(57)【要約】【課題】  関節を駆動するためのアクチュエーターの数を最小化できる構造のロボット用関節駆動装置及びこれを備えたロボットを提供する。【解決手段】  正・逆回転可能に設けられた駆動モーターと、前記駆動モーターと結合され、前記駆動モーターの回転によって相互対向する方向に直線運動する一対の移動部材と、両端が前記一対の移動部材にそれぞれ連結されたワイヤーと、前記ワイヤーに巻かれ、前記ワイヤーの運動によって駆動される関節部とを含む。【選択図】      図３
2009297889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正・逆回転可能に設けられた駆動モーターと、
前記駆動モーターと結合され、前記駆動モーターの回転によって相互対向する方向に直線運動する一対の移動部材と、
両端が前記一対の移動部材にそれぞれ連結されたワイヤーと、
前記ワイヤーに巻かれ、前記ワイヤーの運動によって駆動される関節部と、を含むことを特徴とするロボット用関節駆動装置。
【請求項２】
一対のボールスクリュー部をさらに含み、前記各移動部材は、前記一対のボールスクリュー部にそれぞれねじ結合されることを特徴とする請求項１に記載のロボット用関節駆動装置。
【請求項３】
前記移動部材の直線運動をガイドするガイドユニットをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のロボット用関節駆動装置。
【請求項４】
前記ガイドユニットは、前記ボールスクリュー部とギア結合されるサブボールスクリュー部を含み、前記移動部材は、前記サブボールスクリュー部とねじ結合されることを特徴とする請求項３に記載のロボット用関節駆動装置。
【請求項５】
前記ガイドユニットは、前記ボールスクリュー部と平行に配置されるガイドバーを含み、前記ガイドバーは、前記移動部材のスライディング運動をガイドすることを特徴とする請求項３に記載のロボット用関節駆動装置。
【請求項６】
前記一対のボールスクリュー部は、前記駆動モーターとギア結合され、前記駆動モーターの駆動によって回転することを特徴とする請求項１に記載のロボット用関節駆動装置。
【請求項７】
前記駆動モーターの駆動力を前記一対のボールスクリュー部に伝達するためのベルト部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のロボット用関節駆動装置。
【請求項８】
駆動モーター及び前記駆動モーターと連結されたギア部を備える駆動部と、
前記ギア部とギア結合される一対のボールスクリュー部と、
前記一対のボールスクリュー部にそれぞれ設けられ、前記駆動モーターの回転によって相互対向する方向に直線運動する一対の移動部材と、
両端が前記一対の移動部材とそれぞれ連結され、前記一対の移動部材の移動によって運動するワイヤーと、
前記ワイヤーの運動によって駆動される関節部と、を含むことを特徴とする関節駆動装置。
【請求項９】
前記ワイヤーは、所定の張力を維持し、前記関節部の外周部の一側を覆うことを特徴とする請求項８に記載のロボット用関節駆動装置。
【請求項１０】
前記移動部材の直線運動をガイドするガイドユニットをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のロボット用関節駆動装置。
【請求項１１】
前記ガイドユニットは、前記ボールスクリュー部とギア結合されるサブボールスクリュー部を含み、前記移動部材は、前記サブボールスクリュー部とねじ結合されることを特徴とする請求項１０に記載のロボット用関節駆動装置。
【請求項１２】
前記ガイドユニットは、前記ボールスクリュー部と平行に配置されるガイドバーを含み、前記ガイドバーは、前記移動部材のスライディング運動をガイドすることを特徴とする請求項１０に記載のロボット用関節駆動装置。
【請求項１３】
正・逆回転可能な駆動モーターと、
前記駆動モーターと結合され、前記駆動モーターの第１方向回転によって直線運動する第１移動部材を備える第１ボールスクリュー装置と、
前記駆動モーターと結合され、前記第１方向回転によって前記第１移動部材と反対方向に直線運動する第２移動部材を備える第２ボールスクリュー装置と、
