特許 6886393 ロボットの股関節構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6886393

(24)【登録日】2021年5月18日

(45)【発行日】2021年6月16日

(54)【発明の名称】ロボットの股関節構造体

(51)【国際特許分類】

   B25J 5/00 20060101AFI20210603BHJP

   B25J 19/00 20060101ALI20210603BHJP

【ＦＩ】

   B25J5/00 F

   B25J19/00 F

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-226263(P2017-226263)

(22)【出願日】2017年11月24日

(65)【公開番号】特開2019-93500(P2019-93500A)

(43)【公開日】2019年6月20日

【審査請求日】2020年11月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】掃部 雅幸

(72)【発明者】

【氏名】高木 栄彦

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 美宇

(72)【発明者】

【氏名】烏山 純一

【審査官】 篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１１−５２８６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３０５６４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２０５５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０８９０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２４８６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１６１４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３３１４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１９−０９３５０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１９−０９３４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第９５５５８４６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許第４３４９９８７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０６６９５８０８（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２５Ｊ ５／００

Ｂ２５Ｊ １９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対の大腿基端部材と、
一対の前記大腿基端部材に挟まれるように配置されている、柱状の骨盤部材と、を備え、
前記骨盤部材の前面における左右の端部と、前記骨盤部材の後面における左右の端部と、には、それぞれ、上下方向に延びる凹部により、フランジ部が形成されていて、
前記フランジ部と前記大腿基端部材が締結部材により締結されている、ロボットの股関節構造体。

【請求項2】

前記大腿基端部材には、上下方向に延びる貫通孔が設けられていて、
前記貫通孔には、中空部を有する軸受部材が配置されていて、
前記軸受部材の中空部には、脚に配設されている第１ケーブルと、胴体に配設されている第２ケーブルと、を接続するコネクタが収納されている、請求項１に記載のロボットの股関節構造体。

【請求項3】

前記骨盤部材には、上下方向に延びる第１貫通孔と、前記前面及び／又は前記後面に形成されている凹部に、前記第１貫通孔と連通するように、第２貫通孔と、が設けられていて、
前記第２ケーブルは、前記第１貫通孔から前記第２貫通孔を経て、前記骨盤部材外に引き出されている、請求項２に記載のロボットの股関節構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットの股関節構造体に関する。

【背景技術】

【0002】

胴体部と足部リンクの腰板とを衝撃吸収機構を介して連結した、脚式歩行ロボットが知られている（例えば、特許文献１参照）。上記特許文献１に開示されている脚式歩行ロボットでは、胴体部には、腰板を介して、左右の脚部が結合されている。

【0003】

具体的には、腰板の内部に、脚部を回旋用の関節を構成するハーモニック減速機（商品名）が配置されていて、ハーモニック減速機におけるサーキュラスプラインの固定側が腰板に、サーキュラスプラインの駆動側が脚部を構成する出力部材に、ボルト止めされている。そして、当該ボルトは、それぞれ、腰板及び出力部材の上下方向に延びる貫通孔を挿通するように配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平５−３０５５７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１に開示されている脚式歩行ロボットでは、腰板の上方には、胴体部が配置されており、また、出力部材の下方には、脚部が配置されている。このため、ボルトを締めたり、外したりするときに、使用するドライバ等の工具が入り込む隙間が小さいので、ロボットを製造するとき、及びメンテナンス作業を実行するときに、脚部の取り付け、及び／又は取り外し作業が困難となるという課題があった。

【0006】

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ロボットを製造するとき、及びメンテナンス作業を実行するときに、脚部の取り付け、及び／又は取り外し作業を容易に実行することができる、ロボットの股関節構造体を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るロボットの股関節構造体は、一対の大腿基端部材と、一対の前記大腿基端部材に挟まれるように配置されている、柱状の骨盤部材と、を備え、前記骨盤部材の前面における左右の端部と、前記骨盤部材の後面における左右の端部と、には、それぞれ、上下方向に延びる凹部により、フランジ部が形成されていて、前記フランジ部と前記大腿基端部材が締結部材により締結されている。

