(57)【要約】【課題】本発明は、より簡易な構造によって歩行ロボットの体重を支えるとともに歩行ロボットを所望の高さとする脚部を有する歩行ロボットを提供し、該歩行ロボットの高さの変更に要する消費エネルギーを抑制する。【解決手段】複数のリンク部材と該リンク部材の各々を連結する関節部とで構成される脚を少なくとも二本有し、該脚の駆動により歩行を行う歩行ロボットにおいて、脚の先端には歩行路面と接地する第一接地部位６６と第二接地部位６４とを有する脚先部２４が設けられ、第一接地部位６６と第二接地部位６４とのうち一方を他方に対して歩行路面に向けて突出する方向に相対的に移動させることで、歩行ロボットの高さを増加する歩行ロボット高さ調整手段を備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のリンク部材と該リンク部材の各々を連結する関節部とで構成される脚を少なくとも二本有し、該脚の駆動により歩行を行う歩行ロボットにおいて、
前記脚の先端には歩行路面と接地する第一接地部位と第二接地部位とを有する脚先部が設けられ、
前記第一接地部位と前記第二接地部位とのうち一方を他方に対して前記歩行路面に向けて突出する方向に相対的に移動させることで、前記歩行ロボットの高さを増加する歩行ロボット高さ調整手段を備えることを特徴とする歩行ロボット。
【請求項２】
前記歩行ロボット高さ調整手段は、前記第一接地部位を前記第二接地部位に対して前記歩行路面に向けて突出する方向に相対移動させることで、該第一接地部位を該歩行路面と接地し且つ該第二接地部位を該歩行路面から離れている状態として該歩行ロボットの高さを増加することを特徴とする請求項１に記載の歩行ロボット。
【請求項３】
前記第一接地部位は、前記脚と前記脚先部との連結部位に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の歩行ロボット。
【請求項４】
前記第一接地部位と前記第二接地部位との何れかに流体による流体圧を供給する流体圧供給手段を、更に備え、
前記歩行ロボット高さ調整手段は、前記流体圧供給手段から供給される流体圧によって、前記歩行路面に向けて突出する方向における前記第一接地部位と前記第二接地部位との相対移動を行うことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の歩行ロボット。
【請求項５】
前記歩行ロボット高さ調整手段によって前記歩行ロボットの高さが増加される場合において該歩行ロボットの重心が存在すべき領域であって前記第一接地部位と前記歩行路面との位置関係によって決定される安定領域に該歩行ロボットの重心位置を制御する重心制御手段を、更に備え、
前記重心制御手段によって前記歩行ロボットの重心位置を前記安定領域に属させた後に、前記歩行ロボット高さ調整手段による該歩行ロボットの高さを増加することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の歩行ロボット。
【請求項６】
前記第一接地部位は、前記脚先部に設けられた回転軸の軸周りに回転自在であり、
前記歩行ロボット高さ調整手段によって前記第一接地部位を前記歩行路面と接地し且つ前記第二接地部位を該歩行路面から離れている状態とした後、前記第一接地部位を該歩行路面に接地した状態で前記回転軸を中心として前記歩行ロボットの向きを回転変更する歩行ロボット向き変更手段を、更に備えることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の歩行ロボット。
【請求項７】
前記回転軸の軸方向は、前記第一接地部位が前記歩行路面に向けて突出する方向と略同一であることを特徴とする請求項６に記載の歩行ロボット。
【請求項８】
前記歩行ロボット向き変更手段は、前記第一接地部位を有する少なくとも二本の脚において、各第一接地部位が前記歩行路面に接地した状態での該各第一接地部位における荷重中心によって決定される一の仮想円に沿った同一の回転方向に、該脚に駆動力を与えることで、前記回転軸を中心として前記歩行ロボットの向きを変更することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の歩行ロボット。
【請求項９】
前記第一接地部位が前記回転軸を中心として回転するとき該第一接地部位が前記脚先部と接触部を有する場合、該接触部における摩擦力が略一定であることを特徴とする請求項６から請求項８の何れかに記載の歩行ロボット。
【請求項１０】
複数のリンク部材と該リンク部材の各々を連結する関節部とで構成される脚を少なくとも二本有し、該脚の駆動により歩行を行う歩行ロボットにおいて、
前記関節部のうち少なくとも一の関節部は、前記歩行ロボットの高さを増加させる方向に該関節部に連結されるリンク部材を相対移動させるロボット高さ増加用関節部であり、
前記ロボット高さ増加用関節部は、流体による流体圧を動力源として前記リンク部材の相対移動を行うことを特徴とする歩行ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも二本の脚を有し、該脚により歩行運動が可能な歩行ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、歩行ロボットの脚部構造としては、ひと固まりの剛体となって接地するものが多く、現在歩行ロボットの形として人々が目にできるものは、この構造のものに限られている。しかし、試験的に提案されたものには、複数の部分に脚部が分割され、互いに相対運動できるものもある。例えば、歩行ロボットの脚部において、ヒトの爪先を模した関節を備える技術が示されている（例えば、特許文献１を参照。）。この脚部構造を有する歩行ロボットにおいては、胴体部に収納したモータの出力を、フレキシブルワイヤーを介して当該爪先関節に接続し、爪先を駆動するものである。
【０００３】
また、別の脚部構造については、脚部の接地面積を変更可能とする脚部構造が開示されている（例えば、特許文献２を参照。）。この脚部構造を有する歩行ロボットにおいては、歩行ロボットの安定性の向上を図るために、歩行の場所に応じて脚部の接地面積を変える。しかし、容量の小さなモータを大きな減速比を持つ減速機を介して、該モータの駆動力を脚部に伝えて接地面積を変更している。そのため、脚部の接地面積の変更に長い時間を要する。
【０００４】
また、歩行ロボットの向きを変更するために、歩行ロボットの脚部に受動的に動く脚関節を脚部先端に設けて、脚部を駆動することで当該関節が曲がり、形の上で爪先立ちを実現しようとした技術が開示されている（例えば、特許文献３を参照。）。この脚部構造を有する歩行ロボットにおいては、従来から行われている歩行ロボットの脚踏み動作による向き変更よりも、該変更に要する所要時間が少ないため、向き変更に要するエネルギー消費も減少することがうたわれている。
