(57)【要約】 【課題】  浮上または浮遊が可能で、関節を構成するアクチュエータに作用する負荷を簡易な構成で軽減させることで軽量化を実現した２足歩行ロボットを提供すること。【解決手段】  ２足歩行ロボット１を構成する胴体２の左右の肩関節３，３には上腕部４，４が装着され、上腕部４，４と胴体２の背面には３基のダクテッドファン７，７が装着されている。このダクテッドファン７は、肩関節を構成するアクチュエータ３１，３２の回転や回動によって適宜の方向に傾斜可能となっている。股関節５，５には左右の脚部６，６が装着されている。この脚部６は、大腿部材６１と、膝関節と、下腿部材６３、足首関節と足部材６６とからなる。各関節を構成するアクチュエータのまわりには、それぞれの関節が屈曲する際に作用する負荷トルクを低減可能な引張ばね８１，８３，８５と補助部材８２，８４，８６とからなる負荷軽減手段が設けられている。【選択図】  図１０
2006297554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴体の肩関節に腕部が装着され、股関節に脚部が装着されてなる２足歩行ロボットにおいて、
前記２足歩行ロボットには、該ロボットを鉛直上向きに浮上させる推進機が傾斜可能に装着されており、該推進機を適宜傾斜させることにより、適宜の方向に浮遊可能であることを特徴とする２足歩行ロボット。
【請求項２】
前記胴体のまわりには、少なくとも３以上の推進機が設けられており、２足歩行ロボットが浮上または浮遊する際には、推進機を含む２足歩行ロボットの重心と、複数の推進機の推力の合力中心が、平面視上でほぼ同一となるように調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の２足歩行ロボット。
【請求項３】
少なくとも２足歩行ロボットが浮上または浮遊する際には、前記推進機が、該推進機を含む２足歩行ロボットの重心位置よりも高い位置に配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の２足歩行ロボット。
【請求項４】
前記少なくとも３以上の推進機のうち、２つの推進機は、左右の腕部にそれぞれ装着されていることを特徴とする請求項２または３に記載の２足歩行ロボット。
【請求項５】
前記推進機がダクテッドファンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の２足歩行ロボット。
【請求項６】
前記脚部には膝関節と足首関節が備えられており、股関節や膝関節、足首関節はそれぞれモータを含むアクチュエータから構成されており、それぞれの関節が屈曲する際にアクチュエータに作用する負荷を軽減する負荷軽減手段が該アクチュエータ付近に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の２足歩行ロボット。
【請求項７】
前記負荷軽減手段は、それぞれの関節を構成するアクチュエータを中心に屈曲する部材間に跨る引張ばねからなり、２つの部材が屈曲する際にアクチュエータに作用する負荷トルクと逆方向の復元力トルクが作用するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の２足歩行ロボット。
【請求項８】
前記アクチュエータを中心に屈曲するいずれか一方の部材または双方の部材には、他方の部材側へ延設する補助部材が装着されており、補助部材と他方の部材または補助部材同士を引張ばねで繋ぐことにより、引張ばねの長さを相対的に短くすることで相対的に大きな復元力トルクを得るようにしたことを特徴とする請求項７に記載の２足歩行ロボット。
【請求項９】
請求項８に記載の２足歩行ロボットにおいて、
