KR20100054159A - 2 족 보행 로봇 - Google Patents
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Abstract
다리부 (2) 의 하퇴 링크 (9) 와 족평부 (11) 를 발목 관절부 (10) 로부터 먼 부분에서 연결하는 직동 액추에이터 (124) 의 신축 동작에 의해 족평부를 하퇴 링크에 대하여 발목 관절부를 중심으로 하여 요동시키도록 한 2 족 보행 로봇에 있어서, 직동 액추에이터를 대형화하지 않고 계단 보행에 필요한 소요 모멘트를 족평부에 부여할 수 있도록 한다. 직동 액추에이터 (124) 는 그 직동 액추에이터의 신축력이 무릎 관절부 (8) 와 발목 관절부 (10) 를 연결하는 결선 (L1) 에 대하여 후방으로 기운 선 (L2) 상에 작용하도록 배치된다. 바람직하게는, 직동 액추에이터 (124) 의 하퇴 링크 (9) 에 대한 연결부 (Y3a) 를 상기 결선 (L1) 보다 후방에 위치시키고, 직동 액추에이터 (124) 의 족평부 (11) 에 대한 연결부 (Y3b) 를 상기 결선 (L1) 보다 전방에 위치시킨다.
Description
본 발명은 동체부와 좌우 1 쌍의 다리부를 구비하는 2 족 보행 로봇에 관한 것이다.
이런 종류의 2 족 보행 로봇에서 각 다리부는 동체부에 고관절부를 통해 연결되는 대퇴 링크와, 대퇴 링크의 하단에 무릎 관절부를 통해 연결되는 하퇴 링크와, 하퇴 링크의 하단 (下端) 에 발목 관절부를 통해 연결되는 족평부로 구성된다. 그리고, 종래 각 다리부의 대퇴 링크와 하퇴 링크를 무릎 관절부로부터 먼 부분에서 연결하는 하퇴 구동용 직동 액추에이터와, 각 다리부의 하퇴 링크와 족평부를 발목 관절부로부터 먼 부분에서 연결하는 족평 구동용 직동 액추에이터를 구비하고, 하퇴 구동용 직동 액추에이터의 신축 동작에 의해 하퇴 링크를 대퇴 링크에 대하여 무릎 관절부를 중심으로 하여 요동시키고, 족평 구동용 직동 액추에이터의 신축 동작에 의해 족평부를 하퇴 링크에 대하여 발목 관절부를 중심으로 하여 요동시키도록 한 2 족 보행 로봇이 알려져 있다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 2004-202676호 참조).
이 족평 구동용 직동 액추에이터는 하퇴 링크의 후측에 하퇴 링크와 평행하게 배치되어 있다. 그 때문에, 족평 구동용 직동 액추에이터의 신축력은 무릎 관절부와 발목 관절부를 연결하는 결선에 평행한 선 상에서 작용한다.
그런데, 계단 보행시에는 무릎 관절부의 굴곡 각도가 커져, 계단면에 접지하는 족평부에 대하여 하퇴 링크가 크게 전방으로 기운다. 그리고, 계단을 오르기 위해서는, 족평 구동용 직동 액추에이터에 의해 족평부에 발목 관절부를 중심으로 전방으로 하강하는 (발톱 끝 하강함) 방향의 큰 모멘트를 부여할 필요가 있다.
여기에서, 족평부에 대한 모멘트의 부여에 기여하는 것은, 족평 구동용 직동 액추에이터의 신축력 중에서 족평부 (접지면) 와 직교하는 방향의 성분뿐이다. 상기 종래예와 같이 족평 구동용 직동 액추에이터의 신축력을 무릎 관절부와 발목 관절부를 연결하는 결선과 평행한 선 상에 작용시킨 것은, 계단 보행시에 상기 결선, 즉, 신축력의 작용선이 족평부에 대하여 크게 전방으로 기운다. 그 때문에, 족평 구동용 직동 액추에이터의 신축력 중 족평부와 직교하는 방향의 성분은 매우 작아진다. 따라서, 족평부에 족평 구동용 직동 액추에이터에 의해 효율적으로 모멘트를 부여할 수 없게 되어, 계단을 오르는 데 필요한 소요 모멘트를 부여하기 위해서는 족평 구동용 직동 액추에이터를 고출력의 대형의 것으로 해야 한다.
상기 종래예의 것에 있어서, 하퇴 구동용과 족평 구동용의 각 직동 액추에이터는, 전동 모터 및 그 전동 모터에 의해 회전 구동되는 나사축을 구비하는 구동 유닛과, 나사축에 볼을 통해 나사 결합되는 너트 부재를 장착한 슬라이더로 구성되어 있다. 구동 유닛은 상단 (上端) 에 전동 모터를 탑재한, 나사축의 축선 방향 (상하 방향) 으로 긴 가이드 프레임을 구비하고 있다. 이 가이드 프레임에 고정된 가이드 레일에서 슬라이더가 자유롭게 슬라이딩할 수 있도록 걸어 맞춰, 나사축의 회전에 의해 슬라이더가 나사축의 축선 방향으로 진퇴되도록 하고 있다.
그리고, 하퇴 구동용 직동 액추에이터의 구동 유닛의 가이드 프레임을 대퇴 링크에서 자유롭게 요동할 수 있도록 연결함과 함께, 하퇴 구동용 직동 액추에이터의 슬라이더를 하퇴 링크에서 자유롭게 요동할 수 있도록 연결하고 있다. 또, 족평 구동용 직동 액추에이터의 구동 유닛의 가이드 프레임을 하퇴 링크에서 자유롭게 요동할 수 있도록 연결함과 함께, 족평 구동용 직동 액추에이터의 슬라이더를 족평부에서 자유롭게 요동할 수 있도록 연결하고 있다.
그런데, 로봇의 운동 성능 (보행 속도, 응답성) 을 향상시키기 위해서는, 대퇴 링크의 관성 모멘트 및 하퇴 링크의 관성 모멘트를 작게 할 필요가 있다. 그러나, 상기 종래예의 것으로는, 대퇴 링크 및 하퇴 링크의 관성 모멘트를 작게 하기가 곤란하다. 즉, 상기 종래예의 것으로는, 하퇴 구동용과 족평 구동용의 각 직동 액추에이터에, 가이드 레일을 장착한 중량이 무거운 상하 방향으로 긴 가이드 프레임이 형성되어 있기 때문에, 직동 액추에이터의 중심 (重心) 위치가 구동 유닛의 상단으로부터 상당히 하방으로 멀어진다. 따라서, 대퇴 링크나 하퇴 링크에 구동 유닛을 그 상단이 각 링크 상단의 관절부 (고관절부나 무릎 관절부) 와 동등한 높이가 되도록 연결해도, 직동 액추에이터의 중심과 각 링크 상단의 관절부 사이의 거리가 길어진다. 게다가, 직동 액추에이터의 중량이 가이드 프레임의 영향으로 무거워지기 때문에, 대퇴 링크의 고관절부 주의의 관성 모멘트나 하퇴 링크의 무릎 관절부 둘레의 관성 모멘트가 상당히 커진다.
본 발명은 이상의 점을 감안하여, 족평 구동용 직동 액추에이터를 대형화하지 않고 소요되는 모멘트를 족평부에 부여할 수 있도록 한 2 족 보행 로봇을 제공하는 것을 제 1 목적으로 하고, 또한 대퇴 링크 및 하퇴 링크의 관성 모멘트를 작게 하여 운동 성능을 향상시킬 수 있도록 한 2 족 보행 로봇을 제공하는 것을 제 2 목적으로 하고 있다.
