JP4397412B2 - ロボット玩具およびその組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボット玩具およびその組立方法に関し、さらに詳しくは、サーボを備えたロボット玩具およびその組立方法に関する。

従来、一のブロックと他のブロックとをサーボで連結した構造のロボット玩具が知られている。このロボット玩具においては、次のようにしてロボット玩具を組み立てるのが一般的であった。
まず、人型のロボット玩具の足について説明する。ここで、足の構成要素として、ＲＣターボが取り付けられた一のブロックと、この一のブロックに連結すべき他のブロックとを含むものとする。この場合、最初に、サーボの信号線に初期電圧を与えて中心位置（サーボ・ゼロ位置）を出しておき、一のブロックと他のブロックのホームポジション（基本始動位置）で、他方のブロックのボスにサーボの出力軸を嵌合する。このようにして、隣接するブロックを組み付けてゆく。これによって、足全体を組み立てる。
また、足と同様にして手の構成要素同士、胴部と頭部、胴部と手足を連結する（例えば、非特許文献１）。
「２足歩行ロボット製作超入門」（株式会社オーム社，平成１８年１０月５日，第１版第３刷発行，１４０−１４１）

ところで、サーボの出力軸にはスプラインが設けられていることが多い。この場合、出力軸とボスとを嵌合させるには、出力軸のスプラインとボスの内周の凹部とを噛合させることが必要となる。

しかしながら、一般にサーボの出力軸のスプラインは数条しか設けられないため、サーボの出力軸とボスとが嵌合するときの位置関係は数種類に限定されることとなる。そのため、サーボの出力軸にスプラインが設けられている場合には、サーボモータのサーボ・ゼロ位置とロボット玩具のホームポジションとが合致する位置でサーボの出力軸とボスとを嵌合させることは困難である。

一方、サーボの出力軸にスプラインが設けられない場合には、サーボの出力軸とボスとを嵌合させるときの位置関係の自由度が高すぎるため、サーボ・ゼロ位置とホームポジションとが合致する位置でサーボの出力軸とボスとを嵌合させることは困難である。

そのため、従来、ロボット玩具内の制御用ＩＣをパソコンに繋いで、エディタによってサーボ・ゼロ位置とホームポジションとを合致させたりしていた。
しかし、その作業は煩雑である。
このような事態は、ロボット玩具の構成要素に設計誤差がある場合などにも生じる。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、ロボット玩具のホームポジションとサーボ・ゼロ位置とを簡単に合致させることができるロボット玩具およびその組立方法を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、ロボット玩具において、
サーボが取り付けられた一のブロックと、
ボスに前記サーボの出力軸が嵌合することによって前記一のブロックに連結される他のブロックと、
前記サーボを制御するサーボ制御手段と、
を備えるロボット玩具において、
前記サーボには、
前記出力軸に追従して回転する第一回転盤と、
前記第一回転盤に対向して配設されるとともに、ユーザ操作に基づいて前記第一回転盤と平行な面内で当該第一回転盤に対して相対回転する第二回転盤と、
前記第一回転盤及び前記第二回転盤における所定の基準線同士の相対角度を検出する角度検出手段と、
が設けられており、
前記第二回転盤は、
前記サーボの筐体よりも外側に突出するレバーを有し、このレバーに対するユーザ操作によって前記第一回転盤に対して相対回転するようになっており、
前記サーボ制御手段は、
前記出力軸とともに前記第一回転盤を回転させ、前記相対角度が０となるときの前記サーボの位置を中心位置として前記サーボを制御する中心位置制御手段を有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のロボット玩具において、
前記角度検出手段は、
前記第一回転盤及び前記第二回転盤における互いの対向面に設けられ、前記相対角度に応じて抵抗値の変化する可変抵抗回路を有することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載のロボット玩具を組み立てるロボット玩具の組立方法であって、
前記ボスに前記出力軸を嵌合させる嵌合工程と、
前記サーボ制御手段によって前記サーボに中心位置を出力させる中心位置出力工程と、
前記一のブロックと前記他のブロックとの位置関係がホームポジションに合致するか否かを判定する判定工程と、
をこの順に行い、
前記判定工程で前記位置関係がホームポジションに合致しないと判定した場合に、前記第二回転盤を前記第一回転盤に対して相対回転させる回転角調整工程と、前記中心位置出力工程及び前記判定工程とを繰り返し、
前記判定工程で前記位置関係がホームポジションに合致すると判定した場合に、前記一のブロックと前記他のブロックとの連結を完了することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、一のブロックと他のブロックとがサーボを介して連結されており、このサーボには、出力軸に追従して回転する第一回転盤と、第一回転盤に対向して配設されるとともにユーザ操作に基づいて第一回転盤と平行な面内で当該第一回転盤に対して相対回転する第二回転盤と、第一回転盤及び第二回転盤における所定の基準線同士の相対角度を検出する角度検出手段とが設けられ、サーボ制御手段には、出力軸とともに第一回転盤を回転させ、前記相対角度が０となるときのサーボの位置を中心位置としてサーボを制御する中心位置制御手段が備えられるので、サーボ制御手段にサーボの中心位置を出力させた後、一のブロックと前記他のブロックとの位置関係がホームポジションに合致するか否かを判定し、前記位置関係がホームポジションに合致しないと判定した場合には、第二回転盤を第一回転盤に対して相対回転させる工程と、改めてサーボ制御手段に中心位置を出力させて前記位置関係がホームポジションに合致するか否かを判定する工程とを繰り返すことで、サーボの中心位置をホームポジションに合致させることができる。従って、従来と比較して、サーボをパソコンに繋いでエディタを操作することなくサーボ・ゼロ位置とホームポジションとを合致させることができるため、ロボット玩具のホームポジションとサーボ・ゼロ位置とを簡単に合致させることができる。
また、第二回転盤はサーボの筐体よりも外側に突出するレバーを有し、このレバーに対するユーザ操作によって第一回転盤に対して相対回転するので、サーボの筐体を外すことなく第二回転盤を回転させることができる。従って、より簡単にロボット玩具のホームポジションとサーボ・ゼロ位置とを合致させることができる。

