JP6408748B1 - フィギュア、駆動ユニット、動力機構、およびフィギュアシステム - Google Patents
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Abstract
Description
1.実施の形態(基本構造を有するフィギュアシステム)
(1)フィギュアシステムの基本構成例
(2)関節部の詳細な構成例
(3)フィギュアシステムの基本動作の例
(4)関節部の動作の例
(5)作用および効果
2.変形例
[1.フィギュアシステムの基本構成例]
図1は、本発明の一実施の形態としてのフィギュアシステムの全体構成を表す外観斜視図である。図2Aは、本実施の形態のフィギュアシステム全体の機構を説明するための説明図である。図2Bは、図1に示したフィギュアシステムの要部を説明するための説明図である。図3は、図1に示した駆動ユニットDU(後出)の内部機構を説明するためのブロック図である。図4Aは、図1に示したフィギュア2の外観および内部の骨格を表す模式図である。図4Bは、フィギュア2を斜め後方から眺めたときの外観を表す模式図である。図4Cは、フィギュア2の上部外観を拡大して表す模式図である。
続いて、関節部の構成の詳細について説明する。各関節部は、1または複数の可動機構5をそれぞれ含んでいる。
例えば首関節部31は3つの可動機構5を含んでいる(図4C参照)。具体的には、胴体上部20Aに対して鉛直方向の軸31J1を中心として回動する本体311により構成される可動機構と、本体311に対してフィギュア2の左右方向の軸31J2を中心として回動する回転部材312により構成される可動機構と、回転部材312に対してフィギュア2の前後方向の軸31J3を中心として回動する回転部材313により構成される可動機構との3つである。
また、例えば肩関節部32Lは2つの可動機構を含んでいる(図4C参照)。具体的には、胴体上部20Aに対して左右方向の軸32J1を中心として回動する回転部材321Lにより構成される可動機構と、回転部材321Lに対してフィギュア2の前後方向の軸32J2を中心として回動する回転部材322Lにより構成される可動機構との2つである。肩関節部32Lが含む2つの可動機構により、例えば軸32J1を中心として回転部材321Lが回動することにより、軸32J1を中心として左腕部22Lが前後方向(矢印Y321の方向)に回動することとなる。また、軸32J2を中心として回転部材322Lが回動することにより、左腕部22Lが上下方向(矢印Y322の方向)に回動することとなる。
次に、図7を参照して、左腕部22Lにおける肘関節部34Lおよび手関節部35Lを例に挙げて可動機構5とフレキシブルワイヤFWとの関係について説明する。図7は、駆動ユニットDUから肘関節部34Lおよび手関節部35Lへの動力伝達を行う仕組みを説明する概念図である。
本実施の形態のフィギュアシステムでは、CPU12の指令に基づいてフィギュア2の動作制御を行う。具体的には、記憶部14に格納された所定のプログラムにしたがって各関節部に対応する駆動モータDMへ信号を送信し、その駆動モータDMを起動し(電源オンの状態とし)、各関節部における可動機構の回転動作を実行させ、肢体を自在に動かすようにする。なお、電源オフ時における駆動モータDMを動かすのに要するトルクは、その駆動モータDMに対応する関節部に及ぶ重量によるトルクよりも大きいことが望ましい。電源をオフにした際のフィギュア2の姿勢を保持することができるからである。