그리고, 제 1 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 동체부와 좌우 1 쌍의 다리부를 구비하고, 각 다리부는 동체부에 고관절부를 통해 연결되는 대퇴 링크와, 대퇴 링크의 하단에 무릎 관절부를 통해 연결되는 하퇴 링크와, 하퇴 링크의 하단에 발목 관절부를 통해 연결되는 족평부로 구성되는 2 족 보행 로봇으로서, 각 다리부의 하퇴 링크와 족평부를 발목 관절부로부터 먼 부분에서 연결하는 족평 구동용 직동 액추에이터를 구비하고, 족평 구동용 직동 액추에이터의 신축 동작에 의해 족평부를 하퇴 링크에 대하여 발목 관절부를 중심으로 하여 요동시키도록 한 것에 있어서, 족평 구동용 직동 액추에이터는 그 직동 액추에이터의 신축력이 무릎 관절부와 발목 관절부를 연결하는 결선에 대하여 후방으로 기운 선 상에 작용하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 계단 보행시에 무릎 관절부와 발목 관절부를 연결하는 결선이 족평부에 대하여 크게 전방으로 기울어도, 이 결선에 대하여 후방으로 기운 선 상에 족평 구동용 직동 액추에이터의 신축력이 작용하기 때문에, 신축력의 벡터와 족평부와 직교하는 방향이 이루는 각도는 직각에 가까워진다. 따라서, 족평 구동용 직동 액추에이터의 신축력의 족평부와 직교하는 방향의 성분이 커져, 족평부에 효율적으로 모멘트가 부여된다. 그 결과, 족평 구동용 직동 액추에이터를 고출력의 대형의 것으로 하지 않아도, 계단을 오르는 데 필요한 소요 모멘트를 족평부에 부여할 수 있게 되어, 족평 구동용 직동 액추에이터의 소형 경량화, 전력 절약화가 도모된다.
그런데, 족평 구동용 직동 액추에이터의 하퇴 링크에 대한 연결부를 상기 결선보다 전방에 위치시킴과 함께, 이 연결부보다 전방으로 족평 구동용 직동 액추에이터의 족평부에 대한 연결부를 위치시키거나, 또는 족평 구동용 직동 액추에이터의 족평부에 대한 연결부를 상기 결선보다 후방에 위치시킴과 함께, 이 연결부보다 후방에 족평 구동용 직동 액추에이터의 하퇴 링크에 대한 연결부를 위치시킬 수도 있다. 그러나, 이것으로는 족평 구동용 직동 액추에이터가 하퇴 링크의 전방이나 후방으로 크게 튀어나와, 다리부의 스마트함이 손상되어 버린다.
이에 반해, 족평 구동용 직동 액추에이터의 하퇴 링크에 대한 연결부가 상기 결선보다 후방에 위치하고, 족평 구동용 직동 액추에이터의 족평부에 대한 연결부가 상기 결선보다 전방에 위치하도록 구성하면, 하퇴 링크 전후로의 직동 액추에이터의 튀어나오는 정도가 작아져, 다리부가 스마트해져 인간형 프로필에 가까워질 수 있다.
또, 이 경우, 족평 구동용 직동 액추에이터는, 전동 모터 및 그 전동 모터에 의해 회전 구동되는 너트 부재를 구비하는 구동 유닛과, 너트 부재에 유지되는 볼을 통해 그 너트 부재에 나사 결합되는 나사축으로 이루어지는 볼 나사 기구로 구성되고, 구동 유닛에 하퇴 링크에 대한 연결부가 형성되고, 나사축의 하단에 족평부에 대한 연결부가 형성되는 것이 바람직하다. 이것에 의하면, 직동 액추에이터 중에서 큰 중량을 차지하는 구동 유닛이 상방 위치, 즉 무릎 관절부에 가까운 위치에 배치되게 된다. 그 때문에, 무릎 관절부 둘레의 관성 모멘트를 저감시켜, 운동 성능 (보행 속도, 응답성) 을 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명에서 상기 족평 구동용 직동 액추에이터에 추가하여, 각 다리부의 대퇴 링크와 하퇴 링크를 무릎 관절부로부터 먼 부분에서 연결하는 하퇴 구동용 직동 액추에이터를 구비하고, 하퇴 구동용 직동 액추에이터의 신축 동작에 의해 하퇴 링크를 대퇴 링크에 대하여 무릎 관절부를 중심으로 하여 요동시키도록 하는 경우에는, 상기 제 2 의 목적을 달성하기 위해, 하퇴 구동용과 족평 구동용의 각 직동 액추에이터가, 전동 모터 및 그 전동 모터에 의해 회전 구동되는 너트 부재를 구비하는 구동 유닛과, 너트 부재에 유지되는 볼을 통해 그 너트 부재에 나사 결합되는 나사축으로 이루어지는 볼 나사 기구로 구성되고, 하퇴 구동용 직동 액추에이터의 구동 유닛과 나사축이 각각 대퇴 링크와 하퇴 링크에서 자유롭게 요동할 수 있도록 연결됨과 함께, 족평 구동용 직동 액추에이터의 구동 유닛과 나사축이 각각 하퇴 링크와 족평부에서 자유롭게 요동할 수 있도록 연결되고, 하퇴 구동용 직동 액추에이터의 구동 유닛의 대퇴 링크에 대한 요동축선은 당해 구동 유닛의 너트 부재의 중심축선과 직교하고, 족평 구동용 직동 액추에이터의 구동 유닛의 하퇴 링크에 대한 요동축선은 당해 구동 유닛의 너트 부재의 중심축선과 직교하는 것이 바람직하다.
이것에 의하면, 종래예와 같은 슬라이더를 안내하기 위한 가이드 레일을 장착한 중량이 무거운 상하 방향으로 긴 가이드 프레임이 필요 없게 된다. 그 결과, 직동 액추에이터의 중심 위치가 구동 유닛의 상단에 가까워져, 대퇴 링크나 하퇴 링크 상단의 관절부 (고관절부나 무릎 관절부) 와 직동 액추에이터의 중심 사이의 거리를 단축시킬 수 있다. 게다가, 중량물인 가이드 프레임이 필요 없게 됨으로써 직동 액추에이터의 중량이 가벼워지기 때문에, 대퇴 링크나 하퇴 링크 상단의 관절부 둘레의 관성 모멘트를 저감시킬 수 있어, 2 족 보행 로봇의 운동 성능이 향상된다.
또한, 구동 유닛에 너트 부재를 형성하는 경우, 구동 유닛의 대퇴 링크나 하퇴 링크에 대한 요동축선이 너트 부재의 중심축선과 직교하는 선으로부터 오프셋되어 있으면, 나사축의 진퇴 동작에 수반되어 구동 유닛이 나사축의 축선으로부터 오프셋된 요동축선 주위로 요동되게 되어, 나사축에 휨 하중이 작용한다. 그리고, 휨 하중을 흡수하기 위해, 너트 부재를 리니어 가이드에 의해 플로팅 지지할 필요가 있게 된다. 이에 반해, 상기와 같이 구동 유닛의 대퇴 링크나 하퇴 링크에 대한 요동축선이 너트 부재의 중심축선과 직교하고 있으면, 나사축에 휨 하중은 작용하지 않는다. 그 때문에, 리니어 가이드가 필요 없게 되고 그 만큼 직동 액추에이터가 경량이 되어, 대퇴 링크나 하퇴 링크의 관성 모멘트가 저감된다.
또, 각 직동 액추에이터의 구동 유닛은 전동 모터를 탑재하는 마운트 프레임을 구비하고, 이 마운트 프레임에, 너트 부재가 자유롭게 회전할 수 있도록 수납되는 너트 케이스가 전동 모터와 평행하게 나란히 설치되고, 대퇴 링크 또는 하퇴 링크에 구동 유닛이 너트 케이스에서 상기 요동축선 주위로 자유롭게 요동할 수 있도록 연결되는 것이 바람직하다. 여기에서, 전동 모터의 바로 밑에 너트 케이스를 배치하여, 이 너트 케이스 내에서 너트 부재가 자유롭게 회전할 수 있도록 수납할 수도 있다. 그러나, 이것으로는 구동 유닛의 상하 방향 길이가 길어지고, 그 만큼 직동 액추에이터의 중심 위치가 낮아진다. 이에 반해, 상기와 같이 너트 케이스를 전동 모터에 나란히 설치하면, 구동 유닛의 상하 방향 길이가 짧아지고, 그 만큼 직동 액추에이터의 중심 위치가 높아진다. 이로써, 대퇴 링크나 하퇴 링크의 관성 모멘트를 더욱 저감시킬 수 있다.
