TWI613055B - 機器人上半身之支持構造 - Google Patents

Abstract

本發明機器人上半身之支持構造包含有延伸至前述機器人之腰骨部之上方的柱狀背骨部、連接於背骨部且從該背骨部延伸至機器人之側邊的上半身支持部、及將機器人之臂部旋轉自如地安裝，並且至少具有從該臂部之外部使該臂部旋轉驅動之預定致動器；且在側邊距離上半身支持部與背骨部之連接點預定距離的該上半身支持部上之第1連接點與腰骨部上之第2連接點，驅動單元連接於該上半身支持部及該腰骨部。藉此，可減輕機器人上半身之重量。

Description

機器人上半身之支持構造 發明領域

本發明是有關於一種機器人上半身之支持構造。

發明背景

近年，不僅產業用機器人，作為民生用而擔負各種任務之機器人的研究開發也盛行。機器人中可直立步行的人型機器人(humanoid robot)作為可代替人類行動之機器人而受到期待。在此種人型機器人中，為了模仿人類之動作而設有許多關節部，且要求在該關節部具有多自由度之多種動作。因此人型機器人之上半身搭載有許多用以驅動關節部之致動器，且因其重量增大，故上半身之支持構造應負擔之載重不小。

在此，例如專利文獻1所示之機器人上半身之支持構造是背骨部從支撐於2隻腳之腰骨部鉛直地立起。又，對該背骨部，在肩部之位置，水平支持構件延伸至上半身之左右側邊，機器人之臂部可旋轉地安裝於其前端(特別參照專利文獻1之圖2A)。因而，機器人之臂部藉水平支持構 件以吊掛之狀態受到支持。

先行技術文獻 專利文獻

專利文獻1 日本專利公開公報2012-148366號

發明概要

如上述專利文獻1所示，在習知技術中，臂部大多可旋轉地安裝於從機器人之背骨延伸至側邊之水平支持構件。在此種機器人之上半身，在距離背骨部預定距離之位置支持比較有重量之臂部。結果，為了充分支持臂部之力矩，水平支持構件及背骨部之剛性需保持較高，而有機器人上半身全體之重量增加之傾向。又，因臂部直接連接於形成機器人上半身之骨格構造構件(即，水平支持構件)，故該骨格構造構件直接承受來自臂部之載重。從此點，為了確保對該載重之強度，仍無法避免上半身之重量增加。

又，由於機器人上半身之重量增加是指腳等下半身構造應支持之載重增加，故從下半身之強度方面及驅動機器人之耗費能量方面等而言也不理想。

本發明即是鑑於上述問題點而發明，其目的是提供可減輕機器人上半身之重量的機器人上半身之支持構造。

在本發明中，為解決上述課題，採用了下述結構，前述結構是於可擔保較高之剛性的驅動單元安裝臂部及其 驅動用致動器，且將該驅動單元安裝於該上半身而具有作為支撐機器人上半身之一構件的功能。藉此，由於上半身以驅動單元本體自身支撐，故可有效率地謀求上半身之強度提高。

詳細而言，本發明為機器人上半身之支持構造，其包含有柱狀背骨部、上半身支持部及驅動單元，該柱狀背骨部延伸至前述機器人之腰骨部之上方；該上半身支持部連接於前述背骨部且從該背骨部延伸至前述機器人之側邊；該驅動單元將前述機器人之臂部旋轉自如地安裝，並且至少具有從該臂部之外部使該臂部旋轉驅動之預定致動器。又，在側邊距離前述上半身支持部與前述背骨部之連接點預定距離的該上半身支持部上之第1連接點與前述腰骨部上之第2連接點，前述驅動單元連接於該上半身支持部及該腰骨部。

本發明之機器人上半身之支持構造在包含背骨部、腰骨部之機器人上半身中包含用以至少支持臂部之構造。在此，腰骨部是承受機器人上半身之載重的骨格構造，一般是於腰骨部之上方配置機器人上半身。因而，在腰骨部之上方，作為上半身中心之背骨部配置成延伸至上方。此外，在本發明中，「上方向」及「下方向」是顯示重力負載作用之方向、例如鉛直方向之用語。一例是機器人從設置面起立時，從腰骨部往頭部側之方向是上方向，其反向為下方向。

