(57)【要約】【課題】肩から前腕までのロボットの腕構造であって、人に腕に近い形状で人に近い動作を行わせるための具体的な構造を提供する。【解決手段】肩部を介する上腕部の前後方向及び上下方向の回動をそれぞれ駆動する第一モータＭ１及び第二モータＭ２、上腕部に対する肘部のねじり回動を駆動する第三モータＭ３、肘部を介する前腕部の上腕部に対する屈伸の回動を駆動する第四モータＭ４、及び、肘部に対する前腕部のねじり回動を駆動する第五モータＭ５のうち、第一モータ、第二モータ、及び第四モータは、駆動軸方向の両端部がそれぞれコ字形フレーム１１，１２，４２によって回動可能に支持されている両持ち支持状態とし、第三モータ及び第五モータは、それぞれ駆動軸方向の両端部のうち一方のみがフレーム４１，５１によって回動可能に支持されていると共に、他方は別のフレーム３１，４２に回動不能に固定されている片持ち支持状態とする。【選択図】図３
2018126827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
肩部、該肩部に連結された上腕部、該上腕部に連結された肘部、及び、該肘部に連結された前腕部を備えるロボットの腕構造であり、
前記肩部を介する前記上腕部の前後方向の回動を駆動する第一モータと、
前記肩部を介する前記上腕部の上下方向の回動を駆動する第二モータと、
前記上腕部に対する前記肘部のねじり回動を駆動する第三モータと、
前記肘部を介する前記前腕部の前記上腕部に対する屈伸のための回動を駆動する第四モータと、
前記肘部に対する前記前腕部のねじり回動を駆動する第五モータと、を具備し、
前記第一モータ、前記第二モータ、及び前記第四モータは、それぞれ駆動軸方向の両端部がコ字形フレームによって相対的な回動可能に支持されている両持ち支持状態であり、
ねじり回動を駆動する前記第三モータ及び前記第五モータは、それぞれ駆動軸方向の両端部のうち一方のみがフレームによって相対的な回動可能に支持されていると共に、他方は別のフレームに回動不能に固定されている片持ち支持状態であり、
前記第一モータの駆動軸である第一軸及び前記第二モータの駆動軸である第二軸が直交し、該第二軸及び前記第三モータの駆動軸である第三軸が直交していると共に、前記第一軸と前記第三軸とは同一の点で前記第二軸と交差しており、
前記第三軸及び前記第四モータの駆動軸である第四軸が直交し、該第四軸及び前記第五モータの駆動軸である第五軸が直交していると共に、前記第三軸と前記第五軸とは同一の点で前記第四軸と交差しており、
前記第四軸周りに前記前腕部が回動していない初期状態で、前記第三軸と前記第五軸は同一直線上にある
ことを特徴とするロボットの腕構造。
【請求項２】
前記肘部は、一方の端部が前記第三モータを介して上腕フレームに対して回動可能に連結されていると共に、他方の端部が前記第四モータを介して前腕フレームに対して回動可能に連結されている肘部フレームを備えており、
該肘部フレームは、前記第三モータ側の端部から前記第四モータ側の端部に向って、前記第三軸から離れるように後退している
ことを特徴とする請求項１に記載のロボットの腕構造。
【請求項３】
前記第一モータを支持している前記コ字形フレームについて、前記第一モータの駆動による前記第一軸周りの回動に伴い変化する方向をフレーム傾斜方向と称したとき、
該フレーム傾斜方向は、前記第一軸周りに回動していない初期状態で前記第一モータの立設方向に対して前方に傾斜している
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のロボットの腕構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットの腕構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明者は過去に、人の手に近い形状で人の手に近い動作が可能な手部を有する多指ハンド装置を提案している（特許文献１参照）。また、手首の動作が人の手に近い多指ハンド装置を、更に提案している（特許文献２参照）。本発明は、これらの多指ハンド装置を使用したロボットアームの製造を目的として、肩から前腕までの腕構造を開発する過程でなされたものである。
【０００３】
