JP2005125436A - 歩行ロボットの突出部フローティング支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】対象を駆動部を有する突出部に限定せず、駆動部を有する場合には駆動方向以外の方向に加わる力に対しても突出部を有効に保護できるようにすることにある。
【解決手段】歩行ロボットの支持部３ａに支持される突出部４の、その支持部の所定突出部支持部位に対する離間・接近移動を案内する案内手段３ｂ，５と、前記突出部を前記突出部支持部位へ向けて弾性的に引っ張る弾性手段６と、前記突出部を前記突出部支持部位への当接状態で位置決めする位置決め手段３ｃとを具えてなる、歩行ロボットの突出部フローティング支持構造である。
【選択図】図１

Description

この発明は、歩行ロボットの突出部をフローティング（浮動）可能に支持する支持構造に関するものである。

近年、ロボットの要素技術の進歩により、自立して歩行する歩行ロボットが実用化に至っており、かかる歩行ロボットには、角やアンテナ等の突出部が設けられる場合がある。また歩行ロボットとしての人型ロボットの腕も、胴体から突出しているので突出部の一種である。

ところで、歩行ロボットは脚で歩行するので、転倒や周囲の存在への衝突の可能性があり、そのような場合に歩行ロボットの突出部や周囲の存在を保護する方法としては、例えば特許文献１のように、四足動物型歩行ロボットの歩行脚の駆動部にスリップギヤを用いるものが知られている。
特開２０００−２８０１９５号公報

しかしながら、上記従来の方法では、対象が駆動部を有する突出部に限定される上、自由度が駆動方向にしかないため、駆動方向以外の方向に力が加わると有効に保護できないという不都合があった。

この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、この発明の歩行ロボットの突出部フローティング支持構造は、歩行ロボットの支持部に支持される突出部の、その支持部の所定突出部支持部位に対する離間・接近移動を案内する案内手段と、前記突出部を前記突出部支持部位へ向けて弾性的に引っ張る弾性手段と、前記突出部を前記突出部支持部位への当接状態で位置決めする位置決め手段とを具えてなるものである。

かかる歩行ロボットの突出部フローティング支持構造にあっては、突出部にそれが所定突出部支持部位から離間するように任意の方向へ向けて過大な外力が加わると、摺動ピンやワイヤ等の案内手段が、歩行ロボットの支持部に支持される突出部の、その支持部の所定突出部支持部位に対する、弾性手段の弾性変形下での離間移動を案内し、その外力が減少するか無くなるかすると、案内手段による接近移動の案内下で、コイルスプリング等の弾性手段が前記弾性変形による反発力により、前記突出部を前記突出部支持部位へ向けて弾性的に引っ張り、それにより突出部支持部位に戻ってきた突出部を、位置決めピンやインロー形状部等の位置決め手段が、前記突出部支持部位への当接状態で位置決めする。

従って、この発明の歩行ロボットの突出部フローティング支持構造によれば、駆動部が無い突出部でも、フローティング支持して、歩行ロボットが転倒したり周囲の存在へ衝突したりした場合に歩行ロボットのその突出部や周囲の存在を保護することができ、しかも突出部にそれが所定突出部支持部位から離間するように任意の方向へ向けて力が加わっても突出部を所定突出部支持部位に対し離間させて逃がすことができるので、駆動方向以外の方向に力が加わっても歩行ロボットの突出部や周囲の存在を保護することができる。

なお、この発明においては、前記突出部は、人型ロボットの頭に支持される角であっても良い。このようにすれば、その角の内部に収納することで人型ロボットの胴体から離して効率を高めたアンテナ等を損傷から有効に保護することができる。

また、この発明においては、前記突出部は、人型ロボットの胴体に支持される肩や、その肩に支持される腕であっても良い。このようにすれば、人型ロボットの転倒時に特に大きな負荷が加わりやすい肩や腕を損傷から有効に保護することができる。

以下に、この発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、人型ロボットの頭の角の支持に適用された、この発明の歩行ロボットの突出部フローティング支持構造の第１実施例を示す一部切欠き正面図、図２は、その人型ロボットの全体を示す正面図、図３（ａ）は、図１と同様の位置でその第１実施例の支持構造の作用を示す説明図、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ部を拡大して示す説明図である。

図２に示すように、上記人型ロボットは二本の脚１を具え、それらの脚１で既知の方法により倒立振り子的に動的バランスをとりながら歩行するものである。この人型ロボットはまた、胴体２上に頭３を具えており、その頭３の左右両側部には支持部としての、センサ等を内部に収納するための箱状部３ａが設けられ、それらの箱状部３ａは各々、アンテナ等を内部に収納するための、航空機の垂直尾翼状の角４を支持している。

