DE112015004892B4

DE112015004892B4 - Drehantriebsmechanismus in einem Roboter

Info

Publication number: DE112015004892B4
Application number: DE112015004892.8T
Authority: DE
Inventors: Masaki Nagatsuka
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2035-10-28
Also published as: US20180290295A1; US10576624B2; CN107073722B; TW201622923A; TWI603825B; CN107073722A; DE112015004892T5; JP2016083768A; JP6105024B2

Abstract

Ein Drehantriebsmechanismus zum Antrieb eines ersten Elements und eines zweiten Elements, die Teil eines Roboters sind, zur relativen Drehung in einer vorbestimmten Drehantriebsebene mittels eines Linearbewegungsaktuators, der eine Linearbewegungsausgangswelle aufweist, umfassend: eine erste Verbindungseinheit, mit der die Ausgangswelle verbunden ist und die bezüglich dem ersten Element durch eine erste Drehwelle drehbar angeordnet ist, und die auch bezüglich der Seite des zweiten Elements durch eine zweite Drehwelle drehbar angeordnet ist; eine zweite Verbindungseinheit, die mit einer ersten Stützwelle verbunden ist, die an der Seite des ersten Elements angeordnet ist, und die mit einer zweiten Stützwelle verbunden ist, die an der Seite des zweiten Elements angeordnet ist, wobei ein Mittelpunktabstand zwischen der ersten Stützwelle und der zweiten Stützwelle konstant gehalten wird. Die ersten und zweiten Stützwellen und die ersten und zweiten Drehwellen sind derart angeordnet, dass sich eine Gerade, die die erste Stützwelle und die zweite Stützwelle verbindet, und eine Gerade schneiden, die die erste Drehwelle und die zweite Drehwelle verbindet. Mit dieser Anordnung kann ein Drehbereich zwischen den zwei Elementen, die zur relativen Drehung in dem Roboter angetrieben werden, so breit wie möglich gemacht werden, ohne die Gestalten der Außenflächen beider Elemente zusätzlich zu ändern.

Description

[TECHNISCHES GEBIET]
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehantriebsmechanismus, um Elemente, die Teil eines Roboters sind, relativ zueinander drehbar anzutreiben.
[HINTERGRUND]
In vergangenen Jahren wurde nicht nur aktiv an Industrierobotern geforscht und entwickelt, sondern auch an Verbraucherrobotern, die im Alltag der Menschen verschiedene Rollen spielen. Unter solchen Robotern sollen menschenähnliche Roboter (humanoide Roboter) in aufrechter Haltung gehen können und für menschliche Wesen Aktionen übernehmen. In solchen humanoiden Robotern sind viele Gelenkteile vorgesehen, um Handlungen oder Bewegungen eines Menschen nachzuahmen und es ist eine Vielzahl von Bewegungen mit einer Mehrzahl von Freiheitsgraden in den Gelenkteilen erforderlich.
Beispielsweise wird in 6 der WO 2013/ 084 789 A1 eine Gelenkstruktur einer Beineinheit eines Roboters offenbart. Insbesondere sind ein Oberschenkelteil, das an einer Oberseite der Beineinheit angeordnet ist, und ein Unterschenkelteil, das an einer Unterseite der Beineinheit angeordnet ist, mit einem Plattenelement derart verbunden, dass sie relativ dazu drehbar sind. Diese Teile und Elemente sind dann in einer solchen Weise angeordnet, dass sich das Plattenelement an einen Stopper an der Seite des Oberschenkelteils und an einen Stopper an der Seite des Unterschenkelteils anlegt, wenn die Beineinheit am meisten gestreckt ist. Wenn der Roboter seine Beineinheiten streckt und aufrecht steht, gelangen jeder Stopper und das Plattenelement in einer solchen Anordnung aufgrund des Eigengewichts des Roboters in einen anliegenden Zustand, so dass der aufrechte Zustand des Roboters in einer relativ stabilen Weise möglich ist. Zusätzlich wird auch eine Anordnung zum Aufrechterhalten des Kontaktzustands der Stopper und des Plattenelements zum Zeitpunkt des aufrechten Stehens des Roboters angenommen, in dem Federn an der Seite des Oberschenkels und an der Seite des Unterschenkels entsprechend vorgesehen sind, um elastische Kräfte anzulegen. Eine weitere Verbindungsstruktur, über die ein erstes Element drehbar zu einem zweiten Element gelagert ist, ist in der US 2009/ 0 071 282 A1 beschrieben. Ein künstliches Gelenk ist zudem in der D2 Wo 2007 / 009 240 A1 beschrieben. Ein weiteres Gelenk ist in der US 5 216 930 A beschrieben.
[TECHNISCHES PROBLEM]
In einer Konstruktion, in der eine Mehrzahl von Elementen an einem Gelenkteil miteinander drehbar verbunden sind, wie z.B. in einer Beineinheit, einer Armeinheit usw., die Teil des Roboters sind (nachfolgend als eine „Roboterbaugruppe“ bezeichnet), ist es zur weitmöglichsten Erweiterung des Bewegungsbereichs des Roboters und zur Verbesserung der Vielfalt davon bevorzugt, dass der Drehbereich der Elemente in jedem Gelenkteil so breit wie möglich ist. Im Allgemeinen ist jedoch zusätzlich zu einer die Stabilität verbessernden Skelettstruktur eine große Anzahl von elektrischen Komponenten, wie z.B. Aktuatoren zum Betrieb jedes Gelenkteils, Energieversorgungskabel, Signalkabel usw., in das Innere von jedem der Elemente eingebaut, die die Roboterbaugruppe bilden, und jedes Element stellt auch einen strukturellen Körper mit einer festen Größe dar.
Wenn die einzelnen Elemente der Roboterbaugruppe derart angetrieben werden, dass sie sich zueinander bewegen, liegt der bewegliche Bereich jedes Elements aus diesem Grund innerhalb eines Bereichs, in dem die Außenflächen der einzelnen Elemente, die durch die Größe davon festgelegt werden, nicht in Kontakt stehen und sich nicht gegenseitig beeinträchtigen. Es ist schwierig den beweglichen Bereich relativ weit zu machen. Andererseits, um die Beeinträchtigung unter den einzelnen Elementen der Roboterbaugruppe zu vermeiden, ist es notwendig, eine vorbestimmte Deformierung an jedem der Elemente durch Aushöhlungen ihrer Innenflächen usw. an einer Stelle, an der sie sich gegenseitig beeinträchtigen, bereitzustellen, jedoch muss in diesem Fall die Skelettstruktur innerhalb jedes Elements, die Anordnung der elektrischen Komponenten darin usw. derart geändert werden, dass der Grad an Designfreiheit des Roboters größtenteils verringert wird.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben genannten Probleme gemacht und ihre Aufgabe besteht in einer Bereitstellung eines Drehantriebsmechanismus in einem Roboter, der zwischen zwei Elementen angeordnet ist, die betrieben werden, um sich gegeneinander zu drehen, und in dem ein Drehbereich zwischen den beiden Elementen so weit wie möglich gemacht werden kann, ohne die Gestalt der Außenflächen der beiden Elemente zusätzlich groß zu ändern.
[LÖSUNG DES PROBLEMS]
Zur Lösung des zuvor beschriebenen Problems wird ein Drehantriebsmechanismus mit den Merkmalen von Anspruch 1 angegeben. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen definiert. In der vorliegenden Erfindung wird zur Lösung der oben genannten Probleme ein Aufbau übernommen, der einem Gelenkteil zwischen einem ersten Element und einem zweiten Element entspricht, die eine relative Drehbewegung durchführen und die dazu dienen, das erste Element und das zweite Element mittels einer ersten Verbindungseinheit, mit der das erste Element und das zweite Element in einer solchen Weise miteinander verbunden werden, so dass sie drehbar sind, und einem zweiten Verbindungselement zu verbinden, durch die ein Mittelpunktabstand zwischen einer ersten Stützwelle an der Seite des ersten Elements und einer zweiten Stützwelle an der Seite des zweiten Elements konstant gemacht wird. Damit kann ein Raum für den Drehantrieb zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element erhalten werden, demzufolge es möglich ist, eine Beeinträchtigung der beiden Elemente zu vermeiden.