또, 하퇴 구동용 직동 액추에이터의 구동 유닛을 고관절부의 관절축과 동일 축선 상에서 대퇴 링크에서 자유롭게 요동할 수 있도록 연결하고, 족평 구동용 직동 액추에이터의 구동 유닛을 무릎 관절부의 관절축과 동일 축선 상에서 하퇴 링크에서 자유롭게 요동할 수 있도록 연결하면, 대퇴 링크나 하퇴 링크의 관성 모멘트를 더욱 저감시킬 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시형태의 2 족 보행 로봇의 비스듬히 후방에서 본 사시도이다.
도 2 는 실시형태의 2 족 보행 로봇의 정면도이다.
도 3 은 실시형태의 2 족 보행 로봇의 배면도이다.
도 4 는 실시형태의 2 족 보행 로봇의 측면도이다.
도 5 는 도 2 의 V-V 선 확대 절단면도이다.
도 6 은 실시형태의 2 족 보행 로봇의 계단 보행시의 다리부 상태를 나타내는 측면도이다.
도 7 은 실시형태의 2 족 보행 로봇에 탑재된 직동 액추에이터가 구비하는 너트 케이스 내에 형성되는 제 1 과 제 2 의 양 칼라의 평면 연삭시의 상태를 나타내는 단면도이다.
도 2 는 실시형태의 2 족 보행 로봇의 정면도이다.
도 3 은 실시형태의 2 족 보행 로봇의 배면도이다.
도 4 는 실시형태의 2 족 보행 로봇의 측면도이다.
도 5 는 도 2 의 V-V 선 확대 절단면도이다.
도 6 은 실시형태의 2 족 보행 로봇의 계단 보행시의 다리부 상태를 나타내는 측면도이다.
도 7 은 실시형태의 2 족 보행 로봇에 탑재된 직동 액추에이터가 구비하는 너트 케이스 내에 형성되는 제 1 과 제 2 의 양 칼라의 평면 연삭시의 상태를 나타내는 단면도이다.
발명을 실시하기
위한 최선의 형태
도 1 내지 도 4 는 본 발명의 실시형태의 2 족 보행 로봇을 나타내고 있다. 이 2 족 보행 로봇은 동체부 (1) 와 좌우 1 쌍의 다리부 (2, 2) 를 구비하고 있다. 동체부 (1) 는 동체 프레임 (3) 을 구비하고 있고, 이 동체 프레임 (1) 상에 컨트롤 박스 (4) 가 탑재되어 있다. 또, 동체 프레임 (3) 에는, 상하 방향의 축 (Z 축) 둘레로 자유롭게 선회할 수 있는 좌우 1 쌍의 선회 프레임 (5, 5) 이 형성되어 있고, 각 선회 프레임 (5) 에 좌우의 각 다리부 (2) 가 연결되어 있다.
각 다리부 (2) 는 동체부 (1) 의 각 선회 프레임 (5) 의 하단에 고관절부 (6) 를 통해 연결되는 대퇴 링크 (7) 와, 대퇴 링크 (7) 의 하단에 무릎 관절부 (8) 를 통해 연결되는 하퇴 링크 (9) 와, 하퇴 링크 (9) 의 하단에 발목 관절부 (10) 를 통해 연결되는 족평부 (11) 로 구성되어 있다.
고관절부 (6) 는 Z 축과 직교하는 가로 방향의 축 (Y1 축) 과 전후 방향의 축 (X1 축) 의 2 축 둘레의 회전 자유도를 갖는 2 축 조인트로 구성된다. 따라서, 대퇴 링크 (7) 는 선회 프레임 (5) 에 대하여 Y1 축을 중심으로 하여 전후 방향으로 자유롭게 요동할 수 있고, 또한 X1 축을 중심으로 하여 가로 방향으로 자유롭게 요동할 수 있다. 고관절부 (6) 에는 대퇴 링크 (7) 의 Y1 축 둘레와 X1 축 둘레의 요동 각도를 검출하는 인코더 (6a, 6b) 가 형성되어 있다.
무릎 관절부 (8) 는 가로 방향의 축 (Y2 축) 주위의 회전 자유도를 갖는 1 축 조인트로 구성된다. 따라서, 하퇴 링크 (9) 는 대퇴 링크 (7) 에 대하여 Y2 축을 중심으로 하여 전후 방향으로 요동할 수 있다. 무릎 관절부 (8) 에는 하퇴 링크 (9) 의 Y2 축 둘레의 요동 각도를 검출하는 인코더 (8a) 가 형성되어 있다.
발목 관절부 (10) 는 가로 방향의 축 (Y3 축) 과 이것과 직교하는 전후 방향의 축 (X3 축) 의 2 축 둘레의 회전 자유도를 갖는 2 축 조인트로 구성되어 있다. 따라서, 족평부 (11) 는 하퇴 링크 (9) 에 대하여 Y3 축을 중심으로 하여 상하 방향으로 자유롭게 요동할 수 있고, 또한 X3 축을 중심으로 하여 가로 방향으로 요동한다. 발목 관절부 (10) 에는 족평부 (11) 의 Y3 축 둘레와 X3 축 둘레의 요동 각도를 검출하는 인코더 (10a, 10b) 가 형성되어 있다.
또, 본 실시형태의 2 족 보행 로봇에는 동체 프레임 (3) 과 각 선회 프레임 (5) 을 Z 축으로부터 먼 부분에서 연결하는 제 1 직동 액추에이터 (121) 와, 각 선회 프레임 (5) 과 각 다리부 (2) 의 대퇴 링크 (7) 를 고관절부 (6) 로부터 먼 부분에서 연결하는 좌우 1 쌍의 제 2 직동 액추에이터 (122, 122) 와, 각 다리부 (2) 의 대퇴 링크 (7) 와 하퇴 링크 (9) 를 무릎 관절부 (8) 로부터 먼 부분에서 연결하는 제 3 직동 액추에이터 (123) 와, 각 다리부 (2) 의 하퇴 링크 (9) 와 족평부 (11) 를 발목 관절부 (10) 로부터 먼 부분에서 연결하는 좌우 1 쌍의 제 4 직동 액추에이터 (124, 124) 가 형성되어 있다.
선회 프레임 (5) 은 제 1 직동 액추에이터 (121) 의 신축 동작에 의해 Z 축 둘레로 선회 동작된다. 대퇴 링크 (7) 는 1 쌍의 제 2 직동 액추에이터 (122, 122) 를 함께 신장 또는 수축 동작시킴으로써 고관절부 (6) 의 Y1 축을 중심으로 하여 전후 방향으로 요동되고, 양 제 2 직동 액추에이터 (122, 122) 의 일방을 신장 동작시킴과 함께 타방을 수축 동작시킴으로써 고관절부 (6) 의 X1 축을 중심으로 하여 가로 방향으로 요동된다. 하퇴 링크 (9) 는 제 3 직동 액추에이터 (123) 의 신축 동작에 의해 무릎 관절부 (8) 의 Y2 축을 중심으로 하여 전후 방향으로 요동된다. 족평부 (11) 는 1 쌍의 제 4 직동 액추에이터 (124, 124) 를 함께 신장 또는 수축 동작시킴으로써 발목 관절부 (10) 의 Y3 축을 중심으로 하여 상하 방향으로 요동되고, 양 제 4 직동 액추에이터 (124, 124) 의 일방을 신장 동작시킴과 함께 타방을 수축 동작시킴으로써 발목 관절부 (10) 의 X3 축을 중심으로 하여 가로 방향으로 요동된다.
