JP6513960B2 - ロボット - Google Patents

Description

本発明は、基体に蓄電ユニットを内蔵したロボットに関する。

従来、胴体であり、蓄電ユニットが内蔵された基体と、基体の上部に設けられた頭部と、基体の上部左右両側から延設された左右の腕体と、基体の下部から下方に延設された左右の脚体とを備えたロボットがある。

この種のロボットとして、基体が、上部基体、上部基体の下方に配置された下部基体、及び上部基体と下部基体との間に配置され、上部基体と下部基体とを相対的に回動可能に連結する連結機構を備えたものが知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。

特許文献１に記載のロボットでは、連結機構によって、上部基体が、下部基体に対してヨー軸周り及びピッチ軸周りに回動可能に連結されている。この連結機構では、ピッチ軸が、基体の前後方向の中心近傍に位置し、そのヨー軸が、ピッチ軸の中心に位置するようになっている。

また、特許文献２に記載のロボットでは、特許文献１に記載のロボットと同様の連結機構を備えたロボットが記載されている。このロボットでは、蓄電ユニットが連結機構を左右から挟み込むようにして下部基体に配置されている。

特許第４６６２７０５号公報 特許第４７７６１５８号公報

上記の従来のロボットのように、ピッチ軸の位置を基体の前後方向の中心近傍に位置させたり、又は、下部基体に蓄電ユニットの配置スペースを確保するために下部基体を大きくしたりすると、上部基体の回動が下部基体に阻害されて、上部基体の下部基体に対するピッチ軸周りの回動可能範囲が小さくなってしまうという問題があった。

そこで、連結機構や蓄電ユニットを上部基体の回動を阻害しない位置に配置することが考えられる。しかし、連結機構や蓄電ユニットは、ロボットの構成部品としては比較的重量が大きい部品であるので、配置位置によってはロボットの重心のバランスが悪化し、それを回避するために移動時の制御が複雑化したり、各構成部材への負担が増加したりするおそれがあった。

また、重心のバランスを悪化させないためには、重量の大きい蓄電ユニットを基体の中心に近い位置に配置することが好ましい。しかし、そのような位置は、基体の内部となるので、蓄電ユニットを冷却しにくくなるおそれがあった。

さらに、そのような位置に蓄電ユニットを配置するとともに、基体内の蓄電ユニットや制御回路を基体の内部に周囲から取り込んだ空気を通過させて冷却する構造が考えられる。そのような構造は、冷却装置を別途設けなくて良いので、装置の大型化や重量の増加は回避される。しかし、基体の周囲の空気に多量の水分が含まれている場合や、空気が通過する通路に水が流れ込んだ場合等には、内部機器に故障が生じてしまうおそれがあった。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、下部基体に対する上部基体の回動範囲が大きく、重心のバランスが良好であり、高い防水性と十分な冷却機能を有するロボットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のロボットは、密閉された内部空間を有する上部基体、上部基体の下方に配置された下部基体、上部基体と下部基体とを相対的に回動可能に連結する連結機構、上部基体に内蔵された蓄電ユニット及び制御回路、並びに、上部基体に設けられ、外部から流入した空気を通すダクトを備え、蓄電ユニットは、複数のバッテリセルと、バッテリセルを互いに間隔を存して固定するとともに、バッテリセルの間に流入する空気を拡散させる固定部材とを有し、上部基体の内部の後方側に配置され、ダクトは、上部基体の内部で、制御回路に隣接するように配置され、連結機構は、上部基体を下部基体に対してピッチ軸周りに回動可能に連結する第１連結機構と、上部基体を下部基体に対してヨー軸周りに回動可能に連結する第２連結機構とを有し、ピッチ軸は、上下方向では、上部基体と下部基体との間に位置するとともに、前後方向では、上部基体及び下部基体の前方側に位置し、ヨー軸は、左右方向では、下部基体の中央部に位置するとともに、前後方向では、第１連結機構と蓄電ユニットとの中央部に位置し、上部基体は、内部空間のうちの蓄電ユニットの配置スペースにのみ外部の空気が流入するように構成されていることを特徴とする。

このように、本発明のロボットでは、ピッチ軸周りの回動のための第１連結機構を基体の前方側に配置するとともに、蓄電ユニットを下部基体に配置していない（すなわち、下部基体が小型である）ので、上部基体の回動が下部基体に阻害されにくく、従来のロボットよりも、上部基体の下部基体に対するピッチ軸周りの回動可能範囲が大きくなっている。

また、ロボットの構成部材のうちで比較的重量の大きい第１連結機構を基体の前方側に配置したことに対応して、重量の大きい蓄電ユニットを基体の内部の後方側に配置し、それらの中央部にヨー軸周りの回動のための第２連結機構が位置する構成としている。さらに、基体の内部の制御回路を冷却するための機構として、水冷機構等に比べ比較的重量の小さいダクトを用いた冷却機構を採用している。

そのため、前後方向における基体の重心のバランスは良好なものになっている。具体的には、ヨー軸周りに回動を行ったときに、各構成部材において生じる慣性モーメントによる影響を小さくすることができる。

