(57)【要約】【課題】小さな力で関節回りの回動動作に適用できる電動アクチュエーターを実現する。【解決手段】電動アクチュエーターは、雄ネジを有するネジ軸と、前記ネジ軸に咬み合う雌ネジを有し、前記ネジ軸上を前記ネジ軸に沿って移動する第１の係合部材と、前記係合部材とともに移動する第１の棒状部材であって、一方の端部が前記第１の係合部材に接合され、他方の端部が前記電動アクチュエーターの一方の端部となる第１の棒状部材と、前記ネジ軸と、前記第１の係合部材と、前記第１の棒状部材の一部と、を収納するケーシングと、を備える。前記第１の係合部材は、  前記雌ネジを有するインナーローター部と、  前記棒状部材が接続され、前記ケーシングに対して回転運動をしないアウターステーター部と、を有するインナーローター型電動モーターを備える。【選択図】図１
2014161960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動アクチュエーターであって、
雄ネジを有するネジ軸と、
前記ネジ軸に咬み合う雌ネジを有し、前記ネジ軸上を前記ネジ軸に沿って移動する第１の係合部材と、
一方の端部が前記第１の係合部材に接合され、他方の端部が前記電動アクチュエーターの一方の端部となる第１の棒状部材と、
前記ネジ軸と、前記第１の係合部材と、前記第１の棒状部材の一部と、を収納するケーシングと、
を備え、
前記第１の係合部材は、
前記雌ネジを有するインナーローター部と、
前記棒状部材が接続され、前記ケーシングに対して回転運動をしないアウターステーター部と、
を有するインナーローター型電動モーターを備える、
電動アクチュエーター。
【請求項２】
請求項１に記載の電動アクチュエーターにおいて、さらに、
前記ネジ軸に咬み合う雌ネジを有し、前記ネジ軸上を前記ネジ軸に沿って移動する第２の係合部材と、
一方の端部が前記第２の係合部材に接合され、他方の端部が前記電動アクチュエーターの他方の端部となる第２の棒状部材と、
を備え、
前記ケーシングは、前記ネジ軸と、前記第１の係合部材と、前記第１の棒状部材の一部と、前記第２の係合部材と、前記第２の棒状部材の一部と、を収納し、
前記第２の係合部材は、
前記雌ネジを有するインナーローター部と、
前記第２の棒状部材が接続され、前記ケーシングに対して回転運動をしないアウターステーター部と、
を有する第２のインナーローター型電動モーターを備える、
電動アクチュエーター。
【請求項３】
ロボットであって、
第１のアームと、
第２のアームと、
前記第１のアームの端部と前記第２のアームの端部を接続する関節部と、
請求項１または２に記載の電動アクチュエーターと、
を備え、
前記電動アクチュエーターの前記第１の棒状部材の端部は、前記第１のアームに接続され、
前記電動アクチュエーターの前記第１の棒状部材の端部と反対側である他方の端部は、前記第２のアームに接続されている、
ロボット。
【請求項４】
請求項３に記載のロボットにおいて、
前記第１のアームと前記第２のアームとを、前記第１のアームの中心軸に沿って一直線となるように配置したときに、
前記電動アクチュエーターの前記一方の端部材と、前記他方の端部とのうちの少なくとも一方は、前記中心軸からズレた位置に接続されている、ロボット。
【請求項５】
請求項３に記載のロボットにおいて、
前記電動アクチュエーターを３つ以上備え、
前記３つ以上の電動アクチュエーターは、
前記第１のアームと３つ以上の前記電動アクチュエーターの前記一方の端部との３つ以上の接続部が一直線にならないように、前記第１のアームに接続され、
前記第２のアームと３つ以上の前記電動アクチュエーターの前記他方の端部との３つ以上の接続部が一直線にならないように、前記第２のアームに接続されている、
ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動アクチュエーター及び電動アクチュエーターを備えたロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
関節を有するロボットにおいて、ロボットの関節に電動モーターを配置し、電動モーターの回転軸周りにアームを回動させるロボットが知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１２１４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ロボットはアームの先端に重量物を持つ場合があり、かかる場合、アームの回転軸周りの慣性モーメントが大きくなる。この大きな慣性モーメントに対応するために、ロボットは、大トルクの電動モーターを備えていた。しかしながら、このような大トルクの電動モーターは、外観、重量、振動、騒音、価格面で不利であった。また、電動モーターの回転軸周りにアームを回動させるロボットでは、アームの慣性モーメントが大きいと、アームの回動動作を速くし難いという問題もあった。
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、小さな力で関節の回動動作を実行できるロボット及び、電動アクチュエーター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】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
