(57)【要約】      （修正有）【課題】  人間の足首関節部、膝関節部及び股関節部と類似した動作が可能な２足歩行ロボットを提供する。【解決手段】  一対の足部材１１１と、脚部材１１３と、前記足部材１１１が前記脚部材１１３に対して２軸ジョイントで連結された足首関節部１２０と、前記足部材１１１を前後、左右方向に回動させる一対の第１アクチュエーター１６０，１６０と、大腿部材１１５と、前記脚部材１１３と前記大腿部材１１５との間に１軸ジョイントとして備えられた膝関節部１４０と、前記脚部材１１３を回動させる第２アクチュエーター１７０と、臀部材１１７と、股関節部１５０と、前記大腿部材１１５及び前記臀部材１１７に対して結合されて前記大腿部材１１５を前後、左右方向に回動させる一対の第３アクチュエーター１８０，１８０と、により構成されている。【選択図】  図２
2004202676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２足歩行ロボットにおいて、
一対の足部材と、
前記各足部材の上側に備えられた脚部材と、
前記足部材が前記脚部材に対して前後方向及び左右方向に回動可能に前記足部材と前記脚部材との間に２軸ジョイントとして備えられた足首関節部と、
前記各足部材及び前記各脚部材に結合されて前記足部材を前後方向及び左右方向に回動させる一対の第１アクチュエーターと、
前記各脚部材の上側に備えられた大腿部材と、
前記脚部材と前記大腿部材との間に１軸ジョイントとして備えられた膝関節部と、
前記各脚部材及び前記各大腿部材に結合されて前記脚部材を前後方向に回動させる第２アクチュエーターと、
前記大腿部材の上側に備えられた臀部材と、
前記大腿部材が前記臀部材に対して前後方向及び左右方向に回動可能に前記大腿部材と前記臀部材との間に２軸ジョイントとして備えられた股関節部と、
前記大腿部材及び前記臀部材に対して結合されて前記大腿部材を前後方向及び左右方向に回動させる一対の第３アクチュエーターと、を含むことを特徴とする２足歩行ロボット。
【請求項２】
前記足首関節部は、
前記足部材の上端部に一体に結合される第１回動部と、
前記脚部材の下端部に一体に結合され、前記第１回動部と結合されて前記足部材が前記脚部材に対して回動可能にする第２回動部と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の２足歩行ロボット。
【請求項３】
前記第１回動部は前記足部材の上端部に一体に結合される第１ブラケットと、前記第１ブラケットの前後端部から上向き突出形成された一対の第１支持台と、前記一対の第１支持台に前後方向に貫通されて挿入された第１回動軸と、を備え、
前記第２回動部は前記脚部材の下端部に一体に結合される第２ブラケットと、前記第２ブラケットの左右端部から下向き突出形成された一対の第２支持台と、前記一対の第２支持台に左右方向に貫通され、前記第１回動軸と一体に結合された第２回動軸と、をさらに備えることを特徴とする、請求項２に記載の２足歩行ロボット。
【請求項４】
前記股関節部は、
前記脚部材の上端部に一体に結合される第３回動部と、
前記大腿部材の下端部に一体に結合され、前記第３回動部と結合されて前記脚部材が前記大腿部材に対して回動可能にする第４回動部と、を含むことを特徴とする、請求項３に記載の２足歩行ロボット。
【請求項５】
前記股関節部は前記臀部材に対して上下方向の軸線を中心として回動可能に結合し、
前記臀部材に対して前記股関節部を回動させるように前記臀部材に備えられた第４アクチュエーターを含むことを特徴とする、請求項４に記載の２足歩行ロボット。
【請求項６】
前記第１アクチュエーターが前記足部材に対して回動可能に結合されるように前記第１アクチュエーターの下側と前記足部材との間に備えられる第１リンクと、
前記第１アクチュエーターが前記脚部材に対して回動可能に結合されるように前記第１アクチュエーターの上側と前記脚部材との間に備えられる第２リンクとをさらに含むことを特徴とする、請求項１または請求項５に記載の２足歩行ロボット。
【請求項７】
前記第２アクチュエーターが前記脚部材に対して回動可能に結合されるように前記第２アクチュエーターの下側と前記脚部材との間に備えられる第３リンクと、
