CN107073721B - 机器人中的旋转驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供能实现机器人的旋转构件的旋转驱动所用的促动器的小型化的旋转驱动机构。旋转驱动机构对安装于机器人的主体侧的基座构件上的旋转构件和该基座构件相对地进行旋转驱动，旋转驱动机构具备：第一连杆部(31)，其具有第一连杆主体且经由第一支承部以旋转自如的方式安装于基座构件，该第一连杆部具有输入部和输出部，该输入部在以该第一支承部为基准时在该第一连杆主体的一方侧输入有直动促动器的输出，该输出部位于该第一连杆主体的隔着该第一支承部(33)与该输入部相反侧的位置；第二连杆部(32)，其具有第二连杆主体且经由第二支承部(34)以旋转自如的方式安装于第一连杆部的输出部，且经由第三支承部(35)以旋转自如的方式安装于旋转构件或与该旋转构件连结的连结构件。

Description

机器人中的旋转驱动机构

技术领域

本发明涉及用于对机器人的旋转构件进行旋转驱动的旋转驱动机构。

背景技术

近年来，不仅是工业用机器人，作为民生用而承担各种各样的任务的机器人的研究开发也越来越盛行。在机器人中，特别是能直立步行的人型机器人(智能机器人)被期待能够代替人类的行动。就这样的人型机器人而言，为了模仿人类的动作而设置有较多的关节部，而且，在其关节部要求能进行具有多个自由度的各种各样的动作。因此，在人型机器人的关节部，与对其关节施加的自由度相对应地，伺服马达等的促动器的搭载数增加，由此，关节部的小型化变得困难，促动器的结构、配置变得复杂。

在此，例如，在专利文献1中公开了下述的关节部的构成，即，在机器人的关节部处排列两台促动器，将促动器的输出轴分别与由中间连杆和臂形成的连杆机构相连，且将该臂分别经由十字形的万向联轴器与该关节部的基座构件相连。在这样的构成中，当使促动器进行规定的动作时，在该关节部能够实现2个自由度的动作，并且，在该技术中，总是通过驱动两台促动器来进行各自由度的动作，因此，结果是能将每台促动器小型化，且其配置也仅是使两促动器并列。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-91122号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在上述的现有的关节部的构成中，促动器的输出轴和臂大致串联地配置，因此，作为用于收容该构成的空间，需要在其长度方向上具有比较大的尺寸，在机器人内能设置该构成的部位自然会受到制约。而且，在连接有如机器人的臂构件那样在包含重力成分的规定方向上被旋转驱动的旋转构件的关节部中，以往，多数情况下在关节部安装旋转型的伺服马达等，来承担该旋转构件的旋转驱动。在这样的构成中，特别是旋转构件旋转上升时，对促动器施加的负荷转矩增大，因此，一般会成为考虑其增大的负荷转矩而只能选择刚性比较高的促动器的状况。

另外，在机器人的关节部中，为了使促动器的驱动力传递至驱动对象而存在使用连杆机构的情况。在上述专利文献1所示的关节部中也利用连杆机构来传递驱动力，但该连杆机构是能将来自并列的两个促动器的驱动力以各种方式向关节部的基座构件传递的连杆机构，不能说是形成为在包含重力成分的规定方向上的旋转构件的旋转驱动时适当地减轻对促动器施加的负荷的构件。另外，在其他的现有技术中，也未找到适当地实现促动器的重力负荷减轻的旋转构件的旋转驱动所用的机构。

本发明是鉴于上述的问题点而做成的，其目的在于提供能实现机器人的旋转构件的旋转驱动所用的促动器的小型化的旋转驱动机构。

用于解决课题的手段

在本发明中，为了解决上述课题，为了对旋转构件进行旋转驱动而采用直动促动器，并且采用将其输出经由如跷跷板那样摆动的连杆部向旋转构件传递的构成。由此，能使直动促动器的输出经由紧凑的空间向旋转构件传递。

详细而言，本发明涉及的旋转驱动机构作为连杆机构而具有第一连杆部和第二连杆部。该第一连杆部具有被输入来自直动促动器的驱动力(输出)输入部和将该驱动力向第二连杆部输出的输出部。需要说明的是，输入部处的直动促动器输出的输入可以是从直动促动器直接输入的方式，也可以是经由任何的传递构件间接地输入的方式。并且，第一连杆部经由第一支承部以旋转自如的方式安装于基座构件，上述的输入部和输出部隔着第一支承部的支承点而位于相互相反一侧的位置。因此，第一连杆部利用第一支承部的支承作为如跷跷板那样进行摆动的摆动连杆进行动作。即，基于来自直动促动器的输出的输入部的移动方向和输出部的移动方向相反。

