KR100639900B1

KR100639900B1 - 로봇장치용 관절장치 및 레그식 보행 로봇장치

Info

Publication number: KR100639900B1
Application number: KR1020007010724A
Authority: KR
Inventors: 나가츠카마사키
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 1999-01-28
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2006-10-31
Also published as: CN1293607A; KR20010024965A; WO2000044536A1; US6481512B1

Abstract

레그식 보행 로봇의 레그에 외력이 가해지거나 또는 출력단의 기어의 회전이 정지한 경우에도, 해당 레그를 구동하기 위한 모터나 기어의 파손을 방지할 수 있도록 한다. 구체적으로는, 넓적다리부(3)에는 기어열내에 구동수단인 전동 모터(11)와 해당 넓적다리부(3) 사이에서 전달되는 힘이 소정 값 이상으로 되면 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하는 슬립 기어(12)를 구비한다.

로봇장치, 관절장치, 슬립 기어, 레그식 보행 로봇장치, 구동 수단

Description

로봇장치용 관절장치 및 레그식 보행 로봇장치{Joint device for robot device and leg-walking robot device}

본 발명은 구동수단에 의해 관절을 거쳐서 로봇장치의 동작부를 구동하는 로봇장치용 관절장치, 구동수단에 의해 로봇장치의 레그(leg)부를 구동하는 로봇장치용 레그식 보행장치, 구동수단에 의해 로봇장치의 아암부를 구동하는 로봇장치용 구동장치, 구동수단에 의해 구동되는 복수개의 레그부를 구비하는 레그식 보행 로봇장치, 및 구동수단으로부터의 구동력을 전달하는 구동력 전달장치에 관한 것이다.

근년에, 2개의 레그를 갖는 인간의 형상으로 만들어지거나, 또는 4개의 레그를 갖는 동물의 형상으로 만들어진 레그식 보행 로봇의 개발이 진행되고 있다. 예를 들면, 이들 레그식 보행 로봇은 산업상 또는 오락용의 보행 로봇이라고 되는 것이고, 인간이 출입할 수 없는 위험한 장소에서의 작업, 또는 진짜 동물, 예를 들면 페트(pets)와 같은 존재로서 취급하는 것을 가능하게 한다.

레그식 보행 로봇의 레그는 예를 들면 DC 모터를 사용하여 구동되고 있다. 예를 들면, DC 모터로부터의 구동력이 복수의 기어를 거쳐서 레그에 전달된다. DC 모터나 복수의 기어가 수납된다는 소위 기어박스는 이와 같은 레그의 구동을 가능하게 하지만, 치차를 크게 하고, 재료강도를 높여서 기어 강도를 높이는 것에 의해, 외부의 충격에 대한 기어의 파손을 방지하고 있다.

그런데, 자립적으로 이동하는 로봇에 있어서는, 높은 장소에서 낙하하는 위험성이 있고, 그 때의 충격에 의해 기어가 파손하는 경우가 있다.

또한, 소형으로, 외력에 의해 용이하게 레그의 관절을 움직일 수 있는 바와 같은 로봇에 있어서는, 외부에서 가해지는 힘에 의해 구동원이 파손하는 경우가 있다. 예를 들면, 강제적으로 관절이 움직이게 되면, 구동원에 이 힘이 전달되어 파손하는 경우가 있다. 외력에 의한 구동원의 파손을 방지하기 위해서, 충격 완충장치를 구비하는 것도 생각되지만, 로봇의 관절 등에 사용되고 있는 기어 박스는 소형이고 또한 경량인 것이 바람직하고, 치차내부에 충격 완충장치를 설치하였다면, 치차가 커지고, 또한, 기어박스가 대형화하여 버린다. 또한, 치차 이외에 충격완충장치를 설치하면, 기어박스가 커져 버린다.

또한, 출력단으로 되는 기어가 회전불가능하게 된 경우에는, 모터의 회전이 정지하고, 전류가 1극만으로 계속 흐르는 것에 의한 발열로 구동원이 파손할 때도 있다.

또한, 상술한 바와 같은 문제는 로봇의 레그 관절에 무관하고, 로봇에 있어서 모터에 의해 구동되는 동작부가 있으면 발생하는 것이다.

본 발명은 상술한 실정을 감안하여 이루어진 것이며, 모터 등의 구동수단으로부터 구동력이 전달되는 동작부에 외력이 가해지거나, 또는 출력단의 기어의 회전이 정지한 경우라도, 해당 동작부를 구동하기 위한 구동수단이나 기어의 파손을 방지할 수 있는 로봇 장치용 관절장치, 로봇 장치용 레그식 보행장치, 로봇장치용 아암장치, 레그식 보행 로봇장치 및 구동력 전달장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

구체적으로는, 본 발명에 관한 로봇장치용 관절장치는, 제 1 콤포넌트와 제 2 콤포넌트가 회전가능하게 지지된 로봇장치용 관절장치로 있어서, 기어열을 거쳐서 전달되는 구동수단과, 기어열내에 배치되는 구동수단과, 제 1 콤포넌트 또는 제 2 콤포넌트와의 사이에서 전달되는 힘이 소정 값 이상으로 되면 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하는 슬립 기어를 구비한다.

이러한 구성을 갖는 로봇장치용 관절장치는 슬립 기어에 소정 값 이상의 힘이 가해지면, 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하고, 구동수단과 제 1 콤포넌트 또는 제 2 콤포넌트와의 사이에서의 해당 힘의 전달을 중지한다.

또한, 본 발명에 관한 로봇장치용 레그식 보행장치는 기어열을 거쳐서 전달되는 구동수단으로부터의 구동력에 의해 레그부를 구동하는 로봇장치용 레그식 보행장치에 있어서, 기어열내에 배치되고, 구동수단과 레그부 사이에서 전달되는 힘이 소정 값 이상으로 되면 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하는 슬립 기어를 구비한다.

