JP2005297081A - ロボット装置並びにロボットの関節装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 腕や脚などの関節に作用する過大な外力に対し、関節アクチュエータや減速機を好適に保護する。
【解決手段】 減速機の入力段と出力段の連結部分に遊星トルクリミッタを設ける、という構成を採用する。遊星トルクリミッタは、通常動作時にはリミッタ内の摩擦力で関節を高い捩り剛性で保持しているが、落下や転倒などにより高い衝撃力が印加されたときには過大なトルクの作用をリミッタ内の摩擦力で保持している部品間のスリップで吸収し、減速機の内歯・ピニオンや駆動回路の破損を回避することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、例えば２足歩行や４足歩行を始めとするロボット装置並びにロボットの関節装置に係り、特に、腕や脚など少なくとも１つの関節駆動部はアクチュエータ・モータ及び減速機で構成されるロボット装置並びにロボットの関節装置に関する。

さらに詳しくは、本発明は、歩行やその他の作業中の転倒や落下により受ける衝撃により腕や脚などの関節に作用する過大な外力に対し、関節アクチュエータや減速機を保護するロボット装置並びにロボットの関節装置に係り、特に、通常動作時においては十分な捩り剛性を得るとともに、ロボット装置の落下時・転倒時やその他の関節部に過大な外力が印加されたときには衝撃力を吸収又は緩和して減速機の歯部や駆動回路の破損を回避するロボット装置並びにロボットの関節装置に関する。

最近、イヌやネコのように４足歩行の動物の身体メカニズムやその動作を模したペット型ロボット、あるいは、ヒトのような２足直立歩行を行なう動物の身体メカニズムや動作をモデルにしてデザインされた「人間形」若しくは「人間型」と呼ばれるロボット（ｈｕｍａｎｏｉｄ ｒｏｂｏｔ）など、脚式移動ロボットに関する研究開発が進展し、実用化への期待も高まってきている。

この種の脚式移動ロボットは、一般に、多数の関節自由度を備え、関節の動きをアクチュエータ・モータで実現するようになっている。また、各モータの回転位置、回転量などを取り出して、サーボ制御を行なうことにより、所望の動作パターンを再現するとともに、姿勢制御を行なうようになっている。

また、アクチュエータ・モータから高出力トルクを得るために、モータの出力端に減速部を設けるのが一般的である。減速部には、例えば遊星歯車機構（例えば、特許文献１を参照のこと）が適用される。遊星歯車機構は、恒星としての太陽歯車と、惑星としての遊星歯車と、遊星歯車の公転軌道を規定する内歯歯車で構成される歯車構造であり、この他に、遊星歯車の軸中心をつなぐ遊星キャリアを備えている。遊星歯車機構を用いた減速機によれば、駆動軸と同軸上で減速をすることが可能なため、複段数の連結により強力な減速比を得ることができる。

ここで、通常機械の場合は、一旦据え付けられると、（移設されるまで）その場で稼動し続け、自ら移動しない。したがって、その回転部支持構造に関しては剛性設計と寿命設計などを考慮すれば十分である。また、通常の機械装置においては、回転部の剛性としては、軸回転方向のみを考慮すればよく、それ以外の不規則な方向へ印加されるモーメントを考慮する必要はない。また、回転部支持構造における剛性のみを考慮すればよく、過度の加重やモーメントが印加された場合における衝撃の緩和や吸収といった事柄を考慮する必要はない。

これに対し、アクチュエータ・モータ並びにその減速機がエンターテインメント・ロボットにおける腕や脚などの可動部の関節駆動部に適用された場合には、機械自らが移動するために、転倒や衝突による自分へのダメージを考慮した機械設計が求められる。すなわち、歩行やその他の作業中の転倒や落下などにより受ける衝撃により腕や脚などの関節に作用する過大な外力に対し、関節アクチュエータや減速機を保護する必要がある。

