(57)【要約】【課題】  簡素な構造でありながら、着地時の衝撃を吸収でき、軽量化された足部を備えた脚式移動ロボットを提供する。【解決手段】  脚式移動ロボットの足部１７は、板バネ部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を備えている。板バネ部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、それぞれ板バネであるバネ部６２ｂ1，６２ｂ2，６２ｂ3，６２ｂ4と、減衰機能を有する第一の中間部材と、滑り止めの機能を有する第一の足底部材６４と、を備えており、床面に接地した際に、撓みつつロボットの自重を支持する。【選択図】      図５
2006062057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上体と、前記上体に第一の関節を介して連結された脚部と、前記脚部の端部に第二の関節を介して連結された足部と、を備えた脚式移動ロボットであって、
前記足部は、床面に接地する接地領域を下端部に有する足平部を備え、
前記足平部は、接地時に撓みつつ自重を支持する板バネ部を備えていることを特徴とする脚式移動ロボット。
【請求項２】
前記足平部は、複数の前記接地領域を備えてい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】
複数の前記接地領域は、前記第二の関節に対して前後にわかれて配置されていることを特徴とする請求項２に記載の脚式移動ロボット。
【請求項４】
前記接地領域の少なくとも一つは、前記第二の関節から離れるにつれて上に向かって反っていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の脚式移動ロボット。
【請求項５】
前記足平部は、前記接地領域として、接地時に前記床面との間で摩擦抵抗を生じる第一足底部材を備えていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の脚式移動ロボット。
【請求項６】
前記板バネ部と前記第一足底部材との間に、前記第一足底部材の接地時に前記板バネ部の振動を減衰させる第一中間部材を備えていることを特徴とする請求項５に記載の脚式移動ロボット。
【請求項７】
前記第一中間部材は、前記第一足底部材の接地時に前記第一足底部材の前記板バネ部に対する床面方向の変位を許容することを特徴とする請求項６に記載の脚式移動ロボット。
【請求項８】
前記足平部は、前記第一足底部材よりも上方に、接地時に前記床面との間で摩擦抵抗を生じる第二足底部材を備えていることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の脚式移動ロボット。
【請求項９】
前記板バネ部と前記第二足底部材との間に、前記第二足底部材の接地時に前記板バネ部の振動を減衰させる第二中間部材を備えていることを特徴とする請求項８に記載の脚式移動ロボット。
【請求項１０】
前記第二中間部材は、前記第二足底部材の接地時に前記第二足底部材の前記板バネ部に対する床面方向の変位を許容することを特徴とする請求項９に記載の脚式移動ロボット。
【請求項１１】
前記足平部は、基部と、前記基部から下方にのび、底面側に前記接地領域が形成された複数の前記板バネ部と、を備えていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の脚式移動ロボット。
【請求項１２】
前記板バネ部を４個備え、そのうち２個の前記板バネ部は前記基部から前方にのび、かつ残りの２個の前記板バネ部は前記基部から後方にのびており、４個の前記板バネ部および前記基部が略Ｈ字状をなしていることを特徴とする請求項１１に記載の脚式移動ロボット。
【請求項１３】
前記板バネ部は、繊維で強化された複合部材から形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の脚式移動ロボット。
【請求項１４】
前記板バネ部は、弾性率の異なる複数の層からなることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の脚式移動ロボット。
【請求項１５】
前記板バネ部は、多層化された板バネと、前記板バネ間に介設された粘性部材と、から構成されることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の脚式移動ロボット。
【請求項１６】
前記板バネ部の振動を減衰させる減衰手段を備えていることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の脚式移動ロボット。
【請求項１７】
前記板バネ部が複数あり、２個の前記板バネ部を連結させる連結部を備えていることを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の脚式移動ロボット。
【請求項１８】
前記足部は、前記足平部を介して前記床面から作用する床反力を検出する床反力検出手段を備えていることを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の脚式移動ロボット。
【請求項１９】
前記床反力検出手段は、ユニット化された床反力検出器であることを特徴とする請求項１８に記載の脚式移動ロボット。
【請求項２０】
前記足平部は、前記床反力検出器に対して固定されていることを特徴とする請求項１９に記載の脚式移動ロボット。
【請求項２１】
前記足平部は、複数の前記接地領域を備えており、
前記第二の関節の中心は、平面視で複数の前記接地領域の最遠点までの距離が最小となる位置に対してオフセットしており、
前記床反力検出器の中心は、前記第二の関節の中心よりも平面視で複数の前記接地領域の最遠点までの距離が最小となる位置に近くなるように設けられていることを特徴とする請求項１９または請求項２０に記載の脚式移動ロボット。
【請求項２２】
前記足平部は、複数の前記接地領域を備えており、
前記床反力検出器は、平面視で複数の前記接地領域の最遠点までの距離が最小となる位置に設けられていることを特徴とする請求項１９または請求項２０に記載の脚式移動ロボット。
【請求項２３】
前記床反力検出手段は、前記板バネ部の歪みを検出する歪み検出手段であることを特徴とする請求項１８に記載の脚式移動ロボット。
【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】
脚式移動ロボット、特に脚式移動ロボットの足部構造に関する技術として、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１に記載の脚式歩行ロボットの足部は、上から順に、床反力を検出する６軸力センサ（床反力検出器）と、衝撃吸収機能を有するゴムブッシュを備えたバネ機構体と、足底フレームと、足底プレートと、ソールと、から構成される。
６軸力センサは、バネ機構体を介して足底フレームに接続されており、着地時に６軸力センサに加わる衝撃、特に斜め方向に働く衝撃をゴムブッシュが変形することによって低減することができる構成となっている。
【特許文献１】特開２００３−７１７７６号公報（段落００４０〜００４６、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の脚式歩行ロボットは、部品点数が多く、構造が複雑であるという問題を有している。
そして、前記した脚式歩行ロボットにおいては、移動のスピード（歩行、走行）を高めることが望まれている。脚式歩行ロボットが高速で移動する場合に、脚部に大きな慣性力が生じる。かかる慣性力を小さくするために、脚部の末端側、すなわち足部の軽量化が望まれている。
また、脚式歩行ロボットが高速で移動する場合には、接地時に足部に加わる床反力による衝撃力も大きくなることから、脚式歩行ロボットの足部はかかる衝撃力に耐えうる構造であることが望ましい。
【０００４】
