JP2002307339A - 脚式移動ロボット及びその制御方法、並びに脚式移動ロボットのための足首構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 歩行などの脚式作業時に機体に印加されるヨ
ー軸回りのモーメントの影響を容易にキャンセルするこ
とができる脚式移動ロボットを提供する。 【解決手段】 脚式移動ロボット１の左右それぞれの足
首には、ヨー軸回りの回転軸Ｍ０Ｒ及びＭ０Ｌに対して
自由度が付加されている。足底の回転により、さらの左
右両足底の外側の領域Ｓ０並びにＳ１にまでＺＭＰ安定
領域が拡張されるので、脚式作業時の機体の安定度が増
す。足首ヨー軸による足首の回転は、例えば股関節ヨー
軸を駆動することによる足首軸の回転に比べ、慣性モー
メントを小さく抑えたまま足首をヨー軸回りに回転させ
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも複数本
の可動脚を備えた脚式移動ロボット及びその制御方法、
並びに脚式移動ロボットのための足首構造に係り、特
に、様々な路面上を可動脚によって歩行やその他の脚式
移動作業を行う脚式移動ロボット及びその制御方法、並
びに脚式移動ロボットのための足首構造に関する。

【０００２】更に詳しくは、本発明は、歩行などの脚式
作業時に機体に印加されるロール、ピッチ、ヨー各軸回
りのモーメントの影響をキャンセルしながら安定且つ正
確に駆動することができる脚式移動ロボット及びその制
御方法、並びに脚式移動ロボットのための足首構造に関
する。

【０００３】

【従来の技術】電気的若しくは磁気的な作用を用いて人
間の動作に似せた運動を行う機械装置のことを「ロボッ
ト」という。ロボットの語源は、スラブ語の"ＲＯＢＯ
ＴＡ（奴隷機械）"に由来すると言われている。わが国
では、ロボットが普及し始めたのは１９６０年代末から
であるが、その多くは、工場における生産作業の自動化
・無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボッ
トなどの産業用ロボット（industrial robot）であっ
た。

【０００４】最近では、ヒトやサルなどの２足直立歩行
を行う動物の身体メカニズムや動作を模した脚式移動ロ
ボットに関する研究開発が進展し、実用化への期待も高
まってきている。２足直立による脚式移動は、クローラ
式や、４足又は６足式などに比し不安定で姿勢制御や歩
行制御が難しくなるが、不整地や障害物など作業経路上
に凹凸のある歩行面や、階段や梯子の昇降など不連続な
歩行面に対応することができるなど、柔軟な移動作業を
実現できるという点で優れている。

【０００５】ヒトの生体メカニズムや動作をエミュレー
トした脚式移動ロボットのことを、特に、「人間形」、
若しくは「人間型」のロボット（humanoid robot）と呼
ぶ。人間型ロボットは、例えば、生活支援、すなわち住
環境その他の日常生活上の様々な場面における人的活動
の支援などを行うことができる。

【０００６】人間の作業空間や居住空間のほとんどは、
２足による直立歩行という人間が持つ身体メカニズムや
行動様式に合わせて形成されている。言い換えれば、人
間の住空間は、車輪その他の駆動装置を移動手段とした
現状の機械システムが移動するのには多くの障壁が存在
する。したがって、機械システムすなわちロボットが様
々な人的作業を代行し、さらに人間の住空間に深く浸透
していくためには、ロボットの移動可能範囲が人間のそ
れとほぼ同じであることが好ましい。これが、脚式移動
ロボットの実用化が大いに期待されている所以でもあ
る。２足直立歩行を行うという人間の形態を有している
ことは、ロボットが人間の住環境との親和性を高める上
で必須であると言える。

【０００７】２足歩行による脚式移動を行うタイプのロ
ボットに関する姿勢制御や安定歩行に関する技術は既に
数多提案されている。ここで言う安定な「歩行」とは、
「転倒することなく、脚を使って移動すること」と定義
することができる。

