人間型歩行ロボット用脚とその足
【課題】人間型歩行ロボット用脚と足において、人間の脚や足による動作に類似した動作を実現するとともに人間の足に近いプロポーションを実現し、爪先関節にて異物の巻き込みの抑制を実現する。
【解決手段】能動軸43と第一支軸32aと第四支軸32dと第六支軸32fを４つの節とする第一平行リンク機構と、第二支軸32bと第三支軸32cと第五支軸32eと第六支軸32fを４つの節とする第二平行リンク機構を備え、かつ、第一支軸32aと第二支軸32bと第六支軸32fと仮想支軸を４つの節とする仮想的な平行リンク機構である仮想平行リンク機構を備え、踵側足が床面と接触する足裏面である踵側足裏面は、仮想支軸を含有するとともに仮想支軸を境とする半平面上に構成されるとともに、爪先側足が床面と接触する足裏面である爪先側足裏面は、仮想支軸を含有するとともに仮想支軸を境とする半平面上に構成した。
【解決手段】能動軸43と第一支軸32aと第四支軸32dと第六支軸32fを４つの節とする第一平行リンク機構と、第二支軸32bと第三支軸32cと第五支軸32eと第六支軸32fを４つの節とする第二平行リンク機構を備え、かつ、第一支軸32aと第二支軸32bと第六支軸32fと仮想支軸を４つの節とする仮想的な平行リンク機構である仮想平行リンク機構を備え、踵側足が床面と接触する足裏面である踵側足裏面は、仮想支軸を含有するとともに仮想支軸を境とする半平面上に構成されるとともに、爪先側足が床面と接触する足裏面である爪先側足裏面は、仮想支軸を含有するとともに仮想支軸を境とする半平面上に構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間型歩行ロボットに用いられる脚と足に関するものであり、特に人間の脚や足による動作に類似した動作を実現するとともに人間の足に近いプロポーション（足の長さに対する厚みの比率）を実現し、異物の巻き込みを抑制する爪先関節を具えた人間型歩行ロボット用の脚と足に関するものである。なお、本明細書において、「足」とは人間型歩行ロボットが歩行時に地面と接触する部位を意味する。また、「踵側足」とは爪先関節を有する「足」の踵側の足を意味し、「爪先側足」とは爪先関節を有する「足」の爪先側の足を意味し、「踵側足裏面」とは踵側足が床面と接触する足裏面を意味し、「爪先側足裏面」とは爪先側足が床面と接触する足裏面を意味する。加えて、「爪先関節軸」とは踵側足と爪先側足の相対姿勢を変える回転軸を意味する。更に、ロボットの「前」および「後」とは、ロボット自身から見て「前」および「後」を意味し、ロボットの「左」および「右」とは、ロボット自身から見て「左」および「右」を意味する。また、「踵」とは「足の後方部位」を意味し、「爪先」とは「足の前方部位」を意味する。
【背景技術】
【０００２】
人間型歩行ロボットとしては従来、例えば特許文献１記載のものが知られており、足を介して地面を蹴りながら歩行をしている。
近年、人間型歩行ロボットの中には、特許文献２に示すように足に爪先部が設けられた人間型歩行ロボットが、非特許文献１や特許文献３に示すように足に爪先関節が設けられた人間型歩行ロボットが開発されてきている。
【０００３】
特許文献２では、爪先部にロック機構を導入することにより、片脚支持期にロック機構の回動ロックを行い爪先をロックして十分な接地面積を確保しつつ、離床脚の蹴り出し動作では回動ロックを解除することにより爪先部が甲側に持ち上がる回転動作を許容して足を高く持ち上げる動作を不要にしている。
非特許文献１と特許文献３では、爪先関節軸が爪先側足の部材の前後方向での中間位置を左右方向に伸びるように配置されており、また爪先側足の部材を左辺と右辺とそれらの前側同士を接続する前辺を有する略Ｕ字形状とするとともに、爪先側足の部材の左辺と右辺を爪先関節軸より後方に伸びるように爪先側足の部材を構成することにより、爪先立脚期においても安定した立脚を実現できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第2592340号公報
【特許文献２】特許第3900959号公報
【特許文献３】特許第4277671号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Proceedings of the 2002 IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp.3105-3110
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
人間型歩行ロボットの応用として、人間が生活する環境で人間が行う作業の代替え作業以外にも、人間用機器の評価（例えば、車の乗り込み時の人間にかかる関節負荷をロボットに同じ動作をさせて関節トルクや関節可動角の計測とその評価）やエンターテイメント分野（例えば、イベント会場のＭＣやファッションモデルなど）などへの応用も期待されている。特に、人間型歩行ロボットを人間用機器の評価のために活用しようとした場合には、人間に極めて近い動作を実現可能な人間型ロボットの実現が求められている。例えば靴や衣類などの履物の動きによるしわや布の動きなどの評価のために人間型歩行ロボットを活用しようとした場合には、人間による動作に類似した動作の実現が求められている。加えて、人間が着用する履物を人間型歩行ロボットが着用できるように、人間型歩行ロボットのプロポーションに関しても、人間に近いプロポーションが求められている。また、人間型歩行ロボットをエンターテイメント分野へ応用する場合においても、例えばイベント会場でのＭＣやファッションモデルとして人間型歩行ロボットを活用しようとした場合には、人間に極めて近い動作の実現に加え、人間に極めて近いプロポーションの実現も求められている。
【０００７】
また、人間型歩行ロボットの活躍の場が広がるに従い、多種多様な環境で安全に動作ならびに歩行することが求められている。人間型歩行ロボットの関節に異物が巻き込まれると、動的なバランスを失い転倒する危険性があり、関節部での異物巻き込み抑制が求められている。特に、人間型歩行ロボットが歩行している際は足と床面が接触しており、爪先関節を有する足の異物巻き込み抑制は重要な課題である。そのため、人間型歩行ロボットにおいては、例えば、毛足の長い絨毯の上の歩行時には絨毯の巻き込みを抑制するとともに、屋外歩行時には草の巻き込みを抑制するなど、爪先関節部での異物巻き込み混入抑制の実現が求められている。
【０００８】
特許文献２では、遊脚期に次の支持脚期に備え踵側足と爪先側足の相対姿勢がバネ力により初期姿勢に戻るように爪先部が構成されている。すなわち、爪先部が徐々に離床する期間における踵側足と爪先側足の相対姿勢は、爪先部に設けたバネ力と爪先部が床面から受ける力の平衡点で受動的に決まり、爪先部と床面が完全に離れた時に初めて初期姿勢に戻る構成になっている。そのため、爪先部と床面が完全に離れない離床期においては、爪先部の先端部は地面と接触しており、この期間に不要な蹴り力を発生させないようにするためには、爪先部の先端部が不動となるような足の軌道を生成する必要があり、特許文献２においても、やはり自由な遊脚の足の軌道を生成することが困難であった。また、爪先部の関節角を能動的に制御することが出来ないため、人間に極めて近い動作を実現することも困難であった。
【０００９】
非特許文献１と特許文献３では、爪先関節軸が爪先側足の部材の前後方向での中間位置を左右方向に伸びるように配置するとともに、爪先側足の部材の左辺と右辺が爪先関節軸より後方に伸びるように爪先側足の部材を構成したことにより、爪先立ち時に左右から見た足の外観が人間の足の外観とは明らかに異なる構成になっている。また、爪先関節を駆動するためのアクチュエータの回転速度を減速してトルクを増幅する商品名ハーモニックドライブの出力部に直接爪先側足が接合されており、商品名ハーモニックドライブの厚みにより爪先関節の厚みを抑えることが困難であり、人間の足に近いプロポーションの実現も困難であった。加えて、爪先立ち状態において、爪先側足の部材の左辺と右辺が爪先関節軸より後方に伸びた爪先側足の部位と踵側足の前方部位の間に異物が混入してしまう可能性があった。
【００１０】
また、人間の足の動作に極めて近い動作を実現可能な人間型ロボット用脚とその足として、爪先側足裏を爪先関節軸から後方に出ないように構成するとともに、爪先関節を駆動するためのアクチュエータの回転速度を減速してトルクを増幅する減速装置の出力部に直接爪先側足を接合する形態が考えられる。この形態による一例を図１から図４に示す。この図１から図４に示す事例においては、本発明の実施例と同様に減速装置として精密減速装置を用いている。本明細書においては、バックラッシュが少ない減速装置を、具体的には商品名ハーモニックドライブを用いたハーモニック減速装置や遊星歯車（不思議遊星歯車を含む）を用いた遊星歯車減速装置や商品名サイクロ減速機を用いたサイクロ減速装置や商品名ＲＶ減速機を用いたＲＶ減速装置や商品名ローラドライブを用いたローラドライブ減速装置やサイクロイドを用いたボール減速機を「精密減速装置」と言う。
【００１１】
図１（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、アクチュエータの出力トルクを増幅する精密減速装置の出力軸が直接爪先関節軸となる人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。また図２は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。加えて図３は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。更に図４（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第一実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図１（ａ）中の矢印eye-Aに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。
【００１２】
しかしながら、精密減速装置の出力部に直接爪先側足を接合する形態においては、精密減速装置の出力軸と爪先関節軸が同軸であるため、精密減速装置の厚みにより爪先関節の厚みを抑えることが困難であり、人間の足に近いプロポーションの実現が困難であった。また、爪先関節軸と地面との間の距離を短く構成することが困難であり、爪先関節が動く際に踵側足と爪先側足が互いにすれ違いながら動く部分（踵側足の爪先関節側の側面と爪先側足の爪先関節側の側面）の面積が広くなるため、例えば毛足の長い絨毯の上の歩行時に絨毯の巻き込みや屋外歩行時の草の巻き込みなど異物を爪先関節に巻き込む可能性があった。
【００１３】
それゆえこの発明は、人間型歩行ロボット用の脚と足において、人間の脚や足による動作に類似した動作を実現するとともに人間の足に近いプロポーションを実現し、爪先関節部での異物の巻き込みを抑制することを目的にしている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記課題を有利に解決するためになされたものであり、本発明の第一の解決手段は、足の踵側である踵側足と足の爪先側である爪先側足を備えるとともに、踵側足と爪先側足の相対姿勢を変える爪先関節を備えた人間型歩行ロボット用足において、前記踵側足にアクチュエータと精密減速装置を配置するとともに第一支軸を設けるとともに、前記爪先側足に第二支軸と第三支軸を設け、前記アクチュエータの出力要素と前記精密減速装置の入力要素を、プーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構もしくは歯車により構成される伝達機構もしくはプーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構と歯車により構成される伝達機構を組み合わせた伝達機構により駆動結合し、前記減速装置の出力要素に、能動リンクをその両端部のうち一端部を前記減速装置の出力軸である能動軸回りに能動的に回転するように結合し、前記第一支軸を介して、第一リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第二支軸を介して、第二リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第三支軸を介して、第三リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記能動リンクの両端部のうち他端部に設けた第四支軸を介して、前記第二リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、前記第一リンクの両端部のうち他端部に設けた第五支軸を介して、前記第三リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、前記第一リンクに第六支軸を設け、前記第六支軸を介して前記第二リンクを回転可能に軸支し、前記能動軸と前記第一支軸と前記第四支軸と前記第六支軸を４つの節とする第一平行リンク機構を備えるとともに、前記第二支軸と前記第三支軸と前記第五支軸と前記第六支軸を４つの節とする第二平行リンク機構を備え、前記第六支軸は、前記第二支軸と前記第四支軸を結ぶ線分上にくるように配置されているとともに前記第一支軸と前記第五支軸を結ぶ線分上にくるように配置し、前記第一支軸と前記第二支軸と前記第六支軸と仮想支軸を４つの節とする仮想的な平行リンク機構である仮想平行リンク機構を備え、前記踵側足が床面と接触する足裏面である踵側足裏面は、前記仮想支軸を含有するとともに前記仮想支軸を境とする半平面上に構成されるとともに、前記爪先側足が床面と接触する足裏面である爪先側足裏面は、前記仮想支軸を含有するとともに前記仮想支軸を境とする半平面上に構成され、前記仮想支軸を爪先関節軸とするとともに、前記アクチュエータを駆動することにより前記爪先関節の角度を能動的に駆動することを特徴としている。
【００１５】
このような本発明の第一の解決手段によれば、アクチュエータにより爪先関節を駆動することができ、人間の足の動作に類似した動作を実現することが可能になる。また、厚みがかさばるアクチュエータと精密減速装置を踵側足に配置したことにより、爪先側足の厚みと爪先関節周辺の厚みを抑え、人間の足に近いプロポーションを実現している。加えて、仮想支軸を実現するように第一平行リンク機構と第二平行リンク機構を構成すると同時に、踵側足裏面と踵側足裏面が仮想支軸を含有するとともに仮想支軸を境とする半平面上に構成されたことにより、爪先関節軸と地面までの距離はゼロとなり、爪先関節部での異物の巻き込み抑制を実現している。
【００１６】
本発明の第二の解決手段によれば 足の踵側である踵側足と足の爪先側である爪先側足を備えるとともに、踵側足と爪先側足の相対姿勢を変える爪先関節を備えた人間型歩行ロボット用足において、前記踵側足にアクチュエータと精密減速装置を配置するとともに第一支軸と第七支軸と第十三支軸を設け、前記爪先側足に第二支軸と第三支軸と第八支軸と第九支軸を設け、前記アクチュエータの出力要素と前記精密減速装置の入力要素を、プーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構もしくは歯車により構成される伝達機構もしくはプーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構と歯車により構成される伝達機構を組み合わせた伝達機構により駆動結合し、前記精密減速装置の出力要素に、能動リンクをその両端部のうち一端部を前記精密減速装置の出力軸である能動軸回りに能動的に回転するように結合し、前記第一支軸を介して、第一リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第二支軸を介して、第二リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第三支軸を介して、第三リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記能動リンクの両端部のうち他端部に設けた第四支軸を介して、前記第二リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、前記第一リンクの両端部のうち他端部に設けた第五支軸を介して、前記第三リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、前記第一リンクに第六支軸を設け、前記第六支軸を介して前記第二リンクを回転可能に軸支し、前記能動軸と前記第一支軸と前記第四支軸と前記第六支軸を４つの節とする第一平行リンク機構を備えるとともに、前記第二支軸と前記第三支軸と前記第五支軸と前記第六支軸を４つの節とする第二平行リンク機構を備え、前記第六支軸は、前記第二支軸と前記第四支軸を結ぶ線分上にくるように配置されているとともに前記第一支軸と前記第五支軸を結ぶ線分上にくるように配置し、前記第一支軸と前記第二支軸と前記第六支軸と仮想支軸を４つの節とする仮想的な平行リンク機構である第一仮想平行リンク機構を備え、前記踵側足が床面と接触する足裏面である踵側足裏面は、前記仮想支軸を含有するとともに前記仮想支軸を境とする半平面上に構成されるとともに、前記爪先側足が床面と接触する足裏面である爪先側足裏面は、前記仮想支軸を含有するとともに前記仮想支軸を境とする半平面上に構成され、前記第十三支軸を介して、第四リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第七支軸を介して、第五リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第八支軸を介して、第六リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第九支軸を介して、第七リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第四リンクの両端部のうち他端部に設けた第十支軸を介して、前記第六リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、前記第五リンクの両端部のうち他端部に設けた第十一支軸を介して、前記第七リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、前記第五リンクに第十二支軸を設け、前記第十二支軸を介して前記第六リンクを回転可能に軸支し、前記第七支軸と前記第十支軸と前記第十二支軸と前記第十三支軸を４つの節とする第三平行リンク機構を備えるとともに、前記第八支軸と前記第九支軸と前記第十一支軸と前記第十二支軸を４つの節とする第四平行リンク機構を備え、前記第十二支軸は、前記第八支軸と前記第十支軸を結ぶ線分上にくるように配置されているとともに前記第七支軸と前記第十一支軸を結ぶ線分上にくるように配置し、前記第七支軸と前記第十三支軸は、互いを結ぶ直線上に前記仮想支軸がくるように配置されているとともに、前記第八支軸と前記第九支軸は、互いを結ぶ直線上に仮想支軸がくるように配置され、前記第七支軸と前記第八支軸と前記第十二支軸と前記仮想支軸を４つの節とする仮想的な平行リンク機構である第二仮想平行リンク機構を備え、前記仮想支軸を爪先関節軸とするとともに、前記アクチュエータを駆動することにより前記爪先関節の角度を能動的に駆動することを特徴としている。
【００１７】
すなわち本発明の第二の解決手段は、本発明の第一の解決手段を行うとともに、前記踵側足に第七支軸と第十三支軸を追加して設け、前記爪先側足に第八支軸と第九支軸を追加して設け、前記第十三支軸を介して、第四リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第七支軸を介して、第五リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第八支軸を介して、第六リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第九支軸を介して、第七リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第四リンクの両端部のうち他端部に設けた第十支軸を介して、前記第六リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、前記第五リンクの両端部のうち他端部に設けた第十一支軸を介して、前記第七リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、前記第五リンクに第十二支軸を設け、前記第十二支軸を介して前記第六リンクを回転可能に軸支し、前記第七支軸と前記第十支軸と前記第十二支軸と前記第十三支軸を４つの節とする第三平行リンク機構を備えるとともに、前記第八支軸と前記第九支軸と前記第十一支軸と前記第十二支軸を４つの節とする第四平行リンク機構を備え、前記第十二支軸は、前記第八支軸と前記第十支軸を結ぶ線分上にくるように配置されているとともに前記第七支軸と前記第十一支軸を結ぶ線分上にくるように配置し、前記第七支軸と前記第十三支軸は、互いを結ぶ直線上に前記仮想支軸がくるように配置されているとともに、前記第八支軸と前記第九支軸は、互いを結ぶ直線上に仮想支軸がくるように配置され、前記第七支軸と前記第八支軸と前記第十二支軸と前記仮想支軸を４つの節とする仮想的な平行リンク機構である第二仮想平行リンク機構を備え、前記仮想支軸を爪先関節軸とするとともに、前記アクチュエータを駆動することにより前記爪先関節の角度を能動的に駆動することを特徴としている。
【００１８】
このような本発明の第二の解決手段によれば、本発明の第一の解決手段による効果に加え、第一仮想平行リンク機構と第二仮想平行リンク機構が爪先関節軸である仮想支軸を共有するため、爪先関節の機械的剛性を向上することができる。
【００１９】
本発明の第三の解決手段によれば、足の踵側である踵側足と足の爪先側である爪先側足を備えるとともに、踵側足と爪先側足の相対姿勢を変える爪先関節を備えた人間型歩行ロボット用足において、前記踵側足にアクチュエータと精密減速装置を配置するとともに第一支軸を設け、前記爪先側足に第二支軸を設け、前記アクチュエータの出力要素と前記精密減速装置の入力要素を、プーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構もしくは歯車により構成される伝達機構もしくはプーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構と歯車により構成される伝達機構を組み合わせた伝達機構により駆動結合し、前記精密減速装置の出力要素に、能動リンクをその両端部のうち一端部を前記精密減速装置の出力軸である能動軸回りに能動的に回転するように結合し、前記能動リンクの両端部のうち他端部に第三支軸を設け、前記第一支軸を介して、前記爪先側足をその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第二支軸を介して、連結リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第三支軸を介して、前記連結リンクをその両端のうち他端部で回転可能に軸支し、前記能動軸と前記第一支軸と前記第二支軸と前記第三支軸を４つの節とする四節リンク機構を備え、前記踵側足は床面と接触する踵側足裏面を備えるとともに、前記爪先側足は床面と接触する爪先側足裏面を備え、前記踵側足裏面と前記爪先側足裏面は、ともに床面と接触する状態で同一平面となるように構成されており、前記第一支軸を爪先関節軸とするとともに、前記アクチュエータを駆動することにより前記爪先関節の角度を能動的に駆動することを特徴としている。
【００２０】
このような本発明の第三の解決手段によれば、第一の解決手段および第二の解決手段と同様、アクチュエータにより爪先関節を駆動することができ、人間の足の動作に類似した動作を実現することが可能になる。また、厚みがかさばるアクチュエータと精密減速装置を踵側足に配置したことにより、爪先側足の厚みと爪先関節周辺の厚みを抑え、人間の足に近いプロポーションを実現している。また、四節リンク機構の４つの節（内１つの節は、精密減速装置の出力軸）の内１つの節を爪先関節軸とすることにより、爪先関節軸と地面までの距離を短くすることが可能であり、爪先関節が動く際に踵側足と爪先側足が互いにすれ違いながら動く部分（踵側足の爪先関節側の側面と爪先側足の爪先関節側の側面）の面積が小さくなるため、その結果、爪先関節部での異物の巻き込み抑制を実現している。
【００２１】
本発明の第四の解決手段によれば、第三の解決手段に加え、能動軸と第三支軸を結ぶ線分の長さが、第一支軸と第二支軸を結ぶ線分の長さよりも短くなるように四節リンク機構を構成していることを特徴としている。
【００２２】
このような本発明の第四の解決手段によれば、能動軸周りの回転速度に対して第一支軸（爪先関節軸）周りの回転速度を減速することが可能であり、すなわち四節リンク機構で減速することが可能であるため、アクチュエータの回転速度を減速する精密減速装置をより小型なものに採用することができ、その結果、本発明の第三の解決手段による効果に加え、より足の厚みを低減することが可能になる。
【００２３】
本発明の第五の解決手段によれば、第一の解決手段から第四の解決手段の何れか１解決手段による人間型歩行ロボット用足の踵側足が足首関節を介して人間型歩行ロボットの下腿に接合された人間型歩行ロボット用脚において、前記足首関節は、前記下腿に対してピッチ軸周りに揺動するとともに前記踵側足に対してロール軸周りに揺動する足首関節部材を支持している関節であるとともに、前記足首関節のピッチ軸周りとロール軸周りの揺動は２つのアクチュエータで駆動されており、前記爪先関節軸は、右後方から左前方に向かう方向または左後方から右前方に向かう方向に配置されていることを特徴としている。
【００２４】
このような本発明の第五の解決手段によれば、下腿に対する爪先側足の相対姿勢をロール軸とピッチ軸の両軸周りにおいて広範囲に渡り能動制御することが可能であり、その結果、本発明の第一の解決手段から第四の解決手段による効果に加え、極めて人間の脚や足による動作に類似した動作を実現することが可能になる。
【００２５】
本発明の第六の解決手段によれば、第一の解決手段から第四の解決手段の何れか１解決手段による人間型歩行ロボット用足の踵側足が足首関節を介して人間型歩行ロボットの下腿に接合された人間型歩行ロボット用脚において、前記足首関節は、前記下腿に対してピッチ軸周りに揺動するとともに前記踵側足に対してロール軸周りに揺動する足首関節部材を支持している関節であるとともに、前記足首関節のピッチ軸周りとロール軸周りの揺動は２つのアクチュエータで駆動されており、前記爪先関節軸は、左右方向に向かう向きに配置されていることを特徴としている。
【００２６】
このような本発明の第六の解決手段によれば、下腿に対する爪先側足の相対姿勢をピッチ軸周りにおいて広範囲において能動制御することが可能であり、その結果、本発明の第一の解決手段から第四の解決手段による効果に加え、より歩幅の広い人間の歩行動作に類似した動作を実現することが可能になる。
【００２７】
本発明の第七の解決手段によれば、第五の解決手段又は第六の解決手段に加え、精密減速装置を、前記踵側足と前記足首関節との接合部を挟んで爪先関節側に配置するとともに、前記爪先関節を駆動するアクチュエータを、前記踵側足と前記足首関節との接合部を挟んで踵側に配置することを特徴としている。
【００２８】
このような本発明の第七の解決手段によれば、足首関節の関節軸周りの足のイナーシャ（踵側足のイナーシャと爪先側足のイナーシャ）、特に足首関節ピッチ軸周りの足のイナーシャ（踵側足のイナーシャと爪先側足のイナーシャ）を軽減できるため、その結果、本発明の第五の解決手段または第六の解決手段による効果に加え、より高速な足の運動を実現することが可能になる。また、踵周辺は足甲周辺に比べ空間的に広いスペースがあるため、より大きいアクチュエータを採用することが可能になり、その結果、本発明の第五の解決手段または第六の解決手段による効果に加え、より高速な爪先の運動も実現することが可能になる。
【００２９】
本発明の第八の解決手段によれば、第五の解決手段による人間型歩行ロボット用脚を右脚用と左脚用の２つを備え、それぞれが胴体に結合された人間型歩行ロボットにおいて、右脚用の前記爪先関節軸は右後方から左前方に向かう方向に配置されているとともに、左脚用の前記爪先関節軸は左後方から右前方に向かう方向に配置されていることを特徴としている。
【００３０】
