(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの部材が回動軸により相対揺動可能に連結され、その回動軸に回転伝達用の歯車が取り付けられているロボットの関節部支持構造であって、
上記回動軸に相対摺動回転自在に外嵌合された筒体でなる軸受が、２つの上記部材のうちの一方側部材に具備されてその軸受の高さ寸法よりも長い深さ寸法を有する凹入部の内部に収容保持されていると共に、上記歯車に同心状に具備された環状凸部とその環状凸部の外側に位置する環状の当り面とのうちの上記環状凸部が上記軸受の収容箇所よりも外側で上記凹入部に摺動回転自在に嵌合されて、上記当り面がその凹入部の開口の周囲に具備された環状の受面に摺動回転自在に重ね合わされていることを特徴とするロボットの関節部支持構造。
【請求項２】
上記軸受が上記凹入部に圧入状態で収容保持され、かつ、その軸受の上記高さ寸法よりも、上記環状凸部の端面と上記凹入部の底面との対向間隔寸法が長くなっている請求項１に記載したロボットの関節部支持構造。
【請求項３】
上記軸受と、上記受面及び上記凹入部を有する上記一方側部材と、上記環状凸部及び上記当り面を有する上記歯車とのそれぞれが合成樹脂成形体でなる請求項１又は請求項２に記載したロボットの関節部支持構造。
【請求項４】
上記一方側部材が、互いに結合されて歯車箱を形成する第１及び第２のケースに分割された偏平な筐体でなり、上記軸受を収容保持している上記凹入部が第１及び第２の上記各ケースのそれぞれに具備され、それらの各凹入部に、上記歯車の軸方向両端のそれぞれに同心状に具備された上記環状凸部が摺動回転自在に各別に嵌合されていると共に、上記各凹入部の開口の周囲に具備された上記受面に、上記各環状凸部の外側に位置する上記当り面が摺動回転自在に各別に重ね合わされている請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載したロボットの関節部支持構造。
【請求項５】
第１及び第２のケースのうちの少なくとも一方側に具備されている上記凹入部が、その一方側のケースに設けられた筒部の内部空間によって形成され、上記歯車の軸方向片側面に、その筒部に外嵌合された環状リブが備わっている請求項４に記載したロボットの関節部支持構造。
【請求項６】
上記環状リブが上記筒部の外側に遊嵌合されている請求項５に記載したロボットの関節部支持構造。
【請求項７】
上記回動軸が、上記凹入部と同心状に２つの上記部材に具備された孔部に貫挿されたまっすぐな軸体でなる請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載したロボットの関節部支持構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットの関節部支持構造、たとえば動物ロボットの前後の脚などの関節部に採用されるロボットの関節部支持構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動物ロボットにおいて、たとえば前後の脚を動かせるためには、脚に設けた関節部に回動軸を配備し、その回動軸にモータの回転を伝達させるという手段を採用することができる。この場合、回動軸を軸受で支持する必要がある。そこで、従来は、軸受としてベアリングを採用していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、軸受にベアリングを採用して関節部を形成すると、ベアリングが高価であるためにコスト高になるという問題があるだけでなく、脚を形作る筐体へのベアリングの組込み精度や回動軸などの組込み精度にも高精度が要求されるほか、必要部品の成形や関節部の組立てにも熟練を要するという問題があった。
【０００４】
本発明は以上の問題に鑑みてなされたものであり、回動軸を支持する軸受に安価な筒体を用いることを基本として、軸受や回動軸の組込みにそれほど高い精度が要求されないロボットの関節部支持構造を提供することを目的とする。
【０００５】
また、本発明は、軸受の塵埃からの保護が図られ、併せて、回動軸に回転を伝達するための歯車の取付けやその歯車に対する回動軸の取付け、さらには関節部の組立てを容易に行うことのできるロボットの関節部支持構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るロボットの関節部支持構造は、２つの部材が回動軸により相対揺動可能に連結され、その回動軸に回転伝達用の歯車が取り付けられている。
【０００７】