引張ばねとアクチュエータとの離隔を可及的に長くすることにより、該離隔と引張ばねに作用する引張力とからなる復元力トルクをさらに増加させたことを特徴とする２足歩行ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、胴体の肩関節に腕部が装着され、股関節に脚部が装着されてなる２足歩行ロボットに係り、特に、浮上または浮遊が可能で、関節を構成するアクチュエータに作用する負荷を簡易な構成で軽減させることで軽量化を実現した２足歩行ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２足歩行ロボットに関する技術は急速に進展しており、各種産業界においては、それぞれ多様なニーズにその適用の可能性を模索している。かかる２足歩行ロボットはヒューマノイドロボットと呼ばれることもあり、その歩行性能の向上やより人間に近い関節の動きを実現することで、威圧感の軽減と作業内容やその範囲を高度化／広範囲なものとしてきている。高齢化社会を迎えている我が国においては、高齢者や身障者の介護に適用が検討されているし、博覧会やアミューズメント施設では施設案内をおこなっており、自動車や家電製品などを製造する生産ラインにおいては組付けロボットとしてその役割を果している。
【０００３】
建設産業に目を向けると、近時頻発している地震や台風の際の災害復旧活動や災害復旧調査に２足歩行ロボットの適用が望まれている。また、各種公共施設やオフィスビルなどの建設や解体撤去作業においても、特に危険度の高い作業においては、人間に代わって２足歩行ロボットが作業をおこなうことにより、事故の低減を図ることが可能となって建設産業に対する社会的信頼性の向上に繋がる。また、労働力人口の減少なども勘案すると、２足歩行ロボットへの期待はより一層高いものと考えられる。
【０００４】
２足歩行ロボットの開発に関しては、従来開示の特許文献１〜４にもあるように、その脚部の性能、すなわち、歩行のみならず、走行や跳躍を実現することにその精力が注がれており、浮上や浮遊する二足歩行ロボットに関する開発はなされてこなかった。しかし、走行性能のみならず、浮遊性能も備えた二足歩行ロボットを開発することで、その活動範囲はより広範囲に及び、既述する作業への適用がより現実的なものとなる。尤も、人間を空中浮遊させるための装置に関しては、特許文献５，６などにその記載がある。
【０００５】
２足歩行ロボットを浮上／浮遊させるに際しては、該２足歩行ロボットに、単に公知のヘリコプターなどの飛行手段を取付けるだけでは解決できない課題が様々に存在する。例えば、飛行手段の装着によって全体重量が増加し、かかる重量増加に耐え得るだけの歩行用関節（アクチュエータ）を搭載することで、さらに全体重量や規模が大きくなってしまうといった連鎖的な弊害がある。また、浮上／浮遊時の安定性の問題もある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−６４８３７号公報
【特許文献２】特開２００４−２９９０３５号公報
【特許文献３】特開２００３−２６６３３７号公報
【特許文献４】特開２００３−２３１０８１号公報
【特許文献５】特開２００４−３０６６６８号公報
【特許文献６】特開２００４−２６８６４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の２足歩行ロボットは、上記する問題に鑑みてなされたものであり、安定した浮上や浮遊を可能として、広範囲における作業を実現できる２足歩行ロボットを提供することを目的としている。また、飛行手段を設けることによっても、ロボット全体の重量の増加を抑制することにより、比較的軽量で小規模な２足歩行ロボットを提供することを目的としている。尤も、要求される作業内容によっては、相対的に重量が重く、規模の大きな２足歩行ロボットを提供できることは勿論のことである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成すべく、本発明による２足歩行ロボットは、胴体の肩関節に腕部が装着され、股関節に脚部が装着されてなる２足歩行ロボットにおいて、前記２足歩行ロボットには、該ロボットを鉛直上向きに浮上させる推進機が傾斜可能に装着されており、該推進機を適宜傾斜させることにより、適宜の方向に浮遊可能であることを特徴とする。
