JP3507765B2 - 首振り機構 - Google Patents

首振り機構

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JP3507765B2
JP3507765B2 JP2000123869A JP2000123869A JP3507765B2 JP 3507765 B2 JP3507765 B2 JP 3507765B2 JP 2000123869 A JP2000123869 A JP 2000123869A JP 2000123869 A JP2000123869 A JP 2000123869A JP 3507765 B2 JP3507765 B2 JP 3507765B2
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育史 吉永
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Necアクセステクニカ株式会社
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  • Support Of The Bearing (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットの駆動機
構に関し、特に、正逆回転および斜め回転等の種々の姿
勢で頭部を運動させる首振り機構に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、工業用のロボットの他に家庭で使
用される奉仕用や愛玩用ロボットが普及し始めた。特
に、愛玩用のロボットは、機能を重視する工業用のロボ
ットや奉仕用ロボットと異なり人に好まれる姿態や外観
である形状あるいは色彩など重点にして開発されてい
た。
【0003】このロボットの姿態を決定する要素として
は、頭部の姿勢をどのように変化させることが重要な課
題であった。例えば、ロボットの犬が前進するにして
も、首を左右に振ったりあるいは上下に上げ下げしたり
する必要がある。
【0004】この姿勢を制御する首振り機構の例はない
が、工業用ロボットの肘関節に適用した肘振り回し機構
がある。例えば、特開平8−61360号公報に開示さ
れているように、球状体に2次元的に運動させる機構
(肘振り回し機構)は、球状体内部の空間に球形状の内
輪と球状体の内壁と接する球状転動体を内蔵させ、球状
体から外方に伸びる軸部材の傾斜角を制御し、Xおよび
Y方向への球状体の姿勢を制御している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した肘振り回し機
構を適用しても、姿勢を保ちながら頭部部材を一方向に
回転させるためには、球状体の姿勢を保つ軸受けが必要
である。しかし、精度を重視する工業用ロボットの精密
なピボット軸受と異なり、軽量化を重視するこの種のロ
ボットの軸受は、胴体を構成するカバ−内部に空間をも
つ開口の端部で受ける構造となる。しかも、頭部に相当
する球状体内には、重量のある駆動機構が収納され頭部
自体の重量が重くなる。
【0006】従来、この種のロボットの首振り機構にお
ける頭部の軸受部は、プラスチックモ−ルドされたカバ
−の開口における周辺部の端部であって、単に、カバ−
の開口に球形状の頭部を載せるだけの構造であった。そ
して、頭部は開口のエッヂにはめ込まれた状態であるの
で、開口をはめ合うとき、開口の周辺の端部と球形状の
頭部の摺動面との間に回転しうるために隙間を設ける必
要がある。
【0007】実際の組立に際しては、隙間の片寄りを避
けるために、ややもすると隙間を大きくする。この場合
は、隙間から異物が侵入し内部の配線基板や駆動部品を
汚染し不具合が発生するという問題がある。もし、上述
した駆動部が内蔵した頭部を適用したら、重みのため
に、回転によって頭部がぶれて運動姿勢が醜いものとな
る。
【0008】また、隙間を少なくした場合、回転する頭
部と固定側の開口の周縁部が接触するので、潤滑油を与
えない限り回転が円滑に行かない。しかしながら、この
種の首振り機構は、無給油を前提条件であり潤滑油なし
で運転しなければならなかった。その結果、頭部の摺動
部に傷を付けたり外観的美観を損なうという問題が生じ
ていた 一方、この種の首振り機構においては、美観の
ために頭部が塗装されていることがある。このような場
合には、隙間がない摺動部における塗装面に傷がつき、
やがて塗料が剥がれることになる。この剥がれた塗料が
カバ−内に入り込み内部の配線基板や駆動部品を汚染し
不具合が発生するという問題がある。
【0009】従って、本発明の目的は、頭部が極めて円
滑に回転および斜め回転などの運動ができる首振り機構
