(57)【要約】【課題】ロボットが直立でのアイドリング状態において、駆動装置を作動させることなく、関節部を固定することができるロボットの関節ロック機構を提供する。【解決手段】ロボットの関節ロック機構は、関節部を挟んで上下のフレーム材２、３と、上下のフレーム材２、３を回転可能に連結する連結機構４と、上側又は下側の一方のフレーム材に設けられたモータ等の駆動装置５と、第１のアーム７と、第２のアーム８とが回転可能に連結されており、一方のアームの端部は駆動装置に連結され、他方のアームの端部は他方側のフレーム材に回転可能に連結されたリンク機構６と、を備えている。リンク機構６は、関節部を固定する際に過開き状態となり、第１又は第２の一方のアームに立設された位置決めブロック１０に他方側のアームが引っ掛かって、位置決めブロック１０がロボットの関節部より上方の構成部材の自重を支持する。【選択図】図１
2009190156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットの足関節などの自重が作用する関節部をロックする機構であって、
関節部を挟んで上下のフレーム材と、
上側のフレーム材と下側のフレーム材とを回転可能に連結する連結機構と、
上側又は下側の一方のフレーム材に設けられたモータ等の駆動装置と、
第１のアームと、第２のアームとが回転可能に連結されており、一方のアームの端部は前記駆動装置に連結され、他方のアームの端部は他方側のフレーム材に回転可能に連結されたリンク機構と、を備え、
前記リンク機構は、関節部を固定する際に過開き状態となり、第１又は第２の一方のアームに立設された位置決めブロックに他方側のアームが引っ掛かって、前記位置決めブロックがロボットの関節部より上方の構成部材の自重を支持するロボットの関節ロック機構。
【請求項２】
前記関節部が屈伸する際には、前記リンク機構は、前記第１のアームと前記第２のアームとで成す角度がπｒａｄ以下の角度で開閉し、
前記関節部を固定する際には、前記リンク機構は、前記第１のアームと前記第２のアームとで成す角度がπｒａｄより大きな角度で開き、過開き状態で前記位置決めブロックに前記他方側のアームが引っ掛かって、前記位置決めブロックがロボットの関節部より上方の構成部材の自重を支持することを特徴とする、請求項１に記載のロボットの関節ロック機構。
【請求項３】
前記第１のアームと前記第２のアームとの連結部近傍に前記位置決めブロックが立設され、
前記他方側のアームの端部は、回転時に前記位置決めブロックと干渉しないようにＲ加工が施されており、前記リンク機構の過開き状態を保持する際には、前記他方側のアームの側部が前記位置決めブロックに引っ掛かることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のロボットの関節ロック機構。
【請求項４】
前記関節部は膝関節であって、前記上側のフレーム材は大腿フレームであり、前記下側のフレーム材は下腿フレームであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のロボットの関節ロック機構。
【請求項５】
前記関節部は足首関節であって、前記上側のフレーム材は下腿フレームであり、前記下側のフレーム材は足フレームであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のロボットの関節ロック機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットの関節ロック機構に関し、特にロボットの足関節などの自重が作用する関節部をロックする機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットの足関節などにおいて、モータ等の駆動装置により膝、足首、股関節を屈曲させることが、従来から実施されている。しかし、ロボットが直立でのアイドリング状態でも膝、足首、股関節は駆動装置を作動し続けなければ、固定することができなかった。
【０００３】
そのため、ロボットの待機時間を含めた行動時間を延ばすためには、バッテリの容量を上げなければならないが、逆にバッテリの重量増による駆動装置の出力の増大による矛盾に悩まされている。
【０００４】
ところで、特許文献１には、搭乗型ロボットにおいて、人が搭乗できる位置付近まで座席を下降させた際に、下側のフレーム材に設けたストッパに上側のフレーム材を載置し、上側のフレーム材と下側のフレーム材との関節部を固定する技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、搬送ロボットにおいて、アーム姿勢維持手段によってアームの姿勢を維持する技術が開示されている。
【０００６】
さらに、特許文献３〜特許文献５には、カバー部材などを保持する保持装置において、カバー部材を開いた際に第１のアームと第２のアームとが過開き状態で固定され、第１のアームと第２のアームとでカバー部材を保持する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１５０５６８号公報
【特許文献２】特開２００６−２６８４８号公報
【特許文献３】実開昭５７−８０４４５号公報
【特許文献４】実公平５−３１１８３号公報
