JP6924129B2

JP6924129B2 - 人型ロボット

Info

Publication number: JP6924129B2
Application number: JP2017226261A
Authority: JP
Inventors: 掃部　雅幸; 雅幸掃部; 創柚木崎; 美宇鈴木
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2021-08-25
Anticipated expiration: 2037-11-24
Also published as: JP2019093498A; WO2019103065A1; CN111417497A; CN111417497B

Description

本発明は、人型ロボットに関する。

手部の手先部分が手先収納機構により収納可能に構成されている、二脚歩行式人型ロボットが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されている二脚歩行式人型ロボットでは、姿勢センサの検出信号から胴体部の傾きを検知すると、手先収納機構を駆動制御して手部の手先部分を収納位置に収納させることにより、ロボットの転倒時等に、手先部分を床面に衝突する等の衝撃から保護するようにしている。

特許第３６７３８６９号

しかしながら、上記特許文献１に開示されている人型ロボットでは、手先部分全体を手先収納機構の収納位置に収納させているため、手部が大型化するという課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、従来の人型ロボットに比して、手を小型化することができる、ロボットを提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明に係る人型ロボットは、一対の板部材と、その基端部が、一対の前記板部材に挟まれるように配置されている指部材と、前記指部材を駆動する駆動機構と、を備え、前記駆動機構により、前記指部材は、その先端部が、前記板部材の先端よりも内方に位置し、かつ、前記板部材の側面からはみ出るように動作する。

これにより、指部材全体を板部材に収納させる必要がないため、小型の板部材を使用することができる。このため、従来の人型ロボットに比して、手を小型化することができる。

本発明の人型ロボットによれば、従来の人型ロボットに比して、手を小型化することができる。

図１は、本実施の形態１に係る人型ロボットの概略構成を示す模式図である。図２は、図１に示す人型ロボットにおける制御装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。図３は、図１に示す人型ロボットのハンドの概略構成を模式的に示す斜視図である。図４は、図３に示すハンドの正面図である。図５は、図３に示すハンドの駆動機構を分解した平面図である。図６は、図３に示すハンドの側面図である。図７は、図３に示すハンドの側面図である。図８は、図３に示すハンドの側面図である。図９は、図３に示すハンドの側面図である。図１０は、図３に示すハンドの側面図である。図１１は、図３に示すハンドの第４傘歯車の概略構成を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するための構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している場合がある。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。

（実施の形態１）
本実施の形態１に係る人型ロボットは、一対の板部材と、その基端部が、一対の板部材に挟まれるように配置されている指部材と、指部材を駆動する駆動機構と、を備え、駆動機構により、指部材は、その先端部が、板部材の先端よりも内方に位置し、かつ、板部材の側面からはみ出るように動作する。

また、本実施の形態１に係る人型ロボットでは、駆動機構が、指部材の基端部を軸に、当該指部材を回動するように構成されていてもよい。

さらに、本実施の形態１に係る人型ロボットでは、制御装置をさらに備え、制御装置は、人型ロボットが転倒したときの動作、人型ロボットが立ち上がるときの動作、及び人型ロボットが４足歩行するときの動作のうち、少なくとも１つの動作を実行するときに、駆動機構を駆動させて、指部材の先端部が、板部材の先端よりも内方に位置し、かつ、板部材の側面からはみ出るように指部材を動作させてもよい。

以下、本実施の形態１に係る人型ロボットの一例について、図１〜図１１を参照しながら説明する。

［人型ロボットの構成］
図１は、本実施の形態１に係る人型ロボットの概略構成を示す模式図である。

図１に示すように、本実施の形態１に係る人型ロボット１００は、胴体１０１と、頭１０２と、ハンド１２０を有する、一対の腕１０３、１０３と、一対の脚１０４、１０４と、胴体１０１内に配置されている制御装置１１０と、を備えている。なお、ハンド１２０の構成については、後述する。

頭１０２は、首関節１０５を介して、胴体１０１に接続されている。首関節１０５には、頭１０２を胴体１０１に対して相対的に揺動（回動）させるための駆動機構が配置されている（図示せず）。

同様に、腕１０３は、肩関節１０６を介して、胴体１０１に接続されている。肩関節１０６には、腕１０３を胴体１０１に対して相対的に揺動（回動）させるための駆動機構が配置されている（図示せず）。

