JP2024094826A - ロボット関節構造、および、ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】駆動力を伝達するベルトの両面を用いることなく複数のモータを駆動源とすることが可能なロボット関節構造、および、ロボットを提供する。
【解決手段】この人型ロボット１００のロボット関節構造１００ａは、第１モータ４０および第２モータ５０の回転駆動により回転する回転軸部材３１を含む直線移動機構３０を備える。直線移動機構３０は、回転軸部材３１の回転により大腿リンク１１および下腿リンクを相対的に回動させる。また、ロボット関節構造１００ａは、第１モータ４０の回転駆動を回転軸部材３１に伝達する第１ベルト６０と、第２モータ５０の回転駆動を回転軸部材３１に伝達する第２ベルト７０と、を備える。
【選択図】図５

Description

この開示は、ロボット関節構造、および、ロボットに関し、特に、複数のモータを駆動源とするロボット関節構造、および、ロボットに関する。

従来、複数のモータを駆動源とするロボット関節構造が知られている。たとえば、上記特許文献１には、第１のモータおよび第２のモータによりリンクを駆動する二足歩行ロボットにおける股関節構造が開示されている。この股関節構造では、第１のモータおよび第２のモータを駆動源として、二足歩行ロボットにおける腰側の部材である旋回リンクに対して、脚側の部材である開閉リンクが回動する。具体的には、上記特許文献１の股関節構造は、第１の駆動輪、第２の駆動輪、転動輪、および、被駆動輪を備えている。第１の駆動輪および第２の駆動輪は、それぞれ、第１のモータおよび第２のモータの各々の出力軸に接続されている。第１の駆動輪、第２の駆動輪、転動輪、および、被駆動輪には、無端ベルトが掛架されている。第１のモータの回転に対して第２のモータが追従して回転することによって、第１のモータおよび第２のモータの駆動力が無端ベルトを介して被駆動輪に伝達される。被駆動輪に伝達された駆動力によって、脚側の開閉リンクは、腰側の旋回リンクに対して回動する。また、第１の駆動輪、転動輪、および、被駆動輪は、無端ベルトの内側に配置されており、第２の駆動輪は、無端ベルトの外側に配置されている。すなわち、無端ベルトは、駆動力を伝達するために内側と外側との両側が用いられる。

特開２０１９－０７６９９２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のロボットの関節構造のように、複数のモータの駆動力を伝達するために無端ベルトの内側と外側との両側を用いる場合には、駆動力を伝達するための歯部または接触面を両面に有するベルトが必要となる。このような歯部または接触面を両面に有するベルトは、一般的ではないため、駆動力を伝達するベルトの両面を用いることなく複数のモータを駆動源とすることが望まれている。

この開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この開示の１つの目的は、駆動力を伝達するベルトの両面を用いることなく複数のモータを駆動源とすることが可能なロボット関節構造、および、ロボットを提供することである。

この開示の第１の局面によるロボット関節構造は、関節部を介して互いに接続された第１リンク部材および第２リンク部材と、第１リンク部材および第２リンク部材を相対的に回動させるための駆動源となる第１モータおよび第２モータと、第１モータおよび第２モータの回転駆動により回転する回転軸部材を含み、回転軸部材の回転により第１リンク部材および第２リンク部材を相対的に回動させる駆動力伝達部と、第１モータの回転駆動を回転軸部材に伝達する第１ベルトと、第２モータの回転駆動を回転軸部材に伝達する第２ベルトと、を備える。

この開示の第１の局面によるロボット関節構造は、上記のように、第１モータの回転駆動を回転軸部材に伝達する第１ベルトと、第２モータの回転駆動を回転軸部材に伝達する第２ベルトと、を備える。これにより、第１モータと第２モータとの複数のモータを駆動源とする場合にも、第１ベルトおよび第２ベルトの各々の片側のみを用いることによって駆動力を伝達できる。その結果、駆動力を伝達するベルトの両面を用いることなく複数のモータを駆動源とすることができる。

この開示の第２の局面によるロボットは、関節部を介して互いに接続された第１リンク部材および第２リンク部材と、第１リンク部材および第２リンク部材を相対的に回動させるための駆動源となる第１モータおよび第２モータと、第１モータおよび第２モータの回転駆動により回転する回転軸部材を含み、回転軸部材の回転により第１リンク部材および第２リンク部材を相対的に回動させる駆動力伝達部と、第１モータの回転駆動を回転軸部材に伝達する第１ベルトと、第２モータの回転駆動を回転軸部材に伝達する第２ベルトと、を備える。

この開示の第２の局面によるロボットは、上記のように、第１モータの回転駆動を回転軸部材に伝達する第１ベルトと、第２モータの回転駆動を回転軸部材に伝達する第２ベルトと、を備える。これにより、第１モータと第２モータとの複数のモータを駆動源とする場合にも、第１ベルトおよび第２ベルトの各々の片側のみを用いることによって駆動力を伝達できる。その結果、駆動力を伝達するベルトの両面を用いることなく複数のモータを駆動源とすることが可能なロボットを提供できる。

