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JP2004286205A - Torque limiter device, component holding device, articulating device and robot device - Google Patents

Torque limiter device, component holding device, articulating device and robot device Download PDF

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Publication number
JP2004286205A
JP2004286205A JP2003122884A JP2003122884A JP2004286205A JP 2004286205 A JP2004286205 A JP 2004286205A JP 2003122884 A JP2003122884 A JP 2003122884A JP 2003122884 A JP2003122884 A JP 2003122884A JP 2004286205 A JP2004286205 A JP 2004286205A
Authority
JP
Japan
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robot
cover
finger
link
torque limiter
Prior art date
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Pending
Application number
JP2003122884A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ken Yamagishi
建 山岸
Naoto Mori
直人 森
Takeshi Igarashi
健 五十嵐
Yuichi Hattori
裕一 服部
Yu Hirono
遊 広野
Takashi Koike
剛史 小池
Yasunori Kawanami
康範 川浪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2003122884A priority Critical patent/JP2004286205A/en
Publication of JP2004286205A publication Critical patent/JP2004286205A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide firstly a simple and small torque limiter device, secondly a component holding device for effectively and surely preventing the breakage of a component, and thirdly an articulating device and a robot device for improving safety. <P>SOLUTION: The torque limiter device comprises a gear rotatably arranged on a first link and a gripping means arranged on a second link for gripping a polygonal protruded portion formed on one face of the gear with predetermined gripping force. The component holding device comprises an energizing means for energizing a component to be pressed against a second member out of first and second members arranged with a component holding means therebetween. The articulating device comprises a shutter mechanism provided inside a cover to cover a gap of the cover produced with the displacement of the first or second link. The robot device comprises a contact detecting means arranged in an area held between the first and second links. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボット装置に関し、例えばヒューマノイド型のエンターテインメントロボットに適用して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、本願特許出願人によりヒューマノイド型のエンターテインメントロボットが研究開発されている。
【0003】
かかるエンターテインメントロボットにおいては、CCD(Charge Coupled Device)カメラやマイクロホン及びタッチセンサ等の各種外部センサと、温度センサや加速度センサ等の各種内部センサが搭載され、これら外部センサ及び内部センサのセンサ出力に基づいて外部及び内部の状態を認識し、認識結果に基づいて自律的に行動し得るようになされたものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のロボットに用いられるトルクリミッタ機構としては、板ばねを用いて回転軸を押さえる機構、インサート成形により回転軸を押さえてトルクを生じさせる機構など様々な形式がある(例えば特開2001−3951号)。
【0005】
しかしながら、いずれも機構が複雑で製造が煩雑かつ高価となるため、非常に多くの関節を有するロボットの全ての関節にこのような従来のトルクリミッタ機構を採用することは、ロボット自体の構成を煩雑化及び大型化させ、ロボットの製造コストを上げる原因となる問題があった。
【0006】
一方、従来のロボットの中には一対のCCDカメラを搭載し、これらCCDカメラから出力される画像信号に基づいていわゆるステレオ距離測定法により対象物までの距離を測定し得るようになされたものがある。
【0007】
そしてこのような従来のロボットでは、かかる一対のCCDカメラがそれぞれねじ等を用いてロボット内の所定位置に完全に固定されており、外部からの衝撃に対してはCCDカメラの部品剛性によって対応していた。
【0008】
このため、かかる従来のロボットでは、当該ロボットの転倒や落下したときにCCDカメラの部品剛性が弱い場合には、CCDカメラに可塑変形や破壊が生じる問題があった。
【0009】
他方、従来のロボットでは、より繊細な動作を発現できるようにするため、数多くの関節が設けられている。このような関節部分では、ユーザが誤って指を挟まれるおそれがあり、例えばトルクの大きなアクチュエータを用いるロボットでは怪我の原因ともなり得る。
【0010】
従って、関節の駆動源として特にトルクの大きなアクチュエータを用いるロボットでは、かかるユーザの怪我を防止するため、何らかの安全対策が必要となる。
【0011】
本願発明は以上の点を考慮してなされたもので、第1に、構成を簡易化及び小型化させ得るトルクリミッタ装置、第2に、部品の破損を有効かつ確実に防止しながら一定状態に保持し得る部品保持装置、第3に、安全性を向上させ得る関節装置及びロボット装置を提案しようとするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、トルクリミッタ装置において、屈曲自在に連結された第1及び第2のリンクと、第1のリンクに回転自在に配設され、一面に多角柱の突起部が形成されたギアと、第2のリンクに配置され、ギアの突起部を所定の挟持力で挟持する挟持手段とを設けるようにした。
【0013】
この結果このトルクリミッタ装置は、全体として簡易かつ小型に構成することができる。
【0014】
また本発明においては、部品保持装置において、部品を保持する保持手段と、保持手段を挟むように配置された第1及び第2の部材と、第1の部材及び保持手段間に配置され、保持手段を第2の部材に圧接させるように付勢する付勢手段とを設けるようにした。
【0015】
この結果この部品保持装置は、外部からの衝撃が部品に直接与えられるのを有効に防止しながら、当該部品を常に一定の状態に保持することができる。
【0016】
さらに本発明においては、関節装置において、第1及び第2のリンクを屈曲自在に連結する関節機構と、関節機構を覆うように配置されたカバーと、第1又は第2のリンクの変位に応じて生じるカバーの隙間を覆うようにカバーの内側に設けられたシャッタ機構とを設けるようにした。
【0017】
この結果この関節装置では、カバーの隙間を通してユーザの指等の異物がカバー内部に入り込むのを有効かつ確実に防止することができる。
【0018】
さらに本発明においては、ロボット装置において、第1及び第2のリンクを屈曲自在に連結する関節機構と、第1及び又は第2のリンクにおける当該第1及び第2のリンクにより挟まれる部位に配置され、外部物体の接触を検出する接触検出手段と、接触検出手段により外部物体の接触が検出されたときに所定の制御処理を実行する制御手段とを設けるようにした。
【0019】
この結果このロボット装置では、第1及び第2のリンクにユーザの指などが挟まった場合においても怪我の発生等を有効に防止することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【0021】
(1)本実施の形態によるロボット1の全体構成
図1及び図2において、1は全体として本実施の形態によるロボットを示し、胴体部ユニット2の上部に首部3を介して頭部ユニット4が連結されると共に、当該胴体部ユニット2の上部左右両側面にそれぞれ腕部ユニット5A、5Bが連結され、かつ当該胴体部ユニット2の下部に一対の脚部ユニット6A、6Bが連結されることにより構成されている。
【0022】
この場合、首部3は、図3に示すように、首関節ピッチ軸10回り、首関節ヨー軸11回り及び首関節ピッチ軸12回りの自由度を有する首関節機構部13により保持されている。また頭部ユニット4は、この首部3の先端部に図3のように首部ロール軸14回りの自由度をもって取り付けられている。これによりこのロボット1においては、頭部ユニット4を前後、左右及び斜めの所望方向に向かせることができるようになされている。
【0023】
また各腕部ユニット5Aは、図1及び図2において明らかなように、上腕部ブロック15、前腕部ブロック16及び手先部ブロック17の3つのブロックから構成され、上腕部ブロック15の上端部が図3のように肩ピッチ軸18回り及び肩ロール軸19回りの自由度を有する肩関節機構部20を介して胴体部ユニット2に連結されている。
【0024】
このとき前腕部ブロック16は、図3のように上腕部ブロック15に上腕ヨー軸21回りの自由度をもって連結されている。また手先部ブロック17は、図3のように前腕部ブロック16に手首ヨー軸22回りの自由度をもって連結されている。さらに前腕部ブロック16には、肘ピッチ軸23回りの自由度を有する肘関節機構部24が設けられている。
【0025】
これによりロボット1においては、これら腕部ユニット5A、5Bを全体としてほぼ人間の腕部と同様の自由度をもって動かすことができ、かくして片手を上げた挨拶や腕部ユニット5A、5Bを振り回すダンスなどの当該腕部ユニット5A、5Bを用いた各種行動を行い得るようになされている。
【0026】
さらに手先部ブロック17の先端部には、5本の指部25がそれぞれ屈曲及び伸長自在に取り付けられており、これによりこれら指部を使って物を摘んだり、把持することができるようになされている。
【0027】
他方、各脚部ユニット6A、6Bは、図1及び図2において明らかなように、大腿部ブロック30、脛部ブロック31及び足平部ブロック32の3つのブロックから構成され、大腿部ブロック30の上端部が図3のように股関節ヨー軸33回り、股関節ロール軸34回り及び股関節ピッチ軸35回りの自由度を有する股関節機構部36を介して胴体部ユニット2に連結されている。
【0028】
このとき大腿部ブロック30及び脛部ブロック31は、図3のように脛ピッチ軸37回りの自由度を有する膝関節機構部38を介して連結されると共に、脛ブロック31及び足平ブロック32は、図3のように足首ピッチ軸39回り及び足首ロール軸40回りの自由度を有する足首関節機構部41を介して連結されている。
【0029】
