(57)【要約】      （修正有）【課題】負荷を駆動するモータが破損した場合にも、継続して負荷の駆動が可能であり、最大運転速度に比較して低速で駆動する場合に、消費電力の低減が可能な動力伝達機構を得る。【解決手段】負荷を駆動するためのアクチュエータを構成するモータを、一つの負荷に対し複数個設置し、また、モータの回転駆動力を伝達し減速する減速ギア列とを備えて動力伝達装置を構成する。モータ１０１は第一のモータ１０１ａ、第二のモータ１０１ｂで構成され、第一のモータ１０１ａと第二のモータ１０１ｂは同軸上に、クラッチ１０１ｃを介して接続されている。大きな負荷の場合は、２つのモータ共駆動し、軽負荷の場合は例えば第一のモータ１０１ａのみを駆動し、クラッチ１０１ｃを断として第二のモータ１０１ｂは切り離す。【選択図】        図１２
2004314217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動力を発生するアクチュエータと、前記アクチュエータの回転駆動力を伝達し、且つ減速する減速ギア列とを備え、前記アクチュエータの回転駆動力を負荷に伝達する動力伝達装置において、前記アクチュエータを一つの負荷に対し複数個設置したことを特徴とする動力伝達装置。
【請求項２】
複数個のアクチュエータは夫々独立して配置され、且つ前記夫々のアクチュエータの回転軸からの回転駆動力は負荷を駆動する動力伝達系に個別に付加されることを特徴とする請求項１記載の動力伝達装置。
【請求項３】
複数個のアクチュエータは、夫々のアクチュエータの回転軸が直列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の動力伝達装置。
【請求項４】
複数個のアクチュエータの回転軸間に前記回転軸を接続し、または切り離すクラッチ機構を設けたことを特徴とする請求項３記載の動力伝達装置。
【請求項５】
アクチュエータの回転軸からの動力出力を、動力伝達系に印加するか否かを制御する出力制御手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の動力伝達装置。
【請求項６】
出力制御手段はアクチュエータの回転軸を動力伝達系に接続し、または切り離すクラッチ機構であることを特徴とする請求項５記載の動力伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は減速ギア列によりアクチュエータを構成するモータの回転駆動力を伝達して負荷を駆動する動力伝達機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の動力伝達装置（以下、適宜「動力伝達機構」と記す）は、負荷を駆動する出力軸に対して、アクチュエータとなるモータを１個配置する構成としている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２９６４８４号公報（第５−７頁、図９）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の動力伝達装置は、負荷を駆動する出力軸に対して、アクチュエータを構成するモータを１個配置していたので、モータが破損した場合に負荷の駆動が不可能になる問題点があった。また、モータの出力トルクは、負荷トルクを最大運転速度まで加減速するための加減速トルクに負荷を駆動する負荷トルクを加えた運転トルク以上とすることが必要であるが、加速トルクはモータ自身の回転部分の慣性モーメントに大きく依存する。負荷を駆動するモータが１個の場合、最大運転速度に比較して低速で駆動する際にも、最大速度での加減速が可能な駆動力を持つ慣性モーメントが大なるモータを備える必要があり、モータ自身の回転部分を加減速するために過大な電力を必要とし、特に、低速で起動停止を断続的に繰り返す駆動パターンとする場合、消費電力が増加するなどの課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、負荷を駆動するモータが破損した場合にも、継続して負荷の駆動が可能な動力伝達装置を得ること、および最大運転速度に比較して低速で駆動する場合に、消費電力の低減が可能な動力伝達装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る動力伝達装置は、負荷を駆動するためのアクチュエータを構成するモータを、一つの負荷に対し複数個設置し、また、モータの回転駆動力を伝達し減速する減速ギア列とを備えた動力伝達装置を構成するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照し、本発明の実施の一形態について説明する。
