(57)【要約】【課題】  簡素な構造で、かつタイミングベルト等の回転伝達ベルトの交換作業が容易となる歩行型ロボットの配線構造を提供する。【解決手段】  上腕部７Ａの外形を構成するリンク本体７０内に下腕部７Ｂを駆動するモータ１３０を収容し、肘関節部１２の肘関節軸ホルダ部７４内に、下腕部７Ｂを揺動させる減速機ユニット８０Ｂを収容し、外部に露出するモータ１３０の駆動プーリ１３１および減速機ユニット８０Ｂの従動プーリ８９ｂに、タイミングベルト１３２を巻回する。リンク本体７０の中空部７９から減速機ユニット８０Ｂの中空部１０９にハーネス１５０を通すにあたり、リンク本体７０に形成した通孔７８からハーネス１５０を外部に引き出し、その外部引き出し部分１５０ａを、タイミングベルト１３２の内周側のスペースに配した状態を保持して、減速機ユニット８０Ｂの中空部１０９に挿入する。【選択図】      図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
仕切り部材で隔てられた第１室および第２室と、
前記第１室側に設けられ、回転駆動部を有する駆動源と、
前記第２室側に設けられ、従動プーリを有する従動部と、
前記駆動源の前記回転駆動部と前記従動部の前記従動プーリとに巻回された回転伝達ベルトと、
前記第１室内から外部を経て前記第２室内に配線される線部材とを備えた歩行型ロボットの配線構造であって、
前記線部材の、前記第１室から外部に出されて前記第２室内に挿入される外部引き出し部分が、前記回転伝達ベルトの内周側のスペースに配されていることを特徴とする歩行型ロボットの配線構造。
【請求項２】
前記駆動源の前記回転駆動部が第１室の外部に配され、かつ、前記従動部の前記従動プーリが前記第２室の外部に配されていることを特徴とする請求項１に記載の歩行型ロボットの配線構造。
【請求項３】
前記第１室は、腕部、脚部、手部等の可動部を構成するリンクの中空部で構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の歩行型ロボットの配線構造。
【請求項４】
前記第２室は、前記従動部に形成された中空部で構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の歩行型ロボットの配線構造。
【請求項５】
前記線部材の前記外部引き出し部分が、カバーで覆われていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の歩行型ロボットの配線構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人型すなわち二足歩行型等の歩行可能なロボットに係り、特に、腕部や脚部等の可動部におけるハーネス等の配線構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、この種の歩行型ロボットの開発はめざましく、主にエンターテインメント性を重視したものや、人の補助をしたり作業を行ったりするワークロボット等、様々な種類のものが挙げられる。人型の歩行型ロボットは、人体の構成と同様に、胴体に対して腕部や脚部等が関節を介して連結されており、その腕部や脚部は、内部に収容された駆動装置およびこの駆動装置を制御するコンピュータ等で動かされる（例えば、特許文献１，２）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２０５０７０号公報
【特許文献２】特開２００２−１５４０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のロボットにおける腕部や脚部等の可動部は、概ね、筒状を呈するケーシングのようなリンク本体で外形が形成されており、その中に、関節を駆動して可動部を動かすためのモータや駆動伝達系等からなる駆動装置や、制御用のコンピュータ、あるいはそれらに不随する配線等の各種内装部品が収容されている。ところで、人型ロボットの腕部は、上腕部に関節軸を介して下腕部が揺動可能に連結された構造が一般的である。そして、下腕部を動かす駆動構造として、上腕部に設けたモータの回転駆動力を、タイミングベルトを介して下腕部の関節軸に伝達するようにしたものがある。
【０００５】