又，在機器人上半身，上半身支持部於背骨部連 接成延伸至機器人之側邊。此上半身支持部可從背骨部延伸至機器人之兩側邊，亦可延伸至單側側邊。

在此，驅動單元亦可具有從機器人之臂部之外部驅動該臂部之預定致動器。藉於臂部外配置其驅動用預定致動器，可使旋轉驅動之臂部之力矩降低，是故，視為有助於機器人上半身之重量減輕。此外，因驅動單元包含預定致動器，在構造上需發揮較高之剛性。是故，依據驅動單元全體之高剛性，在本發明中，將驅動單元利用作為支持上半身之構造體。

即，如上述，在上半身支持部上之第1連接點與腰骨部上之第2連接點，驅動單元連接於上半身支持部與腰骨部。如此藉連接驅動單元，可將驅動單元具有之剛性利用在從腰骨部來支撐上半身支持部。在此，第1連接點位於在機器人之側邊離背骨部預定距離之位置，另一方面，第2連接點位於在背骨部下方之腰骨部上，因此，背骨部與第2連接點之距離短於上述預定距離。因此，在機器人上半身，以背骨部、上半身支持部、驅動單元形成大約三角形之支持框架，而可使機器人上半身之強度穩定。再者，由於在該支持框架，可將驅動單元之構造物利用作為支持框架之一部份，因此，在不將機器人上半身之重量徒然加重下，可謀求其強度提高。

可提供可減輕機器人上半身之重量的機器人上半身之支持構造。

10‧‧‧機器人

11‧‧‧頭部

12‧‧‧照相機

13‧‧‧頸部

14‧‧‧背骨部

14a‧‧‧前方鎖骨部

14b‧‧‧背面鎖骨部

14c‧‧‧前方胸骨部

14d‧‧‧背面胸骨部

15‧‧‧腰骨部

16‧‧‧骨盤部

17‧‧‧傳達連桿部

17a‧‧‧支持點

18‧‧‧搖動連桿部

19‧‧‧彈簧

19a‧‧‧連接位置

20‧‧‧驅動單元

21‧‧‧外側基板

22‧‧‧內側基板

23‧‧‧間隔件

24，25‧‧‧致動器

24a‧‧‧本體部

24b‧‧‧輸出軸

28‧‧‧支持構件

30‧‧‧連桿機構

31‧‧‧第1連桿部

31a‧‧‧壁部

31b‧‧‧橋部

31c‧‧‧基部

31d‧‧‧尾部

31e‧‧‧連接點

32‧‧‧第2連桿部

33‧‧‧第1支持點

34‧‧‧第2支持點

35‧‧‧第3支持點

50‧‧‧臂部

51‧‧‧板

52‧‧‧彈簧安裝部

L1，L2‧‧‧線

X，Y，Z‧‧‧方向

圖1是適用本發明支持構造之機器人之正面圖。

圖2是圖1所示之機器人之側視圖。

圖3是圖1所示之機器人之背面圖。

圖4是顯示在圖1所示之機器人卸除臂部與驅動單元之狀態的圖。

圖5是顯示在圖4中被卸除之驅動單元之圖。

圖6是顯示在圖1所示之機器人中驅動單元之內部的結構之圖。

圖7是顯示圖1所示之機器人之背面的一部份之圖。

圖8是顯示圖1所示之機器人之驅動單元內的連桿機構之動作狀態的第1圖。

圖9是顯示圖1所示之機器人之驅動單元內的連桿機構之動作狀態的第2圖。

圖10(a)、圖10(b)是說明圖1所示之機器人之驅動單元內的連桿機構之動作的第1圖。

圖11是說明圖1所示之機器人之驅動單元內的連桿機構之動作的第2圖。

用以實施發明之形態

以下，就本發明之具體實施形態，依據圖式來說明。記載於本實施例之構成零件之尺寸、材質、形狀、其相對配置等只要無特別記載，便不是僅以該等限定發明之技術性範圍的旨趣。

實施例1

機器人10之結構

依據圖1至圖3，就搭載有本發明支持構造之機器人10的概略結構作說明。圖1為機器人10之正面圖，圖2為機器人10之左側視圖，圖3為機器人10之背面圖。此外，在各圖中，為了可掌握機器人10之內部構造，除了左手，其餘以省略其本體蓋之狀態顯示。此外，在本實施例中，令機器人10之行進方向為x軸正方向、從機器人10觀看左手方向為y軸正方向、機器人10之抗重力方向為z軸正方向時，x軸為翻滾軸，y軸為俯仰軸，z軸為搖動軸。因而，繞x軸之旋轉為翻滾動作，繞y軸之旋轉為俯仰動作，繞z軸之旋轉為搖動動作。又，本實施例之上方向是指z軸正方向、即抗重力方向，另一方面，下方向是指z軸負方向、即重力方向，左右方向是從機器人10觀看時之左右方向，y軸正方向是左方向，y軸負方向為右方向。

