JP2004154918A

JP2004154918A - ロボットの腕動作機構およびカーナビゲーションシステム

Info

Publication number: JP2004154918A
Application number: JP2002325574A
Authority: JP
Inventors: Hironaga Goto; 博永後藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】複数の軸の制御を必要とせず安価に、人間の動作に近いなめらかな動きを達成することができるロボットの腕動作機構を提供する。
【解決手段】ロボット１の胴体部から回転動力を伝達するモータ２と、モータ２の回転軸αに所定の角度θ傾斜して取り付けられる腕部５とを有する。モータ２の回転によりロボット１の腕部５がモータ２の回転軸αより所定の角度θ傾斜して動くので、動力源を一つにしつつ人間に近いなめらかな動作を表現することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットの腕動作機構関し、特に人間の動きに近い動作を実現できるロボットの腕動作機構および該機構を適用したロボットを用いたカーナビゲーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、様々な分野において人間型ロボットが導入開発されており、人間型ロボットの動きをより人間の動作に近づけるべく研究が進められている。
【０００３】
たとえば、図６に示すような人間が腕を上げてある方向を指し示すような動作は、以下に示すような機構を有する人間型ロボットにより実現することができる。
【０００４】
図７および図８は従来のロボットの機構を示す図である。
【０００５】
図７に示すロボット１００では、モータ等の回転型動力源１０１の動力を歯車１０２により伝達し、または伸縮型の動力源１０３により引っ張ることによって、腕１０４、１０５ごとにそれぞれ動力源を用いてロボット１００の腕を動かしている。しかし、このようなロボット１００では、図７に示すように腕１０４、１０５全体が肩１０６、１０７を中心に回転するので、手のひらが常に前に向いたままで手のひらを返せず、人間のように腕の回転に合わせて手のひらを前に見せたり見せなかったりすることができない。これでは、ロボットの動作を自然なものとすることができず、人間の動作を再現することができない。
【０００６】
また、他にも図８に示すように、肘１１１を曲げた状態に固定して、傘歯車１１２、１１３を用いて腕の回転を斜め下方にし、前から見て、腕を下げた状態では手の甲を前にし、腕を上げた状態では手のひらが見えるようにしたロボット１１０もある。しかし、このロボット１１０では、肘１１１を中心に手が回転するため、通常の人間の動作と異なってぎこちなく、人間のように滑らかな動きを達成することができない。
【０００７】
さらに、複数の軸を有しロボットの動作を人間のように滑らかにするものもあるが、複数の軸を制御することが必要となり構成が複雑になり、コストが高くなってしまう（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１５４０７６号公報（図４等）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複数の軸の制御を必要とせず安価に、人間の動作に近いなめらかな動きを達成することができるロボットの腕動作機構の提供を目的とし、さらには、該ロボットの腕動作機構を適用したロボットを用いたカーナビゲーションシステムの提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【００１１】
本発明のロボットの腕動作機構は、ロボットの胴体部から回転動力を伝達する回転動力発生手段と、前記回転動力発生手段の回転軸に所定の角度傾斜して取り付けられる腕部と、を有し、前記回転動力発生手段の回転によりロボットが腕を回転して上下することを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
本発明のロボットの腕動作機構では、ロボットの腕が、回転動力発生手段の回転軸より所定の角度傾斜して動くので、動力源を一つにしつつ人間に近い動作を表現することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１はロボットが腕を下げている状態を示す図である。なお、以下の実施形態では、本発明の特徴が表れるロボットの腕にのみ着目し、他の部分についてはその具体的な説明および図示は省略する。
【００１５】
図１に示すように、ロボット１は、モータ２と、傘歯車３、４と、腕部５とを有してなる。
【００１６】
モータ２は、ロボットの胴体部に組み込まれており、回転動力を発生し、該回転動力を傘歯車３に伝達することができる。傘歯車３は、傘歯車４と噛み合わせられている。傘歯車４は、傘歯車３の回転動力の向きを傘歯車３の回転軸αと交差する方向に変更して伝達する。腕部５は、傘歯車４と接続されており、この回転動力により回転する。
【００１７】
腕部５は、上腕部５１と、前腕部５２と、手部５３とを有してなる。上腕部５１は、一端が傘歯車４に接続されている。ここで、上腕部５１は、傘歯車４の回転軸αに対して所定の角度θだけ傾斜して取り付けられている。
【００１８】
上腕部５１の他端には前腕部５２が取り付けられており、上腕部５１と前腕部５２とが所定の角度をなすように固定されている。前腕部５２の先端には、手部５３が回動自在に取り付けられている。
【００１９】
上記ロボットについて、図２〜図５を参照して、動作をより詳細に説明する。
【００２０】
図２は手を上げる動作をロボットの側面から見た図、図３はロボットが腕を上げている状態を示す図、図４はロボットの手が傾いた様子を示す図、図５はロボットの手の拡大図である。
【００２１】
まず、初期状態として、ロボット１は、図１に示すように手を下げ、手の甲が見えている状態であるとする。ここで、ロボット１に手を上げさせる場合、モータ２を駆動する。モータ２を駆動すると、傘歯車３、４が回転し、この回転動力が腕部５に伝達される。
