JP2007015050A - 精密機器の外装構造および移動ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】 移動ロボットの内部における各種配線の引き回しの困難性を解決する技術を提供する。
【解決手段】 人型の２足歩行移動ロボットにおける上脚部１２１の外装１４１として、その層構造にフレキシブルプリント配線１５２が埋め込まれた構造を採用する。そして、外装１４１を装着することで、配線が行われるようにする。この構造によれば、外装１４１に埋め込まれた配線の分だけ、上脚部１２１内の配線を減らすことができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、モータや半導体回路基板等の電気機器を納めた精密機器の外装構造に適用して有用な技術に関する。特に本発明は、移動ロボットの外殻構造に適用して有用な技術に関する。

移動ロボットとして、２足歩行型の人型ロボットが知られている。２足歩行型の人型ロボットは、対人親和性を確保する観点などから、巨大なものとはできず、それ故、内部の利用スペースに制限がある。そのため、各種の電気機器を効率良く内部に収納する工夫が必要となる。

例えば、人型ロボットの脚部の構造に着目した場合、脚部には、各関節を動かすためのモータ、各関節の温度や脚部に加わっている圧力等を監視するセンサ類、モータを制御する制御機器等の電気機器が隙間無く配置されている。そして、これら電気機器への電源線や信号線等の配線が脚部の内部に収納されている。

近年、ロボットの安全性、信頼性、高機能化を追求するために、制御用ＣＰＵの分散配置、各部の温度の監視、外部への接触状態の監視、関節の動き等の動作状態の監視、各所に配置された装置の電気的な状態（例えば所定部分の電圧値や電流値）の監視といったことを常時行うシステムが要求されている。このため、ロボット内部の各部位にわたって、多種類の配線を張り巡らす必要がある。

特に人型ロボットの、人間でいう大腿部に相当する部分等のように、納める電気機器の実装密度が大きく、またそれより先（例えば膝関節や足首関節等）の部分に配置される電気機器への配線も多い部分においては、配線を整理して納めることに苦労する。

多様な種類の配線を引き回さなくてはならない場合、微少信号が流れる配線（例えばセンサにつながる信号線）と大電流が流れる配線（例えば電源線）とを近接して平行配置することは好ましくない。これは、大電流が流れる配線から輻射される電磁波が、微少信号が流れる配線に飛び乗ってしまい、微少信号が乱されるからである。従って、微少信号が流れる配線と大電流が流れる配線とを配置する場合には、距離を離す、平行にならないように配置する、電磁シールドにより電位的に分離する、といった工夫が必要となる。

移動ロボットの場合もこのような点に留意した配線設計（配線の引き回しを決める設計）が行われ、それに従って配線の引き回しが行われる。このような配線の引き回しは、手作業になるので、熟練した技術が必要であり、また手間がかかる作業となる。このことは、移動ロボットの製造コストを押し上げる要因となる。また、複雑な配線状態は、メンテナンスの容易性を確保する観点からも好ましくない。

この問題に対応する技術として、特許文献１および特許文献２に記載されたものが公知である。特許文献１には、配線の数を減らすことを目的に、１つの配線に電源電力と信号とを重畳させる技術について記載されている。また特許文献２には、配線の数を減らすために、異なる種類の信号を一つの配線に重畳させて流す構成について記載されている。

特開２００２−３０１６８４号公報（第「００１３」段落） 特開２００４−２９７５６４号公報（第「００１１」段落）

しかしながら、一つの配線に信号と電源電力、あるいは異なる２つの信号を重畳する方法は、クロストークやノイズの増加を招く問題が発生する。またこの技術においては、信号を分離する技術が必要となるが、移動ロボットの内部においては、電源用のＤＣ電力、センサからの微少信号、さらにはＣＰＵ搭載回路で扱われる高周波信号といった多様な信号や電流が扱われ、それらを完全に分離することは容易ではない。何より、信号を分離する装置を多数備えなければならなくなり、少ないスペースを有効に利用するという目的に反する。

本発明は、上述したような一つの配線を共用するような技術を採用することなしに、移動ロボットの内部における各種配線の引き回しの複雑化を緩和することができる技術を提供することを目的とする。

本発明は、複数の電気機器を備えた精密機器の外装であって、この外装に前記複数の電気機器間を接続するための配線が内在していることを特徴とする。

外装に配線が内在している構造とは、外装と配線を一体物として取り扱うことができる構造のことであり、具体的には、外装に配線が嵌め込まれた構造、外装の内側に配線が貼り付けられた構造、外装に配線が埋め込まれ一体となった構造、その他外装の内部または内側に配線が何らかの方法で固定あるいは束縛された構造等を挙げることができる。

