(57)【要約】      （修正有）【課題】出力端の動作範囲を犠牲にすることなく、コンパクトに構成することができるロボットアームを提供する。【解決手段】第１中心点Ｃ１を通る軸線Ｌ１１、Ｌ１２及びＬ１３を中心に回動可能に連結されている第１リンク１１、第２リンク１２及び第３リンク１３と、第１連結部２１を介して第１リンクに連結されている第４リンク１４と、第２連結部２２を介して第２リンクに連結され、且つ第３連結部２３を介して第４リンクに連結されている第５リンク１５と、第４連結部２４を介して第４リンクに連結され、且つ第１中心点に配置された第５連結部２５を介して第３リンクに連結されている第６リンク１６と、第１リンクは、第４軸線Ｌ１４が第１中心点を通るように第１連結部を支持し、第２リンクは、第５軸線Ｌ１５が第１中心点を通るように第２連結部を支持し、第４リンク及び第５リンクは、第６軸線Ｌ１６が第１中心点を通るように第３連結部を支持する。【選択図】図３
2020146810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その近位端とその遠位端とを連結するユニットを備えるロボットアームであって、
前記ユニットは、
ベースと、
前記ベースに対して所定の第１中心点を通る回動軸線である第１軸線を中心に回動可能に連結されている第１リンクと、
前記ベースに取り付けられ、前記第１リンクを回転駆動する第１駆動ユニットと、
前記ベースに対して前記第１中心点を通る回動軸線である第２軸線を中心に回動可能に連結されている第２リンクと、
前記ベースに取り付けられ、前記第２リンクを回転駆動する第２駆動ユニットと、
前記ベースに対して前記第１中心点を通る回動軸線である第３軸線を中心に回動可能に連結されている第３リンクと、
前記ベースに取り付けられ、前記第３リンクを回転駆動する第３駆動ユニットと、
第１連結部を介して前記第１リンクに連結されている第４リンクと、
前記第１リンクに対して前記第４リンクを第４軸線を中心に回動可能に連結する前記第１連結部と、
第２連結部を介して前記第２リンクに連結され、且つ第３連結部を介して前記第４リンクに連結されている第５リンクと、
前記第２リンクに対して前記第５リンクを第５軸線を中心に回動可能に連結する前記第２連結部と、
前記第４リンクに対して前記第５リンクを第６軸線を中心に回動可能に連結する前記第３連結部と、
出力端を有し、第４連結部を介して前記第４リンクに連結され、且つ第５連結部を介して前記第３リンクに連結されている第６リンクと、
前記第４リンクに対して前記第６リンクを第７軸線を中心に回動可能に連結する前記第４連結部と、
前記第３リンクに対して前記第６リンクを前記第３リンクの回転駆動力を受け取り可能に前記第１中心点を通る互いに交差する２つの軸線を中心とする円周方向に回転２自由度をもって連結する前記第５連結部と、を含み、
前記第１リンクは、前記第４軸線が前記第１中心点を通るように前記第１連結部を支持し、
前記第２リンクは、前記第５軸線が前記第１中心点を通るように前記第２連結部を支持し、
前記第４リンク及び前記第５リンクは、前記第６軸線が前記第１中心点を通るように前記第３連結部を支持する、ロボットアーム。
【請求項２】
前記第３軸線及び前記第７軸線は、前記第１軸線及び前記第２軸線が位置する平面と交差して延び、
前記第３リンクは、該平面の一方側に配置され、
前記第６リンクは、該平面の他方側に配置されている、請求項１に記載のロボットアーム。
【請求項３】
前記ユニットは肩ユニットであり、該肩ユニットと前記遠位端との間に配置された上腕ユニットを更に備え、
前記上腕ユニットは、
前記出力端に連なる上腕ベースと、
前記上腕ベースに対して所定の第２中心点を通る肘第１軸線を中心に回動可能に連結されている肘第１リンクと、
前記肘第１リンクを回転駆動する肘第１駆動ユニットと、
前記上腕ベースに対して前記第２中心点を通る肘第２軸線を中心に回動可能に連結されている肘第２リンクと、
前記肘第２リンクを回転駆動する肘第２駆動ユニットと、
肘出力端を有し、肘第１連結部を介して前記肘第１リンクに連結され、且つ肘第２連結部を介して前記肘第２リンクに連結されている肘第３リンクと、
前記肘第１リンクに対して前記肘第３リンクを肘第３軸線を中心に回動可能に連結する前記肘第１連結部と、
前記肘第２リンクに対して前記肘第３リンクを前記肘第２リンクの回転駆動力を受け取り可能に前記第２中心点を通る互いに交差する２つの軸線を中心とする円周方向に回転２自由度をもって連結する前記肘第２連結部と、を含み、
前記肘第１リンクは、前記肘第３軸線が前記第２中心点を通るように前記肘第１連結部を支持する、請求項１又は２に記載のロボットアーム。
【請求項４】
前記上腕ユニットと前記遠位端との間に配置された前腕ユニットを更に備え、
前記前腕ユニットは、
前記肘出力端に連なる前腕ベースと、
手首出力端を有し、手首連結部を介して前記前腕ベースに連結されている手首リンクと、
前記前腕ベースから前記手首リンクに向かって伸延し、前記前腕ベースと前記手首リンクとを回転２自由度をもって回動可能に連結する前記手首連結部と、
前記手首連結部の周りに設けられている３以上の手首可変長駆動リンクを有する手首駆動ユニットを含み、
前記手首可変長駆動リンクは、近位端が前記前腕ベースに取り付けられ、遠位端が前記手首出力端に取り付けられ、発生させた駆動力により前記近位端と前記遠位端との間隔を変更可能である、請求項３に記載のロボットアーム。
【請求項５】
前記第１駆動ユニット、前記第２駆動ユニット、及び前記第３駆動ユニットの少なくとも何れか１の駆動ユニットは、発生させた駆動力により両端の間隔を変更可能である可変長駆動リンクユニットと、該可変長駆動リンクユニットと前記駆動ユニットが回転駆動するリンクとを連結し、前記駆動ユニットが回転駆動するリンクの前記回動軸線に対して偏心して位置する連結軸を有する駆動力伝達部と、を有する、請求項１乃至４の何れか１に記載のロボットアーム。
【請求項６】
前記可変長駆動リンクユニットは、第１可変長駆動リンク及び第２可変長駆動リンクを含み、
前記連結軸は一対設けられ、一対の前記連結軸にそれぞれ第１可変長駆動リンク及び第２可変長駆動リンクが連結され、
一方の前記連結軸は、前記駆動ユニットが回転駆動するリンクの前記回動軸線に対して該リンクの一端側の部位に配置され、
他方の前記連結軸は、前記駆動ユニットが回転駆動するリンクの前記回動軸線に対して該リンクの他端側の部位に配置されている、請求項５に記載のロボットアーム。
【請求項７】
前記駆動力伝達部は、
前記ベースに固定された固定リンクと、
前記固定リンクに対して固定−原動連結軸を中心に回動可能に連結され、且つ前記可変長駆動リンクユニットが前記固定−原動連結軸に対して偏心して位置する駆動リンク−原動連結軸を中心に回動可能に連結されている原動リンクと、
一端側の部位が前記固定−原動連結軸に対して偏心して位置する原動−中間連結軸を中心に回動可能に連結され、他端側の部位が前記駆動ユニットが回転駆動するリンクの前記回動軸線に対して偏心して位置する前記中間−従動連結軸を中心に回動可能に連結されている中間リンクと、を有し、
前記固定−原動連結軸と前記原動−中間連結軸との間隔の自乗は、前記固定−原動連結軸と前記駆動リンク−原動連結軸との間隔及び前記駆動ユニットが回転駆動するリンクの前記回動軸線と前記中間−従動連結軸との間隔の積よりも大きい、請求項５に記載のロボットアーム。
【請求項８】
前記可変長駆動リンクユニットは、第１可変長駆動リンク及び第２可変長駆動リンクを含み、
前記固定−原動連結軸は、前記原動リンクの中間部に位置し、
前記原動−中間連結軸は一対設けられ、一対の前記原動−中間連結軸にそれぞれ第１可変長駆動リンク及び第２可変長駆動リンクが連結され、
一方の前記原動−中間連結軸は、前記固定−原動連結軸に対して前記原動リンクの一端側の部位に配置され、
他方の前記原動−中間連結軸は、前記固定−原動連結軸に対して前記原動リンクの他端側の部位に配置されている、請求項７に記載のロボットアーム。
【請求項９】
その近位端とその遠位端とを連結する関節ユニットを備えるロボットアームであって、
前記関節ユニットは、
関節ベースと、
前記関節ベースに対して所定の中心点を通る関節第１軸線を中心に回動可能に連結されている関節第１リンクと、
前記関節第１リンクを回転駆動する関節第１駆動ユニットと、
前記関節ベースに対して前記中心点を通る関節第２軸線を中心に回動可能に連結されている関節第２リンクと、
前記関節第２リンクを回転駆動する関節第２駆動ユニットと、
出力端を有し、関節第１連結部を介して前記関節第１リンクに連結され、且つ関節第２連結部を介して前記関節第２リンクに連結されている関節第３リンクと、
