(57)【要約】  本発明の移動体は、本体（３）と、本体（３）下部の左右に、脚アクチュエータによって本体（３）の進行方向と垂直な水平軸（Ｙ）回りのピッチ方向に回動可能に取り付けられ、鉛直方向に長手方向を有して延びる一対の脚フレーム（１０Ｌ、１０Ｒ）と、脚フレーム（１０Ｌ、１０Ｒ）の本体（３）下と接続される一方端と反対側の他方端に本体（３）の進行方向の軸回りのロール方向に駆動可能な左右一対のロールアクチュエータ（１１Ｌ、１１Ｒ）と、ロールアクチュエータ（１１Ｌ、１１Ｒ）の出力部に備えられる足首部材（１２Ｌ、１２Ｒ）と、足首部材（１２Ｌ、１２Ｒ）に取り付けられる車輪アクチュエータ（１３Ｌ、１３Ｒ）と、脚アクチュエータとロールアクチュエータ（１１Ｌ、１１Ｒ）と車輪アクチュエータ（１３Ｌ、１３Ｒ）とを制御する制御装置（１Ｅ）とを備えている。
2014141356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、
前記本体下部の左右に、脚アクチュエータによって前記本体の進行方向と垂直な水平軸回りのピッチ方向に回動可能に取り付けられ、鉛直方向に長手方向を有して延びる一対の脚フレームと、
前記脚フレームの前記本体と接続される一方端と反対側の他方端に前記本体の進行方向の軸回りのロール方向に駆動可能な左右一対のロールアクチュエータと、
前記ロールアクチュエータの出力部に備えられる足首部材と、
前記足首部材に取り付けられる車輪アクチュエータと、
前記車輪アクチュエータにより回転駆動される左右一対の車輪と、
前記脚アクチュエータと前記ロールアクチュエータと前記車輪アクチュエータとを制御する制御装置とを
備えることを特徴とする移動体。
【請求項２】
請求項１記載の移動体において、
前記制御装置は、
前記脚フレームのうち一方を前記脚アクチュエータにより前記本体の前方に前記ロールアクチュエータの出力軸が鉛直方向になるまで回動し、前記脚フレームのうち他方を前記脚アクチュエータにより前記本体の後方に前記ロールアクチュエータの出力軸が鉛直方向になるまで回動した状態とする直列２輪モードとし、当該直列２輪モードの状態で前記一対の車輪を回転駆動して前記移動体を移動させる
ことを特徴とする移動体。
【請求項３】
請求項２記載の移動体において、
一方の前記車輪の地面との接地点と他方の前記車輪の地面との接地点と前記移動体の重心とは、上面視で一直線上または一直線に沿った方向であり、
前記制御装置は、
前記一方の車輪と前記他方の車輪とを、それぞれ前記ロールアクチュエータにより前記一直線に沿った向きとして前記車輪アクチュエータで回転駆動する
ことを特徴とする移動体。
【請求項４】
請求項２または請求項３の何れか一項に記載の移動体において、
前記制御装置は、
前記車輪を、前記脚アクチュエータと前記ロールアクチュエータとにより同軸とした状態で、前記車輪により移動する平行２輪モードと、
前記直列２輪モードとを、移動速度によって選択する
ことを特徴とする移動体。
【請求項５】
請求項４に記載の移動体において、
前記制御装置は、
前記平行２輪モードにおいて、
左右の前記車輪の路面との接地点間の距離が長くなるように、前記ロール方向に前記車輪の少なくとも一方を前記ロールアクチュエータにより回動させる
ことを特徴とする移動体。
【請求項６】
請求項５記載の移動体において、
前記制御装置は、
前記左右の車輪を前記ロールアクチュエータにより前記ロール方向に回動させる
ことを特徴とする移動体。
【請求項７】
請求項５記載の移動体において、
前記制御装置は、
路面が前記ロール方向に傾斜している場合、
前記路面上の上方に位置する前記車輪を前記ロールアクチュエータにより前記ロール方向に回動させる
ことを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、移動速度に応じて姿勢を変化させることが可能な移動体についての技術としては、例えば下記の特許文献１に記載される技術が知られている。【０００３】
特許文献１に開示されている方法によれば、人間型のロボットであるヒューマノイドロボットの左右の脚の先端に無限回転ヨー軸関節を介してゴム車輪を取り付ける。そして、無限回転ヨー軸関節の向きをロール軸関節(進行方向を軸とする関節)によって直立の状態(ゴム車輪が直立した状態)(特許文献１の図３参照)と９０度折れ曲がった状態(ゴム車輪が倒れた状態)(特許文献１の図１参照)とを切り替える。