제 1 내지 제 4 의 각 직동 액추에이터 (121, 122, 123, 124) 는 도 5 에 나타내는 바와 같이 전동 모터 (13) 및 그 전동 모터 (13) 에 의해 회전 구동되는 너트 부재 (14) 를 구비하는 구동 유닛 (15) 과, 너트 부재 (14) 에 유지되는 볼 (14a) 을 통해 그 너트 부재 (14) 에 나사 결합되는 나사축 (16) 으로 이루어지는 볼 나사 기구로 구성된다. 그리고, 너트 부재 (14) 의 회전에 수반되는 나사축 (16) 의 축 방향 이동에 의해 각 직동 액추에이터 (121, 122, 123, 124) 가 신축 동작한다. 나사축 (16) 은 외주면에 나사 홈을 형성한 본체부 (16a) 와, 본체부 (16a) 의 축 방향 일단에 조인트부 (16b) 를 통해 연결된 로드부 (16c) 로 구성되어 있다. 또한, 도 5 는 제 4 직동 액추에이터 (124) 를 나타내고 있는데, 다른 직동 액추에이터 (121, 122, 123) 도 동일한 구조로 되어 있다.
구동 유닛 (15) 은 전동 모터 (13) 를 탑재하는 마운트 프레임 (17) 을 구비하고, 이 마운트 프레임 (17) 에, 너트 부재 (14) 를 자유롭게 회전할 수 있도록 수납하는 통 형상의 너트 케이스 (18) 가 전동 모터 (13) 와 평행하게 나란히 설치되어 있다. 너트 부재 (14) 는 너트 케이스 (18) 내에 1 쌍의 앵귤러 베어링 (19, 19) 을 통해 축지지되어 있다. 또, 마운트 프레임 (17) 으로부터 돌출되는 전동 모터 (13) 의 출력축 (13a) 에 구동 풀리 (13b) 를 연결함과 함께, 마운트 프레임 (17) 으로부터 돌출되는 너트 부재 (14) 의 단부 (端部) 에 종동 풀리 (14b) 를 연결하고 있다. 그리고, 양 풀리 (13b, 14b) 에 벨트 (13c) 를 감아, 전동 모터 (13) 에 의해 벨트 (13c) 를 통해 너트 부재 (14) 가 회전 구동되도록 되어 있다.
또, 너트 케이스 (18) 에는 너트 부재 (14) 의 중심축선과 직교하는 구멍축을 갖는 구멍 (18a) 이 형성되어 있다. 그리고, 너트 케이스 (18) 가 이 구멍 (18a) 에 장착된 베어링 (18b) 에 있어서 후술하는 지지축 (18c) 에서 자유롭게 요동할 수 있도록 축지지되도록 되어 있다.
제 1 직동 액추에이터 (121) 의 구동 유닛 (15) 은, 동체 프레임 (3) 에 너트 케이스 (18) 에 있어서 Z 축과 평행한 요동축선 (Za 축) 둘레로 자유롭게 요동할 수 있도록 연결된다. 즉, 동체 프레임 (3) 에 Za 축 상에 위치하는 지지축 (18c) 을 장착하여, 이 지지축 (18c) 에 너트 케이스 (18) 를 베어링 (18b) 을 통해 자유롭게 요동할 수 있도록 축지지시키고 있다. 이 경우, Za 축은 너트 부재 (14) 의 중심축선과 직교하게 된다. 또, 제 1 직동 액추에이터 (121) 의 나사축 (16) 은, 선회 프레임 (5) 에 로드부 (16c) 에서 Z 축과 평행한 요동축선 (Zb 축) 둘레로 자유롭게 요동할 수 있도록 연결되어 있다.
각 제 2 직동 액추에이터 (122) 의 구동 유닛 (15) 은, 선회 프레임 (5) 에 너트 케이스 (18) 에 있어서 고관절부 (6) 의 Y1 축과 평행한 요동축선 (Y1a 축) 과 이것과 직교하는 요동축선 (X1a 축) 의 2 개의 축선 둘레로 자유롭게 요동할 수 있도록 연결된다. 구체적으로는, 선회 프레임 (5) 에 Y1a 축 둘레로 자유롭게 회전할 수 있는 조인트 부재 (122a) 를 축 고정시키고, 이 조인트 부재 (122a) 에 X1a 축 상에 위치하는 지지축 (18c) 을 장착하여, 이 지지축 (18c) 에 너트 케이스 (18) 를 베어링 (18b) 을 통해 자유롭게 요동할 수 있도록 축지지시키고 있다. 이 경우, X1a 축은 너트 부재 (14) 의 중심축선과 직교하고, Y1a 축도 너트 부재 (14) 의 중심축선과 직교한다. 또, 각 제 2 직동 액추에이터 (122) 의 나사축 (16) 은, 고관절부 (6) 의 후방에 위치하는 대퇴 링크 (7) 의 상단부에 로드부 (16c) 에 있어서 Y1 축과 평행한 요동축선 (Y1b 축) 과 이것과 직교하는 요동축선 (X1b 축) 의 2 개의 축선 둘레로 자유롭게 요동할 수 있도록 연결된다. 구체적으로는, 로드부 (16c) 가 Y1b 축과 X1b 축의 2 축 둘레의 회전 자유도를 갖는 2 축 조인트 (122b) 를 통해 대퇴 링크 (7) 의 상단부에 연결된다.
제 3 직동 액추에이터 (123) 의 구동 유닛 (15) 은, 대퇴 링크 (7) 의 상부에 너트 케이스 (18) 에 있어서 무릎 관절부 (8) 의 Y2 축과 평행한 요동축선 (Y2a 축) 둘레로 자유롭게 요동할 수 있도록 연결된다. 구체적으로는, 대퇴 링크 (7) 의 상부에 Y2a 축 상에 위치하는 지지축 (18c) 을 장착하여, 이 지지축 (18c) 에 너트 케이스 (18) 를 베어링 (18b) 을 통해 자유롭게 요동할 수 있도록 축지지시키고 있다. 이 경우, Y2a 축은 너트 부재 (14) 의 중심축선과 직교하게 된다. 또, 제 3 직동 액추에이터 (123) 의 나사축 (16) 은, 무릎 관절부 (8) 의 상방으로 연장 돌출된 하퇴 링크 (9) 의 상단부에 로드부 (16c) 에서 Y2 축과 평행한 요동축선 (Y2b 축) 둘레로 자유롭게 요동할 수 있도록 연결된다. 구체적으로는, 로드부 (16c) 가 Y2b 축 둘레의 회전 자유도를 갖는 1 축 조인트 (123b) 를 통해 하퇴 링크 (9) 의 상단부에 연결된다.
각 제 4 직동 액추에이터 (124) 의 구동 유닛 (15) 은 하퇴 링크 (9) 의 상부에 너트 케이스 (18) 에 있어서 발목 관절부 (10) 의 Y3 축과 평행한 요동축선 (Y3a 축) 과 이것과 직교하는 요동축선 (X3a 축) 의 2 개의 축선 둘레로 자유롭게 요동할 수 있도록 연결된다. 구체적으로는, 하퇴 링크 (9) 의 상부에 Y3a 축 둘레로 자유롭게 회전할 수 있는 조인트 부재 (124a) 를 축고정고, 이 조인트 부재 (124a) 에 X3a 축 상에 위치하는 지지축 (18c) 을 장착하여, 이 지지축 (18c) 에 너트 케이스 (18) 를 베어링 (18b) 을 통해 자유롭게 요동할 수 있도록 축지지시키고 있다. 이 경우, X3a 축은 너트 부재 (14) 의 중심축선과 직교하고, Y3a 축도 너트 부재 (14) 의 중심축선과 직교한다. 또, 각 제 4 직동 액추에이터 (124) 의 나사축 (16) 은, 족평부 (11) 에 로드부 (16c) 에서 Y3 축과 평행한 요동축선 (Y3b 축) 과 이것과 직교하는 요동축선 (X3b 축) 의 2 개의 축선 둘레로 자유롭게 요동할 수 있도록 연결된다. 구체적으로는, 로드부 (16c) 가 Y3b 축과 X3b 축의 2 축의 회전 자유도를 갖는 2 축 조인트 (124b) 를 통해 족평부 (11) 에 연결된다.