上記第１実施例の支持構造は、これらの角４を支持するためのもので、図１および図３に示すように、案内手段として、図１に示す箱状部３ａの所定角支持部位に対する角４の離間・接近移動を案内する、箱状部３ａの上面に開けられた孔３ｂとその孔３ｂ内に箱状部３ａ内から挿通されて先端部のネジ部を角４の下面に締着固定されたボルト５とを具え、また弾性手段として、ボルト５の周囲に配置されてボルト５の頭部と箱状部３ａの孔３ｂの周辺部との間に介在して角４を上記角支持部位へ向けて弾性的に引っ張るコイルスプリング６を具え、さらに位置決め手段として、箱状部３ａの上面に形成されて角４の下端部外周と嵌り合い角４を上記角支持部位への当接状態で位置決めするインロー形状の段部３ｃを具えている。

かかる第１実施例の支持構造にあっては、突出部としての角４にそれが上記角支持部位から離間するように図３（ａ）の矢印Ｆで示す如く任意の方向へ向けて過大な外力が加わると、箱状部３ａの上面の孔３ｂ内を摺動するボルト５が、箱状部３ａの上記角支持部位に対する角４の、コイルスプリング６の圧縮弾性変形下での離間移動を案内し、その外力が減少するか無くなるかすると、箱状部３ａの上面の孔３ｂ内を摺動するボルト５による接近移動の案内下で、コイルスプリング６が上記弾性変形による反発力により、角４を上記角支持部位へ向けて弾性的に引っ張り、それにより角支持部位に戻ってきた角４を、上記角支持部位に当接した状態で、インロー形状の段部３ｃがその角支持部位に位置決めする。

従って、この第１実施例の歩行ロボットの突出部フローティング支持構造によれば、駆動部が無い角４でも、フローティング支持して、人型ロボットが転倒したり周囲の存在へ衝突した場合に人型ロボットのその角４や周囲の存在を保護することができ、しかも角４にそれが所定角支持部位から離間するように任意の方向へ向けて力が加わっても角４を角支持部位に対し離間させて逃がすことができるので、駆動方向以外の方向に力が加わっても人型ロボットの角４や周囲の存在を保護することができる。

さらにこの第１実施例によれば、突出部が、人型ロボットの頭３に支持される角４であるので、その角４の内部に収納することで人型ロボットの胴体２から離して効率を高めたアンテナ等を損傷から有効に保護することができる。

図４は、図２に示す人型ロボットの腕８の支持に適用された、この発明の歩行ロボットの突出部フローティング支持構造の第２実施例および第３実施例を示す断面図、図５は、その第２実施例の支持構造の作用を示す説明図であり、ここにおける第２実施例の支持構造は、支持部としての胴体２で、突出部としての左右の肩７をフローティング支持するためのもので、ロボット自身からみて右の肩７について代表で示す図４の上部に示すように、案内手段として、肩７が支持する腕８を前後に振る胴体２内の図示しない駆動機構の、図４に示す肩駆動軸２ａの先端の所定肩支持部位に対する肩７の離間・接近移動を案内する、肩駆動軸２ａの先端に設けられた図示しない凹部およびその凹部に密に嵌まり合うように肩７に設けられた裁頭円錐状の凸部７ａを具えるとともに、弾性手段として、肩７に繋いだ複数本のケーブル９ａをコイルスプリング等の弾性体の捩れでドラム上に弾性的に巻き取ることで、肩駆動軸２ａの先端の上記肩支持部位へ向けて肩７を弾性的に引っ張るケーブル巻き取り器９を具え、さらに位置決め手段として、肩７を上記肩支持部位への当接状態で位置決めするキー１０を具えている。なお、肩駆動軸２ａの先端の凹部およびそこに嵌まり合う肩７の裁頭円錐状の凸部７ａは、ここでは位置決め手段としても機能する。

かかる第２実施例の支持構造にあっては、突出部としての肩７にそれが上記肩支持部位から離間するように図５の矢印Ｇで示す如く任意の方向へ向けて過大な外力が加わると、肩７の裁頭円錐状の凸部７ａが、肩駆動軸２ａの先端凹部の内周縁との摺接により、肩駆動軸２ａひいては胴体２の上記肩支持部位に対する肩７の、弾性体の捩れ変形下でのケーブル９ａのケーブル巻き取り器９からの繰り出しを伴う離間移動を案内し、その外力が減少するか無くなるかすると、肩駆動軸２ａの先端凹部の内周縁と摺接する裁頭円錐状の凸部７ａによる接近移動の案内下で、ケーブル巻き取り器９が、上記弾性変形による反発力によりケーブル９ａを引いて、上記肩支持部位へ向けて肩７を弾性的に引っ張り、それにより肩支持部位に戻ってきた肩７を、上記肩支持部位に当接した状態で、互いに嵌まりあう肩７の裁頭円錐状の凸部７ａと肩駆動軸２ａの先端凹部および、上記キー１０がその肩支持部位に位置決めし、特にキー１０が肩駆動軸２ａと肩７との間のトルク伝達の役割りを担う。

