(57)【要約】【課題】安全性及び親和性を有すると共に簡易的な構造や機能を有し、転倒せずに移動することが可能な脚式ロボットの提供を目的とする。【解決手段】一対の脚部を動作させて移動する脚式ロボットであって、脚部に接地面との間で摩擦を発生させて移動させるための摩擦発生機構と、脚式ロボットの全重力量の８７〜１００％を相殺する浮揚力を発生する浮揚力発生手段とを備えたことを特徴とする脚式ロボットを採用する。特に、脚式ロボットは、脚部が可撓性板材と可撓性板材の上下方向に固定されて通電により収縮する形状記憶合金ワイヤとを備えたアクチュエータと可撓性板材の下部に接続された足部とを備え、全高Ｘに対する脚部の高さＹの比率（Ｙ／Ｘ）が０．４０〜０．５６であり、形状記憶合金ワイヤの収縮と復元により足部の振り上げと振り下げを繰り返して脚式ロボットの重心を任意の方向に移動させて２脚歩行させることで、安定した歩行を行うことが出来る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の脚部を動作させて移動する脚式ロボットであって、
当該脚部に接地面との間で摩擦を発生させて移動させるための摩擦発生機構と、
当該脚式ロボットの全重力量の８７〜１００％を相殺する浮揚力を発生する浮揚力発生手段とを備えたことを特徴とする脚式ロボット。
【請求項２】
前記脚部は、可撓性板材と当該可撓性板材の上下方向に固定されて通電により収縮する形状記憶合金ワイヤとを備えたアクチュエータと、当該可撓性板材の下部に接続された足部とを備え、
全高Ｘに対する当該脚部の高さＹの比率（Ｙ／Ｘ）が０．４０〜０．５６であり、
当該形状記憶合金ワイヤの収縮と復元により、当該足部の振り上げと振り下げを繰り返して、当該脚式ロボットの重心を任意の方向に移動させて２脚歩行させる請求項１に記載の脚式ロボット。
【請求項３】
前記一対の脚部は、当該脚部間の幅Ｚに対する当該脚部の高さＹの比率（Ｙ／Ｚ）が１５〜２０である請求項１又は請求項２に記載の脚式ロボット。
【請求項４】
前記足部は、振り上がる直前に当該足部と接地面との間に働く摩擦力よりも、振り下りた直後に当該足部と接地面との間に働く摩擦力が大きくなる底面構造を有した請求項２又は請求項３のいずれかに記載の脚式ロボット。
【請求項５】
前記底面構造は、前記足部が振り下りた直後に接地する部分に曲面を備えた請求項４に記載の脚式ロボット。
【請求項６】
前記足部は、前方に開放した略釣り針状に湾曲した板ばね部材により構成されたものである請求項２〜請求項５のいずれかに記載の脚式ロボット。
【請求項７】
前記アクチュエータは、前記形状記憶合金ワイヤをＶ字型に配置したものである請求項２〜請求項６のいずれかに記載の脚式ロボット。
【請求項８】
前記アクチュエータは、前記形状記憶合金ワイヤを前記可撓性板材の上部側に取り付けたプーリを介して逆Ｖ字状に配置したものである請求項７に記載の脚式ロボット。
【請求項９】
前記アクチュエータは、前記可撓性板材の中央部付近に当該可撓性板材の縦横長さ寸法の４０〜５５％の縦横長さ寸法となる中抜きが形成された請求項７又は請求項８に記載の脚式ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、脚式ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人とコミュニケーションをとることや、人の活動を支援することを目的としたロボットの開発が注目されている。このような目的で使用されるロボットは、人の生活空間で使用するに際して、安全性や親和性を有していることが重視される。ここで、親和性を得るにあたっては、人に近い外観や動作をロボットに取り入れることが望ましい。そのような理由から、特に人の生活空間で使用されるロボットには、２脚歩行動作を行うロボットが採用されるようになってきている。
【０００３】