（１）本発明の一形態によれば、電動アクチュエーターが提供される。この電動アクチュエーターは、雄ネジを有するネジ軸と、前記ネジ軸に咬み合う雌ネジを有し、前記ネジ軸上を前記ネジ軸に沿って移動する第１の係合部材と、一方の端部が前記第１の係合部材に接合され、他方の端部が前記電動アクチュエーターの一方の端部となる第１の棒状部材と、前記ネジ軸と、前記第１の係合部材と、前記第１の棒状部材の一部と、を収納するケーシングと、を備える。前記第１の係合部材は、  前記雌ネジを有するインナーローター部と、  前記棒状部材が接続され、前記ケーシングに対して回転運動をしないアウターステーター部と、を有するインナーローター型電動モーターを備える。この形態の電動アクチュエーターによれば、ネジ軸と係合部材とは、いわゆるボールねじ構造を構成しており、ボールねじ機構は、電動モーターの回転運動を第１の棒状部材の直線運動に変えることが可能となる。また。電動モーターの回転トルクを直線運動のトルクに変換するので、比較的小さなトルクの電動モーターを用いて大きなトルクを発生させることが可能である。また、ネジ軸を回転させないので、ネジ軸を回転させる駆動装置を配置しなくても良く、電動アクチュエーターを小さくすることが可能となる。この電動アクチュエーターは様々な応用が可能であり、この電動アクチュエーターを例えば、ロボットの関節まわりのアームの回動に用いた場合、ロボットの関節の回転軸周りにアームを直接電動モーターで回動させるよりも小さな力で、アームの回動が可能となる。
【０００８】
（２）上記形態の電動アクチュエーターにおいて、さらに、前記ネジ軸に咬み合う雌ネジを有し、前記ネジ軸上を前記ネジ軸に沿って移動する第２の係合部材と、一方の端部が前記第２の係合部材に接合され、他方の端部が前記電動アクチュエーターの他方の端部となる第２の棒状部材と、を備え、前記ケーシングは、前記ネジ軸と、前記第１の係合部材と、前記第１の棒状部材の一部と、前記第２の係合部材と、前記第２の棒状部材の一部と、を収納し、前記第２の係合部材は、  前記雌ネジを有するインナーローター部と、前記第２の棒状部材が接続され、前記ケーシングに対して回転運動をしないアウターステーター部と、を有する第２のインナーローター型電動モーターを備えてもよい。この形態の電動アクチュエーターによれば、２つのインナーローター型電動モーターを用いて２つの係合部材を同時に動かすことにより、１つの係合部材を動かすよりも２つの棒状部材の間隔を、より高速で広くし、あるいはより高速で狭くすることが可能となる。
【０００９】
（３）本発明の一形態によれば、ロボットが提供される。この形態のロボットは、第１のアームと、第２のアームと、前記第１のアームの端部と前記第２のアームの端部を接続する関節部と、請求項１または２に記載の電動アクチュエーターと、を備え、前記電動アクチュエーターの前記第１の棒状部材の端部は、前記第１のアームに接続され、前記電動アクチュエーターの前記第１の棒状部材の端部と反対側である他方の端部は、前記第２のアームに接続されていてもよい。この形態のロボットによれば、電動アクチュエーターが、電動モーターの回転運動を直線運動に変える。また、ネジ軸と係合部材とは、いわゆるボールねじ構造を構成しており、ボールねじ機構は、インナーローター型電動モーターの回転運動を第１の棒状部材の直線運動に変える。さらに、この電動アクチュエーターをロボットの関節まわりのアームの回動に用いた場合、ロボットの関節の回転軸周りにアームを直接電動モーターで回動させるよりも小さな力で、アームの回動が可能となる。また、第１のアームに対する第２のアームの回動動作を速くすることが可能となる。
【００１０】
（４）上記形態のロボットにおいて、前記第１のアームと前記第２のアームとを、前記第１のアームの中心軸に沿って一直線となるように配置したときに、前記電動アクチュエーターの前記一方の端部材と、前記他方の端部とのうちの少なくとも一方は、前記中心軸からズレた位置に接続されていてもよい。この形態のロボットによれば、電動アクチュエーターの少なくとも一方の端部は、中心軸からズレた位置に接続されるので、第１のアームに対する第２のアームの回動方向を一方向にすることが可能となる。
【００１１】
（５）上記形態のロボットにおいて、前記電動アクチュエーターを３つ以上備え、前記３つ以上の電動アクチュエーターは、前記第１のアームと３つ以上の前記電動アクチュエーターの前記一方の端部との３つ以上の接続部が一直線にならないように、前記第１のアームに接続され、前記第２のアームと３つ以上の前記電動アクチュエーターの前記他方の端部との３つ以上の接続部が一直線にならないように、前記第２のアームに接続されていてもよい。この形態のロボットによれば、第１のアームに対して、第２のアームを様々な方向に回動させることが可能となる。
【００１２】
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電動アクチュエーターの他、ロボット等様々な形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る電動アクチュエーターを模式的に示す説明図である。
【図２】電動アクチュエーターを用いたロボットの一部を示す説明図である。
【図３】第３の実施形態にかかるロボットの一部を示す説明図である。
【図４】第４の実施形態にかかるロボットの一部を示す説明図である。
【図５】第５の実施形態にかかるロボットの一部を示す説明図である。
【図６】第６の実施形態にかかるパラレルリンクロボットを示す説明図である。
【図７】第７の実施形態にかかるロボットの一部を示す説明図である。
【図８】第８の実施形態にかかるロボットの一部を示す説明図である。
【図９】第９の実施形態にかかるロボットの一部を示す説明図である。
【図１０】第９の実施形態におけるロボットの制御部の一例を示す説明図である。
【図１１】第１０の実施形態に掛かる電動アクチュエーターを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
第１の実施形態：
図１は、第１の実施形態に係る電動アクチュエーター１０を模式的に示す説明図である。図１（Ａ）は、電動アクチュエーター１０の中心軸Ｑを通る線（図１（Ｂ）の１Ａ−１Ａ切断線）で切ったときの断面を示す説明図である。図１（Ｂ）は、電動アクチュエーター１０の中心軸Ｑに垂直な線（図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ切断線）で切ったときの断面を示す説明図である。電動アクチュエーター１０は、ネジ軸１６０と、係合部材２００と、棒状部材３００と、棒状部材３０５と、ケーシング４００と、を備える。
【００１５】