【0008】

骨盤部材に、凹部によってフランジ部を形成することにより、ロボットの小型化を図ることができる。また、当該フランジ部と大腿基端部材とが締結部材により締結されているので、大腿基板部材、ひいては、大腿基板部材を有する脚を骨盤部材に取り付け、及び／又は取り外し作業を容易に行うことができる。

【発明の効果】

【0009】

本発明のロボットの股関節構造体によれば、ロボットの小型化を図りつつ、脚ユニットの取り付け／及び又は取り外し作業を容易に実行することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本実施の形態１に係る股関節構造体を備える、ロボットの概略構成を示す模式図である。

【図2】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】図３は、本実施の形態１に係るロボットの股関節構造体の概略構成を示す分解図である。

【図4】図４は、図３に示すロボットの股関節構造体の側面図である。

【図5】図５は、図３に示すロボットの股関節構造体の背面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。

【0012】

（実施の形態１）
本実施の形態１に係るロボットの股関節構造体は、一対の大腿基端部材と、一対の大腿基端部材に挟まれるように配置されている、柱状の骨盤部材と、を備え、骨盤部材の前面における左右の端部と、骨盤部材の後面における左右の端部と、には、それぞれ、上下方向に延びる凹部により、フランジ部が形成されていて、フランジ部と大腿基端部材が締結部材により締結されている。

【0013】

また、本実施の形態１に係るロボットの股関節構造体では、大腿基端部材には、上下方向に延びる貫通孔が設けられていて、貫通孔には、中空部を有する軸受部材が配置されていて、軸受部材の中空部には、脚に配設されている第１ケーブルと、胴体に配設されている第２ケーブルと、を接続するコネクタが収納されていてもよい。

【0014】

さらに、本実施の形態１に係るロボットの股関節構造体では、骨盤部材には、上下方向に延びる第１貫通孔と、前面及び／又は後面に形成されている凹部に、第１貫通孔と連通するように、第２貫通孔と、が設けられていて、第２ケーブルは、第１貫通孔から第２貫通孔を経て、骨盤部材外に引き出されていてもよい。

【0015】

以下、本実施の形態１に係るロボットの股関節構造体の一例について、図１〜図５を参照しながら説明する。

【0016】

［ロボットの構成］
まず、本実施の形態１に係る股関節構造体を備える、ロボットの構成について、図１を参照しながら説明する。

【0017】

図１は、本実施の形態１に係る股関節構造体を備える、ロボットの概略構成を示す模式図である。

【0018】

図１に示すように、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。

【0019】

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）。

【0020】

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）。

【0021】

首関節１０５及び肩関節１０６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。

【0022】

また、脚１０４は、本実施の形態１に係る股関節構造体１１１を介して、胴体１０１の一部を構成する腰１０８に接続されている。股関節構造体１１１の構成については、後述する。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

［ロボットの股関節構造体の構成］
次に、本実施の形態１に係るロボットの股関節構造体１１１の構成について、図３〜図５を参照しながら説明する。

【0030】

図３は、本実施の形態１に係るロボットの股関節構造体の概略構成を示す分解図である。図４は、図３に示すロボットの股関節構造体の側面図である。図５は、図３に示すロボットの股関節構造体の背面図である。なお、図３〜図５においては、ロボットの股関節構造体における上下、左右、及び前後方向を図における上下、左右、及び前後方向として表している。

【0031】

図３〜図５に示すように、本実施の形態１に係るロボットの股関節構造体１１１は、一対の大腿基端部材２０Ａ、２０Ｂと、骨盤部材１０と、を備えていて、骨盤部材１０は、一対の大腿基端部材２０Ａ、２０Ｂに挟まれるように配置されている。骨盤部材１０、及び大腿基端部材２０Ａ、２０Ｂは、柱状（ここでは、四角柱状）に形成されている。

