DE112015001667T5

DE112015001667T5 - Gelenkmechanismus für einen humanoiden Roboter

Info

Publication number: DE112015001667T5
Application number: DE112015001667.8T
Authority: DE
Inventors: Hongyou Wang; Yoshiaki Makizoe; Hideshi Shimada
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2016-12-22
Also published as: WO2015151842A1; JP2015196237A; US20170095934A1; CN106163746A

Abstract

Ein Gelenkmechanismus (Y1) umfasst: ein erstes Glied (100); ein zweites Glied (200), das einen ersten Bereich (210) und einen zweiten Bereich (220) aufweist; eine Getriebeeinrichtung (300) mit einer Kurbelwelle (10), auf der ein exzentrischer Bereich (10a) ausgebildet ist, mit einem Oszillationszahnrad (14), das erste Außenzähne (14a) und eine erste Einführbohrung (14b) aufweist, mit einem Träger (4), der die Kurbelwelle (10) hält, und mit einem Außenzylinder (2), der Innenzahnstifte (3) aufweist. Der Träger (4) und der Außenzylinder (2) sind so ausgebildet, dass sie aufgrund der Schwingung des ersten Oszillationszahnrads (14) koaxial ausgelenkt werden. Der Gelenkmechanismus (Y1) umfasst ferner ein erstes Fixierglied (30), das zur Befestigung des Außenzylinders (2) an dem ersten Glied (100) dient, und ein zweites Fixierglied (40), das zur Befestigung des Trägers (4) an dem zweiten Glied (200) dient. Das zweite Fixierglied (40) weist ein Fixierglied für die eine Seite (40a), das zur Befestigung des Trägers (4) an dem ersten Bereich (210) dient, und ein Fixierglied für die andere Seite (40b) auf, das zur Befestigung des Trägers (4) an dem zweiten Bereich (220) dient.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Gelenkmechanismus für einen humanoiden Roboter.
HINTERGRUND
Es ist ein Gelenkmechanismus für einen humanoiden Roboter bekannt, in welchem ein erstes Glied drehbar in Bezug zu einem zweiten Glied ist, wobei dazwischen eine Reduziereinheit angeordnet ist. Patentdokument 1 offenbart einen Gelenkmechanismus mit einem harmonischen Antrieb, der ein Verformungswellengetriebe ist, die als eine Reduziereinheit dient, die zwischen einem Torso der oberen Hälfte und einem Torso der unteren Hälfte angeordnet ist. In diesem Gelenkmechanismus weist das Verformungswellengetriebe ein ringförmiges Innenzahnrad, das fest ist, und ein elastisches Außenzahnrad auf, das mit dem ringförmigen Innenzahnrad im Eingriff ist, um sich damit zu drehen, und das als ein Ausgangszahnrad dient. Bei dem Gelenkmechanismus ist eine obere Welle des Torsos der unteren Hälfte an dem ringförmigen Innenzahnrad befestigt, und eine Torsoabdeckung des Torsos der oberen Hälfte ist an dem elastischen Außenzahnrad befestigt, wodurch der Torso der oberen Hälfte und der Torso der unteren Hälfte relativ zueinander drehbar werden.
In jüngerer Zeit ist es gewünscht, ein Drehmoment zu erhöhen, das auf das erste oder das zweite Glied von der Reduziereinheit in dem Gelenkmechanismus für einen humanoiden Roboter übertragen wird. Jedoch verwendet das Patentdokument 1 das Verformungswellengetriebe, das als eine Reduziereinheit keine hohe Last aufnehmen kann. Da das Ausgangszahnrad des Verformungswellengetriebes das elastische Außenzahnrad ist, hat das elastische Außenzahnrad eine begrenzte Fläche, an der die Abdeckung für den Torso der oberen Hälfte angebracht werden kann, und daher ist es schwierig, das von dem Verformungswellengetriebe auf den Torso der oberen Hälfte übertragene Drehmoment zu erhöhen.
RELEVANTE REFERENZEN
PATENT LITERATUR

Patent Dokument 1: Japanische offengelegte Patentanmeldung mit der Nummer 2005-161438

ÜBERBLICK
Eine Aufgabe der Offenbarung ist es, einen Gelenkmechanismus für einen humanoiden Roboter bereitzustellen, der die zuvor genannten Nachteile behebt.
Ein Gelenkmechanismus eines humanoiden Roboters gemäß einem Aspekt der Offenbarung umfasst: Ein erstes Glied, das ein erstes Gebiet des humanoiden Roboters bildet; ein zweites Glied, das ein zweites Gebiet des humanoiden Roboters bildet und einen ersten und einen zweiten Bereich aufweist, die einander zugewandt sind; und eine Getriebeeinrichtung. Die Getriebeeinrichtung umfasst: Eine Kurbelwelle, auf der ein exzentrischer Bereich ausgebildet ist; ein Oszillationszahnrad, das Außenzähne und eine Einführbohrung hat, in die der exzentrische Bereich eingeführt wird; einen Träger, der die Kurbelwelle drehbar hält; und einen Außenzylinder, der auf einer radial äußeren Seite des Trägers angeordnet ist und Innenzähne aufweist, die mit den Außenzähnen des Oszillationszahnrads im Eingriff sind. Der Träger und der Außenzylinder sind so ausgebildet, dass sie koaxial und relativ zueinander aufgrund der Schwingung des Oszillationszahnrads versetzt bzw. ausgelenkt werden, wobei die Schwingung durch die Drehung der Kurbelwelle erzeugt wird, und die Getriebeeinrichtung ist zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich angeordnet. Der Gelenkmechanismus umfasst ferner ein erstes Fixierglied, mit welchem der Außenzylinder an dem ersten Glied befestigt ist; und ein zweites Fixierglied, mit welchem der Träger an dem zweiten Glied befestigt ist; und ein zweites Fixierglied, mit welchem der Träger an dem zweiten Glied befestigt ist. Das zweite Fixierglied weist ein einseitiges Fixierglied auf, mit welchem der Träger an dem ersten Bereich des zweiten Glieds befestigt ist, und weist ein Fixierglied für die andere Seite auf, mit welchem der Träger an dem zweiten Bereich des zweiten Glieds befestigt ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Draufsicht eines humanoiden Roboters gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine schematische Schnittansicht eines wesentlichen Bereichs eines Gelenkmechanismus Y gemäß der Ausführungsform.
3A ist eine Draufsicht eines ersten Bereichs 210 des Gelenkmechanismus Y1 gemäß der Ausführungsform, um eine Innenwand und ein Gebiet dazustellen, in welchem der Träger angeordnet ist. 3B ist eine Draufsicht eines zweiten Bereichs 220 des Gelenkmechanismus Y1 gemäß der Ausführungsform, um ein Gebiet darzustellen, in welchem ein Träger angeordnet ist.
4 zeigt eine modifiziertes Beispiel 1 des Gelenkmechanismus Y1 gemäß der Ausführungsform, wobei der gleiche Bereich wie in 2 gezeigt ist.
5 zeigt ein modifiziertes Beispiel 2 des Gelenkmechanismus Y1 gemäß der Ausführungsform, wobei der gleiche Bereich wie in 2 gezeigt ist
6 zeigt ein modifiziertes Beispiel 3 des Gelenkmechanismus Y1 gemäß der Ausführungsform, wobei der gleiche Bereich wie in 2 gezeigt ist.
7 zeigt ein modifiziertes Beispiel 4 des Gelenkmechanismus Y1 gemäß der Ausführungsform, wobei der gleiche Bereich wie in 2 gezeigt ist.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
Mit Bezug zu den angefügten Zeichnungen wird nun eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die Zeichnungen, auf die nachfolgend verwiesen wird, sind zum Zwecke der Darstellung vorgesehen und es werden die wesentlichen Teile schematisch dargestellt. Daher kann ein Gelenkmechanismus Y1 eines humanoiden Roboters X1 gemäß der Ausführungsform auch weitere Teile aufweisen, die in den Zeichnungen nicht gezeigt sind.
