(57)【要約】脚式移動ロボットの足においては、第１の凹部により足の変形などが吸収され、接地部の位置及び形状がほとんど変化しない。したがって、ヨー軸回りのモーメントに対する抗力の変化は少なくなり、スピン運動などの発生は抑止される。また、凸部や段差を踏んだ場合、柔軟部が変形してこれを受けとめ、凸部との間で摩擦保持力が作用する。したがって、足が路面に馴染んだ状態となり、その凸部による滑落、極度に速い運動の発生などが抑止され非連続面、凹凸面など種々の路面に適応し、より姿勢の安定性が高まる。
2003068455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の可動脚を備えた脚式移動ロボットの脚装置であって、
足裏面及び該足裏面の周囲に連続する側面を有する足底部と、
前記足裏面の内側に向かって形成された傾斜面からなる第１の凹部と、
を具備することを特徴とする脚式移動ロボットの脚装置。
【請求項２】
前記接地部を前記足裏面の四隅近傍にそれぞれ配設した、
ことを特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボットの脚装置。
【請求項３】
前記第１の凹部内に所定の弾力性を有する部材により形成された柔軟部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボットの脚装置。
【請求項４】
前記第１の凹部の内部に前記第１の凹部の傾斜面よりさらに窪むように形成された第２の凹部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボットの脚装置。
【請求項５】
前記柔軟部は前記第２の凹部内に形成されている、
ことを特徴とする請求項４に記載の脚式移動ロボットの脚装置。
【請求項６】
前記第１の凹部より前記足の周辺部を通過して前記足の側面より外部に達するように前記足の接地面に形成された１以上の溝をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボットの脚装置。
【請求項７】
前記可動脚に取り付けられる足甲部材と、足裏面に略平行な面に沿って遊動可能なように該足甲部材に取り付けられた足底部材とを備えた、
ことを特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボットの脚装置。
【請求項８】
前記可動脚の先端部に着脱自在に取り付けられる足本体と、前記足本体に設けられ該足本体に関連する情報が記憶された記憶手段とを備えた、
ことを特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボットの脚装置。
【請求項９】
前記可動脚に足首部で支持される足甲部と、前記足甲部に着脱自在に取り付けられる足底部と、前記足底部に搭載され該足に関連する情報が記憶された記憶手段及び／又は前記記憶手段に記憶された情報に基づいて前記可動脚の運動を制御する制御手段を備えた、
ことを特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボットの脚装置。
【請求項１０】
前記可動脚に足首部で支持される足本体と、前記足本体に搭載され該足本体に関連する情報が記憶された記憶手段及び／又は前記記憶手段に記憶された情報に基づいて前記可動脚の運動を制御する制御手段と、前記記憶手段及び／又は前記制御手段を外界に露出し交換可能にする開口部と、
を備え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の脚装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、初期化時に前記記憶手段に記憶された情報を読み出す、
ことを特徴とする請求項９乃至１０のいずれかに記載の脚式移動ロボットの脚装置。
【請求項１２】
可動脚の先端部に着脱自在に設けられる足を備えた脚式移動ロボットの制御方法において、
前記足に関連する情報を該足に設けられた記憶手段にあらかじめ記憶せしめ、
初期化時に該記憶手段から該情報を読み出し、
該読み出した情報に基づいて前記可動脚の運動を制御する、
ことを特徴とする脚式移動ロボットの制御方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、複数の可動脚を備えた脚式移動ロボットに係り、特に、該可動脚の先端部に設けられた、歩行動作の際に床面（歩行面）に当接される足部の構造、並びに足部の構造に対応した脚式移動ロボットの制御方法に関する。
背景技術
近年、人や猿などの２足直立歩行を行なう動物を模した脚式移動ロボットに関する研究開発が進展し、実用化への期待も高まってきている。２足直立による脚式移動ロボットは、クローラ式や４足又は６足式のロボットに比べて不安定であり、姿勢制御や歩行制御が複雑になるという短所がある。しかし、一方で、不整地や障害物がある場所などの作業経路上に凹凸がある場所や、階段やはしごなどの不連続な歩行面などの、条件の厳しい場所においても柔軟に適応して移動作業を実現できるという点で優れている。
ところで、人間の作業空間や居住空間のほとんどは、２足による直立歩行という人間が持つ身体メカニズムや行動様式に合わせて形成されている。言い換えれば、人間の住空間は、車輪その他の駆動装置を移動手段とした現状の機械システムが移動するにはあまりに多くの障壁が存在する。したがって、機械システム、すなわちロボットがさまざまな人的作業を支援又は代行し、さらに人間の住空間に深く浸透していくためには、ロボットの移動可能範囲が人間のそれとほぼ同じであることが好ましい。これが、脚式移動ロボットの実用化が大いに期待されている所以である。すなわち、人間型の形態を有していることは、ロボットが人間の住環境との親和性を高める上で必須であると言える。
２足歩行による脚式移動を行なうタイプのロボットについて、姿勢制御や安定歩行に関する技術は既に数多く提案されている。その中の多くは、ＺＭＰ（Ｚｅｒｏ  Ｍｏｍｅｎｔ  Ｐｏｉｎｔ）を歩行の安定度判別の規範として用いている。ＺＭＰによる安定度判別規範は、歩行系から路面には重力と慣性力及びこれらのモーメントが作用し、該モーメントと路面から歩行系への反作用としての床反力及び床反力モーメントとがバランスするというダランベールの原理に基づいている。そして、力学的推論の帰結として、足裏の接地点と路面の形成する支持多角形の辺上あるいはその内側にピッチ及びロール軸モーメントが零となる点が存在し、この点をＺＭＰと言う。
ＺＭＰ規範に基づく２足歩行制御には、足底着地点をあらかじめ決定することができ、路面形状に応じた足先の運動学的拘束条件を考慮し易いという利点がある。また、ＺＭＰを安定判別規範とすることは、力ではなく軌道を運動制御上の目標値として扱うことを意味するので、技術的に実現性が高まる。なお、ＺＭＰの概念並びにＺＭＰを歩行ロボットの安定判別規範に適用する点については、Ｍｉｏｍｉｒ  ｋｏｂｒａｔｏｖｉｃ著”ＬＥＧＧＥＤ  ＬＯＣＯＭＯＴＩＯＮ  ＲＯＢＯＴＳ”（加藤一郎外著『歩行ロボットと人工の足』（日刊工業新聞社））に記載されている。
ところで、脚式移動ロボットにおける脚式作業時の安定性・制御性は、四肢の動作パターンだけでなく、歩行など脚式作業を行なう路面（地面、床面）の状態の影響を受けている。何故ならば、足が路面に接地している限り、路面から常に反力を受けているからである。このため、路面からの反力を直接受ける足の構造は、脚式移動ロボットにおける脚式作業時の安定性・制御性に極めて重要であり、これまでに多くの提案がなされている。
例えば、遊脚（路面に接地していない側の脚）の着地時に路面から受ける衝撃、すなわちＺ軸方向（足裏面に対して直交する方向又はヨー軸に沿う方向）の衝撃を緩和するために、ゴムなどの弾性シートを足裏に接着したもの、あるいはこの弾性シートの破損や変形を防止するためにさらにその下面に金属板などを接着したものが、通常広く知られている。また、足裏面にＺ軸方向の衝撃を吸収するための板バネを介して金属板などを設けたものも知られている。また、路面に対しての滑りを防止する目的で足裏面にゴムなどを貼着したものも知られている。
しかしながら、これらの従来の足部は、着地時の地面からの衝撃を緩和することや路面に対する滑りを抑えるための改善がなされたものがほとんどであり、構造自体は、図８２（Ａ）に示すような、板形状のもののままであった。図８２に示す足部９２０は、着地時には足裏面の全体で路面９１１に接地する構造となっている。そして、このような従来の足部においては、例えば図８２（Ｂ）に示すように、ＺＭＰが足部９１０の略中央部に位置した場合、その部分にロボットの荷重が集中し、足部９１０は路面９１１と反対方向に撓み、形状が変化する場合があった。このような状態となると、足部９１０と路面９１１との接触面積は減少し、ヨー軸回りのモーメントに対する抗力が弱くなるという問題が生じた。また、形状の変化により、足底と路面との接触面の形状も変化し、この変化に伴い脚式移動ロボットの動特性に変化が生じ、ロボットの姿勢を不安定にするという問題がある。
また、このような足底部の撓みによる姿勢の不安定化に加えて、足底部が路面に接地したときに、足裏面の中間部分が路面の凸部に位置したような場合にも、いわゆるシーソー状態となり、同様な問題が生じる。
さらに、足底部の接地面を構成する足裏面の角部ないし側辺部に配慮がなされていないため、路面に凹凸などがある場合に、遊脚の着地時にその凹凸に足の当該角部乃至側辺部が干渉して躓きの原因になるとともに、躓きとその開放を繰り返すいわゆるスティックスリップ状態に陥ることもあり、ロボットの上体のバランスが崩れ、姿勢が不安定になることがある。
ここで、ロボットの姿勢の安定性の指標として「抗力発生実効面」と名付ける概念を用いるものとする。
抗力発生実効面とは、例えば足部と路面との接地面が１つの面であるときはその面を意味する。また、図８３に示すように、足部と路面とが点で接触する場合には、隣り合う２点間を結んだ辺で囲まれる平面を意味する。さらに、図８４に示すように、足部の接地部分がフレーム形状であるときは、このフレームの辺で囲まれた面を意味する。すなわち、「抗力発生実効面」とは、脚式移動ロボットに発生するヨー軸回りのモーメントに対して、路面からの抗力を受ける点を結んだ領域を意味する。
脚式移動ロボットの歩行におけるＺＭＰの移動によって、足部が変形し、抗力発生実効面の面積が減少すると、脚式移動ロボットの動作によって発生するヨー軸回りのモーメントに対して弱くなり、脚式移動ロボットの姿勢を不安定にし、スピン運動をもたらす原因となる。また、抗力発生実効面の変形は、脚式移動ロボットの挙動の予期せぬ変化を生じ、脚式移動ロボットの姿勢を不安定にする原因となる。
したがって、脚式移動ロボットの足底面においては、接地面における面圧の静的及び動的な調整、すなわち、単なる圧力値の調整のみならず、その変化や分布を調整することが必要であると考えられる。また、摩擦についても同様に、静的及び動的に調整する必要があると考えられる。
また、このようなことは、主に平坦な移動面若しくは緩やかな連続面に限定されて適応できる問題であるが、実移動面においては、うねりのような連続面の他、凹凸や段差など不連続な面が多々存在し、そのような面も脚式移動ロボットの姿勢を不安定にする原因となっていることに留意しなければならない。
具体的には、例えば、図８５に示す段差などを足部が踏んだ場合には、足部はちょうど亀の子のようになり、接地部における支持モーメントを発生することが不可能になり、その挙動は非線型となって制御が極めて困難な状況に陥る。また、移動奇跡も乱れがちとなり、修正制御や移動計画の再設定が必要となる。
また、図８６に示すように、絨毯など脆弱で滑り易い面においては、足の接地面が必要以上に滑る可能性があり、脚式移動体自体の移動安定性を著しく損ねる可能性がある。
また、図８７に示すように、摩擦の大きな面、若しくは、柔らかいために表面に引っ掛かりが生じるような面においては、足底接地面の形状の効果による面圧、あるいは、面方向における摩擦が極端に上昇すると、慣性力などにより転倒モーメントが発生する。そのため、やはり接地部の摩擦特性を調整する必要がある。
さらに、図８８に示すような段差のあるところにおいては、図８５に示したような支持モーメントの問題以外にも、段差部若しくは凹凸部付近の形状の条件が悪い場合や著しく摩擦が少ない場合には、足部が滑落するという問題がある。さらにこの現象は、制御周期などに比べて極めてその挙動が速いため、十分に対処できない危険性がある。
このような場合には、例えば図８９に示すように、足部に土踏まずのような形状の構造を設けることにより、段差の角を避けるようにすることが可能である。しかしながら、このような構造も、結局は、支持効力発生面９２１が図中斜線を施した三角形形状となってしまうように土踏まずに段差若しくは凸部が接触することとなり、安定性を確保できる条件は狭くなる。したがって、このような段差にも対応して、移動性能と安定性を確保する必要がある。
また、２足歩行ロボットは、必然的に転倒する可能性があり、これをできるだけ回避する必要がある。転倒回避対策としては、動作時にいかにしてバランスを崩さず、安定的に動作できるかの観点、及びバランスを崩した場合の回復の観点などから制御方法を工夫することが行なわれている。また、このような制御方法の工夫に加えて、足部の構成を図９０〜図９２に示されているような構成とすることにより、対策していた。
図９０〜図９２はそれぞれ従来の足部の概略構成を示す平面図である。これらの図においては、１２，２２，３２は他方の足（当該足が取り付けられる脚と対をなす他方の脚に取り付けられる足）に対して遠い側の側面（外側面）であり、１３，２３，３３は当該他方の足に対して近い側の側面（内側面）であり、１４，２４，３４はロボットの正面側の側面であり、１５，２５，３５はロボットの背面側の側面である。なお、１１，２１，３１は、ロボットの脚の足首に取り付けるための取付部である。
図９０に示されているものでは、外側面１２が外側に凸となるような曲面に設定されている。また、図９１に示されているものでは、外側面２２が外側に凸となるような二つの平面で構成されており、これらの２つの平面の交わった部分に頂点２６が形成されている。さらに、図９２に示されているものでは、外側面３２及び内側面３３の中間部分にそれぞれ外側に突出する突起部３６，３７を設けている。外側面１２，２２，３２をこれらの図に示されているように外側に凸となるように設定しているのは、ロボットの外側（当該他方の足と反対側）への回転に対する安定性を向上するためと考えられる。
また、図９０及び図９１において、外側面１２，２２をこのような外側に凸となるように構成に加えて、内側面１３，２３も該外側面１２，２２と同様に外側に凸となるように設定することもある。
従来の足部の構成によると、足部の外側面を外側に凸となるように設定しているので、転倒挙動に突入する前においては、ロボットの左右方向への回転モーメントの作用に対しての安定性は向上するものと考えられる。
しかしながら、一旦転倒挙動に突入し、外側（ロボットの左又は右側）にある程度傾斜した姿勢となった場合においては、図９０に示したものにあっては、外側縁（外側面と足裏面の接続部）の路面に対する接触部が順次移動する、即ち、足部が該外側縁の曲線に沿って転がる運動が発生し、図９１又は図９２に示すものにあっては、外側縁の突出した部分（頂点２６や突起部３６の角部）で、実質的に１点接触となってしまい、転倒中のロボットの重心位置に応じて、当該点接触部を中心としてヨー軸（足部の足裏面に直交する軸）回りに回転運動が生じ、この回転運動がどのように発生するかを予測することは一般に困難である。
このように、従来の足部の構成では、転倒中のロボットの姿勢が一定せず、その予測も困難であるため、転倒動作が始まった後は、転倒を回避するための制御、転倒時の衝撃を緩和するための制御、転倒後の復帰制御などの転倒に伴う制御は困難であり、そのまま転倒し、自立的に復帰することも難しかった。
また、転倒中の挙動が一定しないため、転倒に伴うロボット各部の路面に対する衝突による破損などを防止するために、転倒時に路面に衝突する可能性がある全ての部分の剛性や耐衝撃性を向上する必要があり、ロボットのコストを上昇させるという問題もある。
また、脚式移動ロボットは、研究段階からようやく実用化への第１歩を踏み出そうとしているのが現状であり、未だ数多くの技術的課題が残されている。例えば、路面の表面状態（整地か不整地か、あるいは摩擦係数などが脚式歩行の姿勢安定制御や安定歩行に与える影響は非常に大きいが、十分には解明されていない。４足歩行よりもヒューマノイドのような２足歩行ロボットの方が、重心位置が高く、且つ、歩行時のＺＭＰ安定領域が狭い。したがって、このような路面状態の変化に伴う姿勢変動の問題は、２足歩行ロボットにおいてとりわけ重要となる。
路面での歩行を考える場合、本来その路面状態に適した歩行方法を行なうことが望ましい。例えば、本出願人に既に譲渡されている特願２０００−１００７０８号の明細書には、路面の表面状態に応じて適切な脚式移動作業を行なうことができる脚式移動ロボットについて開示されている。該明細書に記載の脚式移動ロボットは、各可動脚の足部（足平又は足底）には、足部と路面との接地状態を確認するための路面接地センサと、路面と接地脚との間の相対移動（すなわち、「滑り」）を測定するための相対移動測定センサが配設されている。例えば、滑りなどの現象により、予定又は計画された軌道と実際の軌道との間にずれが生じた場合であっても、適応的に行動計画の修正並びに動作制御を行なうことができる。
また、人間の歩行を考えた場合、通常の歩行と雪道などの滑り易い路面での歩行は一般的に相違する。板の間と毛足の長い絨毯の上などでも歩行は違ってくる。人間の場合、路面状態への対応は、五感を利用して状況把握を行ないながら、経験的に学んだ歩き方を選択し、また状況に応じて姿勢制御を行ないながら歩行動作を実現する。また、路面歩行に適した靴などを選択することで、極端な路面、例えば雪道や泥道などへの対応を容易にしている。
ここで、ロボットの歩行安定について考えると、さまざまな路面での歩行が要求される点でロボットの歩行も人間の歩行と同様である。ロボットに対して人間と同様に多様な歩行動作を実現することは困難である。
一方、ロボットと路面との関係について考えてみる。ロボットの大きさや質量などが人間と同程度である場合には、歩行状況に対する路面表面の影響は人間の場合と同程度と推定することができよう。
これに対し、人間よりも小型で軽量なロボットの場合、路面状態の影響がより大きくなる場合がある。一例として、絨毯のように荷重に対して変形する路面をあげることができる。人間が絨毯の上を歩行する場合、毛足が相当長い場合であっても人間の質量も十分に大きいので、足部が接触する部分の絨毯表面は圧力によりつぶされた形状となるので路面が安定し、また、毛足から受ける反力が歩行に対して与える影響は小さい。これに対し、小型軽量のロボットが同じ絨毯の上を歩行する場合であっても、絨毯の表面部分がロボットの足底から受ける圧力が小さく、足部の接触する部分の絨毯表面が十分には潰されない状態になる。この結果、例えば人間が分厚いマットレスの上を歩くような状況となり、歩行への影響が過大となる。
ロボットは人間ほど多様な歩行パターンを行なうことは困難であり、その分だけ歩行中の路面に適応することが難しい。また、路面から受ける影響は人間の歩行時とは違った形態で現れてくる。
ロボットの足部並びに足底については既に数多くの研究・開発がなされている。しかしながら、あらゆる路面に対応し得る万能な足部の実現は、技術的にも経済的にも困難というのが実状である。
また、脚式移動ロボットは未だ研究・開発レベルであり、歩行路面を限定した作業環境下でロボットの足部の適応性を高めるという方向で開発がなされてきたのが現状である。
したがって、脚式移動ロボットが実用化・商品化の段階を迎え、人間の住環境に入り込もうとしている今、さまざまな路面への対応が不可欠となってきている。
以上のような観点から、本出願人は、特願２０００−１６７６８１号明細書において、足部を路面状況に応じて交換できるようにした脚式移動ロボットを提案している。
また、足部を、足首に連結される足甲部材に、路面に接地される足底部材を着脱可能に取り付けた二重構造として、足底部材を路面状況に応じて交換できるようにした脚式移動ロボットも提案している（特願２００２−０３７９９７号参照）。路面状況への対応に最も寄与するとともに、路面への接地による摩耗が最も激しい足底部分のみを交換することにより、足部全体を交換するものと比較して、各種の路面状況に応じた各種の足底部材を低コストで多数準備することができる。
また、脚式移動ロボットがその足部又は足底部材を交換したとき、適切な足部運動、ＺＭＰ軌道、体幹運動、上肢運動、腰部高さなどの設定内容は変化するため、これらの設定内容を変更する必要がある。これら設定内容を適切に変更するためには、足部又は足底部材の形状、摩擦係数、足部又は足底部材の重量などの情報がロボット本体の主制御部に必要となる。この場合、足部又は足底部材に関する情報をロボット本体に搭載されるＲＯＭに格納し、交換された足部又は足底部材を識別する情報をユーザが外部から入力するといった方法が考えられる。
しかしながら、このような方法では交換する足部又は足底部材の個数分の情報をＲＯＭに格納する必要性があり、交換する足部又は足底部材の個数が膨大になると、それに伴い多数のＲＯＭ若しくは容量の大きいＲＯＭが必要となる。このことは、特に小型の脚式移動ロボットなど、ＲＯＭの搭載スペースを十分にとることができないような場合には、解決し難い問題を生じ、あるいはＲＯＭの容量を増大すれば、コストの上昇を招く。また、足部又は足底部材を交換するときに、前述の足部識別情報を入力する必要があることは、ユーザにとって手間がかかる。
また、従来技術によると、着床時に足底が路面から受けるＺ軸方向の衝撃は弾性シートや板バネによってある程度吸収できるものの、Ｚ軸に直交する面（Ｘ−Ｙ平面）内において、特定又は不特定の方向に受ける力に対する配慮がなされていない。すなわち、路面に凹凸などがある場合に、遊脚の着床時にその凹凸に足の一部が干渉し（引っ掛かる、躓く）、ロボットの上体のバランスが崩れ、姿勢が不安定になることがある。特に、高速動作を実現しようとした場合には、路面から受ける反力が増大するので、この問題は顕著になる。なお、このような場合、ロボットの制御手段によるソフトウェア的な処理によって緊急回避的な動作を行なうことになるが、足のハードウェア的な構造によって、これを回避あるいは緩和することができるとすれば、安定制御や歩行制御上も便宜である。
また、足部には、ロボット本体の主制御部が可動脚を含む各部の運動を制御するための基礎情報を検出するための種々のセンサが設けられている。例えば、ＺＭＰを安定判別規範としてロボットの運動制御を行なう場合には、実際のＺＭＰを測定するため、足部の足裏面（路面に対する接地面）に、ＺＭＰ検出用の複数の力センサが配設される。足部に設けられるセンサとしては、路面への足部の接地の有無を検出するためのセンサ、路面上に接地された足部の該路面に対する滑りを検出するためのセンサなども設けられる場合がある。
これらのセンサの検出値は、Ａ／Ｄ変換されてロボット本体に設けられる主制御部に取り込まれ、主制御部によって、これらの検出値に基づいて実際のＺＭＰの算出、その他の必要な演算処理が行なわれ、ロボットの歩行動作を含む各部の制御に供される。
しかしながら、ロボット本体の主制御部が足部に搭載された各種センサの出力を直接的に取り込み、主制御部がＺＭＰ演算を含む必要な演算処理を行なうため、主制御部の処理負担が大きいという問題がある。すなわち、ロボット本体に搭載される主制御部の演算装置は、ロボットの動作の生成などの複雑、且つ大量の計算を行っており、この主制御部の演算装置で前記ＺＭＰ検出用センサの出力から実際のＺＭＰの算出を行なわせ、あるいは他のセンサについての出力を処理させることは、主制御部の演算装置に多くの計算負荷がかかる。
これに加えて、足部に設けられた各種のセンサの出力をロボット本体の主制御部に供給するためには、該センサと主制御部をつなぐ配線は複雑なものになるとともに、足部を交換する場合に、該足部に設けられる各種のセンサの種類、特性、数などが異なる場合に、ロボット本体側の配線などに変更を生じることがあり、交換に伴う作業負担が多いという問題もある。
発明の開示
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、その主な目的は、ＺＭＰの移動による足部形状の変化に伴う抗力発生実効面の変化を抑制し、また、連続面、非連続面、剛体面、粘弾性面などのさまざまな移動面に適応し、脚式移動ロボットの姿勢の安定性を十分に確保することができるような脚式移動ロボットの足を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ＺＭＰの移動による足部形状の変化に伴う抗力発生実効面の変化を抑制し、また、連続面、非連続面、剛体面、粘弾性面などのさまざまな移動面に適応する足部を有し、これにより姿勢の安定性を十分に確保することができるような脚式移動ロボットを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ロボットの転倒時の挙動を予測できるような足の構造を提供し、転倒を回避するための制御、転倒時の衝撃を緩和するための制御、転倒後の復帰制御などの転倒に伴う制御を容易に行ない得るようにするとともに、さらに転倒による各部の破損などを抑制できるようにすることにある。
また、本発明の他の目的は、ロボット本体の制御系が、交換された足部又は足底部材に関する情報を容易に取得できるようにし、足部又は足底部材の交換に伴う作業負担を軽減することである。
また、本発明の他の目的は、安定して高速動作を行なうことができる脚式移動ロボット及びその足を提供することである。
