特許 7356753 舵取機及びロボット

(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】

(24)【登録日】2023-09-27

(45)【発行日】2023-10-05

(54)【発明の名称】舵取機及びロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 17/00 20060101AFI20230928BHJP

【ＦＩ】

B25J17/00 E

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022126550

(22)【出願日】2022-08-08

(65)【公開番号】P2023029269

(43)【公開日】2023-03-03

【審査請求日】2022-08-08

(31)【優先権主張番号】202121934050.9

(32)【優先日】2021-08-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】522314795

【氏名又は名称】ロボセン ロボティクス （シェンチェン） カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】チェン シャオセン

(72)【発明者】

【氏名】ジャン リーミン

【審査官】樋口 幸太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１８１８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００３－５００７１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

舵取機であって、舵取機本体（１）、舵取機本体（１）の頂部に固定接続される上蓋（２）、舵取機本体（１）の底部に固定接続される下蓋（３）、及び舵取機本体（１）と上蓋（２）との間に設けられ且つ順次伝動接続される直流モータ（１３）、モータギア（２０）とギア列を含み、ここで、
舵取機は、第１の部分と、第１の部分から突出し、第１の部分より狭い第２の部分とを含み、ギア列は、第２の部分に位置する出力ギア（１９Ａ）を含み、出力ギア（１９Ａ）の軸に沿って、第２の部分の上面は第１の部分の上面から離隔されており、第２の部分の下面は第１の部分の下面から離隔されており、
ギア列は、順次伝動接続される１次ギア（１４）と、２次ギア（１５）と、３次ギア（１６）と、４次ギア（１７）と、遷移ギア（１９）とをさらに含み、ここで、モータギア（２０）は１次ギア（１４）と噛み合い、出力ギア（１９Ａ）は遷移ギア（１９）と噛み合い、
モータギア（２０）、１次ギア（１４）、２次ギア（１５）、３次ギア（１６）、４次ギア（１７）、遷移ギア（１９）及び出力ギア（１９Ａ）は、Ｗ字状に配置される、舵取機。

【請求項2】

上蓋（２）は、第２の部分に丸孔（２１）が開けられており、
舵取機は、出力ギア（１９Ａ）と同軸に接続されるとともに、丸孔（２１）から張り出す挿着舵取歯車（１１）をさらに含む、請求項１に記載の舵取機。

【請求項3】

出力ギア（１９Ａ）と挿着舵取歯車（１１）との間に銅リング（１８）が設置されている、請求項２に記載の舵取機。

【請求項4】

舵取機本体（１）は、開放しているキャビティを有し、キャビティの底部は中空状である、請求項１に記載の舵取機。

【請求項5】

舵取機本体（１）と下蓋（３）との間に設けられるプリント回路基板（３１）とポテンショメータ（３２）とをさらに含む、請求項１に記載の舵取機。

【請求項6】

プリント回路基板（３１）に溶接される電線をさらに含む、請求項５に記載の舵取機。

【請求項7】

舵取機は、舵取機本体（１）と下蓋（３）との間に設けられるプリント回路基板（３１）とポテンショメータ（３２）とをさらに含み、
ポテンショメータ（３２）と遷移ギア（１９）は、同軸に設置されるとともに、締まり挿着される、請求項１に記載の舵取機。

【請求項8】

舵取機本体（１）、上蓋（２）と下蓋（３）は、いずれもケース構造部材であり、舵取機本体（１）の縁部と上蓋（２）の縁部には、互いに位置規制するための第１の位置規制構造が設けられており、舵取機本体（１）の縁部と下蓋（３）の縁部には、互いに位置規制するための第２の位置規制構造が設けられている、請求項１に記載の舵取機。

【請求項9】

第１の位置規制構造と第２の位置規制構造は、位置規制溝と位置規制突起とを含む、請求項８に記載の舵取機。

【請求項10】

舵取機本体（１）、上蓋（２）と下蓋（３）の肉厚の範囲は、０．８ミリメートル～２．５ミリメートルである、請求項８に記載の舵取機。

【請求項11】

舵取機本体（１）、上蓋（２）と下蓋（３）の材料は、ナイロン６６＋３０％ガラス繊維が選択される、請求項１に記載の舵取機。

【請求項12】

上蓋（２）と舵取機本体（１）とは、ねじによって固定接続され、下蓋（３）と舵取機本体（１）とは、ねじによって固定接続される、請求項１～１１のいずれか１項に記載の舵取機。

