(57)【要約】【課題】  人工筋肉を用いて応答性の高い動作や滑らかな連続動作を容易に行なうことが可能なヒューマノイドロボットを提供する。【解決手段】  内部に注入される流体の圧力に応じて収縮量が変化する人工筋肉３６〜５２、６５〜６８、７０、７１を動力源とし、胴体骨格１１と、その下部及び上部両側にそれぞれ取付けられた下肢骨格１２と上肢骨格１３を有するヒューマノイドロボット１０において、下肢骨格１２は、胴体骨格１１に設けられた寛骨材１５に股関節部材１６を介して連結された大腿骨材１８と、大腿骨材１８に膝関節部材１９を介して連結する脛骨材２１と、脛骨材２１に足首関節部材２２を介して連結する足骨材２４を有し、更に、股関節部材１６を内側にして、寛骨材１５と大腿骨材１８を連結し、それぞれ向かい合う２組の異なる角度位置に配置された第１、第２の人工筋肉対１７、１７ａを備えている。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ内部に注入される流体の圧力に応じて収縮量が変化する人工筋肉を動力源とし、胴体骨格と、前記胴体骨格の下部両側に取付けられた下肢骨格と、前記胴体骨格の上部両側に取付けられた上肢骨格を有するヒューマノイドロボットにおいて、
前記下肢骨格は、前記胴体骨格に設けられた寛骨材に股関節部材を介して連結された大腿骨材と、該大腿骨材に膝関節部材を介して連結する脛骨材と、該脛骨材に足首関節部材を介して連結する足骨材を有し、
前記寛骨材に対して前記大腿骨材が前記股関節部材を介して自在に連結され、更に、前記股関節部材を内側にして、前記寛骨材と前記大腿骨材を連結し、それぞれ向かい合う２組の異なる角度位置に配置され前記人工筋肉をそれぞれ備えた第１、第２の人工筋肉対を備えたことを特徴とするヒューマノイドロボット。
【請求項２】
請求項１記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記第１、第２の人工筋肉対は、このヒューマノイドロボットが正立状態で、それぞれ前記股関節部材の前後位置及び左右位置に設けられていることを特徴とするヒューマノイドロボット。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記大腿骨材に対して前記脛骨材は前記膝関節部材を介して回動可能に連結され、しかも、前記寛骨材と前記脛骨材の上部とは、前記膝関節部材を内側にして対向配置され前記人工筋肉を備えた第３の人工筋肉対で連結されていることを特徴とするヒューマノイドロボット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記脛骨材に前記足骨材が前記足首関節部材を介して自在に連結され、
前記脛骨材の下部と前記足骨材とは、前記足首関節部材を中央にしてその左右位置に前記人工筋肉を備えた第４の人工筋肉対、及び一方が前記脛骨材の後ろ側下部と前記足骨材の後ろ側上部を連結し、他方が前記脛骨材の前側上部と前記足骨材の前側を連結する前記人工筋肉を備えた第５の人工筋肉対が設けられ、更に、前記大腿骨材の後ろ側下部と前記足骨材の後ろ側下部を連結する前記人工筋肉を備えることを特徴とするヒューマノイドロボット。
【請求項５】
請求項１記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記上肢骨格は、前記胴体骨格に設けられた鎖骨材に肩関節部材を介して連結された上腕骨材と、該上腕骨材に肘関節部材を介して連結する橈骨材を有し、
前記鎖骨材は前記肩関節部材を介して前記上腕骨材が自在に連結され、更に、前記肩関節部材を内側にして、前記鎖骨材の端部と前記上腕骨材の上部を連結し、それぞれ向かい合う２組の異なる角度位置に配置され前記人工筋肉をそれぞれ備えた第６、第７の人工筋肉対を備えたことを特徴とするヒューマノイドロボット。
【請求項６】
請求項５記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記上腕骨材に前記肘関節部材を介して前記橈骨材が回動可能に連結され、前記鎖骨材の端部と前記橈骨材の上部を、前記肘関節部材を内側にして対向配置され前記人工筋肉を備えた第８の人工筋肉対が設けられていることを特徴とするヒューマノイドロボット。
【請求項７】
請求項５及び６のいずれか１項に記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記股関節部材、前記膝関節部材、前記足首関節部材、前記肩関節部材、及び前記肘関節部材には傾きを検知する角度センサが設けられていることを特徴とするヒューマノイドロボット。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記鎖骨材の中央部に頭骨材が頸椎部材を介して自在に連結され、
前記頸椎部材と前記鎖骨材とは、一方が前記頸椎部材の前側上部と前記鎖骨材の前側を連結し、他方が前記頸椎部材の後ろ側上部と前記鎖骨材の後ろ側を連結する前記人工筋肉を備えた第９の人工筋肉対と、一方が前記頸椎部材の左前側下部と前記鎖骨材の左前側を連結し、他方が前記頸椎部材の右前側下部と前記鎖骨材の右前側を連結する前記人工筋肉を備えた第１０の人工筋肉対を備え、更に、一方が前記頸椎部材の左後ろ側下部と前記鎖骨材の左後ろ側を連結し、他方が前記頸椎部材の右後ろ側下部と前記鎖骨材の右後ろ側を連結する前記人工筋肉を備えた第１１の人工筋肉対を備えることを特徴とするヒューマノイドロボット。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記人工筋肉は、圧力制御手段を介して流体供給手段から供給される前記流体によって伸縮して、その長さが変化することを特徴とするヒューマノイドロボット。
【請求項１０】
請求項９記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記流体は空気であることを特徴とするヒューマノイドロボット。
【請求項１１】
請求項１０記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記流体供給手段は携帯型圧縮空気タンクであることを特徴とするヒューマノイドロボット。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記足骨材には該足骨材に加わる圧力を検知する圧力センサが設けられていることを特徴とするヒューマノイドロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工筋肉で駆動するヒューマノイドロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のヒューマノイドロボット１００は、図１７に示すように、胴体１０１と、胴体１０１の下部両側に取付けられた二本の脚部１０２Ｌ、１０２Ｒと、各脚部１０２Ｌ、１０２Ｒの下端に取付けられた足部１０３Ｌ、１０３Ｒを有している。そして、各脚部１０２Ｌ、１０２Ｒの中間には膝部１０４Ｌ、１０４Ｒが設けられている。
ここで、脚部１０２Ｌ、１０２Ｒは、それぞれ六個の関節部、即ち上方から順に、胴体１０１に対する腰の脚部回旋用の関節部１０５Ｌ、１０５Ｒ、腰のロール方向の関節部１０６Ｌ、１０６Ｒ、腰のピッチ方向の関節部１０７Ｌ、１０７Ｒ、膝部１０４Ｌ、１０４Ｒのピッチ方向の関節部１０８Ｌ、１０８Ｒを備えている。なお、各関節部１０５Ｌ（Ｒ）〜１０８Ｌ（Ｒ）は、それぞれ関節駆動用モータにより構成されている。
【０００３】
