されるので、効果的に衝撃を緩和させるためには制御メカニズムが複雑になるという問題点がある。
【０００８】
また、従来の歩行ロボットでは、膝関節を駆動させるためのアクチュエーターが膝関節に隣接して配置されるので、歩行時に脚に大きな慣性力が発生し、股関節駆動用アクチュエーターに大きな負荷を加えるという問題点がある。
【特許文献１】大韓民国公開特許第２００１−５０２７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記のような問題点を解決するためのもので、その目的は、歩行ロボットのピッチ方向股関節及び膝関節の駆動構造を改善することで、制御メカニズムが簡単であり、歩行時に脚から発生する慣性力を減少させ、より小さい出力でより自然な歩行が可能な歩行ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記のような目的を達成するための本発明に係る歩行ロボットは、胴体及び前記胴体に連結される複数個の脚を含み、前記各脚のうち少なくとも一つの脚は、大腿リンクと、前記大腿リンクの下部に設けられる下腿リンクと、前記胴体と前記大腿リンクとを連結し、前記胴体に対して前記大腿リンクをピッチ方向に回動させるピッチ方向股関節と、前記大腿リンクと前記下腿リンクとを連結し、前記大腿リンクに対して前記下腿リンクをピッチ方向に回動させる膝関節とを含み、前記ピッチ方向股関節と前記膝関節は、互いに連動されて一つの連動アクチュエーターによって駆動される。
【００１１】
このとき、本発明の歩行ロボットは、前記ピッチ方向股関節を独立的に駆動する独立アクチュエーターをさらに含むことができる。
【００１２】
また、太陽ギアと、前記太陽ギアの外側に設けられるリングギアと、前記太陽ギア及び前記リングギアと噛み合わされて自転及び公転する複数個の遊星ギアと、前記複数個の遊星ギアに連結されるキャリアと、を備える遊星ギア装置をさらに含み、前記連動アクチュエーターの駆動力は、前記リングギア及び前記太陽ギアのうち一つを通して前記遊星ギア装置に入力されると同時に、前記膝関節に伝達され、前記独立アクチュエーターの駆動力は、前記リングギア及び前記太陽ギアのうち残りの一つを通して前記遊星ギア装置に入力され、前記リングギアまたは前記太陽ギアを通して入力された駆動力は、前記キャリアを通して出力され、前記ピッチ方向股関節を駆動させることができる。
【００１３】
また、前記遊星ギアは、太陽ギアと噛み合わされる第１遊星ギアと、リングギアと噛み合わされる第２遊星ギアとを備えており、前記第１遊星ギア及び前記第２遊星ギアは互いに軸結合される。
【００１４】
また、入力軸が前記遊星ギアの出力軸と連結され、出力軸が前記ピッチ方向股関節の回転軸と連結される減速器をさらに含むことができる。
【００１５】
また、入力軸が前記連動アクチュエーターの回転軸と連結され、出力軸が前記膝関節の回転軸と連結される減速器をさらに含むことができる。
【００１６】
また、一側に前記胴体と連結され、他側に前記大腿リンクと回動可能に連結されるフレームをさらに含み、前記遊星ギア装置は、前記フレームによって支持される。
【００１７】
また、前記独立アクチュエーターは、前記ピッチ方向股関節の回転軸に隣接した位置に設けられるか、前記ピッチ方向股関節の回転軸より前記胴体に近い位置に設けられる。
【００１８】
また、前記連動アクチュエーターは、前記ピッチ方向股関節の回転軸に隣接した位置に設けられるか、前記ピッチ方向股関節の回転軸より前記胴体に近い位置に設けられる。
【００１９】
また、前記ピッチ方向股関節と前記膝関節は、それぞれ異なる回動方向を有して連動される。
【００２０】
また、前記胴体と前記ピッチ方向股関節との間に介在される一つ以上の関節をさらに含むことができる。