【０００８】ロボットの姿勢安定制御は、ロボットの転
倒を回避する上で非常に重要である。何故ならば、転倒
は、ロボットが実行中の作業を中断することを意味し、
且つ、転倒状態から起き上がって作業を再開するために
相当の労力や時間が払われるからである。また、何より
も、転倒によって、ロボット本体自体、あるいは転倒す
るロボットと衝突する相手側の物体にも、致命的な損傷
を与えてしまう危険があるからである。したがって、脚
式移動ロボットの設計・開発において、姿勢安定制御や
歩行時の転倒防止は最も重要な課題の１つである。

【０００９】脚式移動ロボットの姿勢安定制御や歩行時
の転倒防止に関する提案の多くは、このＺＭＰを歩行の
安定度判別の規範として用いている。ＺＭＰによる安定
度判別規範は、歩行系から路面には重力と慣性力、並び
にこれらのモーメントが路面から歩行系への反作用とし
ての床反力、床反力モーメントとバランスするという
「ダランベールの原理」に基づく。力学的推論の帰結と
して、足底接地点と路面の形成する支持多角形の辺上あ
るいはその内側にピッチ及びロール軸モーメントがゼロ
となる点、すなわち「ＺＭＰ（Zero Moment Point）」
が存在する。

【００１０】ＺＭＰ規範に基づく２足歩行パターン生成
は、足底着地点をあらかじめ設定でき、路面形状に応じ
た足先の運動学的拘束条件を考慮し易いなどの利点があ
る。また、ＺＭＰを安定度判別規範とすることは、力で
はなく軌道を運動制御上の目標値として扱うことを意味
するので、技術的に実現可能性が高まる。なお、ＺＭＰ
の概念並びにＺＭＰを歩行ロボットの安定度判別規範に
適用する点については、Miomir Vukobratovic著"LEGGED
LOCOMOTION ROBOTS"（加藤一郎外著『歩行ロボットと
人工の足』（日刊工業新聞社））に記載されている。

【００１１】しかしながら、脚式移動ロボットは、研究
段階からようやく実用化への第１歩を踏み出そうとして
いるのが現状であり、未だ数多の技術的課題が残されて
いる。特に、ヒューマノイドのような２足歩行のロボッ
トは、重心位置が高く、且つ、歩行時のＺＭＰ安定領域
が狭いので、姿勢安定制御はとりわけ難しくなる。

【００１２】上述したＺＭＰを安定度判別規範に用いた
ロボットの姿勢安定度制御は、足底接地点と路面の形成
する支持多角形の辺上あるいはその内側にピッチ及びロ
ール軸モーメントがゼロとなる点を探索することにあ
る。

【００１３】しかしながら、ロボットが高速に脚式動作
する際には、機体に対してはピッチ軸並びにロール軸回
りのモーメントだけでなく、ヨー軸すなわちＺ軸回りに
もモーメントが発生する。図４には、２足脚式移動ロボ
ットの歩行速度［秒／歩］とヨー軸方向に発生するモー
メントＮｍとの関係（例）を表している。同図からも判
るように、脚式移動ロボットが１歩当りに要する時間が
短くなる、すなわち歩行速度が増加するにつれて、ヨー
軸モーメントは著しく増大していく。

【００１４】このようなヨー軸モーメントは、やがて機
体を旋回させるような作用を及ぼし、ロボットの足底と
路面間にヨー軸回りの滑りが生じ、これが歩行の安定性
に大きく影響するなど、期待された脚式作業を安定且つ
正確に実現する上で障害となる。さらに、このヨー軸モ
ーメントの影響が甚だしくなると、ロボットを転倒へと
導き、機体や衝突物の損壊という事態も招きかねない。

【００１５】従来の２足歩行の脚式移動ロボットは、足
首部はロール軸及びピッチ軸の２自由度を備えた関節構
造を採用しており、回転軸は足の付け根付近に配置した
ものが一般的であった。回転軸を足の付け根に配置して
いると、足底から付け根までにリンク機構の剛性が充分
に高くない場合には、床反力からのモーメント力が加わ
ったときには、接地側の足底から足の付け根の回転軸ま
で力が伝達される間に振動が生じて、ロボット機構計の
共振振動が発生して、機体が不安定となる。また、こう
した振動は、足底に伝わり地面と足底間の静摩擦が小さ
くするので、接地面と滑り易くなる結果として、ロボッ
トが転倒してしまう。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、様々
な路面上を可動脚によって歩行やその他の脚式移動作業
を行うことができる、優れた脚式移動ロボット及びその
制御方法、並びに脚式移動ロボットのための足首構造を
提供することにある。

