(57)【要約】      （修正有）【課題】２足歩行ロボットにおいて、ヒトの２足歩行運動の様に、より自然な歩行姿勢を実現するための構造と重心移動方法を提供する。【解決手段】腰部４と両脚から成る下肢と、腰部を軸に傾斜可能な腹部３と、頭部６及び可動可能な両腕が接続され、腹部を軸に回転可能な構造の胸部から成る上体から構成され、胸部筐体内に独立して上下左右に可動可能なバランサー４２と称する駆動用バッテリー及びスタビライザー４３と称する重心移動用補助錘を搭載し、各可動部はアクチュエーター８により可動であり、頭部に擁する３軸加速度センサー２２により腰部を絶対水平に保ち、前後の重心移動は上体の前傾動作もしくは後傾動作、もしくはスタビライザーの胸部２筐体内での位置移動もしくは両脚の足関節部動作により行い、また左右の重心移動は腹部を軸とする胸部の回転動作と、バランサーとスタビライザーの複合動作により行う２足歩行ロボット。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
腰部と両脚から成る下肢と、前記腰部の上側に位置し進行方向に対し前記腰部を軸に前後に傾斜可能な構造を有する腹部と、左右に回転可能な構造を持つ頭部及び胸部に対し前後動作及び外転可能な両腕部が接続され、前記腹部を軸に任意にトルクコントローラーを介し左右に回転可能な構造を有する胸部から成る上体から構成され、前記胸部筐体内に、バランサーと称する駆動用バッテリーを搭載でき前記胸部筐体内で独立して左右に可動可能な構造と、スタビライザーと称する重心移動用補助錘を搭載でき前記胸部筐体内で独立して上下左右に可動可能な構造を有し、前記各可動部は任意にトルクコントローラーを介しアクチュエーターにより可動可能であり、前記頭部と腰部に３軸加速度センサーを有することにより、頭部の位置移動量より腰部を絶対水平に保ち、また前後の重心移動は上体の前傾動作もしくは後傾動作もしくはスタビライザーの胸部筐体内での位置移動もしくは前記両脚の足関節部を能動的に動かすことにより行い、また左右の重心移動は腹部を軸とする胸部の左右方向への回転動作もしくは腹部を軸とする胸部の左右方向への回転動作とバランサー及びスタビライザーの胸部筐体内での独立位置移動により、起立もしくは前記各部分と下肢の複合運動による２足歩行移動を行うことを特徴とする重心移動方法により２足歩行を行うことを特徴とする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２足歩行ロボットに関し、さらに詳しくは、２足歩行ロボットの重心移動装置構造と重心移動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２足歩行ロボットに関しては、その構造から制御方法に至って、既に様々な研究が行われ実用レベルで使用されている。
【０００３】
自立２足歩行型ロボットの進歩は目覚しく、完全に、自立及び独立したヒトとしての存在感を与えるレベルのものまで完成されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
【０００４】
２足歩行動作において、前述の画像認識技術や各種センサー技術に並ぶ最重要な制御技術の一つとして、歩行時におけるロボット自体の重心移動制御技術が挙げられる。
【０００５】
ヒトは無意識のうちに、起立状態と歩行状態でのバランスの変化を、逐一気にすることは極めて少ないと考えるが、いざ、２足歩行ロボットを考えるとき、前記起立状態と片脚が地面から浮いた状態では、ロボットの重心自体が移動してしまうので、無制御ではそのまま転倒してしまう。
【０００６】
２足歩行時のロボット自体のバランスを制御する方法は、２足歩行時の重心変移が吸収できるような、脚の地面との接触部分を体幅方向に、左右対称に極力延長させた構造がとられていることが多い（例えば、特許文献３参照。）。
【０００７】
これにより、片脚が地面から浮いた状態でも、ロボットの重量が、起立状態に限りなく近い状態で、体幅方向全体にかかるようになり、特に片脚を挙げることによるバランスの配分を考えることなく、あくまで転倒しにくい構造にすることで、解決できるからである。
【０００８】
ただし、脚の形状が特徴的なため、２足歩行を行うヒトとして形容し難い場合も生じる。
【０００９】
これに対し脚部の形を極力ヒトの脚型に近づけたロボットも研究されている。
【００１０】
この場合、片脚が地面から浮いたとき、着地側の脚のみではロボットの自重によるバランスを保つことが出来ず、浮いている脚側に転倒してしまう。
【００１１】
これを回避するために、主にロボット上体部を用いた重心移動制御が必要となってくる。
【００１２】
例えば、上体の片側への積極的な傾斜による重心移動による歩行形態を採るロボットである（例えば、特許文献４参照。）。
【００１３】
この場合、２足歩行時の、地面から浮いている脚側へかかる重量配分を、上体は正面を向いたまま逆側にひねることで、設置脚側に重心を移動させて、バランスを保っている例である。
【００１４】
ヒトの２足歩行時は、片側に相当の重いものを持たない限り、必ずしも先述のような姿勢にはならないので、この実施例も、自然なヒトの２足歩行として形容し難い場合がある。
【００１５】
また、重量のある上体部を接地脚側方向に傾けることにより、先の例と同じ要領でバランスを保っている例である（例えば、特許文献５参照。）。
【００１６】
この実施例によれば、構造的に、地面から浮いているほうの脚が必然的に外反する構造になっているので、この実施例についても、自然なヒトの２足歩行として形容し難い場合がある。
【００１７】
また、ロボットの頭部から接地側の脚全体を一直線の倒立振り子としてとらえることにより、２足歩行時のバランスを保つことを実現している例もある（例えば、特許文献６及び特許文献７参照。）。
【００１８】
この場合、ロボットの頭部から脚先までが、一直線の振り子状に左右に振れながら歩行前進することになり、この実施例も、自然なヒトの２足歩行として形容し難い場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】国際公開番号  ＷＯ２００２／０４０２２９  公報
【特許文献２】国際公開番号  ＷＯ２００２／０２８６０２  公報
【特許文献３】特開２００３−３８８６１（Ｐ２００３−３８８６１Ａ）  公報（図１、図５）
【特許文献４】特開２００８−１１４３６１  公報（図３）
【特許文献５】特開２００３−１９３６３（Ｐ２００３−１９３６３Ａ）  公報（図２）
【特許文献６】特開２００１−１２９７７５（Ｐ２００１−１２９７７５Ａ）  公報
【特許文献７】特開２００６−１４２４６５  公報
【特許文献８】特開２００７−０６１９５４  公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、特にロボットの２足歩行時の姿勢に注目し、先述の従来の２足歩行ロボットよりも、より自然なヒトの２足歩行動作を実現させるものであり、その第１の目的とするところは、ロボットの２足歩行動作時の外見がヒトのそれに近い重心移動を行うことが可能な重心移動装置を有するロボットを提供することである。また本発明の第２の目的とするところは、前記重心移動装置を有するロボットの２足歩行時の重心移動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するために成された発明の２足歩行ロボットは、腰部と両脚から成る下肢と、前記腰部の上側に位置し進行方向に対し前記腰部を軸に前後に傾斜可能な構造を有する腹部と、左右に回転可能な構造を持つ頭部及び胸部に対し前後動作及び外転可能な両腕部が接続され、前記腹部を軸に任意にトルクコントローラーを介し左右に回転可能な構造を有する胸部から成る上体から構成され、前記胸部筐体内に、バランサーと称する駆動用バッテリーを搭載でき前記胸部筐体内で独立して左右に可動可能な構造と、スタビライザーと称する重心移動用補助錘を搭載でき前記胸部筐体内で独立して上下左右に可動可能な構造を有し、前記各可動部は任意にトルクコントローラーを介しアクチュエーターにより可動可能であり、前記頭部と腰部に３軸加速度センサーを有することにより、頭部の位置移動量より腰部を絶対水平に保ち、また前後の重心移動は上体の前傾動作もしくは後傾動作もしくはスタビライザーの胸部筐体内での位置移動もしくは前記両脚の足関節部を能動的に動かすことにより行い、また左右の重心移動は腹部を軸とする胸部の左右方向への回転動作もしくは腹部を軸とする胸部の左右方向への回転動作とバランサー及びスタビライザーの胸部筐体内での独立位置移動により、起立もしくは前記各部分と下肢の複合運動による２足歩行移動を行うことを特徴とする重心移動方法により２足歩行を行うことを特徴としている。
【００２２】
下肢は、ヒトの関節のように、ヒトの股関節、膝関節及び脚関節に相当する部分にアクチュエーターによる可動部を有し、腰部には３軸加速度センサーが設置される。
【００２３】
特に前記股関節及び脚関節に使用するアクチュエーターは、トルクを検知しモーターにフィードバックする機能を有することが、より迅速で自然なヒトの脚動作の実現に必須となる。
【００２４】
前記下肢の上方には、３軸加速度センサーが設置された頭部と、ヒトの肩関節に相当する部分に設置されたアクチュエーターにより胸部に対し前後と外側に可動可能な両腕が接続された胸部と、胸部の下部に設置された腹部により構成された上体が設置される。
【００２５】
特に前記腹部と胸部間に使用するアクチュエーターは、トルクを検知しモーターにフィードバックする機能を有することが、より迅速で自然なヒトの脚動作の実現に必須となる。
【００２６】
起立時において、腰部、腹部及び胸部の重心を通り両脚軸に平行で絶対水平面に対し垂直な直線をそれぞれ、腰部の軸、腹部の軸、胸部の軸と呼ぶこととする。
【００２７】
前記腰部、腹部及び胸部の重心が異なる場合は、腰部の軸、腹部の軸、胸部の軸は一致しない。
【００２８】