これによりロボット1においては、これら脚部ユニット6A、6Bを人間の脚部とほぼ同様の自由度をもって動かすことができ、かくして歩行やボールを蹴るなどの脚部ユニット6A、6Bを用いた各種行動を行い得るようになされている。
【0030】
なおこのロボット1の場合、各股関節機構部36は、図3のように体幹ロール軸42回り及び体幹ピッチ軸43回りの自由度を有する腰関節機構部44により支持されており、これにより胴体部ユニット2を前後、左右方向に自在に傾かせることもできるようになされている。
【0031】
ここでロボット1においては、上述のように頭部ユニット4、各腕部ユニット5A、5B、各脚部ユニット6A、6B及び胴体部ユニット2を動かすための動力源として、図4に示すように、首関節機構部13及び肩関節機構部20等の各関節機構部を含む各自由度を有する部位に、それぞれその自由度数分のアクチュエータA〜A17が配設されている。
【0032】
また胴体部ユニット2には、当該ロボット1全体の動作制御を司るメイン制御部50と、電源回路及び通信回路などの周辺回路51と、バッテリ52(図5)となどが収納されると共に、各構成ユニット(胴体部ユニット2、頭部ユニット4、各腕部ユニット5A、5B及び各脚部ユニット6A、6B)内には、それぞれメイン制御部50と電気的に接続されたサブ制御部53A〜53Dが収納されている。
【0033】
さらに頭部ユニット4には、図5に示すように、このロボット1の「目」として機能する一対のCCDカメラ60A、60B及び「耳」として機能するマイクロホン61などの各種外部センサと、「口」として機能するスピーカ62となどがそれぞれ所定位置に配設されている。また各脚部ユニット6A、6Bにおける足平部ブロック32の裏面等の各所定部位には外部センサとしてのタッチセンサ63が配設されている。
【0034】
さらに胴体部ユニット2内には、バッテリセンサ64及び加速度センサ65などの各種内部センサが配設されると共に、各構成ユニット内には、それぞれ各アクチュエータA〜A17にそれぞれ対応させて、対応するアクチュエータA〜A17の出力軸の回転角度を検出する内部センサとしてのポテンショメータP〜P17が設けられている。
【0035】
そして各CCDカメラ60A、60Bは、周囲の状況を撮像し、得られた画像信号S1Aをサブ制御部53B(図5において図示せず)を介してメイン制御部50に送出する一方、マイクロホン61は、各種外部音を集音し、かくして得られた音声信号S1Bをサブ制御部53Bを介してメイン制御部50に送出する。また各タッチセンサ63は、ユーザからの物理的な働きかけや、外部との物理的な接触を検出し、検出結果を圧力検出信号S1Cとして対応するサブ制御部53A〜53D(図5において図示せず)を介してメイン制御部50に送出する。
【0036】
さらにバッテリセンサ64は、バッテリ52のエネルギ残量を所定周期で検出し、検出結果をバッテリ残量信号S2Aとしてメイン制御部50に送出する一方、加速度センサ65は、3軸(x軸、y軸及びz軸)の加速度を所定周期で検出し、検出結果を加速度検出信号S2Bとしてメイン制御部50に送出する。また各ポテンショメータP〜P17は、対応するアクチュエータA〜A17の出力軸の回転角度を検出し、検出結果を所定周期で角度検出信号S2C〜S2C17として対応するサブ制御部53A〜53Dを介してメイン制御部50に送出する。
【0037】
メイン制御部50は、CCDカメラ60A、60B、マイクロホン61及び各タッチセンサ63等の各種外部センサからそれぞれ供給される画像信号S1A、音声信号S1B及び圧力検出信号S1C等の外部センサ信号と、バッテリセンサ64、加速度センサ65及び各ポテンショメータP〜P17等の各種内部センサからそれぞれ供給されるエネルギ残量信号S2A、加速度検出信号S2B及び各角度検出信号S2C〜S2C17等の内部センサ信号とに基づいて、ロボット1の外部及び内部の状況や、ユーザの物理的な働きかけの有無等を判断する。
【0038】
そしてメイン制御部50は、この判断結果と、予め内部メモリ50Aに格納されている制御プログラムと、そのとき装填されている外部メモリ66に格納されている各種制御パラメータとなどに基づいて続くロボット1の行動を決定し、当該決定結果に基づく制御コマンドを対応するサブ制御部53A〜53D(図4)に送出する。
【0039】
この結果、この制御コマンドに基づき、そのサブ制御部53A〜53Dの制御のもとに、対応するアクチュエータA〜A17が駆動され、かくして頭部ユニット4を上下左右に揺動させたり、腕部ユニット5A、5Bを上に上げたり、歩行するなどの各種行動がロボット1により発現される。
【0040】
このようにしてこのロボット1においては、外部及び内部の状況等に基づいて自律的に行動することができるようになされている。
【0041】
(2)ロボット1の各種特徴的構成
次に、このロボット1に搭載された各種特徴的構成について説明する。
(2−1)指部25におけるトルクリミッタ機構
図6は、このロボット1の指部25の内部構成を示すものである。この図6からも明らかなように、各指部25は、それぞれ指元部70、指中部71及び指先部72の3つのパーツが当該指部25の内側方向に屈曲自在に連結されることにより構成されている。
【0042】
この場合、指元部70の一端部にはモータ73が固定されており、その出力軸にはピニオンギア74が取り付けられている。またピニオンギア74は、指元部70の内部に回転自在に枢支されたウォームギア75に歯合されると共に、当該ウォームギア75は、それぞれ指元部70の内部に回転自在に配設された複数のギア76〜76からなるギア列76を介して、指元部70及び指中部71を連結するシャフト77に回転自在に保持されたギア78と歯合している。
【0043】
さらにギア78は、指中部71の内部にそれぞれ回転自在に配設された複数のギア79〜79からなるギア列79を介して、指中部71及び指先部72を連結するシャフト80に回転自在に保持されたギア(以下、これを最終段ギアと呼ぶ)81と歯合しており、かくしてモータ73を回転駆動することによって、最終段ギア81を所望の回転方向に回転駆動させることができるようになされている。
【0044】
このとき最終段ギア81の一面側には、図7に示すように、四角柱形状の角柱部81Aが形成されている。そしてこの角柱部81Aには、弦巻コイルばね82の第1及び第2の足部82B、82C(図7)が交差させた状態で掛けられている。
【0045】
この弦巻コイルスばね82は、図8に示すように、第1の足部82Aが全体として屈曲されて鉤型に形成されると共に、第1及び第2の足部82B、82Cの先端がそれぞれ外側に屈曲されたものであり、コイル部82A(図7)が指先部72の内側に突出形成された突起72Aに嵌め込むようにして当該指先部72の内部に配設されている。
【0046】
そしてこの弦巻コイルばね82の第1及び第2の足部82B、82Cは、上述のように交差させた状態で最終段ギア81の角柱81A部に掛けられており、かくしてこれら第1及び第2の足部82B、82Cによって当該最終段ギア81の角柱部を81A一定の圧力で挟み込むようにして保持し得るようになされている。
【0047】
これにより指部25においては、モータ73を回転駆動させて最終段ギア81を回転させることによって、当該最終段ギア81の角柱部81Aと一体に指先部72を屈曲又は伸張させるように動かすことができ、またこの際に指中部71に設けられた他のギア79〜79に与えられる負荷に基づいて指先部72と一体に指中部71をも屈曲又は伸張させることができるようになされている。
【0048】
また弦巻コイルばね82においては、指元部70及び指中部71の連結部(関節)や指中部71及び指先部72の連結部(関節)が可動範囲の端(ハードリミット)まで達した状態でさらにモータ73が駆動し続けたときに、最終段ギア81の角柱部81Aが空回りする程度の挟持力で最終段ギア81の角柱部81Aを保持し得るようにそのバネ定数が選定されている。
【0049】
これにより指部25においては、各関節のハードリミットに達した状態でのモータ73の回転駆動に起因する最終段ギア81等の破損を未然に防止し得、さらには指先部72に一定以上の外力が与えられた場合にも、弦巻コイルばね82の第1及び第2の足部82B、82Cの間で最終段ギア81の角柱部81Aが空回りすることにより、当該外力に起因する最終段ギア81等の破損を未然にかつ有効に防止し得るようになされている。
【0050】
(2−2)CCDカメラ保持機構の構成
次に、このロボット1に搭載されたCCDカメラ保持機構について説明する。
【0051】
本実施の形態によるロボット1では、2つのCCDカメラ60A、60Bを用い、これらCCDカメラ60A、60Bから出力される画像信号S1Aに基づいてステレオ距離測定法により対象物までの距離を測定するようになされている。
【0052】
従って、頭部ユニット4に与えられた衝撃によって、これら2つのCCDカメラ60A、60Bの位置関係が変化すると、かかる対象物までの距離測定にも影響を与え、ひいてはロボット1の自律行動に多大な悪影響を及ぼすこととなる。
【0053】
そこでこのロボット1では、図9〜図12に示すように構成されたCCDカメラ保持機構部90によってこれら2つのCCDカメラ60A、60Bを保持しており、これにより外部から衝撃が与えられた場合においてもこれら2つのCCDカメラ60A、60Bの位置関係が変化するのを有効に防止し得るようになされている。
【0054】
実際上、CCDカメラ保持機構部90においては、図9〜図11からも明らかなように、全体としてほぼ三角形状に形成されたベースプレート91を有し、当該ベースプレート91の前面側にほぼ逆正三角形の頂点の位置関係をもって3つのボス92A〜92Cが設けられている。
【0055】
そしてこれらボス92A〜92Cのうち、横方向(y方向)に隣接する第1及び第2のボス92A、92Bにはそれぞれ一体形成された円錐圧縮コイルばね93A、93Bが嵌め込まれ、他のもう1つのボス92Cには圧縮コイルばね94が嵌め込まれている。
【0056】
またベースプレート91の一面側には、円錐圧縮コイルばね93A、93B及び圧縮コイルばね94よりも前側に位置するように、所定の位置関係で2つのCCDカメラ60A、60Bが固着されたCCDカメラホルダ95が配設されている。
【0057】
実際上、CCDカメラホルダ95は、幅方向の中央部にベースプレート91の各ボス92A〜92Cにそれぞれ対応させて貫通孔95A〜95Cが穿設されており、これら各貫通孔95A〜95Cにそれぞれベースプレート91の対応するボス92A〜92Cを嵌め込むようにして当該ベースプレート91に取り付けられている。
【0058】
さらにベースプレート91には、CCDカメラホルダ95の前側に位置するように、固定プレート96がねじ97A〜97Cを用いて各ボス92A〜92Cにねじ止めするようにして固定されている。
【0059】
これによりこのCCDカメラ保持機構部90においては、通常時、円錐圧縮コイルばね93A、93B及び圧縮コイルばね94の弾性力によってCCDカメラホルダ95を固定プレート96に圧接させるようにして、CCDカメラホルダ95に保持された2つのCCDカメラ60A、60Bを所定の位置関係をもって保持し得るようになされている。
【0060】
そしてこのCCDカメラ保持機構部90においては、その幅方向の中心線を通る仮想的なxz平面を対称面として、ベースプレート91、CCDカメラホルダ95及び固定プレート96が鏡写状の構造を有しており、当該仮想的なxz平面が頭部ユニット4のカバー98における幅方向の中心を通るように、ベースプレート91が頭部ユニット4内部に配設されたフレーム99の前面側に固定されている。
【0061】
またこの状態において、固定プレート96及びCCDカメラホルダ95はそれぞれ頭部ユニット4のカバー98の内側と当接されており、これにより衝撃回避機構部90をフレーム99及びカバー98によって安定して保持し得るようになされている。
【0062】
かくしてCCDカメラ保持機構部90においては、図12(A)のように頭部ユニット4の正面中央部に衝撃が与えられた場合には、頭部ユニット4のカバー98(図9)を介して固定プレート96に与えられる衝撃を図12(B)のように当該固定プレート96及びベースプレート91を介してフレーム99(図9)に逃がすことができ、これによりCCDカメラホルダ95に保持されたCCDカメラ60A、60Bに衝撃が伝達されるのを回避し、当該衝撃による2つのCCDカメラ60A、60Bの位置関係が変化するのを有効に防止することができる。
【0063】
またCCDカメラ保持機構部90においては、例えば図13(A)や図14(A)のように頭部ユニット4の正面左右端部に衝撃が与えられた場合には、頭部ユニット4のカバー98(図9)を介して当該CCDカメラホルダ95に与えられる衝撃を図13(B)や図14(B)のように円錐圧縮コイルばね92A、92B及び圧縮コイルばね93(図9)がたわむことにより吸収することができ、これによりCCDカメラホルダ95に保持されたCCDカメラ60A、60Bに衝撃が伝達されるのを回避し、当該衝撃による2つのCCDカメラ60A、60Bの位置関係が変化するのを有効に防止することができるようになされている。