また、本発明の他の目的は、ロボット本体の制御手段の処理負担を軽減することを目的とする。また、足部に設けられるセンサとロボット本体の制御手段をつなぐ配線の複雑化を防止するとともに、足部が交換される場合にその交換を容易に行ない得るようにすることである。
本発明の１つの側面に係る脚式移動ロボットの足は、複数の可動脚を備えた脚式移動ロボットの足であって、前記足の接地面の略中央部に形成された第１の凹部と、前記第１の凹部内に所定の弾力性を有する部材により形成された柔軟部とを有する。
前記柔軟部は、好適には、所定の弾性又は粘性を有する弾性部材又は粘性部材により形成され、また好適には、変形に対して所定のヒステリシス性を有する部材により形成される。
また好適には、前記柔軟部は、前記足が平坦な路面に接地した場合に、当該路面に接触しないように形成される。また、好適な一具体例としては、前記柔軟部は、前記第１の凹部の内部表面を覆うように形成される。
このような構成の脚式移動ロボットの足によれば、例えば、ＺＭＰが足のほぼ中央部分に配置されることとなって、足がその位置を中心として撓んだ場合であっても、これが第１の凹部により形成される凹部により吸収され、接地部の位置及び形状はほとんど変化しない。したがって、ヨー軸回りのモーメントに対する抗力の変化は少なくなり、いわゆるスピン運動が発生するような状態となることは抑止される。また、制御系による制御の予測の範囲内の現象として適切に制御され、脚式移動ロボットの姿勢は安定に維持される。
また、例えば凸部や段差を足が踏んだ場合、この凸部などは第１の凹部内に形成された柔軟部に接触することとなる。これにより柔軟部の形状はその凸部の形状に整合するように変化され、且つその状態で凸部との間で摩擦を確保することとなり、いわゆる足が路面に馴染んだ状態が確保される。この結果、その凸部は足の一部のように作用し、滑落、極度に速い運動の発生などの制御的に危険な状態に陥るのが防止される。
また、好適には、前記足の周縁部の所定の位置に、平坦な路面において実際に接地することとなる接地部が形成されており、前記第１の凹部は、前記接地部により囲まれる領域に、例えばドーム形状で形成される。
また好適には、前記第１の凹部は、前記足の歩行方向の中央部において、前記歩行方向に垂直な方向に当該足を貫通するように形成される。
また、好適には、前記接地部と前記足の側面とは円滑な曲面により結合される。すなわち、接地部と足の側面部の結合部分である足の接地面の周縁部は、滑らかな曲面に形成されるのが好ましい。
このような構成であれば、路面に凹凸などがある場合であっても、その部分が路面に干渉して、引っ掛かったり、躓いたりしてしまうことが少なくなり、いわゆるスティックスリップ状態に陥ることも少なくなり、引き続きロボットの姿勢の安定な制御が行なわれる。
また好適には、前記第１の凹部の内部に前記第１の凹部よりさらに窪むように形成された第２の凹部をさらに有し、前記柔軟部は、前記第２の凹部内に形成される。
好適には、前記第１の凹部は、前記接地部より路面より離れるように形成された傾斜面を有し、前記第２の凹部は、前記第１の凹部の傾斜面よりさらに窪むように形成されている。
また、好適な一具体例としては、前記柔軟部は、前記第２の凹部の少なくとも天井面を覆うように形成される。
このような構成の脚式移動ロボットの足においては、足が段差などの凸部を踏んだ場合には、第１の凹部に加えてさらに第２の凹部によりこの路面の凸部が吸収される。したがって、シーソー状態と言われるような不安定な状態が発生する可能性は少なくなる。
また仮に、踏んだ凸部が第２の凹部内に形成された柔軟部に接触することとなると、柔軟部が変形してこの凸部に密接することとなり、凸部を摩擦保持する状態となり、いわゆる足が路面になじんだ状態となる。その結果、滑落、極度に速い運動の発生などが防止される。
また、好適には、前記第２の凹部は、前記足の当該足の歩行方向の中央部において、前記歩行方向に垂直な横方向に当該足を貫通するように、すなわち、人間の土踏まずに相当するように形成される。
その際、その貫通するように形成された前記第２の凹部の側面は、接地面に平行な面内において円滑な曲線又は直線となるような形状に形成されるのが好適である。すなわち、土踏まず部分の前後の境界部分の形状は、路面などに引っ掛かる非連続部分が存在しないような、曲線又は直線による連続的な形状に形成されるのが好ましい。
また、好適な一具体例としては、前記第２の凹部の側面と前記第１の凹部の傾斜面は、非連続的に結合される。すなわち、第２の凹部の側面は、接地面より浮いた場所において、滑らかな曲面によってではなく実質的に非連続的な屈曲部により、第１の凹部の傾斜面とつながるように形成される。
また好適には、前記第２の凹部の側面は、例えば前記接地面に対してほぼ垂直な方向、すなわち鉛直な方向であるような、前記第１の凹部の傾斜面より、より鉛直に近い方向となるように形成される。好適な一具体例としては、前記第２の凹部は、柱形状に形成される。
このような構成によれば、脚式移動ロボットが例えば絨毯などの上を歩行する場合に、絨毯の毛は、第２の凹部にまで侵入し、第２の端部内に形成された柔軟部に接触してある程度大きな摩擦力を受けるとともに、毛の進行方向にほぼ垂直な第２の凹部の側面に衝突し、また、第２の凹部の側面の端部に引っ掛かる状態となる。したがって、絨毯の毛に対しては、抵抗力、反力が印加されることとなる。この力は、絨毯の毛に対して、歩行面である絨毯に対して、歩行方向あるいはその反対方向のいずれの方向においても、滑りを抑止する力となって作用する。この結果、滑り易い絨毯の上においても、足部に適度な摩擦力が得られることとなり、歩行する際にも適切な推進力が得られることとなる。
また、本発明に係る脚式移動ロボットは、複数の可動脚を有する脚式移動ロボットであって、前記各可動脚の先端に設けられた足は、前記足の接地面の中央部に形成された第１の凹部と、前記第１の凹部内に所定の弾力性を有する部材により形成された柔軟部とを有する。
また、本発明の他の側面に係る脚式移動ロボットの足は、複数の可動脚を備えた脚式移動ロボットの足であって、前記足の接地面の略中央部に形成された例えばドーム形状の第１の凹部と、前記第１の凹部より前記足の周辺部を通過して前記足の側面より外部に達するように前記足の接地面に形成された１以上の溝とを有する。
このような構成の脚式移動ロボットの足によれば、例えば、ＺＭＰが足のほぼ略中央部分に配置されることとなって足がその位置を中心として撓んだような場合であっても、これが第１の凹部により形成される凹部により吸収され、接地部の位置及び形状はほとんど変化しない。したがって、ヨー軸回りのモーメントに対する抗力の変化は少なくなり、スピン運動が発生するような状態となることは抑止される。また、制御系による制御の予測の範囲内の現象として適切に制御され、脚式移動ロボットの姿勢は安定に維持される。
好適には、本発明の脚式移動ロボットの足は、前記足の接地面の周縁部の所定の位置に形成された複数の接地部を有し、前記溝は、隣接する前記接地部の間を通過するように１以上形成される。
また、好適な一具体例としては、前記溝は、少なくとも、前記第１の凹部より、前記足の歩行方向の前方向に当たる前記足の前側面、前記歩行方向の後方向に当たる前記足の後ろ側面、及び、前記歩行方向の横方向に当たる前記足の左右の各側面の４個の側面に対して４個形成される。
この溝の側面は、接地面に平行な面内においては、非直線的な曲線により構成し、例えば絨毯の毛足などが接触する場合に適度な接触による摩擦力が生じるのが好ましい。例えば側面方向に近づくにつれて溝の幅が狭くなるような構成とすれば、毛足などがより強制的に誘導されて接触抵抗が増えることとなり好ましい。
また、その溝の側面の一部は積極的に円滑な曲線として形成し、路面などに引っ掛からないようにするのも好ましい。
また、好適には、前記接地部と前記足の側面とは円滑な曲面により結合される。すなわち、接地部と足の側面部の結合部分である足の接地面の周縁部は、滑らかな曲面に形成されるのが好ましい。
このような構成によれば、路面に凹凸などがある場合に、その部分が路面に干渉して、引っ掛かったり、躓いたりしてしまうことが少なくなり、いわゆるスティックスリップ状態に陥ることが少なくなり、引き続きロボットの姿勢の安定な制御が行なわれる。
また好適には、前記第１の凹部の内部に前記第１の凹部よりさらに窪むように形成された第２の凹部をさらに有する。例えば、前記第１の凹部は、前記接地部より路面から離れるように形成された傾斜面を有し、前記第２の凹部は、前記第１の凹部の傾斜面よりさらに窪むように形成されている。
このような構成の脚式移動ロボットの足においては、足が段差などの凸部を踏んだ場合には、第１の凹部に加えてさらに第２の凹部によりこの路面の凸部が吸収される。したがって、シーソー状態と言われるような不安定な状態が発生する可能性は少なくなる。
また、好適な一具体例としては、前記第２の凹部の側面と前記第１の凹部の傾斜面は、非連続的に結合される。すなわち、第２の凹部の側面は、接地面より浮いた場所において、滑らかな曲面によってではなく実質的に非連続的な屈曲部により、第１の凹部の傾斜面とつながるように形成される。
また好適には、前記第２の凹部の側面は、例えば前記接地面に対してほぼ垂直な方向すなわち鉛直な方向であるような、前記第１の凹部の傾斜面より、より鉛直に近い方向となるように形成される。例えば、前記第２の凹部は、柱形状に形成される。
このような構成によれば、脚式移動ロボットが例えば絨毯などの上を歩行する場合に、絨毯の毛は、第２の凹部にまで侵入し、第２の端部内に形成された柔軟部に接触してある程度大きな摩擦力を受けるとともに、毛の進行方向にほぼ垂直な第２の凹部の側面に衝突し、また、第２の凹部の側面の端部に引っ掛かる状態となる。したがって、絨毯の毛に対しては、抵抗力、反力が印加されることとなる。この力は、絨毯の毛に対して、換言すれば歩行面である絨毯に対して、歩行方向あるいはその反対方向のいずれの方向においても、滑りを抑止する力となって作用する。その結果、滑り易い絨毯の上においても、足部に適度な摩擦力が得られることとなり、歩行する際にも適切な推進力が得られることとなる。
また好適には、前記第１又は第２の凹部内に、所定の弾力性を有する柔軟部が形成される。この柔軟部は、好適には、所定の弾性又は粘性を有する弾性部材又は粘性部材により形成され、また好適には、変形に対して所定のヒステリシス性を有する部材により形成される。
また好適には、前記柔軟部は、前記足が平坦な路面に接地した場合に、当該路面に接触しないように形成される。また、具体例としては、前記柔軟部は、前記第１の凹部の内部表面を覆うように、又は、前記第２の凹部の少なくとも天井面を覆うように形成される。
このような構成の脚式移動ロボットの足によれば、例えば凸部や段差を足が踏んだ場合、この凸部などは第１または第２の凹部内に形成された柔軟部に接触することとなる。これにより柔軟部の形状はその凸部の形状に整合するように変化され、且つその状態で凸部との間で摩擦を確保することとなり、いわゆる足が路面になじんだ状態が確保される。その結果、その凸部は足の一部のように作用し、滑落、極度に速い運動の発生などの制御的に危険な状態に陥るのが防止される。
また、本発明に係る脚式移動ロボットは、複数の可動脚を有する脚式移動ロボットであって、前記各可動脚の先端に設けられた足は、前記足の接地面の略中央部に形成された第１の凹部と、前記第１の凹部より前記足の周辺部を通過して前記足の側面より外部に達するように前記足の接地面に形成された１以上の溝とを有する。
また、本発明の他の側面に係る脚式移動ロボットの足は、前記足の接地面の周辺部の所定の位置に形成された接地部と、前記足の接地面の前記接地部により囲まれる領域に形成された、前記接地部より路面より離れるように形成された傾斜面を有する第１の凹部と、前記第１の凹部の内部に、前記第１の凹部の傾斜面よりさらに窪むように形成された第２の凹部とを有する。好適な一具体例としては、前記第１の凹部はドーム形状に形成され、また、前記前記第２の凹部は、柱形状、すなわち、例えば円柱形状の窪みのような形態で形成される。
このような構成の脚式移動ロボットの足によれば、例えば、ＺＭＰが足のほぼ中央部分に配置されることとなって、足がその位置を中心として撓んだ場合であっても、これが第１の凹部及び第２の凹部により形成される凹部により吸収され、接地部の位置及び形状はほとんど変化しない。したがって、ヨー軸回りのモーメントに対する抗力の変化は少なくなり、スピン運動が発生するような状態となることは抑止される。また、制御系による制御の予測の範囲内の現象として適切に制御され、脚式移動ロボットの姿勢は安定に維持される。
また、足が段差などの凸部を踏んだ場合には、第１の凹部及び第２の凹部により形成される凹部によりこの路面の凸部が吸収される。したがって、シーソー状態と言われるような不安定な状態が発生する可能性は少なくなる。
好適には、前記第２の凹部の側面は、例えば前記接地面に対してほぼ垂直な方向すなわち鉛直な方向であるような、前記第１の凹部の傾斜面より、より鉛直に近い方向となるように形成される。
さらに、一具体例としては、前記第２の凹部の側面と前記第１の凹部の傾斜面は、非連続的に結合されるのも好適である。すなわち、第２の凹部の側面は、第１の凹部の傾斜面の傾きにより接地面より浮いた場所において、滑らかな曲面によってではなく実質的に非連続的な屈曲部により、第１の凹部の傾斜面とつながるように形成されるようにしてもよい。
このような構成によれば、例えば絨毯などの上を歩行する場合に第２の凹部にまで侵入した毛は、第２の凹部の側面あるいはその第２の凹部の側面に端部に衝突したり引っ掛かったりする状態となる。これらの衝突部分は、毛の衝突方向に対してほぼ垂直な方向の面となっており、傾斜面や曲面などの連続的な面により力がうまく逃げるように構成されているものではない。したがって、絨毯の毛が衝突した第２の凹部の側面及び端部から絨毯の毛に対しては、抵抗力、反力が印加されることとなる。この力は、絨毯の毛に対して、歩行面である絨毯に対して、歩行方向あるいはその反対方向のいずれの方向においても、滑りを抑止する力となって作用する。その結果、滑り易い絨毯の上においても、足部に適度な摩擦力が得られ、歩行する際にも適切な推進力が得られることとなる。また、前記第２の凹部は、前記足の歩行方向の略中央部において、前記歩行方向に垂直な横方向に当該足を貫通するように、すなわち人間の土踏まずに相当するように形成される。その際、その貫通するように形成された前記第２の凹部の側面は、接地面に平行な面内において円滑な曲線又は直線となるような形状に形成されるのが好適である。すなわち、土踏まず部分前後の境界部分の形状は、路面などに引っ掛かる非連続部分が存在しないような、曲線又は直線による連続的な形状に形成されるのが好ましい。
また、好適には、前記接地部と前記足の側面とは円滑な曲面により結合される。すなわち、接地部と足の側面部の結合部分である足の接地面の周縁部は、滑らかな曲面に形成されるのが好ましい。このような構成であれば、路面に凹凸などがある場合であっても、その部分が路面に干渉して、引っ掛かったり、躓いたりしてしまうことが少なくなり、スティックスリップ状態に陥ることも少なくなり、引き続きロボットの姿勢の安定な制御が行なわれる。
また、本発明に関わる脚式移動ロボットは、複数の可動脚を有し、前記各可動脚の先端に足が設けられている。当該足は、接地面の周辺部の所定の位置に形成された接地部と、前記足の接地面の前記接地部により囲まれる領域に形成された、前記接地部より路面より離れるように形成された傾斜面を有する第１の凹部と、前記第１の凹部の内部に、前記第１の凹部の傾斜面よりさらに窪むように形成された第２の凹部とを有する。
また、本発明の他の側面に係る脚式移動ロボットは、複数の可動脚の足において、足裏面及び該足裏面の周囲に連続する側面を有する足底部を設け、前記足底部は前記足裏面に内側に向かって窪みを形成する傾斜面を有する土踏まず部を有することを特徴とする。
本発明によると、足裏面に内側に向かって窪みを形成する傾斜面を有する土踏まず部を設けており、その外側の部分に路面に当接する接地部が配置されているので、例えば、ＺＭＰが足底部の略中央部分に位置して、足底部がその位置を中心として撓んだ場合であっても、これが土踏まず部により吸収され、接地部の位置及び形状が殆ど変化することがない。したがって、ヨー軸回りのモーメントに対する抗力が変化することが少なくなり、いわゆるスピン運動の発生を抑制することができるとともに、制御系による制御も予測の範囲内となり、姿勢の安定性を向上することができる。
また、足底部が路面に接地したときに、足裏面の中間部分が路面の凸部に位置したような場合であったも、土踏まず部の存在により、該凸部に足が乗ってしまうことが少ないので、シーソー状態となることも少なくなる。
前記足底部の前記足裏面と前記側面を滑らかな曲面で結合することが望ましい。足底部の角部ないし側辺部を滑らかな曲面とすることにより、路面に凹凸などがある場合であっても、その部分が路面に干渉して、引っかかったり、躓いたりしてしまうことが少なくなり、スティックスリップ状態に陥ることも少なくなり、ロボットの姿勢の安定性が向上する。前記土踏まず部としては、前記接地部に連続するテーパ面を有するものとし、又はドーム形状あるいは擂り鉢形状とすることができる。
また、特に限定されないが、前記足底部を略矩形体又は略矩形板状体とすることができる。足底部の周囲に曲線部分があるもの、例えば、足底部の側辺を外側に突き出すように円弧状にしたものが知られているが、ロボットが当該側辺側に傾いた場合に、その円弧部分に沿って転がり動作が生じることがあり、ロボットの姿勢安定性を低下させることがある。これに対し、足底部の底面形状を矩形状とすることにより、すなわち足底部の側辺を直線とすることにより、転がり動作が発生することがなくなる。
さらに、前記接地部を前記足裏面の四隅近傍にそれぞれ配設するとよい。接地部間の間隔をなるべく広くとることにより、ヨー軸回りのモーメントに対する抗力を大きくでき、ロボットの姿勢安定性が向上するからである。
また、本発明の他の側面に係る脚式移動ロボットは、一対の可動脚を備え、該可動脚の先端に取り付けられる足において、路面に接地される矩形状の足裏面及び該足裏面の各側縁に連続する複数の側面を有する足底部を設け、前記各側縁のうち他方の足から遠い側の外側縁を、前記足裏面を含む面に投影したときの形状が実質的に直線となるように、対応する側面の形状を設定したことを特徴とする。ここで言う「実質的に直線」とは、幾何学的に厳密に直線である必要ななく、路面との関係で直線とみなせる程度のものを含む意味である。
本発明によると、ロボットが例えば左側又は右側にバランスを崩し、その接地している足の外側縁部分をその回転中心として外側に傾斜したときに、該外側縁の全体が路面に線接触した状態となるので、ロボットは該足底部のヨー軸（足裏面に対して直交する軸）回りの回転動作を伴うことなく、該外側縁を中心として外側に回転することになる。
また、該可動脚の先端に取り付けられる足は、路面に接地される多角形の足裏面及び該足裏面の各側縁に連続する複数の側面を有する足底部を設け、前記各側縁のうち少なくとも１つの側縁を、前記足裏面を含む面に投影したときの形状が内側に湾曲する曲線となるように対応する側面の形状を設定ている。
例えば、外側縁（他方の足に対して遠い側の側縁）を、前記足裏面を含む面に投影したときの形状が内側に湾曲する曲線となるように、対応する側面の形状を設定する。ロボットが左側又は右側にバランスを崩し、その接地している足の外側縁部分をその回転中心として外側に傾斜したときに、該外側縁の最も突き出た前後の２点のみが路面に当接した状態となり、ロボットは該足底部のヨー軸回りの回転動作を伴うことなく、該２点を結ぶ仮想線を中心として外側に回転することになる。他の側縁についても同様である。
このような足の構造を採用すれば、転倒時のロボットの姿勢や挙動をある程度予測することができるので、転倒を回避するための制御（例えば、重心を適宜に移動してバランスをとる制御）、転倒時の衝撃を緩和するための制御（例えば、ロボットが備える手を路面についてロボットの機体が路面に直接衝突することを防止する制御）、転倒後の復帰制御（転倒した状態から立ち上がる制御）などの転倒に伴う制御を容易に行なうことが可能となる。また、ロボットはヨー軸回りの回転を伴うことなく、所定の線を中心として転倒することになるので、ロボットの側部の最も先に路面に衝突することになる部分のみに衝撃対策（例えば、当該部分を高剛性ないし耐衝撃構造とし、あるいはクッションなどの緩衝部材を設けるなど）を施せばよいので、そのコストの低減を図ることもできる。
また、前記側面の中間部分に内側に凹となる切欠部を設けることができる。転倒時に路面に小さな凸部や障害物などが存在した場合に、前述の外側縁などの路面に対する線接触又は２点接触が該障害物などに乗り上げることにより損なわれる場合があるが、このような切欠部を側面に形成しておくことにより、小さな凸部や障害物などに乗り上げてしまうことが少なくなり、転倒時に予期しない姿勢や挙動となることを少なくすることができる。
また、本発明の他の側面に係る脚式移動ロボットは可動脚を備え、該可動脚の先端部に設けられる足において、前記可動脚の先端部に着脱自在に取り付けられる足本体と、前記足本体に設けられ、該足本体に関連する情報が記憶された記憶手段とを備えている。
あるいは、前記可動脚の先端部に着脱自在に取り付けられる足本体と、前記足本体に設けられ、該足本体に関連する情報が記憶された記憶手段と、前記記憶手段に記憶された情報に基づいて前記可動脚の運動を制御する制御手段とを備えて構成される。この場合において、前記制御手段は、初期化時に前記記憶手段に記憶された情報を読み出すようにすることができる。ここで言う初期化時とは、ロボットの電源を投入したとき、リセットしたとき、あるいは足本体を可動脚に取り付けたときを意味する。
また、このような構成の脚式移動ロボットの制御方法は、前記足に関連する情報を該足に設けられた記憶手段にあらかじめ記憶せしめ、初期化時に該記憶手段から該情報を読み出し、該読み出した情報に基づいて前記可動脚の運動を制御することを特徴とする。
また、脚式移動ロボットの足は、前記可動脚の先端部に取り付けられる足甲部材と、前記足甲部材に着脱自在に取り付けられる足底部材と、前記足底部材に設けられ該足底部材に関連する情報が記憶された記憶手段と、前記記憶手段に記憶された情報を読み出す前記足甲部材に設けられた読出手段とを備えていてもよい。
また、足の路面に対する干渉を少なくして姿勢安定性を向上するため、前記足底部材は前記足甲部材に遊動可能に取り付けられるようにするとよい。この場合に、足底部材と足甲部材の間に該足底部材の遊動に伴う該足甲部材への衝撃の伝達を緩和するための緩衝手段乃至付勢手段を介装するとよい。
また、前記足底部材は前記足甲部材に締結条件を変更可能な締結手段により取り付けるようにすることができる。
本発明によると、足（足本体、足底部材）に該足に関連する情報が記憶された記憶手段を設けたので、可動脚の運動を制御するロボット本体の主制御系は制御に際して該記憶手段に記憶された情報を読み出して、該読み出した情報を含む情報に基づいて、可動脚の運動を制御することができるようになる。したがって、該足に関連する情報をロボットの主制御系が備えるメモリに入力する作業を行なう必要が無くなり、足の交換に伴う作業が簡易になるとともに、交換される予定のある複数の足に関連する情報をあらかじめ主制御系が備えるメモリに記憶しておく必要がなくなり、その分だけメモリの個数やメモリ容量を小さくし、あるいは他の情報の記憶に利用することができるようになる。
加えて、足全体を交換するのではなく、足底部材のみを交換する構成であり、足甲部材の部分については、各種の足底部材で共通に用いることができ、高効率的である。一般に、各種の路面状況に対応するためには、路面に接地される部分（足裏）の形状や材質などが大きなウエイトを占めるので、その部分の交換のみで十分対応することが可能である。
足本体又は足底部材に関連する情報とは、ロボットの全体的動作を制御するロボット本体の制御系が当該足又は足底部材に関して軌道計算、その他の運動制御上必要とする情報を含む情報であり、特に限定されないが、足本体又は足底部材の識別情報、形状（路面に対する接地面の形状など）、材質、重量、足裏面の摩擦係数、搭載されるセンサ（ＺＭＰ検出用の力センサ、衝突検出若しくは路面傾き検出用の加速度センサ、路面接地検出センサ、その他のセンサ）の個数、配置、特性（静的特性及び動的特性の双方を含む）を例示することができる。この関連する情報には、これらのすべての情報が含まれている必要はなく、これらのうちの少なくとも１つが含まれていればよい。
記憶手段としては、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＳＲＡＭ、その他の電子的記憶装置のみならず、バーコードやピンなどの配列によるもの、記号や文字などによるもの、磁気的あるいは光学的に記録するもの、機械的なスイッチ、その他のあらゆる記憶手段が含まれる。この場合の読出手段としては、この記憶手段に対応したもの（例えば、ＣＰＵなどの処理装置、ＣＣＤなどの撮像素子）で、接触式、非接触式の別を問わない。
なお、足本体又は足甲部材にロボット本体の主制御系とは別に該主制御系と通信可能な足部制御系を設け、記憶手段から該足部制御系が情報を読み出して、そのままあるいは何らかの処理を施した上で、ロボット本体の主制御系に送るようにしてもよい。
また、本発明の他の側面に係る脚式移動ロボットは、可動脚を備え、前記可動脚に取り付けられる足甲部材と、足裏面に略平行な面に沿って遊動可能なように該足甲部材に取り付けられた足底部材とを備えて構成される。ここで、「足裏面」とは、脚式移動ロボットが平坦な床面に直立していると仮定したときに、該足底部材の該床面に当接している部分（複数の部分で当接している場合にはその全て）を含んで構成される面のことを言う。
足底部材は足裏面に略平行な面に沿って遊動可能なので、遊脚の着地時に路面に凹凸などがあり、足底部材の一部が該凹凸に干渉したような場合であっても、足底部材が当該面に沿って動くことによってその干渉を解消し、あるいは路面から受ける力を吸収することができるようになり、ロボットの安定した動作を継続できる。