また、蓄電ユニット用制御回路が配置された内部空間は外部に対して密閉されており、ダクトの内部もその内部空間に対して密閉されている。そのため、このダクトを用いた冷却は、冷却対象を直接空気に触れさせる冷却とは異なり、ダクト内に水が入っても、その水はダクト外の内部機器と接触することがなく、防水性が確保される。
また、蓄電ユニットは多少の水に触れても問題はない。そこで、蓄電ユニットを直接空気に触れさせて冷却するようにしてもよい。その場合には、蓄電ユニットの各バッテリセルを間隔を存して配置するとともに、その間に流れる空気を拡散させるようにすれば、効率よく蓄電ユニットの冷却を行うことができる。

したがって、本発明のロボットは、下部基体に対する上部基体の回動範囲が大きく、重心のバランスが良好であり、高い防水性と十分な冷却機能を有するものとなっている。

また、本発明のロボットにおいては、制御回路は、相対的に発熱量の高い第１回路部と、相対的に発熱量の低い第２回路部とを含み、上部基体又は下部基体に設けられ、周囲の環境を認識するための環境認識ユニットと、上部基体の内部に配置され、環境認識ユニットの動作を制御する環境認識ユニット用制御回路とを有する環境認識装置を備え、ダクトは、第１回路部に隣接するように配置された上流側ダクト部と、上流側ダクト部の下流側に設けられ、第２回路部に隣接するように配置された下流側ダクト部とを有していることが好ましい。

制御回路が複数の回路部によって構成されている場合には、冷却性能の高い上流側の上流側ダクト部で発熱量の高い回路部を冷却するとともに、下流側の下流側ダクト部で発熱量の低い回路部を冷却するようにすれば、ダクトを複数設ける必要がなくなるので、ロボット全体を大型化させることなく、効率良く冷却を行うことができるようになる。

また、本発明のロボットにおいては、上部基体の内部における蓄電ユニットの下方に、制御回路が配置されていることが好ましい。さらに、蓄電ユニットの下方に制御回路を配置する場合には、その制御回路は、全体の制御を行う主制御回路であることが好ましい。

基体が上部基体と下部基体とに分かれ、上部基体が下部基体に対してピッチ軸周りに回動する構成の場合、上部基体の内部の下方（すなわち、蓄電ユニットの下方）が、外部環境に接触する可能性が最も低い。そこで、その位置に、少なくとも１つの制御回路を配置することが好ましい。

また、本発明のロボットにおいては、複数の可動リンクと、各々の可動リンクを上部基体又は下部基体に対して回動可能に連結する複数の関節機構とを備え、複数の可動リンクは、上部基体に左右一対に設けられた腕リンクと、下部基体に左右一対に設けられた脚リンクを含み、脚リンク又は腕リンクのみによる二足歩行モードと、脚リンク及び腕リンクによる四足歩行モードとを切り替え可能であるように構成してもよい。

上記のように構成したロボットでは、従来のロボットよりも、上部基体が下部基体に対して大きく回動可能となっているので、二足歩行モードと四足歩行モードとを切り替え可能なロボットに適用しやすい。

また、本発明のロボットにおいては、二足歩行モードと四足歩行モードとを切り替え可能なロボットである場合には、蓄電ユニットは、上部基体の背面から挿抜可能であることが好ましい。

このように、蓄電ユニットをロボットの背面から挿抜可能に構成すれば、ロボットが二足歩行モードと四足歩行モードのいずれのモードであっても、容易に蓄電ユニットを交換することができるようになる。

本発明の実施形態に係るロボットの構成を模式的に示す正面図。 図１のロボットの関節機構の自由度を模式的に示す斜視図。 図１のロボットの二足歩行モードで移動している状態を示す側面図。 図１のロボットの四足歩行モードで移動している状態を示す側面図。 図１のロボットの肩関節機構及び腕体の構造を示す斜視図。 図１のロボットの基体の構成を示す正面図であり、６Ａは基準姿勢の状態、６Ｂは上部基体を下部基体に対してヨー軸周りに回動させた状態を示す。 図１のロボットの基体の構成を示す側面図であり、７Ａは基準姿勢の状態、７Ｂは上部基体を下部基体に対してピッチ軸周りに回動させた状態を示す。 図１のロボットの一部を断面として示す側面図。 図１のロボットの蓄電装置の蓄電ユニットの構造を示す斜視図。 図１のロボットの蓄電ユニットのバッテリセル及び固定部材の一部の形状を示す断面図。

以下、図面を参照して、本発明に係るロボットの実施形態を説明する。本実施形態のロボット１は、人型のロボットであり、二足歩行モードと四足歩行モードとを切り替えて移動可能に構成されたものである。

ただし、本発明におけるロボットは、このように構成された人型のロボットに限定されるものではなく、その他の工業用ロボット等、上部基体と、下部基体と、それらを回動可能に連結する連結機構とを備えたロボットであれば、本実施形態のロボット１とは異なる形態のロボットも含まれるものである。