また、足部１０３Ｌ、１０３Ｒは互いに左右対称に構成されており、例えば、左（右）の足部１０３Ｌ（Ｒ）については、左（右）の脚部１０２Ｌ（Ｒ）の下端に対して固定的に取付けられるベース部１０９Ｌ（Ｒ）と、ベース部１０９Ｌ（Ｒ）の後端付近に固定配置された踵部１１０Ｌ（Ｒ）と、ベース部１０９Ｌ（Ｒ）から実質的に前方に向かって並んで延び且つベース部１０９Ｌ（Ｒ）に対して上下方向に揺動可能に支持された一対の足先部１１１Ｌ（Ｒ）、１１２Ｌ（Ｒ）で構成されている。ベース部１０９Ｌ（Ｒ）は、下腿リンク１１３Ｌ（Ｒ）の下端で左右に水平方向に固定配置したリンクで構成され、このベース部１０９Ｌ（Ｒ）の左右両端からそれぞれ一対のリンクが分岐されてその下端に、二つずつの関節駆動用モータ１１４Ｌ（Ｒ）及び１１５Ｌ（Ｒ）を介してそれぞれ左右の一対の足先部１１１Ｌ（Ｒ）及び１１２Ｌ（Ｒ）が連結されて構成されている。
【０００４】
このようにして、腰関節は、各関節部１０５Ｌ、１０５Ｒ、１０６Ｌ、１０６Ｒ、１０７Ｌ、１０７Ｒから構成され、また足関節は、関節駆動用モータ１１４Ｌ、１１４Ｒ、１１５Ｌ、１１５Ｒから構成されることになる。更に、腰関節と関節部１０８Ｌ、１０８Ｒとの間は、大腿リンク１１６Ｌ、１１６Ｒにより連結されている。
これにより、ヒューマノイドロボット１００の左右両側の脚部１０２Ｌ、１０２Ｒ及び足部１０３Ｌ、１０３Ｒは、それぞれ６自由度を与えられることになり、歩行中に脚部１０２Ｌ（１０２Ｒ）及び足部１０３Ｌ（１０３Ｒ）に設けられた６個の関節部をそれぞれ駆動モータにより適宜の角度に駆動制御することにより、脚部１０２Ｌ、１０２Ｒと足部１０３Ｌ、１０３Ｒに連携させた動作を与えて、歩行させることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−９０１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されたヒューマノイドロボット１００では、各関節部が駆動モータで構成されているため各関節部の重量が重くなり、各関節部を保持するために胴体１０１、脚部１０２Ｌ、１０２Ｒ、膝部１０４Ｌ、１０４Ｒ、足部１０３Ｌ、１０３Ｒを、例えば、鉄等の強度及び剛性の高い材料で構成する必要があった。このため、ヒューマノイドロボット１００全体としての重量が大きくなって、走行及び跳躍等の応答性の高い動作や、種々の動作を滑らかに連続して行なわせるのが困難であった。
更に、重量が大きいためヒューマノイドロボット１００が誤動作して周囲に存在する物品と衝突する際には、物品を破損する可能性も高くなっていた。このため、ヒューマノイドロボット１００を民生用として使用するには大きな制約が存在した。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、人工筋肉を用いて応答性の高い動作や滑らかな連続動作を容易に行なうことが可能なヒューマノイド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】
【０００８】
前記目的に沿う請求項１記載のヒューマノイドロボットは、それぞれ内部に注入される流体の圧力に応じて収縮量が変化する人工筋肉を動力源とし、胴体骨格と、前記胴体骨格の下部両側に取付けられた下肢骨格と、前記胴体骨格の上部両側に取付けられた上肢骨格を有するヒューマノイドロボットにおいて、
前記下肢骨格は、前記胴体骨格に設けられた寛骨材に股関節部材を介して連結された大腿骨材と、該大腿骨材に膝関節部材を介して連結する脛骨材と、該脛骨材に足首関節部材を介して連結する足骨材を有し、
前記寛骨材に対して前記大腿骨材が前記股関節部材を介して自在に連結され、更に、前記股関節部材を内側にして、前記寛骨材と前記大腿骨材を連結し、それぞれ向かい合う２組の異なる角度位置に配置され前記人工筋肉をそれぞれ備えた第１、第２の人工筋肉対を備えている。
【０００９】
第１、第２の人工筋肉対の各人工筋肉の内部に流体を注入して収縮させることにより、股関節部材を介して連結する寛骨材及び大腿骨材を引き寄せて緊張状態にして、寛骨材に対して連結する大腿骨材をある角度に調整することができる。そして、股関節部材を内側にして向かい合って配置された各人工筋肉の緊張状態の均衡を更に変化させることで、寛骨材に対してある角度に連結された大腿骨材を股関節部材を介して自在に、例えば、屈曲、傾斜、及び旋回させることができる。
【００１０】
請求項２記載のヒューマノイドロボットは、請求項１記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記第１、第２の人工筋肉対は、このヒューマノイドロボットが正立状態で、それぞれ前記股関節部材の前後位置及び左右位置に設けられている。
請求項３記載のヒューマノイドロボットは、請求項１及び２記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記大腿骨材に対して前記脛骨材は前記膝関節部材を介して回動可能に連結され、しかも、前記寛骨材と前記脛骨材の上部とは、前記膝関節部材を内側にして対向配置され前記人工筋肉を備えた第３の人工筋肉対で連結されている。
【００１１】
第３の人工筋肉対の各人工筋肉を収縮させることにより、膝関節部材を介して連結する大腿骨材及び脛骨材を引き寄せて緊張状態にして、大腿骨材に連結する脛骨材の角度を調整することができる。そして、向かい合って配置された第３の人工筋肉対の各人工筋肉の緊張状態の均衡を更に変化させることで、大腿骨材に対してある角度に連結された脛骨材を膝関節部材を介して回動（屈曲）させることができると共に、大腿骨材の運動に連携させて脛骨材を運動させることができる。
【００１２】
請求項４記載のヒューマノイドロボットは、請求項１〜３記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記脛骨材に前記足骨材が前記足首関節部材を介して自在に連結され、
前記脛骨材の下部と前記足骨材とは、前記足首関節部材を中央にしてその左右位置に前記人工筋肉を備えた第４の人工筋肉対、及び一方が前記脛骨材の後ろ側下部と前記足骨材の後ろ側上部を連結し、他方が前記脛骨材の前側上部と前記足骨材の前側を連結する前記人工筋肉を備えた第５の人工筋肉対が設けられ、更に、前記大腿骨材の後ろ側下部と前記足骨材の後ろ側下部を連結する前記人工筋肉を備えている。
【００１３】
第４、第５の人工筋肉対を構成する各人工筋肉の内部に流体を注入して収縮させることにより、足首関節部材を介して連結する脛骨材及び足骨材を引き寄せて緊張状態にして、脛骨材に対して連結する足骨材をある角度に調整することができる。そして、各人工筋肉の緊張状態の均衡を更に変化させることで、脛骨材に対してある角度に連結された足骨材を足首関節部材を介して自在に、例えば、屈曲、傾斜、及び旋回させることができる。
更に、大腿骨材の後ろ側下部と足骨材の後ろ側下部を連結する人工筋肉の緊張状態の均衡を変化させることで、大腿骨材の運動に連携させて足骨材を運動させることができる。
【００１４】
請求項５記載のヒューマノイドロボットは、請求項１記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記上肢骨格は、前記胴体骨格に設けられた鎖骨材に肩関節部材を介して連結された上腕骨材と、該上腕骨材に肘関節部材を介して連結する橈骨材を有し、
前記鎖骨材は前記肩関節部材を介して前記上腕骨材が自在に連結され、更に、前記肩関節部材を内側にして、前記鎖骨材の端部と前記上腕骨材の上部を連結し、それぞれ向かい合う２組の異なる角度位置に配置され前記人工筋肉をそれぞれ備えた第６、第７の人工筋肉対を備えている。