또, 각 제 4 직동 액추에이터 (124) 는 그 각 제 4 직동 액추에이터 (124) 의 신축력이 무릎 관절부 (8) 의 Y2 축과 발목 관절부 (10) 의 Y3 축을 연결하는 결선 (L1) 에 대하여 후방으로 기운 선 (L2) 상에 작용하도록 배치된다. 구체적으로는, 각 제 4 직동 액추에이터 (124) 의 하퇴 링크 (9) 에 대한 연결부인 Y3a 축을 상기 결선 (L1) 보다 후방에 위치시키고, 각 제 4 직동 액추에이터 (124) 의 족평부 (11) 에 대한 연결부인 Y3b 축을 상기 결선 (L1) 보다 전방에 위치시켰다. 여기에서, 제 4 직동 액추에이터 (124) 의 신축력은 화살표 형상면에서 Y3a 축과 Y3b 축을 연결하는 선 상에 작용한다. 따라서, Y3a 축과 Y3b 축을 상기와 같이 위치시킴으로써, 제 4 직동 액추에이터 (124) 의 신축력의 작용선 (L2) 은 상기 결선 (L1) 에 대하여 후방으로 기운다.
또한, 각 다리부 (2)의 1 쌍의 제 4 직동 액추에이터 (124, 124) 중 하퇴 링크 (9) 의 가로 방향 외측에 배치되는 제 4 직동 액추에이터 (124) 의 구동 유닛 (15) 은, 너트 케이스 (18) 의 가로 방향 외측에 전동 모터 (13) 가 위치하는 자세로 되어 있다. 한편, 하퇴 링크 (9) 의 가로 방향 내측에 배치되는 제 4 직동 액추에이터 (124) 의 구동 유닛 (15) 은, 다른 다리부 (2) 의 하퇴 링크 (9) 의 가로 방향 내측에 배치되는 제 4 직동 액추에이터 (124) 의 구동 유닛 (15) 과의 간섭을 회피하기 위해, 너트 케이스 (18) 의 전방에 전동 모터 (13) 가 위치하는 자세로 되어 있다.
그런데, 하퇴 구동용 제 3 직동 액추에이터 (123) 와 족평 구동용 제 4 직동 액추에이터 (124) 를, 각각 전동 모터와 그 모터에 의해 회전 구동되는 나사축을 구비하는 구동 유닛과, 나사축에 나사 결합되는 너트 부재를 갖는 슬라이더로 이루어지는 볼 나사 기구로 구성하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 이것으로는, 슬라이더를 안내하기 위한 가이드 레일을 장착한 중량이 무거운 상하 방향으로 긴 가이드 프레임이 필요해지고, 이 가이드 프레임의 영향으로 직동 액추에이터의 중심 위치가 구동 유닛의 상단으로부터 상당히 하방으로 멀어진다. 따라서, 대퇴 링크 (7) 나 하퇴 링크 (9) 에 구동 유닛을 그 상단이 각 링크 (7, 9) 상단의 관절부 (고관절부 (6) 나 무릎 관절부 (8)) 와 동일한 높이가 되도록 연결해도, 구동 유닛의 중심과 각 링크 (7, 9) 상단의 관절부 사이의 거리가 길어진다. 게다가, 직동 액추에이터의 중량이 가이드 프레임의 영향으로 무거워지기 때문에, 대퇴 링크 (7) 의 고관절부 (6) 주위의 관성 모멘트나 하퇴 링크 (9) 의 무릎 관절부 (8) 주위의 관성 모멘트가 커진다.
이에 대하여, 본 실시형태에서는 각 직동 액추에이터 (123, 124) 의 구동 유닛 (15) 에 전동 모터 (13) 에 의해 회전 구동되는 너트 부재 (14) 를 형성하고, 너트 부재 (14) 의 회전에 의해 이것에 나사 결합되는 나사축 (16) 을 진퇴시키도록 하고 있다. 그 때문에, 상기 서술한 슬라이더를 안내하는 가이드 레일을 장착한 중량이 무거운 상하 방향으로 긴 가이드 프레임이 필요 없게 된다. 그 결과, 각 직동 액추에이터 (123, 124) 의 중심 위치가 구동 유닛 (15) 의 상단에 가까워져, 대퇴 링크 (7) 나 하퇴 링크 (9) 의 상단의 관절부 (고관절부 (6) 나 무릎 관절부 (8)) 와 각 직동 액추에이터 (123, 124) 의 중심 사이의 거리를 단축시킬 수 있다. 게다가, 중량물인 가이드 프레임이 필요 없게 됨으로써 각 직동 액추에이터 (123, 124) 의 중량이 가벼워지기 때문에, 대퇴 링크 (7) 나 하퇴 링크 (9) 의 상단의 관절부 둘레의 관성 모멘트를 저감시킬 수 있어, 2 족 보행 로봇의 보행 속도나 응답성 등의 운동 성능이 향상된다.
또한, 각 직동 액추에이터 (123, 124) 의 구동 유닛 (15) 에 너트 부재 (14) 를 형성하는 경우, 구동 유닛 (15) 의 대퇴 링크 (7) 나 하퇴 링크 (9) 에 대한 요동축선이 너트 부재 (14) 의 중심축선과 직교하는 선으로부터 오프셋되어 있으면, 나사축 (16) 의 진퇴 동작에 수반되어 구동 유닛 (15) 이 나사축 (16) 의 축선으로부터 오프셋된 요동축선 주위로 요동되게 되어, 나사축 (16) 에 휨 하중이 작용한다. 그리고, 휨 하중을 흡수하기 위해, 너트 부재 (14) 를 리니어 가이드에 의해 플로팅 지지할 필요가 있게 된다. 이에 대하여, 본 실시형태에서는 각 직동 액추에이터 (123, 124) 의 구동 유닛 (15) 의 대퇴 링크 (7) 나 하퇴 링크 (9) 에 대한 요동축선 (Y2a 축, Y3a 축, X3a 축) 이 너트 부재 (14) 의 중심축선과 직교하기 때문에, 나사축 (16) 에 휨 하중은 작용하지 않아 리니어 가이드가 필요 없게 된다. 따라서, 그 만큼 각 직동 액추에이터 (123, 124) 가 경량이 되어, 대퇴 링크 (7) 나 하퇴 링크 (9) 의 관성 모멘트가 저감된다.
또, 각 직동 액추에이터 (123, 124) 의 구동 유닛 (15) 에 너트 부재 (14) 를 형성하는 경우, 전동 모터 (13) 의 바로 밑에 너트 케이스를 배치하고, 이 너트 케이스 내에서 너트 부재가 자유롭게 회전할 수 있도록 수납할 수도 있다. 그러나, 이렇게 하면 구동 유닛 (15) 의 상하 방향 길이가 길어지고, 그 만큼 각 직동 액추에이터 (123, 124) 의 중심 위치가 낮아진다. 이에 대하여, 본 실시형태 같이 너트 케이스 (18) 를 전동 모터 (13) 에 나란히 설치하면, 구동 유닛 (15) 의 상하 방향 길이가 짧아지고, 그 만큼 각 직동 액추에이터 (123, 124) 의 중심 위치가 높아진다. 이로써, 대퇴 링크 (7) 나 하퇴 링크 (9) 의 관성 모멘트를 한층 저감시킬 수 있다.
그런데, 계단 보행시에는, 도 6 에 나타내는 바와 같이 무릎 관절부 (8) 의 굴곡 각도가 커져, 계단면에 접지하는 족평부 (11) 에 대하여 하퇴 링크 (9) 가 크게 전방으로 기운다. 그리고, 계단을 오르기 위해서는, 제 4 직동 액추에이터 (124) 에 의해 족평부 (11) 에 발목 관절부 (10) 를 중심으로 한 전방으로 하강하는 (발톱 끝 하강함) 방향의 큰 모멘트를 부여할 필요가 있다.
