JP2004249413A - Robot - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットに関するものである。特に、胴体側部材に対して末端側部材を揺動させる技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】胴体側部材と、関節によって胴体側部材に対して揺動可能な末端側部材と、末端側部材を揺動させるアクチュエータを備えたロボットが知られている。
ロボットは、胴体側部材に対して末端側部材を揺動させることによって各種の動作を実行する。このときに、末端側部材を揺動させるのに要するトルクが様々に変化する。例えば、平地を歩行するときには、膝関節を回転させるのに比較的小さなトルクですむのに対し、階段を上るときには膝関節を回転させるのに大きなトルクが必要とされる。重量物を把持している腕を肩関節の回りに回転させるには大きなトルクが必要とされるのに、腕のみを肩関節の回りに回転させるには小さなトルクで足りる。必要トルクの大きな変化に対してアクチュエータでは対応できない場合があり、アクチュエータと関節の間に、変速比が変えられる多段変速器を組込む技術が特許文献1に提案されている。
【0003】
【特許文献1】
特開平5−146978号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多段変速機は、複数のギア系統を有し、ギア系統を切換えるアクチュエータを必要とするので、複雑な構成にならざるをえない。このため、ロボットの重量やコストの増大を招いてしまう。
【0005】
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、単純で軽量な構成で、回転トルクを調整可能な技術を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段および作用と効果】本発明で創作されたロボットは、胴体側部材に対して揺動可能な末端側部材と、末端側部材を揺動させる第1回転手段と、第1回転手段自身を回転させる第2回転手段を備えている。
上記のロボットでは、第1回転手段が回転することによって末端側部材が揺動する。その第1回転手段自身は第2回転手段で回転させられる。第1回転手段の回転と第2回転手段の回転を組合わせて用いることによって末端側部材の揺動トルクを調整することができる。装置構成は単純であり、軽量化できる。
【0007】
上記ロボットでは、第1回転手段のハウジングを胴体側部材に回転可能に支持し、第2回転手段のハウジングを胴体側部材に回転不能に支持することが好ましい。第1回転手段と第2回転手段を胴体側部材に取り付けることによって、末端側部材が軽量化され、末端側部材の揺動に要するエネルギを減少することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】後述する実施例の主要な特徴を記載する。
(形態1) 膝関節によって大腿部材と下腿部材が回転可能に接続されている。
(形態2) 大腿部材には、第2モータが固定されている。第2モータの駆動シャフトには、第2プーリが固定されている。さらに大腿部材には、従動プーリが回転可能に取付けられている。従動プーリには、第1モータが取付けられている。第2プーリと従動プーリには、ベルトが巻付けられている。第1モータの駆動シャフトには、第1プーリが固定されている。
【0009】
【実施例】本発明の一実施例について、図面を参照しながら説明する。図1に示されているように、本実施例は、本発明をロボット11の大腿部材12と下腿部材14を接続する膝関節10に適用したものである。
図2は、膝関節10の詳細を示している。図3は、図2のIII−III線断面図である。図3に示されているように、大腿部材12には、円形状の貫通穴27が形成されている。そして、貫通穴27にベアリング28が取付けられている。ベアリング28は、スクリュウ30で大腿部材12に取付けられている抜止リング29によって抜止されている。ベアリング28のインナーリングには、回転リング39が装着されている。回転リング39には、スクリュウ31によって従動プーリ34が固定されている。また、回転リング39には、スクリュウ32によって第1モータ33のハウジングが取付けられている。第1モータ33のハウジングの外周にはスリップリングが設けられており、そのスリップリングに電力供給用の電極71が摺接している。回転リング39と従動プーリ34と第1モータ33は、一体となって大腿部材12に対して回転する。第1モータ33は、図示しないコントローラで制御される。
【0010】
大腿部材12には、スクリュウ23によってブラケット22が取付けられている。ブラケット22には、スクリュウ24によって第2モータ25のハウジングが固定されている。第2モータ25の駆動シャフト25aには、第2プーリ26が固定されている。第2モータ25は、図示しないコントローラで制御される。第1モータ33の駆動シャフト33aには、第1プーリ36が固定されている。第1モータ33は、図示しないコントローラによって制御される。
図4に良く示されているように、第2プーリ26と従動プーリ34には、ベルト35が巻付けられている。
【0011】
図3に示されているように、大腿部材12の下端面12aには、スクリュウ49によって支持ブロック48が取付けられている。支持ブロック48には、スクリュウ53によって、リング44とハーモニックドライブ(商品名)52のサーキュラスプライン52aが固定されている。回転リング44は、その内周側に装着されたベアリング45を介してシャフト46を支持している。シャフト46には、第3プーリ47が固定されている。図2に良く示されているように、第1プーリ36と第3プーリ47には、ベルト50が巻付けられている。
シャフト46は、ハーモニックドライブ52のウェーブジェネレータ52bに固定されている。ハーモニックドライブ52は減速機であり、ウェーブジェネレータ52bの回転数を減速し、フレックススプライン52cに伝達する機能を有している。ハーモニックドライブ52については公知であるので、これ以上の説明は省略する。
