JP3916933B2 - ロボットの関節装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電子ペット、産業用ロボット等のロボットの関節装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ロボットの関節装置は、本体に頭部や、腕部、脚部を接続し、腕部に手部や指部を順次接続し、脚部に下脚や足部等を順次接続するために用いられている。本体または本体の近くに位置する部材を第1部材、該第1部材よりも本体から遠くに位置する部材を第2部材とすると、第2部材は第1部材に設けた駆動機構により第1部材に対して相対的に所定の自由度で駆動する。第2部材には、触覚、視覚、聴覚等の各種センサが設けられ、これらの検出信号はハーネスを介して第1部材に送信される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このような関節装置を備えたロボットでは、落下や衝突により、本体から離れた第2部材が衝撃を受けやすい。第2部材が衝撃を受けると、当該第2部材に設けた各種センサが損傷したり、ハーネスが断線する虞れがあった。
【0004】
ロボットの衝撃吸収装置として、特開平5−30578号公報には、基体と可動脚部の間に弾性体を介在させ、基体と可動脚部をボルトで連結したものが記載されている。しかし、この衝撃吸収装置では、弾性体が収縮する方向の衝撃は吸収できるが、弾性体が拡張する方向の衝撃や横方向の衝撃はボルトを介して基体に伝達されるので、吸収できないし緩和もできない。
【0005】
本発明は前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、落下や衝突による衝撃を吸収,緩和することができるロボットの関節装置を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、第1部材の略半球状の先端に第2部材の基端を関節接続し、前記第1部材内に収容された駆動機構により前記第2部材を所定の自由度で駆動するロボットの関節装置において、前記第2部材を前記駆動機構によって駆動される駆動部材と、該駆動部材に連結されゴムからなる環状の緩衝部材と、該緩衝部材に連結され前記駆動部材には連結されない従動部材とに分離し、前記駆動部材は先端に緩衝ベース部材を有し、該緩衝ベース部材の底を前記第1部材の略半球状の先端に沿う略半球面とし、前記緩衝部材の底面を前記緩衝ベース部材の底の略半球面に沿う略半球面とし、前記駆動部材の前記緩衝ベース部材に前記緩衝部材を取り付け、前記従動部材の基端に環状の取付ベース部材を取り付け、前記緩衝部材の外周に形成した係合溝からなる係合部に前記取付ベース部材の内周面に突設した被係合部を係合することにより、前記緩衝部材に前記従動部材の基端を取り付け、前記第2部材に各種センサを内蔵したものである。
【0007】
本発明では、駆動部材の先端に緩衝部材を取り付け、該緩衝部材に従動部材の基端を取り付けたので、駆動部材と従動部材が弾性部材を介して遮断され、従動部材に作用する衝撃が駆動部材に伝達されず、衝撃が吸収,緩和される。また、緩衝部材の外周に形成した係合溝からなる係合部に取付ベース部材の内周面に突設した被係合部を係合することにより、緩衝部材に従動部材の基端を取り付けたので、構造が簡単で取付けが容易になる。
【0008】
前記駆動部材の先端に緩衝ベース部材を取り付け、該緩衝ベース部材に前記緩衝部材を設置し、前記緩衝ベース部材に突設した突起に押え板を取り付けて、前記緩衝部材を前記緩衝ベース部材と前記押え板との間に挟持することが好ましい。このようにすることで、構造が簡単で取付けが容易になる。
【0009】
前記緩衝部材は、弾性を有する板状で、前記突起が貫通する貫通孔を有することが好ましい。このようにすることで、緩衝部材の横方向へのずれが防止される。
【0012】
前記緩衝部材の係合溝を形成する先端側の側壁は周方向に複数に分離されていることが好ましい。このようにすると、取付ベース部材の係合突出片を環状部材の係合溝に係合するときに、側壁が容易に撓むので、取付けが容易である。
【0013】
前記押え板は、前記複数の壁部を押さえる突片を有することが好ましい。これにより、取付ベース部の係合突出片が緩衝部材の係合溝から外れるのが防止される。
【0014】
前記ロボットは、動物型ロボットで、前記第1部材は胴部、前記第2部材は頭部であることが好ましい。動物型ロボットの頭部には、各種センサが多数設けられるので、この頭部の衝撃を吸収,緩和してセンサの損傷やワイヤの断線を防止することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