【００２１】
また、本発明に係る歩行ロボットは、互いに連動される第１ピッチ関節及び第２ピッチ関節を備える脚と、前記第１ピッチ関節及び前記第２ピッチ関節を同時に駆動させる連動アクチュエーターとを含むことができる。
【００２２】
このとき、前記第１ピッチ関節を独立的に駆動する独立アクチュエーターをさらに含むことができる。
【００２３】
また、太陽ギアと、前記太陽ギアの外側に設けられるリングギアと、前記太陽ギア及び前記リングギアと噛み合わされて自転及び公転する複数個の遊星ギアと、前記複数個の遊星ギアに連結されるキャリアと、を備える遊星ギア装置をさらに含み、前記連動アクチュエーターの駆動力は、前記リングギア及び前記太陽ギアのうち一つを通して前記遊星ギア装置に入力されると同時に、前記第２ピッチ関節に伝達され、前記独立アクチュエーターの駆動力は、前記リングギア及び前記太陽ギアのうち残りの一つを通して前記遊星ギア装置に入力され、前記リングギアまたは前記太陽ギアを通して入力された駆動力は、前記キャリアを通して出力され、前記第１ピッチ関節を駆動させることができる。
【００２４】
また、前記独立アクチュエーターは、前記第１ピッチ関節の回転軸に隣接した位置に設けられるか、前記第１ピッチ関節の回転軸より前記胴体に近い位置に設けられる。また、前記連動アクチュエーターは、前記第１ピッチ関節の回転軸に隣接した位置に設けられるか、前記第１ピッチ関節の回転軸より前記胴体に近い位置に設けられる。
【００２５】
また、前記第１ピッチ関節はピッチ方向股関節で、前記第２ピッチ関節は膝関節である。
【００２６】
また、胴体と、大腿リンクと、下腿リンクと、前記胴体と前記大腿リンクとを連結する股関節と、前記大腿リンクと前記下腿リンクとを連結する膝関節と、を含み、前記股関節は、ヨー方向股関節、ロール方向股関節及びピッチ方向股関節を含み、前記ピッチ方向股関節と前記膝関節は互いに連動される。
【００２７】
また、第１入力軸、第２入力軸及び出力軸を含む動力切替装置をさらに含み、前記第１入力軸または前記第２入力軸に入力された出力は、前記出力軸に伝達されて前記ピッチ方向股関節を駆動させることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る歩行ロボットによると、ピッチ方向股関節及び膝関節の制御が簡単になる。また、歩行ロボットの歩行時に脚から発生する慣性力が大いに減少し、脚の駆動に必要な出力が減少するようになる。
【００２９】
また、大腿リンク及び下腿リンクのピッチ方向回動のための二つのアクチュエーターのうち一つのアクチュエーターを、低い出力を有するアクチュエーターに取り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例に係る歩行ロボットの脚関節構造を概略的に示した斜視図である。
【図２】本発明の実施例に係る歩行ロボットの右側脚の股関節及び膝関節を示した斜視図である。
【図３】図２に示した右側脚の主要部を分解して示した斜視図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】本発明に係る歩行ロボットのピッチ方向股関節及び膝関節の動作を示した図である。
【図６】本発明に係る歩行ロボットのピッチ方向股関節及び膝関節の動作を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の好適な実施例を添付された図面に基づいて詳細に説明する。
【００３２】
図１は、本発明の実施例に係る歩行ロボットの脚関節構造を概略的に示した斜視図である。図１に示すように、本発明のロボットは、胴体１の下部両側に連結される脚２Ｌ，２Ｒを含む。図中、参照符号"Ｌ"と"Ｒ"は、それぞれ左側と右側を示している。
