JP2786145B2 - からくりロボットの首関節装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、からくりロボット
の首関節装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、からくり人形の首の関節装置の動
力伝達機構は、豊かな表情としなやかな動きを表現する
ために、糸やワイヤーロープ、歯車、カム等を多数使用
して構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のように糸や
ワイヤーロープ、歯車、カム等を多数使用する構成のも
のにおいては、耐久性、部品点数、複雑性の点で問題が
あった。

【０００４】また、上記の問題に対処するために、アミ
ューズメントロボットに用いられている関節機構を採用
することも考えられるが、この関節機構は、１関節が複
数の自由度を持っている場合には、１関節の各自由度ご
とに駆動源及び動力伝達機構を設けているため、この関
節機構では関節部が大きくなる。また、これを避けるた
めに関節部から離れた位置に駆動源を設置すると、複雑
な動力伝達機構が必要になる。そのため、体内のスペー
スが少ない、からくりロボットの首関節装置には適用が
困難である。

【０００５】そこで本発明は、糸やワイヤーロープを使
用しないで、かつ従来のアミューズメントロボットの関
節機構より簡単な動力伝達機構によって、豊かな表情と
しなやかな動きを表現できるからくりロボットの首関節
装置を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、回転可能に備えられた頭の回旋用連結
シャフト（４）と、該回旋用連結シャフト（４）の下端
に第１のユニバーサルジョイント（６）を介して連結さ
れた第１のモータ（３）と、上記回旋用連結シャフト
（４）の上端に第２のユニバーサルジョイント（８）を
介して連結した頭の構成用センターシャフト（７）と、
該頭の構成用センターシャフト（７）を回転可能に支承
するサポート（１７）と、該サポート（１７）の左右に
夫々ボールジョイント（２１）（２２）を介して並列的
に垂設した２本の連結ロッド（１１）（１５）と、該両
連結ロッド（１１）（１５）の夫々の下端にボールジョ
イント（１２）（１６）を介して連結したクランク（１
０）（１４）と、該両クランク（１０）（１４）を夫々
回転する第２、第３のモータ（９）（１３）と、上記両
連結ロッド（１１）（１５）の左右方向の揺動を拘束す
るガイド（２３）（２４）とからなることを特徴とする
からくりロボットの首関節装置である。

【０００７】本発明においては、第１のモータ（３）を
正転又は逆転すると、頭の回旋用連結シャフト４が正逆
回転し、頭の構成用のセンターシャフト（７）が正逆回
転して頭が左又は右に回旋する。

【０００８】また、第２及び第３のモータ（９）（１
３）を共に同量正転又は逆転すると、両クランク（１
０）（１４）、両ボールジョイント（１２）（１６）を
介して両連結ロッド（１１）（１５）が共に同量上昇又
は下降し、ボールジョイント（２１）（２２）、サポー
ト（１７）を介して頭の構成用センターシャフト（７）
が第２のユニバーサルジョイント（８）を支点として前
後動し、頭の前傾角度を設定できる。

【０００９】また、第２及び第３のモータ（９）（１
３）の回転方向と回転量を制御して両クランク（１０）
（１４）の回転角に位相を付与することにより、その位
相の差だけ頭の構成用センターシャフト（７）が左右方
向に傾斜し、首が左右に屈曲して頭が左右に傾く。

【００１０】更に、頭の構成用センターシャフト（７）
とサポート（１７）との回転可能な連結及び各ボールジ
ョイント（１２）（１６）（２１）（２２）の自由な連
結により頭のセンターシャフト（７）が不安定になるお
それがあるが、上記のようにガイド（２３）（２４）に
より両連結ロッド（１１）（１５）の左右方向の揺動を
拘束したので、頭の構成用センターシャフト（７）は安
定し、上記の首（頭）の３動作が安定して行える。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１乃至図４に示す実施例に基づ
いて本発明の実施の形態について説明する。１はからく
りロボットの体内に設置されるモータ保持フレーム、２
はモータフレーム１に起立的に固設されたシャフト保持
フレームである。

【００１２】３は上記モータ保持フレーム１においてロ
ボットの背中に位置して固設した頭の回旋用駆動源であ
る第１のモータで、ステッピングモータを使用してい
る。４は頭の回旋用連結シャフト（以下連結シャフトと
いう）で、からくりロボットの首の部分の内部に位置し
て上記シャフト保持フレーム２に前傾姿勢でかつ頭の回
旋用ベアリングにより回転可能に支承されており、その
下端は上記頭の回旋用のモータ３の回転軸３ａに第１の
ユニバーサルジョイント６によって連結されている。

【００１３】７は頭の構成用センターシャフト（以下セ
ンターシャフトという）で、ロボットの頭の部分の内部
に位置して前傾状態に配置されているとともにその下端
が第２のユニバーサルジョイント８で上記連結シャフト
４の上端に連結されており、該センターシャフト７がそ
の軸心を中心とする旋回と、第２のユニバーサルジョイ
ント８を支点とする前後屈及び左右屈の３つの自由度を
もって備えられている。