前記腹部は、アクチュエーターにより腰部との接続部分に対して前後に傾斜可能な可動構造を持ち、さらに前記胸部は、アクチュエーターにより、腹部との接続部分を中心として、腹部水平成分進行方向に対し左右に回転可動な構造を有する。
【００２９】
胸部には、バランサーと称するロボット重量全体に占める割合の大きな駆動用バッテリーと、スタビライザーと称するロボット重量全体に占める割合の比較的大きな錘が、胸部筐体内に設置されたアクチュエーターに搭載されている。
【００３０】
また、前記バランサーは、胸部筐体内において、胸部の軸に設置されたアクチュエーターの可動部分を中心に、もしくは胸部の軸を通る胸部筐体内の中心線上の任意の位置に設置されたアクチュエーターの可動部分を中心に、左右方向に可動可能である。
【００３１】
また、前記スタビライザーは、胸部筐体内において、胸部の軸に設置されたアクチュエーターの可動部分を中心に、もしくは胸部の軸を通る胸部筐体内の中心線上の任意の位置に設置されたアクチュエーターの可動部分を中心に、上下左右方向に可動可能である。
【００３２】
スタビライザーの重量は、ロボットの仕様、構成、２足歩行運動様式及びバランサーの重量から、起立及び２足歩行に適した重さに設定される。
【００３３】
特に必要に迫られない限り、スタビライザーの重量はバランサーと同等かそれ以下に設定することより、ロボット全体の重量を最小限に抑えることが出来る。
【００３４】
前述したバランサー及びスタビライザーにより、外観を変化させることなく、ロボットの重心移動を行う構造にすることにより、より自然なヒトの２足歩行運動に近い２足歩行ロボットを実現することが出来る。
【００３５】
２足歩行時において、単に片脚を地面から浮かせた状態では、前述のように、重心位置の変化からロボットが即座にバランスを崩して転倒しやすい状態となる。
【００３６】
そこで、２足歩行時の重心移動を、前述した、両脚の各関節を一部にはトルクコントローラーを擁したアクチュエーターにより可動可能な構造にすることと、腹部を腰部の軸に対してアクチュエーターにより前後傾斜させ位置移動可能な構造にすることと、胸部を腹部との接続部分を中心に任意にトルクコントローラーを有するアクチュエーターにより左右回転可能な構造にすることと、胸部筐体内の胸部の軸、もしくは胸部の軸を通る胸部筐体内の中心線に対して前記バランサー及びスタビライザーの位置をアクチュエーターにより移動可能な構造にし、ロボットの全体重量に占める割合の高い重量物の位置移動をアクチュエーターにより能動的に行うことで、ロボットの重心移動を行う。
【００３７】
２足歩行は、腰部に設置された３軸加速度センサーにより、ロボットの腰部の軸を地面の絶対水平面に対して垂直に保持するように行う。
【００３８】
例えば階段や坂道の昇降時、凹凸箇所の歩行時及びしゃがむ動作時に明確であるが、腰部を絶対水平に維持することにより、よりヒトの２足歩行動作に似た２足歩行運動形態を実現出来る。
【００３９】
ロボットの起立及び２足歩行を行うための重心移動制御は、頭部に設置された３軸加速度センサーで検出される位置変移量により行う。
【００４０】
これは、ロボットの重心軸を含んでいる頭部、胸部、腹部及び腰部のうち、起立及び２足歩行時において、腰部の軸の延長線と地面との交点に対し、頭部が最も変移量の大きな箇所であり、特に２足歩行時に常時変化する位置移動量の検出と制御を行う際、加速度センサーによる同一時間での位置変移検出が最大量得られる利点があるためである。
【００４１】
すなわち、両脚の動作による２足歩行時に、腰部の軸が常に地面の絶対水平面に対し垂直を保持するように姿勢制御を行う構造を持ち、頭部と両腕が接続された胸部と腹部を、腰部に対して任意に回転及び前後移動可能なロボット構造にすることにより、より自然なヒトの２足歩行動作を実現させることができる。
【００４２】
前述した通り、本発明の構造と重心移動構造を有するロボットを、本発明である重心移動方法により制御することで、よりヒトの２足歩行運動に近い歩行運動が実現できることを、以下に記す。
【００４３】
起立時には、両脚は、腰部及び上体の重量を支える強度が必要なのは自明である。
【００４４】
このときの起立とは、ロボットの両脚と、前述した腰部の軸、腹部の軸及び脚部の軸が、全て前述の腰の軸に対して平行もしくは一致する状態、すなわち脚の各関節が伸びきった基準起立状態で、腰部、腹部、胸部及び胸部筐体内のバランサーとスタビライザーを移動させるアクチュエーターの位置が胸部の軸もしくは胸部の軸を含む中心線上にある基準状態であることをいう。
【００４５】
これは、ロボットの重心に対して、ロボットの進行方向に対し前後と左右方向各々についての力のモーメントが一致し、均衡が保たれている状態である。
【００４６】
前記ロボットの重心は、ロボットの脚底部の形状や、ロボット内各部の構造や構成及び重量配分により異なる。
【００４７】
本発明におけるスタビライザーは、ロボット全体重量のうち大きな割合を占める駆動用バッテリーであるバランサーによる重心移動を補助する２つの機能を有するが、それについて以下に述べる。
【００４８】
１つ目の機能は、前述した起立及び２足歩行時での、進行方向前後に対してのロボット全体の重心の確保である。
【００４９】
２足歩行運動において大きな部分を占めるのは、前進歩行時である。
【００５０】
本発明のロボット構造では、よりヒトの２足歩行運動に近づけるため、腰部の軸を常に地面の絶対水平面に対して垂直を保持する動作を行う。
【００５１】
ところが、前進歩行運動を開始するために、他方の片脚を前方に上昇させ腰部を前進させた瞬間、バランサーを設置したロボットの重心を担う上体が取り残されるため、進行方向後ろ方向に転倒する可能性が生じる。
【００５２】
これは例として、自重の半分程の重さの荷物を抱えた人が、台車に飛び乗る際に安定して乗り切れず進みだす台車に脚だけもっていかれ、荷物ごと後方に転倒する場合に類似している。
【００５３】
このため、２足歩行時の前後基準となる腰部に対して、上体の重心位置を前進させる必要があり、これは腰部との接続部分に対し、胸部が付属及び追従する腹部を前傾させる。
【００５４】
特に高速な２足歩行を頻繁に行う２足歩行ロボットでは、より迅速な重心移動が必要となるため、バランサーの位置も、胸部筐体内においてなるべく前方へ設置することが好ましい。
【００５５】
本発明では、胸部筐体内において進行方向前方にバランサーとして駆動用バッテリーを搭載するが、前述のように進行方向前向きへの迅速な２足歩行運動を主とする２足歩行ロボットの構成としては妥当であるといえる。
【００５６】
なぜなら、より自然なヒトの２足歩行動作を実現させることが目的であり、進行方向後ろ向きへの常時迅速な２足歩行運動が発生する場合は少ないからである。
【００５７】
このとき、スタビライザーを胸部筐体内で上下動させることにより、ロボットの前後方向の重心移動をより効果的に行うことも可能となる。
【００５８】
スタビライザーは、２足歩行時のロボットの重心調整を行う。
【００５９】
起立時においては、前記バランサーの重量により、ロボット全体の重心も前方に移動することになるため、スタビライザーの存在はロボットの起立時における安定した重心の確保に寄与する。
【００６０】
前述した説明内容が、スタビライザーの１つ目の機能である。
【００６１】
次にスタビライザーの２つ目の機能を説明する。
【００６２】
２つ目の機能は、前述した起立及び２足歩行時での、進行方向左右に対しての重心の確保についての役割である。
【００６３】
２足歩行時の片脚が浮いた状態において、従来の技術のようにロボット全体もしくは上体を一方向に傾けることなく、よりヒトの２足歩行状態に近づけるために、胸部筐体内に設置されたバランサーを含む胸部を、腰部や腹部に対して回転させるか、前記バランサーを胸部筐体内で移動させるが、スタビライザーも同方向に移動させることにより、バランサーによる重心移動効率を向上させることも兼ね備えている。
【００６４】
前述した説明内容が、スタビライザーの２つ目の機能である。
【００６５】
尚、進行方向後ろ向きに２足歩行動作を行う際にも、バランサーとスタビライザーの関係がほぼ逆になると考えても問題ない。
【００６６】
このように、頭部に設置された３次元加速度センサーにより検出した位置移動量から、前後及び左右成分に分割し、それぞれの方向成分に対して固有の可動部分を制御し重心移動補正を行うのが、本発明にかかる重心移動方法である。
【００６７】
本発明にかかる重心移動方法では、ロボットの進行方向に対し前後の重心移動は、腰部に対する腹部の前傾もしくは後傾姿勢か、接地脚の脚関節に相当する可動部のアクチュエーターにより行う。
【００６８】
またロボットの進行方向に対し左右の重心移動は、腹部との接続部分を中心とする胸部の左右方向へのアクチュエーターによる回転動作、もしくは腹部との接続部分を軸とする胸部のアクチュエーターによる左右方向への回転動作と胸部筐体内でのバランサーとスタビライザーのアクチュエーターによる左右方向への回転動作を行うことにより行う。
【００６９】
本節の冒頭で述べた、トルクを検知しモーターにフィードバックする機能を有する、特に前記股関節及び脚関節、及び腹部と胸部間に使用するアクチュエーターは、上記バランサーとスタビライザーの回転時の慣性力による、地面に対してのロボットの筐体自体の過誤動作を抑制制御し、より安定した重心移動を行うために重要となる。
【００７０】
前述の重心移動方法により、２足歩行時の片脚が浮いた状態において、従来の技術のようにロボット全体もしくは上体を一方向に傾けることなく、よりヒトの自然な歩行運動に近い２足歩行運動を行うことが出来る。
【発明の効果】
【００７１】
