JP2005161443A - 人型ロボットのバッテリ搭載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】複数個のバッテリセルの占有スペースを小さくし、また複数個のバッテリセルの放熱およびガス抜きを可能にし、そして、人型ロボットが少量生産に留まってもコスト的に安価に抑えることができるようにすることにある。
【解決手段】人型ロボットにバッテリを搭載する構造において、複数個のバッテリセル２０，２１と、それら複数個のバッテリセル２０，２１が纏まった状態でそれらのバッテリセル２０，２１の両端部をそれぞれ収用する二個の端部ケース２２と、それら二個の端部ケース２２をそれらの端部ケース２２間を密封せずに互いに連結する連結部材２３と、を具えてなるバッテリユニット１６を一個または複数個、前記人型ロボットの胴体内に搭載することを特徴とする、人型ロボットのバッテリ搭載構造である。
【選択図】図５

Description

この発明は、人型ロボットに関節駆動用モータや制御系電装機器等を作動させるバッテリを搭載する構造に関するものである。

人型ロボットをある程度の時間、搭載バッテリだけで稼動させるには、かなりの量のバッテリを搭載しなければならない。従来は、市販されているバッテリユニットをロボットの仕様に合わせて複数個搭載するか、もしくはある程度の数生産されるロボットについては金型等で専用ケースを製作してその中にバッテリを収納するといった方法が取られていた（例えば、特許文献１参照）。

また、相当量のバッテリを搭載する際、重量物であるバッテリは従来、複数の通常のボルトによって固定したり（例えば、特許文献２参照）、市販のファスナ（着脱が容易な装着具）を利用して固定したり、あるいは市販のバッテリユニット（通常、取り付け穴などは開いていない）を複数個固定する場合はベルクロテープ等を利用して固定したりしていた。
特開２００２−１２０１７２号公報 特開２００１−１２９７７５号公報

しかしながら、市販されているバッテリユニットを複数個搭載する場合、各々にケースや配線、コネクタが存在し、占有スペースが大きくなってしまう。また市販バッテリユニットは、個々では発熱やガス抜きに対し保証されているが、複数個密着させて使用した場合はその限りではない。そして、人型ロボット自体は少量生産に留まる為、専用ケースを金型等で製作するとコスト的に割高となってしまう可能性があった。

また、ボルトによる固定は確実に固定できるが、専用の工具が必要となり取り扱い性が悪いという問題があった。一方、着脱性に優れた市販ファスナはそれ自体が大きい場合が多い。そしてベルクロテープ等による固定では確実性に乏しいという問題があった。

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バッテリ搭載構造は、人型ロボットにバッテリを搭載する構造において、複数個のバッテリセルと、前記複数個のバッテリセルが纏まった状態でそれらのバッテリセルの両端部をそれぞれ収用する二個の端部ケースと、前記二個の端部ケースをそれらの端部ケース間を密封せずに互いに連結する連結部材と、を具えてなるバッテリユニットを一個または複数個、前記人型ロボットの胴体内に搭載することを特徴とするものである。

かかる人型ロボットのバッテリ搭載構造によれば、複数個のバッテリセルが纏まった状態でそれらのバッテリセルの両端部を二個の端部ケースがそれぞれ収用し、連結部材が前記二個の端部ケースをそれらの端部ケース間を密封せずに互いに連結して構成されたバッテリユニットを一個または複数個、人型ロボットの胴体内に搭載するから、複数個のバッテリセルが纏まっているので占有スペースが小さくて済み、また複数個のバッテリセルを開放状態で纏めているので放熱およびガス抜きを自然に行わせることができ、そして、人型ロボットが少量生産に留まっても、端部ケースは深さが小さくて済むため切削加工等で容易に製作し得るので、コスト的に安価に抑えることができる。