そして、上記回動軸に相対摺動回転自在に外嵌合された筒体でなる軸受が、２つの上記部材のうちの一方側部材に具備されてその軸受の高さ寸法よりも長い深さ寸法を有する凹入部の内部に収容保持されていると共に、上記歯車に同心状に具備された環状凸部とその環状凸部の外側に位置する環状の当り面とのうちの上記環状凸部が上記軸受の収容箇所よりも外側で上記凹入部に摺動回転自在に嵌合されて、上記当り面がその凹入部の開口の周囲に具備された環状の受面に摺動回転自在に重ね合わされている。
【０００８】
この構成であれば、筒体でなる軸受が一方側部材の凹入部の内部に収容保持されることによって位置決めされ、そのように位置決めされた軸受によって回動軸が摺動回転自在に支えられる。したがって、軸受に高価なベアリングを用いる必要がなくなる。また、歯車の環状凸部が嵌合されることによって開口が塞がれた凹入部の内部に筒体でなる軸受が収容保持されているので、歯車の環状凸部が凹入部を密閉し、かつ、歯車の当り面が凹入部の開口の周囲の環状の受面に重なり合うことによって凹入部の内部への塵埃の侵入が防止される。そのため、回動軸と軸受との摺動箇所に塵埃が侵入して回動軸の回動動作の円滑性が損なわれるという事態が起こりにくい。
【０００９】
本発明では、上記軸受が上記凹入部に圧入状態で収容保持され、かつ、その軸受の上記高さ寸法よりも、上記環状凸部の端面と上記凹入部の底面との対向間隔寸法が長くなっていることが望ましい。これによれば、歯車の環状凸部の端面と軸受との間に隙間を形成して歯車の環状凸部が軸受と擦れ合わないようにすることが可能であり、そうしておくことによって、歯車の回転が回動軸に円滑に伝達されるようになる。また、軸受を収容保持している凹入部の開口が歯車の環状凸部によって塞がれているので、軸受が回動軸に対して軸方向に位置ずれするような事態が起こったとしても、その軸受が凹入部から離脱してしまうというトラブルは起こり得ず、たとえ軸受が回動軸に対して軸方向に位置ずれしても軸受としての機能が損なわれない。
【００１０】
本発明では、上記軸受と、上記受面及び上記凹入部を有する上記一方側部材と、上記環状凸部及び上記当り面を有する上記歯車とのそれぞれが合成樹脂成形体でなることが望ましい。このように軸受、一方側部材、歯車などを合成樹脂成形体で製作しておくと、それらの部品が安価になり、コストダウンを促進しやすい。
【００１１】
本発明では、上記一方側部材が、互いに結合されて歯車箱を形成する第１及び第２のケースに分割された偏平な筐体でなり、上記軸受を収容保持している上記凹入部が第１及び第２の上記各ケースのそれぞれに具備され、それらの各凹入部に、上記歯車の軸方向両端のそれぞれに同心状に具備された上記環状凸部が摺動回転自在に各別に嵌合されていると共に、上記各凹入部の開口の周囲に具備された上記受面に、上記各環状凸部の外側に位置する上記当り面が摺動回転自在に各別に重ね合わされているという構成を採用することが望ましい。
【００１２】
これによれば、たとえば歯車を配備した第１ケースに対して第２ケースを結合するという手順で偏平な筐体を組み立てることが可能になる。その場合、特に、第１ケースの凹入部に軸受を嵌め込んだ後、その凹入部に歯車の片側の環状凸部を嵌合して片側の当り面をその凹入部の開口の周囲の受面に重ね合わせると、歯車が第１ケースに対して位置決めされるので、その第１ケースに第２ケースを結合する組立て作業を容易に行うことができ、しかも、第１ケースに第２ケースを結合する組立て作業を行う際には、第２ケースの凹入部を歯車の他側の環状凸部に嵌合して他側の当り面にその凹入部の開口の周囲の受面を重ね合わせるということが行われるので、第１ケースに第２ケースを位置合わせする作業が容易になる。
【００１３】
本発明では、第１及び第２のケースのうちの少なくとも一方側に具備されている上記凹入部が、その一方側のケースに設けられた筒部の内部空間によって形成され、上記歯車の軸方向片側面に、その筒部に外嵌合された環状リブが備わっているという構成を採用することが望ましい。これによれば、一方側のケースに歯車を配備するときに、歯車の環状凸部と環状リブとによって形作られた環状の凹所に、凹入部を形成している筒部を嵌め込むという作業を通じて歯車を一方側のケースの適正位置に配備することができる。したがって、一方側のケースに対する歯車の配備を容易に行うことが可能になる。この作用は、上記環状リブが上記筒部の外側に遊嵌合されている、という構成を採用することによっていっそう顕著に発揮される。
【００１４】
本発明では、上記回動軸が、上記凹入部と同心状に２つの上記部材に具備された孔部に貫挿されたまっすぐな軸体でなることが望ましい。
