特許 7596751 ロボット用外装構造

(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】2024-12-02

(45)【発行日】2024-12-10

(54)【発明の名称】ロボット用外装構造

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/00 20060101AFI20241203BHJP

【ＦＩ】

B25J19/00 H

B25J19/00 Z

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020198650

(22)【出願日】2020-11-30

(65)【公開番号】P2022086566

(43)【公開日】2022-06-09

【審査請求日】2023-07-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】近藤 寛之

【審査官】神山 貴行

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－１６１４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０１５０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１３７２８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００－２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

関節部を有するロボットの骨格の外側を覆う外装を備え、
前記外装は、
前記関節部の外側を覆い、該関節部の動作に応じて柔軟に変形する軟質部と、
前記軟質部に隣接して設けられ、前記関節部以外を覆う硬い硬質部と、
一端が前記ロボットの胴体部の骨格を覆う硬質部の下端内側に接続され、他端が前記ロボットの股関節を覆う軟質部の内側に当接する第１弾性部材と、
を備えるロボット用外装構造。

【請求項2】

請求項１記載のロボット用外装構造であって、
前記ロボットの膝関節を覆う軟質部に該軟質部の形状に沿って接続された第２弾性部材を更に備えるロボット用外装構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボット用外装構造に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、関節を含む骨格の外側を覆う外装を備え、外装は、関節部の外側を覆い、関節部の動作に応じて柔軟に変形する軟質部と、軟質部に隣接して設けられ、関節部以外を覆う硬い硬質部と、を備えるロボットが知られている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１７１５６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記ロボットにおいては、関節の動作に対して軟質部の変形が十分に追従せず、軟質部に皺などができる虞がある。

【0005】

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、関節の動作に対して軟質部の変形が十分に追従でき、軟質部のシルエットを綺麗に維持できるロボット用外装構造を提供することを主たる目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するための本発明の一態様は、
関節部を有するロボットの骨格の外側を覆う外装を備え、
前記外装は、
前記関節部の外側を覆い、該関節部の動作に応じて柔軟に変形する軟質部と、
前記軟質部に隣接して設けられ、前記関節部以外を覆う硬い硬質部と、
一端が前記硬質部に接続され、他端が前記軟質部に当接する第１弾性部材、及び、前記軟質部に該軟質部の形状に沿って設けられた第２弾性部材、のうちの少なくとも一方と、
を備えるロボット用外装構造
である。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、関節の動作に対して軟質部の変形が十分に追従でき、軟質部のシルエットを綺麗に維持できるロボット用外装構造を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】ロボットの骨格を示す図である。

【図2】ロボットの外装を示す図である。

【図3】股関節軟質部を部分的に拡大した拡大図である。

【図4】股関節の外装に設けられた第１弾性部材を示す図である。

【図5】膝関節を拡大した拡大図である。

【図6】図５に示す膝関節を上方から見た上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

実施形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、ロボットの骨格を示す図である。本実施形態に係るロボット１０は、例えば、頭部１１、胴体部１２、腕部１３、脚部１４などを備える多関節型ロボットとして構成されている。

【0010】

腕部１３は、３軸周りに回転可能な肩関節１３１、１軸周りに回転可能な肘関節１３２、及び、２軸周りに回転可能な手首関節１３３を有している。肩関節１３１、肘関節１３２、及び、手首関節１３３は、フレームなどにより接続されている。腕部１３の先端には、複数の指部からなる把持部１３４が設けられている。

【0011】

肩関節１３１、肘関節１３２、及び手首関節１３３には、夫々、サーボモータなどのアクチュエータ及び減速機が設けられている。各アクチュエータは、制御装置からの制御信号に応じて、肩関節１３１、肘関節１３２、及び手首関節１３３を、減速機を介して回転駆動する。これにより、ロボット１０の腕部１３は、手振り動作、把持動作などの任意の動作を行うことができる。

【0012】

脚部１４は、３軸周りに回転可能な股関節１４１、１軸周りに回転可能な膝関節１４２、および、２軸周りに回転可能な足首関節１４３、を有している。股関節１４１、膝関節１４２、および、足首関節１４３、はフレームなどにより接続されている。

【0013】

股関節１４１、膝関節１４２、および、足首関節１４３には、夫々、サーボモータなどのアクチュエータ及び減速機が設けられている。各アクチュエータは、制御装置からの制御信号に応じて、股関節１４１、膝関節１４２、および、足首関節１４３を、減速機を介して回転駆動する。これにより、ロボット１０の脚部１４は、歩行などの任意の動作を行うことができる。