【0064】
(2−3)股関節機構部36におけるシャッタ機構部の構成
次に、ロボット1の股関節機構部36に設けられたシャッタ機構部の構成について説明する。
【0065】
図15〜図20は、ロボット1の股関節機構部36の一部構成を示すものであり、x方向と並行に配設された股関節ロール軸34(図3)用のアクチュエータA13(図4)の出力軸100に、股関節ヨー軸33(図3)用のアクチュエータA12(図4)の出力軸と連結部するための連結部材101が固定され、これをロボット1の裏面側から覆うようにカバー102が取り付けられている。
【0066】
この場合、カバー102の左右両側面の上部にはそれぞれ所定形状の切欠き102Aが設けられており、これにより図17及び図18のように脚部ユニット6A、6Bの大腿部ブロック30が大腿部ロール軸34の回りに回転した場合におけるカバー102と大腿部ブロック30との接触を未然に防止し得るようになされている。
【0067】
このため股関節機構部36には、このカバー102の切欠き102Aにユーザの指等が挟まれないようにするため、これらカバー102の左右の切欠き102Aをカバー102の内側から塞ぐように股関節機構部36の左右両側にアウターシャッタ103及びインナーシャッタ104からなるシャッタ機構部105が設けられている。
【0068】
実際上、アウターシャッタ103においては、アクチュエータA13を覆うケース106に、ロボット1の前後方向(矢印x方向及びこれと逆方向)と、左右方向(矢印y方向及びこれと逆方向)とを含む平面(xy平面)と平行にかつ矢印x方向に対して45〔°〕程度の傾きをもって配設された軸体107により回転自在に保持されている。
【0069】
また、このアウターシャッタ103の先端部には、図21に示すように、ほぼ三角形状の開口部103Aが設けられており、この開口部103A内を自在に移動できるようにインナーシャッタ104に保持された軸体108が配置されている。
【0070】
またインナーシャッタ104は、全体としてほぼ扇形状に形成されたその扇形状の中心近傍に孔(図示せず)が穿設されると共に、この孔には連結部材102に固定されたブラケット109に植立された軸体110が嵌め込まれている。
【0071】
これによりシャッタ機構部105においては、股関節機構部36の股関節ロール軸34用のアクチュエータA13が回転駆動して連結部材101と一体にブラケット109が図19及び図20のように回転したときに、図20のようにインナーシャッタ104の扇形状の中心近傍を軸体110により持ち上げることができるようになされている。
【0072】
かくしてシャッタ機構部105においては、図15及び図16のように脚部ユニット6A、6Bの大腿部ブロック30が股関節ロール軸34(図4)方向に回転していない状態のときにはアウターシャッタ103及びインナーシャッタ104によってカバー102の切欠き102Aを当該カバー102の内側から塞ぐ一方、図19及び図20のように脚部ユニット6A、6Bの大腿部ブロック30が股関節ロール軸34方向に回転した場合には、インナーシャッタ104がカバー102の内壁に邪魔されることなく変位してカバー102の切欠き102A近傍を広く塞ぐことができるようになされている。
【0073】
(2−4)ロボット1における安全対策用のタッチセンサ63(図5)の配置
次に、ロボット1の随所に配設された安全対策用のタッチセンサ63について説明する。
【0074】
このロボット1では、各関節機構部等を含むユーザが指等を挟むおそれのある随所にタッチセンサ63が設けられており、ユーザが指等を挟まれたときには当該タッチセンサ63によってこれを検出して適切な処理を行うようになされている。
【0075】
実際上、図22〜図24に示すように、各腕部ユニット5A、5Bにおけるわきの下及び左肘内側と、各脚部ユニット6A、6Bにおける大腿部ブロック30及び脛部ブロック31の各内側と、各脚部ユニット6A、6Bにおける大腿部ブロック30の裏面下端部とには、それぞれ安全対策用のタッチセンサ63として面接触スイッチ63F〜63Fが配設されている。
【0076】
またロボット1における左右の肩部と、各脚部ユニット6A、6Bにおける大腿部ブロック30及び脛部ブロック31の各前面側と、各脚部ユニット6A、6Bにおける大腿部ブロック30の上端部外側とには、それぞれ安全対策用のタッチセンサ63としてタクトスイッチ63T〜63Tが配設されている。
【0077】
この場合面接触スイッチ63F〜63Fは、図25(A)及び(B)に示すように、一面側に所定の第1及び第2の導体パターン120A、120Bが互いに絶縁された状態で形成された下層シート121と、当該下層シート121との対向面に一面に渡って導体層122が形成された上層シート123とを、図25(C)に示すように、ゴム等でなるスペーサ124を介して積層することにより構成されている。
【0078】
これにより面接触スイッチ63F〜63Fにおいては、上層シート123が押圧されたときに当該上層シート123が下層シート121と接触し、当該上層シート123の導体層122によって下層シート121の第1及び第2の導体パターン120A、120Bが導通することにより、第1及び第2の導体パターン120A、120B間が導通しているか否かに基づいて上層シート123に外圧が与えられたことを検出できるようになされたものである。
【0079】
そしてロボット1においては、このような面接触スイッチ63F〜63Fが上述のように各腕部ユニット5A、5Bにおけるわきの下及び左肘内側と、各脚部ユニット6A、6Bにおける大腿部ブロック30及び脛部ブロック31の各内側と、各脚部ユニット6A、6Bにおける大腿部ブロック30の裏面下端部とにそれぞれ下層シート121を貼り付けるようにして配設されており、これによりこれら面接触スイッチ63F〜63Fによってこのような狭いスペースにおけるユーザの指の挟み込み等を確実に検出し得るようになされている。
【0080】
これに対してタクトスイッチ63T〜63Tは、図26に示すように、ロボット1の外部筐体(ケース)の一部を形成する、他の外部筐体部分から切り離されたスイッチカバー130の内側にタクトスイッチ131が配設されると共に、スイッチカバー130がその内側に配設された図示しないばね等の弾性体によりタクトスイッチ131から離反する方向に付勢されることにより構成されており、スイッチカバー130が押圧されるとこれに応じてタクトスイッチ131が押されることにより、スイッチカバー130に外力が与えられたことを検出できるようになされたものである。
【0081】
そしてこのロボット1においては、このようなタクトスイッチ63T〜63Tが上述のように左右の肩部と、各脚部ユニット6A、6Bにおける大腿部ブロック30及び脛部ブロック31の各前面側と、各脚部ユニット6A、6Bにおける大腿部ブロック30の上端部外側とに設けられており、これによりこれらタクトスイッチ63T〜63Tによって例えばロボット1が倒れた場合における脚部ユニット6A、6Bの大腿部ブロック30又は脛部ブロック31と、床面との間におけるユーザの指の挟み込み等を確実に検出し得るようになされている。
【0082】
さらにこのロボット1の場合、足平部ブロック32の上面にも、図27〜図30に示すように、足首関節機構部41の可動範囲に対応させて、安全対策用のタッチセンサ63としてスイッチ63Sが設けられている。
【0083】
この場合、このスイッチ63Sにおいては、足平部ブロック32の上面に設けられた窪み部32Aの外側の一部周囲に沿って狭い幅で形成されている。これは、かかるユーザの指が挟まる隙間の入り口近傍にスッチ63Sを設けることで、脚部ユニット6A、6Bの脛部ブロック31の下端部と足平部ブロック31の上面との間にユーザの指が挟まったことを確実に検出でき、しかも構成を容易化させ得るからである。
【0084】
またスイッチ63Sは、ユーザの指との接触面積がなるべく小さくなるように、その上面の幅方向の中央部が幅方向の端部に比して僅かに高く形成されており、これにより例えば脚部ユニット6A、6Bの脛部ブロック31の下端部とスイッチ63Sとの間にユーザの指が挟まれた場合においても、ユーザがその指を容易に引き抜き得るようになされている。
【0085】
一方、これら各タッチセンサ63(面接触センサ63F〜63F、タクトスイッチ63T〜63T及びスイッチ63S)による圧力検出結果は、上述のように圧力検出信号S1Cとしてメイン制御部50に与えられる。
【0086】
そしてメイン制御部50は、これら各タッチセンサ63からそれぞれ与えられる圧力検出信号S1Cを常時監視し、いずれかのタッチセンサ63が押圧されたことを検出すると、そのタッチセンサ63の位置と、そのときのロボット1の姿勢及び状態となどに基づいて、例えばロボット1の動きを即時停止させるなどの適切な対処動作をロボット1に実行させる。
【0087】
このようにしてこのロボット1においては、ユーザの指の挟み込み等の事故の発生を有効に防止し得るようになされている。
【0088】
なお、このロボット1の場合、例えば首関節機構部13のようにアクチュエータA〜Aの出力トルクが小さい又は指部25のようにトルクリミッタが内蔵されているためユーザが指を挟まれても怪我をするおそれがない、又は内部構造を破壊するおそれがない部位にはタッチセンサ63は設けられておらず、これらの箇所においてはサーボエラー信号に基づいて一定時間以上異物を挟み込んでいることが確認できた場合にはアクチュエータA〜A及びモータ73(図6)の駆動を停止させ、サーボゲインを落とし又は逆転駆動するなどにより対応するようになされている。
【0089】
また肘関節機構部24の外側部分などでは、カバーの形状により異物を挟み込むと関節の外側に異物が排除される構造となっている。
【0090】
(3)本実施の形態の動作及び効果
以上の構成において、ロボット1では、指部25の先端に弦巻コイルばね82及び最終段ギア81の角柱部81Aによりトルクリミッタが構成され、弦巻コイルばね82の第1及び第2の足部82B、82Cによって最終段ギア81の角柱部81Aを挟み込む挟持力よりも大きな負荷が指部25の指先部72に与えられたときや、当該挟持力よりも大きな回転駆動力が最終段ギア81に与えられたときには、当該最終段ギア81の角柱部81Aが弦巻コイルばね82の第1及び第2の足部82B、82Cの間で空回りする。
【0091】
従って、このロボット1では、指部25の指先部72に外力が与えられた場合や、指部25が完全に伸びた状態でモータ73(図6)が駆動した場合にあっても、これに起因して最終段ギア81や、他のギア76〜76、79〜79が破損するのを有効に防止することができる。
【0092】
この場合において、このトルクリミッタは、最終段ギア81の角柱部81A及び弦巻コイルばね82のみで構成されるため構成要素が少なく、その分全体として簡易かつ小型に構築することができる。
【0093】
またこのロボット1では、CCDカメラ60A、60Bが図9〜図11について上述したCCDカメラ保持機構部90により保持され、頭部ユニット4の正面中央部に衝撃が与えられた場合には、頭部ユニット4のカバー98(図9)を介して固定プレート96に与えられる衝撃を当該固定プレート96及びベースプレート91を介してフレーム99(図9)に逃がし、頭部ユニット4の正面左右端部に衝撃が与えられた場合には、頭部ユニット4のカバー98(図9)を介して当該CCDカメラホルダ95に与えられる衝撃を円錐圧縮コイルばね92A、92B及び圧縮コイルばね93(図9)がたわむことにより吸収する。
【0094】
従って、このロボット1では、衝撃が直接CCDカメラ60A、60Bに伝達されることがなく、その分この衝撃によるCCDカメラ60A、60Bの破損を有効に防止することができる。
【0095】
この場合において、このロボット1では、CCDカメラ保持機構部90のCCDカメラホルダ95が円錐圧縮コイルばね92A、92B及び圧縮コイルばね93によって常に固定プレート96に押し付けられるように付勢されているため、頭部ユニット4の正面左右端部に衝撃が与えられてCCDカメラホルダ95が図13(B)や図14(B)のように変位した場合にあっても、その後円錐圧縮コイルばね92A、92B及び圧縮コイルばね93の付勢力によってCCDカメラホルダ95直ちに図11に示す元の状態に戻るため、当該衝撃によって2つのCCDカメラ60A、60Bの位置関係が変化するのを有効に防止することができる。
【0096】
さらにこのロボット1では、股関節機構部36の裏側を覆うカバー102(図15)の内側にシャッタ機構部105が設けられており、股関節機構部36の股関節ロール軸34(図3)用のアクチュエータA13(図4)が駆動して、脚部ユニット6A、6Bが股関節ロール軸34の回りに回転することにより、股関節機構部36の裏側に配設されたカバー102(図15)と他のカバーとの間に隙間が生じると、これに伴ってシャッタ機構部105のインナーシャッタ104がこの隙間部分を内側から塞ぐように回転する。
【0097】