従って、この第２実施例の歩行ロボットの突出部フローティング支持構造によれば、肩７をフローティング支持して、人型ロボットが転倒したり周囲の存在へ衝突した場合に人型ロボットのその肩７や周囲の存在を保護することができ、しかも肩７にそれが所定肩支持部位から離間するように任意の方向へ向けて力が加わっても肩７を肩支持部位に対し離間させて、人が肩を脱臼したかの如く肩７を逃がすことができるので、駆動方向以外の方向に力が加わっても人型ロボットの肩７や周囲の存在を保護することができる。

さらにこの第２実施例によれば、突出部が、人型ロボットの胴体２に支持される肩７であるので、肩７が支持する腕８を損傷から有効に保護することができる。

一方、ここにおける第３実施例の支持構造は、支持部としての、左右の腕８の上腕上部８ａで、突出部としての上腕下部８ｂをフローティング支持するためのもので、右の腕８について代表で示す図４の上部に示すように、案内手段として、腕８の上腕下部支持部位としての上腕上部８ａ下端に対する上腕下部８ｂの離間・接近移動を案内する、腕８の上腕上部８ａ下端と上腕下部８ｂ上端とにそれぞれ形成された孔８ｃ，８ｄとそれらの孔内に挿通されたガイドロッド１１とを具えており、ガイドロッド１１の下端には、部分球面を持つ抜け止め１１ａが設けられ、ガイドロッド１１の上端には、平板状のスプリング座板１１ｂが設けられている。

また、この第３実施例の支持構造は、弾性手段として、ガイドロッド１１の周囲に配置されて腕８の上腕上部８ａ下端の内面とスプリング座板１１ｂとの間に介在して上腕下部８ｂを上腕上部８ａ下端へ向けて弾性的に引っ張るコイルスプリング１２を具え、さらに位置決め手段として、図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である図６にも示すように、上腕下部８ｂ上端に、上腕上部８ａ側へ突出して上腕上部８ａ下端と嵌まり合う環状縁部８ｅを具えており、その環状縁部８ｅには直径方向に互いに対向して半径方向内方に突出した二つの凸部８ｆが設けられ、それらの凸部８ｆは、上腕上部８ａ下端の外周縁に設けられた対応する切欠きと嵌合して上腕下部８ｂを腕８の捻り方向に関して位置決めする。

かかる第３実施例の支持構造にあっては、突出部としての上腕下部８ｂにそれが上腕上部８ａ下端から離間するように任意の方向へ向けて過大な外力が加わると、上腕上部８ａ下端と上腕下部８ｂ上端の孔８ｃ，８ｄ内を摺動するガイドロッド１１が、上腕上部８ａ下端に対する上腕下部８ｂの、コイルスプリング１２の圧縮弾性変形下での離間移動を案内し、その外力が減少するか無くなるかすると、上腕上部８ａ下端と上腕下部８ｂ上端の孔８ｃ，８ｄ内を摺動するガイドロッド１１による接近移動の案内下で、コイルスプリング１２が上記弾性変形による反発力により、上腕下部８ｂを上腕上部８ａ下端へ向けて弾性的に引っ張り、それにより上腕上部８ａ下端に戻ってきた上腕下部８ｂを、上腕上部８ａ下端に当接した状態でその下端に、環状縁部８ｅが半径方向について、また二つの凸部８ｆが周方向について、それぞれ位置決めする。

従って、この第３実施例の歩行ロボットの突出部フローティング支持構造によれば、駆動部が無い上腕下部８ｂでもフローティング支持して、人型ロボットが転倒したり周囲の存在へ衝突した場合に人型ロボットのその上腕下部８ｂや周囲の存在を保護することができ、しかも上腕下部８ｂにそれが上腕上部８ａ下端から離間するように任意の方向へ向けて力が加わっても上腕下部８ｂを上腕上部８ａ下端に対し離間させて逃がすことができるので、駆動方向以外の方向に力が加わっても人型ロボットの腕や周囲の存在を保護することができる。

