(57)【要約】  【課題】超音波モータの予圧力を小型かつ単純な機構により適宜調節することが可能な関節ロボットの提供。  【解決手段】圧電体１１，１２，１３，１４と、さらに外周端部を張り出した固定子フランジ４と、をともに積層し、圧電体１１，１２，１３，１４とこの固定子フランジ４とを一体に縦貫して両端面中央に開口する中空孔１ａが形成された固定子１と、この固定子１の振動端面上に載置されて、この固定子１の中空孔１ａの延長上に貫通する貫通孔２ａが形成された回転子２と、中空孔１ａと貫通孔２ａとを一連に挿通し、その両端を固定子１と回転子２とのそれぞれに協調して張力を伝達可能に相対峙する２つの固定部材に固定されて張架されたワイヤ３と、を具備させる特徴的構成手段の採用。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波モータを搭載した関節ロボットであって、
圧電体群と当該圧電体群の外周に外周端部を張り出した固定子フランジとをともに積層し、当該圧電体群と当該固定子フランジとを一体に縦貫して両端面中央に開口する中空孔が形成された前記超音波モータの固定子と、
当該固定子の振動端面上に載置されて、当該固定子の前記中空孔の延長上に貫通する貫通孔が形成された前記超音波モータの回転子と、
前記固定子の前記中空孔と前記回転子の前記貫通孔とを一連に挿通し、その両端を当該固定子と当該回転子とのそれぞれに協調して張力を伝達可能に相対峙する２つの固定部材に固定されて張架されたワイヤと、を具備する、
ことを特徴とする関節ロボット。
【請求項２】
前記固定部材は、
前記固定子フランジと平行に相対峙するよう前記回転子接触端面側と反対側の前記固定子端面が臨む位置に当該固定子フランジを別途他の部材を介して懸架配置する固定子側ワイヤ固定材である、
ことを特徴とする請求項１に記載の関節ロボット。
【請求項３】
前記他の部材は、
前記固定子フランジの前記外周端部端面と当該固定子側ワイヤ固定材との間に挟装された直動アクチュエータで構成される、
ことを特徴とする請求項２に記載を関節ロボット。
【請求項４】
前記回転子は、
外形球形状をなし、
当該球形状の回転中心を対称点としてその底面がそれぞれ開口端となるよう上下両方向から開穿され、前記ワイヤが当該回転中心を通るよう前記貫通孔が形成される、
ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の関節ロボット。
【請求項５】
前記回転子は、
横倒しの外形円柱形状をなし、
当該円柱形状の重心を対称点としてその底面がそれぞれ開口端となるよう前記周側面の上下両方向から開穿され、前記ワイヤが当該重心を通るよう前記貫通孔が形成される、
ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の関節ロボット。
【請求項６】
前記超音波モータは、
前記回転子を前記振動端面で対称状に中に挟み込み、前記ワイヤにより一連に挿通された２つの前記固定子を具備する、
ことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の関節ロボット。
【請求項７】
前記固定子フランジは、
前記外周端部から前記固定子外周面下半部に沿って下方に延びた前記他の部材からなる側周部と当該固定子端面に臨む底板部とにより、当該固定子下半部を懸架内包するとともに当該固定子の前記中空孔延長の当該底板部中央部位に前記ワイヤが挿通される接続底孔が形成された固定子中間接続材を有する、
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６に記載の関節ロボット。
【請求項８】
前記回転子は、
当該回転子上に突出した回転子中間接続材を有する、
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７に記載の関節ロボット。
【請求項９】
前記固定部材は、
前記固定子の前記中空孔に直結する最終順位の前記回転子の前記貫通孔を挿通した前記ワイヤ先端を繋止しかつ当該回転子の前記回転子中間接続材を固定した回転子側ワイヤ固定材である、
ことを特徴とする請求項８に記載の関節ロボット。
【請求項１０】
前記関節ロボットは、
それぞれの前記回転子に突出した前記回転子中間接続材で、各追順対向しかつ前記固定子を懸架する前記固定子中間接続材の前記底板部を次々と下受け連続して行き、複数段順次連続することで、所定数の前記超音波モータを直列に複数段前記ワイヤにて数珠繋ぎに連結して多関節屈曲可能に構成される、
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の関節ロボット。
【請求項１１】
前記関節ロボットは、
