(57)【要約】【課題】歩行時に荷物や人を搭載する部分が揺れ難い脚式ロボットを提供する。【解決手段】脚式ロボット１０は、脚部２０Ｒ、２０Ｌと、体幹１２と、コンテナ部１６を有する。脚部２０Ｒ、２０Ｌは体幹１２に連結されている。コンテナ部１６は、コンテナ支持部材１４を介して体幹１２に揺動が可能な状態で吊り下げられている。コンテナ部１６は、体幹１２に揺動可能に吊り下げられているので、その重心Ｇが回転軸Ｃ１の鉛直下方に位置する状態で安定する。従って歩行時に脚部の揺動の反力で体幹１２が揺動しても、コンテナ部１６は揺動し難い。荷物や人を搭載するコンテナ部１６が揺動し難い脚式ロボットを実現することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の脚部が体幹に連結されている脚式ロボットであり、荷物と人の少なくとも一方を搭載可能なコンテナ部が、揺動可能な状態で体幹に吊り下げられていることを特徴とする脚式ロボット。
【請求項２】
コンテナ部は、外力によって受動的に揺動することが可能な状態で体幹に吊り下げられていることを特徴とする請求項１の脚式ロボット。
【請求項３】
コンテナ部は、体側方向に伸びる回転軸の回りにのみ揺動可能な状態で体幹に吊り下げられていることを特徴とする請求項１又は２の脚式ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の脚部が体幹に連結されている脚式ロボットに関する。なお、本明細書では脚式ロボットを単にロボットと称する場合がある。
【背景技術】
【０００２】
脚式ロボットは、体幹に対して複数の脚部が連結されており、各々の脚部を前後方向に交互に揺動させながら歩行する。脚式ロボットの中には、体幹に荷物や人を搭載して歩行するものがある。そのような脚式ロボットが特許文献１に開示されている。特許文献１の脚式ロボットは、人が搭乗する座席部と、一対の脚部を備えている。なお、特許文献１における座席部は本明細書にいう体幹に相当する。以下では特許文献１における「座席部」を「体幹」と表現する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５２８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
脚式ロボットが歩行する際、体幹自体も前後に揺動する。体幹は、脚部からの反力によって揺動する場合もあれば、ロボット全体のバランスを維持するための制御によって意識的に揺動させる場合もある。体幹に荷物を載せて歩行する脚式ロボットの場合、体幹が揺動すると、体幹に積載した荷物がずれる虞がある。体幹に人を乗せて歩行する脚式ロボットの場合には、体幹の揺動が乗員に不快感を与える。
歩行時に荷物や人を搭載する部分が揺れ難い脚式ロボットが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の脚式ロボットは、複数の脚部が体幹に連結されている脚式ロボットであり、荷物と人の少なくとも一方を搭載可能なコンテナ部が、揺動可能な状態で体幹に吊り下げられていることを特徴とする。
上記の脚式ロボットによれば、体幹に吊り下げられているコンテナ部は、重力の作用によってその重心が揺動中心の鉛直下方に位置する状態が最も安定となる。即ち、コンテナ部は、体幹が揺動しても絶対座標系に対して揺れ難い。歩行中に、荷物や人を搭載するコンテナ部が揺れ難い脚式ロボットを実現できる。
【０００６】
上記の脚式ロボットは、コンテナ部の体幹に対する揺動を制御するアクチュエータを有していてよい。或いは、コンテナ部は、外力によって受動的に揺動することが可能な状態で体幹に吊り下げられていてもよい。