前記第２アクチュエーターが前記大腿部材に対して回動可能に結合されるように前記第２アクチュエーターの上側と前記大腿部材との間に備えられる第４リンクと、をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載の２足歩行ロボット。
【請求項８】
前記第３アクチュエーターが前記大腿部材に対して回動可能に結合されるように前記第３アクチュエーターの下側と前記大腿部材との間に備えられる第５リンクと、
前記第３アクチュエーターが前記臀部材に対して回動可能に結合されるように前記第３アクチュエーターの上側と前記臀部材との間に備えられる第６リンクと、をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の２足歩行ロボット。
【請求項９】
前記第２アクチュエーターは前記脚部材の前方に備えられ、
前記脚部材が前記大腿部材に対して９０°以上後方に回動可能に前記第３リンクの上側が前記第２アクチュエーターの下側と回動可能に結合され、前記第３リンクと前記第２アクチュエーターの回動地点が前記膝関節部より上側に位置することを特徴とする、請求項７に記載の２足歩行ロボット。
【請求項１０】
前記一対の第３アクチュエーターは前記大腿部材の後方に備えられ、
前記大腿部材が前記臀部材に対して９０°以上前方に回動可能に前記第６リンクの下側が前記第３アクチュエーターの上側と回動可能に結合され、前記第６リンクと前記第３アクチュエーターの回動地点が前記股関節部より下側に位置することを特徴とする、請求項８に記載の２足歩行ロボット。
【請求項１１】
前記股関節部の第４回動部の上側に上向き突出形成された第４回動軸をさらに備え、
前記第４回動軸は前記臀部材の板面を貫通して前記臀部材と回動可能に結合され、
前記第４アクチュエーターは前記第４回動軸と回動可能に結合して前記第４回動軸を回動させることを特徴とする、請求項５に記載の２足歩行ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は２足歩行ロボットに係り、より詳しくは関節部を改善した２足歩行ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、２足歩行ロボットは人間の脚のように一対として備えられる骨格フレームと、骨格フレームの各骨格の間に回動可能に備えられる関節部と、各骨格と連結されて各骨格を関節部で回動させるアクチュエーターと、を含む。
【０００３】
骨格フレームは人間の足のように底面を踏む足部材と、足部材の上側に備えられる脚部材と、脚部材の上側に備えられる大腿部材と、大腿部材の上側に備えられて人間のヒップのような役割をする臀部材と、を含む。
【０００４】
関節部は足部材と脚部材との間に備えられる足首関節部と、脚部材と大腿部材との間に備えられる膝関節部と、大腿部材と臀部材との間に備えられる股関節部と、を含む。
【０００５】
一般に、２足歩行ロボットは足部材と脚部材を連結するアクチュエーターの駆動により足部材が脚部材に対して足首関節部を中心として回動可能になり、脚部材と大腿部材を連結するアクチュエーターの駆動により脚部材が大腿部材に対して膝関節部を中心として回動可能になり、大腿部材と臀部材を連結するアクチュエーターの駆動により大腿部材が臀部材に対して股関節部を中心として回動可能になる。
【０００６】
従来の２足歩行ロボットは、図１に示したように、足部材１１、脚部材１２、大腿部材１３及び臀部材１４が各々の関節１５，１６，１７で連結されて胴体を支持するための脚組立体を構成するロボットである。歩行ロボットの両側脚組立体の構造は同じであるため、一側の脚組立体に対するメカニズムのみを説明する。さらに、各々の関節１５，１６，１７は足首関節１５、膝関節１６、股関節１７を示す。
【０００７】
また、脚組立体で各々の隣接部材は各々の駆動手段３０を連結して４節リンクで構成し、駆動手段３０はボールねじ３３によるすべり直線運動を具現する。すべり運動は互いに連結された他のリンクの回転角を変換させ、ロボットの脚関節１５，１６，１７を曲げたり、伸ばす動作を可能にする。
【０００８】
より具体的には、足首関節１５の作動のための駆動手段３０は側面で第１リンク２１を介在して脚部材１２の中間位置に回動可能に連結され、下端でスライダー３５が直接足部材１１の中間位置に回動可能に連結される。
【０００９】