このような本発明の第八の解決手段によれば、右脚用の爪先側足を接地した状態で右脚用の爪先関節を駆動すると、右脚が、特に右脚の踵と右脚の足首が、左脚から遠ざかる方向に可動し、またその逆に、左脚用の爪先側足を接地した状態で左脚用の爪先関節を駆動すると、左脚が、特に左脚の踵と左脚の足首が、右脚から遠ざかる方向に可動するため、その結果、本発明の第五の解決手段による効果に加え、更に人間の脚による動作により類似した動作を実現できるとともに、左右脚の干渉が回避された歩行動作を実現することが可能になる。
【００３１】
本発明の第九の解決手段によれば、第八の解決手段に加え、右脚用の前記精密減速装置を、右脚用の前記踵側足と右脚用の前記足首関節との接合部を挟んで右脚の爪先関節側に配置するとともに、右脚用の前記爪先関節を駆動する前記アクチュエータを、右脚用の前記踵側足と右脚用の前記足首関節との接合部を挟んで右脚の踵側に配置し、左脚用の前記精密減速装置を、左脚用の前記踵側足と左脚用の前記足首関節との接合部を挟んで左脚の爪先関節側に配置するとともに、左脚用の前記爪先関節を駆動する前記アクチュエータを、左脚用の前記踵側足と左脚用の前記足首関節との接合部を挟んで左脚の踵側に配置することを特徴としている。
【００３２】
このような本発明の第九の解決手段によれば、本発明の第八の解決手段による効果に加え、より高速な足の運動とより高速な爪先の運動を実現することが可能になる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の第一の解決手段により、アクチュエータにより爪先関節を駆動することができ、人間の足の動作に類似した動作を実現することが可能になる。また、厚みがかさばるアクチュエータと精密減速装置を踵側足に配置したことにより、爪先側足の厚みと爪先関節周辺の厚みを抑え、人間の足に近いプロポーションを実現している。加えて、仮想支軸を実現するように第一平行リンク機構と第二平行リンク機構を構成すると同時に、踵側足裏面と踵側足裏面が仮想支軸を含有するとともに仮想支軸を境とする半平面上に構成されたことにより、爪先関節軸と地面までの距離はゼロとなり、爪先関節部での異物の巻き込み抑制を実現している。
【００３４】
本発明の第二の解決手段により、本発明の第一の解決手段による効果に加え、第一仮想平行リンク機構と第二仮想平行リンク機構が爪先関節軸である仮想支軸を共有するため、爪先関節の機械的剛性を向上することが可能になる。
【００３５】
本発明の第三の解決手段により、第一の解決手段および第二の解決手段と同様、アクチュエータにより爪先関節を駆動することができ、人間の足の動作に類似した動作を実現することが可能になる。また、厚みがかさばるアクチュエータと精密減速装置を踵側足に配置したことにより、爪先側足の厚みと爪先関節周辺の厚みを抑え、人間の足に近いプロポーションを実現している。また、四節リンク機構の４つの節（内１つの節は、精密減速装置の出力軸）の内１つの節を爪先関節軸とすることにより、爪先関節軸と地面までの距離を短くすることが可能であり、爪先関節が動く際に踵側足と爪先側足が互いにすれ違いながら動く部分（踵側足の爪先関節側の側面と爪先側足の爪先関節側の側面）の面積が小さくなるため、その結果、爪先関節部での異物の巻き込み抑制を実現している。
【００３６】
本発明の第四の解決手段により、能動軸周りの回転速度に対して第一支軸（爪先関節軸）周りの回転速度を減速することが可能であり、すなわち四節リンク機構で減速することが可能であるため、アクチュエータの回転速度を減速する精密減速装置をより小型なものに採用することができ、その結果、本発明の第三の解決手段による効果に加え、より足の厚みを低減することが可能になる。
【００３７】
本発明の第五の解決手段により、下腿に対する爪先側足の相対姿勢をロール軸とピッチ軸の両軸周りにおいて広範囲に渡り能動制御することが可能であり、その結果、本発明の第一の解決手段から第四の解決手段による効果に加え、極めて人間の脚や足による動作に類似した動作を実現することが可能になる。
【００３８】
本発明の第六の解決手段により、下腿に対する爪先側足の相対姿勢をピッチ軸周りにおいて広範囲において能動制御することが可能であり、その結果、本発明の第一の解決手段から第四の解決手段による効果に加え、より歩幅の広い人間の歩行動作に類似した動作を実現することが可能になる。
【００３９】
本発明の第七の解決手段により、足首関節の関節軸周りの足のイナーシャ（踵側足のイナーシャと爪先側足のイナーシャ）、特に足首関節ピッチ軸周りの足のイナーシャ（踵側足のイナーシャと爪先側足のイナーシャ）を軽減できるため、その結果、本発明の第五の解決手段または第六の解決手段による効果に加え、より高速な足の運動を実現することが可能になる。また、踵周辺は足甲周辺に比べ空間的に広いスペースがあるため、より大きいアクチュエータを採用することが可能になり、その結果、本発明の第五の解決手段または第六の解決手段による効果に加え、より高速な爪先の運動も実現することが可能になる。
【００４０】
本発明の第八の解決手段により、右脚用の爪先側足を接地した状態で右脚用の爪先関節を駆動すると、右脚が、特に右脚の踵と右脚の足首が、左脚から遠ざかる方向に可動し、またその逆に、左脚用の爪先側足を接地した状態で左脚用の爪先関節を駆動すると、左脚が、特に左脚の踵と左脚の足首が、右脚から遠ざかる方向に可動するため、その結果、本発明の第五の解決手段による効果に加え、更に人間の脚による動作により類似した動作を実現できるとともに、左右脚の干渉が回避された歩行動作を実現することが可能になる。
【００４１】
本発明の第九の解決手段により、本発明の第八の解決手段による効果に加え、より高速な足の運動とより高速な爪先の運動を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、アクチュエータの出力トルクを増幅する精密減速装置の出力軸が直接爪先関節軸となる人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。
【図２】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。
【図３】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。
【図４】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図１（ａ）中の矢印eye-Aに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。
【図５】人間型歩行ロボットの下半身を示す傾斜図である。
【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第１の態様に基づき実現した、この発明の第一実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。
【図７】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。
【図８】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。
【図９】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第一実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図６（ａ）中の矢印eye-Bに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。
【図１０】上記人間型ロボット用脚を右脚用と左脚用の２つを備え、それぞれが胴体に結合された人間型歩行ロボットにおいて、その左脚用の足と右脚用の足を示す平面図である。
【図１１】この発明の人間型歩行ロボット用足の第２の態様に基づき実現した、この発明の第二実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。
【図１２】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第二実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を示す右前方からみた傾斜図であり、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の傾斜図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の傾斜図および爪先を下げた姿勢の傾斜図である。
【図１３】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第３の態様に基づき実現した、この発明の第三実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。
【図１４】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。
【図１５】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。
【図１６】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第三実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図１３（ａ）中の矢印eye-Cに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。
【図１７】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第４の態様に基づき実現した、この発明の第四実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。
【図１８】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。
【図１９】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。
【図２０】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第四実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図１７（ａ）中の矢印eye-Dに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。
【図２１】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第５の態様に基づき実現した、この発明の第五実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。
【図２２】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。
【図２３】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。
【図２４】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第五実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図２１（ａ）中の矢印eye-Eに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。
【図２５】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第６の態様に基づき実現した、この発明の第六実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。
【図２６】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。
【図２７】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。
【図２８】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第六実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図２５（ａ）中の矢印eye-Fに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。
【図２９】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第７の態様に基づき実現した、この発明の第七実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。
【図３０】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。
【図３１】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。
【図３２】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第七実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図２９（ａ）中の矢印eye-G に沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。
【図３３】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第８の態様に基づき実現した、この発明の第八実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。
【図３４】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。
【図３５】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。
【図３６】上記人間型ロボット用脚を右脚用と左脚用の２つを備え、それぞれが胴体に結合された人間型歩行ロボットにおいて、その左脚用の足と右脚用の足を示す平面図である。
【図３７】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、図４（ｂ），図１６（ｂ），図２４（ｂ）および図２８（ｂ）に示す人間型歩行ロボット用足の側面図に、その側面形状を比較するために人間の足の側面輪郭形状に類似した外形線を重ね合わせた図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
図５は、本実施例に係る人間型歩行ロボットの下半身１００を示す傾斜図である。この人間型歩行ロボットは、この人間型歩行ロボットの下半身１００が具える腰関節１０１を介して図示しない上半身すなわち胸と頭と左右の腕を具えている。また、人間型歩行ロボットの下半身１００は、腰関節１０１を支持する腰フレーム１０２と、腰フレーム１０２の左右側部に設けられた二つの股関節１０４と、それらの股関節１０４を介して腰フレーム１０２にそれぞれ連結された二本の脚１０５と、各脚１０５に設けられた足首関節５０を介して足１とを具えている。足１は、踵側足１１と爪先側足１３を具えており、踵側足１１が足首基台４５を介して足首関節５０の下端面に結合されている。
【００４４】
ここで、腰関節１０１と二つの股関節１０４とは、互いに同一の関節ユニット１０６を用いてそれぞれ構成されており、この関節ユニット１０６は、上部ベース１０６ａと、その上部ベース１０６ａの下面にそれぞれ結合された前ブラケット１０６ｂおよび後ブラケット１０６ｃと、それら前後ブラケット１０６ｂ，１０６ｃをこの人間型歩行ロボットの前後方向へ延在する腰ロール軸Ｒ４または股ロール軸Ｒ３周りに回動可能に支持する十字状の連結部材１０６ｄと、その連結部材１０６ｄをこの人間型歩行ロボットの左右方向へ延在する図示しない腰ピッチ軸Ｐ４または股ピッチ軸Ｐ３周りに回動可能に支持する左ブラケット１０６ｅおよび右ブラケット１０６ｆと、上部ベース１０６ａと連結部材１０６ｄとの間にこの人間型歩行ロボットの前後方向へ軸線が延在する向きで配置されて前後ブラケット１０６ｂ，１０６ｃで支持された図示しないロール軸用アクチュエータと、後ブラケット１０６ｃに設けられて入力要素をプーリとタイミングベルトを用いたベルト式伝動機構によりロール軸用アクチュエータの出力軸に駆動結合されるとともに出力要素を連結部材１０６ｄに結合された商品名ハーモニックドライブ１０６ｈと、その連結部材１０６ｄ内にこの人間型歩行ロボットの左右方向へ軸線が延在する向きで配置された図示しないピッチ軸用アクチュエータと、左ブラケット１０６ｅに設けられて入力要素をそのピッチ軸用アクチュエータの出力軸に結合されるとともに出力要素を連結部材１０６ｄに結合された商品名ハーモニックドライブ１０６ｉとを有している。
【００４５】
さらに、腰関節１０１を構成する関節ユニット１０６の上部ベース１０６ａは、図示しない上半身の胸の下端部をこの人間型歩行ロボットの上下方向へ延在する腰ヨー軸Ｙ４周りに回動可能に支持するとともに、その胸の下部の腰ヨー軸Ｙ４上の位置に配置された商品名ハーモニックドライブの出力要素に結合され、そのハーモニックドライブの入力要素は、胸の下部に設けられた腰ヨー軸用アクチュエータの出力軸にプーリとタイミングベルトを用いたベルト式伝動機構により駆動結合されており、また腰関節１０１を構成する関節ユニット１０６の左右ブラケット１０６ｅ，１０６ｆは、腰フレーム１０２の上面に結合されている。これにより腰関節１０１は、腰ヨー軸用アクチュエータと関節ユニット１０６のロール軸用アクチュエータおよびピッチ軸用アクチュエータとの作動により、腰フレーム１０２に対し上半身を、腰ヨー軸Ｙ４周り、腰ロール軸Ｒ４周りおよび腰ピッチ軸Ｐ４周りに三自由度で回動させることができる。
【００４６】
一方、各股関節１０４を構成する関節ユニット１０６の上部ベース１０６ａは、腰フレーム１０２の下端部をこの人間型歩行ロボットの上下方向へ延在する股ヨー軸Ｙ３周りに回動可能に支持するとともに、その腰フレーム１０２の下部の図示しない股ヨー軸Ｙ３上の位置に配置された商品名ハーモニックドライブの出力要素に結合され、そのハーモニックドライブの入力要素は、腰フレーム１０２の中央部に設けられた図示しない股ヨー軸用アクチュエータの出力軸に図示しないプーリとタイミングベルトを用いたベルト式伝動機構により駆動結合されており、また各股関節１０４を構成する関節ユニット１０６の左右ブラケット１０６ｅ，１０６ｆは、この実施例の脚１０５の大腿フレーム１０７の上端面に結合されている。これにより各股関節１０４は、股ヨー軸用アクチュエータと関節ユニット１０６のロール軸用アクチュエータおよびピッチ軸用アクチュエータとの作動により、腰フレーム１０２に対し各脚１０５を、股ヨー軸Ｙ３周り、股ロール軸Ｒ３周りおよび股ピッチ軸Ｐ３周りに三自由度で回動させることができる。
【００４７】
そして二本の脚１０５は各々、上記大腿フレーム１０７に加えて、下腿フレーム５１と、足１とを具えるとともに、大腿フレーム１０７と下腿フレーム５１とを連結する膝関節１１０と、下腿フレーム５１と足１とを連結する足首関節５０と、下腿フレーム５１と足首関節５０との間に介挿されたギヤボックス１１２とを具えており、これら大腿フレーム１０７と下腿フレーム５１と足１と膝関節１１０と足首関節５０とギヤボックス１１２との構成は、大腿フレーム１０７が各々下方に向かって内向きに傾斜して左右対称をなしている点と、足１が各々左右対称をなしている点とを除けば、二本の脚１０５で互いに同一とされている。
【００４８】
ここで、大腿フレーム１０７と下腿フレーム５１とは、スリム化および軽量化に加えて内部でのアクチュエータ等の配線の引き回しのために各々カバーと組み合わされて概略角筒状に形成されており、膝関節１１０は、大腿フレーム１０７の下端面に結合された左ブラケット１１０ａおよび右ブラケット１１０ｂと、下腿フレーム５１の上端面に結合されてそれら左右ブラケット１１０ａ，１１０ｂを図示しない中空軸を介しこの人間型歩行ロボットの左右方向へ延在する膝ピッチ軸Ｐ２周りに回動可能に支持するＬ字状の下ブラケット１１０ｃと、大腿フレーム１０７の下端面と下ブラケット１１０ｃとの間にこの人間型歩行ロボットの左右方向へ軸線が延在する向きで配置されて左右ブラケット１１０ａ，１１０ｂで支持された膝ピッチ軸用アクチュエータと、左ブラケット１１０ａに設けられて入力要素をプーリとタイミングベルトを用いたベルト式伝動機構により膝ピッチ軸用アクチュエータの出力軸に駆動結合されるとともに出力要素を下ブラケット１１０ｃに結合された商品名ハーモニックドライブ１１０ｅとを有している。これにより膝関節１１０は、膝ピッチ軸用アクチュエータの作動により、大腿フレーム１０７に対し下腿フレーム５１を膝ピッチ軸Ｐ２周りに一自由度で回動させることができる。
【００４９】
足首関節５０は、下腿フレーム５１の下端面にギヤボックス１１２を介してそれぞれ結合された左ブラケット５０ａおよび右ブラケット５０ｂと、それら左右ブラケット５０ａ，５０ｂをこの人間型歩行ロボットの左右方向へ延在する足首ピッチ軸Ｐ１周りに回動可能に支持する十字状の連結部材５０ｆと、その連結部材５０ｆをこの人間型歩行ロボットの前後方向へ延在する足首ロール軸Ｒ１周りに回動可能に支持する前ブラケット５０ｃおよび後ブラケット５０ｄと、足首ピッチ軸Ｐ１と足首ロール軸Ｒ１との交点を通ってそれらと直交する踵側足１１の支持中心軸Ｃ１の周囲に配置された三本の弾性ブッシュ１１３と、それらの弾性ブッシュ１１３を介して踵側足１１に弾性支持されるとともに力センサ１１１を介して前後ブラケット５０ｃ，５０ｄに結合された足首基台４５とを有している。
【００５０】
加えてこの足首関節５０は、足首ピッチ軸駆動系と足首ロール軸駆動系とを有し、足首ピッチ軸駆動系は、下腿フレーム５１の上部内に、その下腿フレーム５１の長手方向に沿ってそれぞれ軸線が延在するように前後に並べて配置された図示しない足首ピッチ軸用アクチュエータおよび同じく図示しないねじ式直線駆動機構を有するとともに、その足首ピッチ軸用アクチュエータの出力要素としての出力軸と、ねじ式直線駆動機構の入力要素としての図示しないねじ軸とをプーリとタイミングベルトを用いた図示しないベルト式伝動機構により駆動結合している。また足首ロール軸駆動系は、下腿フレーム５１の下部内に、その下腿フレーム５１の長手方向に沿って軸線が延在するように配置された図示しない足首ロール軸用アクチュエータを有するとともに、下腿フレーム５１の下端面に固定されたギヤボックス１１２の側部に、軸線が足首ピッチ軸Ｐ１と平行に延在するようにそのギヤボックス１１２を貫通して回転可能に支持された図示しない第１の中間軸を有し、さらにギヤボックス１１２内に、足首ロール軸用アクチュエータの出力要素としての出力軸と第１の中間軸とを図示しない第１のベベルギヤ組により駆動結合している。
【００５１】
ここで、ねじ式直線駆動機構は、その入力要素としてのねじ軸に螺合する図示しないボール循環式ナットと、そのボール循環式ナットを基端部に固定されて下腿フレーム５１の長手方向に沿って延在するとともに、その延在方向へ進退移動可能にガイドスリーブを介して下腿フレーム５１に支持された出力要素としての中空の図示しない駆動ロッドと、ボール循環式ナットとともに同じく図示しない駆動ロッドの基端部に固定されて、下腿フレーム５１の長手方向へ延在する下腿フレーム５１の内面と摺接し、ねじ軸に対するボール循環式ナットの供回りを阻止する概略矩形の図示しない摺動部材とを有し、そのねじ軸の回転により駆動ロッドを進退移動させる。
【００５２】
さらに足首ピッチ軸駆動系は、ギヤボックス１１２の後方に、連結部材５０ｆの、足首ピッチ軸Ｐ１上から後方へ外れた部位をねじ式直線駆動機構の駆動ロッドの先端部に連結するリンク部材としての図示しない連結ロッドを有し、また足首ロール駆動系は、足首ロール軸Ｒ１上で連結部材５０ｆの前部に配置されるとともに出力要素を前ブラケット５０ｃに結合された足首ロール軸用の図示しない商品名ハーモニックドライブと、連結部材５０ｆの足首ピッチ軸Ｐ１上の位置とその足首ピッチ軸Ｐ１上から足首ロール軸用のハーモニックドライブ側と反対の側である後方へ外れた位置とにそれぞれ回転可能にかつ互いに平行に支持された図示しない第２の中間軸および同じく図示しない第３の中間軸と、それら第２の中間軸と第３の中間軸とを駆動結合する図示しないスパーギヤ組と、上記第１の中間軸と第２の中間軸とを駆動結合するプーリとタイミングベルトを用いたベルト式伝動機構と、足首ロール軸用のハーモニックドライブの入力要素と第３の中間軸とを駆動結合する第２のベベルギヤ組とを有している。
【００５３】
上述の構成により、下腿フレーム５１の上部に配置された足首ピッチ軸用アクチュエータの出力軸が、同じく下腿フレーム５１の上部に配置されたねじ式直線駆動機構のねじ軸を、ベルト式伝動機構を介して駆動し、それによりねじ式直線駆動機構の駆動ロッドが進退駆動されて、下腿フレーム５１に足首関節５０の足首ピッチ軸Ｐ１周りに揺動可能に支持された連結部材５０ｆの足首ピッチ軸Ｐ１上から外れた部位を、連結ロッドを介して押し引きし、その連結部材５０ｆに足首関節５０の足首ロール軸Ｒ１周りに揺動可能に支持された踵側足１１を足首ピッチ軸Ｐ１周りに揺動させることができる。
【００５４】
また、下腿フレーム５１の下部に配置された足首ロール軸用アクチュエータの出力軸が、下腿フレーム５１の下端に固定されたギヤボックス１１２に回転可能に支持された第１の中間軸１４を、ベベルギヤ組を介して駆動し、それにより回転駆動された第１の中間軸が、連結部材５０ｆの足首ピッチ軸Ｐ１上の位置に回転可能に支持された第２の中間軸を、ベルト式伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第２の中間軸が、連結部材５０ｆの足首ピッチ軸Ｐ１上から外れた位置に第２の中間軸と平行に支持された第３の中間軸を、スパーギヤ組を介して駆動し、それにより回転駆動された第３の中間軸が、足首ロール軸Ｒ１上に配置されて出力要素を踵側足１１に結合されたハーモニックドライブの入力要素を、ベベルギヤ組を介して回転駆動し、踵側足１１を足首ロール軸Ｒ１周りに揺動させることができる。
なお、この人間型歩行ロボットの下半身１００が具える腰関節と股関節と膝関節と足首関節の詳しい説明は、本出願人によって既に出願されている特願2009-255977号に記載されている。
【実施例】
【００５５】
（第一実施例）
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。ここに、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第１の態様に基づき実現した、この発明の第一実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。また図７は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。加えて図８は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。更に図９（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第一実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図６（ａ）中の矢印eye-Bに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。ここで、１は足、１１は踵側足、１３は爪先側足、２０は爪先関節、２１は爪先関節軸、３０は第一平行リンク機構と第二平行リンク機構、４１は爪先関節用のアクチュエータ（以下の説明では単にアクチュエータと称す）、４２は爪先関節用の精密減速装置（以下の説明では単に精密減速装置と称するが、精密減速装置については上記段落００１０の記載参照。）である。本明細書の実施例図の精密減速装置には商品名ハーモニックドライブを用いて実施例図を図示しているが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。
【００５６】
アクチュエータ４１と精密減速装置４２は踵側足１１に配置されている。このアクチュエータ４１の出力軸にはプーリ４４ａが取り付けられており、精密減速装置４２の入力軸にはプーリ４４ｂが取り付けられており、これらプーリ４４ａ，４４ｂにはタイミングベルト４４ｃが巻かれている。すなわち、アクチュエータ４１の出力要素と精密減速装置４２の入力要素を、プーリ４４ａ，４４ｂとタイミングベルト４４ｃにより構成される伝達機構で駆動結合している。精密減速装置４２の出力要素には、能動リンク３１ａをその両端部のうち一端部を精密減速装置４２の出力軸である能動軸４３回りに能動的に回転するように結合している。すなわち、アクチュエータ４１を駆動することにより能動リンク３１ａを能動軸４３周りに一自由度で回動させることができる。