【００１５】
第６、第７の人工筋肉対の各人工筋肉を収縮させることにより、肩関節部材を介して連結する鎖骨材及び上腕骨材を引き寄せて緊張状態にして、鎖骨材に対して連結する上腕骨材をある角度に調整することができる。そして、肩関節部材を内側にして向かい合って配置された各人工筋肉の緊張状態の均衡を更に変化させることで、鎖骨材に対してある角度に連結された上腕骨材を肩関節部材を介して自在に、例えば、屈曲、傾斜、及び旋回させることができる。
【００１６】
請求項６記載のヒューマノイドロボットは、請求項５記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記上腕骨材に前記肘関節部材を介して前記橈骨材が回動可能に連結され、前記鎖骨材の端部と前記橈骨材の上部を、前記肘関節部材を内側にして対向配置され前記人工筋肉を備えた第８の人工筋肉対が設けられている。
【００１７】
第８の人工筋肉対の各人工筋肉を収縮させることにより、肘関節部材を介して連結する上腕骨材及び橈骨材を引き寄せて緊張状態にして、上腕骨材に連結する橈骨材の角度を調整することができる。そして、向かい合って配置された第８の人工筋肉対の各人工筋肉の緊張状態の均衡を更に変化させることで、上腕骨材に対してある角度に連結された橈骨材を肘関節部材を介して回動（屈曲）させることができると共に、上腕骨材の運動に連携させて橈骨材を運動させることができる。
【００１８】
請求項７記載のヒューマノイドロボットは、請求項５及び６記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記股関節部材、前記膝関節部材、前記足首関節部材、前記肩関節部材、及び前記肘関節部材には傾きを検知する角度センサが設けられている。
これによって、三次元における各関節部材の傾きから位置を求め、連結している各骨材の位置を求めることができる。
【００１９】
請求項８記載のヒューマノイドロボットは、請求項５〜７記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記鎖骨材の中央部に頭骨材が頸椎部材を介して自在に連結され、
前記頸椎部材と前記鎖骨材とは、一方が前記頸椎部材の前側上部と前記鎖骨材の前側を連結し、他方が前記頸椎部材の後ろ側上部と前記鎖骨材の後ろ側を連結する前記人工筋肉を備えた第９の人工筋肉対と、一方が前記頸椎部材の左前側下部と前記鎖骨材の左前側を連結し、他方が前記頸椎部材の右前側下部と前記鎖骨材の右前側を連結する前記人工筋肉を備えた第１０の人工筋肉対を備え、更に、一方が前記頸椎部材の左後ろ側下部と前記鎖骨材の左後ろ側を連結し、他方が前記頸椎部材の右後ろ側下部と前記鎖骨材の右後ろ側を連結する前記人工筋肉を備えた第１１の人工筋肉対を備えている。
【００２０】
第９〜第１１の人工筋肉対の各人工筋肉を収縮させることにより、頸椎部材を介して連結する鎖骨材及び頭骨材を引き寄せて緊張状態にして、鎖骨材に連結する頭骨材の角度を調整することができる。そして、第９〜第１１の人工筋肉対の各人工筋肉の緊張状態の均衡を更に変化させることで、鎖骨材に対してある角度に連結された頭骨材を頸椎部材を介して前後左右に傾斜させたり、回動させることができる。
【００２１】
請求項９記載のヒューマノイドロボットは、請求項１〜８記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記人工筋肉は、圧力制御手段を介して流体供給手段から供給される前記流体によって伸縮して、その長さが変化する。
人工筋肉を、膨張する際に表面積が増加しにくい、例えば、シリコーンゴム等のゴム素材を主体に構成すると、人工筋肉の内部に流体を注入して膨張させた際、人工筋肉の断面積が増加し長さは短くなる。これによって、人工筋肉を収縮させることができる。そして、注入する流体の圧力を調整すると人工筋肉の膨張量が変化し、人工筋肉の長さが変化する。これによって、人工筋肉を更に収縮させたり、収縮を一部回復させることができる。
【００２２】
請求項１０記載のヒューマノイドロボットは、請求項９記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記流体は空気である。流体に空気を使用することにより、流体の入手及び取り扱いが容易になる。
【００２３】
請求項１１記載のヒューマノイドロボットは、請求項１０記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記流体供給手段は携帯型圧縮空気タンクである。これによって、ヒューマノイドロボットに流体供給手段を搭載させて、ヒューマノイドロボットの運動における自由度を向上させることができる。
【００２４】
請求項１２記載のヒューマノイドロボットは、請求項１〜１１記載のヒューマノイドロボットにおいて、前記足骨材には該足骨材に加わる圧力を検知する圧力センサが設けられている。これによって、ヒューマノイドロボットが移動する際に、足骨材と移動面との間で互いに及ぼし合う力を求めることができる。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１〜１２記載のヒューマノイドロボットにおいては、寛骨材と大腿骨材を連結する股関節部材を内側にして向かい合って配置された第１及び第２の人工筋肉対の各人工筋肉の緊張状態の均衡をそれぞれ変化させることで、股関節部材に大腿骨材を動かす駆動源（例えば、駆動モータ）を設けなくても寛骨材に対して大腿骨材を自在に、例えば、屈曲、傾斜、及び旋回させることが可能になる。その結果、股関節部材を支える寛骨材を備えた胴体骨格を軽量化することが可能になり、ヒューマノイドロボットの動作の応答性を高め、瞬発力を必要とする動作を容易に行なうことが可能になる。
【００２６】
特に、請求項２記載のヒューマノイドロボットにおいては、第１、第２の人工筋肉対は、このヒューマノイドロボットが正立状態で、それぞれ股関節部材の前後位置及び左右位置に設けられているので、各人工筋肉の緊張状態の均衡をそれぞれ変化させることにより、股関節部材を介して寛骨材に対して大腿骨材を効率的に動かすことができる。
【００２７】
請求項３記載のヒューマノイドロボットにおいては、第３の人工筋肉対の各人工筋肉の緊張状態の均衡をそれぞれ変化させることで、膝関節部材に脛骨材を動かす駆動源（例えば、駆動モータ）を設けなくても大腿骨材に対して脛骨材を回動させることが可能になる。その結果、膝関節部材を支持する大腿骨材を軽量化することが可能になり、大腿骨材の動作の応答性を高め、瞬発力を必要とする動作を容易に行なうことが可能になる。更に、大腿骨材の運動に連携させて脛骨材を運動させることができ、脛骨材の滑らかな動作を行なうことが可能になる。
【００２８】
請求項４記載のヒューマノイドロボットにおいては、第４及び第５の各人工筋肉対を構成する人工筋肉の緊張状態の均衡をそれぞれ変化させることで、足首関節部材に足骨材を動かす駆動源（例えば、駆動モータ）を設けなくても脛骨材に対して足骨材を自在に、例えば、屈曲、傾斜、及び旋回させることが可能になる。その結果、足首関節部材に連結する脛骨材を軽量化することが可能になり、脛骨材の動作の応答性を高め、瞬発力を必要とする動作を容易に行なうことが可能になる。更に、大腿骨材の運動に連携させて足骨材を運動させることができ、足骨材の滑らかな動作を行なうことが可能になる。
【００２９】