まず、図１を参照して、本実施形態のロボット１の構成を説明する。

ロボット１の胴体は、上部基体１０と、上部基体１０の下方に配置された下部基体１１と、上部基体１０と下部基体１１との間に設けられた腰関節機構１２とで構成されている。上部基体１０と下部基体１１とは、人間の腰関節に対応する腰関節機構１２（連結機構）を介して、相対的に回動可能に連結されている。

ロボット１の頭部は、周囲の環境を認識するための環境認識装置２０の環境認識ユニット２０ａである。環境認識ユニット２０ａに搭載されている外部環境を撮像するためのカメラや外部環境までの距離を認識するためのセンサは、上部基体１０の内部に配置された環境認識ユニット用制御回路２０ｂ（第１回路部）によって制御されている。環境認識ユニット２０ａは、人間の首関節に対応する首関節機構２１を介して、上部基体１０に対して回動可能に連結されている。

なお、本実施形態のロボット１が人型のロボットであるので、人間の頭部に対応する環境認識ユニット２０ａを上部基体１０の上方に設けている。しかし、本発明のロボットの環境認識ユニットは、このような構成に限定されるものではなく、ロボットの使用環境等に応じて、上部基体の上部以外の位置（例えば、上部基体の前方や下部基体等）に設けてもよい。

ロボット１の左右の腕体は、上部基体１０の上部左右両側から延設された一対の腕リンク３０（可動リンク）である。各々の腕リンク３０は、人間の肩関節に対応する肩関節機構３１を介して、上部基体１０に対して回動可能に連結されている。

腕リンク３０は、人間の上腕に対応する第１腕リンク部３０ａと、人間の前腕に対応する第２腕リンク部３０ｂと、人間の肘関節に対応する肘関節機構３０ｃとで構成されている。第１腕リンク部３０ａは、肩関節機構３１を介して、上部基体１０に対して回動可能に連結されている。第２腕リンク部３０ｂは、肘関節機構３０ｃを介して、第１腕リンク部３０ａに対して回動可能に連結されている。第２腕リンク部３０ｂの先端には、人間の手に対応するハンド部４０が連結されている。

なお、本実施形態のロボット１では、腕体である腕リンク３０を、第１腕リンク部３０ａと、第２腕リンク部３０ｂと、肘関節機構３０ｃとで構成している。しかし、本発明のロボットの腕体は、このような構成に限定されるものではなく、単一のリンク部を有するものであってもよいし、３つ以上のリンク部及び各リンク部を連結する複数の関節部を有するものであってもよい。

ハンド部４０は、エンドエフェクタの一例である。このハンド部４０は、人間の手首関節に対応する手首関節機構４１を介して、腕リンク３０の第２腕リンク部３０ｂに対して回動可能に連結されている。本実施形態のロボット１では、ハンド部４０と腕リンク３０とで、マニピュレータとしてのロボットアームが構成されている。

ロボット１の左右の脚体は、下部基体１１の下部から下方に延設された左右一対の脚リンク５０である。各々の脚リンク５０は、人間の股関節に対応する股関節機構５１を介して、下部基体１１に対して回動可能に連結されている。

脚リンク５０（可動リンク）は、人間の大腿に対応する第１脚リンク部５０ａと、人間の下腿に対応する第２脚リンク部５０ｂと、人間の膝関節に対応する膝関節機構５０ｃとで構成されている。第１脚リンク部５０ａは、股関節機構５１を介して、下部基体１１に対して回動可能に連結されている。第２脚リンク部５０ｂは、膝関節機構５０ｃを介して、第１脚リンク部５０ａに対して回動可能に連結されている。第２脚リンク部５０ｂの先端には、人間の足に対応する足平部６０が連結されている。

なお、本実施形態のロボット１では、脚体である脚リンク５０を、第１脚リンク部５０ａと、第２脚リンク部５０ｂと、膝関節機構５０ｃとで構成している。しかし、本発明のロボットの脚体は、このような構成に限定されるものではなく、単一のリンク部を有するものであってもよいし、３つ以上のリンク部及び各リンク部を連結する複数の関節部を有するものであってもよい。

足平部６０は、人間の足首関節に対応する足首関節機構６１を介して、脚リンク５０の第２脚リンク部５０ｂに対して、回動可能に連結されている。

次に、図２を参照して、本実施形態のロボット１の関節機構の自由度について説明する。

なお、本実施形態の説明では、各関節機構が各部材を回動させる方向は、特にことわらない限り、いずれの関節機構も連結された部材を回動させていない姿勢（以下、「基準姿勢」という。）を基準として説明する。本実施形態のロボット１の場合、基準姿勢は、ロボット１が起立した状態（上部基体１０、下部基体１１、各腕リンク３０及び各脚リンク５０をほぼ鉛直方向に伸ばした状態）となる。

また、本実施形態の説明では、ヨー軸、ピッチ軸、ロール軸は、それぞれ図２に示すように、ロボット１が基準姿勢のときにおけるロボット１の鉛直方向の軸（Ｚ軸）、左右方向の軸（Ｙ軸）、前後方向の軸（Ｘ軸）を意味する。この場合、ヨー軸は、上部基体１０及び下部基体１１の体幹軸である。

