JPH07237154A - 脚歩行ロボット - Google Patents
脚歩行ロボットInfo
- Publication number
- JPH07237154A JPH07237154A JP6890894A JP6890894A JPH07237154A JP H07237154 A JPH07237154 A JP H07237154A JP 6890894 A JP6890894 A JP 6890894A JP 6890894 A JP6890894 A JP 6890894A JP H07237154 A JPH07237154 A JP H07237154A
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- Japan
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- legs
- leg
- joints
- walking
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 移動や運搬のために従来から広く用いられて
いる車輪では困難をきたすような環境で、車輪を用いず
に安定に胴体部分を支え、移動や運搬の機能を果たすよ
うにする。 【構成】 人間の大腿部関節や膝関節のように、ある軸
まわりに必要な範囲の角度について旋回させることがで
きるような関節構造を持つ脚を胴体に五脚配置し、それ
らによって胴体部分を支えて歩行して移動できる構成を
持つ。
いる車輪では困難をきたすような環境で、車輪を用いず
に安定に胴体部分を支え、移動や運搬の機能を果たすよ
うにする。 【構成】 人間の大腿部関節や膝関節のように、ある軸
まわりに必要な範囲の角度について旋回させることがで
きるような関節構造を持つ脚を胴体に五脚配置し、それ
らによって胴体部分を支えて歩行して移動できる構成を
持つ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば工場内におい
て、凹凸や段差やパイプなどの敷設物などのある床、あ
るいは階段のように、移動や運搬のために従来から広く
用いられている車輪では入ることができない、あるいは
困難をきたすような環境で、複数本ある脚をその環境に
適した順序で踏みしめて歩行することにより、車輪では
先に進めないような環境でも、そのようなことなく機能
を果たす可能性を大きくすることができる。これによ
り、種々の物品の運搬や点検作業などの自動化や、防災
・保安作業の範囲の拡大に寄与することができる。
て、凹凸や段差やパイプなどの敷設物などのある床、あ
るいは階段のように、移動や運搬のために従来から広く
用いられている車輪では入ることができない、あるいは
困難をきたすような環境で、複数本ある脚をその環境に
適した順序で踏みしめて歩行することにより、車輪では
先に進めないような環境でも、そのようなことなく機能
を果たす可能性を大きくすることができる。これによ
り、種々の物品の運搬や点検作業などの自動化や、防災
・保安作業の範囲の拡大に寄与することができる。
【０００２】
【従来の技術】従来から、例えば工場内においては材料
や製品などの運搬、移送は重要な作業であり、人間が運
転する種々の運搬車や、信号により誘導される無人の搬
送ロボットなどが用いられている。これらは、支持、移
動の手段として車輪を用いているため、車輪で行動でき
る範囲の比較的平坦な環境でしか用いることができな
い。多少の凹凸のある地面に対してはクローラが有効で
あるが、それが通るところはすべて踏みつけて行くの
で、重量がかかっては困る敷設物があるところでは使え
ない。床の状態に無関係のものとしてはクレーンがある
が、これはその設備が建物に固定されるので、その範囲
でしか用いることができない。近年、このような制約を
受けない手段として、関節をもつ脚による歩行機構が研
究されている。具体的に公表されているものとしては、
一脚、二脚、三脚、四脚、六脚がある。これらのうち
一、二、および三脚はその機構自体の移動が主目的で他
の物資の運搬には向かない。四脚は多くの動物と同じ脚
の数であるが、移動のため一脚を持ち上げたときの姿勢
のバランスないし安定性の確保の制御が難しく、機能上
の制約がある。その点、六脚は安定性が大きいが脚の数
が多くなり、それだけ機構が複雑になったり、重量がか
さんだり、邪魔になったりしがちである。
や製品などの運搬、移送は重要な作業であり、人間が運
転する種々の運搬車や、信号により誘導される無人の搬
送ロボットなどが用いられている。これらは、支持、移
動の手段として車輪を用いているため、車輪で行動でき
る範囲の比較的平坦な環境でしか用いることができな
い。多少の凹凸のある地面に対してはクローラが有効で
あるが、それが通るところはすべて踏みつけて行くの
で、重量がかかっては困る敷設物があるところでは使え
ない。床の状態に無関係のものとしてはクレーンがある
が、これはその設備が建物に固定されるので、その範囲
でしか用いることができない。近年、このような制約を
受けない手段として、関節をもつ脚による歩行機構が研