【０００９】
２足歩行ロボットの実施形態は特に限定するものではないが、例えば以下の構成からなる２足歩行ロボットなどがある。まず、肩関節にはロール軸、ピッチ軸のそれぞれ２軸まわりに腕部を回転または回動させるアクチュエータ（サーボモータなど）が備えられており（２自由度）、該肩関節に装着された腕部は上腕部と肘関節と下腕部と手首関節と手部とがそれぞれ接続されている。肘関節が２自由度、手首関節が２自由度を有する場合には肩関節〜腕部において６自由度を有するロボットとなる。かかる各関節の自由度は適用作業内容などに応じて適宜の自由度に設定できる。また、股関節には、ロール軸、ヨー軸、ピッチ軸まわりに脚部を回転または回動させるアクチュエータが装着されており、脚部は、大腿部と膝関節と下腿部と足首関節と足部がそれぞれ接続されて構成され、例えば膝関節で１自由度、足首関節で２自由度を有することができる。ここで、該２足歩行ロボットは、歩行のみならず、走行や跳躍なども可能な公知の脚機構を備えた実施形態であってもよいことは勿論のことである。
【００１０】
本発明の２足歩行ロボットには、該２足歩行ロボットを浮上／浮遊させるための推進機が装着されている。この推進機の実施形態は特に限定するものではないが、例えば、ファンやバルーンやそれらの組み合わせなどから構成できる。例えば、胴体の背面や、肩などに単数または複数のファンが傾斜可能に装着されており、２足歩行ロボットが浮上した際に該ファンを適宜の方向に傾斜させることで、所望の方向に浮遊可能な構成となっている。なお、ファンの重量は可及的に軽量であることが望ましく、２足歩行ロボットには、空中における姿勢を制御するためのジャイロセンサーなどが装着されていることで、該センサー検知結果から各ファンの推力調整ができるような構成が望ましい。
【００１１】
また、本発明による２足歩行ロボットの好ましい実施形態において、前記胴体のまわりには、少なくとも３以上の推進機が設けられており、２足歩行ロボットが浮上または浮遊する際には、推進機を含む２足歩行ロボットの重心と、複数の推進機の推力の合力中心が、平面視上でほぼ同一となるように調整可能であることを特徴とする。
【００１２】
例えば、推進機としてファンを適用する場合を例に説明する。ロボットの浮上や浮遊の際に該ロボットの安定性を確保するためには、少なくとも平面を構成できる基数である３以上のファンがロボットに装着されているのが望ましい。直立した２足歩行ロボットに対して鉛直下方に推力（推進力）を発生させるように、例えば３基のファンを胴体まわりの水平面内に装着する。一実施例としては、左右の肩と背面などにファンが装着されている形態がある。
【００１３】
本発明においては、２足歩行ロボットの浮上／浮遊時の安定性を確保するために、該２足歩行ロボットが空中浮遊する際の基本姿勢（直立状態）のロボットの重心位置と、複数のファンの推力の合力中心が一致するか、またはほぼ同一となるように調整可能となっている。２足歩行ロボットが一定の高度まで浮上し、適宜の方向に浮遊できるように各ファンが傾斜した際に、ロボットの重心位置の変化をセンサが検知し、各ファンの推力は、平面視におけるその合力中心を検知された重心位置にほぼ一致させながら、かつロボットを所望の方向に浮遊させるような推力を各ファンに作用させるように構成されている。
【００１４】
ファンの推力の合力中心を平面視上でロボットの重心に容易に一致させるためには、例えば３基または４基のファンを直立姿勢のロボットにおいて同一平面内に予め配設しておくのがよい。浮遊時にファンが傾斜した際のロボット重心の変化や各ファンの推力の変化に対しては、例えば適宜のファンの推力を微調整するだけでロボットの安定した浮遊を実現することが可能となる。
【００１５】
また、本発明による２足歩行ロボットの好ましい実施形態において、少なくとも２足歩行ロボットが浮上または浮遊する際には、前記推進機が、該推進機を含む２足歩行ロボットの重心位置よりも高い位置に配設されていることを特徴とする。
【００１６】
