(57)【要約】【課題】本発明は２足／４輪／４足運動モードを有する再構成可能な足型ロボットを提供する。【解決手段】該足型ロボットは胴体部分、股部偏向方向部材、股部横転方向部材、股部腿部接続部材、上腿部材、下腿部材、主動輪接続部材、主動輪、足裏部材、足裏調整部材及び従動輪を備え、駆動関節の関節運動量及び駆動方式を変更することにより、足型ロボットが２足、４輪、４足の３つの運動モードを切り替えることが実現され、ロボットが様々な環境において効率的に動作することに役立つ。本発明は足型ロボットが再構成可能である優位性を十分に発揮し、ロボットの環境適応性を向上させ、ロボットの運動特性を向上させ、ロボットの応用シーンを拡張する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２足／４輪／４足運動モードを有する再構成可能な足型ロボットであって、
前記足型ロボットは左右対称構造であり、胴体部材（１）、左股部、右股部、左腿及び右腿を備え、前記胴体部材（１）が胴体部材の両側に対称配置される左股部及び右股部に回転可能に接続され、前記左腿及び右腿がそれぞれ左股部及び右股部に回転可能に接続され、
前記左股部は剛性接続される股部回転部材及び股部腿部接続部材（４）を備え、前記股部回転部材は前記左腿を胴体部材（１）に対して空間的に回転するように駆動するために用いられ、
前記左腿は上腿部材（５）、下腿部材（６）、主動輪接続部材（７）、移動回転部材（８、９）、主動輪（１０）、足裏部材（１１）及び従動輪（１４）を備え、
前記股部腿部接続部材（４）の両端はそれぞれ回転関節によって上腿部材（５）の一端と主動輪接続部材（７）の一端とに接続され、上腿部材（５）の他端は回転関節によって下腿部材（６）の一端に接続され、主動輪接続部材（７）は移動回転部材（８、９）によって下腿部材（６）に接続され、主動輪（１０）は回転関節によって主動輪接続部材（７）の他端に取り付けられ、下腿部材（６）の他端は回転関節によって足裏部材（１１）の中央部に接続され、従動輪（１４）は回転関節によって足裏部材（１１）の一端に接続され、股部腿部接続部材（４）、上腿部材（５）、下腿部材（６）、主動輪接続部材（７）及び移動回転部材（８、９）は平面５節機構を構成し、
前記左股部及び右股部の構造は同じであり、左腿及び右腿の構造は同じであり、
前記足裏部材（１１）及び平面５節機構を調整することにより、足裏部材（１１）のみが地面に接触する場合、前記足式ロボットが２足運動モードであり、主動輪（１０）と被動輪（１４）とが同時に地面に接触する場合、前記足式ロボットが４輪運動モードであり、主動輪（１０）と足裏部材（１１）とが同時に地面に接触し、且つ主動輪（１０）がロック状態にある場合、前記足式ロボットが４足運動モードであることを特徴とする２足／４輪／４足運動モードを有する再構成可能な足型ロボット。
【請求項２】
前記股部回転部材は股部偏向方向部材（２）及び股部横転方向部材（３）を備え、前記胴体部材（１）は回転関節によって股部偏向方向部材（２）に接続され、股部偏向方向部材（２）は回転関節によって股部横転方向部材（３）に接続され、股部横転方向部材（３）は股部腿部接続部材（４）に剛性接続されることを特徴とする請求項１に記載の２足／４輪／４足運動モードを有する再構成可能な足型ロボット。
【請求項３】
前記足型ロボットは更に第１足裏調整リンク（１３）及び第２足裏調整リンク（１２）を備え、第１足裏調整リンク（１３）の一端は回転関節によって足裏部材（１１）の他端に接続され、第１足裏調整リンク（１３）の他端は回転関節によって第２足裏調整リンク（１２）の一端に接続され、第２足裏調整リンク（１２）の他端は回転関節によって下腿部材（６）に接続され、下腿部材（６）、第２足裏調整リンク（１２）、第１足裏調整リンク（１３）及び足裏部材（１１）は平面４節機構を構成して、足裏部材（１１）及び従動輪（１４）の位置調整を実施することを特徴とする請求項１に記載の２足／４輪／４足運動モードを有する再構成可能な足型ロボット。
【請求項４】