究されている。具体的に公表されているものとしては、
一脚、二脚、三脚、四脚、六脚がある。これらのうち
一、二、および三脚はその機構自体の移動が主目的で他
の物資の運搬には向かない。四脚は多くの動物と同じ脚
の数であるが、移動のため一脚を持ち上げたときの姿勢
のバランスないし安定性の確保の制御が難しく、機能上
の制約がある。その点、六脚は安定性が大きいが脚の数
が多くなり、それだけ機構が複雑になったり、重量がか
さんだり、邪魔になったりしがちである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、車輪、
クローラやクレーンが用いられない環境に対して、関節
をもつ脚歩行ロボツトが有効となる可能性があるが、こ
の脚歩行ロボットも現状ではまだ多くの問題点を有して
いる。現在までに公表されているロボットのうち、一お
よび二脚ロボットは立っているときでさえ不安定であ
り、それ自体の移動にも動的な制御が必要で、他の物資
の運搬には向かない。三脚ロボットも移動のために一な
いし二脚を振り上げると不安定となるので同様である。
四脚ロボットは一脚を振り上げても安定なようにするこ
とができるが、動的な力が働かないよう静かに歩く静歩
行では、安定余裕を大きくとることがかなり困難で、重
心が三つの支持脚の着地点が囲む三角形の領域の外に出
て不安定とならないように、歩幅を狭くしたり、特定の
脚の関節を深く曲げたり、移動に気を付けなければなら
ない。このため、移動速度があまり大きくならないと
か、姿勢が常時は水平を保てないというような欠陥を有
する。馬のトロット、ペースやバウンスのような動歩行
によって全体として安定な状態を継続できるが、本体の
振動、床への衝撃など別の欠陥が生じる。
クローラやクレーンが用いられない環境に対して、関節
をもつ脚歩行ロボツトが有効となる可能性があるが、こ
の脚歩行ロボットも現状ではまだ多くの問題点を有して
いる。現在までに公表されているロボットのうち、一お
よび二脚ロボットは立っているときでさえ不安定であ
り、それ自体の移動にも動的な制御が必要で、他の物資
の運搬には向かない。三脚ロボットも移動のために一な
いし二脚を振り上げると不安定となるので同様である。
四脚ロボットは一脚を振り上げても安定なようにするこ
とができるが、動的な力が働かないよう静かに歩く静歩
行では、安定余裕を大きくとることがかなり困難で、重
心が三つの支持脚の着地点が囲む三角形の領域の外に出
て不安定とならないように、歩幅を狭くしたり、特定の
脚の関節を深く曲げたり、移動に気を付けなければなら
ない。このため、移動速度があまり大きくならないと
か、姿勢が常時は水平を保てないというような欠陥を有
する。馬のトロット、ペースやバウンスのような動歩行
によって全体として安定な状態を継続できるが、本体の
振動、床への衝撃など別の欠陥が生じる。
【０００４】したがって、実用的な関節をもつ脚歩行ロ
ボットとしては、まず静歩行ができる静的な安定性が重
要である。この点、六脚ロボットは静歩行でも安定を維
持するのが容易であるが、脚の数が多いのでそれ自体邪
魔になりやすくて占有面積や体積の点で効率が悪く、そ
れだけ機構も複雑化し、重量も消費エネルギーも増す。
すなわち、脚の数は、歩行の際の安定性を大きくするに
は多い方がよいが、機構、重量、エネルギーなどの観点
では少ない方がよいというジレンマがある。
ボットとしては、まず静歩行ができる静的な安定性が重
要である。この点、六脚ロボットは静歩行でも安定を維
持するのが容易であるが、脚の数が多いのでそれ自体邪
魔になりやすくて占有面積や体積の点で効率が悪く、そ
れだけ機構も複雑化し、重量も消費エネルギーも増す。
すなわち、脚の数は、歩行の際の安定性を大きくするに
は多い方がよいが、機構、重量、エネルギーなどの観点
では少ない方がよいというジレンマがある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は関節という構造と五本の脚という構造とを
併用する。すなわち、関節をもつ五本の脚を用いること
により、静歩行において一脚はもとより二脚まで振り上
げても残る三脚で安定性を保つことができ、５本の脚を
平面図で正五角形状に配置すれば、その安定余裕は四脚
の場合よりはるかに大きく確保することができる。しか
も、六脚の場合より一脚少ないので、占有スペース、機
構、重量、消費エネルギーなど多くの点で六脚ロボット
に勝る。
に、本発明は関節という構造と五本の脚という構造とを
併用する。すなわち、関節をもつ五本の脚を用いること
により、静歩行において一脚はもとより二脚まで振り上
げても残る三脚で安定性を保つことができ、５本の脚を
平面図で正五角形状に配置すれば、その安定余裕は四脚
の場合よりはるかに大きく確保することができる。しか
も、六脚の場合より一脚少ないので、占有スペース、機
構、重量、消費エネルギーなど多くの点で六脚ロボット
に勝る。
【０００６】そして、このような利点を生かして、各脚
の付け根近くにロール関節を配置すれば全体の進行方向
を変える方向転換も容易であり、また直動関節を設けれ
ば斜面や階段のような環境でも胴体の姿勢を制御しやす
