(57)【要約】【課題】  人間のスキー操作に似せたスキー操作が可能なスキーロボットを提供する。  【解決手段】  胴体部と、該胴体部の下方に設けられた左右の股関節を介して前記胴体部の荷重を支持する左右２本の脚部とを有し、該脚部の接地面にそれぞれスキー板を装着したスキーロボットにおいて、雪面または同様の低摩擦斜面を滑走させるため、前記股関節に前記脚部を内外転させる股関節内外転軸と、前記脚部を屈曲させる股関節屈曲軸とを設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴体部と、該胴体部の下方に設けられた左右の股関節を介して上記胴体部の荷重を支持する左右２本の脚部とを有し、雪面または同様の低摩擦斜面を滑走させるため、該脚部の接地面にそれぞれスキー板を装着したスキーロボットにおいて、上記股関節に上記脚部を内外転させる股関節内外転軸と、上記脚部を屈曲させる股関節屈曲軸とを設けたことを特徴とするスキーロボット。
【請求項２】
請求項１記載のスキーロボットにおいて、前記股関節内外転軸を前記股関節屈曲軸よりも上部（胴体部側）に設けたことを特徴とするスキーロボット。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のスキーロボットにおいて、前記脚部は、前記股関節に連結する大腿部と、該大腿部の下方に連結されその下端に前記スキー板を装着した下肢部と、前記大腿部と前記下肢部とを屈曲可能に連結する膝関節とで構成されると共に、前記スキー板を前記大腿部の長軸を中心に旋回させるため、前記股関節と前記膝関節の間のいずれかの位置に大腿部回転軸を設けたことを特徴とするスキーロボット。
【請求項４】
請求項３記載のスキーロボットにおいて、前記大腿部と前記下肢部とを連結する膝関節に膝関節屈曲軸を設けたことを特徴とするスキーロボット。
【請求項５】
胴体部と、該胴体部の下方に設けられた左右の股関節を介して上記胴体部の荷重を支持する左右２本の脚部とを有し、該脚部の接地面にそれぞれスキー板等を装着可能としたロボットにおいて、上記股関節に上記脚部を内外転させる股関節内外転軸と、上記脚部を屈曲させる股関節屈曲軸の二軸のみを設けたことを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スキーターンを行うロボットの構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スキー技術の要をなすターン技術は、スキーの運動が非常に高速であり、かつ腰、膝等の関節の微妙な動きを必要とするため、スキーヤーの動作からこれを詳細に解析することは困難であった。このため、ターン技術を原理的に充分解析しスキー操作技術の上達やスキー用品の進歩などに役立てるため、多関節を持ついわゆるヒューマノイド型ロボットにスキー板を履かせてスキー操作を行わせるスキーロボットが開発されてきた。
【０００３】
この一例として例えば特許文献１には、大腿部に回旋軸のみを有し、これをラジコン操作により制御して、絨毯面などからなる斜面をアルペンスキーの技術で滑走しうるスキーロボットが開示されている。即ち、このスキーロボットには、腰部材の両側に設けた脚部材下端に、前後方向に長いスキー部材が取り付けられている。またこの各脚部材は、その上側部位において下方に傾斜する軸線を中心として左方向あるいは右方向に同時に回動可能（内旋および外旋が可能）となるように前記腰部材に取り付けてなり、各脚部材を、各々独立したサーボモータを用いて作動させうるように構成している。そして、左右のサーボモータをラジコンによって独立的に作動させ、前記スキーロボットを所要動作で滑走させるものである。この構成からスキーロボットは、遠隔操作によって、各々のスキー部材に関し、回旋と角付けとを独立的に同じに行わせることができ、しかも、回旋角度や角付け角度を独立的かつ微妙に調整することが可能であるとしている。
【０００４】
また従来のスキーロボットとしては、股関節に内外転軸を設け、これをサーボモータ制御で駆動して脚部の内外転動作（股関節を左右に開閉する動作）を行い、スキーターンを行わせるものもあった。この構成のロボットとしては例えば、非特許文献１には、股関節の内外転動作のみを行うスキーロボットが紹介されている。このスキーロボットは、胴体部の下方左右にサーボモータにより内外転動作のみを自在とした股関節と、この股関節下部にそれぞれスキー板を足に履かせた左右２本の脚部とを有したロボットである。そしてこのロボットは、一定の斜度をもち表面に雪を敷いた滑走台の上でスキーターンを行っており、またそのターン駆動制御は、所定のターン軌跡を創生するようあらかじめ股関節の角度の変化動作を組んでおいた動作プログラムにより股関節を内外転のみ駆動して行われている。