【特許文献１】Furusho, Sano ”Sensor-Based Control of a Nine-Link Biped”, The International Journal of Robotics Research, (United Statｅｓ of America), Massachusetts Institute of Technology, April 1990, vol.9, Ｎｏ.2, p.83-98
【特許文献２】特開平５−３１８３３７号公報
【特許文献３】特開平４−１２２５８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
歩行ロボットに対する何らかの要求に対して歩行ロボットの高さを増加させる必要がある場合、歩行路面と接地する脚部において設けられた爪先部をワイヤによって駆動することで、歩行ロボットの高さを増加させようとすると、ワイヤにより歩行ロボットの剛性が低下するとともに、歩行ロボットの高さを増加させるために必要な駆動力を爪先部に十分に伝達させるのが困難である。
【０００６】
また、歩行ロボットの爪先部を駆動して歩行ロボットの高さを増加させる場合、アクチュエータであるモータが該爪先部を駆動するために要する消費エネルギーを低下させるべく、該モータの容量を小さくし且つ高減速比の減速機を介して爪先部に駆動力を伝達しようとすると、歩行ロボットの高さを変更するために要する時間が長くなる虞がある。また
、減速機を介することで爪先部への伝達効率が低下するため、モータによる消費エネルギーが却って増加する。
【０００７】
本発明では、上記した問題に鑑み、より簡易な構造によって歩行ロボットの体重を支えるとともに歩行ロボットを所望の高さとする脚部を有する歩行ロボットを提供し、更には該歩行ロボットの高さの変更に要する消費エネルギーを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明においては、上記した課題を解決するために、複数のリンク部材と該リンク部材の各々を連結する関節部とで構成される脚を少なくとも二本有し、該脚の駆動により歩行を行う歩行ロボットにおいて、前記脚の先端には歩行路面と接地する第一接地部位と第二接地部位とを有する脚先部が設けられ、更に、前記第一接地部位と前記第二接地部位とのうち一方を他方に対して前記歩行路面に向けて突出する方向に相対的に移動させることで、前記歩行ロボットの高さを増加する歩行ロボット高さ調整手段を備える。
【０００９】
即ち、歩行ロボットの重量を支える脚において、歩行路面と接地する脚先部を、第一接地部位と第二接地部位の二つの接地部位で構成するものである。この脚先部は、人間でたとえるならば足首から足指先までの部位に該当する。そして、この第一接地部位と第二接地部位とのうち一方を歩行路面に突出させるように相対的に移動させることで、換言すると、例えば前記一方の接地部位を歩行路面に対して垂直となる方向に相対的に移動させることで、第一接地部位と第二接地部位との間に段差が生じる。そして、その生じた段差が、歩行ロボットの高さの増加量に反映される。
【００１０】
よって、上述の技術は、第一接地部位と第二接地部位とを上記の所定の方向に、いわば直線的に相対移動させることで、歩行ロボットの高さにオフセットを与えて、その高さを増加させる技術である。そのため、歩行ロボットの高さを変更している最中であっても、歩行ロボットの重心はそのまま上昇するだけで重心が揺れて不安定となる虞は少ない。従って、歩行ロボットを構成するその他の関節やリンク機構を制御して、歩行ロボットの重心を安定化させる必要性が低くなり、その安定化に要する消費エネルギーを抑制し得る。
【００１１】
そして、第一接地部位と第二接地部位とを上述した相対移動をさせるという、比較的簡潔な構成によって歩行ロボットの高さを増加させることが可能となる。尚、第一接地部位と第二接地部位との間に生じている段差を解消する方向に、両者を相対移動させることで、歩行ロボットの高さを減少させることも可能である。
【００１２】
より詳細には、上述の歩行ロボットにおいて、前記歩行ロボット高さ調整手段は、前記第一接地部位を前記第二接地部位に対して前記歩行路面に向けて突出する方向に相対移動させることで、該第一接地部位を該歩行路面と接地し且つ該第二接地部位を該歩行路面から離れている状態として該歩行ロボットの高さを増加するようにしてもよい。従って、歩行ロボットの高さが増加されているときは、脚先部の中でも第一接地部位のみが歩行路面に接地している。
【００１３】
このとき、前記第一接地部位は、前記脚と前記脚先部との連結部位に設けられているようにしてもよい。脚と脚先部との連結部位は、歩行ロボットの重量が集中的に加わる部位である。従って、歩行ロボットの高さを増加して第一接地部位のみが歩行路面に接地しているときは、第一接地部位に歩行ロボットの重量が加わるようにすることで、歩行ロボットを安定的に支え、その転倒等を防止することが可能となる。
【００１４】
ここで、上述までの歩行ロボットにおいて、第一接地部位と第二接地部位との相対移動を行うアクチュエータとして、歩行ロボットに備えられた第一接地部位と第二接地部位と
の何れかに流体による流体圧を供給する流体圧供給手段を用いてもよい。そして、前記歩行ロボット高さ調整手段は、前記流体圧供給手段から供給される流体圧によって、前記歩行路面に向けて突出する方向における前記第一接地部位と前記第二接地部位との相対移動を行う。ここで、流体圧としては、空気圧や油圧等が例示できる。
【００１５】
このように構成される歩行ロボットにおいては、流体圧によるアクチュエータである流体圧供給手段を用いるため、歩行ロボット高さの調整に際しては第一接地部位又は第二接地部位にかかる流体圧を調整すればよい。そのため、一般に広く使われるモータによる歩行ロボットの高さ調整と比べて、アクチュエータ自身の重量が軽減される。特に、流体として空気等の気体を用いると、アクチュエータの重量はより軽減される。更には、歩行ロボットの高さを増加させた後の歩行ロボットの姿勢保持においては、流体圧を利用する場合には、該流体圧を一定にするために流体の流れを停止するという比較的簡易な構成で実現が可能である。即ち、一度ロボットの高さを増加させた後は停止した流体において漏れがない限り流体を改めて供給する必要はなく、従ってエネルギーの消費が少ない。一方で、モータをアクチュエータとして利用する場合には、モータが常にトルクを発生すべくモータへの電流の供給を継続する必要がある。以上より、消費エネルギーの観点からも、流体圧供給手段による第一接地部位と第二接地部位との相対移動がより好適である。
【００１６】
また、歩行ロボットの高さが増加されるとき第一接地部位が歩行路面に接地する場合において、脚先部における歩行路面との接地面積が、第一接地部位と第二接地部位とが接地する接地面積から第一接地部位のみが接地する接地面積へと減少する。従って、歩行ロボットの高さが増加されるとき、歩行路面との接地面積の減少により、歩行ロボットの姿勢の安定性が低下する虞がある。
