CN107000218A - 机器人中的侧倾旋转结构 - Google Patents

Abstract

一种机器人中的侧倾旋转结构，其用于在所述机器人的侧倾方向上对臂部进行旋转驱动，所述臂部借助侧倾支承部以在机器人的侧倾方向上旋转自如的方式安装于机器人的肩部，所述机器人中的侧倾旋转结构具备：直动促动器(26)，其具有直动的输出轴；安装部，其以使直动促动器的主体位于与肩部邻接的机器人的主体侧、且该直动促动器的输出轴(26a)能在肩部内出入的方式将该直动促动器安装于该肩部；连接部，其以使来自直动促动器的输出轴的输出生成臂部的侧倾支承部处的侧倾方向的旋转力矩的方式，将该输出轴与该臂部连接。由此，能够避免机器人的肩部的大型化。

Description

机器人中的侧倾旋转结构

技术领域

本发明涉及用于对机器人的臂部进行侧倾旋转驱动的旋转结构。

背景技术

近年来，不仅是工业用机器人，作为民生用而承担各种各样的任务的机器人的研究开发也越来越盛行。在机器人中，特别是能直立步行的人型机器人(智能机器人)被期待能够代替人类的行动。就这样的人型机器人而言，为了模仿人类的动作而设置有较多的关节部，而且，在其关节部要求能进行具有多个自由度的各种各样的动作。因此，在人型机器人的关节部，与对其关节施加的自由度相对应地，伺服马达等的促动器的搭载数增加，由此，关节部的小型化变得困难，促动器的结构、配置变得复杂。

在此，例如，在专利文献1(特别是图3)中，公开了用于以侧倾轴为中心对机器人的臂部进行旋转驱动的结构。具体而言，在与机器人主体邻接且连接有臂部的肩部的框体内部配置有侧倾旋转所用的伺服马达，伺服马达的输出经由传送带与侧倾轴相连。由此，伺服马达的输出轴的旋转作为以侧倾轴为中心的旋转被传递。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-198703号公报

发明内容

发明要解决的课题

在上述的以往的臂部的侧倾旋转结构中，在肩部内配置有以侧倾轴为中心的旋转驱动所用的促动器(伺服马达)。在这样的配置结构中，由于在肩部需要用于收容促动器的空间，因此不得不将肩部设置得较大。另外，当在肩部内配置有促动器时，与肩部连接的臂部的侧倾轴与该促动器的输出轴之间的距离变短，来自臂部的负荷容易向促动器传递。因此，对于促动器要求较大的刚性，结果，导致促动器的大型化，要求肩部的进一步的大型化。

另外，若在肩部内配置有促动器，则还可能导致臂部的侧倾轴、俯仰轴的旋转驱动时的旋转负荷的增加，从这点出发考虑也还会导致各轴的旋转驱动促动器大型化，不能避免肩部的大型化。促动器、肩部的大型化不仅会使机器人的外观设计变差，而且会由于机器人的重量增加导致消耗能量的增加、特别是绕肩部(肩关节)的机器人的可动范围受限，不优选。

本发明是鉴于上述的问题点而做成的，其目的在于提供用于避免机器人的肩部的大型化的、臂部的侧倾旋转驱动所涉及的结构。

用于解决课题的手段

在本发明中，为了解决上述课题，采用直动促动器作为用于进行机器人的臂部的绕侧倾轴的旋转驱动的促动器，并且采用将该直动促动器配置为位于肩部的外侧的构成。由此，能够抑制肩部的大小，能够消除由肩部变大引起的上述不良情况。

详细而言，本发明是一种机器人中的侧倾旋转结构，其用于在机器人的侧倾方向上对臂部进行旋转驱动，所述臂部借助侧倾支承部以在所述机器人的侧倾方向上旋转自如的方式安装于机器人的肩部，所述机器人中的侧倾旋转结构具备：直动促动器，其具有直动的输出轴；安装部，其以使所述直动促动器的主体位于与所述肩部邻接的所述机器人的主体侧、且该直动促动器的所述输出轴能在所述肩部内出入的方式将该直动促动器安装于该肩部；连接部，其以使来自所述直动促动器的所述输出轴的输出生成所述臂部的所述侧倾支承部处的侧倾方向的旋转力矩的方式，将该输出轴与该臂部连接。

本发明涉及的侧倾旋转结构通过将直动促动器的输出传递到臂部来实现臂部的侧倾方向上的旋转驱动。需要说明的是，本发明中的机器人的侧倾轴是沿着机器人的行进方向(前后方向)的轴，侧倾方向上的旋转是以该侧倾轴为中心的旋转，以下称为侧倾旋转。需要说明的是，在该机器人中，除了侧倾轴之外还存在有俯仰轴、横摆轴，俯仰轴是沿着机器人的侧方(左右方向)的轴，横摆轴是机器人的上下方向(从机器人的腿部向头部延伸的方向)。并且，将以俯仰轴为中心的旋转称为俯仰旋转，将以横摆轴为中心的旋转称为横摆旋转。

在机器人中，利用侧倾支承部以能够进行侧倾旋转的方式将臂部安装于肩部。并且，该肩部与机器人的主体侧连接。并且，该臂部的侧倾旋转通过来自直动促动器的输出来实现。在此，基于安装部进行的直动促动器向肩部的安装以直动促动器的主体不是位于肩部而是位于机器人的主体侧、在该状态下直动促动器的输出轴在肩部内出入的方式实现。换言之，以使直动促动器的输出轴从肩部的外部相对于内部出入，而将臂部的侧倾旋转驱动所用的输出传递至臂部的方式，进行基于安装部的直动促动器的安装。

需要说明的是，从肩部的外部插入内部的直动促动器的输出轴通过连接部与臂部连接。通过基于该连接部进行的连接，直动促动器的输出传递至臂部，从而实现基于侧倾支承部的以支承点为中心的臂部的侧倾旋转。在此，由连接部进行的连接只要能够实现臂部的侧倾旋转，也可以直接进行输出轴与臂部的连接，也可以借助连杆机构、减速机构等的规定的动力传递机构来进行。