前記関節第１リンクに対して前記関節第３リンクを関節第３軸線を中心に回動可能に連結する前記関節第１連結部と、
前記関節第２リンクに対して前記関節第３リンクを前記関節第２リンクの回転駆動力を受け取り可能に前記中心点を通る互いに交差する２つの軸線を中心とする円周方向に回転２自由度をもって連結する前記関節第２連結部と、を含み、
前記関節第１リンクは、前記関節第３軸線が前記中心点を通るように前記関節第１連結部を支持する、ロボットアーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットアームに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から３つの回転自由度を有する接続された２つの要素を備えるロボットが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このロボットは、３つの回転自由度を持つ球面ジョイントを備え、この球面ジョイントは、３つの自由度のいずれかでそれぞれ作動する第１乃至第３のアクチュエータによって動かされる。そして、第１及び前記第２のアクチュエータは並列に作動し、第３のアクチュエータは第１及び第２のアクチュエータと直列に作動する。これによって、人体構造を正確に再現する程度を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１１−５２７６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載のロボットは、第３のアクチュエータが第１及び第２のアクチュエータの慣性を負担する必要があり、第３のアクチュエータの出力を大きくしなければならなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明のある態様に係るロボットアームは、その近位端とその遠位端とを連結するユニットを備えるロボットアームであって、前記ユニットは、ベースと、前記ベースに対して所定の第１中心点を通る回動軸線である第１軸線を中心に回動可能に連結されている第１リンクと、前記ベースに取り付けられ、前記第１リンクを回転駆動する第１駆動ユニットと、前記ベースに対して前記第１中心点を通る回動軸線である第２軸線を中心に回動可能に連結されている第２リンクと、前記ベースに取り付けられ、前記第２リンクを回転駆動する第２駆動ユニットと、前記ベースに対して前記第１中心点を通る回動軸線である第３軸線を中心に回動可能に連結されている第３リンクと、前記ベースに取り付けられ、前記第３リンクを回転駆動する第３駆動ユニットと、第１連結部を介して前記第１リンクに連結されている第４リンクと、前記第１リンクに対して前記第４リンクを第４軸線を中心に回動可能に連結する前記第１連結部と、第２連結部を介して前記第２リンクに連結され、且つ第３連結部を介して前記第４リンクに連結されている第５リンクと、前記第２リンクに対して前記第５リンクを第５軸線を中心に回動可能に連結する前記第２連結部と、前記第４リンクに対して前記第５リンクを第６軸線を中心に回動可能に連結する前記第３連結部と、出力端を有し、第４連結部を介して前記第４リンクに連結され、且つ第５連結部を介して前記第３リンクに連結されている第６リンクと、前記第４リンクに対して前記第６リンクを第７軸線を中心に回動可能に連結する前記第４連結部と、前記第３リンクに対して前記第６リンクを前記第３リンクの回転駆動力を受け取り可能に前記第１中心点を通る互いに交差する２つの軸線を中心とする円周方向に回転２自由度をもって連結する前記第５連結部と、を含み、前記第１リンクは、前記第４軸線が前記第１中心点を通るように前記第１連結部を支持し、前記第２リンクは、前記第５軸線が前記第１中心点を通るように前記第２連結部を支持し、前記第４リンク及び前記第５リンクは、前記第６軸線が前記第１中心点を通るように前記第３連結部を支持する。
【０００７】
この構成によれば、１の駆動ユニットを動作させたときに他の駆動ユニット全体が従動しないように構成することができる。その結果、動作時の干渉を避けるために設ける空間を狭くすることができ、出力端の動作範囲を犠牲にすることなく、ロボットアームをコンパクトに構成することができる。また、上記１の駆動ユニットが他の駆動ユニットの慣性を負担しないので、上記１の駆動ユニットの出力を小さくすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、出力端の動作範囲を犠牲にすることなく、ロボットアームをコンパクトに構成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係るロボットアームの構成例を示す斜視図である。
【図２】図１のロボットアームの肩ユニットの構成例を示す斜視図である。
【図３】図１のロボットアームの肩ユニットのリンク構造の構成例を模式的に示す斜視図である。
【図４】図１のロボットアームの肩第５連結部の構成例を示す斜視図である。
【図５】図１のロボットアームの肩ユニットの肩第１駆動ユニットの構成例を示す図である。
【図６】図１のロボットアームの肩ユニットの肩第２駆動ユニット及び肩第３駆動ユニットの構成例を示す図である。
【図７】図１のロボットアームの肩ユニットのリンク構造の動作例を模式的に示す図である。
【図８】図１のロボットアームの上腕ユニットの構成例を示す斜視図である。
【図９】図１のロボットアームの上腕ユニットのリンク構造の構成例を模式的に示す斜視図である。
【図１０】図１のロボットアームの上腕ユニットの肘第１駆動ユニットの構成例を示す図である。
【図１１】図１のロボットアームの上腕ユニットの肘第２駆動ユニットの構成例を示す図である。
【図１２】図１のロボットアームの前腕ユニットの構成例を示す斜視図である。
【図１３】図１のロボットアームの前腕ユニットの手首駆動ユニットの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ある態様に係るロボットアームは、その近位端とその遠位端とを連結するユニットを備えるロボットアームであって、前記ユニットは、ベースと、前記ベースに対して所定の第１中心点を通る回動軸線である第１軸線を中心に回動可能に連結されている第１リンクと、前記ベースに取り付けられ、前記第１リンクを回転駆動する第１駆動ユニットと、前記ベースに対して前記第１中心点を通る回動軸線である第２軸線を中心に回動可能に連結されている第２リンクと、前記ベースに取り付けられ、前記第２リンクを回転駆動する第２駆動ユニットと、前記ベースに対して前記第１中心点を通る回動軸線である第３軸線を中心に回動可能に連結されている第３リンクと、前記ベースに取り付けられ、前記第３リンクを回転駆動する第３駆動ユニットと、第１連結部を介して前記第１リンクに連結されている第４リンクと、前記第１リンクに対して前記第４リンクを第４軸線を中心に回動可能に連結する前記第１連結部と、第２連結部を介して前記第２リンクに連結され、且つ第３連結部を介して前記第４リンクに連結されている第５リンクと、前記第２リンクに対して前記第５リンクを第５軸線を中心に回動可能に連結する前記第２連結部と、前記第４リンクに対して前記第５リンクを第６軸線を中心に回動可能に連結する前記第３連結部と、出力端を有し、第４連結部を介して前記第４リンクに連結され、且つ第５連結部を介して前記第３リンクに連結されている第６リンクと、前記第４リンクに対して前記第６リンクを第７軸線を中心に回動可能に連結する前記第４連結部と、前記第３リンクに対して前記第６リンクを前記第３リンクの回転駆動力を受け取り可能に前記第１中心点を通る互いに交差する２つの軸線を中心とする円周方向に回転２自由度をもって連結する前記第５連結部と、を含み、前記第１リンクは、前記第４軸線が前記第１中心点を通るように前記第１連結部を支持し、前記第２リンクは、前記第５軸線が前記第１中心点を通るように前記第２連結部を支持し、前記第４リンク及び前記第５リンクは、前記第６軸線が前記第１中心点を通るように前記第３連結部を支持する。
【００１１】
この構成によれば、１の駆動ユニットを動作させたときに他の駆動ユニット全体が従動しないように構成することができる。その結果、動作時の干渉を避けるために設ける空間を狭くすることができ、出力端の動作範囲を犠牲にすることなく、ロボットアームをコンパクトに構成することができる。また、上記１の駆動ユニットが他の駆動ユニットの慣性を負担しないので、上記１の駆動ユニットの出力を小さくすることができる。
【００１２】
前記第３軸線及び前記第７軸線は、前記第１軸線及び前記第２軸線が位置する平面と交差して延び、前記第３リンクは、該平面の一方側に配置され、前記第６リンクは、該平面の他方側に配置されていてもよい。