膝関節１６を作動するための駆動手段３０は下端で第２リンク２２を介在して足部材１１の上側位置に回動可能に連結され、側面で第３リンク２３を介在して大腿部材１３の中間位置に回動可能に連結される。
【００１０】
股関節１７を作動するための駆動手段３０は下端で第４リンク２４を介在して大腿部材１３の上側位置に回動可能に連結され、側面で第５リンク２５を介在して臀部材１４に回動可能に連結される。これにより、各関節１５，１６，１７は各々の駆動手段３０により屈伸運動される。
【００１１】
さらに、駆動手段３０はボールねじ３３を駆動するモーター３１と、モーター３１の回転状態を検出するエンコーダー３２と、ボールねじ３３と平行に固定されるガイドレール３４と、ボールねじ３３の螺旋運動を受けるようにガイドレール３４の上に装着されるスライダー３５と、を備える。
【００１２】
スライダー３５は一側でガイドレール３４の上にすべり運動自在に装着され、他側でめねじ部を通じてボールねじ３３にかみ合い、螺旋運動を行う。モーター３１のサーボ制御のためのエンコーダー３２はモーター３１の後端に取り付けられる。
【００１３】
このような構成により、従来の２足歩行ロボットは各関節１５，１６，１７に備えられた駆動手段３０により円滑な歩行運動を実現する効果がある。
【００１４】
しかし、かかる従来の２足歩行ロボットは各関節１５，１６，１７が一方向のみに回転自在に備えられて人間の実際の脚関節に比べてその動作が非常に単純であるという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、本発明の目的は、人間の脚関節と類似した動作が可能な２足歩行ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明は、２足歩行ロボットにおいて、一対の足部材と、前記各足部材の上側に備えられた脚部材と、前記足部材が前記脚部材に対して前後方向及び左右方向に回動可能に前記足部材と前記脚部材との間に２軸ジョイントとして備えられた足首関節部と、前記各足部材及び前記各脚部材に結合されて前記足部材を前後方向及び左右方向に回動させる一対の第１アクチュエーターと、前記各脚部材の上側に備えられた大腿部材と、前記脚部材と前記大腿部材との間に１軸ジョイントとして備えられた膝関節部と、前記各脚部材及び前記各大腿部材に結合されて前記脚部材を前後方向に回動させる第２アクチュエーターと、前記大腿部材の上側に備えられた臀部材と、前記大腿部材が前記臀部材に対して前後方向及び左右方向に回動可能に前記大腿部材と前記臀部材との間に２軸ジョイントとして備えられた股関節部と、前記大腿部材及び前記臀部材に対して結合されて前記大腿部材を前後方向及び左右方向に回動させる一対の第３アクチュエーターとを含むことを特徴とする。
【００１７】
ここで、前記足首関節部は、前記足部材の上端部に一体に結合される第１回動部と、前記脚部材の下端部に一体に結合され、前記第１回動部と結合されて前記足部材が前記脚部材に対して回動可能にする第２回動部とを含むことが好ましい。
【００１８】
前記第１回動部は前記足部材の上端部に一体に結合される第１ブラケットと、記第１ブラケットの前後端部から上向き突出形成された一対の第１支持台と、前記一対の第１支持台に前後方向に貫通されて挿入された第１回動軸とを備え、前記第２回動部は前記脚部材の下端部に一体に結合される第２ブラケットと、前記第２ブラケットの左右端部から下向き突出形成された一対の第２支持台と、前記一対の第２支持台に左右方向に貫通され、前記第１回動軸と一体に結合された第２回動軸と、を備えることが好ましい。
【００１９】
前記股関節部は、前記脚部材の上端部に一体に結合される第３回動部と、前記大腿部材の下端部に一体に結合され、前記第３回動部と結合されて前記脚部材が前記大腿部材に対して回動可能にする第４回動部と、を含むことが好ましい。
【００２０】
前記股関節部は前記臀部材に対して上下方向の軸線を中心として回動可能に結合し、前記臀部材に対して前記股関節部を回動させるように前記臀部材に備えられた第４アクチュエーターを含むことが好ましい。
【００２１】
前記第１アクチュエーターが前記足部材に対して回動可能に結合されるように前記第１アクチュエーターの下側と前記足部材との間に備えられる第１リンクと、前記第１アクチュエーターが前記脚部材に対して回動可能に結合されるように前記第１アクチュエーターの上側と前記脚部材との間に備えられる第２リンクと、をさらに含むことが好ましい。