并且，第二连杆部经由第二支承部以旋转自如的方式与第一连杆部的输出部连结，而且，第二连杆部经由第三支承部以旋转自如的方式与旋转构件或和旋转构件连结的连结构件相连接。其结果是，输入到第一连杆部的直动促动器的输出经由该输出部向第二连杆部传递，进一步向旋转构件传递，从而进行旋转构件和安装有该旋转构件的基座构件的相对的旋转驱动。利用这样的构成，与直动促动器的输出轴和臂串联且其移动方向相同的现有构成相比，能将旋转驱动机构整体的长度尺寸抑制得较小。另外，通过第一连杆部形成为摆动连杆，从而适当地调整第一连杆部的第一支承部与输入部及输出部的间隔，也能将直动促动器的输出经由第一连杆部增幅而向旋转构件侧传递，因此还能实现直动促动器的小型化。

而且，从另一方面、即利用直动促动器在包含重力成分的规定方向上对机器人的旋转构件进行旋转驱动的旋转驱动机构的方面也能领会本发明。在该情况下，本发明是旋转驱动机构，其作为机器人的一部分，利用具有直动的输出轴的直动促动器，在包含重力成分的规定方向上对安装于机器人的主体侧的基座构件的旋转构件进行旋转驱动，该旋转驱动机构具备：第一连杆部，其具有第一连杆主体且经由第一支承部以旋转自如的方式安装于所述基座构件，该第一连杆部具有输入部和输出部，该输入部在以该第一支承部为基准时在该第一连杆主体的一方侧输入有所述直动促动器的输出，该输出部与位于该第一连杆主体的隔着该第一支承部与该输入部相反侧的位置；第二连杆部，其具有第二连杆主体且经由第二支承部以旋转自如的方式安装于所述第一连杆部的所述输出部，且经由第三支承部以旋转自如的方式安装于所述旋转构件或与该旋转构件连结的连结构件。并且，所述第一连杆部和所述第二连杆部形成为，在所述旋转构件的所述规定方向上的旋转移动范围内该旋转构件位于最接近水平状态的水平上升位置的情况下，与在该旋转移动范围内该旋转构件位于接近从安装于所述基座构件的安装位置向最下方延伸的状态的、最下方位置的情况相比，将所述第一支承部的支承点与所述第二支承部的支承点连结的第一直线和将所述第二支承部的支承点与所述第三支承部的支承点连结的第二直线所成的连杆间角度进一步增大，且使该第三支承部的支承点自该第一支承构件的支承点向上方离开。

本发明涉及的旋转驱动机构通过将基于直动促动器的驱动力向旋转构件传递，从而来实现该旋转构件的规定方向上的旋转驱动。在此，旋转构件进行旋转的规定方向是在其旋转的过程中使旋转构件的重力成分的一部分或全部向直动促动器侧作用的方向。因此，该规定方向可以是机器人的铅垂面所包含的旋转方向，可以是从水平面倾斜了规定角的倾斜面所包含的旋转方向。这样，在规定方向为倾斜面所包含的旋转方向的情况下，与其倾斜的规定角相应的旋转构件的重力成分作为重力负荷而施加于直动促动器。

并且，在本发明涉及的旋转驱动机构中，也与上述的构成相同地，第一连杆部作为利用第一支承部的支承如跷跷板那样进行摆动的摆动连杆进行动作，基于来自直动促动器的输出的输入部的移动方向和输出部的移动方向相反。并且，输入至第一连杆部的直动促动器的输出经由其输出部而传递至第二连杆部，进一步传递至旋转构件，从而进行旋转构件的规定方向上的旋转驱动。因此，与上述的构成相同地，能将旋转驱动机构整体的长度尺寸抑制得较小，且也能实现直动促动器的小型化。

在此，在本申请发明中，“上方向”及“下方向”是表示相对于驱动促动器作用重力负荷的方向、例如铅垂方向的用语。并且，在机器人从设置面立起的情况下，从脚侧向头部侧的方向为上方向，其反向为下方向。并且，在旋转构件的旋转移动范围内旋转构件位于最下方位置的情况下，旋转构件处于向下方向延伸的状态，因此，直动促动器不需要实际上支承旋转构件的重力负荷。另一方面，在该旋转移动范围内旋转构件处于水平上升位置的情况下，旋转构件在旋转移动范围内成为最接近水平的状态，因此，对直动促动器施加的重力负荷相对变大。因此，考虑这样的旋转构件的旋转移动范围内的位置和对直动促动器施加的重力负荷的相互关系地形成第一连杆部和第二连杆部。

即，第一连杆部和第二连杆部如下地进行动作：在旋转构件处于水平上升位置的情况下，与处于最下方位置的情况相比，连杆间角度进一步增大，且将第二连杆部与旋转构件侧连接的第三支承部的支承点自第一支承构件的支承点向上方向离开。通过各连杆部这样地进行动作，从而在旋转构件处于水平上升位置的情况下，两连杆部所包含的第一支承部、第二支承部、第三支承部的各支承点的配置接近直线状，且最接近旋转构件的第三支承部的支承点位于比最接近直动促动器的第一支承部的支承点靠上方的位置，因此，第一支承部、第二支承部、第三支承部的各支承点形成沿上下方向立起的状态或接近该状态的状态。

