(57)【要約】【課題】勾配の大きな段差や斜面等を昇降して移動できると共に、不整地のような凹凸形状の地面や床に対し適切に対処して移動できること。【解決手段】複数の関節を備えたリンク機構からなる２本以上の脚１１が胴部１２に設けられて構成されて、脚１１の動作により移動する遠隔作業自動機１０であって、脚１１の脚先２３付近には、展開可能で展開時の接地面積が脚先２３の接地面積よりも大きな接地補助具２４が設けられ、この接地補助具２４は、回転機構３４により脚１１に上下方向に回転自在に支持され、また、接地補助具２４または回転機構３４と脚１１との間に弾性機構としてのばね部材が配設され、このばね部材は、接地補助具２４に作用する接地反力が所定値以下のときに接地補助具２４の回転を許容し、この接地反力の消失により接地補助具２４を元位置に復帰させるよう構成されたものである。【選択図】  図１
2015100904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の関節を備えたリンク機構からなる２本以上の脚が胴部に設けられて構成され、前記脚の動作により移動する遠隔作業自動機であって、
前記脚の脚先付近には、展開可能で展開時の接地面積が前記脚先の接地面積よりも大きな接地補助具が設けられ、
この接地補助具は、回転機構により前記脚に上下方向に回転自在に支持され、
前記接地補助具または前記回転機構と前記脚との間に弾性機構が配設され、この弾性機構は、前記接地補助具に作用する接地反力が所定値以下のときに前記接地補助具の回転を許容し、この接地反力の消失により前記接地補助具を元位置に復帰させるよう構成されたことを特徴とする遠隔作業自動機。
【請求項２】
前記接地補助具は、開閉機構のアクチュエータからの駆動力によって、回転機構の軸と同一または異なる位置に設けられた支持軸回りに回転して、脚に対し展開または収納するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の遠隔作業自動機。
【請求項３】
前記脚には、接地補助具が設けられた位置よりも胴部側に、脚先または前記接地補助具に作用する接地反力のベクトルを検出する力覚センサが設置されたことを特徴とする請求項１または２に記載の遠隔作業自動機。
【請求項４】
前記脚には、接地補助具が設けられた位置よりも下方の脚先に、この脚先が地面や床に接地したことを検出する接触センサが設置されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の遠隔作業自動機。
【請求項５】
前記脚の接地時に接触センサによる検出がなされていないときには、前記脚の接地位置を変えることなく胴部を移動させる重心移動動作を実行させるための演算において、前記脚の接地点位置をその脚における接地補助具が設けられた位置として前記演算がなされることを特徴とする請求項４に記載の遠隔作業自動機。
【請求項６】
前記弾性機構は、接地補助具に作用する胴部側からの力に対する抵抗が、前記接地補助具に作用する地面や床からの接地反力に対する抵抗よりも小さくなるように設定されて、前記胴部側からの力の作用時にこの力の作用方向へ前記接地補助具を回転させて逃がすよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の遠隔作業自動機。
【請求項７】
前記接地補助具は、先端が爪形状に形成されると共に、接地面に突起が形成されて構成されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の遠隔作業自動機。
【請求項８】
前記開閉機構は、接地補助具を展開位置を越えて脚先方向まで回転させ、この接地補助具を同様な他の接地補助具との協働作用によってグリッパとして機能させ得るよう構成されたことを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の遠隔作業自動機。
【請求項９】
前記接地補助具は、テレスコピック構造に構成され、伸縮用アクチュエータからの駆動力で伸縮可能に構成されたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の遠隔作業自動機。
【請求項１０】
前記回転機構は、接地補助具が上下方向を含む複数の方向に回転自在となるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の遠隔作業自動機。
【請求項１１】
複数の関節を備えたリンク機構からなる２本以上の脚が胴部に設けられて構成され、前記脚の動作により移動する遠隔作業自動機の移動方法であって、
前記脚の脚先付近に、展開可能で展開時の接地面積が前記脚先の接地面積よりも大きな接地補助具を用意し、
前記脚の脚先または前記接地補助具を地面や床の形状に応じてこの地面や床に選択的に接地させて移動することを特徴とする遠隔作業自動機の移動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、多脚ロボット等の遠隔作業自動機及びその移動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人が立ち入ることが困難な環境では、さまざまな作業機器を搭載したロボットによる遠隔・無人作業が期待されるが、災害現場などではロボットは瓦礫上など不整地を移動する必要がある。瓦礫が散乱した不整地では決められた足場がなく、凹凸地形に柔軟に適応させること、揺れ・滑りなどにロバストであること、溝や穴など隙間に嵌らないようにすることなど、ロボットの接地動作にさまざまな困難が伴う。