【００１４】９は頭の前後側屈用駆動源である第２のモ
ータで、ステッピングモータを使用しており、ロボット
の左肩後方部内に位置して上記モータ保持フレーム１に
固設されている。該第２のモータ９の回転軸は水平に配
置され、これに左側のクランク１０が固設されている。
１１は頭の前後側屈用の左側の連結ロッド（以下左側の
連結ロッドという）で、上記連結シャフト４の後部左側
に配置され、その下端が上記左側のクランク１０の先端
部に第１のボールジョイント１２で連結されている。

【００１５】１３は頭の前後側屈用駆動源である第３の
モータで、ステッピングモータを使用しており、ロボッ
トの右肩後方部内に位置して上記モータ保持フレーム１
に固設されている。該第３のモータ１３の回転軸は水平
に配置され、これに右側のクランク１４が固設されてい
る。１５は頭の前後側屈用の右側の連結ロッド（以下右
側の連結ロッドという）で、上記連結シャフト４の後部
右側に配置され、その下端が上記右側のクランク１４の
先端部に第２のボールジョイント１６で連結されてい
る。

【００１６】１７は頭の前後側屈用サポート（以下サポ
ートという）で、上記センターシャフト７にベアリング
１８を介して嵌合され、かつ、センターシャフト７を中
心とする左側後方に位置して左側連結腕１９が、右側後
方に位置して右側連結腕２０が各々一体に垂設されてい
る。

【００１７】そして、上記左側の連結ロッド１１の上端
が第３のボールジョイント２１で上記左側連結腕１９の
下端に連結され、また、上記右側の連結ロッド１５の上
端が第４のボールジョイント２２で上記右側連結腕２０
に連結されている。

【００１８】２３は上記シャフト保持フレーム２に固設
したプレート状の左側のガイドで、上記左側の連結ロッ
ド１１の左側面に接触又は近接して配置されている。２
４は同じく上記シャフト保持フレーム２に固設したプレ
ート状の右側のガイドで、上記右側の連結ロッド１５の
右側面に接触又は近接して配置されている。この両ガイ
ド２３，２４は、上記両連結ロッド１１，１５を上記４
個のボールジョイント１２，１６，２１，２２を自由節
とする平行リンクの２辺とみなした場合に、両連結ロッ
ド１１，１５が左右方向に揺動するおそれがあるため、
この揺動を阻止する目的から設けたものである。尚、該
両ガイド２３，２４は、両連結ロッド１１，１５が前後
方向に移動する範囲に亘る長さをもって後方へ突出的に
形成されている。

【００１９】上記の目的達成のためには、両ガイド２
３，２４は必ずしも上記実施例のように配置する必要は
なく、その他、両ガイド２３，２４を両連結ロッド１
１，１５の内側面に接触又は近接して配置してもよい。

【００２０】２５は上記センターシャフト７に備えた顎
用のシリンダで、そのロッド２６の先端にレバー２７を
備え、該レバー２７に固着した回転軸２８に顎２９を固
着し、ロッド２６の進退により顎２９を開閉するように
なっている。

【００２１】３０は舌用のシリンダで、そのロッド３１
の進退により舌３２を出し入れするようになっている。
３３，３４は瞼用の一対のシリンダで、そのロッドの先
端に一対の瞼３５，３６が連結され、ロッドの進退によ
り瞼３５，３６が開閉するようになっている。

【００２２】尚、上記頭部の各構成部品は頭部外皮３７
で被覆され、また首部及びその他の各構成部品は外皮或
いは衣服等で被覆されている。次に上記実施例の動作に
ついて説明する。

【００２３】図のように顔面が正面方向でかつ若干下向
きの姿勢において、頭の回旋用のステッピングモータ３
を左回転又は右回転すると、第１のユニバーサルジョイ
ント６を介して連結シャフト４が、その軸心を中心とし
て左回転又は右回転し、更に第２のユニバーサルジョイ
ント８を介してセンターシャフト７が、サポート１７に
支承された状態で左回転又は右回転して、頭部が左回旋
又は右回旋する。

【００２４】また、左側屈曲用のステッピングモータ９
と右側屈曲用のステッピングモータ１３を、夫々に設け
た両クランク１０，１４を共に同量だけ上動するように
回転すると、ボールジョイント１２，１６を介して両連
結ロッド１１，１５が同量だけ押し上げられ、更にボー
ルジョイント２１，２２を介してサポート１７の両連結
腕１９，２０が同量押し上げられる。これにより、セン
ターシャフト７は左右側へ傾斜することなく第２のユニ
バーサルジョイント８を支点として前傾する。そのため
首部が側方へ屈曲することなく図の状態より更に前屈す
る。

【００２５】したがって、両クランク１０，１４の上方
への回転角を制御することにより図の状態からの頭部の
俯角を制御できる。次に、上記の前屈状態から両ステッ
ピングモータ９，１３を上記と逆方向に同量だけ回転し
両クランク１０，１４を下方へ回転すると、上記両連結
ロッド１１，１５が同量引き下げられ、センターシャフ
ト４が左右側へ傾斜することなく第２のユニバーサルジ
ョイント８を支点として後方へ回転する。そのため、頭
部が持ち上げられる。

