JP2019076992A - Joint structure and bipedal walking robot having joint structure in coxa - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、第1部材と、第2部材と、第1部材および第2部材を回転自在に連結する関節軸と、第1部材および第2部材を減速機を介して関節軸の軸線周りに相対的に回転させるモータとを備える関節構造に関する。また、この発明は、その関節構造を股関節部に備える二足歩行ロボットに関する。 According to the present invention, a joint shaft rotatably connecting the first member, the second member, the first member and the second member, and the first member and the second member around the axis of the joint shaft via the reduction gear. The present invention relates to a joint structure including a relatively rotating motor. The present invention also relates to a biped walking robot including the joint structure in a hip joint.
ロボットのリンクを駆動する関節構造として、サーボ駆動されるモータと、減速機と、モータの動力を減速機に伝動する例えばベルトおよびプーリからなる伝動装置とを備え、減速機の出力軸に取り付けられたリンクを回転させるものがある。ところで、近年、関節軸動作の高出力化が求められている。それを実現する一般的な手法として、モータを大型化することが考えられるが、ロボットに対して搭載可能なモータの寸法には制限がある場合がほとんどであり、容易に関節軸動作を高出力化することは難しい。異なる手法の一つとしては、リンクを複数個のモータによって駆動することが考えられるが、その一方で、ロボットには小型化も要求されており、関節部の大型化や関節部の可動範囲の狭小化を避けつつ複数個のモータおよびこれに関連した伝動装置を設置するのは容易ではない。 The joint structure for driving a link of a robot includes a servo-driven motor, a reduction gear, and a transmission including, for example, a belt and a pulley for transmitting the power of the motor to the reduction gear, and is attached to the output shaft of the reduction gear There is one that rotates the link. By the way, in recent years, high output of joint axis movement is required. As a general method to realize it, it is conceivable to increase the size of the motor, but in most cases there is a limit on the dimensions of the motor that can be mounted on the robot, and high power output of joint axis is easily achieved. It is difficult to As one of the different methods, it is conceivable to drive the link by a plurality of motors, but on the other hand, the robot is also required to be miniaturized, and the enlargement of the joint and the movable range of the joint are It is not easy to install multiple motors and their associated transmissions while avoiding narrowing.
特許文献1には、二足歩行ロボットにおいて、股関節を腰板、腰板に対して鉛直周りの外旋または内旋運動する旋回リンク、旋回リンクに対して開閉運動をする開閉リンク、および開閉リンクに対して前後運動する前後動リンクにより構成し、開閉リンクおよび前後動リンクを旋回リンクに対して片持ち支持構造とするとともに、旋回リンクの、開閉リンクの開閉時に開閉リンクおよび旋回リンクと干渉する部分を略三角形状に形成することで、開閉リンクの広い動作範囲を確保した股関節構造が開示されている。しかしながら、特許文献1では、開閉リンクの開閉運動のために複数個のモータを配置することは検討されていない。 Patent Document 1 discloses, in a biped robot, a waist plate, a swing link that performs an external or internal rotation motion around a vertical with respect to the hip plate, an opening and closing link that performs an opening and closing motion with respect to the swing link, and an opening and closing link. The opening and closing link and the fore and aft moving link are provided as a cantilever supporting structure with respect to the turning link, and a portion of the turning link that interferes with the opening and closing link and the turning link at the opening and closing of the opening and closing link A hip joint structure is disclosed in which a wide movement range of the opening and closing link is secured by forming the ring into a substantially triangular shape. However, Patent Document 1 does not consider arranging a plurality of motors for the opening and closing movement of the opening and closing link.
特許文献2には、1つのモータドライバにより、同じ特性を持ち直列に配線された少なくとも2つ以上のブラシ付きDCモータを駆動し、各モータの出力を伝達機構により回転軸に伝達し、1自由度の運動を作りだす駆動装置が提案されている。しかしながら、特許文献2では、例えば二足歩行ロボットの太腿部など、比較的広い空間を持つ場所に複数のモータを配置しており、特許文献1における旋回リンクのように、モータを配置できる空間が限定される場所への配置については検討されていない。 In Patent Document 2, one motor driver drives at least two or more brushed DC motors having the same characteristic and wired in series, and the output of each motor is transmitted to the rotation shaft by the transmission mechanism, and one free. Drives have been proposed that produce a degree of movement. However, in Patent Document 2, for example, a plurality of motors are disposed in a relatively wide space, such as the thighs of a biped walking robot, and a space in which the motors can be disposed as in the turning link in Patent Document 1. It is not considered about the placement in the place where is limited.
