(57)【要約】【課題】脚部を股関節本体に２自由度のジョイントを介して連結した場合でも、平行リンクを用いた機構を成立させることができ、これによりアクチュエータの負荷を低減できる脚式ロボットを提供する。【解決手段】股関節本体１８に対してロール軸２２ａ１の回りを回転可能であり、かつ大腿部１２ａに対してピッチ軸２２ａ２の回りを回転可能な股関節ジョイント２２を設ける。股関節ジョイント２２に平行リンク機構４１を構成する補助リンク３１の一端部をピッチ軸の回りを回転可能に連結する。【選択図】図５
2013248698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
股関節本体と、
大腿部と、
前記股関節本体に対してロール軸の回りを回転可能であり、かつ前記大腿部に対してピッチ軸の回りを回転可能である股関節ジョイントと、
前記大腿部にピッチ軸の回りを回転可能に連結される膝関節本体と、
前記大腿部と前記股関節本体との間に架け渡され、前記股関節本体に対して前記大腿部を前記股関節ジョイントの前記ロール軸及び前記ピッチ軸の回りに回転駆動させるアクチュエータと、
一端部が前記股関節ジョイントにピッチ軸の回りを回転可能に連結されると共に、他端部が前記膝関節本体にピッチ軸の回りを回転可能に連結される補助リンクと、を備える脚式ロボットの下肢構造。
【請求項２】
前記股関節ジョイントは、前記ロール軸及び前記ピッチ軸を構成する十文字状の本体部と、前記本体部に結合されるアームと、を有し、
前記補助リンクの前記一端部は、前記アームに回転可能に連結されることを特徴とする請求項１に記載の脚式ロボットの下肢構造。
【請求項３】
足首関節本体と、
下腿部と、
前記足首関節本体に対してロール軸の回りを回転可能であり、かつ前記下腿部に対してピッチ軸の回りを回転可能である足首関節ジョイントと、
前記下腿部にピッチ軸の回りを回転可能に連結される膝関節本体と、
前記下腿部と前記足首関節本体との間に架け渡され、前記下腿部に対して前記足首関節本体を前記足首関節ジョイントの前記ロール軸及び前記ピッチ軸の回りに回転駆動させるアクチュエータと、
一端部が前記足首関節ジョイントにピッチ軸の回りを回転可能に連結されると共に、他端部が前記膝関節本体にピッチ軸の回りを回転可能に連結される補助リンクと、を備える脚式ロボットの下肢構造。
【請求項４】
前記足首関節ジョイントは、前記ロール軸及び前記ピッチ軸を構成する十文字状の本体部と、前記本体部に結合されるアームと、を有し、
前記補助リンクの前記一端部は、前記アームに回転可能に連結されることを特徴とする請求項３に記載の脚式ロボットの下肢構造。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の脚式ロボットの下肢構造が組み込まれた脚式ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の脚部を有し、各々の脚部を揺動させながら歩行する脚式ロボットの下肢構造及び脚式ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
脚式ロボットは、複数の脚部を有し、各々の脚部を揺動させながら歩行する。人間のように二本足でバランスをとりながら歩く脚式ロボットは二足歩行ロボットと呼ばれる。動物のように四本足で歩行する脚式ロボットは四足歩行ロボットと呼ばれる。脚部の数は典型的には二本あるいは四本であるが、複数本であれば何本でもよい。
【０００３】