【０００３】
特許文献１に記載の無限軌道機構を備えたクローラ型ロボットは、不安定な瓦礫上や多少の段差であれば、これらの不整地を昇降して移動することが可能である。また、足平部を備えた脚式移動ロボットは、溝や穴などの隙間に嵌らずに不整地を移動することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４１２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１に記載のクローラ型ロボットでは、バランス上の問題から低重心にせざるを得ず、重量のある装置を搭載して勾配の大きな段差や斜面等を昇降することができない。また、特許文献２及び３に記載の脚式移動ロボットでは、足平部の接地面積が広いため、ステップ幅の小さな階段などのような狭い足場を有する不整地に脚を接地させることができない。
【０００６】
本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、勾配の大きな段差や斜面等を昇降して移動できると共に、不整地のような凹凸形状の地面や床に対し適切に対処して移動できる遠隔作業自動機及びその移動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る実施形態の遠隔作業自動機は、複数の関節を備えたリンク機構からなる２本以上の脚が胴部に設けられて構成され、前記脚の動作により移動する遠隔作業自動機であって、前記脚の脚先付近には、展開可能で展開時の接地面積が前記脚先の接地面積よりも大きな接地補助具が設けられ、この接地補助具は、回転機構により前記脚に上下方向に回転自在に支持され、前記接地補助具または前記回転機構と前記脚との間に弾性機構が配設され、この弾性機構は、前記接地補助具に作用する接地反力が所定値以下のときに前記接地補助具の回転を許容し、この接地反力の消失により前記接地補助具を元位置に復帰させるよう構成されたことを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明に係る実施形態の遠隔作業自動機の移動方法は、複数の関節を備えたリンク機構からなる２本以上の脚が胴部に設けられて構成され、前記脚の動作により移動する遠隔作業自動機の移動方法であって、前記脚の脚先付近に、展開可能で展開時の接地面積が前記脚先の接地面積よりも大きな接地補助具を用意し、前記脚の脚先または前記接地補助具を地面や床の形状に応じてこの地面や床に選択的に接地させて移動することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態によれば、勾配の大きな段差や斜面等を昇降して移動できると共に、不整地のような凹凸形状の地面や床に対し適切に対処して移動できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る遠隔作業自動機の第１実施形態である多脚ロボットを示す斜視図。
【図２】図１の多脚ロボットを示す側面図。
【図３】図１の多脚ロボットの脚における関節の配置状況を示す概略斜視図。
【図４】図１の多脚ロボットにおける脚に設けられた接地補助具周囲を示す側面図。
【図５】図４の接地補助具に所定値以下の接地反力が作用した場合を示す説明図。
【図６】図４の接地補助具を展開または収納する動作を説明する説明図。
【図７】図１の多脚ロボットが接地補助具を収納した状態で歩行する状況を示す側面図。
【図８】図１の多脚ロボットが接地補助具を展開した状態で歩行する状況を示し、（Ａ）が接地動作を、（Ｂ）が重心移動動作をそれぞれ示す側面図。
【図９】本発明に係る遠隔作業自動機の第２実施形態である多脚ロボットの脚に設けられた接地補助具周囲を示し、図４に対応する側面図。
【図１０】図９の接地補助具の動作を示し、（Ａ）が接地補助具に下向きの外力が作用した状態を、（Ｂ）が接地補助具に上向きの接地反力が作用した状態をそれぞれ示す側面図。
【図１１】本発明に係る遠隔作業自動機の第３実施形態である多脚ロボットの脚に設けられた接地補助具周囲を示し、図４に対応する側面図。
【図１２】図１１の接地補助具の動作を示し、（Ａ）が収納状態、（Ｂ）が展開状態、（Ｃ）がグリッパとして機能する状態をそれぞれ示す説明図。
【図１３】本発明に係る遠隔作業自動機の第４実施形態である多脚ロボットの脚に設けられた接地補助具周囲を示し、（Ａ）が接地補助具の収縮状態を、（Ｂ）が接地補助具の伸長状態をそれぞれ示す、図４に対応する側面図。
【図１４】本発明に係る遠隔作業自動機の第５実施形態である多脚ロボットの脚に設けられた接地補助具周囲を示し、図４に対応する側面図。
【図１５】図１４の多脚ロボットにおける接地補助具を支持する回転機構の変形形態を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１〜図８）