【０００５】
また例えば、非特許文献２には、胴体部の下方左右の股関節にサーボモータ駆動の内外転軸と、この左右の股関節にそれぞれ支承された２本の脚部の大腿部にサーボモータ駆動の回旋軸とを設け、各脚部下端にそれぞれスキー板を履かせた構成のスキーロボットを開示している。このスキーロボットには、プログラム動作により脚部の内外転運動と、大腿部の回旋運動とを行わせてスキーターンを実現させている。そして、所定のスキーターン動作を行わせて上記２軸の関節動作とスキー板に発生する力、ターン運動などを照らし合わせてそれらの関係を分析している。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−１２２８８１号公報（第２−３頁、第１図）
【非特許文献１】米山猛・香川博之「スキーロボットターンと作用力」日本機械学会論文集（Ｃ編）、６４巻６２３号（１９９８−７）、ｐ．２３６９、ｐ．２３７０、fig.３
【非特許文献２】米山猛・香川博之・舟橋奈津子「スキーロボットを用いたターン動作と作用力に関する研究」日本機械学会、スポーツ工学シンポジウム講演論文集、NO.０１−２２（２００１−１１）、ｐ．１２６、ｐ．１２７、fig.１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
人間の股関節は球関節でありこれに多様についた筋肉により３自由度の動作を行うことができる。よって、ヒューマノイド型ロボットを構成する場合、その股関節の動作も３自由度の動作が必要になるが、これはモータで駆動する１自由度の回転節点を三つ組み合わせて３自由度の多関節を構成するのが一般的である。一方、スキーロボットにおいて人間のスキー操作に似た動作をさせてスキーターンを行わせるためには、その股関節にターン動作の３要素である、股関節の内外転、屈曲、回旋を組み合わせた動作が行える３軸の関節を持たせる必要がある。しかし従来、前述のようにスキーを行うロボットが開発されてきたものの、脚部に内外転、屈曲、回旋のすべての動作を行わせ得るロボットはなかった。
【０００８】
例えば前述の特許文献１においては、大腿部に回旋軸のみを有したスキーロボットが開示されている。即ち、このスキーロボットは、スキー部材が取り付けられた左右各脚部材の上側部位を、下方に傾斜する軸線を中心として左方向あるいは右方向に同時に回動可能（内旋および外旋が可能）となるように腰部材に取り付けた構成としている。そしてこの各脚部材は、各々独立したサーボモータを用いて回動させており、この構成からスキーロボットは、各々のスキー板の回旋と角付けとを同時かつ独立的に行わせることができると認められる。しかしこのロボットは、スキーターン動作の３要素の内で股関節の回旋軸しか有していない。従って、股関節の内外転、屈曲、回旋の組み合わせ動作であるスキーヤーの微妙なスキー操作に似させた動作は行えない
【０００９】
また例えば前述の非特許文献１には、股関節の内外転動作のみを行うスキーロボットが紹介されている。このスキーロボットは、胴体部の下方左右にサーボモータにより内外転動作のみを自在とした股関節と、この股関節下部にそれぞれスキー板を足に履かせた左右２本の脚部とを有したロボットであると認められる。  しかしこのロボットは、股関節の角度を変化させてスキーの内外転のみしか駆動できず、スキー板をその進行方向に平行に並べて滑走するいわゆるパラレルターンのみしか行えない構成である。従ってこのロボットでは、プルークボーゲン、シュテムターン、ウエーデルンなども行えるアルペンスキーの全般のターン技術を網羅できない。
【００１０】
さらに例えば前述の非特許文献２におけるスキーロボットは、胴体部の下方左右の股関節にサーボモータ駆動の内外転軸と、この左右の股関節にそれぞれ支承された脚部の大腿部にサーボモータ駆動の回旋軸とを設け、スキー板を履かせた脚部に内外転運動と、大腿部の回旋運動とを行わせてスキーターンを実現させていると認められる。しかしこのロボットは、大腿部を上下方向に屈曲させる屈曲軸を股関節に有していないので、この大腿部の屈曲動作と膝部の屈曲動作とを連動して行う、脚部の屈身または伸身動作ができない。従ってこのロボットは、脚部の屈伸動作によって凹凸斜面滑走時の上体の高さ維持、またはターン時の内傾外向姿勢の保持などが行えず、常に安定したスキー滑降ができない。また、スキーターンの左右切換え時には、屈身抜重（沈み込み抜重）または伸身抜重（伸び上がり抜重）などの抜重操作が有効とされるが、この抜重操作よる高度なターン切換え操作も期待できない。
【００１１】