其结果是，从处于水平上升位置的旋转构件作用的重力负荷由第一连杆部及第二连杆部的各支承部的支承点支承，因此，特别是通过与基座构件连接的第一支承部支承较多的重力负荷，因此，实质上能减轻对直动促动器施加的重力负荷，能实现直动促动器的小型化。并且，能实现这样的第一支承部、第二支承部、第三支承部的各支承点的配置取决于第一连杆部如上述那样形成为摆动型的连杆部，且输入部和输出部隔着第一支承部配置于彼此相反侧的构成。

需要说明的是，本申请发明中的水平上升位置是在旋转构件的旋转移动范围内该旋转构件最接近水平的状态的位置、即最接近从旋转构件作用于直动促动器的重力负荷成为最大的状态的状态的位置。因此，水平上升位置并不一定限定于旋转构件处于水平状态的位置。同样地，本申请发明中的最下方位置是在旋转构件的旋转移动范围内该旋转构件向最下方延伸的位置、即最接近从旋转构件作用于直动促动器的重力负荷成为最小的状态的状态的位置。因此，最下方位置并不一定限定于旋转构件向铅垂下方延伸的位置。

发明效果

能够提供能实现用于机器人的旋转构件的旋转驱动的促动器的小型化的旋转驱动机构。

附图说明

图1是适用本发明涉及的旋转驱动机构的机器人的主视图。

图2是图1所示的机器人的侧视图。

图3是图1所示的机器人的后视图。

图4是表示在图1所示的机器人中拆下了臂部和驱动单元的状态的图。

图5是表示在图4中拆下来的驱动单元的图。

图6是表示本发明涉及的旋转驱动机构的构成的第一图。

图7是表示本发明涉及的旋转驱动机构的构成的第二图。

图8是表示本发明涉及的旋转驱动机构的构成的第三图。

图9是表示本发明涉及的旋转驱动机构的构成的第四图。

图10是用于说明本发明涉及的旋转驱动机构所包含的连杆机构的动作的第一图。

图11是用于说明本发明涉及的旋转驱动机构所包含的连杆机构的动作的第二图。

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的具体实施方式。只要没有特别说明，本发明的技术范围并不仅限定于本实施例所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等。

实施例1

<机器人10的构成>

基于图1～图3说明搭载有本发明涉及的旋转驱动机构的机器人10的概略构成。图1是机器人10的主视图，图2是机器人10的左侧视图，图3是机器人10的后视图。需要说明的是，在各图中，为了能把握机器人10的内部结构，除了左手之外以省略了其主体罩的状态示出。需要说明的是，在本实施例中，在使机器人10的行进方向为x轴正方向、从机器人10看的左手方向为y轴正方向、机器人10的重力相反方向为z轴正方向时，x轴为侧倾轴，y轴为俯仰轴，z轴为横摆轴。因此，绕x轴的旋转成为侧倾动作，绕y轴的旋转成为俯仰动作，绕z轴的旋转成为横摆动作。另外，本实施例中的上方是z轴正方向、即重力相反方向，另一方面，下方是z轴负方向、即重力方向，左右方向是从机器人10看时的左右方向，y轴正方向为左方，y轴负方向为右方。

机器人10是人型机器人，具有模仿了人类的骨骼结构的身体。概略地说，在图1中，通过沿z轴方向延伸的脊骨部14及后述的由板金形成的各种骨部14a～14d、以支承脊骨部14的方式与脊骨部14连结的腰骨部15、进一步支承腰骨部15且连接有未图示的机器人10的一对腿部的骨盆部16形成机器人10的上半身的骨骼结构(以下简称为“上半身骨骼结构”)。并且，在脊骨部14连接有机器人10的颈部13，进一步在该颈部13上配置有头部11。需要说明的是，在头部11搭载有用于拍摄外部的相机。通过经由该颈部13的、头部11与脊骨部14的连接，头部11能相对于脊骨部14进行侧倾动作、横摆动作，这些动作所用的机器人内部结构并不是构成本发明的核心的结构，因此在本说明书中省略其详细的说明。

另外，在机器人10中，与右上半身和左上半身分别对应地配置有担任其上半身的驱动的驱动单元20。在此，如图4所示，脊骨部14在位于机器人10的肩部分的部位连接有机器人前面侧的前方锁骨部14a和机器人背面侧的背面锁骨部14b。而且，脊骨部14在位于机器人10的胸部分(比肩部分靠下方的部位)的部位连接有机器人前面侧的前方胸骨部14c和机器人背面侧的背面胸骨部14d。通过这些骨部14a～14d及脊骨部14而在夹着脊骨部14的机器人10的上半身内的左右形成规定的空间，配置为在该左右的规定的空间分别收纳有驱动单元20，相对于各骨部14a～14d连接驱动单元20。由此，在机器人10内安装有两个驱动单元20。骨部14a～14d相对于脊骨部14而言由平板状的板金形成，因此，驱动单元20相对于脊骨部14的安装能比较弹性地进行。

