JP7045170B2

JP7045170B2 - ロボット

Info

Publication number: JP7045170B2
Application number: JP2017226264A
Authority: JP
Inventors: 雅幸掃部; 純一烏山
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2037-11-24
Also published as: JP2019093501A

Description

本発明は、ロボットに関する。

稼働可能な状態でメンテナンスを行うことができる歩行型ロボットのリンクが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されている歩行型ロボットのリンクでは、開口が形成された筒状で、軽合金の鋳造によって一体物に形成されているリンク本体と、開口を覆ってリンク本体に着脱自在に取り付けられる蓋体と、を備えていて、蓋体が透明材質で形成されているため、当該蓋体部分からリンク内部に配置されている内装部品の点検をある程度行うことができる。

特開２００５－１３１７３３号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている歩行型ロボットでは、ロボットが転倒した場合、壁に衝突した場合に、リンク本体が軽合金で形成されているため、床又は壁が損傷するおそれがあり、未だ改善の余地があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ロボットが転倒した場合、又は壁に衝突した場合等に、従来の歩行型ロボットに比して、床、壁等の損傷を抑制することができる、ロボットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るロボットは、関節部を介して、回動自在に連結されている、第１リンク及び第２リンクと、前記第１リンクを前記第２リンクに対して、相対的に揺動させるように構成されている駆動機構と、前記駆動機構を囲むように配置されている、格子状のパイプ部材と、前記パイプ部材を覆うように配置され、前記パイプ部材よりも柔らかい材質で構成されているカバー部材と、を備える。

これにより、ロボットが転倒した場合、又は壁に衝突した場合等に、従来の歩行型ロボットに比して、床、壁等の損傷を抑制することができる。

本発明のロボットによれば、ロボットが転倒した場合、又は壁に衝突した場合等に、従来の歩行型ロボットに比して、床、壁等の損傷を抑制することができる。

図１は、本実施の形態１に係るロボットの概略構成を示す模式図である。図２は、図１に示すロボットにおける制御装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。図３は、図１に示すロボットにおける腕の概略構成を模式的に示す側面図である。図４は、図３に示すロボットにおける腕のカバー部材を取り外した状態を模式的に示す側面図である。図５は、図３に示すロボットにおける腕のカバー部材を取り外した状態を模式的に示す側面図である。図６は、図３に示すロボットにおける腕のカバー部材を取り外した状態を模式的に示す正面図である。図７は、図３に示すロボットにおける腕のカバー部材を取り外した状態を模式的に示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するための構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している場合がある。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。

（実施の形態１）
本実施の形態１に係るロボットは、関節部を介して、回動自在に連結されている、第１リンク及び第２リンクと、第１リンクを第２リンクに対して、相対的に揺動させるように構成されている駆動機構と、駆動機構を囲むように配置されている、格子状のパイプ部材と、パイプ部材を覆うように配置され、パイプ部材を構成する材質よりも柔らかい材質で構成されているカバー部材と、を備える。

また、本実施の形態１に係るロボットでは、駆動機構は、電動モータを有し、第１リンク及び第２リンクの少なくとも一方のリンクには、電動モータに接続されるケーブルが挿通する貫通孔が設けられ、パイプ部材は、貫通孔の周辺部を補強するようにリンクに接続されていてもよい。

また、本実施の形態１に係るロボットでは、カバー部材は、網目状に形成されていてもよい。

さらに、本実施の形態１に係るロボットでは、カバー部材は、合成樹脂で構成されていてもよい。

以下、本実施の形態１に係るロボットの一例について、図１～図７を参照しながら説明する。

［ロボットの構成］
図１は、本実施の形態１に係るロボットの概略構成を示す模式図である。

図１に示すように、本実施の形態１に係るロボット１００は、胴体１０１と、頭１０２と、一対の腕１０３、１０３と、一対の脚１０４、１０４と、胴体１０１内に配置されている制御装置１１０と、を備えている。

