JP5541600B2 - モジュール型ロボット駆動部の構造 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも２自由度（２ＤＯＦ：２ Ｄｅｇｒｅｅｓ ｏｆ Ｆｒｅｅｄｏｍ）以上のロボットに備えられるモジュールの構造に関し、より詳細には、前記モジュールの外観となる固定ハウジングと、前記固定ハウジングに連結して回転する回転ハウジングのそれぞれの外側にケーブルが接続する入力コネクタと、出力コネクタとを備え、前記入力コネクタと出力コネクタの連結は固定ハウジングと回転ハウジングの内部を経てなされ、前記回転ハウジングの出力コネクタに連結したケーブルは、前記モジュールと同様のもう一つのモジュールの外観となる固定ハウジングと回転ハウジングのうち、固定ハウジングの入力コネクタに連結することによってなされることを特徴とする、モジュール型ロボット駆動部の構造に関する。

一般的な２自由度以上の教育用または研究用モジュール構造を詳察すれば、図１に示すように、モジュールの構成を大きく固定する固定部３と、回転する回転部４とに区分され、このようなモジュールを複数備えて所望する方向にモジュールを互いに結合することにより、最小２自由度以上の教育用または研究用ロボットを構成する。

以下、前記構成について、図１を参照しながら具体的に説明すれば、前記モジュールの固定部３は内部にモータおよび減速機などが備えられ、前記固定部３の外側はケーブル入力コネクタ３ａと出力コネクタ３ｂをそれぞれ備える。また、モジュールの回転部４は前記固定部３と結合し、固定部３のモータおよび減速機の駆動と連動する。

ここで、モータおよび減速機は入力コネクタ３ａと連結し、入力コネクタ３ａは外部（コントローラと電源供給部）（図示せず）と連結したケーブルと接続する。したがって、モータおよび減速機は、コントローラの制御信号と電源供給部の電源によって動作し、これと連動する回転部４も前記電源および制御信号に影響を受ける。

一方、２自由度以上のロボットを構成するためには、このようなモジュールをさらに１つ備えることによってなされるが、モジュール間の結合構造は、一番目のモジュールの回転部４と二番目のモジュールの固定部５が結合することによってなされる。具体的には、一番目のモジュールの固定部３の入力コネクタ３ａは外部と連結したケーブルと連結し、出力コネクタ３ｂは別途のケーブル９を備えて二番目のモジュールの固定部５の入力コネクタ５ａに連結する。このとき、別途のケーブル９は、一番目のモジュールの回転部４の回転によって一番目のモジュールの固定部３の出力コネクタ３ｂ、または二番目のモジュールの固定部５の入力コネクタ５ａからの離脱を防ぐために十分な長さで構成されているため美観が良くなく、ケーブルの縺れおよび他のモジュールとの干渉によってロボットの作動を阻害する要素で作用しており、酷いときには機械的損失までも甘受しなければならないとう問題点があった。

したがって、本発明は、このような問題点を解決するために案出されたものであって、２自由度以上の教育用または研究用ロボットの製作において、それぞれのモジュールに電源および電気的信号を供給するためのケーブルの簡素化をなすために、モジュールの構造を本発明のように改善し、前記ケーブルによる問題点を解消した、２自由度以上のロボットモジュールの構造を提供することを目的とする。

このような本発明の目的は、モジュールの外観となる固定ハウジングと、前記固定ハウジングに連結して回転する回転ハウジングのそれぞれの外側にケーブルが接続する入力コネクタと、出力コネクタとを備え、前記入力コネクタと出力コネクタの連結は固定ハウジングと回転ハウジングの内部を経てなされ、前記回転ハウジングの出力コネクタに連結したケーブルは、前記モジュールと同様のもう一つのモジュールの外観となる固定ハウジングと回転ハウジングのうち、固定ハウジングの入力コネクタに連結することによってなされることを特徴とする、モジュール型ロボット駆動部の構造によって達成される。