なお、この発明の人型ロボットのバッテリ搭載構造においては、前記端部ケースは、アルミニウム合金製であっても良く、このようにすれば、熱伝導が良いのでバッテリセルの熱を効率的に放散し得るとともに、加工性が良いので端部ケースの生産コストもより安価に抑えることができる。

また、この発明の人型ロボットのバッテリ搭載構造においては、前記バッテリユニットは、前記人型ロボットの胴体フレームに、位置決めピンで位置決めされてローレットボルトで着脱自在に固定されていても良く、このようにすれば、特に工具を用いることなく人手で容易にバッテリユニットを胴体フレームに対し着脱することができる。

そして、この発明の人型ロボットのバッテリ搭載構造においては、前記バッテリユニット側の配線と前記人型ロボットの胴体フレーム側の配線とは、浮動支持型コネクタを介して接続されていても良く、このようにすれば、バッテリユニットの着脱時のコネクタ同士の挿脱を容易に行い得て、人型ロボットの胴体フレーム側に対するバッテリユニットの機械的結合と電気的接続とを同時に行うことができる。

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は、この発明の人型ロボットのバッテリ搭載構造の一実施例と併せて制御系電装機器搭載構造を示す分解斜視図、図２は、その実施例の人型ロボットのバッテリ搭載構造を拡大して示す分解斜視図、図３（ａ），（ｂ）は、上記実施例のバッテリ搭載構造を適用した人型ロボットの全体を示す正面図および側面図、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、上記実施例のバッテリ搭載構造におけるバッテリユニットの一つを示す平面図，側面図および正面図、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図４に示すバッテリユニットの分解斜視図および左右のバッテリユニットの外観をそれぞれ示す斜視図、そして図６は、上記実施例の人型ロボットのバッテリ搭載構造を二個のバッテリユニットの搭載状態で示す斜視図である。

図３（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。

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、この実施例のバッテリ搭載構造は、その胴体下半部１ｂに適用されたものである。すなわちこの人型ロボットでは、胴体上半部１ａのフレームは、図１に示すように、胴体外殻５と、前部補強部材としての着脱可能なタワーバー６と、後部補強部材としての着脱可能な二本のパイプフレーム７とを具えてなり、図３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。

そして上記構成の胴体フレームに対しては、図１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。なお、図中符号９は冷却ファンを示す。

しかしてこの実施例のバッテリ搭載構造では、図１および図２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、何れも容易に着脱可能な図３に示す如き胴体下半部前カバー１０と尻カバー１１との内側に配置されており、そのフレーム１２の、Ｔ字の腕の部分に相当する左右側部は、二個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は各々、後述のように複数のバッテリセル２０，２１を二個の端部ケース２２で纏めて一体化させている。

すなわち、ここにおける左右二個のバッテリユニット１９は、図５（ｂ），（ｃ）に示す如く、後述する固定用ブラケット２６の向きが異なる以外は互いに同一の構成を具えるもので、図４および図５（ａ），（ｃ）にロボットから見て左側のものについて代表で示すように、複数個（図５では三個の厚型バッテリセル２０が縦置きに並び、それらの上に一個の薄型バッテリセル２１が横置きに載せられた計四個）のバッテリセル２０，２１と、それら複数個のバッテリセル２０，２１が図示のように纏まった状態でそれらのバッテリセル２０，２１の両端部をそれぞれ収用する、アルミニウム合金素材から例えば切削加工で形成された二個の端部ケース２２と、それら二個の端部ケース２２をそれらの端部ケース２２間を密封せずに互いに連結する連結部材としての四本の連結ロッド２３とを具えてなり、二個の端部ケース２２は四本の連結ロッド２３の両端部にそれぞれボルト２４で着脱可能に固定されている。

