JP7426048B2

JP7426048B2 - 連結構造

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Publication number: JP7426048B2
Application number: JP2022554157A
Authority: JP
Inventors: 隼一杉本; 相昊玄; 靖齊藤; 定幸上倉
Original assignee: Ritsumeikan Trust; KYB Corp
Current assignee: Ritsumeikan Trust; KYB Corp
Priority date: 2020-10-02
Filing date: 2021-10-01
Publication date: 2024-02-01
Anticipated expiration: 2041-10-01
Also published as: JPWO2022071599A1; WO2022071599A1; US20230366423A1; CN116457585A

Description

本発明は、２つの部材を連結するための連結構造に関するものである。

近年、産業用ロボットや、搬送用ロボット、支援用ロボット等、多様なロボットが開発されている。特開２０１８－１９２６０７号公報には、ケーブルの交換作業を行う産業用ロボットが開示されている。特開２０１７－４０５９４号公報には、荷物を運搬する搬送用ロボットが開示されている。特開２０１８－１５３５４２号公報には、ユーザの歩行を支援する歩行支援用ロボットが開示されている。

この種のロボットでは、複数のモジュールを連結して組み立てることによって利用される場合がある。複数のモジュールの連結に時間がかかると、ロボットの稼働開始までに長時間を要してしまう。
本発明は、複数の部材を容易に連結することができる連結構造を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、第１部材と第２部材を連結するための連結構造であって、第１部材に形成された第１穴と第２部材に形成された第２穴とにわたって収容される棒状パーツを備え、棒状パーツは、第１部材の第１穴に挿入される第１挿入部と、第２部材の第２穴に挿入される第２挿入部と、を有し、連結構造は、第１挿入部に外力を付与することによって第１挿入部と第１部材を固定すると共に、第２挿入部に外力を付与することによって第２挿入部と第２部材を固定する固定手段をさらに備える。

本発明の第１実施形態に係る連結構造の概念図であって、第１部材と第２部材が連結されていない状態を示す。本発明の第１実施形態に係る連結構造の概念図であって、第１部材と第２部材が連結された状態を示す。本発明の第１実施形態に係る連結構造の側面図であって、第１部材と第２部材が連結されていない状態を示す。第１部材とダボ材の斜視図である。第１部材とダボ材の平面図である。本発明の第１実施形態の変形例を示す図であり、図５に対応する図である。本発明の第２実施形態に係る連結構造の側面図であって、第１部材と第２部材が連結されていない状態を示す。ダボ材の分解斜視図である。第１部材と第２部材の連結途中の状態を示す斜視図である。本発明の第２実施形態に係る連結構造の正面図である。本発明の第２実施形態に係る連結構造の平面図である。本発明の実施形態に係る連結構造によって連結されたモジュールロボットの側面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１～図６を参照して、本発明の第１実施形態に係る連結構造１００について説明する。連結構造１００は、２つの部材（第１部材１０と第２部材２０）を連結するための構造である。

まず、図１及び図２を参照して、連結構造１００の概念について説明する。図１は連結構造１００の概念図であって、第１部材１０と第２部材２０が連結されていない状態を示し、図２は連結構造１００の概念図であって、第１部材１０と第２部材２０が連結された状態を示す。

第１部材１０と第２部材２０の互いに対向する面１１，２１には、それぞれ第１穴１２，第２穴２２が形成される。連結構造１００は、第１穴１２と第２穴２２にわたって収容される棒状パーツとしてのダボ材３０を備える。第１部材１０と第２部材２０は、ダボ材３０を介して連結される。

ダボ材３０は、第１部材１０の第１穴１２に挿入される第１挿入部３１と、第２部材２０の第２穴２２に挿入される第２挿入部３２と、を有する円柱状部材である。ダボ材３０は、金属又は樹脂にて形成される。

連結構造１００は、第１挿入部３１に外力を付与することによって第１挿入部３１と第１部材１０を固定すると共に、第２挿入部３２に外力を付与することによって第２挿入部３２と第２部材２０を固定する固定手段をさらに備える。第１実施形態では、固定手段は、油圧を利用してダボ材３０を締め付けて固定する構成である。具体的に説明すると、固定手段は、第１部材１０に設けられ第１挿入部３１の外周面に対向する第１クランプ１３と、第２部材２０に設けられ第２挿入部３２の外周面に対向する第２クランプ２３と、第１部材１０に設けられ油圧を受けることによって第１クランプ１３を第１挿入部３１の外周面に押し当てる第１ピストン１４と、第２部材２０に設けられ油圧を受けることによって第２クランプ２３を第２挿入部３２の外周面に押し当てる第２ピストン２４と、を有する。

第１クランプ１３は、第１部材１０に形成されたクランプ収容室１５内に移動自在に収容される。第１ピストン１４は、圧力室１６に摺動自在に収容され、圧力室１６に供給される作動油の圧力によって前進して第１クランプ１３に当接し、第１クランプ１３を第１挿入部３１の外周面に押し当てる。同様に、第２クランプ２３は、第２部材２０に形成されたクランプ収容室２５内に移動自在に収容される。第２ピストン２４は、圧力室２６に摺動自在に収容され、圧力室２６に供給される作動油の圧力によって前進して第２クランプ２３に当接し、第２クランプ２３を第２挿入部３２の外周面に押し当てる。

