(57)【要約】【課題】単純で軽量な構成で、回転トルクを調整可能な技術を提供する。【解決手段】ロボット１０は、胴体側部材１２に対して揺動可能な末端側部材１４と、末端側部材１４を揺動させる第１回転手段３３と、第１回転手段３３自身を回転させる第２回転手段２５を備えている。上記のロボット１０では、第１回転手段３３が回転することによって末端側部材１４が揺動する。その第１回転手段３３自身は第２回転手段２５で回転させられる。第１回転手段３３の回転と第２回転手段２５の回転を組合わせて用いることによって末端側部材１４の揺動トルクを調整することができる。装置構成は単純であり、軽量化できる。【選択図】  図３
2004249413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴体側部材と、胴体側部材に対して揺動可能な末端側部材と、末端側部材を揺動させる第１回転手段と、第１回転手段自身を回転させる第２回転手段を備えていることを特徴とするロボット。
【請求項２】
第１回転手段のハウジングは胴体側部材に回転可能に支持され、第２回転手段のハウジングは胴体側部材に回転不能に支持されていることを特徴とする請求項１に記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットに関するものである。特に、胴体側部材に対して末端側部材を揺動させる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】胴体側部材と、関節によって胴体側部材に対して揺動可能な末端側部材と、末端側部材を揺動させるアクチュエータを備えたロボットが知られている。
ロボットは、胴体側部材に対して末端側部材を揺動させることによって各種の動作を実行する。このときに、末端側部材を揺動させるのに要するトルクが様々に変化する。例えば、平地を歩行するときには、膝関節を回転させるのに比較的小さなトルクですむのに対し、階段を上るときには膝関節を回転させるのに大きなトルクが必要とされる。重量物を把持している腕を肩関節の回りに回転させるには大きなトルクが必要とされるのに、腕のみを肩関節の回りに回転させるには小さなトルクで足りる。必要トルクの大きな変化に対してアクチュエータでは対応できない場合があり、アクチュエータと関節の間に、変速比が変えられる多段変速器を組込む技術が特許文献１に提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１４６９７８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多段変速機は、複数のギア系統を有し、ギア系統を切換えるアクチュエータを必要とするので、複雑な構成にならざるをえない。このため、ロボットの重量やコストの増大を招いてしまう。
【０００５】
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、単純で軽量な構成で、回転トルクを調整可能な技術を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用と効果】本発明で創作されたロボットは、胴体側部材に対して揺動可能な末端側部材と、末端側部材を揺動させる第１回転手段と、第１回転手段自身を回転させる第２回転手段を備えている。
上記のロボットでは、第１回転手段が回転することによって末端側部材が揺動する。その第１回転手段自身は第２回転手段で回転させられる。第１回転手段の回転と第２回転手段の回転を組合わせて用いることによって末端側部材の揺動トルクを調整することができる。装置構成は単純であり、軽量化できる。
【０００７】
上記ロボットでは、第１回転手段のハウジングを胴体側部材に回転可能に支持し、第２回転手段のハウジングを胴体側部材に回転不能に支持することが好ましい。第１回転手段と第２回転手段を胴体側部材に取り付けることによって、末端側部材が軽量化され、末端側部材の揺動に要するエネルギを減少することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】後述する実施例の主要な特徴を記載する。
（形態１）  膝関節によって大腿部材と下腿部材が回転可能に接続されている。
（形態２）  大腿部材には、第２モータが固定されている。第２モータの駆動シャフトには、第２プーリが固定されている。さらに大腿部材には、従動プーリが回転可能に取付けられている。従動プーリには、第１モータが取付けられている。第２プーリと従動プーリには、ベルトが巻付けられている。第１モータの駆動シャフトには、第１プーリが固定されている。
