JP4198511B2

JP4198511B2 - Power transmission device and control method of power transmission device

Info

Publication number: JP4198511B2
Application number: JP2003109366A
Authority: JP
Inventors: 隆明加瀬
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2023-04-14
Also published as: JP2004316722A

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power transmission system, which can avoid drive thereof by the external force when an actuator is not driven and which does not need power consumption when braking and non-braking. <P>SOLUTION: A cam plate 114 is fitted to a support shaft 111 freely to move in a direction expressed with an arrow B, and regulated not to rotate around the support shaft 111 in a direction expressed with an arrow C. The cam plate 114 is formed with a cam part in a side surface, which is not opposite to a brake caliper 113. Projecting parts and recessed parts are mutually formed every 45 degrees, and they are smoothly connected to each other through a slope. A spring 115 is fixed to the cam plate 114 in a side opposite to the brake caliper 113. When the cam plate 114 is moved in the direction expressed with the arrow B (a figure 13), the brake caliper 113 is energized in the direction expressed with the arrow B. Drive of the power transmission system by the external force when the actuator is not driven can be avoided by using this brake mechanism, and power consumption can be reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアクチュエータの回転駆動力を負荷に伝達する動力伝達装置とその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の動力伝達装置（以下、適宜「動力伝達機構」と記す）は、減速機内に負作動ブレーキを設け、アクチュエータとなるモータを駆動する場合にはブレーキに電流を供給してブレーキを開放し、モータへの通電を解除する場合にはブレーキへの電流供給を停止することによりブレーキを作動させ、外力により電動機が従動するのを防ぐ構成としている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６１−２８８９８５号公報（第２−３頁、第３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の動力伝達機構はアクチュエータとなるモータへの通電を解除した場合、外力によりモータが従動するのを防ぐために、減速機内に負作動ブレーキを設け、これにより非通電時のモータの軸を保持する構成としていた。したがって、ブレーキを解除している状態ではブレーキに電流を供給する必要があり、消費電力が増大する課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、アクチュエータの非駆動時に外力による動力伝達系の従動を回避でき、制動時、非制動時とも電力消費を必要としない動力伝達装置およびその制御方法を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る動力伝達装置は、前記減速ギアと嵌合して回転動作する制動ギアと、前記制動ギアに当接して、該制動ギアの回転動作を制動する制動子と、前記制動子を前記制動ギアへ当接させるラッチ機構と、前記ラッチ機構を駆動するソレノイドとからなる制動機構を備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照し、本発明の実施の一形態について説明する。
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図１〜図１９を参照して説明する。この実施の形態は４脚で歩行し、作業時は４脚のうちの２脚に設けたマニピュレータを用いて作業を行なう歩行ロボットの動力伝達機構に関している。
【０００８】
図１は実施の形態１による動力伝達機構を各関節駆動部に適用した歩行ロボットの略構成を示す要部斜視図であり、図２は図１に示す動力伝達機構を各関節駆動部に適用した歩行ロボットの歩行状態を示す略側面図である。図１および図２において、胴体１は剛体で形成される本体部であり、左前脚機構２、右前脚機構３、左後脚機構４、右後脚機構５により支持される。胴体１の前端部１ａ付近には首機構６を介して頭部７が接続されている。また、胴体１には信号処理回路、電源であるバッテリ（図示せず）が配置されている。左前脚機構２は関節部２１、２２、２３、アーム２４、２５、マニピュレータ２６からなる。上腕部に相当するアーム２４の上端部には、アクチュエータ、減速機構等からなる肩関節に相当する関節部２１が接続されており、アーム２４は関節部２１を介して胴体１に接続されている。関節部２１は、胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有する。従って、関節２１はアーム２４を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
【０００９】
アーム２４の下端部にはアクチュエータ、減速機構等からなる肘関節に相当する関節部２２が接続されている。また関節部２２は前腕部に相当するアーム２５の上端部に接続されており、胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有する。従って、関節２２はアーム２５を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
【００１０】
アーム２５の下端部にはアクチュエータ、減速機構等からなる手首関節に相当する関節部２３が接続されている。また関節部２３はマニピュレータ２６の上端部ベース２６ａに接続されており、胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有する。従って、関節２３は、マニピュレータ２６を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
【００１１】
マニピュレータ２６は関節２３に接続する手根部に相当するベース２６ａ、指部に相当するアーム２６ｂ、２６ｃ、およびアーム２６ｂ、２６ｃを駆動するアクチュエータ２６ｄからなる。ベース２６ａの、関節２３が接続される側と逆側に設置されたアクチュエータ２６ｄにより、アーム２６ｂ、２６ｃを任意に駆動して、物体の把持などが可能な構成としている。
【００１２】
右前脚機構３は左前脚機構２と同一に構成されている。この場合には、上述の前脚機構２、関節部２１、２２、２３、アーム２４、２５、マニピュレータ２６、ベース２６ａ、アーム２６ｂ、２６ｃ、アクチュエータ２６ｄを、それぞれ前脚機構３、関節部３１、３２、３３、アーム３４、３５、マニピュレータ３６、ベース３６ａ、アーム３６ｂ、３６ｃ、アクチュエータ３６ｄと読み換える。
【００１３】
左後脚機構４は関節部４１、４２、４３、アーム４４、４５、４６からなる。大腿部に相当するアーム４４の上端部には、アクチュエータ、減速機構等からなる股関節に相当する関節部４１が接続されており、アーム４４は関節部４１を介して胴体１に接続されている。関節部４１は胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有する。従って、関節４１はアーム４４を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
【００１４】
アーム４４の下端部には、アクチュエータ、減速機構等からなる膝関節に相当する関節部４２が接続されている。また関節部４２は下腿部に相当するアーム４５の上端部に接続されており、胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有する。従って、関節４２はアーム４５を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
【００１５】
アーム４５の下端部にはアクチュエータ、減速機構等からなる足首関節に相当する関節部４３が接続されている。また関節部４３は足部に相当するアーム４６の上端部に接続されており、胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有する。従って、関節４３は、アーム４６を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
【００１６】
右後脚機構５は左後脚機構４と同一に構成されている。この場合には、上述の後脚機構４、関節部４１、４２、４３、アーム４４、４５、４６をそれぞれ後脚機構５、関節部５１、５２、５３、アーム５４、５５、５６と読み換える。
【００１７】
首機構６の下端はアクチュエータ、減速機構等からなる首関節に相当する関節部６１が接続されており、該当関節部６１を介して胴体１に接続されている。関節部６１は、胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有するので、関節部６１は首機構６を胴体１の前後方向に任意角度回動することができる。
【００１８】
首機構６の上端はアクチュエータ、減速機構等からなる首関節に相当する関節部６２が接続されており、該当関節６２を介して頭部７を接続している。関節部６２は首機構６の伸長方向軸回りに回動可能な１自由度を有する。従って、頭部７は関節部６１、６２により、胴体１の前後方向および左右方向に回動することが可能となる。
【００１９】