前記第１及び第２移動部材と連結されるワイヤーと、
前記ワイヤーの運動によって回転可能に結合され、前記駆動モーターの駆動によって回転運動する関節部と、を含むことを特徴とするロボット用関節駆動装置。
【請求項１４】
少なくとも一つの関節部と、前記関節部の駆動のために設けられた少なくとも一つの関節駆動装置とを含むロボットにおいて、
前記少なくとも一つの関節駆動装置は、駆動モーターと、前記駆動モーターと結合され、前記駆動モーターの回転によって相互対向する方向に直線運動する一対の移動部材と、所定の張力を維持し、前記一対の移動部材と前記関節部を連結し、前記一対の移動部材の運動によって前記関節部を回転させるワイヤーと、を含むことを特徴とするロボット。
【請求項１５】
前記関節駆動装置は、一対のボールスクリュー部をさらに含み、前記各移動部材は、前記一対のボールスクリュー部にそれぞれねじ結合されることを特徴とする請求項１４に記載のロボット。
【請求項１６】
前記関節駆動装置は、前記移動部材の直線運動をガイドするガイドユニットをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載のロボット。
【請求項１７】
前記ガイドユニットは、前記ボールスクリュー部とギア結合されるサブボールスクリュー部を含み、前記移動部材は、前記サブボールスクリュー部とねじ結合されることを特徴とする請求項１６に記載のロボット。
【請求項１８】
前記ガイドユニットは、前記ボールスクリュー部と平行に配置されるガイドバーを含み、前記ガイドバーは、前記移動部材のスライディング運動をガイドすることを特徴とする請求項１６に記載のロボット。
【請求項１９】
前記一対のボールスクリュー部は、前記駆動モーターとギア結合され、前記駆動モーターの駆動によって回転することを特徴とする請求項１４に記載のロボット。
【請求項２０】
前記関節駆動装置は、前記駆動モーターの駆動力を前記一対のボールスクリュー部に伝達するためのベルト部をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載のロボット。
【請求項２１】
少なくとも一つの関節部と、前記関節部の駆動のために設けられた少なくとも一つの関節駆動装置とを含むロボットにおいて、
前記少なくとも一つの関節駆動装置は、正・逆回転可能な駆動モーターと、前記駆動モーターと結合され、前記駆動モーターの第１方向回転によって直線運動する第１移動部材を備える第１ボールスクリュー装置と、前記駆動モーターと結合され、前記第１方向回転によって前記第１移動部材と対向する方向に直線運動する第２移動部材を備える第２ボールスクリュー装置と、前記第１及び第２移動部材と連結されるワイヤーと、前記ワイヤーの運動によって回転可能に結合され、前記駆動モーターの駆動によって回転運動する関節部と、を含む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、ロボット用関節駆動装置及びこれを備えたロボットに関し、より詳細には、改善された関節駆動構造を備えたロボット用関節駆動装置及びこれを備えたロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭用、軍事用、産業用の目的で、２足歩行及び４足歩行などが可能な多様な形態のロボットが開発されている。
【０００３】
このようなロボットは、関節の運動を通して走り及び歩きなどの歩行動作だけでなく、多様な動作を具現するようになる。
【０００４】
関節を駆動する方式としては、モーター及びモーターに連結された減速器を用いて関節を駆動する方式と、ワイヤーを用いて関節を駆動する方式がある。
【０００５】
これらのうち、減速器を用いて関節を駆動する方式においては、駆動装置の配置が限定されており、駆動時に騷音が相対的に大きく発生し、構造が複雑であるという問題点がある。
【０００６】
上記のような減速器を用いて関節を駆動する方式の場合に発生する問題点をある程度解決できることから、最近、ワイヤーを用いて関節を駆動する方式が導入されている。
【０００７】