【請求項13】

ロボットであって、
請求項１～１２のいずれか１項に記載の舵取機を含む、ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ロボットアクセサリー技術分野に属する。特に舵取機及びロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

舵取機は、リモコンモデル、人型ロボットなどの動作制御を行う動力源であるとともに、ロボットの関節の動きを駆動する重要な運動実行装置でもある。どのように舵取機をより狭い空間に適用し、その適用性を向上させるかは、当業者にとって重要な研究開発内容である。

【発明の概要】

【0003】

本開示の１つの態様によれば、舵取機を提供する。この舵取機は、舵取機本体、舵取機本体の頂部に固定接続される上蓋、舵取機本体の底部に固定接続される下蓋、及び舵取機本体と上蓋との間に設けられ且つ順次伝動接続される直流モータ、モータギアとギア列を含み、ここで、舵取機は、第１の部分と、第１の部分から突出する第２の部分とを含み、ギア列は、第２の部分に位置する出力ギアを含む。

【0004】

いくつかの実施例において、ギア列は、順次伝動接続される１次ギアと、２次ギアと、３次ギアと、４次ギアと遷移ギアとをさらに含み、ここで、モータギアは１次ギアと噛み合い、出力ギアは遷移ギアと噛み合う。

【0005】

いくつかの実施例において、モータギア、１次ギア、２次ギア、３次ギア、４次ギア、遷移ギア及び出力ギアは、Ｗ字状に配置される。

【0006】

いくつかの実施例において、上蓋は、第２の部分に丸孔が開けられている。舵取機は、出力ギアと同軸に接続されるとともに、丸孔から張り出す挿着舵取歯車をさらに含む。

【0007】

いくつかの実施例において、出力ギアと挿着舵取歯車との間に銅リングが設置されている。

【0008】

いくつかの実施例において、舵取機本体は、開放しているキャビティを有し、キャビティの底部は中空状である。

【0009】

いくつかの実施例において、舵取機は、舵取機本体と下蓋との間に設けられるプリント回路基板とポテンショメータとをさらに含む。

【0010】

いくつかの実施例において、舵取機は、プリント回路基板に溶接される電線をさらに含む。

【0011】

いくつかの実施例において、舵取機は、舵取機本体と下蓋との間に設けられるプリント回路基板とポテンショメータとをさらに含み、ポテンショメータと遷移ギアとは、同軸に設置されるとともに、締まり挿着される。

【0012】

いくつかの実施例において、舵取機本体、上蓋と下蓋は、いずれもケース構造部材であり、舵取機本体の縁部と上蓋の縁部には、互いに位置規制するための第１の位置規制構造が設けられており、舵取機本体の縁部と下蓋の縁部には、互いに位置規制するための第２の位置規制構造が設けられている。

【0013】

いくつかの実施例において、第１の位置規制構造と第２の位置規制構造は、位置規制溝と位置規制突起とを含む。

【0014】

いくつかの実施例において、舵取機本体、上蓋と下蓋の肉厚の範囲は、０．８ミリメートル～２．５ミリメートルである。

【0015】

いくつかの実施例において、舵取機本体、上蓋と下蓋の材料は、ナイロン６６＋３０％ガラス繊維が選択される。

【0016】

いくつかの実施例において、上蓋と舵取機本体とは、ねじによって固定接続され、下蓋と舵取機本体とは、ねじによって固定接続される。

【0017】

本開示の１つの態様によれば、前記実施例の舵取機を含むロボットを提供する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本開示のいくつかの実施例による舵取機の立体構造の概略図である。

【図2】本開示のいくつかの実施例による舵取機の分解構造の概略図である。

【図3】本開示のいくつかの実施例による舵取機の内部構造の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下の説明は、本質的に単なる例示に過ぎず、本開示、応用又は用途を限定することを意図するものではない。以下では、明細書添付図面を結び付けながら、本開示の舵取機の発明を実施するための形態についてさらに説明する。