<驱动单元20的构成>

图4表示机器人10的左侧的臂部50和与其对应的左上半身用的驱动单元20成为一体而从机器人10的上半身骨骼结构拆下的状态。这样，驱动单元20构成为能与对应的臂部50一起从机器人10的上半身骨骼结构拆下，从而能适当地维持机器人10的组装性、维护性。在该驱动单元20内搭载有本发明涉及的旋转驱动机构，通过该旋转驱动机构进行相当于本发明涉及的旋转构件的臂部50的旋转驱动。以下，基于图5及图6说明该旋转驱动机构的详细。需要说明的是，图5公开机器人10的左上半身用的驱动单元20，另一方面，图6公开机器人10的右上半身用的驱动单元20的详细的结构。需要说明的是，在图6中，为了示出驱动单元20的内部，而省略一部分构成(后述的外侧基板21等的构成)。另外，在本说明书中，左上半身用的驱动单元20和右上半身用的驱动单元20具有相同的构成，基于图5及图6进行的说明适用于两侧的驱动单元20及其内部的旋转驱动机构。

驱动单元20具有由与机器人10的上半身骨骼结构连接的外侧基板21和内侧基板22以及配置于两基板之间的间隔件23划定的收容空间。在驱动单元20连接有臂部50的状态下，外侧基板21是配置于机器人10的外侧、即接近臂部50的一侧的基板，内侧基板22是配置于机器人10的内侧的基板。需要说明的是，在外侧基板21设有支承构件28，该支承构件28用于将臂部50支承为绕俯仰轴旋转自如，借助该支承构件28将臂部50与驱动单元20侧相连接。作为该支承构件28，考虑到在有限的空间容积内支承力矩比较大的机器人10的臂部50，优选采用能够用一个轴承支承径向载荷、轴向载荷等所有的方向的载荷的支承构件。例如，能够采用THK株式会社制的交叉辊。

并且，间隔件23是具有划定两基板的间隔的长度的棒状的构件。基于这些外侧基板21、内侧基板22、间隔件23的构成可以说是形成驱动单元20的框体的构成，该框体固定于机器人10的上半身骨骼结构，在此配置有三个促动器24、25、26及与促动器24关联的连杆机构30。需要说明的是，该框体所包含的外侧基板21相当于本发明涉及的基座构件。

首先，说明促动器24。促动器24是具有伺服马达、主体部24a和沿促动器的轴向进行直线移动的输出轴24b的直动促动器，固定于外侧基板21及内侧基板22。在输出轴24b的外周面形成有螺旋状的螺纹槽，在主体部24a中收纳有与输出轴24b的螺纹槽螺合的滚珠丝杠螺母(未图示)，该滚珠丝杠螺母以仅允许绕轴线的旋转的状态收纳于主体部24a内。并且，伺服马达以使该滚珠丝杠螺母旋转的方式与主体部24a连接，在主体部24a内限制滚珠丝杠螺母的轴线方向上的移动，因此，通过伺服马达的驱动，输出轴24b沿轴向进行直线运动、即直动。

促动器24的输出轴24b与构成连杆机构30的第一连杆部31和第二连杆部32中的第一连杆部31连接。需要说明的是，该连杆机构30相当于本发明中的旋转驱动机构。并且，如后述的图8、图9所示，第一连杆部31具有从基部31c的两端向相同方向延伸出的两个壁部31a，而且，设有以与基部31c平行的方式将两壁部31a相连的桥部31b。该基部31c由相当于本发明涉及的第一支承部的轴承支承为相对于外侧基板21和内侧基板22旋转自如，且形成有作为第一支承部的支承点的第一支承点33。另外，在桥部31b以与第一连杆部31的朝向可变的方式连接促动器24的输出轴24b，其连接点为31e。而且，在隔着基部31c与桥部31b相反的一侧设有从基部31c延伸出的尾部31d。尾部31d的延伸方向不是在将桥部31b上的连接点31e与第一支承点33连结的直线上，而是相对于该直线未配置促动器24的方向、即后述的第三支承点35所在的方向。并且，在尾部31d的端部(和与基部31c连接的连接部相反侧的端部)，第二连杆部32由相当于本发明涉及的第二支承部的轴承支承为旋转自如，且形成有作为第二支承部的支承点的第二支承点34。

这样，将壁部31a、桥部31b、基部31c、尾部31d作为连杆主体(相当于本发明涉及的第一连杆主体)而形成第一连杆部31。并且，第一连杆部31在以将其连杆主体支承为旋转自如的第一支承点33为基准时，连接有促动器24的输出轴24b的桥部31b位于其一方侧，连接有第二连杆部32的尾部31d位于另一方侧。因此，促动器24的输出起作用的点、即促动器24的输出向第一连杆部31输入的连接点31e和经由第一连杆部31的将力向第二连杆部32侧传递的点、即将来自促动器24的输出向第二连杆部32侧输出的第二支承点34具有以第一支承点33为基准而像跷跷板那样摆动的相互关系，因此，第一连杆部31形成为摆动连杆。更具体而言，第一连杆部31形成为，若连接点31e向上方移动，则第二支承点34向下方移动，相反，若连接点31e向下方移动，则第二支承点34向上方移动。这样，将第一连杆部31形成为摆动连杆，从而能抑制促动器24的输出传递所需要的机构的大小、特别是其长度尺寸。另外，利用第一连杆部31的跷跷板形状，还能谋求促动器24的输出的增幅，该点对促动器24的小型化也有帮助。