【００１７】
そこで、上述の歩行ロボットにおいて前記歩行ロボット高さ調整手段によって前記歩行ロボットの高さが増加される場合において該歩行ロボットの重心が存在すべき領域であって前記第一接地部位と前記歩行路面との位置関係によって決定される安定領域に該歩行ロボットの重心位置を制御する重心制御手段を、更に備える場合、前記重心制御手段によって前記歩行ロボットの重心位置を前記安定領域に属させた後に、前記歩行ロボット高さ調整手段による該歩行ロボットの高さを増加してもよい。
【００１８】
即ち、歩行ロボット高さ調整手段による歩行ロボットの高さの増加は、歩行ロボットの重心が上述の所定の安定領域に属するようにされた後において行われることで、歩行路面との接地部位面積の減少による姿勢の不安定化を回避することが可能となる。ここで、上述の安定領域は、歩行ロボットの有する脚の状態、即ち、歩行路面に対して歩行ロボットが脚によってどのように支えられているかによって決定される。例えば、歩行ロボットの有する脚の数が増加するに従いそれによる安定領域は拡大し、また、歩行ロボットの有する脚が歩行ロボットの本体に対して遠い位置で歩行路面と接地している場合にも安定領域は拡大する。
【００１９】
ここで、歩行ロボットの高さが増加されるとき第一接地部位が歩行路面に接地する場合において、該歩行ロボットを次のように構成することで、該歩行ロボットの向きをより容易に、変更することが可能である。即ち、前記第一接地部位は、前記脚先部に設けられた回転軸の軸周りに回転自在であり、前記歩行ロボット高さ調整手段によって前記第一接地部位を前記歩行路面と接地し且つ前記第二接地部位を該歩行路面から離れている状態とした後、前記第一接地部位を該歩行路面に接地した状態で前記回転軸を中心として前記歩行ロボットの向きを回転変更する歩行ロボット向き変更手段を、更に備えるようにしてもよい。
【００２０】
このように歩行ロボットの脚に設けられた第一接地部位が回転軸周りに回転することで
、歩行ロボットが第一接地部位を介して脚が歩行路面に接地している状態で、歩行ロボットの向きを変更することが可能となる。その結果、歩行ロボットの姿勢の安定性を低下させることなく、より確実に歩行ロボットの向きを所望の向きに変更することが可能となる。また、従来のように、足踏み動作を繰り返して向きを変更する場合と比べて、きわめて短時間で歩行ロボットの向きを変更することが可能となる。
【００２１】
尚、前記回転軸の軸方向は、前記第一接地部位が前記歩行路面に向けて突出する方向と略同一であるのが好ましい。このようにすることで、歩行ロボットの向きを変更する際の歩行ロボットの姿勢の安定性の低下をより確実に抑制し得る。
【００２２】
また、上述の歩行ロボットにおいて、前記歩行ロボット向き変更手段は、前記第一接地部位を有する少なくとも二本の脚において、各第一接地部位が前記歩行路面に接地した状態での該各第一接地部位における荷重中心によって決定される一の仮想円に沿った同一の回転方向に、該脚に駆動力を与えることで、前記回転軸を中心として前記歩行ロボットの向きを変更してもよい。
【００２３】
即ち、少なくとも二本の脚によって歩行ロボットが支えられている状態において、該歩行ロボットの高さが増加されて第一接地部位のみが歩行路面に接地しているとき、該脚に対して上述の方向に駆動力を与えると、第一接地部位と歩行路面との間の摩擦力によって第一接地部位と歩行路面との相対位置は変化せずに、駆動力の反力によって第一接地部位が回転軸を中心として回転する。これにより、歩行ロボットの向きが変更される。また、同一の仮想円とは、歩行ロボットの各脚の第一接地部位に加わる荷重の中心を含む仮想円である。この仮想円に沿った方向に脚に駆動力を与えることで、歩行ロボットの向きが変更されるときの該歩行ロボットの重心が大きく変動して姿勢が不安定となるのを可及的に抑制し得る。
【００２４】
また、上述のように向きを変更する歩行ロボットにおいて、前記第一接地部位が前記回転軸を中心として回転するとき該第一接地部位が前記脚先部と接触部を有する場合、該接触部における摩擦力が略一定であるようにしてもよい。このように構成することで、歩行ロボットの向きが変更されるときに要する消費エネルギーは、歩行路面の状態に拘わらずほぼ一定となり、消費エネルギーの悪化を抑制し得る。
【００２５】
更に、上記の問題点を鑑みて、本発明において、複数のリンク部材と該リンク部材の各々を連結する関節部とで構成される脚を少なくとも二本有し、該脚の駆動により歩行を行う歩行ロボットにおいて、前記関節部のうち少なくとも一の関節部は、前記歩行ロボットの高さを増加させる方向に該関節部に連結されるリンク部材を相対移動させるロボット高さ増加用関節部であり、前記ロボット高さ増加用関節部は、流体による流体圧を動力源として前記リンク部材の相対移動を行う。
【００２６】
即ち、歩行ロボットの高さを増加する際に、脚の関節部の少なくとも一の関節部がロボット高さ増加用関節部として作用することで、歩行ロボットの高さをオフセット的に増加することが可能となる。このように歩行ロボットの高さを増加することで、歩行ロボットの重心が変動する量が少なくなり、歩行ロボットのバランスを調整するためにロボット高さ増加用関節部以外の関節部が駆動される必要性が低くなり、高さ変更時における消費エネルギー量を抑制し得る。特に、ロボット高さ増加用関節部以外の関節部が、主に電気エネルギーを動力源とするモータによって構成されるときは、高さ変更時における消費エネルギー量の抑制が顕著となる。そして、先述したようにロボット高さ増加用関節部の動力源として流体圧とすることで、歩行ロボットの高さ変更後の姿勢保持の場合を含めて、高さ変更に要する消費エネルギーを更に抑制し得る。
【発明の効果】
【００２７】
より簡易な構造によって歩行ロボットの体重を支えるとともに歩行ロボットを所望の高さとする脚部を有する歩行ロボットを提供し、更には該歩行ロボットの高さの変更に要する消費エネルギーを抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
ここで、本発明に係る歩行ロボットの実施の形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２９】
図１に本発明を適用するのに適した２本の脚を有する歩行ロボット１の下半身の概略的な骨格図を示す。図１において、歩行ロボット１は左右それぞれの脚に６ケの関節を備える。当該６ケの関節は上から順に、脚部回転用の関節１０、股関節部のピッチ方向の関節１２、同ロール方向の関節１４、膝関節部のピッチ方向の関節１６、足関節部のピッチ方向の関節１８、同ロール方向の関節２０となっており、その下部には脚先部２４が備えられる。