実施の形態１．
以下、発明の実施の形態１について図１〜図１３を参照して説明する。この実施の形態はアクチュエータの構成として複数のモータを、その回転軸を直列に接続して、例えば歩行ロボットの関節駆動部に適用して好適な動力伝達機構に関している。
【０００８】
図１は実施の形態１による動力伝達機構を歩行ロボットの各関節駆動部に適用した概略構成を示す要部斜視図であり、図２は図１に示す歩行ロボットの歩行状態を示す略側面図である。図１および図２において、胴体１は剛体で形成される本体部であり、左前脚機構２、右前脚機構３、左後脚機構４、右後脚機構５により支持される。胴体１の前端部１ａ付近には首機構６を介して頭部７が接続されている。また、胴体１には信号処理回路、電源であるバッテリ（図示せず）が配置されている。左前脚機構２は関節部２１、２２、２３、アーム２４、２５、マニピュレータ２６からなる。上腕部に相当するアーム２４の上端部には、アクチュエータ、減速機構等からなる肩関節に相当する関節部２１が接続されており、アーム２４は関節部２１を介して胴体１に接続されている。関節部２１は、胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有する。従って、関節２１はアーム２４を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
【０００９】
アーム２４の下端部にはアクチュエータ、減速機構等からなる肘関節に相当する関節部２２が接続されている。また関節部２２は前腕部に相当するアーム２５の上端部に接続されており、胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有する。従って、関節２２はアーム２５を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
【００１０】
アーム２５の下端部にはアクチュエータ、減速機構等からなる手首関節に相当する関節部２３が接続されている。また関節部２３はマニピュレータ２６の上端部ベース２６ａに接続されており、胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有する。従って、関節２３は、マニピュレータ２６を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
【００１１】
マニピュレータ２６は関節２３に接続する手根部に相当するベース２６ａ、指部に相当するアーム２６ｂ、２６ｃ、およびアーム２６ｂ、２６ｃを駆動するアクチュエータ２６ｄからなる。ベース２６ａの、関節２３が接続される側と逆側に設置されたアクチュエータ２６ｄにより、アーム２６ｂ、２６ｃを任意に駆動して、物体の把持などが可能な構成としている。
【００１２】
右前脚機構３は左前脚機構２と同一に構成されている。この場合には、上述の前脚機構２、関節部２１、２２、２３、アーム２４、２５、マニピュレータ２６、ベース２６ａ、アーム２６ｂ、２６ｃ、アクチュエータ２６ｄを、それぞれ前脚機構３、関節部３１、３２、３３、アーム３４、３５、マニピュレータ３６、ベース３６ａ、アーム３６ｂ、３６ｃ、アクチュエータ３６ｄと読み換える。
【００１３】
左後脚機構４は関節部４１、４２、４３、アーム４４、４５、４６からなる。大腿部に相当するアーム４４の上端部には、アクチュエータ、減速機構等からなる股関節に相当する関節部４１が接続されており、アーム４４は関節部４１を介して胴体１に接続されている。関節部４１は胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有する。従って、関節４１はアーム４４を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