ロボットの腕構造としては、従来、肩から前腕までに五つの軸を備えているものが提案されている（例えば、特許文献３，４参照）。特許文献３には、五つの軸のうち、肩を前後方向に回転させる軸、上腕を上下方向に回転させる軸、及び上腕の軸の三つを、一点で交わらせることが記載されている。また、特許文献４には、上腕と前腕とを結合している肘関節を、上腕の軸周りに回動自在とすることが記載されている。しかしながら、これらの先行技術文献は、複数の軸を上記のような関係とするための具体的な手段については、開示していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５９２１２２５号公報
【特許文献２】特開２０１６−１６８６４５号公報
【特許文献３】特開平１１−１８８６６８号公報
【特許文献４】特開２００２−１５４０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、肩から前腕までのロボットの腕構造であって、人に腕に近い形状で人に近い動作を行わせるための具体的な構造の提供を、課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明にかかるロボットの腕構造（以下、単に「腕構造」と称することがある）は、
「肩部、該肩部に連結された上腕部、該上腕部に連結された肘部、及び、該肘部に連結された前腕部を備えるロボットの腕構造であり、
前記肩部を介する前記上腕部の前後方向の回動を駆動する第一モータと、
前記肩部を介する前記上腕部の上下方向の回動を駆動する第二モータと、
前記上腕部に対する前記肘部のねじり回動を駆動する第三モータと、
前記肘部を介する前記前腕部の前記上腕部に対する屈伸のための回動を駆動する第四モータと、
前記肘部に対する前記前腕部のねじり回動を駆動する第五モータと、を具備し、
前記第一モータ、前記第二モータ、及び前記第四モータは、それぞれ駆動軸方向の両端部がコ字形フレームによって相対的な回動可能に支持されている両持ち支持状態であり、
ねじり回動を駆動する前記第三モータ及び前記第五モータは、それぞれ駆動軸方向の両端部のうち一方のみがフレームによって相対的な回動可能に支持されていると共に、他方は別のフレームに回動不能に固定されている片持ち支持状態であり、
前記第一モータの駆動軸である第一軸及び前記第二モータの駆動軸である第二軸が直交し、該第二軸及び前記第三モータの駆動軸である第三軸が直交していると共に、前記第一軸と前記第三軸とは同一の点で前記第二軸と交差しており、
前記第三軸及び前記第四モータの駆動軸である第四軸が直交し、該第四軸及び前記第五モータの駆動軸である第五軸が直交していると共に、前記第三軸と前記第五軸とは同一の点で前記第四軸と交差しており、
前記第四軸周りに前記前腕部が回動していない初期状態で、前記第三軸と前記第五軸は同一直線上にある」ものである。
【０００７】
本構成の腕構造は、第一軸〜第五軸が上記の関係にあることにより、人の腕に近い自然な動作を行わせることができる。第一モータ〜第五モータのうち、ねじり回動を駆動する第三モータと第五モータの支持状態を「片持ち支持状態」とし、残りのモータの支持状態を「両持ち支持状態」とすることにより、詳細は後述するように、モータを支持するフレームの機械的強度を担保し、且つ、フレームがモータより外側にはみ出すなど人の腕とは異なる不自然な形状になることを避けて、第一軸〜第五軸を上記関係とすることが可能となっている。つまり、本発明によれば、人に腕に近い形状で人に近い動作を行わせるための具体的なロボットの腕構造を、提供することができる。
【０００８】
ここで、モータの支持状態について、「駆動軸方向の両端部がコ字形フレームによって相対的な回動可能に支持されている両持ち支持状態」は、モータの本体から駆動軸が両方向に延びており、コ字形フレームにおいて対向している一対の支持面の一方に駆動軸の一端が固定されていると共に、駆動軸の他端が一対の支持面の他方に固定されている構成、モータの本体から駆動軸が一方のみに延びて、その先端が一対の支持面の一方に固定されていると共に、モータの本体から他方にはモータに駆動されないシャフトがモータ回転軸と同軸に延び、その先端が一対の支持面の他方に対して相対的な回動自在に留め付けられている構成、を例示することができる。一方、モータの支持状態について、「駆動軸方向の両端部のうち一方のみがフレームによって相対的な回動可能に支持されていると共に、他方は別のフレームに回動不能に固定されている片持ち支持状態」は、モータの本体から駆動軸が一方向にのみ延びており、駆動軸がフレームに回動可能に支持されていると共に、駆動軸が延出していない方の端部が別のフレームに回動不能に固定されている構成である。
【０００９】