図８には、アクチュエータ・モータ並びに減速機からなる関節駆動部を、２足歩行のエンターテインメント・ロボットの肩関節（ピッチ軸）に適用している様子を示している。この場合、腕を用いて予想外に重たい物体を持ち上げようとする場合や、落下時や転倒時において腕を床に着いて保護動作を行なおうとするような場合には（例えば、特許文献２を参照のこと）、過度の加重やモーメントが関節駆動部に印加されることになる。

図９には、ロボット装置の腕や脚部などの関節駆動部に適用されたアクチュエータに対して印加される力やモーメントを表している。図示の通り、ロボット装置の巻設駆動部に適用されるアクチュエータにおいては、落下や転倒時において、軸方向の力Ｆ_zやモーメントＭ_xやＭ_vなど、従来の機械装置においては考慮する必要のない力やモーメントが印加される。

また、アクチュエータ・モータ若しくは減速機の出力軸に印加された過度の衝撃力や衝撃モーメントが減速機やアクチュエータ・モータに直接伝達されてしまうと、減速機の内歯・ピニオンや駆動回路の破損、破壊を招来し、修理や部品の交換を余儀なくされてしまう。

転倒や衝突によって発生する外力やモーメントはロボット各部位の中でも特に関節部の回転支持構造に激しく作用し、性能に悪影響を与えることになる。

関節駆動部の動力源としてのアクチュエータには、ロボット装置の上位制御層より必要な駆動電力が供給され、これに従ってアクチュエータが作動し、ロボットの装置動作が実現する。

ロボット装置に対し外力が印加された場合、とりわけ急激な変化をする力（撃力）が加わった場合に発生する歯部の過大な応力、電気回路に発生する逆起電力などに十分耐える設計が必要になる。

すなわち、ロボット装置の設計では、電気的には電気回路上の逆起電力に耐えるような回路構成を考案する必要がある。一方、機械的には、撃力が印加されても減速機の内歯やピニオンの歯部に過大な応力が発生しないような設計が望まれる。

一般には、過大なトルクを逃がす装置として、トルクリミッタという衝撃緩衝機構をアクチュエータに取り付ける方法が採用される。例えば、トルクリミッタを、減速機の入力段、あるいは出力段に取り付けることができる（図１０及び図１１を参照のこと）。

例えば、アクチュエータの出力部に起動トルク以上の十分大きなある設定値を越えるとスリップするような構成のトルクリミッタを、出力段に取り付けるという設計が考えられる。

アクチュエータの出力段にトルクリミッタを配設した場合、アクチュエータの出力軸に印加される過大な外力から、トルクリミッタより手前側の減速機並びにアクチュエータ・モータをすべて保護することができる。ところが、アクチュエータ・モータの出力は減速機によって大きなトルクに変換されることから、この場合のトルクリミッタはより大きなトルクを扱わなければならなくなる。例えば、ロボットのように大きな起動トルクを必要とする用途のアクチュエータでは、トルクリミッタにおいて設定するトルクを大きくする必要がある。

アクチュエータに印加されるトルクＴは、アクチュエータに印加されるが外力Ｆと回転軸から印加される場所までの距離Ｒの乗算により決定されるので（Ｔ＝Ｆ×Ｒ）、トルクＴを大きくするためには、リミッタの摩擦面の半径Ｒも大きくなる。あるいは、Ｆは摩擦面の組み合わせと面積で決まるので、回転軸長手方向に長くするという別の設計方法もある。いずれにせよ、トルクＴを大きくするためには、これに応じて、出力段に配設されるトルクリミッタの物理的な寸法も大きくなり（図１２を参照のこと）、大容量のトルクを伝達する小型減速機を設計する上での妨げとなってしまう。

このような設定トルクの増大に伴うトルクリミッタの肥大化を防ぐために、トルクリミッタを減速機の出力段ではなく、入力段に配設するという設計（図１０を参照のこと）も考えられる。この場合、トルクリミッタは、それより手側のアクチュエータ・モータを保護できるとともに、減速機による変換前のトルクを取り扱えばよいので、設定トルクが小さくなり小型化設計が可能であるが、減速機を保護することができない。すなわち、減速機の内歯やピニオンの歯部は、アクチュエータ出力軸に印加される過大な外力に晒された状態である。

