(57)【要約】【課題】足の簡単なリンク機構のみで体重移動して二足歩行する玩具で、リアルな歩行の遠隔操作とメカニカルな構造を楽しめる超小型と低価格に対応可能な二足歩行ロボット玩具を提供すること。【解決手段】左右の脚をクランクにより脚を交互に移動し歩行動作をするリンク機構と体重を移動し片脚を上げて歩行するための足を左右に上下傾動する簡単なリンク機構を一体に形成した一個の動力により歩行する歩行機構と、体が倒れないで方向転換できる足下の足回転体と補助ローラ機構および手に錘をつけて腕を左右に振ることで重心移動の補助をする腕振り機構を持つことを特徴とする。【選択図】図１
2015134125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一個の動力機構により歩行する玩具であって、左右の脚をクランクにより脚を交互に移動し歩行動作をするリンク機構と片脚を上げて歩行するための足を左右に上下傾動する足首傾動機構を有する二足歩行機構において、前記両脚の膝５または膝平行リンク４および膝５より下の脚部に足首駆動リンク７を取り付け足首駆動リンク７は足首従動リンク８に自在継手９により接続され足首従動リンク８と足１４は傾動足首１１に一体に取り付けられており、傾動足首支点１２は両足の最内側に形成され傾動足首支点１２より外側に足首従動リンク８の自在継手９を取り付けた二足歩行ロボット玩具。
【請求項２】
請求項1において、前記足１４の下に体を方向転換させるためのモーター駆動の回転体15を取り付け、回転体15を補助するローラ１８を回転体の軸１６より足の内側で回転体の外形より大きな円周上の周方向に回転可能に取り付けた二足歩行ロボット玩具。
【請求項３】
請求項1において、前記足１４の傾動で体を傾け体重を移動した方向に連動して左右に腕振りをする二足歩行ロボット玩具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二足歩行ロボット玩具に関し、特に1個の動力機構と脚のリンク機構のみで完全な二足歩行と超小型化が可能な歩行装置であり、更に両足裏に取り付けた回転体で方向転換ができ無線操縦が可能な超小型二足歩行機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界最小な無線操縦のヘリコプターが数千円で買え人気がある。高価なマイコン制御のロボットはあるがマニア向けで高価であり、超小型とリアルな二足歩行動作が可能で遠隔操作とメカニカルな構造を楽しめる低価格な二足歩行ロボット玩具であることが重要である。
【０００３】
歩行装置としては、例えば、特許文献1の平行リンク機構を用いて左右の脚を交互に持ち上げて二足歩行する装置が知られているが、歩行動作をする動力と片脚を上げて歩行するための足首を左右に傾動する動力機構の2個の動力が設けられており、更に重心移動の移動体と移動路が設けられている。
【０００４】
許文献2においては、一個の動力で複雑なカムとテコとリンク機構で胴体に収めたカムにより歩行動作と足首の傾動動作を行っている。
【０００５】
特許文献3においては、特許文献2の足部に回転部材を配置し本体に駆動手段を設けギヤで連結して方向転換動作を可能にしている。
【０００６】
非特許文献1においては特許文献2の歩行動作と足首傾動動作の原理構造であり、錘を振ることで方向転換動作を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2002-52483
【特許文献２】特開2001-259245
【特許文献３】特開2003-144767
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】坂本範行薯「これで歩く！二足歩行ロボット入門」オーム社出版
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献1の歩行機構は、重心移動するための左右の足首傾動動作は歩行とは別の動力装置で行っており僅か10度程度の足首傾動角度を制御するため減速比が大きな動力が必要であり歩行動作に合わせた足首傾動制御が必要となるため機構が複雑で大型で高価になる問題がある。
【００１０】
