JP2003001580A

JP2003001580A - 脚式移動ロボットのための多関節湾曲機構、並びに脚式移動ロボット

Info

Publication number: JP2003001580A
Application number: JP2001189764A
Authority: JP
Inventors: Ken Yamagishi; 建山岸
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2003-01-08
Also published as: CN1464823A; US7047835B2; WO2003000471A1; US20040036438A1; KR20030029833A

Abstract

(57)【要約】【課題】多関節湾曲機構を小型低価格に構成し擬似感
情、情緒表現に活用する。【解決手段】多関節湾曲機構は、入力側のギアと出力
側のギアを含む複数個のギアを歯合させて回転可能に支
持するリンクどうしを連結させて構成される。各リンク
は奇数個のギアを歯合させて回転可能に支持し、入力端
のギアに印加された回転方向と同じ回転方法で出力端の
ギアが回転するように構成されている。隣接するリンク
の間では、一方のリンクにおける出力側のギアと他方の
リンクにおける入力側のギアとを共有しており、該共有
されたギアの回転軸は多関節湾曲機構の関節自由度を構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の関節アクチ
ュエータで構成される多関節型のロボットに係り、特
に、例えばヒトやサル、イヌなどの歩行動物をモデルに
した脚式移動ロボットに関する。

【０００２】更に詳しくは、本発明は、指や尻尾、首、
鼻など多関節で構成された湾曲部分を備えた脚式移動ロ
ボット並びに多関節湾曲機構に係り、特に、多関節湾曲
機構を小型・低価格に構成して擬似感情、情緒表現に活
用する脚式移動ロボット並びに多関節湾曲機構に関す
る。

【０００３】

【従来の技術】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う機械装置のことを「ロボッ
ト」という。ロボットの語源は、スラブ語の"ＲＯＢＯ
ＴＡ(奴隷機械)"に由来すると言われている。わが国で
は、ロボットが普及し始めたのは１９６０年代末からで
あるが、その多くは、工場における生産作業の自動化・
無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボット
などの産業用ロボット（industrial robot）であった。

【０００４】アーム式ロボットのように、ある特定の場
所に植設して用いるような据置きタイプのロボットは、
部品の組立・選別作業など固定的で場所が限定された作
業空間でのみ活動する。これに対し、移動式のロボット
は、作業空間は非限定的であり、所定の経路上または無
経路上を自在に移動して、所定の若しくは任意の人的作
業を代行したり、ヒトやイヌあるいはその他の生命体に
置き換わる種々の幅広いサービスを提供することができ
る。なかでも脚式の移動ロボットは、クローラ式やタイ
ヤ式のロボットに比し不安定で、機体の姿勢制御や歩行
制御は難しくなるが、階段や梯子の昇降や障害物の乗り
越えなど、整地・不整地の区別を問わない柔軟な歩行・
走行動作を実現できるという点で優れている。

【０００５】最近では、ヒトのような２足直立歩行を行
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」のロボット（huma
noidrobot）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。例え
ば、ソニー株式会社は、１１月２５日に２足歩行の人間
型ロボット"ＳＤＲ−３Ｘ"を公表した。

【０００６】脚式移動ロボットの用途の１つとして、産
業活動・生産活動などにおける各種の難作業の支援や代
行が挙げられる。例えば、原子力発電プラントや火力発
電プラント、石油化学プラントにおけるメンテナンス作
業、製造工場における部品の搬送・組立作業、高層ビル
における清掃、火災現場その他における救助といったよ
うな人間にとって危険な作業や難作業を、脚式移動ロボ
ットに代行してもらうことができる。

【０００７】また、脚式移動ロボットの他の用途とし
て、上述の作業支援というよりも、生活密着型、すなわ
ち人間との「共生」あるいは「エンターティンメント」
という用途が挙げられる。この種のロボットは、ヒトあ
るいはイヌ（ペット）などの比較的知性の高い脚式歩行
動物の動作メカニズムや四肢を利用した豊かな感情表現
をエミュレートする。また、あらかじめ入力された行動
パターン（ビヘイビア）を単に忠実に実行するだけでは
なく、相手の言葉や態度（「褒める」とか「叱る」、
「叩く」など）に対して動的に対応した、生き生きとし
た応答表現を実現することも要求される。

【０００８】脚式移動ロボットは、例えば、胴体部分の
左右に均等な可動脚が取り付けられた構造を装備するこ
とにより、人間の住空間で最低限の作業を行うことがで
きる。但し、作業空間内での物体の把持や特定の対象物
の操作、あるいは上半身を用いたジェスチャやダンスな
ど、より高度な機能や行動を実現するためには、上肢の
運動が必要であり、さらには上肢の先端の手部にも指先
動作を実現する多関節湾曲機構を搭載することが好まし
い。

【０００９】あるいは、多くの４足歩行動物が持つ尻尾
や、キリンの首、象の鼻などは多関節で湾曲可能な機構
は、ロボットの擬似的な感情や情緒を表現する上で非常
に役に立つ。

【００１０】ところが、多関節湾曲機構は、一般に、可
動軸毎にアクチュエータを配設することにより設計・製
作される。このため、指のように細長く、且つ、各関節
間を接続するリンクの間隔が極めて短い部位の場合に
は、関節機構が大型で複雑になってしまい、指らしくな
くなってしまう。

【００１１】他方、細長い多関節機構として、内視鏡な
どに適用される屈曲機構を挙げることができる。しかし
ながら、ワイヤを用いるこの種の屈曲機構の場合、大き
な駆動力を発生させるのには難があり、また、高価な構
成部材を用いて組み立てられるので、量産化には向かな
いという側面がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、指や
尻尾、首、鼻など多関節で構成された湾曲部分を備え
た、優れた脚式移動ロボット並びに多関節湾曲機構を提
供することにある。

