JP2023029262A

JP2023029262A - 舵取機及びロボット

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Publication number: JP2023029262A
Application number: JP2022125710A
Authority: JP
Inventors: シャオセンチェン; Xiaosen Chen; リーミンジャン; Liming Zheng
Original assignee: Robosen Robotics Shenzhen Co Ltd
Current assignee: Robosen Robotics Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2021-08-18
Filing date: 2022-08-05
Publication date: 2023-03-03
Anticipated expiration: 2042-08-05
Also published as: WO2023020304A1; CN215733875U; US11976709B2; US20230055029A1; EP4138278A1; JP7364278B2

Abstract

【課題】ロボットの比較的小さい内部空間に適用する舵取機及び小型ロボットを提供する。【解決手段】舵取機及びそのロボットを提供し、舵取機は、舵取機本体（１）、上蓋（２）、下蓋（３）及び互いに噛み合う複数のギアを有するギア列を含み、前記ギア列は、舵取機本体（１）内に位置し、出力ギア（２０）を含み、前記舵取機本体（１）の断面から見ると、この出力ギアは、舵取機本体（１）の中央部に位置する。【選択図】図３

Description

本開示は、ロボットアクセサリー技術分野に属し、特に舵取機及びこのような舵取機を含むロボットに関する。

舵取機は、主に回路基板、モータ、減速ギア列、センサ及び制御回路で構成される。その作動原理は、ロボットの主制御盤により、制御信号を舵取機に送信し、舵取機の回路基板におけるワンチップマイクロコンピュータによって該当する処理を行い、回転方向を判断し、そしてコアレスモータを駆動して回転を開始させ、減速ギア列によって動力を揺動アームに伝達するとともに、位置検出センサが返送した検出信号に基づいて、所定位置に達したか否かを判断することである。舵取機は、リモコンモデル、人型ロボットの動作制御の動力源であるとともに、ロボットの関節の動きを駆動する重要な運動実行装置でもある。

例えば、授権開示番号ＣＮ２０７６１６６０９Ｕの中国実用新案特許は舵取機及びロボットを開示し、舵取機は、ケースと、減速機構と、モータと、制御盤と、制御線と、ポテンショメータとを含み、前記減速機構は、出力軸受と、出力ギア列と、変速ギア列とを含み、前記出力軸受の一端は、ポテンショメータに軸接続され、出力軸受の他端は、出力ギア列に軸接続され、前記変速ギア列は、モータに軸接続され、前記出力ギア列は、変速ギア列と噛み合い、前記ポテンショメータは、制御線を介して制御盤に電気的に接続され、前記モータは、制御盤に電気的に接続される。

本開示の実施例の１つの態様によれば、舵取機を提供する。この舵取機は、舵取機本体、上蓋、下蓋及び互いに噛み合う複数のギアを有するギア列を含み、前記ギア列は、舵取機本体内に位置し、出力ギアを含み、舵取機本体の断面から見ると、この出力ギアは、舵取機本体の中央部に位置する。

本開示の実施例の別の態様によれば、ロボットを提供する。このロボットは、上記舵取機を含む。

本開示の実施例によれば、ロボットの比較的小さい内部空間に適用する舵取機及び小型ロボットを提供することができる。

以下は、添付図面を参照して本開示の実施例を詳しく記述することによって、本開示の実施例の上記及び他の特徴と利点を当業者にさらに理解させ、図面において、
本開示のいくつかの例示的な実施例による舵取機の構造概略図である。本開示のいくつかの例示的な実施例による舵取機の分解概略図である。本開示のいくつかの例示的な実施例による舵取機の内部構造の概略図である。本開示のいくつかの例示的な実施例による舵取機におけるギア列の構造概略図である。本開示の別のいくつかの例示的な実施例による舵取機の構造概略図である。

本開示の技術的特徴、目的及び効果をより明確に理解するために、添付図面を参照して本開示の発明を実施するための形態を説明し、各図において、同様な図面符号は同様な又は似ている要素を表す。図面を簡潔にするために、各図において、本開示に関連する部分のみを概略的に示しており、それらは製品としてのその実際の構造を代表しているわけではない。

本明細書において、「概略的」は、「具体例、例又は説明としての役割を果たす」ことを表し、本明細書で「概略的」と記述される任意の図示、実施形態は、より好ましいか、又はより優位性がある技術案として解釈されるべきではない。

