(57)【要約】【課題】ロボットの首部関節機構において、ピッチ方向の回転自由度を大きくすることができ、且つ、掛かるコストを抑制することのできる首部関節機構及びそれを具備するロボットを提供する。【解決手段】首部ベース部材３と、前記首部ベース部材３の前端側に設けられピッチ方向に回転可能な第一の回転軸４と、前記第一の回転軸４に接続され該第一の回転軸４の回転によりピッチ方向に回動する第一の連結部材５と、前記第一の連結部材５の先端側に設けられた第二の回転軸Ｓ２と、前記第二の回転軸Ｓ２に後端側が回動自在に接続され上方にロボット頭部１１が設けられる第二の連結部材６と、前記第二の連結部材６の前端側と前記首部ベース部材３の後端側の夫々に回動自在に接続された第三の連結部材９とを備える。【選択図】図４
2007160482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴体に対し頭部を少なくともピッチ方向に回動可能なロボットの首部関節機構であって、
前記胴体上部に設けられた首部ベース部材と、前記首部ベース部材の前端側に設けられピッチ方向に回転可能な第一の回転軸と、前記第一の回転軸に接続され該第一の回転軸の回転によりピッチ方向に回動する第一の連結部材と、前記第一の連結部材の先端側に設けられた第二の回転軸と、前記第二の回転軸に後端側が回動自在に接続され上方にロボット頭部が設けられる第二の連結部材と、前記第二の連結部材の前端側と前記首部ベース部材の後端側の夫々に回動自在に接続された第三の連結部材とを備え、
前記第一の回転軸の回転によって前記第一の連結部材が回動することにより、前記第二の連結部材は、前記第一の回転軸周りに回動すると共に前記第二の回転軸周りに回動することを特徴とする首部関節機構。
【請求項２】
動力発生源となるモータを備え、前記第一の回転軸は、前記モータにより回転駆動されることを特徴とする請求項１に記載された首部関節機構。
【請求項３】
前記請求項１または請求項２に記載された首部関節機構を具備す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、ロボットの首部関節機構及びそれを具備するロボットに関し、特に、少なくともピッチ方向に頭部を回動することが可能な首部関節機構及びそれを具備するロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、産業用ロボットに限らず、民生用として様々な役目を担うロボットの研究開発が盛んに行われている。そのようなロボットの中でも、直立歩行が可能な人間型（ヒューマノイド）ロボットは、人間の代替行動をできるものとして期待されている。かかる人間型ロボットは、脚部、腕部、首部等に複数のリンク機構（関節）を有し、人間に近い動作を可能にしている。
【０００３】
ところで、この人間型ロボットは、移動の際に障害物を回避するため足元の状況を見て認識する必要がある。また、作業を行う際には、胴体直近（胸元）が見えないと、充分な作業範囲を確保することができない。しかしながら、従来の人間型ロボットの首関節は、３つのモータを３軸（ロール、ピッチ、ヨー）の各軸に対応させて頭部を上下左右に動かす単純な構成であり、頭部前方に取り付けられたカメラ（目）で自身の足元、胸元を見ることが困難であった。
【０００４】
このような問題を解決するため、特許文献１には、図７に示すように、ロボット２００の首部のピッチ軸を２つの関節構造とし、夫々の関節にモータを夫々設けるという構成が開示されている。即ち、２つのモータを用いて、首部の回動軸２０１、２０２を夫々回転駆動することにより、単に頷く動作だけでなく頭部を前方により突き出して、下方をある程度覗き込む動作も可能としている。
【特許文献１】特開２００３−２００３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示されるような構成では、首部だけでも２つのモータを使用するため、製造コストを要し、また、消費電力が大きくなるという課題があった。
また、足元や胴体直近の状況を認識するために、特許文献１に開示される構成の他、専用のカメラを設ける方法も考えられるが、その場合もカメラ設置のコストが余分に掛かるという課題があった。