本発明の外装構造は、外装自体に配線が組み込まれた構造を有しているので、精密機器に外装を取り付けることで、精密機器内の配線を同時に行うことができる。これにより、配線に伴う作業手順を減らすことができる。また、配線が外装に組み込まれて整理されるので、複数の電気機器を納めた精密機器の内部に配置される配線を減らす、あるいは無くすことができる。これにより、配線が複雑に込み入った状態を緩和することができる。また、これまで配線が占有していたスペースを削減することができるので、電気機器のメンテナンス性などを高めることができる。

また本発明の外装構造によれば、複数の配線の相互位置関係や配線間の間隔を固定することができるので、配線間における信号のクロストークの問題を軽減することができる。つまり、配線間において、意図しない信号の飛び移りや、所定の信号が流れる配線において、ノイズレベルが増加してしまう等の不都合の発生を抑制することができる。

すなわち、通常の配線敷設技術においては、所定の設計に従った配線の引き回しにより、クロストークの発生が最小限になるように注意が払われている。この場合、配線の引き回しを決める設計以外に、配線の引き回しを行う作業時において、配線の束ね方や引き回し方に熟練が必要とされる。これに対して、本発明の外装構造においては、外装に配線を内在しているので、複数の配線の相互位置関係や隣接する配線間の間隔を所定の間隔に固定することができ、熟練したワイヤリング技術がなくても、所定のクロストーク特性を容易に安定して得ることができる。

本発明における電気機器としては、センサ素子、モータ、各種電子回路を挙げることができる。電子回路としては、電源回路、演算回路、増幅回路、制御回路、リレー回路、センサ回路、メモリ回路、通信回路等を挙げることができる。

本発明における精密機器としては、移動ロボット、コンピュータ等の情報処理機器、携帯電話等の通信機器、音響機器さらには測定機器等を挙げることができる。

本発明の外装構造を、精密機器に対して開閉自在または着脱自在である構造とすることは好ましい。この態様によれば、メンテナンスを行うことを目的に、開閉自在または着脱自在な外装の部分を、配線の敷設を行う部分として無駄なく利用することができる。また、外装を開く、あるいは取り外すことで、その部分の配線を外すことができる。

本発明の外装構造として、多層構造を採用し、配線はこの多層構造の層間に挟み込まれている構造とすることは好ましい。この態様によれば、配線を外装に組み込むことが容易であり、さらに配線が層間に挟まれて保持されるので、強度や信頼性を高くすることができる。

本発明の外装構造において、配線としてフレキシブルプリント配線を用いることは好ましい。フレキシブルプリント配線というのは、可撓性の樹脂フィルム（例えばポリイミドフィルム）の片面あるいは両面に配線パターン（例えば銅箔配線パターン）を設けた構造を有している。

フレキシブルプリント配線は、薄く可撓性に優れているので、外装を平板でない形状とする場合に有利となる。例えば、外装をＦＲＰ等の繊維強化合成樹脂によって構成した場合、成型のし易さの点で、フレキシブルプリント配線を採用することは好ましい。例えば、ＦＲＰの場合、繊維層、樹脂層、繊維層、樹脂層と多層に積層された構造が採用される訳であるが、この層構造の中にフレキシブルプリント配線を挟み込むことで、任意の形状の外装を容易に得ることができる。

本発明の外装構造において、その多層構造中に備えた配線の一端に接続された第１のコネクタと、この配線の他端に接続された第２のコネクタとを備えた構造とすることは好ましい。この態様によれば、外装自体をコネクタ付き配線部材として取り扱うことができる。すなわち、外装を装着することで、同時に外装のコネクタを隣接する他の外装や精密機器内部の相手側コネクタに結合させ、それにより外装の装着と同時に配線の接続を行うことができる。したがって、配線の接続を、少ない労力により、しかも確実に行うことができ、さらに容易に整然とした配線の敷設を行うことができる。

さらに上記外装にコネクタを配置した構成において、外装が装着される構造体の内部に、外装に配置された第１または第２のコネクタと結合する受け側コネクタが配置されている構造とすることは好ましい。この態様によれば、外装を構造体に装着するのと同時に、外装に備えられたコネクタと構造体内部の受け側コネクタとを結合させることで、外装の装着と配線の接続とを同時に行うことができる。

本発明の外装構造において、外装を構成する多層構造が、電磁シールド層を備えている構造とすることは好ましい。この態様によれば、外装に内在された配線の電磁シールドを効果的に行うことができる。また、電磁シールド層を２層以上とし、電磁シールド層の間に配線が挟まれて存在するようにすることで、外装の外側および内側に対する電磁シールドを実現することができる。勿論、この態様によれば、外装自体も電磁シールドとしての機能を発現する。