【００２２】
前記第２アクチュエーターが前記脚部材に対して回動可能に結合されるように前記第２アクチュエーターの下側と前記脚部材との間に備えられる第３リンクと、前記第２アクチュエーターが前記大腿部材に対して回動可能に結合されるように前記第２アクチュエーターの上側と前記大腿部材との間に備えられる第４リンクと、をさらに含むことが好ましい。
【００２３】
前記第３アクチュエーターが前記大腿部材に対して回動可能に結合されるように前記第３アクチュエーターの下側と前記大腿部材との間に備えられる第５リンクと、前記第３アクチュエーターが前記臀部材に対して回動可能に結合されるように前記第３アクチュエーターの上側と前記臀部材との間に備えられる第６リンクと、をさらに含むことが好ましい。
【００２４】
前記第２アクチュエーターは前記脚部材の前方に備えられ、前記脚部材が前記大腿部材に対して９０°以上後方に回動可能に前記第３リンクの上側が前記第２アクチュエーターの下側と回動可能に結合され、前記第３リンクと前記第２アクチュエーターの回動地点が前記膝関節部より上側に位置することが好ましい。
【００２５】
前記一対の第３アクチュエーターは前記大腿部材の後方に備えられ、前記大腿部材が前記臀部材に対して９０°以上前方に回動可能に前記第６リンクの下側が前記第３アクチュエーターの上側と回動可能に結合され、前記第６リンクと前記第３アクチュエーターの回動地点が前記股関節部より下側に位置することが好ましい。
【００２６】
前記股関節部の第４回動部の上側に上向き突出形成された第４回動軸をさらに備え、前記第４回動軸は前記臀部材の板面を貫通して前記臀部材と回動可能に結合され、前記第４アクチュエーターは前記第４回動軸と回動可能に結合して前記第４回動軸を回動させることが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
上述したように、本発明によれば、人間の足首関節部、膝関節部及び股関節部と類似した動作が可能な２足歩行ロボットを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、添付図面を参照して本発明について詳細に説明する。下記では図２を参照して本発明の２足歩行ロボットが前進する方向を前方、後進する方向を後方とし、その前後方向の左右側を左右方向とする。
【００２９】
図２及び図３に示したように、本発明による２足歩行ロボット１００は、人間の足のように底面を踏む一対の足部材１１１と、一対の足部材１１１の上側に備えられる一対の脚部材１１３と、一対の脚部材１１３の上側に備えられる一対の大腿部材１１５と、一対の大腿部材１１５の上側に備えられて人間のヒップのような役割をする臀部材１１７と、足部材１１１と脚部材１１３との間に２軸ジョイントとして備えられる足首関節部１２０と、足首関節部１２０により足部材１１１が脚部材１１３に対して前後方向及び左右方向に回動可能に足部材１１１と脚部材１１３に結合される一対の第１アクチュエーター１６０と、脚部材１１３と大腿部材１１５との間に１軸ジョイントとして備えられる膝関節部１４０と、膝関節部１４０により脚部材１１３が大腿部材１１５に対して前後方向に回動可能に脚部材１１３と大腿部材１１５に結合される第２アクチュエーター１７０と、大腿部材１１５と臀部材１１７との間に２軸ジョイントとして備えられる股関節部１５０と、股関節部１５０により大腿部材１１５が臀部材１１７に対して前後方向及び左右方向に回動可能に大腿部材１１５と臀部材１１７に結合される一対の第３アクチュエーター１８０と、臀部材１１７に対して股関節部１５０を上下方向の軸線を中心として回動させるように臀部材１１７に備えられる第４アクチュエーター１９０と、を含む。
【００３０】
さらに、本発明による２足歩行ロボット１００は、図２に示したように、左右側が対称構成をもつため、以下の説明では一側の構成のみに対して説明する。
【００３１】
足部材１１１、脚部材１１３、大腿部材１１５及び臀部材１１７は人間の脚を構成する骨格のような役割を果たし、臀部材１１７の上側に備えられる上体(図示せず)を支持できる程度の強度を有する材質で製作される。
【００３２】