接着，第二连杆部32在其一方的端部如上所述通过第二支承点34旋转自如地与第一连杆部31的尾部31d连接，并且，如后述的图9所示，在另一方的端部，由相当于本发明涉及的第三支承部的轴承支承为相对于与机器人10的臂部50的端部连结的板51(相当于本发明涉及的连结构件)旋转自如，且形成有作为第三支承部的支承点的第三支承点35。这样，第二连杆部32形成为具有包含第二支承点34及第三支承点35的板状的主体(相当于本发明涉及的第二连杆主体)，并且，第二连杆部32使从第一连杆部31传递来的力向板51传递。该板51是与经由支承构件28旋转自如地安装的臂部50的端部连结的板，伴随臂部50的俯仰方向的旋转而与臂部50一起旋转。并且，支承点35位于与该臂部50的俯仰方向的旋转中心相比错开规定距离的部位，经由第一连杆部31及第二连杆部32向板51传递的力成为在俯仰方向上对臂部50进行旋转驱动的驱动力。

这样，促动器24的驱动力通过由第一连杆部31及第二连杆部32构成的连杆机构30向臂部50传递，从而产生臂部50的俯仰方向上的旋转动作。并且，臂部50被外侧基板21上的支承构件28支承，且第一连杆部31被旋转支承于外侧基板21及内侧基板22上，因此，第一连杆部31及第二连杆部32的旋转方向成为与臂部50的俯仰旋转方向相同的方向。

接着，说明促动器25。促动器25也与促动器24同样地是直动促动器，其动作原理也相同。促动器25的输出轴与经由支承点18a旋转自如地安装于外侧基板21及内侧基板22的摆动连杆部18的一端侧连接。并且，在摆动连杆部18的另一方端侧，经由支承点18b旋转自如地连接有传递连杆部17，该传递连杆部17进一步与腰骨部15连接。该摆动连杆部18与上述的第一连杆部31同样地具有跷跷板形状，因此，能抑制促动器25的输出传递所需要的机构的大小、特别是其长度尺寸，并且还能谋求促动器25的输出的增幅，该点对促动器25的小型化也有帮助。

通过在机器人10的左右的上半身将促动器25的输出向腰骨部15传递，从而利用未图示的腰骨部15的详细的构成，相对于骨盆部16在侧倾方向及横摆方向上对机器人10的上半身进行旋转驱动。需要说明的是，关于相对于该骨盆部16的旋转驱动，由于并不是本发明涉及的旋转驱动机构进行的旋转驱动，因此省略其详细的说明。

另外，驱动单元20仅包含促动器25，作为与其关联的连杆的摆动连杆部18及传递连杆部17不包含于驱动单元20(参照图4所示的、拆下了驱动单元的状态。)。这是由于，若在拆下驱动单元20时导致将传递连杆部17与腰骨部15的连接解开，则摆动连杆部18及传递连杆部17会从驱动单元20的框体突出，从而操作变难。当然，也可以使驱动单元20内包含摆动连杆部18及传递连杆部17地将驱动单元20从上半身骨骼结构拆下。

接着，基于图7说明机器人10的背面结构。图7是表示驱动单元20的背面构成的图。如图7所示，设有从板51上沿机器人10的肩宽方向延伸出的弹簧安装部52。在该弹簧安装部52设有两条对该弹簧安装部52与背面胸骨部14d之间施加作用力的弹簧19。弹簧19相当于本发明涉及的弹簧构件，背面胸骨部14d处的弹簧19的连接位置由19a表示。

弹簧安装部52位于与臂部50一起进行俯仰旋转的板51上，且连接位置19a位于形成机器人10的上半身骨骼结构的背面胸骨部14d侧，因此，弹簧19所产生的作用力产生有助于臂部50的俯仰旋转的转矩。关于该弹簧19所产生的作用力见后述。

<连杆机构30的动作>

连杆机构30如上所述由第一连杆部31和第二连杆部32构成，通过将促动器24的驱动力向与臂部50连结的板51传递，从而臂部50被沿俯仰方向旋转驱动。并且，该连杆机构30相当于本发明涉及的旋转驱动机构，以下，基于图8、图9、图10详细说明其动作。

