【手続補正書】
【提出日】平成21年8月7日(2009.8.7)
【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】
少なくとも２本の線・条の一端を回転運動出力軸端の軸心部に固定するとともに、該線・条の他端を前記回転運動出力軸方向に沿う運動を行う運動体の、前記回転運動出力軸の軸心に関し対称となるとともに該軸心から所定距離Ａ離隔する部位に固定し、また、該所定距離Ａ、前記線・条の長さＬ、前記線・条の半径Ｒ、前記回転運動出力軸の回転角度αを前記運動体の運動変位量ｘのパラメータとするとともに駆動モータのトルクＴと前記運動体を前記回転運動出力軸の方向に変位せしめる引張り力Ｆとの関係を律するパラメータとして、前記回転運動出力軸の回転によって前記少なくとも２本の線・条に捩りを生ぜしめて前記回転運動出力軸の回転運動を前記回転運動出力軸方向に沿う運動を行う運動体の変位に変換し、また、前記運動体の変位を前記回転運動出力軸の回転運動に変換するよう構成してなる運動変換装置を、脚式ロボットの腰関節、膝関節、および足首関節の少なくとも１つに装着したことを特徴とする脚式ロボットの脚関節駆動装置。
【請求項２】
少なくとも２本の線・条の一端を回転運動出力軸端の軸心部に固定し、
該線・条の他端を前記回転運動出力軸方向に沿う運動を行う運動体の、前記回転運動出力軸の軸心に関し対称となるとともに該軸心から所定距離Ａ離隔する部位に固定し、
前記所定距離Ａ、前記線・条の長さＬ、前記線・条の半径Ｒ、前記回転運動出力軸の回転角度αを前記運動体の運動変位量ｘのパラメータとするとともに駆動モータのトルクＴと前記運動体を前記回転運動出力軸の方向に変位せしめる引張り力Ｆとの関係を律するパラメータとして、
前記回転運動出力軸の回転によって前記少なくとも２本の線・条に捩りを生じさせ、
前記回転運動出力軸の回転運動を前記回転運動出力軸方向に沿う運動を行う運動体の変位に変換し、また、前記運動体の変位を前記回転運動出力軸の回転運動に変換するよう構成してなる運動変換装置を、脚式ロボットの腰関節、膝関節、および足首関節の少なくとも１つに装着し、
前記運動変換装置が、前記引張り力Ｆと前記被装着関節の回動角度の少なくとも１つを検出し、該検出結果に基づいて前記引張り力Ｆ、および／または、前記被装着関節の回動角度が所望の制御量となるよう、前記回転角度αおよび前記トルクＴの何れか一方または双方を制御することを特徴とする脚式ロボットの脚関節駆動装置の制御方法。
【請求項３】
請求項１に記載の脚式ロボットの脚関節駆動装置を用いて、前記回転運動出力軸の回転角度を前記線・条を捩り込んでいない状態として前記駆動モータと前記被装着関節が駆動系として分離された状態を作り、脚式ロボットに受動歩行を行わしめ、
前記脚式ロボットの歩行サイクルの所定範囲においてのみ前記駆動モータによって前記被装着関節にトルクを加え、該脚式ロボットに受動動的歩行を行わしめ、さらに、
前記駆動モータと前記被装着関節を前記線・条を介して駆動系として結合状態として能動歩行を行わしめることを特徴とする脚式ロボットの脚関節駆動装置の制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、少なくとも２本の線・条の一端を回転運動出力軸端の軸心部に固定するとともに、該線・条の他端を前記回転運動出力軸方向に沿う運動を行う運動体の、前記回転運動出力軸の軸心に関し対称となるとともに該軸心から所定距離Ａ離隔する部位に固定し、また、該所定距離Ａ、前記線・条の長さＬ、前記線・条の半径Ｒ、前記回転運動出力軸の回転角度αを前記運動体の運動変位量ｘのパラメータとするとともに駆動モータのトルクＴと前記運動体を前記回転運動出力軸の方向に変位せしめる引張り力Ｆとの関係を律するパラメータとして、前記回転運動出力軸の回転によって前記少なくとも２本の線・条に捩りを生ぜしめて前記回転運動出力軸の回転運動を前記回転運動出力軸方向に沿う運動を行う運動体の変位に変換し、また、前記運動体の変位を前記回転運動出力軸の回転運動に変換するよう構成してなる運動変換装置を、脚式ロボットの腰関節、膝関節、および足首関節の少なくとも１つに装着したことを特徴とする脚式ロボットの脚関節駆動装置である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
請求項２に記載の発明は、少なくとも２本の線・条の一端を回転運動出力軸端の軸心部に固定し、該線・条の他端を前記回転運動出力軸方向に沿う運動を行う運動体の、前記回転運動出力軸の軸心に関し対称となるとともに該軸心から所定距離Ａ離隔する部位に固定し、前記所定距離Ａ、前記線・条の長さＬ、前記線・条の半径Ｒ、前記回転運動出力軸の回転角度αを前記運動体の運動変位量ｘのパラメータとするとともに駆動モータのトルクＴと前記運動体を前記回転運動出力軸の方向に変位せしめる引張り力Ｆとの関係を律するパラメータとして、前記回転運動出力軸の回転によって前記少なくとも２本の線・条に捩りを生じさせ、前記回転運動出力軸の回転運動を前記回転運動出力軸方向に沿う運動を行う運動体の変位に変換し、また、前記運動体の変位を前記回転運動出力軸の回転運動に変換するよう構成してなる運動変換装置を、脚式ロボットの腰関節、膝関節、および足首関節の少なくとも１つに装着し、前記運動変換装置が、前記引張り力Ｆと前記被装着関節の回動角度の少なくとも１つを検出し、該検出結果に基づいて前記引張り力Ｆ、および／または、前記被装着関節の回動角度が所望の制御量となるよう、前記回転角度αおよび前記トルクＴの何れか一方または双方を制御することを特徴とする脚式ロボットの脚関節駆動装置の制御方法である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の脚式ロボットの脚関節駆動装置を用いて、前記回転運動出力軸の回転角度を前記線・条を捩り込んでいない状態として前記駆動モータと前記被装着関節が駆動系として分離された状態を作り、脚式ロボットに受動歩行を行わしめ、前記脚式ロボットの歩行サイクルの所定範囲においてのみ前記駆動モータによって前記被装着関節にトルクを加え、該脚式ロボットに受動動的歩行を行わしめ、さらに、前記駆動モータと前記被装着関節を前記線・条を介して駆動系として結合状態として能動歩行を行わしめることを特徴とする脚式ロボットの脚関節駆動装置の制御方法である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明において、関節を駆動するための駆動機構を説明する。