を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、底部に
球状表面をもつ頭部部材と、前記頭部部材の球状表面と
接し摺動し前記頭部部材が回転自在となる摺動面部材を
もつ軸受部材と、前記頭部部材の底部から突出する回転
軸を正逆回転および該回転軸の傾斜角度を可変させる回
転軸駆動機構と、前記軸受部材を上部の開口に取付け前
記回転軸を収納するカバ−部材と、前記頭部部材の球状
表面を前記摺動面部材に押し付ける予圧手段とを備え、
前記摺動面部材は前記カバ−部材の開口の周辺端部から
内側の下方に向けて伸びる袖部材を有する首振り機構で
ある。
【0011】本発明の他の特徴は、底部に球状表面をも
つ頭部部材と、前記頭部部材の球状表面と接し摺動し前
記頭部部材が回転自在となる摺動面部材をもつ軸受部材
と、前記軸受部材を上部の開口に取付け前記回転軸を収
納するカバ−部材と、前記頭部部材の球状表面を前記摺
動面部材に押し付ける予圧手段とを備え、前記摺動面部
材は前記カバ−部材の開口の周辺端部から内側の下方に
向けて伸びる袖部材を有するとともに前記回転軸が前後
左右に振れるとき該回転が該回転軸が前記カバ−部材の
内壁に干渉することないように前記カバ−部材は内部が
前記開口と連なる空間部をもつ円錐台形状部材である首
振り機構である。
【0012】また、前記頭部部材の内部が空洞であるこ
とが望ましい。そして、前記摺動面部材と前記球状表面
接する面に、ポリテトラフルオロエチレン材が介在す
るとが望ましい。また、前記摺動面部材と前記袖部材
当接する表面に弾性部材が介在することが望ましい。そ
して、前記弾性部材は、ポリウレタンゴムとすることが
望ましい。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。
【0014】図1は本発明の一実施の形態における首振
り機構を示す断面図である。この首振り機構は、図1に
示すように、表面が塗装され底部に球状表面4をもつ頭
部部材1と、頭部部材1の球状表面4と接し摺動し頭部
部材1が回転自在となる摺動面部材3をもつ軸受部材7
と、頭部部材1の底部から突出する回転軸5を正逆回転
および該回転軸の傾斜角度を可変させる回転軸駆動機構
8と、軸受部材7を上部の開口9に取付け回転軸5を収
納するカバ−部材2と、頭部部材1の球状表面4を摺動
面3に押し付けるスプリング6とを備えている。
【0015】また、頭部部材1の球状表面4と接触する
軸受け部材7の摺動面3は、摩擦係数の小さい、例え
ば、ポリフルオロエチレン(以降商品名であるテフロン
と記述する)のコ−ティングするか、軸受部材7自体を
テフロン材で製作することが望ましい。交換のために必
要ならば、カバ−部材2に取付けおよび取り外しできる
ように、カバ−部材2と接着性の悪いテフロン材の軸受
部材7とを別々に製作することが望ましい。そして、こ
の軸受部材7をカバ−部材2にはめ込むように機械的に
取り付けることである。
【0016】この摩擦の小さい軸受部材7に接触する球
状表面にスプリング6により適切な押圧力を与えれば、
摺動面3と球状表面4とは隙間がなく塵が侵入しない
し、摩擦係数が小さいことから円滑に首振り運動ができ
る。
【0017】さらに、頭部部材1の挿入ピン7bは、例
えば、ペットである犬の頭や猫などを取り付けるために
設けたものである。このことは、この首振り機構は、種
々のペットに対して汎用的に使用できるという利点があ
る。
【0018】一方、頭部部材1の首振りを行う回転軸駆
動機構8は、回転軸5を正逆回転させるモ−タM1と、
回転軸5の傾きを変える傾斜角可変機構9とを備えてい
る。この傾斜角可変機構9は、回転軸5を保持する回転
軸保持部10と、回転軸保持部10に先端が固定される
ア−ム11と、ア−ム11の後端を回転自在のピンを介
して取付けられるリンク12と、リンク12の前進およ
び後退の動作をさせる例えばリニアモ−タM2とで構成
されている。
【0019】なお、回転軸5と回転軸保持部10との間
隔は、回転軸5の傾斜角を変えることに伴って変わるの
で、回転軸5の途中を分断し、スプライン軸15によっ
て分断された回転軸を連結している。
【0020】次に、この回転駆動機構8による首振りを
説明する。例えば、図1に示すように、頭部部材1を最
大に傾けた状態で、モ−タM1により正逆に交互に回転
軸5を回転すると、頭部部材1は、紙面の左側から最も
離れた位置で水平に首振りをする。また、リニアモ−タ
M2により回転軸5を2点鎖線の位置にもってくると、
紙面の左側に最も近い位置で、頭部部材1は首振り運動
をする。
【0021】勿論、モ−タM1を動作させながら、リニ
アモ−タM2を同時に動作させれば、モ−タM1による
回転軸5の回転動作とリニアモ−タM2の複合動作によ
り多様な頭部部材1の首振り動作が可能になってくる。
【0022】図2(a)および(b)は図1の軸受部材