【0016】
図1は、本発明にかかる関節装置を備えたネコ型電子ペットであるロボットを示す。本発明の第1部材は胴部1であり、第2部材は頭部2である。胴部1の先端(前端)に頭部2の基端が関節接続されている。このロボットには、全体が人工毛皮からなる表皮(ぬいぐるみ)3が被着されている。
【0017】
第1部材としての胴部1を形成する中空のケーシング4は、前端に斜め上に向かって隆起する略半球形の首部5を有している。この首部5には、図5に示すように、上下方向に長い開口6が形成されている。ケーシング4内にはギヤケース7が収容され、該ギヤケース7の両側端に一対の軸受部8が形成されている。一対の軸受部8を結ぶ水平軸心線の中点Mは、前記首部5の半球の中心となっている。
【0018】
第2部材としての頭部2は、駆動部材9と従動部材10とに分離され、それらの間に緩衝部材11が位置している。
【0019】
駆動部材9は、上下駆動部材12と、左右駆動軸13と、緩衝ベース部材14およびその固定部材15とからなっている。上下駆動部材12は、図4に示すように、略半球形の中空ケース16を蓋17で覆ったものである。蓋17には、前記ギヤケース7の軸受部8に軸支される一対の上下駆動軸18が突設されている。左右駆動軸13は、筒形で、前記上下駆動部材12の内部に収容されるとととも、両端がそれぞれ中空ケース16と蓋17とに図示しないベアリングを介して軸支されている。左右駆動軸13の先端は上下駆動部材12の中空ケース16から突出し、その外周面に外周溝19が形成されている。緩衝ベース部材14は、図3に示すように、略皿形で、その底面は半球状に隆起し、中央に軸取付孔20が形成されている。緩衝ベース部材14の底面には、3つの突起21が突設され、その先端にねじ孔22が形成されている。また、緩衝ベース部材14の底面には、固定部材15を取り付けるための取付台23が突設されている。固定部材15は、略C字形で、内周面に前記左右駆動軸13の外周溝19に係合する内周突起24が形成されている。固定部材15の両端には、タッピンねじ25がねじ込まれるようになっている。
【0020】
従動部材10は、図1に示すように、頭部本体26と、該頭部本体26の基端に取り付けられる取付ベース部材27とからなっている。頭部本体26には、耳、目蓋、下顎を駆動する図示しない駆動機構が内蔵され、また触覚、視覚、聴覚の各センサが内蔵されている。取付ベース部材27は、図3に示すように、環状で、その下端には、L字形の複数の係合突出片28が形成されている。
【0021】
緩衝部材11は、環状でかつ板状をなし、その底面は前記緩衝ベース部材14の底の略半球面に沿うように略半球面に形成されている。緩衝部材11の外周面には係合溝29が形成され、該係合溝29の上側の側壁30は複数に分割されている。緩衝部材11の板厚方向には、前記緩衝ベース部材14の突起21が挿通される貫通孔31が形成されている。緩衝部材11は、エラストマーや、シリコンゴム等の低硬度ゴムから形成されている。前記緩衝ベース部材14に載置された緩衝部材11を押える押え板32は、金属からなり、外周には、前記緩衝部材11の複数の側壁30に対応する複数の突片33が突設されている。
【0022】
前記第2部材である頭部2を駆動する駆動機構は、上下駆動部材12を駆動する図6,7に示す上下駆動機構34と、左右駆動軸13を駆動する図7,8に示す左右駆動機構35とからなっている。
【0023】
上下駆動機構34は、図6,図7に示すように、胴部1のギヤケース7内に収容されている。この上下駆動機構34は、上下駆動モータ36と、該上下駆動モータ36の駆動軸に固着されたウォーム37と、該ウォーム37に噛合する第1ギヤ列38aと、該第1ギヤ列38aに噛合する第2ギヤ列38bと、該第2ギヤ列38bに噛合する第3ギヤ列38cと、前記上下駆動部材34に取り付けられて前記第3ギヤ列38cに噛合する略90°の扇形の出力ギヤ39とからなっている。上下駆動モータ36の駆動により、第1ギヤ列38a、第2ギヤ列38b、第3ギヤ列38c、出力ギヤ39が順次回動し、上下駆動部材12が上下に略90°回動するようになっている。上下駆動部材12の駆動角度を検出するために、第3ギヤ列38cの軸にエンコーダ40が取り付けられている。このように、上下駆動部材12の駆動角度をそれに固定された出力ギヤ39で直接検出するのではなく、出力ギヤ39の1つ前の回動角度が大きい第3ギヤ列38cで検出することで、エンコーダ40の分解能が高くなり、上下駆動部材12の駆動角度を高精度で検出することができる。