ワイヤーを用いて関節を駆動する方式の一例は、人間の筋肉と同じ構造のアクチュエーターを備えているが、モーターに連結されたプーリーにワイヤーを巻いて引っ張ることで、回転可能に設置された関節を回転させ、これと連結されたリンクを動作させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のようなワイヤーを用いる従来の関節駆動装置においては、人間の筋肉の動作と類似した形態で各関節を駆動させるために、各関節当たりに一対のアクチュエーターが必要である。また、所定の動作のために、一対のアクチュエーターを同期化して制御すべきであるという問題点がある。
【０００９】
また、一対のアクチュエーターと関節を連結するワイヤーの張力を一定に維持するためには、別途の制御装置を備えるべきであるという問題点がある。
【００１０】
本発明は、上記のような問題点を勘案してなされたもので、本発明の目的は、関節を駆動するためのアクチュエーターの数を最小化できる構造のロボット用関節駆動装置及びこれを備えたロボットを提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、ワイヤーを用いた関節駆動装置における制御を容易にできる構造のロボット用関節駆動装置及びこれを備えたロボットを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、ワイヤーの張力を一定に維持できる構造のロボット用関節駆動装置及びこれを備えたロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するための本発明に係る関節駆動装置は、正・逆回転可能に設けられた駆動モーターと、前記駆動モーターと結合され、前記駆動モーターの回転によって相互対向する方向に直線運動する一対の移動部材と、両端が前記一対の移動部材にそれぞれ連結されたワイヤーと、前記ワイヤーに巻かれ、前記ワイヤーの運動によって駆動される関節部とを含んで構成される。
【００１３】
また、一対のボールスクリュー部をさらに含み、前記各移動部材は、前記一対のボールスクリュー部にそれぞれねじ結合される。
【００１４】
また、前記移動部材の直線運動をガイドするガイドユニットをさらに含む。
【００１５】
また、前記ガイドユニットは、前記ボールスクリュー部とギア結合されるサブボールスクリュー部を含み、前記移動部材は、前記サブボールスクリュー部とねじ結合される。
【００１６】
また、前記ガイドユニットは、前記ボールスクリュー部と平行に配置されるガイドバーを含み、前記ガイドバーは、前記移動部材のスライディング運動をガイドすることができる。
【００１７】
また、前記一対のボールスクリュー部は、前記駆動モーターとギア結合され、前記駆動モーターの駆動によって回転する。
【００１８】
また、前記駆動モーターの駆動力を前記一対のボールスクリュー部に伝達するためのベルト部をさらに含む。
【００１９】
そして、他の側面による本発明に係るロボット用関節駆動装置は、駆動モーター及び前記駆動モーターと連結されたギア部を備える駆動部と、前記ギア部とギア結合される一対のボールスクリュー部と、前記一対のボールスクリュー部にそれぞれ設けられ、前記駆動モーターの回転によって相互対向する方向に直線運動する一対の移動部材と、両端が前記一対の移動部材とそれぞれ連結され、前記一対の移動部材の移動によって運動するワイヤーと、前記ワイヤーの運動によって駆動される関節部とを含んで構成される。
【００２０】
また、前記ワイヤーは、所定の張力を維持し、前記関節部の外周部の一側を覆う。また、前記移動部材の直線運動をガイドするガイドユニットをさらに含む。また、前記ガイドユニットは、前記ボールスクリュー部とギア結合されるサブボールスクリュー部を含み、前記移動部材は、前記サブボールスクリュー部とねじ結合される。
【００２１】
また、前記ガイドユニットは、前記ボールスクリュー部と平行に配置されるガイドバーを含み、前記ガイドバーは、前記移動部材のスライディング運動をガイドする。
【００２２】
