(57)【要約】【課題】  プーリからワイヤが外れてしまうのを防止することが可能なワイヤ駆動型のロボットを提供する。【解決手段】  ロボットは、一方側部材１６と、その一方側部材１６に回転可能に接続されている他方側部材１８と、一端部が前記他方側部材１８に接続されているワイヤ３０、３１、３２と、そのワイヤ３０、３１、３２の他端部に接続されており、ワイヤ３０、３１、３２を伸縮させるアクチュエータ２２、２３、２４と、そのワイヤ３０、３１、３２の中間部が掛けられており、ワイヤ３０、３１、３２の伸張方向を変化させるプーリ５６、５７、５８と、そのプーリ５６、５７、５８に掛けられたワイヤ３０、３１、３２が反プーリ側に移動してプーリ５６、５７、５８からワイヤ３０、３１、３２が外れるのを規制するワイヤガード７０、７１、７２とを備えている。【選択図】  図３
2006026797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方側部材と、
その一方側部材に回転可能に接続されている他方側部材と、
一端部が前記他方側部材に接続されているワイヤと、
そのワイヤの他端部に接続されており、ワイヤを伸縮させるアクチュエータと、
そのワイヤの中間部が掛けられており、ワイヤの伸張方向を変化させるプーリと、
そのプーリに掛けられたワイヤが反プーリ側に移動してプーリからワイヤが外れるのを規制するワイヤガードと、
を備えるロボット。
【請求項２】
ワイヤガードは、プーリの外周に沿って連続して延びる部位によって、ワイヤが反プーリ側に移動してプーリから外れるのを規制する請求項１のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータがワイヤを伸縮させることによって動作するワイヤ駆動型のロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１にワイヤ駆動型のロボットが開示されている。このロボットは、一方側部材（例えば大腿部）と他方側部材（例えば下腿部）が関節（例えば膝関節）によって回転可能に接続されている可動機構を備えている。関節角を変化させるためにワイヤが利用されており、ワイヤの一端部は他方側部材に接続されており、ワイヤの他端部はアクチュエータに接続されている。アクチュエータは、動作するとワイヤを伸縮させるものであり、アクチュエータが動作すると、他方側部材（例えば下腿部）が関節（例えば膝関節）の周りに回転してロボットの姿勢を変える。
この種のロボットでは、ワイヤを案内するためにプーリを利用する。プーリにはワイヤの中間部が掛けられており、ワイヤの伸張方向を変化させる。プーリを利用することによって、アクチュエータの設置位置に関する制約が緩和される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３４０７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プーリを利用するワイヤ駆動型のロボットでは、プーリからワイヤが外れてしまうことがある。アクチュエータへの動力供給を停止すると、ワイヤが弛緩するために、プーリからワイヤが外れやすい。プーリからワイヤが外れてしまうとロボットが動作できなくなるため、ロボットの再作動に先立ってプーリにワイヤを掛け直さなければならない。その作業は面倒であり、ロボットのメインテナンスサービスを面倒なものとしている。
本発明は、その問題を解決するためになされたものであり、プーリからワイヤが外れてしまうのを防止することが可能なワイヤ駆動型のロボットを提供するために開発された。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のロボットは、一方側部材と、その一方側部材に回転可能に接続されている他方側部材と、一端部が前記他方側部材に接続されているワイヤと、そのワイヤの他端部に接続されており、ワイヤを伸縮させるアクチュエータと、そのワイヤの中間部が掛けられており、ワイヤの伸張方向を変化させるプーリと、そのプーリに掛けられたワイヤが反プーリ側に移動してプーリからワイヤが外れるのを規制するワイヤガードとを備えている。