【００１３】本発明の更なる目的は、多関節湾曲機構を
小型・低価格に構成して擬似感情、情緒表現に活用する
ことができる、優れた脚式移動ロボット並びに多関節湾
曲機構を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、上記
課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面
は、少なくとも可動脚を備えた脚式移動ロボットのため
の多関節湾曲機構であって、入力側のギアと出力側のギ
アを含む複数個のギアを歯合させて回転可能に支持する
リンクどうしを連結させてなる、ことを特徴とする脚式
移動ロボットのための多関節湾曲機構である。

【００１５】ここで、各リンクは奇数個のギアを歯合さ
せて回転可能に支持し、入力端のギアに印加された回転
方向と同じ回転方法で出力端のギアが回転するように構
成されている。

【００１６】また、隣接するリンクの間では、一方のリ
ンクにおける出力側のギアと他方のリンクにおける入力
側のギアとを共有しており、該共有されたギアの回転軸
は多関節湾曲機構の関節自由度を構成する。

【００１７】また、最も根元のリンクにおける入力側の
ギアに対して回転力を付与する駆動部をさらに備えてお
り、多関節湾曲機構は、該駆動部による回転力の印加に
従って、各リンク間の関節が一定方向に湾曲するように
構成されている。

【００１８】したがって、本発明の第１の側面に係る多
関節湾曲機構によれば、ワイヤを用いて屈曲機構を用い
た場合に比し、大きな駆動力を発生させることが容易で
ある。また、本発明に係る多関節湾曲機構は安価な構成
部材のみを用いて組み立てることができるので、量産化
にも対応することができる。また、多関節湾曲機構を小
型・低価格に構成して、脚式移動ロボットにおける擬似
感情、情緒表現に活用することができる。

【００１９】また、前記駆動部は、最も根元のリンクに
おける入力側のギアから所定値以上の回転反力が印加さ
れると回転軸を解放して該入力側のギアの回転を自由に
するクラッチ機構を備えていてもよい。したがって、多
関節湾曲機構１に異常な反力が印加されても、ギアの回
転が解放されることにより、モータまで反力が伝達され
ず、機器の破壊を防止することができる。

【００２０】また、本発明の第１の側面に係る多関節湾
曲機構は、最も先端のリンクにおける出力側のギアと歯
合して、各リンクに支持されているギアの空回りを防止
して、ギアの回転に追従して各リンク間の関節が一定方
向に湾曲することを保証する末端部をさらに備えていて
もよい。

【００２１】また、各リンクは、隣接するリンクとの間
で構成される関節の逆転を防止するために、関節の所定
の回転位置において該隣接するリンクと当接して回転を
制止する制止部をさらに備えていてもよい。

【００２２】本発明の第１の側面に係る多関節湾曲機構
は、例えば、前記脚式移動ロボットの指として利用する
ことができる。このような場合、各リンクに収容するギ
アの個数に応じてリンクすなわち指の関節間の寸法を調
整することができる。

【００２３】すなわち、この多関節湾曲機構を用いて手
部の指を構成した場合、各可動軸毎にアクチュエータを
配設する必要がないので、指のように細長く、且つ、各
関節間を接続するリンクの間隔が極めて短い部位を、小
型のままで設計・製作することができる。

【００２４】また、本発明の第１の側面に係る多関節湾
曲機構は、ワイヤを用いて屈曲機構を用いた場合に比
し、大きな駆動力を発生させることが容易である。ま
た、本発明に係る多関節湾曲機構は、安価な構成部材の
みを用いて組み立てることができるので、量産化にも対
応することができる。

【００２５】あるいは、本発明の第１の側面に係る多関
節湾曲機構は、前記脚式移動ロボットの首として利用す
ることができる。

【００２６】すなわち、この多関節湾曲機構を用いてキ
リンの首を構成した場合、各可動軸毎にアクチュエータ
を配設する必要がないので、キリンの首のように細長
く、且つ、各関節間を接続するリンクの間隔が極めて短
い部位を、小型のままで設計・製作することができる。
また、ワイヤを用いて屈曲機構を用いた場合に比し、大
きな駆動力を発生させることが容易である。また、本発
明に係る多関節湾曲機構は安価な構成部材のみを用いて
組み立てることができるので、量産化にも対応すること
ができる。

【００２７】あるいは、本発明の第１の側面に係る多関
節湾曲機構は、前記脚式移動ロボットの鼻として利用す
ることができる。

【００２８】すなわち、この多関節湾曲機構を用いて象
の鼻を構成した場合、各可動軸毎にアクチュエータを配
設する必要がないので、象の鼻のように細長く、且つ、
各関節間を接続するリンクの間隔が極めて短い部位を、
小型のままで設計・製作することができる。また、ワイ
ヤを用いて屈曲機構を用いた場合に比し、大きな駆動力
を発生させることが容易である。また、本発明に係る多
関節湾曲機構は安価な構成部材のみを用いて組み立てる
ことができるので、量産化にも対応することができる。

【００２９】あるいは、本発明の第１の側面に係る多関
節湾曲機構は、前記脚式移動ロボットの尻尾として利用
することができる。

【００３０】すなわち、この多関節湾曲機構を用いてト
カゲの尻尾を構成した場合、各可動軸毎にアクチュエー
タを配設する必要がないので、トカゲの尻尾のように細
長く、且つ、各関節間を接続するリンクの間隔が極めて
短い部位を、小型のままで設計・製作することができ
る。また、ワイヤを用いて屈曲機構を用いた場合に比
し、大きな駆動力を発生させることが容易である。ま
た、本発明に係る多関節湾曲機構は安価な構成部材のみ
を用いて組み立てることができるので、量産化にも対応
することができる。