各脚部は、大腿部、下腿部、足平部に相当するリンクをロボットの胴部から股関節、膝関節、足首関節を介して順次連設して構成される。大腿部、下腿部、足平部に相当するリンクは、各関節に脚式ロボットの側方に伸びるピッチ軸の回りを回転可能に連結される。各関節には、リンクを回転させるモータ（アクチュエータ）が備えられる。モータが適切な駆動力を出力し、リンクの回転角度を制御することによって、脚式ロボットが脚部を胴部に対して前後に揺動させることができる。ここで、股関節は胴部と脚部を連結する関節を意味するものであり、四足歩行ロボットの胴部と前脚とを連結する関節も股関節に含まれる。また、モータは電気、ガソリン等のエネルギを機械的な動きに変換する装置であり、典型的には電動モータあるいはエンジンである。
【０００４】
しかし、全ての関節にモータを配置したのでは、脚部の構造が複雑になるだけでなく、モータの負荷が大きくなるという問題がある。この問題を解決するために、特許文献１には、股関節本体と膝関節本体とを一対の平行リンクを介して連結すると共に、膝関節本体と足首関節本体とを一対の平行リンクを介して連結した脚式ロボットが提案されている。この平行リンクを用いた脚式ロボットによれば、モータの負荷を低減することができるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１２５９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、脚式ロボットの脚部を人間や動物の脚部に近づけるべく、大腿部を股関節本体にロール軸及びピッチ軸の２自由度のジョイントを介して連結する場合がある。この場合、従来の平行リンクを用いた脚式ロボットのように股関節本体と膝関節本体とを一対の平行リンクを用いて連結すると、機構が成立しないという問題が発生する。なぜならば、股関節本体と膝関節本体とを一対の平行リンクを用いて連結すると、股関節本体に大腿部がロール軸及びピッチ軸の回りに回転可能に連結されているのにも係わらず、膝関節本体に対して大腿部がロール軸の回りに回転できなくなるからである。
【０００７】
脚式ロボットの脚部を人間や動物の脚部に近づけるべく、下腿部を足首関節本体にロール軸及びピッチ軸の２自由度のジョイントを介して連結した場合にも同様な問題が発生する。
【０００８】
そこで、本発明は、脚部を股関節本体又は足首関節本体に２自由度のジョイントを介して連結した場合でも、平行リンクを用いた機構を成立させることができ、これによりアクチュエータの負荷を低減できる脚式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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、股関節本体と、大腿部と、前記股関節本体に対してロール軸の回りを回転可能であり、かつ前記大腿部に対してピッチ軸の回りを回転可能である股関節ジョイントと、前記大腿部にピッチ軸の回りを回転可能に連結される膝関節本体と、前記大腿部と前記股関節本体との間に架け渡され、前記股関節本体に対して前記大腿部を前記股関節ジョイントの前記ロール軸及び前記ピッチ軸の回りに回転駆動させるアクチュエータと、一端部が前記股関節ジョイントにピッチ軸の回りを回転可能に連結されると共に、他端部が前記膝関節本体にピッチ軸の回りを回転可能に連結される補助リンクと、を備える脚式ロボットの下肢構造である。
【００１０】
本発明の他の態様は、足首関節本体と、下腿部と、前記足首関節本体に対してロール軸の回りを回転可能であり、かつ前記下腿部に対してピッチ軸の回りを回転可能である足首関節ジョイントと、前記下腿部にピッチ軸の回りを回転可能に連結される膝関節本体と、前記下腿部と前記足首関節本体との間に架け渡され、前記下腿部に対して前記足首関節本体を前記足首関節ジョイントの前記ロール軸及び前記ピッチ軸の回りに回転駆動させるアクチュエータと、一端部が前記足首関節ジョイントにピッチ軸の回りを回転可能に連結されると共に、他端部が前記膝関節本体にピッチ軸の回りを回転可能に連結される補助リンクと、を備える脚式ロボットの下肢構造である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様によれば、股関節本体に対してロール軸の回りを回転可能であり、かつ大腿部に対してピッチ軸の回りを回転可能な股関節ジョイントに、補助リンクの一端部をピッチ軸の回りを回転可能に連結するので、股関節本体に対する大腿部の２自由度のジョイント、及び平行リンクを用いた大腿部の揺動を両立させることができる。よって、アクチュエータの負荷を低減できる。