ネジ軸１６０は、ケーシング４００の内部の中央に固定されている。ネジ軸１６０には、雄ネジが切られている。係合部材２００は、ネジ軸１６０の外周に嵌め込まれる部材であり、第１のネジ軸１６０の雄ネジと咬み合う雌ネジが切られている。係合部材２００は、インナーローター部２０１と、アウターステーター部２０２とを備えるインナーローター型電動モーター２０３を備える。係合部材２００のインナーローター部２０１には、ネジ軸１６０の雄ネジと咬み合う雌ネジが切られている。ネジ軸１６０と、係合部材２００の雌ネジは、いわゆるボールねじを構成することが好ましい。係合部材２００の詳しい構成については後述する。棒状部材３００は、剛性の高い棒状の部材であり、一方の端部３０１は、ネジ３１１により係合部材２００のアウターステーター部２０２と固定されている。棒状部材３００の他方の端部３０２は、ケーシング４００に設けられた開口部４０５からケーシングの外にはみ出ている。棒状部材３０５は、ケーシング４００に接続されている。棒状部材３０５は、剛性の高い棒状の部材であり、一方の端部３０６は、ネジ３１６によりケーシング４００と固定されている。棒状部材３００の端部３０２と、棒状部材３０５の端部３０７は、ケーシング４００を挟んで互いに反対側である。
【００１６】
上述したように、係合部材２００は、インナーローター型電動モーター２０３を有する。一般に電動モーターは、回転軸回りに回転するローターと、回転しないステーターとを備える。インナーローター型電動モーターとは、中心側（インナー側）に回転するローターを有し、その外縁側（アウター側）に回転しないステーターを有する電動モーターである。ここで、ローターが回転する、ステーターが回転しないとは、ケーシングに対してローターは回転する、ステーターは回転しない、という意味である。本実施形態では、アウターステーター部２０２は、ケーシング４００に対して回転せず、インナーローター部２０１は、ケーシング４００に対して回転する。
【００１７】
係合部材２００のインナーローター部２０１は、係合部２２０と、磁石２３０とを備える。係合部２２０は、内側に、ネジ軸１６０と嵌合する雌ネジを有する。磁石２３０は、係合部２２０の外周に６個設けられている。６個の磁石２３０は、ネジ軸１６０の中心から外部に向かう方向（放射方向）に磁化された磁石と、外部から中心に向かう方向（中心方向）に磁化された磁石とを含んでおり、磁化方向が中心方向である磁石２３０と、磁化方向が放射方向である磁石２３０は、円周方向に沿って交互に配置されている。６つの磁石２３０の全体は、略円筒形を形成している。なお、図１の磁石２３０に付与されているＮ、Ｓの符号は、放射方向外側の磁極を示している。なお、係合部２２０と磁石２３０との間に磁石バックヨークが設けられても良い。
【００１８】
アウターステーター部２０２は、電磁コイル２４０Ａ、２４０Ｂと、コイルバックヨーク２５０と、案内板２８０と、を備える。電磁コイル２４０Ａ、２４０Ｂは、磁石２３０が形成する円筒形と対向するように、磁石２３０の外周側に円筒形に並べられている。電磁コイル２４０Ａ、２４０Ｂの外周側には、コイルバックヨーク２５０が設けられている。コイルバックヨーク２５０の外側には、案内板２８０が設けられている。電磁コイル２４０Ａ、２４０Ｂとコイルバックヨーク２５０とは、樹脂２６０により一体に固定されている。なお、案内板２８０についても、樹脂２６０により、一体に形成されていても良い。
【００１９】
インナーローター部２０１の両端部とアウターステーター部２０２との間には、それぞれベアリング２７０、２７１が設けられている。ベアリング２７１のネジ軸１６０に沿った外側には、ベアリング２７１を押さえるための押さえ部材２６５が設けられている。
【００２０】
棒状部材３００の端部は、直角に曲げられている。棒状部材３００の曲げられた部分は、ネジ３１１により樹脂２６０に取り付けられる。このとき、棒状部材３００の曲げられた部分は、押さえ部材２６５をベアリング２７１の方向に押さえつける。
【００２１】
ケーシング４００は、アウターステーター部２０２の案内板２８０に対応する位置にレール４１０を備える。レール４１０は、アウターステーター部２０２がネジ軸１６０の回転によって回転しないようにすると共に、案内板２８０を案内し、アウターステーター部２０２がレール４１０に沿って移動するようにアウターステーター部２０２の回転方向の動きを規制する。案内板２８０と、レール４１０との間には、ベアリング２７２が設けられていても良い。また、アウターステーター部２０２の電磁コイル２４０Ａ、２４０Ｂへの給電は、例えば、レール４１０から案内板２８０を介して行われても良い。このように電磁コイル２４０Ａ、２４０Ｂに給電されれば、係合部材２００がネジ軸１６０上を移動しても、配線が絡まるなどの不具合が起こりにくい。
【００２２】
上述したようにネジ軸１６０と係合部材２００のインナーローター部２０１とは、いわゆるボールねじ構造を構成している。ボールねじ構造は、一般に、（１）回転と直線の運動を相互に変換する機能と、（２） 大きな変位を小さな変位に変換する減速機構と、とを有している。本実施形態では、インナーローター部２０１の回転運動を、係合部材２００（棒状部材３００）の直線運動に変換する。ここで、インナーローター部２０１の回転速度に比べて棒状部材３００の移動速度は小さく、電動アクチュエーター１０は、減速機構としても機能する。インナーローター型電動モーター２０３の回転により、係合部材２００と棒状部材３００は、ケーシング４００に対して、直線方向に移動する。一方、棒状部材３０５はケーシングに固定されている。このように、インナーローター型電動モーター２０３の回転により、棒状部材３００の端部３０２と、棒状部材３０５の端部３０７との間隔の長さを小さくし、あるいは、大きくできる。
【００２３】
以上、第１の実施形態の電動アクチュエーター１０によれば、ネジ軸１６０と、インナーローター型電動モーター２０３を有する係合部材２００とを用いて、インナーローター型電動モーター２０３の回転力を、直線方向の力に変換することができる電動アクチュエーター１０を実現することが可能となる。また、第１の実施形態の電動アクチュエーター１０によれば、インナーローター型電動モーター２０３の回転運動を減速して棒状部材３００に伝達することが可能となる。また、小さな回転力で、棒状部材３００を移動させることが可能となる。このような電動アクチュエーター１０は、後述するように、ロボットの関節に用いることが可能である。