Insbesondere stellt ein Drehantriebsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung einen Drehantriebsmechanismus zum Antrieb eines ersten Elements und eines zweiten Elements dar, die Teil eines Roboters sind, um sich in einer vorbestimmten Drehantriebsebene mittels eines Linearbewegungsaktuators mit einer Ausgangswelle, die sich linear bewegt, relativ zu drehen, wobei der Drehantriebsmechanismus umfasst: eine erste Verbindungseinheit, mit der eine Ausgangswelle des Linearbewegungsaktuators verbunden ist und die bezüglich des ersten Drehelements durch eine erste Drehwelle drehbar angeordnet ist und die auch bezüglich der Seite des zweiten Elements durch eine zweite Drehwelle drehbar angeordnet ist, wobei ein Mittelpunktabstand zwischen der ersten Drehwelle und der zweiten Drehwelle als ein vorbestimmter Abstand festgelegt ist, der ermöglicht, dass das erste Element und das zweite Element in der vorbestimmten Drehantriebsebene drehbar angetrieben werden; und eine zweite Verbindungseinheit, die mit einer ersten Stützwelle verbunden ist, die an der Seite des ersten Elements angeordnet ist und die mit einer zweiten Stützwelle verbunden ist, die an der Seite des zweiten Elements angeordnet ist, wobei ein Mittelpunktabstand zwischen der ersten Stützwelle und der zweiten Stützwelle konstant gemacht wird. Weiterhin sind die erste Stützwelle und die zweite Stützwelle bezüglich der ersten Drehwelle und der zweiten Drehwelle derart angeordnet, dass sich eine Gerade, die die erste Stützwelle und die zweite Stützwelle verbindet, und eine Gerade, die die erste Drehwelle und die zweite Drehwelle verbindet, in der vorbestimmten Drehantriebsebene schneiden.
Der Drehantriebsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung stellt einen Mechanismus dar, um einen relativen Drehantrieb zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element zu erreichen, und wird mit der ersten Verbindungseinheit und der zweiten Verbindungseinheit bereitgestellt. Die erste Verbindungseinheit stellt ein Verbindungselement dar, durch das das erste Element und das zweite Element durch die erste Drehwelle und die zweite Drehwelle entsprechend verbunden sind, so dass sie drehbar sind. Dementsprechend sind diese Elemente nicht direkt miteinander verbunden, obwohl das erste Element und das zweite Element relativ zueinander drehbar angetrieben werden, um gegeneinander drehbar zu sein, jedoch sind sie miteinander durch die erste Verbindungseinheit derart verbunden, dass sie an den unterschiedlichen Drehwellen entsprechend drehbar sind. Die Drehebene von jedem dieser Elemente entspricht der vorbestimmten Drehantriebsebene. Aus diesem Grund ist zwischen dem ersten Element, das sich um die erste Drehwelle dreht, und dem zweiten Element, das sich um die zweite Drehwelle dreht, ein separater Raum entsprechend dem vorbestimmten Abstand gebildet, der den Mittelpunktabstand zwischen den beiden Drehwellen darstellt. Es ist folglich schwierig, dass sich das erste Element und das zweite Element in dem Drehantrieb in der vorbestimmten Drehantriebsebene aufgrund des separaten Raums gegenseitig beeinträchtigen. Damit ist es möglich einen relativen Drehantrieb zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element über einen weiteren Bereich zu erreichen.
Andererseits gelangen die beiden Elemente durch Verbinden des ersten Elements und des zweiten Elements über die erste Drehwelle und die zweite Drehwelle miteinander entsprechend in einen Zustand, in dem sie in dem relativen Drehantrieb zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element voneinander strukturell unabhängig sind. Dementsprechend sind die beiden Elemente durch die zweite Verbindungseinheit miteinander verbunden. Insbesondere ist die zweite Verbindungseinheit mit den beiden ersten und zweiten Stützwellen verbunden, so dass der Mittelpunktabstand zwischen der ersten Stützwelle, die an der Seite des ersten Elements angeordnet ist, und der zweiten Stützwelle, die an der Seite des zweiten Elements angeordnet ist, gemäß der obigen Beschreibung konstant wird. Dann sind diese vier Wellen in einer solchen Weise angeordnet, dass sich die Gerade, die die erste Stützwelle und die zweite Stützwelle verbindet, und die Gerade, die die erste Drehwelle und die zweite Drehwelle verbindet, in der vorbestimmten Drehantriebsebene schneiden. Mit dieser Anordnung wird der relative Drehantrieb des ersten Elements und des zweiten Elements in einem Zustand möglich, in dem der Abstand zwischen der ersten Stützwelle und der zweiten Stützwelle durch die zweite Verbindungseinheit konstant gemacht wird.
Gemäß der obigen Beschreibung wird das erste Element zur Drehung um die erste Drehwelle bezüglich der ersten Verbindungseinheit angetrieben, wenn eine Ausgabe des Linearbewegungsaktuators an den Drehantriebsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung angelegt wird. Dabei wird das zweite Element angetrieben, so dass es sich zusammen mit der Drehung des ersten Elements bezüglich der ersten Verbindungseinheit um die zweite Drehwelle dreht, da das erste Element mit dem zweiten Element durch die zweite Verbindungseinheit verbunden ist, wodurch ein relativer Drehantrieb zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element erreicht werden kann. Entsprechend einem solchen Drehantriebsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung kann der relative Drehantrieb des ersten Elements und des zweiten Elements, die miteinander durch die zwei verschiedenen Drehwellen verbunden sind, durch den einzelnen Linearbewegungsaktuator erreicht werden, wobei als eine Konsequenz davon das Volumen des Raums, der zur Anordnung des Aktuators erforderlich ist, klein gemacht werden kann und die Beeinträchtigung der beiden Elemente soweit wie möglich vermieden werden kann. Als ein Ergebnis kann der Drehbereich zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element breit wie möglich gemacht werden, ohne die Gestalten der Außenflächen der beiden Elemente zusätzlich zu ändern.
[VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG]
Es kann ein Drehantriebsmechanismus in einem Roboter bereitgestellt werden, der zwischen zwei Elementen angeordnet ist, die relativ zueinander drehbar anzutreiben sind und in dem ein Drehbereich zwischen den beiden Elementen so weit wie möglich gemacht werden kann, ohne die Gestalten der Außenflächen der beiden Elemente zusätzlich zu ändern.
Figurenliste

1 stellt eine Vorderansicht eines Roboters dar, auf den ein Antriebsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
2 stellt eine Seitenansicht des Roboters dar, der in 1 gezeigt ist.
3 stellt eine Rückansicht des Roboters dar, der in 1 gezeigt ist.
4 stellt eine Ansicht dar, die einen Zustand zeigt, in dem eine Armeinheit und eine Antriebseinheit bei dem in 1 dargestellten Roboter entfernt sind.
5 stellt eine Außenansicht eines Drehantriebsmechanismus gemäß einer ersten Ausführungsform dar, der in die Armeinheit des in 1 dargestellten Roboters eingebaut ist.
6 stellt eine erste Ansicht dar, die eine Bewegung eines Verbindungselements in dem Drehantriebsmechanismus zeigt, der in 5 gezeigt ist.
7 stellt eine zweite Ansicht dar, die die Bewegung des Verbindungselements in dem Drehantriebsmechanismus zeigt, der in 5 gezeigt ist.
8 stellt eine dritte Ansicht dar, die die Bewegung des Verbindungselements in dem Drehantriebsmechanismus zeigt, der in 5 gezeigt ist.
9 stellt eine erste Ansicht dar, die eine Modifizierung des Drehantriebsmechanismus gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
10 stellt eine zweite Ansicht dar, die die Modifizierung des Drehantriebsmechanismus gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 stellt eine erste externe Ansicht eines Drehantriebsmechanismus gemäß einer zweiten Ausführungsform dar, die in die Armeinheit des Roboters eingebaut ist, der in 1 gezeigt ist.
12 stellt eine zweite externe Ansicht des Drehantriebsmechanismus gemäß der zweiten Ausführungsform dar, der in die Armeinheit des in 1 gezeigten Roboters eingebaut ist.

[MODEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG]
Nachfolgend werden spezielle Moden oder Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf Basis der beigefügten Figuren beschrieben. Die Dimensionen, Materialien, Gestalten, relativen Anordnungen usw. der in den Ausführungsformen beschriebenen Komponententeile sollen den technischen Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht auf lediglich diese beschriebenen Ausführungsformen beschränken, solange es nicht speziell angemerkt wird.
