(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
体幹と、一対の脚部と、一対の脚連結部を備えており、
各々の脚部は、複数のリンクと、隣接するリンク同士を回転可能に連結する関節を備えており、
各々の脚連結部は、体幹の夫々の側面で、各々の脚部を体幹に対してピッチ軸回りに回転可能に連結しており、
各々の脚部は、ロール軸方向から観測したときに、各々の脚連結部から体幹の側面に沿って伸びており、途中で体幹の下面に沿って曲がっており、さらに体幹の下方で下方へ曲がっている形状を有しており、
ロール軸方向の回転軸を有する関節が、ロール軸方向から観測したときに、各々の脚部の一部分であって体幹の下方に位置する部分に配置されていることを特徴とする脚式ロボット。
【請求項２】
各々の脚部は、体幹の側面に沿って伸びる第１リンクと、体幹の下面に沿って伸びる第２リンクと、体幹の下方で下方へ伸びる第３リンクを有しており、
第１リンクの一端は、脚連結部を介して体幹の側面と回転可能に連結されており、
第１リンクの他端は、ピッチ軸方向の回転軸を有する関節を介して第２リンクの一端と回転可能に連結されており、
第２リンクの他端は、体幹の下方に位置するとともにロール軸方向の回転軸を有する関節を介して第３リンクの一端と回転可能に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の脚式ロボット。
【請求項３】
各々の脚部は、体幹の側面に沿って伸びてから体幹の下面に沿う方向に曲がっている屈曲リンクと、体幹の下方で下方へ伸びる第３リンクを有しており、
屈曲リンクの一端は、脚連結部を介して体幹と回転可能に連結されており、
屈曲リンクの他端は、体幹の下方に位置するとともにロール軸方向の回転軸を有する関節を介して第３リンクの一端と回転可能に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の脚式ロボット。
【請求項４】
体幹の下面の少なくとも一部は、ピッチ軸と交差する断面が、脚連結部の回転軸を中心とする円弧状に形成された曲面部を備えており、
第２リンクに、前記曲面部に接触した状態で、脚部が脚連結部の回転軸を中心に回転するにつれて回転する回転部材が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の脚式ロボット。
【請求項５】
体幹の下面の少なくとも一部は、ピッチ軸と交差する断面が、脚連結部の回転軸を中心とする円弧状に形成された曲面部を備えており、
屈曲リンクに、前記曲面部に接触した状態で、脚部が脚連結部の回転軸を中心に回転するにつれて回転する回転部材が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の脚式ロボット。
【請求項６】
脚連結部の回転軸は、体幹の重心位置よりも上方に位置していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の脚式ロボット。
【請求項７】
体幹は、乗員が着座するための座席を備えており、座席の座面は、脚連結部の回転軸より下方に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の脚式ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脚式ロボットに関する。特に、体幹の位置を低く抑えながら大きな歩幅を確保でき、かつ、片脚立脚時の立脚に加わる負荷を増大させることのない脚式ロボットに関する。
本明細書では、互いに直交するロール軸、ピッチ軸及びヨー軸を次の通り定義する。体幹に固定された直交座標系において、体幹の前方へ伸びる軸をロール軸と定義する。体幹の鉛直上方へ伸びる軸をヨー軸と定義する。体幹の側面方向に伸びる軸をピッチ軸と定義する。
また、ロール軸方向の回転軸を有する関節をロール関節と称し、ピッチ軸方向の回転軸を有する関節をピッチ関節と称し、ヨー軸方向の回転軸を有する関節をヨー関節と称する。
【背景技術】
【０００２】
体幹と、体幹に回転可能に連結された一対の脚部を備える脚式ロボットが開発されている。夫々の脚部は、複数のリンクと、隣接するリンク同士を回転可能に連結する関節を備えている。
体幹と脚部を回転可能に連結する脚連結部や脚部の関節には、例えばモータなどのアクチュエータが備えられており、アクチュエータを適宜制御することによって、脚式ロボットは歩行する。
脚連結部は、体幹に対して脚部をピッチ軸回りに回転させる回転軸を有する場合が多い。体幹に対して脚部全体をピッチ軸回りに揺動させると、脚部の足先は体幹の前後に移動する。夫々の脚部を体幹に対してピッチ軸回りに交互に揺動させることによって、脚部の長さを最大限に活かした歩幅を実現できる。
そのような脚式ロボットが特許文献１に開示されている。特許文献１に記載された脚式ロボットは、人が搭乗する体幹と、一対の脚部を備える。各々の脚部は、体幹の下面で体幹と回転可能に連結されている。各々の脚部は、体幹に対してピッチ軸回りに回転可能に連結されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８６６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
脚式ロボットでは、脚部をゆっくり動かしても早い速度で歩行できるように歩幅を大きくすることが好ましい。その一方で、より安定して歩行させるために、体幹の位置は低い方が好ましい。
歩幅を大きくするためには、脚部の長さを長くすればよい。特許文献１の技術では、一対の脚部が体幹の下面に連結されている。そのような構成では、脚部の長さを長くすると、体幹の位置が高くなってしまう。
体幹の位置を低く抑えつつ、脚部の長さを長くするためには、体幹の側面に脚部を連結することが考えられる。しかし、脚部を体幹の側面に連結すると、体幹の重心と脚部の間のピッチ軸方向の距離が大きくなる。歩行中など、脚式ロボットが片足立脚状態となった場合には、体幹の質量に加わる重力により立脚に作用するロール軸回りのモーメントは、体幹重心と脚部の間のピッチ軸方向の距離に比例して大きくなる。即ち、脚部を体幹の側面に連結すると、立脚に作用するロール軸回りのモーメントが大きくなってしまう。脚部のロール軸回りのモーメントが大きくなると、そのモーメントに抗するために、脚部が有するロール関節のアクチュエータの負荷が大きくなる。隣接するリンクのロール軸回りの相対回転角を維持或いは変化させるためのロール関節のアクチュエータを大型化しなければならなくなる。
以下、本明細書では、体幹の側面を体側面と称する場合がある。また本明細書では、体幹の下面を体下面と称する場合がある。
【０００５】