本発明にかかる腕構造は、上記構成に加え、
「前記肘部は、一方の端部が前記第三モータを介して上腕フレームに対して回動可能に連結されていると共に、他方の端部が前記第四モータを介して前腕フレームに対して回動可能に連結されている肘部フレームを備えており、
該肘部フレームは、前記第三モータ側の端部から前記第四モータ側の端部に向って、前記第三軸から離れるように後退している」ものとすることができる。
【００１０】
本構成では、肘部フレームが、第三モータ側の端部から第四モータ側の端部に向って、第三軸から離れるように後退している形状であるため、第四軸周りの回動によって肘部フレームを介して前腕フレームを上腕フレームに対して屈曲させる運動において、肘部フレームの両側にある構成との干渉を避けて、第三軸と第四軸とを直交させることができる。
【００１１】
本発明にかかる腕構造は、上記構成に加え、
「前記第一モータを支持している前記コ字形フレームについて、前記第一モータの駆動による前記第一軸周りの回動に伴い変化する方向をフレーム傾斜方向と称したとき、
該フレーム傾斜方向は、前記第一軸周りに回動していない初期状態で前記第一モータの立設方向に対して前方に傾斜している」ものとすることができる。
【００１２】
フレーム傾斜方向が「初期状態で前記第一モータの立設方向に対して前方に傾斜している」構成としては、第一モータが鉛直方向に直立しておりコ字形フレームのフレーム傾斜方向が前傾している構成、第一モータが鉛直方向より後傾しておりフレーム傾斜方向が鉛直方向である構成、第一モータとフレーム傾斜方向の双方が鉛直方向より前傾しているがフレーム傾斜方向の方が大きな角度で前傾している構成、第一モータとフレーム傾斜方向の双方が鉛直方向より後傾しているが第一モータの方が大きな角度で後傾している構成、とすることができる。
【００１３】
コ字形フレームは、第一モータのモータケースに当接するまで第一軸周りに回動する。本構成では、コ字形フレームが第一軸周りに回動していない初期状態で、第一モータの立設方向に対してフレーム傾斜方向が前方に傾斜しているため、初期状態から第一軸周りに前方に回動してモータケースの前面にコ字形フレームが当接するまで回動できる角度より、初期状態から後方に回動してモータケースの後面に当接するまでコ字形フレームが回動できる角度の方が大きなものとなる。換言すれば、肩部を介して上腕部を前後方向に回動させる運動において、コ字形フレームが前方に回動し上腕部が後方に回動する角度より、コ字形フレームが後方に回動し上腕部が前方に回動する角度の方が大きい。
【００１４】
人の腕は、肩部の関節の動きを介して、上腕部が後方に回動する角度より、上腕部が前方に回動する角度の方が大きい。従って、上記構成の腕構造は人の腕の構造に近く、人の腕の動作により近い、より自然な動作を行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の効果として、肩から前腕までのロボットの腕構造であって、人に腕に近い形状で人に近い動作を行わせるための具体的な構造を、提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態の腕構造を適用したロボットアームの斜視図である。
【図２】図１のロボットアームの分解斜視図である。
【図３】図１のロボットアームの異なる姿勢の斜視図である。
【図４】図１のロボットアームにおける（ａ）肩部の斜視図、（ｂ）第一モータ及びコ字形フレームの側面図、及び（ｃ），（ｄ）コ字形フレームの動作を説明する側面図である。
【図５】他の実施形態の腕構造における（ａ）肩部の斜視図、（ｂ）第一モータ及びコ字形フレームの側面図、及び（ｃ），（ｄ）コ字形フレームの動作を説明する側面図である。
【図６】本発明と対比する他の腕構造おける（ａ）肩部の斜視図、（ｂ）第一モータ及びコ字形フレームの側面図、及び（ｃ），（ｄ）コ字形フレームの動作を説明する側面図である。
【図７】（ａ）本発明と対比する他の腕構造の斜視図、及び（ｂ）本発明と対比する更に他の腕構造の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態である腕構造が適用されたロボットアーム１について、図１乃至図４を用いて説明する。ロボットアーム１は、肩部１０、肩部１０に連結された上腕部３０、上腕部３０に連結された肘部４０、肘部４０に連結された前腕部５０、前腕部５０に連結された手首部６０、手首部６０に連結された手部７０を備えている。そして、ロボットアーム１は、肩部１０を介する上腕部３０の前後方向の回動を駆動する第一モータＭ１と、肩部１０を介する上腕部３０の上下方向の回動を駆動する第二モータＭ２と、上腕部３０に対する肘部４０のねじり回動を駆動する第三モータＭ３と、肘部４０を介する前腕部５０の上腕部３０に対する屈伸のための回動を駆動する第四モータＭ４と、肘部４０に対する前腕部５０のねじり回動を駆動する第五モータＭ５と、手部７０を橈屈・尺屈させる回動を駆動する第六モータＭ６と、手部７０を掌屈・背屈させる回動を駆動する第七モータＭ７と、を具備している。