【００３３】
胴体には、腕及び頭などのリンクが付着されるか、入力装置及びディスプレイ装置などの別途の装置が設けられる。
【００３４】
各脚２Ｌ，２Ｒは、大腿リンク１０Ｌ，１０Ｒと、大腿リンク１０Ｌ，１０Ｒの下部に設けられる下腿リンク２０Ｌ，２０Ｒと、下腿リンク２０Ｌ，２０Ｒの下部に設けられる足３０Ｌ，３０Ｒと、胴体１と大腿リンク１０Ｌ，１０Ｒとを連結する股関節４０Ｌ，４０Ｒと、大腿リンク１０Ｌ，１０Ｒと下腿リンク２０Ｌ，２０Ｒとを連結する膝関節２００Ｌ，２００Ｒと、下腿リンク２０Ｌ，２０Ｒと足３０Ｌ，３０Ｒとを連結する足首関節７０Ｌ，７０Ｒとを含む。
【００３５】
股関節４０Ｌ，４０Ｒは、胴体１に対して大腿リンク１０Ｌ，１０ＲをＺ軸周囲に回転させるヨー方向股関節５０Ｌ，５０Ｒと、胴体１に対して大腿リンク１０Ｌ，１０ＲをＸ軸周囲に回動させるロール方向股関節６０Ｌ，６０Ｒと、胴体１に対して大腿リンク１０Ｌ，１０ＲをＹ軸周囲に回動させるピッチ方向股関節１００Ｌ，１００Ｒとを備えている。以下、ヨー方向回転（回動）はＺ軸周囲の回転（回動）を意味し、ロール方向回転（回動）はＸ軸周囲の回転（回動）を意味し、ピッチ方向回転（回動）はＹ軸周囲の回転（回動）を意味する。
【００３６】
膝関節２００Ｌ，２００Ｒは、大腿リンク１０Ｌ，１０Ｒに対して下腿リンク２０Ｌ，２０ＲをＹ軸周囲に回動させるピッチ方向関節である。
【００３７】
足首関節７０Ｌ，７０Ｒは、下腿リンク２０Ｌ，２０Ｒに対して足３０Ｌ，３０ＲをＸ軸周囲に回動させるロール方向足首関節７１Ｌ，７１Ｒと、下腿リンク２０Ｌ，２０Ｒに対して足３０Ｌ，３０ＲをＹ軸周囲に回動させるピッチ方向足首関節７２Ｌ，７２Ｒとを備えている。
【００３８】
図中、未説明符号８０Ｌ及び８０Ｒは、足首関節７０Ｌ，７０Ｒと足３０Ｌ，３０Ｒとの間に設けられる６軸力センサーを示している。６軸力センサー８０Ｌ，８０Ｒは、３方向の力成分（ＦＸ、ＦＹ、ＦＺ）及び３方向のモーメント成分（ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ）を測定し、脚２Ｌ，２Ｒの着地有無及び脚２Ｌ，２Ｒに加えられる床反力などを検出する。図中、未説明符号９０は、胴体１に設置され、Ｚ軸に対する傾斜及び角速度を検出する傾斜センサーを示している。また、各関節を駆動させる各モーターに付着されたロータリーエンコーダー（図示せず）によって、各モーターの回転量が検出される。
【００３９】
このような６軸力センサー８０Ｌ，８０Ｒ、傾斜センサー９０及びロータリーエンコーダーで生成されたデータは制御部（図示せず）に入力され、制御部は、前記データに基づいて各モーターを制御し、これによって、ロボットの各種動作が具現される。
【００４０】
以下、本発明の歩行ロボットによって具現される各種動作のうち歩行動作と関連して、股関節及び膝関節の駆動構造を右側脚２Ｒを例に挙げて説明する。もちろん、上述する右側脚２Ｒの構造は、左側脚２Ｌにも適用可能である。
【００４１】
図２は、本発明の実施例に係る歩行ロボットの右側脚の股関節及び膝関節を示した斜視図で、図３は、図２に示した右側脚の主要部を分解して示した斜視図で、図４は、図２のＡ−Ａ線断面図である。
【００４２】
上述したように、本発明の脚２Ｒは、大腿リンク１０Ｒと、大腿リンク１０Ｒの下部に設けられる下腿リンク２０Ｒと、下腿リンク２０Ｒの下部に設けられる足３０Ｒと、胴体１と大腿リンク１０Ｒとを連結する股関節４０Ｒと、大腿リンク１０Ｒと下腿リンク２０Ｒとを連結する膝関節２００Ｒとを含む。このとき、股関節４０Ｒは、胴体１に対する大腿リンク１０Ｒの３自由度運動が可能になるように、ヨー方向股関節５０Ｒ、ロール方向股関節６０Ｒ及びピッチ方向股関節１００Ｒを備えており、膝関節２００Ｒは、大腿リンク１０Ｒに対する下腿リンク２０Ｒのピッチ方向回動が可能になるように設けられる。