請求項５記載のヒューマノイドロボットにおいては、第６、第７の人工筋肉対の各人工筋肉の緊張状態の均衡をそれぞれ変化させることで、肩関節部材に上腕骨材を動かす駆動源（例えば、駆動モータ）を設けなくても鎖骨材に対して上腕骨材を自在に、例えば、屈曲、傾斜、及び旋回させることが可能になる。その結果、肩関節部材を支える鎖骨材を備えた胴体骨格を軽量化することが可能になり、ヒューマノイドロボットの動作の応答性を高め、瞬発力を必要とする動作を容易に行なうことが可能になる。
【００３０】
請求項６記載のヒューマノイドロボットにおいては、第８の人工筋肉対の各人工筋肉の緊張状態の均衡をそれぞれ変化させることで、肘関節部材に橈骨材を動かす駆動源（例えば、駆動モータ）を設けなくても上腕骨材に対して橈骨材を回動させることが可能になる。その結果、肘関節部材を支持する上腕骨材を軽量化することが可能になり、上腕骨材の動作の応答性を高め、瞬発力を必要とする動作を容易に行なうことが可能になる。更に、上腕骨材の運動に連携させて橈骨材を運動させることができ、橈骨材の滑らかな動作を行なうことが可能になる。
【００３１】
請求項７記載のヒューマノイドロボットにおいては、股関節部材、膝関節部材、足首関節部材、肩関節部材、及び肘関節部材には傾きを検知する角度センサが設けられているので、三次元における各関節部材の傾きから各関節部材に連結している各骨材の位置を求めることができ、姿勢を制御しながら複雑な動作を精度よく行なうことが可能になる。
請求項８記載のヒューマノイドロボットにおいては、第９〜第１１の人工筋肉対の各人工筋肉の緊張状態の均衡をそれぞれ変化させることで、頸椎部材に頭骨材を動かす駆動源（例えば、駆動モータ）を設けなくても鎖骨材に対して頭骨材を傾動及び回動させることが可能になる。その結果、頸椎部材を支持する鎖骨材を軽量化して胴体骨格を軽量化することが可能になり、ヒューマノイドロボットの動作の応答性を高め、瞬発力を必要とする動作を容易に行なうことが可能になる。
【００３２】
請求項９記載のヒューマノイドロボットにおいては、人工筋肉対を構成する人工筋肉は、圧力制御手段を介して流体供給手段から供給される流体によって伸縮して、その長さが変化するので、各人工筋肉に注入する流体の圧力を調整することにより人工筋肉の収縮と回復の各動作を連携して行なわせることができ、下肢骨格及び上肢骨格毎の滑らかな動作と、下肢骨格及び上肢骨格の連携した動作を行なうことが可能になる。
【００３３】
請求項１０記載のヒューマノイドロボットにおいては、流体は空気であるので、流体の入手及び取り扱いが容易になり、ヒューマノイドロボットの操作コストを低減することが可能になる。
【００３４】
請求項１１記載のヒューマノイドロボットにおいては、流体供給手段は携帯型圧縮空気タンクであるので、ヒューマノイドロボットの運動の自由度を向上させることができ、ヒューマノイドロボットにより速く、より複雑な動作を行なわせることが可能になる。
【００３５】
請求項１２記載のヒューマノイドロボットにおいては、足骨材には足骨材に加わる圧力を検知する圧力センサが設けられているので、ヒューマノイドロボットが移動する際の足骨材と移動面とが互いに及ぼし合う力を求めることができ、足骨材が移動面を踏み込む際の踏込み力や足骨材を移動面に押し付ける際の押し付け力を調整することが可能になる。その結果、ヒューマノイドロボットが移動する際に受ける衝撃力を緩和することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係るヒューマノイドロボットの骨格を示す正面図及び左側面図、図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの骨格を示す背面図及び右側面図、図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの股関節部材の周囲の人工筋肉の配置を示す拡大図、図４（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの上、下肢骨格に取付けた人工筋肉の配置を示す正面図及び左側面図、図５（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの上、下肢骨格に取付けた人工筋肉の配置を示す背面図及び右側面図、図６は同ヒューマノイドロボットの膝関節部材の周囲の人工筋肉の配置を示す拡大図、図７（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの足首関節部材の周囲の人工筋肉の配置を示す拡大図、図８（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの肩関節部材の周囲の人工筋肉の配置を示す拡大図、図９は同ヒューマノイドロボットの肘関節部材の周囲の人工筋肉の配置を示す拡大図、図１０は同ヒューマノイドロボットに取付けた人工筋肉の駆動系統を示す説明図、図１１は同ヒューマノイドロボットに使用する人工筋肉の説明図、図１２は同ヒューマノイドロボットに２足歩行を行なわせる際のフローチャート、図１３（Ａ）〜（Ｃ）は同ヒューマノイドロボットが２足歩行を行なう際の下肢骨格の一連の動きを示す説明図、図１４は同ヒューマノイドロボットが２足歩行した際の足骨の位置変化を示す説明図、図１５（Ａ）〜（Ｃ）、図１６（Ａ）〜（Ｃ）は同ヒューマノイドロボットが２足歩行を行なう際の下肢骨格の一連の動きを示す説明図である。
【００３７】
図１（Ａ）、（Ｂ）、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係るヒューマノイドロボット１０は、胴体骨格１１と、胴体骨格１１の下部両側に取付けられた下肢骨格１２と、胴体骨格１１の上部両側に取付けられた上肢骨格１３と、胴体骨格１１の上端中央部に取付けられた頭部１４を有している。
ここで、胴体骨格１１の下部両側に取付けられた各下肢骨格１２、及び胴体骨格１１の上部両側に取付けられた各上肢骨格１３はそれぞれ対称の構成となっているので、片側の下肢骨格１２及び上肢骨格１３についてのみ説明する。
【００３８】
下肢骨格１２は、胴体骨格１１に設けられた寛骨材１５に、球関節を有する股関節部材１６を介して取付けられる大腿骨材１８と、大腿骨材１８に蝶番関節を有する膝関節部材１９を介して連結する脛骨材２１と、脛骨材２１に球関節を有する足首関節部材２２を介して連結する足骨材２４を有している。
上肢骨格１３は、胴体骨格１１に設けられた鎖骨材２５に球関節を有する肩関節部材２６を介して取付けられる上腕骨材２８と、上腕骨材２８に蝶番関節を有する肘関節部材２９を介して連結する橈骨材３１を有している。
また、上肢骨格１３は、橈骨材３１に手首関節部材３２を介して連結する手骨材３３を有している。更に、頭部１４は、鎖骨材２５の上端中央部に頸椎部材３４を介して取付けられる頭骨材３５を有している。
【００３９】
図３（Ａ）、（Ｂ）、図４（Ａ）、（Ｂ）、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、正立状態のヒューマノイドロボット１０において、股関節部材１６の前後位置及び左右位置には、股関節部材１６を内側にして、寛骨材１５と大腿骨材１８を連結する第１の人工筋肉対１７を構成する人工筋肉３６、３７と、第２の人工筋肉対１７ａを構成する人工筋肉３８、３９が配置されている。
ここで、各人工筋肉３６〜３９は、それぞれ内部に注入される流体の一例である空気の圧力に応じて収縮量が変化する。更に、股関節部材１６の大腿骨材１８との接続側には角度センサの一例であるジャイロスコープが設けられている。これによって、寛骨材１５に対する大腿骨材１８の傾きを知ることができる。