次に、各関節部を駆動する部位の詳細構成について説明する。図１０は、本発明による動力伝達機構を適用した歩行ロボットの関節駆動部の詳細を示す平面図であり、図１１は図１０に示す関節駆動部の略側面図であり、図１２は図１０に示す関節駆動部の駆動系を示す略側面図である。
【００２０】
アクチュエータとなるモータ１０１はフレーム１００に保持されている。また、モータ１０１の軸にはピニオンギア１０２が圧入されている。減速ギア１０３は小歯車１０３ａ、大歯車１０３ｂからなり、フレーム１００に保持された軸１０３ｃに回転可能に支持され、大歯車１０３ｂがピニオンギア１０２にかみ合うよう設置されている。減速ギア１０４は小歯車１０４ａ、大歯車１０４ｂからなり、フレーム１００に保持された軸１０４ｃに回転可能に支持され、大歯車１０４ｂが減速ギア１０３の小歯車１０３ａにかみ合うよう設置されている。減速ギア１０５は小歯車１０５ａ、大歯車１０５ｂからなり、フレーム１００に保持された軸１０５ｃに回転可能に支持され、大歯車１０５ｂが減速ギア１０４の小歯車１０４ａにかみ合うよう設置されている。出力ギア１０６は減速ギア１０５の小歯車１０５ａに噛み合うよう配置され、フレーム１００に回転可能に保持された関節軸１０７に固定されている。
【００２１】
また、関節軸１０７には関節アーム１０８が同様に固定されている。角度検出器１０９はフレーム１００に保持され、関節軸１０７の回転角度を検出する。上記のように構成された関節駆動部のフレーム１００と、関節アーム１０８を胴体、アーム等の構成要素にそれぞれ接続することにより関節部を形成し、モータ１０１の駆動力により、接続された構成要素を図１１に示す矢印Ａ方向に駆動し、その回動角度を角度検出器１０９により検出する。
【００２２】
次に、上記関節駆動部に設置された制動機構について説明する。図１３は制動機構の構造を示す断面図であり、図１４はカムプレートを示す側面図である。図１０〜図１４において、制動ギア１１０は減速ギア１０３の大歯車１０３ｂにかみ合うよう配置され、フレーム１００に保持された支軸１１１に回転可能に保持されている。また支軸１１１にはＥリング１１２が設置され、制動ギア１１０が図１３に示す矢印Ｂ方向へ移動することを規制している。ブレーキキャリパ１１３は、支軸１１１に矢印Ｂ方向に移動可能に嵌着され、制動ギア１１０と対向する側面に摩擦部材で形成されるパッド１１３ａを保持している。また、ブレーキキャリパ１１３は図示しない手段により、図１０の矢印Ｃで示す支軸１１１回りに回転しないよう規制され、また図示しないバネなどの付勢手段により、矢印Ｂ１方向に付勢されている。
【００２３】
カムプレート１１４は支軸１１１に矢印Ｂ方向に移動可能に嵌着され、また図示しない手段により矢印Ｃで示す支軸１１１回りに回転しないよう規制されている。また、カムプレート１１４のブレーキキャリパ１１３に対向しない側の側面にはカム部１１４ａが形成されている。このカム部は図１４に示すとおり、４５度ごとに凸部１１４ｂと凹部１１４ｃが交互に形成されており、その間は斜面部１１４ｄにより滑らかにつながれている。また、カムプレート１１４のブレーキキャリパ１１３に対向する側には、バネ１１５が固定されており、カムプレート１１４が図１３に示すように矢印Ｂ２方向に移動した際には、ブレーキキャリパ１１３を矢印Ｂ２方向に付勢する。
【００２４】
ラッチ機構１１６はホイール１１７、ワンウェイクラッチ１１８、レバー１１９、ラッチプレート１２０、板バネ１２１、およびカムフォロア１２２から構成される。ホイール１１７はワンウェイクラッチ１１８、レバー１１９を介して支軸１１１に支持される。レバー１１９は支軸１１１に回動可能に嵌着され、矢印Ｂ方向への動きは規制されている。ワンウェイクラッチ１１８はレバー１１９を図１１に示す矢印Ｄ方向に回動した場合にロックし、ホイール１１７をレバー１１９の回動に同期して回動させる。逆にレバー１１９を矢印Ｅ方向に回動した場合には、ワンウェイクラッチ１１８のロックは解除され、ホイールは矢印Ｅ方向には回動しない。また、ホイールの側面には、４５度周期で凸部を形成したラッチプレート１２０が設置され、フレーム１００に保持された板バネ１２１が当接している。また、ホイール１１７のカムプレート１１４に対向する側には、カムフォロア１２２が設置されている。
【００２５】
ソレノイド１２３はホルダ１２４を介してフレーム１００に保持されている。ソレノイド１２３は電流印加により、可動鉄心１２３ａを図１１に示す矢印Ｆ方向に吸引する。可動鉄心１２３ａはリンク１２５を介してレバー１１９に接続されている。また、レバー１１９は図示しないバネ等の付勢手段により、矢印Ｅ方向に付勢されている。従って、レバー１１９にリンク１２５を介して接続されたソレノイド１２３の可動鉄心１２３ａは、ソレノイド１２３への電流印加時以外は図１１に示す矢印Ｇ方向に付勢され移動している。
【００２６】
次に動作について説明する。まず、本発明による動力伝達機構を適用した歩行ロボットの動作を図２〜図９を参照して説明する。図２、図３および図４は図１に示す歩行ロボットの歩行時の一形態を示す側面図であり、図５、図６および図７は図１に示す歩行ロボットの作業姿勢の一形態を示す側面図であり、図８および図９は図１に示す歩行ロボットの待機状態の一形態を示す側面図である。
【００２７】
歩行ロボットの歩行時には、左前脚機構２、右前脚機構３、左後脚機構４、右後脚機構５に設置された関節部２１、２２、２３、３１、３２、３３、４１、４２、４３、５１、５２、５３にそれぞれ設けられたモータ１０１に所定の電流を印加し、これら関節部は胴体１を図示のとおり支持する。この状態ではマニピュレータ２６、３６の一部、およびアーム４６、５６の下端が接地している。さらにこの状態でそれぞれのモータを所定のタイミングで回転して歩行動作を行う。
【００２８】
例えば図２に示す状態から前進する場合には、胴体１に対して相対的に後退している右前脚機構３、および左後脚機構４を前方に繰り出す動作を行う。このとき右前脚機構３、および左後脚機構４は遊脚となり、マニピュレータ３６およびアーム４６は地面から離間するので、左前脚機構２および右後脚機構５により胴体１を支持する。遊脚となった右前脚機構３、および左後脚機構４は、その下端となるマニピュレータ３６およびアーム４６が地面に接地しないよう、各関節部３１、３２、３３、４１、４２、４３を適切に制御して、前方への繰り出し動作を行う。同時に、胴体１を支持している左前脚機構２および右後脚機構５に配置された各関節部２１、２２、２３、５１、５２、５３を適切に制御して、胴体１に対して左前脚機構２および右後脚機構５が相対的に後退する方向に移動することにより、胴体１を前方に送り出す。上述の動作の結果、図２に示す状態にあった歩行ロボットは、図３に示す状態を経て図４に示す状態に移行する。これらの動作を繰り返すことにより、歩行ロボットの移動が実現される。
【００２９】
なお、歩行時に駆動が必然でない首機構６の関節部６１、６２に関しては、後述する制動手段により関節の動作をロックして首機構６および頭部７の姿勢を維持した後、関節部６１、６２にそれぞれ設けられたモータ１０１への通電を解除することにより、電力消費を抑えることができる。
【００３０】
次に、マニピュレータ２６、３６を使用した作業時の動作について説明する。作業時においては、例えば図５に示すとおり、胴体１の下端、および左後脚機構４、右後脚機構５を接地して、本体が安定するよう関節部４１、４２、４３、５１、５２、５３を制御する。なおこのとき本体が転倒しないようにするために、ロボットの重心から垂下した垂線が、各接地点を結ぶ面積の範囲内となるよう制御する。この状態で消費電力の低減が必要な場合には、後述する制動手段により関節部４１、４２、４３、５１、５２、５３の動作をロックした後に、関節部４１、４２、４３、５１、５２、５３にそれぞれ設けられたモータ１０１への通電を解除する。
【００３１】
次に、左前脚機構２および右前脚機構３に設けた関節部２１、２２、２３、３１、３２、３３を制御して、左前脚機構２および右前脚機構３の先端部に設けたマニピュレータ２６、３６を作業対象物（図示せず）に近づけた後、マニピュレータ２６、３６のアクチュエータ２６ｄ、３６ｄを制御して、アーム２６ｂ、２６ｃ、アーム３６ｂ、３６ｃにより対象物の把持等の作業を行う。
【００３２】
また、別の体勢による作業としては、例えば図６に示すとおり、左後脚機構４、右後脚機構５を接地して、本体が安定するよう関節部４１、４２、４３、５１、５２、５３を制御する。このとき本体が転倒しないようにするためには、図示しないセンサ等により本体の動きを監視し、転倒を阻止するよう各アクチュエータを制御する。次に、左前脚機構２および右前脚機構３に設けた関節部２１、２２、２３、３１、３２、３３を制御して、左前脚機構２および右前脚機構３の先端部に設けたマニピュレータ２６、３６を作業対象物（図示せず）に近づけた後、マニピュレータ２６、３６のアクチュエータ２６ｄ、３６ｄを制御して、対象物の把持等の作業を行う。
【００３３】
さらに別の体勢による作業としては図７に示すとおり、右前脚機構３、左後脚機構４、右後脚機構５の３本の脚機構を接地して、本体が安定するよう関節部３１、３２、３３、４１、４２、４３、５１、５２、５３を制御する。このとき本体が転倒しないようにするために、ロボットの重心から垂下した垂線が、各接地点を結ぶ面積の範囲内となるよう制御する。この状態で消費電力の低減が必要な場合には、後述する制動手段により関節部３１、３２、３３、４１、４２、４３、５１、５２、５３の動作をロックした後に、関節部３１、３２、３３、４１、４２、４３、５１、５２、５３にそれぞれ設けられたモータ１０１への通電を解除する。
【００３４】
次に、左前脚機構２に設けた関節部２１、２２、２３を制御して、左前脚機構２の先端部に設けたマニピュレータ２６を作業対象物（図示せず）に近づけた後、マニピュレータ２６のアクチュエータ２６ｄを制御して、アーム２６ｂ、２６ｃにより対象物の把持等の作業を行う。
【００３５】
次に、歩行ロボットの待機時の姿勢について説明する。待機時においては、例えば図８に示すとおり、左前脚機構２、右前脚機構３、左後脚機構４、右後脚機構５により、胴体１を図示のとおり支持する。なおこのとき本体が転倒しないようにするために、ロボットの重心から垂下した垂線が、各接地点を結ぶ面積の範囲内となるように、関節部２１、２２、２３、３１、３２、３３、４１、４２、４３、５１、５２、５３にそれぞれ設けられたモータ１０１に所定の電流を印加し制御する。この状態で消費電力の低減が必要な場合には、後述する制動手段により関節部２１、２２、２３、３１、３２、３３、４１、４２、４３、５１、５２、５３の動作をロックした後に、関節部２１、２２、２３、３１、３２、３３、４１、４２、４３、５１、５２、５３にそれぞれ設けられたモータ１０１への通電を解除する。
【００３６】
また、別の体勢による体勢による待機姿勢としては、例えば図９に示すとおり、胴体１の下端、および左後脚機構４、右後脚機構５を接地して、本体が安定するよう関節部４１、４２、４３、５１、５２、５３を制御する。なおこのとき本体が転倒しないようにするために、ロボットの重心から垂下した垂線が、各接地点を結ぶ面積の範囲内となるよう制御する。この状態で消費電力の低減が必要な場合には、後述する制動手段により関節部４１、４２、４３、５１、５２、５３の動作をロックした後に、関節部４１、４２、４３、５１、５２、５３にそれぞれ設けられたモータ１０１への通電を解除する。
【００３７】