图8表示臂部50向铅垂下方延伸的状态、即在臂部50由支承构件28旋转自如地支承的状态下臂部50效仿重力成分而位于向最下方延伸的最下方位置的状态下的、以连杆机构30为中心的驱动单元20内的状态。另一方面，图9表示臂部50沿水平方向延伸的状态、即在臂部50由支承构件28旋转自如地支承的状态下臂部50位于从最下方位置逆着重力成分上升的水平上升位置的状态下的、以连杆机构30为中心的驱动单元20内的状态。即，图8表示由臂部50的自重产生的对促动器24的重力负荷成为最小的状态，图9表示该重力负荷成为最大的状态。

另外，为了容易把握构成连杆机构30的各连杆部的状态，图10以向zy平面投影的状态示出各连杆部。因此，第一连杆部31由将连接点31e与第一支承点33连结的直线和将第一支承点33与第二支承点34连结的直线弯折了的く形状表示。需要说明的是，具体而言，图10的左图(a)表示臂部50如图8所示那样位于最下方位置的情况下的连杆机构30的状态，图10的右图(b)表示臂部50如图9所示那样位于水平上升位置的情况下的连杆机构30的状态。

在此，关于机器人10的臂部50被从最下方位置上升驱动至水平上升位置的情况下的连杆机构30的动作进行说明。在机器人10的臂部50位于最下方位置的情况下，如图8所示，处于促动器24的输出轴24b在驱动单元20内位于最上方的位置的状态。因此，如图10中的(a)所示，第二支承点34成为位于该第二支承点34能采用的位置中最下方的位置的状态。因此，受该第二支承点34的位置的影响，成为第二连杆部32将板51向下方牵引的状态，因此，经由了图10中的(a)所示的板51的状态的、臂部50的最下方位置被确定。

这样，从图8所示的状态，通过促动器24的驱动将输出轴24b向主体部24a牵引时(即、机器人10的输出轴24向下方直动时)，在图10中的(a)中，第一连杆部31以第一支承点33为中心绕逆时针旋转。即，通过输出轴24b的向下方的直动，相当于第一连杆部31的输入部的连接点31e向下方移动，且相当于输出部的第二支承点34向上方移动。其结果是，第二连杆部32沿顺时针方向顶起板51，因此，在图10中，臂部50伴随板51的旋转而沿顺时针方向旋转上升，从而到达图10中的(b)所示的水平上升位置。

在此，在该臂部50旋转上升的过程中，关注将第一支承点33与第二支承点34连结的直线(相当于本发明涉及的第一直线)和将第二支承点34与第三支承点35连结的直线(相当于本发明涉及的第二直线)所成的角度θ(本发明涉及的连杆间角度)。由于第一支承点33形成于外侧基板21及内侧基板22与第一连杆部31之间，因此，第一支承点33的位置与第一连杆部31的状态无关而相对于外侧基板21等不变。并且，第一连杆部31从图10中的(a)所示的状态绕逆时针方向旋转时，第二支承点34以该第一支承点33为中心上升，原来为锐角的连杆间角度θ超过90度而成为钝角，在最终的图10中的(b)所示的状态下，成为接近180度的角度。即，通过第一连杆部31的绕逆时针方向的旋转，连杆间角度θ逐渐打开为接近180度，第三支承点35以自第一支承点33进一步离开的方式上升。

其结果是，在图10中的(b)所示那样的臂部50上升至水平的状态下，将第一支承点33与第二支承点34连结的第一直线和将第二支承点34与第三支承点35连结的第二直线大致在一直线上，且以沿着z轴的方式延伸。此时，臂部50的重力成分所产生的重力负荷成为最大，连杆机构30的三个支承点33、34、35在第一支承点33上大致排列在一直线上。因此，能够在被外侧基板21等支承的第一支承点33支承更多的从臂部50传递来的重力负荷，因此，能够减轻经由连接点31e向促动器24侧传递的负荷。

另外，在连杆机构30中，以下述方式确定第一连杆部31和第二连杆部32的形状、尺寸，即，在臂部50位于水平上升位置的附近的位置的情况下，与臂部50位于最下方位置的附近的位置的情况相比，使与臂部50连结的板51的旋转量相对于促动器24的输出轴24b的位移量的比率变小。其结果是，就臂部50的位移量相对于搭载于促动器24的伺服马达的位移量的比率即减速比而言，臂部50越接近水平上升位置设定得越大。因此，在臂部50位于最下方位置的附近的情况下，虽然减速比较小，但由于臂部50所产生的重力负荷较小，因此，将相对于促动器24的影响度保持得较小。另一方面，在臂部50所产生的重力负荷相对变大的水平上升位置的附近，进一步增大减速比，从而能够尽量减轻臂部50所产生的重力负荷对促动器24的影响度，因此，能谋求促动器24的小型化。

另外，在机器人10中，如图7所示那样进行基于弹簧19的作用力的施加。关于该点，基于图11进行说明。在图11中，臂部50所产生的重力负荷的推移、及弹簧19的作用力的推移相对于臂部50的旋转角度分别用线L1、L2表示。需要说明的是，就图11的横轴而言，在臂部50位于最下方位置的情况下(图10中的(a)所示的状态的情况下)，旋转角度为0度，在臂部50位于水平上升位置的情况下(图10中的(b)所示的状态的情况下)，旋转角度为90度。另外，弹簧19的作用力在图11所示的旋转角度的范围内向产生使臂部50上升旋转的转矩的方向施加。

