JP2005161417A - Electric equipment apparatus mounting structure of anthropomorphic robot - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、人型ロボットにモータ駆動回路(ドライバ)や動作制御コンピュータ等の制御系電装機器を搭載する構造に関するものである。 The present invention relates to a structure in which control system electrical equipment such as a motor drive circuit (driver) and an operation control computer is mounted on a humanoid robot.
歩行ロボット等に搭載される制御系電装機器(モータを除く)は、該制御系電装機器によって制御される被制御機器(例えばアクチュエータ等)の近傍や、適宜求められる搭載スペースに配置されることが望ましい。しかしながら、歩行ロボット、特には人型ロボットの脚や腕内に搭載されるアクチュエータ等の近傍に制御系電装機器を搭載することは、搭載配置スペースを確保することが難しい上に、重量の増加を招き、脚や腕の慣性質量の増加が人型ロボットの歩行性能や全身運動機能(全身を使った動き、転倒動作や起き上がり動作等)に多大な影響を及ぼすことになり、人型ロボットの外観意匠にも影響する。 Control system electrical equipment (excluding motors) mounted on a walking robot or the like may be placed in the vicinity of a controlled device (eg, an actuator) controlled by the control system electrical equipment or in a required mounting space. desirable. However, mounting control system electrical equipment in the vicinity of walking robots, especially actuators mounted in the legs and arms of humanoid robots, makes it difficult to secure the mounting space and increase the weight. The increase in the inertial mass of the legs and arms greatly affects the walking performance of the humanoid robot and the whole body movement function (movement using the whole body, falling movement, rising movement, etc.), and the appearance of the humanoid robot It also affects the design.
ところで従来、人型ロボットにおいては、可能な限り安定した歩容を維持しやすいように、その重心位置が胴体内中心軸線に近い位置にあるとき人型ロボットが安定状態にあるように設計されていることが多く、制御系電装機器についても、他の内部搭載部品と同様に人型ロボットの胴体部内の、鉛直方向中心軸線周りに搭載する方がよく、このような配置にすれば歩行性能や全身運動機能に影響を及ぼす慣性質量を低減することができるが、自身が移動体である人型ロボットにおいては、その内部構造に対し占める搭載スペースは非常に限られた小さなものであり、そのため、制御系電装機器を収納するためのバックパックを背負わせたり(特許文献1参照)、脚や腕に電装機器の一部を格納したりしていた。また、搭載する電装機器の着脱性や耐ノイズ製を犠牲にして人型ロボットの胴体内に集中配置する場合もあった。
しかしながら、バックパック等の大きな突出部を設けた場合、人型ロボットの歩行性能や全身運動機能に大きな制限を加える可能性があるとともに、人型ロボットの外観意匠の自由度を損なうことにもなる。 However, when a large protrusion such as a backpack is provided, there is a possibility that the walking performance and whole body movement function of the humanoid robot may be greatly restricted, and the degree of freedom of the appearance design of the humanoid robot may be impaired. .
また、運動性能が要求される脚や腕に電装機器の一部を搭載すると、取付け用ブラケット等も含めて慣性質量の増大を招き、脚や腕の運動性能を妨げる可能性がある。そして、発熱する電装機器については、個々に脚や腕への冷却手段の設置が必要となるという不都合もある。 If a part of the electrical equipment is mounted on a leg or arm that requires exercise performance, the inertial mass including the mounting bracket and the like may increase, and the exercise performance of the leg and arm may be hindered. And about the electrical equipment which heat | fever-generates, there also exists a problem that the installation of the cooling means to a leg or an arm is needed individually.
