(57)【要約】【課題】発熱する装置が内蔵された人間型ロボットの頭部内を効果的に冷却する。【解決手段】人間型ロボット１の頭部２において、下方に開口した吸気口４４と、吸気口４４から導入された冷却用空気を頭部の中心側へ導く整流板４５，４６と、整流板４５，４６より上方に開口した排気口１１とを備え、冷却用空気がロボット頭部２の下方から上方へ流れることによって自然対流が促進されるとともに、発熱する装置が配置されるロボット頭部２の中心側へと冷却用空気が導かれる構成とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱する装置が内蔵された人間型ロボットの頭部であって、
下方に開口した吸気口と、
前記吸気口から導入された冷却用空気を前記頭部の中心側へ導く整流板と、
前記整流板より上方に開口した排気口と
を備えたことを特徴とする人間型ロボットの頭部。
【請求項２】
前記整流板が、前記中心側を上方へ向けて傾斜するように設けられたことを特徴とする請求項１に記載の人間型ロボットの頭部。
【請求項３】
前記整流板は、前記発熱する装置に接続された放熱部材であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１つに記載の人間型ロボットの頭部。
【請求項４】
内部の温度を検出する温度センサと、
前記排気口の内側に設けられ、前記温度センサの検出結果に基づき駆動制御される排気ファンと
をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の人間型ロボットの頭部。
【請求項５】
前記排気口は、後頭部に配置されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の人間型ロボットの頭部。
【請求項６】
下面の開口に遊嵌された首部に支持され、
前記吸気口は、前記下面の開口と前記首部との間隙によって構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の人間型ロボットの頭部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱する装置が内蔵された人間型ロボットの頭部に関し、より詳細には、内部を冷却するための冷却構造を備えた人間型ロボットの頭部に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人間と類似の外観を有し、人間と同様に動作することのできる人間型ロボットの開発が進められている。この種の人間型ロボットは、その外殻内に腕や脚などの運動機構を構成する部材の他に、各種動作を実行するための駆動装置や制御装置などを内蔵している。それらの内蔵される装置は、作動時に少なからず発熱することによって装置自体やその周囲の温度を上昇させる場合がある。特に、比較的発熱量の大きな装置（例えば、アクチュエータ駆動用ドライバや電力コンバータ等）を備えた人間型ロボットでは、自然放冷では冷却が十分でない場合もあり、それらの発熱に対する対策が必要となる。そこで、高温域で動作が不安定となる制御用コンピュータ等の装置を保護する目的で、ロボット内部を冷却し、発熱する装置やその周囲温度を適正範囲に保持する技術が存在する。
【０００３】
そのような人間型ロボットを冷却するための従来技術として、例えば、モータドライバアセンブリやＤＣ−ＤＣコンバータ等の発熱する装置を収納した電装品ボックスを背部に備えた人間型ロボットの電装品ボックス冷却構造であって、電装品ボックスのカバー上部に水平方向に開口する排気口を形成してその排気口に臨むカバー内部に排気ファンを設けるとともに、カバー下部に下向きに開口するスリット状の吸気口を形成した技術が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１５４０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような人間型ロボットの頭部には、撮像装置、マイクロフォン、アクチュエータ駆動用ドライバおよび各種センサ等の装置が収納されており、これらの装置も作動時に発熱する。そこで、ロボット頭部を適切に冷却することが必要である。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術は、外部から空気を導入することによって人間型ロボットの電装品ボックスの内部を効果的に冷却することを目的とするものであり、ロボット頭部を直接的に冷却することはできなかった。また、ロボット頭部は、その構成が電装品ボックスとは著しく異なるため、上記従来技術をロボット頭部にそのまま適用することは困難であった。加えて、ロボット頭部は、電装品ボックスとは異なり見る人の注目を集める部分でもあるので、吸気口や排気口等の配置には外観意匠性も考慮することが望ましい。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主目的は、発熱する装置が内蔵された人間型ロボットの頭部内を効果的に冷却することによって、当該装置およびその周囲の温度上昇を抑制することができる人間型ロボットの頭部を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決するために、本発明の人間型ロボットの頭部においては、請求項１に示すとおり、発熱する装置が内蔵された人間型ロボットの頭部であって、下方に開口した吸気口と、前記吸気口から導入された冷却用空気を前記頭部の中心側へ導く整流板と、前記整流板より上方に開口した排気口とを備えた構成とする。この場合、例えば、頭部の外殻付近における冷却用空気の流れを阻害するように当該外殻の内面に沿って整流板を配置することで、冷却用空気をロボット頭部の中心側へと導くことができる。