在这样构成的机器人的侧倾旋转结构中，安装于肩部的臂部的侧倾旋转通过将来自配置于肩部的外侧的直动促动器的输出经由在肩部的内部出入的输出轴传递至臂部来实现。因此，关于臂部的侧倾旋转的动力源，在肩部内需要收容空间的构成物成为直动促动器的输出轴和连接部，直动促动器的主体自身不收容于肩部内，因此能够相应地抑制肩部的大小。另外，一般而言，直动促动器的输出轴在其直动时所占的空间容积，与具有旋转轴的伺服马达等的旋转促动器的情况相比减小，因此，如本发明这样将直动促动器配置于肩部的外部的安装形式对于抑制肩部的大小是极其有用的。

并且，通过能够如上所述那样抑制肩部的大小，能够消除由肩部的大型化引起的不良情况、例如机器人的外观设计的变差、机器人的重量增加引起的消耗能量的增加、绕肩部的机器人的可动范围的限制等。

发明效果

能够提供用于避免机器人的肩部的大型化的、关于臂部的侧倾旋转驱动的结构。

附图说明

图1是适用本发明涉及的侧倾旋转结构的机器人的主视图。

图2是图1所示的机器人的侧视图。

图3是图1所示的机器人的后视图。

图4是表示在图1所示的机器人中拆下了肩部、臂部和驱动单元的状态的图。

图5是表示在图4中拆下来的驱动单元的图。

图6是表示臂部的侧倾旋转驱动涉及的侧倾旋转结构的外观的第一图。

图7是表示臂部的侧倾旋转驱动涉及的侧倾旋转结构的外观的第二图。

图8是表示臂部的俯仰旋转所用的旋转驱动机构的构成的第一图。

图9是表示臂部的俯仰旋转所用的旋转驱动机构的构成的第二图。

图10是表示臂部的俯仰旋转所用的旋转驱动机构的构成的第三图。

图11是表示臂部的俯仰旋转所用的旋转驱动机构的构成的第四图。

图12是用于说明臂部的俯仰旋转所用的旋转驱动机构所包含的连杆机构的动作的第一图。

图13是用于说明臂部的俯仰旋转所用的旋转驱动机构所包含的连杆机构的动作的第二图。

图14A是表示图6、图7所示的侧倾旋转结构所包含的连杆机构的动作的第一图。

图14B是表示图6、图7所示的侧倾旋转结构所包含的连杆机构的动作的第二图。

图14C是表示图6、图7所示的侧倾旋转结构所包含的连杆机构的动作的第三图。

图15是表示另一方式涉及的侧倾旋转结构的图。

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的具体实施方式。只要没有特别说明，本发明的技术范围并不仅限定于本实施例所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等。

实施例1

＜机器人10的构成＞

基于图1～图3说明搭载有本发明涉及的臂部50的侧倾旋转所用的侧倾旋转结构的机器人10的概略构成。该臂部50经由肩部55与后述的驱动单元20连接，进一步安装于机器人10的主体侧(后述的上半身骨骼结构侧)。图1是机器人10的主视图，图2是机器人10的左侧视图，图3是机器人10的后视图。需要说明的是，在本实施例中，在使机器人10的行进方向为x轴正方向、从机器人10看的左手方向为y轴正方向、机器人10的重力相反方向为z轴正方向时，x轴为侧倾轴，y轴为俯仰轴，z轴为横摆轴。因此，绕x轴的旋转成为侧倾旋转，绕y轴的旋转成为俯仰旋转，绕z轴的旋转成为横摆旋转。另外，本实施例中的上方是z轴正方向、即重力相反方向，另一方面，下方是z轴负方向、即重力方向，左右方向是从机器人10看时的左右方向，y轴正方向为左方，y轴负方向为右方。

机器人10是人型机器人，具有模仿了人类的骨骼结构的身体。概略地说，在图1中，通过沿z轴方向延伸的脊骨部14及后述的由板金形成的各种骨部14a～14d、以支承脊骨部14的方式与脊骨部14连结的腰骨部15、进一步支承腰骨部15且连接有未图示的机器人10的一对腿部的骨盆部16形成机器人10的上半身的骨骼结构(以下简称为“上半身骨骼结构”)。并且，在脊骨部14连接有机器人10的颈部13，进一步在该颈部13上配置有头部11。需要说明的是，在头部11搭载有用于拍摄外部的相机12。通过经由该颈部13的、头部11与脊骨部14的连接，头部11能相对于脊骨部14进行侧倾旋转、横摆旋转，这些旋转动作所用的机器人内部结构并不是构成本发明的核心的结构，因此在本说明书中省略其详细的说明。

另外，在机器人10中，与右上半身和左上半身分别对应地配置有担任其上半身的驱动的驱动单元20。在此，如图4所示，脊骨部14在位于机器人10的肩部分的部位，以朝向机器人10的侧方延伸的方式连接有机器人前面侧的前方锁骨部14a和机器人背面侧的背面锁骨部14b。而且，脊骨部14在位于机器人10的胸部分(比肩部分靠下方的部位)的部位，以同样朝向机器人10的侧方延伸的方式连接有机器人前面侧的前方胸骨部14c和机器人背面侧的背面胸骨部14d。通过这些骨部14a～14d及脊骨部14而在夹着脊骨部14的机器人10的上半身内的左右形成规定的空间，配置为在该左右的规定的空间分别收纳有驱动单元20，相对于各骨部14a～14d连接驱动单元20。由此，在机器人10内安装有两个驱动单元20。骨部14a～14d由比脊骨部14的厚度薄的平板状的板金形成，因此，驱动单元20相对于脊骨部14的安装能比较弹性地进行。这些骨部14a～14d相当于本发明的上半身支承部。需要说明的是，关于驱动单元20的安装的详细内容见后述。

＜臂部50的旋转驱动所涉及的构成＞

图4是表示机器人10的左侧的臂部50经由肩部55和与其对应的左上半身用的驱动单元20连接并以成为一体的方式从机器人10的上半身骨骼结构拆下的状态。这样，驱动单元20构成为能与对应的臂部50、肩部55一起从机器人10的上半身骨骼结构拆下，从而能适当地维持机器人10的组装线、维护性。在该驱动单元20内搭载有由连杆机构构成的、臂部50的俯仰旋转所用的旋转驱动机构，通过该旋转驱动机构，将来自俯仰旋转用的促动器24的输出传递至臂部50，从而能进行臂部50的俯仰旋转驱动。另外，在驱动单元20上配置有臂部60的侧倾旋转驱动所用的促动器26。