【００１４】
アーム４４の下端部には、アクチュエータ、減速機構等からなる膝関節に相当する関節部４２が接続されている。また関節部４２は下腿部に相当するアーム４５の上端部に接続されており、胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有する。従って、関節４２はアーム４５を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
【００１５】
アーム４５の下端部にはアクチュエータ、減速機構等からなる足首関節に相当する関節部４３が接続されている。また関節部４３は足部に相当するアーム４６の上端部に接続されており、胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有する。従って、関節４３は、アーム４６を胴体１の前後方向に任意角度回動することが可能な構成となっている。
【００１６】
右後脚機構５は左後脚機構４と同一に構成されている。この場合には、上述の後脚機構４、関節部４１、４２、４３、アーム４４、４５、４６をそれぞれ後脚機構５、関節部５１、５２、５３、アーム５４、５５、５６と読み換える。
【００１７】
首機構６の下端はアクチュエータ、減速機構等からなる首関節に相当する関節部６１が接続されており、該当関節部６１を介して胴体１に接続されている。関節部６１は、胴体１の前後方向を含む鉛直面内で回動する１自由度を有するので、関節部６１は首機構６を胴体１の前後方向に任意角度回動することができる。
【００１８】
首機構６の上端はアクチュエータ、減速機構等からなる首関節に相当する関節部６２が接続されており、該当関節６２を介して頭部７を接続している。関節部６２は首機構６の伸長方向軸回りに回動可能な１自由度を有する。従って、頭部７は関節部６１、６２により、胴体１の前後方向および左右方向に回動することが可能となる。
【００１９】
次に、各関節部を駆動する部位の詳細構成について説明する。図１０は、実施の形態１の動力伝達機構を関節駆動部に適用した歩行ロボットの関節駆動部の詳細を示す平面図であり、図１１は図１０に示す関節駆動部の略側面図であり、図１２は図１０に示す関節駆動部の駆動系を構成するモータの平面図である。
【００２０】
アクチュエータとなるモータ１０１はフレーム１００に保持されている。また、モータ１０１は第一のモータ１０１ａ、第二のモータ１０１ｂで構成され、第一のモータ１０１ａと第二のモータ１０１ｂは同軸上に、クラッチ１０１ｃを介して接続されている。また、第一のモータ１０１ａの出力軸にはピニオンギア１０２が圧入されている。
【００２１】
減速ギア１０３は小歯車１０３ａ、大歯車１０３ｂからなり、フレーム１００に保持された軸１０３ｃに回転可能に支持され、大歯車１０３ｂがピニオンギア１０２にかみ合うよう設置されている。減速ギア１０４は小歯車１０４ａ、大歯車１０４ｂからなり、フレーム１００に保持された軸１０４ｃに回転可能に支持され、大歯車１０４ｂが減速ギア１０３の小歯車１０３ａにかみ合うよう設置されている。減速ギア１０５は小歯車１０５ａ、大歯車１０５ｂからなり、フレーム１００に保持された軸１０５ｃに回転可能に支持され、大歯車１０５ｂが減速ギア１０４の小歯車１０４ａにかみ合うよう設置されている。出力ギア１０６は減速ギア１０５の小歯車１０５ａに噛み合うよう配置され、フレーム１００に回転可能に保持された関節軸１０７に固定されている。
【００２２】
また、関節軸１０７には関節アーム１０８が同様に固定されている。角度検出器１０９はフレーム１００に保持され、関節軸１０７の回転角度を検出する。上記のように構成された関節駆動部のフレーム１００と、関節アーム１０８を胴体、アーム等の構成要素にそれぞれ接続することにより関節部を形成し、モータ１０１の駆動力により、接続された構成要素を図１１に示す矢印Ａ方向に駆動し、その回動角度を角度検出器１０９により検出する。