【０００８】
上記人間型ロボットの頭部においては、請求項２に示すとおり、前記整流板が、前記中心側を上方へ向けて傾斜するように設けられた構成とすることができる。
【０００９】
上記人間型ロボットの頭部においては、請求項３に示すとおり、前記整流板は、前記発熱する装置に接続された放熱部材である構成とすることができる。
【００１０】
上記人間型ロボットの頭部においては、請求項４に示すとおり、内部の温度を検出する温度センサと、前記排気口の内側に設けられ、前記温度センサの検出結果に基づき駆動制御される排気ファンとをさらに備えた構成とすることができる。
【００１１】
上記人間型ロボットの頭部においては、請求項５に示すとおり、前記排気口は、後頭部に配置された構成とすることができる。この場合、排気口を概ね水平または水平より下向きに開口させることで、上方からの塵埃が排気口から頭部内へ侵入することを抑制することができる。
【００１２】
上記人間型ロボットの頭部においては、請求項６に示すとおり、下面の開口に遊嵌された首部に支持され、前記吸気口は、前記下面の開口と前記首部との間隙によって構成されるようにすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明に係る人間型ロボットの頭部によれば、冷却用空気がロボット頭部の下方から上方へ流れることによって自然対流が促進される一方、発熱する装置が配置されるロボット頭部の中心側へと冷却用空気が導かれるので、頭部内を効果的に冷却することができ、発熱する装置およびその周囲の温度上昇を抑制することが可能となる。また、請求項２の発明に係る人間型ロボットの頭部によれば、冷却用空気の流れに対する整流板の抵抗が低減され、冷却用空気のロボット頭部の下方から上方への流れおよび外殻側から頭部の中心側への流れをより容易とすることができる。また、請求項３の発明に係る人間型ロボットの頭部によれば、発熱する装置の熱は、冷却用空気に直接放熱されるだけでなく、ヒートシンクとして機能する整流板を介して冷却用空気に放熱されるので、より効率的な冷却が可能となる。また、請求項４の発明に係る人間型ロボットの頭部によれば、排気ファンを用いた強制冷却によって冷却効果が高められるとともに、温度センサの検出値に応じた効率的な冷却が可能となる。また、請求項５の発明に係る人間型ロボットの頭部によれば、ロボットと対面した人間に向けて排気が吹き付けられるという不都合を回避することができ、人間型ロボットの正面側の外観意匠性に悪影響を与えることもない。また、請求項６の発明に係る人間型ロボットの頭部によれば、頭部に冷却用の吸気口を特別に設ける必要はなく、簡易な構成で冷却を行うことが可能となる。また、上方からの塵埃が吸気口から頭部内へ侵入することを抑制することができ、さらに、吸気口が目立たない場所に位置するので、人間型ロボットの外観意匠性に悪影響を与えることもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は本発明の第１実施形態に係る人間型ロボットの上半身を示す斜視図であり、図２は人間型ロボットの頭部を後方から見た斜視図である。
【００１６】
この人間型ロボット１は、頭部２、胴体３および左右の腕４，５を上半身に備えている。頭部２は、首部６によって胴体３と連結されており、ロボット１の各種動作を実行するための駆動装置や制御装置などを内蔵している。それら各装置（以下、「発熱する装置」という。）は、ロボット１の動作時に発熱することによって、装置自体やその周囲の温度を上昇させる。詳細は後述するが、この頭部２には、発熱する装置を空冷するための冷却構造が備えられており、その背面（即ち、後頭部）には、頭部２内で暖められた空気を頭部２外に排出するための排気口１１が設けられている。この排気口１１は、背面の中央よりやや上側に位置しており、上底部分が下底部分より長い台形のような形状をなす開口を有している。排気口１１の開口にはルーバ１２が取り付けられており、ルーバ１２の羽根の向きを調節することで排気の流れを変更することができる。
【００１７】
この場合、排気口１１は頭部２の背面に配置されているので、ロボット１と対面した人間に向けて排気が吹き付けられることがないという利点がある。また、排気口１１を概ね水平または水平より下向きに開口させることで、上方からの塵埃の侵入を抑制することができる。なお、頭部２に設ける排気口の数、形状および大きさについては、ここに示したものに限らず種々の変更が可能であるが、排気口を背面の中央より上側に配置することで、冷却効率を高めることができる。