特開２０００−２５７６７５号公報 特開２００１−１３８２７１号公報

本発明の目的は、腕や脚など少なくとも１つの関節駆動部はアクチュエータ・モータ及び減速機で構成される、優れたロボット装置並びにロボットの関節装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、歩行やその他の作業中の転倒や落下により受ける衝撃により腕や脚などの関節に作用する過大な外力に対し、関節アクチュエータや減速機を好適に保護することができる、優れたロボット装置並びにロボットの関節装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、通常動作時においては十分な捩り剛性を得るとともに、ロボット装置の落下時・転倒時やその他の関節部に過大な外力が印加されたときには衝撃力を吸収又は緩和して減速機の歯部や駆動回路の破損を回避することができる、優れたロボット装置並びにロボットの関節装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、複数の関節部を備えたロボット装置において、
関節を駆動するアクチュエータのモータ部と、
前記モータ部の出力端に配設された、少なくとも入力段と出力段を含む複数段の連結により構成される減速部と、
前記減速部の各段の間を連結する連結部と、
前記連結部のうち少なくとも１つに設けられたトルクリミッタと、
を具備することを特徴とするロボット装置である。

ここで、前記減速部は、例えば、恒星としての太陽歯車と、惑星としての遊星歯車と、遊星歯車の公転軌道を規定する内歯歯車からなる遊星歯車機構により構成される。遊星歯車機構を用いた減速機によれば、駆動軸と同軸上で減速をすることが可能なため、複段数の連結により強力な減速比を得ることができる。

また、前記トルクリミッタは、所定の設定トルク以上のトルクが印加されたことに応答してスリップするように構成され、前記アクチュエータの起動トルクに対しスリップしない保持トルクを持つものとする。

そして、前記トルクリミッタは、通常動作時にはリミッタ内の摩擦力で前記関節を高い捩り剛性で保持しているが、高い衝撃力が印加されたことに応答して過大なトルクの作用を内部の摩擦力で保持している部品間のスリップで吸収し、前記減速部の内歯・ピニオンや駆動回路の破損を回避する。

脚式移動ロボットを始めとする多関節型のロボット装置においては、関節の動きをアクチュエータ・モータで実現し、さらにアクチュエータ・モータから高出力トルクを得るために、遊星歯車機構などで構成される減速機がモータ部の出力端に取り付けられる。

ここで、アクチュエータ・モータ並びにその減速機がエンターテインメント・ロボットにおける腕や脚などの可動部の関節駆動部に適用された場合には、歩行やその他の作業中の転倒や落下などにより受ける衝撃により腕や脚などの関節に作用する過大な外力に対し、関節アクチュエータや減速機を保護する必要がある。

一般には、過大なトルクを逃がす装置として、トルクリミッタという衝撃緩衝機構をアクチュエータに取り付ける方法が採用される。例えば、アクチュエータの出力部に起動トルク以上の十分大きなある設定値を超えるとスリップするようなトルクリミッタを減速機の出力段に取り付けるという設計が考えられるが、設定トルクを大きくするためにはトルクリミッタが肥大化するという問題がある。他方、トルクリミッタを減速機の入力段に取り付けると、設定トルクが小さくなる分、小型化設計が可能であるが、減速機の内歯やピニオンを保護することができない。

そこで、本発明では、減速機の入力段と出力段を連結する部分（すなわち取り付け板組み立て部）に遊星トルクリミッタを設ける、という構成を採用する。この遊星トルクリミッタは、関節のアクチュエータの強大な起動トルクに滑らない十分な保持トルクを備えている。そして、遊星トルクリミッタの取り付け部分である取り付け板組み立て部における３本の初段遊星軸と太陽ピニオンの間の平行度、同芯度を十分に高い精度（例えば５０μｍ以下）に抑えている。