説明すべきこととして、本開示の実施例において、方向性指示（例えば、頂、底、上、下、左、右、前、後）は、ある特定の姿勢（図に示す姿勢）での各部材の間の相対的な位置関係、運動状況などを解釈するためのものに過ぎず、この特定の姿勢が変化すれば、それに応じて、この方向性指示も変化する。

本開示において、特に明示的に規定され限定されない限り、用語「接続」、「固定」などは、一般化して理解されるべきであり、例えば、「固定」は、取り外し不可能な接続であってもよく、取り外し可能な接続であってもよく、又は、一体的なものであってもよい。機械的接続であってもよく、電気的接続であってもよい。特に明示的に限定されない限り、直接的接続であってもよく、中間媒体を介して間接的に接続してもよく、二つの素子内部の連通又は二つの素子の相互作用関係であってもよい。

本願では、特に明記しない限り、様々な要素を説明するための「第１」、「第２」などの用語の使用は、これらの要素の位置関係、タイミング関係、又は重要性関係を限定することを意図していない。このような用語は、ある要素を別の要素と区別するためにのみ使用される。いくつかの例では、第１の要素と第２の要素は、要素の同じ例を指すことができ、場合によっては、コンテキストの説明に基づいて、異なる例を指してもよい。

以下の説明は、本質的に単なる例示に過ぎず、本開示、応用又は用途を限定することを意図するものではない。以下では、明細書添付図面を結び付けながら、本開示の舵取機の発明を実施するための形態についてさらに説明する。

図１は、本開示のいくつかの例示的な実施例による舵取機の構造概略図を示す。図２は本開示のいくつかの例示的な実施例による舵取機の分解概略図である。図３は本開示のいくつかの例示的な実施例による舵取機の内部構造の概略図である。

本開示の実施例の１つの態様によれば、舵取機を提供する。この舵取機は、舵取機本体１、上蓋２、下蓋３及び互いに噛み合う複数のギアを有するギア列を含み、前記ギア列は、舵取機本体１内に位置し、それは、出力ギア２０を含み、この出力ギアは、舵取機本体１の中央部に位置する。本開示の実施例による舵取機は、舵取機ケースの内部空間を効果的に利用することができ、ロボットの二頭筋として使用できる舵取機は、ロボットの二頭筋を中央にして正常に回転させる。

いくつかの実施例において、舵取機は、細長い形状をしており、ロボットの二頭筋関節として機能することに適する。例えば、この舵取機全体のサイズは５３．４ｍｍ×２６．４ｍｍ×２２．５ｍｍであり、サイズから明らかに分かったように、この舵取機は、細く高いタイプであり、二頭筋関節として機能することに適し、ロボットのブーム内部に埋め込みやすい。

いくつかの実施例において、前記舵取機はモータを含む。ロボットにおいて、サイズが小さく、且つ強力なトルクを供給できるモータが求められている。いくつかの例示において、モータは、中空カップ構造を用い、トルクを最大限に解放することができ、ストールトルクは、３５ｇ．ｃｍに達することができ、非常に強力である。

いくつかの実施例において、中空カップモータ１２は、前記出力ギア２０の下方に設置され、出力ギア２０と中空カップモータ１２との間にポテンショメータ２２が設けられる。モータが出力ギアの下方に設置されるため、ポテンショメータは、モータと出力ギアとの間に設置されてもよく、出力ギアの角度を検出するために用いられる。

いくつかの実施例において、前記ポテンショメータ２２は、舵取機ＰＣＢ回路基板２１に固定される。例えば、図３に示すように、舵取機ＰＣＢ回路基板２１は、出力ギア２０の下方及び中空カップモータの側方に位置し、それにより、ＰＣＢ回路基板２１に固定されるポテンショメータ２２は、出力ギア２０と中空カップモータ１２との間に位置する。いくつかの例示において、円筒形の中空カップモータを用いる場合、舵取機ＰＣＢ回路基板２１の後端は、円形に裁断され、図３に示すように、舵取機ＰＣＢ回路基板２１は、中空カップモータに近い一端に円形の切り欠きが裁断され、中空カップモータがこの切り欠きを貫通することによって、空間を節約する。いくつかの例示において、舵取機板ＰＣＢ回路基板には、１．０ｍｍ増厚処理が施された。

いくつかの実施例において、前記下蓋３の下方に舵取歯車３１が設けられており、アーム舵取機への接続に備える。そのため、舵取機は、ロボットの二頭筋を中央に正常に回転させるとともに、アームを駆動して正常に動かせることができる。