この発明は、上記従来技術の問題を解消し、関節部の大型化を避け、関節部の可動範囲を広げ、かつ関節動作の高出力化を達成可能な関節構造およびその関節構造を股関節部に備えた二足歩行ロボットを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, avoids enlargement of the joint, widens the movable range of the joint, and can achieve high output of joint motion and a joint structure for the hip joint It aims at providing a equipped biped robot.
この発明は、第1部材と、第2部材と、前記第1部材および前記第2部材を回転自在に連結する関節軸と、を備え、前記第1部材に、前記関節軸に近づくに連れて一方の側面が反対側の他方の側面へ近づくことで略三角形状とされたモータ配置領域が形成された関節構造であって、上記目的を達成するため、前記モータ配置領域内にそれぞれ配置され、前記第1部材および前記第2部材を、減速機を介して前記関節軸の軸線周りに相対的に回転させる第1のモータおよび第2のモータと、前記第1のモータの出力軸に設けられた第1の駆動輪と、前記第2のモータの出力軸に設けられた第2の駆動輪と、前記モータ配置領域内に配置された転動輪と、前記減速機の入力部に接続された被駆動輪と、前記第1の駆動輪、前記第2の駆動輪、前記転動輪および前記被駆動輪に掛架されて前記第1の駆動輪および前記第2の駆動輪からの駆動力を前記被駆動輪に伝達する無端状部材と、を備え、前記第1の駆動輪、前記第2の駆動輪および前記転動輪は、それらの軸線を結んだ形状が前記略三角形状のモータ配置領域と略相似をなすよう配置されており、前記無端状部材は、前記第1の駆動輪、前記第2の駆動輪および前記転動輪のうちの1つが前記無端状部材の外側に位置するよう前記第1の駆動輪、前記第2の駆動輪、前記転動輪および前記被駆動輪に掛架されている。ここで、「前記略三角形状のモータ配置領域と略相似をなす」とは、第1の駆動輪の軸線、第2の駆動輪の軸線および転動輪の軸線を結んだ三角形の3辺のうちの1つが、第1部材の一方の側面に平行または該一方の側面に対して±20度以下の角度差をなし、3辺のうちの他の1つが、第1部材の他方の側面に平行または該他方の側面に対して±20度以下の角度差をなすことを意味するものとする。 The present invention comprises a first member, a second member, and a joint shaft rotatably connecting the first member and the second member, wherein the first member is moved closer to the joint shaft. A joint structure in which a substantially triangular motor arrangement area is formed by approaching one side surface to the other side surface on the opposite side, which are arranged in the motor arrangement area to achieve the above object, Provided on a first motor and a second motor that relatively rotate the first member and the second member around the axis of the joint shaft via a reduction gear, and an output shaft of the first motor The first drive wheel, the second drive wheel provided on the output shaft of the second motor, the rolling wheels disposed in the motor arrangement area, and the input portion of the reduction gear A driven wheel, the first drive wheel, the second drive wheel, and A driving wheel and an endless member mounted on the driven wheel to transmit the driving force from the first driving wheel and the second driving wheel to the driven wheel; and the first driving wheel The second drive wheel and the rolling wheel are arranged such that a shape connecting their axes substantially corresponds to the substantially triangular motor arrangement region, and the endless member is the first member. The first drive wheel, the second drive wheel, the rolling wheel, and the driven wheel such that one of the driving wheel, the second driving wheel, and the rolling wheel is positioned outside the endless member. It is hung on Here, "having substantially the same shape as the substantially triangular motor arrangement area" refers to three sides of a triangle connecting the axis of the first drive wheel, the axis of the second drive wheel, and the axis of the rolling wheel. Is parallel to one side of the first member or at an angle difference of ± 20 degrees or less with respect to the one side, and the other one of the three sides is parallel to the other side of the first member Or it shall mean making an angle difference of ± 20 degrees or less to the other side.