上記の課題を、図７を参照して説明する。図７は従来の脚式ロボット７００の正面図である。図７に示す中心線ＱよりＱＲ側は、特許文献１に開示されているように、脚部７２０Ｒが体下面７１４で体幹７１０に連結されている構造を例示している。中心線ＱよりＱＬ側は、脚部７２０Ｌが体側面７１２Ｌで体幹７１０に連結されている構造を例示している。脚部７２０Ｒ、７２０Ｌ上に描かれている円７３８Ｒ、７３８Ｌ、７４４Ｒ、７４４Ｌは、ロール関節を表している。脚部７２０Ｒ、７２０Ｌ上に描かれている直線の入った矩形は、ヨー関節或いはピッチ関節を表している。
図７から明らかな通り、体側面７１２Ｌで体幹７１０に連結されている脚部７２０Ｌの接地面９００からの高さＨ１は、体下面７１４の高さＨ２より大きくすることができる。脚部を体側面７１２Ｌで体幹に連結することによって、体幹の鉛直方向の位置を低く抑えながら脚部の接地面からの高さを高くできる。即ち、体幹の位置を低く抑えながら大きな歩幅を確保できる。
一方、体下面７１４で体幹７１０と連結された脚部７２０Ｒの場合は、ロール関節７３８Ｒの回転軸Ｃ４と体幹重心Ｇのピッチ軸（Ｙ軸）方向の距離はＬ３となる。体側面７１２Ｌで体幹７１０と連結された脚部７２０Ｌの場合は、ロール関節７３８Ｌの回転軸Ｃ５と体幹重心Ｇのピッチ軸方向の距離はＬ２となる。図７から明らかなように、脚部を体側面７１２Ｌで連結すると、ロール関節の回転軸と体幹重心のピッチ軸方向の距離が長くなってしまう。そのため、体幹重心Ｇに加わる重力ＦＧによりロール関節７３８Ｌに作用するモーメントＴ５が大きくなる。このモーメントＴ５に抗するため、ロール関節７３８Ｌの有するアクチュエータ（不図示）の負荷が増大する。ロール関節７３８Ｌの有するアクチュエータ、ひいてはロール関節７３８Ｌそのものが大型化する。ロール関節７４４Ｌについても同様に大型化してしまう。
【０００６】
歩行ロボットはできるだけ軽量であることが好ましい。体幹の位置を低く抑えながら大きな歩幅を確保でき、かつ、片脚立脚時の立脚のロール関節に加わる負荷を増大させることのない脚式ロボットが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
脚式ロボットが片脚立脚状態となったときに立脚のロール関節に作用するロール軸回りのモーメントを小さくするには、体幹重心とロール関節のピッチ軸方向の距離を短くすれば良い。一方、体幹の位置を低く抑えながら大きな歩幅を確保するには、体側面で脚部を体幹に連結すればよい。
上記の両者を満足できれば、体幹の位置を低く抑えながら大きな歩幅を確保でき、かつ、片脚立脚時の立脚のロール関節に加わる負荷を増大させることのない脚式ロボットが実現できる。
【０００８】
本発明に係る脚式ロボットは、体幹と、一対の脚部と、一対の脚連結部を備える。各々の脚部は、複数のリンクと、隣接するリンク同士を回転可能に連結する関節を備える。各々の脚連結部は、体幹の夫々の側面で、各々の脚部を体幹に対してピッチ軸回りに回転可能に連結する。各々の脚部は、ロール軸方向から観測したときに、各々の脚連結部から体幹の側面に沿って伸びており、途中で体幹の下面に沿って曲がっており、さらに体幹の下方で下方へ曲がっている形状を有する。ロール軸方向の回転軸を有する関節が、ロール軸方向から観測したときに、各々の脚部の一部分であって体幹の下方に位置する部分に配置されている。
なお、「ロール軸方向から観測したとき」とは、換言すれば、「ヨー軸とピッチ軸を含む面と平行な面内において」と表現することと等価である。
【０００９】
上記構成によれば、各々の脚部は、各々の脚連結部によって、体幹の各々の側面で体幹に連結される。これによって、体幹の位置を低く抑えつつ、脚部の接地面からの高さを高くすることができる。脚連結部は、脚部全体をピッチ軸回りに回転可能である。脚部の足先を、脚連結部の回転軸を中心にして体幹の前後（ロール軸方向）に揺動させることができる。体幹の位置を低く抑えつつ、大きな歩幅を実現できる。
一方、前記構成によれば、ロール関節（ロール軸方向の回転軸を有する関節）は、脚部のうち、ロール軸方向から夫々の脚部を観測したときに、体幹の下方に位置する部分に配置されている。そのために、各々の脚部が有するロール関節と体幹重心のピッチ軸方向の長さを短くできる。体幹の側面で脚部を体幹に連結しても、片足立脚時に、体幹に加わる重力により立脚側のロール関節に作用するモーメントを増大させることがない。ロール関節のアクチュエータの負荷を増大させることがない。体幹の側面で脚部を体幹に連結しても、ロール関節のアクチュエータ、ひいてはロール関節自体が大型化することを抑制できる。
【００１０】
本発明の脚式ロボットでは、各々の脚部は、ロール軸方向から観測したときに、各々の脚連結部から体幹の各々の側面に沿って伸びており、途中で体下面に沿って曲がっており、さらに体幹の下方で下方へ曲がっている形状を有する。
脚部が上記の形状を有するための、脚部のリンクと関節の連結構造には様々な形態が想定できる。
【００１１】
脚部のリンクと関節の連結構造は、例えば次のように構成することができる。一つの形態では、各々の脚部が、体幹の側面に沿って伸びる第１リンクと、体幹の下面に沿って伸びる第２リンクと、体幹の鉛直下方で下方へ伸びる第３リンクを有する。
第１リンクの一端は、脚連結部を介して体幹の側面と回転可能に連結されている。
第１リンクの他端は、ピッチ軸方向の回転軸を有する関節を介して第２リンクの一端と回転可能に連結されている。
第２リンクの他端は、体幹の下方に位置するとともにロール軸方向の回転軸を有する関節を介して第３リンクの一端と回転可能に連結されている。
【００１２】
脚部のリンクと関節の連結構造の他の形態では、各々の脚部が、体幹の側面に沿って伸びてから体幹の下面に沿う方向に曲がっている屈曲リンクと、体幹の下方で下方へ伸びる第３リンクを有する。
屈曲リンクの一端は、脚連結部を介して体幹と回転可能に連結されている。
屈曲リンクの他端は、体幹の下方に位置するとともにロール軸方向の回転軸を有する関節を介して第３リンクの一端と回転可能に連結されている。
【００１３】
いずれの構造であっても、各々の脚部は、ロール軸方向から観測したときに、各々の脚連結部から体幹の各々の側面に沿って伸びており、途中で体幹の下面に沿って曲がっており、さらに体幹の下方で下方へ曲がっている形状を有する。
体幹の側面で体幹と回転可能に連結しており、かつ、ロール関節が、脚部のうち、ロール軸方向から観測したときに体幹の下方に位置する部分に配置されている脚式ロボットを実現することができる。
【００１４】
各々の脚部が有する関節の数は、幾つでもよい。関節の数によってリンクの数も決まる。関節やリンクの数によっても、脚部全体を構成するリンクと関節の連結構造には様々な形態が考えられる。脚部全体を構成するリンクと関節がどのような連結構造を有していても、各々の脚部が、ロール軸方向から観測したときに、各々の脚連結部から体幹の各々の側面に沿って伸びており、途中で体幹の下面に沿って曲がっており、さらに体幹の下方で下方へ曲がっている形状を有しており、ロール軸方向の回転軸を有する関節が、ロール軸方向から観測したときに、各々の脚部の一部分であって体幹の下方に位置する部分に配置されていれば、上記に説明した効果を得ることができる。
