(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス抜けが発生せず且つロボットの大型化を抑制することが可能なバランサを備える多関節ロボットを提供する。【解決手段】多関節ロボット１００は、複数のリンク１〜３における互いに隣接する一対のリンクをそれぞれの回動軸線の周りに相対的に回動可能に連結する１以上の関節と、を含むロボットアーム４と、１以上の関節のうちの所定の回動軸線ＡＬの周りに回動可能に連結された一対のリンク２，３ａの間に設けられ、先端に近い先端側リンク３ａにロボットアーム４の自重による負荷モーメントに抗するモーメントを発生させるバランサ１４と、を備え、第１回動軸線Ａ１の周りに回動自在に、一対のリンク２，３ａのうちの先端から遠い基端側リンク２に設けられた第１滑車１１と、第２回動軸線Ａ２の周りに回動自在に先端側リンク３ａに設けられた第２滑車１２と、第１滑車１１と第２滑車１２とに巻き掛けられた環状のゴム状弾性部材１３と、を備える。【選択図】図１
2020082247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のリンクと、前記複数のリンクにおける互いに隣接する一対のリンクをそれぞれの回動軸線の周りに相対的に回動可能に連結する１以上の関節と、を含むロボットアームと、
前記１以上の関節のうちの所定の回動軸線を有する関節によって当該所定の回動軸線の周りに回動可能に連結された一対のリンクの間に設けられ、当該一対のリンクのうちの先端に近い先端側リンクに前記ロボットアームの自重による前記所定の回動軸線周りの負荷モーメントに抗するモーメントを発生させるバランサと、を備え、
前記バランサが、前記所定の回動軸線に平行な第１回動軸線の周りに回動自在に、前記一対のリンクのうちの先端から遠い基端側リンクに設けられた第１滑車と、前記所定の回動軸線に平行な第２回動軸線の周りに回動自在に前記先端側リンクに設けられた第２滑車と、前記第１滑車と前記第２滑車とに巻き掛けられた環状のゴム状弾性部材と、を備える、多関節ロボット。
【請求項２】
前記ロボットアームが、固定対象物に固定される前記リンクである基部と、旋回軸線の周りに回動可能に前記基部に連結された前記基端側リンクである旋回部と、前記所定の回動軸線であって前記旋回軸線に垂直な下腕回動軸線の周りに回動可能に前記旋回部に連結された前記先端側リンクである下腕部と、を含み、
前記バランサが、前記旋回部と前記下腕部との間に設けられ、前記ロボットアームの自重による前記下腕回動軸線周りの負荷モーメントに抗するモーメントを前記下腕部に発生させるものであり、
前記第１滑車が、前記下腕回動軸線に平行な前記第１回動軸線の周りに回動自在に前記旋回部に設けられており、
前記第２滑車が、前記下腕回動軸線に平行な前記第２回動軸線の周りに回動自在に前記下腕部に設けられている、請求項１に記載の多関節ロボット。
【請求項３】
前記ロボットアームが、固定対象物に固定される前記リンクである基部と、旋回軸線の周りに回動可能に前記基部に連結された前記リンクである旋回部と、前記旋回軸線に垂直な下腕回動軸線の周りに回動可能に前記旋回部に連結された前記基端側リンクである下腕部と、前記所定の回動軸線であって前記旋回軸線に垂直な上腕回動軸線の周りに回動可能に前記下腕部に連結された前記先端側リンクである上腕部と、を含み、
前記バランサが、前記下腕部と前記上腕部との間に設けられ、前記ロボットアームの自重による前記上腕回動軸線周りの負荷モーメントに抗するモーメントを前記上腕部に発生させるものであり、
前記第１滑車が、前記上腕回動軸線に平行な前記第１回動軸線の周りに回動自在に前記下腕部に設けられており、前記第２滑車が、前記上腕回動軸線に平行な前記第２回動軸線の周りに回動自在に前記上腕部に設けられている、請求項１又は２に記載の多関節ロボット。
【請求項４】
前記第１滑車と前記第２滑車とに複数の前記環状のゴム状弾性部材が巻き掛けられている、請求項１乃至３のいずれかに記載の多関節ロボット。
【請求項５】
複数の前記環状のゴム状弾性部材は、互いに異なった弾性係数を有する、請求項４に記載の多関節ロボット。
【請求項６】
前記基端側リンク又は前記先端側リンクに、前記所定の回動軸線に平行な第３回動軸線の周りに回動自在に張力調整滑車が設けられており、前記張力調整滑車は、前記第１滑車と前記第２滑車とに巻き掛けられた前記環状のゴム状弾性部材の前記第１滑車と前記第２滑車との間に位置する少なくとも一方の直線状部分を前記所定の回動軸線の延在方向から見て屈曲させるようにして、前記一方の直線状部分に交差する方向における位置を調整することが可能なように設けられている、請求項１乃至５のいずれかに記載の多関節ロボット。
【請求項７】
前記基端側リンクに、前記所定の回動軸線に平行な第４回動軸線の周りに回動自在に中間滑車が設けられており、前記中間滑車は、前記第１滑車と前記第２滑車とに巻き掛けられた前記環状のゴム状弾性部材の前記第１滑車と前記第２滑車との間に位置する一対の直線状部分を、前記所定の回動軸線の延在方向から見て、屈曲させるように設けられている、請求項１乃至５のいずれかに記載の多関節ロボット。
【請求項８】
前記バランサがカバー部材によって覆われている、請求項１乃至７のいずれかに記載の多関節ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多関節ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