【００１７】本発明の更なる目的は、歩行などの脚式作
業時に機体に印加されるロール、ピッチ、ヨー各軸回り
のモーメントの影響を容易にキャンセルすることができ
る構造を備えた、優れた脚式移動ロボット及びその制御
方法、並びに脚式移動ロボットのための足首構造を提供
することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、上記
課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面
は、少なくとも脚部と体幹部とで構成され、脚部による
脚式移動を行うタイプの脚式移動ロボットであって、前
記脚部は、大腿部と、下腿部と、路面に接地する足平
と、前記大腿部と前記下腿部を連結する膝関節部と、前
記下腿部と前記足平を連結する足首関節部とを備え、前
記足首関節部は少なくともヨー軸回りの回転自由度を備
える、ことを特徴とする脚式移動ロボットである。

【００１９】脚式移動ロボットは、例えば左右の両脚か
らなる２足直立型の歩行ロボットであり、各脚部による
両脚支持及び単脚支持を交互に繰り返すことによって脚
式作業を行うことができる。このような脚式移動ロボッ
トは、ＺＭＰ安定度判別規範に基づいて脚式作業時にお
ける機体の姿勢安定化を行う姿勢安定制御部をさらに備
えていてもよい。そして、姿勢安定制御部は、脚式作業
中にＺＭＰが左右の脚部に挟まれたＺＭＰ安定領域の外
側に飛び出したことに応答して、該ＺＭＰが飛び出した
方向に近い方の脚部の足首ヨー軸を駆動して足平を該Ｚ
ＭＰが飛び出した方向に向かわせて、ＺＭＰ安定領域を
拡張するようにしてもよい。

【００２０】本発明の第１の側面に係る脚式移動ロボッ
トによれば、足首のヨー軸回りの回転によりＺＭＰの安
定な立脚範囲を拡張することができる。したがって、２
足歩行において遊脚が接地する場合、足首部のみの回転
によりＺＭＰ安定領域に足底を移動させることができ
る。例えば、足の付け根すなわち股関節ヨー軸の回転に
頼った場合に比し、省エネルギーでアクチュエータを駆
動させて姿勢安定化を図ることができる。

【００２１】また、脚式移動ロボットの足底が傾斜のあ
る床面に接地した場合、足首にはモーメント力が作用す
るが、本発明の第１の側面に係る脚式移動ロボットによ
れば、足首に備えられたヨー軸など各回転軸回りの自由
度によってこのモーメント力を吸収して、ロボットの機
体全体への振動の伝達を抑制し、ロボットの安定歩行を
容易にすることができる。

【００２２】また、傾斜のある路面を直進するような場
合、傾斜によるＺＭＰの変化を、足首のヨー軸など各回
転軸回りの自由度によって補正することができるので、
ロボットの安定歩行を容易にすることができる。

【００２３】また、本発明の第２の側面は、少なくとも
左右の脚部と体幹部とで構成され、前記脚部は、大腿部
と、下腿部と、路面に接地する足平と、前記大腿部と前
記下腿部を連結する膝関節部と、前記下腿部と前記足平
を連結する足首関節部とを備え、前記足首関節部は少な
くともヨー軸回りの回転自由度を備え、左右の各脚部に
よる両脚支持及び単脚支持を交互に繰り返すことによっ
て脚式作業を行うタイプの脚式移動ロボットの制御方法
であって、ＺＭＰ安定度判別規範に基づいて脚式作業時
における機体の姿勢安定化を行うステップと、脚式作業
中にＺＭＰが左右の脚部に挟まれたＺＭＰ安定領域の外
側に飛び出したことに応答して、該ＺＭＰが飛び出した
方向に近い方の脚部の足首ヨー軸を駆動して足平を該Ｚ
ＭＰが飛び出した方向に向かわせて、ＺＭＰ安定領域を
拡張するステップと、を具備することを特徴とする脚式
移動ロボットの制御方法である。