なお、第一実施例に限らず本発明の実施例では、第八実施例を除き、アクチュエータ４１の出力要素と精密減速装置４２の入力要素を、プーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構で駆動結合しているが、これは例示にすぎず、アクチュエータ４１の出力要素と精密減速装置４２の入力要素を、歯車により構成される伝達機構で駆動結合しても良いし、プーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構と歯車により構成される伝達機構を組み合わせた伝達機構で駆動結合しても良い。
本明細書においては、スパーギヤやピニオンギヤやヘリカルギヤやフェアロックギヤやべベルギヤやウォームギヤやラックアンドピニオンやボールナットを、「歯車」と言う。
【００５７】
踵側足１１には、左ブラケット１２ａと右ブラケット１２ｂが具えられ、第一支軸３２ａが設けられている。爪先側足１３には、左ブラケット１４ａと右ブラケット１４ｂと中央ブラケット１４ｃが具えられ、第二支軸３２ｂと第三支軸３２ｃが設けられている。
【００５８】
踵側足１１に設けた第一支軸３２ａを介して、第一リンク３１ｂをその両端のうち一端部で回転可能に軸支している。また、爪先側足１３に設けた第二支軸３２ｂを介して、第二リンク３１ｃをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、爪先側足１３に設けた第三支軸３２ｃを介して、第三リンク３１ｄをその両端のうち一端部で回転可能に軸支している。加えて、能動リンク３１ａの両端部のうち他端部に設けた第四支軸３２ｄを介して、第二リンク３１ｃの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、第一リンク３１ｂの両端部のうち他端部に設けた第五支軸３２ｅを介して、第三リンク３１ｄの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、第一リンク３１ｂに第六支軸３２ｆを設け、第六支軸３２ｆを介して第二リンク３１ｃを回転可能に軸支している。更に、能動軸４３と第一支軸３２ａと第四支軸３２ｄと第六支軸３２ｆを４つの節とする第一平行リンク機構を備えるように構成するとともに、第二支軸３２ｂと第三支軸３２ｃと第五支軸３２ｅと第六支軸３２ｆを４つの節とする第二平行リンク機構を備えるように構成している。
【００５９】
第一平行リンク機構と第二平行リンク機構を構成するに際し、第六支軸３２ｆは、第二支軸３２ｂと第四支軸３２ｄを結ぶ線分上にくるように配置されているとともに、第一支軸３２ａと第五支軸３２ｅを結ぶ線分上にくるように配置されている。第六支軸３２ｆをこのように配置することにより、実際に軸はないがその軸を仮想支軸と定義すると、第一支軸３２ａと第二支軸３２ｂと第六支軸３２ｆと仮想支軸を４つの節とする仮想平行リンク機構が構成されている。
なお、第一平行リンク機構の４節を角に持つ平行四辺形の形と、第二平行リンク機構の４節を角に持つ平行四辺形の形は合同である必要はない。
【００６０】
また、踵側足１１が床面と接触する踵側足裏面は、仮想支軸を含有するとともに仮想支軸を境とする半平面上に構成されるとともに、爪先側足１３が床面と接触する爪先側足裏面は、仮想支軸を含有するとともに前記仮想支軸を境とする半平面上に構成されている。
【００６１】
このような構成をすることにより、アクチュエータ４１を駆動すると、能動リンク３１ａが能動軸４３周りに回動し、第一平行リンク機構と第二平行リンク機構の平行四辺形の形をともに変形させることができ、踵側足１１に対し爪先側足１３を仮想支軸周りに一自由度で回動させることができる。すなわち、仮想支軸が爪先関節軸２１となり、アクチュエータ４１を駆動することにより爪先関節２０の角度を能動的に駆動することができ、人間の足の動作に類似した動作を実現することが可能になっている。また、厚みがかさばるアクチュエータ４１と精密減速装置４２を踵側足１１に配置したことにより、爪先側足の厚みと爪先関節周辺の厚みを抑え、人間の足に近いプロポーションを実現することが可能になっている。加えて、仮想支軸を実現するように第一平行リンク機構と第二平行リンク機構を構成すると同時に、踵側足裏面と踵側足裏面が仮想支軸を含有するとともに仮想軸を境とする半平面上に構成されたことにより、爪先関節軸２１と地面までの距離はゼロとなり、爪先関節部での異物の巻き込みを抑制することが可能になっている。
【００６２】
図６から図９では図示していないが、踵側足裏面と爪先側足裏面に跨って足裏ゴムシートを貼ることにより、歩行時の滑りを抑制するとともに、爪先関節部での異物の巻き込み抑制をより効果的に実現することが可能になる。
【００６３】
また、図６から図９に示す第一実施例では、踵側足１１を足首基台４５を介して足首関節５０に結合するとともに、足首関節５０をギヤボックス１１２（図５参照）を介して下腿フレーム５１に結合し、人間型歩行ロボット用の脚１０５を構成している。足首関節５０は、下腿フレーム５１の中に配置した２つのアクチュエータにより、下腿フレーム５１に対し踵側足１１を、足首ピッチ軸Ｐ１周りと足首ロール軸Ｒ１周りに二自由度で回動させることができる。加えて、爪先関節軸２１は、右後方から左前方に向かう方向または左後方から右前方に向かう方向に配置されている。このような配置を行うことにより、爪先関節軸２１の動きは、ピッチ軸ＰＰとロール軸ＲＲの両軸での動きとなる。すなわち、下腿フレーム５１に対する爪先側足１３の相対姿勢をロール軸ＲＲとピッチ軸ＰＰの両軸周りにおいて広範囲に渡り能動制御することが可能であり、人間の脚や足による動作に極めて類似した動作を実現することが可能になる。
【００６４】
図１０は、第一実施例により実現した人間型ロボット用脚を右脚用と左脚用の２つを備え、それぞれが胴体に結合された人間型歩行ロボットにおいて、その左脚用の足と右脚用の足を示す平面図である。この図１０に示すように、右脚用の前記爪先関節軸２１Ｒは右後方から左前方に向かう方向に配置されているとともに、左脚用の前記爪先関節軸２１Ｌは左後方から右前方に向かう方向に配置されている。このように爪先関節軸２１Ｒと２１Ｌを配置することにより、右脚用の爪先側足を接地した状態で右脚用の爪先関節を駆動すると右脚、特に右脚の踵と右脚の足首が左脚から遠ざかる方向に可動し、またその逆に、左脚用の爪先側足を接地した状態で左脚用の爪先関節を駆動すると左脚、特に左脚の踵と左脚の足首が右脚から遠ざかる方向に可動するため、人間の脚による動作により類似した動作を実現できるとともに、左右脚の干渉が回避された歩行動作を実現することが可能になる。
【００６５】
（第二実施例）
図１１は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第２の態様に基づき実現した、この発明の第二実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。また図１２（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第二実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を示す右前方からみた傾斜図であり、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の傾斜図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の傾斜図および爪先を下げた姿勢の傾斜図である。図５から図９と同じ符号については同じ部材を示しており、爪先関節の駆動原理についても第一実施例と同様であるので詳述は省略する。以下では、第一実施例に加えて追加された、第三平行リンク機構と第四平行リンク機構の構成方法と役割と効果について説明する。
【００６６】
図１１および図１２に示すように、第二実施例では、第一実施例に加え、踵側足１１には、第二左ブラケット１２ｄと第二右ブラケット１２ｅと第二中央ブラケット１２ｆが追加して具えられ、第七支軸３７ａと第十三支軸３７ｇが追加して設けられている。また、爪先側足１３には、第二左ブラケット１４ｆと第二右ブラケット１４ｇと第二中央ブラケット１４ｈが追加して具えられ、第八支軸３７ｂと第九支軸３７ｃが追加して設けられている。
【００６７】
踵側足１１に設けた第十三支軸３７ｇを介して、第四リンク３６ａをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、踵側足１１に設けた第七支軸３７ａを介して、第五リンク３６ｂをその両端のうち一端部で回転可能に軸支している。また、爪先側足１３に設けた第八支軸３７ｂを介して、第六リンク３６ｃをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、爪先側足１３に設けた第九支軸３７ｃを介して、第七リンク３６ｄをその両端のうち一端部で回転可能に軸支している。加えて、第四リンク３６ａの両端部のうち他端部に設けた第十支軸３７ｄを介して、第六リンク３６ｃの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、第五リンク３６ｂの両端部のうち他端部に設けた第十一支軸３７ｅを介して、第七リンク３６ｄの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、第五リンク３６ｂに第十二支軸３７ｆを設け、第十二支軸３７ｆを介して第六リンク３６ｃを回転可能に軸支している。更に、第七支軸３７ａと第十支軸３７ｄと第十二支軸３７ｆと第十三支軸３７ｇを４つの節とする第三平行リンク機構を備えるように構成するとともに、第八支軸３７ｂと第九支軸３７ｃと第十一支軸３７ｅと第十二支軸３７ｆを４つの節とする第四平行リンク機構を備えるように構成している。
【００６８】
第三平行リンク機構と第四平行リンク機構を構成するに際し、第十二支軸３７ｆは、第八支軸３７ｂと第十支軸３７ｄを結ぶ線分上にくるように配置されているとともに、第七支軸３７ａと第十一支軸３７ｅを結ぶ線分上にくるように配置されている。加えて、第七支軸３７ａと第十三支軸３７ｇは、互いを結ぶ直線上に仮想支軸がくるように配置されているとともに、第八支軸３７ｂと第九支軸３７ｃは、互いを結ぶ直線上に仮想支軸がくるように配置されている。このように配置することにより、第七支軸３７ａと第八支軸３７ｂと第十二支軸３７ｆと仮想支軸を４つの節とする仮想的な平行リンク機構である第二仮想平行リンク機構が構成されている。このように第三平行リンク機構と第四平行リンク機構を構成することにより、アクチュエータ４１を駆動して踵側足１１に対し爪先側足１３を仮想支軸周りに一自由度で回動させた場合においても、第三平行リンク機構と第四平行リンク機構のおのおのの姿勢を変形することが可能になる。すなわち、第二実施例では、本発明の第一実施例による効果に加え、第一支軸３２ａと第二支軸３２ｂと第六支軸３２ｆと仮想支軸を４つの節とする第一仮想平行リンク機構と第七支軸３７ａと第八支軸３７ｂと第十二支軸３７ｆと仮想支軸を４つの節とする第二仮想平行リンク機構が爪先関節軸である仮想支軸を共有するため、爪先関節の機械的剛性を向上することができる。
なお、第三平行リンク機構の４節を角に持つ平行四辺形の形と、第四平行リンク機構の４節を角に持つ平行四辺形の形は合同である必要はない。また、第一平行リンク機構の４節を角に持つ平行四辺形の形，第二平行リンク機構の４節を角に持つ平行四辺形の形，第三平行リンク機構の４節を角に持つ平行四辺形の形，第四平行リンク機構の４節を角に持つ平行四辺形の形，全てが異なる平行四辺形であっても良い。
【００６９】
（第三実施例）
図１３（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第３の態様に基づき実現した、この発明の第三実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。また図１４は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。加えて図１５は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。更に図１６（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第三実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図１３（ａ）中の矢印eye-Cに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。図５から図９と同じ符号については同じ部材を示している。
【００７０】
本発明の第三実施例と、第一実施例との相違点は、爪先関節軸２１の配置されている向きであり、第三実施例では爪先関節軸２１は左右方向に向かう向きに配置されている。そのため、爪先関節の駆動原理についても第一実施と同様であるので詳述は省略する。
【００７１】
第三実施例においても、アクチュエータ４１を駆動することにより踵側足１１に対し爪先側足１３を爪先関節軸２１周りに一自由度で回動させることができ、人間の足の動作に類似した動作を実現することが可能になっている。また、厚みがかさばるアクチュエータ４１と精密減速装置４２を踵側足１１に配置したことにより、爪先側足の厚みと爪先関節周辺の厚みを抑え、人間の足に近いプロポーションを実現することが可能になっている。加えて、仮想支軸を実現するように第一平行リンク機構と第二平行リンク機構を構成すると同時に、踵側足裏面と踵側足裏面が仮想支軸を含有するとともに仮想軸を境とする半平面上に構成されたことにより、爪先関節軸２１と地面までの距離はゼロとなり、爪先関節部での異物の巻き込みを抑制することが可能になっている。
【００７２】
加えて、第三実施例では、爪先関節軸２１は左右方向に向かう向きに配置されており、下腿フレーム５１に対する爪先側足１３の相対姿勢をピッチ軸ＰＰ周りにおいて広範囲において能動制御することが可能であり、より歩幅の広い人間の歩行動作に極めて類似した動作を実現することが可能になる。
【００７３】
なお、第二実施例で第一実施例に対して追加導入した第三平行リンク機構及び第四平行リンク機構を、第三実施例に対して追加導入することは可能であり、このような第三平行リンク機構及び第四平行リンク機構の追加導入により、第三実施例の爪先関節の機械的剛性を向上することができる。
【００７４】
（第四実施例）
図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第４の態様に基づき実現した、この発明の第四実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。また図１８は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。加えて図１９は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。更に図２０（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第四実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図１７（ａ）中の矢印eye-Dに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。ここで、１は足、１１は踵側足、１３は爪先側足、２０は爪先関節、２１は爪先関節軸、３３は四節リンク機構、４１は爪先関節用のアクチュエータ（以下の説明では単にアクチュエータと称す）、４２は爪先関節用の精密減速装置（以下の説明では単に精密減速装置と称す）である。
【００７５】
本発明の第四実施例においても、第一実施例および第二実施例および第三実施例と同様、アクチュエータ４１と精密減速装置４２は踵側足１１に配置されている。このアクチュエータ４１の出力軸にはプーリ４４ａが取り付けられており、精密減速装置４２の入力軸にはプーリ４４ｂが取り付けられており、これらプーリ４４ａ，４４ｂにはタイミングベルト４４ｃが巻かれている。すなわち、アクチュエータ４１の出力要素と精密減速装置４２の入力要素を、プーリ４４ａ，４４ｂとタイミングベルト４４ｃにより構成される伝達機構で駆動結合している。精密減速装置４２の出力要素には、主能動リンク３４ａをその両端部のうち一端部を精密減速装置４２の出力軸である能動軸４３回りに能動的に回転するように結合している。すなわち、アクチュエータ４１を駆動することにより主能動リンク３４ａを能動軸４３周りに一自由度で回動させることができる。
【００７６】
踵側足１１には、左ブラケット１２ａと右ブラケット１２ｂが具えられ、第一支軸３５ａが設けられている。爪先側足１３には、ブラケット１４ｄが具えられ、第二支軸３５ｂが設けられている。主能動リンク３４ａの両端部のうち他端部に第三支軸３５ｃを設けている。
【００７７】
踵側足１１に設けた第一支軸３５ａを介して、爪先側足１３をその両端のうち一端部で回転可能に軸支している。また、爪先側足１３に設けた第二支軸３５ｂを介して、連結リンク３４ｃをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、第三支軸３５ｃを介して、連結リンク３４ｃをその両端のうち他端部で回転可能に軸支している。すなわち、能動軸４３と第一支軸３５ａと第二支軸３５ｂと第三支軸３５ｃを４つの節とする四節リンク機構を備えている。
【００７８】
本発明の第四実施例においては、アクチュエータ４１により駆動される主能動リンク３４ａがより確実に能動軸４３周りに回動するように、従能動リンク３４ｂを設けている。すなわち、左ブラケット１２ａに能動軸４３と同軸になるように設けた図示しない第四支軸を設け、その第四支軸を介して、従能動リンク３４ｂをその両端のうち一端部で回転可能に軸支するとともに、第三支軸３５ｃを介して、能動リンク３４ｂをその両端のうち他端部で主能動リンク３４ａに結合している。このように、従能動リンク３４ｂを追加して導入することにより、主能動リンク３４ａがより確実に能動軸４３周りに回動し、連結リンク３４ｃをよりスムーズに押し引きでき、爪先関節の機械的剛性を向上することができる。また、右ブラケット１２ａと左ブラケット１２ｂをそれぞれ足１の右端付近と左端付近に配置し、第一支軸３５ａを長くすることにより、第一支軸３５ａ周りの機械的剛性を向上することができ、爪先関節の機械的剛性も向上することができる。
【００７９】
また、踵側足１１は床面と接触する踵側足裏面を備え、爪先側足１３は床面と接触する爪先側足裏面を備え、踵側足裏面と爪先側足裏面は、ともに床面と接触する状態で同一平面となるように構成されている。
【００８０】
このような構成をすることにより、アクチュエータ４１を駆動すると、主能動リンク３４ａが能動軸４３周りに回動し、連結リンク３４ｃが押し引きされ、踵側足１１に対し爪先側足１３を第一支軸３５ａ周りに一自由度で回動させることができる。すなわち、第一支軸３５ａが爪先関節軸２１となり、アクチュエータ４１を駆動することにより爪先関節２０の角度を能動的に駆動することができ、人間の足の動作に類似した動作を実現することが可能になっている。また、厚みがかさばるアクチュエータ４１と精密減速装置４２を踵側足１１に配置したことにより、爪先側足の厚みと爪先関節周辺の厚みを抑え、人間の足に近いプロポーションを実現することが可能になっている。加えて、第一支軸３５ａが爪先関節軸２１となる構成であるため、爪先関節軸２１と地面までの距離を短くすることができ、爪先関節が動く際に踵側足と爪先側足が互いにすれ違いながら動く部分（踵側足の爪先関節側の側面と爪先側足の爪先関節側の側面）の面積が小さくなるため、爪先関節部での異物の巻き込みを抑制することが可能になっている。
なお、右ブラケット１２ａと左ブラケット１２ｂをそれぞれ足１の右端付近と左端付近に配置し、第一支軸３５ａを長くし、また右ブラケット１２ａと左ブラケット１２ｂの厚みを確保することにより、第一支軸３５ａの径をより細くでき、爪先関節軸２１と地面までの距離をより短くすることができる。第四実施例では、足の長さ（爪先から踵までの距離）が245mmで足の幅が105mmの足１に対し、爪先関節軸２１と地面までの距離は10mmにすることが出来ている。商品名ハーモニックドライブの型番CSF-11のサーキュラ・スプラインの径40mmに比べ、爪先関節軸２１と地面までの距離を短くできていることが分かる。
【００８１】
加えて、第四実施例においては、爪先関節が動く際に踵側足と爪先側足が互いにすれ違いながら動く部分（踵側足の爪先関節側の側面と爪先側足の爪先関節側の側面）が円柱の側面形状となるように構成している。このような構成により、爪先が持ち上がった姿勢にて、例えば図２０（ａ）の姿勢にて、踵側足裏面が床面に接している状態から爪先側足裏面を床面に接する状態への移行もしくは爪先側足裏面が床面に接している状態から踵側足裏面を床面に接する状態への移行がスムーズに移行し、その結果、人間型歩行ロボットの姿勢もスムーズに変化することができ、安定した動作の実現に効果的である。
【００８２】
また、図１７から図２０に示す第四実施例では、踵側足１１を足首基台４５を介して足首関節５０に結合するとともに、足首関節５０をギヤボックス１１２（図５参照）を介して下腿フレーム５１に結合し、人間型歩行ロボット用の脚１０５を構成している。足首関節５０は、下腿フレーム５１の中に配置した２つのアクチュエータにより、下腿フレーム５１に対し踵側足１１を、足首ピッチ軸Ｐ１周りと足首ロール軸Ｒ１周りに二自由度で回動させることができる。加えて、爪先関節軸２１は、右後方から左前方に向かう方向または左後方から右前方に向かう方向に配置されている。このような配置を行うことにより、爪先関節軸２１の動きは、ピッチ軸ＰＰとロール軸ＲＲの両軸での動きとなる。すなわち、下腿フレーム５１に対する爪先側足１３の相対姿勢をロール軸ＲＲとピッチ軸ＰＰの両軸周りにおいて広範囲に渡り能動制御することが可能であり、人間の脚や足による動作に極めて類似した動作を実現することが可能になる。
【００８３】
本明細書では図示しないが、第四実施例により実現した人間型ロボット用脚を右脚用と左脚用の２つを備え、それぞれが胴体に結合された人間型歩行ロボットにおいて、図１０に示す爪先関節軸２１Ｒと２１Ｌの配置と同様に、右脚用の前記爪先関節軸２１Ｒは右後方から左前方に向かう方向に配置されているとともに、左脚用の前記爪先関節軸２１Ｌは左後方から右前方に向かう方向に配置することにより、右脚用の爪先側足を接地した状態で右脚用の爪先関節を駆動すると右脚、特に右脚の踵と右脚の足首が左脚から遠ざかる方向に可動し、またその逆に、左脚用の爪先側足を接地した状態で左脚用の爪先関節を駆動すると左脚、特に左脚の踵と左脚の足首が右脚から遠ざかる方向に可動するため、人間の脚による動作により類似した動作を実現できるとともに、左右脚の干渉が回避された歩行動作を実現することが可能になる。
【００８４】
（第五実施例）
図２１（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第５の態様に基づき実現した、この発明の第五実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。また図２２は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。加えて図２３は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。更に図２４（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第五実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図２１（ａ）中の矢印eye-Eに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。図５および図１７から図２０と同じ符号については同じ部材を示している。
【００８５】
本発明の第五実施例と、第四実施例との相違点は、爪先関節軸２１の配置されている向きであり、第五実施例では爪先関節軸２１は左右方向に向かう向きに配置されている。そのため、爪先関節の駆動原理についても第四実施例と同様であるので詳述は省略する。
【００８６】
第五実施例においても、アクチュエータ４１を駆動することにより踵側足１１に対し爪先側足１３を爪先関節軸２１周りに一自由度で回動させることができ、人間の足の動作に類似した動作を実現することが可能になっている。また、厚みがかさばるアクチュエータ４１と精密減速装置４２を踵側足１１に配置したことにより、爪先側足の厚みと爪先関節周辺の厚みを抑え、人間の足に近いプロポーションを実現することが可能になっている。加えて、第一支軸３５ａが爪先関節軸２１となる構成であるため、爪先関節軸２１と地面までの距離を短くすることができ、爪先関節が動く際に踵側足と爪先側足が互いにすれ違いながら動く部分（踵側足の爪先関節側の側面と爪先側足の爪先関節側の側面）の面積が小さくなるため、爪先関節部での異物の巻き込みを抑制することが可能になっている。
【００８７】
また、本発明の第五実施例は、第三実施例と同様に、爪先関節軸２１は左右方向に向かう向きに配置されており、下腿フレーム５１に対する爪先側足１３の相対姿勢をピッチ軸ＰＰ周りにおいて広範囲において能動制御することが可能であり、より歩幅の広い人間の歩行動作に極めて類似した動作を実現することが可能になる。
【００８８】
加えて、第五実施例においても、第四実施例と同様に、爪先関節が動く際に踵側足と爪先側足が互いにすれ違いながら動く部分（踵側足の爪先関節側の側面と爪先側足の爪先関節側の側面）が円柱の側面形状となるように構成している。このような構成により、爪先が持ち上がった姿勢、例えば図２０（ａ）の姿勢にて、踵側足裏面が床面に接している状態から爪先側足裏面を床面に接する状態への移行もしくは爪先側足裏面が床面に接している状態から踵側足裏面を床面に接する状態への移行がスムーズに移行し、その結果、人間型歩行ロボットの姿勢もスムーズに変化することができ、安定した動作の実現に効果的である。
【００８９】
（第六実施例）
図２５（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第６の態様に基づき実現した、この発明の第六実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。また、図２６は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。加えて図２７は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。更に図２８（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第六実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図２５（ａ）中の矢印eye-Fに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。図５および図１７から図２４と同じ符号については同じ部材を示している。
【００９０】
本発明の第六実施例と、第五実施例との相違点は、四節リンク機構を構成しているリンク長の長さの違いである。そのため、爪先関節の駆動原理についても第五実施例と同様であるので詳述は省略する。以下では、第六実施例で構成している四節リンク機構の構成方法と役割と効果について説明する。
【００９１】