【００１５】
本発明に係る脚式ロボットにおいて、体幹の下面の少なくとも一部は、ピッチ軸と交差する断面が、脚連結部の回転軸を中心とする円弧状に形成された曲面部を備えていることが好ましい。同時に、第２リンクに、前記曲面部に接触した状態で、脚部が脚連結部の回転軸を中心に回転するにつれて回転する回転部材が配置されていることが好ましい。
体幹の下面に形成された曲面部と接触した状態で回転する回転部材は、曲面部に沿って移動する第２リンクと連結される関節であって第２リンクとともに曲面部に沿って移動する関節に配置されていてもよい。第２リンクと連結される関節であって第２リンクとともに曲面部に沿って移動する関節は、第２リンクの一部とみなすことができるからである。
また、曲面部は、少なくとも回転部材が移動する部分において、体幹の下面に形成されていればよい。
なお、第２リンクは、脚連結部の回転軸を中心に回転する第１リンクの他端に連結されていることによって、前記曲面部に沿って移動可能となる。
【００１６】
上記の構成によれば、各々の脚部が有する回転部材が体幹の下面に形成された曲面部と常に接触している。第２リンクは、円弧状の曲面部に沿って移動する。脚部が脚連結部の回転軸を中心に回転すると、第２リンクが曲面部に沿って移動する。このとき、回転部材は、曲面部と接触した状態で曲面部に対して転動する。第２リンクは円弧状の曲面部に沿って円滑に移動することができる。
上記の構成によれば、体幹は、脚連結部と、曲面部に接触している回転部材の２点で常に脚部に支持される。片脚立脚時に、立脚側の脚部は２点で体幹を支持することができる。回転部材を、体幹の下面に形成された曲面部に接触させることによって、体幹の立脚側の側面における体幹と脚部の連結部に作用する荷重とモーメントを軽減することができる。
体幹に加わる重力による片脚立脚時の立脚側のロール関節に作用するモーメントの増大を防止するだけでなく、体幹の立脚側の側面における体幹と脚部の連結部に作用する荷重とモーメントを軽減することができ、体幹の位置を低く抑えながら大きな歩幅を確保できる脚式ロボットを実現することができる。
【００１７】
各々の脚部が、体幹の側面に沿って伸びてから体下面に沿う方向に曲がっている屈曲リンクを有している場合には、脚式ロボットはさらに次の特徴を有してもよい。即ち、体幹の下面の少なくとも一部は、ピッチ軸と交差する断面が、脚連結部の回転軸を中心とする円弧状に形成された曲面部を備える。屈曲リンクには、前記曲面部に接触した状態で、脚部が脚連結部の回転軸を中心に回転するにつれて回転する回転部材が配置されている。
なお、屈曲リンクは、その一端が体幹の側面でピッチ軸回りに回転可能に連結されていることによって、体幹の下方に位置する他端が曲面部の円弧に沿って移動可能となる。
上記の特徴を有することによっても、体幹に加わる重力による片脚立脚時の立脚側のロール関節に作用するモーメントの増大を防止するだけでなく、体幹の立脚側の側面における体幹と脚部の連結部に作用する荷重とモーメントを軽減することができ、体幹の位置を低く抑えながら大きな歩幅を確保できる脚式ロボットを実現することができる。
【００１８】
脚連結部の回転軸は、体幹の重心位置よりも上方に位置していることが好ましい。
脚連結部の回転軸回りの体幹の姿勢を自律安定状態とすることができる。即ち、体幹と脚部を自由回転状態にしても、重力は、体幹重心を脚連結部の回転軸の鉛直下方に位置させるように作用する。体幹と脚部を自由回転状態にしても、体幹がひっくり返ることはない。脚連結部の回転軸回りの体幹の姿勢を安定させることができる。
【００１９】
体幹は、乗員が着座するための座席を備えており、座席の座面は、脚連結部の回転軸より下方に配置されていることが好ましい。
【００２０】
乗員が着座するための座席を備えているとは、脚式ロボットが人間を搭乗させることができるようにするためである。一般に人間の着座姿勢においては、人間の重心位置は腰付近に位置することが知られている。従って、座席の座面を脚連結部の回転軸より下方に配置することによって、着座した搭乗員の重心位置を脚連結部の回転軸より下方とすることができる。脚連結部の回転軸が、体幹の重心位置よりも上方に位置していることと合わせると、搭乗員が搭乗しても体幹と搭乗員を合わせた重心位置は、脚連結部の回転軸より下方とすることができる。搭乗員を乗せた体幹の姿勢を一層安定させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、体幹の位置を低く抑えながら大きな歩幅を確保でき、かつ、片脚立脚時の立脚のロール関節に加わる負荷を増大させることのない脚式ロボットを実現することができる。
【実施例】
【００２２】
＜第１実施例＞  本発明の第１実施例に係る脚式ロボットについて、図１と図２を参照しつつ説明する。図１（Ａ）は、脚式ロボット１００の正面図である。図１（Ｂ）は、脚式ロボット１００の側面図である。脚式ロボット１００は、体幹１０と一対の脚部２０Ｌ、２０Ｒを有する。なお、図１（Ｂ）では、符号３８Ｌ、４２Ｌが示す部品以外については、図面手前側に位置する部品によって隠れてしまう部品の図示を省略してある。
【００２３】
まず座標系について説明する。図１（Ａ）、（Ｂ）には右手直交座標系をなすＸＹＺ座標系が示してある。このＸＹＺ座標系は、脚式ロボット１００の体幹１０に固定された座標系である。Ｘ軸は、脚式ロボット１００の体幹１０の前方へ伸びている。Ｘ軸をロール軸と称する。Ｙ軸は、脚式ロボット１００の体幹１０の体側方向へ伸びている。Ｙ軸をピッチ軸と称する。Ｚ軸は、脚式ロボット１００の体幹１０の鉛直上方へ伸びている。Ｚ軸をヨー軸と称する。ロール軸（Ｘ軸）とピッチ軸（Ｙ軸）とヨー軸（Ｚ軸）は互いに直交している。
次に関節について説明する。ロール軸方向の回転軸を有する関節をロール関節と称する。ピッチ軸方向の回転軸を有する関節をピッチ関節と称する。ヨー軸方向の回転軸を有する関節をヨー関節と称する。
図１（Ａ）に示す例えば符号３８Ｌが付された円は、図面に垂直な方向に回転軸を有する関節を表す。円の中央に描かれている点Ｃ１が回転軸を表す。図１（Ａ）では、図面に垂直な方向はロール軸（Ｘ軸）方向であるので、符号３８Ｌが付された関節はロール関節を表す。
図１（Ａ）に示す例えば符号３６Ｌや４０Ｌが付された矩形は、図面に平行な面内に回転軸を有する関節を表す。図面内の平面であって、矩形内に描かれた直線と直交する方向がその関節の回転軸方向を表す。例えば、図１（Ａ）に示す符号３６Ｌが付された関節は、ピッチ軸（Ｙ軸）方向に回転軸を有する関節を表す。即ち、図１（Ａ）に示す符号３６Ｌが付された関節は、ピッチ関節を表す。図１（Ａ）に示す符号４０Ｌが付された関節は、ヨー軸（Ｚ軸）方向に回転軸を有する関節を表す。即ち、図１（Ａ）に示す符号４０Ｌが付された関節は、ヨー関節を表す。