一方、電装機器の着脱性を犠牲にして胴体内への無理な集中配置を行うと、組立て時やメンテナンス時に多大な労力が必要になるとともに、それらの作業時に配線の断線や接触不良等の二次的な不具合を招く恐れがある。また、電源線や信号線等の配線を無理に詰め込むことにより、ノイズ等の影響で予期し得ない不具合が発生する可能性がある。 On the other hand, forcibly concentrated placement in the fuselage at the expense of detachability of electrical equipment requires a great deal of labor during assembly and maintenance, as well as wiring breakage and poor contact during these operations. There is a risk of causing the following problems. In addition, if wiring such as a power supply line and a signal line is forcibly packed, an unexpected problem may occur due to noise or the like.
この発明は上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、この発明の人型ロボットの電装機器搭載構造は、人型ロボットに制御系電装機器を搭載する構造において、制御系の前記電装機器を機能毎に纏めてユニット化し、前記人型ロボットの胴体内に、前記ユニット化した制御系電装機器を集中搭載することを特徴とするものである。 An object of the present invention is to advantageously solve the above-described problems, and the electrical equipment mounting structure of a humanoid robot according to the present invention is a structure in which a control electrical equipment is mounted on a humanoid robot. The electrical equipment is grouped into units for each function, and the unitized control system electrical equipment is centrally mounted in the body of the humanoid robot.
かかるこの発明の人型ロボットの電装機器搭載構造によれば、人型ロボットの胴体内にユニット化した制御系電装機器を集中搭載しているので、バックパックを不要とし得て、バックパックによる人型ロボットの歩行性能や全身運動機能への制限をなくすことができるとともに、人型ロボットの外観意匠の自由度も高めることができる。 According to the electrical equipment mounting structure of the humanoid robot according to the present invention, since the control system electrical equipment is unitarily installed in the body of the humanoid robot, the backpack can be made unnecessary, and the person using the backpack can The restriction on the walking performance and the whole body movement function of the robot can be eliminated, and the degree of freedom of the appearance design of the humanoid robot can be increased.
また、運動性能が要求される脚や腕への電装機器の搭載を不要とし得て、取付け用ブラケット等も含めた慣性質量の増大を回避できるので、脚や腕の運動性能を高めることができ、さらに、発熱する電装機器について纏めて胴体に冷却手段を設置し得て、冷却手段の設置スペースを脚や腕に設ける必要性もなくすことができる。 In addition, it is possible to eliminate the need to mount electrical equipment on the legs and arms that require exercise performance, and to avoid the increase in inertial mass including mounting brackets, etc., so that the exercise performance of the legs and arms can be improved. Furthermore, it is possible to collectively install the cooling means on the body of the electrical equipment that generates heat, and to eliminate the need to provide a space for installing the cooling means on the legs and arms.
そして、機能毎に纏めてユニット化した制御系電装機器を人型ロボットの胴体内に集中搭載することから、組立て時やメンテナンス時の労力を僅かなものにできるとともに、それらの作業時に配線の断線や接触不良等の二次的な不具合の可能性を減らすことができ、また、電源線や信号線等の配線を無理に詰め込む必要がないので、ノイズ等の影響で予期し得ない不具合が発生する可能性をなくすことができる。 And since the control system electrical equipment that is unitized for each function is centrally mounted in the body of the humanoid robot, the labor at the time of assembly and maintenance can be reduced, and the wiring is disconnected during those operations. The possibility of secondary problems such as contact failure and contact failure can be reduced, and there is no need to force the wires such as power lines and signal lines to be packed. The possibility of doing can be eliminated.
