(57)【要約】【課題】２足歩行ロボットで、でこぼこの多い悪路や瓦礫などの場所を走破でき、且つ階段や梯子なども上り下りでき、防水構造である下肢を得る。【解決手段】２足歩行ロボット下肢の下腿部に無限軌道を装着し、通常の歩行動作では下腿と大腿を伸縮させながら歩行や階段、梯子の昇降動作を行い、且つ歩行よりも早く移動する場合は無限軌道を回転させて走行し、瓦礫や悪路走行では下腿を膝関節で折り曲げ、人の動作で言えば正座をするような体勢で無限軌道により走行できる２足歩行ロボット用歩行走行装置を得、足部の可動部をシール構造として下腿及び足部全体を防水構造とした下肢を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２足歩行ロボット下肢部の下腿部を無限軌道或いはクローラを装着し構成することを特徴とし、直立歩行時は無限軌道を立てた状態で歩行しつつ、早く移動しなければならないときはこの無限軌道を回転させ走行でき、瓦礫や悪路走行時は人の動作に例えて正座の状態で無限軌道を回転させることにより直立歩行よりも安定且つ高速で移動できることを特徴とし、階段や梯子の昇降の場合では無限軌道の駆動ホイールの中心より回転しつつ角度が変えられる足部を用いて昇降できることを特徴とする２足歩行ロボット用無限軌道装置。
【請求項２】
請求項１の２足歩行ロボット用無限軌道を下肢部の足部に構成することを特徴とし、直立歩行時に於いても悪路走破が可能であり、階段や梯子の昇降の場合も、梯子の桟の間隔よりも小さい径の無限軌道ホイールを構成することにより、階段や梯子の昇降が可能であることを特徴とする２足歩行ロボット用無限軌道装置。
【請求項３】
請求項１の２足歩行ロボットの無限軌道の踵側駆動ホイールの中心に回転軸１３を具備し、この軸より延ばした足フレーム１１に回転可能なつま先ローラ７を備えることにより足部のつま先部とする足フレーム１１を可動させる機構であって、このつま先部の回転軸１３である可動部をシール構造とし、外部からの水の浸入を防ぐことにより無限軌道の機構部を防水ケース内に収納可能にし、これにより下腿及び足部全体を防水構造とすることを可能とした２足歩行ロボット用無限軌道の足部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は２足歩行ロボットに係り、特に２足歩行ロボットの脚部下肢構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、２足歩行ロボットの下肢部構造に関する技術が知られている。（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の２足歩行ロボットの下肢部は直動アクチュエータの伸縮力を用いて下腿や足部を動作させていた。【０００３】  また、この特許文献１の改良として特許文献２の様に同じく直動アクチュエータの配置を傾斜した配置で作用するものが知られている。【０００４】  また、ロボットに装着の無限軌道に関する技術も知られている。（例えば、特許文献３参照）。特許文献３では、ロボットそのものは２足歩行ロボットではなく無限軌道を移動手段とした自律移動ロボットを形成している。【０００５】  また。特許文献４の様に２足歩行ロボットで下腿の下、足部に車輪を設けて走行するものが知られている。【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２０２６７６号公報
【特許文献２】特許第４９１１５２５号公報
【特許文献３】特許第３９８５２０３号公報
【特許文献４】特開２００９−１１３１３５号公報
【０００７】
【発明の開示】
【０００８】
【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や特許文献２などこれまでの２足歩行ロボットのように人体の下肢を形成する構造のみでは悪路歩行や車輪での悪路走行、或いは瓦礫の走破では大きな困難が生じていた。
【００１０】  特に歩行動作では移動に時間が掛かり且つ多くのモータやアクチュエータを駆動しながらの動作のためバッテリー等エネルギーの消耗が激しく長時間の稼動が困難であった。
