JP4119080B2 - 人間型ロボットの腕構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人間型ロボットの腕構造に関し、特に上腕部および下腕部を連結する肘関節が屈曲したときに、上腕部の下端および下腕部の上端間に物体が挟まれないようにした腕構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
四足歩行が可能な動物型ロボットにおいて、４本の脚を上脚部および下脚部に分割して略円筒状の関節で屈曲可能に連結したものが、特開２０００−２１８５８９号公報により公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記従来のものは、関節の軸線方向に見たときの上脚部および下脚部の幅の略中央位置に前記関節の軸線が配置されているため、上脚部および下脚部をＶ字状に屈曲させたときに、関節の近傍で上脚部および下脚間部の間に異物が挟み込まれてしまい、関節のスムーズな作動が阻害される可能性があった。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、人間型ロボットの肘関節の部分で上腕部および下腕部の間に異物が挟み込まれてスムーズな作動が阻害されるのを防止することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴によれば、上腕部および下腕部が略円筒状の肘関節で屈曲可能に連結され、肘関節の軸線方向に見て上腕部および下腕部は肘関節の直径よりも大きい幅を有しており、上腕部および下腕部は略直線状に延びた伸長位置と該伸長位置から一方向に屈曲した屈曲位置との間で屈曲可能範囲を制限された人間型ロボットの腕構造であって、肘関節の軸線の位置は、上腕部および下腕部の前記幅の中心よりも前記一方向に偏倚しており、かつ肘関節に連なる上腕部の下端および下腕部の上端は、前記一方向と反対側において上腕部の後面および下腕部の後面からそれぞれ肘関節に向かって延びる傾斜面を設けたことで前記幅が漸減していることを特徴とする人間型ロボットの腕構造が提案される。
【０００６】
上記構成によれば、略円筒状の肘関節の軸線の位置が、上腕部および下腕部の幅の中心よりも一方向（上腕および下腕が伸長位置から屈曲位置に屈曲する方向）に偏倚して設けられているので、上腕部および下腕部を伸長位置から屈曲位置に向けて前記一方向に屈曲させたときに、関節の近傍の上腕部および下腕部の間に異物が入り込む隙間が形成され難くなり、異物の挟み込みを確実に防止することができる。また肘関節の前記一方向と反対側では、肘関節に連なる上腕部の後面および肘関節に連なる下腕部の後面からそれぞれ肘関節に向かって延びる傾斜面を設けたことで前記幅が漸減しているので、上腕部および下腕部を屈曲位置から伸長位置に向けて伸長させたときに、関節の近傍の上腕部および下腕部の間に異物が入り込む隙間が形成され難くなり、異物の挟み込みを確実に防止することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。 図１〜図５は本発明の一実施例を示すもので、図１は人間型ロボットの正面図、図２は人間型ロボットの左側面図、図３は図１の３−３線拡大断面図（図４の３−３線断面図）、図４は図３の４−４線断面図、図５は図３の５方向矢視図である。
【０００８】
図１および図２に示すように、自立二足歩行が可能な人間型ロボットＲは、胴体１１、頭１２、左腕１３Ｌ、右腕１３Ｒ、左脚１４Ｌおよび右脚１４Ｒを備えており、胴体１１の背面に電装品を収納した電装品ボックス１５を背負っている。左腕１３Ｌおよび右腕１３Ｒの各々は、上腕部１６と、下腕部１７と、手部１８とから構成され、胴体１１と上腕部１６とは肩関節１９で連結され、上腕部１６と下腕部１７とは肘関節２０で連結され、下腕部１７と手部１８とは手首関節２１で連結され、更に上腕部１６の長手方向中間には、上腕部１６の上半部に対して下半部を捻るための上腕関節２２が設けられる。また左脚１４Ｌおよび右脚１４Ｒの各々は、上脚部２３と、下脚部２４と足部２５とから構成され、胴体１１と上脚部２３とは股関節２６で連結され、上脚部２３と下脚部２４とは膝関節２７で連結され、下脚部２４と足部２５とは足首関節２８で連結される。更に胴体１１と頭１２とは首関節２９で連結される。尚、前記各関節は、その位置のみを破線の円で示している。
【０００９】
次に、図３〜図５に基づいてロボットＲの右腕１３Ｒの構造を説明する。尚、左腕１３Ｌは右腕１３Ｒと鏡面対称な同一構造であるため、その重複する説明は省略する。