【００１２】
本発明の他の態様によれば、足首関節本体に対してロール軸の回りを回転可能であり、かつ下腿部に対してピッチ軸の回りを回転可能な足首関節ジョイントに、補助リンクの一端部をピッチ軸の回りを回転可能に連結するので、下腿部に対する足首関節本体の２自由度のジョイント、及び平行リンク機構を用いた下腿部の揺動を両立させることができる。よって、アクチュエータの負荷を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態の脚式ロボットの全体構成を示す斜視図
【図２】本実施形態の脚式ロボットの正面図
【図３】本実施形態の脚式ロボットの左側面図
【図４】本実施形態の脚式ロボットが屈伸運動を行うときの脚部の様子を示す図（図４（ａ）は膝関節を伸ばして脚部を伸長させた状態を示し、図４（ｂ）は膝関節を曲げて脚部を屈曲させ、かつ脚部をロール軸の回りに揺動させた状態を示す）
【図５】本実施形態の脚式ロボットの、伸長させた状態の脚部の三面図（図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は左側面図、図５（ｃ）は背面図を示す）
【図６】本実施形態の脚式ロボットの、屈曲させ、かるロール軸の回りに揺動させた状態の脚部の三面図（図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は左側面図、図６（ｃ）は背面図を示す）
【図７】本実施形態の脚式ロボットの、屈曲させ、かるロール軸の回りに揺動させた状態の脚部の詳細図（図７（ａ）は背面図、図７（ｂ）は右側面図を示す）
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下添付図面に基づいて、本発明の一実施形態における脚式ロボットを説明する。図１は本実施形態の脚式ロボットの全体構成を示す斜視図、図２は正面図、図３は側面図である。以下の説明において、脚式ロボットの進行方向をｘ軸方向、脚式ロボットからみて左右方向をｙ軸方向、脚式ロボットの上下方向をｚ軸向とし、ｘ軸をロール軸、ｙ軸をピッチ軸、ｚ軸をヨー軸とする。また、以下の説明における左右は図１ないし３に示す脚式ロボット側から見たときの左右であり、前後は脚式ロボット側から見たときの前後である。
【００１５】
図１に示すように、脚式ロボット１０は、胴部１１の下方に設置された二本の脚部１２と、胴部１１の上方左右両側面に設置された二本の腕部１３と、胴部１１の上方に設置された一個の頭部（図示せず）とから構成されており、人間に近い動作を可能としている。
【００１６】
二本の腕部１３は、胴部１１に肩関節１６を介して連結され、胴部１１に対してヨー軸及びロール軸の回りを回転できるようになっている。各腕部１３は肘関節１７を境に、肩に近い方の上腕部１３ｂと、手部１３ａに近い方の下腕部１３ｃと、を備える。下腕部１３ｃは上腕部１３ｂに対してヨー軸及びピッチ軸の回りを回転できるようになっている。
【００１７】
脚部１２は股関節８を介して胴部１１の骨盤にロール軸及びピッチ軸の回りに揺動可能に連結される。脚式ロボット１０は、二本の脚部１２をピッチ軸及びロール軸の回りに交互に揺動させ、人間のように二本足でバランスをとりながら歩く。
【００１８】