なお、この発明の人型ロボットの電装機器搭載構造においては、前記胴体の少なくとも上半部のフレームを、前部中央開口部と、後部から左右側部に渡る後部左右開口部とを有する胴体外殻と、前記胴体外殻の前記各開口部を横切って延在し、両端部を前記胴体外殻に取り外し可能に結合されてその胴体外殻を補強する補強部材とを有するものとし、前記ユニット化した制御系電装機器を、前記胴体外殻の少なくとも内部に搭載することとしても良く、このようにすれば、胴体外殻内に電装機器の充分な搭載スペースを確保し得るとともに、補強部材の着脱により胴体フレームの剛性と電装機器の良好な搭載性(搭載作業のし易さ)および脱着性とを確保することができる。 In the electrical equipment mounting structure of the humanoid robot according to the present invention, at least the upper half frame of the torso has a front center opening and a rear left and right opening extending from the rear to the left and right sides. A unit that includes a shell and a reinforcing member that extends across each opening of the shell outer shell and that is detachably coupled to the shell outer shell to reinforce the shell outer shell. The control system electrical equipment that has been converted may be mounted at least inside the fuselage outer shell, and in this way, a sufficient mounting space for the electrical equipment can be secured in the fuselage outer shell, and the reinforcing member By attaching and detaching, it is possible to ensure the rigidity of the fuselage frame, good mountability (easy to mount) and detachability of the electrical equipment.
また、この発明の人型ロボットの電装機器搭載構造においては、前記ユニット化した制御系電装機器は、各基板上に実装したコネクタ同士を結合することで互いに接続した複数の基板を有するものとしても良く、このようにすれば、ユニットを構成する基板間の配線を別途に設ける必要がないので、ユニットをよりコンパクトに纏めることができる。 Further, in the electrical equipment mounting structure of the humanoid robot of the present invention, the unitized control system electrical equipment may have a plurality of boards connected to each other by coupling connectors mounted on each board. In this case, since it is not necessary to separately provide wiring between the substrates constituting the unit, the unit can be collected more compactly.
以下に、この発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図1および図2は、この発明の人型ロボットの電装機器搭載構造の一実施例の外観を示す分解斜視図および組立て状態の斜視図、図3(a),(b)は、上記実施例の電装機器搭載構造を示す平面図および正面図、図4(a),(b)は、上記実施例の電装機器搭載構造を示す、上記人型ロボットの左手側から見た側面図および背面図、図5(a),(b),(c)は、上記実施例の電装機器搭載構造におけるドライバ基板、ドライバユニットの組立て方法および組立てたドライバユニットをそれぞれ示す斜視図、そして図6(a),(b)は、上記人型ロボットの全体を示す正面図および側面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIGS. 1 and 2 are an exploded perspective view and an assembled perspective view showing an external appearance of an embodiment of the electrical equipment mounting structure of the humanoid robot of the present invention. FIGS. 3 (a) and 3 (b) FIG. 4A and FIG. 4B are side views of the humanoid robot as viewed from the left hand side, showing the electrical equipment mounting structure of the embodiment. 5A, 5B, and 5C are a perspective view showing a driver board, a driver unit assembling method, and an assembled driver unit in the electrical equipment mounting structure of the above embodiment, and FIG. (A), (b) is the front view and side view which show the whole said humanoid robot.
