(57)【要約】【課題】内骨格状のフレームを持つ歩行型内ロボットの関節を駆動するモータやその制御用の制御機器等の発熱体の冷却用の通気経路や吸排気口を常時安定して確保することにある。【解決手段】ロボットの機能に対応する形状のフレーム３を持つ内部構造物２と、前記内部構造物を覆って当該ロボットの外形を任意の形状にする柔らかい素材の外装１と、を具える歩行型ロボットにおいて、前記フレーム３内に前記内部構造物２のうちの発熱体としてのモータ４や制御機器５の冷却用の通気経路６を設けたことを特徴とする、歩行型ロボット用冷却構造である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットの機能に対応する形状のフレームを持つ内部構造物と、
前記内部構造物を覆って当該ロボットの外形を任意の形状にする柔らかい素材の外装と、
を具える歩行型ロボットにおいて、
前記フレーム内に前記内部構造物のうちの発熱体の冷却用通気経路を設けたことを特徴とする、歩行型ロボット用冷却構造。
【請求項２】
前記フレーム内の前記通気経路内に前記発熱体を配置したことを特徴とする、請求項１記載の歩行型ロボット用冷却構造。
【請求項３】
前記発熱体は当該ロボットの関節駆動用モータおよび当該ロボットの制御機器の少なくとも一方である、請求項２記載の歩行型ロボット用冷却構造。
【請求項４】
前記フレーム内の前記通気経路内に電動ファンを設けたことを特徴とする、請求項１から３までの何れか記載の歩行型ロボット用冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ロボットの機能に対応する形状のフレームを持つ内部構造物と、前記内部構造物を覆って当該ロボットの外形を任意の形状にする、手で押して変形する程度の柔らかい素材の外装と、を具える歩行型ロボット用の冷却構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の通常の歩行型のロボットは、駆動機構や制御回路等を内蔵する殻状のフレームを、硬質の素材で形成した薄肉の外装で覆ったり、その殻状のフレーム自体が外骨格状をなして外装を兼ねたりして、形状と剛性とを保っていた。
【０００３】
ところで、上記のように殻状のフレームに硬質のカバーを取り付けたりフレーム自体が外装を兼ねたりすると、外形の自由度が小さくなるため、ロボットの外形を生物に似せる等任意の形状にするのが困難であり、このため近年、ロボットに求められる外形に関わらずそのロボットの機能に対応して必要位置に駆動機構を配置する形状のいわゆる内骨格状のフレームを持つ内部構造物を、柔らかい素材でできた外装で覆って、外形を生物の外形等に似せた歩行型ロボットが製作されている。
【０００４】
かかる内骨格状のフレームを持つ歩行型ロボットとしては、例えば、図５（ａ）に外装１、図５（ｂ）に内部構造物２についてそれぞれ斜視図で示す、本願出願人が製作した恐竜型ロボットが知られており（非特許文献１参照）、図６は、その恐竜型ロボットの外装１の分解斜視図、図７は、その恐竜型ロボットの外装１および内部構造物２の縦断面図、そして図８は、その恐竜型ロボットの外装１および内部構造物２の横断面図である。
【０００５】
この恐竜型ロボットは、図５（ｂ）に示す如き、二足歩行型ロボットの機能に対応して必要位置に駆動機構を配置する形状のいわゆる内骨格状のフレームを持つ内部構造物２を、図５（ａ）に示す如き恐竜型の外装１で覆ったものであり、ここにおける外装１は、図６に示すように、頭部Ｈと左右胴体部Ｂと尾部Ｔとを図示しないジッパーで結合して内部構造物２を覆うように構成されたもので、当該外装１の外部形状を形成する柔らかい素材としての発泡ウレタンフォーム製の肉部の外表面上にシリコン製の外皮を設けて構成されている。
【０００６】
また、ここにおける内部構造物２は、図５（ｂ）および図７に示すように、フレーム３として、胸部フレーム３ａと、胴部フレーム３ｂと、首部フレーム３ｃと、頭部フレーム３ｄと、下顎フレーム３ｅと、左右前脚フレーム３ｆと、左右後脚フレーム上部３ｇと、左右後脚フレーム下部３ｈと、左右足首フレーム３ｉと、左右足フレーム３ｊと、尾フレーム基部３ｋと、尾フレーム中間部３ｌと、尾フレーム先端部３ｍとを有している。
【０００７】