脚式ロボット１００の正面図である図１（Ａ）では、符号３８Ｌが示すようにロール関節は円で表される。脚式ロボット１００の側面図である図１（Ｂ）では、ロール関節は図面の上下方向に伸びる直線を含む矩形で表される。符号３８Ｌが付されたロール関節は、図１（Ａ）では円形で表される。符号３８Ｌが付されたロール関節は、図１（Ｂ）では図面の上下方向に伸びる直線を含む矩形で表される。これは、図１（Ａ）と図１（Ｂ）では、図面に対する座標系の各軸方向が異なるからである。同様に、図１（Ａ）では図面の上下方向の直線を含む矩形で表されたピッチ関節３６Ｌは、図１（Ｂ）では円で表される。図中に示す関節の形状の意味は、以下の図でも同様である。
脚部２０Ｌ、２０Ｒの各々の関節がロール関節、ピッチ関節、ヨー関節のいずれに相当するかの類別は、脚式ロボット１００が直立姿勢を保持した際の、関節の回転軸の方向によって決定される。直立姿勢とは、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すように、一対の脚部２０Ｌ、２０Ｒが同じ姿勢を保持し、体幹１０に対して鉛直下方へ伸びている状態をいう。換言すれば、脚式ロボット１００の直立姿勢とは、人間でいうところの直立姿勢と同様の姿勢である。脚式ロボット１００が直立姿勢を保持した状態で各関節の類別が決定される。脚部に備えられた関節は、リンクが揺動することによって、その回転軸方向が変化する。しかし脚式ロボット１００が直立姿勢を保持した状態で決定された類別は、脚部２０Ｌ、２０Ｒがいかなる姿勢に変化しても変更されない。また、関節の類別は、脚式ロボット１００が直立姿勢を保持した際に、ある関節の回転軸がロール軸、ピッチ軸、ヨー軸の各軸となす角度のうち、ロール軸となす角が最も小さい場合に、その関節はロール関節に類別される。ある関節の回転軸がロール軸、ピッチ軸、ヨー軸の各軸となす角度のうち、ピッチ軸となす角が最も小さい場合に、その関節はピッチ関節に類別される。ヨー軸関節についても同様である。
【００２４】
脚式ロボット１００の構造について説明する。脚式ロボット１００は、体幹１０と一対の脚部２０Ｌ、２０Ｒと一対の脚連結部１８Ｌ、１８Ｒを有する。体幹１０は、一対の体側面１２Ｌ、１２Ｒと体下面１４を有する。
左脚部２０Ｌは、ピッチ軸方向の回転軸Ｃ０を有する左脚連結部１８Ｌを介して、左体側面１２Ｌに連結されている。右脚部２０Ｒは、ピッチ軸方向の回転軸Ｃ０を有する右脚連結部１８Ｒを介して、右体側面１２Ｒに連結されている。夫々の脚部２０Ｌ、２０Ｒは、脚連結部１８Ｌ、１８Ｒによって、体幹１０に対してピッチ軸Ｃ０回りに回転可能である。
【００２５】
左脚部２０Ｌの構造について説明する。
左脚部２０Ｌは、左第１リンク２２Ｌ、左第２リンク２４Ｌ、左第３リンク２６Ｌ、左第４リンク２８Ｌ、左第５リンク３０Ｌ、左第６リンク３２Ｌを有している。また左脚部２０Ｌは、左第１関節３６Ｌ、左第２関節３８Ｌ、左第３関節４０Ｌ、左第４関節４２Ｌ、左第５関節４４Ｌを有している。
左第１リンク２２Ｌは、一端が左脚連結部１８Ｌに連結されており、他端が左第１関節３６Ｌを介して左第２リンク２４Ｌの一端と連結している。
左第２リンク２４Ｌの他端は、左第２関節３８Ｌを介して左第３リンク２６Ｌの一端と連結している。左第３リンク２６Ｌの他端は、左第３関節４０Ｌを介して左第４リンク２８Ｌの一端と連結している。左第４リンク２８Ｌの他端は、左第４関節４２Ｌを介して左第５リンク３０Ｌの一端と連結している。左第５リンク３０Ｌの他端は、左第５関節４４Ｌを介して左第６リンク３２Ｌの一端と連結している。
左第６リンク３２Ｌは、左脚部２０Ｌの足平に相当する。左第６リンク３２Ｌの下面は、接地面９００と接地している。左第６リンク３２Ｌは、いわゆる足平リンクである。
【００２６】
左脚連結部１８Ｌ、左第１関節３６Ｌ、左第２関節３８Ｌ、左第３関節４０Ｌ、左第４関節４２Ｌ、及び左第５関節４４Ｌには、図示しないアクチュエータが内蔵されている。アクチュエータは、モータと減速機から構成されており、関節に隣接したリンクを関節の有する回転軸回りに相対回転させることができる。
【００２７】
左脚連結部１８Ｌは、左第１リンク２２Ｌをピッチ軸回りに回転させることができる。左第１関節３６Ｌと、左第５関節４４Ｌは、ピッチ関節である。左第２関節３８Ｌと、左第４関節４２Ｌはロール関節である。左第３関節４０Ｌはヨー関節である。
【００２８】
左第１リンク２２Ｌは、左体側面１２Ｌに沿って伸びている。左第２リンク２４Ｌと左第５リンク３０Ｌは、体下面１４に沿って伸びている。左第３リンク２６Ｌと左第４リンク２８Ｌは、体下面１４の下方で下方に向かって伸びている。
図１（Ａ）に示すように、左脚部２０Ｌは、ロール軸方向から観測したときに（換言すれば、ヨー軸とピッチ軸を含む面と平行な面内において）、左第１リンク２２Ｌと左第２リンク２４Ｌと左第３リンク２６Ｌによって、左体側面１２Ｌに沿って伸びており、途中で体下面１４に沿って曲がっており、さらに体幹１０の下方で下方へ向って曲がっている形状をなしている。
また、図１（Ａ）に示すように、左脚部２０Ｌが有する関節のうち、ロール関節（左第２関節３８Ｌと左第４関節４２Ｌ）は、左脚部２０Ｌの一部分であって、ロール軸方向から観測したときに体幹１０の下方に位置する部分に配置されている。
【００２９】
脚式ロボット１００の左脚部２０Ｌは、左脚連結部１８Ｌと５個の関節（左第１関節３６Ｌ、左第２関節３８Ｌ、左第３関節４０Ｌ、左第４関節４２Ｌ、左第５関節４４Ｌ）と夫々の関節に内蔵されたアクチュエータによって、足平リンクである左第６リンク３２Ｌをその可動範囲内で任意の位置と姿勢にすることができる。但し、左第６リンク３２Ｌの位置と姿勢から各関節の回転角を求めるいわゆる逆変換の特異点を除く。
【００３０】
右脚部２０Ｒは、右第１リンク２２Ｒ、右第２リンク２４Ｒ、右第３リンク２６Ｒ、右第４リンク２８Ｒ、右第５リンク３０Ｒ、右第６リンク３２Ｒを有している。また右脚部２０Ｒは、右第１関節３６Ｒ、右第２関節３８Ｒ、右第３関節４０Ｒ、右第４関節４２Ｒ、右第５関節４４Ｒを有している。右脚部２０Ｒの構造は左脚部２０Ｌの構造と同じである。但し、右脚部２０Ｒの全体の形状は、ロール軸方向から観測したときに体幹１０の中心を通りヨー軸と平行な直線に対して左脚部２０Ｌの全体の形状と左右対称をなす形状となっている。
左脚部２０Ｌの各部品に対応する右脚部２０Ｒの部品には同じ数字の符号を付してある。符号の添え字Ｌが左脚部２０Ｌの部品であることを表しており、符号の添え字Ｒが右脚部２０Ｒの部品であることを表している。
右脚部２０Ｒの構造は左脚部２０Ｌの構造と同じであるので、右脚部２０Ｒについては詳細な説明を省略する。
【００３１】
脚式ロボット１００は、図示しないコントローラと図示しない電源を備えている。コントローラは、左脚連結部１８Ｌと、右脚連結部１８Ｒと、各関節に内蔵されたアクチュエータへ適宜駆動指令値を出力することによって、歩行することができる。脚式ロボット１００を歩行させるためのアルゴリズムについては説明を省略する。