このように構成されていると、プーリからワイヤが外れてしまうのを防止することができる。
【０００６】
上記のロボットでは、ワイヤガードは、プーリの外周に沿って連続して延びる部位によって、ワイヤが反プーリ側に移動してプーリから外れるのを規制することが好ましい。
ワイヤガードに、プーリの外周に沿って連続して延びる部位が形成されていると、その部位がプーリにワイヤを掛けるときのガイドとして機能する。よって、プーリにワイヤを掛ける作業が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
後述する実施例の主要な特徴を記載する。
（１）ロボットは、２足歩行型である。
（２）ロボットの下肢は、腰部に股関節で接続された大腿部と、大腿部に膝関節で接続された下腿部と、下腿部に足首関節で接続された足平部を備えている。大腿部には、1軸自由度を持つ膝関節と、２軸自由度を持つ足首関節を回転させる４つのアクチュエータが装着されている。各アクチュエータが、下腿部と足平部に接続されたワイヤを伸縮することによって、下腿部が膝関節周りに回転し、足平部が足首関節周りに回転する。
（３）アクチュエータは、電動モータで駆動するタイプであり、電動モータの回転方向や回転速度が調整されることにより、ワイヤの伸縮や伸縮速度が変化する。
（４）膝関節には、足首左後プーリや、足首前プーリ等の複数のプーリが設けられている。プーリには、ワイヤが掛けられている。
各プーリには、ワイヤガードが装着されている。ワイヤガードによって、ワイヤがプーリから外れてしまうのが防止されている。
【実施例】
【０００８】
本発明のロボットに係る一実施例について、図面を参照しながら説明する。図１は、２足歩行型ロボットの左下肢１１の側面図である。図２は、図１のII−II線矢視図である（左下肢を前方側から見た矢視図である）。図１、図２では図示を省略しているが、ロボットの右下肢も、左下肢１１と同様の構成を有している（以下においては、左下肢１１を「下肢１１」と記載する）。以下の説明では、便宜上、ｘ、ｙ、ｚ軸からなる座標系を用いる。ｘ軸は、ロボットの前後方向に延びている。ｙ軸は、ロボットの左右方向に延びている。ｚ軸は、ロボットの上下方向に延びている。
図１、図２に示すように、下肢１１は、大腿部１４、下腿部１６、足平部１８、プーリ部１９を備えている。大腿部１４は、大腿部材２１、足首左後アクチュエータ２２、足首前アクチュエータ２３、足首右後アクチュエータ２４、膝後アクチュエータ２５を有している。大腿部材２１には、上下方向に延びる大腿本体部材２１ａと、その大腿本体部材２１ａの上部に形成された大腿上フランジ２１ｂと、大腿本体部材２１ａの下部に形成された大腿下フランジ２１ｃを有している。大腿部１４は、股関節２６を介して胴体部１２と接続されている。股関節２６は、自在継手であり、大腿上フランジ２１ｂに固定されたＵ字状の大腿上部ヨーク２７と、胴体部１２に固定された逆Ｕ字状の胴体側ヨーク２９と、大腿上部ヨーク２７と胴体側ヨーク２９を連結する十字軸２８を備えている。大腿部１４と胴体部１２が自在継手である股関節２６によって接続されているので、大腿部１４は胴体部１２に対して、ｘ軸廻りにも、ｙ軸廻りにも揺動回転することができる。なお、図１、図２では、大腿部１４を駆動する機構の図示を省略している。
【０００９】