多関節ロボットでは、アームが受ける重力による負荷モーメントを相殺するために重力バランサが用いられる。
【０００３】
このような重力バランサとして、ガスバランサ（例えば、特許文献１参照）及びバネバランサ（例えば、特許文献２参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１９５８５４号公開特許公報
【特許文献２】特開２００１−２２５２９３号公開特許公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ガスバランサにはガス抜けが発生する可能性があった。また、バネバランサには、サイズが大きいのでロボットが大型化する傾向があった。
【０００６】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ガス抜けが発生せず且つロボットの大型化を抑制することが可能なバランサを備える多関節ロボットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決すべく本発明者等は鋭意検討した。この検討において、本発明者等は、ロボットのアームが受ける重力による負荷モーメントに抗するモーメントをアームに発生させる部材の材料として、ゴムに着目した。ゴムは、以前は十分な耐久性を有しなかったので、バランサに用いることは考えられなかったが、現在では、十分な耐久性を有するゴムが入手可能である。ゴムを用いたバネであれば、ガス抜けの恐れがない。しかも、ゴムを用いたバネのサイズは、コイルバネに比べて、同等かそれ以下である。
【０００８】
そこで、本発明者等は、ロボットのアームが受ける重力による負荷モーメントに抗するモーメントをアームに発生させる部材の材料としてゴムを用いることを想到した。
【０００９】
本発明のある形態（aspect）に係る多関節ロボットは、複数のリンクと、前記複数のリンクにおける互いに隣接する一対のリンクをそれぞれの回動軸線の周りに相対的に回動可能に連結する１以上の関節と、を含むロボットアームと、前記１以上の関節のうちの所定の回動軸線を有する関節によって当該所定の回動軸線の周りに回動可能に連結された一対のリンクの間に設けられ、当該一対のリンクのうちの先端に近い先端側リンクに前記ロボットアームの自重による前記所定の回動軸線周りの負荷モーメントに抗するモーメントを発生させるバランサと、を備え、前記バランサが、前記所定の回動軸線に平行な第１回動軸線の周りに回動自在に、前記一対のリンクのうちの先端から遠い基端側リンクに設けられた第１滑車と、前記所定の回動軸線に平行な第２回動軸線の周りに回動自在に前記先端側リンクに設けられた第２滑車と、前記第１滑車と前記第２滑車とに巻き掛けられた環状のゴム状弾性部材と、を備える。ここで、「滑車」とは、溝のついた車が軸の周りを回れるようにしたものを意味する。「滑車」の典型例としてプーリーが挙げられるが、「滑車」は、プーリー以外の「溝のついた車が軸の周りを回れるようにしたもの」でもよい。
また、「ゴム状弾性部材」とは、弾性を有する高分子化合物を材料とする部材を意味する。「弾性を有する高分子化合物」は、天然ゴム及び合成ゴムを含む。
【００１０】
この構成によれば、ロボットアームの自重による所定の回動軸線周りの負荷モーメントに抗するモーメント（以下、重力対抗モーメントという）を発生させる部材がゴム状弾性体である。ゴム状弾性体はガス抜けの恐れがない。また、ゴム状弾性体を用いたバネのサイズは、コイルバネに比べて、同等かそれ以下である。従って、ガス抜けが発生せず且つロボットの大型化を抑制することが可能なバランサを備える多関節ロボットを提供することができる。
【００１１】
また、バランサが、所定の回動軸線に平行な第１回動軸線の周りに回動自在に基端側リンクに設けられた第１滑車と、所定の回動軸線に平行な第２回動軸線の周りに回動自在に先端側リンクに設けられた第２滑車とに環状のゴム状弾性部材が巻き掛けられるように構成されるので、ロボットアームが所定の回動軸線の周りに回動すると、バランサが、第１回動軸線の周りに回動し、このバランサの回動に応じて、第１滑車及び第２滑車が、これらに巻き掛けられた環状のゴム状弾性部材が屈曲しないようにそれぞれ第１回動軸線及び第２回動軸線の周りに回動する。これにより、ロボットアームの回動によってゴム状弾性部材が屈曲するのが防止される。また、バランサの回動に応じてゴム状弾性部材が伸縮して断面積（断面形状）が変化しても、バランサの両端部においてゴム状弾性部材を１対の滑車によってしっかり保持することができる。さらに、この際に、第１滑車及び第２滑車がそれぞれの軸方向に移動することにより、ゴム状弾性部材の軸方向のズレが自動的に修正される。
【００１２】
前記ロボットアームが、固定対象物に固定される前記リンクである基部と、旋回軸線の周りに回動可能に前記基部に連結された前記基端側リンクである旋回部と、前記所定の回動軸線であって前記旋回軸線に垂直な下腕回動軸線の周りに回動可能に前記旋回部に連結された前記先端側リンクである下腕部と、を含み、前記バランサが、前記旋回部と前記下腕部との間に設けられ、前記ロボットアームの自重による前記下腕回動軸線周りの負荷モーメントに抗するモーメントを前記下腕部に発生させるものであり、前記第１滑車が、前記下腕回動軸線に平行な前記第１回動軸線の周りに回動自在に前記旋回部に設けられており、前記第２滑車が、前記下腕回動軸線に平行な前記第２回動軸線の周りに回動自在に前記下腕部に設けられていてもよい。
【００１３】