図6(a),(b)に示すように、上記人型ロボットは胴体1の下に二本の脚2を具え、それらの脚2で既知の方法により倒立振り子的に動的バランスをとりながら歩行するものである。この人型ロボットはまた、胴体1のロボット自身から見て左右に腕3を具えるとともに、胴体1上に頭4を具えている。
As shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), the humanoid robot has two
ここにおける胴体1は、腰の部分で互いに前後および左右回動可能に連結された上半部1aと下半部1bとからなり、この実施例の電装機器搭載構造はその胴体上半部1aに適用されたもので、この実施例では、図1〜図4に示すように、胴体上半部1aのフレームが、胴体外殻5と、前部補強部材としてのタワーバー6と、後部補強部材としての二本のパイプフレーム7とを具えてなり、図6に示すように前後二分割式の胴体上半部カバー8の内側に配置されている。
The
ここにおける胴体外殻5は、上方から見て略T字状をなすように、アルミニウム合金の鋳造で形成されており、前部の大部分を占める前部中央開口部5aと、後部から左右側部に渡る上方から見てL字状の後部左右開口部5b,5cとを有している。
The fuselage
また、ここにおけるタワーバー6は、アルミニウム合金の厚板から切削加工されたもので、両端部にボルト孔を有するとともに、中間部に後方へ送気する向きの二台の冷却ファン9とそれらに挟まれた斜め下方へ送気する向きの一台の冷却ファン9とを装着され、胴体外殻5の前部中央開口部5aを横切って左右方向に延在し、両端部をその前部中央開口部5aの両脇の、胴体外殻5の前部にボルトで取り外し可能に固定されて、その胴体外殻5の前部を補強している。
The tower bar 6 is cut from a thick plate made of an aluminum alloy. The tower bar 6 has bolt holes at both ends and two
そして、ここにおける二本のパイプフレーム7は各々、略L字状に曲げられていて、その前方端部には、直角に曲がった向きに固定パイプ7aが固着されており、その固定パイプ7aは、胴体外殻5の左右側部に形成された筒状の凹部内に嵌め合わされて、胴体外殻5の内側からその胴体外殻5に挿通されたボルトで胴体外殻5の左右側部に取り外し可能に固定されている。
Each of the two
また、ここにおける二本のパイプフレーム7は各々、その後方端部を胴体外殻5の後部へ向けられており、それらのパイプフレーム7の後方端部は各々、ボルトの締付けで縮径されるクランプ11を介して胴体外殻5の後部下端部に取り外し可能に固定され、これにより二本のパイプフレーム7は胴体外殻5の後部を補強している。
In addition, the two
かかる構成の胴体フレームに対して、この実施例の電装機器搭載構造では、図1〜図4に示すように、胴体外殻5のタワーバー6の上側にスピーカーパネル13が装着され、また胴体外殻5内には、それぞれ三枚または五枚のモータドライバ基板が纏められた四つのモータドライバユニット14が収納され、胴体外殻5の後部の横には無線LANユニット15が装着され、胴体外殻5の後部内には三軸ジャイロと三軸加速度センサとが一体化された姿勢センサユニット16が収納され、胴体外殻5の前部と後部の間には後部ドライバユニット17が搭載され、さらに胴体外殻5の後部の両横には視覚制御系および動作演算系の多数のコンピュータ基板が纏められた二つのコンピュータユニット18が装着されている。
In the electrical equipment mounting structure of this embodiment, the
図5は、五枚のモータドライバ基板14aが纏められた上記モータドライバユニット14の構成を示しており、ここで、各モータドライバ基板14aは、図5(a)に示すように、そのプリント基板上にアルミニウム合金や銅板等の熱伝導性の良い金属板からなる断面コ字状の放熱版14bを配置されており、各モータドライバ基板14aのプリント基板上に半田付けによって実装されたFET等の複数の発熱性素子14cはその放熱版14bに各々小ねじによって密接固定されてそこに放熱し、放熱版14bは各発熱性素子14cからの熱を広い放熱面積によって効率的に放散させる。五枚のモータドライバ基板14aは、図5(b)に示すように、スペーサ14dと小ねじ14eとによって互いに一体的に結合され、次いで各モータドライバ基板14a上に実装された図示しないコネクタを配線用基板14f上に実装されたコネクタ14gに結合することで、それぞれ配線用基板14fに接続され、そして一部のスペーサ14dに設けられた雌ねじに配線用基板14fを介して小ねじ14eを締込むことで、図5(c)に示すように、配線用基板14fに一体的に固定されている。
FIG. 5 shows the configuration of the
