(57)【要約】【課題】２足歩行ロボットに歩行させることは、ジャイロなどのセンサーを使い、特殊なデータや計算を行うなど高度な技術が必要になる。従来、玩具用などに簡易化された歩行ロボットの試みもされているが、見栄えに問題がある。【解決手段】安定した歩行のため、ロボットの足裏に摩擦の大きい部分と摩擦の小さい部分を設け、足裏を回転させることで床面に接する部分を切り替えるようにした。そして足を運ぶときは足裏を摩擦の少ない状態にして、床の上を滑らせた。反対側の足は摩擦の大きい状態にして床面を捉えるようにした。これによって常に両足が床に付いた状態で歩行でき、安定度が向上し、ジャイロなどを使わなくても安定で、見栄えの良い歩行が可能になった。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行ロボットであって、
足裏に摩擦の大きな部分と摩擦の小さな部分を設けることと、
前記足裏の向きを変える手段と、
前記足裏の向きを変えることによって、前記摩擦の大きな部分を床面に接するようにするか、前記摩擦の小さな部分を床面に接するようにするかを切り替えることができることを特徴とする歩行ロボット。
【請求項２】
歩行ロボットであって、
足裏が摩擦の大きな部分と摩擦の小さな部分で構成され、
前記摩擦の大きな部分を床面に接するようにするか、前記摩擦の小さな部分を床面に接するようにするかを切り替えることができるように構成され、歩行に同期して前記切り替えを行うことを特徴とする歩行ロボット。
【請求項３】
摩擦の小さい部分は、車輪であることを特徴とする請求項１および請求項２に記載された歩行ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は歩行ロボットに簡単に歩行を行わせる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
２足歩行ロボットは、左右の足の上に交互に乗って、前後左右のバランスを取りながら移動しなければならないので、歩行を行わせるのは大変難しい。しかし、とくにホビーや玩具分野では、構造や制御の簡易化が求められる。
【０００３】
従来例として、特開２００２−３６０９４３にあるように、足裏の横幅を極端に大きくし、どちらの足で立っても、常にその足の上に体の重心線が通るようにして、何もしなくても常にバランスするように構成された歩行ロボットがある。しかし、静止時には左足と右足が重なるなど、不自然な形に構成されている。
【特許文献１】特開２００２−３６０９４３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、きちんと２足歩行させるには、ジャイロや加速度センサーを使ったりする複雑な制御技術が必須である。これを簡易化しようとすると従来例のように、デザイン的に不自然なロボットになってしまう。
課題は、簡単な技術で歩行ができ、デザイン的にも不自然さがない２足歩行ロボットを作ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
課題を解決するために、足裏を、摩擦力のある部分と摩擦力の少ない部分とで構成した。そして足裏の軸を若干回転させるなどで、どちらが床面に接するかをコントロールできるようにした。また歩行は常に左右両足裏を接した状態で行う。
前進するには、（１）左足裏を摩擦を少なくして、右足裏を摩擦を大きくし、左足を前方に、右足を後方に開く。そうすると右足は動かず、左足は前方へ滑って動く。次に、（２）右足裏を摩擦を少なく、左足裏を摩擦を大きくなるように切り替え、右足を前方に、左足を後方に開く。今度は、左足は、動かず、右足だけが前方に滑って動く。
【０００６】
これを繰り返すことで、前方に動いていく。また、両足が、常に、床面についているのでロボットの重心は常に両足の中心にあり、バランスは保たれる。
通常の歩行ロボットの場合は、図１(a)のように片足を上げているときは重心線１２はもう片方の足裏２０を通るように左右に重心移動しながら歩かなければならない。横から見ると図２(a)のようになり、上からみた重心１１は、図３(ｄ)のようになる。片足で立ったときの重心安定域は斜線で示される足裏そのものとなる。
本発明のロボットの歩行図を図１(b)、図２(b)または(c)に、また、重心安定域を図２(e),(f)に示す斜線部分である。静的には、ロボットの重心は重心安定域の中になければ、転ぶことになる。
【０００７】
図２(e),(f)は、従来例の図２(d)にくらべて非常に大きく、したがって非常に安定であることがわかる。
すべる部分をかかとや、つま先部分につけた場合、図２（c)のようにかかとをあげながらの歩行となり、より自然な歩行となる。ただし、図２(b)のような足裏の横縁を使うものにくらべて重心安定域は小さく、安定度は悪くなる。
【発明の効果】
【０００８】
歩行させるには、単に左右の足裏の軸回転をさせながら、足を前後に動かすだけでよく、バランスのことをほとんど考慮する必要がないので、ジャイロなどのセンサー類の必要もなく、簡単に、安定した２足歩行を行わすことができる。
また、足の形状も自然な形状で良いため、デザイン上の問題は少ない。
【０００９】
足が床に付くたびに、足裏を軸回転させ、床をたたくことになるが、これがかえって、床を踏む音に聞こえ、ロボットが歩く効果音となって好ましい。また、すべらせるときには、足裏をすこし回転させているので、足の甲部分が持ち上がって見え、足を上げながら歩行しているように見えて効果的である。また別の例では、すべり体が足裏を持ち上げている。
【００１０】
従来のように、バランスを取るための左右に大きく重心を動かすことは必要はないので、ゆれの原因は入りにくい。さらに、常に両足が床面についていることで、片足での歩行に比べて、足回りの剛性が非常に大きくなり、上体のゆれも少なくなる。
そして、重心安定域に余裕があるので、横向きの加速度による外乱にも耐えられ、すばやい動きが可能になり、楽しいゲームなどもすることができる。
さらに、バランスに余裕があるので、物を持ったり、作業をしたりすることも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下図に従って、実施形態を説明する。