腰関節機構１２は、上部基体１０の下方に配置された第１腰関節機構１２ａ（第１連結機構）と、第１腰関節機構１２ａと下部基体１１との間に配置された第２腰関節機構１２ｂ（第２連結機構）とで構成されている。

第１腰関節機構１２ａは、上部基体１０を、下部基体１１及び第２腰関節機構１２ｂに対してピッチ軸周りに回動可能に連結している。第２腰関節機構１２ｂは、上部基体１０及び第１腰関節機構１２ａを、下部基体１１に対してヨー軸周りに回動可能に連結している。

首関節機構２１は、環境認識ユニット２０ａを、上部基体１０に対してピッチ軸周りに回動可能に連結している。

腕リンク３０の肘関節機構３０ｃは、人間の前腕に対応する第２腕リンク部３０ｂを、人間の上腕に対応する第１腕リンク部３０ａに対してピッチ軸周りに回動可能に連結している。

肩関節機構３１は、上部基体１０の鉛直方向の幅及び水平方向の幅の範囲内に位置するように配置された第１肩関節機構３１ａと、第１肩関節機構３１ａの側方であって上部基体１０の外側に配置された第２肩関節機構３１ｂと、第２肩関節機構３１ｂ及び腕リンク３０の第１腕リンク部３０ａの間に配置された第３肩関節機構３１ｃとで構成されている。

ここで、基体の「幅」とは、鉛直方向では、通常使用される状態において、基体の最も高い位置から最も低い位置までの間を指す。同様に、水平方向では、通常使用される状態において、基体の最も前方となる位置から最も後方となる位置までの間、又は、最も右側となる位置から最も左側となる位置までの間を指す。

第１肩関節機構３１ａは、第２肩関節機構３１ｂを、上部基体１０に対してヨー軸周りに回動可能に連結している。第２肩関節機構３１ｂは、第３肩関節機構３１ｃを、第１肩関節機構３１ａに対してピッチ軸周り及びロール軸周りに回動可能に連結している。第３肩関節機構３１ｃは、腕リンク３０を、第２肩関節機構３１ｂに対してヨー軸周りに回動可能に連結している。

手首関節機構４１は、腕リンク３０の第２腕リンク部３０ｂのハンド部４０側に配置された第１手首関節機構４１ａと、第１手首関節機構４１ａのハンド部４０の間に配置された第２手首関節機構４１ｂとで構成されている。

第１手首関節機構４１ａは、第２手首関節機構４１ｂを、第２腕リンク部３０ｂに対してヨー軸周りに回動可能に連結している。第２手首関節機構４１ｂは、ハンド部４０を、第１手首関節機構４１ａに対してロール軸周り及びピッチ軸周りに回動可能に連結している。

脚リンク５０の膝関節機構５０ｃは、人間の下肢に対応する第２脚リンク部５０ｂを、人間の大腿に対応する第１脚リンク部５０ａに対してピッチ軸周りに回動可能に連結している。

股関節機構５１は、下部基体１１の下方に配置された第１股関節機構５１ａと、第１股関節機構５１ａの脚リンク５０側に配置された第２股関節機構５１ｂとで構成されている。

第１股関節機構５１ａは、第２股関節機構５１ｂを、下部基体１１に対してヨー軸周りに回動可能に連結している。第２股関節機構５１ｂは、脚リンク５０を、第１股関節機構５１ａに対してピッチ軸周り及びロール軸周りに回動可能に連結している。

足首関節機構６１は、足平部６０を、第２脚リンク部５０ｂに対してピッチ軸周り及びロール軸周りに回動可能に連結している。

なお、本発明のロボットにおける首関節機構、肩関節機構、肘関節機構、手首関節機構、膝関節機構、股関節機構、足首関節機構の構成は、上記の構成に限定されるものではなく、ロボットの用途やロボット内の関節の配置スペースに応じて、適宜変更してよい。例えば、いずれかの関節機構を省略してもよいし、上記以外の関節機構を追加してもよい。

次に、図３及び図４を参照して、本実施形態のロボット１の２つの歩行モードについて説明する。なお、図３においては、理解を容易にするために、腕リンク３０を図示省略している。

なお、本実施形態の説明において、ハンド部４０又は足平部６０を「接地させる」とは、ハンド部４０又は足平部６０がロボット１に作用する力に抗する接触反力を受けるように、ハンド部４０又は足平部６０を外部環境に接触させることを意味する。

図３に示すように、二足歩行モードでは、一対の脚リンク５０の一方の先端の足平部６０を地面Ａに接地させた状態（その一方の脚リンク５０を支持脚とした状態）で、他方の脚リンク５０の先端の足平部６０を空中移動させ、さらに接地させること（その他方の脚リンク５０を遊脚として動作させること）が繰り返される。この場合、脚リンク５０のそれぞれの遊脚としての動作は、交互に行われる。また、図示省略した腕リンク３０は、非接地状態となっている。