図１は、本発明に係る遠隔作業自動機の第１実施形態である多脚ロボットを示す斜視図であり、図２は図１の多脚ロボットを示す側面図である。本実施形態の遠隔作業自動機としての多脚ロボット１０は、図１及び図２に示すように、２本以上（例えば４本）の脚１１が胴部１２に設けられて構成され、各脚１１は、後述の如く複数の関節１５、１６、１７（図３）を備えたリンク機構により構成される。多脚ロボット１０は、操作ユニット１３（図２）により脚１１の動作が操作されることで移動（歩行）する。
【００１２】
つまり、多脚ロボット１０は、図２及び図３に示すように、胴部１２の下部のコーナー部分に４本のそれぞれの脚１１が設置される。各脚１１は、第１関節１５、第２関節１６及び第３関節１７がリンク１８によって下方に向かって順次連結されたリンク機構により構成されたものであり、第１関節１５が胴部１２の下部に取り付けられる。この第１関節１５の回転軸は、第２関節１６及び第３関節１７の両回転軸と直交して配置される。
【００１３】
第２関節１６及び第３関節１７の回転により、多脚ロボット１０は矢印Ｘ（図３）方向に前進または後進歩行する。また、第１関節１５の回転により、多脚ロボット１０は矢印Ｙ（図３）方向に左移動または右移動歩行（横歩き）する。更に、第１関節１５、第２関節１６及び第３関節１７の回転を組み合わせることにより、多脚ロボット１０は矢印Ｚ（図３）方向に旋回する。各関節１５、１６、１７は、例えば電動モータ、ギア及びエンコーダ等の組み合わせにより構成される。
【００１４】
ここで、多脚ロボット１０の各脚１１において、第２関節１６及び第３関節１７に連結されたリンク１８が第１脚部２１と称され、第３関節１７にのみに連結されたリンク１８が第２脚部２２と称される。この第２脚部２２の先端に脚先２３が設けられている。そして、各脚１１における第２脚部２２には、脚先２３付近に後に詳説する接地補助具２４（図１、図４）が設けられる。
【００１５】
このように構成された脚１１を備える本実施形態の多脚ロボット１０は、前進歩行、後進歩行、左移動歩行、右移動歩行、左旋回歩行、または右旋回歩行を連続して実行して歩行する。このような多脚ロボット１０の脚１１による歩行は、脚操作制御装置により操作されて制御される。この脚操作制御装置は、操作ユニット１３と、多脚ロボット１０に設置された各種センサ類（画像取得部２５、接触センサ２６、力覚センサ２７、距離センサ２９等）と、センサ処理部３０と、歩容パターン生成部３１と、制御手段としての制御部３２と、信号送受信部３３とを有して構成される。
【００１６】
操作ユニット１３は、オペレータの操作によって多脚ロボット１０を歩行させるために、この多脚ロボット１０の制御部３２へ動作指令等を出力する。例えば、操作ユニット１３は、多脚ロボット１０を矢印Ｘ（図３）方向に前進歩行または後進歩行させるための動作指令を出力する。この操作ユニット１３と多脚ロボット１０の制御部３２との間でなされる上述の動作指令等の信号の送受信は、多脚ロボット１０の胴部１２に設置された信号送受信部３３を用いてなされる。
【００１７】
画像取得部２５は、多脚ロボット１０の胴部１２における前部に設置された例えばカメラなどであり、多脚ロボット１０の周囲の動画や静止画を画像データとして取得する。この画像取得部２５は、多脚ロボット１０における胴部１２の前部のほかに、後部や側部に設置されてもよい。
【００１８】
接触センサ２６は、多脚ロボット１０における４本の脚１１の、接地補助具２４が設けられた位置よりも下方の脚先２３に設置される。この接触センサ２６は、多脚ロボット１０の脚１１の脚先２３が地面または床１９に設置したことを検出する。
【００１９】
力覚センサ２７は、多脚ロボット１０における４本の脚１１の第２脚部２２であって、接地補助具２４が設けられた位置よりも上方（胴部１２側）に設置される。この力覚センサ２７は、多脚ロボット１０の脚１１の脚先２３または接地補助具２４に作用した接地反力Ｐ（図５）のベクトルを検出する。
【００２０】
距離センサ２９は、多脚ロボット１０の胴部１２における前部及び後部に設置され、胴部１２と地面または床１９との距離、及び脚１１（特に後述の遊脚）の脚先２３と地面または床１９との距離などを計測する。
【００２１】
多脚ロボット１０におけるセンサ処理部３０は、画像取得部２５からの画像データ、接触センサ２６による脚先２３の接地データ、力覚センサ２７による接地反力ベクトルデータ、距離センサ２９による距離データなどのアナログデータをデジタルデータに処理する。
【００２２】
多脚ロボット１０における歩容パターン生成部３１は、４本の脚１１を動作させる順序を、多脚ロボット１０の重心を移動させる動作と組み合わせた歩容パターンを生成する。この歩容パターンには、多脚ロボット１０の脚１１を一脚ずつ動作させるクロール歩容、対角の２本の脚１１を同時に動作させるトロット歩容、前後２本の脚１１を同時に左右交互に動作させるペース歩容などがある。
【００２３】
例えば、このうちのクロール歩容について詳説する。多脚ロボット１０は、４本中３本の脚１１を支持脚とし、これらの支持脚で構成される三角形（支持三角形）内に自身の重心位置の延長線が通過するように胴部１２の位置を制御して姿勢の安定を確保した後、残りの１本の脚１１を遊脚として自由な位置に接地させる。次に、前回の遊脚と他の２本の支持脚とを新たな支持脚とし、前回の支持脚のうちの１脚を遊脚として、同様の重心移動及び遊脚動作を実行する。このように４本の脚１１を１本ずつ順次遊脚として接地位置を移動させ、歩行動作を進めていく歩容がクロール歩容である。