脚部１２は、上から順番に、胴部１１に結合される股関節８、大腿部１２ａ、膝関節本体１９、下腿部１２ｂ、足首関節９、及び足平部２１を備える。股関節８は、胴部１１に結合される股関節本体１８と、股関節本体１８と大腿部１２ａとをピッチ軸及びロール軸の回りに回転可能に連結する股関節ジョイント２２（図２も参照）と、を備える。膝関節本体１９は大腿部１２ａにピッチ軸の回りを回転可能に連結される。下腿部１２ｂは膝関節本体１９にピッチ軸の回りを回転可能に連結される。足首関節９は、足平部２１に結合される足首関節本体２０と、足首関節本体２０と下腿部１２ｂとをロール軸及びピッチ軸の回りを回転可能に連結する足首関節ジョイント２４（図２も参照）を備える。足平部２１は足首関節本体２０に固定される。足平部２１は歩行路面に着床する。
【００１９】
この脚式ロボット１０は、遠隔操作可能に構成されたロボットであり、離れた位置にある図示しない操作マニピュレータを操作者が操作することで、操作マニピュレータの動きに応じた動作を脚式ロボット１０が実行できるようになっている。
【００２０】
次に、図４ないし図６を用いて、本実施形態の脚式ロボット１０の脚部１２の構造を詳細に説明する。図４は脚部１２が屈伸運動を行うときの様子を示す。図４（ａ）は膝関節本体１９を伸ばして脚部１２を伸長させた状態を示し、図４（ｂ）は膝関節本体１９を曲げて脚部１２を屈曲させ、かつ脚部１２をロール軸の回りに揺動させた状態を示す。図５は伸長させた脚部１２の三面図を示し、図６は屈曲させ、かつロール軸の回りに揺動させた脚部１２の三面図を示す。
【００２１】
図４に示すように、脚部１２は、股関節本体１８、大腿部１２ａ、膝関節本体１９、下腿部１２ｂ、足首関節本体２０、及び足平部２１を有する。股関節本体１８は、プレートを折り曲げて形成され、胴部１１に結合される四角形の結合部１８ａと、結合部１８ａの対向する一対の辺から折り曲げられた一対のジョイント連結部１８ｂと、結合部１８ａの残りの対向する一対の辺から折り曲げられた一対のアクチュエータ連結部１８ｃと、を備える。
【００２２】
図５に示すように、股関節本体１８には、受動的な股関節ジョイント２２を介して大腿部１２ａがロール軸及びピッチ軸の回りを回転可能に連結される。股関節ジョイント２２は、股関節本体１８に対してロール軸の回りを回転可能であり、かつ大腿部１２ａに対してピッチ軸の回りを回転可能な本体部２２ａを有する。本体部２２ａは、互いに直交するピッチ軸及びロール軸を構成するように十文字状に形成される。本体部２２ａのロール軸２２ａ１の両端部が股関節本体１８の一対のジョイント連結部１８ｂに軸受を介して回転可能に連結される。本体部２２ａのピッチ軸２２ａ２の両端部が大腿部１２ａの一対のジョイント連結部１２ａ１に軸受を介して回転可能に連結される。本体部２２ａには、アーム２２ｂが結合される。アーム２２ｂには、後述する補助リンク３１（図５（ｃ）参照）がピッチ軸の回りを回転可能に連結される。アーム２２ｂ及び補助リンク３１については後述する。
【００２３】
図４に示すように、大腿部１２ａは、左右一対の側壁プレート１２ａ２と、左右一対の側壁プレートを大腿部１２ａの後ろ側で連結する連結プレート１２ａ３と、を有する。大腿部１２ａの上端部には、股関節ジョイント２２に連結される一対のジョイント連結部１２ａ１が形成される。
【００２４】
大腿部１２ａの上部と股関節本体１８との間には、左右一対のアクチュータ２５が架け渡される。各アクチュエータ２５は、大腿部１２ａの側壁プレート１２ａ２に結合されるモータ２６と、モータ２６の出力軸に結合されるサーボホーン２７と、サーボホーン２７と股関節本体１８のアクチュエータ連結部１８ｃとの間を連結する連結リンク２８と、を備える。連結リンク２８の下端部はサーボホーン２７に球面軸受を介して連結され、連結リンク２８の上端部は股関節本体１８のアクチュエータ連結部１８ｃに球面軸受を介して連結される。
【００２５】