なお、この発明の関節構造にあっては、前記無端状部材は、その両面を使用して、第1の駆動輪、第2の駆動輪、転動輪および被駆動輪の間に掛架され、駆動力を伝達することが好ましい。 In the joint structure according to the present invention, the endless member is stretched between the first drive wheel, the second drive wheel, the rolling wheel, and the driven wheel using both surfaces thereof. It is preferable to transmit the driving force.
また、この発明の関節構造にあっては、前記第2部材は、前記第1部材側の端部の側面に位置する前記関節軸を介して前記第1部材に片持ち支持される構造を有することが好ましい。 Further, in the joint structure according to the present invention, the second member has a structure supported in a cantilever manner by the first member via the joint shaft located on the side surface of the end portion on the first member side. Is preferred.
さらに、この発明の関節構造にあっては、前記第1の駆動輪および前記第2の駆動輪のうちの一方が前記無端状部材の内側に、他方が前記無端状部材の外側にそれぞれ配置されていることが好ましい。 Further, in the joint structure according to the present invention, one of the first drive wheel and the second drive wheel is disposed inside the endless member, and the other is disposed outside the endless member. Is preferred.
さらに、この発明の関節構造にあっては、前記転動輪は、前記無端状部材の張力を調整可能なようにその固定位置が変更可能であることが好ましい。 Furthermore, in the joint structure of the present invention, preferably, the rolling wheel can be changed in fixed position so that the tension of the endless member can be adjusted.
さらに、この発明の関節構造にあっては、前記第1のモータはマスターモータであり、前記第2のモータは、前記第1のモータに追従制御するスレーブモータであることが好ましい。 Further, in the joint structure of the present invention, it is preferable that the first motor is a master motor, and the second motor is a slave motor that performs tracking control on the first motor.
また、この発明の関節構造にあっては、前記転動輪に代えて第3のモータと第3の駆動輪を備え、前記第1の駆動輪、前記第2の駆動輪および前記第3の駆動輪は、それらの軸線を結んだ形状が前記略三角形状のモータ配置領域と略相似をなすよう配置されており、前記無端状部材は、前記第1の駆動輪、前記第2の駆動輪および前記第3の駆動輪のうちの1つが前記無端状部材の外側に位置するよう前記第1の駆動輪、前記第2の駆動輪、前記第3の駆動輪および前記被駆動輪に掛架されている。 Further, in the joint structure of the present invention, a third motor and a third drive wheel are provided instead of the rolling wheel, and the first drive wheel, the second drive wheel and the third drive are provided. The wheels are arranged such that the shape connecting their axes is substantially similar to the substantially triangular motor arrangement area, and the endless member comprises the first drive wheel, the second drive wheel, and the second drive wheel. The first drive wheel, the second drive wheel, the third drive wheel, and the driven wheel are suspended such that one of the third drive wheels is located outside the endless member. ing.
さらに、この発明の関節構造にあっては、前記第1のモータはマスターモータであり、前記第2のモータおよび前記第3のモータは、前記第1のモータに追従制御するスレーブモータであることが好ましい。 Furthermore, in the joint structure according to the present invention, the first motor is a master motor, and the second motor and the third motor are slave motors that follow and control the first motor. Is preferred.
また、この発明の二足歩行ロボットは、上記目的を達成するため、上記いずれか一に記載の関節構造を、一対の脚の開閉動作を行う股関節部に備えている。 Further, in order to achieve the above object, a biped walking robot according to the present invention includes the joint structure described in any one of the above in a hip joint that opens and closes a pair of legs.
この発明の関節構造によれば、第1部材および第2部材を関節軸の軸線周りに相対的に回転させる駆動手段として第1のモータおよび第2のモータを備えているため、関節動作の高出力化を実現することができる。また、無端状部材が掛架される第1の駆動輪、第2の駆動輪および転動輪を略三角形状のモータ配置領域と略相似をなす位置関係で配置しているため、関節構造を大型化することなく略三角形状のモータ配置領域に2つのモータを配置し、関節構造の可動範囲を広げることが可能となる。 According to the joint structure of the present invention, since the first motor and the second motor are provided as drive means for relatively rotating the first member and the second member around the axis of the joint shaft, the joint operation can be performed at a high level. Output can be realized. In addition, since the first drive wheel, the second drive wheel, and the rolling wheel on which the endless member is hung are arranged in a positional relationship substantially similar to the substantially triangular motor arrangement region, the joint structure is large. It is possible to arrange two motors in a substantially triangular motor arrangement area without increasing the range of movement of the joint structure.