特許文献2の場合は、複数のカムやテコやリンク機構を使用して歩行動作と左右の足首傾動動作を1個の動力で行っているが胴体に収めたカムにより足首傾動動作まで動かすため部品点数が多く組立が複雑で高価になる。また動力伝達機構が複雑なためロボットの胴体部や全体の小型化は難しい。
【００１１】
特許文献3の場合は、体に内蔵した動力を足に伝達する構造が複雑で小型化が難しい。また足部の回転部材が小さく歩幅が大きいと開脚時の体の重心が前後に移動し回転部材の外側に重心が外れ倒れやすい問題がある。足を大きくしても脚全体が大きくなり転倒防止と小型化の対策は難しい。また回転体に重心が乗るように歩幅を狭くして前傾姿勢の動作を組み入れる必要がある。
【００１２】
非特許文献1においては、特許文献2の原理構造でありカムやリンクの代わりに脚の歩行動力部からワイヤーで足首を傾動する構造のものであり足首は蹴り上げ動作のみで直立できない。また、応用でワイヤーをチューブに通して脚に内設し、ワイヤーを引く動作とばねで戻す動作で足首を傾動する構造も可能だがワイヤーの摩擦やばねを伸縮させるための負荷が加わるためモーターと機構の小型化や組立が難しい。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するため、請求項1に係る発明は一個の動力機構により歩行する玩具であって、左右の脚をクランクにより脚を交互に移動し歩行動作をするリンク機構と片脚を上げて歩行するための足を左右に上下傾動する足首傾動機構を有する二足歩行機構において、前記両脚の膝５または膝平行リンク４および膝５より下の脚部に足首駆動リンク７を取り付け足首駆動リンク７は足首従動リンク８に自在継手９により接続され足首従動リンク８と足１４は傾動足首１１に一体に取り付けられており、傾動足首支点１２は両足の最内側に形成され傾動足首支点１２より外側に足首従動リンク８の自在継手９が取り付けられており、両脚の足１４は上下に互い違いに傾動し、足１４は開脚時に最大の上下傾動動作をして体を傾け両足が揃う付近でほぼ水平となり直立する動作をするもので、膝の上下動作を足の上下傾動動作に変換する簡単な構造の足首傾動リンク機構を脚下部に組み込んだ構造であり一個の動力と脚のリンク機構のみで脚の歩行動作と足首の傾動動作を行い歩行する二足歩行ロボット玩具である。
【００１４】
請求項２に係る発明は、前記足１４の下に体を方向転換させるためのモーター駆動の回転体15を取り付け、回転体が回転することで体の方向を変えるが、回転体１５を補助するローラ１８を回転体の軸１６より足の内側で回転体の外形より大きな円周上の周方向に回転可能に取り付けることで回転体を足と同等の大きさにすることと、転倒しないで方向転換を可能にした請求項1に記載の二足歩行ロボット玩具である。
【００１５】
請求項3に係る発明は、一個の動力で動く前記足１４の傾動に連動して体を傾け体重を移動した方向に腕を左右に振り、両腕の手の部分を錘として腕を振ることで足の傾動動作による重心移動に手の錘の重心移動分が加えられ足の傾動角度を小さく設定でき腕を振る動作でスムーズな歩行に見える二足歩行ロボット玩具である。
【発明の効果】
【００１６】
請求項1に係る発明によると、図１および図２の脚部のリンクのみで１個の動力で動力クランク１を回すと開脚時に足が最大の上下傾動動作をして体を傾け両脚が揃う付近で足はほぼ水平となり直立する足首上下傾動動作を連続して動作することで二足歩行が可能である。
【００１７】
開脚時に足が最大の上下傾動動作をして体を傾け両脚が揃う付近で足はほぼ水平となる足は、足を下に蹴り上げる動作があると体が起き上がり足を上に跳ね上げる動作の傾斜で体が傾き体重移動するため錘を左右に移動しなくても体を起こし体重移動が可能になる。足首支点１２は体重移動がしやすいように足の最内側の位置に設けており、足を下に蹴り上げる動作で体の重心が軸脚の足の内外側から足首支点を越えると体重で軸脚の足を上に跳ね上げた傾斜側に倒れる。
【００１８】
例えば足首傾動構造を左右の脚が揃う付近で足の傾動角度が最大となり開脚時に直立する動作の設計も可能だが、歩行動作と足首傾動の位相をずらすため脚駆動用のクランクシャフト２８上部からの駆動が必要となり足の傾動駆動構造が複雑になる問題がある。
【００１９】