第五実施例を示す図２０から図２４からも分かるように、第五実施例においても、能動軸４３と第三支軸３５ｃを結ぶ線分の長さが、第一支軸３５ａと第二支軸３５ｂを結ぶ線分の長さよりも短くなるように四節リンク機構を構成している。一方、第六実施例においては、『能動軸４３と第三支軸３５ｃを結ぶ線分の長さが、第一支軸３５ａと第二支軸３５ｂを結ぶ線分の長さよりも短い四節リンク機構』の特徴を示すために、第五実施例よりも更に、能動軸４３と第三支軸３５ｃを結ぶ線分の長さが、第一支軸３５ａと第二支軸３５ｂを結ぶ線分の長さよりも短くなるように四節リンク機構を構成している。より具体的には、第二支軸３５ｂの配置位置を、第五実施例に比べより爪先側に配置すると同時に爪先側足裏面に近い位置に配置するとともに、第三支軸３５ｃの配置位置を、第五実施例に比べより能動軸４３に近い位置に配置している。図２４と図２８においては、主能動リンク３４ａの回転角と従能動リンク３４ｂの回転角を両図で比較するのを容易にするために、能動軸４３周りにマイナスネジのような溝を設けて図示しているが、これらの図を見比べれば分かるように、第六実施例では、第五実施例と同じ第一支軸３５ａ（爪先関節軸２１）周りの回転角を得るために能動軸４３周りの回転角が大きく回転していることが分かり、言い換えれば、能動軸４３周りの回転速度に対して第一支軸３５ａ（爪先関節軸２１）周りの回転速度を減速することが可能であることが分かる。すなわち、『能動軸４３と第三支軸３５ｃを結ぶ線分の長さが、第一支軸３５ａと第二支軸３５ｂを結ぶ線分の長さよりも短い四節リンク機構』により、能動軸４３を入力として第一支軸３５ａを出力とする四節リンク機構に減速機能を持たせることが可能であることが分かる。第五実施例と第六実施例で、同じアクチュエータ４１を採用して、爪先関節軸２１周りに同じトルクを発生させようとした場合に、精密減速装置４２の出力軸４３周りでのトルクは第五実施例に比べ第六実施例の方が小さいトルクで済むため、その結果、第五実施例に比べて第六実施例ではより小型な（より径の細い）精密減速装置を採用することが可能であり、より足の厚みを低減することが可能になる。
【００９２】
なお、本明細書ではその説明を省略するが、第六実施例で第五実施例に対して導入したような四節リンク機構の構成を、第四実施例に対して導入することは可能であり、このような四リンク機構の構成方法により第四実施例の足の厚みをより低減することが可能になる。
【００９３】
（第七実施例）
図２９（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第７の態様に基づき実現した、この発明の第七実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。また図３０は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。加えて図３１は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。更に図３２（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第七実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図２９（ａ）中の矢印eye-Gに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。図５および図１７から図２８と同じ符号については同じ部材を示している。
【００９４】
本発明の第七実施例と、第五実施例との相違点は、アクチュエータ４１と精密減速装置４２の配置位置の関係である。そのため、爪先関節の駆動原理についても第五実施例と同様であるので詳述は省略する。また、踵側足１１と爪先側足１３の形状の相違は、例示にすぎず、形状の相違についての説明は省略する。以下では、第七実施例で導入しているアクチュエータ４１と精密減速装置４２の配置位置による役割と効果について説明する。
【００９５】
図２９から図３２に示すように、第七実施例では、精密減速装置４２を、踵側足１１と足首関節５０との接合部を挟んで爪先関節側に配置するとともに、アクチュエータ４１を、踵側足１１と足首関節５０との接合部を挟んで踵側に配置し、精密減速装置４２とアクチュエータ４１が、踵側足１１と足首関節５０との接合部である足首基台４５を挟んで前後に離れて配置されている。また、アクチュエータ４１の出力要素と精密減速装置４２の入力要素を、プーリ４４ａ，４４ｂとタイミングベルト４４ｃにより構成される伝達機構で駆動結合している。
【００９６】
このように精密減速装置４２とアクチュエータ４１を、踵側足１１と足首関節５０との接合部である足首基台４５を挟んで前後に離れて配置したことにより、足首関節の関節軸周りの足のイナーシャ（踵側足のイナーシャと爪先側足のイナーシャ）、特に足首関節ピッチ軸周りの足のイナーシャ（踵側足のイナーシャと爪先側足のイナーシャ）を軽減できるため、第五実施例の効果に加え、より高速な足の運動を実現することが可能になる。
【００９７】
また、踵側足１１と足首関節５０との接合部である足首基台４５を挟んで後側である踵周辺は、踵側足１１と足首関節５０との接合部である足首基台４５を挟んで前側である足甲周辺に比べ、空間的に広いスペースがあるため、より大きいアクチュエータ４１を採用することが可能である。そのため、第五実施例の効果に加え、より高速な爪先の運動を実現することも可能になる。
【００９８】
なお、本明細書ではその説明を省略するが、第六実施例で第五実施例に対して導入したような四節リンク機構の構成を、第七実施例に対して導入することは可能であり、このような四リンク機構の構成方法により第七実施例の足の厚みをより低減することが可能になる。
【００９９】
（第八実施例）
図３３（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第８の態様に基づき実現した、この発明の第八実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。また図３４は、 上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。加えて図３５は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。図５および図１７から図３２と同じ符号については同じ部材を示している。
【０１００】
本発明の第八実施例と、第七実施例との第１の相違点は、爪先関節軸２１の配置されている向きであり、第七実施例では爪先関節軸２１は左右方向に向かう向きに配置されているのに対し、第八実施例では爪先関節軸２１は右後方から左前方に向かう方向または左後方から右前方に向かう方向に配置されている。第八実施例の爪先関節軸２１の配置による効果に関しては、第四実施例と同様であるので、ここではその詳述を省略する。また、本発明の第八実施例と、第七実施例との第２の相違点は、アクチュエータ４１と精密減速装置４２の配置位置の間の伝達機構である。以下では、第八実施例で導入しているアクチュエータ４１と精密減速装置４２の配置位置の間の伝達機構について説明を行い、第八実施例について説明する。なお、爪先関節の駆動原理についても第七実施例と同様であるので詳述は省略する。
【０１０１】
図３３から図３５に示すように、第八実施例では、第七実施例と同様に、精密減速装置４２を、踵側足１１と足首関節５０との接合部を挟んで爪先関節側に配置するとともに、アクチュエータ４１を、踵側足１１と足首関節５０との接合部を挟んで踵側に配置し、精密減速装置４２とアクチュエータ４１が、踵側足１１と足首関節５０との接合部である足首基台４５を挟んで前後に離れて配置されている。
【０１０２】
アクチュエータ４１の出力要素と精密減速装置４２の入力要素の間に、べベルギヤ伝達機構４６を導入し、アクチュエータ４１の出力回転軸と精密減速装置４２の入力回転軸の軸方向の向きに角度を付けている。具体的には、アクチュエータ４１の出力軸にはプーリ４４ａが取り付けられており、べベルギヤ伝達機構４６の入力軸にはプーリ４４ｄが取り付けられている。これらプーリ４４ａ，４４ｄにはタイミングベルト４４ｃが巻かれている。すなわち、アクチュエータの出力要素とべベルギヤ伝達機構４６の入力要素を、プーリ４４ａ，４４ｄとタイミングベルト４４ｃにより構成される伝達機構で駆動結合している。また、べベルギヤ伝達機構４６内では、その入力軸にはべベルギヤ４６ａが結合しており、べベルギヤ伝達機構４６の入力トルクは中間べベルギヤ４６ｃを介して、べベルギヤ伝達機構４６の出力軸に結合されたべベルギヤ４６ｂに伝達される。また、べベルギヤ伝達機構４６の出力軸は直接、精密減速装置４２の入力軸に結合されている。従って、アクチュエータ４１の出力要素と精密減速装置４２の入力要素を、プーリ４４ａ，４４ｄとタイミングベルト４４ｃにより構成される伝達機構と歯車により構成される伝達機構（べベルギヤ４６ａ，４６ｂ，４６ｃを用いたべベルギヤ伝達機構４６）を組み合わせた伝達機構で駆動結合している。精密減速装置４２の出力要素には、主能動リンク３４ａをその両端部のうち一端部を精密減速装置４２の出力軸である能動軸４３回りに能動的に回転するように結合している。すなわち、アクチュエータ４１を駆動することにより主能動リンク３４ａを能動軸４３周りに一自由度で回動させることができる。
【０１０３】
このように、アクチュエータ４１の出力要素と精密減速装置４２の入力要素の間に、べベルギヤ伝達機構４６を導入している第八実施例においても、アクチュエータ４１を駆動すると、主能動リンク３４ａが能動軸４３周りに回動し、連結リンク３４ｃが押し引きされ、踵側足１１に対し爪先側足１３を第一支軸３５ａ周りに一自由度で回動させることができる。すなわち、第一支軸３５ａが爪先関節軸２１となり、アクチュエータ４１を駆動することにより爪先関節２０の角度を能動的に駆動することができ、人間の足の動作に類似した動作を実現することが可能になっている。
【０１０４】
第八実施例では、このように精密減速装置４２とアクチュエータ４１を、踵側足１１と足首関節５０との接合部である足首基台４５を挟んで前後に離れて配置したことにより、足首関節の関節軸周りの足のイナーシャ（踵側足のイナーシャと爪先側足のイナーシャ）、特に足首関節ピッチ軸周りの足のイナーシャ（踵側足のイナーシャと爪先側足のイナーシャ）を軽減できるため、第七実施例の効果と同様、第五実施例の効果に加え、より高速な足の運動を実現することが可能になる。
【０１０５】
また、踵側足１１と足首関節５０との接合部である足首基台４５を挟んで後側である踵周辺は、踵側足１１と足首関節５０との接合部である足首基台４５を挟んで前側である足甲周辺に比べ、空間的に広いスペースがあるため、より大きいアクチュエータ４１を採用することが可能である。そのため、第七実施例の効果と同様、第五実施例の効果に加え、より高速な爪先の運動を実現することも可能になる。
【０１０６】
図３６は、第八実施例により実現した人間型ロボット用脚を右脚用と左脚用の２つを備え、それぞれが胴体に結合された人間型歩行ロボットにおいて、その左脚用の足と右脚用の足を示す平面図である。この図３６に示すように、右脚用の前記爪先関節軸２１Ｒは右後方から左前方に向かう方向に配置されているとともに、左脚用の前記爪先関節軸２１Ｌは左後方から右前方に向かう方向に配置されている。このように爪先関節軸２１Ｒと２１Ｌを配置することにより、右脚用の爪先側足を接地した状態で右脚用の爪先関節を駆動すると右脚、特に右脚の踵と右脚の足首が左脚から遠ざかる方向に可動し、またその逆に、左脚用の爪先側足を接地した状態で左脚用の爪先関節を駆動すると左脚、特に左脚の踵と左脚の足首が右脚から遠ざかる方向に可動するため、人間の脚による動作により類似した動作を実現できるとともに、左右脚の干渉が回避された歩行動作を実現することが可能になる。
【０１０７】
図３７（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、図４（ｂ），図１６（ｂ），図２４（ｂ）および図２８（ｂ）に示す人間型歩行ロボット用足の側面図に、その側面形状を比較するために人間の足の側面輪郭形状に類似した外形線を重ね合わせた図である。
【０１０８】
図４（ｂ）を再掲した図３７（ａ）と図１６（ｂ）を再掲した図３７（ｂ）を見比べて分かるように、アクチュエータの出力トルクを増幅する精密減速装置の出力軸が直接爪先関節軸となる人間型歩行ロボット用足［図４（ｂ）を再掲した図３７（ａ）］に比べ、第三実施例の人間型歩行ロボット用足［図１６（ｂ）を再掲した図３７（ｂ）］の爪先側足の厚みと爪先関節周辺の厚みが抑えられており、第三実施例においてはより人間に近いプロポーションの足が実現できている。
【０１０９】
また、図４（ｂ）を再掲した図３７（ａ）と図２４（ｂ）を再掲した図３７（ｃ）を見比べて分かるように、アクチュエータの出力トルクを増幅する精密減速装置の出力軸が直接爪先関節軸となる人間型歩行ロボット用足［図４（ｂ）を再掲した図３７（ａ）］に比べ、第五実施例の人間型歩行ロボット用足［図２４（ｂ）を再掲した図３７（ｃ）］の爪先側足の厚みと爪先関節周辺の厚みが抑えられており、第五実施例においてもより人間に近いプロポーションの足が実現できている。
【０１１０】
加えて、図４（ｂ）を再掲した図３７（ａ）と図２８（ｂ）を再掲した図３７（ｄ）を見比べて分かるように、アクチュエータの出力トルクを増幅する精密減速装置の出力軸が直接爪先関節軸となる人間型歩行ロボット用足［図４（ｂ）を再掲した図３７（ａ）］に比べ、第六実施例の人間型歩行ロボット用足［図２８（ｂ）を再掲した図３７（ｄ）］の爪先側足の厚みと爪先関節周辺の厚みが抑えられていることが分かる。更に、図２４（ｂ）を再掲した図３７（ｃ）と図２８（ｂ）を再掲した図３７（ｄ）を見比べて分かるように、第五実施例に比べ、第六実施例の足の厚みをより抑えることができ、第五実施例に比べ第六実施例においては更により人間に近いプロポーションの足が実現できている。
【０１１１】
図３７では、第三実施例と第五実施例と第六実施例を例示したが、第一実施例及び第二実施例及び第四実施例及び第七実施例及び第八実施例においても、上記してきた実施例と図面に示すごとく、アクチュエータの出力トルクを増幅する精密減速装置の出力軸が直接爪先関節軸となる人間型歩行ロボット用足［図４（ｂ）を再掲した図３７（ａ）］に比べ、より人間に近いプロポーションの足が実現できている。
【０１１２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形し、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項の組み合わせを限定させるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【０１１３】
１ 足
１１ 踵側足
１２ａ 左ブラケット
１２ｂ 右ブラケット
１２ｄ 第二左ブラケット
１２ｅ 第二右ブラケット
１２ｆ 第二中央ブラケット
１３ 爪先側足
１４ａ 左ブラケット
１４ｂ 右ブラケット
１４ｃ 中央ブラケット
１４ｄ ブラケット
１４ｆ 第二左ブラケット
１４ｇ 第二右ブラケット
１４ｈ 第二中央ブラケット
２０ 爪先関節
２１ 爪先関節軸
２１Ｌ 左脚用爪先関節軸
２１Ｒ 右脚用爪先関節軸
３０ 第一平行リンク機構と第二平行リンク機構
３１ａ 能動リンク
３１ｂ 第一リンク
３１ｃ 第二リンク
３１ｄ 第三リンク
３２ａ 第一支軸
３２ｂ 第二支軸
３２ｃ 第三支軸
３２ｄ 第四支軸
３２ｅ 第五支軸
３２ｆ 第六支軸
３３ 四節リンク機構
３４ａ 主能動リンク
３４ｂ 従能動リンク
３４ｃ 連結リンク
３５ａ 第一支軸
３５ｂ 第二支軸
３５ｃ 第三支軸
３６ 第三平行リンク機構と第四平行リンク機構
３６ａ 第四リンク
３６ｂ 第五リンク
３６ｃ 第六リンク
３６ｄ 第七リンク
３７ａ 第七支軸
３７ｂ 第八支軸
３７ｃ 第九支軸
３７ｄ 第十支軸
３７ｅ 第十一支軸
３７ｆ 第十二支軸
３７ｇ 第十三支軸
４１ アクチュエータ
４２ 精密減速装置
４３ 能動軸
４４ 伝達機構
４４ａ アクチュエータ側プーリ
４４ｂ 減速装置側プーリ
４４ｃ タイミングベルト
４４ｄ べベルギヤ側プーリ
４５ 足首基台
４６ べベルギヤ伝達機構
４６ａ アクチュエータ側べベルギヤ
４６ｂ 減速装置側べベルギヤ
４６ｃ 中間べベルギヤ
５０ 足首関節
５０ａ 左ブラケット
５０ｂ 右ブラケット
５０ｃ 前ブラケット
５０ｄ 後ブラケット
５０ｆ 連結部材
５１ 下腿フレーム
Ｐ１ 足首ピッチ軸
Ｒ１ 足首ロール軸
Ｃ１ 踵側足の支持中心軸
１００ 下半身
１０１ 腰関節
１０２ 腰フレーム
１０４ 股関節
１０５ 脚
１０６ 関節ユニット
１０６ａ 上部ベース
１０６ｂ 前ブラケット
１０６ｃ 後ブラケット
１０６ｄ 連結部材
１０６ｅ 左ブラケット
１０６ｆ 右ブラケット
１０６ｈ ハーモニックドライブ
１０６ｉ ハーモニックドライブ
１０７ 大腿フレーム
１１０ 膝関節
１１０ａ 左ブラケット
１１０ｂ 右ブラケット
１１０ｃ 下ブラケット
１１０ｅ ハーモニックドライブ
１１１ 力センサ
１１２ ギヤボックス
１１３ 弾性ブッシュ
ＲＲ ロール軸（前後方向を向いている軸）
ＰＰ ピッチ軸（左右方向を向いている軸）
ＹＹ ヨー軸（上下方向を向いている軸）
Ｐ４ 腰ピッチ軸線
Ｒ４ 腰ロール軸線
Ｙ４ 腰ヨー軸線
Ｐ３ 股ピッチ軸線
Ｒ３ 股ロール軸線
Ｙ３ 股ヨー軸線
Ｐ２ 膝ピッチ軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間型歩行ロボットに用いられる脚と足に関するものであり、特に人間の脚や足による動作に類似した動作を実現するとともに人間の足に近いプロポーション（足の長さに対する厚みの比率）を実現し、異物の巻き込みを抑制する爪先関節を具えた人間型歩行ロボット用の脚と足に関するものである。なお、本明細書において、「足」とは人間型歩行ロボットが歩行時に地面と接触する部位を意味する。また、「踵側足」とは爪先関節を有する「足」の踵側の足を意味し、「爪先側足」とは爪先関節を有する「足」の爪先側の足を意味し、「踵側足裏面」とは踵側足が床面と接触する足裏面を意味し、「爪先側足裏面」とは爪先側足が床面と接触する足裏面を意味する。加えて、「爪先関節軸」とは踵側足と爪先側足の相対姿勢を変える回転軸を意味する。更に、ロボットの「前」および「後」とは、ロボット自身から見て「前」および「後」を意味し、ロボットの「左」および「右」とは、ロボット自身から見て「左」および「右」を意味する。また、「踵」とは「足の後方部位」を意味し、「爪先」とは「足の前方部位」を意味する。
【背景技術】
【０００２】
人間型歩行ロボットとしては従来、例えば特許文献１記載のものが知られており、足を介して地面を蹴りながら歩行をしている。
近年、人間型歩行ロボットの中には、特許文献２に示すように足に爪先部が設けられた人間型歩行ロボットが、非特許文献１や特許文献３に示すように足に爪先関節が設けられた人間型歩行ロボットが開発されてきている。
【０００３】
特許文献２では、爪先部にロック機構を導入することにより、片脚支持期にロック機構の回動ロックを行い爪先をロックして十分な接地面積を確保しつつ、離床脚の蹴り出し動作では回動ロックを解除することにより爪先部が甲側に持ち上がる回転動作を許容して足を高く持ち上げる動作を不要にしている。
非特許文献１と特許文献３では、爪先関節軸が爪先側足の部材の前後方向での中間位置を左右方向に伸びるように配置されており、また爪先側足の部材を左辺と右辺とそれらの前側同士を接続する前辺を有する略Ｕ字形状とするとともに、爪先側足の部材の左辺と右辺を爪先関節軸より後方に伸びるように爪先側足の部材を構成することにより、爪先立脚期においても安定した立脚を実現できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第2592340号公報
【特許文献２】特許第3900959号公報
【特許文献３】特許第4277671号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Proceedings of the 2002 IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp.3105-3110
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
人間型歩行ロボットの応用として、人間が生活する環境で人間が行う作業の代替え作業以外にも、人間用機器の評価（例えば、車の乗り込み時の人間にかかる関節負荷をロボットに同じ動作をさせて関節トルクや関節可動角の計測とその評価）やエンターテイメント分野（例えば、イベント会場のＭＣやファッションモデルなど）などへの応用も期待されている。特に、人間型歩行ロボットを人間用機器の評価のために活用しようとした場合には、人間に極めて近い動作を実現可能な人間型ロボットの実現が求められている。例えば靴や衣類などの履物の動きによるしわや布の動きなどの評価のために人間型歩行ロボットを活用しようとした場合には、人間による動作に類似した動作の実現が求められている。加えて、人間が着用する履物を人間型歩行ロボットが着用できるように、人間型歩行ロボットのプロポーションに関しても、人間に近いプロポーションが求められている。また、人間型歩行ロボットをエンターテイメント分野へ応用する場合においても、例えばイベント会場でのＭＣやファッションモデルとして人間型歩行ロボットを活用しようとした場合には、人間に極めて近い動作の実現に加え、人間に極めて近いプロポーションの実現も求められている。
【０００７】
また、人間型歩行ロボットの活躍の場が広がるに従い、多種多様な環境で安全に動作ならびに歩行することが求められている。人間型歩行ロボットの関節に異物が巻き込まれると、動的なバランスを失い転倒する危険性があり、関節部での異物巻き込み抑制が求められている。特に、人間型歩行ロボットが歩行している際は足と床面が接触しており、爪先関節を有する足の異物巻き込み抑制は重要な課題である。そのため、人間型歩行ロボットにおいては、例えば、毛足の長い絨毯の上の歩行時には絨毯の巻き込みを抑制するとともに、屋外歩行時には草の巻き込みを抑制するなど、爪先関節部での異物巻き込み混入抑制の実現が求められている。
【０００８】
特許文献２では、遊脚期に次の支持脚期に備え踵側足と爪先側足の相対姿勢がバネ力により初期姿勢に戻るように爪先部が構成されている。すなわち、爪先部が徐々に離床する期間における踵側足と爪先側足の相対姿勢は、爪先部に設けたバネ力と爪先部が床面から受ける力の平衡点で受動的に決まり、爪先部と床面が完全に離れた時に初めて初期姿勢に戻る構成になっている。そのため、爪先部と床面が完全に離れない離床期においては、爪先部の先端部は地面と接触しており、この期間に不要な蹴り力を発生させないようにするためには、爪先部の先端部が不動となるような足の軌道を生成する必要があり、特許文献２においても、やはり自由な遊脚の足の軌道を生成することが困難であった。また、爪先部の関節角を能動的に制御することが出来ないため、人間に極めて近い動作を実現することも困難であった。
【０００９】
非特許文献１と特許文献３では、爪先関節軸が爪先側足の部材の前後方向での中間位置を左右方向に伸びるように配置するとともに、爪先側足の部材の左辺と右辺が爪先関節軸より後方に伸びるように爪先側足の部材を構成したことにより、爪先立ち時に左右から見た足の外観が人間の足の外観とは明らかに異なる構成になっている。また、爪先関節を駆動するためのアクチュエータの回転速度を減速してトルクを増幅する商品名ハーモニックドライブの出力部に直接爪先側足が接合されており、商品名ハーモニックドライブの厚みにより爪先関節の厚みを抑えることが困難であり、人間の足に近いプロポーションの実現も困難であった。加えて、爪先立ち状態において、爪先側足の部材の左辺と右辺が爪先関節軸より後方に伸びた爪先側足の部位と踵側足の前方部位の間に異物が混入してしまう可能性があった。
【００１０】
また、人間の足の動作に極めて近い動作を実現可能な人間型ロボット用脚とその足として、爪先側足裏を爪先関節軸から後方に出ないように構成するとともに、爪先関節を駆動するためのアクチュエータの回転速度を減速してトルクを増幅する減速装置の出力部に直接爪先側足を接合する形態が考えられる。この形態による一例を図１から図４に示す。この図１から図４に示す事例においては、本発明の実施例と同様に減速装置として精密減速装置を用いている。本明細書においては、バックラッシュが少ない減速装置を、具体的には商品名ハーモニックドライブを用いたハーモニック減速装置や遊星歯車（不思議遊星歯車を含む）を用いた遊星歯車減速装置や商品名サイクロ減速機を用いたサイクロ減速装置や商品名ＲＶ減速機を用いたＲＶ減速装置や商品名ローラドライブを用いたローラドライブ減速装置やサイクロイドを用いたボール減速機を「精密減速装置」と言う。
【００１１】
図１（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、アクチュエータの出力トルクを増幅する精密減速装置の出力軸が直接爪先関節軸となる人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。また図２は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。加えて図３は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。更に図４（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第一実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図１（ａ）中の矢印eye-Aに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。
【００１２】
しかしながら、精密減速装置の出力部に直接爪先側足を接合する形態においては、精密減速装置の出力軸と爪先関節軸が同軸であるため、精密減速装置の厚みにより爪先関節の厚みを抑えることが困難であり、人間の足に近いプロポーションの実現が困難であった。また、爪先関節軸と地面との間の距離を短く構成することが困難であり、爪先関節が動く際に踵側足と爪先側足が互いにすれ違いながら動く部分（踵側足の爪先関節側の側面と爪先側足の爪先関節側の側面）の面積が広くなるため、例えば毛足の長い絨毯の上の歩行時に絨毯の巻き込みや屋外歩行時の草の巻き込みなど異物を爪先関節に巻き込む可能性があった。
【００１３】
それゆえこの発明は、人間型歩行ロボット用の脚と足において、人間の脚や足による動作に類似した動作を実現するとともに人間の足に近いプロポーションを実現し、爪先関節部での異物の巻き込みを抑制することを目的にしている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記課題を有利に解決するためになされたものであり、本発明の第一の解決手段は、足の踵側である踵側足と足の爪先側である爪先側足を備えるとともに、踵側足と爪先側足の相対姿勢を変える爪先関節を備えた人間型歩行ロボット用足において、前記踵側足にアクチュエータと精密減速装置を配置するとともに第一支軸を設けるとともに、前記爪先側足に第二支軸と第三支軸を設け、前記アクチュエータの出力要素と前記精密減速装置の入力要素を、プーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構もしくは歯車により構成される伝達機構もしくはプーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構と歯車により構成される伝達機構を組み合わせた伝達機構により駆動結合し、前記減速装置の出力要素に、能動リンクをその両端部のうち一端部を前記減速装置の出力軸である能動軸回りに能動的に回転するように結合し、前記第一支軸を介して、第一リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第二支軸を介して、第二リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第三支軸を介して、第三リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記能動リンクの両端部のうち他端部に設けた第四支軸を介して、前記第二リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、前記第一リンクの両端部のうち他端部に設けた第五支軸を介して、前記第三リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、前記第一リンクに第六支軸を設け、前記第六支軸を介して前記第二リンクを回転可能に軸支し、前記能動軸と前記第一支軸と前記第四支軸と前記第六支軸を４つの節とする第一平行リンク機構を備えるとともに、前記第二支軸と前記第三支軸と前記第五支軸と前記第六支軸を４つの節とする第二平行リンク機構を備え、前記第六支軸は、前記第二支軸と前記第四支軸を結ぶ線分上にくるように配置されているとともに前記第一支軸と前記第五支軸を結ぶ線分上にくるように配置し、前記第一支軸と前記第二支軸と前記第六支軸と仮想支軸を４つの節とする仮想的な平行リンク機構である仮想平行リンク機構を備え、前記踵側足が床面と接触する足裏面である踵側足裏面は、前記仮想支軸を含有するとともに前記仮想支軸を境とする半平面上に構成されるとともに、前記爪先側足が床面と接触する足裏面である爪先側足裏面は、前記仮想支軸を含有するとともに前記仮想支軸を境とする半平面上に構成され、前記仮想支軸を爪先関節軸とするとともに、前記アクチュエータを駆動することにより前記爪先関節の角度を能動的に駆動することを特徴としている。