Gemäß 1 ist der humanoide Roboter X1 gemäß der Ausführungsform ein Roboter mit einer Körperform, die dem menschlichen Körper nachgebildet ist, und mit mehreren Gelenken. Der humanoide Roboter X1 kann einen Gelenkmechanismus Y aufweisen. Der Gelenkmechanismus Y1 kann ein erstes Glied 100 aufweisen, das einen Körperteil von einer Hand bis zu einem Ellenbogen bildet, ein zweites Glied 200, das einen Körperteil von dem Ellbogen bis zu einer Schulter bildet, und eine Getriebeeinrichtung 300, die den Ellbogen bildet und es ermöglicht, dass das erste Glied 100 und das zweite Glied 200 relativ zueinander in Drehung versetzt werden. Im Folgenden wird die Ausführungsform beschrieben, in der der Gelenkmechanismus Y1 das Ellbogengelenk des humanoiden Roboters X1 bildet. Jedoch kann der Gelenkmechanismus Y1 andere Gelenke des humanoiden Roboters X1 bilden. Ferner wird in der Ausführungsform der Gelenkmechanismus Y1 für den humanoiden Roboters X1 verwendet, der ein Aussehen eines menschlichen Körpers hat. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt und der Gelenkmechanismus Y1 kann für andere humanoide Roboter verwendet werden, wozu auch welche gehören, die die Erscheinungsform eines Menschenaffen haben.
Das erste Glied 100, das zweite Glied 200 und die Getriebeeinrichtung 300, die in dem Gelenkmechanismus Y1 enthalten sind, werden nun mit Bezug zu 2 und 3 beschrieben.
Das erste Glied 100 kann einen Hauptkörper 120 und eine Befestigungseinrichtung 100 aufweisen. Der Hauptkörper 120 ist ein Hauptbereich, der einen Körperteil bildet, der sich von der Hand bis zum Ellbogen des humanoiden Roboters X1 erstreckt. Die Befestigungseinrichtung 110 kann sich von einem Rand des Hauptkörpers 120 in den Raumbereich zwischen einem ersten Bereich 210 und einem zweiten Bereich 220 erstrecken, die nachfolgend detailliert beschrieben sind, und kann an einem nachfolgend beschriebenen Außenzylinder 2 der Getriebeeinrichtung 300 befestigt sein.
Das zweite Glied 200 kann einen Hauptkörper 250, den ersten Bereich 210 und den zweiten Bereich 220 aufweisen. Der Hauptkörper 250 ist ein Hauptbereich, der einen Körperteil bildet, der sich von dem Ellbogen zu der Schulter des humanoiden Roboters X1 erstreckt. Der erste Bereich 210 und der zweite Bereich 220 können sich von einem Rand des Hauptkörpers 250 zu dem ersten Glied 100 erstrecken und aneinander zugewandt sein, wobei ein Spalt dazwischen ausgebildet ist. Der erste Bereich 210 kann einen ersten Führungsbereich 210a aufweisen, der als eine Nut ausgebildet ist und auf einer Innenwand des ersten Bereichs 210 vorgesehen ist, die dem zweiten Bereich 220 zugewandt ist. Der zweite Bereich 220 kann einen zweiten Führungsbereich 220a aufweisen, der als eine Nut ausgebildet ist und an einer Innenwand des zweiten Bereichs 220 vorgesehen ist, die dem ersten Bereich 210 zugewandt ist. Der erste Führungsbereich 210a kann ein erstes Stoppelement bzw. Anschlagselement 210b aufweisen, und der zweite Führungsbereich 220a kann ein zweites Stoppelement bzw. Anschlagselement 220b aufweisen. Das erste Anschlagselement 210b und das zweite Anschlagselement 220b können eine Form haben, die dem Außenrand eines Trägers 4 der Getriebeeinrichtung 300 entspricht.
Die Getriebeeinrichtung 300 kann entlang des ersten Führungsbereichs 210a und des zweiten Führungsbereich 220a geführt werden, um in einer vorbestimmten Einfügerichtung in den Raumbereich zwischen dem ersten Bereich 20 und dem zweiten Bereich 220 eingeführt zu werden. Die Getriebeeinrichtung 300, die in den Raumbereich eingeführt ist, kann darin derart angeordnet werden, dass der Außenrand des Trägers 4 an den ersten Anschlagselement 210b und dem zweiten Anschlagselement 220b anliegt.
Zu beachten ist, dass der erste und der zweite Führungsbereich 210a, 220a in einer beliebigen anderen Form als einer Nutenform ausgebildet seinen können, beispielsweise können diese als Schienen auf den Innenwänden des ersten und des zweiten Bereichs 210, 220 ausgebildet sein.
Die Getriebeeinrichtung 300 wird als eine Reduziereinheit verwendet, die in einem Ellbogengelenk des humanoiden Roboters X1 vorgesehen ist. Die Getriebeeinrichtung 300 kann ein Reduzierverhältnis beispielsweise im Bereich von 80 bis 200 haben. Die Getriebeeinrichtung 300 kann in dem Raumbereich zwischen dem ersten Bereich 210 und dem zweiten Bereich 220 des zweiten Glieds 200 angeordnet sein. Genauer gesagt, die Getriebeeinrichtung 300 kann in den Raumbereich zwischen dem ersten Bereich 210 und dem zweiten Bereich 220 derart angeordnet sein, dass der Träger 4 an dem ersten Anschlagselement 210b und dem zweiten Anschlagselement 220b anliegt.
Die Getriebeeinrichtung 300 kann eine Getriebeeinrichtung des Typs mit zentraler Kurbelwelle sein. In der Getriebeeinrichtung 300 wird eine Kurbelwelle 10, die in der Mitte der Getriebeeinrichtung 300 angeordnet ist, in Reaktion auf eine Einwirkung von außen in Drehung versetzt und Oszillationszahnräder 14, 16 werden schwingend in Verbindung mit exzentrischen Bereichen 10a, 10b der Kurbelwell 10 in Drehung versetzt. Auf diese Weise können Ausgangsdrehungen, die in Bezug zu den Eingangsdrehungen untersetzt sind, erhalten werden. Auf diese Weise drehen sich das erste und das zweite Glied 100, 200 relativ zueinander.
Die Getriebeeinrichtung 300 kann den Außenzylinder 2, den Träger 4, die Kurbelwelle 10, das erste Oszillationszahnrad 14 und das zweite Oszillationszahnrad 16 aufweisen.
Der Außenzylinder 2 bildet die Außenfläche der Getriebeeinrichtung 300 und hat eine im Wesentlichen zylindrische Form. Mehrere Stiftnuten 2b sind auf einem Innenumfang des Außenzylinders 2 ausgebildet. Jede Stiftnut 2b erstreckt sich in der axialen Richtung des Außenzylinders 2 und hat eine halbkreisförmige Querschnittsgestalt entlang der Ebene, die senkrecht zu der axialen Richtung liegt. Die Stiftnuten 2b können in Umfangsrichtung entlang des Außenzylinders 2 mit einem regelmäßigen Abstand angeordnet sein.
Der Außenzylinder 2 kann mehrere Innenzahnstifte 3 aufweisen. Jeder Innenzahnstift 3 ist entsprechend in der Stiftnut 2b angebracht. Genauer gesagt, jeder Innenzahnstift 3 ist in die entsprechende Stiftnut 2b eingepasst und wird darin so gehalten, dass er sich in der axialen Richtung des Außenzylinders 2 erstreckt. Auf diese Weise werden die mehreren Innenzahnstifte 3 entlang des Umfangs des Außenzylinders 2 mit gleichbleibendem Abstand angeordnet. Die Innenzahnstifte 3 können mit ersten Außenzähnen 14a des ersten Oszillationszahnrads 14 und mit zweiten Außenzähnen 16a des zweiten Oszillationszahnrads 16 im Eingriff sein.
Der Außenzylinder 2 kann einen Flanschbereich aufweisen, der sich radial von dem Außenzylinder 2 nach außen erstreckt. Der Flanschbereich kann so angeordnet sein, dass er die Befestigungseinrichtung 110 in der axialen Richtung des Außenzylinders 2 überlappt.
Die wesentlichen Bereiche des Außenzylinders 2 mit Ausnahme der Innenzahnstifte 3 können aus einem Material mit leichtem Gewicht hergestellt sein, das eine kleinere Dichte als das Material der Innenzahnstifte 3 hat. In dieser Ausführungsform können die wesentlichen Bereiche des Außenzylinders 2 mit Ausnahme der Innenzahnstifte 3 aus Aluminium hergestellt sein und die Innenzahnstifte 3 können aus eisenhaltigem Metall hergestellt sein.
Der Träger 4 kann in dem Außenzylinder 2 aufgenommen werden, wenn dieser koaxial zu dem Außenzylinder 2 angeordnet ist. Der Träger 4 ist auf der radial inneren Seite des Außenzylinders 2 angeordnet. Ein Paar aus Hauptlagern 6a, 6b kann zwischen dem Träger 4 und dem Außenzylinder 2 derart angeordnet sein, dass sie in der axialen Richtung voneinander getrennt sind. Die Hauptlager 6a, 6b ermöglichen die relativen Drehungen des Außenzylinders 2 und des Trägers 4.