足首関節部１２０は足部材１１１の上端部に一体に結合される第１回動部１２１と、脚部材１１３の下端部に一体に結合され、第１回動部１２１と結合されて足部材１１１が脚部材１１３に対して回動可能にする第２回動部１３１と、第１回動部１２１と第２回動部１３１を前後及び左右方向に回動可能に２軸ジョイントされる２軸部材１３０と、を含む。
【００３３】
第１回動部１２１は足部材１１１の上端部に一体に結合される第１ブラケット１２３と、第１ブラケット１２３の前後端部から上向き突出形成された一対の第１支持台１２５とを含む。さらに、第１回動部１２１が第２回動部１３１に対して左右回動可能に一対の第１支持台１２５には前後方向に貫通された回動軸受容部１２８に挿入される２軸部材１３０の第１回動軸１２７が備えられる。
【００３４】
第２回動部１３１は脚部材１１３の下端部に一体に結合される第２ブラケット１３３と、第２ブラケット１３３の左右端部から下向き突出形成される一対の第２支持台１３５とを含む。さらに、第１回動部１２１が第２回動部１３１に対して前後回動可能に一対の第２支持台１３５に左右方向に貫通された回動軸受容部１２８に挿入され、第１回動軸１２７に一体に結合された第２回動軸１３７が備えられる。
【００３５】
２軸部材１３０は一対の第１支持台１２５の前後方向に貫通された回動軸受容部１２８に挿入される第１回動軸１２７と、一対の第２支持台１３５に左右方向に貫通された回動軸受容部１２８に挿入され、第１回動軸１２７と十字状に一体に結合された第２回動軸１３７と、を含む。
【００３６】
このように第１回動部１２１と結合された足部材１１１は第２回動部１３１と結合された脚部材１１３に対して第１回動軸１２７を中心として左右方向に回動可能になり、第２回動軸１３７を中心として前後方向にも回動が可能になる。
【００３７】
膝関節部１４０は脚部材１１１と大腿部材１１５が互いに回動可能に脚部材１１１の上端部と大腿部材１１５の下端部に備えられた膝回動部１４３と、膝回動部１４３に挿入される第３回動軸１４１とを含む。これにより、膝関節部１４０により脚部材１１３が大腿部材１１５に対して前後方向に回動が可能になる。
【００３８】
股関節部１５０は足首関節部１２０のように大腿部材１１５の上端部に一体に結合される第３回動部１５１と、臀部材１１７の下端部に結合され、第３回動部１５１と結合されて大腿部材１１５が臀部材１１７に対して回動可能にする第４回動部１５５とを含む。さらに、股関節部１５０の第３及び第４回動部１５１，１５５は足首関節部１２０の第１及び第２回動部１２１，１３１のように２軸部材１３０により結合される構成をもつため、その詳細な説明は省略する。
【００３９】
これにより、股関節部１５０により大腿部材１１５は臀部材１１７に対して左右方向及び前後方向に回動可能になる。
【００４０】
さらに、股関節部１５０の第４回動部１５５の上側に上向き突出形成された第４回動軸１５６が備えられ、第４回動軸１５６は臀部材１１７の板面を貫通して臀部材１１７に対して回動可能に備えられる。
【００４１】
第１アクチュエーター１６０は一対からなり、足首関節部１２０の後方に足部材１１１及び脚部材１１３に結合されて足首関節部１２０を前後方向及び左右方向に回動させる役割を果たす。このような各第１アクチュエーター１６０を足部材１１１及び脚部材１１３に結合させるために第１及び第２リンク１６１，１６５が備えられる。さらに、各アクチュエーター１６０，１７０，１８０，１９０は駆動モーター(図示せず)と、駆動モーターにより回動されるボールねじ(図示せず)と、各アクチュエーターの下側に備えられてボールねじとねじ結合され、ガイド部材(図示せず)により直線運動可能に案内されるガイドロッド１６８と、ガイドロッド１６８の端部に備えられるガイドブロック１６７と、ガイドロッド１６８の一側に備えられてガイドロッド１６８により移送されるガイドブロック１６７の位置情報を検出する位置センサー(図示せず)とを含む。さらに、このような位置センサーにより検出された信号は制御部(図示せず)に送出されて駆動モーターを制御することにより、各アクチュエーターの一側に備えられたガイドブロック１６７を移送させるようになる。
【００４２】
第１リンク１６１は“Ｌ”字状からなり、その下端部は足部材１１１と一体に結合された第１回動部１２１に回動可能に結合され、第１リンク１６１の上端部と第１アクチュエーター１６０の下側に備えられたガイドブロック１６７には互いに回動可能に第１ヒンジ軸１６２により結合される第１ヒンジ部１６３が備えられる。
