(57)【要約】【課題】衝撃等の外力を緩和可能な関節機構およびロボットを提供する。【解決手段】本発明の関節機構１０Ｌは、第１のリンク２０と、第１のリンク２０に固定される第１のギヤ２５と、第１のギヤ２５の回転軸Ｊ１まわりに揺動可能に備えられる第２のリンク２１および第３のリンク２２と、第３のリンク２２に備えられ、第２のギヤ２４が第１のギヤ２５と噛みあうように出力部２３ｏに取り付けられたアクチュエータ２３と、第３のリンク２２における第１のギヤ２５の回転軸Ｊ１との接続部から離れた箇所と、第２のリンク２１とにそれぞれ端部を取り付けられた弾性部材２６と、第２のリンク２１に備えられ、弾性部材２６により第３のリンク２２と接触するストッパーピン２７とを備えている。【選択図】図２
2019104070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のリンクと、
前記第１のリンクに固定される第１のギヤと、
前記第１のギヤの回転軸まわりに揺動可能に備えられる第２のリンクおよび第３のリンクと、
前記第３のリンクに備えられ、第２のギヤが前記第１のギヤと噛みあうように出力部に取り付けられたアクチュエータと、
前記第３のリンクにおける前記第１のギヤの回転軸との接続部から離れた箇所と、前記第２のリンクとにそれぞれ端部を取り付けられた弾性部材と、
前記第２のリンクに備えられ、前記弾性部材により前記第３のリンクと接触するストッパーピンとを
備えていることを特徴とする関節機構。
【請求項２】
請求項１に記載の関節機構において、
前記第１のリンクに外力が加わった場合に前記弾性部材で受けて、前記アクチュエータにかかる荷重を緩和する
ことを特徴とする関節機構。
【請求項３】
請求項１に記載の関節機構において、
前記第１のリンクに外力が加わった場合に前記弾性部材に取り付けられる前記第３のリンクが変位し、前記アクチュエータにかかる荷重を緩和する
ことを特徴とする関節機構。
【請求項４】
第１のリンクと、
前記第１のリンクに固定される第１のギヤと、
前記第１のギヤの回転軸まわりに揺動可能に備えられる第２のリンクおよび第３のリンクと、
前記第３のリンクに備えられ、第２のギヤが前記第１のギヤと噛みあうように出力部に取り付けられたアクチュエータと、
前記第３のリンクにおける前記第１のギヤの回転軸との接続部から離れた箇所と、前記第２のリンクとの間に設けられた弾性部材とを
備えていることを特徴とする関節機構。
【請求項５】
請求項４に記載の関節機構において、
前記弾性部材を介して前記第３のリンクと前記第２のリンクとが接続されている
ことを特徴とする関節機構。
【請求項６】
第１のリンクと、
前記第１のリンクに固定される第１のギヤと、
前記第１のギヤの回転軸まわりに揺動可能に備えられる第２のリンクと、
前記第２のリンクに回転可能に取り付けられ、第２のギヤが前記第１のギヤと噛みあうように出力部に取り付けられたアクチュエータと、
前記アクチュエータに取り付けられた第４のリンクと、
前記第４のリンクと前記第２のリンクとの間に設けられた弾性部材とを
備えていることを特徴とする関節機構。
【請求項７】
請求項６に記載の関節機構において、
前記弾性部材を介して前記第４のリンクと前記第２のリンクとが接続されている
ことを特徴とする関節機構。
【請求項８】
第１のリンクと、
前記第１のリンクに揺動可能に取り付けられる第２のリンクと、
前記第２のリンクに揺動可能に取り付けられ、第５のリンクが出力部に取り付けられたアクチュエータと、
前記アクチュエータに取り付けられた第４のリンクと、
前記第４のリンクと前記第２のリンクとの間に設けられた弾性部材と、
前記第５のリンクと前記第１のリンクを揺動可能に接続する第６のリンクとを
備えていることを特徴とする関節機構。
【請求項９】
請求項８に記載の関節機構において、
前記弾性部材を介して前記第４のリンクと前記第２のリンクとが接続されている
ことを特徴とする関節機構。
【請求項１０】
請求項１、請求項４、請求項６、または請求項８のうちの何れか一項に記載の関節機構において、
前記第１のリンクと前記第２のリンクの相対角度を測定する測定手段と、
前記弾性部材の変位により前記第１のリンクと前記第２のリンクの相対角度が変位したことを前記測定手段で検知して前記アクチュエータを制御する制御装置とを
備えていることを特徴とする関節機構。
【請求項１１】
請求項１、請求項４、請求項６、または請求項８のうちの何れか一項に記載の関節機構において、
前記弾性部材は、ゴムブッシュ、樹脂、ガスダンパー、オイルダンパー、またはエアサスペンションのうちのいずれかである
ことを特徴とする関節機構。
【請求項１２】
請求項１、請求項４、請求項６、または請求項８のうちの何れか一項に記載の関節機構において、
前記関節機構は、ロボットの胴体左右下端にそれぞれ備えられるものであり、
制御装置によって、前記アクチュエータが制御される
ことを特徴とする関節機構。
【請求項１３】
請求項１、請求項４、請求項６、請求項８、または請求項１２のうちの何れか一項に記載の関節機構を具備している