電磁シールド層を設けることで、電気的および／または磁気的な影響を遮断または低下させることができる。このため、例えば、配線間における信号のクロストークの発生の抑制、配線からの意図しない電磁波の輻射の抑制、配線がノイズを拾ってしまう不都合の抑制、といった効果を得ることができる。

電磁シールド層としては、炭素粒子やフェライト粒子を混ぜ込み分散させた層を挙げることができる。この層は、予め板状に形成されたものでもよいし、塗料のように塗布されたものであってもよい。なお、電磁シールドには、静電シールドと磁気シールドの両方の概念が含まれる。

本発明の外装構造において、多層構造が、繊維強化合成樹脂によって構成されている構成とすることは好ましい。この態様によれば、ＦＲＰのような軽量で剛性がある程度あり、さらに任意の形状に成型し易い外装を得ることができる。また、繊維強化合成樹脂は、その製造工程において、層構造中にフレキシブル配線基板等を組み込むことが容易であるという優位性がある。繊維強化合成樹脂は、強化繊維、樹脂、強化繊維、樹脂と多層に積層された構造を通常採るが、この強化繊維の一部に電気導電性の高い材料を用いることで、強化繊維層を電磁シールド層として機能させることもできる。

本発明の外装構造において、外装が装着される構造体は、移動ロボットの一部である態様とすることは好ましい。この態様によれば、配線数の多い移動ロボットにおける配線の引き回しを整理することができる優位性を得ることができる。

本発明は、上述の外装構造を備えた移動ロボットとして把握することもできる。この態様において、外装に内在された配線は、移動ロボットの基本動作に影響しない駆動系電気機器以外の電気機器に接続される配線とすることが好ましい。

例えば、２足歩行型の人型ロボットの場合、調整やメンテナンス時において、一部の外装を外した状態で、歩行や各関節の動作をチェックする必要がある。この際、内蔵された電気機器（モータ駆動回路や制御用ＣＰＵボード等）に対して、制御用プログラムのチェック、電源電圧や信号電圧のチェック、信号波形のチェックといった作業が必要となる。したがって、外装を外した状態でロボットの動作確認を行い、必要な電気機器へのアクセスを行える構造であることが好ましい。つまり、一部の外装を外した状態において、ロボットの基本的な動作が行えるように、外装に内在された配線は、移動ロボットの基本動作に影響しない駆動系電気機器以外の電気機器に接続される配線とすることが好ましい。

具体的には、外装に内在された配線として、各種モータの温度を計測する温度センサへの配線、各部に配置されたリンクノードＣＰＵ（関節の動き等を制御するＣＰＵボード上のＣＰＵ）の温度を計測する温度センサへの配線、各部位の内部雰囲気温度を計測する温度センサへの配線、および外装部材に配置された接触センサへの配線等を挙げることができる。

勿論、この態様は、全ての外装構造に適用しなくてはならないものではない。つまり、外装構造には、電源系配線や主要な制御系信号が流れる信号系配線を組み込んだ構造を採用してもよい。この場合、調整やメンテナンス時に外さなくても良い部位の外装に本発明を適用すればよい。勿論外装が取り外せない構造のものであってもよい。

本発明の外装構造は、２足歩行型の人型ロボットの脚部または腕部に適用することに適している。２足歩行型の人型ロボットの脚部または腕部は、径がそれ程大きく確保できないので、配線を通すスペースの確保が困難である。しかしながら、本発明の外装構造を適用することで、内部のスペースを占有する配線の数を減らすことができ、上述した困難性を緩和することができる。

特に２足歩行型の人型ロボットは、人間に代わり、あるいは人間と協調して、各種の作業を行えることが重要な目標となっており、安全性、信頼性は勿論のこと、人間と同様な動作を行える機能が要求されている。

これらの要求を満たすために、制御用ＣＰＵを分散配置し動作応答を高速化する構成、各部の温度、外部への接触状態、関節の動き等の動作状態、各所に配置された装置の電気的な状態（例えば所定部分の電圧値や電流値）といったものをリアルタイムで監視する構成が採用されている。

特に足先や腕先には、各種のセンサが配置され、また微妙な動作が要求される部位であるので、上腕部や大腿部には、各種の配線を敷設する必要がある。したがって、径をそれ程大きく確保できない、２足歩行型の人型ロボットの脚部または腕部に本発明の外装構造を適用し、内部に敷設する配線の数を減らすことは、ロボットの設計上、およびロボットの組立て上有用なものとなる。また、多種多様な配線が整理されるので、メンテナンス性を向上させることができる。