機器人10為人型機器人，具有仿造人類之骨格構造的身體。概略而言，以在圖1中往z軸方向延伸之背骨部14及以後述板金形成之各種骨部14a至14d、於背骨部14連結成支持背骨部14之腰骨部15、及支持腰骨部15且連接圖中未示之機器人10的一對腳部之骨盤部16形成機器人10上半身的骨格構造(以下僅稱為「上半身骨格構造」)。又，於背骨部14連接有機器人10之頸部13，進一步於其上方配置有頭部11。此外，於頭部11搭載有用以拍攝外部之照相機12。以藉由此頸部13之頭部11與背骨部14的連接，頭部11 可對背骨部14進行翻滾動作、搖動動作，由於該等動作用之機器人內部構造並非構成本發明之核心的構造，故在本說明書中省略其詳細之說明。

又，在機器人10，掌管其上半身之驅動的驅動單元20分別對應右上半身及左上半身配置。在此，如圖4所示，在背骨部14位於機器人10之肩部分的部位朝機器10之側邊延伸而連接有機器人前面側之前方鎖骨部14a及機器人背面側之背面鎖骨部14b。再者，在背骨部14位於機器人10之胸部分(肩部分之下方的部位)之部位同樣地朝機器人10之側邊延伸而連接有機器人前面側之前方胸骨部14c及背面側之背面胸骨部14d。以該等骨部14a至14d及背骨部14在隔著背骨部14之機器人10之上半身內的左右形成預定空間，驅動單元20分別配置成裝入該左右預定空間，且對各骨部14a至14d連接驅動單元20。藉此，2個驅動單元20可安裝於機器人10內。由於骨部14a至14d以比背骨部14之厚度薄的平板狀板金形成，故驅動單元20對背骨部14之安裝可比較彈性地進行。該等骨部14a至14d相當於本發明之上半身支持部，特別是骨部14a、14c相當於本發明之前方上半身支持部，骨部14b、14d相當於本發明之背面上半身支持部。此外，關於驅動單元20之安裝之細節後述。

驅動單元20之結構

於圖4顯示了機器人10之左側的臂部50與對應其之左上半身用驅動單元20成一體地從機器人10之上半身骨格構造被卸除的狀態。如此，藉驅動單元20構造成可與對應之 臂部50一起從機器人10之上半身骨格構造卸除，而可適當地維持機器人10之組裝性及維修性。於此驅動單元20內搭載有由連桿機構構成之旋轉驅動機構，藉該旋轉驅動機構可將致動器之輸出傳送至臂部50，而進行其旋轉驅動。以下，依據圖5及圖6，就該旋轉驅動機構之細節作說明。此外，於圖5揭示有機器人10之左上半身用驅動單元20，另一方面，在圖6揭示有機器人10之右上半身用驅動單元20之詳細構造。此外，在圖6，為了顯示驅動單元20之內部，而省略一部分之結構(後述外側基板21等之結構)。又，在本說明書中，左上半身用驅動單元20及右上半身用驅動單元20具有相同之結構，依據圖5及圖6進行之說明適用於兩側之驅動單元20及其內部之旋轉驅動機構。

驅動單元20具有連接於機器人10之上半身骨格構造之外側基板21及內側基板22、以及以配置於兩基板之間的間隔件23劃定之收容空間。外側基板21為在臂部50連接於驅動單元20之狀態下配置於機器人10之外側、即接近臂部50之側的基板，相當於本發明之第1基座構件。又，內側基板22為配置於機器人10之內側的基板，相當於本發明之第2基座構件。此外，於外側基板21設有用以將臂部50於俯仰軸旋轉自如地支撐之支撐構件28，藉由該支撐構件28，臂部50得以連接於驅動單元20側。此支撐構件28考慮在有限之空間容積內支撐力矩較大之機器人10的臂部50之點，宜採用可以1個軸承支撐徑向載重、軸向載重等所有方向之載重的支撐構件。舉例而言，可採用例如THK股份有限公 司製之交叉滾柱旋轉軸承。

又，間隔件23為具有劃定兩基板之間隔之長度的棒狀構件。該等外側基板21、內側基板22、間隔件23所形成之結構為形成所謂驅動單元20之殼體之結構，該殼體固定於機器人10之上半身骨格構造，並於該處配置3個致動器24、25及與致動器24相關之連桿機構30。此外，致動器24、25相當於本發明之預定致動器，特別是致動器24相當於本發明之手臂俯仰用致動器，致動器25相當於本發明之腰骨部驅動用致動器。

