JP2005161413A - 人型ロボットの胴体用フレーム構造 - Google Patents

Abstract

【課題】胴体外殻内に電装機器の充分な搭載スペースを確保するとともに電装機器の良好な搭載性および脱着性を確保し、その搭載性および脱着性を損なうことなくフレームを軽量にしつつその剛性を確保し、そして少ない部品点数で製作工数が嵩むことなくフレームを製作し得るようにすることにある。
【解決手段】人型ロボットの胴体の少なくとも上半部のフレームを構成するフレーム構造において、前部中央開口部５ａと、後部から左右側部に渡る後部左右開口部５ｂ，５ｃとを有し、上方から見て略Ｔ字状をなしている胴体外殻５と、前記胴体外殻の前部中央開口部を横切って延在し、両端部をその前部中央開口部の両脇の、前記胴体外殻の前部に取り外し可能に結合されてその前部を補強する前部補強部材６と、前記胴体外殻の左右側部から後部にかけてそれぞれ延在し、各々一端部を前記側部に取り外し可能に結合されるとともに他端部を前記後部に取り外し可能に結合されてその後部を補強する二つの後部補強部材７と、を具えることを特徴とする、人型ロボットの胴体用フレーム構造である。
【選択図】図１

Description

この発明は、人型ロボットの胴体の少なくとも上半部のフレームを構成するフレーム構造に関するものである。

人型ロボットにおける胴体のフレームには、脚や腕からの力を受け止めるための剛性と、多くの電装品を格納するためのスペースと、それらの電装品を容易に脱着できる機能とが求められる。

かかる胴体のフレームを全て鋳造等による外殻構造とする場合、軽量にするとともに剛性を確保するためには、なるべく多くの面（好ましくは六面体の五面）を閉じる必要がある。また、胴体のフレームを内骨格構造とする場合、胴体中央部に剛性を確保するための骨（構造部材）を配置する必要がある。そして、胴体のフレームを板金構造とする場合、部品点数が多くなるとともに構造部材の複雑な組上げが必要になる。

しかしながら、外殻構造とする場合に多くの面を閉じてしまうと、電装機器の搭載性（搭載作業のし易さ）および脱着性が悪くなるという問題があった。また内骨格構造とすると、構造部材が電装機器の搭載スペースに入り込み、空間の利用が非効率的になるという問題があった。そして板金構造の場合は、製作工数が嵩むという問題があった。

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、この発明の人型ロボットの胴体用フレーム構造は、人型ロボットの胴体の少なくとも上半部のフレームを構成するフレーム構造において、前部中央開口部と、後部から左右側部に渡る後部左右開口部とを有し、上方から見て略Ｔ字状をなしている胴体外殻と、前記胴体外殻の前部中央開口部を横切って延在し、両端部をその前部中央開口部の両脇の、前記胴体外殻の前部に取り外し可能に結合されてその前部を補強する前部補強部材と、前記胴体外殻の左右側部から後部にかけてそれぞれ延在し、各々一端部を前記側部に取り外し可能に結合されるとともに他端部を前記後部に取り外し可能に結合されてその後部を補強する二つの後部補強部材と、を具えることを特徴とするものである。

かかるこの発明の人型ロボットの胴体用フレーム構造によれば、胴体外殻が、前部中央開口部と後部から左右側部に渡る後部左右開口部とを有しているので、胴体外殻内に電装機器の充分な搭載スペースを確保し得るとともに、電装機器の良好な搭載性（搭載作業のし易さ）および脱着性を確保することができる。しかも、取り外し可能な前部補強部材と二つの後部補強部材とで胴体外殻の開口部付近を補強しているので、搭載性および脱着性を損なうことなくフレームを軽量にしつつその剛性を確保することができる。そして主として胴体外殻と前部補強部材と二つの後部補強部材とで胴体用フレームを構成しているので、少ない部品点数で製作工数が嵩むことなくフレームを製作することができる。

なお、この発明の人型ロボットの胴体用フレーム構造においては、前記前部補強部材が、冷却ファンを取り付けられたものであっても良く、このようにすれば、胴体外殻の前部中央開口部からその冷却ファンによって胴体外殻内に冷却風を取り入れることができるので、胴体外殻内に電装機器を搭載した場合にその冷却を充分に行うことができる。