くすることができる。
の付け根近くにロール関節を配置すれば全体の進行方向
を変える方向転換も容易であり、また直動関節を設けれ
ば斜面や階段のような環境でも胴体の姿勢を制御しやす
くすることができる。
【０００７】
【作用】脚歩行ロボットにおいて脚の数を五とすること
により、静歩行でも安定余裕を大きくとって歩行できる
作用が得られる。図１は脚の数が四の場合と五の場合の
典型例を対照的に平面図で示したものである。四脚の場
合、図１（ａ）に示すように、前進するために１本の脚
が踏み出されて脚先が地面から離れた遊脚（１）の状態
になるとき、荷重を支えるのは３本の支持脚（２、３、
および４）である。荷重が胴体全体にわたり均等に分布
するような典型例では、重心の位置（５）は、３本の支
持脚が作る三角形の辺の真上に乗るので、いわゆる安定
余裕は０となり、このロボットは転倒するかしないか
の、丁度、境界にある。したがって、各支持脚の位置を
少し変えてそれらが作る三角形の中に重心の位置（５）
が充分に入るよう、あるいは、各支持脚の膝関節を曲げ
て、やはり重心の投影位置がその三角形の中に入るよ
う、対応しなければならないが、これはそう容易ではな
い。
により、静歩行でも安定余裕を大きくとって歩行できる
作用が得られる。図１は脚の数が四の場合と五の場合の
典型例を対照的に平面図で示したものである。四脚の場
合、図１（ａ）に示すように、前進するために１本の脚
が踏み出されて脚先が地面から離れた遊脚（１）の状態
になるとき、荷重を支えるのは３本の支持脚（２、３、
および４）である。荷重が胴体全体にわたり均等に分布
するような典型例では、重心の位置（５）は、３本の支
持脚が作る三角形の辺の真上に乗るので、いわゆる安定
余裕は０となり、このロボットは転倒するかしないか
の、丁度、境界にある。したがって、各支持脚の位置を
少し変えてそれらが作る三角形の中に重心の位置（５）
が充分に入るよう、あるいは、各支持脚の膝関節を曲げ
て、やはり重心の投影位置がその三角形の中に入るよ
う、対応しなければならないが、これはそう容易ではな
い。
【０００８】しかるに五脚の場合は、図１（ｂ）におい
て、たとえば１本の遊脚（６）に対して４本の支持脚
（７、８、９、および１０）があり、それらが作る四辺
形の中に重心の位置（１１）が充分な余裕をもって入る
ので、このままでも安定である。さらに、図１（ｃ）に
示すように、２本の脚を振り上げて遊脚（１２、および
１３）を２本にしてさえ、それらが相隣りあわなければ
残る３本の支持脚（１４、１５、および１６）で安定性
を確保することができるのも、この脚歩行ロボットの有
効な作用である。
て、たとえば１本の遊脚（６）に対して４本の支持脚
（７、８、９、および１０）があり、それらが作る四辺
形の中に重心の位置（１１）が充分な余裕をもって入る
ので、このままでも安定である。さらに、図１（ｃ）に
示すように、２本の脚を振り上げて遊脚（１２、および
１３）を２本にしてさえ、それらが相隣りあわなければ
残る３本の支持脚（１４、１５、および１６）で安定性
を確保することができるのも、この脚歩行ロボットの有
効な作用である。
【０００９】また、このようなロボットにおいて各脚の
付け根近くにロール関節を設けることにより、方向転換
を容易にする作用が得られる。さらにこのようなロボッ
トにおいて各脚に直動関節を設けることにより、胴体の
姿勢が制御しやすくなり、たとえば傾斜面や階段を昇降
するような場合に有効な作用が得られる。これも、関節
構造と五脚との併用で安定性が大きく確保されるからこ
そ得られる作用である。
付け根近くにロール関節を設けることにより、方向転換
を容易にする作用が得られる。さらにこのようなロボッ
トにおいて各脚に直動関節を設けることにより、胴体の
姿勢が制御しやすくなり、たとえば傾斜面や階段を昇降
するような場合に有効な作用が得られる。これも、関節
構造と五脚との併用で安定性が大きく確保されるからこ
そ得られる作用である。
【００１０】
【実施例】実施例について図面を参照して説明すると、
図２は脚におけるピッチ関節（１７）、ロール関節（１
８）、および直動関節（１９）の配置例を示すための側
面図である。各関節の数や配置順は、必要な自由度など
に応じて適宜、設計することができる。
図２は脚におけるピッチ関節（１７）、ロール関節（１
８）、および直動関節（１９）の配置例を示すための側
面図である。各関節の数や配置順は、必要な自由度など
に応じて適宜、設計することができる。
【００１１】図３は直進歩行の典型例で、図の右方へ歩
行しようとしている例である。
行しようとしている例である。
【００１２】図４は図の右方への進行から図の手前へ向
きを変えようとしている場合で、手前の脚を遊脚にして
そのロール軸を動作させ、手前へ向きを変えて踏み出そ
うとしているところを示している。
きを変えようとしている場合で、手前の脚を遊脚にして
そのロール軸を動作させ、手前へ向きを変えて踏み出そ
うとしているところを示している。
【００１３】図５は傾斜面、とくに階段の歩行の例で、
もっとも低い位置の２本の支持脚の直動軸を伸張させ
て、胴体の姿勢を水平に保っている。