【００３０】
また、下半身の最上部には人体の骨盤に相当する腰板リンク２６が用意される。腰板リンク２６には関節の制御に必要な電源やアンプ（増幅器）、及び本発明に関係する蓄圧タンク９０等が搭載されている。ここで、蓄圧タンク９０は、歩行ロボット１が本発明における背伸び動作を行うための動力源である高圧空気を貯留するためのタンクである。蓄圧タンク９０に貯留されている高圧空気の供給については、後述する。
【００３１】
右脚と左脚とは鏡像の関係にあり、対称形状である。各々の番号の次のＬ、Ｒの文字はそれぞれ左、右を意味するもので、それ以外の意味はない。そして、以下において、例えば関節１０Ｌ／Ｒと記載されるときは、左右両側の関節１０Ｌと１０Ｒを表すものとし、また、例えば関節１０と表す場合と、関節１０Ｌ／Ｒと表す場合とでは、その表現において差はない。股関節は図示のように３つの関節１０、１２、１４から構成されており、股関節と膝関節との結合には大腿リンク３０が用意され、また足関節も図示のように２つ関節１８、２０から構成されており、足関節と膝関節との結合にはスネリンク３２が用意される。
【００３２】
ここで、足関節に接続される脚先部２４Ｌ／Ｒには、本発明に係る歩行ロボット１の高さを増加させる動作（以下、「背伸び動作」という）を行う関節５０Ｒ、５０Ｌが設けられている。関節５０Ｌ／Ｒは後述するように直線運動を行うタイプの関節であり、図１に示す他の関節１０Ｌ／Ｒ等が回転式の関節であるのに対して、明確な違いがある。また、関節５０Ｌ／Ｒにおいても、両脚の足部に鏡像の関係で同じ形式の関節が設けられている。
【００３３】
ここで、図２には、背伸び動作用の関節５０の構造が詳細に示されている。脚先部２４には、蓄圧タンク９０から供給される圧縮空気の空気圧によって駆動されるピストン５２を一定方向に移動自在に収納するシリンダー５４が設けられる。シリンダー５４は異なる２つの直径からなり、空気圧を導き入れる圧力室５６を形成している。またピストン５２は、回り止めピン５８によってシリンダー５４に対して相対回転が阻止されている。その結果、ピストン５２は図２における上下方向にのみ、空気圧によって移動させられる。尚、以下の記載にて上下と方向が示されるときは、各図における上下方向を意味する。また、ピストン５２の上部空間６０は大気開放になっており、その結果少ない圧縮空気の消費で所望の上下運動が実現できる構造となっている。
【００３４】
ここで、ピストン５２の中心部には上下を貫通する形で回転軸６２が配置されている。回転軸６２の下側には、直接歩行路面と接地する第一接地部位６６が回転軸６２回りに回
転自在に支持されている。また、脚先部２４の先端には第一接地部位６６とは独立して歩行路面に接地する第二接地部位６４が設けられている。尚、第二接地部位６４は脚先部２４側に固定されている。ここで、ピストン５２が図示位置にあるとき、即ちピストン５２が最上位置にあるときは、これら第一、第二接地部位は実質的に同じ面となるように設計されている。
【００３５】
このように、ピストン５２がシリンダー５４の中において上下に移動することで、第一接地部位６６が第二接地部位６４より突出する方向に移動する。その結果、ピストン５２が下方向に移動すると、第一接地部位６６が歩行路面と接地した状態となり、且つ第二接地部位６４は歩行路面と接地していない状態となる。その結果、第一接地部位６６と第二接地部位との間に段差δが生じ、その段差δが歩行ロボット１の高さ変化量として現れる。尚、図２に示される状態では、段差δは零である。
【００３６】
また、第一、第二接地部位は、路面と良く馴染むように、比較的柔らかい弾性材６５、６７が接着剤によってその接地表面に貼りつけられている。更に、第一接地部位６６とピストン５２との間には、両者の間の滑りを良くする目的で、ドーナツ状の形状をした低摩擦係数を持つ第一樹脂板７０が装着され、同時に第一接地部位６６と第二接地部位６４との間にはドーナツ状の形状をした比較的高い摩擦係数を持つ第二樹脂板７２が装着されている。
【００３７】
回転軸６２の上部には、ピストン５２が空気圧によって下降したあと、空気圧が除去された場合に、速やかに図示の最上位置に復帰するために、リターンスプリング８０が用意されている。リターンスプリング８０によって図示の最上位置にピストンが復帰したときは、第二樹脂板７２がストッパーとなり、第一樹脂板７０は除荷されるような寸法となっているものとする。即ち、第一樹脂板７０の厚さは、第二樹脂板７２の厚さより僅かに薄い寸法である。
【００３８】
また、図２に示す８２は図１に示した足関節ロール用関節２０Ｌ／Ｒを駆動するモータであり、図２に示す８４はモータ８２の出力を減速して増力する減速機を収納した部分、図２に示す７６は足関節のピッチ関節１８Ｌ／Ｒを収納するカバーである。
【００３９】
次に、図３には、背伸び動作を行うための関節５０Ｌ／Ｒにおける空気圧制御を行う空気圧制御回路が示されている。蓄圧タンク９０には逆止弁９１を介して高圧空気が注入されており、その空気圧を減圧弁９２で所望のレベルに減圧する。そして、電磁弁９４の開弁によって、高圧空気がピストン５２Ｌ／Ｒを押し下げるように圧力室５６Ｌ／Ｒに導かれる。この電磁弁９４は通電時には、図３に示す左側の回路構成となることで、減圧弁９２の出力を圧力室５６Ｌ／Ｒに導くが、通電が停止されると図示の回路構成となることで、圧力室５６を大気に連通する。このような電磁弁９４は通常使用されるものであって、広く市販されている。例示の電磁弁は、パイロット弁として売られているもので、通電時の消費電力が僅かに０．５Ｗの電磁弁である。
【００４０】
また、図４には上述の電磁弁９４や歩行ロボット１の関節のアクチュエータであるモータ等から構成される制御装置の概略構成が示されている。ＣＰＵ（中央演算装置）１００は歩行ロボット１の脚運動を決める歩容データを収めてあるメモリ１０２にアクセスして歩容データを読み取り、更に後述する現在の各関節の関節角度値、関節角速度値を読み取る。その後、後述する演算式によりモータ１０６が発揮すべきモータトルクを計算して、このモータトルクを指令値としてアンプ（増幅器）１０４に送る。アンプ１０４はこの指令値から電流値を算出、決定してモータ１０６を駆動する。モータ１０６が駆動されると関節は角度を変えるから、その角度を適切なセンサ（角度計）１０８で読み取り、角度情報としてＣＰＵ１００に送る。
【００４１】
図４でアンプ１０４やモータ１０６、角度計１０８は本実施例の場合は関節の数に応じた数、即ちそれぞれ１２ケずつ存在するが、図面においては説明の簡素化のために３つだけが模式的に描かれている。尚、歩容データの様式は、この実施例では予め算出された各関節角度の時系列データの形で収納されているものとする。その一例は、例えば特開平４-２０１１８７の第六図に詳細に開示されている。尚、ＣＰＵ１００による電磁弁９４の制御については後述する。
【００４２】