【００２４】
また、第１の実施形態の電動アクチュエーター１０によれば、係合部材２００のインナーローター部２０１を回転させる。ネジ軸１６０を回転させる場合には、ネジ軸１６０の一方の端部に電動モーターが配置される。そのため、ケーシング４００のネジ軸１６０に沿った長さは、電動モーター分だけ長くなるが、本実施形態によれば、ネジ軸１６０の端部に電動モーターを配置する必要がないため、電動アクチュエーター１０を短くすることが可能となる。
【００２５】
第２の実施形態：
図２は、電動アクチュエーター１０を用いたロボット５００の一部を示す説明図である。図２（Ａ）のロボット５００は、第１のアーム５１０と、第２のアーム５２０と、電動アクチュエーター１０と、を備える。第１のアーム５１０の端部５１５は、第２のアーム５２０の端部５２５とピン５３０により接続されている。第１のアーム５１０と第２のアーム５２０とは、ピン５３０を中心として互いに回動可能であり、第１のアーム５１０の端部５１５と、第２のアーム５２０の端部５２５と、ピン５３０と、は、いわゆる関節部を形成している。電動アクチュエーター１０は、第１の実施形態で説明された電動アクチュエーターである。
【００２６】
図２（Ａ）の上図では、第１のアーム５１０と第２のアーム５２０とを一直線となるように配置している。ここで、この一直線と平行な直線であって、ピン５３０と直交する仮想直線を中心軸Ｏとする。電動アクチュエーター１０の棒状部材３００の端部３０２は、第１のアーム５１０の中央付近に取り付けられており、棒状部材３０５の端部３０７は、第２のアーム５２０の端部５２５に取り付けられている。なお、ピン５３０の軸方向に沿った方向から見たときにおいて、端部３０７は、端部５２５上であって、仮想直線である中心軸Ｏの延長上からズレた位置に取り付けられている。なお、電動アクチュエーター１０の棒状部材３００の端部３０２は、ピン５３０の軸方向に沿った方向から見た場合において、第１のアーム５１０上であって、仮想直線である中心軸Ｏと重なる位置、あるいは、仮想直線である中心軸Ｏからズレた位置のいずれであっても良い。なお、端部３０２が仮想直線である中心軸Ｏからズレた位置の場合には、端部３０２は、仮想直線である中心軸Ｏに対して、端部３０７と同じ側にあることが好ましい。
【００２７】
上述したように、電動アクチュエーター１０のインナーローター型モーター２０３が回転すると、インナーローター型モーター２０３の回転方向により、棒状部材３００の端部３０２と、棒状部材３０５の端部３０７と、の間隔（以下「電動アクチュエーター１０の長さ」と呼ぶ。）の長さが小さくなり、あるいは、大きくなる。図２（Ａ）の上図に示す第１のアーム５１０と第２のアーム５２０とが一直線となる直線状態から、電動アクチュエーター１０の長さが小さくなると、図２（Ａ）の上図の矢印Ｙ２１に示すように、第２のアーム５２０は、ピン５３０を中心として、時計回りに回動し、図２（Ａ）の下図の状態に遷移する。一方、図２の下図に示す状態から、電動アクチュエーター１０の長さが大きくなると、図２（Ａ）の下図の矢印Ｙ２２に示すように、第２のアーム５２０は、ピン５３０を中心として、反時計回りに回動し、図２（Ａ）の上図の状態に遷移する。図２の中抜きの矢印ＹＳ２は、図２（Ａ）の上図と下図との間のロボット５００の形状の遷移を意味し、中抜きでない矢印Ｙ２１、Ｙ２２は、第１のアーム５１０に対する第２のアーム５２０の回動方向を示している。なお、上述したように、端部３０７が中心軸Ｏ上からズレた位置の場合において、端部３０７が、中心軸Ｏに対して、端部３０２と同じ側にあると、第２のアーム５２０の回動方向を一方向（本実施形態では、直線状態から時計回り方向）に規制することが可能となる。
【００２８】
図２（Ｂ）は、ロボット５００に用いられる電動アクチュエーター１０の端部３０２近傍を示す説明図である。電動アクチュエーター１０の端部３０２近傍は、取り付け孔３０３と、軸受部３３０と、緩衝材３３１と、固定部３３２と、が設けられている。取り付け孔３０３にピンが挿入されることにより、電動アクチュエーター１０は、ピン周りに回動自在に第１のアーム５１０に取り付けられる。軸受部３３０は、ピン周りの回動を滑らかにする。緩衝材３３１は、電動アクチュエーター１０の棒状部材３００と、第１のアーム５１０との接続部との接合を和らげる。固定部３３２は、取り付け孔３０３と、軸受部３３０と、緩衝材３３１と、を棒状部材３００の端部３０２に固定する。なお、この電動アクチュエーター１０の棒状部材３００の端部３０２の構成は、棒状部材３０５の端部３０７及び以降に説明する各実施形態の電動アクチュエーター端部においても適用可能である。
【００２９】
以上、第２の実施形態のロボット５００によれば、第１のアーム５１０、第２のアーム５２０の回動中心に電動モーターを備えず、電動アクチュエーター１０を用いて第１のアーム５１０と第２のアーム５２０とを互いに回動させる。電動アクチュエーター１０は上述したように、減速機能を有する。その結果、ロボット５００は、大トルクの電動モーターを用いなくても、第１のアーム５１０に対して第２のアーム５２０を回動させることが出来る。また、電動アクチュエーター１０の棒状部材３０５の端部３０７は、第２のアーム５２０の端部５２５のピン５３０（回動中心）から少しズレた位置に取り付けられているので、回動中心を電動モーターで回す場合に比べて、小さな力で、第１のアーム５１０と第２のアーム５２０とを互いに回動させることが出来る。なお、第２のアーム５２０への棒状部材３０５の取り付け位置は、端部５２５ではなく、第２のアーム５２０の中央付近に設けても良い。この場合には、さらに小さな力で第１のアーム５１０と第２のアーム５２０とを互いに回動させることが可能となり、第２のアーム５２０をさらに高速に回動させることが可能となる。
【００３０】