図４に示すように、四足歩行モードでは、腕リンク３０の先端のハンド部４０及び脚リンク５０の先端の足平部６０のうちの２つ又は３つを地面Ａに接地させた状態（その２つ又は３つの腕リンク３０及び脚リンク５０を支持脚とした状態）で、残りの２つ又は１つのハンド部４０又は足平部６０を空中移動させ、さらに接地させること（その残りの２つ又は１つの腕リンク３０又は脚リンク５０を遊脚として動作させること）が繰り返される。この場合、遊脚として動作させる腕リンク３０又は脚リンク５０は、所定の規則で周期的に切り替えられる。

ただし、四足歩行モードの動作は、上記の動作に限定されるものではない。例えば、腕リンク３０の先端のハンド部４０及び脚リンク５０の先端の足平部６０のうちの１つを地面Ａに接地させた状態（その１つのハンド部４０又は足平部６０を支持脚とした状態）で、残りの３つのハンド部４０及び足平部６０を空中移動させ、さらに接地させること（その残りの３つのハンド部４０又は足平部６０を遊脚として動作させること）を繰り返すようにすることも可能である。

また、腕リンク３０の先端のハンド部４０及び脚リンク５０の先端の足平部６０を一斉に空中に移動させて（すなわち、ロボット１をジャンプさせて）、さらに接地させることを繰り返すようにすることも可能である。

次に、図５〜図８を参照して、本実施形態のロボット１の上部基体１０、下部基体１１及び連結機構１２の構成について詳細に説明する。なお、図５においては、理解を容易にするために、上部基体１０は人間の胸部に対応する部分のみを示し、腕リンク３０及びハンド部４０は右側のものだけを示している。また、図６〜図８においては、理解を容易にするために、上部基体１０、下部基体１１及び連結機構１２以外のロボット１の構成部材については図示省略している。

まず、図５〜図７を参照して、ロボット１の上部基体１０、下部基体１１及び連結機構１２の構造について詳細に説明する。

図５に示すように、腕リンク３０を上部基体１０に対してヨー軸周りに回動可能としている第１肩関節機構３１ａは、腕リンク３０のヨー軸周りの回動の支点Ｐが上部基体１０の鉛直方向（Ｚ軸方向）及び水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）で上部基体１０の幅の範囲内に位置するように構成されている。すなわち、ロボット１は、肩関節機構３１の一部である第１肩関節機構３１ａが上部基体１０の幅の範囲内にしている。

図６に示すように、ロボット１の上部基体１０とその下方に配置された下部基体１１とは、腰関節機構１２によって、相対的に回動可能に連結されている。上部基体１０は、その内部に蓄電装置７０が配置されている。

腰関節機構１２は、ピッチ軸（Ｙ軸）周りの回動の中心軸線ＡＬ１が通り、上部基体１０の下部に連結された第１腰関節機構１２ａと、ヨー軸（Ｚ軸）周りの回動の中心軸線ＡＬ２が通り、第１腰関節機構１２ａの下部と下部基体１１の上部に連結された第２腰関節機構１２ｂとで構成されている。

図７に示すように、第１腰関節機構１２ａにおける回動の中心軸線ＡＬ１は、上下方向（Ｚ軸方向）では、上部基体１０と下部基体１１との間に位置している。前後方向（Ｘ軸方向）では、上部基体１０及び下部基体１１の前方側に位置している。

上部基体１０は、中心軸線ＡＬ１を中心として、基準姿勢の状態（図７Ａに示す状態）からロボット１の前方側に傾斜した状態（図７Ｂに示す状態）となるように、下部基体１１に対してピッチ軸（Ｙ軸）周りに回動可能となっている。

また、図６に示すように、第２腰関節機構１２ｂにおける回動の中心軸線ＡＬ２は、左右方向（Ｙ軸方向）では、下部基体の中央部に位置している。前後方向（Ｘ軸方向）では、上部基体１０の中央部（すなわち、ピッチ軸周りの回動の中心軸線ＡＬ１と蓄電ユニット７１の重心Ｇとの中央部）に位置している。

上部基体１０は、中心軸線ＡＬ２を中心として、基準姿勢の状態（図６Ａに示す状態）から上部基体１０を側方に向けた状態（図６Ｂに示す状態）となるように、下部基体１１に対してヨー軸（Ｚ軸）周りに回動可能となっている。

蓄電装置７０は、上部基体１０の内部に配置された蓄電ユニット７１と蓄電ユニット用制御回路７２（第２回路部）とで構成されている。

蓄電ユニット７１は、上下方向（Ｚ軸方向）では、上部基体１０の肩関節機構３１を配置するための凹部１０ａの下方に位置している。前後方向（Ｘ軸方向）では、上部基体１０の後方側に位置している。蓄電ユニット７１は、上部基体１０に対して上部基体１０の背面から挿抜可能となっている。そのため、ロボット１では、ロボット１が二足歩行モードと四足歩行モードのいずれのモードであっても、容易に蓄電ユニット７１を交換することができる。

