以下、図面を参照して本発明の好ましい� ��施形態につき説明する。

 図1に示すように、本実施形態にかかる足 部機構1は、後述する脚ユニット13の下端に取 り付けられるベース部材2と、それぞれ平坦� �接地面3aを備えた接地片3、3、3と、各接地片 3に対して設けられ、接地片3をベース部材2に 揺動可能に連結する揺動機構4と、を有して� �る。

 ベース部材2は、脚ユニット13の下端に連� ��される円柱状の本体部21と、本体部21からの びる中間部22、22、22と、各中間部22の先端に� ��けられた円柱状の先端部23と、各先端部23に スライド可能に保持されたスライド片24と、� ��ライド片24をスライド方向であって床反力� �逆らう方向に付勢する圧縮ばね25と、から構 成されている。

 各中間部22は、棒状に形成されており、� �体部21から下方に向かって互いに異なる方向 にのびている。

 先端部23は、図2に示す如く、スライド片2 4の軸部24aを収容する収容孔23aを有している� �収容孔23a内には、スライド片のスライド量� �検出するための検出器26が配置される。検出 器26は、ポテンショメータやレーザー変位計� ��ギャップセンサ等である。なお、先端部23� �おける当該構成は、特許文献2に記載の足部� ��構と適合する。

 スライド片24は、軸部24aと、軸部24aの先� �で直交するように設けられたプレート部24b� �からなっている。軸部24aは、先端部23の収容 孔23aに収容されて案内される。各スライド片 24のスライド方向は、後述する揺動中心C全て を含む平面の法線方向と一致するようになっ ている。

 圧縮ばね25は、先端部23の下面と、スライ ド片24のプレート部24bの上面との間に配置さ� ��る。

 検出器26によって検出されたスライド片24 のスライド量、つまり圧縮ばね25の収縮量と� ��ックの法則とに基づき、スライド方向、つ� ��り後述する揺動中心C全てを含む平面の法線 方向に作用する床反力のみが算出される。

 揺動機構4は、一端にボールジョイント部 41a、他端にボールジョイント部41bが設けられ てなる3本の剛体ロッド42からなっている。

 各ロッド42は、ボールジョイント部41aを� �して、スライド片24のプレート部24bの下面24c に取り付けられている。それと同時に、各ロ ッド42は、ボールジョイント部41bを介して、� ��地片3の上面3bに取り付けられている。ここ� ��、ボールジョイント部41aのスライド片24に� �する取付け箇所は、一直線上に並ばない3箇� ��となっている。同様に、ボールジョイント� ��41bの接地片3に対する取付け箇所も、一直線 上に並ばない3箇所となっている。各ロッド42 は、接地片3側に向かって尖る三角錐の稜線� �構成する。そして、各ロッド42は、図2Aに示� ��如く、接地片3の上面3bとスライド片24の下� �24cとが平行である状態において、上記三角� �の頂点Tが接地片3の接地面3a近傍に位置する� ��うに、配置されている。

 揺動機構4によってベース部材2に連結さ� �た接地片3は、接地面3aを介して床反力Rを受� ��ると、図2Bに示す如く、接地面3a近傍に位置 する揺動中心Cまわりに受動的に揺動する。

 上記のように構成された足部機構1は、図 3に示す如く、上体ユニット10および脚ユニッ ト13、13を有する二脚歩行式ロボット12におい て、各脚ユニット13の下端にベース部材2の本 体部21が連結されて、取り付けられる。

 二脚歩行式ロボット12の脚ユニット13は、 股関節部5、膝関節部7、足首関節部9、股関節 部5と膝関節部7とを連結する大腿リンク6、お よび膝関節部7と足首関節部9とを連結する下� ��リンク8、から構成されている。

 股関節部5は、Z軸まわりの揺動軸51と、X� �まわりの揺動軸52と、Y軸まわりの揺動軸53と により構成されている。膝関節部7は、Y軸ま� ��りの揺動軸71からなっている。足首関節部9� ��、X軸まわりの揺動軸91と、Y軸まわりの揺動 軸92とにより、構成されている。これにより� ��脚ユニット13は6自由度を有することとなる� ��

 各揺動軸51~53、71、91、92は、それぞれの� �周りに回転する駆動モータにより構成され� �いる。各駆動モータは、その回転量を検出� �るロータリエンコーダを備えている。各駆� �モータは、上体ユニット10内に格納された制 御ユニット11によって駆動制御される。

 制御ユニット11は、図4に示す如く、歩容� ��成部11aと、演算部11bと、補正部11cと、駆動� ��ータ制御部11dと、を備えている。

 歩容生成部11aは、外部から入力される要� ��動作信号に対応して、脚ユニット13におけ� �各揺動軸51~53、71、91、92の目標角度、目標角 速度、および目標ZMP等を含む歩容データを生 成し、補正部11cに出力する。