また、本実施形態によれば、棒状部材３０５は、第２のアーム５２０の端部５２５に取り付けられているので、図２の下図のように、第２のアーム５２０が第１のアーム５１０に対してほぼ直角に回動しても、電動アクチュエーター１０は、第１のアーム５１０にほぼ沿った方向に向いたままである。そのため、電動アクチュエーター１０は第１のアーム５１０から離間し難く、外観的に人間の腕に近い構成とすることが可能となる。
【００３１】
上記実施形態では、電動アクチュエーター１０の棒状部材３００の端部３０２は、第１のアーム５１０の中央付近に取り付けられており、棒状部材３０５の端部３０７は、第２のアーム５２０の端部５２５に取り付けられているが、逆に、電動アクチュエーター１０の棒状部材３００の端部３０２が、第２のアーム５２０の端部５２５に取り付けられ、棒状部材３０５の端部３０７が、第１のアーム５１０の中央付近に取り付けられる構成であってもよい。電動アクチュエーター１０の棒状部材３００と、棒状部材３０５とを入れ替えても良いのは、他のロボットの実施形態においても同様である。
【００３２】
第３の実施形態：
図３は、第３の実施形態にかかるロボットの一部を示す説明図である。ロボット５５０は、第１のアーム５６０と、第２のアーム５７０と、電動アクチュエーター１０Ａ、１０Ｂと、を備える。電動アクチュエーター１０Ａ、１０Ｂは、上述した電動アクチュエーター１０と同様の構成である。第１のアーム５６０の端部５６５は、第２のアーム５７０の端部５７５とピン５８０により接続されている。第１のアーム５６０と第２のアーム５７０とは、ピン５８０を中心として互いに回動可能である。
【００３３】
電動アクチュエーター１０Ａの棒状部材３００Ａの端部３０２Ａは、第１のアーム５６０の端部５６７に取り付けられており、電動アクチュエーター１０Ａの棒状部材３０５Ａの端部３０７Ａは、第２のアーム５７０の端部５７５に取り付けられている。電動アクチュエーター１０Ｂについても同様である。なお、第１のアーム５６０と第２のアーム５７０とを図３の上図に示すように中心軸Ｏに平行となるように一直線に配置して、ピン５８０の軸方向に沿った方向から見たときにおいて、電動アクチュエーター１０Ａと１０Ｂは、いずれも中心軸Ｏと重ならず、中心軸Ｏを挟むように配置されている。なお、電動アクチュエーター１０Ａは、第１のアーム５６０と第２のアーム５７０に対して表面（紙面の手前側）に配置され、電動アクチュエーター１０Ｂは第１のアーム５６０と第２のアーム５７０に対して裏面（紙面の奥側）に接続されていることが好ましい。このように構成されていれば、図３下図のように、第２のアーム５７０が第１のアーム５６０に対して回動したときに、電動アクチュエーター１０Ａと１０Ｂとが互いに干渉しない。
【００３４】
上述したように、電動アクチュエーター１０Ａのインナーローター型モーター２０３が回転すると、インナーローター型モーター２０３の回転方向により、電動アクチュエーター１０Ａの長さが小さくなり、あるいは、大きくなる。電動アクチュエーター１０Ｂについても同様である。ここで、図３の上図に示すような、第１のアーム５６０と第２のアーム５７０とが一直線となる直線状態から、電動アクチュエーター１０Ａの長さが大きくなり、電動アクチュエーター１０Ｂの長さが小さくなると、第２のアーム５７０は、図３の上図の矢印Ｙ３１に示すように、時計周りに回動する。一方、図３の下図に示す状態から、電動アクチュエーター１０Ａの長さが小さくなり、電動アクチュエーター１０Ｂの長さが大きくなると、第２のアーム５７０は、図３の下図の矢印Ｙ３２に示すように、反時計周りに回動する。なお、図３では遷移後の状態を図示していないが、図３の上図に示す状態から、電動アクチュエーター１０Ａの長さが小さくなり、電動アクチュエーター１０Ｂの長さが大きくなると、第２のアーム５７０は、図３の上図から、矢印Ｙ３３に示すように、反時計回りに回動する。図３の中抜きの矢印ＹＳ３は、図２の矢印ＹＳ２と同様に、図３の上図と図３の下図との間のロボット５５０の形状の遷移を意味し、中抜きでない矢印Ｙ３１、Ｙ３１、Ｙ３３は、第１のアーム５６０に対する第２のアーム５７０の回動方向を示している。第３の実施形態によれば、図３の上図に示す直線状態から、第２のアーム５７０を時計回り、反時計回りのいずれの方向にも回動させることが可能となる。
【００３５】
第４の実施形態：
図４は、第４の実施形態にかかるロボット６００の一部を示す説明図である。ロボット６００は、第１のアーム６１０と、第２のアーム６２０と、電動アクチュエーター１０と、を備える。第１のアーム６１０の端部６１５は、第２のアーム６２０の端部６２５とピン６３０により接続されている。第１のアーム６１０と第２のアーム６２０とは、ピン６３０を中心として互いに回動可能である。図４の左図では、第１のアーム６１０と第２のアーム６２０とを一直線となるように配置している。ここで、この一直線と平行な直線であって、ピン６３０と直交する仮想直線を中心軸Ｏとする。第１のアーム６１０は、側片６１８を備える。側片６１８は、仮想直線である中心軸Ｏからズレた位置にある。電動アクチュエーター１０は、第１のアーム６１０の側片６１８及びと、第２のアーム６２０の端部６２５とに接続されている点が、第２の実施形態のロボット５００と異なる。なお、電動アクチュエーター１０が接続される端部６２５上の位置は、図４の左図のように第１のアーム６１０と第２のアーム６２０とを一直線としたときに、仮想直線である中心軸Ｏからズレた位置である。第４の実施形態のロボット６００の動作は、第２の実施形態のロボット５００の動作と同じである。第４の実施形態のロボット６００では、電動アクチュエーター１０は、第１のアーム６１０の側片６１８に接続されているので、第２のアーム６２０を回動させるときに、第２のアーム６２０を側片６１８方向（第４の実施形態では、図４の左図を基準として反時計周り方向）に確実に回動させることが可能となる。なお、図４の矢印ＹＳ４の意味は図２の矢印ＹＳ２の意味と同様に、図４の左図と図４の右図との間のロボット６００の形状の遷移を意味し、中抜きでない矢印Ｙ４１、Ｙ４２は、第１のアーム６１０に対する第２のアーム６２０の回動方向を示している。