第２リンク１６５の一側は脚部材１１３と一体に結合され、第２リンク１６５の他側と第１アクチュエーター１６０の上側には互いに回動可能に第２ヒンジ軸１６６により結合される第２ヒンジ部１６４が備えられる。
【００４３】
このような構成により、図４Ａ及び図４Ｂに示したように、第１アクチュエーター１６０の駆動により足首関節部１２０が回動する過程を調べると、次の通りである。
まず、図４Ａの足首関節部の作動側面図に示したように、一対の第１アクチュエーター１６０のガイドブロック１６７が上向き移送されると、足部材１１１は脚部材１１３に対して後方に回動するようになる。これとは反対に一対の第１アクチュエーター１６０のガイドブロック１６７が下向き移送されると、足部材１１１は脚部材１１３に対して前方に回動するようになる。
【００４４】
さらに、図４Ｂの足首関節部の作動背面図に示したように、一対の第１アクチュエーター１６０のうち、左側のガイドブロック１６７が下向き移送され、右側のガイドブロック１６７が左側のガイドブロック１６７と反対に上向き移送されると、足部材１１１は脚部材１１３に対して右側方向に回動可能になる。さらに、これとは反対に作動することもできる。
【００４５】
本発明による２足歩行ロボット１００は足首関節部１２０を２軸部材１３０などのような２軸ジョイントとして備え、足首関節部１２０の後方に一対の第１アクチュエーター１６０を備えて足部材１１１が脚部材１１３に対して前後方向及び左右方向に回動可能にすることにより、人間の足首関節部と類似した動作が可能になる。
【００４６】
第２アクチュエーター１７０は脚部材１１３の前方で脚部材１１３及び大腿部材１１５に結合されて膝関節部１４０を前後方向に回動させる役割を果たす。このような第２アクチュエーター１７０を脚部材１１３及び大腿部材１１５に結合させるために第３及び第４リンク１７１，１７５が備えられる。
【００４７】
第３リンク１７１は“Ｌ”字状からなり、その下端部は脚部材１１３と一体に結合され、第３リンク１７１の上端部と第２アクチュエーター１７０の下側に備えられたガイドブロック１６７には互いに回動可能に第３ヒンジ軸１７２により結合される第３ヒンジ部１７３が備えられる。さらに、第２アクチュエーター１７０と第３リンク１７１の回動地点である第３ヒンジ軸１７２が膝関節部１４０より上側に位置するように備えて脚部材１１３が大腿部材１１５に対して後方に９０°以上回動可能になる。
【００４８】
第４リンク１７５の一側は大腿部材１１５と一体に結合され、第４リンク１７５の他側と第２アクチュエーター１７０の上側には互いに回動可能に第４ヒンジ軸１７６により結合される第４ヒンジ部１７７が備えられる。
【００４９】
このような構成により、図５Ａ及び図５Ｂに示したように、第２アクチュエーター１７０の駆動により膝関節部１４０が回動する過程を調べると、次の通りである。
【００５０】
まず、図５Ａの膝関節部の作動側面図に示したように、第２アクチュエーター１７０のガイドブロック１６７が下向き移送されると、脚部材１１３は大腿部材１１５に対して後方に所定の角度回動するようになる。その後、第２アクチュエーター１７０のガイドブロック１６７が上向き移送されると、脚部材１１３は大腿部材１１５に対して前方に回動可能になる。さらに、図５Ｂの膝関節部の作動側面図に示したように、第２アクチュエーター１７０と第３リンク１７１の回動地点である第３ヒンジ軸１７２が膝関節部１４０より上側に位置するように備えて第２アクチュエーター１７０のガイドブロック１６７が下向き移送されると、脚部材１１３は大腿部材１１５に対して９０°以上後方に回動可能になる。
【００５１】
本発明による２足歩行ロボット１００は膝関節部１４０の前方に第２アクチュエーター１７０を備え、第２アクチュエーター１７０と第３リンク１７１の回動地点である第３ヒンジ軸１７２が膝関節部１４０より上側に位置するように備えて脚部材１１３が大腿部材１１５に対して後方に９０°以上回動可能にすることにより、人間の膝関節部と類似した動作が可能になる。
【００５２】