本発明は、前記した背景に鑑み創案されたものであり、簡素な構造でありながら、着地時の衝撃を吸収でき、軽量化された足部を備えた脚式移動ロボットを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の脚式移動ロボットは、上体と、前記上体に第一の関節を介して連結された脚部と、前記脚部の端部に第二の関節を介して連結された足部と、を備えた脚式移動ロボットであって、前記足部は、床面に接地する接地領域を下端部に有する足平部を備え、前記足平部は、接地時に撓みつつ自重を支持する板バネ部を備えていることを特徴とする。
【０００６】
本発明において「接地領域」とは、脚式移動ロボットの移動時に床面と接地する領域のことである。
本発明において「自重」とは、脚式移動ロボットの自重のことである。また、「撓みつつ自重を支持する」とは、一以上の板バネ部が弾性変形し、一以上の板バネ部の弾性力によってロボットの自重を支持することを意味する。
本発明において「足平部」とは、脚式移動ロボットの足部の下部構造であり、床面からの反作用力を受ける部分である。本発明では、足平部が一以上の板バネ部を備えていることで、接地時に一以上の板バネ部が撓みつつ自重を支持する。
【０００７】
また、請求項２に記載の脚式移動ロボットは、請求項１に記載の脚式移動ロボットであって、前記足平部は、複数の前記接地領域を備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明において「複数の接地領域」とは、複数に分割された接地領域のことであり、例えば、板バネ部を複数設け、各板バネ部に一個ずつの接地領域を形成することによって得られる。また、一個の板バネ部に対して複数の接地領域を形成することも可能である。
このように、複数の接地領域を備えることによって、脚式移動ロボットが静止した状態であっても足平部が脚式移動ロボットをバランスよく支持することが可能となる。
【０００９】
また、請求項３に記載の脚式移動ロボットは、請求項２に記載の脚式移動ロボットであって、複数の前記接地領域は、前記第二の関節に対して前後にわかれて配置されていることを特徴とする。
【００１０】
例えば、人間を模した２足移動ロボットでは、人間の歩行に模して、足平部の後側（踵部分）から着地して前側（爪先部分）で蹴り上げるような制御が行われる。請求項３の脚式移動ロボットは、接地領域が前側および後側に配置されているので、かかる制御が好適に行われる。また、脚式移動ロボットの前進移動時には、脚式移動ロボットの前後方向に脚式移動ロボットの荷重中心が移動し、また、その荷重中心を理想的な位置に移動させる制御が行われるので、請求項３の脚式移動ロボットは、前後の接地領域によって踏ん張り、脚式移動ロボットの荷重中心を前後方向に移動させる制御が可能となる。
【００１１】
また、請求項４に記載の脚式移動ロボットは、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の脚式移動ロボットであって、前記接地領域の少なくとも一つは、前記第二の関節から離れるにつれて上に向かって反っていることを特徴とする。
【００１２】
このように、接地領域の底面形状を、第二の関節から離れるにつれて上に向かって反る形状とすることで、足平部が床面に対して傾いた状態で接地する場合等でも、接地領域を好適に確保することができる。また、接地面積を大きくして床面との間の摩擦力を確保することができる。
【００１３】
また、請求項５に記載の脚式移動ロボットは、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の脚式移動ロボットであって、前記足平部は、前記接地領域として、接地時に前記床面との間で摩擦抵抗を生じる第一足底部材を備えていることを特徴とする。
【００１４】
このようにすることで、足平部が床面に対して滑りにくくなり、スリップを防止できる。また、脚式移動ロボットの脚部の力を床面に対して効率よく伝えることができる。
【００１５】
また、請求項６に記載の脚式移動ロボットは、請求項５に記載の脚式移動ロボットであって、前記板バネ部と前記第一足底部材との間に、前記第一足底部材の接地時に前記板バネ部の振動を減衰させる第一中間部材を備えていることを特徴とする。
【００１６】
このようにすることで、第一足底部材の接地時に生じる板バネ部の振動を第一中間部材によって減衰させることができ、板バネ部の振動に伴う脚式移動ロボットの姿勢の不安定化を防ぐことができる。
【００１７】
また、請求項７に記載の脚式移動ロボットは、請求項６に記載の脚式移動ロボットであって、前記第一中間部材は、前記第一足底部材の接地時に前記第一足底部材の前記板バネ部に対する床面方向の変位を許容することを特徴とする。
【００１８】
このようにすることで、板バネ部の撓みに伴う第一足底部材における接地位置のずれを抑えることができる。
【００１９】
また、請求項８に記載の脚式移動ロボットは、請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の脚式移動ロボットであって、前記足平部は、前記第一足底部材よりも上方に、接地時に前記床面との間で摩擦抵抗を生じる第二足底部材を備えていることを特徴とする。
【００２０】
このようにすることで、階段等段差がある床面を移動する場合に、通常の接地領域に設けられた第一足底部材以外の部分が接地する場合であっても、第二足底部材が接地することによってスリップを防止できる。また、脚式移動ロボットの脚部の力を床面に対して効率よく伝えることができる。
【００２１】
また、請求項９に記載の脚式移動ロボットは、請求項８に記載の脚式移動ロボットであって、前記板バネ部と前記第二足底部材との間に、前記第二足底部材の接地時に前記板バネ部の振動を減衰させる第二中間部材を備えていることを特徴とする。
【００２２】
このようにすることで、第二足底部材の接地時に生じる板バネ部の振動を第二中間部材によって減衰させることができ、板バネ部の振動に伴う脚式移動ロボットの姿勢の不安定化を防ぐことができる。
【００２３】
また、請求項１０に記載の脚式移動ロボットは、請求項９に記載の脚式移動ロボットであって、前記第二中間部材は、前記第二足底部材の接地時に前記第二足底部材の前記板バネ部に対する床面方向の変位を許容することを特徴とする。
【００２４】
このようにすることで、板バネ部の撓みに伴う第二足底部材における接地位置のずれを抑えることができる。
【００２５】
また、請求項１１に記載の脚式移動ロボットは、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の脚式移動ロボットであって、前記足平部は、基部と、前記基部から下方にのび、下端部側に接地領域が形成された複数の前記板バネ部と、を備えていることを特徴とする。
【００２６】
このようにすることで、複数の板バネ部を有する足平部を、簡素な構造で得ることができる。板バネ部と基部とは、別体に構成されていてもよいが、一体成形することも可能である。特に板バネ部および基部を一体成形とすることによって、さらなる部品点数の削減、足部の構造の簡略化が可能となる。
【００２７】
また、請求項１２に記載の脚式移動ロボットは、請求項１１に記載の脚式移動ロボットであって、前記板バネ部を４個備え、そのうち２個の前記板バネ部は前記基部から前方にのび、かつ残りの２個の前記板バネ部は前記基部から後方にのびており、４個の前記板バネ部および前記基部が略Ｈ字状をなしていることを特徴とする。
【００２８】
ここでいう「略Ｈ字状」としては、前方・後方にそれぞれ設けられた一対の板バネ部が互いに平行であってもよく、先端部に向かってやや開くように設けられていてもよいことを意味している。
【００２９】