内部構造物２はさらに、図７および図８に示すように、それらのフレーム３同士を繋ぐ関節をそれぞれベルト伝動等で駆動するモータ４として、胸部フレームヨー軸モータ４ａと、首部フレームヨー軸モータ４ｂと、首部フレームピッチ軸モータ４ｃと、頭部フレームピッチ軸モータ４ｄと、頭部フレームロール軸モータ４ｆと、下顎フレームピッチ軸モータ４ｅと、左右前脚フレームピッチ軸モータ４ｇと、左右後脚フレーム上部ヨー軸モータ４ｈと、左右後脚フレーム上部ロール軸モータ４ｉと、左右後脚フレーム上部ピッチ軸モータ４ｊと、左右後脚フレーム下部ピッチ軸（膝ピッチ軸）モータ４ｋと、左右足首フレームピッチ軸モータ４ｌと、左右足フレームピッチ軸モータ４ｍと、左右足フレームロール軸モータ４ｎと、尾フレーム基部ヨー軸モータ４ｏと、尾フレーム中間部ピッチ軸モータ４ｐと、尾フレーム先端部ヨー軸モータ４ｑとを有するとともに、それらのモータ４の作動を制御する中央制御ユニット（ＣＰＵ）やモータドライバ等の制御機器５を胴部フレーム３ｂ内に有している。なお、ヨー軸モータとは当該ロボットの上下方向に延在する回動軸線であるヨー軸周りに関節を駆動するモータ、ピッチ軸モータとは当該ロボットの左右方向に延在する回動軸線であるピッチ軸周りに関節を駆動するモータ、ロール軸モータとは当該ロボットの前後方向に延在する回動軸線であるロール軸周りに関節を駆動するモータである。
【非特許文献１】http://www.nedo.go.jp/expo2005/robot/dinosaur/
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述のように内骨格状のフレームを持つ歩行型ロボットは、上記モータ４や制御機器５等の発熱体を高密度に実装しており、それらの発熱体は歩行型ロボットの作動中多量の熱を発生するため、それらの発熱体からの充分な放熱が必要である。また、内骨格状のフレームを持つ歩行型ロボットは、外装１が生物等の外形を忠実に再現するとともにフレームの動きに追従するために肉部を発泡ウレタンフォームで形成されていることから、その肉部が保温材となって内部に熱が篭り易いため、冷却用通気経路の確保が一層必要になる。
【０００９】
しかしながら、上記内骨格状のフレームを持つ歩行型ロボットでは、モータ４の大部分はフレーム３の外部に取り付けられており、その一方、外装１は肉部を発泡ウレタンフォームで形成されていることからロボットの姿勢変化の影響を受けて変形するので、外装１と内部構造物２との隙間にモータ４や制御機器５等の発熱体の冷却用の通気経路を常時安定して確保するのが困難であり、ロボットの姿勢変化によっては通気経路やその吸排気口が狭まったり閉じたりして、モータ４や制御機器５等の発熱体の冷却がほとんどもしくは全くできなくなるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、この発明の歩行型ロボット用冷却構造は、ロボットの機能に対応する形状のフレームを持つ内部構造物と、前記内部構造物を覆って当該ロボットの外形を任意の形状にする柔らかい素材の外装と、を具える歩行型ロボットにおいて、前記フレーム内に前記内部構造物のうちの発熱体の冷却用通気経路を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
かかるこの発明の歩行型ロボット用冷却構造にあっては、ロボットの機能に対応する形状のフレーム内に内部構造物のうちの発熱体の冷却用通気経路を設けたから、内部構造物を覆って当該ロボットの外形を任意の形状にする柔らかい素材の外装が当該ロボットの姿勢変化によって変形しても、発熱体の冷却用通気経路が狭まったり閉じたりすることがない。
【００１２】
従ってこの発明の歩行型ロボット用冷却構造によれば、関節を駆動するモータやその制御用の制御機器等の発熱体の冷却用の通気経路や吸排気口を常時安定して確保し得て、それらの発熱体の冷却を確実に行うことができる。
【００１３】
なお、この発明の歩行型ロボット用冷却構造においては、前記フレーム内の前記通気経路内に前記発熱体を配置しても良く、このようにすれば、通気経路内を通流する冷却用空気で発熱体を直接冷却し得て、発熱体の冷却効率を高めることができる。
【００１４】
また、この発明の歩行型ロボット用冷却構造においては、前記発熱体は当該ロボットの関節駆動用モータおよび当該ロボットの制御機器の少なくとも一方であっても良く、このようにすれば、ロボットの作動中の発熱量が多い関節駆動用モータや制御機器を有効に冷却することができる。