また、この発明の人型ロボットの胴体用フレーム構造においては、前記二つの後部補強部材が各々、略Ｌ字状をなしていてロールバーを兼ねるパイプフレームであっても良く、このようにすれば、当該人型ロボットの転倒時や、その人型ロボットに何かが衝突したような場合に、胴体外殻に搭載した電装機器等を有効に保護することができる。

以下に、この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は、この発明の人型ロボットの胴体用フレーム構造の一実施例の外観を示す分解斜視図、図２（ａ），（ｂ）は、その人型ロボットの全体を示す正面図および側面図、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、上記実施例のフレーム構造の胴体外殻を示す正面図、上記人型ロボットの左手側から見た側面図および上記人型ロボットの右手側から見た側面図、そして図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、上記実施例のフレーム構造の胴体外殻を示す平面図、下面図および図３（ｂ）の矢印Ａ方向から見た矢視図である。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、上記人型ロボットは胴体１の下に二本の脚２を具え、それらの脚２で既知の方法により倒立振り子的に動的バランスをとりながら歩行するものである。この人型ロボットはまた、胴体１のロボット自身から見て左右に腕３を具えるとともに、胴体１上に頭４を具えている。

ここにおける胴体１は、腰の部分で互いに前後および左右回動可能に連結された上半部１ａと下半部１ｂとからなり、この実施例の胴体用フレーム構造は、その胴体上半部１ａに適用されたもので、図１に示すように、胴体外殻５と、前部補強部材としてのタワーバー６と、後部補強部材としての二本のパイプフレーム７とを具えてなり、前後二分割式の胴体上半部カバー８の内側に配置されている。

この実施例のフレーム構造における胴体外殻５は、アルミニウム合金の鋳造で形成されており、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）および図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、前部の大部分を占める前部中央開口部５ａと、後部から左右側部に渡る上方から見てＬ字状の後部左右開口部５ｂ，５ｃとを有し、上方から見て略Ｔ字状をなしている。

また、この実施例のフレーム構造におけるタワーバー６は、図５の斜視図に示すように、アルミニウム合金の厚板から切削加工されたもので、両端部にボルト孔６ａを有するとともに、中間部に後方へ送気する向きの二台の冷却ファン９とそれらに挟まれた斜め下方へ送気する向きの一台の冷却ファン９とを装着され、後述する図１５に示すように、胴体外殻５の前部中央開口部５ａを横切って左右方向に延在し、両端部をその前部中央開口部５ａの両脇の、胴体外殻５の前部にボルト１０で取り外し可能に固定されて、その胴体外殻５の前部を補強している。

そして、この実施例のフレーム構造における二本のパイプフレーム７は各々、略Ｌ字状に曲げられていて、その前方端部には、図３（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿う図６の断面図に示すように、直角に曲がった向きに固定パイプ７ａが固着されており、その固定パイプ７ａは、図３（ｂ），（ｃ）に示すように胴体外殻５の左右側部に形成された筒状の凹部５ｄ内に嵌め合わされて、胴体外殻５の内側からその胴体外殻５に挿通されたボルト１０で胴体外殻５の左右側部に取り外し可能に固定されている。

また、この実施例のフレーム構造における二本のパイプフレーム７は各々、その後方端部を、図４（ａ）に示すように胴体外殻５の後部へ向けられており、それらのパイプフレーム７の後方端部は各々、図３（ｂ）の矢印Ｃ方向から見た図７の矢視図に示すように、クランプ１１を介して胴体外殻５の後部下端部に結合されている。

図８（ａ），（ｂ）は、左側のパイプフレーム７用の上記クランプ１１を示す一部切欠き側面図および斜視図、図９（ａ），（ｂ）は、右側のパイプフレーム７用の上記クランプ１１を示す一部切欠き側面図および斜視図であり、図８に示すように、左側のパイプフレーム７用のクランプ１１は、パイプフレーム７を挿入されるとともに図７の上部に示すボルト１０の締め付けで弾性的に縮径されるクランプ孔１１ａと、図３（ｂ），（ｃ）に示すように胴体外殻５の後部下端部に形成された装着孔５ｅに嵌挿される筒状部１１ｂとを有しており、一方図９に示すように、右側のパイプフレーム７用のクランプ１１は、パイプフレーム７を挿入されるとともに図７の下部に示すボルト１０の締め付けで弾性的に縮径されるクランプ孔１１ａと、左側のパイプフレーム７用のクランプ１１の上記筒状部１１ｂの孔内に嵌挿される筒状部１１ｃとを有している。