【００４０】
また、図６、図４（Ａ）、（Ｂ）、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、寛骨材１５と脛骨材２１の上部とは、膝関節部材１９を内側にして、対向配置される第３の人工筋肉対２０を構成する人工筋肉４０、４１で連結されている。更に、膝関節部材１９の脛骨材２１との接続側には角度センサの一例であるジャイロスコープが設けられている。これによって、大腿骨材１８に対する脛骨材２１の傾きを知ることができる。
【００４１】
このような構成とすることにより、人工筋肉３６〜３９を相互に連携して収縮及び回復させることにより、寛骨材１５に対して大腿骨材１８を自在に、例えば、所定の角度だけ屈曲及び傾斜させたり、寛骨材１５に対して大腿骨材１８を旋回させることができる。
また、人工筋肉４０、４１を相互に連携して収縮及び回復させることにより、大腿骨材１８に対して膝関節部材１９を介して脛骨材２１を所定の角度だけ回動することができる。更に、各人工筋肉３６〜４１を相互に連携して収縮及び回復させることにより、大腿骨材１８の動作に連携して脛骨材２１を所定の角度だけ回動することができる。
【００４２】
図７（Ａ）〜（Ｃ）、図４（Ａ）、（Ｂ）、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、脛骨材２１の下部と足骨材２４の間で足首関節部材２２の左右には、足首関節部材２２を中央にして第４の人工筋肉対２３を構成する人工筋肉４２、４３が配置されている。また、足首関節部材２２の前後には、脛骨材２１の後ろ側下部と足骨材２４の後ろ側上部を連結する人工筋肉４４と、脛骨材２１の前側上部と足骨材２４の前側を連結する人工筋肉４５からなる第５の人工筋肉対２３ａが配置されている。更に、足首関節部材２２の足骨材２４との接続側には角度センサの一例であるジャイロスコープが設けられている。
これによって、脛骨材２１に対する足骨材２４の傾きを知ることができる。更に、足骨材２４の底面側には、例えば、圧電体を備えた圧力センサが設けられている。これによって、足骨材２４が移動面と接触する際に移動面から受ける力を求めることができる。
【００４３】
更に、図７（Ｃ）、図４（Ａ）、（Ｂ）、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、足首関節部材２２の後ろ側には、大腿骨材１８の後ろ側下部と足骨材２４の後ろ側下部を連結する人工筋肉４６が配置されている。
このような構成とすることにより、人工筋肉４２〜４５を相互に連携して収縮及び回復させることにより脛骨材２１に対して足骨材２４を自在に、例えば、所定の角度だけ屈曲及び傾斜させたり、脛骨材２１に対して足骨材２４を旋回させることができる。また、各人工筋肉３６〜４６を相互に連携して収縮及び回復させることにより、大腿骨材１８、脛骨材２１の動作に連携して足骨材２４を動かすことができる。
【００４４】
図８（Ａ）、（Ｂ）、図４（Ａ）、（Ｂ）、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ヒューマノイドロボット１０の上肢骨格１３の肩関節部材２６の周囲には、肩関節部材２６を内側にして、鎖骨材２５の端部と上腕骨材２８の上部を連結し、それぞれ向かい合う２組の異なる角度位置に配置された第６の人工筋肉対３０を構成する人工筋肉４７、４８と、第７の人工筋肉対３０ａを構成する人工筋肉４９、５０が配置されている。
更に、肩関節部材２６の上腕骨材２８との接続側には角度センサの一例であるジャイロスコープが設けられている。これによって、鎖骨材２５に対する上腕骨材２８の傾きを知ることができる。
【００４５】
また、図９、図４（Ａ）、（Ｂ）、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、鎖骨材２５の端部と橈骨材３１の上部とは、肘関節部材２９を内側にして対向配置される第８の人工筋肉対３０ｂを構成する人工筋肉５１、５２が連結されている。更に、肘関節部材２９の橈骨材３１との接続側には角度センサの一例であるジャイロスコープが設けられている。これによって、上腕骨材２８に対する橈骨材３１の傾きを知ることができる。
このような構成とすることにより、人工筋肉４７〜５０を相互に連携して収縮及び回復させることにより、鎖骨材２５に対して上腕骨材２８を自在に、例えば、所定の角度だけ屈曲及び傾斜させたり、鎖骨材２５に対して上腕骨材２８を旋回させることができる。また、人工筋肉５１、５２を相互に連携して収縮及び回復させることにより、上腕骨材２８に対して肘関節部材２９を介して橈骨材３１を所定の角度だけ回動することができる。そして、各人工筋肉４７〜５２を相互に連携して収縮及び回復させることにより、上腕骨材２８の動作に連携して橈骨材３１を屈曲することができる。
【００４６】
図４（Ａ）、（Ｂ）、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、頸椎部材３４の前後（即ち、頸椎部材３４の前側上部と鎖骨材２５の前側を連結し、頸椎部材３４の後ろ側上部と鎖骨材２５の後ろ側を連結する）には、頸椎部材３４を中央にして第９の人工筋肉対６４の人工筋肉６５、６６が配置されている。また、頸椎部材３４の左右前側には、頸椎部材３４の左前側下部と鎖骨材２５の左前側を連結する人工筋肉６７と、頸椎部材３４の右前側下部と鎖骨材２５の右前側を連結する人工筋肉６８からなる第１０の人工筋肉対６９が配置されている。
頸椎部材３４の左右後ろ側には、頸椎部材３４の左後ろ側下部と鎖骨材２５の左後ろ側を連結する人工筋肉７０と、頸椎部材３４の右後ろ側下部と鎖骨材２５の右後ろ側を連結する人工筋肉７１からなる第１１の人工筋肉対７２が配置されている。
このような構成とすることにより、人工筋肉６５〜６８を相互に連携して収縮及び回復させることにより、鎖骨材２５に対してある角度に連結された頭骨材３５を頸椎部材３４を介して前後左右に傾斜させることができる。更に、人工筋肉７０、７１を相互に連携して収縮及び回復させることにより、頸椎部材３４を介して頭骨材３５を鎖骨材２５に対して回動させることができる。
【００４７】
図１０に示すように、各人工筋肉３６〜５２、６５〜６８、７０、７１は、圧力制御手段５５を介して流体供給手段の一例である空気圧縮機５６から供給される空気によって伸縮して、その長さが変化する。
ここで、圧力制御手段５５は、ヒューマノイドロボット１０の各下肢骨格１２及び各上肢骨格１３に設けられた各人工筋肉３６〜５２、６５〜６８、７０、７１を駆動させて所定の動作を実行させるために必要な空気圧力の時間変化を演算し、人工筋肉３６〜５２、６５〜６８、７０、７１毎に必要な空気圧力値の信号を出力する空気圧力決定器５７を有している。更に、圧力制御手段５５は、空気圧縮機５６で発生させた空気を各人工筋肉３６〜５２、６５〜６８、７０、７１に分配する空気流入弁、各人工筋肉３６〜５２、６５〜６８、７０、７１から余分の空気を放出させる空気放出弁、及び各人工筋肉３６〜５２、６５〜６８、７０、７１内の空気圧力を検知し空気圧力決定器５７からの出力信号に基づいて空気流入弁と空気放出弁を動作させる圧力調整器を備えた空気圧調整部５８を有している。なお、空気圧力決定器５７は、例えば、コンピュータを用いて構成することができる。
【００４８】