次に、第５図には、歩行ロボット１が背伸び動作を行うときの重心管理を示している。図５は歩行ロボット１をその上方から見たもので、歩行ロボット１が右脚に対して左脚を少し前に開いて立っている状態を示す。概ね矩形で描かれた２つの脚先部２４Ｌ／Ｒと、この脚先部２４Ｌ／Ｒを包む六角形の包絡線１２０が作る第二安定領域Ａと、空気圧を送られた場合に歩行路面と接地する２つの円形で描かれた第一接地部位６６Ｌ／Ｒと第一接地部位６６Ｌ／Ｒを包む楕円形の包絡線１２２が作る第一安定領域Ｂとが図示されている。尚、第一安定領域Ｂと第二安定領域Ａは、歩行路面上の平面である。
【００４３】
図５中、黒丸の点１２４は歩行ロボット１の重心から下ろした鉛直線が歩行路面と交わる点である。空気圧がピストン５２に送られていない状態では、脚先部２４Ｌ／Ｒ全体が接地しているため、この点１２４が第二安定領域Ａにあるとき歩行ロボット１の姿勢は安定している。つまり、必ずしも点１２４が第一安定領域Ｂに属する必要はない。これに対して空気圧がピストン５２に送られているときは、第一接地部位６６Ｌ／Ｒのみが歩行路面と接地しているから、点１２４が第一安定領域Ｂにある場合のみ歩行ロボット１の姿勢が安定となり得る。一方で、点１２４が第一安定領域Ｂを除く第二安定領域Ａに属するときは、歩行ロボット１は転倒する虞が高い。
【００４４】
そこで、背伸び動作を行うにあたり、先ず歩行ロボット１の重心位置によって決定される点１２４が第一安定領域Ｂに属するように、歩行ロボット１の各関節１０、１２、１４、１６、１８、２０を制御する必要がある。望ましくは左右にある第一接地部位６６Ｌ／Ｒに概ね同じ荷重がかかるように、点１２４を、第一接地部位６６Ｌ／Ｒの中央点１２６Ｒと１２６Ｌとを結ぶ直線の中央点の近傍とする。このようにすることで、左右にある第一接地部位６６Ｌ／Ｒに概ね同じ荷重がかかるとともに点１２４が第一安定領域Ｂに属するため、背伸び動作時において歩行ロボット１の姿勢を可及的に安定化することが可能となる。
【００４５】
ここで、点１２４が第一安定領域Ｂに属するようになった後は、空気圧をピストン５２に送り、第一接地部位６６Ｌ／Ｒを第二接地部位６４Ｌ／Ｒに対して下方に、即ち歩行路面の方向に延ばす。このようにすることで、歩行ロボット１は背伸び状態となって歩行ロボット１の高さが増加し、高い場所に置かれたものをセンサにより検出したり、本実施例では省かれている歩行ロボット１の上腕が高い場所にも届くようになったりする。即ち、背伸び動作は第一接地部位６６Ｌ／Ｒと第二接地部位６４Ｌ／Ｒの直線的な相対移動によるものであるから、上述の重心管理が行われた後であれば、背伸び動作を行っても点１２４が第一安定領域Ｂから出ることはない。従って、背伸び動作時には、他の脚関節１２、１４、１６等を逐次動かして歩行ロボットの姿勢の安定性を調整することないことが、本実施例の特徴である。その結果、背伸び動作時において他の脚関節の制御に要する消費エネルギーを抑制し得る。
【００４６】
次に、ＣＰＵ１００による電磁弁９４の制御による歩行ロボット１の背伸び動作の制御について、図６に基づいて詳細に説明する。図６に背伸び動作の制御アルゴリズムを示す。この制御アルゴリズムは、予め決められたＣＰＵ１００の起動周期ごとに実行されるものとする。起動周期が来るごとにタイマー割り込みが起き、ステップ１３０で背伸び動作
指令のビットが１になったかどうかが確認される。この指令が来ていない（ビットが０）ときはステップ１３１に進み、他の動作制御ループに移る。ビットが１のときはステップ１３２に進み、第一接地部位６６を突出させる状態かどうかを確かめる。背伸び動作開始前は、第一接地部位６６および第二接地部位６４はほぼ同じ平面にあるので、歩行ロボット１の高さを増加する作業を意味するＦｌａｇ−Ｕは０となっているのでＮｏに進み、歩行ロボット１の重心によって決定される点１２４を図５に示す第一安定領域Ｂまで移動させる制御ループ１４０に進む。プロセス１４０ではステップ１４１でメモリから６つの目標関節角度Ｄθｉｔを読みだす。ここで添字ｉは、脚の関節に付けられた番号であって、関節は左右１２ケ存在するため添字ｉは１〜１２まである。また添字ｔは起動周期ごとに順に付けられた番号であって、運動時間を代表している。
【００４７】
続いてステップ１４２に進み、角度計１０８より、実際の関節角度値Ｒθｉｔを読みだす。この例では実際の関節角度値Ｒθｉｔの他に実際の関節角速度Ｒωｉｔを、関節角度値ＲθｉｔをＦＶ変換して読み出す例を示している。尚、関節角速度Ｒωｉｔは、Ｒωｉｔ＝Ｒθｉｔ−Ｒθｉ（ｔ−１）と計算で求めても良い。ここでは、用意されたＲωｉｔを読み込むことする。次にステップ１４３に進み、必要なモータトルクＴｉを以下に示す式（１）に従って、計算する。
【００４８】
Ｔｉ＝Ｋ１（Ｄθｉｔ−Ｒθｉｔ）＋Ｋ２（Ｄωｉｔ−Ｒωｉｔ）・・・（１）
ここで、Ｄωｉｔは目標関節角速度であり、目標関節角度Ｄθｉｔと関節角度値Ｒθｉｔとの差分に所定の定数を乗じた量である。尚、Ｋ１は目標関節角度Ｄθｉｔとの差をトルクに換算する、いわゆる角度偏差比例の換算係数であり、Ｋ２は目標関節角速度Ｄωｉｔとの差をトルクに換算する、いわゆる角速度偏差比例の換算係数である。
【００４９】
続いてステップ１４４でこの算出したモータトルクを各アンプに出力する。ステップ１４６で上述した重心管理作業が終了したか否かを調べ、終了していないときはステップ１４７において、時間表でｔをｔ＋１として１つ進め、ステップ１５０で作業の終了をチェック、終了していないときは再び次の起動周期が来るまで、待つ。全ての作業が終了している場合にはステップ１５３に進み、他の動作制御プログラムを実行する。
【００５０】
ステップ１４６で重心管理が終了しているときは、ステップ１４８に進み、Ｆｌａｇ−Ｕのビットを１にしておく。この後はステップ１４９に進んで時間表の時刻を今読み込んだ時刻に合わせておき、次の時刻の関節角度を読み込むことを防止しておく。このステップ１４９における作業（ｔ＝ｔ）によって、後述する姿勢保持制御によって歩行ロボット１はこのときの姿勢を保持するようになる。
【００５１】
次の起動周期がくると、ステップ１３２の結果はＹｅｓとなる。そこで、プロセス１６０に移行する。プロセス１６０では、ステップ１６１で目標関節角度Ｄθｉｔ（この値は先にｔ＝ｔとしたから前回の処理に使ったものと同じであるが）を読み込み、ステップ162で現実の関節角度Ｒθｉｔと角速度Ｒωｉｔ（これは時々刻々変化しているから前のデータとは違う）を読み込み、ステップ１６３でモータトルクを計算する。トルク計算については、先述と同様に行われる。その後、ステップ１６４で各アンプにトルク指令値として出力する。この状態で背伸び動作を終了して止めるための指令のビット１があるか否かをステップ１６６で調べる。プロセス１６０に最初に進んだ時点では、ステップ１６６での判断はＮｏであるから、ステップ１６８に進み、電磁弁９４にオン（励磁）指令を出力する。その後はｔ＝ｔと指定して、この起動周期の処理を終える。以後このサイクルは繰り返されるから、電磁弁９４は励磁された状態を維持し、従って歩行ロボット１は背伸び動作の姿勢を維持している。