脚式ロボットは、人との類似性が高いだけでなく、子供や高齢者に対して新たな楽しみを創造させる等の効果を及ぼすことが出来る。しかしながら、これまでの脚式ロボットは、障害物に接触するとバランスを崩して転倒しやすく、硬い構造に覆われているため、物理的な面で安全性に欠けるという問題がある。以上のことから、特に人の生活空間で使用する脚式ロボットには、障害物の存在があったとしても、転倒せずに安定した歩行が可能であるものが望まれていた。
【０００４】
例えば、特許文献１には、人の活動の支援が可能で、安定した歩行が可能な２足歩行ロボットについて開示されている。特許文献１に係る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り、ジャイロセンサーによる検知結果に基づいて各関節の回動を制御すると共に、装着される推進機により状況に応じて当該ロボットに浮揚力を付与することで、転倒することなく歩行することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２９７５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に係る２足歩行ロボットは、ダクテッドファン等を含む複雑な構造の推進機を備えるために重くなり、人と生活環境を共有する上において安全性を確実に確保することが出来ない。また、特許文献１に係る２足歩行ロボットは、基礎をなす構造が重く複雑であり人に心理的な圧迫感や不安を与えてしまうため、人の生活空間で用いるには適さない。更に、特許文献１に係る２足歩行ロボットは、機械的な動作が複雑であり、単純なマニュアルに基づいて誰もが簡単に操作出来るものでもない。人の生活空間で用いるロボットは、老若男女を問わず全てのユーザーが当該ロボットの操作対象となるため、誰でも簡単に扱えることの出来る簡易的な構造や機能を有したものであることが望ましい。
【０００７】
以上のことから、本件発明は、安全性及び親和性を有すると共に簡易的な構造や機能を有し、転倒せずに移動することが可能な脚式ロボットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明者等は、鋭意研究を行った結果、脚式ロボットの構造について所定の条件を満たすことで、上述した課題を解決するに到った。以下、本件発明に関して説明する。
【０００９】
本件発明に係る脚式ロボットは、一対の脚部を動作させて移動する脚式ロボットであって、当該脚部に接地面との間で摩擦を発生させて移動させるための摩擦発生機構と、当該脚式ロボットの全重力量の８７〜１００％を相殺する浮揚力を発生する浮揚力発生手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
本件発明に係る脚式ロボットにおいて、前記脚部は、可撓性板材と当該可撓性板材の上下方向に固定されて通電により収縮する形状記憶合金ワイヤとを備えたアクチュエータと、当該可撓性板材の下部に接続された足部とを備え、全高Ｘに対する当該脚部の高さＹの比率（Ｙ／Ｘ）が０．４０〜０．５６であり、当該形状記憶合金ワイヤの収縮と復元により、当該足部の振り上げと振り下げを繰り返して、当該脚式ロボットの重心を任意の方向に移動させて２脚歩行させることが好ましい。
【００１１】
本件発明に係る脚式ロボットにおいて、前記一対の脚部は、当該脚部間の幅Ｚに対する当該脚部の高さＹの比率（Ｙ／Ｚ）が１５〜２０であることが好ましい。
【００１２】
本件発明に係る脚式ロボットにおいて、前記足部は、振り上がる直前に当該足部と接地面との間に働く摩擦力よりも、振り下りた直後に当該足部と接地面との間に働く摩擦力が大きくなる底面構造を有したことが好ましい。
【００１３】
本件発明に係る脚式ロボットにおいて、前記底面構造は、前記足部が振り下りた直後に接地する部分に曲面を備えたことが好ましい。
【００１４】
本件発明に係る脚式ロボットにおいて、前記足部は、前方に開放した略釣り針状に湾曲した板ばね部材により構成されたものであることが好ましい。
【００１５】
本件発明に係る脚式ロボットにおいて、前記アクチュエータは、前記形状記憶合金ワイヤをＶ字型に配置したものであることが好ましい。
【００１６】
本件発明に係る脚式ロボットにおいて、前記アクチュエータは、前記形状記憶合金ワイヤを前記可撓性板材の上部側に取り付けたプーリを介して逆Ｖ字状に配置したものであることが好ましい。