この構成によれば、下腕部に重力対抗モーメントを発生させることができる。
【００１４】
前記ロボットアームが、固定対象物に固定される前記リンクである基部と、旋回軸線の周りに回動可能に前記基部に連結された旋回部と、前記旋回軸線に垂直な下腕回動軸線の周りに回動可能に前記旋回部に連結された前記基端側リンクである下腕部と、前記所定の回動軸線であって前記旋回軸線に垂直な上腕回動軸線の周りに回動可能に前記下腕部に連結された前記先端側リンクである上腕部と、を含み、前記バランサが、前記下腕部と前記上腕部との間に設けられ、前記ロボットアームの自重による前記上腕回動軸線周りの負荷モーメントに抗するモーメントを前記上腕部に発生させるものであり、前記第１滑車が、前記上腕回動軸線に平行な前記第１回動軸線の周りに回動自在に前記下腕部に設けられており、前記第２滑車が、前記上腕回動軸線に平行な前記第２回動軸線の周りに回動自在に前記上腕部に設けられていてもよい。
【００１５】
この構成によれば、上腕部に重力対抗モーメントを発生させることができる。
【００１６】
前記第１滑車と前記第２滑車とに複数の前記環状のゴム状弾性部材が巻き掛けられていてもよい。
【００１７】
この構成によれば、ゴム状弾性部材の数を調整することによって、バランサによる重力対抗モーメントを容易に調整することができる。また、複数のゴム状弾性部材のうちの１つが切断した場合、残りのゴム状弾性部材によってバランサの機能をある程度維持することができ、切断したゴム状弾性部材を正常なものと交換することによって、直ぐに、バランサを正常な状態に復帰させることができる。
複数の前記環状のゴム状弾性部材は、互いに異なった弾性係数を有してもよい。
【００１８】
この構成によれば、ゴム状弾性部材の弾性係数を適宜選択することによって、バランサによる重力対抗モーメントを精緻に調整することができる。
【００１９】
前記基端側リンク又は前記先端側リンクに、前記所定の回動軸線に平行な第３回動軸線の周りに回動自在に張力調整滑車が設けられており、前記張力調整滑車は、前記第１滑車と前記第２滑車とに巻き掛けられた前記環状のゴム状弾性部材の前記第１滑車と前記第２滑車との間に位置する少なくとも一方の直線状部分を前記所定の回動軸線の延在方向から見て屈曲させるようにして、前記一方の直線状部分に交差する方向における位置を調整することが可能なように設けられていてもよい。
【００２０】
この構成によれば、張力調整滑車の一方の直線状部分に交差する方向における位置を調整することによって、一方の直線状部分の屈曲度合を調整し、ひいては、ゴム状弾性部材の張力を調整することができる。
【００２１】
前記基端側リンクに、前記所定の回動軸線に平行な第４回動軸線の周りに回動自在に中間滑車が設けられており、前記中間滑車は、前記第１滑車と前記第２滑車とに巻き掛けられた前記環状のゴム状弾性部材の前記第１滑車と前記第２滑車との間に位置する一対の直線状部分を、前記所定の回動軸線の延在方向から見て、屈曲させるように設けられていてもよい。
【００２２】
この構成によれば、第１滑車と第２滑車とに巻き掛けられた環状のゴム状弾性部材を所定の回動軸線の延在方向から見て屈曲させることができるので、ゴム状弾性部材を屈曲させないと仮定した場合におけるゴム状弾性部材の仮想位置と屈曲させたゴム状弾性部材との間の空間に位置する他の部材との干渉を回避することができる。
【００２３】
さらに、重要な作用効果として、この構成によれば、ロボットアームが、所定の回動軸線の周りに回動した場合、バランサがゴム状弾性部材の屈曲方向に回動すると、ゴム状弾性部材が中間滑車に接触しない状態が生じ得る。一方、バランサがゴム状弾性部材の屈曲方向と反対方向に回動すると、ゴム状弾性部材が中間滑車によってより大きく屈曲される状態が生じる。後者の状態におけるバランサによる重力対抗モーメントは、前者の状態におけるバランサによる重力対抗モーメントより大きい。従って、この構成によれば、ロボットアームの回動方向に依存して、バランサによって非対称な重力対抗モーメントをロボットアームに発生させることができる。
【００２４】
前記バランサがカバー部材によって覆われていてもよい。
【００２５】
この構成によれば、バランサを保護することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、ガス抜けが発生せず且つロボットの大型化を抑制することが可能なバランサを備える多関節ロボットを提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係る多関節ロボットの構成の一例を模式的に示す側面図である。
【図２】図２は、図１のバランサの縦断面を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、図１の多関節ロボットのアーム部が下腕回動軸線の周りに回動した状態を模式的に示す側面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態２に係る多関節ロボットの構成の一例を模式的に示す側面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態２に係る多関節ロボットの構成の他の例を模式的に示す側面図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態３に係る多関節ロボットの構成の一例を模式的に示す側面図である。