の変形例を説明するための断面図およびA部を拡大して
示すである。この首振り機構における軸受部材7aは、
図2に示すように、複合積層部材にしたことである。す
なわち、球状表面と接する滑合材13として、例えば、
テフロン材のフェルト状のものやフィルムを用いる。一
方、カバ−部材2に貼り付けられるクッション材14と
して、例えば、シリコ−ン基材のゴムおよびスポンジや
軟質のポリウレタン材が用いられる。
【0023】このように、滑合材13とクッション材1
4を組み合わせた部材を設ければ、頭部部材1は円滑に
運動が出来る。しかも、クッション材14とカバ−部材
2の端部とが気密を保つように作用し、外部からの塵の
侵入を阻止するばかりか、有害なガスの侵入をも阻止す
る。さらに、このクッション材を設けることによって、
ケ−ス部材内の不快な騒音などの吸収もできる。
【0024】以上説明したが、本発明の首振り機構は、
頭部の首振り動作だけではなく、脚や手の関節機構とし
ても適用できる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、回転自在
な頭部部材の下部の球状表面と接する軸受部材の摺動面
に摩擦係数の小さい滑合材と、球状表面を摺動面に押し
付ける予圧手段を設けることによって、頭部部材にはめ
合う軸受部材との隙間が無くなり、外部からの塵の侵入
や塗装の剥がれを起こすことなく、頭部部材の首振り運
動が極めて円滑にできるという効果がある。
【0026】また、必要に応じて、軸受部材と軸受部材
を保持するカバ−部材の開口周辺端との間に弾性部材を
設けることによって、軸受部材と開口周辺端との間の隙
間も無くなり外部からの塵の侵入を完全に阻止し、塵の
侵入よる装置の不具合が皆無となるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態における首振り機構を示
す断面図である。
【図2】図1の軸受部材の変形例を説明するための断面
図およびA部を拡大して示すである。
【符号の説明】
1 頭部部材 2 カバ−部材 3 摺動面 4 球状表面 5 回転軸 6 スプリング 7,7a 軸受部材 8 回転軸駆動機構 9 傾斜角可変機構 10 回転軸保持部 11 ア−ム 12 リンク 13 滑合材 14 クッション材

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 底部に球状表面をもつ頭部部材と、前記
    頭部部材の球状表面と接し摺動し前記頭部部材が回転自
    在となる摺動面部材をもつ軸受部材と、前記頭部部材の
    底部から突出する回転軸を正逆回転および該回転軸の傾
    斜角度を可変させる回転軸駆動機構と、前記軸受部材を
    上部の開口に取付け前記回転軸を収納するカバ−部材
    と、前記頭部部材の球状表面を前記摺動面部材に押し付
    ける予圧手段とを備え、前記摺動面部材は前記カバ−部
    材の開口の周辺端部から内側の下方に向けて伸びる袖部
    材を有することを特徴とする首振り機構。
  2. 【請求項2】 底部に球状表面をもつ頭部部材と、前記
    頭部部材の球状表面と接し摺動し前記頭部部材が回転自
    在となる摺動面部材をもつ軸受部材と、前記頭部部材の
    底部から突出する回転軸を正逆回転および該回転軸の傾
    斜角度を可変させる回転軸駆動機構と、前記軸受部材を
    上部の開口に取付け前記回転軸を収納するカバ−部材
    と、前記頭部部材の球状表面を前記摺動面部材に押し付
    ける予圧手段とを備え、前記摺動面部材は前記カバ−部
    材の開口の周辺端部から内側の下方に向けて伸びる袖部
    材を有するとともに前記回転軸が前後左右に振れるとき
    該回転軸が前記カバ−部材の内壁に干渉することないよ
    うに前記カバ−部材は内部が前記開口と連なる空間部を
    もつ円錐台形状部材であることを特徴とする首振り機
    構。
  3. 【請求項3】 前記頭部部材の内部が空洞であることを
    特徴とする請求項1または請求項2記載の首振り機構。
  4. 【請求項4】 前記摺動面部材と前記球状表面接する
    面に、ポリテトラフルオロエチレン材が介在することを
    特徴とする請求項1、請求項2または請求項3記載の首
    振り機構。
  5. 【請求項5】 前記摺動面部材と前記袖部材当接する
    表面に弾性部材が介在することを特徴とする請求項1、
    請求項2、請求項3記載または請求項4記載の首振り機
    構。
  6. 【請求項6】 前記弾性部材は、ポリウレタンゴムであ
    ることを 特徴とする請求項5記載の首振り機構。
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