因此，基于图5～图8，与臂部50的具体的构成一起说明俯仰旋转驱动及侧倾旋转驱动所涉及的构成。图5公开了机器人10的左上半身用的驱动单元20及安装于该驱动单元20的臂部50。另外，图6是从图5所示的构成中去掉了驱动单元20等的记载的臂部50的构成，具体而言，是相对于安装有臂部50的肩部55安装臂部50的侧倾旋转用的促动器26的构成的立体图。并且，图7是图6所示的臂部50等的俯视图。另外，图8公开机器人10的右上半身用的驱动单元20的详细的结构。需要说明的是，在图8中，为了示出驱动单元20的内部，而省略一部分构成(后述的外侧基板21等的构成)。另外，在本说明书中，左上半身用的驱动单元20和右上半身用的驱动单元20具有相同的构成，基于图5及图8进行的说明适用于两侧的驱动单元20及其内部的俯仰旋转所用的旋转驱动机构。

在此，如图6、图7所示，通过侧倾支承轴61将在臂部50的端部形成的厚板状的连接板50a旋转支承于肩部55从而使得臂部50侧倾旋转自如。该侧倾支承轴61进行的支承相当于本发明涉及的侧倾支承部进行的支承。并且，在肩部55的与安装有臂部50的端部相反侧的端部设有板51。该板51相当于本发明涉及的固定板，如后所述是被传递臂部50的俯仰旋转驱动所用的旋转力矩的构件，并且也是安装有臂部50的侧倾旋转驱动所用的促动器26的构件。需要说明的是，肩部55的端部和与其邻接的板51的端部的区域R28形成在后述的支承构件28以俯仰旋转自如的方式支承臂部50时进行接触的支承面。

接着，说明臂部50的俯仰旋转驱动及侧倾旋转驱动所涉及的构成。驱动单元20具有由与机器人10的上半身骨骼结构连接的外侧基板21和内侧基板22以及配置于两基板之间的间隔件23划定的收容空间。在驱动单元20经由肩部55连接有臂部50的状态下，外侧基板21是配置于机器人10的外侧、即接近臂部50的一侧的基板。另外，内侧基板22是配置于机器人10的内侧的基板。需要说明的是，在外侧基板21设有支承构件28，该支承构件28用于将臂部50支承为与肩部55一起俯仰旋转自如。支承构件28以与图6、图7所示的区域R28接触的方式对肩部55及臂部50进行旋转支承。因此，经由支承构件28将臂部50与驱动单元20侧相连接。作为该支承构件28，考虑到在有限的空间容积内支承力矩比较大的机器人10的臂部50，优选采用能够用一个轴承支承径向载荷、轴向载荷等所有的方向上的载荷的支承构件。例如，能够采用THK株式会社制的交叉辊。

并且，间隔件23是具有划定两基板的间隔的长度的棒状的构件。基于这些外侧基板21、内侧基板22、间隔件23的构成可以说是形成驱动单元20的框体的构成，该框体固定于机器人10的上半身骨骼结构，在此配置有三个促动器24、25、26及与促动器24关联的连杆机构30。促动器24是臂部50的俯仰旋转用促动器，促动器25是腰骨部驱动用促动器。促动器26是臂部50的侧倾旋转用促动器，相当于本发明的直动促动器。与促动器26关联的规定的连杆机构(由后述的第一侧倾连杆部56、第二侧倾连杆部57构成的连杆机构)配置于肩部55内，关于其详细内容见后述。

首先，说明促动器24。促动器24是具有伺服马达、主体部24a和沿促动器的轴向进行直线移动的输出轴24b的直动促动器，固定于外侧基板21及内侧基板22。在输出轴24b的外周面形成有螺旋状的螺纹槽，在主体部24a中收纳有与输出轴24b的螺纹槽螺合的滚珠丝杠螺母(未图示)，该滚珠丝杠螺母以仅允许绕轴线的旋转的状态收纳于主体部24a内。并且，伺服马达以使该滚珠丝杠螺母旋转的方式与主体部24a连接，在主体部24a内限制滚珠丝杠螺母的轴线方向上的移动，因此，通过伺服马达的驱动，输出轴24b沿轴向进行直线运动、即直动。

促动器24的输出轴24b与构成连杆机构30的第一俯仰连杆部31和第二俯仰连杆部32中的第一俯仰连杆部31连接。需要说明的是，该连杆机构30相当于俯仰旋转用的旋转驱动机构。并且，如后述的图10、图11所示，第一俯仰连杆部31具有从基部31c的两端向相同方向延伸出的两个壁部31a，而且，设有以与基部31c平行的方式将两壁部31a相连的桥部31b。该基部31c由轴承支承为相对于外侧基板21和内侧基板22旋转自如，且形成有第一支承点33。另外，在桥部31b以与第一俯仰连杆部31的朝向可变的方式连接促动器24的输出轴24b，其连接点为31e。而且，在隔着基部31c与桥部31b相反的一侧设有从基部31c延伸出的尾部31d。尾部31d的延伸方向不是在将桥部31b上的连接点31e与第一支承点33连结的直线上，而是相对于该直线未配置促动器24的方向、即后述的第三支承点35所在的方向。并且，在尾部31d的端部(和与基部31c连接的连接部相反侧的端部)，第二俯仰连杆部32由轴承支承为旋转自如，且形成有第二支承点34。

这样，将壁部31a、桥部31b、基部31c、尾部31d作为连杆主体而形成第一俯仰连杆部31。并且，第一俯仰连杆部31在以将其连杆主体支承为旋转自如的第一支承点33为基准时，连接有促动器24的输出轴24b的桥部31b位于其一方侧，连接有第二俯仰连杆部32的尾部31d位于另一方侧。因此，促动器24的输出起作用的点、即促动器24的输出向第一俯仰连杆部31输入的连接点31e、与将经由了第一俯仰连杆部31的力向第二俯仰连杆部32侧传递的点、即将来自促动器24的输出向第二俯仰连杆部32侧输出的第二支承点34具有以第一支承点33为基准而像跷跷板那样摆动的相互关系，因此，第一俯仰连杆部31形成为摆动连杆。更具体而言，第一俯仰连杆部31形成为，若连接点31e向上方移动，则第二支承点34向下方移动，相反，若连接点31e向下方移动，则第二支承点34向上方移动。这样，将第一俯仰连杆部31形成为摆动连杆，从而能抑制促动器24的输出传递所需要的机构的大小、特别是其长度尺寸。另外，利用第一俯仰连杆部31的跷跷板形状，还能谋求促动器24的输出的增幅，该点对促动器24的小型化也有帮助。