【図７】図７は、図６の多関節ロボットのアーム部が下腕回動軸線の周りに回動した状態を模式的に示す側面図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態４に係る多関節ロボットの構成の一例を模式的に示す側面図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態５に係る多関節ロボットの構成の一例を模式的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面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、以下の図は本発明を説明するための図であるので、本発明と無関係な要素が省略される場合、誇張等により寸法が正確でない場合、簡略化される場合、複数の図において、互いの要素が一致しない場合等がある。また、本発明は、以下の実施形態に限定されない。また、以下では、ロボットアーム４の基部１が、旋回軸線ＡＳが鉛直になるように設置される場合を例示するので、図１、図３〜図９において、図の上下方向が鉛直方向を示す。
【００２９】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る多関節ロボットの構成の一例を模式的に示す側面図である。図２は、図１のバランサの縦断面を模式的に示す断面図である。図２は、図１の直線ＬＶに沿った断面を示す。
【００３０】
［構成］
図１を参照すると、本実施形態の多関節ロボット１００は、ロボットアーム４と、バランサ１４とを備える。ロボットアーム４は、基部１と、旋回部２と、アーム部３と、を備える。
【００３１】
多関節ロボット１００は、例えば、垂直多関節ロボットで構成される。基部１は、固定対象物（例えば、床、台車等）に固定される。旋回部２は、旋回軸線ＡＳの周りに回動可能に基部１に連結されている。旋回軸線ＡＳは、例えば、基部１及び旋回部２の中心部を通るように延在している。
【００３２】
ロボットアーム４は、１以上の関節によって連結された複数のリンクで構成されている。ここでは、ロボットアーム４は、下から順に基部１を構成するリンク、旋回部２を構成するリンク、下腕部３ａを構成するリンク、上腕部３ｂを構成するリンク（図８及び図９参照）、手首部を構成するリンク（図に示さず）で構成されている。
【００３３】
下腕部３ａ、上腕部３ｂ、及び手首部がアーム部を構成している。そして、下腕部３ａの下端部が、所定の下腕回動軸線ＡＬの周りに回動可能に旋回部２に連結されている。下腕回動軸線ＡＬは、例えば、下腕部３ａの下端部の中央部を旋回軸線ＡＳに垂直な方向に通るように延在している。下腕部３ａは、下腕回動軸線ＡＬが旋回軸線ＡＳから離れて位置するように、旋回部２に連結されている。なお、下腕部３ａは、下腕回動軸線ＡＬが旋回軸線ＡＳ上に位置するように、旋回部２に連結されていてもよい。
【００３４】
以下では、ロボットアーム４の基部１が、旋回軸線ＡＳが鉛直になるように設置される場合を説明する。しかし、ロボットアーム４の設置態様はこれに限定されない。例えば、ロボットアーム４の基部１が、旋回軸線ＡＳが水平になるように壁等に設置される場合等がある。これらの場合にも本実施形態が同様に適用される。
【００３５】
バランサ１４は、以下では、滑車としてプーリーを備えるが、滑車は、プーリー以外の「溝のついた車が軸の周りを回れるようにしたもの」でもよい。
【００３６】
バランサ１４は、基端側プーリー（基端側滑車）１１と、先端側プーリー（先端側滑車）１２と、環状のゴム状弾性部材１３と、を備える。以下に基端側プーリー１１及び先端側プーリー１２の配置を説明するが、これは一例であり、基端側プーリー１１及び先端側プーリー１２の配置は、多関節ロボット１００の設計に応じて、適宜、設計される。
【００３７】
基端側プーリー１１は、下腕回動軸線ＡＬに平行な第１回動軸線Ａ１の周りに回動自在に旋回部２に設けられている。基端側プーリー１１は、例えば、第１回動軸線Ａ１が、旋回軸線ＡＳに対して下腕回動軸線ＡＬと反対側に且つ旋回軸線ＡＳから離れて位置するように設けられている。また、基端側プーリー１１は、例えば、下腕回動軸線ＡＬより下方に位置するように設けられている。
【００３８】
図２を参照すると、基端側プーリー１１は、ゴム状弾性部材１３が巻き掛けられる円環状の第１案内溝２１と、第１回転軸挿通孔２２と、第１軸受２３と、を有している。第１案内溝２１は、第１回転軸挿通孔２２と同軸に設けられている。第１案内溝２１は、１以上の本数のゴム状弾性部材１３が並列に巻き掛けられるように形成される。第１案内溝２１は、ここでは、３本のゴム状弾性部材１３が並列に巻き掛けられるように形成されている。これらの複数（ここでは３本）のゴム状弾性部材１３は、互いに同じ仕様に設計されている。
【００３９】
第１回転軸挿通孔２２の内周面には第１軸受２３が設けられている。一方、旋回部２に、第１回転軸線Ａ１と同軸に第１回転軸２５が設けられている。この第１回転軸２５に、第１回転軸挿通孔２２に第１回転軸２５が挿通されるようにして、基端側プーリー１１が嵌合されている。この嵌合の後、規制部材２６が第１回転軸２５の先端に取り付けられて、基端側プーリー１１が、第１回転軸２５から外れないように規制されている。この構成により、基端側プーリー１１が、第１軸受２３及び第１回転軸２５を介して、第１回転軸線Ａ１の周りに回動自在に旋回部２に固定されている。
【００４０】