【特許文献５】特開平９−１２５７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、現状ではロボットが直立でのアイドリング状態において、駆動装置を作動させることなく、関節部を固定することができるロボットの関節ロック機構は見聞することができない。
【０００８】
本発明の目的は、ロボットが直立でのアイドリング状態において、駆動装置を作動させることなく、関節部を固定することができるロボットの関節ロック機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るロボットの関節ロック機構は、ロボットの足関節などの自重が作用する関節部をロックする機構であって、関節部を挟んで上下のフレーム材と、上側のフレーム材と下側のフレーム材とを回転可能に連結する連結機構と、上側又は下側の一方のフレーム材に設けられたモータ等の駆動装置と、第１のアームと、第２のアームとが回転可能に連結されており、一方のアームの端部は前記駆動装置に連結され、他方のアームの端部は他方側のフレーム材に回転可能に連結されたリンク機構と、を備え、前記リンク機構は、関節部を固定する際に過開き状態となり、第１又は第２の一方のアームに立設された位置決めブロックに他方側のアームが引っ掛かって、前記位置決めブロックがロボットの関節部より上方の構成部材の自重を支持する構成とされている。この構成により、ロボットが直立でのアイドリング状態において、駆動装置を作動させることなく、関節部を固定することができる。
【００１０】
上述の関節部が屈伸する際には、前記リンク機構は、前記第１のアームと前記第２のアームとで成す角度がπｒａｄ以下の角度で開閉し、前記関節部を固定する際には、前記リンク機構は、前記第１のアームと前記第２のアームとで成す角度がπｒａｄより大きな角度で開き、過開き状態で前記位置決めブロックに前記他方側のアームが引っ掛かって、前記位置決めブロックがロボットの関節部より上方の構成部材の自重を支持する構成とされている。
【００１１】
上述の第１のアームと第２のアームとの連結部近傍に前記位置決めブロックが立設され、前記他方側のアームの端部は、回転時に前記位置決めブロックと干渉しないようにＲ加工が施されており、前記リンク機構の過開き状態を保持する際には、前記他方側のアームの側部が前記位置決めブロックに引っ掛かる構成とされていることが好ましい。
【００１２】
上述の関節部は膝関節であって、前記上側のフレーム材は大腿フレームであり、前記下側のフレーム材は下腿フレームであることが好ましい。
【００１３】
または、上述の関節部は足首関節であって、前記上側のフレーム材は下腿フレームであり、前記下側のフレーム材は足フレームであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ロボットが直立でのアイドリング状態において、駆動装置を作動させることなく、関節部を固定することができるロボットの関節ロック機構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】
【００１５】
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１６】
＜実施形態１＞
本発明に係るロボットの関節ロック機構の実施形態１を、図１〜図４に基づいて説明する。このロボットの関節ロック機構（以下、単に関節ロック機構という場合がある。）は、ヒューマノイドロボットの足関節などの自重が作用する関節部をロックする機構として好適に実施される。
【００１７】
本実施形態の関節ロック機構は、図１に示すように、関節部である膝関節１を挟んで上側のフレーム材である大腿フレーム２及び下側のフレーム材である下腿フレーム３と、大腿フレーム２と下腿フレーム３とを回転可能に連結する連結機構４と、下腿フレーム３に設けられた駆動装置５と、リンク機構６とを備えている。
【００１８】
大腿フレーム２の下端部及び下腿フレーム３の上端部は、相互を屈曲させた際に干渉しないように、傾斜部が形成されている。
【００１９】
連結機構４は、ロボットの関節部に用いられる通例のヒンジ機構であり、大腿フレーム２と下腿フレーム３とを屈伸させることができるように、各々の傾斜部先端に配置されている。
【００２０】
駆動装置５は、サーボ等のモータである。この駆動装置５は、下腿フレーム３の上端部に、回転軸が側方に突出するように設けられている。
【００２１】
リンク機構６は、図２に示すように、平板部材から成る第１のアーム７の端部７ａと、同じく平板部材から成る第２のアーム８の端部８ａとが回転可能に連結されている。このリンク機構６は、膝関節１の側方に配置されており、第１のアーム７の端部７ｂは、大腿フレーム２の傾斜部後端に回転可能に連結され、第２のアーム８の端部８ｂは、駆動装置５の回転軸に連結されている。
【００２２】
特にリンク機構６は、第１のアーム７と第２のアーム８との回転軸９と第１のアーム７が大腿フレーム２に連結される点Ａとを結ぶ直線Ｌと、回転軸９と第２のアーム８が駆動装置５の回転軸に連結される点Ｂとを結ぶ直線Ｍとで成す角度、つまり第１のアーム７と第２のアーム８とで成す角度θが１８０°（πｒａｄ）を超えると前記第２のアーム８の回転が制限される構成とされている。具体的には、第１のアーム７における第２のアーム８との連結部近傍であって、第２のアーム８の回転領域とは逆の側面に、位置決めブロック１０が立設されており、リンク機構６は角度θが１８０°を超えて過開き状態となると、第２のアーム８の側部が位置決めブロック１０に引っ掛かる構成とされている。このとき、第２のアーム８の端部８ａは、回転時に位置決めブロック１０と干渉しないようにＲ加工が施されており、角を落とした形状とされていることが好ましい。ちなみに、本実施形態のリンク機構６は、位置決めブロック１０がロボットの後方側に配置されるように、大腿フレーム２及び駆動装置５に連結されている。
