(57)【要約】【課題】旋回性が高く無駄な経路を通らずに、カーブをスムーズに曲がることのできる二足歩行ロボットを提供する。【解決手段】胴体部と、胴体部の側面に設けられた第１脚部および第２脚部と、第１脚部および第２脚部を駆動して歩行動作を行う歩行用駆動部と、第１脚部と第２脚部の角度を変更する操舵用駆動部とを有し、第１脚部と第２脚部の角度を変更しつつ歩行動作を行うことで、旋回性の高い二足歩行を可能とすることにより、上記課題を解決する。【選択図】図１
2013230524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴体部と、
前記胴体部の側面に設けられた第１脚部および第２脚部と、
前記第１脚部および前記第２脚部を駆動して歩行動作を行う歩行用駆動部と、
前記第１脚部と前記第２脚部の角度を変更する操舵用駆動部とを有し、
前記第１脚部と前記第２脚部の角度を変更しつつ前記歩行動作を行うことを特徴とする二足歩行ロボット。
【請求項２】
前記第１脚部および前記第２脚部には、中心部から延設された操舵用接続部をそれぞれ設け、前記操舵用駆動部と前記第１脚部および前記第２脚部の前記操舵用接続部との間は、略中心に前記操舵用駆動部の駆動軸を接続した第１操舵部材、および前記第１操舵部材の両端部にそれぞれ設けた第２操舵部材によって接続し、
前記第１操舵部材とそれぞれの前記第２操舵部材、ならびに、それぞれの前記第２操舵部材と前記第１脚部および前記第２脚部の前記操舵用接続部との接続は、ユニバーサルジョイントによって回転自在に接続していることを特徴とする請求項１記載の二足歩行ロボット。
【請求項３】
前記第１脚部および前記第２脚部には、中心部から延設された操舵用接続部をそれぞれ設け、
前記第１脚部と前記第２脚部の前記操舵用接続部との間は、その両端部に操舵ロッドが接続され前記操舵用駆動部を兼ね、半円形状の直線部の中心を軸として回転自在とした半円形状の第１操舵部材、および前記第１操舵部材の両端部にそれぞれ設けた第２操舵部材によって接続し、
前記第１操舵部材とそれぞれの前記第２操舵部材、ならびに、それぞれの前記第２操舵部材と前記第１脚部および前記第２脚部の前記操舵用接続部との接続は、ユニバーサルジョイントによって回転自在に接続していることを特徴とする請求項１記載の二足歩行ロボット。
【請求項４】
前記第１脚部と前記第２脚部は、直進時には平行であり、旋回時にはハの字形状と逆ハの字形状とを繰り返すことを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の二足歩行ロボット。
【請求項５】
前記二足歩行ロボットは、前記操舵用駆動部または前記操舵ロッドにより前記第１操舵部材を回転させ、前記第１操舵部材の回転面と直交し第１脚部または第２脚部の外側の辺と平行な面で回転する、前記第２操舵部材の前記操舵用接続部との接続端の回転中心を、前後に移動させた状態で前進または後進を行うことで、前記ハの字形状と逆ハの字形状との繰り返しを行うことを特徴とする請求項４記載の二足歩行ロボット。
【請求項６】
前記二足歩行ロボットは、それぞれの前記第２操舵部材の延長線が常に平行の関係であることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項記載の二足歩行ロボット。
【請求項７】
前記歩行用駆動部は、
前記胴体部に軸が固定され前記第１脚部側と前記第２脚部側にそれぞれ２つ設けられた脚部駆動手段と、
それぞれの前記脚部駆動手段に一端部が固定され、他端部は前記第１脚部または前記第２脚部に回転自在に結合された脚部連結部材と、
前記第１脚部側と前記第２脚部側のうち１以上の前記脚部駆動手段を駆動する駆動力発生手段とを有し、
前記第１脚部および前記第２脚部には、それぞれ前記脚部駆動手段と前記脚部連結部材とからなるクランク部を２組設け、
前記第１脚部側の２組の前記クランク部の前記脚部連結部材と、前記第２脚部側の２組の前記クランク部の前記脚部連結部材との回転角が、略１８０°開くように設定し、
前記第１脚部側および前記第２脚部側に設けられた、それぞれの２組の前記クランク部は前記脚部連結部材が同位相で回転するように設定して、前記歩行動作を行うことを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の二足歩行ロボット。
【請求項８】
前記二足歩行ロボットは、さらに通信部を有し、リモートコントロールによって動作を制御することを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の二足歩行ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二足歩行ロボットに関するものであって、特に、歩行動作を行う二足歩行ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の二足歩行ロボットの歩行機構として、人間の脚部を模して、股関節、膝関節等に相当する関節を設け、それぞれをモータおよびアクチュエータ等により変位させることにより二足歩行を行う技術と、より簡便な構造、つまり略コの字状の接地部を有する脚を片側ずつ交互に持ち上げて二足歩行を行う技術がある。
【０００３】
人間の脚部を模した歩行機構では、バランスを取るために各種センサを設置し、モータおよびアクチュエータ等に対してフィードバック制御を行うため演算量が多く、演算処理装置のコストが増大するという問題があった。また、柔らかい床面から硬い床面へと移動するような場合には、演算処理装置への負荷が極めて大きくなり、安定した歩行の実現には問題があった。
【０００４】
これに対し、特許文献１では、人間の脚部を模した歩行機構において、床面の硬さを計測してアクチュエータに流れる電流値と計測した硬さ指標とを対応付けることで、演算処理装置への負荷を軽減することができる学習歩行ロボット装置が開示されている。