<Ausführungsform 1>
<Konstruktion des Roboters 10>
Basierend auf den 1 bis 3 wird auf die Gesamtbauweise eines Roboters 10 Bezug genommen, an dem ein Drehantriebsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht ist. 1 zeigt eine Vorderansicht des Roboters 10, 2 zeigt eine Seitenansicht der linken Seite des Roboters 10 und 3 zeigt eine Rückansicht des Roboters 10. Unter der Annahme, dass die Vorwärtsrichtung des Roboters 10 als eine positive Richtung oder Plusrichtung einer x-Achse festgelegt ist und eine aus Sicht des Roboters 10 Linksrichtung als eine positive Richtung oder Plusrichtung einer y-Achse festgelegt ist und eine Richtung, die der Schwerkraft entgegen gerichtet ist, in dem Roboter 10 als eine positive Richtung oder Plusrichtung einer z-Achse festgelegt ist, stellt die x-Achse in dieser Ausführungsform eine Drehachse dar und die y-Achse stellt eine Pitch-Achse und die z-Achse stellt eine Gier-Achse dar. Entsprechend wird eine Drehung um die x-Achse zu einer Rollbewegung und eine Drehung um die y-Achse wird zu einer Pitch-Bewegung und eine Drehung um die z-Achse wird zu einer Gier-Bewegung. Zusätzlich zu einer nach oben gerichteten Richtung in dieser Ausführungsform ist die positive Richtung oder Plusrichtung auf der z-Achse, insbesondere die Antigravitationsrichtung, und andererseits eine nach unten gerichtete Richtung die negative Richtung oder Minusrichtung der z-Achse, insbesondere die Gravitationsrichtung. Eine Links- und Rechtsrichtung stellt eine vom Roboter 10 aus gesehene Links- und Rechtsrichtung dar, wobei die positive Richtung oder Plusrichtung auf der y-Achse zu einer Linksrichtung wird und eine negative Richtung oder Minusrichtung auf der y-Achse zu einer Rechtsrichtung wird.
Der Roboter 10 ist ein humanoider Roboter und weist einen Körper auf, der die Skelettstruktur eines Menschen nachahmt. Die Skelettstruktur wird schematisch von einem Oberhälften-Körper des Roboters 10 (nachfolgend einfach als „Oberhälften-Körperskelettstruktur“ bezeichnet) gebildet durch: ein Rückgratteil 14, das sich in 1 in einer z-Achsenrichtung erstreckt und gemäß Beschreibung später verschiedene Arten von Knochenteilen 14a bis 14d umfasst, die aus einem Metallblech gebildet sind; ein Hüftknochenteil 15, das mit dem Rückgratteil 14 verbunden ist, um das Rückgratteil 14 zu tragen; und ein Beckenteil 16, das ferner das Hüftknochenteil 15 trägt, mit einem Paar von nicht dargestellten Beineinheiten des Roboters 10, die damit verbunden sind. Mit dem Rückgratteil 14 ist dann ein Hals 13 des Roboters 10 verbunden, wobei an dem Hals 13 ferner ein Kopf 11 angeordnet ist. Am Kopf 11 ist hier eine Kamera 12 zur Außenbildaufnahme angebracht. Obwohl der Kopf 11 aufgrund der Verbindung des Kopfes 11 mit dem Rückgratteil 14 durch diesen Halsabschnitt 13 bezüglich dem Rückgratteil 14 eine Rollbewegung und eine Gier-Bewegung durchführen kann, bildet die interne Struktur des Roboters für diese Bewegungen nicht den Kern der vorliegenden Erfindung und folglich erfolgt in dieser Beschreibung keine detaillierte Beschreibung davon.
Im Roboter 10 sind zur Handhabung des Antriebs der Oberhälfte des Körpers entsprechend einer oberen rechten Körperhälfte bzw. einer oberen linken Körperhälfte zusätzlich Antriebseinheiten 20 angeordnet. Hier sind, wie in 4 dargestellt ist, ein vorderes Schlüsselbeinteil 14a an der Vorderseite des Roboters und ein hinteres Schlüsselbeinteil 14b an der Hinterseite des Roboters mit dem Rückgratteil 14 an Stellen verbunden, die an Schulterteilen des Roboters 10 angeordnet sind. Darüber hinaus sind ein vorderes Brustbeinteil 14c an der Vorderseite des Roboters und ein hinteres Brustbeinteil 14d an der Rückseite des Roboters mit dem Rückgradteil 14 an Stellen verbunden, die an einem Brustteil (ein Abschnitt, der niedriger ist als die Schulterteile) des Roboters 10 angeordnet. Durch diese Knochenteile 14a bis 14d und das Rückgratteil 14 werden vorbestimmte Räume an den rechten und linken Seiten der Innenseite der oberen Körperhälfte des Roboters 10 entlang des Rückgratteils 14 entsprechend gebildet. Die Antriebseinheiten 20 sind derart angeordnet, dass sie in die vorbestimmten Räume an den rechten bzw. linken Seiten angeordnet und mit den einzelnen Knochenteilen 14a bis 14d verbunden sind. Dementsprechend sind die zwei Antriebseinheiten 20 im Inneren des Roboters 10 angebracht. Die Knochenteile 14a bis 14d sind bezüglich des Rückgratteils 14 als flache plattenförmige Metallbleche gebildet, so dass die Montage der Antriebseinheiten 20 an dem Rückgratteil 14 relativ belastbar ausgeführt wird.
In 4 ist ein Zustand dargestellt, in dem eine Armeinheit 50 an der linken Seite des Roboters 10 und die entsprechenden Antriebseinheit 20 für die obere linke Körperhälfte zusammen aus der Oberhälften-Körperskelettstruktur des Roboters 10 entfernt sind. Demzufolge ist die Antriebseinheit 20 derart konstruiert, dass sie aus der Oberhälften-Körperskelettstruktur des Roboters 10 zusammen mit der entsprechenden Armeinheit 50 entfernt werden kann, wodurch eine Effizienz bezüglich Montage und Instandhaltung des Roboters 10 in einer geeigneten Weise beibehalten wird. In dieser Antriebseinheit 20 sind ein Aktuator zur Durchführung einer Pitch-Drehung der Armeinheit 50 und ein Übertragungsmechanismus zur Übertragung einer Ausgabe des Aktuators auf die Armeinheit 50 angebracht, jedoch bildet die Antriebseinheit 20 selbst nicht den Kern der vorliegenden Erfindung und folglich erfolgt in dieser Beschreibung keine detaillierte Beschreibung davon.
<Konstruktion der Armeinheit 50>
Hier wird die Konstruktion der Armeinheit 50 auf Basis der 5 bis 8 beschrieben. 5 stellt eine Außenansicht dar, die ein Gelenkteil oder ein Ellenbogengelenkteil 54 zeigt, das einen relativen Drehantrieb der zwei Armelemente, d.h. eines ersten Armelements 51 an der Seite eines Oberarms und eines zweiten Armelements 52 an der Seite eines Unterarms, steuert, die die Armeinheit 50 bilden. Hier erfolgt hinsichtlich 5 keine Beschreibung eines Abdeckelements, welches jedes in 1 dargestellte Armelement abdeckt, damit diese Bauweise des Ellenbogengelenkteils 54 leicht verständlich ist. Zusätzlich stellen die 6 bis 8 Ansichten zur Erläuterung der Bewegungen der ersten Verbindungseinheit 53 und der zweiten Verbindungseinheit 55 dar, die zusammen das Ellenbogengelenkteil 54 bilden, und stellen Querschnittansichten dar, die das erste Armelement 51, das zweite Armelement 52 und das Ellenbogengelenkteil 54 in einer Querschnittansicht entlang einer Längsrichtung der Armeinheit 50 zeigen.
Das erste Armelement 51 weist ein Paar von plattenförmigen Rahmen 51a, die sich entlang einer Längsrichtung davon erstrecken, und einen Basisrahmen 51b auf, mit dem das Paar von plattenförmigen Rahmen 51a verbunden ist. Zusätzlich weist das zweite Armelement 52 auch ein ähnliches Paar von plattenförmigen Rahmen 52a, die sich entlang einer Längsrichtung davon erstrecken, und einen Basisrahmen 52b auf, mit dem das Paar von plattenförmigen Rahmen 52a verbunden ist. Hier ist der Abstand zwischen den plattenförmigen Rahmen 52a an der Seite des zweiten Armelements 52 als im Wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den plattenförmigen Rahmen 51a an der Seite des ersten Armelements 51 festgelegt. Dann sind eine Öffnungsseite in der Längsrichtung des Paares von plattenförmigen Rahmen 51a und eine Öffnungsseite in der Längsrichtung des Paares von plattenförmigen Rahmen 52a einander gegenüberliegend angeordnet. Demzufolge wird ein Raum gebildet, der im Wesentlichen von dem Paar von plattenförmigen Rahmen 51a, 52a und den Basisrahmen 51b, 52b umgeben ist und in diesen umgebenen Raum sind ein Aktuator 57 zum Antrieb einer Drehung des Ellenbogengelenkteils 54 und ein Verbindungsmechanismus für das Ellenbogengelenkteil 54 entsprechend einem Drehantriebsmechanismus der vorliegenden Erfindung zur Übertragung einer Ausgabe des Aktuators 57 zu jedem Armelement aufgenommen.