以下、この発明の実施の形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。ここで図1は、この発明の第一の実施形態の関節構造を適用した、この発明の第一の実施形態の二足歩行ロボットにおける股関節を示した図である。図1中、符号Zは、二足歩行ロボットの身体を前後に二分する面である前額面と、二足歩行ロボットの身体を左右に二分する面である矢状面とに共通する線分である正中軸を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, FIG. 1 is a view showing a hip joint in a biped robot according to the first embodiment of the present invention, to which the joint structure according to the first embodiment of the present invention is applied. In FIG. 1, a symbol Z is a line segment common to a frontal plane which is a plane bisecting the body of the biped robot forward and backward, and a sagittal plane which is a plane bisecting the body of the biped robot horizontally Indicates a certain median axis.
図1に示すように、実施形態の二足歩行ロボットにおける股関節構造10は、内旋・外旋運動、内転・外転運動および屈曲・伸展運動を行うことができる3自由度の関節として構成され、主として、旋回軸の軸線(ヨー軸)z1周りに回転して脚12の内旋・外旋運動をもたらす第1部材としての旋回リンク14と、関節軸としての開閉軸16の軸線(ロール軸)x1周りに回転して脚12の内転・外転運動をもたらす第2部材としての開閉リンク18と、前後動軸の軸線(ピッチ軸)y1周りに回転して脚12の屈曲・伸展運動をもたらす前後動リンク20とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
旋回リンク14は、上記旋回軸およびそれを支持する軸受を介して胴体22に軸線z1周りに回転可能に保持されている。胴体22に対する旋回リンク14の内旋・外旋運動は、胴体22に配置されたサーボ駆動されるモータの回転を、例えばベルトおよびプーリからなる伝動装置を介してハーモニック減速機等の減速機に伝えることで行われる(図示省略)。
The
旋回リンク14は、胴体22と開閉軸16との間のうち開閉軸16側のプレート状部分が、正面視において、開閉軸16に近づくに連れて外側側面(正中軸Zからみて外側に位置する側面)14aが反対側の内側側面(正中軸側の側面)14bへ近づく略三角形状に形成されている。旋回リンク14の略三角形状のプレート状部分は、後述するモータ配置領域Sとなる。図示例では、内側側面14bは正中軸Zと平行な平面で構成され、外側側面14aは開閉軸16に近づくにつれて正中軸Z側へ近づく傾斜面で構成され、そして上辺14cは、正中軸Zに対して直交する方向(ピッチ軸方向)に沿って形成されている。よって、この三角形は、外側側面14aおよびその延長線14a’を斜辺とする直角三角形である。
The plate-like portion of the
開閉リンク18は、旋回リンク14の下端部(モータ配置領域Sの下方部分)に開閉軸16およびそれを支持する軸受(図示省略)を介して軸線x1周りに回転(揺動)可能に連結され、そこからピッチ軸方向外側(正中軸Zから離れる方向)に向けて形成されることにより、旋回リンク14に片持ち支持されている。また、開閉リンク18の先端部分は、前後動リンク20の中に入れ子状態で配置されている。なお、開閉リンク18と前後動リンク20の入れ子構造は、開閉リンク18の一部分を前後動リンク20の中に入れ込む方式に代え、その逆でも可能である。
The open /
このように、開閉リンク18を正中軸Z寄りの位置にて旋回リンク14に対する片持ち構造とするとともに、旋回リンク14の開閉軸16周辺部分の外側側面14aを斜面状に切り欠くことで、股関節をコンパクトに構成しつつ、開閉リンク18を回転したときの開閉リンク18および前後動リンク20と旋回リンク14との干渉を回避して、開閉リンク18の回転動作範囲、つまり脚12の内転・外転運動範囲を拡大することができる。図2は、旋回リンク14の外側側面14aと開閉リンク18および前後動リンク20の上面とが略平行となるまで脚12を外転させた様子を示している。
As described above, the open /