【００１８】
ここで、本書面における前後、上下、及び左右は、ロボットアーム１の動作を人の腕の動作に見立てた場合、或いは、ロボットアーム１を人型ロボットのアームとした場合における前後、上下、及び左右である。また、図１，２は、第一モータＭ１〜第七モータＭ７の何れの駆動軸も回転させていない初期状態を図示しており、図３は第一モータＭ１〜第五モータＭ５の駆動軸を回転させた状態を図示している。
【００１９】
第一モータＭ１は二つが並列に接続されており、駆動軸である第一軸Ｐ１を水平方向にし、且つ、略直方体のモータケースを上下方向（鉛直方向）に直立させた状態で、その下端が骨格フレーム９０に固定されている。骨格フレーム９０は、ロボットアーム１が人型ロボットのアームである場合は、肩部１０をロボットのボディに連結するためのフレームであり、ロボットアーム１が腕及び手の動作のみをさせるロボットである場合は、何らかの構造部材にロボットアーム１を支持させるためのフレームである。
【００２０】
並列に接続された状態の二つの第一モータＭ１の駆動軸方向の両端部には、コ字形フレーム１１が回動可能に支持されている。具体的には、コ字形フレーム１１は、平板状で長方形の中央プレート１１ｃと、中央プレート１１ｃの両端からそれぞれ同一方向に直角に延出した一対の支持面１１ｓとからなり、第一モータＭ１を上方から支持している。つまり、中央プレート１１ｃは第一モータＭ１のモータケースの上方の空間に位置しており、並列に接続された状態の二つの第一モータＭ１の駆動軸方向の両端部のそれぞれが、コ字形フレーム１１の支持面１１ｓによって回動可能に支持されている。このような構成により、第一モータＭ１の駆動軸を回転させると、コ字形フレーム１１が第一軸Ｐ１周りに回動する（図４（ａ）参照）。
【００２１】
なお、ロボットアーム１は、コ字形フレーム１１の他にコ字形フレームを複数備えているが、何れも基本的な構成は同一であり、平板状で長方形の中央プレートと、中央プレートの両端からそれぞれ同一方向に直角に延出した一対の支持面からなる。このようなコ字形フレームでモータを支持する場合、一対の支持面を貫通する直線であって、中央プレートに平行な直線の方向が、モータの駆動軸の方向である。以下では、モータの駆動軸周りのコ字形フレームの相対的な回動に伴うコ字形フレームの傾きを説明するために、モータの駆動軸に直交し、且つ、一対の支持面それぞれの側辺に平行な直線を、「フレーム傾斜方向Ｆ」と称する（図４（ｂ）参照）。
【００２２】
また、ロボットアーム１が備える全てのモータは、第一モータＭ１と同様に、略直方体のモータケースに収容されている。以下では、モータの姿勢を説明するために、モータの駆動軸に直交する直線であって、モータケースの側面に平行な直線を、「モータの立設方向Ｄ」と称する（図４（ｂ）参照）。
【００２３】
コ字形フレーム１１には、別のコ字形フレーム１２が固定されている。具体的には、コ字形フレーム１１の支持面１１ｓの一方にコ字形フレーム１２の中央プレート１２ｃを重ね合わせた状態で、両コ字形フレーム１１，１２が固着されている。コ字形フレーム１２の一対の支持面１２ｓは、第一モータＭ１とは反対の方向に突出している（図４（ａ）参照）。第二モータＭ２は二つが並列に接続されており、駆動軸である第二軸Ｐ２を第一軸Ｐ１と直交させた状態で、駆動軸方向の両端部がそれぞれコ字形フレーム１２の支持面１２ｓに回動可能に支持されている（図１〜３参照）。このような構成により、第一モータＭ１の駆動軸の回転によってコ字形フレーム１１が第一軸Ｐ１周りに回動すると、コ字形フレーム１２がコ字形フレーム１１と一体的に第一軸Ｐ１周りに回動し、第二軸Ｐ２が前後に傾く。
【００２４】
第二モータＭ２の下端は、上腕フレーム３１の上端に回動不能に固定されている。この上腕フレーム３１は、第二軸Ｐ２に直交する方向に長いブロック状である。このような構成により、第一モータＭ１の駆動軸の回転により、コ字形フレーム１２がコ字形フレーム１１と一体的に第一軸Ｐ１周りに回動すると、第二モータＭ２と共に上腕フレーム３１が回動し、肩部１０を介して上腕フレーム３１が第一軸Ｐ１周りに前後方向に回動する。