本発明にかかる２足歩行ロボットによれば、腰部の絶対水平維持制御と、腹部及び胸部の可動構造と、胸部筐体内で可動するバランサー及びスタビライザーと、接地側の足関節部の可動構造により、迅速で効果的な重心移動と、より自然な形態で安定した姿勢制御を行った２足歩行運動が実現出来る。このとき、腰部を絶対水平に保持しながら、頭部に接地した３軸加速度センサーにより検出した位置移動量成分を、進行方向前後及び左右方向に分解し、前後方向の重心移動は、上体の前傾もしくは後傾姿勢か、接地側の足関節部の可動により行い、左右方向の重心移動は、腹部を軸に胸部の左右方向への回転動作及び胸部筐体内のバランサーとスタビライザーの位置移動により行うことにより、よりヒトの２足歩行運動に近い歩行運動が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明にかかる２足歩行ロボットの正面からみた構成の一例を表す図。
【図２】本発明にかかる２足歩行ロボットの左側面からみた構成の一例を表す図。
【図３】本発明にかかる２足歩行ロボットの腰部と大腿部との接続可動部において、脚部の外旋及び内旋を行う構成の一例を表す図。
【図４】図３の構成の２足歩行ロボットの外観図。
【図５】本発明にかかる２足歩行ロボットの脚部の大腿部の付け根において、外転及び内転が可能な構成の一例を表す図。
【図６】図５の構成の２足歩行ロボットの外観図。
【図７】２足歩行ロボットの傾斜時において、頭部、胸部及び腹部の各中心部の位置変移量を表す図。
【図８】２足歩行ロボットの前傾時における、ロボットの上体の筐体部分、本例では胸部の筐体内のバランサー及びスタビライザーの側面から見た構造及び動作の様子を表す図。
【図９】２足歩行ロボットの後傾時における、ロボットの上体の筐体部分、本例では胸部の筐体内のバランサー及びスタビライザーの側面から見た構造及び動作の様子を表す図。
【図１０】バランサー及びスタビライザーを有する本発明にかかる２足歩行ロボットの起立状態を表す図。
【図１１】ロボットの腰部の軸に対して上体が左右外旋して重心移動を行う構造を有する２足歩行ロボットの２足歩行状態を表す図。
【図１２】ロボットの腰部の軸に対して上体が左右外旋して、またロボットの上体の筐体部分内でバランサー及びスタビライザーが可動して重心移動を行う構造を有する２足歩行ロボットの２足歩行状態を表す図。
【図１３】ロボットの上体の筐体部分内でバランサー及びスタビライザーが可動して重心移動を行う構造を有する２足歩行ロボットの２足歩行状態を表す図。
【図１４】ロボットの上体の筐体部分内の振り子型バランサーをロボット正面から見た構成図。
【図１５】図１４をロボット側面からみた構成図。
【図１６】サーボモーターに設置された振り子型バランサーの構造の一例を表す図。
【図１７】図１６のバッテリーケースを、サーボモーターのドライブシャフトの両端部においてサーボホーンに固定した一例の図。
【図１８】図１６の駆動用バッテリーとサーボモーターの上下が逆となった振り子型バランサーの構造を表す図。
【図１９】振り子型バランサーの構造をスタビライザーに利用した一例を表す図。
【図２０】ロボットの上体の筐体部分内のスイープ型バランサーをロボット正面から見た構成図。
【図２１】図２０をロボット側面からみた構成図。
【図２２】スイープ型バランサーを、ロボット上側からみた構成図。
【図２３】スイープ型バランサーの構造をスタビライザーに利用した一例を表す図。
【図２４】サーボモーターに設置されたスイープ型バランサーの構造の一例を表す図。
【図２５】図２４をロボット上側からみた構成図。
【図２６】サーボモーターに設置されたスライド型バランサーの構造の一例を表す図。
【図２７】図２６のスライド型バランサーの構造をロボット側面からみた図。
【図２８】図２６のスライド型バランサーの構造をロボット上側からみた図。
【図２９】スライド型バランサーの構造をスタビライザーに利用した一例を表す図。
【図３０】本発明にかかる２足歩行ロボットを、前述したカメラやスピーカーを付加し、遠隔操作式にするために必要なシステムを表す図。
【図３１】遠隔操作式２足歩行ロボットの頭部に、カメラを搭載した一例を表す図。
【図３２】遠隔操作式２足歩行ロボットの任意の箇所に、スピーカーを搭載した一例を表す図。
【図３３】本発明にかかる重心移動装置を有する２足歩行ロボットによる、重心移動方法についてまとめた図。
【図３４】本発明にかかる２足歩行ロボットの、脚部の軸、腰部の軸、腹部の軸、胸部の軸を説明するための図。
【図３５】本発明にかかる重心移動装置を有する２足歩行ロボットの正面図。
【図３６】図３５の２足歩行ロボットの各部の構成と重量を簡単に示した図。
【図３７】図３６のバランサー及びスタビライザーの結合を表す図。
【図３８】図３７の２足歩行ロボットの起立状態における、バランサー及びスタビライザーの正面から見た質点、上体の筐体部分の正面から見た質点及び脚部の正面から見た質点を示した図。
【図３９】２足歩行時の２足歩行ロボットの片脚接地時における左右の重心の不釣り合いを簡単に説明するための図。
【図４０】浮いている脚側の股関節部からみた重力が、バランサー及びスタビライザーの質量による重力、上体の筐体部分による重力及び脚部による重力であることを示した図。
【図４１】浮いている脚側の股関節部にかかる重力が、接地脚側の股関節部に上向きの力としてはたらくことを示した図。
【図４２】浮いている脚側の股関節部にかかる脚部による重力により、接地脚側の股関節部にロボットの正中方向にはたらくモーメントが発生することを示した図。
【図４３】２足歩行時において発生した、浮いている脚側の股関節部にかかる脚部による重力を打ち消すような重力を、さらに接地脚側の股関節部に下向きに発生させるか、もしくは浮いている脚側の股関節部にかかる脚部による重力と同等の外力を接地脚側の股関節部を中心としてロボットの左右外側方向に発生させれば良いことを示した図。
【図４４】バランサー及びスタビライザーの、胸部２筐体内で接地脚側への移動を表す図。
【図４５】図４４のようにバランサー及びスタビライザーを接地脚側にｄＷ移動させることによる、ロボット各部の質点の変化を表す図。
【図４６】浮いている脚側の脚部の軸とバランサー及びスタビライザーの中間部水平線との交点を、浮いている脚側の股関節上部とし、接地脚側の脚部の軸とバランサー及びスタビライザーの中間部水平線との交点を、接地脚側の股関節上部とした図。
【図４７】バランサー及びスタビライザーの胸部２筐体内での移動による遠心力が発生することを表す図。
【図４８】バランサー及びスタビライザーの正面から見た質点４７を、接地脚４６側の脚部の軸３７よりもロボット外側に移動させた状態を示す図。
【図４９】バランサー及びスタビライザーが、接地脚側の股関節上部上において、左右対称な部分とロボット外側に過剰にはみ出した部分に分割して考えることができることを示した図。
【図５０】接地脚側の脚部の軸上で、てこの原理よりモーメントの釣り合いを説明するための図。
【図５１】駆動用バッテリー及びスタビライザーのロボット正面から見た横幅が、図５２で示すよりもより狭い形状のものを有する２足歩行ロボットを表す図。
【図５２】駆動用バッテリー及びスタビライザーのロボット正面から見た横幅が、図５１で示すよりもより広い形状のものを有する２足歩行ロボットを表す図。
【図５３】ラジコン用サーボモーターを表す図。
【図５４】図５３で示したラジコン用サーボモーターのドライブシャフトを垂直にみた図。
【図５５】ドライブシャフトのもう一方の端部にサーボホーンを接続した図。
【図５６】図５４と図５５で示したサーボモーターの、本発明による実施例での表記を表す図。
【図５７】２足歩行ロボットの可動部分の一例を示した図。
【図５８】図５７で示した２足歩行ロボットのアクチュエーターによる可動部分を、簡略化したサーボモーター、筐体ＸＡ，筐体ＸＢ及び筐体Ｙで表した図。
【図５９】図５７で示した２足歩行ロボットの可動部分の一例を、ドライブシャフト方向に、筐体ＸＡ側をみた図。
【図６０】図５９で示した２足歩行ロボットのアクチュエーターによる可動部分を、簡略化したサーボモーター、筐体ＸＡ，筐体ＸＢ及び筐体Ｙで表した図。
【発明を実施するための形態】
【００７３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を述べる。尚、以下の説明では、同一機能部分については同一符号を付して重複説明を省略する。
【実施例１】
【００７４】
本発明の一実施例（実施例１）の形態を、図３４〜図４７を参照しながら説明する。本実施例１では、主に２足歩行ロボット１の連続した２足歩行時の左右の重心移動について述べる。特に、歩行動作終了時に必ず両足が接地して停止する２足歩行運動を行うロボットを対象とした、重心移動装置及び重心移動方法に関するものである。
【００７５】
図３４は、本発明にかかる２足歩行ロボット１の、脚部の軸３７、腰部の軸３８、腹部の軸３９、胸部の軸４０を説明するための図である。図３４は、左から、２足歩行ロボット１の正面図、２足歩行ロボット１の側面図を表している。図３４において、脚部の軸３７は、絶対水平面に垂直でかつ両脚の各重心を通るものとする。前記両脚の付け根は、具体的には、腰部４で固定され、両脚の大腿部と接続し動作させるためのアクチュエーターの辺りに該当する。
【００７６】
図３４における、地面３６上に起立した２足歩行ロボット１の脚部の軸３７に平行な腰部の軸３８、腹部の軸３９及び胸部の軸４０は、図３４左の正面図では各々ロボットの正中線と重なっているが、図３４右の側面図では重なっていない。本発明にかかる２足歩行ロボット１は、その構成によっては前述のような各部の重心が一致しない場合も生ずるが、後述する重心移動装置及び重心移動方法により、より自然な２足歩行を提供する。
【００７７】
図３５〜図４６は、本発明にかかる、重心移動装置を有する２足歩行ロボット１及び重心移動方法を説明するための図である。以下、各図面を参照しながら、順次説明を述べる。
【００７８】
図３５は、本発明にかかる重心移動装置を有する２足歩行ロボット１の正面図である。２足歩行ロボット１は、頭部６と腕部７が接続された胸部２、腹部３、腰部４及び脚部５により構成されている。
【００７９】