【０００５】
略コの字状の接地部を有する脚を用いる歩行機構では、バランスを取るためのフィードバック制御は必ずしも必要ではないが、電池等の重いものを胴体部に設置すると重心が高くなってバランスを崩し転倒してしまう場合があった。また、その構造上、直進は容易であるが、カーブを曲がったり、方向転換することは難しかった。
【０００６】
これに対し、特許文献２では、床面から離れた脚の接地部が、側面から見て床面と平行状態を保ったまま上昇および接地を行うことで安定した歩行を行う二足歩行ロボット玩具が開示されている。
【０００７】
また、特許文献３には、両脚に振動を与え、その振動の慣性応力を利用してそれぞれの脚の設置状態に応じて方向転換を行う二足歩行ロボットが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−１８９４６６号公報
【特許文献２】特開２００３−３８８６１号公報
【特許文献３】特開２００４−３３６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の学習歩行ロボット装置は、人間の脚部を模した歩行機構を用いることから、フィードバック制御を行う演算処理装置が必要となり、小型化および低コスト化には問題がある。
【００１０】
また、特許文献２に記載の二足歩行ロボット玩具は方向転換をすることができず、特許文献３に記載の二足歩行ロボットは方向転換可能であるものの、図１７に示すように、誘導ライン１００に対し、二足歩行ロボットの軌跡１０２はカーブの外側に膨らんでしまい、スムーズにカーブを曲がることができない。つまり、無駄な経路を通ることで余分な距離を歩行することになる。
【００１１】
本発明の目的は、それぞれの脚部の角度を変更可能とすることで、旋回性が高く無駄な経路を通らずに、カーブをスムーズに曲がることのできる二足歩行ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、胴体部と、胴体部の側面に設けられた第１脚部および第２脚部と、第１脚部および第２脚部を駆動して歩行動作を行う歩行用駆動部と、第１脚部と第２脚部の角度を変更する操舵用駆動部とを有し、第１脚部と第２脚部の角度を変更しつつ前記歩行動作を行うことで、旋回性の高い二足歩行が可能なことを特徴とする二足歩行ロボットを提供する。
【００１３】
また、第１脚部および第２脚部には、中心部から延設された操舵用接続部をそれぞれ設け、操舵用駆動部と第１脚部および第２脚部の操舵用接続部との間は、略中心に操舵用駆動部の駆動軸を接続した第１操舵部材、および第１操舵部材の両端部にそれぞれ設けた第２操舵部材によって接続し、第１操舵部材とそれぞれの第２操舵部材、ならびに、それぞれの第２操舵部材と第１脚部および第２脚部の操舵用接続部との接続は、ユニバーサルジョイントによって回転自在に接続していることが好ましい。
【００１４】
また、第１脚部および第２脚部には、中心部から延設された操舵用接続部をそれぞれ設け、第１脚部と第２脚部の操舵用接続部との間は、その両端部に操舵ロッドが接続され操舵用駆動部を兼ね、半円形状の直線部の中心を軸として回転自在とした半円形状の第１操舵部材、および第１操舵部材の両端部にそれぞれ設けた第２操舵部材によって接続し、第１操舵部材とそれぞれの第２操舵部材、ならびに、それぞれの第２操舵部材と第１脚部および第２脚部の前記操舵用接続部との接続は、ユニバーサルジョイントによって回転自在に接続していることが好ましい。
【００１５】
さらに、第１脚部と第２脚部は、直進時には平行であり、旋回時にはハの字形状と逆ハの字形状とを繰り返すことが好ましい。
さらに、操舵用駆動部または操舵ロッドにより前記第１操舵部材を回転させ、第１操舵部材の回転面と直交し第１脚部または第２脚部の外側の辺と平行な面で回転する、第２操舵部材の操舵用接続部との接続端の回転中心を、前後に移動させた状態で前進または後進を行うことで、ハの字形状と逆ハの字形状との繰り返しを行うことが好ましい。
また、それぞれの第２操舵部材の延長線が常に平行の関係であることが好ましい。
【００１６】
また、歩行用駆動部は、胴体部に軸が固定され第１脚部側と第２脚部側にそれぞれ２つ設けられた脚部駆動手段と、それぞれの脚部駆動手段に一端部が固定され、他端部は第１脚部または第２脚部に回転自在に結合された脚部連結部材と、第１脚部側と前記第２脚部側のうち１以上の脚部駆動手段を駆動する駆動力発生手段とを有し、第１脚部および第２脚部には、それぞれ脚部駆動手段と脚部連結部材とからなるクランク部を２組設け、第１脚部側の２組のクランク部の脚部連結部材と、第２脚部側の２組のクランク部の脚部連結部材との回転角が、略１８０°開くように設定し、第１脚部側および第２脚部側に設けられた、それぞれの２組のクランク部は脚部連結部材が同位相で回転するように設定して、歩行動作を行うことが好ましい。
【００１７】
さらに通信部を有し、リモートコントロールによって動作を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の二足歩行ロボットは、第１脚部と第２脚部の角度を変更する操舵用駆動部を有し、第１脚部と第２脚部の角度を変更しつつ歩行動作を行うことにより、旋回性の高い二足歩行を可能とし、複雑なフィードバック制御を用いることなく、スムーズにカーブを曲がることのできる旋回性が高い二足歩行ロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る二足歩行ロボットを示す斜視図である。
【図２】本発明に係る二足歩行ロボットの正面図である。
【図３】本発明に係る二足歩行ロボットの右側面図である。
【図４】本発明に係る二足歩行ロボットの左側面図である。
【図５】本発明に係る二足歩行ロボットの上面図である。
【図６】本発明に係る二足歩行ロボットの、接地部を上から見た説明図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は、直進時の第１操舵部材と第２操舵部材の動きを説明する説明図である。