首先，就致動器24作說明。致動器24為具有伺服馬達、本體部24a、於致動器之軸方向直線移動之輸出軸24b的線性運動致動器，固定於外側基板21及內側基板22。於輸出軸24b之外周面形成螺旋狀螺溝，螺合於輸出軸24b之螺溝的滾珠螺帽(圖中未示)以被容許於本體部24a僅繞軸線旋轉的狀態收納於本體部24a。又，伺服馬達與本體部24a連接而使該滾珠螺帽旋轉，由於在本體部24a內滾珠螺帽之軸線方向的移動受到限制，故輸出軸24b藉伺服馬達之驅動於軸方向直線運動、即線性運動。

致動器24之輸出軸24b連接於構成連桿機構30之第1連桿部31及第2連桿部32中之第1連桿部31。此外，此連桿機構30相當於上述旋轉驅動機構。又，如後述圖8、圖9所示，第1連桿部31具有從基部31c之兩端往同方向延伸而出之2個壁部31a，且與基部31c平行地設有連結兩壁部31a之橋部31b。此基部31c對外側基板21及內側基板22以軸承 旋轉自如地支撐，而形成第1支持點33。又，致動器24之輸出軸24b於橋部31b連接成可改變與第1連桿部31之方向，其連接點為31e。進一步，隔著基板31c在橋部31b之對側設有從基部31c延伸而出之尾部31d。尾部31d之伸出方向並不在連結橋部31b上之連接點31e與第1支持點33的直線上，而是未對該直線配置致動器24之方向、即後述第3支持點35所在之方向。又，在尾部31d之端部(與基部31c之連接部的對側之端部)，第2連桿部32以軸承旋轉自如地支撐，而形成第2支持點34。

如此，將壁部31a、橋部31b、基部31c、尾部31d作為連桿本體而形成第1連桿部31。又，第1連桿部31當以將其連桿本體旋轉自如地支撐之第1支持點33為基準時，連接致動器24之輸出軸24b的橋部31b位於其之一側，連接第2連桿部32之尾部31d則位於另一側。因此，致動器24之輸出作用之點、亦即致動器24之輸出輸入至第1連桿部31的連接點31e與將藉由第1連桿部31之力傳送至第2連桿部32側之點、亦即將致動器24之輸出輸出至第2連桿部32側的第2支持點34具有以第1支持點33為基準而如蹺蹺板般搖動的關聯，是故，第1連桿部31得以形成為搖動連桿。更具體而言，第1連桿部31形成成若連接點31e移動至上方，第2支持點34便移動至下方，反之，若連接點31e移動至下方，第2支持點34則移動至上方。如此，藉將第1連桿部31形成為搖動連桿，可抑制致動器24之輸出傳達所需的機構之大小，特別是其長度尺寸。又，利用第1連桿部31之蹺蹺板形狀，亦可 謀求致動器24之輸出的放大，此點亦有助於致動器24之小型化。

接著，第2連桿部32在其中一端部如上述以第2支持點34旋轉自如地與第1連桿部31之尾部31d連接，再者，在另一端部，如後述圖9所示，以軸承對連結於機器人10之臂部50之端部的板51旋轉自如地支撐，而形成第3支持點35。如此，第2連桿部32形成成具有包含第2支持點34及第3支持點35之板狀本體，又，第2連桿部32使從第1連桿部31傳來之力傳達至板51。此板51是藉由支撐構件28連結於旋轉自如地安裝之臂部50的端部之板，隨著臂部50之俯仰方向的旋轉，與臂部50一起旋轉。又，支持點35位於偏離此臂部50之俯仰方向的旋轉中心預定距離之處，藉由第1連桿部31及第2連桿部32傳達至板51之力形成為使臂部50往俯仰方向旋轉驅動的驅動力。

如此，致動器24之驅動力以由第1連桿部31及第2連桿部32構成之連桿機構30傳達至臂部50，藉此，可產生臂部50之俯仰方向的旋轉動作。又，由於臂部50以外側基板21上之支撐構件28支撐，且第1連桿部31在外側基板21及內側基板22上受到旋轉支撐，故第1連桿部31及第2連桿部32之旋轉方向為與臂部50之俯仰旋轉方向相同的方向。