이러한 구성을 갖는 로봇장치용 레그식 보행장치는 슬립 기어에 소정 값 이 상의 힘이 가해지면, 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하여, 구동수단과 레그부와의 사이에서의 해당 힘의 전달을 중지한다.

또한, 본 발명에 관한 로봇장치용 아암장치는 기어열을 거쳐서 전달되는 구동수단으로부터의 구동력에 의해 아암부를 구동하는 로봇장치용 아암장치에 있어서, 기어열내에 배치되고, 구동수단과 아암부의 사이에서 전달되는 힘이 소정 값 이상으로 되면 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하는 슬립 기어를 구비한다.

이러한 구성을 갖는 로봇장치용 아암장치는 슬립 기어에 소정 값 이상의 힘이 가해지면, 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하고, 구동수단과 아암부와의 사이에서의 해당 힘의 전달을 중지한다.

또한, 본 발명에 관한 레그식 보행 로봇은 구동수단으로부터의 구동력을 레그부에 전달하는 기어열내에 배치되고, 구동수단과 레그부 사이에서 전달되는 힘이 소정 값 이상으로 되면 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하는 슬립 기어를 구비한다.

이러한 구성을 갖는 레그식 보행 로봇장치는 슬립 기어에 소정 값 이상의 힘이 가해지면, 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하며, 구동수단과 레그부 사이에서의 해당 힘의 전달을 중지한다.

또한, 본 발명에 관한 구동력 전달장치는 구동수단과 해당 구동수단에 의해 구동되는 구동부재 사이에서 전달되는 힘이 소정 값 이상으로 되면 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하는 슬립 기어를 구동수단으로부터의 구동력이 입력되는 입력단 기어 및 해당 구동력을 레그부에 전달하는 출력단 기어에 직접 맞물리지 않은 위치에 배치하고 있다.

이러한 구성을 갖는 구동력 전달장치는 슬립 기어에 소정 값 이상의 힘이 가해지면 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하며, 구동수단과 레그부 사이에서의 해당 힘의 전달을 중지한다.

도 1은 본 발명의 실시예인 레그식 보행 로봇에 부착되는 레그부의 구성을 도시한 단면도.

도 2는 레그부의 구성을 도시하는 것으로 넓적다리부에 대하여 정강이(경)부가 회동한 상태를 도시하는 단면도.

도 3은 정강이부를 회동시키기 위해서 형성된 무릎부의 기어를 도시하는 도면.

도 4는 넓적다리부를 회동시키기 위한 구동계의 구성을 도시하는 단면도.

도 5는 제 4 넓적다리부 치차와 해당 제 4 넓적다리부 치차의 회전 각도를 검출하는 각도 검출기와의 위치 관계를 도시하는 단면도.

도 6은 상술한 레그부가 부착되어 있는 4 레그형의 레그식 보행 로봇의 구성을 도시하는 측면도.

도 7은 넓적다리부에 내장되는 기어박스의 구성을 도시하는 사시도.

도 8은 다른 방향에서 본 넓적다리부에 내장되는 기어박스의 구성을 도시하는 사시도.

도 9는 슬립 기구를 갖는 치차의 구체적인 예를 도시하는 단면도.

도 10은 제 1 콤포넌트로 되는 동체부에 대하여 제 2 콤포넌트로 되는 두부가 구동되는 경우를 도시하는 도면.

이하, 본 발명에 관한 실시예에 대해서 도면을 사용하여 상세히 설명한다. 본 실시예는 전동 모터에 의해 구동되는 복수개의 레그부를 구비하는 레그식 보행 로봇장치에 적용한 것이다. 예를 들면, 레그식 보행 로봇은 산업상 또는 오락용의 로봇 등으로서 사용된다.

도 1 및 도 2에는 레그식 보행 로봇장치에 사용되는 레그부를 도시하고 있다. 레그부(2)는 넓적다리부(3), 정강이(경)부(4) 및 발부(5)로 구성되어 있다. 그리고, 레그부(2)는 레그 회전조작부(6)에 부착되어 있다. 예를 들면, 레그 회전조작부(6)는 로봇의 동체부분에 내장되고, 예를 들면, 허리부로서 구성된다.

레그부(2)에 있어서, 발부(5)는 지지축(7)을 중심으로 하여 회전가능하게 되고, 정강이부(4)는 무릎부(8)를 중심으로 하여 회전가능하게 되며, 넓적다리부(3)는 레그부 지지부(68)에 지지되어 회전가능하게 되어 있다. 즉, 지지축(7), 무릎부(8) 및 레그부 지지부(68)는 관절부로서 구성되어 있다.

그리고, 넓적다리부(3)에는 기어열내에 구동수단인 전동 모터(11)와 해당 넓적다리부(3) 사이에서 전달되는 힘이 소정 값 이상으로 되면 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하는 슬립 기어(12)를 구비하고 있다. 또한, 정강이부(4)도 동일하게 기능하는 슬립 기어(27)를 구비하고 있다. 이 슬립 기어(12, 27)의 구조는 하기에서 상세히 설명한다.

이하, 레그부(2)를 구성하는 발부(5), 정강이부(4), 넓적다리부(3), 및 해당 레그부(2)를 회전 조작하는 레그 회전조작부(6)의 상세에 대해서 설명한다.

발부(5)는 정강이부(4)의 케이스(23)의 선단부(23a)에 부착되고, 예를 들면 지지축(21)에 의해 회전가능하게 지지되어 있다. 또한, 발부(5)의 선단부에는 갈고리부(22)가 지지축(21)에 의해 회전가능하게 부착되어 있다.

정강이부(4)는 대략 직사각형 상자형으로 되는 케이스(23)내에 전동 모터(24), 모터 출력축 치차(25), 제 1 내지 제 3 정강이부 치차(26, 27, 28)를 구비하여 구성되어 있다.

