JP2005262392A - 人型ロボットの電装機器冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】バックパックを不要として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とともに人型ロボットの外観意匠の自由度を高め、また少ない数の冷却ファンで制御系電装機器を効率的に冷却して省スペース、省電力および軽量化に資することにある。
【解決手段】人型ロボットに搭載した制御系電装機器を冷却する構造において、人型ロボットの胴体１の上半部１ａ内に制御系電装機器７〜１１を搭載するとともに、その胴体上半部１ａ内の側部に前記制御系電装機器に含まれる高発熱量熱源要素の一部であるＣＰＵを配置してそこに放熱板１０ａを設け、胴体上半部１ａ内の後部にその胴体上半部１ａ内の前方から後方へ冷却風Ｆを通流させる冷却ファン６を設けるとともに、その胴体上半部１ａ内の後部の冷却ファン６の排気の全部を胴体上半部１ａ内の側部のＣＰＵの放熱板１０ａを通して胴体上半部１ａの開口部５ａに導く冷却風ダクト１２および冷却風案内板１３を設けたことを特徴とする、人型ロボットの電装機器冷却構造である。
【選択図】図２

Description

この発明は、人型ロボットに搭載したモータ駆動回路（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冷却する構造に関するものである。

人型ロボットにおける制御系電装機器（モータを除く）の配置としては従来、例えば、人型ロボットの胴体に背負わせたバックパックの中に制御系電装機器を集中的に配置したり(特許文献１参照)、脚や腕に制御系電装機器を分散させて格納したりするものが知られている。
特開２００２−１５４０８３号公報

しかしながら、胴体にバックパック等の大きな突出部を設けた場合、重心位置が後方に寄るとともにその大きな突出部が邪魔になって、人型ロボットの歩行性能に大きな制限を加える他、転倒時や起上り時等の全身運動機能にも大きな制限を加える可能性があり、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。

また、運動性能が要求される脚や腕に電装機器を分散させて搭載すると、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とともに、電装機器への冷却手段の設置が脚や腕に対して個々に必要となるという問題がある。

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冷却構造は、人型ロボットに搭載した制御系電装機器を冷却する構造において、前記人型ロボットの胴体内に前記制御系電装機器を搭載するとともに、前記胴体内の側部に前記制御系電装機器に含まれる高発熱量熱源要素の少なくとも一部を配置してその高発熱量熱源要素に放熱手段を設け、前記胴体内の少なくとも後部にその胴体内の前方から後方へ冷却風を通流させる冷却ファンを設けるとともに、前記胴体内の後部の冷却ファンの排気の少なくとも一部を前記胴体内の側部の高発熱量熱源要素の放熱手段を通して前記胴体の排気口に導く冷却風案内手段を設けたことを特徴とするものである。

かかるこの発明の人型ロボットの電装機器冷却構造によれば、人型ロボットの胴体内に制御系電装機器を搭載して、その制御系電装機器を、胴体内の少なくとも後部に設けた冷却ファンが胴体内の前方から後方へ通流させる冷却風で集中的に冷却しているので、制御系電装機器を搭載する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。そして、人型ロボットの前方への歩行によっても胴体前面に生ずるラム圧で胴体内の前方から後方へ通流する冷却風が生じ得るので、冷却ファンを小型のものとすることができる。

しかもこの発明の人型ロボットの電装機器冷却構造によれば、冷却風案内手段が、胴体内の後部の冷却ファンの排気の少なくとも一部を、胴体内の側部に配置した中央処理ユニット（ＣＰＵ）等の高発熱量熱源要素に設けた放熱板やラジエタ等の放熱手段を通して、その排気よりも高温の高発熱量熱源要素の冷却に用いた後に、胴体の例えば側部等の排気口に導いて胴体外に排出するので、少ない数の冷却ファンで制御系電装機器を効率的に冷却し得て、省スペース、省電力および軽量化に資することができる。

なお、この発明の人型ロボットの電装機器冷却構造においては、前記胴体内の後部に前記冷却ファンを一または複数設け、前記胴体内の後部の一または複数の冷却ファンが、排気の一部を前記胴体の後部の排気口から排出する、すなわち一つまたは複数の冷却ファンがそれぞれ排気の一部を胴体の後部の排気口から排出する一方で排気の残りを冷却風案内手段に送るか、または複数の冷却ファンの一部が排気を胴体の後部の排気口から排出する一方で残りの冷却ファンが排気を冷却風案内手段に送るようにしても良く、このようにすれば、胴体内からの冷却風の排気効率が向上するので、胴体内に搭載した制御系電装機器をより良く冷却することができる。