また、脚１０４は、股関節１０７を介して、胴体１０１に接続されている。股関節１０７には、脚１０４を胴体１０１に対して、相対的に揺動（回動）させるための駆動機構が配置されている。

各関節に配置されている駆動機構は、アクチュエータ（例えば、電動モータ（サーボモータ））、及びラック・ピニオン、ベルト・プーリ等の駆動部材で構成されている。

また、本実施の形態１に係るロボット１００では、制御装置１１０が、一対の脚１０４、１０４を制御して、２足歩行を行い、一対の腕１０３、１０３と、一対の脚１０４、１０４と、を制御して、４足歩行を行うように構成されている。

なお、本実施の形態１においては、制御装置１１０が、胴体１０１内に配置されている形態を採用したが、これに限定されない。制御装置１１０が、頭１０２等の他の構成部材内に配置されている形態を採用してもよく、制御装置１１０が、人型ロボット１００外に配置されている形態を採用してもよい。

ここで、図２を参照しながら、制御装置１１０の構成について、説明する。

図２は、図１に示す人型ロボットにおける制御装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。

図２に示すように、制御装置１１０は、ＣＰＵ等の演算部１１０ａと、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部１１０ｂと、サーボ制御部１１０ｃと、を備える。制御装置１１０は、例えばマイクロコントローラ等のコンピュータを備えるロボットコントローラであってもよい。

なお、制御装置１１０は、集中制御する単独の制御装置１１０によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御装置１１０によって構成されていてもよい。また、本実施の形態１においては、記憶部１１０ｂが、制御装置１１０内に配置されている形態を採用したが、これに限定されず、記憶部１１０ｂが、制御装置１１０と別体に設けられている形態を採用してもよい。

記憶部１１０ｂには、基本プログラム、各種固定データ等の情報が記憶されている。演算部１１０ａは、記憶部１１０ｂに記憶されている基本プログラム等のソフトウェアを読み出して実行することにより、人型ロボット１００の各種動作を制御する。すなわち、演算部１１０ａは、人型ロボット１００の制御指令を生成し、これをサーボ制御部１１０ｃに出力する。サーボ制御部１１０ｃは、演算部１１０ａにより生成された制御指令に基づいて、ロボット１００の各関節に設けられているサーボモータの駆動を制御するように構成されている。

次に、図３〜図１１を参照しながら、本実施の形態１に係る人型ロボット１００のハンド１２０について、説明する。

図３は、図１に示す人型ロボットのハンドの概略構成を模式的に示す斜視図である。図４は、図３に示すハンドの正面図である。図５は、図３に示すハンドの駆動機構を分解した平面図である。図６〜図１０は、図３に示すハンドの側面図である。図１１は、図３に示すハンドの第４傘歯車の概略構成を示す模式図である。

なお、図３〜図１０においては、ハンドにおける前後方向、左右方向、及び上下方向を、図における前後方向、左右方向、及び上下方向として表している。また、図６〜図１０においては、最も左側に位置する板部材の記載を省略している。

図３〜図１１に示すように、本実施の形態１に係る人型ロボット１００のハンド１２０は、底板５０の上面から立設されている、一対の板部材１０、１０と、その基端部が、一対の板部材１０、１０に挟まれるように配置されている指部材２０と、指部材２０を駆動する駆動機構３０と、を備え、駆動機構３０により、指部材２０は、その先端部が、板部材１０の先端よりも内方に位置し、かつ、板部材１０の側面からはみ出るように動作するように構成されている。

なお、本実施の形態１においては、４枚の板部材１０が配置されていて、３本の指部材２０が、それぞれ、一対の板部材１０、１０の間に配置される形態を採用したが、これに限定されない。例えば、３枚の板部材１０が配置されていて、２本の指部材２０が、それぞれ、一対の板部材１０、１０の間に配置される形態を採用してもよく、６枚の板部材１０が配置されていて、５本の指部材２０が、それぞれ、一対の板部材１０、１０の間に配置される形態を採用してもよい。すなわち、ｎ（ｎは整数）本の指部材２０に対して、ｎ＋１枚の板部材１０が配置されていれば、どのような形態を採用してもよい。