例えば、人間を模した２足移動ロボットでは、人間の歩行に模して、足平部の後側（踵部分）から着地して前側（爪先部分）で蹴り上げるような制御が行われる。請求項１２の脚式移動ロボットは、接地領域が前側および後側に配置されているので、かかる制御が好適に行われる。また、脚式移動ロボットの前進移動時には、脚式移動ロボットの前後方向に脚式移動ロボットの荷重中心が移動し、また、その荷重中心を理想的な位置に移動させる制御が行われるので、請求項１２の脚式移動ロボットは、前後の接地領域によって踏ん張り、脚式移動ロボットの荷重中心を前後方向に移動させる制御が可能となる。また、一対の板バネ部が先端部に向かってやや開くように設けられている場合には、脚式移動ロボットが左右に傾いて荷重が左右方向へずれた場合であっても踏ん張りが効く。
【００３０】
また、請求項１３に記載の脚式移動ロボットは、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の脚式移動ロボットであって、前記板バネ部は、繊維で強化された複合部材から形成されていることを特徴とする。
【００３１】
本発明における「繊維で強化された複合部材」の一例として、プラスチックを強化用繊維で強化した繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastic）が挙げられる。また、強化用繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維、金属繊維等が好適に使用可能である。このように、板バネ部を「繊維で強化された複合部材」から形成することによって、板バネ部自身の軽量化が可能となる。
【００３２】
また、請求項１４に記載の脚式移動ロボットは、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の脚式移動ロボットであって、前記板バネ部は、弾性率の異なる複数の層からなることを特徴とする。
【００３３】
このようにすることで、脚式移動ロボットの移動時等における板バネ部の振動を減衰させることができ、脚式移動ロボットの姿勢の安定化が可能である。
【００３４】
また、請求項１５に記載の脚式移動ロボットは、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の脚式移動ロボットであって、前記板バネ部は、多層化された板バネと、前記板バネ間に介設された粘性部材と、から構成されることを特徴とする。
【００３５】
このようにすることで、脚式移動ロボットの移動時等における板バネ部の振動を減衰させることができ、脚式移動ロボットの姿勢の安定化が可能である。
【００３６】
また、請求項１６に記載の脚式移動ロボットは、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の脚式移動ロボットであって、前記板バネ部の振動を減衰させる減衰手段を備えていることを特徴とする。
【００３７】
このようにすることで、脚式移動ロボットの移動時等における板バネ部の振動を減衰させることができ、脚式移動ロボットの姿勢の安定化が可能である。前記した第一中間部材および第二中間部材も、減衰手段の一例である。その他、液圧を利用したダンパ装置等を減衰手段として適用可能である。ダンパ装置等によれば、足平部が床面から離れた際に生じる板バネ部の振動も減衰させることが可能となる。
【００３８】
また、請求項１７に記載の脚式移動ロボットは、請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の脚式移動ロボットであって、前記板バネ部が複数あり、２個の前記板バネ部を連結させる連結部を備えていることを特徴とする。
【００３９】
このようにすることで、足平部のバネ特性、特に剛性を調整することが可能となる。この連結部は、板バネ部と一体成形されていてもよく、板バネ部と別体の連結部材を各板バネ部に取付・固定したものであってもよい。なお、この連結部の形状、設置場所、個数等は適宜変更可能である。
【００４０】
また、請求項１８に記載の脚式移動ロボットは、請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の脚式移動ロボットであって、前記足部は、前記足平部を介して前記床面から作用する床反力を検出する床反力検出手段を備えていることを特徴とする。
【００４１】
本発明において「床反力検出手段」とは、足平部を介して入力される床反力、詳しくは床反力の並進力および床反力のモーメントの少なくとも一方を検出するためのものであり、少なくとも１軸方向の並進力またはモーメント（例えば、床面に垂直な軸方向の力Ｆｚ）を検出可能であればよい。
このように足部に床反力検出手段を設けることによって、より接地領域に近い場所での検出が可能となり、床反力をより正確に検出することができる。
【００４２】
また、請求項１９に記載の脚式移動ロボットは、請求項１８に記載の脚式移動ロボットであって、前記床反力検出手段は、ユニット化された床反力検出器であることを特徴とする。
【００４３】
本発明において「ユニット化」とは、ひとつの筐体内に部品を組み込んだ構成のことをいう。つまり、床反力検出手段の部品を筐体内に組み込んだものが床反力検出器である。このように、ユニット化された床反力検出器を使用することで、足部の組み立てが容易となる。
【００４４】
また、請求項２０に記載の脚式移動ロボットは、請求項１９に記載の脚式移動ロボットであって、前記足平部は、前記床反力検出器に対して固定されていることを特徴とする。
【００４５】
このようにすることで、脚式移動ロボットの足部のさらなる軽量化、簡略化が可能となる。
【００４６】
また、請求項２１に記載の脚式移動ロボットは、請求項１９または請求項２０に記載の脚式移動ロボットであって、前記足平部は、複数の前記接地領域を備えており、前記第二の関節の中心は、平面視で複数の前記接地領域の最遠点までの距離が最小となる位置に対してオフセットしており、前記床反力検出器の中心は、前記第二の関節よりも平面視で複数の前記接地領域の最遠点までの距離が最小となる位置に近くなるように設けられていることを特徴とする。
【００４７】
特許文献１に記載の脚式歩行ロボットにおいては、第二の関節の中心は平面視で接地領域に対してオフセットしており、かつ第二の関節の中心および床反力検出器の中心は平面視で同じ位置に設けられていた。請求項２１においては、床反力検出器の中心を平面視で第二の関節の中心に対してオフセットし、複数の接地領域の最遠点までの距離が最小となる位置に近づけたので、検出される床反力の値を小さくすることができ、床反力検出器の小型化が可能となる。
【００４８】
また、請求項２２に記載の脚式移動ロボットは、請求項１９または請求項２０に記載の脚式移動ロボットであって、前記足平部は、複数の前記接地領域を備えており、前記床反力検出器は、平面視で複数の前記接地領域の最遠点までの距離が最小となる位置に設けられていることを特徴とする。
【００４９】
このように床反力検出器の位置を設定することによって、検出される床反力の値を小さくすることができ、床反力検出器の小型化が可能となる。また、入力される床反力の最大値を抑えることができるので床反力検出器が故障しにくくなる。なお、床反力検出器の筐体が前記した位置に設けられていればよく、筐体の一部が前記した位置に位置する範囲内で筐体の位置を変更可能である。特に、床反力検出器の小型化の観点から見ると、床反力検出器の中心が平面視で複数の前記接地領域の最遠点までの距離が最小となる位置に設けられていることが望ましい。
【００５０】
また、請求項２３に記載の脚式移動ロボットは、請求項２０に記載の脚式移動ロボットであって、前記床反力検出手段は、前記板バネ部の歪みを検出する歪み検出手段であることを特徴とする。
【００５１】
本発明において「歪み検出手段」とは、板バネ部の歪みを検出するためのものであり、例えば、歪みゲージ、ピエゾ素子等を利用したものが挙げられる。板バネ部は、床反力を受けて撓む（歪む）ものであり、その歪み量は床反力と相関する。そのため、板バネ部の歪みを検出することによって、床反力を検出することができる。
このように、板バネ部の歪みを検出することによって床反力を検出する構成とすることで、さらに足部の構成を簡略化することが可能となる。