전동 모터(24)의 출력축(31)에 모터 출력축 치차(25)가 고착되어 있고, 해당 모터 출력축 치차(25)에 제 1 내지 제 3 정강이부 치차(26, 27, 28)가 차례로 연속되도록 결합되어 있다. 여기서, 예를 들면, 전동 모터(24), 모터 출력축 치차(25), 제 1 내지 제 3 정강이부 치차(26, 27, 28)는 기어박스내에 수납되어 있다. 또한, 전동 모터(24)는 예를 들면 DC 모터이다.

제 1 정강이부 치차(26)는 대경 기어(26A)와 소경 기어(26B)가 일체화된 구성으로 되고, 기어 지지축(32)에 일체적으로 동축에 부착되어 있다. 또한, 제 2 정강이부 치차(27)는 대경 기어(27A)와 소경 기어(27B)가 일체화된 구성으로 되고, 기어 지지축(33)에 일체적으로 동축에 부착되어 있다. 또한, 제 3 정강이부 치차(28)는 대경 기어(28A)와 소경 기어(28B)가 일체화된 구성으로 되며, 기어 지지축(34)에 일체적으로 동축에 부착되어 있다. 그리고, 기어 지지축(32, 33, 34)은 예를 들면 상술한 기어 박스에 회전가능하게 부착되어 있다.

상술한 모터 출력축 치차(25)가 제 1 정강이부 치차(26)의 대경 기어(26A)와 맞물리도록 결합되어 있다. 그리고, 대경 기어(26A)와 일체화되어 있는 소경 기어(26B)가 제 2 정강이부 치차(27)의 대경 기어(27A)와 맞물리도록 결합되어 있다. 더욱이, 대경 기어(27A)와 일체화되어 있는 소경 기어(27B)가 제 3 정강이부 치차(28)의 대경 기어(28A)와 맞물리도록 결합되어 있다. 또한, 대경 기어(28A)에 일체화되어 있는 소경 기어(28B)가 넓적다리부(3)에 대하여 해당 정강이부(4)를 회동시키기 위해 도 3에 도시한 치차(8a)와 맞물리도록 결합되어 있다. 여기서, 모터 출력축 치차(25)는 기어열에서 전동 모터(24)의 구동력이 최초에 입력되는 소위 입력단의 치차로 되고, 또한 제 3 정강이부 치차(28)는 기어열에서 전동 모터(24)의 구동력에 의해 정강이부(4)를 회동시키는 소위 출력단의 치차로 된다.

여기서, 출력단으로 되는 제 3 정강이부 치차(28)로부터 구동력이 전달되는 무릎부(8)는 도 3에 도시한 바와 같이 무릎부(8)의 배면에 형성된 치차(8a)가 제 3 정강이부 치차(28)의 소경 기어(28B)와 맞물리도록 결합되어 있다. 그리고, 치차(8a)는 넓적다리부(3)의 케이스(13)의 지지부(13a)와 일체로 되어 있다.

정강이부(4)를 구성하는 기어열에서 제 2 정강이부 치차(27)는 일정한 크기의 외력에 대하여, 슬립하는 것에 의해 해당 외부에서의 입력을 다른 치차에 전달하지 않도록 구성되어 있다. 즉, 예를 들면 강제적인 외력, 또는 충격에 의해 외 력을 정강이부(4)가 받은 경우, 제 3 정강이부 치차(28)에 의해 기어박스내의 기어열에 외력이 전달되지만, 제 2 정강이부 치차(27)는 이와 같이 입력된 외력이 소정 값 이상인 경우, 슬립하는 것에 의해 제 1 정강이부 치차(26)로의 상기 외력을 전달하지 않도록 구성되어 있다.

이상과 같은 구성에 의해, 전동 모터(24)의 회전 구동력이 모터 출력축 치차(25), 제 1 및 제 2 정강이부 치차(26, 27)를 거쳐서, 제 3 정강이부 치차(28)에 회전 구동력이 전달된다. 이 회전 구동력의 전달에 의해, 정강이부(4)는 도 1에 도시한 바와 같이, 관절부를 구성하는 무릎부(8)의 지지축(8b)을 회전중심으로 하여, 화살표 A 방향으로 회동 조작되며, 예를 들면 도 2에 도시한 바와 같은 위치까지 이동된다.

그리고, 정강이부(4)는 일정한 외력이 가해지면, 제 2 정강이부 치차(27)의 슬립 기구에 의해, 그 외력이 구동원인 전동 모터(24)에 전달되는 것이 방지된다.

넓적다리부(3)는 도 1, 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이 대략 직사각형 상자형으로 되는 케이스(13)내에, 전동 모터(11), 모터 출력축 치차(14), 제 1 내지 제 4 넓적다리부 치차(15, 12, 16, 17)를 구비하여 구성되어 있다.

전동 모터(11)의 도시하지 않은 출력축에 모터 출력축 치차(14)가 고착되어 있고, 해당 모터 출력축 치차(14)에 제 1 내지 제 4 넓적다리부 치차(15, 12, 16, 17)가 차례로 연속되도록 결합되어 있다. 여기서, 예를 들면, 전동 모터(11), 모터 출력축 치차(14), 제 1 내지 제 4 넓적다리부 치차(15, 12, 16, 17)는 기어박스(44)내에 수납되어 있다. 예를 들면, 전동 모터(11)는 DC 모터이다.

제 1 넓적다리부 치차(15)는 대경 기어(l4A)와 소경 기어(14B)가 일체화된 구성으로 되고, 기어 지지축(41)에 일체적으로 동축에 부착되어 있다. 또한, 제 2 넓적다리부 치차(12)는 대경 기어(12A)와 소경 기어(12B)가 일체화된 구성으로 되고, 기어 지지축(42)에 일체적으로 동축에 부착되어 있다. 또한, 제 3 넓적다리부 치차(16)는 대경 기어(16A)와 소경 기어(16B)가 일체화된 구성으로 되고, 기어 지지축(43)에 일체적으로 동축에 부착되어 있다. 또한, 제 4 넓적다리부 치차(17)는 레그부 지지부(68)에 부착되어 있는 부착 부재(19)에 일체적으로 되어 있다. 그리고, 기어 지지축(41, 42, 43)이 예를 들면 기어박스(44)에 회전가능하게 부착되어 있다.