【００３２】
図１（Ａ）に示すように、左脚部２０Ｌは左体側面１２Ｌに連結されている。右脚部２０Ｒは右体側面１２Ｒに連結されている。図１（Ｂ）に示すように、左脚部２０Ｌと右脚部２０Ｒの直立姿勢のときの接地面９００からの高さＨ１（接地面９００から一対の脚連結部１８Ｌ、１８Ｒの回転軸Ｃ０までの高さ）は、体下面１４の高さＨ２より高くすることができる。図７のＱＲ側に示すように、脚部７２０Ｒを体下面７１４で体幹７１０と連結する場合よりも、脚部の高さを高くすることができる。左脚部２０Ｌと右脚部２０Ｒは夫々左体側面１２Ｌと右体側面１２Ｒで体幹１０に対してピッチ軸回りに回転可能である。コントローラ（不図示）が左脚部２０Ｌと右脚部２０Ｒを体幹１０に対して交互に揺動させることによって、脚式ロボット１００は歩行する。脚部の高さが高いほど、歩幅を大きくすることができる。各々の脚部２０Ｌ、２０Ｒを、体幹１０の各々の体側面１２Ｌ、１２Ｒに連結することによって、体幹１０の鉛直方向の位置を低く抑えたまま、歩幅を大きくすることができる。
【００３３】
次に、脚式ロボット１００が片脚立脚状態となったときに立脚に作用するロール軸回りのモーメントについて説明する。以下では、右脚部２０Ｒが遊脚となり左脚部２０Ｌが立脚となった場合を説明する。なお、脚部が接地面に接触している状態の脚部を立脚という。脚部が接地面に接地していない状態の脚部を遊脚という。
上記説明した左脚部２０Ｌの構成によって、左脚部２０Ｌが有するロール関節（左第２関節３８Ｌ、左第４関節４２Ｌ）は、左脚部２０Ｌのうち、ロール軸方向から観測したときに体幹１０の下方の部分に配置される。図１（Ａ）に示すように、体幹重心Ｇと左第２関節３８Ｌの回転軸Ｃ１とのピッチ軸方向の距離はＬ１である。一方、図７のＱＬ側に示すように、脚部７２０Ｌを体側面７１２Ｌで体幹７１０と連結し、脚部７２０Ｌを体幹７１０との連結部から下方へ伸びる構造とすると、ロール軸関節７３８Ｌや７４４Ｌと体幹重心Ｇのピッチ軸方向の距離はＬ２となる。図７と図１（Ａ）を比較すると明らかな通り、左脚部２０Ｌの有するロール関節（左第２関節３８Ｌ、左第４関節４２Ｌ）を、ロール軸方向から観測したときに体幹１０の下方に配置することによって、左脚部２０Ｌを体側面１２Ｌで体幹１０に連結しても、ロール関節の回転軸（例えば図１（Ａ）に示す回転軸Ｃ１）と体幹重心Ｇとのピッチ軸方向の距離が増大することを抑制することができる。脚部の有するロール関節の回転軸と体幹重心Ｇとのピッチ軸方向の距離が増大することを抑制することによって、ロール軸関節に加わる負荷が増加することを抑制できる。ロール軸関節に内蔵されたアクチュエータ、ひいてはロール軸関節自体が大型化することを抑制できる。
【００３４】
以上の効果を図２を用いて説明する。図２（Ａ）は、脚式ロボット１００が歩行動作中に、右脚部２０Ｒが遊脚となり、左脚部２０Ｌが立脚となった状態の正面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に対応する側面図である。なお、図２（Ｂ）では、右第１リンク２２Ｒを除いて、手前に位置する部品によって隠れてしまう部品の図示を省略してある。右第１リンク２２Ｒのみ隠れ線を描いたのは、右脚部２０Ｒ全体の側面形状を理解し易くするためである。
図２に示す脚式ロボット１００の姿勢は、脚式ロボット１００のコントローラ（不図示）が各関節の回転角を適宜制御することによって実現される。
【００３５】
右脚部２０Ｒが遊脚となった場合、左脚部２０Ｌのみで体幹１０と右脚部２０Ｒの質量を重力に対して支えなければならない。説明を簡単にするために、体幹１０と右脚部２０Ｒを合わせた質量の重心位置を体幹重心Ｇの位置で近似する。体幹１０と右脚部２０Ｒを合わせた質量に対して重力が作用する力をＦＧとする。以下ではこの力を重力ＦＧと称する。重力ＦＧは、体幹重心Ｇに作用する力であり、体幹重心Ｇから鉛直下方へ作用する力である。立脚である左脚部２０Ｌの各部には、重力ＦＧによって、各部の位置と体幹重心Ｇとのピッチ軸方向の距離に比例したモーメントが作用する。そのモーメントはロール軸回りのモーメントとなる。ロール関節は、その関節に接続されているリンク同士のロール軸回りの回転角を、そのロール関節が内蔵するアクチュエータの出力トルクによって保持しなければならない。従って、重力ＦＧによるロール軸回りのモーメントが大きくなると、ロール関節が内蔵するアクチュエータ（不図示）が出力すべきトルクも増加させなければならない。左脚部２０Ｌが有する関節のうち、ロール関節のひとつである左第２関節３８Ｌを例とすると、左第２関節３８Ｌの回転軸Ｃ１には、［重力ＦＧ］×［モーメントの足の長さＬ１］で表されるモーメントＴ１が作用する。左第２関節３８Ｌが内蔵するアクチュエータは、このモーメントＴ１に抗するだけのトルクを出力しなければならない。モーメントの足の長さＬ１が増大すると、回転軸Ｃ１に作用するモーメントＴ１も増大する。左第２関節３８Ｌが内蔵するアクチュエータの負荷が増加する。アクチュエータ、ひいては左第２関節３８Ｌ自体が大型化する。この場合、右脚部２０Ｒのみが立脚となる場合も同等であるので、左第２関節３８Ｌと同様に右第２関節３８Ｒも大型化する。その結果、重力ＦＧが大きくなり、さらに左第２関節３８Ｌの回転軸Ｃ１に作用するモーメントＴ１が増大する。他のロール関節である左第４関節４２Ｌについても同様である。
また、上記説明では、体幹１０と右脚部２０Ｒを含めた質量の重心位置を体幹重心Ｇで近似した。体幹１０と右脚部２０Ｒを含めた質量の正確な重心位置に関しても上記の説明は成立する。
【００３６】
本実施例の脚式ロボット１００では、左脚部２０Ｌの有するロール関節（左第２関節３８Ｌ、左第４関節４２Ｌ）を、左脚部２０Ｌの一部分であって、ロール軸方向から観測したときに体幹１０の下方に位置する部分に配置することによって、左脚部２０Ｌを体側面１２Ｌで体幹１０に連結しても、ロール関節の回転軸（例えば図１（Ａ）に示す回転軸Ｃ１）と体幹重心Ｇとのピッチ軸方向の距離の増加を抑制することができる。
脚部を体側面で体幹と連結しながら、脚部が有するロール関節の回転軸と体幹重心Ｇとのピッチ軸方向の距離の増加を抑制することによって、ロール関節が大型化することを抑制することができる。脚部を体側面で体幹と連結することによって、体幹の位置を低く抑えながら大きな歩幅を確保できるとともに、脚部のロール関節の大型化を抑制した脚式ロボットを実現できる。
【００３７】
また、本実施例における脚式ロボット１００は、図１（Ｂ）に示すように、体幹１０と脚部２０Ｌ、２０Ｒの脚連結部１８Ｌ、１８Ｒは、その回転軸Ｃ０が体幹重心Ｇの位置よりも鉛直上方に位置するように体側面１２Ｌ、１２Ｒに配置されている。ここで、「回転軸Ｃ０が体幹重心Ｇの位置よりも鉛直上方に位置する」とは、回転軸Ｃ０と体幹重心Ｇの位置が鉛直線上に並ぶ場合に限定されない。体幹重心Ｇを通る水平面よりも上方側に回転軸Ｃ０が位置していればよい。その意味では、本実施例における「回転軸Ｃ０が体幹重心Ｇの位置よりも鉛直上方に位置する」との表現は、単に「回転軸Ｃ０が体幹重心Ｇの位置よりも上方に位置する」と表現しても同じ意味である。