【００２３】
次に動作について説明する。まず、本発明による動力伝達機構を関節駆動部に適用した歩行ロボットの動作を図２〜図９により説明する。図２、図３、および図４は図１に示す歩行ロボットの歩行時の一形態を示す側面図であり、図５、図６、および図７は図１に示す歩行ロボットの作業姿勢の一形態を示す側面図であり、図８、および図９は図１に示す歩行ロボットの待機状態の一形態を示す側面図である。
【００２４】
歩行ロボットの歩行時には、左前脚機構２、右前脚機構３、左後脚機構４、右後脚機構５に設置された関節部２１、２２、２３、３１、３２、３３、４１、４２、４３、５１、５２、５３にそれぞれ設けられたモータ１０１に所定の電流を印加し、これら関節部は胴体１を図示のとおり支持する。この状態ではマニピュレータ２６、３６の一部、およびアーム４６、５６の下端が接地している。さらにこの状態でそれぞれのモータを所定のタイミングで回転して歩行動作を行う。
【００２５】
例えば図２に示す状態から前進する場合には、胴体１に対して相対的に後退している右前脚機構３、および左後脚機構４を前方に繰り出す動作を行う。このとき右前脚機構３、および左後脚機構４は遊脚となり、マニピュレータ３６およびアーム４６は地面から離間するので、左前脚機構２および右後脚機構５により胴体１を支持する。遊脚となった右前脚機構３、および左後脚機構４は、その下端となるマニピュレータ３６およびアーム４６が地面に接地しないよう、各関節部３１、３２、３３、４１、４２、４３を適切に制御して、前方への繰り出し動作を行う。
【００２６】
同時に、胴体１を支持している左前脚機構２および右後脚機構５に配置された各関節部２１、２２、２３、５１、５２、５３を適切に制御して、胴体１に対して左前脚機構２および右後脚機構５が相対的に後退する方向に移動することにより、胴体１を前方に送り出す。上述の動作の結果、図２に示す状態にあった歩行ロボットは、図３に示す状態を経て図４に示す状態に移行する。これらの動作を繰り返すことにより、歩行ロボットの移動が実現される。
【００２７】
次に、マニピュレータ２６、３６を使用した作業時の動作について説明する。作業時においては、例えば図５に示すとおり、胴体１の下端、および左後脚機構４、右後脚機構５を接地して、本体が安定するよう関節部４１、４２、４３、５１、５２、５３を制御する。なおこのとき本体が転倒しないようにするために、ロボットの重心から垂下した垂線が、各接地点を結ぶ面積の範囲内となるよう制御する。
【００２８】
次に、左前脚機構２および右前脚機構３に設けた関節部２１、２２、２３、３１、３２、３３を制御して、左前脚機構２および右前脚機構３の先端部に設けたマニピュレータ２６、３６を作業対象物（図示せず）に近づけた後、マニピュレータ２６、３６のアクチュエータ２６ｄ、３６ｄを制御して、アーム２６ｂ、２６ｃ、アーム３６ｂ、３６ｃにより対象物の把持等の作業を行う。
【００２９】
また、別の体勢による作業としては、例えば図６に示すとおり、左後脚機構４、右後脚機構５を接地して、本体が安定するよう関節部４１、４２、４３、５１、５２、５３を制御する。このとき本体が転倒しないようにするためには、図示しないセンサ等により本体の動きを監視し、転倒を阻止するよう各アクチュエータを制御する。次に、左前脚機構２および右前脚機構３に設けた関節部２１、２２、２３、３１、３２、３３を制御して、左前脚機構２および右前脚機構３の先端部に設けたマニピュレータ２６、３６を作業対象物（図示せず）に近づけた後、マニピュレータ２６、３６のアクチュエータ２６ｄ、３６ｄを制御して、対象物の把持等の作業を行う。
【００３０】
さらに別の体勢による作業としては図７に示すとおり、右前脚機構３、左後脚機構４、右後脚機構５の３本の脚機構を接地して、本体が安定するよう関節部３１、３２、３３、４１、４２、４３、５１、５２、５３を制御する。このとき本体が転倒しないようにするために、ロボットの重心から垂下した垂線が、各接地点を結ぶ面積の範囲内となるよう制御する。次に、左前脚機構２に設けた関節部２１、２２、２３を制御して、左前脚機構２の先端部に設けたマニピュレータ２６を作業対象物（図示せず）に近づけた後、マニピュレータ２６のアクチュエータ２６ｄを制御して、アーム２６ｂ、２６ｃにより対象物の把持等の作業を行う。