そして、更に他の側面による本発明に係るロボット用関節駆動装置は、第１及び第２方向に正・逆回転可能な駆動モーターと、前記駆動モーターと結合され、前記第１方向回転によって直線運動する第１移動部材を備える第１ボールスクリュー装置と、前記駆動モーターと結合され、前記第１方向回転によって前記第１移動部材と反対方向に直線運動する第２移動部材を備える第２ボールスクリュー装置と、前記第１及び第２移動部材と連結されるワイヤーと、前記ワイヤーの運動によって回転可能に結合され、前記駆動モーターの駆動によって回転運動する関節部とを含んで構成される。
【００２３】
そして、本発明に係るロボットは、少なくとも一つの関節部と、前記関節部の駆動のために設けられた少なくとも一つの関節駆動装置とを含むロボットにおいて、前記少なくとも一つの関節駆動装置は、駆動モーターと、前記駆動モーターと結合され、前記駆動モーターの回転によって相互対向する方向に直線運動する一対の移動部材と、所定の張力を維持し、前記一対の移動部材と前記関節部を連結し、前記一対の移動部材の運動によって前記関節部を回転させるワイヤーとを含むことができる。
【００２４】
また、前記関節駆動装置は、一対のボールスクリュー部をさらに含み、前記各移動部材は、前記一対のボールスクリュー部にそれぞれねじ結合される。また、前記関節駆動装置は、前記移動部材の直線運動をガイドするガイドユニットをさらに含む。
【００２５】
また、前記ガイドユニットは、前記ボールスクリュー部とギア結合されるサブボールスクリュー部を含み、前記移動部材は、前記サブボールスクリュー部とねじ結合される。また、前記ガイドユニットは、前記ボールスクリュー部と平行に配置されるガイドバーを含み、前記ガイドバーは、前記移動部材のスライディング運動をガイドすることができる。
【００２６】
また、前記一対のボールスクリュー部は、前記駆動モーターとギア結合され、前記駆動モーターの駆動によって回転する。
【００２７】
また、前記関節駆動装置は、前記駆動モーターの駆動力を前記一対のボールスクリュー部に伝達するためのベルト部をさらに含むことができる。
【００２８】
そして、他の側面による本発明に係るロボットは、少なくとも一つの関節部と、前記関節部の駆動のために設けられた少なくとも一つの関節駆動装置とを含むロボットにおいて、前記少なくとも一つの関節駆動装置は、正・逆回転可能な駆動モーターと、前記駆動モーターと結合され、前記駆動モーターの第１方向回転によって直線運動する第１移動部材を備える第１ボールスクリュー装置と、前記駆動モーターと結合され、前記第１方向回転によって前記第１移動部材と対向する方向に直線運動する第２移動部材を備える第２ボールスクリュー装置と、前記第１及び第２移動部材と連結されるワイヤーと、前記ワイヤーの運動によって回転可能に結合され、前記駆動モーターの駆動によって回転運動する関節部とを含んで構成される。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係るロボット用関節駆動装置及びこれを備えたロボットは、正・逆回転可能に設けられた駆動モーターと、駆動モーターの回転によって相互対向する方向に直線運動する一対の移動部材と、一対の移動部材とそれぞれ連結されたワイヤーと、ワイヤーの運動によって駆動される関節部とを含むことで、単一のモーター及びワイヤーを用いて関節部を駆動できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例に係る人間型ロボットの外観を示した図である。
【図２】図１の人間型ロボットの構成を概略的に示した図である。
【図３】本発明の一実施例に係る膝関節駆動装置を示した斜視図である。
【図４】図３の膝関節駆動装置の動作を示した図である。
【図５】本発明の他の実施例に係る膝関節駆動装置を示した斜視図である。
【図６】本発明の一実施例に係る足首関節部の関節駆動装置を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の好適な実施例を添付された図面に基づいて詳細に説明する。
【００３２】
本発明は、多様な形態のロボットに適用可能であるが、以下では、人間型ロボットをその一例にして説明する。
【００３３】