【0014】

なお、上記ロボット１０の構成は一例であり、これに限定されず、本実施形態に係るロボット１０は、任意の多関節型ロボットに適用可能である。

【0015】

図２は、ロボットの外装を示す図である。本実施形態に係るロボット用外装構造１は、上記のような多関節型のロボット１０の骨格の外側を覆う外装２を備えている。外装２は、柔軟に変形する軟質部２１と、軟質部２１に隣接して設けられた硬い硬質部２２と、を有している。

【0016】

軟質部２１は、例えば、ピンや接着剤などで硬質部２２に接続されている。軟質部２１は、主として各関節部の外側を覆い、各関節部の動作に応じて柔軟に変形する。このため、各関節部は、その可動範囲内でスムーズに動作できる。

【0017】

軟質部２１は、例えば、股関節１４１を覆う股関節軟質部２１１と、膝関節１４２を覆う膝関節軟質部２１２と、肩関節１３１を覆う肩関節軟質部２１３と、脛骨上側かつ膝関節部下側を覆う頸部軟質部２１４と、を有している。

【0018】

図３は、股関節軟質部（図２の枠部分）を部分的に拡大した拡大図である。軟質部２１は、ウレタン、ポリエステル、ゴムなどの柔軟性の部材で形成されている。軟質部２１には、３次元方向の変形に良好に追従できるように、Ｙ字状、十字状のスリットや穴が形成されていてもよい。スリットや穴は、軟質部２１において、例えば、均等に形成されている。なお、軟質部２１が十分な柔軟性及び復元力を有する材料で形成されていれば、軟質部２１に上記のようなスリットや穴を形成しなくてもよい。

【0019】

硬質部２２は、軟質部２１に隣接して設けられ、主として、関節部以外を覆う。硬質部２２は、各関節の可動範囲に影響を与えない部位に設けられる。硬質部２２は、ロボット１０の骨格などに固定されている。硬質部２２は、ロボット１０の意匠上の外観を維持できるだけの剛性を有するプラスチックや薄い金属などで形成されている。

【0020】

硬質部２２は、図２に示す如く、胴体部１２の骨格を覆う胴体硬質部２２１と、膝下部の骨格を覆う膝下硬質部２２２と、脛骨下側を覆う頸部硬質部２２３と、を有している。

【0021】

胴体硬質部２２１の上側の左右両端に一対の肩関節軟質部２１３が接続されている。３軸周りの肩関節１３１の回転動作に応じて、肩関節軟質部２１３が柔軟に変形して肩関節１３１の可動域を確保しつつ、肩関節軟質部２１３および胴体硬質部２２１によって、肩近傍の意匠上の外観を維持する。

【0022】

胴体硬質部２２１の下端に股関節軟質部２１１の上端が接続されている。３軸周りの股関節１４１の回転動作に応じて、股関節軟質部２１１が柔軟に変形して股関節１４１の可動域を確保しつつ、股関節軟質部２１１および胴体硬質部２２１によって、股関節近傍の意匠上の外観を維持する。

【0023】

膝下硬質部２２２の上端に膝関節軟質部２１２の下端が接続されている。１軸周りの膝関節１４２の回転動作に応じて、膝関節軟質部２１２が柔軟に変形して膝関節１４２の可動域を確保しつつ、膝関節軟質部２１２および膝下硬質部２２２によって、膝関節近傍の意匠上の外観を維持する。

【0024】

上記のように、各関節部の可動範囲に影響を与える部位のみを軟質部２１で覆い、各関節部の動作に応じて軟質部２１を柔軟に変形させることで、各関節部の可動域を確保しつつ、それ以外の各関節部の可動範囲に影響を与えない部位を硬質部２２で覆うことで、ロボット全体の意匠上の外観を維持できる。

【0025】

ところで、例えば、従来、可動軸が多い股関節などの関節部を覆う軟質部は、複雑に変形するため、元の形状に復元し難く、関節部の動作に対して軟質部の変形が十分に追従せず、軟質部に皺などができる虞がある。