スキー動作においては、２本のスキー板が平行を保ち、前後方向から見て胴体部に対するスキー板の角度を変えること（角付け）がターンを行うための基本的な動作である。そして、股関節や膝関節の屈曲運動を行う途中においてもこの脚部を左右に角度付けして、スキー板に容易に角付けできることが求められる。ところがスキーロボットにおいて、股関節に例えば屈曲回転軸や内外転回転軸など複数の関節軸をそれぞれ独立して配設する場合、これらの回転軸の配列順序が異なると、各回転軸に同量の回転指令を与えても大腿部以下の足の動きは異なったものとなり、各スキー板は平行を保った状態での正確な角付けができなくなる懸念があるが、従来はこの考えに及んでいなかった。
【００１２】
本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、多関節を設けて、人間のスキー操作に似せたスキー操作が可能なスキーロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、第１発明は、胴体部と、該胴体部の下方に設けられた左右の股関節を介して上記胴体部の荷重を支持する左右２本の脚部とを有し、雪面または同様の低摩擦斜面を滑走させるため該脚部の接地面にそれぞれスキー板を装着したスキーロボットにおいて、上記股関節に上記脚部を内外転させる股関節内外転軸と、上記脚部を屈曲させる股関節屈曲軸とを設けた構成としている。
【００１４】
この場合において、第２発明は、第１発明のスキーロボットにおいて、前記股関節内外転軸を前記股関節屈曲軸よりも上部（胴体部側）に設けた構成としている。
【００１５】
また、第３発明は、第１発明または第２発明のスキーロボットにおいて、前記脚部は、前記股関節に連結する大腿部と、該大腿部の下方に連結されその下端に前記スキー板を装着した下肢部と、前記大腿部と前記下肢部とを屈曲可能に連結する膝関節とで構成されると共に、前記スキー板を前記大腿部の長軸を中心に旋回させるため、前記股関節と前記膝関節の間のいずれかの位置に大腿部回転軸を設けた構成としている。
【００１６】
第４発明は、第３発明のスキーロボットにおいて、前記大腿部と前記下肢部とを連結する膝関節に膝関節屈曲軸を設けた構成としている。
【００１７】
第５発明は、胴体部と、該胴体部の下方に設けられた左右の股関節を介して上記胴体部の荷重を支持する左右２本の脚部とを有し、該脚部の接地面にそれぞれスキー板等を装着可能としたロボットにおいて、上記股関節に上記脚部を内外転させる股関節内外転軸と、上記脚部を屈曲させる股関節屈曲軸の二軸のみを設けた構成としている。ここで、「スキー板等」とは、脚部ごとに一枚の板を装着するスキー板のほか、一つの板に双方の脚部をとり付けるモノスキー板、また、滑走方向に対して、胴体部の正面が略直角となるように（いわゆる横向きに）装着するスノーボードなどが含まれる。
【発明の効果】
【００１８】
第１発明によると、パラレルスキー動作においては、２本のスキー板が平行を保ちつつ、上体（胴体部）に対するスキー板の角度（前後方向から見て）を変えて角付けするのがターンを行うための基本的な動作であるが、股関節部に内外転軸を設けたので股関節の屈曲動作を行いながら脚部を左右に角度付けして、スキー板を角付けすることが容易に行える。また、左右の脚の屈曲状態がどのようであっても、それとは独立に角付けをするための内外転角を与え、板の向きを上体の向きと同じに保つこともできる。さらに本発明 のロボットは、内外転のみの動作のターン、および内外転動作を基本動作としてこの動作に股関節と膝関節との屈曲動作や下肢部旋回動作などを組み合わせた動作のターンも行うことができる。
【００１９】
第２発明によると、股関節を構成する回転軸として、内外転回転軸を屈曲回転軸よりも上部に配置したので、股関節および膝関節の屈曲動作を任意に行っても、例えばスキー板を逆ハの字に開く動きなどが生じることがなく、各スキー板の方向を上体と同じ方向にかつ平行に保つことができる。これよりスキーロボットは、脚部の屈曲動作に影響されることなく内外転動作により正確にスキー板の角付け動作が行えるので、スキーターンの基本動作が容易になると共に安定したパラレル滑走を行える。
【００２０】
第３発明によると、人間の股関節は球関節で、筋肉が多様について３自由度の動作を行うことができるが、本発明も股関節に脚部を内外転させる股関節内外転軸および脚部を屈曲させる股関節屈曲軸と、大腿部に下肢部を旋回させる大腿部回転軸との計３軸（３自由度）を有しているので、人間のスキー動作に類似した動作が可能となる。また、左右下肢部の回旋動作を個別に操作することにより、左右スキー板の向きを上体の向きに対して個別に斜め方向にむけることができ、この作用によりプルークボーゲン、シュテムターンなどのターン動作が行える。さらに、小回りターンでは遠心力が弱くターン前半ではスキー板はあまり撓まないので、スキー板を回旋する力が殆どなくこの部分では脚のひねりが必要となるが、このひねり操作が可能となり、ロボットに小回りターンを行わせることができる。
