JP2009190156A - Joint lock mechanism of robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロボットの関節ロック機構に関し、特にロボットの足関節などの自重が作用する関節部をロックする機構に関する。 The present invention relates to a joint lock mechanism of a robot, and more particularly to a mechanism that locks a joint that acts on its own weight such as an ankle joint of a robot.
ロボットの足関節などにおいて、モータ等の駆動装置により膝、足首、股関節を屈曲させることが、従来から実施されている。しかし、ロボットが直立でのアイドリング状態でも膝、足首、股関節は駆動装置を作動し続けなければ、固定することができなかった。 2. Description of the Related Art Conventionally, a knee, an ankle, and a hip joint are bent by a driving device such as a motor in an ankle joint of a robot. However, the knees, ankles, and hip joints could not be fixed unless the drive device was operated even when the robot was idling while standing upright.
そのため、ロボットの待機時間を含めた行動時間を延ばすためには、バッテリの容量を上げなければならないが、逆にバッテリの重量増による駆動装置の出力の増大による矛盾に悩まされている。 Therefore, in order to extend the action time including the waiting time of the robot, it is necessary to increase the capacity of the battery, but conversely, it suffers from a contradiction due to an increase in the output of the driving device due to an increase in the weight of the battery.
ところで、特許文献1には、搭乗型ロボットにおいて、人が搭乗できる位置付近まで座席を下降させた際に、下側のフレーム材に設けたストッパに上側のフレーム材を載置し、上側のフレーム材と下側のフレーム材との関節部を固定する技術が開示されている。 By the way, in Patent Document 1, in the boarding robot, when the seat is lowered to a position where a person can board, the upper frame material is placed on a stopper provided on the lower frame material, and the upper frame A technique for fixing a joint portion between a material and a lower frame material is disclosed.
また、特許文献2には、搬送ロボットにおいて、アーム姿勢維持手段によってアームの姿勢を維持する技術が開示されている。
さらに、特許文献3〜特許文献5には、カバー部材などを保持する保持装置において、カバー部材を開いた際に第1のアームと第2のアームとが過開き状態で固定され、第1のアームと第2のアームとでカバー部材を保持する技術が開示されている。
このように、現状ではロボットが直立でのアイドリング状態において、駆動装置を作動させることなく、関節部を固定することができるロボットの関節ロック機構は見聞することができない。 Thus, at present, in the idling state where the robot is standing upright, the joint lock mechanism of the robot that can fix the joint without operating the driving device cannot be observed.
本発明の目的は、ロボットが直立でのアイドリング状態において、駆動装置を作動させることなく、関節部を固定することができるロボットの関節ロック機構を提供することである。 An object of the present invention is to provide a joint lock mechanism of a robot that can fix a joint portion without operating a drive device in an idling state where the robot is standing upright.
本発明に係るロボットの関節ロック機構は、ロボットの足関節などの自重が作用する関節部をロックする機構であって、関節部を挟んで上下のフレーム材と、上側のフレーム材と下側のフレーム材とを回転可能に連結する連結機構と、上側又は下側の一方のフレーム材に設けられたモータ等の駆動装置と、第1のアームと、第2のアームとが回転可能に連結されており、一方のアームの端部は前記駆動装置に連結され、他方のアームの端部は他方側のフレーム材に回転可能に連結されたリンク機構と、を備え、前記リンク機構は、関節部を固定する際に過開き状態となり、第1又は第2の一方のアームに立設された位置決めブロックに他方側のアームが引っ掛かって、前記位置決めブロックがロボットの関節部より上方の構成部材の自重を支持する構成とされている。この構成により、ロボットが直立でのアイドリング状態において、駆動装置を作動させることなく、関節部を固定することができる。 The joint lock mechanism of the robot according to the present invention is a mechanism for locking a joint portion to which its own weight acts such as an ankle joint of the robot, and includes an upper frame material, an upper frame material, and a lower frame sandwiching the joint portion. A coupling mechanism that rotatably couples the frame material, a drive device such as a motor provided on one of the upper and lower frame materials, a first arm, and a second arm are rotatably coupled. An end portion of one arm is connected to the drive device, and an end portion of the other arm is rotatably connected to a frame material on the other side, and the link mechanism includes a joint portion When the arm is fixed, the arm on the other side is caught by the positioning block erected on one of the first or second arm, and the positioning block has its own weight above the joint portion of the robot. Support And it is configured to. With this configuration, the joint portion can be fixed without operating the driving device when the robot is idling in an upright state.