【００１３】
この構成によれば、出力端の動作範囲を拡げることができる。
【００１４】
前記ユニットは肩ユニットであり、該肩ユニットと前記遠位端との間に配置された上腕ユニットを更に備え、前記上腕ユニットは、前記出力端に連なる上腕ベースと、前記上腕ベースに対して所定の第２中心点を通る肘第１軸線を中心に回動可能に連結されている肘第１リンクと、前記肘第１リンクを回転駆動する肘第１駆動ユニットと、前記上腕ベースに対して前記第２中心点を通る肘第２軸線を中心に回動可能に連結されている肘第２リンクと、前記肘第２リンクを回転駆動する肘第２駆動ユニットと、肘出力端を有し、肘第１連結部を介して前記肘第１リンクに連結され、且つ肘第２連結部を介して前記肘第２リンクに連結されている肘第３リンクと、前記肘第１リンクに対して前記肘第３リンクを肘第３軸線を中心に回動可能に連結する前記肘第１連結部と、前記肘第２リンクに対して前記肘第３リンクを前記肘第２リンクの回転駆動力を受け取り可能に前記第２中心点を通る互いに交差する２つの軸線を中心とする円周方向に回転２自由度をもって連結する前記肘第２連結部と、を含み、前記肘第１リンクは、前記肘第３軸線が前記第２中心点を通るように前記肘第１連結部を支持してもよい。
【００１５】
この構成によれば、ロボットアームの自由度を高めることができる。また、２つの駆動ユニットの駆動力によって出力端を回転２自由度を有するように動作させる機構において、１の駆動ユニットを動作させたときに他の駆動ユニット全体が従動しないように構成することができる。その結果、動作時の干渉を避けるために設ける空間を狭くすることができ、出力端の動作範囲を犠牲にすることなく、ロボットアームをコンパクトに構成することができる。また、１の駆動ユニットが他の駆動ユニットの慣性を負担しないので、１の駆動ユニットの出力を小さくすることができる。更に、上腕ユニットの回旋を肩ユニットの第３駆動ユニットの駆動力によっておこなうので、駆動ユニットが自身を回旋させるための慣性を負担せず、上腕ユニットの回旋を行う駆動ユニットの出力を小さくすることができる。
【００１６】
前記上腕ユニットと前記遠位端との間に配置された前腕ユニットを更に備え、前記前腕ユニットは、前記肘出力端に連なる前腕ベースと、手首出力端を有し、手首連結部を介して前記前腕ベースに連結されている手首リンクと、前記前腕ベースから前記手首リンクに向かって伸延し、前記前腕ベースと前記手首リンクとを回転２自由度をもって回動可能に連結する前記手首連結部と、前記手首連結部の周りに設けられている３以上の手首可変長駆動リンクを有する手首駆動ユニットを含み、前記手首可変長駆動リンクは、近位端が前記前腕ベースに取り付けられ、遠位端が前記手首出力端に取り付けられ、発生させた駆動力により前記近位端と前記遠位端との間隔を変更可能であってもよい。
【００１７】
この構成によれば、ロボットアームの自由度を高めることができる。また、前腕ユニットの回旋を上腕ユニットの肘第２駆動ユニットの駆動力によっておこなうので、駆動ユニットが自身を回旋させるための慣性を負担せず、前腕ユニットの回旋を行う駆動ユニットの出力を小さくすることができる。
【００１８】
前記第１駆動ユニット、前記第２駆動ユニット、及び前記第３駆動ユニットの少なくとも何れか１の駆動ユニットは、発生させた駆動力により両端の間隔を変更可能である可変長駆動リンクユニットと、該可変長駆動リンクユニットと前記駆動ユニットが回転駆動するリンクとを連結し、前記駆動ユニットが回転駆動するリンクの前記回動軸線に対して偏心して位置する連結軸を有する駆動力伝達部と、を有してもよい。
【００１９】
この構成によれば、可変長駆動リンクの伸縮動作をリンクの回動動作に適切に変換することができる。そして、減速機付きのモータを用いた場合と比較して、駆動ユニットの構成を簡素化することができ、また、コストを低減することができる。また、減速機付きのモータを用いた場合と比較して、駆動ユニットのメンテナンス作業の間隔を長くすることができる。更に、駆動ユニットをロボットアームに沿って配置することができ、関節をコンパクトにすることができる。
【００２０】
前記可変長駆動リンクユニットは、第１可変長駆動リンク及び第２可変長駆動リンクを含み、前記連結軸は一対設けられ、一対の前記連結軸にそれぞれ第１可変長駆動リンク及び第２可変長駆動リンクが連結され、一方の前記連結軸は、前記駆動ユニットが回転駆動するリンクの前記回動軸線に対して該リンクの一端側の部位に配置され、他方の前記連結軸は、前記駆動ユニットが回転駆動するリンクの前記回動軸線に対して該リンクの他端側の部位に配置されていてもよい。
【００２１】
この構成によれば、可変長駆動リンクの伸長動作時に発生させることができる力と短縮動作時に発生させることができる力とに差がある場合であっても、リンクを回転させる一方側及び他方側のモーメントをバランスよく発生させることができる。
【００２２】
前記駆動力伝達部は、前記ベースに固定された固定リンクと、前記固定リンクに対して固定−原動連結軸を中心に回動可能に連結され、且つ前記可変長駆動リンクユニットが前記固定−原動連結軸に対して偏心して位置する駆動リンク−原動連結軸を中心に回動可能に連結されている原動リンクと、一端側の部位が前記固定−原動連結軸に対して偏心して位置する原動−中間連結軸を中心に回動可能に連結され、他端側の部位が前記駆動ユニットが回転駆動するリンクの前記回動軸線に対して偏心して位置する前記中間−従動連結軸を中心に回動可能に連結されている中間リンクと、を有し、前記固定−原動連結軸と前記原動−中間連結軸との間隔の自乗は、前記固定−原動連結軸と前記駆動リンク−原動連結軸との間隔及び前記駆動ユニットが回転駆動するリンクの前記回動軸線と前記中間−従動連結軸との間隔の積よりも大きくてもよい。
【００２３】
この構成によれば、可変長駆動リンクの少しの伸縮動作によってリンクを大きく回動させることができる。これによって、可変長駆動リンクユニットの動作に伴う可変長駆動リンクユニットの倒伏を少なくすることができ、可変長駆動リンクユニットが他のリンクに干渉することを防止することができる。
【００２４】
前記可変長駆動リンクユニットは、第１可変長駆動リンク及び第２可変長駆動リンクを含み、前記固定−原動連結軸は、前記原動リンクの中間部に位置し、前記原動−中間連結軸は一対設けられ、一対の前記原動−中間連結軸にそれぞれ第１可変長駆動リンク及び第２可変長駆動リンクが連結され、一方の前記原動−中間連結軸は、前記固定−原動連結軸に対して前記原動リンクの一端側の部位に配置され、他方の前記原動−中間連結軸は、前記固定−原動連結軸に対して前記原動リンクの他端側の部位に配置されていてもよい。
【００２５】
この構成によれば、可変長駆動リンクの伸長動作時に発生させることができる力と短縮動作時に発生させることができる力とに差がある場合であっても、リンクを回転させる一方側及び他方側のモーメントをバランスよく発生させることができる。
【００２６】
他の態様に係るロボットアームは、その近位端とその遠位端とを連結する関節ユニットを備えるロボットアームであって、前記関節ユニットは、関節ベースと、前記関節ベースに対して所定の中心点を通る関節第１軸線を中心に回動可能に連結されている関節第１リンクと、前記関節第１リンクを回転駆動する関節第１駆動ユニットと、前記関節ベースに対して前記中心点を通る関節第２軸線を中心に回動可能に連結されている関節第２リンクと、前記関節第２リンクを回転駆動する関節第２駆動ユニットと、出力端を有し、関節第１連結部を介して前記関節第１リンクに連結され、且つ関節第２連結部を介して前記関節第２リンクに連結されている関節第３リンクと、前記関節第１リンクに対して前記関節第３リンクを関節第３軸線を中心に回動可能に連結する前記関節第１連結部と、前記関節第２リンクに対して前記関節第３リンクを前記関節第２リンクの回転駆動力を受け取り可能に前記中心点を通る互いに交差する２つの軸線を中心とする円周方向に回転２自由度をもって連結する前記関節第２連結部と、を含み、前記関節第１リンクは、前記関節第３軸線が前記中心点を通るように前記関節第１連結部を支持してもよい。
【００２７】
この構成によれば、１の駆動ユニットを動作させたときに他の駆動ユニット全体が従動しないように構成することができる。その結果、動作時の干渉を避けるために設ける空間を狭くすることができ、出力端の動作範囲を犠牲にすることなく、ロボットアームをコンパクトに構成することができる。また、上記１の駆動ユニットが他の駆動ユニットの慣性を負担しないので、上記１の駆動ユニットの出力を小さくすることができる。
【００２８】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下では、全ての図を通じて、同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、以下の各要素は、部品を組み立てた組立体（assembly）として構成されてもよい。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るロボットアーム１００の構成例を示す斜視図である。
【００３０】
図１に示すように、ロボットアーム１００は、ロボットアーム１００の近位端に配置されたアームベース１と、肩ユニット３と、上腕ユニット４と、前腕ユニット５と、ロボットアーム１００の遠位端に配置されたハンド２とを備える。アームベース１、肩ユニット３、上腕ユニット４、前腕ユニット５、及びハンド２は、ロボットアーム１００の近位端から遠位端に向かって順次連結され、直列に連なる。なお、遠位端という用語はロボットアーム１００が伸延する方向においてハンド２側の部位を意味し、近位端という用語はロボットアーム１００が伸延する方向においてアームベース１側の部位を意味する。また、説明の便宜上、肩、上腕、肘、前腕、及び手首という用語を用いているが、肩という用語はロボットアーム１００が伸延する方向において近位端側に位置する要素を意味し、前腕及び手首という用語はロボットアーム１００が伸延する方向において近位端側に位置する要素を意味し、上腕及び肘という用語はそれぞれ肩と前腕及び肩と手首との間に位置する要素を意味する。したがって、人体における肩、上腕、肘、前腕、手首に相当する要素に限られない。更に、連結とは、２つのものが直接接続されている場合のみならず、２つのものの間に他のものが介在し、間接的に接続されている場合も含む。
【００３１】
アームベース１は、ロボットアーム１００を支持する。アームベース１は、一体成型された部材であってもよく、複数の柱部材を組み合わせたものであってもよい。ハンド２は、例えば、ワークの保持を行う保持動作及び保持したワークＷの解放を行う解放動作を行うことができるように構成されている。しかし、これに限られるものではなく、これに代えて、例えば溶接作業、塗装作業を行うことができるように構成されていてもよい。
【００３２】
［肩ユニットの構成例］
図２は、肩ユニット３の構成例を示す斜視図である。図３は、肩ユニット３のリンク構造の構成例を模式的に示す斜視図である。
【００３３】
図１に示すように、肩ユニット３は、アームベース（ベース）１及び上腕ユニット４の間に配置され、アームベース１及び上腕ユニット４に固定されている。肩ユニット３は、全体として回転３自由度を有する肩関節を含むように構成されている。図２及び図３に示すように、肩ユニット３は、６つの肩リンク（肩第１リンク（第１リンク）１１、肩第２リンク（第２リンク）１２、肩第３リンク（第３リンク）１３、肩第４リンク（第４リンク）１４、肩第５リンク（第５リンク）１５、及び肩第６リンク（第６リンク）１６）と、継手である５つの肩連結部（肩第１連結部（第１連結部）２１、肩第２連結部（第２連結部）２２、肩第３連結部（第３連結部）２３、肩第４連結部（第４連結部）２４、肩第５連結部（第５連結部）２５）と、３つの肩駆動ユニット（肩第１駆動ユニット（第１駆動ユニット）３１、肩第２駆動ユニット（第２駆動ユニット）３２、肩第３駆動ユニット（第３駆動ユニット）３３）とを含む。５つの肩連結部のうち、肩第１連結部２１、肩第２連結部２２、肩第３連結部２３、及び肩第４連結部２４は、回転１自由度を有する回転関節であり、これらの回動軸の軸線がそれぞれ、肩第４軸線（第４軸線）Ｌ１４、肩第５軸線（第５軸線）Ｌ１５、肩第６軸線（第６軸線）Ｌ１６、及び肩第７軸線（第７軸線）Ｌ１７である。また、肩第５連結部２５は、回転２自由度を有する自在継手である。まず、肩関節のリンク構造について詳述する。
【００３４】
肩第１リンク１１、肩第２リンク１２、及び肩第３リンク１３は、対応する肩駆動ユニットを介して、アームベース１に対して、それぞれ肩第１軸線（第１軸線）Ｌ１１、肩第２軸線（第２軸線）Ｌ１２、及び肩第３軸線（第３軸線）Ｌ１３を中心に回動可能に連結されている。肩第１軸線Ｌ１１、肩第２軸線Ｌ１２、及び肩第３軸線Ｌ１３は、何れも所定の第１中心点Ｃ１を通る回動軸線である。肩第２リンク１２は、肩第２軸線Ｌ１２が肩第１軸線Ｌ１１と交差するように、肩第１リンク１１に対して配置されている。また、肩第３リンク１３は、肩第１軸線Ｌ１１及び肩第２軸線Ｌ１２が位置する平面の近位端側に配置されている。更に、肩第３リンク１３は、肩第３軸線Ｌ１３が肩第１軸線Ｌ１１及び肩第２軸線Ｌ１２が位置する平面と交差して延びるように、肩第１リンク１１及び肩第２リンク１２に対して配置されている。また、肩第１リンク１１、肩第２リンク１２、及び肩第３リンク１３は、それぞれ肩第１連結部２１、肩第２連結部２２、肩第５連結部２５に固定されている。肩第１軸線Ｌ１１は、肩第１リンク１１の中間の部位を通る（図５を参照）。肩第２軸線Ｌ１２及び肩第３軸線Ｌ１３は、それぞれ肩第２リンク１２及び肩第３リンク１３の一端側の部位を通る（図６を参照）。
【００３５】
肩第４リンク１４は、肩第１連結部２１に固定され、肩第１連結部２１を介して肩第１リンク１１に連結されている。また、肩第４リンク１４は、肩第３連結部２３に固定され、肩第３連結部２３を介して肩第５リンク１５に連結されている。更に、肩第４リンク１４は、肩第４連結部２４に固定され、肩第４連結部２４を介して肩第６リンク１６に連結されている。
【００３６】
肩第５リンク１５は、肩第２連結部２２に固定され、肩第２連結部２２を介して肩第２リンク１２に連結されている。また、肩第５リンク１５は、肩第３連結部２３に固定され、肩第３連結部２３を介して肩第４リンク１４に連結されている。
【００３７】
肩第６リンク１６は、肩第５連結部２５に固定され、肩第５連結部２５を介して肩第３リンク１３に連結されている。また、肩第６リンク１６は、肩第４連結部２４を介して肩第４リンク１４に連結されている。そして、肩第６リンク１６は、肩出力端１６ａを有する。肩第６リンク１６は、肩第１軸線Ｌ１１及び肩第２軸線Ｌ１２が位置する平面の遠位端側に配置されている。すなわち、肩第６リンク１６は、肩第１軸線Ｌ１１及び肩第２軸線Ｌ１２が位置する平面の肩第３リンク１３が位置する側とは反対側に配置されている。
【００３８】
肩第１連結部２１は、肩第１リンク１１に対して肩第４リンク１４を肩第４軸線Ｌ１４を中心に回動可能に連結する。そして、肩第１連結部２１は、肩第１リンク１１によって、肩第４軸線Ｌ１４が第１中心点Ｃ１を通るように支持され、肩第１リンク１１を回動させると肩第４軸線Ｌ１４が第１中心点Ｃ１を通る状態を保ちながら肩第４軸線Ｌ１４が肩第１軸線Ｌ１１を中心に回動するように配置されている。
【００３９】
肩第２連結部２２は、肩第２リンク１２に対して肩第５リンク１５を肩第５軸線Ｌ１５を中心に回動可能に連結する。そして、肩第２連結部２２は、肩第２リンク１２によって、肩第５軸線Ｌ１５が第１中心点Ｃ１を通るように支持され、肩第２リンク１２を回動させると肩第５軸線Ｌ１５が第１中心点Ｃ１を通る状態を保ちながら肩第５軸線Ｌ１５が肩第２軸線Ｌ１２を中心に回動するように配置されている。
【００４０】
肩第３連結部２３は、肩第４リンク１４に対して肩第５リンク１５を肩第６軸線Ｌ１６を中心に回動可能に連結する。そして、肩第３連結部２３は、肩第５リンク１５によって、肩第６軸線Ｌ１６が第１中心点Ｃ１を通るように支持され、肩第５リンク１５を回動させると肩第６軸線Ｌ１６が第１中心点Ｃ１を通る状態を保ちながら肩第６軸線Ｌ１６が肩第５軸線Ｌ１５を中心に回動するように配置されている。更に、肩第３連結部２３は、肩第４リンク１４によって、肩第６軸線Ｌ１６が第１中心点Ｃ１を通るように支持され、更に、肩第４リンク１４を回動させると肩第６軸線Ｌ１６が第１中心点Ｃ１を通る状態を保ちながら肩第６軸線Ｌ１６が肩第４軸線Ｌ１４を中心に回動するように配置されている。肩第３連結部２３は、上記２つの条件を同時に満たすように、肩第４軸線Ｌ１４を中心とする公転軌道と、肩第５軸線Ｌ１５を中心とする公転軌道との交点に位置する。
【００４１】
肩第５連結部２５は、第１中心点Ｃ１に配置されている。また、肩第５連結部２５は、肩第３リンク１３に対して肩第６リンク１６を第１中心点Ｃ１を通る互いに交差する２つの軸線（第１連結軸線Ｌ４１、第２連結軸線Ｌ４２）を中心とする円周方向に回動可能に回転２自由度をもって連結する。そして、肩第５連結部２５は、第１中心点Ｃ１において肩第３リンク１３の回転駆動力を受け取り可能に連結する。すなわち、肩第５連結部２５は、肩第３リンク１３を肩第３軸線Ｌ１３を中心とする円周方向に回動させると、肩第６リンク１６がその軸線を中心とする円周方向に回動するように、肩第３リンク１３に対して肩第６リンク１６を拘束する。