Als Erstes wird der Aktuator 57 beschrieben. Der Aktuator 57 ist ein Linearbewegungsaktuator, der einen Servomotor, einen Hauptkörper und eine Ausgangswelle 57a aufweist, die eine Linearbewegung in der Axialrichtung des Aktuators ausführt. Die Ausgangswelle 57a weist eine spiralförmige Gewindenut auf, die an der Außenumfangsfläche davon gebildet ist. In den Hauptkörper ist ein Kugelgewindetrieb (nicht dargestellt), der mit der Gewindenut der Ausgangswelle 57a in Gewindeeingriff gebracht ist, derart aufgenommen, dass lediglich eine Drehung um eine Achslinie des Hauptkörpers zugelassen wird. Der Servomotor ist dann zum Drehantrieb des Kugelgewindetriebs und zur Beschränkung der Bewegung in der Axialrichtung des Kugelgewindetriebs auf das Innere des Hauptkörpers mit dem Hauptkörper derart verbunden, dass die Ausgangswelle 57a durch den Antrieb des Servomotors eine Linearbewegung in der Axialrichtung ausführt, sich insbesondere linear bewegt.
Die Ausgangswelle 57a des Aktuators 57 aus der ersten Verbindungseinheit 53 und der zweiten Verbindungseinheit 55 ist dann mit der ersten Verbindungseinheit 53 verbunden, wobei die erste Verbindungseinheit 53 und die zweite Verbindungseinheit 55 zusammen das Ellenbogengelenkteil 54 bilden. Zusätzlich weist die erste Verbindungseinheit 53 gemäß der Darstellung in 5 zwei Wandabschnitte 53a, die sich in der gleichen Richtung von gegenüberliegenden Enden des Basisabschnitts 53c erstrecken, und eine Brücke 53b auf, die parallel zu dem Basisabschnitt 53c derart angeordnet ist, dass beide Wandabschnitte 53a miteinander verbunden sind. Diese erste Verbindungseinheit 53 ist durch ein Lager bezüglich des ersten Armelements 51 drehbar gelagert. Eine Drehwelle des Lagers ist durch 61 dargestellt und wird als eine erste Drehwelle 61 bezeichnet. Ferner ist die erste Verbindungseinheit 53 durch ein Lager bezüglich des zweiten Armelements 52 drehbar gelagert. Eine Drehwelle dieses Lagers ist durch 62 bezeichnet und wird als eine zweite Drehwelle 62 bezeichnet. Die erste Drehwelle 61 und die zweite Drehwelle 62 sind zueinander parallele Drehwellen.
Zusätzlich ist die Ausgangswelle 57b des Aktuators 57 mit der Brücke 53b derart verbunden, dass die Richtung davon bezüglich der ersten Verbindungseinheit 53 variabel ist, wobei ein Verbindungspunkt zwischen der Aktuator-Ausgangswelle und der Brücke durch 57b bezeichnet wird (vgl. 6 bis 8). Der Aktuator 57 ist dann zwischen dem Paar von plattenförmigen Rahmen 51a des ersten Armelements 51 angeordnet, jedoch ist der Aktuator 57 durch ein Lager derart gelagert, dass er zum ersten Armelement 51, insbesondere bezüglich dem Paar von plattenförmigen Rahmen 51a, in einer solchen Weise drehbar ist, dass, wenn eine Ausgabe von dem Aktuator 57 an die erste Verbindungseinheit 53 angelegt wird, wie später beschrieben wird, die Richtung der Ausgangswelle des Aktuators entsprechend der Stellung der ersten Verbindungseinheit geeignet eingestellt wird. Eine Drehwelle dieses Lagers ist mit 56 bezeichnet. Insbesondere ist die Drehwelle 56 zu dem Aktuator 57 mit Bezug auf das erste Armelement 51 entsprechend einem Versatz des Verbindungspunkts 57b zwischen der Ausgangswelle 57a und der Brücke 53b aufgrund der Drehung der ersten Verbindungseinheit 53 um die erste Drehwelle 61 in einer geeigneten Weise geneigt.
Die in dieser Weise gebildete erste Verbindungseinheit 53 bildet ein Biaxialgelenk, das das erste Armelement 51 und das zweite Armelement 52 miteinander durch die erste Drehwelle 61 und die zweite Drehwelle 62 entsprechend drehbar verbindet. Zu diesem Zeitpunkt sind die erste Drehwelle 61 und die zweite Drehwelle 62 voneinander um einen vorbestimmten Abstand getrennt, so dass das erste Armelement 51 und das zweite Armelement 52, die um ihre entsprechenden Drehachsen drehbar sind, in einer Situation angeordnet werden, in der sie einander nicht ohne weiteres beeinträchtigen. Die Ausgangswelle 57a des Aktuators 57 ist lediglich mit der Seite der ersten Verbindungseinheit 53 verbunden und demzufolge ist die Anordnung nicht so, dass die Ausgabe des Aktuators 57 direkt auf das zweite Armelement 62 übertragen wird. Entsprechend ist die zweite Verbindungseinheit 55 vorgesehen, die das erste Armelement 51 und das zweite Armelement 52 miteinander verbindet.
Die zweite Verbindungseinheit 55 ist eine der Verbindungseinheiten, die das Ellenbogengelenkteil 54 bildet, wie oben angemerkt ist. Insbesondere ist die zweite Verbindungseinheit 55 mit einer ersten Stützwelle 63, die zur Verbindung des Paars von plattenförmigen Rahmen 51a des ersten Armelements angeordnet ist, und einer zweiten Stützwelle 64 verbunden, die zur Verbindung des Paars von plattenförmigen Rahmen 52a des zweiten Armelements 52 angeordnet ist. Hier sind die erste Stützwelle 63 und die zweite Stützwelle 64 bezüglich der ersten Drehwelle 61 und der zweiten Drehwelle 62 in einer solchen Weise angeordnet, dass sich eine Gerade, die die erste Stützwelle 63 und die zweite Stützwelle 64 an einer Drehantriebsebene verbindet, und eine Gerade schneiden, die die erste Drehwelle 61 und die zweite Drehwelle 62 verbindet. Dabei sind die erste Stützwelle 63 und die zweite Stützwelle 64 jeweils parallel zu der ersten Drehwelle 61 und der zweiten Drehwelle 62. Deshalb erfolgt der Drehantrieb des ersten Armelements 51, des zweiten Armelements 52, der ersten Verbindungseinheit 53 und der zweiten Verbindungseinheit 55 durch den Aktuator 57 in der gleichen Drehantriebsebene. Die zweite Verbindungseinheit 55 erhält dann den Mittelpunktabstand zwischen beiden Stützwellen unter einem festen Abstand durch Verbinden der ersten Stützwelle 63 und der zweiten Stützwelle 64 mittels des Verbindungskörpers davon. Durch eine solche Konstruktion kann eine Korrelation zwischen dem ersten Armelement 51 und dem zweiten Armelement 53 mit ihren jeweiligen Drehwellen gebildet werden, wodurch das zweite Armelement 53 mit dem Ausgang des Aktuators 57 funktionsfähig verbunden werden kann. Die zweite Verbindungseinheit 55 ist derart angeordnet, dass sie zwischen den zwei Wandabschnitten 53a der ersten Verbindungseinheit 53 angeordnet ist.
Hier sind die erste Stützwelle 63 und die zweite Stützwelle 64 jeweils derart angeordnet, dass sie sich über die einander gegenüberliegend angeordneten plattenförmigen Rahmen 51a, 52a erstrecken. Als ein Ergebnis davon wird die erste Verbindungseinheit 53 an ihrem inneren Abschnitt mit ersten Führungsdurchgangslöchern 53d in einem Zustand gebildet, in dem das Ellenbogengelenkteil 54 gebildet wird, das in 5 dargestellt ist, wobei die erste Stützwelle 63 in die ersten Führungsdurchgangslöcher 53d eingeführt ist, um sie in einer Wellenlängs- (Longitudinal-) Richtung davon zu durchsetzen. Die zweite Stützwelle 64 ist in zweite Führungsdurchgangsköcher 53e eingeführt, um diese in einer Wellenlängs- (Longitudinal-) Richtung davon zu durchsetzen (vgl. 6 bis 8). Genauer sind die ersten Führungsdurchgangslöcher 53d in den zwei Wandabschnitten 53a der ersten Verbindungseinheit 53 entsprechend gebildet und die Gestalt von jedem ersten Führungsdurchgangsloch 53e ist derart, dass sie sich entlang des Ortes der ersten Stützwelle 63 erstreckt, wenn sich die erste Verbindungseinheit 53 um die erste Drehwelle 61 dreht. Die Länge davon wird in der Erstreckungsrichtung zu einer ersten vorbestimmten Länge. Entsprechend stellt jedes erste Führungsdurchgangsloch 53d ein Durchgangsloch dar, das eine begrenzte Länge in der Richtung aufweist, die sich entlang der Ortskurve der ersten Stützwelle 63 bei der Drehung der ersten Verbindungseinheit erstreckt, wie z.B. in 6 dargestellt ist. Die Enden von jedem ersten Führungsdurchgangsloch 53d sind an den gegenüberliegenden Seiten der entsprechenden Erstreckungsrichtung vorhanden. Aus diesem Grund kann die relative Bewegung der ersten Stützwelle 63 bezüglich der ersten Verbindungseinheit 53 lediglich in dem Bereich der Erstreckungsrichtung der ersten Führungsdurchgangslöcher 53d erfolgen.