상술한 모터 출력축 치차(14)가 제 1 넓적다리부 치차(15)의 대경 기어(15A)와 맞물리도록 결합되어 있다. 그리고, 대경 기어(15A)와 일체화되어 있는 소경 기어(15B)가 제 2 넓적다리부 치차(12)의 대경 기어(12A)와 맞물리도록 결합되어 있다. 더욱이, 대경 기어(12A)와 일체화되어 있는 소경 기어(12B)가 제 3 넓적다리부 치차(16)의 대경 기어(16A)와 맞물리도록 결합되어 있다. 또한, 대경 기어(16A)에 일체화되어 있는 소경 기어(16B)가 제 4 넓적다리부 치차(17)와 맞물리도록 결합되어 있다. 여기서, 모터 출력축 치차(14)는 기어열에서 전동 모터(11)의 구동력이 최초에 입력되는 소위 입력단의 치차라고 되고, 또한, 제 3 넓적다리부 치차(16)는 기어열에서 전동 모터(11)의 구동력에 의해 넓적다리부(3)를 회동시키는 소위 출력단의 치차로 된다.

넓적다리부(3)를 구성하는 이 기어열에 있어서, 제 2 넓적다리부 치차(12)는 상술한 제 2 정강이부 치차(27)와 같이 슬립기능을 갖고 있고, 일정한 크기의 외력에 대하여 슬립하는 것에 의해 해당 외부에서의 입력을 다른 치차에 전달하지 않도록 구성되어 있다. 즉, 강제적인 외력, 또는 충격에 의해 외력을 넓적다리부(3)가 받은 경우, 제 3 넓적다리부 치차(16)에 의해 기어박스(44)내의 기어열에 외력이 전달되지만, 제 2 넓적다리부 치차(12)는 이와 같이 입력된 외력이 소정 값 이상이 된 경우, 슬립하는 것에 의해 제 1 넓적다리부 치차(15)로의 상기 외력을 전달하지 않는 것과 같은 구성으로 되어 있다.

또한, 넓적다리부(3)에는 회동한 각도를 각도 검출기가 설치되고 있다. 예를 들면, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 제 4 넓적다리부 치차(17)의 회전량을 검출하여 해당 넓적다리부(3)가 회동한 각도를 검출하는 각도 검출기(18)를 구비하고 있다. 예를 들면, 각도 검출기(18)는 포텐티오메터이고, 도 5에 도시한 바와 같이, 회전을 검출하기 위한 축(18a)이 제 4 넓적다리부 치차(17)의 측부에 압입되고, 제 4 넓적다리부 치차(17)의 회전 각도, 즉 넓적다리부(3)의 회동 각도를 검출하고 있다.

이상과 같은 구성에 의해, 전동 모터(11)의 회전 구동력이 모터 출력축 치차(14) 및 제 1 및 제 2 넓적다리부 치차(15, 12)를 거쳐서, 제 4 넓적다리부 치차(17)에 결합되어 있는 제 3 넓적다리부 치차(16)에 전달된다. 이 회전 구동력의 전달에 의해 넓적다리부(3)는 예를 들면 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같은 상태에 있어서는 도면의 지면 수직방향으로 회동가능하게 된다.

그리고, 넓적다리부(3)는 일정한 외력이 가해지면, 제 2 넓적다리부 치차(12)의 슬립기구에 의해, 그 외력이 구동원인 전동 모터(11)에 전달되는 것이 방지된다.

레그부(2)를 회동 조작하는 레그 회전조작부(6)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 케이스(61)내에 전동 모터(62), 모터 출력축 치차(63), 제 1 내지 제 4 지지부 치차(64, 65, 66, 67)를 구비하여 구성되어 있다.

전동 모터(62)의 출력축(71)에 모터 출력축 치차(63)가 고착되어 있고, 해당 모터 출력축 치차(63)에, 제 1 내지 제 4 지지부 치차(64, 65, 66, 67)가 차례로 연속하도록 결합되어 있다. 여기서, 전동 모터(62), 제 1 내지 제 4 지지부 치차(64, 65, 66, 67)는 기어박스에 수납되어 있다. 또한, 전동 모터(62)는 예를 들면 DC 모터이다.

제 1 지지부 치차(64)는 대경 기어(64A)와 소경 기어(64B)가 일체화된 구성으로 되고, 기어 지지축(72)에 일체적으로 동축에 부착되어 있다. 또한, 제 2 지지부 치차(65)는 대경 기어(65A)와 소경 기어(65B)가 일체화된 구성으로 되고, 기어 지지축(73)에 일체적으로 동축에 부착되어 있다. 또한, 제 3 지지부 치차(66)는 대경 기어(66A)와 소경 기어(66B)가 일체화된 구성으로 되고, 기어 지지축(74)에 일체적으로 동축에 부착되어 있다. 또한, 제 4 지지부 치차(67)는 도시하지 않은 기어 지지축에 일체적으로 부착되어 있다. 그리고, 이 제 4 지지부 치차부(67)의 측면(67a)에는 레그부(3)가 부착되는 레그부 지지부(68)가 일체화되어 설치되어 있다. 레그부 지지부(68)는 베어링(69)에 의해 회전가능하게 지지되고, 단부에 상술한 제 4 지지부 치차(67)와 일체적으로 되어 있는 부착 부재(19)가 부착되어 있다. 여기서, 기어 지지축(72, 73, 74)이 예를 들면 상술한 기어박스에 회전가능하게 부착되어 있다.