여기에서, 족평부 (11) 에 대한 모멘트의 부여에 기여하는 것은, 제 4 직동 액추에이터 (124) 의 신축력 중 족평부 (11 ; 접지면) 와 직교하는 방향의 성분뿐이다. 이 경우, 제 4 직동 액추에이터 (124) 의 신축력을 무릎 관절부 (8) 와 발목 관절부 (10) 를 연결하는 결선 (L1) 과 평행한 선 상에 작용시키게 하면, 계단 보행시에 상기 결선 (L1), 즉 신축력의 작용선이 족평부 (11) 에 대하여 크게 전방으로 기울기 때문에, 제 4 직동 액추에이터 (124) 의 신축력 중 족평부 (11) 와 직교하는 방향의 성분은 매우 작아진다. 따라서, 족평부 (11) 에 제 4 직동 액추에이터 (124) 에 의해 효율적으로 모멘트를 부여할 수 없게 된다. 그 결과, 계단을 오르는 데 필요한 소요 모멘트를 부여하기 위해서는, 제 4 직동 액추에이터 (124) 를 고출력의 대형의 것으로 해야 한다.
이에 대하여, 본 실시형태에서는 계단 보행시에 무릎 관절부 (8) 와 발목 관절부 (10) 를 연결하는 결선 (L1) 이 족평부 (11) 에 대하여 크게 전방으로 기울어도, 이 결선 (L1) 에 대하여 후방으로 기운 선 (L2) 상에 제 4 직동 액추에이터 (124) 의 신축력이 작용하기 때문에, 신축력의 작용선 (L2) 과 족평부 (11) 와 직교하는 방향이 이루는 각도는 직각에 가까워진다. 따라서, 제 4 직동 액추에이터 (124) 의 신축력의 족평부 (11) 와 직교하는 방향의 성분이 커져, 족평부 (11) 에 효율적으로 모멘트가 부여된다. 그 결과, 제 4 직동 액추에이터 (124) 를 고출력의 대형의 것으로 하지 않아도, 계단을 오르는 데 필요한 소요 모멘트를 족평부 (11) 에 부여할 수 있게 된다. 그 때문에, 제 4 직동 액추에이터 (124) 를 소형 경량화하여, 하퇴 링크 (9) 의 관성 모멘트를 한층 저감시킬 수 있고, 나아가 전력 절약화도 도모할 수 있다.
그런데, 제 4 직동 액추에이터 (124) 의 하퇴 링크 (9) 에 대한 연결부인 Y3a 축을 상기 결선 (L1) 보다 전방에 위치시킴과 함께, Y3a 축보다 전방으로 제 4 직동 액추에이터 (124) 의 족평부 (11) 에 대한 연결부인 Y3b 축을 위치시키거나, 또는 Y3b 축을 상기 결선 (L1) 보다 후방에 위치시킴과 함께, Y3b 축보다 후방에 Y3a 축을 위치시켜, 제 4 직동 액추에이터 (124) 의 신축력의 작용선을 상기 결선 (L1) 에 대하여 후방으로 기울일 수도 있다. 그러나, 이렇게 하면 제 4 직동 액추에이터 (124) 가 하퇴 링크 (9) 의 전방이나 후방으로 많이 튀어나와, 다리부 (2) 의 스마트함이 손상되어 버린다.
이에 대하여, 본 실시형태와 같이 Y3a 축을 상기 결선 (L1) 보다 후방에 위치시킴과 함께, Y3b 축을 상기 결선 (L1) 보다 전방에 위치시키면, 하퇴 링크 (9) 의 전후에 대한 제 4 직동 액추에이터 (124) 의 튀어나오는 정도가 작아져, 다리부 (2) 가 스마트해진다. 이로써 다리부 (2) 를 인간형의 프로필에 가깝게 할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는 각 직동 액추에이터 (121, 122, 123, 124) 의 구동 유닛 (15) 의 소형 경량화를 위해, 너트 부재 (14) 나 그 지지 구조도 연구하고 있다. 이하, 이 점에 대하여 상세히 서술한다.
너트 부재 (14) 는 도 5 에 나타내는 바와 같이 볼 (14a) 을 유지시키는 너트 본체부 (141) 와, 너트 본체부 (141) 보다 외경이 작은 축 방향 양 단의 축부 (142, 143) 를 갖는다. 그리고, 양 축부 (142, 143) 를 1 쌍의 앵귤러 베어링 (19, 19) 에 의해 축지지함과 함께, 축 방향 일단의 축부 (142) 에 종동 풀리 (14b) 를 연결하고 있다. 또한, 이 축부 (142) 는 너트 본체부 (141) 에 도그부를 통해 연결되는 것으로서, 너트 본체부 (141) 와는 별도의 것이지만, 너트 본체부 (141) 에 일체 성형할 수도 있다.
그런데, 각 앵귤러 베어링 (19) 을 그 내륜 (19a) 의 단면 (端面) 이 너트 본체부 (141) 와 각 축부 (142, 143) 사이의 단차에 맞닿도록 배치할 수도 있는데, 이렇게 하면 이하의 문제가 발생한다. 즉, 조립시에, 축 방향 일단측의 앵귤러 베어링 (19) 을 축 방향 타단측의 앵귤러 베어링 (19) 을 향해 조일 때, 너트 본체부 (141) 에 조임력이 작용한다. 그리고, 너트 본체부 (141) 의 압축 변형에 의해 볼 (14a) 이 원활히 움직이지 못하게 되어, 마찰 손실이 증대된다.
이 경우, 본 실시형태의 너트 본체부 (141) 의 외측에 여분의 두께를 두고, 이 여분의 두께 부분에 조임력이 작용하도록 구성하는 것도 생각할 수 있다. 여기에서, 축부 (142, 143) 의 외경이 본 실시형태와 동일하면, 너트 본체부 (141) 의 볼 (14a) 을 유지시키는 부분에도 조임력이 작용한다. 그 때문에, 축부 (142, 143) 의 외경을 본 실시형태의 너트 본체부 (141) 의 외경 이상으로 할 필요가 있게 된다. 그 결과, 앵귤러 베어링 (19) 도 큰 직경이 되고, 필연적으로 앵귤러 베어링 (19) 을 수납하는 너트 케이스 (18) 도 큰 직경이 되어, 구동 유닛 (15) 을 소형 경량화하기가 곤란해진다.
그래서, 본 실시형태에서는 상기와 같이 1 쌍의 앵귤러 베어링 (19, 19) 으로 축지지하는 너트 부재 (14) 의 양 단의 축부 (142, 143) 를 너트 본체부 (141) 보다 작은 직경으로 함과 함께, 양 앵귤러 베어링 (19, 19) 의 내륜 (19a, 19a) 사이에 특수한 형상의 제 1 칼라 (20) 를 개재하여 형성하여, 너트 본체부 (141) 에 조임력이 작용하는 것을 방지하였다. 즉, 제 1 칼라 (20) 는 너트 본체부 (141) 에 외삽되는 원통부 (20a) 와, 원통부 (20a) 의 축 방향 양 단에 형성되고, 너트 본체부 (141) 와 각 축부 (142, 143) 사이의 단차와 각 앵귤러 베어링 (19) 의 내륜 (19a) 사이에 들어가 내륜 (19a) 에 맞닿는 1 쌍의 고리형 판부 (20b, 20b) 를 갖는다. 또한, 너트 본체부 (141) 와 각 축부 (142, 143) 사이의 단차와 각 고리형 판부 (20b) 사이에는 약간의 클리어런스가 발생하도록 되어 있다. 또, 양 고리형 판부 (20b, 20b) 가 원통부 (20a) 와 일체이면, 제 1 칼라 (20) 를 너트 부재 (14) 에 장착할 수 없게 되기 때문에, 적어도 일방의 고리형 판부 (20b) 는 원통부 (20a) 로부터 자유롭게 분리될 수 있도록 한다. 본 실시형태에서는 양 고리형 판부 (20b, 20b) 를 모두 원통부 (20a) 로부터 자유롭게 분리될 수 있도록 하고 있다.