２足歩行ロボット１は、胸部２の筐体内に、アクチュエーターの可動部を軸に可動するバランサー及びスタビライザー４１を搭載する。以下、２足歩行時の２足歩行ロボット１の、バランサー及びスタビライザー４１を用いた重心移動について、簡単なモデルを用いて説明を行う。
【００８０】
図３６は、図３５で述べた２足歩行ロボット１の各部の構成と重量を簡単に示したものである。本発明にかかる２足歩行時の重心移動モデルについては、図３６における脚部５を駆動させるロボットの股関節部分４５を基準に説明を行う。
【００８１】
図３６において、２足歩行ロボット１は、バランサー４２、スタビライザー４３、ロボットの上体の筐体部分４４、ロボットの股関節部分４５及び脚部５により構成される。ロボットの上体の筐体部分４４は、２足歩行ロボット１の、頭部６、腕部７、胸部２からバランサー４２及びスタビライザー４３を除いた胸部筐体部分、腹部３及び腰部４からロボットの股関節部分４５を除いた筐体部分からなる。尚、腰部４からロボットの股関節部分４５を除いた筐体部分は下肢に分類されるが、ロボットの股関節部分４５にかかる重量に含まれるため、図３５〜図４６より、本発明にかかる、重心移動装置を有する２足歩行ロボット及び重心移動方法を説明する際には、ロボットの上体の筐体部分４４に含めることとする。
【００８２】
ロボットの股関節部分４５は、腰部４の筐体に固定されたアクチュエーターにより構成されるが、構成上、２足歩行ロボット１の重量全体に占める割合は小さいので、図３６に示すように、ロボット全体からみる重量比は無視できると近似する。
【００８３】
図３７は、図３６におけるバランサー４２及びスタビライザー４３を結合したものである。本発明にかかる２足歩行時の左右の重心移動に際し、バランサー及びスタビライザー４１は、２足歩行ロボット１全体からみると、同じ効果を与える機能を有するためである。
【００８４】
以下、各部の重量を、各部の重心における質点とみることで、質点による重力及び基準点からの距離を含めたモーメントにより、説明を行う。
【００８５】
図３８は、図３７で定義及び説明を行った、２足歩行ロボット１の起立状態における、バランサー及びスタビライザー４１の正面から見た質点４７、上体の筐体部分４４の正面から見た質点４８及び脚部の正面から見た質点４９を示したもので、単純に各部分の中心に各部分の質量が集まったものとして考えている。図３８に示す各部分の質点は、両脚部の軸３７上もしくはロボットの正中線上に存在するとし、腰部の軸３８、腹部の軸３９及び胸部の軸４０について左右対称となっており、バランスが保たれ起立動作が継続される。
【００８６】
また、後述の説明に必要な、脚部の高さ５１と、ロボットの股関節部分４５からバランサー及びスタビライザー４１の高さの中間部分、本モデルではバランサー及びスタビライザーの正面から見た質点４７までの高さをバランサー及びスタビライザーの高さ５０とする。尚、前述のとおり、バランサー４２及びスタビライザー４３は、２足歩行ロボット１の重心移動に、同じ効果を与える機能を有するため、重心移動の機能説明を行う際に、股関節部分から各々の中間部分までの距離を等しく仮定しても問題はない。
【００８７】
図３９は、２足歩行時の２足歩行ロボット１の片脚接地時における左右の重心の不釣り合いを簡単に説明するための図であり、図３８で説明した各部の正面から見た質点を、正面から見たロボットの腰部の軸３８、腹部の軸３９及び胸部の軸４０について左右に分割したものである。図３９において、バランサー及びスタビライザー４１の正面から見た質点４７は、浮いている脚側のバランサー及びスタビライザーの質点５２と接地脚側のバランサー及びスタビライザーの質点５３に、上体の筐体部分の正面から見た質点４８は浮いている脚側の上体の筐体部分の質点５４と接地脚側の上体の筐体部分の質点５５に、左右の脚部の正面から見た質点４９は、浮いている脚の質点５６と脚部の正面から見た質点４９に分割される。また図３９について、各部分において、質量により質点部分にかかる力を、バランサー及びスタビライザーの質点による重力５７、上体の筐体部分による重力５８、脚部による重力５９とする。
【００８８】
加えて、以下の説明において、図４０に示すように、ロボットの股関節部分４５を地面に水平な線分とみなし、浮いている側の脚部の軸３７との交点を、浮いている脚側の股関節部６０とし、接地側の脚部の軸３７との交点を接地脚側の股関節部６１とし、ロボット正面から見た両股関節部から腰部の軸３８までの距離をｗ６２とする。
【００８９】
尚、本発明にかかる実施例１における説明では前記ロボット正面から見た両股関節部から腰部の軸３８までの距離ｗ６２は、限りなく０に近い値として考えている。
【００９０】
図４０に示すように、浮いている脚側の股関節部６０からみた重力は、前述したとおり、バランサー及びスタビライザーの質量による重力５７、上体の筐体部分による重力５８及び脚部による重力５９のそれぞれの片側分となる。ここで、接地脚側の股関節部６１では、接地脚部による重力５９は接地しているので地面からの反作用により打ち消される。すると、図４０に示すように、股関節部４５からみた脚部による重力５９は、浮いている脚側の股関節部６０にのみかかる重力となり、このときロボットの左右股関節部について、重力のかかりかたが左右非対称となる。ここで、股関節部分４５が、前述のとおり自重を無視出来かつ十分な剛性があると近似すると、図４１に示すように、浮いている脚側の股関節部６０にかかる重力は、そのまま接地脚側の股関節部６１に上向きの力としてはたらく。これは図４２に示すように、接地脚側の股関節部６１を支点とした第３種てことして考えることも出来る。図４１の接地脚側の股関節部６１にはたらく上向きの力６３のうち、同接地脚側の股関節部６１にかかる下向きの力であるバランサー及びスタビライザー４１の質点による重力５７及び上体の筐体部分による重力５８の片側分により打ち消されるが、浮いている側の脚の質点５６による脚部による重力５９は打ち消されず残っていると考えられる。
【００９１】
よって、図４２に示すように、浮いている脚側の股関節部６０にかかる脚部による重力５９により、接地脚側の股関節部６１にロボットの正中方向にはたらくモーメント６４が発生する。
【００９２】
以下、接地脚側の股関節部にロボットの正中方向にはたらくモーメント６４による接地脚４６の自然転倒を改善するための方法を述べる。
【００９３】
すなわち、図４３に示すように、２足歩行時において発生した、浮いている脚側の股関節部６０にかかる脚部による重力５９を打ち消すような重力６５を、接地脚側の股関節部６１にさらに下向きに発生させるか、もしくは浮いている脚側の股関節部６０にかかる脚部による重力５９と同等の外力を、接地脚側の股関節部６１からロボット外側方向に発生させれば良い。これにより接地脚側の股関節部にロボットの正中方向にはたらくモーメント６４とロボット外向きに発生するモーメント７７による、接地脚４６を支点とした釣り合いにより自然転倒しないように改善することが出来る。本実施例１での２足歩行ロボット１の有する重心移動装置は、浮いている脚側の股関節部６０にかかる脚部による重力５９を打ち消すような重力６５を、さらに接地脚側の股関節部６１に下向きに発生させることを目的としたものである。
【００９４】
図４４は、バランサー及びスタビライザー４１の、胸部２筐体内で接地脚４６側への移動を表す図である。バランサー及びスタビライザー４１の幅をＷ６６とする。図４４に示すように、バランサー及びスタビライザー４１を接地脚４６側にｄＷ６７移動させると、ロボット各部の質点は図４５のように変化する。
【００９５】
本発明にかかる２足歩行ロボット１の胸部２筐体は、その外転によりロボット正面から見た腰部の軸３８、腹部の軸３９及び胸部の軸４０について、左右対称状態を大きくはずれることはないので、両股関節部にかかる重力はほぼ等分に分割されると考えられる。図４５に示すように、バランサー及びスタビライザー４１は胸部２の筐体内で単独で接地脚４６側に移動することで、バランサー及びスタビライザー４１の質点のみ、より接地脚側の股関節部６１よりに移動することになる。このとき、バランサー及びスタビライザー４１全体の質量をＭｂｓとすると、浮いている脚側のその質量は次式で表される分だけ減少する。
【００９６】
【数１】
2011140096.tif 000003
【００９７】
また、接地脚４６側の質量は、次式で表される分だけ増加する。
【００９８】
【数２】
2011140096.tif 000004
【００９９】
各部にかかる重力を、てこの原理より両脚部の軸３７上に換算して示したものを、図４６に示す。図４６において、浮いている脚側の脚部の軸３７とバランサー及びスタビライザー４１の質点を通る水平線との交点を、浮いている脚側の股関節上部６８とし、接地脚４６側の脚部の軸３７とバランサー及びスタビライザー４１の質点を通る水平線との交点を、接地脚側の股関節上部６９とする。バランサー及びスタビライザー４１の接地脚４６側への移動により、接地脚側の股関節上部６９にかかる下向きの重力７０は、前記図３９で示したバランサー及びスタビライザーによる重力５７よりも増加する。これに反し、浮いている脚側の股関節上部６８にかかる下向きの重力は、前記図３９で示したバランサー及びスタビライザーの質点による重力５７よりも減少する。尚、前記移動により、バランサー及びスタビライザー４１の端が、浮いている脚側の脚部の軸３７からロボット正中線方向に外れる場合、浮いている脚側の股関節上部６８に下向きにかかる重力７２は、図４６に示すように、てこの原理によりバランサー及びスタビライザーの移動後の浮いている脚側の質点による重力７１（前記[数１]に示したＭｂｓ×（１−２ｄＷ／Ｗ））よりもさらに減少する。
【０１００】
これは、本発明にかかる２足歩行ロボット１の重心移動装置であるバランサー及びスタビライザー４１の接地脚４６側への移動により、両股関節上部の質量による下向きにかかる質量差が、次式で表される量以上生じるということである。
【０１０１】
【数３】