【0032】

骨盤部材１０の前面及び後面における左右の端部には、それぞれ、上下方向に延びる凹部１１により、フランジ部１２が形成されている。また、骨盤部材１０には、上面と下面とを貫通する第１貫通孔１５が設けられていて、第１貫通孔１５には、腰接続部材９０の下端部が嵌合している。腰接続部材９０には、第１貫通孔１５と連通するように、上下方向に延びる貫通孔９１が設けられている。

【0033】

また、骨盤部材１０の後面側の凹部１１には、第１貫通孔１５と連通するように、第２貫通孔１６が設けられている。なお、第２貫通孔１６は、骨盤部材１０の前面側の凹部１１に設けられていてもよい。

【0034】

フランジ部１２には、左右方向に延びる貫通孔が設けられていて、当該貫通孔には、締結部材（ここでは、ボルト）１３が挿通されている。また、骨盤部材１０の左右の側面には、位置決め用のピン１４が配設されている。

【0035】

大腿基端部材２０Ａの左側面には、位置決め用の凹部２１Ａが配設されている。凹部２１Ａは、骨盤部材１０の右側面に配設されているピン１４と嵌合することで、骨盤部材１０と大腿基端部材２０Ａとの位置決めを行うことができる。

【0036】

また、大腿基端部材２０Ａの左側面には、締結部材１３の先端部が螺合するための凹部２２Ａが配設されている。これにより、骨盤部材１０と大腿基端部材２０Ａが、締結部材１３により、締結される。

【0037】

同様に、大腿基端部材２０Ｂの右側面には、位置決め用の凹部が配設されている（図示せず）。当該凹部は、骨盤部材１０の左側面に配設されているピン１４と嵌合することで、骨盤部材１０と大腿基端部材２０Ｂとの位置決めを行うことができる。

【0038】

また、大腿基端部材２０Ｂの右側面には、締結部材１３の先端部が螺合するための凹部が配設されている（図示せず）。これにより、骨盤部材１０と大腿基端部材２０Ｂが、締結部材１３により締結される。

【0039】

なお、本実施の形態１においては、大腿基端部材２０Ａ、２０Ｂに凹部２１Ａ、２２Ａが配設されている形態を採用したが、これに限定されない。例えば、大腿基端部材２０Ａ、２０Ｂに、凹部２１Ａに代えて、貫通孔を配設して、当該貫通孔に、ピン１４が嵌合する形態を採用してもよい。また、例えば、大腿基端部材２０Ａ、２０Ｂに、凹部２２Ａに代えて、貫通孔を配設して、当該貫通孔に、締結部材１３が螺合する形態を採用してもよい。

【0040】

さらに、大腿基端部材２０Ａには、上下方向に延びる貫通孔２３Ａが配設されている。貫通孔２３Ａには、中空部３１Ａを有する軸受部材３０Ａが配置されている。軸受部材３０Ａとしては、例えば、ベアリング等を用いることができる。

【0041】

軸受部材３０Ａの下端部には、第１歯車４０Ａを介して、脚１０４が固定されている。第１歯車４０Ａには、第２歯車５０Ａが歯合していて、第２歯車５０Ａには、電動モータ６０Ａの出力軸が固定されている。電動モータ６０Ａは、大腿基端部材２０Ａの後面に固定されている。これにより、電動モータ６０Ａが駆動することにより、脚１０４は、大腿基端部材２０Ａに対して、上下方向に延びる軸（ヨー軸）回りに、相対的に揺動（回動）することができる。

【0042】

同様に、大腿基端部材２０Ｂには、上下方向に延びる貫通孔２３Ｂが配設されている。貫通孔２３Ｂには、中空部３１Ｂを有する軸受部材３０Ｂが配置されている。軸受部材３０Ｂとしては、例えば、ベアリング等を用いることができる。