本開示によれば、駆動力を伝達するベルトの両面を用いることなく複数のモータを駆動源とすることができる。

本開示の一実施形態による人型ロボットの斜視図である。 人型ロボットにおけるロボット関節構造の全体構成を示したブロック図である。 関節部および直線移動機構の構成を模式的に示した斜視図である。 関節部の構成を説明するための側面図である。 第１モータおよび第２モータの配置を説明するための模式的な斜視図である。 第１ベルトおよび第２ベルトの配置を説明するための模式的な正面図である。 大腿リンクに対する第１モータおよび第２モータの配置を説明するための模式的な天面図である。 本開示の一実施形態の変形例によるロボット関節構造を説明するための側面図である。

以下、本開示を具体化した本開示の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１から図７までを参照して、本実施形態による人型ロボット１００の構成について説明する。また、人型ロボット１００は、ヒューマノイドとも呼ばれる。なお、人型ロボット１００は、ロボットの一例である。

図１に示すように、人型ロボット１００は、人間の脚部に対応するように左右一対ずつの大腿部１、および、下腿部２を備えている。大腿部１は、人間の大腿に対応している。下腿部２は、人間の下腿に対応している。なお、一対の大腿部１同士の構造は、略同様であって、一対の下腿部２同士の構造は、略同様であるため、以下の説明では、片方の脚部のみにおける大腿部１、および、下腿部２について説明する。

人型ロボット１００は、大腿リンク１１、および、下腿リンク１２を有する。大腿リンク１１および下腿リンク１２は、人型ロボット１００の所定の部分における棒状の部材である。具体的には、大腿リンク１１は、人型ロボット１００における大腿部１の部材である。下腿リンク１２は、人型ロボット１００における下腿部２の部材である。大腿リンク１１および下腿リンク１２は、たとえば、アルミまたはステンレスなどの金属部材を含む。なお、大腿リンク１１は、第１リンク部材の一例である。下腿リンク１２は、第２リンク部材の一例である。

また、大腿リンク１１および下腿リンク１２は、関節部２０を介して互いに接続されている。関節部２０は、人型ロボット１００における膝関節である。大腿リンク１１および下腿リンク１２は、関節部２０が回動することによって、相対的に回動する。具体的には、大腿リンク１１および下腿リンク１２は、互いに屈曲および伸展するように相対的に回動する。大腿リンク１１および下腿リンク１２が相対的に回動することによって、人型ロボット１００は、二足歩行を行う。

図２に示すように、人型ロボット１００は、ロボット関節構造１００ａを備えている。本実施形態のロボット関節構造１００ａは、大腿リンク１１、下腿リンク１２、および、関節部２０を含む。また、ロボット関節構造１００ａは、大腿リンク１１、下腿リンク１２、および、関節部２０を駆動させるために、直線移動機構３０、第１モータ４０、第２モータ５０、第１ベルト６０、第２ベルト７０、エンコーダ８０、および、制御部９０を備えている。なお、直線移動機構３０は、駆動力伝達部の一例である。

図３に示すように、直線移動機構３０は、回転軸部材３１と、直線移動出力部材３２と、プーリ３３とを含む。たとえば、直線移動機構３０は、ボールネジ機構を有する。回転軸部材３１は、第１モータ４０および第２モータ５０の回転駆動により回転する。直線移動出力部材３２は、回転軸部材３１の回転により直線移動する。プーリ３３は、第１モータ４０および第２モータ５０の回転駆動が伝達されることにより回転する。具体的には、プーリ３３は、回転軸部材３１に接続されており、回転軸部材３１と一体的に回転する。回転軸部材３１は、たとえば、ねじ山を有する棒状の部材であって、直線移動出力部材３２の内部に配置されている。直線移動出力部材３２は、棒状の部材であって、内部に回転軸部材３１に対して螺合するナット部材を有している。直線移動機構３０では、プーリ３３と一体的に回転する回転軸部材３１が回転することによって、棒状の直線移動出力部材３２は、長手方向に直線移動する。すなわち、直線移動機構３０では、第１モータ４０および第２モータ５０が回転することによって、直線移動出力部材３２が、長手方向に直線移動する。

直線移動機構３０では、直線移動出力部材３２の端部が、関節部２０に対して回動可能に接続されている。また、直線移動機構３０は、大腿リンク１１に対して回動可能に配置されている。直線移動機構３０は、直線移動を行うことによって関節部２０を回動させる。直線移動機構３０は、回転軸部材３１の回転により大腿リンク１１および下腿リンク１２を相対的に回動させる。すなわち、直線移動出力部材３２が直線移動することによって、直線移動機構３０は、関節部２０を回動させて大腿リンク１１および下腿リンク１２を相対的に回動させる。言い換えれば、直線移動機構３０は、第１モータ４０および第２モータ５０による回転の駆動力を伝達することによって、大腿リンク１１および下腿リンク１２を相対的に回動させる駆動力伝達機構である。また、直線移動機構３０の回転軸部材３１は、膝関節である関節部２０を回動させるために、大腿部１の部材である棒状の大腿リンク１１に沿うように配置されている。また、直線移動機構３０は、大腿リンク１１および下腿リンク１２が互いに屈曲するように回動する場合における回動方向の反対側に配置されている。すなわち、直線移動機構３０は、人型ロボット１００において、大腿部１の前面側に配置されている。