例えば同一平面内に配設された複数の推進機の高さを該推進機を含む２足歩行ロボットの重心位置よりも高い位置に設定しておくことで、特に、２足歩行ロボットの浮上時の安定性を高めることができる。
【００１７】
また、本発明による２足歩行ロボットの他の実施形態において、前記少なくとも３以上の推進機のうち、２つの推進機は、左右の腕部にそれぞれ装着されていることを特徴とする。
【００１８】
手部を必要としないロボット、例えば、被災地の状況をカメラ撮影するための２足歩行ロボットであれば、腕部を構成する肘関節下に推進機が装着された構成とすることで、肩関節や肘関節を有効に利用して推進機を傾斜させることが可能となる。この場合、左右の肘関節にそれぞれ推進機が装着され、他の推進機を腕部に装着された推進機と同一レベルの胴体背面に装着した形態（３基の推進機を備えた形態）や、胴体の前面と背面に装着した形態などがある（４基の推進機を備えた形態）。
【００１９】
また、本発明による２足歩行ロボットの他の実施形態において、前記推進機がダクテッドファンであることを特徴とする。
【００２０】
ダクト内にファンを装着してなるダクテッドファンを使用することで、ファン傾斜時にファンと胴体が干渉する虞や、あるいは、ロボット浮遊時にファンに空中浮遊障害物が衝突するといった虞を回避することができ、ロボットの浮遊安全性を高めることができる。
【００２１】
また、本発明による２足歩行ロボットの他の実施形態において、前記脚部には膝関節と足首関節が備えられており、股関節や膝関節、足首関節はそれぞれモータを含むアクチュエータから構成されており、それぞれの関節が屈曲する際にアクチュエータに作用する負荷を軽減する負荷軽減手段が該アクチュエータ付近に設けられていることを特徴とする。
【００２２】
ダクテッドファンなどの推進機が２足歩行ロボットに装着されることにより、該ロボットの全体重量が増加する。重量増加により、例えば脚部の膝関節などには、該関節を中心に脚部が屈曲した際に関節に作用する負荷が増加することから、膝関節を構成するアクチュエータの特性や規模を高度化／大規模化させる必要が生じる。アクチュエータの規模を大規模化することによって全体重量が増加し、この重量増に見合う推進機の規模に変更する必要性が生じるといった具合に、脚部を構成する関節の規模と推進機の規模はスパイラル式に大規模化していくこととなる。かかる問題を解消するために、本発明では、脚部を構成する膝関節や足首関節、該脚部と胴体を繋ぐ股関節に重量増による負荷を軽減するための負荷軽減手段を設けるものである。各関節がサーボモータなどによって構成されている場合には、関節に繋がる部材が該モータ駆動軸を中心に屈曲し、この屈曲姿勢から元の姿勢に戻ろうとする際に屈曲時と反対方向のトルク（復元力トルク）が必要となる。ロボットの全体重量が増加すると、この脚部や股の各関節の復元力トルク性能を高める必要からその性能を高めたり規模を大きくせざるを得ない。そこで、例えば、関節屈曲時に作用するサーボモータの回転トルクと逆方向のトルクを作用させるような適宜の負荷軽減手段を該アクチュエータ付近に設けた構成とすることで、アクチュエータの規模を大きくすることなく、重量増にも耐え得る復元力トルクを得ることが可能となる。
【００２３】
また、本発明による２足歩行ロボットの他の実施形態において、前記負荷軽減手段は、それぞれの関節を構成するアクチュエータを中心に屈曲する部材間に跨る引張ばねからなり、２つの部材が屈曲する際にアクチュエータに作用する負荷トルクと逆方向の復元力トルクが作用するように構成されていることを特徴とする。
【００２４】
本発明は、アクチュエータ付近に装着される負荷軽減手段として、引張ばねを使用するものであり、コイルばねや板ばねなどを使用できる。例えば、膝関節に該引張ばねを適用する際は、膝関節を構成するアクチュエータの上部材（大腿部）と下部材（下腿部）を繋ぐように引張ばねを膝関節の前方に配設することにより、屈曲した後で元に戻ろうとするアクチュエータに該引張ばねが屈曲方向と逆方向のトルクを作用させることができる。
【００２５】
