(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大腿部の構成ユニツト及び脛部の構成ユニツト間に配置され、上記脛部の構成ユニツトを回転自在に支持する４つの関節機構部を有する４脚型ロボツト装置であつて、
上記関節機構部は、
上記脛部の構成ユニツトを、上記大腿部の構成ユニツトの軸からオフセツトした位置を中心として回転するように支持する
ことを特徴とする４脚型ロボツト装置。
【請求項２】
上記大腿部の構成ユニツトの上記軸に対する上記脛部の構成ユニツトの回転中心のオフセツト量が、上記大腿部の構成ユニツトと上記脛部の構成ユニツトの幅の平均値に選定された
ことを特徴とする請求項１に記載の４脚型ロボツト装置。
【請求項３】
上記関節機構部は、
上記脛部の構成ユニツトに対向する側面の端部を、上記大腿部の構成ユニツトの上記軸に対する斜め方向に突出形成することにより形成した
ことを特徴とする請求項１に記載の４脚型ロボツト装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【目次】
以下の順序で本発明を説明する。
発明の属する技術分野
従来の技術（図３）
発明が解決しようとする課題（図３〜図６）
課題を解決するための手段（図１及び図２）
発明の実施の形態（図１〜図４）
発明の効果
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明はロボツト装置に関し、例えば４脚型ロボツト装置に適用して好適なものである。
【０００３】
【従来の技術】
人間や動物の脚を模倣した複数の脚部からなる移動機構は、不整地や障害物がある環境での移動性能が優れており、このためこのような環境において使用する移動型ロボツトの、移動手段としてこのような移動機構が強く求められている。
【０００４】
ここで図３は、移動機構として４つの脚部を有するロボツトの一般的な構成を示すものであり、当該ロボツト１では、胴体部ユニツト２の前端部に首部ユニツト３を介して頭部ユニツト４が取り付けられると共に、胴体部ユニツト２の４隅にそれぞれ右前脚部５Ａ、左前脚部５Ｂ、右後脚部５Ｃ及び左後脚部５Ｄ（以下、これらをそれぞれ単に脚部５Ａ〜５Ｄと呼ぶ）がそれぞれ設けられている。
【０００５】
かくしてこの種のロボツト１においては、各脚部５Ａ〜５Ｄをそれぞれ所定のタイミングで順次駆動させることにより、当該ロボツト１の前後左右方向に自在に移動し得るようになされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこの種のロボツト１においては、通常、図４に示すように、各脚部５Ａ〜５Ｄがそれぞれ大腿部ユニツト１０及び脛部ユニツト１１から形成されている。
【０００７】
この場合大腿部ユニツト１０は、例えば胴体部ユニツト２の下面に固定された股関節部１２の右側面１２Ａ及び左側面１２Ｂ間において当該右側面１２Ａ及び左側面１２Ｂによりその両端部を保持された第１の軸１３により回転自在に支持されるようにして胴体部ユニツト２に取り付けられており、また脛部ユニツト１１は、大腿部ユニツト１０の前側面１０Ａ及び後側面１０Ｂの各下端よりもさらに下方向（矢印ｃ）に突出した当該大腿部ユニツト１０の右側面１０Ｃ及び左側面１０Ｄ間においてこれら右側面１０Ｃ及び左側面１０Ｄの各突出部１０ＣＸ、１０ＤＸによつてその両端部を保持された第２の軸１４に回転自在に支持されるようにして大腿部ユニツト１０の下端部に取り付けられている。
【０００８】
また大腿部ユニツト１０の内部には、当該大腿部ユニツト１０を第１の軸１３を中心としてロボツト１の前後方向に回転駆動させるための第１のアクチユエータが収容されると共に、脛部ユニツト１１の内部には、当該脛部ユニツト１１を第２の軸１４を中心としてロボツト１の前後方向に回転駆動させるための第２のアクチユエータが収容されており、かくしてこれら第１及び第２のアクチユエータをそれぞれ所定のタイミングで駆動させることによつて脛部ユニツト１１の下端と当接する地面に対してロボツト１の前後方向の推進力を得ることができるようになされている。