第１部材１０には、油圧供給源としてのポンプ１からの作動油を圧力室１６に導く供給通路１７が形成され、第２部材２０には、ポンプ１からの作動油を圧力室２６に導く供給通路２７が形成される。

第１挿入部３１及び第２挿入部３２の外周面には、先端部に向かって広がるテーパ部３１ａ，３２ａが形成される。第１クランプ１３における第１挿入部３１の外周面に対向する面には、第１挿入部３１のテーパ部３１ａに対応するテーパ部１３ａが形成される。第２クランプ２３における第２挿入部３２の外周面に対向する面には、第２挿入部３２のテーパ部３２ａに対応するテーパ部２３ａが形成される。第１挿入部３１のテーパ部３１ａと第１クランプ１３のテーパ部１３ａとは、略同一角度に形成され、第１クランプ１３が第１挿入部３１の外周面に押し当てられた際には、第１挿入部３１には、第１クランプ１３に沿って第１穴１２内に挿入される方向の力が作用する。同様に、第２挿入部３２のテーパ部３２ａと第２クランプ２３のテーパ部２３ａとは、略同一角度に形成され、第２クランプ２３が第２挿入部３２の外周面に押し当てられた際には、第２挿入部３２には、第２クランプ２３に沿って第２穴１２内に挿入される方向の力が作用する。

次に、連結構造１００による第１部材１０と第２部材２０の連結方法について説明する。

ダボ材３０の第１挿入部３１及び第２挿入部３２を、それぞれ第１部材１０の第１穴１２と第２部材２０の第２穴２２に挿入する。つまり、ダボ材３０を、第１部材１０の第１穴１２と第２部材２０の第２穴２２とにわたって収容する。この状態で、ポンプ１から第１部材１０の圧力室１６及び第２部材２０の圧力室２６に作動油を供給すると、図２に示すように、第１部材１０の第１ピストン１４は、圧力室１６の圧力により前進して第１クランプ１３に当接し、第１クランプ１３を第１挿入部３１の外周面に押し当てると共に、第２部材２０の第２ピストン２４は、圧力室２６の圧力により前進して第２クランプ２３に当接し、第２クランプ２３を第２挿入部３２の外周面に押し当てる。これにより、第１挿入部３１には、第１クランプ１３に沿って第１穴１２内に挿入される方向の力が作用すると共に、第２挿入部３２には、第２クランプ２３に沿って第２穴１２内に挿入される方向の力が作用する。この結果、第１部材１０と第２部材２０は、互いに近づく方向の力を受け、互いに対向する面１１と面２１が接触して連結される（図２に示す状態）。このように、第１部材１０と第２部材２０は、ダボ材３０を介して連結される。

以上のように、連結構造１００では、油圧を利用して、ダボ材３０の第１挿入部３１及び第２挿入部３２に外力を付与することによって、第１挿入部３１と第１部材１０が固定されると共に第２挿入部３２と第２部材２０が固定され、第１部材１０と第２部材２０が連結される。

第１部材１０と第２部材２０がダボ材３０を介して連結された状態で、第１挿入部３１と第１クランプ１３との接触による摩耗、及び第２挿入部３２と第２クランプ２３との接触による摩耗によって寸法が変化したとしても、第１挿入部３１と第１クランプ１３の互いの接触面、及び第２挿入部３２と第２クランプ２３の互いの接触面はテーパ状であるため、摩耗による寸法変化が吸収され、第１挿入部３１及び第２挿入部３２のガタツキが防止される。

第１部材１０と第２部材２０の連結の解除は、ポンプ１から第１部材１０の圧力室１６及び第２部材２０の圧力室２６への作動油の供給を停止し、圧力室１６，２６の圧力を抜くことによって行われる。

以下に、上記実施形態の変形例について説明する。

上記実施形態では、第１部材１０と第２部材２０は互いに対向する面１１と面２１が面接触して連結され、ダボ材３０は軸方向の全体が第１穴１２と第２穴２２にわたって収容される場合について説明した。しかし、第１部材１０と第２部材２０は、隙間を空けて連結されてもよい。その場合には、ダボ材３０の一部は第１穴１２と第２穴２２から露出する。

また、第１部材１０の供給通路１７と第２部材２０の供給通路２７とを、ダボ材３０を軸方向に貫通する通路を通じて連通するように構成してもよい。

また、第１部材１０及び第２部材２０のそれぞれに、供給通路１７，２７に加えて、第１部材１０と第２部材２０の連結の解除の際に圧力室１６，２６の作動油を排出するための排出通路を形成してもよい。

また、上記実施形態では、第１挿入部３１と第２挿入部３２に、テーパ部３１ａ，３２ａが形成され、第１クランプ１３と第２クランプ２３に、テーパ部１３ａ，２３ａが形成される場合について説明した。しかし、本発明において、テーパ部３１ａ，３２ａ，１３ａ，２３ａは必須の構成ではない。テーパ部３１ａ，３２ａ，１３ａ，２３ａが形成されない場合であっても、第１クランプ１３が第１挿入部３１の外周面に押し当てられることによって第１挿入部３１と第１部材１０が固定されると共に、第２クランプ２３が第２挿入部３２の外周面に押し当てられることによって第２挿入部３２と第２部材２０が固定されるため、第１部材１０と第２部材２０を連結することができる。