脚連結部１８Ｌ、１８Ｒを上記の配置とすることによって、脚連結部１８Ｌ、１８Ｒの回転軸Ｃ０回りの体幹１０の姿勢を自律安定状態とすることができる。即ち、脚連結部１８Ｌ、１８Ｒについて、体幹１０と脚部２０Ｌ、２０Ｒを自由回転状態にしても、重力は、体幹重心Ｇを脚連結部１８Ｌ、１８Ｒの回転軸Ｃ０の鉛直下方に位置させるように作用する。体幹１０と脚部２０Ｌ、２０Ｒを自由回転状態にしても、体幹１０がひっくり返ることはない。脚連結部１８Ｌ、１８Ｒの回転軸Ｃ０回りの体幹１０の姿勢の安定性を向上させることができる。
【００３８】
＜第２実施例＞  次に図３を参照して第２実施例を説明する。第２実施例に係る脚式ロボット２００は、体幹２１０と、一対の脚部２２０Ｌ、２２０Ｒを備える。図３（Ａ）は、右脚部２２０Ｒが遊脚となり、左脚部２２０Ｌが立脚となった状態の脚式ロボット２００の正面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に対応する側面図である。図３（Ｂ）では、右第１リンク２２２Ｒを除いて、図面手前に位置する部品によって隠れてしまう部品の図示を省略してある。
脚式ロボット２００と図１に示した脚式ロボット１００の違いは、脚式ロボット２００の体下面２１４の形状と、脚式ロボット２００の脚部２２０Ｌ、２２０Ｒが夫々ローラ１６Ｌ、１６Ｒを有することである。その他は図１に示した脚式ロボット１００と同様であるので詳細な説明は省略する。なお、図１に示した脚式ロボット１００の各部品に相当する脚式ロボット２００の部品には、百の位の数字以外が同じ数字を付してある。
【００３９】
脚式ロボット２００の体下面２１４には、図３（Ｂ）に示すように、ヨー軸（Ｚ軸）とロール軸（Ｘ軸）を含む面と平行な面内において、体幹２１０と脚部２２０Ｌ、２２０Ｒを連結している脚連結部２１８Ｌ、２１８Ｒの回転軸Ｃ０を中心とする円弧状に形成された曲面部２１５が形成されている。なお、本実施例では、曲面部２１５は、体下面２１４全体に亘って形成されている。従って図３では、体下面２１４と同じ箇所を曲面部２１５として示してある。
ここで、「ヨー軸とロール軸を含む面と平行な面内において」とは、「ピッチ軸方向から観測したとき」と表現することと等価である。
【００４０】
左脚部２０Ｌの左第１リンク２２２Ｌは、左脚連結部２１８Ｌによって、回転軸Ｃ０周りに回転可能である。そのため、左第１リンク２２２Ｌの他端は、体下面２１４に沿って移動可能である。左第２リンク２２４Ｌは、左第１関節２３６Ｌを介して左第１リンク２２２Ｌに連結されている。左第２リンク２２４Ｌはまた、ピッチ軸方向で体下面２１４に沿って伸びている。左第１リンク２２２Ｌと左第２リンク２２４Ｌを連結している左第１関節２３６Ｌは、左第２リンク２２４Ｌをピッチ軸回りに回転させるピッチ関節である。以上のことから、左第１リンク２２２Ｌと左第２リンク２２４Ｌをどのように回転させても、左第２リンク２２４Ｌは、常にピッチ軸に沿って伸びている状態を維持しながら体下面２１４に形成された曲面部２１５沿って移動する。この左第２リンク２２４Ｌには、自由回転可能な左ローラ１６Ｌが設けられている。左ローラ１６Ｌの周囲の面は、曲面部２１５と接触している。左第２リンク２２４Ｌが常にピッチ軸沿って伸びており、かつ、曲面部２１５に沿って移動するので、左ローラ１６Ｌと体下面２１４も常に接触状態が維持される。また、左ローラ１６Ｌは、左第２リンク２２４Ｌに対して回転可能に配置されている。左第２リンク２２４Ｌが体下面２１４に沿って移動する際、左ローラ１６Ｌは体下面２１４に形成された曲面部２１５に対して転動する。左ローラ１６Ｌと曲面部２１５の接触状態を維持しながら、左第２リンク２２４Ｌは体下面２１４に沿って円滑に移動することができる。
即ち、左第２リンク２２４Ｌに配置された左ローラ１６Ｌは、左脚部２０Ｌが左脚連結部２１８Ｌの回転軸Ｃ０を中心に回転するにつれて、曲面部２１５と接触した状態を維持したまま転動する。
【００４１】
図３（Ａ）、（Ｂ）に示す脚式ロボット２００の姿勢は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示した脚式ロボット１００の姿勢と同じである。ここで図２での説明と同様の仮定を設定する。即ち、体幹２１０と右脚部２２０Ｒを合わせた質量の重心位置を体幹重心Ｇで近似する。体幹２１０と右脚部２２０Ｒを合わせた質量に対して重力が作用する力をＦＧとする。以下ではこの力を重力ＦＧと称する。重力ＦＧは体幹重心Ｇに鉛直下方へ作用する力である。
左脚部２２０Ｌのみが立脚となる場合には、重力ＦＧを左脚部２２０Ｌのみで支持しなければならない。図２に示した脚式ロボット１００では、重力ＦＧは全て体幹１０と左脚部２０Ｌの連結部に作用する。本実施例の脚式ロボット２００では、重力ＦＧに対して、体幹２１０と左脚部２２０Ｌの連結部と、体幹２１０と左ローラ１６Ｌの接触点の２点で支持することができる。即ち、図３（Ａ）に示すように、重力ＦＧは、体幹２１０と左脚部２２０Ｌの連結部で左脚部２２０Ｌが発生する抗力Ｆ２と、体幹２１０と左ローラ１６Ｌの接触点で左脚部２２０Ｌが発生する抗力Ｆ３の合力と平衡する。抗力Ｆ２と抗力Ｆ３が重力ＦＧと平衡することによって、体幹２１０と左脚部２２０Ｌの連結部で左脚部２２０Ｌが発生する抗力Ｆ２を図２に示す脚式ロボット１００の場合よりも小さくすることができる。このことは同時に、重力ＦＧにより左脚部２２０Ｌに作用するピッチ軸回りのモーメントが、体幹２１０と左脚部２２０Ｌの連結部に作用するモーメントＴ２と、体幹２１０と左ローラ１６Ｌの接触点に作用するモーメントＴ３に分散されることを意味する。従って、左脚部２２０Ｌのみが立脚となったときに、体幹２１０と左脚部２２０Ｌの連結部に加わる荷重とモーメントを小さくすることができる。体幹２１０と左脚部２２０Ｌの連結部の剛性を低くすることができる。剛性を低くすることができれば、連結部を軽量化することができる。以上の説明は、右脚部２２０Ｒのみが立脚となった場合でも同様である。また、遊脚と体幹を含めた重心位置を体幹重心で近似せずとも上記説明は成立する。
【００４２】
脚式ロボット２００の体下面２１４が、体幹２１０と脚部２２０Ｌ、２２０Ｒを連結している脚連結部２１８Ｌ、２１８Ｒの回転軸Ｃ０を中心とする円弧状に形成された曲面部２１５を有しており、各々の脚部２２０Ｌ、２２０Ｒが、曲面部２１５と接触するローラ１６Ｌ、１６Ｒを有することによって、片脚立脚時に立脚の脚連結部に加わる荷重とモーメントを小さくすることができる。脚連結部２１８Ｌ、２１８Ｒの剛性を低くすることができる。剛性を低くできれば、脚連結部２１８Ｌ、２１８Ｒを軽量化することができる。