ここで、本発明は、前記モジュールの回転ハウジングの出力コネクタに連結したケーブルを、もう一つのモジュールの外観となる固定ハウジングと回転ハウジングのうち、固定ハウジングの入力コネクタに連結する過程を、必要に応じて所定の回数だけ反復して構成することが特徴である。

また、本発明において、前記固定ハウジングは、外観の一側に備えられたケーブル接続用入力コネクタと、前記固定ハウジングの内部に備えられ、前記入力コネクタと接続する中空のアンプ（ＡＭＰ）と、前記アンプの一側に連結する連結ケーブルと、前記アンプの一側に備えられ、アンプから電源および電気的信号が印加される中空型モータと、前記モータの一側に備えられ、アンプから電源および電気的信号が印加される中空型減速機とを含むことが好ましく、前記回転ハウジングは固定ハウジングと連結して固定ハウジングのモータと減速機によって回転し、入力された電源および電気的信号を外部に送出するように連結ケーブルを回転ハウジングの一側に備えられた出力コネクタに連結することが好ましい。

同時に、本発明の他の特徴および利点は、添付の図面に基づいた発明を実施するための詳細な形態によってより明白になるであろう。

以上のように、本発明に係るモジュール型ロボット駆動部の構造によれば、２自由度以上の教育用または研究用ロボットの製作において、それぞれのモジュールに電源および電気的信号を供給するためのケーブルの簡素化をなすことができ、モジュール間の動作が柔軟となり、外観が良く、機械的損失を防ぐことができる効果がある。

従来のロボットモジュール構造に２自由度以上のロボットを構成した図である。 本発明の一実施形態に係るモジュール型ロボット駆動部の構造に２自由度以上のロボットを構成した図である。 図２の動作の一例を示す図である。 図２の他の動作の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るモジュール型ロボット駆動部の構造の断面を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るモジュール型ロボット駆動部の構造の断面を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るモジュール型ロボット駆動部の構造の断面を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るモジュール型ロボット駆動部の構造の断面を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るモジュール型ロボット駆動部の構造の断面を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付の図面を参照しながら詳細に説明するが、各図面の構成要素に参照符号を付与することにおいて、同じ構成要素に限っては、たとえ他の図面上に表示されているとしても、可能な限り同じ符号で表記されていることに留意しなければならない。また、本発明を説明することにおいて、関連する公知機能あるいは構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に不明確にし得ると判断される場合、その詳細な説明は省略する。さらに、本明細書および特許請求の範囲に用いられた用語や単語は、発明者がそれ自身の発明を最善の方法によって説明するために用語の概念を適切に定義することができる原則に立脚し、本発明の技術的な思想に符合する意味と概念として解釈されなければならない。

本発明は、２自由度（２ＤＯＦ：２ Ｄｅｇｒｅｅｓ ｏｆ Ｆｒｅｅｄｏｍ）以上のロボットに備えられるモジュールの構造に関し、前記モジュール１００の外観となる固定ハウジング１０と、前記固定ハウジング１０に連結して回転する回転ハウジング２０のそれぞれの外側にケーブル１、２が接続する入力コネクタ１１と、出力コネクタ２１とを備え、前記入力コネクタ１１と出力コネクタ２１の連結は固定ハウジング１０と回転ハウジング２０の内部を経てなされ、前記回転ハウジング２０の出力コネクタ２１に連結したケーブル２は、前記モジュール１００と同一のもう一つのモジュール２００の外観となる固定ハウジング３０と回転ハウジング４０のうち、固定ハウジング３０の入力コネクタ３１に連結することによってなされることを特徴とする。

ここで、前記入力コネクタ１１と出力コネクタ２１の連結が固定ハウジング１０と回転ハウジング２０の内部を経てなされるということは、図５に示すように、中空型アンプ１２、モータ１４、減速機１５、連結ケーブル１３の構成によって入力コネクタ１１と連結した中空型アンプ１２に連結ケーブル１３が連結し、この連結ケーブル１３が前記中空型アンプ１２、モータ１４、減速機１５を貫通して回転ハウジング２０の出力コネクタ２１に連結することであってもよい。