駆動機構３０は、略直方体状の筐体３１、駆動モータ（電動モータ）３２、プーリ３３、３４、ベルト３５、第１傘歯車３６〜第３傘歯車３８、及び第１歯車３９〜第３歯車４１を有している（図５参照）。

筐体３１の左端部には、駆動モータ３２が配置されていて、右端部には、第２傘歯車３７が配置されている。具体的には、駆動モータ３２は、その出力軸が筐体３１の外方に位置するように配置されている。また、駆動モータ３２の出力軸には、プーリ３３が固定されている。第２傘歯車３７は、その回転軸３７Ａが上下方向を向くように配置されていて、第２傘歯車３７には、第１傘歯車３６が歯合されている。第１傘歯車３６は、その回転軸の基端部が、筐体３１の外方に位置するように配置されている。また、第１傘歯車３６の回転軸の基端部には、プーリ３４が固定されている。そして、プーリ３３とプーリ３４には、ベルト３５が巻回されている。

これにより、駆動モータ３２が駆動すると、その回転動作が、プーリ３３、ベルト３５、及びプーリ３４を介して、第１傘歯車３６に伝達され、第１傘歯車３６が回動する。第１傘歯車３６の回動に伴って、第２傘歯車３７が回動することができる。

また、筐体３１の上端の右側端部には、第１蓋部材４２が配置されていて、第１蓋部材４２の上方には、当該第１蓋部材４２と当接するように、第２蓋部材４３が配置されている。第１蓋部材４２は、その中心部が開口していて、当該開口部分を第２傘歯車３７の回転軸３７Ａが挿通している。回転軸３７Ａの上端部には、第１歯車３９が固定されている。

第２蓋部材４３は、平面視にて、略６角形状に形成されていて、その中心部には、貫通孔４３Ａが設けられている。第２蓋部材４３の貫通孔４３Ａには、第１歯車３９が配置されている。また、第２蓋部材４３の貫通孔４３Ａの後方には、凹部４３Ｂが設けられている。さらに、第２蓋部材４３には、貫通孔４３Ａを囲むように、凹部４３Ｃが設けられている。

第２蓋部材４３の凹部４３Ｂには、第２歯車４０が回動自在に配置されていて、凹部４３Ｃには、軸受部材４４を介して、第３歯車４１が回動自在に配置されている。第２歯車４０は、第１歯車３９と歯合するように構成されている。第２蓋部材４３の前方側に配置されている第３歯車４１は、第１歯車３９と歯合するように構成されている。また、第２蓋部材４３の後方側に配置されている第３歯車４１は、第２歯車４０と歯合するように構成されている。

なお、軸受部材４４としては、ベアリングを用いてもよい。また、第１歯車３９〜第３歯車４１は、３つの第３歯車４１が同期するように、それぞれの歯数等が適宜設定されている。

これにより、第１歯車３９が回動すると、３つの第３歯車４１が同期しながら、回動することができる。

第３歯車４１の回転軸４１Ａの上端部には、第３傘歯車３８が固定されている。第３傘歯車３８は、一対の板部材１０、１０の間に配置されている、第４傘歯車４５と歯合している。第４傘歯車４５の回転中心には、第１軸部材４６が嵌挿されている。第１軸部材４６には、軸受部材４７を介して、指部材２０の第１リンク２１の基端部が挿通されている。また、第１軸部材４６は、板部材１０に設けられている貫通孔１０Ａを挿通するように配置されている。

第４傘歯車４５の歯先側の内方（第４傘歯車４５の右側面）には、板部材１０の主面と平行な平面４５Ａが形成されている（図１１参照）。第４傘歯車４５の右側面は、軸受部材４７の左側面と当接していて、これらの摩擦により、所定の範囲内において、第４傘歯車４５の回動に伴い、第１リンク２１が回動するように構成されている。また、第１リンク２１には、当接部２３が設けられている。当接部２３は、第１リンク２１が回動すると、板部材１０の左側の主面に設けられている第１ストッパ６１、又は底板５０の上面から立設されている第２ストッパ６２と、当接するように配置されている。なお、所定の範囲とは、板部材１０の左側の主面に設けられている第１ストッパ６１と底板５０の上面から立設されている第２ストッパ６２との間をいう。また、軸受部材４７としては、ベアリングを用いてもよい。