2011140096.tif 000005
【０１０２】
前述の内容に加え、連続した２足歩行時には、図４７に示すように、バランサー及びスタビライザー４１の胸部２筐体内での移動による遠心力７３が発生する。これは、バランサー及びスタビライザー４１がアクチュエーターを介し胸部２筐体に接続されていることにより、バランサー及びスタビライザー４１による慣性力がロボット全体に伝播するからである。バランサー及びスタビライザーの質量による重力５７と、ロボット外向きに発生する、バランサー及びスタビライザーの移動による遠心力７３との合力７４が、バランサー及びスタビライザーの質点４７から接地脚４６側下方外向きに向かってはたらく。これにより、ロボット正中線から接地脚４６側に、前記従来の技術で述べた倒立振り子運動歩行時と同様の力がはたらく（特許文献６及び特許文献７参照。）。
【０１０３】
これら質点による重力と遠心力による接地脚４６にかかるロボット下向きの力が、前述の課題点の原因であった、接地脚側の股関節部６１に上向きにかかる浮いた脚側の股関節部にかかる脚部による重力５９相当以上であれば良い。
【０１０４】
尚、バランサー及びスタビライザー４１を可動させるアクチュエーター自体の、ロボットの正中線に対しての左右非対称性は考慮から除外しているが、その全体に占める質量の割合が小さいことと、アクチュエーターの配置と形状により改善することが出来る可能性が大きいことから問題はないとする。
【実施例２】
【０１０５】
本発明の一実施例（実施例２）の形態を、図４８〜図５２を参照しながら説明する。本実施例２では、主に２足歩行ロボット１の、前述したロボット外側への慣性力を利用できない低速歩行時もしくは片脚を浮かせて静止した不安定状態での左右の重心移動について述べる。前記実施例１で述べた、接地脚側の股関節部にロボットの正中方向にはたらくモーメント６４による接地脚４６の自然転倒を改善するための後者の改善策で、ロボットの低速歩行時もしくは片脚を浮かせて静止した不安定状態で、脚部の軸３７上での質点の左右の完全な均衡を実現するための方法である。すなわち、図４３に示すように、２足歩行時において発生した、浮いている脚側の股関節部６０にかかる脚部５の質量による重力５９を打ち消すような重力６５と同等の外力として、接地脚側の股関節部６１を中心としてロボット外側に発生するモーメント７７を発生させれば良い。
【０１０６】
本実施例では、バランサー及びスタビライザー４１の移動により発生させた新たなモーメント７７により、接地脚側の股関節部６１について、接地脚側の股関節部にロボットの正中方向にはたらくモーメント６４が残らないような重心移動及び重心整合について、ロボット正面から見た各股関節部から腰部の軸３８までの距離ｗ６２を含めて考慮する必要がある。本発明にかかる実施例２では特に、片脚を浮かせて静止した状態を想定している。
【０１０７】
図４８は、バランサー及びスタビライザーの正面から見た質点４７を、接地脚４６側の脚部の軸３７よりもロボット外側に移動させた状態を示す図である。図４８は、片脚を浮かせて静止した状態における、２足歩行ロボット１の重心の不釣り合いを簡単なモデルで説明するための図である。
【０１０８】
以下、説明を行うにあたり、前述の、バランサー及びスタビライザー４１の幅Ｗ６６、各股関節部から腰部の軸３８までの距離ｗ６２に加え、上体の筐体部分の正面から見た質点４８をｍｕ７５、浮いている脚の質点５６をｍｆ７６、接地脚側の股関節部からバランサー及びスタビライザー中間部までの高さ５０をＨ７８、脚部の高さ５１をＬ７９とする。図４８に示すように、片脚を浮かせて静止した状態では、ロボットの股関節部分４５と腰部の軸３８との交点であるロボットの股関節の中心部には質点ｍｕ７５、浮いている脚側の股関節部６０には質点ｍｆ７６による重力がかかると考える。
【０１０９】
このとき、接地脚側の股関節部６１を支点として考えると、距離２ｗ６２離れた位置にｍｆ７６による下向きの重力、距離ｗ６２離れた位置にｍｕ７５による下向きの重力がそれぞれかかっている。よって、接地脚側の股関節部６１について、以下の[数４]で表される浮いている脚の質点５６によるモーメントと、以下の[数５]で表される上体の筐体部分の正面から見た質点４８によるモーメントが発生する。
【０１１０】
【数４】
2011140096.tif 000006
【０１１１】
【数５】
2011140096.tif 000007
【０１１２】
バランサー及びスタビライザーの正面から見た質点４７が、股関節上部６９からロボット外側にモーメントの釣り合う状態まで距離をＷｏ８４移動したとする。接地脚側の股関節上部６９上におけるバランサー及びスタビライザー４１の左右対称な部分８０の重量は相殺するため、バランサー及びスタビライザー４１は、図４９に示すように、前記左右対称な部分８０とロボット外側に過剰にはみ出した部分８１に分割して考えることができる。接地脚側の股関節部６１を支点としたとき、実質的なモーメントに寄与する部分は、ロボット外側に過剰にはみ出した部分８１となる。ここで、前記バランサー及びスタビライザー４１のロボット外側に過剰にはみ出した部分８１の正面から見た中心をその質点８２、ロボット外側に過剰にはみ出した幅をＷｍ８３とする。
【０１１３】
以下、接地脚４６側の脚部の軸３７と接地脚側の股関節部６１を基準に、新たに発生させるロボット外側に発生するモーメント７７を考え、その後、接地脚４６側の脚部の軸３７と３６との交点を基準にモーメントの釣り合いを考える。
【０１１４】
バランサー及びスタビライザー４１を接地脚４６側の脚部の軸３７に対しロボット外側にＷｏ移動させた時に、接地脚４６側の脚部の軸３７よりロボット外側に過重量として発生する、バランサー及びスタビライザー４１の幅Ｗｍは、以下の[数６]で表される
【０１１５】
【数６】
2011140096.tif 000008
【０１１６】
図５０は、接地脚側の脚部の軸上で、てこの原理よりモーメントの釣り合いを説明するための図である。図５０より、片脚を浮かせて静止した状態における、２足歩行ロボット１のモーメントの釣り合いを簡単なモデルで説明する。
【０１１７】
接地脚側の股関節部６１上高さＨの点において、バランサー及びスタビライザーのロボット外側に過剰にはみ出した部分の質点８２による、ロボット外側での質点によるモーメント７７は、以下の[数７]で表される。
【０１１８】
【数７】
2011140096.tif 000009
【０１１９】
接地脚４６側の脚部の軸３７と３６との交点を基準とし第２種のてことして考えたとき、接地脚側の股関節部６１における、前記[数７]で表されるモーメントは、以
下の[数８]で表される量に相当する。
【０１２０】
【数８】
2011140096.tif 000010
【０１２１】
接地脚側の股関節部６１において、前記[数４]と[数５]の和が前記[数８]と釣り
合うことにより、バランサー及びスタビライザーの正面から見た質点４７が、接地脚側の脚部の軸からロボット外側にモーメントの釣り合う状態まで移動した距離Ｗｏ８４は、以下の[数９]で表される。
【０１２２】
【数９】
2011140096.tif 000011
【０１２３】
このとき、脚部の軸３７からロボット外側に向けてバランサー及びスタビライザー４１がはみ出している最大量Ｗｍａｘ８５は、以下の[数１０]で表される。
【０１２４】
【数１０】
2011140096.tif 000012
【０１２５】
これが、前記実施例１で述べた脚部の軸３７上で、ロボットの低速歩行時もしくは片脚を浮かせて静止した不安定状態で左右の完全なバランス保持を実現するための、バランサー及びスタビライザーの正面から見た質点４７のロボット左右方向片側の最大の移動量である。
【０１２６】
前記脚部の軸３７からロボット外側に向けてバランサー及びスタビライザーがはみ出している最大量であるＷｍａｘ８５が、ロボットの股関節部分４５の幅に対しての上体、特に胸部２、もしくは胸部２と腹部３筐体内の必要最小限な空隙幅となり、Ｗｍａｘ８５の値が本発明にかかるロボットの外見に大きな影響を及ぼすことは自明である。
【０１２７】
概算の一例では、全体重量３，６ｋｇ程度（筐体重量１．２ｋｇ程度）、高さ３５〜４５ｃｍ程度（これはロボットの体型と構成する筐体や部材により、ある程度の範囲に設定可能であると考える）、両股関節幅１６ｃｍ及びバランサー及びスタビライザーの横幅１０ｃｍ程度を想定した２足歩行ロボットで、Ｗｍａｘ８５は６ｃｍ弱である。これは、ロボットの筐体の外郭構造や、脚部２の重心設計及び駆動用バッテリー及びスタビライザー４１の重量密度や形状により、ヒトの体型を実現するにあたり現実的な値であると考える。また前述の各要素は、本発明にかかる２足歩行ロボット１を設計する上での重要な要素の一つとなる。
【０１２８】
尚、本発明にかかる重心移動装置を有する２足歩行ロボット１の駆動用バッテリー及びスタビライザーのロボット正面から見た形状は、図５２に示すものよりも図５１に示すような、横方向の構造幅Ｗ６６のより狭い形状のものが、前記Ｗｍａｘ８５の値の小さい、棒型の２足歩行ロボット１を構成できることを補足しておく。
【実施例３】
【０１２９】
本発明の一実施例（実施例３）の形態を、図５３〜図６０、図１〜図１３及び図３３を参照しながら説明する。図５３〜図６０では、２足歩行ロボット１の可動部分で用いるアクチュエーターについての説明を行う。また図１〜図１３では、前記アクチュエーターを各可動部分に用いた２足歩行ロボット１の構成例と、前記ロボットの重心移動による２足歩行について述べる。図３３では、本発明にかかる重心移動装置を有する２足歩行ロボット１による、本発明にかかる重心移動方法についてまとめる。
【０１３０】
まず２足歩行ロボット１の可動部分で用いるアクチュエーターについて述べる。本実施例３では、本発明にかかる２足歩行ロボット１の可動部分で用いるアクチュエーターとして、軸回転型アクチュエーターである、ラジコン用サーボモーターを用いる。前記ラジコン用サーボモーターは、アナログサーボモーターもしくはデジタルサーボモーターである。