また、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果を得ることができる。

また、請求項３記載の発明によれば、出力軸を前記ボスに嵌合させる嵌合工程と、サーボ制御手段によってサーボに中心位置を出力させる中心位置出力工程と、前記一のブロックと前記他のブロックとの位置関係がホームポジションに合致するか否かを判定する判定工程と、をこの順に行い、判定工程で前記位置関係がホームポジションに合致しないと判定した場合に、第二回転盤を第一回転盤に対して相対回転させる回転角調整工程と、前記中心位置出力工程及び前記判定工程とを繰り返し、判定工程で前記位置関係がホームポジションに合致すると判定した場合に、前記一のブロックと前記他のブロックとの連結を完了するので、サーボの中心位置をホームポジションに合致させた状態でロボット玩具を組み立てることができる。つまり、従来と比較して、ロボット玩具のホームポジションとサーボ・ゼロ位置とを簡単に合致させて、ロボット玩具の組み立てを行なうことができる。

以下、本発明に係るロボット玩具について説明する。
図１は本実施の形態におけるロボット玩具１の正面図、図２はロボット玩具１の右側面図である。

ロボット玩具１は、図示しないコントローラの操作によって遠隔で動作制御されるものである。具体的には、このロボット玩具１は、胴部１０、頭部１１、足部１２及び手部１３を備えており、足部１２及び手部１３の関節部分には、コントローラの操作に応じて駆動されるサーボ３がそれぞれ組み込まれている。

［サーボの構成］
図３，図４に示すように、サーボ３は、出力軸３４を回転駆動させるものであり、ケース３０の内部にサーボモータ３１、減速歯車機構３２およびポテンショメータ３３を備えている。

このうち、サーボモータ３１は、減速歯車機構３２を回転させるようになっている。
減速歯車機構３２は、歯車３２ａ〜３２ｊを有しており、サーボモータ３１から出力される動力を歯車３２ａ〜３２ｊの順に伝達して、出力軸３４を回転させるようになっている。

この減速歯車機構３２の最終段の歯車３２ｊと出力軸３４との間にはクラッチ機構３５が組み込まれており、歯車３２ｊと出力軸３４とが互いに独立して回転できるように構成されている。より詳細には、歯車３２ｊの端面には、図５に示すように、２つの半円柱状の突起３２ｊ−ａ，３２ｊ−ａが付設されている。一方、出力軸３４の端面には、図６に示すように、歯車３６が付設されている。そして、歯車３２ｊと歯車３６とは、図７に示すクラッチ部材３７を介して連結されている。クラッチ部材３７は環状を呈しており、その内周には、２つの半円柱状の突起３２ｊ−ａ，３２ｊ−ａに係合する２つの凹部３７ａ，３７ａと、歯車３６の歯に噛み合う２つの凸部３７ｂ，３７ｂとが形成されている。これにより、サーボモータ３１の軸が回転中に出力軸３４が何らかの原因により強制的に停止させられた際には、クラッチ部材３７が弾性変形して歯車３２ｊから歯車３６ひいては出力軸３４への動力伝達を遮断する。