図１を参照すると、先端側プーリー１２は、下腕回動軸線ＡＬに平行な第２回動軸線Ａ２の周りに回動自在に下腕部３ａに設けられている。先端側プーリー１２は、例えば、第２回動軸線Ａ２が、下腕回動軸線ＡＬに対して第１回動軸線Ａ１と同じ側に且つ下腕回動軸線ＡＬから離れて位置するように設けられている。また、図１では、下腕部３ａが略直立している。以下、この下腕部３ａが略直立した状態を「直立状態」と呼ぶ。先端側プーリー１２は、例えば、直立状態にある下腕部３ａにおいて、下腕回動軸線ＡＬより下方に位置するように設けられている。なお、先端側プーリー１２は、第２回動軸線Ａ２が下腕回動軸線ＡＬから離れて位置するように設けられればよく、第２回動軸線Ａ２が下腕回動軸線ＡＬに対していずれの側（方向）に位置するかは、アーム部３の動作可能領域に応じて適宜設定される。図１の構成例では、アーム部３が、下腕回動軸線ＡＬの周りに、図３の左右方向に所定の角度範囲で回動することを想定して、第２回動軸線Ａ２が下腕回動軸線ＡＬに対して上述の側（方向）に位置するように設定されている。
【００４１】
図２を参照すると、先端側プーリー１２は、ゴム状弾性部材１３が巻き掛けられる円環状の第２案内溝３１と、第２回転軸挿通孔３２と、第２軸受３３と、を有している。第２案内溝３１は、第２回転軸挿通孔３２と同軸に設けられている。第２案内溝３１は、１以上の本数のゴム状弾性部材１３が並列に巻き掛けられるように形成される。第２案内溝３１は、ここでは、３本のゴム状弾性部材１３が並列に巻き掛けられるように形成されている。第１回転軸挿通孔２２の内周面には第１軸受２３が設けられている。一方、下腕部３に、第２回転軸線Ａ２と同軸に第２回転軸３５が設けられている。この第２回転軸３５に、第２回転軸挿通孔３２に第２回転軸３５が挿通されるようにして、先端側プーリー１２が嵌合されている。この嵌合の後、規制部材３６が第２回転軸３５の先端に取り付けられて、先端側プーリー１２が、第２回転軸３５から外れないように規制されている。この構成により、先端側プーリー１２が、第２軸受３３及び第２回転軸３５を介して、第２回転軸線Ａ２の周りに回動自在に下腕部３に固定されている。
【００４２】
先端側プーリー１２は、第２案内溝３１と基端側プーリー１１の第１案内溝２１とが略同一平面上に位置するように設けられている。先端側プーリー１２の第２案内溝３１の径は、基端側プーリー１１の第１案内溝２１の径と同じでもよく、異なっていてもよい。
【００４３】
図１の構成例では、下腕回動軸線ＡＬの延在方向から見て、第１回動軸線Ａ１と第２回動軸線Ａ２とを結ぶ直線ＬＶが第１回動軸線Ａ１と下腕回動軸線ＡＬとを結ぶ直線ＬＮに交差する角度θがゼロ度の場合に、ゴム状弾性部材１３の張力が最小になる。なお、正確には、直線ＬＶは、第１回動軸線Ａ１及び第２回動軸線Ａ２を含む平面を表しており、直線ＬＮは、第１回動軸線Ａ１及び下腕回動軸線ＡＬを含む平面を表している。環状のゴム状弾性部材１３は、この状態において、当該ゴム状弾性部材１３を基端側プーリー１１及び先端側プーリー１２に巻き掛けたときの張力が所定の張力になるように設計される。
【００４４】
環状のゴム状弾性部材１３の断面形状は、どのような形状でもよく、ここでは、円形とされる。ここで、「ゴム状弾性部材」とは、弾性を有する高分子化合物を材料とする部材を意味する。「弾性を有する高分子化合物」は、天然ゴム及び合成ゴムを含む。ゴム状弾性部材１３は、弾性率が１ＭＰａ以上且つ１０ＭＰａ以下の範囲内にあることが好ましい。ゴム状弾性部材１３の材料として、シリコンゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）等が例示される。
【００４５】
なお、基端側プーリー１１及び先端側プーリー１２に、それぞれ、複数の第１案内溝及び第２案内溝を設け、これらの第１案内溝及び第２案内溝に、それぞれ、複数のゴム状弾性部材１３を巻き掛けてもよい。
【００４６】
また、第１案内溝２１及び第２案内溝３１を、それぞれ、１つのままとするとともに通常より深く形成し、その第１案内溝２１及び第２案内溝３１に、複数の環状のゴム状弾性部材１３を重ねて巻き掛けてもよい。これにより、案内溝の数を増やすことなく、複数のゴム状弾性部材１３を使用することができる。
【００４７】
［動作］
次に、以上のように構成された多関節ロボット１００の動作を説明する。図３は、図１の多関節ロボット１００のアーム部３が下腕回動軸線ＡＬの周りに回動した状態を模式的に示す側面図である。
【００４８】
図１及び図３を参照すると、バランサ１４では、上述のように、下腕回動軸線ＡＬの延在方向から見て、第１回動軸線Ａ１と第２回動軸線Ａ２とを結ぶ直線ＬＶ（以下、単に直線ＬＶという）が第１回動軸線Ａ１と下腕回動軸線ＡＬとを結ぶ直線ＬＮ（以下、単に直線ＬＮという）に交差する角度θがゼロ度の場合に、第１回動軸線Ａ１と第２回動軸線Ａ２との距離が最小になり、それによって、環状のゴム状弾性部材１３の張力が最小になる。この状態のバランサ１４の角度位置を「基準角度位置」と呼ぶ。また、角度θを「回動角θ」と呼ぶ。
【００４９】
バランサ１４の回動角θとバランサ１４がアーム部３に発生させる重力対抗モーメントとの関係は一般のバランサと同じである。まず、これについて、簡単に説明する。
【００５０】
アーム部３が、起立状態から図の右又は左に下腕回動軸線ＡＬの周りに回動すると、バランサ１４が、基準角度位置から第１回動軸線Ａ１の周りに上方又は下方に回動する。すると、ゴム状弾性部材１３が伸長し、バランサ１４の回動角θに応じた重力対抗モーメントを下腕部３ａに発生させる。
【００５１】