従って、このロボット1では、かかる股関節機構部36が駆動したことにより生じたカバー102(図15)と他のカバーとの間に隙間にユーザが指を入れることや当該隙間を介して異物がカバー102内部に入り込むのを有効かつ確実に防止することができる。
【0098】
さらにこのロボット1では、機体の随所に安全対策用のタッチセンサ63が設けられ、そのうちのいずれかが押圧されると、そのタッチセンサ63の位置と、そのときのロボット1の姿勢及び状態となどに基づいて、例えばロボット1の動きを即時停止させるなどの適切な対処動作を実行する。
【0099】
従って、このロボット1では、ユーザの指の挟み込み等の事故の発生を有効に防止することができる。
【0100】
以上の構成によれば、ロボット1における指部25のトルクリミッタを弦巻コイルばね82と、最終段ギア81に形成した角柱部81Aとで形成するようにしたことにより、少ない構成要素でトルクリミッタを構築することができ、かくしてトルクリミッタの構成を簡易化及び小型化することができる。
【0101】
また以上の構成によれば、CCDカメラ60A、60Bが取り付けられたCCDカメラホルダ95を円錐圧縮コイルばね92A、92B及び圧縮コイルばね93の付勢力によって固定プレート96に押し付けるようにしてこれらCCDカメラ60A、60Bを保持するようにしたことにより、頭部ユニット4の正面中央部や正面左右端部に与えられた衝撃が直接CCDカメラ60A、60Bに伝達されるのを有効に防止することができ、かくしてCCDカメラ60A、60Bの破損を有効かつ確実に防止しながら一定状態に保持することができる。
【0102】
さらに以上の構成によれば、股関節機構部36の裏側を覆うカバー102(図15)の内側にシャッタ機構部105が設け、脚部ユニット6A、6Bにおける股関節ロール軸34の回りの回転に起因して生じる股関節機構部36の裏側に配設されたカバー102(図15)と他のカバーとの間の隙間をシャッタ機構部105のインナーシャッタ104により内側から塞ぐようにしたことにより、当該隙間にユーザが指を入れることや当該隙間を介して異物がカバー102内部に入り込むのを有効かつ確実に防止することができ、かくしてロボットの安全性を向上させることができる。
【0103】
さらに以上の構成によれば、機体の随所に安全対策用のタッチセンサ63を設け、そのうちのいずれかが押圧されたときに、そのタッチセンサ63の位置と、そのときのロボット1の姿勢及び状態となどに基づいて、例えばロボット1の動きを即時停止させるなどの適切な対処動作を実行するようにしたことにより、ユーザの指の挟み込み等の事故の発生を有効に防止することができ、かくしてロボットの安全性を向上させることができる。
【0104】
(4)他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、ロボット1の指部25における最終段ギア81の角柱部81Aを所定の挟持力で挟持する挟持手段として弦巻コイルばね82を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば板ばね等のこの他種々の弾性部材を広く適用することができる。
【0105】
また上述の実施の形態においては、指部25内部に設けられたギア列の最終段にトルクリミッタを設けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、途中に同様の構成を有するトルクリミッタを設けるようにしても良い。
【0106】
さらに上述の実施の形態においては、本発明によるトルクリミッタ装置をロボット1の指部25に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の機器に広く適用することができる。
【0107】
さらに上述の実施の形態においては、指部25の一面に形成するトルクリミッタの一部を構成する突起部を四角柱形状とするようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、四角柱以外の多角柱形状とするようにしても良い。
【0108】
さらに上述の実施の形態においては、CCDカメラ60A、60Bを保持する保持手段としてのCCDカメラホルダ95と、CCDカメラホルダ95を挟むように配置された第1及び第2の部材としてのベースプレート91及び固定プレート96とをそれぞれ図9〜図11のように構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の形状を広く適用することができる。
【0109】
さらに上述の実施の形態においては、CCDカメラホルダ95を固定プレート96に圧接させるように付勢する付勢手段として円錐圧縮コイルばね92A、92B及び圧縮コイルばね93を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ゴムや板ばね等の弾性力を有するこの他種々の材料を広く適用することができる。
【0110】
さらに上述の実施の形態においては、本発明による部品保持装置をCCDカメラ60A、60Bを保持するCCDカメラ保持機構部90に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、CCDカメラ60A、60B以外の部品を保持する部品保持装置に広く適用することができる。
【0111】
さらに上述の実施の形態においては、本発明による関節装置を図1〜図5のように構成されたロボット1に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他関節を有する種々の装置に広く適用することができる。
【0112】
さらに上述の実施の形態においては、シャッタ機構部105(図15)をアウターシャッタ103及びインナーシャッタ104により構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、カバー102内部において股関節機構部36の動きの邪魔とならないように伸縮できる構成であるのならば、この他種々の構成を広く適用することができる。
【0113】
この場合において、上述の実施の形態においては、アウターシャッタ103の開口部103Aを三角形状とするようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該開口部103Aを丸形状とし、インナーシャッタ104に保持される軸体108を長丸形状とするようにしても良い。
【0114】
さらに上述の実施の形態においては、安全対策用のタッチセンサ63を図22〜図30について上述した箇所に配置するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これらに加えて又はこれらに代えて他の部位に配置するようにしても良い。
【0115】
さらに上述の実施の形態においては、ユーザの接触を検出する接触検出手段として面接触センサやタクトスイッチ等を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々のセンサを広く適用することができる。例えば接触式のものであれば静電容量式センサや、感圧ゴム、ひずみゲージ又は圧電素子などを適用でき、非接触式のものであれば反射型フォトセンサやフォトインタラプタ等を適用することができる。
【0116】
【発明の効果】
上述のように発明によれば、トルクリミッタ装置において、屈曲自在に連結された第1及び第2のリンクと、第1のリンクに回転自在に配設され、一面に多角柱の突起部が形成されたギアと、第2のリンクに配置され、ギアの突起部を所定の挟持力で挟持する挟持手段とを設けるようにしたことにより、全体として簡易かつ小型に構成することができ、かくして搭載される機器の構成を容易化及び小型化させ得るトルクリミッタ装置を実現できる。
【0117】
また本発明によれば、部品保持装置において、部品を保持する保持手段と、保持手段を挟むように配置された第1及び第2の部材と、第1の部材及び保持手段間に配置され、保持手段を第2の部材に圧接させるように付勢する付勢手段とを設けるようにしたことにより、外部からの衝撃が部品に直接与えられるのを有効に防止しながら、当該部品を常に一定の状態に保持することができ、かくして部品の破損を有効かつ確実に防止しながら一定状態に保持し得る部品保持装置を実現できる。
【0118】
さらに本発明によれば、関節装置において、第1及び第2のリンクを屈曲自在に連結する関節機構と、関節機構を覆うように配置されたカバーと、第1又は第2のリンクの変位に応じて生じるカバーの隙間を覆うようにカバーの内側に設けられたシャッタ機構とを設けるようにしたことにより、カバーの隙間を通してユーザの指等の異物がカバー内部に入り込むのを有効かつ確実に防止することができ、かくして安全性を向上させ得る関節装置を実現できる。
【0119】
さらに本発明によれば、ロボット装置において、第1及び第2のリンクを屈曲自在に連結する関節機構と、第1及び又は第2のリンクにおける当該第1及び第2のリンクにより挟まれる部位に配置され、外部物体の接触を検出する接触検出手段と、接触検出手段により外部物体の接触が検出されたときに所定の制御処理を実行する制御手段とを設けるようにしたことにより、第1及び第2のリンクにユーザの指などが挟まった場合においても怪我の発生等を有効に防止することができ、かくして安全性を向上させ得るロボット装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態によるロボットの外観構成を示す略線的な斜視図である。
【図2】本実施の形態によるロボットの外観構成を示す略線的な斜視図である。
【図3】ロボットの各関節機構部等における自由度の説明に供する概念図である。
【図4】ロボットの内部構成の説明に供するブロック図である。
【図5】ロボットの内部構成の説明に供するブロック図である。
【図6】指部の内部構成を示す略線的な分解図である。
【図7】最終段ギアの構成を示す斜視図である。
【図8】弦巻コイルばねを示す斜視図である。
【図9】本実施の形態によるロボットに搭載された衝撃回避機構部の構成を示す分解斜視図である。
【図10】衝撃回避機構部の構成を示す斜視図である。
【図11】衝撃回避機構部の構成を示す斜視図である。
【図12】衝撃回避機構部の機能の説明に供する斜視図である。
【図13】衝撃回避機構部の機能の説明に供する斜視図である。
【図14】衝撃回避機構部の機能の説明に供する斜視図である。
【図15】本実施の形態によるロボットに搭載された股関節機構部におけるシャッタ機構部の説明に供する斜視図である。
【図16】シャッタ部の構成を示す分解斜視図である。
【図17】シャッタ部の説明に供する斜視図である。
【図18】シャッタ部の構成を示す分解斜視図である。
【図19】シャッタ部の説明に供する斜視図である。
【図20】シャッタ部の構成を示す分解斜視図である。
【図21】アウターシャッタの構成を示す正面図である。
【図22】安全対策用のタッチセンサの配置位置の説明に供する正面図である。
【図23】安全対策用のタッチセンサの配置位置の説明に供する正面図である。
【図24】安全対策用のタッチセンサの配置位置の説明に供する背面図である。
【図25】面接触スイッチの構成を示す略線的な分解図及び断面図である。
【図26】タクトスイッチの構成を示す略線的な断面図である。
【図27】足平部ブロックに配設された安全対策用のタッチセンサの説明に供する斜視図である。
【図28】足平部ブロックに配設された安全対策用のタッチセンサの説明に供する斜視図である。
【図29】足平部ブロックに配設された安全対策用のタッチセンサの説明に供する上面図である。
【図30】足平部ブロックに配設された安全対策用のタッチセンサの説明に供する上面図である。
【符号の説明】
1……ロボット、50……メイン制御部、25……指部、60A、60B……CCDカメラ、63……タッチセンサ、63F〜63F……面接触スイッチ、63T〜63T……タクトスイッチ、63T……スイッチ、70……指元部、71……指中部、72……指先部、73……モータ、81……最終段ギア、81A……角柱部、82……弦巻コイルばね、82B、82C……足部、90……CCDカメラ保持機構部、91……ベースプレート、92A〜92C……ボス、93A、93B……円錐圧縮ばね、94……圧縮コイルばね、95……CCDカメラホルダ95……固定プレート、103……アウターシャッタ、103A……開口部、104……インナーシャッタ、105……シャッタ部、107、108、110……軸体。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a robot device, and is suitably applied to, for example, a humanoid entertainment robot.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a humanoid entertainment robot has been researched and developed by the present applicant.