次に、関節部２１、２２、２３、３１、３２、３３、４１、４２、４３、５１、５２、５３、６１、６２の駆動部の動作、および併設された制動機構の動作について説明する。図１０等に示すモータ１０１に電流を印加することにより、モータ軸に圧入されたピニオンギア１０２は回転し、その回転駆動力は減速ギア１０３、１０４、１０５により減速され、出力ギア１０６に伝達される。出力ギア１０６は回転可能にフレーム１００に支持された関節軸１０７に固定されており、関節軸１０７には関節アーム１０８が固定されているので、モータ１０１の回転により関節アーム１０８は図１１に示す矢印Ａ方向に回動する。
【００３８】
関節アームの回動角は角度検出器１０９により検出され、図示しない制御回路に送られる。このように構成された関節駆動部のフレーム１００と関節アーム１０８を、胴体、アーム等の構成要素にそれぞれ接続することにより関節部を形成し、モータ１０１の駆動力により接続された構成要素を矢印Ａ方向に駆動する。
【００３９】
次に制動動作について説明する。まず、制動動作を解除している状態を説明する。ここで減速ギア１０３には制動ギア１１０が噛み合っているものである。この状態を図１５（ａ）および図１６に示す。ここで図１５は制動機構の要部を示す平面図であり、図１６（ａ）はカムプレート１１４とカムプレート１１４に対するカムフォロア１２２の当接位置を示す略側面図であり、図１６（ｂ）はソレノイド１２３、レバー１１９、ラッチ機構１１６の動作を示す略側面図である。
【００４０】
非制動時においてカムフォロア１２２はカムプレート１１４の側面に形成されたカム部１１４ａの凹部１１４ｃに対向している。このとき、カムフォロア１２２を保持したホイール１１７は、ラッチプレート１２０と板バネ１２１により回転方向の位置を拘束されている。また、レバー１１９は図示しないバネ等の付勢手段により、図１６（ｂ）に示す矢印Ｅ方向に付勢されているので、リンク１２５を介してレバー１１９に接続されたソレノイド１２３の可動鉄心１２３ａは矢印Ｇ方向に引き出されている。
【００４１】
カムフォロア１２２とカムプレート１１４のカム部１１４ａの凹部１１４ｃが対向しているので、図示しない付勢手段などにより、図１５に示す矢印Ｂ１方向に付勢されたブレーキキャリパ１１３の付勢力により、バネ１１５、カムプレート１１４は矢印Ｂ１方向に移動し、ブレーキキャリパ１１３の側面に形成された摩擦部材からなるパッド１１３ａと制動ギア１１０とは離間している。
【００４２】
次に、制動動作への移行状態について説明する。図１７（ｂ）に示すように制動を行う場合には、最初にソレノイド１２３に電流を印加することによりソレノイド１２３の可動鉄心１２３ａを矢印Ｆ方向に吸引する。可動鉄心１２３ａの吸引に伴い、リンク１２５を介して接続されたレバー１１９は図１７（ａ）に示す矢印Ｄ方向に回動を開始する。なお、このときソレノイド１２３の可動鉄心１２３ａの吸引力は、レバー１１９を矢印Ｅ方向に付勢する付勢力、および板バネ１２１を矢印Ｈ方向に変形させる力の合計以上が必要である。なお、図１７は図１５に示すカム機構の動作を示す図である。
【００４３】
レバー１１９の矢印Ｄ方向への回動に伴い、レバー１１９の円筒部外周に噛み合ったワンウェイクラッチ１１８はロックし、レバー１１９の回動に同期してホイール１１７を矢印Ｄ方向に回動する。ホイール１１７の側面に保持されたカムフォロア１２２はカムプレート１１４のカム部１１４ａの凹部１１４ｃから斜面部１１４ｄに移動する。カムプレート１１４は図１５に示す矢印Ｃ方向への回動を規制されているので、カムフォロア１２２の回動に伴いカムプレート１１４および板バネ１１５は矢印Ｂ２方向に移動する。なお、バネ１１５の付勢力を、ブレーキキャリパ１１３を矢印Ｂ１方向付勢する付勢力より大とすることにより、矢印Ｂ１方向に付勢されているブレーキキャリパ１１３は同様に矢印Ｂ２方向に移動する。
【００４４】
次に制動動作の完了状態について説明する。この状態を図１５（ｃ）、および図１８に示す。図１８は図１５に示す制動機構の制動動作の完了状態を示す図である。ソレノイド１２３への電流印加の継続によりソレノイド１２３の可動鉄心１２３ａは図１８に示す矢印Ｆ方向に吸引され、規定ストローク移動後に停止する。可動鉄心１２３ａの吸引に伴い、リンク１２５を介して接続されたレバー１１９は矢印Ｄ方向に回動し、レバー１１９の回動に同期してホイール１１７は同様に矢印Ｄ方向に回動し、可動鉄心１２３ａの停止に伴い停止する。この状態では、ホイール１１７の側面に保持されたカムフォロア１２２はカムプレート１１４のカム部１１４ａの凸部１１４ｂに対向する。
【００４５】
カムプレート１１４は図１５に示す矢印Ｃ方向への回動を規制されているので、カムフォロア１２２の回動に伴いカムプレート１１４およびバネ１１５は矢印Ｂ２方向に移動し、ブレーキキャリパ１１３の側面に形成された摩擦部材からなるパッド１１３ａを制動ギア１１０の側面に圧接する。このときの圧接力はバネ１１５の変形により発生する付勢力により生じる。ブレーキキャリパ１１３は矢印Ｃ方向への回転は規制されているので、パッド１１３ａによる制動ギア１１０に対する制動力が発生し、制動ギア１１０の回転を阻止する。なお、上述の状態においては、図１８に示すラッチプレート１２０の凹部分に板バネ１２１が当接し、矢印Ｉ方向への付勢力によりラッチプレートを保持しているので、カムプレート１１４のカム部１１４ａに対するカムフォロア１２２の位置は保持される。
【００４６】
この状態に移行した後、ソレノイド１２３への電流印加を停止する。この状態を図１５（ｃ）、および図１９に示す。なお、図１９は図１５に示す制動機構の制動状態を示す図である。ソレノイド１２３への電流印加を停止すると、可動鉄心１２３ａはリンク１２５を介して接続されたレバー１１９への図１９に示す矢印Ｅ方向への付勢力により、矢印Ｇ方向に移動する。レバー１１９は同時に矢印Ｅ方向に回動するが、ワンウェイクラッチ１１８のロックが解除されるので、ホイール１１７はレバー１１９に同期した回動は生じない。また、ホイールに保持されたラッチプレート１２０は板バネ１２１により保持されているので、ホイール１１７の矢印Ｅ方向への回動は確実に阻止される。従って、ホイール１１７の側面に保持されたカムフォロア１２２はカムプレート１１４のカム部１１４ａの凸部１１４ｂに当接した状態を保持できるので、制動ギア１１０への制動は継続される。
【００４７】
なお、制動状態から制動解除状態への移行も上述の動作を繰り返すことにより行う。以下簡単に説明する。図１５（ｃ）および図１９に示す制動状態から、制動解除を行うためには、ソレノイド１２３に電流を印加し、可動鉄心１２３ａを図１９に示す矢印Ｆ方向に吸引する。可動鉄心１２３ａの吸引に伴い、リンク１２５を介して接続されたレバー１１９は矢印Ｄ方向に回動を開始し、レバー１１９の円筒部外周に噛み合ったワンウェイクラッチ１１８はロックし、レバー１１９の回動に同期してホイール１１７を矢印Ｄ方向に回動する。ホイール１１７の側面に保持されたカムフォロア１２２はカムプレート１１４のカム部１１４ａの凸部１１４ｂから斜面部１１４ｄを通過し、凹部１１４ｃに移動する。
【００４８】
この結果、カムプレート１１４とバネ１１５は、図１５に示す矢印Ｂ１方向に付勢されたブレーキキャリパ１１３により矢印Ｂ１方向に押され、移動する。この結果、制動ギア１１０の側面に圧接していたパッド１１３ａは離間し、制動状態は解除される。
【００４９】
この状態に移行した後、ソレノイド１２３への電流印加を停止すると、可動鉄心１２３ａはリンク１２５を介して接続されたレバー１１９への矢印Ｅ方向への付勢力により、矢印Ｇ方向に移動する。レバー１１９は同時に矢印Ｅ方向に回動するが、ワンウェイクラッチ１１８のロックが解除されるので、ホイール１１７はレバー１１９に同期した回動は生じず、かつホイールに保持されたラッチプレート１２０は板バネ１２１により保持されているので、ホイール１１７の矢印Ｅ方向への回動は確実に阻止される。従って、ホイール１１７の側面に保持されたカムフォロア１２２はカムプレート１１４のカム部１１４ａの凹部１１４ｃに対向した状態を保持できるので、制動解除状態は継続される。
【００５０】
以上、詳細に説明したように、本発明による動力伝達機構を適用した歩行ロボットでは、モータを非通電状態とした場合に間接部の姿勢を保持する制動機構を備え、制動時と非制動時との移行時のみ電力を消費する構成とし、制動を継続する場合、あるいは制動解除を継続する場合とも、電力を消費しない構成としたので、消費電力を低減できる効果がある。
【００５１】
なお、上述した実施の形態１においては、モータ１０１のピニオンギア１０２から出力ギア１０６に至る動力伝達系を形成する減速ギア１０３、１０４、１０５とは別に、制動ギア１１０を設置し、これを減速ギア１０３と噛み合わせ、制動ギア１１０を制動することにより出力ギア１０６の回転を拘束する構成を示したが、ブレーキキャリパ１１３、カムプレート１１４、バネ１１５、ラッチ機構１１６、板バネ１２１、ソレノイド１２３、リンク１２５などからなる制動機構を、減速ギア１０３、１０４、１０５のいずれかと同軸に配し、これら減速ギア１０３、１０４、１０５のいずれかを制動する構成にしてもよく、同様の効果を得ることが可能である。
【００５２】
実施の形態２．
次に、実施の形態２について図２０〜図２４を参照して説明する。本実施の形態は実施の形態１とは異なる制動機構を備えた動力伝達機構に関するものである。ここで図２０は本発明による動力伝達機構を適用した歩行ロボットの関節駆動部を示す略側面図であり、図２１は図２０に示す装置の関節駆動部の駆動系を示す略平面図であり、図２２は制動機構の構造を示す断面図であり、図２３は制動機構の動作状態を示す要部平面図であり、図２４は制動ギアに設けた孔部とブレーキキャリパに設けたピンとの位置関係を示す要部側面図である。
【００５３】
これらの図に示すように制動ギア１３０は減速ギア１０３の大歯車１０３ｂにかみ合うよう配置され、フレーム１００に保持された支軸１１１に回転可能に保持されている。また支軸１１１にはＥリング１１２が設置され、制動ギア１１０の図２２に示す矢印Ｂ方向への移動を規制している。また制動ギア１３０の側面には複数の孔部１３０ａが形成されている。ブレーキキャリパ１１３は支軸１１１に矢印Ｂ方向に移動可能に嵌着され、制動ギア１１０と対向する側面にピン部１１３ｂが形成されている。なお、孔部１３０ａとピン部１１３ｂは同心円上に配置され、ピン部１１３ｂは孔部１３０ａに挿入可能な大きさに形成する。ブレーキキャリパ１１３は図示しない手段により、図２３の矢印Ｃで示す支軸１１１回りに回転しないよう規制され、また図示しないバネなどの付勢手段により、矢印Ｂ１方向に付勢される。その他の構成は上述した実施の形態１と同様であるのでその説明は省略する。
【００５４】
次に動作について説明する。歩行ロボット全体の構成、および各関節部を駆動する部位の動作は実施の形態１と同様であるので省略し、関節駆動部に併設された制動機構について説明する。図２３（ａ）に示すとおり、制動動作を解除している状態では、カムフォロア１２２はカムプレート１１４の側面に形成されたカム部１１４ａの凹部１１４ｃに対向している。このとき、カムフォロア１２２を保持したホイール１１７は、図２０に示すようにラッチプレート１２０と板バネ１２１により回転方向の位置を拘束されている。また、レバー１１９は図示しないバネ等の付勢手段により図２０に示す矢印Ｅ方向に付勢されているので、リンク１２５を介してレバー１１９に接続されたソレノイド１２３の可動鉄心１２３ａは矢印Ｇ方向に引き出されている。