【００１０】
上腕部１６のハウジングは上腕ハウジング・アッパー３１と、上腕ハウジング・ロアアウター３２と、上腕ハウジング・ロアインナー３３とに３分割されており、外側（胴体１１から遠い側）の上腕ハウジング・ロアアウター３２と、内側（胴体１１に近い側）の上腕ハウジング・ロアインナー３３とは複数本のボルト３４（図５参照）で結合される。また下腕部１７のハウジングは下腕ハウジング・アウター３５と、下腕ハウジング・インナー３６とに２分割されており、外側（胴体１１から遠い側）の下腕ハウジング・アウター３５と、内側（胴体１１に近い側）の下腕ハウジング・インナー３６とは複数本のボルト３７…（図４および図５参照）で結合される。尚、上腕ハウジング・アッパー３１、上腕ハウジング・ロアアウター３２、上腕ハウジング・ロアインナー３３、下腕ハウジング・アウター３５および下腕ハウジング・インナー３６の外周は、図３〜図５に示さないカバーによって覆われる。
【００１１】
上腕ハウジング・ロアアウター３２および上腕ハウジング・ロアインナー３３の上端間にカップ状の内筒部材３８が固定されており、上腕ハウジング・アッパー３１の下端に形成した外筒部３１ａの内周に前記内筒部材３８がクロスローラベアリング３９を介して相対回転自在に結合される。従って、内筒部材３８、上腕ハウジング・アッパー３１の外筒部３１ａおよびクロスローラベアリング３９によって略円筒状の前記上腕関節２２が構成される。また下腕ハウジング・アウター３５の上端に形成した外筒部３５ａと、上腕ハウジング・ロアアウター３２および上腕ハウジング・ロアインナー３３の下端にそれぞれ形成した内筒部３２ａ，３３ａが、一対のボールベアリング４０，４０によって相対回転自在に結合される。従って、下腕ハウジング・アウター３５の外筒部３５ａ、上腕ハウジング・ロアアウター３２の内筒部３２ａ、上腕ハウジング・ロアインナー３３の内筒部３３ａおよび一対のボールベアリング４０，４０によって略円筒状の前記肘関節２０が構成される。
【００１２】
上腕ハウジング・アッパー３１に支持したモータ４６と内筒部材３８との間に上腕関節２２を駆動する上腕関節駆動装置４７が設けられる。即ち、モータ４６の出力軸に設けた駆動プーリ４８と、ハーモニック減速機（商品名）４９の入力部材５０に設けた従動プーリ５１とが無端ベルト５２で接続されており、ハーモニック減速機４９の出力部材５３が複数本のボルト５４…で内筒部材３８に固定される。ハーモニック減速機４９は同軸上に配置された入力部材５０の回転を減速して出力部材５３に出力するものであり、その構造は公知であるので説明を割愛する。尚、ハーモニック減速機４９に代えて遊星歯車機構を用いた減速機を採用することも可能である。
【００１３】
しかして、上腕関節２２を駆動するモータ４６の回転は駆動プーリ４８、無端ベルト５２および従動プーリ５１で減速され、更にハーモニック減速機４９で減速されて内筒部材３８に伝達され、上腕ハウジング・アッパー３１に対して上腕ハウジング・ロアアウター３２および上腕ハウジング・ロアインナー３３を回転させる。
【００１４】
上腕ハウジング・ロアアウター３２に支持したモータ５５と下腕ハウジング・アウター３５の外筒部３５ａとの間に肘関節２０を駆動する肘関節駆動装置５６が設けられる。即ち、モータ５５の出力軸に設けた駆動プーリ５７と、ハーモニック減速機５８の入力部材５９に設けた従動プーリ６０とが無端ベルト６１で接続されており、ハーモニック減速機５８の出力部材６２が複数本のボルト６３…で下腕ハウジング・アウター３５の外筒部３５ａに固定される。しかして、肘関節２０を駆動するモータ５５の回転は駆動プーリ５７、無端ベルト６１および従動プーリ６０で減速され、更にハーモニック減速機５８で減速されて下腕ハウジング・アウター３５の外筒部３５ａに伝達され、上腕部１６に対して下腕部１７を回転させる。
【００１５】
図３から明らかなように、略円筒状の肘関節２０の直径Ｄは肘関節２０の軸線Ｌ方向に見た上腕部１６および下腕部１７の幅Ｗよりも小さく、かつ肘関節２０の軸線Ｌの位置は前記幅Ｗの中央よりも前方（図３における右側）に偏倚している。肘関節２０の軸線Ｌの位置を前方に偏倚させたことにより、肘関節２０の近傍における上腕部１６および下腕部１７の前面（図３における右側）の凹凸が減少し、肘関節２０を中心に下腕部１７を実線で示す伸長位置から二点鎖線で示す屈曲位置に向けて前方（矢印ｆ方向）に回転させたときに、上腕部１６および下腕部１７間に異物を挟み難くなる。
【００１６】