[0003]
In such an entertainment robot, various external sensors such as a CCD (Charge Coupled Device) camera, a microphone, and a touch sensor, and various internal sensors such as a temperature sensor and an acceleration sensor are mounted, and based on the sensor outputs of these external sensors and the internal sensors. It recognizes external and internal states, and can act autonomously based on the recognition result.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as a torque limiter mechanism used for a conventional robot, there are various types such as a mechanism for holding down a rotating shaft using a leaf spring and a mechanism for holding down a rotating shaft by insert molding to generate a torque (for example, JP-A-2001-2001). No. 3951).
[0005]
However, since the mechanism is complicated and the manufacturing is complicated and expensive in each case, adopting such a conventional torque limiter mechanism for all the joints of a robot having a large number of joints makes the configuration of the robot itself complicated. There has been a problem that the size and size of the robot are increased and the manufacturing cost of the robot is increased.
[0006]
On the other hand, some conventional robots are equipped with a pair of CCD cameras and can measure a distance to an object by a so-called stereo distance measuring method based on image signals output from these CCD cameras. is there.
[0007]
In such a conventional robot, such a pair of CCD cameras are completely fixed to predetermined positions in the robot using screws or the like, and respond to external impacts by the rigidity of the CCD camera components. I was
[0008]
For this reason, in such a conventional robot, when the rigidity of the parts of the CCD camera is low when the robot falls or falls, there is a problem that the plastic deformation or destruction occurs in the CCD camera.
[0009]
On the other hand, in a conventional robot, many joints are provided in order to be able to express more delicate motion. In such a joint portion, the user may erroneously pinch a finger. For example, a robot using an actuator having a large torque may cause an injury.
[0010]
Therefore, in a robot using an actuator having a particularly large torque as a drive source for a joint, some kind of safety measure is required to prevent such an injury to the user.
[0011]
The present invention has been made in consideration of the above points, and firstly, a torque limiter device capable of simplifying and miniaturizing the configuration, and secondly, a constant state while effectively and reliably preventing breakage of parts. A third object of the present invention is to propose a component holding device that can be held, and thirdly, a joint device and a robot device that can improve safety.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, in the present invention, in a torque limiter device, a first link and a second link that are flexibly connected to each other, and a polygonal prism protruding portion that is rotatably disposed on the first link and that is provided on one surface. And a pinching means disposed on the second link for pinching the projection of the gear with a predetermined pinching force.
[0013]
As a result, this torque limiter device can be configured simply and compactly as a whole.
[0014]
Further, in the present invention, in the component holding device, holding means for holding the component, first and second members arranged so as to sandwich the holding means, and holding means arranged between the first member and the holding means, And an urging means for urging the means so as to press the second member against the second member.
[0015]
As a result, the component holding device can always keep the component in a constant state while effectively preventing external impact from being directly applied to the component.
[0016]
Further, according to the present invention, in the joint device, a joint mechanism that flexibly connects the first and second links, a cover disposed so as to cover the joint mechanism, and a joint that responds to displacement of the first or second link. And a shutter mechanism provided inside the cover so as to cover the resulting gap between the covers.
[0017]
As a result, in this joint device, it is possible to effectively and reliably prevent a foreign substance such as a user's finger from entering the inside of the cover through the gap of the cover.
[0018]
Further, according to the present invention, in the robot apparatus, a joint mechanism that flexibly connects the first and second links, and a joint mechanism disposed between the first and second links between the first and second links are provided. Then, a contact detecting means for detecting a contact of the external object and a control means for executing a predetermined control process when the contact of the external object is detected by the contact detecting means are provided.
[0019]
As a result, in the robot apparatus, even when the user's finger or the like is caught between the first and second links, it is possible to effectively prevent the occurrence of injuries and the like.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0021]
(1) Overall configuration of robot 1 according to the present embodiment
1 and 2, reference numeral 1 denotes a robot according to the present embodiment as a whole. A head unit 4 is connected to an upper part of a body unit 2 via a neck part 3. Arm units 5A and 5B are connected to both side surfaces, respectively, and a pair of leg units 6A and 6B are connected to a lower portion of the body unit 2.
[0022]
In this case, as shown in FIG. 3, the neck 3 is held by a neck joint mechanism 13 having degrees of freedom around the neck joint pitch axis 10, the neck joint yaw axis 11, and the neck joint pitch axis 12. The head unit 4 is attached to the tip of the neck 3 with a degree of freedom around the neck roll shaft 14 as shown in FIG. Thus, in the robot 1, the head unit 4 can be directed in desired directions such as front and rear, left and right, and diagonally.
[0023]
1 and 2, each arm unit 5A is composed of three blocks of an upper arm block 15, a forearm block 16 and a hand block 17, and the upper end of the upper arm block 15 is shown in FIG. As shown in FIG. 3, it is connected to the body unit 2 via a shoulder joint mechanism 20 having degrees of freedom around the shoulder pitch axis 18 and the shoulder roll axis 19.
[0024]
At this time, the forearm block 16 is connected to the upper arm block 15 with a degree of freedom about the upper arm yaw axis 21 as shown in FIG. The hand block 17 is connected to the forearm block 16 with a degree of freedom around the wrist yaw axis 22 as shown in FIG. Further, the forearm block 16 is provided with an elbow joint mechanism 24 having a degree of freedom around the elbow pitch axis 23.
[0025]
As a result, in the robot 1, these arm units 5A and 5B can be moved as a whole with almost the same degree of freedom as a human arm, and thus a greeting with one hand raised, a dance of swinging the arm units 5A and 5B, etc. Various actions using the arm units 5A and 5B can be performed.
[0026]
Further, five finger portions 25 are attached to the tip of the hand portion block 17 so as to bend and extend, respectively, so that an object can be picked up or grasped using these finger portions. ing.
[0027]
On the other hand, each leg unit 6A, 6B is composed of three blocks of a thigh block 30, a shin block 31 and a foot block 32, as is apparent from FIGS. The upper end of 30 is connected to the body unit 2 via a hip joint mechanism 36 having degrees of freedom around the hip joint yaw axis 33, the hip joint roll axis 34 and the hip joint pitch axis 35 as shown in FIG.
[0028]
At this time, the thigh block 30 and the shin block 31 are connected via a knee joint mechanism 38 having a degree of freedom around the shin pitch axis 37 as shown in FIG. Are connected via an ankle joint mechanism 41 having a degree of freedom around an ankle pitch axis 39 and an ankle roll axis 40 as shown in FIG.
[0029]
Thereby, in the robot 1, these leg units 6A and 6B can be moved with almost the same degree of freedom as the human leg, and thus various actions using the leg units 6A and 6B such as walking and kicking a ball. Has been made possible.
[0030]
In the case of the robot 1, each hip joint mechanism 36 is supported by a waist joint mechanism 44 having a degree of freedom around the trunk roll axis 42 and the trunk pitch axis 43 as shown in FIG. The body unit 2 can also be freely tilted in the front-back, left-right directions.
[0031]
Here, in the robot 1, as described above, as a power source for moving the head unit 4, each arm unit 5A, 5B, each leg unit 6A, 6B, and the body unit 2, as shown in FIG. , The joints having the respective degrees of freedom including the respective joint mechanisms such as the neck joint mechanism 13 and the shoulder joint mechanism 20 are provided with the actuators A corresponding to the degrees of freedom. 1 ~ A 17 Are arranged.
[0032]
The body unit 2 accommodates a main control unit 50 that controls the operation of the entire robot 1, a peripheral circuit 51 such as a power supply circuit and a communication circuit, and a battery 52 (FIG. 5). Each of the constituent units (the body unit 2, the head unit 4, the arm units 5A and 5B, and the leg units 6A and 6B) includes sub-control units 53A to 53A to which the main control unit 50 is electrically connected. 53D is stored.
[0033]
Further, as shown in FIG. 5, the head unit 4 includes various external sensors such as a pair of CCD cameras 60A and 60B functioning as “eyes” of the robot 1 and a microphone 61 functioning as “ears”, and “mouth”. And a speaker 62 functioning as "" are disposed at predetermined positions. Further, a touch sensor 63 as an external sensor is provided at each predetermined portion such as the back surface of the foot block 32 in each of the leg units 6A and 6B.
[0034]
Further, various internal sensors such as a battery sensor 64 and an acceleration sensor 65 are provided in the body unit 2, and each of the actuators A 1 ~ A 17 And the corresponding actuator A 1 ~ A 17 Potentiometer P as an internal sensor for detecting the rotation angle of the output shaft 1 ~ P 17 Is provided.
[0035]
Then, each of the CCD cameras 60A and 60B captures an image of the surroundings and sends the obtained image signal S1A to the main control unit 50 via the sub control unit 53B (not shown in FIG. 5), while the microphone 61 Then, various external sounds are collected, and the audio signal S1B thus obtained is transmitted to the main control unit 50 via the sub control unit 53B. Further, each touch sensor 63 detects a physical action from the user or a physical contact with the outside, and the detection result is used as a pressure detection signal S1C as a corresponding sub-control unit 53A to 53D (not shown in FIG. 5). ) To the main control unit 50.
[0036]
Further, the battery sensor 64 detects the remaining energy of the battery 52 at a predetermined cycle and sends the detection result to the main control unit 50 as a remaining battery signal S2A, while the acceleration sensor 65 outputs three axes (x axis, y axis). , And z-axis) are detected at predetermined intervals, and the detection result is sent to the main control unit 50 as an acceleration detection signal S2B. In addition, each potentiometer P 1 ~ P 17 Is the corresponding actuator A 1 ~ A 17 , The rotation angle of the output shaft is detected, and the detection result is transmitted at a predetermined cycle to an angle detection signal S2C. 1 ~ S2C 17 To the main control unit 50 via the corresponding sub-control units 53A to 53D.
[0037]
The main control unit 50 includes external sensor signals such as an image signal S1A, an audio signal S1B, and a pressure detection signal S1C supplied from various external sensors such as the CCD cameras 60A and 60B, the microphone 61, and the touch sensors 63, and a battery sensor. 64, acceleration sensor 65 and each potentiometer P 1 ~ P 17 The remaining energy signal S2A, the acceleration detection signal S2B, and the angle detection signals S2C respectively supplied from various internal sensors such as 1 ~ S2C 17 Based on these internal sensor signals, the external and internal states of the robot 1 and the presence / absence of physical action by the user are determined.
[0038]
Then, the main control unit 50 determines the robot 1 based on the determination result, the control program stored in the internal memory 50A in advance, and the various control parameters stored in the external memory 66 loaded at that time. Is determined, and a control command based on the determination result is transmitted to the corresponding sub-control units 53A to 53D (FIG. 4).