【００１７】
本件発明に係る脚式ロボットにおいて、前記アクチュエータは、前記可撓性板材の中央部付近に当該可撓性板材の縦横長さ寸法の４０〜５５％の縦横長さ寸法となる中抜きが形成されたことが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本件発明に係る脚式ロボットは、自身に浮揚力を付与することの可能な浮揚力発生手段を備えることで、障害物の存在する領域においても転倒せずに移動することが出来る。また、当該脚式ロボットは、人と同様に２脚を交互に繰り出して歩行を行うことで人に親近感を抱かせることが出来る。そして、当該脚式ロボットは、簡易な構造であるため、特別な設備が不要であり、製造コストを極めて安価にすることが出来る。更に、当該脚式ロボットは、簡易な機能を有し、単純なマニュアルに基づいて誰でも簡単に取り扱うことが出来るため、老若男女を問わず全てのユーザーに好適に提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本件発明に係る脚式ロボットの一実施形態を示した斜視図である。
【図２】本件発明に係る脚式ロボットの一実施形態を示した正面図である。
【図３】本件発明のアクチュエータの一実施形態を示した図である。
【図４】本件発明の脚部の一実施形態を示した側面図である。
【図５】本件発明に係る脚式ロボットの脚部の動きを説明する側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本件発明に係る脚式ロボットの一実施形態について図を用いて説明する。
【００２１】
〔本件発明に係る脚式ロボット〕
本件発明に係る脚式ロボット１は、一対の脚部５、５を備え、この一対の脚部５、５を動作させて移動する形態のロボットである。また、本件発明に係る脚式ロボット１は、当該脚部５、５に接地面５０との間で摩擦を発生させて移動させるための摩擦発生機構（例えば、図４に示すＲ）と、自身にかかる重力の影響を軽減して転倒を防止するために、浮揚力発生手段２とを備えたものである。以下に、本件発明に係る脚式ロボット１を構成するこれら脚部５、摩擦発生機構、及び浮揚力発生手段２について説明をする。
【００２２】
（１）脚部
本件発明の脚部５は、本件発明に係る脚式ロボット１に推進力を付与するために用いられる。脚部５を動作させるには、従来公知のアクチュエータ（ＤＣモータ、ステッピングモータ等）を用いることが出来る。但し、脚式ロボット１について、構造の簡素化及び軽量化を図るには、板状、棒状、ワイヤ状等の形状記憶合金材を構成に含み、通電加熱によりこの形状記憶合金材を変形させて脚部５を振り上げ動作する機構を備えたアクチュエータを用いるのが好ましい。特に、ワイヤ状等の形状記憶合金材を構成に含んだアクチュエータを用いることで、脚式ロボット１に対してより大きな推進力を付与することができ、好ましい。形状記憶合金は、ワイヤ状とすることで安定した変形量を確保することができ、変形量のコントロールを行うことも容易となる。
【００２３】
形状記憶合金は通電加熱によって変形させることができ、例えば当該形状記憶合金がワイヤ状である場合には、図３に示す如く、形状記憶合金ワイヤ９の両端部を通電装置Ｓに接続し、当該通電装置Ｓを制御して通電を行うことで変形させることが出来る。形状記憶合金は、常温時に自由な状態（延伸状態）に延び変形し、加熱されると形状記憶の全長に戻ろうとする形状回復力を発生して収縮するものである。本件発明に係る脚式ロボット１は、形状記憶合金のこのような性質を利用して、形状記憶合金ワイヤ９への通電を行い加熱した場合に脚部５を振り上げて、形状記憶合金ワイヤ９への通電を停止して加熱を止めた場合に脚部５を振り下げる動作を行う。なお、形状記憶合金ワイヤ９の通電加熱は、例えば形状記憶合金ワイヤ９の両端部を電源（バッテリ）４０に通電リード線１４を介して接続した状態で通電させることで行うことが出来る。
【００２４】