【００２４】本発明の第２の側面に係る脚式移動ロボッ
トの制御方法によれば、足首のヨー軸回りの回転によ
り、脚式移動ロボットにおけるＺＭＰの安定な立脚範囲
を拡張することができる。したがって、２足歩行におい
て遊脚が接地する場合、足首部のみの回転によりＺＭＰ
安定領域に足底を移動させることができる。例えば、足
の付け根すなわち股関節ヨー軸の回転に頼った場合に比
し、省エネルギーでアクチュエータを駆動させて姿勢安
定化を図ることができる。

【００２５】また、本発明の第３の側面は、少なくとも
脚部と体幹部とで構成され、前記脚部は、大腿部と、下
腿部と、路面に接地する足平と、前記大腿部と前記下腿
部を連結する膝関節部と、前記下腿部と前記足平を連結
する足首関節部とを備えた脚式移動ロボットの足首構造
であって、少なくともヨー軸回りの回転自由度を備える
ことを特徴とする脚式移動ロボットの足首構造である。

【００２６】本発明の第２の側面に係る脚式移動ロボッ
トの足首構造によれば、足首のヨー軸回りの回転によ
り、脚式移動ロボットにおけるＺＭＰの安定な立脚範囲
を拡張することができる。したがって、２足歩行におい
て遊脚が接地する場合、足首部のみの回転によりＺＭＰ
安定領域に足底を移動させることができる。例えば、足
の付け根すなわち股関節ヨー軸の回転に頼った場合に比
し、省エネルギーでアクチュエータを駆動させて姿勢安
定化を図ることができる。

【００２７】本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、
後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳
細な説明によって明らかになるであろう。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施例を詳解する。

【００２９】図１には、本発明の一実施形態に係る脚式
移動ロボット１の関節自由度構成を図解している。同図
に示す脚式移動ロボット１は、左右の脚部と、体幹／胴
体部と、左右の腕部と、頭部とからなる直立２足歩行を
行う人間型ロボットである。

【００３０】頭部を支持する首関節は、首関節ピッチ軸
Ｍ１３と、首関節ロール軸Ｍ１４という２自由度を有し
ている。図示しないが、首関節ヨー軸をさらに備えてい
てもよい。

【００３１】左右の各腕部は、肩関節ピッチ軸Ｍ９Ｒ／
Ｍ９Ｌと、肩関節ロール軸Ｍ１０Ｒ／Ｍ１０Ｌと、肘関
節ピッチ軸Ｍ１１Ｒ／Ｍ１１Ｌと、前腕ヨー軸Ｍ１２Ｒ
／Ｍ１２Ｌと、略先端の手部１３とで構成される。手部
１３は、実際には、複数本の指を含む多関節・多自由度
構造体である。但し、手部１３の動作は脚式移動ロボッ
ト１の姿勢制御や歩行制御に対する寄与や影響が少ない
ので、本明細書ではゼロ自由度と仮定する。また、図示
しないが、上腕ヨー軸、手首関節ピッチ軸、手首関節ロ
ール軸などをさらに備えていてもよい。

【００３２】体幹部は、体幹ピッチ軸Ｍ７と、体幹ロー
ル軸Ｍ８という２自由度を有する。また、図示しない
が、体幹ヨー軸をさらに備えていてもよい。

【００３３】また、下肢を構成する左右各々の脚部は、
股関節ヨー軸Ｍ６Ｒ／Ｍ６Ｌと、股関節ピッチ軸Ｍ４Ｒ
／Ｍ４Ｌと、股関節ロール軸Ｍ５Ｒ／Ｍ５Ｌと、膝関節
ピッチ軸Ｍ３Ｒ／Ｍ３Ｌと、足首関節ピッチ軸Ｍ２Ｒ／
Ｍ２Ｌと、足首関節ロール軸Ｍ１Ｒ／Ｍ１Ｌと、足首関
節ヨー軸Ｍ０Ｒ／Ｍ０Ｌと、足部２２とで構成される。
なお、人体の足部２２は実際には多関節・多自由度の足
底を含んだ構造体であるが、本実施形態に係る脚式移動
ロボット１の足部２２はゼロ自由度とする。