Der Träger 4 kann eine Grundplatte 4a, mehrere Wellen 4c und eine Endplatte 4d aufweisen. Die Grundplatte 4a, die Wellen 4c und die Endplatte 4b können separate Teile sein. Die Grundplatte 4a, die Wellen 4c und die Endplatte 4b können durch zweite Fixierglieder 40 aneinander befestigt sein, die nachfolgend detailliert beschrieben sind. Die Grundplatte 4a und die Endplatte 4b können aus einem Material mit leichtem Gewicht mit einer Dichte hergestellt sein, die kleiner ist als diejenige der Wellen 4c. In dieser Ausführungsform können die Grundplatte 4a und die Endplatte 4b aus Aluminium hergestellt sein und die Wellen 4c können aus eisenhaltigem Metall aufgebaut sein. Zu beachten ist, dass die Grundplatte 4a, die Wellen 4c und die Endplatte 4b gegebenenfalls nicht separat vorgesehen sind. Beispielweise können die Grundplatte 4a und die Wellen 4a als Einheit ausgebildet sein, und dieser integrierte Körper und die Endplatte 4b können separat bereitgestellt sein.
Die Grundplatte 4a kann näher anderem ersten Bereich 210 in der axialen Richtung innerhalb des Außenzylinders 2 angeordnet sein. Die Grundplatte 4a kann eine kreisförmige Durchgangsbohrung 4d radial mittig aufweisen. Die Grundplatte 4a kann mit dem ersten Anschlagselement 210 in der radialen Richtung der Grundplatte 4a in Kontakt sein und kann mit der Innenwand des ersten Bereichs z210 in der axialen Richtung der Grundplatte 4a in Kontakt sein.
Die Endplatte 4b kann in der axialen Richtung der Grundplatte 4a mit einem vorbestimmten Abstand davon angeordnet sein und kann in der axialen Richtung näher an dem zweiten Bereich 220 innerhalb des Außenzylinders 2 angeordnet sein. Die Endplatte 4b kann eine kreisförmige Durchgangsbohrung 4f in ihrer radialen Mitte aufweisen. Die Endplatte 4b kann mit dem zweiten Anschlagselement 220b in der radialen Richtung der Endplatte 4b in Kontakt sein und ist mit der Innenwand des zweiten Bereichs 220 in der axialen Richtung der Endplatte 4b in Kontakte. Die Grundplatte 4a und die Endplatte 4b können einander zugewandt sein, wobei das erste und das zweit Oszillationszahnrad 14, 16 dazwischen angeordnet sind.
Jede Welle 4c kann sich entlang der axialen Richtung der Grundplatte 4a und der Endplatte 4b erstrecken und die Grundplatte 4a und die Endplatte 4b verbinden. Genauer gesagt, wie jede Welle 4c kann zwischen der Grundplatte 4a und der Endplatte 4b angeordnet sein und kann in eine erste Durchgangsbohrung 14c und eine zweite Durchgangsbohrung 16c eingeführt sein, die in dem ersten und dem zweiten Oszillationszahnrad 14, 16 ausgebildet sind, wobei dies später beschrieben ist. Ein Ende jeder Welle 4c kann in einen entsprechenden konkaven Bereich eingepasst sein, der in einer Oberfläche der Grundplatte 4a ausgebildet ist, der dem ersten Oszillationszahnrad 14 zugewandt ist. Das andere Ende jeder Welle 4c kann in einen entsprechenden konkaven Bereich eingepasst sein, der in ein Oberfläche der Endplatte 4b ausgebildet ist, der dem zweiten Oszillationszahnrad 16 zugewandt ist. Die mehreren Wellen 4c können in der Umfangsrichtung des Trägers 4 mit regelmäßige, Abstand angeordnet sein. Die Anzahl der Wellen 4c kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit einer Anwendung der Getriebeeinrichtung 300 geändert werden.
Die Kurbelwelle 10 kann so angeordnet sein, dass ihre Wellenmittelpunkte mit der axialen Mitte des Außenzylinders 2 und des Trägers 4 in dem zentralen Bereich der Getriebeeinrichtung 300 übereinstimmen, und die Kurbelwelle 10 dreht sich auf der Wellenmitte. Genauer gesagt, in dem zentralen Gebiet der Getriebeeinrichtung 300 stehen die Durchgangsbohrungen 4d in der Grundplatte 4a, die Durchgangsbohrung 4f in der Endplatte 4b, eine erste Einführbohrung 4b in dem ersten Oszillationszahnrad 14 und eine zweite Einführbohrung 16b in dem zweite Oszillationszahnrad 16, die nachfolgend beschrieben sind, mit einander in Verbindung, um eine Verbindungsbohrung zu bilden, in die die Kurbelwelle 10 eingeführt wird. An dem Endbereich der Kurbelwelle 10, der näher an dem zweiten Bereich 220 angeordnet ist, ist ein Eingangsabschnitt 11, etwa eine Rolle vorgesehen, auf den eine Antriebskraft, die von einem nicht gezeigte Motor erzeugt wird, übertragen wird. Genauer gesagt, der Eingangsabschnitt 11 kann an dem Endbereich der Kurbelwelle 10 über eine Eingangsbohrung 220d des zweiten Bereichs 220 angebracht sein, die mit der Durchgangsbohrung 4f der Endplatte 4b in Verbindung steht. Der Eingangsabschnitt 11 kann die Antriebskraft, die von dem Motor erzeugt ist, auf die Kurbelwelle 10 übertragen, um die Kurbelwelle 10 um ihre Achse herum in Drehung zu versetzten.
Die Kurbelwelle 10 kann von einem Paar aus Kurbelwellenlagern 12a, 12b derart gehalten werden, dass sie um ihre Achse relativ zu dem Träger 4 drehbar ist. Genauer gesagt, das erste Kurbelwellenlager 12a kann zwischen der Grundplatte 4a und dem einen Ende der Kurbelwelle 10, das nahe an dem ersten Bereich 210 in der axialen Richtung der Kurbelwelle 10 angeordnet ist, angeordnet sein. Wohingegen das zweite Kurbelwellenlager 12b zwischen der Endplatte 4b und dem anderen Ende der Kurbelwelle 10, das nahe an dem zweiten Bereich 220 in der axialen Richtung der Kurbelwelle 10 angeordnet ist, vorgesehen sein kann. Auf diese Weise kann die Kurbelwelle 10 drehbar von der Grundplatte 4a und der Endplatte 4b gehalten werden.
Die Kurbelwelle 10 kann einen Wellenkörper 10c und die exzentrischen Bereiche 10a, 10b aufweisen, die als Einheit mit dem Wellenkörper 10c ausgebildet sind. Der erste und der zweite exzentrische Bereich 10a, 10b können in axialer Richtung zwischen den Kurbelwellenlagern 12a, 12b auf dem Wellenkörper 10c angeordnet sein. Der erste und der zweite exzentrische Bereich 10a, 10b können säulenartige Formen besitzen und flügelartig radial nach außen ausgehend von dem Wellenkörper 10c verlaufen, da sie außermittig in Bezug auf die Mitte des Wellenkörpers 10c angeordnet sind. Der erst und der zweite exzentrische Bereich 10a, 10b können auf der Welle mit vorbestimmten Exzentrizitäten in Bezug auf die Wellenmitte angeordnet sein und können eine Phasendifferenz eines vorbestimmtem Winkels zueinander aufweisen.
Das erste Oszillationszahnrad 14 kann in den Raumbereich zwischen der Grundplatte 4a und der Endplatte 4b im Innen des Außenzylinders 2 angeordnet sein. Das erste Oszillationszahnrad 14 kann einen Außendurchmesser aufweisen, der geringfügig größer ist als der Innendurchmesser des Außenzylinders 2. Das erste Oszillationszahnrad 14 kann erste Außenzähne 14a, die erste Einführbohrung 14b und mehrere der ersten Durchgangsbohrungen 14c aufweisen. Die ersten Außenzähne 14a sind der wellenförmige Bereich, der zusammenhängend entlang des gesamten Umfangs des ersten Oszillationszahnrads 14 ausgebildet ist. Die Anzahl der ersten Außenzähne 14a kann so eingestellt werden, dass sie kleiner ist als die Anzahl der Innenzahnstifte 3. Die erste Einführbohrung 14b kann ein Bereich sein, in welchen der erste exzentrische Bereich 10a eingeführt wird, und das erste Oszillationszahnrad 14 kann an dem ersten exzentrischen Bereich 10a über ein erstes Wälzlager in der ersten Einführbohrung 14b befestigt werden. Die ersten Durchgangsbohrungen 14c können jeweils ein Bereich sein, in welchem die entsprechende Welle 4c eingeführt ist, und können einen Durchmesser aufweisen, der geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der Welle 4c.