また、本件発明の形状記憶合金ワイヤ９は、制御基板３０を介してバッテリ４０と電気的に接続させても良い。この制御基板３０は、外部からの無線によってアクチュエータ６に対する制御信号を受信する受信部を備え、当該制御信号に基づきバッテリ４０から供給される電力をアクチュエータ６へ通電するのを制御する構成としても良い。本件発明に係る脚式ロボット１は、このような構成とすることで、例えばＰＣやスマートフォン等の外部装置（不図示）を用いて当該脚式ロボット１を遠隔操作することが可能となる。
【００２５】
ここで、上述した外部装置は、単純なオン−オフ制御を採用することができ、例えばスマートフォンの画面上に表示される歩行動作指示ボタンをタップしたときに、一対の脚部５、５に対応してそれぞれ設けられる制御基板３０、３０に制御信号を無線送信して、脚部５、５の振り上げ動作を行うようにさせて、脚式ロボット１に回転やダンス等の動作をさせることが出来る。また、本件発明に係る脚式ロボット１は、制御基板３０に音声認識手段を備えても良く、この場合には音声により当該脚式ロボット１を遠隔操作することも出来る。そして、本件発明に係る脚式ロボット１は、外部からの遠隔操作のみならず、制御基板３０に予め移動経路をプログラムしておき、ユーザーが設定した経路を移動させる構成としても良い。更に、本件発明に係る脚式ロボット１は、遠隔操作によりジャンプさせたり、センサ等による検知により障害物を飛び越えるようにすることも可能である。
【００２６】
また、本件発明の脚部５において、上述したアクチュエータ６は、可撓性板材７とこの可撓性板材７の上下方向に固定される形状記憶合金ワイヤ９とを備えた構成のものを用いることが好ましい。このアクチュエータ６は、通電加熱により形状記憶合金ワイヤ９を収縮させて可撓性板材７の下端部が進行方向に向くように湾曲させる機構を備えたものである。当該可撓性板材７は、その材質に関して特に限定されないが、ヤング率が０．２〜０．６ＧＰａの比較的軟らかな塩化ビニール製やグラフェン製等を採用することで、脚部５の振り上げ量を大きくして歩行速度を維持、向上させることができ、好ましい。このように、形状記憶合金ワイヤ９と可撓性板材７とを備えてなるアクチュエータ６は、従来公知のＤＣモータやステッピングモータ等に比べて構造の簡素化が図られ、脚式ロボット１の小型化及び軽量化をも実現することが出来る。
【００２７】
上述したように、本件発明のアクチュエータ６は、形状記憶合金ワイヤ９を備えたものが好ましいが、このときに形状記憶合金ワイヤ９をＶ字型に配置することがより好ましい。本件発明のアクチュエータ６は、可撓性板材７の上下方向にＶ字状又は逆Ｖ字状に配置することで、一脚一駆動で大きな変位量を得ることができ、脚式ロボット１をより高速で移動させることが可能となる。特に、本件発明のアクチュエータ６は、図２等に示す如く、形状記憶合金ワイヤ９を可撓性板材７の上部側に取り付けたプーリ１０を介して逆Ｖ字状に配置することで、可撓性板材７の下端部が真っ直ぐ進行方向に向くように撓ませることができ、脚式ロボット１の直進安定性を向上させることが出来る。ここで、本件発明のアクチュエータ６は、Ｖ字状を構成単位とし、複数並列して構成しても良く、例えばＷ字状に配置しても良い。
【００２８】
また、本件発明のアクチュエータ６は、可撓性板材７に中抜き８を形成したものが脚部５の軽量化を図る上で好ましく、この中抜き８の形状及び数量は適宜変更可能である。特に、本件発明のアクチュエータ６は、可撓性板材７の中央部付近に可撓性板材７の縦横長さ寸法の４０〜５５％の縦横長さ寸法となる中抜き８が形成されたことがより好ましい。本件発明のアクチュエータ６は、このような寸法の中抜き８が形成されることで、より容易に可撓性板材７を撓ませることが可能となり、脚式ロボット１の移動がよりスムーズ且つ高速で行えるようになる。
【００２９】
そして、本件発明の脚部５は、上述したアクチュエータ６の下部に接続される足部１５を更に備え、当該アクチュエータ６の変形と復元により、当該足部１５の振り上げと振り下げを繰り返して、脚式ロボット１の重心を任意の方向に移動させて脚式ロボット１を２脚歩行させる構造であることが好ましい。本件発明の足部１５は、アクチュエータ６が可撓性板材７と形状記憶合金ワイヤ９とを備えた構成である場合、当該可撓性板材７の下部に接続されることで、通電加熱により形状記憶合金ワイヤ９が収縮したときの可撓性板材７が撓む作用によって進行方向に振り上がる。