一対のアクチュエータ２５のモータ２６を同方向に回転させると、大腿部１２ａが股関節本体１８に対してピッチ軸２２ａ２の回りを回転するようになる。一方、一対のアクチュエータ２５のモータ２６を互いに異なる方向に回転させると、大腿部１２ａが股関節本体１８に対してロール軸２２ａ１の回りを回転するようになる。各アクチュエータ２５の回転角度を制御することで、大腿部１２ａを股関節本体１８に対してピッチ軸２２ａ２及びロール軸２２ａ１の回りを回転させることが可能になる。
【００２６】
本実施形態のように、股関節本体１８と大腿部１２ａとの間に２自由度の受動的な股関節ジョイント２２を介在し、股関節本体１８と大腿部１２ａとの間に二つのアクチュエータ２５を架け渡すことで、股関節本体のピッチ軸及びロール軸に能動的なジョイントとして機能する二つのモータを設けた場合に比べて、数倍の力を発生することができる。必要な力を得るためのアクチュエータ２５を小型化することができるので、脚部１２の小型化が図れる。
【００２７】
また、脚式ロボットを二足歩行させるとき、股関節本体１８に対して脚部１２をロール軸の回りに回転させるのにはトルクが必要になり、股関節本体１８に対して脚部１２をピッチ軸の回りに回転させるのには速度が必要になる。股関節本体１８と大腿部１２ａとの間に二つのアクチュエータ２５を架け渡すことで、ロール軸回りのトルク、及びピッチ軸回りの速度の二つの要求に対応するのが容易になる。
【００２８】
大腿部１２ａの下端部には、膝関節本体１９がピッチ軸１９ａの回りを回転可能に取り付けられる。膝関節本体１９はプレートを断面Ｕ字形に折り曲げることで形成される。大腿部１２ａの側壁プレート１２ａ２の下端部には膝関節本体１９を駆動させるためのモータ２９が結合される。モータ２９の出力軸は膝関節本体１９に固定される。このモータ２９は能動的なジョイントとして機能し、モータ２９が膝関節本体１９のピッチ軸１９ａを構成する。モータ２９を回転駆動させることで、大腿部１２ａに対して膝関節本体１９がピッチ軸１９ａの回りを回転駆動する。脚部１２が直立した状態では、大腿部１２ａは膝関節本体１９に当接している。
【００２９】
膝関節本体１９には、下腿部１２ｂがピッチ軸１９ｂの回りを回転可能に取り付けられる。下腿部１２ｂは、左右一対の側壁プレート１２ｂ２と、左右一対の側壁プレート１２ｂ２を下腿部１２ｂの後ろ側で連結する連結プレート１２ｂ３と、を有する。下腿部１２ｂの側壁プレート１２ｂ２の上端部にはモータ３０が結合される。モータ３０の出力軸は膝関節本体１９に固定される。このモータ３０は能動的なジョイントとして機能し、モータ３０が膝関節本体１９のピッチ軸１９ｂを構成する。モータ３０を回転駆動させることで、膝関節本体１９に対して下腿部１２ｂがピッチ軸１９ｂの回りを回転駆動する。脚部１２が直立した状態では、下腿部１２ｂが膝関節本体１９に当接している。
【００３０】
下腿部１２ｂには、足首関節ジョイント２４を介して足首関節本体２０がロール軸及びピッチ軸の回りを回転可能に連結される。下腿部１２ｂの下端部には、足首関節ジョイント２４に連結される一対のジョイント連結部１２ｂ１が形成される。足首関節本体２０は、プレートを折り曲げて形成され、足平部２１に結合される四角形の結合部２０ａと、結合部２０ａの対向する一対の辺から折り曲げられた一対のジョイント連結部２０ｂと、結合部２０ａの残りの対向する一対の辺から折り曲げられた一対のアクチュエータ連結部２０ｃと、を備える。
【００３１】
図５に示すように、足首関節ジョイント２４は、足首関節本体２０に対してロール軸の回りを回転可能であり、かつ下腿部１２ｂに対してピッチ軸の回りを回転可能な本体部２４ａを有する。本体部２４ａは、互いに直交するロール軸２４ａ１及びピッチ軸２４ａ２を構成するように十文字状に形成される。本体部２４ａのロール軸２４ａ１の両端部が足首関節本体２０の一対のジョイント連結部２０ｂに軸受を介して回転可能に連結され、本体部２４ａのピッチ軸２４ａ２の両端部が下腿部１２ｂの一対のジョイント連結部１２ｂ１に軸受を介して回転可能に連結される。本体部２４ａにはアーム２４ｂが結合される。アーム２４ｂには後述する補助リンク３２（図５（ｃ）参照）がピッチ軸の回りを回転可能に連結される。アーム２４ｂ及び補助リンク３２については後述する。