Das zweite Oszillationszahnrad 16 kann in dem Raumbereich zwischen der Grundplatte 4a und der Endplatte 4b im Inneren des Außenzylinder 2 angeordnet sein und kann näher an den zweiten Bereich 220 im Vergleich zu dem ersten Oszillationszahnrad 14 angeordnet sein. Das zweite Oszillationszahnrad 16 kann einen Außendurchmesser aufweisen, der geringfügig größer ist als der Innendurchmesser des Außenzylinders 2. Das zweite Oszillationszahnrad 16 kann zweite Außenzähne 16a, die zweite Einführbohrung 16b und mehrere der zweiten Durchgangsbohrungen 16c aufweisen. Die zweiten Außenzähne 16a sind der wellenförmige Bereich, der zusammenhängend entlang des gesamten Umfangs des zweiten Oszillationszahnrads 16 ausgebildet ist. Die Anzahl der zweiten Außenzähne 16a kann so festgelegt werden, dass sie kleiner ist als die Anzahl der Innenzahnstifte 3. Die zweite Einführbohrung 16b kann ein Bereich sein, in welchem der zweite exzentrische Bereich 10b eingeführt wird, und das zweite Oszillationszahnrad 16 kann an dem zweiten exzentrischen Bereich 10b über ein zweites Wälzlager in der zweiten Einführbohrung 16b befestigt werden. Die zweiten Durchgangsbohrungen 16c können jeweils ein Bereich sein, in welchem eine jeweilige Wellen 4c eingeführt wird, und sie können einen Durchmesser aufweisen, der geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der Welle 4c.
Das erste und das zweite Oszillationszahnrad 14, 16 können schwingend gemäß den exzentrischen Drehungen des ersten und des zweiten exzentrischen Bereichs 10a, 10b in Drehung versetzt werden, wenn sich die Kurbelwell 10 dreht. Genauer gesagt, das erste und das zweite Oszillationszahnrad 14, 16 können mit einer, zueinander unterschiedlichen Phase in Schwingung versetzt werden derart, dass die ersten und zweiten Außenzähne 14a, 16a mit den Innenzahnstiften 3 im Eingriff sind.
Obwohl in den Ausführungsformen das erste und das zweite Oszillationszahnrad 14, 16 mit unterschiedlichen Phasen vorgesehen sind, können ein, drei oder mehr Oszillationszahnräder verwendet werden.
In der Getriebeeinrichtung 300, die in der zuvor beschriebenen Weise ausgebildet ist, wird eine Antriebskraft über den Eingangsabschnitt 11 auf die Kurbelwelle 10 übertragen, und die Kurbelwelle 10 wird mit einer vorgegeben Anzahl an Umdrehungen entsprechend der Antriebskraft in Drehung versetzt. Das erste und das zweite Oszillationszahnrad 14, 16 werden dann mit einer vorgegebenen Anzahl an Umdrehungen, die der Drehung der Kurbelwelle 10 entspricht, in Drehung versetzt. An diesem Punkt können das erste und das zweite Oszillationszahnrad 14, 16 mit den Innenzahnstiften 3 in Eingriff treten, so dass sie sich drehen, und ihre Eingriffspositionen können sequenziell verschoben werden. Folglich können der Außenzylinder 2 und der Träger 4 konzentrisch und relativ zueinander ausgelenkt werden.
Dabei kann die Getriebeeinrichtung 300 ferner mehrere erste Fixierglieder 30 und mehrere zweite Fixierglieder 40 aufweisen. Mit jedem der ersten Fixierglieder 30 wird das erste Glied 100 an dem Außenzylinder 2 befestigt. Mit jedem der zweiten Fixierglieder 40 wird das zweite Glied 200 an dem Träger 4 befestigt.
Jedes der ersten Fixierglieder 30 ist ein Glied, das zur Befestigung des ersten Glieds 100 an dem Außenzylinder 2 dient, dabei kann die Befestigungseinrichtung 110 des ersten Glieds 100 mehrere Befestigungsbohrungen 110a aufweisen, die einen Teil der Befestigungseinrichtung 110 in der axialen Richtung des Außenzylinders 2 durchdringen. Der Flanschbereich des Außenzylinders 2 kann mehrere Einführbohrungen 2c aufweisen, die einen Teil des Flanschbereichs in der axialen Richtung des Außenzylinders 2 durchdringen und die mit den Befestigungsbohrungen 110a entsprechend in Verbindung sind. Jedes erste Fixierglied 30 kann in die entsprechende Befestigungsbohrung 110a über die Einführbohrung 2c des Flanschbereichs eingeführt werden, um den Flanschbereich des Außenzylinders 2 an der Befestigungseinrichtung 110 des ersten Glieds 100 zu befestigen.
Jedes der zweiten Fixierglieder 40 ist ein Glied, das zur Befestigung des Trägers 4 an dem zweiten Glied 200 dient. Jedes zweite Befestigungsglied 40 kann mehrere Befestigungsglieder für die eine Seite 40a und mehrere Befestigungsglieder für die andere Seite 40b aufweisen.
Jedes der Fixierglieder 40a für die eine Seite ist ein Glied, das zur Befestigung des Trägers 4 an dem ersten Bereich 210 des zweiten Glieds 200 dient. Dabei kann der erste Bereich 210 mehrere Einführbohrungen 210c aufweisen, die einen Teil des ersten Bereichs 210 in der axialen Richtung des Trägers 4 durchdringen. Die Grundplatte 4a kann mehrere Einführbohrungen 4e aufweisen, die jeweils mit der entsprechenden Einführbohrung 210c in der axialen Richtung des Trägers 4 in Verbindung stehen und die jeweils den entsprechenden konkaven Bereich durchdringen, in welchem ein Ende der entsprechenden Welle 4c eingepasst ist. Die Wellen 4c können Befestigungsbohrungen 4h aufweisen, die mit den entsprechenden Einführbohrungen 4e in der axialen Richtung des Trägers 4 in Verbindung stehen. Die Fixierelemente für die eine Seite 40a können jeweils in die entsprechende Befestigungsbohrung 4h über die Einführbohrung 210c und die Einführbohrung 4e eingeführt werden, um die Grundplatte an dem ersten Bereich 210 zu befestigen und um die entsprechende Welle 4c an der Grundplatte 4a zu befestigen. Die Fixierglieder für die eine Seite 40a führen nicht zu einer Befestigung der Wellen 4c an der Grundplatte 4a, sondern zu einer Befestigung der Grundplatte 4a an dem ersten Bereich 210. Wenn die Fixierglieder für die eine Seite 40a tatsächlich nicht zu einer Befestigung der Wellen 4c an der Grundplatte 4a führen, können die Grundplatte 4a und die Wellen 4c aus einer einzigen Komponente als Einheit ausgebildet sein, oder können durch beliebige andere Fixierglieder, die nicht die Fixierglieder für die eine Seite 40a sind, befestigt werden.
In der Ausführungsform können in dem ersten Bereich 210 sechs Einführbohrungen 210c entlang des Umfangs der Grundplatte 4a mit gleichbleibendem Abstand vorgesehen sein, wie in 3A dargestellt ist. Es sind sechs Fixierglieder für die eine Seite 40a vorgesehen, so dass sie den sechs Einführbohrungen 210c entsprechen. Zu beachten ist, dass die Anzahl der Fixierglieder für die eine Seite 40a in geeigneter Weise in Abhängigkeit von einer Anwendung des Gelenkmechanismus Y1 geändert werden kann.