【００３０】
上述した本件発明の足部１５は、進行方向に開放した略釣り針状に湾曲した板ばね部材により形成したものであることがより好ましい。本件発明に係る脚式ロボット１は、図１等に示す如く、足部１５を進行方向に開放した略釣り針状に湾曲した板ばね部材により形成することで、足部１５に大きな反発力を蓄えて脚部５の可動域を大きくして、より推進力を高めることが出来る。本件発明に係る脚式ロボット１は、足部１５をこのような構造とすることで、脚部５の構造の簡素化を実現することが出来る。ここで、本件発明の足部１５は、略釣り針状に湾曲した形状にするにあたって、軽量で且つ加工が容易な、例えばポリスチレンペーパーの薄板を好適に用いることが出来る。
【００３１】
そして、本件発明に係る脚式ロボット１は、上述した脚部５を備えたときに、全高Ｘに対する当該脚部５の高さＹの比率（Ｙ／Ｘ）を０．４０〜０．５６とすることで安定して歩行動作を行うことができ、好ましい。ここで、当該脚式ロボット１は、全高Ｘに対する当該脚部５の高さＹの比率（Ｙ／Ｘ）が０．４０未満の場合、脚部５の高さが低すぎて、十分な推進力が得られず、安定した歩行を行うことが出来ない。一方、当該脚式ロボット１は、全高Ｘに対する当該脚部５の高さＹの比率（Ｙ／Ｘ）が０．５６を超える場合、脚部５の高さが高すぎて、脚部５の振り上げと振り下げとをテンポ良く繰り返すことが困難になると共に、片方の脚部５が地面から浮いた状態時に自身の重心を任意の方向に移動させることが困難となり、安定した歩行を行うことが出来ない。
【００３２】
また、本件発明に係る脚式ロボット１において、上述した一対の脚部５、５は、当該脚部５、５間の幅Ｚに対する当該脚部５の高さＹの比率（Ｙ／Ｚ）が１５〜２０であることも好ましい。脚式ロボット１の推進力を高めて安定した歩行を行う方法としては、本件発明の脚部５において、一対の脚部５、５間の幅Ｚに対する脚部５の高さＹの比率（Ｙ／Ｚ）を上述した条件とすることも有効である。この条件を満たすように脚部５を形成することで、脚式ロボット１の重心移動がよりスムーズに行われて推進力の向上を図ると共に安定した歩行を行うことが出来る。
【００３３】
（２）摩擦発生機構
本件発明の摩擦発生機構は、脚部５と接地面５０との間に摩擦を発生させて脚式ロボット１移動させるために用いられる。この摩擦発生機構は、本件発明の脚部５が、振り上がる直前に当該脚部５と接地面５０との間に働く摩擦力よりも、振り下りた直後に当該脚部５と接地面５０との間に働く摩擦力が大きくなる底面構造を有したものとすることが出来る。例えば、本件発明に係る脚式ロボット１が上述した足部１５を備えた場合には、当該足部１５が振り下りた直後に接地する部分にゴム製のグリップを取り付けたり、当該足部１５の底面にパイル織物地を張り付ける等の構造を採用することが出来る。本件発明に係る脚式ロボット１は、このような摩擦発生機構を備えることで、脚式ロボット１の重心移動がスムーズに行われるようになり、より大きな推進力を脚式ロボット１に付与することが可能となる。
【００３４】
また、本件発明の摩擦発生機構は、上述した足部１５に備わる底面構造において、当該足部１５が振り下りた直後に接地する部分に曲面Ｒを備えたものとすることも好ましい。足部１５は、このような底面構造を備えることで、平面のみからなる底面構造としたものよりも接地面積を安定的に確保でき、脚部５が振り上がる直前の足部１５と接地面５０との間に生じる摩擦力よりも、脚部５が振り下りた直後の足部１５と接地面５０との間に生じる摩擦力を大きくすることが出来る。その結果、本件発明の足部１５は、振り下りた直後に接地する部分にゴム製のグリップ等を取り付けなくとも脚式ロボット１の推進力を効果的に高めることが可能となり、軽量化を図ることが出来る。仮に、脚式ロボット１を前進移動させる場合において、足部１５が振り下りた直後に接地する部分（足部１５底面における脚式ロボット１の重心位置よりも後方部分）に曲面Ｒが備わっていない場合には、足部１５を振り上げたときにゼロモーメントポイント（ＺＭＰ）の移動量が大きくなりやすく、脚式ロボット１がバランスを崩して倒れる恐れがある。従ってこの場合、足部１５底面に備える曲面Ｒの位置は、脚式ロボット１の重心位置よりも後方に配置されることが好ましい。本件発明に係る脚式ロボット１は、足部１５の底面構造が上述した条件を満たすことで、歩行時において足部１５の底における荷重移動を円滑に行うことができ、歩行をスムーズに行うことが出来る。