ここで、図7などを参照して、肘関節部34Lおよび手関節部35Lを例に挙げて前腕222Lおよび手223Lの動作について説明する。前腕222Lは、肘関節部34Lの回転部材342Lが回転することにより動作する。すなわち、駆動モータDMの回転力を、駆動軸FW1およびフレキシブルワイヤFW2,FW3を介して可動機構5の出力軸54と接続された回転部材342Lへ伝達することにより、前腕222Lを動かすことができる。具体的には、CPU12からの信号に基づいて対応する駆動モータDMが駆動し、その駆動軸FW1が所定の方向へ回転すると、ワイヤカプラ対18,フレキシブルワイヤFW3,ワイヤカプラ対18およびフレキシブルワイヤFW2も同方向へ回転する。このため、対応するウォームギヤ51が例えば+R51方向へ回転し、これに係合する減速ギヤ52は+R52方向へ回転し、減速ギヤ52に係合する減速ギヤ53は+R53方向へ回転する。よって、回転部材342Lが出力軸54を中心として矢印+R342Lの方向へ回転(図7紙面において左回転)する。その結果、回転部材342Lに固定された前腕222Lが肘関節部34Lを支点として上腕221Lと平行に近づく方向(肘を伸ばす方向)へ回動することとなる。反対に、対応するウォームギヤ51が−R51方向へ回転するようにすれば、回転部材342Lが出力軸54を中心として矢印−R342Lの方向へ回転(図7紙面において右回転)する。その結果、回転部材342Lに固定された前腕222Lが肘関節部34Lを支点として上腕221Lに対して近づく方向(肘を曲げる方向)へ回動することとなる。なお、この肘関節部34Lおよび前腕222Lの動作に伴って、それよりも先端側に位置する手関節部35Lおよび手223Lが影響を受けることはほとんどない。フレキシブルワイヤFW2を収容するチューブ6Aや信号線SW2などを収容するチューブ7Bが、回転部材342Lの中心部を貫いて延設されているからである。
本実施の形態のフィギュアシステムでは、ベース1に収容される駆動ユニットDUに、フィギュア2を駆動するための駆動モータDMを設けるようにした。このため、フィギュア2そのものに駆動源を設ける必要がないので、フィギュア2の小型化や軽量化に適する。そのうえ、例えばスリムな体形を有するなど、審美性に優れたフィギュア2が実現される。フィギュア2の軽量化により、駆動に必要な駆動モータDMの出力を低く抑えることができるうえ、フィギュア2の大型化をした場合であっても低コスト化や転倒時の危険性の排除などの点でフィギュア2の軽量化は有利となる。また、フィギュア2を駆動するにあたり、駆動ユニットDUにおける駆動モータDMの回転力を、フレキシブルワイヤFWを介して各関節部へ伝達するようにしたので、フィギュア2の動作が安定し、高い動作再現性が得られる。そのうえ、エンコーダ55により可動機構5における出力軸54の動作量(回転角)が検出されるので、フィギュア2の動作が安定化および高精度化され、より高い動作再現性が期待できる。また、可撓性を有するフレキシブルワイヤFWの採用により、フィギュア2の動作上における高い自由度が得られ、多彩な動作が再現される。
以上、いくつかの実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば駆動源としては、ポリマーアクチュエータやソレノイドアクチュエータなどの他の簡易アクチュエータを用いることもできる。また、より大きな駆動力を必要とする関節部には、サーボモータにより直接駆動させてもよい。いずれにせよ、用途や使用に応じて異なる種類のアクチュエータを組み合わせて用いてもよい。
Claims (28)
- 回転力を発生するアクチュエータを各々有する複数の駆動ユニットと、
前記回転力により動作する可動体を各々含む複数の可動機構と、複数の前記可動体と接続された第1の端部を各々含む複数の回転力伝達部材とを有するフィギュアと、
前記可動体の動作量を検出する動作量検出部と
を備え、
複数の前記アクチュエータのうちの1つの前記アクチュエータが発生する前記回転力が、前記複数の回転力伝達部材のうちの1つの前記回転力伝達部材を介して複数の前記可動体のうちの対応する1の前記可動体に伝達される
フィギュアシステム。 - 前記フィギュアは複数の第1チューブを有し、
前記複数の回転力伝達部材は、前記複数の可動機構のうちの対応する前記可動機構ごとに前記複数の第1チューブのいずれかに収容されて延設されている
請求項1記載のフィギュアシステム。 - 前記複数の駆動ユニットは、それぞれ、前記動作量検出部からの情報に基づいて前記アクチュエータを制御することにより前記可動機構の動作を実行する制御部をさらに有する