このような腕部において、各種配線を上腕部内から例えば関節軸に通す場合、可動部間に配線をわたすことは困難であり、また、擦れの発生を避けるために、上腕部の外側に配線を一旦外部に出し、関節軸の中空部に通すことが行われている。ところが、タイミングベルトを外して交換する際には、その配線がタイミングベルトの内部を通されると、配線との絡みを外してからタイミングベルトを交換する作業となる。したがって、配線は、その部分でタイミングベルトとの絡みを外すために、例えば、コネクタによって分割できるようにしなければならず、このため、構造の複雑化やコネクタ接合部の接触不良等に代表される信頼性の低下などの問題を招くとともに、タイミングベルトの交換作業を煩わしいものにしていた。
よって本発明は、簡素な構造で、かつタイミングベルト等の回転伝達ベルトの交換作業が容易となる歩行型ロボットの配線構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、仕切り部材で隔てられた第１室および第２室と、第１室側に設けられ、回転駆動部を有する駆動源と、第２室側に設けられ、従動プーリを有する従動部と、駆動源の回転駆動部と従動部の従動プーリとに巻回された回転伝達ベルトと、第１室内から外部を経て第２室内に配線される線部材とを備えた歩行型ロボットの配線構造であって、線部材の、第１室から外部に出されて第２室内に挿入される外部引き出し部分が、回転伝達ベルトの内周側のスペースに配されていることを特徴としている。
【０００７】
本発明によれば、線部材は第１室から外部に出されて第２室内に挿入されるが、その線部材の外部引き出し部分が、回転伝達ベルトの内周側のスペースに配されており、回転伝達ベルトの外周側から内周側に通されてはいない。したがって、線部材に絡むことなく、すなわち線部材に関係なく回転伝達ベルトを駆動源の回転駆動部と従動部の従動プーリとから外すことができる。
【０００８】
本発明では、駆動源の回転駆動部が第１室の外部に配され、かつ、従動部の従動プーリが第２室の外部に配されている形態を含む。また、本発明の第１室は、ロボットの腕部、脚部、手部等の可動部を構成するリンクで形成されていること、また、第２室は、従動部に形成された中空部であることを、それぞれ具体的な構成例としている。また、線部材の外部引き出し部分をカバーで覆う形態を含み、この形態によれば、この外部引き出し部分が保護され、例えば回転伝達ベルトに接触することを防ぐことができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡素な構造で、かつタイミングベルトの交換作業が容易となるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を人型ロボットの上腕部に適用した実施形態を説明する。
図１は実施形態の自立二足歩行が可能な人型ロボットＲの全体図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図である。このロボットＲは、腰部１および胴体２を備え、腰部１には、先端に足部３を有する左右の脚部４が、また、胴体２には、頭部５と、先端に手部６を有する左右の腕部７が、それぞれ連結されている。以下の説明で上下左右、前後といった方向は、注釈しない限り、図１に示す基本姿勢、すなわち、手部６の掌が前方に向き、この手部６および腕部７が真っ直ぐ下方に伸び、脚部４も真っ直ぐに伸び、胴体２および頭部５が前方を向いている姿勢に基づくものとする。
【００１１】
胴体２は、腰部１の上に、左右方向に所定角度の範囲で水平回転し、かつ、前後方向に所定角度で傾倒するように取り付けられており、この胴体２の上に、頭部５が左右・前後に首振り可能に取り付けられている。また、胴体２の両肩には、肩関節部１１を介して腕部７の上腕部７Ａが連結されている。腕部７は、図２にも示すように（図２は左側の腕部７）、上腕部７Ａと、上腕部７Ａに肘関節部１２を介して連結された下腕部７Ｂとからなり、下腕部７Ｂの先端に、手首関節部１３を介して手部６が連結されている。肩関節部１１は、前後方向、左右方向および上下方向に延びる３つの関節軸を有しており、左右方向の関節軸を中心として肩関節部１１自体が回転自在に胴体２に取り付けられている。前後方向の関節軸は肩関節部１１に回転自在に取り付けられ、その前後方向の関節軸に上下方向の関節軸が取り付けられている。そして、この上下方向の関節軸に、上腕部７Ａが回転自在に取り付けられている。肘関節部１２は左右方向に延びる関節軸を有し、この関節軸を中心に下腕部７Ｂが揺動自在とされている。手首関節部１３は、上下方向および左右方向に延びる２つの関節軸を有し、上下方向の関節軸を介して下腕部７Ｂの先端に回転自在に取り付けられ、左右方向の関節軸を介して、手部６が揺動自在に取り付けられている。
【００１２】