【００４３】
ヨー方向股関節５０Ｒは、胴体１に対して大腿リンク１０ＲをＺ軸周囲に回転させる関節で、胴体１によって支持されて駆動力を発生させるアクチュエーター５２と、胴体１によって支持され、入力軸５３ｉがアクチュエーター５２と連結され、出力軸５３ｅが後述するロール方向股関節用フレーム６１に連結される減速器５３とを含む。このとき、アクチュエーター５２は、回転力を発生させる電動モーターで、減速器５３は、公知のハーモニック減速器である。本発明の実施例に係る歩行ロボットに備わるアクチュエーター及び減速器は、特別な言及がない限り、上述した通りである。
【００４４】
ヨー方向股関節用アクチュエーター５２が作動すると、アクチュエーター５２から発生した回転力が減速器５３に伝達され、ロール方向股関節用フレーム６１以下の構造体がヨー方向に回転するようになる。
【００４５】
ロール方向股関節６０Ｒは、大腿リンク１０ＲをＸ軸周囲に回動させる関節で、ロール方向股関節用フレーム６１と、ロール方向股関節用フレーム６１によって支持されて駆動力を発生させるアクチュエーター６２と、ロール方向股関節用フレーム６１によって支持され、入力軸６３ｉが前記アクチュエーター６２と連結され、出力軸６３ｅが後述するピッチ方向股関節用フレーム１１０に結合される減速器６３とを備えている。
【００４６】
これによって、ロール方向股関節用アクチュエーター６２が作動すると、アクチュエーター６２から発生した駆動力がロール方向股関節６０Ｒの減速器６３に伝達され、ピッチ方向股関節フレーム１１０以下の構造体がロール方向に回動するようになる。
【００４７】
ピッチ方向股関節１００Ｒは、ピッチ方向股関節用フレーム１１０と、ピッチ方向股関節用フレーム１１０によって支持されて駆動力を発生させる連動アクチュエーター１２０及び独立アクチュエーター１３０と、連動アクチュエーター１２０または独立アクチュエーター１３０から発生した駆動力が入力される第１及び第２入力軸１４１，１４２及び入力された駆動力が出力される出力軸１４３を備える遊星ギア装置１４０と、ピッチ方向股関節用フレーム１１０によって支持され、入力軸１５０ｉが遊星ギア装置１４０の出力軸１４３とギア結合され、出力軸１５０ｅがピッチ方向股関節１００Ｒの回転軸１００ｃにベルトによって結合される減速器１５０とを含む。図中、未説明符号１４３ｇ及び１５０ｇは、遊星ギア装置１４０の出力軸１４３及び減速器１５０の入力軸１５０ｉにそれぞれ固定結合され、互いに噛み合わされる各ギアを示している。
【００４８】
本発明の実施例に係る遊星ギア装置１４０は、第１入力軸１４１が軸結合される太陽ギア１４４と、太陽ギア１４４の外側に設けられて第２入力軸１４２が軸結合されるリングギア１４５と、太陽ギア１４４及びリングギア１４５と噛み合わされて自転及び公転する複数個の遊星ギア１４６と、一側には前記複数個の遊星ギア１４６が自転可能に連結され、他側には出力軸１４３が軸結合されるキャリア１４７とを備えている。各遊星ギア１４６は、太陽ギア１４４と噛み合わされる第１遊星ギア１４６ａと、リングギア１４５と噛み合わされる第２遊星ギア１４６ｂとを備えており、第１遊星ギア１４６ａ及び第２遊星ギア１４６ｂは、互いに軸結合されて同一の角速度で自転する。
【００４９】
遊星ギア装置１４０の第１入力軸１４１は、独立アクチュエーター１３０の回転軸とベルトによって結合され、遊星ギア装置１４０の第２入力軸１４２は、連動アクチュエーター１２０の回転軸とベルトによって結合され、上述したように、遊星ギア装置１４０の出力軸１４３は、ピッチ方向股関節１００Ｒの回転軸１００ａと連結される減速器１５０の入力軸１５０ｉとギア結合される。これによって、本実施例に係る遊星ギア装置１４０は、第１入力軸１４１に入力される駆動力と第２入力軸１４２に入力される駆動力を出力軸１４３に選択的に伝達する動力切替装置の機能をする。