【００１５】
このような本発明の第一の解決手段によれば、アクチュエータにより爪先関節を駆動することができ、人間の足の動作に類似した動作を実現することが可能になる。また、厚みがかさばるアクチュエータと精密減速装置を踵側足に配置したことにより、爪先側足の厚みと爪先関節周辺の厚みを抑え、人間の足に近いプロポーションを実現している。加えて、仮想支軸を実現するように第一平行リンク機構と第二平行リンク機構を構成すると同時に、踵側足裏面と踵側足裏面が仮想支軸を含有するとともに仮想支軸を境とする半平面上に構成されたことにより、爪先関節軸と地面までの距離はゼロとなり、爪先関節部での異物の巻き込み抑制を実現している。
【００１６】
本発明の第二の解決手段によれば 足の踵側である踵側足と足の爪先側である爪先側足を備えるとともに、踵側足と爪先側足の相対姿勢を変える爪先関節を備えた人間型歩行ロボット用足において、前記踵側足にアクチュエータと精密減速装置を配置するとともに第一支軸と第七支軸と第十三支軸を設け、前記爪先側足に第二支軸と第三支軸と第八支軸と第九支軸を設け、前記アクチュエータの出力要素と前記精密減速装置の入力要素を、プーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構もしくは歯車により構成される伝達機構もしくはプーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構と歯車により構成される伝達機構を組み合わせた伝達機構により駆動結合し、前記精密減速装置の出力要素に、能動リンクをその両端部のうち一端部を前記精密減速装置の出力軸である能動軸回りに能動的に回転するように結合し、前記第一支軸を介して、第一リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第二支軸を介して、第二リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第三支軸を介して、第三リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記能動リンクの両端部のうち他端部に設けた第四支軸を介して、前記第二リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、前記第一リンクの両端部のうち他端部に設けた第五支軸を介して、前記第三リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、前記第一リンクに第六支軸を設け、前記第六支軸を介して前記第二リンクを回転可能に軸支し、前記能動軸と前記第一支軸と前記第四支軸と前記第六支軸を４つの節とする第一平行リンク機構を備えるとともに、前記第二支軸と前記第三支軸と前記第五支軸と前記第六支軸を４つの節とする第二平行リンク機構を備え、前記第六支軸は、前記第二支軸と前記第四支軸を結ぶ線分上にくるように配置されているとともに前記第一支軸と前記第五支軸を結ぶ線分上にくるように配置し、前記第一支軸と前記第二支軸と前記第六支軸と仮想支軸を４つの節とする仮想的な平行リンク機構である第一仮想平行リンク機構を備え、前記踵側足が床面と接触する足裏面である踵側足裏面は、前記仮想支軸を含有するとともに前記仮想支軸を境とする半平面上に構成されるとともに、前記爪先側足が床面と接触する足裏面である爪先側足裏面は、前記仮想支軸を含有するとともに前記仮想支軸を境とする半平面上に構成され、前記第十三支軸を介して、第四リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第七支軸を介して、第五リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第八支軸を介して、第六リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第九支軸を介して、第七リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第四リンクの両端部のうち他端部に設けた第十支軸を介して、前記第六リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、前記第五リンクの両端部のうち他端部に設けた第十一支軸を介して、前記第七リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、前記第五リンクに第十二支軸を設け、前記第十二支軸を介して前記第六リンクを回転可能に軸支し、前記第七支軸と前記第十支軸と前記第十二支軸と前記第十三支軸を４つの節とする第三平行リンク機構を備えるとともに、前記第八支軸と前記第九支軸と前記第十一支軸と前記第十二支軸を４つの節とする第四平行リンク機構を備え、前記第十二支軸は、前記第八支軸と前記第十支軸を結ぶ線分上にくるように配置されているとともに前記第七支軸と前記第十一支軸を結ぶ線分上にくるように配置し、前記第七支軸と前記第十三支軸は、互いを結ぶ直線上に前記仮想支軸がくるように配置されているとともに、前記第八支軸と前記第九支軸は、互いを結ぶ直線上に仮想支軸がくるように配置され、前記第七支軸と前記第八支軸と前記第十二支軸と前記仮想支軸を４つの節とする仮想的な平行リンク機構である第二仮想平行リンク機構を備え、前記仮想支軸を爪先関節軸とするとともに、前記アクチュエータを駆動することにより前記爪先関節の角度を能動的に駆動することを特徴としている。
【００１７】
すなわち本発明の第二の解決手段は、本発明の第一の解決手段を行うとともに、前記踵側足に第七支軸と第十三支軸を追加して設け、前記爪先側足に第八支軸と第九支軸を追加して設け、前記第十三支軸を介して、第四リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第七支軸を介して、第五リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第八支軸を介して、第六リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第九支軸を介して、第七リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第四リンクの両端部のうち他端部に設けた第十支軸を介して、前記第六リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、前記第五リンクの両端部のうち他端部に設けた第十一支軸を介して、前記第七リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、前記第五リンクに第十二支軸を設け、前記第十二支軸を介して前記第六リンクを回転可能に軸支し、前記第七支軸と前記第十支軸と前記第十二支軸と前記第十三支軸を４つの節とする第三平行リンク機構を備えるとともに、前記第八支軸と前記第九支軸と前記第十一支軸と前記第十二支軸を４つの節とする第四平行リンク機構を備え、前記第十二支軸は、前記第八支軸と前記第十支軸を結ぶ線分上にくるように配置されているとともに前記第七支軸と前記第十一支軸を結ぶ線分上にくるように配置し、前記第七支軸と前記第十三支軸は、互いを結ぶ直線上に前記仮想支軸がくるように配置されているとともに、前記第八支軸と前記第九支軸は、互いを結ぶ直線上に仮想支軸がくるように配置され、前記第七支軸と前記第八支軸と前記第十二支軸と前記仮想支軸を４つの節とする仮想的な平行リンク機構である第二仮想平行リンク機構を備え、前記仮想支軸を爪先関節軸とするとともに、前記アクチュエータを駆動することにより前記爪先関節の角度を能動的に駆動することを特徴としている。
【００１８】
このような本発明の第二の解決手段によれば、本発明の第一の解決手段による効果に加え、第一仮想平行リンク機構と第二仮想平行リンク機構が爪先関節軸である仮想支軸を共有するため、爪先関節の機械的剛性を向上することができる。
【００１９】
本発明の第三の解決手段によれば、足の踵側である踵側足と足の爪先側である爪先側足を備えるとともに、踵側足と爪先側足の相対姿勢を変える爪先関節を備えた人間型歩行ロボット用足において、前記踵側足にアクチュエータと精密減速装置を配置するとともに第一支軸を設け、前記爪先側足に第二支軸を設け、前記アクチュエータの出力要素と前記精密減速装置の入力要素を、プーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構もしくは歯車により構成される伝達機構もしくはプーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構と歯車により構成される伝達機構を組み合わせた伝達機構により駆動結合し、前記精密減速装置の出力要素に、能動リンクをその両端部のうち一端部を前記精密減速装置の出力軸である能動軸回りに能動的に回転するように結合し、前記能動リンクの両端部のうち他端部に第三支軸を設け、前記第一支軸を介して、前記爪先側足をその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第二支軸を介して、連結リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、前記第三支軸を介して、前記連結リンクをその両端のうち他端部で回転可能に軸支し、前記能動軸と前記第一支軸と前記第二支軸と前記第三支軸を４つの節とする四節リンク機構を備え、前記踵側足は床面と接触する踵側足裏面を備えるとともに、前記爪先側足は床面と接触する爪先側足裏面を備え、前記踵側足裏面と前記爪先側足裏面は、ともに床面と接触する状態で同一平面となるように構成されており、前記第一支軸を爪先関節軸とするとともに、前記アクチュエータを駆動することにより前記爪先関節の角度を能動的に駆動することを特徴としている。
【００２０】
このような本発明の第三の解決手段によれば、第一の解決手段および第二の解決手段と同様、アクチュエータにより爪先関節を駆動することができ、人間の足の動作に類似した動作を実現することが可能になる。また、厚みがかさばるアクチュエータと精密減速装置を踵側足に配置したことにより、爪先側足の厚みと爪先関節周辺の厚みを抑え、人間の足に近いプロポーションを実現している。また、四節リンク機構の４つの節（内１つの節は、精密減速装置の出力軸）の内１つの節を爪先関節軸とすることにより、爪先関節軸と地面までの距離を短くすることが可能であり、爪先関節が動く際に踵側足と爪先側足が互いにすれ違いながら動く部分（踵側足の爪先関節側の側面と爪先側足の爪先関節側の側面）の面積が小さくなるため、その結果、爪先関節部での異物の巻き込み抑制を実現している。
【００２１】
本発明の第四の解決手段によれば、第三の解決手段に加え、能動軸と第三支軸を結ぶ線分の長さが、第一支軸と第二支軸を結ぶ線分の長さよりも短くなるように四節リンク機構を構成していることを特徴としている。
【００２２】
このような本発明の第四の解決手段によれば、能動軸周りの回転速度に対して第一支軸（爪先関節軸）周りの回転速度を減速することが可能であり、すなわち四節リンク機構で減速することが可能であるため、アクチュエータの回転速度を減速する精密減速装置をより小型なものに採用することができ、その結果、本発明の第三の解決手段による効果に加え、より足の厚みを低減することが可能になる。
【００２３】
本発明の第五の解決手段によれば、第一の解決手段から第四の解決手段の何れか１解決手段による人間型歩行ロボット用足の踵側足が足首関節を介して人間型歩行ロボットの下腿に接合された人間型歩行ロボット用脚において、前記足首関節は、前記下腿に対してピッチ軸周りに揺動するとともに前記踵側足に対してロール軸周りに揺動する足首関節部材を支持している関節であるとともに、前記足首関節のピッチ軸周りとロール軸周りの揺動は２つのアクチュエータで駆動されており、前記爪先関節軸は、右後方から左前方に向かう方向または左後方から右前方に向かう方向に配置されていることを特徴としている。
【００２４】
このような本発明の第五の解決手段によれば、下腿に対する爪先側足の相対姿勢をロール軸とピッチ軸の両軸周りにおいて広範囲に渡り能動制御することが可能であり、その結果、本発明の第一の解決手段から第四の解決手段による効果に加え、極めて人間の脚や足による動作に類似した動作を実現することが可能になる。
【００２５】
本発明の第六の解決手段によれば、第一の解決手段から第四の解決手段の何れか１解決手段による人間型歩行ロボット用足の踵側足が足首関節を介して人間型歩行ロボットの下腿に接合された人間型歩行ロボット用脚において、前記足首関節は、前記下腿に対してピッチ軸周りに揺動するとともに前記踵側足に対してロール軸周りに揺動する足首関節部材を支持している関節であるとともに、前記足首関節のピッチ軸周りとロール軸周りの揺動は２つのアクチュエータで駆動されており、前記爪先関節軸は、左右方向に向かう向きに配置されていることを特徴としている。
【００２６】
このような本発明の第六の解決手段によれば、下腿に対する爪先側足の相対姿勢をピッチ軸周りにおいて広範囲において能動制御することが可能であり、その結果、本発明の第一の解決手段から第四の解決手段による効果に加え、より歩幅の広い人間の歩行動作に類似した動作を実現することが可能になる。
【００２７】
本発明の第七の解決手段によれば、第五の解決手段又は第六の解決手段に加え、精密減速装置を、前記踵側足と前記足首関節との接合部を挟んで爪先関節側に配置するとともに、前記爪先関節を駆動するアクチュエータを、前記踵側足と前記足首関節との接合部を挟んで踵側に配置することを特徴としている。
【００２８】
このような本発明の第七の解決手段によれば、足首関節の関節軸周りの足のイナーシャ（踵側足のイナーシャと爪先側足のイナーシャ）、特に足首関節ピッチ軸周りの足のイナーシャ（踵側足のイナーシャと爪先側足のイナーシャ）を軽減できるため、その結果、本発明の第五の解決手段または第六の解決手段による効果に加え、より高速な足の運動を実現することが可能になる。また、踵周辺は足甲周辺に比べ空間的に広いスペースがあるため、より大きいアクチュエータを採用することが可能になり、その結果、本発明の第五の解決手段または第六の解決手段による効果に加え、より高速な爪先の運動も実現することが可能になる。
【００２９】
本発明の第八の解決手段によれば、第五の解決手段による人間型歩行ロボット用脚を右脚用と左脚用の２つを備え、それぞれが胴体に結合された人間型歩行ロボットにおいて、右脚用の前記爪先関節軸は右後方から左前方に向かう方向に配置されているとともに、左脚用の前記爪先関節軸は左後方から右前方に向かう方向に配置されていることを特徴としている。
【００３０】
このような本発明の第八の解決手段によれば、右脚用の爪先側足を接地した状態で右脚用の爪先関節を駆動すると、右脚が、特に右脚の踵と右脚の足首が、左脚から遠ざかる方向に可動し、またその逆に、左脚用の爪先側足を接地した状態で左脚用の爪先関節を駆動すると、左脚が、特に左脚の踵と左脚の足首が、右脚から遠ざかる方向に可動するため、その結果、本発明の第五の解決手段による効果に加え、更に人間の脚による動作により類似した動作を実現できるとともに、左右脚の干渉が回避された歩行動作を実現することが可能になる。
【００３１】
本発明の第九の解決手段によれば、第八の解決手段に加え、右脚用の前記精密減速装置を、右脚用の前記踵側足と右脚用の前記足首関節との接合部を挟んで右脚の爪先関節側に配置するとともに、右脚用の前記爪先関節を駆動する前記アクチュエータを、右脚用の前記踵側足と右脚用の前記足首関節との接合部を挟んで右脚の踵側に配置し、左脚用の前記精密減速装置を、左脚用の前記踵側足と左脚用の前記足首関節との接合部を挟んで左脚の爪先関節側に配置するとともに、左脚用の前記爪先関節を駆動する前記アクチュエータを、左脚用の前記踵側足と左脚用の前記足首関節との接合部を挟んで左脚の踵側に配置することを特徴としている。
【００３２】
このような本発明の第九の解決手段によれば、本発明の第八の解決手段による効果に加え、より高速な足の運動とより高速な爪先の運動を実現することが可能になる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の第一の解決手段により、アクチュエータにより爪先関節を駆動することができ、人間の足の動作に類似した動作を実現することが可能になる。また、厚みがかさばるアクチュエータと精密減速装置を踵側足に配置したことにより、爪先側足の厚みと爪先関節周辺の厚みを抑え、人間の足に近いプロポーションを実現している。加えて、仮想支軸を実現するように第一平行リンク機構と第二平行リンク機構を構成すると同時に、踵側足裏面と踵側足裏面が仮想支軸を含有するとともに仮想支軸を境とする半平面上に構成されたことにより、爪先関節軸と地面までの距離はゼロとなり、爪先関節部での異物の巻き込み抑制を実現している。
【００３４】
本発明の第二の解決手段により、本発明の第一の解決手段による効果に加え、第一仮想平行リンク機構と第二仮想平行リンク機構が爪先関節軸である仮想支軸を共有するため、爪先関節の機械的剛性を向上することが可能になる。
【００３５】
本発明の第三の解決手段により、第一の解決手段および第二の解決手段と同様、アクチュエータにより爪先関節を駆動することができ、人間の足の動作に類似した動作を実現することが可能になる。また、厚みがかさばるアクチュエータと精密減速装置を踵側足に配置したことにより、爪先側足の厚みと爪先関節周辺の厚みを抑え、人間の足に近いプロポーションを実現している。また、四節リンク機構の４つの節（内１つの節は、精密減速装置の出力軸）の内１つの節を爪先関節軸とすることにより、爪先関節軸と地面までの距離を短くすることが可能であり、爪先関節が動く際に踵側足と爪先側足が互いにすれ違いながら動く部分（踵側足の爪先関節側の側面と爪先側足の爪先関節側の側面）の面積が小さくなるため、その結果、爪先関節部での異物の巻き込み抑制を実現している。
【００３６】
本発明の第四の解決手段により、能動軸周りの回転速度に対して第一支軸（爪先関節軸）周りの回転速度を減速することが可能であり、すなわち四節リンク機構で減速することが可能であるため、アクチュエータの回転速度を減速する精密減速装置をより小型なものに採用することができ、その結果、本発明の第三の解決手段による効果に加え、より足の厚みを低減することが可能になる。
【００３７】
本発明の第五の解決手段により、下腿に対する爪先側足の相対姿勢をロール軸とピッチ軸の両軸周りにおいて広範囲に渡り能動制御することが可能であり、その結果、本発明の第一の解決手段から第四の解決手段による効果に加え、極めて人間の脚や足による動作に類似した動作を実現することが可能になる。
【００３８】
本発明の第六の解決手段により、下腿に対する爪先側足の相対姿勢をピッチ軸周りにおいて広範囲において能動制御することが可能であり、その結果、本発明の第一の解決手段から第四の解決手段による効果に加え、より歩幅の広い人間の歩行動作に類似した動作を実現することが可能になる。
【００３９】
本発明の第七の解決手段により、足首関節の関節軸周りの足のイナーシャ（踵側足のイナーシャと爪先側足のイナーシャ）、特に足首関節ピッチ軸周りの足のイナーシャ（踵側足のイナーシャと爪先側足のイナーシャ）を軽減できるため、その結果、本発明の第五の解決手段または第六の解決手段による効果に加え、より高速な足の運動を実現することが可能になる。また、踵周辺は足甲周辺に比べ空間的に広いスペースがあるため、より大きいアクチュエータを採用することが可能になり、その結果、本発明の第五の解決手段または第六の解決手段による効果に加え、より高速な爪先の運動も実現することが可能になる。
【００４０】
本発明の第八の解決手段により、右脚用の爪先側足を接地した状態で右脚用の爪先関節を駆動すると、右脚が、特に右脚の踵と右脚の足首が、左脚から遠ざかる方向に可動し、またその逆に、左脚用の爪先側足を接地した状態で左脚用の爪先関節を駆動すると、左脚が、特に左脚の踵と左脚の足首が、右脚から遠ざかる方向に可動するため、その結果、本発明の第五の解決手段による効果に加え、更に人間の脚による動作により類似した動作を実現できるとともに、左右脚の干渉が回避された歩行動作を実現することが可能になる。
【００４１】
本発明の第九の解決手段により、本発明の第八の解決手段による効果に加え、より高速な足の運動とより高速な爪先の運動を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、アクチュエータの出力トルクを増幅する精密減速装置の出力軸が直接爪先関節軸となる人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。
【図２】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。
【図３】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。
【図４】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図１（ａ）中の矢印eye-Aに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。
【図５】人間型歩行ロボットの下半身を示す傾斜図である。
【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第１の態様に基づき実現した、この発明の第一実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。
【図７】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。
【図８】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。
【図９】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第一実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図６（ａ）中の矢印eye-Bに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。
【図１０】上記人間型ロボット用脚を右脚用と左脚用の２つを備え、それぞれが胴体に結合された人間型歩行ロボットにおいて、その左脚用の足と右脚用の足を示す平面図である。
【図１１】この発明の人間型歩行ロボット用足の第２の態様に基づき実現した、この発明の第二実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。
【図１２】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第二実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を示す右前方からみた傾斜図であり、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の傾斜図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の傾斜図および爪先を下げた姿勢の傾斜図である。
【図１３】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第３の態様に基づき実現した、この発明の第三実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。
【図１４】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。
【図１５】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。
【図１６】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第三実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図１３（ａ）中の矢印eye-Cに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。
【図１７】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第４の態様に基づき実現した、この発明の第四実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。
【図１８】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。
【図１９】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。
【図２０】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第四実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図１７（ａ）中の矢印eye-Dに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。
【図２１】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第５の態様に基づき実現した、この発明の第五実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。
【図２２】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。
【図２３】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。
【図２４】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第五実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図２１（ａ）中の矢印eye-Eに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。
【図２５】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第６の態様に基づき実現した、この発明の第六実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。
【図２６】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。
【図２７】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。
【図２８】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第六実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図２５（ａ）中の矢印eye-Fに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。
【図２９】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第７の態様に基づき実現した、この発明の第七実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。
【図３０】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。
【図３１】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。
【図３２】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第七実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図２９（ａ）中の矢印eye-G に沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。
【図３３】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第８の態様に基づき実現した、この発明の第八実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。
