JP2007301704A - ロボット用連結部材の結合機構と歩行型ロボット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モータ、減速ギヤ等が内蔵されているサーボ装置の筐体10から突出している出力軸11に、サーボホーン12を嵌合すると共に、このサーボホーン12の接合面に外部に力を伝達するための連結部材13がワッシャ14を介して挿通されている止めネジ15によって圧接されている。サーボホーン12と連結部材の接合面には凸部12bが形成され、連結部材13の方には、この凸部12bと衝合する位置に凹部が設けられているので、連結部材13に外部から強い衝撃が印加されると、連結部材13とサーボーホーン12の結合状態が瞬間的に解除され、サーボ装置内の減速ギヤ等が破損することを防止する。
【選択図】 図1
Description
図6はかかるサーボメカニズムの駆動源となる1個のサーボ装置について、一例を示したもので、ほぼ直方体とされた筐体30の内部を断面図として示したものである。
この図において31は小型の直流モータ(以下、単にモータという)で有り、そのモータ軸32とサーボの出力軸33の中間部分には減速用の複数個の歯車を載置するための減速ギヤ軸34が設けられている。そして、詳細な説明を省略するが、モータ軸32と出力軸33、および減速ギヤ軸34に嵌合されている複数個の減速ギヤ(この場合は4組)群を介してモータ31の回転力が出力軸33に対して伝達されるように構成されている。
なお、図示されていないが電源供給用のコードを出力する開口部が筐体30に設けられ、筐体30内に駆動基板回路を設ける場合もある。
このようなサーボ装置は、ラジコン装置等のサーボメカニズムの各所に使用されており、その場合、出力軸33の突出部にはアクチュエータとなるアーム、又はフレームを結合するための出力端板(回転フランジ、又はサーボホーンとも呼ばれる)が設けられている。
しかしながら、人間型のロボットや動物を擬態化した歩行型のロボットは、
上記したようなサーボ装置を複数個使用して動物の関節部分の動作を行わせる必要があるため、2個のサーボ装置の出力軸を変えて一体化したサーボユニットが必要になる場合がある。
しかも、このようなサーボ装置はロボットの動きが複雑になるほど、連接された多数のサーボ装置が必要になると共に、駆動源としてのサーボユニットは、ますます、小型のものが要求される。
特に、歩行型のロボット等では、転倒等によって外部から強い衝撃を受けると、衝撃が加わったフレームやアームが破損する場合があるが、実際は外部から印加された衝撃力はフレームやアームを介して、先に示したサーボ装置の出力軸33に伝達される。
この出力軸33は、先に述べたように、通常、減速歯車を介してモータの回転軸に結合されているが、特に、小型化されたサーボ装置では外部から印加された衝撃は最終段側に近い減速ギヤ程多くかかり、その衝撃でサーボ装置内のギヤの破損を生じることがある。
そして、この緩衝体44に開けられている円周線上の孔44bに対して、出力軸45の側面に形成されている凸部45aを挿入することによって、出力線41の回転力が出力軸45に伝達され、この出力軸45と一体的に形成されている連結部46が回動するように構成されている。
したがって、図示されていないロボット本体に固定されているアクチュエータ51内の小型モータを駆動すると、先に述べたようにその回転力がアクチュエータ内に設けられている減速ギヤを介して出力軸52を回動し、この出力軸52の回動が金属製のリング53と弾性からなるストッパー54により形成されているクラッチ機構を介してフレーム55をロボット本体に対して動かす。
この例では、フレーム55は例えば動物の下顎部分であるため、このフレーム55と動物の上顎部分で物を噛むような動作が行われるが、このときにある程度の噛む力が下顎を形成しているフレーム55に伝達されると、その力以上の噛む力はリミッタ機構を持っているクラッチによって遮断され、下顎部分に鋏まれた物体がかみ砕かれたり、損傷を受けたりするような事故を防止することができるというものである。
また、この従来技術の場合は、弾力性のある緩衝体(44)を伝達機構の一部として追加する必要があり、従来の汎用のサーボ装置に対してコストアップとなるという問題がある。
したがって、単なるスリップ機構を持った従来の結合機構を、サーボ装置によってロボットの手足を所定の位置に動かすような関節機構に採用すると、常に誤動作の虞があり、信頼性に欠けたものになる。