【００１５】
さらに、この発明の歩行型ロボット用冷却構造においては、前記フレーム内の前記通気経路内に電動ファンを設けても良く、このようにすれば、通気経路内に冷却用空気を強制的に通流させ得て、発熱体の冷却効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１および図２は、この発明の歩行型ロボット用冷却構造を内骨格状のフレームを持つ歩行型ロボットの一例としての図５（ａ），（ｂ）に示す恐竜型ロボットに適用した第１実施例を示す縦断面図および横断面図であり、図中先の従来例と同様の部分はそれと同一の符号にて示す。
【００１７】
すなわち、この第１実施例の冷却構造を具える恐竜型ロボットは、図５〜図８に示す従来例と同様、二足歩行型ロボットの機能に対応して必要位置に駆動機構を配置する形状のいわゆる内骨格状のフレームを持つ内部構造物２を、図５（ａ）に示す如き恐竜型の外装１で覆ったものであり、ここにおける外装１も、図６に示すように、頭部Ｈと左右胴体部Ｂと尾部Ｔとを図示しないジッパーで結合して内部構造物２を覆うように構成されたもので、当該外装１の外部形状を形成する柔らかい素材としての発泡ウレタンフォーム製の肉部の外表面上にシリコン製の外皮を設けて構成されている。
【００１８】
また、ここにおける内部構造物２も、フレーム３として、胸部フレーム３ａと、胴部フレーム３ｂと、首部フレーム３ｃと、頭部フレーム３ｄと、下顎フレーム３ｅと、左右前脚フレーム３ｆと、左右後脚フレーム上部３ｇと、左右後脚フレーム下部３ｈと、左右足首フレーム３ｉと、左右足フレーム３ｊと、尾フレーム基部３ｋと、尾フレーム中間部３ｌと、尾フレーム先端部３ｍとを有している。
【００１９】
そして従来例と同様、内部構造物２はさらに、それらのフレーム３同士を繋ぐ関節をそれぞれベルト伝動等で駆動するモータ４として、胸部フレームヨー軸モータ４ａと、首部フレームヨー軸モータ４ｂと、首部フレームピッチ軸モータ４ｃと、頭部フレームピッチ軸モータ４ｄと、頭部フレームロール軸モータ４ｆと、下顎フレームピッチ軸モータ４ｅと、左右前脚フレームピッチ軸モータ４ｇと、左右後脚フレーム上部ヨー軸モータ４ｈと、左右後脚フレーム上部ロール軸モータ４ｉと、左右後脚フレーム上部ピッチ軸モータ４ｊと、左右後脚フレーム下部ピッチ軸（膝ピッチ軸）モータ４ｋと、左右足首フレームピッチ軸モータ４ｌと、左右足フレームピッチ軸モータ４ｍと、左右足フレームロール軸モータ４ｎと、尾フレーム基部ヨー軸モータ４ｏと、尾フレーム中間部ピッチ軸モータ４ｐと、尾フレーム先端部ヨー軸モータ４ｑとを有するとともに、それらのモータ４の作動を制御する中央制御ユニット（ＣＰＵ）やモータドライバ等の制御機器５を胴部フレーム３ｂ内に有している。
【００２０】
しかして、この第１実施例の冷却構造では、図１および図２に示すように、左右足首フレーム３ｉ内から左右後脚フレーム下部３ｈ内および左右後脚フレーム上部３ｇ内を通って胴部フレーム３ｂ内の上部に達し、その胴部フレーム３ｂ内の上部から胸部フレーム３ａ内の上部および首部フレーム３ｃの下側を通って頭部フレーム３ｄ内に至る冷却用空気の通気経路６が設けられており、この冷却用空気の通気経路６の、胴部フレーム３ｂ内の部分には、左右後脚フレーム上部ヨー軸モータ４ｈおよび左右後脚フレーム上部ロール軸モータ４ｉからの熱が排出されるとともに、制御機器５からの熱も排出され、この冷却用空気の通気経路６の、胸部フレーム３ａ内の部分には、胸部フレームヨー軸モータ４ａおよび首部フレームヨー軸モータ４ｂからの熱が排出され、この冷却用空気の通気経路６はさらに、尾部Ｔを含む後部内のモータ４ｏ，４ｐ，４ｑからの熱も排出するために胴部フレーム３ｂ内の後部にも延びるとともに、左右前脚フレームピッチ軸モータ４ｇからの熱も排出するために胸部フレーム３ａの下部へも延びている。そして、左右足フレーム３ｊと外装１の左右後脚の下端部との間には、目立たないようにその通気経路６への吸気口６ａが設けられ、また外装１の頭部Ｈの常時最小限所定程度開口している口には、その通気経路６からの排気口６ｂが設けられている。
【００２１】