ところで、旋回リンク14の外側側面14aを斜面状に切り欠くと、開閉リンク18を駆動するためのモータおよび伝動装置を配置するためのモータ配置領域Sが略三角形状に制限され、脚12の内転・外転運動の高出力化の観点で開閉リンク18を2つ以上のモータで駆動する場合に、2つ以上のモータおよび各モータに対応した2つ以上の伝動装置のための設置スペースを十分に確保し得ない。
By the way, when the
また、開閉リンク18を回転したときの開閉リンク18および前後動リンク20と旋回リンク14との干渉を回避しつつ、特に脚12の外転運動における関節可動範囲が広くなるように開閉リンク18の可動範囲を広くすると、外側側面14aの延長線14a’と内側側面14bがなす角度が鋭角となり、無端ベルト36が旋回リンク14の外側側面14aから外側にはみ出易くなるため、後述の無端ベルト36の設置スペースも十分に確保し得ない。
Further, while avoiding the interference between the opening and closing
そこで、この実施形態では、モータ配置領域Sに2つのモータを配置するが、それらの駆動力を伝達する伝動装置を共用しかつモータおよび伝動装置の配置を工夫することにより、制限されたモータ配置領域S内に2つのモータとこれに関連した伝動装置を配置できるようにしている。具体的には、モータ配置領域(プレート状部分)Sには、その出力軸24aに第1の駆動輪26が設けられたサーボ制御される第1のモータ24と、その出力軸28aに第2の駆動輪30が設けられたサーボ制御される第2のモータ28と、旋回リンク14に自由回転可能に取り付けられた転動輪32とが設けられ、第1の駆動輪26、第2の駆動輪30および転動輪32と、開閉軸16と共通の軸線x1を有し図示しない減速機の入力部(入力軸)に固定された被駆動輪34とには、無端状部材としての無端ベルト36が掛架されている。なお、第1および第2のモータ24,28は、略三角形状のプレート状部分の背面側に配置され、それらの出力軸24a,28aは該プレート状部分を貫通し、第1の駆動輪26、第2の駆動輪30および転動輪32は、プレート状部分の正面側にそれぞれ配置されている。
Therefore, in this embodiment, two motors are arranged in the motor arrangement area S, but the motor arrangement is limited by sharing the transmission for transmitting the driving force of the two motors and devising the arrangement of the motor and the transmission. In the area S, two motors and their associated transmissions can be arranged. Specifically, in the motor arrangement area (plate-like portion) S, a servo-controlled
無端ベルト36は、無端ベルト36の両面を使用して、第1の駆動輪26、第2の駆動輪30、転動輪32および被駆動輪34の間に掛架されて、駆動力を伝達する。無端ベルト36は、第1の駆動輪26、転動輪32および被駆動輪34が無端ベルト36の内側に位置し、残りの第2の駆動輪30が無端ベルト36の外側に位置するよう第1の駆動輪26、第2の駆動輪30、転動輪32および被駆動輪34に掛架されている。転動輪32を自由回転可能に支持するベース38は、旋回リンク14のプレート状部分に形成された長孔状の固定孔40にネジ等の締結具42を挿通して固定されており、固定孔40に対する締結具42の位置を変更して転動輪32の固定位置を調整することにより、無端ベルト36の張力を調整できるようになっている。
The
また、第1の駆動輪26、第2の駆動輪30および転動輪32は、それらの軸線を結んだ形状fが略三角形状のモータ配置領域Sと略相似となるよう配置されている。図示例では、第1の駆動輪26、第2の駆動輪30および転動輪32を上下2段に配置するとともに、上段のピッチ軸方向外側(上段外側)に第1の駆動輪26を、上段のピッチ軸方向内側(上段内側)に転動輪32を、下段に第2の駆動輪30をそれぞれ配置し、さらに、転動輪32の軸線と第2の駆動輪30の軸線とを結ぶ線分f1が旋回リンク14の内側側面14bと平行または該内側側面14bに対して±20度以下の角度差をなすとともに、第1の駆動輪26の軸線と第2の駆動輪30の軸線とを結ぶ線分f2が旋回リンク14の傾斜した外側側面14aと平行または該外側側面14aに対して±20度以下の角度差をなす位置関係としている。なお、第1の駆動輪26、第2の駆動輪30および転動輪32は、それらの軸線を結んだ形状fが略三角形状のモータ配置領域Sと略相似となる限り如何なる位置に配置してもよく、例えば、第1の駆動輪26は、上段内側または下段に、第2の駆動輪30は、上段内側または上段外側に、転動輪32は、上段外側または下段にそれぞれ配置してもよい。いずれの場合も、第1の駆動輪26、第2の駆動輪30および転動輪32のうち下段に位置するものが無端ベルト36の外側に位置するように、ピッチ軸方向外側から無端ベルト36を掛架することが好ましく、これにより、無端ベルト36が旋回リンク14の外側側面14aから外側にはみ出るのを防止することができる。