関節の駆動機構の基本形を図１に示す。駆動モータ１１の回転運動出力軸１２端部の軸心部に少なくとも２本の線・条１３の一端を固定し、他端を直線運動体１４に、回転運動出力軸１２の軸心から半径方向にそれぞれ所定距離Ａだけ離隔せしめて固定する。回転運動出力軸１２が角度αだけ回転すると線・条１３は互いに捩り込み、直線運動体１４が回転運動出力軸１２の軸心方向に沿ってｘだけ変位する。この変位は、直線方向又は、たとえば関節を回動せしめるときのように弧状の変位である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
ここで、最小のスペースで十分なストロークを得るために、設計パラメータである線・条１３の他端を直線運動体１４に固定するときの回転運動出力軸１２の軸心からの半径方向への所定距離Ａ及び線・条１３の長さＬを適切に選ぶ必要がある。また、モータ（回転駆動源）１１のトルクＴと、線・条１３の捩り込みによる駆動モータの軸方向へ運動体１４を変位させる引張り力Ｆの関係は線・条１３の太さ（直径）によって左右されるから、モータ（回転駆動源）１１のトルクＴを大きな引張り力に変換するためには、細い線・条１３を使うことが望ましい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
２本の線・条１３を使う場合、回転運動出力軸１２の回転角度α（rad）と、直線運動体１４の運動変位量ｘの関係は、
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
で与えられる。ここで、Ｌは線・条１３を完全に解いたときの線・条１３の長さ、Ａは線・条１３の、直線運動体１４における固定部位の回転運動出力軸１２の軸心から半径方向の離隔距離、Ｒは線・条１３の半径である。但し、Ｒ＜＜ＬかつＲ＜＜Ａである。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
選んだ線・条１３の長さＬと半径Ｒ、回転運動出力軸１２の軸心から半径方向の離隔距離Ａとから理論的最大ストロークｘmaxおよびそのときの最大回転角度αmax（rad）は、
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
線・条１３としては、可撓性を有するとともに引張り強度に優れ適切な剛性をもちかつ繰り返し曲げに対する十分な耐久性をもつ高強度繊維たとえば、炭素繊維、Kevlar、ザイロン、ナイロン等を用いることができる。
また、線・条１３の断面形状としては、円、多角形、または長方形（リボン）とすることができる。長方形（リボン）にすると、同じトルク対引張り力変換率でより大きな断面積とすることができ、伝達可能な力容量を増大させ得る。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
この制御システムを図３に示す。図３に示すように、関節駆動装置における直線運動体４即ち回転運動出力軸２の軸方向に沿う運動を行う運動体に作用する力Ｆおよび関節７の回動角度１１７Ａならびに駆動モータ１の回転角度αを検出し、その検出結果を制御装置ＣＵに入力して関節７に所望の回動角度と回動トルクＴを付与すべく、所与の駆動モータ１の回転角度α、トルクＴが操作量として駆動モータ１から出力される。図３において、１１３はワイヤ式駆動装置、１１７ＡＳは関節角度センサである。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
本発明の脚式ロボットの脚関節駆動装置及びその制御方法によれば、歯車等の減速機構がないため少ない消費エネルギでの歩行が可能である。さらに、ロボットの関節をフリーにできることによって、人間とロボットが予期しない状況で接触したときにも人間への危害に対する安全性を高めることができるとともに、ロボットが転倒したときもロボットの故障を防げる確率を高め得る。人間とロボットが予期しない状況で接触したときにも人間への危害に対する安全性を高めることができるとともに、ロボットが転倒したときもロボットの故障を防げる確率を高め得る。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009056567.tif 000001
【図２】
2009056567.tif 000002
【図３】
2009056567.tif 000003
【図４】
2009056567.tif 000004
【図５】
2009056567.tif 000005
【図６】
2009056567.tif 000006
【図７】
2009056567.tif 000007
【図８】
2009056567.tif 000008
【図９】
2009056567.tif 000009
【図１０】
2009056567.tif 000010