TOP > 国内特許検索 > 多脚歩行ロボット

多脚歩行ロボット コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P03P000353
整理番号 Y01-P468
掲載日 2003年10月21日
出願番号 特願2002-066321
公開番号 特開2003-266336
登録番号 特許第4554140号
出願日 平成14年3月12日(2002.3.12)
公開日 平成15年9月24日(2003.9.24)
登録日 平成22年7月23日(2010.7.23)
発明者
  • 齋藤 敬
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 多脚歩行ロボット コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】 歩行走行の特質を活かして障害物回避性能に優れる上に、駆動エネルギー伝達効率が高く高速歩行も可能で、動物的で俊敏な運動特性を実現できて利用分野も格段に広げることができる多脚歩行ロボットを提供することを目的とする。
【解決手段】 脚駆動部にて往復運動に変換された動力伝達部からの駆動力により関節を介して機体の前後左右および上下に配設された従属的な脚部を歩行させるように構成した多脚歩行ロボットにおいて、前記脚駆動部5、6、7、8における脚部9~16を旋回可能に構成したことを特徴とするもので、障害物を跨いで回避できる歩行型ロボットの利点を活かした上で、脚部9~16の旋回角度と蹴出し方向の選択との組合せによって、機体の前後進・左右旋回および斜行、横方向へのかに歩き、機体進行方向の1点を中心とする円弧状かに歩きさらには超信地旋回等が可能となり、車両の走行特性を遙かに超える動物的で俊敏な歩行性能を実現できる。
従来技術、競合技術の概要


従来、不整地走行に適する走行装置としては接地圧を低減できる大型タイヤや無限軌道帯を装着した作業車両や雪上車等が知られている。しかしながら、これらの無端状の接地走行体では、山間地の下草や岩等の路面上の障害物に遭遇した場合には、これに乗り上げるか、回避のために迂回していた。特に障害物が地雷等のような危険物である場合には乗り上げることはできず、車両によっては大幅な旋回動作が必要となって走行制御が煩わしいものであった。そのようなことから、雪上や干潟、砂地等の軟弱地でも障害物を跨いで歩行でき、交換等により比較的自在に脚部の接地面積を増大して接地圧を低減できるとともに、地雷等により破損しても部品の交換による復旧が容易な、脚による歩行機械の有利性が見直されてきている。



このような流れのなかで、各関節毎に関節駆動用モータを内蔵させた人型の脚歩行型ロボットが提案され、高い自由度の運動性能を実現しているが、脚部相互の制御が複雑で困難である。また、脚部の各モータには高トルクでありながら高速回転が必要という矛盾した性能が要求される、そのため、このタイプのロボットは玩具あるいは歩行そのものの実現を目的としたものが殆どであり、実用性に乏しいものであった。そのようなことから、図7~図9(「楽しい競技ロボットの作り方」弓納持 充代著 日刊工業新聞社発代49頁および80、81頁より)に示すような、集中動力源からのリンク機構により脚を駆動する歩行型多脚ロボットが提案された。



図7は8脚型歩行ロボットの概略図で、図7(A)は全体平面図、図7(B)は全体斜視図、図7(C)は全体側面図、図7(D)は全体正面図である。本体130内には、動力伝達部を構成するところの、駆動モータあるいは内燃機関と、これらの動力源により駆動されるギヤユニット等からなる減速装置が配設され、該減速装置の出力軸により、左右に一対が配設された脚駆動部105、106および107、108にて往復運動に変換された駆動力により関節リンク36(後述の図9)を介して機体の前後左右に配設された従属的な脚部(図7(C)で例示する110、112)を歩行させるように構成したものである。



図8および図9によって、この歩行ロボットの歩行原理を説明する。図8は接地時間すなわちストロークを比較的長く採れる挙動特性を有することから、この種の歩行型ロボットにおいて多用されるチェビシェフリンク機構の説明図である。図8(A)において、回転する駆動軸によってクランクが回転運動をし、該クランクの先端に一端部が関節にてリンク1が軸支される。該リンク1の中間の関節に、一端部が位置固定された軸を中心に往復揺動するリンク2の他端部が軸支される。このようなリンク構成において、各部材の長さの比率として、クランク:1、駆動軸と位置固定軸との距離:2、リンク2:2.5、関節間距離:2.5、中間関節とリンク1の他端部との距離:2.5に選定すると、リンク1の他端部のリンク軌跡aは2点鎖線のごとく直線と円弧部分とで形成される。