前記足底部材は、前記足甲部材の下面に対面する底部と、前記足甲部材の側面に沿って離間して対面する側部とを有し、該足底部材は該足甲部材の側面と該側部との間の隙間の範囲内で遊動するように構成することができる。脚式移動ロボットの足は、歩行動作などに伴い足の裏面のみならず側部が何らかの物体に衝突あるいは干渉することがあるが、このように構成すれば、遊動可能な足底部材の側部が当該物体に衝突又は干渉することとなり、このとき足底部材全体が足甲部材の下面に沿って動くので、安定性を損なうことなく、動作を継続することができるようになる。
また、前記足底部材と前記足甲部材の間に緩衝手段を介装することができる。緩衝手段としては、弾性手段若しくは粘性手段又はこれらの双方を組み合わせたものを採用することができる。このような緩衝手段を介装することにより、足底部材から足甲部材に対する衝撃の伝達が緩和されるとともに、足底部材の振動を抑制できるので、騒音の発生をも抑制することができる。また、足底部材が足甲部材の下面に沿って単に遊動できるのみでは、足底部材が遊動限界に位置している場合には、その十分な効果を得ることができない場合があるが、このような緩衝手段を設けることにより、足底部材に外力が作用しない状態において足底部材を足甲部材に対して適宜な位置に設定することができる。
弾性手段と粘性手段を含む緩衝手段を設けた場合において、前記可動脚の歩行動作により前記足底部材が路面から離間してから着地するまでに要する時間内に前記足底部材の振動が所定値以下まで収束するように、該緩衝手段を構成する弾性手段の弾性係数及び粘性手段の粘性係数を設定することが望ましい。遊脚の着地時点において、所定値以上の振動が残存していると、ロボットの制御系による軌道計算やその他の制御のための計算を修正しなければならない場合があるからである。なお、所定値とは、ロボットの制御系が安定走行を実現するために許容する必要最小限の振動である。
また、本発明の他の側面に係る脚式移動ロボットは、可動脚及び該可動脚の運動を制御する制御手段を備え、該可動脚の先端部に設けられる足において、前記可動脚に取り付けられる足本体と、前記可動脚の運動を制御するための情報を検出する、前記足本体に設けられた少なくとも１つのセンサと、前記センサの出力に基づき該センサの種類に応じた所定の演算処理を実行する、前記足本体に設けられた足部処理手段とを備えて構成される。
あるいは、脚式移動ロボットは、前記可動脚に取り付けられる足本体と、前記可動脚の運動を制御するための情報を検出する、前記足本体に設けられた少なくとも一つのセンサと、前記センサの出力に基づき該センサの種類に応じた所定の演算処理を実行する、前記足本体に設けられた足部処理手段と、前記足部処理手段の出力を前記制御手段に供給する通信手段とを備えて構成される。
あるいは、脚式移動ロボットの該可動脚の先端部に設けられる足は、前記可動脚に取り付けられる足甲部材と、前記足甲部材に遊動可能に取り付けられた足底部材と、前記可動脚の運動を制御するための情報を検出する、前記足甲部材に設けられた少なくとも１つのセンサと、前記センサの出力に基づき該センサの種類に応じた所定の演算処理を実行する、前記足甲部材に設けられた足部処理手段とを備えて構成される。
あるいは、脚式移動ロボットは、前記可動脚に取り付けられた足甲部材と、前記足甲部材に遊動可能に取り付けられた足底部材と、前記可動脚の運動を制御するための情報を検出する、前記足甲部材に設けられた少なくとも１つのセンサと、前記センサの出力に基づき該センサの種類に応じた所定の演算処理を実行する、前記足甲部材に設けられた足部処理手段と、前記足部処理手段の出力を前記制御手段に供給する通信手段とを備えて構成される。
前記センサとしては、力センサや加速度センサを例示することができる。これらのセンサの種類、設置目的については特に限定されない。足部処理手段は、これらのセンサの種類、設置目的などに応じた演算処理を実行する。例えば、足本体又は足底部材が裏面の接地される接地部により構成される面（足裏面）に対して略直交する方向に作用する圧力を複数箇所（少なくとも３箇所）で検出する力センサの出力に基づいて、当該足部に係るＺＭＰを算出し、加速度センサの出力に基づいて、足部の障害物への衝突や躓きなどを検出するための演算を実施し、あるいは加速度センサの出力に基づいて、足部が接地している路面の傾斜角度を求めるための演算を実施する。
本発明によると、足本体又は足甲部材にＺＭＰを算出する足部処理手段を設け、該足部処理手段により該センサの出力に基づいて該ＺＭＰを算出させるようにしたので、ロボット本体の制御手段はその演算結果の供給を受けて、これを含む情報に基づいて可動脚の運動を制御することができる。したがって、ロボット本体の制御手段は、ＺＭＰの算出処理を行なうことなく、可動脚の運動制御など他の演算処理に専念することができ、処理負担が軽減される。これにより、緊急度の高い処理を遅滞なく行なえるようになるとともに、さらに計算量の多い複雑な動作を行ない得るようになる。
さらに、各センサを足部処理手段との関係で最適化しておくことにより、センサの種類、特性、数などの相違を吸収することが可能、即ち、足のいわゆるモジュール化が可能であり、足の交換に伴うロボット本体の機構や情報の変更を少なくすることができ、足の交換に伴う作業が容易化される。
センサをその出力に基づきＺＭＰを算出する足部処理手段と同じ足甲部材に設けているので、該センサを足底部材に設ける場合と比較して、センサと足部処理手段をつなぐ配線に可動部がなく、配線によって足底部材の遊動が阻害されたり、足底部材の遊動により該配線が損傷したりすることが少ない。特に、ＺＭＰ検出用センサを足甲部材の下面に設けたものにあっては、該ＺＭＰ検出用センサは、ＺＭＰの検出上、路面と同一視できる足底部材の上面から圧力を受けることになり、路面状況の変化に伴い生じることがある検出値の誤差を少なくすることができ、より正確なＺＭＰを求めることが可能となる。
また、前記足本体を、着脱手段を介して前記可動脚に着脱自在に装着するように構成することができる。
あるいは、前記足底部材を、着脱手段を介して前記足甲部材に着脱自在に装着するようにできる。また、これとの組み合わせにおいて、あるいは単独で、前記足甲部材を、着脱手段を介して前記可動脚に着脱自在に装着するようにしてもよい。
本発明によると、足本体又は足甲部材に設けられたセンサの出力を処理する足部処理手段を当該足本体又は足甲部材に設けたので、ロボット本体の制御手段はその処理結果の供給を受けて、これを含む情報に基づいて可動脚の運動を制御することができる。したがって、ロボット本体の制御手段は、当該足本体又は足甲部材に設けられたセンサの出力についての処理（例えば、該センサがＺＭＰ検出用のセンサである場合には該ＺＭＰの算出、加速度センサである場合には路面の傾斜の算出や躓きの検出などのための処理）を行なうことなく、可動脚の運動制御など他の演算処理に専念することができ、処理負担が軽減される。これにより、緊急度の高い処理を遅滞なく行なえるようになるとともに、さらに計算量の多い複雑な動作を行ない得るようになる。
また、足本体又は足甲部材に設けられたセンサの検出値を制御手段に供給するために従来は各センサ毎に専用の配線により行なう必要があったが、各センサの検出値が足部処理手段によって処理された後に、その結果が制御手段に送られるので、より簡易な配線で対応することが可能である。
さらに、足本体又は足甲部材に設けられたセンサを足部処理手段との関係で最適化しておくことにより、センサの種類、特性、数などの相違を吸収することが可能、即ち、足のモジュール化が可能であり、足の交換に伴うロボット本体の機構や情報の変更を少なくすることができ、足の交換に伴う作業が容易化される。
また、センサをその出力を処理する足部処理手段と同じ足甲部材に設けているので、センサと足部処理手段をつなぐ配線に可動部がなく、配線によって足底部材の遊動が阻害されたり、足底部材の遊動により該配線が損傷したりすることが少ない。
また、足底部材をその足裏面に略平行な面に沿って遊動可能なように足甲部材に取り付けるようにすれば、遊脚の着地時に路面に凹凸などがあり、足底部材の一部が該凹凸に干渉したような場合であっても、足底部材が当該面に沿って動くことによってその干渉を解消し、あるいは路面から受ける力を吸収することができるようになり、ロボットの安定した動作を継続することができるようになる。
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
全体構成
まず、その脚式移動ロボットの全体構成について図１〜図３を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施の形態の「人間型」の脚式移動ロボット１００が直立している様子を前方から眺望した様子を示している。また、図２には、その脚式移動ロボット１００が直立している様子を後方から眺望した様子を示している。
脚式移動ロボット１００は、各図に示すように、脚式移動を行なう可動脚としての左右２足の下肢１１０、体幹部１２０、左右の上肢１３０及び頭部１４０を有する。
左右各々の下肢１１０は、大腿部１１１、膝関節１１２、頸部１１３、足首１１４及び足部１５０を有し、股関節１１５によって体幹部１２０の下端に連結されている。
また、左右各々の上肢１３０は、上腕１３１、肘関節１３２及び前腕１３３を有し、肩関節１３４によって体幹部１２０の上方の左右各側縁に連結されている。
また、頭部１４０は、首関節１４１によって体幹部１２０の上端中央に連結されている。
なお、以下では、説明の便宜上、足部１５０の説明において、足部１５０の裏面の路面（床面）に当接する部分を含んで構成される面をＸ−Ｙ平面とし、該Ｘ−Ｙ平面内において、ロボットの前後方向をＸ軸とし、ロボットの左右方向をＹ軸とし、これらに直交する方向をＺ軸として説明する。
また、以下の図面中で、符号Ｒが付されている箇所は、円滑な曲面部分であることを示す。
各関節には、アクチュエータが配設されており、このアクチュエータの駆動によってロボットの動作は実現される。この関節アクチュエータは、装置の外観上余分な膨らみを排して人の自然形状に近似させることや、不安定構造体に対して姿勢制御を行ない２足歩行を行なうなどの種々の要請から、小型且つ軽量であることが好ましい。このため、本実施の形態の脚式移動ロボット１００では、ギア直結型で、サーボ制御系をワンチップ化してモータ・ユニットに内臓した小型ＡＣサーボ・アクチュエータを搭載している。なお、小型ＡＣサーボ・アクチュエータについては、例えば本出願人に関わる特願平１１−３３８６号明細書に記載されている。
体幹部１２０の内部には、図１及び図２上では見えていない主制御ユニットや電源回路その他の周辺機器類が搭載されている。
制御システム
次に、このような脚式移動ロボット１００の制御システムについて図３を参照して説明する。
図３は、脚式移動ロボット１００の制御システムの構成の概略を示している。主制御ユニット（制御手段）３００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）３０１、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）３０２、動作パターンなどが格納されているＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）３０３、脚式移動ロボット１００に搭載される各種センサ３０６の出力としてのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３０５、及び、これらを相互に接続するバス３０４を有する。
なお、詳細は後述するが、足部１５０に設けられたＲＯＭ３０５もバス３０４を介して接続される。
ＣＰＵ３０１は、ＲＯＭ３０３に記憶されている情報や各種センサ３０６の出力に基づいて、脚式移動ロボット１００の動作を決定し、各関節に配置されたＡＣサーボ・アクチュエータ３０７への動作指令値を含む制御信号を生成する。そして、ＣＰＵ３０１は、生成した各関節に対する制御信号を、バス３０４を介して主制御ユニット３００に接続されているＡＣサーボ・アクチュエータ３０７に印加する。これにより、各ＡＣサーボ・アクチュエータ３０７は、制御信号に含まれる動作指令値に基づいて作動され、脚式移動ロボット１００は、歩行動作を含むさまざまな動作を行なう。
なお、脚式移動ロボット１００の主制御ユニットや電源回路その他の周辺機器類などは、図１及び図２上では見えていない脚式移動ロボット１００の体幹部１２０の内部に設けられる。
足部
足部１５０の第１の具体例１５０ａの構成について、図４〜図８を参照して説明する。
図４は、足部の第１の具体例１５０ａの斜視図であり、図５は側面図であり、図６は裏面図であり、図７は図６のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図であり、図８は図６のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。
第１の構成に係る足部１５０ａは、矩形板形状の部材から形成された足本体１６０、及び、足本体の上面１６２に足本体１６０と一体的に設けられ、左右各々の下肢１１０の足首１１４に連結される連結部１６１を有する。
足本体１６０の下面（足裏面）には、その周縁部から足本体の中央方向に向かって緩やかに傾斜している傾斜面１７２によりドーム形状に陥没している第１の凹部（窪み）１７０が形成されている。
そして、この第１の凹部１７０の表面に、外部から力が印加されることにより所定の弾性力を抗力として発揮しながら変形し、また、その外部からの力が消滅することにより元の形状に復元する柔軟部１９０が形成されている。
この柔軟部１９０は、所定の柔軟部材が第１の凹部１７０の表面を被覆し、第１の凹部１７０により形成される凹部空間をある程度埋めるように、一方で、足部１５０ａが平坦な路面に着地した時には柔軟部１９０の表面が路面に接しないように、所定の柔軟部材を第１の凹部１７０に充填することにより形成される。
具体的には、この柔軟部材は、例えばゴム、粘土、ウレタンなどの、弾性、粘性あるいは柔軟性を有する任意の部材で構成される。また、形状の復元までに時間がかかるような、換言すればある程度の形状記憶機能を有するような、ヒステリシスの特性を有するαゲル、メモリフォーム、粉を袋に封入した部材などの材料で構成すればなお好適である。
このような構造の足部１５０ａにおいては、第１の凹部１７０を取り囲んでおり足本体１６０の裏面で最も突出して周縁部が、接地面（歩行面）と実際に接触する接地部１６５となる。したがって、足本体１６０の足裏面（接地面）が路面に接地された時には、この接地部１６５が路面に一様に当接して脚式移動ロボット１００の加重を支え、第１の凹部１７０及び第１の凹部１７０内に形成された柔軟部１９０の表面は、路面から浮いた状態となる。
また、足本体１６０の裏面の周縁における角部、すなわち、足本体１６０の側面１６３から接地部１６５又は第１の凹部の傾斜面１７２に至る部分は、滑らかな円弧曲面（Ｒ面）１６４として構成されている。このような形状に構成することで、例えば足部１５０ａの周縁角部が路面の凸部に衝突する、路面に食い込むなどによる脚式移動ロボット１００の躓きを防止することができる。また、脚式移動ロボット１００が転倒する可能性にさらされた場合でも、安全な転倒動作へスムーズに移行することができる。
第１の具体例の足部１５０ａは、このような構造を有しており、足本体１６０の裏面の接地部１６５の内側に第１の凹部１７０を有しているので、脚式移動ロボットの歩行動作に伴いＺＭＰの位置が変化して、足部１５０ａに変形が生じた場合であっても、接地部１６５の実質的な位置及び形状の変化は極めて小さいものとなり、前述した抗力発生実効面の形状の変化、面積の現象などを抑制することができる。この結果、ヨー軸回りのモーメントに対する抗力の変化も小さくなり、ロボットの挙動に予期せぬ変化をもたらすことが少なくなり、ロボットが接地部を中心として回転してしまうスピン運動が発生する可能性を低くすることができる。したがって、ロボットの姿勢の安定性が高く、安定した動作を継続することができる。
また、路面に対して離反する第１の凹部を設けたことにより、路面への接地圧力を高くすることができ、脚式移動ロボットに発生するヨー軸回りのモーメントに対してロバストすることができる。また、路面との間の摩擦力の極端な上昇を防ぐことができ、これによってもロボットの躓きを抑制することができる。
また特に、足部１５０ａにおいては、柔軟部１９０を足部１５０ａの裏面の凹部１７０内に形成しているので、足部１５０ａのその他の形状及び構造のみでは対応できない、例えば滑落などの危険な挙動となるような状態においても、適切に対応することができる。そのような特殊な状態における足部１５０ａの状態、動作については、後に具体的に説明する。
なお、足本体１６０の材質としては、なるべく軽量で強度の優れた、例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金などが好適である。
足部１５０の第２の具体例１５０ｂの構成について、図９及び図１０を参照して説明する。図９は、足部の第２の具体例１５０ｂの斜視図であり、図１０は断面図である。
足部１５０ｂは、矩形板形状の部材から形成された足本体２００、及び、足本体の上面２０２に足本体２００と一体的に設けられ、左右各々の下肢１１０の足首１１４に連結される連結部２０１を有する。足本体２００の下面（足裏面）には、その周縁部から内側方向に向かって緩やかな傾斜面２１２によりドーム形状に陥没している第１の凹部（窪み）２１０が形成されている。
また、足部１５０ｂの底面の内側及び外側の周縁部中央付近は、その部分において足本体２００が床面（歩行面）と接触しないように、第１の凹部２１０を形成する面（天井面）に沿って切り欠かれ開放された状態となっている。すなわち、足本体２００の中央部において第１の凹部２１０の側壁でもある足本体２００の周縁部がトンネル形状で横方向（歩行方向に垂直な方向）に切り欠かれている。そして、これら第１の凹部２１０及び左右の切り欠き部２０６により構成される足本体２００の裏側の凹部全体が、足部１５０ｂの言わば土踏まず部２０７を形成している。
第１の凹部２１０の表面に、第１の具体例の足部１５０ａと同様に、外部から力が印加されることにより所定の弾性力を抗力として発揮しながらで変形し、また、その外部からの力が消滅することにより元の形状に復元する柔軟部２３０が形成される。
この柔軟部２３０は、所定の柔軟部材が第１の凹部２１０の表面を被覆し、第１の凹部２１０により形成される凹部空間をある程度埋めるように、一方で、足部１５０ｂが平坦な路面に着地した時には柔軟部２３０の表面が路面に接しないように、所定の柔軟部材を第１の凹部２１０に充填することにより形成する。柔軟部２３０の具体的な材料などは、前述した第１の足部１５０ａの場合と同じなので説明は省略する。
このような構造の足部１５０ｂにおいては、第１の凹部２１０を取り囲み足本体２００の裏面で最も突出している底面部分、すなわち土踏まず部２０７の前後の底面部分が、接地面（歩行面）と実際に接触する接地部２０５となる。したがって、足本体２００の足裏面（接地面）が路面に接地された時には、この接地部２０５が路面に一様に当接して脚式移動ロボット１００の加重を支え、土踏まず部２０７及び柔軟部２３０の表面は、路面から浮いた状態となる。
また、足本体２００の裏面の周縁の角部、すなわち足本体２００の側面２０３から接地部２０５又は第１の凹部の傾斜面２１２に至る部分は、滑らかな円弧曲面（Ｒ面）２０４として構成されている。このような構成により、例えば足部１５０ａの周縁角部が路面の凸部に衝突する、路面に食い込むなどによる脚式移動ロボット１００の躓きを防止することができる。また、脚式移動ロボット１００が転倒する可能性にさらされた場合でも、安全な転倒動作へスムーズに移行することができる。
第２の具体例の足部１５０ｂは、第１の具体例の足部１５０ａと同様に、足本体２００の裏面に土踏まず部２０７を有しているので、脚式移動ロボットの歩行動作に伴いＺＭＰの位置が変化して、足部１５０ｂに変形が生じた場合であっても、抗力発生実効面の形状の変化、面積の現象などを抑制することができる。この結果、ヨー軸回りのモーメントに対する抗力の変化も小さくなり、ロボットの挙動に予期せぬ変化をもたらすことが少なくなり、ロボットが接地部を中心として回転してしまうスピン運動が発生する可能性を低くすることができる。したがって、ロボットの姿勢の安定性が高く、安定した動作を継続することができる。
また、路面に対して離反する土踏まず部を設けたことにより、路面への接地圧力を高くすることができ、脚式移動ロボットに発生する、ヨー軸回りのモーメントに対してロバストすることができる。また、路面との間の摩擦力の極端な上昇を防ぎ、ロボットの躓きを抑制することができる。また、特に、足部１５０ｂにおいては、柔軟部２３０を足部１５０ｂの裏面の凹部２１０内に形成しているので、足部１５０ｂのその他の形状及び構造のみでは対応できない、例えば滑落などの危険な挙動となるような状態においても、適切に対応して対応することができる。このような特殊な状態における足部１５０ｂの状態、動作については、後に具体的に説明する。
なお、足本体２００の材質としては、なるべく軽量で強度の優れた、例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金などが好適である。
足部１５０の第３の具体例１５０ｃの構成について、図１１〜図１５を参照して説明する。
図１１は、足部の第３の具体例１５０ｃの斜視図であり、図１２は側面図であり、図１３は底面図である。また、図１４及び図１５は、足部１５０ｃの好適な大きさの説明をするための図である。
足部１５０ｃは、矩形板形状の部材から形成された足本体２４０、及び、足本体の上面２４２に足本体２４０と一体的に設けられ、左右各々の下肢１１０の足首１１４に連結される連結部２４１を有する。
足本体２４０の下面（足裏面）には、その周縁部から内側方向に向かって緩やかに傾斜する傾斜面２５２によりドーム形状に陥没している第１の凹部（窪み）２５０と、足本体２４０の中央部において第１の凹部２５０よりさらに１段、円柱形状で足本体２４０内部に陥没している第２の凹部（窪み）２６０が形成されている。
また、足部１５０ｃの底面の内側及び外側の周縁部中央付近は、その部分において足本体２４０が床面（歩行面）と接触しないように、第２の凹部２６０の底面（天井面）部分まで切り欠かれ開放された状態となっている。換言すれば、第１の凹部２５０の底面（天井面）及び第２の凹部２６０の側壁の一部が足本体２４０の底面のＸ方向の中央部において除去され、第２の凹部が歩行方向の中央部において、横方向（Ｙ方向）に貫通するように形成されている。これら第１の凹部２５０、第２の凹部２６０及び切り欠き部２４６により構成される足本体２４０の裏側の凹部全体が、足部１５０ｃの言わば土踏まず部２４７を形成している。
また、第２の凹部２６０の内部に、外部から力が印加されることにより所定の弾性力を抗力として発揮しながら変形し、その外部からの力が消滅することにより元の形状に復元する柔軟部２７０が形成されている。柔軟部２７０は、所定の柔軟部材が第２の凹部２６０の底面（天井面）２６１を被覆し、第２の凹部２６０により形成される凹部空間をある程度埋めるように、一方で足部１５０ｃが平坦な路面に着地した時には柔軟部２７０の表面が路面に接しないように、所定の柔軟部材を第２の凹部２６０に充填することにより形成する。柔軟部２７０の具体的な材料などは、前述した第１の足部１５０ａの場合と同じなので説明は省略する。
このような構造の足部１５０ｃにおいては、第１の凹部２５０の周縁部の足本体２４０の裏面で最も突出している部分が、接地面（歩行面）と実際に接触する接地部２４５となる。したがって、足本体２４０の足裏面（接地面）が路面に接地された時には、この接地部２４５が路面に一様に当接して脚式移動ロボット１００の加重を支え、土踏まず部２４７は路面から浮いた状態となる。
また、第２の凹部２６０の側面２６２は、第１の凹部２５０の傾斜面２５２に対してほぼ折れ曲がったように不連続に接続し、また、接地面に対して垂直な鉛直方向（Ｚ方向）にほぼ沿った角度で形成される。第２の凹部２６０の側面を上述したような構成とすることで、例えば絨毯などの柔軟な床面を歩行する場合において、絨毯の毛などの柔軟物がこの第２の凹部２６０まで侵入してきた場合には、この第２の凹部２６０の側面にそのような柔軟物を衝突させ、また不連続な端部で毛を引っ掛けることができる。この結果、毛に対しては毛の進行方向に対して抗力、反力が作用し、さらに足部１５０ｃの歩行面に対する摩擦力として作用することとなる。したがって、このような滑り易い歩行面上においても適度な摩擦力を得ることができ、制動力や推進力の効率を上げることができる。
また、第１の凹部２５０の傾斜面及び第２の凹部２６０の側壁の一部であって、切り欠き部２４６に面する端部２５３は、図１３に示すように、滑らかな円弧曲面（Ｒ面）として形成されている。このような構成により、絨毯上などの柔軟な移動面での食い込みを調整し、これに基づく転倒モーメントの発生を抑止することができる。また、床面を保護することもできる。
また、足本体２４０の裏面の周縁の角部、すなわち、足本体２４０の側面２４３から接地部２４５に至る部分は、滑らかな円弧曲面（Ｒ面）２４４として構成されている。このような形状に構成することで、例えば足部１５０ｃの周縁角部が路面の凸部に衝突する、路面に食い込むなどによる脚式移動ロボット１００の躓きを防止することができる。また、脚式移動ロボット１００が転倒する可能性にさらされた場合でも、安全な転倒動作へスムーズに移行することができる。