頭１０２は、首関節１０５を介して、胴体１０１に接続されている。首関節１０５には、頭１０２を胴体１０１に対して相対的に揺動（回動）させるための駆動機構が配置されている（図示せず）。

同様に、腕１０３は、肩関節１０６を介して、胴体１０１に接続されている。肩関節１０６には、腕１０３を胴体１０１に対して相対的に揺動（回動）させるための駆動機構が配置されている（図示せず）。なお、腕１０３の構成については、後述する。

また、脚１０４は、股関節１０７を介して、胴体１０１に接続されている。股関節１０７には、脚１０４を胴体１０１に対して、相対的に揺動（回動）させるための駆動機構が配置されている。

各関節に配置されている駆動機構は、アクチュエータ（例えば、電動モータ（サーボモータ））、及びラック・ピニオン、ベルト・プーリ等の駆動部材で構成されている。

なお、本実施の形態１においては、制御装置１１０が、胴体１０１内に配置されている形態を採用したが、これに限定されない。制御装置１１０が、頭１０２等の他の構成部材内に配置されている形態を採用してもよく、制御装置１１０が、ロボット１００外に配置されている形態を採用してもよい。

ここで、図２を参照しながら、制御装置１１０の構成について、説明する。

図２は、図１に示すロボットにおける制御装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。

図２に示すように、制御装置１１０は、ＣＰＵ等の演算部１１０ａと、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部１１０ｂと、サーボ制御部１１０ｃと、を備える。制御装置１１０は、例えばマイクロコントローラ等のコンピュータを備えるロボットコントローラであってもよい。

なお、制御装置１１０は、集中制御する単独の制御装置１１０によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御装置１１０によって構成されていてもよい。また、本実施の形態１においては、記憶部１１０ｂが、制御装置１１０内に配置されている形態を採用したが、これに限定されず、記憶部１１０ｂが、制御装置１１０と別体に設けられている形態を採用してもよい。

記憶部１１０ｂには、基本プログラム、各種固定データ等の情報が記憶されている。演算部１１０ａは、記憶部１１０ｂに記憶されている基本プログラム等のソフトウェアを読み出して実行することにより、ロボットの各種動作を制御する。すなわち、演算部１１０ａは、ロボットの制御指令を生成し、これをサーボ制御部１１０ｃに出力する。サーボ制御部１１０ｃは、演算部１１０ａにより生成された制御指令に基づいて、ロボット１００の各関節に設けられているサーボモータの駆動を制御するように構成されている。

次に、図３～図６を参照しながら、本実施の形態１に係るロボット１００の腕１０３について、説明する。

図３は、図１に示すロボットにおける腕の概略構成を模式的に示す側面図である。図４及び図５は、図３に示すロボットにおける腕のカバー部材を取り外した状態を模式的に示す側面図である。図６は、図３に示すロボットにおける腕のカバー部材を取り外した状態を模式的に示す正面図である。図７は、図３に示すロボットにおける腕のカバー部材を取り外した状態を模式的に示す斜視図である。なお、図３～図７においては、ロボット１００の一部を省略している。また、図３～図７においては、ロボットにおける前後、上下、左右方向を図における前後、上下、左右方向として表している。

図３～図７に示すように、本実施の形態１に係るロボット１００の腕１０３は、下椀（第１リンク）１０、上腕（第２リンク）２０、肘関節（関節部）３０、駆動機構４０、パイプ部材５０、及びカバー部材６０を備えていて、駆動機構４０が駆動することにより、下椀１０が上腕２０に対して相対的に揺動するように構成されている。

下椀１０は、略直方体状に形成されている。下椀１０の上端部の前方には、貫通孔１２が形成されていて、下椀１０の上端部の後方には、上方に延びるように突起部１１が形成されている。

上腕２０は、略直方体状に形成されている。上腕２０の下端部には、下方に突出するように、一対の板状の突起部２１、２１が形成されている。一対の突起部２１、２１は、下椀１０の上端部を挟み込むように、配置されている。また、一対の突起部２１、２１には、それぞれ、下椀１０の貫通孔１２と連通するように、貫通孔２２、２２が設けられている。