移動ロボットとしては、２足歩行型の人型ロボット以外に、動物や恐竜などを模した２足歩行型ロボット、３足以上の脚部を移動手段とした移動ロボット（例えば、４足歩行型の動物型ロボットあるいは昆虫型ロボット）、脚部の代わりに車輪や無限軌道による移動手段を備えた移動ロボット、あるいは脚部と車輪や無限軌道とを組み合わせた移動手段を備えた移動ロボット等を挙げることができる。

これら各種の移動ロボットにおいても、上述した２足歩行型の人型ロボットの場合と同様なことが要求されている。したがって、本発明の外装構造をこれら各種の移動ロボットに適用することも有用である。

本発明を移動ロボットという観点から、以下のように把握することもできる。すなわち、本発明の移動ロボットは、外装構造と、この外装構造に覆われた内部に配置された複数の電気機器と、前記外装構造に内在し、前記複数の電気機器間を接続する電気配線とを備えている構成として把握することもできる。この場合、人間や動物でいう皮膚に相当する表面構造に、内蔵した電気機器間の接続を行うための配線が組み込まれた構成を有する移動ロボットを得ることができる。

移動ロボットの外装構造としては、移動ロボットの表面を覆い保護する板状の部材により構成された外殻構造を挙げることができる。一般に移動ロボットは、耐久性、耐候性、信頼性、安全性、さらには意匠性を確保する観点から、その表面を外殻構造によって覆う構造が採用されている。この移動ロボットの外殻に本発明の配線を内在させる構造を適用することで、上述したような色々な優位性を移動ロボットにおいて得ることができる。

また、対人親和性や動物や人間が持つリアリティーを追求した移動ロボットにおいては、外装構造を皮膚に模した柔らかいあるいは弾性を有した材料（例えばウレタン等の樹脂）で構成する場合がある。本発明は、このような軟構造の外装に適用することもできる。この場合、軟構造の外装中に配線を内在させればよい。

本発明によれば、配線を内在する外装構造を採用することにより、一つの配線を共用するような技術を採用することなしに、移動ロボットの内部における各種配線の引き回しの複雑化を緩和することができる。このため、例えば移動ロボットの外装構造に適用した場合、移動ロボットの内部における各種配線の引き回しの困難性を解決することができる。

また、配線を整理することができるので、メンテナンス性や信頼性を高くすることができる。さらに、近接して配置してはいけない配線を引き離して整然と配置することができるので、配線間におけるクロストークの発生を抑制することができる。

１．第１の実施形態
以下、本発明を利用した移動ロボットの一例について、図面を参照して説明する。本実施形態において説明する移動ロボットは、自律制御型の２足歩行可能な人型ロボットである。この移動ロボットは、工事現場等における作業や介護作業といった人間がこれまで行ってきた作業を行うことを目的としている移動ロボットの一例である。

（ロボットの概要）
図１は、本実施形態の移動ロボットの全体の概略を示す正面図である。図２は、本実施形態の移動ロボットの左側面図である。なお、図２（Ａ）は左腕を取り付けた状態であり、図２（Ｂ）は左腕を取り外した状態を示す。

図１および図２に示す移動ロボット１００は、上半身胴体部１０１と下半身胴体部１０３とを備えている。上半身胴体部１０１は人体の胸郭部分に相当し、下半身胴体部１０３は腰部分に相当する。上半身胴体部１０１と下半身胴体部１０３とは、腰関節部１０２によって連結され、上半身胴体部１０１は、下半身胴体部１０３に対して捻り回転（Yaw軸回転）および前後回転（Pitch軸回転）が行えるようになっている。

なお、Yaw軸回転というのは、人体でいうと、直立した状態における鉛直軸回りの回転のことをいう。またPitch軸回転というのは、人体でいうと、人体を左右水平方向に貫く軸回りの回転のことをいう。ちなみに、ロール軸回転というのは、人体でいうと体を前後に貫く軸回りの回転のことをいう。

下半身胴体部１０３には、右股関節１０４を介して右脚部１０５が、左股関節１０６を介して左脚部１０７が連結されている。また、上半身胴体部１０１には、右肩関節１０８を介して右腕１０９が連結され、左肩関節１１０を介して左腕１１１が連結され、首１１２を介して頭部１１３が配置されている

また、下半身胴体部１０３の内部には、動力源となるバッテリーが格納されている。ロボット１００の動作は、下半身胴体部１０３の内部に格納されたバッテリーの電力を動力源として行われる。