左右の脚部４は、股関節部１４を介して腰部１の下端に連結されている。股関節部１４は、軸回りに回転自在に腰部１に取り付けられた前後方向に延びる関節軸に、左右方向に延びる関節軸が取り付けられた構成であり、左右方向の関節軸に、脚部４の上脚部４Ａが揺動自在に取り付けられている。脚部４は、上脚部４Ａと、上脚部４Ａに膝関節部１５を介して連結された下脚部４Ｂとからなり、下脚部４Ｂの先端に、足首関節部１６を介して足部３が連結されている。膝関節部１５は左右方向に延びる関節軸を有し、この関節軸を中心に下脚部４Ｂが揺動自在とされている。足首関節部１６は、左右方向および前後方向に延びる２つの関節軸を有し、足部３は、これら関節軸を中心に揺動自在とされている。なお、上記各関節部１１〜１６を構成する関節軸は、内蔵されているため、図１では図示されていない。
【００１３】
上記の各可動パーツ、すなわち胴体２、足部３、脚部４（上脚部４Ａと下脚部４Ｂ）、頭部５、手部６、腕部７（上腕部７Ａと下腕部７Ｂ）の回転あるいは揺動動作は、それぞれモータを駆動源とする駆動系と、これら駆動系を制御するコンピュータによってなされる。コンピュータおよびモータの電源であるバッテリは適宜な箇所に収容され、この場合は、コンピュータは胴体２内に、バッテリは腰部１内に収容されている。なお、図１および図２では、脚部４、腕部７および各関節部１１〜１６は、外観デザインを形成するとともに保護のためのカバーで覆われており、駆動されて実際に可動する主体すなわち被駆動要素は、カバー内に存在する。これら被駆動要素は、マグネシウム合金等の軽合金による鋳造によって成形される。
【００１４】
図３および図４は、そのようなカバーを外した状態の肩関節部１１、上腕部７Ａおよび肘関節部１２を示しており、図５は、この部分の断面図である。肩関節部１１は、被駆動要素としてケーシング１１０を備えており、このケーシング１１０の図中上面が、胴体２の側面に対向させられ、図示せぬ左右方向の関節軸を中心として胴体２に対し回転自在に取り付けられている。このケーシング１１０内には、円筒状を呈する前後方向の関節軸１１１が回転自在に取り付けられ、この関節軸１１１は、図示せぬ駆動装置によって回転させられる。図５に示すように、関節軸１１１には、この関節軸１１１に直交して下方に延びる上下方向の関節軸１１２が一体に形成されており、この関節軸１１２に、ハーモニックドライブ式の減速機ユニット８０Ａを介して、上腕部７Ａが連結されている。これによって腕部７は、前後方向の関節軸１１１を中心として揺動する。なお、図３〜図５および後出の図７は、図１に示した状態から、上腕部７Ａを、関節軸１１１回りに９０°回転させて水平に上げ、かつ、関節軸１１２回りに内側（図１（ｂ）で反時計方向）に９０°回転させた状態を示している。
【００１５】
減速機ユニット８０Ａは、図６に示すように、関節軸１１２にボルト８１によって固定される中空のフレックススプライン支持軸８２と、関節軸１１２およびフレックススプライン支持軸８２の両者にクロスローラベアリング８３を介して回転自在に支持されたギヤケース８４と、ギヤケース８４の下方にサーキュラスプライン８５を挟んで重ねられるキャップ８６と、ギヤケース８４の上方に重ねられるカバーリング８７とを備えている。フレックススプライン支持軸８２には入力軸８８が外装され、この入力軸８８の下端に、従動プーリ８９（タイミングプーリ）が一体に固定されている。入力軸８８に対し、入力軸ベアリング９０を介してキャップ８６が回転自在に支持され、また、入力軸８８にボルト９１で固定されたウェブジェネレータ９２と、ボルト８１によってフレックススプライン支持軸８２に共締めされたフレックススプライン９３とが、サーキュラスプライン８５と入力軸８８との間に介在されている。
【００１６】
上腕部７Ａは、主体となる被駆動要素として、図４に示すように、軸方向が上下方向に沿った円筒状のリンク本体７０を備えている。このリンク本体７０の側部には、適宜な大きさを有する矩形状の開口７０ａが形成されており、この開口７０ａは、リンク本体７０にボルト７２で着脱自在に固定される蓋体７１によって塞がれるようになっている。この蓋体７１には、放熱用兼軽量化のための多数のスリット７１ａが形成されている。また、図４（ｂ）および図６に示すように、リンク本体７０の上端開口縁には、フランジ部７３が形成されている。図６に示すように、上記減速機ユニット８０Ａは、カバーリング８７からギヤケース８４、サーキュラスプライン８５、キャップ８６を貫通するボルト９４を、フランジ部７３にねじ込んで締結することにより、リンク本体７０に固定され、これによって肩関節部１１と上腕部７Ａが連結される。
【００１７】