上述の関節部が屈伸する際には、前記リンク機構は、前記第1のアームと前記第2のアームとで成す角度がπrad以下の角度で開閉し、前記関節部を固定する際には、前記リンク機構は、前記第1のアームと前記第2のアームとで成す角度がπradより大きな角度で開き、過開き状態で前記位置決めブロックに前記他方側のアームが引っ掛かって、前記位置決めブロックがロボットの関節部より上方の構成部材の自重を支持する構成とされている。 When the above joint part bends and stretches, the link mechanism opens and closes at an angle of π rad or less formed by the first arm and the second arm, and when the joint part is fixed, In the link mechanism, an angle formed by the first arm and the second arm is opened at an angle larger than πrad, and the other arm is hooked on the positioning block in an over-open state so that the positioning block is a robot. It is set as the structure which supports the self-weight of the structural member above the joint part.
上述の第1のアームと第2のアームとの連結部近傍に前記位置決めブロックが立設され、前記他方側のアームの端部は、回転時に前記位置決めブロックと干渉しないようにR加工が施されており、前記リンク機構の過開き状態を保持する際には、前記他方側のアームの側部が前記位置決めブロックに引っ掛かる構成とされていることが好ましい。 The positioning block is erected in the vicinity of the connecting portion between the first arm and the second arm, and the end of the arm on the other side is rounded so as not to interfere with the positioning block during rotation. When the link mechanism is kept in an over-open state, it is preferable that a side portion of the other arm is hooked on the positioning block.
上述の関節部は膝関節であって、前記上側のフレーム材は大腿フレームであり、前記下側のフレーム材は下腿フレームであることが好ましい。 It is preferable that the joint portion described above is a knee joint, the upper frame material is a thigh frame, and the lower frame material is a lower leg frame.
または、上述の関節部は足首関節であって、前記上側のフレーム材は下腿フレームであり、前記下側のフレーム材は足フレームであることが好ましい。 Alternatively, it is preferable that the above-described joint portion is an ankle joint, the upper frame material is a lower leg frame, and the lower frame material is a foot frame.
本発明によれば、ロボットが直立でのアイドリング状態において、駆動装置を作動させることなく、関節部を固定することができるロボットの関節ロック機構を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a joint lock mechanism for a robot that can fix a joint portion without operating a driving device in an idling state where the robot is standing upright.
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, for clarity of explanation, the following description and drawings are simplified as appropriate.
<実施形態1>
本発明に係るロボットの関節ロック機構の実施形態1を、図1〜図4に基づいて説明する。このロボットの関節ロック機構(以下、単に関節ロック機構という場合がある。)は、ヒューマノイドロボットの足関節などの自重が作用する関節部をロックする機構として好適に実施される。
<Embodiment 1>
A robot joint lock mechanism according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This joint lock mechanism of the robot (hereinafter sometimes simply referred to as a joint lock mechanism) is preferably implemented as a mechanism that locks a joint that acts on its own weight, such as an ankle joint of a humanoid robot.