関節部２０は、２つのリンク２１およびリンク２２を含む。リンク２１およびリンク２２は、大腿リンク１１および下腿リンク１２が伸展した状態で、互いに交差するように配置されている。リンク２１およびリンク２２の各々は、大腿リンク１１および下腿リンク１２を互いに接続している。また、リンク２１は、直線移動機構３０の直線移動出力部材３２の端部に接続されている。リンク２１は、人型ロボット１００の左右方向である側方からみてＶ字形状を有する。

図４に示すように、具体的には、リンク２１は、接続部２１ａを介して直線移動機構３０の直線移動出力部材３２の端部に対して回動可能に接続されている。また、リンク２１は、接続部２１ｂを介して大腿リンク１１と回動可能に接続されている。リンク２１は、接続部２１ｃを介して下腿リンク１２と回動可能に接続されている。同様に、リンク２２は、接続部２２ａを介して大腿リンク１１と回動可能に接続されている。リンク２２は、接続部２２ｂを介して下腿リンク１２と回動可能に接続されている。リンク２１およびリンク２２の各々は、大腿リンク１１および下腿リンク１２を、左右方向の両側から挟み込むようにして接続している。また、大腿リンク１１の下腿リンク１２側の端部と、下腿リンク１２の大腿リンク１１側の端部との各々は、Ｌ字形状を有する。そして、大腿リンク１１の下腿リンク１２側のＬ字形状の端部には、接続部２１ｂおよび接続部２２ａが配置されている。同様に、下腿リンク１２の大腿リンク１１側のＬ字形状の端部には、接続部２１ｃおよび接続部２２ｂが配置されている。

また、直線移動機構３０は、プーリ３３側の部分において支持部材３４を介して大腿リンク１１に接続されている。直線移動機構３０は、大腿リンク１１に対して回転軸３４ａを中心に回動可能に配置されている。直線移動機構３０、大腿リンク１１、下腿リンク１２、リンク２１、および、リンク２２による関節構造では、直線移動機構３０の直線移動出力部材３２が直線移動することによってリンク２１が回動する。リンク２１が回動することによって、接続部２１ｃに接続された下腿リンク１２が、リンク２２により拘束されながら、大腿リンク１１に対して相対的に回動する。すなわち、下腿リンク１２は、リンク２２に接続されていることにより向きを変更しながら、リンク２１の移動によって回動することによって、大腿リンク１１に対して相対的に回動する。

〈モータおよびベルトの構成〉
図５に示すように、第１モータ４０は、第１モータ回転軸４１とプーリ４２とを有する。第２モータ５０は、第２モータ回転軸５１とプーリ５２とを有する。本実施形態では、第１モータ４０および第２モータ５０は、互いに別個に設けられている。第１モータ４０において、プーリ４２は、第１モータ回転軸４１に接続されており、第１モータ回転軸４１と一体的に回転する。第２モータ５０において、プーリ５２は、第２モータ回転軸５１に接続されており、第２モータ回転軸５１と一体的に回転する。第１モータ回転軸４１および第２モータ回転軸５１は、それぞれ、第１モータ４０および第２モータ５０の回転軸である。第１モータ４０および第２モータ５０は、制御部９０によるフィードバック制御により回転するサーボモータである。そして、第１モータ４０および第２モータ５０は、大腿リンク１１および下腿リンク１２を相対的に回動させるための駆動源となる。また、第１モータ４０および第２モータ５０は、棒状の大腿リンク１１に沿うように回転軸が配置されている。第１モータ回転軸４１および第２モータ回転軸５１の各々は、直線移動機構３０の回転軸部材３１と略平行に配置されている。なお、第１モータ４０および第２モータ５０は、直線移動機構３０と一体的に大腿リンク１１に対して回動する。具体的には、第１モータ４０および第２モータ５０と、直線移動機構３０とは、共通の固定部材３５に配置されている。

エンコーダ８０は、第１モータ４０の回転数を検出する。エンコーダ８０は、第１モータ４０の回転数を示す検出信号を制御部９０に対して出力する。エンコーダ８０は、たとえば、第１モータ４０に配置されている。エンコーダ８０は、たとえば、回転による磁界の変化を検出することによって、第１モータ４０の回転数を検出する。

制御部９０は、エンコーダ８０からの検出信号に基づいて、第１モータ４０の回転駆動を制御する。制御部９０は、エンコーダ８０からの検出信号に基づいて、たとえば、フィードバック制御によって図示しないモータドライバに対して第１モータ４０の回転駆動を制御するための制御信号を出力する。制御信号は、たとえば、パルス信号である。この制御信号によって第１モータ４０に供給される電流が制御される。そして、本実施形態では、制御部９０は、第１モータ４０を制御するための制御信号を用いて第１モータ４０および第２モータ５０の両方の回転駆動を制御することによって、第２モータ５０を第１モータ４０に対して従動的に駆動させる。すなわち、制御部９０は、第１モータ４０および第２モータ５０の回転が同期されるように制御する。第１モータ４０および第２モータ５０は、同一のタイミングにおいて、同一の回転方向に向かって、同一の回転速度により回転するように制御される。制御部９０は、たとえば、人型ロボット１００の胴体部分に配置されている。また、制御部９０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）およびＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの演算装置と、フラッシュメモリなどの記憶装置を含むコンピュータである。