請求項1または請求項2のいずれか1項に記載のフィギュアシステム。 - 複数の前記動作量検出部と前記制御部とをそれぞれ繋ぐ複数の信号線と、
複数の前記動作量検出部とそれぞれ接続された複数の電力線と
をさらに備えた
請求項3記載のフィギュアシステム。 - 前記複数の回転力伝達部材のうちの1以上の前記回転力伝達部材はフレキシブルワイヤであり、前記フレキシブルワイヤにおける長手方向の一部分が、前記フレキシブルワイヤの剛性よりも高い剛性を有する棒材に置換されている
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のフィギュアシステム。 - 前記フィギュアは、複数の骨部材と、複数の前記可動体をそれぞれ含んで前記複数の骨部材同士を互いに繋ぐ複数の関節部とをさらに有し、
前記複数の関節部は、それぞれ、回転軸を中心として回転すると共に前記回転軸と直交する断面における少なくとも一部が円弧状である回転部材を含む
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のフィギュアシステム。 - 前記複数の関節部は、それぞれ、前記複数の可動機構のうちの一の前記可動機構を有し、
前記一の可動機構は、1以上のギヤ機構を含む減速機を有する
請求項6記載のフィギュアシステム。 - 前記フィギュアは、複数の骨部材と、複数の前記可動体をそれぞれ含んで前記複数の骨部材同士を互いに繋ぐ複数の関節部と、をさらに有し、
前記複数の回転力伝達部材は、前記骨部材に沿って配設され、または前記骨部材の内部に挿通された第1部分と、前記関節部に沿って配設され、または前記関節部の内部に挿通された第2部分とを各々含み、
前記骨部材は、前記第1部分の端部に設けられた第1部分カプラを含み、
前記関節部は、前記第2部分の端部に設けられ、前記第1部分カプラと脱着可能に連結され、または脱着可能に構成された第2部分カプラを含み、
前記第1部分と前記第2部分との接続および離脱は、前記第1部分カプラと前記第2部分カプラとの脱着により行われるようになっている
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のフィギュアシステム。 - 前記複数の駆動ユニットは、それぞれ、前記アクチュエータからの前記回転力により回転する第1カプラを含む第1カプラユニットをさらに有し、
前記フィギュアは、前記複数の回転力伝達部材の第2の端部と各々接続されて前記複数の回転力伝達部材と共にそれぞれ回転可能に構成された複数の第2カプラを含む第2カプラユニットをさらに有し、
複数の前記第1カプラは、それぞれ、前記複数の第2カプラのうちの対応する1の前記第2カプラと脱着可能に連結され、または脱着可能に構成されている
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のフィギュアシステム。 - 中間部をさらに備え、
前記複数の駆動ユニットは、それぞれ、前記アクチュエータからの前記回転力により回転する第1カプラを含む第1カプラユニットをさらに有し、
前記フィギュアは、前記複数の回転力伝達部材の第2の端部と各々接続されて前記複数の回転力伝達部材と共にそれぞれ回転可能に構成された複数の第2カプラを含む第2カプラユニットをさらに有し、
前記中間部は、複数の前記第1カプラのうちの対応する1の前記第1カプラと各々脱着可能に連結され、または各々脱着可能に構成され、前記第1カプラと共に回転可能に構成された複数の第3カプラを含む第3カプラユニットと、前記複数の第2カプラのうちの対応する1の前記第2カプラと各々脱着可能に連結され、または各々脱着可能に構成され、前記第2カプラと共に回転可能に構成された複数の第4カプラを含む第4カプラユニットと、前記複数の第3カプラと前記複数の第4カプラとを各々繋ぎ、前記回転力を前記第3カプラから前記第4カプラへ各々伝達する複数の回転力伝達部材を有する
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のフィギュアシステム。 - 前記駆動ユニットは、前記複数のアクチュエータからの前記回転力によりそれぞれ回転する複数の第1カプラを含む第1カプラユニットをさらに有し、