上半身胴体部１０１、下半身胴体部１０３、右脚部１０５、左脚部１０７、右腕１０９、左腕１１１、そして頭部１１３は、金属板またはＦＲＰによって覆われた外殻構造を備えている。本発明の外装構造は、これら外殻構造の任意の場所に適用可能である。以下、本発明の外装構造を移動ロボット１００の脚部の外殻構造に適用した場合の例を説明する。

（外装構造を備えた部分の概要）
以下、本発明の外装構造を図１および図２に例示する移動ロボット１００の脚部に応用した態様を説明する。ここでは、左脚部１０７について説明する。左脚部１０７は、大腿部に相当する上脚部１２１と、下脚部１２４とを備えている。下脚部１２４は、さらに臑部１２２と脚平部１２３を備えている。脚平部１２３とは、人体でいう足首から先の踵、足の甲、つま先、および足裏を含んだ部分である。また上脚部１２１と下脚部１２４とは、膝カバー１２６によって保護された膝関節１２５によって連結されている。なお、図示省略するが、右脚部１０５も同様な構造を備えている。

以下、本発明を左脚部１０７の上脚部１２１および臑部１２２に適用した場合の例を説明する。図３は、左脚部１０７の拡大斜視図であり、図３（Ａ）は、左脚部１０７から外装１４１および１４２を外した状態を示し、図３（Ｂ）は、外装１４１および１４２を装着した状態を示している。図４は、左脚部１０７の拡大正面図であり、図４（Ａ）は、左脚部１０７に外装１４１および１４２を装着した状態を示し、図４（Ｂ）は、外装１４１および１４２を外した状態を示している。

図３（Ａ）に示される構造においては、左脚部１０７において、左股関節駆動モータの回転軸１３１が回転することで、駆動力伝達用ベルト１３３を介して左股関節駆動軸１３２に回転駆動力が伝わり、左股関節１０６（図１参照）のPitch軸回転が行われる。また、膝関節駆動モータの回転軸１３４が回転し、その駆動力が駆動力伝達用ベルト１３６を介して膝関節駆動軸１３５に伝わることで、膝関節１２５のPitch軸回転が行われる。また、足首関節駆動モータの回転軸１３７が回転し、その駆動力が駆動力伝達用ベルト１３９を介して、足首関節駆動軸１３８に伝わることで、足首関節１４０のPitch軸回転が行われる。

なお、左股関節駆動軸１３２、膝関節駆動軸１３５および足首関節駆動軸１３８はギア機構に接続されており、上述した駆動力がギア機構を介して、関節の可動部に伝わり、関節の動きが実現される。

なお図示されていないが、上脚部１２１の内部には、膝関節や足首関節を駆動するモータの制御回路、温度センサ等の各種センサ、これらセンサに関係する周辺回路、モータ等の保護回路、脚部の動きの制御を一部負担するリンクノードコンピュータボード（制御用ＣＰＵボード）、モータの冷却ファン、この冷却ファンの制御回路、さらには関節の回転角度を検出するセンサ（ロータリ・エンコーダ）およびその関係回路といった電気機器が格納されている。

外装１４１は、上脚部１２１の外側を覆う着脱自在な外装である。外装１４１を取り外すことで、上述の回路等へのアクセスを行うことができ、点検、調整、検査、部品の交換等の整備を容易に行うことができる。

外装１４１は、樹脂層とガラス繊維強化層とを積層したＦＲＰで構成されており、その層構造の内部には、フレキシブルプリント配線１５２が埋め込まれている。フレキシブルプリント配線１５２の両端には、コネクタ１５１、１５３および１５４が取り付けられている。そして、これらコネクタの先端は、外装１４１の内側表面において露出している。

上脚部１２１の内部（外装１４１の内側に対向する側の内部）には、外装１４１のコネクタ１５１、１５３および１５４と結合する受け側コネクタ１５５、１５６、および１５７が配置されている。

外装１４１を上脚部１２１に装着すると、コネクタ１５１と受け側コネクタ１５５とが結合し、さらにコネクタ１５３と受け側コネクタ１５６とが結合し、さらにコネクタ１５４と受け側コネクタ１５７とが結合する。こうして、外装１４１を装着することで、必要とする配線の接続も同時に行うことができる。

この例においては、コネクタ１５１内の一部の接続端子とコネクタ１５３とが接続され、コネクタ１５１の他の一部の接続端子が、コネクタ１５４に接続されている。したがって、外装１４１を上脚部１２１に装着することで、受けコネクタ１５５と１５６との間の配線、および受けコネクタ１５６と１５７との間の配線とを同時に行うことができる。