【００５５】
図１３および図１４から明らかなように、カムフォロア１２２とカムプレート１１４のカム部１１４ａの凹部１１４ｃが対向しているので、図示しない付勢手段などにより図２３に示す矢印Ｂ１方向に付勢されたブレーキキャリパ１１３の付勢力により、バネ１１５、カムプレート１１４は矢印Ｂ１方向に移動し、ブレーキキャリパ１１３の側面に形成されたピン部１１３ｂは、制動ギア１３０の側面に設けられた孔部１３０ａから退出している。なお、制動ギア１３０は支軸１１１に設置されたＥリング１１２により矢印Ｂ方向への移動を制限されているので、ピン部１１３ｂが孔部１３０ａに噛み合うことにより生じる不用意な制動は生じない構成になっている。
【００５６】
次に、制動状態について説明する。制動を行う場合には、実施の形態１と同様に、最初にソレノイド１２３に電流を印加することによりソレノイド１２３の可動鉄心１２３ａを、図２０に示す矢印Ｆ方向に吸引する。この状態を図２３（ｂ）に示す。可動鉄心１２３ａの吸引に伴い、リンク１２５を介して接続されたレバー１１９は矢印Ｄ方向に回動を開始する。なお、このとき、ソレノイド１２３の可動鉄心１２３ａの吸引力は、レバー１１９を矢印Ｅ方向に付勢する付勢力、および板バネ１２１を矢印Ｈ方向に変形させる力の合計以上が必要である。
【００５７】
レバー１１９の矢印Ｄ方向への回動に伴い、レバー１１９の円筒部外周に噛み合ったワンウェイクラッチ１１８はロックし、レバー１１９の回動に同期してホイール１１７を矢印Ｄ方向に回動する。ホイール１１７の側面に保持されたカムフォロア１２２はカムプレート１１４のカム部１１４ａの凹部１１４ｃから斜面部１１４ｄを通過し、凸部１１４ｂに移動する（図１３および図１４参照）。カムプレート１１４は図２３に示す矢印Ｃ方向への回動を規制されているので、カムフォロア１２２の回動に伴いカムプレート１１４およびバネ１１５は矢印Ｂ２方向に移動する。なお、バネ１１５の付勢力を、ブレーキキャリパ１１３を矢印Ｂ１方向に付勢する付勢力より大とすることにより、矢印Ｂ１方向に付勢されているブレーキキャリパ１１３は同様に矢印Ｂ２方向に移動する。
【００５８】
なお、制動ギア１３０の側面に設けられた孔部１３０ａと、ブレーキキャリパ１１３の側面に設けられたピン部１１３ｂとの回転方向への位相は、必ずしも一致するとは限らない。この状態を図２４（ａ）に示す。この状態では、ピン部１１３ｂの先端は制動ギア１３０の側面に当接し、孔部１３０ａ内に進入することができない。従って図２３（ｂ）に示すとおり、バネ１１５が変形し、カムプレート１１４のストロークとブレーキキャリパ１１３のストロークとの差異を吸収する。
【００５９】
次いで、ソレノイド１２３への電流印加を停止する。この状態を図２３（ｃ）に示す。ソレノイド１２３への電流印加を停止すると、可動鉄心１２３ａはリンク１２５を介して接続されたレバー１１９への図２０に示す矢印Ｅ方向への付勢力により、矢印Ｇ方向に移動する。レバー１１９は同時に矢印Ｅ方向に回動するが、ワンウェイクラッチ１１８のロックが解除されるので、ホイール１１７はレバー１１９に同期した回動は生じない。また、ホイールに保持されたラッチプレート１２０は板バネ１２１により保持されているので、ホイール１１７の矢印Ｅ方向への回動は確実に阻止される。従って、ホイール１１７の側面に保持されたカムフォロア１２２はカムプレート１１４のカム部１１４ａの凸部１１４ｂに当接した状態を保持できる。
【００６０】
この状態で、モータ１０１への電流の供給を停止すると、歩行ロボット本体に加わる重力等の外力により、関節アーム１０８は図２１に示す矢印Ａのいずれかの方向に従動回転する。関節アームの回動に伴い、出力ギア１０６も回動するので、回転は減速ギア１０５、１０４、１０３を経て制動ギア１３０に伝達される。これにより、図２４（ｂ）に示すとおり、制動ギア１３０の側面に形成された孔部１３０ａの回転方向の位相はブレーキキャリパ１１３の側面に設けられたピン部１１３ｂと一致し、ブレーキキャリパ１１３は変形していたバネ１１５の付勢力により、図２３（ｄ）に示すように矢印Ｂ２方向に移動し、ピン部１１３ｂが孔部１３０ａに進入する。ブレーキキャリパ１１３は矢印Ｃ方向への回転は規制されているので、ピン部１１３ｂによる制動ギア１３０に対する制動力が発生し、制動ギア１３０の回転を阻止する。
【００６１】
なお、制動状態から制動解除状態への移行も上述の動作を繰り返すことにより行う。以下簡単に説明する。図２３（ｄ）に示す制動状態から、制動解除を行うためには、ソレノイド１２３に電流を印加し、可動鉄心１２３ａを図２０に示すように矢印Ｆ方向に吸引する。可動鉄心１２３ａの吸引に伴い、リンク１２５を介して接続されたレバー１１９は矢印Ｄ方向に回動を開始し、レバー１１９の円筒部外周に噛み合ったワンウェイクラッチ１１８はロックし、レバー１１９の回動に同期してホイール１１７を矢印Ｄ方向に回動する。ホイール１１７の側面に保持されたカムフォロア１２２はカムプレート１１４のカム部１１４ａの凸部１１４ｂから斜面部１１４ｄを通過し、凹部１１４ｃに移動する（図１３および図１４参照）。
【００６２】
この結果、カムプレート１１４とバネ１１５は、図２３に示す矢印Ｂ１方向に付勢されたブレーキキャリパ１１３により矢印Ｂ１方向に押され、移動する。この結果、制動ギア１３０の側面に設けられた孔部１３０ａに進入していたピン部１１３ｂは退出し、制動状態は解除される。この状態に移行した後、ソレノイド１２３への電流印加を停止すると、可動鉄心１２３ａはリンク１２５を介して接続されたレバー１１９への図２０に示す矢印Ｅ方向への付勢力により、矢印Ｇ方向に移動する。レバー１１９は同時に矢印Ｅ方向に回動するが、ワンウェイクラッチ１１８のロックが解除されるので、ホイール１１７はレバー１１９に同期した回動は生じず、かつホイールに保持されたラッチプレート１２０は板バネ１２１により保持されているので、ホイール１１７の矢印Ｅ方向への回動は確実に阻止される。従って、ホイール１１７の側面に保持されたカムフォロア１２２はカムプレート１１４のカム部１１４ａの凹部１１４ｃに対向した状態を保持できるので、制動解除状態は継続される。
【００６３】
以上、説明したように、本発明による動力伝達機構を各関節駆動部に適用した歩行ロボットは、モータを非通電状態とした場合に関節部の姿勢を保持する制動機構を備えたので、制動時と非制動時との移行時のみ電力を消費する構成とし、制動を継続する場合、あるいは制動解除を継続する場合とも、電力を消費しない構成としたので、消費電力を低減できる効果がある。また、制動方法として、部材に孔部１３０ａとピン部１１３ｂの噛み合いによる方式を採用しているので、関節部の姿勢の確実な保持が可能となる。
【００６４】
なお、上記実施の形態２においては、モータ１０１のピニオンギア１０２から出力ギア１０６に至る動力伝達系を形成する減速ギア１０３、１０４、１０５とは別に、制動ギア１３０を設置し、これを減速ギア１０３と噛み合わせ、制動ギア１３０に設けた孔部１３０ａにピン部１１３ｂを進入することにより制動ギア１３０の回転を拘束して、出力ギア１０６の回転を拘束する構成を示したが、ブレーキキャリパ１１３、カムプレート１１４、バネ１１５、ラッチ機構１１６、板バネ１２１、ソレノイド１２３、リンク１２５などからなる制動機構を、減速ギア１０３、１０４、１０５のいずれかと同軸に配置するとともに、同軸に配された減速ギア１０３、１０４、１０５のいずれかの側面に孔部を設け、この孔部にピン部１１３ｂを進入することにより回転を拘束する構成にしてもよく、これにより同様の効果が得られるものである。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、例えばこの動力伝達機構を歩行ロボットの各関節駆動部に適用した場合でも、モータを非通電状態とした場合に関節部の姿勢を保持する制動機構を備えたので、制動時と非制動時との移行時のみ電力を消費する。また、制動を継続する場合、あるいは制動解除を継続する場合とも、電力を消費しない構成であるので、消費電力を低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１による動力伝達機構を歩行ロボットの各関節駆動部に適用した概略構成を示す要部斜視図である。
【図２】図１に示す歩行ロボットの歩行状態を示す概略側面図である。
【図３】図１に示す歩行ロボットの歩行状態を示す概略側面図である。
【図４】図１に示す歩行ロボットの歩行状態を示す概略側面図である。
【図５】図１に示す歩行ロボットの作業姿勢の一形態を示す側面図である。
【図６】図１に示す歩行ロボットの作業姿勢の一形態を示す側面図である。
【図７】図１に示す歩行ロボットの作業姿勢の一形態を示す側面図である。
【図８】図１に示す歩行ロボットの待機状態の一形態を示す側面図である。
【図９】図１に示す歩行ロボットの待機状態の一形態を示す側面図である。
【図１０】実施の形態１による歩行ロボットの関節駆動部の詳細を示す平面図である。
【図１１】図１０に示す関節駆動部の概略側面図である。
【図１２】図１０に示す関節駆動部の駆動系を示す概略側面図である。
【図１３】制動機構の構造を示す断面図である。
【図１４】カムプレートの側面図である。
【図１５】制動機構の要部を示す平面図である。
【図１６】図１５に示す制動機構のカム機構を示す図である。
【図１７】図１５に示すカム機構の動作を示す図である。
【図１８】図１５に示す制動機構の制動動作の完了状態を示す図である。
【図１９】図１５に示す制動機構の制動状態を示す図である。
【図２０】実施の形態２による歩行ロボットの関節駆動部の概略側面図である。
【図２１】図２０に示す関節駆動部の駆動形を示す概略平面図である。
【図２２】図２０に示す関節駆動部の制動機構の構造を示す断面図である。
【図２３】図２０に示す制動機構の動作状態を示す平面図である。
【図２４】図２０に示す制動機構の制動ギアに設けた孔部とブレーキキャリパに設けたピンとの関係を示す側面図である。
【符号の説明】
１胴体、２左前脚機構、３右前脚機構、４左後脚機構、５右後脚機構、６首機構、７頭部、２１，２２，２３，３１，３２，３３，４１，４２，４３，５１，５２，５３，６１，６２関節部、２４，２５，３４，３５，４４，４５，４６，５４，５５，５６アーム、２６，３６マニピュレータ、１００フレーム、１０１モータ、１０２ピニオンギア、１０３，１０４，１０５減速ギア、１０６出力ギア、１０７関節軸、１０８関節アーム、１０９角度検出器、１１０，１３０制動ギア、１１１支軸、１１２Ｅリング、１１３ブレーキキャリパ、１１３ａパッド、１１３ｂピン部、１１４カムプレート、１１４ａカム部、１１４ｂ凸部、１１４ｃ凹部、１１４ｄ斜面部、１１５バネ、１１６ラッチ機構、１１７ホイール、１１８ワンウェイクラッチ、１１９レバー、１２０ラッチプレート、１２１板バネ、１２２カムフォロア、１２３ソレノイド、１２３ａ可動鉄心、１２４ホルダ、１２５リンク、１３０ａ孔部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power transmission device that transmits a rotational driving force of an actuator to a load, and a control method thereof.