상술한 모터 출력축 치차(63)가 제 1 지지부 치차(64)의 대경 기어(64A)와 맞물리도록 결합되어 있다. 그리고, 대경 기어(64A)와 일체화되어 있는 소경 기어(64B)가 제 2 지지부 치차(65)의 대경 기어(65A)와 맞물리도록 결합되어 있다. 더욱이, 대경 기어(65A)와 일체화되어 있는 소경 기어(65B)가 제 3 지지부 치차(66)의 대경 기어(66A)와 맞물리도록 결합되어 있다. 또한, 대경 기어(66A)에 일체화되어 있는 소경 기어(66B)가 레그부 지지부(68)와 일체로 되어 있는 제 4 지지부 치차(67)와 맞물리도록 결합되어 있다.

이상과 같은 구성에 의해, 전동 모터(62)의 회전 구동력이 모터 출력축 치차(63)를 거쳐서 제 1 내지 제 4 지지부 치차(64, 65, 66, 67)를 거쳐서, 레그부 지지부(68)에 전달된다. 이 회전 구동력의 전달에 의해 넓적다리부(3)는 레그부 지지부(68)를 축중심으로 하여 회전 조작된다.

이상과 같이, 레그부(2)는 발부(5), 정강이부(4), 넓적다리부(3)로 구성되어 있다. 이러한 구성을 갖는 레그부(2)의 넓적다리부(3)는 일정 이상의 큰 외부에서의 입력에 대하여 제 2 넓적다리부 치차(12)에 의한 슬립기구에 의해 전동 모터(11)로의 입력을 절단할 수 있다. 이와 같이 구동력을 전달하는 기어 내의 하나의 기어를 슬립 구조로 하는 슬립 기어 등을 사용하여 구성하는 것에 의해, 출력단인 제 3 넓적다리부 치차(16)가 부동으로 되었을 때에, 예를 들면 넓적다리부(3)가 외력 등에 의해 로크 되었을 때에, 전원 모터(11)의 회전 정지를 방지할 수 있게 되도록되어, 전동 모터(11)의 회전 정지로 인해 모터 로크에 의한 파손을 방지할 수 있다.

또한, 슬립기구에 의해, 전동 모터(11)에 의해 넓적다리부(3)가 회전되고 있는 경우에도, 그 회전방향과는 반대 방향으로 출력단을 회전시키는 것이 가능하게 된다. 예를 들면, 전동 모터(11)의 구동에 의해, 도 1에 있어서 지면 앞방향으로 넓적다리부(3)를 회동시키는 경우에 있어서, 그것과는 역방향인 지면 안쪽 방향으로 외력을 가하여 넓적다리부(3)를 회동시킬 수 있다.

또한, 각도 검출에도 사용되는 바와 같은 치차 이외의 치차를 슬립 구조를 갖는 슬립 기어로 하는 것에 의해 전동 모터(11)의 상태에 의하지 않고, 출력축의 각도를 검출하는 것, 즉 넓적다리부(3)의 회동량를 검출할 수 있다.

또한, 동일한 기능을 외부 출력단 아래에 설치하는 것에 의해, 부품점수를 적고, 소형으로 할 수 있게 된다.

또한, 기어열의 중간점에 치차의 슬립기구를 설치하는 것에 의해 최종 출력단의 토오크에 비해서 작은 슬립 토오크로 충분하기 때문, 슬립기구를 소형으로 할 수 있다.

또한, 기어박스의 기본 구성 이외의 부품을 사용하지 않고서, 높은 토오크를 발생시킬 수 있게 된다. 그리고, 기어박스의 기본 구성 이외의 부품을 사용하지 않고서, 소위 충격 흡수 기구를 구성할 수 있기 때문에, 소형이고 저가인 것으로 된다.

또한, 슬립 기어가 성형에 의해 제조되기 때문에, 슬립 구조의 조립 공정수를 필요로 하지 않고 저가로 할 수 있다. 그리고, 슬립 구조가 성형에 의한 것이기 때문에 불량품을 감소시킬 수 있다.

이상, 넓적다리부(3)의 기어열내의 치차에 슬립 기어 등의 슬립 구조를 갖는 치차를 사용하는 것에 의한 효과에 관해서 설명하였지만, 정강이부(4)에 대해서도 제 2 정강이부 치차(27)가 슬립 구조를 갖고 있기 때문에, 이것과 동일한 효과가 얻어지는 것은 말할 필요도 없다.

도 6에는 레그식 보행 로봇장치인 4 레그형의 보행 로봇(1OO)을 도시하고 있다. 이 레그식 보행 로봇(100)은 앞쪽 레그 2개에 상술한 레그부(2)가 부착되어 있는 예이다.

이 보행 로봇(1O0)은 동체부(101)와, 이 동체부(101)에 부착된 두부(102), 레그부(2) 및 후방 레그부(103)로 구성되어 있다. 예를 들면, 동체부(101)에는 배터리나 제어부가 탑재되어 있다. 또한, 두부(102)에는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라 등이 탑재되어 있다. 또한, 후방 레그부(103)는 레그(2)와 동일하게, 발부(103a), 정강이부(103b), 넓적다리부(103c)로 구성되어 있고, 그리고 레그(2)와 동일한 회동 동작이 가능하도록 구성되어 있다.

이 보행 로봇(100)은 레그부(2, 103)가 제어되는 것에 의해, 자립적인 보행동작, 레그를 확대하여 엎드려 눕는 동작 등을 하는 것이 가능하게 되어 있다. 예를 들면, 레그부(2)에 관해서 말하면, 도면 중에 도시한 바와 같이, 발부(5)가 화살표 B-B 방향으로 회전가능하게 되고, 정강이부(4)가 화살표 A-A 방향으로 회전가능하게 되며, 넓적다리부(3)가 화살표 C-C 방향 및 지면 수직 방향으로 회전가능하게 되고, 다른 레그부도 동일한 동작이 가능하게 되는 것에 의해, 각 레그부가 적합하게 제어되어 자립적인 보행동작이 가능하게 되고 있다.