【００３１】また、本発明の第２の側面は、少なくとも
可動脚を備えた脚式移動ロボットであって、入力側のギ
アと出力側のギアを含む複数個のギアを歯合させて回転
可能に支持するリンクどうしを連結させてなる多関節湾
曲機構を備えている、ことを特徴とする脚式移動ロボッ
トである。

【００３２】ここで、多関節湾曲機構を構成する各リン
クは奇数個のギアを歯合させて回転可能に支持し、入力
端のギアに印加された回転方向と同じ回転方法で出力端
のギアが回転するように構成されている。

【００３３】また、隣接するリンクの間では、一方のリ
ンクにおける出力側のギアと他方のリンクにおける入力
側のギアとを共有しており、該共有されたギアの回転軸
は多関節湾曲機構の関節自由度を構成する。

【００３４】また、最も根元のリンクにおける入力側の
ギアに対して回転力を付与する駆動部をさらに備えてお
り、多関節湾曲機構は、該駆動部による回転力の印加に
従って、各リンク間の関節が一定方向に湾曲するように
構成されている。

【００３５】したがって、本発明の第２の側面に係る脚
式移動ロボットにおいて適用される多関節湾曲機構によ
れば、ワイヤを用いて屈曲機構を用いた場合に比し、大
きな駆動力を発生させることが容易である。また、本発
明に係る多関節湾曲機構は安価な構成部材のみを用いて
組み立てることができるので、量産化にも対応すること
ができる。また、多関節湾曲機構を小型・低価格に構成
して、脚式移動ロボットにおける擬似感情、情緒表現に
活用することができる。

【００３６】また、前記駆動部は、最も根元のリンクに
おける入力側のギアから所定値以上の回転反力が印加さ
れると回転軸を解放して該入力側のギアの回転を自由に
するクラッチ機構を備えていてもよい。したがって、多
関節湾曲機構１に異常な反力が印加されても、ギアの回
転が解放されることにより、モータまで反力が伝達され
ず、機器の破壊を防止することができる。

【００３７】また、本発明の第１の側面に係る多関節湾
曲機構は、最も先端のリンクにおける出力側のギアと歯
合して、各リンクに支持されているギアの空回りを防止
して、ギアの回転に追従して各リンク間の関節が一定方
向に湾曲することを保証する末端部をさらに備えていて
もよい。

【００３８】また、各リンクは、隣接するリンクとの間
で構成される関節の逆転を防止するために、関節の所定
の回転位置において該隣接するリンクと当接して回転を
制止する制止部をさらに備えていてもよい。

【００３９】本発明の第２の側面に係る脚式移動ロボッ
トは、例えば、多関節湾曲機構を指として利用すること
ができる。このような場合、各リンクに収容するギアの
個数に応じてリンクすなわち指の関節間の寸法を調整す
ることができる。この多関節湾曲機構を用いて手部の指
を構成した場合、各可動軸毎にアクチュエータを配設す
る必要がないので、指のように細長く、且つ、各関節間
を接続するリンクの間隔が極めて短い部位を、小型のま
まで設計・製作することができる。

【００４０】あるいは、本発明の第２の側面に係る脚式
移動ロボットは、多関節湾曲機構を首として利用するこ
とができる。すなわち、この多関節湾曲機構を用いてキ
リンの首を構成した場合、各可動軸毎にアクチュエータ
を配設する必要がないので、キリンの首のように細長
く、且つ、各関節間を接続するリンクの間隔が極めて短
い部位を、小型のままで設計・製作することができる。

【００４１】あるいは、本発明の第２の側面に係る脚式
移動ロボットは、多関節湾曲機構を鼻として利用するこ
とができる。すなわち、この多関節湾曲機構を用いて象
の鼻を構成した場合、各可動軸毎にアクチュエータを配
設する必要がないので、象の鼻のように細長く、且つ、
各関節間を接続するリンクの間隔が極めて短い部位を、
小型のままで設計・製作することができる。

【００４２】あるいは、本発明の第２の側面に係る脚式
移動ロボットは、多関節湾曲機構を尻尾として利用する
ことができる。すなわち、この多関節湾曲機構を用いて
トカゲの尻尾を構成した場合、各可動軸毎にアクチュエ
ータを配設する必要がないので、トカゲの尻尾のように
細長く、且つ、各関節間を接続するリンクの間隔が極め
て短い部位を、小型のままで設計・製作することができ
る。

【００４３】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例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。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施例を詳解する。

【００４５】図１、図２、及び図３には、本発明の一実
施形態に係る多関節湾曲機構１が略直線状に伸展した様
子をそれぞれ正面、側面、及び斜視した図を示してい
る。同様に、図４、図５、及び図６には、この多関節湾
曲機構１が屈曲した様子をそれぞれ正面、側面、及び斜
視した図を示している。

【００４６】各図に示すように、この多関節湾曲機構１
は、直列的に連結される７個のリンク１１〜１７と、こ
の連結されたリンクの終端に連結された末端部１８とで
構成される。また、連結されたリンクの他端には、この
多関節湾曲機構１に対して湾曲並びに伸展するための駆
動力を供給する駆動ユニット２０が取り付けられてい
る。

【００４７】駆動ユニット２０は、電磁気的作用によっ
て回転運動を生じるモータ２１と、このモータ２１の回
転軸に一体的に取り付けられたピニオン２２と、ピニオ
ン２２と歯合して回転軸を直交方向に変換するウォーム
・ギア２３と、ウォーム・ギア２３から得られる回転力を
所定の減速比で減速しながら多関節湾曲機構１まで伝達
する４個のギア２４〜２７とで構成される。