前記接続底孔同士を合致して背中合わせにした前記固定子中間接続材にそれぞれ懸架された一対の前記固定子を途中に組込み接続し複数段順次連続することで、所定数の前記超音波モータを直列に複数段前記ワイヤにて数珠繋ぎに連結して多関節屈曲可能に構成される、
ことを特徴とする請求項７、８、９又は１０に記載の関節ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、関節ロボットに関し、詳しくは、超音波モータを搭載し、超音波モータを縦貫して一連に挿通されたワイヤにより固定子と回転子とに予圧を付与する関節ロボットに係わる。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば、人間型ロボットの関節機構のような、高トルク、高自由度を要求されるような部位におけるアクチュエータとして、従来の一自由度回転式の電磁式サーボモータに代わり、省スペース、高トルクで静音性の高い、例えば、以下に示す非特許文献１に開示された多自由度超音波モータの適用が期待されている。
【０００３】
【非特許文献１】前野隆司、竹村研治郎，「縦振動と横振動の縮退に基づく多自由度超音波モータの開発」，日本ロボット学会誌，１９９８年，第１１６巻，第８号，ｐ．１１１５−１１２２．
【０００４】
この多自由度超音波モータは、振動方向が異なる複数の圧電体が積層した固定子とこの固定子の上に密着された球状の回転子とからなる。多自由度超音波モータの固定子の圧電体に、周波数が等しく位相の異なる交流電圧を印加すると、固有振動が励振されて、それらの固有振動のモードの組み合わせにより回転子が所定の方向に回転する。
【０００５】
このように、固定子に密着させた回転子を持つ多自由度超音波モータを駆動して高い回転トルクを得るためには、回転子が固定子から十分に強い垂直抗力を受けるような予圧機構が必要となり、ここで多自由度超音波モータに対して適切な予圧がなされれば、回転子の静止時において特別な駆動制御を行うことなく高静止トルクを得ることが可能になる。
【０００６】
このため、従来の多自由度超音波モータでは、以下に示す非特許文献２に開示されるように、回転子の上に穴の開いた予圧材を配置し、この予圧材により回転子に対して鉛直方向に予圧力を与える方式や、固定子に電磁石を内蔵してこの電磁石により回転子を引き付けて予圧を与える方式が知られており、さらに、非特許文献３には、回転子にシャフトを取り付けてこのシャフトに通したベアリングによって予圧力を伝達する方式が開示されている。
【０００７】
【非特許文献２】ユンチョルホ、庭野慎一郎、James R. Friend、石井孝明、中村健太郎、上羽貞行，「3自由度超音波モータの球ロータ支持機構」第２３回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演予稿集，２００２年１１月．
【非特許文献３】H.Kawano, T.Hirahara, “Three-DOFAngular Positioning Control using a Multi-DOF Ultrasonic Motor in the Pre-loaded Condition - Application to the Auditory Tele-Existence Robot “TeleHead” -”, Proc. of 2003 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp.2247-2253, October 2003.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の超音波モータの予圧機構は、大きな空間を占めてしまうため、多自由度超音波モータを複数構成して多自由度を有したロボットを作成するにはロボットの大型化が避けられず不向きであった。また、超音波モータの発するトルクは、予圧力の大きさに左右されることから、一度予圧力の大きさを設定してしまった後には、超音波モータのトルク制御は難しいという問題があり、インピーダンス制御などを多用するロボットの制御に利用することは難しかった。
【０００９】
ここにおいて、本発明の解決すべき主要な目的は、次のとおりである。
【００１０】
即ち、本発明の第１の目的は、超音波モータの予圧力を小型かつ単純な機構により適宜調節することが可能な関節ロボットを提供せんとするものである。
【００１１】
本発明の第２の目的は、超音波モータの予圧力を付与するために張架されたワイヤが回転子の回転を妨げることなく、超音波モータが所定の回転駆動をすることが可能な関節ロボットを提供せんとするものである。
【００１２】
本発明の第３の目的は、超音波モータを複数連結して多関節の駆動を実現することが可能な関節ロボットを提供せんとするものである。
【００１３】