また、板バネ部の歪みを検出することによって、床面の状態を検知することが可能となる。
【発明の効果】
【００５２】
本発明によれば、着地時の衝撃を吸収でき、足部が軽量化かつ簡略化された脚式移動ロボットを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
以下、本発明の実施形態について、本発明の脚式移動ロボットの構成を自律移動可能な２足移動ロボットに適用した場合を例にとり、適宜図面を参照しながら説明する。同様の部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。なお、位置、方向等に関する表現は、２足移動ロボットの前後方向にＸ軸、左右方向にＹ軸、上下方向にＺ軸をとり、２足移動ロボットが起立姿勢をとった状態を基準として説明する。
【００５４】
＜２足移動ロボットＲ＞
まず、本発明の２足移動ロボットについて図１を参照して説明する。図１は、本発明に係る２足移動ロボットを示す側面図である。
図１に示すように、２足移動ロボット（以下、単に「ロボット」ともいう）Ｒは、人間と同じように２本の脚部Ｒ１（１本のみ図示）により起立、移動（歩行、走行等）し、上体Ｒ２、２本の腕部Ｒ３（１本のみ図示）および頭部Ｒ４を有し、自律して移動するロボットである。そして、ロボットＲは、これら脚部Ｒ１、上体Ｒ２、腕部Ｒ３および頭部Ｒ４の動作を制御する制御装置搭載部Ｒ５を背負う形で背中（上体Ｒ２の後方）に備えている。
【００５５】
＜脚部Ｒ１の関節構造＞
続いて、ロボットＲの脚部Ｒ１の関節構造について図２を参照して説明する。図２は、図１の脚部の関節構造を示す模式図である。
図２に示すように、ロボットＲは、左右それぞれの脚部Ｒ１に６個の関節１１Ｒ（Ｌ）〜１６Ｒ（Ｌ）を備えている。左右１２個の関節は、股部に設けられた脚回旋用（Ｚ軸まわり）の股関節１１Ｒ，１１Ｌ（右側をＲ、左側をＬとする。以下同じ。）、股部のロール軸（Ｘ軸）まわりの股関節１２Ｒ，１２Ｌ、股部のピッチ軸（Ｙ軸）まわりの股関節１３Ｒ，１３Ｌ、膝部のピッチ軸（Ｙ軸）まわりの膝関節１４Ｒ，１４Ｌ、足首のピッチ軸（Ｙ軸）まわりの足首関節１５Ｒ，１５Ｌ、および、足首のロール軸（Ｘ軸）まわりの足首関節１６Ｒ，１６Ｌから構成されている。そして、脚部Ｒ１の下には足部１７Ｒ，１７Ｌが取り付けられている。
【００５６】
すなわち、脚部Ｒ１は、股関節１１Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１３Ｒ（Ｌ）、膝関節１４Ｒ（Ｌ）および足首関節１５Ｒ（Ｌ），１６Ｒ（Ｌ）を備えている。股関節１１Ｒ（Ｌ）〜１３Ｒ（Ｌ）と膝関節１４Ｒ（Ｌ）とは大腿リンク２１Ｒ，２１Ｌで、膝関節１４Ｒ（Ｌ）と足首関節１５Ｒ（Ｌ），１６Ｒ（Ｌ）とは下腿リンク２２Ｒ，２２Ｌで連結されている。
なお、股関節１１Ｒ（Ｌ）〜１３Ｒ（Ｌ）が特許請求の範囲における「第一の関節」の一例であり、足首関節１５Ｒ（Ｌ），１６Ｒ（Ｌ）が特許請求の範囲における「第二の関節」の一例である。
【００５７】
脚部Ｒ１は、股関節１１Ｒ（Ｌ）〜１３Ｒ（Ｌ）を介して上体Ｒ２に連結されている。図２では、脚部Ｒ１と上体Ｒ２との連結部を上体リンク２３として簡略化して示す。また上体Ｒ２には、傾斜センサ２４が設置されており、上体Ｒ２のＺ軸（鉛直軸）方向に対する傾きおよび角速度を検出する。また、各関節を駆動する電動モータには、その回転量を検出するロータリエンコーダ（図示せず）が設けられる。
【００５８】
このような構成により、脚部Ｒ１は左右の足について合計１２の自由度を与えられ、歩行中にこれらの６＊２＝１２個の関節を適宜な角度で駆動することで、足（脚部Ｒ１および足部１７）全体に所望の動きを与えることができ、任意に３次元空間を歩行させることができる（この明細書で「＊」は乗算を示す）。
【００５９】
なお、図２に示すように、足首関節１５Ｒ（Ｌ），１６Ｒ（Ｌ）の下方には公知の６軸力センサ５２が設けられ、ロボットＲに作用する外力のうち、床面からロボットＲに作用する床反力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメントの３方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚとを検出する。これら６軸力センサ５２、傾斜センサ２４等が検出した床反力、モーメント、傾き、角速度等に関する信号が制御装置搭載部Ｒ５内に設けられた制御ユニット２５に伝えられ、ロボットＲの姿勢、動作等の制御に利用される。制御ユニット２５は、メモリ（図示せず）に格納されたデータおよび入力された検出信号に基づいて関節駆動制御値を算出し、前記した関節を駆動する。
【００６０】
＜ロボットＲの足部１７＞
ロボットＲの足部１７Ｒ（Ｌ）は、足首関節１５Ｒ（Ｌ），１６Ｒ（Ｌ）を介して脚部Ｒ１の端部（床面側）に取り付けられており、６軸力センサ５２および足平部材６１を備えている。左足（左の脚部Ｒ１および足部１７Ｌ）と右足（右の脚部Ｒ１および足部１７Ｒ）とは左右対称であるため、以下、必要のない場合にはＲ，Ｌを外して説明する。
【００６１】
＜第一の実施形態＞
まず、本発明の第一の実施形態に係るロボットＲの足部１７について図３ないし図５を参照して説明する。図３は、本発明の第一の実施形態に係る２足移動ロボットの足部を示す正面図である。図４は、本発明の第一の実施形態に係る２足移動ロボットの足部を示す側面図である。図５は、本発明の第一の実施形態に係る２足移動ロボットの足部を示す底面図である。図３ないし図５の脚部Ｒ１および足部１７は、図１に示すロボットＲの外装部分を適宜取り除いた状態として示されている。なお、図３ないし図５には、ロボットＲの左足（左の脚部Ｒ１および足部１７Ｌ）が示されている。
【００６２】
≪ロボットＲの足首関節≫
ここで、図３および図４を参照し、ロボットＲの足首関節１５，１６について簡単に説明する。ロボットＲの足首関節１５，１６は、十字軸４１を下腿リンク２２および足部１７の第一台座部５１に連結することによって構成されている。
十字軸４１は、Ｙ軸を回動軸線とする軸４１ａと、Ｘ軸を回動軸線とする軸４１ｂとを十字状に組み合わせた部材である。軸４１ａの両端部は、下腿リンク２２によって回動可能に支持されている。また、軸４１ｂの両端部は、第一台座部５１によって回動可能に支持されている。すなわち、軸４１ａが足首関節１５に相当し、軸４１ｂが足首関節１６に相当する。
【００６３】
また、下腿リンク２２の斜め後ろには、第一ロッド３１および第二ロッド３２が設けられている。第一ロッド３１は、下腿リンク２２の右斜め後方に設けられており、十字軸３６を介して第一台座部５１と連結されている。第二ロッド３２は、下腿リンク２２の左斜め後方に設けられており、十字軸３７を介して第一台座部５１と連結されている。これら第一ロッド３１および第二ロッド３２は、その上方（例えば、下腿リンク２２、大腿リンク２１等）に設けられた電動モータの回転によって生じた駆動力が減速機を介して伝えられることによって上下方向に進退し、足首関節１５，１６を動かし、また所定角度に維持する構成となっている。
【００６４】
例えば、足部１７の爪先部分を浮かせたい場合には、第一ロッド３１および第二ロッド３２を下に進出させ、足部１７の踵部分を浮かせたい場合には、第一ロッド３１および第二ロッド３２を上に退行させる。また、足部１７の左右のいずれかを浮かせたい場合には、浮かせたい側のロッドを上に退行させ、他方のロッドを下に進出させる。かかる第一ロッド３１および第二ロッド３２の動作は、前記した制御ユニット２５によって制御される。
【００６５】
≪ロボットＲの足部１７≫
図３ないし図５に示すように、ロボットＲの足部１７は、上（足首関節側）から順に、第一台座部５１と、６軸力センサ５２と、第二台座部５３と、足平部材６１と、を備えている。
【００６６】
第一台座部５１は、足部１７の上部に設けられた部材であり、足首関節１５，１６と連結される部材である。
【００６７】