【図８】（ａ）〜（ｆ）は、左旋回時の接地部の動きを説明する説明図である。
【図９】（ａ）〜（ｅ）は、左旋回時の第１操舵部材と第２操舵部材の動きを説明する説明図である。
【図１０】（ａ）〜（ｆ）は、右旋回時の接地部の動きを説明する説明図である。
【図１１】（ａ）〜（ｅ）は、右旋回時の第１操舵部材と第２操舵部材の動きを説明する説明図である。
【図１２】本発明に係る二足歩行ロボットの、他の一実施形態を示す斜視図である。
【図１３】本発明に係る二足歩行ロボットの、他の一実施形態の正面図である。
【図１４】本発明に係る二足歩行ロボットの、他の一実施形態の右側面図である。
【図１５】本発明に係る二足歩行ロボットの、他の一実施形態の左側面図である。
【図１６】本発明に係る二足歩行ロボットの、他の一実施形態の上面図である。
【図１７】従来の二足歩行ロボットのカーブにおける軌跡を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る二足歩行ロボットを、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて以下に詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る二足歩行ロボット１０の構成を表す第１実施形態の斜視図である。また、図２は二足歩行ロボット１０の正面図、図３は二足歩行ロボット１０の右側面図、図４は二足歩行ロボット１０の左側面図、図５は二足歩行ロボット１０の上面図である。
【００２２】
図１〜図５に示す二足歩行ロボット１０は、胴体部１２、第１脚部１４ａ、第２脚部１４ｂ、接地部１５ａ，１５ｂ、歩行用駆動部１６、駆動用歯車１８、脚部歯車２０ａ，２０ｂ、脚部連結部材２２ａ，２２ｂ、および操舵用駆動部２４によって構成される。また、操舵用駆動部２４と、第１脚部１４ａおよび第２脚部１４ｂとの接続部は、第１操舵部材２６、第２操舵部材２８、およびユニバーサルジョイント３２によって構成される。
【００２３】
胴体部１２は、金属製等の筐体であり、歩行用駆動部１６、操舵用駆動部２４、動力伝達部３４、制御通信部３６、および電源部３８が配置される。胴体部１２の両側面には、後述する第１脚部１４ａおよび第２脚部１４ｂが、脚部歯車２０ａ，２０ｂ、および脚部連結部材２２ａ，２２ｂを介して接続されている。
【００２４】
第１脚部１４ａおよび第２脚部１４ｂは、胴体部１２を支えて自立する左右それぞれの脚であり、接地面には、それぞれ接地部１５ａ，１５ｂが設けられている。第１脚部１４ａおよび第２脚部１４ｂは、上部および中間部近傍に脚の軸を中心として回転方向、および胴体部５２の側面と平行な面上の回転方向に回転自在なジョイントを介して、脚部連結部材２２ａ，２２ｂが接続されている。また、中間部近傍に操舵に用いる操舵用接続部３０ａ，３０ｂが前方に向けて延設されている。ここで、第１脚部１４ａおよび第２脚部１４ｂには、軽量化のための穴が設けられていてもよい。
【００２５】
接地部１５ａ，１５ｂは、内側に開口部がある略コの字状の接地部であり、片脚で立つ状態であってもバランスを崩すことなく立つことができる大きさである。第１脚部１４ａおよび第２脚部１４ｂの直立部分とは、外側の辺の中心部分で接続されている。
【００２６】
歩行用駆動部１６は、例えばモータを用いることができ、その駆動軸は胴体部１２の側面を貫通し、胴体部１２の側面に設けられた駆動用歯車１８を駆動する。これらは合わせて駆動力発生手段である。
【００２７】
脚部歯車２０ａ，２０ｂは、直径および歯数が同一の歯車であり、胴体部１２の側面に設けられる。脚部歯車２０ａ，２０ｂは、脚部駆動手段であり駆動用歯車１８によって同方向に同一の回転量だけ回転される。
【００２８】
脚部連結部材２２ａ，２２ｂは、脚部歯車２０ａ，２０ｂとは固定され、第１脚部１４ａおよび第２脚部１４ｂとは回転自在に接続されている。脚部歯車２０ａ，２０ｂが回転すると、脚部連結部材２２ａ，２２ｂの第１脚部１４ａまたは第２脚部１４ｂとの接続部は、脚部歯車２０ａ，２０ｂと同心円状に回転される。言い換えると、脚部歯車２０ａ，２０ｂと脚部連結部材２２ａ，２２ｂとによりクランク部が形成される。ここで、脚部連結部材２２ａと２２ｂとは同位相となるように、それぞれ脚部歯車２０ａ，２０ｂに接続されている。
【００２９】
操舵用駆動部２４は、例えばモータを用いることができ、第１操舵部材２６、第２操舵部材２８、およびユニバーサルジョイント３２を介して、第１脚部１４ａおよび第２脚部１４ｂの角度を変化させる。
【００３０】
第１操舵部材２６は、中心部の幅が広く両端に向かって細くなる棒状の部材であり、その中心部に操舵用駆動部２４の駆動軸が勘合される。また、両端部にはユニバーサルジョイント３２を介して第２操舵部材２８が接続されている。操舵用駆動部２４の駆動軸が回転すると、両端部が回転方向に移動するが、回転量は９０°以下であり、４５°以下が好ましい。
【００３１】
第２操舵部材２８は、棒状の部材であり、その一端はユニバーサルジョイント３２を介して第１操舵部材２６に接続され、他端はユニバーサルジョイント３２を介して、第１脚部１４ａまたは第２脚部１４ｂから延設された操舵用接続部３０ａまたは操舵用接続部３０ｂに接続される。
【００３２】
ユニバーサルジョイント３２は、いわゆる自在継手であり、第１操舵部材２６と第２操舵部材２８、および第２操舵部材２８と操舵用接続部３０ａまたは３０ｂとの間に設けられ、それぞれの接合する角度を自由に変化させることができる。
【００３３】
動力伝達部３４は、胴体部１２の両側面に設けられた脚部歯車２０ａ，２０ａをシャフトで連結し、駆動用歯車１８から一方の脚部歯車２０ａに伝達された駆動力が、他方の脚部歯車２０ａに伝達される。つまり、歩行用駆動部１６および駆動用歯車１８が、一方の脚部歯車２０ａに駆動力を伝達することで、第１脚部１４ａおよび第２脚部１４ｂが駆動される。
