◆腱とバネで走れ！ロボット

 なぜ関節駆動？

現時点での殆どの２足歩行ロボットは関節に配置したモーターで関節を直接回転軸で角度制御します。

なんで関節での軸回転駆動なのでしょう？

関節が力を出す動物なんていませんよね。

普通、 ふくらはぎとか、太ももに駆動力があり、腱を介して関節を動かしています。

ロボットを作る場合、仮に電気式モーターを用いるとしても、ふくらはぎや 太ももに置いて腱を引く形にするのが、ごくごく当たり前で普通のモデル ではないでしょうか？

右の図はふくらはぎと太ももに置いた回転モーターで腱を引っ張って足を 即ち関節を動かします。関節自体には緩めのバネは入っていますが動力はありません。

図は単純化して２個のモーターしかのせていませんが、足を延ばすためのモータ/腱や 同一方向の曲げに関して複数のモーター/腱を使う等で、多くのモーターを 使用します。ふくらはぎ、太ももなら複数のモーターを配置できます。

もちろん回転モーターでなく、シリンダーを用いたりリニアモーターを 用いることも可能です。

図は説明のため膝を曲げた状態ですが、直立時は「当然」膝をのばします。 また、関節の説明なので脚部分のみ図示していますが、バランスは「当然」 身体全体でとります。もちろん腰、腕、手、指、首、肩、他の関節も 腱とバネによる制御となります。

油圧式のパワーショベルやその他重機でも関節に駆動パワーを置くものは ありません。
なぜ２足歩行ロボットだけが関節部にモーターを置くのでしょう？ どこから出た発想なのでしょう？謎です。
空間的にも力学的にも無理があるように思えてなりません。
股関節を複数の軸回転の組み合わせで実装するなど、凄いなあ、とは思いますが、 普通に人の股関節をまねる方が楽なんじゃないでしょうか？

 なぜバネを使わない

人間の筋肉はバネのようにも働きます。

バネは衝撃を吸収するだけでなく、吸収した衝撃を次の 運動のエネルギーに転換します。
バネを使った歩行/走行はエネルギー効率が高いものと なります。

カンガルーが長時間走行できるのも、身体をバネとして 使っているからです。

人間も動物の中では長時間走行の可能な種です。 ２足走行では筋肉をバネとしてうまく使うことができるからです。

モーターだけによる硬い動きでは走ることは難しいと考えています。