【００２１】
第４発明によると、このスキーロボットは大腿部と下肢部とを連結する膝関節に膝関節屈曲軸を有しているので、この膝関節の屈曲動作を大腿部の屈曲動作と連動させて行えば、脚部の屈身または伸身動作ができる。そしてこの脚部の屈伸動作によれば、凹凸斜面を滑走時には上体の高さ維持が、またターン時には弧の大小に対応した内傾外向姿勢の保持などが行えるなど、ロボットは滑降面の物理的な条件変化に対応して常に安定してスキー滑走ができる。また、この膝関接の屈曲動作によりスキーターンの左右切換え時に有効とされる、屈身抜重または伸身抜重などの抜重操作が行えるので、小回りターンなど高度なターン切換え操作が可能となる。さらに、上体に対してスキー板の方向を素早く変える方位づけは、特に小回りターン等で必要になってくるが、この膝関節の屈曲動作による抜重操作に大腿の回旋を組み合わせることによりこの俊敏な方位付けの操作を実現することができる。
【００２２】
このスキーロボットは、本発明の膝関節の屈曲と内股関節部の屈曲動作との連動動作を、脚部の外転動作や下肢部の回旋動作と組み合わせてターンを行うことができ、人間の様々なスキーターンに酷似したターンが行える。よって、このロボットを実滑走させて、どの関節をどのように動かせば良い滑りができるかを検証することによりスキーヤーのターン技術上達の一助とすることができる。また、開発目的のスキー板をこれに履かせて性能テストを行えば、安定してより早く滑走できるスキー板はもちろん、各スキーヤーの用途に最適なスキー板の開発も期待できる。
【００２３】
第５発明によると、斜面の滑走時、スキー板等を装着した人間は、股関節を複雑に動かしているが、この動きをロボットで正確に再現させようとすると多軸機構（３軸以上）が必要とされ、ロボットの軽量化、機構の安定性（故障を少なくすること）、低コスト化に反することとなってしまう。しかしながら、研究の結果、滑走時の股関節の動きを上記股関節内外転軸と上記股関節屈曲軸の二軸のみで概ね再現できることが明らかとなった。この第５発明では、股関節を上記股関節内外転軸と、上記股関節屈曲軸の二軸のみで構成する。これにより、簡略した構成でありながら人間の動きに近い動きを再現可能とし、軽量化、安定性、低コスト化を実現する。更に、スキー板等を着脱可能とすることにより、スキーのみならず、モノスキーやスノーボードなど様々な滑走を行う運動テストにこのロボットを用いることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係るスキーロボットの実施形態について図面を参照して説明する。ここに、図１は本発明の実施形態に係るスキーロボットの基本構成を示す図であり、図１（ａ）はその正面図を、図１（ｂ）はその側面図を示している。また、図２は本発明に係るスキーロボットの関節の構成を示す簡略図であり、図３はスキーロボットの股関節の不適当な構成例を示す簡略図である。
【００２５】
図１、２に示すように、スキーロボット１は、胴体部４と、左右２本の脚部２と、この脚部２の下部にそれぞれ設けられた２本のスキー板３とで主構成されている。
【００２６】
胴体部４は、人体の上半身の重量配分を模した略直方体の形状を成して配設され、その下部左右には股関節２０（２０Ｌ，２０Ｒ：左側をＬ、右側をＲで示す。以下同様）がそれぞれ設けられている。またこの胴体部４には、各関節軸（以下に記述する）を制御するコントローラ（図示しない）が内装されている。そして各関節軸は、これらにそれぞれ設けられたサーボモータによりコントローラからの出力で制御駆動される。
【００２７】
脚部２（２Ｌ，２Ｒ）は、前記股関節２０（２０Ｌ，２０Ｒ）を介してその下方に連結されたそれぞれの大腿部１３（１３Ｌ，１３Ｒ）と、その大腿部１３（１３Ｌ，１３Ｒ）下端で膝関節１０（１０Ｌ，１０Ｒ）を介して連結された下肢部１４（１４Ｌ，１４Ｒ）とで構成されている。
【００２８】
スキー板３（３Ｌ，３Ｒ）は、その長手方向を胴体部４に対し前後方向（進行方向）に向けて、下肢部１４（１４Ｌ，１４Ｒ）の下端に足部１５（１５Ｌ，１５Ｒ）を介して装着されている。ここで下肢部１４（１４Ｌ，１４Ｒ）は、スキー板３上面の垂直線に対し前後方向に所定の前傾角度（望ましくは１０°±５°）をもってスキー板３（３Ｌ，３Ｒ）に装着されている。またスキー板３の幅方向の両側面部には、所定のターン半径が得られるような円弧でカットされたサイドカーブを有している。これは昨今のカービングスキー板を模したものであるが、大回りターン、または小回りターンなどの用途目的に合わせてさまざまなサイドカーブを持たせても良いのは勿論である。
【００２９】