また、上記実施形態では、作動油で第１ピストン１４及び第２ピストン２４を駆動する場合について説明した。しかし、作動流体は、作動油の他、圧縮空気や水溶性代替液等であってもよい。

次に、以上で説明した連結構造１００の具体例の一つである連結構造１０１について、図３～５を参照して説明する。図３は第１部材１０と第２部材２０が連結されていない状態を示す側面図であり、図４は第１部材１０とダボ材３０の斜視図であり、図５は第１部材１０とダボ材３０の平面図である。なお、図１，２と図３～５とにおいて、同様の機能を有する構成には、同一の符号を付している。

連結構造１０１では、第１部材１０と第２部材２０は４つのダボ材３０を介して連結される。

第１部材１０及び第２部材２０の側面には、供給通路１７，２７の入口部１７ａ，２７ａが開口して形成される。図５に示すように、供給通路１７には２つの圧力室１６が連通し、圧力室１６には第１ピストン１４が摺動自在に収容される。

第１クランプ１３は、Ｃ字状に形成され第１挿入部３１の外周面を囲って配置されるバンド部１３Ａと、バンド部１３Ａの両端部のそれぞれから互いに間隔を空けて突出する一対の締付部１３Ｂと、を有する。第１ピストン１４の先端部は、締付部１３Ｂに対向して配置される。連結構造１０１では、１つの第１ピストン１４の先端部は、２つの第１クランプ１３の締付部１３Ｂにわたって対向する。したがって、４つの第１クランプ１３に対して、２つの第１ピストン１４が設けられる。

供給通路１７を通じて圧力室１６に作動油を供給すると、第１ピストン１４は、圧力室１６の圧力により前進して第１クランプ１３の締付部１３Ｂに当接し、互いの隙間が小さくなるように一対の締付部１３Ｂを押圧する。これにより、バンド部１３Ａは、第１挿入部３１の外周面に押し当てられ第１挿入部３１の外周面を締め付けるように変形する。バンド部１３Ａの内周面と第１挿入部３１の外周面には、それぞれテーパ部１３ａ，３１ａが形成されるため、第１挿入部３１には、第１クランプ１３に沿って第１穴１２内に挿入される方向の力が作用する。説明を省略するが、第２挿入部３２にも、同様に第２穴２２内に挿入される方向の力が作用する。このように、第１部材１０と第２部材２０は、互いに近づく方向の力を受けて連結される。

連結構造１０１では、第１ピストン１４は、２つの第１クランプ１３の締付部１３Ｂを同時に押圧するため、１つの第１ピストン１４によって２つの第１クランプ１３をまとめて締め付けることができる。

次に、図６を参照して、連結構造１０１の変形例について説明する。

図６に示す変形例では、第１部材１０の供給通路１７の入口部１７ａは、第１部材１０における面１１とは反対側の面１８（図３参照）に開口して形成される。供給通路１７には４つの圧力室１６が連通し、圧力室１６には第１ピストン１４が摺動自在に収容される。本変形例では、４つの第１クランプ１３毎に第１ピストン１４が設けられる。

以上の第１実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

連結構造１００，１０１は、油圧を利用してダボ材３０の第１挿入部３１及び第２挿入部３２に外力を付与することによって、ダボ材３０を介して第１部材１０と第２部材２０を連結するものであるため、ボルト等を用いて２つの部材を連結する場合と比較して、第１部材１０と第２部材２０を容易に連結することができる。

また、第１部材１０と第２部材２０が連結されていない状態では、第１部材１０と第２部材２０の互いに対向する面１１，２１には、両者を連結するためのピン等の突起が存在しないため、第１部材１０と第２部材２０の運搬時や組み立て時の取り扱い性が良好となる。

＜第２実施形態＞
次に、図７～図１１を参照して、本発明の第２実施形態に係る連結構造２００について説明する。上記第１実施形態と同様の機能を有する構成には、同一の符号を付して説明する。第１実施形態に係る連結構造１００と同様に、連結構造２００は２つの部材（第１部材１０と第２部材２０）を連結するための構造であり、第１部材１０と第２部材２０は棒状パーツとしてのダボ材３０を介して連結される。

図７は第１部材１０と第２部材２０が連結されていない状態の側面図であり、図８はダボ材３０の分解斜視図であり、図９は第１部材１０と第２部材２０の連結途中の状態を示す斜視図であり、図１０は連結構造２００の正面図（第１部材１０及び第２部材２０は断面で示す）であり、図１１は連結構造２００の平面図（第１部材１０は断面で示す）である。

連結構造２００は、第１挿入部３１に外力を付与することによって第１挿入部３１と第１部材１０を固定すると共に、第２挿入部３２に外力を付与することによって第２挿入部３２と第２部材２０を固定する固定手段が、第１実施形態と異なる。第２実施形態では、固定手段は、ダボ材３０を外力によって拡径させて固定する構成である。以下に具体的に説明する。