在此，根据线L1可知，臂部50从最下方位置旋转上升至水平上升位置时，其重力负荷逐渐上升。此时，以如下方式决定弹簧的安装位置、弹簧常数，即，就弹簧19的作用力而言，如根据线L2可知的那样，在臂部50到达水平上升位置之前的区域(大致为旋转角度从50度到75度的位置，成为“规定负荷区域”。)使作用力比由线L1表示的重力负荷大。通过这样的弹簧19的设计，在臂部50所产生的重力负荷比较大的区域，能够利用弹簧19的作用力有效地支承臂部50，能够减轻对促动器24施加的负荷。需要说明的是，在臂部50所产生的重力负荷比规定负荷区域进一步增大的区域(臂部50的旋转角度大致为从75度到90度的位置)，如上所述，连杆机构30所产生的减速比相对变大，因此，即使如图11所示那样弹簧19的作用力比重力负荷低，也能减轻对促动器24施加的重力负荷。

另外，如图11所示，在臂部50所产生的重力负荷比规定负荷区域小的区域(臂部50的旋转角度大致为从0度到50度的位置)，如上所述，连杆机构30所产生的减速比相对较小，但由于臂部50所产生的重力负荷自身相对较小，因此，即使如图11所示那样弹簧19的作用力比重力负荷低，对促动器24施加的重力负荷也不会成为阻碍促动器24的小型化的程度。

通过这样地考虑与连杆机构30所产生的减速比的相互关系地设定弹簧19所产生的作用力，能在臂部50的整个旋转驱动范围内减轻对促动器24施加的重力负荷，能谋求促动器24的小型化。

在此，返回图10，再次说明连杆机构30。在如图10中的(b)那样臂部50处于水平上升位置的情况下，第二支承点34、第三支承点35以第一支承点33为基准沿z轴大致排列为直线状，从而如上所述，能够在第一支承点33有效地支承臂部50所产生的重力负荷。此时，第一连杆部31如上所述那样向第三支承点35侧偏倚而形成为弯折了的形状(く形状)。因此，在第一连杆部31的连接点31e从图10中的(a)所示的状态位移至图10中的(b)所示的状态的情况下，利用第一连杆部31的弯折了的形状，将第一支承点33与第二支承点34连结的第一直线和将第二支承点34与第三支承点35连结的第二直线容易更接近直线状。在连杆机构30中，在臂部50位于水平上升位置的情况下，成为第一直线和第二直线更接近直线的状态，从而容易享有第一支承点33所产生的重力负荷的支承的效果。因此，第一连杆部31的上述弯折形状只要考虑该第一支承点33所产生的重力负荷的支承地进行设计即可。

另外，第一连杆部31的上述弯折形状优选也从第一连杆部31从第一直线和第二直线成为直线状的状态起的旋转驱动的容易度的观点出发来决定。在第一直线和第二直线成为直线状的情况下，若将连接点31e和第一支承点33连结的直线位于第一直线等的延长线上，则从图10中的(b)所示的状态向图10中的(a)所示的状态返回时，难以对第一连杆部31施加所需要的转矩。因此，优选考虑第一连杆部31的旋转驱动的容易度地决定第一连杆部31的弯折形状。

需要说明的是，在本实施例中，作为臂部50的旋转支承所用的支承构件28，如上所述能够使用交叉辊。该交叉辊是能够支承来自多方面的载荷的支承构件。因此，关于与臂部50有关的负荷的支承，该交叉辊适当地起作用，相应地，能减小担任臂部50的俯仰旋转的促动器24所要求的刚性，从该点出发也能谋求促动器24的小型化。

<变形例>

在上述的实施例中，为了对臂部50施加上升旋转方向的作用力，弹簧19设于背面胸骨部14d与板51之间，但代替该方式，也可以在构成连杆机构30的第一连杆部31或第二连杆部32与机器人10的上半身骨骼结构之间配置弹簧19。但是，如图10所示，也存在两连杆部在臂部50的旋转驱动范围内状态发生较大变化的情况，因此，在连接弹簧19时，需要连接在与两连杆部不发生干涉的位置。

附图标记说明

10…机器人、14…脊骨部、14a…前方锁骨部、14b…背面锁骨部、14c…前方胸骨部、14d…背面胸骨部、15…腰骨部、19…弹簧、20…驱动单元、21…外侧基板、22…内侧基板、24、25…促动器、28…支承构件、30…连杆机构、31…第一连杆部、31a…壁部、31b…桥部、31c…基部、31d…尾部、31e…连接点、32…第二连杆部、33…第一支承点、34…第二支承点、35…第三支承点、50…臂部、51…板。

Claims (8)