이 보행 로봇(100)은 레그부(2)가 슬립 구조를 갖는 기어가 끼워 넣어지는 것으로, 상술한 효과와 동일한 효과, 예를 들면 외력, 충격에 대해서도 치차가 파손하는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로는, 보행 로봇(100)이 높은 장소에서 낙하한 경우에도, 그 때의 충격에 의해 넓적다리부(3)를 구동하기 위한 치차가 파손되어 버리는 것을 방지할 수 있다.

또한, 넓적다리부(3)가 회동하였을 때에, 해당 넓적다리부(3)의 부착 지점에 사용자가 손가락을 넣어 버렸던 것과 같은 경우에도, 슬립기구에 의해 넓적다리부(3)의 부착 지점에 손가락이 끼워지는 것과 같은 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이, 넓적다리부(3)의 부착 지점에 사용자가 손가락(X)을 넣어 버렸던 것과 같은 경우에도, 슬립기구에 의해 넓적다리부(3)의 부착 지점에 손가락이 끼워지는 것과 같은 것을 방지할 수 있다.

또한, 후방 레그부(103)에 관해서도, 정강이부(103b) 및 넓적다리부(103c) 내의 기어열의 하나의 치차에 슬립 구조를 갖는 치차를 구비할 수도 있다. 이것에 의해, 모든 레그부에 관해서도 상술한 바와 동일한 효과, 예를 들면, 외부에서의 충격에 의한 치차나 동력원의 손상을 방지한다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 정강이부(4), 넓적다리부(3)의 양쪽에 슬립 구조를 갖는 치차를 구비하는 것에 관해서 설명하였지만, 한쪽 부분, 예를 들면 넓적다리부(3)에만 슬립 구조를 갖는 치차를 구비하는 것으로 하여도 좋다.

또한, 도 7 및 도 8에는 상술한 도 1, 도 2 및 도 4에 도시한 넓적다리부(3)의 구성을 보행 로봇(100)의 넓적다리부(3)의 케이스의 내부에 끼워 넣는 기어 박스(44)에 적용한 구성을 도시하고 있다.

또한, 보행 로봇(100)의 넓적다리부(3)에 적용하여 구성하는 것에 의해, 상술한 도 1, 도 2 및 도 4의 넓적다리부(3)의 구성과 일부가 다른 구성으로 되어 있고, 일부가 반대 방향으로 되어 있다. 예를 들면, 반대 방향으로 되어 있는 것은 부착 부재(19)로부터 돌설된 축부(19b)(도 1, 도 2 및 도 3에서는, 부착 부재(19)로부터 돌설된 축부(19a))이다.

이 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 기어 박스(44)에 있어서, 전동 모터(11)의 일부, 모터 출력축 치차(14), 제 1 넓적다리부 치차(15)의 대경 기어(15A), 제 2 넓적다리부 치차의 대경 기어(12A), 및 제 4 넓적다리부 치차(17)가 기어 박스(44)로부터 외측을 따르도록 부착되어 있다. 또한, 부착 부재(19)로부터 돌설된 축부(19b)는 기어박스(44)에 장착된 상태로 도시하지 않은 베어링에 의해 지지되는 부분으로 된다. 그리고, 기어 박스(44)의 하단에는 무릎부(8)와의 연결용 스테이(44a)가 설치되고 있다. 또한, 도 8에 도시한 기어 박스(44)는 측면에 커버가 부착된 상태의 것을 도시하고 있다.

또한, 상술한 정강이부(4)는 이 넓적다리부(3)의 기어 박스(44)와 대략 동일한 구성으로 된 기어박스로 이루어지고, 예를 들면, 도 8에 도시한 제 4 넓적다리부 치차(17)가 무릎부(8)의 배면의 치차(8a)와 대응되고, 또한 무릎부(8)로의 연결용 스테이(44a)가 발부(5)를 부착하기 위한 연결용 스테이에 대응하는 것으로 된다.

도 9에는 상술한 슬립 구조를 갖는 기어의 구체예를 도시하고 있다. 여기서는 제 2 넓적다리부 치차(12)에 슬립 구조가 적용되는 경우에 관해서 설명한다.

제 2 넓적다리부 치차(16)는 전동 모터(11)와 넓적다리부(3) 사이에서 전달되는 힘이 소정 값 이상으로 되면 해당 힘에 의해 회전방향과는 반대 방향으로 슬립하는 슬립 구조를 갖는 소위 슬립 기어로 하여 구성되어 있다.

제 2 넓적다리부 치차(16)는 기어 지지축(42)에 부착되고, 해당 기어 지지축(42)에서 회전축에 대한 수직방향의 외주단면이 대략 원형을 이루는 제 1 기어 부재(51)와, 제 1 기어 부재의 외주면에 습동가능하게 부착되어, 기어 치차부가 형성되어 있는 제 2 기어부재(52)로 구성되어 있다.

제 1 기어부재(51)는 기어 지지축(42)으로의 장착부(51a)와, 제 2 기어 부재(52)가 결합되는 결합부(51c)를 설치하고 있다.

장착부(51a)는 대략 통형상을 이루고, 그 내경이 기어 지지축(42)의 외형과 대략 동일하게 되어 있다. 그리고, 장착부(51a)의 외주의 선단부분에 결합부(51c)가 설치되어 있다. 또한, 장착부(51a)의 외주이고, 결합부(51c)가 형성되어 있지 않는 부분에는 제 3 넓적다리부 치차(16)의 대경 기어(16A)와 맞물리는 소경 기어(12B)가 설치된다.

결합부(51c)의 외주면(51b)은 제 2 기어 부재(52)와 결합되는 대략 V자 홈형상으로 형성된 마찰 결합면으로 되어 있다.

제 2 기어 부재(52)는 제 1 기어 부재(51)와 결합하는 결합부(52a)와, 제 1 넓적다리부 치차(15)의 소경 기어(15B)와 맞물리는 기어 치차부(52d)를 설치하고 있다. 결합부(52a)는 대략 통형상을 하고, 그 내주면(52b)이 제 1 기어 부재(51)와 결합되는 대략 V자형 볼록형상으로 형성된 마찰결합면으로 되어 있다. 그리고, 결합부(52a)의 외주의 단부에 원반형상으로 형성된 기어부(52c), 즉 대경 기어(12A)가 형성되어 있다. 이 기어부(52c)의 외주에 제 1 넓적다리부 치차(15)의 소경 기어(15B)에 결합되는 기어 치차부(52d)가 형성되어 있다.