【００２２】
腕部５は、上腕部５１が傘歯車４の回転軸αに対して角度θだけ傾けて取り付けられているので、回転動力により上腕部５１の位置が上げられる。すなわち、上腕部５１の回転により、図２に示すように、ロボット１の肘の位置が上がり、連動して、上腕部５１に対して所定の角度に固定された前腕部５２の位置も上がる。ロボット１の腕部５が最も上がった瞬間の状態は、図３に示すようになる。
【００２３】
ロボット１の手部５３は、腕部５が上がった瞬間には遠心力により前腕部５２と一直線になっている。しかし、手部５３は、前腕部５２に対して回動自在に取り付けられているので、遠心力から開放されると、図４に示すように、手の平が見えるように、折れ曲がり、あたかも進行方向を指し示しているような状態となる。
【００２４】
ここで、手部５３は、図５に示すように、手部５３の付け根５４において、前腕部５２の手首部５５に保持されている。したがって、手部５３は、３６０度回動自在ではなく、付け根５４が手首部５５に当って止められるまでの範囲内で回動自在である。これにより、ロボット１の手部５３が不自然に曲がることを防止することができる。このように手部５３が回動自在に取り付けられることによって、ロボット１が腕を下げている状態において重力により手の甲が見え、腕を上げている状態において重力により手のひらが見える。これは、人間の動作に近く、ロボット１の動作を自然に見せるポイントとなる。
【００２５】
以上説明してきたように、本発明のロボットの腕動作機構では、ロボットの胴体部に組み込まれたモータ２の回転動力を傘歯車３、４を介して腕部５に伝達することにより、腕部５を回転させることができる。腕部５は、上述の通り、上腕部５１と前腕部５２とが所定の角度を形成するように肘の部分で曲げて固定されている。したがって、モータ２の回転を制御することにより、図１に示すように、ロボットが手を下げた状態とし、また、図３に示すように、ロボットが手を上げた状態とすることができる。
【００２６】
ここで、ロボットの腕部５は、上腕部５１が傘歯車４の回転軸αより角度θだけ傾斜して取り付けられ、この結果、上腕部５１に沿った軸と傘歯車４の回転軸αとが一致しないので、ロボット１の腕の上げ下げの動作をより人間に近いスムーズな動作とすることができる。すなわち、人間が普段腕を上げ下げする場合には、肘を支点として肘から先だけを上下するのではなく、上腕から回転させて上下するので、これと近い動作を本発明を組み込んだロボット１では実現することができる。
【００２７】
なお、上腕部５１を傘歯車４の回転軸αに対して傾斜させる角度θは、通常人間が動作して不自然に思われない角度であればよく、１０〜３０度が好ましい。また、上腕部５１と前腕部５２とがなす角度についても通常の人間と比較して不自然でない角度であればよい。
【００２８】
以上のように、本願発明のロボットの腕動作機構を適用することにより、腕ごとに単一のモータ２（回転動力発生装置）を設けるだけでよく、容易かつ自然なロボット１の腕の上げ下げ動作を可能とする。さらに、複数のモータを必要としない簡単な構成により人間に近い動作を実現できるので、コストを低減することができる。
【００２９】
このようなロボット１の現実的な用途としては、例えば、その動作を目的地への進路を案内するカーナビゲーションシステムに連動させることによって、運転手への目的地の案内役をさせることができる。この場合、ロボット１は、数センチ〜数十センチ程度の大きさで車のダッシュボードに運転者に向かって取り付けられており、カーナビゲーションシステムに予め入力されている目的地への進路で右に曲がる場合には、左手を上げて運転者の右方向を指し示し、反対に進路が左に曲がる場合には、ロボット１の右手を上げさせて運転手の左方向を指し示させることができる。同時に音声のガイドをつけるとより好ましい。
【００３０】
なお、カーナビゲーションシステムによる目的地までの道順の決定等は、従来のものと同様であるのでその説明は省略する。本発明のロボットの腕動作機構を適用したロボットの動作により、カーナビゲーションシステムに連動して次に曲がる道の案内や停止等の指示が実現できればいかなるカーナビゲーションであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロボットが腕を下げている状態を示す図である。
【図２】手を上げる動作をロボットの側面から見た図である。
【図３】ロボットが腕を上げている状態を示す図である。
【図４】ロボットの手が傾いた様子を示す図である。
【図５】ロボットの手の拡大図である。
【図６】人間が腕を上げてある方向を指し示す様子を示す図である。
【図７】従来のロボットの機構を示す図である。
【図８】従来のロボットの機構を示す図である。
【符号の説明】
１…ロボット、
２…モータ、
３、４…傘歯車、
５…腕部、
５１…上腕部、
５２…前腕部、
５３…手部、
α…傘歯車４の回転軸、
θ…上腕部および前腕部がなす角度。

Claims

ロボットの胴体部から回転動力を伝達する回転動力発生手段と、
前記回転動力発生手段の回転軸に所定の角度傾斜して取り付けられる腕部と、
を有し、
前記回転動力発生手段の回転によりロボットが腕を回転して上下することを特徴とするロボットの腕動作機構。
前記腕部は、肩から肘までの上腕部と、肘から手首までの前腕部と、手首から先の手部とを含み、
前記上腕部が前記回転動力発生手段の回転軸に所定の角度傾斜して取り付けられ、前記前腕部と前記手部とを連結する手首は回動自在に取り付けられている請求項１に記載のロボットの腕動作機構。
前記上腕部と前記前腕部とは、所定の角度に固定して接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のロボットの腕動作機構。
請求項１〜３に記載のロボットの腕動作機構を適用したロボットを用いて目的地への進路を案内するカーナビゲーションシステムであって、
前記ロボットは、目的地への進路に対応する方向に向かって手を上げて、ユーザに進路を指し示すことを特徴とするカーナビゲーションシステム。