【００３５】
更に、本件発明の足部１５は、図４に示す如く、重し１６を取り付けて脚式ロボット１に付与する浮揚力を調整することで、当該脚式ロボット１の推進力の向上を図ることも出来る。これは、本件発明に係る脚式ロボット１において、浮揚力発生手段２により発生する浮揚力が大き過ぎると、足部１５と接地面５０との摩擦を十分に得ることが出来なくなると共に重心移動が出来なくなる傾向が生じるためである。このときに、足部１５の所定の位置にボルト１７を取り付け、重し１６をナット状の形態として、当該ボルト１７に取り付ける当該重し１６の数量を調整可能な構造とすることで、浮揚力発生手段２が発生する浮揚力の経年変化等に対して適宜対応することが出来る。
【００３６】
（３）浮揚力発生手段
本件発明の浮揚力発生手段２は、脚式ロボット１にかかる重力の影響を軽減するために用いられる。本件発明に係る脚式ロボット１は、自身にかかる重力と同等か又は自身にかかる重力よりも僅かに小さい浮揚力を浮揚力発生手段２が付与することにより、起立した状態を保ちながら安定して歩行することが可能となる。具体的には、本件発明の浮揚力発生手段２は、少なくとも脚式ロボット１の歩行中に、当該脚式ロボット１の全重力量Ｍｇの８７〜１００％を相殺する浮揚力Ｆを発生することが好ましい。ここで、本件発明に係る脚式ロボット１の歩行中において、当該浮揚力発生手段２が発生する浮揚力Ｆが当該脚式ロボット１の全重力量Ｍｇの８７％未満である場合には、当該脚式ロボット１が歩行中にバランスを崩して転倒しやすくなる。一方、本件発明に係る脚式ロボット１の歩行中において、当該浮揚力発生手段２が発生する浮揚力Ｆが当該脚式ロボットの全重力量Ｍｇの１００％を超える場合には、脚部５と接地面５０との間に当該脚式ロボットを移動させるのに十分な摩擦が生じなくなるため歩行が困難となる。
【００３７】
本件発明の浮揚力発生手段２としては、例えば脚式ロボット１の使用環境（地上、水中等）において、浮揚力を有する素材が内部に収容された袋体等の容器やプロペラ等の回転体を用いることが出来る。特に、当該袋体は、プロペラ等の回転体による揚力を利用したものよりも構造の単純化及び軽量化を図ることが出来る。当該袋体の材質としては、特に限定されないが、例えばグラフェンを用いることで、軽量化及び耐久性の向上が図られ、当該袋体に上述した素材としてガスを収容しても長期間に亘り抜けることがない。ここで、脚式ロボット１を地上で用いる場合には、本件発明の浮揚力発生手段２として、空気より比重の軽いガス（例えば、ヘリウムガス、水素ガス等）を内部に充填した容器を用いることが出来る。特に、ヘリウムガスは、人にとって安全且つ無害で身近な存在でもあるため、脚式ロボット１を人が生活する空間で使用する上で心理的な抵抗感が少なく好適に用いることが出来る。また、脚式ロボット１を水中で用いる場合には、本件発明の浮揚力発生手段２として、水より比重の軽い素材（例えば、空気、発泡スチロール等）を内部に収容した容器を用いることが出来る。
【００３８】
そして、本件発明の浮揚力発生手段２は、特に上述した袋体を採用することで、脚式ロボット１を家庭やオフィス等で用いたとしても壁や家具等に接触した際に傷を付ける恐れが生じない。更に、このときの浮揚力発生手段２は、袋体の表面に動物やアニメのキャラクター等のような親しみのある図柄を描くことで、特に女性や子供の心理的な不安や恐怖を取り除く効果を発揮することが出来る。従って、本件発明に係る脚式ロボット１は、浮揚力発生手段２に袋体を採用することで、人の生活空間でより好適に用いることが出来る。