【０１３１】
図５３は、ラジコン用サーボモーターの図である。図５３において、サーボモーター８は、サーボケース９とサーボケース９内部のモーターとギアにより制御され回転するドライブシャフト１１により構成されている。ドライブシャフト１１にはサーボホーン１０が取り付けられ、このサーボホーン１０が接続された２足歩行ロボット１の可動部分が動く。
【０１３２】
図５４は、図５３で示したラジコン用サーボモーターのドライブシャフト１１を垂直にみた図である。図５５に示すようにドライブシャフト１１のもう一方の端部にサーボホーン１０を接続する場合もある。図５４と図５５で示したサーボモーター８の、本発明による実施例での表記を図５６に示す。図５６に示すサーボモーター８では、サーボホーン１０の表記を省略している。
【０１３３】
図５７は、２足歩行ロボット１の可動部分の一例を示した図である。図５７において、２足歩行ロボット１の可動部分である筐体ＸＡ１３、ＸＢ１４と筐体Ｙ１５は、サーボモーター８を介し接続され可動する。筐体ＸＡ１３及び筐体ＸＢ１４は、ビス１２によりサーボモーター８のサーボホーン１０に接続されている。筐体Ｙ１５はビス１２によりサーボケース９に接続されている。同図において、筐体ＸＡ１３と筐体ＸＢ１４は、サーボモーター８のドライブシャフト１１の回転軸を中心に、筐体Ｙ１５に対して同方向に可動する。
【０１３４】
以下、図５７で示した２足歩行ロボット１のアクチュエーターによる可動部分を、図５８のように簡略化したサーボモーター８、筐体ＸＡ１３，筐体ＸＢ１４及び筐体Ｙ１５で示すことにする。
【０１３５】
図５９は、図５７で示した２足歩行ロボット１の可動部分の一例を、ドライブシャフト１１方向に、筐体ＸＡ１３側をみた図である。
【０１３６】
以下、図５９で示した２足歩行ロボット１のアクチュエーターによる可動部分を、図６０のように簡略化したサーボモーター８、筐体ＸＡ１３，筐体ＸＢ１４及び筐体Ｙ１５で示すことにする。
【０１３７】
以下、図１〜図１３を用いて、前述したアクチュエーターを各可動部分に用いた２足歩行ロボット１の構成例と、前記ロボットの重心移動による２足歩行について述べる。
【０１３８】
図１は、本発明にかかる２足歩行ロボット１の正面からみた構成の一例を、前記図５８及び図６０の表記を用いて示した図である。図１において、２足歩行ロボット１は、前出の頭部６、胸部２、腹部３、腰部４に加え、胸部２のヒトの肩関節部に相当する可動部分で接続された上腕部１６と、前記上腕部１６に接続された前腕部１７と、前記前腕部１７に接続された手部１８と、前記腰部４にヒトの股関節部に相当するロボットの股関節部分４５で接続された大腿部１９と、前記大腿部１９に接続された下腿部２０と、前記下腿部２０に接続された足部２１と、各接続部分で可動するアクチュエーターであるサーボモーター８と、前記アクチュエーターの駆動用バッテリーであるバランサー４２と、駆動用バッテリーもしくは補助錘であるスタビライザー４３と、前記バランサー４２及びスタビライザー４３の位置移動用のアクチュエーターであるサーボモーター８及び頭部６と腰部４に設置された３軸加速度センサー２２から構成される。
【０１３９】
特に、足関節もしくは股関節もしくは前記両関節部と、胸部２と腹部３間のサーボモーター８は、トルク感知制御機能をもったものがよい。
【０１４０】
２足歩行ロボット１の一連の動作にかかる制御を行う基板は、多くの場合、最も筐体内空間の大きな胸部２に設置されるが、本発明にかかる２足歩行ロボット１においては、ロボット筐体内の任意の位置に搭載できる。１枚の制御基板であれば、ロボットの重量配分の左右対称性を保つために、ロボットの胸部２、腹部３もしくは腰部４に設置するのが簡易な方法である。尚、制御基板を偶数の複数枚に分割すれば、腕部７や脚部５に搭載することも出来、３枚以上の奇数枚の制御基板に分割すれば、それらを複合させた設置も可能である。
【０１４１】
図１で示した２足歩行ロボット１では、腰部４を軸に腹部３、腹部３を軸に胸部２が可動する構成になっており、左右の重心移動は、腹部３を軸とした胸部２と、胸部２筐体内のバランサー４２及びスタビライザー４３の可動により行われる。
【０１４２】
頭部６及び腰部４筐体内の２足歩行ロボット１の正面及び側面から見た中心軸上には、３軸加速度センサー２２が設置される。前記２箇所における３軸加速度センサー２２の設置箇所の意義と使用方法については後述する。
【０１４３】
図２は、図１で示した、本発明にかかる２足歩行ロボット１の左側面からみた構成の一例を、前記図５８及び図６０の表記で示した図である。
【０１４４】
前記胸部２と腹部３の間のアクチュエーターを省略した２足歩行ロボット１の構成も１例として挙げられる。この場合、腰部４を軸に、胸部２と腹部３が一体となって前後に可動する構造となり、左右の重心移動は、胸部２と腹部３が一体となった筐体内のバランサー及びスタビライザー４１の可動により行われる。もしくは、腰部４と腹部３の接続部分において、直列に接続された２つのサーボモーター８により腰部４を軸として、胸部２と腹部３を前傾、後傾及び外旋を行う構造によっても行われる。
【０１４５】
前出の図１と図２の脚部５は、前後に屈曲及び伸展動作を行う構造であるが、図３に示すように、ロボットの腰部４と大腿部１９との接続可動部において、脚部５の外旋及び内旋を行う構成も一例として挙げられる。
【０１４６】
図４は、図３の外観図であるが、２足歩行ロボット１の片側の脚部５が外旋する様子を示している。２足歩行ロボット１は、歩行時に進行方向を変更する場合が発生する。本実施例の図３及び図４で示した２足歩行ロボット１は、腰部４と大腿部１９の最上位置との間に構成されたサーボモーター８により、腰部４に対し、左右大腿部１９以下の脚部５が独立して外旋もしくは内旋し、特に２足歩行時において進行方向を変更することが可能である。
【０１４７】
また、図５は、２足歩行ロボット１の脚部５の大腿部１９の付け根において、外転及び内転が可能な構成の一例である。図５において、ロボットの足部２１も、ヒトの足関節部相当する可動部において外転及び内転が可能な構造になっている。図６は、図５の構造の外観図であるが、２足歩行ロボット１の脚部５の片側の大腿部１９が外転し、その脚側の足関節部が足関節部が内転する様子を示している。
【０１４８】
前述の頭部６及び腰部４筐体内に設置された３軸加速度センサー２２の意義と使用方法について述べる。図７は、２足歩行ロボット１の傾斜時において、頭部６、胸部２及び腹部３の各中心部の位置変移量を示したものである。図７において、ロボットの正中線の傾斜角２６に対して、頭部６の位置変移量が最大となることは自明である。これは、同一時間における位置変移量が最大となる頭部６が、最も敏感で迅速な重心移動制御を行うための位置変移量観測点といえるということである。重心移動制御のための３軸加速度センサー２２を頭部６に設置しているのはこのためである。
【０１４９】
また、頭部６を、軸回転型アクチュエーターにより、胸部２を軸に可動する構造にする場合には、頭部６に設置した３軸加速度センサー２２の位置移動量による重心移動制御は、腰部４に対して頭部６の回転量もしくは移動量を補正して行う必要がある。尚、頭部６は、簡易的に胸部２に固定されたものでもよい。
【０１５０】
次に、ロボットの上体の筐体部分４４内のバランサー及びスタビライザー４１の構造及び動作について説明する。
【０１５１】
図８は、２足歩行ロボット１の前傾時における、ロボットの上体の筐体部分４４、本例では胸部２の筐体内のバランサー及びスタビライザー４１を側面から見た構造及び動作の様子を示したものである。図８において、バランサー４２は、胸部の軸４０を軸に左右に外転する構造であるが、スタビライザー４３については、アクチュエーターの可動部分を軸に、上下左右に可動する構造をとっている。これは、急速にロボット前方に重心移動を行う際に、図８に示すように腹部３及び胸部２の前方傾斜による重心移動をさらに補助する機能である。
【０１５２】
図９は、２足歩行ロボット１の後傾時における、ロボットの上体の筐体部分４４、本例では胸部２の筐体内のバランサー及びスタビライザー４１を側面から見た構造及び動作の様子を示したものである。図９において、図８の場合と同様に、スタビライザー４３は、アクチュエーターの可動部分を軸に、上下左右に可動する。これは、急速にロボット後方に重心移動を行う際に、図９に示すように腹部３及び胸部２の後方傾斜による重心移動をさらに補助する機能である。
【０１５３】
前述した機能及び構造を有する２足歩行ロボット１の、実際の歩行動作と状態について、図１０〜図１３に示す例を用いて説明する。
【０１５４】
図１０〜図１３は、各々の構造についての２足歩行ロボット１の起立及び歩行状態を示したものである。各図において、左が２足歩行ロボット１の左側面から見た図、右上と右下の図はロボットの正中線を共通に示してあり、右上はロボット上面からみたロボット筐体とバランサー４２とスタビライザー４３の位置、右下はロボット筐体におけるバランサー及びスタビライザー４１の左右重量配分を表す図である。
【０１５５】
図１０は、バランサー及びスタビライザー４１を有する本発明にかかる２足歩行ロボット１の起立状態を表す図である。
【０１５６】
図１１は、バランサー４２を有する本発明にかかる２足歩行ロボット１の、２足歩行時において右脚を浮かせて前方に踏み出す際、ロボットの腰部４の軸に対して上体が進行方向右に外旋して重心移動を行う状態を表す図である。
【０１５７】
図１２は、バランサー及びスタビライザー４１を有する本発明にかかる２足歩行ロボット１の、２足歩行時において右脚を接地して後方に残っている左脚を引き寄せる際、ロボットの腰部４の軸に対して上体が進行方向右に外旋し、ロボットの上体の筐体部分４４内でバランサー及びスタビライザー４１が可動して重心移動を行う状態を表す図である。
【０１５８】