接著，就致動器25作說明。致動器25也與致動器24同樣地為線性運動致動器，固定於外側基板21及內側基板22。致動器25之輸出軸連接於藉由支持點18a旋轉自如地安裝於外側基板21及內側基板22之搖動連桿部18的一端側。 又，在搖動連桿部18之另一端側，傳達連桿部17藉由支持點18b旋轉自如地連接，該傳達連桿部17還連接於腰骨部15。此搖動連桿部18與上述第1連桿部31同樣地具有蹺蹺板形狀，因此，可抑制致動器25之輸出傳達所需之機構的大小、特別是其長度尺寸，再者，亦可謀求致動器25之輸出的放大，此點亦有助於致動器25之小型化。

在機器人10之左右上半身，藉致動器25之輸出傳送至腰骨部15，機器人10之上半身可藉圖中未示之腰骨部15之詳細結構對骨盤部16往翻滾方向及搖動方向旋轉驅動。此外，由於對此骨盤部16之旋轉驅動用結構並非構成本發明核心之結構，故省略其詳細之說明。

又，驅動單元20僅包含致動器25，與其相關之連桿亦即搖動連桿部18及傳達連桿部17並不包含在驅動單元20內(參照圖4所示之卸除驅動單元之狀態。)。此是因卸除驅動單元20之際當解除傳達連桿部17與腰骨部15之連接時，搖動連桿部18及傳達連桿部17從驅動單元20之殼體露出而難以處理。當然亦可驅動單元20內包含搖動連桿部18及傳達連桿部17來將驅動單元20從上半身骨格構造卸除。

接著，依據圖7，就機器人10之背面構造作說明。圖7是顯示驅動單元20之背面結構的圖。如圖7所示，設有從板51上沿著機器人10之肩寬方向延伸而出之彈簧安裝部52。於此彈簧安裝部52設有2條在與背面胸骨部14d之間賦與賦與勢能力之彈簧19。背面胸骨部14d之彈簧19的連接位置以19a顯示。

由於彈簧安裝部52位於與臂部50一同俯仰旋轉之板51上，且連接位置19a位於形成機器人10之上半身骨格構造之背面胸骨部14d側，故彈簧19之賦與勢能力可產生有助於臂部50之俯仰旋轉的轉矩。關於此彈簧19之賦與勢能力後述。

驅動單元20之支撐構造

如上述，驅動單元20在其上部前方部位、上部背面部位在以外側基板21與內側基板22劃定之收容空間收容有致動器24、25之狀態下分別連接於前方鎖骨部14a及背面鎖骨部14b。再者，驅動單元20在其中央前方部位、中央背面部位分別連接於前方胸骨部14c、及背面胸骨部14d，在驅動單元20之下方，藉由致動器25之輸出軸、搖動連桿部18、傳達連桿部17與腰骨部15連接。又，各骨部14a至14d與致動器20之外側基板21及內側基板22之連接點相當於本發明之第1連接點，藉由搖動連桿等18之與腰骨部15之連接點(支持點17a)相當於本發明之第2支持點。

藉與此種驅動單元20之上半身骨格構造之連接態樣，對相當於上半身支持部之各骨部14a至14d，驅動單元20連接成從下方支持。又，從圖也可知，相當於第1連接點之驅動單元20與各骨部14a至14d之連接點位於在機器人10之側邊離背骨部14相當於機器人10之肩寬的距離之位置，而比支持點17a更靠機器人10之側邊。又，依據相當於第2連接點之支持點17a為背骨部14所連接之腰骨部15上的連接點，可藉第1連接點、第2連接點及各骨部14a至14d與背 骨部14之連接點，形成大約三角形之支持框架。即，驅動單元20本身包含在該支持框架之一邊。

在此，從圖亦可知，在該支持框架中，驅動單元20形成為外側基板21與內側基板22在該等長向在第1連接點與第2連接點之間延伸的狀態。由於外側基板21與內側基板22也是固定致動器24、25之基板，故使應具有作為驅動單元20之殼體之功能的兩基板之厚度相應地增厚。因而，外側基板21與內側基板22之剛性設定為較高。

是故，驅動單元20之各基板21、22包含在上述支持框架之一邊時，可將各基板21、22之剛性直接利用在機器人10之上半身骨格構造、特別是骨部14a至14d之支持。此是指即使不為了支持上半身骨格構造，設特別之支持構造，亦可謀求機器人10上半身之強度提高，換言之，可抑制為了機器10上半身之強度提高，而增加上半身之重量。

又，臂部50未直接連接於骨部14a至14d而是安裝於驅動單元20之外側基板21。又，由於骨部14a至14d如上述以板金形成，故彈性地支持驅動單元20。藉如此彈性地支持驅動單元20，可以骨部14a至14d之彈性力吸收臂部50之載重的一部份。因此，由於臂部50可減輕應以安裝於外側基板21之支持構件28支持之載重，故可使用容許載重較低之支持構件28、例如容許之徑向載重或軸向載重較低之交叉滾柱旋轉軸承。藉此，支持構件28可小型化，從此點，亦可抑制機器人10上半身之重量增加。