接着，第二俯仰连杆部32在其一方的端部如上所述通过第二支承点34旋转自如地与第一俯仰连杆部31的尾部31d连接，并且，在另一方的端部，由轴承支承为相对于与肩部55的端部连结的板51旋转自如，且形成有第三支承点35。这样，第二俯仰连杆部32形成为具有包含第二支承点34及第三支承点35的板状的主体，并且，第二俯仰连杆部32使从第一俯仰连杆部31传递来的力向板51传递。该板51是与经由支承构件28旋转自如地安装的肩部55的端部连结的板，伴随肩部55的俯仰方向的旋转而与和肩部55连结的臂部50一起俯仰旋转。并且，支承点35位于与该臂部50的俯仰方向的旋转中心相比错开规定距离的部位，从促动器24经由第一俯仰连杆部31及第二俯仰连杆部32向板51传递的力成为在俯仰方向上对臂部50进行旋转驱动的驱动力。

这样，促动器24的驱动力通过由第一俯仰连杆部31及第二俯仰连杆部32构成的连杆机构30向臂部50传递，从而产生臂部50的俯仰方向上的旋转动作。并且，臂部50被外侧基板21上的支承构件28支承，且第一俯仰连杆部31被旋转支承于外侧基板21及内侧基板22上，因此，第一俯仰连杆部31及第二俯仰连杆部32的旋转方向成为与臂部50的俯仰旋转方向相同的方向。

另外，如图6、图7所示，从板51上设有沿机器人10的肩宽方向延伸出的弹簧安装部52(需要说明的是，也参照后述的图9)。如图9所示，在该弹簧安装部52设有两条对该弹簧安装部52与背面胸骨部14d之间施加作用力的弹簧19。背面胸骨部14d处的弹簧19的连接位置由19a表示。弹簧安装部52位于与臂部50一起进行俯仰旋转的板51上，且连接位置19a位于形成机器人10的上半身骨骼结构的背面胸骨部14d侧，因此，弹簧19所产生的作用力产生有助于臂部50的俯仰旋转的转矩。关于该弹簧19所产生的作用力见后述。

需要说明的是，关于收容于驱动单元20内的促动器25，虽然与臂部50的旋转驱动没有直接关联，但也简单地进行说明。促动器25也与促动器24同样地是直动促动器，固定于外侧基板21及内侧基板22。促动器25的输出轴与经由支承点18a旋转自如地安装于外侧基板21及内侧基板22的摆动连杆部18的一端侧连接。并且，在摆动连杆部18的另一方端侧，经由支承点18b旋转自如地连接有传递连杆部17，该传递连杆部17进一步与腰骨部15连接。该摆动连杆部18与上述的第一俯仰连杆部31同样地具有跷跷板形状，因此，能抑制促动器25的输出传递所需要的机构的大小、特别是其长度尺寸，并且还能谋求促动器25的输出的增幅，该点对促动器25的小型化也有帮助。

通过在机器人10的左右的上半身将促动器25的输出向腰骨部15传递，从而利用未图示的腰骨部15的构成，相对于骨盆部16在侧倾方向及横摆方向上对机器人10的上半身进行旋转驱动。需要说明的是，关于相对于该骨盆部16的旋转驱动所用的构成，由于并不是构成本发明的核心的构成，因此省略其详细的说明。

另外，虽然促动器25包含于驱动单元20，但作为与促动器25关联的连杆的摆动连杆部18及传递连杆部17不包含于驱动单元20(参照图4所示的、拆下了驱动单元的状态。)。这是由于，若在拆下驱动单元20时导致将传递连杆部17与腰骨部15的连接解开，则摆动连杆部18及传递连杆部17会从驱动单元20的框体突出，从而操作变难。当然，也可以使驱动单元20内包含摆动连杆部18及传递连杆部17地将驱动单元20从上半身骨骼结构拆下。

接下来，说明促动器26。促动器26也与促动器24同样地是直动促动器。促动器26的输出轴借助由后述的由第一侧倾连杆部56、第二侧倾连杆部57构成的连杆机构与臂部50连接，形成臂部50的侧倾旋转结构。如图6所示，促动器26借助配件27安装于板51。具体而言，配件27相对于板51以如下方式固定，即，在沿促动器26的两侧面延伸的壁部处通过旋转轴27a将促动器26的主体支承为侧倾旋转自如，并且将连结该壁部的基座部27b配置于板51上。这样地利用配件27将促动器26支承为侧倾旋转自如是为了如后所述那样在臂部50进行侧倾旋转时能调整促动器26相对于肩部55的姿势。

另外，在配件27的基座部27b的大致中央设有能供促动器26的输出轴26a插通的贯通孔27c。该贯通孔27c相当于本发明涉及的中空部。并且，输出轴26a穿过该贯通孔27c后进一步穿过设于板51的未图示的贯通孔而插入肩部55内，在肩部55内与后述的第一侧倾连杆部56相连接。这样地借助了配件27的、促动器26向板51的安装，由于能使促动器26的主体配置于肩部55的外部，且能使输出轴26a在肩部55内出入，因此，相当于本发明涉及的安装部进行的安装。并且，在区域R28将臂部50支承为俯仰旋转自如的状态下，该板51伴随该旋转而进行俯仰旋转。因此，利用板51及配件27安装的促动器26自身成为伴随臂部50及肩部55的俯仰旋转进行俯仰旋转的配置。需要说明的是，关于包含促动器26的臂部50的侧倾旋转结构的详细内容见后述。

＜基于驱动单元20的支承结构＞

如上所述，在将促动器24、25收容于由外侧基板21和内侧基板22划定的收容空间内的状态下，驱动单元20在其上部前方部位、上部背面部位处分别与前方锁骨部14a和背面锁骨部14b连接。而且，驱动单元20在其中央前方部位、中央背面部位处分别与前方胸骨部14c和背面胸骨部14d连接，在驱动单元20的下方，经由促动器25的输出轴、摆动连杆部18、传递连杆部17与腰骨部15连接。