【００３４】
制御通信部３６は、図示しないリモートコントロール装置からの制御信号を受信し、歩行用駆動部１６および操舵用駆動部２４に対し制御信号を出力する。制御信号に従って、歩行用駆動部１６および操舵用駆動部２４は制御される。
【００３５】
電源部３８は、二足歩行ロボット１０の歩行用駆動部１６、操舵用駆動部２４、および制御通信部３６に対し電源を供給する。電源部３８には、一次電池を用いてもよいし二次電池を用いてもよい。一次電池としては、マンガン乾電池、アルカリ乾電池等を用いることができ、二次電池としては、ニッケル水素充電池、リチウムイオン充電池、リチウムポリマー充電池等を用いることができる。
【００３６】
次に、本発明の第１実施形態に係る二足歩行ロボット１０の動作を説明する。
【００３７】
まず、二足歩行ロボット１０、および図示しないリモートコントロール装置の電源が投入され、二足歩行ロボット１０は制御通信部３６によって初期化処理が行なわれ、続いてリモートコントロール装置と制御通信部３６との通信が確立される。
【００３８】
二足歩行ロボット１０は、図６に示すように、初期化処理により接地部１５ａ，１５ｂの側面側の辺が平行となるように調整される。なお、この状態で前進させると二足歩行ロボット１０は直進する。
【００３９】
具体的には、操舵用駆動部２４が駆動され、予め設定された平行位置（初期化位置であり直進する状態である。）となるように、第１操舵部材２６、第２操舵部材２８、およびユニバーサルジョイント３２を介して、第１脚部１４ａおよび第２脚部１４ｂの角度が調整される。
初期化処理が終了すると、二足歩行ロボット１０はリモートコントロール装置からの指令を受け付ける状態で待機する。
【００４０】
リモートコントロール装置から前進指令が発せられると、二足歩行ロボット１０は歩行用駆動部１６を正転させる。歩行用駆動部１６の駆動軸が回転されると、駆動用歯車１８を介して脚部歯車２０ａ，２０ｂが回転される。また、動力伝達部３４を介して他方の脚部歯車２０ａ，２０ｂも回転される。両側面に設けられた脚部連結部材２２ａ，２２ｂは、それぞれ同位相を保持したまま回転し、第１脚部１４ａおよび第２脚部１４ｂを交互に持ち上げる動作が行なわれる。片側の脚部につき脚部連結部材２２ａ，２２ｂの２ヶ所で持ち上げるため、脚部の揺動が押さえられ安定した歩行を行うことができる。
【００４１】
第１脚部１４ａ側の脚部連結部材２２ａ，２２ｂと、第２脚部１４ｂ側の脚部連結部材２２ａ，２２ｂとは、位相が１８０°異なることにより、交互に持ち上げる動作が行なわれる。このように、第１脚部１４ａおよび第２脚部１４ｂを交互に持ち上げ、前方に着地させることで二足歩行ロボット１０は前進することができる。
【００４２】
リモートコントロール装置から後退指令が発せられると、二足歩行ロボット１０は歩行用駆動部１６を反転させる。すると、前進の場合と回転方向は反対だが同様の動作によって、二足歩行ロボット１０は後退することができる。
【００４３】
ここで、図７（ａ）〜（ｅ）を用いて第１操舵部材２６と第２操舵部材２８の動きを説明する。なお、図７（ａ）〜（ｅ）は二足歩行ロボット１０の左側面、つまり第１脚部１４ａ側から見た図である。
始めに、初期状態として第１脚部１４ａ（左脚）が前側にある場合は、図７（ａ）に示すように、第１操舵部材２６の下方にユニバーサルジョイント３２によって接続された第２操舵部材２８は、前方向に第１操舵部材２６と略平行となっている。
【００４４】
続いて、リモートコントロール装置から前進司令が発せられると、第２脚部１４ｂ（右脚）が持ち上げられる。第２脚部１４ｂが最上部まで持ち上げられた状態になると、第１操舵部材２６と第２操舵部材２８の関係は、図７（ｂ）に示すように、第１操舵部材２６に対し第２操舵部材２８が下方向に略垂直となる。
さらに前進が続くと、第２脚部１４ｂが第１脚部１４ａの前方に着地される。このとき第１操舵部材２６と第２操舵部材２８の関係は、図７（ｃ）に示すように、第２操舵部材２８は、後方向に第１操舵部材２６と略平行となっている。
【００４５】
さらに、リモートコントロール装置から前進司令が発せられると、第１脚部１４ａが持ち上げられる。第１脚部１４ａが最上部まで持ち上げられた状態になると、第１操舵部材２６と第２操舵部材２８の関係は、図７（ｄ）に示すように、第１操舵部材２６に対し第２操舵部材２８が上方向に略垂直となる。
【００４６】
引き続きリモートコントロール装置から前進司令が発せられると、第１脚部１４ａが第２脚部１４ｂの前方に着地される。このとき第１操舵部材２６と第２操舵部材２８の関係は、図７（ｅ）に示すように、第２操舵部材２８は、前方向に第１操舵部材２６と略平行となっている。つまり、図７（ａ）に示す状態と同じとなり、第２操舵部材２８が第１操舵部材２６の周りを１回転する。ここで、第２操舵部材２８の外側、つまり、操舵用接続部３０ａとの接続部の動きは、第２操舵部材２８の第１操舵部材２６との接続部を中心として円を描く動きとなる。その後、リモートコントロール装置から前進司令が発せられ続けると、この１回転の動きを繰り返して前進していく。また、後退する場合には逆回転となる。
【００４７】
次に、リモートコントロール装置から左旋回指令および前進指令が発せられた場合について、二足歩行ロボット１０を上から見た状態の図８（ａ）〜（ｆ）、および、第１操舵部材２６と第２操舵部材２８の動きを左側面から見た状態の図９（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。図８（ａ）〜（ｆ）では説明のため胴体部１２等は省略し、接地部１５ａ，１５ｂ、第１操舵部材２６、第２操舵部材２８，２８、および操舵用接続部３０ａ，３０ｂの動きを上から見た図としている。
【００４８】
初期状態として図８（ａ）に示すように、二足歩行ロボット１０の左脚にあたる第１脚部１４ａの接地部１５ａが前方である状態から動作を説明する。