図２に示すように、足首左後アクチュエータ２２、足首前アクチュエータ２３、足首右後アクチュエータ２４は、左右方向に並んだ状態で、大腿上フランジ２１ｂの前方側に取り付けられている。図１に示すように、膝後アクチュエータ２５は、大腿上フランジ２１ｂの後方側に取り付けられている。足首左後アクチュエータ２２、足首前アクチュエータ２３、足首右後アクチュエータ２４、膝後アクチュエータ２５には、それぞれ足首左後ワイヤ３０、足首前ワイヤ３１、足首右後ワイヤ３２、膝後ワイヤ３３の一端が接続されている。アクチュエータ２２、２３、２４、２５の構成と動作については、後述にて詳細に説明する。
図１、図２に示すように、下腿部１６は、上下方向に延びる下腿本体部材３４と、下腿本体部材３４の上部に固定された下腿上部ヨーク３５と、下腿本体部材３４の下部に固定された下腿下部ヨーク３６を有している。下腿上部ヨーク３５は、Ｕ字状に形成されている。下腿下部ヨーク３６は、逆Ｕ字状に形成されている。
大腿下フランジ２１ｃの下面には、大腿下部ヨーク４１が設けられている。大腿下部ヨーク４１は、並行に配置されたブラケット４１ａ、４１ｂを有している。下腿部１６と大腿部１４は、膝関節４０によって接続されている。膝関節４０は、大腿下部ヨーク４１と下腿上部ヨーク３５が、シャフト４３によって接続された構成を有している。シャフト４３はｙ軸方向に延びている。膝関節４０がこのように構成されているので、下腿部１６は、大腿部１４に対してｙ軸廻りに揺動回転することができる。
【００１０】
足平部１８は、足平４４、足平ブラケット４６、足首左後ガイド４７、足首右後ガイド４８、足首前ガイド４９を有している。足平４４は、略平板状に形成されている。足平ブラケット４６は足平４４の上面に固定されている。足平ブラケット４６には、ヨーク部５０と、平板状の後ガイド取付部５１と、同じく平板状の前ガイド取付部５２が形成されている。図２に良く示すように、足平ブラケット４６のヨーク部５０は、平板状部材５０ａ、５０ｂが並行に配置された形状を有している。図１に良く示すように、足首左後ガイド４７と足首右後ガイド４８は、部分円弧状に形成されており、足平ブラケット４６の後ガイド取付部５１に固定されている。足首前ガイド４９も部分円弧状に形成されており、足平ブラケット４６の前ガイド取付部５２に固定されている。
下腿部１６と足平部１８は、足首関節５３によって接続されている。足首関節５３は自在継手であり、下腿部１６の下腿下部ヨーク３６と足平ブラケット４６のヨーク部５０が十字軸５４によって連結された構成を有している。足首関節５４が自在継手なので、足平部１８は下腿部１６に対して、ｘ軸廻りにも、ｙ軸廻りにも揺動回転することができる。
【００１１】
図２に示すように、プーリ部１９は、足首左後プーリ５６、足首前プーリ５７、足首右後プーリ５８、膝後プーリ５９、足首左後ワイヤガード７０、足首前ワイヤガード７１、足首右後ワイヤガード７２を備えている。足首左後プーリ５６、足首前プーリ５７、足首右後プーリ５８、膝後プーリ５９は、膝関節４０のシャフト４３の軸方向に沿って配置されている。足首左後プーリ５６と足首前プーリ５７と足首右後プーリ５８は、シャフト４３に対して回転することができる。膝後プーリ５９は、シャフト４３に固定されている。足首左後ワイヤガード７０、足首前ワイヤガード７１、足首右後ワイヤガード７２については、後述にて説明する。
図１に示すように、膝後ワイヤ３３は、一端が膝後アクチュエータ２５に接続されており、その途中が膝後プーリ５９に掛けられた状態で、他端が接続点６０で下腿部１６に接続されている。
【００１２】
図３は、下腿部１６、プーリ部１９、足平部１８、足首関節５３の模式的斜視図であり、実際の形状を簡略化して図示している（膝後プーリ５９や膝後ワイヤ３３の図示は省略している）。また、図３では、足首関節５３を分解して図示している。