【００２５】
ここで、第一モータＭ１が駆動軸を回転させていない初期状態で、第一モータＭ１の立設方向Ｄに対して、コ字形フレーム１１のフレーム傾斜方向Ｆは前方に傾斜している。本実施形態では、図４（ａ），（ｂ）に示すように、初期状態で第一モータＭ１の立設方向Ｄが鉛直方向であり、コ字形フレーム１１のフレーム傾斜方向Ｆが前方に角度θ＝４５度だけ傾いている。コ字形フレーム１１は、中央プレート１１ｃが第一モータＭ１のモータケースの側面と干渉するまで第一軸Ｐ１周りに回動することができるが、コ字形フレーム１１のフレーム傾斜方向Ｆは第一モータＭ１の立設方向Ｄに対して前方に傾斜しているため、図４（ｃ）に示すように、コ字形フレーム１１は、第一軸Ｐ１周りに前方に向って回動できる角度αより、図４（ｄ）に示すように、第一軸Ｐ１周りに後方に向って回動できる角度βの方が大きい。
【００２６】
コ字形フレームにモータを支持させようとする場合、当業者としては、図６（ａ），（ｂ）に示すように、初期状態でモータ（ここでは、第一モータＭ１）の立設方向Ｄとコ字形フレーム（ここでは、コ字形フレーム１１）のフレーム傾斜方向Ｆを一致させるのが、一致的であると考えられる。このような場合は、図６（ｃ）に示すように、フレームが前方に向って回動できる角度αと、図６（ｄ）に示すように、フレームが後方に向って回動できる角度βとは等しくなる。しかしながら、人の肩関節の前後運動では、第二軸Ｐ２に相当する軸が前方へ傾くように回動する角度、すなわち上腕部３０が後方に振られるように回動する角度より、その軸が後方へ傾くように回動する角度、すなわち上腕部３０が前方に振られるように回動する角度の方が大きい。従って、本実施形態のように、初期状態で第一モータＭ１の立設方向Ｄに対してコ字形フレーム１１のフレーム傾斜方向Ｆが前方に傾斜している設定とすることにより、ロボットアーム１の肩部１０及び上腕部３０の動作を、人の動作に近い自然な動作とすることができる。
【００２７】
第二モータＭ２の駆動軸を回転させると、第二軸Ｐ２周りに第二モータＭ２が回動し、第二モータＭ２と共に上腕フレーム３１が第二軸Ｐ２周りに上下方向に回動する。コ字形フレーム１２の一対の支持面１２ｓは、第一モータＭ１とは反対の方向に突出していることから、コ字形フレーム１２の中央プレート１２ｃは第二モータＭ２に対して第一モータＭ１側に位置している。また、第二モータＭ２が駆動軸を回転させていない初期状態では、図１に示すように、第二モータＭ２の立設方向は鉛直方向であり、水平な第二軸Ｐ２と直交している。従って、第二モータＭ２の駆動軸の回転に伴い、第二モータＭ２はコ字形フレーム１２と干渉することなく上方向に１８０度回動し、ひいては上腕フレーム３１が肩部１０を介して上方向に１８０度回動する。
【００２８】
上腕フレーム３１の下端には、第三モータＭ３のモータケースが固着されている。第三モータＭ３は、駆動軸を一方向のみに突出させたモータであり、駆動軸が突出している端部とは反対側の端部が上腕フレーム３１の下端に固定されている。第三モータＭ３の駆動軸は、肘部フレーム４１に回動可能に支持されている。つまり、第三モータＭ３は、駆動軸方向の両端部のうち一方のみがフレーム（ここでは、肘部フレーム４１）によって相対的な回動可能に支持されていると共に、他方は別のフレーム（ここでは、上腕フレーム３１）に回動不能に固定されている片持ち支持状態である。ここで、第三モータＭ３の駆動軸である第三軸Ｐ３は第二軸Ｐ２と直交しており、且つ、第三軸Ｐ３と第二軸Ｐ２とが交差している点は、第一軸Ｐ１が第二軸Ｐ２と交差している点と同一である。
【００２９】
このような構成により、第三モータＭ３の駆動軸を回転させると、肘部フレーム４１が第三軸Ｐ３周りに回動し、肘部フレーム４１が上腕フレーム３１に対してねじられるように回動する。
【００３０】
肘部フレーム４１の下端は、第四モータＭ４のモータケースに固着されている。第四モータＭ４は、駆動軸方向の両端部が、コ字形フレーム４２によって相対的な回動可能に支持されている。第四モータＭ４の駆動軸である第四軸Ｐ４は、水平方向であり、且つ、第三軸Ｐ３と直交している。
【００３１】