【００１８】
次に、図２に示した頭部２の内部の構造について説明する。
【００１９】
図３は外殻を取り除いた頭部の正面図であり、図４は図３中のＩＶ矢視図であり、図５は図３中のＶ矢視図である。ここでは、頭部２内の空気の流れを説明するための便宜上、頭部２に内蔵される主要な装置のみを簡易な形状で示しており、それらの装置を支持するためのフレームや装置に付属するハーネス等は省略してある。また、図３および図４において、頭部２内に冷却用空気が流れる様子を矢印によって模式的に示してある。
【００２０】
頭部２は、フルフェース型ヘルメット様の形態をなす外殻２０を有し、その外殻２０内には、発熱する装置として、減速機付き電動機などからなるアクチュエータ２１と、アクチュエータ２１の駆動用ドライバ２２と、ＣＣＤカメラ２３からの映像信号を入力して種々の画像処理等を行うカメラ画像入力ボード２４と、マイクロフォン２５からの音声信号を入力して種々の音声処理等を行う音声入力ボード２６と、外部の制御装置との間で所定の無線信号を送受信することでロボット１の動作を制御するための無線制御ボード２７とが主として内蔵されている。
【００２１】
外殻２０は、その下面に開口３１が設けられており、その開口３１に頭部２と胴体３とを連結するための首部６が遊嵌される。首部６は、頭部２を支持するための垂直軸４１とその軸４１を外囲する円筒形の外筒４２から主として構成され、軸４１の上端には、頭部２に内蔵される装置を支持するための支持台４３が設けられている。上記のような発熱する装置その他付属の電気・電子部品等は、支持台４３に直接取り付けられるか、あるいは支持台４３に連結された支持フレーム（図示せず）を介して支持台４３に取り付けられている。それら発熱する装置は、外殻２０を容易に着脱して取付・取外およびメンテナンスが可能なように、カメラ２３のレンズ部などの一部の部材を除けば、概ね頭部２の中心側に集められて配置されている。
【００２２】
頭部２の冷却構造は、冷却用空気（外部の空気）を頭部２内に導入するための吸気口４４と、導入された冷却用空気を頭部２の中心側へ導くように設けられた整流板４５，４６と、頭部２内の温度を検出する温度センサＳ１，Ｓ２と、頭部２内の空気を外へ排出するための排気口１１と、排気口１１から頭部２内の空気を強制的に排出させるための軸流ファン（排気ファン）４７とによって主として構成される。
【００２３】
吸気口４４は、外殻２０の開口３１の周縁部と首部６の外筒４２の外周面との間隙によって構成されている。吸気面積は、開口３１または外筒４２の大きさ（即ち、間隙）を変更することによって調節することができる。
【００２４】
整流板４５，４６は、水平方向に延在する略平板状をなし、頭部２内のアクチュエータ２１上方において左右に対をなすように配置されており、導入された冷却用空気の外殻２０付近の流れを遮断してその流れを中心側に導く機能を有する。図５に示すように、整流板４５，４６は、一方の側部４５ａ，４６ａが外殻２０に対してその内面に沿ってそれぞれ接続されている。また、整流板４５，４６の他方の側部４５ｂ，４６ｂは、ドライバ２２およびカメラ画像入力ボード２４の側面に密着されている。
【００２５】
このように、整流板４５，４６と発熱する装置（ここでは、ドライバ２２およびカメラ画像入力ボード２４）とを熱伝導が容易な態様で接触させることで、ドライバ２２およびカメラ画像入力ボード２４が発生する熱は、冷却用空気に直接放熱されるだけでなく、整流板４５，４６を介して冷却用空気に放熱される。即ち、整流板４５，４６をヒートシンクとして機能させることによって効率的な放熱が可能となる。この場合、整流板４５，４６は、熱伝導性に優れた材質（例えば、銅やアルミニウム等の金属）によって形成するとよい。また、整流板４５，４６を外殻２０に対してその内面に沿って接続することで、外殻２０を補強するためのリブとして機能させることができる。
【００２６】
また、本実施形態では、頭部２内の前方における外殻２０付近の冷却用空気の流れは、カメラ２３のレンズ部が挿入される孔を設けたフレーム５１によって阻害され、一方、頭部２内の後方における外殻２０付近の冷却用空気の流れはフレーム５２によって阻害される。従って、整流板４５，４６は頭部２内の左右にのみ設けられている。しかしながら、頭部２内の構成によっては、頭部２内の前方または後方に整流板４５，４６と同様の整流板を設けることができる。その場合、整流板を外殻２０の内面に沿った輪形として一体的に形成することも可能である。なお、整流板は、厳密な意味での「板」である必要はなく、例えば、ブロック状をなし、その一面が上記と同様の機能を有するような構成してもよい。
【００２７】
温度センサＳ１，Ｓ２は、頭部２内において温度の監視が必要な発熱する装置またはその周辺に設けられる。ここでは、温度センサＳ１は頭部２の略中心部に配置され、温度センサＳ２は無線制御ボード２７の上方に配置されている。なお、このような温度センサの数および設置位置については、ここで示したものに限らず、適宜変更が可能である。
【００２８】