前者の場合は、コンテナ部の揺動を効果的に抑制することができる。コンテナ部の揺動を制御する場合にも、コンテナ部の重心が揺動中心の鉛直下方に位置する状態が最も安定となるので、コンテナ部の揺動を制御し易いという長所を得ることができる。
後者の場合は、脚式ロボットの構造を簡単にすることができる。なお、「外力によって受動的に揺動が可能な状態」には、コンテナ部がダンパを伴って体幹に吊り下げられている場合を含む。
【０００７】
コンテナ部を揺動可能な状態で体幹に吊り下げるには、例えば３軸の夫々の軸回りに回転可能なユニバーサルジョイントを介してコンテナ部を体幹に吊り下げればよい。そうすれば、体幹が３軸のいずれの軸回りに揺動してもコンテナ部を揺れ難くすることができる。
一方、コンテナ部は、体側方向に伸びる回転軸の回りにのみ揺動可能な状態で吊り下げられていてもよい。脚式ロボットの脚部は、前後方向に大きく揺動しながら歩行する。換言すれば、脚部は体側方向に伸びる直線の回りに振子のように振れる。脚部の揺動の反力によって、体幹は主に体側方向に伸びる直線の回りに揺動する。従って、コンテナ部を体側方向に伸びる回転軸の回りにのみ揺動可能な状態で吊り下げることによって、体幹の主な揺動に対してコンテナ部を揺れ難くすることができる。
【０００８】
また、上記の脚式ロボットによれば次の効果を得ることもできる。コンテナ部は、重力の作用によってその重心が揺動中心の鉛直下方に位置する状態が最も安定する。その状態は、脚式ロボットが倒れる際にも変わらない。従って、上記の脚式ロボットは、ロボットが倒れる際に、コンテナ部の姿勢を保持し易い。
さらに、コンテナ部が外力によって受動的に揺動することが可能な状態で体幹に吊り下げられている場合には、荷物と人の少なくとも一方を搭載可能なコンテナ部の姿勢を動力に頼らずに安定にすることができる。ロボットが倒れる際に、搭載した荷物や人が受けるダメージを抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、歩行時に荷物や人を搭載する部分が揺れ難い脚式ロボットを実現することができる。
【実施例】
【００１０】
本発明に係る脚式ロボットについて、図面を参照しつつ説明する。図１（Ａ）は、脚式ロボット１０の正面図である。図１（Ｂ）は、脚式ロボット１０の側面図である。なお、図では、図面手前側に位置する部品によって隠れてしまう部品の隠れ線は、主要な線を除いて図示を省略してある。
脚式ロボット１０は、体幹１２と、一対の脚部(右脚部２０Ｒ、左脚部２０Ｌ）と、荷物や人を搭載可能なコンテナ部１６を有する。
図１に示すＸＹＺ座標系は体幹１２に固定された座標系である。Ｘ軸は、体幹リンク１２の前方へ伸びている。Ｘ軸をロール軸と称する。Ｙ軸は、体幹リンク１２の体側方向へ伸びている。Ｙ軸をピッチ軸と称する。Ｚ軸は、体幹リンク１２の上方へ伸びている。Ｚ軸をヨー軸と称する。ロール軸（Ｘ軸）とピッチ軸（Ｙ軸）とヨー軸（Ｚ軸）は互いに直交している。
【００１１】
脚式ロボット１０の左脚部２０Ｌの構造について説明する。左脚部２０Ｌは、左第１リンク２２Ｌ、左第２リンク２６Ｌ、左第３リンク３０Ｌ、左第４リンク３４Ｌ、左第５リンク３８Ｌ、左第６リンク４２Ｌを有している。また左脚部２０Ｌは、左第１関節２４Ｌ、左第２関節２８Ｌ、左第３関節３２Ｌ、左第４関節３６Ｌ、及び左第５関節４０Ｌを有している。