【００２６】したがって、両クランク１０，１４の下方
への回転角を制御することにより頭部の持ち上げ角を制
御できる。尚、上記のように頭を前後動させる場合に、
両連結ロッド１１，１５がボールジョイント１２，１６
を支点として前後に移動するが、両ガイド２３，２４を
上記のようなプレートで形成したので、両連結ロッド１
１，１５の前後方向の揺動が支障なく行える。

【００２７】次に、両ステッピングモータ９，１３を、
夫々のクランク１０，１４の回転角度が位相するように
回転させると、その位相の差の分だけ首部が側方へ屈曲
する。例えば左側のクランク１０のボールジョイント１
２部が右側のクランク１４のボールジョイント１６部よ
り高い位相状態にするとサポート１７が右肩側が低い傾
斜状態になり、センターシャフト７が第２ユニバーサル
ジョイント８を支点として右肩側へ傾斜し、首部が右肩
側へ屈曲する。

【００２８】また、逆に、右側のクランク１４のボール
ジョイント１６部が左側のクランク１０のボールジョイ
ント１２部より高い位相状態にするとサポート１７が左
肩側が低い傾斜状態になり、首部が左肩側へ屈曲する。

【００２９】以上の構成により、首関節に、頭の回旋、
頭の前後方向の傾斜、頭の左右方向の傾斜の３自由度を
もたせることができ、かつ３個のステッピングモータ
３，９，１３の回転方向、回転量の合成により、首を全
方向に所望の角度に屈曲させることができる。

【００３０】次に、上記のように、左右の連結ロッド１
１，１５とサポート１７が、４個のボールジョイント１
２，１６，２１，２２を自由節とする平行リンクの３辺
を構成し、かつサポート１７とセンターシャフト７の連
結にベアリング１８を使用する構造においては、センタ
ーシャフト７が第２のユニバーサルジョイント８を中心
として左右方向に傾いて捻れるおそれがある。

【００３１】そこで、上記のように左右の連結ロッド１
１，１５の側面に、ガイド２３，２４を接触又は近接し
て配置している。このようにガイド２３，２４を設ける
ことにより、両連結ロッド１１，１５の左右方向の揺動
が拘束され、その結果、サポート２０の左右方向の揺動
も拘束されてセンターシャフト７の捻れが阻止され、セ
ンターシャフト７が安定し、頭部を安定した状態で３自
由度をもって操作できる。

【００３２】尚、センターシャフト７は常に前傾姿勢で
作動するため、該センターシャフト７には常に、ユニバ
ーサルジョイント８を中心とする前倒れ状態の重心が作
用し、サポーター２０の両腕１９，２０には常に上方へ
の付勢力が作用する。そのため、両連結ロッド１１，１
５に常に上方への付勢力が作用し、センターシャフト７
は前倒れすることなく、設定位置に保持される。

【００３３】尚、上記３個のステッピングモータ３，
９，１３の回転は、図示しない電気制御回路により制御
されるようになっている。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、従来のよ
うなワイヤーロープ、歯車、カムを使用しないため、耐
久性が高いからくりロボットを提供できる。更に、首の
回旋、前後屈、左右側屈の３動作を、少ない部品点数で
かつ３個のモータで自由にしなやかに行うことができ、
従来のロボットに採用されている関節機構とその駆動源
に比べて構成が簡単で、耐久性に優れ、かつ修理、調整
も容易で更に製造コストも安価なからくりロボットを提
供できる。

【００３５】更に、ガイドを設けたことにより、上記首
関節の３動作を安定した状態でしなやかに行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す縦断面図。

【図２】同正面図。

【図３】同背面図。

【図４】同平面図。

【符号の説明】

３…第１のモータ ４…頭の回旋用連結シャフト ６…第１のユニバーサルジョイント ７…頭の構成用センターシャフト ８…第２のユニバーサルジョイント ９，１３…第２，第３のモータ １０，１４…クランク １２，１６…ボールジョイント ２３，２４…ガイド

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転可能に備えられた頭の回旋用連結シ
   ャフトと、該回旋用連結シャフトの下端に第１のユニバ
   ーサルジョイントを介して連結された第１のモータと、
   上記回旋用連結シャフトの上端に第２のユニバーサルジ
   ョイントを介して連結した頭の構成用センターシャフト
   と、該頭の構成用センターシャフトを回転可能に支承す
   るサポートと、該サポートの左右に夫々ボールジョイン
   トを介して並列的に垂設した２本の連結ロッドと、該両
   連結ロッドの夫々の下端にボールジョイントを介して連
   結したクランクと、該両クランクを夫々回転する第２，
   第３のモータと、上記両連結ロッドの左右方向の揺動を
   拘束するガイドとからなることを特徴とするからくりロ
   ボットの首関節装置。