[0002]
[Prior art]
A conventional power transmission device (hereinafter referred to as “power transmission mechanism” as appropriate) is provided with a negative operating brake in a reduction gear, and when driving a motor as an actuator, current is supplied to the brake to release the brake, In order to release the energization to the motor, the brake is operated by stopping the current supply to the brake, and the motor is prevented from being driven by an external force (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 61-288985 (page 2-3, Fig. 3)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional power transmission mechanism is provided with a negative brake in the reducer to prevent the motor from being driven by an external force when energization of the motor serving as the actuator is released. The configuration was to hold. Therefore, when the brake is released, it is necessary to supply current to the brake, and there is a problem that power consumption increases.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and can avoid the follow-up of the power transmission system due to an external force when the actuator is not driven, and does not require power consumption during braking or non-braking. And it aims at obtaining the control method.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The power transmission device according to the present invention is:A braking gear that engages and rotates with the reduction gear; A braking mechanism comprising: a braking element that contacts the braking gear and brakes the rotation of the braking gear; a latch mechanism that contacts the braking element to the braking gear; and a solenoid that drives the latch mechanism. It is a thing.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to FIGS. This embodiment relates to a power transmission mechanism of a walking robot that walks with four legs and uses a manipulator provided on two of the four legs during work.
[0008]
FIG. 1 is a perspective view of a main part showing a schematic configuration of a walking robot in which the power transmission mechanism according to the first embodiment is applied to each joint drive unit, and FIG. 2 is a diagram illustrating the application of the power transmission mechanism shown in FIG. 1 to each joint drive unit. It is a schematic side view showing the walking state of the walking robot. 1 and 2, the body 1 is a main body formed of a rigid body, and is supported by a left front leg mechanism 2, a right front leg mechanism 3, a left rear leg mechanism 4, and a right rear leg mechanism 5. Near the front end 1 a of the body 1, a head 7 is connected via a neck mechanism 6. The body 1 is provided with a signal processing circuit and a battery (not shown) as a power source. The left front leg mechanism 2 includes joint portions 21, 22 and 23, arms 24 and 25, and a manipulator 26. A joint portion 21 corresponding to a shoulder joint including an actuator, a speed reduction mechanism, and the like is connected to an upper end portion of the arm 24 corresponding to the upper arm portion, and the arm 24 is connected to the body 1 through the joint portion 21. . The joint portion 21 has one degree of freedom to rotate in a vertical plane including the front-rear direction of the body 1. Therefore, the joint 21 is configured to be able to rotate the arm 24 at an arbitrary angle in the front-rear direction of the body 1.
[0009]
A joint portion 22 corresponding to an elbow joint including an actuator, a speed reduction mechanism, and the like is connected to the lower end portion of the arm 24. The joint portion 22 is connected to the upper end portion of the arm 25 corresponding to the forearm portion, and has one degree of freedom to rotate in a vertical plane including the front-rear direction of the body 1. Therefore, the joint 22 is configured to be able to rotate the arm 25 at an arbitrary angle in the front-rear direction of the body 1.
[0010]
A joint portion 23 corresponding to a wrist joint composed of an actuator, a speed reduction mechanism, and the like is connected to the lower end portion of the arm 25. The joint 23 is connected to the upper end base 26 a of the manipulator 26 and has one degree of freedom to rotate in a vertical plane including the front-rear direction of the body 1. Therefore, the joint 23 is configured to be able to rotate the manipulator 26 at an arbitrary angle in the front-rear direction of the body 1.
[0011]
The manipulator 26 includes a base 26a corresponding to a wrist portion connected to the joint 23, arms 26b and 26c corresponding to finger portions, and an actuator 26d for driving the arms 26b and 26c. The arm 26b, 26c is arbitrarily driven by an actuator 26d installed on the side opposite to the side to which the joint 23 is connected of the base 26a, so that an object can be gripped.
[0012]
The right front leg mechanism 3 has the same configuration as the left front leg mechanism 2. In this case, the front leg mechanism 2, the joint parts 21, 22, 23, the arms 24, 25, the manipulator 26, the base 26a, the arms 26b, 26c, and the actuator 26d are respectively connected to the front leg mechanism 3, the joint parts 31, 32, 33, arms 34 and 35, manipulator 36, base 36a, arms 36b and 36c, and actuator 36d.
[0013]
The left hind leg mechanism 4 includes joint portions 41, 42, 43 and arms 44, 45, 46. A joint portion 41 corresponding to a hip joint composed of an actuator, a speed reduction mechanism and the like is connected to an upper end portion of an arm 44 corresponding to the thigh, and the arm 44 is connected to the body 1 via the joint portion 41. . The joint part 41 has one degree of freedom to rotate in a vertical plane including the front-rear direction of the body 1. Therefore, the joint 41 is configured to be able to rotate the arm 44 at an arbitrary angle in the front-rear direction of the body 1.
[0014]
A joint portion 42 corresponding to a knee joint including an actuator, a speed reduction mechanism, and the like is connected to the lower end portion of the arm 44. Further, the joint portion 42 is connected to the upper end portion of the arm 45 corresponding to the lower leg portion, and has one degree of freedom to rotate in a vertical plane including the front-rear direction of the body 1. Therefore, the joint 42 is configured to be able to rotate the arm 45 at an arbitrary angle in the front-rear direction of the body 1.
[0015]
A joint portion 43 corresponding to an ankle joint including an actuator, a speed reduction mechanism, and the like is connected to the lower end portion of the arm 45. Further, the joint portion 43 is connected to the upper end portion of the arm 46 corresponding to the foot portion, and has one degree of freedom to rotate in a vertical plane including the front-rear direction of the body 1. Therefore, the joint 43 is configured to be able to rotate the arm 46 at an arbitrary angle in the front-rear direction of the body 1.
[0016]
The right hind leg mechanism 5 is configured in the same way as the left hind leg mechanism 4. In this case, the rear leg mechanism 4, the joint parts 41, 42, 43 and the arms 44, 45, 46 are read as the rear leg mechanism 5, the joint parts 51, 52, 53, and the arms 54, 55, 56, respectively. .
[0017]
The lower end of the neck mechanism 6 is connected to a joint portion 61 corresponding to a neck joint composed of an actuator, a speed reduction mechanism, and the like, and is connected to the body 1 via the corresponding joint portion 61. Since the joint portion 61 has one degree of freedom to rotate in a vertical plane including the front-rear direction of the body 1, the joint portion 61 can rotate the neck mechanism 6 in the front-rear direction of the body 1 by an arbitrary angle.
[0018]
A joint portion 62 corresponding to a neck joint composed of an actuator, a speed reduction mechanism, and the like is connected to the upper end of the neck mechanism 6, and the head 7 is connected via the corresponding joint 62. The joint portion 62 has one degree of freedom capable of rotating around the axis of the neck mechanism 6 in the extending direction. Therefore, the head 7 can be rotated by the joint portions 61 and 62 in the front-rear direction and the left-right direction of the body 1.
[0019]
Next, the detailed structure of the site | part which drives each joint part is demonstrated. 10 is a plan view showing details of the joint drive unit of the walking robot to which the power transmission mechanism according to the present invention is applied, FIG. 11 is a schematic side view of the joint drive unit shown in FIG. 10, and FIG. It is a schematic side view which shows the drive system of the joint drive part shown in FIG.
[0020]
A motor 101 serving as an actuator is held by a frame 100. A pinion gear 102 is press-fitted into the shaft of the motor 101. The reduction gear 103 includes a small gear 103a and a large gear 103b, is rotatably supported by a shaft 103c held by the frame 100, and is installed so that the large gear 103b meshes with the pinion gear 102. The reduction gear 104 includes a small gear 104 a and a large gear 104 b and is rotatably supported by a shaft 104 c held by the frame 100. The large gear 104 b is installed so as to mesh with the small gear 103 a of the reduction gear 103. The reduction gear 105 includes a small gear 105 a and a large gear 105 b, is rotatably supported by a shaft 105 c held by the frame 100, and the large gear 105 b is installed so as to mesh with the small gear 104 a of the reduction gear 104. The output gear 106 is disposed so as to mesh with the small gear 105 a of the reduction gear 105, and is fixed to a joint shaft 107 that is rotatably held by the frame 100.
[0021]
A joint arm 108 is similarly fixed to the joint shaft 107. The angle detector 109 is held by the frame 100 and detects the rotation angle of the joint shaft 107. A joint part is formed by connecting the frame 100 of the joint driving part configured as described above and the joint arm 108 to the constituent elements such as the trunk and the arm, and the connected constituent elements by the driving force of the motor 101. Is driven in the direction of arrow A shown in FIG. 11, and the rotation angle is detected by the angle detector 109.
[0022]
Next, the braking mechanism installed in the joint drive unit will be described. FIG. 13 is a sectional view showing the structure of the braking mechanism, and FIG. 14 is a side view showing the cam plate. 10 to 14, the braking gear 110 is disposed so as to mesh with the large gear 103 b of the reduction gear 103, and is rotatably held on a support shaft 111 held on the frame 100. Further, an E-ring 112 is installed on the support shaft 111 to restrict the brake gear 110 from moving in the direction of arrow B shown in FIG. The brake caliper 113 is fitted to the support shaft 111 so as to be movable in the direction of arrow B, and holds a pad 113a formed of a friction member on a side surface facing the brake gear 110. Further, the brake caliper 113 is restricted from rotating around the support shaft 111 indicated by the arrow C in FIG. 10 by means (not shown), and is urged in the direction of the arrow B1 by urging means such as a spring (not shown).
[0023]
The cam plate 114 is fitted to the support shaft 111 so as to be movable in the direction of arrow B, and is restricted from rotating about the support shaft 111 indicated by arrow C by means not shown. A cam portion 114a is formed on the side surface of the cam plate 114 that does not face the brake caliper 113. As shown in FIG. 14, the cam portion is formed with convex portions 114b and concave portions 114c alternately every 45 degrees, and is smoothly connected by a slope portion 114d therebetween. A spring 115 is fixed to the side of the cam plate 114 facing the brake caliper 113. When the cam plate 114 moves in the direction of arrow B2 as shown in FIG. 13, the brake caliper 113 is moved to the arrow B2. Energize in the direction.