本発明の他の目的は、明細書、図面、特に、特許請求の範囲の各請求項の記載から、自ずと明らかになろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
まず、本発明ロボットにおいては、圧電体群と当該圧電体群の外周に外周端部を張り出した固定子フランジとをともに積層し、当該圧電体群と当該固定子フランジとを一体に縦貫して両端面中央に開口する中空孔が形成された超音波モータの固定子と、当該固定子の振動端面上に載置されて、当該固定子の中空孔の延長上に貫通する貫通孔が形成された超音波モータの回転子と、固定子の中空孔と回転子の貫通孔とを一連に挿通し、その両端を当該固定子と当該回転子とのそれぞれに協調して張力を伝達可能に相対峙する２つの固定部材に固定されて張架されたワイヤと、を具備させる、という特徴的構成手段を講じる。
【００１５】
さらに、具体的詳細に述べると、当該課題の解決では、本発明が次に列挙する上位概念から下位概念に亙る新規な特徴的構成手段を採用することにより、前記目的を達成するよう為される。
【００１６】
即ち、本発明ロボットの第１の特徴は、超音波モータを搭載した関節ロボットであって、圧電体群と当該圧電体群の外周に外周端部を張り出した固定子フランジとをともに積層し、当該圧電体群と当該固定子フランジとを一体に縦貫して両端面中央に開口する中空孔が形成された前記超音波モータの固定子と、当該固定子の振動端面上に載置されて、当該固定子の前記中空孔の延長上に貫通する貫通孔が形成された前記超音波モータの回転子と、前記固定子の前記中空孔と前記回転子の前記貫通孔とを一連に挿通し、その両端を当該固定子と当該回転子とのそれぞれに協調して張力を伝達可能に相対峙する２つの固定部材に固定されて張架されたワイヤと、を具備してなる、関節ロボットの構成採用にある。
【００１７】
本発明ロボットの第２の特徴は、上記本発明ロボットの第１の特徴における前記固定部材が、前記固定子フランジと平行に相対峙するよう前記回転子接触端面側と反対側の前記固定子端面が臨む位置に当該固定子フランジを別途他の部材を介して懸架配置する固定子側ワイヤ固定材である、関節ロボットの構成採用にある。
【００１８】
本発明ロボットの第３の特徴は、上記本発明ロボットの第２の特徴における前記他の部材が、前記固定子フランジの前記外周端部端面と当該固定子側ワイヤ固定材との間に挟装された直動アクチュエータで構成されてなる、関節ロボットの構成採用にある。
【００１９】
本発明ロボットの第４の特徴は、上記本発明ロボットの第１、第２又は第３の特徴における前記回転子が、外形球形状をなし、当該球形状の回転中心を対称点としてその底面がそれぞれ開口端となるよう上下両方向から開穿され、前記ワイヤが当該回転中心を通るよう前記貫通孔が形成されてなる、関節ロボットの構成採用にある。
【００２０】
本発明ロボットの第５の特徴は、上記本発明ロボットの第１、第２又は第３の特徴における前記回転子が、横倒しの外形円柱形状をなし、当該円柱形状の重心を対称点としてその底面がそれぞれ開口端となるよう前記周側面の上下両方向から開穿され、前記ワイヤが当該重心を通るよう前記貫通孔が形成されてなる、関節ロボットの構成採用にある。
【００２１】
本発明ロボットの第６の特徴は、上記本発明ロボットの第１、第２、第３、第４又は第５の特徴における前記超音波モータが、前記回転子を前記振動端面で対称状に中に挟み込み、前記ワイヤにより一連に挿通された２つの前記固定子を具備してなる、関節ロボットの構成採用にある。
【００２２】
本発明ロボットの第７の特徴は、上記本発明ロボットの第１、第２、第３、第４、第５又は第６の特徴における前記固定子フランジが、前記外周端部から前記固定子外周面下半部に沿って下方に延びた前記他の部材からなる側周部と当該固定子端面に臨む底板部とにより、当該固定子下半部を懸架内包するとともに当該固定子の前記中空孔延長の当該底板部中央部位に前記ワイヤが挿通される接続底孔が形成された固定子中間接続材を有してなる、関節ロボットの構成採用にある。
【００２３】
本発明ロボットの第８の特徴は、上記本発明ロボットの第１、第２、第３、第４、第５、第６又は第７の特徴における前記回転子が、当該回転子上に突出した回転子中間接続材を有してなる、関節ロボットの構成採用にある。
【００２４】
本発明ロボットの第９の特徴は、上記本発明ロボットの第８の特徴における前記固定部材が、前記固定子の前記中空孔に直結する最終順位の前記回転子の前記貫通孔を挿通した前記ワイヤ先端を繋止しかつ当該回転子の前記回転子中間接続材を固定した回転子側ワイヤ固定材である、関節ロボットの構成採用にある。
【００２５】