前記フィギュアは、前記複数の回転力伝達部材の第2の端部と各々接続されて回転可能に構成された複数の第2カプラを含む第2カプラユニットをさらに有し、
前記複数の第1カプラは、それぞれ、前記複数の第2カプラのうちの対応する1の前記第2カプラと脱着可能に連結され、または脱着可能に構成されている
請求項8から請求項10のいずれか1項に記載のフィギュアシステム。 - 前記複数の第1カプラの回転軸方向と前記複数の第2カプラの回転軸方向とが全て実質的に一致している
請求項11記載のフィギュアシステム。 - 複数の信号線をさらに備え、
前記複数の駆動ユニットは、それぞれ、前記動作量検出部からの情報に基づいて前記アクチュエータを制御することにより前記可動機構の動作を実行する制御部をさらに有し、
前記複数の信号線は、複数の前記動作量検出部と前記制御部とをそれぞれ繋ぐものであり、
前記第1カプラユニットは複数の第1信号線カプラを含み、
前記第2カプラユニットは複数の第2信号線カプラを含み、
前記複数の信号線は、それぞれ、前記制御部と前記複数の第1信号線カプラのうちの対応する1の前記第1信号線カプラとを繋ぐ第1区間信号線部分と、前記動作量検出部と前記複数の第2信号線カプラのうちの対応する1の前記第2信号線カプラとを繋ぐ第2区間信号線部分とを有し、
前記複数の第1信号線カプラは、それぞれ、前記複数の第2信号線カプラのうちの対応する1の前記第2信号線カプラと脱着可能に連結され、または脱着可能に構成されている
請求項11または請求項12に記載のフィギュアシステム。 - 複数の前記動作量検出部とそれぞれ接続された複数の電力線をさらに備え、
前記複数の駆動ユニットは、それぞれ、前記動作量検出部からの情報に基づいて前記アクチュエータを制御することにより前記可動機構の動作を実行する制御部をさらに有し、
前記第1カプラユニットは複数の第1電力線カプラを含み、
前記第2カプラユニットは複数の第2電力線カプラを含み、
前記複数の電力線は、それぞれ、前記制御部と前記複数の第1電力線端子のうちの対応する1の前記第1電力線カプラとを繋ぐ第1区間電力線部分と、
前記動作量検出部と前記複数の第2電力線カプラのうちの対応する1の前記第2電力線カプラとを繋ぐ第2区間電力線部分とを有し、
前記複数の第1電力線カプラは、それぞれ、前記複数の第2電力線カプラのうちの1の前記第2電力線カプラと脱着可能に連結され、または脱着可能に構成されている
請求項11から請求項13のいずれか1項に記載のフィギュアシステム。 - 前記複数のアクチュエータは、それぞれ駆動軸を含み、
複数の前記駆動軸は、複数の前記第1カプラの各々と脱着可能に連結され、または脱着可能に構成されている
請求項9から請求項14のいずれか1項に記載のフィギュアシステム。 - 前記1つの回転力伝達部材は、前記駆動ユニットと、1つの前記回転力伝達部材に対応する1つの前記可動体との間に位置する他の前記可動体の中心部を貫いて延設されている
請求項1から請求項15のいずれか1項に記載のフィギュアシステム。 - 前記フィギュアは、複数の骨部材と、複数の前記可動体をそれぞれ含んで前記複数の骨部材同士を互いに繋ぐ複数の関節部と、をさらに有し、
前記複数の回転力伝達部材は、前記複数の骨部材に沿って配設され、または前記複数の骨部材の内部に挿通されている
請求項1から請求項16のいずれか1項に記載のフィギュアシステム。 - 回転力を発生するアクチュエータを各々有する複数の駆動ユニットと、
前記回転力により動作する可動体を含む可動機構と前記可動体と接続された一端を含む回転力伝達部材とを各々有する複数のモジュールが結合してなるフィギュアと、
前記可動体の動作量を検出する動作量検出部と
を備え、
複数の前記アクチュエータのうちの1つの前記アクチュエータが発生する前記回転力が、複数の前記回転力伝達部材のうちの1つの前記回転力伝達部材を介して複数の前記可動体のうちの対応する1の前記可動体に伝達される
