(57)【要約】【課題】電子基板にかかる着地衝撃を緩和し、コネクタでの接触不良の発生を防止し、歩行ロボットの信頼性を高め、高速歩行を可能とする。【解決手段】歩行ロボット１０は、胴部１２と少なくとも２本の脚部を備え、胴部１２に対する脚部の相対的姿勢を変化させることによって歩行する。本発明の歩行ロボット１０は、胴部１２に対してフローティング支持された外付部２６を備え、その外付部２６にロボット１０の歩行を制御するＣＰＵが実装された電子基板が収容されている。上記のロボット１０の外付部２６は、胴部１２に対してフローティング支持されている。従って、歩行ロボット１０が歩行することによる着地衝撃は、緩和されてから外付部２６に伝わる。このため、外付部２６に実装された電子基板にかかる着地衝撃が緩和され、歩行ロボット１０の高速歩行が可能になる。【選択図】  図１
2004298984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴部と少なくとも２本の脚部を備え、胴部に対する脚部の相対的姿勢を変化させることによって歩行するロボットであり、
胴部に対してフローティング支持された外付部を備え、その外付部にロボットの歩行を制御するＣＰＵが実装された電子基板が収容されていることを特徴とする歩行ロボット。
【請求項２】
略直立する胴部の上部から斜め下方に伸びる連結部材によって外付部が懸架されており、胴部の後面と外付部の前面間に、前後と上下と左右方向の変位を許容して振動を減衰させる緩衝部材が配置されていることを特徴とする請求項１の歩行ロボット。
【請求項３】
胴部の後面と外付部の前面間に配置されている緩衝部材を、外付部の重量によって外付部が胴部の後面に接近する力が略均等に配分される位置関係で複数配置されていることを特徴とする請求項２の歩行ロボット。
【請求項４】
連結部材は剛体であり、胴部と外付部の双方に回動自在に連結されていることを特徴とする請求項２の歩行ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、歩行ロボットに関するものである。詳しくは、少なくとも２本の脚部を備え、胴部に対する脚部の相対的姿勢を変化させることによって歩行するロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】歩行するロボットは、胴部に対する脚部の相対的姿勢を変化させるために多数のアクチュエータを必要とし、それらのアクチュエータをコントロールするための電子基板を必要とする。電子基板にはコネクタが用意されており、そのコネクタを利用して、電子基板同士を直接接続したり、又はケーブルによって他の電子基板に接続したりアクチュエータに接続したり電源回路に接続したりする。コネクタの接点数は非常に多い。
歩行するロボットには着地衝撃が加わる。コネクタの接点は衝撃に対して不安定であり、ロボットが歩行を続けていると、多数ある接点の中には接触不良となるものが発生しやすい。それが歩行ロボットの信頼性を低くしている。
略直立する胴部の背面に副胴部を固定することによって、胴部内の機器の収容スペースを拡大した歩行ロボットが知られている（例えば、特許文献１）。この歩行ロボットでは、ＣＰＵを実装した電子基板を副胴部に収容している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１５４０７８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ロボットが歩行すると、胴部には着地衝撃が加わる。電子基板を副胴部に収容しても、その副胴部が胴部に固定されている限り、その副胴部に収容されている電子基板に着地衝撃が加わる。電子基板に着地衝撃が加わる構造では、ロボットが歩行を続けている間にコネクタで接触不良となることがあり、歩行ロボットの信頼性を低くしている。コネクタでの接触不良の発生を防止するためには、着地衝撃が小さく抑えられる低速歩行に制約されてしまう。
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、電子基板にかかる着地衝撃を緩和し、コネクタでの接触不良の発生を防止し、歩行ロボットの信頼性を高め、高速歩行を可能とするために開発された。
【０００５】
【課題を解決するための手段および作用と効果】請求項１に記載の歩行ロボットは、胴部と少なくとも２本の脚部を備え、胴部に対する脚部の相対的姿勢を変化させることによって歩行する。本発明の歩行ロボットは、胴部に対してフローティング支持された外付部を備え、その外付部にロボットの歩行を制御するＣＰＵが実装された電子基板が収容されている。