【００３６】
第５の実施形態：
図５は、第５の実施形態にかかるロボット６５０の一部を示す説明図である。ロボット６５０は、第１のアーム６６０と、第２のアーム６７０と、電動アクチュエーター１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃと、を備える。電動アクチュエーター１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、第１のアーム６６０の端部６６５に、３つの接続部６６５Ａ、６６５Ｂ、６６５Ｃが一直線にならないように取り付けられ、ている。第２のアーム６７０の端部６７５に、３つの接続部が一直線にならないように取り付けられている。電動アクチュエーター１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃと第２のアーム６７０の端部６７５との接続部６７５Ａ、６７５Ｂ、６７５Ｃには、例えば、図に示すようなボールジョイント６８０のような、自在継手を用いることが可能である。ボールジョイント６８０は、ボール部６８１と、受皿部６８２とを備えている。ボール部６８１は、電動アクチュエーター１０Ａの棒状部材３００Ａに接続されており、受皿部６８２は、第２のアーム６７０の端部６７５に接続されている。なお、ボールジョイント６８０に変えてユニバーサルジョイントを用いてもよい。
【００３７】
第５の実施形態において、電動アクチュエーター１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの長さを独立して変更することが可能である。図５の左図では、電動アクチュエーター１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの長さはほぼ同じ長さである。図５の左図に示す状態から、第１の電動アクチュエーター１０Ａの長さを大きくし、第２の電動アクチュエーター１０Ｂの長さを小さくすると、図５の左図の矢印Ｙ５１に示すように、第２のアーム６７０は図面の右方向に回動して図５の中図の状態に遷移する。図５の中図に示す状態から、第１の電動アクチュエーター１０Ａの長さを小さくし、第２の電動アクチュエーター１０Ｂの長さを大きくして、第１の電動アクチュエーター１０Ａの長さと、第２の電動アクチュエーター１０Ｂの長さを等しくし、第３の電動アクチュエーター１０Ｃの長さを第１の電動アクチュエーター１０Ａの長さよりも小さくすると、図５の中図の矢印Ｙ５２に示すように、第２のアーム６７０は図面の左方向に回動しながら奥方向に回動して、図５の右図の状態に遷移する。なお、図５の左図の状態から図５の右図の状態に直接遷移させることも可能である。以上、第５の実施形態にかかるロボット６５０によれば、第１のアーム６６０に対して、第２のアーム６７０を様々な方向に回動させることが可能となる。図５の矢印ＹＳ５１、ＹＳ５２の意味は図２の矢印ＹＳ２の意味と同様に、図５の左図と中図と右図の間のロボット６５０の形状の遷移を意味している。図５の左図の中抜きでない矢印Ｙ５１は、ロボット６５０が図５の左図から中図に形状が遷移するときに第１のアーム６６０に対する第２のアーム６７０の回動方向を示している。図５の中図の中抜きでない矢印Ｙ５２は、ロボット６５０が図５の中図から右図に形状が遷移するときに第１のアーム６６０に対する第２のアーム６７０の回動方向を示している。
【００３８】
第６の実施形態：
図６は、第６の実施形態にかかるパラレルリンクロボット７００を示す説明図である。この第６の実施形態は、上述した電動アクチュエーター１０をパラレルリンクロボット７００に適用したものである。なお、パラレルリンクロボットの「パラレル」は、「平行」ではなく「並列」の意である。
【００３９】
パラレルリンクロボットは、３つのリンク７１０Ａ、７１０Ｂ、７１０Ｃと、上部支持体７５０と、下部支持体７６０と、マニピュレーター部７９０と、を備える。３つのリンク７１０Ａ、７１０Ｂ、７１０Ｃと、上部支持体７５０とは、それぞれユニバーサルジョイント７７０Ａ、７７０Ｂ、７７０Ｃにより接続され、３つのリンク７１０Ａ、７１０Ｂ、７１０Ｃと、下部支持体７６０とは、それぞれユニバーサルジョイント７８０Ａ、７８０Ｂ、７８０Ｃにより接続されている。なお、パラレルリンクロボットの「パラレル」は、上述したように「平行」ではなく「並列」の意であるので、３つのリンク７１０Ａ、７１０Ｂ、７１０Ｃは平行でなくても良い。また、本実施形態ではユニバーサルジョイント７８０Ａ、７８０Ｂ、７８０Ｃを用いたが、代わりにボールジョイントを用いても良い。
【００４０】
第１のリンク７１０Ａは、第１の電動アクチュエーター１０Ａと、第１のワイヤー受部７３０Ａと、第１のアーム部７４０Ａと、を備える。第１の電動アクチュエーター１０Ａの棒状部材３００Ａは、第１のユニバーサルジョイント７７０Ａに接続され、第１の電動アクチュエーター１０Ａの棒状部材３０５Ａは、第１のワイヤー受部７３０Ａに接続されている。第１のワイヤー受部７３０Ａは、第１のアーム部７４０Ａに接続されている。なお、第１のワイヤー受部７３０Ａと、第１のアーム部７４０Ａは、一体であってもよい。第２のリンク７１０Ｂの第１のワイヤー受部７３０Ｂ、第１のアーム部７４０Ｂ、第３のリンク７１０Ｃの第１のワイヤー受部７３０Ｃ、第１のアーム部７４０Ｃについても同様の構成である。
【００４１】
このパラレルリンクロボット７００では、電動アクチュエーター１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを制御することにより、３本のリンク７１０Ａ、７１０Ｂ、７１０Ｃの長さを制御し、マニピュレーター部７９０の位置決めを行うことが出来るので、従前のパラレルリンクロボットに比べ、リンク数が少なくて済む。また、従前は、多数のリンクの回転を計算していたたが、本実施形態では、リンク数が３個と少なくなることにより計算量が少なくなることに加えて、リンクの回転の計算ではなくリンク７１０Ａ、７１０Ｂ、７１０Ｃの長さによる計算を行うため、計算速度を向上させることが可能となる。その結果、リンク７１０Ａ、７１０Ｂ、７１０Ｃの応答速度が向上させることができ、パラレルリンクロボット７００の制御が容易となる。また、電動アクチュエーター１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃにおける減速度が大きいため、このパラレルリンクロボット７００は、電源が遮断しても、停止時の状態を維持し易く、マニピュレーター部７９０が落下することを発生し難くできる。