なお、本実施の形態においては、歯車３２ｇ，３２ｊは環状に形成されており、出力軸３４の中心軸（図示せず）はこれら歯車３２ｇ，３２ｊに挿通され、先端部において後述の回転盤３３ａと一体化されている。また、本実施の形態においては、出力軸３４の外周面には、軸方向に延在するスプライン３４ａが所定間隔おきに設けられているが、当該スプライン３４ａは設けられないこととしても良い。

ポテンショメータ３３は、サーボモータ３１の回転角度を検出するものであり、図４，図８に示すように、回転盤３３ａ，３３ｂを有している。
回転盤（第一回転盤）３３ａは、出力軸３４の前記中心軸の先端に設けられた円盤状の部材であり、出力軸３４と一体的に回転するようになっている。一方、回転盤（第二回転盤）３３ｂは、ケース３０に軸支された板状の部材であり、当該ケース３０から外側に突出するレバー３３０を有している。このレバー３３０は、ユーザ操作によって回転盤３３ｂを回転盤３３ａと平行な面内で且つ出力軸３４の軸線を中心に回動させるようになっている。

ここで、本実施の形態においては、回転盤３３ｂの回転可能な角度範囲は約１５°となっている。また、以下の説明では、図８に示すように、回転盤３３ａ，３３ｂにおける所定の中心線を基準線３３ｃ，３３ｄとして説明する。

これら回転盤３３ａ，３３ｂの互いの対向面には、本発明における可変抵抗回路としての回路パターン８，９が設けられている。
回路パターン８，９は、カーボン等の導電材料によって形成されており、回転盤３３ａ，３３ｂが相対回転した場合に、基準線３３ｃ，３３ｄ同士の相対角度によって抵抗値が変化するようになっている。

より詳細には、回転盤３３ａに設けられた回路パターン８は、円形状の円形回路部８１と、基準線３３ｃ上で円形回路部８１の中心を通って円周上の２点を連結する中心線回路部８２とから構成されている。このうち、中心線回路部８２の中点、つまり円形回路部８１の中心には端子８３が設けられており、円形回路部８１と中心線回路部８２との交点部分には端子８４が設けられている。

また、回転盤３３ｂに設けられた回路パターン９は、端子８３との当接位置からレバー３３０と反対側の端部まで基準線３３ｄ上で延在する中央回路部９１と、円形回路部８１に対向する円弧状の円弧状回路部９２とから構成されている。そして、中央回路部９１の端部の電極９１ａには、電池（図示せず）の正極又は負極の一方の極が接続されており、円弧状回路部９２の２つの端部の電極９２ａ，９２ｂには、それぞれ他方の極が接続されている。

以上のポテンショメータ３３においては、例えば回路パターン９の中央回路部９１から流入する電流は、回路パターン８の端子８３、中心線回路部８２に流れた後、端子８４から再び回路パターン９の円弧状回路部９２に流れ、電極９２ａ，９２ｂの２箇所からそれぞれ流出することとなる。そのため、回転盤３３ａ，３３ｂの基準線３３ｃ，３３ｄ同士が合致しない限り、その相対角度だけ、つまり端子８４から電極９２ａ，９２ｂの端部までの経路の長さの違いだけ、電極９１ａ，９２ａ間の抵抗値と、電極９１ａ，９２ｂ間の抵抗値とが異なる結果、サーボモータ３１の出力軸３４の回転角度がアナログの電流差として検出される。

以上の各サーボ３には、図９に示すように、電池（図示せず）、制御装置１００および受信回路１１０が接続されている。なお、本実施の形態においては、これら電池、制御装置１００および受信回路１１０は、ロボット玩具１の胴部１０に組み込まれている。

制御装置１００は、内部の記憶装置に記憶されたプログラムに従って、受信回路１１０およびポテンショメータ３３からの信号等を処理し、サーボモータ３１の動作をデジタル信号で制御するようになっている。例えば、ロボット玩具１の電源が投入された場合、制御装置１００は、ポテンショメータ３３からの信号に基づいて初期パルスをサーボモータ３１に与え、サーボ３を中心位置（サーボ・ゼロ位置）に移行させる。なお、本実施の形態においては、サーボ３の中心位置は、ポテンショメータ３３における電極９１ａ，９２ａ間の電流と、電極９１ａ，９２ｂ間の電流とが等しくなる位置、つまり前記相対角度が０となる位置となっている。

［足部の構成］
続いて、足部１２の構成について説明する。
足部１２は、図１０（正面図）および図１１（右側面図）に示すように、大別して、５つのブロック２１，２２，２３，２４，２５から構成されている。