【００３４】図１に示すように、本実施形態に係る脚式
移動ロボット１の左右それぞれの足首には、ヨー軸回り
の回転軸Ｍ０Ｒ及びＭ０Ｌに対して自由度が付加されて
いる。従来の足首ヨー軸回りの自由度を持たないタイプ
の脚式移動ロボットにおいては、ＺＭＰ安定領域Ｓは、
左右の各接地脚の足底で挟まれる比較的狭い範囲にしか
存在しなかった。これに対し、足首ヨー軸回りの自由度
を備えた本実施形態によれば、足底の回転により、さら
の左右両足底の外側の領域Ｓ０並びにＳ１にまでＺＭＰ
安定領域が拡張される。

【００３５】足首ヨー軸Ｍ０Ｒ／Ｍ０Ｌによる足首の回
転は、例えば股関節ヨー軸Ｍ６Ｒ／Ｍ６Ｌを駆動するこ
とによる足首軸の回転に比べ、慣性モーメントを小さく
抑えたまま足首をヨー軸回りに回転させることができる
ので、省エネルギーで制御することができる。また、足
首ヨー軸Ｍ０Ｒ／Ｍ０Ｌの動作によって床反力の回転モ
ーメント力を吸収することにより、機体の上半身へのヨ
ー軸モーメントの影響を低減することができる。

【００３６】図２には、脚式移動ロボット１が不整地を
歩行する場合に作用するモーメント力について図解して
いる。

【００３７】脚式移動ロボット１が水平面の整地以外の
不整地において両足で立つ場合には、床反力Ｘ，Ｙによ
り重心位置と接地足の軸との間にモーメント力が発生す
る。この場合、足首にモーメント力の作用を受ける。

【００３８】このとき、足首に近い場所にモーメント軸
の自由度が存在すると、その自由度により足首から上肢
へのモーメント力の作用を減衰することができる。した
がって、上肢への捩れが少なくなり、機構系の共振振動
を低減することができるので、機体の姿勢安定制御が容
易となる。このように高周波成分が低減されるので、足
底は地面と接触を保つことができ、スリップが生じ難く
なる。すなわち、スリップ発生の抑制という副次的な効
果も現れる。

【００３９】また、足首にヨー軸回りの自由度が備わっ
ていると、傾斜面を歩行する場合、図３に示すようにＺ
ＭＰは傾斜分だけ変化する。足首のヨー軸回りの作動に
より傾斜の角度を補正することにより、直進する歩行が
容易となる。

【００４０】図５には、２足脚式移動ロボットの３軸自
由度を備えた足首構造の具体的構成を、正面並びに側面
から眺めた様子を示している。

【００４１】同図に示す例では、足首ロール軸関節アク
チュエータは、そのアクチュエータ・モータの回転軸が
機体の足首ロール軸と略同軸状となるように取り付けら
れている。

【００４２】また、足首ロール軸関節アクチュエータの
上方には、足首ピッチ軸関節アクチュエータが、そのア
クチュエータ・モータの回転軸が機体の足首ピッチ軸と
略平行となるように取り付けられており、その回転駆動
はタイミング・ベルトを用いて足首ピッチ軸に伝達され
るようになっている。

【００４３】また、足平上には、ギア一体型の足首ヨー
軸関節アクチュエータが取り付けられている。ギア比
は、例えば１：７２であり、可動角を±１５度とする。

【００４４】図６には、図５に示した足首構造を正面、
左右の各側面から眺めた図、並びに、側断面図を、配線
経路とともに描いている。

【００４５】また、図７には、図５に示した足首構造の
組立図を示している。

【００４６】同図に示すように、この実施形態に係る足
首構造では、足首ピッチ軸アクチュエータ１０２は、足
首ピッチ軸アクチュエータ固定板１０１によって支持固
定されている。そして、足首ピッチ軸アクチュエータ１
０２の一端面には、ギアがアクチュエータ・モータの回
転軸と同軸状に取り付けられている。また、機体の足首
ピッチ軸と同軸状に他方の減速ギア１１２が取り付けら
れており、足首ピッチ軸アクチュエータ１０２による駆
動力はタイミング・ベルト１０８によって足首ピッチ軸
に伝達されるようになっている。足首ピッチ軸アクチュ
エータ１０２は、機体の足首ピッチ軸回りの回転自由度
を実現する。