図３に示すように、足首左後ワイヤ３０は、その途中が足首左後プーリ５６に一回巻付けられている。同様に、足首前ワイヤ３１と足首右後ワイヤ３２も、途中がそれぞれ足首前プーリ５７と足首右後プーリ５８に一回巻付けられている。足首左後ワイヤ３０の他端部は、足首左後ガイド４７に沿って曲げられてから、端末が足首左後接続点６１に接続されている。同様に、足首前ワイヤ３１の他端部は、足首前ガイド４９に沿って曲げられてから、端末が足首前接続点６２に接続されている。足首右後ワイヤ３２の他端部は、足首右後ガイド４８に沿って曲げられてから、端末が足首右後接続点６３に接続されている。
【００１３】
足首左後ワイヤガード７０、足首前ワイヤガード７１、足首右後ワイヤガード７２について説明する。なお、ワイヤガード７０、７１、７２は、同様な構成を有しているので、それらを足首左後ワイヤガード７０で代表して説明する。
図４は、プーリ部１９の左端部の断面図である。図５は、図４のV−V線矢視図である。図５に示すように、足首左後プーリ５６は、２つのベアリング７３を介してシャフト４０に装着されている。シャフト４３の端部には、周方向に延びる溝４３ａが形成されている。この溝４３ａに、ベアリング７３の抜け止め用として、スナップリング７４がはめ込まれている。足首左後プーリ５６の外周両側部には、周方向に延びるプーリ鍔５６ａが形成されている。
図４に良く示すように、足首左後ワイヤガード７０は、略半円状の側面形状を有している。図５に示すように、足首左後ワイヤガード７０は、スクリュウ（図示省略）によってシャフト４３の端面に固定されている。足首左後ワイヤガード７０には、足首左後プーリ５６の外周に沿って延びるガード部７０ａが形成されている。足首左後ワイヤ３０の径を「ｄ」とし、ガード部７０ａの内面と足首左後ワイヤ３０との距離を「ｔ」とすると、ガード部７０ａは、「ｔ＜ｄ」を満足するように配置されている。従って、足首左後ワイヤガード７０によって、足首左後プーリ５６から足首左後ワイヤ３０が外れてしまうのが防止されている。
【００１４】
足首左後ワイヤガード７０のガード部７０ａは、足首左後プーリ５６に足首左後ワイヤ３０を掛けるときのガイドとしても機能する。例えば、図４の矢印Ａで示すように、足首左後プーリ５６と足首左後ワイヤガード７０のガード部７０ａとの間に、足首左後ワイヤ３０の端部を差し込む。そのまま、足首左後プーリ５６とガード部７０ａとの間に足首左後ワイヤ３０を差し込んでゆくと、足首左後ワイヤ３０の端部は、ガード部７０ａにガイドされて、矢印Ｂで示ように、外部に出てくる。従って、足首左後プーリ５６に足首左後ワイヤ３０を容易に掛けることができる。
プーリは、周囲に部材が多数配置された部位に設けられることも多い。このような部位には、作業者の手も入りにくく、単にプーリにワイヤを掛ける作業といえども、容易に行えるものではない。このような場合、ワイヤガードのワイヤガイド機能は、特に有効である。
足首左後ワイヤガード７０のガード部７０ａは、必ずしも足首左後プーリ５６の外周に沿って連続して延びていなくてもよい。例えば、ガード部７０ａを、シャフト４３の軸方向に延びるとともに、足首左後プーリ５６の外周部から所定距離離れて配置された複数の部材から構成することもできる。このように構成しても、足首左後プーリ５６から足首左後ワイヤ３０が外れるのを防止できる。
足首左後プーリ５６から足首左後ワイヤ３０が外れるのを防止すると、外れた足首左後ワイヤ３０が周囲の機構と干渉したり、機構に挟まったりすることがなくなる。また、外れた足首左後ワイヤ３０を足首左後プーリ５６に掛け直すという手間もかからなくなる。
【００１５】