図４および図５に示すように、リンク本体７０内である中空部（本発明の第１室）７９には、減速機ユニット８０Ａを駆動させて上腕部７Ａを上下方向の関節軸１１２回りに回転させるための駆動源であるモータ１２０が収容されている。このモータ１２０は、図５に示すように、駆動プーリ（タイミングプーリ）１２１が上方に配され、その軸方向がリンク本体７０のそれと平行な状態とされており、上部に固定されたブラケット１２２を介して、リンク本体７０の内壁面に、ボルト１２３で固定されている。この固定状態で、モータ１２０の駆動プーリ１２１と、上記減速機ユニット８０Ａの従動プーリ８９とが平行状態で近接し、これらプーリ８９，１２１に、タイミングベルト１２４が巻回されている。
【００１８】
モータ１２０が駆動されると、タイミングベルト１２４を介して回転力が減速機ユニット８０Ａの従動プーリ８９に伝わり、これに追従して、入力軸８８、フレックススプライン支持軸８２が回転しようとするが、フレックススプライン支持軸８２は肩関節部１１の関節軸１１２を介して関節軸１１１に固定されているのでこれらは回転せず、その反力がモータ１２０側に伝わって、このモータ１２０が固定されているリンク本体７０、すなわち上腕部７Ａが、関節軸１１２回りに回転する。
【００１９】
上記リンク本体７０は、前述の如く軽合金の鋳造によって一体物に成形されているが、図４（ｂ）および図５に示すように、その下端には、軸方向がリンク本体７０のそれに直交する円筒状の肘関節軸ホルダ部７４が一体に成形され、さらに、その上方（リンク本体７０と肘関節軸ホルダ部７４との境界部当たり）に、軸方向が肘関節軸ホルダ部７４のそれと平行な円筒状のモータ挿入部７５が一体に成形されている。モータ挿入部７５からは、下腕部７Ｂを揺動させるモータ１３０がリンク本体７０内に挿入され、その挿入方向の奥側の端部が、リンク本体７０の内壁面に固定されている。肘関節軸ホルダ部７４内には、上記減速機ユニット８０Ａと同様の減速機ユニット８０Ｂが収容、固定されており、図５に示すように、この減速機ユニット８０Ｂのフレックススプライン支持軸８２ｂの一端に、出力軸９５が固定されている。この出力軸９５には、上記下腕部７Ｂが固定される。モータ１３０の駆動プーリ１３１および減速機ユニット８０Ｂの従動プーリ８９ｂは外部に露出し、これらプーリ８９ｂ、１３１に、タイミングベルト１３２が巻回されている。
【００２０】
モータ１３０が駆動されると、タイミングベルト１３２を介して回転力が減速機ユニット８０Ｂの従動プーリ８９ｂに伝わり、これに追従して、減速機ユニット８０Ｂの入力軸８８ｂ、フレックススプライン支持軸８２ｂ、出力軸９５が回転し、これによって、下腕部７Ｂが揺動する。
【００２１】
リンク本体７０内には、上記のように、上腕部７Ａの上下方向の軸回りの回転用モータ１２０と、下腕部７Ｂの揺動用モータ１３０がそれぞれ収容、固定されるが、図４に示すように、リンク本体７０内には、さらに、上記コンピュータに接続されるモータ制御用の複数の基板１４０が収容されている。基板１４０は、図４（ｂ）に示すような、リンク本体７０の内壁面に形成されたボス７６に対し、ボルト１４１で固定される。モータ１２０および基板１４０は、開口７０ａからリンク本体７０内に出し入れ可能であり、開口７０ａを利用してリンク本体７０の内壁面に固定することができるようになっている。その固定作業が完了したら、蓋体７１によって開口７０ａが塞がれる。
【００２２】
上記コンピュータおよびバッテリ等からは、当該ロボットＲの可動部を駆動させるモータや、制御用のセンサあるいは基板等に対し、給電用や信号伝達用等の各種配線が延びており、かつ接続されている。そのような配線は、上記上腕部７Ａ内にも通されている。図７に示す１５０は、そのような配線が一括してまとめられたハーネスを示している。このハーネス１５０は、上記各モータ１２０，１３０や基板１４０等への給電用や信号伝達用の配線が束ねられたもので、図示は略しているが、これらのモータ１２０，１３０や基板１４０に、ハーネス１５０から配線が分岐して接続されている。
【００２３】
図７に示すように、ハーネス１５０は、肩関節部１１の前後方向の関節軸１１１の一方の端部開口から関節軸１１１内に通され、次いで下方に屈曲されて上下方向の関節軸１１２内に通され、さらに、減速機ユニット８０Ａの中空部、リンク本体７０の中空部７９に通された後、リンク本体７０の側部に形成された通孔７８を通して、一旦、リンク本体７０外に引き出されている。通孔７８は、図８（ａ）に示すように、タイミングベルト１３２が配された側のリンク本体７０に形成されており、位置としては、モータ１３０の駆動プーリ１３１と、減速機ユニット８０Ｂの従動プーリ８９ｂとの間であって、タイミングベルト１３２の内周側に形成されている。