この例においては、フレキシブルプリント配線１５２は、左脚部１０７の基本動作に影響を与えない温度センサからの信号を伝送する。すなわち、フレキシブルプリント配線１５２は、膝関節１２５、足首関節１４０、およびその他の部分に配置された図示しない温度センサからの信号を、上半身胴体部１０１内に格納されたメイン制御ＣＰＵボード群に送る配線として機能する。

この場合、モータを制御する信号が流れる配線、各関節の動きを検出する回転角度検出センサ（ロータリ・エンコーダ）からの配線といった左脚部１０７の基本動作に関係する配線は、フレキシブルプリント配線１５２を用いずに、従前通り、左脚部１０７の内部に敷設される。このため、外装１４１を取り外した状態において、左脚部１０７を動かすことができる。したがって、外装１４１を左脚部１０７から取り外した状態で、メンテナンスや動作試験を行うことができる。

なお、臑部１２２の外側に装着される外装１４２についても、外装１４１と同様な構造が採用されている。すなわち、外装１４２においても、その層構造中にフレキシブルプリント配線（図示せず）が埋め込まれており、そのフレキシブルプリント配線の両端にはコネクタ（図示せず）が接続されている。

外装１４２を臑部１２２に装着すると、この図示しないコネクタが臑部１２２の内部に配置された受けコネクタ１５８および１５９に結合される。こうして、外装１４２の中に埋め込まれた図示しないフレキシブルプリント配線により、受けコネクタ１５８と１５９との間の配線接続が行われる。

ここでは、左脚部１０７を例に挙げ説明を加えたが、右脚部１０５においても同様な構造が採用される。また、移動ロボット１００の他の部位に同様な構造を適用できることはいうまでもない。例えば、スペースの確保が厳しい、腕部分などは、本発明の外装構造の装着場所として有用である。また、頭部１１３、上半身胴体部１０１あるいは下半身胴体部１０３の表面を覆う外殻構造に、上述した外装構造を適用することもできる。

本実施形態において、コネクタおよび受けコネクタは、位置が固定された状態でそれぞれ配置されている。しかしながら、コネクタまたは受けコネクタの一方、あるいはコネクタまたは受けコネクタの一部を浮動支持型コネクタ（フローティングコネクタ）としてもよい。

浮動支持型コネクタというのは、コネクタの位置にある程度の自由度を持たせた構造のコネクタのことをいう。浮動支持型コネクタとしては、コネクタの固定を多少ルーズなものとし、そのコネクタの接続に際して、コネクタの位置を多少動かせる形態、あるいはコネクタを短い配線によって少し引き出した状態とし、その引き出した長さによってコネクタの接続に際しての位置合わせの余裕を確保する形態等を挙げることができる。

また、外装１４１を取り外すのではなく、蝶番によって上脚部１２１に対して取り付け、外装１４１を開閉自在な構造としてもよい。

（実施形態の優位性）
この構造においては、従来の構造であれば、上脚部１２１の内部の空間に配置しなければならなかった配線を、外装１４１内のフレキシブルプリント配線１５２に振り分けることができ、上脚部１２１の内部の空間に配置しなければならない配線の数を減らすことができる。

また、フレキシブルプリント配線１５２は、隣接する１本１本の配線の間隔を所定の寸法に正確に維持することができるので、信号のクロストークの発生を抑制する上で有利となる。また、フレキシブルプリント配線１５２は、隣接する配線間隔が固定され、さらにその位置も外装１４１中に固定されているので、組み立て作業者の技能に影響されず、設計通りの性能を得ることができる。

また、フレキシブルプリント配線１５２を関節の動きを駆動するモータから離すことができ、また後述するようにフレキシブルプリント配線１５２の電磁シールドを効果的に行うことができる。このため、大きなノイズ源であるモータにおいて発生するノイズが、温度センサ等からの微少信号に悪影響を与えてしまう不都合を抑制することができる。

また、外装１４１に埋め込まれた配線の数だけ、上脚部１２１内の配線の数を減らすことが出できるので、上脚部１２１内の配線の引き回し作業に要する労力を軽減することができる。また、上脚部１２１内の配線の数を減らすことが出できるので、配線の引き回しが整理され、上脚部１２１内に配置された電気機器のメンテナンスを行い易い実装状態を実現することができる。なお、以上の優位性は、臑部１２２においても同様に指摘することができる。

（外装構造の詳細）
以下、外装１４１の詳細な構造の一例について説明する。外装１４１は、ガラス繊維の織布により構成されるガラス繊維層と、樹脂の層とを交互に積層した多層構造を備えたＦＲＰ(Fiber Reinforced Plastics)（繊維強化プラスチック）によって構成されている。本実施形態においては、この層構造中の層間にフレキシブルプリント配線を挟み込むことで、フレキシブルプリント配線が外装中に埋め込まれた構造を実現している。