【００４７】足首ロール軸アクチュエータ１０４を支持
固定する足首ロール軸アクチュエータ固定板１０３は、
一対のベアリング１１０及び１１１によって、足首ピッ
チ軸アクチュエータ１０１の略下端にて、足首ピッチ軸
回りに回転自在に取り付けられている。足首ロール軸ア
クチュエータ１０４は、機体の足首ロール軸回りの回転
自由度を実現する。

【００４８】足首ロール軸アクチュエータ固定板１０３
の下方には、足首ヨー軸アクチュエータ１０６を支持固
定するための足首ヨー軸アクチュエータ固定板１０５が
取り付けられている。

【００４９】足首ヨー軸アクチュエータ１０６の一端面
は、足平が足首ヨー軸と略直行するように足底１０７と
連結されている。足首ヨー軸アクチュエータ１０６は、
機体の足首ヨー軸回りの回転自由度を実現する。

【００５０】［追補］以上、特定の実施例を参照しなが
ら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や
代用を成し得ることは自明である。

【００５１】本発明の要旨は、必ずしも「ロボット」と
称される製品には限定されない。すなわち、電気的若し
くは磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運動を行
う機械装置であるならば、例えば玩具等のような他の産
業分野に属する製品であっても、同様に本発明を適用す
ることができる。

【００５２】また、本明細書では、２足直立歩行型の脚
式移動ロボットに対する適用例を中心に本発明について
説明してきたが、本発明の要旨は必ずしもこれに限定さ
れず、例えば４足歩行やその他のタイプの脚式移動ロボ
ットに対しても同様に本発明を適用し、同様の作用効果
を奏することができる。

【００５３】要するに、例示という形態で本発明を開示
してきたのであり、限定的に解釈されるべきではない。
本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許
請求の範囲の欄を参酌すべきである。

【００５４】

【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
様々な路面上を可動脚によって歩行やその他の脚式移動
作業を行うことができる、優れた脚式移動ロボット及び
その制御方法、並びに脚式移動ロボットのための足首構
造を提供することができる。

【００５５】また、本発明によれば、歩行などの脚式作
業時に機体に印加されるロール、ピッチ、ヨー各軸回り
のモーメントの影響を容易にキャンセルすることができ
る構造を備えた、優れた脚式移動ロボット及びその制御
方法、並びに脚式移動ロボットのための足首構造を提供
することができる。

【００５６】本発明に係る脚式移動ロボットによれば、
足首のヨー軸回りの回転によりＺＭＰの安定な立脚範囲
を拡張することができるので、２足歩行において遊脚が
接地する場合、足首部のみの回転によりＺＭＰ安定領域
に足底を移動させることができるので、足の付け根すな
わち股関節ヨー軸の回転に頼った場合に比し、省エネル
ギーでアクチュエータを駆動させて姿勢安定化を図るこ
とができる。

【００５７】図２に示すように脚式移動ロボットの足底
が傾斜のある床面に接地した場合、足首にはモーメント
力が作用する。本発明に係る脚式移動ロボットによれ
ば、足首に備えられたヨー軸など各回転軸回りの自由度
によってこのモーメント力を吸収して、ロボットの機体
全体への振動の伝達を抑制し、ロボットの安定歩行を容
易にすることができる。

【００５８】また、図３に示したような傾斜のある路面
を直進するような場合、傾斜によるＺＭＰの変化を、足
首のヨー軸など各回転軸回りの自由度によって補正する
ことができるので、ロボットの安定歩行を容易にするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】脚式移動ロボット１の関節自由度構成を示した
図である。