６軸力センサ５２は、前記したように３方向の床反力並進力および３方向の床反力のモーメントを検出する装置であり、各部品が筐体内に収められている（ユニット化）。本実施形態において、第一台座部５１と６軸力センサ５２とは複数のボルト（図示せず）により固定されている。この６軸力センサ５２の出力は、ハーネスを介して前記制御ユニット２５に入力される。
この６軸力センサ５２が特許請求の範囲における「床反力検出手段」の一例であり、また「床反力検出器」の一例でもある。
【００６８】
第二台座部５３は、６軸力センサ５２の下方、すなわち６軸力センサ５２と足平部材６１との間に設けられた部材であり、６軸力センサ５２と足平部材６１とを互いに固定するための部材である。本実施形態において、６軸力センサ５２と第二台座部５３とは複数のボルト（図示せず）により固定され、第二台座部５３と足平部材６１とは複数のボルト（図示せず）により固定されている。このように、６軸力センサ５２と足平部材６１とを第二台座部５３を介して固定する構成としたので、足部１７の構造の簡略化、軽量化が達成される。なお、足部１７の各部材の組付構造は前記したものに限定されない。
【００６９】
足平部材６１は、第二台座部５３の下方に取り付けられた部材であり、床面と接地する足平部の主要部分を構成している。この足平部材６１が特許請求の範囲における「足平部」の一例である。
この足平部材６１は、板バネ本体６２、第一中間部材６３、第一足底部材６４、第二中間部材６５および第二足底部材６６を備えている。
板バネ本体６２は、撓みつつロボットＲの自重を支持する部分であり、主に基部６２ａと、基部６２ａからのびるバネ部６２ｂと、から構成される。本実施形態において、板バネ本体６２は、バネ部６２ｂの基端部が基部６２ａに連結された形状に一体成形された部材である。
基部６２ａは、平板形状を有しており、第二台座部５３の底面に沿う形状を有している。後記するバネ部６２ｂの基端部が、この基部６２ａに連結されており、バネ部６２ｂは、基部６２ａとの連結部分を基端部とした板バネとして機能する。
バネ部６２ｂは、基部６２ａの端部から、角度θ（図４参照）で下向きにのびるバネ部分である。本実施形態では、４個のバネ部６２ｂ1，６２ｂ2，６２ｂ3，６２ｂ4があり、バネ部６２ｂ1，６２ｂ2は基部６２ａから前方（爪先方向）にのびており、バネ部６２ｂ3，６２ｂ4は基部６２ａから後方（踵方向）にのびている。これら各バネ部６２ｂ1，６２ｂ2，６２ｂ3，６２ｂ4は、同一形状、同一強度、同一性能（弾性率）とすることが望ましい。
角度θは、最大床反力Ｆｚが作用した際に基部６２ａが床面に接地しない最小の角度に設定されていることが望ましい。ここでいう最大床反力Ｆｚは、例えば、ロボットＲが最高速度で走行し片足で接地した際に作用する反力である。かかる設定により、バネ部６２ｂ（６２ｂ1〜６２ｂ4）の弾性力によってロボットＲの自重を支持しつつ、基部６２ａが接地して６軸力センサ５２に悪影響を与えることを防ぐことができる。
【００７０】
この板バネ本体６２は、バネ部６２ｂが板バネとして機能することが可能な素材であればよく、例えば、金属部材（鋼、アルミニウム合金、マグネシウム合金等）から形成されていてもよい。特に、繊維で強化された複合部材（繊維強化プラスチック等）から形成されている場合には、所望の強度や剛性を得つつ板バネ本体６２の軽量化を図ることができる。この際、強化用繊維の繊維方向をバネ部６２ｂの基端部から先端部へ向かう方向（長手方向）と一致させることによって、バネ部６２ｂの強度を確保することができる。
また、各バネ部６２ｂの繊維方向を変えることによって異方性を持たせ、各バネ部６２ｂのバネ特性を変えることもできる。
強化用繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維、金属繊維等が好適である。
この板バネ本体６２は、一体成形された部材であることが望ましい。１個の基部６２ａに複数のバネ部６２ｂ（本実施形態では４個）が取り付けられた構成を有する板バネ本体６２を一体成形することによって、さらなる部品点数の削減、および足部の構造の簡略化が可能となる。
【００７１】
第一中間部材６３は、バネ部６２ｂの底面の接地領域に対応する部分、すなわち下端部側（本実施形態では先端部側と同一）に取り付けられた減衰部材であり、接地時に生じるバネ部６２ｂの振動を減衰させる機能を有している。この中間部材６３は特許請求の範囲における「減衰手段」の一例でもある。この第一中間部材６３は減衰機能を備えた素材から形成されたものであればよく、例えば、発泡樹脂等から形成されたものが好適である。また、第一中間部材６３の代わりの減衰手段として、液圧を利用したダンパ装置等を設置する構成であってもよい。このダンパ装置は、第一中間部材６３と併用可能である。
【００７２】
第一足底部材６４は、第一中間部材６３の底面に取り付けられた部材であり、足平部材６１の下端部に位置し、移動時に実際に床面に接地する部材である。この第一足底部材６４は、床面との間に発生する摩擦抵抗により滑り止めの機能を発揮する部材である。この第一足底部材６４は滑り止め機能を備えた素材から形成されたものであればよく、例えば、ゴムから形成されたものが好適である。この第一足底部材６４の底面が、特許請求の範囲における「接地領域」である。
【００７３】
第二中間部材６５は、バネ部６２ｂの底面の中間部分に取り付けられた減衰部材であり、後記する第二足底部材６６が接地した際に生じるバネ部６２ｂの振動を減衰させる機能を有している。この第二中間部材６５は第一中間部材６３と同様に、減衰機能を備えた素材から形成されたものであればよく、例えば発泡樹脂等から形成されたものが好適である。
【００７４】
第二足底部材６６は、第二中間部材６５の底面に取り付けられた部材であり、前記した第一足底部材６４と同様に、床面との間に発生する摩擦抵抗により滑り止めの機能を発揮する部材である。この第二足底部材６６は、第一足底部材６４よりも上方に位置している。
【００７５】
本実施形態において、４個の板バネ部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、それぞれバネ部６２ｂから構成されている。さらに詳しくは、板バネ部Ｓ１は、バネ部６２ｂ1から構成され、板バネ部Ｓ２は、バネ部６２ｂ2から構成され、板バネ部Ｓ３はバネ部６２ｂ3から構成され、板バネ部Ｓ４はバネ部６２ｂ4から構成されている。そして各板バネ部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の先端に設けられた第一足底部材６４が接地した際には、これら各板バネ部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４が弾性変形しつつ、弾性変形した状態の各板バネ部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４によってロボットＲの自重、詳しくはロボットＲのバネ部６２ｂよりも上部の構造による荷重全体を支持する構成となっている。そのため、簡易な構成でありながらロボットＲの自重を支持し、さらに床反力による衝撃を吸収することができる。また、衝撃吸収能を高めることによって、ロボットＲの移動（歩行、走行）速度を高めることが可能となる。
【００７６】
また、ゴムブッシュ等が不要となり、足部１７の軽量化が可能となる。かかる軽量化により、脚部Ｒ１にかかる慣性力が小さくなるので、高速移動に適した構造となる。
【００７７】
また、各板バネ部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４および基部６２ａは、平面視略Ｈ字状に配置されている。かかる構成により、接地領域が前側および後側に２箇所ずつ配置され、かつそれぞれ前後にのびるように配置された各板バネ部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のバネ特性が前後方向の荷重制御に適しているので、かかる足平構造は、２足移動の制御や、前後の接地領域によって踏ん張り、ロボットＲの荷重中心を前後方向に移動させる制御に適している。また、板バネ部Ｓ１，Ｓ２および板バネ部Ｓ３，Ｓ４の各組が先端部に向かってやや開くように設けられているので、ロボットＲが左右に傾いて荷重が左右方向へずれた場合であっても踏ん張りが効く。