図５は、図１〜４に示す外装１４１の多層構造を示す分解斜視図である。この例では、樹脂層５０１、ガラス繊維層５０２、樹脂層５０３、フレキシブルプリント配線１５２を備えたフレキシブル基板１５０、樹脂層５０４、ガラス繊維層５０５、および樹脂層５０６と順に積層し、全体を一体化した構造を採用している。この構造においては、樹脂層５０１が外装１４１の内側（上脚部１２１の内部側）の表面を構成し、樹脂層５０６が外装１４１の外側（外部に露出する表面）を構成する。この例においては、樹脂層５０３と５０４との間にフレキシブルプリント配線１５２を備えたフレキシブル基板１５０を挟み込むことで、外装１４１中にフレキシブルプリント配線１５２を埋め込んで一体化させている。

フレキシブルプリント配線１５２を備えたフレキシブル基板１５０としては、銅箔配線がプリントされたポリイミドフィルムによって構成されたものを利用することができる。このような配線用途のフレキシブル基板は、デジタルスチールカメラや携帯型の音響機器等に利用することを目的に各種のものが製造されおり、その中から適宜選択することができる。

また、樹脂層５０１、ガラス繊維層５０２および樹脂層５０３には、フレキシブルプリント配線１５２に接続されたコネクタ１５１、１５３および１５４を外装１４１の内側に露出させるための、開口５０７が形成されている。この構造においては、外装１４１の内側には、その内部に埋め込まれたフレキシブルプリント配線１５２に接続されたコネクタ１５１、１５３および１５４が露出した構造となる。

図５に示すようなＦＲＰを用いた構造は、曲面構造に加工することが容易であり、さらに軽量であり、また比較的強度を確保することが容易であるという優位性がある。

２．第２の実施形態
例えば、図５に示す外装１４１の積層構造において、樹脂層５０３と５０４とに炭素粒子やフェライト粒子を混ぜることで、樹脂層５０３および５０４を電磁シールド層として機能させることができる。この態様によれば、フレキシブルプリント配線１５２の両面が電磁シールド層に挟まれるので、フレキシブルプリント配線１５２の電磁シールド性を高めることができる。これにより、意図しない信号の混入やノイズレベルの増加を抑えることができる。なお、電磁シールド層は、上述のように配線層を挟んで配置することが効果的であるが、いずれか一方のみであっても、その面の方向における電磁シールド能力を発揮させることができる。

多層構造を利用して多重シールド構造を実現してもよい。例えば、上記構成に加えて、樹脂層５０１および５０６にも炭素粒子やフェライト粒子を混ぜ込んだ場合、フレキシブルプリント配線１５２は、その両面において、２重に電磁シールドされた状態になる。こうすることで、電磁シールド効果を向上させることができる。また、この構成は、外装１４１の厚肉化や大きなコストアップを招かず、製造が困難になるようなこともないという優位性がある。

電磁シールド機能を付与する方法としては、ガラス繊維に代えて、あるいはガラス繊維に混ぜて、導電性の繊維（例えばカーボン繊維）を採用し、繊維による補強層を構成する例を挙げることができる。また、導電性材料により構成されるメッシュや銅箔等を層構造中に挟み込み、電磁シールド性を付与してもよい。

３．第３の実施形態
外装構造中に配線を埋め込む方法としては、フレキシブルプリント配線を用いる方法以外に、フラットケーブルや通常の配線材を用いる方法を挙げることができる。この場合も、例えば図５に示す層構造において、樹脂層５０３および５０４の間に、フラットケーブルや線材を挟み込み、外装１４１を成型すればよい。また、外装が平面的な形状であるならば、市販の銅箔基板を配線材料として用いることもできる。

４．第４の実施形態
図５に示す様な多層構造を有する外装構造において、配線を多層に配置させてもよい。こうすると、層の厚み方向に配線を集積化することができる。またこの際、上述した電磁シールド層を配置して、配線層を電気的に分離することで、配線層間のクロストークを低減することができる。

５．他の実施形態
本発明の外装構造は、移動ロボット以外の精密機器に利用することもできる。例えば、携帯電話、携帯型の情報処理端末、ノート型のパーソナル・コンピュータ、あるいは携帯型の音響機器といった薄型化が要求される精密機器に利用することができる。この場合、外装内に配線が埋め込まれるので、内部空間に配置しなければならない配線の数を減らすことができ、機器全体の薄型化に有利となる。