第１ベルト６０は、第１モータ４０の回転駆動を回転軸部材３１に伝達する。第２ベルト７０は、第２モータ５０の回転駆動を回転軸部材３１に伝達する。第１ベルト６０および第２ベルト７０は、互いに別個に設けられている。第１ベルト６０は、第１モータ４０のプーリ４２と直線移動機構３０のプーリ３３とに架け渡されている。第２ベルト７０は、第２モータ５０のプーリ５２と直線移動機構３０のプーリ３３とに架け渡されている。すなわち、第１ベルト６０は、第１モータ４０のプーリ４２の回転を、直線移動機構３０のプーリ３３に伝達する。第２ベルト７０は、第２モータ５０のプーリ５２の回転を、直線移動機構３０のプーリ３３に伝達する。また、プーリ３３、プーリ４２、および、プーリ５２は、歯付きプーリである。そして、第１ベルト６０および第２ベルト７０は、内側に複数の歯部を有する。一方で、第１ベルト６０および第２ベルト７０は、外側には歯部を有していない。なお、プーリ３３は、プーリ４２およびプーリ５２に比べて、外径が小さく、歯数が少ない。したがって、プーリ３３の回転速度は、プーリ４２およびプーリ５２に比べて大きい。また、第１ベルト６０は、ベルトの張力、または、移動方向を調整するためのアイドラプーリなどの転動輪には架け渡されていない。同様に、第２ベルト７０は、ベルトの張力、または、移動方向を調整するためのアイドラプーリなどの転動輪には架け渡されていない。

図６に示すように、プーリ４２は、第１モータ４０の本体部分に対して、上方側であるＺ１方向側に配置されている。そして、プーリ５２は、第２モータ５０の本体部分に対して、上方側であるＺ１方向側に配置されている。したがって、プーリ３３、プーリ４２、および、プーリ５２の各々は、共にＺ１方向側に配置されている。そして、本実施形態では、第１ベルト６０および第２ベルト７０は、プーリ３３において、回転軸部材３１の延びる方向であるＺ方向に互いに隣り合うようにずれた状態で架け渡されている。具体的には、第１ベルト６０は、第２ベルト７０よりも上方側のＺ１方向側である回転軸部材３１の端側に配置されている。第１ベルト６０は、第２ベルト７０よりも上方側であるＺ１方向側に配置されているため、プーリ４２の固定部材３５からの距離Ｄ１は、プーリ５２の固定部材３５からの距離Ｄ２よりも大きい。

ここで、第１モータ４０および第２モータ５０は、棒状の大腿リンク１１に対して回転軸部材３１が配置されている方向から見て、それぞれ、大腿リンク１１の短手方向の一方側および他方側に配置されている。すなわち、第１モータ４０は、大腿リンク１１および下腿リンク１２を伸展した状態の人型ロボット１００の前面側であるＹ１方向側から見て、大腿リンク１１に対してＸ１方向側に配置されている。また、第２モータ５０は、大腿リンク１１および下腿リンク１２を伸展した状態の人型ロボット１００の前面側から見て、大腿リンク１１に対してＸ２方向側に配置されている。言い換えると、第１モータ４０および第２モータ５０は、Ｙ１方向側から見て、互いに大腿リンク１１を挟むように配置されている。なお、Ｘ１方向側およびＸ２方向側は、それぞれ、短手方向の一方側および他方側の一例である。

図７に示すように、第１モータ４０は、Ｘ１方向側において、第１モータ回転軸４１が直線移動機構３０の回転軸部材３１より大腿リンク１１の方に位置するように配置されている。また、第２モータ５０は、Ｘ２方向側において、第２モータ回転軸５１が直線移動機構３０の回転軸部材３１より大腿リンク１１の方に位置するように配置されている。すなわち、第１モータ４０の第１モータ回転軸４１および第２モータ５０の第２モータ回転軸５１は、直線移動機構３０の回転軸部材３１よりも、大腿リンク１１および下腿リンク１２を伸展した状態の人型ロボット１００の背面側であるＹ２方向側に位置する。なお、Ｙ方向における第１モータ４０と第２モータ５０の位置は、互いに略等しい位置である。人型ロボット１００のロボット関節構造１００ａにおいて、第１モータ４０および第２モータ５０は、棒状の大腿リンク１１の長手方向であるＺ方向から見て、第１ベルト６０および第２ベルト７０によってＶ字形が形成されるように配置されている。

［本実施形態の効果］
本実施形態では、上記のように、ロボットとしての人型ロボット１００のロボット関節構造１００ａは、第１モータ４０の回転駆動を回転軸部材３１に伝達する第１ベルト６０と、第２モータ５０の回転駆動を回転軸部材３１に伝達する第２ベルト７０と、を備える。これにより、第１モータ４０と第２モータ５０との複数のモータを駆動源とする場合にも、第１ベルト６０および第２ベルト７０の各々の片側のみを用いることによって駆動力を伝達できる。その結果、駆動力を伝達するベルトの両面を用いることなく複数のモータを駆動源とすることができる。