【００２４】
多脚ロボット１０における制御部３２は、操作ユニット１３からの動作指令に基づいて、歩容パターン生成部３１にて生成された歩容等から４本の脚１１の各関節１５〜１７の回転角度を決定して、脚１１の動作を制御する。つまり、制御部３２は、例えばクロール歩容において遊脚である１本の脚１１の各関節１５〜１７の回転角度を決定してこの遊脚の動作を制御するほか、４本の脚１１の接地位置を変えることなく次の遊脚動作のために胴部１２を移動させる重心移動動作時にも、４本のすべての脚１１の各関節１５〜１７の回転角度を決定して重心移動動作を実行させる。
【００２５】
この重心移動動作では、制御部３２は、胴部１２の重心位置を次の脚１１（遊脚）の動作時にどの位置に位置づけ、または多脚ロボット１０にどのような姿勢をとらせるかを決定し、これらを実現するために各脚１１の接地点位置（脚１１の先端位置）をロボット座標系で求め、更に各脚１１毎に逆運動学を解くことで各関節１５〜１７の目標回転角度を求める。制御部３２は、これらの接地点位置及び目標回転角度になるように、４本の全ての脚１１の各関節１５〜１７を協働して動作させることで、重心移動動作を実現する。
【００２６】
また、制御部３２は、上述の脚１１（遊脚）の移動動作や重心移動動作の際に、力覚センサ２７にて検出された接地反力Ｐのベクトルを用いて、ゼロ・モーメント・ポイント（ＺＭＰ）及び重心位置を推定し、これらの位置などを調整することで多脚ロボット１０の姿勢の安定化を図っている。
【００２７】
ところで、図１及び図４に示すように、多脚ロボット１０の各脚１１における第２脚部２２には、前述の如く脚先２３付近に接地補助具２４が取り付けられている。この接地補助具２４は、板形状あるいは棒形状であり、１本の脚１１に対して複数枚（本）、本実施形態では４枚（本）が放射状に配置される。これらの接地補助具２４は、脚１１に対し略直交する展開位置に設定可能に設けられ、展開位置の接地面積が脚１１の脚先２３の接地面よりも大きく構成される。
【００２８】
それぞれの接地補助具２４は回転板３５に回転一体に固定され、この回転板３５は、脚１１の第２脚部２２に植設された回転軸３６に回転自在に設けられる。従って、接地補助具２４は、回転機構３４としての回転軸３６及び回転板３５により脚１１の第２脚部２２に上下方向に回転自在に支持される。
【００２９】
これらの接地補助具２４または回転板３５（本実施形態では接地補助具２４）と、脚１１の第２脚部２２に支持されたドリブンギア４１の係止片４２（共に後述）との間に、弾性機構としてのばね部材３７が配設される。このばね部材３７は、図５に示すように、展開位置に設定された接地補助具２４に作用する接地反力Ｐが所定値以下のときに接地補助具２４及び回転板３５の上方向（胴部１２側）への回転を許容し、この接地反力Ｐの消失により接地補助具２４を元の展開位置に復帰させる。
【００３０】
更に、ばね部材３７は、展開位置に位置づけられた接地補助具２４に作用する接地反力Ｐが所定値以上のときには、ばね部材３７のばね力（弾性力）が接地反力Ｐと釣り合って抵抗となり、接地補助具２４及び回転板３５の上方向への回転を阻止する。尚、ばね部材３７と並列に粘性機構（例えばダンパなど）を用いてもよい。
【００３１】
また、接地補助具２４は、脚１１の第２脚部２２に設置されたアクチュエータ３９の駆動力が直接的または間接的（本実施形態ではドライブギア４０及びドリブンギア４１を介して間接的）に伝達されることで、回転板３５と共に支持軸３８回りに回転する。ここで、支持軸３８は、回転機構３４の回転軸３６と同一または異なる位置、本実施形態では回転軸３６と同一位置に、この回転軸３６と一体に設けられる。従って、接地補助具２４は、図６に示すように、脚１１に接近し、この脚１１と平行になる収納位置と、脚１１に対し略直交する展開位置とに択一に位置づけられる。
【００３２】
ここで、ドライブギア４０は、図４に示すように、アクチュエータ３９の駆動軸に設けられる。また、ドリブンギア４１は、支持軸３８に回転自在に軸支され、ドライブギア４０と噛み合う。このドリブンギア４１に係止片４２が突設され、この係止片４２と接地補助具２４との間に、前述の如くばね部材３７が配設される。従って、アクチュエータ３９の駆動力は、ドライブギア４０及びドリブンギア４１を経て係止片４２へ伝達され、この係止片４２からばね部材３７を介して接地補助具２４へ伝達されて、接地補助具２４を回転板３５と共に、支持軸３８回りに回転させることになる。上述の支持軸３８、アクチュエータ３９、ドライブギア４０、ドリブンギア４１及び係止片４２が開閉機構４３を構成する。
【００３３】
次に、オペレータの遠隔操作に基づく多脚ロボット１０の歩行動作について説明する。