これにより、ゴム車輪が倒れた状態の２足歩行と、ゴム車輪が直立した状態の車輪型倒立振子移動とを切り替えての移動が可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２８８５６１号公報(図１、図３等)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の特許文献１の技術では、高速走行時に、図３(特許文献１)に示すように、倒立振子移動によって、左右方向に揃って配置される左右の車輪で移動するため、路面の凹凸等との衝突により片側の車輪が跳ね上げられた場合、もう片側の車輪だけでヒューマノイドロボットを支えることとなるため、ロール方向（左右方向）への安定を損なう可能性がある。
また、高速走行時に、ヒューマノイドロボットの体が高速走行に起因する空気抵抗を受けて不安定となり、転倒するおそれが潜在する。【０００６】
本発明は上記実状に鑑み、低速走行、高速走行に拘らず安定性が高い移動体の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、請求項１の移動体は、本体と、前記本体下部の左右に、脚アクチュエータによって前記本体の進行方向と垂直な水平軸回りのピッチ方向に回動可能に取り付けられ、鉛直方向に長手方向を有して延びる一対の脚フレームと、前記脚フレームの前記本体と接続される一方端と反対側の他方端に前記本体の進行方向の軸回りのロール方向に駆動可能な左右一対のロールアクチュエータと、前記ロールアクチュエータの出力部に備えられる足首部材と、前記足首部材に取り付けられる車輪アクチュエータと、前記車輪アクチュエータにより回転駆動される左右一対の車輪とを備えており、前記脚アクチュエータと前記ロールアクチュエータと前記車輪アクチュエータとは制御装置により制御される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、低速走行、高速走行に拘らず安定性が高い移動体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態１に係わるロボットの全体を示す斜視図。
【図２】実施形態１のロボットの左脚を斜め後ろ側から見た斜視図。
【図３】ロボットの制御ブロック図。
【図４】(ａ)、(ｂ)は、ロボットが移動速度に応じてとる姿勢を示す斜視図。
【図５】ロボットの直列２輪モードでのステアリング角度を示す上面図。
【図６】(ａ)、(ｂ)は、ロボットの平行２輪モードで走行中にロール方向に不安定になった状態から復帰するまでの状態を示す前面図。
【図７】(ａ)、(ｂ)は、他例のロボットの平行２輪モードで走行中にロール方向に不安定になった状態から復帰するまでの状態を示す前面図。
【図８】平行２輪モードでのロボットを前方から見た前面図。
【図９】平行２輪モードでのロボットのロール方向の安定性を高めた状態を示す前面図。
【図１０】変形例１の路面がロール方向に傾いている場合にロボットのロール方向の安定性を高めた状態を示す前面図。
【図１１】本発明の実施形態２に係わるロボットを前方から見た前面図
【図１２】実施形態２のロボットの左右の車輪をロールアクチュエータで回動した例を示すロボットを前方から見た前面図。
【図１３】実施形態２の変形例の路面がロール方向に傾いている場合にロボットのロール方向の安定性を高めた状態を示す前面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
＜＜実施形態１＞＞
図１は、本発明の実施形態１に係わるロボットの全体を示す斜視図である。
本発明の実施形態１に係わるロボット１は、胴体３の下部に左右一対の移動手段の左脚６と右脚７を備え、さらに移動速度によって姿勢を２つのモード(図４(ａ)、(ｂ)参照)に変形する機能を備えている。移動速度によって姿勢を２つのモードに変形することで、ロボット１は、低速走行、高速走行などの走行速度に拘わらず、安定走行が可能である。
【００１１】
ロボット１は、胴体３の下部左右に２本の脚部の左脚６と右脚７とを備え、胴体３を支えている。２本の脚部の左脚６および右脚７は、ロボット１の移動に用いられ、主に水平な地面上を移動する際に用いられる。
胴体３の左右両側には、２本の腕部の左腕４と右腕５とを備えている。左腕４と右腕５は、物体を把持したり、人間とのコミュニケーションを行うなどの作業に用いられる。
そして、胴体３の上方には頭部２を備えている。
【００１２】
胴体３には、各部、つまり左・右脚６、７や左・右腕４、５、頭部２、胴体３などの動作を制御する制御装置１Ｅ(図３参照)と、胴体３の重力方向(鉛直方向)に対する傾斜角度、角速度を検出する傾斜センサ２０(図３参照)とを内部に搭載している。傾斜センサ２０は、電解液技術やジャイロ技術などが用いられる。