ことを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、関節機構およびロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボットの関節機構において、フレームにかかる衝撃荷重を緩和できる関節を搭載したロボットが特許文献１に記載されている。
特許文献２には、関節部に電動モータとギヤを備えるとともに、関節部間等に平行リンク、足部用リンクをを備えて、歩行するロボットが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特願２００９−５５０４７０号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２５９６６号公報（図１、図５、段落００２４〜００３１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、モータからの動力をギヤで伝達し、衝突検知により噛み合わせているギヤを軸方向に動かして動力伝達を解除し、衝撃力を緩和するというロボットが記載されている。しかし、特許文献１に記載されたロボットは衝突検知を行うセンサと動力伝達を行うギヤを動かすための特別の追加部品が必要である。また、動作が早いとセンサからの入力に対し動力の遮断が間に合わないおそれがある。
【０００５】
特許文献２には、可動脚が伸展することを膝関節の電動モータで妨げ、歩行時に躓くことを回避する構成が記載されている（段落００３１等）。しかし、特許文献２には、関節部やリンクに衝撃が加わった場合に衝撃力を緩和する構成は記載がない。例えば、関節部やリンクに衝撃が加わった場合にギア軸に揺動可能に取り付けられたアクチュエータ等を用いて衝撃力を緩和する構成は記載がない。
【０００６】
本発明は上記実状に鑑み創案されたものであり、衝撃等の外力を緩和可能な関節機構およびロボットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、第１の本発明の関節機構は、第１のリンクと、前記第１のリンクに固定される第１のギヤと、前記第１のギヤの回転軸まわりに揺動可能に備えられる第２のリンクおよび第３のリンクと、前記第３のリンクに備えられ、第２のギヤが前記第１のギヤと噛みあうように出力部に取り付けられたアクチュエータと、前記第３のリンクにおける前記第１のギヤの回転軸との接続部から離れた箇所と、前記第２のリンクとにそれぞれ端部を取り付けられた弾性部材と、前記第２のリンクに備えられ、前記弾性部材により前記第３のリンクと接触するストッパーピンとを備えている。
【０００８】
第２の本発明の関節機構は、第１のリンクと、前記第１のリンクに固定される第１のギヤと、前記第１のギヤの回転軸まわりに揺動可能に備えられる第２のリンクおよび第３のリンクと、前記第３のリンクに備えられ、第２のギヤが前記第１のギヤと噛みあうように出力部に取り付けられたアクチュエータと、前記第３のリンクにおける前記第１のギヤの回転軸との接続部から離れた箇所と、前記第２のリンクとの間に設けられた弾性部材とを備えている。
【０００９】
第３の本発明の関節機構は、第１のリンクと、前記第１のリンクに固定される第１のギヤと、前記第１のギヤの回転軸まわりに揺動可能に備えられる第２のリンクと、前記第２のリンクに回転可能に取り付けられ、第２のギヤが前記第１のギヤと噛みあうように出力部に取り付けられたアクチュエータと、前記アクチュエータに取り付けられた第４のリンクと、第４のリンクと前記第２のリンクとの間に設けられた弾性部材とを備えている。
【００１０】
第４の本発明の関節機構は、第１のリンクと、前記第１のリンクに揺動可能に取り付けられる第２のリンクと、前記第２のリンクに揺動可能に取り付けられ、第５のリンクが出力部に取り付けられたアクチュエータと、前記アクチュエータに取り付けられた第４のリンクと、前記第４のリンクと前記第２のリンクとの間に設けられた弾性部材と、前記第５のリンクと前記第１のリンクを揺動可能に接続する第６のリンクとを備えている。
【００１１】
第５の本発明のロボットは、第１、第２、第３、または第４のうちの何れかの本発明の関節機構を具備している。  
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、衝撃等の外力を緩和可能な関節機構およびロボットを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１に係るロボットの脚機構を示す前方斜視図。
【図２】関節部の具体的構成を示す斜視図。
【図３Ａ】関節部の動作を示す図。
【図３Ｂ】関節部の動作を示す図。
【図３Ｃ】関節部の動作を示す図。
【図４】関節部の動作を示すグラフ。
【図５Ａ】本発明の実施形態２の関節の構成を示す斜視図。
【図５Ｂ】実施形態２の関節の側断面模式図。
【図６】実施形態２の関節の動作を示すグラフ。
【図７Ａ】実施形態３の関節の構成を示す斜視図。
【図７Ｂ】実施形態３の関節の第２の軸周りの側断面模式図。
【図８】本発明の実施形態４の関節の構成を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明の目的は、従動的に動力を遮断することができ、衝撃を緩和可能な関節を構成する。この関節により、例えば走行中の路面からの衝撃を緩和可能とするロボットを提供できる。