【0012】
ハーモニックドライブ52のフレックススプライン52cには、スクリュウ54によって、シャフト55の一端55aが固定されている。シャフト55の他端55bには、スクリュウ57によって、リング56が固定されている。リング56は、スクリュウ64によって、下腿部材14に固定されている。ベアリング43、61、62によって、下腿部材14は、リング44と支持ブロック48を介して、大腿部12に揺動可能に支持されている。下腿部材14は、シャフト46、55の回りに、大腿部12に対して揺動する。
【0013】
第1モータ33の駆動シャフト33aが回転すると、第1プーリ36も回転する。第1プーリ36が回転すると、ベルト50を介して第3プーリ47が回転する。図2に示されているように、第1プーリ36の径は第3プーリ47のそれよりも小さい。このため、第3プーリ47の回転速度は、第1プーリ36よりも減速される。
第3プーリ47が回転すると、シャフト46とともにハーモニックドライブ52のウェーブジェネレータ52bが回転し、その回転速度が減速されてフレックススプライン52cに伝わる。フレックススプライン52cが回転すると、シャフト55とリング56が一体で回転する。リング56が回転すると、下腿部材14は大腿部材12に対して回転する。第1モータ33の駆動シャフト33aが正転とすると下腿部材14は前方に揺動し、第1モータ33が逆転すると下腿部材14は後方に揺動する。
【0014】
第2モータ25の駆動シャフト25aが回転すると、第2プーリ26も回転する。第2プーリ26が回転すると、ベルト35を介して従動プーリ34が回転する。従動プーリ34は第1モータ33のハウジングと一体になって回転する。このため、第1モータ33が回転している状態で第2モータ25の駆動シャフト25aの回転速度が変化すると、絶対空間における第1モータ33の駆動シャフト33aの回転速度と回転トルクが調整される。例えば、第2モータ25の駆動シャフト25aの回転速度が速くなると、第1モータ33の駆動シャフト33aは、回転速度が速くなるとともに回転トルクも大きくなる。第1モータ33の駆動シャフト33aの回転速度と回転トルクが調整されると、第3プーリ47の回転速度と回転トルクが調整される。第3プーリ47の回転速度と回転トルクが調整されると、大腿部材12に対する下腿部材14の揺動速度と揺動トルクが調整される。
【0015】
上述した構成によれば、ギア切換式の変速装置に比べて、簡易な構成で下腿部材14等の揺動速度と揺動トルクを調整することができる。このため、構成が複雑なギア式の多段変速器を装着するよりも、ロボット11の重量やコストを軽減することができる。さらには、ギア式の多段変速器を用いると、ギア系統の切換えにともなって下腿部材14等の揺動速度や揺動トルクが急変してしまうが、本実施例によれば、第2モータ25の回転数を調整することにより、なめらかに(無段階で)下腿部材14の揺動速度や揺動トルクを調整することができる。
また、末端側部材が胴体側部材に対して軽く揺動できる場合には、第1モータ33のみを用い、トルクが不足するときに第2モータ25でアシストすることができる。多段変速器によると、トルクの増大に伴って揺動速度を低速にしなければならないが、第2モータでアシストする方法によると、揺動速度を下げないでトルクを増大することができ、必要なら揺動速度と揺動トルクの双方を増大することもできる。
【0016】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。胴体側部材と末端側部材は、大腿部と下腿部に限られず、胴と大腿部(股関節)、下腿部と足先(足首関節)、胴と上腕(肩関節)、上腕と下腕(肘関節)等に利用することができる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
従って、例えば、下記に記載するように構成することもできる。
【0017】
(1)第2モータ25の回転を第1モータ33に伝えるベルト35、および第1モータ33の回転を下腿部材14に伝えるベルト50の代わりに、ギアを用いることもできる。ギアは、ベルトのように伸びたり、撓んだりすることがないので、より確実に回転を伝達することができる。
(2)第2モータ25と第1モータ22の回転方向は、同一である必要はない。第1モータ33が回転しているのとは逆方向に第2モータを回転させ、第1モータの回転を減速することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に係るロボットを示す。
【図2】実施例に係る膝関節部を示す。
【図3】図2のIII−III線断面図。
【図4】図3のIV−IV線断面図。
【符号の説明】
10:膝関節部
11:ロボット
12:大腿部材、12a:下端面
14:下腿部材
22:ブラケット
23、24:スクリュウ
25:第2モータ、25a:駆動シャフト
26:第2プーリ
27:貫通穴
28:ベアリング
29:抜止リング
30、31、33:スクリュウ
33:第1モータ、33a:駆動シャフト
34:従動プーリ
35:ベルト
36:第1プーリ
39:回転リング
43:ベアリング
44:回転リング
45:ベアリング
46:シャフト
47:第3プーリ
48:支持ブロック
49:スクリュウ
50:ベルト
52:ハーモニックドライブ、52a:サーキュラスプライン、52b:ウェーブジェネレータ、52c:フレックススプライン
53、54:スクリュウ
55:シャフト、55a:一端、55b:他端
56:リング
61、62:ベアリング
64:スクリュウ
71:電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a robot. In particular, the present invention relates to a technique of swinging a distal member with respect to a body member.