胴体３または頭部２は、不図示の距離センサなどの周囲環境の物体位置を認識するセンサを備えている。距離センサは、光や音波の反射波などを利用して距離を測定する。
【００１３】
ここで、図１に示すように、ロボット１の進行方向をＸ軸とし、Ｘ軸の軸回りの回転方向をロール(Ｒoll)方向、Ｘ軸と直角で水平面と平行な軸をＹ軸、Ｙ軸の軸回りの回転方向をピッチ方向(Pitch)、Ｘ軸とＹ軸と直交する軸をＺ軸、Ｚ軸の軸回りの回転方向をヨー(Yaw)方向と称する。以降では、特別な表記のない場合はこれを用いるものとする。
【００１４】
図２は、実施形態のロボットの左脚を斜め後ろ側から見た斜視図である。
ロボット１が備える左脚６と右脚７は、構成要素やその構成要素の働きが等しく、かつ、構造がＸ−Ｚ平面に対して対称(面対称)であるため、ここでは左脚６について説明し、右脚７に関しての説明は省略する。
【００１５】
左脚６は、脚フレーム１０ＬがＺ方向(鉛直方向)に上下に延び、その長手方向下端にロールアクチュエータ１１Ｌを備えている。ロールアクチュエータ１１Ｌには、車輪１４Ｌが固定されている。また、ロールアクチュエータ１１Ｌには、車輪１４Ｌをピッチ方向(Ｙ軸回り)に回動させる車輪アクチュエータ１３Ｌが接続されている。
【００１６】
ロールアクチュエータ１１Ｌは、脚フレーム１０Ｌに対して、車輪１４Ｌを、Ｘ軸の軸回りのロール方向(図２の矢印α１方向)に回動させる機能をもつ。
ロールアクチュエータ１１Ｌは、例えば電動モータ(ステッピングモータなど)の様な動力源と減速機と角度検出器（ロータリエンコーダやポテンショメータなど）を内蔵している。ロールアクチュエータ１１Ｌは、後記の制御装置１Ｅの制御により、接続された構成要素である車輪１４Ｌを指令値に従ってロール方向(Ｘ軸回り)(図２の矢印α１方向)に駆動する。
【００１７】
また、左脚６の脚フレーム１０Ｌは、車輪１４Ｌの最大可動範囲と交錯、すなわち接触または当接しないように、車輪１４Ｌの最大可動範囲を空ける形状に湾曲した凸状の湾曲部１０Ｌ１を有して形成されている。凸状の湾曲部１０Ｌ１により、車輪１４Ｌの動作中に、車輪１４Ｌが脚フレーム１０Ｌに接触することがない。
【００１８】
脚フレーム１０Ｌの一方のロールアクチュエータ１１Ｌとの接続部(下端部)に対する他方端(上端部)は、脚フレーム１０Ｌに内蔵されたアクチュエータ(脚アクチュエータ)(図示せず)を介して胴体連結フレーム９Ｌと接続されている。脚フレーム１０Ｌは、制御装置１Ｅの制御により、指令値に従い胴体連結フレーム９Ｌに対して、図２の矢印α２方向(Ｙ軸回りのピッチ方向)に回転運動を行う。つまり、胴体連結フレーム９Ｌと脚フレーム１０Ｌとは、脚フレーム１０Ｌに内蔵されたアクチュエータ(脚アクチュエータ)の働きにより、図２の矢印α２方向(ピッチ方向)に、相対回転運動を行う構成である。
【００１９】
ロールアクチュエータ１１Ｌは出力部をロール方向(進行方向のＸ軸回り)(図２の矢印α１方向)に駆動可能であり、出力部には足首ハブ１２Ｌが固定され接続されている。
足首ハブ１２Ｌは、車輪アクチュエータ１３Ｌをロールアクチュエータ１１Ｌの駆動軸(進行方向のＸ軸方向)と車輪アクチュエータ１３Ｌの駆動軸(左右方向のＹ軸方向)とが直交するように備えられている。図２の例では車輪アクチュエータ１３Ｌは、駆動軸をＹ軸方向に有している。
【００２０】
車輪アクチュエータ１３Ｌは、制御装置１Ｅの制御により、指令値に従って、車輪１４ＬをＹ軸回りのピッチ方向に駆動(回動)する。車輪アクチュエータ１３Ｌは、例えば電動モータの様な動力源と電動モータの回転を減速して車輪１４Ｌに伝達する減速機と角度検出器（ロータリエンコ―ダやポテンショメータなど）を内蔵している。
【００２１】
図３は、ロボットの制御ブロック図である。
ロボット１は、制御に係わる構成要素の一部として、制御装置１Ｅと、前記した傾斜センサ２０と、ロールアクチュエータ１１Ｌ、１１Ｒおよび車輪アクチュエータ１３Ｌ、１３Ｒとを備えている。
傾斜センサ２０は、前記したように、胴体３に搭載され、胴体３の重力方向(鉛直方向)に対する傾斜角度、角速度を検出する。
【００２２】
制御装置１Ｅは、マイクロコンピュータとＡ／Ｄ・Ｄ／Ａ変換器、センサ信号回路、アクチュエータ駆動回路などの周辺回路とが実装されている。制御装置１Ｅは、不揮発性メモリのＲＯＭ(Read Only Memory)やフラシュメモリなどに搭載される制御プログラムを実行することにより、ロボット１の制御を行う。
【００２３】