【００１５】
これによれば、２つの部材の孔部に対して回動軸を貫挿することによって、それら２つの部材が連結されると共に、一方側部材に組み込まれている歯車や軸受に回動軸を挿通させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用した動物ロボットの概略部分側面図、図２は同ロボットのモジュール１０と前側の脚部１２０とを示した概略側面図、図３は図２のＩＩＩ矢視図である。
【００１７】
図１のように、本発明に係るロボットは、構体１００を有し、それは、胴体１１０に、図示省略した首部や頭部のほか、前後の脚部１２０，１３０が、前後に揺動することができるように取り付けられている。また、それらの脚部１２０，１３０には関節部１２１，１２２，１３１，１３２があり、これらの関節部１２１，１２２，１３１，１３２の作用で、動物の脚と同様の動きが行われるようになっている。なお、このロボットは内蔵した電池を動力源として動作する。
【００１８】
胴体１１０は複数のモジュールを組み合わせることによって形作られていて、図１にはそれらのモジュールの１つを符号１０で示してある。そして、図１又は図２のように、このモジュール１０に軸体２０を介して前側の脚部１２０の付け根側部分を形成している部材である筐体３０が取り付けられている。さらに、この筐体３０に関節部１２１を介して脚部１２０の他の部分を形成している他の部材であるアーム部材１２３が連結され、さらに、このアーム部材１２３に脚先部分を形成している先端部材１２４が関節部１２２を介して連結されている。後側の脚部１３０も前側の脚部１２０とほゞ同じ構成になっている。
【００１９】
上記筐体３０は歯車箱を形成していて、その筐体３０の内部に後述する歯車列が配備されている。また、この筐体３０の外側にカバー３０ａがねじ止めされていて、筐体３０とカバー３０ａとによって囲まれた内部空間に配線基板などの電気制御部品が配備されている。
【００２０】
さらに、図３に見られるように、筐体３０は、モジュール１０側の第１ケース４０と、その第１ケース４０に結合された第２ケース６０とに分割されていると共に、両ケース４０，６０を結合することによって偏平に形作られている。
【００２１】
図４は歯車箱としての筐体３０の内部に配備された歯車列を筐体３０の片側ケースを形成している第２ケース６０と共に示している。同図のように、この歯車列は、モータＭの出力歯車８１と、この出力歯車８１に噛み合わされた複数の中間歯車８２…と、これらの中間歯車８２…を介して上記出力歯車８１の回転が減速して伝達される最終歯車９０とを備えていて、最終歯車９０（以下単に「歯車９０」という）が図２などに示した関節部１２１に組み込まれている。
【００２２】
図５は歯車９０を片側から見た平面図、図６は歯車９０を他側から見た平面図、図７は図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。
【００２３】
この歯車９０は合成樹脂の一体成形体でなり、略半周部分に欠歯部９１を有していると共に、その欠歯部９１の外周部分と有歯部９２の外周部分とには、歯車９０の軸方向片側又は他側に突き出た環状リブ９３，９４がそれぞれ備わっている。また、歯車９０の中央部には、軸方向他側に突き出た筒状のボス部９５が一体に備わっている。なお、このボス部９５には、径小な円形の孔部９６ａと欠円部を有する径大な孔部９６ｂとが同心に備わっていると共に、このボス部９５の軸方向端面に、円形の環状凸部９７とその環状凸部９７の外側に位置する環状の当り面９８ａとが同心状に備わっている。これに対し、歯車９０の軸方向片側に、上記環状凸部９７と同心に位置する環状凸部９９が備わっている。なお、図示例において、上記環状凸部９９はその周方向等間隔おきの３箇所が一定幅に亘って欠除されている。
【００２４】
上記歯車９０が組み付けられる第１及び第２の各ケース４０，６０も合成樹脂で一体成形されていて、それらの各ケース４０，６０のそれぞれに、内向きに突設された円筒状の筒部４１，６１の内部空間によって形成されてなる凹入部が備わっている。そして、それらの各筒部４１，６１の内部に、筒体でなる軸受７１，７５が圧入状態で収容保持されていると共に、各ケース４０，６０には、筒部４１，６１と同心状に円形孔４２，６２が備わっている。上記各軸受７１，７５も合成樹脂成形体でなる。ここで、軸受７１を内部に収容保持している第１ケース４０の筒部４１の深さ寸法（筒部４１の高さ寸法）は、軸受７１の高さ寸法（軸長）よりも長くなっている。