図８（ａ）では、初期状態であるので、接地部１５ａ，１５ｂは二足歩行ロボット１０の中心線Ａと略平行であり、第１操舵部材２６は中心線Ａと略直交する方向である。第２操舵部材２８，２８はその延長線が平行であり、第１操舵部材２６の両端と操舵用接続部３０ａ，３０ｂを結ぶように配置されている。
【００４９】
左旋回指令が発せられた状態を図８（ｂ）に示す。左旋回指令が発せられると、二足歩行ロボット１０は操舵用駆動部２４によって、第１操舵部材２６を上から見て右回転させる。右回転されると、第１操舵部材２６は接地部１５ａ側の一端が前方へ、接地部１５ｂ側の他端が後方へと動く。すると、第２操舵部材２８，２８は外側に押され、それぞれ操舵用接続部３０ａ，３０ｂを外側に押し出す。すなわち、第１操舵部材２６、第２操舵部材２８，２８、および操舵用接続部３０ａ，３０ｂの接続部が、最も伸びた状態となる。このとき、接地部１５ａ，１５ｂは前方が開き後方が閉じた逆ハの字状となる。
ここで、第１操舵部材２６と第２操舵部材２８の動きを左側面から見ると、図９（ａ）に示すように、前方向に第１操舵部材２６と略平行となっているが、直進状態のときと比較して、第２操舵部材２８の外側は後方に動いた状態となっている。
【００５０】
図８（ｃ）および図９（ｂ）は、左旋回指令が発せられた状態で前進指令が発せられ、接地部１５ｂ（右脚）が最上部まで持ち上げられた状態を示す。接地部１５ｂは、接地状態から第１脚部１４ａを中心として円弧を描きながら最上部まで持ち上げられる。このとき、接地部１５ａ，１５ｂは略平行状態、第１操舵部材２６と第２操舵部材２８，２８はやや縮んだ状態となる。この様な動きにより、二足歩行ロボット１０の中心線Ａは左方向に旋回される。第１操舵部材２６と第２操舵部材２８の側面から見た関係は、図９（ｂ）に示すように、第１操舵部材２６に対して第２操舵部材２８は後斜め下方向となる。
【００５１】
図８（ｄ）および図９（ｃ）は、さらに左旋回指令が発せられた状態で前進指令が発せられ、接地部１５ｂが接地部１５ａの前方に着地された状態を示す。接地部１５ｂは、最上部から第１脚部１４ａを中心として円弧を描きながら接地状態まで下ろされる。このとき、接地部１５ａ，１５ｂはハの字状態、第１操舵部材２６と第２操舵部材２８，２８は最も縮んだ状態となる。この様な動きにより、二足歩行ロボット１０の中心線Ａは、さらに左方向に旋回される。第１操舵部材２６と第２操舵部材２８の側面から見た関係は、図９（ｃ）に示すように、第１操舵部材２６に対して第２操舵部材２８は後方向に略平行となる。
【００５２】
図８（ｅ）および図９（ｄ）は、さらに左旋回指令が発せられた状態で前進指令が発せられ、接地部１５ａが最上部まで持ち上げられた状態を示す。接地部１５ａは、接地状態から第１脚部１４ａの外側方向の離れた点を中心として、円弧を描きながら最上部まで持ち上げられる。このとき、接地部１５ａ，１５ｂは略平行状態、第１操舵部材２６と第２操舵部材２８，２８はやや縮んだ状態となる。この様な動きにより、二足歩行ロボット１０の中心線Ａは、さらに左方向に旋回される。第１操舵部材２６と第２操舵部材２８の側面から見た関係は、図９（ｄ）に示すように、第１操舵部材２６に対して第２操舵部材２８は後斜め上方向となる。
【００５３】
図８（ｆ）および図９（ｅ）は、さらに左旋回指令が発せられた状態で前進指令が発せられ、接地部１５ａが接地部１５ｂの前方に着地された状態を示す。接地部１５ａは、最上部から第１脚部１４ａの外側方向の離れた点を中心として、円弧を描きながら接地状態まで下ろされる。このとき、接地部１５ａ，１５ｂは逆ハの字状態、第１操舵部材２６と第２操舵部材２８，２８は最も伸びた状態となる。この様な動きにより、二足歩行ロボット１０の中心線Ａは、さらに左方向に旋回される。第１操舵部材２６と第２操舵部材２８の側面から見た関係は、図９（ｅ）に示すように、第１操舵部材２６に対して第２操舵部材２８は前方向に略平行となる。つまり、図８（ｂ）および図９（ａ）と同様の状態となり、二足歩行ロボット１０の歩行動作が１回転する。このとき、第１操舵部材２６と第２操舵部材２８の側面から見た関係も同様に１回転するが、その中心は第１操舵部材２６と第２操舵部材２８の接続部から後方にずれることとなる。なお、右側面側の第１操舵部材２６と第２操舵部材２８は、反対に前方にずれることとなる。
【００５４】
さらに左旋回しつつ前進するには、上述した１回転分の動作を繰り返していけばよい。また、左旋回指令および後進指令が発せられると、二足歩行ロボット１０は左後方向に後進することができる。なお、左旋回中に左旋回指令が解除され前進指令のみとなると、第１操舵部材２６は初期位置に戻り、直進することができる。
【００５５】
次に、リモートコントロール装置から右旋回指令および前進指令が発せられた場合について、二足歩行ロボット１０を上から見た状態の図１０（ａ）〜（ｆ）、および、第１操舵部材２６と第２操舵部材２８の動きを左側面から見た状態の図１１（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。図１０（ａ）〜（ｆ）では説明のため胴体部１２等は省略し、接地部１５ａ，１５ｂ、第１操舵部材２６、第２操舵部材２８，２８、および操舵用接続部３０ａ，３０ｂの動きを上から見た図としている。
【００５６】
初期状態として図１０（ａ）に示すように、二足歩行ロボット１０の左脚にあたる第１脚部１４ａの接地部１５ａが前方である状態から動作を説明する。図１０（ａ）では、初期状態であるので、接地部１５ａ，１５ｂは二足歩行ロボット１０の中心線Ａと略平行であり、第１操舵部材２６は中心線Ａと略直交する方向である。第２操舵部材２８，２８はその延長線が平行であり、第１操舵部材２６の両端と操舵用接続部３０ａ，３０ｂを結ぶように配置されている。
【００５７】