図１及び図２に示すように、多脚ロボット１０は、別室に居るオペレータによってモニタ越しに遠隔操作される。多脚ロボット１０は、例えばクロール歩容で通常歩行する際には、接地補助具２４が収納位置にあって、脚１１の脚先２３を地面または床１９に接地させる点接地を行う。つまり、オペレータは、画像取得部２５にて撮影された画像を観察して、地面または床１９が平坦であったり、接地個所が限られた狭隘なスペースである場合には、図７に示すように、多脚ロボット１０の脚１１を脚先２３によって地面または床１９に接地させる。この脚先２３の接地は、この脚先２３に設けられた接触センサ２６によって検出される。
【００３４】
オペレータは、例えばクロール歩容による多脚ロボット１０の歩行時に画像取得部２５にて撮影された画像を観察して、図８に示すように、地面または床１９の凹凸が大きく脚先２３による点接地では不適切であると判断したときに、操作ユニット１３を操作して多脚ロボット１０の制御部３２へ動作停止指令を送信し、多脚ロボット１０の脚１１（遊脚）の動作を一旦停止させる。
【００３５】
次に、オペレータは、多脚ロボット１０における開閉機構４３（図４）のアクチュエータ３９を駆動させるべく操作ユニット１３を介して制御部３２へ動作指令を送信し、アクチュエータ３９を駆動させて接地補助具２４を収納位置から展開位置に位置付ける。その後、オペレータは、操作ユニット１３を用いて、多脚ロボット１０の脚１１（遊脚）を動作させるべく制御部３２へ遊脚動作指令を送信し、脚１１（遊脚）を地面または床１９に接地させる。
【００３６】
このとき、多脚ロボット１０の脚１１（遊脚）の接地補助具２４は、地面または床１９における凹凸形状の瓦礫などに接触すると、回転板３５及びばね部材３７の作用で接地反力Ｐによって上方向へ回転する（図５）。更に、この脚１１（遊脚）の接地動作が継続されて、同一の脚１１（遊脚）における他の接地補助具２４が同様に地面または床１９に接触し、やがてこの脚１１（遊脚）の全ての接地補助具２４が地面または床１９に接触し、それぞれの接地補助具２４においてばね部材３７のばね力と接地反力Ｐとが釣り合うと、この脚１１（遊脚）は接地方向への移動が止まる。すると、多脚ロボット１０の制御部３２は、上記脚１１（遊脚）の接地動作が完了したと判断して、この脚１１の接地動作を終了する。
【００３７】
上述の脚１１（遊脚）の接地動作終了後には、図８（Ａ）に示すように、この脚１１の脚先２３は地面または床１９に接地しておらず、この脚１１の接地補助具２４によって多脚ロボット１０が支持されることになる。このような接地補助具２４による接地動作時には、脚１１の脚先２３が地面または床１９に設置していないので、この脚先２３に設けられた接触センサ２６は検出信号を発生しない。従って、多脚ロボット１０の制御部３２は、この脚１１による接地動作が完了したにも拘らず接触センサ２６による検出信号が発生していないときに、接触補助具２４による接地動作がなされたものと判断する。
【００３８】
多脚ロボット１０は、上述の遊脚動作完了後、次の遊脚動作のために重心移動動作を行う。この重心移動動作は、図８（Ｂ）に示すように、各脚１１の接地位置を変えることなく胴部１２を移動させる動作であるが、接地補助具２４が回転機構３４によって脚１１に対し回転自在に構成されているので、この接地補助具２４が地面または床１９と干渉して脚１１の重心移動のための動作を阻害することがない。
【００３９】
この重心移動動作では、多脚ロボット１０の制御部３２は、前述の如く、胴部１２の重心位置を次の脚１１（遊脚）の動作時にどの位置に位置づけ、または多脚ロボット１０にどのような姿勢をとらせるかを決定し、これらを実現するために各脚１１の接地点位置（脚１１の先端位置）をロボット座標系で求め、更に各脚１１毎に逆運動学を解くことで各関節１５〜１７の目標回転角度を求める。
【００４０】
この演算において、上述の各脚１１の接地点位置は、多脚ロボット１０が脚１１の脚先２３で地面または床１９に点接地している場合には、この脚先２３が半球形状であるため、この脚先２３の半球形状の中心位置Ａ（図４）が用いられる。これに対し、多脚ロボット１０が脚１１の接地補助具２４を用いて地面または床１９に接地している場合には、脚１１において４枚の接地補助具２４が設けられた位置、つまり脚１１において４枚の接地補助具２４をそれぞれ取り付ける各回転機構３４の中央位置Ｂ（図１、図４）が、上述の重心移動動作を実行させるための演算における各脚１１の接地点位置として用いられる。
【００４１】
多脚ロボット１０の制御部３２は、上述の演算結果に基づいて４本の脚１１の全ての関節１５〜１７を協働して動作させることで、接地補助具２４を用いた歩行時における重心移動動作を実行し、次の遊脚の動作と重心移動動作とを同様に実行させて、歩行を実施する。
【００４２】
尚、上述の歩行動作においては、オペレータが、地面または床１９の形状に応じて多脚ロボット１０の脚１１における脚先２３または接地補助具２４を選択する場合を述べたが、多脚ロボット１０の制御部３２が脚先２３と接地補助具２４とを択一に選択してもよい。例えば、多脚ロボット１０が自律移動する場合、この多脚ロボット１０の制御部３２は、脚１１の接地予定の地面または床１９の形状を距離センサ２９からの検出データにより認識し、地面または床１９の起伏がある一定の閾値以下では脚先２３を用い、上記閾値以上では接地補助具２４を用いて多脚ロボット１０の歩行を実行させてもよい。
【００４３】
以上のように構成されたことから、本第１実施形態によれば、次の効果（１）〜（５）を奏する。