このようにしてこの実施例の電装機器搭載構造では、上記モータドライバユニット14を含む各ユニットにおける基板間の接続の多くが、各基板上に実装したコネクタ同士を結合することで、或いは各基板上に実装したコネクタを主に配線用基板上に実装したコネクタに結合することで行われて、基板間の接続の確実性が高められている。また、各プリント基板と断面コ字状の放熱版14bとを、プリント基板上に半田付けによって実装されるとともに小ねじ14eによって放熱版14bに固定された複数の発熱性素子14cを介して強固に結合しているので、多層プリント基板等を用いた場合でもプリント基板毎の剛性を確保することができ、ユニットとしても高い剛性を確保して衝撃等に対し安定して作動することができる。
Thus, in the electrical equipment mounting structure of this embodiment, many of the connections between the boards in each unit including the
一方、この実施例の電装機器搭載構造では、図1〜図4に示すように、胴体下半部1bのフレーム12が、正面から見て略逆T字状をなすようにアルミニウム合金の鋳造で形成されており、T字の腕の部分に相当する左右側部は、二つのバッテリユニット19の搭載場所とされ、それらのバッテリユニット19も各々、電装機器としての複数のバッテリセルをブラケットで纏めて一体化させたものとされている。
On the other hand, in the electrical equipment mounting structure of this embodiment, as shown in FIGS. 1 to 4, the
かかる実施例の人型ロボットの電装機器搭載構造によれば、人型ロボットの胴体1の胴体上半部1a内に制御系電装機器のユニット14〜18を集中搭載するとともに、胴体下半部1b内に二つのバッテリユニット19を集中搭載しているので、バックパックを不要とし得て、バックパックによる人型ロボットの歩行性能や全身運動機能への制限をなくすことができるとともに、人型ロボットの外観意匠の自由度も高めることができる。
According to the electrical equipment mounting structure of the humanoid robot of this embodiment, the
また、運動性能が要求される脚2や腕3への電装機器の搭載を不要とし得て、取付け用ブラケット等も含めた慣性質量の増大を回避できるので、脚2や腕3の運動性能を高めることができ、さらに、発熱する電装機器について纏めて胴体1に冷却ファン9を設置し得て、冷却ファンの設置スペースを脚2や腕3に設ける必要性もなくすことができる。
In addition, it is possible to eliminate the need for mounting electrical equipment on the
そして、機能毎に纏めてユニット14〜18とした制御系電装機器を人型ロボットの胴体1内に集中搭載することから、組立て時やメンテナンス時の労力を僅かなものにできるとともに、それらの作業時に配線の断線や接触不良等の二次的な不具合の可能性を減らすことができ、また、電源線や信号線等の配線を無理に詰め込む必要がないので、ノイズ等の影響で予期し得ない不具合が発生する可能性をなくすことができる。
And since the control system electrical equipment which is united by
さらに、この実施例の人型ロボットの電装機器搭載構造によれば、胴体1の上半部1aのフレームを、前部中央開口部5aと、後部から左右側部に渡る後部左右開口部5b、5cとを有する胴体外殻5と、その胴体外殻5の各開口部5a〜5cをそれぞれ横切って延在し、両端部を胴体外殻5に取り外し可能に結合されてその胴体外殻5を補強するタワーバー6および二本のパイプフレーム7とを有するものとし、制御系電装機器のユニット14〜18を、胴体外殻5の内部および側部に搭載するから、胴体外殻5内に電装機器の充分な搭載スペースを確保し得るとともに、タワーバー6および二本のパイプフレーム7の着脱により胴体フレームの剛性と電装機器の良好な搭載性(搭載作業のし易さ)および脱着性とを確保することができる。
Furthermore, according to the electrical equipment mounting structure of the humanoid robot of this embodiment, the frame of the
さらに、この実施例の人型ロボットの電装機器搭載構造によれば、制御系電装機器のユニットは、各基板上に実装したコネクタ同士を結合することで互いに接続した複数の基板を有しているから、ユニットを構成する基板間の配線を別途に設ける必要がないので、ユニットをよりコンパクトに纏めることができる。 Further, according to the electrical equipment mounting structure of the humanoid robot of this embodiment, the unit of the control system electrical equipment has a plurality of boards connected to each other by coupling connectors mounted on the boards. Therefore, since it is not necessary to separately provide wiring between the substrates constituting the unit, the unit can be gathered more compactly.