次に、本実施形態のバランサ１４に特有の（固有の）動作を説明する。以下には、アーム部３が図の右方向に回動する場合を説明するが、アーム部３が図の左方向に回動する場合もこれと同様であるので、その説明を省略する。
【００５２】
アーム部３が、図１の起立状態から、図３に示すように、これらの図の右方向に下腕回動軸線ＡＬの周りに回動すると、バランサ１４（具体的にはゴム状弾性部材１３）が、基準角度位置から第１回動軸線Ａ１の周りに上方に回動する。この際、バランサ１４では、先端側プーリー１２が、ゴム状弾性部材１３を介して基端側プーリー１１を、第１回動軸線Ａ１の周りにバランサ１４と同じ回転方向に回転させるとともに、基端側プーリー１１が、ゴム状弾性部材１３を介して先端側プーリー１２を、第２回動軸線Ａ２の周りにバランサ１４と反対の回転方向に回転させる。これにより、基端側プーリー１１及び先端側プーリー１２に巻き掛けられたゴム状弾性部材１３がアーム部３の回動によって屈曲するのが防止される。この際、ゴム状弾性部材１３の一対のプーリー１１，１２の間に位置する一対の部分には、相対的に反対方向の応力が発生するが、これらの応力が一対のプーリー１１，１２の回動によってバランスされる。また、例えば、ゴム状弾性部材１３が棒状に形成されたと仮定した場合、バランサの回動に応じてゴム状弾性部材が伸縮して断面積（断面形状）が変化するので、バランサの両端部においてゴム状弾性部材をしっかり保持することが困難である。しかし、本実施形態では、バランサ１４の両端部においてゴム状弾性部材１３を１対のプーリー１１，１２によって保持するので、バランサ１４の回動に応じてゴム状弾性部材１３が伸縮して断面積（断面形状）が変化しても、バランサ１４の両端部においてゴム状弾性部材１３を１対のプーリー１１，１２によってしっかり保持することができる。
【００５３】
また、基端側プーリー１１及び先端側プーリー１２が、それぞれ、第１軸受２３及び第２軸受３３を介して旋回部２及び下腕部３ａに固定されているので、基端側プーリー１１及び先端側プーリー１２は、それぞれの軸方向に遊びを有して固定されている。従って、アーム部３が回動する際に、基端側プーリー１１及び先端側プーリー１２がそれぞれの軸方向に移動することにより、ゴム状弾性部材１３の基端側プーリー１１及び先端側プーリー１２の軸方向におけるズレが自動的に修正される。
【００５４】
さらに、複数のゴム状弾性部材１３を用いた場合、ゴム状弾性部材１３の数を調整することによって、バランサ１４による重力対抗モーメントを容易に調整することができる。例えば、多関節ロボット２００が扱うワークの重量に応じてバランサ１４による重力対抗モーメントを調整したい場合がある。本構成例によれば、このような要求に、ゴム状弾性部材１３の数を調整することによって、容易に対応することができる。
【００５５】
また、複数のゴム状弾性部材１３のうちの１つが切断した場合、残りのゴム状弾性部材１３によって、バランサ１４の機能をある程度維持することができ、切断したゴム状弾性部材１３を正常なものと交換することによって、直ぐに、バランサ１４を正常な状態に復帰させることができる。
【００５６】
｛変形例１｝
実施形態１の変形例１では、複数の環状のゴム状弾性部材１３が、互いに異なった弾性係数を有している。
【００５７】
この変形例１によれば、ゴム状弾性部材１３の弾性係数を適宜選択することによって、バランサ１４による重力対抗モーメントを精密に調整することができる。
【００５８】
（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２に係る多関節ロボット２００の構成の一例を模式的に示す側面図である。図５は、本発明の実施形態２に係る多関節ロボット２００の構成の他の例を模式的に示す側面図である。図４及び図５では、多関節ロボット２００の基部及び各リンクの詳細な構造の図示が省略されている。
【００５９】
実施形態２の多関節ロボット２００は、バランサ１４が張力調整プーリー１５を備える点で実施形態１の多関節ロボット１００と相違し、その他の構成は実施形態１の多関節ロボット１００と同じである。以下、この相違点を説明する。
【００６０】
図４を参照すると、旋回部２に、下腕回動軸線ＡＬに平行な第３回動軸線Ａ３の周りに回動自在に張力調整プーリー１５が設けられている。張力調整プーリー１５は、基端側プーリー１１と先端側プーリー１２とに巻き掛けられた環状のゴム状弾性部材１３の基端側プーリー１１と先端側プーリー１２との間に位置する一対の直線状部分１３ａ，１３ｂの少なくとも一方の直線状部分１３ａ，１３ｂを下腕回動軸線ＡＬの延在方向から見て屈曲させるようにして、一方の直線状部分１３ａ，１３ｂに交差する方向における位置を調整することが可能なように設けられている。
【００６１】
具体的には、張力調整プーリー１５は基端側プーリー１１と同様に構成されている。具体的には、張力調整プーリー１５は、ゴム状弾性部材１３が巻き掛けられる円環状の第３案内溝（図示せず）と、第３回転軸挿通孔（図示せず）と、第３軸受（図示せず）と、を有している。第３案内溝は、第３回転軸挿通孔同軸に設けられている。第３案内溝は、１以上の本数のゴム状弾性部材１３が並列に巻き掛けられるように形成される。第１案内溝は、ここでは、３本のゴム状弾性部材１３が並列に巻き掛けられるように形成されている。
【００６２】