例えば、制御装置１Ｅは、傾斜センサ２０が検出した情報(センサ検出信号)を基に、胴体３の重力方向(鉛直方向)に対する傾きと角速度を目標値に一致させるように、ロールアクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒ，車輪アクチュエータ１３Ｌ，１３Ｒなどを、フィードバック制御などで適切に制御する。胴体３の鉛直方向に対する傾きと角速度の目標値は、上述の制御プログラムソースに設定値として記述されたり、テーブルなどに既設定されている。
【００２４】
図４(ａ)、(ｂ)は、ロボットが移動速度に応じてとる姿勢を示す斜視図である。
図４(ａ)は、ロボット１が比較的低速移動時にとる姿勢である。このロボット１の姿勢を以降では平行２輪モードと称する。
平行２輪モードでは、左脚６と右脚７をＺ軸と略平行(略鉛直方向)とし、左・右脚６、７のそれぞれの先端の車輪１４Ｌ、１４Ｒを、ピッチ方向(図４(ａ)のα３方向)の倒立振子である胴体３を図４(ａ)に示す姿勢を維持するように、図３の制御装置１Ｅの制御により傾斜センサ２０が検出した情報(センサ検出信号)を基に、制御する。
平行２輪モードの姿勢では、ロボット１のフットプリント（対地投影面積）が小さいため、主に混雑した状況下や、人ごみの中等で障害物に衝突せずに移動することができる。
【００２５】
図４(ｂ)は、ロボット１が比較的高速移動時にとる姿勢である。このロボット１の姿勢を以降では直列２輪モードと称する。
直列２輪モードは、左脚６と右脚７をＸ軸(ロボット１の進行方向の軸)と略平行となる位置まで前後に開き、それぞれの左・右脚６、７の先端の車輪１４Ｌ，１４Ｒにより移動するモードである。このとき、ロールアクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒは出力軸の方向がＺ軸方向(鉛直方向)となるため、ロールアクチュエータ１１Ｌ、１１Ｒ(図２参照)を図４(ｂ)のようにして動作させることにより、車輪１４Ｌ、１４Ｒはステアリング動作(方向変更の動作、図４(ｂ)の矢印α４方向の動作)を行うことができる。
【００２６】
直列２輪モードでは、進行方向の軸であるＸ軸回りの左右方向（ロール方向）に対して不安定であるので、図３の制御により、車輪１４Ｌ、１４Ｒの回転速度及びロールアクチュエータ１１Ｌ、１１Ｒ(図２参照)の動作によるステアリング角度を適切に制御することで、ロール方向のロボット１の姿勢安定化が行われる。
【００２７】
この姿勢は、進行方向(Ｘ軸方向)に対して地面Ｇとのロボット１の接地点とロボット１の重心が直線にあるため、どちらか片側の車輪１４Ｌ，１４Ｒが地面Ｇの路面凹凸により跳ね上げられてもＸ軸回りのモーメントが発生せず、Ｘ軸回りのロール方向への運動が発生しない。
また、車輪１４Ｌ，１４Ｒとロボット１の重心とを結ぶ方向である前後方向への回転運動(左右のＹ軸回りのピッチ方向)は多少発生するが、車輪１４Ｌ、１４Ｒの地面Ｇとの接地点が十分離れた位置にあるためＹ軸回りのピッチ方向のモーメントに対する接地点までのウデの長さが長く、ロボット１全体の安定を損なう程ではない。
【００２８】
また、図４(ａ)に示す平行２輪モードに比較して、胴体３を支える左脚６と右脚７をＸ軸に沿った方向に前後に開いていることから、ロボット１の重心が低く、安定性を高めることができる。
【００２９】
そのため、ロボット１が転倒した場合でも、その重心の位置変化が小さいために位置エネルギの変化が小さく、地面Ｇとロボット１が接触した時の転倒の際の衝撃力(衝撃エネルギ)が比較的小さい。よって、ロボット１が転倒した際のフレーム等へのダメージは少ない。
なお、図４(ｂ)では、右脚７を前に回転させ、左脚６を後ろに回転させて直列２輪モードとしているが、右脚７を後ろ、左足６を前とした姿勢の直列２輪モードとしてもよく、どちらの左・右足６、７が前になるか限定されない。
【００３０】
図５は、直列２輪モードでロボット１が直進中のステアリング角度を説明するための図であり、ロボットの直列２輪モードのステアリング角度を示す上面図である。図５は、ロボット１をＺ軸上方から見た状態を示している。
走行時のロボット１の姿勢の安定性を向上させるためには，車輪１４Ｒの地面Ｇとの接地点Ｇａと車輪１４Ｌの地面Ｇとの接地点Ｇｂを通る直線状または該直線に沿った方向にロボット１の重心１Ｇがあり、さらにその直線の向き(方向)または該直線に沿った向き(方向)にロボット１の進行方向と一致させることが望ましい。
【００３１】
これにより、車輪１４Ｒの接地点Ｇａと車輪１４Ｌの接地点Ｇｂを通る直線状にロボット１の重心１Ｇがあるため、ロボット１の進行方向に対して、車輪１４Ｒ、１４Ｌが接地点Ｇａ、Ｇｂから受ける左右方向(ロボット１の側方)のモーメントのウデの長さが“０”となり、ロボット１に加わる進行方向に対しての左右方向のモーメント＝０となる。