[0024]
The latch mechanism 116 includes a wheel 117, a one-way clutch 118, a lever 119, a latch plate 120, a leaf spring 121, and a cam follower 122. The wheel 117 is supported on the support shaft 111 via a one-way clutch 118 and a lever 119. The lever 119 is rotatably fitted to the support shaft 111, and movement in the arrow B direction is restricted. The one-way clutch 118 locks when the lever 119 is rotated in the direction of arrow D shown in FIG. 11 and rotates the wheel 117 in synchronization with the rotation of the lever 119. Conversely, when the lever 119 is rotated in the direction of arrow E, the one-way clutch 118 is unlocked and the wheel does not rotate in the direction of arrow E. Further, a latch plate 120 having convex portions formed at intervals of 45 degrees is installed on the side surface of the wheel, and a leaf spring 121 held by the frame 100 is in contact therewith. A cam follower 122 is installed on the side of the wheel 117 facing the cam plate 114.
[0025]
The solenoid 123 is held on the frame 100 via a holder 124. The solenoid 123 attracts the movable iron core 123a in the direction of arrow F shown in FIG. The movable iron core 123a is connected to the lever 119 via a link 125. The lever 119 is biased in the direction of arrow E by a biasing means such as a spring (not shown). Accordingly, the movable iron core 123a of the solenoid 123 connected to the lever 119 via the link 125 is urged and moved in the direction of arrow G shown in FIG. 11 except when a current is applied to the solenoid 123.
[0026]
Next, the operation will be described. First, the operation of the walking robot to which the power transmission mechanism according to the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 2, 3 and 4 are side views showing one form of the walking robot shown in FIG. 1 during walking. FIGS. 5, 6 and 7 show one form of the working posture of the walking robot shown in FIG. FIG. 8 and FIG. 9 are side views showing one mode of the standby state of the walking robot shown in FIG.
[0027]
During walking of the walking robot, the joint portions 21, 22, 23, 31, 32, 33, 41, 42, 43 installed in the left front leg mechanism 2, the right front leg mechanism 3, the left rear leg mechanism 4, and the right rear leg mechanism 5 are used. , 51, 52, and 53, a predetermined current is applied to the motor 101, and these joint portions support the body 1 as illustrated. In this state, a part of the manipulators 26 and 36 and the lower ends of the arms 46 and 56 are grounded. Further, in this state, each motor is rotated at a predetermined timing to perform a walking motion.
[0028]
For example, when the vehicle moves forward from the state shown in FIG. 2, the right front leg mechanism 3 and the left rear leg mechanism 4 that are retracted relative to the body 1 are moved forward. At this time, the right front leg mechanism 3 and the left hind leg mechanism 4 become free legs, and the manipulator 36 and the arm 46 are separated from the ground, so that the body 1 is supported by the left front leg mechanism 2 and the right rear leg mechanism 5. The right front leg mechanism 3 and the left hind leg mechanism 4 that have become free legs appropriately connect the joints 31, 32, 33, 41, 42, and 43 so that the manipulator 36 and the arm 46, which are the lower ends thereof, do not touch the ground. To the forward operation. At the same time, the respective joint portions 21, 22, 23, 51, 52, 53 disposed on the left front leg mechanism 2 and the right rear leg mechanism 5 supporting the body 1 are appropriately controlled so that the left side with respect to the body 1 is controlled. By moving the front leg mechanism 2 and the right rear leg mechanism 5 in a relatively retracting direction, the body 1 is sent forward. As a result of the above-described operation, the walking robot in the state shown in FIG. 2 shifts to the state shown in FIG. 4 through the state shown in FIG. The movement of the walking robot is realized by repeating these operations.
[0029]
In addition, regarding the joint portions 61 and 62 of the neck mechanism 6 that are not necessarily driven when walking, the joint portions 61 and 62 are maintained after the posture of the neck mechanism 6 and the head 7 is maintained by locking the operation of the joint by a braking unit described later. The power consumption can be suppressed by canceling the energization of the motor 101 provided in each of 62.
[0030]
Next, an operation during work using the manipulators 26 and 36 will be described. At the time of work, for example, as shown in FIG. 5, the lower end of the body 1, the left rear leg mechanism 4, and the right rear leg mechanism 5 are grounded so that the joint portions 41, 42, 43, 51, 52 can stabilize the main body. , 53 are controlled. At this time, in order to prevent the main body from toppling over, control is performed so that the perpendicular line hanging from the center of gravity of the robot falls within the range of the area connecting the grounding points. When it is necessary to reduce the power consumption in this state, the joint portions 41, 42, 43, 51, 52 are locked after the operation of the joint portions 41, 42, 43, 51, 52, 53 is locked by a braking means described later. , 53 is de-energized to the motor 101 provided respectively.
[0031]
Next, the joints 21, 22, 23, 31, 32, and 33 provided in the left front leg mechanism 2 and the right front leg mechanism 3 are controlled, and the manipulator 26 provided at the distal ends of the left front leg mechanism 2 and the right front leg mechanism 3. , 36 is brought close to the work object (not shown), and the actuators 26d, 36d of the manipulators 26, 36 are controlled to perform work such as gripping of the object by the arms 26b, 26c, arms 36b, 36c.
[0032]
Further, as an operation by another posture, for example, as shown in FIG. 6, the left rear leg mechanism 4 and the right rear leg mechanism 5 are grounded, and the joint portions 41, 42, 43, 51, 52, 53 is controlled. At this time, in order to prevent the main body from overturning, the movement of the main body is monitored by a sensor or the like (not shown), and each actuator is controlled to prevent the overturn. Next, the joints 21, 22, 23, 31, 32, and 33 provided in the left front leg mechanism 2 and the right front leg mechanism 3 are controlled, and the manipulator 26 provided at the distal ends of the left front leg mechanism 2 and the right front leg mechanism 3. , 36 is brought close to the work object (not shown), and then the actuators 26d, 36d of the manipulators 26, 36 are controlled to perform work such as gripping the object.
[0033]
Further, as shown in FIG. 7, the work by another posture is grounded on the three leg mechanisms of the right front leg mechanism 3, the left rear leg mechanism 4, and the right rear leg mechanism 5, so that the main body is stabilized, 32, 33, 41, 42, 43, 51, 52 and 53 are controlled. At this time, in order to prevent the main body from toppling over, control is performed so that the perpendicular line hanging from the center of gravity of the robot is within the range of the area connecting the grounding points. When it is necessary to reduce the power consumption in this state, the joints 31, 32, 33, 41, 42, 43, 51, 52, 53 are locked after the braking means described later is used. , 33, 41, 42, 43, 51, 52, 53 are deenergized.
[0034]
Next, the joints 21, 22, and 23 provided on the left front leg mechanism 2 are controlled to bring the manipulator 26 provided at the tip of the left front leg mechanism 2 closer to the work object (not shown), and then the manipulator 26. The actuator 26d is controlled, and operations such as gripping of an object are performed by the arms 26b and 26c.
[0035]
Next, the walking posture of the walking robot will be described. During standby, for example, as shown in FIG. 8, the body 1 is supported by the left front leg mechanism 2, the right front leg mechanism 3, the left rear leg mechanism 4, and the right rear leg mechanism 5 as illustrated. At this time, in order to prevent the main body from falling, the joints 21, 22, 23, 31, 32, 33, so that the perpendiculars hanging from the center of gravity of the robot are within the range of the area connecting the respective grounding points. A predetermined current is applied to the motor 101 provided in each of 41, 42, 43, 51, 52, and 53 for control. If it is necessary to reduce the power consumption in this state, the operation of the joints 21, 22, 23, 31, 32, 33, 41, 42, 43, 51, 52, 53 is locked by the braking means described later. The energization of the motor 101 provided in each of the joint portions 21, 22, 23, 31, 32, 33, 41, 42, 43, 51, 52, and 53 is released.
[0036]
Further, as a stand-by posture by a posture by another posture, for example, as shown in FIG. 9, the lower end of the body 1, the left rear leg mechanism 4, and the right rear leg mechanism 5 are grounded so that the main body is stabilized. , 42, 43, 51, 52, 53 are controlled. At this time, in order to prevent the main body from toppling over, control is performed so that the perpendicular line hanging from the center of gravity of the robot falls within the range of the area connecting the grounding points. When it is necessary to reduce the power consumption in this state, the joint portions 41, 42, 43, 51, 52 are locked after the operation of the joint portions 41, 42, 43, 51, 52, 53 is locked by a braking means described later. , 53 is de-energized to the motor 101 provided respectively.
[0037]
Next, the operation of the drive portions of the joint portions 21, 22, 23, 31, 32, 33, 41, 42, 43, 51, 52, 53, 61, 62 and the operation of the brake mechanism provided therewith will be described. By applying a current to the motor 101 shown in FIG. 10 and the like, the pinion gear 102 press-fitted into the motor shaft rotates, and the rotational driving force is decelerated by the reduction gears 103, 104, and 105 and transmitted to the output gear 106. The The output gear 106 is rotatably fixed to a joint shaft 107 supported by the frame 100. Since the joint arm 108 is fixed to the joint shaft 107, the joint arm 108 is shown in FIG. It rotates in the direction of arrow A.
[0038]
The rotation angle of the joint arm is detected by the angle detector 109 and sent to a control circuit (not shown). By connecting the frame 100 and the joint arm 108 of the joint drive unit configured in this way to components such as the body and the arm, a joint is formed, and the components connected by the driving force of the motor 101 are indicated by arrows. Drive in direction A.
[0039]
Next, the braking operation will be described. First, a state where the braking operation is released will be described. Here, the braking gear 110 is meshed with the reduction gear 103. This state is shown in FIG. 15 (a) and FIG. 15 is a plan view showing the main part of the braking mechanism, and FIG. 16 (a) is a schematic side view showing the cam plate 114 and the contact position of the cam follower 122 with respect to the cam plate 114. FIG. FIG. 9 is a schematic side view showing the operation of the solenoid 123, lever 119, and latch mechanism 116.
[0040]
During non-braking, the cam follower 122 faces the recess 114c of the cam portion 114a formed on the side surface of the cam plate 114. At this time, the wheel 117 holding the cam follower 122 is restrained in the rotational direction by the latch plate 120 and the leaf spring 121. Further, since the lever 119 is biased in the direction of arrow E shown in FIG. 16B by a biasing means such as a spring (not shown), the movable iron core 123a of the solenoid 123 connected to the lever 119 via the link 125. Is drawn in the direction of arrow G.