入力コネクタ１１は前記固定ハウジング１０の外観の一側に備えられるものであって、外部電源および電気的信号を受信する。

アンプ１２は前記固定ハウジングの内部に備えられ、前記入力コネクタ１１と接続するものであって、中空であり、外部電源を増幅してモータ１４および減速機１５に電源を供給する。

連結ケーブル１３は前記アンプ１２と出力コネクタ２１に連結するものであって、電源を伝達する回線と、電気的信号（モータ速度、トーク命令信号など）を伝達する回線とで構成される。

モータ１４は前記アンプ１２の一側に連結し、アンプ１２から電源および電気的信号の印加を受ける。また、減速機１５もアンプ１２から電源および電気的信号の印加を受けて前記モータ１４と連結する。ここで、前記アンプ１２とモータ１４と減速機１５は、中空の中心点が同じ水平上に位置する。

前記回転ハウジング２０は固定ハウジング１０に備えられ、減速機１５と連結したベアリング１８の内輪１８ｂと連結し、モータ１４と減速機１５によって回転し、入力された連結ケーブル１３の電源および電気的信号を外部に送出するように一側に出力コネクタ２１を備える。

ここで、前記ベアリング１８は、回転ハウジング２０の荷重およびモーメントを支持するためのベアリングであって、クロスローラベアリングやラジアルベアリングであってもよい。

一方、本発明は、固定ハウジング１０の一側と回転ハウジング２０の一側に連結ケーブル１３をガイドするガイド軸１６をさらに備えてもよい。これは、連結ケーブル１３がガイド軸１６に巻かれるようにすることによって連結ケーブル１３の長さを長く備え、回転ハウジング２０の回転数を増やすためである。

また、前記ガイド軸１６は、図８に示すように、外周面に螺旋（ｓｐｉｒａｌ）を形成し、前記ガイド軸１６の外周面とモータ１４および減速機１５の間に中空の円筒形ガード１７をさらに備えてもよい。これは、連結ケーブル１３を案内してモータ１４と減速機１５に干渉を起こさないようにするためである。

一方、前記モジュール１００の回転ハウジング２０の出力コネクタ２１に連結したケーブル２をもう一つのモジュール２００の外観となる固定ハウジング３０と回転ハウジング４０のうち、固定ハウジング３０の入力コネクタ３１に連結する過程を、必要に応じて所定の回数だけ反復して構成してもよい。これは、２自由度以上のロボットを構成するためのものであって、モジュール２つを備えて構成すれば２自由度のロボットを構成することができ、３つを備えて構成すれば３自由度のロボットを構成することができる。

同時に、本発明は、固定ハウジング１０のモータ１４の回転方向の中心点から水平となる回転ハウジング２０の一側に備えられた第２ベアリングの内輪２２ｂに出力コネクタ２１を備え、回転ハウジング２０の回転によって連結ケーブル１３が回転しないように構成してもよく、アンプ１２の中空側に２つのスリップリング１９を連結して入力コネクタ１１から印加された電源は、前記スリップリング１９を介して出力コネクタ２１に電源ケーブル１３ｂとして直接連結し、電気的信号は信号ケーブル１３ａとして前記のように出力コネクタ２１に連結する。これは、信号ケーブル１３ａの厚さを減少することができる効果がある。

以上、本発明の好ましい実施形態と関連して説明したが、本発明の技術分野に属する者は、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内に多様な変更および修正を容易に実施することができるであろう。したがって、開示された実施形態は、限定的な観点ではなく説明的な観点において考慮されなければならず、本発明の真正な範囲は、上述した説明ではなく特許請求の範囲に示されており、それと同等な範囲内にあるすべての差は、本発明に含まれるものであると解釈されなければならない。

１０： 固定ハウジング
２０： 回転ハウジング
１１： 入力コネクタ
２１： 出力コネクタ
１２： アンプ
１３： 連結ケーブル
１３ａ：信号ケーブル
１３ｂ：電源ケーブル
１４： モータ
１５： 減速機
１６： ガイド軸
１７： 円筒形ガード
１９： スリップリング