本発明ロボットの第１０の特徴は、上記本発明ロボットの第８又は第９の特徴における前記関節ロボットが、それぞれの前記回転子に突出した前記回転子中間接続材で、各追順対向しかつ前記固定子を懸架する前記固定子中間接続材の前記底板部を次々と下受け連続して行き、複数段順次連続することで、所定数の前記超音波モータを直列に複数段前記ワイヤにて数珠繋ぎに連結して多関節屈曲可能に構成されてなる、関節ロボットの構成採用にある。
【００２６】
本発明ロボットの第１１の特徴は、上記本発明ロボットの第７、第８、第９又は第１０の特徴における前記関節ロボットが、前記接続底孔同士を合致して背中合わせにした前記固定子中間接続材にそれぞれ懸架された一対の前記固定子を途中に組込み接続し複数段順次連続することで、所定数の前記超音波モータを直列に複数段前記ワイヤにて数珠繋ぎに連結して多関節屈曲可能に構成されてなる、関節ロボットの構成採用にある。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、超音波モータの固定子と回転子とに圧着させる予圧力を、固定子と回転子とを縦貫するよう挿通されたワイヤの張力により付与するようにしたことで、超音波モータの予圧機構が超音波モータ外部の空間を占めることなく超音波モータの小型化が可能であるとともに、このワイヤの張力を調節することで超音波モータの予圧力を適宜に調節することが可能となることから、例えば、インピーダンス制御などを多用するロボットの制御に、超音波モータを容易に適用することが可能となる。
【００２８】
また、例えば、ワイヤの両端を関節ロボット内の相対峙する２つの固定部材にそれぞれ固定することで、超音波モータを構成する固定子と回転子とに予圧力を付与することができ、このとき、固定子フランジと固定子側ワイヤ固定材との間に直動アクチュエータを搭載することでワイヤの張力を自在に調節することが可能となり、例えば、弾性部材で構成したワイヤの張力の調整をボールネジのような外部エネルギーの供給なしに長さ保持可能な手段で効率的に行なうことも可能である。
【００２９】
さらに、固定子との接触部位に球面や円柱側面を備えた回転子を、回転子の回転中心を頂点とした円錐形状が開穿されこの円錐形状の底面を開口端となるよう貫通孔が形成されてワイヤを挿通するようにしたことで、超音波モータに予圧力を付与するワイヤが回転子の回転運動を妨げることなく、また、回転子の傾斜範囲を大きくすることができる。
【００３０】
したがって、本発明の関節ロボットでは超音波モータの固定子と回転子とを圧着させるための予圧力の付与機構の設置場所が限定されず、様々なロボット等に超音波モータを搭載させることが可能となる。そのため、このような超音波モータを複数直列多段に連結して関節ロボットに搭載したときには、多関節を有した関節ロボットを省スペースで構成することが可能となり、本発明による多関節を有した関節ロボットは、例えば、災害救助用蛇型ロボットや、指型ロボット等として応用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態につき、添付の図面を参照しつつ、関節ロボットを構成するモジュール例１〜５と、これに引続き、モジュール例１〜５を複数連結して構成されたロボット例１〜２を順に挙げて説明する。
【００３２】
なお、本実施形態例ではこれらモジュール例１〜５を直列に複数多段に連続して連結したロボット例１〜２について説明するものの、これに限定されるものではなく、連結するモジュールの数は任意であり、後述するワイヤ３の両端を固定可能に構成されたモジュールであれば他のモジュールを連結せずに１つのモジュールで関節ロボットを構成することができる。
【００３３】
（モジュール例１）
図１は、本発明ロボットの実施形態例である関節ロボットを構成するモジュール例１の要部構成を示す断面図である。
【００３４】
同図に示すように、本モジュール例１に係るモジュールα１は、例えば、位相の異なる交流電圧を印加すると固有振動数の等しい複数の固有振動を励振する圧電体群（複数の圧電体１１，１２，１３，１４）を積層し、さらに圧電体１１，１２，１３，１４の中間外周に鍔状に張出した外周端部を、例えば、図示しない関節ロボットの筐体等の他の部材で支持懸架される固定子フランジ４を圧電体１１，１２，１３，１４とともに介層して、圧電体１１，１２，１３，１４と固定子フランジ４とを一体に縦貫して両端面中央に開口する、例えば、円柱形状の固定子１の高さ方向の中心線を通るような中空孔１ａが形成された固定子１を具備する。
【００３５】
この固定子１は、例えば、円柱状のランジュバン型振動子であって、ピッチ方向たわみ振動発生用圧電体１１、縦方向伸縮振動発生用圧電体１２，１３、ロール方向たわみ振動発生用圧電体１４、固定子フランジ４を一体にボルト締めして構成されるとよい。
【００３６】