性能を製品の使用温度条件下においても実現することとし、どのような温度条件下でも安定した衝撃緩衝装置（トルクリミッタ）付き遊星減速機を実現する。

したがって、本発明によれば、エンターテイメント・ロボットの歩行中の転倒や衝突の際に動力源であるアクチュエータにおいて、落下・衝撃時にロボットの腕や脚の関節に作用する過大な外力からアクチュエータ、特に遊星減速機の内歯、ピニオンの歯部やモータ駆動回路を保護することができる。

本発明によれば、歩行やその他の作業中の転倒や落下により受ける衝撃により腕や脚などの関節に作用する過大な外力に対し、関節アクチュエータや減速機を好適に保護することができる、優れたロボット装置並びにロボットの関節装置を提供することができる。

本発明によれば、歩行やその他の作業中の転倒や落下により受ける衝撃により腕や脚などの関節に作用する過大な外力に対し、関節アクチュエータや減速機を好適に保護することができる衝撃緩衝機構を提供することができる。本発明に係る衝撃緩衝機構は、通常動作時にはリミッタ内の摩擦力で関節を高い捩り剛性で保持しているが、落下や転倒などにより高い衝撃力が印加されたときには過大なトルクの作用をリミッタ内の摩擦力で保持している部品間のスリップで吸収し、減速機の内歯・ピニオンや駆動回路の破損を回避することができる。したがって、大きな定格トルクに対応可能な遊星歯車機の製作が可能となる。

本発明によれば、大きな起動トルクを必要とするエンターテイメント・ロボットの関節部アクチュエータの減速機機構において、入力段と出力段の連結部分（キャリアプレート組み立て部）にトルクリミッタを設けることにより、以下の効果を得ることができる。すなわち、
（１）トルクリミッタ機構を小型化できるので、減速機の小型化・省スペース化が可能となる。
（２）ロボットの落下・衝力作用時にアクチュエータに出力側から逆に作用する過大なトルクをトルクリミッタの滑り構造で吸収し、減速機内部の歯部の破損やモータの強制回転によって発生する逆起電力による駆動回路の破損などを回避することができる。

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。

図１及び図２には、本発明の一実施形態に係る動作編集システムによる動作編集となる脚式移動ロボットの外観構成を示している。この脚式移動ロボットは、「人間形」又は「人間型」と呼ばれ、図示の通り、脚式移動ロボットは、胴体部と、頭部と、左右の上肢部と、脚式移動を行う左右２足の下肢部とで構成され、例えば胴体に内蔵されている制御部（図示しない）により機体の動作を統括的にコントロールするようになっている。

左右各々の下肢は、大腿部と、膝関節と、脛部と、足首と、足平とで構成され、股関節によって体幹部の略最下端にて連結されている。また、左右各々の上肢は、上腕と、肘関節と、前腕とで構成され、肩関節によって体幹部の上方の左右各側縁にて連結されている。また、頭部は、首関節によって体幹部の略最上端中央に連結されている。

このように構成された脚式移動ロボットは、制御部による全身協調的な動作制御により、２足歩行を実現することができる。かかる２足歩行は、一般に、以下に示す各動作期間に分割される歩行周期を繰り返すことによって行なわれる。すなわち、

（１）右脚を持ち上げた、左脚による単脚支持期
（２）右足が接地した両脚支持期
（３）左脚を持ち上げた、右脚による単脚支持期
（４）左足が接地した両脚支持期

この脚式移動ロボットの関節自由度は、アクチュエータ・モータを用いて実現され、各モータの回転位置、回転量などを取り出して、サーボ制御を行なうことにより、所望の動作パターンを再現するとともに、姿勢制御を行なうようになっている。すなわち、制御部（図示しない）は、各関節アクチュエータの駆動制御や各センサなどからの外部入力を処理するコントローラ（主制御部）や、電源回路その他の周辺機器類を搭載した筐体である。制御部は、その他、遠隔操作用の通信インターフェースや通信装置を含んでいてもよい。