【００５２】
ここで背伸び動作を終了して止めるための指令ビットが発せられると、ステップ１６６
の結果はＹｅｓとなり、ステップ１７０で電磁弁９４にオフ（消磁）指令が出力される。そして、ステップ１７２に進み、歩行ロボット１の高さを背伸び動作前の状態に戻すＦｌａｇ−Ｄのビットが１か否かを調べる。電磁弁９４にオフ指令が出された直後は、Ｆｌａｇ−Ｄ＝０なので、ステップ１７４に進み、タイマーのカウンタＣを例えば１００に設定する。このカウンタＣは起動サイクルごとに１ずつ差し引かれ、０になったときにタイマー設定時間が満了となる。例えば、起動サイクルを２ｍｓとすれば、カウンタＣの値が１００であることは、０．２秒のタイマー設定をしたことを意味する。この時間は、電磁弁９４がオフとなって歩行ロボット１の高さが下降し始め、第一接地部位６６と第二接地部位６４との段差δが零となり、第一接地部位６６と第二接地部位６４とが同一平面になるまでの時間より長く設定されている。
【００５３】
そして、ステップ１７６でＦｌａｇ−Ｄのビットを１に設定し、ｔ＝ｔとしたあと、この起動周期の処理を終える。次のサイクルではステップ１７２の結果がＹｅｓとなる。そのときは、ステップ１７３に進みカウンタＣを１減じておき、次のステップ１７５でカウンタの残りが０か否かを調べる。カウンタＣの残りが０ではないときはＮｏに進み、ｔ＝ｔを指定してこの回の処理を終える。この処理を２００回繰り返すとステップ１７５の結果はＹｅｓとなる。そのときは、歩行ロボット１は無事地面まで下降しており、ステップ１７７でＦｌａｇ−ＵおよびＦｌａｇ−Ｄの値を共に０に設定してこの回の処理を終える。
【００５４】
以上のアルゴリズムを実行することにより、歩行ロボット１は背伸び動作を所望の時間行い再度もとの位置、即ち背伸び動作前の状態に戻る一連の動作を実現できる。
【００５５】
上述した構造の関節５０を有する歩行ロボット１においては、歩行時においては、ピストン５２の圧力室５６は大気側に開放されている。従って、ピストン５２はリターンスプリング８０によって図２に示す最上位置に保持され、従来技術の歩行ロボット１の歩行時と同じように、脚先部２４は一枚の板として機能している。
【００５６】
そして、何らかの必要性から歩行ロボット１の高さを少しばかり高くしたいときは、図６に示すアルゴリズムを実行することで歩行ロボット１の高さが、第一接地部位６６と第二接地部位６４との間の段差δに応じた高さだけ高くなる。その際、歩行ロボット１の関節５０を除く１２ケの関節は同じ姿勢角度を取りつづけており、空気圧による垂直駆動の関節５０のみが駆動されるから、歩行ロボット１の姿勢が途中で崩れる虞はない。
【００５７】
また、歩行ロボット１が背伸び動作を継続している間は、圧力室５６に送られた空気圧が外部からのエネルギー供給を受けない状態で、歩行ロボット１の姿勢が維持されるため、エネルギー消費は基本的に電磁弁９４が消費する僅かな電力となる。更に、この状態から歩行ロボット１の高さを下げる際には、単に圧力室５６内の圧縮空気を大気側に開放するだけで良く、このときのエネルギー損失はほぼ零である。
【００５８】
ここで、関節５０に相当する機構を従来のような回転型の関節として駆動をモータで行うと、歩行ロボット１の高さが増加するに従い歩行ロボット１の姿勢は前のめり状態となるため、関節５０以外の足関節を制御して歩行ロボット１の重心変動による均衡をとる必要がある。尚、背伸び動作においては歩行ロボット１の重心を上に持ち上げるのであるため、その過程では理論的に同じポテンシャルエネルギーを必要とするが、背伸び状態を保持する場合においては、歩行ロボット１の姿勢を保つためにモータに通電を続けておく必要がある。更に、歩行ロボット１の高さを下げるときも同様にモータを駆動するため、エネルギーを消費することとなる。一方で、上述した構造の関節５０を有する歩行ロボット１においては、このような従来の歩行ロボット１にあるエネルギーの消費を抑制することが可能となる。これは充電池等に搭載したエネルギーで全てのタスクを達成しなければな
らない歩行ロボットにおいても、大きな利点である。
【実施例２】
【００５９】
次に、図２に示す関節５０を有する歩行ロボット１の第二の実施例について、図７および図８に基づいて説明する。本実施例における歩行ロボット１は、その向きを変更する歩行ロボット１であり、いわゆる「回れ右」の動作を行うものである。
【００６０】
図７に歩行ロボット１の向き変更動作の基本原理を示す。図７（ａ）は歩行ロボット１の上部から見た脚の動かし方を示している。図７（ａ）では、歩行ロボット１の重心は図の座標原点Ｏに一致する。また、このとき、歩行ロボット１は、圧力室５６Ｌ／Ｒに高圧空気が供給されてピストン５２Ｌ／Ｒが下側方向に移動することで、脚先部２４Ｌ／Ｒにおいては第一接地部位６６Ｌ／Ｒにおいてのみが、歩行路面と接地している。このときの脚先部２４Ｌ／Ｒの位置を太線で示す。また、脚先部２４Ｌ／Ｒに作用する分布荷重の中心点をＰＬ、ＰＲとする。この中心点ＰＬ、ＰＲが２つの脚先部２４Ｌ／Ｒの第一接地部位６６Ｌ／Ｒ（図で点線の円で表示）の中央に来るように関節５０を除く脚関節が調節されている場合を想定し、この場合を例にとって歩行ロボット１の向き変更動作について説明する。
【００６１】
図７（ａ）に示す状態で脚先部２４Ｌ／Ｒの方向が歩行ロボット１の胴体に対して変化しないよう固定した状態で、反時計回りに左右両脚を回転させるべく、関節５０を除く脚関節に駆動力を与える。しかし、脚先部２４Ｌ／Ｒと歩行路面との間には摩擦が存在するため、この駆動力は歩行ロボット１が地球を反時計回りに回転させる動作となる。一方で、ニュートンの作用・反作用の法則によって、歩行ロボット１は地球から時計回りの回転力を受けることとなる。そして地球の慣性モーメントは歩行ロボット１のそれよりも圧倒的に大きいため、結果的に歩行ロボット１が時計方向に回転運動する。このとき、回転軸６２を中心とする第一接地部位６６Ｌ／Ｒの回転動作によって、歩行ロボット１が回転しその向きが時計回り方向に変更されることになる。
【００６２】
歩行ロボット１の向き変更動作の様子を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）は地球に固定した座標から歩行ロボット１を見た様子を示している。歩行ロボット１の両脚の状態は、図７（ａ）に示す状態にある左右両脚に、該脚を図７（ａ）、（ｂ）に示す仮想円ＴＣに沿って動かすべく駆動力を、関節５０を除く脚関節によって与える。この仮想円ＴＣは中心点ＰＬ、ＰＲを通る円として定義される。本実施例においては、仮想円の中心は、座標原点Ｏと一致している。
【００６３】