【００４８】多関節湾曲機構１を構成する各リンク１１
〜１７は、それぞれ３個若しくは奇数個のギアを回転可
能に収容している。隣接する各ギアどうしは歯合してい
る。奇数個のギアで回転力を伝達することにより、入力
側のギアと出力側のギアとで回転方向を一致させること
ができる。また、隣接する各リンク間では、一方の入力
側のギアを他方の出力側のギアとして共有することによ
って、この共有されるギアの回転軸回りの自由度を持つ
関節を構成している。

【００４９】リンク１１は、３個のギア３１，３２，及
び３３を回転可能に直列的に支持している。一端のギア
３１は、駆動ユニット２０の出力ギア２７と歯合するこ
とによって回転駆動力を入力する。ギア３１の回転軸
は、多関節湾曲機構１の第０関節を構成する。そして、
ギア３１とは歯合するギア３２を経て、ギア３３に同じ
回転方向の回転力が伝達される。

【００５０】また、リンク１２は、３個のギア３３，３
４，及び３５を回転可能に直列的に支持している。一端
のギア３３は、隣り合うリンク１１と共有されており、
ギア３３の回転軸は多関節湾曲機構１の第１関節を構成
する。そして、ギア３３に印加された回転力は、ギア３
３とは歯合するギア３４を経て、ギア３５に同じ回転方
向の回転力が伝達される。

【００５１】また、リンク１３は、３個のギア３５，３
６，及び３７を回転可能に直列的に支持している。一端
のギア３５は、隣り合うリンク１２と共有されており、
ギア３５の回転軸は多関節湾曲機構１の第２関節を構成
する。そして、ギア３５に印加された回転力は、ギア３
５とは歯合するギア３６を経て、ギア３７に同じ回転方
向の回転力が伝達される。

【００５２】また、リンク１４は、３個のギア３７，３
８，及び３９を回転可能に直列的に支持している。一端
のギア３７は、隣り合うリンク１３と共有されており、
ギア３７の回転軸は多関節湾曲機構１の第３関節を構成
する。そして、ギア３７に印加された回転力は、ギア３
７とは歯合するギア３８を経て、ギア３９に同じ回転方
向の回転力が伝達される。

【００５３】また、リンク１５は、３個のギア３９，４
０，及び４１を回転可能に直列的に支持している。一端
のギア３９は、隣り合うリンク１４と共有されており、
ギア３９の回転軸は多関節湾曲機構１の第４関節を構成
する。そして、ギア３９に印加された回転力は、ギア３
９とは歯合するギア４０を経て、ギア４１に同じ回転方
向の回転力が伝達される。

【００５４】また、リンク１６は、３個のギア４１，４
２，及び４３を回転可能に直列的に支持している。一端
のギア４１は、隣り合うリンク１５と共有されており、
ギア４１の回転軸は多関節湾曲機構１の第５関節を構成
する。そして、ギア４１に印加された回転力は、ギア４
１とは歯合するギア４２を経て、ギア４３に同じ回転方
向の回転力が伝達される。

【００５５】また、リンク１７は、３個のギア４３，４
４，及び４５を回転可能に直列的に支持している。一端
のギア４３は、隣り合うリンク１６と共有されており、
ギア４３の回転軸は多関節湾曲機構１の第６関節を構成
する。そして、ギア４３に印加された回転力は、ギア４
３とは歯合するギア４４を経て、ギア４５に同じ回転方
向の回転力が伝達される。

【００５６】リンク１７の他端には、末端部１８が取り
付けられている。後述するように、末端部１８の内壁に
は、終端のギア４５と歯合する歯形１８Ａが形設されて
いる。したがって、リンク１７の出力側のギア４５をこ
の末端部１８の歯形１８Ａと噛み合わせて終端処理する
ことによって、１５個の各ギア３１〜４５に印加された
回転力は、各ギア３１〜４５をそれぞれの回転軸３１Ａ
〜４５Ａ回りに空回りさせずに、各リンク１１〜１７に
対して回転力を付与することができる。

【００５７】例えば、リンク１１においては、図５に示
すように、ギア３１に印加された紙面時計回りの回転が
ギア３２を経てギア３３に伝達される際には、各ギア３
１〜３３の空回りに終わらず、ギア３１の回転軸が定義
する第１関節においてリンク１１を紙面上の時計回りに
回転させる力が生成される。

【００５８】また、リンク１２においては、図５に示す
ように、ギア３３に印加された紙面時計回りの回転がギ
ア３４を経てギア３５に伝達される際には、各ギア３３
〜３５の空回りに終わらず、ギア３３の回転軸が定義す
る第２関節においてリンク１２を紙面上の時計回りに回
転させる力が生成される。

【００５９】また、リンク１３においては、図５に示す
ように、ギア３５に印加された紙面時計回りの回転がギ
ア３６を経てギア３７に伝達される際には、各ギア３５
〜３７の空回りに終わらず、ギア３５の回転軸が定義す
る第３関節においてリンク１３を紙面上の時計回りに回
転させる力が生成される。

【００６０】また、リンク１４においては、図５に示す
ように、ギア３７に印加された紙面時計回りの回転がギ
ア３８を経てギア３９に伝達される際には、各ギア３７
〜３９の空回りに終わらず、ギア３７の回転軸が定義す
る第４関節においてリンク１４を紙面上の時計回りに回
転させる力が生成される。

【００６１】また、リンク１５においては、図５に示す
ように、ギア３９に印加された紙面時計回りの回転がギ
ア４０を経てギア４１に伝達される際には、各ギア３９
〜４１の空回りに終わらず、ギア３９の回転軸が定義す
る第５関節においてリンク１５を紙面上の時計回りに回
転させる力が生成される。