【0020】

舵取機は、主に回路基板、モータ、減速ギア列、センサ及び制御回路などで構成される。舵取機の動作原理は以下のように概説され、ロボットの主制御盤は、制御信号を舵取機に送信し、舵取機の回路基板におけるワンチップマイクロコンピュータは、制御信号に基づいて、対応する処理を行うとともに、回転方向を判断し、そしてモータ、例えば、直流ブラシモータを駆動して、回転を開始させ、モータは、動力を減速ギア列によって出力ギアに伝達し、それととともに、位置検出センサは、出力ギアの回転角度を検出し、検出信号をワンチップマイクロコンピュータに送信し、ワンチップマイクロコンピュータは、位置検出センサの検出信号に基づいて、出力ギアの回転が所定位置に達したか否かを判断する。

【0021】

本開示の発明者が認識したように、関連技術におけるいくつかの舵取機は、ロボット内部に比較的多くの空間を占有する必要があるため、「細いアーム」タイプの人型ロボット及び小アームを持つロボットには適用できない。

【0022】

これに鑑みて、本開示の実施例は、上記欠陥を効果的に緩和ないし解消可能な舵取機及びロボットを提供した。

【0023】

図１～図３に示すように、ここで、図１は、本開示のいくつかの実施例による舵取機の立体構造の概略図であり、図２は、この舵取機の分解構造の概略図であり、図３は、この舵取機の内部構造の概略図である。

【0024】

本開示の実施例による舵取機は、舵取機本体１、舵取機本体１の頂部に固定接続される上蓋２、舵取機本体１の底部に固定接続される下蓋３、及び舵取機本体１と上蓋２との間に設けられ且つ順次伝動接続される直流モータ１３、モータギア２０とギア列を含み、ここで、舵取機は、第１の部分と、第１の部分から突出する第２の部分とを含み、ギア列は、第２の部分に位置する出力ギア１９Ａを含む。

【0025】

この舵取機は、全体的に漢字の「凸」字状を呈し、その第２の部分が、例えば、第１の部分より狭く、第１の部分と第２の部分との広狭変化設計により、狭い空間により良く適用することができ、例えば、「細いアーム」タイプの人型ロボット及び小アームを持つロボットに用いることができるため、適用範囲が比較的広い。

【0026】

本開示の実施例において、舵取機本体１、上蓋２と下蓋３は、いずれもケース構造部材であってもよく、プラスチック射出プロセスを用いて成形することができる。舵取機本体１の縁部と上蓋２の縁部には、互いに位置規制するための第１の位置規制構造が設けられており、舵取機本体１の縁部と下蓋３の縁部には、互いに位置規制するための第２の位置規制構造が設けられている。第１の位置規制構造と第２の位置規制構造は、例えば、いずれも位置規制溝と位置規制突起とを含む。第１の位置規制構造と第２の位置規制構造の設計は、ケース構造部材の間の組み立てを容易にするだけでなく、ケース構造部材の間の嵌合をより正確にする。

【0027】

いくつかの実施例において、舵取機本体１、上蓋２と下蓋３の肉厚の範囲は、０．８ミリメートル～２．５ミリメートルであり、その材料がポリアミドとガラス繊維のうちの少なくとも一つを含んでもよい。いくつかの実施例において、舵取機本体１、上蓋２と下蓋３の肉厚は、いずれも１．５ミリメートルに設計され、舵取機本体１、上蓋２と下蓋３は、いずれもナイロン６６＋３０％ガラス繊維を用いる。

【0028】

いくつかの実施例において、上蓋２と舵取機本体１は、ねじによって固定接続され、下蓋３と舵取機本体１は、ねじ４によって固定接続される。それにより、舵取機本体１、上蓋２と下蓋３は、一緒に固定接続されるとともに、容易に着脱できる。一実施例において、上蓋２と下蓋３には、いずれもねじ孔が開けられており、複数のねじ４は、ねじ孔を貫通して、上蓋２、舵取機本体１及び下蓋３を一緒に接続する。複数のねじ４のうち、直流モータ１３に近い上、下ねじの間に２．６ミリメートルの隙間があり、このようにトルクの増大と出力の向上を図ることができるとともに、コアレスモータの交換のための空間を確保することができる。

【0029】

図３に示すように、本開示のいくつかの実施例において、ギア列は、順次伝動接続されて動力を伝達する１次ギア１４と、２次ギア１５と、３次ギア１６と、４次ギア１７と、遷移ギア１９とをさらに含み、ここで、モータギア２０は１次ギア１４と噛み合い、出力ギア１９Ａは遷移ギア１９と噛み合う。１次ギア１４、２次ギア１５、３次ギア１６、４次ギア１７の材料は鉄を選択してもよく、遷移ギア１９と出力ギア１９Ａの材料はアルミニウム合金を選択してもよい。