そして、駆動力が左右の両脚に与えられることで、上述したように歩行ロボット１の向きが図７（ｂ）に示すように時計回転方向に変更する。そして、本実施例においては、歩行ロボット１の向きが、ＰＬ、ＰＲにおける仮想円ＴＣの接線方向に一致すると、歩行ロボット１の向き変更動作が終了する。その結果、歩行ロボット１は図７（ａ）の状態から時計方向にθＲ（座標原点Ｏを中心とする回転角）だけ旋回する。このとき、歩行ロボットの両脚も点ＰＬ、点ＰＲを中心にθＳ（歩行ロボット１の両脚の荷重中心ＰＬ、ＰＲを中心とする回転角）だけ回転するが、幾何学的な関係からθＲとθＳとは互いに相等しい。
【００６４】
また、脚先部２４Ｌ／Ｒの接地部位だけを見ていると、歩行路面と第一接地部位６６Ｌ／Ｒとの間の摩擦力が第一接地部位６６Ｌ／Ｒと第一樹脂板７０との間の摩擦力より大きい場合には、第一接地部位６６Ｌ／Ｒは歩行路面に対して不動状態であり、第一樹脂板７０を含む第一接地部位６６Ｌ／Ｒがピストン５２に対して回転摺動運動をしている。ここで、２つの平面が一定の歩行ロボット１の重量を受けながら互いに回転摺動する場合には、回転抵抗は接地面積が広い程大きくなる。そこで、空気圧によって第一接地部位６６Ｌ
／Ｒを突出させることで、回転動作時の回転抵抗を減らし、然る後に股関節の関節１０Ｌ／Ｒを固定したまま第一接地部位６６Ｌ／Ｒの中心が仮想円ＴＣに沿って反時計方向に回転するべく、関節５０を除く関節を駆動することで、少ない回転抵抗のもとで、安定した姿勢を保ちながら歩行ロボット１の向き変更動作を実行できる。
【００６５】
更に、膝関節も望ましくは真っ直ぐに伸ばして固定した状態で向き変更動作を行えば、即ち関節１０Ｌ／Ｒと関節１６Ｌ／Ｒは一定の関節角度を保持したまま向き変更動作を行えば、より少ないエネルギーで向きの変更が行える。
【００６６】
また、本実施例の脚先部２４の関節５０は、ピストン５２と第一接地部位６６との間には相対回転運動を少ない摩擦で実現するために、低摩擦係数を持つ第一樹脂板７０が介在している。従って、歩行路面の摩擦係数が高いアスファルト路面のような歩行路面であっても、歩行路面と第一接地部位６６との間の摩擦係数とは無関係に、ピストン５２と第一接地部位６６との間の摩擦力が向き変更動作時における抵抗力となる。従って、歩行路面と第一接地部位６６との摩擦力に拘わらず、一定の消費エネルギーで向き変更動作が実行し得る。
【００６７】
尚、このことは、歩行ロボット１において、歩行路面がプラスタイルのように滑りやすい路面の場合には電磁弁９４に通電することなく（圧縮空気を消耗することなく）、向き変更動作を行うことを否定するものではない。そのような選択は、歩行ロボット１に環境に関する知識ベースを与えておくだけで容易に実施可能である。
【００６８】
更に、向き変更動作時に、本出願人が特願２００２−２０５８４５で開示している関節制動装置を使って、本実施例における関節１０、１６の駆動モータにブレーキをかけ、当該関節の駆動モータへの電力供給を停止すれば、より少ないエネルギー消費で向き変更動作を実行できる。
【００６９】
ここで、ＣＰＵ１００による歩行ロボット１の向き変更動作の制御について、図８に基づいて詳細に説明する。図８は、向き変更動作において歩行ロボット１の向きを時計回りの方向とする、いわゆる「回れ右」動作を行うための制御アルゴリズムを示す。以降、図８の制御アルゴリズムの説明については、向き変更動作を回れ右動作と称する。この制御アルゴリズムは、予め決められたＣＰＵ１００の起動周期ごとに実行されるものとする。
【００７０】
尚、図８に示す制御アルゴリズムは、図６に示す制御アルゴリズムと類似している。そのため、制御アルゴリズムの説明において重複が生じる。そこで、図８および図６に示す制御アルゴリズム中のステップの参照番号の下２桁の番号が両者一致していれば、そのステップにおける機能は同じものとして、その詳細な説明は割愛する。但し、機能が同一のステップについては、図６に示す制御アルゴリズムとの区別のために、図８に示す制御アルゴリズムにおける参照番号の３桁目には２００番を使用している。つまり図８に示す２００番台のステップは、基本的に第一実施例である図６に示す３桁目が１００番台の下２桁が同一のステップと機能は同じであり、回れ右動作に特有のステップは３００番台の番号を付するものとする。
【００７１】
図８に示す制御アルゴリズムについて説明する。図８で左半分の処理は先の第一実施例と同じである。これらの処理によって歩行ロボット１の重心位置が、図５に示す第一安定領域Ｂ内であって、図７の（ａ）の原点位置Ｏにきているものとする。以降、ステップ２３２での結果がＹｅｓとされる場合から説明する。
【００７２】
次の起動サイクルが開始されると、ステップ２３２の結果はＹｅｓとなり、処理プロセス３１０が処理される。即ち、目標関節角度ＤθＪｔが読み込まれる。この歩容データは
回れ右動作のものであり、図６に示す歩容データと区別するために、添字における関節番号をＪで表示している。以降の制御パラメータの添字についても同様である。続いてステップ３１２では、実際の関節角度ＲθＪｔと実際の角速度ＲωＪｔを読み込み、ステップ３１３でモータトルクを計算する。トルク計算については、第一実施例の場合と同様に求める。そして、ステップ３１４でアンプ１０４にモータトルクの計算結果を出力する。
【００７３】
更に、ステップ３１６では、回れ右動作が終了したか否かを判断する。最初のステップ３１６の判断においては、回れ右動作は終了していないため、ステップ３１８で電磁弁９４を励磁するべくオン指令を出力する。
【００７４】
ステップ３１８からステップ２５０へ進み、ステップ２５０で回れ右動作を終了するか否かを判断する。回れ右動作を継続するならばステップ２４７で周期管理番号ｔを１つだけ進めてこの回の処理を終える。尚、この処理過程で電磁弁９４をオンとしているが、プロセス３１０における関節角度指令値において、最初の微小時間は各関節が動かないように同じ角度指令値としてメモリに蓄えておけば、電磁弁９４が励磁されて、歩行ロボット１が持ち上げられている間、歩行ロボット１の姿勢を不変のものにしておくことができる。
【００７５】
さて、上述の処理が繰り返されると、ステップ３１６における判断の結果がＹｅｓとなり、回れ右動作が終了する。そこで、ステップ３２０へ進み、電磁弁９４をオフする。そのあとは、上述の第一実施例と同じく、歩行ロボット１の高さが下降を続けて脚先部２４全体が地面と接地するまでの時間、他の動作制御に移行することを防止する。尚、この期間も、各関節の角度指令値を一定にしたものがメモリに蓄えられているものとする。その結果、歩行ロボット１は姿勢を変えることなく短い時間で足部が地面に着地する。
【００７６】
本実施例における向き変更動作（回れ右動作）を行う歩行ロボット１においては、脚先部２４では接地面積こそ狭めているが、歩行路面とは第一接地部位６６を介して接地しており、歩行ロボット１の姿勢の安定性が損なわれることはない。また脚関節については、関節１０Ｌ／Ｒ、１６Ｌ／Ｒを固定することで、向き変更動作に要するエネルギーを抑制し得る。