このうち、ブロック２１は、サーボ３（以下、他のサーボ３と区別するためにサーボ３ａとする）を介して胴部（ブロック）１０に連結されている。すなわち、ブロック２１は、胴部１０の下端部に設けられたサーボ３ａの出力軸３４をボス２１ａに嵌合させることで胴部１０に連結されている。これにより、サーボ３ａのサーボモータ３１を回転駆動した際に、ブロック２１は胴部１０に対して動作することになる。なお、上記のボス２１ａや、後述のボス２２ａ〜２５ａの内周面には、出力軸３４のスプライン３４ａと噛合する凹部（図示せず）が設けられている。

また、このブロック２１の下端部には、サーボ３（以下、他のサーボ３と区別するためにサーボ３ｂとする）が設けられており、当該サーボ３ｂを介してブロック２２が連結されている。すなわち、ブロック２２は、サーボ３ｂの出力軸３４をボス２２ａに嵌合させることでブロック２１に連結されている。これにより、サーボ３ｂのサーボモータ３１を回転駆動した際に、ブロック２２はブロック２１に対して動作することになる。

また、このブロック２２の下端部には、サーボ３（以下、他のサーボ３と区別するためにサーボ３ｃとする）が設けられており、当該サーボ３ｃを介してブロック２３が連結されている。すなわち、ブロック２３は、サーボ３ｃの出力軸３４をボス２３ａに嵌合させることでブロック２２に連結されている。これにより、サーボ３ｃのサーボモータ３１が回転駆動した際に、ブロック２３はブロック２２に対して動作することになる。

また、このブロック２３の下端部には、サーボ３（以下、他のサーボ３と区別するためにサーボ３ｄとする）が設けられており、このサーボ３ｄを介してブロック２４が連結されている。すなわち、ブロック２４は、サーボ３ｄの出力軸３４をボス２４ａに嵌合させることでブロック２３に連結されている。これにより、サーボ３ｄのサーボモータ３１を回転駆動した際に、ブロック２４はブロック２３に対して動作することになる。

また、このブロック２４の下端部には、サーボ３（以下、他のサーボ３と区別するためにサーボ３ｅとする）が設けられており、このサーボ３ｅを介してブロック２５が連結されている。すなわち、ブロック２５は、サーボ３ｅの出力軸３４をボス２５ａに嵌合させることでブロック２４に連結されている。これにより、サーボ３ｅのサーボモータ３１を回転駆動した際に、ブロック２５はブロック２４に対して動作することになる。

［手部の構成］
手部１３は、図１２（正面図）および図１３（右側面図）に示すように、大別して、５つのブロック４１，４２，４３，４４，４５から構成されている。これらブロック４１，４２，４３，４４，４５は、それぞれサーボ３を介して胴部１０側からこの順に連結されている。なお、胴部（ブロック）１０とブロック４１の連結構造は手部１３のブロック同士の連結構造と同じであっても良いし、胴部１０にブロック４１が固定されていても良い。

［ロボット玩具の組立方法］
次に、ロボット玩具１の組立方法について、足部１２を例にして説明する。

例えば、胴部１０とブロック２１とを連結する場合、まず、胴部１０に組み込まれたサーボ３の出力軸３４をブロック２１のボス２１ａに嵌合させる（嵌合工程）。次に、制御装置１００からサーボ３ａのサーボモータ３１に通電させてサーボ３ａの中心位置（サーボ・ゼロ位置）、すなわち、ポテンショメータ３３における電極９１ａ，９２ａ間の電流と、電極９１ａ，９２ｂ間の電流とが等しくなる位置を出力させる（中心位置出力工程）。

次に、胴部１０に対するブロック２１の角度がホームポジションの角度であるか否かを判定し（判定工程）、胴部１０に対するブロック２１の角度がホームポジションの角度でないと判定された場合には、サーボ３ａのレバー３３０を介して回転盤３３ｂを回転させる工程（回転角調整工程）と、上述の中心位置出力工程及び判定工程とを繰り返す。なお、上記の判定工程においては、目視によって胴部１０とブロック２１との角度がホームポジションの角度であるか否かを判定しても良いし、予めホームポジションの角度に形成された型板を用いて判定しても良い。