そしてここでは、左側のパイプフレーム７用のクランプ１１の筒状部１１ｂが、胴体外殻５の後部下端部に形成された装着孔５ｅに左側から嵌挿され、次いで右側のクランプ１１の筒状部１１ｃが、上記装着孔５ｅの右側から、その装着孔５ｅ内の上記筒状部１１ｂの孔内に嵌挿され、その後に図７の中央部に示すように、胴体外殻５の後部下端部のボルト孔から筒状部１１ｂのボルト孔内にボルト１０が挿通されて筒状部１１ｃのボルト孔内の雌ねじに螺合され、そのボルト１０によって両クランプ１１が胴体外殻５の後部下端部に取り外し可能に固定され、最後にそれらのクランプ１１のクランプ孔１１ａ内に左右のパイプフレーム７が挿入されて、図７の上下部に示すボルト１０の締め付けにより左右のパイプフレーム７が左右のクランプ１１ひいては胴体外殻５の後部下端部に取り外し可能に固定される。

図１０，図１１および図１２は、上記のようにして構成されたこの実施例の胴体用フレーム構造を胴体下半部１ｂ用のフレーム１２とともに示す正面図、ロボットの左側から見た側面図、およびロボットの右側から見た側面図、図１３は、この実施例の胴体用フレーム構造を胴体下半部１ｂ用のフレーム１２とともに示す斜視図、図１４は、この実施例の胴体用フレーム構造への各種電装機器の配置を示す分解斜視図、図１５は、この実施例の胴体用フレーム構造と胴体上半部カバー８との関係を示す透視図である。

図１４に示すように、この実施例の胴体用フレーム構造の胴体外殻５のタワーバー６の上側にはスピーカーパネル１３が装着され、また胴体外殻５内には、多数のモータドライバ基板１４が収納され、胴体外殻５の後部の横には無線ＬＡＮユニット１５が装着され、胴体外殻５の後部内には姿勢センサユニット１６が収納され、胴体外殻５の前部と後部の間には後部ドライバ基板１７が搭載され、さらに胴体外殻５の後部の両横には駆動部制御系および動作演算系のコンピュータユニット１８が装着される。

これらの図に示すように、この実施例の人型ロボットの胴体用フレーム構造によれば、胴体外殻５が、前部中央開口部５ａと後部から左右側部に渡る後部左右開口部５ｂ，５ｃとを有しているので、胴体外殻５内に電装機器１３〜１８の充分な搭載スペースを確保し得るとともに、電装機器１３〜１８の良好な搭載性（搭載作業のし易さ）および脱着性を確保することができる。しかも、取り外し可能なタワーバー６と二本のパイプフレーム７とで胴体外殻５の各開口部付近を補強しているので、搭載性および脱着性を損なうことなくフレームを軽量にしつつその剛性を確保することができる。そして主として胴体外殻５とタワーバー６と二本のパイプフレーム７とで胴体用フレームを構成しているので、少ない部品点数で製作工数が嵩むことなくフレームを製作することができる。

さらに、この実施例の人型ロボットの胴体用フレーム構造によれば、タワーバー６に図５に示すように冷却ファン９が取り付けられていることから、胴体外殻５の前部中央開口部５ａからその冷却ファン９によって胴体外殻５内に冷却風を取り入れることができるので、胴体外殻５内後端部に搭載された後方へ送気する向きの二台の冷却ファン９の排気作用と相俟って胴体外殻５内に搭載した電装機器１３等の冷却を充分に行うことができる。

また、この実施例の人型ロボットの胴体用フレーム構造によれば、二本のパイプフレーム７が各々、略Ｌ字状をなしていてロールバーを兼ねるので、当該人型ロボットの転倒時や、その人型ロボットに何かが衝突したような場合に、胴体外殻５に搭載した電装機器１３〜１８等を有効に保護することができる。