また、本発明による２足歩行ロボットの他の実施形態において、前記アクチュエータを中心に屈曲するいずれか一方の部材または双方の部材には、他方の部材側へ延設する補助部材が装着されており、補助部材と他方の部材または補助部材同士を引張ばねで繋ぐことにより、引張ばねの長さを相対的に短くすることで相対的に大きな復元力トルクを得るようにしたことを特徴とする。
【００２６】
復元力トルクは、引張ばねに作用する引張力とアクチュエータ中心から該引張力作用線までのトルク半径の積によって決まる。本発明では、例えば、アクチュエータを中心に屈曲する２つの部材のうちの一方の部材において、他方の部材側へ延びる補助部材を装着させることで、該補助部材と他方の部材との間の引張ばねのばね長を短くすることができ、ばねの引張剛性を高めることで復元力トルクを向上させようとするものである。
【００２７】
さらに、本発明による２足歩行ロボットの他の実施形態は、前記２足歩行ロボットにおいて、引張ばねとアクチュエータとの離隔を可及的に長くすることにより、該離隔と引張ばねに作用する引張力とからなる復元力トルクをさらに増加させたことを特徴とする。
【００２８】
本発明では、例えば、一方の部材に装着された補助部材を効果的に他方の部材側へ延設させることで、復元力トルクを高めようとするものである。復元力トルクは、既述するように、引張ばねに作用する引張力とトルク半径の積から算定される。ここで、単に引張ばねのばね長を短くするだけではばねの引張り剛性が高くなるだけであり、引張力が大きくなっても効果的に復元力トルク値を大きくすることに繋がらない。そこで、関節を構成するアクチュエータを中心に屈曲する部材の一方または双方に装着される補助部材の延設方向を、他方の部材側へ延設させるとともに、アクチュエータ中心からの距離も可及的に長くなるようにすることで効果的に復元力トルクを大きくすることができる。その一実施例としては、Ｌ型に成形された補助部材の一端を一方の部材に固着させ、補助部材の他端と他の部材とを引張ばねにて繋ぐ構成などがある。
【発明の効果】
【００２９】
以上の説明から理解できるように、本発明の２足歩行ロボットによれば、２足歩行ロボットが安定して浮上／浮遊できるようにダクテッドファンなどの推進機を複数該ロボットに装着することで、ロボットの２足歩行性能と飛行の双方を備えた２足歩行ロボットを得ることができる。また、本発明の２足歩行ロボットによれば、推進機を装着することによってロボットの全体重量が増加した場合でも、股関節や脚部の各関節を構成するアクチュエータ付近に復元力トルクを発生させる適宜の負荷軽減手段を装着することで、アクチュエータを高性能化／大規模化する必要がなくなり、したがって軽量かつ小型の２足歩行ロボットを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、２足歩行ロボットの構造を示した正面図を、図２は、２足歩行ロボットの構造を示した側面図を、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図をそれぞれ示している。図４は、負荷軽減手段の一実施形態を示した模式図であり、（ａ）は関節が屈曲する前の状態を示した図を、（ｂ）は関節が屈曲した際の状態を示した図であり、図５は、負荷軽減手段の他の実施形態を示した模式図であり、（ａ）は関節が屈曲する前の状態を示した図を、（ｂ）は関節が屈曲した際の状態を示した図をそれぞれ示している。図６は、２足歩行ロボットが前方へ浮上している状況を示した側面図を、図７は、２足歩行ロボットが後方へ浮上している状況を示した側面図を、図８は、２足歩行ロボットが右方向へ浮上している状況を示した正面図を、図９は、２足歩行ロボットが左方向へ回転しながら浮上している状況を示した側面図をそれぞれ示している。図１０は、２足歩行ロボットが膝関節を中心に脚部が屈曲している状況を示した側面図を、図１１は、２足歩行ロボットが、歩行時に片足支持している状況を示した正面図をそれぞれ示している。なお、各関節を構成する自由度（アクチュエータの数量）は図示する実施形態に限定されるものでないこと、さらには、推進機（ダクテッドファン）の基数やその配設位置も図示する実施形態に限定されるものでないことは勿論のことである。