【００３９】
また、本件発明の浮揚力発生手段２は、上述した袋体を採用した場合に、その平均アスペクト比（前後方向から見たときに、最大径をＡとし、この最大径Ａに対して垂直方向の最大径をＢとしたときの比率Ｂ／Ａと、左右方向から見たときに、最大径をＣとし、この最大径Ｃに対して垂直方向の最大径をＤとしたときの比率Ｄ／Ｃとの平均（ＢＣ＋ＡＤ）／２ＡＣ）が０．４〜１であることがより好ましい。ここで、当該袋体の平均アスペクト比が０．４未満の場合には、風の影響を受けた際に脚式ロボット１がバランスを崩しやすく、当該脚式ロボット１は、安定した歩行を行うことが困難となる。
【００４０】
ところで、本件発明に係る脚式ロボット１は、浮揚力発生手段２の浮揚力を調整する手段を別途備える構成とすることも出来る。この場合には、本件発明に係る脚式ロボット１は、浮揚力発生手段２の浮揚力Ｆを一時的に当該脚式ロボットの全重力量Ｍｇよりも大きくして、進行方向に存在する障害物を飛び越えることが出来る。
【００４１】
以上に、本件発明に係る脚式ロボット１を構成する脚部５及び浮揚力発生手段２について説明したが、本件発明に係る脚式ロボット１は、これらを接続させる連結部２０を構成に備えても良い。この連結部２０は、浮揚力発生手段２と脚部５とを着脱自在に接続する構造を備えたものであり、脚式ロボット１の持ち運びやメンテナンスを容易にすることが出来る。当該連結部２０に浮揚力発生手段２を取り付けるに際しては、例えば図１，２に示すように、連結部２０の上部に浮揚力発生手段２の下側中央を挟み込み接続するような取り付け部材２０ａを備えても良い。このときに、この取り付け部材２０ａは、浮揚力発生手段の形状に沿ってしなやかに曲がるポリスチレンペーパーの薄板を好適に用いることが出来る。また、浮揚力発生手段２と連結部２０とは、例えばボルトとナット等の締結部材を用いて接続しても良い。そして、本件発明の連結部２０に脚部５を接続するに際しても、例えば連結部２０の両側下部に脚部５の上部をボルトとナット等の締結部材を用いて接続しても良い。本件発明の連結部２０は、軽量で且つこれら浮揚力発生手段２や脚部５を繰り返し着脱するのに十分耐える材質及び構造であることが好ましく、上述した取り付け部材２０ａと同様に、例えばポリスチレンペーパーの薄板を好適に用いることが出来る。更に、本件発明の連結部２０は、図１，２に示す如く、上述した制御基板３０及びバッテリ４０を取り付ける構造としても良く、このような構造とすることで脚式ロボット１の歩行を妨げない。
【００４２】
〔本件発明に係る脚式ロボットの動作〕
以上、本件発明に係る脚式ロボット１について説明したが、次に本件発明に係る脚式ロボット１の動作の一実施形態について具体的に説明する。
【００４３】
以下の説明では、本件発明に係る脚式ロボット１の脚部５に、形状記憶合金ワイヤ９を構成に含んだアクチュエータ６を用い、当該形状記憶合金ワイヤ９の加熱によって収縮する性質を脚式ロボット１の駆動源として利用した場合を例に挙げる。この形状記憶合金ワイヤ９は、例えば図２等に示すように、可撓性板材７の進行方向に対向する面の上下方向に逆Ｖ字状に配置され、その両端部が締結部材１１（１１ａ、１１ｂ）により取り付けられる。
【００４４】
そして、本件発明の各形状記憶合金ワイヤ９、９は、例えば図２等に示すように、その一端及び他端を連結部２０に取り付けられた各制御基板３０、３０を介して同じく連結部２０に取り付けられたバッテリ４０、４０とそれぞれ電気的に接続される。ここで、制御基板３０は、外部からの無線信号によって各アクチュエータ６、６に対する制御信号を受信する受信部（不図示）を備え、当該制御信号に基づき各バッテリ４０、４０から供給される電力を各アクチュエータ６、６へ通電するのを制御する。このときに、各形状記憶合金ワイヤ９、９は、それぞれ独立して制御基板３０、３０を介してバッテリ４０、４０と電気的に接続されることで、当該各形状記憶合金ワイヤ９、９への通電が一方の通電状態に依存せず、個々に通電状態を切り替えることが可能となる。
【００４５】