再者，從抑制機器人10上半身之重量增加之觀點， 在形成於形成在驅動單元20之上述收容空間固定收容有用以驅動臂部50之致動器24的狀態下，連接於上半身骨格構造之結構也可謂有用。藉將致動器24配置於臂部50之外部，比起配置於臂部50之內部的情形，可減輕臂部50之重量。由於臂部50為被旋轉驅動之構件，其輕量化歸結於臂部50之力矩降低、甚至是旋轉驅動時之載重降低。結果，不再需要大幅提高上半身骨格構造之耐載重性，是故，視為有助於抑制上半身之重量增加。此外，將致動器24配置於臂部50之外部之後，為了旋轉驅動臂部50，而將致動器24之線性運動的輸出軸之輸出以後述連桿機構30之動作傳送至臂部50的結構極為有用。

連桿機構30之動作

連桿機構30如上述以第1連桿部31及第2連桿部32構成，藉將致動器24之驅動力傳達至連結於臂部50之板51，可將臂部50往俯仰方向旋轉驅動。又，就此連桿機構30之動作之細節，依據圖8、圖9、圖10來說明。

圖8是顯示在臂部50往鉛直下方向延伸之狀態之下、即在臂部50以支持構件28旋轉自如地支持之狀態下臂部50位於隨著重力成分往最下方方向延伸之最下方位置的狀態之下，以連桿機構30為中心之驅動單元20內的狀態。另一方面，圖9是顯示在臂部50往水平方向延伸之狀態之下、即在臂部50以支持構件28旋轉自如地支持之狀態下臂部50位於從最下方位置逆著重力成分上升之水平上升位置的狀態之下，以連桿機構30為中心之驅動單元20內的狀態。即， 圖8顯示臂部50之自身重量對致動器24之重力負載為最小的狀態，圖9顯示該重力負載為最大之狀態。

又，圖10是為了易掌握構成連桿機構30之各連桿部之狀態，而以以各連桿部投射於zy平面之狀態顯示。因此，第1連桿部31以連結連接點31e與第1支持點33之直線及連結第1支持點33與第2支持點34之直線彎折的ㄑ字形顯示。此外，具體而言，圖10之左圖(a)顯示如圖8所示臂部50位於最下方位置時之連桿機構30的狀態，圖10之右圖(b)顯示如圖9所示臂部50位於水平上升位置時之連桿機構30的狀態。

在此，就在機器人10中將臂部50從最下方位置上升驅動至水平上升位置時之連桿機構30的動作作說明。在機器人10中臂部50位於最下方位置時，如圖8所示，呈致動器24之輸出軸24b在驅動單元20內位於最上方之狀態。如圖10(a)所示，第2支持點34為位於可取得該第2支持點34之位置中最下方的狀態。因此，被此第2支持點34之位置影響，呈第2連桿部32將板51拉進至下方之狀態，是故，可藉由圖10(a)所示之板51之狀態決定臂部50的最下方位置。

如此，從圖8(a)所示之狀態，以致動器24之驅動將輸出軸24b拉進本體部24a時(即，在機器人10中輸出軸24線性運動至下方時)，在圖10(a)中，第1連桿部31以第1支持點33為中心逆時鐘旋轉。即，藉輸出軸24b線性運動至下方，連接點31e移動至下方，同時，第2支持點34移動至上方。結果，第2連桿部32將板51往順時鐘方向推出，是故，在圖 10，臂部50隨著板51之旋轉往順時鐘方向旋轉上升，到達圖10(b)所示之水平上升位置。

在此，在此臂部50之旋轉上升的過程中，著眼於連結第1支持點33與第2支持點34之直線(以下稱為「第1直線」)及連結第2支持點34與第3支持點35之直線(以下稱為「第2直線」)構成的角度θ(以下稱為「連桿間角度」)。由於第1支持點33形成於外側基板21及內側基板22與第1連桿部31之間，故第1支持點33之位置不論第1連桿部31之狀態，對外側基板21等不變。又，當第1連桿部31從圖10(a)所示之狀態逆時鐘旋轉時，第2支持點34以此第1支持點33為中心上升，最初為銳角之連桿間角度θ超過90度，形成為鈍角，在最後之圖10(b)所示之狀態，形成為接近180度之角度。即，藉第1連桿部31之逆時鐘旋轉，連桿間角度θ逐漸張開成接近180度，第3支持點35上升成與第1支持點33更拉開間隔。