 演算部11bは、脚ユニット13における各関� �部5、7、9の駆動モータに備えられたロータ� �エンコーダから、各駆動モータの角度信号� �入力される。演算部11bは、その角度信号に� �づき、各関節部5、7、9の駆動モータの角度� �角速度等に関する関節状態データを算出し� �駆動モータ制御部11dにそれを出力する。

 演算部11bにはさらに、足部機構1における 床反力検出器26から、床反力検出値が入力さ� ��る。演算部11bは、各床反力検出器26からの� �反力検出値に基づいて、実ZMPを算出し、補� �部11cにそれを出力する。

 補正部11cは、演算部11bから入力された実Z MPが、歩容生成部11aから入力された目標ZMPに� ��致するように、または支持多角形内に収ま� ��ように、各揺動軸51~53、71、91、92の目標角� �、目標各速度等の歩容データを補正する。� �正後の歩容データは、駆動モータ制御部11d� �入力される。

 駆動モータ制御部11dは、補正部11cからの� ��正後の歩容データと、演算部11bからの関節� ��態データとの差に基づいて、各関節部5、7� �9の駆動モータに対する制御信号を生成する� ��駆動モータ制御部11dは、その制御信号を各� ��動モータに出力することで、各駆動モータ� ��駆動制御する。

 以上のように構成された足部機構1は、足 底が単一平面ではなく、一直線上に並ばない ように分散配置された3つの接地片3の各接地� ��3aで接地する構成となっている。さらに、� �れぞれの接地片が、接地面近傍に位置する� �動中心Cまわりに、床反力を受けて受動的に� ��動し、自然に床面に倣うことができる。

 このとき、各接地片3に対応する各揺動中 心Cは、全てベース部材2に対して固定された� ��地点と見なすことができる。すなわち、本� ��明の足部機構1は、前記3点支持構造を持つ� �部機構と実質的に同等である。したがって� �不整地においても接地性が向上し、前記ア)� ��トルク発生機能が満足される。さらに、不� ��地の形状に依存せず、また接地片3の揺動の 状態にも依存せず、ベース部材2に対して固� �された3つの揺動中心Cを頂点とする三角形を 常に支持多角形とすることができ、前記ウ)� �情報の取得が容易となる。

 また、足部機構1は、特許文献2に記載の� �部機構と適合する検出器26を備えていること により、各揺動中心Cを含む平面の法線方向� �作用する床反力のみをそれぞれ取得するこ� �ができる。その結果、各揺動中心Cを含む平� ��に固定されたローカル座標軸に基づく実ZMP� ��つまり前記エ)の情報を容易に取得すること ができる。

 また、足部機構1によれば、図5Aに示す如� ��床に起伏があっても、また図5Bに示す如く� �に突起Pがあっても、3つの接地面3aがそれぞ� ��独立に、各揺動中心Cの近傍で床面に接する ように、床面に倣うことができる。つまり、 足部機構1は3点支持構造と実質的に同等であ� ��ながら、3点接触ではなく3面接触で床面に� �地する。その結果、足部機構1によれば、前� ��ア)、ウ)、エ)と同時に、前記イ)の摩擦力発 生機能も満足される。

 また、足部機構1によれば、接地片3の揺動� �心Cを接地面3a近傍に位置させていることに� �り、遊脚から立脚への遷移時に、図6Aに模式 的に示す如く、接地片3の床面に沿った方向� �の移動量が少なく、床面に滑らかに倣うこ� �ができる。
 もし仮に、揺動中心Cが接地面3aから遠い位� ��にあれば、図6Bに示す如く、接地片103の床� �に沿った方向への移動量が多くなり、床面� �をすべりながら倣うことになる。接地片103� �配置によっては、図6Bに示す如く、接地片103 が相互に干渉する。あるいは,図6Cに示す如く 、揺動機構を挫いてしまい、倣い動作ができ ない場合もあり得る。

 また、接地片3は受動的に揺動するため、 駆動手段が不要であり、シンプルな構成であ る。

 また、前述したように、足部機構1は、特許 文献2に記載の足部機構と適合する構成とな� �ている。すなわち、足部機構1は、特許文献2 の3点支持構造の足部機構における「接地点� �を、本発明の足部機構における「揺動中心C� ��と一致させ、特許文献2の「仮想足底平面」 を、本発明の足部機構における「3つの揺動� �心Cの全てを含む平面」と一致させた構成と� ��っている。
 これにより、特許文献2の足部機構の利点で ある、最小の軸数の力センサによって前記エ )の情報を得る効果を導入でき、さらには特� �文献2の足部機構のみでは十分に実現できな� ��った前記イ)の摩擦力発生機能が実現される 。
 つまり、足部機構1は、不整地においても前 記ア)、イ)、ウ)、エ)をすべて満たすことが� �きるとともに、二脚歩行式ロボット12の立位 バランス保持を自動制御によって行なうため に必要十分な情報を最小限の検出器26のみで� ��得することができる、単純かつ安価で壊れ� ��くい多脚歩行式移動装置の足部機構となる� ��

 また、足部機構1によれば、接地した際の 衝撃を圧縮ばね25が緩和するため、多脚歩行� ��移動装置の各駆動部や各関節部を保護する� ��とができる。

[変形例]
 以上、本発明の実施形態について具体的に� ��明したが、本発明は次のように変形して実� ��することができる。

 3つの接地面3aについて、揺動の際に互い� ��干渉しない限り、面積および形状は適宜選� ��され得る。図7Aに示す如く、各接地面3aの面 積は異なっていてもよい。図7B、図7Cに示す� �く、各接地面3aの形状も異なってよい。

 ベース部材2の形状は、床面に接地せず、か つ接地片3の揺動に対して干渉しないような� �状であれば、どのような形状であってもよ� �。
 さらに、ベース部材2は、図8に示す如く、� �ライド片24を備えていないものでもよい。こ の場合、ベース部材2aの先端部23aの下面に揺� ��機構4の一端が取り付けられる。また、この 場合、圧力センサ等の公知の床反力検出器26a を、例えば各先端部23aと揺動機構4の間に設� �てもよい。

 揺動機構4は、例えば図9に示す如く、1本� ��剛体ロッド42の一端をスライド片24の下面24c に取り付けるとともに、他端をボールジョイ ントあるいはユニバーサルジョイント41cを介 して接地片3の上面3bに取り付けた揺動機構4a� ��することもできる。この場合、接地片3の揺 動中心Cが極力接地面3aの近傍に位置するよう に、ボールジョイントあるいはユニバーサル ジョイント41cを配置する必要がある。

 揺動機構4は、例えば図10Aに示す如く、3本� �ロッド42の一端をばね等の弾性部材41dを介し てスライド片24の下面24cに取り付けるととも� ��、他端をばね等の弾性部材41eを介して接地� ��3の上面3bに取り付けた揺動機構4bとするこ� �もできる。
 また、図10Bに示す如く、揺動機構4が取り付 けられる面24c、3b間にばね43を設けることも� �きる。
 これらのばね等の弾性部材により、接地片3 が床反力から開放されたとき、接地片3を基� �姿勢(この場合接地片の上面3bがスライド片24 の下面24cに平行となる姿勢)に自然に復帰さ� �ることができる。

 また、図11に示す如く、揺動機構4が取り� ��けられる面をその面に沿って受動的に並進� ��よび/または旋回運動させ得る並進/旋回機� �27を、ベース部材2に設けてもよい。並進/旋� ��機構27は例えば、スライド片24の軸24aの下端 に接続された円形箱24dであって底部に開口部 24eを備えたものと、円形箱24d内に収容される 並進板28と、並進板28の下面28aおよび円形箱24 dの底面24fにそれぞれボールジョイントある� �はユニバーサルジョイント29a、29bを介して� �り付けられた3本の剛体ロッド29と、から構� �することができる。接地片3は、揺動機構4を 介して、並進板28の下面28aに取り付けられる� ��

 このように構成した場合、図11Bに示す如� ��、並進板28がその下面28aに沿って受動的に� �進および/または旋回運動することができる� ��それゆえ、並進板28に取り付けられた接地� �3は、同様に受動的に並進および/または旋回 運動することができる。前述したように、足 部機構1は、接地片3の床面に沿った方向への� ��動量が少なく、床面に滑らかに倣うことが� ��きるが、並進/旋回機構27をさらに設けるこ� ��により、この僅かな床面上での滑りも吸収� ��、全く滑ることなく倣うことが可能となる� ��

 なお、並進/旋回機構27は例えば、図12に� �す如く、並進板28の下面28aおよび円形箱24dの 底面24fにそれぞればね29c、29dを介して取り付 けられた3本の剛体ロッド29を用いて構成した 並進/旋回機構27aとすることもできる。

 また、揺動機構4を、図13に示す如く、ゴ� ��板および金属板を交互に複数枚積層してな� ��3本の積層ゴム44であって一端がスライド片2 4の下面24cに取り付けられたものと、積層ゴ� �44の他端が取り付けられたプレート45と、プ� ��ート45と接地片3との間に配置されたスペー� ��46とからなる揺動機構4dとしてもよい。ここ で、積層ゴム44は、接地片3の上面3bとスライ� ��片24の下面24cとが平行である状態において� �揺動中心Cを頂点Tとする三角錐の稜線を構成 するように配置されている。

 揺動機構4dによれば、図13Bに示す如く、� �地片3が、揺動中心Cまわりに揺動し得るとと もに、図13Cに示す如く、スライド片24の下面2 4cに平行な面内において並進運動することが� ��きる。

 また、3つの接地面3aについて、防塵・防� ��のために、防水布やゴム等の柔軟な素材で� ��いに連結してシーリングしてもよい。また� ��接地面3aだけではなく、揺動機構4、並進/旋 回機構27、ベース部材も含めてシーリングし� ��もよい。