図１３は、バランサー及びスタビライザー４１を有する本発明にかかる２足歩行ロボット１の、２足歩行時において右脚を接地して後方に残っている左脚を引き寄せる際、ロボットの腰部４の軸に対して上体は外旋せず、ロボットの上体の筐体部分４４内でバランサー及びスタビライザー４１が可動して重心移動を行う状態を表す図である。
【０１５９】
図１０の起立状態のロボットでは、同図の右下部に示すように、両脚部５は接地しており、バランサー及びスタビライザー４１はロボットの正中線に対して左右対称の重量配分となっている。
【０１６０】
また図１１に示す、ロボットの上体の筐体部分４４背面側にバランサー４２を有する本発明にかかる２足歩行ロボット１の２足歩行状態では、浮かせて前方に踏み出す右脚側に上体を外旋している。このとき、ロボットの上体の筐体部分４４が、左右対称構造であり、ロボット重量全体に占めるバランサー４２の重量配分に対して十分小さい場合、左右どちらに外旋しても、ロボットの正中線に対するロボットの上体の筐体部分４４の左右対称性はほぼ変わらないとすると、同図右下部のように、バランサー４２の重量配分のみ接地脚４６側に移動する。これが、本発明の２足歩行ロボット１の重心移動装置による重心移動の一例となる。
【０１６１】
図１２に示す、バランサー及びスタビライザー４１を有する本発明にかかる２足歩行ロボット１の、２足歩行時において右脚を接地して後方に残っている左脚を引き寄せる際、ロボットの腰部４の軸に対して上体が進行方向右に外旋し、またロボットの上体の筐体部分４４内でバランサー４２及びスタビライザー４３が進行方向右側に移動して重心移動を行う状態では、図１１で説明した腰部４の軸に対して上体が左右外旋して重心移動を行う構造よりも、さらに胸部２筐体内でバランサー及びスタビライザー４１が外旋方向に移動するので、その重量配分はより接地脚４６側に移動する。これが、本発明の２足歩行ロボット１の重心移動装置による重心移動の一例となる。
【０１６２】
図１３に示す、ロボットの上体の筐体部分４４内でバランサー４２及びスタビライザー４３のみが可動して重心移動を行う２足歩行状態では、接地脚４６側にバランサー及びスタビライザー４１が移動し、２足歩行ロボット１の左右方向の重心はより接地脚４６側に移動する。これが、本発明の２足歩行ロボット１の重心移動装置による重心移動の一例となる。
【０１６３】
図３３に、本発明にかかる重心移動装置を有する２足歩行ロボット１による、本発明にかかる重心移動方法についてまとめたものを示す。前述の通り、本発明にかかる重心移動方法は、腰部４を絶対水平に保ちながら、起立時及び２足歩行動作について、頭部６に搭載した３軸加速度センサーの位置変移量より、それに適した２足歩行ロボット１の前後と左右の重心移動を、それぞれ分割して行うことが特徴である。
【０１６４】
２足歩行ロボット１の前後の重心移動は、腰部４を軸とした腹部３の前後傾動作もしくはスタビライザー４３の上下動作もしくはヒトの足関節部に相当する可動部の動作により行う。
【０１６５】
２足歩行ロボット１の左右の重心移動は、腰部４または腹部３を軸とした胸部２の外旋運動もしくはバランサー及びスタビライザー４１の左右移動運動により行う。
【実施例４】
【０１６６】
本発明の一実施例（実施例４）の形態を、図１４〜図２９を参照しながら説明する。
【０１６７】
図１４〜図１９により、本発明にかかる振り子型のバランサー４２及びスタビライザー４３の構造と動作例について説明する。
【０１６８】
図１４は、ロボットの上体の筐体部分４４内の振り子型バランサー４２をロボット正面から見た構成図である。図１４において、サーボモーター８のドライブシャフト１１の回転軸に取り付けられたバランサー４２が、前記回転軸を軸に左右に振り子のようにロボット進行方向左右に外転する。
【０１６９】
図１５は、図１４をロボット側面からみた構成図である。
【０１７０】
図１６は、サーボモーター８に設置された振り子型バランサー４２の構造の一例である。図１６左はロボット正面から見た図、右は側面図である。図１６において、振り子型バランサー４２は、駆動用バッテリー２７と、バッテリーケース２８と、サーボモーター８により構成される。駆動用バッテリー２７を搭載したバッテリーケース２８は、サーボモーター８のサーボホーン１０に固定される。
【０１７１】
尚、前記バッテリーケース２８は、強度を向上させるため、図１７に示すように、サーボモーター８のドライブシャフト１１の両端部においてサーボホーン１０に固定してもよい。
【０１７２】
尚、図１６で示した振り子型バランサー４２は、図１８のように、駆動用バッテリー２７とサーボモーター８の上下が逆となった構造でもよい。
【０１７３】
また、前述の振り子型バランサー４２の構造は、図１９に示すように、スタビライザー４３に利用してもよい。
【０１７４】
前述の振り子型のバランサー４２及びスタビライザー４３の特徴について簡単に説明を行う。本発明の一実施例（実施例２）で述べたように、本発明にかかる２足歩行ロボット１の重心移動に関し、バランサー４２及びスタビライザー４３中心位置もしくは重心位置が、高さはロボットの股関節から離れているほうが有利であり、かつ、より短時間で水平方向へ移動可能なほど有利である。
【０１７５】
図１４や図１５で示した振り子型バランサー４２もしくはスタビライザー４３は、構造上、移動量が大きくなると、サーボモーター８のドライブシャフト１１の回転角度に対して、高さが減少し、また、所望の重心位置への水平方向の移動時間が増加し、２足歩行ロボットに要求される筐体幅の増加に繋がるという点を挙げておく。
【０１７６】
図２０〜図２５により、本発明にかかるスイープ型のバランサー４２及びスタビライザー４３の構造と動作例について説明する。
【０１７７】
図２０は、ロボットの上体の筐体部分４４内のスイープ型バランサー４２をロボット正面から見た構成図である。図２０において、バランサー４２は、その動作軌跡がサーボモーター８のドライブシャフト１１の回転軸に平行となるように取り付けられ、サーボモーター８の可動軸を中心に半円を描くように左右に外旋する。図２１は、図２０をロボット側面からみた構成図である。図２２は、前述したスイープ型バランサー４２を、ロボット上側からみた構成図である。
【０１７８】
図２４は、サーボモーター８に設置されたスイープ型バランサー４２の構造の一例である。図２４において、スイープ型バランサー４２は、駆動用バッテリー２７と、バッテリーケース２８と、サーボモーター８により構成される。駆動用バッテリー２７を搭載したバッテリーケース２８は、サーボモーター８のサーボホーン１０に固定される。図２５は、図２４をロボット上側からみた構成図である。
【０１７９】
尚、前記バッテリーケース２８は、強度を向上させるため、サーボモーター８のドライブシャフト１１の両端部においてサーボホーン１０に固定してもよい。
【０１８０】
また、前述のスイープ型バランサー４２の構造は、図２３に示すように、スタビライザー４３に利用してもよい。
【０１８１】
前述のスイープ型のバランサー４２及びスタビライザー４３の特徴について簡単に説明を行う。本発明の一実施例（実施例２）で述べたように、本発明にかかる２足歩行ロボット１の重心移動に関し、バランサー４２及びスタビライザー４３中心位置もしくは重心位置が、より短時間で水平方向へ移動可能なほど有利である。
【０１８２】
図２０で示したスイープ型バランサー４２もしくはスタビライザー４３は、構造上、移動量が大きくなると、サーボモーター８のドライブシャフト１１の回転角度に対して、所望の重心位置への水平方向の移動時間が増加し、２足歩行ロボットに要求される筐体幅の増加に繋がるという点を挙げておく。
【０１８３】
図２６〜図２９により、本発明にかかるスライド型のバランサー４２及びスタビライザー４３の構造と動作例について説明する。
【０１８４】
図２６〜図２８は、サーボモーター８に設置されたスライド型バランサー４２の構造の一例である。図２６において、スライド型バランサー４２は、駆動用バッテリー２７と、バッテリーケース２８と、ステアピン３１を有するバッテリーホルダー２９と、ステアバー３０と、ガイドレール３３及びサーボモーター８により構成される。駆動用バッテリー２７を搭載したバッテリーホルダー２９は、バッテリーケース２８内を左右に移動するが、これについて以下に説明する。
【０１８５】
図２６について、同図中左部はロボット正面から見た一例の図、同右部はそれをロボット背面から見た図である。図２７は、図２６の構造をロボット側面からみた図である。また図２８は、図２６の構造をロボット上側からみた図である。
【０１８６】
前記バッテリーホルダー２９には、ステアピン３１と称する、突起状のピンが付属している。このステアピン３１が滑らかに移動できる内幅の空隙３２を有するステアバー３０の一端が、サーボモーター８のドライブシャフト１１に、直接もしくはサーボホーン１０を介して接続されている。
【０１８７】
また前記ステアピン３１が滑らかに移動できる内幅の空隙３２を有するガイドレール３３は、バッテリーケース２８にその両端を固定されている。
【０１８８】
前記ステアバーの空隙３２及びガイドレール３３の間に、ステアピン３１を挿入した状態で、ステアバー３０はサーボモーター８の可動軸を中心に外転及び内転を行う。
【０１８９】
このとき、サーボモーター８の可動軸を中心に外転及び内転を行うステアバー３０に対し、ステアピン３１は、ステアバーの空隙３２内を自由に動くことが出来、かつガイドレール３３の間隙に沿うため、駆動用バッテリー２７を搭載したバッテリーホルダー２９の移動軌跡はバッテリーケース２８のガイドレール３３方向となる。サーボモーター８のドライブシャフト１１の外転及び内転運動が、前記駆動用バッテリー２７を搭載したバッテリーケース２８のガイドレール３３に沿った左右移動に変換される。
【０１９０】
尚、前記ステアバー３０は、強度を向上させるため、サーボモーター８のドライブシャフト１１の両端部においてサーボホーン１０に固定してもよい。
【０１９１】
また、前述のスライド型バランサー４２の構造は、図２９に示すように、スタビライザー４３に利用してもよい。