【００６２】また、リンク１６においては、図５に示す
ように、ギア４１に印加された紙面時計回りの回転がギ
ア４２を経てギア４３に伝達される際には、各ギア４１
〜４３の空回りに終わらず、ギア４１の回転軸が定義す
る第６関節においてリンク１６を紙面上の時計回りに回
転させる力が生成される。

【００６３】また、リンク１７においては、図５に示す
ように、ギア４３に印加された紙面時計回りの回転がギ
ア４４を経てギア４５に伝達される際には、各ギア４３
〜４５の空回りに終わらず、ギア４３の回転軸が定義す
る第７関節においてリンク１７を紙面上の時計回りに回
転させる力が生成される。

【００６４】なお、駆動ユニット２０における出力端の
ギア２７には、所定値以上の回転反力が印加されると回
転軸が解放されるクラッチ機構が内蔵されている。した
がって、多関節湾曲機構１に異常な反力が印加されて
も、ギア２７が解放されることにより、モータ２１まで
反力が伝達されず、機器の破壊を防止することができ
る。この場合、多関節湾曲機構１は、ギア３１の回転軸
で定義される第１関節が解放された恰好となる。

【００６５】図７には、リンク１１の６面図、断面図、
並びに斜視図を示している。また、図８には、リンク１
１の部品分解図を示している。また、図９には、リンク
１１の組立図を示している。他のリンク１２〜１７につ
いては図示しないが、リンク１１と略同一構造であると
理解されたい。

【００６６】図７、図８、及び図９に示すように、リン
ク１１は、略平行に上板１１Ａと下板１１Ｂとが、ギア
３１〜３３を収容するに充分な間隙を保って、壁部１１
Ｃ及び壁部１１Ｄによって支持されている。

【００６７】上板１１Ａと下板１１Ｂには、各ギア３１
〜３３の回転軸３１Ａ，３２Ａ，３３Ａを挿通させるた
めの３個の開口１１Ｅ，１１Ｆ，１１Ｇ並びに１１
Ｅ’，１１Ｆ’，１１Ｇ’がそれぞれ対向して穿設され
ている。

【００６８】各ギア３１〜３３は、上板１１Ａと下板１
１Ｂの間に直列的に配置され、且つ、それぞれの回転軸
３１Ａ，３２Ａ，３３Ａを貫挿させることによって、隣
接するギアどうしが歯合するような状態で、リンク１１
の上板１１Ａ及び下板１１Ｂの間に形成された空間内に
収容されている。

【００６９】入力側のギア３１に付与された回転は、こ
れに隣接するギア３２に反対方向の回転として伝達され
る。さらに、ギア３２に隣接する出力側のギア３３に
は、その反対方向すなわち元の回転方向と同じ向きの回
転として伝達され、これが後続のリンク１２側に出力さ
れる。１つのリンク１１内に収容されるギアの個数は３
個には限定されないが、奇数個であれば、入力側と同じ
回転方向で出力することができる。

【００７０】上板１１Ａと下板１１Ｂには、略中央に上
板１１Ａ及び下板１１Ｂそれぞれの肉厚程度の厚みを持
つ段差部１１Ａ’並びに１１Ｂ’が形設されており、リ
ンク１１は、入力側半分に比し出力側の方の幅が狭くな
るように構成されている。したがって、リンク１１に隣
接するリンク１２の入力側の上板１２Ａと下板１２Ｂの
間隙に、リンク１１の出力側の上板１１Ａと下板１１Ｂ
を挿入することによって（図１０並びに図１１を参照の
こと）、隣り合うリンク１１及びリンク１２を連結させ
ることができる。

【００７１】壁部１１Ｃは、上板１１Ａ及び下板１１Ｂ
のフットプリントから突出している。壁部１１Ｃの左右
の各端縁は、隣り合うリンクと連結させて、これら連結
されたリンクを真直ぐに伸ばしたときには、他方のリン
ク側の壁部の端縁と当接して、それ以上関節が曲がらな
いようにするストッパとして機能することができる（後
述）。

【００７２】図１０〜図１２には、リンク１６を隣接す
るリンク１７と連結させた様子を図解している。但し、
図１０には、リンク１６及びリンク１７が真直ぐに伸び
た状態を示しており、また、図１１には、リンク１７が
リンク１６に対して回転している様子を示している。ま
た、図１２には、リンク１７がリンク１６に対してさら
に回転している様子を示している。

【００７３】図１０〜図１２に示すように、リンク１６
の出力側の開口１６Ｇ，１６Ｇ’とリンク１２の入力側
の開口１７Ｅ，１７Ｅ’が一致するようにして、隣接す
るリンク１１とリンク１２が連結される。このような状
態では、リンク１６の出力側のギア４３並びにその回転
軸４３Ａを、リンク１５の入力側のギア及び回転軸とし
て共有することができる。このとき、回転軸４３Ａは、
多関節湾曲機構１の第６関節を構成する。

【００７４】図１０〜図１２に示すような隣接するリン
クどうしの組み立て方法は、他の隣接するリンク１１及
び１１間、リンク１２及び１３間、リンク１３及び１４
間、リンク１４及び１５間、並びにリンク１５及び１６
間においても、同様に当てはまる。

【００７５】図１０に示すように、隣り合うリンク１６
及びリンク１７が長手方向に真直ぐ伸びている状態で、
リンク１６の入力側のギア４１に、時計回りの回転を付
与する。すると、その隣のギア４２には反時計回りの回
転として伝達され、さらに、出力側のギア４３にはさら
に反対方向すなわち時計回りの回転として伝達される。
ギア４３は、リンク１７の入力側のギアとして共有さ
れ、また、その回転軸４３Ａは多関節湾曲機構１の第６
関節を構成する。したがって、ギア４１の時計回りの回
転により、第６関節には紙面上で時計回りの回転力が印
加され、これに追従して、図１１に示すようにリンク１
７は、回転軸４３Ａを中心として時計回りに回転する。