そして、下椀１０の貫通孔１２と上腕２０の貫通孔２２、２２を挿通するように、軸部材７０が配置されている。軸部材７０、下椀１０の上端部、上腕２０の突起部２１、２１は、ナット部材７１により、共締めされていて、これらの部材が、肘関節３０を構成する。

なお、貫通孔１２、及び／又は貫通孔２２、２２には、軸受部材が配置されていてもよい。軸受部材としては、ベアリング等を用いることができる。また、本実施の形態１においては、軸部材７０が、貫通孔２２、２２を挿通する形態を採用したが、これに限定されない。例えば、下椀１０の外表面に一対の軸部（ボス部）を設けて、当該軸部が、貫通孔２２、２２を挿通する形態を採用してもよい。

また、下椀１０の突起部１１には、軸部材７２を介して、駆動機構４０の下端部が回動自在に接続されている。一方、上腕２０の上端部には、一対の短冊状の固定部材２３、２３が、締結部材２４により、それぞれ、固定されている。一対の固定部材２３、２３の後端部には、それぞれ、貫通孔２５が設けられていて、当該貫通孔２５には、軸受部材２６を介して、駆動機構４０の軸部４１Ａが挿通されている。

駆動機構４０は、ここでは、直動アクチュエータで構成されていて、第１筐体４１と、第２筐体４２と、電動モータ４３と、ネジ軸４４及びナット部材４５を有するボールネジ機構と、を備えている（図５参照）。また、駆動機構４０は、電動モータ４３の回転を第１プーリ４６、ベルト４７、第２プーリ（図示せず）を介して、ネジ軸４４に伝達し、ネジ軸４４の回転により、ナット部材４５が進退するように構成されている。ナット部材４５には、第２筐体４２が固定されている。

これにより、電動モータ４３が回転することによって、第２筐体４２が第１筐体４１に対して、相対的に進退動作を行い、軸部４１Ａと軸部材７０との距離が変動して、下椀１０が上腕２０に対して、相対的に揺動することができる。

また、駆動機構４０の電動モータ４３には、ケーブル８０の先端部が接続されている。ケーブル８０は、上腕２０の側面に設けられている貫通孔２７から上腕２０の内部空間に通され、上腕２０から肩１０９及び肩関節１０６を経て、胴体１０１内に引き回されている。ケーブル８０の基端部は、例えば、ロボット１００の内部に配置されているバッテリ、電動モータ４３以外の電動モータ、又は家屋等に配置されているコンセント（いずれも図示せず）等と接続されていてもよい。また、ケーブル８０の基端部は、例えば、制御装置１１０に接続されていてもよい。

上腕２０の貫通孔２７近傍（ここでは、貫通孔２７の上方と下方）には、補強部材５１Ａ、５１Ｂが配置されている。なお、貫通孔２７は、下椀１０に設けられていてもよい。

補強部材５１Ａ、５１Ｂには、パイプ部材５０が接続されている。パイプ部材５０は、格子状に形成されていて、駆動機構４０を囲むように配置されている。パイプ部材５０は、例えば、アルミニウム、鉄、ニッケル、亜鉛、銅等の金属で構成されていてもよく、これらの金属のうち、２種類以上の金属を含む、合金で構成されていてもよい。

パイプ部材５０には、当該パイプ部材５０を覆うように、カバー部材６０が配置されている。カバー部材６０は、網目状に形成されている。カバー部材６０の線径は、パイプ部材５０の線径よりも小さくなるように構成されている。

また、カバー部材６０の網目の大きさ（間隔）は、パイプ部材５０の格子の大きさ（間隔）よりも小さくなるように構成されている。さらに、カバー部材６０の網目の大きさは、カバー部材６０内への通気性、カバー部材６０内にほこり等の侵入を抑制する観点と、電動モータ４３等で発生する熱をカバー部材６０外に放熱する観点と、から、適宜設定することができる。