【００４２】
図４は、肩第５連結部２５の構成例を示す斜視図である。図４に示すように、肩第５連結部２５は、中間連結リンク２５ａと、肩第３リンク１３と中間連結リンク２５ａとを連結する第１連結軸２５ｂと、中間連結リンク２５ａと肩第６リンク１６とを連結する第２連結軸２５ｃとを有する。第１連結軸２５ｂは、肩第３リンク１３に対して中間連結リンク２５ａを第１連結軸線Ｌ４１を中心とする円周方向に回動可能に連結する。第２連結軸２５ｃは、第１連結軸２５ｂと直交（交差）し、中間連結リンク２５ａに対して肩第６リンク１６を第２連結軸線Ｌ４２を中心とする円周方向に回動可能に連結する。これによって、肩第５連結部２５は、全体として第１軸線Ｌ１１及び肩第２軸線Ｌ１２回りに回転自由度を有するように連結する。そして、肩第３リンク１３を任意の角度位置に位置させた状態において、肩第６リンク１６を肩第１軸線Ｌ１１及び肩第２軸線Ｌ１２を中心とする円周方向に回動させることができる。
【００４３】
肩第４連結部２４は、肩第４リンク１４に対して肩第６リンク１６を肩第７軸線Ｌ１７を中心に回動可能に連結する。肩第４連結部２４は、肩第４リンク１４に対する肩第７軸線Ｌ１７と直交する方向への肩第６リンク１６の移動を規制（拘束）している。
【００４４】
図７は、肩ユニット３のリンク構造の動作例を模式的に示す図である。
【００４５】
図７に示すように、上記の通り構成された肩関節のリンク構造において、肩第１リンク１１を肩第１軸線Ｌ１１を中心に回動させると、肩第１連結部２１が肩第１軸線Ｌ１１を中心とする公転軌道Ｂ１上を移動し、肩第４軸線Ｌ１４が第１中心点Ｃ１を通る状態を保ちながら肩第１軸線Ｌ１１を中心に回動する。これによって、肩第４軸線Ｌ１４を中心とする公転軌道Ｂ２も肩第１軸線Ｌ１１の周りを公転し、肩第３連結部２３は、公転軌道Ｂ２と、肩第５軸線Ｌ１５を中心とする公転軌道Ｂ３との交点に位置するように移動する。このとき、肩第６リンク１６に対する肩第７軸線Ｌ１７（図３参照）を中心とする円周方向における肩第３連結部２３及び肩第４リンク１４の角度位置が変位すると、肩第４連結部２４がその変位を受容する。そして、肩第１連結部２１と肩第３連結部２３とを連結する肩第４リンク１４が移動し、肩第４リンク１４に肩第４連結部２４を介して連結されている肩第６リンク１６が移動する。これによって、肩出力端１６ａを肩第１軸線Ｌ１１を中心に公転させる方向に移動させることができる。
【００４６】
また、肩第２リンク１２を肩第２軸線Ｌ１２を中心に回動させると、肩第２連結部２２が肩第２軸線Ｌ１２を中心とする公転軌道Ｂ４上を移動し、肩第５軸線Ｌ１５が第１中心点Ｃ１を通る状態を保ちながら肩第２軸線Ｌ１２を中心に回動する。これによって、公転軌道Ｂ３も肩第２軸線Ｌ１２の周りを公転し、肩第３連結部２３は、公転軌道Ｂ２と公転軌道Ｂ３との交点に位置するように移動する。そして、肩第３連結部２３と肩第１連結部２１とを連結する肩第４リンク１４が移動し、肩第４リンク１４に肩第４連結部２４を介して連結されている肩第６リンク１６が移動する。これによって、肩出力端１６ａを肩第２軸線Ｌ１２を中心に公転させる方向に移動させることができる。そして、肩第２リンク１２の回動動作と上述した肩第１リンク１１の回動動作とを組み合わせることにより、肩第３リンク１３に対して肩第６リンク１６を任意の向きに傾斜させることができ、これによってロボットアーム１００を揺動させることができる。
【００４７】
更に、図３に示すように、肩第３リンク１３を肩第３軸線Ｌ１３を中心に回動させると、その回転駆動力は肩第５連結部２５を介して肩第６リンク１６に伝達され、肩第６リンク１６は肩第７軸線Ｌ１７回りに回動する。このとき、肩第６リンク１６は、肩第５連結部２５によって肩第７軸線Ｌ１７と交差する方向への移動が規制され、当該方向における位置を維持する。また、肩第４リンク１４に対する肩第７軸線Ｌ１７を中心とする円周方向における肩第６リンク１６の角度位置が変位するが、肩第４連結部２４がその変位を受容する。上述の通り、肩第５連結部２５は、肩第１軸線Ｌ１１及び肩第２軸線Ｌ１２回りに回転自由度を有するように、肩第３リンク１３に対して肩第６リンク１６を連結するので、肩第１軸線Ｌ１１及び肩第２軸線Ｌ１２を中心とする円周方向における任意の角度位置において、肩第６リンク１６を肩第７軸線Ｌ１７回りに回動させることができる。
【００４８】
次に、肩第１リンク１１、肩第２軸線Ｌ１２、及び肩第３リンク１３を回転駆動する駆動ユニットについて述べる。図５は、肩第１駆動ユニット３１の構成例を示す図である。図６は、肩第２駆動ユニット３２及び肩第３駆動ユニット３３の構成例を示す図である。
【００４９】
図５に示すように、肩第１駆動ユニット３１は、肩出力端１６ａを揺動させる駆動ユニットである。肩第１駆動ユニット３１は、アームベース１に取り付けられ、肩第１リンク１１を回転駆動する。肩第１駆動ユニット３１は、可変長駆動リンクユニット１０１と、第１駆動力伝達部１０２とを含む。以下に述べるように、肩第１駆動ユニット３１は、直動アクチュエータを含み、直動アクチュエータの直動駆動力を肩第１リンク１１の回転駆動力に変換する。しかし、これに限られるものではなく、これに代えて、肩第１駆動ユニット３１は、減速機付のモータを含み、このモータの回転駆動力によって肩第１リンク１１を回転させてもよい。
【００５０】
可変長駆動リンクユニット１０１は、例えば、直動アクチュエータであり、発生させた駆動力により両端の間隔を変更可能である。可変長駆動リンクユニット１０１は、進退動する駆動力出力端１１１ａを有する第１可変長駆動リンク１１１と、進退動する駆動力出力端１１２ａを有する第２可変長駆動リンク１１２とを含む。第１可変長駆動リンク１１１及び第２可変長駆動リンク１１２として、エアシリンダ、ラックアンドピニオン機構、エラストマーアクチュエータ、ソフトアクチュエータが例示される。第１可変長駆動リンク１１１及び第２可変長駆動リンク１１２は、それぞれ図示しない駆動部によって駆動され、当該駆動部は図示しない制御部によって制御される。
【００５１】
第１駆動力伝達部１０２は、可変長駆動リンクユニット１０１の駆動力を回転駆動する対象リンク、すなわち肩第１リンク１１に伝達する。第１駆動力伝達部１０２は、アームベース１に固定又はアームベース１と一体成型されている固定リンク１１６と、一対のベース−駆動リンク連結部１１３と、一対の駆動リンク−揺動リンク連結部１１４と、固定リンク−揺動リンク連結部１１５とを含む。
【００５２】
一対のベース−駆動リンク連結部１１３は、それぞれ回転１自由度を有する回転関節であり、連結軸１１３ａを含む。一対の連結軸１１３ａは、可変長駆動リンクユニット１０１、すなわち第１可変長駆動リンク１１１及び第２可変長駆動リンク１１２とアームベース１とを回動可能に連結する。
【００５３】
一対の駆動リンク−揺動リンク連結部１１４は、それぞれ回転１自由度を有する回転関節であり、連結軸１１４ａを含む。一対の連結軸１１４ａは、可変長駆動リンクユニット１０１、すなわち第１可変長駆動リンク１１１及び第２可変長駆動リンク１１２と肩第１リンク１１とを回動可能に連結する。また、各連結軸１１４ａは、肩第１リンク１１の回動軸線である肩第１軸線Ｌ１１に対して偏心して位置する。すなわち、各連結軸１１４ａは、肩第１軸線Ｌ１１を中心とする径方向に肩第１軸線Ｌ１１に対して離間して位置する。そして、一方の連結軸１１３ａは、肩第１軸線Ｌ１１に対して肩第１リンク１１の一端側の部位に配置され、他方の連結軸１１３ａは、肩第１軸線Ｌ１１に対して肩第１リンク１１の他端側の部位に配置されている。
【００５４】
固定リンク−揺動リンク連結部１１５は、回転１自由度を有する回転関節であり、連結軸１１５ａを含む。連結軸１１５ａは、固定リンク１１６と肩第１リンク１１とを回動可能に連結し、その軸線が肩第１軸線Ｌ１１である。
【００５５】
そして、一対の連結軸１１３ａ、一対の連結軸１１４ａ、及び連結軸１１５ａは互いに平行に伸延している。
【００５６】
制御部は、第１可変長駆動リンク１１１及び第２可変長駆動リンク１１２の一方を主動側のアクチュエータとして制御し、他方を拮抗側のアクチュエータとして制御し、主動側のアクチュエータの動作に拮抗させるように拮抗側のアクチュエータを制御する。これによって、制御部が、第１可変長駆動リンク１１１及び第２可変長駆動リンク１１２のうち一方の可変長駆動リンクを伸長させ他方の可変長駆動リンクを短縮させるように駆動させると、肩第１リンク１１が肩第１軸線Ｌ１１回りに回動する。