예를 들면, 이 제 2 넓적다리부 치차(12)는 인젝션 몰드에 의해 성형되어 있다.

이러한 구성을 이루는 제 2 넓적다리부 치차(12)는 통상의 구동력으로서는 마찰 결합면인 면(51b)과 면(52b) 사이의 마찰력에 의해 해당 면(51b)에 대하여 면(52b)이 습동하는 일없고, 따라서 제 1 기어 부재(51)와 제 2 기어 부재(52)가 함께 회전하지만, 제 1 기어 부재(51)에 대하여 제 2 기어 부재(52)에 소정 값 이상의 토오크가 걸리면 면(51b)에 대하여 면(52b)이 습동하게 된다. 즉, 소정 값 이상의 토오크에 대하여 제 2 넓적다리부 치차(12)는 슬립한다. 이것에 의해, 제 1 넓적다리부 치차(15)와 제 3 넓적다리부 치차(16) 간의 힘의 전달이 중지되는 것으로 된다.

또한, 슬립 기구를 갖는 치차로서 이 도 9에 도시한 바와 같은 구조로 이루어지는 슬립 기어를 사용하는 것에 한정되는 것이 아니라, 다른 슬립 구조를 갖고서 이루어지는 슬립 기어를 사용하는 것도 가능하다.

또한, 상술한 실시예로서는 본 발명을 로봇장치의 레그부에 적용한 경우에 관해서 설명하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 레그부의 관절에 있어서 적용되는 것에 한정되는 것이 아니라, 구동수단에 의해 구동되는 동작부의 관절부에 있어서 적용되는 것도 가능하다.

구체적으로는, 본 발명을 제 1 콤포넌트와 제 2 콤포넌트가 회전가능하게 지지된 로봇장치용 관절장치에 적용하고, 로봇장치용 관절장치가 기어열을 거쳐서 전달되는 구동수단과, 기어열내에 배치되고, 구동수단과, 제 1 콤포넌트 또는 제 2 제 2 콤포넌트와의 사이에서 전달되는 힘이 소정 값 이상으로 되면 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하는 슬립 기어를 구비하는 것으로 한다.

이것에 의해, 로봇장치용 관절장치는 슬립 기어에 소정 값 이상의 힘이 가해지면, 해당 힘에 의한 회전방향에 대하여 슬립시킬 수 있고, 치차나 구동수단의 파손을 방지할 수 있다.

보다 구체적으로는, 도 10에 도시한 바와 같이, 예를 들면 제 1 콤포넌트로서의 동체부(101)와, 예를 들면 제 2 콤포넌트로서의 두부(102)가 축지지 되어 있는 로봇장치(100)에 있어서, 두부(102)는 동체부(101)에 대하여 회전동작(화살표 D-D 방향으로의 동작)을 하거나, 상하동작(화살표 E-E 방향으로의 동작)을 하도록 이루어져 있다.

이러한 경우에 있어서, 동체부(101) 또는 두부(102)와의 사이에서 전달되는 힘이 소정 값 이상으로 되면 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하는 슬립 기어를 구비하는 것으로, 슬립 기어에 소정 값 이상의 힘이 가해지면, 해당 힘에 의한 회전방향에 대하여 슬립시킬 수 있다.

이것에 의해, 동체부(101) 또는 두부(102)에 외력이 가해진 경우라도, 해당 동체부(101) 또는 두부(102)를 구동하기 위한 치차나 구동수단의 파손을 방지할 수 있게 된다.

더욱이, 본 발명을 아암부의 관절에 있어서 적용할 수도 있다. 이 경우, 기어열을 거쳐서 전달되는 구동수단으로부터의 구동력에 의해 아암부를 구동하는 로봇장치용 아암장치에 본 발명을 적용하고, 로봇장치용 아암장치는 기어열내에 배치되며, 구동수단과 아암부 사이에서 전달되는 힘이 소정 값 이상으로 되면 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하는 슬립 기어를 구비하는 것으로 한다.

이것에 의해, 로봇장치용 아암장치는 슬립 기어에 소정 값 이상의 힘이 가해지면 해당 힘에 의한 회전방향에 대하여 슬립하기 때문에, 아암부에 외력이 가해진 경우라도 치차나 구동수단의 파손을 방지할 수 있다.

또한, 기어의 구성 등에 관해서는 상술한 구성으로 하는 것에 한정되는 것이 아니라, 이러한 두부(102)등의 동작부의 구동수단에 따라서 적합하게 설계하여도 무방하다.

본 발명에 관한 로봇장치용 관절장치는 기어열을 거쳐서 전달되는 구동수단과, 기어열내에 배치되고 구동수단과, 제 1 콤포넌트 또는 제 2 콤포넌트와의 사이에서 전달되는 힘이 소정 값 이상으로 되면 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하는 슬립 기어를 구비하는 것에 의해, 슬립 기어에 소정 값 이상의 힘이 가해지면, 해당 힘에 의한 회전방향에 대하여 슬립시킬 수 있다.

예를 들면, 이것에 의해 제 1 콤포넌트 또는 제 2 콤포넌트에 외력이 가해진 경우라도, 치차나 구동수단의 파손을 방지할 수 있다.

또한, 기어열내, 예를 들면 중단에 슬립 기어를 설치하는 것에 의해 작은 슬립 토오크로, 출력단에서는 큰 토오크를 낼 수 있기 때문에, 슬립기구를 작게 할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 로봇장치용 레그식 보행장치는 기어열내에 배치되고, 구동수단과 레그부의 사이에서 전달되는 힘이 소정 값 이상으로 되면 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하는 슬립 기어를 구비하는 것에 의해 슬립 기어에 소정 값 이상의 힘이 가해지면, 해당 힘에 의한 회전방향에 대하여 슬립시킬 수 있다.