図７及び図８に示すように、ダボ材３０は、第１部材１０の第１穴１２に挿入される第１挿入部３１と、第２部材２０の第２穴２２に挿入される第２挿入部３２と、を有する。第２実施形態では、第１実施形態とは異なり、第１挿入部３１及び第２挿入部３２の外周面にはテーパ部は形成されず、外周面の外径は略一様である。第１挿入部３１及び第２挿入部３２の外周面の外径は、第１穴１２及び第２穴２２の内径よりも僅かに小さい。第１挿入部３１の先端外周は、第１穴１２への第１挿入部３１の挿入を案内するためにテーパ状に形成される。第２挿入部３２の先端外周もテーパ状に形成される。

ダボ材３０は、軸方向に貫通する中空部３３と、外周面と中空部３３にわたって形成された開口部３４と、を有する断面Ｃ字状の円筒部材である。開口部３４は、ダボ材３０の軸方向全体にわたって形成される。

図８及び図９に示すように、連結構造２００は、固定手段として、第１挿入部３１の開口部３４に径方向に形成された第１径方向穴３５と、第２挿入部３２の開口部３４に径方向に形成された第２径方向穴３６と、第１径方向穴３５に挿入される第１挿入パーツ４１と、第２径方向穴３６に挿入される第２挿入パーツ４２と、第１挿入パーツ４１を第１径方向穴３５に圧入させて第１挿入部３１を拡径させる第１拡径具としての第１ボルト４３と、第２挿入パーツ４２を第２径方向穴３６に圧入させて第２挿入部３２を拡径させる第２拡径具としての第２ボルト４４と、を有する。ダボ材３０、第１挿入パーツ４１、及び第２挿入パーツ４２は、金属又は樹脂にて形成される。

第１径方向穴３５は、開口部３４の一部と重複するように、第１挿入部３１の外周面と中空部３３とにわたって形成される。具体的には、第１径方向穴３５は、開口部３４を形成する互いに対向する端面に形成された一対の溝部３５ａ，３５ｂにて構成される。同様に、第２径方向穴３６は、開口部３４の一部と重複するように、第２挿入部３２の外周面と中空部３３とにわたって形成される。具体的には、第２径方向穴３６は、開口部３４を形成する互いに対向する端面に形成された一対の溝部３６ａ，３６ｂにて構成される。

図１１に示すように、第１径方向穴３５は、第１挿入部３１の外周面から中空部３３に向かって周方向の幅が小さくなるテーパ状に形成される。つまり、第１径方向穴３５は、ダボ材３０の中心に向かって溝部３５ａ，３５ｂの底部の間隔が小さくなるテーパ状に形成される。同様に、第２径方向穴３６も、ダボ材３０の中心に向かって溝部３６ａ，３６ｂの底部の間隔が小さくなるテーパ状に形成される。

図８に示すように、第１挿入パーツ４１は、６つの外面を有するブロック状に形成され、第１径方向穴３５に回転不能に挿入される。第１挿入パーツ４１は、中空部３３に向かって両側面４１ａ，４１ｂの間隔が小さくなるテーパ状に形成される。第１挿入パーツ４１の両側面４１ａ，４１ｂが成す中心角は、第１径方向穴３５の中心角（溝部３５ａ，３５ｂの底部が成す角度）と比較して大きい。第１挿入パーツ４１は、第１径方向穴３５内に挿入されて前進すると、両側面４１ａ，４１ｂが第１径方向穴３５の溝部３５ａ，３５ｂの底部に密着する。同様に、第２挿入パーツ４２は、６つの外面を有するブロック状に形成され、第２径方向穴３６に回転不能に挿入される。第２挿入パーツ４２は、中空部３３に向かって両側面４２ａ，４２ｂの間隔が小さくなるテーパ状に形成される。第２挿入パーツ４２の両側面４２ａ，４２ｂが成す中心角は、第２径方向穴３６の中心角（溝部３６ａ，３６ｂの底部が成す角度）と比較して大きい。第２挿入パーツ４２は、第２径方向穴３６内に挿入されて前進すると、両側面４２ａ，４２ｂが第２径方向穴３６の溝部３６ａ，３６ｂの底部に密着する。

第１挿入パーツ４１には、第１ボルト４３が締結される締結穴４１ｃが貫通して形成される。締結穴４１ｃの内周面には、第１ボルト４３の外周面に形成された雄ネジが螺合する雌ネジが形成される。同様に、第２挿入パーツ４２には、第２ボルト４４が締結される締結穴４２ｃが貫通して形成される。締結穴４２ｃの内周面には、第２ボルト４４の外周面に形成された雄ネジが螺合する雌ネジが形成される。

ダボ材３０の第１挿入部３１には、第１挿入パーツ４１が第１径方向穴３５に挿入された状態で、第１挿入パーツ４１の締結穴４１ｃと同軸状となるように穴３７が形成される。穴３７は、第１挿入部３１の外周面と中空部３３とにわたって径方向に貫通して形成される。同様に、ダボ材３０の第２挿入部３２には、第２挿入パーツ４２が第２径方向穴３６に挿入された状態で、第２挿入パーツ４２の締結穴４２ｃと同軸状となるように穴３８（図７参照）が形成される。穴３８は、第２挿入部３２の外周面と中空部３３とにわたって径方向に貫通して形成される。

第１部材１０には、ダボ材３０の第１挿入部３１が挿入される第１穴１２と直交して形成され、第１穴１２の内周面に連通する穴１９が形成される（図７及び図１１参照）。同様に、第２部材２０には、ダボ材３０の第２挿入部３２が挿入される第２穴２２と直交して形成され、第２穴２２の内周面に連通する穴２９が形成される（図７参照）。