【００１５】
そこで、本発明の関節は、駆動用のモータおよび弾性部材を備える部材をギヤ軸に揺動可能に取付ける。これにより、過大な力が加わった場合は弾性部材により衝撃を吸収する。
【００１６】
＜＜実施形態１＞＞
図１は、本発明の実施形態１に係るロボット１の脚機構（１０Ｌ）を示す前方斜視図である。
なお、以下の説明ではロボット１の進行方向をＸ軸、重力方向をＺ軸、横方向（ロボット１の左右方向）をＹ軸とする。また、Ｘ軸周りの回転をロール、Ｙ軸周りの回転をピッチ、Ｚ軸周りの回転をヨーとそれぞれ定義する。
【００１７】
実施形態１に係るロボット１は、胴体３の下部に移動手段である左脚６と右脚７を備えている。胴体３の左右両側には、下方の２本の左脚６、右脚７と、上方の左腕４と右腕５とを備える。
また、胴体３の上部には頭部２を備えている。
【００１８】
ロボット１の脚部の左脚６及び右脚７は、胴体３との接続部の逆端部に例えば車輪のような移動手段を備えている。該移動手段は、主に水平な地面上の移動に用いられる。
左腕６及び右腕５は物体の把持や、人間とのコミュニケーションのためのジェスチャー等の動作に用いられる。胴体３は各部の動作を制御する制御装置Ｅと、胴体３の重力方向に対する傾斜角度、角速度を検出するセンサ（図示せず）とを内部に搭載している。
【００１９】
胴体３または頭部２は、距離センサとカメラで撮影される周囲環境を認識するセンサとを備えている。距離センサは周囲の対象物までの距離を測定する。
左脚６は、関節部１０Ｌを介して、膝下に相当するリンク１０Ａと、膝上に相当するリンク１０Ｂとが接続されている。アクチュエータ２３（図２参照）により、リンク１０Ａとリンク１０Ｂの接続部の関節部１０Ｌの角度を変化させることができる。
【００２０】
同様に、右脚７と胴体３の接続も左脚６の関節部１０Ｌと同様の関節により接続されている。また、胴体３と頭部２との接続、さらに胴体３と左腕４との接続、胴体３と右腕５との接続に関しても左脚６の関節部１０Ｌと同様な構成である。
【００２１】
＜関節部１０Ｌの構成＞
図２は、関節部１０Ｌの具体的構成を示す斜視図である。
関節部１０Ｌの第１のリンク２０は、長手方向の１端に第１のギヤ２５が固定されている。第１のギヤ２５は、第１の回転軸Ｊ１周りに回転するように取り付けられている。第１のギヤ２５は第１のリンク２０と固定されているため、第１のリンク２０も第１の回転軸Ｊ１周りに回転する。第１の回転軸Ｊ１周りには、第２のリンク２１と第３のリンク２２も回転自在に取り付けられている。第１のリンク２０がリンク１０Ａ（図１参照）に相当し、第２のリンク２１がリンク１０Ｂ（図１参照）に相当する。
【００２２】
第３のリンク２２にはアクチュエータ２３が固定されている。アクチュエータ２３の出力部２３ｏの軸には、第２のギヤ２４が第１のギヤ２５と噛みあうように固定されている。第２のギヤ２４は第２の回転軸Ｊ２周りに回転する。
【００２３】
アクチュエータ２３は、例えば電動モータ（ステッピングモータやブラシレスモータ、超音波モータ等）の様な動力源と、減速機と角度検出器、例えばロータリエンコ―ダやポテンショメータなどを内蔵している。アクチュエータ２３として、例えばサーボモータが挙げられる。アクチュエータ２３は、胴体３などに搭載された制御装置Ｅ（図１参照）からの指令値に従い、出力部２３ｏに固定された第２のギヤ２４を所定の角度に駆動する。
【００２４】
前記したように、第２のギヤ２４は第１のギヤ２５の回転軸Ｊ１周りに回転自在に取り付けられた第３のリンク２２に、アクチュエータ２３を介して固定されている。そのため、第３のリンク２２がどのように回転しても、第１の回転軸Ｊ１と第２の回転軸Ｊ２との軸間距離は等しく保たれ、第１のギヤ２５と第２のギヤ２４とは、常に同じ条件で噛み合っている。
【００２５】
第３のリンク２２の第１のギヤ２５との接続部の逆端にはストッパーバネ２６が取り付けられている。ストッパーバネ２６における第３のリンク２２との接続部との逆端は、第２のリンク２１に取り付けられている。
第２のリンク２１には第３のリンク２２と接触するようにストッパーピン２７が備えられている。ストッパーピン２７は、第３のリンク２２に当接することで第３のリンク２２の第２のリンク２１に向けての回動を規制する。ストッパーピン２７は、第３のリンク２２と第２のリンク２１とに取り付けられるストッパーバネ２６により所定の力（引張り弾性力）で常に第３のリンク２２に押しつけられる構成である。
【００２６】
以上まとめると、関節部１０Ｌの構成は以下の通りである。
第１のリンク２０と第２のリンク２１と第３のリンク２２とは、第１の回転軸Ｊ１周りに回転自在である。第１のギヤ２５は、第１のリンク２０に固定されている。第３のリンク２２にはアクチュエータ２３が固定され、アクチュエータ２３の出力部２３ｏの軸には、第２のギヤ２４が固定されている。第２のギヤ２４は、第１のギヤ２５と噛み合っている。第２のリンク２１と第３のリンク２２とにはストッパーバネ２６が取り付けられ、第３のリンク２２は第２のリンク２１のストッパーピン２７に押し付けられている。こうして、第２のリンク２１と第３のリンク２２とにはストッパーバネ２６を介して接続され、連動する構成である。
