(57)【要約】【課題】  ロボットの作動を停止するためにアクチュエータに加える電力供給を停止しても、ワイヤが弛緩しないロボットを実現する。【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、電力が供給されるとワイヤを伸縮するアクチュエータ２２、２３、２４を備えている。このほかに、電力が供給されると前記アクチュエータ２２、２３、２４をロックするロック手段と、前記アクチュエータ２２、２３、２４に供給する電力がオンであればオフに反転し、オフであればオンに反転し、反転した電力を前記ロック手段に供給する反転手段を備えている。【選択図】  図１
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【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、電力が供給されるとワイヤを伸縮するアクチュエータと、
電力が供給されると前記アクチュエータをロックするロック手段と、
前記アクチュエータに供給する電力がオンであればオフに反転し、オフであればオンに反転し、反転した電力を前記ロック手段に供給する反転手段と、
を備えているロボット。
【請求項２】
前記アクチュエータに供給する電力をオフさせる信号にもかかわらず、前記アクチュエータに電力が供給される場合にも、前記ロック手段に電力を供給する手段が付加されている請求項１のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロボットに関するものである。特に、アクチュエータがワイヤを伸縮することによって関節を回転させるロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記形式のロボットが特許文献１に記載されている。この形式のロボットは、一方側部材（例えば大腿部）と、その一方側部材に関節（例えば膝関節）によって回転可能に接続されている他方側部材（例えば下腿部）を備えており、他方側部材を関節の周りに回転させることによって姿勢を変える。関節角を変えるためにワイヤが利用され、ワイヤの一端部は他方側部材に接続され、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、電力が供給されるとワイヤを伸縮させ、他方側部材を関節の周りに回転させて関節角を変える。
【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】
上記形式のロボットでは、ロボットの作動を停止するためにアクチュエータに加える電力供給を停止すると、ワイヤが弛緩してしまう。ワイヤが弛緩すると、ワイヤが、例えばプーリやワイヤガイド部材から外れたりする現象が起こりやすく、再作動させる前にワイヤの通過経路を再調整しなければならなくなる。
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、ロボットの作動を停止するためにアクチュエータに加える電力供給を停止しても、ワイヤが弛緩しないロボットを実現する。ワイヤが弛緩しなければ、ワイヤがプーリ等のガイド部材から外れることがなく、再作動させやすい。またロボットの作動を停止させたときの姿勢が維持され、全身が弛緩することもない。
【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、電力が供給されるとワイヤを伸縮するアクチュエータを備えている。このほかに、電力が供給されると前記アクチュエータをロックするロック手段と、前記アクチュエータに供給する電力がオンであればオフに反転し、オフであればオンに反転し、反転した電力を前記ロック手段に供給する反転手段を備えている。
本発明のロボットでは、ロボットの作動を停止するためにアクチュエータに加える電力供給を停止すると、反転手段によってロック手段に電力が供給され、ロック手段がアクチュエータをロックする。このために、アクチュエータに加える電力供給を停止してもワイヤが弛緩しない。ワイヤがプーリ等のガイド部材から外れることがなく、再作動させやすい。またアクチュエータに加える電力供給を停止したときのロボット姿勢が維持される。ロボットを作動させるためにアクチュエータに電力を供給すると、反転手段によってロック手段への電力供給が絶たれ、ロック手段はアクチュエータをアンロックする。このために、ロボットの作動が損なわれることもない。
【０００６】
上記のロボットにおいて、前記アクチュエータに供給する電力をオフさせる信号にもかかわらず、前記アクチュエータに電力が供給される場合にも、前記ロック手段に電力を供給する手段が付加されていることが好ましい。