本実施形態の関節ロック機構は、図1に示すように、関節部である膝関節1を挟んで上側のフレーム材である大腿フレーム2及び下側のフレーム材である下腿フレーム3と、大腿フレーム2と下腿フレーム3とを回転可能に連結する連結機構4と、下腿フレーム3に設けられた駆動装置5と、リンク機構6とを備えている。
As shown in FIG. 1, the joint lock mechanism of the present embodiment includes a
大腿フレーム2の下端部及び下腿フレーム3の上端部は、相互を屈曲させた際に干渉しないように、傾斜部が形成されている。
The lower end portion of the
連結機構4は、ロボットの関節部に用いられる通例のヒンジ機構であり、大腿フレーム2と下腿フレーム3とを屈伸させることができるように、各々の傾斜部先端に配置されている。
The connection mechanism 4 is a typical hinge mechanism used for a joint portion of a robot, and is arranged at the tip of each inclined portion so that the
駆動装置5は、サーボ等のモータである。この駆動装置5は、下腿フレーム3の上端部に、回転軸が側方に突出するように設けられている。
The
リンク機構6は、図2に示すように、平板部材から成る第1のアーム7の端部7aと、同じく平板部材から成る第2のアーム8の端部8aとが回転可能に連結されている。このリンク機構6は、膝関節1の側方に配置されており、第1のアーム7の端部7bは、大腿フレーム2の傾斜部後端に回転可能に連結され、第2のアーム8の端部8bは、駆動装置5の回転軸に連結されている。
As shown in FIG. 2, in the
特にリンク機構6は、第1のアーム7と第2のアーム8との回転軸9と第1のアーム7が大腿フレーム2に連結される点Aとを結ぶ直線Lと、回転軸9と第2のアーム8が駆動装置5の回転軸に連結される点Bとを結ぶ直線Mとで成す角度、つまり第1のアーム7と第2のアーム8とで成す角度θが180°(πrad)を超えると前記第2のアーム8の回転が制限される構成とされている。具体的には、第1のアーム7における第2のアーム8との連結部近傍であって、第2のアーム8の回転領域とは逆の側面に、位置決めブロック10が立設されており、リンク機構6は角度θが180°を超えて過開き状態となると、第2のアーム8の側部が位置決めブロック10に引っ掛かる構成とされている。このとき、第2のアーム8の端部8aは、回転時に位置決めブロック10と干渉しないようにR加工が施されており、角を落とした形状とされていることが好ましい。ちなみに、本実施形態のリンク機構6は、位置決めブロック10がロボットの後方側に配置されるように、大腿フレーム2及び駆動装置5に連結されている。
In particular, the
このような構成の関節ロック機構は、膝関節1を屈曲させる際には、図3に示すように、駆動装置5の回転軸を矢印方向Rに回転させて、第1のアーム7と第2のアーム8とで成す角度θが180°より小さく、且つ第1のアーム7と第2のアーム8との回転軸9が、第1のアーム7と大腿フレーム2との連結点Aと、第2のアーム8と駆動装置5の回転軸との連結点Bとを結んだ直線Nより後方に配置されるように、第1のアーム7と第2のアーム8とを閉じる。
When the knee joint 1 is bent, the joint lock mechanism having such a configuration rotates the rotation shaft of the
膝関節1を伸展させる際には、図4に示すように、駆動装置5の回転軸を矢印方向Sに回転させて、第1のアーム7と第2のアーム8とで成す角度θが180°より若干小さく、第1のアーム7と第2のアーム8との回転軸9が略直線N上に配置されるように、第1のアーム7と第2のアーム8とを開ける。
When extending the knee joint 1, as shown in FIG. 4, the rotation axis of the
膝関節1を固定してロボットが直立でのアイドリング状態とする際には、図1に示すように、図4の状態から更に駆動装置5の回転軸を矢印方向Sに回転させて、リンク機構6を第1のアーム7と第2のアーム8とで成す角度θが180°より大きい過開き状態として、第2のアーム8を第1のアーム7の位置決めブロック10に引っ掛けると、膝関節1を固定した状態でロボットの膝関節1より上方の構成部材の自重を位置決めブロック10に支持させることができる。そのため、ロボットが直立でのアイドリング状態において、駆動装置5を作動させることなく、膝関節1を固定することができる。よって、駆動装置5を作動させるバッテリを小型化することができ、しいては駆動装置5も小型化することができる。
When the knee joint 1 is fixed and the robot is in an idling state in an upright state, as shown in FIG. 1, the rotation shaft of the
本実施形態の駆動装置5は下腿フレーム3に設けたが、大腿フレーム2に設けても良い。この場合、第1のアーム7の端部7bが駆動装置5の回転軸に連結され、第2のアーム8の端部8bが下腿フレーム3に回転可能に連結される。
Although the
<実施形態2>
上記実施形態1の関節ロック機構は、膝関節部分に採用したが、図5に示すように、足首部分に採用しても良い。
<
Although the joint locking mechanism of the first embodiment is employed in the knee joint portion, it may be employed in the ankle portion as shown in FIG.