図９及び図１１に示すように、第１ボルト４３は、第１部材１０の穴１９及び第１挿入部３１の穴３７を挿通して、第１挿入パーツ４１の締結穴４１ｃに締結される。同様に、第２ボルト４４は、第２部材２０の穴２９及び第２挿入部３２の穴３８を挿通して、第２挿入パーツ４２の締結穴４２ｃに締結される。

第１部材１０には、第１ボルト４３の頭部４３ａが収容される収容穴１９ａが穴１９に連続して形成される。同様に、第２部材２０には、第２ボルト４４の頭部４４ａが収容される収容穴２９ａが穴２９に連続して形成される。第１ボルト４３及び第２ボルト４４は、頭部４３ａ，４４ａが収容穴１９ａ，２９ａに収容され、第１部材１０及び第２部材２０の表面から突出しないため、他の部材と干渉しない。

次に、連結構造２００による第１部材１０と第２部材２０の連結方法について説明する。

ダボ材３０の第１径方向穴３５及び第２径方向穴３６に、それぞれ第１挿入パーツ４１及び第２挿入パーツ４２を挿入した状態で、ダボ材３０の第１挿入部３１及び第２挿入部３２を、それぞれ第１部材１０の第１穴１２及び第２部材２０の第２穴２２に挿入する。つまり、ダボ材３０を、第１部材１０の第１穴１２と第２部材２０の第２穴２２とにわたって収容する。

この状態で、第１ボルト４３を、第１部材１０の穴１９及び第１挿入部３１の穴３７に順次挿入して、第１挿入パーツ４１の締結穴４１ｃに螺合させる。第１ボルト４３を締め込むと、第１ボルト４３の頭部４３ａが第１部材１０の収容穴１９ａの底面に当接する。この状態からさらに第１ボルト４３を締め込むと、第１挿入パーツ４１は、第１径方向穴３５内を前進して両側面４１ａ，４１ｂが第１径方向穴３５の溝部３５ａ，３５ｂの底部に密着して第１径方向穴３５内に圧入される（図９及び図１１に示す状態）。第１径方向穴３５内に第１挿入パーツ４１が圧入されることにより、第１挿入部３１は、開口部３４の開口幅が広がるように変形し、外径が大きくなる。これにより、第１挿入部３１の外周面が第１部材１０の第１穴１２の内周面に密着し、第１挿入部３１と第１部材１０が固定される。

同様に、第２ボルト４４を、第２部材２０の穴２９及び第２挿入部３２の穴３８に順次挿入して、第２挿入パーツ４２の締結穴４２ｃに螺合させる。第２ボルト４４を締め込むと、第２ボルト４４の頭部４４ａが第２部材２０の収容穴２９ａの底面に当接する。この状態からさらに第２ボルト４４を締め込むと、第２挿入パーツ４２は、第２径方向穴３６内を前進して両側面４２ａ，４２ｂが第２径方向穴３６の溝部３６ａ，３６ｂの底部に密着して第２径方向穴３６内に圧入される。第２径方向穴３６内に第２挿入パーツ４２が圧入されることにより、第２挿入部３２は、開口部３４の開口幅が広がるように変形し、外径が大きくなる。これにより、第２挿入部３２の外周面が第２部材２０の第２穴２２の内周面に密着し、第２挿入部３２と第２部材２０が固定される。なお、図９では、第１挿入パーツ４１は第１径方向穴３５内に圧入されているのに対して、第２挿入パーツ４２は第２径方向穴３６内に圧入される前の状態を示している。

以上のようにして、第１部材１０と第２部材２０は、ダボ材３０を介して連結される（図１０に示す状態）。

連結構造２００では、ダボ材３０の第１挿入部３１及び第２挿入部３２に外力を付与して拡径させることによって、第１挿入部３１と第１部材１０が固定されると共に第２挿入部３２と第２部材２０が固定され、第１部材１０と第２部材２０が連結される。

第１部材１０と第２部材２０の連結の解除は、第１挿入パーツ４１に対する第１ボルト４３の締結を解除すると共に、第２挿入パーツ４２に対する第２ボルト４４の締結を解除することによって行われる。ここで、図１０に示すように、ダボ材３０の外周面には、第１挿入部３１と第２挿入部３２の間に両者を区画する環状溝３９が形成される。環状溝３９は、第１部材１０と第２部材２０の互いに対向する面１１，２１に対向する。環状溝３９によって、第１ボルト４３による第１挿入部３１の変形は第２挿入部３２に影響せず、また、第２ボルト４４による第２挿入部３２の変形は第１挿入部３１に影響しない。つまり、第１挿入部３１の変形と第２挿入部３２の変形とは、環状溝３９の存在によって互いに影響しない。これにより、第１挿入パーツ４１に対する第１ボルト４３の締結を解除するだけで（第２ボルト４４は第２挿入パーツ４２に締結された状態で）、第１部材１０を第１挿入部３１から分離することが可能となる。