コ字形フレーム４２の中央プレートには、第五モータＭ５のモータケースが固着されている。第五モータＭ５は、駆動軸を一方向のみに突出させたモータであり、駆動軸が突出している端部とは反対側の端部がコ字形フレーム４２に固定されている。第五モータＭ５の駆動軸は、前腕フレーム５１上端に回動可能に支持されている。つまり、第五モータＭ５は、駆動軸方向の両端部のうち一方のみがフレーム（ここでは、前腕フレーム５１）によって相対的な回動可能に支持されていると共に、他方は別のフレーム（ここでは、コ字形フレーム４２）に回動不能に固定されている片持ち支持状態である。ここで、第五モータＭ５の駆動軸である第五軸Ｐ５は第四軸Ｐ４と直交しており、且つ、第五軸Ｐ５と第四軸Ｐ４とが交差している点は、第三軸Ｐ３が第四軸Ｐ４と交差している点と同一である。
【００３２】
加えて、第四モータＭ４が駆動軸を回転させていない初期状態、すなわち、肘部４０を介して前腕部５０が上腕部３０に対して屈伸するように第四軸Ｐ４周りに回動していない状態で、第五軸Ｐ５は第三軸Ｐ３と同一直線上にある（図１参照）。
【００３３】
このような構成により、第四モータＭ４の駆動軸を回転させると、コ字形フレーム４２と共に第五モータＭ５及び前腕フレーム５１が第四軸Ｐ４周りに回動し、これにより前腕フレーム５１が上腕フレーム３１に対して屈伸する。ここで、肘部フレーム４１は、第三モータＭ３側の端部から第四モータＭ４側の端部に向って、第三軸Ｐ３から離れるように後退している。このような構成により、第四軸Ｐ４周りの回動によって肘部フレーム４１を介して前腕フレーム５１を上腕フレーム３１に対して屈曲させた際に、第五モータＭ５及び前腕フレーム５１が肘部フレーム４１と干渉することを避けつつ、第四軸Ｐ４を第三軸Ｐ３と直交させることができる。
【００３４】
また、第五モータＭ５の駆動軸を回転させると、前腕フレーム５１が第五軸Ｐ５周りに回動し、肘部フレーム４１に対してねじられるように前腕フレーム５１が回動する。
【００３５】
前腕フレーム５１は箱状で、その内部空間には六つの第八モータＭ８が収容されている。六つの第八モータＭ８のうち五つは、手部７０の構成である五つの指部（第一指８１、第二指８２、第三指８３、第四指８４、及び第五指８５）それぞれの屈曲を駆動するモータであり、第八モータＭ８それぞれの駆動軸に取り付けられたプーリ８８に巻き掛けられたワイヤに牽引されて、それぞれの指部が屈曲する。それぞれの指部の伸長は、第八モータＭ８の逆回転、または、そのモータの逆回転及び指部を伸長方向に付勢するバネによって行われる。残る一つの第八モータＭ８は、第一指８１を基部に交差する軸周りに回動させることにより、他の四つの指部に対して離隔接近させるためのモータである。第一指８１の運動に関する二つの第八モータＭ８と、他の四つの指部の運動に関する四つの第八モータＭ８とは、駆動軸の方向が直角をなすように前腕フレーム５１に収容されている。これにより、前腕フレーム５１の長さを抑えてコンパクトに、六つの第八モータＭ８を収容することができる。
【００３６】
前腕フレーム５１の下端には、駆動軸ｐ１１を水平方向とした第六モータＭ６のモータケースが固着されている。第六モータＭ６は、手部７０を橈屈及び尺屈させるための回動を駆動するモータである。ここで、「橈屈」、及び「尺屈」は、人の手において相当する動作の名称であり、「橈屈」は手の内側（親指側）の骨である橈骨側への手部７０の回動動作であり、「尺屈」は手の外側（小指側）の骨である尺骨側への回動動作である。
【００３７】
一方、手部７０の両外側の端部からは一対の手首突片７１が、前腕フレーム５１に向かって突出しており、第七モータＭ７の駆動軸方向の両端部が一対の手首突片７１の間に回動可能に支持されている。ここで、一対の手首突片７１は、人の手首における内くるぶし及び外くるぶしに相当する部分であり、第七モータＭ７は、その駆動軸である第七軸Ｐ７周りに手部７０を掌屈及び背屈させるモータである。ここで、「掌屈」及び「背屈」は、人の手において相当する動作の名称であり、「掌屈」は手の平（手掌）側への手部７０の回動動作であり、「背屈」は手の甲（手背）側への回動動作である。第七軸Ｐ７は、第六モータＭ６の駆動軸ｐ１１を回転させていない初期状態で、第五軸Ｐ５と直交させている。
【００３８】