ここで、空気圧縮機５６、空気圧力決定器５７、及び空気圧調整部５８は電源部５９から供給される電力により作動し、空気圧縮機５６で発生させた空気は空気供給配管６０を介して空気圧調整部５８に供給され、空気圧調整部５８で人工筋肉３６〜５２、６５〜６８、７０、７１毎に調圧された空気は各空気分配配管６１を介し各人工筋肉３６〜５２、６５〜６８、７０、７１に供給される。
また、図１１に示すように、人工筋肉３６〜５２、６５〜６８、７０、７１は、例えば、シリコーンゴムを用いて構成され両端部が閉じたチューブ形状を有し、両端部にはそれぞれ金具６３が固着されている。そして、一方の端部には調圧された空気（圧縮空気）を注入する、例えば、ビニールチューブ製の空気分配配管６１と取付け部６２が設けられ、他方の端部には取付け部６２が設けられて、各取付け部６２を各骨材の所定位置にそれぞれ取付けることにより人工筋肉３６〜５２、６５〜６８、７０、７１を各骨材に固定することができる。
【００４９】
更に、人工筋肉３６〜５２、６５〜６８、７０、７１に設けられた空気分配配管６１から空気を供給して人工筋肉３６〜５２、６５〜６８、７０、７１の内部の空気圧力を高くすると人工筋肉３６〜５２、６５〜６８、７０、７１が膨張し、人工筋肉３６〜５２、６５〜６８、７０、７１の断面積が増加することによりその長さが短くなる（収縮する）。これによって、取付け部６２を介して各骨材を引き寄せ緊張状態にすることができる。
また、人工筋肉３６〜５２、６５〜６８、７０、７１の内部の空気圧力を下げて人工筋肉３６〜５２、６５〜６８、７０、７１の膨張量を低下させると、人工筋肉３６〜５２、６５〜６８、７０、７１の長さが回復し取付け部６２を介して各骨材を緩めて弛緩状態にすることができる。
【００５０】
次に、本発明の一実施の形態に係るヒューマノイドロボット１０の操作方法について説明する。
起動させる前のヒューマノイドロボット１０では、下肢骨格１２は寛骨材１５と大腿骨材１８が股関節部材１６を介して、大腿骨材１８と脛骨材２１が膝関節部材１９を介して、また脛骨材２１と足骨材２４が足首関節部材２２を介してそれぞれ連結して構成されているが弛緩状態となっており、上肢骨格１３は鎖骨材２５と上腕骨材２８が肩関節部材２６を介して、上腕骨材２８と橈骨材３１が肘関節部材２９を介してそれぞれ連結されているが弛緩状態となっている。更に、頭骨材３５は鎖骨材２５と頸椎部材３４を介して連結されているが弛緩状態となっている。このため、ヒューマノイドロボット１０は自立姿勢を取ることができず、例えば、横臥状態となっている。
【００５１】
そこで、ヒューマノイドロボット１０の各人工筋肉３６〜５２、６５〜６８、７０、７１に空気を注入して各人工筋肉３６〜５２、６５〜６８、７０、７１を収縮させ、横臥状態のヒューマノイドロボット１０に所定の初期姿勢（ホームポジション）を取らせる。次いで、ホームポジションを維持するために収縮している各人工筋肉３６〜５２、６５〜６８、７０、７１の一部を更に収縮させたり、回復させたりすることにより、各下肢骨格１２及び各上肢骨格１３をそれぞれ個別に運動させて、ヒューマノイドロボット１０に特定の動作を実行させる。
なお、ホームポジションには特に指定はないが、これからヒューマノイドロボット１０に行なわせようとする動作にスムーズに移行できるようなホームポジションであることが好ましい。
【００５２】
ここでは、ヒューマノイドロボット１０の操作方法の一例として２足歩行を行なわせる際の方法について詳しく説明するが、ヒューマノイドロボット１０の２足歩行において、上肢骨格１３は、下肢骨格１２の動作と連携して肩関節部材２６を介して前後に振る補助動作を行なうだけなので、下肢骨格１２に２足歩行を実行させる動作についてのみ説明する。
ヒューマノイドロボット１０の２足歩行の動作は、図１２に示すように、各下肢骨格１２の足骨材２４を揃えて起立したホームポジションを維持した状態（ａ−１工程）から左側の下肢骨格１２の足骨材２４を浮かせて１歩分前に移動させ（ａ−２工程）、浮かせた左側の足骨材２４を着地させて（ｂ−１工程）右側の下肢骨格１２の足骨材２４を浮かせて着地させた左側の足骨材２４より１歩分前に移動させる（ｂ−２工程）一連の工程を有している。更に、浮かせた右側の足骨材２４を着地させて（ｃ−１工程）左側の下肢骨格１２の足骨材２４を浮かせて着地させた右側の足骨材２４より１歩分前に移動させる（ｃ−２工程）一連の工程を有している。
【００５３】
ここで、ｂ−１工程〜ｃ−２工程を所定回数だけ繰り返すことによりヒューマノイドロボット１０を所定距離２足歩行させることができる。なお、所定回数は、ヒューマノイドロボット１０を歩行させる距離Ｌをヒューマノイドロボット１０の１歩分の暫定距離ｄで除した値（Ｌ／ｄ）である。ここで、値（Ｌ／ｄ）が整数の場合は暫定距離ｄをヒューマノイドロボット１０の１歩分の歩幅とし、値（Ｌ／ｄ）が整数でない場合は、整数となるように調整した暫定距離ｄをヒューマノイドロボット１０の１歩分の歩幅とする。
更に、ヒューマノイドロボット１０の２足歩行の動作は、設定された回数だけｂ−１工程〜ｃ−２工程が繰り返された後、浮かせた左側の足骨材２４を着地させて（ｄ−１工程）右側の下肢骨格１２の足骨材２４を浮かせて着地させた左側の足骨材２４と実質的に揃う位置まで（半歩分前に）移動させ（ｄ−２工程）、次いで、浮かせた右側の足骨材２４を左側の足骨材２４に揃えるように着地する（ｅ工程）一連の動作を有している。
【００５４】
続いて、各工程毎に、下肢骨格１２を構成する大腿骨材１８、脛骨材２１、足骨材２４の各動作と、各動作を起こさせる各人工筋肉３６〜４６の駆動方法について説明する。
（ａ−１工程）
寛骨材１５の両側に大腿骨材１８が股関節部材１６を介してそれぞれ鉛直方向に配置されるように各人工筋肉３６〜３９に供給する空気の圧力を空気圧力決定器５７を用いて求め、空気圧調整部５８を介して各人工筋肉３６〜３９に空気を供給する。ここで、大腿骨材１８が鉛直に配置されたことは股関節部材１６に設けられたジャイロスコープにより検知される。また、大腿骨材１８に対して脛骨材２１が膝関節部材１９を介して鉛直に配置されるように各人工筋肉４０、４１に供給する空気の圧力を空気圧力決定器５７を用いて求め、空気圧調整部５８を介して各人工筋肉４０、４１に空気を供給する。
【００５５】
ここで、脛骨材２１が鉛直に配置されたことは膝関節部材１９に設けられたジャイロスコープにより検知される。更に、脛骨材２１に対して足骨材２４が足首関節部材２２を介して垂直に配置されるように各人工筋肉４２〜４６に供給する空気の圧力を空気圧力決定器５７を用いて求め、空気圧調整部５８を介して各人工筋肉４２〜４６に空気を供給する。ここで、足骨材２４が垂直に配置されたことは足首関節部材２２に設けられたジャイロスコープにより検知される。
これによって、下肢骨格１２は、図１３（Ａ）に示すように、足骨材２４を揃えて起立状態になる。また、両足骨材２４の着地状態を図１４のＡに示す。
【００５６】
（ａ−２工程）
ヒューマノイドロボット１０の重心が右側の足骨材２４に載るような足骨材２４に対する脛骨材２１の傾き角度を空気圧力決定器５７を用いて求める。そして、この傾き角度だけ脛骨材２１が足骨材２４に対して傾くように各人工筋肉４２〜４６に供給する空気の圧力を空気圧力決定器５７を用いて求め、空気圧調整部５８を介して各人工筋肉４２〜４６に空気を供給する。
同時に、左側の下肢骨格１２において、寛骨材１５に対して股関節部材１６を介して大腿骨材１８を所定角度回動させて持ち上げると共に、大腿骨材１８に対して膝関節部材１９を介して脛骨材２１が所定角度回動するように各人工筋肉３６〜４６に供給する空気の圧力を空気圧力決定器５７を用いて求め、空気圧調整部５８を介して各人工筋肉３６〜４６に空気を供給する。
【００５７】