【0043】

軸受部材３０Ｂの下端部には、第１歯車４０Ｂを介して、脚１０４が固定されている。第１歯車４０Ｂには、第２歯車５０Ｂが歯合していて、第２歯車５０Ｂには、電動モータ６０Ｂの出力軸が固定されている。電動モータ６０Ｂは、大腿基端部材２０Ｂの後面に固定されている。これにより、電動モータ６０Ｂが駆動することにより、脚１０４は、大腿基端部材２０Ｂに対して、上下方向に延びる軸（ヨー軸）回りに、相対的に揺動（回動）することができる。

【0044】

図４に示すように、電動モータ６０Ｂには、第１ケーブル７０Ｂの基端部が接続されている。第１ケーブル７０Ｂの先端部には、コネクタ７１Ｂが配置されていて、当該コネクタ７１Ｂは、第２ケーブル８０Ｂの基端部に配置されているコネクタ８１Ｂと接続されている。コネクタ７１Ｂ、８１Ｂは、それぞれ、軸受部材３０Ｂの中空部３１Ｂ内に収納されている。

【0045】

また、図５に示すように、第２ケーブル８０Ｂは、骨盤部材１０の（左側の）第２貫通孔１６から第１貫通孔１５を経て、腰接続部材９０の貫通孔９１を通過する。そして、第２ケーブル８０Ｂは、骨盤部材１０の上方から胴体１０１内に引き出されるように配置されている。

【0046】

なお、第２ケーブル８０Ｂの先端部は、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６０Ａ、６０Ｂ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、第２ケーブル８０Ｂの先端部は、例えば、制御装置１１０に接続されていてもよい。

【0047】

同様に、電動モータ６０Ａには、第１ケーブル７０Ａの基端部が接続されている。第１ケーブル７０Ａの先端部には、コネクタが配置されていて、当該コネクタは、第２ケーブル８０Ａの基端部に配置されているコネクタと接続されている（いずれも図示せず）。これらのコネクタは、それぞれ、軸受部材３０Ａの中空部３１Ａ内に収納されている。

【0048】

また、図５に示すように、第２ケーブル８０Ａは、骨盤部材１０の（右側の）第２貫通孔１６から第１貫通孔１５を経て、腰接続部材９０の貫通孔９１を通過する。そして、第２ケーブル８０Ａは、骨盤部材１０の上方から胴体１０１内に引き出されるように配置されている。

【0049】

なお、第２ケーブル８０Ａの先端部は、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６０Ａ、６０Ｂ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、第２ケーブル８０Ａの先端部は、例えば、制御装置１１０に接続されていてもよい。

【0050】

このように構成された、本実施の形態１に係るロボットの股関節構造体１１１では、骨盤部材１０の前面及び後面に、凹部１１によってフランジ部１２が形成されている。これにより、骨盤部材１０の前面及び後面から突出するようにフランジ部を形成するような場合に比して、ロボット１００の小型化を図ることができる。

【0051】

また、フランジ部１２を形成する凹部１１側には、他の部材が配置されていないので、ドライバ等の工具を配置するスペースを充分に確保することができる。このため、フランジ部１２と大腿基端部材２０Ａ、２０Ｂを締結するとき、又はフランジ部１２から大腿基端部材２０Ａ、２０Ｂを取り外す作業を容易に行うことができる。

【0052】

また、本実施の形態１に係るロボットの股関節構造体１１１では、締結部材１３をフランジ部１２側から挿通させて、フランジ部１２と大腿基端部材２０Ａ、２０Ｂを締結している。これにより、締結部材１３を大腿基端部材２０Ａ、２０側から挿通させて、フランジ部１２と大腿基端部材２０Ａ、２０Ｂを締結するような場合に比して、ロボット１００を小型化することができる。

【0053】

すなわち、締結部材１３を大腿基端部材２０Ａ、２０側から挿通させる場合には、軸受部材３０Ａ、３０Ｂを避けるように、締結部材１３を配置させる必要があり、軸受部材３０Ａ、３０Ｂの前後方向の厚みが大きくなる。しかしながら、締結部材１３をフランジ部１２側から挿通させる場合には、軸受部材３０Ａ、３０Ｂの前後方向の厚みを大きくする必要がないため、ロボット１００を小型化することができる。