【０００９】
【実施例】本発明の一実施例について、図面を参照しながら説明する。図１に示されているように、本実施例は、本発明をロボット１１の大腿部材１２と下腿部材１４を接続する膝関節１０に適用したものである。
図２は、膝関節１０の詳細を示している。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図３に示されているように、大腿部材１２には、円形状の貫通穴２７が形成されている。そして、貫通穴２７にベアリング２８が取付けられている。ベアリング２８は、スクリュウ３０で大腿部材１２に取付けられている抜止リング２９によって抜止されている。ベアリング２８のインナーリングには、回転リング３９が装着されている。回転リング３９には、スクリュウ３１によって従動プーリ３４が固定されている。また、回転リング３９には、スクリュウ３２によって第１モータ３３のハウジングが取付けられている。第１モータ３３のハウジングの外周にはスリップリングが設けられており、そのスリップリングに電力供給用の電極７１が摺接している。回転リング３９と従動プーリ３４と第１モータ３３は、一体となって大腿部材１２に対して回転する。第１モータ３３は、図示しないコントローラで制御される。
【００１０】
大腿部材１２には、スクリュウ２３によってブラケット２２が取付けられている。ブラケット２２には、スクリュウ２４によって第２モータ２５のハウジングが固定されている。第２モータ２５の駆動シャフト２５ａには、第２プーリ２６が固定されている。第２モータ２５は、図示しないコントローラで制御される。第１モータ３３の駆動シャフト３３ａには、第１プーリ３６が固定されている。第１モータ３３は、図示しないコントローラによって制御される。
図４に良く示されているように、第２プーリ２６と従動プーリ３４には、ベルト３５が巻付けられている。
【００１１】
図３に示されているように、大腿部材１２の下端面１２ａには、スクリュウ４９によって支持ブロック４８が取付けられている。支持ブロック４８には、スクリュウ５３によって、リング４４とハーモニックドライブ（商品名）５２のサーキュラスプライン５２ａが固定されている。回転リング４４は、その内周側に装着されたベアリング４５を介してシャフト４６を支持している。シャフト４６には、第３プーリ４７が固定されている。図２に良く示されているように、第１プーリ３６と第３プーリ４７には、ベルト５０が巻付けられている。
シャフト４６は、ハーモニックドライブ５２のウェーブジェネレータ５２ｂに固定されている。ハーモニックドライブ５２は減速機であり、ウェーブジェネレータ５２ｂの回転数を減速し、フレックススプライン５２ｃに伝達する機能を有している。ハーモニックドライブ５２については公知であるので、これ以上の説明は省略する。
【００１２】
ハーモニックドライブ５２のフレックススプライン５２ｃには、スクリュウ５４によって、シャフト５５の一端５５ａが固定されている。シャフト５５の他端５５ｂには、スクリュウ５７によって、リング５６が固定されている。リング５６は、スクリュウ６４によって、下腿部材１４に固定されている。ベアリング４３、６１、６２によって、下腿部材１４は、リング４４と支持ブロック４８を介して、大腿部１２に揺動可能に支持されている。下腿部材１４は、シャフト４６、５５の回りに、大腿部１２に対して揺動する。
【００１３】
第１モータ３３の駆動シャフト３３ａが回転すると、第１プーリ３６も回転する。第１プーリ３６が回転すると、ベルト５０を介して第３プーリ４７が回転する。図２に示されているように、第１プーリ３６の径は第３プーリ４７のそれよりも小さい。このため、第３プーリ４７の回転速度は、第１プーリ３６よりも減速される。
第３プーリ４７が回転すると、シャフト４６とともにハーモニックドライブ５２のウェーブジェネレータ５２ｂが回転し、その回転速度が減速されてフレックススプライン５２ｃに伝わる。フレックススプライン５２ｃが回転すると、シャフト５５とリング５６が一体で回転する。リング５６が回転すると、下腿部材１４は大腿部材１２に対して回転する。第１モータ３３の駆動シャフト３３ａが正転とすると下腿部材１４は前方に揺動し、第１モータ３３が逆転すると下腿部材１４は後方に揺動する。
【００１４】