【００３１】
次に、歩行ロボットの待機時の姿勢について説明する。待機時においては、例えば図８に示すとおり、左前脚機構２、右前脚機構３、左後脚機構４、右後脚機構５により、胴体１を図示のとおり支持する。なおこのとき本体が転倒しないようにするために、ロボットの重心から垂下した垂線が、各接地点を結ぶ面積の範囲内となるように、関節部２１、２２、２３、３１、３２、３３、４１、４２、４３、５１、５２、５３にそれぞれ設けられたモータ１０１に所定の電流を印加し制御する。
【００３２】
また、別の体勢による体勢による待機姿勢としては、例えば図９に示すとおり、胴体１の下端、および左後脚機構４、右後脚機構５を接地して、本体が安定するよう関節部４１、４２、４３、５１、５２、５３を制御する。なおこのとき本体が転倒しないようにするために、ロボットの重心から垂下した垂線が、各接地点を結ぶ面積の範囲内となるよう制御する。
【００３３】
次に、関節部２１、２２、２３、３１、３２、３３、４１、４２、４３、５１、５２、５３、６１、６２の駆動部の動作について説明する。
関節部の回動速度が高く、大なる駆動力が必要とされる場合には、図１２に示すモータ１０１のクラッチ１０１ｃを接続した状態で、第１のモータ１０１ａ、および第２のモータ１０１ｂに同等に電流を印加して、同期して回転駆動することにより、モータ軸に圧入されたピニオンギア１０２は回転し、その回転駆動力は図１０、図１１に示す減速ギア１０３、１０４、１０５により減速され、出力ギア１０６に伝達される。
【００３４】
出力ギア１０６は回転可能にフレーム１００に支持された関節軸１０７に固定されており、関節軸には関節アーム１０８が固定されているので、モータ１０１の回転により関節アーム１０８は図１１に示す矢印Ａ方向に回動する。関節アームの回動角は、角度検出器１０９により検出され、図示しない制御回路に送られる。このように構成された関節駆動部のフレーム１００と、関節アーム１０８を、胴体、アーム等の構成要素にそれぞれ接続することにより関節部を形成し、モータ１０１の駆動力により、接続された構成要素を矢印Ａ方向に駆動する。
【００３５】
一方、関節の回動速度が低く、小さい駆動力で駆動可能な場合には、第１のモータ１０１ａのみに電流を印加して、回転駆動力をピニオンギア１０２、減速ギア１０３、１０４、１０５を介して減速、伝達し、出力ギア１０６に伝達する。なおこの際、第１のモータ１０１ａと第２のモータ１０１ｂとの間に設置したクラッチ１０１ｃを断とすることにより、第２のモータ１０１ｂの従動に伴う摩擦負荷等による負荷増加を回避することができ、さらに、第２のモータ１０１ｂの回転部の慣性負荷を除去することができる。
【００３６】
歩行ロボットの関節駆動部の歩行中の動作は、起動、定速回動、停止、逆方向への起動、逆方向への回動、停止を繰り返すことから、モータ１０１の消費電力低減のためには、加速トルクに大きく影響する慣性負荷の低減が必要となる。上述したように、第２のモータ１０１ｂを使用しない場合には第２のモータ１０１ｂの回転部の慣性負荷を除去することができるので、低速歩行時の消費電力を低減することが可能となる。
【００３７】
また、上述の構成をとることにより、例えば歩行ロボットの脚部の関節に設けられた関節駆動部の一方のモータ１０１ｂが、断線等の理由により動作不能になった場合にも、同軸に配置された第１のモータ１０１ａへの電流の供給により、歩行動作は継続可能である。この場合には、駆動力の低下による歩行速度の低下は生じるものの、歩行動作が全く不可能になることはなく、補修可能な地点までの帰還などが可能となる。
【００３８】
さらに、この状況において、第１のモータ１０１ａと第２のモータ１０１ｂとの間に設置したクラッチ１０１ｃを断とすることにより、負荷増大を回避することができる。なお、上記と逆に第１のモータ１０１ａが動作不能になった場合には、第２のモータ１０１ｂへの電流の供給により、上記同様動作の継続は可能であるが、この場合にはクラッチ１０１ｃを断とすることができないので、摩擦負荷等の増加により動作速度は低下する。