Claims (6)

1. 少なくとも２自由度（２ＤＯＦ：２ Ｄｅｇｒｅｅｓ ｏｆ Ｆｒｅｅｄｏｍ）以上のロボットに備えられるモジュールの構造であって、
   前記モジュールの外観となる固定ハウジングと、前記固定ハウジングに連結して回転する回転ハウジングと、
   前記固定ハウジングの外観の一側にケーブルの一端が接続する入力コネクタと、
   前記回転ハウジングの外側に前記ケーブルの他端が接続する出力コネクタと、
   前記固定ハウジングの内部に備えられ、前記入力コネクタと接続する中空のアンプ（ＡＭＰ）と、
   前記アンプの一側に連結する連結ケーブルと、
   前記固定ハウジングの内部で、前記アンプの一側に備えられ、前記アンプから電源および電気的信号が印可される中空型モータと、
   前記固定ハウジングの内部で、前記モータの一側に備えられ、前記アンプから電源および電気的信号が印可される中空型減速機と、を備え、
   前記モジュールの入力コネクタと出力コネクタの連結は固定ハウジングと回転ハウジングの内部を経てなされ、
   前記回転ハウジングは、前記固定ハウジングと連結し、前記固定ハウジングのモータと減速機によって回転し、入力された電源および電気的信号を外部に送出するように前記連結ケーブルを前記回転ハウジングの一側に備えられた出力コネクタに連結してなされ、
   前記回転ハウジングの出力コネクタの外側に連結したケーブルは、前記と同様な構造のもう一つのモジュールの外観となる固定ハウジングの外部を通して前記もう一つのモジュールの固定ハウジングの入力コネクタに連結し、前記回転ハウジングと前記もう一つのモジュールの固定ハウジングとが互いに固定した状態で共に回動でき、
   前記モジュールの回転ハウジングの出力コネクタに連結したケーブルを前記もう一つのモジュールの外観となる固定ハウジングの入力コネクタに連結する過程を、複数回反復して構成することを特徴とする、モジュール型ロボット駆動部の構造。
2. 前記２自由度以上のロボットモジュールの構造は、固定ハウジングの一側と回転ハウジングの一側に連結ケーブルをガイドするガイド軸をさらに備え、
   前記ガイド軸の外周面とモータおよび減速機の間に中空の円筒形ガードをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のモジュール型ロボット駆動部の構造。
3. 前記回転ハウジングと固定ハウジングの連結は、モータまたは減速機と連結した第１ベアリングの内輪でなされることを特徴とする、請求項１に記載のモジュール型ロボット駆動部の構造。
4. 前記アンプの一側に連結する信号連結ケーブルをさらに含み、
   前記信号連結ケーブルは電気的信号を外部に送出するように回転ハウジングの一側に備えられた出力コネクタに連結してなされ、
   前記出力コネクタは、固定ハウジングのモータの回転方向の中心点から水平となる回転ハウジングの一側の第２ベアリングの内輪に構成し、前記アンプの中空側に２つのスリップリングを備え、アンプに入力された電源をスリップリングに印加し、前記スリップリングと回転ハウジングの出力コネクタに電源ケーブルを直接連結することにより、電源は前記アンプから出力コネクタに直接連結することを特徴とする、請求項１に記載のモジュール型ロボット駆動部の構造。
5. 前記２自由度以上のロボットモジュールの構造は、固定ハウジングの一側と回転ハウジングの一側に信号連結ケーブルをガイドするガイド軸をさらに備え、
   前記ガイド軸の外周面とモータおよび減速機の間に中空の円筒形ガードをさらに備えることを特徴とする、請求項４に記載のモジュール型ロボット駆動部の構造。
6. 前記回転ハウジングと固定ハウジングの連結は、モータまたは減速機と連結した第１ベアリングの内輪でなされることを特徴とする、請求項４に記載のモジュール型ロボット駆動部の構造。

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