【００７７】
また、歩行ロボット１が向き変更動作を行っている最中も、第一接地部位６６のみによって接地している状態が、即ち背伸び動作状態が維持されているが、第一実施例で述べたように背伸び動作状態を維持するためのエネルギーは主に電磁弁９４が消費する僅かな電力である。また、向き変更動作においては、上述したように両脚が仮想円ＴＣに沿った動きをすべく関節５０を除く関節に駆動力が与えられるため、従来から行われている足踏みによる向き変更と比べて消費エネルギーが極めて低い。
【実施例３】
【００７８】
上述した第一実施例および第二実施例においては、２本の脚を有する歩行ロボット１を例示したが、４本・６本脚の歩行ロボットでも同じように適用できる。また歩容データを予め作りメモリに収納する方式を例示したが、この方式に限定されるべきではなく、遠隔操作による方法や、その場で状況に応じて歩容を作りだす場合でも適用できる。
【００７９】
また図２において脚先部２４の構造で例示したものは、スネリンク３２の真下に第一接地部位６６を配置したが、これに限定されるべきではない。第一実施例に示す第一接地部位６６の位置を脚先部の先端に配置して、即ち、第一接地部位６６と第二接地部位６４の構造体をそっくり入れ換えて、背伸び動作時において脚先部２４の先端に設けられた第一接地部位６６が第二接地部位６４に対して突出する方向に相対移動するようにしてもよい。その場合、向き変更動作時においては、脚先部２４の先端を中心として向き変更が行わ
れる。更に、上述の実施例ではピストン５２が直接鉛直方向に第一接地部位６６を押し出す構造を例示しているが、ピストン５２とシリンダー５４を水平に配置して、カムやリンクを介して駆動方向を変えてもよい。また空気圧に限定されるべきではなく、油圧によっても目的を達成してもよい。
【実施例４】
【００８０】
次に、歩行ロボットの高さを変更する実施例について、図９に基づいて説明する。図９には、本実施例に係る歩行ロボット１の下半身の概略的な骨格図を示す。尚、図１に示す歩行ロボット１と同一の構成については、同一の参照番号を付することで、その説明を省略する。
【００８１】
本実施例に係る歩行ロボット１においては、上述のスネリンクが上部スネリンク３２ａＬ／Ｒと下部スネリンク３２ｂＬ／Ｒとで構成される。そして、上部スネリンク３２ａＬ／Ｒと下部スネリンク３２ｂＬ／Ｒとは、関節５００Ｌ／Ｒで連結されている。関節５００Ｌ／Ｒは、蓄圧タンク９０に貯留されている高圧空気によって駆動するピストンを内包している。
【００８２】
そして、蓄圧タンク９０から高圧空気が該ピストンに供給されることで、上部スネリンク３２ａＬ／Ｒが下部スネリンク３２ｂＬ／Ｒに対して、歩行ロボット１の高さがオフセット的に増加する方向に相対移動する。即ち、高圧空気の供給により、実施例１における関節５０Ｌ／Ｒ中のピストン５２の動作に準じた動作が行われることで、上部スネリンク３２ａＬ／Ｒ以上の歩行ロボット１の構成要素が、下部スネリンク３２ｂＬ／Ｒ以下の歩行ロボット１の構成要素に対して相対移動することになる。
【００８３】
このように構成される歩行ロボット１においては、関節５００Ｌ／Ｒに対して高圧空気を供給することで歩行ロボットの高さを変更することが可能となり、高さ変更のための構成を簡易なものとすることが可能となる。また、オフセット的に歩行ロボットの高さを増加させるため、ロボットの高さ変更時において重心位置が大きく変動する虞が低い。従って、高さ変更時における関節５００Ｌ／Ｒ以外の関節の駆動を行う必要性が低くなり、高さ変更に要する消費エネルギーを可及的に抑制し得る。更に、関節５００Ｌ／Ｒの動力源を流体圧とすることにより、電気モータ等のように電気エネルギーを動力源とする場合と異なり、歩行ロボット１の高さ変更後は高圧空気の漏れがない限り、歩行ロボット１の高さ維持に要する消費エネルギーは極めて少ない。
【００８４】
尚、本実施例においては、スネリンクの位置に関節５００Ｌ／Ｒを設けたが、その代わりに大腿リンク３０Ｌ／Ｒの位置に関節５００Ｌ／Ｒを設けてもよい。即ち、大腿リンク３０Ｌ／Ｒを上部大腿リンク下部大腿リンクに分けてそれぞれの大腿リンクを関節５００Ｌ／Ｒにて連結する構造としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施の形態に係る歩行ロボットであって２本の脚を有する歩行ロボットの下半身の概略的な骨格図を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る歩行ロボットにおいて、背伸び動作用の関節の詳細な構造を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る歩行ロボットにおいて、背伸び動作を行うための関節における空気圧制御を行う空気圧制御回路を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る歩行ロボットにおいて、電磁弁や歩行ロボットの関節のアクチュエータであるモータ等から構成される制御装置の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の第一の実施例に係る歩行ロボットにおいて、歩行ロボットをその上方から見たもので、歩行ロボットが右脚に対して左脚を少し前に開いて立っている状態を示す図である。
【図６】本発明の第一の実施例に係る歩行ロボットにおいて、背伸び動作を行うときの制御に関するフローチャートである。
【図７】本発明の第二の実施例に係る歩行ロボットにおいて、向き変更動作の基本原理を示す図である。
【図８】本発明の第二の実施例に係る歩行ロボットにおいて、向き変更動作を行うときの制御に関するフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態に係る歩行ロボットであって２本の脚を有する歩行ロボットの下半身の概略的な骨格図を示す第二の図である。
【符号の説明】
【００８６】
１・・・・歩行ロボット
１０・・・・関節
１２・・・・関節
１４・・・・関節
１６・・・・関節
１８・・・・関節
２０・・・・関節
２４・・・・脚先部
３０・・・・大腿リンク
３２・・・・スネリンク
５２・・・・ピストン
５４・・・・シリンダー
５６・・・・圧力室
６２・・・・回転軸
６４・・・・第二接地部位
６６・・・・第一接地部位
８０・・・・リターンスプリング
９０・・・・蓄圧タンク
９４・・・・電磁弁
１００・・・・ＣＰＵ
【図１】
2005212070.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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