Die Fixierglieder für die andere Seite 40b dienen zur Befestigung des Trägers 4 an dem zweiten Bereich 220 des zweiten Glieds 200. Dabei kann der zweite Bereich 220 mehrere Einführbohrungen 220c aufweisen, die einen Teil des zweiten Bereichs 220 in der axialen Richtung des Trägers 4 durchdringen. Die Endplatte 4b kann mehrere Einführbohrungen 4g aufweisen, die jeweils mit der entsprechenden Einführbohrung 220c in der axialen Richtung des Trägers 4 in Verbindung stehen und die den entsprechenden konkaven Bereich erreichen, in den das andere Ende der entsprechenden Wellen 4c eingepasst ist. Wellen 4c können ferner Befestigungsbohrungen 4i aufweisen, die mit der entsprechenden Einführbohrung 4g in der axialen Richtung des Trägers 4 in Verbindung stehen. Die Fixierglieder für die andere Seite 40b werden jeweils in die entsprechende Befestigungsbohrung 4i über die Einführungsbohrung 4g eingeführt, um den zweiten Bereich 220 an der Endplatte 4b zu befestigen und um die entsprechende Welle 4c an der Endplatte 4b zu befestigen. Die Fixierglieder für die andere Seite 40b können gegebenenfalls nicht zu einer Befestigung der Wellen 4c an der Endplatte 4b beitragen, können jedoch die Endplatte 4b an dem zweiten Bereich 220 befestigen. Wenn die Fixierglieder für die andere Seite 40b tatsächlich die Wellen 4c nicht an der Endplatte 4b festmachen, können die Endplatte 4b und die Wellen 4c aus einer einzigen Komponente als Einheit hergestellt werden, oder sie können durch beliebige andere Fixierglieder, die nicht die Fixierglieder für die andere Seite 40b sind, befestigt werden.
In der Ausführungsform können in dem zweiten Bereich 220 sechs Einführbohrungen 220c entlang des Umfangs der Endplatte 4b mit gleich bleibendem Abstand vorgesehen sein, wie in 3B dargestellt ist. Es können sechs Fixierglieder für die andere Seite 40b so vorgesehen sein, dass sie den sechs Einführbohrungen 220c entsprechen. Zu beachten ist, dass die Anzahl der Fixierglieder für die andere Seite 40b in Abhängigkeit einer Anwendung des Gelenkmechanismus Y1 geeignet geändert werden kann.
In der Ausführungsform können die Fixierglieder für die eine Seite 40a und die Fixierglieder für die andere Seite 40b so angeordnet sein, dass sie in der radialen Richtung des Trägers 4 einander zugewandt sind. Anders ausgedrückt, der Träger 4 ist an dem ersten Bereich 210 und dem zweiten Bereich 220 derart befestigt, dass die Fixierglieder für die eine Seite 40a und die Fixierglieder für die andere Seite 40b den Träger 4 in der axialen Richtung des Trägers einschließen. Zu beachten ist, dass die Fixierglieder für die eine Seite 40a und die Fixierglieder für die andere Seite 40b nicht notwendigerweise in der axialen Richtung des Trägers 4 einander zugewandt sein müssen, sofern jedes der Fixierglieder für die eine Seite 40a und jedes der Fixierglieder für die andere Seite 40b zur Befestigung des Trägers 4 an dem ersten Bereich 210 und dem zweiten Bereich 220 dient.
Ein Drehmoment, das von der Kurbelwelle 10 auf den Träger 4 über das erste und das zweite Oszillationszahnrad 14, 16 übertragen wird, wird anschließend über die Fixierglieder für die eine Seite 40a und die zweiten Fixierglieder 40 auf den ersten Bereich 210 und den zweiten Bereich 220 übertragen, wodurch das zweite Glied 200 relativ zu dem ersten Glied 100 in Drehung versetzt wird.
Wie zuvor beschrieben ist, sind in dem Gelenkmechanismus Y1 des humanoiden Roboters X1 gemäß der Ausführungsform der erste Bereich 210 und der zweite Bereich 220 des zweiten Glieds 200 einander zugewandt, und die Getriebeeinrichtung 300 ist zwischen dem ersten Bereich 210 und dem zweiten Bereich 220 angeordnet. Die Grundplatte 4a des Trägers 4 ist an dem ersten Bereich 210 durch die Fixierglieder für die eine Site 40a befestigt, und die Endplatte 4b des Trägers 4 ist an dem zweiten Bereich 220 durch die Fixierglieder für die andere Seite 40b befestigt. Anders ausgedrückt, der Träger 4, der als ein Ausgabeabschnitt der Getriebeeinrichtung 300 dient, ist auf jeder Seite des Trägers 4 in der axialen Richtung an dem zweiten Glied 200 befestigt. Daher ist es möglich, das Drehmoment, das von der Getriebeeinrichtung 300 auf das zweite Glied 200 durch die Drehung des Trägers 4 übertragen wird, zu erhöhen. Ferner ist in dem Gelenkmechanismus Y1 die Getriebeeinrichtung 300 als die Reduziereinheit verwendet, in der der Träger 4 und der Außenzylinder 2 koaxial und relativ zueinander verschoben bzw. ausgelenkt werden aufgrund der Schwingung des ersten und des zweiten Oszillationszahnrads 14, 16, die von der Kurbelwelle 10 in Drehung versetzt werden. Die Getriebeeinrichtung 300 kann eine hohe Last tragen im Vergleich zu dem Verformungswellengetriebe, so dass es möglich ist, eine Abnahme im Drehmoment, das von der Getriebeeinrichtung 300 auf das zweite Glied 200 übertragen wird, zu verhindern.
Ferner können in dem Gelenkmechanismus Y1 gemäß der Ausführungsform die Grundplatte 4a, die Endplatte 4b und die Wellen 4c jeweils aus separaten Komponenten hergestellt sein. Daher kann der Gelenkmechanismus Y in einfacher Weise zusammen gebaut werden. Genauer gesagt, wenn der Gelenkmechanismus Y zusammengebaut wird, werden zunächst die Wellen 4c durch die entsprechenden ersten Durchgangsbohrungen 14c des ersten Oszillationszahnrads 14 und die entsprechenden zweiten Durchgangsbohrungen 16c des zweite Oszillationszahnrads 16 eingeführt, und anschließend werden die Grundplatte 4a, und die Endplatte 4b so angeordnet, dass sie das erste Oszillationszahnrad 14 und das zweite Oszillationszahnrad 16 einschließen. Anschließend werden die Wellen 4c und die Grundplatte und die Endplatte 4a, 4b miteinander verbunden. In dieser Weise kann der Gelenkmechanismus Y1 zusammen gebaut werden.
Ferner sind in dem Gelenkmechanismus Y1 gemäß der Ausführungsform die Wellen 4c, auf die von dem ersten Oszillationszahnrad 14 und dem zweiten Oszillationszahnrad 16 eine hohe Last ausgeübt wird, aus einem steifen Material hergestellt, und die Grundplatte 4a und die Endplatte 4b sind aus einem Material mit geringem Gewicht hergestellt, das eine geringere Dichte im Vergleich zu demjenigen der Wellen 4c hat. Daher ist es möglich, den Träger 4 mit hoher Festigkeit und geringem Gewicht bereitzustellen.
Ferner können in dem Gelenkmechanismus Y1 gemäß der Ausführungsform die Wellen 4c an der Grundplatte 4a durch die Fixierglieder für die eine Seite 40a, die zur Befestigung des Trägers 4 an dem ersten Bereich 210 dienen, befestigt werden. Die Wellen 4c können auch an der Endplatte 4b durch die Fixierglieder für die andere Seite 40b, die zur Befestigung des Trägers 4 an dem zweiten Bereich 220 dienen, befestigt werden. Selbst wenn daher die Grundplatte 4a, die Endplatte 4b und die Wellen 4c separate Komponenten sind, ist es möglich, die Wellen 4c an der Grundplatte 4a und der Endplatte 4b ohne Erhöhung der Anzahl von Komponenten zu befestigen. Ferner können die Wellen 4c und die Grundplatte 4a in dem Vorgang befestigt werden, in welchem der erste Bereich 210 und die Grundplatte 4a durch die Fixierglieder für die eine Seite 40a aneinander befestigt werden, und die Wellen 4c und die Endplatte 4b können in dem Prozess befestigt werden, in welchem der zweite Bereich 220 und die Endplatte 4b durch die Fixierglieder für die andere Seite 40b aneinander befestigt werden. Daher ist es möglich, den Vorgang des Zusammenbaus zu vereinfachen.
Ferner wird in dem Gelenkmechanismus Y1 gemäß der Ausführungsform jedes der Fixierglieder für die eine Seite 40a in die entsprechende Befestigungsbohrung 4h der Welle 4c über die Einführbohrung 210c, die in dem ersten Bereich 210 vorgesehen ist, eingeführt, und jedes der Fixierglieder für die andere Seite 40b wird in die entsprechende Befestigungsbohrung 4i der Welle 4c durch die Einführbohrung 220c, die in dem zweiten Bereich 220 vorgesehen ist, eingeführt. Daher wird das Drehmoment, das von dem ersten und dem zweiten Oszillationszahnrad 14, 16 auf jede Welle 4c übertragen wird, direkt auf das entsprechend Fixierglieder für die eine Seite 40a und das entsprechende Fixierglieder für die andere Seite 40b von der Welle 4c übertragen. Auf diese Weise ist möglich, das auf das zweite Glied 200 übertragene Drehmoment zu erhöhen.