【００２７】
上記構成により、アクチュエータ２３の出力部２３ｏによる第２のギヤ２４と第１のギヤ２５の回転により、第１のリンク２０と第２のリンク２１とのなす角度が変位される。こうして、ロボット１は、左脚６及び右脚７を用いて走行できる（図１参照）。
【００２８】
ここで、第３のリンク２２はストッパーバネ２６に引張られ第２のリンク２１と一体に第１の回転軸Ｊ１周りに回転する。第１のリンク２０に図２の矢印α１方向の衝撃等の外力が加わった際に、第２のリンク２１と第３のリンク２２との間に取り付けられるストッパーバネ２６の初期荷重や弾性力で衝撃等の外力を緩和できる。
【００２９】
第１のリンク２０に加わる衝撃（図２の矢印α１）がストッパーバネ２６の初期荷重より小さい場合には、ストッパーバネ２６の初期荷重で衝撃などの外力を緩和して、第２のリンク２１はストッパーバネ２６が初期状態の縮んだ状態で第３のリンク２２と一体に移動する。
【００３０】
一方、第１のリンク２０に加わる衝撃（図２の矢印α１方向）がストッパーバネ２６の初期荷重より大きい場合には、ストッパーバネ２６の初期荷重と弾性力で衝撃などの外力を緩和しつつ、第２のリンク２１はストッパーバネ２６が延びた状態で第３のリンク２２と一体に移動する。
【００３１】
＜関節部１０Ｌの動作＞
次に、関節部１０Ｌの動作について説明する。
図３Ａ〜図３Ｃは関節部１０Ｌの動作を示す側方から見た図である。
【００３２】
図３Ａは、関節部１０Ｌの初期状態を示している。図３Ｂは、関節部１０Ｌの通常動作状態を示す図である。
第３のリンク２２に固定されたアクチュエータ２３の出力部２３ｏ（図２参照）により駆動される第２のギヤ２４は、第１のリンク２０に固定される第１のギヤ２５と噛み合っている。そのため、例えば第２のギヤ２４を図３Ｂの矢印Ｄ１の向きに回転させた場合、第１のギヤ２５が固定される第１のリンク２０は図３Ｂの矢印Ｄ２の向きに回転する。
【００３３】
この際、第３のリンク２２には紙面左回りのトルク（図３Ｂの矢印Ｄ１ａ方向のトルク）が第１のギヤ２５から伝達される。
しかし、ストッパーバネ２６が第３のリンク２２を紙面右回り（図３Ｂの矢印Ｄ１方向）に引張ることで発生するトルクが、第１のギヤ２５から伝達される紙面左回りのトルク（図３Ｂの矢印Ｄ１ａ方向のトルク）よりも大きい場合、第３のリンク２２はストッパーバネ２６によりストッパーピン２７に押し付けられ、結果として、第３のリンク２２と第２のリンク２１は一体となって運動する。
【００３４】
図３Ｃに、第３のリンク２２に加わる第１のギヤ２５からのトルクが、ストッパーバネ２６の初期荷重によるトルクよりも大きい場合を示す。
第１のリンク２０に外力Ｆ２が加わった場合、第２のリンク２１を通じて第１のギヤ２５に左回り（図３Ｃの矢印Ｄ３ａ方向）のトルクが加わり、第１のギヤ２５と噛み合っている第２のギヤ２４にトルクを伝達する。ここで、第２のギヤ２４を駆動するアクチュエータ２３を通じて、第３のリンク２２に左回り（図３Ｃの矢印Ｄ３方向）のトルクが伝達される。第３のリンク２２の逆端に取り付けられているストッパーバネ２６の初期荷重による右回り（図３Ｃの矢印Ｄ３ａ方向）のトルクに対し、第１のギヤ２５からの左回り（図３Ｃの矢印Ｄ３方向）のトルクが上回った場合、第３のリンク２２はそれまで押し付けられていたストッパーピン２７から離れ、矢印Ｄ３のように左回りに所定の角度で回転する。
【００３５】
つまり、外力Ｆ２＜ストッパーバネ２６の初期荷重  の場合は、第３のリンク２２はストッパーピン２７に接触したまま移動する。
一方、外力Ｆ２＞ストッパーバネ２６の初期荷重  の場合は、第３のリンク２２はストッパーピン２７から離れて移動する。
【００３６】
ここで、第３のリンク２２がストッパーピン２７から離れて回転する条件は、外力Ｆ２と、ストッパーバネ２６のバネ定数および初期荷重によって決定される。すなわち、外力Ｆ２とストッパーバネ２６のバネ定数および初期荷重との大小関係により、第３のリンク２２がストッパーピン２７に接触したまま移動するか、第３のリンク２２がストッパーピン２から離れて移動するかが決定される。
【００３７】
ストッパーバネ２６のバネ定数が大きいと力に対する変位が小さいので、第３のリンク２２がストッパーピン２７から離れる距離が小さくなる。一方、ストッパーバネ２６のバネ定数が小さいと力に対する変位が大きいので第３のリンク２２がストッパーピン２７から離れる距離が大きくなる。
【００３８】
例えば、ストッパーバネ２６の初期荷重が非常に小さいと少しの外力Ｆ２により第３のリンク２２はストッパーピン２７から離れ始めるし、例えばストッパーバネ２６のバネ定数が大きいと外力Ｆ２の大小にかかわらず第３のリンク２２のストッパーバネ２６から離れる動作は小さくなる。
【００３９】
このように、ストッパーバネ２６のバネ定数と初期荷重を適切に設定することにより、関節部１０Ｌにかかるトルクのリミットを設定できる。例えばアクチュエータ２３（図２参照）にかかる衝撃トルクを緩衝したり、関節部１０Ｌをサスペンションとして構成できる。