【００３１】
図１は、２足歩行ロボットの一実施形態を示した正面図を、図２はその側面図を示したものである。２足歩行ロボット１は、胴体２と肩関節３，３に繋がる左右の上腕部材４，４、股関節５，５に繋がる左右の脚部６，６と、上腕部４，４の先端と胴体２の背面にそれぞれ装着されたダクテッドファン７，７，７と、頭部９２とから大略構成されている。この頭部９２には、例えば図示しないＣＣＤカメラなどが装着されている。
【００３２】
肩関節３は、上腕部４をピッチ軸まわりに回転させる（図１の矢印Ｘ１方向）アクチュエータ３１と、上腕部４をロール軸まわりに回動させる（図１の矢印Ｘ２方向）アクチュエータ３２がリンク部材３３にて繋げられて構成されている。ここで、アクチュエータ３１は胴体２の内部に埋設されている。アクチュエータ３２の一側面に上腕部材４が固設されており、この上腕部材４に推進機であるダクテッドファン７が装着されている。ダクテッドファン７の傾斜調整は、アクチュエータ３１，３２の回転や回動によっておこなうことができる。
【００３３】
また、股関節５を構成するアクチュエータ５１によって脚部６は矢印Ｙ１方向に回動することができ、これは歩行時に全体重を一方の脚部のみに体重移動させる際の動きとなる。アクチュエータ５１の下方には別途のアクチュエータ５２が設けられており、このアクチュエータ５２を中心に脚部６を前後に回動させることができる（矢印Ｙ２方向）。なお、胴体２には補助部材８２が固設されており、補助部材８２の端部とアクチュエータ５２付近の突起部８２ａとを引張ばね８１が繋いでいる。大腿部材６１はその一端がアクチュエータ５２と繋がっており、他端が膝関節を構成するアクチュエータ６２と繋がっている。ここで、図２に示すように、膝関節を構成するアクチュエータ６２は、下腿部材６３（図１参照）を跨って足首関節を構成するアクチュエータ６４に回動可能に接続されている。なお、足首関節を構成するアクチュエータ６４は足部材６６のピッチ軸まわりの回動を可能とし、アクチュエータ６５は足部材６６のロール軸まわりの回動を可能としたアクチュエータである。ここで、アクチュエータ６２，６４を繋ぐリンク部材６３ａから略Ｌ字形に成形された補助部材８４の一端が固設されており、この補助部材８４に引張ばね８３の一端が固定され、補助部材８４の端部にある係止部８４ａを介して、アクチュエータ５２，６２を繋ぐリンク部材６１ａからの突出部６１ｂの端部に引張ばね８３の他端が固定されている。
【００３４】
図２に示すように、足首関節を構成するアクチュエータ６４には補助部材８６が固設されており、この補助部材８６の端部とアクチュエータ６２とが引張ばね８５にて繋げられている。
【００３５】
次に、図３をもとにダクテッドファン７の構成を説明する。ダクテッドファン７は、円筒形のダクト７２の内部に回転軸を中心に複数のファン７１，７１，…が回転可能に軸支されており、ファン７１の下方には間隔を置いて円周方向に配設された複数の整流板７３，７３，…が装着されている。このダクテッドファン７は、図１，２に示すモータ７４にて回転させることができる。ダクテッドファン７を推進機として２足歩行ロボット１に装着することで、ファンがロボット本体に干渉するといった危険性を回避することができる。
【００３６】
次に、図４，５をもとに負荷軽減手段の作用を説明する。既述する２足歩行ロボット１において、負荷軽減手段は関節まわりに装着された引張ばね８１，８３，８５や補助部材８２，８４，８６から構成される。図４は補助部材がない負荷軽減手段の実施形態であり、図５は補助部材を備えた負荷軽減手段の実施形態である。
【００３７】