そして、片方（図４（ａ），（ｂ）では右側、図５（ａ）では手前側）の端部ケース２２には、通気用の大きな孔が開けられるとともに内部にもう一個の小型バッテリセル２５が収納された厚い端部パネル２６が上記ボルト２４で固定され、その端部パネル２６の側部には端部ケース２２から横向きに突出するように、フレーム１２への固定用のブラケット２７が装着されている。また、もう片方（図４（ａ），（ｂ）では左側、図５（ａ）では奥側）の端部ケース２２には、通気用のスリットが開けられた薄い端部パネル２８が上記ボルト２４で固定され、その端部パネル２８には、上記バッテリセル２０，２１，２５からの配線が接続されたコネクタ２９が固定されるとともに、後述するフレーム１２側の位置決めピンと嵌まり合う複数の位置決め孔２８ａが設けられている。

さらにこの実施例では、図１および図２に示すように、胴体下半部１ｂのフレーム１２の、Ｔ字の腕の部分に相当する左右側部の奥の位置に、二本の位置決めピン３０が突設されるとともに、上記コネクタ２９と嵌合するコネクタ３１が、バッテリユニット１９の着脱時のコネクタ２９，３１同士の挿脱を容易にするため多少動けるように浮動支持されており、そのコネクタ３１は、先に述べた胴体上半部１ａのフレームに搭載された電装機器からの配線に接続されている。また、フレーム１２の、Ｔ字の軸の部分に相当する中央部の手前の位置に二つの雌ねじ１２ａが設けられており、それらの雌ねじ１２ａには、左右二個のバッテリユニット１９の固定用のローレットボルト（手回し可能な大きな頭部を持ち、その頭部の周囲に滑り止めのローレット加工が施されたボルト）３２と螺合することができる。

かかる実施例の人型ロボットのバッテリ搭載構造にあっては、図１および図２に示すように、左右二個のバッテリユニット１９のそれぞれの端部パネル２８の複数の位置決め孔２８ａのうちの二つに、フレーム１２の側部の奥に位置する二本の位置決めピン３０を嵌め合わせるとともに、その端部パネル２８のコネクタ２９にフレーム１２の側部の奥に位置するコネクタ３１を嵌め合わせてから、左右二個のバッテリユニット１９のそれぞれの固定用ブラケット２７のボルト孔２７ａに挿通したローレットボルト３２をフレーム１２の中央部の雌ねじ１２ａに手回しで螺着することで、図６に示すように、フレーム１２の左右側部に左右二個のバッテリユニット１９をそれぞれ搭載することができ、また上記と逆の手順によって、フレーム１２の左右側部から左右二個のバッテリユニット１９をそれぞれ取り外すことができる。

従って、この実施例の人型ロボットのバッテリ搭載構造によれば、複数個のバッテリセル２０，２１が纏まった状態で、それらのバッテリセル２０，２１の両端部を二個の端部ケース２２がそれぞれ収用し、一方の端部ケース２２に設けられた端部パネル２６もバッテリセル２５を収用し、四本の連結ロッド２３が二個の端部ケース２２をそれらの端部ケース２２間を密封せずに互いに連結して構成されたバッテリユニット１６を二個、人型ロボットの胴体１の下半部１ｂ内に搭載するから、複数個のバッテリセル２０，２１，２５が纏まっているので占有スペースが小さくて済み、また複数個のバッテリセル２０，２１，２５を開放状態で纏めているので放熱およびガス抜きを自然に行わせることができ、そして、人型ロボットが少量生産に留まっても、端部ケース２２は深さが小さくて済むため切削加工等で容易に製作し得るので、コスト的に安価に抑えることができる。

さらに、この実施例の人型ロボットのバッテリ搭載構造によれば、端部ケース２２はアルミニウム合金製であるから、熱伝導が良いのでバッテリセル２０，２１，２５の熱を効率的に放散し得るとともに、加工性が良いので端部ケース２２の生産コストもより安価に抑えることができる。

また、この実施例の人型ロボットのバッテリ搭載構造によれば、バッテリユニット１６は、人型ロボットの胴体下半部１ｂのフレーム１２に、位置決めピン３０で位置決めされてローレットボルト３２で着脱自在に固定されているから、特に工具を用いることなく人手で容易にバッテリユニット１６を胴体下半部１ｂのフレーム１２に対し着脱することができる。