また、アクチュエータ・モータから高出力トルクを得るために、モータ部の出力端に減速部が配設されている（図３を参照のこと）。本実施形態では、減速部には遊星歯車機構が適用される。遊星歯車機構は、恒星としての太陽歯車と、惑星としての遊星歯車と、遊星歯車の公転軌道を規定する内歯歯車で構成される歯車構造であり、この他に、遊星歯車の軸中心をつなぐ遊星キャリアを備えている。遊星歯車機構を用いた減速機によれば、駆動軸と同軸上で減速をすることが可能なため、複段数の連結により強力な減速比を得ることができる。

ここで、アクチュエータ・モータ並びにその減速機がエンターテインメント・ロボットにおける腕や脚などの可動部の関節駆動部に適用された場合には、歩行やその他の作業中の転倒や落下などにより受ける衝撃により腕や脚などの関節に作用する過大な外力に対し、関節アクチュエータや減速機を保護する必要がある。

一般には、過大なトルクを逃がす装置として、トルクリミッタという衝撃緩衝機構をアクチュエータに取り付ける方法が採用される。例えば、アクチュエータの出力部に起動トルク以上の十分大きなある設定値を超えるとスリップするようなトルクリミッタを減速機の出力段に取り付けるという設計が考えられるが、設定トルクを大きくするためにはトルクリミッタが肥大化するという問題がある。他方、トルクリミッタを減速機の入力段に取り付けると、設定トルクが小さくなる分、小型化設計が可能であるが、減速機の内歯やピニオンを保護することができない。

そこで、本実施形態では、減速機の入力段と出力段を連結する部分（すなわち取り付け板組み立て部）に遊星トルクリミッタを設ける、という構成を採用する。この遊星トルクリミッタは、関節のアクチュエータの強大な起動トルクに滑らない十分な保持トルクを備えている。そして、遊星トルクリミッタの取り付け部分である取り付け板組み立て部における３本の初段遊星軸と太陽ピニオンの間の平行度、同芯度を十分に高い精度（例えば５０μｍ以下）に抑えている。

性能を製品の使用温度条件下においても実現することとし、どのような温度条件下でも安定した衝撃緩衝装置（トルクリミッタ）付き遊星減速機を実現する。

したがって、本実施形態では、エンターテイメント・ロボットの歩行中の転倒や衝突の際に動力源であるアクチュエータにおいて、落下・衝撃時にロボットの腕や脚の関節に作用する過大な外力からアクチュエータ、特に遊星減速機の内歯、ピニオンの歯部やモータ駆動回路を保護することができる。

アクチュエータ装置には、駆動源としてのサーボ・モータの出力軸と同軸状に、遊星歯車機構からなる減速部が取り付けらける。図４には、アクチュエータ装置に取り付けられる減速機の分解図を示している。

遊星歯車機構は、図示の通り、スラスト・ワッシャー、初段遊星ピニオン、初段遊星軸、取付け板、太陽ピニオン、出段遊星ピニオン、スペーサ、出段遊星軸、一対のベアリングに挟まれた出力太陽、並びに上板が軸方向に配設され、マグネシウム合金からなる上記の減速部ケーシング内に収容されることにより構成される。減速機ケーシングの内周には内歯歯車が形設され、上述した遊星歯車機構の各部品が内蔵されている。

ここで、取付け板は、入力段遊星歯車機構と出力段遊星歯車機構を連結する連結部に相当する。本実施形態では、図示の通り、取付け板には、トルクリミッタが装着されている。このトルクリミッタは、関節のアクチュエータの強大な起動トルクに滑らない十分な保持トルクを備えている。そして、遊星トルクリミッタの取り付け部分である取り付け板組み立て部における３本の初段遊星軸と太陽ピニオンの間の平行度、同芯度を十分に高い精度（例えば５０μｍ以下）に抑えている。