この股関節２０（２０Ｌ，２０Ｒ）は、股関節内外転軸２１（２１Ｌ，２１Ｒ）と、その下方に設けられた股関節屈曲軸２２（２２Ｌ，２２Ｒ）とで構成されている。そして、前者の股関節内外転軸２１（２１Ｌ，２１Ｒ）は、前記胴体部４に対し前後方向（スキー進行方向）の中心軸を有しこの軸を中心として前記脚部２（２Ｌ，２Ｒ）を前記胴体部４の左右方向（スキー進行方向に対して直角方向）に内外転させるために股関節２０（２０Ｌ，２０Ｒ）に設けられている。また後者の股関節屈曲軸２２（２２Ｌ，２２Ｒ）は、前記股関節内外転軸２１（２１Ｌ，２１Ｒ）と軸直角に連結された中心軸を有しこの軸を中心として前記脚部２（２Ｌ，２Ｒ）を前後方向面内で屈曲させるために股関節２０（２０Ｌ，２０Ｒ）に設けられている。
【００３０】
ここで、股関節内外転軸２１と股関節屈曲軸２２とは、人間の股関節の動きに近似させる観点から、近接していることが望ましい。しかし、種々の滑走条件や複雑なターンの形態などに応じて滑走可能とするために、股関節内外転軸２１と股関節屈曲軸２２とは適宜な距離をもって配置されてもよく、脚部２の長さの１０％以内の範囲（望ましくは５％以内）で実施可能である。そして、これら所定の距離をもって両軸（２１、２２）が配置された場合であっても、股関節２０に設けられたものとする。股関節内外転軸２１と股関節屈曲軸２２とは、軸直角に連結するのが望ましい。しかしながら、本発明における「軸直角」とは厳密に９０°である必要はなく、用途や特性を考慮して適宜な幅を含んでもよい。その一例としては、９０°±５°程度の範囲を含む形態である。このように、股関節内外転軸２１と股関節屈曲軸２２とを８６°や９２°といった角度で交わるように配置することで、より複雑な動き、滑走を実現することが可能となる。なお、本発明の実施形態としては、股関節内外転軸２１と股関節屈曲軸２２との角度が固定される形態（調節不可）のほか、その角度を９０°±５°の範囲で調節可能とする形態であってもよい。
【００３１】
膝関節１０（１０Ｌ，１０Ｒ）は、大腿部回転軸１１（１１Ｌ，１１Ｒ）と、その下方に設けられた膝関節屈曲軸１２（１２Ｌ，１２Ｒ）とで構成されている。そして、前者の大腿部回転軸１１（１１Ｌ，１１Ｒ）は、前記下肢部１４及びスキー板３（３Ｌ，３Ｒ）を前記大腿部１３の長軸（長手方向の中心軸）回りに旋回自在とするためこの長軸に沿って大腿部１３（１３Ｌ，１３Ｒ）内に設けられている。また、後者の膝関節屈曲軸１２（１２Ｌ，１２Ｒ）は、前記大腿部回転軸１１（１１Ｌ，１１Ｒ）とその下方で軸直角に連結された中心軸を有し、この軸を中心として前記下肢部１４（１４Ｌ，１４Ｒ）を前後方向面内で屈曲させるために膝関節１０（１０Ｌ，１０Ｒ）にそれぞれ設けられている。ここで、これらの各軸はすべてサーボモータで回動可能な構成となっている。
【００３２】
なお、図に示す実施形態において大腿部回転軸１１は膝関節１０内に設けられている。この配置位置は、膝関節１０の動きを人間の動作に近似させる観点から望ましいといえる。しかしながら、この大腿部回転軸１１の機能は、下肢部１４とスキー板３を大腿部１３の長軸回りに旋回させるものであり、その機能を達成できる限りにおいて、大腿部１３の長軸に沿って配置することが可能である。例えば、大腿部１３の上端（股関節２０との接部）や、大腿部１３の中間である。また、同様に、股関節２０と膝関節１０の間のいずれかの位置に大腿部回転軸１１を設けることが可能といえる。ここで、「股関節と膝関節の間のいずれかの位置」とは、上述したように、膝関節１０として、膝関節屈曲軸１２の上方に大腿部回転軸１１を設ける形態や、股関節２０として、股関節内外転軸２１や股関節屈曲軸２２のいずれか一方の下方に配置する形態を含むものとする。膝関節屈曲軸１２と大腿部回転軸１１とは、軸直角に連結するのが望ましい。しかしながら、本発明における「軸直角」とは厳密に９０°である必要はなく、用途や特性を考慮して適宜な幅（±５°程度）を含んでもよい。
【００３３】
本発明のスキーロボット１は、図１、２に示すように、股関節２０（２０Ｌ，２０Ｒ）に設けた股関節内外転軸２１（２１Ｌ，２１Ｒ）をサーボモータにより駆動して脚部２（２Ｌ，２Ｒ）を内転または外転させることにより、股関節２０（２０Ｌ，２０Ｒ）に設けた股関節屈曲軸２２（２２Ｌ，２２Ｒ）や膝関節屈曲軸１２（１２Ｌ，１２Ｒ）のサーボ駆動による屈曲運動を行いながら脚部２を左右に角度付けしスキー板３（３Ｌ，３Ｒ）を角付けして、これら２本のスキー板が平行を保った状態でのパラレルターンが行える。また、前述の股関節２０（２０Ｌ，２０Ｒ）の構成により，左右それぞれの膝関節屈曲軸１２（１２Ｌ，１２Ｒ）の屈曲状態がどのようであっても、それとは独立して脚部２（２Ｌ，２Ｒ）に角付けをするための内外転角を与えることで、スキー板３（３Ｌ，３Ｒ）の向きを胴体部４の向きと同じに保つことも容易である。