また、モジュールα１は、固定子１に発生した固有振動に基づき固定子１の振動端面１ｂとの間で作用させた摩擦力により回転駆動し、固定子１の中空孔１ａの延長上に貫通する貫通孔２ａが形成された回転子２を具備して、固定子１と回転子２とで所定自由度の超音波モータを為すものである。
【００３７】
このような固定子１と回転子２とで構成された超音波モータから高いトルクを引き出すためには、固定子１と回転子２表面と固定子１の振動端面１ｂ間に働く摩擦力が高くなければならず、そのため、固定子１と回転子２とを強い力で圧着させる予圧力が必要である。
【００３８】
そこで、モジュールα１は、固定子１の中空孔１ａと回転子２の貫通孔２ａとを一連に挿通し、その張力が固定子１と回転子２とを圧着させる方向に作用する超音波モータの予圧力として作用するよう、その両端を固定子１と回転子２とのそれぞれに協調して張力を伝達可能に相対峙する後述する２つの固定部材２２又は固定部材６に固定されて所定の張力を持たせた状態で張架されたワイヤ３を具備し、超音波モータ外部付近の空間を占めることなく固定子１と回転子２とへの予圧力の付与を行なうことを可能にしている。
【００３９】
なお、本モジュール例１に係るモジュールα１では、回転子２を振動端面１ｂで対称状に中に挟み込み、ワイヤ３により一連に挿通されて、回転子２をともに圧接して回転駆動させる同一に構成された２つの固定子１，１を具備するものとして説明するものであるが、このとき、ワイヤ３の張力はワイヤ３の両端がそれぞれ固定された固定部材を介して固定子中間接続材５，５に伝達されて、図中の矢印の向きの予圧力として作用させることができる。
【００４０】
ここで、回転子２は、例えば、固定子１の中空孔１ａ上端に拡大開口する受座口１ｃと球面にて接する外形球形状をなし、この球形状の中心（回転中心Ａ）を頂点としてその底面がそれぞれ開口端Ｂ，Ｂとなる２つの円錐形状を想定して上下両方向からテーパー開穿され、ワイヤ３がこの球形状の回転中心Ａを通るよう貫通孔２ａが形成されることで、固定子１から回転子２への回転及び傾斜方向への直接的な拘束はない。なお、受座口１ｃには、例えば、回転子２との間に作用させる摩擦力を大きくするための摩擦材１ｄを配置するようにしても構わない。
【００４１】
また、回転子２は、ワイヤ３との接続点直下に、この回転子２の貫通孔２ａの回転中心Ａ近傍にてその外周面を貫通孔２ａに固着する一方、その内周面にてワイヤ３を貫通孔２ａ内にて回転中心Ａを通るように空転可能に案内把持する低摩擦材で構成されたワイヤ受けリング２ｂを具備することで、ワイヤ３をこのワイヤ受けリング２ｂの中心を通るように挿通させてワイヤ３を接続点以外での回転子２との接触を防ぐように構成することができる。
【００４２】
これにより、回転子２のＹａｗ回転はワイヤ３に伝達されず、ワイヤ３を引っ張るための手段を回転子２のＹａｗ回転に併せて回転させる必要はない。また、ワイヤ３が回転子２の回転中心を通過するように張架されることから、ワイヤ３を引っ張ることで回転子２に与えられる傾斜回転モーメントは存在しない。
【００４３】
なお、回転子２の傾斜角度に関する動作範囲は、摩擦材１ｄと回転子２の接触部分がなす円の半径を回転子２の半径未満で可能な限り大きくするとともに、回転子２の開口端Ｂを底面とする円錐形状の母線Ｃとワイヤ３が為す角Ｄを４５度未満で可能な限り大きくすることで、最大４５度の傾斜角を確保することができる。
【００４４】
また、回転子２の開口端Ｂを底面とする円錐形状の母線Ｃとワイヤ３が為す角Ｄを小さくすることで、回転子２の傾斜角度の上限値を最大９０度まで大きくすることができるが、そのときには、回転子２に開けられた円錐形状の穴の母線Ｃとワイヤ３が為す角Ｄよりも回転子２の傾斜角が大きい場合に、引っ張られたワイヤ３が開口端Ｂや貫通孔２ａ表面に接触してしまい傾斜方向に負荷トルクが発生してしまう。
【００４５】
一方、固定子フランジ４は、外周端部から固定子１外周面下部に沿って下方に延びた他の部材からなる側周部５１と固定子１端面に臨む底板部５２とにより、固定子１下半部を内包するとともに固定子１の中空孔１ａ延長の底板部５２中央部位にワイヤ３が挿通される接続底孔５ａが形成されて、例えば、他のモジュールの接続材等の図示しない他の部材と接続可能に構成された固定子中間接続材５を有するとよい。
【００４６】
（モジュール例２）
次に、図２は、本発明ロボットの実施形態例である関節ロボットを構成するモジュール例２の要部構成を示す断面図である。なお、以下の本実施形態の説明で用いる各図面には、図１に示したものと同一又は同等な構成要素につき同一の符号を当てるものとし、当該構成要素の詳細な説明については省略するものとする。
【００４７】
同図に示すように、本モジュール例２に係るモジュールα２は、上記モジュールα１の２つの固定子１，１を具備することに代えて、１つの固定子１を具備し、回転子２Ａに、回転子２Ａ上に一体に角立ち突出した、例えば、他のモジュールの固定子中間接続材５や関節ロボット内の固定部材等の図示しない他の部材と接続可能に構成された回転子中間接続材２１を有して構成される。