第六モータＭ６と第七モータＭ７は、回動バー６２、固定バー６１、及び伝達バー６３によって連結されており、これら三つのバーと第六モータＭ６、第七モータＭ７及び一対の手首突片７１によって、手首部６０が構成されている。回動バー６２は、第六モータＭ６の駆動軸ｐ１１に一端が固定されており、第六モータＭ６の正逆回転によって回動する。固定バー６１は、一端が前腕フレーム５１に固定されていると共に、他端が第七モータＭ７のモータケースに、駆動軸ｐ１１に平行な第六軸Ｐ６によって相対的な回動可能に軸支されている。第六軸Ｐ６は第七軸Ｐ７と直交していると共に第五軸Ｐ５と直交しており、これら三つの軸Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７は一点で交差している。伝達バー６３の一端は、第六軸Ｐ６と平行な軸ｐ１２によって回動バー６２の他端に回動可能に軸支されていると共に、伝達バー６３の他端は、第六軸Ｐ６と平行な軸ｐ１３によって第七モータＭ７のモータケースに回動可能に軸支されている。
【００３９】
このような構成により、第七モータＭ７の駆動軸を回転させると、手首突片７１を介して、手部７０が第七軸Ｐ７周りに回動し掌屈及び背屈する。また、第六モータＭ６の駆動軸ｐ１１を図１における時計回りに回転させると、回動バー６２は駆動軸ｐ１１と共に回動し、これに伴い軸ｐ１２を介して回動バー６２に連結されている伝達バー６３が前腕フレーム５１に向かって引っ張られ、軸ｐ１３周りに時計回りに回動する。これにより、第七モータＭ７のモータケースを介して、第七モータＭ７が第六軸Ｐ６周りに時計回りに回動し、この第七モータＭ７ごと手部７０が第六軸Ｐ６周り回動して尺屈する。逆に、第六モータＭ６の駆動軸ｐ１１を反対方向（反時計回り）に回転させると、回動バー６２が反時計回りに回動して伝達バー６３が手部７０側に押し出され、第七モータＭ７が第六軸Ｐ６周りに反時計回りに回動し、第七モータＭ７ごと手部７０が第六軸Ｐ６周り回動して橈屈する。
【００４０】
第七モータＭ７はモータケースを介して第六軸Ｐ６及び軸ｐ１３に軸支されているため、これらの軸心が第七モータＭ７の駆動軸である第七軸Ｐ７と干渉することがなく、第七軸Ｐ７を第六軸Ｐ６と直交させることが可能となっている。
【００４１】
上記のように、ロボットアーム１においては、肩部１０を介する上腕フレーム３１の前後方向の回動の軸である第一軸Ｐ１と、肩部１０を介する上腕フレーム３１の上下方向の回動の軸である第二軸Ｐ２とが直交しており、上腕フレーム３１に対する肘部フレーム４１のねじり回動の軸である第三軸Ｐ３と第二軸Ｐ２とが直交していると共に、第一軸Ｐ１と第三軸Ｐ３とは同一の点で第二軸Ｐ２と交差している。また、肘部フレーム４１を介する前腕フレーム５１の上腕フレーム３１に対する屈伸のための回動の軸である第四軸Ｐ４と第三軸Ｐ３とが直交しており、肘部フレーム４１に対する前腕フレーム５１のねじり回動の軸である第五軸Ｐ５と第四軸Ｐ４とが直交していると共に、第三軸Ｐ３と第五軸Ｐ５とは同一の点で第四軸Ｐ４と交差している。更に、第四軸Ｐ４周りに前腕フレーム５１が回動していない初期状態で、第三軸Ｐ３と第五軸Ｐ５とは同一直線上にある。加えて、手部７０を橈屈及び尺屈させる回動の軸である第六軸Ｐ６と、手部７０を掌屈及び背屈させる回動の軸である第七軸Ｐ７とが直交していると共に、第六軸Ｐ６は第五軸Ｐ５と直交しており、第五軸Ｐ５、第六軸Ｐ６、及び第七軸Ｐ７は一点で交差している。
【００４２】
第一軸Ｐ１〜第七軸Ｐ７がこのような関係にあることにより、ロボットアーム１は、人の腕に近い自然な動作で、多様な姿勢を取ることができる。ここで、第一軸Ｐ１〜第七軸Ｐ７を上記の関係にすることが可能となっている主な理由は、共にねじり回動の軸である第三軸Ｐ３及び第五軸Ｐ５をそれぞれ駆動軸とする第三モータＭ３及び第五モータＭ５を、駆動軸方向の両端部のうち一方のみがフレームによって相対的な回動可能に支持されていると共に、他方は別のフレームに回動不能に固定されている片持ち支持状態としているためである。このことを、第三モータＭ３及び第五モータＭ５か片持ち支持状態ではない他の構造と対比して、説明する。
【００４３】
図７（ａ）は、第三モータＭ３及び第五モータＭ５の支持状態を除けばロボットアーム１と同様の構成であり、第三モータＭ３及び第五モータＭ５が、それぞれ駆動軸方向の両端部がコ字形フレーム３２，４３によって相対的な回動可能に支持されている両持ち支持状態であるロボットアーム１０２である。第三モータＭ３を支持しているコ字形フレーム３２は、上腕フレーム３１と干渉しない位置で第三モータＭ３を支持しなければならないため、必然的に、第三モータＭ３の駆動軸である第三軸Ｐ３と上腕フレーム３１の中心軸とがずれてしまう。つまり、上腕フレーム３１に対する肘部フレーム４１のねじり回動の軸である第三軸Ｐ３が、上腕フレーム３１の中心軸からずれてしまう訳であり、人の腕とは異なる不自然な動作となってしまう。
【００４４】