そして、トルクリミッタは、通常動作時には当該リミッタ内の摩擦力で関節を高い捩り剛性で保持しているが、落下や転倒などにより高い衝撃力が印加されたときには過大なトルクの作用をリミッタ内の摩擦力で保持している部品間のスリップで吸収し、減速機の内歯・ピニオンや駆動回路の破損を回避することができる。

図５には、本発明の一実施形態に係るアクチュエータ装置の軸方向断面構成図を示している。以下、同図を参照しながらアクチュエータ装置の内部構成について説明する。

参照番号１は、減速機の内歯ケースである。また、参照番号２は、アクチュエータ・モータのケースである。内歯ケース１並びにモータ・ケース２には、タップ穴を持つ足となる部分がそれぞれ２つずつ設けられており、ロボット装置側の関節部フレームのベース部（図示しない）の取付けに使用される。

参照番号３は、銅ワッシャーであり、初段遊星ピニオン５とモータ・ケースの間の摩擦を減じるために挿設されている。

参照番号４は、入力ピニオンであり、モータの出力軸端に取り付けられている。

参照番号５は、初段遊星ピニオンであり、遊星減速機では２〜４個（通常は３個）配置される。

参照番号６は、初段遊星軸であり、キャリアプレート７に圧入固定されている。

参照番号８は、太陽ピニオンである。本実施形態に係る衝撃緩衝機構は、この太陽ピニオン８と、トルクリミッタ外装２３とストッパ２４の部品で構成され、ストッパ２４の内径に嵌合した太陽ピニオンの最大すべり摩擦を利用して保持し、トルクの伝達を行なう。このとき、キャリアプレート７上の３本の初段遊星軸６と太陽ピニオン８の間の平行度、同心度を十分に高い精度（例えば５０μｍ以下）に抑制することが、遊星ピニオンや内歯の摩滅を防ぐ上で重要である。

参照番号９は、出段遊星軸であり、出力太陽１１に圧入固定されている。

参照番号１０は、出段遊星ピニオンであり、遊星減速機では２〜４個（通常は３個）配置される。

参照番号１１は、出力太陽であり、ロボット装置側の各部位の駆動対象部品に取り付けられる。

参照番号１２は、アクチュエータの回転軸方向で対向して配設される１対のボール・ベアリングであり、内輪を圧入して、出力太陽１１との組み立て部品として、モータ・ケース２の内部に挿入される。

参照番号１３は、位置決めピンであり、出力太陽１１に圧入され、ロボット装置側の各部位における駆動対象部品との位相関係を決める。

参照番号１４は、予圧板であり、板バネがアクチュエータの回転軸方向に持つ弾性力を利用して、ボール・ベアリング１２に一定圧力の予圧を印加し、出力太陽１１の回転剛性を与えることができる。

参照番号１５は、固定子コア巻き線組み立て部品であり、モータ・ケース２に圧入接着固定された上で、駆動時のコイル巻き線の振動を抑制するために、粘度の高い接着剤で含浸固定される。

参照番号１６は、回転子マグネット組み立て部品であり、段付き軸とマグネットを接着固定した後で、マグネットを着磁磁化して使用する。

参照番号１７は、駆動基板であり、固定子コア巻き線１５への駆動電流（モータ電流）を制御する。

参照番号１８は、側板であり、モータ・ケース２内部に収容した臓物に最後に蓋をする。

参照番号１９は、ボール・ベアリングであり、回転子マグネット１６を回動可能に軸支する。

参照番号２０は、通信基板であり、外部システムとの通信と、回転センサ基板２１から出力される回転子マグネット１６の回転状態の情報信号から駆動基板への信号や電源の供給を行なう。