【００４０】
＜ストッパーバネ２６の初期荷重によるトルクリミッターの作用＞
図４に関節部１０Ｌの動作をグラフで示す。横軸は第１のリンク２０にかかる外力トルクＴを示し、縦軸が第１のリンク２０と第２のリンク２１との相対角度を関節変位θとして示す。
【００４１】
図４の実線ｈ０がアクチュエータ２３による第１のリンク２０と第２のリンク２１との相対角度が“０”の場合である。図４の破線ｈ１がアクチュエータ２３による第１のリンク２０と第２のリンク２１との相対角度がマイナス変位（＝-θ１）している場合である。図４の一点鎖線ｈ２がアクチュエータ２３による第１のリンク２０と第２のリンク２１との相対角度がプラス変位（＝+θ１）している場合である。
【００４２】
相対角度が“０”、“-θ１”、“+θ１”何れの場合も、外力Ｆがストッパーバネ２６の初期荷重によるトルクＴ０に至るまでは、第１のリンク２０と第２のリンク２１との相対角度がそれぞれ“０”、“-θ１”、“+θ１”を維持して変化しない。外力トルクＴが初期荷重によるトルクＴ０より大きくなるとストッパーバネ２６のバネ定数に応じて初期荷重によるトルクＴ０を超えたトルクに比例して関節変位θがそれぞれ“０”、“-θ１”、“+θ１”から変位する。
【００４３】
詳細には、通常、アクチュエータ２３の動作により、第１のリンク２０や第２のリンク２１の外力によるトルク（外力トルクＴ）がストッパーバネ２６の初期荷重によるトルクＴ０に至るまでは、第１のリンク２０や第２のリンク２１の外力にかかわらず関節変位が動作する。
【００４４】
一方、外力によるトルク（外力トルクＴ）がストッパーバネ２６の初期荷重に相当するトルクリミッター（ストッパーバネ２６の初期荷重によるトルクＴ０）を超えると、ストッパーバネ２６のバネ定数ｋにより外力ｆに対する変位（＝ｆ／ｋ）に応じて関節変位θが変化する。
【００４５】
このように、トルクリミッターのトルクＴ０の位置はストッパーバネ２６の初期荷重により決定される。ストッパーバネ２６の初期荷重を、小さくするとトルクリミッターのトルクＴ０はグラフ上で左に（マイナス側に）移動し、大きくするとグラフ上で右に（プラス側に）移動する。
【００４６】
また、図２に示すように、第３のリンク２２と第２のリンク２１の間の相対角度を取得する角度センサｓ１等を搭載し、角度センサｓ１からの情報をもとに制御装置Ｅ（図１参照）がアクチュエータ２３を制御してもよい。
例えば、角度センサｓ１からの情報から、アクチュエータ２３による関節変位よりも大きく関節変位θが変位している場合、すなわちストッパーバネ２６の初期荷重によるトルクＴ０より大きな外力が第１のリンク２０に加わっている場合には、制御装置Ｅがアクチュエータ２３による関節変位を小さくして所望の関節変位とする。これによれば、第１のリンク２０に大きな外力が加わっても、所望の関節変位が得られる。
【００４７】
或いは、制御装置Ｅがアクチュエータ２３による関節変位を“０”となるように制御し、ストッパーバネ２６の初期荷重によるトルクＴ０より大きな外力を逃がす制御（ならい制御）とする等々である。これによれば、関節部１０Ｌの損壊を回避または抑制できる。
【００４８】
なお、図２に示すように、角度センサｓ２を設け、直接、第２のリンク２１と第３のリンク２２との間の変位を測定してもよい。
上記構成によれば、第１のリンク２０に加わった衝撃等の外力Ｆ２（図３Ｃ参照）をストッパーバネ２６で受けて、つまり、ストッパーバネ２６で吸収して、アクチュエータ２３にかかる荷重を緩和できる。
【００４９】
また、第１のリンク２０に加わった衝撃等の外力Ｆ２がストッパーバネ２６の初期荷重を超えた場合には、第３のリンク２２が変位することでアクチュエータ２３にかかる荷重を緩和できる。
また、ロボット１（図１参照）が例えば凹凸がある路面を走行した場合、路面からの衝撃入力に対してはトルクリミッターとして動作する。また、トルクリミッターの効果が大き過ぎてロボット１がバランスを崩さないように制御装置Ｅがアクチュエータ２３を適切に制御し、ロボット１が安定に走行することが可能となる。
【００５０】
また、実施形態１では、衝撃等の外力を緩和する弾性体の手段として引張りコイルバネを用いた場合を例示したが、例えば、ゴムブッシュ、樹脂、ガスダンパー（ガスサスペンション）、オイルダンパー（オイルサスペンション）、エアサスペンション等を用いてもよい。
【００５１】
ゴムブッシュは関節部１０Ｌに制振性を得たい場合に好適である。樹脂は関節部１０Ｌの変位が小さく、コストが低い場合に有用である。ガスダンパーは関節部１０Ｌの変位に対して力を一定にできる。オイルダンパーは関節部１０Ｌでの減衰を大きくしたい、関節部１０Ｌの振動を早く静定したい場合に好適である。
【００５２】
エアサスペンションは、関節部１０Ｌにおいて広い範囲でバネ定数を変え易い。エアサスペンションの圧力を変えることで関節部１０Ｌにおけるバネ定数を変えられる。例えば、エアサスペンションの圧力を低くして関節部１０Ｌにおけるバネ定数を小さくし、エアサスペンションの圧力を高くして関節部１０Ｌにおけるバネ定数を大きくする。
【００５３】