また、図１１に示すように、第４傘歯車４５は、周面の一部が切り欠かれていて、当該切欠き部分には、軸支部材６３が締結部材６４により固定されている。軸支部材６３は、第２軸部材４８を軸支している。第２軸部材４８には、軸受部材４９を介して、指部材２０の第２リンク２２の基端部が挿通されている（図６〜図１０参照）。これにより、第４傘歯車４５の回動に伴い、第２リンク２２の基端部は、第４傘歯車４５の回転中心に対して、公転することができる。なお、軸受部材４９としては、ベアリングを用いてもよい。

第１リンク２１及び第２リンク２２の先端部には、指関節部材２４が配置されていて、指関節部材２４の先端部には、爪部材２５が配置されている。具体的には、第１リンク２１の先端部と指関節部材２４の基端部には、それぞれ、貫通孔が設けられていて、当該貫通孔には、軸受部材７１を介して、軸部材７２が嵌挿されている。同様に、第２リンク２２の先端部と指関節部材２４の基端部には、それぞれ、貫通孔が設けられていて、当該貫通孔には、軸受部材７３を介して、軸部材７４が嵌挿されている。これにより、指関節部材２４は、第１リンク２１及び第２リンク２２に対して、相対的に揺動することができる。

なお、軸受部材７１は、回動自在に指関節部材２４に取り付けられている。また、軸受部材７１、７３としては、ベアリングを用いてもよい。

指関節部材２４の先端部と爪部材２５の基端部には、それぞれ、貫通孔が設けられていて、当該貫通孔には、軸受部材７５を介して、軸部材７６が嵌挿されている。軸受部材７５は、回動自在に指関節部材２４に取り付けられていて、爪部材２５が固着されている。また、軸受部材７５としては、ベアリングを用いてもよい。

また、軸受部材７１及び軸受部材７５の外周面は、凹凸が形成されていて、互いに歯合するように配置されている。これにより、軸受部材７１が揺動すると、軸受部材７５が揺動する。また、軸受部材７５の揺動に伴い、爪部材２５が揺動する。

［人型ロボットの動作及び作用効果］
次に、本実施の形態１に係る人型ロボット１００の動作及び作用効果について、図１〜図１１を参照しながら説明する。なお、以下の動作は、制御装置１１０の演算部１１０ａが、記憶部１１０ｂに格納されている所定のプログラムを読み出すことにより、実行される。

まず、図３及び図６に示すように、ハンド１２０の指部材２０が開いた状態にあるとする。そして、人型ロボット１００が転倒した場合、人型ロボット１００が立ち上がる場合、及び人型ロボット１００が４足歩行をする場合のうち、少なくともいずれかの場合に、制御装置１１０は、駆動機構３０を駆動させて、指部材２０の先端部が、板部材１０の先端（上端）よりも内方に位置し、かつ、板部材１０の側面からはみ出るように指部材２０を動作（揺動）させる。

具体的には、図７に示すように、駆動機構３０が駆動すると、後方側に配置されている指部材２０は、前方側に向かって揺動し、前方側に配置されている指部材２０は、後方側に向かって揺動する。これにより、指部材２０は、板部材１０の先端（上端）よりも内方（下方）に位置し、かつ、板部材１０の側面からはみ出る位置にまで移動することができる。このため、板部材１０の先端部（上端部）を地面と当接させることができ、指部材２０が地面と接触することを抑制することができる。

そして、図８に示すように、指部材２０の第１リンク２１に設けられている当接部２３が、第２ストッパ６２と当接すると、第１リンク２１は、揺動することができなくなる。一方、第４傘歯車４５は、駆動機構３０が駆動しているので、さらに揺動する。第４傘歯車４５の揺動に伴って、第２リンク２２は、ハンド１２０の外方に向かって、さらに移動する。これにより、指関節部材２４は、軸部材７２を軸として、下方に向かって揺動する。

このとき、指関節部材２４の揺動に伴って、軸受部材７１が揺動する。軸受部材７１が揺動すると、軸受部材７１と歯合している軸受部材７５が揺動する。これにより、軸受部材７５に固着されている爪部材２５が揺動して、爪部材２５が閉じた状態になる（図９参照）。

また、図９に示すように、指関節部材２４が閉じた状態から、当該指関節部材２４を開く場合には、制御装置１１０は、駆動機構３０を駆動させる。すると、図１０に示すように、後方側に配置されている指部材２０は、後方側に向かって揺動し、前方側に配置されている指部材２０は、前方側に向かって揺動する。

