(57)【要約】【課題】アクチュエータの部品点数を削減すると共に、単一の駆動源によって複数のアクチュエータの駆動が可能なロボットハンド並びに歩行ロボットを構成することができるアクチュエータ及び、このアクチュエータを用いたロボットハンド並びに歩行ロボットを提供する。【解決手段】第１関節部材と、前記第１関節部材の軸方向の一端に取り付けられた第２関節部材とを備えるアクチュエータであって、前記第１関節部材は、前記第２関節部材に相対的に回転自在に組み付けられると共に、前記第２関節部材との接続面が回転軸に対して角度を有する斜面に形成され、前記第２関節部材を貫通すると共に、前記第１関節部材に駆動源からの回転力を付与する回転伝達部材を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１関節部材と、前記第１関節部材の軸方向の一端に取り付けられた第２関節部材とを備えるアクチュエータであって、
前記第１関節部材は、前記第２関節部材に相対的に回転自在に組み付けられると共に、前記第２関節部材との接続面が回転軸に対して角度を有する斜面に形成され、
前記第２関節部材を貫通すると共に、前記第１関節部材に駆動源からの回転力を付与する回転伝達部材を備えることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載のアクチュエータにおいて、
前記第２関節部材は、前記第１関節部材との接続面が、前記斜面に対応して傾斜することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のアクチュエータにおいて、
前記第１関節部材の他端には、先端部材が取り付けられ、
前記回転伝達部材は、前記先端部材に取り付けられることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のアクチュエータにおいて、
前記回転伝達部材は、自在継手であることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のアクチュエータを指部材として用いたロボットハンド。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項に記載のアクチュエータを脚部材として用いた歩行ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１自由度を有するアクチュエータ及びこのアクチュエータを用いたロボットハンド並びに歩行ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数の自由度を有するアクチュエータを実現するために、種々の構成のユニバーサルジョイントが知られており、これらのユニバーサルジョイントに対してモータ等の駆動源によって駆動力を入力することで、複数の自由度を有するアクチュエータを構成している。
【０００３】
このようなアクチュエータに用いられるユニバーサルジョイントは、下記特許文献１に示すように、ジョイント固定部と、該ジョイント固定部に対して、第１回転軸を中心に相対回転可能に連結された中間体と、該中間体に対して、前記第１回転軸と交叉する、第２回転軸を中心に相対回転可能に連結された出力体を備えている。
【０００４】
このように、中間体がジョイント固定部に対して相対回転し、出力体が中間体に対して相対回転することにより、２自由度のユニバーサルジョイントとすることができるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２１０７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のユニバーサルジョイントを用いたアクチュエータによると、各ユニバーサルジョイントに対して一つずつ駆動源が必要となり、ユニバーサルジョイントに駆動力を伝えるためのギヤやリンクを配置するために部品点数が多くなり、複雑な構造となってしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、アクチュエータの部品点数を削減すると共に、単一の駆動源によって複数のアクチュエータの駆動が可能なロボットハンド並びに歩行ロボットを構成することができるアクチュエータ及び、このアクチュエータを用いたロボットハンド並びに歩行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】