図8(B)は、クランクの回転に伴うリンク1の他端部の挙動を詳細にプロットしたものである。これによって理解されるように、クランク回転角の1から5までの略90度の間は、速度の大きな曲線部が描かれ、クランク回転角の6~12までの略270度の間は、速度の小さな直線部が描かれる。このリンク1の他端部の挙動を、歩行ロボットの脚の動作に結びつけたものである。速度の大きな曲線部を歩行脚(足)の離陸しての戻し動作に使用し、速度の小さな直線部を歩行脚の接地しての歩行に使用するものである。



図9は、図7(A)における機体130の左側一対の内外脚駆動部105、106の中の外側の脚駆動部106についてその挙動を説明するものである。減速装置の出力軸である駆動軸からの回転駆動力が、タイミングベルトを介してチェビシェフリンクの駆動軸31に伝達される。クランク32が回転して、位置固定軸周りに往復揺動する第2リンク34の揺動端部が中間関節にて軸支された第1リンク33の他端部35が、前記図8のリンク軌跡a(チェビシェフリンク軌跡)のような直線部と曲線部との間を往復する。一端部が該第1リンク33の他端部35に軸支され他端部が脚である足112に連結された関節リンク36には、その前記第1リンクの他端部35の近傍に軸部37が設けられ、該軸部37は脚駆動部の直線状の長孔38内を前後にスライドするように構成される。



かくして、チェビシェフリンク軌跡の速度の小さな直線部では、足112の接地しての歩行が行われ、速度の大きな曲線部では、二点鎖線のような足112の離陸しての素早い戻り運動が行われる。実際には、直線運動による歩行は段差を登攀する能力が低くなるため、ややリンクは複雑になるが、足の送りに円運動を取り入れることで、段差登攀能力を高めるような構成とされる。

産業上の利用分野


本発明は、脚駆動部にて往復運動に変換された動力伝達部からの駆動力により関節を介して機体の前後左右に配設された従属的な脚部を歩行させるように構成した多脚歩行ロボットに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
機体に取り付けた動力源からの動力を源歩容運動に変換するリンクに伝える動力伝達部と、機体の左右両側に取り付けた脚駆動部と、前記脚駆動部の端部に旋回自在に取り付けられ前記脚駆動部を介して駆動力を供給され従属的に歩容運動を行う脚部とを備え、前記動力伝達部からの駆動力により前記機体の両側に配設された前記脚駆動部を介して前記脚部に歩容運動させるように構成した多脚歩行ロボットにおいて、前記脚駆動部と前記脚部との間に、前記脚部旋回時においても駆動力を前記脚部に伝達可能とするための複数節リンクを導入して前記脚部を前記歩容運動可能に支持し、さらに、前記脚駆動部に旋回モータを取り付け、該旋回モータに前記脚部を構成しかつ前記歩容運動の方向を規定する脚フレームを旋回可能に支持し、該脚フレームは前記旋回モータによって脚駆動部の中心軸線から脚部が旋回する角度に応じて、脚フレームの軸線方向に延長スライド可能に構成されることにより、前記脚フレームが延長スライド時において前記複数節リンクを構成する各節においてリンクの軸線同士のなす関節角度が、常に90度未満となるよう構成されたことを特徴とする多脚歩行ロボット。

【請求項2】
前記脚駆動部は、従属的に歩容運動を行なう前記脚部を、該脚駆動部の前後端において二つずつ、それぞれの内脚及び外脚として配置された内外脚駆動部として構成されていることを特徴とする請求項1に記載の多脚歩行ロボット。

【請求項3】
前記脚部の旋回は、前記脚フレーム内に収納された旋回モータによりなされるように構成したことを特徴とする請求項1または2に記載の多脚歩行ロボット。

【請求項4】
前記旋回モータは脚の接地状態を検出して駆動されることを特徴とする請求項3に記載の多脚歩行ロボット。

【請求項5】
前記脚部の旋回は脚ごとに制御可能に構成したことを特徴とする請求項1~請求項4のいずれかに記載の多脚歩行ロボット。

【請求項6】
前記内外脚駆動部を互いに機体の前後方向に互いにずらせて配置したことを特徴とする請求項2に記載の多脚歩行ロボット。

【請求項7】
前記機体の両側に取り付けた一対の内外脚駆動部のうち、少なくとも1つの内外脚駆動部の前後方向の長さをそれ以外の他のものと異ならせた長さとしたことを特徴とする請求項2のいずれかに記載の多脚歩行ロボット。

【請求項8】
前記従属的に歩容運動を行なう脚部の蹴出し方向を各別に制御可能に構成したことを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載の多脚歩行ロボット。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

※ 画像をクリックすると拡大します。

JP2002066321thum.jpg
出願権利状態 登録
ライセンスをご希望の方、特許の内容に興味を持たれた方は、問合せボタンを押してください。


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close