利用这样的驱动单元20与上半身骨骼结构的连接方式，驱动单元20以从下方进行支承的方式与相当于上半身支承部的各骨部14a～14d连接。并且，从图中也明显可知，相当于第一连接点的驱动单元20与各骨部14a～14d的连接点位于从脊骨部14向机器人10的侧方离开了相当于机器人10的肩宽的距离的位置，位于比支承点17a更靠机器人10的侧方的位置。另外，相当于第二连接点的支承点17a为与脊骨部14相连的腰骨部15上的连接点，据此，通过第一连接点、第二连接点及各骨部14a～14d与脊骨部14的连接点形成大致三角形的支承框架。即，驱动单元20自身包含于该支承框架的一边中。此时，如根据图1、图4等也能理解的那样，臂部50的侧倾旋转驱动用的促动器26配置于被由脊骨部14、各骨部14a～14d构成的上半身骨骼结构和驱动单元20包围的、机器人10的主体内的空间内。

在此，从图中也明显可知，在该支承框架中，驱动单元20成为外侧基板21与内侧基板22在它们的长度方向上在第一连接点与第二连接点之间延伸的状态。外侧基板21和内侧基板22也是固定促动器24、25的基板，因此，为了作为驱动单元20的框体而发挥功能，两基板的厚度相应地变厚。因此，外侧基板21和内侧基板22的刚性设定得比较高。

因此，当驱动单元20的各基板21、22包含于上述支承框架的一边中时，能够直接将各基板21、22的刚性利用于机器人10的上半身骨骼结构、特别是骨部14a～14d的支承。这是指，即使没有为了支承上半身骨骼结构而设置特别的支承结构，也能谋求机器人10的上半身的强度提高，换言之，能够抑制为了机器人10的上半身的强度提高而导致上半身的重量增加。

另外，臂部50未与骨部14a～14d直接连接，而经由肩部55安装于驱动单元20的外侧基板21。并且，如上所述，骨部14a～14d由板金形成，因此，弹性地对驱动单元20进行支承。通过这样地弹性地对驱动单元20进行支承，能够利用骨部14a～14d的弹力吸收一部分来自臂部50的载荷。因此，能够减轻应由将臂部50安装于外侧基板21的支承构件28支承的载荷，能够使用允许载荷比较低的支承构件28、例如允许的径向载荷、轴向载荷比较低的交叉辊。由此，能够实现支承构件28的小型化，从该点出发也能抑制机器人10的上半身的重量增加。

而且，从抑制机器人10的上半身的重量增加的观点出发，在将用于对臂部50进行俯仰旋转驱动的促动器24固定收容于在驱动单元20形成的上述收容空间内的状态下与上半身骨骼结构连接的构成也可以说是有用的。通过将促动器24配置于臂部50、肩部55的外部，从而与配置于臂部50等的内部的情况相比，能够减轻臂部50等的重量。臂部50等是被旋转驱动的构件，因此其轻量化归结为臂部50等的力矩降低、进而旋转驱动时的载荷降低。其结果是，不需要大幅提高上半身骨骼结构的耐载荷性，因此认为有助于抑制上半身的重量增加。需要说明的是，为了在将促动器24配置于臂部50等的外部的基础上对臂部50进行俯仰旋转驱动，通过后述的连杆机构30的动作将来自促动器24的直动的输出轴的输出向臂部50传递的构成是极其有用的。

＜基于连杆机构30进行的俯仰旋转动作＞

连杆机构30如上所述由第一俯仰连杆部31和第二俯仰连杆部32构成，通过将促动器24的驱动力向与臂部50连结的板51传递，从而臂部50被向俯仰方向旋转驱动。并且，关于该基于连杆机构30进行的俯仰旋转动作的详情，以下，基于图10、图11、图12进行说明。

图10表示在俯仰旋转方向上臂部50向铅垂下方延伸的状态、即在臂部50由支承构件28旋转自如地支承的状态下臂部50在俯仰旋转方向上效仿重力成分而位于向最下方延伸的最下方位置的状态下的、以连杆机构30为中心的驱动单元20内的状态。另一方面，图11表示在俯仰旋转方向上臂部50沿水平方向延伸的状态、即在臂部50由支承构件28旋转自如地支承的状态下臂部50位于从最下方位置逆着重力成分通过俯仰旋转而上升的水平上升位置的状态下的、以连杆机构30为中心的驱动单元20内的状态。即，图10表示由臂部50的自重产生的对促动器24的重力负荷成为最小的状态，图11表示该重力负荷成为最大的状态。

另外，为了容易把握构成连杆机构30的各连杆部的状态，图12以向zy平面投影的状态示出各连杆部。因此，第一俯仰连杆部31由将连接点31e与第一支承点33连结的直线和将第一支承点33与第二支承点34连结的直线弯折了的く形状表示。需要说明的是，具体而言，图12的左图(a)表示臂部50如图10所示那样位于最下方位置的情况下的连杆机构30的状态，图12的右图(b)表示臂部50如图11所示那样位于水平上升位置的情况下的连杆机构30的状态。

在此，关于机器人10的臂部50通过俯仰旋转被从最下方位置上升驱动至水平上升位置的情况下的连杆机构30的动作进行说明。在机器人10的臂部50位于最下方位置的情况下，如图10所示，处于促动器24的输出轴24b在驱动单元20内位于最上方的位置的状态。因此，如图12(a)所示，第二支承点34成为位于该第二支承点34能采用的位置中最下方的位置的状态。因此，受该第二支承点34的位置的影响，成为第二俯仰连杆部32将板51向下方牵引的状态，因此，经由了图12(a)所示的板51的状态的、臂部50的最下方位置被确定。

这样，从图12(a)所示的状态，通过促动器24的驱动将输出轴24b向主体部24a牵引时(即、机器人10的输出轴24b向下方直动时)，在图12(a)中，第一俯仰连杆部31以第一支承点33为中心绕逆时针旋转。即，通过输出轴24b的向下方的直动，连接点31e向下方移动，且第二支承点34向上方移动。其结果是，第二俯仰连杆部32沿顺时针方向顶起板51，因此，在图12中，臂部50伴随板51的旋转而沿顺时针方向旋转上升，从而到达图12(b)所示的水平上升位置。

