(57)【要約】【課題】移動体の移動の安定性を損なわずに、足部が床に着地したときに受ける衝撃が移動体本体にまで伝達することを効果的に抑制すること。【解決手段】足部５０は、ロボットに取り付けられる。足部５０は、下板１３ｂ、衝撃吸収層１４、及び上板１３ａがこの順で積層された積層体３０と、下板１３ｂ及び上板１３ａを相互に連結させるリンク機構２０と、を備える。リンク機構２０は、下板１３ｂ及び上板１３ａ間の配置関係を実質的に平行に保ちながら、上板１３ａ側への下板１３ｂの移動を案内する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に取り付けられる足部であって、
第１部材、衝撃吸収部材、及び第２部材がこの順で積層された積層体と、
前記第１及び第２部材を相互に連結させるリンク機構と、
を備え、
前記リンク機構は、前記第１及び第２部材間の配置関係を実質的に平行に保ちながら、前記第２部材側への前記第１部材の移動を案内する、足部。
【請求項２】
前記衝撃吸収部材は、前記第１部材の直上に積層され、
前記第２部材は、前記衝撃吸収部材の直上に積層されることを特徴とする請求項１に記載の足部。
【請求項３】
前記リンク機構は、
前記第１部材に取り付けられた第１ベアリングと、
前記第２部材に取り付けられた第２ベアリングと、
前記第１ベアリングと前記第２ベアリングとを連結させるジョイントと、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の足部。
【請求項４】
前記ジョイントは、前記第１部材、前記衝撃吸収部材、及び前記第２部材の積層方向に沿って延在する棒状部材であることを特徴とする請求項３に記載の足部。
【請求項５】
前記第１ベアリングは、前記第１部材に固定される固定部及び当該固定部に対して回転可能な回転部を少なくとも備え、
前記第２ベアリングは、前記第２部材に固定される固定部及び当該固定部に対して回転可能な回転部を少なくとも備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の足部。
【請求項６】
前記第１部材、前記衝撃吸収部材、及び前記第２部材は、上面視形状が略一致する平板状部材であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の足部。
【請求項７】
前記衝撃吸収部材は、弾性変形することに基づいて衝撃を吸収することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の足部。
【請求項８】
足部の前方又は後方への移動に基づいて空間を移動する移動体であって、
前記足部は、
第１部材、衝撃吸収部材、及び第２部材がこの順で積層された積層体と、
前記第１及び第２部材を相互に連結させるリンク機構と、
を備え、
前記リンク機構は、前記第１及び第２部材間の配置関係を実質的に平行に保ちながら、前記第２部材側への前記第１部材の移動を案内する、移動体。
【請求項９】
前記衝撃吸収部材は、前記第１部材の直上に積層され、
前記第２部材は、前記衝撃吸収部材の直上に積層されることを特徴とする請求項８に記載の移動体。
【請求項１０】
前記リンク機構は、
前記第１部材に取り付けられた第１ベアリングと、
前記第２部材に取り付けられた第２ベアリングと、
前記第１ベアリングと前記第２ベアリングとを連結させるジョイントと、を備えることを特徴とする請求項８に記載の移動体。
【請求項１１】
前記ジョイントは、前記第１部材、前記衝撃吸収部材、及び前記第２部材の積層方向に沿って延在する棒状部材であることを特徴とする請求項１０に記載の移動体。
【請求項１２】
前記第１ベアリングは、前記第１部材に固定される固定部及び当該固定部に対して回転可能な回転部を少なくとも備え、
前記第２ベアリングは、前記第２部材に固定される固定部及び当該固定部に対して回転可能な回転部を少なくとも備えることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の移動体。
【請求項１３】
前記第１部材、前記衝撃吸収部材、及び前記第２部材は、上面視形状が略一致する平板状部材であることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の移動体。
【請求項１４】