The
図示例では、無端ベルト36に両歯付きタイミングベルトを用いるとともに、第1の駆動輪26、第2の駆動輪30および被駆動輪34に歯付きプーリを、転動輪32に歯車をそれぞれ用いているが、これは一例であり、第1の駆動輪26および第2の駆動輪30の駆動力を被駆動輪34に伝達できれば如何なるものでもよく、例えば、第1の駆動輪26、第2の駆動輪30、転動輪32および被駆動輪34として歯をもたないプーリを用いるとともに、無端状部材として歯をもたない無端ベルトを用いてもよく、あるいは、第1の駆動輪26、第2の駆動輪30、転動輪32および被駆動輪34としてスプロケットを用いるとともに、無端状部材としてローラチェーンを用いてもよい。
In the illustrated example, a double-toothed timing belt is used for the
入力部(入力軸)が被駆動輪34に固定された減速機(図示省略)は、例えばハーモニック減速機で構成され、その出力部(出力軸)は開閉リンク18に固定されて、無端ベルト36を介して入力された第1のモータ24および第2のモータ28の回転動力を所定の減速比をもって開閉リンク18に伝達する。
A reduction gear (not shown) whose input part (input shaft) is fixed to the driven
この発明の有利な実施形態では、第1のモータ24はマスターモータであり、第2のモータ28は、第1のモータ24に追従制御されるスレーブモータである。例えば、CPU(中央演算装置)等の図示しない制御装置により、第1のモータ24を角度制御または速度制御により駆動し、第2のモータ28をトルク制御により駆動し、無端ベルト36に加わる動力が同一方向となるように、第1のモータ24の回転に対して第2のモータ28が追従して回転することで、被駆動輪34または開閉軸16において任意の目標角度または目標速度を得られるように、第1のモータ24および第2のモータ28の駆動力を決定することで、第1のモータ24と第2のモータ28の回転を互いに同期させることができる。
In an advantageous embodiment of the invention, the
開閉リンク18に対する前後動リンク20の前後動運動、つまり脚12の屈曲・伸展運動は、前後動リンク20に配置されたサーボ駆動されるモータの回転を、例えばベルトおよびプーリからなる図示しない伝動装置を介してハーモニック減速機等の減速機に伝えることで行われる(図示省略)。
The back and forth movement of the front and rear movement link 20 with respect to the opening and closing
このように構成された股関節構造10を用いて、二足歩行ロボットの脚12の内転・外転運動を行うには、図示しない制御装置が図示しないモータドライバを介して、第1のモータ24および第2のモータ28を図2の矢印方向へ回転駆動する。第1のモータ24および第2のモータ28の回転動力は、第1の駆動輪26および第2の駆動輪30から無端ベルト36を介して被駆動輪34へ伝達され、被駆動輪34に接続された減速機(図示省略)の入力部に入力され、減速機は、入力された回転動力を所定の減速比でもって減速して出力部に出力し、該出力部に接続された開閉リンク18を開閉軸16の軸線x1周りに回転させる。このとき、旋回リンク14の開閉軸16周辺部分の外側側面14aは斜面状に切り欠かれているので、旋回リンク14と開閉リンク18および前後動リンク20との干渉は回避され、図2に示すように、開閉リンク18を旋回リンク14の外側側面14aと平行となるまで外転させることも可能である。
Using the hip
また、股関節構造10において、モータ配置領域Sに、その出力軸24aに第1の駆動輪26が設けられた第1のモータ24と、その出力軸28aに第2の駆動輪30が設けられた第2のモータ28と、旋回リンク14に自由回転可能に取り付けられた転動輪32とを設けるとともに、第1の駆動輪26、第2の駆動輪30および転動輪32と、減速機の入力部に固定された被駆動輪34とに無端ベルト36を掛架し、かつ、第1の駆動輪26、第2の駆動輪30および転動輪32を、それらの軸線を結んだ形状fが略三角形状のモータ配置領域Sと略相似となるように配置したので、脚12の内転・外転運動範囲の拡大による広関節可動範囲の実現と高出力化とを両立させることができる。
Further, in the hip
さらに、股関節構造10において、開閉リンク18を、開閉軸16を介して旋回リンク14に片持ち支持される構造としたので、開閉軸16を正中軸Zに近づけて配置することができ、股関節をコンパクトに構成することができる。