【０１９２】
尚、前述した全てのバランサー４２及びスタビライザー４３による重心移動は、ロボットの前後左右の重心移動を兼用する場合も十分あり得るので、バランサー４２及びスタビライザー４３の外転及び外旋軌道は、２足歩行ロボット１の各軸に対して必ずしも平行もしくは垂直である必要はない。
【０１９３】
尚、バランサー４２及びスタビライザー４３は、前述した全ての型について、互いに任意に組み合わせ可能である。
【０１９４】
尚、前述した各型のスタビライザー４３の錘は、必要な場合、駆動用電源を用いてもよい。
【０１９５】
尚、バランサー及びスタビライザー４１に使用する駆動用電源は、胸部筐体内アクチュエーター上への搭載時に、左右の重心バランスがロボット正面に対して左右対称となるように設計及び設置されるのが望ましい。
【実施例５】
【０１９６】
本発明の一実施例（実施例５）の形態を、図５９及び図６０を参照しながら説明する。
【０１９７】
図５９及び図６０により、本発明にかかる、腰部４と大腿部１９の最上位置との間、もしくは胸部２や腹部３との間、もしくはバランサー４２及びスタビライザー４３を可動させるサーボモーター８に任意に搭載されたトルクコントローラーについて説明する。
【０１９８】
図５９及び図６０に示すように、２足歩行ロボット１の全ての可動部分において、筐体ＸＡ１３と筐体ＸＢ１４が、サーボモーター８により接続された構成となっている。
【０１９９】
前述のように、本発明にかかる２足歩行ロボット１の特徴は、ロボットの筐体重量に比較して十分に大きな質量を有する、バランサー４２及びスタビライザー４３の重量を利用することにある。前述の、腰部４と大腿部１９の最上位置との間、もしくは胸部２や腹部３との間、もしくはバランサー４２及びスタビライザー４３を可動させるサーボモーター８は、少なくともサーボモーター８の両端に接続された部品の重量差の大きいか、もしくは片側の動作時に重い負荷がかかる構成になっている。
【０２００】
例えば図５９及び図６０において、筐体ＸＡ１３が相対的に大きな重量のものであり、筐体ＸＢ１４が軽量もしくはかかる負荷が極端に小さかった場合、同図中でサーボモーター８により筐体ＸＡ１３を下方に移動させる際、筐体ＸＡ１３の自重によりＸＢ１４が上方に移動してしまう可能性があるが、前記サーボモーター８に任意に搭載されたトルクコントローラーは、これを防ぐ役割を果たす。
【０２０１】
具体的には、起立状態の２足歩行ロボット１について、バランサー４２及びスタビライザー４３を搭載した胸部２を腹部３に対して旋回させる場合、足部２１と地面との摩擦係数が極端に低い場合、ロボットの腹部３より上方の部分を残し、腹部３以下部分が逆方向に回転してしまう現象である。前記サーボモーター８に任意に搭載されたトルクコントローラーに任意のキャンセルトルク値を設定することにより、前述の空転現象を防ぐことができる。
【実施例６】
【０２０２】
本発明の一実施例（実施例６）の形態を、図３０〜図３２を参照しながら説明する。
【０２０３】
本実施例６では、前述した２足歩行ロボット１を、遠隔操作式として応用した一例について述べる。
【０２０４】
２足歩行ロボット１を遠隔操作式にするためには、操作側では、操作装置、信号処理基板、送信機が必要となる。また、被操作側である２足歩行ロボット１側では、前述の２足歩行ロボット１の各構成物に加え、受信機、サーボコントローラーを含む信号処理基板が必要となる。このとき、前記受信機及び基板は、２足歩行ロボット１全体の重心を考慮し配置する必要があるのは自明である。
【０２０５】
また、さらなる実用性やエンターテイメント性を向上させることを目的とした遠隔操作式２足歩行ロボット１の一例を以下に挙げる。
【０２０６】
図３１は、前記遠隔操作式２足歩行ロボット１の頭部６に、カメラ３４を搭載した一例である。この構成により、２足歩行ロボット１の視点での映像が、操作側で確認できる。
【０２０７】
図３２は、前記遠隔操作式２足歩行ロボット１の任意の箇所に、スピーカー３５を搭載した一例である。これにより、前出の信号処理基板により、特定の動作を行ったとき、臨場感を高める任意の効果音を出すことが可能である。
【０２０８】
図３０は、本発明にかかる２足歩行ロボット１を、前述したカメラ３４やスピーカー３５を付加し、遠隔操作式にするために必要なシステムを示したものである。
【０２０９】
図３０において、操作側では、受信機及びモニタが必要となる。受信機は、２足歩行ロボット１の状態、カメラ３４の受像データの受信に際し必要である。モニタは、前記受信情報の表示に用いる。
【０２１０】
また図３０において、２足歩行ロボット１側では送信機が必要となる。送信機は、２足歩行ロボット１の状態情報、カメラ３４の受像データの操作側への送信に際し必要である。これにより、ロボットの視点からの映像やロボットの状態を操作側から確認することも可能となる。
【０２１１】
最後に、本発明にかかる２足歩行ロボット１では、先述の遠隔操作において、例えば振動を検知するセンサー等を新たに設置した各関節部に構成されたサーボモーター８を、ある特定の条件、例えば障害物に接触した場合や、複数の２足歩行ロボット１による格闘時において、ロボットの接触した箇所等の任意の可動部のサーボモーター８の動作を停止させることにより、擬似負傷状態を表現することも出来る。
【０２１２】
また、高速２足歩行を連続して行った場合、あらかじめカウントしておいた２足歩行時間が一定の時間を越えた時に、特に脚部のサーボモーター８の動作を鈍く設定することや、前出のバランサー及びスタビライザー４１の重心移動動作を鈍らせることにより、疲れてふらふら歩くヒトを擬似的に表現することも可能である。
【符号の説明】
【０２１３】
１  ２足歩行ロボット
２  胸部
３  腹部
４  腰部
５  脚部
６  頭部
７  腕部
８  サーボモーター
９  サーボケース
１０  サーボホーン
１１  ドライブシャフト
１２  ビス
１３  筐体ＸＡ
１４  筐体ＸＢ
１５  筐体Ｙ
１６  上腕部
１７  前腕部
１８  手部
１９  大腿部
２０  下腿部
２１  足部
２２  ３軸加速度センサー
２３  頭部の位置変移量
２４  胸部の位置変移量
２５  腹部の位置変移量
２６  ロボットの正中線の傾斜角
２７  駆動用バッテリー
２８  バッテリーケース
２９  バッテリーホルダー
３０  ステアバー
３１  ステアピン
３２  ステアバーの空隙
３３  ガイドレール
３４  カメラ
３５  スピーカー
３６  地面
３７  脚部の軸
３８  腰部の軸
３９  腹部の軸
４０  胸部の軸
４１  バランサー及びスタビライザー
４２  バランサー
４３  スタビライザー
４４  ロボットの上体の筐体部分
４５  ロボットの股関節部分
４６  接地脚
４７  バランサー及びスタビライザーの正面から見た質点
４８  上体の筐体部分の正面から見た質点
４９  脚部の正面から見た質点
５０  接地脚側の股関節部からバランサー及びスタビライザー中間部までの高さ
５１  脚部の高さ
５２  浮いている脚側のバランサー及びスタビライザーの質点
５３  接地脚側のバランサー及びスタビライザーの質点
５４  浮いている脚側の上体の筐体部分の質点
５５  接地脚側の上体の筐体部分の質点
５６  浮いている側の脚の質点
５７  バランサー及びスタビライザーの質点による重力
５８  上体の筐体部分による重力
５９  脚部による重力
６０  浮いている脚側の股関節部
６１  接地脚側の股関節部
６２  ｗ（各股関節部から腰部の軸までの距離）
６３  接地脚側の股関節部にはたらく上向きの力
６４  接地脚側の股関節部にロボットの正中方向にはたらくモーメント
６５  新たに発生させる重力
６６  Ｗ（バランサー及びスタビライザーの幅）
６７  ｄＷ（バランサー及びスタビライザーの移動量）
６８  浮いている脚側の股関節上部
６９  接地脚側の股関節上部
７０  接地脚側の股関節上部にかかる下向きの重力
７１  バランサー及びスタビライザーの移動後の浮いている脚側の質点による重力
７２  バランサー及びスタビライザーの移動による浮いている脚側の股関節上部にかかる重力
７３  バランサー及びスタビライザーの移動による遠心力
７４  バランサー及びスタビライザーの質点による重力と移動による遠心力との合力
７５  ｍｕ（上体の筐体部分の正面から見た質点）
７６  ｍｆ（浮いている脚の質点）
７７  ロボット外側に発生するモーメント
７８  Ｈ（接地脚側の股関節部からバランサー及びスタビライザー中間部までの高さ）
７９  Ｌ（脚部の高さ）
８０  バランサー及びスタビライザーの接地脚側の股関節上部での左右対称な部分
８１  バランサー及びスタビライザーの接地脚側の股関節上部でロボット外側に過剰にはみ出した部分
８２  バランサー及びスタビライザーのロボット外側に過剰にはみ出した部分の質点
８３  Ｗｍ（バランサー及びスタビライザーの接地側脚の軸を中心としてロボット外側に過剰にはみ出した幅）
８４  Ｗｏ（バランサー及びスタビライザーの正面から見た質点が、接地脚側の脚部の軸からロボット外側にモーメントの釣り合う状態まで移動した距離）
８５  Ｗｍａｘ（脚部の軸３７からロボット外側に向けてバランサー及びスタビライザーがはみ出している最大量）
【図１】
2011140096.tif 000013
【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】
2011140096.tif 000025
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2011140096.tif 000029
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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