【００３２】
そのため、車輪１４Ｌ、１４Ｒの何れかまたは両方が路面ｇ１で乗り上げた場合にも、ロボット１にＸ軸回りのロール方向のモーメントの発生を可及的に抑制でき、ロボット１のロール方向の安定性を高めることができる。
【００３３】
図５に示すこの場合のステアリングの初期状態（車輪１４Ｒ、１４Ｌの進行方向との左・右足７、６の長手方向が一致した状態）からの左・右足７、６の変位角度θ(傾斜角度)は以下の式(１)で表される。つまり、車輪１４Ｌ、１４Ｒの方向をロールアクチュエータ１１Ｌ、１１Ｒにより、角度θ傾斜させればよい。
【数１】
2014141356.tif 000003
【００３４】
＜平行２輪モードでのロボット１の横傾きの対応＞
図６、図７は、それぞれロボットの平行２輪モードで走行中にロール方向に不安定になった状態から復帰するまでの状態を示す前面図である。
ロボット１が平行２輪モードで走行している場合、図６(ａ)に示すように、ロボット１の重心１Ｇが高いために路面ｇ１の凹凸等に車輪１４Ｒが乗り上げることにより、しばしば片輪(図６(ａ)の車輪１４Ｒ)が浮いてしまうという現象が生じる。図６(ａ)では、車輪１４Ｒが路面ｇ１の段差からの衝撃を受け、ロボット１全体が傾いた状態を示す。
【００３５】
そこで、車輪１４Ｌをロールアクチュエータ１１Ｌ(図２参照)により紙面上で右回り(図６(ｂ)の矢印β１方向)に駆動することで、図６(ａ)に示す車輪１４Ｌの路面ｇ１との接地点ｇ１ａを、紙面右方向に移動させて接地点ｇ１ｂ(図６(ｂ)参照)とし、ロボット１が傾いた状態から、ロボット１が直立した状態に復帰させる。
【００３６】
これとは逆に、車輪１４Ｌが路面ｇ１の段差からの衝撃を受け、車輪１４Ｌが浮いてしまい(図７(ａ)参照)ロボット１全体が傾いた場合、車輪１４Ｒをロールアクチュエータ１１Ｒにより紙面上で左回り(図７(ｂ)の矢印β２参照)に駆動する。これにより、図７(ａ)に示す車輪１４Ｒの路面ｇ１との接地点ｇ１ｃを、紙面左方向に移動させて接地点ｇ１ｄ(図７(ｂ)参照)とし、ロボット１が傾いた状態から、ロボット１が直立した状態に復帰させる。
【００３７】
このように、ロールアクチュエータ１１Ｌ、１１Ｒは、平行２輪モードではロボット１のロール方向(Ｘ軸回り)の安定を高めることに用いられ、直列２輪モードでは、ロボット１の向きを変えるステアリング(図４(ｂ)参照、Ｚ軸回りのヨー方向)に用いることができる。
【００３８】
＜平行２輪モードでのロール方向の安定性の向上＞
図８は、平行２輪モードでのロボットを前方から見た前面図である。
平行２輪モードでは、ロボット１は、図８に示すように、車輪１４Ｒ、１４Ｌがそれぞれ直立状態にある。この場合、車輪１４Ｒ、１４Ｌの路面ｇ１とのそれぞれの接地点ｇ１ｅ、ｇ１ｆ間は接地点距離ｓ１であり、必ずしも大きいものでない。
ここで、ロボット１の進行方向であるＸ軸回りのロール方向の安定性は、接地点ｇ１ｅ、ｇ１ｆをそれぞれ通る鉛直線までのロボット１の重心１Ｇからの距離で決まる。
【００３９】
何故なら、ロボット１がＸ軸回りのロール方向に傾いた場合、車輪１４Ｒ、１４Ｌの接地点ｇ１ｅ、ｇ１ｆでの踏ん張り力が同じでも、接地点ｇ１ｅ、ｇ１ｆをそれぞれ通る鉛直線までのロボット１の重心１Ｇからの距離が長い方が、ロボット１にかかるロール方向に傾けるモーメントに抵抗するロボット１の車輪１４Ｒ、１４Ｌの接地点ｇ１ｅ、ｇ１ｆの踏ん張り力によるモーメントが大きくなるからである。
【００４０】
一方、接地点ｇ１ｅ、ｇ１ｆをそれぞれ通る鉛直線までのロボット１の重心１Ｇからの距離が短い場合、ロボット１にかかるロール方向に傾けるモーメントに対して、傾かないように抵抗するロボット１の車輪１４Ｒ、１４Ｌの接地点ｇ１ｅ、ｇ１ｆでの踏ん張り力によるモーメントが小さくなる。
【００４１】
図９は、平行２輪モードでのロボットのロール方向の安定性を高めた状態を示す図である。
そこで、図８に示す状態から、図９に示すように、車輪１４Ｒ、１４Ｌをそれぞれロールアクチュエータ１１Ｌ、１１Ｒを用いて矢印β３方向に回動させる。これにより、図８の車輪１４Ｒ、１４Ｌの接地点ｇ１ｅ、ｇ１ｆ間距離ｓ１を、図９の車輪１４Ｒ、１４Ｌの接地点ｇ１ｇ、ｇ１ｈ間距離ｓ２に広げ、ロボット１の接地点ｇ１ｅ、ｇ１ｆの踏ん張り力によるモーメントを大きくし、ロボット１のロール方向の安定性を高めることができる。
【００４２】
なお、車輪１４Ｒ、１４Ｌのロール方向の回動角度は同じでなくともよいが、ロボット１の重心１Ｇ回りのロール方向のモーメントが同じになるように車輪１４Ｒ、１４Ｌのロール方向の回動角度を制御するのが好ましい。