第１挿入部３１の外周面と第１部材１０の第１穴１２の内周面との密着力を向上させるために、第１挿入部３１の外周面に環状のリブを形成してもよい。

以上の第２実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

連結構造２００は、ダボ材３０の第１挿入部３１及び第２挿入部３２に外力を付与して拡径させることによって、ダボ材３０を介して第１部材１０と第２部材２０を連結するものであるため、ボルト等を用いて２つの部材を連結する場合と比較して、第１部材１０と第２部材２０を容易に連結することができる。

以上で説明した第１実施形態に係る連結構造１００及び第２実施形態に係る連結構造２００は、例えば、複数のモジュールを連結して組み立てられるモジュールロボットに用いることができる。具体的には、モジュール同士の連結構造として用いることができる。その場合、例えば、第１部材１０及び第２部材２０は、モジュールの筐体である。モジュール同士の連結についての一例を、以下に説明する。

図１２を参照して、モジュールロボット３００を構成する３つのモジュール３０１（３０１Ａ，３０１Ｂ，３０１Ｃ）の連結について説明する。３つのモジュール３０１Ａ，３０１Ｂ，３０１Ｃは同一である。同一のモジュールとは、モジュールを構成する部品が互いに同一であり、かつ、それらの部品の形状及び寸法が互いに同一であることを意味する。つまり、同一のモジュールとは、同一規格品ということもできる。

モジュール３０１Ａは、第１リンク３０２Ａと、第１リンク３０２Ａに相対移動自在に連結された第２リンク３０３Ａと、第１リンク３０２Ａと第２リンク３０３Ａを相対移動させる流体圧シリンダ３０４Ａと、を有する。第１リンク３０２Ａと第２リンク３０３Ａは、回転軸３０５Ａを介して回転自在に連結される。

流体圧シリンダ３０４Ａは、流体圧供給源から供給される作動流体によって伸縮作動する。流体圧シリンダ３０４Ａの伸縮作動は、図示しないコントローラによって制御される。流体圧シリンダ３０４Ａのシリンダは、第１リンク３０２Ａに回転不能に固定される。つまり、流体圧シリンダ３０４Ａのシリンダは、第１リンク３０２Ａの一部を構成している。流体圧シリンダ３０４Ａのピストンロッドと第２リンク３０３Ａには、第３リンク３０６Ａが回転自在に連結される。なお、第３リンク３０６Ａは必須の構成ではなく、流体圧シリンダ３０４Ａのピストンロッドと第２リンク３０３Ａとを回転自在に直接連結してもよい。

第１リンク３０２Ａ及び第２リンク３０３Ａには、他のモジュールと連結するためのダボ材３０が挿入される複数の穴３０７Ａが形成される。穴３０７Ａは、第１穴１２又は第２穴２２に相当する。ここで、第１リンク３０２Ａに形成される複数の穴３０７Ａが互いに等間隔であり、第２リンク３０３Ａに形成される複数の穴３０７Ａが互いに等間隔であり、かつ、第１リンク３０２Ａに形成される複数の穴３０７Ａの間隔と、第２リンク３０３Ａに形成される複数の穴３０７Ａの間隔とが同じであるのが好ましい。これにより、ダボ材３０を介してモジュール３０１同士を容易に連結することができる。なお、流体圧シリンダ３０４Ａのシリンダが第１リンク３０２Ａから露出するように構成し、流体圧シリンダ３０４Ａのシリンダの表面に穴３０７Ａを形成してもよい。この場合、流体圧シリンダ３０４Ａのシリンダが第１部材１０又は第２部材２０に相当する。

モジュール３０１Ｂ，３０１Ｃの構成は、モジュール３０１Ａの構成と同一であるため説明を省略し、モジュール３０１Ａと同一の構成には、モジュール３０１Ａの構成と同一の数字にそれぞれＢ，Ｃを付した符号を用いる。

図１２は、モジュール３０１Ａ，３０１Ｂ，３０１Ｃがそれぞれ足首関節、膝関節、股関節に対応するように連結されて脚部ロボットを構成する例を示している。具体的には、モジュール３０１Ａ，３０１Ｂ，３０１Ｃのそれぞれの回転軸３０５Ａ，３０５Ｂ，３０５Ｃが足首関節、膝関節、股関節に対応する。モジュール３０１Ａの第２リンク３０３Ａは、足として機能する。モジュールロボット３００は、各モジュール３０１Ａ，３０１Ｂ，３０１Ｃが単関節モジュールを構成し、全体として３自由度を有する。

モジュール３０１Ａとモジュール３０１Ｂを連結構造１００，２００によって連結する場合には、モジュール３０１Ａの第１リンク３０２Ａが第１部材１０に相当し、モジュール３０１Ｂの第２リンク３０３Ｂが第２部材２０に相当する。モジュール３０１Ａの第１リンク３０２Ａとモジュール３０１Ｂの第２リンク３０３Ｂは、ダボ材３０を介して連結される。

また、モジュール３０１Ｂとモジュール３０１Ｃを連結構造１００，２００によって連結する場合には、モジュール３０１Ｂの第１リンク３０２Ｂが第１部材１０に相当し、モジュール３０１Ｃの第１リンク３０２Ｃが第２部材２０に相当する。モジュール３０１Ｂの第１リンク３０２Ｂとモジュール３０１Ｃの第１リンク３０２Ｃは、ダボ材３０を介して連結される。