【０００６】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、ロボットの首部関節機構において、ピッチ方向の回転自由度を大きくすることができ、且つ、掛かるコストを抑制することのできる首部関節機構及びそれを具備するロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記した課題を解決するために、本発明に係る首部関節機構は、胴体に対し頭部を少なくともピッチ方向に回動可能なロボットの首部関節機構であって、前記胴体上部に設けられた首部ベース部材と、前記首部ベース部材の前端側に設けられピッチ方向に回転可能な第一の回転軸と、前記第一の回転軸に接続され該第一の回転軸の回転によりピッチ方向に回動する第一の連結部材と、前記第一の連結部材の先端側に設けられた第二の回転軸と、前記第二の回転軸に後端側が回動自在に接続され上方にロボット頭部が設けられる第二の連結部材と、前記第二の連結部材の前端側と前記首部ベース部材の後端側の夫々に回動自在に接続された第三の連結部材とを備え、前記第一の回転軸の回転によって前記第一の連結部材が回動することにより、前記第二の連結部材は、前記第一の回転軸周りに回動すると共に前記第二の回転軸周りに回動することに特徴を有する。
また、動力発生源となるモータを備え、前記第一の回転軸は、前記モータにより回転駆動されることが望ましい。
また、前記した課題を解決するために係るロボットは、前記首部関節機構を具備することを特徴とする。
【０００８】
このように構成することにより、第一の回転軸の回転駆動のみでピッチ方向のダブルリンク機構が実現でき、第一の回転軸の回転角度が小さくても、ロボット頭部を大きく回動させることができる。また、下方を覗き込む動作が可能となり、従来のロボットでは困難であった、自身の胸元を見る動作を容易にすることができる。また、ロボット頭部と胴体外装との干渉が少なくなり、より外装の自由度を広げることができる。さらに、ピッチ方向の回動に関し、１つのモータで前記した動作が実現可能であるため、従来のように複数のモータや専用カメラを設ける必要がなく、コストを抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ロボットの首部関節機構において、ピッチ方向の回転自由度を大きくすることができ、且つ、掛かるコストを抑制することのできる首部関節機構及びそれを具備するロボットを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１は本発明に係る首部関節機構の全体を示す斜視図である。図２は、ロボット頭部が直立状態の図１の首部関節機構の正面図、図３は図２の側面図である。尚、図２、図３においては、首部関節機構１を胸部フレーム２上に取り付けた状態を示し、また、ロボット頭部の輪郭線の一例も合わせて示している。
【００１１】
図１に示すように、首部関節機構１は、胸部フレーム２（図２、図３参照）に固定されるためのアダプタ２ａを有し、このアダプタ２ａが胸部フレーム２に対しボルト固定される。アダプタ２ａの上部には首部ベース部材３が設けられ、アダプタ２ａの下部には動力発生源となるモータ（図示せず）の駆動によりヨー方向に回転可能なヨー駆動軸８が設けられている。そして、首部ベース部材３はヨー駆動軸８にアダプタ２ａを介し接続され、ヨー駆動軸８が回転駆動することによって、首部ベース部材３はアダプタ２ａに対しヨー方向に回動するようになされている。
【００１２】
また、首部ベース部材３内の前端側には、動力発生源となるモータ（図示せず）の駆動によりピッチ（前後）方向に回転可能なピッチ駆動軸（第一の回転軸）４が設けられている。図示するように前記ピッチ駆動軸４（の両端）には連結部材５（第一の連結部材）の後端側（下端）が接続され、ピッチ駆動軸４が回転すると同時に、連結部材５がピッチ方向に回動するようになされている。また、この連結部材５の先端側（上端）には、矩形の筒形状をなすロール軸保持部材６（第二の連結部材）の後端側が回動自在に接続されている。
【００１３】
また、前記ロール軸保持部材６の内部には、動力発生源となるモータ（図示せず）の駆動によりロール（左右）方向に回転可能になされたロール駆動軸７が設けられ、ロール軸保持部材６の上方には、ロール駆動軸７の回転によりロール方向に回動（傾動）すると共に、ロボットの視覚となるカメラ機構１０が設けられている。
また、前記首部ベース部材３とロール軸保持部材６とを連結する連結部材９（第三の連結部材）が設けられ、この連結部材９の両端は、首部ベース部材３の後端側とロール軸保持部材６の前端側に夫々回動自在に接続されている。
【００１４】
尚、図２、図３に示すように、ロボット頭部１１がカメラ機構１０を内設するよう設けられ、このロボット頭部１１（カメラ機構１０）は、ピッチ駆動軸４の回転駆動によりピッチ方向に傾動し、ロール駆動軸７の回転駆動によりロール方向に傾動し、ヨー駆動軸８の回転駆動によりヨー方向に回転するように構成されている。
【００１５】