以上より、ロボット１の左右のバランスを保ちつつ、路面からの衝撃を緩和可能であり、アクチュエータ２３を保護できる関節部１０Ｌを実現できる。
従って、従動的に動力を遮断することができ、衝撃等の外力を緩和可能なロボット１を得られる。  
【００５４】
＜＜実施形態２＞＞
図５Ａは、本発明の実施形態２の関節部２０Ｌの構成を示す斜視図である。図５Ｂは、実施形態２の関節部２０Ｌを側方から見た断面模式図である。
実施形態２の実施形態１の関節部１０Ｌとの差異は、ストッパーバネ２６、ストッパーピン２７を廃し、第３のリンク２２の第１の回転軸Ｊ１との接続部の逆端部２２ｇに両側を挟まれるようにバネ２６Ａとバネ２６Ｂを備えたものである。バネ２６Ａとバネ２６Ｂは、それぞれ圧縮バネである。
【００５５】
実施形態２において、バネ２６Ａとバネ２６Ｂにおける第３のリンク２２との接続の他方端は、第２のリンク２１から形成されたバネ受け部２１ｕに対向して接続される構成とした。
実施形態２の構成により、実施形態１では衝撃緩和の効果がストッパーバネ２６が延びる方向の一方向にしか発揮できなかったが、実施形態２では、バネ２６Ａとバネ２６Ｂの各圧縮方向の両方向に対して効果が発生する。
【００５６】
実施形態２の関節部２０Ｌは以下のように構成されている。
第１のリンク２０と第２のリンク２１と第３のリンク２２とは、第１の回転軸Ｊ１周りに回転自在である。
【００５７】
第１のリンク２０には、第１のギヤ２５が固定されている。第３のリンク２２にアクチュエータ２３が固定されている。アクチュエータ２３の出力部２３ｏの回転軸には第２のギヤ２４が固定されている。第２のリンク２１は、アクチュエータ２３に対してフリー、すなわち回転自在である。
【００５８】
図５Ａ、図５Ｂに示すように、第３のリンク２２の一端部２２ｇにバネ２６Ａとバネ２６Ｂの一方端部が対向している。バネ２６Ａとバネ２６Ｂの他方端部は、それぞれ第２のリンク２１に形成されたバネ受け部２１ｕに対向している。
【００５９】
＜関節部２０Ｌの相対角度の関節変位θ＞
図６は、実施形態２の関節部２０Ｌの動作をグラフで示したものである。横軸が第１のリンク２０にかかる外力トルクＴ１を示し、縦軸が第１のリンク２０と第２のリンク２１の相対角度を関節変位θとして示す。
【００６０】
図６の実線ｈ１０はアクチュエータ２３による回転による変位が“０”の場合である。第１のリンク２０に働く外力がマイナスの外力からプラスの外力によって実線ｈ１０で表されるように関節変位θが変化する。
【００６１】
図６の破線ｈ１１はアクチュエータ２３による回転による変位が“−θ２”の場合である。第１のリンク２０に働く外力がマイナスの外力からプラスの外力によって破線ｈ１１で表されるように関節変位θが変化する。
【００６２】
図６の一点鎖線ｈ１２はアクチュエータ２３による回転による変位が“+θ２”の場合である。第１のリンク２０に働く外力がマイナスの外力からプラスの外力によって一点鎖線ｈ１２で表されるように関節変位θが変化する。
実線ｈ１０、破線ｈ１１、一点鎖線ｈ１２の傾きは、バネ２６Ａまたはバネ２６Ｂのバネ定数に比例する。
【００６３】
アクチュエータ２３の動作により、外力によるトルク（外力トルクＴ１）にかかわらず関節変位θが変化し、また第１のリンク２０に加わる外力による外力トルクＴ１に対しても関節変位θが変化する。
すなわち、第１のリンク２０と第２のリンク２１との関節変位θは、アクチュエータ２３の出力部２３ｏの回転による角度変位と、第１のリンク２０に働く外力による外力トルクＴが、バネ２６Ａのバネ定数による変位またはバネ２６Ｂのバネ定数に対応した角度変位とを加えた角度、変位する。
【００６４】
上記構成によれば、第１のリンク２０に加わる関節変位θを広げる方向および関節変位θを狭める方向の両方向の衝撃等の外力をバネ２６Ａとバネ２６Ｂとで緩和できる。
また、バネ２６Ａとバネ２６Ｂを介して第３のリンク２２と第２のリンク２１とが接続されている、つまりバネ２６Ａとバネ２６Ｂを介在して第３のリンク２２と第２のリンク２１とが連動されていることで、第１のリンク２０に加わる関節変位θを広げる方向および関節変位θを狭める方向の両方向の衝撃等の外力をバネ２６Ａとバネ２６Ｂとで緩和できる。
【００６５】
なお、図５Ａに示すように、第３のリンク２２と第２のリンク２１の間の相対角度（関節変位θ）を取得する変位センサｓ２等を搭載することが好ましい。この場合、変位センサｓ２からの情報を基に制御装置Ｅがアクチュエータ２３を制御する。例えば、バネ２６Ａとバネ２６Ｂの変位による関節部２０Ｌの変位を打ち消すようにアクチュエータ２３を動作させることで、見かけ上の関節部２０Ｌのバネ定数を大きくしたりする機能が実現できる。或いは、バネ２６Ａとバネ２６Ｂの変位による関節部２０Ｌの変位を広げるようにアクチュエータ２３を動作させることで、見かけ上の関節部２０Ｌのバネ定数を小さくしたりする機能が実現できる。
【００６６】
なお、バネ２６Ａとバネ２６Ｂとを引張りバネにすることで、第１のリンク２０または第２のリンク２１の時計回り方向（図５Ａの矢印α２方向）と反時計回り方向（図５Ａの矢印α１方向）の両方向の外力を、それぞれバネ２６Ｂの初期荷重とバネ２６Ａの初期荷重をそれぞれトルクリミッターとして、実施形態１と同様に構成できる。