[0002]
2. Description of the Related Art There is known a robot provided with a body-side member, a distal-side member swingable with respect to the body-side member by a joint, and an actuator for swinging the distal-side member.
The robot performs various operations by swinging the distal member relative to the body member. At this time, the torque required to swing the distal member changes variously. For example, when walking on level ground, a relatively small torque is required to rotate the knee joint, while a large torque is required to rotate the knee joint when climbing stairs. A large torque is required to rotate the arm holding the heavy object around the shoulder joint, but a small torque is sufficient to rotate only the arm around the shoulder joint. There is a case where an actuator cannot cope with a large change in required torque, and a technique of incorporating a multi-stage transmission capable of changing a gear ratio between an actuator and a joint has been proposed in Patent Document 1.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-146978
However, since the multi-stage transmission has a plurality of gear systems and requires an actuator for switching the gear systems, the multi-stage transmission has to be complicated. For this reason, the weight and cost of the robot are increased.
[0005]
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a technique capable of adjusting a rotational torque with a simple and lightweight configuration.
[0006]
The robot created by the present invention comprises a distal member swingable with respect to the body member, a first rotating means for rocking the distal member, A second rotating means for rotating the first rotating means itself is provided.
In the robot described above, the distal end member swings as the first rotating means rotates. The first rotating means itself is rotated by the second rotating means. By using the rotation of the first rotation unit and the rotation of the second rotation unit in combination, it is possible to adjust the swing torque of the distal end member. The device configuration is simple and can be reduced in weight.
[0007]
In the robot, it is preferable that the housing of the first rotating means is rotatably supported by the body-side member, and the housing of the second rotating means is supported by the body-side member so as not to rotate. By attaching the first rotating means and the second rotating means to the body side member, the weight of the distal side member can be reduced, and the energy required for swinging the distal side member can be reduced.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The main features of the embodiment described later will be described.
(Feature 1) A thigh member and a lower leg member are rotatably connected by a knee joint.
(Mode 2) The second motor is fixed to the thigh member. A second pulley is fixed to a drive shaft of the second motor. Further, a driven pulley is rotatably attached to the thigh member. A first motor is attached to the driven pulley. A belt is wound around the second pulley and the driven pulley. A first pulley is fixed to a drive shaft of the first motor.
[0009]
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the present invention is applied to a
FIG. 2 shows details of the
[0010]
A
As shown in FIG. 4, a
[0011]
As shown in FIG. 3, a
The
[0012]
One
[0013]
When the
When the
[0014]
When the
[0015]
According to the above-described configuration, the swing speed and the swing torque of the
Further, when the distal member can swing slightly with respect to the body member, only the
[0016]
As mentioned above, although the specific example of this invention was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and alterations of the specific examples illustrated above. The torso side member and the distal side member are not limited to the thigh and the lower leg, but the torso and the thigh (hip joint), the lower leg and the toe (ankle joint), the torso and the upper arm (shoulder joint), and the upper arm It can be used for the lower arm (elbow joint) and the like.
Further, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. The technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
Therefore, for example, it can be configured as described below.
[0017]
(1) Instead of the
(2) The rotation directions of the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a robot according to an embodiment.
FIG. 2 shows a knee joint according to the embodiment.
FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III of FIG. 2;
FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. 3;
[Explanation of symbols]
10: knee joint 11: robot 12: thigh member, 12a: lower end surface 14: lower leg member 22:
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003043554A JP4032992B2 (en) | 2003-02-21 | 2003-02-21 | robot |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006297553A (en) * | 2005-04-21 | 2006-11-02 | Kawada Kogyo Kk | Movable shaft driving device |
JP2012071388A (en) * | 2010-09-29 | 2012-04-12 | Thk Co Ltd | Body driving mechanism for mobile robot, and mobile robot using the body driving mechanism |
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---|---|---|---|---|
JP2006297553A (en) * | 2005-04-21 | 2006-11-02 | Kawada Kogyo Kk | Movable shaft driving device |
JP4632846B2 (en) * | 2005-04-21 | 2011-02-16 | 川田工業株式会社 | Movable shaft drive |
JP2012071388A (en) * | 2010-09-29 | 2012-04-12 | Thk Co Ltd | Body driving mechanism for mobile robot, and mobile robot using the body driving mechanism |
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