【００１１】  また、特許文献１や特許文献２の様に直動アクチュエータを使用した場合、可動部を防水構造とすることが困難であり災害現場や水難での救助活動、或いは除染などでロボット本体を洗浄することが困難であった。
【００１２】  また特許文献３の様な２足歩行ではなく移動手段としての無限軌道を持った移動ロボットでは階段や梯子の昇降はできず、瓦礫の山での転倒では復帰が困難であった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
【００１４】  本発明である２足歩行ロボット用無限軌道装置では、２足歩行ロボットの下肢部の膝関節から下の下腿部に無限軌道を装着し、ロボットの直立姿勢で通常の２足歩行を行い、或いは無限軌道を立てた状態で無限軌道駆動ホイールを回転させ走行を行うことにより、バランスを取る場合に動かすモータ以外は主に無限軌道を回転させるモータのみ負荷がかかる状態での移動のためロボット全体の消費電力を抑えることが可能となり、長時間の稼働ができることにより上記課題が達成される。
【００１５】  また、悪路走行時では、人の動作に例えると床に座る場合に行う正座の姿勢をとって無限軌道を回転させて移動することにより達成される。
【００１６】  階段や梯子の昇降も、つま先を構成する足フレームを無限軌道の前方に回転させ階段や梯子に掛けることにより達成される。
【００１７】  次に、下腿に無限軌道を装着した場合、足部つま先に相当する位置につま先ローラを設置し、このつま先ローラの位置を足部アームを介して下腿の下の腫に位置する無限軌道駆動ホイールの軸を中心に回転させることにより、ロボットの直立姿勢を制御しつつ正座の姿勢での走行時、つま先ローラが地面に接触しないよう後方に回転することができる。
【００１８】  また、この無限軌道駆動ホイールの軸中心に足フレームを回転させる回転軸を備えることにより可動部をシール構造とし足部全体を防水構造とすることが可能となる。
【００１９】  また、上記無限軌道を下腿の下の足部に装着することにより、上記下腿に無限軌道を装着した動作と同様の動作が可能である。
【００２０】
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】  以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。【００２２】  （実施の形態１）【００２３】  図１は、本発明の実施の形態１における２足歩行ロボット用無限軌道の装着例を示す。図２はこの図１の２下腿部の内部を示す。【００２４】  まず図１で、２足歩行ロボットの下肢を構成する部位として大腿１に膝関節１２を介して下腿２を接続し、無限軌道３はこの下腿２を構成し、無限軌道３の下の無限軌道駆動ホイール４の中心軸を中心として回転可能な足フレーム１１とその先端のつま先ローラ７で足部を構成する。【００２５】  この２足歩行ロボットはこの直立状態で２足歩行を行いつつ無限軌道３を回転させることにより走行動作が可能である。【００２６】  上記歩行や走行中の姿勢は足フレーム１１の角度の制御でコントロールする。歩行中の場合無限軌道３は停止しているためつま先ローラ７が自由回転が可能であっても、無限軌道３の摩擦力により滑る事は無く通常の２足歩行動作が可能である。【００２７】  また無限軌道３を回転させる走行動作では、その推進力により地面と接触しているつま先ローラ７は回転し、足フレーム１１の角度制御によりロボット全体の姿勢をコントロールしつつ走行動作が可能である。【００２８】  この動作を説明している図が図４の（４−ａ）である。また、同図（４−ｂ）では人の動作に例えると床に座る場合に行う正座の姿勢であり下腿に装着した無限軌道３を回転させ、悪路走行動作が可能である事を表している。この図では矢印Ａの様に足フレーム１１を回転し地面に接触しない位置に移動させた例を表す。【００２９】  また、図４の（４−ｃ）では階段昇降動作を表す。図の様につま先ローラ７の前方向先端、足フレーム１１及び無限軌道３の踵側の無限軌道駆動ホイール４の中心が全て通常の階段の奥行き約２５ｃｍの範囲に入ることにより、人が上り下りする一般的な階段が昇降可能である。【００３０】  また、図４の（４−ｄ）では梯子の昇降動作を表す。