前記移動回転部材（８、９）は互いに接続される移動関節（８）及び回転関節（９）を備え、前記主動輪接続部材（７）は前記移動関節（８）及び回転関節（９）によって前記下腿部材（６）に対する移動及び回転を実施することを特徴とする請求項１に記載の２足／４輪／４足運動モードを有する再構成可能な足型ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は足型ロボット分野に関し、特に２足／４輪／４足運動モードを有する再構成可能な足型ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
２足型、４足型及び輪型ロボットのそれぞれは顕著な利点／欠点を有する。例えば、２足ロボットは地形適応性の面で顕著な優位性を有し、複雑な地面を歩いたり、障害物を避けたりする能力を持っているが、運動速度、エネルギー効率の面で劣位性を有する。４足ロボットは２足ロボットより高い運動安定性を有するが、運動能力の面で同様に劣位性を有する。輪型ロボットは最も高い運動速度を有するが、複雑な地形環境に適応できない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来技術の欠点に対して、本発明は従来の足型、輪型ロボットの利点を参照して、２足、４輪及び４足モードを動的に切り替えることができ、適応性が高い２足／４足／４輪運動モードを有する再構成可能な足型ロボットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の目的は以下の技術案により実現される。
【０００５】
２足／４輪／４足運動モードを有する再構成可能な足型ロボットであって、前記足型ロボットは左右対称構造であり、胴体部材、左股部、右股部、左腿及び右腿を備え、前記胴体部材は胴体部材の両側に対称配置される左股部及び右股部に回転可能に接続され、前記左腿及び右腿はそれぞれ左股部及び右股部に回転可能に接続され、
前記左股部は剛性接続される股部回転部材及び股部腿部接続部材を備え、前記股部回転部材は前記左腿を胴体部材に対して空間的に回転するように駆動するために用いられ、
前記左腿は上腿部材、下腿部材、主動輪接続部材、移動回転部材、主動輪、足裏部材及び従動輪を備え、
前記股部腿部接続部材の両端はそれぞれ回転関節によって上腿部材の一端及び主動輪接続部材の一端に接続され、上腿部材の他端は回転関節によって下腿部材の一端に接続され、主動輪接続部材は移動回転部材によって下腿部材に接続され、主動輪は回転関節によって主動輪接続部材の他端に取り付けられ、下腿部材の他端は回転関節によって足裏部材の中央部に接続され、従動輪は回転関節によって足裏部材の一端に接続され、股部腿部接続部材、上腿部材、下腿部材、主動輪接続部材及び移動回転部材は平面５節機構を構成し、
前記左股部及び右股部の構造は同じであり、左腿及び右腿の構造は同じであり、
前記足裏部材及び平面５節機構を調整することにより、足裏部材のみが地面に接触する場合、前記足型ロボットは２足運動モードであり、主動輪と被動輪とが同時に地面に接触する場合、前記足型ロボットは４輪運動モードであり、主動輪と足裏部材とが同時に地面に接触し、且つ主動輪がロック状態にある場合、前記足型ロボットは４足運動モードである。
【０００６】
更に、前記股部回転部材は股部偏向方向部材及び股部横転方向部材を備え、前記胴体部材は回転関節によって股部偏向方向部材に接続され、股部偏向方向部材は回転関節によって股部横転方向部材に接続され、股部横転方向部材は股部腿部接続部材に剛性接続される。
【０００７】
更に、前記足型ロボットは更に第１足裏調整リンク及び第２足裏調整リンクを備え、第１足裏調整リンクの一端は回転関節によって足裏部材の他端に接続され、第１足裏調整リンクの他端は回転関節によって第２足裏調整リンクの一端に接続され、第２足裏調整リンクの他端は回転関節によって下腿部材に接続され、下腿部材、第２足裏調整リンク、第１足裏調整リンク及び足裏部材は平面４節機構を構成して、足裏部材及び従動輪の位置調整を実現する。
【０００８】