このように、本実施形態のロボット１では、腰関節機構１２の一部であり、ピッチ軸（Ｙ軸）周りの回動のための第１腰関節機構１２ａを上部基体１０の前方側に配置している。また、蓄電装置７０を下部基体１１に配置していない（すなわち、下部基体１１の大型化が防止されている）ので、上部基体１０のピッチ軸（Ｙ軸）周りの回動が下部基体１１に阻害されにくく、従来のロボットよりも、上部基体１０の下部基体１１に対するピッチ軸周りの回動可能範囲が大きくなっている。

また、第１腰関節機構１２ａを上部基体１０の前方側に配置したことに対応して、重量の大きい蓄電装置７０の蓄電ユニット７１を上部基体１０の内部の後方側に配置し、ピッチ軸周りの回動の中心軸線ＡＬ１と蓄電ユニット７１の重心Ｇとの中央部にヨー軸（Ｚ軸）周りの回動のための第２腰関節機構１２ｂが位置する構成としているので、前後方向（Ｘ軸方向）における基体の重心のバランスは良好なものになっている。

ところで、上記のように構成された上部基体１０は、その内部に蓄電装置７０の蓄電ユニット用制御回路７２や環境認識ユニット用制御回路２０ｂが配置されているので、それらを十分に冷却する必要がある。その一方で、十分な防水性を確保する必要がある。

以下においては、図８〜図１０を参照して、ロボット１の上部基体１０の冷却装置について詳細に説明する。

図８に示すように、上部基体１０の内部には、肩関節機構３１を配置するための凹部１０ａの後方側に、環境認識装置２０の環境認識ユニット２０ａ（図１参照。）を制御するための環境認識ユニット用制御回路２０ｂが配置されている。

また、上部基体１０の内部には、上下方向（Ｚ軸方向）では、上部基体１０の肩関節機構３１を配置するための凹部１０ａの下方で、前後方向（Ｘ軸方向）では、上部基体１０の後方側の位置に、蓄電装置７０の蓄電ユニット７１が配置されている。蓄電ユニット７１の前方側には、蓄電ユニット７１を制御するための蓄電ユニット用制御回路７２が配置されている。

これらの環境認識ユニット用制御回路２０ｂと蓄電ユニット用制御回路７２は、ロボット１の外部から上部基体１０の内部に設けられた第１ダクト１０ｃ（上流側ダクト部）に導入され、その後、第２ダクト１０ｄ及び第３ダクト１０ｅ（下流側ダクト部）を通り、上部基体１０の前面の下方部に形成されたスリット１０ｂから排出される空気によって、間接的に冷却される。

第１ダクト１０ｃは、環境認識ユニット用制御回路２０ｂに隣接するようにして、環境認識ユニット用制御回路２０ｂの後方側に、上下方向（Ｚ軸方向）に空気が流れるように設けられている。その流入側の開口部は、上部基体１０の上方側となっており、第１ダクト１０ｃには、上部基体１０の上方から空気が導入される。

第２ダクト１０ｄは、蓄電ユニット７１の上面に隣接するようにして、上部基体１０の凹部１０ａの下方に、配置され、水平方向（Ｘ軸方向）に空気が流れるように設けられている。その流入側の開口部は、第１ダクト１０ｃの排出側の開口部と連設されている。また、第２ダクト１０ｄの中央部には、ファン８０ａが配置されている。

第３ダクト１０ｅは、蓄電ユニット７１の前方側に配置された蓄電ユニット用制御回路７２に隣接するようにして、その蓄電ユニット用制御回路７２の前方側に、上下方向（Ｚ軸方向）に空気が流れるように設けられている。その流入側の開口部は、第２ダクト１０ｄの排出側の開口部と連設されている。その排出側の開口部から排出された空気は、上部基体１０の前面の下方部に設けられたスリット１０ｂ（図６参照。）から上部基体１０の外部へ排出される。

本実施形態のロボット１では、このような第１ダクト１０ｃ、第２ダクト１０ｄ及び第３ダクト１０ｅを備えているので、環境認識ユニット用制御回路２０ｂや蓄電ユニット用制御回路７２は、これらに隣接するように設けられたダクトを通る空気によって冷却される。

また、この環境認識ユニット用制御回路２０ｂ及び蓄電ユニット用制御回路７２が配置された内部空間は上部基体１０の外部に対して密閉されており、第１ダクト１０ｃ、第２ダクト１０ｄ及び第３ダクト１０ｅの内部もその内部空間に対して密閉されている。そのため、このダクトを用いた冷却は、冷却対象を直接空気に触れさせる冷却とは異なり、ダクト内に水が入っても、その水はダクト外の内部機器と接触することがなく、防水性が確保される。

また、環境認識ユニット用制御回路２０ｂは蓄電ユニット用制御回路７２よりも発熱量が大きいが、環境認識ユニット用制御回路２０ｂは、ダクトの上流側（すなわち、第１ダクト１０ｃ）に隣接するように配置されているので、効率良く冷却が行われる。

上部基体１０の内部の蓄電ユニット７１の下方には、ロボット１全体の制御を行う主制御回路９０が配置されている。これは、本実施形態のロボット１では、上部基体１０の内部の下方（すなわち、蓄電ユニット７１の下方）が、二足歩行モードであっても四足歩行モードであっても、上部基体１０及び下部基体１１の中で、外部環境に接触する可能性が最も低いためである。