体幹に加わる重力による片脚立脚時の立脚側の脚部のロール関節に作用するモーメントの増加を抑制するだけでなく、立脚側の脚部の体側面における体幹と脚部の連結部に作用する荷重とモーメントを軽減することができ、体幹の位置を低く抑えながら大きな歩幅を確保できる脚式ロボットを実現することができる。
なお、曲面部２１５は、少なくともローラ１６Ｌ、１６Ｒが移動する部分において、体下面２１４に形成されていればよい。換言すれば、体幹２１０の下面２１４の少なくとも一部に、ピッチ軸と交差する断面が脚連結部の回転軸Ｃ０を中心とする円弧状の曲面部２１５が形成されていればよい。
【００４３】
＜第３実施例＞  次に図４を用いて第３実施例を説明する。図４は、第３実施例に係る脚式ロボット３００の側面図である。脚式ロボット３００は、体幹３１０と一対の脚部３２０Ｌ、３２０Ｒと一対の脚連結部３１８Ｌ、３１８Ｒを備える。一対の脚部３２０Ｌ、３２０Ｒについては第１実施例の脚式ロボット１００が備える一対の脚部２０Ｌ、２０Ｒと同様であるので説明を省略する。一対の脚部３２０Ｌ、３２０Ｒは、第２実施例の脚式ロボット２００が備える一対の脚部２２０Ｌ、２２０Ｒと同様であってもよい。一対の脚連結部３１８Ｌ、３１８Ｒについても第１実施例の脚式ロボット１００が備える一対の脚連結部１８Ｌ、１８Ｒと同様であるので説明を省略する。
図４の側面図では、一対の脚部３２０Ｌ、３２０Ｒに関して、図面手前側に位置する部品によって見えなくなっている部品の図示を省略してある。従って、右脚部３２０Ｒ全体と右脚連結部３１８Ｒは、図４上では図示されていない。
【００４４】
図４に示すように、脚式ロボット３００の左脚連結部１８Ｌは、その回転軸Ｃ０が体幹重心Ｇの位置よりも鉛直上方に位置するように右体側面３１２Ｌに配置されている。ここで、「回転軸Ｃ０が体幹重心Ｇの位置よりも鉛直上方に位置する」とは、回転軸Ｃ０と体幹重心Ｇの位置が鉛直線上に並ぶ場合に限定されない。体幹重心Ｇを通る水平面よりも上方側に回転軸Ｃ０が位置していればよい。その意味では、本実施例における「鉛直上方」との表現は、単に「上方」との表現と同じ意味である。
なお、回転軸Ｃ０は図４では示されていない右脚連結部３１８Ｒの回転軸でもある。即ち、脚式ロボット３００の右脚連結部１８Ｒは、その回転軸Ｃ０が体幹重心Ｇの位置よりも鉛直上方に位置するように右体側面３１２Ｒに配置されている。
【００４５】
図４に示す脚式ロボット３００は体幹３１０の内部に乗員Ｊが着座する座席３０１を備える。即ちこの脚式ロボット３００は、乗員を乗せて歩行する搭乗型の脚式ロボットである。
座席３０１は、その座面３０１ａが、脚連結部３１８Ｌ、３１８Ｒの回転軸Ｃ０より下方に配置されている。一般的に人間が着座したときの重心位置は腰付近にあることが知られている。図４に、座席３０１に着座した乗員Ｊの重心ＧＪを示す。座席３０１を、その座面３０１ａが、回転軸Ｃ０より鉛直下方となるように配置することによって、乗員Ｊの重心ＧＪの位置を回転軸Ｃ０よりも鉛直下方にすることができる。ここでいう「鉛直下方」とは、回転軸Ｃ０と乗員Ｊの重心ＧＪの位置が鉛直線上に並ぶ場合のみを意味しない。重心ＧＪの位置が、回転軸Ｃ０を通る水平面より鉛直下方側にある場合を意味する。その意味では、「鉛直下方」は単に「下方」と表現しても同じ意味である。
乗員Ｊの重心ＧＪの位置を回転軸Ｃ０よりも鉛直下方にすることによって、体幹３１０と乗員Ｊを合わせたときの重心位置も回転軸Ｃ０よりも鉛直方向の下方に位置させることができる。従って、第１実施例と同様に、脚連結部３１８Ｌ、３１８Ｒの回転軸Ｃ０回りの体幹３１０のピッチ軸回りの姿勢を自律安定状態とすることができる。即ち、脚連結部３１８Ｌ、３１８Ｒについて、体幹３１０と脚部３２０Ｌ、３２０Ｒを自由回転状態にしても、重力は、体幹３１０と乗員Ｊを合わせたときの重心位置を回転軸Ｃ０の鉛直下方に位置させるように作用する。体幹３１０と脚部３２０Ｌ、３２０Ｒを自由回転状態にしても、体幹３１０がひっくり返ることはない。乗員Ｊが搭乗している体幹３１０の姿勢の回転軸Ｃ０回りの安定性を向上させることができる。
【００４６】
＜第４実施例＞  次に第４実施例について説明する。図５は第４実施例に係る脚式ロボット５００の正面図である。図５に示すＸＹＺ座標系は、図１に示したＸＹＺ座標系と同じ意味である。この脚式ロボット５００は、体幹５１０と、一対の脚部５２０Ｌと５２０Ｒを有する。左脚部５２０Ｌは、左脚連結部５１８Ｌを介して体幹５１０の左体側面５１２Ｌに連結されている。左脚連結部５１８Ｌはピッチ軸方向の回転軸を有しており、左脚部５２０Ｌをその回転軸の回りに回転可能である。右脚部５２０Ｒは、右脚連結部５１８Ｒを介して体幹５１０の右体側面５１２Ｒに連結されている。右脚連結部５１８Ｒはピッチ軸方向の回転軸を有しており、右脚部５２０Ｒをその回転軸の回りに回転可能である。
また、脚連結部５１８Ｌ、５１８Ｒは、その回転軸Ｃ０が、体幹重心Ｇよりも鉛直上方に位置するように体側面５１２Ｌ、５１２Ｒに配置されている。
【００４７】
左脚部５２０Ｌは、左第１リンク５２２Ｌを有する。左第１リンク５２２Ｌは、その一端が左脚連結部５１８Ｌに連結されており、左体側面５１２Ｌに沿って伸びている。左第１リンク５２２Ｌは、途中で左体側面５１２Ｌに沿った方向から体下面５１４に沿って曲がっている。左第１リンク５２２Ｌの他端は、体下面５１４の鉛直下方で左第２関節５３８Ｌを介して左第３リンク５２６Ｌに連結している。左第３リンク５２６Ｌは、体下面５１４の鉛直下方で左第２関節５３８Ｌから下方へ伸びている。左第３リンク５２６Ｌから脚先までの構造は図１に示した脚式ロボット１００と同様であるので説明を省略する。
脚式ロボット５００の左脚部５２０Ｌは、ロール軸関節である左第２関節５３８Ｌと左第４関節５４２Ｌを有している。左脚部５２０Ｌはまた、左体側面５１２Ｌに沿って伸びており、途中で体下面５１４の方向に向かって曲がっている左第１リンク５２２Ｌを有している。脚式ロボット５００は、途中で曲がっている左第１リンク５２２Ｌによって、ロール軸関節である左第２関節５３８Ｌと左第４関節５４２Ｌを、ロール軸方向から観測したときに体下面５１４の鉛直下方に位置する構造となっている。右脚部５２０Ｒの構造は左脚部５２０Ｌと同じであるので説明を省略する。
【００４８】
脚式ロボット５００においても、図５に示すように、左脚部５２０Ｌは、ロール軸方向から観測したときに、左第１リンク５２２Ｌと左第３リンク２６Ｌによって、左体側面５１２Ｌに沿って伸びており、途中で体下面５１４に沿って曲がっており、さらに体幹５１０の下方で鉛直下方へ曲がっている形状をなしている。
また、図５に示すように、左脚部５２０Ｌが有する関節のうち、ロール関節（左第２関節５３８Ｌと左第４関節５４２Ｌ）は、左脚部５２０Ｌのうち、ロール軸方向から観測したときに体幹５１０の鉛直下方に位置する部分に配置されている。
従って、脚式ロボット５００も図１に示した脚式ロボット１００と同じ特徴を有しており、脚式ロボット１００と同様の効果を得ることができる。