【図２】脚式移動ロボット１が不整地を歩行する場合に
作用するモーメント力について示した図である。

【図３】足首のヨー軸回りの作動により傾斜の角度を補
正する様子を示した図である。

【図４】２足脚式移動ロボットの歩行速度［秒／歩］と
ヨー軸方向に発生するモーメントＮｍとの関係（例）を
示した図である。

【図５】２足脚式移動ロボットの３軸自由度を備えた足
首構造の具体的構成を示した図である。

【図６】２足脚式移動ロボットの３軸自由度を備えた足
首構造を正面、左右の各側面から眺めた図、並びに、側
断面図を、配線経路とともに描いた図である。

【図７】図５に示した足首構造の組立図を示した図であ
る。

【符号の説明】

１…脚式移動ロボット １３…手部 Ｍ０…足首関節ヨー軸，Ｍ１…足首関節ロール軸 Ｍ２…足首関節ピッチ軸，Ｍ３…膝関節ピッチ軸 Ｍ４…股関節ピッチ軸，Ｍ５…股関節ロール軸 Ｍ６…股関節ヨー軸，Ｍ７…体幹ピッチ軸 Ｍ８…体幹ロール軸，Ｍ９…肩関節ピッチ軸 Ｍ１０…肩関節ロール軸，Ｍ１１…肘関節ピッチ軸 Ｍ１２…前腕ヨー軸，Ｍ１３…首関節ピッチ軸 Ｍ１４…首関節ロール軸 １０１…足首ピッチ軸アクチュエータ固定板 １０２…足首ピッチ軸アクチュエータ １０３…足首ロール軸アクチュエータ固定板 １０４…足首ロール軸アクチュエータ １０５…足首ヨー軸アクチュエータ固定板 １０６…足首ヨー軸アクチュエータ １０７…足底 １０８…タイミング・ベルト １０９…ギア １１０，１１１…ベアリング １１２…減速ギア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C150 CA01 DA02 EB01 EC03 EC15 EC25 EC29 3C007 AS36 CS08 WA03 WA13 WB07 WC24

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも脚部と体幹部とで構成され、脚
   部による脚式移動を行うタイプの脚式移動ロボットであ
   って、 前記脚部は、大腿部と、下腿部と、路面に接地する足平
   と、前記大腿部と前記下腿部を連結する膝関節部と、前
   記下腿部と前記足平を連結する足首関節部とを備え、 前記足首関節部は少なくともヨー軸回りの回転自由度を
   備える、ことを特徴とする脚式移動ロボット。
2. 【請求項２】前記脚式移動ロボットは、左右の脚部を備
   えるとともに、各脚部による両脚支持及び単脚支持を交
   互に繰り返すことによって脚式作業を行い、 さらにＺＭＰ安定度判別規範に基づいて脚式作業時にお
   ける機体の姿勢安定化を行う姿勢安定制御部を備え、 前記姿勢安定制御部は、脚式作業中にＺＭＰが左右の脚
   部に挟まれたＺＭＰ安定領域の外側に飛び出したことに
   応答して、該ＺＭＰが飛び出した方向に近い方の脚部の
   足首ヨー軸を駆動して足平を該ＺＭＰが飛び出した方向
   に向かわせて、ＺＭＰ安定領域を拡張する、ことを特徴
   とする請求項１に記載の脚式移動ロボット。
3. 【請求項３】少なくとも左右の脚部と体幹部とで構成さ
   れ、前記脚部は、大腿部と、下腿部と、路面に接地する
   足平と、前記大腿部と前記下腿部を連結する膝関節部
   と、前記下腿部と前記足平を連結する足首関節部とを備
   え、前記足首関節部は少なくともヨー軸回りの回転自由
   度を備え、左右の各脚部による両脚支持及び単脚支持を
   交互に繰り返すことによって脚式作業を行うタイプの脚
   式移動ロボットの制御方法であって、 ＺＭＰ安定度判別規範に基づいて脚式作業時における機
   体の姿勢安定化を行うステップと、 脚式作業中にＺＭＰが左右の脚部に挟まれたＺＭＰ安定
   領域の外側に飛び出したことに応答して、該ＺＭＰが飛
   び出した方向に近い方の脚部の足首ヨー軸を駆動して足
   平を該ＺＭＰが飛び出した方向に向かわせて、ＺＭＰ安
   定領域を拡張するステップと、を具備することを特徴と
   する脚式移動ロボットの制御方法。
4. 【請求項４】少なくとも脚部と体幹部とで構成され、前
   記脚部は、大腿部と、下腿部と、路面に接地する足平
   と、前記大腿部と前記下腿部を連結する膝関節部と、前
   記下腿部と前記足平を連結する足首関節部とを備えた脚
   式移動ロボットの足首構造であって、 少なくともヨー軸回りの回転自由度を備えることを特徴
   とする脚式移動ロボットの足首構造。