【００７８】
また、床面形状に凹凸がある場合等には、各板バネ部Ｓ１〜Ｓ４のうちのいずれかが浮いた（接地していない）状態となることが考えられる。このような場合には、板バネ部Ｓ１〜Ｓ４の曲げバネ特性（ロール剛性、ピッチ剛性）が非線形的に変化してしまう。そのため、制御ユニット２５は、６軸力センサ５２からの信号等に基づいて、全ての板バネ部Ｓ１〜Ｓ４が接地して撓むように目標足平位置姿勢を修正し、ロボットＲが目標床反力を発生させるような姿勢をとるように制御している。かかる目標足平位置姿勢の修正量は、６軸力センサ５２の検出値から推測した板バネ部の浮き具合に応じて非線形演算で算出される。
【００７９】
ここで、ロボットＲの足部１７を真下に下ろして接地させる場合について図６を参照して説明する。図６は、第一の実施形態に係る２足移動ロボットの足部の接地状態の例を示す模式図であり、（ａ）は接地初期を示す図、（ｂ）はロボット自重が加わった状態を示す図、（ｃ）は（ａ）の要部拡大模式図、（ｄ）は（ｂ）の要部拡大模式図である。
まず、図６（ａ）に示すように、各板バネ部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４（うちＳ２，Ｓ４のみ図示）の先端に設けられた第一足底部材６４（接地領域）が均等に接地する。さらに各板バネ部Ｓ１〜Ｓ４に荷重が加わると、各バネ部６２ｂに床反力が作用してバネ部６２ｂが撓む。この際、バネ部６２ｂの角度がθ’（θ’＜θ）となり、接地領域の上側となるバネ部６２ｂの点Ｐ２が、接地領域の点Ｐ１に対して外側にずれる（図６（ｃ）、（ｄ）参照）。つまり、板バネ部Ｓ２，Ｓ４の底面側の接地点Ｐ１，Ｐ１間の距離が、Ｌ（ａ）からＬ（ｂ）へと広がる（Ｌ（ｂ）＞Ｌ（ａ））。ここで角度θが大きいと、このずれも大きくなるので、前記したような範囲で角度θを小さく設定することが望ましい。また、第一中間部材６３は、第一足底部材６４のバネ部６２ｂに対する床面方向の変位も許容するので、図６（ｂ）に示すように、バネ部６２ｂの撓みに伴う接地領域の床面に対する滑りを抑えることが可能となる。したがって、かかる滑りによる反力およびモーメントが６軸力センサ５２に入力されて、ロボットＲの姿勢の制御の障害となることを抑えることができる。また、第一中間部材６３の素材や厚さを変更することによって、滑りの許容量や減衰能を適宜設定することができる。
【００８０】
ここで、図５を参照して、接地領域の最遠点までの距離が最小となる位置Ｐａと、６軸力センサの中心Ｐｂと、足首関節の中心Ｐｃとの関係について説明する。
本実施形態において、６軸力センサの中心Ｐｂ（ここでは、６軸力センサ５２のＺ軸方向感度中心と一致する。）は、ロボットＲの起立静止状態において板バネ部Ｓ１〜Ｓ４の底面側に設けられた接地領域のうち、平面視（図５では底面視）での最遠点までの距離が最小となる位置（接地領域の中心ともいう。）Ｐａ（以下、単に「位置Ｐａ」と記載する。）の上方に設けられている。本実施形態では、各板バネ部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の底面の接地領域それぞれの最遠点までの距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が等しくなっている。
かかる構成によると、移動時に６軸力センサ５２に作用する荷重の最大値を抑えることができ、６軸力センサ５２の小型化が可能である。また、６軸力センサ５２を足部１７に設け、接地領域に近づけたことにより、床反力およびモーメントのより正確な測定が可能となる。
【００８１】
なお、接地領域が正多角形状に配置されている場合には、各接地領域から６軸力センサ５２までの距離が等しくなるように配置することになる。また、６軸力センサ５２に変えて、少なくとも１軸の床反力またはモーメント（例えば、Ｚ軸方向の床反力の並進力Ｆｚ）を検出する床反力検出器を用いる構成であってもよい。
【００８２】
また、本実施形態において、足首関節の中心Ｐｃは、平面視で位置Ｐａに対してオフセットしている。ここでは、軸４１ａおよび軸４１ｂ（図３参照）の交点が足首関節の中心Ｐｃに相当する。この足首関節の中心Ｐｃは、位置ＰａよりもロボットＲの後方に設けられている。このように足首関節１５，１６が足平部材６１の接地領域に対して後方にオフセットしている理由については後記する。
なお、足首関節の中心Ｐｃは、さらに足平部材６１の接地領域の内側（ロボットＲの中心側）にもオフセットしている構成であってもよい。足首関節の中心Ｐｃを内側にオフセットすることにより、隣接する足部１７Ｒ，１７Ｌの足平部材６１同士の干渉を防ぎ、かつ接地面積を確保してロボットＲの姿勢の安定性を維持することができる。
【００８３】
また、本実施形態において、６軸力センサの中心Ｐｂが位置Ｐａ上に設けられるようにしたが、６軸力センサの中心Ｐｂは、少なくとも平面視で足首関節の中心Ｐｃよりも位置Ｐａに近くなるように設けられていればよい。言い換えると、６軸力センサの中心Ｐｂは、平面視で位置Ｐａを中心とし、位置Ｐａ、足首関節の中心Ｐｃ間の長さを半径とする円Ｃの内部にあればよい。例えば、位置Ｐａ、足首関節の中心Ｐｃを結ぶ線分上に６軸力センサの中心Ｐｂが位置する構成であってもよい。かかる構成であっても、移動時に６軸力センサ５２に作用する荷重の最大値を抑えることができ、６軸力センサ５２の小型化が可能である。特に、６軸力センサの中心Ｐｂが位置Ｐａ上にある場合には、６軸力センサ５２の小型化という効果を最大に発揮することができる。
【００８４】
また、図４に示すように、板バネ部Ｓ１〜Ｓ４の下端部（先端部）は、足首関節１５，１６から離れるにつれて上に向かって反る形状を有しており、その底面に設けられた第一足底部材６４も同様の形状を有している。これは、かかるロボットＲの歩行の制御が、踵部分から接地して爪先部分で蹴り上げるようになっているため、接地時および蹴り上げ時に接地する面積を大きくし、床面との間の摩擦力を確保することを可能とするためである。また、接地領域を面で確保できるので、ロボットＲの姿勢の安定化にもつながる。
【００８５】
ここで、ロボットＲの前進移動（歩行）時における板バネ部Ｓ１〜Ｓ４の接地状態の変化について図７を参照して説明する。図７は、第一の実施形態に係る２足移動ロボットの前進移動（歩行）時における足平部の接地状態の変化を説明する模式図である。
まず、宙に浮いた足平部材６１を着地させる場合には、踵部分の板バネ部Ｓ３，Ｓ４に設けられた第一足底部材６４（接地領域）から接地させる（図７（ａ））。そして全ての板バネ部Ｓ１〜Ｓ４の接地領域の全体が接地する（図７（ｂ））。そして、踵部分の板バネ部Ｓ３，Ｓ４の接地領域を浮かせて、爪先部分の板バネ部Ｓ１，Ｓ２の接地領域だけで接地し、蹴り上げることによって全ての板バネ部Ｓ１〜Ｓ４の接地領域を浮かせる（図７（ｃ））。かかる動作を左右の脚部Ｒ１に行わせることによって、ロボットＲが前進移動する。このように、板バネ部Ｓ１〜Ｓ４の下端部（先端部）が上に向かって反っているので、着地時（図７（ａ））や蹴り上げ時（図７（ｃ））のように足部１７が床面に対して斜めになっても接地領域を好適に確保することが可能となる。なお、かかる反りは、ロボットＲの進行方向において足首関節１５，１６から離れるにつれて板バネ部６２ｂが上に向かって反るように設定されているのが好ましく、各板バネ部の先端部の反り具合は適宜変更可能である。また、接地領域の少なくとも一つが反っていればよく、接地領域の全てが反っている構成であってもよい。
【００８６】
続いて、ロボットＲが段差のある床面を移動する場合について説明する。図８は、第一の実施形態に係る２足移動ロボットが段差のある床面を移動する場合を説明する模式図である。