【００３２】
図４に示すように、下腿部１２ｂの下部と足首関節本体２０との間には、左右一対のアクチュータ３６が架け渡される。各アクチュエータ３６は、下腿部１２ｂの側壁プレート１２ｂ２に結合されるモータ３３と、モータ３３の出力軸に結合されるサーボホーン３４と、サーボホーン３４と足首関節本体２０のアクチュエータ連結部２０ｃとの間を連結する連結リンク３５と、を備える。連結リンク３５の上端部はサーボホーン３４に球面軸受を介して連結され、連結リンク３５の下端部は足首関節本体２０のアクチュエータ連結部２０ｃに球面軸受を介して連結される。
【００３３】
一対のアクチュエータ３６のモータ３３を同方向に回転させると、足首関節本体２０が下腿部１２ｂに対してピッチ軸２４ａ２の回りを回転するようになる。一方、一対のアクチュエータ３６のモータ３３を互いに異なる方向に回転させると、足首関節本体２０が下腿部１２ｂに対してロール軸２４ａ１の回りを回転するようになる。各アクチュエータ３６の回転角度を制御することで、足首関節本体２０を下腿部１２ｂに対してピッチ軸２２ａ２及びロール軸２２ａ１の回りを回転させることが可能になる。
【００３４】
各モータ２６，２９，３０，３３は、各モータ２６，２９，３０，３３に隣接するドライバによって制御される。ドライバは、モータに電力を供給するPWM(pulse width modulation)インバータ等の電力変換器、モータの出力軸の速度及び位置を検出するセンサ、操作マニピュレータからの指令及びセンサからの情報によって電力変換器を制御する制御器を備える。ドライバは相互に通信し合い、別に制御ボックスが無くても同期した動きが可能となっている。
【００３５】
次に、本実施形態の特徴の一つである平行リンク機構について説明する。図５（ｂ）に示すように、脚部１２は上下に二つの平行リンク機構４１，４２が組み込まれている。上側の平行リンク機構４１は平行四辺形を形成する４つのリンクａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１から構成される。対向するリンクの長さは等しく、ａ１＝ｃ１，ｂ１＝ｄ１の関係がある。リンクａ１は股関節ジョイント２２のアーム２２ｂ、リンクｃ１は膝関節本体１９、リンクｂ１は大腿部１２ａ、リンクｄ１は大腿部１２ａの後ろ側の補助リンク３１によって構成される。大腿部１２ａをピッチ軸回りに揺動させるとき、上側の平行リンク機構４１は、股関節ジョイント２２に対して膝関節本体１９を常に平行に移動させる。
【００３６】
下側の平行リンク機構４２は、平行四辺形を形成する４つのリンクａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２から構成される。対向するリンクの長さは等しく、ａ２＝ｃ２，ｂ２＝ｄ２の関係がある。リンクａ２は膝関節本体１９、リンクｃ２は足首関節ジョイント２４のアーム２４ｂ、リンクｂ２は下腿部１２ｂ、リンクｄ２は下腿部１２ｂの後ろ側の補助リンク３２によって構成される。下腿部１２ｂをピッチ軸回りに揺動させたとき、下側の平行リンク機構４２は、膝関節本体１９に対して足首関節ジョイント２４を常に平行に移動させる。
【００３７】
上下に二つの平行リンク機構４１，４２を設けることで、股関節ジョイント２２に対して足首関節ジョイント２４を平行に移動させることが保証される。このため、脚部１２の制御が容易になるだけでなく、脚式ロボットが倒れようとするときも、平行リンク機構４１，４２が倒れるのを防止するので、下腿部１２ｂの下部のアクチュエータ３６に倒れ防止のための大きな負荷をかける必要もなくなる。