【０００９】
ところがかかる構成の脚部５Ａ〜５Ｄにおいては、図４からも明らかなように、脛部ユニツト１１を、当該脛部ユニツト１１の前側面１１Ａが大腿部ユニツト１０の前側面１０Ａの下端と当接する第１の位置から脛部ユニツト１１の後側面１１Ｂが大腿部ユニツト１０の後側面１０Ｂの下端と当接する第２の位置までの間でしか回転させることができない問題があつた。
因にこのことは、ロボツト１自体の姿勢に制約が生じることを意味し、この結果例えばかかる構成のロボツト１を本物の動物と同じような姿勢にさせることができない（本物の動物と同じ動きができない）ことがある問題がある。
【００１０】
かかる問題点を解決するための方法の１つとして、例えば大腿部ユニツト１０の前側面１０Ａ及び後側面１０Ｂの各下端を図４に示す位置よりも上げる方法が考えられる。
しかしながら、通常、大腿部ユニツト１０の内部には上述の第１のアクチユエータや配線などが目一杯収容されているため、単に大腿部ユニツト１０の前側面１０Ａ及び後側面１０Ｂの各下端を図４に示す位置よりも上げるなどして大腿部ユニツト１０の内部容積を減らすことができない。
【００１１】
また上述の問題を解決するための他の方法として、例えば図５に示すように、脚部５Ａ〜５Ｄの膝関節１５を構成する大腿部ユニツト１６の右側面１６Ｃ及び左側面１６Ｄの各下端突出部１６ＣＸ、１６ＤＸを従来（図４）に比べて長く形成する方法も考えられる。
しかしながらこの方法によると、脚部５Ａ〜５Ｄ全体としての長さが長くなるために大腿部ユニツト１６を駆動させる第１のアクチユエータとしてトルクの高いモータが必要となる問題や、ロボツト１の小型化に相反する問題がある。
【００１２】
さらに上述の問題を解決するための他の方法として、例えば図６のように大腿部ユニツト１７（及び脛部ユニツト１８）の前後方向の幅Ｌ1 を狭くする方法も考えられるものの、この方法によると、大腿部ユニツト１７（及び脛部ユニツト１８）内に収容するアクチユエータとして小型（トルクが低い）ものしか適用できなくなり、この結果大腿部ユニツト１７及び脛部ユニツト１８の駆動性能の劣化が生じ易くなる問題があつた。
【００１３】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、性能劣化を生じさせることなく構成ユニツトの可動範囲を格段的に広げ得るロボツト装置を提案しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
ロボツト装置の大腿部の構成ユニツトの端部に回転自在に取り付けるべき脛の構成ユニツトを、大腿部の構成ユニツトの中心軸からオフセツトした位置を中心として回転するように脛の構成ユニツトに取り付けるようにした。
この結果脛の構成ユニツトのオフセツトした方向に対する可動範囲を広げることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
【００１６】
図１において、２０は全体として本発明を適用した４脚移動型ロボツトを示し、胴体ユニツト２１の矢印ｄで示す前方向の端部中央に首部ユニツト２２を介して頭部ユニツト２３が取り付けられ、胴体ユニツト２１の下面の右前端部、左前端部、右後端部及び左後端部に、それぞれ図４との対応部分に同一符号を付した図２に示すような大腿部ユニツト２４及び脛部ユニツト１１からなる脚部２５Ａ〜２５Ｄが股関節部１２を介して取り付けられている。
【００１７】
この場合胴体ユニツト２１の前端部には首部ユニツト２２を矢印ｆで示す方向に回転駆動させるためのモータ２６が取り付けられており、かくして当該モータ２６を駆動させることによつて頭部ユニツト２３の向きを自在に変えることができるようになされている。
【００１８】