【0024】
左右駆動機構35は、図8,図9に示すように、上下駆動部材12の中に収容されている。この左右駆動機構35は、上下駆動部材12の蓋17の外側に取り付けられた左右駆動モータ41と、該左右駆動モータ41の駆動軸に固着されたウォーム42と、該ウォーム42に噛合する第1ギヤ列43aと、該第1ギヤ列43aに噛合する第2ギヤ列43bと、該第2ギヤ列43bに噛合する第3ギヤ列43cと、前記左右駆動軸13に固着されて前記第3ギヤ列43cに噛合する出力ギヤ44とからなっている。左右駆動モータ41の駆動により、第1ギヤ列43a、第2ギヤ列43b、第3ギヤ列43c、出力ギヤ44が順次回動し、左右駆動軸23が左右に略90°回動するようになっている。左右駆動軸13の駆動角度を検出するために、出力ギヤ44の1つ前の回動角度の大きい第3ギヤ列43cの軸にエンコーダ45が取り付けられている。これにより、前記上下駆動部材12と同様に、エンコーダ45の分解能が高くなり、左右駆動軸13の駆動角度を高精度で検出することができる。
【0025】
次に、前記構成からなるロボットの関節装置の組立て手順および動作を説明する。
【0026】
まず、頭部2の駆動部材9を組み立てる。これには、上下駆動部材12に左右駆動軸13と左右駆動機構35を組み付けた後、左右駆動軸13の先端に緩衝ベース部材14を固定部材15で固定する。そして、この緩衝ベース部材14の突起21が緩衝部材11の貫通孔31に挿通するようにして、緩衝ベース部材14の上に緩衝部材11を載置する。続いて、緩衝ベース部材14の上に従動部材10の取付ベース部材27を載置し、取付ベース部材27の係合突出片28を緩衝部材11の係合溝29に係合する。緩衝部材11の係合溝29の側壁30は複数に分割されているので、取付ベース部材27の係合突出片28を上方から押し付けるだけで、容易に各側壁30が撓んで、当該係合突出片28は緩衝部材11の係合溝29に係合する。そして、緩衝部材11の上に押え板32を載置し、ねじ46を緩衝ベース部材14の突起21のねじ孔22にねじ込む。これにより、緩衝部材11は緩衝ベース部材14と押え板32との間に挟持されて押え板32によって抜け止めされる。また、押え板32の突片33によって緩衝部材11の係合溝29の側壁30の変形が防止され、係合溝29と取付ベース部材27の係合突出片28との係合が維持される。
【0027】
一方、胴部1に収納するギヤケース7に上下駆動機構34を組み付けながら、ギヤケース7の一対の軸受部8に、前述のように組み立てた頭部2の駆動部材9の上下駆動軸18を嵌合する。続いて、このギヤケース7を胴部1に組み込み、図5に示すように、胴部1の首部5の開口6から、左右駆動軸13と、該左右駆動軸13に取り付けられた緩衝ベース部材14、緩衝部材11および取付ベース部材27とが突出するようにする。そして、取付ベース部材27に頭部本体26を取り付ける。
【0028】
このように、胴部1に頭部2を取り付けたロボットでは、図4に示すように、頭部2の駆動部材9と従動部材10は、緩衝部材11を介して完全の縁が切れた状態である。すなわち、従動部材10の取付ベース部材27は、緩衝部材11の係合溝29に係合しているだけで、駆動部材9の緩衝ベース部材14や、上下駆動部材12、左右駆動軸13のいずれとも直接連結されていない。したがって、落下や衝突により、頭部2の従動部材10に衝撃が作用しても、この衝撃力は緩衝部材11で吸収,緩和されるので、駆動部材10や胴部1に伝達されない。このため、頭部本体26に設けた各種センサが損傷したり、ハーネスが断線する虞れがなくなる。
【0029】
次に、関節装置の動作について説明する。胴部1のギヤケース7に組み付けられた上下駆動機構34の上下駆動モータ36を駆動すると、各ギヤ列38a,38b,38cを介して上下駆動部材12が上下駆動軸18を中心に上下方向に回動する。これにより、図2に示すように、頭部2を所望の角度だけ上下に振らせることができる。また、上下駆動部材12に組み付けられた左右駆動モータ41を駆動すると、各ギヤ列43a,43b,43cを介して左右駆動軸13が左右に回動する。これにより、頭部2を所望の角度だけ左右に振らせることができる。また、上下駆動モータ36と左右駆動モータ41を同時に駆動して、頭部2を任意の方向に向かせることができる。
【0030】