在此，在该臂部50俯仰旋转上升的过程中，关注将第一支承点33与第二支承点34连结的直线(以下称为“第一直线”)和将第二支承点34与第三支承点35连结的直线(以下称为“第二直线”)所成的角度θ(以下称为“连杆间角度”)。由于第一支承点33形成于外侧基板21及内侧基板22与第一俯仰连杆部31之间，因此，第一支承点33的位置与第一俯仰连杆部31的状态无关而相对于外侧基板21等不变。并且，第一俯仰连杆部31从图12(a)所示的状态绕逆时针方向旋转时，第二支承点34以该第一支承点33为中心上升，原来为锐角的连杆间角度θ超过90度而成为钝角，在最终的图12(b)所示的状态下，成为接近180度的角度。即，通过第一俯仰连杆部31的绕逆时针方向的旋转，连杆间角度θ逐渐打开为接近180度，第三支承点35以自第一支承点33进一步离开的方式上升。

其结果是，在图12(b)所示那样的臂部50上升至水平的状态下，将第一支承点33与第二支承点34连结的第一直线和将第二支承点34与第三支承点35连结的第二直线大致在一直线上，且以沿着z轴的方式延伸。此时，臂部50的重力成分所产生的重力负荷成为最大，连杆机构30的三个支承点33、34、35在第一支承点33上大致排列在一直线上。因此，能够在被外侧基板21等支承的第一支承点33支承更多的从臂部50传递来的重力负荷，因此，能够减轻经由连接点31e向促动器24侧传递的负荷。

另外，在连杆机构30中，以下述方式确定第一俯仰连杆部31和第二俯仰连杆部32的形状、尺寸，即，在臂部50位于水平上升位置的附近的位置的情况下，与臂部50位于最下方位置的附近的位置的情况相比，使与臂部50连结的板51的旋转量相对于促动器24的输出轴24b的位移量的比率变小。其结果是，就臂部50的位移量相对于搭载于促动器24的伺服马达的位移量的比率即减速比而言，臂部50越接近水平上升位置设定得越大。因此，在臂部50位于最下方位置的附近的情况下，虽然减速比较小，但由于臂部50所产生的重力负荷较小，因此，将相对于促动器24的影响度保持得较小。另一方面，在臂部50所产生的重力负荷相对变大的水平上升位置的附近，进一步增大减速比，从而能够尽量减轻臂部50所产生的重力负荷对促动器24的影响度，因此，能谋求促动器24的小型化。

另外，在机器人10中，如图9所示那样进行基于弹簧19的作用力的施加。关于该点，基于图13进行说明。在图13中，臂部50所产生的重力负荷的推移、及弹簧19的作用力的推移相对于臂部50的旋转角度分别用线L1、L2表示。需要说明的是，就图13的横轴而言，在臂部50位于最下方位置的情况下(图12(a)所示的状态的情况下)，旋转角度为0度，在臂部50位于水平上升位置的情况下(图12(b)所示的状态的情况下)，旋转角度为90度。另外，弹簧19的作用力在图13所示的旋转角度的范围内向产生使臂部50上升旋转的转矩的方向施加。

在此，根据线L1可知，臂部50从最下方位置旋转上升至水平上升位置时，其重力负荷逐渐上升。此时，以如下方式决定弹簧的安装位置、弹簧常数，即，就弹簧19的作用力而言，如根据线L2可知的那样，在臂部50到达水平上升位置之前的区域(大致为旋转角度从50度到75度的位置，成为“规定负荷区域”。)使作用力比由线L1表示的重力负荷大。通过这样的弹簧19的设计，在臂部50所产生的重力负荷比较大的区域，能够利用弹簧19的作用力有效地支承臂部50，能够减轻对促动器24施加的负荷。需要说明的是，在臂部50所产生的重力负荷比规定负荷区域进一步增大的区域(臂部50的旋转角度大致为从75度到90度的位置)，如上所述，连杆机构30所产生的减速比相对变大，因此，即使如图13所示那样弹簧19的作用力比重力负荷低，也能减轻对促动器24施加的重力负荷。

另外，如图13所示，在臂部50所产生的重力负荷比规定负荷区域小的区域(臂部50的旋转角度大致为从0度到50度的位置)，如上所述，连杆机构30所产生的减速比相对较小，但由于臂部50所产生的重力负荷自身相对较小，因此，即使如图13所示那样弹簧19的作用力比重力负荷低，对促动器24施加的重力负荷也不会成为阻碍促动器24的小型化的程度。

通过这样地考虑与连杆机构30所产生的减速比的相互关系地设定弹簧19所产生的作用力，能在臂部50的整个旋转驱动范围内减轻对促动器24施加的重力负荷，能谋求促动器24的小型化。

在此，返回图12再次说明连杆机构30。在如图12(b)那样臂部50处于水平上升位置的情况下，第二支承点34、第三支承点35以第一支承点33为基准沿z轴大致排列为直线状，从而如上所述，能够在第一支承点33有效地支承臂部50所产生的重力负荷。此时，第一俯仰连杆部31如上所述那样向第三支承点35侧偏倚而形成为弯折了的形状(く形状)。因此，在第一俯仰连杆部31的连接点31e从图12(a)所示的状态位移至图12(b)所示的状态的情况下，利用第一俯仰连杆部31的弯折了的形状，将第一支承点33与第二支承点34连结的第一直线和将第二支承点34与第三支承点35连结的第二直线容易更接近直线状。在连杆机构30中，在臂部50位于水平上升位置的情况下，成为第一直线和第二直线更接近直线的状态，从而容易享有第一支承点33所产生的重力负荷的支承的效果。因此，第一俯仰连杆部31的上述弯折形状只要考虑该第一支承点33所产生的重力负荷的支承地进行设计即可。

另外，第一俯仰连杆部31的上述弯折形状优选也从第一俯仰连杆部31从第一直线和第二直线成为直线状的状态起的旋转驱动的容易度的观点出发来决定。在第一直线和第二直线成为直线状的情况下，若将连接点31e和第一支承点33连结的直线位于第一直线等的延长线上，则从图12(b)所示的状态向图12(a)所示的状态返回时，难以对第一俯仰连杆部31施加所需要的转矩。因此，优选考虑第一俯仰连杆部31的旋转驱动的容易度地决定第一俯仰连杆部31的弯折形状。