さらにこの第３実施例によれば、突出部が、人型ロボットの腕８の上腕上部８ａに支持される上腕下部８ｂであるので、上腕下部８ｂが支持する前腕やその先の手も損傷から有効に保護することができる。

そしてこれら第１実施例乃至第３実施例によれば何れも、フローティング支持構造の構成要素が、通常の状態では全てロボットの内部構造に格納配置されているので、ロボットの外観が損なわれず、またその構成要素の外部（障害物）への干渉も避けることができ、ロボット自身の駆動への影響も避けることができる。

なお、図４に示すように、ここにおける人型ロボットの肩７には、腕８を広げるための腕広げ機構７ｂが設けられ、また腕８には、肩７に対して腕８を捻る腕捻り機構８ｇが設けられており、腕捻り機構８ｇの肩７への結合部は腕広げ機構７ｂに、図７に示す如き嵌合構造によって腕捻り方向に回動可能に結合され、それら腕捻り機構８ｇと腕広げ機構７ｂとの間には、図７にも示すように、スプリングで付勢されたボールが通常は溝内に嵌って腕広げ機構７ｂに対する腕捻り機構８ｇの腕捻り方向の回動を規制し、腕捻り方向に過大なトルクＴが加わった場合にスプリングの付勢力に抗して溝内から出て腕捻り方向の回動を許容する、トルクリミッタとしてのボールプランジャ１３が設けられている。

従って、ここにおける人型ロボットの肩７や腕８は、腕捻り方向の過大なトルクに対しても、このボールプランジャ１３により損傷から保護されている。

以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限られるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば、この本発明は、胴体から突出していて胴体で支持する首の支持構造や、手掌から突出していて手掌で支持する指の支持構造にも適用することができる。また、この発明は、三本以上の脚を持つ歩行ロボットにも適用することができる。

かくして、この発明の歩行ロボットの突出部フローティング支持構造によれば、駆動部が無い突出部でもフローティング支持して、歩行ロボットが転倒したり周囲の存在へ衝突したりした場合に歩行ロボットのその突出部や周囲の存在を保護することができ、しかも突出部にそれが所定突出部支持部位から離間するように任意の方向へ向けて力が加わっても突出部を所定突出部支持部位に対し離間させて逃がすことができるので、駆動方向以外の方向に力が加わっても歩行ロボットの突出部や周囲の存在を保護することができる。

人型ロボットの頭の角の支持に適用された、この発明の歩行ロボットの突出部フローティング支持構造の第１実施例を示す一部切欠き正面図である。 上記人型ロボットの全体を示す正面図である。 （ａ）は図１と同様の位置で上記第１実施例の支持構造の作用を示す説明図、（ｂ）は（ａ）のＡ部を拡大して示す説明図である。 図２に示す人型ロボットの腕の支持に適用された、この発明の歩行ロボットの突出部フローティング支持構造の第２実施例および第３実施例を示す断面図である。 上記第２実施例の支持構造の作用を示す説明図である。 上記第３実施例の支持構造を示す、図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 上記人型ロボットの肩と腕の間に設けられたボールプランジャを示す断面図である。

符号の説明

１ 脚
２ 胴体
２ａ 肩駆動軸
３ 頭
３ａ 箱状部
３ｂ 孔
３ｃ 段部
４ 角
５ ボルト
６，１２ コイルスプリング
７ 肩
７ａ 凸部
７ｂ 腕広げ機構
８ 腕
８ａ 上腕上部
８ｂ 上腕下部
８ｃ，８ｄ 孔
８ｅ 環状縁部
８ｆ 凸部
８ｇ 腕捻り機構
９ ケーブル巻き取り器
９ａ ケーブル
１０ キー
１１ ガイドロッド
１１ａ 抜け止め
１１ｂ スプリング座板
１３ ボールプランジャ

Claims (4)

1. 歩行ロボットの支持部に支持される突出部の、その支持部の所定突出部支持部位に対する離間・接近移動を案内する案内手段と、
   前記突出部を前記突出部支持部位へ向けて弾性的に引っ張る弾性手段と、
   前記突出部を前記突出部支持部位への当接状態で位置決めする位置決め手段と、
   を具えてなる、歩行ロボットの突出部フローティング支持構造。
2. 前記突出部は、人型ロボットの頭に支持される角であることを特徴とする、請求項１記載の歩行ロボットの突出部フローティング支持構造。
3. 前記突出部は、人型ロボットの胴体に支持される肩であることを特徴とする、請求項１記載の歩行ロボットの突出部フローティング支持構造。
4. 前記突出部は、人型ロボットの肩に支持される腕であることを特徴とする、請求項１記載の歩行ロボットの突出部フローティング支持構造。

Images