【０００８】
本発明に係るアクチュエータは、第１関節部材と、前記第１関節部材の軸方向の一端に取り付けられた第２関節部材とを備えるアクチュエータであって、前記第１関節部材は、前記第２関節部材に相対的に回転自在に組み付けられると共に、前記第２関節部材との接続面が回転軸に対して角度を有する斜面に形成され、前記第２関節部材を貫通すると共に、前記第１関節部材に駆動源からの回転力を付与する回転伝達部材を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１関節部材は、第２関節部材に相対的に回転自在に組み付けられると共に、第２関節部材との接続面が回転軸に対して角度を有する斜面に形成され、第２関節部材を貫通すると共に、第１関節部材に駆動源からの回転力を付与する回転伝達部材を備えるので、部品点数を少なくできると共に、複数のアクチュエータを単一の駆動源で駆動することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るアクチュエータを説明するための斜視図。
【図２】本発明の実施形態に係るアクチュエータの関節部分を示す分解斜視図。
【図３】本発明の実施形態に係るアクチュエータの関節部分の軸方向断面図。
【図４】本発明の実施形態に係るアクチュエータに用いられる回転伝達部材の斜視図。
【図５】本発明の実施形態に係るアクチュエータの動作を説明するための図。
【図６】本発明の実施形態に係るアクチュエータを組み込んだロボットハンドの斜視図。
【図７】本発明の実施形態に係るアクチュエータを組み込んだロボットハンドの動作を説明するための図。
【図８】本発明の実施形態に係るアクチュエータを組み込んだ歩行ロボットの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係るアクチュエータの実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態に係るアクチュエータを説明するための斜視図であり、図２は、本発明の実施形態に係るアクチュエータの関節部分を示す分解斜視図であり、図３は、本発明の実施形態に係るアクチュエータの関節部分の軸方向断面図であり、図４は、本発明の実施形態に係るアクチュエータに用いられる回転伝達部材の斜視図であり、図５は、本発明の実施形態に係るアクチュエータの動作を説明するための図であり、図６は、本発明の実施形態に係るアクチュエータを組み込んだロボットハンドの斜視図であり、図７は、本発明の実施形態に係るアクチュエータを組み込んだロボットハンドの動作を説明するための図であり、図８は、本発明の実施形態に係るアクチュエータを組み込んだ歩行ロボットの斜視図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態に係るアクチュエータ１０は、第１関節部材１１と、第１関節部材１１の軸方向一端に第１関節部材１１に対して相対的に回転自在に組み付けられた第２関節部材１２とを備えている。第１関節部材１１の他端には、先端部材１４が取り付けられている。また、第１関節部材１１及び第２関節部材１２は中空の円筒状に形成されており、内部を回転伝達部材１３が貫通している。なお、先端部材１４はどのような材質を用いても構わないが、例えば、ゴムやエラストマなどの弾性体が好適に用いられる。
【００１４】
回転伝達部材１３は、軸方向の一端が第１関節部材１１の他端に取り付けられた先端部材１４に接続されており、他端が第２関節部材１２から突出する入力軸１５に接続されている。
【００１５】
図２に示すように、第１関節部材１１と第２関節部材１２のそれぞれは、軸方向に貫通孔１６ａ,１６ｂがそれぞれ設けられた筒状に形成されている。また、第１関節部材１１の第２関節部材１２との接続面１１ａは、第２関節部材１２の貫通孔１６ｂと平行な回転軸Ｒに対して角度を有する斜面に形成されている。
【００１６】
また、第２関節部材１２の第１関節部材１１との接続面１２ａは、第１関節部材１１の接続面１１ａに対応する角度を有する斜面に形成されている。このように、接続面１１ａ，１２ａをそれぞれ斜面に形成することで、第１関節部材１１と第２関節部材１２とを図２に示すように直線状に配置することが可能となる。
【００１７】
さらに、第１関節部材１１の接続面１１ａ側の外周には、周方向に沿って溝１１ｂが形成されている。また、第２関節部材１２の接続面１２ａの内周には、溝１１ｂに係合可能な凸部１２ｂが内周縁に沿って中心軸Ｒに向かって突出するように形成されている。