【００３８】
次に、図７を参照しつつ上側の平行リンク機構４１の構造を詳細に説明する。図７は膝関節本体１９を曲げて脚部１２を屈曲させ、かつ脚部１２をロール軸の回りに揺動させた状態の脚部１２の詳細図を示す。図７（ａ）は脚部１２の背面図を示し、図７（ｂ）は脚部１２の側面図を示す。
【００３９】
股関節ジョイント２２の十文字状の本体部２２ａには、アーム２２ｂが結合される。アーム２２ｂの下端部は二股に分かれていて、二股に分かれた部分に補助リンク３１の上端部が球面軸受を介して回転可能に連結される。アーム２２ｂに対する補助リンク３１のピッチ軸回りの回転の軸線は、股関節ジョイント２２の本体部２２ａのピッチ軸２２ａ２と平行であると共に、ピッチ軸２２ａ２から所定距離（リンクａ１の長さ）離れている。補助リンク３１の下端部は膝関節本体１９の支持軸４３に球面軸受を介して回転可能に連結される。膝関節本体１９に対する補助リンク３１のピッチ軸回りの回転の軸線は、膝関節本体１９の大腿部１２ａに対するピッチ軸１９ａと平行であると共に、ピッチ軸１９ａから所定距離（リンクｃ１の長さ）離れている。補助リンク３１の上端部から下端部までの長さはリンクｄ１の長さに等しく、大腿部１２ａのピッチ軸２２ａ２からピッチ軸１９ａまでのリンクｂ１の長さに等しい。
【００４０】
図５（ｂ）及び（ｃ）を参照しつつ下側の平行リンク機構４２の構造を詳細に説明する。足首関節ジョイント２４の十文字状の本体部２４ａには、アーム２４ｂが結合される。アーム２４ｂの上端部は二股に分かれていて、二股に分かれた部分に補助リンク３２の下端部が球面軸受を介して回転可能に連結される。アーム２４ｂに対する補助リンク３２のピッチ軸回りの回転の軸線は、本体部２４ａのピッチ軸２４ａ２と平行であると共に、ピッチ軸２４ａ２から所定距離（リンクｃ２の長さ）だけ離れている。補助リンク３２の上端部は膝関節本体１９の支持軸４３に球面軸受を介して回転可能に連結される。膝関節本体１９に対する補助リンク３２のピッチ軸回りの回転の軸線は、膝関節本体１９の下腿部１２ｂに対するピッチ軸１９ｂと平行であると共に、ピッチ軸１９ｂから所定距離（リンクａ２の長さ）だけ離れている。補助リンク３２の下端部から上端部までの長さはリンクｄ２の長さに等しく、下腿部１２ｂのピッチ軸１９ｂからピッチ軸２４ａ２までのリンクｂ２の長さに等しい。
【００４１】
なお、図７（ａ）に示すように、この実施形態では、膝関節本体１９の支持軸４３に補助リンク３１の下端部、及び補助リンク３２の上端部を連結しているので、補助リンク３１，３２を支持軸４３の軸線方向にずらして支持軸４３に連結する必要がある。このため、上側の補助リンク３１が大腿部１２ａに対して傾き、下側の補助リンク３２が下腿部１２ｂに対して傾くことから、補助リンク３１及び補助リンク３２を球面軸受を介して支持軸４３及びアーム２２ｂ，２４ｂに連結している。補助リンク３１，３２と大腿部１２ａ，下腿部１２ｂとが平行な場合には、補助リンク３１，３２を１自由度の軸受を介して支持軸４３及びアーム２２ｂ，２４ｂに連結することができる。
【００４２】
以上に本実施形態の脚式ロボットの構造を説明した。本実施形態の脚式ロボットによれば以下の効果を奏する。
【００４３】
股関節本体１８に対してロール軸の回りを回転可能であり、かつ大腿部１２ａに対してピッチ軸の回りを回転可能な本体部２２ａを股関節ジョイント２２に設け、この本体部２２ａにアーム２２ｂを結合し、アーム２２ｂに補助リンク３１の上端部を回転可能に連結するので、股関節本体１８に対する大腿部１２ａの２自由度のジョイント、及び平行リンク機構４１を用いた大腿部１２ａの揺動を両立させることができる。よって、アクチュエータ２５，２９の負荷を低減できる。