図８に示すように、床面に段差がある場所を移動する場合には、バネ部６２ｂ（６２ｂ2，６２ｂ4を図示）の第一足底部材６４が設けられていない部分が接地するおそれがある。しかし、バネ部６２ｂの中間部分に第二足底部材６６を設けているので、このような場合であっても第二足底部材６６が接地し、バネ部６２ｂ、すなわち板バネ部が直接接地することによる不具合（滑りの発生等）を解消することができる。
【００８７】
続いて、足首関節１５，１６が足平部材６１の接地領域の後方にオフセットしている理由について、ロボットＲが高速移動（走行）する場合を例にとり説明する。図９は、第一の実施形態に係る２足移動ロボットが高速移動する場合を説明する模式図であり、（ａ）は足首関節が足平部に対して後方にオフセットしている図、（ｂ）は足首関節が足平部の前後方向中心に位置している図である。なお、図９（ｂ）において、図９（ａ）と同様の部分には「’」を付加した符号を用いる。
図９（ａ）に示すように、足首関節１５，１６は、足平部材６１に対して後方にオフセット（偏倚）している。この場合には、足首関節１５’，１６’から足平部材６１の接地部分の前方先端までの距離Ｌａが長くなる（Ｌａ＞Ｌａ’）。ロボットＲが高速移動（走行）する場合には、膝関節１４を深く折り曲げ、足平部材６１の爪先部分に床反力Ｆが集中する状態が生じる。このとき、膝関節１４に生じるモーメントは、Ｆ＊Ｌｂとなる。一方、図９（ｂ）に示すように、足首関節１５’，１６’が、足平部材６１’の前後方向中心に位置している場合に膝関節１４’に生じるモーメントは、Ｆ’＊Ｌｂ’となる。ここで、Ｌｂ＜Ｌｂ’であるので、Ｆ＝Ｆ’とするとＦ＊Ｌｂ＜Ｆ’＊Ｌｂ’が成立する。これは、高速移動時に膝関節１４を駆動（屈曲）した場合において、足首関節１５，１６を足平部材６１に対して、膝関節１４の足平部材６１に対する相対移動方向（本実施形態では前方）と反対方向（本実施形態では後方）にオフセットさせた場合に成立する。そして、足首関節１５，１６の足平部材６１に対する後方へのオフセット量を大きくすると、高速移動時における膝関節１４にかかる負担をより抑えることができることを意味している。
【００８８】
＜第二の実施形態＞
続いて本発明の第二の実施形態に係るロボットＲの足部について、第一の実施形態との相違点を中心に説明する。
図１０は、本発明の第二の実施形態に係る２足移動ロボットの足部を示す側面図である。図１０に示すように、第二の実施形態に係る足部１１７は、６軸力センサ５２の代わりに歪み検出手段１５２を備えている。そして、第一台座部５１と板バネ手段６１とが複数のボルト（図示せず）により固定されている。
歪み検出手段１５２は、板バネ部の歪み、詳しくはバネ部６２ｂの歪みを検出するものである。板バネ部の歪みは板バネ部に入力される床反力と相関するので、板バネ部の歪み量を検出することによって床反力を検出することができる。検出された歪み量は、ハーネスを介して制御ユニット２５に伝えられ、ロボットＲの姿勢、移動等の制御に使用される。かかる歪み検出手段１５２としては、各バネ部６２ｂに取り付けられた１以上の歪みゲージまたはピエゾ素子が好適である。
かかる歪み検出手段１５２が検出する床反力は、少なくとも１軸（例えば、Ｚ軸方向の床反力Ｆｚ）であればよく、前記した６軸力センサ５２と同様に６軸であることが望ましい。
【００８９】
このように歪み検出手段１５２を設けることにより、床反力検出器５２を省略することが可能となり、足部１７のさらなる軽量化が可能となる。また、板バネ部Ｓ１〜Ｓ４の歪みを検出することによって、床面の形状を検知することができる。
【００９０】
＜第三の実施形態＞
続いて、本発明の第三の実施形態に係るロボットＲの足部について、第一の実施形態との相違点を中心に説明する。
図１１は、本発明の第三の実施形態に係る２足移動ロボットの足部を示す側面図である。図１１に示すように、第三の実施形態に係る足部２１７は、足平部材６１の代わりに多層化された足平部材２６１を備えている。
【００９１】
足平部材２６１は、多層化された複数の板バネ本体２６２，２６２と、これら板バネ本体２６２，２６２間に介設された粘性部材２６５と、を備えている。つまり、足部２１７は、上から順にバネ部２６２ｂ、粘性部材２６５およびバネ部２６２ｂから構成され、多層化された板バネ部Ｓ２１〜Ｓ２４（Ｓ２２，Ｓ２４のみ図示）を備えており、介設された粘性部材２６５によって接地時等における板バネ部Ｓ２１〜Ｓ２４の振動を減衰可能な構成となっている。なお、多層化された板バネ本体２６２，２６２のうち、多層化されたバネ部２６２ｂ，２６２ｂが、特許請求の範囲における「多層化された板バネ」に相当する。
【００９２】
この粘性部材２６５は、減衰機能を有する素材から形成されていればよく、例えば、隣接する板バネ本体２６２に貼着されたゴム等が好適である。
かかる構成においては、粘性部材２６５が前記した中間部材６３の機能も備えているため、中間部材６３を省略することもできる。
ここでは、足平部材２６１全体を多層化する構成としたが、少なくとも板バネ部Ｓ２１〜Ｓ２４が多層化されていればよい。
【００９３】
＜第四の実施形態＞
続いて、本発明の第四の実施形態に係るロボットＲの足部について、第一の実施形態との相違点を中心に説明する。
図１２は、本発明の第四の実施形態に係る２足移動ロボットの足部を示す下面図である。図１２に示すように、第四の実施形態に係る足部３１７は、板バネ部Ｓ１，Ｓ２間、Ｓ３，Ｓ４間にそれぞれ架け渡された連結部３６６，３６７を備えている。
連結部３６６は、板バネ部Ｓ１，Ｓ２間に架け渡されて両者の基端部側および基部６２ａを連結しており、両板バネ部Ｓ１，Ｓ２の挙動をシンクロさせる機能を有している。また、連結部３６７は、板バネ部Ｓ３，Ｓ４間に架け渡されて両者の基端部側をおよび基部６２ａを連結しており、両板バネ部Ｓ３，Ｓ４の挙動をシンクロさせる機能を有している。かかる連結部３６６，３６７は、基部６２ａおよびバネ部６２ｂと一体成形されている。
かかる構成によると、板バネ部のロール方向またはピッチ方向の剛性を調整することができる。かかる連結部を用いない場合には、ロール剛性はピッチ剛性よりも小さくなる。つまり、剛性を確保したい任意の２個の板バネ部の間に連結部を架け渡す構成であればよい。また、連結部は基部６２ａから離れて形成されていてもよい。
また、一体成形された連結部ではなく、別体の連結部材を板バネ部間に架け渡す構成であってもよい。連結部材としては、所定の剛性を有する棒状または長板状の部材が好適である。また、連結部材と各板バネ部との連結は、ピン等の留め具によるものであってもよい。
【００９４】
＜板バネ部の変形例＞
本発明の板バネ部の形状については様々な変更例が考えられる。以下、本発明の脚式移動ロボットの板バネ部の変形例について説明する。図１３および図１４は、本発明の脚式移動ロボットの板バネ部の変形例を示す底面図である。
【００９５】
図１３（ａ）の板バネ部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、第一ないし第四実施形態で説明したように、略Ｈ字状に配置されている。板バネ部Ｓ１，Ｓ２、および板バネＳ３，Ｓ４がそれぞれＸ軸から開いていくように設けられているので、ロボットＲがＹ軸（左右）方向に転倒しようとする力にも対抗できる。かかる開きの角度は適宜変更可能である。これら板バネ部は、Ｘ軸およびＹ軸についてそれぞれ線対称となっており、これら４個の板バネ部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、同一バネ係数、同一長、同一形状であることが望ましい。このようにすることで、前進および後進のいずれにも同じようなバネ特性を発揮することができる。
【００９６】
図１３（ｂ）の板バネ部Ｓ５１，Ｓ５２，Ｓ５３は、Ｙ字状に配置されている。前方に２個の板バネ部Ｓ５１，Ｓ５２が設けられているので、特に前進移動に向いている。
【００９７】
図１３（ｃ）の板バネ部Ｓ５４，Ｓ５５，Ｓ５６，Ｓ５７は、Ｈ字状に配置されている。つまり、板バネ部Ｓ５４，Ｓ５６、板バネ部Ｓ５５，Ｓ５６の組がそれぞれ前後にのびる同一直線上に配置され、各組が平行となっている。これら板バネ部は、Ｘ軸およびＹ軸についてそれぞれ線対称となっており、これら４個の板バネ部Ｓ５４，Ｓ５５，Ｓ５６，Ｓ５７は、同一バネ係数、同一長、同一形状であることが望ましい。このようにすることで、前進および後進のいずれにも同じようなバネ特性を発揮することができる。