【００２３】
このような構成の関節ロック機構は、膝関節１を屈曲させる際には、図３に示すように、駆動装置５の回転軸を矢印方向Ｒに回転させて、第１のアーム７と第２のアーム８とで成す角度θが１８０°より小さく、且つ第１のアーム７と第２のアーム８との回転軸９が、第１のアーム７と大腿フレーム２との連結点Ａと、第２のアーム８と駆動装置５の回転軸との連結点Ｂとを結んだ直線Ｎより後方に配置されるように、第１のアーム７と第２のアーム８とを閉じる。
【００２４】
膝関節１を伸展させる際には、図４に示すように、駆動装置５の回転軸を矢印方向Ｓに回転させて、第１のアーム７と第２のアーム８とで成す角度θが１８０°より若干小さく、第１のアーム７と第２のアーム８との回転軸９が略直線Ｎ上に配置されるように、第１のアーム７と第２のアーム８とを開ける。
【００２５】
膝関節１を固定してロボットが直立でのアイドリング状態とする際には、図１に示すように、図４の状態から更に駆動装置５の回転軸を矢印方向Ｓに回転させて、リンク機構６を第１のアーム７と第２のアーム８とで成す角度θが１８０°より大きい過開き状態として、第２のアーム８を第１のアーム７の位置決めブロック１０に引っ掛けると、膝関節１を固定した状態でロボットの膝関節１より上方の構成部材の自重を位置決めブロック１０に支持させることができる。そのため、ロボットが直立でのアイドリング状態において、駆動装置５を作動させることなく、膝関節１を固定することができる。よって、駆動装置５を作動させるバッテリを小型化することができ、しいては駆動装置５も小型化することができる。
【００２６】
本実施形態の駆動装置５は下腿フレーム３に設けたが、大腿フレーム２に設けても良い。この場合、第１のアーム７の端部７ｂが駆動装置５の回転軸に連結され、第２のアーム８の端部８ｂが下腿フレーム３に回転可能に連結される。
【００２７】
＜実施形態２＞
上記実施形態１の関節ロック機構は、膝関節部分に採用したが、図５に示すように、足首部分に採用しても良い。
【００２８】
具体的には、下腿フレーム３が上側のフレーム材を成し、足フレーム１１が下側のフレーム材を成す。下腿フレーム３に駆動装置１５が設けられており、リンク機構１６の第１のアーム１７の端部１７ｂが駆動装置１５の回転軸に連結されている。第２のアーム１８の端部１８ｂは足フレーム１１の踵部分に回転可能に連結されている。リンク機構１６は、上記実施形態１のリンク機構６と略同様の構成とされているが、位置決めブロック２０が第２のアーム１８に設けられている。
【００２９】
このような構成の関節ロック機構も、足首を固定してロボットが直立でのアイドリング状態とする際には、リンク機構１６を第１のアーム１７と第２のアーム１８とで成す角度θが１８０°より大きい過開き状態として、第２のアーム１８を第１のアーム１７の位置決めブロック２０に引っ掛けると、足首を固定した状態でロボットの足首より上方の構成部材の自重を位置決めブロック２０に支持させることができる。そのため、直立でのアイドリング状態において、駆動装置１５を作動させることなく、足首を固定することができる。よって、駆動装置１５を作動させるバッテリを小型化することができ、しいては駆動装置１５も小型化することができる。
【００３０】
ちなみに、図５に示すように、本発明の関節ロック機構を膝関節部分と併用すると、より好ましい。
【００３１】
本実施形態の駆動装置１５は下腿フレーム３に設けたが、足フレーム１１に設けても良い。この場合、第１のアーム１７の端部１７ｂが下腿フレーム３に回転可能に連結され、第２のアーム１８の他端１８ｂが駆動装置１５の回転軸に連結される。
【００３２】
上記実施形態１、２のリンク機構６、１６は、位置決めブロック１０、２０をロボットの後方側に配置しているが、前方側に配置しても良い。この場合、リンク機構６、１６の開閉方向が逆になる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のロボットの関節ロック機構を膝関節に採用した形態を概略的に示した側面図である。
【図２】リンク機構を示した斜視図である。
【図３】膝関節を屈曲させた状態を概略的に示した側面図である。
【図４】膝関節を伸展させた状態を概略的に示した側面図である。
【図５】本発明のロボットの関節ロック機構を足首に採用した形態を概略的に示した側面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  膝関節
２  大腿フレーム
３  下腿フレーム
４  連結機構
５  駆動装置
６  リンク機構
７  第１のアーム
８  第２のアーム
１０  位置決めブロック
１１  足フレーム
１５  駆動装置
１６  リンク機構
１７  第１のアーム
１８  第２のアーム
２０  位置決めブロック
【図１】
2009190156.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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