右旋回指令が発せられた状態を図１０（ｂ）に示す。右旋回指令が発せられると、二足歩行ロボット１０は操舵用駆動部２４によって、第１操舵部材２６を上から見て左回転させる。左回転されると、第１操舵部材２６は接地部１５ａ側の一端が後方へ、接地部１５ｂ側の他端が前方へと動く。すると、第２操舵部材２８，２８は中心線Ａ側に引き寄せられ、それぞれ操舵用接続部３０ａ，３０ｂを内側に引き寄せる。すなわち、第１操舵部材２６、第２操舵部材２８，２８、および操舵用接続部３０ａ，３０ｂの接続部が、最も縮んだ状態となる。このとき、接地部１５ａ，１５ｂは前方が閉じ後方が開いたハの字状となる。
ここで、第１操舵部材２６と第２操舵部材２８の動きを左側面から見ると、図１１（ａ）に示すように、前方向に第１操舵部材２６と略平行となっているが、直進状態のときと比較して、第２操舵部材２８の外側は前方に動いた状態となっている。
【００５８】
図１０（ｃ）および図１１（ｂ）は、右旋回指令が発せられた状態で前進指令が発せられ、接地部１５ｂ（右脚）が最上部まで持ち上げられた状態を示す。接地部１５ｂは、接地状態から第２脚部１４ｂの外側方向の離れた点を中心として、円弧を描きながら最上部まで持ち上げられる。このとき、接地部１５ａ，１５ｂは略平行状態、第１操舵部材２６と第２操舵部材２８，２８はやや縮んだ状態となる。この様な動きにより、二足歩行ロボット１０の中心線Ａは右方向に旋回される。第１操舵部材２６と第２操舵部材２８の側面から見た関係は、図１１（ｂ）に示すように、第１操舵部材２６に対して第２操舵部材２８は前斜め下方向となる。
【００５９】
図１０（ｄ）および図１１（ｃ）は、さらに右旋回指令が発せられた状態で前進指令が発せられ、接地部１５ｂが接地部１５ａの前方に着地された状態を示す。接地部１５ｂは、最上部から第２脚部１４ｂの外側方向の離れた点を中心として、円弧を描きながら接地状態まで下ろされる。このとき、接地部１５ａ，１５ｂは逆ハの字状態、第１操舵部材２６と第２操舵部材２８，２８は最も伸びた状態となる。この様な動きにより、二足歩行ロボット１０の中心線Ａは、さらに右方向に旋回される。第１操舵部材２６と第２操舵部材２８の側面から見た関係は、図１１（ｃ）に示すように、第１操舵部材２６に対して第２操舵部材２８は後方向に略平行となる。
【００６０】
図１０（ｅ）および図１１（ｄ）は、さらに右旋回指令が発せられた状態で前進指令が発せられ、接地部１５ａが最上部まで持ち上げられた状態を示す。接地部１５ａは、接地状態から第２脚部１４ｂを中心として、円弧を描きながら最上部まで持ち上げられる。このとき、接地部１５ａ，１５ｂは略平行状態、第１操舵部材２６と第２操舵部材２８，２８はやや縮んだ状態となる。この様な動きにより、二足歩行ロボット１０の中心線Ａは、さらに右方向に旋回される。第１操舵部材２６と第２操舵部材２８の側面から見た関係は、図１１（ｄ）に示すように、第１操舵部材２６に対して第２操舵部材２８は前斜め上方向となる。
【００６１】
図１０（ｆ）および図１１（ｅ）は、さらに右旋回指令が発せられた状態で前進指令が発せられ、接地部１５ａが接地部１５ｂの前方に着地された状態を示す。接地部１５ａは、最上部から第２脚部１４ｂを中心として、円弧を描きながら接地状態まで下ろされる。このとき、接地部１５ａ，１５ｂはハの字状態、第１操舵部材２６と第２操舵部材２８，２８は最も縮んだ状態となる。この様な動きにより、二足歩行ロボット１０の中心線Ａは、さらに右方向に旋回される。第１操舵部材２６と第２操舵部材２８の側面から見た関係は、図１１（ｅ）に示すように、第１操舵部材２６に対して第２操舵部材２８は前方向に略平行となる。つまり、図１０（ｂ）および図１１（ａ）と同様の状態となり、二足歩行ロボット１０の歩行動作が１回転する。
さらに右旋回しつつ前進するには、上述した１回転分の動作を繰り返していけばよい。また、右旋回指令および後進指令が発せられると、二足歩行ロボット１０は右後方向に後進することができる。なお、右旋回中に右旋回指令が解除され前進指令のみとなると、第１操舵部材２６は初期位置に戻り、直進することができる。
【００６２】
このように、第１脚部１４ａおよび第２脚部１４ｂの角度を変えながら、すなわち、ハの字状態と逆ハの字状態を繰り返しながら前進または後進することで、二足歩行ロボット１０の旋回性は高くなり、意図した通りの経路を進むことができる。
【００６３】
次に、本発明に係る第２実施形態の二足歩行ロボット５０について説明する。なお、第１実施形態と同様の部分には同じ番号を付し、その説明を省略する。
【００６４】
図１２は、本発明に係る二足歩行ロボット５０の構成を表す第２実施形態の斜視図である。また、図１３は二足歩行ロボット５０の正面図、図１４は二足歩行ロボット５０の右側面図、図１５は二足歩行ロボット５０の左側面図、図１６は二足歩行ロボット５０の上面図である。
【００６５】
図１２〜図１６に示す二足歩行ロボット５０は、胴体部５２、第１脚部５４ａ、第２脚部５４ｂ、接地部５５ａ，５５ｂ、脚部連結部材６２ａ，６２ｂ、操舵部６３、座面７２、および背もたれ７４によって構成される。また、胴体部５２は、歩行用駆動部５６、駆動ベルト８８、脚部プーリー６０ａ，６０ｂ、駆動シャフト６６ａ，６６ｂ、制御部７６、および電源部７８によって構成される。
【００６６】
さらに、操舵部６３は、操舵ロッド６４ａ，６４ｂ、連結ロッド６５ａ，６５ｂ、第１操舵部材５７、第２操舵部材５８、ユニバーサルジョイント３２、および前後進操作部７０によって構成される。
【００６７】
胴体部５２は、例えばアルミ合金を用いたパイプフレーム構造とすることができ、上述の歩行用駆動部５６、駆動ベルト８８、脚部プーリー６０ａおよび６０ｂ、駆動シャフト６６ａ，６６ｂ、制御部７６、および電源部７８をその内部に格納する。また、胴体部５２は、その上部に人が乗るため、１００ｋｇ程度の荷重に耐えられる構造である。
【００６８】