【００５０】
また、本実施例の遊星ギア装置１４０では、次のような関係が成立する。
【００５１】
【数１】
0005525751.tif 000002
ωｓｕｎ：太陽ギアの角速度
ωｒｉｎｇ：リングギアの角速度
ωｃａｒｒｉｅｒ：キャリアの角速度
Ｎｓｕｎ：太陽ギアの歯数
Ｎｒｉｎｇ：リングギアの歯数
Ｎｐｌａｎｅｔ−ｓｕｎ：第１遊星ギアの歯数
Ｎｐｌａｎｅｔ−ｒｉｎｇ：第２遊星ギアの歯数
膝関節２００Ｒは、大腿リンク１０Ｒによって支持され、その出力軸２１０ｅが膝関節２００Ｒの回転軸２００ａと連結される減速器２１０を備えている。図示したように、連動アクチュエーター１２０によって駆動される第２入力軸１４２は、ピッチ方向股関節用フレーム１１０の中心軸１１１に回転可能に連結されたプーリー１６０ｈを通して減速器２１０の入力軸２１０ｉとベルトによって結合される。結果的に、減速器２１０の入力軸２１０ｉが連動アクチュエーター１２０の回転軸と連結され、その出力軸２１０ｅが膝関節２００Ｒの回転軸２００ａと連結されるので、膝関節２００Ｒは連動アクチュエーター１２０によって駆動される。このとき、ピッチ方向股関節用フレーム１１０の中心軸１１１と減速器２１０の入力軸２１０ｉを連結するベルトの張力が一定に維持されるように、ピッチ方向股関節用フレーム１１０の中心軸１１１は、ピッチ方向股関節１００Ｒの回転軸１００ａと同一の回転中心１００ｃを有するように設けられることが好ましい。
【００５２】
図中、未説明符号１６０ａ乃至１６０ｇは、独立アクチュエーター１３０の回転軸、連動アクチュエーター１２０の回転軸、第１入力軸１４１、第２入力軸１４２、ピッチ方向股関節１００Ｒの回転軸１００ａ及び減速器２１０の入力軸２１０ｉと一緒に回転するように前記各回転軸と固定結合されるプーリーを示している。このとき、プーリー１６０ｈと一緒に、プーリー１６０ｇは、動力伝達を媒介するように二つのプーリーが軸結合された構造を有する。
【００５３】
図５及び図６は、本発明の実施例に係る歩行ロボットのピッチ方向股関節及び膝関節の動作を示した図である。
【００５４】
以下、本発明の実施例に係る歩行ロボットのピッチ方向股関節１００Ｒ及び膝関節２００Ｒの連動構造を、図５及び図６と一緒に前記（式１）を用いて説明する。理解を助けるために、太陽ギア１４４は、独立アクチュエーター１３０の角速度と同一の角速度で回転するように独立アクチュエーター１３０の回転軸と連結され、リングギア１４５は、連動アクチュエーター１２０の角速度と同一の角速度で回転するように連動アクチュエーター１２０の回転軸と連結され、胴体に対する大腿リンク１０Ｒの回動角ａ１はキャリア１４７の角速度に比例し、大腿リンク１０Ｒに対する下腿リンク２０Ｒの回動角ａ２はリングギア１４５の角速度に比例するようにプーリー及びギアなどが連結されると仮定する。
【００５５】
独立アクチュエーター１３０が停止し、連動アクチュエーター１２０のみが作動する場合、ピッチ方向股関節１００Ｒ及び膝関節２００Ｒが同時に駆動される。
【００５６】
具体的に、図５に示すように、連動アクチュエーター１２０が時計方向に駆動される場合、リングギア１４５及び遊星ギア１４６がそれぞれ時計方向に回転及び公転し、遊星ギア装置１４０の出力軸１４３とギア結合される減速器１５０の入力軸１５０ｉ及び出力軸１５０ｅが反時計方向に回動するようになり、大腿リンク１０Ｒは反時計方向に回動するようになる。これと同時に、リングギア１４５の第２入力軸１４２、プーリー１６０ｈ及び減速器２１０を通して連結される下腿リンク２０Ｒは、時計方向に回動するようになる。これによって、図５に示すように、脚の運動が具現される。