この主制御回路９０は、上部基体１０の内部に設けられた第４ダクト１０ｆ（主制御回路冷却用ダクト）を通る空気と、主制御回路９０の下面に取り付けられたファン８０ｂに導かれる空気によって冷却される。

第４ダクト１０ｆは、主制御回路９０に隣接するようにして、主制御回路９０の上方側に、水平方向（Ｘ軸方向）に空気が流れるように設けられている。その流入側の開口部は、上部基体１０と第１腰関節機構１２ａとの間で下方を向いている。また、流入側の開口部には、ファン８０ｃが配置されている。その排出側の開口部は、上部基体１０の後方側の下方部に位置している。

主制御回路９０が配置された内部空間は、第４ダクト１０ｆに対して密閉されており、主制御回路９０が配置された内部空間に、第４ダクト１０ｆを通る空気が浸入することはない。

本実施形態のロボット１では、このような第４ダクト１０ｆ及びファン８０ｂを用いて主制御回路９０の冷却を行っているので（すなわち、他の内部機器を冷却するダクトとは独立したダクト冷却を行っているので）、他の内部機器よりも高い防水性が要求される主制御回路９０に対しても、十分な冷却性能とともに十分な防水性能を実現している。

また、蓄電装置７０の蓄電ユニット７１は、第２ダクト１０ｄ及び第３ダクト１０ｅによる間接的な空冷の他、直接的な空冷によっても冷却される。

上部基体１０は、蓄電ユニット７１と蓄電ユニット用制御回路７２との間に、上下方向（Ｚ軸方向）に空気が流れる第５ダクト１０ｇが設けられている。その流入側の開口部は、上部基体１０と第１腰関節機構１２ａとの間で下方を向いている。その排出側の開口部は、蓄電ユニット７１の前方側に位置している。

この第５ダクト１０ｇによって、蓄電ユニット７１の配置スペースに導入された空気は、蓄電ユニット７１を構成する部材の隙間を通って、上部基体１０の背面側に形成された背面側開口部１０ｈから上部基体１０の外部へ排出される。この背面側開口部１０ｈには、ファン８０ｄが嵌め込まれている。

蓄電ユニット７１は、このように直接的な空冷も併用して冷却されているので、その構成部材は水に濡れるおそれがある。しかし、蓄電ユニット７１は蓄電ユニット用制御回路７２等の制御回路とは異なり、多少の水に濡れても問題は生じない。また、蓄電ユニット７１の配置スペースは、制御回路の配置スペースとは独立して設けられているので、制御回路が水に濡れてしまうことはない。

ここで、図９及び図１０を参照して、蓄電ユニット７１の構成について説明する。

図９に示すように、蓄電ユニット７１は、間隔を存して規則的に配置された多数のバッテリセル７１ａと、そのバッテリセル７１ａを固定するそれを一対の端部固定部材７１ｂと中央部固定部材７１ｃとで固定することによって構成されている。

端部固定部材７１ｂには、バッテリセル７１ａの配置位置に対応するようにして多数の孔が形成されている。

図１０に示すように、中央部固定部材７１ｃにも、端部固定部材７１ｂの孔に対応するようにして孔が形成されている。

また、端部固定部材７１ｂの孔及び中央部固定部材７１ｃの孔は、その中ほどに、梁部７１ｄが設けられており、その梁によって、バッテリセルの間に流入する空気が拡散される。そのため、バッテリセル７１ａは、バッテリセルの間を流れる空気によって効率よく冷却される。

上記説明した構成を備えている本実施形態のロボット１は、下部基体１１に対する上部基体１０の回動範囲が大きく、重心のバランスが良好であり、高い防水性と十分な冷却機能を有するものとなっている。

また、本実施形態のロボット１では、第１肩関節機構３１ａにおける支点Ｐを上部基体１０の鉛直方向（Ｚ軸方向）及び水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）で上部基体１０の幅の範囲内に位置させるとともに、その第１肩関節機構３１ａを配置する上部基体１０の凹部１０ａの後方側に環境認識ユニット２０ａを配置している。また、凹部１０ａの下方に蓄電装置７０を配置し、その蓄電装置７０の下方に主制御回路９０を配置している。また、それらの冷却には、それらの間を通るダクトを用いている。

そのため、本実施形態のロボット１は、高い防水性と十分な冷却機能を持つだけでなく、従来のロボットよりもコンパクトな構造となっている。

以上、図示の実施形態について説明したが、本発明はこのような形態に限られるものではない。

例えば、上記実施形態においては、蓄電装置７０の蓄電ユニット７１は、ロボット１の背面から挿抜可能となっている。しかし、本発明はそのような構成に限定されるものではなく、ロボットの前面や上面から挿抜可能に構成してもよい。

また、本発明のダクトは、上記実施形態として示したダクトのような構成に限定されるものではなく、各制御回路に隣接する位置であれば、ダクトの形状や配置位置を適宜変更してもよい。