図１は、本発明の一実施例に係る人間型ロボットの外観を示した図で、図２は、図１の人間型ロボットの構成を概略的に示した図である。図１及び図２に示すように、人間型ロボット（以下、簡単に‘ロボット'という。）１は、胴体１０と、胴体１０の上部両側に連結される腕２０Ｒ，２０Ｌと、胴体１０の上端部に連結される頭３０と、胴体１０の下部両側に連結される脚４０Ｒ，４０Ｌとを備えている。両腕２０Ｒ，２０Ｌは、肩関節アセンブリー２１０Ｒ，２１０Ｌを通して胴体１０に連結され、頭３０は、首５０を通して胴体１０に連結される。図中、参照符号"Ｒ"、"Ｌ"は、それぞれ右側と左側を表している。
【００３４】
胴体１０の内部はカバー１１によって保護される。胴体１０には、制御ユニット１２、バッテリー１３及び傾斜センサー１４（図２を参照）が設置される。傾斜センサー１４は、鉛直軸に対する胴体１０の傾斜角度及びその角速度などを検出する。
【００３５】
胴体１０は、胸部１０ａと腰部１０ｂに分割されており、胸部１０ａと腰部１０ｂとの間には、胸部１０ａを腰部１０ｂに対して相対回転させるための関節１５が設置される。図２には、胴体１０を胴体リンクとして簡略に示した。
【００３６】
両腕２０Ｒ，２０Ｌは、上腕リンク２１、下腕リンク２２及び手２３を備えている。上腕リンク２１は、肩関節アセンブリー２１０を通して胴体１０に連結される。上腕リンク２１と下腕リンク２２はヒジ関節部２２０を通して互いに連結され、下腕リンク２２と手２３は手首関節部２３０を通して互いに連結される。
【００３７】
ヒジ関節部２２０は、ピッチ方向の回転関節２２１及びヨー方向の回転関節２２２を含んで２自由度を有し、手首関節部２３０は、ピッチ方向の回転関節２３１及びロール方向の回転関節２３２を含んで２自由度を有する。
【００３８】
手２３には５個の指２３ａが設置される。各指２３ａには、モーターによって駆動される多数の関節（図示せず）が設置される。指２３ａは、腕２０の動きに連動して物を把持したり、特定の方向を示すなどの多様な動作を実行する。
【００３９】
肩関節アセンブリー２１０Ｒ，２１０Ｌは、胴体１０の両側に装着されて両腕２０Ｒ，２０Ｌを胴体１０に連結する。二つの肩関節アセンブリー２１０Ｒ，２１０Ｌは、ロボット１の胴体１０と腕２０Ｒ，２０Ｌとの間に配置されて腕２０Ｒ，２０Ｌを動かす。
【００４０】
頭３０には、ロボット１の視覚として機能するカメラ３１と、ロボット１の聴覚として機能するマイクロホン３２が設置される。頭３０は、首関節部３１０を通して胴体１０と連結される。首関節部３１０は、ヨー方向の回転関節３１１、ピッチ方向の回転関節３１２及びロール方向の回転関節３１３を含んで３自由度を有する。
【００４１】
首関節部３１０の各回転関節３１１，３１２，３１３には、頭回転用モーター（図示せず）がそれぞれ連結される。制御ユニット１２は、各モーターを制御して各回転関節３１１，３１２，３１３を適正な角度で駆動することで、頭３０を所望の方向に動かすことができる。
【００４２】
両脚４０Ｒ，４０Ｌは、大腿リンク４１、下腿リンク４２及び足４３をそれぞれ備えている。大腿リンク４１は、大腿関節部４１０を通して胴体１０に連結される。大腿リンク４１と下腿リンク４２は膝関節部４２０を通して互いに連結され、下腿リンク４２と足４３は足首関節部４３０を通して互いに連結される。
【００４３】
大腿関節部４１０は３自由度を有する。具体的に、大腿関節部４１０は、ヨー方向（Ｚ軸周囲の回転）の回転関節４１１と、ピッチ方向（Ｙ軸周囲の回転）の回転関節４１２と、ロール方向（Ｘ軸周囲の回転）の回転関節４１３を有する。
【００４４】
膝関節部４２０は、ピッチ方向の回転関節４２１を含んで１自由度を有する。足首関節部４３０は、ピッチ方向とロール方向の回転関節４３１，４３２を含んで２自由度を有する。
【００４５】
このように、各脚４０Ｒ，４０Ｌには、三つの関節部に対して６個の回転関節が設けられるので、脚全体に対しては１２個の回転関節が設けられる。図面に示していないが、各脚４０Ｒ，４０Ｌには、各回転関節を駆動するモーターが設置される。制御ユニット１２は、脚４０Ｒ，４０Ｌに設けられた各モーターを適切に制御することで、ロボット１の歩行を始めとする脚４０Ｒ，４０Ｌの多様な動作を具現することができる。
【００４６】