【００３４】
またこのスキーロボット１には、股関節２０（２０Ｌ，２０Ｒ）に設けた股関節屈曲軸２２（２２Ｌ，２２Ｒ）と、膝関節１０（１０Ｌ，１０Ｒ）に設けた膝関節屈曲軸１２（１２Ｌ，１２Ｒ）とをサーボ駆動により連動させて屈曲運動を行うことにより、脚部２（２Ｌ，２Ｒ）の屈身または伸身動作をさせている。即ち、不整斜面、コブ斜面などの凹凸斜面を滑走時には、この脚部２（２Ｌ，２Ｒ）の屈伸動作により上体の高さを一定に維持するように制御している。またターン時には、脚部２（２Ｌ，２Ｒ）の左右それぞれ個別の屈伸動作により内足を外足よりも屈曲させるなどそれぞれの脚長を調整して胴体部４を内傾させることにより、ターン弧の大小に応じて生じた遠心力に対抗する向心力を得て、内傾外向姿勢を保っている。こうして、ロボットは滑降面の物理的な条件変化に対応して常に安定してスキー滑降ができる。
【００３５】
またさらにスキーロボット１は、前述の脚部２（２Ｌ，２Ｒ）の屈伸動作を行うことにより、屈身抜重（沈み込み抜重）または伸身抜重（伸び上がり抜重）動作を行うことができる。そしてターン切換え時には、これらの屈伸それぞれの抜重動作を行ってスキー板３への荷重を抜重し、大腿部回転軸１１（１１Ｌ，１１Ｒ）のサーボ駆動による下肢部１４のひねり操作を行い易くすることができる。この脚部２の屈伸動作を用いた抜重によるターン切換え技術は、特に小回りターンまたは急斜面でのターン切換え時に有効であり、従来のスキーロボットには行えなかったスキーヤー操作と同様な高度なターン切換え技術であるといえる。
【００３６】
またスキーロボット１は、脚部２（２Ｒ，２Ｌ）を内外転させる股関節内外転軸２１（２１Ｒ，２１Ｌ）と、脚部２を屈曲させる股関節屈曲軸２２（２２Ｒ，２２Ｌ）と、下肢部１４（１４Ｒ，１４Ｌ）を旋回させる大腿部回転軸１１（１１Ｒ，１１Ｌ）との左右各３軸計６軸（６自由度）を有している。よって、スキーターン動作の３要素である股関節の内外転、屈曲、回旋、を組み合わせた動作が行え、人間のスキー動作に類似した動作が可能である。即ち、前述のパラレルターンは勿論のこと、大腿部回転軸１１（１１Ｌ，１１Ｒ）のサーボ駆動により下肢部１４（１４Ｒ，１４Ｌ）を回旋させて、胴体部４の向きをスキー板３（３Ｒ，３Ｌ）の向きに対して斜め方向に向けることができ、この作用によりプルークボーゲン、シュテムターンなどのターン動作も行える。さらに例えば、小回りターンでは遠心力が弱いためターン前半ではスキー板３はあまり撓まずスキー板３を回旋する力が殆どなくこの部分では脚部２のひねりが必要となるが、この脚部２のひねり操作が大腿部回転軸１１のサーボ駆動により可能となり、スキーロボット１に小回りターンを行わせることもできる。
【００３７】
以上のようにスキーロボット１はスキーヤーの動作に酷似した関節動作が可能なので、これを実滑走させてどの関節をどのように動かせば良い滑りができるかを検証することによりスキーヤーのターン技術上達の一助とすることができる。また、スキーヤーの様々な用途（レベル）を想定したスキー板を装着してそれぞれ所定のターン技術での性能テストを行うことにより、安定してより早く滑走できるスキー板の開発に寄与できるのはもちろん、各スキーヤーの用途に最適なスキー板の開発の助けとすることもできる。
【００３８】
ところで、前述のようにスキーロボット１は、前記股関節内外転軸２１を前記股関節屈曲軸２２よりも上部（胴体部側）に設けたが、この効用を図３により説明する。図において、簡単のため左側の脚部２Ｌについてのみ説明するが、胴体部４の下部に設けられた股関節２０Ｌは、胴体部４に装着された股関節屈曲軸２２Ｌとその下部に装着された股関節内外転軸２１Ｌとで構成されている。即ち本図においては、股関節屈曲軸２２Ｌと股関節内外転軸２１Ｌとの上下位置関係が本発明のそれとは逆の位置関係を想定している。そして、股関節内外転軸２１Ｌにスキー板３Ｌが脚部２Ｌを介して連結されている。この股関節２０Ｌの場合、図において、股関節屈曲軸２２ＬをＡ−Ａ軸回りに所定の角度（例えばα°）時計回りに回旋した状態で股関節内外転軸２１ＬをＢ−Ｂ軸回りに回旋（内外転に相当）させると股関節内外転軸２１ＬのＢ−Ｂ軸とスキー板３Ｌの下面の長手軸は平行でなくなる。このためスキー板３Ｌの下面はその頂点を前後方向の後方に持つ円錐の面上を移動する。即ち脚部２Ｌを股関節内外転軸２１Ｌ回りに外転させると、スキー板３Ｌは胴体部４からみて逆ハの字の状態となる。この状態においてはスキーのパラレル操作は不可能であり、当然ながらスキーの正常なターン操作は行えない。
【００３９】