いくつかの実施例において、前記舵取機は、上アウトレット構造５と下アウトレット構造６を有する。例えば、図１に示すような実施例において、上アウトレット構造５は、上蓋２に設置され、下アウトレット構造６は、下蓋３に設置される。ポテンショメータが舵取機本体の中央部に位置する場合、上アウトレット構造５と下アウトレット構造６の設置は、ケースの内部空間を効果的に利用することができる。

いくつかの実施例において、舵取機は、上引出し線と下引出し線とをさらに含み、例えば、以下の方式で配線し、上蓋２を貫通させて上引出し線を舵取機ＰＣＢ回路基板２１に溶接し、ポテンショメータ２２を舵取機ＰＣＢ回路基板２１に固定するとともに、ポテンショメータ２２における小孔を出力ギア２０におけるポテンショメータと軸係合させ、そして回路基板でカバーし、上引出し線を上蓋２における上アウトレット構造５の孔から引出し、下引出し線を舵取機ＰＣＢ回路基板２１から引出し、ポテンショメータ２２を舵取機ＰＣＢ回路基板２１に固定するとともに、ポテンショメータ２２における小孔を出力ギア２０におけるポテンショメータと軸係合させ、そして回路基板でカバーし、下引出し線を下蓋３における下アウトレット構造６の孔から引出す。

いくつかの実施例において、前記舵取機は、別の舵取機に挿着して電気的に接続するための接続ベース７を含み、この接続ベース７は、舵取機の外側に配置され且つＰＣＢ回路基板２１に電気的に接続されるように構成される。接続ベース７によって、他の舵取機と容易に電気的に接続することができる。

例えば、図５に示す実施例において、接続ベース７は、舵取機主体１の外側面に設置され、ソケット形式を呈し、舵取機主体１内に位置するＰＣＢ回路基板２１に電気的に接続され、他の舵取機、例えば、アーム舵取機における接続ベースに挿着接続するために用いられる。この接続ベース７によって、下引出し線と下アウトレット構造６を代替することができる。

いくつかの実施例において、ギア列は、互いに噛み合う複数のギアを含む。図４は、本開示のいくつかの例示的な実施例による舵取機におけるギア列の構造概略図を示す。図４に示す実施例において、前記舵取機本体１内には、１次ギア１３、２次ギア１４、３次ギア１５、４次ギア１６、５次ギア１７、６次ギア１８及びモータギア２３がさらに設けられており、モータギアはモータ（例えば、中空カップモータ１２）の出力軸に接続される。ギア列全体は、中空カップモータ１２と軸方向に沿って略並列に配置され、モータギア２３は、中空カップモータの出力軸に接続され、出力ギア２０は、中空カップモータ１２の出力軸の反対側に位置し、そのため、空間を節約することができ、全体として細長い舵取機を実現することができる。いくつかの例示において、ノイズを低減するために、銅合金材料でモータ歯を製造する。

ギア列は、例えば、以下の過程のように作動し、モータギア２３は、１次ギア１３と可動に噛み合い、１次ギア１３の回転軸に１次ピニオンがさらに取り付けられ、この１次ピニオンは、１次ギア１３の上部に位置し、１次ギア１３と同軸に接続され、前記１次ピニオンは、２次ギア１４と可動に噛み合い、２次ギア１４の回転軸に２次ピニオンがさらに嵌着され、この２次ピニオンは、２次ギア１４の上部に位置し、２次ギア１４と同軸に固定接続され、前記２次ピニオンは、３次ギア１５と可動に噛み合い、３次ギア１５の回転軸に３次ピニオンがさらに嵌着され、この３次ピニオンは、３次ギア１５の上部に位置し、３次ギア１５と同軸に接続され、前記３次ピニオンは、４次ギア１６と可動に噛み合い、４次ギア１６の回転軸に４次ピニオンがさらに嵌着され、前記４次ピニオンは、４次ギア１６の上部に位置し、４次ギア１６と同軸に固定接続され、前記４次ピニオンは、５次ギア１７と可動に噛み合い、５次ギア１７の回転軸に５次ピニオンがさらに嵌着され、この５次ピニオンは、５次ギア１７の上部に位置し、５次ギア１７と同軸に接続され、前記５次ピニオンは、６次ギア１８と可動に噛み合い、６次ギア１８の回転軸に６次ピニオンが嵌着され、前記６次ピニオンは、６次ギア１８の上部に位置し、６次ギア１８と同軸に固定接続され、６次ピニオンは、出力ギア２０の出力軸の入力端（即ち、６次ピニオンと噛み合う一端）における入力ギアと可動に噛み合う。出力ギア２０の出力軸の出力端11は、上蓋２を貫通して、上蓋２の外部に露出している。