さらに、従来は左右後脚フレーム上部ピッチ軸モータ４ｊと、左右後脚フレーム下部ピッチ軸（膝ピッチ軸）モータ４ｋと、左右足首フレームピッチ軸モータ４ｌと、左右足フレームピッチ軸モータ４ｍとが何れもフレーム３外に設けられていたのに対し、この第１実施例の冷却構造では、図１および図２に示すように、左右後脚フレーム上部ピッチ軸モータ４ｊと左右後脚フレーム下部ピッチ軸（膝ピッチ軸）モータ４ｋとが左右後脚フレーム上部３ｇ内の通気経路６内にそのモータ全体または一部分を配置され、左右足首フレームピッチ軸モータ４ｌが左右後脚フレーム下部３ｈ内の通気経路６内にそのモータ全体を配置され、左右足フレームピッチ軸モータ４ｍが左右足フレームロール軸モータ４ｎとともに左右足首フレーム３ｉ内の通気経路６内にそのモータ全体を配置されている。
【００２２】
そしてこの第１実施例の冷却構造では電動ファン７が、例えば、左右後脚フレーム上部３ｇ内の通気経路６内、左右後脚フレーム下部３ｈ内の通気経路６内、左右足首フレーム３ｉ内の通気経路６内、胴部フレーム３ｂ内の通気経路６内および胸部フレーム３ａ内の通気経路６内にそれぞれ配置されて、左右後脚内の左右後脚フレーム上部３ｇ、左右後脚フレーム下部３ｈおよび左右足首フレーム３ｉ内の通気経路６内の温まった空気の上昇作用と相俟って、通気経路６内で吸気口６ａから排気口６ｂへ向かう図中矢印で示す如き冷却用空気の気流を作り出している。
【００２３】
かかる第１実施例の冷却構造によれば、ロボットの機能に対応する形状のフレーム３内に内部構造物２のうちの発熱体としての複数のモータ４および制御機器５の冷却用通気経路６を設けたから、内部構造物２を覆って当該ロボットの外形を任意の形状にする柔らかい素材の外装１が当該ロボットの姿勢変化によって変形しても、それらのモータ４および制御機器５の冷却用通気経路６および吸排気口６ａ，６ｂが狭まったり閉じたりすることがない。
【００２４】
従ってこの第１実施例の歩行型ロボット用冷却構造によれば、モータ４や制御機器５の冷却用の通気経路６および吸排気口６ａ，６ｂを常時安定して確保し得て、それらモータ４や制御機器５の冷却を確実に行うことができる。
【００２５】
また、この第１実施例の歩行型ロボット用冷却構造によれば、フレーム３内の通気経路６内に多数のモータ４の各々の少なくとも一部分を配置しているので、通気経路６内を通流する冷却用空気で多数のモータ４を直接冷却し得て、モータ４の冷却効率を高めることができる。
【００２６】
さらに、この第１実施例の歩行型ロボット用冷却構造によれば、ロボットの作動中の発熱量が多い関節駆動用のモータ４をフレーム３内の通気経路６内に配置しているので、関節駆動用のモータ４を有効に冷却することができる。
【００２７】
さらに、この第１実施例の歩行型ロボット用冷却構造によれば、フレーム３内の通気経路６内に電動ファン７を適宜設けているので、通気経路６内に冷却用空気を強制的に通流させ得て、モータ４や制御機器５の冷却効率を高めることができる。
【００２８】
図３は、この発明の歩行型ロボット用冷却構造を先の実施例と同様の内骨格状のフレームを持つ恐竜型ロボットに適用した第２実施例を示す横断面図であり、この第２実施例の冷却構造では、左右後脚内の左右後脚フレーム上部３ｇ、左右後脚フレーム下部３ｈおよび左右足首フレーム３ｉ内の通気経路６の排気口６ｂが、外装１の左右後脚上部の外向きのシワ状部分に硬質材料でスリット状に形成されていて、その左右後脚内の通気経路６が、胴体部、尾部および頭部内の通気経路６から独立しており、胴体部、尾部および頭部内の通気経路６の吸気口６ａは図示しないが尾部の下部に別途設けられている点のみ、先の第１実施例と異なっており、他の点では先の第１実施例と同様に構成されている。
【００２９】
図４は、この発明の歩行型ロボット用冷却構造を先の実施例と同様の内骨格状のフレームを持つ恐竜型ロボットに適用した第３実施例を示す横断面図であり、この第３実施例の冷却構造では、左右後脚内の左右後脚フレーム上部３ｇ、左右後脚フレーム下部３ｈおよび左右足首フレーム３ｉ内の通気経路６の排気口６ｂが、外装１の左右後脚上部の、胴体に向いた内向きの部分に硬質材料で形成されていて、その左右後脚内の通気経路６が、胴体部、尾部および頭部内の通気経路６から独立しており、胴体部、尾部および頭部内の通気経路６の吸気口６ａは図示しないが尾部の下部に別途設けられている点のみ、先の第１実施例と異なっており、他の点では先の第１実施例と同様に構成されている。
【００３０】