여기에서, 축 방향 일단측 (마운트 프레임 (17) 측) 의 앵귤러 베어링 (19) 의 외륜 (19b) 은, 너트 케이스 (18) 에 마운트 프레임 (17) 을 볼트 고정시킴으로써, 마운트 프레임 (17) 에 의해 축 방향 타단측에 단단히 조여진다. 이 때, 조임력은 그 베어링 (19) 의 베어링구 (球) (19c) 와 내륜 (19a) 과 제 1 칼라 (20) 의 축 방향 일단의 고리형 판부 (20b) 와 원통부 (20a) 와 축 방향 타단의 고리형 판부 (20b) 를 통해 축 방향 타단측 앵귤러 베어링 (19) 의 내륜 (19a) 에 전달된다. 그리고, 축 방향 타단측의 앵귤러 베어링 (19) 의 외륜 (19b) 이 그 베어링 (19) 의 내륜 (19a) 으로부터 베어링구 (19c) 를 통해 전달되는 가압력에 의해 너트 케이스 (18) 의 축 방향 타단의 숄더부 (18d) 에 시일링 (18e) 을 통해 가압된다. 이로써 양 앵귤러 베어링 (19, 19) 이 너트 케이스 (18) 내에 축 방향으로 움직이지 않게 유지되고, 각 직동 액추에이터 (121, 122, 123, 124) 의 신축 동작에 의해 너트 부재 (14) 에 작용하는 스러스트 반력을 양 앵귤러 베어링 (19, 19) 에서 받게 된다.
또, 조립시에 축 방향 일단측의 앵귤러 베어링 (19) 에 가해지는 조임력은 상기와 같이 제 1 칼라 (20) 를 통해 축 방향 타단측의 앵귤러 베어링 (19) 에 전달되기 때문에, 너트 본체부 (141) 에 조임력은 작용하지 않는다. 따라서, 너트 본체부 (141) 의 외경을 볼 (14a) 의 유지에 필요한 필요 최소한의 치수로 설정하고, 이것보다 축부 (142, 143) 의 외경을 작게 해도, 조임력에 의해 볼 (14a) 의 움직임의 원활성이 손상되어, 마찰 손실이 증대된다는 문제는 발생하지 않는다. 그리고, 축부 (142, 143) 의 소경화 (小徑化) 에 의해 앵귤러 베어링 (19) 도 소경화할 수 있다. 그 결과, 너트 케이스 (18) 를 소경화하여, 구동 유닛 (15) 의 소형 경량화를 도모할 수 있다.
또한, 축 방향 타단측 앵귤러 베어링 (19) 의 외륜 (19b) 이 너트 케이스 (18) 의 축 방향 타단의 숄더부 (18d) 에 가압되기 전에, 너트 케이스 (18) 의 축 방향 일단에 마운트 프레임 (17) 이 맞닿으면 조임이 불가능해진다. 이것을 방지하기 위해, 치수 공차를 고려하여, 조립 상태에서 너트 케이스 (18) 의 축 방향 일단과 마운트 프레임 (17) 사이에 약간의 클리어런스가 형성되도록 되어 있다. 그 때문에, 축 방향 일단측 앵귤러 베어링 (19) 의 외륜 (19b) 을 축 방향으로 충분히 조일 수 있게 되어, 앵귤러 베어링 (19) 의 여압량이 과대해져, 마찰 토크가 커질 우려가 있다.
그래서, 본 실시형태에서는 양 앵귤러 베어링 (19, 19) 의 외륜 (19b, 19b) 사이에 제 1 칼라 (20) 와 동일한 축 길이의 원통형의 제 2 칼라 (21) 를 개재하여 형성하였다. 이것에 의하면, 축 방향 일단측 앵귤러 베어링 (19) 의 외륜 (19b) 이 축 방향으로 과도하게 조여지는 것을 제 2 칼라 (21) 에 의해 방지할 수 있다.
단, 제 1 칼라 (20) 의 축 길이와 제 2 칼라 (21) 의 축 길이에 미크론 오더의 차를 발생시켜도, 앵귤러 베어링 (19) 의 여압량에 큰 영향을 미친다. 그래서, 도 7 에 나타내는 바와 같이 지그 (100) 상에 제 1 과 제 2 의 양 칼라 (20, 21) 를 세트하고, 양 칼라 (20, 21) 를 동시에 평면 연삭하여, 양 칼라 (20, 21) 의 축 길이를 정확하게 일치시키도록 하였다.
여기에서, 제 1 칼라 (20) 의 각 고리형 판부 (20b) 의 축 방향 바깥쪽을 향하는 면의 내주부에는, 직경 방향 안쪽을 향해 축 방향 안쪽으로 경사지는 테이퍼부 (20c) 가 형성되어 있다. 또, 지그 (100) 는 지그 본체 (101) 와, 지그 본체 (101) 에 마그넷 척 등에 의해 자유롭게 장착할 수 있는 누름 지그 (102) 를 구비하고 있다. 누름 지그 (102) 는 암나사부 (103a) 를 갖는 하반부 (103) 와 수나사부 (104a) 를 갖는 상반부 (104) 로 구성되어 있다. 상하의 각 반부 (103, 104) 의 단부 외주에는 제 1 칼라 (20) 의 각 고리형 판부 (20b) 의 테이퍼 부 (20c) 에 대응되는 테이퍼부 (103b, 104b) 가 형성되어 있다.
평면 연삭을 할 때에는, 제 1 칼라 (20) 의 일방의 고리형 판부 (20b) 를 그 테이퍼부 (20c) 가 누름 지그 (102) 하반부 (103) 의 테이퍼부 (103b) 에 걸어 맞춰지도록 지그 본체 (101) 에 탑재하고, 그 위에 제 1 칼라 (20) 의 원통부 (20a) 와 타방의 고리형 판부 (20b) 를 탑재한다. 다음으로, 누름 지그 (102) 의 상반부 (104) 를 하반부 (103) 에 나사 결합시킨다. 이로써, 상반부 (104) 의 테이퍼부 (104b) 를 타방의 고리형 판부 (20b) 의 테이퍼부 (20c) 에 걸어 맞춰, 일방의 고리형 판부 (20b) 와 원통부 (20a) 와 타방의 고리형 판부 (20b) 로 이루어지는 제 1 칼라 (20) 가 하반부 (103) 와 상반부 (104) 사이에 끼워진 상태에서 지그 본체 (101) 상에 고정된다. 다음으로, 지그 본체 (101) 상에 제 1 칼라 (20) 를 둘러싸도록 하여 제 2 칼라 (21) 를 탑재하고, 제 1 칼라 (20) 상방의 고리형 판부 (20b) 의 상면과 제 2 칼라 (21) 의 상단면을 동시에 평면 연삭한다.