【００９８】
図１３（ｄ）の板バネ部Ｓ５８，Ｓ５９は、Ｉ字状に配置されている。板バネ本体の形状がシンプルであり、加工が容易である。
【００９９】
図１４（ａ）の板バネ部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６０，Ｓ６１は、図１３（ａ）に示したものに、さらに左右方向にそれぞれ板バネ部Ｓ６０，Ｓ６１が配置されている。この板バネ部Ｓ６０，Ｓ６１によって、さらに左右方向への転倒に強い構成となっている。なお、２足移動ロボットに適用する場合には、左右の脚部Ｒ１に対して、外側方向にのみ板バネ部Ｓ６０または板バネ部Ｓ６１を備える構成であってもよい。
【０１００】
図１４（ｂ）の板バネ部Ｓ６２，Ｓ６３，Ｓ６４，Ｓ６５，Ｓ６６は、その接地領域が正五角形の頂点となるように配置されている。例えば一個の板バネ部が浮いた状態であっても、残りの４個の板バネ部が接地していれば、かかる４個の板バネ部の接地領域からなる四角形内にロボットの荷重重心が残るため、転倒しにくい構成となっている。
【０１０１】
図１４（ｃ）の板バネ部Ｓ６７，Ｓ６８，Ｓ６９，Ｓ７０は、十字状に配置されている。図１４（ｂ）、（ｃ）に示した構成は、３足以上を有し、方向特異性を持たないロボットに好適である。
【０１０２】
図１４（ｄ）の板バネ部Ｓ７１，Ｓ７２は、基部６２ａの前後に配置されている。板バネ部Ｓ７１（Ｓ７２）は、バネ部６２ｂからなり、バネ部６２ｂの先端部底面には、左右（Ｙ軸）方向に延びる板材６７が取り付けられている。そして、板材６７の左右両端には、第一足底部材６４が取り付けられている。このようにすることで、一つの板バネ部に対して複数の接地領域を形成することができる。
【０１０３】
これら各形状の板バネ部は、前記した第一ないし第四の実施形態の構成と組み合わせることが可能であり、また、その他の形状の板バネ部であってもよい。
【０１０４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。例えば、ロボットＲは、図示した２足移動ロボットに限定されず、１本の脚部のみを備えた脚式移動ロボットまたは３本以上の脚部を備えた脚式移動ロボットであってもよい。
また、脚式移動ロボットの移動方式も、歩行に限定されず、スキップ、走行、跳ぶ等による移動であってもよい。
また、足首関節およびその駆動構造も前記したものに限定されない。
また、上腿リンク２１、下腿リンク２２、第一台座部５１、第二台座部５３等の材料も適宜変更可能であり、これら各部材は、例えば、所定の強度を有する合金（チタン合金、マグネシウム合金等）からなるものであってもよい。
また、第一中間部材６３および第二中間部材６５を一体化した中間部材に、第一足底部材６４および第二足底部材６６を一体化した足底部材に、それぞれ置き換えることも可能である。
また、板バネ部の底面側に各種中間部材および足底部材を備える構成としたが、板バネ部の振動や滑りの影響が小さい床面で使用する場合等には、中間部材および足底部材を省略することも可能である。
また、第一台座部５１、第二台座部５３の形状も適宜変更可能であり、これらを６軸力センサ５２の筐体と一体とすることも可能である。また、板バネ部が取り付けられる基部の形状も変更可能であり、板バネ部を第二台座部５３や６軸力センサ５２の筐体に直接取り付ける構成であってもよい。かかる場合には、第二台座部５３や６軸力センサ５２が基部となる。
また、板バネ部の数、形状も適宜変更可能であり、複数の板バネを組み合わせて一つの板バネ部を構成することも可能である。
また、板バネ部の上方に、板バネ部が所定量以上変形することを防ぐ板バネ部変形規制部を備える構成であってもよい。かかる板バネ部変形規制手段としては、例えば、板バネ部の上方に離隔して設けられるフランジ部と、このフランジ部の底面に設けられた突起と、を備え、板バネ部が所定量変形した場合に板バネ部が突起に当接し、それ以上の変形を規制する構成が挙げられる。このようにすることで、ある板バネ部に過大な床反力が入力される場合であっても、板バネ部の変形量を規制し、板バネ部の破損を防ぐことができる。
また、足首関節の中心Ｐｃの位置Ｐａに対するオフセットの方向、距離も適宜設計変更可能であり、足首関節の中心Ｐｃが位置Ｐａ上に位置していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明に係る２足移動ロボットを示す側面図である。
【図２】図１の脚部の関節構造を示す模式図である。
【図３】第一の実施形態に係る２足歩行ロボットの足部を示す正面図である。
【図４】第一の実施形態に係る２足歩行ロボットの足部を示す側面図である。
【図５】第一の実施形態に係る２足歩行ロボットの足部を示す底面図である。
【図６】第一の実施形態に係る２足歩行ロボットの足部の接地状態の例を説明する模式図である。
【図７】第一の実施形態に係る２足歩行ロボットの前進移動（歩行）時における足平部の接地状態の変化を説明する模式図である。
【図８】第一の実施形態に係る２足歩行ロボットが段差のある床面を移動する場合を説明する模式図である。
【図９】第一の実施形態に係る２足移動ロボットが高速移動する場合を説明する模式図である。
【図１０】第二の実施形態に係る２足移動ロボットの足部を説明する側面図である。
【図１１】第三の実施形態に係る２足移動ロボットの足部を説明する側面図である。
【図１２】第四の実施形態に係る２足移動ロボットの足部を説明する底面図である。
【図１３】脚式移動ロボットの板バネ部の変形例を説明する模式図である。
【図１４】脚式移動ロボットの板バネ部の変形例を説明する模式図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１１Ｒ，１１Ｌ  関節（股関節、第一の関節）
１２Ｒ，１２Ｌ  関節（股関節、第一の関節）
１３Ｒ，１３Ｌ  関節（股関節、第一の関節）
１５Ｒ，１５Ｌ  関節（足首関節、第二の関節）
１６Ｒ，１６Ｌ  関節（足首関節、第二の関節）
１７Ｒ，１７Ｌ，１７，１１７，２１７，３１７  足部
５１    第一台座部
５２    ６軸力センサ（床反力検出手段、床反力検出器）
５３    第二台座部
６１    足平部材（足平部）
６２    板バネ本体
６２ａ    基部
６２ｂ，２６２ｂ  バネ部
６３    第一中間部材
６４    第一足底部材
６５    第二中間部材
６６    第二足底部材
１５２  歪み検出手段
２６５  粘性部材
３６６，３６７  連結部材
Ｐａ    接地領域の最遠点までの距離が最小となる位置
Ｐｂ    ６軸力センサの中心（床反力検出器の中心）
Ｐｃ    足首関節の中心（第二の関節の中心）
Ｒ      ２足移動ロボット（脚式移動ロボット）
Ｒ１    脚部
Ｒ２    上体
Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ２１〜Ｓ２４，Ｓ５１〜Ｓ７２  板バネ部
【図１】
2006062057.tif 000003
【図２】
2006062057.tif 000004
【図３】
2006062057.tif 000005
【図４】
2006062057.tif 000006
【図５】
2006062057.tif 000007
【図６】
2006062057.tif 000008
【図７】
2006062057.tif 000009
【図８】
2006062057.tif 000010
【図９】
2006062057.tif 000011
【図１０】
2006062057.tif 000012
【図１１】
2006062057.tif 000013
【図１２】
2006062057.tif 000014
【図１３】
2006062057.tif 000015
【図１４】
2006062057.tif 000016