これら第２実施例および第３実施例の冷却構造によっても先の第１実施例と同様の作用効果を奏することができ、しかもこれら第２実施例および第３実施例の冷却構造によれば、左右後脚内の通気経路６内の空気の熱が胴体内に入り込まないので、胴体内の制御機器５等の冷却効率をより高めることができる。
【００３１】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、胴部フレーム３ｂ内の通気経路６を上下に拡張してその内部に制御機器５を配置しても良い。また、電動ファン７を省略して、温まった空気の上昇作用のみで冷却用空気を通気経路６内で通流させても良い。さらに、発熱体は関節駆動用モータ４やその制御用の制御機器５だけでなく他の内部構造物でも良い。そしてこの発明の冷却構造を適用する歩行型ロボットは、恐竜型に限られず人型あるいは動物型等でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
かくしてこの発明の歩行型ロボット用冷却構造によれば、関節を駆動するモータやその制御用の制御機器等の発熱体の冷却用の通気経路や吸排気口を常時安定して確保し得て、それらの発熱体の冷却を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の歩行型ロボット用冷却構造を内骨格状のフレームを持つ歩行型ロボットの一例としての図５（ａ），（ｂ）に示す恐竜型ロボットに適用した第１実施例を示す縦断面図である。
【図２】上記第１実施例の冷却構造を示す横断面図である。
【図３】この発明の歩行型ロボット用冷却構造を上記恐竜型ロボットに適用した第２実施例を示す横断面図である。
【図４】この発明の歩行型ロボット用冷却構造を上記恐竜型ロボットに適用した第３実施例を示す横断面図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、内骨格状のフレームを持つ歩行型ロボットの一例としての恐竜型ロボットの従来の外装および内部構造物をそれぞれ示す斜視図である。
【図６】上記恐竜型ロボットの外装を示す分解斜視図である。
【図７】上記恐竜型ロボットの外装および内部構造物を示す縦断面図である。
【図８】上記恐竜型ロボットの外装および内部構造物を示す横断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  外装
２  内部構造物
３  フレーム
３ａ  胸部フレーム
３ｂ  胴部フレーム
３ｃ  首部フレーム
３ｄ  頭部フレーム
３ｅ  下顎フレーム
３ｆ  左右前脚フレーム
３ｇ  左右後脚フレーム上部
３ｈ  左右後脚フレーム下部
３ｉ  左右足首フレーム
３ｊ  左右足フレーム
３ｋ  尾フレーム基部
３ｌ  尾フレーム中間部
３ｍ  尾フレーム先端部
４  モータ
４ａ  胸部フレームヨー軸モータ
４ｂ  首部フレームヨー軸モータ
４ｃ  首部フレームピッチ軸モータ
４ｄ  頭部フレームピッチ軸モータ
４ｅ  下顎フレームピッチ軸モータ
４ｆ  頭部フレームロール軸モータ
４ｇ  左右前脚フレームピッチ軸モータ
４ｈ  左右後脚フレーム上部ヨー軸モータ
４ｉ  左右後脚フレーム上部ロール軸モータ
４ｊ  左右後脚フレーム上部ピッチ軸モータ
４ｋ  左右後脚フレーム下部ピッチ軸（膝ピッチ軸）モータ
４ｌ  左右足首フレームピッチ軸モータ
４ｍ  左右足フレームピッチ軸モータ
４ｎ  左右足フレームロール軸モータ
４ｏ  尾フレーム基部ヨー軸モータ
４ｐ  尾フレーム中間部ピッチ軸モータ
４ｑ  尾フレーム先端部ヨー軸モータ
５  制御機器
６  通気経路
６ａ  吸気口
６ｂ  排気口
７  電動ファン
Ｈ  頭部
Ｂ  胴体部
Ｔ  尾部
【図１】
2007253301.tif 000003
【図２】
2007253301.tif 000004
【図３】
2007253301.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007253301.tif 000007
【図６】
2007253301.tif 000008
【図７】
2007253301.tif 000009
【図８】
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