ここで、この第３の具体例の足部１５０ｃのサイズについて図１４及び図１５を参照して説明する。図示の構造の足部１５０ｃの大きさは、例えば脚式移動ロボット本体のサイズなどに応じて任意に決めてよい。しかしながら、例えば脚式移動ロボットが日本の家屋内を歩行することを想定すると、襖の敷居の凹凸が小型の脚式移動ロボットの歩行にとって大きな障害となることが予測される。したがって、この敷居を安定に歩行するために、足部１５０ｃのサイズを所定の条件に適合するように構成することは、非常に有効である。襖の敷居を踏んでも安定して歩行可能な足部１５０ｃの条件について説明する。
この場合、考慮すべき条件は、足１５０ｃの接地部２４５を、敷居の溝に落ちない大きさとすることである。図１４に示すように、足部１５０ｃは、歩行方向に対して前後方向の、第１の凹部２５０の端部が接地部２４５となっている。接地部２４５のさらに周縁側は、円滑な曲面２４４により足本体２４０の側面２４３につながっており、また、接地部２４５の足本体の中央側は、第１の凹部２５０の緩やかな傾斜面２５２となっている。したがって、傾斜面２５２から足本体２４０の周縁角の曲面までの範囲が、足本体から突出している接地領域であると考えられ、この部分が敷居の溝に落ちなければよいと考えられる。したがって、図１４に示すように、この接地領域の歩行方向（Ｘ方向）の長さＬ１，Ｌ２、足部１５０ｃの全体の長さＬ、及び、この接地領域の横方向（Ｙ方向）の長さとしての足部１５０ｃの横幅Ｗについて、条件を設定する。
一方、日本家屋に用いられる敷居は、例えば図１５に示すような形状である。図１５（Ａ）は、溝が２本の敷居を、図１５（Ｂ）は、溝が３本の敷居を示す。図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）において、各々溝の部分の長さをＬｇ１，Ｌｇ２，Ｌｇ３、山の部分の長さをＬｍ１，Ｌｍ２とする。なお、通常の広く用いられている敷居は、Ｌｇ１＝Ｌｇ２＝Ｌｇ３＝２１ｍｍ、Ｌｍ１＝Ｌｍ２＝１２ｍｍである。
そして、脚式移動ロボットが通常の歩行方向に歩いた場合に、その足１５０ｃが、溝が２つの敷居の溝に落ちないためには、式（１）の条件を満たすような接地領域及び足のサイズである必要がある。
2003068455.tif 000003
また、脚式移動ロボットが通常の歩行方向に歩いた場合に、その足１５０ｃが、溝が３つの敷居の溝に落ちないためには、式（２）の条件を満たすような接地領域及び足のサイズである必要がある。
2003068455.tif 000004
したがって、前述したような通常の敷居を想定すれば、脚式移動ロボットの足１５０ｃが溝２つからなる敷居に落ちないためには、Ｌ１、Ｌ２＞２１ｍｍ、Ｌ＞５４ｍｍ、また、脚式移動ロボットの足１５０ｃが溝３つからなる敷居に落ちないためには、２１＜Ｌ１，Ｌ２＜４５ｍｍ、Ｌ＞５４ｍｍという条件を満たす必要がある。但し、本実施形態の足１５０ｃは、Ｌ＝１０５．８ｍｍ、Ｗ＝６９．８ｍｍ、Ｌ１＝Ｌ２＝３３ｍｍである。
脚式移動ロボットが横歩きをする場合には、足１５０ｃの横方向の長さについても歩行方向と同様の条件を設定する必要があるが、足１５０ｃについては、分割されていないので敷居の溝の幅に対して十分な長さがある。したがって、ここでは説明を省略する。
足部１５０ｃは、上述したような構造を有しており、第１及び第２の具体例の足部１５０ａ，１５０ｂと同様に、足本体２００の裏面に土踏まず部２４７を有しているので、脚式移動ロボットの歩行動作に伴いＺＭＰの位置が変化して、足部１５０ｃに変形が生じた場合であっても、抗力発生実効面の形状の変化、面積の現象などを抑制することができる。その結果、ヨー軸回りのモーメントに対する抗力の変化も小さくなり、ロボットの挙動に予期せぬ変化をもたらすことが少なくなり、ロボットが接地部を中心として回転してしまういわゆるスピン運動が発生する可能性を低くすることができる。したがって、ロボットの姿勢の安定性が高く、安定した動作を継続することができる。
また、路面に対して離反する土踏まず部を設けたことにより、路面への接地圧力を高くすることができ、脚式移動ロボットに発生する、ヨー軸回りのモーメントに対してロバストすることができる。また、路面との間の摩擦力の極端な上昇を防ぐことができ、これによってもロボットの躓きを抑制することができる。
また、特に、足部１５０ｃにおいては、柔軟部２７０を足部１５０ｃの裏面の第２の凹部２６０内に形成しているので、足部１５０ｃのその他の形状及び構造のみでは対応できない、例えば滑落などの危険な挙動となるような状態においても、適切に対応して対応することができる。但し、特殊な状態における足部１５０ｃの状態、動作については後に具体的に説明する。
なお、足本体１６０の材質としては、なるべく軽量で強度の優れた、例えばアルミニウム合金やマグネシウム合金などが好適である。
足部１５０の第４の具体例について、図１６〜図２３を参照しながら説明する。
図１６は、足部１５０の斜視図、図１７は足部１５０の側面図、図１８は足部１５０の裏面図、図１９は図１８のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図であり、図２０は図１８のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図であり、図２１は図１８のＣ−Ｃ線に沿って切断した断面図である。また、図２２及び図２３は、足部１５０の好適な大きさの説明をするための図である。
足部１５０は、矩形板形状の部材から形成された足本体２４０、及び、足本体の上面２４２に足本体２４０と一体的に設けられ、左右各々の下肢１１０の足首１１４に連結される連結部２４１を有する。
足本体２４０の下面（足裏面）には、その４隅から内側方向に向かって緩やかに傾斜する傾斜面２５２により仮想的にドーム形状に陥没している第１の凹部（窪み）２５０と、足本体２４０の略中央部において第１の凹部２５０よりさらに１段、仮想的に円柱形状で足本体２４０内部に陥没している第２の凹部（窪み）２６０が形成されている。
また、足部１５０の底面の４個の周縁部の中央付近においては、各々、その部分において足本体２４０が床面（歩行面）と接触しないように、第２の凹部２６０の底面（天井面）と同じ深さで、足本体２４０の中央付近と足本体との外部とを貫通する溝２４６ａ〜２４６ｄが設けられている。
したがって、第１の凹部２５０並びに第２の凹部２６０及び溝２４６により構成される足本体２４０の裏側の凹部が、足部１５０の土踏まず部２４７を構成することとなる。なお、ここで、土踏まず部２４７とは、足部１５０の裏面の凹部を広く示すものとして扱う。すなわち、４個の溝２４６ａ〜２４６ｄに対応する凹部の個々、横方向又は歩行方向の一連の溝、あるいは足部１５０の裏面の凹部全体のいずれかを土踏まず部と称してもよいものとする。
足部１５０の裏面がこのような４つの溝２４６ａ〜２４６ｄにより区切られることにより、足部１５０の裏面には、結果的に４つの角部付近に４個の凸部が形成されることとなる。そして、各凸部において、その最も突出した箇所が接地面（歩行面）と実際に接触する接地部２４５となる。
この凸部は、第１の凹部２５０の傾斜面２５２及び後述する足本体２６０の角部に形成する円滑な曲面２４４を含むものであるが、通常、この傾斜面２５２と曲面２４４の境界部分が最も突出した位置で接地部２４５となる。
足本体２４０の足裏面（接地面）が路面に接地されたときには、接地部２４５が路面に一様に当接して脚式移動ロボット１００の加重を支えることとなり、土踏まず部２４７は路面から浮いた状態となる。
また、第２の凹部２６０の内部には、外部から力が印加されることにより所定の弾性力を抗力として発揮しながら変形し、また、外部からの力が消滅することにより元の形状に復元する柔軟部２７０が形成されている。
柔軟部２７０は、所定の柔軟部材が第２の凹部２６０の底面（天井面）２６１を被覆し、第２の凹部２６０により形成される凹部空間をある程度埋めるように、一方で足部１５０が平坦な路面に着地したときには柔軟部２７０の表面が路面に接しないように、所定の柔軟部材を第２の凹部２６０に充填して形成する。
具体的には、この柔軟部材は、例えばゴム、粘土、ウレタンなどの、弾性、粘性あるいは柔軟性を有する任意の部材で構成される。また、形状の復元までに時間がかかるような、換言すればある程度の形状記憶機能を有するような、ヒステリシスの特性を有するαゲル、メモリフォーム、粉を袋に封入した部材などの材料で構成すればなお好適である。
また、第２の凹部２６０及び溝２４６の側面２６２は、第１の凹部２５０の傾斜面２５２に対してほぼ折れ曲がったように不連続に接続し、また、接地面に対して垂直な鉛直方向（Ｚ方向）にほぼ沿った角度で形成される。第２の凹部２６０及び溝２４６の側面２６２をこのような構成とすることで、例えば絨毯などの柔軟な床面を歩行する場合において、絨毯の毛などの柔軟物がこの土踏まず部２４７まで侵入してきた場合には、この側面２６２にこのような柔軟物を衝突させ、また不連続な端部で毛を引っ掛けることができる。こ結果、毛に対しては毛の進行方向に対して抗力、反力が作用し、さらに足部１５０の歩行面に対する摩擦力として作用することとなる。したがって、滑り易い歩行面上においても適度な摩擦力を得ることができ、制動力や推進力の効率を上げることができる。
また、溝２４６の側面２６２の足本体２４０の側面の開口部付近の端部２５３は、図６に示すように、滑らかな円弧曲面（Ｒ面）として形成されている。このような構成にすることで、絨毯上などの柔軟な移動面での食い込みを調整し、転倒モーメントの発生を抑止することができる。また、床面を保護することもできる。
また、足本体２４０の裏面の周縁の角部、すなわち、足本体２４０の側面２４３から接地部２４５または第１の凹部２５０の傾斜面２５２に至る部分は、滑らかな円弧曲面（Ｒ面）２４４として構成されている。このような構成にすることで、例えば足部１５０の周縁角部が路面の凸部に衝突する、路面に食い込むなどによる脚式移動ロボット１００の躓きを防止することができる。また、転倒する可能性にさらされた場合でも、安全な転倒動作へスムーズに移行することができる。なお、足本体１６０の材質としては、なるべく軽量で強度の優れた、例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金などが好適である。
ここで、この足部１５０のサイズについて図２２及び図２３を参照しながら説明する。
足部１５０の大きさは、例えば脚式移動ロボット本体のサイズなどに応じて任意に決めてよい。しかしながら、例えば脚式移動ロボットが日本の家屋内を歩行することを想定すると、襖の敷居の凹凸が小型の脚式移動ロボットの歩行にとって大きな障害となることが予測される。したがって、敷居を安定に歩行するために、足部１５０のサイズを所定の条件に適合するように構成することは、非常に有効である。襖の敷居を踏んでも安定して歩行可能な足部１５０の条件について説明する。
この場合、考慮すべき条件は、足１５０の接地部２４５を、敷居の溝に落ちない大きさとすることである。図１０に示すように、足部１５０は、歩行方向に対して前後方向の、第１の凹部２５０の端部が接地部２４５となっている。接地部２４５のさらに周縁側は、円滑な曲面２４４により足本体２４０の側面２４３につながっており、また、この接地部２４５の足本体の中央側は、第１の凹部２５０の緩やかな傾斜面２５２となっている。したがって、傾斜面２５２から足本体２４０の周縁角の曲面までの凸部が、足本体から突出している接地領域であると考えられ、この部分が敷居の溝に落ちなければよいと考えられる。
なお、脚式移動ロボットが通常の進行方向にのみ歩行するのであれば、足部１５０のサイズについては、敷居の溝に垂直な方向、すなわち歩行方向（Ｘ方向）のみを規定すればよいが、ここでは脚式移動ロボットが横歩きをして敷居を踏む場合を想定して、歩行方向に垂直な横方向（Ｙ方向）についても同一の敷居の条件によりサイズの条件を設定する。
したがって、本実施の形態の足１５０については、図２２に示すように、この接地領域の歩行方向（Ｘ方向）の長さＬ１，Ｌ２、足部１５０の全体の長さＬ、この接地領域の横方向（Ｙ方向）の長さＷ１，Ｗ２、及び、足部１５０の全体の横幅Ｗについて条件を設定する。
日本家屋に用いられる敷居は、例えば図１１に示すような形状である。図２３（Ａ）は溝が２本の敷居を、図２３（Ｂ）は溝が３本の敷居を示す。図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）において、各々溝の部分の長さをＬｇ１，Ｌｇ２，Ｌｇ３、山の部分の長さをＬｍ１，Ｌｍ２とする。なお、通常の広く用いられている敷居は、Ｌｇ１＝Ｌｇ２＝Ｌｇ３＝２１ｍｍ、Ｌｍ１＝Ｌｍ２＝１２ｍｍである。
脚式移動ロボットが通常の歩行方向に歩いた場合に、足１５０が溝２つからなる敷居の溝に落ちないためには、式（３）の条件を満たすような接地領域及び足のサイズである必要がある。
2003068455.tif 000005
また、脚式移動ロボットが通常の歩行方向に歩いた場合に、足１５０が溝３つからなる敷居の溝に落ちないためには、式（４）の条件を満たすような接地領域及び足のサイズである必要がある。
2003068455.tif 000006
したがって、脚式移動ロボットの足１５０の接地部が溝２つからなる敷居に落ちないためにはＬ１、Ｌ２＞２１ｍｍ、Ｌ＞５４ｍｍ、また、脚式移動ロボットの足１５０が溝３つからなる敷居の溝に落ちないためには２１＜Ｌ１，Ｌ２＜４５ｍｍ、Ｌ＞５４ｍｍという条件を満たす必要がある。
また、脚式移動ロボットが横方向に歩いた場合に、足１５０が溝２つからなる敷居の溝に落ちないためには、式（５）の条件を満たすような接地領域及び足のサイズである必要がある。
2003068455.tif 000007
また、脚式移動ロボットが横方向に歩いた場合に、足１５０が溝３つからなる敷居の溝に落ちないためには、式（６）の条件を満たすような接地領域及び足のサイズである必要がある。
2003068455.tif 000008
したがって、脚式移動ロボットの足１５０の接地部が溝２つからなる敷居に落ちないためにはＷ１、Ｗ２＞２１ｍｍ、Ｗ＞５４ｍｍ、また、脚式移動ロボットの足１５０が溝３つからなる敷居に落ちないためには２１＜Ｗ１，Ｗ２＜４５ｍｍ、Ｗ＞５４ｍｍという条件を満たす必要がある。
なお、足１５０に実際のサイズはＬ＝１０５．８ｍｍ、Ｗ＝６９．８ｍｍ、Ｌ１＝Ｌ２＝３３ｍｍであり、これらの条件をすべて満たしている。
足部１５０の第５の具体例について、図２４〜図２９を参照しながら説明する。
図２４〜図２９は各々他の足部１５０ｂの斜視図、側面図、裏面図、断面図である。
足部１５０ｂは、図示のごとく、第２の凹部の天井面がドーム形状に構成されており、これにより柔軟部１９０の形成状態も異なる。足部の構成は、想定される歩行環境、障害などに応じて、所望の挙動をするように任意に決定してよい。
例えば、柔軟部１９０，２３０は第１の凹部１７０，２１０の内面を覆い、また、足部１５０は、柔軟部２７０は第２の凹部２６０の天井面２６１を覆うように形成されている。但し、いずれの場合においても柔軟部はこのように形成面をすべて覆うように形成されなければならないものではない。第１及び第２の凹部の一部のみを覆うように形成したり、路面の凸部が侵入する可能性の高い部位に選択的に設けたり、あるいは部分的な柔軟部を複数設けるような構成でもあってもよく、その形成形態は任意に決定してよい。
また、柔軟部の材料は、本実施の形態においては、弾性及び粘性を有し、さらにヒステリシス特性を有するものが好適としたが、これに限定されず、柔軟性を有するものであれば任意の材料を用いてよい。例えば、ヒステリシス性がなくとも十分な用途には、ヒステリシス性を有しない材料を用いるようにしてもよい。
また、足部１５０においては、第２の凹部２６０の側面２６２は、接地面に対してほぼ垂直な方向に沿って、すなわち鉛直方向に沿って設けるものとしたが、これに限定されるものではない。第２の凹部２６０の側面２６２は、第１の凹部２５０の傾斜面２５２よりも、より鉛直方向に近い傾斜であれば第２の凹部２６０を形成するのに十分なものであり、任意の傾斜の側面であってよい。
なお、上述した脚式移動ロボットの足部に関する実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均など物をも含み、また、任意好適な種々の改変が可能である。
例えば、第１及び第２の足の具体例１５０ａ，１５０ｂにおいては、柔軟部１９０，２３０は第１の凹部１７０，２１０の内面を覆い、また、第３の足の具体例１５０ｃにおいては、柔軟部２７０は第２の凹部２６０の天井面２６１を覆うように形成されているが、いずれの場合においても柔軟部はこのように形成面をすべて覆うように形成されなければならないものではない。第１及び第２の凹部の一部のみを覆うように形成したり、路面の凸部が侵入する可能性の高い部位に選択的に設けたり、あるいは部分的な柔軟部を複数設けるような構成でもあってもよく、その形成形態は任意に決定してよい。
また、柔軟部の材料は、弾性及び粘性を有し、さらにヒステリシス特性を有するものが好適としたが、これに限られるものではない。柔軟性を有するものであれば任意の材料を用いてよい。例えば、ヒステリシス性がなくとも十分な用途には、ヒステリシス性を有しない材料を用いるようにしてもよい。
また、足部１５０ｃにおいては、第２の凹部２６０の側面２６２は、接地面に対してほぼ垂直な方向に沿って、すなわち鉛直方向に沿って設けるものとしたが、これに限定されるものではない。第２の凹部２６０の側面２６２は、第１の凹部２５０の傾斜面２５２よりも、より鉛直方向に近い傾斜であれば第２の凹部２６０を形成するのに十分なものであり、任意の傾斜の側面であってよい。
また、足部１５０ｃにおいては、第１の凹部２５０の傾斜面２５２と第２の凹部２６０の側面２６２とは、例えば所定の角度で接する角形状など、非連続に接するものとしたが、足本体２４０の底面の周縁角部と同様に、滑らかな曲面で結合するようにしてもよい。第２の凹部２６０の側面２６２及びその端部の形状などは、例えば柔軟な路面の歩行の有無、その柔軟な路面の特性などの条件、環境などに応じて任意に決定してよい。
また、足部１５０の裏面に設ける凹部は、ドーム形状（擂り鉢形状）に限定されず、接地部２６５より連続して足本体２４０の内側に陥没するような傾斜面（例えば、テーパ面など）を有していれば任意の形状でよい。例えば、四角錐形状や円錐形状、アーチ形状、トンネル形状などであってもよい。
足部１５０の第６の具体例について、図３０〜図３４を参照しながら説明する。
図３０〜図３２は足部１５０の構成を示す図であり、図３０は斜視図、図３１は側面図、図３２は底面図である。
足部１５０は、矩形板形状の部材から形成された足本体１６０、及び、足本体の上面１６２に足本体１６０と一体的に設けられ、左右各々の下肢１１０の足首１１４に連結される連結部１６１を有する。
足本体１６０の下面（足裏面）には、その周縁部から内側方向に向かって緩やかな傾斜面１７２によりドーム形状に陥没している第１の凹部（窪み）１７０と、足本体１６０の略中央部において第１の凹部１７０よりさらに１段、円柱形状で足本体１６０内部に陥没している第２の凹部（窪み）１８０が形成されている。
また、足部１５０の底面の内側及び外側の周辺部中央付近は、その部分において足本体１６０が床面（歩行面）と接触しないように、第２の凹部１８０の底面（天井面）部分まで切り欠かれ開放された状態となっている。換言すれば、第１の凹部１７０の底面（天井面）かつ第２の凹部１８０の側壁の一部が足本体１６０の底面のＸ方向の中央部において除去され、第２の凹部が歩行方向の略中央部において、横方向（Ｙ方向）に貫通するように形成されている。そして、第１の凹部１７０、第２の凹部１８０及び切り欠き部１６５により構成される足本体１６０の裏側の凹部全体が、足部１５０の言わば土踏まず部１６６を形成している。
足部１５０においては、第１の凹部１７０の周縁部であって、足本体１６０の裏面で最も突出している部分が、接地面（歩行面）と実際に接触する接地部１７１となる。したがって、足本体１６０の足裏面（接地面）が路面に接地されたときには、この接地部１７１が路面に一様に当接して脚式移動ロボット１００の加重を支え、土踏まず部１６６は路面から浮いた状態となる。
また、第２の凹部１８０の側面は、第１の凹部１７０の傾斜面１７２に対してほぼ折れ曲がったように不連続に接続し、また、接地面に対して垂直な鉛直方向（Ｚ方向）にほぼ沿った角度で形成される。第２の凹部１８０の側面をこのような構成とすることで、例えば絨毯などの柔軟な床面を歩行する場合において、絨毯の毛などの柔軟物がこの第２の凹部１８０まで侵入してきた場合には、この第２の凹部１８０の側面にそのような柔軟物を衝突させ、また不連続な端部で毛を引っ掛けることができる。この結果、毛に対しては毛の進行方向に対して抗力、反力が作用し、さらに足部１５０の歩行面に対する摩擦力として作用することとなる。したがって、滑り易い歩行面上においても適度な摩擦力を得ることができ、制動力や推進力の効率を上げることができる。
また、第１の凹部１７０の傾斜面及び第２の凹部１８０の側壁の一部であって、切り欠き部１６５に面する端部１７３は、滑らかな円弧曲面（Ｒ面）として形成されている。このような形状に構成することで、絨毯上などの柔軟な移動面での食い込みを調整し、これに基づく転倒モーメントの発生を抑止することができる。また、床面を保護することもできる。
また、足本体１６０の裏面周縁の角部、すなわち足本体１６０の側面１６３から接地部１７１に至る部分は、滑らかな円弧曲面（Ｒ面）１６４として構成されている。このような形状に構成することで、例えば足部１５０の周縁角部が路面の凸部に衝突する、路面に食い込むなどによる脚式移動ロボット１００の躓きを防止することができる。また、脚式移動ロボット１００が転倒する可能性にさらされた場合でも、安全な転倒動作へスムーズに移行することができる。
なお、足本体１６０の材質としては、なるべく軽量で強度の優れた、例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金などが好適である。
ここで、足部１５０のサイズについて図３３及び図３４を参照して説明する。
足部１５０の大きさは、例えば脚式移動ロボット本体のサイズなどに応じて任意に決めてよい。しかしながら、例えば日本の家屋内を歩行することを想定すると、襖の敷居の凹凸が小型の脚式移動ロボットの歩行にとって大きな障害となることが当然予測される。この敷居を安定に歩行するために、足部１５０のサイズを所定の条件を満足するように構成することは、非常に有効である。襖の敷居を踏んでも安定して歩行可能な足部１５０の条件について説明する。
ここで考慮すべき条件は、足１５０の接地部１７１を敷居の溝に落ちない大きさとすることである。図３３に示すように、足部１５０は、歩行方向に対して前後方向にある第１の凹部１７０の端部が接地部１７１となっている。接地部１７１のさらに周縁側は、円滑な曲面１６４により足本体１６０の側面１６３につながっており、また、接地部１７１の足本体の中央側は、第１の凹部１７０の緩やかな傾斜面１７２となっている。したがって、傾斜面１７２から足本体１６０の周縁角の曲面までの範囲が、足本体から突出している広義の接地領域であると考えられ、この部分が敷居の溝に落ちなければよいと考えられる。
したがって、図３３に示すように、この接地領域の歩行方向（Ｘ方向）の長さＬ１，Ｌ２、足部１５０ｃの全体の長さＬ、及び、この接地領域の横方向（Ｙ方向）の長さとしての足部１５０ｃの横幅Ｗについて条件を設定する。
一方、日本家屋に用いられる敷居は例えば図３４に示すような形状である。図３４（Ａ）は溝が２本の敷居を、図３４（Ｂ）は溝が３本の敷居を示す。図３４（Ａ）及び図３４（Ｂ）において、各々溝の部分の長さをＬｇ１，Ｌｇ２，Ｌｇ３、山の部分の長さをＬｍ１，Ｌｍ２とする。なお、通常の広く用いられている敷居は、Ｌｇ１＝Ｌｇ２＝Ｌｇ３＝２１ｍｍ、Ｌｍ１＝Ｌｍ２＝１２ｍｍである。
そして、脚式移動ロボットが通常の歩行方向に歩いた場合に、足１５０が溝２つからなる敷居に落ちないためには、式（７）の条件を満たすような接地領域及び足のサイズである必要がある。
2003068455.tif 000009
また、脚式移動ロボットが通常の歩行方向に歩いた場合に、足１５０ｃが、溝３つからなる敷居に落ちないためには、式（８）の条件を満たすような接地領域及び足のサイズである必要がある。
2003068455.tif 000010
したがって、脚式移動ロボットの足１５０ｃが溝２つからなる敷居に落ちないためにはＬ１、Ｌ２＞２１ｍｍ、Ｌ＞５４ｍｍ、また、脚式移動ロボットの足１５０ｃが溝３つからなる敷居の溝に落ちないためには２１＜Ｌ１，Ｌ２＜４５ｍｍ、Ｌ＞５４ｍｍという条件を満たす必要がある。なお、足１５０ｃは、Ｌ＝１０５．８ｍｍ、Ｗ＝６９．８ｍｍ、Ｌ１＝Ｌ２＝３３ｍｍである。
なお、脚式移動ロボットが横歩きをする場合には、足１５０の横方向についても歩行方向と同様の条件を設定する必要があるが、足１５０についてはその接地領域は横方向に土踏まずなどにより分割されているものではなく、敷居の溝の幅に対して十分な長さがある。したがって、ここでは説明を省略する。
足部１５０の第７の具体例について、図３５〜図３９を参照しながら説明する。図３５は斜視図、図３６は側面図、図３７は裏面図、図３８は図３７のＡ−Ａ線に沿って切断した端面図、図３９は図３７のＢ−Ｂ線に沿って切断した端面図である。
第７の構成に係る足部は、左右各々の下肢１１０の足首１１４に連結される略矩形板状の部材から形成された足本体１０００を備えて構成される。足本体１０００の材質としては、なるべく軽量で且つ強度の点で優れた材料、例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金などを採用することができる。
足本体１０００の上面１００１には足首１１４に連結するための連結部１００２が一体的に形成されている。足本体１０００の下面（足裏面）には、その周縁部に路面に対する接地部１００３が設けられている（図６の斜線を付した部分参照）。足本体１０００の下面の接地部１００３の内側には、凹状に陥没するように形成された斜面部１００５を有する土踏まず部１００４が形成されている。