なお、大腿骨材１８の寛骨材１５に対する回動角度、及び大腿骨材１８に対する脛骨材２１の回動角度は、下肢骨格１２の長さとヒューマノイドロボット１０の１歩分の歩幅に基づいて算出する。そして、大腿骨材１８の回動角度、脛骨材２１の回動角度が予め算出された角度に到達したことがジャイロスコープにより検知されると、大腿骨材１８及び脛骨材２１の動作を停止する。
これによって、図１３（Ｂ）に示すように、ヒューマノイドロボット１０の重心を右側の足骨材２４に載せて、左側の下肢骨格１２の足骨材２４を浮かせて半歩分前に移動させることができる。また、図１４のＢに左側の足骨材２４の動作状況を示す。
【００５８】
（ｂ−１工程）
ヒューマノイドロボット１０の重心が右側の下肢骨格１２の足骨材２４に載せた状態が維持されると共に、大腿骨材１８に対して膝関節部材１９を介して脛骨材２１が所定角度屈曲するように各人工筋肉３６〜４６内の空気圧力を空気圧力決定器５７を用いて求め、空気圧調整部５８を介して各人工筋肉３６〜４６に空気を供給する。
同時に、左側の下肢骨格１２において、股関節部材１６を介して大腿骨材１８を寛骨材１５に対して所定角度回転させて持ち上げていた大腿骨材１８を下げるように各人工筋肉３６〜４６に供給する空気の圧力を空気圧力決定器５７を用いて求め、空気圧調整部５８を介して各人工筋肉３６〜４６に空気を供給する。
ここで、足骨材２４に設けた圧力センサにより足骨材２４が着地したことが検出されるので、例えば、足骨材２４で支持する荷重がヒューマノイドロボット１０の半分の重量に到達した際に大腿骨材１８の動作を停止するようにできる。
これによって、図１３（Ｃ）に示すように、ヒューマノイドロボット１０の重心を右側の足骨材２４に載せたまま、浮かせていた左側の下肢骨格１２の足骨材２４を着地させることができる。また、図１４のＣに着地状態の左側の足骨材２４を示す。
【００５９】
（ｂ−２工程）
左側の下肢骨格１２において、着地した足骨材２４に対して脛骨材２１が垂直に配置され、更に脛骨材２１に対して膝関節部材１９を介して大腿骨材１８が一列に並ぶように各人工筋肉３６〜４６に供給する空気の圧力を空気圧力決定器５７を用いて求め、空気圧調整部５８を介して各人工筋肉３６〜４６に空気を供給する。
この動作に伴って、ヒューマノイドロボット１０の重心が左側の足骨材２４に載るような足骨材２４に対する脛骨材２１の傾き角度を空気圧力決定器５７を用いて求める。そして、この傾き角度だけ脛骨材２１が足骨材２４に対して傾くように各人工筋肉４２〜４６に供給する空気の圧力を空気圧力決定器５７を用いて求め、空気圧調整部５８を介して各人工筋肉４２〜４６に空気を供給する。
【００６０】
同時に、右側の下肢骨格１２において、寛骨材１５に対して股関節部材１６を介して大腿骨材１８を所定角度回動させて持ち上げると共に、大腿骨材１８に対して膝関節部材１９を介して脛骨材２１が所定角度回動するように各人工筋肉３６〜４６に供給する空気の圧力を空気圧力決定器５７を用いて求め、空気圧調整部５８を介して各人工筋肉３６〜４６に空気を供給する。
これによって、図１５（Ａ）に示すように、ヒューマノイドロボット１０の重心を左側の足骨材２４に移動させながら、右側の下肢骨格１２の足骨材２４を浮かせて１歩分前に移動させることができる。また、図１４のＤに右側の足骨材２４の動作状況を示す。
【００６１】
（ｃ−１工程）
ヒューマノイドロボット１０の重心が左側の下肢骨格１２の足骨材２４に載せた状態が維持されると共に、大腿骨材１８に対して膝関節部材１９を介して脛骨材２１が所定角度屈曲するように各人工筋肉３６〜４６内の空気圧力を空気圧力決定器５７を用いて求め、空気圧調整部５８を介して各人工筋肉３６〜４６に空気を供給する。
同時に、右側の下肢骨格１２において、股関節部材１６を介して大腿骨材１８を寛骨材１５に対して所定角度回動させて持ち上げていた大腿骨材１８を下げるように各人工筋肉３６〜４６に供給する空気の圧力を空気圧力決定器５７を用いて求め、空気圧調整部５８を介して各人工筋肉３６〜４６に空気を供給する。
これによって、図１５（Ｂ）に示すように、ヒューマノイドロボット１０の重心を左側の足骨材２４に載せたまま、浮かせていた右側の下肢骨格１２の足骨材２４を着地させることができる。また、図１４のＥに着地状態の右側の足骨材２４を示す。
【００６２】
（ｃ−２工程）
右側の下肢骨格１２において、着地した足骨材２４に対して脛骨材２１が垂直に配置され、更に脛骨材２１に対して膝関節部材１９を介して大腿骨材１８が一列に並ぶように各人工筋肉３６〜４６に供給する空気の圧力を空気圧力決定器５７を用いて求め、空気圧調整部５８を介して各人工筋肉３６〜４６に空気を供給する。
この動作に伴って、ヒューマノイドロボット１０の重心が右側の足骨材２４に載るような足骨材２４に対する脛骨材２１の傾き角度を空気圧力決定器５７を用いて求める。そして、この傾き角度だけ脛骨材２１が足骨材２４に対して傾くように各人工筋肉４２〜４６に供給する空気の圧力を空気圧力決定器５７を用いて求め、空気圧調整部５８を介して各人工筋肉４２〜４６に空気を供給する。
【００６３】
同時に、左側の下肢骨格１２において、寛骨材１５に対して股関節部材１６を介して大腿骨材１８を所定角度回動させて持ち上げると共に、大腿骨材１８に対して膝関節部材１９を介して脛骨材２１が所定角度回動するように各人工筋肉３６〜４６に供給する空気の圧力を空気圧力決定器５７を用いて求め、空気圧調整部５８を介して各人工筋肉３６〜４６に空気を供給する。
これによって、図１５（Ｃ）に示すように、ヒューマノイドロボット１０の重心を右側の足骨材２４に移動させながら、左側の下肢骨格１２の足骨材２４を浮かせて１歩分前に移動させることができる。また、図１４のＦに左側の足骨材２４の動作状況を示す。
【００６４】
（ｄ−１工程）
設定された最終のｃ−２工程が完了すると、ヒューマノイドロボット１０の重心が右側の下肢骨格１２の足骨材２４に載せた状態が維持されると共に、大腿骨材１８に対して膝関節部材１９を介して脛骨材２１が所定角度回動するように各人工筋肉３６〜４６内の空気圧力を空気圧力決定器５７を用いて求め、空気圧調整部５８を介して各人工筋肉３６〜４６に空気を供給する。
同時に、左側の下肢骨格１２において、股関節部材１６を介して大腿骨材１８を寛骨材１５に対して所定角度回動させて持ち上げていた大腿骨材１８を下げるように各人工筋肉３６〜４６に供給する空気の圧力を空気圧力決定器５７を用いて求め、空気圧調整部５８を介して各人工筋肉３６〜４６に空気を供給する。
これによって、図１６（Ａ）に示すように、ヒューマノイドロボット１０の重心を右側の足骨材２４に載せたまま、浮かせていた左側の下肢骨格１２の足骨材２４を着地させることができる。また、図１４のＧに着地状態の左側の足骨材２４を示す。
【００６５】
（ｄ−２工程）
左側の下肢骨格１２において、着地した足骨材２４に対して脛骨材２１が垂直に配置され、更に脛骨材２１に対して膝関節部材１９を介して大腿骨材１８が一列に並ぶように各人工筋肉３６〜４６に供給する空気の圧力を空気圧力決定器５７を用いて求め、空気圧調整部５８を介して各人工筋肉３６〜４６に空気を供給する。
この動作に伴って、ヒューマノイドロボット１０の重心が左側の足骨材２４に載るような足骨材２４に対する脛骨材２１の傾き角度を空気圧力決定器５７を用いて求める。そして、この傾き角度だけ脛骨材２１が足骨材２４に対して傾くように各人工筋肉３６〜４６に供給する空気の圧力を空気圧力決定器５７を用いて求め、空気圧調整部５８を介して各人工筋肉３６〜４６に空気を供給する。