【００４８】
ここで、モジュールα２は、ワイヤ３の一端を固定する固定部材として、固定子１の中空孔１ａに引続き回転子２Ａの貫通孔２ａを挿通したワイヤ３先端を繋止して、回転子中間接続材２１を介して回転子２Ａと接続固定された後述する回転子側ワイヤ固定材２２を有するようにすることで、関節ロボットにモジュールを複数連結した場合にこの回転子側ワイヤ固定材２２にワイヤ３の一端を固定して他のモジュールにワイヤ３の張力を伝達するための終端モジュールとして採用することもできる。
【００４９】
また、所定の張力を持たせて両端が固定されたワイヤ３により、このワイヤ３の両端のそれぞれが固定された固定部材を介して回転子中間接続材２１，２１と固定子中間接続材５とに伝達させて、図中の矢印の向きの予圧力を作用させることができる。
【００５０】
（モジュール例３）
続いて、図３は、本発明ロボットの実施形態例である関節ロボットを構成するモジュール例３の要部構成を示す断面図である。
【００５１】
同図に示すように、本モジュール例３に係るモジュールα３は、上記のモジュールα１における固定子１に代えて、ワイヤ３の一端が固定される固定部材として、固定子１Ａに固定子フランジ４と平行に相対峙するよう回転子２接触端面側と反対側の固定子１端面が臨む位置に固定子フランジ４を別途他の部材を介して懸架配置する固定子側ワイヤ固定材６を有して構成される。
【００５２】
このとき、固定子側ワイヤ固定材６は、例えば、固定子フランジ４の外周端部と、この外周端部と対向する固定子側ワイヤ固定材６の部位との懸架間隔に他の部材として懸架材７，７を挟装し、固定子フランジ４と固定子側ワイヤ固定材６とを所定間隔だけ固定させて常時離間するように懸架させるとよく、モジュールα３は、モジュールを複数連結した関節ロボットの終端モジュールとして採用することができる。
【００５３】
また、所定の張力を持たせて張架されたワイヤ３により、ワイヤ３の一端が固定された固定子側ワイヤ固定材６と他端が固定された図示しない固定部材から伝達された固定子中間接続材５を介して図中の矢印で示した方向の予圧力を作用させることができる。
【００５４】
なお、本モジュール例３におけるモジュールα３は、モジュールα１と同様にして同一の回転子２を挟み込む２つの固定子１，１Ａを有するものとして説明したものの、これに限定されるものではなく、固定子フランジ４と固定子側ワイヤ固定材６との間に懸架材７を搭載した固定子１Ａを少なくとも１つ備えたものであれば、例えば、固定子１と回転子２に代えて、モジュールα２にて説明した回転子中間接続材２１を有した回転子２Ａを具備するものであっても構わない。
【００５５】
（モジュール例４）
引続き、図４は、本発明ロボットの実施形態例である関節ロボットを構成するモジュール例４の要部構成を示す断面図である。
【００５６】
同図に示すように、本モジュール例４に係るモジュールα４は、上記のモジュールα３における固定子１Ａの懸架材７に代えて、固定子１Ｂに、固定子フランジ４と固定子側ワイヤ固定材６との懸架間隔を所定間隔に調節することでワイヤ３の張力を調節自在に制御する直動アクチュエータを具備するものであり、モジュールを複数連結した関節ロボットの終端モジュールとして採用することができる。このとき、ワイヤ３は、その伸長量を調節することでその張力が調整可能となる弾性部材で構成されるとよい。
【００５７】
ここで、直動アクチュエータは、例えば、固定子フランジ４の固定子１を中に挟んだ対側の外周端部に貫設された雌螺子孔４ａ，４ａと、固定子側ワイヤ固定材６に貫設されたこの固定子フランジ４の雌螺子孔４ａ，４ａと対応する位置の雌螺子孔６ａ，６ａと、に亙りサーボモータ９駆動のボールネジ７を螺貫連結した構成をとるとよく、ワイヤ３の長さを可変に構成されて、固定子１Ｂと回転子２とに付与する予圧力を調節することができる。
【００５８】
したがって、少ないエネルギー供給量でワイヤ３の長さを一定に保持することが可能であり、サーボモータ９を駆動させるのはワイヤ３の長さを変更するときのみでよい。なお、サーボモータ９，９は、固定子フランジ４上に設置されてボールネジ８を回転駆動するようにして説明したものの、これに限定されるものではなく、固定子側ワイヤ固定材６上に設置されてボールネジ８を回転駆動するものであっても構わない。
【００５９】
なお、直動アクチュエータは、ボールネジ８を利用したものに限定されず、ボールネジ８に代えて、例えば、例えば、サーボモータ９，９駆動で伸縮する油圧ジャッキ（図示せず）を固定子フランジ４と固定子側ワイヤ固定材６との間に介置した構成をとるものであってもよく、この場合、サーボモータ９，９は、例えば、油圧ジャッキを所定長まで伸縮させるように機能することで、固定子フランジ４と固定子側ワイヤ固定材６との距離を制御することができる。