また、本実施形態では、上記のように、ロボットとしての人型ロボット１００のロボット関節構造１００ａは、回転軸部材３１と、回転軸部材３１の回転により直線移動する直線移動出力部材３２とを有し、直線移動出力部材３２が直線移動することによって第１リンク部材としての大腿リンク１１および第２リンク部材としての下腿リンク１２を相対的に回動させる直線移動機構３０を含む。大腿リンク１１および下腿リンク１２は、人型ロボット１００の所定の部分における棒状の部材である。駆動力伝達部としての直線移動機構３０の回転軸部材３１は、棒状の大腿リンク１１に沿うように配置されている。第１モータ４０および第２モータ５０は、回転軸が棒状の大腿リンク１１に沿うように配置されている。これにより、人型ロボット１００における棒状の大腿リンク１１および下腿リンク１２の相対的な回動の駆動源として、複数のモータである第１モータ４０および第２モータ５０を用いる場合にも、別個に設けられた第１ベルト６０および第２ベルト７０の両面を用いることなく複数のモータを駆動源とすることができる。また、人型ロボット１００における棒状の大腿リンク１１に沿うように、直線移動機構３０の回転軸部材３１と、第１モータ４０および第２モータ５０の回転軸とが配置されているため、回転軸部材３１と、第１モータ４０および第２モータ５０の回転軸との延びる向きを揃えて配置することができる。そのため、回転軸部材３１と、第１モータ４０および第２モータ５０の回転軸との互いの向きが異なる場合に比べて、互いに向きの異なる軸同士に第１ベルト６０および第２ベルト７０を架け渡すために第１ベルト６０および第２ベルト７０の移動方向を変更する部材を設ける必要がないため、人型ロボット１００の構成が複雑化することを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、第１リンク部材としての大腿リンク１１は、棒状の部材である。駆動力伝達部としての直線移動機構３０の回転軸部材３１は、棒状の大腿リンク１１に沿うように配置されている。第１モータ４０および第２モータ５０は、棒状の大腿リンク１１に対して回転軸部材３１が配置されている方向である前面側から見て、それぞれ、大腿リンク１１の短手方向の一方側および他方側に配置されている。これにより、棒状の大腿リンク１１に対して、短手方向の一方側および他方側に、それぞれ、第１モータ４０および第２モータ５０が配置されているので、短手方向の一方側または他方側のいずれか片方に第１モータ４０および第２モータ５０の両方が配置されている場合に比べて、棒状の大腿リンク１１に対する配置が片側に偏ることを抑制できる。そのため、ベルトの両面を用いることなく複数のモータを駆動源とする場合に、棒状の大腿リンク１１に対する配置が片側に偏ることに起因して、人型ロボット１００の動作のバランスが崩れることを抑制できる。

また、本実施形態では、上記のように、第１モータ４０は、第１モータ回転軸４１を有し、短手方向の一方側において、第１モータ回転軸４１が駆動力伝達部としての直線移動機構３０の回転軸部材３１よりも第１リンク部材としての大腿リンク１１の方に位置するように配置されている。第２モータ５０は、第２モータ回転軸５１を有し、短手方向の他方側において、第２モータ回転軸５１が直線移動機構３０の回転軸部材３１よりも大腿リンク１１の方に位置するように配置されている。これにより、棒状の大腿リンク１１に沿うように配置されている直線移動機構３０の回転軸部材３１に対して、第１モータ４０の第１モータ回転軸４１および第２モータ５０の第２モータ回転軸５１が大腿リンク１１側に位置するように配置されているため、大腿リンク１１の周囲に沿うように、直線移動機構３０、第１モータ４０、および、第２モータ５０を配置できる。そのため、ベルトの両面を用いることなく複数のモータを駆動源とする場合に、大腿リンク１１の周囲の構造が大型化することを抑制できるので、人型ロボット１００の構成が大型化することを抑制できる。

また、本実施形態では、上記のように、駆動力伝達部としての直線移動機構３０は、第１ベルト６０および第２ベルト７０の各々が架け渡され、回転軸部材３１と一体的に回転するプーリ３３を含む。第１ベルト６０および第２ベルト７０は、プーリ３３において、回転軸部材３１の延びる方向に互いに隣り合うようにずれた状態で架け渡されている。これにより、第１ベルト６０および第２ベルト７０が互いに隣り合うようにずれた状態でプーリ３３に架け渡されているので、回転軸部材３１の延びる方向における大きさが大きくなることを抑制できる。そのため、ベルトの両面を用いることなく複数のモータを駆動源とする場合に、人型ロボット１００の構成が大型化することを抑制できる。

また、本実施形態では、上記のように、第１リンク部材としての大腿リンク１１および第２リンク部材としての下腿リンク１２は、棒状の部材であり、互いに屈曲および伸展するように相対的に回動する。駆動力伝達部としての直線移動機構３０は、大腿リンク１１および下腿リンク１２が互いに屈曲するように回動する場合における回動方向の反対側に配置されている。これにより、屈曲するように回動する場合における回動方向の内側に直線移動機構３０が配置されている場合には、直線移動機構３０の配置と、直線移動機構３０の駆動源となる第１モータ４０および第２モータ５０の配置とに起因して、直線移動機構３０、第１モータ４０、および、第２モータ５０の構造自体が、屈曲の妨げとなる場合があると考えられる。その場合には、大腿リンク１１および下腿リンク１２の屈曲における回動角度を大きくすることが困難になると考えられる。これに対して、本実施形態では、直線移動機構３０を、大腿リンク１１および下腿リンク１２が互いに屈曲するように回動する場合における回動方向の反対側に配置することにより、ベルトの両面を用いることなく複数のモータを駆動源とする場合に、屈曲における回動角度を大きくできる。