そして、この実施例の人型ロボットのバッテリ搭載構造によれば、バッテリユニット１６側の配線と人型ロボットの胴体下半部１ｂのフレーム１２側の配線とは、固定支持型コネクタ２９と浮動支持型コネクタ３１とを介して接続されているから、バッテリユニット１９の着脱時のコネクタ２９，３１同士の挿脱を容易に行い得て、人型ロボットの胴体下半部１ｂのフレーム１２側に対するバッテリユニット１６の機械的結合と電気的接続とを同時に行うことができる。

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、人型ロボットの胴体上半部１ａにバッテリユニット１６を搭載する構成としてもよい。また、端部カバー２２は鋳造で形成しても良く、連結ロッド２３に替えて板状の連結部材を用いても良い。そしてバッテリユニット１６を構成するバッテリセルの種類や数は所要に応じて適宜変更しても良く、またバッテリユニット１６の数も所要に応じて適宜変更しても良い。

かくしてこの発明の人型ロボットのバッテリ搭載構造によれば、複数個のバッテリセルが纏まっているので占有スペースが小さくて済み、また複数個のバッテリセルを開放状態で纏めているので放熱およびガス抜きを自然に行わせることができ、そして、人型ロボットが少量生産に留まっても、端部ケースは深さが小さくて済むため切削加工等で容易に製作し得るので、コスト的に安価に抑えることができる。

この発明の人型ロボットのバッテリ搭載構造の一実施例と併せて制御系電装機器搭載構造を示す分解斜視図である。 上記実施例の人型ロボットのバッテリ搭載構造を拡大して示す分解斜視図である。 （ａ），（ｂ）は、上記実施例のバッテリ搭載構造を適用した人型ロボットの全体を示す正面図および側面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、上記実施例のバッテリ搭載構造におけるバッテリユニットの一つを示す平面図，側面図および正面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、図４に示すバッテリユニットの分解斜視図および、左右のバッテリユニットの外観をそれぞれ示す斜視図である。 上記実施例の人型ロボットのバッテリ搭載構造を二個のバッテリユニットの搭載状態で示す斜視図である。

符号の説明

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
６ タワーバー
７ パイプフレーム
８ 胴体上半部カバー
９ 冷却ファン
１０ 胴体下半部前カバー
１１ 尻カバー
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
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
２０，２１，２５ バッテリセル
２２ 端部ケース
２３ 連結ロッド
２４ ボルト
２６ 端部パネル
２７ ブラケット
２７ａ ボルト孔
２８ 端部パネル
２８ａ位置決め孔
２９，３１ コネクタ
３０ 位置決めピン
３２ ローレットボルト

Claims (4)

1. 人型ロボットにバッテリを搭載する構造において、
   複数個のバッテリセルと、
   前記複数個のバッテリセルが纏まった状態でそれらのバッテリセルの両端部をそれぞれ収用する二個の端部ケースと、
   前記二個の端部ケースをそれらの端部ケース間を密封せずに互いに連結する連結部材と、
   を具えてなるバッテリユニットを一個または複数個、前記人型ロボットの胴体内に搭載することを特徴とする、人型ロボットのバッテリ搭載構造。
2. 前記端部ケースは、アルミニウム合金製であることを特徴とする、請求項１記載の人型ロボットのバッテリ搭載構造。
3. 前記バッテリユニットは、前記人型ロボットの胴体フレームに、位置決めピンで位置決めされてローレットボルトで着脱自在に固定されていることを特徴とする、請求項１または２記載の人型ロボットのバッテリ搭載構造。
4. 前記バッテリユニット側の配線と前記人型ロボットの胴体フレーム側の配線とは、浮動支持型コネクタを介して接続されていることを特徴とする、請求項１から３までの何れか記載の人型ロボットのバッテリ搭載構造。

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