また、例えば非特許文献1の足の傾動動作をチューブに通したワイヤーとばねで構成する場合はワイヤーの摩擦やばねを伸縮させるための負荷が加わるためモーターや機構の小型化が難しいが、発明品はギヤとリンクジョイントの摩擦のみで足首傾動動作への変換効率が高く動作が確実で足首傾動の調整も容易にできることから、1個の動力機構のみで作動するリアルな歩行で超小型に対応可能な二足歩行ロボット玩具ができる。
【００２０】
請求項2に係る発明によると、前記足１４の下に体の向きを替えるためのモーター駆動の足回転体１５を取り付け、前記回転体の回転を補助する補助ローラ１８を足回転体の軸１６より足の最も内側で回転体の外形より大きな円周上の周方向に回転可能に取り付けることにより、足回転体１５の径を足１４程度に小さくでき補助ローラ１８が開脚時の前後の重心を支えることで転倒しないで旋回動作が可能になり足の幅を小さくすることで全体の小型化ができる。
【００２１】
例えば回転体を大きくしても円形では重心が外れやすく両足の幅が広くなり小型化はできない。また回転体を前後に長くする場合は回転体が干渉するため３６０度回転はできないので回転体１５とギヤ１７の間に摩擦板クラッチを付けて１０〜１５度程度旋回させて足を上げた際にクラッチが切れバネの力で前方向きに戻す機構と回転体が傾かない軸受が必要になり複雑で大きくなる。更に旋回角度分は回転体が干渉しないように逃がす必要があり足の内側に重心が外れやすい。
【００２２】
請求項3に係る発明によると、足１４の上下傾動動作で重心移動すると傾動角度が大きいほど片足でのバランスが良くなるが傾きすぎると歩行動作がぎくしゃくする。そこで腕と手の錘を左右に振り体重移動の補助をすることで足の傾動角度を小さく設定することができ歩行がスムーズに見える効果がある。また腕を振ることでリアルな二足歩行動作に見える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】二足歩行ロボット玩具の脚部の実施形態を示した図である。
【図２】二足歩行ロボット玩具の足首駆動リンクと歩行動作を示す構造図である。
【図３】足裏の回転体と補助ローラを示す構造図である。
【図４】二足歩行ロボット玩具の全体構造図と上面図のＡ-Ａ’断面図である。
【図５】二足歩行ロボット玩具の側面図のＢ-Ｂ’断面図である。
【図６】二足歩行ロボット玩具の正面右斜上鳥瞰図である。
【図７】二足歩行ロボット玩具の背面左斜上鳥瞰図である。
【図８】二足歩行ロボット玩具の腕振り動作の正面図と下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明の二足歩行ロボット玩具の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1においては、1個の動力機構で回転する動力クランク１と左右の脚の簡単なリンク機構のみで完全な二足歩行する歩行機構であり、動力クランク１は左右１８０度の位相で取り付けられておりクランク部にはクランク従動リンク２が取り付けられている。片脚のリンクは二つの四辺形で構成されており脚上は脚上リンク３が２個と膝平行リンク４が１個で形成され脚下は脚下リンク６が１個とクランク従動リンク２が１個と足首平行リンク１０が１個で形成されており、動力クランク１が回転すると２個の脚が図２の側面図のように前後に歩行動作をする。
【００２５】
膝５は脚上リンク３と膝平行リンク４と脚下リンク６とクランク従動リンク２が回転可能にジョイントし後ろ側の膝の５には足首駆動リンク７が回転自在に取り付けられている。足首平行リンク１０には傾動足首１１が左右に傾動自在に取り付けられており傾動足首１１には足１４と足首従動リンク８が一体に形成されている。足首従動リンク８は足首駆動リンク７が傾動足首支点１２より外側に自在継手９により取り付けられている。足首駆動リンク７はシャフトとブロックで構成され足角度調整ネジ１３で足首駆動リンク７の長さを調整することにより足首傾動角度を調整することができる。
【００２６】