Ferner ist in dem Gelenkmechanismus Y1 gemäß der Ausführungsform der erste Führungsbereich 210a in dem ersten Bereich 210 vorgesehen, und der zweite Führungsbereich 220a ist in dem zweiten Bereich 220 vorgesehen. Die Getriebeeinrichtung 300 wird durch den ersten und den zweiten Führungsbereich 210a, 220a beim Einführen in den Raumbereich zwischen dem ersten Bereich 210 und dem zweiten Bereich 220 geführt, und wird an einer vorbestimmten Position angehalten. Daher können der Träger 4 und das zweite Glied 200 zuverlässig relativ zueinander positioniert werden, wenn der Träger 4 an dem zweiten Glied 200 durch die zweiten Fixierglieder 40 befestigt wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Effizienz beim Zusammenbau des Gelenkmechanismus Y1 zu verbessern. In der Beschreibung bezeichnet die zuvor genannte vorbestimmte Position eine Position, an der die Einführbohrungen 210c in dem ersten Bereich 210 jeweils den Einführbohrungen 4e in der Grundplatte 4e entsprechen und mit diesen in Verbindung stehen bzw. fluchten, und die Einführbohrungen 220c in dem zweiten Bereich 220 jeweils den Einführbohrungen 4g in der Endplatte 4b entsprechen und mit diesen in Verbindung stehen. Das erste Anschlagselement 210b und das zweite Anschlagselement 220b sind so vorgesehen, dass das Einführen der Getriebeeinrichtung 300 an dieser Position angehalten wird.
Die zuvor offenbarte Ausführungsform ist lediglich ein Beispiel und die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Der Bereich der Erfindung wird durch die angefügten Patentansprüche und nicht durch die zuvor beschriebene Ausführungsform festgelegt. Es ist beabsichtigt, Modifizierungen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die innerhalb des Grundgedankens und des Schutzbereichs der angefügten Patentansprüche liegen.
Beispielweise können diverse Modifizierungen an dem Gelenkmechanismus Y1 des humanoiden Roboters X1 gemäß der Ausführungsform vorgenommen werden.
4 zeigt ein modifiziertes Beispiel 1 des Gelenkmechanismus Y1. Gemäß 4 sind Abstandscheiben 50a vorgesehen, die dünne flache Platten sind, um den Spalt zwischen der Innenwand des ersten Bereich 210 und der Grundplatte 4a zu füllen. Ferner sind Abstandscheiben 50b vorgesehen, die dünne flache Platten sind, um den Spalt zwischen der Innenwand des zweiten Bereichs 220 und der Grundplatte 4a zu füllen. Selbst wenn die Länge des Trägers 4 in der axialen Richtung kleiner ist als der Abstand zwischen der Innenwand des ersten Bereichs 210 und der Innenwand des zweiten Bereichs 220, wird gemäß einem derartigen Aufbau der Abstand zwischen der Innenwand des ersten Bereichs 210 und der Innenwand des zweiten Bereich 220 nicht notwendigerweise entsprechend der Größe der Getriebeeinrichtung 300 eingestellt, da die Abstandsscheiben vorgesehen sind. Auf diese Weise ist es möglich, die Effizienz des Zusammenbauens des Gelenkmechanismus Y1 zu verbessern.
Wenn die Abstandsscheiben 50a zwischen der Innenwand des ersten Bereichs 210 und der Grundplatte 4a vorgesehen sind und die Abstandsscheiben 50b zwischen der Innenwand des zweiten Bereich 220 und der Endplatte 4b wie beim modifizierten Beispiel 1 des Gelenkmechanismus Y1, der in 4 dargestellt ist, vorgesehen sind, ist es ferner möglich, die Position des ersten Glieds 100 in Richtung der Drehachse einzustellen. Zu beachten ist, dass gegebenenfalls nur eine der Abstandsscheiben 50a, 50b vorgesehen wird.
In dem modifizierten Beispiel 1 des Gelenkmechanismus Y1, der in 4 dargestellt ist, ist eine Bohrung in der Abstandsscheibe 50a vorgesehen und die Bohrung steht mit der entsprechenden Einführbohrung 210c des ersten Bereichs 210 und der Einführbohrung 4e der Grundplatte 4e in Verbindung. Das Fixierglied für die eine Seite 40a wird in die Bohrung eingeführt, um die Abstandsscheibe 50a dort zu halten. Eine Bohrung ist auch in der Abstandsscheibe 50b vorgesehen und die Bohrung steht mit der entsprechenden Einführbohrung 220c des zweiten Bereichs 220 und der Einführbohrung 4g der Endplatte 4b in Verbindung. Das Fixierglied für die andere Seite 40b wird in die Bohrung eingeführt, um die Abstandsscheibe 50b dort zu halten. Bei einem derartigen Aufbau kann die Abstandsscheibe 50a durch das Fixierglied für die eine Seite 40a gehalten werden, die zur Befestigung der Grundplatte 4a an dem ersten Bereich 210 dient, und die Abstandsscheibe 50b kann durch das Fixierglied für die andere Seite 40b gehalten werden, das zur Befestigung 4b an dem zweiten Bereich 220 dient. Daher ist es möglich, den Halt der Abstandsscheibe 50a, 50b zu gewährleisten, ohne dass die Anzahl an Komponenten oder Vorgängen zunimmt.
5 zeigt ein modifiziertes Beispiel 2 des Gelenkmechanismus Y1. Gemäß 5 sind der erste Bereich 210 und der zweite Bereich 220 zueinander separate Komponenten, und es ist eine Abstandsscheibe 50c vorgesehen, die ein dünnes flaches Plattenelement ist, um den Spalt zwischen dem ersten Bereich 210 und dem zweiten Bereich 220 zu füllen. Der erste Bereich 210 und der zweite Bereich 220, die separate Komponenten sind, sind durch ein drittes Fixierglied 60 aneinander befestigt, wobei die Abstandsscheibe 50c in dem Zwischenraum vorgesehen ist. Selbst wenn die Länge des Trägers 4 in der axialen Richtung relativ groß ist, ist es bei diesem Aufbau dennoch möglich, die Getriebeeinrichtung 300 in dem Raumbereich zwischen dem ersten Bereich 210 und dem zweiten Bereich 220 anzuordnen, indem der Abstand zwischen der Innenwand des ersten Bereich 210 und der Innenwand des zweiten Bereich 220 unter Verwendung der Abstandsscheibe 50c vergrößert wird.
6 zeigt ein modifiziertes Beispiel 3 des Gelenkmechanismus Y1. In dem modifizierten Beispiel 3 wird ein flacher Servomotor 70 anstelle des Eingangsabschnitts 11 verwendet. Der flache Servomotor 40 ist durch mehrere vierte Fixierglieder 80 an dem zweiten Bereich 220 befestigt. Der flache Servomotor 70 kann mehrere Einsenkungen in der Oberfläche aufweisen, die der Außenwand des zweiten Bereichs 220 zugewandt ist, und jede Einsenkung nimmt einen Schraubenkopf jedes zweiten Fixierglieds 40 auf. Da der flache Servomotor 70 in dem modifizierten Beispiel 3 des Gelenkmechanismus Y1, der in 6 gezeigt ist, vorgesehen ist, ist es möglich, die Genauigkeit der Anschlagsposition zu erhöhen. Da ferner der flache Servomotor 70 an dem zweiten Bereich 220 befestigt ist, kann der Motor, der eine Antriebskraft auf die Kurbelwelle 10 übertragt, in das zweite Glied 200 integriert werden.
Um das zweite Glied 200 und den Motor, der eine Antriebskraft von der Kurbelwelle 10 überträgt, zu integrieren, kann zusätzlich zu dem modifizierten Beispiel 3 der 6 ein Motor 90 in einem Gehäuse 230 untergebracht sein, da es in dem zweiten Glied 200 vorgesehen ist, und der Motor 90 kann mit dem Eingangsabschnitt 11 gekoppelt sein, um die Antriebskraft von dem Motor 90 auf die Kurbelwelle 10 über den Eingangsabschnitt 11 zu übertragen, wie in dem modifizierten Beispiel 4 der 7 dargestellt ist.