【図３４】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。
【図３５】上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。
【図３６】上記人間型ロボット用脚を右脚用と左脚用の２つを備え、それぞれが胴体に結合された人間型歩行ロボットにおいて、その左脚用の足と右脚用の足を示す平面図である。
【図３７】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、図４（ｂ），図１６（ｂ），図２４（ｂ）および図２８（ｂ）に示す人間型歩行ロボット用足の側面図に、その側面形状を比較するために人間の足の側面輪郭形状に類似した外形線を重ね合わせた図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
図５は、本実施例に係る人間型歩行ロボットの下半身１００を示す傾斜図である。この人間型歩行ロボットは、この人間型歩行ロボットの下半身１００が具える腰関節１０１を介して図示しない上半身すなわち胸と頭と左右の腕を具えている。また、人間型歩行ロボットの下半身１００は、腰関節１０１を支持する腰フレーム１０２と、腰フレーム１０２の左右側部に設けられた二つの股関節１０４と、それらの股関節１０４を介して腰フレーム１０２にそれぞれ連結された二本の脚１０５と、各脚１０５に設けられた足首関節５０を介して足１とを具えている。足１は、踵側足１１と爪先側足１３を具えており、踵側足１１が足首基台４５を介して足首関節５０の下端面に結合されている。
【００４４】
ここで、腰関節１０１と二つの股関節１０４とは、互いに同一の関節ユニット１０６を用いてそれぞれ構成されており、この関節ユニット１０６は、上部ベース１０６ａと、その上部ベース１０６ａの下面にそれぞれ結合された前ブラケット１０６ｂおよび後ブラケット１０６ｃと、それら前後ブラケット１０６ｂ，１０６ｃをこの人間型歩行ロボットの前後方向へ延在する腰ロール軸Ｒ４または股ロール軸Ｒ３周りに回動可能に支持する十字状の連結部材１０６ｄと、その連結部材１０６ｄをこの人間型歩行ロボットの左右方向へ延在する図示しない腰ピッチ軸Ｐ４または股ピッチ軸Ｐ３周りに回動可能に支持する左ブラケット１０６ｅおよび右ブラケット１０６ｆと、上部ベース１０６ａと連結部材１０６ｄとの間にこの人間型歩行ロボットの前後方向へ軸線が延在する向きで配置されて前後ブラケット１０６ｂ，１０６ｃで支持された図示しないロール軸用アクチュエータと、後ブラケット１０６ｃに設けられて入力要素をプーリとタイミングベルトを用いたベルト式伝動機構によりロール軸用アクチュエータの出力軸に駆動結合されるとともに出力要素を連結部材１０６ｄに結合された商品名ハーモニックドライブ１０６ｈと、その連結部材１０６ｄ内にこの人間型歩行ロボットの左右方向へ軸線が延在する向きで配置された図示しないピッチ軸用アクチュエータと、左ブラケット１０６ｅに設けられて入力要素をそのピッチ軸用アクチュエータの出力軸に結合されるとともに出力要素を連結部材１０６ｄに結合された商品名ハーモニックドライブ１０６ｉとを有している。
【００４５】
さらに、腰関節１０１を構成する関節ユニット１０６の上部ベース１０６ａは、図示しない上半身の胸の下端部をこの人間型歩行ロボットの上下方向へ延在する腰ヨー軸Ｙ４周りに回動可能に支持するとともに、その胸の下部の腰ヨー軸Ｙ４上の位置に配置された商品名ハーモニックドライブの出力要素に結合され、そのハーモニックドライブの入力要素は、胸の下部に設けられた腰ヨー軸用アクチュエータの出力軸にプーリとタイミングベルトを用いたベルト式伝動機構により駆動結合されており、また腰関節１０１を構成する関節ユニット１０６の左右ブラケット１０６ｅ，１０６ｆは、腰フレーム１０２の上面に結合されている。これにより腰関節１０１は、腰ヨー軸用アクチュエータと関節ユニット１０６のロール軸用アクチュエータおよびピッチ軸用アクチュエータとの作動により、腰フレーム１０２に対し上半身を、腰ヨー軸Ｙ４周り、腰ロール軸Ｒ４周りおよび腰ピッチ軸Ｐ４周りに三自由度で回動させることができる。
【００４６】
一方、各股関節１０４を構成する関節ユニット１０６の上部ベース１０６ａは、腰フレーム１０２の下端部をこの人間型歩行ロボットの上下方向へ延在する股ヨー軸Ｙ３周りに回動可能に支持するとともに、その腰フレーム１０２の下部の図示しない股ヨー軸Ｙ３上の位置に配置された商品名ハーモニックドライブの出力要素に結合され、そのハーモニックドライブの入力要素は、腰フレーム１０２の中央部に設けられた図示しない股ヨー軸用アクチュエータの出力軸に図示しないプーリとタイミングベルトを用いたベルト式伝動機構により駆動結合されており、また各股関節１０４を構成する関節ユニット１０６の左右ブラケット１０６ｅ，１０６ｆは、この実施例の脚１０５の大腿フレーム１０７の上端面に結合されている。これにより各股関節１０４は、股ヨー軸用アクチュエータと関節ユニット１０６のロール軸用アクチュエータおよびピッチ軸用アクチュエータとの作動により、腰フレーム１０２に対し各脚１０５を、股ヨー軸Ｙ３周り、股ロール軸Ｒ３周りおよび股ピッチ軸Ｐ３周りに三自由度で回動させることができる。
【００４７】
そして二本の脚１０５は各々、上記大腿フレーム１０７に加えて、下腿フレーム５１と、足１とを具えるとともに、大腿フレーム１０７と下腿フレーム５１とを連結する膝関節１１０と、下腿フレーム５１と足１とを連結する足首関節５０と、下腿フレーム５１と足首関節５０との間に介挿されたギヤボックス１１２とを具えており、これら大腿フレーム１０７と下腿フレーム５１と足１と膝関節１１０と足首関節５０とギヤボックス１１２との構成は、大腿フレーム１０７が各々下方に向かって内向きに傾斜して左右対称をなしている点と、足１が各々左右対称をなしている点とを除けば、二本の脚１０５で互いに同一とされている。
【００４８】
ここで、大腿フレーム１０７と下腿フレーム５１とは、スリム化および軽量化に加えて内部でのアクチュエータ等の配線の引き回しのために各々カバーと組み合わされて概略角筒状に形成されており、膝関節１１０は、大腿フレーム１０７の下端面に結合された左ブラケット１１０ａおよび右ブラケット１１０ｂと、下腿フレーム５１の上端面に結合されてそれら左右ブラケット１１０ａ，１１０ｂを図示しない中空軸を介しこの人間型歩行ロボットの左右方向へ延在する膝ピッチ軸Ｐ２周りに回動可能に支持するＬ字状の下ブラケット１１０ｃと、大腿フレーム１０７の下端面と下ブラケット１１０ｃとの間にこの人間型歩行ロボットの左右方向へ軸線が延在する向きで配置されて左右ブラケット１１０ａ，１１０ｂで支持された膝ピッチ軸用アクチュエータと、左ブラケット１１０ａに設けられて入力要素をプーリとタイミングベルトを用いたベルト式伝動機構により膝ピッチ軸用アクチュエータの出力軸に駆動結合されるとともに出力要素を下ブラケット１１０ｃに結合された商品名ハーモニックドライブ１１０ｅとを有している。これにより膝関節１１０は、膝ピッチ軸用アクチュエータの作動により、大腿フレーム１０７に対し下腿フレーム５１を膝ピッチ軸Ｐ２周りに一自由度で回動させることができる。
【００４９】
足首関節５０は、下腿フレーム５１の下端面にギヤボックス１１２を介してそれぞれ結合された左ブラケット５０ａおよび右ブラケット５０ｂと、それら左右ブラケット５０ａ，５０ｂをこの人間型歩行ロボットの左右方向へ延在する足首ピッチ軸Ｐ１周りに回動可能に支持する十字状の連結部材５０ｆと、その連結部材５０ｆをこの人間型歩行ロボットの前後方向へ延在する足首ロール軸Ｒ１周りに回動可能に支持する前ブラケット５０ｃおよび後ブラケット５０ｄと、足首ピッチ軸Ｐ１と足首ロール軸Ｒ１との交点を通ってそれらと直交する踵側足１１の支持中心軸Ｃ１の周囲に配置された三本の弾性ブッシュ１１３と、それらの弾性ブッシュ１１３を介して踵側足１１に弾性支持されるとともに力センサ１１１を介して前後ブラケット５０ｃ，５０ｄに結合された足首基台４５とを有している。
【００５０】
加えてこの足首関節５０は、足首ピッチ軸駆動系と足首ロール軸駆動系とを有し、足首ピッチ軸駆動系は、下腿フレーム５１の上部内に、その下腿フレーム５１の長手方向に沿ってそれぞれ軸線が延在するように前後に並べて配置された図示しない足首ピッチ軸用アクチュエータおよび同じく図示しないねじ式直線駆動機構を有するとともに、その足首ピッチ軸用アクチュエータの出力要素としての出力軸と、ねじ式直線駆動機構の入力要素としての図示しないねじ軸とをプーリとタイミングベルトを用いた図示しないベルト式伝動機構により駆動結合している。また足首ロール軸駆動系は、下腿フレーム５１の下部内に、その下腿フレーム５１の長手方向に沿って軸線が延在するように配置された図示しない足首ロール軸用アクチュエータを有するとともに、下腿フレーム５１の下端面に固定されたギヤボックス１１２の側部に、軸線が足首ピッチ軸Ｐ１と平行に延在するようにそのギヤボックス１１２を貫通して回転可能に支持された図示しない第１の中間軸を有し、さらにギヤボックス１１２内に、足首ロール軸用アクチュエータの出力要素としての出力軸と第１の中間軸とを図示しない第１のベベルギヤ組により駆動結合している。
【００５１】
ここで、ねじ式直線駆動機構は、その入力要素としてのねじ軸に螺合する図示しないボール循環式ナットと、そのボール循環式ナットを基端部に固定されて下腿フレーム５１の長手方向に沿って延在するとともに、その延在方向へ進退移動可能にガイドスリーブを介して下腿フレーム５１に支持された出力要素としての中空の図示しない駆動ロッドと、ボール循環式ナットとともに同じく図示しない駆動ロッドの基端部に固定されて、下腿フレーム５１の長手方向へ延在する下腿フレーム５１の内面と摺接し、ねじ軸に対するボール循環式ナットの供回りを阻止する概略矩形の図示しない摺動部材とを有し、そのねじ軸の回転により駆動ロッドを進退移動させる。
【００５２】
さらに足首ピッチ軸駆動系は、ギヤボックス１１２の後方に、連結部材５０ｆの、足首ピッチ軸Ｐ１上から後方へ外れた部位をねじ式直線駆動機構の駆動ロッドの先端部に連結するリンク部材としての図示しない連結ロッドを有し、また足首ロール駆動系は、足首ロール軸Ｒ１上で連結部材５０ｆの前部に配置されるとともに出力要素を前ブラケット５０ｃに結合された足首ロール軸用の図示しない商品名ハーモニックドライブと、連結部材５０ｆの足首ピッチ軸Ｐ１上の位置とその足首ピッチ軸Ｐ１上から足首ロール軸用のハーモニックドライブ側と反対の側である後方へ外れた位置とにそれぞれ回転可能にかつ互いに平行に支持された図示しない第２の中間軸および同じく図示しない第３の中間軸と、それら第２の中間軸と第３の中間軸とを駆動結合する図示しないスパーギヤ組と、上記第１の中間軸と第２の中間軸とを駆動結合するプーリとタイミングベルトを用いたベルト式伝動機構と、足首ロール軸用のハーモニックドライブの入力要素と第３の中間軸とを駆動結合する第２のベベルギヤ組とを有している。
【００５３】
上述の構成により、下腿フレーム５１の上部に配置された足首ピッチ軸用アクチュエータの出力軸が、同じく下腿フレーム５１の上部に配置されたねじ式直線駆動機構のねじ軸を、ベルト式伝動機構を介して駆動し、それによりねじ式直線駆動機構の駆動ロッドが進退駆動されて、下腿フレーム５１に足首関節５０の足首ピッチ軸Ｐ１周りに揺動可能に支持された連結部材５０ｆの足首ピッチ軸Ｐ１上から外れた部位を、連結ロッドを介して押し引きし、その連結部材５０ｆに足首関節５０の足首ロール軸Ｒ１周りに揺動可能に支持された踵側足１１を足首ピッチ軸Ｐ１周りに揺動させることができる。
【００５４】
また、下腿フレーム５１の下部に配置された足首ロール軸用アクチュエータの出力軸が、下腿フレーム５１の下端に固定されたギヤボックス１１２に回転可能に支持された第１の中間軸１４を、ベベルギヤ組を介して駆動し、それにより回転駆動された第１の中間軸が、連結部材５０ｆの足首ピッチ軸Ｐ１上の位置に回転可能に支持された第２の中間軸を、ベルト式伝動機構を介して駆動し、それにより回転駆動された第２の中間軸が、連結部材５０ｆの足首ピッチ軸Ｐ１上から外れた位置に第２の中間軸と平行に支持された第３の中間軸を、スパーギヤ組を介して駆動し、それにより回転駆動された第３の中間軸が、足首ロール軸Ｒ１上に配置されて出力要素を踵側足１１に結合されたハーモニックドライブの入力要素を、ベベルギヤ組を介して回転駆動し、踵側足１１を足首ロール軸Ｒ１周りに揺動させることができる。
なお、この人間型歩行ロボットの下半身１００が具える腰関節と股関節と膝関節と足首関節の詳しい説明は、本出願人によって既に出願されている特願2009-255977号に記載されている。
【実施例】
【００５５】
（第一実施例）
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。ここに、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第１の態様に基づき実現した、この発明の第一実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。また図７は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。加えて図８は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。更に図９（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第一実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図６（ａ）中の矢印eye-Bに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。ここで、１は足、１１は踵側足、１３は爪先側足、２０は爪先関節、２１は爪先関節軸、３０は第一平行リンク機構と第二平行リンク機構、４１は爪先関節用のアクチュエータ（以下の説明では単にアクチュエータと称す）、４２は爪先関節用の精密減速装置（以下の説明では単に精密減速装置と称するが、精密減速装置については上記段落００１０の記載参照。）である。本明細書の実施例図の精密減速装置には商品名ハーモニックドライブを用いて実施例図を図示しているが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。
【００５６】
アクチュエータ４１と精密減速装置４２は踵側足１１に配置されている。このアクチュエータ４１の出力軸にはプーリ４４ａが取り付けられており、精密減速装置４２の入力軸にはプーリ４４ｂが取り付けられており、これらプーリ４４ａ，４４ｂにはタイミングベルト４４ｃが巻かれている。すなわち、アクチュエータ４１の出力要素と精密減速装置４２の入力要素を、プーリ４４ａ，４４ｂとタイミングベルト４４ｃにより構成される伝達機構で駆動結合している。精密減速装置４２の出力要素には、能動リンク３１ａをその両端部のうち一端部を精密減速装置４２の出力軸である能動軸４３回りに能動的に回転するように結合している。すなわち、アクチュエータ４１を駆動することにより能動リンク３１ａを能動軸４３周りに一自由度で回動させることができる。
なお、第一実施例に限らず本発明の実施例では、第八実施例を除き、アクチュエータ４１の出力要素と精密減速装置４２の入力要素を、プーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構で駆動結合しているが、これは例示にすぎず、アクチュエータ４１の出力要素と精密減速装置４２の入力要素を、歯車により構成される伝達機構で駆動結合しても良いし、プーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構と歯車により構成される伝達機構を組み合わせた伝達機構で駆動結合しても良い。
本明細書においては、スパーギヤやピニオンギヤやヘリカルギヤやフェアロックギヤやべベルギヤやウォームギヤやラックアンドピニオンやボールナットを、「歯車」と言う。
【００５７】
踵側足１１には、左ブラケット１２ａと右ブラケット１２ｂが具えられ、第一支軸３２ａが設けられている。爪先側足１３には、左ブラケット１４ａと右ブラケット１４ｂと中央ブラケット１４ｃが具えられ、第二支軸３２ｂと第三支軸３２ｃが設けられている。
【００５８】
踵側足１１に設けた第一支軸３２ａを介して、第一リンク３１ｂをその両端のうち一端部で回転可能に軸支している。また、爪先側足１３に設けた第二支軸３２ｂを介して、第二リンク３１ｃをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、爪先側足１３に設けた第三支軸３２ｃを介して、第三リンク３１ｄをその両端のうち一端部で回転可能に軸支している。加えて、能動リンク３１ａの両端部のうち他端部に設けた第四支軸３２ｄを介して、第二リンク３１ｃの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、第一リンク３１ｂの両端部のうち他端部に設けた第五支軸３２ｅを介して、第三リンク３１ｄの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、第一リンク３１ｂに第六支軸３２ｆを設け、第六支軸３２ｆを介して第二リンク３１ｃを回転可能に軸支している。更に、能動軸４３と第一支軸３２ａと第四支軸３２ｄと第六支軸３２ｆを４つの節とする第一平行リンク機構を備えるように構成するとともに、第二支軸３２ｂと第三支軸３２ｃと第五支軸３２ｅと第六支軸３２ｆを４つの節とする第二平行リンク機構を備えるように構成している。
【００５９】
第一平行リンク機構と第二平行リンク機構を構成するに際し、第六支軸３２ｆは、第二支軸３２ｂと第四支軸３２ｄを結ぶ線分上にくるように配置されているとともに、第一支軸３２ａと第五支軸３２ｅを結ぶ線分上にくるように配置されている。第六支軸３２ｆをこのように配置することにより、実際に軸はないがその軸を仮想支軸と定義すると、第一支軸３２ａと第二支軸３２ｂと第六支軸３２ｆと仮想支軸を４つの節とする仮想平行リンク機構が構成されている。
なお、第一平行リンク機構の４節を角に持つ平行四辺形の形と、第二平行リンク機構の４節を角に持つ平行四辺形の形は合同である必要はない。
【００６０】
また、踵側足１１が床面と接触する踵側足裏面は、仮想支軸を含有するとともに仮想支軸を境とする半平面上に構成されるとともに、爪先側足１３が床面と接触する爪先側足裏面は、仮想支軸を含有するとともに前記仮想支軸を境とする半平面上に構成されている。
【００６１】
このような構成をすることにより、アクチュエータ４１を駆動すると、能動リンク３１ａが能動軸４３周りに回動し、第一平行リンク機構と第二平行リンク機構の平行四辺形の形をともに変形させることができ、踵側足１１に対し爪先側足１３を仮想支軸周りに一自由度で回動させることができる。すなわち、仮想支軸が爪先関節軸２１となり、アクチュエータ４１を駆動することにより爪先関節２０の角度を能動的に駆動することができ、人間の足の動作に類似した動作を実現することが可能になっている。また、厚みがかさばるアクチュエータ４１と精密減速装置４２を踵側足１１に配置したことにより、爪先側足の厚みと爪先関節周辺の厚みを抑え、人間の足に近いプロポーションを実現することが可能になっている。加えて、仮想支軸を実現するように第一平行リンク機構と第二平行リンク機構を構成すると同時に、踵側足裏面と踵側足裏面が仮想支軸を含有するとともに仮想軸を境とする半平面上に構成されたことにより、爪先関節軸２１と地面までの距離はゼロとなり、爪先関節部での異物の巻き込みを抑制することが可能になっている。
【００６２】
図６から図９では図示していないが、踵側足裏面と爪先側足裏面に跨って足裏ゴムシートを貼ることにより、歩行時の滑りを抑制するとともに、爪先関節部での異物の巻き込み抑制をより効果的に実現することが可能になる。
【００６３】
また、図６から図９に示す第一実施例では、踵側足１１を足首基台４５を介して足首関節５０に結合するとともに、足首関節５０をギヤボックス１１２（図５参照）を介して下腿フレーム５１に結合し、人間型歩行ロボット用の脚１０５を構成している。足首関節５０は、下腿フレーム５１の中に配置した２つのアクチュエータにより、下腿フレーム５１に対し踵側足１１を、足首ピッチ軸Ｐ１周りと足首ロール軸Ｒ１周りに二自由度で回動させることができる。加えて、爪先関節軸２１は、右後方から左前方に向かう方向または左後方から右前方に向かう方向に配置されている。このような配置を行うことにより、爪先関節軸２１の動きは、ピッチ軸ＰＰとロール軸ＲＲの両軸での動きとなる。すなわち、下腿フレーム５１に対する爪先側足１３の相対姿勢をロール軸ＲＲとピッチ軸ＰＰの両軸周りにおいて広範囲に渡り能動制御することが可能であり、人間の脚や足による動作に極めて類似した動作を実現することが可能になる。
【００６４】
図１０は、第一実施例により実現した人間型ロボット用脚を右脚用と左脚用の２つを備え、それぞれが胴体に結合された人間型歩行ロボットにおいて、その左脚用の足と右脚用の足を示す平面図である。この図１０に示すように、右脚用の前記爪先関節軸２１Ｒは右後方から左前方に向かう方向に配置されているとともに、左脚用の前記爪先関節軸２１Ｌは左後方から右前方に向かう方向に配置されている。このように爪先関節軸２１Ｒと２１Ｌを配置することにより、右脚用の爪先側足を接地した状態で右脚用の爪先関節を駆動すると右脚、特に右脚の踵と右脚の足首が左脚から遠ざかる方向に可動し、またその逆に、左脚用の爪先側足を接地した状態で左脚用の爪先関節を駆動すると左脚、特に左脚の踵と左脚の足首が右脚から遠ざかる方向に可動するため、人間の脚による動作により類似した動作を実現できるとともに、左右脚の干渉が回避された歩行動作を実現することが可能になる。
【００６５】
（第二実施例）
図１１は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第２の態様に基づき実現した、この発明の第二実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。また図１２（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第二実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を示す右前方からみた傾斜図であり、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の傾斜図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の傾斜図および爪先を下げた姿勢の傾斜図である。図５から図９と同じ符号については同じ部材を示しており、爪先関節の駆動原理についても第一実施例と同様であるので詳述は省略する。以下では、第一実施例に加えて追加された、第三平行リンク機構と第四平行リンク機構の構成方法と役割と効果について説明する。
【００６６】
図１１および図１２に示すように、第二実施例では、第一実施例に加え、踵側足１１には、第二左ブラケット１２ｄと第二右ブラケット１２ｅと第二中央ブラケット１２ｆが追加して具えられ、第七支軸３７ａと第十三支軸３７ｇが追加して設けられている。また、爪先側足１３には、第二左ブラケット１４ｆと第二右ブラケット１４ｇと第二中央ブラケット１４ｈが追加して具えられ、第八支軸３７ｂと第九支軸３７ｃが追加して設けられている。
【００６７】
踵側足１１に設けた第十三支軸３７ｇを介して、第四リンク３６ａをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、踵側足１１に設けた第七支軸３７ａを介して、第五リンク３６ｂをその両端のうち一端部で回転可能に軸支している。また、爪先側足１３に設けた第八支軸３７ｂを介して、第六リンク３６ｃをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、爪先側足１３に設けた第九支軸３７ｃを介して、第七リンク３６ｄをその両端のうち一端部で回転可能に軸支している。加えて、第四リンク３６ａの両端部のうち他端部に設けた第十支軸３７ｄを介して、第六リンク３６ｃの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、第五リンク３６ｂの両端部のうち他端部に設けた第十一支軸３７ｅを介して、第七リンク３６ｄの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、第五リンク３６ｂに第十二支軸３７ｆを設け、第十二支軸３７ｆを介して第六リンク３６ｃを回転可能に軸支している。更に、第七支軸３７ａと第十支軸３７ｄと第十二支軸３７ｆと第十三支軸３７ｇを４つの節とする第三平行リンク機構を備えるように構成するとともに、第八支軸３７ｂと第九支軸３７ｃと第十一支軸３７ｅと第十二支軸３７ｆを４つの節とする第四平行リンク機構を備えるように構成している。
【００６８】
第三平行リンク機構と第四平行リンク機構を構成するに際し、第十二支軸３７ｆは、第八支軸３７ｂと第十支軸３７ｄを結ぶ線分上にくるように配置されているとともに、第七支軸３７ａと第十一支軸３７ｅを結ぶ線分上にくるように配置されている。加えて、第七支軸３７ａと第十三支軸３７ｇは、互いを結ぶ直線上に仮想支軸がくるように配置されているとともに、第八支軸３７ｂと第九支軸３７ｃは、互いを結ぶ直線上に仮想支軸がくるように配置されている。このように配置することにより、第七支軸３７ａと第八支軸３７ｂと第十二支軸３７ｆと仮想支軸を４つの節とする仮想的な平行リンク機構である第二仮想平行リンク機構が構成されている。このように第三平行リンク機構と第四平行リンク機構を構成することにより、アクチュエータ４１を駆動して踵側足１１に対し爪先側足１３を仮想支軸周りに一自由度で回動させた場合においても、第三平行リンク機構と第四平行リンク機構のおのおのの姿勢を変形することが可能になる。すなわち、第二実施例では、本発明の第一実施例による効果に加え、第一支軸３２ａと第二支軸３２ｂと第六支軸３２ｆと仮想支軸を４つの節とする第一仮想平行リンク機構と第七支軸３７ａと第八支軸３７ｂと第十二支軸３７ｆと仮想支軸を４つの節とする第二仮想平行リンク機構が爪先関節軸である仮想支軸を共有するため、爪先関節の機械的剛性を向上することができる。
なお、第三平行リンク機構の４節を角に持つ平行四辺形の形と、第四平行リンク機構の４節を角に持つ平行四辺形の形は合同である必要はない。また、第一平行リンク機構の４節を角に持つ平行四辺形の形，第二平行リンク機構の４節を角に持つ平行四辺形の形，第三平行リンク機構の４節を角に持つ平行四辺形の形，第四平行リンク機構の４節を角に持つ平行四辺形の形，全てが異なる平行四辺形であっても良い。
【００６９】
（第三実施例）
図１３（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第３の態様に基づき実現した、この発明の第三実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。また図１４は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。加えて図１５は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。更に図１６（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第三実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図１３（ａ）中の矢印eye-Cに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。図５から図９と同じ符号については同じ部材を示している。
【００７０】
本発明の第三実施例と、第一実施例との相違点は、爪先関節軸２１の配置されている向きであり、第三実施例では爪先関節軸２１は左右方向に向かう向きに配置されている。そのため、爪先関節の駆動原理についても第一実施と同様であるので詳述は省略する。
【００７１】
第三実施例においても、アクチュエータ４１を駆動することにより踵側足１１に対し爪先側足１３を爪先関節軸２１周りに一自由度で回動させることができ、人間の足の動作に類似した動作を実現することが可能になっている。また、厚みがかさばるアクチュエータ４１と精密減速装置４２を踵側足１１に配置したことにより、爪先側足の厚みと爪先関節周辺の厚みを抑え、人間の足に近いプロポーションを実現することが可能になっている。加えて、仮想支軸を実現するように第一平行リンク機構と第二平行リンク機構を構成すると同時に、踵側足裏面と踵側足裏面が仮想支軸を含有するとともに仮想軸を境とする半平面上に構成されたことにより、爪先関節軸２１と地面までの距離はゼロとなり、爪先関節部での異物の巻き込みを抑制することが可能になっている。