また、この発明の人型ロボットの電装機器冷却構造においては、前記制御系電装機器に含まれる高発熱量熱源要素の一部であって前記胴体内の側部から離れて位置する高発熱量熱源要素が発生させる熱を前記胴体内の側部の高発熱量熱源要素の放熱手段へ移動させるヒートパイプや冷却水循環系や熱伝導部材等の熱移動手段を設けても良く、このようにすれば、制御系電装機器に含まれる高発熱量熱源要素の配置の自由度を高めることができる。

さらに、この発明の人型ロボットの電装機器冷却構造においては、前記胴体内の前部にその胴体内の前方から後方へ冷却風を通流させる冷却ファンを設けても良く、このようにすれば、胴体内への冷却風の吸気効率が向上するので、胴体内に搭載した制御系電装機器をより良く冷却することができる。

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および図２は、この発明の人型ロボットの電装機器冷却構造の一実施例を側方および上方からそれぞれ見た状態で示す説明図、そして図３（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。

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、この実施例の電装機器冷却構造はその胴体上半部１ａに適用されたものである。すなわち、胴体上半部１ａは、図３に示すように前後二分割式の胴体上半部カバー５を具えており、この実施例の電装機器冷却構造では、その胴体上半部カバー５の前部および左右側部に、胴体上半部カバー５内への冷却風の取り入れおよび胴体上半部カバー５外への冷却風の排出のために開口部５ａが適宜設けられているとともに、その胴体上半部１ａ内の後部の位置に、図１および図２に示すように、前方から吸気して後方へ排気する向きの一台の冷却ファン６が装着されている。

また、この実施例の電装機器冷却構造では、図１および図２に示すように、上記胴体上半部１ａ内の前部の左右に、多数のモータドライバ基板が纏められた制御系電装機器としての二つのモータドライバユニット７が収納され、またその胴体上半部１ａ内の後部の中央部に、胴体１の姿勢や動きを検出する制御系電装機器としてのセンサユニット８が収納され、さらに胴体上半部１ａ内の後部の左右に、制御系電装機器としての制御ユニット９が収納され、さらに胴体上半部１ａ内の後部の左右の最も外側に、制御系電装機器としての視覚制御系および動作演算系の二つのコンピュータユニット１０がそれぞれ収納され、それらのコンピュータユニット１０が持つ、制御系電装機器に含まれる高発熱量熱源要素の一部としての中央処理ユニット（ＣＰＵ）に放熱手段としての放熱板１０ａが設けられ、さらに胴体上半部１ａ内の下部中央部に、制御系電装機器としての電源ボード１１が収納されている。

そしてこの実施例の電装機器冷却構造では、図１および図２に示すように、胴体上半部カバー５内の後部に位置する上記冷却ファン６の排気口から左右に延びて二つのコンピュータユニット１０の中央処理ユニット（ＣＰＵ）の放熱板１０ａに向かう、冷却風案内手段としての二本の冷却風ダクト１２と、それらの放熱板１０ａを通った冷却風を胴体上半部カバー５の左右側部の開口部５ａへ導く、これも冷却風案内手段としての湾曲した二枚の冷却風案内板１３とが、胴体上半部１ａ内にそれぞれ設けられている。

かかる実施例の人型ロボットの電装機器冷却構造によれば、人型ロボットの胴体上半部１ａ内に制御系電装機器７〜１１を集中搭載して、それらの制御系電装機器７〜１１を、胴体上半部１ａ内の後部に設けた冷却ファン６が胴体上半部１ａ内の前方から後方へ通流させる冷却風Ｆで集中的に冷却しているので、制御系電装機器を搭載する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。そして、人型ロボットの前方への歩行によっても胴体前面に生ずるラム圧で胴体上半部１ａ内の前方から後方へ通流する冷却風Ｆが生じ得るので、冷却ファン６を小型のものとすることができる。

しかもこの実施例の人型ロボットの電装機器冷却構造によれば、二本の冷却風ダクト１２が、胴体上半部１ａ内の後部の冷却ファン６の排気の全部を、胴体上半部１ａ内の両側部に配置した中央処理ユニット（ＣＰＵ）に設けた放熱板１０ａを通して、その排気よりも高温のＣＰＵの冷却に用い、その後にその冷却風Ｆを二枚の冷却風案内板１３が、胴体上半部１ａの両側部の開口部５ａに導いてそこから胴体１外に排出するので、一つの冷却ファン６で制御系電装機器７〜１１を効率的に冷却し得て、省スペース、省電力および軽量化に資することができる。