図３に良く示すように、足首左後ワイヤ３０は、シャフト４３よりも前方側で足首左後プーリ５６から離反している。同様に、足首前ワイヤ３１もシャフト４３より前方側で足首前プーリ５７から離反し、足首右後ワイヤ３２もシャフト４３より前方側で足首右後プーリ５８から離反している。また、図１に良く示すように、膝後ワイヤ３３は、シャフト４３よりも後方側で膝後プーリ５９から離反している。このため、足首左後アクチュエータ２２、足首前アクチュエータ２３、足首右後アクチュエータ２４、膝後アクチュエータ２５を制御することにより、下腿部１６を膝関節４０廻りに揺動回転させることができる。具体的には、アクチュエータ２２、２３、２４が、それぞれワイヤ３０、３１、３２を同一速度で引き込む。同時に、膝アクチュエータ２５は、アクチュエータ２２、２３、２４がワイヤ３０、３１、３２を引き込んだのと同じ速度で膝後ワイヤ３３を緩める。すると、下腿部１６が膝関節４０廻りに前方向きに回転する。逆に、アクチュエータ２２、２３、２４が、それぞれワイヤ３０、３１、３２を緩めながら、膝アクチュエータ２５が膝後ワイヤ３３を引き込むと、下腿部１６は膝関節４０廻りに後方向きに回転する。
【００１６】
膝後アクチュエータ２５が膝後ワイヤ３３を引き込みも、緩めもしない状態で、足首左後アクチュエータ２２と足首前アクチュエータ２３と足首右後アクチュエータ２４を動作させると、足平部１８を足首関節５３廻りに揺動回転させることができる。例えば、足首左後ワイヤ３０と足首右後ワイヤ３２を引き込みながら、足首前ワイヤ３１を緩めると、足平部１８は爪先を下げる方向に回転する（ｙ軸廻りに回転する）。足首左後ワイヤ３０と足首右後ワイヤ３２を緩めながら、足首前ワイヤ３１を引き込むと、足平部１８は爪先を持ち上げる方向に回転する。足首前ワイヤ３１を引き込みも緩めもしない状態で、足首左後ワイヤ３０を引き込みながら、足首右後ワイヤ３２を緩めると、足平部１８は外側（足首左後ガイド４７側）を持ち上げる方向に回転する（ｘ軸廻りに回転する）。逆に、足首左後ワイヤ３０を緩めながら、足首右後ワイヤ３２引き込むと、足平部１８は内側を持ち上げる方向に回転する
このように、アクチュエータ２２、２３、２４、２５を制御することで、膝関節４０廻りの揺動回転角度と、足首関節５３廻りの揺動回転角度を同時に調整することができる。
【００１７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ロボットの左下肢の側面図。
【図２】図１のII−II線矢視図。
【図３】下腿と足平の模式的斜視図。
【図４】プーリとワイヤガードの側面図。
【図５】図４のV−V線矢視図。
【符号の説明】
【００１９】
１１：下肢
１４：大腿部１４
１６：下腿部
１８：足平部
１９：プーリ部
２１：大腿部材、２１ａ：大腿本体部材、２１ｂ：大腿上フランジ、２１ｃ：大腿下フランジ
２２：足首左後アクチュエータ
２３：足首前アクチュエータ
２４：足首右後アクチュエータ
２５：膝後アクチュエータ
２６：股関節
２７：大腿上部ヨーク
２８：十字軸
２９：胴体側ヨーク
３０：足首左後ワイヤ
３１：足首前ワイヤ
３２：足首右後ワイヤ
３３：膝後ワイヤ
３４：下腿本体部材
３５：下腿上部ヨーク
３６：下腿下部ヨーク
４０：膝関節
４１：大腿下部ヨーク、４１ａ、４１ｂ：ブラケット
４３：シャフト、４３ａ：溝
４４：足平
４６：足平ブラケット
４７：足首左後ガイド
４８：足首右後ガイド
４９：足首前ガイド
５０：ヨーク部、５０ａ、５０ｂ：平板状部材
５１：後ガイド取付部
５２：前ガイド取付部
５３：足首関節
５４：十字軸
５６：足首左後プーリ、５６ａ：プーリ鍔
５７：足首前プーリ
５８：足首右後プーリ
５９：膝後プーリ
６０：接続点
６１：足首左後接続点
６２：足首前接続点
６３：足首右後接続点
７０：足首左後ワイヤガード、７０ａ：ガード部
７１：足首前ワイヤガード
７２：足首右後ワイヤガード
７３：ベアリング
７４：スナップリング
【図１】
2006026797.tif 000003
【図２】
2006026797.tif 000004
【図３】
2006026797.tif 000005
【図４】
2006026797.tif 000006
【図５】
2006026797.tif 000007