上記のロボットの外付部は、胴部に対してフローティング支持されている。従って、歩行ロボットが歩行することによる着地衝撃は、緩和されてから外付部に伝わる。このため、外付部に実装された電子基板にかかる着地衝撃が緩和され、歩行ロボットの高速歩行が可能になる。
【０００６】
請求項１に記載の歩行ロボットにおいて、略直立する胴部の上部から斜め下方に伸びる連結部材によって外付部が懸架されており、胴部の後面と外付部の前面間に、前後と上下と左右方向の変位を許容して振動を減衰させる緩衝部材が配置されていることが好ましい（請求項２）。
このように構成されていると、緩衝部材によって着地衝撃を緩和することができる。
【０００７】
請求項２に記載の歩行ロボットにおいて、胴部の後面と外付部の前面間に配置されている緩衝部材を、外付部の重量によって外付部が胴部の後面に接近する力が略均等に配分される位置関係で複数配置されていることが好ましい（請求項３）。
胴部後面に対して外付部前面が傾いて接近すると、胴部と外付部が接触してしまう。胴部と外付部が接触すると、互いに傷ついたり、歩行衝撃が直接外付部に伝わったりする。
上記の歩行ロボットは、胴部の後面と外付部の前面間に配置されている緩衝部材が、外付部の重量によって外付部が胴部の後面に接近する力が略均等に配分される位置関係で複数配置されている。このため、外付部前面は、胴部後面に対して並行な状態で胴部に近づく。よって、胴部と外付部の接触が防止される。
【０００８】
請求項２に記載の歩行ロボットにおいて、連結部材は剛体であり、胴部と外付部の双方に回動自在に連結されていることが好ましい（請求項４）。
連結部材が剛体であると、ロボットが速く歩行したり、飛び跳ねたりした場合に、外付部が踊ってしまうのを防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】後述する実施例の主要な特徴を記載する。
ロボットの両肩部のそれぞれに、ブラケットが設けられている。
連結部材は、ケーブルと、その両端に固定されたリングから構成されている。
箱状の外付部の両側面にピンが設けられている。
ケーブルの一端のリングが両肩部のブラケットに取付けられ、他端のリングが外付部のピンに取付けられることにより、胴体と外付部が連結されている。
背中と外付部との間に４つの緩衝部材が介装されている。
【００１０】
【実施例】本発明のロボットに係る一実施例について、図面を参照しながら説明する。
図１、図２に示されているように、ロボット１０の両肩部には、２つのブラケット１６が設けられている。ブラケット１６の上方から見たときの形状はコの字状である。また、図２に良く示されているように、連結部材１８は、ケーブル１８ａと、その両端に固定されたリング１８ｂ、１８ｃから構成されている。リング１８ｂ、１８ｃは円盤状であり、その中央に取付穴が形成されている。外付部２６は箱状であり、その内部にはロボット１０の動作を制御するコントローラ等が収容されている。コントローラには、ＣＰＵや電気基板等が装着されている。外付部２６の両側面には、ピン２４が設けられている。ピン２４の外端には、膨出部２４ａが形成されている。
【００１１】
連結部材１８のリング１８ｂがピン２８によってブラケット１６に取付けられ、リング１８ｃがピン２４に取付けられることにより、胴体１２と外付部２６が連結されている。ピン２４に膨出部２４ａが形成されていることにより、ピン２４からリング１８ｃが抜け出してしまうことが防止されている。
背中１４と外付部２６の間には、４つの緩衝部材２１が介装されている。図３は、緩衝部材２１の単品図である。緩衝部材２１は、クッション部３２と、取付部３３、３４から構成されている。クッション部３２の形状は円錐台状であり、弾性変形可能なゴムから形成されている。取付部３３、３４は相似形状であり、円盤状のベース部３３ａ、３４ａと、ベース部３３ａ、３４ａと一体に形成されたネジ部３３ｂ、３４ｂを備えている。ベース部３３ａ、３４ａは、クッション部３２の両側端面に接着されている。
そして、ネジ部３３ｂとネジ部３４ｂは、それぞれナット（図示省略）によって、背中１４と外付部２６に締結される。
【００１２】
以上説明したように、外付部２６は、連結部材１８によって胴体１２と連結されている。このため、外付部２６は胴体１２に対して移動することができる。そして、外付部２６が移動するときには、緩衝部材２１のクッション部３２が変形する。このため、ロボットの歩行にともなって胴体１２が上下方向に動くと、その動き外付部２６の前後方向の動きに変換され、緩衝部材２１のクッション部３２が軸方向に変形する。また、胴体１２が左右方向に動くと、緩衝部材１２のクッション部材３２は軸直方向に変形する。このように緩衝部材２１のクッション部材３２が変形すると、歩行にともなう胴体の衝撃は緩和されてから外付部２６に伝わる。衝撃が緩和されると、外付部２６に収容されているコントローラの電気基板に用いられているコネクタの接触不良等を防止することができる。