【００３９】
以上のように、本実施の形態１の動力伝達機構を各関節駆動部に適用した歩行ロボットでは、高速歩行を行う場合には各関節駆動部に設けた複数のモータを同期して駆動することにより、高速歩行に必要な駆動力を得ることができる。加えて、低速歩行を行う場合には、各関節部に設けた複数のモータのうち、必要に応じた数のモータを同期して駆動し、使用しないモータはクラッチを断とする。これにより使用しないモータの回転部の摩擦負荷および慣性負荷を除去することができるので、低速歩行時の消費電力を低減することが可能となる。
【００４０】
また、各関節駆動部に複数のモータを配置したので、配置した複数のモータの一部が破損等により駆動不可能になった場合にも、歩行ロボットの歩行動作が不可能になることはなく、歩行速度の低下は発生するものの歩行動作の継続は可能となる。
【００４１】
なお、上述した実施の形態１では、１箇所の関節駆動部に２つのモータ１０１ａ、１０１ｂを配置したものを示したが、３つ以上であってもよく、同様の効果を得ることが可能である。
【００４２】
また、上述した実施の形態１では、第１のモータ１０１ａと第２のモータ１０１ｂとの間にクラッチを設け、第１のモータ１０１ａと第２のモータ１０１ｂと同軸上に接続する例を示したが、図１３に示すとおり、第１のモータ１０１ａの出力軸側にもクラッチ１０１ｄを配置する構成にしてもよい。この場合、上述したことと同様の効果を得られることはもちろんであるが、例えばロボットの非起動時にクラッチ１０１ｄを断としておくことにより、モータ１０１の摩擦負荷は駆動系から切り離されるので、操作者が容易に関節の姿勢を変更することなどが可能となる。
【００４３】
実施の形態２．
次に実施の形態２について、図１４および図１５を参照して説明する。本実施の形態２は実施の形態１とは関節駆動部を構成するモータを２個並列に配置ことにおいて異なるものである。なお、図１４は、本発明による動力伝達系を各関節駆動部に適用した歩行ロボットの関節駆動部の詳細を示す平面図であり、図１５は図１４に示す装置の、各関節部を駆動する関節駆動部の駆動系ギア列を示す略側面図である。
【００４４】
図において、アクチュエータである第１のモータ２００はフレーム１００に保持され、その出力軸にはクラッチ２０１が同軸上に接続され、さらにその出力軸には、ピニオンギア２０２が圧入されている。アクチュエータである第２のモータ３００はフレーム１００に保持され、その出力軸にはクラッチ３０１が同軸上に接続され、さらにその出力軸には、ピニオンギア３０２が圧入されている。
【００４５】
減速ギア１０３は小歯車１０３ａ、大歯車１０３ｂからなり、フレーム１００に保持された軸１０３ｃに回転可能に支持され、大歯車１０３ｂがピニオンギア２０２にかみ合うよう配置されている。アイドラギア１１０は減速ギア１０３の大歯車１０３ｂと同じ歯数を持ち、大歯車１０３ｂに噛み合うように配置され、支軸１１１に回転可能に支持されている。またアイドラギア１１０はピニオンギア３０２に噛み合うように配置されている。
【００４６】
減速ギア１０４は小歯車１０４ａ、大歯車１０４ｂからなり、フレーム１００に保持された軸１０４ｃに回転可能に支持され、大歯車１０４ｂが減速ギア１０３の小歯車１０３ａにかみ合うように設置されている。減速ギア１０５は小歯車１０５ａ、大歯車１０５ｂからなり、フレーム１００に保持された軸１０５ｃに回転可能に支持され、大歯車１０５ｂが減速ギア１０４の小歯車１０４ａにかみ合うように設置されている。
【００４７】
出力ギア１０６は減速ギア１０５の小歯車１０５ａに噛み合うように配置され、フレーム１００に回転可能に保持された関節軸１０７に固定されている。また、関節軸１０７には関節アーム１０８が同様に固定されている。角度検出器１０９はフレーム１００に保持され、関節軸１０７の回転角度を検出する。上記のように構成された関節駆動部のフレーム１００と、関節アーム１０８を、胴体、アーム等の構成要素にそれぞれ接続することにより関節部を形成し、第１のモータ２００と、第２のモータ３００の駆動力により、接続された構成要素を図１５に示す矢印Ａ方向に回動し、その回動角度を角度検出器１０９により検出する。その他の構成は上述した実施の形態１と同様であるのでそれに関する説明は省略する。