需要说明的是，在本实施例中，作为臂部50的旋转支承所用的支承构件28，如上所述能够使用交叉辊。该交叉辊是能够支承来自多方面的载荷的支承构件。因此，关于与臂部50有关的负荷的支承，该交叉辊适当地起作用，相应地，能减小担任臂部50的俯仰旋转的促动器24所要求的刚性，从该点出发也能谋求促动器24的小型化。

＜臂部50的侧倾旋转动作＞

如上所述，臂部50的侧倾旋转驱动通过利用促动器26的输出使臂部50以侧倾支承轴61为中心旋转而进行。在此，基于图14A～图14C说明为了对臂部50进行侧倾旋转驱动而在肩部55内形成的连杆机构的构成及该连杆机构的动作。图14A～图14C是图7所示的AA剖面中的剖视图，图14A表示臂部50在侧倾旋转方向上向铅垂下方延伸的状态，图14C表示臂部50在侧倾旋转方向上沿大致水平方向延伸的状态，图14B表示图14A所示的状态和图14C所示的状态的中间的状态、即在侧倾旋转方向上臂部50侧倾旋转至下方大致45度的位置的状态。

如上所述，侧倾旋转驱动用的促动器26借助配件27固定于板51。通过该配件27的固定，促动器26的主体自身位于肩部55的外部，并且促动器26的输出轴26a穿过配件27的贯通孔27c而能够在板51及肩部55的内部出入。在此，如图14A～图14C所示，为了使来自促动器26的输出生成臂部50的侧倾旋转所用的旋转力矩，在促动器26的输出轴26a与臂部50的连接板50a之间形成有由第一侧倾连杆部56和第二侧倾连杆部57构成的连杆机构(以下称作“侧倾旋转连杆机构”)。该侧倾旋转连杆机构是为了臂部50的侧倾旋转而将促动器26的输出轴26a与臂部50连接的机构，因此，相当于本发明的连接部。

构成侧倾旋转连杆机构的第一侧倾连杆部56具有大致L字的形状，在其L字形状中的一方的延伸部的前端侧的连接部位26b处连接有促动器26的输出轴26a。另外，在第一侧倾连杆部56的L字形状的另一方的延伸部的前端侧被支承部62旋转支承为第一侧倾连杆部56相对于肩部55侧倾旋转自如。具体而言，支承部62利用轴承对第一侧倾连杆部56进行旋转支承，该支承部62相当于本发明的第一肩支承部。并且，在具有L字形状的第一侧倾连杆部56的基端部、即两个延伸部相连的部位，利用支承部63将构成侧倾旋转连杆机构的第二侧倾连杆部57支承为侧倾旋转自如。具体而言，支承部63利用轴承对第一侧倾连杆部56与第二侧倾连杆部57进行旋转支承，该支承部63相当于本发明的第二肩支承部。并且，该第二侧倾连杆部57具有直线形状，在其一端侧配置有支承部63。

而且，在第二侧倾连杆部57的另一端侧，利用支承部64旋转支承为第二侧倾连杆部57与臂部50的连接板50a彼此侧倾旋转自如。具体而言，支承部64利用轴承进行旋转支承，基于支承部64的旋转支承位置也可以是侧倾旋转连杆机构与臂部50连接的部位，相当于本发明涉及的连接部位。

就这样构成的侧倾旋转连杆机构而言，通过促动器26的输出轴26a在肩部55内出入而使第一侧倾连杆部56与第二侧倾连杆部57连动地位移，在第二侧倾连杆部57与连接板50a的旋转支承部位(连接部位)处，从第二侧倾连杆部57传递有促动器26的输出。如图14A等所示，该旋转支承部位在侧倾旋转面上自侧倾支承轴61的支承部位离开规定距离，因此，结果，从第二侧倾连杆部57传递来的输出以生成使臂部50的连接板50a以侧倾支承轴61为中心进行侧倾旋转的旋转力矩的方式起作用。

在此，基于图14A～图14C说明侧倾旋转连杆机构的具体的动作。如图14A所示，在臂部50在侧倾旋转方向上向铅垂下方延伸的状态下，处于促动器26的输出轴26a位于最靠促动器26的主体侧的状态、换言之输出轴26a向肩部55内的插入量最少的状态。此时，L字形状的第一侧倾连杆部56成为支承部62与支承部63沿大致铅垂方向排列的状态，另外，输出轴26a的连接部位26b位于支承部63的旁边。当促动器26的输出轴26a从该状态向肩部55方向进行直动时，第一侧倾连杆部56以支承部62为中心向逆时针方向旋转，到达图14B所示的状态。此时，支承部63向比图14A所示的位置靠左侧移动，因此，其结果是，臂部50的连接板50a被第二侧倾连杆部57向图14B的左侧按出。连接板50a由于借助侧倾支承轴61以在倾转方向上旋转自如的方式支承于肩部55，因此，如上所述那样被第二侧倾连杆部57按出的结果是能实现臂部50的侧倾旋转。

然后，促动器26的输出轴26a从图14B所示的状态进一步朝向肩部55内进行直动时，第一侧倾连杆部56以支承部62为中心进一步向逆时针方向旋转，到达图14C所示的状态。此时，支承部63在臂部50的侧倾旋转的范围内移动到最靠图中的左侧的位置。其结果是，臂部50的连接板50a被第二侧倾连杆部57向最左侧按出，臂部50成为在侧倾旋转方向上沿大致水平方向延伸的状态。

根据上述侧倾旋转连杆机构，在臂部50通过侧倾旋转从图14A所示的状态到达图14C所示的状态的情况下，支承部63以将支承部62作为中心划圆弧的方式沿逆时针方向旋转，随之，由第二侧倾连杆部57产生的连接板50a的按出量发生变化。其结果是，臂部50在沿大致水平方向延伸的情况下，与沿铅垂方向延伸的情况相比，臂部55的侧倾旋转量相对于直动促动器26的位移量的比率变小、即相对于直动促动器26的位移的减速比变大。这是由于，随着臂部50接近水平状态，用于支承该状态的旋转力矩变大，因此，如上所述通过减速比逐渐变大，能够避免促动器26所要求的输出过度变大，能够谋求促动器26的小型化。