第１脚部５４ａおよび第２脚部５４ｂは、胴体部５２を支えて自立する左右それぞれの脚であり、接地面には、それぞれ接地部５５ａ、５５ｂが設けられている。第１脚部５４ａおよび第２脚部５４ｂは、上部および中間部近傍に脚の軸を中心とした回転方向、および胴体部５２の側面と平行な面上の回転方向に回転自在なジョイントを介して、脚部連結部材６２ａ，６２ｂが接続されている。また、先端部に操舵に用いる操舵用接続部５９ａ，５９ｂが後方に向けて延設されている。さらに、設置時の衝撃を和らげるためにスプリング６８が脚部連結部材６２ｂの下方に設けられている。
【００６９】
接地部５５ａ，５５ｂは、内側に開口部がある略コの字状の接地部であり、片脚で立つ状態であってもバランスを崩すことなく立つことができる大きさである。第１脚部５４ａおよび第２脚部５４ｂの直立部分とは、外側の辺の中心部分で接続されている。ここで、接地部５５ａ，５５ｂは、軽量化のために中空の部材を用いることが好ましい。
【００７０】
歩行用駆動部５６は、例えばモータを用いることができ、その駆動軸には駆動用プーリーが勘合され、駆動ベルト８８を介して脚部プーリー６０ａ，６０ｂを駆動する。
【００７１】
駆動ベルト８８は、歩行用駆動部５６の動力を駆動シャフト６６ａ，６６ｂに伝達するものであり、歩行用駆動部５６の駆動用プーリーと、脚部プーリー６０ａ，６０ｂとに掛けられている。駆動ベルト８８には、自動車用エンジン等に用いられるタイミングベルト等と同様のベルトを用いることができる。
【００７２】
脚部プーリー６０ａ，６０ｂは、直径が同一のプーリーであり、胴体部５２の内側上部と下部の駆動シャフト６６ａ，６６ｂに、それぞれ設けられている。脚部プーリー６０ａ，６０ｂは、駆動ベルト８８によって同方向に同一の回転量だけ回転される。
【００７３】
駆動シャフト６６ａ，６６ｂは、胴体部５２の内側上部と下部に設けられ、脚部プーリー６０ａ，６０ｂを介して伝達された駆動力で回転する。駆動シャフト６６ａ，６６ｂは、胴体部５２の側面を貫通し胴体部５２の両側面に設けられた、それぞれの脚部連結部材６２ａ，６２ｂを駆動する。
【００７４】
脚部連結部材６２ａ，６２ｂは、駆動シャフト６６ａ，６６ｂとは固定され、第１脚部５４ａおよび第２脚部５４ｂとは回転自在に接続されている。駆動シャフト６６ａ，６６ｂが回転すると、脚部連結部材６２ａ，６２ｂの第１脚部５４ａまたは第２脚部５４ｂとの接続部は、駆動シャフト６６ａ，６６ｂと同心円状に回転される。言い換えると、駆動シャフト６６ａ，６６ｂと脚部連結部材６２ａ，６２ｂとによりクランク部が形成される。ここで、脚部連結部材６２ａと６２ｂとは同位相となるように、それぞれ駆動シャフト６６ａ，６６ｂに接続されている。
【００７５】
操舵部６３は、操舵ロッド６４ａ，６４ｂ、連結ロッド６５ａ，６５ｂ、第１操舵部材５７、第２操舵部材５８、ユニバーサルジョイント３２、および前後進操作部７０によって構成され、二足歩行ロボット５０の前進後進、左右の旋回について操舵を行う。
【００７６】
操舵ロッド６４ａ，６４ｂは、座面７２の左右に設けられ、搭乗する人物が左右の手で握って操舵するものである。例えば、右旋回の場合には左の操舵ロッド６４ａを前に倒し、右の操舵ロッド６４ｂを後に引いた状態で前進することで右旋回をすることができる。
【００７７】
連結ロッド６５ａ，６５ｂは、操舵ロッド６４ａ，６４ｂと第１操舵部材５７の両端とを接続するものであり、操舵ロッド６４ａ，６４ｂの動きを第１操舵部材５７へと伝達する。
【００７８】
第１操舵部材５７は、半円形の部材であり、その中心部から延設された部材により半円部が座面７２の後部側と向き合うように、胴体部５２に回転自在に取り付けられている。また、両端部には連結ロッド６５ａ，６５ｂ、およびユニバーサルジョイント３２を介して第２操舵部材５８，５８が接続されている。第１操舵部材５７は、操舵ロッド６４ａ，６４ｂの動きが連結ロッド６５ａ，６５ｂを介して伝達されることで、両端部が回転方向に移動する。
【００７９】
第２操舵部材５８は、棒状の部材であり、その一端はユニバーサルジョイント３２を介して第１操舵部材５７に接続され、他端はユニバーサルジョイント３２を介して、第１脚部５４ａまたは第２脚部５４ｂから延設された操舵用接続部５９ａまたは５９ｂに接続される。
【００８０】
前後進操作部７０は、操舵ロッド６４ｂの先端に設けられ、搭乗者によって操作され操作信号が出力される。搭乗者の操作によって、歩行用駆動部５６の回転方向が決定され、二足歩行ロボット５０の前後進が決定される。
【００８１】
座面７２は、搭乗者が座るためのものであり、二足歩行ロボット５０の上部に設けられ、上から見た場合に前方が広い台形である。座面７２には、木、樹脂、金属等の板を用いることができる。
【００８２】
背もたれ７４は、二足歩行ロボット５０の上部後方に設けられ、胴体部５２と同様のパイプフレーム構造とすることができ、急な前進時に搭乗者が二足歩行ロボット５０から転落するのを防止する。
【００８３】
制御部７６は、前後進操作部７０から出力された操作信号により、歩行用駆動部５６に対し制御信号を出力する。制御信号に従って、歩行用駆動部５６は制御される。なお、第１実施形態とは異なり、二足歩行ロボット５０は単体で動作する。
【００８４】
電源部７８は、二足歩行ロボット５０の歩行用駆動部５６、および制御部７６に対し電源を供給する。電源部３８には、一次電池を用いてもよいし二次電池を用いてもよい。二次電池としては、ニッケル水素充電池、リチウムイオン充電池、リチウムポリマー充電池、鉛蓄電池等を用いることができる。本実施形態では人が搭乗するため、出力の大きな二次電池が好ましい。
【００８５】
次に、本発明に係る第２実施形態の二足歩行ロボット５０の動作を説明する。なお、第１実施形態と同様の動作はその説明を省略し、異なる動作のみを説明する。
【００８６】
まず、二足歩行ロボット５０の電源が投入され、二足歩行ロボット５０は制御部７６によって初期化処理が行われる。二足歩行ロボット５０は、初期化処理により接地部５５ａ，５５ｂの側面側の辺が平行となるように調整される。初期化処理が終了すると、二足歩行ロボット５０に搭乗者が乗り込む。