【００１８】
図３に示すように、第１関節部材１１と第２関節部材１２とは、凸部１２ｂが溝１１ｂに係合するように組付けられると共に、溝１１ｂは、凸部１２ｂに対して周方向に摺動自在に組み付けられているので、第１関節部材１１は第２関節部材１２に対して周方向に回転自在に組付けらえている。
【００１９】
図４に示すように、回転伝達部材１３は、第１継手２１と第２継手２２の接合する角度が自由に変化する所謂自在継手が好適に用いられる。第１継手２１と第２継手２２とは、接続部材２３を介して接合されており、接続部材２３は、第１継手２１及び第２継手２２と互いに交差する交差軸２４を介して組み付けられている。このように構成されることで、回転伝達部材１３は、第１継手２１に入力された回転運動を様々な角度で第２継手２２へ伝達することができる。
【００２０】
このように構成されたアクチュエータ１０は、図５（ａ）に示すように、入力軸１５を回転させると、該回転運動が回転伝達部材１３を介して第１関節部材１１に伝達される。第１関節部材１１と第２関節部材１２とは相対的に回転可能に組み付けられているので、図５（ｂ）に示すように、第１関節部材１１が回転すると、第１関節部材１１は、第１関節部材１１の接続面１１ａ上で回転すると共に、第２関節部材１２に対して屈曲する。
【００２１】
このように、本実施形態に係るアクチュエータ１０は、入力軸１５に回転運動を入力するだけで、第１関節部材１１を第２関節部材１２に対して屈曲させることができるので、部品点数を少なくすると共に、入力軸１５に歯車やベルトなどを取り付ければ、単一の駆動源で複数のアクチュエータ１０を駆動させることができる。
【００２２】
このようなアクチュエータ１０の具体的な使用態様は、例えば、ロボットハンドの指部材として好適に用いることができる。
【００２３】
図６に示すように、本実施形態に係るアクチュエータ１０を用いたロボットハンド３０は、指部材としての複数のアクチュエータ１０が取り付けられた台座３３と、この台座３３を介してアクチュエータ１０の入力軸１５にそれぞれ取り付けられた歯車３１と、該歯車３１に歯合するモータ３２を備えている。モータ３２は、ロボットハンド３０に一つ取り付けられており、モータ台座３４に取り付けられている。
【００２４】
また、アクチュエータ１０は、それぞれ屈曲した際にそれぞれの先端が台座３３の中心軸を向くように配置され、屈曲した状態で各アクチュエータ１０の先端が近接するように配置されている。
【００２５】
ロボットハンド３０の動作を詳述すると、図７（ａ）に示すように、初期状態ではアクチュエータ１０は直線状態の姿勢で配置されている。この状態から、モータ３２を駆動させて各アクチュエータ１０の入力軸１５に回転力を付与すると、第１関節部材１１が第２関節部材１２に対して相対的に屈曲を始める。このとき、図７（ｂ）に示すように、各アクチュエータ１０の第１関節部材１１は、単一のモータ３２から歯車３１を介して回転力を付与されるので、同一の方向に回転する。
【００２６】
ここから、さらにモータ３２によって入力軸１５を回転させると、図７（ｃ）に示すように、各アクチュエータ１０の先端が近接するように第１関節部材１１が第２関節部材に対して屈曲することで対象物を把持することができる。
【００２７】
なお、図７（ｃ）に示す把持状態から図７（ａ）に示す初期状態に戻す際には、各アクチュエータ１０の入力軸１５を更に回転させて図７（ｄ）の状態を介して初期状態に戻しても構わないし、把持状態から入力軸１５を逆方向に回転させて図７（ｂ）の状態を介して初期状態に戻すことも可能である。このような回転方向の選択はロボットハンド３０を用いる状態に応じて適宜変更することが可能である。
【００２８】
このように、構成したロボットハンド３０は、単一のモータ３２で複数のアクチュエータ１０を駆動することができると共に、各アクチュエータ１０の入力軸１５に取り付けた歯車３１によってモータ３２からの回転力を伝達するので、ロボットハンド３０の構成部品を少なくすることができる。
【００２９】
また、歯車３１が台座３３を介してアクチュエータ１０の反対面に取り付けられているので、把持を行うアクチュエータ１０側のスペースを十分に確保することができる。このように、本実施形態に係るアクチュエータ１０を用いたロボットハンドによれば、複数の指による把持が可能となると共に、部品点数が少なく、小型化及び低コスト化を容易に図ることが可能となる。
【００３０】
さらに、本実施形態に係るアクチュエータ１０は、ロボットハンド３０のみならず、その他の構成部品として用いることができる。