第２モータ２５の駆動シャフト２５ａが回転すると、第２プーリ２６も回転する。第２プーリ２６が回転すると、ベルト３５を介して従動プーリ３４が回転する。従動プーリ３４は第１モータ３３のハウジングと一体になって回転する。このため、第１モータ３３が回転している状態で第２モータ２５の駆動シャフト２５ａの回転速度が変化すると、絶対空間における第１モータ３３の駆動シャフト３３ａの回転速度と回転トルクが調整される。例えば、第２モータ２５の駆動シャフト２５ａの回転速度が速くなると、第１モータ３３の駆動シャフト３３ａは、回転速度が速くなるとともに回転トルクも大きくなる。第１モータ３３の駆動シャフト３３ａの回転速度と回転トルクが調整されると、第３プーリ４７の回転速度と回転トルクが調整される。第３プーリ４７の回転速度と回転トルクが調整されると、大腿部材１２に対する下腿部材１４の揺動速度と揺動トルクが調整される。
【００１５】
上述した構成によれば、ギア切換式の変速装置に比べて、簡易な構成で下腿部材１４等の揺動速度と揺動トルクを調整することができる。このため、構成が複雑なギア式の多段変速器を装着するよりも、ロボット１１の重量やコストを軽減することができる。さらには、ギア式の多段変速器を用いると、ギア系統の切換えにともなって下腿部材１４等の揺動速度や揺動トルクが急変してしまうが、本実施例によれば、第２モータ２５の回転数を調整することにより、なめらかに（無段階で）下腿部材１４の揺動速度や揺動トルクを調整することができる。
また、末端側部材が胴体側部材に対して軽く揺動できる場合には、第１モータ３３のみを用い、トルクが不足するときに第２モータ２５でアシストすることができる。多段変速器によると、トルクの増大に伴って揺動速度を低速にしなければならないが、第２モータでアシストする方法によると、揺動速度を下げないでトルクを増大することができ、必要なら揺動速度と揺動トルクの双方を増大することもできる。
【００１６】
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。胴体側部材と末端側部材は、大腿部と下腿部に限られず、胴と大腿部（股関節）、下腿部と足先（足首関節）、胴と上腕（肩関節）、上腕と下腕（肘関節）等に利用することができる。
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み合わ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み合わ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。
従って、例えば、下記に記載するように構成することもできる。
【００１７】
（１）第２モータ２５の回転を第１モータ３３に伝えるベルト３５、および第１モータ３３の回転を下腿部材１４に伝えるベルト５０の代わりに、ギアを用いることもできる。ギアは、ベルトのように伸びたり、撓んだりすることがないので、より確実に回転を伝達することができる。
（２）第２モータ２５と第１モータ２２の回転方向は、同一である必要はない。第１モータ３３が回転しているのとは逆方向に第２モータを回転させ、第１モータの回転を減速することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係るロボットを示す。
【図２】実施例に係る膝関節部を示す。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図。
【符号の説明】
１０：膝関節部
１１：ロボット
１２：大腿部材、１２ａ：下端面
１４：下腿部材
２２：ブラケット
２３、２４：スクリュウ
２５：第２モータ、２５ａ：駆動シャフト
２６：第２プーリ
２７：貫通穴
２８：ベアリング
２９：抜止リング
３０、３１、３３：スクリュウ
３３：第１モータ、３３ａ：駆動シャフト
３４：従動プーリ
３５：ベルト
３６：第１プーリ
３９：回転リング
４３：ベアリング
４４：回転リング
４５：ベアリング
４６：シャフト
４７：第３プーリ
４８：支持ブロック
４９：スクリュウ
５０：ベルト
５２：ハーモニックドライブ、５２ａ：サーキュラスプライン、５２ｂ：ウェーブジェネレータ、５２ｃ：フレックススプライン
５３、５４：スクリュウ
５５：シャフト、５５ａ：一端、５５ｂ：他端
５６：リング
６１、６２：ベアリング
６４：スクリュウ
７１：電極
【図１】
2004249413.tif 000003
【図２】
2004249413.tif 000004
【図３】
2004249413.tif 000005
【図４】
2004249413.tif 000006