軸流ファン４７は、排気口１１の内側に設けられ、外殻２０の内面に沿うようにして水平よりやや上向きに配置されている。この軸流ファン４７は、温度センサＳ１，Ｓ２の検出結果に基づき図示しない温度制御装置によって駆動制御される。温度制御装置は、例えば、温度センサＳ１，Ｓ２の検出値が所定の規定値を越えた場合にのみ軸流ファン４７を作動させて強制冷却を実施し、検出値が規定値以下の場合には、軸流ファン４７を停止させて自然対流による冷却を実施することができる。
【００２９】
上記のような頭部２の冷却構造において、軸流ファン４７が作動すると、頭部２内の暖まった空気が排気口１１から外部へ排出され、これにより、頭部２内が負圧となって吸気口４４から冷却用空気が吸い込まれる。吸い込まれた冷却用空気は、アクチュエータ２１の周囲を通過した後、整流板４５，４６により、駆動用ドライバ２２、カメラ画像入力ボード２４、音声入力ボード２６および無線制御ボード２７等が配置された頭部２の中心側へと導かれる。それら各装置、それらを支持するフレームおよびハーネス等の間には、冷却用空気の通路となり得る隙間が存在するので、冷却用空気はそれらの隙間を通って軸流ファン４７へと向かう。このとき、冷却用空気を用いた強制対流伝熱により、駆動用ドライバ２２、カメラ画像入力ボード２４、音声入力ボード２６および無線制御ボード２７ならびにそれらに付属する電気・電子部品等が冷却されることになる。なお、頭部２内において冷却用空気が比較的流れにくい部位（例えば、無線制御ボード２７の周囲やフレーム５１の上方等）には、空気の滞留を防止するための補助的なファンを設けることも可能である。これにより、頭部２内をより均一に冷却することができる。
【００３０】
一方、軸流ファン４７が停止している場合には、自然対流によって吸気口４４から排気口１１への冷却空気の流れが生じることになる。
【００３１】
図６は、本発明の第２実施形態に係る人間型ロボット頭部の断面図である。この図は、第１実施形態における図３に対応するものであり、頭部１０２は、整流板１４５，１４６の設置方法において第１実施形態の頭部２とは異なる。図６に示す頭部１０２において、図３に示した頭部２と同様の構成要素については同一の符号が付してあり、以下で特に言及しない事項については第１実施形態の場合と同様であるものとする。
【００３２】
整流板１４５，１４６は、図５に示した整流板４５，４６と同様に、一方の側部１４５ａ，１４６ａが外殻２０に対してその内面に沿ってそれぞれ接続されている。また、整流板１４５，１４６における頭部２の中心側に位置する側部１４５ｂ，１４６ｂは、側部１４５ａ，１４６ａよりも上方に位置しており、整流板１４５，１４６は、中心側を上方へ向けて傾斜するように設置されている。
【００３３】
このような整流板１４５，１４６の配置により、冷却用空気の流れに対する整流板１４５，１４６の抵抗が低減され、冷却用空気の流れをより容易とすることができる。この場合、整流板１４５，１４６の傾斜角度は、頭部２内の駆動用ドライバ２２、カメラ画像入力ボード２４、音声入力ボード２６および無線制御ボード２７等の配置に応じて適切に定めることができる。例えば、駆動用ドライバ２２、カメラ画像入力ボード２４、音声入力ボード２６および無線制御ボード２７等の中でより発熱量の大きな装置に対して冷却用空気を導くように整流板１４５，１４６の傾斜角度および設置位置を決定することができる。
【００３４】
本発明を特定の実施形態に基づいて詳細に説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。例えば、実施形態における整流板の形状や設置範囲については、頭部の外殻の形状や内蔵される装置等の配置に応じて種々の変更が可能である。また、本発明における「発熱する装置」は、実施形態において示したものに限定されるものではなく、動作時に発熱する任意の装置およびその付属物を含む概念である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る人間型ロボットの頭部は、発熱する装置が内蔵された頭部内を効果的に冷却することによって、当該装置およびその周囲の温度上昇を抑制することができるので、発熱する装置が内蔵された人間型ロボットの頭部として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る人間型ロボットの上半身を示す斜視図
【図２】人間型ロボットの頭部を後方から見た斜視図
【図３】外殻を取り除いた頭部の正面図
【図４】図３中のＩＶ矢視図
【図５】図３中のＶ矢視図
【図６】本発明の第２実施形態に係る人間型ロボット頭部の断面図
【符号の説明】
【００３７】
１  人間型ロボット
２，１０２  頭部
６  首部
１１  排気口
１２  ルーバ
２１  アクチュエータ
２２  駆動用ドライバ
２４  カメラ画像入力ボード
２６  音声入力ボード
２７  無線制御ボード
４４  吸気口
４５，４６，１４５，１４６  整流板
４７  軸流ファン（排気ファン）
Ｓ１，Ｓ２  温度センサ
【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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