（１）図１〜図３に示すように、複数の関節１５〜１７を備えたリンク機構からなる２本以上の脚１１の動作により多脚ロボット１０が移動するので、各脚１１における関節１５〜１７の回転角度を変更することで、勾配の大きな段差や斜面等を昇降して移動できる。
【００４４】
（２）図１及び図４に示すように、脚１１の脚先２３付近に展開して設けられた接地補助具２４は、回転機構３４（回転板３５、回転軸３６）により脚１１に上下方向に回転自在に支持され、ばね部材３７により所定値以下の接地反力Ｐの作用下で回転が許容される。このため、接地補助具２４は、不整地のような凹凸形状の地面または床１９の形状に倣って接地し、且つ、脚１１の接地位置を変えることなく胴部１２を移動させる重心移動動作時に地面または床１９と干渉して重心移動動作を阻害することがない。この結果、多脚ロボット１０は、不整地のような凹凸形状の地面や床１９に対し適切に対処して移動することができる。
【００４５】
（３）脚１１における接地補助具２４が、開閉機構４３によって展開または収納可能に構成されたので、脚１１の脚先２３または接地補助具２４を地面または床１９の形状に応じてこの地面または床１９に選択的に接地させることが可能になる。このため、多脚ロボット１０は、例えば階段の小さなステップ幅のような狭い足場では脚先２３を選択し、起伏の激しい凹凸形状の瓦礫上では接地補助具２４を選択することで、地面または床１９が平坦または規則的な階段であったり、瓦礫が存在する不整地であっても、適切に対処して歩行することができる。
【００４６】
（４）多脚ロボット１０の各脚１１には、接地補助具２４が設けられた位置よりも胴部１２側に、脚先２３または接地補助具２４に作用する接地反力Ｐのベクトルを検出する力覚センサ２７が設置されている。このため、脚先２３を用いた多脚ロボット１０の歩行時にも、接地補助具２４を用いた多脚ロボット１０の歩行時にも、力覚センサ２７によって接地反力Ｐのベクトルを検出でき、この検出された接地反力Ｐのベクトルによって、多脚ロボット１０の姿勢の安定を図ることができる。
【００４７】
（５）多脚ロボット１０の各脚１１には、接地補助具２４が設けられた位置よりも下方の脚先２３に、この脚先２３が地面または床１９に接地したことを検出する接触センサ２６が設置されている。更に、脚１１の接地動作終了時に接触センサ２６により検出がなされていないときには、多脚ロボット１０の制御部３２は、接地補助具２４による接地が実施されたと判断し、このとき、重心移動動作を実行させるための演算において、脚１１の接地点位置を、その脚１１において各接地補助具２４をそれぞれ支持する各回転機構３４の中央位置Ｂとする。
【００４８】
従って、脚先２３を接地しつつ重心移動を行った場合に比べ、接地補助具２４を設置しつつ重心移動を行った場合には接地点位置が高くなるので、この接地補助具２４を用いて接地しつつ重心移動を行った場合において、接地点位置を上述の如く脚１１における各回転機構３４の中央位置Ｂとすることで、接地点位置の高さの相違に基づく演算誤差を解消することができる。
【００４９】
［Ｂ］第２実施形態（図９、図１０）
図９は、本発明に係る遠隔作業自動機の第２実施形態である多脚ロボットの脚に設けられた接地補助具周囲を示し、図４に対応する側面図である。この第２実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００５０】
本第２実施形態の遠隔作業自動機としての多脚ロボット５０が第１実施形態と異なる点は、弾性機構が両端支持の第１のばね部材５１と、片端支持の第２ばね部材５２とを有して構成された点である。
【００５１】
つまり、両端支持のばね部材である第１ばね部材５１は、一端がドリブンギア４１の係止片４２に、他端が接地補助具２４または回転板３５（例えば接地補助具２４）に支持されている。また、片端支持のばね部材である第２ばね部材５２は、一端がドリブンギア４１の係止片４２に支持され、他端が接地補助具２４及び回転板３５のいずれにも支持されず、接地補助具２４に当接可能に設けられている。
【００５２】
従って、図１０（Ｂ）に示すように、接地補助具２４に作用する地面または床１９からの上向きの接地反力Ｐに対しては第１ばね部材５１及び第２ばね部材５２がばね力を作用するので抵抗が大きくなるが、図１０（Ａ）に示すように、接地補助具２４に作用する胴部１２側からの下向きの外力Ｆに対しては、第１ばね部材５１のみがばね力を作用するので、抵抗が前記接地反力Ｐの場合に比べて小さくなる。このため、本第２実施形態の弾性機構は、接地補助具２４に胴部１２側から下向きの外力Ｆが作用したときには、この外力Ｆの作用方向（下方向）へ接地補助具２４を回転させて逃がすように機能する。
【００５３】
以上のように構成されたことから、本第２実施形態の多脚ロボット５０によれば、第１実施形態の効果（１）〜（５）と同様な効果を奏するほか、次の効果（６）を奏する。
【００５４】