Further, in the hip
さらに、股関節構造10において、第1のモータ24をマスターモータとし、第2のモータ28を、第1のモータ24に追従制御するスレーブモータとしたので、開閉リンク18を協働して作動させる第1および第2のモータ24,28を互いに同期させ、開閉リンク18をスムーズに内転ないし外転させることができる。
Furthermore, in the hip
この発明の第二の実施形態の関節構造を備える、この発明の第二の実施形態の二足歩行ロボットの股関節構造10を示した正面図である。先の実施形態と同様の要素には同じ符号を付し、説明を適宜省略する。
It is the front view which showed the hip
この実施形態の股関節構造10では、図4に示すように、先の実施形態での転動輪32に代えて、第3のモータ44とその出力軸44aに固定された第3の駆動輪46とを備えている。この実施形態の有利な態様では、第1のモータ24はマスターモータであり、第2のモータ28および第3のモータ44は、第1のモータ24に追従制御されるスレーブモータである。例えば、CPU(中央演算装置)等の図示しない制御装置により、第1のモータ24を角度制御または速度制御により駆動し、第2のモータ28および第3のモータ44をトルク制御により駆動し、無端ベルト36に加わる動力が同一方向となるように、第1のモータ24の回転に対して第2のモータ28および第3のモータ44が追従して回転することで、被駆動輪34または開閉軸16において任意の目標角度または目標速度を得られるように、第1のモータ24、第2のモータ28、および第3のモータ44の駆動力を決定することで、第1のモータ24、第2のモータ28、および第3のモータ44の回転を互いに同期させることができる。
In the hip
この実施形態の股関節構造10によれば、転動輪32に代えて、第3のモータ44および第3の駆動輪46を備え、第1のモータ24をマスターモータとし、第2のモータ28および第3のモータ44を、第1のモータ24に追従制御するスレーブモータとしたので、開閉リンク18を協働して可動させる第1のモータ24、第2のモータ28、および第3のモータ44を互いに同期させ、開閉リンク18をスムーズに内転ないし外転させることができ、第1のモータ24および第2のモータ28のみを備える場合に比べ、関節軸動作をさらに高出力化することができる。
According to the hip
以上、図示例に基づきこの発明を説明したが、この発明は実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載内において変更等可能であり、例えば、上記説明では、関節構造を二足歩行ロボットの股関節に適用した例を示したが、この発明の関節構造はロボットの腕関節等、他の関節にも適用できるものである。 Although the present invention has been described above based on the illustrated example, the present invention is not limited to the embodiment, and can be modified within the scope of the claims. For example, in the above description, the joint structure is a biped robot The joint structure of the present invention is applicable to other joints such as the arm joint of a robot.
この発明によれば、関節構造を大型化することなく略三角形状のモータ配置領域に少なくとも2つのモータを配置し、可動範囲を広げることができ、かつ、関節軸の回転動作の高出力化を達成可能な関節構造およびその関節構造を股関節部に備えた二足歩行ロボットを提供することができる。 According to the present invention, at least two motors can be arranged in the substantially triangular motor arrangement region without enlarging the joint structure, and the movable range can be expanded, and the output of the rotational motion of the joint shaft can be increased. It is possible to provide a biped robot equipped with a joint structure that can be achieved and the joint structure in a hip joint.