1.一种机器人的旋转驱动机构，其利用具有直动的输出轴的直动促动器，沿包含重力成分的规定方向对作为机器人的一部分而安装于机器人的主体侧的基座构件且从该安装位置沿规定的延伸方向延伸的旋转构件进行旋转驱动，其中，

该旋转驱动机构具备：

第一连杆部，其具有第一连杆主体且经由第一支承部以旋转自如的方式安装于所述基座构件，该第一连杆部具有输入部和输出部，该输入部在以该第一支承部为基准时在该第一连杆主体的一方侧输入有所述直动促动器的输出，该输出部位于该第一连杆主体的隔着该第一支承部与该输入部相反侧的位置，

第二连杆部，其具有第二连杆主体且经由第二支承部以旋转自如的方式安装于所述第一连杆部的所述输出部，且经由第三支承部以旋转自如的方式安装于所述旋转构件或与该旋转构件连结的连结构件，

所述第一连杆部和所述第二连杆部形成为，在所述旋转构件的所述规定方向上的旋转移动范围内该旋转构件位于最接近水平状态的所述旋转构件相对于所述直动促动器的重力负荷成为最大的水平上升位置的情况下，与在该旋转移动范围内该旋转构件位于接近从安装于所述基座构件的安装位置向最下方延伸的状态的所述旋转构件相对于所述直动促动器的重力负荷成为最小的最下方位置的情况相比，将所述第一支承部的支承点与所述第二支承部的支承点连结的第一直线和将所述第二支承部的支承点与所述第三支承部的支承点连结的第二直线所成的连杆间角度进一步扩大，且使该第三支承部的支承点自该第一支承构件的支承点向上方进一步离开。

2.根据权利要求1所述的机器人的旋转驱动机构，其中，

所述第一连杆部形成为，当利用所述直动促动器使所述输入部向下方移动时，所述第一连杆部借助所述第一连杆主体的所述第一支承部进行旋转，从而所述输出部向上方移动，

在所述第一连杆部，所述第二支承部的支承点未配置于通过所述输入部与所述第一支承部的支承点的直线上，而配置于比该直线靠所述第三支承部侧。

3.根据权利要求2所述的机器人的旋转驱动机构，其中，

在所述旋转构件位于所述水平上升位置时，所述连杆间角度成为180度或180度附近的角度。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的机器人的旋转驱动机构，其中，

所述第一连杆部及所述第二连杆部形成为，在所述旋转构件位于包含所述水平上升位置的规定的上方位置的情况下，与所述旋转构件位于包含所述最下方位置的规定的下方位置的情况相比，使该旋转构件的旋转量相对于所述直动促动器的输出量的比率变小。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的机器人的旋转驱动机构，其中，

该旋转驱动机构还具备弹簧构件，该弹簧构件设于所述机器人的主体侧与所述旋转构件侧之间，在所述规定方向上对该旋转构件施加使该旋转构件向上方旋转的作用力。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的机器人的旋转驱动机构，其中，

所述旋转构件是所述机器人的臂部，

所述规定方向是所述机器人的俯仰方向。

7.一种机器人的旋转驱动机构，其利用具有直动的输出轴的直动促动器，沿包含重力成分的规定方向对作为机器人的一部分而安装于机器人的主体侧的基座构件的旋转构件进行旋转驱动，其中，

该旋转驱动机构具备：

第一连杆部，其具有第一连杆主体且经由第一支承部以旋转自如的方式安装于所述基座构件，该第一连杆部具有输入部和输出部，该输入部在以该第一支承部为基准时在该第一连杆主体的一方侧输入有所述直动促动器的输出，该输出部位于该第一连杆主体的隔着该第一支承部与该输入部相反侧的位置，

第二连杆部，其具有第二连杆主体且经由第二支承部以旋转自如的方式安装于所述第一连杆部的所述输出部，且经由第三支承部以旋转自如的方式安装于所述旋转构件或与该旋转构件连结的连结构件，

所述第一连杆部和所述第二连杆部形成为，在所述旋转构件的所述规定方向上的旋转移动范围内该旋转构件位于最接近水平状态的水平上升位置的情况下，与在该旋转移动范围内该旋转构件位于接近从安装于所述基座构件的安装位置向最下方延伸的状态的最下方位置的情况相比，将所述第一支承部的支承点与所述第二支承部的支承点连结的第一直线和将所述第二支承部的支承点与所述第三支承部的支承点连结的第二直线所成的连杆间角度进一步扩大，且使该第三支承部的支承点自该第一支承构件的支承点向上方进一步离开，

所述第一连杆部形成为，当利用所述直动促动器使所述输入部向下方移动时，所述第一连杆部借助所述第一连杆主体的所述第一支承部进行旋转，从而所述输出部向上方移动，

在所述第一连杆部，所述第二支承部的支承点未配置于通过所述输入部与所述第一支承部的支承点的直线上，而配置于比该直线靠所述第三支承部侧。

8.根据权利要求7所述的机器人的旋转驱动机构，其中，

在所述旋转构件位于所述水平上升位置时，所述连杆间角度成为180度或180度附近的角度。