また、ロボットアーム１０２の上腕フレームとしてロボットアーム１の上腕フレーム３１と同一の太さのものを使用すると、図示のように、第三モータＭ３より外側に上腕フレーム３１がはみ出してしまい、人の腕とは異なる不自然な形状となって外観の悪いものとなる。上腕フレーム３１を細くすれば、このようなはみ出しを避けることができるが、その場合は上腕フレーム３１の機械的強度が低下してしまう。
【００４５】
一方、第五モータＭ５を支持しているコ字形フレーム４３は、第四モータＭ４を支持しているコ字形フレーム４２と干渉しない位置で第五モータＭ５を支持しなければならない。そのため、第四軸Ｐ４周りの回動が行われていない初期状態であっても、必然的に、第四モータＭ４の駆動軸である第四軸Ｐ４と直交している第三軸Ｐ３と、第五モータＭ５の駆動軸である第五軸Ｐ５とが、同一直線上となることなくずれてしまい、人の腕とは異なる不自然な動作となってしまう。
【００４６】
ここで、図７（ｂ）に示すように、第四モータＭ４を支持しているコ字形フレーム４２の中央プレートに、第五モータＭ５を支持しているコ字形フレーム４３の支持面の一方を固着すれば、第四軸Ｐ４周りの回動が行われていない初期状態で、第三軸Ｐ３と第五軸Ｐ５とが同一直線上に位置しているロボットアーム１０３とすることが可能である。しかしながら、この場合は、第五モータＭ５の駆動軸の回転に伴って、第五モータＭ５自身が第五軸Ｐ５周りに回動し、その回動を前腕フレーム５１に伝達する必要があるため、第五モータＭ５のモータケースと前腕フレーム５１とをフレーム４５を介して固定する必要がある。フレーム４５は、コ字形フレーム４３と干渉しないように第五モータＭ５に固定する必要があるため、前腕フレーム５１からはみ出さないようにしようとすれば、図示のように細く機械的強度の低いフレームとならざるを得ず、機械的強度を担保しようとすれば前腕フレーム５１からはみ出して外観の悪いものとなる。また、ロボットアーム１０３は、フレーム４５の長さの分だけ、ロボットアーム１に比べて全長が長くなってしまう。
【００４７】
このように、全てのモータをコ字形フレームで支持しているロボットアーム１０２，１０３に比べて、ねじり回動の軸である第三軸Ｐ３と第五軸Ｐ５をそれぞれ駆動軸とする第三モータＭ３と第五モータＭ５を両持ち支持状態としている本実施形態のロボットアーム１では、モータを支持するフレームがモータより外側にはみ出して人の腕とは異なる不自然な形状となるおそれや、はみ出しを押さえるためにフレームを細くすることにより機械的強度が低下するおそれを抑制して、第一軸Ｐ１〜第七軸Ｐ７を上記の関係とすることができる。
【００４８】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
【００４９】
例えば、上記では、第一モータＭ１が駆動軸を回転させていない初期状態で、第一モータＭ１の立設方向Ｄに対して、コ字形フレーム１１のフレーム傾斜方向Ｆが前方に傾斜している構成として、初期状態で第一モータＭ１の立設方向Ｄが鉛直方向であり、コ字形フレーム１１のフレーム傾斜方向Ｆが前方に傾斜している構成を例示した（図４（ａ），（ｂ）参照）。これに限定されず、図５（ａ），（ｂ）に示すように、初期状態で第一モータＭ１の立設方向Ｄが鉛直方向より後傾しており、フレーム傾斜方向Ｆが鉛直方向である構成とすることができる。このような構成であっても同様に、図５（ｃ）に示すように、コ字形フレーム１１が第一軸Ｐ１周りに前方に向って回動できる角度αより、図５（ｄ）に示すように、第一軸Ｐ１周りに後方に向って回動できる角度βの方が大きなものとなる。
【符号の説明】
【００５０】
１  ロボットアーム
１０  肩部
３０  上腕部
４０  肘部
５０  前腕部
６０  手首部
７０  手部
Ｍ１  第一モータ
Ｍ２  第二モータ
Ｍ３  第三モータ
Ｍ４  第四モータ
Ｍ５  第五モータ
Ｍ６  第六モータ
Ｍ７  第七モータ
Ｐ１  第一軸
Ｐ２  第二軸
Ｐ３  第三軸
Ｐ４  第四軸
Ｐ５  第五軸
Ｐ６  第六軸
Ｐ７  第七軸
１１，１２，４２  コ字形フレーム
３１  上腕フレーム
４１  肘部フレーム
５１  前腕フレーム
６１  固定バー
６２  回動バー
６３  伝達バー
７１  手首突片
【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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