【0030】

４次ギア１７と出力ギア１９Ａとの間に遷移ギア１９が設置され、出力ギア１９Ａを「凸」字状を呈する舵取機の比較的狭い一端により配置しやすく、それにより舵取機の外形は狭い空間により適用しやすい。なお、さらに遷移ギア１９の回転角度の検出によって出力ギア１９Ａの回転状況を間接的に判断することができる。

【0031】

いくつかの実施例において、モータギア２０、１次ギア１４、２次ギア１５、３次ギア１６、４次ギア１７、遷移ギア１９及び出力ギア１９Ａの中心線は、略折れ線状、例えば、略Ｗ字状を呈する。このようなレイアウトは、ギア列の構造をよりコンパクトにし、さらに舵取機全体の構造をより小さくするため、ロボット内部で占有する空間を節約することができる。

【0032】

図１と図２に示すように、いくつかの実施例において、上蓋２は、第２の部分に丸孔２１が開けられており、舵取機は、出力ギア１９Ａと同軸に接続されるとともに、丸孔２１から張り出す挿着舵取歯車１１をさらに含む。この実施例において、出力ギア１９Ａと挿着舵取歯車１１との間に銅リング１８が設置されている。

【0033】

いくつかの実施例において、ギア列の構造は、モータギア２０が１次ギア１４と噛み合い、１次ギア１４の回転軸に１次ピニオンがさらに取り付けられており、この１次ピニオンが１次ギア１４の上方に位置するとともに、１次ギア１４と同軸に接続され、１次ピニオンが２次ギア１５と噛み合い、２次ギア１５の回転軸に２次ピニオンがさらに嵌着されており、この２次ピニオンが２次ギア１５の下方に位置するとともに、２次ギア１５と同軸に固定接続され、２次ピニオンが３次ギア１６と噛み合い、３次ギア１６の回転軸に３次ピニオンがさらに嵌着されており、この３次ピニオンが３次ギア１６の下方に位置するとともに、３次ギア１６と同軸に接続され、３次ピニオンが４次ギア１７と噛み合い、４次ギア１７の回転軸に４次ピニオンがさらに嵌着されており、４次ピニオンが４次ギア１７の下方に位置するとともに、４次ギア１７と同軸に固定接続され、４次ピニオンが遷移ギア１９と噛み合い、最後に遷移ギア１９が出力ギア１９Ａのギアと噛み合うように設計される。出力ギア１９Ａの出力軸の出力端は、上蓋２を貫通して上蓋２の外部に露出している。

【0034】

いくつかの実施例において、ギア列における各ギアにはいずれも異なる直径のギア軸が設けられており、ここで１次ギア軸の直径は１．２ｍｍであり、２次ギア軸の直径は１．２ｍｍであり、３次ギア軸の直径は１．５ｍｍであり、４次ギア軸の直径は１．５ｍｍである。直流モータの出力軸の直径は１ｍｍであり、出力ギア軸の直径は６．０ｍｍであり、本開示の発明者は、多数の試験により、上記ギア列及び対応する直径のギア軸を選択して、各段の減速部分のホイールベースを最も小さくすることにより、占有する空間を最大限に節約し、舵取機全体の体積を最も小さくすることができることを見出した。

【0035】

図２に示すように、いくつかの実施例において、舵取機本体１は、開放しているキャビティを有し、キャビティの底部は中空状であり、各段のギアのレイアウトをよりコンパクトにするだけでなく、舵取機全体の重量を軽減することもできる。

【0036】

図２に示すように、いくつかの実施例において、舵取機は、舵取機本体１と下蓋３との間に設けられるプリント回路基板３１（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ、ＰＣＢ）とポテンショメータ３２とをさらに含む。

【0037】

ＰＣＢ３１は、電線に溶接され、電線によって信号を出力又は入力し、挿着方式に比べて、端子の使用を回避することができ、それにより占有する空間を可能な限り節約することができる。舵取機は、カスケード挿着された３本の電線を含むシリアルバスを用いて通信することができ、従来のＰＷＭ回路に比べて、ロボットの電線の総数を減少させることができる。本開示のいくつかの実施例において、ＰＣＢ３１の厚さを１ミリメートルに設計してもよく、このように電流がより大きいモータに適用することができる。