Ferner sind die zweiten Führungsdurchgangslöcher 53e in den Basisabschnitten 53c der ersten Verbindungseinheit 53 entsprechend gebildet und die Gestalt von jedem zweiten Führungsdurchgangsloch 53e ist derart, dass sie sich entlang der Ortskurve der zweiten Stützwelle 64 erstreckt, wenn sich die erste Verbindungseinheit 53 um die zweite Drehwelle 62 dreht, und die Länge davon in der Erstreckungsrichtung wird zu einer zweiten vorbestimmten Länge. Entsprechend stellt jedes zweite Führungsdurchgangsloch 53e ein Durchgangsloch dar, das eine begrenzte Länge in der Richtung aufweist, die sich wie der Ort der zweiten Stützwelle 64 zum Zeitpunkt der Drehung der ersten Verbindungseinheit 53 erstreckt, wie z.B. in 6 dargestellt ist. Die Enden von jedem zweiten Führungsdurchgangsloch 53e sind an den gegenüberliegenden Seiten der entsprechenden Erstreckungsrichtung vorhanden. Aus diesem Grund ist die relative Bewegung der zweiten Stützwelle 64 bezüglich der ersten Verbindungseinheit 53 lediglich im Bereich der Erstreckungsrichtung der zweiten Führungsdurchgangslöcher 53e möglich. Diese ersten Führungsdurchgangslöcher 53d und diese zweiten Führungsdurchgangslöcher 53e entsprechen gemäß der vorliegenden Erfindung Führungsdurchgangslöchern.
Es wird hier der Betrieb des Ellenbogengelenkteils 54, das durch die erste Verbindungseinheit 53 und die zweite Verbindungseinheit 55 gebildet wird, wie oben beschrieben ist, auf Basis der 6 bis 8 beschrieben. 6 zeigt einen Zustand, in dem sich die Armeinheit 50 gerade erstreckt, insbesondere einen Zustand, in dem der Wellenmittelpunkt des ersten Armelements 51 und der Wellenmittelpunkt des zweiten Armelements 52 in der Drehantriebsebene auf einer Geraden angeordnet sind. Hier entspricht dieser Zustand gemäß der vorliegenden Erfindung einem maximal gestreckten Zustand. Dann wird die Ausgabewelle 57a des Aktuators 57 zu der Seite der ersten Verbindungseinheit 53 verlängert, wodurch das zweite Armelement 52 graduell gedreht und bezüglich dem ersten Armelement 51 gebeugt wird (in 7 ist ein Zustand gezeigt). Schließlich wird, wie in 8 dargestellt ist, ein Zustand gebildet, in dem das zweite Armelement 52 bezüglich dem ersten Armelement 51 maximal gebeugt ist, insbesondere wird ein Zustand gebildet, in dem ein Winkel (nachfolgend als „Beugewinkel“ bezeichnet) durch eine Drehinnenseitenfläche 51c des ersten Armelements 51 und eine Drehinnenseitenfläche 52c des zweiten Armelements 52 minimal wird. Nachfolgend wird der Betrieb jeder Verbindungseinheit ausführlich erläutert.
In dem in 6 dargestellten maximal gestrecktem Zustand sind das erste Armelement 51 und das zweite Armelement 52 in einem gerade gestreckten Zustand. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die erste Stützwelle 63 an der Seite des ersten Armeelements 51 in einem Zustand, in dem sie an ein rechtes Ende des ersten Führungsdurchgangslochs 53d (insbesondere ein Ende an der Seite des zweiten Armelements 52) in 6 anliegt. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die zweite Stützwelle 64 an der Seite des zweiten Armelements 53 in einem Zustand, in dem sie an ein rechtes Ende des zweiten Führungsdurchgangslochs 53e in 6 anliegt. Das heißt, der maximal gestreckte Zustand stellt einen Zustand dar, in dem die erste Stützwelle 63 und die zweite Stützwelle 64 an die einzelnen entsprechenden Enden der Führungsdurchgangslöcher 53d, 53e entsprechend anliegen und eine Bewegung ihrerseits verhindert wird, wodurch sie sich in einem Zustand befinden, in dem sie als die Armeinheit 50 gebildet sind.
Zusätzlich ist der Verbindungspunkt 57b gemäß der Darstellung in 6 an der linken Seite bezüglich der ersten Drehwelle 61 in einem Bewegungsbereich entlang der Erstreckungsrichtung der Ausgabewelle 57a in der Drehantriebsebene (insbesondere eine Richtung, die durch abwechselnde lang und kurz gestrichelte Linie in 6 bezeichnet wird) in dem Zustand angeordnet, in dem das erste Armelement 51 und das zweite Armelement 52 im Allgemeinen gestreckt sind (insbesondere ein Zustand entsprechend einem vorbestimmten gestreckten Zustand gemäß der vorliegenden Erfindung), einschließlich dem maximal gestreckten Zustand. Auch wird eine zu der abwechselnden lang und kurz gestrichelten Linie der ersten Drehwelle 61 senkrechte Linie in dieser Figur durch eine gestrichelte Linie bezeichnet. Hier sind diese gleich denen, die in 7 und 8 dargestellt und später beschrieben werden. Dieser Bewegungsbereich stellt hierbei einen Bereich dar, der durch die Bedingung spezifiziert wird, dass sich der Verbindungspunkt 57b an einem Ende des Bewegungsbereichs (insbesondere an einem Ende an der linken Seite bezüglich einem Schnittpunkt der gestrichelten Linie und der abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie, mit anderen Worten, an einem Ende, das an der Seite des ersten Armelements 52 bezüglich der ersten Drehwelle 61 angeordnet ist) in einem maximal gestreckten Zustand befindet, der in 6 dargestellt ist. Der Verbindungsabschnitt 57b ist an dem anderen Ende des Bewegungsbereichs (insbesondere an einem Ende, das an der rechten Seite bezüglich dem Schnittpunkt der gestrichelten Linie und der abwechselnden lang und kurz gestrichelten Linie angeordnet ist, mit anderen Worten, an einem Ende, das an der rechten Seite bezüglich der ersten Drehwelle 61 angeordnet ist) in einem maximal gebeugten Zustand angeordnet, wie in 8 dargestellt ist, wie später beschrieben wird. Entsprechend ist der Verbindungspunkt 57b derart gebildet, dass er entlang der Erstreckungsrichtung der Ausgangswelle 57a in der Drehantriebsebene zu den gegenüberliegenden linken und rechten Seiten der ersten Drehwelle 61 verlagert ist. Durch Festlegung des Bewegungsbereichs des Verbindungspunkts 57b in dieser Weise, kann die Neigung des Aktuators 57 zu dem ersten Armelement 51 durch Festlegen des Bewegungsbereichs des Verbindungspunkts 57b in dieser Weise beim Antrieb der Ausgangwelle 57a gemäß der nachfolgenden Beschreibung so klein wie möglich gemacht werden, wodurch eine Beeinträchtigung zwischen dem ersten Armelement 51 und dem zweiten Armelement 52 zum Zeitpunkt einer Kompaktifizierung oder Beugung des ersten Armelements 51 leicht verhindert wird.
Aus diesem maximal gestreckten Zustand wird die Ausgangswelle 57a des Aktuators 57 durch den Antrieb des Aktuators 57 zu der Seite der ersten Verbindungseinheit 53 herausgedrückt oder verlängert. Der Verbindungspunkt 57b nähert sich in der Figur (7) der gestrichelten Linie an. In diesem Fall, wenn nur das erste Armelement 51 betrachtet wird, dreht sich die erste Verbindungseinheit 53 im Uhrzeigersinn um die erste Drehwelle 61, wie in 7 dargestellt ist. Gemäß der obigen Beschreibung sind die erste Drehwelle 61, die zweite Drehwelle 52, die erste Stützwelle 63 und die zweite Stützwelle 64 zu diesem Zeitpunkt derart angeordnet, dass sich die Gerade, die die erste Stützwelle 63 und die zweite Stützwelle 64 verbindet, und die Gerade schneiden, die die erste Drehwelle 61 und die zweite Drehwelle 62 verbindet. Die erste Stützwelle 63 und die zweite Stützwelle 64 sind miteinander durch die zweite Verbindungseinheit 55 verbunden. Bei Drehung der ersten Verbindungseinheit in Richtung des Uhrzeigesinns wirkt entsprechend ein Drehmoment auf das zweite Armelement 52 in Richtung des Uhrzeigersinns um die zweite Drehwelle 62. Wenn der Beugewinkel graduell abnimmt und den in 7 dargestellten Zustand einnimmt, wird er z.B. aufgrund davon zu ungefähr 90 Grad. In diesem Zustand ist die erste Stützwelle 63 hierbei an einem im Wesentlichen mittleren Abschnitt der Erstreckungslänge des ersten Führungsdurchgangslochs 53d angeordnet und die zweite Stützwelle 64 ist an einem im Wesentlichen mittleren Abschnitt der Erstreckungslänge des zweiten Führungsdurchgangslochs 53e angeordnet. Bei Drehung der ersten Verbindungseinheit 53 in Richtung des Uhrzeigersinns gelangt darüber hinaus die Position des Verbindungspunkts 57b zwischen der Ausgangswelle 57a des Aktuators 57 und der Brücke 53b zu der gestrichelten Linie in dieser Figur (7) und bewegt sich im Vergleich zu der in 6 dargestellten Position zu einer höheren Position. Der Aktuator 57 ist jedoch derart angebracht, dass er bezüglich dem ersten Armelement 51 um die Drehwelle 56 geneigt werden kann. Zum Beispiel wird, wie in 7 dargestellt ist, die Ausgabe des Aktuators 57 weiterhin an die erste Verbindungseinheit 53 in einer geeigneten Weise angelegt, sogar wenn sich der Verbindungspunkt 57b nach oben bewegt.