[0041]
Since the cam follower 122 and the recess 114c of the cam portion 114a of the cam plate 114 are opposed to each other, the spring 115 is applied by the urging force of the brake caliper 113 urged in the direction of arrow B1 shown in FIG. The cam plate 114 moves in the direction of the arrow B1, and the pad 113a made of a friction member formed on the side surface of the brake caliper 113 and the braking gear 110 are separated from each other.
[0042]
Next, the transition state to the braking operation will be described. When braking is performed as shown in FIG. 17B, first, a current is applied to the solenoid 123 to attract the movable iron core 123a of the solenoid 123 in the direction of arrow F. With the suction of the movable iron core 123a, the lever 119 connected via the link 125 starts to rotate in the direction of arrow D shown in FIG. At this time, the attractive force of the movable iron core 123a of the solenoid 123 needs to be equal to or greater than the sum of the urging force that urges the lever 119 in the direction of arrow E and the force that deforms the leaf spring 121 in the direction of arrow H. FIG. 17 is a view showing the operation of the cam mechanism shown in FIG.
[0043]
As the lever 119 rotates in the direction of arrow D, the one-way clutch 118 engaged with the outer periphery of the cylindrical portion of the lever 119 is locked, and the wheel 117 rotates in the direction of arrow D in synchronization with the rotation of the lever 119. The cam follower 122 held on the side surface of the wheel 117 moves from the concave portion 114c of the cam portion 114a of the cam plate 114 to the slope portion 114d. Since the cam plate 114 is restricted from rotating in the direction of arrow C shown in FIG. 15, the cam plate 114 and the leaf spring 115 move in the direction of arrow B2 as the cam follower 122 rotates. In addition, by making the biasing force of the spring 115 larger than the biasing force that biases the brake caliper 113 in the direction of arrow B1, the brake caliper 113 biased in the direction of arrow B1 similarly moves in the direction of arrow B2.
[0044]
Next, the completion state of the braking operation will be described. This state is shown in FIG. 15 (c) and FIG. 18 is a diagram showing a completed state of the braking operation of the braking mechanism shown in FIG. By continuing the current application to the solenoid 123, the movable iron core 123a of the solenoid 123 is attracted in the direction of arrow F shown in FIG. Along with the suction of the movable iron core 123a, the lever 119 connected via the link 125 rotates in the direction of arrow D, and the wheel 117 similarly rotates in the direction of arrow D in synchronization with the rotation of the lever 119. It stops with the stop of the iron core 123a. In this state, the cam follower 122 held on the side surface of the wheel 117 faces the convex portion 114 b of the cam portion 114 a of the cam plate 114.
[0045]
Since the cam plate 114 is restricted from rotating in the direction of arrow C shown in FIG. 15, the cam plate 114 and the spring 115 move in the direction of arrow B <b> 2 as the cam follower 122 rotates, and are formed on the side surface of the brake caliper 113. The pad 113 a made of the friction member is pressed against the side surface of the braking gear 110. The pressure contact force at this time is generated by an urging force generated by the deformation of the spring 115. Since the brake caliper 113 is restricted from rotating in the direction of arrow C, a braking force is generated on the braking gear 110 by the pad 113a, and the braking gear 110 is prevented from rotating. In the above-described state, the leaf spring 121 is in contact with the concave portion of the latch plate 120 shown in FIG. 18, and the latch plate is held by the urging force in the direction of arrow I. Therefore, the cam portion 114a of the cam plate 114 The position of the cam follower 122 with respect to is maintained.
[0046]
After shifting to this state, the current application to the solenoid 123 is stopped. This state is shown in FIG. 15 (c) and FIG. FIG. 19 is a diagram showing a braking state of the braking mechanism shown in FIG. When the current application to the solenoid 123 is stopped, the movable iron core 123a moves in the arrow G direction by the urging force in the arrow E direction shown in FIG. 19 to the lever 119 connected via the link 125. The lever 119 simultaneously rotates in the direction of arrow E, but the one-way clutch 118 is unlocked, so that the wheel 117 does not rotate in synchronization with the lever 119. Further, since the latch plate 120 held by the wheel is held by the leaf spring 121, the rotation of the wheel 117 in the direction of arrow E is reliably prevented. Therefore, the cam follower 122 held on the side surface of the wheel 117 can hold the state in contact with the convex portion 114b of the cam portion 114a of the cam plate 114, so that braking to the brake gear 110 is continued.
[0047]
The transition from the braking state to the braking release state is also performed by repeating the above-described operation. This will be briefly described below. In order to release the braking from the braking state shown in FIG. 15C and FIG. 19, a current is applied to the solenoid 123, and the movable iron core 123a is attracted in the direction of arrow F shown in FIG. As the movable iron core 123a is sucked, the lever 119 connected via the link 125 starts to rotate in the direction of arrow D, the one-way clutch 118 engaged with the outer periphery of the cylindrical portion of the lever 119 is locked, and the lever 119 is rotated. Synchronously with this, the wheel 117 is rotated in the direction of arrow D. The cam follower 122 held on the side surface of the wheel 117 passes from the convex portion 114b of the cam portion 114a of the cam plate 114 through the slope portion 114d and moves to the concave portion 114c.
[0048]
As a result, the cam plate 114 and the spring 115 are pushed and moved in the arrow B1 direction by the brake caliper 113 biased in the arrow B1 direction shown in FIG. As a result, the pad 113a that is in pressure contact with the side surface of the braking gear 110 is separated and the braking state is released.
[0049]
After the transition to this state, when the current application to the solenoid 123 is stopped, the movable iron core 123a moves in the arrow G direction by the urging force in the arrow E direction to the lever 119 connected via the link 125. The lever 119 simultaneously rotates in the direction of arrow E. However, since the one-way clutch 118 is unlocked, the wheel 117 does not rotate in synchronization with the lever 119, and the latch plate 120 held by the wheel is a leaf spring. Therefore, the rotation of the wheel 117 in the direction of arrow E is reliably prevented. Accordingly, since the cam follower 122 held on the side surface of the wheel 117 can hold the state facing the recess 114c of the cam portion 114a of the cam plate 114, the brake release state is continued.
[0050]
As described above in detail, the walking robot to which the power transmission mechanism according to the present invention is applied includes a braking mechanism that maintains the posture of the indirect portion when the motor is in a non-energized state, Therefore, it is possible to reduce the power consumption because the power is consumed only when shifting, and the power is not consumed when braking is continued or when braking is continued.
[0051]
In the first embodiment described above, the braking gear 110 is installed separately from the reduction gears 103, 104, and 105 that form the power transmission system from the pinion gear 102 to the output gear 106 of the motor 101, and this is reduced. Although the configuration in which the rotation of the output gear 106 is restrained by meshing with the gear 103 and braking the braking gear 110 is shown, the brake caliper 113, the cam plate 114, the spring 115, the latch mechanism 116, the leaf spring 121, the solenoid 123, A braking mechanism including a link 125 or the like may be arranged coaxially with any of the reduction gears 103, 104, and 105, and any of these reduction gears 103, 104, and 105 may be braked to obtain the same effect. Is possible.
[0052]
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. The present embodiment relates to a power transmission mechanism having a braking mechanism different from that of the first embodiment. Here, FIG. 20 is a schematic side view showing the joint drive unit of the walking robot to which the power transmission mechanism according to the present invention is applied, and FIG. 21 is a schematic plan view showing the drive system of the joint drive unit of the apparatus shown in FIG. 22 is a cross-sectional view showing the structure of the brake mechanism, FIG. 23 is a plan view of the main part showing the operating state of the brake mechanism, and FIG. 24 is a diagram showing the relationship between the hole provided in the brake gear and the pin provided in the brake caliper. It is a principal part side view which shows positional relationship.
[0053]
As shown in these drawings, the braking gear 130 is disposed so as to mesh with the large gear 103 b of the reduction gear 103, and is rotatably held on a support shaft 111 held on the frame 100. Further, an E-ring 112 is installed on the support shaft 111 to restrict the movement of the braking gear 110 in the direction of arrow B shown in FIG. A plurality of holes 130 a are formed on the side surface of the braking gear 130. The brake caliper 113 is fitted to the support shaft 111 so as to be movable in the direction of arrow B, and a pin portion 113 b is formed on the side surface facing the braking gear 110. The hole portion 130a and the pin portion 113b are arranged concentrically, and the pin portion 113b is formed in a size that can be inserted into the hole portion 130a. The brake caliper 113 is restricted from rotating around the support shaft 111 indicated by arrow C in FIG. 23 by means (not shown), and is urged in the direction of arrow B1 by urging means such as a spring (not shown). Since other configurations are the same as those of the first embodiment described above, description thereof is omitted.
[0054]
Next, the operation will be described. The overall configuration of the walking robot and the operation of the parts that drive the joints are the same as those in the first embodiment, and will not be described. A braking mechanism provided in the joint drive will be described. As shown in FIG. 23A, in the state in which the braking operation is released, the cam follower 122 faces the recess 114c of the cam portion 114a formed on the side surface of the cam plate 114. At this time, the wheel 117 holding the cam follower 122 is restrained in the rotational direction by the latch plate 120 and the leaf spring 121 as shown in FIG. Further, since the lever 119 is biased in the direction of arrow E shown in FIG. 20 by a biasing means such as a spring (not shown), the movable iron core 123a of the solenoid 123 connected to the lever 119 via the link 125 is in the direction of arrow G. Has been drawn to.
[0055]
As is apparent from FIGS. 13 and 14, since the cam follower 122 and the recess 114c of the cam portion 114a of the cam plate 114 are opposed to each other, the cam follower 122 is urged in the direction of arrow B1 shown in FIG. Due to the urging force of the brake caliper 113, the spring 115 and the cam plate 114 move in the direction of arrow B1, and the pin portion 113b formed on the side surface of the brake caliper 113 retreats from the hole portion 130a provided on the side surface of the brake gear 130. is doing. The brake gear 130 is restricted from moving in the direction of the arrow B by the E-ring 112 installed on the support shaft 111, so that inadvertent braking that occurs when the pin portion 113b meshes with the hole portion 130a does not occur. It has become.
[0056]
Next, the braking state will be described. When braking, as in the first embodiment, first, a current is applied to the solenoid 123 to attract the movable iron core 123a of the solenoid 123 in the direction of arrow F shown in FIG. This state is shown in FIG. With the suction of the movable iron core 123a, the lever 119 connected via the link 125 starts to rotate in the direction of arrow D. At this time, the attractive force of the movable iron core 123a of the solenoid 123 needs to be equal to or greater than the sum of the urging force that urges the lever 119 in the direction of arrow E and the force that deforms the leaf spring 121 in the direction of arrow H.