【００２４】
通孔７８から外部に引き出されたハーネス１５０は、リンク本体７０の外壁に沿って真っ直ぐに減速機ユニット８０Ｂの従動プーリ８９ｂ方向に延ばされ、減速機ユニット８０Ｂの開口に向けて屈曲され、減速機ユニット８０Ｂの中空部（本発明の第２室）１０９に挿入され、さらに出力軸９５内を通され、この後、上記下腕部７Ｂ内に導かれる。ハーネス１５０は、リンク本体７０の中空部７９から減速機ユニット８０Ｂの中空部１０９に挿入されるわけだが、両者は、減速機ユニット８０Ｂ自体が仕切り部材となって互いに隔絶されているので、ハーネス１５０を一旦リンク本体７０外に引き出す必要がある。
【００２５】
通孔７８からリンク本体７０外に出て減速機ユニット８０Ｂの中空部１０９に挿入されるまでのハーネス１５０の外部引き出し部分１５０ａは、図８（ｂ）に示すように、筒状のカバー１６０内に通され、このカバー１６０によって覆われている。カバー１６０は、上側の端部が通孔７８に嵌合されるとともにリンク本体７０の外壁面にボルト１５１によって固定されており、下側の端部は減速機ユニット８０Ｂのフレックススプライン支持軸８２ｂの端部開口に向けて屈曲している。
【００２６】
上記実施形態において、ハーネス１５０をリンク本体７０内から減速機ユニット８０Ｂの中空部１０９に導く配線構造によれば、通孔７８から中空部１０９に挿入される間の外部引き出し部分１５０ａは、タイミングベルト１３２の内周側のスペースに配されており、タイミングベルト１３２の外周側から内周側に導かれて中空部１０９に挿入されてはいない。ここで、タイミングベルト１３２が例えば劣化し、それを交換する必要が生じた場合には、現在装着されているそのタイミングベルト１３２は、ハーネス１５０に絡むことなく、すなわちハーネス１５０に関係なく、モータ１３０の駆動プーリ１３１と、減速機ユニット８０Ｂの従動プーリ８９ｂとから外すことができる。これは、上記のように外部引き出し部分１５０ａがタイミングベルト１３２の内周側のスペースに配されているからであり、このため、タイミングベルト１３２を容易に交換することができる。また、ハーネス１５０の外部引き出し部分１５０ａはカバー１６０で覆われているので、この外部引き出し部分１５０ａが保護され、例えばタイミングベルト１３２に接触するなどの不具合を防ぐことができる。
【００２７】
なお、上記実施形態は、本発明を上腕部７Ａに適用したものであるが、当該ロボットＲでは、本発明を、下腕部７Ｂあるいは脚部４等にも適用することができることは、言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る二足歩行型ロボットの（ａ）正面図、（ｂ）左側面図である。
【図２】同ロボットの腕部の（ａ）正面図、（ｂ）側面図、（ｃ）斜視図である。
【図３】（ａ）は同ロボットのカバーを外した状態の上腕部および肩関節部の斜視図、（ｂ）は同様の図で透明な蓋体が装着された変形例の斜視図である。
【図４】（ａ）は上腕部のリンク本体から蓋体を外した状態の斜視図、（ｂ）は（ａ）の分解斜視図である。
【図５】図３（ａ）で示した部分の断面図である。
【図６】減速機ユニットの一部断面図である。
【図７】実施形態のハーネスの配線構造を示す図であって、上腕部の一部を破断した斜視図である。
【図８】実施形態のハーネスの配線構造を示す上腕部の一部を破断した側面図であって、（ａ）はハーネスの外部引き出し部分をカバーで覆っていない状態、（ｂ）は同部分をカバーで覆った状態である。
【符号の説明】
【００２９】
７Ａ…上腕部（リンク）
７９…リンク本体の中空部（第１室）
８０Ｂ…減速機ユニット（仕切り部材、従動部）
８９ｂ…従動プーリ
１０９…肘関節部の減速機ユニットの中空部（第２室）
１３０…モータ（駆動源）
１３１…駆動プーリ（回転駆動部）
１３２…タイミングベルト（回転伝達ベルト）
１５０…ハーネス（線部材）
１５０ａ…外部引き出し部分
１６０…カバー
Ｒ…二足歩行型ロボット
【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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【図７】
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【図８】
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