【００４９】
図１（Ａ）と図５を比較すると理解できるように、図５に示す脚式ロボット５００は、図１に示す脚式ロボット１００が有する第１関節３６Ｌ、３６Ｒを有していない。即ち、脚式ロボット５００の夫々の脚部５２０Ｌ、５２０Ｒは、図１に示す脚式ロボット１００の夫々の脚部２０Ｌ、２０Ｒよりも１自由度少ない。脚式ロボットを歩行させるアルゴリズムによっては、脚部が有する自由度は６自由度よりも少なくてもよい場合がある。そのような場合でも、脚式ロボット５００は、図１に示す脚式ロボット１００と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施例において、途中で曲がっている形状を有する左第１リンク５２２Ｌ、右第１リンク５２２Ｒが請求項の「屈曲リンク」の一態様に相当する。
【００５０】
＜第５実施例＞  次に図６を参照して第５実施例を説明する。図６は、第５実施例に係る脚式ロボット６００の正面図である。図５に示すＸＹＺ座標系は、図１に示したＸＹＺ座標系と同じ意味である。脚式ロボット６００は、図１に示した脚式ロボット１００と比較すると、第６関節６２１Ｌ、６２１Ｒを備える点で異なっている。
脚式ロボット６００の左脚部６２０Ｌについて説明する。左脚部６２０Ｌが有する左第１リンク６２２Ｌは、その一端が左脚連結部６１８Ｌを介して体幹６１０と回転可能に連結されている。左第１リンク６２２Ｌは左体側面６１２Ｌに沿って伸びている。
左第１リンク６２２Ｌの他端は、第６関節６２１Ｌを介して左第７リンク６２３Ｌの一端と回転可能に連結されている。
左第７リンク６２３Ｌの他端は、左第１関節６３６Ｌを介して左第２リンク６２４Ｌの一端と回転可能に連結されている。左第２リンク６２４Ｌは、体下面６１４に沿って伸びている。
左第２リンク６２４Ｌから脚部６２０Ｌの先端までの形状は図１と同じであるので説明を省略する。また、右脚部６２０Ｒの構造は左脚部６２０Ｌの構造と同じであるので説明を省略する。
【００５１】
脚式ロボット６００の脚部６２０Ｌ、６２０Ｒにおけるリンクと関節の連結構造は、図１に示した脚式ロボット１００の脚部２０Ｌ、２０Ｒにおけるリンクと関節の連結構造と異なっている。しかし図６に示すように、脚式ロボット６００の脚部６２０Ｌ、６２０Ｒは、ロール軸方向から観測したときに、各々の脚連結部６１８Ｌ、６１８Ｒから各々の体側面６１２Ｌ、６１２Ｒに沿って伸びており、途中で体下面６１４に沿って曲がっており、さらに体幹の鉛直下方で下方へ曲がっている形状をなしている。そして脚部６２０Ｌ、６２０Ｒが有する関節のうち、ロール関節（図５に円で表されている関節）は、ロール軸方向から観測したときに体幹６１０の鉛直下方に位置する部分に配置されている。
即ち、ロール軸方向から観測したときの各々の脚部の形状が、脚連結部から体側面に沿って伸びており、途中で体下面に沿って曲がっており、さらに体幹の下方で下方へ伸びる形状をなすためのリンクと関節の連結構造には様々な形態が考えられる。脚部を構成するリンクと関節の連結構造がいかなる構造であっても、脚部全体の形状が上記形状であり、脚部が有する関節のうち、ロール関節が、脚部の一部分であって、ロール軸方向から観測したときに、体幹の鉛直下方に位置する部分に配置されていれば、第１実施例の脚式ロボット１００と同じ効果を得ることができる。
【００５２】
また、脚式ロボット６００の夫々の脚部６２０Ｌ、６２０Ｒは、図１に示す脚式ロボット１００の夫々の脚部２０Ｌ、２０Ｒよりも関節が１つ多い、即ち、自由度が１つ多い。脚式ロボットを歩行させるアルゴリズムによっては、脚部が有する自由度は６自由度よりも多くてもよい。そのような場合でも、脚式ロボット６００が上記特徴を有するならば、図１に示す脚式ロボット１００と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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。
【００５４】
例えば実施例に示した脚式ロボットはいずれも一対の脚部のみを有する。脚式ロボットは、複数の対の脚部を有していてもよい。
また、図５に示した脚式ロボット５００に、図３に示したローラ１６Ｌ、１６Ｒを備えることも好適である。その場合は、脚式ロボット５００の体下面５１４に、ピッチ軸と交差する断面が、回転軸Ｃ０を中心とする円弧状の曲面部を形成する。リンク５２２Ｌ、５２２Ｒのうち、体下面５１４に沿って伸びる部分であって曲面部と対応する部分に、図３に示したローラ１６Ｌ、１６Ｒを夫々設ければよい。そのような構成とすることによって、第３実施例に示した脚式ロボット２００と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
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合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合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し得るものであり、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】
【００５６】
【図１】図１（Ａ）は第１実施例の脚式ロボットの正面図である。図１（Ｂ）は第１実施例の脚式ロボットの側面図である。
【図２】図２（Ａ）は、第１実施例の脚式ロボットの片脚立脚状態を示す正面図である。図２（Ｂ）は、第１実施例の脚式ロボットの片脚立脚状態を示す側面図である。
【図３】図３（Ａ）は、第２実施例の脚式ロボットの片脚立脚状態を示す正面図である。図３（Ｂ）は、第２実施例の脚式ロボットの片脚立脚状態を示す側面図である。
【図４】第３実施例の脚式ロボットの側面図である。
【図５】第４実施例の脚式ロボットの正面図である。
【図６】第５実施例の脚式ロボットの正面図である。
【図７】従来の脚式ロボットの正面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０：体幹
１２Ｌ、１２Ｒ：体側面
１４：体下面
１６Ｌ、１６Ｒ：ローラ
１８Ｌ、１８Ｒ：脚連結部
２０Ｌ、２０Ｒ：脚部
２２Ｌ、２２Ｒ：第１リンク
２４Ｌ、２４Ｒ：第２リンク
２６Ｌ、２６Ｒ：第３リンク
２８Ｌ、２８Ｒ：第４リンク
３０Ｌ、３０Ｒ：第５リンク
３２Ｌ、３２Ｒ：第６リンク
３６Ｌ、３６Ｒ：第１関節
３８Ｌ、３８Ｒ：第２関節
４０Ｌ、４０Ｒ：第３関節
４２Ｌ、４２Ｒ：第４関節
４４Ｌ、４４Ｒ：第５関節
１００：脚式ロボット
２１５：曲面部
３０１：座席
【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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