【００７６】また、このような回転は、そもそも第１関
節、第２関節、第３関節…から同様に順次伝達されてき
て、多関節湾曲機構１全体としては、図４〜図６に示す
ような湾曲した状態に変化することになる。また、図１
２に示すようにギア４１をさらに時計回りに回転させる
ことにより、リンク１７は、回転軸４３Ａを中心として
時計方向への回転をさらに続ける。

【００７７】また、図１０に示すように、隣り合うリン
ク１６及びリンク１７が長手方向に真直ぐ伸びている状
態では、リンク１６側の壁部１６Ｃの右端縁は、リンク
１７側の壁部１７Ｃの左端縁と当接しており、第６関節
における可動角を規制している。このため、リンク１７
が第１関節すなわち回転軸４３Ａ回りにこれ以上は反時
計方向に回転して、多関節湾曲機構１が真直ぐよりも反
時計回りに湾曲していくことを防止することができる。

【００７８】これまで、リンクの構造、並びに、リンク
が隣接するリンクと連結する構造について説明してき
た。本実施形態に係る多関節湾曲機構１は、同じ構成の
７個のリンク１１〜１７を同様に連結することで、細長
状の湾曲構造を形成することができる。そして、既に述
べたように、この多関節湾曲機構１の先端には、末端部
１８が取り付けられている。

【００７９】図１３には、末端部１８の６面図、断面
図、並びに斜視図を示している。図１２中の断面図に示
すように、末端部１８の内壁には、終端のギア４５と歯
合する歯形１８Ａが形設されている。

【００８０】リンク１７の出力側のギア４５をこの末端
部１８の歯形１８Ａと噛み合わせることによって、ギア
４５を終端処理することができる。前述した図１０〜図
１２には、末端部１８をリンク１７の先端に取り付けて
終端処理した様子を併せて示している。このようなギア
の終端処理を施すことにより、１５個の各ギア３１〜４
５に印加された回転力は、各ギア３１〜４５をそれぞれ
の回転軸３１Ａ〜４５Ａ回りに空回りさせずに、各リン
ク１１〜１７に対して回転力を付与することができる。
この結果、モータ２１の回転力がピニオン２２、ウォー
ム・ギア２３、並びに、ギア２４〜２７を経て多関節湾
曲機構１に伝達されると、各ギア３１〜４５が空転する
ことなく、図４〜図６に示すように多関節湾曲機構１を
正しく湾曲させることができる。

【００８１】次いで、上述した多関節湾曲機構１の適用
例について説明する。

【００８２】［従来の技術］の欄でも既に述べたよう
に、脚式移動ロボットは、例えば、胴体に左右の可動脚
が取り付けられた構造を装備することにより、人間の住
空間で最低限の作業を行うことができる。但し、作業空
間内での物体の把持や特定の対象物の操作、あるいは上
半身を用いたジェスチャやダンスなど、より高度な機能
や行動を実現するためには、上肢、さらにはその先端の
手部に指先を搭載することが好ましい。あるいは、多く
の４足歩行動物が持つ尻尾や、キリンの首、象の鼻など
は多関節で湾曲可能な機構は、ロボットの擬似的な感情
や情緒を表現する上で非常に役に立つ。

【００８３】ところが、従来の多関節湾曲機構は一般
に、可動軸毎にアクチュエータを配設することにより設
計・製作される。このため、指のように細長く、且つ、
各関節間を接続するリンクの間隔が極めて短い部位は、
大型で複雑になってしまう。

【００８４】図１４には、本実施形態に係る多関節湾曲
機構１を指として適用して、掌を構成した例を示してい
る。

【００８５】同図に示すように、手部５０は、手の甲を
構成するフレーム５１に、親指、人差し指、中指、薬
指、並びに小指をそれぞれ構成する５本の多関節湾曲機
構５２〜５６が、フレーム５１の手のひら側を湾曲方向
とするように取り付けられている。

【００８６】親指、人差し指、中指、薬指、並びに小指
それぞれの目的や機能、実際の人の手と比較考量して、
各多関節湾曲機構５２〜５６の、長さや太さの比率を決
定することが好ましい。

【００８７】各多関節湾曲機構５２〜５６はそれぞれ、
３個のリンクと１個の末端部とで構成され、３個の関節
を備えている。第１関節までを構成する根元のリンク
は、機能並びに手のひらの構造上、残りのリンクよりも
寸法が長いことが好ましい。このような場合、リンク内
に収容するギアの個数を３個から５個に拡張することに
よって、同じ太さで長い寸法をとることができる。

【００８８】図１４に示すように本実施形態に係る多関
節湾曲機構１を用いて手部の指を構成した場合、各可動
軸毎にアクチュエータを配設する必要がないので、指の
ように細長く、且つ、各関節間を接続するリンクの間隔
が極めて短い部位を、小型のままで設計・製作すること
ができる。

【００８９】また、本実施形態に係る多関節湾曲機構１
を用いて手部を構成した場合、ワイヤを用いて屈曲機構
を用いた場合に比し、大きな駆動力を発生させることが
容易である。また、本実施形態に係る多関節湾曲機構１
は安価な構成部材のみを用いて組み立てることができる
ので、量産化にも対応することができる。