【００４３】
上記構成によれば、ロボット１の低速走行時にはフットプリントの小さい平行２輪モードで障害物の多い空間を移動可能であり、高速走行する時には低重心で安定性の高い直列２輪モードに姿勢を変化することが可能である。換言すれば、移動速度に応じた姿勢変化を行い、ロボット１の移動時の安定性を高めることが可能である。
また、車輪１４Ｌ、１４Ｒの路面ｇ１との接地点間距離が広がるようにロール方向に回動させることで、ロール方向に安定性高めたロボット１を実現できる。
【００４４】
＜実施形態１の変形例＞
図１０は、実施形態１の変形例である路面がロール方向に傾いている場合にロボットのロール方向の安定性を高めた状態を示す前面図である。
路面ｇ１が車輪１４Ｒが高く車輪１４Ｌが低くロール方向に傾いている場合、傾斜センサ２０でロボット１の傾きから路面ｇ１の傾きを検出する。
【００４５】
そして、路面ｇ１の上方に位置する車輪１４Ｒをβ４方向に回動させて車輪１４Ｌ、１４Ｒの地面ｇ１との接地点間距離ｓ３を、図８の接地点ｇ１ｅ、ｇ１ｆ間距離ｓ１から、広くすることで、ロボット１の安定性を高めることができる。
なお、図１０とは異なり、路面ｇ１が車輪１４Ｌ高く車輪１４Ｒが低くなるようにロール方向に傾いている場合、傾斜センサ２０でロボット１の傾きから路面ｇ１の傾きを検出し、車輪１４Ｌ、１４Ｒの路面ｇ１との接地点間距離に広くなるように、路面ｇ１の上方に位置する車輪１４Ｌをロール方向に回動させることで、ロボット１の姿勢を保って安定性を向上させることができる。
【００４６】
この場合、ロボット１の重心１Ｇ回りの接地点ｇ１ｉ、ｇ１ｊでのそれぞれのロール方向のモーメントが同じくなるように制御するのが好ましい。この際、姿勢毎に、ロボット１の各部の重心位置から現姿勢のロボット１の重心１Ｇの位置を求めてもよい。或いは、予めロボット１の様々な姿勢毎の重心１Ｇの位置を予め求め、テーブルなどに既設定しておき、実際の路面ｇ１上のロボット１の姿勢の重心１Ｇの位置を当該テーブルから検索して求めてよい。
【００４７】
このように、制御装置１Ｅは、ロボット１の平行２輪モードにおいて、路面ｇ１がロール方向に傾いている場合、左右の車輪１４Ｌ、１４Ｒの路面ｇ１との接地点間距離ｓ２が長くなるように、車輪１４Ｌ、１４Ｒのうち上方側の何れか一方を進行方向の軸回りのロール方向にロールアクチュエータ１１Ｌ、１１Ｒにより回動させることで、車輪１４Ｌ、１４Ｒの路面ｇ１との接地点間の距離を延ばして、ロボット１の安定性を高めることが可能である。
【００４８】
＜＜実施形態２＞＞
図１１は、本発明の実施形態２に係わるロボットを前方から見た前面図である。
実施形態２のロボット２１は、実施形態１のロボットの左右の足を入れ替えた例である。
つまり、ロボット２１は、胴体３の下部の右側に左脚６が接続されており、胴体３の下部の左側に右脚７が接続されている。これにより、脚フレーム１０Ｌの凸状の湾曲部１０Ｌ１が外方に突出して形成され、脚フレーム１０Ｒの凸状の湾曲部１０Ｒ１が外方に突出して形成されている。
【００４９】
すなわち、胴体３の下部の右側に左脚６の脚フレーム１０Ｌ、車輪１４Ｌ、ロールアクチュエータ１１Ｌ、車輪アクチュエータ１３Ｌが配置されている。脚フレーム１０Ｌは、脚フレーム１０Ｌに内蔵されたアクチュエータ(図示せず)(脚アクチュエータ)を介して胴体連結フレーム９Ｒと接続されている。
【００５０】
一方、胴体３の下部の左側に右脚７の脚フレーム１０Ｒ、車輪１４Ｒ、ロールアクチュエータ１１Ｒ、車輪アクチュエータ１３Ｒが配置されている。脚フレーム１０Ｒは、脚フレーム１０Ｒに内蔵されたアクチュエータ(図示せず)(脚アクチュエータ)を介して胴体連結フレーム９Ｌと接続されている。
左右の車輪１４Ｒ、１４Ｌは脚フレーム１０Ｒ、１０Ｌにより片持ち支持となっている。
【００５１】
実施形態２のように、脚フレーム１０Ｌの凸状の湾曲部１０Ｌ１と、脚フレーム１０Ｒの凸状の湾曲部１０Ｒ１とが、それぞれ外方に突出して形成されることで、ロールアクチュエータ１１Ｌ、１１Ｒの動作角度範囲が中央を基準として、車輪１４Ｌ、１４Ｒの上部をそれぞれ内側に傾斜させた場合、脚フレーム１０Ｌ、１０Ｒに接触または当接しない空間が広くなるため、車輪１４Ｌ、１４Ｒの上部をそれぞれ内側に傾斜させることができる角度範囲が、実施形態１(図９参照)に比べ広くなる。
【００５２】
図１２に、実施形態２のロボットの左右の車輪をロールアクチュエータで回動した例を示すロボットを前方から見た図を示す。