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上記例に限定されるものでなく、例えば、この発明の電装機器搭載構造は、人型ロボットの胴体全体に制御系電装機器を搭載する構成としてもよい。また、バッテリについてはセルに分散して搭載しても良い。 As mentioned above, although demonstrated based on the example of illustration, this invention is not limited to the said example, For example, the electrical equipment mounting structure of this invention is as a structure which mounts control system electrical equipment on the whole body of a humanoid robot. Also good. Further, the battery may be distributed and mounted in the cells.
かくしてこの発明の人型ロボットの電装機器搭載構造によれば、バックパックを不要とし得て、バックパックによる人型ロボットの歩行性能や全身運動機能への制限をなくすことができるとともに、人型ロボットの外観意匠の自由度も高めることができ、また運動性能が要求される脚や腕への電装機器の搭載を不要とし得て、取付け用ブラケット等も含めた慣性質量の増大を回避できるので、脚や腕の運動性能を高めることができ、さらに、発熱する電装機器について纏めて胴体に冷却手段を設置し得て、冷却手段の設置スペースを脚や腕に設ける必要性もなくすことができ、また、組立て時やメンテナンス時の労力を僅かなものにできるとともに、それらの作業時に配線の断線や接触不良等の二次的な不具合の可能性を減らすことができ、そして、ノイズ等の影響で予期し得ない不具合が発生する可能性をなくすことができる。 Thus, according to the electrical equipment mounting structure of the humanoid robot of the present invention, the backpack can be made unnecessary, the restriction on the walking performance and the whole body movement function of the humanoid robot by the backpack can be eliminated, and the humanoid robot The degree of freedom of the exterior design can be increased, and it is possible to eliminate the need for mounting electrical equipment on legs and arms that require exercise performance, and it is possible to avoid an increase in inertial mass including mounting brackets, etc. The performance of the legs and arms can be improved, and the cooling means can be installed on the body of the electrical equipment that generates heat, eliminating the need to provide space for the cooling means on the legs and arms, In addition, the labor at the time of assembly and maintenance can be reduced, and the possibility of secondary problems such as disconnection of wiring and poor contact at the time of those operations can be reduced. To, defects that can not be expected by the influence of noise or the like can be eliminated can occur.
1 胴体
1a 胴体上半部
1b 胴体下半部
2 脚
3 腕
4 頭
5 胴体外殻
5a 前部中央開口部
5b 後部左開口部
5c 後部右開口部
6 タワーバー
7 パイプフレーム
7a 固定パイプ
8 胴体上半部カバー
9 冷却ファン
11 クランプ
12 胴体下半部用フレーム
13 スピーカーパネル
14 モータドライバユニット
14a モータドライバ基板
14b 放熱版
14c 発熱性素子
14d スペーサ
14e 小ねじ
14f 配線用基板
14g コネクタ
15 無線LANユニット
16 姿勢センサユニット
17 後部ドライバユニット
18 コンピュータユニット
19 バッテリユニット
DESCRIPTION OF
Claims (3)
制御系の前記電装機器を機能毎に纏めてユニット化し、
前記人型ロボットの胴体内に、前記ユニット化した制御系電装機器を集中搭載することを特徴とする、人型ロボットの電装機器搭載構造。 In the structure where electrical equipment is mounted on a humanoid robot,
Unitize the electrical equipment of the control system for each function,
An electrical equipment mounting structure for a humanoid robot, wherein the unitized control system electrical equipment is centrally mounted in the body of the humanoid robot.
前記ユニット化した制御系電装機器を、前記胴体外殻の少なくとも内部に搭載することを特徴とする、請求項1記載の人型ロボットの電装機器搭載構造。 A frame of at least the upper half of the fuselage extends across the opening of the fuselage shell having a front center opening and a rear left and right opening extending from the rear to the left and right sides, and the openings of the fuselage shell. And having a reinforcing member that is detachably coupled to the shell outer shell at both ends and reinforces the shell outer shell,
2. The electrical equipment mounting structure for a humanoid robot according to claim 1, wherein the unitized control system electrical equipment is mounted at least inside the body shell.
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