（６）第１ばね部材５１及び第２ばね部材５２を有する弾性機構は、接地補助具２４に作用する胴部１２側からの下向きの外力Ｆに対する抵抗（ばね力）が、接地補助具２４に作用する地面または床１９からの上向きの接地反力Ｐに対する抵抗（ばね力）よりも小さくなるよう設定されている。従って、例えば、接地補助具２４を用いて地面または床１９に接地した後に地面または床１９の足場が万一崩れて接地補助具２４上に瓦礫等が散乱してしまい、この展開状態の接地補助具２４を備えた脚１１の引上げ動作が阻害される場合でも、接地補助具２４に作用する荷重（即ち外力Ｆ）の作用で接地補助具２４が下方向へ回転して逃げることで、脚１１の上述の引上げ動作を遂行することができる。
【００５５】
尚、本第２実施形態では、支持構造の異なる第１ばね部材５１及び第２ばね部材５２を用いて接地補助具２４の下方向への回転を容易に行なえる構成を述べたが、接地補助具２４の下方向への回転角度を上方向への回転角度よりも大きく設定可能に、例えばばね部材のばね特性などを設定してもよい。
【００５６】
［Ｃ］第３実施形態（図１１、図１２）
図１１は、本発明に係る遠隔作業自動機の第３実施形態である多脚ロボットの脚に設けられた接地補助具周囲を示し、図４に対応する側面図である。この第３実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００５７】
本第３実施形態の多脚ロボット６０が第１実施形態と異なる点は、接地補助具２４の先端に爪部６１が形成され、接地補助具２４の接地面に突起６２が複数形成された点である。
【００５８】
尚、図１１及び図１２には、回転機構３４の回転軸３６の図示が省略され、弾性機構としてのばね部材３７の図示が省略され、更に開閉機構４３の支持軸３８、ドライブギア４０、ドリブンギア４１及び係止片４２の図示が省略されている。
【００５９】
また、本第３実施形態では、開閉機構４３は、接地補助具２４を脚１１に接近した収納位置（図１２（Ａ））と脚１１に対し略直交する展開位置（図１２（Ｂ））との間で回転させるほか、この接地補助具２４を展開位置を越えて脚先２３の下方向まで収納位置から約１８０度回転させ、この接地補助具２４を同様な他３本の接地補助具２４との協働作用で、物品を把持するグリッパとして機能させるように構成されている。これらの接地補助具２４をグリッパとして機能させるには、これらの接地補助２４を脚先２３の下方位置で、開閉機構４３のアクチュエータ３９の正転及び逆転によって開閉動作させることでなされる。この際にも、接地補助具２４の爪部６１及び突起６２が滑り止めの機能を果たす。
【００６０】
以上のように構成されたことから、本第３実施形態の多脚ロボット６０によれば、第１実施形態の効果（１）〜（５）と同様な効果を奏するほか、次の効果（７）を奏する。
【００６１】
（７）接地補助具２４の先端に爪部６１が、接地面に突起６２がそれぞれ形成されたので、これらの爪部６１及び突起６２を、接地補助具２４が地面または床１９に接地したときの滑り止めとして機能させることができる。更に、開閉機構４３が接地補助具２４を、展開位置を越えて脚先２３の下方向まで回転させてグリッパとして機能させることができるので、多脚ロボット６０の機能性を向上させることができる。
【００６２】
［Ｄ］第４実施形態（図１３）
図１３は、本発明に係る遠隔作業自動機の第４実施形態である多脚ロボットの脚に設けられた接地補助具周囲を示し、（Ａ）が接地補助具の収縮状態を、（Ｂ）が接地補助具の伸長状態をそれぞれ示す、図４に対応する側面図である。この第４実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００６３】
本第４実施形態の遠隔作業自動機としての多脚ロボット７０が第１実施形態と異なる点は、接地補助具７１がテレスコピック構造に構成され、この接地補助具７１が伸縮用アクチュエータ７２からの駆動力で伸縮可能に構成された点である。
【００６４】
尚、この第４実施形態においても、図１３には、回転機構３４の回転軸３６の図示が省略され、弾性機能としてのばね部材３７の図示が省略され、更に開閉機構４３の支持軸３８、ドライブギア４０、ドリブンギア４１及び係止片４２の図示が省略されている。
【００６５】
伸縮用アクチュエータ７２は、各接地補助具７１に設置されたシリンダ装置のような伸縮可能なアクチュエータである。但し、この伸縮用アクチュエータ７２は、例えばリンク機構と組み合わせることで接地補助具７１を伸縮させるなど、他の種類のアクチュエータであってもよい。
【００６６】
以上のように構成されたことから、本第４実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）〜（５）と同様な効果を奏するほか、次の効果（８）を奏する。
【００６７】
（８）多脚ロボット７０の接地補助具７１は、伸縮用アクチュエータ７２からの駆動力によって伸縮可能に構成されたので、展開時における地面または床１９への接地面積（接地範囲）を適宜拡大または縮小させることができる。
【００６８】
［Ｅ］第５実施形態（図１４、図１５）
図１４は、本発明に係る遠隔作業自動機の第５実施形態である多脚ロボットの脚に設けられた接地補助具周囲を示し、図４に対応する側面図である。この第５実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００６９】