【００６７】
＜＜実施形態３＞＞
図７Ａは本発明の実施形態３の関節部３０Ｌの構成を示す斜視図である。図７Ｂは、実施形態３の関節部３０Ｌの第２の軸Ｍ１周りの側断面模式図である。
実施形態３の関節部３０Ｌは、実施形態２の第３のリンク２２の代わりに、第１の回転軸Ｊ１周りに回転自在でないアクチュエータフレーム３０にアクチュエータ２３（の固定部）を固定する構成としたものである。
【００６８】
実施形態３においては、図７Ａに示すように、第１のリンク２０は、長手方向の１端に第１のギヤ２５が固定されている。第１のギヤ２５は第１の回転軸Ｊ１周りに回転するように取り付けられている。第１のギヤ２５は第１のリンク２０に固定されているので、第１のリンク２０も第１の回転軸Ｊ１周りに回転する。第１の回転軸Ｊ１周りには第２のリンク２１も回転自在に取り付けられている。一方、アクチュエータフレーム３０は第１の回転軸Ｊ１周りに回転自在に取り付けられていない。
【００６９】
第２のリンク２１には、アクチュエータ２３（の固定部）が第２の軸Ｍ１回りに回転可能に取り付けられている。アクチュエータ２３の出力部２３ｏの回転軸には第２のギヤ２４が第１のギヤ２５と噛みあうように固定されている。
【００７０】
第２のギヤ２４は第２のリンク２１にアクチュエータ２３を介して回転可能に取り付けられている。第２のリンク２１は第１の回転軸Ｊ１周りに取り付けられているため、第２のリンク２１がどのように回転しても、第１の回転軸Ｊ１と第２の軸Ｍ１との軸間距離は保たれており、第１のギヤ２５と第２のギヤ２４とは、常に同じ条件で噛みあっている。
【００７１】
アクチュエータ２３（の固定部）にはアクチュエータフレーム３０が固定されている。アクチュエータフレーム３０の一端部３０ｉは、挟まれるようにバネ２６Ａとバネ２６Ｂが両側に備えられている。バネ２６Ａとバネ２６Ｂとは、圧縮バネである。
【００７２】
バネ２６Ａとバネ２６Ｂにおけるアクチュエータフレーム３０（第３のリンク２２）との接続部である一端部３０ｉの逆端部側は、第２のリンク２１から形成されたバネ受け部２１ｕに対向して接続されている。この構成であると、例えば第１のリンク２０の先端に衝撃等の外力が加わった場合、第１のギヤ２５を通じて第２のギヤ２４が駆動されるが、アクチュエータ２３が出力部２３ｏを動作させない場合であってもアクチュエータ２３とアクチュエータフレーム３０が第２の回転軸Ｍ１周りに回転し、バネ２６Ａまたはバネ２６Ｂの反力と釣り合うまで回転変位し、衝撃を緩和できる。
【００７３】
この構成により、アクチュエータ２３の容量を超える過大な外力が第１のリンク２０に加わった場合でもバネ２６Ａまたはバネ２６Ｂにより第１のリンク２０の両方向（図７Ａの矢印α１方向、矢印α２方向）の衝撃を緩和可能である。そのため、アクチュエータ２３を保護し、柔軟な関節部３０Ｌを実現可能である。
【００７４】
また、バネ２６Ａとバネ２６Ｂを介してアクチュエータフレーム３０（第３のリンク２２）と第２のリンク２１とが接続されている、つまりバネ２６Ａとバネ２６Ｂを介在してアクチュエータフレーム３０（第３のリンク２２）と第２のリンク２１とが連動されているので、第１のリンク２０の両方向（図７Ａの矢印α１方向、矢印α２方向）の衝撃等の外力を緩和できる。
【００７５】
また、実施形態２の第１の回転軸Ｊ１を中心に回転自在である第３のリンク２２に代えて、第１の回転軸Ｊ１を中心に回転自在でなく第２の回転軸Ｍ１周りに回転するアクチュエータフレーム３０を採用したので、実施形態２よりコンパクトに構成できる。
【００７６】
なお、実施形態３においても、バネ２６Ａとバネ２６Ｂを圧縮バネに代えて引張りバネにすることで、第１のリンク２０に働く時計回り方向（図７Ａの矢印α１方向）と反時計回り方向（図７Ａの矢印α２方向）の両方向の外力を、バネ２６Ａの初期荷重とバネ２６Ｂの初期荷重を実施形態１と同様にそれぞれトルクリミッターとして、構成できる。
【００７７】
＜＜実施形態４＞＞
図８は、本発明の実施形態４の関節部４０Ｌの構成を示す斜視図である。
実施形態４では、実施形態３の第２のギヤ２４に代わって、第１の駆動リンク３１と第１のリンク２０に揺動可能な第２の駆動リンク３２とで構成したものである。
【００７８】
実施形態４の第１のリンク２０は、長手方向の一端の回転軸Ｊ１周りに第２のリンク２１を揺動可能に備える。第２のリンク２１にはアクチュエータ２３（の固定部）が第２の回転軸Ｍ１回りに回転可能に取り付けられている。アクチュエータ２３の出力部２３ｏには第１の駆動リンク３１が固定されている。
【００７９】
第１の駆動リンク３１のアクチュエータ２３との接続部（出力部２３ｏ）の逆端部３１ｇは第２の駆動リンク３２を揺動可能に備えている。第２の駆動リンク３２の長手方向の逆端部３２ｇは第１のリンク２０に揺動可能に取り付けられている。
【００８０】
アクチュエータ２３にはアクチュエータフレーム３０が取り付けられている。アクチュエータフレーム３０の一端部３０ｉにはバネ２６Ａとバネ２６Ｂに挟まれるように両側に備えている。バネ２６Ａとバネ２６Ｂとは、圧縮バネである。
【００８１】