前記衝撃吸収部材は、弾性変形することに基づいて衝撃を吸収することを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか一項に記載の移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、足部及びこの足部を備える移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な用途で活用が見込まれるロボットが注目されている。例えば、楽器演奏等のアミューズメントを提供するパートナーロボット、被介護者に介護を提供するパートナーロボット、及び生産ラインの生産を手助けするロボットが注目されている。
【０００３】
高性能なロボットを実現するに際して、ロボットが空間を移動したり、ヒトとの対話に応じた所望の動作を実現したりすることが要求される。空間を移動することが要求される場合、ロボットには、安定して空間を移動することが強く要求される。
【０００４】
特許文献１には、足部の足底に機械的な弾性要素を設けて、移動面の状態に関わらず、ロボットの姿勢の安定性を確保する技術が開示されている。特許文献２には、想定する床面と実床面との間に差異があってもロボットの歩行を安定化させる技術が開示されている。特許文献３には、着地衝撃力を効果的に吸収して緩和させると共に、歩容設計の自由度を拡大させる技術が開示されている。特許文献４には、脚式ロボットの転倒を防止する技術が開示されている。特許文献５には、高い安定性及び移動性を有する足部走行機構を脚部の足底に設ける技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−１７７９６０号公報
【特許文献２】特開平６−３１６５８号公報
【特許文献３】特開２００１−６２７６１号公報
【特許文献４】特開２００５−１１８９１８号公報
【特許文献５】特開２００６−５５９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ロボットの移動を安定にするために、ゴム等の弾性体を２枚の板で挟んでロボットの足部とする場合がある。この場合、弾性体の肉厚を厚くすることで、床面から受ける着地時の衝撃がロボット本体にまで伝達してしまうことを抑制することができる。しかしながら、十分に衝撃を吸収することができる程度の厚みに弾性体の肉厚を設定する場合、足部が床に着地したときに弾性体自体が変形することに起因して、ロボットがバランスを失うおそれがある。他方、弾性体の肉厚を薄く設定する場合、足部が床に着地したときに受ける衝撃がロボット本体に直接的に伝達され、ロボットの機械的な構造に負荷がかかり、ロボットの歩行の安定性に悪影響を与えるおそれがある。
【０００６】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、移動体の移動の安定性を損なわずに、足部が床に着地したときに受ける衝撃が移動体本体にまで伝達することを効果的に抑制することが可能な足部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】
【０００７】
本発明にかかる足部は、移動体に取り付けられる足部であって、第１部材、衝撃吸収部材、及び第２部材がこの順で積層された積層体と、前記第１及び第２部材を相互に連結させるリンク機構と、を備え、前記リンク機構は、前記第１及び第２部材間の配置関係を実質的に平行に保ちながら、前記第２部材側への前記第１部材の移動を案内する。
【０００８】
リンク機構によって、第１及び第２部材間の配置関係が実質的に平行に維持されながら、第２部材側への第１部材の移動が実現される。つまり、実際に足部が床に着地した状態のときであっても、第１部材は第２部材に対して平行に配置されている。従って、衝撃を効果的に吸収するために衝撃吸収部材の肉厚（積層方向に沿う幅）を十分に厚くしたとしても、着地面の状態によってロボットの安定性が損なわれることが効果的に抑制される。
【０００９】
前記衝撃吸収部材は、前記第１部材の直上に積層され、前記第２部材は、前記衝撃吸収部材の直上に積層される、と良い。
【００１０】
前記リンク機構は、前記第１部材に取り付けられた第１ベアリングと、前記第２部材に取り付けられた第２ベアリングと、前記第１ベアリングと前記第２ベアリングとを連結させるジョイントと、を備える、と良い。
【００１１】
前記ジョイントは、前記第１部材、前記衝撃吸収部材、及び前記第２部材の積層方向に沿って延在する棒状部材である、と良い。
【００１２】
前記第１ベアリングは、前記第１部材に固定される固定部及び当該固定部に対して回転可能な回転部を少なくとも備え、前記第２ベアリングは、前記第２部材に固定される固定部及び当該固定部に対して回転可能な回転部を少なくとも備える、と良い。
【００１３】
前記第１部材、前記衝撃吸収部材、及び前記第２部材は、上面視形状が略一致する平板状部材である、と良い。
【００１４】
前記衝撃吸収部材は、弾性変形することに基づいて衝撃を吸収する、と良い。