第３アクチュエーター１８０は一対からなり、大腿部材１１５の後方に大腿部材１１５及び臀部材１１７に対して結合されて股関節部１５０を前後方向及び左右方向に回動させる役割を果たす。このような第３アクチュエーター１８０を大腿部材１１５及び臀部材１１７に対して結合させるために第５及び第６リンク１８１，１８５が備えられる。
【００５３】
第５リンク１８１の一側は大腿部材１１５と一体に結合され、第５リンク１８１の他側と第３アクチュエーター１８０の下側に備えられたガイドブロック１６７には互いに回動可能に第５ヒンジ軸１８２により結合される第５ヒンジ部１８３が備えられる。
【００５４】
第６リンク１８５は“Ｌ”字状からなり、その上端部は臀部材１１７と結合された第４回動部１５５に一体に結合され、第６リンク１８５の下端部と第３アクチュエーター１８０の上側には互いに前後方向に回動可能に第６ヒンジ軸１８６により結合される第６ヒンジ部１８７が備えられる。さらに、大腿部材１１５が臀部材１１７に対して左右方向に回動可能に第６リンク１８５の下端部と第６ヒンジ部１８７は左右方向に回動可能に結合される。
【００５５】
さらに、第３アクチュエーター１８０と第６リンク１８５の回動地点である第６ヒンジ軸１８６が股関節部１５０より下側に位置するように備えて大腿部材１１５が臀部材１１７に対して前方に９０°以上回動可能になる。
【００５６】
このような構成により、図６Ａ乃至図６Ｃに示したように、第３アクチュエーター１８０の駆動により股関節部１５０が回動する過程を調べると、次の通りである。
【００５７】
まず、図６Ａの膝関節部の作動側面図に示したように、一対の第３アクチュエーター１８０のガイドブロック１６７が下向き移送されると、大腿部材１１５は臀部材１１７に対して前方に所定の角度で回動するようになる。その後、一対の第３アクチュエーター１８０のガイドブロック１６７が上向き移送されると、大腿部材１１５は臀部材１１７に対して後方に回動するようになる。さらに、図６Ｃの膝関節部の作動背面図に示したように、一対の第３アクチュエーター１８０のうち、左側のガイドブロック１６７が下向き移送され、右側のガイドブロック１６７が左側のガイドブロック１６７と反対に上向き移送されると、大腿部材１１５は臀部材１１７に対して右側方向に回動可能になる。また、図６Ｂの膝関節部の作動側面図に示したように、第３アクチュエーター１８０と第６リンク１８５の回動地点である第６ヒンジ軸１８６が股関節部１５０より下側に位置するように備えて一対の第３アクチュエーター１８０のガイドブロック１６７が続けて下向き移送されると、大腿部材１１５は臀部材１１７に対して９０°以上前方に回動可能になる。
【００５８】
これにより、本発明による２足歩行ロボット１００は股関節部１５０を２軸部材１３０などのような２軸ジョイントとして備え、大腿部材１１５の後方に一対の第３アクチュエーター１８０を備えて大腿部材１１５が臀部材１１７に対して前後方向及び左右方向に回動可能になる。さらに、第３アクチュエーター１８０と第６リンク１８５の回動地点である第６ヒンジ軸１８６が股関節部１５０より下側に位置するように備えて大腿部材１１５が臀部材１１７に対して前方に９０°以上回動可能にすることにより、人間の股関節部と類似した動作が可能である。
【００５９】
第４アクチュエーター１９０は臀部材１１７の上側に一対からなり、一対の股関節部１５０を上下方向の軸線を中心として回動させる役割を果たす。さらに、第４アクチュエーター１９０の一側には臀部材１１７の上側に備えられた回動突起１９３と回動可能に結合される第７ヒンジ部１９１が備えられ、第４アクチュエーター１９０の他側は股関節部１５０の第４回動部１５５の上側に備えられて臀部材１１７の板面を貫通して突出された第４回動軸１５６と第７リンク１９５により結合される。
【００６０】
第７リンク１９５の一側は第４回動軸１５６と一体に結合され、第７リンク１９５の他側と第４アクチュエーター１９０の他側は第８ヒンジ部１９６により回動可能に結合される。
【００６１】
このような構成により、図７に示したように、第４アクチュエーター１９０の駆動により第７リンク１９５が回動すると、第７リンク１９５と一体に結合された第４回動軸１５６が上下方向の軸線に沿って回動し、このような第４回動軸１５６の回動により股関節部１５０及びその下側に備えられた大腿部材１１５、脚部材１１３及び足部材１１１まで同時に回動するようになる。
【００６２】