Dann, wenn die Ausgabewelle 57a des Aktuators 57 ferner zu der Seite der ersten Verbindungseinheit 53 herausgedrückt oder verlängert wird und der Verbindungspunkt 57b zu der rechten Seite der gestrichelten Linie in dieser Figur (7) verlagert wird, insbesondere zu der anderen Endseite des Bewegungsbereichs, wird die erste Verbindungseinheit 53 weiterhin in Richtung des Uhrzeigersinns um die erste Drehwelle 61 gedreht und das zweite Armelement 52 wird dementsprechend um die zweite Drehwelle 62 in Richtung des Uhrzeigersinns gedreht, wodurch der in 8 dargestellte maximal gebeugte Zustand gebildet wird. Dieser maximal gebeugte Zustand stellt hierbei einen Zustand dar, in dem die erste Stützwelle 63 an ein linkes Ende des ersten Führungsdurchgangslochs 53d anliegt (insbesondere an einem Ende an der Seite des ersten Armelements 51), wodurch die Bewegung der ersten Stützwelle 63 innerhalb des ersten Führungsdurchgangslochs 53d aus den maximal gestreckten Zustand, der in 6 dargestellt ist, verhindert wird, wobei folglich die Armeinheit 50 gebildet wird.
Das in dieser Weise gebildete Ellenbogengelenkteil 54 des ersten Armelements 51 und des zweiten Armelements 52 dient dazu, das erste Armelement 51 und das zweite Armelement 52 durch die entsprechende erste Drehwelle 61 und die entsprechende zweite Drehwelle 62 mit der ersten Verbindungseinheit 53 entsprechend zu verbinden. Dann wird der Mittelpunktabstand zwischen der ersten Drehwelle 61 und der zweiten Drehwelle 62 als der vorbestimmte Abstand festgelegt. Ein Bereich, in dem sich die Drehbereiche der einzelnen Armelemente um die einzelnen Drehwellen herum beeinträchtigen, kann daher so klein wie möglich gemacht werden. Als ein Ergebnis kann ein maximaler Beugewinkel in der Armeinheit 50 so klein wie möglich gemacht werden, ohne zusätzlich zu einer großen Änderung der Gestalten der Außen- oder externen Flächen des ersten Armelements 51 und des zweiten Armelements 52 zu führen, wie in 8 gezeigt ist. Zusätzlich sind das erste Armelement 51 und das zweite Armelement 52 durch die zweite Verbindungseinheit 55 miteinander verbunden, wodurch ein relativer Drehantrieb des ersten Armelements 51 und des zweiten Armelements 52, die miteinander biaxial verbunden sind, mittels des einzelnen Linearbewegungsaktuators 57 erreicht wird. Als ein Ergebnis davon kann das Volumen des durch den Aktuator für den Drehantrieb von beiden Armelementen eingenommenen Raums klein gemacht werden.
Wenn der Bewegungsbereich des Verbindungspunkts 57b gemäß der obigen Erläuterung festgelegt wird, sind der Verbindungspunkt 57b und die erste Stützwelle 63 weiterhin in der Drehantriebsebene bezüglich der Geraden, die die erste Drehwelle 61 und die zweite Drehwelle 62 verbindet, an der gleichen Seite angeordnet. Hier ist die Konstruktion derart, dass, wenn der Verbindungspunkt 57b aus dem in 6 dargestellten Zustand in den in 8 dargestellten Zustand verlagert wird, die zweite Verbindungseinheit 55 in Richtung des Uhrzeigersinns gedreht wird und sich die Gerade, die die erste Drehwelle 61 und die zweite Drehwelle 62 verbindet, und die Gerade schneiden, die die erste Stützwelle 63 und die zweite Stützwelle 64 verbindet. Durch Festlegen der Positionen des Verbindungspunkts 57b und der ersten Stützwelle 63 gemäß der obigen Erläuterung, ändert sich jedoch die Richtung der Drehung davon, so dass sich die zweite Bewegungseinheit 55 von der ersten Drehwelle 61 und der zweiten Drehwelle 62 weg bewegt, wenn die zweite Verbindungseinheit 55 in Richtung des Uhrzeigersinns gedreht wird, wodurch es schwierig wird, diese beiden Wellen zu beeinträchtigen. Dies bedeutet, dass der Bereich des relativen Drehantriebs des zweiten Armelements 52 bezüglich des ersten Armelements 51 als so breit wie möglich erhalten werden kann. Dies kann für den Drehantriebsmechanismus eine extrem nützliche Bauweise darstellen.
In dem relativen Drehantrieb des ersten Elements 51 und des zweiten Elements 52 in dem maximal gestreckten Zustand, in dem die Armeinheit 50 am meisten gestreckt ist, und in dem maximal gebeugten Zustand, in dem die Armeinheit 50 am stärksten gebeugt ist, liegt die erste Stützwelle 63 und/oder die zweite Stützwelle 64, mit der die zweite Verbindungseinheit 55 verbunden ist, an ein Ende des entsprechenden Führungsdurchgangslochs an. Als ein Ergebnis können leicht Stopper gebildet werden, die zur mechanischen Begrenzung des Bereichs des relativen Drehantriebs des ersten Elements 51 und des zweiten Armelements 52 dienen, mit anderen Worten, sogar mit einer leichten oder einfachen Stopperbauweise ist es möglich, Probleme im relativen Drehantrieb des ersten Armelements 51 und des zweiten Armelements 52 zu vermeiden, wie z.B. eine Drehkollision des ersten Armelements 51 und des zweiten Armelements 52 usw.
<Modifizierung>
Es wird auf Basis der 9 bis 10 auf eine Modifizierung des Ellenbogengelenkteils 54 Bezug genommen. 9 zeigt ähnlich 6 einen Zustand, in dem sich die Armeinheit 50 im maximal gestreckten Zustand befindet. 10 zeigt einen Zustand, in dem sich die Armeinheit 50 ähnlich 8 im maximal gebeugten Zustand befindet. In den 9 und 10 sind strukturelle Komponenten, die grundsätzlich denen entsprechen, die in den 6 bis 8 dargestellt sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und es erfolgt keine detaillierte Beschreibung davon.
Diese Modifizierung unterscheidet sich hier von der in den 6 bis 8 dargestellten Ausführungsform hinsichtlich der Korrelation zwischen der Position des Verbindungspunkts 57b und dem Drehzustand in jedem Armelement. Insbesondere ist der Verbindungspunkt 57b in einem Zustand, in dem das erste Armelement 51 und das zweite Armelement 52 im Allgemeinen gestreckt sind, einschließlich einem maximal gestreckten Zustand davon, gemäß der Darstellung in 9 an der rechten Seite bezüglich der ersten Drehwelle 61 in einem Bewegungsbereich entlang der Erstreckungsrichtung der Ausgabewelle 57a in der Drehantriebsebene angeordnet (insbesondere eine Richtung, die durch eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie in den 8 und 9 dargestellt ist. Auch ist eine senkrechte Linie bezüglich der abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie von der ersten Drehwelle 61 in diesen Figuren durch eine gestrichelte Linie dargestellt). Dieser Bewegungsbereich stellt hierbei einen Bereich dar, der durch die Bedingung spezifiziert wird, dass der Verbindungspunkt 57b in dem maximal gestreckten Zustand, der in 9 dargestellt ist, an einem Ende des Bewegungsbereichs angeordnet ist (insbesondere an einem Ende an der rechten Seite bezüglich einem Schnittpunkt der gestrichelten Linie und der abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie, mit anderen Worten, einem Ende, das an der Seite des zweiten Armelements 52 bezüglich der ersten Drehwelle 61 angeordnet ist). Der Verbindungspunkt 57b ist an dem anderen Ende des Bewegungsbereichs (insbesondere an einem Ende, das an der linken Seite bezüglich dem Schnittpunkt der gestrichelten Linie und der abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie angeordnet ist, mit anderen Worten, an einem Ende, das an der Seite des ersten Armelements 51 bezüglich der ersten Drehwelle 61 angeordnet ist) in einem maximal gebeugten Zustand angeordnet, der in 10 dargestellt und später beschrieben wird. Dementsprechend ist der Verbindungspunkt 57b derart gebildet, dass er zu den gegenüberliegenden linken und rechten Seiten der ersten Drehwelle 61 entlang der Erstreckungsrichtung der Ausgangswelle 57a in der Drehantriebsebene verlagert ist. Durch Festlegen des Bewegungsbereichs des Verbindungspunkts 57b in dieser Weise kann die Neigung des Aktuators 57 demzufolge mit Bezug auf das erste Armelement 51 so klein wie möglich gemacht werden, ähnlich der Ausführungsform, die in den 6 bis 8 dargestellt ist, wenn die Ausgangswelle 57a angetrieben wird, wodurch eine Beeinträchtigung zwischen dem ersten Armelement 51 und dem zweiten Armelement 52 bei Kompaktifizierung oder Beugung des ersten Armelements 51 leicht verhindert wird.