左第１リンク２２Ｌは、一端が体幹１２の左体側部１２Ｌに連結しており、他端が左第１関節２４Ｌに連結している。左第２リンク２６Ｌは、一端が左第１関節２４Ｌに連結しており、他端が左第２関節２８Ｌに連結している。左第３リンク３０Ｌは、一端が左第２関節２８Ｌに連結しており、他端が左第３関節３２Ｌに連結している。左第４リンク３４Ｌは、一端が左第３関節３２Ｌに連結しており、他端が左第４関節３６Ｌに連結している。左第５リンク３８Ｌは、一端が左第４関節３６Ｌに連結しており、他端が左第５関節４０Ｌに連結している。左第６リンク４２Ｌは、一端が左第５関節４０Ｌに連結している。左第６リンク４２Ｌは、左脚部２０Ｌの足平に相当し、その下面で歩行面Ｓと接地する。
【００１２】
各関節には、アクチュエータ（不図示）が内蔵されており、そのアクチュエータを適宜制御することによって、連結されたリンク同士を相対的に揺動させることができる。なお、図１において、左第関節２４L、左第２関節２８L、及び左第５関節４０Lは、連結されたリンク同士をピッチ軸の回りに揺動させることができ、左第３関節３２Lは、連結されたリンク同士をヨー軸の回りに揺動させることができ、左第４関節３６Lは、連結されたリンク同士をロール軸の回りに揺動させることができる。
【００１３】
右脚部２０Ｒは、右第１リンク２２Ｒ、右第２リンク２６Ｒ、右第３リンク３０Ｒ、右第４リンク３４Ｒ、右第５リンク３８Ｒ、及び右第６リンク４２Ｒを有している。また右脚部２０Ｒは、右第１関節２４Ｒ、右第２関節２８Ｒ、右第３関節３２Ｒ、右第４関節３６Ｒ、右第５関節４０Ｒを有している。右脚部２０Ｒは、右第１リンク２２Ｒの一端で体幹１２の右体側部１２Ｒに連結している。右脚部２０Ｒの構造は左脚部２０Ｌの構造と同じである。但し、右脚部２０Ｒの全体の形状は、ロール軸方向（Ｘ軸方向）から観測したときに体幹１２の中心を通りヨー軸に平行な直線に対して左脚部２０Ｌの全体の形状と左右対称をなす形状となっている。
左脚部２０Ｌの各部品に対応する右脚部２０Ｒの部品には同じ数字の符号を付してある。符号の添え字Ｌが左脚部２０Ｌの部品であることを表しており、符号の添え字Ｒが右脚部２０Ｒの部品であることを表している。
右脚部２０Ｒの構造は左脚部２０Ｌの構造と同じであるので、右脚部２０Ｒについては詳細な説明を省略する。
【００１４】
脚式ロボット１０は、図示しないコントローラを備えており、コントローラが、各関節に内蔵されたアクチュエータへ適宜駆動指令値を出力する。コントローラが適切な駆動指令値を各アクチュエータへ出力することによって、夫々のリンクが協調して揺動し、その結果、脚式ロボット１０は歩行する。脚式ロボット１０を歩行させるためのアルゴリズムについては説明を省略する。
【００１５】
体幹１２は、左脚部２０Ｌの左第１リンク２２Ｌの一端が連結されている左体側部１２Ｌと、右脚部２０Ｒの右第１リンク２２Ｒの一端が連結されている右体側部１２Ｒと、左体側部１２Ｌと右体側部１２Ｒをその上方で連結する連結部１２Ａを有する。また、体幹１２は、コンテナ支持部材１４を有する。コンテナ支持部材１４は、その一端が左体側部１２Ｌの内側面に連結されており、その他端が右体側部１２Ｒの内側面に連結されている。
荷物や人を搭載することのできるコンテナ部１６が、コンテナ支持部材１４を介して体幹１２に連結されている。コンテナ部１６は、コンテナ支持部材１４の長手方向（体側方向）に伸びる回転軸Ｃ１の回りに揺動可能に吊り下げられている。コンテナ部１６は、回転軸Ｃ１の回りに揺動可能であるため、コンテナ部１６の重心Ｇは、体側方向から観測したときに、回転軸Ｃ１と鉛直線Ｖ上に揃う状態が最も安定した状態となる。換言すれば、コンテナ部１６は、重力の作用によって常に安定した姿勢を保持することができる。
【００１６】