フィギュアシステム。 - 前記可動機構が、前記動作量検出部を含む
請求項18記載のフィギュアシステム。 - 前記複数の駆動ユニットは、それぞれ、前記動作量検出部からの情報に基づいて前記アクチュエータを制御することにより前記可動機構の動作を実行する制御部をさらに有する
請求項19記載のフィギュアシステム。 - 回転力を発生するアクチュエータを有する駆動ユニットと、
前記回転力により動作する可動体を含む可動機構と、前記可動体と接続された一端を含む回転力伝達部材とを有するフィギュアと、
前記可動体の動作量を検出する動作量検出部と
を備え、
前記アクチュエータが発生する前記回転力が、前記回転力伝達部材を介して前記可動機構における前記可動体に伝達される
フィギュアシステム。 - 回転力を各々発生する複数のアクチュエータを含む駆動ユニットと脱着可能に構成されたカプラユニットと、
前記回転力により動作する可動体をそれぞれ含む複数の可動機構と、
複数の前記可動体と接続された一端をそれぞれ含む複数の回転力伝達部材と
を有し、
前記複数のアクチュエータのうちの1つの前記アクチュエータが発生する前記回転力が、前記複数の回転力伝達部材のうちの1つの前記回転力伝達部材を介して前記複数の可動機構のうちの対応する1の前記可動機構における前記可動体に伝達される
フィギュア。 - 回転力を発生するアクチュエータと、
前記アクチュエータからの前記回転力により回転する第1カプラと
を有し、
前記第1カプラは、前記回転力により動作する可動体を含む可動機構と、前記可動体と接続された一端を含む回転力伝達部材と、前記回転力伝達部材の他端とそれぞれ接続されて回転する第2カプラとを有するフィギュアの、前記第2カプラと脱着可能に構成されている
駆動ユニット。 - 回転力を発生するアクチュエータと、
前記回転力により動作する可動体と、
前記可動体の動作量を検出する動作量検出部と、
前記アクチュエータと前記可動体とを繋ぎ、前記アクチュエータが発生する前記回転力を前記可動体に伝達する回転力伝達部材と、
前記アクチュエータからの前記回転力により回転する第1カプラと、
前記回転力伝達部材と共に回転可能に構成された第2カプラとを有し、
前記回転力伝達部材は、前記可動体と接続された第1の端部と、前記第2カプラと接続された第2の端部とを含み、
前記第1カプラは、前記第2カプラと脱着可能に連結され、または脱着可能に構成されている
動力機構。 - 前記動作量検出部からの情報に基づいて前記アクチュエータを駆動することにより前記可動体の動作を制御する制御部をさらに有する
請求項24記載の動力機構。 - 互いに結合された複数のモジュールと、
回転力を各々発生する複数のアクチュエータを含む駆動ユニットと接続可能な脱着部と、
前記複数のアクチュエータのうちの一の前記アクチュエータが発生する回転力により動作する可動体の動作量を検出する動作量検出部と
を備え、
前記複数のモジュールは、それぞれ、
前記可動体と、
前記一のアクチュエータと前記可動体とを繋ぎ、前記一のアクチュエータが発生する前記回転力を前記可動体に伝達する回転力伝達部材と、
前記一のアクチュエータからの前記回転力により回転する第1カプラと、
前記回転力伝達部材と共に回転可能に構成された第2カプラと
を有し、
前記回転力伝達部材は、前記可動体と接続された第1の端部と、前記第2カプラと接続された第2の端部とを含み、
前記第1カプラは、前記第2カプラと脱着可能に連結され、または脱着可能に構成されている
動力機構。 - 複数の骨部材と、複数の前記可動体をそれぞれ含んで前記複数の骨部材同士を互いに繋ぐ複数の関節部と、をさらに有する
請求項24から請求項26のいずれか1項に記載の動力機構。 - 前記複数の関節部は、それぞれ、回転軸を中心として回転すると共に前記回転軸と直交する断面における少なくとも一部が円弧状である回転部材を含む
請求項27に記載の動力機構。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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