【００７２】
加えて、第三実施例では、爪先関節軸２１は左右方向に向かう向きに配置されており、下腿フレーム５１に対する爪先側足１３の相対姿勢をピッチ軸ＰＰ周りにおいて広範囲において能動制御することが可能であり、より歩幅の広い人間の歩行動作に極めて類似した動作を実現することが可能になる。
【００７３】
なお、第二実施例で第一実施例に対して追加導入した第三平行リンク機構及び第四平行リンク機構を、第三実施例に対して追加導入することは可能であり、このような第三平行リンク機構及び第四平行リンク機構の追加導入により、第三実施例の爪先関節の機械的剛性を向上することができる。
【００７４】
（第四実施例）
図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第４の態様に基づき実現した、この発明の第四実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。また図１８は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。加えて図１９は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。更に図２０（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第四実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図１７（ａ）中の矢印eye-Dに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。ここで、１は足、１１は踵側足、１３は爪先側足、２０は爪先関節、２１は爪先関節軸、３３は四節リンク機構、４１は爪先関節用のアクチュエータ（以下の説明では単にアクチュエータと称す）、４２は爪先関節用の精密減速装置（以下の説明では単に精密減速装置と称す）である。
【００７５】
本発明の第四実施例においても、第一実施例および第二実施例および第三実施例と同様、アクチュエータ４１と精密減速装置４２は踵側足１１に配置されている。このアクチュエータ４１の出力軸にはプーリ４４ａが取り付けられており、精密減速装置４２の入力軸にはプーリ４４ｂが取り付けられており、これらプーリ４４ａ，４４ｂにはタイミングベルト４４ｃが巻かれている。すなわち、アクチュエータ４１の出力要素と精密減速装置４２の入力要素を、プーリ４４ａ，４４ｂとタイミングベルト４４ｃにより構成される伝達機構で駆動結合している。精密減速装置４２の出力要素には、主能動リンク３４ａをその両端部のうち一端部を精密減速装置４２の出力軸である能動軸４３回りに能動的に回転するように結合している。すなわち、アクチュエータ４１を駆動することにより主能動リンク３４ａを能動軸４３周りに一自由度で回動させることができる。
【００７６】
踵側足１１には、左ブラケット１２ａと右ブラケット１２ｂが具えられ、第一支軸３５ａが設けられている。爪先側足１３には、ブラケット１４ｄが具えられ、第二支軸３５ｂが設けられている。主能動リンク３４ａの両端部のうち他端部に第三支軸３５ｃを設けている。
【００７７】
踵側足１１に設けた第一支軸３５ａを介して、爪先側足１３をその両端のうち一端部で回転可能に軸支している。また、爪先側足１３に設けた第二支軸３５ｂを介して、連結リンク３４ｃをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、第三支軸３５ｃを介して、連結リンク３４ｃをその両端のうち他端部で回転可能に軸支している。すなわち、能動軸４３と第一支軸３５ａと第二支軸３５ｂと第三支軸３５ｃを４つの節とする四節リンク機構を備えている。
【００７８】
本発明の第四実施例においては、アクチュエータ４１により駆動される主能動リンク３４ａがより確実に能動軸４３周りに回動するように、従能動リンク３４ｂを設けている。すなわち、左ブラケット１２ａに能動軸４３と同軸になるように設けた図示しない第四支軸を設け、その第四支軸を介して、従能動リンク３４ｂをその両端のうち一端部で回転可能に軸支するとともに、第三支軸３５ｃを介して、能動リンク３４ｂをその両端のうち他端部で主能動リンク３４ａに結合している。このように、従能動リンク３４ｂを追加して導入することにより、主能動リンク３４ａがより確実に能動軸４３周りに回動し、連結リンク３４ｃをよりスムーズに押し引きでき、爪先関節の機械的剛性を向上することができる。また、右ブラケット１２ａと左ブラケット１２ｂをそれぞれ足１の右端付近と左端付近に配置し、第一支軸３５ａを長くすることにより、第一支軸３５ａ周りの機械的剛性を向上することができ、爪先関節の機械的剛性も向上することができる。
【００７９】
また、踵側足１１は床面と接触する踵側足裏面を備え、爪先側足１３は床面と接触する爪先側足裏面を備え、踵側足裏面と爪先側足裏面は、ともに床面と接触する状態で同一平面となるように構成されている。
【００８０】
このような構成をすることにより、アクチュエータ４１を駆動すると、主能動リンク３４ａが能動軸４３周りに回動し、連結リンク３４ｃが押し引きされ、踵側足１１に対し爪先側足１３を第一支軸３５ａ周りに一自由度で回動させることができる。すなわち、第一支軸３５ａが爪先関節軸２１となり、アクチュエータ４１を駆動することにより爪先関節２０の角度を能動的に駆動することができ、人間の足の動作に類似した動作を実現することが可能になっている。また、厚みがかさばるアクチュエータ４１と精密減速装置４２を踵側足１１に配置したことにより、爪先側足の厚みと爪先関節周辺の厚みを抑え、人間の足に近いプロポーションを実現することが可能になっている。加えて、第一支軸３５ａが爪先関節軸２１となる構成であるため、爪先関節軸２１と地面までの距離を短くすることができ、爪先関節が動く際に踵側足と爪先側足が互いにすれ違いながら動く部分（踵側足の爪先関節側の側面と爪先側足の爪先関節側の側面）の面積が小さくなるため、爪先関節部での異物の巻き込みを抑制することが可能になっている。
なお、右ブラケット１２ａと左ブラケット１２ｂをそれぞれ足１の右端付近と左端付近に配置し、第一支軸３５ａを長くし、また右ブラケット１２ａと左ブラケット１２ｂの厚みを確保することにより、第一支軸３５ａの径をより細くでき、爪先関節軸２１と地面までの距離をより短くすることができる。第四実施例では、足の長さ（爪先から踵までの距離）が245mmで足の幅が105mmの足１に対し、爪先関節軸２１と地面までの距離は10mmにすることが出来ている。商品名ハーモニックドライブの型番CSF-11のサーキュラ・スプラインの径40mmに比べ、爪先関節軸２１と地面までの距離を短くできていることが分かる。
【００８１】
加えて、第四実施例においては、爪先関節が動く際に踵側足と爪先側足が互いにすれ違いながら動く部分（踵側足の爪先関節側の側面と爪先側足の爪先関節側の側面）が円柱の側面形状となるように構成している。このような構成により、爪先が持ち上がった姿勢にて、例えば図２０（ａ）の姿勢にて、踵側足裏面が床面に接している状態から爪先側足裏面を床面に接する状態への移行もしくは爪先側足裏面が床面に接している状態から踵側足裏面を床面に接する状態への移行がスムーズに移行し、その結果、人間型歩行ロボットの姿勢もスムーズに変化することができ、安定した動作の実現に効果的である。
【００８２】
また、図１７から図２０に示す第四実施例では、踵側足１１を足首基台４５を介して足首関節５０に結合するとともに、足首関節５０をギヤボックス１１２（図５参照）を介して下腿フレーム５１に結合し、人間型歩行ロボット用の脚１０５を構成している。足首関節５０は、下腿フレーム５１の中に配置した２つのアクチュエータにより、下腿フレーム５１に対し踵側足１１を、足首ピッチ軸Ｐ１周りと足首ロール軸Ｒ１周りに二自由度で回動させることができる。加えて、爪先関節軸２１は、右後方から左前方に向かう方向または左後方から右前方に向かう方向に配置されている。このような配置を行うことにより、爪先関節軸２１の動きは、ピッチ軸ＰＰとロール軸ＲＲの両軸での動きとなる。すなわち、下腿フレーム５１に対する爪先側足１３の相対姿勢をロール軸ＲＲとピッチ軸ＰＰの両軸周りにおいて広範囲に渡り能動制御することが可能であり、人間の脚や足による動作に極めて類似した動作を実現することが可能になる。
【００８３】
本明細書では図示しないが、第四実施例により実現した人間型ロボット用脚を右脚用と左脚用の２つを備え、それぞれが胴体に結合された人間型歩行ロボットにおいて、図１０に示す爪先関節軸２１Ｒと２１Ｌの配置と同様に、右脚用の前記爪先関節軸２１Ｒは右後方から左前方に向かう方向に配置されているとともに、左脚用の前記爪先関節軸２１Ｌは左後方から右前方に向かう方向に配置することにより、右脚用の爪先側足を接地した状態で右脚用の爪先関節を駆動すると右脚、特に右脚の踵と右脚の足首が左脚から遠ざかる方向に可動し、またその逆に、左脚用の爪先側足を接地した状態で左脚用の爪先関節を駆動すると左脚、特に左脚の踵と左脚の足首が右脚から遠ざかる方向に可動するため、人間の脚による動作により類似した動作を実現できるとともに、左右脚の干渉が回避された歩行動作を実現することが可能になる。
【００８４】
（第五実施例）
図２１（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第５の態様に基づき実現した、この発明の第五実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。また図２２は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。加えて図２３は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。更に図２４（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第五実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図２１（ａ）中の矢印eye-Eに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。図５および図１７から図２０と同じ符号については同じ部材を示している。
【００８５】
本発明の第五実施例と、第四実施例との相違点は、爪先関節軸２１の配置されている向きであり、第五実施例では爪先関節軸２１は左右方向に向かう向きに配置されている。そのため、爪先関節の駆動原理についても第四実施例と同様であるので詳述は省略する。
【００８６】
第五実施例においても、アクチュエータ４１を駆動することにより踵側足１１に対し爪先側足１３を爪先関節軸２１周りに一自由度で回動させることができ、人間の足の動作に類似した動作を実現することが可能になっている。また、厚みがかさばるアクチュエータ４１と精密減速装置４２を踵側足１１に配置したことにより、爪先側足の厚みと爪先関節周辺の厚みを抑え、人間の足に近いプロポーションを実現することが可能になっている。加えて、第一支軸３５ａが爪先関節軸２１となる構成であるため、爪先関節軸２１と地面までの距離を短くすることができ、爪先関節が動く際に踵側足と爪先側足が互いにすれ違いながら動く部分（踵側足の爪先関節側の側面と爪先側足の爪先関節側の側面）の面積が小さくなるため、爪先関節部での異物の巻き込みを抑制することが可能になっている。
【００８７】
また、本発明の第五実施例は、第三実施例と同様に、爪先関節軸２１は左右方向に向かう向きに配置されており、下腿フレーム５１に対する爪先側足１３の相対姿勢をピッチ軸ＰＰ周りにおいて広範囲において能動制御することが可能であり、より歩幅の広い人間の歩行動作に極めて類似した動作を実現することが可能になる。
【００８８】
加えて、第五実施例においても、第四実施例と同様に、爪先関節が動く際に踵側足と爪先側足が互いにすれ違いながら動く部分（踵側足の爪先関節側の側面と爪先側足の爪先関節側の側面）が円柱の側面形状となるように構成している。このような構成により、爪先が持ち上がった姿勢、例えば図２０（ａ）の姿勢にて、踵側足裏面が床面に接している状態から爪先側足裏面を床面に接する状態への移行もしくは爪先側足裏面が床面に接している状態から踵側足裏面を床面に接する状態への移行がスムーズに移行し、その結果、人間型歩行ロボットの姿勢もスムーズに変化することができ、安定した動作の実現に効果的である。
【００８９】
（第六実施例）
図２５（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第６の態様に基づき実現した、この発明の第六実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。また、図２６は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。加えて図２７は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。更に図２８（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第六実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図２５（ａ）中の矢印eye-Fに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。図５および図１７から図２４と同じ符号については同じ部材を示している。
【００９０】
本発明の第六実施例と、第五実施例との相違点は、四節リンク機構を構成しているリンク長の長さの違いである。そのため、爪先関節の駆動原理についても第五実施例と同様であるので詳述は省略する。以下では、第六実施例で構成している四節リンク機構の構成方法と役割と効果について説明する。
【００９１】
第五実施例を示す図２０から図２４からも分かるように、第五実施例においても、能動軸４３と第三支軸３５ｃを結ぶ線分の長さが、第一支軸３５ａと第二支軸３５ｂを結ぶ線分の長さよりも短くなるように四節リンク機構を構成している。一方、第六実施例においては、『能動軸４３と第三支軸３５ｃを結ぶ線分の長さが、第一支軸３５ａと第二支軸３５ｂを結ぶ線分の長さよりも短い四節リンク機構』の特徴を示すために、第五実施例よりも更に、能動軸４３と第三支軸３５ｃを結ぶ線分の長さが、第一支軸３５ａと第二支軸３５ｂを結ぶ線分の長さよりも短くなるように四節リンク機構を構成している。より具体的には、第二支軸３５ｂの配置位置を、第五実施例に比べより爪先側に配置すると同時に爪先側足裏面に近い位置に配置するとともに、第三支軸３５ｃの配置位置を、第五実施例に比べより能動軸４３に近い位置に配置している。図２４と図２８においては、主能動リンク３４ａの回転角と従能動リンク３４ｂの回転角を両図で比較するのを容易にするために、能動軸４３周りにマイナスネジのような溝を設けて図示しているが、これらの図を見比べれば分かるように、第六実施例では、第五実施例と同じ第一支軸３５ａ（爪先関節軸２１）周りの回転角を得るために能動軸４３周りの回転角が大きく回転していることが分かり、言い換えれば、能動軸４３周りの回転速度に対して第一支軸３５ａ（爪先関節軸２１）周りの回転速度を減速することが可能であることが分かる。すなわち、『能動軸４３と第三支軸３５ｃを結ぶ線分の長さが、第一支軸３５ａと第二支軸３５ｂを結ぶ線分の長さよりも短い四節リンク機構』により、能動軸４３を入力として第一支軸３５ａを出力とする四節リンク機構に減速機能を持たせることが可能であることが分かる。第五実施例と第六実施例で、同じアクチュエータ４１を採用して、爪先関節軸２１周りに同じトルクを発生させようとした場合に、精密減速装置４２の出力軸４３周りでのトルクは第五実施例に比べ第六実施例の方が小さいトルクで済むため、その結果、第五実施例に比べて第六実施例ではより小型な（より径の細い）精密減速装置を採用することが可能であり、より足の厚みを低減することが可能になる。
【００９２】
なお、本明細書ではその説明を省略するが、第六実施例で第五実施例に対して導入したような四節リンク機構の構成を、第四実施例に対して導入することは可能であり、このような四リンク機構の構成方法により第四実施例の足の厚みをより低減することが可能になる。
【００９３】
（第七実施例）
図２９（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第７の態様に基づき実現した、この発明の第七実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。また図３０は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。加えて図３１は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。更に図３２（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記人間型ロボット用脚（左脚）が具える上記第七実施例の人間型歩行ロボット用足（左脚用足）を図２９（ａ）中の矢印eye-Gに沿う方向から見た側面図で、それぞれ爪先が持ち上がった姿勢の側面図、爪先側足裏面と踵側足裏面が同一平面にある姿勢の側面図および爪先を下げた姿勢の側面図である。図５および図１７から図２８と同じ符号については同じ部材を示している。
【００９４】
本発明の第七実施例と、第五実施例との相違点は、アクチュエータ４１と精密減速装置４２の配置位置の関係である。そのため、爪先関節の駆動原理についても第五実施例と同様であるので詳述は省略する。また、踵側足１１と爪先側足１３の形状の相違は、例示にすぎず、形状の相違についての説明は省略する。以下では、第七実施例で導入しているアクチュエータ４１と精密減速装置４２の配置位置による役割と効果について説明する。
【００９５】
図２９から図３２に示すように、第七実施例では、精密減速装置４２を、踵側足１１と足首関節５０との接合部を挟んで爪先関節側に配置するとともに、アクチュエータ４１を、踵側足１１と足首関節５０との接合部を挟んで踵側に配置し、精密減速装置４２とアクチュエータ４１が、踵側足１１と足首関節５０との接合部である足首基台４５を挟んで前後に離れて配置されている。また、アクチュエータ４１の出力要素と精密減速装置４２の入力要素を、プーリ４４ａ，４４ｂとタイミングベルト４４ｃにより構成される伝達機構で駆動結合している。
【００９６】
このように精密減速装置４２とアクチュエータ４１を、踵側足１１と足首関節５０との接合部である足首基台４５を挟んで前後に離れて配置したことにより、足首関節の関節軸周りの足のイナーシャ（踵側足のイナーシャと爪先側足のイナーシャ）、特に足首関節ピッチ軸周りの足のイナーシャ（踵側足のイナーシャと爪先側足のイナーシャ）を軽減できるため、第五実施例の効果に加え、より高速な足の運動を実現することが可能になる。
【００９７】
また、踵側足１１と足首関節５０との接合部である足首基台４５を挟んで後側である踵周辺は、踵側足１１と足首関節５０との接合部である足首基台４５を挟んで前側である足甲周辺に比べ、空間的に広いスペースがあるため、より大きいアクチュエータ４１を採用することが可能である。そのため、第五実施例の効果に加え、より高速な爪先の運動を実現することも可能になる。
【００９８】
なお、本明細書ではその説明を省略するが、第六実施例で第五実施例に対して導入したような四節リンク機構の構成を、第七実施例に対して導入することは可能であり、このような四リンク機構の構成方法により第七実施例の足の厚みをより低減することが可能になる。
【００９９】
（第八実施例）
図３３（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、この発明の人間型歩行ロボット用足の第８の態様に基づき実現した、この発明の第八実施例の足（左脚用足）を備える人間型ロボット用脚（左脚）を示す平面図、正面図、側面図および底面図である。また図３４は、 上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す左前方から見た傾斜図である。加えて図３５は、上記人間型ロボット用脚（左脚）を示す右前方から見た傾斜図である。図５および図１７から図３２と同じ符号については同じ部材を示している。
【０１００】
本発明の第八実施例と、第七実施例との第１の相違点は、爪先関節軸２１の配置されている向きであり、第七実施例では爪先関節軸２１は左右方向に向かう向きに配置されているのに対し、第八実施例では爪先関節軸２１は右後方から左前方に向かう方向または左後方から右前方に向かう方向に配置されている。第八実施例の爪先関節軸２１の配置による効果に関しては、第四実施例と同様であるので、ここではその詳述を省略する。また、本発明の第八実施例と、第七実施例との第２の相違点は、アクチュエータ４１と精密減速装置４２の配置位置の間の伝達機構である。以下では、第八実施例で導入しているアクチュエータ４１と精密減速装置４２の配置位置の間の伝達機構について説明を行い、第八実施例について説明する。なお、爪先関節の駆動原理についても第七実施例と同様であるので詳述は省略する。
【０１０１】
図３３から図３５に示すように、第八実施例では、第七実施例と同様に、精密減速装置４２を、踵側足１１と足首関節５０との接合部を挟んで爪先関節側に配置するとともに、アクチュエータ４１を、踵側足１１と足首関節５０との接合部を挟んで踵側に配置し、精密減速装置４２とアクチュエータ４１が、踵側足１１と足首関節５０との接合部である足首基台４５を挟んで前後に離れて配置されている。
【０１０２】
アクチュエータ４１の出力要素と精密減速装置４２の入力要素の間に、べベルギヤ伝達機構４６を導入し、アクチュエータ４１の出力回転軸と精密減速装置４２の入力回転軸の軸方向の向きに角度を付けている。具体的には、アクチュエータ４１の出力軸にはプーリ４４ａが取り付けられており、べベルギヤ伝達機構４６の入力軸にはプーリ４４ｄが取り付けられている。これらプーリ４４ａ，４４ｄにはタイミングベルト４４ｃが巻かれている。すなわち、アクチュエータの出力要素とべベルギヤ伝達機構４６の入力要素を、プーリ４４ａ，４４ｄとタイミングベルト４４ｃにより構成される伝達機構で駆動結合している。また、べベルギヤ伝達機構４６内では、その入力軸にはべベルギヤ４６ａが結合しており、べベルギヤ伝達機構４６の入力トルクは中間べベルギヤ４６ｃを介して、べベルギヤ伝達機構４６の出力軸に結合されたべベルギヤ４６ｂに伝達される。また、べベルギヤ伝達機構４６の出力軸は直接、精密減速装置４２の入力軸に結合されている。従って、アクチュエータ４１の出力要素と精密減速装置４２の入力要素を、プーリ４４ａ，４４ｄとタイミングベルト４４ｃにより構成される伝達機構と歯車により構成される伝達機構（べベルギヤ４６ａ，４６ｂ，４６ｃを用いたべベルギヤ伝達機構４６）を組み合わせた伝達機構で駆動結合している。精密減速装置４２の出力要素には、主能動リンク３４ａをその両端部のうち一端部を精密減速装置４２の出力軸である能動軸４３回りに能動的に回転するように結合している。すなわち、アクチュエータ４１を駆動することにより主能動リンク３４ａを能動軸４３周りに一自由度で回動させることができる。
【０１０３】
このように、アクチュエータ４１の出力要素と精密減速装置４２の入力要素の間に、べベルギヤ伝達機構４６を導入している第八実施例においても、アクチュエータ４１を駆動すると、主能動リンク３４ａが能動軸４３周りに回動し、連結リンク３４ｃが押し引きされ、踵側足１１に対し爪先側足１３を第一支軸３５ａ周りに一自由度で回動させることができる。すなわち、第一支軸３５ａが爪先関節軸２１となり、アクチュエータ４１を駆動することにより爪先関節２０の角度を能動的に駆動することができ、人間の足の動作に類似した動作を実現することが可能になっている。
【０１０４】
第八実施例では、このように精密減速装置４２とアクチュエータ４１を、踵側足１１と足首関節５０との接合部である足首基台４５を挟んで前後に離れて配置したことにより、足首関節の関節軸周りの足のイナーシャ（踵側足のイナーシャと爪先側足のイナーシャ）、特に足首関節ピッチ軸周りの足のイナーシャ（踵側足のイナーシャと爪先側足のイナーシャ）を軽減できるため、第七実施例の効果と同様、第五実施例の効果に加え、より高速な足の運動を実現することが可能になる。
【０１０５】
また、踵側足１１と足首関節５０との接合部である足首基台４５を挟んで後側である踵周辺は、踵側足１１と足首関節５０との接合部である足首基台４５を挟んで前側である足甲周辺に比べ、空間的に広いスペースがあるため、より大きいアクチュエータ４１を採用することが可能である。そのため、第七実施例の効果と同様、第五実施例の効果に加え、より高速な爪先の運動を実現することも可能になる。
【０１０６】
図３６は、第八実施例により実現した人間型ロボット用脚を右脚用と左脚用の２つを備え、それぞれが胴体に結合された人間型歩行ロボットにおいて、その左脚用の足と右脚用の足を示す平面図である。この図３６に示すように、右脚用の前記爪先関節軸２１Ｒは右後方から左前方に向かう方向に配置されているとともに、左脚用の前記爪先関節軸２１Ｌは左後方から右前方に向かう方向に配置されている。このように爪先関節軸２１Ｒと２１Ｌを配置することにより、右脚用の爪先側足を接地した状態で右脚用の爪先関節を駆動すると右脚、特に右脚の踵と右脚の足首が左脚から遠ざかる方向に可動し、またその逆に、左脚用の爪先側足を接地した状態で左脚用の爪先関節を駆動すると左脚、特に左脚の踵と左脚の足首が右脚から遠ざかる方向に可動するため、人間の脚による動作により類似した動作を実現できるとともに、左右脚の干渉が回避された歩行動作を実現することが可能になる。
【０１０７】
図３７（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、図４（ｂ），図１６（ｂ），図２４（ｂ）および図２８（ｂ）に示す人間型歩行ロボット用足の側面図に、その側面形状を比較するために人間の足の側面輪郭形状に類似した外形線を重ね合わせた図である。
【０１０８】
図４（ｂ）を再掲した図３７（ａ）と図１６（ｂ）を再掲した図３７（ｂ）を見比べて分かるように、アクチュエータの出力トルクを増幅する精密減速装置の出力軸が直接爪先関節軸となる人間型歩行ロボット用足［図４（ｂ）を再掲した図３７（ａ）］に比べ、第三実施例の人間型歩行ロボット用足［図１６（ｂ）を再掲した図３７（ｂ）］の爪先側足の厚みと爪先関節周辺の厚みが抑えられており、第三実施例においてはより人間に近いプロポーションの足が実現できている。
【０１０９】
また、図４（ｂ）を再掲した図３７（ａ）と図２４（ｂ）を再掲した図３７（ｃ）を見比べて分かるように、アクチュエータの出力トルクを増幅する精密減速装置の出力軸が直接爪先関節軸となる人間型歩行ロボット用足［図４（ｂ）を再掲した図３７（ａ）］に比べ、第五実施例の人間型歩行ロボット用足［図２４（ｂ）を再掲した図３７（ｃ）］の爪先側足の厚みと爪先関節周辺の厚みが抑えられており、第五実施例においてもより人間に近いプロポーションの足が実現できている。
【０１１０】
加えて、図４（ｂ）を再掲した図３７（ａ）と図２８（ｂ）を再掲した図３７（ｄ）を見比べて分かるように、アクチュエータの出力トルクを増幅する精密減速装置の出力軸が直接爪先関節軸となる人間型歩行ロボット用足［図４（ｂ）を再掲した図３７（ａ）］に比べ、第六実施例の人間型歩行ロボット用足［図２８（ｂ）を再掲した図３７（ｄ）］の爪先側足の厚みと爪先関節周辺の厚みが抑えられていることが分かる。更に、図２４（ｂ）を再掲した図３７（ｃ）と図２８（ｂ）を再掲した図３７（ｄ）を見比べて分かるように、第五実施例に比べ、第六実施例の足の厚みをより抑えることができ、第五実施例に比べ第六実施例においては更により人間に近いプロポーションの足が実現できている。
【０１１１】
図３７では、第三実施例と第五実施例と第六実施例を例示したが、第一実施例及び第二実施例及び第四実施例及び第七実施例及び第八実施例においても、上記してきた実施例と図面に示すごとく、アクチュエータの出力トルクを増幅する精密減速装置の出力軸が直接爪先関節軸となる人間型歩行ロボット用足［図４（ｂ）を再掲した図３７（ａ）］に比べ、より人間に近いプロポーションの足が実現できている。