【００５７】
ところで、直動アクチュエータには、アクチュエータの伸長動作時に発生させる力と短縮動作時に発生させる力とに差を有する特性を示すものがある。しかし、上述の通り、肩第１駆動ユニット３１は、一対の直動アクチュエータを互いに反対に動作させ、肩第１軸線Ｌ１１回りのモーメントを発生させるように構成されているので、このような特性を有するアクチュエータであっても、肩第１軸線Ｌ１１回り一方側のモーメントと肩第１軸線Ｌ１１回り他方側のモーメントとをバランスよく発生させることができる。
【００５８】
なお、肩第１リンク１１が揺動すると、連結軸１１５ａが伸びる方向から見て、連結軸１１５ａと連結軸１１３ａとを結ぶ仮想線と、連結軸１１４ａと連結軸１１３ａとを結ぶ仮想線とが成す角Ａ（図５参照）が変化する。上述の通り、連結軸１１３ａと連結軸１１４ａとは平行に伸延しているので、これらの軸１１３ａ、１１４ａがこの変化を受容し、第１可変長駆動リンク１１１及び第２可変長駆動リンク１１２が揺動し、アームベース１に対して可変長駆動リンクが起倒する。
【００５９】
このように、第１駆動力伝達部１０２は、第１可変長駆動リンク１１１及び第２可変長駆動リンク１１２の伸縮動作を肩第１リンク１１の回動動作に適切に変換することができる。
【００６０】
そして、可変長駆動リンクとして直動アクチュエータを用いているので、減速機付きのモータを用いた場合と比較して、駆動ユニットの構成を簡素化することができ、また、コストを低減することができる。また、減速機付きのモータを用いた場合と比較して、駆動ユニットのメンテナンス作業の間隔を長くすることができる。
【００６１】
更に、駆動ユニットが、駆動ユニットが回転駆動する軸方向に出っ張らず、駆動ユニットをアームベース１に沿って配置することができ、関節をコンパクトにすることができる。
【００６２】
図６に示すように、肩第２駆動ユニット３２は、肩出力端１６ａを揺動させる駆動ユニットである。肩第２駆動ユニット３２は、アームベース１に取り付けられ、肩第２リンク１２を回転駆動する。肩第２駆動ユニット３２は、可変長駆動リンクユニット１０１と、第２駆動力伝達部１２２とを含む。
【００６３】
第２駆動力伝達部１２２は、可変長駆動リンクユニット１０１の駆動力を回転駆動する対象リンク、すなわち肩第２リンク１２に伝達する。第２駆動力伝達部１２２は、アームベース１に固定又はアームベース１と一体成型されている固定リンク１３１と、原動リンク１３２と、中間リンク１３３と、８つの連結部（一対の固定−駆動リンク連結部１１３、固定−原動連結部１３４、一対の駆動リンク−原動連結部１３５、原動−中間連結部１３６、固定−従動連結部１３７、中間−従動連結部１３８）とを含む。固定リンク１３１は、基端側の部位がアームベース１に固定され、中間部が原動リンク１３２に連結され、先端側の部位が肩第２リンク１２に連結されている。８つの連結部は、何れも１回転自由度を有する回転関節であり、その回動軸である連結軸（１１３ａ、１３４ａ、１３５ａ、１３６ａ、１３７ａ、１３８ａ）は互いに平行に伸延している。そして、固定リンク１３１、原動リンク１３２、中間リンク１３３及び肩第２リンク１２は、４節リンク機構を構成し、肩第２リンク１２は、原動リンク１３２の従動リンクとして動作する。すなわち、肩第２リンク１２を回転駆動することにより、肩第２リンク１２が従動して回動するように構成されている。
【００６４】
固定−原動連結部１３４の固定−原動連結軸１３４ａは、原動リンク１３２の中間部に位置する。連結軸１３４ａは、固定リンク１３１の中間部と原動リンク１３２とを連結軸１３４ａを中心に回動可能に連結する。
【００６５】
一対の駆動リンク−原動連結部１３５の駆動リンク−原動連結軸１３５ａは、可変長駆動リンクユニット１０１の出力端、すなわち第１可変長駆動リンク１１１の駆動力出力端１１１ａ及び第２可変長駆動リンク１１２の駆動力出力端１１２ａと原動リンク１３２とを連結軸１３５ａを中心に回動可能に連結する。また、各連結軸１３５ａは、連結軸１３４ａに対して偏心して位置する。そして、一方の連結軸１３５ａは、連結軸１３４ａに対して原動リンク１３２の一端側の部位に配置され、他方の連結軸１３５ａは、連結軸１３４ａに対して原動リンク１３２の他端側の部位に配置されている。
【００６６】
原動−中間連結部１３６の原動−中間連結軸１３６ａは、原動リンク１３２の一端側の部位と中間リンク１３３の一端側の部位とを連結軸１３６ａを中心に回動可能に連結する。また、連結軸１３６ａは、連結軸１３５ａと同軸に配置されているがこれに限られるものではない。
【００６７】
固定−従動連結部１３７の固定−従動連結軸１３７ａは、固定リンク１３１の先端側の部位と肩第２リンク１２の基端側の部位とを連結軸１３７ａを中心に回動可能に連結し、その軸線が肩第２軸線Ｌ１２である。
【００６８】
中間−従動連結部１３８の中間−従動連結軸１３８ａは、中間リンク１３３の他端側の部位と肩第２リンク１２の中間部とを連結軸１３８ａを中心に回動可能に連結する。また、連結軸１３８ａは、肩第２軸線Ｌ１２に対して偏心して位置する。
【００６９】
そして、固定−原動連結部１３４の連結軸１３４ａと原動−中間連結部１３６の連結軸１３６ａとの間隔の自乗は、固定−原動連結部１３４の連結軸１３４ａと駆動リンク−原動連結部１３５の連結軸１３５ａとの間隔及び固定−従動連結部１３７の連結軸１３７ａ（駆動ユニットが回転駆動するリンクの回動軸線）と中間−従動連結部１３８の連結軸１３８ａとの間隔の積よりも大きくなるように、各連結軸が配設されている。
【００７０】
したがって、原動リンク１３２を回動させると、肩第２リンク１２が従動して回動する。このとき、連結軸１３４ａと連結軸１３６ａとの間隔の自乗は、連結軸１３４ａと連結軸１３５ａとの間隔及び連結軸１３７ａと連結軸１３８ａとの間隔の積よりも大きいので、肩第２リンク１２の回動角は原動リンク１３２の回動角よりも大きくなる。したがって、第１駆動力伝達部１０２のように可変長駆動リンクユニット１０１の駆動力出力端１１１ａ、１１２ａが肩第１リンク１１に直接連結されている場合と比較して、駆動ユニットが駆動するリンクの回動角度を大きくすることができる。これによって、可変長駆動リンク１１１，１１２の少しの伸縮動作によって肩第２リンク１２を大きく回動させることができるので、可変長駆動リンク１１１，１１２の動作に伴う可変長駆動リンク１１１，１１２の倒伏を少なくすることができ、可変長駆動リンクユニット１０１が他のリンクに干渉することを防止することができる。
【００７１】
肩第３駆動ユニット３３は、肩出力端１６ａを回旋させる駆動ユニットである。肩第３駆動ユニット３３は、アームベース１に取り付けられ、肩第３リンク１３を回転駆動する。肩第３駆動ユニット３３は、肩第２駆動ユニット３２と同様に構成され、可変長駆動リンクユニット１０１と、第２駆動力伝達部１２２とを含む。肩第２駆動ユニット３２の第２駆動力伝達部１２２はアクチュエータの駆動力を伝達する対象が肩第２リンク１２であるのに対し、肩第３駆動ユニット３３の第２駆動力伝達部１２２はアクチュエータの駆動力を伝達する対象が肩第３リンク１３である。肩第３駆動ユニット３３の第２駆動力伝達部１２２のその他の構成は、肩第２駆動ユニット３２の第２駆動力伝達部１２２と同様であるので、その詳細な説明を省略する。
【００７２】
以上に説明したように、肩ユニット３は、３つの駆動ユニット３１，３２，３３の駆動力によって肩出力端１６ａを回転３自由度を有するように回動させる。そして、３つの駆動ユニットは、肩関節に対してパラレルに接続され、１の駆動ユニットを動作させたときに、他の駆動ユニット全体が従動しないように構成されている。これによって、動作時に駆動ユニットが移動するための空間を設ける必要がなくなり、駆動ユニットとその周囲の環境との干渉を避けるために設ける空間を狭くすることができる。その結果、出力端の動作範囲を犠牲にすることなく、ロボットアーム１００をコンパクトに構成することができる。また、１の駆動ユニットが他の駆動ユニットの慣性を負担しないので、駆動ユニットの出力を小さくすることができる。
【００７３】
更に、肩第２軸線Ｌ１２は、肩第１軸線Ｌ１１と交差し、肩第３軸線Ｌ１３及び肩第７軸線Ｌ１７は、肩第１軸線Ｌ１１及び肩第２軸線Ｌ１２が位置する平面と交差して延び、肩第３リンク１３は、平面のアームベース１が位置する側に配置され、肩第６リンク１６は、平面のハンド２が位置する側に配置されているので、出力端の動作範囲を拡げることができる。
【００７４】
［上腕ユニットの構成例］
図８は、上腕ユニット（関節ユニット）４の構成例を示す斜視図である。図９は、上腕ユニット４のリンク構造の構成例を模式的に示す斜視図である。
【００７５】