続いて、このように構成された首部関節機構１のピッチ方向の回動機構についてさらに説明する。図４は、首部関節機構１のピッチ方向回動動作を説明するため、そのリンク機構を模式的に示した側面図であり、状態Ａが直立状態、二点鎖線で示す状態Ｂが最大傾斜状態である。また、図５に、ロボット頭部が最大傾斜状態の首部関節機構の正面図、図６に図５の側面図を示す。尚、図５、図６においては、ロボット頭部の輪郭線の一例も合わせて示している。
【００１６】
図４において、ピッチ駆動軸４が状態Ａから状態Ｂの方向に回転駆動すると、軸Ｓ１（第一の回転軸）周りに連結部材５が回動する。連結部材５が回動すると、その前端側に軸Ｓ２（第二の回転軸）を介して連結されたロール軸保持部材６も軸Ｓ１周りに回動する。
ロール軸保持部材６が回転移動すると、その先端側に形成された軸Ｓ３も軸Ｓ１周りに回転移動する。ここで、連結部材９により軸Ｓ３と連結された首部ベース部材３の軸Ｓ４が固定されているため、軸Ｓ３は同時に軸Ｓ２周りにも回転する。
即ち、ピッチ方向に関しては、ピッチ駆動軸４の回転駆動のみで、ロール軸保持部材６を軸Ｓ１周りに回動させると共に軸Ｓ２周りに回動させることができるダブルリンク機構となされている。
【００１７】
このダブルリンク機構により状態Ａから状態Ｂ（図５、図６の状態）となるまで首部が回動する場合、カメラ機構１０の回転角は角度Ｄ１となるが、実際にピッチ駆動軸４が回転する角度は、より小さな角度Ｄ２でよい。したがって、ロボット頭部１１を傾斜させて、カメラ機構１０により下方や胸元を見る場合、ピッチ駆動軸４による少しの回転駆動で実現することができる。
【００１８】
以上のように本発明の実施の形態によれば、ロボット頭部をピッチ方向に傾斜させる場合、ピッチ駆動軸４の回転角度が小さくても、ロボット頭部を大きく回動させることができる。即ち、従来の１つのモータによる回転よりもロボット頭部の回転自由度を大きくすることができる。また、ダブルリンク機構により、下方を覗き込む動作が可能となり、従来のロボットでは困難であった、自身の胸元を見る動作を容易にすることができる。また、ロボット頭部と胴体外装との干渉が少なくなり、より外装の自由度を広げることができる。さらに、ピッチ方向の回動に関し、１つのモータで前記した動作が実現可能であるため、従来のように複数のモータや専用カメラを設ける必要がなく、掛かるコストを抑制することができる。
【００１９】
尚、前記実施の形態においては、ピッチ駆動軸４等の駆動軸が、動力発生源となるモータの駆動により回転する構成を示したが、本発明に係る首部関節機構では、それら駆動軸の回転にモータを用いない（即ち、操作者の手動による軸回転等の）構成にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、例えば人間型ロボットのように頭部を胴部に対して回動可能とする首部関節機構及びそれを具備するロボットに関し、そのようなロボットの製造業界において利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明に係る首部関節機構の全体を示す斜視図である。
【図２】図２は、ロボット頭部が直立状態の図１の首部関節機構の正面図である。
【図３】図３は、図２の側面図である。
【図４】図４は、首部関節機構のピッチ方向回動動作を説明するため、そのリンク機構を模式的に示した側面図である。
【図５】図５は、ロボット頭部が最大傾斜状態の首部関節機構の正面図である。
【図６】図６は、図５の側面図である。
【図７】図７は、首部に２つのピッチ軸を有する従来のロボットを示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１        首部関節機構
２        胸部フレーム（胴体）
３        首部ベース部材
４        ピッチ駆動軸（第一の回転軸）
５        連結部材（第一の連結部材）
６        ロール軸保持部材（第二の連結部材）
７        ロール駆動軸
８        ヨー駆動軸
９        連結部材（第三の連結部材）
１０      カメラ機構
１１      ロボット頭部
Ｓ１      軸（第一の回転軸）
Ｓ２      軸（第二の回転軸）
Ｓ３      軸
Ｓ４      軸
【図１】
2007160482.tif 000003
【図２】
2007160482.tif 000004
【図３】
2007160482.tif 000005
【図４】
2007160482.tif 000006
【図５】
2007160482.tif 000007
【図６】
2007160482.tif 000008
【図７】
2007160482.tif 000009