【００４８】
次に動作について説明する。本発明による動力伝達系を各関節駆動部に適用した歩行ロボット全体の構成については上述した実施の形態１と同様であるのでそれに関する説明は省略し、各関節部を駆動する関節駆動部の動作について説明する。
【００４９】
関節部の回動速度が高く、大なる駆動力が必要とされる場合には、第１のモータ２００、および第２のモータ３００に同等に電流を印加して、同期して回転駆動する。第１のモータ２００の回転駆動力はピニオンギア２０２から減速ギア１０３に、また第２のモータ３００の回転駆動力はピニオンギア３０２から制動ギア１１０を介して減速ギア１０３に、それぞれ伝達され、合成された回転駆動力は減速ギア１０３、１０４、１０５により減速され、出力ギア１０６に伝達される。
【００５０】
出力ギア１０６は回転可能にフレーム１００に支持された関節軸１０７に固定されており、関節軸には関節アーム１０８が固定されているので、第１のモータ２００と第２のモータ３００の回転により関節アーム１０８は矢印Ａ方向に回動する。関節アームの回動角は、角度検出器１０９により検出され、図示しない制御回路に送られる。このように構成された関節駆動部のフレーム１００と、関節アーム１０８を、胴体、アーム等の構成要素にそれぞれ接続することにより関節部を形成し、第１のモータ２００と第２のモータ３００の駆動力により、接続された構成要素を矢印Ａ方向に駆動する。
【００５１】
関節の回動速度が低く、小さい駆動力で駆動可能な場合には、例えば第１のモータ２００のみに電流を印加して、回転駆動力をピニオンギア２０２、減速ギア１０３、１０４、１０５を介して減速、伝達し、出力ギア１０６に伝達する。なおこの際、第２のモータ３００に設置したクラッチ３０１を断とすることにより、第２のモータ３００従動に伴う摩擦負荷による負荷増加を回避することができる。さらに、第２のモータ３００に設置したクラッチ３０１を断とすることにより、第２のモータ３００の回転部の慣性負荷を除去することができる。
【００５２】
歩行ロボットの関節駆動部の歩行中の動作は、起動、定速回動、停止、逆方向への起動、逆方向への回動、停止を繰り返すことから、第１のモータ２００の消費電力低減のためには、加速トルクに大きく影響する慣性負荷の低減が必要となる。また、第２のモータ３００を使用しない場合には第２のモータ３００の慣性負荷を除去することができるので、低速歩行時の消費電力を低減することが可能となる。
【００５３】
また、上述の構成をとることにより、例えば歩行ロボットの脚部の関節に設けられた関節駆動部の一方のモータ２００が、断線等の理由により動作不能になった場合にも、並行して配置された第２のモータ３００への電流の供給により、歩行動作は継続可能である。この場合には、駆動力の低下による歩行速度の低下は生じるものの、歩行動作が全く不可能になることはなく、補修可能な地点までの帰還などが可能となる。さらに、この状況において、第１のモータ２００に設置したクラッチ２０１を断とすることにより、負荷増大を回避することができる。一方、第２のモータ３００が動作不能になった場合には、第１のモータ２００への電流の供給により、同様の動作の継続が可能となる。
【００５４】
以上、詳細に説明したように、本発明による動力伝達系を各関節駆動部に適用した歩行ロボットでは、高速歩行を行う場合には各関節駆動部に設けた複数のモータを同期して駆動することにより、高速歩行に必要な駆動力を得ることができる。加えて、低速歩行を行う場合には、各関節部に設けた複数のモータのうち、必要に応じた数のモータを同期して駆動し、使用しないモータはクラッチを断として、使用しないモータの回転部の摩擦負荷および慣性負荷を除去することができるので、低速歩行時の消費電力を低減することが可能となる。
【００５５】
また、各関節駆動部に複数のモータを配置したので、配置した複数のモータの一部が破損等により駆動不可能になった場合にも、歩行ロボットの歩行動作が不可能になることはなく、歩行速度の低下は発生するものの歩行動作の継続は可能となる。
【００５６】