【００４４】
また、足首関節本体２０に対してロール軸の回りを回転可能であり、かつ下腿部１２ｂに対してピッチ軸の回りを回転可能な本体部２４ａを足首関節ジョイント２４に設け、この本体部２４ａにアーム２４ｂを結合し、アーム２４ｂに補助リンク３２の下端部を回転可能に連結するので、下腿部１２ｂに対する足首関節本体２０の２自由度のジョイント、及び平行リンク機構４２を用いた下腿部１２ｂの揺動を両立させることができる。よって、アクチュエータ３０，３６の負荷を低減できる。
【００４５】
以上のように、上下二つの平行リンク機構４１，４２を設けることで、アクチュエータ２５，２９，３０，３６の負荷を低減でき、アクチュエータ２５，２９，３０，３６の小型化、脚部１２の小型化を図れる。
【００４６】
補助リンク３１を設けることで、大腿部１２ａの上部の二つのアクチュエータ２５、及び大腿部１２ａの下部の一つのアクチュエータ２９の動作を協調させることができる。補助リンク３１を設けないと、大腿部１２ａの上部と下部とでアクチュエータ２５，２９のトルクを使い切ることができないため、歩行能力が低下する。補助リンク３２を設けることによっても、下腿部１２ｂの上部の一つのアクチュエータ３０、及び下腿部１２ｂの下部の二つのアクチュエータ３６の動作を協調させることができる。
【００４７】
なお、本発明は上記実施形態に限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な実施形態に変更可能である。
【００４８】
例えば、上記実施形態では、股関節ジョイントがロール軸及びピッチ軸を構成する十文字状の本体部を備えているが、ロール軸を股関節本体に設け、ピッチ軸を大腿部に設け、股関節ジョイントに股関節本体のロール軸及び大腿部のピッチ軸に嵌まる孔を形成することもできる。股関節ジョイントのピッチ軸及びロール軸は直角であれば、直交していなくてもよい。足首関節ジョイントについても同様である。
【００４９】
上記実施形態では、股関節本体と大腿部との間に架け渡されるアクチュエータとして、回転型のモータを使用しているが、全長が伸縮する直動型のアクチュエータを使用することもできる。足首関節本体と下腿部との間に架け渡されるアクチュエータについても同様である。
【００５０】
上記実施形態では、膝関節本体に能動的なジョイントとしてモータを使用しているが、膝関節本体にモータを設けることなく、軸受からなる受動的なジョイントを設けることもできる。
【００５１】
上記実施形態では、膝関節本体に下腿部をピッチ軸の回りを回転可能に連結しているが、膝関節本体と下腿部とを一体のフレームから構成することもできる。また、上記実施形態では、股関節本体を胴部に結合しているが、股関節本体と胴部とを一体のフレームから構成することもできる。さらに、上記実施形態では、足首関節本体を足平部に結合しているが、足首関節本体と足平部とを一体のフレームから構成することもできる。
【００５２】
上記実施形態では、脚部を揺動させる駆動源としてモータを使用しているが、駆動源としてはこの他に、空圧又は油圧シリンダー、リニアモータ、人工筋アクチュエータ等種々のものを利用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１０…脚式ロボット，１２…脚部，１２ａ…大腿部，１２ｂ…下腿部，１８…股関節本体，１９…膝関節本体，２０…足首関節本体，２２…股関節ジョイント，２２ａ…本体部，２２ｂ…アーム，２４…足首関節ジョイント，２４ａ…本体部，２４ｂ…アーム，２５…アクチュータ，３１…補助リンク，３２…補助リンク，３６…アクチュータ
【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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