尚、上腕部１６間に対して下腕部１７を鋭角に回転させた場合も上腕部１６および下腕部１７間に異物が挟み込まれる可能性があるが、図４に示すように内筒部３２ａに設けたメカニカルストッパ３２ｂと外筒部３５ａに設けたメカニカルストッパ３５ｂとを当接させることにより、下腕部１７の前方への回動範囲を規制して異物の挟み込みを防止するとができる。またメカニカルストッパ３２ｂ，３５ｂを設ける代わりに、肘関節駆動装置５６のモータ５５の回転を制御して下腕部１７の前方への回動範囲を規制することも可能である。
【００１７】
肘関節２０の近傍における上腕部１６および下腕部１７の後面（図３における左側）には、肘関節２０に向けて幅Ｗが減少するように傾斜面１６ａ，１７ａが形成されている。下腕部１７は図３に実線で示す伸長位置から矢印ｒで示す後方側に微小角度（数度程度）回転可能であり、その回転限界は下腕部１７の傾斜面１７ａに設けたストッパ部ａと上腕部１６の傾斜面１６ａに設けたストッパ部ｂとの当接により規制される。
【００１８】
肘関節２０の近傍における上腕部１６および下腕部１７の後面が、図３に一点鎖線で示すように前記傾斜面１６ａ，１７ａを備えていないと仮定すると、下腕部１７を二点鎖線で示す屈曲位置から実線で示す伸長位置に矢印ｒ方向に回転させたときに、上腕部１６および下腕部１７の一点鎖線で示す部分に異物が挟まれて作動が阻害される可能性がある。しかしながら本実施例では、上腕部１６および下腕部１７の後面に傾斜面１６ａ，１７ａを形成したことにより、そこに異物が挟まれるのを確実に防止することができる。
【００１９】
以上のように、肘関節２０の軸線Ｌの位置を前方に移動させたことで、下腕部１７を伸長位置から屈曲位置に向けて前方に回転させたときに、肘関節２０に近傍の上腕部１６および下腕部１７間に異物が挟まれるのを防止することができ、かつ肘関節２０の近傍における上腕部１６および下腕部１７の後面に傾斜面１６ａ，１７ａを形成したことにより、下腕部１７を屈曲位置から伸長位置に向けて後方に回転させたときに、肘関節２０に近傍の上腕部１６および下腕部１７間に異物が挟まれるのを防止することができ、これにより肘関節２０のスムーズな作動を常時保証することができる。
【００２０】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、略円筒状の肘関節の軸線の位置が、上腕部および下腕部の幅の中心よりも一方向（上腕および下腕が伸長位置から屈曲位置に屈曲する方向）に偏倚して設けられているので、上腕部および下腕部を伸長位置から屈曲位置に向けて前記一方向に屈曲させたときに、関節の近傍の上腕部および下腕部の間に異物が入り込む隙間が形成され難くなり、異物の挟み込みを確実に防止することができる。また肘関節の前記一方向と反対側では、肘関節に連なる上腕部の後面および肘関節に連なる下腕部の後面からそれぞれ肘関節に向かって延びる傾斜面を設けたことで前記幅が漸減しているので、上腕部および下腕部を屈曲位置から伸長位置に向けて伸長させたときに、関節の近傍の上腕部および下腕部の間に異物が入り込む隙間が形成され難くなり、異物の挟み込みを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 人間型ロボットの正面図
【図２】 人間型ロボットの左側面図
【図３】 図１の３−３線拡大断面図（図４の３−３線断面図）
【図４】 図３の４−４線断面図
【図５】 図３の５方向矢視図
【符号の説明】
１６ 上腕部
１６ａ 傾斜面
１７ 下腕部
１７ａ 傾斜面
２０ 肘関節
Ｌ 肘関節の軸線
Ｗ 上腕部および下腕部の幅

Claims (1)

1. 上腕部（１６）および下腕部（１７）が略円筒状の肘関節（２０）で屈曲可能に連結され、肘関節（２０）の軸線（Ｌ）方向に見て上腕部（１６）および下腕部（１７）は肘関節（２０）の直径よりも大きい幅（Ｗ）を有しており、上腕部（１６）および下腕部（１７）は略直線状に延びた伸長位置と該伸長位置から一方向に屈曲した屈曲位置との間で屈曲可能範囲を制限された人間型ロボットの腕構造であって、
   肘関節（２０）の軸線（Ｌ）の位置は、上腕部（１６）および下腕部（１７）の前記幅（Ｗ）の中心よりも前記一方向に偏倚しており、かつ肘関節（２０）に連なる上腕部（１６）の下端および下腕部（１７）の上端は、前記一方向と反対側において上腕部（１６）の後面および下腕部（１７）の後面からそれぞれ肘関節（２０）に向かって延びる傾斜面（１６ａ，１７ａ）を設けたことで前記幅（Ｗ）が漸減していることを特徴とする人間型ロボットの腕構造。

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