また、本実施形態では、上記のように、第１リンク部材としての大腿リンク１１は、人型ロボット１００における大腿部１の部材である。第２リンク部材としての下腿リンク１２は、人型ロボット１００における下腿部２の部材である。駆動力伝達部としての直線移動機構３０の回転軸部材３１は、膝関節である関節部２０を回動させるために、大腿部１の部材である棒状の大腿リンク１１に沿うように配置されている。ここで、人型ロボット１００の大腿部１と下腿部２の屈曲および伸展の動作では、人型ロボット１００の全体の重さを支えながら動作を行う必要があるため、動作に必要なトルクを得るために複数のモータを用いる場合がある。そのため、別個に設けられた第１ベルト６０および第２ベルト７０を用いて複数のモータである第１モータ４０および第２モータ５０の駆動力を伝達することによって、人型ロボット１００の大腿部１および下腿部２の屈曲および伸展の動作において、効果的に、駆動力を伝達するベルトの両面を用いることなく複数のモータを駆動源とすることができる。

また、本実施形態では、上記のように、人型ロボット１００の関節構造は、第１モータ４０の回転数を検出するエンコーダ８０と、エンコーダ８０からの検出信号に基づいて、第１モータ４０の回転駆動を制御する制御部９０と、を備える。制御部９０は、第１モータ４０を制御するための制御信号を用いて第１モータ４０および第２モータ５０の両方の回転駆動を制御することによって、第２モータ５０を第１モータ４０に対して従動的に駆動させる。これにより、共通の制御信号を用いて第１モータ４０および第２モータ５０の両方を制御することによって、ベルトの両面を用いることなく複数のモータを駆動源とする場合に、第１モータ４０および第２モータ５０の回転駆動を正確に同期させた状態で回転するよう制御できる。

[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、関節部２０がリンク２１およびリンク２２の２つのリンク部材を有する例を示したが、本開示はこれに限られない。本開示では、関節部がリンク部材を有していなくともよい。たとえば、図８に示す変形例によるロボット関節構造のように、人型ロボットにおける大腿部の部材である第１リンク部材２１１と、下腿部の部材である第２リンク部材２１２とが、回転軸の軸芯部材である関節部２２０を介して直接的に接続されていてもよい。その場合には、直線移動機構２３０は、第２リンク部材２１２に対して回動可能に直接的に接続される。直線移動機構２３０に対する駆動力の伝達は、上記実施形態と同様である。すなわち、第１モータ４０および第２モータ５０の駆動力が、それぞれ、第１ベルト６０および第２ベルト７０を介して直線移動機構２３０に伝達される。また、関節部は、１つのリンク部材のみを含んでいてもよい。なお、直線移動機構２３０は、駆動力伝達部の一例である。

また、上記実施形態では、人型ロボット１００の脚部の大腿部１の第１リンク部材としての大腿リンク１１と下腿部２の第２リンク部材としての下腿リンク１２とを相対的に回動させるロボット関節構造１００ａの例を示したが、本開示はこれに限られない。本開示では、ロボット関節構造を、人型以外のロボットにおける第１リンク部材と第２リンク部材とを相対的に回動させるようにしてもよい。たとえば、４本脚ロボットの脚部において第１リンク部材および第２リンク部材を相対的に回動させるようにしてもよい。また、人型ロボットの脚部ではなく、腕部の肘関節により互いに接続される第１リンク部材および第２リンク部材を相対的に回動させるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、棒状の第１リンク部材としての大腿リンク１１の短手方向の一方側および他方側に、それぞれ、第１モータ４０および第２モータ５０が配置されている例を示したが、本開示はこれに限られない。本開示では、第１リンク部材の短手方向の一方側または他方側のいずれか片方に第１モータおよび第２モータの両方が配置されていてもよい。また、第１モータおよび第２モータに加えて、さらに第３モータを配置するようにしてもよい。すなわち、３個以上のモータを配置するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、第１モータ４０の第１モータ回転軸４１と、第２モータ５０の第２モータ回転軸５１とを、駆動力伝達部としての直線移動機構３０の回転軸部材３１よりも第１リンク部材としての大腿リンク１１の方に配置する例を示したが、本開示はこれに限られない。本開示では、第１モータの第１モータ回転軸と、第２モータの第２モータ回転軸と、駆動力伝達部の回転軸部材とが、軸方向から見て左右に直線状に並んで配置されるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、回転軸部材３１に接続されているプーリ３３において、第１ベルト６０および第２ベルト７０が互いに隣り合うように並んで架け渡されている例を示したが、本開示はこれに限られない。本開示では、第１ベルトおよび第２ベルトを、プーリに対して互いに離間した状態で架け渡すようにしてもよい。