【００３１】
例えば、図８に示すように、歩行ロボット４０の脚部材として用いることもできる。歩行ロボット４０は、進行方向に沿って延びる箱状の胴部材４１と、この胴部材４１の側面に配置された複数の脚部材としてのアクチュエータ１０と、胴部材４１の一端に取り付けられたモータ４２とを備えている。
【００３２】
各アクチュエータ１０は、入力軸１５に歯車（図示せず）が取り付けられており、該歯車は、モータ４２によって回転可能に取り付けられたねじ軸に噛み合っており、ウォームギヤを構成している。
【００３３】
また、アクチュエータ１０は、屈曲した状態で第１関節部材１１が下方を向くように配置されており、各アクチュエータ１０は胴部材４１の両側面に一対ずつ第１脚組１０ａ，第２脚組１０ｂ，第３脚組１０ｃ，第４脚組１０ｄ，第５脚組１０ｅ，第６脚組１０ｆ，第７脚組１０ｇを構成している。
【００３４】
第１脚組１０ａ〜第７脚組１０ｇは、それぞれを構成するアクチュエータが進行方向に対して同一の方向に回転する。即ち、胴部材４１の右側面から見た状態では、各脚組１０ａから１０ｇは反時計回りに回転し、左側面から見た状態では、時計回りに回転する。
【００３５】
さらに、各脚組１０ａから１０ｇの回転は、例えば第１脚組１０ａ，第４脚組１０ｄ及び第７脚組１０ｇの回転、第２脚組１０ｂ及び第５脚組１０ｅの回転並びに第３脚組１０ｃ及び第６脚組１０ｆの回転が同期するように配置されている。
【００３６】
このように、各脚組１０ａから１０ｇの回転を同期させることで、常にいずれかの脚組が接地している状態となり、胴部材４１の姿勢を保持したまま進行方向に沿って歩行することが可能となる。
【００３７】
なお、本発明は、上記実施形態に限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲において、種々の変更が可能である。例えば、本実施形態では、第２関節部材１２の第１関節部材１１との接続面１２ａは、第１関節部材１１の接続面１１ａに対応する角度を有する斜面に形成されている場合について説明を行ったが、第２関節部材１２の接続面１２ａは、第１関節部材１１の第２関節部材１２との接続面１１ａの斜面と対応しない角度を有する斜面に形成しても構わないし、貫通孔１６に対して直交するように形成しても構わない。この場合、第１関節部材１１と第２関節部材１２は、入力軸１５を回転させても直線状態にはならず、常に屈曲した状態で回転するように構成することが可能となる。
【００３８】
また、本実施形態では、回転伝達部材として自在継手を適用した場合について説明を行ったが、回転伝達部材は、屈曲した状態で回転力を伝達することができれば、如何なる構成を適用してもよく、例えばゴムなどの弾性材料からなる棒材やワイヤーなどを採用しても構わない。
【００３９】
また、本実施形態では、第１関節部材１１の端部に溝１１ｂを形成し、第２関節部材１２の端部に凸部１２ｂを形成した場合について説明を行ったが、溝を第２関節部材１２の内周面に形成し、凸部を第１関節部材１１の外周面に形成しても構わない。さらに、第２関節部材１２の第１関節部材１１との接続面１２ａに、第１関節部材１１を遊嵌可能なように第１関節部材１１の外周寸法よりも若干大きく形成した拡径部を中心軸Ｒに沿って形成し、該拡径部に第１関節部材１１を組み付けても構わない。この場合、第１関節部材１１は、拡径部に遊嵌することで周方向に移動可能且つ径方向に保持されると共に、回転伝達部材１３が先端部１４と組み付けられることで軸方向にも保持される。
【００４０】
また、本実施形態では、本実施形態に係るアクチュエータ１０をロボットハンド３０の指部材や歩行ロボット４０の脚部材として用いた場合について説明を行ったが、本実施形態に係るアクチュエータ１０は、このような用途に限られず、屈曲動作を実現する様々な構成部品として用いることが可能である。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００４１】
１０  アクチュエータ，    １１  第１関節部材，    １２  第２関節部材，    １３  回転伝達部材，    １４  先端部材，    ３０  ロボットハンド，    ４０  歩行ロボット。
【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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