一方、両脚４０Ｒ，４０Ｌにおける足４３と足首関節部４３０との間には、多軸Ｆ／Ｔセンサー（Ｍｕｌｔｉ−Ａｘｉｓ  Ｆｏｒｃｅ  ａｎｄ  Ｔｏｒｑｕｅ  Ｓｅｎｓｏｒ）４４がそれぞれ設置される。多軸Ｆ／Ｔセンサー４４は、足４３から伝達される力の３方向成分（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）とモーメントの３方向成分（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）を測定することで、足４３の着地可否及び足４３に加えられる荷重を検出する。
【００４７】
このようなロボットには、各関節を駆動させるための関節駆動装置５００が設けられる。
【００４８】
関節駆動装置５００は、腕、脚、首などの多様な関節に適用可能であるが、以下では、脚の膝関節部及び足首関節部に適用される場合を一例にして説明する。
【００４９】
図３は、本発明の一実施例に係る膝関節駆動装置を示した斜視図で、図４は、図３の膝関節駆動装置の動作を示した図である。
【００５０】
関節駆動装置５００は、図３に示すように、正・逆回転可能に設けられた駆動モーター５１０と、駆動モーター５１０と結合され、駆動モーター５１０の回転によって直線運動する一対の移動部材５３０Ａ，５３０Ｂを備えるボールスクリュー装置５２０Ａ，５２０Ｂと、一対の移動部材５３０Ａ，５３０Ｂを連結するワイヤー５６０と、ワイヤー５６０の運動によって回転可能に結合され、駆動モーター５１０の駆動によって回転運動する膝関節部４２０とを含んで構成される。
【００５１】
駆動モーター５１０は、正・逆方向に回転可能に設けられ、駆動モーター５１０の回転軸にはモータープーリー５１１が設けられる。
【００５２】
ボールスクリュー装置５２０Ａ，５２０Ｂには、駆動モーター５１０の駆動力を受けるためのボールスクリュープーリー５２１と、ボールスクリュープーリー５２１と一体に形成され、伝達された駆動力でボールスクリュー装置５２０Ａ，５２０Ｂを駆動するための駆動ギア５２２が設けられる。モータープーリー５１１とボールスクリュープーリー５２１との間には、駆動モーター５１０の動力をボールスクリュー装置５２０Ａ，５２０Ｂに伝達するためのベルト部５２３が設けられる。
【００５３】
ボールスクリュー装置５２０Ａ，５２０Ｂは、駆動ギア５２２と噛み合わされ、駆動モーター５１０が正方向（第１方向）に回転する場合、Ａ方向に直線運動する第１移動部材５３０Ａを備える第１ボールスクリュー装置５２０Ａと、駆動ギア５２２と噛み合わされ、駆動モーター５１０が正方向（第１方向）に回転する場合、第１移動部材５３０Ａの運動方向と対向する方向（Ｂ方向）に直線運動する第２移動部材５３０Ｂを備える第２ボールスクリュー装置５２０Ｂとを含む。
【００５４】
第１ボールスクリュー装置５２０Ａは、駆動ギア５２２と噛み合わされる第１ギア部５４１Ａと、第１ギア部５４１Ａと一体に設けられ、外周にねじ部が形成された第１ボールスクリュー部５４２Ａと、第１ボールスクリュー部５４２Ａの回転によって第１ボールスクリュー部５４２Ａに沿って進退する第１移動部材５３０Ａとを含む。
【００５５】
第２ボールスクリュー装置５２０Ｂは、駆動ギア５２２と噛み合わされる第２ギア部５４１Ｂと、第２ギア部５４１Ｂと一体に設けられ、外周にねじ部が形成された第２ボールスクリュー部５４２Ｂと、第２ボールスクリュー部５４２Ｂの回転によって第２ボールスクリュー部５４２Ｂに沿って進退する第２移動部材５３０Ｂとを含む。
【００５６】
ボールスクリュー装置５２０Ａ，５２０Ｂは、第１及び第２ボールスクリュー部５４２Ａ，５４２Ｂが回転する場合、第１及び第２移動部材５３０Ａ，５３０Ｂがこれらと一緒に回転せずに進退運動のみをするように直線運動をガイドするガイドユニット５５０Ａ，５５０Ｂをさらに含む。
【００５７】
ガイドユニット５５０Ａ，５５０Ｂは、ボールスクリュー装置５２０Ａ，５２０Ｂと平行に配置される第１及び第２ガイドユニット５５０Ａ，５５０Ｂを含む。
【００５８】
第１ガイドユニット５５０Ａは、第１ギア部５４１Ａと噛み合わされる第１サブギア部５５１Ａと、第１サブギア部５５１Ａと一体に設けられ、外周にねじ部が形成された第１サブボールスクリュー部５５２Ａとを含む。
【００５９】
第２ガイドユニット５５０Ｂは、第２ギア部５４１Ｂと噛み合わされる第２サブギア部５５１Ｂと、第２サブギア部５５１Ｂと一体に設けられ、外周にねじ部が形成された第２サブボールスクリュー部５５２Ｂとを含む。