また、上記実施形態では、駆動力伝達部としての直線移動機構３０が、第１リンク部材としての大腿リンク１１および第２リンク部材としての下腿リンク１２が互いに屈曲するように回動する場合における回動方向の反対側に配置されている例を示したが、本開示はこれに限られない。本開示では、駆動力伝達部を、第１リンク部材および第２リンク部材が互いに屈曲するように回動する場合における回動方向の順方向側に配置するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、第１モータ４０の回転数を検出するエンコーダ８０からの検出信号に基づいて、第１モータ４０を制御するための制御信号によって、第１モータ４０および第２モータ５０の両方の回転駆動を制御する例を示したが、本開示はこれに限られない。本開示では、第１モータおよび第２モータの各々にエンコーダを配置するとともに、第２モータのエンコーダからの検出信号が第１モータのエンコーダからの検出信号に追従するように制御することによって、第２モータを第１モータに対して従動的に駆動させるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、駆動力伝達部としての直線移動機構３０が、直線移動出力部材３２の直線移動によって、第１リンク部材としての大腿リンク１１と、第２リンク部材としての下腿リンク１２とを相対的に回動させるための駆動力を伝達する例を示したが、本開示はこれに限られない。本開示では、駆動力伝達部は、直線移動出力部材を含む直線移動機構ではなく、回転伝動機構であってもよい。すなわち、駆動力伝達部は、第１モータおよび第２モータの回転の駆動力を、回転移動として伝達することによって、第１リンク部材および第２リンク部材を相対的に回動させるようにしてもよい。

本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、従来の回路、および／または、それらの組み合わせ、を含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット、または手段は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、またはユニットはハードウェアとソフトウェアの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェアおよび／またはプロセッサの構成に使用される。

［態様］
上記した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

（項目１）
関節部を介して互いに接続された第１リンク部材および第２リンク部材と、
前記第１リンク部材および前記第２リンク部材を相対的に回動させるための駆動源となる第１モータおよび第２モータと、
前記第１モータおよび前記第２モータの回転駆動により回転する回転軸部材を含み、前記回転軸部材の回転により前記第１リンク部材および前記第２リンク部材を相対的に回動させる駆動力伝達部と、
前記第１モータの回転駆動を前記回転軸部材に伝達する第１ベルトと、
前記第２モータの回転駆動を前記回転軸部材に伝達する第２ベルトと、を備える、ロボット関節構造。

（項目２）
前記駆動力伝達部は、前記回転軸部材と、前記回転軸部材の回転により直線移動する直線移動出力部材とを有し、前記直線移動出力部材が直線移動することによって前記第１リンク部材および前記第２リンク部材を相対的に回動させる直線移動機構を含み、
前記第１リンク部材および前記第２リンク部材は、人型ロボットの所定の部分における棒状の部材であり、
前記駆動力伝達部の前記回転軸部材は、棒状の前記第１リンク部材に沿うように配置されており、
前記第１モータおよび前記第２モータは、回転軸が棒状の前記第１リンク部材に沿うように配置されている、項目１に記載のロボット関節構造。

（項目３）
前記第１リンク部材は、棒状の部材であり、
前記駆動力伝達部の前記回転軸部材は、棒状の前記第１リンク部材に沿うように配置され、
前記第１モータおよび前記第２モータは、棒状の前記第１リンク部材に対して前記回転軸部材が配置されている方向から見て、それぞれ、前記第１リンク部材の短手方向の一方側および他方側に配置されている、項目１または２に記載のロボット関節構造。

（項目４）
前記第１モータは、第１モータ回転軸を有し、前記短手方向の一方側において、前記第１モータ回転軸が前記駆動力伝達部の前記回転軸部材よりも前記第１リンク部材の方に位置するように配置され、
前記第２モータは、第２モータ回転軸を有し、前記短手方向の他方側において、前記第２モータ回転軸が前記駆動力伝達部の前記回転軸部材よりも前記第１リンク部材の方に位置するように配置されている、項目３に記載のロボット関節構造。

（項目５）
前記駆動力伝達部は、前記第１ベルトおよび前記第２ベルトの各々が架け渡され、前記回転軸部材と一体的に回転するプーリを含み、
前記第１ベルトおよび前記第２ベルトは、前記プーリにおいて、前記回転軸部材の延びる方向に互いに隣り合うようにずれた状態で架け渡されている、項目１～４のいずれか１項に記載のロボット関節構造。

（項目６）
前記第１リンク部材および前記第２リンク部材は、棒状の部材であり、互いに屈曲および伸展するように相対的に回動し、
前記駆動力伝達部は、前記第１リンク部材および前記第２リンク部材が互いに屈曲するように回動する場合における回動方向の反対側に配置されている、項目１～５のいずれか１項に記載のロボット関節構造。

（項目７）
前記第１リンク部材は、前記人型ロボットにおける大腿部の部材であり、
前記第２リンク部材は、前記人型ロボットにおける下腿部の部材であり、
前記駆動力伝達部の前記回転軸部材は、膝関節である前記関節部を回動させるために、前記大腿部の部材である棒状の前記第１リンク部材に沿うように配置されている、項目２に記載のロボット関節構造。

（項目８）
前記第１モータの回転数を検出するエンコーダと、
前記エンコーダからの検出信号に基づいて、前記第１モータの回転駆動を制御する制御部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記第１モータを制御するための制御信号を用いて前記第１モータおよび前記第２モータの両方の回転駆動を制御することによって、前記第２モータを前記第１モータに対して従動的に駆動させる、項目１～７のいずれか１項に記載のロボット関節構造。

（項目９）
関節部を介して互いに接続された第１リンク部材および第２リンク部材と、
前記第１リンク部材および前記第２リンク部材を相対的に回動させるための駆動源となる第１モータおよび第２モータと、
前記第１モータおよび前記第２モータの回転駆動により回転する回転軸部材を含み、前記回転軸部材の回転により前記第１リンク部材および前記第２リンク部材を相対的に回動させる駆動力伝達部と、
前記第１モータの回転駆動を前記回転軸部材に伝達する第１ベルトと、
前記第２モータの回転駆動を前記回転軸部材に伝達する第２ベルトと、を備える、ロボット。