図１２に示すように、平行２輪モードで、ロールアクチュエータ１１Ｌ、１１Ｒを用いて、車輪１４Ｌと車輪１４Ｒとを矢印β５方向に上部が内側になるように回動させることで、車輪１４Ｌと路面ｇ１との接地点ｇ１ｋと車輪１４Ｒと路面ｇ１との接地点ｇ１ｌと間の接地点間ｓ５を、図１１の接地点間ｓ４から広げてロール方向の安定性を高めることができる。
【００５３】
実施形態２によれば、脚フレーム１０Ｌの凸状の湾曲部１０Ｌ１と、脚フレーム１０Ｒの凸状の湾曲部１０Ｒ１とが、それぞれ外方に突出して形成されることで、車輪１４Ｌと車輪１４Ｒをそれぞれ図１２の矢印β５方向に回動させた場合、脚フレーム１０Ｌ、１０Ｒと干渉する範囲を狭めることができる。そのため、より接地点距離ｓ５を広げることができ、ロボット２１の進行方向のＸ軸回りのロール方向への安定性を高めることができる。
なお、実施形態２の場合にも、実施形態１、変形例１で説明したロボット１と同様な制御(例えば、図４〜図１０に図示したと同様な制御)を行うことができる。
【００５４】
＜実施形態２の変形例＞
図１３は、実施形態２の変形例の路面がロール方向に傾いている場合にロボットのロール方向の安定性を高めた状態を示す前面図である。
図１３に示すように、路面ｇ１が車輪１４Ｌが高く車輪１４Ｒが低くロール方向に傾いている場合、傾斜センサ２０でロボット１の傾きから路面ｇ１の傾きを検出する。
【００５５】
そして、路面ｇ１の上方に位置する車輪１４Ｌをβ６方向に回動させて車輪１４Ｌ、１４Ｒの地面ｇ１との接地点間距離ｓ６を、図１１の接地点間ｓ４から広くすることで、ロボット１の姿勢をできるだけ水平に保ち安定性を向上させることができる。
【００５６】
なお、図１３とは異なり、路面ｇ１が車輪１４Ｒ高く車輪１４Ｌが低くロール方向に傾いている場合、傾斜センサ２０でロボット１の傾きから路面ｇ１の傾きを検出し、車輪１４Ｌ、１４Ｒの路面ｇ１との接地点間距離を長くするように路面ｇ１の上方に位置する車輪１４Ｒをロール方向に回動させることで、ロボット１の姿勢を保って安定性を向上させることができる。
【００５７】
実施形態２の変形例の場合、車輪１４Ｌ、１４Ｒの上部をそれぞれ内側に傾斜できる角度範囲(図１２の矢印β５方向、図１３の矢印β６方向)が、実施形態１(図９参照)に比べ広くできる。そのため、路面ｇ１がロール方向に傾いている場合、車輪１４Ｌ、１４Ｒの路面ｇ１との接地点間距離を長くするように車輪１４Ｌ、１４Ｒの何れかをロール方向により大きく回動できるのでより効果が大きい。
【００５８】
なお、この場合も、ロボット１の重心１Ｇ回りの接地点ｇ１ｍ、ｇ１ｎでのそれぞれのロール方向のモーメントが同じくなるように制御するのが好ましい。この際、ロボット１の現姿勢において、ロボット１の各部の重心位置からロボット１の重心１Ｇの位置を求めてもよい。或いは、予めロボット１の様々な姿勢毎の重心１Ｇの位置を予め求め、テーブルなどに既設定しておき、実際の路面ｇ１上のロボット１の姿勢毎のその重心１Ｇの位置を当該テーブルから検索して求めてよい。
【００５９】
なお、前記実施形態１、２、変形例などでは、様々な構成を説明したが、これらの構成を適宜選択して組み合わせて構成してもよい。
【００６０】
なお、本発明は、前記した実施形態１、２、変形例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能であり、本発明の範囲内で様々な修正と変更が可能である。すなわち、本発明の具体的形態は、本発明の趣旨を変更しない範囲において適宜、任意に変更可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１      ロボット(移動体)
３      胴体(本体)
９Ｌ    胴体連結フレーム
１０Ｌ、１０Ｒ  脚フレーム(脚フレーム)
１１Ｌ、１１Ｒ  ロールアクチュエータ
１２Ｌ、１２Ｒ  足首ハブ(足首部材)
１３Ｌ、１３Ｒ  車輪アクチュエータ
１４Ｌ、１４Ｒ  車輪
１Ｅ    制御装置
Ｇａ、Ｇｂ  接地点
Ｘ      進行方向の軸
Ｙ      進行方向と垂直な水平軸
【図１】
2014141356.tif 000004
【図２】
2014141356.tif 000005
【図３】
2014141356.tif 000006
【図４】
2014141356.tif 000007
【図５】
2014141356.tif 000008
【図６】
2014141356.tif 000009
【図７】
2014141356.tif 000010
【図８】
2014141356.tif 000011
【図９】
2014141356.tif 000012
【図１０】
2014141356.tif 000013
【図１１】
2014141356.tif 000014