また、本発明の環境認識ユニット用制御回路や主制御回路は、上記実施形態として示した場所以外に配置してもよい。

１…ロボット、１０…上部基体、１０ａ…凹部、１０ｂ…スリット、１０ｃ…第１ダクト（上流側ダクト部）、１０ｄ…第２ダクト、１０ｅ…第３ダクト（下流側ダクト部）、１０ｆ…第４ダクト、１０ｇ…第５ダクト、１０ｈ…背面側開口部、１１…下部基体、１２…腰関節機構（連結機構）、１２ａ…第１腰関節機構（第１連結機構）、１２ｂ…第２腰関節機構（第２連結機構）、２０…環境認識装置、２０ａ…環境認識ユニット、２０ｂ…環境認識ユニット用制御回路（第１回路部）、２１…首関節機構、３０…腕リンク（可動リンク）、３０ａ…第１腕リンク部、３０ｂ…第２腕リンク部、３０ｃ…肘関節機構、３１…肩関節機構、３１ａ…第１肩関節機構、３１ｂ…第２肩関節機構、３１ｃ…第３肩関節機構、４０…ハンド部、４１…手首関節機構、４１ａ…第１手首関節機構、４１ｂ…第２手首関節機構、５０…脚リンク（可動リンク）、５０ａ…第１脚リンク部、５０ｂ…第２脚リンク部、５０ｃ…膝関節機構、５１…股関節機構、５１ａ…第１股関節機構、５１ｂ…第２股関節機構、６０…足平部、６１…足首関節機構、７０…蓄電装置、７１…蓄電ユニット、７１ａ…バッテリセル、７１ｂ…端部固定部材、７１ｃ…中央部固定部材、７１ｄ…梁部、７２…蓄電ユニット用制御回路（第２回路部）、８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ…ファン、９０…主制御回路、Ａ…地面、ＡＬ１，ＡＬ２中心軸線、Ｇ…蓄電ユニット７１の重心、Ｐ…腕リンク３０のヨー軸周りの回動の支点。

Claims (6)

1. 密閉された内部空間を有する上部基体、前記上部基体の下方に配置された下部基体、前記上部基体と前記下部基体とを相対的に回動可能に連結する連結機構、前記上部基体に内蔵された蓄電ユニット及び制御回路、並びに、前記上部基体に設けられ、外部から流入した空気を通すダクトを備え、
   前記蓄電ユニットは、複数のバッテリセルと、前記バッテリセルを互いに間隔を存して固定するとともに、前記バッテリセルの間に流入する空気を拡散させる固定部材とを有し、前記上部基体の内部の後方側に配置され、
   前記ダクトは、前記上部基体の内部で、前記制御回路に隣接するように配置され、
   前記連結機構は、前記上部基体を前記下部基体に対してピッチ軸周りに回動可能に連結する第１連結機構と、前記上部基体を前記下部基体に対してヨー軸周りに回動可能に連結する第２連結機構とを有し、
   前記ピッチ軸は、上下方向では、前記上部基体と前記下部基体との間に位置するとともに、前後方向では、前記上部基体及び前記下部基体の前方側に位置し、
   前記ヨー軸は、左右方向では、前記下部基体の中央部に位置するとともに、前後方向では、前記第１連結機構と前記蓄電ユニットとの中央部に位置し、
   前記上部基体は、前記内部空間のうちの前記蓄電ユニットの配置スペースにのみ外部の空気が流入するように構成されていることを特徴とするロボット。
2. 請求項１に記載のロボットであって、
   前記制御回路は、相対的に発熱量の高い第１回路部と、相対的に発熱量の低い第２回路部とを含み、
   前記上部基体又は前記下部基体に設けられ、周囲の環境を認識するための環境認識ユニットと、前記上部基体の内部に配置され、前記環境認識ユニットの動作を制御する環境認識ユニット用制御回路とを有する環境認識装置を備え、
   前記ダクトは、前記第１回路部に隣接するように配置された上流側ダクト部と、前記上流側ダクト部の下流側に設けられ、前記第２回路部に隣接するように配置された下流側ダクト部とを有していることを特徴とするロボット。
3. 請求項１又は請求項２に記載のロボットであって、
   前記上部基体の内部における前記蓄電ユニットの下方に、前記制御回路が配置されていることを特徴とするロボット。
4. 請求項３に記載のロボットであって、
   前記制御回路は、全体の制御を行う主制御回路であることを特徴とするロボット。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のロボットであって、
   複数の可動リンクと、各々の前記可動リンクを前記上部基体又は前記下部基体に対して回動可能に連結する複数の関節機構とを備え、
   前記複数の可動リンクは、前記上部基体に左右一対に設けられた腕リンクと、前記下部基体に左右一対に設けられた脚リンクを含み、
   前記脚リンク又は前記腕リンクのみによる二足歩行モードと、前記脚リンク及び前記腕リンクによる四足歩行モードとを切り替え可能であることを特徴とするロボット。
6. 請求項５に記載のロボットであって、
   前記蓄電ユニットは、前記上部基体の背面から挿抜可能であることを特徴とするロボット。