そして、図６に示すように、第１リンク２１に設けられている当接部２３が、第１ストッパ６１と当接すると、第１リンク２１は、揺動することができなくなる。一方、第４傘歯車４５は、駆動機構３０が駆動しているので、さらに揺動する。第４傘歯車４５の揺動に伴って、第２リンク２２は、ハンド１２０の外方に向かって、さらに移動する。これにより、指関節部材２４は、軸部材７２を軸として、上方に向かって揺動する。

このとき、指関節部材２４の揺動に伴って、軸受部材７１、７５が揺動する。これにより、軸受部材７５に固着されている爪部材２５が揺動して、爪部材２５が開いた状態になる。

このように構成された、本実施の形態１に係る人型ロボット１００では、駆動機構３０により、指部材２０は、その先端部が、板部材１０の先端よりも内方に位置し、かつ、板部材１０の側面からはみ出るように動作する。

これにより、人型ロボット１００が転倒した場合、人型ロボット１００が立ち上がる場合、及び人型ロボット１００が４足歩行をする場合のうち、少なくともいずれかの場合に、板部材１０の先端部（上端部）を地面と当接させることができ、指部材２０が地面と接触することを抑制することができる。

また、板部材１０の側面から指部材２０の一部がはみ出るようにすることにより、板部材１０を小さくすることができる。このため、特許文献１に開示されている二脚歩行式人型ロボットに比して、ハンド１２０を小さくすることができる。また、ハンド１２０を小さくすることができることから、指部材２０を駆動する駆動機構３０、ハンド１２０を駆動する駆動機構を小さくすることができ、人型ロボット１００全体をコンパクトにすることができる。

さらに、本実施の形態１に係る人型ロボット１００では、４枚の板部材１０を有する形態を採用している。このため、板部材１０の先端部による地面との接触面積を大きくすることができ、各板部材１０にかかる力を分散することができる。したがって、板部材１０の破損を抑制することができる。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良又は他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明の人型ロボットは、従来の人型ロボットに比して、手を小型化することができるため、産業ロボットの分野において有用である。

１０板部材
１０Ａ貫通孔
２０指部材
２１第１リンク
２２第２リンク
２３当接部
２４指関節部材
２５爪部材
３０駆動機構
３１筐体
３２駆動モータ
３３プーリ
３４プーリ
３５ベルト
３６第１傘歯車
３７第２傘歯車
３７Ａ回転軸
３８第３傘歯車
３９第１歯車
４０第２歯車
４１第３歯車
４１Ａ回転軸
４２第１蓋部材
４３第２蓋部材
４３Ａ貫通孔
４３Ｂ凹部
４３Ｃ凹部
４４軸受部材
４５第４傘歯車
４５Ａ平面
４６第１軸部材
４７軸受部材
４８第２軸部材
４９軸受部材
５０底板
６１第１ストッパ
６２第２ストッパ
６３軸支部材
６４締結部材
７１軸受部材
７２軸部材
７３軸受部材
７４軸部材
７５軸受部材
７６軸部材
１００人型ロボット
１０１胴体
１０２頭
１０３腕
１０４脚
１０５首関節
１０６肩関節
１０７股関節
１１０制御装置
１１０ａ演算部
１１０ｂ記憶部
１１０ｃサーボ制御部
１２０ハンド

Claims

一対の板部材と、
その基端部が、一対の前記板部材に挟まれるように配置されている指部材と、
前記指部材を駆動する駆動機構と、を備え、
前記駆動機構により、前記指部材は、その先端部が、前記板部材の先端よりも内方に位置し、かつ、前記板部材の側面からはみ出るように動作する、人型ロボット。
前記駆動機構は、前記指部材の基端部を軸に、当該指部材を回動するように構成されている、請求項１に記載の人型ロボット。
制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記人型ロボットが転倒したときの動作、前記人型ロボットが立ち上がるときの動作、及び前記人型ロボットが４足歩行するときの動作のうち、少なくとも１つの動作を実行するときに、前記駆動機構を駆動させて、前記指部材の先端部が、前記板部材の先端よりも内方に位置し、かつ、前記板部材の側面からはみ出るように前記指部材を動作させる、請求項１又は２に記載の人型ロボット。