足裏の例を図３、図４に示す。いずれも足裏２０の底面に、摩擦の大きい摩擦体２１、２１aと、摩擦の小さなすべり体２２、２２aをそれぞれ足裏の内側の横縁と外側の横縁に貼ったものである。
【００１２】
図３は、長さのある摩擦体２１とすべり体２２を使用し、図４は円形の摩擦体２１aとすべり体２２aを使っているが、原理的にはほぼ同じで、足裏２０を左右に傾けることにより床面を滑ったり、摩擦で床面を捕らえたりできる。足裏２０を水平にすると、摩擦体２１とすべり体２２の両方が床と接するが、摩擦体２２が接することで全体として床面を捉えることになる。足裏を支える剛性があまり大きくない場合、等分にロボットの重さがかかり、結果的に安定して床を捉えることになる。摩擦体は、ゴムなどの材質でゴムタイヤのような凹凸があるほうが摩擦力を維持しやすい。
【００１３】
すべり体は、ポリテトラフルオロエチレンなど摩擦係数の小さな材質で作られたものが良い。
図５は、足裏２０を、ロボットの足首にとりつけたときの動きをロボットの後方から見た図である。サーボモータ３０は左右の足首に固定され、サーボモータ３０の軸３１にはアクチュエータを介して足裏２０に固定されている。
【００１４】
図５(a)は足裏２０が水平の時で、摩擦体２１とすべり体２２は共に、床面６に接触している。この状態ではロボットの重力のかかり方で少し異なるが、摩擦体が床面と接触していることで、足裏２０と床面６は摩擦の大きい状態となる。また、足裏全体で支えることになるので安定した支えとなる。
図５(b)は摩擦体２１のみが床面６に接触するので、摩擦の最も大きい状態になる。
図５(c)はすべり体２２が床面６が接触しているので滑りやすい状態である。
【実施例１】
【００１５】
図６は、足裏２０に貼り付けた摩擦体２１ｂとすべり体２２ｂが、共に、四角形の例である。摩擦体２１ｂの真ん中は図のように四角形の穴があいている。
この場合、足裏２０を水平にすると、摩擦体２１ｂが床面と接触して床面を捉える。そして、足裏２０を回転させ、どちら方向にでも斜めにすると、すべり体２２ｂが床面と接触し、床面をすべることになる。この場合は、足裏の横でも、かかと又はつま先でも滑らせることができる。  
【実施例２】
【００１６】
図７は、円形のすべり体２２ｃの中央に円形の摩擦体２１ｃを貼り付けたものを、足裏２０の４隅に貼り付けた構造になっている。動作としては、実施例１とほぼ同じで、足裏の横でも、かかと又はつま先でも滑らせることができる。
【実施例３】
【００１７】
図８は、足裏２０に４個の摩擦体２１ｄを貼り付け、足裏２０の外側の横縁を傾斜させ、そこに、すべり体２２ｄを２個貼り付けた構造になっている。
この動作は、足裏２０を水平にすると、摩擦体２１ｄが床面と接触して床を捉え、足裏２０を外側に傾けると床面とすべり体２２ｄが接触して床をすべる状態になる。
【実施例４】
【００１８】
図９は、図８のすべり体２２ｄの代わりに２個の車輪２３をつけた例である。動作は、すべる代わりに車輪が回転する。床をこすりたくない用途には効果がある。ただし、転がる方向が一定になると、横方向や斜め方向の移動ができなくなるので、任意方向に車輪が向きを変えられるキャスタ構造の車輪が良い。
【実施例５】
【００１９】
図１０は、足裏２０の摩擦の切り替えを、専用のモータを使って行わせる例である。図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）、（ｄ）は、足裏２０の構造図の、それぞれ上面図、正面図、横面図、底面図である。足裏の裏は、（ｄ）のように穴の開いた円形の摩擦体２１ｅが４個はりつけてあり、この穴にはすべり体の棒が図のように入っていて、サーボモータ２５が動くとアクチュエータ２６を介してすべり体２２ｅが出入する。
【００２０】
図１０の状態はすべり体２２ｅは引っ込んでいる摩擦体２１ｅが床を捉えている。サーボモータ２５が動いて、すべり体２２ｅがでてくると、図１１（ｂ）正面図，（ｃ）横面図のようになり、足裏２０は床をすべるようになる。
すべり体２２ｅは、足裏２０全体を持ち上げるので足を上げたように見える。さらに持ち上げる高さもサーボモータでコントロールできるのでスムーズな足の上げ下げを演出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】歩行ロボットのバランスを示す正面図
【図２】歩行ロボットのバランスを示す側面図
【図３】本発明の足裏図
【図４】本発明の足裏図
【図５】足裏の切り替え図
【図６】本発明の足裏図
【図７】本発明の足裏図
【図８】本発明の足裏図
【図９】本発明の足裏図（車使用）
【図１０】本発明の足裏図（摩擦体出し入れする）
【図１１】本発明の足裏動作図（摩擦体出し入れする）
【符号の説明】
【００２２】
６      床面
１０    ロボット
１１    ロボットの重心
１２    重心線
１３    足裏
１４    重心安定域
２０    足裏
２１    摩擦体
２１a    摩擦体
２１b    摩擦体
２１c    摩擦体
２１d    摩擦体
２１e    摩擦体
２１f    摩擦体
２２a    すべり体
２２b    すべり体
２２c    すべり体
２２d    すべり体
２２e    すべり体
２２f    すべり体
２３    車輪
２５    サーボモータ
２６    アクチュエータ
３０    サーボモータ
【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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【図８】
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【図９】
2007229882.tif 000011
【図１０】
2007229882.tif 000012
【図１１】
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