Aus diesem maximal gestreckten Zustand wird die Ausgangswelle 57a durch Antrieb des Aktuators 57 in den Aktuator 57 zurückgezogen, wodurch die erste Verbindungseinheit in Richtung des Uhrzeigersinns gedreht wird und entsprechend damit das zweite Armelement 52 in Richtung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn um die zweite Drehwelle 62 gedreht wird. Als ein Ergebnis ist der Verbindungspunkt 57b an dem Ende an der linken Seite der gestrichelten Linie in dieser Figur angeordnet, wie schließlich in 10 dargestellt ist, insbesondere an dem Ende des Bewegungsbereichs, das sich am weitesten links befindet. Folglich wird der maximal gebeugte Zustand gebildet.
Wenn der Bewegungsbereich des Verbindungspunkts 57b in dieser Weise festgelegt ist, sind der Verbindungspunkt 57b und die erste Stützwelle 63 folglich in der Drehantriebsebene bezüglich der Geraden, die die erste Drehwelle 61 und die zweite Drehwelle 62 verbindet, entsprechend an gegenüberliegenden Seiten angeordnet. Wenn der Verbindungspunkt 57b aus dem in 9 dargestellten Zustand in den in 10 dargestellten Zustand verlagert wird, wird hierbei die zweite Verbindungseinheit 55 in Richtung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn gedreht, so dass sich die Gerade, die die erste Drehwelle 61 und die zweite Drehwelle 62 verbindet, und die Gerade schneiden, die die erste Stützwelle 63 und die zweite Stützwelle 64 verbindet. Durch Festlegen der Positionen des Verbindungspunkts 57b und der ersten Stützwelle 63, wie oben angemerkt ist, ändert sich jedoch die Richtung der Drehung davon derart, dass sich die zweite Verbindungseinheit 55 von der ersten Drehwelle 61 und der zweiten Drehwelle 62 weg bewegt, wenn die zweite Verbindungseinheit 55 dem Uhrzeigersinn entgegengesetzt gedreht wird, wodurch es schwierig wird, dass sich diese zwei Wellen beeinträchtigen. Dies bedeutet, dass sich der Bereich des relativen Drehantriebs des zweiten Armelements 52 bezüglich dem ersten Armelement 51 als so weit wie möglich ergibt. Dies kann bezüglich dem Drehantriebsmechanismus eine extrem nützliche Bauweise darstellen.
Im Vergleich zwischen dieser Modifizierung und der oben genannten Ausführungsform wird das zweite Armelement 52 hier in dem Ellenbogengelenkteil 54 gemäß dieser Modifizierung mit Bezug auf das erste Armelement 51 durch Zurückziehen der Ausgangswelle 57a des Aktuators 57 gebeugt. Andererseits wird das zweite Armelement 52 in dem Ellenbogengelenkteil 54 gemäß der oben genannten Ausführungsform mit Bezug auf das erste Armelement 51 durch Herausdrücken oder Verlängern der Ausgangswelle 57a des Aktuators 57 gebeugt. Demzufolge unterscheidet sich eine Korrelation zwischen der Richtung der Linearbewegung der Ausgangswelle 57a und der Beugerichtung des Ellenbogengelenkteils 54 zwischen dieser Modifizierung und der oben genannten Ausführungsform. Es ist jedoch für das Ellenbogengelenkteil 54 in dem Roboter lediglich erforderlich, aus unterschiedlichen Gründen, eine von diesen Moden geeignet auszuwählen und anzuwenden. In Fällen, in denen bevorzugte Reibungseigenschaften in einer speziellen Richtung der Linearbewegung der Ausgangswelle 57a in dem Aktuator 57 erhalten werden, kann das Ellenbogengelenkteil 54 mit einem weiten Drehantriebsbereich z.B. dadurch gebildet werden, dass in diesem Fall basierend auf der oben genannten Offenbarung eine Anordnung des Verbindungspunkts 57b und der ersten Stützwelle 63 in der Drehantriebsebene gewählt wird, nachdem die Richtung der Linearbewegung der Ausgangswelle angesichts der Reibungseigenschaften gewählt wird.
<Ausführungsform 2>
Es wird nun auf eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basierend auf den 11 und 12 Bezug genommen. 11 zeigt die Armeinheit 50 in dem maximal gestreckten Zustand. 12 zeigt einen Zustand, in dem das zweite Armelement 52 angetrieben wird, so dass es sich in einem gewissen Maße aus dem maximal gestreckten Zustand bezüglich dem ersten Armelement 51 dreht, insbesondere in einem gebeugten Zustand. Die zweite Verbindungseinheit 55 in der oben genannten ersten Ausführungsform, die das Ellenbogengelenkteil 54 bildet, ist hier derart angeordnet, dass sie sich zwischen den zwei Wandabschnitten 53 der ersten Verbindungseinheit 53 befindet, so dass sich das Ellenbogengelenkteil 54 selbst in einem Zustand befindet, in dem sie in einen Raum zwischen dem plattenförmigen Rahmen 51a des ersten Armelements 51 und dem plattenförmigen Rahmen 52a des zweiten Armelements 52 aufgenommen wird. Entsprechend wird die zweite Verbindungseinheit 55, die das Ellenbogengelenkteil 54 bildet, in dieser zweiten Ausführungsform als eine Seitenplatte an einer Seitenfläche gebildet, die außerhalb des Rahmens angeordnet ist und zu den Drehinnenseitenflächen 51c, 52c senkrecht ist. Demzufolge ist die zweite Verbindungseinheit 55, die als die zweite Seitenplatte gebildet ist, nicht an einer Position vorhanden, an der sie die Drehinnenseitenflächen 51c, 52c beeinträchtigt, sogar wenn sich die Armeinheit 50 in dem gebeugten Zustand befindet, wie in 12 dargestellt ist.
In dem Ellenbogengelenkteil 54, das in dieser Weise konstruiert ist, ist die zweite Verbindungseinheit 55 als die Seitenplatte mit der ersten Stützwelle 63 und der zweiten Stützwelle 64 verbunden. Die erste Stützwelle 63 und die zweite Stützwelle 64 befinden sich in einem Zustand, in dem sie in die Führungsdurchgangslöcher 53d, 53e eingeführt sind (in 11 und 12 nicht dargestellt), die in der ersten Verbindungseinheit 51 angeordnet sind und den einzelnen Stützwellen entsprechen, wie in der oben genannten ersten Ausführungsform. Die Verbindung der ersten Verbindungseinheit 51 mit dem ersten Armelement 51 und dem zweiten Armelement 52 mittels der Drehwellen 61, 62 entspricht der in der oben genannten ersten Ausführungsform. Es ist jedoch jede der Drehwellen 61, 62 unterhalb der zweiten Verbindungseinheit 55 als die Seitenplatte angeordnet und demzufolge in den in 11 und 12 dargestellten Zuständen nicht gezeigt. Darüber hinaus entspricht die Korrelation zwischen dem Zustand des Anliegens von jeder der Stützwellen mit den Enden von jedem der Führungsdurchgangslöcher und der Stellung der Armeinheit 50 (beispielsweise der maximal gestreckte Zustand und der maximal gebeugte Zustand) dem aus der ersten Ausführungsform. Folglich erfolgt keine detaillierte Beschreibung davon. Demzufolge ist es durch Bilden der zweiten Verbindungseinheit 55 als Seitenplatte gemäß der oben genannten ersten Ausführungsform möglich, den maximalen Beugewinkel in der Armeinheit 50 so klein wie möglich zu machen, ohne die Gestalten der Außen- oder externen Flächen des ersten Armelements 51 und des zweiten Armelements 52 zusätzlich groß zu ändern. Es können leicht Stopper gebildet werden, die dazu dienen, den Bereich des relativen Drehantriebs des ersten Armelements 52 und des zweiten Armelements 52 mechanisch zu begrenzen.