前記連結部材及び前記サーボホーンの接合面には、円周状に配置されている凹凸部を形成し、この凹凸部を介してサーボ装置の出力軸の動きが取り出されるようにしたものである。
前記サーボホーンと連結部材は、ワッシャ部材の中心部を貫通して前記出力軸にねじ込まれる止めビスによって圧接され、連結部材となるフレームやアームとサーボ装置の出力軸の回転位置を容易に設定することができるようにしている。
この図において、10はサーボ装置の筐体を示しており、このサーボ装置の筐体内には先に述べたように駆動用の直流モータ又はブラシレスモータと、その回転力を外部に出力するための減速ギヤ群が内蔵されている。
なお、回転変位を出力するサーボ装置の出力軸としては、先に本出願人が提案したようなリンク部材によって2軸の方向に回転変位を与えるようなサーボユニットの出力軸にも適応することができる。
このサーボホーン12は、出力軸11とアクチュエータとなる連結部材13を結合するために設けられるものであり、通常は、中心部の開口12aに前記セレーション11aに摺合するような溝が形成された円盤状の合成樹脂材によって成型されたものであるが、サーボ装置の使用態様によっては種種の形を取ることもできる。
本発明の実施例とされているサーボホーン12には、中心部に開口12aが設けられ、 接合面となる表面には図に示されているように頭部が円形となっている凸部12bが円周状に形成されている。そして、後で述べるようにこの凸部12bは連結部材13に形成されている凹部13b(図2)と衝合するような位置に、例えば、本例では円周状に8個設けられている。
しかし、ロボットのように関節部分を形成する場合は、この連結部材13の他端にさらに別のサーボ装置が取り付けられ、2方向に回動するようなアクチュエータを構成することもできる。
連結部材13の裏面であって、開口13aの周辺部には、先に述べた凸部12aと衝合する位置に円錐または、角錐状の凹部13b(図2)が、例えば、45度の間隔を置いて8個形成されている。
本例ではこのワッシャ14としてPOM(ポリアセタール)樹脂を使用して少し弾性力を与えているが、適当な弾性力を有する他の樹脂材で形成しても良いし、金属製の皿バネや、スプリングワッシャ等でワッシャ部分を形成しても良い。
このときに、先に示したサーボーホーン12の凸部12bが、連結部材13の凹部13bに入るような位置にして固定するが、止めネジ15をいっぱいに締め付けたときでも、連結部材13とサーボホーン12の接合面にはわずかな間隙tが残るように設計することが好ましい。
出力軸11が回動するとその回転力がサーボホ−ン12と連結部材13の接合面で衝合している凸部12bと凹部13bを介して連結部材13に伝達され、連結部材13が腕の部分となっている場合は、腕を前後方向に振るような動作が行われる。
しかし、本発明の場合は、連結部材13とサーボホーン12が円頭状の凸部12bと、円錐状凹部13bを介して結合されおり、かつ、この結合状態が少し弾性体の性質を有するワッシャ14の締め付けによって維持されているため、サーボホーン12と連結部材13の凹凸部による結合は、ある程度強い衝撃が印加されたときはワッシャ14の瞬間的な弾性変形によって開放され、双方の結合位置がシフトすることにより減速ギヤの損傷を防止することができるようになる。
すなわち、強い衝撃を緩和させたい場合はワッシャ厚を厚くし、弱い衝撃も緩和するためにはワッシャ厚を薄くすればよい。
また、本例では、サーボホーン12に形成されている凸部12bは円頭状とし、連結部材13に形成されている凹部13bは円錐状としているが、これら凸部及び凹部の形状はとくに限定されず、本発明と同等な効果を奏するものであればどのような形状であってもよい。たとえば凸部を円頭状とし、凹部を角錐状としても本発明と同等な効果を得ることができる。更には、本例とは反対に、サーボホーン12に凹部を形成し、連結部材13に凸部が形成されていてもよい。
なお、本例のようにサーボホーン12と連結部材13における凹部、凸部の組み合わせを凸部を円頭状とし、凹部を円錐状とすることにより、両者の接触部は円接触となるため、凸部の円頭が磨耗したときでも、この円接触の形状は殆ど変化せず、衝撃に対抗する結合力が経時的に変化しないという効果が生じる。
図3の(a)はサーボホーン12の正面図を示し、同図(b)は側面図、同図(c)は裏面図、同図(d)は断面図である。