이와 같이 고리형 판부 (20b) 에 테이퍼부 (20c) 를 형성함으로써, 테이퍼 부 (20c) 가 누름 지그 (102) 의 걸어 맞춤부가 되어, 제 1 칼라 (20) 와 제 2 칼라 (21) 를 동시에 평면 연삭할 수 있게 된다. 또한, 본 실시형태에서는 제 1 칼라 (20) 의 양 고리형 판부 (20b, 20b) 에 테이퍼부 (20c) 를 형성하였으나, 누름 지그 (102) 의 하반부 (103) 가 지그 본체 (101) 에 튼튼하게 고정되는 것이면, 평면 연삭하는 상방의 고리형 판부 (20b) 와 누름 지그 (102) 의 상반부 (104) 에만 테이퍼부 (20c, 104b) 를 형성해도 된다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 실시형태에서는 하퇴 구동용 제 3 직동 액추에이터 (123) 의 구동 유닛 (15) 의 대퇴 링크 (7) 에 대한 연결부 (Y2a 축) 나 족평 구동용 제 4 직동 액추에이터 (124) 의 구동 유닛 (15) 의 하퇴 링크 (9) 에 대한 연결부 (Y3a 축) 를 각각 고관절부 (6) 나 무릎 관절부 (8) 로부터 약간 먼 위치에 배치하였는데, 제 3 직동 액추에이터 (123) 의 구동 유닛 (15) 을 고관절부 (8) 의 관절축 (Y1 축) 과 동일 축선 상에서 대퇴 링크 (6) 에서 자유롭게 요동할 수 있도록 연결함과 함께, 제 4 직동 액추에이터 (124) 의 구동 유닛 (15) 을 무릎 관절부 (8) 의 관절축 (Y2 축) 과 동일 축선 상에서 하퇴 링크 (9) 에서 자유롭게 요동할 수 있도록 연결해도 된다. 이것에 의하면, 대퇴 링크 (7) 의 고관절부 (6) 주위의 관성 모멘트 및 하퇴 링크 (9) 의 무릎 관절부 (8) 주위의 관성 모멘트를 한층 저감시킬 수 있다.
또, 상기 실시형태에서는 발목 관절부 (10) 를 족평부 (11) 의 상하 방향과 가로 방향의 요동을 허용하는 2 축 조인트로 구성하였는데, 족평부 (11) 의 상하 방향의 요동만을 허용하는 1 축 조인트로 발목 관절부 (10) 을 구성할 수도 있다. 이 경우, 족평 구동용 제 4 직동 액추에이터 (124) 는 1 개로 충분하다.
1 … 동체부,
2 … 다리부,
6 … 고관절부,
7 … 대퇴 링크,
8 … 무릎 관절부,
9 … 하퇴 링크,
10 … 발목 관절부,
11 … 족평부,
123 … 제 3 직동 액추에이터 (하퇴 구동용 직동 액추에이터),
124 … 제 4 직동 액추에이터 (족평 구동용 직동 액추에이터),
13 … 전동 모터,
14 … 너트 부재,
14a … 볼,
15 … 구동 유닛,
16 … 나사축,
L1 … 무릎 관절부와 발목 관절부의 결선,
L2 … 제 4 직동 액추에이터의 신축력의 작용선,
Y3a … 제 4 직동 액추에이터의 하퇴 링크에 대한 연결부,
Y3b … 제 4 직동 액추에이터의 족평부에 대한 연결부.
2 … 다리부,
6 … 고관절부,
7 … 대퇴 링크,
8 … 무릎 관절부,
9 … 하퇴 링크,
10 … 발목 관절부,
11 … 족평부,
123 … 제 3 직동 액추에이터 (하퇴 구동용 직동 액추에이터),
124 … 제 4 직동 액추에이터 (족평 구동용 직동 액추에이터),
13 … 전동 모터,
14 … 너트 부재,
14a … 볼,
15 … 구동 유닛,
16 … 나사축,
L1 … 무릎 관절부와 발목 관절부의 결선,
L2 … 제 4 직동 액추에이터의 신축력의 작용선,
Y3a … 제 4 직동 액추에이터의 하퇴 링크에 대한 연결부,
Y3b … 제 4 직동 액추에이터의 족평부에 대한 연결부.
Claims (6)
- 동체부와 좌우 1 쌍의 다리부를 구비하고, 각 다리부는, 동체부에 고관절부를 통해 연결되는 대퇴 링크와, 대퇴 링크의 하단에 무릎 관절부를 통해 연결되는 하퇴 링크와, 하퇴 링크의 하단에 발목 관절부를 통해 연결되는 족평부로 구성되는 2 족 보행 로봇으로서,
각 다리부의 하퇴 링크와 족평부를 발목 관절부로부터 먼 부분에서 연결하는 족평 구동용 직동 액추에이터를 구비하고, 족평 구동용 직동 액추에이터의 신축 동작에 의해 족평부를 하퇴 링크에 대하여 발목 관절부를 중심으로 하여 요동시키도록 한 것에 있어서,
족평 구동용 직동 액추에이터는, 그 직동 액추에이터의 신축력이 무릎 관절부와 발목 관절부를 연결하는 결선에 대하여 후방으로 기운 선 상에 작용하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 2 족 보행 로봇. - 제 1 항에 있어서,
상기 족평 구동용 직동 액추에이터의 상기 하퇴 링크에 대한 연결부는 상기 결선보다 후방에 위치하고, 상기 각 직동 액추에이터의 상기 족평부에 대한 연결부는 상기 결선보다 전방에 위치하는 것을 특징으로 하는 2 족 보행 로봇. - 제 2 항에 있어서,
상기 족평 구동용 직동 액추에이터는, 전동 모터 및 그 전동 모터에 의해 회전 구동되는 너트 부재를 구비하는 구동 유닛과, 너트 부재에 유지되는 볼을 통해 그 너트 부재에 나사 결합되는 나사축으로 이루어지는 볼 나사 기구로 구성되고,
구동 유닛에 상기 하퇴 링크에 대한 연결부가 형성되고, 나사축의 하단에 상기 족평부에 대한 연결부가 형성되는 것을 특징으로 하는 2 족 보행 로봇. - 제 1 항에 있어서,
상기 족평 구동용 직동 액추에이터에 추가하여, 상기 각 다리부의 상기 대퇴 링크와 상기 하퇴 링크를 상기 무릎 관절부로부터 먼 부분에서 연결하는 하퇴 구동용의 직동 액추에이터를 구비하고, 하퇴 구동용 직동 액추에이터의 신축 동작에 의해 하퇴 링크를 대퇴 링크에 대하여 무릎 관절부를 중심으로 하여 요동시키도록 한 것에 있어서,
하퇴 구동용과 족평 구동용의 각 직동 액추에이터는, 전동 모터 및 그 전동 모터에 의해 회전 구동되는 너트 부재를 구비하는 구동 유닛과, 너트 부재에 유지되는 볼을 통해 그 너트 부재에 나사 결합되는 나사축으로 이루어지는 볼 나사 기구로 구성되고,
하퇴 구동용 직동 액추에이터의 구동 유닛과 나사축이 각각 대퇴 링크와 하퇴 링크에서 자유롭게 요동할 수 있도록 연결됨과 함께, 족평 구동용 직동 액추에이터의 구동 유닛과 나사축이 각각 하퇴 링크와 족평부에서 자유롭게 요동할 수 있도록 연결되고,
하퇴 구동용 직동 액추에이터의 구동 유닛의 대퇴 링크에 대한 요동축선은 당해 구동 유닛의 너트 부재의 중심축선과 직교하고, 족평 구동용 직동 액추에이터의 구동 유닛의 하퇴 링크에 대한 요동축선은 당해 구동 유닛의 너트 부재의 중심축선과 직교하는 것을 특징으로 하는 2 족 보행 로봇. - 제 4 항에 있어서,
상기 각 직동 액추에이터의 상기 구동 유닛은, 상기 전동 모터를 탑재하는 마운트 프레임을 구비하고, 이 마운트 프레임에, 상기 너트 부재를 자유롭게 회전할 수 있도록 수납하는 너트 케이스가 전동 모터와 평행하게 나란히 설치되고, 상기 대퇴 링크 또는 상기 하퇴 링크에 구동 유닛이 너트 케이스에 있어서 상기 요동축선 주위로 자유롭게 요동할 수 있도록 연결되는 것을 특징으로 하는 2 족 보행 로봇. - 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 하퇴 구동용 직동 액추에이터의 상기 구동 유닛은, 상기 고관절부의 관절축과 동일 축선 상에서 상기 대퇴 링크에서 자유롭게 요동할 수 있도록 연결되고.
상기 족평 구동용 직동 액추에이터의 상기 구동 유닛은, 상기 무릎 관절부의 관절축과 동일 축선 상에서 상기 하퇴 링크에서 자유롭게 요동할 수 있도
록 연결되는 것을 특징으로 하는 2 족 보행 로봇.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |