支持装置
【課題】荷重を受けた場合に、支持する複数箇所にて確実に分散することができると共に、それぞれの支持箇所の耐荷重に応じて適切な荷重の分散を容易にできる支持装置を提供する。
【解決手段】第一部位２１に荷重Ｐを受け得る荷重受体２０と、荷重受体２０の第二部位２２を非弾性体により支持する第一回転支持体３１と、荷重受体２０のうち第二部位２２より第一部位２１側に位置する第三部位２３を弾性体により支持し、第一部位２１に受ける荷重Ｐが無荷重の場合において荷重受体２０が受け得る荷重Ｐの方向に予圧縮または予引張を付与した状態に設けられる弾性支持体４０を備える。弾性支持体４０による予圧縮または予引張の力Ｆ０は、荷重受体２０の第一部位２１に荷重Ｐを受けることによって弾性支持体４０に生じる荷重Ｆ１より大きな力に設定される。
【解決手段】第一部位２１に荷重Ｐを受け得る荷重受体２０と、荷重受体２０の第二部位２２を非弾性体により支持する第一回転支持体３１と、荷重受体２０のうち第二部位２２より第一部位２１側に位置する第三部位２３を弾性体により支持し、第一部位２１に受ける荷重Ｐが無荷重の場合において荷重受体２０が受け得る荷重Ｐの方向に予圧縮または予引張を付与した状態に設けられる弾性支持体４０を備える。弾性支持体４０による予圧縮または予引張の力Ｆ０は、荷重受体２０の第一部位２１に荷重Ｐを受けることによって弾性支持体４０に生じる荷重Ｆ１より大きな力に設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばロボットの関節部や種々の可動支持構造部において、回転軸を支持する構造において、軸方向の複数箇所において支持することが一般的である。例えば、回転軸の一端部と回転軸の中間部の２カ所を軸受により支持され、回転軸の他端部に径方向荷重を受ける場合を考える。このような支持構造においては、回転軸の中間部を支持する軸受には、非常に大きな荷重が作用する。そのため、回転軸の中間部における軸受の耐荷重が大きなものとせざるを得ない。これは、回転軸の他端部に受ける荷重が、２カ所の軸受に分散されていないためである。そのため、２カ所の軸受に荷重を分散することが望まれる。
【０００３】
ところで、特表２００５−５２６９３３号公報（特許文献１）には、ハウジングの内周面において、軸の一端部が軸受のみにより支持され、軸の他端部が歯車に噛み合い、軸の中間部が軸受により支持されると共にばねにより歯車との噛み合い位置に向けて付勢する構成が記載されている。これにより、軸の他端部における歯車との噛み合い部分に、歯車から径方向に押しつける力が付与されたとしても、ばねの付勢力により軸の中心を一定とすることができるとされている。
【０００４】
また、特開２００５−２９７０８０号公報（特許文献２）には、ロボットの関節装置において、モータを支持するベアリングに対して軸方向の予圧を付与することが記載されている。また、実公平８−１０５２４号公報（特許文献３）には、ロボットの関節部において、傾動アームの端部をばねによって旋回アームに支持されることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００５−５２６９３３号公報
【特許文献２】特開２００５−２９７０８０号公報
【特許文献３】実公平８−１０５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の支持装置においては、回転軸が受ける荷重が常に一定であることを前提として、回転軸の中心が移動しないようにばねによる付勢力が設定されている。つまり、ロボットの関節部や可動支持構造部のように、受ける荷重が変化するものに適用することができない。また、特許文献２，３の支持装置は、径方向の荷重を分散するものではない。
【０００７】
ところで、回転軸の他端部に受ける荷重を２カ所の支持部に分散することが望まれることは上述したとおりである。ここで、回転部を支持する軸受などの支持体には、耐荷重が設定されている。つまり、一般に、それぞれの軸受などの支持体が受け得る最大の荷重は、予め決められている。従って、支持構造を設計する際には、当該支持体が受け得る最大の荷重が必ず耐荷重の範囲内にする必要がある。
【０００８】
そして、２カ所の支持体のそれぞれの耐荷重が異なる場合には、それぞれの耐荷重に応じた荷重の分散ができるように設計しなければならない。しかしながら、このように設計することは容易ではない。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、例えば回転軸の場合には径方向の荷重を受けた場合に、回転軸を支持する複数箇所にて確実に分散することができると共に、それぞれの支持箇所の耐荷重に応じて適切な荷重の分散を容易にできる支持装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本支持装置は、第一部位に荷重を受け得る荷重受体と、前記荷重受体の第二部位を非弾性体により支持する非弾性支持体と、前記荷重受体のうち前記第二部位より前記第一部位側に位置する第三部位を弾性体により支持し、前記第一部位に受ける前記荷重が無荷重の場合において前記荷重受体が受け得る前記荷重の方向に予圧縮または予引張を付与した状態に設けられる弾性支持体と、を備え、前記弾性支持体による予圧縮または予引張の力は、前記荷重受体の前記第一部位に前記荷重を受けることによって前記弾性支持体に生じる荷重より大きな力に設定される。
【００１１】
上記支持装置によれば、荷重受体が受ける荷重を弾性支持体と非弾性支持体に確実に分散することができる。従って、弾性支持体に生じる荷重、および、非弾性支持体に生じる荷重は、荷重受体の第一部位が受ける荷重よりも小さくできる。さらに、弾性支持体に予圧縮または予引張を付与すると共に、弾性支持体に付与されている予圧縮または予引張の力を荷重受体が荷重を受けることによって弾性支持体に生じる荷重よりも十分に大きく設定している。そうすると、荷重受体が荷重を受けることによって弾性支持体に荷重が発生したとしても、弾性支持体が受ける全体の荷重はほとんど変化しないようにできる。つまり、弾性支持体が受ける荷重を一定の範囲内にすることができる。これにより、弾性支持体に生じる荷重の管理が容易となる。
【００１２】
また、前記支持装置は、基軸と、前記基軸に対して前記荷重受体の前記第二部位を回転可能に支持する前記非弾性支持体としての第一回転支持体と、前記基軸に対して前記弾性支持体を回転可能に支持する第二回転支持体と、を備えるようとしてもよい。このように、回転体に適用して、荷重受体に対して基軸の径方向に荷重を受けたとしても、上述した効果を奏する。
【００１３】
また、前記第一回転支持体の軸直交方向の耐荷重は、前記第二回転支持体の軸直交方向の耐荷重より大きく設定されるようにしてもよい。このような場合に、非常に有用である。つまり、耐荷重が小さな第二回転支持体に、弾性支持体を介在することで、確実に第二回転支持体に生じる荷重を抑制することができる。
【００１４】
また、前記支持装置は、前記基軸に対して回転可能に設けられ回転駆動力により回転する回転駆動軸を備え、前記基軸は、ベースに固定され、前記第一回転支持体は、前記基軸に回転可能に設けられると共に、前記荷重受体の前記第二部位を支持する第一軸受であり、前記第二回転支持体は、前記回転駆動軸の回転駆動力を減速して前記弾性支持体に伝達する減速機であるとしてもよい。
【００１５】
ここで、単なる軸受と減速機とを比較した場合に、同程度の耐荷重の場合には、減速機は軸受よりも大型化してしまう。そのため、支持装置全体として小型化を図るためには、減速機の外形を小さなものとする必要がある。そうすると、減速機の耐荷重は、軸受の耐荷重よりも小さくせざるを得なくなる。このような場合に、減速機に対して弾性支持体を介在させることで、比較的小型な減速機を用いつつ、当該減速機に生じる荷重を確実に制限することができる。
【００１６】
また、前記支持装置は、関節部を有するロボットの前記関節部に用いられるようにしてもよい。ロボットの関節部には、上述したように、荷重を分散すると共に、分散された荷重の少なくとも一方を確実に制限することが特に望まれる。そこで、ロボットの関節部に上述した支持装置を適用することで、当該要請を確実に満たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第一例の支持装置を示す模式図の例である。
【図２】第二例の支持装置を示す模式図の例である。
【図３】第三例の支持装置を示す模式図の例である。
【図４】第四例の支持装置を示す模式図の例である。
【図５】第五例の支持装置を示す模式図の例である。
【図６】ロボットの正面図である。
【図７】ロボットの関節部に用いる支持装置の軸方向断面図の例である。
【図８】図７の右側（軸方向）から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（本実施形態の概念説明）
本発明の支持装置を具体化した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。まず、本実施形態の概念について、第一例から第五例について説明する。
【００１９】
（第一例）
第一例の支持装置について、図１を参照して説明する。図１に示すように、第一例の支持装置は、第一ベース１１と、第二ベース１２と、荷重受体２０と、非弾性支持体３０と、弾性支持体４０とを備えて構成される。第一ベース１１および第二ベース１２は、別部材に固定される。荷重受体２０は、ここでは梁として説明する。そして、荷重受体２０の一端（図１の左端）に位置する第一部位２１に、図１の下方向への荷重Ｐを受け得る。ただし、荷重受体２０の第一部位２１には、荷重Ｐを受けていない無荷重状態の場合を含む。つまり、荷重受体２０の第一部位２１には、無荷重から所定の荷重までの範囲の荷重Ｐを受け得る。
【００２０】
非弾性支持体３０は、第一ベース１１に対して、荷重受体２０の他端（図１の右端）に位置する第二部位２２の下面を非弾性体により支持する。つまり、非弾性支持体３０は、荷重受体２０の第一部位２１に受ける荷重Ｐの方向に抗するように、荷重受体２０を支持する。ここで、非弾性体とは、ばねおよびゴムを除く意味であり、例えば、金属や木などによる固定手段を意味する。つまり、物理的には、金属や木であっても、弾性変形する。しかし、その変形量はばねおよびゴムに比べて十分に小さいものであるため、ここでは非弾性体として分類するものとする。一方、弾性体は、スプリングばね、板ばね、空気ばね、ゴムなどを含む。
【００２１】
弾性支持体４０は、第二ベース１２に対して、荷重受体２０の中間部に位置する第三部位２３の下面を弾性体であるばねまたはゴムにより支持する。つまり、弾性支持体４０は、荷重受体２０の第一部位２１に受ける荷重Ｐの方向に抗するように、荷重受体２０を支持する。さらに、荷重受体２０の第一部位２１に受ける荷重Ｐが無荷重の場合に、弾性支持体４０の弾性体であるばねまたはゴムには、予圧縮を付与した状態に設けられている。この弾性支持体４０の予圧縮の力Ｆ０は、荷重受体２０の第一部位２１に荷重Ｐを受けることによって弾性支持体４０に生じる荷重Ｆ２より大きな力に設定されている。なお、荷重受体２０の第三部位２３は、第二部位２２よりも第一部位２１側に位置する。
【００２２】
第一例の支持装置の動作について説明する。荷重受体２０の第一部位２１に下方の荷重Ｐが作用した場合には、力の釣り合いおよびモーメントの釣り合いにより、非弾性支持体３０には圧縮する方向の力Ｆ１（図１の矢印）が作用し、弾性支持体４０にも圧縮する方向の力Ｆ２（図１の矢印）が作用する。このように、荷重受体２０の第一部位２１に受けた荷重Ｐを、非弾性支持体３０と弾性支持体４０とに分散して支持している。従って、非弾性支持体３０に生じる荷重Ｆ１、および、弾性支持体４０に生じる荷重Ｆ２は、荷重受体２０の第一部位２１が受ける荷重Ｐよりも小さくできる。
【００２３】
さらに、弾性支持体４０には、予めＦ０の圧縮荷重が付与されている。この予圧縮荷重Ｆ０は、荷重受体２０の第一部位２１に荷重Ｐを受けることによって弾性支持体４０に生じる荷重Ｆ２より十分に大きな力である。従って、荷重受体２０の第一部位２１に荷重Ｐを受けることによって変形する弾性支持体４０の圧縮変形量は、非常に小さいものとなる。つまり、荷重受体２０の第一部位２１が荷重Ｐを受けた場合における弾性支持体４０の支持長（図１の上下長さ）は、荷重受体２０の第一部位２１に無荷重状態の場合における弾性支持体４０の支持長（図１の上下長さ）とほとんど同一にできる。そうすると、荷重受体２０の第一部位２１が荷重Ｐを受けることによって弾性支持体４０に荷重Ｆ２が発生したとしても、弾性支持体４０が受ける全体の荷重（Ｆ０＋Ｆ２）はほとんど変化しないようにできる。つまり、弾性支持体４０に生じる全体の荷重（Ｆ０＋Ｆ２）を一定の範囲内にすることができる。これにより、弾性支持体４０に生じる全体の荷重（Ｆ０＋Ｆ２）の管理が容易となる。例えば、第二ベース１２の耐荷重に制限がある場合に有用である。
【００２４】
（第二例）
第二例の支持装置について、図２を参照して説明する。ここでは、第二例の支持装置について、第一例の支持装置に対する相違点のみについて説明する。第二例の支持装置において、荷重受体２０の第一部位２１には、図２に示すように上向きの荷重Ｐを受け得る。また、荷重受体２０の第一部位２１に受ける荷重Ｐが無荷重の場合に、弾性支持体４０の弾性体であるばねまたはゴムには、予引張を付与した状態に設けられている。この弾性支持体４０の予引張の力Ｆ０は、荷重受体２０の第一部位２１に荷重Ｐを受けることによって弾性支持体４０に生じる荷重Ｆ２より大きな力に設定されている。
【００２５】
この場合にも、第一例の支持装置と同様に、荷重受体２０の第一部位２１に受けた荷重Ｐを、非弾性支持体３０と弾性支持体４０とに分散して支持している。さらに、荷重受体２０の第一部位２１が荷重Ｐを受けることによって弾性支持体４０に荷重Ｆ２が発生したとしても、弾性支持体４０が受ける全体の荷重（Ｆ０＋Ｆ２）はほとんど変化しないようにできる。つまり、弾性支持体４０に生じる全体の荷重（Ｆ０＋Ｆ２）を一定の範囲内にすることができる。これにより、弾性支持体４０に生じる全体の荷重（Ｆ０＋Ｆ２）の管理が容易となる。
【００２６】
（第三例）
第三例の支持装置について、図３を参照して説明する。ここでは、第三例の支持装置について、第一例の支持装置に対する相違点のみについて説明する。第三例の支持装置において、荷重受体２０の中間部に位置する第一部位２１に、図３に示すように下向きの荷重Ｐを受け得る。非弾性支持体３０は、荷重受体２０の他端（図３の右端）を非弾性体により支持する。弾性支持体４０は、荷重受体２０の一端（図３の左端）を弾性体により支持する。そして、弾性支持体４０には、予圧縮が付与されている。
【００２７】
この場合にも、第一例の支持装置と同様に、荷重受体２０の第一部位２１に受けた荷重Ｐを、非弾性支持体３０と弾性支持体４０とに分散して支持している。さらに、荷重受体２０の第一部位２１が荷重Ｐを受けることによって弾性支持体４０に荷重Ｆ２が発生したとしても、弾性支持体４０が受ける全体の荷重（Ｆ０＋Ｆ２）はほとんど変化しないようにできる。つまり、弾性支持体４０に生じる全体の荷重（Ｆ０＋Ｆ２）を一定の範囲内にすることができる。これにより、弾性支持体４０に生じる全体の荷重（Ｆ０＋Ｆ２）の管理が容易となる。
【００２８】
（第四例）
第四例の支持装置について、図４を参照して説明する。第四例の支持装置は、基軸１３に対して荷重受体２０が回転可能に支持された構成である。図４に示すように、第四例の支持装置は、基軸１３と、荷重受体２０と、第一回転支持体３１と、弾性支持体４０と、第二回転支持体５０とを備えて構成される。基軸１０は、別部材に固定された軸である。荷重受体２０は、第一例の荷重受体２０と同一である。また、弾性支持体４０についても、第一例の弾性支持体４０と同一である。
【００２９】
第一回転支持体３１は、軸受（図４においては転がり軸受を図示）であり、基軸１３に対して、荷重受体２０の他端（図１の右端）に位置する第二部位２２の下面を回転可能に非弾性体により支持する。つまり、第一回転支持体３１は、荷重受体２０の第一部位２１に受ける荷重Ｐの方向に抗するように、すなわち荷重受体２０を径方向に支持する第二回転支持体５０は、基軸１０に対して弾性支持体４０を回転可能に支持する。
【００３０】
この場合、第一例の支持装置を回転体に適用したものであり、同様の作用効果を奏する。特に、第二回転支持体５０の耐荷重に制限がある場合には、有用である。さらに、第一回転支持体３１の径方向（軸直交方向）の耐荷重が、第二回転支持体５０の径方向（軸直交方向）の耐荷重より大きく設定されるものに適用すると、効果的に機能する。この場合、第二回転支持体５０の径方向の耐荷重が比較的小さいため、荷重の変化を許容させにくい。そこで、上述した構成とすることで、第二回転支持体５０の径方向の耐荷重が小さいとしても、確実にその耐荷重の範囲内にて使用可能となる。
【００３１】
（第五例）
第五例の支持装置について、図５を参照して説明する。第五例の支持装置は、第四例の第二回転支持体５０を減速機に置き換えたものである。図５に示すように、第五例の支持装置は、基軸１３と、荷重受体２０と、第一回転支持体３１と、弾性支持体４０と、回転駆動軸６０と、減速機７０とを備えて構成される。基軸１０は、別部材であるベース（図示せず）に固定された軸である。荷重受体２０は、第一例の荷重受体２０と同一である。また、弾性支持体４０についても、第一例の弾性支持体４０と同一である。また、第一回転支持体３１は、第四例の第一回転支持体３１と同一である。
【００３２】
回転駆動軸６０は、基軸１３と同軸上に設けられ、例えば電気モータや内燃機関などの回転駆動源８０が発生する回転駆動力により回転する。減速機７０は、第四例の第二回転支持体５０に対応する部分であり、回転駆動軸６０の回転駆動力を減速して弾性支持体４０に伝達する。つまり、荷重受体２０は、減速機７０により減速された回転力によって基軸１３および回転駆動軸６０の中心軸周りに回転可能となる。
【００３３】
この場合、第四例に示した支持装置と同様の作用効果を奏する。ここで、単なる軸受と減速機７０とを比較した場合に、両者の径方向の耐荷重が同程度の場合には、減速機７０は軸受よりも大型化してしまう。そのため、支持装置全体として小型化を図るためには、減速機７０の外形を小さなものとする必要がある。そうすると、減速機７０の径方向の耐荷重は、軸受の径方向の耐荷重よりも小さくせざるを得なくなる。このような場合に、減速機７０に対して弾性支持体４０を介在させることで、比較的小型な減速機７０を用いつつ、当該減速機７０に生じる荷重を確実に制限することができる。
【００３４】
（人間共存型ロボットに適用した支持装置）
上述した第五例の支持装置を人間共存型ロボット、例えば介護ロボットの関節部に適用した場合について、図６〜図８を参照して説明する。図６に示すように、ロボット１００は、人間の上半身部分を備え、当該上半身部分を指示する台座１１０には駆動用の車輪が配置されている。このロボット１００は、人間の操作によらず、自動的に走行動作を可能である。詳細には、ロボット１００は、二本の腕部１０１，１０２を備える。これら二本の腕部１０１，１０２は、肩関節、肘関節および手首関節を備え、各関節により角度を自在に駆動することができる。そして、当該二本の腕部１０１，１０２により、例えば被介護者を抱きかかえることができる。つまり、人間が人間を抱きかかえるのとほぼ同様に腕部１０１，１０２を動作させて、腕部１０１，１０２により人間を抱きかかえることができる。
【００３５】
また、ロボット１００の胴体部１２０は、台座１１０に対して、ロボット１００に正対して（正面から見た場合）、左右方向に揺動する関節部１２１を備える。つまり、当該関節部１２１は、ロボット１００の前後方向の軸周りに、台座１１０に対して胴体部１２０を回転させる関節部である。そして、この関節部１２１に、上述した支持装置を適用する。つまり、ロボット１００の腕部１０１，１０２に被介護者を抱きかかえていない場合に、関節部１２１には、ロボット１００の各部品の自重が作用するのみで、新たな荷重が発生していない無荷重状態となる。一方、ロボット１００の腕部１０１，１０２に被介護者を抱きかかえた場合には、被介護者の体重に応じた荷重が、関節部１２１に作用する。
【００３６】
以下に、関節部１２１の支持装置の構成について、図７および図８を参照して詳細に説明する。ここで、図７の左側がロボット１００の正面側であり、図７の右側がロボット１００の背面側である。図７および図８に示すように、関節部１２１は、ベース２１０と、第一，第二基軸２２１，２２２と、主，副荷重受体２３１，２３２と、第一回転支持体（非弾性支持体）２４０と、回転駆動軸２５０と、減速機２６０と、弾性支持体２７０とを備えて構成される。
【００３７】
ベース２１０は、ロボット１００の台座側に固定されている部材である。第一，第二基軸２２１，２２２は、ベース２１０に固定されている軸状または筒状の部材である。第一基軸２２１は、円環状に形成され、第一基軸２２１の一端側（図７の右側）がベース２１０に固定されている（図示しないボルトにより締結されている。）。また、第二基軸２２２は、ほぼ円盤状に形成されている。第二基軸２２２の一端側（図７の右側）が、第一基軸２２１の他端側（図７の左側）にボルトにより締結され、第二基軸２２２の外周面の下方部がベース２１０に固定されている。つまり、第一，第二基軸２２１，２２２は、ベース２１０と一体的に動作する。
【００３８】
主荷重受体２３１は、ほぼ平板状に形成され、ロボット１００の胴体部１２０側に固定されている。つまり、主荷重受体２３１は、ベース２１０に対して、ロボット１００の前後方向の軸回りに揺動する。ロボット１００の腕部１０１，１０２により人間を抱きかかえた状態において、主荷重受体２３１の第一部位２３１ａに荷重を受ける構造となっている。副荷重受体２３２は、主荷重受体２３１の下面にボルトにより締結されている。この副荷重受体２３２の下面のうち図７の左側には、後述する弾性支持体２７０のばね２７１の上端を収容するように凹部２３２ａが形成されている。また、副荷重受体２３２の一端（図７の左側）には、後述する弾性支持体２７０の下支持体２７２をガイドするためのガイド部２３２ｂが形成されている。
【００３９】
第一回転支持体（非弾性支持体）２４０は、主軸受２４１と、外輪側部材２４２とを備えて構成される。主軸受２４１は、第一基軸２２１と第二基軸２２２の間に挟まれて、かつ、第二基軸２２２の外周側に配置されている。外輪側部材２４２は、主軸受２４１の外輪に一体的に締結されている。つまり、外輪側部材２４２は、第一，第二基軸２２１，２２２に対して回転可能に配置されている。この外輪側部材２４２の外周面は、副荷重受体２３２の他端側（図７の右側）にボルトにより締結されている。つまり、第一回転支持体２４０は、主荷重受体２３１の他端側の第二部位２３１ｂを非弾性体により支持し、かつ、第一，第二基軸２２１，２２２に対して回転可能に支持している。
【００４０】
回転駆動軸２５０は、伝達軸２５１とプーリ２５２とを備えて構成される。伝達軸２５１の一端（図７の左側）の外周面には、軸方向に延びる凸条部（キー）２５１ａが形成されている。また、伝達軸２５１の他端（図７の右側）は、軸受２５１ｂを介して第二基軸２２２に回転可能に支持されている。プーリ２５２の内周面には、伝達軸２５１の一端側の凸条部２５１ａに嵌め合うキー溝２５２ａが形成されている。そして、キー溝２５２ａを凸条部２５１ａに嵌め込むことにより、プーリ２５２は、伝達軸２５１の一端に回転規制された状態で取り付けられている。このプーリ２５２と電気モータ（図示せず）の出力軸との間には、無端状ベルト（図示せず）が架けられている。つまり、電気モータの回転駆動力が無端状ベルトを介してプーリ２５２に伝達される。
【００４１】
減速機２６０は、伝達軸２５１の回転駆動力を減速した回転力を出力することができる。この減速機２６０は、伝達軸２５１に取り付けられ、かつ、第二基軸２２２の一端側に取り付けられている。この減速機２６０は、例えば、波動歯車減速機を用いる。具体的には、減速機２６０は、ウェーブジェネレータ２６１と、フレクスプライン２６２と、サーキュラスプライン２６３と、軸受２６４と、出力回転盤２６５とを備えて構成される。
【００４２】
ウェーブジェネレータ２６１は、楕円カム形状の外周面のウェーブプラグ２６１ａと、ウェーブプラグ２６１ａの外周面に嵌め込まれているウェーブベアリング２６１ｂとを備えて構成される。ウェーブプラグ２６１ａは、伝達軸２５１の外周側にボルトにより締結されている。また、ウェーブベアリング２６１ｂの外周面形状は、ウェーブプラグ２６１ａの外周面形状の相似形状である楕円形状をなしている。
【００４３】
フレクスプライン２６２は、端部が開口した薄肉のシルクハット形状に形成され、筒状胴部２６２ａとダイヤフラム２６２ｂとを備えて構成される。フレクスプライン２６２の筒状胴部２６２ａは、可撓性を有し、一方の開口端側の外周面には外歯が形成されている。この筒状胴部２６２ａは、ウェーブベアリング２６１ｂの外周側に嵌合され、ウェーブベアリング２６１ｂの外周面の楕円形状に倣って変形する。フレクスプライン２６２のダイヤフラム２６２ｂは、筒状胴部２６２ａの他端（図７の左側）から径方向外方に延びるように一体的に形成されている。このダイヤフラム２６２ｂの最外周部分の軸方向厚みは、内周部分に比べて厚く形成されている。
【００４４】
サーキュラスプライン２６３は、第二基軸２２２の一端に固定され、内周面に内歯が形成されている。サーキュラスプライン２６３の内歯の数は、フレクスプライン２６２の筒状胴部２６２ａの外歯の数よりも僅かに多く形成されている。そして、サーキュラスプライン２６３の内歯は、フレクスプライン２６２の筒状胴部２６２ａの外歯に噛み合っている。ただし、フレクスプライン２６２の筒状胴部２６２ａは楕円形状に変形しているため、サーキュラスプライン２６３の内歯とフレクスプライン２６２の筒状胴部２６２ａの外歯の噛み合っている部分は、楕円の長軸付近のみとなる。
【００４５】
軸受２６４は、クロスローラベアリングであり、軸受２６４の内輪は、サーキュラスプライン２６３にボルトにより締結されている。一方、軸受２６４の外輪は、フレクスプライン２６２のダイヤフラム２６２ｂの外周部分にボルトにより締結されている。
【００４６】
出力回転盤２６５は、円盤形状に形成されており、伝達軸２５１の軸方向中間部分に軸受２６５ａを介して回転可能に支持されている。この出力回転盤２６５は、軸受２６４の外輪およびフレクスプライン２６２のダイヤフラム２６２ｂにボルトにより締結されている。
【００４７】
上述した減速機２６０の動作を説明する。伝達軸２５１が回転すると、ウェーブジェネレータ２６１が回転する。つまり、ウェーブベアリング２６１ｂの長軸部分が周方向に移動する。この動作に伴って、サーキュラスプライン２６３の内歯とフレクスプライン２６２の筒状胴部２６２ａの外歯との噛み合い部位が周方向に移動する。一方、サーキュラスプライン２６３は第二基軸２２２に固定されている。そうすると、フレクスプライン２６２は、サーキュラスプライン２６３の内歯とフレクスプライン２６２の筒状胴部２６２ａの外歯との歯数差の分だけ回転する。そして、フレクスプライン２６２は、伝達軸２５１の回転を減速して、出力回転盤２６５を回転させる。
【００４８】
弾性支持体２７０は、金属製のばね２７１と、ばね２７１の下端を支持する下支持体２７２とを備えて構成される。このばね２７１の上端は、副荷重受体２３２の凹部２３２ａに収容されている。さらに、このばね２７１は、予め圧縮された状態で組み付けられている。この予圧縮の力は、主荷重受体２３１の第一部位２３１ａに荷重を受けることによってばね２７１に生じる荷重より大きな力に設定されている。
【００４９】
下支持体２７２は、厚肉の板状であって、減速機２６０の出力回転盤２６５の上方にボルトにより締結されている。図８に示すように、下支持体２７２の軸方向視において上面の左右方向中央部には、上方に突出する突起２７２ａが形成されている。この突起２７２ａは、ばね２７１の下端側の内部に挿入され、ばね２７１の位置ずれ防止機能を発揮している。さらに、下支持体２７２は、副荷重受体２３２のガイド部により、副荷重受体２３２に対して上下方向に移動可能となるようにガイドされている。つまり、主荷重受体２３１の第三部位２３１ｃ（第一部位２３１ａと第二部位２３１ｂの中間）が、弾性支持体２７０を介して減速機２６０に支持されている。
【００５０】
このような構成により、上述した第五例にて説明したように、主荷重受体２３１の第一部位２３１ａに荷重を受けた場合に、当該荷重は、第一回転支持体（非弾性支持体）２４０と弾性支持体２７０とに分散できる。従って、第一回転支持体２４０が受ける荷重および弾性支持体２７０が受ける荷重は、主荷重受体２３１の第一部位２３１ａに受ける荷重よりも小さくできる。
【００５１】
また、減速機２６０を小型にすると、減速機２６０の耐荷重が小さくなってしまう。そこで、上述したように、副荷重受体２３２と減速機２６０の出力回転盤２６５との間に予圧縮されたばね２７１を介在させることで、すなわち減速機２６０に対して副荷重受体２３２を予圧縮されたばね２７１により支持することにより、減速機２６０に生じる荷重を一定の範囲にすることができる。これにより、比較的小型な減速機２６０を用いつつ、減速機２６０に生じる荷重を確実に制限することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０，１３：基軸、 １１：第一ベース、 １２：第二ベース
２０：荷重受体、 ２１：第一部位、 ２２：第二部位、 ２３：第三部位
３０：非弾性支持体、 ３１：第一回転支持体
４０：弾性支持体、 ５０：第二回転支持体、 ６０：回転駆動軸
７０：減速機、 ８０：回転駆動源
１００：ロボット、 １０１，１０２：腕部、 １１０：台座
１２０：胴体部、 １２１：関節部
２１０：ベース、 ２２１：第一基軸、 ２２２：第二基軸
２３１：主荷重受体、 ２３１ａ：第一部位、 ２３１ｂ：第二部位
２３１ｃ：第三部位
２３２：副荷重受体、 ２３２ａ：凹部、 ２３２ｂ：ガイド部
２４０：第一回転支持体、 ２４１：主軸受、 ２４２：外輪側部材
２５０：回転駆動軸、 ２５１：伝達軸、 ２５１ａ：凸条部、 ２５１ｂ：軸受
２５２：プーリ、 ２５２ａ：キー溝
２６０：減速機、 ２６１：ウェーブジェネレータ、 ２６１ａ：ウェーブプラグ
２６１ｂ：ウェーブベアリング、 ２６２：フレクスプライン、 ２６２ａ：筒状胴部
２６２ｂ：ダイヤフラム、 ２６３：サーキュラスプライン
２６４：軸受、 ２６５：出力回転盤、 ２６５ａ：軸受
２７０：弾性支持体、 ２７１：ばね、 ２７２：下支持体、 ２７２ａ：突起
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばロボットの関節部や種々の可動支持構造部において、回転軸を支持する構造において、軸方向の複数箇所において支持することが一般的である。例えば、回転軸の一端部と回転軸の中間部の２カ所を軸受により支持され、回転軸の他端部に径方向荷重を受ける場合を考える。このような支持構造においては、回転軸の中間部を支持する軸受には、非常に大きな荷重が作用する。そのため、回転軸の中間部における軸受の耐荷重が大きなものとせざるを得ない。これは、回転軸の他端部に受ける荷重が、２カ所の軸受に分散されていないためである。そのため、２カ所の軸受に荷重を分散することが望まれる。
【０００３】
ところで、特表２００５−５２６９３３号公報（特許文献１）には、ハウジングの内周面において、軸の一端部が軸受のみにより支持され、軸の他端部が歯車に噛み合い、軸の中間部が軸受により支持されると共にばねにより歯車との噛み合い位置に向けて付勢する構成が記載されている。これにより、軸の他端部における歯車との噛み合い部分に、歯車から径方向に押しつける力が付与されたとしても、ばねの付勢力により軸の中心を一定とすることができるとされている。
【０００４】
また、特開２００５−２９７０８０号公報（特許文献２）には、ロボットの関節装置において、モータを支持するベアリングに対して軸方向の予圧を付与することが記載されている。また、実公平８−１０５２４号公報（特許文献３）には、ロボットの関節部において、傾動アームの端部をばねによって旋回アームに支持されることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００５−５２６９３３号公報
【特許文献２】特開２００５−２９７０８０号公報
【特許文献３】実公平８−１０５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の支持装置においては、回転軸が受ける荷重が常に一定であることを前提として、回転軸の中心が移動しないようにばねによる付勢力が設定されている。つまり、ロボットの関節部や可動支持構造部のように、受ける荷重が変化するものに適用することができない。また、特許文献２，３の支持装置は、径方向の荷重を分散するものではない。
【０００７】
ところで、回転軸の他端部に受ける荷重を２カ所の支持部に分散することが望まれることは上述したとおりである。ここで、回転部を支持する軸受などの支持体には、耐荷重が設定されている。つまり、一般に、それぞれの軸受などの支持体が受け得る最大の荷重は、予め決められている。従って、支持構造を設計する際には、当該支持体が受け得る最大の荷重が必ず耐荷重の範囲内にする必要がある。
【０００８】
そして、２カ所の支持体のそれぞれの耐荷重が異なる場合には、それぞれの耐荷重に応じた荷重の分散ができるように設計しなければならない。しかしながら、このように設計することは容易ではない。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、例えば回転軸の場合には径方向の荷重を受けた場合に、回転軸を支持する複数箇所にて確実に分散することができると共に、それぞれの支持箇所の耐荷重に応じて適切な荷重の分散を容易にできる支持装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本支持装置は、第一部位に荷重を受け得る荷重受体と、前記荷重受体の第二部位を非弾性体により支持する非弾性支持体と、前記荷重受体のうち前記第二部位より前記第一部位側に位置する第三部位を弾性体により支持し、前記第一部位に受ける前記荷重が無荷重の場合において前記荷重受体が受け得る前記荷重の方向に予圧縮または予引張を付与した状態に設けられる弾性支持体と、を備え、前記弾性支持体による予圧縮または予引張の力は、前記荷重受体の前記第一部位に前記荷重を受けることによって前記弾性支持体に生じる荷重より大きな力に設定される。
【００１１】
上記支持装置によれば、荷重受体が受ける荷重を弾性支持体と非弾性支持体に確実に分散することができる。従って、弾性支持体に生じる荷重、および、非弾性支持体に生じる荷重は、荷重受体の第一部位が受ける荷重よりも小さくできる。さらに、弾性支持体に予圧縮または予引張を付与すると共に、弾性支持体に付与されている予圧縮または予引張の力を荷重受体が荷重を受けることによって弾性支持体に生じる荷重よりも十分に大きく設定している。そうすると、荷重受体が荷重を受けることによって弾性支持体に荷重が発生したとしても、弾性支持体が受ける全体の荷重はほとんど変化しないようにできる。つまり、弾性支持体が受ける荷重を一定の範囲内にすることができる。これにより、弾性支持体に生じる荷重の管理が容易となる。
【００１２】
また、前記支持装置は、基軸と、前記基軸に対して前記荷重受体の前記第二部位を回転可能に支持する前記非弾性支持体としての第一回転支持体と、前記基軸に対して前記弾性支持体を回転可能に支持する第二回転支持体と、を備えるようとしてもよい。このように、回転体に適用して、荷重受体に対して基軸の径方向に荷重を受けたとしても、上述した効果を奏する。
【００１３】
また、前記第一回転支持体の軸直交方向の耐荷重は、前記第二回転支持体の軸直交方向の耐荷重より大きく設定されるようにしてもよい。このような場合に、非常に有用である。つまり、耐荷重が小さな第二回転支持体に、弾性支持体を介在することで、確実に第二回転支持体に生じる荷重を抑制することができる。
【００１４】
また、前記支持装置は、前記基軸に対して回転可能に設けられ回転駆動力により回転する回転駆動軸を備え、前記基軸は、ベースに固定され、前記第一回転支持体は、前記基軸に回転可能に設けられると共に、前記荷重受体の前記第二部位を支持する第一軸受であり、前記第二回転支持体は、前記回転駆動軸の回転駆動力を減速して前記弾性支持体に伝達する減速機であるとしてもよい。
【００１５】
ここで、単なる軸受と減速機とを比較した場合に、同程度の耐荷重の場合には、減速機は軸受よりも大型化してしまう。そのため、支持装置全体として小型化を図るためには、減速機の外形を小さなものとする必要がある。そうすると、減速機の耐荷重は、軸受の耐荷重よりも小さくせざるを得なくなる。このような場合に、減速機に対して弾性支持体を介在させることで、比較的小型な減速機を用いつつ、当該減速機に生じる荷重を確実に制限することができる。
【００１６】
また、前記支持装置は、関節部を有するロボットの前記関節部に用いられるようにしてもよい。ロボットの関節部には、上述したように、荷重を分散すると共に、分散された荷重の少なくとも一方を確実に制限することが特に望まれる。そこで、ロボットの関節部に上述した支持装置を適用することで、当該要請を確実に満たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第一例の支持装置を示す模式図の例である。
【図２】第二例の支持装置を示す模式図の例である。
【図３】第三例の支持装置を示す模式図の例である。
【図４】第四例の支持装置を示す模式図の例である。
【図５】第五例の支持装置を示す模式図の例である。
【図６】ロボットの正面図である。
【図７】ロボットの関節部に用いる支持装置の軸方向断面図の例である。
【図８】図７の右側（軸方向）から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（本実施形態の概念説明）
本発明の支持装置を具体化した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。まず、本実施形態の概念について、第一例から第五例について説明する。
【００１９】
（第一例）
第一例の支持装置について、図１を参照して説明する。図１に示すように、第一例の支持装置は、第一ベース１１と、第二ベース１２と、荷重受体２０と、非弾性支持体３０と、弾性支持体４０とを備えて構成される。第一ベース１１および第二ベース１２は、別部材に固定される。荷重受体２０は、ここでは梁として説明する。そして、荷重受体２０の一端（図１の左端）に位置する第一部位２１に、図１の下方向への荷重Ｐを受け得る。ただし、荷重受体２０の第一部位２１には、荷重Ｐを受けていない無荷重状態の場合を含む。つまり、荷重受体２０の第一部位２１には、無荷重から所定の荷重までの範囲の荷重Ｐを受け得る。
【００２０】
非弾性支持体３０は、第一ベース１１に対して、荷重受体２０の他端（図１の右端）に位置する第二部位２２の下面を非弾性体により支持する。つまり、非弾性支持体３０は、荷重受体２０の第一部位２１に受ける荷重Ｐの方向に抗するように、荷重受体２０を支持する。ここで、非弾性体とは、ばねおよびゴムを除く意味であり、例えば、金属や木などによる固定手段を意味する。つまり、物理的には、金属や木であっても、弾性変形する。しかし、その変形量はばねおよびゴムに比べて十分に小さいものであるため、ここでは非弾性体として分類するものとする。一方、弾性体は、スプリングばね、板ばね、空気ばね、ゴムなどを含む。
【００２１】
弾性支持体４０は、第二ベース１２に対して、荷重受体２０の中間部に位置する第三部位２３の下面を弾性体であるばねまたはゴムにより支持する。つまり、弾性支持体４０は、荷重受体２０の第一部位２１に受ける荷重Ｐの方向に抗するように、荷重受体２０を支持する。さらに、荷重受体２０の第一部位２１に受ける荷重Ｐが無荷重の場合に、弾性支持体４０の弾性体であるばねまたはゴムには、予圧縮を付与した状態に設けられている。この弾性支持体４０の予圧縮の力Ｆ０は、荷重受体２０の第一部位２１に荷重Ｐを受けることによって弾性支持体４０に生じる荷重Ｆ２より大きな力に設定されている。なお、荷重受体２０の第三部位２３は、第二部位２２よりも第一部位２１側に位置する。
【００２２】
第一例の支持装置の動作について説明する。荷重受体２０の第一部位２１に下方の荷重Ｐが作用した場合には、力の釣り合いおよびモーメントの釣り合いにより、非弾性支持体３０には圧縮する方向の力Ｆ１（図１の矢印）が作用し、弾性支持体４０にも圧縮する方向の力Ｆ２（図１の矢印）が作用する。このように、荷重受体２０の第一部位２１に受けた荷重Ｐを、非弾性支持体３０と弾性支持体４０とに分散して支持している。従って、非弾性支持体３０に生じる荷重Ｆ１、および、弾性支持体４０に生じる荷重Ｆ２は、荷重受体２０の第一部位２１が受ける荷重Ｐよりも小さくできる。
【００２３】
さらに、弾性支持体４０には、予めＦ０の圧縮荷重が付与されている。この予圧縮荷重Ｆ０は、荷重受体２０の第一部位２１に荷重Ｐを受けることによって弾性支持体４０に生じる荷重Ｆ２より十分に大きな力である。従って、荷重受体２０の第一部位２１に荷重Ｐを受けることによって変形する弾性支持体４０の圧縮変形量は、非常に小さいものとなる。つまり、荷重受体２０の第一部位２１が荷重Ｐを受けた場合における弾性支持体４０の支持長（図１の上下長さ）は、荷重受体２０の第一部位２１に無荷重状態の場合における弾性支持体４０の支持長（図１の上下長さ）とほとんど同一にできる。そうすると、荷重受体２０の第一部位２１が荷重Ｐを受けることによって弾性支持体４０に荷重Ｆ２が発生したとしても、弾性支持体４０が受ける全体の荷重（Ｆ０＋Ｆ２）はほとんど変化しないようにできる。つまり、弾性支持体４０に生じる全体の荷重（Ｆ０＋Ｆ２）を一定の範囲内にすることができる。これにより、弾性支持体４０に生じる全体の荷重（Ｆ０＋Ｆ２）の管理が容易となる。例えば、第二ベース１２の耐荷重に制限がある場合に有用である。
【００２４】
（第二例）
第二例の支持装置について、図２を参照して説明する。ここでは、第二例の支持装置について、第一例の支持装置に対する相違点のみについて説明する。第二例の支持装置において、荷重受体２０の第一部位２１には、図２に示すように上向きの荷重Ｐを受け得る。また、荷重受体２０の第一部位２１に受ける荷重Ｐが無荷重の場合に、弾性支持体４０の弾性体であるばねまたはゴムには、予引張を付与した状態に設けられている。この弾性支持体４０の予引張の力Ｆ０は、荷重受体２０の第一部位２１に荷重Ｐを受けることによって弾性支持体４０に生じる荷重Ｆ２より大きな力に設定されている。
【００２５】
この場合にも、第一例の支持装置と同様に、荷重受体２０の第一部位２１に受けた荷重Ｐを、非弾性支持体３０と弾性支持体４０とに分散して支持している。さらに、荷重受体２０の第一部位２１が荷重Ｐを受けることによって弾性支持体４０に荷重Ｆ２が発生したとしても、弾性支持体４０が受ける全体の荷重（Ｆ０＋Ｆ２）はほとんど変化しないようにできる。つまり、弾性支持体４０に生じる全体の荷重（Ｆ０＋Ｆ２）を一定の範囲内にすることができる。これにより、弾性支持体４０に生じる全体の荷重（Ｆ０＋Ｆ２）の管理が容易となる。
【００２６】
（第三例）
第三例の支持装置について、図３を参照して説明する。ここでは、第三例の支持装置について、第一例の支持装置に対する相違点のみについて説明する。第三例の支持装置において、荷重受体２０の中間部に位置する第一部位２１に、図３に示すように下向きの荷重Ｐを受け得る。非弾性支持体３０は、荷重受体２０の他端（図３の右端）を非弾性体により支持する。弾性支持体４０は、荷重受体２０の一端（図３の左端）を弾性体により支持する。そして、弾性支持体４０には、予圧縮が付与されている。
【００２７】
この場合にも、第一例の支持装置と同様に、荷重受体２０の第一部位２１に受けた荷重Ｐを、非弾性支持体３０と弾性支持体４０とに分散して支持している。さらに、荷重受体２０の第一部位２１が荷重Ｐを受けることによって弾性支持体４０に荷重Ｆ２が発生したとしても、弾性支持体４０が受ける全体の荷重（Ｆ０＋Ｆ２）はほとんど変化しないようにできる。つまり、弾性支持体４０に生じる全体の荷重（Ｆ０＋Ｆ２）を一定の範囲内にすることができる。これにより、弾性支持体４０に生じる全体の荷重（Ｆ０＋Ｆ２）の管理が容易となる。
【００２８】
（第四例）
第四例の支持装置について、図４を参照して説明する。第四例の支持装置は、基軸１３に対して荷重受体２０が回転可能に支持された構成である。図４に示すように、第四例の支持装置は、基軸１３と、荷重受体２０と、第一回転支持体３１と、弾性支持体４０と、第二回転支持体５０とを備えて構成される。基軸１０は、別部材に固定された軸である。荷重受体２０は、第一例の荷重受体２０と同一である。また、弾性支持体４０についても、第一例の弾性支持体４０と同一である。
【００２９】
第一回転支持体３１は、軸受（図４においては転がり軸受を図示）であり、基軸１３に対して、荷重受体２０の他端（図１の右端）に位置する第二部位２２の下面を回転可能に非弾性体により支持する。つまり、第一回転支持体３１は、荷重受体２０の第一部位２１に受ける荷重Ｐの方向に抗するように、すなわち荷重受体２０を径方向に支持する第二回転支持体５０は、基軸１０に対して弾性支持体４０を回転可能に支持する。
【００３０】
この場合、第一例の支持装置を回転体に適用したものであり、同様の作用効果を奏する。特に、第二回転支持体５０の耐荷重に制限がある場合には、有用である。さらに、第一回転支持体３１の径方向（軸直交方向）の耐荷重が、第二回転支持体５０の径方向（軸直交方向）の耐荷重より大きく設定されるものに適用すると、効果的に機能する。この場合、第二回転支持体５０の径方向の耐荷重が比較的小さいため、荷重の変化を許容させにくい。そこで、上述した構成とすることで、第二回転支持体５０の径方向の耐荷重が小さいとしても、確実にその耐荷重の範囲内にて使用可能となる。
【００３１】
（第五例）
第五例の支持装置について、図５を参照して説明する。第五例の支持装置は、第四例の第二回転支持体５０を減速機に置き換えたものである。図５に示すように、第五例の支持装置は、基軸１３と、荷重受体２０と、第一回転支持体３１と、弾性支持体４０と、回転駆動軸６０と、減速機７０とを備えて構成される。基軸１０は、別部材であるベース（図示せず）に固定された軸である。荷重受体２０は、第一例の荷重受体２０と同一である。また、弾性支持体４０についても、第一例の弾性支持体４０と同一である。また、第一回転支持体３１は、第四例の第一回転支持体３１と同一である。
【００３２】
回転駆動軸６０は、基軸１３と同軸上に設けられ、例えば電気モータや内燃機関などの回転駆動源８０が発生する回転駆動力により回転する。減速機７０は、第四例の第二回転支持体５０に対応する部分であり、回転駆動軸６０の回転駆動力を減速して弾性支持体４０に伝達する。つまり、荷重受体２０は、減速機７０により減速された回転力によって基軸１３および回転駆動軸６０の中心軸周りに回転可能となる。
【００３３】
この場合、第四例に示した支持装置と同様の作用効果を奏する。ここで、単なる軸受と減速機７０とを比較した場合に、両者の径方向の耐荷重が同程度の場合には、減速機７０は軸受よりも大型化してしまう。そのため、支持装置全体として小型化を図るためには、減速機７０の外形を小さなものとする必要がある。そうすると、減速機７０の径方向の耐荷重は、軸受の径方向の耐荷重よりも小さくせざるを得なくなる。このような場合に、減速機７０に対して弾性支持体４０を介在させることで、比較的小型な減速機７０を用いつつ、当該減速機７０に生じる荷重を確実に制限することができる。
【００３４】
（人間共存型ロボットに適用した支持装置）
上述した第五例の支持装置を人間共存型ロボット、例えば介護ロボットの関節部に適用した場合について、図６〜図８を参照して説明する。図６に示すように、ロボット１００は、人間の上半身部分を備え、当該上半身部分を指示する台座１１０には駆動用の車輪が配置されている。このロボット１００は、人間の操作によらず、自動的に走行動作を可能である。詳細には、ロボット１００は、二本の腕部１０１，１０２を備える。これら二本の腕部１０１，１０２は、肩関節、肘関節および手首関節を備え、各関節により角度を自在に駆動することができる。そして、当該二本の腕部１０１，１０２により、例えば被介護者を抱きかかえることができる。つまり、人間が人間を抱きかかえるのとほぼ同様に腕部１０１，１０２を動作させて、腕部１０１，１０２により人間を抱きかかえることができる。
【００３５】
また、ロボット１００の胴体部１２０は、台座１１０に対して、ロボット１００に正対して（正面から見た場合）、左右方向に揺動する関節部１２１を備える。つまり、当該関節部１２１は、ロボット１００の前後方向の軸周りに、台座１１０に対して胴体部１２０を回転させる関節部である。そして、この関節部１２１に、上述した支持装置を適用する。つまり、ロボット１００の腕部１０１，１０２に被介護者を抱きかかえていない場合に、関節部１２１には、ロボット１００の各部品の自重が作用するのみで、新たな荷重が発生していない無荷重状態となる。一方、ロボット１００の腕部１０１，１０２に被介護者を抱きかかえた場合には、被介護者の体重に応じた荷重が、関節部１２１に作用する。
【００３６】
以下に、関節部１２１の支持装置の構成について、図７および図８を参照して詳細に説明する。ここで、図７の左側がロボット１００の正面側であり、図７の右側がロボット１００の背面側である。図７および図８に示すように、関節部１２１は、ベース２１０と、第一，第二基軸２２１，２２２と、主，副荷重受体２３１，２３２と、第一回転支持体（非弾性支持体）２４０と、回転駆動軸２５０と、減速機２６０と、弾性支持体２７０とを備えて構成される。
【００３７】
ベース２１０は、ロボット１００の台座側に固定されている部材である。第一，第二基軸２２１，２２２は、ベース２１０に固定されている軸状または筒状の部材である。第一基軸２２１は、円環状に形成され、第一基軸２２１の一端側（図７の右側）がベース２１０に固定されている（図示しないボルトにより締結されている。）。また、第二基軸２２２は、ほぼ円盤状に形成されている。第二基軸２２２の一端側（図７の右側）が、第一基軸２２１の他端側（図７の左側）にボルトにより締結され、第二基軸２２２の外周面の下方部がベース２１０に固定されている。つまり、第一，第二基軸２２１，２２２は、ベース２１０と一体的に動作する。
【００３８】
主荷重受体２３１は、ほぼ平板状に形成され、ロボット１００の胴体部１２０側に固定されている。つまり、主荷重受体２３１は、ベース２１０に対して、ロボット１００の前後方向の軸回りに揺動する。ロボット１００の腕部１０１，１０２により人間を抱きかかえた状態において、主荷重受体２３１の第一部位２３１ａに荷重を受ける構造となっている。副荷重受体２３２は、主荷重受体２３１の下面にボルトにより締結されている。この副荷重受体２３２の下面のうち図７の左側には、後述する弾性支持体２７０のばね２７１の上端を収容するように凹部２３２ａが形成されている。また、副荷重受体２３２の一端（図７の左側）には、後述する弾性支持体２７０の下支持体２７２をガイドするためのガイド部２３２ｂが形成されている。
【００３９】
第一回転支持体（非弾性支持体）２４０は、主軸受２４１と、外輪側部材２４２とを備えて構成される。主軸受２４１は、第一基軸２２１と第二基軸２２２の間に挟まれて、かつ、第二基軸２２２の外周側に配置されている。外輪側部材２４２は、主軸受２４１の外輪に一体的に締結されている。つまり、外輪側部材２４２は、第一，第二基軸２２１，２２２に対して回転可能に配置されている。この外輪側部材２４２の外周面は、副荷重受体２３２の他端側（図７の右側）にボルトにより締結されている。つまり、第一回転支持体２４０は、主荷重受体２３１の他端側の第二部位２３１ｂを非弾性体により支持し、かつ、第一，第二基軸２２１，２２２に対して回転可能に支持している。
【００４０】
回転駆動軸２５０は、伝達軸２５１とプーリ２５２とを備えて構成される。伝達軸２５１の一端（図７の左側）の外周面には、軸方向に延びる凸条部（キー）２５１ａが形成されている。また、伝達軸２５１の他端（図７の右側）は、軸受２５１ｂを介して第二基軸２２２に回転可能に支持されている。プーリ２５２の内周面には、伝達軸２５１の一端側の凸条部２５１ａに嵌め合うキー溝２５２ａが形成されている。そして、キー溝２５２ａを凸条部２５１ａに嵌め込むことにより、プーリ２５２は、伝達軸２５１の一端に回転規制された状態で取り付けられている。このプーリ２５２と電気モータ（図示せず）の出力軸との間には、無端状ベルト（図示せず）が架けられている。つまり、電気モータの回転駆動力が無端状ベルトを介してプーリ２５２に伝達される。
【００４１】
減速機２６０は、伝達軸２５１の回転駆動力を減速した回転力を出力することができる。この減速機２６０は、伝達軸２５１に取り付けられ、かつ、第二基軸２２２の一端側に取り付けられている。この減速機２６０は、例えば、波動歯車減速機を用いる。具体的には、減速機２６０は、ウェーブジェネレータ２６１と、フレクスプライン２６２と、サーキュラスプライン２６３と、軸受２６４と、出力回転盤２６５とを備えて構成される。
【００４２】
ウェーブジェネレータ２６１は、楕円カム形状の外周面のウェーブプラグ２６１ａと、ウェーブプラグ２６１ａの外周面に嵌め込まれているウェーブベアリング２６１ｂとを備えて構成される。ウェーブプラグ２６１ａは、伝達軸２５１の外周側にボルトにより締結されている。また、ウェーブベアリング２６１ｂの外周面形状は、ウェーブプラグ２６１ａの外周面形状の相似形状である楕円形状をなしている。
【００４３】
フレクスプライン２６２は、端部が開口した薄肉のシルクハット形状に形成され、筒状胴部２６２ａとダイヤフラム２６２ｂとを備えて構成される。フレクスプライン２６２の筒状胴部２６２ａは、可撓性を有し、一方の開口端側の外周面には外歯が形成されている。この筒状胴部２６２ａは、ウェーブベアリング２６１ｂの外周側に嵌合され、ウェーブベアリング２６１ｂの外周面の楕円形状に倣って変形する。フレクスプライン２６２のダイヤフラム２６２ｂは、筒状胴部２６２ａの他端（図７の左側）から径方向外方に延びるように一体的に形成されている。このダイヤフラム２６２ｂの最外周部分の軸方向厚みは、内周部分に比べて厚く形成されている。
【００４４】
サーキュラスプライン２６３は、第二基軸２２２の一端に固定され、内周面に内歯が形成されている。サーキュラスプライン２６３の内歯の数は、フレクスプライン２６２の筒状胴部２６２ａの外歯の数よりも僅かに多く形成されている。そして、サーキュラスプライン２６３の内歯は、フレクスプライン２６２の筒状胴部２６２ａの外歯に噛み合っている。ただし、フレクスプライン２６２の筒状胴部２６２ａは楕円形状に変形しているため、サーキュラスプライン２６３の内歯とフレクスプライン２６２の筒状胴部２６２ａの外歯の噛み合っている部分は、楕円の長軸付近のみとなる。
【００４５】
軸受２６４は、クロスローラベアリングであり、軸受２６４の内輪は、サーキュラスプライン２６３にボルトにより締結されている。一方、軸受２６４の外輪は、フレクスプライン２６２のダイヤフラム２６２ｂの外周部分にボルトにより締結されている。
【００４６】
出力回転盤２６５は、円盤形状に形成されており、伝達軸２５１の軸方向中間部分に軸受２６５ａを介して回転可能に支持されている。この出力回転盤２６５は、軸受２６４の外輪およびフレクスプライン２６２のダイヤフラム２６２ｂにボルトにより締結されている。
【００４７】
上述した減速機２６０の動作を説明する。伝達軸２５１が回転すると、ウェーブジェネレータ２６１が回転する。つまり、ウェーブベアリング２６１ｂの長軸部分が周方向に移動する。この動作に伴って、サーキュラスプライン２６３の内歯とフレクスプライン２６２の筒状胴部２６２ａの外歯との噛み合い部位が周方向に移動する。一方、サーキュラスプライン２６３は第二基軸２２２に固定されている。そうすると、フレクスプライン２６２は、サーキュラスプライン２６３の内歯とフレクスプライン２６２の筒状胴部２６２ａの外歯との歯数差の分だけ回転する。そして、フレクスプライン２６２は、伝達軸２５１の回転を減速して、出力回転盤２６５を回転させる。
【００４８】
弾性支持体２７０は、金属製のばね２７１と、ばね２７１の下端を支持する下支持体２７２とを備えて構成される。このばね２７１の上端は、副荷重受体２３２の凹部２３２ａに収容されている。さらに、このばね２７１は、予め圧縮された状態で組み付けられている。この予圧縮の力は、主荷重受体２３１の第一部位２３１ａに荷重を受けることによってばね２７１に生じる荷重より大きな力に設定されている。
【００４９】
下支持体２７２は、厚肉の板状であって、減速機２６０の出力回転盤２６５の上方にボルトにより締結されている。図８に示すように、下支持体２７２の軸方向視において上面の左右方向中央部には、上方に突出する突起２７２ａが形成されている。この突起２７２ａは、ばね２７１の下端側の内部に挿入され、ばね２７１の位置ずれ防止機能を発揮している。さらに、下支持体２７２は、副荷重受体２３２のガイド部により、副荷重受体２３２に対して上下方向に移動可能となるようにガイドされている。つまり、主荷重受体２３１の第三部位２３１ｃ（第一部位２３１ａと第二部位２３１ｂの中間）が、弾性支持体２７０を介して減速機２６０に支持されている。
【００５０】
このような構成により、上述した第五例にて説明したように、主荷重受体２３１の第一部位２３１ａに荷重を受けた場合に、当該荷重は、第一回転支持体（非弾性支持体）２４０と弾性支持体２７０とに分散できる。従って、第一回転支持体２４０が受ける荷重および弾性支持体２７０が受ける荷重は、主荷重受体２３１の第一部位２３１ａに受ける荷重よりも小さくできる。
【００５１】
また、減速機２６０を小型にすると、減速機２６０の耐荷重が小さくなってしまう。そこで、上述したように、副荷重受体２３２と減速機２６０の出力回転盤２６５との間に予圧縮されたばね２７１を介在させることで、すなわち減速機２６０に対して副荷重受体２３２を予圧縮されたばね２７１により支持することにより、減速機２６０に生じる荷重を一定の範囲にすることができる。これにより、比較的小型な減速機２６０を用いつつ、減速機２６０に生じる荷重を確実に制限することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０，１３：基軸、 １１：第一ベース、 １２：第二ベース
２０：荷重受体、 ２１：第一部位、 ２２：第二部位、 ２３：第三部位
３０：非弾性支持体、 ３１：第一回転支持体
４０：弾性支持体、 ５０：第二回転支持体、 ６０：回転駆動軸
７０：減速機、 ８０：回転駆動源
１００：ロボット、 １０１，１０２：腕部、 １１０：台座
１２０：胴体部、 １２１：関節部
２１０：ベース、 ２２１：第一基軸、 ２２２：第二基軸
２３１：主荷重受体、 ２３１ａ：第一部位、 ２３１ｂ：第二部位
２３１ｃ：第三部位
２３２：副荷重受体、 ２３２ａ：凹部、 ２３２ｂ：ガイド部
２４０：第一回転支持体、 ２４１：主軸受、 ２４２：外輪側部材
２５０：回転駆動軸、 ２５１：伝達軸、 ２５１ａ：凸条部、 ２５１ｂ：軸受
２５２：プーリ、 ２５２ａ：キー溝
２６０：減速機、 ２６１：ウェーブジェネレータ、 ２６１ａ：ウェーブプラグ
２６１ｂ：ウェーブベアリング、 ２６２：フレクスプライン、 ２６２ａ：筒状胴部
２６２ｂ：ダイヤフラム、 ２６３：サーキュラスプライン
２６４：軸受、 ２６５：出力回転盤、 ２６５ａ：軸受
２７０：弾性支持体、 ２７１：ばね、 ２７２：下支持体、 ２７２ａ：突起
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一部位に荷重を受け得る荷重受体と、
前記荷重受体の第二部位を非弾性体により支持する非弾性支持体と、
前記荷重受体のうち前記第二部位より前記第一部位側に位置する第三部位を弾性体により支持し、前記第一部位に受ける前記荷重が無荷重の場合において前記荷重受体が受け得る前記荷重の方向に予圧縮または予引張を付与した状態に設けられる弾性支持体と、
を備え、
前記弾性支持体による予圧縮または予引張の力は、前記荷重受体の前記第一部位に前記荷重を受けることによって前記弾性支持体に生じる荷重より大きな力に設定される支持装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記支持装置は、
基軸と、
前記基軸に対して前記荷重受体の前記第二部位を回転可能に支持する前記非弾性支持体としての第一回転支持体と、
前記基軸に対して前記弾性支持体を回転可能に支持する第二回転支持体と、
を備える支持装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記第一回転支持体の軸直交方向の耐荷重は、前記第二回転支持体の軸直交方向の耐荷重より大きく設定される支持装置。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記支持装置は、前記基軸に対して回転可能に設けられ回転駆動力により回転する回転駆動軸を備え、
前記基軸は、ベースに固定され、
前記第一回転支持体は、前記基軸に回転可能に設けられると共に、前記荷重受体の前記第二部位を支持する第一軸受であり、
前記第二回転支持体は、前記回転駆動軸の回転駆動力を減速して前記弾性支持体に伝達する減速機である支持装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項において、
前記支持装置は、関節部を有するロボットの前記関節部に用いられる支持装置。
【請求項１】
第一部位に荷重を受け得る荷重受体と、
前記荷重受体の第二部位を非弾性体により支持する非弾性支持体と、
前記荷重受体のうち前記第二部位より前記第一部位側に位置する第三部位を弾性体により支持し、前記第一部位に受ける前記荷重が無荷重の場合において前記荷重受体が受け得る前記荷重の方向に予圧縮または予引張を付与した状態に設けられる弾性支持体と、
を備え、
前記弾性支持体による予圧縮または予引張の力は、前記荷重受体の前記第一部位に前記荷重を受けることによって前記弾性支持体に生じる荷重より大きな力に設定される支持装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記支持装置は、
基軸と、
前記基軸に対して前記荷重受体の前記第二部位を回転可能に支持する前記非弾性支持体としての第一回転支持体と、
前記基軸に対して前記弾性支持体を回転可能に支持する第二回転支持体と、
を備える支持装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記第一回転支持体の軸直交方向の耐荷重は、前記第二回転支持体の軸直交方向の耐荷重より大きく設定される支持装置。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記支持装置は、前記基軸に対して回転可能に設けられ回転駆動力により回転する回転駆動軸を備え、
前記基軸は、ベースに固定され、
前記第一回転支持体は、前記基軸に回転可能に設けられると共に、前記荷重受体の前記第二部位を支持する第一軸受であり、
前記第二回転支持体は、前記回転駆動軸の回転駆動力を減速して前記弾性支持体に伝達する減速機である支持装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項において、
前記支持装置は、関節部を有するロボットの前記関節部に用いられる支持装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１０６３１２（Ｐ２０１２−１０６３１２Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５６９９５（Ｐ２０１０−２５６９９５）
【出願日】平成２２年１１月１７日（２０１０．１１．１７）
【出願人】（０００２１９６０２）東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１７日（２０１０．１１．１７）
【出願人】（０００２１９６０２）東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【Ｆターム（参考）】
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