図の様につま先ローラ７より後ろの足フレーム１１を梯子の桟に掛けることにより梯子の昇降動作が可能である。【００３１】  この場合も梯子昇降動作に対して無限軌道が邪魔にならない大きさを得ている。【００３２】  また、図４の（４−ｅ）では瓦礫歩行動作を表す。この場合も図４の（４−ｂ）と同様に矢印Ａの様に足フレーム１１を回転し地面に接触しない位置に回転させている。また、この体勢で前進するため無限軌道３を回転させて大きな推進力を得ることが可能である。【００３３】  尚、この足フレーム１１の回転軸１３を、下腿２を構成している無限軌道３の無限軌道駆動ホイール４の軸の中心軸とした利点は、可動部を回転軸として構成することにより回転軸と固定部との境をオイルシール等で隔離可能となり、無限軌道３の機構部を防水密閉構造とすることが可能となる。【００３４】  図２及び図３より、下腿２の内部構造を説明する。【００３５】  まず、図２より下腿２は無限軌道３の駆動装置を内臓し下腿カバー８を装着することにより防水構造のケースを構成している。このケース内部では無限軌道モータ６の回転をギヤを介して減速させ無限軌道駆動ホイール４を回転することにより無限軌道３が回転しロボットの走行動作となる。【００３６】  また、図３の下腿の断面図よりつま先駆動モータ５の回転力をつま先駆動チェーン９がつま先駆動スプロケット１０の回転力に伝達する。このつま先駆動スプロケット１０の回転軸１３は無限軌道駆動ホイール４の軸中心を貫通し足フレーム１１の回転力となりロボット全体の姿勢制御を行う。【００３７】  （実施の形態２）【００３８】  前記、実施の形態１では２足歩行ロボットの下腿部に無限軌道を装着した例を示したが、この機能と同様の動作を実施の形態２として、同じく２足歩行ロボットの足部に無限軌道を装着した例を説明する。【００３９】  図５を参照しつつ説明すると（５−ａ）では直立状態の２足歩行ロボットの下腿の下の足部に無限軌道を装着し、２足歩行及び無限軌道を回転させて走行を行っている場面を現す。【００４０】  この歩行及び走行では膝を屈めて重心を下げバランスをとる事によりある程度の悪路に対応することが可能である。【００４１】  また同図（５−ｂ）のように無限軌道の回転部ホイールの径を梯子の各桟の間隔より小さく設定することにより足部としての無限軌道を梯子の桟に掛けることができ昇降が可能となる。【００４２】  また同図（５−ｃ）のように階段の昇降が可能となる。【００４３】  上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。【００４４】
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態１における２足歩行ロボット用無限軌道を装着した例を模式的に示す斜視図である。
【００４６】
【図２】本発明の実施の形態１における２足歩行ロボット用無限軌道を下腿に装着した例の内部構成を表す説明図である。
【００４７】
【図３】本発明の実施の形態１における２足歩行ロボット用無限軌道の下腿の断面図である。
【００４８】
【図４】本発明の実施の形態１における２足歩行ロボット用無限軌道を装着した２足歩行ロボットの動作例を示す説明図である。・４−ａ  直立歩行走行動作  ・４−ｂ  悪路走行動作  ・４−ｃ  階段昇降動作  ・４−ｄ  梯子昇降動作  ・４−ｅ  瓦礫歩行動作
【００４９】
【図５】本発明の実施の形態２における２足歩行ロボット用無限軌道を装着した２足歩行ロボットの動作例を示す説明図である。・５−ａ  直立歩行走行動作  ・５−ｂ  梯子昇降動作  ・５−ｃ  階段昇降動作
【００５０】
【符号の説明】
【００５１】１大腿、２下腿、３無限軌道、４無限軌道駆動ホイール、５つま先駆動モータ、６無限軌道モータ、７つま先ローラ、８下腿カバー、９つま先駆動チェーン、１０つま先駆動スプロケット、１１足フレーム、１２膝関節、１３回転軸、１４接触ゴムシール付ベアリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５】
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