【００９０】また、図１５には、本実施形態に係る多関
節湾曲機構１を尻尾として適用して、トカゲのロボット
を構成した例を示している。

【００９１】図１５に示すように本実施形態に係る多関
節湾曲機構１を用いてトカゲの尻尾を構成した場合、各
可動軸毎にアクチュエータを配設する必要がないので、
トカゲの尻尾のように細長く、且つ、各関節間を接続す
るリンクの間隔が極めて短い部位を、小型のままで設計
・製作することができる。

【００９２】また、本実施形態に係る多関節湾曲機構１
を用いてトカゲの尻尾を構成した場合、ワイヤを用いて
屈曲機構を用いた場合に比し、大きな駆動力を発生させ
ることが容易である。また、本実施形態に係る多関節湾
曲機構１は安価な構成部材のみを用いて組み立てること
ができるので、量産化にも対応することができる。

【００９３】また、図１６には、本実施形態に係る多関
節湾曲機構１を首として適用して、キリンのロボットを
構成した例を示している。

【００９４】図１６に示すように本実施形態に係る多関
節湾曲機構１を用いてキリンの首を構成した場合、各可
動軸毎にアクチュエータを配設する必要がないので、キ
リンの首のように細長く、且つ、各関節間を接続するリ
ンクの間隔が極めて短い部位を、小型のままで設計・製
作することができる。

【００９５】また、本実施形態に係る多関節湾曲機構１
を用いてキリンの首を構成した場合、ワイヤを用いて屈
曲機構を用いた場合に比し、大きな駆動力を発生させる
ことが容易である。また、本実施形態に係る多関節湾曲
機構１は安価な構成部材のみを用いて組み立てることが
できるので、量産化にも対応することができる。

【００９６】また、図１７には、本実施形態に係る多関
節湾曲機構１を鼻として適用して、象のロボットを構成
した例を示している。

【００９７】図１７に示すように本実施形態に係る多関
節湾曲機構１を用いて象の鼻を構成した場合、各可動軸
毎にアクチュエータを配設する必要がないので、象の鼻
のように細長く、且つ、各関節間を接続するリンクの間
隔が極めて短い部位を、小型のままで設計・製作するこ
とができる。

【００９８】また、本実施形態に係る多関節湾曲機構１
を用いて象の鼻を構成した場合、ワイヤを用いて屈曲機
構を用いた場合に比し、大きな駆動力を発生させること
が容易である。また、本実施形態に係る多関節湾曲機構
１は安価な構成部材のみを用いて組み立てることができ
るので、量産化にも対応することができる。

【００９９】［追補］以上、特定の実施例を参照しなが
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例の修正や
代用を成し得ることは自明である。

【０１００】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
う機械装置であるならば、例えば玩具等のような他の産
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。

【０１０１】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。

【０１０２】

【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
指や尻尾、首、鼻など多関節で構成された湾曲部分を備
えた、優れた脚式移動ロボット並びに多関節湾曲機構を
提供することができる。

【０１０３】また、本発明によれば、多関節湾曲機構を
小型・低価格に構成して、擬似感情、情緒表現に活用す
ることができる、優れた脚式移動ロボット並びに多関節
湾曲機構を提供することができる。

【０１０４】本発明によれば、多関節湾曲駆動に用いる
アクチュエータの数を減らすことができるので、小型且
つ安価に生産することができる。したがって、この種の
多関節湾曲機構を備えた装置の低価格化、小型化に貢献
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る多関節湾曲機構１が
略直線状に伸展した様子を示した正面図である。

【図２】本発明の一実施形態に係る多関節湾曲機構１が
略直線状に伸展した様子を示した側面図である。

【図３】本発明の一実施形態に係る多関節湾曲機構１が
略直線状に伸展した様子を示した斜視図である。

【図４】本発明の一実施形態に係る多関節湾曲機構１が
屈曲した様子を示した正面図である。

【図５】本発明の一実施形態に係る多関節湾曲機構１が
屈曲した様子を示した側面図である。

【図６】本発明の一実施形態に係る多関節湾曲機構１が
屈曲した様子を示した斜視図である。

【図７】リンク１１の６面図、断面図、並びに斜視図を
示した図である。

【図８】リンク１１の部品分解図である。

【図９】リンク１１の組立図である。

【図１０】リンク１６を隣接するリンク１７と連結させ
た様子を示した図である。

【図１１】リンク１６を隣接するリンク１７と連結させ
た様子を示した図である。

【図１２】リンク１６を隣接するリンク１７と連結させ
た様子を示した図である。

【図１３】末端部１８の６面図、断面図、並びに斜視図
を示した図である。

【図１４】本実施形態に係る多関節湾曲機構１を指とし
て適用して、掌を構成した例を示した図である。

【図１５】本実施形態に係る多関節湾曲機構１を尻尾と
して適用して、トカゲのロボットを構成した例を示した
図である。

【図１６】本実施形態に係る多関節湾曲機構１を首とし
て適用して、キリンのロボットを構成した例を示した図
である。

【図１７】本実施形態に係る多関節湾曲機構１を鼻とし
て適用して、象のロボットを構成した例を示した図であ
る。

【符号の説明】

１…多関節湾曲機構１１〜１７…リンク１８…末端部２０…駆動ユニット２１…モータ２２…ピニオン２３…ウォーム・ギア２４〜２７…減速ギア３１〜４５…ギア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2C150 CA01 CA02 CA04 DA04 DA05 DA24 DA26 DA27 DA28 EC03 EC16 EC25 3C007 AS36 BS18 CS08 CY36 HS27 HT21 HT23 HT39 WA03 WA04 WC21 3J062 AA38 AB01 AB27 AC09 BA12 BA35 CG01 CG19 CG83 CG95