【００５７】
例えば、下腿リンク２０Ｒの回動角ａ２の大きさが大腿リンク１０Ｒの回動角ａ１の大きさの２倍になると仮定（すなわち、大腿リンクの回動角及び下腿リンクの回動角がそれぞれキャリアの角速度及びリングギアの角速度に比例すると仮定したので、ωｒｉｎｇ＝２×ωｃａｒｒｉｅｒの関係が成立する。）する場合、（式１）から次のような関係が得られる。このとき、独立アクチュエーター１３０は停止状態であるので、ωｓｕｎ＝０である。
【００５８】
【数２】
0005525751.tif 000003
すなわち、（式２）のような関係が成立するように太陽ギア１４４、リングギア１４５、第１及び第２遊星ギア１４６ａ，１４６ｂの歯数を調整する場合、独立アクチュエーター１３０の停止状態で連動アクチュエーター１２０が作動すると、下腿リンク２０Ｒは、大腿リンク１０Ｒの回動角ａ１の大きさの２倍になる大きさで大腿リンク１０Ｒの回動方向と反対方向に回動する。このように、左側及び右側脚の関節が作動すると、ロボットの座り動作が具現される。
【００５９】
図６に示すように、連動アクチュエーター１２０が停止し、独立アクチュエーター１３０が動作する場合、独立アクチュエーター１３０の回転方向と反対方向に大腿リンク１０Ｒが回動するようになり、大腿リンク１０Ｒを基準にしたとき、下腿リンク２０Ｒは回動しなくなる。
【００６０】
（式２）の条件下で、独立アクチュエーター１３０及び連動アクチュエーター１２０を同時に駆動させる場合、（式１）から次のような関係が成立する。
【００６１】
【数３】
0005525751.tif 000004
したがって、独立アクチュエーター１３０及び連動アクチュエーター１２０を同時に駆動させ、ピッチ方向股関節１００Ｒ及び膝関節２００Ｒも一緒に回動させることが可能になり、複雑な動作の具現及び精密な制御が可能になる。
【００６２】
上述したように、連動アクチュエーター１２０から発生した駆動力は、遊星ギア装置１４０を通してピッチ方向股関節１００Ｒに伝達されると同時に、プーリー１６０ｈを通して膝関節２００Ｒに伝達される。すなわち、ピッチ方向股関節１００Ｒと膝関節２００Ｒは、互いに連動されて一つの連動アクチュエーター１２０によって駆動される。
【００６３】
その結果、本実施例に係る歩行ロボットでは、ピッチ方向股関節１００Ｒ及び膝関節２００Ｒの制御が簡単になる。具体的に、走り、歩き及び座りなどのようにピッチ方向股関節１００Ｒ及び膝関節２００Ｒが同時に駆動される動作で一つのアクチュエーターのみを制御することで、動作の具現が可能になるので、制御メカニズムが簡単になる。特に、走り及び歩きなどの歩行動作時、一つのアクチュエーターのみを制御することで、地面から伝達される衝撃を効果的に緩和させることができる。
【００６４】
また、本実施例に係る歩行ロボットでは、ピッチ方向股関節１００Ｒを独立的に駆動させる独立アクチュエーター１３０のみならず、互いに連動されたピッチ方向股関節１００Ｒ及び膝関節２００Ｒを駆動させる連動アクチュエーター１２０がピッチ方向股関節１００Ｒに隣接して配置されるので、歩行ロボットの歩行時に脚から発生する慣性力が大いに減少し、脚の駆動に必要な出力が減少するようになる。
【００６５】
また、大腿リンク１０Ｒ及び下腿リンク２０Ｒのピッチ方向回動のための二つのアクチュエーターのうち一つのアクチュエーターを、低い出力を有するアクチュエーターに取り替えることができる。具体的に、本実施例に係る歩行ロボットでは、大きい垂直荷重及びトルクがピッチ方向股関節１００Ｒと膝関節２００Ｒに加えられる走り及び座りなどの動作では、大きい出力を有する連動アクチュエーター１２０を駆動し、単純にピッチ方向股関節１００Ｒのみの駆動によって大腿リンク１０Ｒを回動させる場合には、相対的に小さい出力を有する独立アクチュエーター１３０を駆動することで、動作の具現が可能である。したがって、独立アクチュエーター１３０は、小さい出力を有するモーターに取り替えることができる。