なお、上述した実施の形態２では、１箇所の関節駆動部に２つのモータ２００、３００を配置したものを示したが、３つ以上であってもよく、同様の効果を得ることが可能となるものである。
【００５７】
また、実施の形態２では、第２のモータ３００はピニオンギア３０２とアイドラギア１１０が噛み合うよう配置した例を示したが、ピニオンギア３０２が減速ギア１０３に噛み合う配置にしてもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、例えばこの動力伝達装置を各関節駆動部に適用した歩行ロボットでは、高速歩行を行う場合には各関節駆動部に設けた複数のモータを同期して駆動することにより、高速歩行に必要な駆動力を得ることができる。一方、低速歩行を行う場合には、必要な数のモータを同期して駆動し、使用しないモータはクラッチによって駆動系から切り離すことで、使用しないモータの回転部の摩擦負荷および慣性負荷を除去することができ、低速歩行時の消費電力を低減することが可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１による動力伝達機構を歩行ロボットの各関節駆動部に適用した概略構成を示す要部斜視図である。
【図２】図１に示す歩行ロボットの歩行状態を示す概略側面図である。
【図３】図１に示す歩行ロボットの歩行状態を示す概略側面図である。
【図４】図１に示す歩行ロボットの歩行状態を示す概略側面図である。
【図５】図１に示す歩行ロボットの作業姿勢の一形態を示す側面図である。
【図６】図１に示す歩行ロボットの作業姿勢の一形態を示す側面図である。
【図７】図１に示す歩行ロボットの作業姿勢の一形態を示す側面図である。
【図８】図１に示す歩行ロボットの待機状態の一形態を示す側面図である。
【図９】図１に示す歩行ロボットの待機状態の一形態を示す側面図である。
【図１０】実施の形態１による動力伝達機構を歩行ロボットの関節駆動部の詳細を示す平面図である。
【図１１】図１０に示す関節駆動部の概略側面図である。
【図１２】図１０に示す関節駆動部の駆動系を構成するモータを示す図である。
【図１３】図１０に示す関節駆動部の駆動系を構成するモータを示す図である。
【図１４】実施の形態２による動力伝達機構を歩行ロボットの関節駆動部の詳細を示す平面図である。
【図１５】図１４に示す関節駆動部の駆動系ギア列を示す概略側面図である。
【符号の説明】
１  胴体、２  左前脚機構、３  右前脚機構、４  左後脚機構、５  右後脚機構、６  首機構、７  頭部、２１，２２，２３，３１，３２，３３，４１，４２，４３，５１，５２，５３，６１，６２  関節部、２４，２５，３４，３５，４４，４５，４６，５４，５５，５６  アーム、２６，３６  マニピュレータ、１００  フレーム、１０１  モータ、１０１ａ  第一のモータ、１０１ｂ  第二のモータ、１０１ｃ，１０１ｄ，２０１，３０１  クラッチ、１０２，２０２，３０２  ピニオンギア、１０３，１０４，１０５  減速ギア、１０６  出力ギア、１０７  関節軸、１０８  関節アーム、１０９  角度検出器、１１０  アイドラギア、１１１  支軸、２００  第一のモータ、３００  第二のモータ。
【図１】
2004314217.tif 000003
【図２】
2004314217.tif 000004
【図３】
2004314217.tif 000005
【図４】
2004314217.tif 000006
【図５】
2004314217.tif 000007
【図６】
2004314217.tif 000008
【図７】
2004314217.tif 000009
【図８】
2004314217.tif 000010
【図９】
2004314217.tif 000011
【図１０】
2004314217.tif 000012
【図１１】
2004314217.tif 000013
【図１２】
2004314217.tif 000014
【図１３】
2004314217.tif 000015
【図１４】
2004314217.tif 000016
【図１５】
2004314217.tif 000017