【００６０】
また、ワイヤ３は、固定子側ワイヤ固定材６と図示しない固定部材とにそれぞれ先端が固定して所定の張力を持たせた状態で張架されて、このワイヤ３の張力を固定子中間接続材５を介して図中の矢印で示した方向の予圧力として作用させることができる。
【００６１】
また、本モジュール例４におけるモジュールα４は、モジュールα１と同様にして同一の回転子２を挟み込む２つの固定子１，１Ａを有するものとして説明したものの、これに限定されるものではなく、固定子１Ｂを少なくとも１つ備えたものであれば、例えば、固定子１と回転子２に代えて、モジュールα２にて説明した回転子中間接続材２１を有した回転子２Ａを具備するものであっても構わない。
【００６２】
（モジュール例５）
図５は、本発明ロボットの実施形態例である関節ロボットを構成するモジュール例５の要部構成を示す断面図であり、同図（ａ）はその正面断面図であり、同図（ｂ）はその側面断面図である。
【００６３】
同図（ａ）及び（ｂ）に示すように、本モジュール例５に係るモジュールα５は、上記のモジュールα１における外形球形状の回転子２に代えて、固定子１の中空孔１ａ上端に拡大開口する受座口１ｃと周側面にて接する横倒しの外形円柱形状をなす回転子２´を具備して、回転子２´は、回転子２と同様にして、円柱形状の重心Ａを頂点としてその底面がそれぞれ開口端Ｂ，Ｂとなる周側面の上下両方向から開穿され、ワイヤ３が重心Ａを通るよう貫通孔２ａが形成される。
【００６４】
また、モジュールα５では、モジュールα１〜α４と同様にして固定子１の中空孔１ａの開口端と、回転子２´の貫通孔２ａの開口端Ｂとが相対峙するよう配置されて、このとき、回転子２´の回転軸は、例えば、円柱形状の長さ方向の中心線Ｅと一致するものであり、回転子２´の回転は回転軸Ｅを軸とする１軸方向の回転となる。
【００６５】
なお、本モジュール例５におけるモジュールα５は、モジュールα１と同様にして同一の回転子２´を挟み込む２つの固定子１，１を有するものとして説明したものの、これに限定されるものではなく、モジュールα２〜α４の回転子２を回転子２´に置き換えて具備することで、外形円柱形上の回転子２´を有したモジュールα１〜α４のそれぞれを構成させることができる。
【００６６】
以上に説明したモジュールα１〜α５は、ワイヤ３の両端を固定子側ワイヤ固定材６又は回転子側ワイヤ固定材２２に固定することが可能となるように組合せて複数直列に連結する、あるいは、１つのモジュール内にワイヤ３の両端を固定可能な固定部材を具備させることで、続いて説明する関節ロボットを構成する。
【００６７】
（ロボット例１）
引続き、図６は、本発明ロボットの実施形態例であるロボット例１の要部構成を示す断面図を、一部破線−破線間を省略して示すものであり、例として、複数の上記モジュールα２と、モジュールα２の回転子２Ａと、モジュールα４の固定子１Ｂとを直列に連結し、破線にて省略した箇所においても、隣接するモジュールα２間の固定子中間接続材５と回転子中間接続材２１とが直列に連結して構成される。
【００６８】
同図に示すように、本ロボット例１に係る関節ロボットβ１は、モジュールα２のそれぞれの回転子２Ａに角立ち突出した回転子中間接続材２１で、各追順対向しかつ固定子１を懸架する固定子中間接続材５の底板部５２を次々と下受け連続して行き、これを次々と繰り返し連続していくことで、所定数のモジュールα２を直列に複数段ワイヤ３にて数珠繋ぎに連結して多関節屈曲可能に構成される。
【００６９】
ここで、関節ロボットβ１の終端に連結したモジュールα２は、ワイヤ３先端を固定する固定部材として、例えば、固定子１の中空孔１ａに直結する最終順位の回転子２の貫通孔２ａを挿通させたワイヤ３先端を繋止しかつ回転子２の回転子中間接続材２１を固定した回転子側ワイヤ固定材２２を具備する。
【００７０】
さらに、ワイヤ３の他端は、関節ロボットβ１の他方の終端に連結した固定子１Ｂの固定子側ワイヤ固定材６に固定することで、ワイヤ３は所定の張力を持たせて張架されて各モジュールα２，α２，…，α４のそれぞれの固定子１と回転子２Ａとに予圧力を付与することが可能となり、しかもモジュールα４の直動アクチュエータによりワイヤ３の伸長量を調節することで予圧力を可変に構成することが可能となる。
【００７１】
（ロボット例２）
次に、図６は、本発明ロボットの実施形態例であるロボット例２の要部構成を示す断面図を、一部破線−破線間を省略して示すものであり、例として、複数の上記モジュールα１と、その終端にモジュールα３とモジュールα４とを直列に連結し、破線にて省略した箇所においても、隣接するモジュールα１間の固定子中間接続材５，５が相互に対向して直列に連結して構成される。