【0038】

ポテンショメータ３２は、遷移ギア１９の回転角度の検出に用いられてもよい。遷移ギア１９の回転角度の検出値に基づいて、出力ギア１９Ａの位置状況を間接的に判断することができる。ポテンショメータ３２は、マイクロポテンショメータを用いることによって、ロボットの小アームが３６０°連続的に回転できるように支援することができる。ポテンショメータ３２と遷移ギア１９は同軸に設置されるとともに、締まり挿着される。いくつかの実施例において、マイクロポテンショメータは、締まりばめで遷移ギア１９内に挿入される。遷移ギア１９の下端が締まりばめでマイクロポテンショメータに挿入されるため、遷移ギア１９の下端の構造部材は、ある程度の弾性を有する形状に設計されるべきである。遷移ギア１９の下端には、軸継ぎ手が設けられてもよく、マイクロポテンショメータは、この軸継ぎ手と締まりばめされる。軸継ぎ手の下段には、Ｄ字状のボスが設けられてもよく、このように、マイクロポテンショメータに対するポンピング力を低減することができる。遷移ギア１９は、アルミニウム合金で製造されてもよい。軸継ぎ手は、直径が比較的小さいため、硬度がより高い金属材料、例えば、３０４ステンレス鋼を用いてもよい。ステンレス鋼軸継ぎ手をプレス機によってアルミニウム合金材料の遷移ギア１９の下端に圧入することができる。

【0039】

いくつかの実施例において、ポテンショメータ３２は、３６０°連続的に回転するとともに、電気値域が２８０°であるポテンショメータであり、それには直径が１．６ｍｍであり、深さが５ｍｍであるＤ字状の孔が開けられている。軸継ぎ手のＤ字状のボスは、直径が１．６ｍｍであり、長さが２ｍｍである。軸継ぎ手は、３０４ステンレス鋼を用いて機械加工して成形される。

【0040】

本開示の実施例による舵取機は、手作業で組み立てられてもよく、組み立てフローは、
ギア列と直流モータ１３を舵取機本体１のキャビティ内に組み立て、
直流モータ１３とＰＣＢ３１、ポテンショメータ３２の嵌合を完了し、例えば、ＰＣＢ３１とポテンショメータ３２を電気的に接続した後に下蓋３内に置き、直流モータ１３をＰＣＢ３１に電気的に接続し、
上蓋２と下蓋３をそれぞれ舵取機本体１にスナップ係合し、挿着舵取歯車１１に上蓋２における丸孔２１を貫通させ、
複数のねじ４で上蓋２、舵取機本体１と下蓋３を一緒に固定することによって、舵取機全体の組み立てを完了することを含む。

【0041】

組み立てる時に、電動ドライバを用いてもよく、ねじ４の仕様は、例えば、Ｍ２×１０であり、組み立てる時に、ギア列にグリースを添加することができる。

【0042】

いくつかの実施例において、舵取機の配線方式は、電線（例えば、引出線）を下蓋３内のＰＣＢ３１に溶接し、ＰＣＢ３１に固定されたポテンショメータ３２と遷移ギア１９を軸継ぎ手によって接続し、電線を下蓋３に開けられているスルーホール３３から引き出すことである。

【0043】

上記配線方式を用いる舵取機は、その電線の一部がＰＣＢ３１と下蓋３との間に隠してもよい。多くの線材の露出を回避し、舵取機の外形をより美しくする一方、線材を保護し、線材の使用寿命を延長し、舵取機性能の安定性を向上させることもできる。

【0044】

本開示の実施例は、前記いずれか一つの実施例の舵取機を含むロボットをさらに提供する。いくつかの実施例において、ロボットは、「細い腕」タイプの人型ロボットに対称に配置される左舵取機と右舵取機とを含み、それらは、構造が小さく、関節部品との間の隙間を減少させることができる。

【0045】

当業者であれば容易に理解できるように、本開示の技術案は、本明細書における各部分のいずれかの組み合わせを含んでもよい。紙幅が限られており、且つ説明書を簡明にするために、これらの組み合わせについてはここでは詳しく説明していないが、本明細書を読めば、本明細書で構成される各部分のいずれかの組み合わせで構成される本開示の範囲は自明である。

【図1】

【図2】

【図3】