10 股関節構造
12 脚
14 旋回リンク
14a 外側側面
14b 内側側面
16 開閉軸
18 開閉リンク
20 前後動リンク
22 胴体
24 第1のモータ
24a 出力軸
26 第1の駆動輪
28 第2のモータ
28a 出力軸
30 第2の駆動輪
32 転動輪
34 被駆動輪
36 無端ベルト
38 ベース
40 固定孔
42 締結具
44 第3のモータ
44a 出力軸
46 第3の駆動輪
S モータ配置領域
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記モータ配置領域内にそれぞれ配置され、前記第1部材および前記第2部材を、減速機を介して前記関節軸の軸線周りに相対的に回転させる第1のモータおよび第2のモータと、
前記第1のモータの出力軸に設けられた第1の駆動輪と、
前記第2のモータの出力軸に設けられた第2の駆動輪と、
前記モータ配置領域内に配置された転動輪と、
前記減速機の入力部に接続された被駆動輪と、
前記第1の駆動輪、前記第2の駆動輪、前記転動輪および前記被駆動輪に掛架されて前記第1の駆動輪および前記第2の駆動輪からの駆動力を前記被駆動輪に伝達する無端状部材と、を備え、
前記第1の駆動輪、前記第2の駆動輪および前記転動輪は、それらの軸線を結んだ形状が前記略三角形状のモータ配置領域と略相似をなすよう配置されており、
前記無端状部材は、前記第1の駆動輪、前記第2の駆動輪および前記転動輪のうちの1つが前記無端状部材の外側に位置するよう前記第1の駆動輪、前記第2の駆動輪、前記転動輪および前記被駆動輪に掛架されていることを特徴とする関節構造。 A first member, a second member, and a joint shaft rotatably connecting the first member and the second member, wherein one side face of the first member approaches the joint shaft. A joint structure in which a substantially triangular motor arrangement area is formed by approaching the other side of the opposite side,
A first motor and a second motor disposed respectively in the motor disposition area and relatively rotating the first member and the second member around the axis of the joint shaft via a reduction gear;
A first drive wheel provided on an output shaft of the first motor;
A second drive wheel provided on an output shaft of the second motor;
Rolling wheels disposed in the motor disposition area;
A driven wheel connected to the input of the reduction gear;
The driving force from the first drive wheel and the second drive wheel is applied to the driven wheel while being hung on the first drive wheel, the second drive wheel, the rolling wheel, and the driven wheel. And an endless member for transmitting
The first drive wheel, the second drive wheel, and the rolling wheel are arranged such that a shape connecting their axes substantially corresponds to the substantially triangular motor arrangement area.
The endless drive member is configured such that the first drive wheel, the second drive wheel, and the second drive wheel are positioned such that one of the first drive wheel, the second drive wheel, and the rolling wheel is positioned outside the endless member. A joint structure characterized in that the wheel, the rolling wheel and the driven wheel are stretched.
前記第1の駆動輪、前記第2の駆動輪および前記第3の駆動輪は、それらの軸線を結んだ形状が前記略三角形状のモータ配置領域と略相似をなすよう配置されており、
前記無端状部材は、前記第1の駆動輪、前記第2の駆動輪および前記第3の駆動輪のうちの1つが前記無端状部材の外側に位置するよう前記第1の駆動輪、前記第2の駆動輪、前記第3の駆動輪および前記被駆動輪に掛架されていることを特徴とする、請求項1から6までのいずれか一項に記載の関節構造。 A third motor and a third drive wheel are provided instead of the rolling wheel.
The first drive wheel, the second drive wheel, and the third drive wheel are arranged such that the shape connecting their axes is substantially similar to the substantially triangular motor arrangement region.
The endless member is a member such that the first drive wheel, the second drive wheel, and the third drive wheel are positioned outside the endless member, The joint structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the joint structure is hung on two drive wheels, the third drive wheel, and the driven wheel.
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CN110525186A (en) * | 2019-08-27 | 2019-12-03 | 南京涵曦月自动化科技有限公司 | A kind of robot power chassis |
CN110978047A (en) * | 2019-12-24 | 2020-04-10 | 深圳市行者机器人技术有限公司 | Robot and hip joint structure thereof |
WO2021139841A3 (en) * | 2021-04-25 | 2022-02-03 | 郑州航空工业管理学院 | Campus smart guiding robot |
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