いくつかの実施例において、前記１次ギア１３のギア軸の直径は１．２ｍｍであり、２次ギア１４、４次ギア１６のギア軸の直径は１．５ｍｍであり、３次ギア１５、５次ギア１７のギア軸の直径は２．０ｍｍであり、６次ギア１８のギア軸の直径は２．０ｍｍであり、出力ギア２０のギア軸の直径は８．０ｍｍである。

いくつかの実施例において、前記１次ギア１３、２次ギア１４、３次ギア１５、４次ギア１６、５次ギア１７及び６次ギア１８は、鉄歯とアルミニウム合金歯で製造され、つまり、一部のギアは鉄歯が選択され、一部のギアはアルミニウム合金歯が選択される。別のいくつかの実施例において、前記１次ギア１３、２次ギア１４、３次ギア１５、４次ギア１６、５次ギア１７及び６次ギア１８のうちの少なくとも１つのギア及びそれらと同軸に固定接続されるその各自のピニオンは、鉄歯又はアルミニウム合金歯が選択され、例えば、その各自のピニオンは鉄歯を用いて比較的大きい力を受け、前記１次ギア１３、２次ギア１４、３次ギア１５、４次ギア１６、５次ギア１７及び６次ギア１８は、サイズが比較的大きく、アルミニウム合金歯を用いる。出力ギア２０は、アルミニウム合金歯を用いる。

いくつかの実施例において、出力ギア２０とポテンショメータは、軸継ぎ手２４を介して接続され、ここで、軸継ぎ手の第１の端は、出力ギア内に挿入され、軸継ぎ手の第２の端は、ポテンショメータにおける孔内に挿入される。いくつかの例示において、出力ギア２０は、アルミニウム合金材料が選択されて、軸継ぎ手の一部をギア内に圧入し、締り嵌めやすい。軸継ぎ手は、例えば、３０４ステンレス鋼を用いて機械加工して成形される。いくつかの例示において、軸継ぎ手の下段（ポテンショメータ内に挿入される第２の端）は、Ｄ型ヘッドであり、ポテンショメータ内に直接挿入するために用いられる。ポテンショメータは、軸継ぎ手のＤ型ヘッドと嵌合するＤ型孔を有し、Ｄ型孔は、例えば、直径が１．４ｍｍであり、深さが２ｍｍであり、対応して、軸継ぎ手の下段は、例えば、直径が１．４ｍｍであり、長さが２ｍｍであるように設計される。いくつかの例示において、ポテンショメータは、３６０°連続的に回転するポテンショメータを用い、電気値域が２８０°である。

いくつかの実施例において、前記上蓋２の端部には丸孔２５が開けられており、舵取機本体１における出力ギア２０は、この丸孔を貫通する。

いくつかの実施例において、前記舵取機本体１、上蓋２と下蓋３には、いずれもねじ孔が開けられており、ねじ孔を貫通するねじによって、上蓋２、舵取機本体１及び下蓋３を一体化として接続する。

例えば、舵取機本体１のうちの３つの角部にはねじ孔が開けられており、上蓋２のうちの３つの角部には、舵取機本体１に開けられているねじ孔と互いに対応するねじ孔が開けられており、下蓋３のうちの３つの角部には、舵取機本体１及び上蓋２に開けられているねじ孔と互いに対応するねじ孔が開けられている。上下各３本のねじ４を用いてねじ孔を貫通して、上蓋２、舵取機本体１及び下蓋３を一体化として接続することができる。例えば、図２に示すように、舵取機本体１の隣接する２つの角部及びこの２つの角部と対向する側壁の中央にそれぞれ１つのねじ孔が設置され、上蓋２は、舵取機本体１のねじ孔に対応する位置にそれぞれねじ孔が設置され、下蓋３は、舵取機本体１のねじ孔に対応する位置にそれぞれねじ孔が設置される。

組み立てる時、例えば、まず上蓋２、舵取機本体１及び下蓋３の互いに対応する係合溝を締結し、そして３本のねじ４をそれぞれ上蓋２に入れて上蓋２と舵取機本体１を一体化として接続し、最後に３本のねじ４を下蓋３に入れて下蓋３と舵取機本体１を一体化として接続する。当業者であれば理解できるように、上記ステップ順序と異なる別のステップ順序で組み立ててもよい。