【００４２】
第７の実施形態：
図７は、第７の実施形態にかかるロボット６０１の一部を示す説明図である。第７の実施形態のロボット６０１は、第４の実施形態のロボット６００に、弾性体による覆い６０２を設けたものである。第７の実施形態のロボット６０１の動作については、第４の実施形態のロボット６００の動作と同様であるので、説明を省略する。図７の矢印ＹＳ７、Ｙ７１、Ｙ７２の意味は、それぞれ図４の矢印ＹＳ４、Ｙ４１、Ｙ４２の意味と同様である。
【００４３】
第８の実施形態：
図８は、第８の実施形態にかかるロボット８００の一部を示す説明図である。ロボット８００は、第１のアーム８１０と、第２のアーム８２０と、第３のアーム８３０と、電動アクチュエーター１０Ａ、１０Ｂと、を備える。第２のアーム８２０は、側片８２８を備え、第３のアーム８３０は、側片８３８を備える。第１のアーム８１０の２つの端部８１５、８１７のうち端部８１５は、第２のアーム８２０の端部８２７とピン８４０により接続されており、第１のアーム８１０と第２のアーム８２０とは、ピン８４０を中心として互いに回動可能である。なお、他方の端部８１７は、例えば基部（図示せず）との接続に用いられてもよい。また、第２のアーム８２０の端部８２５は、第３のアーム８３０の２つの端部８３５、８３７のうち一方の端部８３７とピン８５０により接続されており、第２のアーム８２０と第３のアーム８３０とは、ピン８５０を中心として互いに回動可能である。なお、第３のアーム８３０の他方の端部８３５には、例えば物を掴むための把持部（図示せず）が取り付けられても良い。
【００４４】
第２のアーム８２０の側片８２８は、ピン８４０とピン８５０とを結ぶ中心軸Ｏからズレた位置にある。また、第１のアーム８１０から第３のアーム８３０までを図８の左図のように一直線にしたときに、第３のアーム８３０の側片８３８は、中心軸Ｏを延長した直線上からズレた位置にある。第１の電動アクチュエーター１０Ａは、第１のアーム８１０の端部８１５と、第２のアーム８２０の側片８２８とに接続されている。第２の電動アクチュエーター１０Ｂは、第２のアーム８２０の端部８２５と、第３のアーム８３０の側片８３８とに接続されている。なお、電動アクチュエーター１０Ａが接続される端部８２７上の位置は、第１のアーム８１０と第２のアーム８２０とを一直線としたときに、中心軸Ｏからズレた位置である。電動アクチュエーター１０Ｂが接続される端部８３７上の位置についても同様である。
【００４５】
第８の実施形態のロボット８００は、第１のアーム８１０に対して第２のアーム８２０を回動させ、第２のアーム８２０に対して第３のアーム８３０を回動させることが可能であり、第２〜４、７の実施形態で説明したロボット５００、５５０、６００、６０１より複雑な動作を実行させることが可能となる。なお、図８の矢印ＹＳ８の意味は図２の矢印ＹＳ２の意味と同様に、図８の左図と図８の右図との間のロボット８００の形状の遷移を意味している。ここでは、第３のアーム８３０を第２のアーム８２０に対して回動させている。中抜きでない矢印Ｙ８１、Ｙ８２は、第２のアーム８２０に対する第３のアーム８３０の回動方向を示している。
【００４６】
第９の実施形態：
図９は、第９の実施形態にかかるロボットの一部を示す説明図である。第９の実施形態のロボット５００は、第２の実施形態の構成に加え、第１のアーム５１０の端部５１５に圧力センサー３２０を備える。また、第１のアーム５１０の第２のアーム５２０との反対側は、基部５０５に取り付けられており、基部５０５と、第１のアーム５１０との間には、圧力センサー３２５が設けられている。図９の矢印ＹＳ９、Ｙ９１、Ｙ９２の意味は、それぞれ図２の矢印ＹＳ２、Ｙ２１、Ｙ２２の意味と同様である。
【００４７】
電動アクチュエーター１０が縮んで第２のアーム５２０が時計回り方向に回動していくと、第２のアーム５２０は、圧力センサー３２０に接触する。この第２のアーム５２０が圧力センサー３２０に接触したときの第１のアーム５１０と第２のアーム５２０との為す角θ０及び電動アクチュエーター１０の端部３０２と端部３０７の間隔Ｌａ０（点Ｐ１と点Ｐ２との間隔）を予め計測しておけば、ここを基準位置として、第２のアーム５２０の動きを制御することが可能となる。
【００４８】
電動アクチュエーター１０の端部３０２と端部３０７の間隔（点Ｐ１と点Ｐ２との間隔）をＬａ（＝Ｌａ０＋ｄＬａ、ｄＬａは、基準位置からの変化量）、端部３０２とピン５３０との間隔（点Ｐ１と点Ｐ０との間隔）をＬｂ、端部３０７とピン５３０との間隔（点Ｐ２と点Ｐ０との間隔）をＬｃ、第１のアーム５１０と第２のアーム５２０との為す角をθ（＝θ０＋ｄθ、ｄθは、基準位置からの変化量）とすると、以下の余弦定理が成り立つ。
Ｌａ2＝Ｌｂ2＋Ｌｃ2−２×Ｌｂ×Ｌｃ×Ｃｏｓθ
あるいは、
（Ｌａ０＋ｄＬａ）2＝Ｌｂ2＋Ｌｃ2−２×Ｌｂ×Ｌｃ×Ｃｏｓ（θ０＋ｄθ）
ここで、Ｌｂ、Ｌｃの大きさは、ロボット５００の第１のアーム５１０、第２のアーム５２０の設計時のデータに基づいて所定の値に固定されている。したがって、電動アクチュエーター１０の端部３０２と端部３０７の間隔Ｌａの大きさが決まれば、第１のアーム５１０と第２のアーム５２０との為す角をθが求まる。なお、電動アクチュエーター１０のインナーローター型モーター２０３が基準位置からどれだけ回転したかによって、電動アクチュエーター１０の端部３０２と端部３０７の間隔Ｌａの大きさを容易に求めることが可能である。逆に、第１のアーム５１０と第２のアーム５２０との為す角θから電動アクチュエーター１０の端部３０２と端部３０７の間隔Ｌａの大きさを目標として算出し、インナーローター型モーター２０３をどれだけ回転させればよいかを求めることも可能である。