図１に示すように、上腕ユニット４は、肩ユニット３と前腕ユニット５との間に配置され、肩ユニット３及び前腕ユニット５に固定されている。上腕ユニット４は、全体として回転２自由度を有する肘関節を含むように構成されている。図８及び図９に示すように、上腕ユニット４は、肩出力端１６ａに連なる上腕ベース（関節ベース）４０（図１も参照）と、３つの肘リンク（肘第１リンク４１、肘第２リンク４２、肘第３リンク４３）と、２つの肘連結部（肘第１連結部５１、肘第２連結部５２）と、２つの肘駆動ユニット（肘第１駆動ユニット６１、肘第２駆動ユニット６２）とを含む。上腕ベース４０は、肩第６リンク１６の肩出力端１６ａに固定されている。肘第１連結部５１は、回転１自由度を有する回転関節であり、その回動軸線がＬ２３である。また、肘第２連結部５２は、回転２自由度を有する自在継手である。まず、肘関節のリンク構造について詳述する。
【００７６】
肘第１リンク（関節第１リンク）４１及び肘第２リンク（関節第２リンク）４２は、対応する肘駆動ユニットを介して、上腕ベース４０に対して、ぞれぞれ肘第１軸線Ｌ２１及び肘第２軸線Ｌ２２を中心に回動可能に連結されている。肘第１軸線Ｌ２１及びＬ２２は、何れも第２中心点Ｃ２を通る回動軸線である。また、肘第１リンク４１、及び肘第２リンク４２は、それぞれ肘第１連結部５１及び肘第２連結部５２に固定されている。肘第１軸線Ｌ２１は、肘第１リンク４１の中間の部位を通る（図１０を参照）。肘第２軸線Ｌ２２は、肘第２リンク４２の一端側の部位を通る（図１１を参照）。
【００７７】
肘第３リンク（関節第３リンク）４３は、肘第２連結部５２に固定され、肘第２連結部５２を介して肘第２リンク４２に連結されている。また、肘第３リンク４３は、肘第１連結部５１に固定され、肘第１連結部５１を介して肘第１リンク４１に連結されている。そして、肘第３リンク４３は、肘出力端４３ａを有する。
【００７８】
肘第１連結部（関節第１連結部）５１は、肘第１リンク４１に対して肘第３リンク４３を肘第３軸線Ｌ２３を中心に回動可能に連結する。そして、肘第１連結部５１は、肘第１リンク４１によって、肘第３軸線Ｌ２３が第２中心点Ｃ２を通るように支持され、肘第１リンク４１を回動させると肘第３軸線Ｌ２３が第２中心点Ｃ２を通る状態を保ちながら肘第３軸線Ｌ２３が肘第１軸線Ｌ２１を中心に回動するよう配置されている。肘第１連結部５１は、肘第１リンク４１に対する肘第３軸線Ｌ２３と直交する方向への肘第３リンク４３の移動を規制している。
【００７９】
肘第２連結部（関節第２連結部）５２は、第２中心点Ｃ２に配置されている。また、肘第２連結部５２は、肘第２リンク４２に対して肘第３リンク４３を第２中心点Ｃ２を通る互いに交差する２つの軸線を中心とする円周方向に回動可能に回転２自由度をもって連結する。そして、肩第５連結部２５は、第２中心点Ｃ２において肘第２リンク４２の回転駆動力を受け取り可能に連結する。すなわち、肘第２連結部５２は、肘第２リンク４２を肘第２軸線Ｌ２２を中心とする円周方向に回動させると、肘第３リンク４３がその軸線を中心とする円周方向に回動するように、肘第２リンク４２に対して肘第３リンク４３を拘束する。肘第２連結部５２のその他の構成は、肩第５連結部２５と同様であるので、その詳細な説明を省略する。
【００８０】
上記の通り構成された肘関節のリンク構造において、肘第１リンク４１を肘第１軸線Ｌ２１を中心に回動させると、肘第１連結部５１が肘第１軸線Ｌ２１を中心とする公転軌道上を移動し、肘第１軸線Ｌ２１が第２中心点Ｃ２を通る状態を保ちながら肘第１軸線Ｌ２１を中心に回動する。これによって、肘出力端４３ａを肘第１軸線Ｌ２１を中心に公転させることができる。
【００８１】
また、肘第２リンク４２を肘第２軸線Ｌ２２を中心に回動させると、その回転駆動力は肘第２連結部５２を介して肘第３リンク４３に伝達され、肘第３リンク４３は肘第３軸線Ｌ２３周りに回動する。このとき、肘第３リンク４３は、肘第１連結部５１によって肘第３軸線Ｌ２３と交差する方向への移動が規制され、当該方向における位置を維持する。また、肘第１リンク４１に対する肘第３軸線Ｌ２３を中心とする円周方向における肘第３リンク４３の角度位置が変異するが、肘第１連結部５１がその変異を受容する。上述の通り、肘第２連結部５２は、肘第１軸線Ｌ２１回りに回転自由度を有するように、肘第２リンク４２に対して肘第３リンク４３を連結するので、肘第１軸線Ｌ２１を中心とする円周方向における任意の角度位置において、肘第３リンク４３を肘第３軸線Ｌ２３回りに回動させることができる。
【００８２】
次に、肘第１リンク４１、及び肘第２リンク４２を回転駆動する駆動ユニットについて述べる。図１０は、肘第１駆動ユニット６１の構成例を示す図である。図１１は、肘第２駆動ユニット６２の構成例を示す図である。
【００８３】
図１０に示すように、肘第１駆動ユニット（関節第１駆動ユニット）６１は、肘出力端４３ａを揺動させる駆動ユニットである。肘第１駆動ユニット６１は、上腕ベース４０に取り付けられ、肘第１リンク４１を回転駆動する。肘第１駆動ユニット６１は、肩第１駆動ユニット３１と同様に構成され、可変長駆動リンクユニット１０１と第１駆動力伝達部１０２とを含む。肩第１駆動ユニット３１の第１駆動力伝達部１０２はアクチュエータの駆動力を伝達する対象が肩第１リンク１１であるのに対し、肘第１駆動ユニット６１の第１駆動力伝達部１０２はアクチュエータの駆動力を伝達する対象が、肘第１リンク４１である。肘第１駆動ユニット６１のその他の構成は、肩第１駆動ユニット３１と同様であるので、その詳細な説明を省略する。
【００８４】
図１１に示すように、肘第２駆動ユニット（関節第２駆動ユニット）６２は、肘出力端４３ａを回旋させる駆動ユニットである。上腕ベース４０に取り付けられ、肘第２リンク４２を回転駆動する。肘第２駆動ユニット６２は、肩第２駆動ユニット３２と同様に構成され、可変長駆動リンクユニット１０１と第２駆動力伝達部１２２とを含む。肩第２駆動ユニット３２の第２駆動力伝達部１２２はアクチュエータの駆動力を伝達する対象が肩第２リンク１２であるのに対し、肘第２駆動ユニット６２の第２駆動力伝達部１２２はアクチュエータの駆動力を伝達する対象が、肘第２リンク４２である。なお、肘第２駆動ユニット６２は、肘第１駆動ユニット６１が伸延する方向と交差する方向に延びるように配置され、これにより、リンク構造の思案点の通過を避けている。肘第２駆動ユニット６２のその他の構成は、肩第２駆動ユニット３２と同様であるので、その詳細な説明を省略する。
【００８５】
そして、図８に示すように、肘第１駆動ユニット６１及び肘第２駆動ユニット６２は、上腕ユニット４の近位端から遠位端に向かう方向に伸延するように配置されている。これによって、駆動ユニットを内骨格として配置することができ、関節の外方への張り出しを抑制することができ、関節をコンパクトにすることができる。
【００８６】
以上に説明したように、上腕ユニット４は、２つの駆動ユニット６１、６２の駆動力によって肘出力端４３ａを回転２自由度を有するように回動させる。この上腕ユニット４は、肩ユニット３に直列に連なるように連結されているので、ロボットアーム１００の自由度を高めることができる。また、２つの駆動ユニット６１、６２は、肩関節に対してパラレルに接続され、１の駆動ユニットを動作させたときに、他の駆動ユニット全体が従動しないように構成されている。これによって、動作時に駆動ユニットが移動するための空間を設ける必要がなくなり、駆動ユニットとその周囲の環境との干渉を避けるために設ける空間を狭くすることができる。その結果、出力端の動作範囲を犠牲にすることなく、ロボットアーム１００をコンパクトに構成することができる。また、１の駆動ユニットが他の駆動ユニットの慣性を負担しないので、駆動ユニットの出力を小さくすることができる。
【００８７】
更に、上腕ユニット４の回旋を肩ユニット３の肩第３駆動ユニット３３の駆動力によっておこなうので、駆動ユニットが自身を回旋させるための慣性を負担せず、上腕ユニット４の回旋を行う駆動ユニットの出力を小さくすることができる。
【００８８】
［前腕ユニットの構成例］
図１２は、前腕ユニット５の構成例を示す斜視図である。
【００８９】
図１に示すように、前腕ユニット５は、上腕ユニット４とハンド２との間に配置され、上腕ユニット４及びハンド２に固定されている。前腕ユニット５は、全体として回転２自由度を有する手首関節を含むように構成されている。図１２に示すように、前腕ユニット５は、肘出力端４３ａに連なる前腕ベース７０（図１も参照）と、前腕ベース７０に対してロボットアーム１００の遠位端側に位置する手首リンク７１と、ベース−手首連結部（手首連結部）８１と、手首駆動ユニット９１とを含む。前腕ベース７０は、肘出力端４３ａに固定されている。