예를 들면, 이것에 의해 레그부에 외력이 가해진 경우라도, 치차나 구동수단의 파손을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 로봇장치용 아암장치는 기어열내에 배치되고, 구동수단과 아암부 사이에서 전달되는 힘이 소정 값 이상으로 되면 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하는 슬립 기어를 구비하는 것에 의해 슬립 기어에 소정 값 이상의 힘이 가해지면, 해당 힘에 의한 회전방향에 대하여 슬립시킬 수 있다.

예를 들면, 이것에 의해 아암부에 외력이 가해진 경우라도 치차나 구동수단의 파손을 방지할 수 있다.

본 발명에 관한 레그식 보행 로봇은 기어열내에 배치되고 구동수단과 레그부 사이에서 전달되는 힘이 소정 값 이상으로 되면 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하는 슬립 기어를 구비하는 것에 의해, 슬립 기어에 소정 값 이상의 힘이 가해지면, 해당 힘에 의한 회전방향에 대하여 슬립시킬 수 있다.

예를 들면, 이것에 의해, 레그부에 외력이 가해진 경우라도, 치차나 구동수단의 파손을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 구동력 전달장치는 구동수단과 해당 구동수단에 의해 구동되는 구동부재의 사이로 전달되는 힘이 소정 값 이상으로 되면 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하는 슬립 기어를, 구동수단으로부터의 구동력이 입력되는 입력단 기어 및 해당 구동력을 레그부에 전달하는 출력단 기어에 직접 맞물리지 않은 위치에 배치하고 있는 것에 의해, 슬립 기어에 소정 값 이상의 힘이 가해지면, 해당 힘에 의한 회전방향에 대하여 슬립시킬 수 있다.

Claims

축 둘레에서 회전가능한 제 1 콤포넌트 및 제 2 콤포넌트를 갖는 로봇장치용 관절장치로서,

상기 제 1 콤포넌트 및 제 2 콤포넌트를 구비하는 기어열을 거쳐서 힘을 전달하는 구동수단과,

상기 기어열내에 배치되고, 그 외주면 상에 제공된 V자형 홈을 갖는 제 1 부재와 그 내주면에 제공된 정합 V자형 치차 부재를 갖는 제 2 부재를 구비하는 슬립 기어를 포함하고,

이에 의해 상기 슬립 기어는 상기 구동수단과 상기 제 1 또는 제 2 콤포넌트와의 사이에 전달되는 힘이 소정 값 이상으로 되면 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하도록 설계된 로봇장치용 관절장치.
제 1 항에 있어서, 상기 슬립 기어는 상기 구동수단으로부터의 구동력이 입력되는 입력단 기어 또는 해당 구동력을 상기 제 1 또는 제 2 콤포넌트에 전달하는 출력단 기어에 직접 맞물리지 않은 위치에 배치되는 로봇장치용 관절장치.
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제 1 항에 있어서, 상기 구동수단은 상기 제 1 또는 제 2 콤포넌트의 내부에 부착되는 로봇장치용 관절장치.
제 1 항에 있어서, 상기 구동수단 및 상기 기어열은 기어박스에 수납되는 로봇장치용 관절장치.
기어열을 거쳐서 전달되는 구동수단으로부터의 구동력에 의해 레그부를 구동하는 로봇장치용 레그식 보행장치로서,

상기 기어열내에 배치되고, 그 외주면 상에 제공된 V자형 홈을 갖는 제 1 부재와 그 내주면에 제공된 정합 V자형 치차 부재를 갖는 제 2 부재를 구비하는 슬립 기어를 포함하고,

이에 의해 상기 슬립 기어는 상기 구동수단과 상기 하나의 레그부 사이에 전달되는 힘이 소정 값 이상으로 되면 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하도록 설계된 로봇장치용 레그식 보행장치.
제 6 항에 있어서, 상기 슬립 기어는 상기 구동수단으로부터의 구동력이 입력되는 입력단 기어 및 해당 구동력을 상기 레그부에 전달하는 출력단 기어에 직접 맞물리지 않은 위치에 배치되는 로봇장치용 레그식 보행장치.
삭제
제 6 항에 있어서, 상기 구동수단은 상기 레그부 내부에 부착되는 로봇장치용 레그식 보행장치.
제 6 항에 있어서, 상기 구동수단 및 상기 기어열은 기어 박스에 수납되는 로봇장치용 레그식 보행장치.
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기어열을 거쳐서 전달되는 구동수단으로부터의 구동력에 의해 구동되는 복수개의 레그부를 구비하는 레그식 보행 로봇장치로서,

상기 기어열내에 배치되고, 그 외주면 상에 제공된 V자형 홈을 갖는 제 1 부재와 그 내주면에 제공된 정합 V자형 치차 부재를 갖는 제 2 부재를 구비하는 슬립 기어를 포함하고,

이에 의해 상기 슬립 기어는 상기 구동수단과 상기 하나의 레그부와의 사이에 전달되는 힘이 소정 값 이상으로 되면 해당 힘에 의한 회전방향과는 반대방향으로 슬립하도록 설계된 레그식 보행 로봇장치.
제 16 항에 있어서, 상기 슬립 기어는 상기 구동수단으로부터의 구동력이 입력되는 입력단 기어 및 해당 구동력을 상기 레그부에 전달하는 출력단 기어에 직접 맞물리지 않은 위치에 배치되는 레그식 보행 로봇장치.
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제 16 항에 있어서, 상기 구동수단은 상기 레그부 내부에 부착되는 레그식 보행 로봇장치.
제 16 항에 있어서, 4 레그를 갖는 동물 형상으로 형성되는 레그식 보행 로봇장치.
제 16 항에 있어서, 상기 구동수단 및 상기 기어열은 기어박스에 수납되는 레그식 보행 로봇장치.
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