【００４９】
また、第１のアーム５１０に対して第２のアーム５２０が回動すると、基部５０５を中心とした第１のアームと第２のアーム５２０の慣性モーメントが変わる。圧力センサー３２５は、この慣性モーメントの変化を圧力の変化として検知する。これにより、アーム（第１のアーム５１０あるいは第２のアーム）上に外部圧力が生じた際には、その外部圧力を検知することが可能となる。また、アームの先端には、エンドエフェクター（ハンド等）が設けられる場合があり、エンドエフェクターで物体を保持した場合には、保持された物体の荷重を算出することが可能である。
【００５０】
図１０は、第９の実施形態におけるロボット５００の制御部の一例を示す説明図である。ロボット制御部９００は、ロボット制御用ＣＰＵ９１０と、通信部９２０と、アクチュエーター制御部９３０と、アクチュエーター制御部９３０は、通信部９４０と、アクチュエーター制御用ＣＰＵ９５０と、駆動制御部９６０と、を備える。ロボット制御用ＣＰＵ９１０は、アクチュエーター制御部９３０からの信号を用いて、ロボット５００の動作を制御する。アクチュエーター制御部９３０からの信号には、ロボット５００の第１のアーム５１０及び第２のアーム５２０の状態（位置、角度）を示す信号が含まれる。これらに信号は、通信部９２０及び通信部９４０を介してやり取りされる。アクチュエーター制御用ＣＰＵ９５０は、圧力センサー３２０、３２５からの信号を用いて、電動アクチュエーター１０を制御する。駆動制御部９６０は、アクチュエーター制御用ＣＰＵ９５０からの信号を用いて、電動アクチュエーター１０のインナーローター型モーター２０３を駆動する。以上、第９の実施形態によれば、ロボット５００の第１のアーム５１０と第２のアームの動作を容易に制御することが可能となる。
【００５１】
第１０の実施形態：
図１１は、第１０の実施形態にかかる電動アクチュエーター１１を示す説明図である。第１の実施形態では、棒状部材３００と、棒状部材３０５とを備える電動アクチュエーター１０について説明した。第１０の実施形態の電動アクチュエーター１１は、棒状部材３０５の代わりに、第１の棒状部材と反対側に伸びる第２の棒状部材と、第２の係合部材と、を備える構成である。第１の実施形態と対称形であるので、詳細な説明は省略する。第１０の実施形態の電動アクチュエーター１１によれば、２つの棒状部材３００、３０５を移動させることが可能となるので、棒状部材３００が１つの場合に比べて、２つの棒状部材３００、３０５の端部３０２、３０７の間隔を速く移動させることが可能となる。
【００５２】
以上、いくつかの実施形態に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【００５３】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…電動アクチュエーター    １６０…ネジ軸    ２００…係合部材    ２０１…インナーローター部    ２０２…アウターステーター部    ２０３…インナーローター型電動モーター    ２２０…係合部    ２３０…磁石    ２４０Ａ、２４０Ｂ…電磁コイル    ２５０…コイルバックヨーク    ２６０…樹脂    ２６５…押さえ部材    ２７０、２７１、２７２…ベアリング    ２８０…案内板    ３００、３００ａ…棒状部材    ３０１、３０２、３０２Ａ…端部    ３０３…孔    ３０５、３０５Ａ…棒状部材    ３０６、３０７、３０７Ａ…端部    ３１１…ネジ    ３１６…ネジ    ３２０、３２５…圧力センサー    ３３０…軸受部    ３３１…緩衝材    ３３２…固定部    ４００…ケーシング    ４０５…開口部    ４１０…レール    ５００…ロボット    ５０５…基部    ５１０…第１のアーム    ５１５…端部    ５２０…第２のアーム    ５２５…端部    ５３０…ピン    ５５０…ロボット    ５６０…第１のアーム    ５６５、５６７…端部    ５７０…第２のアーム    ５７５…端部    ５８０…ピン    ６００…ロボット    ６０１…ロボット    ６１０…第１のアーム    ６１５…端部    ６１８…側片      ６２０…第２のアーム    ６２５…端部    ６３０…ピン    ６５０…ロボット    ６６０…第１のアーム    ６６５…端部    ６６５Ａ…接続部    ６７０…第２のアーム    ６７５…端部    ６７５Ａ…接続部    ６８０…ボールジョイント    ６８１…ボール部    ６８２…受皿部    ７００…パラレルリンクロボット    ７１０Ａ、７１０Ｂ、７１０Ｃ…リンク    ７３０Ａ、７３０Ｂ、７３０Ｃ…ワイヤー受部    ７４０Ａ、７４０Ｂ、７４０Ｃ…アーム部    ７５０…上部支持体    ７６０…下部支持体    ７７０Ａ、７７０Ｂ、７７０Ｃ…第１のユニバーサルジョイント    ７８０Ａ、７８０Ｂ、７８０Ｃ…ユニバーサルジョイント    ７９０…マニピュレーター部    ８００…ロボット    ８１０…第１のアーム    ８１５、８１７…端部    ８２０…第２のアーム    ８２５、８２７…端部    ８２８…側片    ８３０…第３のアーム    ８３５、８３７…端部    ８３８…側片    ８４０…ピン    ８５０…ピン    ９００…ロボット制御部    ９１０…ロボット制御用ＣＰＵ    ９２０…通信部    ９３０…アクチュエーター制御部    ９４０…通信部    ９５０…アクチュエーター制御用ＣＰＵ    ９６０…駆動制御部    ＹＳ２、ＹＳ３、ＹＳ４、ＹＳ５１、ＹＳ５２、ＹＳ７、ＹＳ８、ＹＳ９、Ｙ２１、Ｙ２２、Ｙ３１、Ｙ３２、Ｙ３３、Ｙ４１、Ｙ４２、Ｙ５１、Ｙ５１、Ｙ７１、Ｙ７２、Ｙ８１、Ｙ８２、Ｙ９１、Ｙ９２…矢印
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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