また本発明は、精密機器内に組み込まれるケース（サブケース）のケーシング構造に適用することもできる。例えば、精密機器内において、増幅回路や演算回路等をサブケースに納め、このサブケースを精密機器の外側を覆うケースの内部に格納する構造が採用される場合がある。このような構造において、このサブケースの外装に配線を埋め込み、この配線を利用して、サブケース内に格納された回路に接続される配線やその他の配線の引き回しを行っても良い。この構造においても、多層構造を利用して配線の埋め込みを実現すればよい。

また、このサブケースの外装構造を多層構造とし、その層構造中に電磁シールド層を配置してもよい。こうすることで、外装構造中に配線が埋め込まれたシールド構造体（例えばシールドボックス）を得ることができる。

例えば、このようなシールド構造体は、図１および２に示す２足歩行型の移動ロボット１００の上半身胴体部１０１内における動作系ホストコンピュータボード群や視覚系ホストコンピュータボード群の格納構造に適用することができる。

本発明は、移動ロボット、コンピュータ等の情報処理機器、携帯電話等の通信機器、音響機器さらには測定機器等の外装構造に利用することができる。

実施形態のロボットの全体の概略を示す正面図である。 実施形態のロボットの左側面図である。 図１のロボットの左脚部の概要を示す斜視図である。 図１のロボットの左脚部の概要を示す正面図である。 外装構造の概要を示す分解斜視図である。

符号の説明

１００…移動ロボット、１０１…上半身胴体部、１０２…腰関節部、１０３…下半身胴体部、１０４…右股関節、１０５…右脚部、１０６…左股関節、１０７…左脚部、１０８…右肩関節、１０９…右腕、１１０…左肩関節、１１１…左腕、１１２…首、１１３…頭部、１２１…上脚部（大腿部）、１２２…臑部、１２３…脚平部、１２４…下脚部、１２５…膝関節、１２６…膝カバー、１３１…左股関節駆動モータの回転軸、１３２…左股関節駆動軸、１３３…駆動力伝達用ベルト、１３４…膝関節駆動モータの回転軸、１３５…膝関節駆動軸、１３６…駆動力伝達用ベルト、１３７…足首関節駆動モータの回転軸、１３８…足首関節駆動軸、１３９…駆動力伝達用ベルト、１４０…足首関節、１４１…外装、１４２…外装、１５０…フレキシブル基板、１５１…コネクタ、１５２…フレキシブルプリント配線、１５３…コネクタ、１５４…コネクタ、１５５…受け側コネクタ、１５６…受け側コネクタ、１５７…受け側コネクタ、１５８…受け側コネクタ、１５９…受け側コネクタ、５０１…樹脂層、５０２…ガラス繊維層、５０３…樹脂層、５０４…樹脂層、５０５…ガラス繊維層、５０６…樹脂層、５０７…コネクタを露出させるための開口。

Claims (13)

1. 複数の電気機器を備えた精密機器の外装であって、
   前記外装に前記複数の電気機器間を接続するための配線が内在していることを特徴とする精密機器の外装構造。
2. 前記精密機器に対して開閉自在または着脱自在であることを特徴とする請求項１に記載の精密機器の外装構造。
3. 多層構造を有し、前記配線は前記多層構造の層間に挟み込まれていることを特徴とする請求項１または２に記載の精密機器の外装構造。
4. 前記配線は、フレキシブルプリント配線であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の精密機器の外装構造。
5. 前記外装は、
   前記配線の一端に接続された第１のコネクタと、
   前記配線の他端に接続された第２のコネクタと
   を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の精密機器の外装構造。
6. 前記外装によって覆われる前記精密機器の内部には、前記第１または第２のコネクタと結合する受け側コネクタが配置されていることを特徴とする請求項５に記載の精密機器の外装構造。
7. 前記多層構造は、電磁シールド層を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の精密機器の外装構造。
8. 前記多層構造は、繊維強化合成樹脂によって構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の精密機器の外装構造。
9. 前記精密機器は、移動ロボットであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の精密機器の外装構造。
10. 前記請求項１〜９のいずれかに記載の外装構造を備えたことを特徴とする移動ロボット。
11. 前記外装に内在している配線は、前記複数の電気機器の内、移動ロボットの駆動系電気機器以外の電気機器に接続される配線であることを特徴とする請求項１０に記載の移動ロボット。
12. 前記外装構造を脚部または腕部に備えた２足歩行型ロボットであることを特徴とする請求項１０または１１に記載の移動ロボット。
13. 外装構造と、
    前記外装構造に覆われた内部に配置された複数の電気機器と、
    前記外装構造に内在し、前記複数の電気機器間を接続する電気配線と
    を備えていることを特徴とする移動ロボット。

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