In dem modifizierten Beispielen 3, 4 der 6 und 7 ist der Motor (der flache Servomotor 70, der Motor 90), der eine Antriebskraft auf die Kurbelwelle 10 überträgt, an dem zweiten Glied 200 angebracht. Auf diese Weise wird ein Modul bereit gestellt, das das erste Glied 100 und das zweite Glied 200, die eine Teil des humanoiden Roboters X1 bilden, die Getriebeeinrichtung 300, die eine relative Drehung des ersten Glieds 100 zu dem zweiten Glied 200 ermöglicht, und einen Motor enthält (der flache Servomotor 70, der Motor 90), der der Getriebeeinrichtung 300 eine Antriebskraft zuführt. Wenn die Module gemäß dem modifizierten Beispiel 3, 4 des Gelenkmechanismus Y1, die in 6 und 7 dargestellt sind, auf ein Paar aus Ellbogen des einzelnen humanoiden Roboters X1 angewendet werden, ist es möglich, die Effizienz des Vorgangs des Zusammenbaus zu verbessern oder die Anzahl von Komponenten des humanoiden Roboters X1 zu reduzieren. Das Modul kann auch in anderen Teilen verwendet werden, beispielsweise in einem Paar aus Hüft- oder Kniegelenken, die eine ähnliche axiale Orientierung oder Positionsbeziehung wie das Paar aus Ellbogen aufweisen.
Die Getriebeeinrichtung 300, die in der Ausführungsform und den modifizierten Beispielen 1–4 des Gelenkmechanismus 300 verwendet ist, ist eine Getriebeeinrichtung des Typs mit zentraler Kurbelwelle, in der die Wellenachse des Wellenkörpers 10c der Kurbelwell 10 mit der Mittelachsenlinie der Getriebeeinrichtung 300 zusammen fällt. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können anstelle der Kurbelwelle 10 mehrere Kurbelwellen, die in Umfangsrichtung und radial in der Getriebeeinrichtung 300 unter gleichbleibendem Abstand in Bezug zu der Mittelachsenlinie der Getriebeeinrichtung 300 angeordnet sind vorgesehen sein. Alternativ können zusätzlich zu der Kurbelwell 10 die mehreren Kurbelwellen, die in Umfangsrichtung angeordnet sind, vorgesehen sein. Die Anzahl und die Anordnung der einen oder mehreren Kurbelwellen 10 sind nicht beschränkt, und sie können in geeigneter Weise entsprechend einer Anwendung der Getriebeeinrichtung 300 geändert werden.
Es wird nun eine Übersicht über die Ausführungsform und die modifizierten Beispiele 1–4 beschrieben.
Ein Gelenkmechanismus eines humanoiden Roboters gemäß der Ausführungsform umfasst: Ein erstes Glied, das ein erstes Gebiet des humanoiden Roboters bildet; ein zweites Glied, das ein zweites Gebiet des humanoiden Roboters bildet und eine ersten und einen zweiten Bereich aufweist, die einander zugewandt sind; und eine Getriebeeinrichtung. Die Getriebeeinrichtung umfasst: Eine Kurbelwelle, auf der ein exzentrischer Bereich ausgebildet ist; ein Oszillationszahnrad, das Außenzähne und eine Einführbohrung aufweist, in die der exzentrische Bereich eingeführt ist; einen Träger, der die Kurbelwelle drehbar hält; und einen Außenzylinder, der auf einer radial äußeren Seite des Trägers angeordnet ist und der Innenzähne aufweist, die mit den Außenzähnen des Oszillationszahnrads im Eingriff sind. Der Träger und der Außenzylinder sind so ausgebildet, dass sie koaxial und relativ zueinander aufgrund der Schwingung des Oszillationszahnrads verschoben bzw. ausgelenkt werden, die durch die Drehung der Kurbelwell hervorgerufen wird, und die Getriebeeinrichtung ist zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich angeordnet. Der Gelenkmechanismus umfasst ferner ein erstes Fixierglied, das zur Befestigung des Außenzylinders an dem erstem Glied dient; und ein zweites Fixierglied, das zur Befestigung des Trägers an dem zweiten Glied dient. Das zweite Fixierglied weist ein Fixierglied für die eine Seite, das zur Befestigung des Trägers an dem ersten Bereich des zweiten Glieds dient, und ein Fixierglied für die andere Seite auf, das zur Befestigung des Trägers an dem zweiten Bereich des zweiten Glieds dient.
In dem Gelenkmechanismus des humanoiden Roboters, der zuvor beschrieben ist, sind der erste Bereich und der zweite Bereich des zweiten Glieds einander zugewandt, und die Getriebeeinrichtung ist zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich angeordnet. Der Träger der Getriebeeinrichtung ist durch das Fixierglied für die eine Seite an dem ersten Bereich befestigt, und der Träger der Getriebeeinrichtung ist durch das Fixierglied für die andere Seite an dem zweiten Bereich befestigt. Anders ausgedrückt, der Träger der Getriebeeinrichtung ist an dem zweiten Glied an seinen beiden Enden in der axialen Richtung befestigt. Daher ist es möglich, das Drehmoment, das über die Drehung des Trägers auf das zweite Glied übertragen wird, zu erhöhen. Ferner ist in dem Gelenkmechanismus des humanoiden Roboters die Getriebeeinrichtung als die Reduziereinheit verwendet, in der der Träger und der Außenzylinder koaxial und relativ zueinander aufgrund der Schwingung des Oszillationszahnrads versetzt bzw. ausgelenkt werden, das durch die Kurbelwelle in Drehung versetzt wird. Diese Getriebeeinrichtung kann eine hohe Last im Vergleich zu dem Verformungswellengetriebe, das in dem Patentdokument 1 beschrieben ist, aufnehmen, so dass es möglich ist, eine Abnahme des Drehmoments aufgrund dessen, dass aufgrund der hohen Belastung Zähne übersprungen oder verformt werden, zu verhindern.
Es ist bevorzugt, dass das Oszillationszahnrad eine Durchgangsbohrung aufweist, die das Oszillationszahnrad in der axialen Richtung durchdringt. Der Träger weist vorzugsweise eine Grundplatte, die dem ersten Bereich zugewandt ist, eine Endplatte, die dem zweiten Bereich zugewandt ist und der Endplatte gegenüber liegt, wobei das Oszillationszahnrad dazwischen angeordnet ist, und eine Welle auf, die einen kleineren Durchmesser als die Durchgangsbohrung hat, wobei zumindest ein Teil der Welle in der Durchgangsbohrung angeordnet ist, um die Grundplatte und die Endplatte zu verbinden. In diesem Falle ist es bevorzugt, dass die Grundplatte, die Endplatte und die Welle aus separaten Komponenten hergestellt sind.
In dem zuvor beschriebenen Gelenkmechanismus für einen humanoiden Roboter wird die Welle in die Durchgangsbohrung des Oszillationszahnrad eingeführt und anschließend werden die Grundplatte und die Endplatte so angeordnet, dass sie das Oszillationszahnrad einschließen, wobei schließlich die Welle mit der Grundplatte und der Endplatte verbunden wird. Auf diese Weise kann der Gelenkmechanismus einfacher zusammen gebaut werden. Ferner können in dem Gelenkmechanismus, der einen derartigen Aufbau hat, die Welle, die Grundplatte und die Endplatte aus zueinander unterschiedlichen Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann die Welle aus einem äußerst steifen Material hergestellt werden, da eine hohe Last auf die Welle ausgeübt wird, und die Grundplatte und die Endplatte können aus einem relativ leichtgewichtigem Material hergestellt werden. Daher ist es möglich, den Träger mit hoher Festigkeit und geringem Gewicht zu versehen.
Es ist bevorzugt, dass das Fixierglied für die eine Seite zur Befestigung der Welle an der Grundplatte dient, und das Fixierglied für die andere Seite zur Befestigung der Welle an der Endplatte dient.
In dem zuvor beschriebenen Gelenkmechanismus des humanoiden Roboters kann das Fixierglied für die eine Seite zur Befestigung des Trägers an dem ersten Bereich des zweiten Glieds dienen, und kann zur Befestigung der Welle an der Grundplatte dienen. Ferner kann das Fixierglied für die andere Seite zur Befestigung des Trägers an dem zweiten Bereich des zweiten Glieds und zur Befestigung der Welle an der Endplatte dienen. Gemäß dem Gelenkmechanismus des humanoiden Roboters, der zuvor beschrieben ist, ist es möglich, die Welle mit der Grundplatte und der Endplatte zu verbinden, ohne die Anzahl an Komponenten oder Montagevorgängen zu erhöhen.