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも可動脚を備えた脚式移動ロボッ
トのための多関節湾曲機構であって、入力側のギアと出力側のギアを含む複数個のギアを歯合
させて回転可能に支持するリンクどうしを連結させてな
る、ことを特徴とする脚式移動ロボットのための多関節
湾曲機構。
【請求項２】各リンクは奇数個のギアを歯合させて回転
可能に支持し、入力端のギアに印加された回転方向と同
じ回転方法で出力端のギアが回転するように構成されて
いる、ことを特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボットの
ための多関節湾曲機構。
【請求項３】隣接するリンクの間では、一方のリンクに
おける出力側のギアと他方のリンクにおける入力側のギ
アとを共有して、該共有されたギアの回転軸は多関節湾曲機構の関節自由
度を構成する、ことを特徴とする請求項１に記載の脚式
移動ロボットのための多関節湾曲機構。
【請求項４】最も根元のリンクにおける入力側のギアに
対して回転力を付与する駆動部をさらに備え、該駆動部による回転力の印加に従って、各リンク間の関
節が一定方向に湾曲するように構成されている、ことを
特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボットのための
多関節湾曲機構。
【請求項５】前記駆動部は、最も根元のリンクにおける
入力側のギアから所定値以上の回転反力が印加されると
回転軸を解放して該入力側のギアの回転を自由にするク
ラッチ機構を備えている、ことを特徴とする請求項４に
記載の脚式移動ロボットのための多関節湾曲機構。
【請求項６】最も先端のリンクにおける出力側のギアと
歯合して、各リンクに支持されているギアの空回りを防
止して、ギアの回転に追従して各リンク間の関節が一定
方向に湾曲することを保証する末端部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボットの
ための多関節湾曲機構。
【請求項７】各リンクは、隣接するリンクとの間で構成
される関節の逆転を防止するために、関節の所定の回転
位置において該隣接するリンクと当接して回転を制止す
る制止部をさらに備える、ことを特徴とする請求項１に
記載の脚式移動ロボットのための多関節湾曲機構。
【請求項８】前記脚式移動ロボットの指として利用され
る、ことを特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボッ
トのための多関節湾曲機構。
【請求項９】各リンクに収容するギアの個数に応じてリ
ンクすなわち指の関節間の寸法を調整する、ことを特徴
とする請求項８に記載の脚式移動ロボットのための多関
節湾曲機構。
【請求項１０】前記脚式移動ロボットの首として利用さ
れる、ことを特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボ
ットのための多関節湾曲機構。
【請求項１１】前記脚式移動ロボットの鼻として利用さ
れる、ことを特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロボ
ットのための多関節湾曲機構。
【請求項１２】前記脚式移動ロボットの尻尾として利用
される、ことを特徴とする請求項１に記載の脚式移動ロ
ボットのための多関節湾曲機構。
【請求項１３】少なくとも可動脚を備えた脚式移動ロボ
ットであって、入力側のギアと出力側のギアを含む複数個のギアを歯合
させて回転可能に支持するリンクどうしを連結させてな
る多関節湾曲機構を備えている、ことを特徴とする脚式
移動ロボット。
【請求項１４】前記多関節湾曲機構の各リンクは奇数個
のギアを歯合させて回転可能に支持し、入力端のギアに
印加された回転方向と同じ回転方法で出力端のギアが回
転するように構成されている、ことを特徴とする請求項
１３に記載の脚式移動ロボット。
【請求項１５】前記多関節湾曲機構は、隣接するリンクの間では、一方のリンクにおける出力側
のギアと他方のリンクにおける入力側のギアとを共有
し、該共有されたギアの回転軸が関節自由度を構成す
る、ことを特徴とする請求項１３に記載の脚式移動ロボ
ット。
【請求項１６】前記多関節湾曲機構は、最も根元のリン
クにおける入力側のギアに対して回転力を付与する駆動
部をさらに備え、該駆動部による回転力の印加に従って、各リンク間の関
節が一定方向に湾曲するように構成されている、ことを
特徴とする請求項１３に記載の脚式移動ロボット。
【請求項１７】前記駆動部は、最も根元のリンクにおけ
る入力側のギアから所定値以上の回転反力が印加される
と回転軸を解放して該入力側のギアの回転を自由にする
クラッチ機構を備えている、ことを特徴とする請求項１
６に記載の脚式移動ロボット。
【請求項１８】前記多関節湾曲機構は、最も先端のリン
クにおける出力側のギアと歯合して、各リンクに支持さ
れているギアの空回りを防止して、ギアの回転に追従し
て各リンク間の関節が一定方向に湾曲することを保証す
る末端部をさらに備える、ことを特徴とする請求項１３
に記載の脚式移動ロボット。
【請求項１９】前記多関節湾曲機構の各リンクは、隣接
するリンクとの間で構成される関節の逆転を防止するた
めに、関節の所定の回転位置において該隣接するリンク
と当接して回転を制止する制止部をさらに備える、こと
を特徴とする請求項１３に記載の脚式移動ロボット。
【請求項２０】前記多関節湾曲機構を指として利用す
る、ことを特徴とする請求項１３に記載の脚式移動ロボ
ット。
【請求項２１】各リンクに収容するギアの個数に応じて
リンクすなわち指の関節間の寸法を調整する、ことを特
徴とする請求項２０に記載の脚式移動ロボット。
【請求項２２】前記多関節湾曲機構を首として利用す
る、ことを特徴とする請求項１３に記載の脚式移動ロボ
ット。
【請求項２３】前記多関節湾曲機構を鼻として利用す
る、ことを特徴とする請求項１３に記載の脚式移動ロボ
ット。
【請求項２４】前記多関節湾曲機構を尻尾として利用す
る、ことを特徴とする請求項１３に記載の脚式移動ロボ
ット。