[0039]
As a result, based on the control command, the corresponding actuator A is controlled under the control of the sub-control units 53A to 53D. 1 ~ A 17 Are driven, and various actions such as swinging the head unit 4 up and down, left and right, raising the arm units 5A and 5B, and walking are exhibited by the robot 1.
[0040]
In this way, the robot 1 can autonomously act on the basis of external and internal situations and the like.
[0041]
(2) Various characteristic configurations of the robot 1
Next, various characteristic configurations mounted on the robot 1 will be described.
(2-1) Torque limiter mechanism in finger section 25
FIG. 6 shows an internal configuration of the finger unit 25 of the robot 1. As is clear from FIG. 6, each finger 25 is formed by connecting three parts of a finger base 70, a middle finger 71, and a fingertip 72 so as to be bent inward in the finger 25. It is configured.
[0042]
In this case, a motor 73 is fixed to one end of the finger base 70, and a pinion gear 74 is attached to the output shaft. The pinion gear 74 is meshed with a worm gear 75 rotatably supported inside the finger base 70, and the worm gear 75 is rotatably disposed inside the finger base 70. Gear 76 1 ~ 76 3 And a gear 78 rotatably held by a shaft 77 connecting the finger base portion 70 and the middle finger portion 71 via a gear train 76 composed of.
[0043]
Further, the gear 78 includes a plurality of gears 79 rotatably disposed inside the middle finger portion 71. 1 ~ 79 3 And a gear (hereinafter, referred to as a final gear) 81 rotatably held by a shaft 80 connecting the middle finger portion 71 and the fingertip portion 72 via a gear train 79 made of By rotating the 73, the final gear 81 can be driven to rotate in a desired rotational direction.
[0044]
At this time, as shown in FIG. 7, a quadrangular prism portion 81A is formed on one surface side of the final stage gear 81. The first and second legs 82B and 82C (FIG. 7) of the helical coil spring 82 are hung on the prism portion 81A in a crossed state.
[0045]
As shown in FIG. 8, the helical coil spring 82 has a first foot 82A that is bent as a whole to form a hook shape, and the tips of the first and second feet 82B and 82C are respectively outward. The coil portion 82A (FIG. 7) is disposed inside the fingertip 72 such that the coil 82A (FIG. 7) fits into a protrusion 72A formed to protrude inside the fingertip 72.
[0046]
The first and second legs 82B and 82C of the helical coil spring 82 are hung on the prism 81A of the final stage gear 81 in a state of intersecting as described above. Of the final-stage gear 81 can be held between the legs 82B and 82C with a constant pressure of 81A.
[0047]
Thus, in the finger portion 25, the motor 73 is driven to rotate to rotate the final gear 81, whereby the fingertip 72 can be moved to bend or extend integrally with the prism portion 81A of the final gear 81. At this time, another gear 79 provided on the middle finger portion 71 is provided. 1 ~ 79 3 The middle finger 71 can also be bent or extended integrally with the fingertip 72 based on the load applied to the fingertip 72.
[0048]
In the helical coil spring 82, the joint (joint) between the finger base 70 and the middle finger 71 and the joint (joint) between the middle finger 71 and the fingertip 72 reach the end of the movable range (hard limit). Further, the spring constant is selected so that the prism 81A of the final gear 81 can be held with a pinching force enough to cause the prism 81A of the final gear 81 to idle when the motor 73 continues to be driven.
[0049]
Thus, in the finger portion 25, damage to the final gear 81 and the like due to the rotation of the motor 73 in a state where the hard limit of each joint has been reached can be prevented beforehand. Even when an external force is applied, the prismatic portion 81A of the final stage gear 81 idles between the first and second legs 82B and 82C of the helical coil spring 82, so that the final stage gear caused by the external force is generated. It is designed so that damage such as 81 can be effectively and effectively prevented.
[0050]
(2-2) Configuration of CCD camera holding mechanism
Next, a CCD camera holding mechanism mounted on the robot 1 will be described.
[0051]
In the robot 1 according to the present embodiment, two CCD cameras 60A and 60B are used, and a distance to an object is measured by a stereo distance measuring method based on an image signal S1A output from the CCD cameras 60A and 60B. Has been done.
[0052]
Therefore, if the positional relationship between these two CCD cameras 60A and 60B changes due to the impact given to the head unit 4, it also affects the distance measurement to such an object, and thus greatly affects the autonomous behavior of the robot 1. This will have an adverse effect.
[0053]
Therefore, in the robot 1, these two CCD cameras 60A and 60B are held by a CCD camera holding mechanism 90 configured as shown in FIGS. 9 to 12, so that when an external impact is applied, Also, a change in the positional relationship between these two CCD cameras 60A and 60B can be effectively prevented.
[0054]
Actually, the CCD camera holding mechanism section 90 has a base plate 91 formed in a substantially triangular shape as a whole, as is clear from FIGS. 9 to 11, and a substantially inverted regular triangle is provided on the front side of the base plate 91. The three bosses 92A to 92C are provided with the positional relationship of the vertices.
[0055]
Among these bosses 92A to 92C, conical compression coil springs 93A and 93B integrally formed are respectively fitted into the first and second bosses 92A and 92B which are adjacent in the horizontal direction (y direction), and the other one is fitted. A compression coil spring 94 is fitted into the two bosses 92C.
[0056]
On one surface of the base plate 91, a CCD camera holder 95 to which two CCD cameras 60A and 60B are fixed in a predetermined positional relationship so as to be located in front of the conical compression coil springs 93A and 93B and the compression coil spring 94. Are arranged.
[0057]
In practice, the CCD camera holder 95 has through holes 95A to 95C formed in the center in the width direction so as to correspond to the bosses 92A to 92C of the base plate 91, respectively. The bosses 91A to 92C are fitted to the base plate 91 so as to be fitted therein.
[0058]
Further, a fixing plate 96 is fixed to the base plate 91 by being screwed to the bosses 92A to 92C using screws 97A to 97C so as to be located on the front side of the CCD camera holder 95.
[0059]
As a result, in the CCD camera holding mechanism 90, the CCD camera holder 95 is normally pressed against the fixed plate 96 by the elastic force of the conical compression coil springs 93A and 93B and the compression coil spring 94. The two CCD cameras 60A and 60B held by the camera can be held in a predetermined positional relationship.
[0060]
In the CCD camera holding mechanism 90, the base plate 91, the CCD camera holder 95, and the fixed plate 96 have a mirror-like structure with a virtual xz plane passing through the center line in the width direction as a plane of symmetry. The base plate 91 is fixed to the front side of a frame 99 provided inside the head unit 4 so that the virtual xz plane passes through the center of the cover 98 of the head unit 4 in the width direction.
[0061]
In this state, the fixing plate 96 and the CCD camera holder 95 are in contact with the inside of the cover 98 of the head unit 4, respectively, whereby the shock avoiding mechanism 90 is stably held by the frame 99 and the cover 98. Have been made to get.
[0062]
Thus, in the CCD camera holding mechanism section 90, when an impact is applied to the front central portion of the head unit 4 as shown in FIG. 12A, the cover 98 of the head unit 4 (FIG. 9). The impact given to the fixed plate 96 can be released to the frame 99 (FIG. 9) via the fixed plate 96 and the base plate 91 as shown in FIG. 12B, whereby the CCD camera held by the CCD camera holder 95 It is possible to prevent the shock from being transmitted to 60A and 60B, and effectively prevent the positional relationship between the two CCD cameras 60A and 60B from being changed due to the shock.
[0063]
Further, in the CCD camera holding mechanism 90, when an impact is applied to the front left and right end portions of the head unit 4 as shown in FIGS. As shown in FIGS. 13B and 14B, the conical compression coil springs 92A and 92B and the compression coil spring 93 (FIG. 9) deflect the impact given to the CCD camera holder 95 via the 98 (FIG. 9). Thus, the shock can be prevented from being transmitted to the CCD cameras 60A, 60B held in the CCD camera holder 95, and the positional relationship between the two CCD cameras 60A, 60B due to the shock changes. Is effectively prevented.
[0064]
(2-3) Configuration of shutter mechanism in hip joint mechanism 36
Next, the configuration of the shutter mechanism provided in the hip joint mechanism 36 of the robot 1 will be described.
[0065]
15 to 20 show a partial configuration of the hip joint mechanism 36 of the robot 1, and an actuator A for the hip joint roll shaft 34 (FIG. 3) disposed in parallel with the x direction. Thirteen An actuator A for the hip joint yaw shaft 33 (FIG. 3) is attached to the output shaft 100 (FIG. 4). 12 A connecting member 101 for connecting with the output shaft of FIG. 4 is fixed, and a cover 102 is attached so as to cover this from the back side of the robot 1.
[0066]
In this case, notches 102A of a predetermined shape are provided at the upper portions on both right and left sides of the cover 102, whereby the thigh block 30 of the leg units 6A and 6B is enlarged as shown in FIGS. The contact between the cover 102 and the thigh block 30 when rotating about the thigh roll shaft 34 can be prevented beforehand.
[0067]
Therefore, in order to prevent the user's finger or the like from being caught in the notch 102A of the cover 102, the hip joint mechanism 36 is configured to close the left and right notches 102A of the cover 102 from the inside of the cover 102. A shutter mechanism 105 including an outer shutter 103 and an inner shutter 104 is provided on both left and right sides of the unit 36.
[0068]
Actually, in the outer shutter 103, the actuator A Thirteen Is parallel to a plane (xy plane) including the front-back direction of the robot 1 (arrow x direction and the opposite direction) and the left-right direction (arrow y direction and the opposite direction) and the arrow x direction. Is rotatably held by a shaft 107 disposed at an inclination of about 45 °.
[0069]
As shown in FIG. 21, a substantially triangular opening 103A is provided at the tip of the outer shutter 103, and the outer shutter 103 is held by the inner shutter 104 so as to be freely movable in the opening 103A. The shaft body 108 is disposed.
[0070]
The inner shutter 104 has a hole (not shown) formed in the vicinity of the center of the fan shape, which is formed in a substantially fan shape as a whole, and this hole is implanted in a bracket 109 fixed to the connecting member 102. The upright shaft body 110 is fitted.
[0071]
Accordingly, in the shutter mechanism 105, the actuator A for the hip joint roll shaft 34 of the hip joint mechanism 36 is provided. Thirteen When the bracket 109 is rotated integrally with the connecting member 101 and rotated as shown in FIGS. 19 and 20, the vicinity of the fan-shaped center of the inner shutter 104 can be lifted by the shaft body 110 as shown in FIG. It has been done.
[0072]
Thus, in the shutter mechanism 105, when the thigh block 30 of the leg units 6A, 6B is not rotating in the direction of the hip joint roll axis 34 (FIG. 4) as shown in FIGS. When the notch 102A of the cover 102 is closed from the inside of the cover 102 by the inner shutter 104, while the thigh block 30 of the leg units 6A and 6B rotates in the direction of the hip joint roll axis 34 as shown in FIGS. The inner shutter 104 is displaced without being obstructed by the inner wall of the cover 102 so that the vicinity of the notch 102A of the cover 102 can be widely closed.