具体的には、下腿フレーム3が上側のフレーム材を成し、足フレーム11が下側のフレーム材を成す。下腿フレーム3に駆動装置15が設けられており、リンク機構16の第1のアーム17の端部17bが駆動装置15の回転軸に連結されている。第2のアーム18の端部18bは足フレーム11の踵部分に回転可能に連結されている。リンク機構16は、上記実施形態1のリンク機構6と略同様の構成とされているが、位置決めブロック20が第2のアーム18に設けられている。
Specifically, the
このような構成の関節ロック機構も、足首を固定してロボットが直立でのアイドリング状態とする際には、リンク機構16を第1のアーム17と第2のアーム18とで成す角度θが180°より大きい過開き状態として、第2のアーム18を第1のアーム17の位置決めブロック20に引っ掛けると、足首を固定した状態でロボットの足首より上方の構成部材の自重を位置決めブロック20に支持させることができる。そのため、直立でのアイドリング状態において、駆動装置15を作動させることなく、足首を固定することができる。よって、駆動装置15を作動させるバッテリを小型化することができ、しいては駆動装置15も小型化することができる。
Also in the joint lock mechanism having such a configuration, when the ankle is fixed and the robot is in an idling state in an upright state, the angle θ formed by the
ちなみに、図5に示すように、本発明の関節ロック機構を膝関節部分と併用すると、より好ましい。 Incidentally, as shown in FIG. 5, it is more preferable to use the joint locking mechanism of the present invention together with the knee joint portion.
本実施形態の駆動装置15は下腿フレーム3に設けたが、足フレーム11に設けても良い。この場合、第1のアーム17の端部17bが下腿フレーム3に回転可能に連結され、第2のアーム18の他端18bが駆動装置15の回転軸に連結される。
Although the
上記実施形態1、2のリンク機構6、16は、位置決めブロック10、20をロボットの後方側に配置しているが、前方側に配置しても良い。この場合、リンク機構6、16の開閉方向が逆になる。
In the
1 膝関節
2 大腿フレーム
3 下腿フレーム
4 連結機構
5 駆動装置
6 リンク機構
7 第1のアーム
8 第2のアーム
10 位置決めブロック
11 足フレーム
15 駆動装置
16 リンク機構
17 第1のアーム
18 第2のアーム
20 位置決めブロック
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
関節部を挟んで上下のフレーム材と、
上側のフレーム材と下側のフレーム材とを回転可能に連結する連結機構と、
上側又は下側の一方のフレーム材に設けられたモータ等の駆動装置と、
第1のアームと、第2のアームとが回転可能に連結されており、一方のアームの端部は前記駆動装置に連結され、他方のアームの端部は他方側のフレーム材に回転可能に連結されたリンク機構と、を備え、
前記リンク機構は、関節部を固定する際に過開き状態となり、第1又は第2の一方のアームに立設された位置決めブロックに他方側のアームが引っ掛かって、前記位置決めブロックがロボットの関節部より上方の構成部材の自重を支持するロボットの関節ロック機構。 It is a mechanism that locks the joint part where its own weight acts such as the ankle joint of the robot,
With upper and lower frame materials across the joint,
A connection mechanism for rotatably connecting the upper frame material and the lower frame material;
A driving device such as a motor provided on one of the upper or lower frame members;
The first arm and the second arm are rotatably connected, the end of one arm is connected to the driving device, and the end of the other arm is rotatable to the frame material on the other side A linked link mechanism,
The link mechanism is in an over-open state when the joint portion is fixed, and the other arm is hooked on the positioning block standing on the first or second one arm, and the positioning block becomes the joint portion of the robot. A joint lock mechanism for a robot that supports the weight of the upper component.
前記関節部を固定する際には、前記リンク機構は、前記第1のアームと前記第2のアームとで成す角度がπradより大きな角度で開き、過開き状態で前記位置決めブロックに前記他方側のアームが引っ掛かって、前記位置決めブロックがロボットの関節部より上方の構成部材の自重を支持することを特徴とする、請求項1に記載のロボットの関節ロック機構。 When the joint portion bends and stretches, the link mechanism opens and closes at an angle of π rad or less formed by the first arm and the second arm,
When the joint portion is fixed, the link mechanism opens at an angle larger than π rad between the first arm and the second arm, and in an over-open state, the link mechanism is moved to the positioning block on the other side. The robot joint locking mechanism according to claim 1, wherein the arm is hooked and the positioning block supports the weight of a component above the joint of the robot.
前記他方側のアームの端部は、回転時に前記位置決めブロックと干渉しないようにR加工が施されており、前記リンク機構の過開き状態を保持する際には、前記他方側のアームの側部が前記位置決めブロックに引っ掛かることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載のロボットの関節ロック機構。 The positioning block is erected in the vicinity of the connecting portion between the first arm and the second arm,
The end of the arm on the other side is R-processed so as not to interfere with the positioning block during rotation, and when the over-opened state of the link mechanism is maintained, the side portion of the arm on the other side The robot joint locking mechanism according to claim 1 or 2, wherein the hook is caught by the positioning block.
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2008
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