【００６０】
第１ボールスクリュー装置５２０Ａと第１ガイドユニット５５０Ａは一対をなしており、第２ボールスクリュー装置５２０Ｂと第２ガイドユニット５５０Ｂは他の一対をなしている。
【００６１】
第１及び第２移動部材５３０Ａ，５３０Ｂは、略直六面体形状に設けられるが、第１移動部材５３０Ａが第１ボールスクリュー装置５２０Ａの第１ボールスクリュー部５４２Ａと第１ガイドユニット５５０Ａの第１サブボールスクリュー部５５２Ａにねじ結合され、第２移動部材５３０Ｂが第２ボールスクリュー装置５２０Ｂの第２ボールスクリュー部５４２Ｂと第２ガイドユニット５５０Ｂの第２サブボールスクリュー部５５２Ｂにねじ結合されることで、駆動モーター５１０の駆動時、第１及び第２移動部材５３０Ａ，５３０Ｂの回転運動なしに進退運動のみが可能になる。
【００６２】
このとき、第１及び第２移動部材５３０Ａ，５３０Ｂは、相互対向する方向に直線的に進退運動するように設けられるが、このために、第１ボールスクリュー部５４２Ａは右ねじ部として形成され、第２ボールスクリュー部５４２Ｂは左ねじ部として形成される。また、第１ボールスクリュー部５４２Ａと一対をなす第１サブボールスクリュー部５５２Ａが左ねじ部として形成され、第２ボールスクリュー部５４２Ｂと一対をなす第２サブボールスクリュー部５５２Ｂが右ねじ部として形成されるので、第１及び第２移動部材５３０Ａ，５３０Ｂが相互対向する方向に円滑に運動できるようになる。
【００６３】
また、第１及び第２移動部材５３０Ａ，５３０Ｂがそれぞれ第１及び第２ボールスクリュー部５４２Ａ，５４２Ｂ及び第１及び第２サブボールスクリュー部５５２Ａ，５５２Ｂに二重でねじ結合されているので、駆動モーター５１０の駆動時、第１及び第２移動部材５３０Ａ，５３０Ｂがより安定的に運動できるようになる。
【００６４】
ワイヤー５６０は、スチール材質で設けられることが好ましく、その一端は第１移動部材５３０Ａに固定され、他端は第２移動部材５３０Ｂに固定される。
【００６５】
ワイヤー５６０は、駆動モーター５１０の駆動力によって膝関節部４２０を回転できるように所定程度の張力を維持して膝関節部４２０に結合されるが、ワイヤー５６０の中途が円盤状の膝関節部４２０の外周下側を覆うように構成される。
【００６６】
したがって、駆動モーター５１０が正方向に回転すると、図３及び図４に示すように、第１移動部材５３０Ａは、第１ボールスクリュー部５４２Ａ及び第１サブボールスクリュー部５５２Ａに沿ってＡ方向に移動し、これと同時に、第２移動部材５３０Ｂは、第２ボールスクリュー部５４２Ｂ及び第２サブボールスクリュー部５５２Ｂに沿ってＢ方向に移動する。第１及び第２移動部材５３０Ａ，５３０Ｂに固定されたワイヤーは、第１及び第２移動部材５３０Ａ，５３０Ｂの移動によって運動するようになり、膝関節部４２０が回転する。
【００６７】
また、駆動モーター５１０が逆方向に回転すると、第１及び第２移動部材５３０Ａ，５３０Ｂが駆動モーター５１０の正方向回転時の運動方向と反対方向に運動し、これと結合されたワイヤー５６０も反対方向に運動し、膝関節部４２０が反対方向に回転する。
【００６８】
上記のような構成を有する本発明の一実施例によると、単一の駆動モーターを用いてワイヤーと結合される関節部を安定的に回転できるようになる。
【００６９】
以下、本発明の他の実施例に係る関節駆動装置及びこれを備えるロボットに対して説明する。
【００７０】
図５は、本発明の他の実施例に係る膝関節駆動装置を示した斜視図である。
【００７１】
他の実施例に係る関節駆動装置５００'は、ガイドユニットにおいて差があるだけで、一実施例に係る膝関節駆動装置と実質的に同一に設けられる。
【００７２】
他の実施例に係る関節駆動装置のうち一実施例と同一の構成には同一の図面符号を付し、それに対する説明は省略する。
【００７３】
他の実施例に係る関節駆動装置５００'に含まれるガイドユニットは、図５に示すように、第１及び第２ボールスクリュー部５４２Ａ，５４２Ｂと平行に配置される第１及び第２ガイドバー５７０Ａ，５７０Ｂを含む。
【００７４】