参照番号２１は、回転センサ基板であり、回転子マグネット１６の端部に取り付けられたマグネットの磁気を感知するホール素子などのセンサを搭載している。

参照番号２２は、出力太陽１１の回転位相の原点を感知する原点センサである。

参照番号２３は、トルクリミッタが位相であり、端面に設けられた数箇所の凸部を用いてキャリアプレート７に嵌合固定される。

参照番号２４は、ストッパであり、トルクリミッタ外装２３の内周に挿設される。

エンターテイメント・ロボットの歩行中の転倒や衝突の際、動力源であるアクチュエータには、外部へトルクを発生している最中に外部から大きな力（トルク）がアクチュエータ内部に突然作用する。また、歩行していないときや通電していないときでも、モータ部は回転子マグネット１６の固定子コア巻き線１５への吸引力によるコギング・トルクや減速機を出力側から回転させたときの機械的な粘性などの抵抗のために、作用した大きな力（トルク）を内部の空転で逃がすことができない。

このような力が例えば出力太陽１１に作用した場合、出力段よりも入力段（最終的にモータ回転子１６）に進むほど、すなわち、出力太陽１１⇒出段遊星ピニオン１０⇒キャリアプレート７⇒初段遊星ピニオン５⇒回転子マグネット１６の順で空転しにくくなっていく。そして、外部から撃力が作用したときに内部がうまく空転してくれないと、キャリアプレート７、出段遊星ピニオン１０の遊星ピニオンの歯部は歯面に圧痕を形成し、最悪の場合には歯が破損してしまうことになる。

過大なトルクを逃がす装置としてトルクリミッタが適用される。既に述べたように、トルクリミッタで構成される衝撃緩衝機構を出力太陽１１内部に設けることも考えられる。しかしながら、このような構成では、減速機が小型ながら耐えるトルクが大きい場合には、リミッタ摩擦面の面積を増やさなければならないことらか、トルクリミッタの寸法（径、軸方向長さ）が大きくなってしまい、減速機を小型に設計することができない、という問題がある。

そこで、本実施形態では、トルクリミッタをキャリアプレート７の内部に配置するという設計方法が採用される。図６には、初段遊星歯車機と出段遊星歯車機の中間の連結部分にトルクリミッタが配設されている減速機及びアクチュエータの断面構成を示している。また、図７には、トルクリミッタをキャリアプレート７の内部に配置した場合において、関節部に衝撃力が作用してから出力軸が停止するまでの各部の動作の時間的変化を示している。

トルクリミッタをキャリアプレート７の内部に配置した場合、出力太陽１１の内部にトルクリミッタを設ける場合と比べ、保持トルクが減速比の分だけ小さく設定することができる。

このとき、出段遊星ピニオン１０を落下・衝撃時による破損がないような強度の高い材質（例えばＳＣＭ材）で作成し、（内歯歯部への応力は歯遊星ピニオンよりも小さいので内歯はそのままの材質にする）すると摩擦面の面積を小さくできるので、トルクリミッタの寸法をよりコンパクトにすることができる。したがって、減速機を小型にまとめることができるというメリットがある。

本明細書では、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。

本発明の要旨は、必ずしも「ロボット」と称される製品には限定されない。すなわち、電気的若しくは磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運動を行なう機械装置あるいはその他一般的な移動体装置であるならば、例えば玩具などのような他の産業分野に属する製品であっても、同様に本発明を適用することができる。

要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。

図１は、本発明の実施に供される脚式移動ロボットが直立している様子を前方から眺望した様子を示した図である。 図２は、本発明の実施に供される脚式移動ロボットが直立している様子を後方から眺望した様子を示した図である。 図３は、モータ部の出力端に減速部が配設されている様子を示した図である。 図４は、アクチュエータ装置に取り付けられる減速機の分解図を示した図である。 図５は、本発明の一実施形態に係るアクチュエータ装置の軸方向断面構成図を示した図である。 図６は、初段遊星歯車機と出段遊星歯車機の中間の連結部分にトルクリミッタが配設されている減速機及びアクチュエータの断面構成を示した図である。 図７は、トルクリミッタをキャリアプレート７の内部に配置した場合において、関節部に衝撃力が作用してから出力軸が停止するまでの各部の動作の時間的変化を示した図である。 図８は、アクチュエータ・モータ並びに減速機からなる関節駆動部を、２足歩行のエンターテインメント・ロボットの肩関節（ピッチ軸）に適用している様子を示した図である。 図９は、ロボット装置の腕や脚部などの関節駆動部に適用されたアクチュエータに対して印加される力やモーメントを表した図である。 図１０は、トルクリミッタをアクチュエータの出力段に取り付けた様子を模式的に示した図である。 図１１は、トルクリミッタをアクチュエータの入力段に取り付けた様子を模式的に示した図である。 図１２は、出力段に配設されるトルクリミッタの物理的な寸法も大きくなることを説明するための図である。