土踏まず部１００４は、ドーム状に陥没して形成されており、その周縁部は接地部１００３に結合されている。すなわち、足本体１０００の足裏面が路面に接地されたときに、接地部１００３が路面に一様に当接し、土踏まず部１００４は該路面から浮いた状態となるようになっている。但し、土踏まず部１００４の形状は、ドーム状に限定されず、四角錐状、円錐状（擂り鉢状）であってもよい。土踏まず部１００４の形状はその他の形状であってもよく、接地部１００２に連続する内側に陥没するような傾斜面（例えば、テーパ面）を有していればよい。
足本体１０００の側面１００６と接地部（接地面）１００３とは、滑らかな曲面で結合されている。この曲面は円弧面（Ｒ面）１００７としている。また、接地部１００３と土踏まず部１００４も、同様に滑らかな曲面で結合することが望ましい。
足本体１０００の足裏面にある接地部１００３の内側に土踏まず部１００４を有しているので、脚式移動ロボットの歩行動作に伴いＺＭＰの位置が変化して、足本体１０００に撓みが生じた場合であっても、接地部１００３の実質的な位置及び形状の変化は極めて小さいものとなる。したがって、ヨー軸回りのモーメントに対する抗力の変化も小さくなり、ロボットの挙動に予期せぬ変化をもたらすことが少なくなり、スピン運動（ロボットが接地部を中心として回転してしまう運動）が発生してしまうことを少なくすることができる。したがって、ロボットの姿勢の安定性が高く、安定した動作を継続することができる。また、路面に対して離反する土踏まず部１００４を設けたので、接地部１００３が足本体１０００の中心から離れた位置に設定され、ヨー軸回りのモーメントに対する抗力を損なうことなく、接地部１００３の面積が小さくなるので、路面との間の摩擦力の極端な上昇を防ぐことができ、これによってもロボットの躓きを抑制することができる。
また、足本体１０００の側面１００６と接地部１００３とは滑らかなＲ面１００７で結合されているので、その部分が路面の凹凸に引っかかって躓くなどの障害を抑制することもでき、ロボットの転倒などを低減することができる。
さらに、路面に凹凸があり、足裏部の中間部分が路面の凸部に位置したような場合にも、土踏まず部１００４が存在するので、足部が該凸部に乗っていわゆるシーソー状態となることも少なくなる。
足部１５０の第８の具体例について、図４０〜図４１を参照しながら説明する。図４０は斜視図、図４１は側断面図である。
第８の構成に係る足部は、左右各々の下肢１１０の足首１１４に連結される略矩形板状の部材から形成された足本体１１００を備えて構成される。足本体１１００の材質としては、なるべく軽量で且つ強度の点で優れた材料、例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金などを採用することができる。
足本体１１００の上面には足首１１４に連結するための連結部１１０１が一体的に形成されている。足本体１１００の下面（足裏面）には、その前後の端部近傍に路面に対する接地部１１０２がそれぞれ設けられている。足本体１１００の下面の接地部１１０２の内側には、凹状に陥没するように土踏まず部１１０３が形成されている。
土踏まず部１１０３は、ドーム状に陥没して形成されており、その前後の周縁部は接地部１１０２に結合されている。また、左右の周縁部は足本体１１００の側面に直接接続されており、足本体１１００の足裏面が路面に接地されたときに、接地部１１０２が路面に一様に当接し、土踏まず部１１０３は左右に渡って貫通した状態となるようになっている。但し、土踏まず部１１０３の形状は、ドーム状に限定されず、四角錐状、円錐状（擂り鉢状）、アーチ面状であってもよい。土踏まず部１１０３の形状はその他の形状であってもよく、接地部１１０２に連続する内側に陥没するような傾斜面を有していればよい。
足本体１１００の側面１１０４と接地部（接地面）１１０２とは、滑らかな曲面で結合されている。この曲面は円弧面（Ｒ面）としている。また、接地部１１０２と土踏まず部１１０３とも、同様に滑らかな曲面で結合することが望ましい。
足部１５０の第９の具体例について、図４２〜図４３を参照しながら説明する。図４２は側断面図、図４３は裏面図である。
第９の構成に係る足部は、左右各々の下肢１１０の足首１１４に連結される略矩形板状の部材から形成された足本体１２００を備えて構成される。足本体１２００の材質としては、なるべく軽量で且つ強度の点で優れた材料、例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金などを採用することができる。
足本体１２００の上面には足首１１４に連結するための連結部１２０１が一体的に形成されている。足本体１２００の下面（足裏面）には、その角部近傍にそれぞれ、すなわち４つの接地部１２０２ａ〜１２０２ｄが設けられている。足本体１２００の下面の接地部１２０２ａ〜１２０２ｄの内側には、一対の斜面部１２０３及び該接地部１２０２ａ〜１２０２ｄにより構成される面に略平行で略円形の平坦面部１２０４を有する土踏まず部１２０５が形成されている。平坦面部１２０４は足本体１２００の板厚が薄いためにその強度を確保するために設けたもので、板厚が十分に厚い場合には、平坦面部１２０４は設けずに、足本体１２００の中央部分に行くに従がい徐々に深くなるように傾斜面を形成してもよい。
斜面部１２０３はその内側に行くにしたがって、陥没するように形成されており、一例として平均で１／２０程度の傾斜を有している。斜面部１２０３は平坦面であってもよく、円錐面であってもよく、あるいは他の面形状を有していてもよい。ここでは、略円錐面（擂り鉢面）を採用しているが、その中央部分で傾斜角度が大きく、左右の両端部分に行くにしたがって、傾斜角度が小さくなるような斜面となっている。
参考のため、各部の詳細な寸法を示しておくと、足本体１２００の接地部１２０２ａ〜１２０２ｄの部分における板厚はｔ１＝５ｍｍ、平坦面部１２０４における板厚はｔ２＝４．２ｍｍ、接地部近傍における側面との結合部分の曲面の半径はｒ１＝４ｍｍ、側面間の結合部分の曲面の半径はｒ２＝４ｍｍ、平坦面部の直径はｄ＝６６ｍｍ、対角にある接地部１２０２ａと１２０２ｄ又は１２０２ｂと１２０２ｃの間の寸法はＤ＝１００ｍｍ、斜面部１２０３の中央部における寸法ｍ１＝１２ｍｍ、斜面部１２０３の両端部における寸法ｍ２＝３０ｍｍである。
接地部１２０２ａと１２０２ｂ及び接地部１２０２ｃと１２０２ｄの間を直線的に結んで（同じ高さとして）、直線状の接地部を構成してもよいし、接地部１２０２ａと１２０２ｂ及び接地部１２０２ｃと１２０２ｄの間を円弧状、あるいはその他の形状で凹状に陥没させてもよい。この場合、斜面部１２０３はこの形状に滑らかに連続するように修正される。
足部１５０の第１０の具体例について、図４４〜図４５を参照しながら説明する。図４４は平面図、図４５は同じく一部を破断した側面図である。
第１０の構成に係る足部は、左右各々の下肢１１０の足首１１４に連結される足甲部材１３１０及び路面に直接接地される足底部材１３２０を備えて構成され、足底部材１３２０を足甲部材１３１０に遊動可能に取り付けた二重構造となっている。
足甲部材１３１０は略矩形板状の部材で構成され、その上面には足首１１４に連結するための連結部１３１１が一体的に設けられている。足甲部材１３１０の下面には、図示は省略しているが、ＺＭＰを算出するため、Ｚ軸方向の圧力を検出する複数の力センサが配設されている。本実施形態では、力センサは、足甲部材１３１０の下面の四隅近傍にそれぞれ、すなわち４個設けられている。
これらの力センサは、それぞれ金属ダイヤフラムと４つの歪ゲージからなり、４つの歪ゲージでブリッジ回路を形成し、該歪ゲージを金属ダイヤフラムに貼着して構成される。但し、力センサはこのような構成のものに限定されず、他の構成のものを採用してもよい。
足底部材１３２０はその上面が開放された略矩形箱状の部材であり、略矩形板状の底板部１３２１及びその周囲に沿って一体的に立設された側板部１３２２を有している。底板部１３２１の上面は足甲部材１３１０の下面に当接している。底板部１３２１の下面により足部１５０の足裏面が構成される。底板部１３２１の下面と側板部１３２２の外面との境界部分はＲ面（円弧面）又は滑らかな曲面となっている。
足底部材１３２０には、その四隅近傍にそれぞれ接地部１３２３が設けられている。足底部材１３２０の下面の接地部１３２３の内側には、一対の斜面部１３２４及び該接地部により構成される面に略平行で略円形の平坦面部１３２５を有する土踏まず部１３２６が形成されている。
斜面部１３２４はその内側に行くに従って陥没するように形成されている。斜面部１３２４は平坦面であってもよく、円錐面であってもよく、あるいは他の面形状を有していてもよい。
足底部材１３２０の側板部１３２２の内側の形状は、足甲部材１３１０の側面の形状に対して僅かに大きい相似形状となっている。足甲部材１３１０の側面は、足底部材１３２０の側板部１３２２の内面に僅かな隙間（遊び）を以って対面しており、これにより足底部材１３２０は足甲部材１３１０に対して、該足甲部材１３１０の下面に沿って、すなわちＸ−Ｙ平面内において、任意の方向に遊動できるようになっている。
足底部材１３２０は、遊脚時に足甲部材１３１０から落下しないように、且つＸ−Ｙ平面内における遊動を制限しないように、不図示の保持機構を介して足甲部材１３１０に取り付けられている。この保持機構は、足底部材１３２０の交換のため、容易な操作で着脱する機構をも備えていることが望ましい。
足底部材１３２０の側板部１３２２の内面と足甲部材１３１０の側面の間には、緩衝部材（緩衝手段）１３３０が介装されている。緩衝部材１３３０としては、ここでは、無端状のゴムシートを採用し、足底部材１３２０の側板部１３２２の内面と足甲部材１３１０の側面との間の隙間を完全に埋めるように介装されている。但し、緩衝部材はこのようなものに限定されず、板バネ、スポンジ、固形乃至半流動体状の粘性手段を採用してもよい。
なお、緩衝部材は、足底部材１３２０の側板部１３２２の内面と足甲部材１３１０の側面の間との隙間を完全に埋めるように介装すれば、その隙間に異物などの進入を防止することができる点で好ましいが、これに限定されず、間欠的に配設するようにしてもよい。また、緩衝部材を完全に省略してもよい。
足部１５０の第１１の具体例について、図４６〜図４７を参照しながら説明する。図４６は第１１の構成に係る足部の概略構成を示す平面図である。同図には、左右の脚の先端部にそれぞれ取り付けられる足部の一方の構成を示しているが、他方の足部も面対称に構成されていることを除き同じ構成である。
第１１の構成に係る足部は、左右各々の下肢１１０の足首１１４に連結される略矩形板状の部材から形成された足本体１１１０を備えて構成される。足本体１１１０の材質としては、なるべく軽量で且つ強度の点で優れた材料、例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金などを採用することができる。
足本体１１１０の上面には足首１１４に連結するための連結部１１１１が一体的に形成されている。足本体１１１０の下面（足裏面）が路面に対する接地面であり、図示の例では、足裏面は平面としている。
足裏面の外形形状は、同図に示されているように、略矩形形状となっている。特に限定されないが、足裏面には、例えば滑り止めの複数の溝や凹状に陥没するように形成された土踏まず部を設けることもできる。土踏まず部としては、図示は省略するが、ドーム状、四角錐状、円錐状（擂り鉢状）に陥没したもののいずれでもよい。なお、土踏まず部を設けた足については、本出願人により出願された特願２００２−０３７９８８号明細書などに記載されている。
同図において、１１１２は他方の足に対して遠い側の側縁（外側縁）又は側面（外側面）であり、１１１３は当該足と対をなす他方の足に対して近い側の側縁（内側縁）又は側面（内側面）であり、１１１４はロボットの正面側の側縁（前側縁）又は側面（前側面）であり、１１１５はロボットの背面側の側縁（後側縁）又は側面（後側面）である。
同図に示されているように、この足本体１１１０の全ての側面１１１２〜１１１５は平面となっており、したがって、すべての側縁１１１２〜１１１５も直線となっている。なお、足裏面に側面１１１２〜１１１５にまで至る溝や土踏まずを形成した場合には、各側縁１１１２〜１１１５は実際には、その溝や土踏まずの形状に対応した曲線や不連続な直線などとなるが、少なくとも各側縁１１１２〜１１１５を、該足裏面を含む面に投影した場合に直線となるように設定されていればよい。
足本体１１１０の各側面１１１２〜１１１５の隣接する側面との間の部分は滑らかな曲面で接続されている。ここでは、この曲面は円弧面（Ｒ面）としている。また、足本体１１１０の各側面１１１２〜１１１５と足裏面との間の部分も、同様に滑らかな曲面で接続されている。このような各面（側面、足裏面）との間の部分を滑らかな曲面で接続するのは、その部分が路面などの凹凸に引っかかって躓くなどの障害を抑制するためである。
図４７は、この第１１の構成に係る足部の転倒時の挙動を説明するための図である。図４７の左図は、ロボットが路面上に片足（右足とする）で立っている場合を示しており、参照番号５０はロボットの重心位置を示している。図４７の右図は、ロボットに横向きに（左側から）何らかの外力が作用するなどして、ロボットが右側にバランス崩して転倒しかけている状態を示している。
図４７の右図に示されているように、該ロボットは足本体１１１０の外側縁１１１２を含む線５１をその転倒基準（回転中心軸）として回転し転倒することになり、このとき、該外側縁１１１２の全体が路面に線接触しているため、ヨー軸回りに回転するという挙動をとることは殆どないことが理解されよう。なお、内側縁１１１３、前側縁１１１４、後側縁１１１５側に転倒する場合においても、全く同様である。
第１１の構成に係る足部においては、足本体１１１０の各側面１１１２〜１１１５を全て平面とし、当該平面よりも外側に突出する部分を設けていないので、ロボットが転倒しようとする場合には、各側縁１１１２〜１１１５のいずれかを回転中心として転倒することになるので、転倒時のロボットの姿勢や挙動を容易に予測することができる。
足部１５０の第１２の具体例について図４８〜図４９を参照しながら説明する。
図４８は第１２の構成に係る足部の概略構成を示す平面図である。同図には、左右の脚の先端部にそれぞれ取り付けられる足部の一方の構成を示しているが、他方の足部も面対称に構成されていることを除き同じ構成である。
第１２の構成に係る足部は、左右各々の下肢１１０の足首１１４に連結される略矩形板状の部材から形成された足本体１２１０を備えて構成される。足本体１２１０の材質は、上述した第１１の構成に係る足部と同様である。
足本体１２１０の上面には足首１１４に連結するための連結部１２１１が一体的に形成されている。足本体１２１０の下面（足裏面）が路面に対する接地面であり、本例では、足裏面は平面としている。
足裏面の外形形状は、同図に示されているような形状となっている。特に限定されないが、足裏面には、例えば滑り止めの複数の溝や凹状に陥没するように形成された土踏まず部を設けることもできるのは、上述した第１１の構成に係る足部と同様である。
同図において、１２１２は他方の足に対して遠い側の側縁（外側縁）又は側面（外側面）であり、１２１３は当該足と対をなす他方の足に対して近い側の側縁（内側縁）又は側面（内側面）であり、１２１４はロボットの正面側の側面（前側面）又は側面（前側面）であり、１２１５はロボットの背面側の側縁（後側縁）又は側面（後側面）である。
同図に示されているように、この足本体１２１０の全ての側面１２１２〜１２１５は内側に凹となるように湾曲した曲面となっており、したがって、すべての側縁１２１２〜１２１５も内側に凹となるように湾曲した曲線となっている。なお、足裏面に側面１２１２〜１２１５にまで至る溝や土踏まずを形成した場合には、各側縁１２１２〜１２１５は実際には、その溝や土踏まずの形状とこれに対応する側面の形状を合成した曲線や不連続な直線などとなるが、少なくとも各側縁１２１２〜１２１５を、該足裏面を含む面に投影した場合に内側に凹となるように湾曲した曲線となるように設定されていればよい。
足本体１２１０の各側面１２１２〜１２１５は隣接するものとの間の部分、及び各側面１２１２〜１２１５と足裏面との間の部分が、滑らかな曲面で接続されているのは、上述した第１の構成の場合と同様である。
図４９は、この第１２の構成に係る足部の転倒時の挙動を説明するための図である。図４９の左図は、ロボットが路面上に片足（右足とする）で立っている場合を示しており、６０はロボットの重心位置である。図４９の右図は、ロボットに横向きに（左側から）何らかの外力などが作用して、ロボットが右側にバランス崩して転倒しかけている状態を示している。
図４９の右図に示されているように、該ロボットは足本体１２１０の外側縁１２１２の最も突き出した前後の２点を結ぶ線を含む線６１をその転倒基準（回転中心軸）として回転し転倒することになり、該外側縁１２１２の当該２点が路面に当接しているため、ヨー軸回りに回転するという挙動をとることは殆どないことが理解されよう。なお、内側縁１２１３、前側縁１２１４、後側縁１２１５側に転倒する場合においても、まったく同様である。
このように、第１２の構成に係る足部においては、足本体１２１０の各側面１２１２〜１２１５を全て内側に湾曲した曲面としているので、ロボットが転倒しようとする場合には、各側縁１２１２〜１２１５の最も突出した前後の２点を結ぶ線のいずれかを回転中心として転倒することになるので、転倒時のロボットの姿勢や挙動を容易に予測することができる。
なお、この例ではすべての側面１２１２〜１２１５を内側に湾曲する曲面としたが、その一部のみを曲面としてもよい。
足部１５０の第１３の具体例について、図５０を参照しながら説明する。
第１３の構成に係る足部は、上述した第１１の構成に係る足部の構成を若干変更したものである。図５０は第１３の構成に係る足部の概略構成を示す平面図である。上述した第１の構成に係る足部と実質的に同一の部分には同一の番号を付し、その説明は省略する。
足部１３１０は、各側面１１１２〜１１１５のそれぞれの略中央部に、内側に陥没する切欠部１３２２〜１３２５を追加的に形成した点が相違する。切欠部１３２２〜１３２５は、足本体１３１０の上面及び下面（足裏面）に至るように形成されている。その他の構成は上述した構成と同様である。転倒時には、対応する側縁１１１２〜１１１５（切欠部１３２２〜１３２５以外の部分）が路面に当接した状態で該側縁１１１２〜１１１５をその回転中心として転倒する。
切欠部１３２２〜１３２５を設けたのは、転倒しようとしたときに、路面上に小さな凸部や障害物などが存在する場合に、切欠部１３２２〜１３２５の存在により、路面に当接している側縁が当該凸部などに乗り上がってしまうことを抑制し、転倒時の姿勢や挙動の予測性を損なうことを少なくするためである。
なお、切欠部１３２２〜１３２５の構成は同図に示すような形状に限定されず、円弧面やその他の形状であってもよい。また、すべての側面１１１２〜１１１５に対応して全てに切欠部１３２２〜１３２５を形成する必要はなく、そのうちの一部のみでもよい。
足部１５０の第１４の具体例について、図５１を参照しながら説明する。
この第１４の構成に係る足部は、上述した第１２の構成に係る足部の構成を若干変更したものである。図５１は第１４の構成に係る足部の概略構成を示す平面図である。上述した第２の構成に係る足部と実質的に同一の部分には同一の番号を付し、その説明は省略する。
足部１４１０は、各側面１２１２〜１２１５のそれぞれの略中央部に、内側に陥没する切欠部１４２２〜１４２５を追加的に形成した点が相違する。切欠部１４２２〜１４２５は、足本体１４１０の上面及び下面（足裏面）に至るように形成されている。その他の構成は上述した第２の構成と同様である。転倒時には、対応する側縁１２１２〜１２１５の最も突出した２点の部分が路面に当接した状態で該２点を結ぶ仮想の線（図中、一点鎖線で示す）をその回転中心として転倒することになる。
切欠部１４２２〜１４２５を設けたのは、上述した第１３の構成に係る足部と同様の理由によるものである。なお、切欠部１４２２〜１４２５の構成は同図に示すような形状に限定されず、図５０に示した切欠部１３２２〜１３２５と同様な形状やその他の形状であってもよい。また、すべての側面１２１２〜１２１５に対応して全てに切欠部１４２２〜１４２５を形成する必要はなく、そのうちの一部のみでもよい。
次いで、本発明に係る脚式移動ロボット１００の足部（１５０ａ〜１５０ｃ）の動作及び特徴について、図５２〜図６１を参照しながら説明する。
まず、本実施の形態の脚式移動ロボット１００の足部１５０（１５０ａ〜１５０ｃ）においては、図５２（Ａ）に示すように、足部１５０の裏面に土踏まず部２４７などの凹部を設けて接地部分を常に足部１５０の周縁部に保っている。したがって、図５２（Ｂ）に示すように、例えば足部１５０の中央付近に加重がかかり足底機構が変形した場合や、脚式移動ロボットの歩行動作に伴いＺＭＰの位置が変化して足本体１６０に撓みが生じた場合であっても、接地部２４５の位置及び形状の変化は極めて小さいものとなり、ヨー軸回りのモーメントに対する抗力の変化も小さくなる。すなわち、接地部分は常に足部１５０の周縁部に保たれており、支持モーメントの低下が抑制されることにより、ロボットが接地部を中心として回転してしまうスピン運動などのロボットの予期せぬ挙動の発生を抑止することができる。その結果、姿勢の安定性が高く、安定した動作を継続することができる脚式移動ロボットを実現することができる。
また、本実施の形態の脚式移動ロボット１００の足部１５０においては、図５３に示すように段差を踏んだ場合に、段差の凸部が足底の土踏まず部２４７、特に第２の凹部２６０において吸収され、足底機構が影響を受けないようにする可能性を高くすることができる。したがって、移動面の凹凸や段差に対して、移動性能が向上しロバストな特性を有する脚式移動ロボットを実現することができる。
また、この足部１５０は、図５４に示すように、絨毯などの柔軟な面上を歩行する場合においても有効な特性を有する。
絨毯は滑り易く柔らかいという特性を有しており、脚式移動ロボットの視点から考えると、ヨー方向のモーメントが確保しにくく、支持モーメントも高め難く、歩き難い床面である。また、足底の形状によっては、引っ掛かって転倒モーメントを発生する危険性もある。
これに対し、本実施形態の脚式移動ロボット１００の足部１５０においては、足底周縁部を滑らかな形状にしているので、毛足の引っ掛かりを防ぐことができる。また、絨毯の毛足を中央部の土踏まず部２４７などの凹部１８０に食い込ませて、適度の摩擦力を確保するとともに、ヨー方向のモーメントを発生して調整することができる。また、絨毯の毛足が柔軟部にまで達した場合には、これによる摩擦がヨー方向の支えとして作用する。この結果、絨毯の上でも適切な制動力及び推進力を発揮することができ、安定して移動することができる。
また、足部１５０においては、足本体２４０の側面２４３と接地部２４５の間を滑らかな円弧曲面（Ｒ面）２４４で結合している。したがって、この部位が床面に対して引っ掛かる、すなわち過剰な摩擦力上昇を引き起こして転倒モーメントが発生するという危険を抑制することができ、図５５に示すようにスムーズに移動することができる。
また、足部１５０においては、足本体２４０の土踏まず部２４７などの凹部内に柔軟部２７０を有する。柔軟部２７０は、図５３を参照して前述したように、その凹部内に侵入してきた段差などの凸部を、自らが変形して受け入れるとともに、その凸部に対して粘着力による摩擦保持力を発揮する。すなわち、自ら形状変化を適切に調整し、路面の状態に馴染む効果を有する。
例えば、図５６は、第２の凹部２６０の天井面２６１により段差を支持している状態を示している。このような状態において、柔軟部２７０が路面と馴染み摩擦力を発揮し、足部１５０が滑って、段差より滑落するのを防ぐことができる。
特に、図５７に示すように、足部１５０に対して比較的大きな段差において、土踏まず部２４７で支持することを余儀なくされた場合であっても、柔軟部２７０の一方の側面の位置２７１で接触を開始していたものが、柔軟部２７０の変形により、位置２７２まで拡大されることとなり、支持多角形２７３は図示するように台形形状となる。この結果、制御安定領域は拡大されることとなり、より安定した制御が可能となる。
路面の凸部が柔軟部２７０に達した場合の変形例を図５８及び図５９に示す。図５８は、ゴムなどの通常の弾性部材で形成された標準的な柔軟部２７０の変形の様子を示している。柔軟部２７０は、支持モーメントを発生するという観点からは限界がある。そこで、より柔軟な材質で変形をある程度保持できる、すなわちヒステリシス効果のある部材を使用することにより、図５９に示すようにこれを拡大することができる。このような変形をする柔軟材２７０であれば、段差などで凋落の危険がある際もより安全に脚式移動ロボットを支持することができる。
また、足部１５０は、図６０及び図６１に示すように、転がり運動可能な障害物を踏んだ場合においても有効な特性を有する。このような障害物を踏んだ場合は、通常の足部ではいわゆる亀の子状態となり、この障害物を支点にシーソーのような挙動をし、支持モーメントを発生できず、非線型特性になるため、制御が不安定となる。
これに対し、柔軟部２７０を備えることで、例えば障害物が小さい場合には、図６０に示すように生涯物を包み込むような形態でこれを踏むこととなり、足底の支持点は確保される。また、比較的大きな障害物を踏んだ場合も、足底が路面から離れる高さｈが少なくて済み、不安定要素が少なくなる。
そして、柔軟部２７０によりこれらの障害物が足本体２６０の裏面に馴染むので、実質的にその障害物が足の一部のように作用し、例えば極端に早い運動が生じたり、不連続な非線型運動により制御が不能になったりする可能性を著しく抑制することができる。
また、足部１５０においては、溝２４６は足部１５０の側面に近くなるほどその幅が狭くなるように構成されている。これは、絨毯などの滑り易い路面を移動する場合、例えば溝２４６の側面２６２が平行な直線形状で構成され溝２４６の幅が変わらない場合には、絨毯の毛足は土踏まず部２４７をスムースに流れてゆき、特に力を反発させることはない。