１ 大腿部
２ 下腿部
１１ 大腿リンク（第１リンク部材）
１２ 下腿リンク（第２リンク部材）
２０、２２０ 関節部
３０、２３０ 直線移動機構（駆動力伝達部）
３１ 回転軸部材
３２ 直線移動出力部材
３３ プーリ
４０ 第１モータ
４１ 第１モータ回転軸
５０ 第２モータ
５１ 第２モータ回転軸
６０ 第１ベルト
７０ 第２ベルト
８０ エンコーダ
９０ 制御部
１００ 人型ロボット（ロボット）
１００ａ ロボット関節構造
２１１ 第１リンク部材
２１２ 第２リンク部材

Claims (9)

1. 関節部を介して互いに接続された第１リンク部材および第２リンク部材と、
   前記第１リンク部材および前記第２リンク部材を相対的に回動させるための駆動源となる第１モータおよび第２モータと、
   前記第１モータおよび前記第２モータの回転駆動により回転する回転軸部材を含み、前記回転軸部材の回転により前記第１リンク部材および前記第２リンク部材を相対的に回動させる駆動力伝達部と、
   前記第１モータの回転駆動を前記回転軸部材に伝達する第１ベルトと、
   前記第２モータの回転駆動を前記回転軸部材に伝達する第２ベルトと、を備える、ロボット関節構造。
2. 前記駆動力伝達部は、前記回転軸部材と、前記回転軸部材の回転により直線移動する直線移動出力部材とを有し、前記直線移動出力部材が直線移動することによって前記第１リンク部材および前記第２リンク部材を相対的に回動させる直線移動機構を含み、
   前記第１リンク部材および前記第２リンク部材は、人型ロボットの所定の部分における棒状の部材であり、
   前記駆動力伝達部の前記回転軸部材は、棒状の前記第１リンク部材に沿うように配置されており、
   前記第１モータおよび前記第２モータは、回転軸が棒状の前記第１リンク部材に沿うように配置されている、請求項１に記載のロボット関節構造。
3. 前記第１リンク部材は、棒状の部材であり、
   前記駆動力伝達部の前記回転軸部材は、棒状の前記第１リンク部材に沿うように配置され、
   前記第１モータおよび前記第２モータは、棒状の前記第１リンク部材に対して前記回転軸部材が配置されている方向から見て、それぞれ、前記第１リンク部材の短手方向の一方側および他方側に配置されている、請求項１または２に記載のロボット関節構造。
4. 前記第１モータは、第１モータ回転軸を有し、前記短手方向の一方側において、前記第１モータ回転軸が前記駆動力伝達部の前記回転軸部材よりも前記第１リンク部材の方に位置するように配置され、
   前記第２モータは、第２モータ回転軸を有し、前記短手方向の他方側において、前記第２モータ回転軸が前記駆動力伝達部の前記回転軸部材よりも前記第１リンク部材の方に位置するように配置されている、請求項３に記載のロボット関節構造。
5. 前記駆動力伝達部は、前記第１ベルトおよび前記第２ベルトの各々が架け渡され、前記回転軸部材と一体的に回転するプーリを含み、
   前記第１ベルトおよび前記第２ベルトは、前記プーリにおいて、前記回転軸部材の延びる方向に互いに隣り合うようにずれた状態で架け渡されている、請求項１または２に記載のロボット関節構造。
6. 前記第１リンク部材および前記第２リンク部材は、棒状の部材であり、互いに屈曲および伸展するように相対的に回動し、
   前記駆動力伝達部は、前記第１リンク部材および前記第２リンク部材が互いに屈曲するように回動する場合における回動方向の反対側に配置されている、請求項１または２に記載のロボット関節構造。
7. 前記第１リンク部材は、前記人型ロボットにおける大腿部の部材であり、
   前記第２リンク部材は、前記人型ロボットにおける下腿部の部材であり、
   前記駆動力伝達部の前記回転軸部材は、膝関節である前記関節部を回動させるために、前記大腿部の部材である棒状の前記第１リンク部材に沿うように配置されている、請求項２に記載のロボット関節構造。
8. 前記第１モータの回転数を検出するエンコーダと、
   前記エンコーダからの検出信号に基づいて、前記第１モータの回転駆動を制御する制御部と、をさらに備え、
   前記制御部は、前記第１モータを制御するための制御信号を用いて前記第１モータおよび前記第２モータの両方の回転駆動を制御することによって、前記第２モータを前記第１モータに対して従動的に駆動させる、請求項１または２に記載のロボット関節構造。
9. 関節部を介して互いに接続された第１リンク部材および第２リンク部材と、
   前記第１リンク部材および前記第２リンク部材を相対的に回動させるための駆動源となる第１モータおよび第２モータと、
   前記第１モータおよび前記第２モータの回転駆動により回転する回転軸部材を含み、前記回転軸部材の回転により前記第１リンク部材および前記第２リンク部材を相対的に回動させる駆動力伝達部と、
   前記第１モータの回転駆動を前記回転軸部材に伝達する第１ベルトと、
   前記第２モータの回転駆動を前記回転軸部材に伝達する第２ベルトと、を備える、ロボット。

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