そのため、筒部４１は、その筒部４１の根元位置まで圧入されている軸受７１よりも突き出ている。これと同様に、軸受７５を内部に収容保持している第２ケース６０の筒部６１の深さ寸法（筒部６１の高さ寸法）は、軸受７５の高さ寸法（軸長）よりも長くなっている。そのため、筒部６１は、その筒部６１の根元位置まで圧入されている軸受７５よりも突き出ている。また、上記した筒部４１の深さ寸法は、軸受７１の高さ寸法と上記した歯車９０に設けられている環状凸部９７の高さ寸法とを合わせた寸法よりも少し長くなっている。同様に、上記した筒部６１の深さ寸法は、軸受７５の高さ寸法と上記した歯車９０に設けられている環状凸部９９の高さ寸法とを合わせた寸法よりも少し長くなっている。
【００２５】
図８は歯車９０の組付け箇所の構造を示した断面図、図９は関節部支持構造を示した断面図である。
【００２６】
図９において、５０は回動軸である。この回動軸５０は、第２ケース６０の筒部６１に収容保持されている軸受７５に摺動回転自在に嵌合可能な径大軸部５１と、歯車９０の欠円部を有する径大な孔部９６ｂに嵌合されてその歯車９０の相対回転を阻止する欠円軸部５２と、歯車の径小な孔部９６ａと第１ケース４０の筒部４１に収容保持されている軸受７１に嵌合可能な径小軸部５３とを同心状に有するまっすぐな軸体でなり、その径大軸部５１側の端部に係合片５４が固定され、径小軸部５３側の端部に係合溝５５が形成されている。
【００２７】
図２で説明したアーム部材１２３の基部には、図９に示されている二股状に分岐した取付片部１２５，１２６が連設されていて、一方側の取付片部１２５に、上記回動軸５０の径小軸部５３が挿通される孔部１２７が具備され、他方側の取付片部１２６に、上記回動軸５０の径大軸部５１が挿通される孔部１２８と上記回動軸５０の係合片５４を係合状態で収容する凹所１２９とが具備されている。また、二股状に分岐している取付片部１２５，１２６は、図９のように筐体３０の外側に相対回動自在に嵌め込まれる構成になっている。
【００２８】
次に、図２などで説明した関節部１２１を組み立てる手順の一例を図８及び図９を参照して説明する。
【００２９】
第１ケース４０が結合されていない第２ケース６０の筒部６１の内部に、その筒部６１の根元部分に達するまで軸受７５を圧入して収容保持させることにより、筒部６１を軸受７５の上方へ突出させておく。この状態で、歯車９０の環状凸部９９を、軸受７５の収容箇所よりも外側で筒部６１に嵌合することによって、当り面９８ｂを筒部６１の端面によって形成されている受面６３に重ね合わせる。この作業は、環状凸部９９を筒部６１に嵌合させるだけの作業であるため容易に行うことができ、しかも、筒部６１に環状凸部９９を嵌合させることによって、歯車９０が軸受７５に対して同心状に位置決めされる。この実施形態では、歯車９０に上記環状凸部９９に加えて径大な環状リブ９３を具備させてあり、その環状リブ９３が筒部６１に遊嵌合可能になっていて、環状凸部９９を筒部６１に嵌合させる際に環状リブ９３の内側に筒部６１を嵌め込むだけで、筒部６１に対し環状凸部９９がほゞ位置合わせされた状態になるので、そのようにすることによって、環状凸部９９を筒部６１に嵌合させる作業をきわめて容易に行うことができるようになるという利点がある。この利点は、図４に示したように、歯車９０が中間歯車８２の下側に配備されるために筒部６１が見えなくなるという状況の下で歯車９０の組込みを行う場合に特に有益である。
【００３０】
こうして歯車９０を第２ケース６０の内側に配備した後、第１ケース４０を第２ケース６０に重ね合わせる作業を行うけれども、その作業に先立って、第１ケース４０の筒部４１の内部に、その筒部４１の根元部分に達するまで軸受７１を圧入して収容保持させておくことにより、筒部４１を軸受７１よりも突出させておく。第１ケース４０を第２ケース６０に重ね合わせる作業では、第１ケース４０の筒部４１を、第２ケース６０の内側に上記のように配備されている歯車９０の環状凸部９７に筒部４１を外嵌合させて筒部４１の端面によって形成されている受面４３に当り面９８ａを重ね合わせる。このようにすると、歯車９０を介して第１ケース４０が第２ケース６０に対して位置合わせされるので、第１及び第２のケース４０，６０が確実に重ね合わされる。なお、第１及び第２のケース４０，６０はねじ止めなどの手段で結合されて筐体３０を形成する。
【００３１】