このように構成されていると、アクチュエータに供給する電力をオフさせる信号にもかかわらず、アクチュエータに電力が供給された場合にも、ロック手段がアクチュエータをロックする。従って、アクチュエータの暴走を防止することができる。
【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）アクチュエータにはブレーキが設けられている。ブレーキは、アクチュエータ駆動電力とアクチュエータ制御信号の少なくとも一方が断たれたときに、電動モータの回転軸を拘束する。電動モータの回転軸を拘束すると、アクチュエータがロックされる。
【実施例】
【０００８】
本発明を具現化した一実施例のロボットを、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、平板状部位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。
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。
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。
【００１２】
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について説明する。なお、アクチュエータ２２、２３、２４、２５は同様の構成を有しているので、それらを足首左後アクチュエータ２２で代表して説明する。
図４に示すように、足首左後アクチュエータ２２は、基台７０、モータ部７１、エンコーダ７２、ブレーキ７３、スライド部７４を備えている。基台７０は、図示しない取付部材を介して大腿部１４の大腿上フランジ２１ｂに取り付けられている。基台７０に装着されているモータ部７１は、コントローラ（図示省略）によって制御され、内部に電動モータ７８を内蔵している。電動モータ７８の回転軸７５には、第１ギア７６が固定されている。エンコーダ７２は、モータ部７１に取り付けられたブラケット７７によって支持されている。電動モータ７８の回転軸７５は、電動モータ７８の下方側でエンコーダ７２と接続されている。エンコーダ７２は、電動モータ７８の回転状態（回転角度、回転方向）を検出する。エンコーダ７２の検出値は、コントローラに出力される。
ブレーキ７３（ロック用ブレーキ）は、ブラケット８１を介して基台７０に取り付けられている。電動モータ７８の回転軸７５は、基台７０に形成された貫通孔８２を通過して、ブレーキ７３に接続されている。ブレーキ７３はソレノイド駆動タイプであり、ソレノイドと拘束機構を内蔵している。ブレーキは、通電されるとソレノイドによって駆動された拘束機構が電動モータ７８の回転軸７５を拘束する（足首左後アクチュエータ２２をロックする）。もちろん、ブレーキ７３には、ソレノイド駆動タイプ以外のものを用いることもできる。
ブレーキ７３が拘束するのは電動モータ７８の回転軸７５に限られない。ブレーキ７３は、アクチュエータ２２、２３、２４、２５のどこを拘束してもよい。例えば、ギア７６、８５や、スクリュウ８４や、スライドプレート８６を拘束する。
アクチュエータ２２、２３、２４、２５には、電動モータ駆動タイプ以外のもの（例えば、油圧駆動タイプ）を用いることもできる。
【００１３】
スライド部７４は、ガイドシャフト８３、フランジ８７、スクリュウ８４、第２ギア８５、スライドプレート８６を備えている。ガイドシャフト８３は円柱状であり、一端が基台７０に固定されている。フランジ８７は、ガイドシャフト８３の他端に固定されている。また、フランジ８７は、スクリュウ８４の一端を回転可能に支持している。スクリュウ８４の他端には、第２ギア８５が固定されている。第２ギア８５は、第１ギア７６と噛み合わされている。従って、電動モータ７８が回転すると、第１ギア７６と第２ギア８５を介してスクリュウ８４が回転する。
スライドプレート８６には、貫通孔８６ａと雌ネジ８６ｂが形成されている。スライドプレート８６の貫通孔８６ａにはガイドシャフト８３に挿通され、雌ネジ８６ｂにはスクリュウ８４が螺合している。スライドプレート８６には、接続部材９１によって、足首左後ワイヤ３０の一端３０ａが接続されている。
足首左後アクチュエータ２２がこのように構成されているので、電動モータ７８が駆動されてスクリュウ８４が回転すると、それにともなってスライドプレート８６がガイドシャフト８３の軸方向にスライドする。電動モータ７８の回転方向によって、スライドプレート８６は基台７０側にスライドしたり、反基台７０側にスライドしたりする。スライドプレート８６のスライド速度は、電動モータ７８の回転数を変化させることで調整する。足首左後ワイヤ３０は、スライドプレート８６が基台７０側にスライドすると、足首左後アクチュエータ２２に引き込まれる。スライドプレート８６が反基台７０側にスライドすると、足首左後ワイヤアクチュエータ２２は、足首左後ワイヤ３０の引きを緩める。