カバー部材６０は、パイプ部材５０よりも柔らかい材質で構成されていて、例えば、合成樹脂で構成されている。合成樹脂としては、例えば、ポリウレタン、ポリエチレン、プリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ナイロン等が挙げられる。

このように構成された、本実施の形態１に係るロボット１００では、カバー部材６０が、パイプ部材５０よりも柔らかい材質で構成されている。これにより、ロボット１００が転倒した場合、壁に衝突した場合等に、床、壁等の損傷を抑制することができる。

また、本実施の形態１に係るロボット１００では、パイプ部材５０が、駆動機構４０を囲むように配置されていてもよい。これにより、ロボット１００が転倒した場合、壁に衝突した場合等に、駆動機構４０が損傷することを抑制することができる。

また、本実施の形態１に係るロボット１００では、ケーブル８０を上腕２０内に引き込むための貫通孔２７近傍に、補強部材５１Ａ、５１Ｂが配置されている。これにより、上腕２０における貫通孔２７の開口部近傍を補強することができる。

さらに、本実施の形態１に係るロボット１００では、網目状のカバー部材６０が、パイプ部材５０を覆うように配置されている。これにより、従来の歩行型ロボットに比して、内部の状態を容易に把握することができる。このため、ロボット１００に故障等が生じた場合に、故障箇所等を早期に発見することができる。

なお、本実施の形態１においては、第１リンクとして、下椀１０を例示し、第２リンクとして、上腕２０を例示し、関節部として、肘関節３０を例示したが、第１リンク、第２リンク、及び関節部は、これらに限定されない、例えば、第１リンクとして、上腕２０であってもよく、第２リンクとして、手であってもよく、関節部として、手首関節であってもよい。また、例えば、第１リンクとして、大腿であってもよく、第２リンクとして、下腿であってもよく、関節部として、膝関節であってもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良又は他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明のロボットは、ロボットが転倒した場合、又は壁に衝突した場合等に、従来の歩行型ロボットに比して、床、壁等の損傷を抑制することができるため、産業ロボットの分野において有用である。

１０下椀
１１突起部
１２貫通孔
２０上腕
２１突起部
２１Ａ貫通孔
２２貫通孔
２３固定部材
２４締結部材
２５貫通孔
２６軸受部材
２７貫通孔
３０肘関節
４０駆動機構
４１第１筐体
４１Ａ軸部
４２第２筐体
４３電動モータ
４４ネジ軸
４５ナット部材
４６第１プーリ
４７ベルト
５０パイプ部材
５１Ａ補強部材
５１Ｂ補強部材
６０カバー部材
７０軸部材
７２軸部材
８０ケーブル
１００ロボット
１０１胴体
１０２頭
１０３腕
１０４脚
１０５首関節
１０６肩関節
１０７股関節
１０９肩
１１０制御装置
１１０ａ演算部
１１０ｂ記憶部
１１０ｃサーボ制御部

Claims

関節部を介して、回動自在に連結されている、第１リンク及び第２リンクと、
前記第１リンクを前記第２リンクに対して、相対的に揺動させるように構成されている駆動機構と、
前記駆動機構を囲むように配置されている、格子状のパイプ部材と、
前記パイプ部材を覆うように配置され、前記パイプ部材よりも柔らかい材質で構成されているカバー部材と、を備え、
前記第１リンク及び前記第２リンクの一方に、前記駆動機構と前記パイプ部材とが取り付けられ、
前記第１リンクが前記第２リンクに対して揺動することで、前記第１リンク及び前記第２リンクの他方が前記パイプ部材と前記カバー部材とに対して揺動する、ロボット。
前記駆動機構は、電動モータを有し、
前記第１リンク及び前記第２リンクの少なくとも一方のリンクには、前記電動モータに接続されるケーブルが挿通する貫通孔が設けられ、
前記パイプ部材は、前記貫通孔の周辺部を補強するように前記リンクに接続されている、請求項１に記載のロボット。
前記カバー部材は、網目状に形成されている、請求項１又は２に記載のロボット。
前記カバー部材は、合成樹脂で構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載のロボット。