これに対し、図６２に示すように、側面２６２を平行でない状態にした場合、特にその幅を変化させた場合には、毛足は溝２４６の幅によって集められる状態となり、反力を発生する。この反力は摩擦保持力として作用させ利用することができ、通常、摩擦力の確保が困難な絨毯上では、非常に有効である。
足部１５０においては、中央部の凹部から外部に向けての溝２４６が、足部１５０の前後左右の４方向い形成されている。したがって、図面を参照して説明した各動作、作用、効果は、足部をどの方向に進行させていたとしても、どのような角度で段差を踏んだとしても、どの部分で障害物を踏んだとしても、有効となる可能性が非常に高い。よって、より安定性があり、不安定要素が少なく、安定的な制御が可能な脚式移動ロボットの足を提供することができる。
足の甲と足裏の支持構造
ここでは、足の甲（足の背）と足裏（足の底）との支持構造についての第１の具体例について、図６３〜図６４を参照しながら説明する。図６３は足部の側面図、図６４は図６３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
第１の構成に係る足部は、左右各々の下肢１１０の足首１１４に連結される足甲部材１１１０及び路面に直接接地される足底部材１１２０を備えて構成され、足底部材１１２０を足甲部材１１１０に遊動可能に取り付けた二重構造となっている。足甲部材１１１０及び足底部材１１２０の材質としては、なるべく軽量で且つ強度の点で優れた材料、例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金などを採用することができる。
足甲部材１１１０は、略矩形に構成された外枠部１１１１、外枠部１１１１の上面を閉塞する天板部及び該天板部に設けられた連結部１１１２を備えて構成されている。連結部１１１２は足首１１４に連結するための部分である。外枠部１１１１の４つの側面の略中央部には、それぞれ貫通する固定ピン用穴が形成されている。これらの固定ピン用穴はそれぞれ横方向（Ｘ軸方向又はＹ軸方向にその長手方向を有する長穴となっている。
足底部材１１２０は略矩形板状の部材で構成されている。足底部材１１２０の側面は、足甲部材１１１０の外枠部１１１１の内面の形状に対して僅かに小さい形状となっている。足底部材１１２０の４つの側面には、足甲部材１１１０の外枠部１１１１に形成された固定ピン用穴に対応する位置にそれぞれ固定ピン用穴が形成されている。
足底部材１１２０は、足甲部材１１１０の外枠部１１１１の内側に下側から挿入されるように配置された状態で、固定ピン１１３０を枠部材１１１１の外側から固定ピン用穴を貫通させて挿入し、固定ピン１１３０にその先端部からコイルバネ１１３１を挿入し、さらに固定ピン１１３０の先端部を足底部材１１２０の対応する固定ピン用穴に圧入することにより足甲部材１１１０に取り付けられる。
この状態で、足底部材１１２０の上面は足甲部材１１１０の天板部の下面に対面するとともに、足底部材１１２０の各側面は足甲部材１１１０の外枠部１１１１の内面に対応する面に、所定の隙間（遊び）を以ってそれぞれ対面した状態となる。固定ピン１１３０に挿入されているコイルバネ１１３１は、この状態で足底部材１１２０の側面及び足甲部材１１１０の外枠部１１１１の内面に予圧された状態で挟持されている。これにより、足底部材１１２０は上記の隙間の範囲内（又は足甲部材１１１０の側面に形成された固定ピン用穴の長手方向の長さの範囲内）で足甲部材１１１０の天板部の下面に沿って（Ｘ−Ｙ平面内で）２軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に遊動可能な状態となっている。
各コイルバネ１１３１により足底部材１１２０に与えられる付勢力は、足底部材１１２０に外力が作用しない状態で、足底部材１１２０が足甲部材１１１０の外枠部１１１１の内側で中心位置（中立位置）に位置するように設定されている。
足底部材１１２０の下面には、図示は省略するが、Ｚ軸方向の圧力を検出する複数の力センサが配設されている。これらの力センサは、ＺＭＰを算出するために用いられるもので、本実施形態では、足底部材１１２０の下面の四隅近傍にそれぞれ設けられている。
これらの力センサは、それぞれ金属ダイヤフラムと４つの歪ゲージからなり、４つの歪ゲージでブリッジ回路を形成し、該歪ゲージを金属ダイヤフラムに貼着して構成される。但し、力センサはこのような構成のものに限定されず、他の構成のものを採用してもよい。ＺＭＰ検出用の力センサの数や配設位置も上記に限定されない。
また、足底部材１１２０にはＸ軸方向及びＹ軸方向の加速度を検出するための加速度センサ１１３２が搭載されている。加速度センサ１１３２を設ける位置は、特に限定されないが、本実施形態では、図６４に示されているように、足底部材１１２０の中央部の内部に設けるものとした。この加速度センサの出力は、路面の重力方向に対する傾きの検出、路面の凹凸などによる躓きの検出に利用される。
なお、上記においては、足底部材１１２０を足甲部材１１１０に遊動可能に支持するため、固定ピン１１３０の先端部を足底部材１１２０の固定ピン用穴に圧入するものとしたが、固定ピン１１３０の先端に雄ネジを形成し、足底部材１１２０の固定ピン用穴を雌ネジとして、これらを螺合するようにしてもよい。また、固定ピン１１３０を足甲部材１１１０側に圧入又は螺合により固定して、足底部材１１２０の固定ピン用穴を横方向（Ｘ軸方向又はＹ軸方向）にその長手方向を有する長穴として、固定ピン１１３０の先端部が該固定ピン用穴の内部でＸ方向及びＹ方向にスライドするようにしてもよい。足底部材１１２０を足甲部材１１１０に遊動可能に支持する構造としては、このような構造に限定されず、他の構成を採用することができる。
また、緩衝手段として、コイルバネ１１３０を用いたが、これに代えて、他の弾性部材、例えば、板バネ、その他のバネ、ゴムなどを採用してもよい。
足底部材１１２０は足甲部材１１１０に遊動可能に取り付けたので、ロボットの歩行動作時に、足底部材１１２０と足甲部材１１１０の運動の間に時間的遅れが生じるとともに、足底部材１１２０と足甲部材１１１０の間に緩衝手段としてのコイルバネ１１３１を介装したので、遊脚が路面に着地したときに路面から受ける反力が緩やかに下肢１００に作用することになる。したがって、下肢１１０の関節部分に伝達される衝撃が緩和され、アクチュエータなどへの負担が軽減される。また、ロボットを素早く移動させるときのアクチュエータの急激な駆動に対するロボットの姿勢安定性を向上させることができる。さらに、例えば駆動系に機械的な誤差（ガタ）があったり、制御誤差が生じた場合であったりしても、足底部材１１２０の遊動範囲内でこれを吸収することが可能なので、その影響を抑制することができる。
また、足底部材１１２０に設けた加速度センサ１１３２の出力に基づきロボットの躓きを検出してから、足底部材１１２０が足甲部材１１１０に対して相対的に遊動限界にまで遊動し、足甲部材１１１０にその衝撃が完全に伝達されるまでには、ある程度のタイムラグがあるので、この間に、転倒などを回避するための動作を行なうことができるようになり、ロボットの姿勢制御性、姿勢安定性を向上することができる。
なお、足甲部材１１１０と足底部材１１２０との間に緩衝手段として、弾性手段（コイルバネ１１３０）を用いているので、足底部材１１２０が足甲部材１１１０に対して長時間に渡って振動し続ける恐れがあり、歩行動作に伴う制御性に悪影響を与えることが懸念される。この場合には、弾性手段に加えて制振性を高めるために粘性手段（例えば、ダンパーなど）を設けることが望ましい。この場合において、脚の歩行動作により足底部材１１２０が路面から離間してから着地するまでに要する時間内に足底部材１１２０の振動が所定値以下まで収束するように、該弾性手段の弾性係数及び粘性手段の粘性係数を設定するとよい。これにより、遊脚の着地時点において、足底部材１１２０は所定値以下の振動となっているので、ロボットの制御系による軌道計算やその他の制御のための再計算を行なう必要がなくなり、制御性が向上する。なお、所定値とは、ロボットの制御系が安定走行を実現するために許容する必要最小限の振動である。
次いで、足の甲（足の背）と足裏（足の底）との支持構造の第２の具体例について、図６５〜図６６を参照しながら説明する。図６５は側面図、図６６は図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
この例の足部は、左右各々の下肢１１０の足首１１４に連結される足甲部材１２１０及び路面に直接接地される足底部材１２２０を備えて構成され、足底部材１２２０を足甲部材１２１０に遊動可能に取り付けた二重構造となっている。足甲部材１２１０及び足底部材１２２０の材質としては、なるべく軽量で且つ強度の点で優れた材料、例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金などを採用することができる。
足甲部材１２１０は、略矩形板状の部材から構成されている。足甲部材１２１０の４つの側面には、それぞれ固定ピン用穴が形成されている。また、足甲部材１２１０の上面には足首１１４に連結するための連結部１２１１が一体的に形成されている。
足底部材１２２０は、略矩形状に構成された外枠部１２２１及び外枠部１２２１の下面を閉塞する底板部１２２２を備えて構成されている。足底部材１２２０の外枠部１２２１の内面は、足甲部材１２１０の側面の形状に対して僅かに大きい形状となっている。足底部材１２２０の外枠部１２２１の４つの側面には、足甲部材１２１０の側面に形成された固定ピン用穴に対応する位置にそれぞれ貫通する固定ピン用穴が形成されている。これらの足底部材１２２０の側面に形成された固定ピン用穴はそれぞれ横方向（Ｘ軸方向又はＹ軸方向にその長手方向を有する長穴となっている。
足底部材１２２０は、外枠部１２２１の内側に足甲部材１２１０が上側から挿入されるかたちで配置された状態で、固定ピン１２３０を外枠部１２２１の外側から固定ピン用穴を貫挿し、固定ピン１２３０にその先端部からコイルバネ１２３１を挿入し、さらに固定ピン１２３０の先端部を足甲部材１２１０の対応する固定ピン用穴に圧入することにより足甲部材１２１０に取り付けられる。
この状態で、足底部材１２２０の底板部１２２２の上面は足甲部材１２１０の下面に対面するとともに、足底部材１２２０の外枠部１２２１の各内面は足甲部材１２１０の各側面の対応する面に、所定の隙間（遊び）を以ってそれぞれ対面した状態となる。固定ピン１２３０に挿入されているコイルバネ１２３１は、この状態で足底部材１２２０の外枠部１２２１の内面及び足甲部材１２１０の側面により予圧された状態で挟持されている。これにより、足底部材１２２０は上記の隙間の範囲内（又は足底部材１２２０の側面に形成された固定ピン用穴の長手方向の長さの範囲内）で足甲部材１２１０の下面に沿って（Ｘ−Ｙ平面内で）２軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に遊動可能な状態となっている。
各コイルバネ１２３１により足底部材１２２０に与えられる圧力は、足底部材１２２０に外力が作用しない状態で、足甲部材１２１０が足底部材１２２０の外枠部１２２１の内側で中心位置（中立位置）に位置するように設定されている。
足底部材１２２０に、ＺＭＰを算出するための力センサやＸ軸方向及びＹ軸方向の加速度を検出する加速度センサが設けられているのは、上述した第１の構成の場合と同様である。また、緩衝手段として、弾性手段に粘性手段を組み合わせることが望ましいのは、この場合も同様である。
この構成によれば、第１の構成に係る利点を実現できる他、足底部材１２２０の外枠部１２２１が足甲部材１２１０の側面を覆うように配置されているので、足部の側部が障害物に衝突したような場合に、その衝撃をも緩和することができる。
次いで、足の甲（足の背）と足裏（足の底）との支持構造についての第３の具体例について、図６７〜図６８を参照しながら説明する。図６７は平面図、図６８は同じく一部を破断した側面図である。
第３の構成に係る足部は、左右各々の下肢１１０の足首１１４に連結される足甲部材１３１０及び路面に直接接地される足底部材１３２０を備えて構成され、足底部材１３２０を足甲部材１３１０に遊動可能に取り付けた二重構造となっている。
足甲部材１３１０は略矩形板状の部材で構成され、その上面には足首１１４に連結するための連結部１３１１が一体的に設けられている。足甲部材１３１０の下面には、図示は省略しているが、ＺＭＰを算出するため、Ｚ軸方向の圧力を検出する複数の力センサが配設されている。力センサは、足甲部材１３１０の下面の四隅近傍にそれぞれ設けられている。
これらの力センサは、それぞれ金属ダイヤフラムと４つの歪ゲージからなり、４つの歪ゲージでブリッジ回路を形成し、該歪ゲージを金属ダイヤフラムに貼着して構成される。但し、力センサはこのような構成のものに限定されず、他の構成のものを採用してもよい。
足底部材１３２０はその上面が開放された略矩形箱状の部材であり、略矩形板状の底板部１３２１及びその周囲に沿って一体的に立設された側板部１３２２を有している。底板部１３２１の上面は足甲部材１３１０の下面に当接している。底板部１３２１の下面により足部１５０の足裏面が構成される。底板部１３２１の下面と側板部１３２２の外面との境界部分はＲ面（円弧面）又は滑らかな曲面となっている。
足底部材１３２０の側板部１３２２の内側の形状は、足甲部材１３１０の側面の形状に対して僅かに大きい相似形状となっている。足甲部材１３１０の側面は、足底部材１３２０の側板部１３２２の内面に僅かな隙間（遊び）を以って対面しており、これにより足底部材１３２０は足甲部材１３１０に対して、該足甲部材１３１０の下面に沿って、すなわちＸ−Ｙ平面内において、任意の方向に遊動できるようになっている。
足底部材１３２０は、遊脚時に足甲部材１３１０から落下しないように、且つＸ−Ｙ平面内における遊動を制限しないように、不図示の保持機構を介して足甲部材１３１０に取り付けられている。この保持機構は、足底部材１３２０の交換のため、容易な操作で着脱する機構をも備えていることが望ましい。
足底部材１３２０の側板部１３２２の内面と足甲部材１３１０の側面の間には、緩衝部材（緩衝手段）１３３０が介装されている。緩衝部材１３３０としては、例えば無端状のゴムシートを採用し、足底部材１３２０の側板部１３２２の内面と足甲部材１３１０の側面との間の隙間を完全に埋めるように介装されている。但し、緩衝部材はこれに限定されず、板バネ、スポンジ、固形乃至半流動体状の粘性手段を採用してもよい。
また、足部の組立時に足底部材１３２０の側板部１３２２の内面と足甲部材１３１０の側面との間の隙間に、硬化乃至凝固した状態で弾性及び／又は粘性を生じるような接着剤を充填して、相互に接着するようにしてもよい。このような構成にすることで、当該隙間への異物の進入が防止できるとともに、足底部材１３２０を足底部材１３１０に遊動可能に取り付けるための保持機構を採用することなく、同様の効果を得ることができるので都合がよい。
この構成によると、足底部材１３２０は足甲部材１３１０に対して、該足甲部材１３１０の下面に沿って任意の方向に遊動することができ、上述した第１又は第２の構成と比較して、遊動方向の制約が少ない。
なお、上述したような緩衝部材は、足底部材１３２０の側板部１３２２の内面と足甲部材１３１０の側面の間の隙間を完全に埋めるように介装すれば、その隙間に異物などの進入を防止することができる点で好ましいが、必ずしもそのようにする必要はなく、間欠的に配設するようにしてもよい。また、緩衝部材は必須ではなく、緩衝部材を完全に省略してもよい。
足首における脚と足部の連結・交換構造
ここでは、脚式移動ロボットの足首における脚と足部との連結構造並びに足部の交換構造の具体例について詳解する。
脚式移動ロボットの足首における脚と足部との連結構造並びに足部の交換構造の第１の具体例について、図６９〜図７０を参照しながら説明する。
図６９には、足部１５０の構造並びに下肢（可動脚）１１０と足部１５０との連結部分の断面構成を示している。
下肢１１０の足首１１４の脚側連結部１００１には、連結固定位置決め突起１００２と、電気接続用のコネクタ１００３が配置されている。連結固定位置決め突起１００２の側面には切欠部１００４が形設されている。
一方、足部１５０を構成する足本体１１０１の上部に形設された連結部１１０２には、連結固定位置決め凹部１１０２と、電気接続用コネクタ１１０３と、コネクタ１００３の収容部１１０４と、連結固定用アクチュエータ１１０５が配設されている。
連結固定用アクチュエータ１１０５の略先端には、位置決めピン１１０６が連結固定位置決め凹部１１０２の底面に沿う前後方向（Ｘ軸方向）に出没自在に取り付けられている。位置決めピン１１０６は、連結固定位置決め凹部１１０２の内部に進出した状態では、連結固定位置決め突起１００２の側面に形設された切欠部１００４に嵌合するようになっている。図６９に示す状態では、連結固定用アクチュエータ１１０５の作動により、位置決めピン１１０６は埋没しているので、連結固定位置決め突起１００２を連結固定位置決め凹部１１０２に対して挿脱自在となっている。
図７０には、足本体１１０１が脚側連結部１００１に対して取り付けられた状態での連結部分の断面構成を示している。
連結固定位置決め突起１００２が連結固定位置決め凹部１１０２内に完全に挿入された状態で、連結固定用アクチュエータ１１０５の作動により位置決めピン１１０６を進出させ、連結固定位置決め突起１００２の先端部を切欠部１００４に嵌合させることによって、足本体１１０１は脚側連結部１００１に対して強固に連結される。
このとき、脚側のコネクタ１００３は、収容部１１０４内に収容され、その最奥部のコネクタ１１０３に機械的に嵌合するとともに、コネクタ１００３の端子とコネクタ１１０３の対応する端子とが電気的に接続される。この結果、脚側、すなわちロボット本体側から足本体１１０１への電力の供給及び相互間における制御命令その他のデータ信号の伝送が可能な状態となる。
足本体１１０１の連結固定位置決め凹部１１０２の底面には、さらに凹部１１１１が形成されており、凹部１１１１には電気回路基板１１１２が取り付けられている。電気回路基板１１１２には各種データの記憶手段としてのＲＯＭ３０５（図３参照）及びこれに関連する回路が形成されており、コネクタ１１０３、１００３及びバス３０４を介して、ロボット本体の主制御ユニット３００からアクセスできるようになっている。また、電気回路基板１１１２には、足本体１１０１に設けられる各種センサの信号処理回路なども設けられている。
足本体１１０１には、図示は省略するが、力センサや加速度センサなどが配設されている。すなわち、足本体１１０１の足裏の接地部には、Ｚ軸方向の圧力を検出する複数の力センサが配設されている。これらの力センサは、ＺＭＰを算出するために用いられるもので、本実施形態では、足本体１１０１の下面（足裏面）の四隅近傍にそれぞれ設けられている。
これらの力センサは、それぞれ金属ダイヤフラムと４つの歪ゲージからなり、４つの歪ゲージでブリッジ回路を形成し、該歪ゲージを金属ダイヤフラムに貼着して構成される。但し、力センサはこれに限定されず、他の構成のものを採用してもよい。ＺＭＰ検出用の力センサの数や配設位置も上記に限定されない。
また、足本体１１０１にはＸ軸方向及びＹ軸方向の加速度を検出するための加速度センサも搭載されている。加速度センサを設ける位置は、特に限定されないが、ここでは凹部１１１１に設けている。この加速度センサの出力は、路面の重力方向に対する傾きの検出、路面の凹凸などによる躓きの検出に利用される。これらのセンサの出力信号は、電気回路基板１１１２に設けられた処理回路、コネクタ１１０３，１００３及びバス３０４を介してロボット本体側の主制御ユニット３００に送られる。
電気回路基板１１１２に搭載されたＲＯＭ３０５には、足本体１１０１に関する情報として、以下に示すような足情報があらかじめ記憶されている。
足情報とは、主制御ユニット３００が軌道計算、その他の演算を実行する際に必要とされる当該足本体１１０１に固有な情報を含む情報であり、具体的には、足識別情報、足構造情報、足センサ情報などで構成される。
足識別情報は、当該足本体１１０１を他の足本体から識別するために付与された識別情報（ＩＤ）である。足構造情報は、足本体及びその構成部材の寸法（形状）、材質、重量、接地面の摩擦係数などの情報である。足構造情報のうち、足本体１１０１の路面に対する接地部を含む足裏面の形状（足底形状）は制御演算上、特に重要である。これらは、例えば数式（２次元近似式）やビットマップ形式で表現することができる。
足センサ情報は、足本体１１０１に配設されている各種センサについての情報であり、その識別情報（該センサを他のセンサから識別するためのＩＤ）、個数、配置、特性などで構成される。本実施形態では、足本体１１０１には、ＺＭＰ検出用の力センサ、衝突検出若しくは路面傾き検出用の加速度センサが配設されているので、これらのセンサについてのセンサ情報が記憶される。足本体１１０１に、他のセンサ、例えば足裏面の路面に対する接地、非接地を検出する路面接地検出センサ、着地した足裏面の路面に対するずれ（滑り）を検出するセンサなどを設けることもでき、この場合、各センサについてのセンサ情報が記憶される。
ここでは、足情報を記憶する記憶手段として、データの書き換えができないＲＯＭを用いているが、データの書き換えができるＥＰＲＯＭ、ＳＲＡＭ、電源バックアップを条件としてＤＲＡＭなどの記憶手段を用いてもよい。この場合、足情報として、動的に変化する情報をも記憶せしめて、必要に応じて随時書き換えるようにすることができる。例えば、足センサ情報として、センサの経時的な特性変化を示すログ情報を記憶させるようにするとよい。
足情報としては、上記の他に、当該足本体１１０１に関するあらゆる情報を記憶することができる。なお、当該足本体１１０１に直接関係のない情報を記憶しておいてもよい。
足本体１１０１に設けられた記憶手段に記憶された足情報は、足本体１１０１の交換などにより、足本体１１０１が下肢１１０の足首１１４に連結されたとき、この脚式移動ロボットの初期化時（電源投入時又はリセット時）、又はその他の必要なときに、ロボット本体の主制御ユニット３００のＣＰＵ３０１によりバス３０４などを介して読み出され、該主制御ユニット３００による各アクチュエータ３０６などへの指令値を求めるための演算を含む各種の制御演算に用いられる。
このように、足本体１１０１は、足本体１１０１に関する足情報が記憶された記憶手段としてのＲＯＭを備えているので、主制御ユニット３００は、足本体１１０１に関する情報を自らが備える記憶手段（ＲＯＭ３０３、ＲＡＭ３０２、その他の外部記憶装置）に記憶しておく必要がなく、記憶手段としてその分だけ小さい数又は小さい容量のものを搭載することができ、あるいは当該情報を記憶していた領域に他の情報を記憶させることができるようになる。
また、路面の状況に応じて足底の形状やセンサの数や種類を変更して、それぞれの足情報を記憶保持した各種の足本体を準備しておき、必要に応じて交換するようにすれば、足本体を交換したときに、足本体についての足情報を手入力、その他の方法で取得するための手間も要しない。
なお、足本体の記憶手段に記憶させておく足情報として、足識別情報のみ、あるいは該足識別情報と主要な情報（例えば、足底形状）のみとして、その余の足構造情報や足センサ情報などを主制御ユニット３００が備えるメモリに足識別情報との関係で記憶させておき、足本体の足首への連結時に当該足識別情報を読み取り、この識別情報に基づいて対応する足構造情報や足センサ情報などを取得するようにしてもよい。この場合においても、足の交換に伴い該足の識別情報を手入力するといった従来のような作業を要しないので、交換作業が容易となる。
脚式移動ロボットの足首における脚と足部との連結構造並びに足部の交換構造の第２の具体例について、図７１を参照しながら説明する。
図示の例では、多関節型のロボットが本来持つ他のアクチュエータを利用して足部を交換する方式を採用している。人間型を始めとする脚式移動ロボットは、一般に、多関節すなわち多自由度を備えている。これらの自由度を活用することで、足部の固定に専用のアクチュエータを設ける必要性を排除する。すなわち、人間の腕や手に相当する部分の動作を活用して、足部の固定機構を自律的に操作するようにすれば、足部への専用アクチュエータを省くことができる。
図７１には、固定用の専用アクチュエータを持たない足部の固定機構が解放された状態において、足部を足首から分離する場合における上面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、背面図（Ｃ）、側断面図（Ｄ）をそれぞれ示している。
足本体１２０１には、足部側連結固定用凹部１２０２と、足部側電気接続用コネクタ１２０３と、該コネクタ１２０３を最奥部に収容する収容部１２０４が配設されている。
また、足本体１２０１には、足部固定用として、ホルダ１２０５と、固定用ピン１２０６と、操作用レバー１２０７と、押し付けバネ１２０８が図示のように配設されている。
図７１に示す状態では、固定用ピン１２０６は押し付けバネ１２０８により付勢されて、連結固定用凹部１２０２側に圧力を印加している。固定用ピン１２０７と一体的に構成されている操作用レバー１２０７がレバー案内溝１２０９に沿って押し付けられているので、固定用ピン１２０６は移動せずに図示の状態を保つ。この状態で、ロボットは、足本体１２０１を交換することができる。
また、図７２には、足部を固定する様子を図解している。図示の状態では、操作レバー１２０７をレバー案内溝１２０９に沿って足部固定側に操作することによって、固定ピン１２０６は、押し付けバネ１２０８によって付勢されて連結固定用凹部１２０２内に突出して、固定ピン１２０６の先端部を脚側連結部１００１の切欠部１００４に嵌合させることによって、足本体１２０１は脚側連結部１００１に対して強固に連結される。