【００７２】
同図に示すように、本ロボット例２に係る関節ロボットβ２は、接続底孔５ａ，５ａ同士を合致して背中合わせにした固定子中間接続材５にそれぞれ懸架された一対の固定子１を途中に組込み接続して複数繰り返し連続することで、所定数のモジュールα１を直列に複数段ワイヤ３にて数珠繋ぎに連結して多関節屈曲可能に構成される。
【００７３】
ここで、ワイヤ３の両先端は、それぞれ関節ロボットβ２の終端に連結したモジュールα３とモジュールα４とのそれぞれの固定子側ワイヤ固定材６，６に固定されることで、所定の張力を持たせて張架されて各モジュールα１，α１，…，α３，α４のそれぞれの固定子１，１，…，１Ａ，１Ｂと回転子２，２，…とに予圧力を付与することが可能となり、しかもモジュールα４の直動アクチュエータによりワイヤ３の伸長量を調節可能に構成したことで、各モジュールα１，α１，…，α３，α４に付与する予圧力を調節することが可能となる。
【００７４】
以上、本発明の実施の形態につき、そのモジュール例１〜４と、ロボット例１〜２を順次挙げて説明したが、本発明は、必ずしも上述した手段にのみ限定されるものではなく、前述した効果を有する範囲内において、適宜、変更実施することが可能なものであり、例えば、ワイヤ３の両端を、回転子側ワイヤ固定材２２を接続したモジュールα２や、固定子側ワイヤ固定材６を有したモジュールα３，α４に固定するようにした場合、モジュールα１とモジュールα２とを組合せて構成することも可能である。
【００７５】
また、ワイヤ３の長さを調節して予圧力を変化させる直動アクチュエータについて説明したものの、直動アクチュエータは固定子フランジ４に直接設置されるものに限定されず、例えば、固定子中間接続材５の接続底孔５ａに、ワイヤ３を内部に挿通して被覆するワイヤ保護チューブを連結し、直動アクチュエータをこのワイヤ保護チューブ先端にてワイヤ３の張力を調整可能に設置することも可能であり、このとき、ワイヤ保護チューブは柔軟なものであってよいが、ワイヤ３に沿った接線方向には伸縮しないものが好ましく、例えば、フレキシブルチューブ等が好適である。
【００７６】
さらに、関節ロボットβ１，β２を１つのモジュールにより構成させるときには、ワイヤ３の両端がそれぞれ、固定子１Ａあるいは固定子１Ｂの固定子側ワイヤ固定材６に固定するようにして構成する、又は、ワイヤ３の一端をこの固定子側ワイヤ固定材６に、他端を回転子２Ａの回転子中間接続材２１に接続固定された回転子側ワイヤ固定材２２に固定するようにして構成するとよく、１つのモジュールにより予圧調節機能を有した単関節の関節ロボットを構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明ロボットの実施形態例である関節ロボットを構成するモジュール例１の要部構成を示す断面図である。
【図２】本発明ロボットの実施形態例である関節ロボットを構成するモジュール例２の要部構成を示す断面図である。
【図３】本発明ロボットの実施形態例である関節ロボットを構成するモジュール例３の要部構成を示す断面図である。
【図４】本発明ロボットの実施形態例である関節ロボットを構成するモジュール例４の要部構成を示す断面図である。
【図５】本発明ロボットの実施形態例である関節ロボットを構成するモジュール例５の要部構成を示す断面図であり、同図（ａ）はその正面断面図であり、同図（ｂ）はその側面断面図である。
【図６】本発明ロボットの実施形態例であるロボット例１の要部構成を示す断面図である。
【図７】本発明ロボットの実施形態例であるロボット例２の要部構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
α１，α２，α３，α４，α５…モジュール
β１，β２…関節ロボット
１，１Ａ，１Ｂ…固定子
１ａ…中空孔
１ｂ…振動端面
１ｃ…受座口
１ｄ…摩擦材
１１…ピッチ方向たわみ振動発生用圧電体（圧電体）
１２，１３…縦方向伸縮振動発生用圧電体（圧電体）
１４…ロール方向たわみ振動発生用圧電体（圧電体）
２，２Ａ，２´…回転子
２ａ…貫通孔
２ｂ…ワイヤ受けリング
２１…回転子中間接続材
２２…回転子側ワイヤ固定材
３…ワイヤ
４…固定子フランジ
４ａ，６ａ…雌螺子孔
５…固定子中間接続材
５１…側周部
５２…底板部
５ａ…接続底孔
６…固定子側ワイヤ固定材
７…懸架材
８…ボールネジ
９…サーボモータ
Ａ…回転中心（重心）
Ｂ…開口端
Ｃ…母線
Ｄ…角
Ｅ…中心線（回転軸）
【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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