また各脚部２５Ａ〜２５Ｄの大腿部ユニツト２４及び脛部ユニツト１１の内部にはそれぞれ図示しない第１又は第２のアクチユエータが収容されており、第1のアクチユエータを駆動させることによつて、大腿部ユニツト２４を、当該大腿部ユニツト２４の上端部と股関節部１２とを連結する第１の軸１３を中心としてロボツト２０の前後方向に自在に回転させ得る一方、第２のアクチユエータを駆動することによつて、脛部ユニツト１１を、当該脛部ユニツト１１の上端部と大腿部ユニツト２４の下端部でなる膝関節部２７（図２）とを連結する第２の軸１４を中心としてロボツト２０の前後方向に自在に回転させ得るようになされている。
【００１９】
さらに胴体ユニツト２１上には、所定の信号処理部２８が設けられると共に、当該信号処理部２８は、頭部ユニツト２３に設けられた図示しないカメラから供給される画像信号と、図示しないマイクロホンから供給される音声信号と、各構成ユニツト（頭部ユニツト２３、胴体部ユニツト２１、各大腿部ユニツト２４及び各脛部ユニツト１１）の表面に配設された図示しない接触センサからそれぞれ供給されるセンサ信号とに基づいて当該ロボツト２０の周囲の状況を判断し、判断結果に基づいて各構成ユニツトの駆動源（モータ２６や、大腿部ユニツト２４又は脛部ユニツト１１を駆動させる上述の第１及び第２のアクチユエータ等）を必要に応じて駆動させようになされている。
【００２０】
これによりこのロボツト２０においては、信号処理部２８の制御に基づき周囲の状況に応じて各構成ユニツトを所望状態に駆動することができ、かくして自律的に行動することができるようになされている。
かかる構成に加えこのロボツト２０の場合、図２からも明らかなように、各脚部２５Ａ〜２５Ｄの膝関節部２７は、大腿部ユニツト２４の右側面２４Ａ及び左側面２４Ｂの各下端部をそれぞれ前方向の斜め下に向けて突出形成することにより構成されている。
【００２１】
また脛部ユニツト１１は、大腿部ユニツト２４のこれら右側面２４Ａ及び左側面２４Ｂの各突出部２４ＡＸ、２４ＢＸ間においてこれら突出部２４ＡＸ、２４ＢＸに保持された第２の軸１４により回転自在に支持されるようにして大腿部ユニツト２４に取り付けられている。
これによりこのロボツト２０においては、各脚部２５Ａ〜２５Ｄの脛部ユニツト１１が、大腿部ユニツト２４の中心軸Ｋ１から前方向にオフセツトした位置（すなわち第２の軸１４の位置）を中心として回転し得るようになされている。
【００２２】
この実施例の場合、第２の軸１４の大腿部ユニツト２４の中心軸Ｋ１からのオフセツト量Ｌ１は、大腿部ユニツト２４及び脛部ユニツト１１の前後方向の幅をそれぞれＬ２、Ｌ３として、次式
【数１】
0003877086.tif 000002
のように選定されている。
これによりこのロボツト２０においては、各脚部２５Ａ〜２５Ｄの脛部ユニツト１１を大腿部ユニツト２４とほぼ平行となるまで前方向に回転させることができるようになされている。
【００２３】
以上の構成において、このロボツト２０では、上述のように脛部ユニツト１１が大腿部ユニツト２４の中心軸Ｋ１上から前方向にオフセツトした位置を中心として回転する。
従つてこのロボツト２０では、このオフセツト量を選定することによつて、脛部ユニツト１１の前方向の回転に対して大腿部ユニツト２４の前側面の下端部が干渉するのを回避でき、かくして図２及び図４からも明らかなように、脛部ユニツト１１の前方向の可動範囲を従来の脚部５Ａ〜５Ｄ（図４）に比べて格段的に広げることができる。
【００２４】
またこのロボツト２０では、上述のように脛部ユニツト１１の回転中心を大腿部ユニツト２４の中心軸Ｋ１から前方向にオフセツトさせることにより脛部ユニツト１１の前方向の可動範囲を広げているため、ロボツト２０全体としての小型化及び脚部２５Ａ〜２５Ｄの駆動トルクの低減化を容易に図ることができる一方、各脚部２５Ａ〜２５Ｄを小型化していない分、これら脚部２５Ａ〜２５Ｄの駆動性能の低下を確実に回避することができる。
【００２５】
以上の構成によれば、脛部ユニツト１１の回転中心を大腿部ユニツト２５の中心軸Ｋ１から前方向にオフセツトさせるようにしたことにより、脚部２５Ａ〜２５Ｄの駆動トルクの低下及び駆動性能の低下を回避しながら脛部ユニツト１１の可動範囲を広げることができ、かくして性能を劣化させることなく構成ユニツトの可動範囲を格段的に向上させ得るロボツトを実現できる。
【００２６】