例えば、図２の脚のリンク長さを３０ｍｍとした場合、開脚時に左右の脚の膝から足首までの脚の高さは２６．４ｍｍと２９．９ｍｍとなり、膝の高さの差３．５ｍｍを中心振り分けし、足首が上下に±７〜１０度程度に傾くように足首駆動リンク７や足首従動リンク８の取り付け位置やリンク長さを決めている。そして両足が揃った位置で足首がほぼ垂直になるように足首駆動リンク７の長さを調整し足角度調整ネジ１３でロックすると左右の足首が同じ角度で上下に傾動動作する。
【００２７】
図２に示すように例えば脚のリンク長さを３０ｍｍでクランク作用点8のクランク作用点の偏心距離を３．５ｍｍとした場合、前記クランク作用点が上下の位置で歩幅は最大２４．６ｍｍで歩行動作をする。実施例の図５は身長１３７ｍｍであるが脚の回転部材が無い場合は身長１００mm程度の二足歩行ロボット玩具も可能である。
【００２８】
図３は足旋回機構を備えた二足歩行ロボット玩具の実施形態を示した構造図であり、足１４の下に足回転体１５を設け足の上部にマイクロモータギヤボックス２１を設けている。マイクロモータは外経φ４ｍｍでモジュール０．３のウォームギヤ１９が取り付けられており足回転体１５は１／５１６０に減速されて回転する。足回転体15を補助するローラ１８は回転体の軸１６より足の最も内側で回転体の外形より大きな円周上の周方向に回転可能に取り付けてあり後ろ脚を持ち上げる際に後ろ内側に倒れやすいのを防ぐことができる。
【００２９】
図４においては、二足歩行ロボット玩具の正面図と上面のＡ−Ａ‘断面図であり、動力クランク１のクランクシャフト２８に偏心カム２２を取り付け偏心カム従動リンク２３が偏心カム２２の回転により上下運動する。偏心カム従動リンク２３は腕振リンク２４に接続され両肩リンク２５をシーソー運動させる。腕２６は図８のように軸脚になる足を上に跳ね上げた側に腕２６と手の錘２７を振ることで重心移動を補助し足首傾動角度を小さく設定できて歩行がスムーズに見える。
【００３０】
図５においては、二足歩行ロボット玩具の側面図のＢ−Ｂ‘断面図であり、歩行の動力として頭部後ろにφ６マイクロモータ３３を２個設けギヤ２９で減速しカップリング３１でウォームギヤ３０と連結しギヤ２９からクランクシャフト２８の両端の動力クランク1を回転させている。
【００３１】
歩行用マイクロモータ３３と体の向きを変える旋回用マイクロモータ２０はリチウムポリマー電池３４で駆動され無線制御基盤３５で操作できる。
【００３２】
図６においては、両脚の動力クランク１の外輪面に接触するように導電ブラシ３６が取り付けられており前記の動力クランクの外輪面には約１８０度で互い違いにＯＮ／ＯＦＦするように導通面と絶縁面を設け接地している軸脚側のモーター２０のみが回転するようにしている。
【００３３】
図７は背面左斜上鳥瞰図を示す。
【００３４】
図8は背面図と下面図であり歩行と腕振りの状態を示す。
【実施例】
【００３５】
リアルな歩行の遠隔操作とメカニカルな構造を楽しめる低価格で超小型化に対応可能な二足歩行ロボット玩具。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
超小型二足歩行ロボット玩具。
【符号の説明】
【００３７】
1.動力クランク
2.クランク従動リンク
3脚上リンク
4.膝平行リンク
5.膝
6.脚下リンク
7.足首駆動リンク
8.足首従動リンク
9.自在継手
10.足首平行リンク
11.傾動足首
12.傾動足首支点
13.足角度調整ネジ
14.足
15.足回転体
16.足回転体の軸
17.足回転体ギヤ
18.補助ローラ
19.ウォームギヤ
20.φ４マイクロモータ
21.ギヤボックス
22.偏心カム
23.偏心カム従動リンク
24.腕振リンク
25.肩リンク
26.腕
27.手の錘
28.クランクシャフト
29.ギヤ
30.ウォームギヤ
31.カップリング
32.ギヤ
33.φ６マイクロモータ
34.リチウムポリマー電池
35.無線制御基板
36.導電ブラシ
【図１】
2015134125.tif 000003
【図２】
2015134125.tif 000004
【図３】
2015134125.tif 000005
【図４】
2015134125.tif 000006
【図５】
2015134125.tif 000007
【図６】
2015134125.tif 000008
【図７】
2015134125.tif 000009
【図８】
2015134125.tif 000010