結果，在如圖10(b)所示之臂部50上升至水平之狀態下，連結第1支持點33與第2支持點34之第1直線及連結第2支持點34與第3支持點35之第2直線大約在一直線上且沿著z軸延伸。此時，臂部50之重力成分之重力負載為最大，連桿機構30之3個支持點33、34、35在第1支持點33上排成大約在一直線上。因此，由於從臂部50傳送之重力負載以支持於外側基板21等之第1支持點33支持其大部份，故可減輕藉由連接點31e傳達至致動器24側之負載。

又，在連桿機構30中，將第1連桿部31及第2連桿部32之形狀、尺寸決定成當臂部50位於水平上升位置附近 之位置時，比起臂部50位於最下方位置附近之位置的情形，連結於臂部50之板51的旋轉量對致動器24之輸出軸24b的變位量之比率較小。結果，臂部50之變位量對搭載於致動器24之伺服馬達的變位量之比率亦即減速比設定成臂部50越接近水平上升位置便越大。因此，臂部50位於最下方位置附近時，雖然減速比較小，但由於臂部50之重力負載小，故可確保對致動器24之影響度小。另一方面，在臂部50之重力負載相對地大之水平上升位置附近，藉使減速比增大，可儘可能減輕臂部50之重力負載對引動部24之影響度，是故，可謀求致動器24之小型化。

又，在機器人10中，如圖7所示，進行了彈簧19之賦與勢能力之賦與。關於此點，依據圖11來說明。圖11分別以線L1、L2顯示對臂部50之旋轉角度的臂部50之重力負載的推移、及彈簧19之賦與勢能力的推移。此外，圖11之橫軸是令臂部50位於最下方位置時(圖10(a)所示之狀態)旋轉角度為0、令臂部50位於水平上升位置時(圖10(b)所示之狀態)旋轉角度為90度。又，彈簧19之賦與勢能力是在圖11所示之旋轉角度之範圍在使用以使臂部50上升旋轉之轉矩產生的方向賦與。

在此，從線L1可知，當臂部50從最下方位置旋轉上升至水平上升位置時，其重力負載逐漸上升。此時，彈簧19之賦與勢能力從線L2可知，是將其安裝位置及彈簧常數決定成在臂部50到達水平上升位置前之區域(大約為旋轉角度從50度形成為75度之位置，稱為「預定負載區域」。) 中賦與勢能力大於以線L1顯示之重力負載。藉此種彈簧19之設計，在臂部50之重力負載較大之區域，可以彈簧19之賦與勢能力有效地支持臂部50，而可減輕施加於致動器24之負載。此外，在臂部50之重力負載比預定負載區域更大之區域(臂部50之旋轉角度從大約75度形成為90度之位置)，如上述，由於連桿機構30之減速比相對較大，故如圖11所示，即使彈簧19之賦與勢能力比負載重力降低，仍可減輕施加於致動器24之重力負載。

又，如圖11所示，在臂部50之重力負載小於預定負載區域之區域(臂部50之旋轉角度從大約0度形成為50度之位置)中，如上述，連桿機構30之減速比相對較小，但由於臂部50之重力負載自身相對較小，故如圖11所示，即使彈簧19之賦與勢能力比負載重力降低，施加於致動器24之重力負載也不到阻礙致動器24之小型化的程度。

如此，藉考慮與連桿機構30之減速比的關聯，來設定彈簧19之賦與勢能力，可在臂部50之旋轉驅動範圍全體，減輕施加於致動器24之重力負載，而可謀求致動器24之小型化。

在此，返回圖10，再來談及連桿機構30。如圖10(b)般臂部50位於水平上升位置時，以第1支持點33為基準，第2支持點34、第3支持點35沿著z軸大約排成直線狀，藉此，如上述可以第1支持點33有效率地支持臂部50之重力負載。此時，第1連桿部31如上述偏向第3支持點35而形成彎折之形狀(ㄑ字形)。因此，第1連桿部31之連接點31e從圖10(a) 所示之狀態變位成圖10(b)所示之狀態時，因第1連桿部31之彎折的形狀，連結第1支持點33與第2支持點34之第1直線、及連結第2支持點34與第3支持點35之第2直線更易接近直線狀。在連桿機構30中，當臂部50位於水平上升位置時，藉第1直線與第2直線形成為更接近直線之狀態，而更易享有第1支持點33之重力負載的支持所致之效果。因而，第1連桿部31之上述彎折形狀只要考慮此第1支持點33之重力負載的支持來設計即可。