<Andere Ausführungsformen>
In den soweit beschriebenen Ausführungsformen wurde das Ellenbogengelenkteil 54 in der Armeinheit 50 als der Drehantriebsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Jedoch kann die vorliegende Erfindung anstelle davon auch auf Kniegelenkteile in den Beineinheiten des Roboters 10 angewendet werden, insbesondere auf ein Kniegelenkteil zum Antrieb einer Drehung eines Oberschenkelteils und eines Unterschenkelteils relativ zueinander, falls eine Beineinheit durch den Oberschenkelteil und den Unterschenkelteil gebildet wird. Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung auch auf andere Gelenkteile angewendet werden, insbesondere Gelenkteile zur Verbindung dieser Elemente miteinander, die einen Roboter bilden und die zur relativen Drehung zueinander angetrieben werden.

Claims

Drehantriebsmechanismus in einem Roboter (10) zum Antrieb eines ersten Elements (51) und eines zweiten Elements (52), die Teil eines Roboters (10) sind, zur relativen Drehung in einer vorbestimmten Drehantriebsebene mittels eines Linearbewegungsaktuators (57) mit einer Ausgangswelle (57a), die sich linear bewegt, wobei der Drehantriebsmechanismus umfasst: eine erste Verbindungseinheit (53), mit der die Ausgangswelle (57a) des linearen Bewegungsaktuators (57) verbunden ist und die bezüglich dem ersten Element (51) durch eine erste Drehwelle (61) drehbar angeordnet ist und die bezüglich der Seite des zweiten Elements (52) durch eine zweite Welle (62) drehbar angeordnet ist, wobei ein Mittelpunktabstand zwischen der ersten Drehwelle (61) und der zweiten Drehwelle (62) gemäß einem vorbestimmten Abstand festgelegt ist, der einen Drehantrieb des ersten Elements (51) und des zweiten Elements (52) in der vorbestimmten Drehantriebsebene zulässt; und eine zweite Verbindungseinheit (55), die mit einer ersten Stützwelle (63) verbunden ist, die an der Seite des ersten Elements (51) angeordnet ist und die mit einer zweiten Stützwelle (64) verbunden ist, die an der Seite des zweiten Elements (52) angeordnet ist, wobei ein Mittelpunktabstand zwischen der ersten Stützwelle (63) und der zweiten Stützwelle (64) konstant gemacht ist; wobei die erste Stützwelle (63) und die zweite Stützwelle (64) bezüglich der ersten Drehwelle (61) und der zweiten Drehwelle (62) derart angeordnet sind, dass sich eine Gerade, die die erste Stützwelle (63) und die zweite Stützwelle (64) verbindet, und eine Gerade, die die erste Drehwelle (61) und die zweite Drehwelle (62) verbindet, in der vorbestimmten Drehantriebsebene schneiden, und wobei die erste Verbindungseinheit (53) ferner ein Führungsdurchgangsloch (53d, 53e) aufweist, in das die erste Stützwelle (63) und die zweite Stützwelle (64) entlang ihrer Wellenlängsrichtungen entsprechend eingeführt sind und das eine vorbestimmte Länge aufweist, die in einer solchen Weise gebildet ist, dass die erste Stützwelle (63) und die zweite Stützwelle (64) entlang der vorbestimmten Drehantriebsfläche bewegbar sind, und, wenn eine Ausgabe des Linearbewegungsaktuators (57) anliegt, die erste Stützwelle (63) und die zweite Stützwelle (64) durch das Führungsdurchgangsloch (53d, 53e) relativ zueinander in einem Erstreckungsbereich des Führungsdurchgangslochs (53d, 53e) entsprechend bewegt werden, wodurch ein relativer Drehantriebsbereich des ersten Elements (51) und des zweiten Elements (52) ausgewählt wird.
Drehantriebsmechanismus in einem Roboter (10) nach Anspruch 1, wobei die Bewegung der ersten Stützwelle (63) oder der zweiten Stützwelle (64) in dem Führungsdurchgangsloch (53d, 53e) durch den Kontakt der ersten Stützwelle (63) oder der zweiten Stützwelle (64) mit einem Ende des Führungsdurchgangslochs (53d, 53e) verhindert wird, wodurch ein maximal gebeugter Zustand gebildet wird, in dem eine Drehinnenseitenfläche des ersten Elements (51) und eine Drehinnenseitenfläche des zweiten Elements (52) in der vorbestimmten Drehantriebsfläche einander am nächsten kommen.
Drehantriebsmechanismus in einem Roboter (10) nach Anspruch 1, wobei die Bewegung der der ersten Stützwelle (63) oder der zweiten Stützwelle (64) in dem Führungsdurchgangsloch (53d, 53e) durch den Kontakt der ersten Stützwelle (63) oder der zweiten Stützwelle (64) mit einem Ende des Führungsdurchgangslochs (53d, 53e) verhindert wird, wodurch ein maximal gestreckter Zustand gebildet wird, in dem ein Wellenmittelpunkt des ersten Elements (51) und ein Wellenmittelpunkt des zweiten Elements (52) in der vorbestimmten Drehantriebsfläche auf der gleichen Geraden angeordnet sind.
Drehantriebsmechanismus in einem Roboter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Verbindungseinheit (55) in einem Zustand angeordnet ist, in dem sie durch die erste Verbindungseinheit (53) in einer Breitenrichtung der ersten Verbindungseinheit (53) dazwischen genommen ist.
Drehantriebsmechanismus in einem Roboter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Verbindungseinheit (55) außerhalb der ersten Verbindungseinheit (53) in einer Breitenrichtung der ersten Verbindungseinheit (53) angeordnet ist und als eine Seitenplatte ausgebildet ist, die an einer weiteren Außenseite einer Außenfläche des ersten Elements (51) und einer Außenfläche des zweiten Elements (52) angeordnet ist.
Drehantriebsmechanismus in einem Roboter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Verbindungspunkt zwischen der Ausgangswelle (57a) des Linearbewegungsaktuators (57) und der ersten Verbindungseinheit (53) in der vorbestimmten Drehantriebsfläche in einem Bewegungsbereich verlagert ist, der sich über die erste Drehwelle entlang einer Erstreckungsrichtung der Ausgangswelle (57a) erstreckt; der Verbindungspunkt an der Seite des ersten Elements in dem Bewegungsbereich angeordnet ist, wenn das erste Element (51) und das zweite Element (52) in einem vorbestimmten gestreckten Zustand platziert sind, und der Verbindungspunkt und die erste Stützwelle (63) in der vorbestimmten Drehantriebsfläche derart konstruiert sind, dass sie bezüglich einer Geraden, die die erste Drehwelle (61) und die zweite Drehwelle (62) verbindet, an der gleichen Seite angeordnet sind; und das zweite Element (52) durch die Verlagerung des Verbindungspunkts von einer Endseite zu der anderen Endseite in dem Bewegungsbereich bezüglich dem ersten Element (51) zur Drehung angetrieben wird.
Drehantriebsmechanismus in einem Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Verbindungspunkt zwischen der Ausgangswelle (57a) des linearen Bewegungsaktuators (57) und der ersten Verbindungseinheit (53) in der vorbestimmten Drehantriebsfläche in einem Bewegungsbereich verlagert ist, der sich über die erste Drehwelle (61) entlang einer Erstreckungsrichtung der Ausgangswelle (57a) erstreckt; der Verbindungspunkt an der Seite des zweiten Elements in dem Bewegungsbereich angeordnet ist, wenn das erste Element (51) und das zweite Element (52) in einem vorbestimmten gestreckten Zustand platziert sind, und der Verbindungspunkt und die erste Stützwelle (63) derart in der vorbestimmten Drehantriebsfläche konstruiert sind, dass sie an entsprechenden gegenüberliegenden Seiten entlang einer Geraden angeordnet sind, die die erste Drehwelle (61) und die zweite Drehwelle (62) verbindet; und das zweite Element (52) durch Verlagerung des Verbindungspunkts von einer Endseite zu der anderen Endseite in dem Bewegungsbereich bezüglich dem ersten Element (51) zur Drehung angetrieben wird.
Drehantriebsmechanismus in einem Roboter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das erste Element (51) und das zweite Element (52) Elemente darstellen, die entsprechend eine Armeinheit des Roboters (10) bilden und die erste Verbindungseinheit (53) und die zweite Verbindungseinheit (55) ein Ellenbogengelenk der Armeinheit bilden; oder das erste Element (51) und das zweite Element (52) Elemente darstellen, die entsprechend eine Beineinheit des Roboters (10) bilden und die erste Verbindungseinheit (53) und die zweite Verbindungseinheit (55) ein Kniegelenk der Beineinheit bilden.