そして、判定工程において胴部１０に対するブロック２１の角度がホームポジションの角度であると判定された場合には、胴部１０とブロック２１との連結を完了する。

以降、同様にして、足部１２の隣り合うブロック同士を連結するとともに、手部１３の隣り合うブロック同士を連結することで、ロボット玩具１の組み立てが完了する。

以上のロボット玩具１によれば、サーボ３に中心位置を出力させた後、一のブロック（例えばブロック１０）と他のブロック（例えばブロック２１）との位置関係がホームポジションに合致するか否かを判定し、当該位置関係がホームポジションに合致しないと判定した場合には、回転盤３３ｂを回転盤３３ａに対して相対回転させる工程と、改めてサーボ３に中心位置を出力させて前記位置関係がホームポジションに合致するか否かを判定する工程とを繰り返すことで、サーボ３の中心位置をホームポジションに合致させることができる。従って、従来と比較して、サーボ３をパソコンに繋いでエディタを操作することなくサーボ・ゼロ位置とホームポジションとを合致させることができるため、ロボット玩具１のホームポジションとサーボ・ゼロ位置とを簡単に合致させることができる。

また、回転盤３３ｂはサーボ３のケース３０よりも外側に突出するレバー３３０を有し、このレバー３３０に対するユーザ操作によって回転盤３３ａに対して相対回転するので、サーボ３のケース３０を外すことなく回転盤３３ｂを回転させることができる。従って、より簡単にロボット玩具１のホームポジションとサーボ・ゼロ位置とを合致させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

例えば、本発明における可変抵抗回路を図８の形状の回路パターン８，９として説明したが、他の形状の回路としても良い。

本発明に係るロボット玩具の正面図である。 本発明に係るロボット玩具の右側面図である。 サーボの一例を示す斜視図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 実施形態のサーボを構成する減速歯車機構中の１つの歯車の斜視図である。 実施形態のサーボの出力軸の斜視図である。 実施形態のサーボのクラッチ部材の斜視図である。 実施形態のポテンショメータの分解斜視図である。 実施形態の制御ブロック図である。 実施形態のロボット玩具の足部の正面図である。 実施形態のロボット玩具の足部の右側面図である。 実施形態のロボット玩具の手部の正面図である。 実施形態のロボット玩具の手部の右側面図である。

符号の説明

１ ロボット玩具
３，３ａ〜３ｅ サーボ
８，９ 回路パターン（角度検出手段、可変抵抗回路）
１０ 胴部（ブロック）
２１〜２５ ブロック
２１ａ〜２５ａ ボス
３３ａ 回転盤（第一回転盤）
３３ｂ 回転盤（第二回転盤）
３３ｃ，３３ｄ 基準線
３４ 出力軸
４１〜４４ ブロック
１００ 制御装置（サーボ制御手段、中心位置制御手段）

Claims (3)

1. サーボが取り付けられた一のブロックと、
   ボスに前記サーボの出力軸が嵌合することによって前記一のブロックに連結される他のブロックと、
   前記サーボを制御するサーボ制御手段と、
   を備えるロボット玩具において、
   前記サーボには、
   前記出力軸に追従して回転する第一回転盤と、
   前記第一回転盤に対向して配設されるとともに、ユーザ操作に基づいて前記第一回転盤と平行な面内で当該第一回転盤に対して相対回転する第二回転盤と、
   前記第一回転盤及び前記第二回転盤における所定の基準線同士の相対角度を検出する角度検出手段と、
   が設けられており、
   前記第二回転盤は、
   前記サーボの筐体よりも外側に突出するレバーを有し、このレバーに対するユーザ操作によって前記第一回転盤に対して相対回転するようになっており、
   前記サーボ制御手段は、
   前記出力軸とともに前記第一回転盤を回転させ、前記相対角度が０となるときの前記サーボの位置を中心位置として前記サーボを制御する中心位置制御手段を有することを特徴とするロボット玩具。
2. 前記角度検出手段は、
   前記第一回転盤及び前記第二回転盤における互いの対向面に設けられ、前記相対角度に応じて抵抗値の変化する可変抵抗回路を有することを特徴とする請求項１記載のロボット玩具。
3. 請求項１又は２に記載のロボット玩具を組み立てるロボット玩具の組立方法であって、
   前記ボスに前記出力軸を嵌合させる嵌合工程と、
   前記サーボ制御手段によって前記サーボに中心位置を出力させる中心位置出力工程と、
   前記一のブロックと前記他のブロックとの位置関係がホームポジションに合致するか否かを判定する判定工程と、
   をこの順に行い、
   前記判定工程で前記位置関係がホームポジションに合致しないと判定した場合に、前記第二回転盤を前記第一回転盤に対して相対回転させる回転角調整工程と、前記中心位置出力工程及び前記判定工程とを繰り返し、
   前記判定工程で前記位置関係がホームポジションに合致すると判定した場合に、前記一のブロックと前記他のブロックとの連結を完了することを特徴とするロボット玩具の組立方法。

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