上述した可撓性板材７は可撓性を有するため、常温時においては、形状記憶合金ワイヤ９を伸張させると共に、自身も伸張した形態を保持するが、当該形状記憶合金ワイヤ９が通電されて加熱して収縮すると、その収縮力が可撓性板材７において形状記憶合金ワイヤ９が取り付けられた面側（脚式ロボット１の進行方向に対向する面側）に作用する。その結果、図５に示す如く、可撓性板材７が形状記憶合金ワイヤ９が配置されていない面側（脚式ロボット１の進行方向とは逆側）を凸として円弧状に湾曲して、図５に示す矢印方向に足部１５が接地している接地面５０から振り上がる。そして、通電が停止され、形状記憶合金ワイヤ９が冷却されると、この形状記憶合金ワイヤ９の収縮状態が解除されるため、可撓性板材７は、弾性復帰力によって元の伸長した状態に戻る。
【００４６】
本件発明の脚式ロボット１では、このような形状記憶合金ワイヤ９の形状回復力を利用したアクチュエータ６を、脚部５を動作させるための駆動源として採用し、形状記憶合金ワイヤ９に対する通電制御が行われることにより、当該アクチュエータ６の湾曲動作とその解除とが切り替えられる。すなわち、本件発明に係る脚式ロボット１は、一対の脚部５、５に配置される形状記憶合金ワイヤ９、９に対して、それぞれ通電加熱させるための電圧がタイミングをずらして印加されることで、形状記憶合金ワイヤ９の収縮による可撓性板材７の撓みと、形状記憶合金ワイヤ９の伸展による可撓性板材７の復元とが交互に行われる。その結果、本件発明に係る脚式ロボット１は、左右の脚部５，５を交互に繰り出して歩行する動作を得て移動することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本件発明に係る脚式ロボットは、人に危害を加えない構造及び機能を有し、単純なマニュアルに基づいて誰もが簡単に取り扱うことが出来るものである。また、本件発明に係る脚式ロボットは、浮揚力発生手段を構成に備えることで、バランスを崩して転倒することがなく、移動する際のエネルギー消費を低く抑えることが出来る。そして、本件発明に係る脚式ロボットは、簡易な構造で低価格化を実現でき、不要な時には畳んで収容することも可能であるため使用場所で組み立てて使用することが出来る。従って、本件発明に係る脚式ロボットは、使用用途や使用環境に合わせてロボットを改良することができ、災害現場等の人の立ち入ることが困難な狭地や危険な場所でも好適に用いられ、人の活動を支援する等の様々な目的に好適に採用することが出来る。
【００４８】
また、本件発明に係る脚式ロボットは、浮揚力発生手段にバルーンを用いることで、軽量化を実現でき、また人や物を傷つける恐れがない。更に、浮揚力発生手段にバルーンを用いた場合には、浮揚力発生手段の形状等を使用者の趣味嗜好に合わせて変更することができ、顔や腕を付けてより人に近い形態とすることで幼児に対しても恐怖心を抱かせないようにすることが出来る。そのため、本件発明に係る脚式ロボットは、浮揚力発生手段にバルーンを用いることで、近年の女性の社会進出や核家族化に伴う待機児童や保育士不足の問題等にも対応することが出来る。
【符号の説明】
【００４９】
１      脚式ロボット
２      浮揚力発生手段
５      脚部
６      アクチュエータ
７      可撓性板材
８      中抜き（可撓性板材）
９      形状記憶合金ワイヤ
１０    プーリ
１１    締結部材
１１ａ  締結部材（脚部内側）
１１ｂ  締結部材（脚部外側）
１４    通電リード線
１５    足部
１６    重し
１７    ボルト
２０    連結部
２０ａ  取り付け部材
３０    制御基板
４０    電源（バッテリ）
５０    接地面
Ｆ      浮揚力
Ｍｇ    全重力（脚式ロボット）
Ｒ      曲面（足部の底）
Ｓ      通電装置
Ｘ      全高（脚式ロボット）
Ｙ      脚部の高さ
Ｚ      脚部間の幅
【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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