同時に、右側の下肢骨格１２において、寛骨材１５に対して股関節部材１６を介して大腿骨材１８を所定角度回動させて持ち上げると共に、大腿骨材１８に対して膝関節部材１９を介して脛骨材２１が所定角度回動するように各人工筋肉３６〜４６に供給する空気の圧力を空気圧力決定器５７を用いて求め、空気圧調整部５８を介して各人工筋肉３６〜４６に空気を供給する。
これによって、図１６（Ｂ）に示すように、ヒューマノイドロボット１０の重心を左側の足骨材２４に移動させながら、右側の下肢骨格１２の足骨材２４を浮かせて半歩分前に移動させることができる。また、図１４のＨに右側の足骨材２４の動作状況を示す。
【００６６】
（ｅ工程）
左側の下肢骨材１２の足骨材２４に載っているヒューマノイドロボット１０の重心が両下肢骨格１２間の中央を通る垂線上に移動するように、左側の足骨材２４に対する脛骨材２１の傾きを回復させるのに必要な各人工筋肉３６〜４６内の空気圧力を空気圧力決定器５７を用いて求め、空気圧調整部５８を介して各人工筋肉３６〜４６に空気を供給する。
同時に、右側の下肢骨格１２において、右側の足骨材２４を左側の足骨材２４に揃うように着地し、着地した足骨材２４に対して脛骨材２１が垂直に配置され、更に脛骨材２１に対して膝関節部材１９を介して大腿骨材１８が一列に並ぶように各人工筋肉３６〜４６に供給する空気の圧力を空気圧力決定器５７を用いて求め、空気圧調整部５８を介して各人工筋肉３６〜４６に空気を供給する。
これによって、図１６（Ｃ）に示すように、ヒューマノイドロボット１０の重心を両下肢骨格１２間の中央を通る垂線上に戻しながら、右側の下肢骨格１２の足骨材２４を左側の足骨材２４に揃えて着地させて、各下肢骨格１２の足骨材２４を揃えて起立したホームポジションに戻ることができる。また、図１４のＩに両足骨材２４の着地状態を示す。
【００６７】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明のヒューマノイドロボットを構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、本実施の形態では流体供給手段として空気圧縮機を使用したが、空気圧縮機の代りに携帯型圧縮空気タンクを使用してもよい。また、ヒューマノイドロボットに２足歩行を各工程毎に分解し各工程に対応した下肢骨格の動作をそれぞれ実行させたが、空気圧力決定器から各人工筋肉毎に必要な空気圧力値の信号を連続的に出力させ、空気圧調整部を介して各人工筋肉内の圧力を調整するようにすると、ヒューマノイドロボットに２足歩行の連続した動作を行なわせることができる。更に、各人工筋肉の収縮及び回復の連携動作を変えることにより、ヒューマノイドロボットに２足歩行の代りに、走行、跳躍、又は足踏みを実行させたり、お辞儀や椅子に座る動作等を行なわせることができる。
また、角度センサ及び圧力センサで検知した値が設定値に到達した時点で大腿骨材及び脛骨材の動作を停止させるようにしたが、各人工筋肉内の空気圧力の変化速度を検知した値と設定値との偏差に応じて調整するようにしてもよい。これによって、応答性の高い動きを実行させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係るヒューマノイドロボットの産業上の利用分野として、次の分野が考えられる。
（１）重量物の運搬等人の生活を支援したり、人の動作を介助する福祉分野
（２）人が活動できない環境下（例えば、有毒ガス雰囲気、高放射能雰囲気）での各種データの収集や作業を行う分野
（３）疾病後の足や腕の運動機能回復を支援するリハビリテーション分野
（４）警備員が複数のヒューマノイドロボットとチームを組んで警備業務を行い、警備員に身の危険が生じたときはヒューマノイドロボットに警備業務を行わせる代替警備分野
（５）ヒューマノイドロボットに住居を警備させるホームランドセキュリテイ分野
（６）人が複数のヒューマノイドロボットとチームを組んで活動する自衛防衛分野
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係るヒューマノイドロボットの骨格を示す正面図及び左側面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの骨格を示す背面図及び右側面図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの股関節部材の周囲の人工筋肉の配置を示す拡大図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの上、下肢骨格に取付けた人工筋肉の配置を示す正面図及び左側面図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの上、下肢骨格に取付けた人工筋肉の配置を示す背面図及び右側面図である。
【図６】同ヒューマノイドロボットの膝関節部材の周囲の人工筋肉の配置を示す拡大図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの足首関節部材の周囲の人工筋肉の配置を示す拡大図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同ヒューマノイドロボットの肩関節部材の周囲の人工筋肉の配置を示す拡大図である。。
【図９】同ヒューマノイドロボットの肘関節部材の周囲の人工筋肉の配置を示す拡大図である。
【図１０】同ヒューマノイドロボットに取付けた人工筋肉の駆動系統を示す説明図である。
【図１１】同ヒューマノイドロボットに使用する人工筋肉の説明図である。
【図１２】同ヒューマノイドロボットに２足歩行を行なわせる際のフローチャートである。
【図１３】（Ａ）〜（Ｃ）は同ヒューマノイドロボットが２足歩行を行なう際の下肢骨格の一連の動きを示す説明図である。
【図１４】同ヒューマノイドロボットが２足歩行した際の足骨の位置変化を示す説明図である。
【図１５】（Ａ）〜（Ｃ）は同ヒューマノイドロボットが２足歩行を行なう際の下肢骨格の一連の動きを示す説明図である。
【図１６】（Ａ）〜（Ｃ）は同ヒューマノイドロボットが２足歩行を行なう際の下肢骨格の一連の動きを示す説明図である。
【図１７】従来例に係るヒューマノイドロボットの下肢部の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０：ヒューマノイドロボット、１１：胴体骨格、１２：下肢骨格、１３：上肢骨格、１４：頭部、１５：寛骨材、１６：股関節部材、１７：第１の人工筋肉対、１７ａ：第２の人工筋肉対、１８：大腿骨材、１９：膝関節部材、２０：第３の人工筋肉対、２１：脛骨材、２２：足首関節部材、２３：第４の人工筋肉対、２３ａ：第５の人工筋肉対、２４：足骨材、２５：鎖骨材、２６：肩関節部材、２８：上腕骨材、２９：肘関節部材、３０：第６の人工筋肉対、３０ａ：第７の人工筋肉対、３０ｂ：第８の人工筋肉対、３１：橈骨材、３２：手首関節部材、３３：手骨材、３４：頸椎部材、３５：頭骨材、３６〜５２：人工筋肉、５５：圧力制御手段、５６：空気圧縮機、５７：空気圧力決定器、５８：空気圧調整部、５９：電源部、６０：空気供給配管、６１：空気分配配管、６２：取付け部、６３：金具、６４：第９の人工筋肉対、６５〜６８：人工筋肉、６９：第１０の人工筋肉対、７０、７１：人工筋肉、７２：第１１の人工筋肉対
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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