第１及び第２ガイドバー５７０Ａ，５７０Ｂは同一に形成されるが、第１及び第２ガイドバー５７０Ａ，５７０Ｂは、第１及び第２ボールスクリュー部５４２Ａ，５４２Ｂと平行に配置され、第１及び第２移動部材５３０Ａ，５３０Ｂに動力を伝達しない状態で第１及び第２移動部材５３０Ａ，５３０Ｂの直線運動が可能になるように、回転を防止する機能をする。すなわち、第１及び第２ガイドバー５７０Ａ，５７０Ｂは、第１及び第２移動部材５３０Ａ，５３０Ｂのスライディング運動をガイドする。
【００７５】
したがって、駆動モーター５１０の駆動時、第１及び第２移動部材５３０Ａ，５３０Ｂの回転運動なしに進退運動のみが可能になる。
【００７６】
以下、本発明の一実施例に係る足首関節部の駆動のための関節駆動装置に対して説明する。
【００７７】
図６は、本発明の一実施例に係る足首関節部の関節駆動装置を示した斜視図である。足首関節部の駆動のための関節駆動装置５００''は、ピッチ方向の回転関節２３１を駆動するためのもので、駆動モーター５１０とボールスクリュー装置５２０Ａ，５２０Ｂの結合方式において、膝関節部の駆動のための関節駆動装置に差があるだけで、残りの構成は同一に設けられる。
【００７８】
足首関節部の駆動のための関節駆動装置のうち膝関節部の駆動のための関節駆動装置と同一の構成には同一の図面符号を付し、それに対する説明は省略する。
【００７９】
足首関節部３３１の駆動のための関節駆動装置５００'’に含まれる図６に示した駆動モーター５１０は、正・逆方向に回転可能に設けられ、駆動モーター５１０の回転軸には駆動ギア部５２４が直結される。
【００８０】
ボールスクリュー装置５２０Ａ，５２０Ｂは、別途のギア部の構成なしに第１及び第２ギア部５４１Ａ，５４１Ｂが駆動モーター５１０の駆動ギア部５２４と直接的にギア結合されることで、駆動モーター５１０の駆動力をボールスクリュー装置５２０Ａ，５２０Ｂに伝達し、膝関節部４２０の駆動のための関節駆動装置５００と同一の動作を行えるようにする。
【００８１】
以上では、足首関節部及び膝関節部のための関節駆動装置の構成を異ならせて説明しているが、関節駆動装置が収容される収容空間の形状及び大きさによって駆動モーターとボールスクリューとの間の結合関係が変わり得る。
【００８２】
すなわち、足首関節部のための関節駆動装置の構成が膝関節部の駆動のために使用され、膝関節部のための関節駆動装置の構成が足首関節部の駆動のために使用されることもできる。もちろん、本発明の実施例の関節駆動装置がその他の関節部の駆動のために使用されることも可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１      人間型ロボット
１０    胴体
１０ａ  胸部
１０ｂ  腰部
１１    カバー
１２    制御ユニット
１３    バッテリー
１４    傾斜センサー
１５    関節
２０Ｒ，２０Ｌ  腕
２１    上腕リンク
２２    下腕リンク
２３    手
２３ａ  指
３０    頭
３１    カメラ
３２    マイクロホン
４０Ｒ，４０Ｌ  脚
４１    大腿リンク
４２    下腿リンク
４３    足
４４    多軸Ｆ／Ｔセンサー
５０    首
２１０Ｒ、２１０Ｌ  肩関節アセンブリー
２２０  ヒジ関節部
２２１、２２２、２３１、２３２、３１１、３１２、３１３、４１１、４１２、４１３、４２１、４３１、４３２  回転関節
２３０  手首関節部
３１０  首関節部
４２０  膝関節部
４３０  足首関節部
４３１  ピッチ方向回転関節
５００、５００’、５００”  関節駆動装置
５１０  駆動モーター
５２０Ａ，５２０Ｂ  ボールスクリュー装置
５２１  ボールスクリュープーリー
５２２  駆動ギア
５２３  ベルト部
５２４  駆動ギア部
５３０Ａ，５３０Ｂ  移動部材
５４２Ａ，５４２Ｂ  ボールスクリュー部
５５０Ａ，５５０Ｂ  ガイドユニット
５５１Ａ，５５１Ｂ  サブギア部
５５２Ａ，５５２Ｂ  サブボールスクリュー部
５６０  ワイヤー
５７０Ａ，５７０Ｂ  ガイドバー
【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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