モジュールロボット３００は、図１２に示す脚部ロボットに限定されない。例えば、モジュール１０１Ａの第２リンク３０３Ａを地面や土台に固定すると共に、モジュール３０１Ｃの第２リンク３０３Ｃにアタッチメントとしてバケットやロッド、ハンドを取り付けることによって、種々の用途、機能を有するモジュールロボット３００とすることができる。また、図１２に示す脚部ロボットに加えて、さらに複数のモジュール３０１を連結することによってヒューマノイドロボットを構成することができる。このように、複数のモジュール３０１を連結するだけで、用途、機能に応じた様々なロボットを簡単に構成することができる。

図１２の例では、互いに同一のモジュール３０１を連結する形態について説明した。これに代わり、連結するモジュールは同一のもの（同一規格）でなくてもよい。例えば、第１リンクの形状や寸法が互いに異なるモジュール同士を連結したり、ストローク長が互いに異なる流体圧シリンダを有するモジュール同士を連結したりしてもよい。つまり、規格の異なるモジュールをそれぞれ複数用意し、モジュールロボットの所望の運動やモジュールロボットの用途、機能に応じて自由にモジュールを連結すればよい。ただ、同一規格の複数のモジュールを連結してモジュールロボットを構成することによって、モジュールロボットを低コストで製造することができる。

以上のように、第１実施形態に係る連結構造１００及び第２実施形態に係る連結構造２００を用いることによって、モジュール３０１同士を容易に連結することができるため、モジュールロボット３００の稼働開始までの時間を短縮することができる。また、モジュール３０１同士は、表面に形成された穴３０７Ａ，３０７Ｂ，３０７Ｃに挿入されるダボ材３０を介して連結されるため、モジュール３０１の表面には突起物が存在しない。したがって、複数のモジュール３０１を運搬する際に、モジュール３０１同士を重ねて運搬することができるため、運搬効率が良い。

以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

第１部材１０と第２部材２０を連結するための連結構造１００，２００は、第１部材１０に形成された第１穴１２と第２部材２０に形成された第２穴２２とにわたって収容されるダボ材３０（棒状パーツ）を備え、ダボ材３０は、第１部材１０の第１穴１２に挿入される第１挿入部３１と、第２部材２０の第２穴２２に挿入される第２挿入部３２と、を有し、連結構造１００，２００は、第１挿入部３１に外力を付与することによって第１挿入部３１と第１部材１０を固定すると共に、第２挿入部３２に外力を付与することによって第２挿入部３２と第２部材２０を固定する固定手段をさらに備える。

この構成では、ダボ材３０の第１挿入部３１に外力を付与することによって第１挿入部３１と第１部材１０を固定すると共に、ダボ材３０の第２挿入部３２に外力を付与することによって第２挿入部３２と第２部材２０を固定する固定手段を備えるため、第１部材１０と第２部材２０をダボ材３０を介して容易に連結することができる。よって、複数の部材を容易に連結することができる。

また、固定手段は、第１部材１０に設けられ、第１挿入部３１の外周面に対向する第１クランプ１３と、第２部材２０に設けられ、第２挿入部３２の外周面に対向する第２クランプ２３と、第１部材１０に設けられ、流体圧を受けることによって第１クランプ１３を第１挿入部３１の外周面に押し当てる第１ピストン１４と、第２部材２０に設けられ、流体圧を受けることによって第２クランプ２３を第２挿入部３２の外周面に押し当てる第２ピストン２４と、を有する。

この構成では、流体圧を利用してダボ材３０の第１挿入部３１及び第２挿入部３２に外力を付与することによって、ダボ材３０を介して第１部材１０と第２部材２０を連結するものであるため、第１部材１０と第２部材２０を容易に連結することができる。

また、第１挿入部３１及び第２挿入部３２の外周面には、先端部に向かって広がるテーパ部３１ａ，３２ａが形成され、第１クランプ１３には、第１挿入部３１のテーパ部３１ａに対応するテーパ部１３ａが形成され、第２クランプ２３には、第２挿入部３２のテーパ部３２ａに対応するテーパ部２３ａが形成されることを特徴とする。

この構成では、第１挿入部３１と第１クランプ１３との接触による摩耗、及び第２挿入部３２と第２クランプ２３との接触による摩耗によって寸法が変化したとしても、第１挿入部３１と第１クランプ１３の互いの接触面、及び第２挿入部３２と第２クランプ２３の互いの接触面はテーパ状であるため、摩耗による寸法変化を吸収することができ、第１挿入部３１及び第２挿入部３２のガタツキを防止することができる。

また、ダボ材３０は、軸方向に貫通する中空部３３と、外周面と中空部３３にわたって形成された開口部３４と、を有する断面Ｃ字状の円筒部材であり、固定手段は、第１挿入部３１の開口部３４に径方向に形成された第１径方向穴３５と、第２挿入部３２の開口部３４に径方向に形成された第２径方向穴３６と、第１径方向穴３５に挿入される第１挿入パーツ４１と、第２径方向穴３６に挿入される第２挿入パーツ４２と、第１挿入パーツ４１を第１径方向穴３５に圧入させて第１挿入部３１を拡径させる第１拡径具と、第２挿入パーツ４２を第２径方向穴３６に圧入させて第２挿入部３２を拡径させる第２拡径具と、を有する。