これにより、本発明による２足歩行ロボット１００は股関節部１５０及びその下側に備えられた各部材１１５，１１３，１１１を第４回動軸１５６の上下方向の軸線を中心として回動可能に第４アクチュエーター１９０を備えることにより、人間の股関節部と類似した動作が可能になる。
【００６３】
このように本発明による２足歩行ロボットは足首関節部及び股関節部を２軸ジョイントとして備え、一対の第１及び第３アクチュエーターを備え、第３アクチュエーターと第６リンクの回動地点が股関節部より下側に位置するように備えて人間の足首関節部及び股関節部と類似した動作を可能にする。
【００６４】
さらに、本発明による２足歩行ロボットは膝関節部に第２アクチュエーターを備え、第２アクチュエーターと第３リンクの回動地点が膝関節部より上側に位置するように備えて人間の膝関節部と類似した動作を可能にする。
【００６５】
さらに、本発明による２足歩行ロボットは股関節部及びその下側に備えられた各部材が上下方向の軸線に沿って回動可能に第４アクチュエーターを備えることにより、人間の股関節部と類似した動作を可能にする。
【００６６】
したがって、本発明による２足歩行ロボットは人間の足首関節部、膝関節部及び股関節部のような脚関節と類似した動作を行える。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】従来の２足歩行ロボットの側面図である。
【図２】本発明による２足歩行ロボットの斜視図である。
【図３】図２の２足歩行ロボットの分解斜視図である。
【図４Ａ】本発明による２足歩行ロボットの足首関節部の作動側面図である。
【図４Ｂ】本発明による２足歩行ロボットの足首関節部の作動背面図である。
【図５Ａ】本発明による２足歩行ロボットの膝関節部の作動側面図である。
【図５Ｂ】本発明による２足歩行ロボットの膝関節部の作動側面図である。
【図６Ａ】本発明による２足歩行ロボットの股関節部の作動側面図である。
【図６Ｂ】本発明による２足歩行ロボットの股関節部の作動側面図である。
【図６Ｃ】本発明による２足歩行ロボットの股関節部の作動背面図である。
【図７】本発明による２足歩行ロボットの第４アクチュエーターの作動平面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１００      ２足歩行ロボット
１１１      足部材
１１３      脚部材
１１５      大腿部材
１１７      臀部材
１２０      足首関節部
１２１      第１回動部
１２３      第１ブラケット
１２５      第１支持台
１２７      第１回動軸
１２８      回動軸受容部
１３０      ２軸部材
１３１      第２回動部
１３３      第２ブラケット
１３５      第２支持台
１３７      第２回動軸
１４０      膝関節部
１４１      第３回動軸
１４３      膝回動部
１５０      股関節部
１５１      第３回動部
１５５      第４回動部
１５６      第４回動軸
１６０      第１アクチュエーター
１６１      第１リンク
１６２      第１ヒンジ軸
１６３      第１ヒンジ部
１６４      第２ヒンジ部
１６５      第２リンク
１６６      第２ヒンジ軸
１６７      ガイドブロック
１６８      ガイドロッド
１７０      第２アクチュエーター
１７１      第３リンク
１７２      第３ヒンジ軸
１７３      第３ヒンジ部
１７５      第４リンク
１７６      第４ヒンジ軸
１７７      第４ヒンジ部
１８０      第３アクチュエーター
１８１      第５リンク
１８２      第５ヒンジ軸
１８３      第５ヒンジ部
１８５      第６リンク
１８６      第６ヒンジ軸
１８７      第６ヒンジ部
１９０      第４アクチュエーター
１９１      第７ヒンジ部
１９３      回動突起
１９５      第７リンク
１９６      第８ヒンジ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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