もっとも低い位置の２本の支持脚の直動軸を伸張させ
て、胴体の姿勢を水平に保っている。
【００１４】図３、図４、および図５に示すように、１
本の脚が、あるいは２本の脚が遊脚となっても安定が確
保されやすく、したがってロール軸や直動軸をあわせ用
いることにより、方向転換や傾斜面の歩行などをよりお
こなわせやすい脚歩行ロボットが実現しやすくなる。さ
らに、遊脚となった１本あるいは２本の脚に胴体の支持
以外の作業、例えば他の物体を押すなどの作業をさせる
こともできる。
本の脚が、あるいは２本の脚が遊脚となっても安定が確
保されやすく、したがってロール軸や直動軸をあわせ用
いることにより、方向転換や傾斜面の歩行などをよりお
こなわせやすい脚歩行ロボットが実現しやすくなる。さ
らに、遊脚となった１本あるいは２本の脚に胴体の支持
以外の作業、例えば他の物体を押すなどの作業をさせる
こともできる。
【００１５】
【発明の効果】この発明は以上に説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００１６】関節構造と五脚とを併用することにより、
静的安定性を４本およびそれ以下の場合に比べ格段に大
きくすることができ、また、これまでに安定度の大きい
機構として公表されている六脚のものに比べ、脚の数が
１本少ないので、機構の簡略化、重量、スペースや消費
エネルギーの減少などの効果をも与える。
静的安定性を４本およびそれ以下の場合に比べ格段に大
きくすることができ、また、これまでに安定度の大きい
機構として公表されている六脚のものに比べ、脚の数が
１本少ないので、機構の簡略化、重量、スペースや消費
エネルギーの減少などの効果をも与える。
【００１７】またそれによって各々の脚にロール関節や
直動関節を併用することも容易となり、方向転換や傾斜
面の歩行をもさせやすくなる効果を与える。
直動関節を併用することも容易となり、方向転換や傾斜
面の歩行をもさせやすくなる効果を与える。
【００１８】さらに、遊脚となっている１本ないし２本
の脚に、胴体の支持以外の作業を適宜させることもでき
るような効果も与える。
の脚に、胴体の支持以外の作業を適宜させることもでき
るような効果も与える。
【図１】四脚の場合に比べ、五脚のほうが静的安定余裕
が大きいことを示すための平面図である。
が大きいことを示すための平面図である。
【図２】実施例においてピッチ関節、ロール関節、およ
び直動関節の配置の一例を示すための側面図である。
び直動関節の配置の一例を示すための側面図である。
【図３】実施例において図面右方へ歩行する場合の一例
を示すための立体図である。
を示すための立体図である。
【図４】同じく図面右方から図面手前へ方向転換する場
合の一例を示すための立体図である。
合の一例を示すための立体図である。
【図５】同じく階段を歩行する場合の一例を示すための
立体図である。
立体図である。
１ 四脚の場合の遊脚 ２ 同じく支持脚 ３ 同じく支持脚 ４ 同じく支持脚 ５ 同じく荷重が均等に分布する場合の重心の位置 ６ 五脚の場合の遊脚 ７ 同じく支持脚 ８ 同じく支持脚 ９ 同じく支持脚 １０ 同じく支持脚 １１ 同じく荷重が均等に分布する場合の重心の位置 １２ 五脚の場合の遊脚 １３ 同じくもう１本の遊脚 １４ 同じく支持脚 １５ 同じく支持脚 １６ 同じく支持脚 １７ ピッチ関節 １８ ロール関節 １９ 直動関節
Claims (3)
- 【請求項１】哺乳動物、爬虫類や昆虫などのように、関
節を持つ脚によって移動を行うメカニズムにおいて、脚
の数を五とするような脚歩行ロボット。 - 【請求項２】脚の数が五であるような脚歩行ロボットに
おいて、その各々の脚が一または複数のピッチ関節と、
さらに必要に応じて、一または複数のロール関節や、一
または複数の直動関節を含み、脚の比較的上部にあるロ
ール関節によって容易に方向転換を行ったり、ピッチ関
節または直動関節によって傾斜面や階段においても胴体
を水平に保つなどの姿勢制御をすることのできるような
脚歩行ロボット。 - 【請求項３】五脚のうちの少なくとも三脚によって自力
で安定に胴体を支えることができ、残りの一ないし二脚
は適宜、胴体の支持以外の作業を行うことができるよう
な脚歩行ロボット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6890894A JPH07237154A (ja) | 1994-03-01 | 1994-03-01 | 脚歩行ロボット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6890894A JPH07237154A (ja) | 1994-03-01 | 1994-03-01 | 脚歩行ロボット |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07237154A true JPH07237154A (ja) | 1995-09-12 |
Family