【００６６】
本実施例では、２足歩行ロボットを例に挙げて本発明による２個の互いにリンク連結されたピッチ関節の間の連動構造を説明したが、これは、例示的なものであり、本発明の連動構造は、４足歩行ロボットなどの多様な種類の歩行ロボットにも適用される。
【００６７】
さらに、本発明のピッチ方向股関節と膝関節との間の連動構造は、多様な形態に変形実施される。
【００６８】
例えば、本実施例において、ピッチ方向股関節１００Ｒは、ヨー方向股関節５０Ｒ及びロール方向股関節６０Ｒを通して胴体１と連結されるが、胴体１に直接連結されることも可能である。そして、胴体１とピッチ方向股関節１００Ｒの間に介在される関節の数には制限がない。
【００６９】
また、本実施例において、独立アクチュエーター１３０及び連動アクチュエーター１２０は、ピッチ方向股関節１００Ｒの回転軸１００ａより胴体１に近い位置に配置されるが、ピッチ方向股関節１００Ｒの回転軸１００ａより胴体１に遠い位置に配置されることも可能である。ただし、歩行時に脚から発生する慣性力を考慮した上で、ピッチ方向股関節１００Ｒの回転軸１００ａに隣接した位置に配置されるか、ピッチ方向股関節１００Ｒの回転軸１００ａより胴体１に近い位置に配置されることが好ましい。
【００７０】
また、本実施例において、独立アクチュエーター１３０は太陽ギア１４４と連結され、連動アクチュエーター１２０はリングギア１４５と連結されるが、連動アクチュエーター１２０が太陽ギア１４４と連結され、独立アクチュエーター１３０がリングギア１４５と連結されることも可能である。この場合、膝関節２００Ｒは、太陽ギア１４４に結合された第１入力軸１４１に連結される。
【００７１】
また、本実施例の歩行ロボットは、遊星ギア装置１４０の出力軸１４３とピッチ方向股関節１００Ｒの回転軸１００ａを連結する減速器１５０を備えているが、別途の減速器を備えず、遊星ギア装置１４０を減速器として使用することもできる。ただし、この場合、ピッチ方向股関節１００Ｒと膝関節２００Ｒの回動方向が反対になるように、別途の動力伝達構造が追加されるべきである。
【００７２】
また、回転軸を支持するベアリングなどの構成要素が追加されることも可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１      胴体
２Ｌ，２Ｒ  脚
１０Ｌ，１０Ｒ  大腿リンク
２０Ｌ，２０Ｒ  下腿リンク
３０Ｌ，３０Ｒ  足
４０Ｌ，４０Ｒ  股関節
５０Ｌ，５０Ｒ  ヨー方向股関節
５２、６２  アクチュエータ
５３、６３  減速器
６０Ｌ，６０Ｒ  ロール方向股関節
６１    ロール方向股関節用フレーム
７０Ｌ、７０Ｒ  足首関節
７１Ｌ、７１Ｒ  ロール方向足首関節
７２Ｌ、７２Ｒ  ピッチ方向足首関節
８０Ｌ、８０Ｒ  ６軸力センサー
９０    傾斜センサー
１００Ｌ，１００Ｒ  ピッチ方向股関節
１１０  ピッチ方向股関節用フレーム
１１１  中心軸
２００Ｌ，２００Ｒ  膝関節
１２０  連動アクチュエーター
１３０  独立アクチュエーター
１４０  遊星ギア装置
１４４  太陽ギア
１４５  リングギア
１４６  遊星ギア
１６０ｈ  プーリー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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