【００９０】
手首リンク７１は、手首出力端７１ａを有し、ベース−手首連結部８１を介して前腕ベース７０に連結されている。そして、ハンド２は手首出力端７１ａに連結されている。
【００９１】
ベース−手首連結部８１は、前腕ベース７０と手首リンク７１とを連結し、連結リンク８２と、継手８３とを含む。連結リンク８２は、近位端が前腕ベース７０に固定され、手首リンク７１に向かって伸延する固定長のリンクである。継手８３は、第３中心点Ｃ３に配置されている（図１３参照）。継手８３が手首関節を構成する。そして、継手８３は、第３中心点Ｃ３において回転２自由度を有する自在継手であり、連結リンク８２の遠位端に設けられている。そして、継手８３は、連結リンク８２に対し手首リンク７１を互いに直交する手首第１軸線Ｌ３２及び手首第２軸線Ｌ３３の周りに回転２自由度をもって回動可能に連結する（図１３参照）。図１３において、手首第１軸線Ｌ３２は紙面に対して直交する方向に延びる線である。
【００９２】
図１３は、前腕ユニット５の手首駆動ユニット９１の構成例を示す図である。
【００９３】
図１３に示すように手首駆動ユニット９１は、前腕ベース７０に取り付けられ、手首リンク７１を第３中心点Ｃ３を中心に回転駆動する。手首駆動ユニット９１は、ベース−手首連結部８１の周りに設けられている３以上の手首可変長駆動リンクを有する可変長駆動リンクユニット１４１と、駆動力伝達部１４２とを含む。本実施の形態において、可変長駆動リンクユニット１４１は、第１〜第４の手首可変長駆動リンク１５１、１５２、１５３、１５４を含み、図示しない制御部によって制御される。４つの手首可変長駆動リンク１５１、１５２、１５３、１５４は、第１可変長駆動リンク１１１と同様に構成される直動アクチュエータであり、発生させた駆動力により近位端と遠位端との間隔を変更可能である。４つの手首可変長駆動リンク１５１、１５２、１５３、１５４は、前腕ベース７０から手首リンク７１に向かって伸延する。４つの手首可変長駆動リンク１５１、１５２、１５３、１５４は、この順に第３中心点Ｃ３を通り、近位端から遠位端に向かって伸びる前腕中心線Ｌ３１を中心とする円周方向に等間隔に配設されている。前腕中心線Ｌ３１は、手首第１軸線Ｌ３２及び手首第２軸線Ｌ３３と直交（交差）する。また、第１手首可変長駆動リンク１５１及び第２手首可変長駆動リンク１５２は、それぞれ第４手首可変長駆動リンク１５４及び第３手首可変長駆動リンク１５３と手首第１軸線Ｌ３２が伸延する方向に並ぶように配設されている。また、第１手首可変長駆動リンク１５１及び第４手首可変長駆動リンク１５４は、それぞれ第２手首可変長駆動リンク１５２及び第３手首可変長駆動リンク１５３と手首第２軸線Ｌ３３が伸延する方向に並ぶように配設されている。
【００９４】
駆動力伝達部１４２は、各手首可変長駆動リンクに設けられたベース−駆動リンク連結部１５５と、各手首可変長駆動リンクに設けられた駆動リンク−手首リンク連結部１５６とを含む。ベース−駆動リンク連結部１５５は、回転２自由度を有する自在継手であり、前腕ベース７０と対応する手首可変長駆動リンクの近位端とを連結する。駆動リンク−手首リンク連結部１５６は、回転３自由度を有する継手であり、対応する手首可変長駆動リンクの遠位端と手首リンク７１とを連結する。駆動リンク−手首リンク連結部１５６は、手首第１軸線Ｌ３２及び手首第２軸線Ｌ３３回りに回転自由度を有する自在継手と前腕中心線Ｌ３１回りに回転自由度を有するスラスト軸受とを連結して構成されている。しかし、これに限られるものではなく、ボールジョイントであってもよい。このように４つの手首可変長駆動リンク１５１、１５２、１５３、１５４は、それぞれ近位端が前腕ベース７０に取り付けられ、遠位端が手首出力端７１ａに取り付けられている。
【００９５】
第１の動作において、制御部は、第１手首可変長駆動リンク１５１及び第４手首可変長駆動リンク１５４の群と第２手首可変長駆動リンク１５２及び第３手首可変長駆動リンク１５３の群との一方の群のアクチュエータを主動側のアクチュエータとして制御し、他方の群のアクチュエータを拮抗側のアクチュエータとして制御し、主動側のアクチュエータの動作に拮抗させるように拮抗側のアクチュエータを制御する。そして、例えば、図１３に示すように、制御部が第１手首可変長駆動リンク１５１及び第４手首可変長駆動リンク１５４を短縮させ、第２手首可変長駆動リンク１５２及び第３手首可変長駆動リンク１５３を伸長させるように駆動させると、手首リンク７１が手首第１軸線手首第１軸線Ｌ３２を中心とする円周方向に揺動する。また、第２の動作において、制御部は、第１手首可変長駆動リンク１５１及び第２手首可変長駆動リンク１５２の群と第３手首可変長駆動リンク１５３及び第４手首可変長駆動リンク１５４の群との一方の群のアクチュエータを主動側のアクチュエータとして制御し、他方の群のアクチュエータを拮抗側のアクチュエータとして制御し、主動側のアクチュエータの動作に拮抗させるように拮抗側のアクチュエータを制御する。そして、例えば第１手首可変長駆動リンク１５１及び第２手首可変長駆動リンク１５２を短縮させ、第３手首可変長駆動リンク１５３及び第４手首可変長駆動リンク１５４を伸長させるように駆動させると、手首リンク７１が手首第２軸線Ｌ３３を中心とする円周方向に揺動する。そして、これら第１及び第２の動作を組み合わせることにより、手首リンク７１を前腕中心線Ｌ３１と交差する任意の向きに傾斜させることができ、これによってハンド２を傾斜させることができる。
【００９６】
以上に説明したように、前腕ユニット５は、手首駆動ユニット９１の駆動力によって、手首出力端７１ａを回転２自由度を有するように回動させる。この前腕ユニット５は、肩ユニット３及び上腕ユニット４に直列に連なるように連結されているので、ロボットアーム１００の自由度を高めることができる。
【００９７】
また、前腕ユニット５の回旋を上腕ユニット４の肘第２駆動ユニット６２の駆動力によっておこなうので、駆動ユニットが自身を回旋させるための慣性を負担せず、前腕ユニット５の回旋を行う駆動ユニットの出力を小さくすることができる。
【００９８】
（実施の形態２）
上記実施の形態１において、可変長駆動リンクユニットが回動するリンクの回動角度に応じて、第１可変長駆動リンク１１１の長さと第２可変長駆動リンク１１２の長さが一意に決定される。すなわち、第１可変長駆動リンク１１１の長さと第２可変長駆動リンク１１２の長さとの間には、所定の対応関係が成立する。本実施の形態において、ロボットアームは、この対応関係に基づいて可変長駆動リンクの異常を検知する。すなわち、ロボットアーム１００は第１可変長駆動リンク１１１及び第２可変長駆動リンク１１２の長さを検知する検知部（図示せず）を備える。そして、可変長駆動リンクユニット１０１を制御する制御部が、上記所定の対応関係から算出される第１可変長駆動リンク１１１及び第２可変長駆動リンク１１２の長さと、検知部が検知した第１可変長駆動リンク１１１及び第２可変長駆動リンク１１２の長さとを比較し、算出した可変長駆動リンクの長さと検知した可変長駆動リンクの長さとの間に所定の閾値を超える乖離が生じた場合は、可変長駆動リンクに異常が発生したと判定してもよい。
【００９９】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【符号の説明】
【０１００】
Ｌ１１  肩第１軸線
Ｌ１２  肩第２軸線
Ｌ１３  肩第３軸線
Ｌ１４  肩第４軸線
Ｌ１５  肩第５軸線
Ｌ１６  肩第６軸線
Ｌ１７  肩第７軸線
Ｃ１  第１中心点
１  アームベース
２  ハンド
３  肩ユニット
１１  肩第１リンク
１２  肩第２リンク
１３  肩第３リンク
１４  肩第４リンク
１５  肩第５リンク
１６ａ  肩出力端
１６  肩第６リンク
２１  肩第１連結部
２２  肩第２連結部
２３  肩第３連結部
２４  肩第４連結部
２５  肩第５連結部
３１  肩第１駆動ユニット
３２  肩第２駆動ユニット
３３  肩第３駆動ユニット
１００  ロボットアーム
【図１】
2020146810.tif 000003
【図２】
2020146810.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020146810.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2020146810.tif 000011
【図１０】
2020146810.tif 000012
【図１１】
2020146810.tif 000013
【図１２】
2020146810.tif 000014
【図１３】
2020146810.tif 000015