図４および図５は、この発明の人型ロボットの電装機器冷却構造の他の一実施例を側方および上方からそれぞれ見た状態で示す説明図であり、この実施例は、制御系電装機器に含まれる高発熱量熱源要素の一部であって胴体上半部１ａ内の側部から離れて位置する高発熱量熱源要素である、電源ボード１１上の図示しないスイッチング素子が発生させる熱を胴体上半部１ａ内の両側部に配置したＣＰＵに放熱手段として設けた放熱板１０ａへ移動させる熱移動手段としての二本の通常のヒートパイプ１４が胴体上半部１ａ内に設けられている点が先の実施例と異なっており、他の点は先の実施例と同様に構成されている。

かかる実施例の人型ロボットの電装機器冷却構造によれば、先の実施例と同様の作用効果が得られるのに加えて、制御系電装機器に含まれる高発熱量熱源要素の一部であるスイッチング素子を持つ電源ボード１１の配置の自由度を高めることができる。

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、この発明の電装機器冷却構造は、人型ロボットの胴体全体に搭載した制御系電装機器を冷却する構成としてもよい。また、胴体内の後部に冷却ファンを一または複数設け、その一つまたは複数の冷却ファンがそれぞれ排気の一部を胴体の後部の排気口から排出する一方で排気の残りを冷却風案内手段に送るか、または複数の冷却ファンの一部が排気を胴体の後部の排気口から排出する一方で残りの冷却ファンが排気を冷却風案内手段に送るようにしても良く、さらに胴体内の前部にも、胴体内の前方から後方へ冷却風を通流させる冷却ファンを追加して設けても良い。さらに、冷却風案内手段が高発熱量熱源要素の放熱手段を通して冷却風を導く排気口は、胴体後部等に位置していても良い。

かくしてこの発明の人型ロボットの電装機器冷却構造によれば、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、そして胴体前面に生ずるラム圧を利用し得て、冷却ファンを小型のものとすることができる。

しかもこの発明の人型ロボットの電装機器冷却構造によれば、少ない数の冷却ファンで制御系電装機器を効率的に冷却し得て、省スペース、省電力および軽量化に資することができる。

この発明の人型ロボットの電装機器冷却構造の一実施例を側方から見た状態で示す説明図である。 上記実施例の人型ロボットの電装機器冷却構造を上方から見た状態で示す説明図である。 （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。 この発明の人型ロボットの電装機器冷却構造の他の一実施例を側方から見た状態で示す説明図である。 上記他の実施例の人型ロボットの電装機器冷却構造を上方から見た状態で示す説明図である。

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 胴体上半部カバー
５ａ 開口部
６ 冷却ファン
７ モータドライバユニット
８ センサユニット
９ 制御ユニット
１０ コンピュータユニット
１０ａ 放熱板
１１ 電源ボード
１２ 冷却風ダクト
１３ 冷却風案内板
１４ ヒートパイプ
Ｆ 冷却風

Claims (4)

1. 人型ロボットに搭載した制御系電装機器を冷却する構造において、
   前記人型ロボットの胴体内に前記制御系電装機器を搭載するとともに、
   前記胴体内の側部に前記制御系電装機器に含まれる高発熱量熱源要素の少なくとも一部を配置してその高発熱量熱源要素に放熱手段を設け、
   前記胴体内の少なくとも後部にその胴体内の前方から後方へ冷却風を通流させる冷却ファンを設けるとともに、
   前記胴体内の後部の冷却ファンの排気の少なくとも一部を前記胴体内の側部の高発熱量熱源要素の放熱手段を通して前記胴体の排気口に導く冷却風案内手段を設けたことを特徴とする、人型ロボットの電装機器冷却構造。
2. 前記胴体内の後部に前記冷却ファンを一または複数設け、
   前記胴体内の後部の一または複数の冷却ファンは、排気の一部を前記胴体の後部の排気口から排出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冷却構造。
3. 前記制御系電装機器に含まれる高発熱量熱源要素の一部であって前記胴体内の側部から離れて位置する高発熱量熱源要素が発生させる熱を前記胴体内の側部の高発熱量熱源要素の放熱手段へ移動させる熱移動手段を設けたことを特徴とする、請求項１または２記載の人型ロボットの電装機器冷却構造。
4. 前記胴体内の前部にその胴体内の前方から後方へ冷却風を通流させる冷却ファンを設けたことを特徴とする、請求項１から３までの何れか記載の人型ロボットの電装機器冷却構造。
   
   

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