【００１３】
また、上述した構成によれば、ロボット１０の腰の後方に水平板状のサポート板を固定し、そのサポート板上に緩衝部材を介して外付部２６を載置するのに比べて、簡易かつ軽量な構成で外付部２６に伝わる衝撃を緩和することができる。
緩衝部材２１は、コイルスプリング、板バネ、液体がオリフィスを通過する流体抵抗によって衝撃を吸収するダンパー等であってもよい。また、板状のゴムを背中１４と外付部２６の間に介装し、衝撃を緩和することもできる。
連結部材１８を棒状の剛体とすることもできる。この場合には、連結部材１８の両端をボールジョイント等を介して両肩部と外付部２６に取付ける。このように構成すると、ロボット１０が駆けたり、飛び跳ねたりしても連結部材１８が突っ張るので、外付部２６が踊ってしまうのが防止される。
【００１４】
外付部２６のピン２４の取付位置を調整することにより、緩衝部材２１が衝撃を緩和するときの、上側の２つの緩衝部材２１と、下側の２つの緩衝部材２１に作用する力を同じにすることができる。以下、それについて説明する。
図４は、外付部２６の重心３５に、外付部２６の重量「Ｗ」が作用した場合の力の釣合いを示している。「Ｔ」は、連結部材１８に作用する張力である。「θ」は、連結部材１８と水平方向とがなす角度である。「Ｔ」は、垂直方向の分力「Ｖ」と水平方向の分力「Ｈ１」とに分解できる。「Ｈ２」は、緩衝部材２１から外付部２６に作用する反力である。「ａ」は、ピン２４と重心２５との水平方向の距離である。「ｂ」は、上側の緩衝部材２１とピン２４との垂直方向の距離である。「ｃ」は、下側の緩衝部材２１とピン２４との垂直方向の距離である。
【００１５】
以上の符号を用いると、以下の力の釣合い式が成立する。
Ｗ−Ｖ＝０；
Ｈ１／Ｖ＝ｔａｎθ；
Ｈ１−２Ｈ２＝０；
Ｗａ＋Ｈ２ｂ−Ｈ２ｃ＝０；
これらの式を解くと、下式が導かれる。
２ａ＋（ｂ−ｃ）ｔａｎθ＝０；
従って、上式の関係が成り立つように「ａ、ｂ、ｃ、θ」を定めることにより、上側の２つの緩衝部材２１と、下側の２つの緩衝部材２１に作用する力を同じにすることができる。上側の２つの緩衝部材２１と、下側の２つの緩衝部材２１に作用する力を同じにすることができると、背中１４に対して外付部２６の前面が常に並行に移動する。このため、外付部２６の前面が傾いた状態で外付部２６が移動し、外付部２６が背中１４と接触してしまうことが防止される。もちろん、緩衝部材２１のそれぞれの弾性係数を調整することにより、外付部２６の前面が背中１４に対して並行に移動するようにもできる。
【００１６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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。
また、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み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組み合わ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するものであり、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】
【図１】実施例に係るロボットの側面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図。
【図３】実施例に係る緩衝部材の単品図。
【図４】実施例に係る外付部に作用する力の釣合い図。
【符号の説明】
１０：ロボット
１２：胴体
１４：背中
１６：ブラケット
１８：連結部材、１８ａ：ケーブル、１８ｂ：リング、１８ｃ：リング
２１：緩衝部材
２４：ピン、２４ａ：膨出部
２６：外付部
２８：ピン
３２：クッション部
３３：取付部、３３ａ：ベース部、３３ｂ：ネジ部
３４：取付部、３４ａ：ベース部、３４ｂ：ネジ部
３５：重心
【図１】
2004298984.tif 000003
【図２】
2004298984.tif 000004
【図３】
2004298984.tif 000005
【図４】
2004298984.tif 000006