本実施形態のようなネコ型ロボットでは、表皮3が被着されているので、内部の胴部1や頭部2の筐体にゴミが侵入しやすい。ゴミが侵入すると、関節の動作を妨げる虞れがあるので、関節部にはできるだけ隙間が無いようにする必要がある。本実施形態では、胴部1の首部5のケーシング4、上下駆動部材12の外表面、取付ベース部材27の底面は、上下駆動軸18の軸心と左右駆動軸13の軸心が公差する点Mを中心とするそれぞれ半径R1,R2,R3の略半球面で形成されており、胴部1の軸受部8と頭部2の上下駆動軸18が形成する関節部への隙間が殆ど無いので、当該関節部へのゴミの侵入が防止される。
【0031】
なお、前記実施形態では、一例として胴部1と頭部2の関節装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、胴部1と四肢の関節装置、あるいは、上脚と下脚の関節装置にも適用することができる。また、本実施形態のような動物型ロボットだけでなく、産業用ロボットの本体とアームの関節装置にも適用することができる。
【0032】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、第1部材の先端に第2部材の基端を関節接続し、第1部材に第2部材を所定の自由度で駆動する駆動機構を備えたロボットの関節装置において、第2部材を駆動機構によって駆動される駆動部材と該駆動部材に連結される従動部材とに分離し、駆動部材の先端に緩衝部材を取り付け、該緩衝部材に従動部材の基端を取り付けたので、駆動部材と従動部材が弾性部材を介して遮断され、従動部材に作用する衝撃が駆動部材に伝達されず、衝撃が吸収,緩和される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明にかかる関節装置を備えたネコ型電子ペットであるロボットの頭部と胴部の一部を示す部分破断側面図。
【図2】 図1のロボットの頭部を下方に振らせた状態を示す部分破断側面図。
【図3】 図1のロボットの頭部の緩衝構造を示す分解斜視図。
【図4】 図3の緩衝構造の断面図。
【図5】 図1のロボットの頭部本体を取り外した状態の頭部と胴部の斜視図。
【図6】 図1のロボットの上下駆動機構を示す平面図。
【図7】 図6の上下駆動機構の側面図。
【図8】 図1のロボットの左右駆動機構を示す平面図。
【図9】 図8の上下駆動機構の斜め下方から見た斜視図。
【符号の説明】
1 胴部(第1部材)
2 頭部(第2部材)
9 駆動部材
10 従動部材
11 緩衝部材
14 緩衝ベース部材
21 突起
27 取付ベース部材
28 係合突出片(係合部)
29 係合溝(被係合部)
30 側壁
31 貫通孔
32 押え板
33 突片
34 上下駆動機構
35 左右駆動機構
Claims (6)
- 第1部材の略半球状の先端に第2部材の基端を関節接続し、前記第1部材内に収容された駆動機構により前記第2部材を所定の自由度で駆動するロボットの関節装置において、
前記第2部材を前記駆動機構によって駆動される駆動部材と、該駆動部材に連結されゴムからなる環状の緩衝部材と、該緩衝部材に連結され前記駆動部材には連結されない従動部材とに分離し、
前記駆動部材は先端に緩衝ベース部材を有し、該緩衝ベース部材の底を前記第1部材の略半球状の先端に沿う略半球面とし、
前記緩衝部材の底面を前記緩衝ベース部材の底の略半球面に沿う略半球面とし、
前記駆動部材の前記緩衝ベース部材に前記緩衝部材を取り付け、前記従動部材の基端に環状の取付ベース部材を取り付け、前記緩衝部材の外周に形成した係合溝からなる係合部に前記取付ベース部材の内周面に突設した被係合部を係合することにより、前記緩衝部材に前記従動部材の基端を取り付け、
前記第2部材に各種センサを内蔵したことを特徴とするロボットの関節装置。 - 前記駆動部材の先端に緩衝ベース部材を取り付け、該緩衝ベース部材に前記緩衝部材を設置し、前記緩衝ベース部材に突設した突起に押え板を取り付けて、前記緩衝部材を前記緩衝ベース部材と前記押え板との間に挟持したことを特徴とする請求項1に記載のロボットの関節装置。
- 前記緩衝部材は、弾性を有する板状で、前記突起が貫通する貫通孔を有することを特徴とする請求項2に記載のロボットの関節装置。
- 前記緩衝部材の係合溝を形成する先端側の側壁は周方向に複数に分離されていることを特徴とする請求項2又は3に記載のロボットの関節装置。
- 前記押え板は、前記複数の壁部を押さえる突片を有することを特徴とする請求項4に記載のロボットの関節装置。
- 前記ロボットは、動物型ロボットで、前記第1部材は胴部、前記第2部材は頭部であることを特徴とする請求項1から5に記載のロボットの関節装置。
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