一方、本発明の股関節２０の構成によれば、図２で明らかなように、股関節内外転軸２１Ｌがスキーの長手方向の向きと平行を保っている限り、股関節屈曲軸２２Ｌの屈曲動さに関係なく、スキー板３Ｌの下面は円筒面上を移動することになる。この結果スキーロボット１は、股関節屈曲軸２２および膝関節屈曲軸１２の屈曲動作つまり膝関節１０の曲げ・伸ばし動作に関係なく股関節内外転軸２１の角度付けを操作して、正常なスキー板の角付けが可能となる。即ち、股関節２０および膝関節１０の屈曲動作を任意に行っても、スキー板３を逆ハの字に開く動きなどが生じず、内外転動作の際に正確に角付けが行えるとともに、各スキー板３の方向を胴体部１と同じ方向にかつ平行に保つことができる。これよりスキーロボット１は、脚部２の屈曲動作に影響されずに角付け動作が行えるので、スキーターンの基本動作が容易になると共に安定したパラレル滑降を行える。
【００４０】
次に図４〜図７により、本発明のスキーロボットによる滑走状況の一例を紹介する。図４は本発明に係るスキーロボットの股関節および膝関節を屈曲した状態で内外転動作を行った場合の動作を示しており、脚部の股関節および膝関節を屈曲した状態で、内外転角度指令を与えて股関節屈曲軸を左右へ変化させ、脚部を左右に内外転させた姿勢を正面からビデオ撮影した画像である。図４（ａ）のように股関節を右に開けば（右股関節を外転、左股関節を内転すれば）、スキー板の進行方向に向かって左エッジを滑走面に押し付けることになり、スキーロボットは左ターン（左前方向へターン）している。また逆に、図４（ｃ）のように股関節を左に開けば（左股関節を外転、右股関節を内転すれば）、スキー板の進行方向に向かって右エッジを滑走面に押し付けることになり、右ターンを行っている。また本発明 のスキーロボットは、前述のように股関節内外転軸を股関節屈曲軸より上に設けたので、左右の脚部の屈曲状態がどのようであっても、それとは独立に角付けをするための内外転角を脚部に与え、２本のスキー板の向きを平行に保つと共に上体の向きと同じに保っている。
【００４１】
図５は本発明に係るスキーロボットの内外転動作による姿勢とターンの１例を示している。このテスト滑走は、一定の斜度をもった滑走台の表面に雪を敷き、その上でスキーロボットに連続ターンを行わせている。このスキーロボットにはターン動作（股関節屈曲軸の角度の変化動作）をあらかじめプログラムで組んでおき、このプログラムを無線で操作している。そして、スキーロボットを滑走台の上部で最大斜度方向へ向けて放し、一定の時間経過の後、滑走速度に対応した内外転角度を指令して股関節屈曲軸を左右へ変化させ、ターン動作を行わせる。図はスキーロボットの滑降状況を滑走台の正面からビデオ撮影し、そのターン中のスキーロボット画像の８コマを、それぞれの経過時間（秒）と共に表示している。
【００４２】
図の滑走状況を説明する。先ずスキーロボットは、内外転軸角度を与えない（股関節開閉中立位置）直滑降姿勢から滑降を開始（経過０ｓ）し、股関節内外転軸に右内外転角度を与えて股関節を右に開いて（右股関節を外転、左股関節を内転して）、スキー板の左エッジを角付けすることによりそのサイドカーブのラインに沿って左ターンを始める（経過０.８ｓ）。次に、股関節内外転軸に左内外転角度を与えて股関節を中立位置に戻すと共に左に開き（左股関節を外転、右股関節を内転して）右ターンに切換える（経過１.２ｓ）。続いて、股関節内外転軸に左内外転角度をさらに与えて股関節を左に開きスキー板を角付けして右ターンを継続（経過１.８ｓ）、そして、股関節内外転軸に右内外転角度を与えて股関節を中立位置に戻すと共に右に開き左ターンに切換える（経過２.５ｓ〜２.９ｓ）。以下同様の動作を順に繰り返して、直滑降→左ターン→右ターン→左ターンの連続ターンを行っている。なおここで、スキーロボットの動作は、股関節および膝関節を所定の一定角度で屈曲させ、固定した状態で行っている。
【００４３】
図６は、本発明に係るスキーロボットの股関節および膝関節を屈曲した状態で回旋動作のみを行った場合の動作を示しており、脚部の股関節および膝関節を屈曲した状態で、下肢部回旋角度指令を与えて大腿部回転軸を左右へ回旋させ、下肢部を左右に旋回させた姿勢を、正面からビデオ撮影した画像である。図６（ａ）のように、スキーロボットの右下肢部を内旋、左下肢部を外旋すると、スキー板の左エッジを滑走面に押し付けると共に、スキー板の向きを滑走方向（ターン円弧の接線方向）に対して左に向かせて左ターンを行うことができる。また図６（ｃ）のように、右下肢部を外旋、左下肢部を内旋すると、スキー板の右エッジを滑走面に押し付けると共に、スキー板の向きを滑走方向に対して右に向かせて右ターンを行うことができる。このように、大腿部の回旋動作によって、板の向きを胴体部の向きに対して斜め方向に向ける動作（下肢部のひねり動作）ができるのがわかる。
【００４４】