Es ist bevorzugt, dass die Grundplatt und die Endplatte aus einem Material mit einer kleinen Dichte im Vergleich zu dem Material der Welle hergestellt werden.
In dem Gelenkmechanismus des humanoiden Roboters, der zuvor beschrieben ist, sind die Grundplatte und die Endplatte aus einem Material mit geringem Gewicht mit einer Dichte hergestellt, die kleiner als jene der Welle. Daher ist es möglich, eine Gewichtsersparnis des gesamten Trägers zu erreichen, ohne die Steifigkeit der Welle zu beeinträchtigen.
In den zuvor beschriebenen Gelenkmechanismus des humanoiden Roboters ist es bevorzugt, dass ein plattenförmiges Element vorgesehen wird, um mindestens einen oder beide Spalte zwischen dem Träger und dem ersten Bereich oder einen Spalt zwischen den Träger und dem zweiten Bereich zu füllen.
In dem zuvor beschriebenen Gelenkmechanismus des humanoiden Roboters kann das plattenartige Element vorgesehen werde, um einen Spalt zwischen dem Träger und dem ersten Bereich und/oder dem zweiten Bereich in der axialen Richtung zu füllen, selbst wenn die Länge des Trägers in der axialen Richtung kleiner ist als der Abstand zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich. Daher wird der Abstand zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich nicht notwendigerweise entsprechend der Größe der Getriebeeinrichtung eingestellt, und daher ist es möglich, die Effizienz beim Zusammenbau des Gelenkmechanismus zu erhöhen.
Es ist bevorzugt, dass der erste und der zweite Bereich jeweils Führungsbereiche aufweisen, die die Getriebeeinrichtung beim Einführen zwischen den ersten Bereich und dem zweiten Bereich führen und die das Einführen der Getriebeeinrichtung an einer vorbestimmten Position anhalten. In diesem Falle ist es bevorzugt, dass das zweite Fixierglied zur Befestigung des Trägers an dem zweiten Glied an einer vorbestimmten Position dient.
In dem zuvor beschriebenen Gelenkmechanismus für einen humanoiden Roboter ist der Führungsbereich, der die einzuführende Getriebeeinrichtung führt, an dem ersten Bereich und entsprechend an dem zweiten Bereich vorgesehen. Der Führungsbereich unterbricht das Einführen der Getriebeeinrichtung an der vorbestimmten Position, an der der Träger an dem zweiten Glied befestigt wird. Daher können der Träger und das zweite Glied zuverlässig relativ zueinander positioniert werden, wenn der Träger an dem zweiten Glied durch das zweite Fixierglied befestigt wird. Daher ist es möglich, die Effizienz beim Zusammenbau des Gelenkmechanismus zu erhöhen.
In dem zuvor beschriebenen Gelenkmechanismus für einen humanoiden Roboter ist vorzugsweise ein Motor vorgesehen, der an dem zweiten Glied befestig ist, um eine Antriebskraft auf die Kurbelwelle zu übertragen, um die Kurbelwelle in Drehung zu versetzten.
In dem zuvor beschriebenen Gelenkmechanismus für einen humanoiden Roboter ist der Motor, der eine Antriebskraft zum Drehen der Kurbelwelle auf die Kurbelwelle überträgt, an dem zweiten Glied befestigt. Auf diese Weise wird ein Modul bereit gestellt, das das erste Glied und das zweite Glied, die entsprechend einen Teil des humanoiden Roboters bilden, die Getriebeeinrichtung, die eine relative Drehung des ersten Glieds zu dem zweiten Glied ermöglicht, und einen Motor aufweist, der eine Antriebskraft auf die Getriebeeinrichtung überträgt. Wenn dieses Modul in mehreren Gelenken angewendet wird, die einen zueinander relativ ähnlichen Aufbau haben, ist es möglich, die Effizienz des Vorgangs des Zusammenbaus zu erhöhen oder die Anzahl an Komponenten des humanoiden Roboters zu verringern. Die Gelenke, die einen relativ ähnlichen Aufbau in einem einzigen humanoiden Roboter haben, bezeichnen solche Gelenke, die ähnliche axiale Orientierung oder eine ähnliche Lagebeziehung zueinander haben, und ein Bespiel eines derartigen Gelenks kann ein Paar aus Hüftgelenken, ein Paar aus Kniegelenken und ein Paar aus Ellbogengelenken mit einschließen.

Claims

Ein Gelenkmechanismus eines humanoiden Roboters, mit: einem ersten Glied, das ein erstes Gebiet des humanoiden Roboters bildet; einem zweiten Glied, das ein zweites Gebiet des humanoiden Roboters bildet, wobei das zweite Glied einen ersten und einen zweiten Bereich aufweist, die einander zugewandt sind; einer Getriebeeinrichtung mit einer Kurbelwelle, auf der ein exzentrischer Bereich ausgebildet ist, mit einem Oszillationszahnrad, das Außenzähne und eine Einführbohrung aufweist, in die der exzentrische Bereich eingeführt ist, mit einem Träger, der die Kurbelwelle drehbar hält, und mit einem Außenzylinder, der auf einer radial äußeren Seite des Trägers angeordnet ist und Innenzähne aufweist, die mit den Außenzähnen des Oszillationszahnrads im Eingriff sind, wobei der Träger und der Außenzylinder so ausgebildet sind, dass sie koaxial und relativ zueinander aufgrund der Schwingung des Oszillationszahnrads, die durch die Drehung der Kurbelwelle hervorgerufen wird, ausgelenkt werden, und wobei die Getriebeeinrichtung zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich angeordnet ist; einem ersten Fixierglied, das zur Befestigung des Außenzylinders an dem ersten Glied dient; und einem zweiten Fixierglied, das zur Befestigung des Trägers an dem zweiten Glied dient, wobei das zweite Fixierglied ein erstes Fixierglied für die eine Seite, das zur Befestigung des Trägers an dem ersten Bereich des zweiten Glieds dient, und ein Fixierglied für die andere Seite aufweist, das zu Befestigung des Trägers an dem zweiten Bereich des zweiten Glieds dient.
Der Gelenkmechanismus eines humanoiden Roboters nach Anspruch 1, wobei das Oszillationszahnrad eine Durchgangsbohrung aufweist, die das Oszillationszahnrad in seiner axialen Richtung durchdringt, der Träger eine Grundplatte, die dem ersten Bereich zugewandt ist, eine Endplatte, die dem zweiten Bereich zugewandt ist und der Grundplatte gegenüber liegt, wobei das Oszillationszahnrad dazwischen angeordnet ist, und eine Welle aufweist, die einen kleineren Durchmesser als die Durchgangsbohrung aufweist, wobei mindestens ein Teil der Welle in der Durchgangsbohrung so angeordnet ist, dass die Grundplatte und die Endplatte verbunden sind, und die Grundplatte, die Endplatte und die Welle aus separaten Komponenten aufgebaut sind.
Der Gelenkmechanismus eines humanoiden Roboters nach Anspruch 2, wobei das Fixierglied für die eine Seite zur Befestigung der Welle an der Grundplatte dient, und das Fixierglied für die andere Seite zur Befestigung der Welle an der Endplatte dient.
Der Gelenkmechanismus eines humanoiden Roboters nach Anspruch 2 oder, wobei die Grundplatte und die Endplatte aus einem Material mit einer Dichte hergestellt sind, die im Vergleich zu jener der Welle kleiner ist.
Der Gelenkmechanismus eines humanoiden Roboters nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der ferner umfasst: ein Plattenelement, das zum Füllen eines Spalts zwischen dem Träger und dem ersten Bereich und/oder eines Spalts zwischen dem Träger und dem zweiten Bereich vorgesehen ist.
Der Gelenkmechanismus eines humanoiden Roboters nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste und der zweite Bereich jeweils einen Führungsbereich aufweisen, der die Getriebeeinrichtung führt, die in einen Raumbereich zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich einzuführen ist, und der das Einführen der Getriebeeinrichtung an einer vorbestimmten Position anhält, und das zweite Fixierglied zur Befestigung des Trägers an dem zweiten Glied an der vorbestimmten Position dient.
Der Gelenkmechanismus eines humanoiden Roboters nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der ferner umfasst: einen Motor, der an dem zweiten Glied zur Übertragung einer Antriebskraft auf die Kurbelwelle befestigt ist, um die Kurbelwelle in Drehung zu versetzen.