又，第1連桿部31之上述彎折形狀宜從第1連桿部31從第1直線與第2直線形成直線狀之狀態旋轉驅動的容易度之觀點決定。當第1直線與第2直線形成直線狀時，若連結連接點31e與第1支持點33之直線位於第1直線等之延長上時，從圖10(b)所示之狀態返回圖10(a)所示之狀態時，難以賦與第1連桿部31旋轉驅動用之轉矩。是故，宜考慮第1連桿部31之旋轉驅動的容易度，來決定第1連桿部31之彎折形狀。

此外，在本實施例中，可如上述使用交叉滾柱旋轉軸承作為用以旋轉支撐臂部50之支持構件28。該交叉滾柱旋轉軸承為可支持來自多方面之載重的支持構件。因此，對有關臂部50之負載的支持，該交叉滾柱旋轉軸承作用恰當，而可縮小對掌管臂部50之俯仰旋轉的致動器24要求之剛性，從此點亦可謀求致動器24之小型化。

變形例

在上述實施例中，為了對臂部50賦與上升旋轉方向的 賦與勢能力，彈簧19設於背面胸骨部14d與板51之間，亦可將彈簧19配置於構成連桿機構30之第1連桿部31或第2連桿部32與機器人10之上半身骨格構造之間來取代此態樣。惟，由於兩連桿如圖10所示，亦有在臂部50之旋驅動範圍狀態大幅變化之情形，故於連接彈簧19之際需連接於不與兩連桿部干擾之位置。

10‧‧‧機器人

11‧‧‧頭部

12‧‧‧照相機

13‧‧‧頸部

14‧‧‧背骨部

14a‧‧‧前方鎖骨部

14b‧‧‧背面鎖骨部

14c‧‧‧前方胸骨部

14d‧‧‧背面胸骨部

16‧‧‧骨盤部

17‧‧‧傳達連桿部

18‧‧‧搖動連桿部

20‧‧‧驅動單元

50‧‧‧臂部

X，Y，Z‧‧‧方向

Claims (6)

1. 一種機器人上半身之支持構造，包含有：柱狀背骨部，由前述機器人之腰骨部朝上方延伸；上半身支持部，連接於前述背骨部且從該背骨部延伸至前述機器人之側邊；及驅動單元，將前述機器人之臂部旋轉自如地安裝，並且至少具有從該臂部之外部使該臂部旋轉驅動之預定致動器；在側邊距離前述上半身支持部與前述背骨部之連接點預定距離的該上半身支持部上之第1連接點、與前述腰骨部上之第2連接點，前述驅動單元連接於該上半身支持部及該腰骨部。
2. 如請求項1之機器人上半身之支持構造，其中前述背骨部為具有預定厚度之柱狀構件，前述上半身支持部為形成為比前述預定厚度薄的板狀之構件，前述驅動單元具有：第1基座構件，將前述臂部旋轉自如地安裝；及第2基座構件，配置於與前述第1基座構件對向之位置，且對該第1基座構件固定成於與該第1基座構件之間形成至少收容前述預定致動器之收容空間；前述預定致動器以收容於前述收容空間之狀態對前述第1基座構件與前述第2基座構件中至少任一者固 定，該驅動單元與前述上半身支持部及前述腰骨部連接成前述驅動單元之前述第1基座構件與前述第2基座構件在前述第1連接點與前述第2連接點之間延伸。
3. 如請求項2之機器人上半身之支持構造，其中前述上半身支持部具有：隔著前述背骨部位於前述機器人之前方的前方上半身支持部、及位於該機器人之背面的背面上半身支持部，前述第1基座構件及前述第2基座構件之前方側連接於該前方上半身支持部，且該第1基座構件及該第2基座構件之背面側連接於該背面上半身支持部，而使前述驅動單元被前述前方上半身支持部與前述背面上半身支持部包夾。
4. 如請求項1至請求項3中任一項之機器人上半身之支持構造，其中前述驅動單元具有用以將前述臂部往俯仰方向旋轉驅動之臂部俯仰用致動器作為前述預定致動器。
5. 如請求項4之機器人上半身之支持構造，其中前述驅動單元更具有用以進行前述機器人上半身對前述腰骨部之旋轉驅動的腰骨部驅動用致動器作為前述預定致動器。
6. 如請求項1至請求項3中任一項之機器人上半身之支持構造，其中前述驅動單元形成為可在前述臂部安裝於前述第1基座構件之狀態下，解除與前述上半身支持部及 前述腰骨部之連接。