【００１４】
図５は、足首左後アクチュエータ２２の制御回路９９を図示している。制御回路９９は、ＮＡＮＤゲート９２と、ＡＮＤゲート９３と、それらを接続する電気路を備えている。ＮＡＮＤゲート９２には、アクチュエータ駆動電力とアクチュエータ制御信号が入力されている。ＡＮＤゲート９３には、アクチュエータ駆動電力とアクチュエータ制御信号が入力されている。ＮＡＮＤゲート９２の出力信号は、ブレーキ７３に入力される。ＡＮＤゲート９３の出力信号は、電動モータ７８に入力される。
このように構成された制御回路９９は、図６に示すように動作する。例えば、アクチュエータ駆動電力とアクチュエータ制御信号の双方がオンのときには、電動モータ７８が駆動されるとともに、ブレーキ７３は電動モータ７８の回転軸７５を拘束しない。ブレーキ７３は、アクチュエータ駆動電力とアクチュエータ制御信号の少なくとも一方の入力が断たれたときに、電動モータ７８の回転軸７５を拘束する。
アクチュエータ駆動電力が足首左後アクチュエータ２２に供給されており、アクチュエータ制御信号がオフの場合でも、ブレーキ７３は電動モータ７８の回転軸７５を拘束する。従って、アクチュエータ制御信号がオフであり、足首左後アクチュエータ２２が動作してはならない場合であるにもかかわらず、足首左後アクチュエータ２２が動作しようとした場合（暴走しようとした場合）であっても、ブレーキ７３によって、その暴走が防止される。
【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】
既に説明したように、アクチュエータ２２、２３、２４、２５のブレーキ７３は、アクチュエータ駆動電力とアクチュエータ制御信号の双方が入力されているときに、電動モータ７８の回転軸７５を拘束しない。ブレーキ７３は、アクチュエータ駆動電力とアクチュエータ制御信号の少なくとも一方の入力が断たれたときに、電動モータ７８の回転軸７５を拘束する。
アクチュエータ駆動電力とアクチュエータ制御信号の少なくとも一方の入力が断たれたときに、ブレーキ７３が設けられていないと、アクチュエータ２２、２３、２４、２５が引いていたワイヤ３０、３１、３２、３３が緩んでしまう。この事象は、アクチュエータ２２、２３、２４、２５のスライドプレート８６が、それ自体の重量によってスクリュウ８４を回転させながら下方側に移動することによって生じる。ブレーキ７３が電動モータ７８の回転軸７５を拘束すると、第１ギア７６と第２ギア８５を介してスクリュウ８４も拘束される。よって、ブレーキ７３を設けることによって、ワイヤ３０、３１、３２、３３が緩んでしまうのを防止することができる。
【００１８】
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】
【００１９】
【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】アクチュエータの外観図。
【図５】アクチュエータの制御回路図。
【図６】制御回路のオン／オフ動作表。
【符号の説明】
【００２０】
１１：下肢
１２：胴体部
１４：大腿部
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、３０ａ：一端
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４１、４１ａ、４１ｂ：ブラケット
４３：シャフト
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：平板状部位
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
５７：足首前プーリ
５８：足首右後プーリ
５９：膝後プーリ
６１：足首左後接続点
６２：足首前接続点
６３：足首右後接続点
７０：基台
７１：モータ部
７２：エンコーダ
７３：ブレーキ
７４：スライド部
７５：回転軸
７６：第１ギア
７７：ブラケット
７８：電動モータ
８１：ブラケット
８２：貫通孔
８３：ガイドシャフト
８４：スクリュウ
８５：第２ギア
８６：スライドプレート、８６ａ：貫通孔、８６ｂ：雌ネジ
８７：フランジ
９１：接続部材
９２：ＮＡＮＤゲート
９３：ＡＮＤゲート
９９：制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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