【００８７】
搭乗者によって前後進操作部７０が操作され前進指令が発せられると、二足歩行ロボット５０は歩行用駆動部５６を正転させる。歩行用駆動部５６の駆動軸に勘合された駆動用プーリーが回転し、駆動ベルト８８、および脚部プーリー６０ａ，６０ｂを介して駆動シャフト６６ａ，６６ｂが回転され、胴体部５２の両側面に設けられた、それぞれの脚部連結部材６２ａ，６２ｂが駆動される。脚部連結部材６２ａ，６２ｂは、それぞれ同位相を保持したまま回転し、第１脚部５４ａおよび第２脚部５４ｂを交互に持ち上げる動作が行なわれる。片側の脚部につき脚部連結部材６２ａおよび６２ｂの２ヶ所で持ち上げるため、脚部の揺動が押さえられ安定した歩行を行うことができる。
【００８８】
第１脚部５４ａ側の脚部連結部材６２ａ，６２ｂと、第２脚部５４ｂ側の脚部連結部材６２ａ，６２ｂとは、位相が１８０°異なることにより、交互に持ち上げる動作が行なわれる。このように、第１脚部５４ａおよび第２脚部５４ｂを交互に持ち上げ、前方に着地させることで二足歩行ロボット５０は前進することができる。
【００８９】
搭乗者によって前後進操作部７０が操作され後退指令が発せられると、二足歩行ロボット５０は歩行用駆動部５６を反転させる。すると、前進の場合と回転方向は反対だが同様の動作によって、二足歩行ロボット５０は後退することができる。
【００９０】
右旋回時には、左の操舵ロッド６４ａを前に倒し、右の操舵ロッド６４ｂを後に引いた状態で前進することで右旋回をすることができる。また、左旋回時には、右の操舵ロッド６４ｂを前に倒し、左の操舵ロッド６４ａを後に引いた状態で前進することで左旋回をすることができる。
【００９１】
なお、本実施形態の二足歩行ロボット５０は、操舵を行う第１操舵部材、第２操舵部材、および操舵用接続部が、第１実施形態の二足歩行ロボット１０と反対側、つまり前進の場合の進行方向後ろ側に設けられている。このため、前進時の右旋回動作は、二足歩行ロボット１０の後進時の左旋回動作と同様となり、前進時の左旋回動作は、二足歩行ロボット１０の後進時の右旋回動作と同様となる。
【００９２】
また、本実施形態の二足歩行ロボット５０は、第１実施形態の二足歩行ロボット１０と比較して質量が大きいため、第１脚部５４ａと第２脚部５４ｂの双方が接地している状態で接地部５５ａ，５５ｂをハの字または逆ハの字とすることは難しい。従って、前進または後進動作が始まり片方の脚が浮いた時点で、接地部５５ａ，５５ｂをハの字または逆ハの字とする制御を行なっている。
なお、本実施形態の二足歩行ロボット５０においても、通信部を設けてリモートコントロールを行なってもよい。
【００９３】
第２実施形態の二足歩行ロボット５０の場合も、第１実施形態の二足歩行ロボット１０の場合と同様に、第１脚部５４ａおよび第２脚部５４ｂの角度を変えながら、すなわち、ハの字状態と逆ハの字状態を繰り返しながら前進または後進することで、二足歩行ロボット５０の旋回性は高くなり、意図した通りの経路を進むことができる。
従って、第１実施形態および第２実施形態のいずれの場合であっても、複雑なフィードバック制御を用いることなく、スムーズにカーブを曲がることができる。
【００９４】
第１実施形態および第２実施形態における第１脚部および第２脚部は、キャタピラ（無限軌道）機構やバネ機構により脚部を上下するものであってもよい。
【００９５】
本実施形態の二足歩行ロボットは、第１脚部と第２脚部の角度を変更する操舵用駆動部を有し、第１脚部と第２脚部の角度を変更しつつ歩行動作を行うことにより、旋回性の高い二足歩行を可能とし、複雑なフィードバック制御を用いることなく、スムーズにカーブを曲がることのできる旋回性が高い二足歩行ロボットを提供することができる。
【００９６】
以上、本発明の二足歩行ロボットについて詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１０，５０  二足歩行ロボット
１２，５２  胴体部
１４ａ，５４ａ  第１脚部
１４ｂ，５４ｂ  第２脚部
１５ａ，１５ｂ，５５ａ，５５ｂ  接地部
１６，５６  歩行用駆動部
１８  駆動用歯車
２０ａ，２０ｂ  脚部歯車
２２ａ，２２ｂ，６２ａ，６２ｂ  脚部連結部材
２４  操舵用駆動部
２６，５７  第１操舵部材
２８，５８  第２操舵部材
３０ａ，３０ｂ，５９ａ，５９ｂ  操舵用接続部
３２  ユニバーサルジョイント
３４  動力伝達部
３６  制御通信部
３８，７８  電源部
６０ａ，６０ｂ  脚部プーリー
６３  操舵部
６４ａ，６４ｂ  操舵ロッド
６５ａ，６５ｂ  連結ロッド
６６ａ，６６ｂ  駆動シャフト
６８  スプリング
７０  前後進操作部
７２  座面
７４  背もたれ
７６  制御部
８８  駆動ベルト
１００  誘導ライン
１０２  軌跡
【図１】
2013230524.tif 000003
【図２】
2013230524.tif 000004
【図３】
2013230524.tif 000005
【図４】
2013230524.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2013230524.tif 000009
【図８】
2013230524.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2013230524.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2013230524.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2013230524.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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