【０１１２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形し、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項の組み合わせを限定させるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【０１１３】
１ 足
１１ 踵側足
１２ａ 左ブラケット
１２ｂ 右ブラケット
１２ｄ 第二左ブラケット
１２ｅ 第二右ブラケット
１２ｆ 第二中央ブラケット
１３ 爪先側足
１４ａ 左ブラケット
１４ｂ 右ブラケット
１４ｃ 中央ブラケット
１４ｄ ブラケット
１４ｆ 第二左ブラケット
１４ｇ 第二右ブラケット
１４ｈ 第二中央ブラケット
２０ 爪先関節
２１ 爪先関節軸
２１Ｌ 左脚用爪先関節軸
２１Ｒ 右脚用爪先関節軸
３０ 第一平行リンク機構と第二平行リンク機構
３１ａ 能動リンク
３１ｂ 第一リンク
３１ｃ 第二リンク
３１ｄ 第三リンク
３２ａ 第一支軸
３２ｂ 第二支軸
３２ｃ 第三支軸
３２ｄ 第四支軸
３２ｅ 第五支軸
３２ｆ 第六支軸
３３ 四節リンク機構
３４ａ 主能動リンク
３４ｂ 従能動リンク
３４ｃ 連結リンク
３５ａ 第一支軸
３５ｂ 第二支軸
３５ｃ 第三支軸
３６ 第三平行リンク機構と第四平行リンク機構
３６ａ 第四リンク
３６ｂ 第五リンク
３６ｃ 第六リンク
３６ｄ 第七リンク
３７ａ 第七支軸
３７ｂ 第八支軸
３７ｃ 第九支軸
３７ｄ 第十支軸
３７ｅ 第十一支軸
３７ｆ 第十二支軸
３７ｇ 第十三支軸
４１ アクチュエータ
４２ 精密減速装置
４３ 能動軸
４４ 伝達機構
４４ａ アクチュエータ側プーリ
４４ｂ 減速装置側プーリ
４４ｃ タイミングベルト
４４ｄ べベルギヤ側プーリ
４５ 足首基台
４６ べベルギヤ伝達機構
４６ａ アクチュエータ側べベルギヤ
４６ｂ 減速装置側べベルギヤ
４６ｃ 中間べベルギヤ
５０ 足首関節
５０ａ 左ブラケット
５０ｂ 右ブラケット
５０ｃ 前ブラケット
５０ｄ 後ブラケット
５０ｆ 連結部材
５１ 下腿フレーム
Ｐ１ 足首ピッチ軸
Ｒ１ 足首ロール軸
Ｃ１ 踵側足の支持中心軸
１００ 下半身
１０１ 腰関節
１０２ 腰フレーム
１０４ 股関節
１０５ 脚
１０６ 関節ユニット
１０６ａ 上部ベース
１０６ｂ 前ブラケット
１０６ｃ 後ブラケット
１０６ｄ 連結部材
１０６ｅ 左ブラケット
１０６ｆ 右ブラケット
１０６ｈ ハーモニックドライブ
１０６ｉ ハーモニックドライブ
１０７ 大腿フレーム
１１０ 膝関節
１１０ａ 左ブラケット
１１０ｂ 右ブラケット
１１０ｃ 下ブラケット
１１０ｅ ハーモニックドライブ
１１１ 力センサ
１１２ ギヤボックス
１１３ 弾性ブッシュ
ＲＲ ロール軸（前後方向を向いている軸）
ＰＰ ピッチ軸（左右方向を向いている軸）
ＹＹ ヨー軸（上下方向を向いている軸）
Ｐ４ 腰ピッチ軸線
Ｒ４ 腰ロール軸線
Ｙ４ 腰ヨー軸線
Ｐ３ 股ピッチ軸線
Ｒ３ 股ロール軸線
Ｙ３ 股ヨー軸線
Ｐ２ 膝ピッチ軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
足の踵側である踵側足と足の爪先側である爪先側足を備えるとともに、踵側足と爪先側足の相対姿勢を変える爪先関節を備えた人間型歩行ロボット用足において、
前記踵側足にアクチュエータと精密減速装置を配置するとともに第一支軸を設け、
前記爪先側足に第二支軸と第三支軸を設け、
前記アクチュエータの出力要素と前記精密減速装置の入力要素を、プーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構もしくは歯車により構成される伝達機構もしくはプーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構と歯車により構成される伝達機構を組み合わせた伝達機構により駆動結合し、
前記精密減速装置の出力要素に、能動リンクをその両端部のうち一端部を前記精密減速装置の出力軸である能動軸回りに能動的に回転するように結合し、
前記第一支軸を介して、第一リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記第二支軸を介して、第二リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記第三支軸を介して、第三リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記能動リンクの両端部のうち他端部に設けた第四支軸を介して、前記第二リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、
前記第一リンクの両端部のうち他端部に設けた第五支軸を介して、前記第三リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、
前記第一リンクに第六支軸を設け、前記第六支軸を介して前記第二リンクを回転可能に軸支し、
前記能動軸と前記第一支軸と前記第四支軸と前記第六支軸を４つの節とする第一平行リンク機構を備えるとともに、
前記第二支軸と前記第三支軸と前記第五支軸と前記第六支軸を４つの節とする第二平行リンク機構を備え、
前記第六支軸は、前記第二支軸と前記第四支軸を結ぶ線分上にくるように配置されているとともに前記第一支軸と前記第五支軸を結ぶ線分上にくるように配置し、
前記第一支軸と前記第二支軸と前記第六支軸と仮想支軸を４つの節とする仮想的な平行リンク機構である仮想平行リンク機構を備え、
前記踵側足が床面と接触する足裏面である踵側足裏面は、前記仮想支軸を含有するとともに前記仮想支軸を境とする半平面上に構成されるとともに、
前記爪先側足が床面と接触する足裏面である爪先側足裏面は、前記仮想支軸を含有するとともに前記仮想支軸を境とする半平面上に構成され、
前記仮想支軸を爪先関節軸とするとともに、
前記アクチュエータを駆動することにより前記爪先関節の角度を能動的に駆動する
ことを特徴とする人間型歩行ロボット用足。
【請求項２】
足の踵側である踵側足と足の爪先側である爪先側足を備えるとともに、踵側足と爪先側足の相対姿勢を変える爪先関節を備えた人間型歩行ロボット用足において、
前記踵側足にアクチュエータと精密減速装置を配置するとともに第一支軸と第七支軸と第十三支軸を設け、
前記爪先側足に第二支軸と第三支軸と第八支軸と第九支軸を設け、
前記アクチュエータの出力要素と前記精密減速装置の入力要素を、プーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構もしくは歯車により構成される伝達機構もしくはプーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構と歯車により構成される伝達機構を組み合わせた伝達機構により駆動結合し、
前記精密減速装置の出力要素に、能動リンクをその両端部のうち一端部を前記精密減速装置の出力軸である能動軸回りに能動的に回転するように結合し、
前記第一支軸を介して、第一リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記第二支軸を介して、第二リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記第三支軸を介して、第三リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記能動リンクの両端部のうち他端部に設けた第四支軸を介して、前記第二リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、
前記第一リンクの両端部のうち他端部に設けた第五支軸を介して、前記第三リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、
前記第一リンクに第六支軸を設け、前記第六支軸を介して前記第二リンクを回転可能に軸支し、
前記能動軸と前記第一支軸と前記第四支軸と前記第六支軸を４つの節とする第一平行リンク機構を備えるとともに、
前記第二支軸と前記第三支軸と前記第五支軸と前記第六支軸を４つの節とする第二平行リンク機構を備え、
前記第六支軸は、前記第二支軸と前記第四支軸を結ぶ線分上にくるように配置されているとともに前記第一支軸と前記第五支軸を結ぶ線分上にくるように配置し、
前記第一支軸と前記第二支軸と前記第六支軸と仮想支軸を４つの節とする仮想的な平行リンク機構である第一仮想平行リンク機構を備え、
前記踵側足が床面と接触する足裏面である踵側足裏面は、前記仮想支軸を含有するとともに前記仮想支軸を境とする半平面上に構成されるとともに、
前記爪先側足が床面と接触する足裏面である爪先側足裏面は、前記仮想支軸を含有するとともに前記仮想支軸を境とする半平面上に構成され、
前記第十三支軸を介して、第四リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記第七支軸を介して、第五リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記第八支軸を介して、第六リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記第九支軸を介して、第七リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記第四リンクの両端部のうち他端部に設けた第十支軸を介して、前記第六リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、
前記第五リンクの両端部のうち他端部に設けた第十一支軸を介して、前記第七リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、
前記第五リンクに第十二支軸を設け、前記第十二支軸を介して前記第六リンクを回転可能に軸支し、
前記第七支軸と前記第十支軸と前記第十二支軸と前記第十三支軸を４つの節とする第三平行リンク機構を備えるとともに、
前記第八支軸と前記第九支軸と前記第十一支軸と前記第十二支軸を４つの節とする第四平行リンク機構を備え、
前記第十二支軸は、前記第八支軸と前記第十支軸を結ぶ線分上にくるように配置されているとともに前記第七支軸と前記第十一支軸を結ぶ線分上にくるように配置し、
前記第七支軸と前記第十三支軸は、互いを結ぶ直線上に前記仮想支軸がくるように配置されているとともに、
前記第八支軸と前記第九支軸は、互いを結ぶ直線上に仮想支軸がくるように配置され、
前記第七支軸と前記第八支軸と前記第十二支軸と前記仮想支軸を４つの節とする仮想的な平行リンク機構である第二仮想平行リンク機構を備え、
前記仮想支軸を爪先関節軸とするとともに、
前記アクチュエータを駆動することにより前記爪先関節の角度を能動的に駆動する
ことを特徴とする人間型歩行ロボット用足。
【請求項３】
足の踵側である踵側足と足の爪先側である爪先側足を備えるとともに、踵側足と爪先側足の相対姿勢を変える爪先関節を備えた人間型歩行ロボット用足において、
前記踵側足にアクチュエータと精密減速装置を配置するとともに第一支軸を設け、
前記爪先側足に第二支軸を設け、
前記アクチュエータの出力要素と前記精密減速装置の入力要素を、プーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構もしくは歯車により構成される伝達機構もしくはプーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構と歯車により構成される伝達機構を組み合わせた伝達機構により駆動結合し、
前記精密減速装置の出力要素に、能動リンクをその両端部のうち一端部を前記精密減速装置の出力軸である能動軸回りに能動的に回転するように結合し、
前記能動リンクの両端部のうち他端部に第三支軸を設け、
前記第一支軸を介して、前記爪先側足をその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記第二支軸を介して、連結リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記第三支軸を介して、前記連結リンクをその両端のうち他端部で回転可能に軸支し、
前記能動軸と前記第一支軸と前記第二支軸と前記第三支軸を４つの節とする四節リンク機構を備え、
前記踵側足は床面と接触する踵側足裏面を備えるとともに、
前記爪先側足は床面と接触する爪先側足裏面を備え、
前記踵側足裏面と前記爪先側足裏面は、ともに床面と接触する状態で同一平面となるように構成されており、
前記第一支軸を爪先関節軸とするとともに、
前記アクチュエータを駆動することにより前記爪先関節の角度を能動的に駆動する
ことを特徴とする人間型歩行ロボット用足。
【請求項４】
請求項３に記載の人間型歩行ロボット用足において、
前記能動軸と前記第三支軸を結ぶ線分の長さが、前記第一支軸と前記第二支軸を結ぶ線分の長さよりも短くなるように前記四節リンク機構を構成している
ことを特徴とする人間型歩行ロボット用足。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか１項記載の人間型歩行ロボット用足の踵側足が足首関節を介して人間型歩行ロボットの下腿に接合された人間型歩行ロボット用脚において、
前記足首関節は、前記下腿に対してピッチ軸周りに揺動するとともに前記踵側足に対してロール軸周りに揺動する足首関節部材を支持している関節であるとともに、
前記足首関節のピッチ軸周りとロール軸周りの揺動は２つのアクチュエータで駆動されており、
前記爪先関節軸は、右後方から左前方に向かう方向または左後方から右前方に向かう方向に配置されている
ことを特徴とする人間型歩行ロボット用脚。
【請求項６】
請求項１から請求項４の何れか１項記載の人間型歩行ロボット用足の踵側足が足首関節を介して人間型歩行ロボットの下腿に接合された人間型歩行ロボット用脚において、
前記足首関節は、前記下腿に対してピッチ軸周りに揺動するとともに前記踵側足に対してロール軸周りに揺動する足首関節部材を支持している関節であるとともに、
前記足首関節のピッチ軸周りとロール軸周りの揺動は２つのアクチュエータで駆動されており、
前記爪先関節は、左右方向に向かう向きに配置されている
ことを特徴とする人間型歩行ロボット用脚。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の人間型歩行ロボット用脚において、
前記精密減速装置を、前記踵側足と前記足首関節との接合部を挟んで爪先関節側に配置するとともに、
前記爪先関節を駆動する前記アクチュエータを、前記踵側足と前記足首関節との接合部を挟んで踵側に配置する
ことを特徴とする人間型歩行ロボット用脚。
【請求項８】
請求項５に記載の人間型歩行ロボット用脚を右脚用と左脚用の２つを備え、それぞれが胴体に結合された人間型歩行ロボットにおいて、
右脚用の前記爪先関節軸は右後方から左前方に向かう方向に配置されているとともに、
左脚用の前記爪先関節軸は左後方から右前方に向かう方向に配置されている
ことを特徴とする人間型歩行ロボット。
【請求項９】
請求項８に記載の人間型歩行ロボットにおいて、
右脚用の前記精密減速装置を、右脚用の前記踵側足と右脚用の前記足首関節との接合部を挟んで右脚の爪先関節側に配置するとともに、
右脚用の前記爪先関節を駆動する前記アクチュエータを、右脚用の前記踵側足と右脚用の前記足首関節との接合部を挟んで右脚の踵側に配置し、
左脚用の前記精密減速装置を、左脚用の前記踵側足と左脚用の前記足首関節との接合部を挟んで左脚の爪先関節側に配置するとともに、
左脚用の前記爪先関節を駆動する前記アクチュエータを、左脚用の前記踵側足と左脚用の前記足首関節との接合部を挟んで左脚の踵側に配置する
ことを特徴とする人間型歩行ロボット。
【請求項１】
足の踵側である踵側足と足の爪先側である爪先側足を備えるとともに、踵側足と爪先側足の相対姿勢を変える爪先関節を備えた人間型歩行ロボット用足において、
前記踵側足にアクチュエータと精密減速装置を配置するとともに第一支軸を設け、
前記爪先側足に第二支軸と第三支軸を設け、
前記アクチュエータの出力要素と前記精密減速装置の入力要素を、プーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構もしくは歯車により構成される伝達機構もしくはプーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構と歯車により構成される伝達機構を組み合わせた伝達機構により駆動結合し、
前記精密減速装置の出力要素に、能動リンクをその両端部のうち一端部を前記精密減速装置の出力軸である能動軸回りに能動的に回転するように結合し、
前記第一支軸を介して、第一リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記第二支軸を介して、第二リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記第三支軸を介して、第三リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記能動リンクの両端部のうち他端部に設けた第四支軸を介して、前記第二リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、
前記第一リンクの両端部のうち他端部に設けた第五支軸を介して、前記第三リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、
前記第一リンクに第六支軸を設け、前記第六支軸を介して前記第二リンクを回転可能に軸支し、
前記能動軸と前記第一支軸と前記第四支軸と前記第六支軸を４つの節とする第一平行リンク機構を備えるとともに、
前記第二支軸と前記第三支軸と前記第五支軸と前記第六支軸を４つの節とする第二平行リンク機構を備え、
前記第六支軸は、前記第二支軸と前記第四支軸を結ぶ線分上にくるように配置されているとともに前記第一支軸と前記第五支軸を結ぶ線分上にくるように配置し、
前記第一支軸と前記第二支軸と前記第六支軸と仮想支軸を４つの節とする仮想的な平行リンク機構である仮想平行リンク機構を備え、
前記踵側足が床面と接触する足裏面である踵側足裏面は、前記仮想支軸を含有するとともに前記仮想支軸を境とする半平面上に構成されるとともに、
前記爪先側足が床面と接触する足裏面である爪先側足裏面は、前記仮想支軸を含有するとともに前記仮想支軸を境とする半平面上に構成され、
前記仮想支軸を爪先関節軸とするとともに、
前記アクチュエータを駆動することにより前記爪先関節の角度を能動的に駆動する
ことを特徴とする人間型歩行ロボット用足。
【請求項２】
足の踵側である踵側足と足の爪先側である爪先側足を備えるとともに、踵側足と爪先側足の相対姿勢を変える爪先関節を備えた人間型歩行ロボット用足において、
前記踵側足にアクチュエータと精密減速装置を配置するとともに第一支軸と第七支軸と第十三支軸を設け、
前記爪先側足に第二支軸と第三支軸と第八支軸と第九支軸を設け、
前記アクチュエータの出力要素と前記精密減速装置の入力要素を、プーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構もしくは歯車により構成される伝達機構もしくはプーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構と歯車により構成される伝達機構を組み合わせた伝達機構により駆動結合し、
前記精密減速装置の出力要素に、能動リンクをその両端部のうち一端部を前記精密減速装置の出力軸である能動軸回りに能動的に回転するように結合し、
前記第一支軸を介して、第一リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記第二支軸を介して、第二リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記第三支軸を介して、第三リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記能動リンクの両端部のうち他端部に設けた第四支軸を介して、前記第二リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、
前記第一リンクの両端部のうち他端部に設けた第五支軸を介して、前記第三リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、
前記第一リンクに第六支軸を設け、前記第六支軸を介して前記第二リンクを回転可能に軸支し、
前記能動軸と前記第一支軸と前記第四支軸と前記第六支軸を４つの節とする第一平行リンク機構を備えるとともに、
前記第二支軸と前記第三支軸と前記第五支軸と前記第六支軸を４つの節とする第二平行リンク機構を備え、
前記第六支軸は、前記第二支軸と前記第四支軸を結ぶ線分上にくるように配置されているとともに前記第一支軸と前記第五支軸を結ぶ線分上にくるように配置し、
前記第一支軸と前記第二支軸と前記第六支軸と仮想支軸を４つの節とする仮想的な平行リンク機構である第一仮想平行リンク機構を備え、
前記踵側足が床面と接触する足裏面である踵側足裏面は、前記仮想支軸を含有するとともに前記仮想支軸を境とする半平面上に構成されるとともに、
前記爪先側足が床面と接触する足裏面である爪先側足裏面は、前記仮想支軸を含有するとともに前記仮想支軸を境とする半平面上に構成され、
前記第十三支軸を介して、第四リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記第七支軸を介して、第五リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記第八支軸を介して、第六リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記第九支軸を介して、第七リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記第四リンクの両端部のうち他端部に設けた第十支軸を介して、前記第六リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、
前記第五リンクの両端部のうち他端部に設けた第十一支軸を介して、前記第七リンクの両端部のうち他端部を回転可能に軸支し、
前記第五リンクに第十二支軸を設け、前記第十二支軸を介して前記第六リンクを回転可能に軸支し、
前記第七支軸と前記第十支軸と前記第十二支軸と前記第十三支軸を４つの節とする第三平行リンク機構を備えるとともに、
前記第八支軸と前記第九支軸と前記第十一支軸と前記第十二支軸を４つの節とする第四平行リンク機構を備え、
前記第十二支軸は、前記第八支軸と前記第十支軸を結ぶ線分上にくるように配置されているとともに前記第七支軸と前記第十一支軸を結ぶ線分上にくるように配置し、
前記第七支軸と前記第十三支軸は、互いを結ぶ直線上に前記仮想支軸がくるように配置されているとともに、
前記第八支軸と前記第九支軸は、互いを結ぶ直線上に仮想支軸がくるように配置され、
前記第七支軸と前記第八支軸と前記第十二支軸と前記仮想支軸を４つの節とする仮想的な平行リンク機構である第二仮想平行リンク機構を備え、
前記仮想支軸を爪先関節軸とするとともに、
前記アクチュエータを駆動することにより前記爪先関節の角度を能動的に駆動する
ことを特徴とする人間型歩行ロボット用足。
【請求項３】
足の踵側である踵側足と足の爪先側である爪先側足を備えるとともに、踵側足と爪先側足の相対姿勢を変える爪先関節を備えた人間型歩行ロボット用足において、
前記踵側足にアクチュエータと精密減速装置を配置するとともに第一支軸を設け、
前記爪先側足に第二支軸を設け、
前記アクチュエータの出力要素と前記精密減速装置の入力要素を、プーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構もしくは歯車により構成される伝達機構もしくはプーリとタイミングベルトにより構成される伝達機構と歯車により構成される伝達機構を組み合わせた伝達機構により駆動結合し、
前記精密減速装置の出力要素に、能動リンクをその両端部のうち一端部を前記精密減速装置の出力軸である能動軸回りに能動的に回転するように結合し、
前記能動リンクの両端部のうち他端部に第三支軸を設け、
前記第一支軸を介して、前記爪先側足をその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記第二支軸を介して、連結リンクをその両端のうち一端部で回転可能に軸支し、
前記第三支軸を介して、前記連結リンクをその両端のうち他端部で回転可能に軸支し、
前記能動軸と前記第一支軸と前記第二支軸と前記第三支軸を４つの節とする四節リンク機構を備え、
前記踵側足は床面と接触する踵側足裏面を備えるとともに、
前記爪先側足は床面と接触する爪先側足裏面を備え、
前記踵側足裏面と前記爪先側足裏面は、ともに床面と接触する状態で同一平面となるように構成されており、
前記第一支軸を爪先関節軸とするとともに、
前記アクチュエータを駆動することにより前記爪先関節の角度を能動的に駆動する
ことを特徴とする人間型歩行ロボット用足。
【請求項４】
請求項３に記載の人間型歩行ロボット用足において、
前記能動軸と前記第三支軸を結ぶ線分の長さが、前記第一支軸と前記第二支軸を結ぶ線分の長さよりも短くなるように前記四節リンク機構を構成している
ことを特徴とする人間型歩行ロボット用足。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか１項記載の人間型歩行ロボット用足の踵側足が足首関節を介して人間型歩行ロボットの下腿に接合された人間型歩行ロボット用脚において、
前記足首関節は、前記下腿に対してピッチ軸周りに揺動するとともに前記踵側足に対してロール軸周りに揺動する足首関節部材を支持している関節であるとともに、
前記足首関節のピッチ軸周りとロール軸周りの揺動は２つのアクチュエータで駆動されており、
前記爪先関節軸は、右後方から左前方に向かう方向または左後方から右前方に向かう方向に配置されている
ことを特徴とする人間型歩行ロボット用脚。
【請求項６】
請求項１から請求項４の何れか１項記載の人間型歩行ロボット用足の踵側足が足首関節を介して人間型歩行ロボットの下腿に接合された人間型歩行ロボット用脚において、
前記足首関節は、前記下腿に対してピッチ軸周りに揺動するとともに前記踵側足に対してロール軸周りに揺動する足首関節部材を支持している関節であるとともに、
前記足首関節のピッチ軸周りとロール軸周りの揺動は２つのアクチュエータで駆動されており、
前記爪先関節は、左右方向に向かう向きに配置されている
ことを特徴とする人間型歩行ロボット用脚。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の人間型歩行ロボット用脚において、
前記精密減速装置を、前記踵側足と前記足首関節との接合部を挟んで爪先関節側に配置するとともに、
前記爪先関節を駆動する前記アクチュエータを、前記踵側足と前記足首関節との接合部を挟んで踵側に配置する
ことを特徴とする人間型歩行ロボット用脚。
【請求項８】
請求項５に記載の人間型歩行ロボット用脚を右脚用と左脚用の２つを備え、それぞれが胴体に結合された人間型歩行ロボットにおいて、
右脚用の前記爪先関節軸は右後方から左前方に向かう方向に配置されているとともに、
左脚用の前記爪先関節軸は左後方から右前方に向かう方向に配置されている
ことを特徴とする人間型歩行ロボット。
【請求項９】
請求項８に記載の人間型歩行ロボットにおいて、
右脚用の前記精密減速装置を、右脚用の前記踵側足と右脚用の前記足首関節との接合部を挟んで右脚の爪先関節側に配置するとともに、
右脚用の前記爪先関節を駆動する前記アクチュエータを、右脚用の前記踵側足と右脚用の前記足首関節との接合部を挟んで右脚の踵側に配置し、
左脚用の前記精密減速装置を、左脚用の前記踵側足と左脚用の前記足首関節との接合部を挟んで左脚の爪先関節側に配置するとともに、
左脚用の前記爪先関節を駆動する前記アクチュエータを、左脚用の前記踵側足と左脚用の前記足首関節との接合部を挟んで左脚の踵側に配置する
ことを特徴とする人間型歩行ロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【公開番号】特開２０１２−１６７８２（Ｐ２０１２−１６７８２Ａ）
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５５６１８（Ｐ２０１０−１５５６１８）
【出願日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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