なお上述の実施例においては、本発明を脚部２５Ａ〜２５Ｄに適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他の例えば首部ユニツト２２及び頭部ユニツト２３からなる頭部機構の関節機構部や、腕部を有するロボツトであれば腕機構の関節機構部としても適用することができ、要は、ロボツト装置の第１の構成ユニツト及び第２の構成ユニツト間に配設され、第２の構成ユニツトを回転自在に支持するこの他種々の機構部（膝機構部及び腕機構部等）に広く適用することができる。
【００２７】
また上述の実施例においては、脚部２５Ａ〜２５Ｄの脛部ユニツト１１の回転中心を大腿部ユニツト２４の前方向にオフセツトさせるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、後方向にオフセツトさせるようにしても良く、要は、可動範囲を広げたい方向にオフセツトさせるのであれば、オフセツトの方向としては、この他種々の方向を適用できる。
【００２８】
さらに上述の実施例においては、脛部ユニツト１１のオフセツト量を（１）式のように選定するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の値を適用できる。
【００２９】
さらに上述の実施例においては、本発明を自律移動型ロボツトに適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々のロボツト装置に適用して好適なものである。
【００３０】
さらに上述の実施例においては、本発明を４脚型のロボツトに適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の構成のロボツト装置に適用することができる。
【００３１】
さらに上述の実施例においては、大腿部ユニツト２４及び脛部ユニツト１１を直結する膝関節機構部２７を大腿部ユニツト２４の右側面２４Ａ及び左側面２４Ｂの下端を当該大腿部ユニツト２４の中心軸Ｋ１に対して斜め方向に突出形成するようにして構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず股関節機構部２７の構成としてはこの他種々の構成を適用できる。
【００３２】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、大腿部の構成ユニツトの端部に脛部の構成ユニツトが回転自在に取り付けられてなる関節機構部を有する４脚型ロボツト装置であつて、脛部の構成ユニツトを、大腿部の構成ユニツトの軸からオフセツトした位置を中心として回転するように大腿部の構成ユニツトの端部に取り付けるようにしたことにより、脛部の構成ユニツトのオフセツト方向に対する可動範囲を広げることができ、かくして脛部の構成ユニツトの可動範囲を格段的に向上させ得る４脚型ロボツト装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した実施例によるロボツトの構成を示す斜視図である。
【図２】実施例によるロボツトの脚部の構成を示す斜視図である。
【図３】移動機構として複数の脚部を有する従来のロボツトの構成例を示す略線的な斜視図である。
【図４】従来のロボツトの脚部の構成を示す斜視図である。
【図５】従来の問題点を解決するための方法の説明に供する斜視図である。
【図６】従来の問題点を解決するための方法の説明に供する斜視図である。
【符号の説明】
１１……脛部ユニツト、１３、１４……軸、２０……ロボツト、２４……大腿部ユニツト、２４Ａ、２４Ｂ……側面、２４ＡＸ、２４ＢＸ……突起部、２５Ａ〜２５Ｄ……脚部、Ｋ１……中心軸。
【図１】
0003877086.tif 000003
【図２】
0003877086.tif 000004
【図３】
0003877086.tif 000005
【図４】
0003877086.tif 000006
【図５】
0003877086.tif 000007
【図６】
0003877086.tif 000008