次に、コンテナ部１６が、揺動可能な状態で体幹１２に吊り下げられていることによる効果を、図２と図３を参照しながら説明する。図２は、脚式ロボット１０の歩行中のある瞬間における側面図である。図３は、倒れる瞬間における脚式ロボット１０の側面図である。
【００１７】
図２に示すように、脚式ロボット１０は、左脚部２０Ｌと右脚部２０Ｒを交互に前後に揺動させながら歩行する。夫々の脚部は、歩行面Ｓから最も高い位置に配置されており、体側方向（ピッチ軸方向）に伸びる回転軸を有する関節（左第１関節２４Ｌと右第１関節２４Ｒ）を中心に大きく前後に揺動する。体幹１２は、脚部の揺動の反動によってピッチ軸回りに大きく揺動する。図２は、体幹１２が揺動してピッチ軸回りの姿勢角がθとなった状態を示している。なお、体幹１２のピッチ軸回りの姿勢角θは、体側方向から観測して、体幹の上下方向に伸びる直線Ｗと鉛直線Ｖがなす角度で定義される。
コンテナ部１６は、重力の作用によって、その重心Ｇと回転軸Ｃ１が体側方向から観測して鉛直線Ｖ上に揃う状態が最も安定した状態となる。従って、体幹１２のピッチ軸回りの姿勢角が変化しても、コンテナ部１６は、その重心Ｇと回転軸Ｃ１が体側方向から観測して鉛直線Ｖ上に揃う状態を保持しようする。即ち、脚式ロボット１０は、歩行時に体幹１２が揺動しても荷物や人を乗せるコンテナ部１６を揺れ難くすることができる。
【００１８】
コンテナ部１６は、重力の作用によって、その重心Ｇが回転軸Ｃ１の鉛直下方に位置する状態が最も安定した状態となる。換言すれば、脚式ロボット１０は、動力によらずにコンテナ部１６をそのような姿勢に維持することができる。従って、図３に示すように、脚式ロボット１０が倒れそうになり、体幹１２のピッチ軸回りの姿勢角がαとなった状態においてもコンテナ部１６はその重心Ｇが回転軸Ｃ１の鉛直下方に位置する姿勢を保持する。脚式ロボット１０が倒れる際には、コンテナ部１６はそのような姿勢のまま歩行面Ｓに接触する。脚式ロボット１０は、動力に頼ることなく、コンテナ部１６に搭載した荷物や人が受けるダメージを抑制することができる。
【００１９】
上記実施例では、コンテナ部１６は、体幹１２に対して体側方向に伸びる回転軸Ｃ１の回りにのみ揺動可能に吊り下げられている。コンテナ部は、体幹に対して２軸回り、あるいは３軸回りに揺動可能に吊り下げられていても良い。
また、実施例の脚式ロボットは２本の脚部を有する。脚式ロボットが有する脚部の数は２本以上であれば何本でもよい。
【００２０】
コンテナ部は、ダンパを伴って体幹に吊り下げられていてもよい。コンテナ部の揺動をより効果的に抑制することができる。
また、脚式ロボットは、体幹に対するコンテナ部の揺動を制御するアクチュエータを有していてもよい。その場合には、コンテナ部の揺動を効果的に抑制することができる。コンテナ部の揺動を制御する場合にも、コンテナ部の重心が揺動中心の鉛直下方に位置する状態が最も安定となるので、コンテナ部の揺動を制御し易いという長所を得ることができる。
【００２１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１（Ａ）は、脚式ロボットの正面図である。図１（Ｂ）は、脚式ロボットの側面図である。
【図２】脚式ロボットの歩行中のある瞬間における側面図である。
【図３】倒れる瞬間における脚式ロボットの側面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０：脚式ロボット
１２：体幹
１４：コンテナ支持部材
１６：コンテナ部
２０Ｌ、２０Ｒ：脚部
【図１】
2008030133.tif 000003
【図２】
2008030133.tif 000004
【図３】
2008030133.tif 000005