【００１５】
本発明にかかる移動体は、足部の前方又は後方への移動に基づいて空間を移動する移動体であって、前記足部は、第１部材、衝撃吸収部材、及び第２部材がこの順で積層された積層体と、前記第１及び第２部材を相互に連結させるリンク機構と、を備え、前記リンク機構は、前記第１及び第２部材間の配置関係を実質的に平行に保ちながら、前記第２部材側への前記第１部材の移動を案内する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、移動体の移動の安定性を損なわずに、足部が床に着地したときに受ける衝撃が移動体本体にまで伝達することを効果的に抑制することが可能な足部を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、各実施の形態は、説明の便宜上、簡略化されている。図面は簡略的なものであるから、図面の記載を根拠として本発明の技術的範囲を狭く解釈してはならない。図面は、もっぱら技術的事項の説明のためのものであり、図面に示された要素の正確な大きさ等は反映していない。同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。図面を正面視するものとして、上下左右といった方向を示す用語を用いる。
【００１８】
［第１の実施形態］
図１乃至図７を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、ロボットの概略的な構成を示す概略図である。図２は、足部を斜視した概略的な構成を示す模式図である。図３は、リンク機構の配置箇所を説明するための説明図である。図４は、着地前の足部の概略的な側面図及び着地後の足部の概略的な側面図である。図５は、リンク機構の動作を説明するための説明図及び下板の移動を説明するための説明図である。図６は、ベアリングの構成を説明するための説明図である。図７は、リンク機構が無い場合の問題点を説明するための説明図である。
【００１９】
図１に示すように、ロボット１００は、一対の脚部１０１、一対の腕部１０２、胴部１０３、及び頭部１０４を有する人型ロボットである。ロボット１００は、自律型のロボットであって、脚部を一方ずつ前方又は後方に駆動させることによって空間内を自律的に移動することができる。
【００２０】
ロボット１００の筐体内には、様々な部品が組み込まれる。ロボット１００の動作を制御するコントローラ、コントローラからの指令に基づいて機械的に可動する駆動機構、様々な情報を取得する様々なセンサ、センサからの入力を処理する処理回路、表示装置等の報知機構、及び電子機器に電源を供給する二次電池（電源）等がロボット１００の筐体内に実装される。
【００２１】
コントローラは、通常のコンピュータから構成され、ＣＰＵ、マザーボード、及び外部記憶装置（ハードディスク等）を有する。駆動機構は、モータ、アクチュエータ、及び機械的リンク等によって構成される。センサは、撮像素子、マイクロフォン、及び感熱素子等といった各種センサである。処理回路は、Ａ／Ｄ変換回路、及び信号処理回路等といった回路部品である。報知機構は、液晶表示装置、スピーカー、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)等といったように映像、音、及び光によって何らかの情報をヒトに伝達させる手段である。
【００２２】
コントローラは、センサから入力された信号に基づいて、駆動機構又は報知機構を制御する。このようにしてロボット１００は、必要に応じて空間を移動したり、必要に応じてヒトに対して何らかの情報を報知したりする。
【００２３】
ロボット１００の脚部１０１内には、図２に示す足部５０が取り付けられている。図２に示すように、足部５０は、軸体１１を介してリンク１０に揺動可能に取り付けられている。尚、リンク１０は、ｙ軸方向に長尺な棒状部材であって、脚部１０１のすね部分に相当する。軸体１１は、ｚ軸方向に長尺な棒状部材であって、脚部１０１の足首部分に相当する。
【００２４】
図２に示すように、足部５０は、ベース部１２、上板（第２部材）１３ａ、衝撃吸収層（衝撃吸収部材）１４、下板（第１部材）１３ｂ、及び複数のリンク機構２０を有する。
【００２５】
上板１３ａは、金属等からなる平板状の硬質な部材である。上板１３ａの上面にはベース部１２の下面が貼設されている。なお、上板１３ａとベース部１２とを一体的に形成させても良い。上板１３ａと同様に、下板１３ｂも金属等からなる平板状の硬質な部材である。下板１３ｂの下面は、ロボット１００が配置された空間の床面に接する。
【００２６】