【図１２】
2014141356.tif 000015
【図１３】
2014141356.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月25日(2016.3.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、
前記本体下部の左右に、脚アクチュエータによって前記本体の進行方向と垂直な水平軸回りのピッチ方向に回動可能に取り付けられ、鉛直方向に長手方向を有して延びる一対の脚フレームと、
前記脚フレームの前記本体と接続される一方端と反対側の他方端に前記本体の進行方向の軸回りのロール方向に駆動可能な左右一対のロールアクチュエータと、
前記ロールアクチュエータの出力部に備えられる足首部材と、
前記足首部材に取り付けられる車輪アクチュエータと、
前記車輪アクチュエータにより回転駆動される左右一対の車輪と、
前記脚アクチュエータと前記ロールアクチュエータと前記車輪アクチュエータとを制御する制御装置とを
備え、
前記制御装置は、
前記脚フレームのうち一方を前記脚アクチュエータにより前記本体の前方に前記ロールアクチュエータの出力軸が鉛直方向になるまで回動し、前記脚フレームのうち他方を前記脚アクチュエータにより前記本体の後方に前記ロールアクチュエータの出力軸が鉛直方向になるまで回動した状態とする直列２輪モードとし、当該直列２輪モードの状態で前記一対の車輪を回転駆動して前記移動体を移動させる
ことを特徴とする移動体。
【請求項２】
請求項１記載の移動体において、
一方の前記車輪の地面との接地点と他方の前記車輪の地面との接地点と前記移動体の重心とは、上面視で一直線上または一直線に沿った方向であり、
前記制御装置は、
前記一方の車輪と前記他方の車輪とを、それぞれ前記ロールアクチュエータにより前記一直線に沿った向きとして前記車輪アクチュエータで回転駆動する
ことを特徴とする移動体。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の移動体において、
前記制御装置は、
前記車輪を、前記脚アクチュエータと前記ロールアクチュエータとにより同軸とした状態で、前記車輪により移動する平行２輪モードと、
前記直列２輪モードとを、移動速度によって選択する
ことを特徴とする移動体。
【請求項４】
請求項３に記載の移動体において、
前記制御装置は、
前記平行２輪モードにおいて、
左右の前記車輪の路面との接地点間の距離が長くなるように、前記ロール方向に前記車輪の少なくとも一方を前記ロールアクチュエータにより回動させる
ことを特徴とする移動体。
【請求項５】
請求項４記載の移動体において、
前記制御装置は、
前記左右の車輪を前記ロールアクチュエータにより前記ロール方向に回動させる
ことを特徴とする移動体。
【請求項６】
請求項４記載の移動体において、
前記制御装置は、
路面が前記ロール方向に傾斜している場合、
前記路面上の上方に位置する前記車輪を前記ロールアクチュエータにより前記ロール方向に回動させる
ことを特徴とする移動体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
前記課題を解決するため、請求項１の移動体は、本体と、前記本体下部の左右に、脚アクチュエータによって前記本体の進行方向と垂直な水平軸回りのピッチ方向に回動可能に取り付けられ、鉛直方向に長手方向を有して延びる一対の脚フレームと、前記脚フレームの前記本体と接続される一方端と反対側の他方端に前記本体の進行方向の軸回りのロール方向に駆動可能な左右一対のロールアクチュエータと、前記ロールアクチュエータの出力部に備えられる足首部材と、前記足首部材に取り付けられる車輪アクチュエータと、前記車輪アクチュエータにより回転駆動される左右一対の車輪とを備えており、前記脚アクチュエータと前記ロールアクチュエータと前記車輪アクチュエータとは制御装置により制御される。
前記制御装置は、前記脚フレームのうち一方を前記脚アクチュエータにより前記本体の前方に前記ロールアクチュエータの出力軸が鉛直方向になるまで回動し、前記脚フレームのうち他方を前記脚アクチュエータにより前記本体の後方に前記ロールアクチュエータの出力軸が鉛直方向になるまで回動した状態とする直列２輪モードとし、当該直列２輪モードの状態で前記一対の車輪を回転駆動して前記移動体を移動させる。
【国際調査報告】
2014141356.tif 000017
2014141356.tif 000018
2014141356.tif 000019
2014141356.tif 000020