舵取機は、上蓋と下蓋にそれぞれ３本のねじがあるという形式に設計され、一般的には４本のねじを用いる従来の舵取機設計方式に比べて、より小さい正断面サイズを実現することができ、比較的小さいロボット内部空間に適用する。

いくつかの実施例において、前記出力ギア２０のギア軸には、油含有軸受１９が設けられている。

本開示の実施例の別の態様によれば、以上に記載のいずれか一つの実施例の舵取機を含むロボットを提供する。

当業者であれば容易に理解できるように、本開示の舵取機は、本明細書における各部分のいずれかの組み合わせを含む。紙幅が限られており、且つ説明書を簡明にするために、これらの組み合わせについてはここでは詳しく説明していないが、本明細書を読めば、本明細書を構成する各部分のいずれかの組み合わせで構成される本開示の範囲は自明である。

１舵取機本体、１２中空カップモータ、１３１次ギア、１４２次ギア、１５３次ギア、１６４次ギア、１７５次ギア、１８６次ギア、１９銅リング、２０出力ギア、２１舵取機ＰＣＢ回路基板、２２ポテンショメータ、２３モータギア、２４軸継ぎ手、２５丸孔、２上蓋、３下蓋、４ねじ、５上アウトレット構造、６下アウトレット構造、７接続ベース。

Claims

舵取機本体（１）、上蓋（２）、下蓋（３）及び互いに噛み合う複数のギアを有するギア列を含む舵取機であって、前記ギア列は、前記舵取機本体（１）内に位置し、出力ギア（２０）を含み、前記舵取機本体（１）の断面から見ると、この出力ギアは、前記舵取機本体（１）の中央部に位置する、舵取機。
舵取機は、中空カップモータ（１２）とポテンショメータ（２２）とをさらに含み、前記中空カップモータ（１２）は、前記出力ギア（２０）の下方に設置され、前記ポテンショメータは、前記出力ギア（２０）と前記中空カップモータ（１２）との間に設置される、請求項１に記載の舵取機。
舵取機は、舵取機ＰＣＢ回路基板（２１）をさらに含み、前記ポテンショメータ（２２）は、前記舵取機ＰＣＢ回路基板（２１）に固定される、請求項２に記載の舵取機。
前記下蓋（３）の下方に舵取歯車（３１）が設けられ、アーム舵取機に接続するために用いられる、請求項１～３のいずれか１項に記載の舵取機。
前記舵取機は、上アウトレット構造（５）と下アウトレット構造（６）を有し、前記上アウトレット構造（５）は、前記上蓋（２）に設置され、前記下アウトレット構造（６）は、前記下蓋（３）に設置される、請求項１～３のいずれか１項に記載の舵取機。
前記ギア列は、前記舵取機本体（１）内に設置される１次ギア（１３）と、２次ギア（１４）と、３次ギア（１５）と、４次ギア（１６）と、５次ギア（１７）と、６次ギア（１８）と、モータギア（２３）とをさらに含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の舵取機。
前記モータギア（２３）は、銅合金が選択され、前記１次ギア（１３）、２次ギア（１４）、３次ギア（１５）、４次ギア（１６）、５次ギア（１７）及び６次ギア（１８）は、鉄歯とアルミニウム合金歯が選択され、前記出力ギア（２０）は、アルミニウム合金歯が選択される、請求項６に記載の舵取機。
前記上蓋（２）の端部には丸孔が開けられており、前記出力ギア（２０）は、この丸孔を貫通する、請求項１～３のいずれか１項に記載の舵取機。
前記上蓋（２）と前記下蓋（３）は、いずれも複数のねじ孔を有し、上から前記上蓋（２）のねじ孔を貫通する複数のねじ、及び下から前記下蓋（３）のねじ孔を貫通する複数のねじによって、前記上蓋（２）、前記舵取機本体（１）及び前記下蓋（３）を一体化として接続する、請求項１～３のいずれか１項に記載の舵取機。
前記出力ギア（２０）のギア軸には、油含有軸受（１９）が設けられている、請求項１～３のいずれか１項に記載の舵取機。
前記舵取機は、前記舵取機本体（１）の外側面に設置される接続ベース（７）を有し、それは前記舵取機本体（１）内に位置する舵取機ＰＣＢ回路基板（２１）に電気的に接続されるとともに、別の舵取機に挿着して電気的に接続されるために用いられる、請求項１～３のいずれか１項に記載の舵取機。
請求項１に記載の舵取機を含む、ロボット。