図４ａは、アクチュエータｂを中心に屈曲する部材ａ１，ａ２に跨るように引張ばねｃが装着された負荷軽減手段の屈曲前の状態を示している。図４ｂは、部材ａ１，ａ２が屈曲した際の状態を示しており、部材ａ２に対して部材ａ１が相対的にＸ１方向に屈曲すると、引張ばねｃには引張力ｔが作用し、この引張力ｔとトルク半径ｈとの積からなる復元力トルクがＸ２方向に作用することとなる。引張ばねのばね剛性を大きくして引張力を高めたとしても、トルク半径が小さい（図示する実施例では、アクチュエータの出力軸の回転半径）ことから、大きな復元力トルクを期待し難い。
【００３８】
一方、図５ａは、Ｌ型形状に成形された補助部材ｄを部材ａ２に装着し、この補助部材ｄの端部と部材ａ１とを引張ばねｃで繋いだ負荷軽減手段の部材屈曲前の状況を示している。Ｌ型の補助部材ｄが他方の部材ａ１方向に延設することで引張ばねｃのばね長が短くなり、したがってばね剛性が大きくなることで該引張ばねｃに作用する引張力も大きくなる。それに加えて、図５ｂからも明らかなように、アクチュエータｂを中心に部材ａ１が部材ａ２に対して相対的にＸ１方向に屈曲した際に、引張ばねｃとアクチュエータｂの中心とのトルク半径ｈも図４の実施形態に比して格段に長くなり、結果としてＸ２方向に作用する復元力トルクの値も格段に大きくなる。本発明の２足歩行ロボット１においては、図５に示す負荷軽減手段を股関節や膝関節、足首関節を構成するそれぞれのアクチュエータ５１、６２、６４のまわりに装着した構成となっており、ダクテッドファン７，７、…の装着によってロボット重量が増加しても、負荷軽減手段を設けることでアクチュエータへの負担を軽減している。
【００３９】
図６は、２足歩行ロボット１が前方へ浮上している状況を示した側面図である。胴体２内に埋設されたアクチュエータ３１を所定角度Ｘ１だけ回動させることによって左右の腕に装着されたダクテッドファン７，７をＸ２方向に回動させ、ファンの推力によって前方へ浮上するものである。
【００４０】
一方、図７は逆に後方へ浮上している状況を示した側面図であり、ダクテッドファン７，７を前方へ回動（Ｘ方向）させ、ファンの推力によって後方へ浮上することができる。なお、かかる浮上や浮遊の際には、ジャイロセンサー９１がロボットの平衡安定性や浮遊方向などを検知し、安定性を確保しながら所望の方向へ浮遊できるように、胴体２後方のダクテッドファン７の推力を含めて全てのダクテッドファン７，７，７の推力や傾斜角を微調整するようになっている。
【００４１】
図８は、２足歩行ロボット１が右上方へ横移動している状況を示したものであり、この場合は、左右の肩関節３，３を構成するアクチュエータ３２，３２をそれぞれＸ１方向へ回動させ、ダクテッドファン７をＸ２方向へ回動させることでかかる横移動が可能となる。
【００４２】
図９は、浮上しながら２足歩行ロボット１が旋回している状況を示したものである。かかる旋回は、左右のアクチュエータ３１，３１を反対方向（前後方向）に回動させることによって、例えば、左側のダクテッドファン７をＸ１方向へ、右側のダクテッドファン７をＸ２方向へ同じ量だけ回動させることで右回りの旋回を実現できる。
【００４３】
図１０は、２足歩行ロボット１が膝関節および足首関節を中心に脚部６を屈曲させている状況を示している。膝関節を構成するアクチュエータ６２には、Ｘ１方向の負荷トルクが作用しており、かかる負荷トルクに対して、引張ばね８３に引張力ｔ１が作用し、この引張力ｔ１とトルク半径ｈ１とからなる復元力トルクがＸ２方向に作用する。なお、Ｘ１方向の負荷トルクは、膝関節よりも上方の２足歩行ロボットの重量Ｗと、重心から膝関節までの作用長Ｌの積からなる。一方、足首関節を構成するアクチュエータ６４には、Ｘ３方向の負荷トルクが作用しており、かかる負荷トルクに対して、引張ばね８５に引張力ｔ２が作用し、この引張力ｔ２とトルク半径ｈ２とからなる復元力トルクがＸ４方向に作用する。それぞれのアクチュエータ６２、６５まわりに作用する復元力トルクにより、負荷トルクを低減することができ、アクチュエータの高性能化／大規模化を防止することが可能となる。
【００４４】