本第５実施形態の遠隔作業自動機としての多脚ロボット８０が第１実施形態と異なる点は、図１４に示すように、回転機構８１が接地補助具２４（接地補助具２４Ａ、２４Ｂ）を、上下方向Ｈを含む複数の方向、例えば前後方向Ｉ及び左右方向Ｊなどに回転自在とするよう構成された点である。
【００７０】
尚、この第５実施形態においても、図１４には弾性機構としてのばね部材３７の図示が省略され、開閉機構４３としての支持軸３８、ドライブギア４０、ドリブンギア４１及び係止片４２の図示が省略されている。
【００７１】
前記回転機構８１は、ボールジョイントのようなベアリング機構であり、例えば対向位置にある接地補助具２４Ａ、２４Ｂの動作が連動するように拘束して、これらの接地補助具２４Ａ及び２４Ｂを地面または床１９に同時に接地させることが好ましい。この場合にも、接地補助具２４Ａ及び２４Ｂは、地面または床１９から接地反力Ｐが作用しなくなったときには、図示しないばね部材３７の作用で元位置（例えば水平位置）に復帰する。
【００７２】
この多脚ロボット８０では、図１４の回転機構８１に代えて、図１５に示すようなジンバル機構を用いた回転機構８２を備えてもよい。この回転機構８２は、弾性機構を具備した第１軸８５を介して第１ジンバル８３が脚１１の第２脚部２２に支持され、この第１ジンバル８３の外周縁に弾性機構を具備した第２軸８６を介して第２ジンバル８４が支持されて構成され、この第２ジンバル８４の外周縁に円環盤形状の接地補助具８７が固定されている。
【００７３】
第１軸８５は対向位置に一対配置され、第２軸８６も対向位置に一対配置される。これらの第１軸８５と第２軸８６は、接地補助具８７を含む水平面内で直交して配置されている。従って、接地補助具８７は両第２軸８６を中心として上下方向Ｍに回転自在に支持されると共に、両第１軸８５を中心として前後方向Ｎに回転自在に支持される。また、第１軸８５及び第２軸８６が具備する弾性機構は、接地時に傾斜した接地補助具８７を非接地時に水平状態の元位置に復帰させる機能を果たす。
【００７４】
また、接地補助具８７は、例えば傘のように折り畳み変形可能に構成されている。この図１５に示す多脚ロボット８０の変形形態では、開閉機構４３の図示が省略されているが、接地補助具８７は、この開閉機構４３によって、拡げられて図示の如く展開され、折り畳まれて収納される。
【００７５】
以上のように構成されたことから、本第５実施形態においても、第１実施形態の効果（１）〜（５）と同様な効果を奏する。
【００７６】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００７７】
例えば、第１〜第５実施形態においては、複数本（例えば４本）の脚１１のそれぞれに設けられた複数本（例えば４本）の接地補助具２４、７１に対し開閉機構４３のアクチュエータ３９がそれぞれ個別に設けられた場合を述べたが、１本の脚１１に１個のアクチュエータ３９を設置し、この１個のアクチュエータ３９が、この脚１１に設けられた接地補助具２４、７１の全てに駆動力を作用して同時に展開または収納動作をさせてもよい。
【００７８】
また、脚１１の脚先２３に接触センサ２６が設置される場合を述べたが、接触センサ２６は、脚１１に設けられた接地補助具２４、７１の全てまたは一部に設置されて、接地補助具２４、７１の接地時にこの接地状態を直接検出してもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１０  多脚ロボット（遠隔作業自動機）
１１  脚
１２  胴部
１９  地面または床
２２  第２脚部
２３  脚先
２４  接地補助具
２６  接触センサ
２７  力覚センサ
３４  回転機構
３５  回転板
３６  回転軸
３７  ばね部材（弾性機構）
３８  支持軸
３９  アクチュエータ
４０  ドライブギア
４１  ドリブンギア
４２  係止片
４３  開閉機構
５０  多脚ロボット（遠隔作業自動機）
５１  第１ばね部材（弾性機構）
５２  第２ばね部材（弾性機構）
６０  多脚ロボット（遠隔作業自動機）
６１  爪部
６２  突起
７０  多脚ロボット（遠隔作業自動機）
７１  接地補助具
７２  伸縮用アクチュエータ
８０  多脚ロボット（遠隔作業自動機）
８１、８２  回転機構
８７  接地補助具
Ｂ  中央位置
Ｆ  外力
Ｈ  上下方向
Ｉ  前後方向
Ｊ  左右方向
Ｍ  上下方向
Ｎ  前後方向
Ｐ  接地反力
【図１】
2015100904.tif 000003
【図２】
2015100904.tif 000004
【図３】
2015100904.tif 000005
【図４】
2015100904.tif 000006
【図５】
2015100904.tif 000007
【図６】
2015100904.tif 000008
【図７】
2015100904.tif 000009
【図８】
2015100904.tif 000010
【図９】
2015100904.tif 000011
【図１０】
2015100904.tif 000012
【図１１】
2015100904.tif 000013
【図１２】
2015100904.tif 000014
【図１３】
2015100904.tif 000015
【図１４】
2015100904.tif 000016
【図１５】
2015100904.tif 000017