另外，为了实现这样的侧倾旋转连杆机构的动作，需要第一侧倾连杆部56以支承部62为中心进行旋转，其结果是，输出轴26a的连接部位26b的高度位置不能总是成为恒定。因此，为了应对该连接部位26b的高度位置的变动，促动器26在被旋转轴27a旋转支承为侧倾旋转自如的状态下借助配件27与肩部55连接，从而能够适当调整其姿势。

在这样构成的臂部50的侧倾旋转驱动所涉及的构成中，借助配件27将促动器26配置为位于肩部55的外部。其结果是，不需要像以往技术那样在肩部55的内部收容促动器26，能够使肩部55小型化。由此，在对臂部50进行俯仰旋转驱动、侧倾旋转驱动时，肩部55不易与其他构成构件干涉，能够确保作为机器人10的绕肩的可动范围较宽。另外，通过肩部55的小型化，也能谋求机器人10的轻量化，因此，能够抑制机器人驱动所需要的消耗能量。

实施例2

基于图15说明臂部50的侧倾旋转驱动所涉及的侧倾旋转结构的实施例2。图15是实施例2涉及的侧倾旋转结构，与图14A对应。具体而言，在图15所示的侧倾旋转结构中，与上述的实施例1同样地，借助配件27将促动器26安装为位于肩部55的外部，但作为将其输出轴26a与臂部50连接的连接部的构成，未设置相当于上述侧倾旋转连杆机构的构成，而将促动器26的输出轴26a与臂部50的连接板50a直接连接。即，输出轴26a的连接部位26b设于连接板50a上。因此，在实施例2中，连接部位26b处的输出轴26a与连接板50a的直接的连接相当于本发明涉及的基于连接部进行的连接。

在具有这样的构成的侧倾旋转结构中，虽然不能获得由上述侧倾旋转连杆机构产生的减速比带来的利益，但能够谋求肩部55的小型化，因此，能够消除肩部55的大型化导致的不良情况。

附图标记说明

10…机器人、14…脊骨部、14a…前方锁骨部、14b…背面锁骨部、14c…前方胸骨部、14d…背面胸骨部、15…腰骨部、19…弹簧、20…驱动单元、21…外侧基板、22…内侧基板、24、25、26…促动器、27…配件、28…支承构件、30…连杆机构、31…第一俯仰连杆部、32…第二俯仰连杆部、50…臂部、50a…连接板、51…板、55…肩部、61…侧倾支承轴、56…第一侧倾连杆部、57…第二侧倾连杆部、62、63、64…支承部。

Claims (8)

1.一种机器人中的侧倾旋转结构，其用于在所述机器人的侧倾方向上对臂部进行旋转驱动，所述臂部借助侧倾支承部以在所述机器人的侧倾方向上旋转自如的方式安装于所述机器人的肩部，

所述机器人中的侧倾旋转结构具备：

直动促动器，其具有直动的输出轴；

安装部，其以使所述直动促动器的主体位于与所述肩部邻接的所述机器人的主体侧、且该直动促动器的所述输出轴能在所述肩部内出入的方式将该直动促动器安装于该肩部；

连接部，其以使来自所述直动促动器的所述输出轴的输出生成所述臂部的所述侧倾支承部处的侧倾方向的旋转力矩的方式，将该输出轴与该臂部连接。

2.根据权利要求1所述的机器人中的侧倾旋转结构，其中，

所述肩部与所述臂部构成为一同在所述机器人的俯仰方向上旋转，

所述安装部具有固定板，该固定板用于将所述直动促动器以与所述肩部和所述臂部一起进行俯仰旋转的方式相对于该肩部固定。

3.根据权利要求2所述的机器人中的侧倾旋转结构，其中，

所述固定板具有供所述直动促动器的所述输出轴贯通的中空部，

所述连接部将穿过所述中空部而到达所述肩部内的所述直动促动器的输出轴与所述臂部连接。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的机器人中的侧倾旋转结构，其中，

所述连接部在基于所述侧倾方向的旋转力矩的侧倾旋转面上，在从所述侧倾支承部离开规定距离的连接位置处，借助由一个或多个连杆构件构成的规定的连杆机构将所述直动促动器的所述输出轴与所述臂部相连接。

5.根据权利要求4所述的机器人中的侧倾旋转结构，其中，

所述规定的连杆机构具有：

第一侧倾连杆部，其借助第一肩支承部以在所述侧倾方向上旋转自如的方式与所述肩部连接，且连接有所述直动促动器的输出轴；

第二侧倾连杆部，其借助第二肩支承部以在所述侧倾方向上旋转自如的方式与所述第一侧倾连杆部连接，且在所述连接位置处与所述臂部连接。

6.根据权利要求4或5所述的机器人中的侧倾旋转结构，其中，

所述规定的连杆机构形成为：在所述臂部的所述侧倾方向上的侧倾旋转移动范围内，在该臂部从接近该臂部相对于所述肩部向最下方向延伸的状态的最下方位置上升至最接近水平状态的水平上升位置的情况下，与该臂部位于包含该最下方位置的规定的下方位置的情况相比，在该臂部位于包含该水平上升位置的规定的上方位置的情况下，该臂部的侧倾旋转量相对于该直动促动器的位移量的比率变小。

7.根据权利要求1所述的机器人中的侧倾旋转结构，其中，

所述连接部在基于所述侧倾方向的旋转力矩的侧倾旋转面上，在从所述侧倾支承部离开了规定距离的连接位置处，将所述直动促动器的所述输出轴与所述臂部直接连接。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的机器人中的侧倾旋转结构，其中，

所述机器人具有：

柱状的脊骨部，其从所述机器人的腰骨部向上方延伸；

上半身支承部，其与所述脊骨部连接且从该脊骨部向所述机器人的侧方延伸；

驱动单元，所述臂部借助所述肩部安装于该驱动单元，且在从所述上半身支承部和所述脊骨部的连接点向侧方离开了规定距离的、该上半身支承部上的第一连接点和所述腰骨部上的第二连接点处，所述驱动单元与该上半身支承部和该腰骨部连接，

利用所述安装部安装于所述肩部的所述直动促动器配置于由所述脊骨部、所述上半身支承部和所述驱动单元围成的空间内。