図１１は、２足歩行ロボット１が歩行する際に、一時的に全重量を片足にて支持している状況を示したものである。図は右足を前方へ踏み出す際に全重量を左足にて支持しているものであるが、この際に、股関節を構成するアクチュエータ５１にＸ１方向の負荷トルクが作用する。かかる負荷トルクに対し、引張ばね８１に引張力ｔが作用し、この引張力ｔとトルク半径ｈとからなる復元力トルクを逆方向（Ｘ２方向）に作用させることができる。なお、歩行時や走行時においても、脚部６の各関節の屈曲のみならず左右の腕（ダクテッドファン７を含む）を適宜回動させることで、歩行時／走行時の安定性を確保することができる。この歩行時安定性においても、ジャイロセンサー９１による検知結果に基づいて各関節の回動が制御されることとなる。
【実施例】
【００４５】
現在、２足歩行ロボットに関するコンテストにおいてエントリーされるロボットに対して、本発明の２足歩行ロボットの適用可能性を以下に示す。
【００４６】
推進機を除く２足歩行ロボットの重量は２０Ｎ程度、ダクテッドファン３基の重量は１５Ｎ程度である。なお、ダクテッドファンの重量には、回転機であるブラシレスＤＣモータやバッテリー、アンプなども含む重量である。
【００４７】
２足歩行ロボットの浮遊には、全体重量の１．３倍程度の静止推力が必要であると言われており、したがって、（２０Ｎ＋１５Ｎ）×１．３＝４５．５Ｎの推力が必要となる。ダクテッドファン１基あたりの推力性能として１５Ｎ程度を見込むことは十分に可能であることから、小型軽量で浮上／浮遊可能な２足歩行ロボットは十分に製造可能である。
【００４８】
次に、引張ばねによるアクチュエータに作用する負荷トルク軽減効果について検討する。例えば、図１０に示すＷを３０Ｎ程度、Ｌを１００ｍｍ程度とすると、膝関節に作用する負荷トルクは３０００Ｎｍｍとなる。かかる小規模のロボットに適用される現在市販のサーボモータの最大トルクはおよそ３０００Ｎｍｍ程度（７．４Ｖ時）であり、負荷トルクと同程度の値となる。ここで、負荷トルクを例えば半分の１５００Ｎｍｍ程度となるように引張ばねの剛性や補助部材の形状を調整することは十分に可能であり、適宜の負荷軽減手段を装着することで、アクチュエータとして使用するモータの定格も小さくすることが可能となり、ロボット製造コストの低減にも繋がる。
【００４９】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】２足歩行ロボットの構造を示した正面図。
【図２】２足歩行ロボットの構造を示した側面図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図。
【図４】負荷軽減手段の一実施形態を示した模式図であり、（ａ）は関節が屈曲する前の状態を示した図。（ｂ）は関節が屈曲した際の状態を示した図。
【図５】負荷軽減手段の他の実施形態を示した模式図であり、（ａ）は関節が屈曲する前の状態を示した図。（ｂ）は関節が屈曲した際の状態を示した図。
【図６】２足歩行ロボットが前方へ浮上している状況を示した側面図。
【図７】２足歩行ロボットが後方へ浮上している状況を示した側面図。
【図８】２足歩行ロボットが右方向へ浮上している状況を示した正面図。
【図９】２足歩行ロボットが左方向へ回転しながら浮上している状況を示した側面図。
【図１０】２足歩行ロボットが膝関節を中心に脚部が屈曲している状況を示した側面図。
【図１１】２足歩行ロボットが、歩行時に片足支持している状況を示した正面図。
【符号の説明】
【００５１】
１…２足歩行ロボット、２…胴体、３…肩関節、３１，３２…アクチュエータ、３３…リンク部材、４…上腕部材、５…股関節、５１，５２…アクチュエータ、６…脚部、６１…大腿部材、６２…アクチュエータ、６３…下腿部材、６４，６５…アクチュエータ、６６…足部材、７…ダクテッドファン、７１…ファン、７２…ダクト、７３…整流板、８１，８３，８５…引張ばね、８２，８４，８６…補助部材、９１…ジャイロセンサー、９２…頭部
【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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