図７は本発明に係るスキーロボットの股関節の内外転動作と大腿部の回旋動作とによる姿勢とターンを示している。このテスト滑走は、前述の図５の場合と同様の滑走条件でスキーロボットに連続ターンを行わせているが、本例では図５の場合に対して、スキーロボットが股関節屈曲軸の角度の変化動作に加えて、大腿部の回旋動作（下肢部のひねり動作）を行っている点が相違する。
【００４５】
図の滑走状況を説明する。先ずスキーロボットは、内外転軸角度および大腿部の回旋角度を与えない（股関節開閉中立位置）直滑降姿勢から滑降を開始（経過０ｓ）する。続いて股関節内外転軸に右内外転角度を与えて股関節を右に開く（右股関節を外転、左股関節を内転する）と共に大腿部回転軸に左回旋角度を与えて下肢部を左にひねる（右下肢部を内旋、左下肢部を外旋する）動作を行い、スキー板の左エッジを角付けしてそのサイドカーブによるラインに沿って左ターンを行う（経過０.８ｓ）。続いて、股関節内外転軸に右内外転角度を与えて股関節を中立位置に戻すと同時に左に開く（左股関節を外転、右股関節を内転する）と共に、大腿部回転軸に右回旋角度を与えて下肢部を右にひねる動作（右下肢部を外旋、左下肢部を内旋する）を行い右ターンに切換える（経過１.２ｓ）。続いて、股関節内外転軸に左内外転角度を与えてさらに股関節を左に開くと共に、大腿部回転軸に右回旋角度をさらに与えて下肢部を右にひねる動作を行い右ターンを深めていく（経過１.８ｓ）。そして、大腿部回転軸に左回旋角度を与えて下肢部を左にひねって戻すと共に、股関節内外転軸に右内外転角度を与えて股関節を中立位置として右ターンを完了させる（経過２.４ｓ〜２.８ｓ）。以下同様の動作を順に繰り返し、直滑降→左ターン→右ターン→左ターンの連続ターンを行っている。なおここで、スキーロボットは、股関節および膝関節を所定の一定角度で屈曲した状態で動作している。図で見て取れるように、本例は図５の例に較べて、最初の右ターンで０.１ｓ（経過２.４ｓ時点で）、２回目の左ターンで０.１ｓ（経過３.４ｓ時点で）、合計で０.２ｓ早く滑走（４.４ｓに対し４.２ｓ）している。これはターン時に下肢部をひねる動作を組み込んだ効果と考えられる。
【００４６】
なお、以上説明したスキーロボットは、股関節２０及び膝関節１０において、アクチュエータとしてサーボモータを用いた。その他のアクチュエータとしては、各種モータのほか、胴体部４内やスキー板３上にモータを配し、このモータから関節までワイヤ等を配し、ワイヤの動きによって各関節の動きを制御する形態などであってもよい。更に、本出願におけるロボットは常にスキー板を装着する必要はなく、脚部の接地面にそれぞれスキー板等を装着可能としたロボットとしても実施可能である。「スキー板等を装着可能」とする形態としては、ネジやボルトを用いて固定する形態の他、バネを用いたクリップ式など着脱可能に物を取り付けるための公知技術を用いることが可能である。同様に、実際のスキー板やスノーボードに用いられている構造をそのままこの出願に係るロボットに用いることも可能である。例えば、ロボットにスキー靴を履かせ、スキー板にビンディング(取り付け装置)を用いる形態である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係るスキーロボットの関節の構成を示す図である。
【図２】本発明に係るスキーロボットの関節の構成を示す簡略図である。
【図３】スキーロボットの股関節の不適当な構成例を示す簡略図である。
【図４】本発明に係るスキーロボットの股関節および膝関節を屈曲した状態で内外転動作を行った場合の動作を示す図である。
【図５】本発明に係るスキーロボットの内外転動作による姿勢とターンを示す図である。
【図６】本発明に係るスキーロボットの股関節および膝関節を屈曲した状態で回旋動作を行った場合の動作を示す図である。
【図７】本発明に係るスキーロボットの股関節の内外転動作と大腿部の回旋動作とによる姿勢とターンを示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…スキーロボット、２、２Ｒ、２Ｌ…脚部、３、３Ｒ、３Ｌ…スキー板、４…胴体部、１０、１０Ｒ、１０Ｌ…膝関節、１１、１１Ｒ、１１Ｌ…大腿部回旋軸、１２、１２Ｒ、１２Ｌ…膝関節屈曲軸、１３、１３Ｒ、１３Ｌ…大腿部、１４、１４Ｒ、１４Ｌ…下肢部、１５、１５Ｌ、１５Ｒ…足部、２０、２０Ｒ、２０Ｌ…股関節、２１、２１Ｒ、２１Ｌ…股関節内外転軸、２２、２２Ｒ、２２Ｌ…股関節屈曲軸。
【図１】
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【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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