図７１及び図７２を参照しながら説明したような操作レバー１２０７の操作を、ロボットの腕部並びに手部を用いて行なうことにより、足部脱着に伴う足部の固定及び開放を自律的に行なうことができる。
また、さまざまな路面への適応が必要であることが想定される場合には、ロボットが１つ又は特定の複数個の足部（スペア）を携帯しながら脚式作業を行なうことも有効である。未知の路面を歩行するロボットの場合、歩行して向かった先で路面対応のために足部の交換が必要になる可能性もある。例えば災害救助や惑星探索などのように難作業現場においては、路面があらかじめ特定できない場合が多い。逆言すれば、このような困難且つ過酷な状況こそ、歩行ロボットの活動が本来求められている作業環境であるとも言える。
なお、足本体１２０１において、図示は省略しているが、図３に示したＲＯＭ３０５を含む、図６９又は図７０に示した電気回路基板１１１２と同様の電気回路基板が搭載されており、ＲＯＭ３０５内には、上述したものと同様の足情報が記憶されている。
脚式移動ロボットの足首における脚と足部との連結構造並びに足部の交換構造の第３の具体例について、図７３〜図７４を参照しながら説明する。図７３は側断面図、図７４は足部制御ユニットを示すブロック図である。
上述した第１及び第２の構造に係る足部１５０は足本体１１０１、１２０１を備え、該足本体１１０１、１２０１が路面に直接接地される足底を有しているものである。この例の足部１５０は、左右各々の下肢１１０の足首１１４に連結される足甲部材１３１０及び路面に直接接地される足底部材１３２０を備え、足底部材１３２０を足甲部材１３１０に遊動可能に取り付けた二重構造となっている。
足甲部材１３１０は略矩形板状の部材で構成され、その上面には足首１１４に連結するための連結部１３１１が一体的に設けられている。足甲部材１３１０の足首１１４への取り付けは、足甲部材１３１０を該足首１１４にネジ、その他の固定手段を用いて固定し、あるいは上述した足本体１１０１、１２０１に係る連結機構と同様の連結機構を介して着脱自在となるように取り付けるようにしてもよい。足甲部材１３１０の下面には凹部１３１２が形成されており、該凹部１３１２には足甲回路部（足甲回路基板）２１００が支持部材１３１３を介して取り付けられている。
足甲部材１３１０の下面（凹部１３１２の外周辺部分の面）には、図示は省略しているが、ＺＭＰを算出するためのＺ軸方向の圧力を検出する複数の力センサが配設されている。この実施の形態では、力センサは、足甲部材１３１０の下面の四隅近傍にそれぞれ設けられている。これらの力センサは、それぞれ金属ダイヤフラムと４つの歪ゲージからなり、４つの歪ゲージでブリッジ回路を形成し、該歪ゲージを金属ダイヤフラムに貼着して構成される。但し、力センサはこのような構成のものに限定されず、他の構成のものを採用してもよい。
また、足甲部材１３１０にはＸ軸方向及びＹ軸方向の加速度を検出するための加速度センサも搭載されている。この加速度センサの出力は、路面の重力方向に対する傾きの検出、路面の凹凸などによる躓きの検出に利用される。
足底部材１３２０はその上面が開放された略矩形箱状の部材であり、略矩形板状の底板部１３２１及びその周囲に沿って一体的に立設された側板部１３２２を有している。底板部１３２１の上面は足甲部材１３１０の下面に当接している。底板部１３２１の下面により足部１５０の足裏面が構成される。底板部１３２１の下面と側板部１３２２の外面との境界部分はＲ面（円弧面）又は滑らかな曲面となっている。
足底部材１３２０の側板部１３２２の内側の形状は、足甲部材１３１０の側面の形状に対して僅かに大きい相似形状となっている。足甲部材１３１０の側面は、足底部材１３２０の側板部１３２２の内面に僅かな隙間（遊び）をもって対面しており、これにより足底部材１３２０は足甲部材１３１０に対して、該足甲部材１３１０の下面に沿って、すなわちＸ−Ｙ平面内において、任意の方向に遊動できるようになっている。
足底部材１３２０は、遊脚時に足甲部材１３１０から落下しないように、且つＸ−Ｙ平面内における遊動を制限しないように、不図示の保持機構を介して足甲部材１３１０に取り付けられている。この保持機構は、足底部材１３２０の交換のため、容易な操作で着脱する機構を備えている。
足底部材１３２０の側板部１３２２の内面と足甲部材１３１０の側面の間には、緩衝部材（緩衝手段、付勢手段）１３３０が介装されている。緩衝部材１３３０としては、ここでは、無端状のゴムシートを採用し、足底部材１３２０の側板部１３２２の内面と足甲部材１３１０の側面の間の隙間を埋めるように介装されている。但し、緩衝部材１３３０はこのようなものに限定されず、板バネ、スポンジ、固形ないし半流動体状の粘性手段を採用してもよい。
また、足部１５０の組立時に足底部材１３２０の側板部１３２２の内面と足甲部材１３１０の側面との間の隙間に、硬化ないし凝固した状態で弾性及び／又は粘性を生じるような接着剤を充填して、相互に接着するようにしてもよいりこのようにすることで、当該隙間への異物の進入が防止できるとともに、足底部材１３２０を足底部材１３１０に遊動可能に取り付けるための保持機構を採用することなく、同様の効果を得ることができるので都合がよい。
なお、緩衝部材１３３０は、足底部材１３２０の側板部１３２２の内面と足甲部材１３１０の側面との間の隙間を完全に埋めるように介装すれば、その隙間に異物などの進入を防止することができる点で好ましいが、これに限定されず、間欠的に配設するようにしてもよい。また、緩衝部材を完全に省略してもよい。
足底部材１３２０の上面には、足甲部材１３１０の凹部１３１２に収容された足甲回路部１３１３に離間して対面するように、足底回路部（足底回路基板）２２００が支持部材１３２３を介して取り付けられている。
足甲回路部２１００は、図９に示されているように、電力供給部２１０１、足甲送受信部２１０２、足甲制御部２１０３、及びアンテナ部２１０５を備えて構成されている。
電力供給部２１０１はロボット本体から供給される電力を電磁波に変換してアンテナ部２１０５を介して足底回路部２２００に供給する。足甲送受信部２１０２は、足底回路部２２００に制御信号、その他の信号をアンテナ部２１０５から送信するとともに、足底回路部２２００から送られる制御信号、その他の信号を、アンテナ部２１０５を介して受信する。足甲制御部２１０３は、ＣＰＵ及びメモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭなど）を有し、ロボット本体の主制御ユニット３００との間で、バス３０４を介して通信することができる。ＲＯＭには、例えばＺＭＰ算出プログラム、路面傾斜角検出プログラム、躓き検出プログラムなどのプログラムが格納されている。なお、この例では、図３において、足部搭載ＲＯＭ３０５が足甲回路部２１００に置き換えられることになる。
足底回路部２２００は、図７４に示されているように、電力受給部２２０１、足底送受信部２２０２、足底制御部２２０３、足底情報記憶部（メモリ）、及びアンテナ部２２０５を備えて構成されている。
電力受給部２２０１は、電力供給部２１０１からアンテナ部２１０５を介して送られる電磁波を、アンテナ部２２０５を介して受信し、電気エネルギーに変換して蓄積し、足底回路部２１００の各部に供給する。
足底送受信部２２０２は、足甲回路部２１００に制御信号、その他の信号を、アンテナ部２２０５を介して送信するとともに、足甲回路部２２００から送られる制御信号、その他の信号を、アンテナ部２２０５を介して受信する。足底制御部２２０３は、ＣＰＵ及びメモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭなど）を有し、足甲制御部２１０２と、足底送受信部２２０２、アンテナ部２２０５、アンテナ部２１０５及び足甲送受信部２１０２を介して通信することができる。ＲＯＭには、例えばＺＭＰ算出プログラム、路面傾斜角検出プログラム、躓き検出プログラムなどのプログラムが格納されている。
足底情報記憶部２２０４は、足底情報が記憶された記憶手段である。この足底情報記憶部２２０４には、足底に関する情報として、以下に示すような足底情報があらかじめ記憶されている。
足底情報とは、主制御ユニット３００が軌道計算、その他の演算を実行する際に必要とされる当該足底に固有な情報を含む情報であり、具体的には、足底識別情報、足底構造情報、足底センサ情報などで構成される。
足底識別情報は、当該足底部材１３２０を他の足底部材から識別するために付与された識別情報（ＩＤ）である。足底構造情報は、足底部材１３２０及びその構成部材の寸法（形状）、材質、重量、接地面の摩擦係数などの情報で構成される。足底構造情報のうち、足底部材１３２０の路面に対する接地部を含む足裏面の形状（足底形状）は制御演算上、特に重要である。これらは、例えば数式（２次元近似式）やビットマップ形式で表現することができる。
足底センサ情報は、足底部材１３２０に配設されている各種センサについての情報であり、その識別情報（該センサを他のセンサから識別するためのＩＤ）、個数、配置、特性などで構成される。この実施の形態では、ＺＭＰ検出用の力センサや衝突検出若しくは路面傾き検出用の加速度センサは、足甲部材１３１０に設けるものとしたが、これらを足底部材１３２０に設けてもよく、その場合に、当該センサについての情報が記憶される。足底部材１３２０に他のセンサ、例えば足裏面の路面に対する接地、非接地を検出する路面接地検出センサ、着地した足裏面の路面に対するずれ（滑り）を検出するセンサなどを設ける場合には、それらのセンサについての情報が記憶される。
なお、足底情報記憶部２２０４としては、データの書き換えができないＲＯＭ、データの書き換えができるＥＰＲＯＭ、ＳＲＡＭ、電源バックアップを条件としてＤＲＡＭなどの記憶手段を用いることができる。データの書き換えが可能なタイプの記憶手段を用いた場合には、足底情報として、動的に変化する情報をも記憶せしめて、必要に応じて随時書き換えるようにすることができる。例えば、足底センサ情報として、センサの経時的な特性変化を示すログ情報を記憶させるようにするとよい。
足底情報として、上記の他に、足底部材１３２０に関するあらゆる情報を記憶することができる。足底部材１３２０に直接関係のない情報を記憶してもよい。
足底情報記憶部２２０４に記憶された足底情報は、足底部材１３２０の交換などにより、足底部材１３２０が足甲部材１３１０に連結されたとき、この脚式移動ロボットの初期化時（電源投入時又はリセット時）、又はその他の必要なときに、ロボット本体の主制御ユニット３００により読み出される。すなわち、主制御ユニット３００は、足甲制御部２１０３に足底情報の読み出しを指示し、足甲制御部２１０３は足甲送受信部２１０２、アンテナ部２１０５，２２０５、足底送受信部２２０２を介して足底制御部２２０３に足底情報の読み出しを指示する。足底制御部２２０３は足底情報記憶部２２０４から必要な足底情報を読み出し、同様にして足甲制御部２１０３に送り、足甲制御部２１０３は主制御ユニット３００にこれを転送する。足底情報は、主制御ユニット３００による各アクチュエータ３０６などへの指令値を求めるための演算を含む各種の制御演算に用いられる。
足底部材１３２０は、当該足底部材１３２０に関する足底情報が記憶された記憶手段（足底情報記憶部２２０４）を備えているので、主制御ユニット３００は、当該足底部材１３２０に関する情報を自らが備える記憶手段（ＲＯＭ３０３、ＲＡＭ３０２、その他の外部記憶装置）に記憶しておく必要がなく、記憶手段としてその分だけ少ない個数、小さい容量のものを搭載することができ、あるいは当該情報を記憶していた領域に他の情報を記憶させることができるようになる。
また、路面の状況に応じて足底の形状やセンサの数や種類を変更して、それぞれの足底情報を記憶保持した各種の足底部材を準備しておき、必要に応じて交換するようにすれば、足底部材を交換したときに、当該足底部材についての足底情報を手入力、その他の方法で取得するための手間も要しない。
なお、足底情報記憶部２２０４に記憶させておく足底情報として、足底識別情報のみ、あるいは該足底識別情報と主要な情報（例えば、足底形状）のみとして、その余の足底構造情報や足底センサ情報などを、足甲制御部２１０３が備えるメモリに当該足底識別情報との関係で記憶させておき、足底部材１３２０の足甲部材１３１０への連結時に当該足底識別情報を読み取り、この識別情報に基づいて対応する足底構造情報や足底センサ情報などを足甲制御部２１０３のメモリから取得して、主制御ユニット３００に送るようにしてもよい。
なお、足甲回路部２１００と足底回路部２２００とのデータ通信及び電力の供給は、電磁波により非接触（無線）で行なうようにしているが、足甲回路部２１００と足底回路部２２００とをフレキシブル・ケーブルなどを用いて直接接続してもよい。この場合、足底部材１３２０の足甲部材１３１０に対する遊動の障害とならないようにケーブルの種類や取付構造を採用することが望ましい。
脚式移動ロボットの足首における脚と足部との連結構造並びに足部の交換構造の第４の具体例について、図７５〜図７８を参照しながら説明する。図７５は一部を分解した側面図、図７６は平面図、図７７は一部を分解した側断面図、図７８は底面図である。
この例の足部１５０も上述した第３の構造と同様に、左右各々の下肢１１０の足首１１４にそれぞれ連結される足甲部材１４１０及び路面に直接接地される足底部材１４２０を備えて構成され、足底部材１４２０を足甲部材１４１０に遊動可能に取り付けた二重構造となっている。
足甲部材１４１０はその下面が開口された略矩形箱状の部材であり、略矩形板状の天板部１４１１及びその周囲に沿って一体的に立設された側板部１４１２を有している。天板部１４１１の上面には足首１１４に連結するための連結部１４１３が一体的に設けられている。天板部１４１１には、足底部材１４２０を取り付けるためのネジ穴（本例では４つ）１４１４が形成されている。各側板部１４１２の外面の境界部分はＲ面（円弧面）又は滑らかな曲面となっている。足甲部材１４１０の足首１１４への取り付けは、足甲部材１４１０を該足首１１４にネジ、その他の固定手段を用いて固定し、あるいは上述した第１又は第２の構造に係る足本体１１０１、１２０１の連結機構と同様の連結機構を介して着脱自在となるように取り付けるようにしてもよい。足甲部材１４１０の天板部１４１１の下面の略中央には足甲回路部（足甲回路基板）２１００が取り付けられている。
また、図示は省略しているが、足甲部材１４１０の天板部１４１１の下面にはその四隅近傍にそれぞれ凸状のセンサ用台座部が一体的に形成されており、該センサ用台座部の先端部には、ＺＭＰを算出するためのＺ軸方向の圧力を検出する複数の力センサが配設されている。これらの力センサは、それぞれ金属ダイヤフラムと４つの歪ゲージからなり、４つの歪ゲージでブリッジ回路を形成し、該歪ゲージを金属ダイヤフラムに貼着して構成される。但し、力センサはこのような構成のものに限定されず、他の構成のものを採用してもよい。
さらに、足甲部材１４１０の天板部１４１１の下面にはＸ軸方向及びＹ軸方向の加速度を検出するための加速度センサも搭載されている（図示しない）。この加速度センサの出力は、路面の重力方向に対する傾きの検出、路面の凹凸などによる躓きの検出に利用される。
足底部材１４２０は、略矩形板状の部材からなる足底本体１４２１の下面に、同じく略矩形板状の部材からなる接地部材１４２２が貼着ないしネジなどを用いて一体的に取り付けられた二重構造となっている。
足底本体１４２１の外形は、足甲部材１４１０の側板部１４１２の開口側の外形状と略同一の形状となっている。足底本体１４２１には、略矩形状の段差部１４２３が一体的に設けられている。段差部１４２３の外形は、足甲部材１４１０の側板部１４１２の開口側の内形状に対して僅かに小さい相似形状となっている。
足底本体１４２１の上面には、足甲部材１４１０に取り付けるため、天板部１４１１に形成されたネジ穴１４１４のそれぞれに対応して上側に凸状の固定用突起部１４２４が形成されている。固定突起部１４２４の下側は、緩衝部材１４３０を挿入するために円柱状に陥没された凹部１４２５となっている。各固定用突起部１４２４の先端部の中央には上下に貫通する貫通穴１４２６がそれぞれ形成されている。また、図示は省略しているが、足甲部材１４１０の上面のセンサ用突起部に設けられたＺＭＰセンサにそれぞれ対応する位置には、該ＺＭＰセンサに圧接乃至当接するセンサ押圧用台座部が一体的に設けられている。
接地部材１４２２の外形は、足底本体１４２１の外形と略同一の形状を有しており、足底本体１４２１の凹部１４２５に対応して貫通穴１４２７がそれぞれ形成されている。接地部材１４２２は、足部１５０の路面への接地時にその衝撃を緩和するため、例えば弾性ゴムシートから形成される。接地部材１４２２の材料としては、路面状況対応性の観点から、ゴムシート以外に、金属やプラスチック、その他、各種のものを採用することができ、その下面（接地面）の形状も路面状況対応性の観点から、溝を形成したものや土踏まずを形成したものを採用することができる。この接地部材１４２２の材質や接地面の形状を適宜に変更・選択することにより、各種の路面状況にそれぞれ対応した各種の足底部材１４２０を構成することができる。
足底部材１４２０の凹部１４２５及び貫通穴１４２７に円筒状の緩衝部材１４３０を挿入した状態で、足底本体１４２１の段差部１４２３を足甲部材１４１０の開口に挿入するとともに、緩衝部材１４３０の貫通穴及び固定用突起部１４２４の貫通穴１４２６を貫通させて下側からネジ１４３１を挿入し、該ネジ１４３１の先端を天板部１４１１のネジ穴１４１４に螺合することにより、足底部材１４２０を足甲部材１４１０に装着することができる。
このとき、天板部１４１１の下面に設けられた不図示のセンサ用台座部に取り付けられた不図示のＺＭＰセンサに、足底本体１４２０に設けられた不図示のセンサ押圧用台座部の先端面が圧接し、ＺＭＰセンサに適宜な予圧が付与されるようになっている。緩衝部材１４３０としては、円筒状に形成された弾性ゴム、コイルスプリングなどを採用することができる。緩衝部材１４３０は、歩行動作などに伴い足底部材１４２０から足甲部材１４１０に伝達される衝撃を緩和するとともに、足底部材１４２０の振動を抑制して、騒音の防止や制御性能の向上を図るためのものである。また、足底部材１４２０を足甲部材１４１０に対してＺ軸方向及びＸ−Ｙ平面内で遊動可能となるように保持する機能をも併せ持っている。緩衝部材１４３０は、弾性のみならず、粘性を有するものを採用してもよい。
なお、足底本体１４２１の段差部１４２３と足甲部材１４１０の側板部１４１２の対応する内面との間に、他の緩衝部材を介装するようにしてもよい。この場合の他の緩衝部材として、無端状のゴムシートを採用し、足甲部材１４１０の側板部１４１２の内面と足底本体１４２１の段差部１４２３の間の隙間を埋めるように介装するようにできる。但し、他の緩衝部材はこのようなものに限定されず、板バネ、スポンジ、固形乃至半流動体状の粘性手段を採用してもよい。
また、足部１５０の組立時に足底部材１４２０の段差部１４２３とこれに対面する足甲部材１４１０の側板部１４１２との間の隙間に、硬化ないし凝固した状態で弾性及び／又は粘性を生じるような接着剤を充填して、相互に接着するようにしてもよく、当該隙間への異物の進入を防止することができる。
なお、上述したような他の緩衝部材は、足甲部材１４１０の側板部１４１２の内面と足底本体１４２１の段差部１４２３の間の隙間を完全に埋めるように介装すれば、その隙間に異物などが進入することを防止できる点で好ましいが、必ずしもそのようにする必要はなく、間欠的に配設するようにしてもよい。
足底情報を記憶した記憶手段を含む足底回路部２２００及び該記憶手段に記憶された足底情報を読み出す手段を含む足甲回路部２１００の構成は、上述した第３の構造に係る足部において説明したものと同様であるので、その説明は省略する。
上述したように、足底部材１４２０は足甲部材１４１０に対して緩衝部材１４３０を介して弾性的に装着されており、足底部材１４２０は、Ｚ軸方向に僅かに遊動できるとともに、足底本体１４２１の段差部１４２３と足甲部材１４１０の側板部１４１２の開口側の内側との間に存在する隙間の範囲内でＸ−Ｙ平面内において任意の方向に僅かに遊動できるようになっている。したがって、歩行動作などに伴う足底部材１４２０から足甲部材１４１０へ伝達される衝撃を緩和することができるとともに、足底部材が路面の凹凸に干渉したような場合であっても、これを容易に回避し得るようになる。
また、上述したネジ１４３１及び緩衝部材１４３０などは、本発明にいう締結条件を変更可能な締結手段に相当し、ネジ１４３１の締め込み量を調節することにより、足底部材１４２０の足甲部材１４１０に対する遊動（相対移動）の量を任意に調整することができるとともに、ＺＭＰセンサへの予圧も任意に調整することができる。また、足底本体１４２１の段差部１４２３の外形を調整することにより、足底部材１４２０の足甲部材１４１０に対するＸ−Ｙ平面内における遊動範囲を任意に変更することができ、ネジ１４３１の締め込み量と該段差部１４２３の外形を調整することにより、各種の路面状況に対して柔軟に対応することができる。
なお、上述した実施の形態では、足（足本体１１０１、１２０１又は足底部材１３２０、１４２０）に設ける記憶手段として、電子的なメモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭなど）を用いたが、本発明はこれに限定されることはない。すなわち、記憶手段には、情報を保持できるあらゆるものが含まれる。例えば、バーコード、マトリックスコード、文字、記号、その他の視覚的に認識可能なマークを足本体又は足底部材に表示しておき、足首又は足甲部材に設けられたＣＣＤ、その他の検出装置で当該マークを読み取るようにしてもよい。また、記憶手段として、突起（ピン）の配列により情報を記憶するようにしたものを用い、これをフォト・インタープリターや機械的なスイッチで読み取るようにしてもよい。さらに、記憶手段として、磁気で情報を記憶しておくものを用い、これを磁気ヘッドやリードリレーで読み取るようにしてもよい。
脚式移動ロボットの足首における脚と足部との連結構造並びに足部の交換構造の第５の具体例について、図７９〜図８０を参照しながら説明する。各図は第６の構造に係る足部１５０及び下肢（可動脚）１１０との連結部分の断面構成を示す図であり、図７９は足部が下肢１１０の足首１１４から離脱された状態を示し、図８０は足部１５０が脚側連結部１００１に対して取り付けられた状態を示している。
上述した第１の構造に係る足部１５０は、足本体１１０１の裏面が路面に対する接地面となっていたが、この第５の構造に係る足部１５０は、左右各々の下肢１１０の足首１１４に連結される足甲部材１１２１及び路面に直接接地される足底部材１１５１を備えて構成され、足底部材１１５１を足甲部材１１２１に遊動可能に取り付けた二重構造となっている。
足部１５０を構成する足甲部材１１２１の上部に形設された連結部には、連結固定位置決め凹部１１０２と、電気接続用コネクタ１１０３と、コネクタ１００３の収容部１１０４と、連結固定用アクチュエータ１１０５が配設されている。
足底部材１１５１はその上面が開放された略矩形箱状の部材であり、略矩形板状の底板部１１５２及びその周囲に沿って一体的に立設された側板部１１５３を有している。底板部１１５２の上面は足甲部材１１２１の下面に当接している。ここでは、底板部１１５２の下面により足部１５０の足裏面が構成される。底板部１１５２の下面と側板部１１５３の外面との境界部分はＲ面（円弧面）又は滑らかな曲面となっている。
足底部材１１５１の側板部１１５３の内側の形状は、足甲部材１１２１の側面の形状に対して僅かに大きい相似形状となっている。足甲部材１１２１の側面は、足底部材１１５１の側板部１１５３の内面に僅かな隙間（遊び）をもって対面しており、これにより足底部材１１５１は足甲部材１１２１に対して、該足甲部材１１２１の下面に沿って、すなわちＸ−Ｙ平面内において、任意の方向に遊動できるようになっている。
足底部材１１５１は、遊脚時に足甲部材１１２１から落下しないように、且つＸ−Ｙ平面内における遊動を制限しないように、不図示の保持機構を介して足甲部材１１２１に取り付けられている。この保持機構は、足底部材１１５１の交換のため、容易な操作で着脱する機構をも備えていることが望ましい。
足底部材１１５１の側板部１１５３の内面と足甲部材１１２１の側面の間には、緩衝部材（緩衝手段）１１５４が介装されている。緩衝部材１１５４としては、例えば無端状のゴムシートを採用し、足底部材１１５１の側板部１１５３の内面と足甲部材１１２１の側面との間の隙間を完全に埋めるように介装されている。但し、緩衝部材１１５４はこのようなものに限定されず、板バネ、スポンジ、固形ないし半流動体状の粘性手段を採用してもよい。
また、足部の組立時に足底部材１１５１の側板部１１５３の内面と足甲部材１１２１の側面との間の隙間に、硬化乃至凝固した状態で弾性及び／又は粘性を生じるような接着剤を充填して、相互に接着するようにしてもよく、当該隙間への異物の進入が防止できるとともに、足底部材１１５１を足甲部材１１２１に遊動可能に取り付けるための保持機構を採用することなく、同様の効果を得ることができるので都合がよい。
なお、足底部材１１５１は足甲部材１１２１に対して、該足甲部材１１２１の下面に沿って任意の方向に遊動できるように構成したが、Ｘ軸方向やＹ軸方向などのように特定の方向にのみ遊動できるように構成してもよい。また、緩衝部材１１５４は、足底部材１１５１の側板部１１５３の内面と足甲部材１１２１の側面との間の隙間を完全に埋めるように介装すれば、その隙間に異物などの進入を防止することができる点で好ましいが、これに限定されず、間欠的に配設するようにしてもよい。また、緩衝部材を完全に省略してもよい。
足甲部材１１２１の連結固定位置決め凹部１１０２の底面には、さらに凹部１１１１が形成されており、凹部１１１１には、電気回路基板１１１２が収容されている。電気回路基板１１１２を設ける位置は、足甲部材１１２１上であれば、他の位置にしてもよい。この電気回路基板１１１２には、足部センサ処理ユニット及び電源ユニットが搭載されている。