この構成では、ダボ材３０の第１挿入部３１及び第２挿入部３２に外力を付与して拡径させることによって、ダボ材３０を介して第１部材１０と第２部材２０を連結するものであるため、第１部材１０と第２部材２０を容易に連結することができる。

また、第１拡径具は、第１挿入パーツ４１に形成された締結穴４１ｃに締結される第１ボルト４３であり、第２拡径具は、第２挿入パーツ４２に形成された締結穴４２ｃに締結される第２ボルト４４である。

この構成では、第１挿入部３１及び第２挿入部３２を拡径させる外力は第１ボルト４３及び第２ボルト４４をそれぞれ第１挿入パーツ４１及び第２挿入パーツ４２に締め込むことによって発生するため、第１部材１０と第２部材２０を容易に連結することができる。

また、第１径方向穴３５は、第１挿入部３１の外周面から中空部３３に向かって周方向の幅が小さくなるテーパ状に形成され、第２径方向穴３６は、第２挿入部３２の外周面から中空部３３に向かって周方向の幅が小さくなるテーパ状に形成され、第１挿入パーツ４１及び第２挿入パーツ４２は、中空部３３に向かって両側面４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂの間隔が小さくなるテーパ状に形成され、第１挿入パーツ及び第２挿入パーツの両側面が成す中心角は、それぞれ第１径方向穴及び第２径方向穴の中心角と比較して大きい。

この構成では、第１挿入パーツ３１及び第２挿入パーツ３２をそれぞれ第１径方向穴３５及び第２径方向穴３６に密着させることができるため、第１挿入部３１及び第２挿入部３２を容易に拡径することができる。

また、連結構造１００，２００は、モジュールロボット３００を構成する複数のモジュール３０１の連結に用いられる。

この構成では、モジュール３０１同士を容易に連結することができるため、モジュールロボット３００の稼働開始までの時間を短縮することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

本願は２０２０年１０月２日に日本国特許庁に出願された特願２０２０－１６７７３７に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims

第１部材と第２部材を連結するための連結構造であって、
前記第１部材に形成された第１穴と前記第２部材に形成された第２穴とにわたって収容される棒状パーツを備え、
前記棒状パーツは、
前記第１部材の前記第１穴に挿入される第１挿入部と、
前記第２部材の前記第２穴に挿入される第２挿入部と、を有し、
前記連結構造は、前記第１挿入部に外力を付与することによって前記第１挿入部と前記第１部材を固定すると共に、前記第２挿入部に外力を付与することによって前記第２挿入部と前記第２部材を固定する固定手段をさらに備える連結構造。
請求項１に記載の連結構造であって、
前記固定手段は、
前記第１部材に設けられ、前記第１挿入部の外周面に対向する第１クランプと、
前記第２部材に設けられ、前記第２挿入部の外周面に対向する第２クランプと、
前記第１部材に設けられ、流体圧を受けることによって前記第１クランプを前記第１挿入部の外周面に押し当てる第１ピストンと、
前記第２部材に設けられ、流体圧を受けることによって前記第２クランプを前記第２挿入部の外周面に押し当てる第２ピストンと、
を有する連結構造。
請求項２に記載の連結構造であって、
前記第１挿入部及び前記第２挿入部の外周面には、先端部に向かって広がるテーパ部が形成され、
前記第１クランプには、前記第１挿入部の前記テーパ部に対応するテーパ部が形成され、
前記第２クランプには、前記第２挿入部の前記テーパ部に対応するテーパ部が形成される連結構造。
請求項１に記載の連結構造であって、
前記棒状パーツは、軸方向に貫通する中空部と、外周面と前記中空部にわたって形成された開口部と、を有する断面Ｃ字状の円筒部材であり、
前記固定手段は、
前記第１挿入部の前記開口部に径方向に形成された第１径方向穴と、
前記第２挿入部の前記開口部に径方向に形成された第２径方向穴と、
前記第１径方向穴に挿入される第１挿入パーツと、
前記第２径方向穴に挿入される第２挿入パーツと、
前記第１挿入パーツを前記第１径方向穴に圧入させて前記第１挿入部を拡径させる第１拡径具と、
前記第２挿入パーツを前記第２径方向穴に圧入させて前記第２挿入部を拡径させる第２拡径具と、
を有する連結構造。
請求項４に記載の連結構造であって、
前記第１拡径具は、前記第１挿入パーツに形成された締結穴に締結される第１ボルトであり、
前記第２拡径具は、前記第２挿入パーツに形成された締結穴に締結される第２ボルトである連結構造。
請求項４に記載の連結構造であって、
前記第１径方向穴は、前記第１挿入部の外周面から前記中空部に向かって周方向の幅が小さくなるテーパ状に形成され、
前記第２径方向穴は、前記第２挿入部の外周面から前記中空部に向かって周方向の幅が小さくなるテーパ状に形成され、
前記第１挿入パーツ及び前記第２挿入パーツは、前記中空部に向かって両側面の間隔が小さくなるテーパ状に形成され、
前記第１挿入パーツ及び前記第２挿入パーツの前記両側面が成す中心角は、それぞれ前記第１径方向穴及び前記第２径方向穴の中心角と比較して大きい連結構造。
請求項１に記載の連結構造であって、
モジュールロボットを構成する複数のモジュールの連結に用いられる連結構造。