衝撃吸収層１４は、上板１３ａと下板１３ｂとの間に挟持される。衝撃吸収層１４は、ゴム等の弾性材料からなる平板状の部材である。
【００２７】
下板１３ｂ、衝撃吸収層１４、及び上板１３ａがこの順で積層されることで積層体３０は形成される。衝撃吸収層１４のｙ軸に沿う厚みはｘ軸方向に略一定である。従って、上板１３ａの下面と下板１３ｂの上面は互いに実質的に平行になる。換言すると、上板１３ａの下面と下板１３ｂの上面間の間隔は、互いに対向する面内で一定になる。また、上板１３ａの上面視形状と衝撃吸収層１４の上面視形状は一致する。下板１３ｂの上面視形状と衝撃吸収層１４の上面視形状は一致する。これによって、ロボット１００の歩行性能を安定化させることができる。
【００２８】
リンク機構２０は、ベアリング１５及びジョイント１６を有する。後述の説明から明らかなように、リンク機構２０は、上板１３ａと下板１３ｂ間の配置関係を実質的に平行に維持しながら、上板１３ａ側への下板１３ｂの移動を案内する。
【００２９】
図３に模式的に示すように、足部５０には４つのリンク機構２０が設けられている。リンク機構２０ａとリンク機構２０ｃは、積層体３０を挟んで互いに対向する位置に設けられる。リンク機構２０ｂとリンク機構２０ｄは、積層体３０を挟んで互いに対向する位置に設けられる。積層体３０を挟んでリンク機構を配置することによって、上板１３ａ側への下板１３ｂの移動を安定化させることができる。なお、リンク機構２０ａとリンク機構２０ｂ間の配置間隔は、リンク機構２０ｃとリンク機構２０ｄ間の配置間隔に略等しい。
【００３０】
図２に示すように、リンク機構２０ａは、ベアリング１５ａ、ジョイント１６ａ、及びベアリング１５ｂを有する。なお、リンク機構２０ａによって上板１３ａと下板１３ｂとは互いに連結される。上板１３ａと下板１３ｂとは衝撃吸収層１４によって外側へ与圧された状態になる。
【００３１】
ベアリング１５ａは、汎用の軸受部材であって、上板１３ａの側面に取り付けられる。ベアリング１５ｂは、汎用の軸受部材であって、下板１３ｂの側面に取り付けられる。  ジョイント１６ａは、ｙ軸（下板１３ｂ、衝撃吸収層１４、及び上板１３ａの積層方向）に沿って延在する長尺な棒状部材（金属棒など）である。ジョイント１６ａの上端にはベアリング１５ａが固着され、その下端にはベアリング１５ｂが固着される。ジョイント１６ａは、上板１３ａと下板１３ｂとを連結させる連結部材として機能する。
【００３２】
他のリンク機構２０ｂ〜２０ｄもリンク機構２０ａと同様の構成を有する。なお、各リンク機構２０に含まれる各ジョイント１６の長さは同じである。各リンク機構２０に含まれる各ベアリング１５も同じ種類である。
【００３３】
図４及び図５を参照して、リンク機構２０について更に説明する。図４（ａ）に着地前の足部５０の側面図を示し、図４（ｂ）に着地後の足部５０の側面図を示す。なお、図４（ａ）の状態のとき、足部５０の下板１３ｂは床板には接触していない。図４（ｂ）の状態のとき、足部５０の下板１３ｂは床面に接触している。このとき、下板１３ｂは、床面への着地に伴う衝撃を受けている。図５（ａ）にジョイントが傾斜する態様を示す。図５（ｂ）に下板１３ｂが移動する態様を示す。
【００３４】
図４（ａ）に示すように、着地前、ジョイント１６は、ｙ軸に対して平行である。図４（ｂ）に示すように、着地後、ジョイント１６は、ｙ軸に対して傾斜し、ｙ軸に対して交差する。
【００３５】
図５（ａ）に模式的に示すように、着地時、ジョイント１６ａは、ベアリング１５ａに設定された回転軸Ｘ１を回転中心として矢印方向に回転する。そして、ベアリング１５ｂは、点線で示す元の位置から相対的に上板１３ａ寄りに移動する。
【００３６】
図５（ｂ）に模式的に示すように、ジョイント１６の回転に伴って、下板１３ｂは矢印方向に移動し、上板１３ａ寄りになる。なお、実線で示す移動後の下板１３ｂと上板１３ａ間の間隔Ｗ２は、点線で示す移動前の下板１３ｂと上板１３ａ間の間隔Ｗ１よりも狭い。
【００３７】
リンク機構２０は、上板１３ａに対する下板１３ｂの配置関係を実質的に平行に保ちつつ、上板１３ａ側への下板１３ｂの移動を案内する。従って、衝撃を効果的に吸収するために衝撃吸収層１４の肉厚（ｙ軸に沿う厚み）を十分に厚くしたとしても、着地面の状態によってロボット１００がバランスを失うことは効果的に抑制される。
【００３８】
ここで図６にベアリング１５の構成例を示す。図６に示すように、ベアリング１５は、内枠体（固定部）４０ａ、球体（回転体）４０ｂ、及び外枠体（回転部）４０ｃを有する。内枠体４０ａは、上板１３ａ又は下板１３ｂに固定されている。外枠体４０ｃは、球体４０ｂを挟んで内枠体４０ａに回転可能に取り付けられている。外枠体４０ｃは、回転軸Ｘ１を回転中心として回転する。下板１３ｂが上板１３ａ寄りに移動するとき、ベアリング１５の外枠体は４０ｃは回転し、これに伴ってジョイント１６はｙ軸に対して傾斜する。なお、ベアリングの具体的な構成は任意である。