[0073]
(2-4) Arrangement of Touch Sensor 63 (FIG. 5) for Safety Measures in Robot 1
Next, a description will be given of the touch sensors 63 for safety measures, which are arranged everywhere in the robot 1.
[0074]
In the robot 1, a touch sensor 63 is provided everywhere where a user including each joint mechanism or the like may pinch a finger or the like. When the user pinches a finger or the like, the touch sensor 63 detects this. And perform appropriate processing.
[0075]
Actually, as shown in FIG. 22 to FIG. 24, the armpit units 5A and 5B and the inside of the left elbow and the leg units 6A and 6B each inside the thigh block 30 and the shin block 31. A surface contact switch 63F as a touch sensor 63 for safety measures is provided at the lower end of the back surface of the thigh block 30 in each leg unit 6A, 6B. 1 ~ 63F 5 Are arranged.
[0076]
The left and right shoulders of the robot 1, the front sides of the thigh block 30 and the shin block 31 in each leg unit 6A, 6B, and the upper end of the thigh block 30 in each leg unit 6A, 6B. On the outside, a tact switch 63T is provided as a touch sensor 63 for safety measures. 1 ~ 63T 3 Are arranged.
[0077]
In this case, the surface contact switch 63F 1 ~ 63F 5 As shown in FIGS. 25A and 25B, a lower sheet 121 in which predetermined first and second conductor patterns 120A and 120B are formed on one surface side in a state of being insulated from each other, and the lower sheet 121 As shown in FIG. 25C, the upper sheet 123 on which a conductor layer 122 is formed over the entire surface opposing the surface 121 is laminated via a spacer 124 made of rubber or the like. .
[0078]
Thereby, the surface contact switch 63F 1 ~ 63F 5 In the above, when the upper layer sheet 123 is pressed, the upper layer sheet 123 comes into contact with the lower layer sheet 121, and the first and second conductor patterns 120A and 120B of the lower layer sheet 121 are conducted by the conductor layer 122 of the upper layer sheet 123. By doing so, it is possible to detect that an external pressure is applied to the upper layer sheet 123 based on whether or not the first and second conductor patterns 120A and 120B are electrically connected.
[0079]
And in the robot 1, such a surface contact switch 63F 1 ~ 63F 5 As described above, the armpit units 5A and 5B have an armpit and the inside of the left elbow, the leg units 6A and 6B have the inside of the thigh block 30 and the shin block 31, and the leg units 6A and 6B. The lower-layer sheets 121 are attached to the lower end of the back surface of the thigh block 30 in FIG. 1 ~ 63F 5 Accordingly, it is possible to reliably detect the pinch of the user's finger or the like in such a narrow space.
[0080]
On the other hand, tact switch 63T 1 ~ 63T 3 As shown in FIG. 26, a tact switch 131 is provided inside a switch cover 130 which forms a part of an external housing (case) of the robot 1 and is separated from another external housing. The switch cover 130 is configured to be urged in a direction away from the tactile switch 131 by an elastic body such as a spring (not shown) disposed inside the switch cover 130, and when the switch cover 130 is pressed, By pressing the tact switch 131, it is possible to detect that an external force is applied to the switch cover 130.
[0081]
And in this robot 1, such a tact switch 63T 1 ~ 63T 3 As described above, the left and right shoulders, the front sides of the thigh block 30 and the shin block 31 in each leg unit 6A, 6B, and the upper end of the thigh block 30 in each leg unit 6A, 6B The tact switches 63T 1 ~ 63T 3 Thus, for example, when the robot 1 falls down, the user's finger can be reliably detected between the thigh block 30 or the shin block 31 of the leg units 6A and 6B and the floor. I have.
[0082]
Further, in the case of this robot 1, as shown in FIGS. 27 to 30, a switch 63S as a touch sensor 63 for safety measures is also provided on the upper surface of the foot block 32 so as to correspond to the movable range of the ankle joint mechanism 41. Is provided.
[0083]
In this case, the switch 63S is formed to have a narrow width along a part of the outside of the recess 32A provided on the upper surface of the foot block 32. This is because the switch 63S is provided near the entrance of the gap where the user's finger is sandwiched, so that the user's finger is located between the lower end of the shin block 31 of the leg units 6A and 6B and the upper surface of the foot block 31. This is because it is possible to reliably detect that the object has been trapped, and to simplify the configuration.
[0084]
The switch 63S is formed so that the center in the width direction of the upper surface thereof is slightly higher than the end in the width direction so that the contact area with the finger of the user is as small as possible. Even when the user's finger is caught between the lower end of the shin block 31 of each of the units 6A and 6B and the switch 63S, the user can easily pull out the finger.
[0085]
On the other hand, each of these touch sensors 63 (surface contact sensor 63F) 1 ~ 63F 5 , Tact switch 63T 1 ~ 63T 3 And the pressure detection result by the switch 63S) is given to the main control unit 50 as the pressure detection signal S1C as described above.
[0086]
Then, the main control unit 50 constantly monitors the pressure detection signals S1C given from the respective touch sensors 63, and when detecting that any one of the touch sensors 63 is pressed, the position of the touch sensor 63 and the position of the touch sensor 63 at that time. Based on the posture and state of the robot 1, the robot 1 performs an appropriate coping operation such as immediately stopping the movement of the robot 1.
[0087]
In this way, in the robot 1, occurrence of an accident such as pinching of the user's finger can be effectively prevented.
[0088]
In the case of the robot 1, for example, an actuator A such as a neck joint mechanism 13 is used. 1 ~ A 4 The touch sensor 63 is provided at a position where the output torque of the touch sensor 63 is small or the user is not injured or the internal structure is not destroyed even if the user is pinched because the torque limiter is built in like the finger portion 25. Are not provided, and when it is confirmed that a foreign object is caught for a certain period of time or more based on the servo error signal in these portions, the actuator A 1 ~ A 4 In addition, the driving of the motor 73 (FIG. 6) is stopped, the servo gain is reduced, or the motor 73 (FIG. 6) is driven to rotate in the reverse direction.
[0089]
In addition, the outside portion of the elbow joint mechanism 24 has a structure in which the foreign matter is removed outside the joint when the foreign matter is sandwiched by the shape of the cover.
[0090]
(3) Operation and effect of this embodiment
In the above configuration, in the robot 1, a torque limiter is formed by the helical coil spring 82 and the prismatic portion 81A of the final gear 81 at the tip of the finger portion 25, and the first and second feet 82B, When a load greater than the pinching force for pinching the prismatic portion 81A of the final gear 81 by the 82C is applied to the fingertip 72 of the finger 25, or a rotational driving force greater than the gripping force is applied to the final gear 81. Then, the prism portion 81A of the final stage gear 81 idles between the first and second legs 82B and 82C of the helical coil spring 82.
[0091]
Therefore, in the robot 1, even when an external force is applied to the fingertip 72 of the finger 25, or when the motor 73 (FIG. 6) is driven in a state where the finger 25 is fully extended, this does not occur. As a result, the final gear 81 and other gears 76 1 ~ 76 3 , 79 1 ~ 79 3 Can be effectively prevented from being damaged.
[0092]
In this case, since the torque limiter includes only the prismatic portion 81A of the final gear 81 and the helical coil spring 82, the number of components is small, and the torque limiter can be simply and compactly constructed as a whole.
[0093]
In the robot 1, the CCD cameras 60A and 60B are held by the CCD camera holding mechanism 90 described above with reference to FIGS. The impact given to the fixing plate 96 via the cover 98 (FIG. 9) of the unit 4 is released to the frame 99 (FIG. 9) via the fixing plate 96 and the base plate 91, and the impact is applied to the front left and right end portions of the head unit 4. Is given, the conical compression coil springs 92A and 92B and the compression coil spring 93 (FIG. 9) deflect the impact applied to the CCD camera holder 95 via the cover 98 (FIG. 9) of the head unit 4. Absorb by doing.
[0094]
Therefore, in the robot 1, the impact is not directly transmitted to the CCD cameras 60A and 60B, and the damage to the CCD cameras 60A and 60B due to the impact can be effectively prevented.
[0095]
In this case, in the robot 1, the CCD camera holder 95 of the CCD camera holding mechanism 90 is urged by the conical compression coil springs 92A and 92B and the compression coil spring 93 so as to be constantly pressed against the fixed plate 96. Even if a shock is applied to the front left and right ends of the head unit 4 and the CCD camera holder 95 is displaced as shown in FIGS. 13B and 14B, the conical compression coil springs 92A, 92B Also, since the CCD camera holder 95 immediately returns to the original state shown in FIG. 11 by the urging force of the compression coil spring 93, it is possible to effectively prevent a change in the positional relationship between the two CCD cameras 60A and 60B due to the impact. .
[0096]
Further, in the robot 1, the shutter mechanism 105 is provided inside the cover 102 (FIG. 15) that covers the back side of the hip joint mechanism 36, and the actuator A for the hip joint roll shaft 34 (FIG. 3) of the hip joint mechanism 36 is provided. Thirteen (FIG. 4) is driven, and the leg units 6A and 6B rotate around the hip joint roll axis 34, so that the cover 102 (FIG. 15) disposed on the back side of the hip joint When a gap is formed between the inner shutter 104 and the inner shutter 104, the inner shutter 104 of the shutter mechanism 105 rotates so as to close the gap from the inside.
[0097]
Therefore, in the robot 1, the user inserts his / her finger into a gap between the cover 102 (FIG. 15) and another cover generated by the driving of the hip joint mechanism 36, and foreign matter is removed through the gap. 102 can be effectively and reliably prevented from entering the interior.
[0098]
Further, in this robot 1, touch sensors 63 for safety measures are provided in various parts of the fuselage, and when any one of them is pressed, the position of the touch sensor 63, the posture and the state of the robot 1 at that time, etc. , An appropriate coping operation such as immediately stopping the movement of the robot 1 is executed.
[0099]
Therefore, in the robot 1, occurrence of an accident such as pinching of the user's finger can be effectively prevented.
[0100]
According to the above configuration, the torque limiter of the finger portion 25 in the robot 1 is formed by the helical coil spring 82 and the prism portion 81A formed in the final gear 81, so that the torque limiter can be configured with a small number of components. Thus, the configuration of the torque limiter can be simplified and downsized.
[0101]
Further, according to the above configuration, the CCD camera holder 95 having the CCD cameras 60A and 60B attached thereto is pressed against the fixed plate 96 by the urging force of the conical compression coil springs 92A and 92B and the compression coil spring 93. , 60B, it is possible to effectively prevent the shock applied to the front center portion and the front left and right end portions of the head unit 4 from being directly transmitted to the CCD cameras 60A, 60B. Thus, the CCD cameras 60A and 60B can be maintained in a constant state while effectively and reliably preventing damage.
[0102]
Further, according to the above configuration, the shutter mechanism 105 is provided inside the cover 102 (FIG. 15) that covers the back side of the hip joint mechanism 36, and the rotation of the leg units 6A and 6B around the hip joint roll axis 34 is caused. The gap between the cover 102 (FIG. 15) disposed on the back side of the hip joint mechanism 36 and the other cover, which is generated by the inner shutter 104 of the shutter mechanism 105, is closed from the inside. It is possible to effectively and reliably prevent a user from putting a finger into the cover 102 through the gap or a foreign object, thereby improving the safety of the robot.