【0054】

また、本実施の形態１に係るロボットの股関節構造体１１１では、軸受部材３０Ａの中空部３１Ａ内に、第１ケーブル７０Ａと第２ケーブル８０Ａを接続するコネクタが収納されている。同様に、軸受部材３０Ｂの中空部３１Ｂ内に、第１ケーブル７０Ｂと第２ケーブル８０Ｂを接続するコネクタ７１Ｂ、８１Ｂが収納されている。

【0055】

これにより、骨盤部材１０、大腿基端部材２０Ａ、２０Ｂ等の外表面に２つのケーブルを接続するためのコンセントを配置する形態に比して、ロボット１００を小型化することができる。また、コネクタを接続、解離することで、第１ケーブル７０Ａと第２ケーブル８０Ａ、又は第１ケーブル７０Ｂと第２ケーブル８０Ｂの電気的な接続、解離を容易に行うことができる。このため、メンテナンス作業を容易に行うことができる。

【0056】

さらに、本実施の形態１に係るロボットの股関節構造体１１１では、第２ケーブル８０Ａ、８０Ｂは、骨盤部材１０の第２貫通孔１６から第１貫通孔１５を経て、骨盤部材１０の上方から胴体１０１内に引き出されるように配置されている。これにより、図５の２点鎖線で示すように、第２ケーブル８０Ａ、８０Ｂを骨盤部材１０の下端部から挿通させる場合に比して、ロボット１００を小型化することができる。

【0057】

すなわち、第２ケーブル８０Ａ、８０Ｂを下端部から挿通させる場合には、ケーブルの断線を抑制するために、ケーブルの曲率半径を大きくする必要がある。このため、骨盤部材１０の下端部を覆うカバー部材を配置するときに、当該カバー部材が大型化し、その結果、ロボットが大型化する。

【0058】

一方、本実施の形態１に係るロボットの股関節構造体１１１では、骨盤部材１０の第２貫通孔１６から第２ケーブル８０Ａ、８０Ｂを挿通させているので、骨盤部材１０の下端部を覆うカバー部材を大型化する必要がない。このため、ロボット１００を小型化することができる。

【0059】

なお、本実施の形態１においては、股関節構造体１１１を２足歩行ロボットに適用する形態を例示したが、これに限定されない。股関節構造体１１１を４足歩行ロボットに適用する形態を採用してもよい。

【0060】

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。

【産業上の利用可能性】

【0061】

本発明のロボットの股関節構造体は、ロボットの小型化を図りつつ、脚ユニットの取り付け／及び又は取り外し作業を容易に実行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。

【符号の説明】

【0062】

１０ 骨盤部材
１１ 凹部
１２ フランジ部
１３ 締結部材
１４ ピン
１５ 第１貫通孔
１６ 第２貫通孔
２０Ａ 大腿基端部材
２０Ｂ 大腿基端部材
２１Ａ 凹部
２２Ａ 凹部
２３Ａ 貫通孔
２３Ｂ 貫通孔
３０Ａ 軸受部材
３０Ｂ 軸受部材
３１Ａ 中空部
３１Ｂ 中空部
４０Ａ 第１歯車
４０Ｂ 第１歯車
５０Ａ 第２歯車
５０Ｂ 第２歯車
６０Ａ 電動モータ
６０Ｂ 電動モータ
７０Ａ 第１ケーブル
７０Ｂ 第１ケーブル
７１Ｂ コネクタ
８０Ａ 第２ケーブル
８０Ｂ 第２ケーブル
８１Ｂ コネクタ
９０ 腰接続部材
９１ 貫通孔
１０１ 胴体
１０２ 頭
１０３ 腕
１０４ 脚
１０５ 首関節
１０６ 肩関節
１０８ 腰
１１０ 制御装置
１１０ａ 演算部
１１０ｂ 記憶部
１１０ｃ サーボ制御部
１１１ 股関節構造体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】