足部センサ処理ユニットの構成については、図７４に示したものと同様であり、足部センサ処理ユニット内のＲＯＭにこの二重構造の足部１５０についての足情報が格納されている点も同様である。
足甲部材１１２１には、力センサ４０６や加速度センサ４０７などのセンサが配設されている。力センサ４０６は、Ｚ軸方向の圧力を検出するセンサであり、図８１に示されているように、足甲部材１１２１の下面（足底部材１１５１の上面に当接する面）に配設されている。力センサ４０６は、ＺＭＰを算出するために用いられるもので、本実施形態では、足甲部材１１２１の下面の四隅近傍にそれぞれ設けられている。
力センサ４０６は、それぞれ金属ダイヤフラムと４つの歪ゲージからなり、４つの歪ゲージでブリッジ回路を形成し、該歪ゲージを金属ダイヤフラムに貼着して構成される。足甲部材１１２１の下面が足底部材１１５１の上面に当接しているとき、前記金属ダイヤフラムの変形量（歪量）が電気信号として出力されるので、この出力を換算することにより、力センサ４０６の配置された位置に作用する足底部材１１５１からのＺ軸方向の力を求めることができる。但し、力センサ４０６はこのような構成のものに限定されず、他の構成のものを採用してもよい。ＺＭＰ検出用の力センサ４０６の数や配設位置も上記に限定されない。
また、図示は省略しているが、足甲部材１１２１にはＸ軸方向及びＹ軸方向の加速度を検出するための加速度センサも搭載されている。加速度センサを設ける位置は、特に限定されないが、ここでは凹部１１１１に設けている。この加速度センサの出力は、路面の重力方向に対する傾きの検出、路面の凹凸などによる躓きの検出に利用される。
センサ４０６，４０７は、図示しないオペアンプを介して足部センサ処理ユニット４００のＡ／Ｄ変換器４０５に電気的に接続されている。各センサ４０６、４０７の出力のゲイン調整は、Ａ／Ｄ変換器４０５のダイナミックレンジに応じてあらかじめ行なわれていることは言うまでもない。
なお、足甲部材１１２１の足首１１４への連結はアクチュエータ１１０５を用いて行なうようにしたが、図７１及び図７２に示したような、手動式のレバーを採用して、同様の機能を実現するようにしてもよい。
最後に、足部センサ処理ユニット４００において実行されるＺＭＰの算出処理について説明する。なお、ここで言うＺＭＰとは、歩行中のロボットが受ける床面からの反力によるモーメントがゼロとなる床面上の点を意味する。
足部センサ処理ユニット４００のＣＰＵ４０１は、足本体１１０１又は足甲部材１１２１（以下、足本体１１０１で代表する）に設けられた４つの力センサ４０６の検出値（圧力）と各力センサ４０６の配置位置についての情報（ここでは、ＲＯＭ４０３に足センサ情報の一つとして記憶されているものとする）に基づいて、２足歩行ロボットの片足支持期における当該足部についてのＺＭＰを下記の式（９）に基づいて算出する。
2003068455.tif 000011
両脚支持期においては、左右の各足部１５０のセンサ処理ユニット４００で２つのＺＭＰが算出されることになるが、該ＺＭＰと床反力に基づいて主制御ユニット３００内のＣＰＵ３０１において、それぞれのＺＭＰの値から実際のＺＭＰが算出される。
ＺＭＰは、片足について少なくとも３つの力センサの検出値に基づいて算出することが可能であるが、この実施の形態では、４つの力センサの検出値に基づいて算出することにより、ＺＭＰ算出値の信頼性を高くしている。なお、４つの力センサを設置した場合に、３つの力センサの出力からＺＭＰを算出し、もう１つの力センサの出力を算出したＺＭＰをチェックするのに用いるようにしてもよく、これによっても、ＺＭＰ算出値の信頼性を向上させることができる。
また、足部に配置される力センサの数は、４つに限定されるものではなく、３つ以上であれば、いくつでも良い。この場合、力センサの個数をｎとすれば、ＺＭＰは次式（１０）で与えられる。
2003068455.tif 000012
このように、足部センサ処理ユニット４００により算出されたＺＭＰは、該足部センサ処理ユニット４００の入出力制御部、通信ケーブル、主制御ユニット３００の入出力制御部（いずれも不図示）を介して主制御ユニット３００に転送され、主制御ユニット３００のＣＰＵ３０１は、転送された各足部についてのＺＭＰ、及びその他の情報に基づいて、各アクチュエータ３０６などに対する指令値を求め、これに基づきロボットの歩行動作、その他の運動が制御される。
加速度センサ４０７は、足部のＸ軸、Ｙ軸方向の加速度を検出している。足部センサ処理ユニット４００のＣＰＵ４０１は、足部が床面に接地しているときは、加速度センサ４０７の出力に基づいて、足部（足裏接地面、Ｘ−Ｙ平面）の水平面に対する傾斜角度を算出する。また、片脚支持期においては、遊脚側の加速度センサ４０７の検出値の変化に基づいて、遊脚に衝撃が加えられたときのその衝撃の大きさを算出したり、ロボットの歩行動作中などにおける躓きの検出を行なったりするようになっている。
足部センサ処理ユニット４００によって求められたこれらの情報も、上述したＺＭＰと同様に主制御ユニット３００に転送され、各部を制御するための基礎情報として用いられる。
足部センサ処理ユニット４００において、力センサ４０６、加速度センサ４０７のセンサ出力は、一定周期毎にあるいは必要に応じてサンプリングされ、ＺＭＰや足部の傾斜角度などの値も一定周期毎にあるいは必要に応じて算出される。
足部センサ処理ユニット４００による演算結果の主制御ユニット３００への転送は、主制御ユニット３００が所定の周期であるいは必要に応じてポーリングによって各足部についての足部センサ処理ユニット４００に情報（演算結果）の転送を要求して、これに応じて該情報を転送する。但し、各足部についての足部センサ処理ユニット４００側から、主制御ユニット３００のＣＰＵ３０１に対して割り込みをかけて、該情報を転送するようにしてもよい。場合によっては、これらの双方により該情報を転送するようにしてもよい。
上述した実施の形態においては、足部センサ処理ユニット４００のＣＰＵ４０１により、ＺＭＰ検出用の力センサ４０６及び加速度センサ４０７の出力に基づく所定の演算が実行され、演算結果を主制御ユニット３００に転送するものとしたが、２つのＣＰＵを設けて、ＺＭＰの演算と、足部の傾きなどの演算を別々のＣＰＵにより行なうようにしてもよい。
また、足部センサ処理ユニット４００と主制御ユニット３００とは、それぞれに設けられた入出力制御部及びこれらを接続する通信ケーブルを介して相互に接続する形態としたが、足部センサ処理ユニット４００のバス４０４と主制御ユニット３００のバス３０４とを直接接続する形態を採用してもよい。さらに、足部センサ処理ユニット４００及び主制御ユニット３００に無線でデータ通信を行なうためのデータ送受信装置及び／又は無線で電力を供給する電力送受信装置を配設すれば、これらの間を接続するケーブルなどを省略することができ、その分だけ構成が簡略化されるとともに、足部の交換作業も容易になる。
上述した本発明の実施の形態によれば、足部１５０（足本体１１０１又は足甲部材１１２１）に設けられた各種センサ４０６，４０７の出力に基づいて、同じく足部１５０に設けられた足部センサ処理ユニット４００が当該足部１５０についてのＺＭＰ演算などの所定の演算処理を実行し、演算結果をロボット本体の主制御ユニット３００に転送するようにしたので、その分だけ該主制御ユニット３００の処理負担が軽減され、主制御ユニット３００は他の演算処理に専念することができ、緊急度の高い処理を良好な応答性をもって実行できるようになる。
また、足部１５０に配設された各種センサ４０６，４０７は、足部センサ処理ユニット４００に接続され、足部センサ処理ユニット４００と主制御ユニット３００とが通信ケーブルによって接続されているため、ロボット内部の配線は、各種センサ４０６，４０７と主制御ユニット３００とを直接接続する場合と比較して、ロボット内部の配線やコネクタ部の構成を簡易なものとすることができる。上述した無線通信によってデータ通信する場合には、通信のチャネル数を少なくできるという利点もある。
さらに、足部１５０の各種センサ４０６，４０７と、その検出値に基づいて演算処理を行なう足部センサ処理ユニット４００との間は、非常に近いので、センサ出力に重畳されるノイズが少なくなり、より正確な処理結果を得ることができる。
足部１５０に関する第５の構造では、足底部材１１５１を足甲部材１１２１に遊動可能に取り付けたので、ロボットの歩行動作時に、足底部材１１５１と足甲部材１１２１の運動の間に時間的遅れが生じるとともに、足底部材１１５１と足甲部材１１２１の間に緩衝部材１１５４を介装したので、遊脚が路面に着地した時に路面から受ける反力が緩やかに下肢１１０に作用することになる。したがって、下肢１１０の関節部分に伝達される衝撃が緩和され、アクチュエータなどへの負担が軽減される。また、ロボットを素早く移動させるときのアクチュエータの急激な駆動に対するロボットの姿勢安定性を向上させることができる。さらに、例えば駆動系に機械的な誤差（ガタ）があったり、制御誤差が生じた場合であったりしても、足底部材１１５１の遊動範囲内でこれを吸収することが可能なので、その影響を抑制することができる。
この第５の構造において、足甲部材１１２１と足底部材１１５１との間に緩衝手段として、弾性手段を用いた場合には、足底部材１１５１が足甲部材１１２１に対して長時間に渡って振動し続ける恐れがあり、歩行動作に伴う制御性に悪影響を与えることが懸念される。この場合には、弾性手段に加えて制振性を高めるために粘性手段（例えば、ダンパーなど）を設けることが望ましい。この場合において、脚の歩行動作により足底部材１１５１が路面から離間してから着地するまでに要する時間内に足底部材１１５１の振動が所定値以下まで収束するように、該弾性手段の弾性係数及び粘性手段の粘性係数を設定するとよい。これにより、遊脚の着地時点において、足底部材１１５１は所定値以下の振動となっているので、ロボットの制御系（足部処理ユニット４００又は主制御ユニット３００）による軌道計算やその他の制御のために再計算を行なう必要がなくなり、制御性が向上する。なお、所定値とは、ロボットの制御系が安定走行を実現するために許容する必要最小限の振動である。
また、同じく第５の構造においては、ＺＭＰ検出用の力センサ４０６及び加速度センサ４０７を、遊動可能な足底部材１１５１ではなく、足甲部材１１２１に設けるものとしたので、センサ４０６，４０７を足底部材１１５１側に設ける場合と比較して、センサ４０６，４０７と足部センサ処理ユニット４００をつなぐ配線に可動部がなく、配線によって足底部材１１５１の遊動が阻害されたり、足底部材１１５１の遊動により該配線が損傷したりすることが少ない。特に、ＺＭＰ検出用センサ４０６を足甲部材１１２１の下面（足底部材１１５１の上面に当接する面）に設けているので、ＺＭＰ検出用センサ４０６は、ＺＭＰの検出上、路面と同一視できる足底部材１１５１の上面から圧力を受けることになり、路面状況の変化に伴い生じることがある検出値の誤差を少なくすることができ、より正確なＺＭＰを求めることが可能となる。
追補
以上、特定の実施例を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や代用を成し得ることは自明である。
本発明の要旨は、必ずしも「ロボット」と称される製品には限定されない。すなわち、電気的若しくは磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運動を行なう機械装置であるならば、例えば玩具などのような他の産業分野に属する製品であっても、同様に本発明を適用することができる。
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
産業上の利用可能性
本発明によれば、ＺＭＰの移動による足部形状の変化に伴う抗力発生実効面の変化を抑制し、また、連続面、非連続面、剛体面、粘弾性面などのさまざまな移動面に適応し、脚式移動ロボットの姿勢の安定性を十分に確保することができるような脚式移動ロボットの足を提供することができる。
また、ＺＭＰの移動による足部形状の変化に伴う抗力発生実効面の変化を抑制し、また、連続面、非連続面、剛体面、粘弾性面などのさまざまな移動面に適応する足部を有し、これにより姿勢の安定性を十分に確保することができるような脚式移動ロボットを提供することができる。
また、本発明によれば、ＺＭＰの位置に拘わらずヨー軸回りのモーメントに対する抗力が変化することが少なくなり、いわゆるスピン運動の発生を抑制することができるとともに、制御系による制御も予測の範囲内となり、姿勢の安定性を向上することができるようになる。また、路面に多少の凹凸があっても土踏まず部の存在により、凸部に足が乗ってしまうことが少ないので、シーソー状態となることも少なくなる。さらに、足底に角がない（角部や側辺部が滑らかな曲面となっている）ので、路面に対する干渉が少なくなり、躓きなどを抑制することができる。したがって、脚式移動ロボットの姿勢の安定性を十分に確保することができるようになる。
また、本発明によれば、ロボットの転倒時の姿勢ないし挙動が予測できるようになるので、転倒を回避するための制御、転倒時の衝撃を緩和するための制御、転倒後の復帰制御などの転倒に伴う制御を容易に実施することができるようになる。また、転倒による各部の破損などを抑制し得る。
また、本発明によれば、足底部材は足裏面に略平行な面に沿って遊動可能なので、遊脚の着地時に路面に凹凸などがあり、足底部材の一部が該凹凸に干渉したような場合であっても、足底部材の遊動範囲内で該足底部材が動くことによってその干渉を解消し、あるいは路面から受ける力を吸収することができるようになり、安定して高速動作を行なうことができるようになる。
また、本発明によれば、足本体又は足底部材に該足本体又は足底部材に関連する情報が記憶された記憶手段を設けたので、ロボット本体の制御系が、交換された足部に関する情報を容易に取得できるようになり、足部の交換に伴う作業負担が軽減される。
また、本発明によれば、各足部（足本体又は足甲部材）に設けられるセンサの出力の処理を当該足部に設けられた足部処理手段により実行するようにしたので、ロボット本体の制御手段は当該処理に伴う演算などを実行する必要がなくなり、該制御手段の処理負担を軽減することができる。
また、足部の足部処理手段による演算結果をロボット本体の制御手段に転送するようにしたので、各センサの出力を直接的にロボット本体の制御手段に転送する場合と比較して、これらをつなぐ配線の構成も複雑化しない。
例えば、各足部についてのＺＭＰの算出を当該足部（足本体又は足甲部材）に設けられた足部処理手段により実行するようにしたので、ロボット本体の制御手段は当該演算を実行する必要がなくなり、該制御手段の処理負担を軽減することができる。また、足部からは演算結果（ＺＭＰ）を転送するようにしたので、各センサの出力を直接的にロボット本体の制御手段に転送する場合と比較して、これらをつなぐ配線の構成も複雑化しない。
さらに、足部処理手段を各種センサとの関係で最適化することが可能であり、足部が交換される場合に、ロボット本体の制御手段の処理などに変更を生じることがなくなり、該足部の交換が容易となる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一実施の形態の「人間型」の脚式移動ロボット１００が直立している様子を前方から眺望した様子を示す図である。
図２は、脚式移動ロボット１００が直立している様子を後方から眺望した様子を示す図である。
図３は、脚式移動ロボット１００の制御システム構成の概略を示した図である。
図４は、図１に示した脚式移動ロボットの足部の第１の具体例の斜視図である。
図５は、図１に示した脚式移動ロボットの足部の第１の具体例の側面図である。
図６は、図１に示した脚式移動ロボットの足部の第１の具体例の裏面図である。
図７は、図６のＡ−Ａ線に沿って切断した端面図である。
図８は、図６のＢ−Ｂ線に沿って切断した端面図である。
図９は、脚式移動ロボットの足部の第２の具体例についての斜視図である。
図１０は、脚式移動ロボットの足部の第２の具体例についての側断面図である。
図１１は、脚式移動ロボットの足部の第３の具体例についての斜視図である。
図１２は、脚式移動ロボットの足部の第３の具体例の側面図である。
図１３は、脚式移動ロボットの足部の第３の具体例の裏面図である。
図１４は、図１１に示した脚式移動ロボットの足部のサイズを説明するための図である。
図１５は、図１１に示した脚式移動ロボットの足部が踏むことが予想される敷居の形状を説明するための図である。
図１６は、脚式移動ロボットの足部の第４の具体例についての斜視図である。
図１７は、脚式移動ロボットの足部の第４の具体例についての側面図である。
図１８は、脚式移動ロボットの足部の第４の具体例についての裏面図である。
図１９は、図１８のＡ−Ａ線に沿って切断した端面図である。
図２０は、図１８のＢ−Ｂ線に沿って切断した端面図である。
図２１は、図１８のＣ−Ｃ線に沿って切断した端面図である。
図２２は、図１６に示した脚式移動ロボットの足部のサイズを説明するための図である。
図２３は、図１６に示した脚式移動ロボットの足部が踏むことが予想される敷居の形状を説明するための図である。
図２４は、脚式移動ロボットの足部の第５の具体例についての斜視図である。
図２５は、脚式移動ロボットの足部の第５の具体例についての側面図である。
図２６は、脚式移動ロボットの足部の第５の具体例についての裏面図である。
図２７は、図２６のＡ−Ａ線に沿って切断した端面図である。
図２８は、図２６のＢ−Ｂ線に沿って切断した端面図である。
図２９は、図２６のＣ−Ｃ線に沿って切断した端面図である。
図３０は、脚式移動ロボットの足部の第６の具体例についての斜視図である。
図３１は、脚式移動ロボットの足部の第６の具体例についての側面図である。
図３２は、脚式移動ロボットの足部の第６の具体例についての底面図である。
図３３は、図３０に示した脚式移動ロボットの足部のサイズを説明するための図である。
図３４は、図３０に示した脚式移動ロボットの足部が踏むことが予想される敷居の形状を説明するための図である。
図３５は、脚式移動ロボットの足部の第７の具体例についての斜視図である。
図３６は、脚式移動ロボットの足部の第７の具体例についての側面図である。
図３７は、脚式移動ロボットの足部の第７の具体例についての底面図である。
図３８は、図３７のＡ−Ａ線に沿って切断した端面図である。
図３９は、図３７のＢ−Ｂ線に沿って切断した端面図である。
図４０は、脚式移動ロボットの足部の第８の具体例についての斜視図である。
図４１は、脚式移動ロボットの足部の第８の具体例についての側面図である。
図４２は、脚式移動ロボットの足部の第９の具体例についての側面図である。
図４３は、脚式移動ロボットの足部の第９の具体例についての底面図である。
図４４は、脚式移動ロボットの足部の第１０の具体例についての底面図である。
図４５は、脚式移動ロボットの足部の第１０の具体例についての側面図である。
図４６は、脚式移動ロボットの足部の第１１の構成を示す平面図である。
図４７は、脚式移動ロボットの足部の第１１の構成についての転倒時の挙動を説明するための図である。
図４８は、脚式移動ロボットの足部の第１２の構成を示す平面図である。
図４９は、脚式移動ロボットの足部の第１２の構成に係る足部についての転倒時の挙動を説明するための図である。
図５０は、脚式移動ロボットの足部の第１３の構成を示す平面図である。
図５１は、脚式移動ロボットの足部の第１４の構成を示す平面図である。
図５２は、脚式移動ロボットの足部が加重により変形する状態を示す図である。
図５３は、脚式移動ロボットの足部が段差を踏んだ状態を示す図である。
図５４は、脚式移動ロボットの足部が絨毯上を歩行する状態を示す図である。
図５５は、脚式移動ロボットの足部の底面の角を曲面とした状態のその足部の動作を説明するための図である。
図５６は、脚式移動ロボットの足部が踏んだ凹部が、足部の柔軟部を介して、土踏まず部の底面（天井面）に達した状態を示す図である。
図５７は、脚式移動ロボットの足部が比較的大きな段差を踏んだ状態を示す図である。
図５８は、脚式移動ロボットの足部の柔軟部を通常の弾性部材で形成した時の柔軟部の変形の様子を示す図である。
図５９は、脚式移動ロボットの足部の柔軟部をより柔軟性の強い弾性部材で形成したときの柔軟部における変形の様子を示す図である。
図６０は、脚式移動ロボットの足部が転がり運動可能な障害物を踏んだ状態を示す図である。
図６１は、脚式移動ロボットの足部が比較的大きな転がり運動可能な障害物を踏んだ状態を示す図である。
図６２は、脚式移動ロボットの足部が絨毯上を進行する状態を示す図である。
図６３は、足の甲（足の背）と足裏（足の底）との支持構造についての第１の具体例の構成を示す側面図である。
図６４は、図６３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
図６５は、足の甲（足の背）と足裏（足の底）との支持構造についての第２の具体例の構成を示す斜視図である。
図６６は、図６５のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
図６７は、足の甲（足の背）と足裏（足の底）との支持構造についての第３の具体例の構成を示す平面図である。
図６８は、足の甲（足の背）と足裏（足の底）との支持構造についての第３の具体例の構成を示す一部を破断した側面図である。
図６９は、足首における脚と足部との連結・交換構造についての第１の具体例の構成を示す断面図である。
図７０は、図６９に示した足部の足首に連結した状態における該足部及び連結部の構成を示す断面図である。
図７１は、足首における脚と足部との連結・交換構造についての第２の具体例の構成を示す図であり、足部を足首から分離する場合における上面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、背面図（Ｃ）、側断面図（Ｄ）である。
図７２は、第２の具体例に係る足部の構成を変更した例を示す図であり、足部を足首に連結する場合における上面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、背面図（Ｃ）、側断面図（Ｄ）である。
図７３は、第３の具体例の構造に係る足部の足首に連結した状態における該足部及び連結部の構成を示す断面図である。
図７４は、足部に採用される足甲回路部及び足底回路部の構成を示すブロック図である。
図７５は、第４の具体例の構造に係る脚と足部との連結・交換構造の一部を分解して表示した側面図である。
図７６は、第４の具体例の構造に係る脚と足部との連結・交換構造の足部の平面図である。
図７７は、第４の具体例の構造に係る脚と足部との連結・交換構造の足部の一部を分解して表示した側断面図である。
図７８は、第４の具体例の構造に係る脚と足部との連結・交換構造の足部の底面図である。
図７９は、第５の具体例に係る脚と足部との連結・交換構造の足部の構成を示す図であり、足部を足首から分離した状態における該足部及び連結部の構成を示す断面図である。
図８０は、第５の具体例に係る脚と足部との連結・交換構造の足部の構成を示す図であり、足部を足首に連結状態における該足部及び連結部の構成を示す断面図である。
図８１は、第５の具体例に係る脚と足部との連結・交換構造の足部の構成における足甲部材の裏面図である。
図８２は、従来の脚式移動ロボットの足部が加重により変形する状態を示す図である。
図８３は、足部と路面が点で接触する場合の抗力発生実効面を説明するための図である。
図８４は、足部と路面がフレーム形状で接触する場合の抗力発生実効面を説明するための図である。
図８５は、従来の脚式移動ロボットの足部が段差を踏んだ状態を示す図である。
図８６は、従来の脚式移動ロボットの足部が絨毯上を歩行する状態を示す図である。
図８７は、従来の脚式移動ロボットの足部の底面の角が、路面に引っ掛かった状態のその足部の動作を説明するための図である。
図８８は、従来の脚式移動ロボットの足部が、段差を踏んだ状態を示す図である。
図８９は、土踏まず部が設けられた脚式移動ロボットの足部が、段差を踏んだ状態を示す図である。
図９０は、足部の構成の一例を示す平面図である。
図９１は、足部の構成についての他の例を示す平面図である。
図９２は、足部の構成のさらに他の例を示す平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【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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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
2003068455.tif 000083
【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
2003068455.tif 000087
【図７６】
2003068455.tif 000088
【図７７】
2003068455.tif 000089
【図７８】
2003068455.tif 000090
【図７９】
2003068455.tif 000091
【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
2003068455.tif 000094
【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
2003068455.tif 000101
【図９０】
2003068455.tif 000102
【図９１】
2003068455.tif 000103
【図９２】
2003068455.tif 000104
【国際調査報告】
2003068455.tif 000105
2003068455.tif 000106
2003068455.tif 000107
2003068455.tif 000108