【００３９】
図７を参照して改めて上述の本実施形態にかかる足部５０が奏する効果について説明する。図７（ａ）に衝撃吸収層１４の肉厚が薄い場合を示す。図７（ｂ）に衝撃吸収層１４の肉厚が厚い場合を示す。
【００４０】
図７（ａ）の場合、足部５０が床に着地したときに受ける衝撃がロボット１００の本体に直接的に伝達され、ロボット１００の筐体内の機械的な構造に負荷がかかり、ロボット１００の歩行の安定性に悪影響を与えるおそれがある。
【００４１】
図７（ｂ）の場合、足部５０が床に着地したときに衝撃吸収層１４自体が変形することに起因して、ロボット１００がバランスを失うおそれがある。
【００４２】
本実施形態においては、上述のように、リンク機構２０は、上板１３ａに対する下板１３ｂの配置関係を実質的に平行に保ちつつ、上板１３ａ側への下板１３ｂの移動を案内する。従って、衝撃を効果的に吸収するために衝撃吸収層１４の肉厚（ｙ軸に沿う厚み）を十分に厚くしたとしても、着地面の状態によってロボット１００がバランスを失うことは効果的に抑制される。
【００４３】
[第２の実施形態]
図８を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。図８は、足部５０の前面構成を示す模式図である。
【００４４】
第１の実施形態では、足部５０の側面部分に４つのリンク機構２０を配置した（図３参照）。本実施形態においては、リンク機構２０を足部５０の前面部分及び背面部分に設ける。このような場合であっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、いずれの場合も、積層体３０を挟んでリンク機構を対向配置させている。
【００４５】
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明は、ロボット以外の歩行方式移動体にも適用できる。リンク機構の具体的な構成は任意である。特にベアリングのタイプは任意である。衝撃吸収層の材料は任意である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるロボットの概略的な構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかる足部を斜視した概略的な構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかるリンク機構の配置箇所を説明するための説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態にかかる着地前の足部の概略的な側面図及び着地後の足部の概略的な側面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態にかかるリンク機構の動作を説明するための説明図及び下板の移動を説明するための説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態にかかるベアリングの構成を説明するための説明図である。
【図７】リンク機構が無い場合の問題点を説明するための説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態にかかる足部５０の前面構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４７】
１００    ロボット
５０    足部
３０    積層体
１０    リンク
１１    軸体
１２    ベース部
１３ａ    上板
１３ｂ    下板
１４    衝撃吸収層
２０    リンク機構
１５    ベアリング
１６    ジョイント
４０ａ    内枠体
４０ｂ    球体
４０ｃ    外枠体
１０１    脚部
１０２    腕部
１０３    胴部
１０４    頭部
【図１】
2009166182.tif 000003
【図２】
2009166182.tif 000004
【図３】
2009166182.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009166182.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009166182.tif 000009
【図８】
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