第３回転軸挿通孔の内周面には第３軸受が設けられている。一方、旋回部２に、第３回転軸線Ａ３と同軸に第３回転軸（図示せず）が設けられている。この第３回転軸に、第３回転軸挿通孔に第３回転軸が挿通されるようにして、張力調整プーリー１５が嵌合されている。この嵌合の後、規制部材（図示せず）が第３回転軸の先端に取り付けられて、張力調整プーリー１５が、第３回転軸から外れないように規制されている。この構成により、張力調整プーリー１５が、第３軸受及び第３回転軸を介して、第３回転軸線Ａ３の周りに回動自在に旋回部２に固定されている。
【００６３】
張力調整プーリー１５は、ある構成例では、基端側プーリー１１と先端側プーリー１２とに巻き掛けられた環状のゴム状弾性部材１３の基端側プーリー１１と先端側プーリー１２との間に位置する上側の直線状部分１３ａの上方に位置して、当該直線状部分１３ａを下方に屈曲させるように配置されている。張力調整プーリー１５は、可動機構（図示せず）を介して、上下方向に移動可能に旋回部２に取り付けられている。これにより、張力調整プーリー１５を下方に移動させるとゴム状弾性部材１３の張力が増大し、張力調整プーリー１５を上方に移動させるとゴム状弾性部材１３の張力が減少する。
【００６４】
図５を参照すると、張力調整プーリー１５は、他の構成例では、基端側プーリー１１と先端側プーリー１２とに巻き掛けられた環状のゴム状弾性部材１３の基端側プーリー１１と先端側プーリー１２との間に位置する上側の直線状部分１３ａの下方に位置して、当該直線状部分１３ａを上方に屈曲させるように配置されている。張力調整プーリー１５は、可動機構（図示せず）を介して、上下方向に移動可能に旋回部２に取り付けられている。これにより、張力調整プーリー１５を上方に移動させるとゴム状弾性部材１３の張力が増大し、張力調整プーリー１５を下方に移動させるとゴム状弾性部材１３の張力が減少する。
【００６５】
なお、張力調整プーリー１５を、基端側プーリー１１と先端側プーリー１２とに巻き掛けられた環状のゴム状弾性部材１３の基端側プーリー１１と先端側プーリー１２との間に位置する下側の直線状部分１３ｂを屈曲させるように配置してもよい。
【００６６】
また、張力調整プーリー１５を、上記と同様に、下腕部３ａに設けてもよい。
【００６７】
このような実施形態２によれば、張力調整プーリー１５の一方の直線状部分１３ａ，１３ｂに交差する方向における位置を調整することによって、当該一方の直線状部分１３ａ，１３ｂの屈曲度合を調整し、それにより、ゴム状弾性部材１３の張力を調整することができる。
【００６８】
このような実施形態２の多関節ロボット２００が顕著な効果を奏する場合として以下の場合が挙げられる。例えば、ゴム状弾性部材１３は、経年変化により伸びて張力が低下する。このような場合に、張力調整プーリー１５の位置を調整することによって、ゴム状弾性部材１３の張力を所定の張力に戻すことができる。
【００６９】
（実施形態３）
図６は、本発明の実施形態３に係る多関節ロボットの構成の一例を模式的に示す側面図である。図７は、図６の多関節ロボットのアーム部が下腕回動軸線の周りに回動した状態を模式的に示す側面図である。図６及び図７では、多関節ロボット３００の基部及び各リンクの詳細な構造の図示が省略されている。
【００７０】
実施形態３の多関節ロボット３００は、バランサ１４が中間プーリー１６を備える点で実施形態１の多関節ロボット１００と相違し、その他の構成は実施形態１の多関節ロボット１００と同じである。以下、この相違点を説明する。
【００７１】
図６及び図７を参照すると、旋回部２に、下腕回動軸線ＡＬに平行な第４回動軸線Ａ４の周りに回動自在に中間プーリー１６が設けられている。中間プーリー１６は、基端側プーリー１１と先端側プーリー１２とに巻き掛けられた環状のゴム状弾性部材１３の基端側プーリー１１と先端側プーリー１２との間に位置する一対の直線状部分１３ａ，１３ｂを、下腕回動軸線ＡＬの延在方向から見て、屈曲させるように設けられている（特に図７を参照）。
【００７２】
中間プーリー１６の構成は、中間プーリー１６が旋回部２に固定されている以外は、実施形態２の張力調整プーリー１５と同じであるので、その説明を省略する。
【００７３】
中間プーリー１６は、ここでは、ゴム状弾性部材１３の基端側プーリー１１と先端側プーリー１２との間に位置する一対の直線状部分１３ａ，１３ｂを、下腕回動軸線ＡＬの延在方向から見て、上方に屈曲させるように設けられているが、当該一対の直線状部分１３ａ，１３ｂを下方に屈曲させるように設けられてもよい。
【００７４】
図７を参照すると、このような実施形態３によれば、基端側プーリー１１と先端側プーリー１２とに巻き掛けられた環状のゴム状弾性部材１３を下腕回動軸線ＡＬの延在方向から見て屈曲させることができるので、ゴム状弾性部材１３を屈曲させないと仮定した場合におけるゴム状弾性部材１３の仮想位置（図７に点線で示す）と屈曲させたゴム状弾性部材１３との間の空間に位置する他の部材との干渉を回避することができる。
【００７５】
さらに、重要な作用効果として、実施形態３によれば、下腕部３ａが、下腕回動軸線ＡＬの周りに回動した場合、バランサ１４がゴム状弾性部材１３の屈曲方向に回動すると、ゴム状弾性部材１３が中間プーリー１６に接触しない状態が生じ得る。一方、バランサ１４がゴム状弾性部材１３の屈曲方向と反対方向に回動すると、ゴム状弾性部材１３が中間プーリー１６によってより大きく屈曲される状態が生じる。後者の状態におけるバランサ１４による重力対抗モーメントは、前者の状態におけるバランサ１４による重力対抗モーメントより大きい。従って、実施形態３によれば、下腕部３ａの回動方向に依存して、バランサ１４によって非対称な重力対抗モーメントを下腕部３ａに発生させることができる。
【００７６】
（実施形態４）