バネ２６Ａとバネ２６Ｂにおけるアクチュエータフレーム３０（第３のリンク２２）との接続部（一端部３０ｉ）の逆端部は、第２のリンク２１から形成されたバネ受け部２１ｕに対向して接続される。
この構成により、例えば第１のリンク２０の先端部２０ｓに衝撃等の外力（図８の矢印α１方向の外力または矢印α２方向の外力）が加わった場合、第２の駆動リンク３２および第１の駆動リンク３１を通じてアクチュエータ２３の出力部２３ｏに衝撃等の外力によるトルクが伝わる。
【００８２】
アクチュエータ２３が出力部２３ｏを動作させない場合であってもアクチュエータ２３とアクチュエータ２３が固定されるアクチュエータフレーム３０が第２の軸Ｍ１周りに回転し、バネ２６Ａまたはバネ２６Ｂの反力と釣り合うまで回転変位する。これにより、第１のリンク２０に加わる衝撃等の外力をバネ２６Ａまたはバネ２６Ｂの反力で緩和可能である。
【００８３】
また、バネ２６Ａとバネ２６Ｂを介してアクチュエータフレーム３０（第３のリンク２２）と第２のリンク２１とが接続されている。換言すれば、バネ２６Ａとバネ２６Ｂを介在してアクチュエータフレーム３０（第３のリンク２２）と第２のリンク２１とが連動されているので、第１のリンク２０の両方向（図８の矢印α１または矢印α２方向）の衝撃等の外力を緩和できる。
【００８４】
また、実施形態４は、実施形態３の第２のギヤ２４に代わり、第１の駆動リンク３１と第２の駆動リンク３２とで構成したので、より安価に構成できる。
また、アクチュエータ２３の容量を超える過大な外力が加わった場合でもバネ２６Ａもしくはバネ２６Ｂにより衝撃を緩和可能である。そのため、アクチュエータ２３を保護し、柔軟な関節部４０Ｌを実現可能である。
【００８５】
なお、実施形態４においても、バネ２６Ａとバネ２６Ｂを、圧縮バネに代えて引張りバネにすることで、第１のリンク２０の両方向（図８の矢印α１方向、α２方向）の外力を、バネ２６Ｂの初期荷重とバネ２６Ａの初期荷重をそれぞれトルクリミッターとして、実施形態１と同様に構成できる。
【００８６】
以上、ロボット１が関節１０Ｌ、２０Ｌ、３０Ｌ、４０Ｌの何れかを備えれば、実施形態１〜４で説明した効果をもつロボット１を得られる。
【００８７】
＜＜その他の実施形態＞＞
１．前記実施形態のバネ２６Ａとバネ２６Ｂとは異なるバネ定数としてもよいし、同じバネ定数としてもよい。同じバネ定数とすれば、対称に働く関節部２０Ｌ、３０Ｌ、４０Ｌを得られる。異なるバネ定数とすれば、非対称に働く関節部２０Ｌ、３０Ｌ、４０Ｌを得られる。例えば、大きな外力が働く方向を抑制するバネ定数を大きく設定し、小さな外力が働く方向を抑制するバネ定数を小さくすることで、第１のリンク２０と第２のリンク２１との関節変位θを等しくなるように構成できる。
【００８８】
２．前記実施形態のバネ２６Ａとバネ２６Ｂとを一方を圧縮バネとし、他方を引張りバネとして構成してもよい。これによれば、衝撃等の外力の緩和機能が一方向となるがバネ定数を大きくできる。また、第１のリンク２０と第２のリンク２１との関節変位θに圧縮バネによる変位と引張りバネによる変位とを加えることで変化をもたらすことができる。
【００８９】
３．前記実施形態では、制御装置Ｅがロボット１の胴体３にある場合を説明したが、ロボット１の胴体３以外の箇所或いはロボット１の外部にあってもよい。
４．なお、前記実施形態では、第１のリンク２０に衝撃等の外力が加わる場合を例示して説明したが、第２のリンク２１に衝撃等の外力が加わっても衝撃等の外力を緩和する効果を奏する。
【００９０】
５．なお、前記実施形態は本発明の一例を示したものであり、特許請求の範囲内で様々な具体的形態が可能である。また、前記実施形態で説明した構成を適宜組み合わせて構成してもよい。
【符号の説明】
【００９１】
１      ロボット
１０Ｌ、２０Ｌ、３０Ｌ、４０Ｌ  関節部（関節機構）
２０    第１のリンク
２１    第２のリンク
２２    第３のリンク
２３    アクチュエータ
２３ｏ  出力部
２４    第２のギヤ
２５    第１のギヤ
２６    ストッパーバネ（弾性部材）
２６Ａ  バネＡ（弾性部材）
２６Ｂ  バネＢ（弾性部材）
２７    ストッパーピン
３０    アクチュエータフレーム（第４のリンク）
３１    第１の駆動リンク（第５のリンク）
３２    第２の駆動リンク（第６のリンク）
Ｅ      制御装置
Ｊ１    第１の回転軸（回転軸）
ｓ１    センサ（測定手段）
【図１】
2019104070.tif 000003
【図２】
2019104070.tif 000004
【図３Ａ】
2019104070.tif 000005
【図３Ｂ】
2019104070.tif 000006
【図３Ｃ】
2019104070.tif 000007
【図４】
2019104070.tif 000008
【図５Ａ】
2019104070.tif 000009
【図５Ｂ】
2019104070.tif 000010
【図６】
2019104070.tif 000011
【図７Ａ】
2019104070.tif 000012
【図７Ｂ】
2019104070.tif 000013
【図８】
2019104070.tif 000014