符号の説明

１…減速機の内歯ケース
２…アクチュエータ・モータのケース
３…銅ワッシャー
４…入力ピニオン
５…初段遊星ピニオン
６…初段遊星軸
７…キャリアプレート
８…太陽ピニオン
９…出段遊星軸
１０…出段遊星ピニオン
１１…出力太陽
１２…ボール・ベアリング
１３…位置決めピン
１４…予圧板
１５…固定子コア巻き線組み立て部品
１６…回転子マグネット組み立て部品
１７…駆動基板
１８…側板
１９…ボール・ベアリング
２０…通信基板
２１…回転センサ基板
２２…原点センサ
２３…トルクリミッタ外装
２４…ストッパ

Claims (10)

1. 複数の関節部を備えたロボット装置において、
   関節を駆動するアクチュエータのモータ部と、
   前記モータ部の出力端に配設された、少なくとも入力段と出力段を含む複数段の連結により構成される減速部と、
   前記減速部の各段の間を連結する連結部と、
   前記連結部のうち少なくとも１つに設けられたトルクリミッタと、
   を具備することを特徴とするロボット装置。
2. 前記減速部は、恒星としての太陽歯車と、惑星としての遊星歯車と、遊星歯車の公転軌道を規定する内歯歯車からなる遊星歯車機構により構成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
3. 前記トルクリミッタは、所定の設定トルク以上のトルクが印加されたことに応答してスリップする、
   ことを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
4. 前記トルクリミッタは、前記アクチュエータの起動トルクに対しスリップしない保持トルクを持つ、
   ことを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
5. 前記トルクリミッタは、通常動作時にはリミッタ内の摩擦力で前記関節を高い捩り剛性で保持しているが、高い衝撃力が印加されたことに応答して過大なトルクの作用を内部の摩擦力で保持している部品間のスリップで吸収し、前記減速部の内歯・ピニオンや駆動回路の破損を回避する
   ことを特徴とする請求項２に記載のロボット装置。
6. 複数の関節部を備えたロボットのための関節装置において、
   関節を駆動するアクチュエータのモータ部と、
   前記モータ部の出力端に配設された、少なくとも入力段と出力段を含む複数段の連結により構成される減速部と、
   前記減速部の各段の間を連結する連結部と、
   前記連結部のうち少なくとも１つに設けられたトルクリミッタと、
   を具備することを特徴とするロボットの関節装置。
7. 前記減速部は、恒星としての太陽歯車と、惑星としての遊星歯車と、遊星歯車の公転軌道を規定する内歯歯車からなる遊星歯車機構により構成される、
   ことを特徴とする請求項６に記載のロボットの関節装置。
8. 前記トルクリミッタは、所定の設定トルク以上のトルクが印加されたことに応答してスリップする、
   ことを特徴とする請求項６に記載のロボットの関節装置。
9. 前記トルクリミッタは、前記アクチュエータの起動トルクに対しスリップしない保持トルクを持つ、
   ことを特徴とする請求項６に記載のロボットの関節装置。
10. 前記トルクリミッタは、通常動作時にはリミッタ内の摩擦力で前記関節を高い捩り剛性で保持しているが、高い衝撃力が印加されたことに応答して過大なトルクの作用を内部の摩擦力で保持している部品間のスリップで吸収し、前記減速部の内歯・ピニオンや駆動回路の破損を回避する
    ことを特徴とする請求項７に記載のロボットの関節装置。
    

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