以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上記例に限定されるものでなく、例えば、この発明のフレーム構造は、人型ロボットの胴体全体用のフレームを構成するものとしてもよい。また、前部補強部材をパイプで構成しても良い。

かくしてこの発明の人型ロボットの胴体用フレーム構造によれば、胴体外殻内に電装機器の充分な搭載スペースを確保し得るとともに、電装機器の良好な搭載性（搭載作業のし易さ）および脱着性を確保することができ、しかも、搭載性および脱着性を損なうことなくフレームを軽量にしつつその剛性を確保することができ、そして、少ない部品点数で製作工数が嵩むことなくフレームを製作することができる。

この発明の人型ロボットの胴体用フレーム構造の一実施例の外観を示す分解斜視図である。 （ａ），（ｂ）は、上記実施例のフレーム構造を適用した人型ロボットの全体を示す正面図および側面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、上記実施例のフレーム構造の胴体外殻を示す正面図、上記人型ロボットの左手側から見た側面図および上記人型ロボットの右手側から見た側面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、上記実施例のフレーム構造の胴体外殻を示す平面図、下面図および図３（ｂ）の矢印Ａ方向から見た矢視図である。 上記実施例のフレーム構造におけるタワーバーを示す斜視図である。 上記実施例のフレーム構造におけるパイプフレームの前方端部の胴体外殻への固定方法を示す断面図である。 上記実施例のフレーム構造におけるパイプフレームの後方端部の胴体外殻への固定方法を示す、図３（ｂ）の矢印C方向から見た矢視図である。 （ａ），（ｂ）は、左側のパイプフレーム用のクランプを示す一部切欠き側面図および斜視図である。 （ａ），（ｂ）は、右側のパイプフレーム用のクランプを示す一部切欠き側面図および斜視図である。 上記実施例の胴体用フレーム構造を胴体下半部用のフレームとともに示す正面図である。 上記実施例の胴体用フレーム構造を胴体下半部用のフレームとともに示す、ロボットの左側から見た側面図である。 上記実施例の胴体用フレーム構造を胴体下半部用のフレームとともに示す、ロボットの右側から見た側面図である。 上記実施例の胴体用フレーム構造を胴体下半部用のフレームとともに示す斜視図である。 上記実施例の胴体用フレーム構造への各種電装機器の配置を示す分解斜視図である。 上記実施例の胴体用フレーム構造と胴体上半部カバーとの関係を示す透視図である。

符号の説明

１ 胴体
１ａ 胴体上半部
１ｂ 胴体下半部
２ 脚
３ 腕
４ 頭
５ 胴体外殻
５ａ 前部中央開口部
５ｂ 後部左開口部
５ｃ 後部右開口部
５ｄ 凹部
５ｅ 装着孔
６ タワーバー
７ パイプフレーム
７ａ 固定パイプ
８ 胴体上半部カバー
９ 冷却ファン
１０ ボルト
１１ クランプ
１２ 胴体下半部用フレーム
１３ スピーカーパネル
１４ モータドライバ基板
１５ 無線ＬＡＮユニット
１６ 姿勢センサユニット
１７ 後部ドライバ基板
１８ コンピュータユニット

Claims (3)

1. 人型ロボットの胴体の少なくとも上半部のフレームを構成するフレーム構造において、
   前部中央開口部と、後部から左右側部に渡る後部左右開口部とを有し、上方から見て略Ｔ字状をなしている胴体外殻と、
   前記胴体外殻の前部中央開口部を横切って延在し、両端部をその前部中央開口部の両脇の、前記胴体外殻の前部に取り外し可能に結合されてその前部を補強する前部補強部材と、
   前記胴体外殻の左右側部から後部にかけてそれぞれ延在し、各々一端部を前記側部に取り外し可能に結合されるとともに他端部を前記後部に取り外し可能に結合されてその後部を補強する二つの後部補強部材と、
   を具えることを特徴とする、人型ロボットの胴体用フレーム構造。
2. 前記前部補強部材は、冷却ファンを取り付けられたものであることを特徴とする、請求項１記載の人型ロボットの胴体用フレーム構造。
3. 前記二つの後部補強部材は各々、略Ｌ字状をなしていてロールバーを兼ねるパイプフレームであることを特徴とする、請求項１または２記載の人型ロボットの胴体用フレーム構造。

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