図８は、本発明の実施形態４に係る多関節ロボット４００の構成の一例を模式的に示す側面図である。図８では、多関節ロボット４００の基部及び各リンクの詳細な構造の図示が省略されている。
【００７７】
図８を参照すると、実施形態４の多関節ロボット４００は、実施形態１の多関節ロボット１００において、さらに、下腕部３ａと上腕部３ｂとの間にバランサ４４が設けられている。これ以外の構成は実施形態１の多関節ロボット１００と同じである。
【００７８】
ロボットアーム４では、上腕部３ｂの下端部が、所定の上腕回動軸線ＡＵの周りに回動可能に下腕部３ａに連結されている。上腕回動軸線ＡＵは、例えば、上腕部３ｂの基端部の中央部を旋回軸線ＡＳに垂直な方向（ここでは水平方向）に通るように延在している。また、上腕回動軸線ＡＵは、ここでは、下腕回動軸線ＡＬに平行である。
【００７９】
バランサ４４は、設置位置が異なる他は、バランサ１４と同じである。具体的には、バランサ４４は、基端側プーリー４１と、先端側プーリー４２と、環状のゴム状弾性部材４３と、を備える。以下に基端側プーリー４１及び先端側プーリー４２の配置を説明するが、これは一例であり、基端側プーリー４１及び先端側プーリー４２の配置は、多関節ロボット４００の設計に応じて、適宜、設計される。
【００８０】
基端側プーリー４１は、上腕回動軸線ＡＵに平行な第５回動軸線Ａ５の周りに回動自在に下腕部３ａに設けられている。
【００８１】
先端側プーリー４２は、上腕回動軸線ＡＵに平行な第７回動軸線Ａ７の周りに回動自在に上腕部３ｂに設けられている。先端側プーリー４２は、例えば、第７回動軸線Ａ７が、上腕回動軸線ＡＵに対して上腕部３ｂと反対側に且つ上腕回動軸線ＡＵから離れて位置するように設けられている。
【００８２】
基端側プーリー４１及び先端側プーリー４２の構成は、実施形態１の基端側プーリー１１及び先端側プーリー１２の構成と同様であるので、これらの説明を省略する。
【００８３】
このような実施形態４によれば、上腕部３ｂに重力対抗モーメントを発生させることができる。
【００８４】
（実施形態５）
図９は、本発明の実施形態５に係る多関節ロボット５００の構成の一例を模式的に示す側面図である。図９では、多関節ロボット５００の基部及び各リンクの詳細な構造の図示が省略されている。
【００８５】
図９を参照すると、実施形態５の多関節ロボット５００は、実施形態３の多関節ロボット３００において、さらに、下腕部３ａと上腕部３ｂとの間にバランサ４４が設けられている。これ以外の構成は実施形態３の多関節ロボット３００と同じである。また、バランサ４４については、基端側プーリー４１及び先端側プーリー４１の配置及び構成が実施形態４のバランサ４４と同じであり、中間プーリー４６が下腕部３ａに配置されている。中間プーリー４６の構成は、実施形態３の中間プーリー１６の構成と同じである。
【００８６】
このような実施形態５によれば、上腕部３ｂに重力対抗モーメントを発生させることができる。また、ゴム状弾性部材４３を屈曲させないと仮定した場合におけるゴム状弾性部材４３の仮想位置と屈曲させたゴム状弾性部材４３との間の空間に位置する他の部材との干渉を回避することができる。さらに、上腕部３ｂの回動方向に依存して、バランサ４４によって非対称な重力対抗モーメントを上腕部３ｂに発生させることができる。
【００８７】
（実施形態６）
図１を参照すると、本発明の実施形態６に係る多関節ロボットは、実施形態１乃至５の多関節ロボット１００〜５００において、バランサ１４及びバランサ４４がカバー部材（図示せず）によって覆われるように修正されたものである。
【００８８】
このような実施形態６によれば、バランサ１４及びバランサ４４を保護することができる。
【００８９】
（その他の実施形態）
上記の各実施形態及び実施形態１の変形例１において、各プーリー１１，１２，１５，１６，４１，４２，４６のサイズ、形状、設置位置は、多関節ロボット１００〜５００の仕様に応じて、適宜設計される。
【００９０】
実施形態１乃至６のいずれかにおいて、バランサ１４を設けずに、バランサ４４のみを設けてもよい。
【００９１】
上記説明から、当業者にとっては、多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明の他関節ロボットは、ガス抜けが発生せず且つロボットの大型化を抑制することが可能なバランサを備える多関節ロボットとして有用である。
【符号の説明】
【００９３】
１  基部
２  旋回部
３  アーム部
３ａ  下腕部
３ｂ  上腕部
１１，４１  基端側プーリー
１２，４２  先端側プーリー
１３，４３  ゴム状弾性部材
１４，４４  バランサ
１５  張力調整プーリー
１６，４６  中間プーリー
２１  第１案内溝
２２  第１回転軸挿通孔
２３  第１軸受
２５  第１回転軸
２６  規制部材
３１  第２案内溝
３２  第２回転軸挿通孔
３３  第２軸受
３５  第３回転軸
３６  規制部材
１００，２００，３００，４００，５００ 多関節ロボット
ＡＳ  旋回軸線
ＡＬ  下腕回動軸線
ＡＵ  上腕回動軸線
Ａ１〜Ａ７  第１〜第７回動軸線
θ  回動角
【図１】
2020082247.tif 000003
【図２】
2020082247.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020082247.tif 000009
【図８】
2020082247.tif 000010
【図９】
2020082247.tif 000011