第１及び第２のケース４０，６０を結合することによって筐体３０を形成した後、図９のようにアーム部材１２３の二股状の取付片部１２５，１２６を筐体３０に嵌め込むと共に、それらの取付片部１２５，１２６の孔部１２７，１２８を、第１及び第２の各ケース４０，６０の円形孔４２，６２に合わせる。そして、回動軸５０を孔部１２８、円形孔６２、軸受７５、歯車９０の孔部９６ｂ及び孔部９６ａ、軸受７１、円形孔４２、孔部１２７の順に挿通させることによって、その回動軸５０の径小軸部５３を孔部９６ａ、軸受７１、円形孔４２、孔部１２７に挿通させ、欠円軸部５２を孔部９６ｂに嵌合させ、径大軸部５１を孔部１２８、円形孔６２、軸受７５に挿通させる。また、回動軸５０の係合片５４を取付片部１２６の凹所１２９に嵌め込むと共に、回動軸５０の係合溝５５に割りワッシャでなる止め具５７を嵌め込んで回動軸５０の抜け出しを阻止しておく。これにより、回動軸５０が２つの軸受７１，７５に摺動回転自在に支持され、歯車９０が回動軸５０に回転不能な状態に固定され、筐体３０とアーム部材１２３とが回動軸５０によって相対揺動可能に連結される。
【００３２】
図９に示した構造を備えた関節部１２１によると、歯車９０に伝達されたモータＭ（図４参照）の回転が回動軸５０と取付片部１２５，１２６とを介してアーム部材（図２参照）に伝達されるので、筐体３０とアーム部材１２３とが相対揺動する。そして、このような動作が行われる過程で、軸受７１や軸受７５が筒部４１や筒部６１の内部で軸線方向に位置ずれしたとしても、軸受７１については、その位置ずれの範囲が、筒部４１の底面（凹入部の底面）と環状凸部９７の端面との間の範囲に限られ、軸受７５については、その位置ずれの範囲が、筒部６１の底面（凹入部の底面）と環状凸部９９の端面との間の範囲に限られるため、それらの軸受７１，７５が筒部４１，６１から離脱してしまうというトラブルが起こり得ない。しかも、軸受７１，７５がたとえ位置ずれしたとしても、回動軸５０は軸受７１，７５によって摺動回転自在に支持されたままであるので、軸受７１，７５の位置ずれによって軸受７１，７５の機能が損なわれることはない。また、それぞれの軸受７１，７５は、環状凸部９７，９９によって開口が塞がれた筒部４１，６１の内部に収容保持されているため、軸受７１，７５と回動軸５０との摺動部分に塵埃が侵入して軸受７１，７５の機能が損なわれるという事態も起こりにくい。さらに、軸受７１，７５が筒部４１，６１の根元部分のところに圧入されている正常な状態では、軸受７１，７５と歯車９０の環状凸部９７，９９との間に隙間が形成されるため、両者が擦れ合って回動軸５０の円滑な回動が損なわれることはない。
【００３３】
この実施形態では、動物ロボットの関節部分に本発明を適用した事例を説明したけれども、本発明は、動物ロボット以外のロボット、たとえば人間を模したロボットや植物を模したロボットの関節部分にも適用することが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、回動軸を支持する軸受に安価な筒体を用いることができるのでコストダウンを図りやすくなる。また、軸受に筒体を用いたので、軸受や回動軸の組込みにそれほど高い精度が要求されなくなり、そのことが、製作コストの低減に役立つ。さらに、軸受の塵埃からの保護が図られ、併せて、回動軸に回転を伝達するための歯車の取付けやその歯車に対する回動軸の取付け、さらには関節部の組立てを容易に行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した動物ロボットの概略部分側面図である。
【図２】同ロボットのモジュールと脚部とを示した概略側面図である。
【図３】図２のＩＩＩ矢視図である。
【図４】歯車列を示した説明図である。
【図５】歯車を片側から見た平面図である。
【図６】歯車を他側から見た平面図である。
【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。
【図８】歯車の組付け箇所の構造を示した断面図である。
【図９】関節部支持構造を示した断面図である。
【符号の説明】
３０  筐体（一方側部材）
４０  第１ケース
４１，６１  筒部（凹入部）
４２，６２，１２７，１２８  孔部
４３，６３  受面
５０  回動軸
６０  第２ケース
７１，７５  軸受
９０  歯車
９３  環状リブ
９７，９９  環状凸部
９８ａ，９８ｂ  当り面
１２１  関節部
１２３  アーム部材
【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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【図９】
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