正面図、及び断面図には円周状に配置された8個の円頭状の凸部12bと、中心部にある開口12aが記載されている。なお、開口12aの一部に形成されている鍵穴12cは先に述べた出力軸11との相対的な位置決めをするために設けたもので、出力軸11とこのサーボホーン12が正確に位置決めされた状態では、この鍵穴12cから出力軸11の先端面に着けられているマーク11c、(図1のくぼみ)が見えるように設計されている。
そして、このマーク11cと鍵穴12cを合わせることによって出力軸とサーボホーン12の回転位置決めを行うようにしている。
また、本例のサーボホーン12の外側円縁には例えば90度の角度位置で異なる形状のターンマーク12d−1、12d−2、12d−3,12d−4が刻み込まれているので、このターンマーク12d(1,2,3,4)を使用して連結部材13との間で初期位置の設定を行うことが容易になる。
この実施例の連結部材13は回転軸となる2個の開口13a、13−1aが設けられている場合を示しており、これらの開口13a、13−1aはそれぞれサーボホーン12を介して出力軸または他のフレーム等を付けることができる。
開口13a、又は、及び開口13−1aの周辺部には、先に述べたようにサーボホーン12の円頭状の凸部12bが衝合する位置に、8個の円錐状の凹部13b、13−1bを開口13a、又は、及び13−1aの周辺部に設け、この円錐状の凹部13b、又は13−1bがサーボホーン12との間で結合するようにして耐衝撃性が付加されるようにしている。
また、円周状に配置された凹部13b、13−1bの外周であって、前記ターンマーク12d(1,2,3,4)のいずれかと重なる位置には、ポジションマーク13dが刻まれており、先に述べたように強い衝撃を受けた後にサーボホーン12と連結部材13の相対位置がずれたときには、止めネジ15を少しゆるめ、このポジションマーク13dとターンマーク12d(1,2,3,4)を見ながら連結部材13を動かし、サーボホーン12と連結部材13を正しい初期位置に戻して止めネジ15を締め付けることにより、結合部分を容易に正しい位置関係に修復することができる。
なお、連結部材13は種種の作動部材(手先、足先、肘、脛、等)となる以外に、二つのサーボ装置間を結合するフレームや、アームとなることはいうまでもない。
全体的には頭部20,肩関節部21,腰関節部22,肘関節部23、股関節部24,膝関節部25,足首関節部26等に分けて形成されており、各関節部には、例えば一点鎖線で示すように出力軸を有するようなサーボ装置と、このサーボ装置で回転変位する連結部材が採用されている。
そして、全関節部、又は特に、肩関節部や腰関節部等には、先の述べたように出力軸に嵌合されているサーボホーン12と連結部材13の結合機構を採用することができる。
なお、肩関節部21や、腰関節部22,肘関節部23等は回転と変位を与えるような2軸の方向に変位するサーボユニットを使用して、ロボットの動きがより複雑に、かつ、よりスムースに動作するようにしている。
また、歩行ロボットを具体化するとき、関節部分を多くして複雑な動きを行わせる際にできるだけ小型で、かつ精度よく再現するときにも有用である。
Claims (6)
- サーボ装置と、
前記サーボ装置の出力軸に結合されたサーボホーンと、
前記サーボホーンに対してワッシャ部材で押圧され結合されている連結部材からなるロボット用連結部材の結合機構において、
前記連結部材及び前記サーボホーンの接合面は、円周状に配置されている凹凸部によって圧接されていることを特徴とするロボット用連結部材の結合機構。 - 前記凹凸部は前記サーボホーンの外側接合面に形成された円頭状凸部と、前記連結部材の内側接合面に形成された円錐状凹部によって構成されていることを特徴とする請求項1に記載のロボット用連結部材の結合機構。
- 前記ワッシャ部材は円形の合成樹脂材によって構成されていることを特徴とする請求項1,又は2に記載のロボット用連結部材の結合機構。
- 前記サーボホーンと連結部材は、ワッシャ部材の中心部を貫通して前記出力軸にねじ込まれる止めビスによって圧接することを特徴とする請求項1,2又は3に記載のロボット用連結部材の結合機構。
- 前記連結部材はロボットを構成するフレーム又はアームとなっていることを特徴とする請求項1,2,3又は4に記載のロボット用連結部材の結合機構。
- 前記ロボット用連結部材の結合機構を、歩行型のロボットの所定の位置の関節部分に適応したことを特徴とする歩行型ロボット。
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