[0057]
As the lever 119 rotates in the direction of arrow D, the one-way clutch 118 engaged with the outer periphery of the cylindrical portion of the lever 119 is locked, and the wheel 117 rotates in the direction of arrow D in synchronization with the rotation of the lever 119. The cam follower 122 held on the side surface of the wheel 117 passes from the concave portion 114c of the cam portion 114a of the cam plate 114 through the slope portion 114d and moves to the convex portion 114b (see FIGS. 13 and 14). Since the cam plate 114 is restricted from rotating in the direction of arrow C shown in FIG. 23, the cam plate 114 and the spring 115 move in the direction of arrow B2 as the cam follower 122 rotates. In addition, by making the biasing force of the spring 115 larger than the biasing force that biases the brake caliper 113 in the arrow B1 direction, the brake caliper 113 biased in the arrow B1 direction similarly moves in the arrow B2 direction. .
[0058]
It should be noted that the phases in the rotational direction of the hole portion 130a provided on the side surface of the brake gear 130 and the pin portion 113b provided on the side surface of the brake caliper 113 do not necessarily coincide with each other. This state is shown in FIG. In this state, the tip of the pin portion 113b contacts the side surface of the braking gear 130 and cannot enter the hole portion 130a. Therefore, as shown in FIG. 23B, the spring 115 is deformed to absorb the difference between the stroke of the cam plate 114 and the stroke of the brake caliper 113.
[0059]
Next, the current application to the solenoid 123 is stopped. This state is shown in FIG. When the current application to the solenoid 123 is stopped, the movable iron core 123a moves in the arrow G direction by the urging force in the arrow E direction shown in FIG. 20 to the lever 119 connected through the link 125. The lever 119 simultaneously rotates in the direction of arrow E, but the one-way clutch 118 is unlocked, so that the wheel 117 does not rotate in synchronization with the lever 119. Further, since the latch plate 120 held by the wheel is held by the leaf spring 121, the rotation of the wheel 117 in the direction of arrow E is reliably prevented. Therefore, the cam follower 122 held on the side surface of the wheel 117 can hold a state in which the cam follower 122 is in contact with the convex portion 114b of the cam portion 114a of the cam plate 114.
[0060]
When the supply of current to the motor 101 is stopped in this state, the joint arm 108 is driven to rotate in one of the directions of the arrow A shown in FIG. 21 by an external force such as gravity applied to the walking robot body. As the joint arm rotates, the output gear 106 also rotates, so that the rotation is transmitted to the braking gear 130 via the reduction gears 105, 104, and 103. Accordingly, as shown in FIG. 24B, the phase in the rotation direction of the hole 130a formed on the side surface of the brake gear 130 matches the pin portion 113b provided on the side surface of the brake caliper 113, and the brake caliper 113 is Due to the urging force of the deformed spring 115, it moves in the direction of arrow B2 as shown in FIG. 23 (d), and the pin portion 113b enters the hole portion 130a. Since the brake caliper 113 is restricted from rotating in the direction of arrow C, a braking force is generated on the braking gear 130 by the pin portion 113b, and the rotation of the braking gear 130 is prevented.
[0061]
The transition from the braking state to the braking release state is also performed by repeating the above-described operation. This will be briefly described below. In order to release the brake from the braking state shown in FIG. 23D, a current is applied to the solenoid 123, and the movable iron core 123a is sucked in the direction of arrow F as shown in FIG. As the movable iron core 123a is sucked, the lever 119 connected via the link 125 starts to rotate in the direction of arrow D, the one-way clutch 118 engaged with the outer periphery of the cylindrical portion of the lever 119 is locked, and the lever 119 is rotated. Synchronously with this, the wheel 117 is rotated in the direction of arrow D. The cam follower 122 held on the side surface of the wheel 117 passes from the convex portion 114b of the cam portion 114a of the cam plate 114 through the inclined surface portion 114d and moves to the concave portion 114c (see FIGS. 13 and 14).
[0062]
As a result, the cam plate 114 and the spring 115 are pushed and moved in the arrow B1 direction by the brake caliper 113 biased in the arrow B1 direction shown in FIG. As a result, the pin portion 113b that has entered the hole portion 130a provided on the side surface of the braking gear 130 is withdrawn, and the braking state is released. When the current application to the solenoid 123 is stopped after the transition to this state, the movable iron core 123a is moved in the direction of the arrow G by the urging force in the direction of the arrow E shown in FIG. 20 to the lever 119 connected via the link 125. Moving. The lever 119 simultaneously rotates in the direction of arrow E. However, since the one-way clutch 118 is unlocked, the wheel 117 does not rotate in synchronization with the lever 119, and the latch plate 120 held by the wheel is a leaf spring. Therefore, the rotation of the wheel 117 in the direction of arrow E is reliably prevented. Therefore, since the cam follower 122 held on the side surface of the wheel 117 can hold the state facing the recess 114c of the cam portion 114a of the cam plate 114, the brake release state is continued.
[0063]
As described above, the walking robot in which the power transmission mechanism according to the present invention is applied to each joint drive unit includes the braking mechanism that holds the posture of the joint unit when the motor is in a non-energized state. The power is consumed only at the time of transition from the non-braking state, and the power consumption is reduced even when the braking is continued or the braking is released. Therefore, the power consumption can be reduced. In addition, as a braking method, a method in which the hole portion 130a and the pin portion 113b are engaged with each other is adopted as a member, so that the posture of the joint portion can be reliably maintained.
[0064]
In the second embodiment, the braking gear 130 is installed separately from the reduction gears 103, 104, and 105 that form a power transmission system from the pinion gear 102 to the output gear 106 of the motor 101, and this is used as the reduction gear. 103, the rotation of the output gear 106 is constrained by restricting the rotation of the brake gear 130 by entering the pin portion 113b into the hole 130a provided in the brake gear 130, but the brake caliper 113 is shown. A braking mechanism including a cam plate 114, a spring 115, a latch mechanism 116, a leaf spring 121, a solenoid 123, a link 125, and the like is arranged coaxially with any one of the reduction gears 103, 104, and 105, and the deceleration arranged coaxially. A hole is provided in one of the side surfaces of the gear 103, 104, 105, and the pin portion 113b is advanced into this hole. It may be configured to restrain the rotation by which the one in which the same effect can be obtained.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, for example, even when this power transmission mechanism is applied to each joint drive unit of a walking robot, the brake mechanism that holds the posture of the joint unit when the motor is in a non-energized state is provided. Therefore, power is consumed only when shifting between braking and non-braking. In addition, when braking is continued or when braking is released, the power consumption is reduced because the configuration does not consume power.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a main part perspective view showing a schematic configuration in which a power transmission mechanism according to a first embodiment is applied to each joint drive unit of a walking robot.
2 is a schematic side view showing a walking state of the walking robot shown in FIG. 1. FIG.
3 is a schematic side view showing a walking state of the walking robot shown in FIG. 1. FIG.
4 is a schematic side view showing a walking state of the walking robot shown in FIG. 1. FIG.
5 is a side view showing one form of a working posture of the walking robot shown in FIG. 1. FIG.
6 is a side view showing one form of a working posture of the walking robot shown in FIG. 1. FIG.
7 is a side view showing one embodiment of a working posture of the walking robot shown in FIG. 1. FIG.
8 is a side view showing one form of a standby state of the walking robot shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 9 is a side view showing one form of a standby state of the walking robot shown in FIG. 1;
FIG. 10 is a plan view showing details of a joint drive unit of the walking robot according to the first embodiment.
11 is a schematic side view of the joint driving unit shown in FIG.
12 is a schematic side view showing a drive system of the joint drive unit shown in FIG.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a structure of a braking mechanism.
FIG. 14 is a side view of the cam plate.
FIG. 15 is a plan view showing a main part of the braking mechanism.
16 is a view showing a cam mechanism of the braking mechanism shown in FIG.
17 is a view showing the operation of the cam mechanism shown in FIG.
18 is a diagram showing a completed state of the braking operation of the braking mechanism shown in FIG.
19 is a diagram showing a braking state of the braking mechanism shown in FIG.
FIG. 20 is a schematic side view of a joint drive unit of a walking robot according to a second embodiment.
FIG. 21 is a schematic plan view showing a drive form of the joint drive unit shown in FIG. 20;
22 is a cross-sectional view showing a structure of a braking mechanism of the joint driving unit shown in FIG.
FIG. 23 is a plan view showing an operating state of the braking mechanism shown in FIG. 20;
24 is a side view showing a relationship between a hole provided in the braking gear of the braking mechanism shown in FIG. 20 and a pin provided in the brake caliper. FIG.
[Explanation of symbols]
1 body, 2 left front leg mechanism, 3 right front leg mechanism, 4 left rear leg mechanism, 5 right rear leg mechanism, 6 neck mechanism, 7 head, 21, 22, 23, 31, 32, 33, 41, 42, 43 , 51, 52, 53, 61, 62 Joint part, 24, 25, 34, 35, 44, 45, 46, 54, 55, 56 Arm, 26, 36 Manipulator, 100 frame, 101 motor, 102 pinion gear, 103 , 104, 105 Reduction gear, 106 Output gear, 107 Joint shaft, 108 Joint arm, 109 Angle detector, 110, 130 Braking gear, 111 Support shaft, 112 E-ring, 113 Brake caliper, 113a Pad, 113b Pin part, 114 Cam plate, 114a Cam part, 114b Convex part, 114c Concave part, 114d Slope part, 115 Spring, 116 Latch machine , 117 wheels, 118 one-way clutch, 119 lever, 120 latch plate 121 leaf spring 122 cam follower 123 solenoid, 123a movable iron core, 124 holder, 125 links, 130a hole.

Claims

In a power transmission device comprising an actuator that generates a rotational driving force for driving a load, and a reduction gear train that transmits the rotational driving force of the actuator and decelerates,
A braking gear that engages and rotates with the reduction gear;
A braking element that abuts against the braking gear and brakes the rotation of the braking gear;
A latch mechanism for bringing the braking element into contact with the braking gear;
A power transmission device including a braking mechanism including a solenoid for driving the latch mechanism .

The power transmission device according to claim 1, wherein the brake element is formed of a friction member.

2. The power transmission device according to claim 1, wherein the brake element is formed by providing a hole in a side surface of a gear forming a reduction gear train and disposing a meshing member that engages with the hole.

2. The power transmission device according to claim 1, wherein power is supplied to the braking mechanism only when the state of braking to the reduction gear train and the state of releasing the braking are shifted to the respective states. Control method of transmission device.