ID=13387229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6890894A Pending JPH07237154A (ja) | 1994-03-01 | 1994-03-01 | 脚歩行ロボット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07237154A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1054579C (zh) * | 1997-04-18 | 2000-07-19 | 清华大学 | 具有综合移动功能的五足步行载体 |
| KR100974031B1 (ko) * | 2008-01-30 | 2010-08-04 | 서울산업대학교 산학협력단 | 보행로봇 |
| CN102180205A (zh) * | 2011-02-11 | 2011-09-14 | 河南科技大学 | 轮腿机器人 |
| CN102755229A (zh) * | 2012-07-12 | 2012-10-31 | 北京工业大学 | 一种六足楼梯攀爬轮椅 |
| CN103612685A (zh) * | 2013-11-29 | 2014-03-05 | 哈尔滨工程大学 | 履带轮驱动轮腿式可旋转四足机器人 |
| CN105620582A (zh) * | 2016-03-16 | 2016-06-01 | 天津市银河飞跃科技有限公司 | 一种腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机器人及驱动方法 |
| CN105619396A (zh) * | 2016-03-16 | 2016-06-01 | 天津市银河飞跃科技有限公司 | 一种腰部使用八杆变胞机构的多足仿生机器人及驱动方法 |
| CN105818882A (zh) * | 2016-05-30 | 2016-08-03 | 天津大学 | 一种在腰部使用平面四杆变胞机构的四足仿生机器人 |
| CN106741286A (zh) * | 2017-01-12 | 2017-05-31 | 南京理工大学 | 五足仿生机器人机构 |
| CN107042501A (zh) * | 2016-10-29 | 2017-08-15 | 李宁 | 一种多腿机械人运动结构 |
| CN108820067A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-11-16 | 上海工程技术大学 | 一种多模式步滚移动机构及其工作方法 |
| RU2699209C1 (ru) * | 2018-07-18 | 2019-09-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) | Шагающий инсектоморфный мобильный микроробот |
-
1994
- 1994-03-01 JP JP6890894A patent/JPH07237154A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1054579C (zh) * | 1997-04-18 | 2000-07-19 | 清华大学 | 具有综合移动功能的五足步行载体 |
| KR100974031B1 (ko) * | 2008-01-30 | 2010-08-04 | 서울산업대학교 산학협력단 | 보행로봇 |
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| CN105619396A (zh) * | 2016-03-16 | 2016-06-01 | 天津市银河飞跃科技有限公司 | 一种腰部使用八杆变胞机构的多足仿生机器人及驱动方法 |
| CN105620582A (zh) * | 2016-03-16 | 2016-06-01 | 天津市银河飞跃科技有限公司 | 一种腰部使用八杆变胞机构的四足仿生机器人及驱动方法 |
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| CN106741286A (zh) * | 2017-01-12 | 2017-05-31 | 南京理工大学 | 五足仿生机器人机构 |
| CN106741286B (zh) * | 2017-01-12 | 2024-04-05 | 南京理工大学 | 五足仿生机器人机构 |
| CN108820067A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-11-16 | 上海工程技术大学 | 一种多模式步滚移动机构及其工作方法 |
| RU2699209C1 (ru) * | 2018-07-18 | 2019-09-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) | Шагающий инсектоморфный мобильный микроробот |
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