更に、前記移動回転部材は互いに接続される移動関節及び回転関節を備え、前記主動輪接続部材は前記移動関節及び回転関節によって前記下腿部材に対する移動及び回転を実現する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の有益な効果は以下のとおりである。
【００１０】
様々なタスク要件及び応用環境に応じて、本発明の再構成可能な足型ロボットは２足、４輪及び４足モードを動的に切り替えて、最適なモードを選択して規定されたタスクを遂行することができる。複雑で険しい道路で、ロボットは２足運動モードに切り替えられ、足裏調整部材の位置を調整することにより足裏部材のみを地面に接触させ、上腿及び下腿部材に取り付けられる駆動装置によって２足走行モードを実現する。地面環境が比較的険しく、ロボットが一定の負荷容量を有する必要がある場合、ロボットは４足モードに切り替えられ、主動輪と足裏を地面に交互に接触させて、主動輪におけるドライブモータをロック状態にして、アーチ型足モードを形成する。地面環境が比較的理想的である場合、ロボットは４輪モードに切り替えられ、主動輪と被動輪とを地面に同時に接触させて、ドライブモータによって主動輪を駆動する。本発明の再構成可能な足型ロボットは環境適応性が高く、動作効率が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の再構成可能な足型ロボットの２足運動モードの模式図である。
【図２】本発明の再構成可能な足型ロボットの４輪運動モードの模式図である。
【図３】本発明の再構成可能な足型ロボットの４足運動モードの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら好適な実施例によって本発明を詳しく説明する。本発明の目的及び効果は明らかになる。以下、図面を参照しながら実施例によって本発明を更に詳しく説明する。理解されるように、ここで説明される具体的な実施例は本発明を解釈するためのものであって、本発明を制限するためのものではない。
【００１３】
図１に示すように、本発明の２足／４輪／４足運動モードを有する再構成可能な足型ロボットは左右対称構造であり、胴体部材１、股部及び腿部の３つの部分を備え、左右２つの部分は構造が同じであり、二つの腿は同じ構造形式を有するため、同じ運動形式を有する。以下、その一部を例としてその構造を説明する。
【００１４】
左股部は股部偏向方向部材２、股部横転方向部材３及び股部腿部接続部材４を備え、胴体部材１は回転関節によって股部偏向方向部材２に接続され、股部偏向方向部材２は回転関節によって股部横転方向部材３に接続され、股部横転方向部材３は股部腿部接続部材４に剛性接続される。従って、胴体部材１に対して、股部腿部接続部材４は偏向方向及び横転方向の２つの自由度を有する。股部偏向方向部材２及び股部横転方向部材３は胴体部材１に対する股部腿部接続部材４の空間的回転を実現することに用いられ、その設計方式及び接続順序は本実施例に限らず、球状関節、自在関節等の方式でその回転機能を実現してもよい。
【００１５】
左腿は上腿部材５、下腿部材６、主動輪接続部材７、移動関節８、回転関節９、主動輪１０、足裏部材１１、第２足裏調整部材１２、第１足裏調整部材１３及び従動輪１４を備え、股部腿部接続部材４の両端はそれぞれ回転関節によって上腿部材５の一端及び主動輪接続部材７の一端に接続され、上腿部材５の他端は回転関節によって下腿部材６の一端に接続され、主動輪接続部材７は移動関節８及び回転関節９によって下腿部材６に接続され、主動輪１０は回転関節によって主動輪接続部材７の他端に取り付けられ、下腿部材６の他端は回転関節によって足裏部材１１の中央部に接続され、従動輪１４及び第１足裏調整リンク１３の一端はそれぞれ回転関節によって足裏部材１１の両端に接続され、第１足裏調整リンク１３の他端は回転関節によって第２足裏調整リンク１２の一端に接続され、第２足裏調整リンク１２の他端は回転関節によって下腿部材６に接続され、下腿部材６、第２足裏調整リンク１２、第１足裏調整リンク１３及び足裏部材１１は平面４節機構を構成し、足裏部材１１及び従動輪１４の位置調整を実現する。股部腿部接続部材４、上腿部材５、下腿部材６、主動輪接続部材７、移動関節８及び回転関節９は平面５節機構を構成する。