【0026】

これに対し、本実施形態に係るロボット用外装構造１は、一端が硬質部２２に接続され、他端が軟質部２１に当接する第１弾性部材を備えている。軟質部２１が複雑に変形し、元の形状に復元し難い場合でも第１弾性部材の他端がその軟質部２１に当接し元の形状に復元させることができる。すなわち、関節の動作に対して軟質部２１の変形が十分に追従でき、軟質部２１のシルエットを綺麗に維持できる。

【0027】

図４は、股関節の外装に設けられた第１弾性部材を示す図である。第１弾性部材２３は、所定長さの板状部材である。第１弾性部材２３は、棒状部材であってもよい。第１弾性部材２３は、金属、ゴム、合成樹脂などの弾性部材で形成されている。第１弾性部材２３の弾性係数は、軟質部２１の変形が十分に追従できるように設定されている。

【0028】

第１弾性部材２３の一端は、胴体硬質部２２１の下端内側に接続されている。第１弾性部材２３の他端は、股関節軟質部２１１の内側に当接している。このように、第１弾性部材２３の一端を胴体硬質部２２１に固定し、他端を股関節軟質部２１１に接触するだけの状態にする。これにより、股関節１４１の動作に応じて、股関節軟質部２１１は、柔軟に変形しつつ、第１弾性部材２３の当接力により元の形状に復元する。このように、第１弾性部材２３は、軟質部２１の皺を伸ばす機能を有している。

【0029】

軟質部２１と硬質部２２との間には、複数の第１弾性部材２３が設けられる構成であってもよい。なお、上述の図４は、左側の股関節を示す図である。図４に示す如く、第１弾性部材２３の一端は胴体硬質部２２１の左側に接続され、他端は、股関節軟質部２１１の左側に当接している。

【0030】

第１弾性部材２３は、左側の股関節１４１と同様に、右側の股関節１４１にも設けられている。すなわち、第１弾性部材２３の一端は胴体硬質部２２１の右側に接続され、他端は、股関節軟質部２１１の右側に当接している。このように、複雑に変形する軟質部２１の部位に対応して、第１弾性部材２３を設けるのが好ましい。

【0031】

本実施形態に係るロボット用外装構造１は、外装２の外側を覆い伸縮性を有する外皮を更に備えていてもよい。外皮は、例えば、ポリエステル繊維などの化学繊維で構成されている。外皮は伸縮性を有することから、各関節部の動作に影響を与えず、さらに、外装２の継ぎ目を完全に覆い隠すことができるため、ロボット１０の意匠上の美的外観をより高めることができる。

【0032】

実施形態２
図５は、膝関節を拡大した拡大図である。図６は、図５に示す膝関節を上方から見た上面図である。本実施形態２に係るロボット用外装構造１は、膝関節軟質部２１２に膝関節軟質部２１２の形状に沿って設けられた第２弾性部材２４を更に備えていてもよい。これにより、膝関節軟質部２１２が複雑に変形し、元の形状に復元し難い場合でも第２弾性部材２４がその膝関節軟質部２１２を元の形状に復元させることができる。

【0033】

第２弾性部材２４は、板状部材である。第２弾性部材２４は、棒状部材であってもよい。第２弾性部材２４は、膝関節軟質部２１２の形状に沿って略Ｃ字状に形成されている。第２弾性部材２４は、接着剤などのより膝関節軟質部２１２に接続されている。第２弾性部材２４の弾性係数は、膝関節軟質部２１２の変形が十分に追従できるように設定されている。

【0034】

図５は、左側の膝関節を拡大した拡大図である。第２弾性部材２４は、左側の膝関節軟質部２１２と同様に、右側の膝関節軟質部２１２にも設けられている。
なお、上記実施形態において、第１弾性部材２３及び第２弾性部材２４のうちの少なくとも一方が設けられる構成であってもよい。

【0035】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0036】

１ ロボット用外装構造、２ 外装、１０ ロボット、１１ 頭部、１２ 胴体部、１３ 腕部、１４ 脚部、２１ 軟質部、２２ 硬質部、２３ 第１弾性部材、２４ 第２弾性部材、１３１ 肩関節、１３２ 肘関節、１３３ 手首関節、１３４ 把持部、１４１ 股関節、１４２ 膝関節、１４３ 足首関節、２１１ 股関節軟質部、２１２ 膝関節軟質部、２１３ 肩関節軟質部、２１４ 頸部軟質部、２２１ 胴体硬質部、２２２ 膝下硬質部、２２３ 頸部硬質部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】