[0103]
Further, according to the above configuration, the touch sensors 63 for safety measures are provided everywhere in the body, and when any one of them is pressed, the position of the touch sensor 63 and the posture and state of the robot 1 at that time. Based on the above, an appropriate coping operation such as, for example, immediately stopping the movement of the robot 1 is performed, so that occurrence of an accident such as pinching of the user's finger can be effectively prevented, and thus, The safety of the robot can be improved.
[0104]
(4) Other embodiments
In the above-described embodiment, the case where the helical coil spring 82 is used as the holding means for holding the prism portion 81A of the final gear 81 of the finger portion 25 of the robot 1 with a predetermined holding force has been described. The present invention is not limited to this, and various other elastic members such as a leaf spring can be widely applied.
[0105]
Further, in the above-described embodiment, the case where the torque limiter is provided at the last stage of the gear train provided inside the finger portion 25 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the same configuration may be provided in the middle. A torque limiter may be provided.
[0106]
Furthermore, in the above-described embodiment, a case has been described in which the torque limiter device according to the present invention is applied to the finger portion 25 of the robot 1. However, the present invention is not limited to this, and is widely applied to various other devices. can do.
[0107]
Further, in the above-described embodiment, a case has been described in which the protrusion that forms a part of the torque limiter formed on one surface of the finger portion 25 has a rectangular prism shape. However, the present invention is not limited to this. A polygonal pillar shape other than a square pillar may be used.
[0108]
Further, in the above-described embodiment, the CCD camera holder 95 as holding means for holding the CCD cameras 60A and 60B, the base plate 91 as the first and second members arranged so as to sandwich the CCD camera holder 95, and Although the case where the fixing plate 96 and the fixing plate 96 are respectively configured as shown in FIGS. 9 to 11 has been described, the present invention is not limited to this, and various other shapes can be widely applied.
[0109]
Further, in the above-described embodiment, a case is described in which the conical compression coil springs 92A and 92B and the compression coil spring 93 are applied as urging means for urging the CCD camera holder 95 so as to press the fixed plate 96 against the fixing plate 96. However, the present invention is not limited to this, and various other materials having elasticity, such as rubber and leaf springs, can be widely applied.
[0110]
Further, in the above-described embodiment, a case has been described in which the component holding device according to the present invention is applied to the CCD camera holding mechanism 90 that holds the CCD cameras 60A and 60B, but the present invention is not limited to this. The present invention can be widely applied to a component holding device that holds components other than the CCD cameras 60A and 60B.
[0111]
Furthermore, in the above-described embodiment, a case has been described in which the joint device according to the present invention is applied to the robot 1 configured as shown in FIGS. 1 to 5. However, the present invention is not limited to this, and It can be widely applied to various devices having joints.
[0112]
Further, in the above-described embodiment, the case where the shutter mechanism 105 (FIG. 15) is configured by the outer shutter 103 and the inner shutter 104 has been described. However, the present invention is not limited to this. Various other configurations can be widely applied as long as the configuration allows expansion and contraction so as not to hinder the movement of the hip joint mechanism 36 inside.
[0113]
In this case, in the above-described embodiment, a case has been described in which the opening 103A of the outer shutter 103 has a triangular shape. However, the present invention is not limited to this, and the opening 103A has a round shape. The shaft 108 held by the inner shutter 104 may have an oval shape.
[0114]
Furthermore, in the above-described embodiment, a case has been described in which the touch sensor 63 for safety measures is arranged at the position described above with reference to FIGS. 22 to 30. However, the present invention is not limited to this, and in addition thereto. Or you may make it arrange | position to another part instead of these.
[0115]
Furthermore, in the above-described embodiment, a case has been described in which a surface contact sensor, a tact switch, or the like is applied as contact detection means for detecting a user's contact, but the present invention is not limited to this, and various other The sensor can be widely applied. For example, for a contact type, a capacitance type sensor, a pressure-sensitive rubber, a strain gauge, a piezoelectric element, or the like can be applied. For a non-contact type, a reflection type photo sensor, a photo interrupter, or the like can be applied. it can.
[0116]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention, in the torque limiter device, the first and second links flexibly connected to each other, and the first link is rotatably disposed, and a polygonal column projection is formed on one surface. And a pinching means arranged on the second link for pinching the projection of the gear with a predetermined pinching force, so that the overall structure can be simplified and reduced in size, and thus mounted. Thus, it is possible to realize a torque limiter device that can simplify and reduce the configuration of the device to be used.
[0117]
Further, according to the present invention, in the component holding device, a holding means for holding a component, first and second members arranged so as to sandwich the holding means, and a first member and a holding member are arranged between the first member and the holding means. By providing the urging means for urging the holding means to press against the second member, it is possible to prevent the external impact from being directly applied to the part, and to keep the part constant. Thus, it is possible to realize a component holding device capable of holding the component in a constant state while effectively and reliably preventing breakage of the component.
[0118]
Furthermore, according to the present invention, in a joint device, a joint mechanism that flexibly connects the first and second links, a cover disposed to cover the joint mechanism, and a displacement of the first or second link. By providing a shutter mechanism provided inside the cover so as to cover the gap between the covers that occurs in response to the above, foreign substances such as a user's finger can be effectively and reliably prevented from entering the inside of the cover through the gap between the covers. Thus, a joint device that can improve safety can be realized.
[0119]
Furthermore, according to the present invention, in the robot apparatus, a joint mechanism that flexibly connects the first and second links and a portion of the first and / or second links that are sandwiched between the first and second links are provided. The first and the second are provided by providing contact detection means for detecting contact of an external object, and control means for executing a predetermined control process when the contact of the external object is detected by the contact detection means. Even when the user's finger or the like is caught in the second link, it is possible to effectively prevent the occurrence of injuries and the like, and thus to realize a robot device capable of improving safety.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an external configuration of a robot according to an embodiment.
FIG. 2 is a schematic perspective view showing an external configuration of the robot according to the embodiment.
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining a degree of freedom in each joint mechanism of the robot.
FIG. 4 is a block diagram for explaining an internal configuration of the robot.
FIG. 5 is a block diagram for explaining an internal configuration of the robot.
FIG. 6 is a schematic exploded view showing an internal configuration of a finger unit.
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a final gear.
FIG. 8 is a perspective view showing a helical coil spring.
FIG. 9 is an exploded perspective view illustrating a configuration of an impact avoiding mechanism mounted on the robot according to the present embodiment.
FIG. 10 is a perspective view illustrating a configuration of an impact avoiding mechanism.
FIG. 11 is a perspective view showing a configuration of an impact avoiding mechanism.
FIG. 12 is a perspective view for explaining a function of an impact avoiding mechanism.
FIG. 13 is a perspective view for explaining the function of an impact avoiding mechanism.
FIG. 14 is a perspective view for explaining the function of an impact avoiding mechanism.
FIG. 15 is a perspective view for explaining a shutter mechanism in the hip joint mechanism mounted on the robot according to the present embodiment.
FIG. 16 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a shutter unit.
FIG. 17 is a perspective view for explaining a shutter unit.
FIG. 18 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a shutter unit.
FIG. 19 is a perspective view for explaining a shutter unit.
FIG. 20 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a shutter unit.
FIG. 21 is a front view showing a configuration of an outer shutter.
FIG. 22 is a front view for explaining an arrangement position of a touch sensor for safety measures.
FIG. 23 is a front view for explaining an arrangement position of a touch sensor for safety measures.
FIG. 24 is a rear view for explaining an arrangement position of a touch sensor for safety measures.
FIG. 25 is a schematic exploded view and a sectional view showing the configuration of the surface contact switch.
FIG. 26 is a schematic sectional view showing the configuration of a tact switch.
FIG. 27 is a perspective view for explaining a touch sensor for safety measures provided on the foot block;
FIG. 28 is a perspective view for explaining a touch sensor for safety measures provided on the foot block;
FIG. 29 is a top view for explaining a touch sensor for safety measures provided on the foot block;
FIG. 30 is a top view for explaining a touch sensor for safety measures provided in the foot block;
[Explanation of symbols]
1 ... Robot, 50 ... Main control unit, 25 ... Finger unit, 60A, 60B ... CCD camera, 63 ... Touch sensor, 63F 1 ~ 63F 5 .... Surface contact switch, 63T 1 ~ 63T 3 ...... Tact switch, 63T 4 , Switch, 70, finger base, 71, middle finger, 72, fingertip, 73, motor, 81, final gear, 81A, prism, 82, helical coil spring, 82B, 82C: Foot, 90: CCD camera holding mechanism, 91: Base plate, 92A to 92C: Boss, 93A, 93B: Conical compression spring, 94: Compression coil spring, 95: CCD camera holder 95 ... Fixing plate 103, outer shutter 103A opening 104, inner shutter 105 shutter part 107, 108, 110 shaft.

Claims (4)

屈曲自在に連結された第1及び第2のリンクと、
上記第1のリンクに回転自在に配設され、一面に多角柱の突起部が形成されたギアと、
上記第2のリンクに配置され、上記ギアの上記突起部を所定の挟持力で挟持する挟持手段と
を具えることを特徴とするトルクリミッタ装置。
First and second links that are flexibly connected;
A gear rotatably disposed on the first link, and having a polygonal columnar projection formed on one surface;
A torque limiting device disposed on the second link and configured to clamp the protrusion of the gear with a predetermined clamping force.
部品を保持する保持手段と、
上記保持手段を挟むように配置された第1及び第2の部材と、
上記第1の部材及び上記保持手段間に配置され、上記保持手段を上記第2の部材に圧接させるように付勢する付勢手段と
を具えることを特徴とする部品保持装置。
Holding means for holding the component;
First and second members arranged so as to sandwich the holding means,
A component holding device, comprising: urging means disposed between the first member and the holding means, for urging the holding means to press against the second member.
第1及び第2のリンクを屈曲自在に連結する関節機構と、
上記関節機構を覆うように配置されたカバーと、
上記第1又は第2のリンクの変位に応じて生じる上記カバーの隙間を覆うように上記カバーの内側に設けられたシャッタ機構と
を具えることを特徴とする関節装置。
An articulation mechanism for flexibly connecting the first and second links;
A cover arranged to cover the joint mechanism;
A joint mechanism provided with a shutter mechanism provided inside the cover so as to cover a gap between the covers generated in accordance with displacement of the first or second link.
第1及び第2のリンクを屈曲自在に連結する関節機構と、
上記第1及び又は第2のリンクにおける当該第1及び第2のリンクにより挟まれる部位に配置され、外部物体の接触を検出する接触検出手段と、
上記接触検出手段により上記外部物体の接触が検出されたときに所定の制御処理を実行する制御手段と
を具えることを特徴とするロボット装置。
An articulation mechanism for flexibly connecting the first and second links;
A contact detection unit disposed at a portion of the first and / or second link sandwiched between the first and second links, and detecting contact of an external object;
A control unit for executing a predetermined control process when the contact of the external object is detected by the contact detection unit.
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