【００１６】
特に、本実施例では、移動関節８と回転関節９との距離はゼロであり、それらの間のリンクの長さはゼロと見なされてもよく、従って、特別な平面５節機構と見なされてもよい。本実施例に限らず、移動関節８と回転関節９とが一定長さのバー部材によって接続されて通常の５節機構の形式を形成してもよい。該５節機構は平面内で２つの運動自由度を有し、５つの関節のうちのいずれか２つを駆動することによりその平面２自由度運動を実現することができる。本実施例の５節機構は他の接続形式を用いてもよく、股部腿部接続部材４に対する下腿部材６の平面２自由度を実現できればよい。本実施例の平行四辺形機構は足裏に該平面内の１つの自由度を有させるため、第２足裏調整リンク１２及び第１足裏調整リンク１３のうちのいずれか１つを駆動することにより足裏部材１１の運動を実現することができる。足裏調整部材１２、１３は地面に対する足裏部材１１及び従動輪部材１４の位置関係を実現することに用いられ、その設計方式も本実施例に限らず、具体的な設計方式は地面に対する足裏部材１１及び被動輪部材１４の位置関係を調整できればよい。
【００１７】
本実施例では、各腿は少なくとも空間５自由度を有し、交互運動によって三次元空間内の移動を実現することができる。
【００１８】
以下、本発明の２足ロボットの運動モードを説明する。
【００１９】
図１に示すように、平面５節機構は主動輪１０を地面から離れる位置まで縮めて、それに接続されたモーターによって主動輪１０をロックし、平面４節機構を駆動することにより足裏部材１１を地面に接近する位置まで調整し従動輪１４が走行過程において地面に接触できないように確保する。５節機構に取り付けられる２つのモータ及び足裏部分のドライブモータを駆動することにより、各腿がその所在する平面内で前後に交互に運動するように制御し、それにより本実施例の２足走行機能を実現する。
【００２０】
図２に示すように、平面５節機構を駆動することにより、主動輪１０を地面に接触する位置まで伸び、平面４節機構を駆動することにより、従動輪１４を地面に接触する位置まで調整して足裏部材１１を地面に接触できない状態にし、この上で、各腿に取り付けられるすべてのドライブモータをロックし、主動輪モータを駆動することにより、本発明の４輪運動モードの平面運動を実現し、２つの主動輪１０の差動運動によって平面上の転向操作を遂行する。
【００２１】
図３に示すように、平面５節機構を駆動することにより、主動輪１０を地面に接触する位置まで伸び、且つそれに接続されたモーターによって主動輪１０をロックして、アーチ型足を形成し、平面４節機構を駆動することにより足裏部材１１を地面に接近する位置まで調整し従動輪１４が走行過程において地面に接触できないように確保し、主動輪以外のモータを駆動して、二つの主動輪１０及び二つの足裏１１が交互に走行する歩振りを形成し、三次元空間におけるロボットの４足運動モードを実現する。
【００２２】
当業者であれば理解されるように、以上の説明は本発明の好適な実施例であって、本発明を制限するためのものではない。上記実施例によって本発明を詳しく説明したが、当業者は上記各実施例に記載される技術案を修正したり、そのうちの一部の技術的特徴に対して等価置換を行ったりすることができる。本発明の趣旨及び原則内に行った修正、等価置換等はいずれも本発明の範囲内に含まれるべきである。
【符号の説明】
【００２３】
１  胴体部材
２  股部偏向方向部材
３  股部横転方向部材
４  股部腿部接続部材
５  上腿部材
６  下腿部材
７  主動輪接続部材
８  移動関節
９  回転関節
１０  主動輪
１１  足裏部材
１２  第２足裏調整部材
１３  第１足裏調整部材
１４  従動輪部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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