(57)【要約】【課題】可動範囲を大きくとることができ、さらに、ワイヤ経路長の算出が容易なワイヤ駆動型３自由度関節機構を提供すること。【解決手段】本発明によれば、ワイヤ駆動型３自由度関節機構１であって、第１回転軸Ｚを中心に回転可能に固定部２に連結された基部部材４と、第１回転軸と交差する第２回転軸Ｙを中心に回転可能に基部部材に連結された中間部材６と、第１回転軸と第２回転軸の交差点を通過する第３回転軸Ｘを中心に回転可能に中間部材に連結された先端部材８とを備え、ワイヤのワイヤ経路が、第１先端側ワイヤ３０ａと第２先端側ワイヤ３０ｂと第３先端側ワイヤ３０ｃと第４ワイヤ２８ｄの張力により、基部部材と中間部材と先端部材を、第１回転軸と第２回転軸と第３回転軸のそれぞれを中心に、独立して回転させることができるように設定されているワイヤ駆動型３自由度関節機構が提供される。【選択図】図３
2018065198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ駆動型３自由度関節機構であって、
第１回転軸を中心に回転可能に固定部に連結された基部部材と、
前記第１回転軸と交差する第２回転軸を中心に回転可能に前記基部部材に連結された中間部材と、
前記第１回転軸と第２回転軸の交差点を通過する第３回転軸を中心に回転可能に前記中間部材に連結された先端部材と、
前記第１回転軸を中心に回転可能に前記固定部および基部部材に取付けられ、それぞれが独立して前記第１回転軸を中心に回転可能な第１基部プーリと第２基部プーリと第３基部プーリと第４基部プーリとを有する基部プーリ組立体と、
前記第２回転軸を中心に回転可能に前記基部部材に取付けられた中間プーリであって、それぞれが独立して前記第２回転軸を中心に回転可能に前記基部部材に取付けられた第１中間プーリと第２中間プーリと第３中間プーリと第４中間プーリとを有している中間プーリと、
前記先端部材に設けられた先端プーリ組立体であって、互いに相対回転不能に一体化された第１先端プーリ部と第２先端プーリ部と第３先端プーリ部と第４先端プーリ部とを有している先端プーリ組立体と、
前記基部部材に回転可能に取付けられた第１基部補助プーリと、
前記基部部材に回転可能に取付けられた第２基部補助プーリと、
前記基部部材に回転可能に取付けられた第３基部補助プーリと、
前記基部部材に回転可能に取付けられた第４基部補助プーリと、
前記中間部材に回転可能に取付けられた第１中間補助プーリと、
前記中間部材に回転可能に取付けられた第２中間補助プーリと、
前記中間部材に回転可能に取付けられた第３中間補助プーリと、
前記中間部材に回転可能に取付けられた第４中間補助プーリと、備え、
前記第１基部プーリが、前記第１回転軸に沿って延びる第１基部ステム部と、該第１基部ステム部の基端側に取付けられた第１基部基端側プーリ部と、前記第１基部ステム部の先端側に取付けられた第１基部先端側プーリ部と、を有し、
前記第２基部プーリが、前記第１基部ステム部の径方向外方側を前記第１回転軸に沿って延びる第２基部ステム部と、前記第１基部基端側プーリ部の先端側で前記第２基部ステム部に取付けられた第２基部基端側プーリ部と、前記第１基部先端側プーリ部の基端側で前記第２基部ステム部に取付けられた第２基部先端側プーリ部と、を有し、
前記第３基部プーリが、前記第２基部ステム部の径方向外方側を前記第１回転軸に沿って延びる第３基部ステム部と、前記第２基部基端側プーリ部の先端側で前記第３基部ステム部に取付けられた第３基部基端側プーリ部と、前記第２基部先端側プーリ部の基端側で前記第３基部ステム部に取付けられた第３基部先端側プーリ部と、を有し、
前記第４基部プーリが、前記第３基部ステム部の径方向外方側で、前記第３基部基端側プーリ部と第３基部先端側プーリ部の間に配置された第４基部プーリ部と、を有し、
前記関節機構が更に、
基端が第１巻取手段に接続され、先端が前記第１基部基端側プーリ部に接続された第１基端側ワイヤと、
基端が前記第１基部先端側プーリ部に接続され、前記第１基部補助プーリ、第１中間プーリ、第１中間補助プーリを介して、先端が前記第１先端プーリ部に接続されている第１先端側ワイヤと、
基端が第２巻取手段に接続され、先端が前記第２基部基端側プーリ部に接続された第２基端側ワイヤと、
基端が前記第２基部先端側プーリ部に接続され、前記第２基部補助プーリ、第２中間プーリ、第２中間補助プーリを介して、先端が前記第２先端プーリ部に接続されている第２先端側ワイヤと、
基端が第３巻取手段に接続され、先端が前記第３基部基端側プーリ部に接続された第３基端側ワイヤと、
基端が前記第３基部先端側プーリ部に接続され、前記第３基部補助プーリ、第３中間プーリ、第３中間補助プーリを介して、先端が前記第３先端プーリ部に接続されている第３先端側ワイヤと、
基端が第４巻取手段に接続され、前記第４基部プーリ部、前記第４基部補助プーリ、第４中間プーリ、第４先端補助プーリを介して、先端が前記第４先端プーリ部に接続されている第４ワイヤと、を備え、
前記第１先端側ワイヤの先端側の部分と前記第２先端側ワイヤの先端側の部分と前記第３先端側ワイヤの先端側の部分と前記第４ワイヤの先端側の部分が、それぞれ、前記第１先端プーリ部と前記第２先端プーリ部と前記第３先端プーリ部と前記第４先端プーリ部に、巻回され、
前記各ワイヤのワイヤ経路が、前記第１先端側ワイヤと前記第２先端側ワイヤと前記第３先端側ワイヤと前記第４ワイヤの張力により、前記基部部材と前記中間部材と前記先端部材を、前記第１回転軸と前記第２回転軸と前記第３回転軸のそれぞれを中心に、独立して回転させることができるように設定されている、
ことを特徴とするワイヤ駆動型３自由度関節機構。
【請求項２】
前記第１先端側ワイヤと前記第２先端側ワイヤと前記第３先端側ワイヤと前記第４ワイヤは、２本が、前記各基部先端側プーリと前記各中間プーリと前記各先端プーリ部のそれぞれに対して第１方向に巻回され、他の２本が前記第１方向と反対方向の第２方向に巻回され、
前記各基部先端側プーリと前記各中間プーリと前記各先端プーリ部において、前記第１先端側ワイヤと前記第２先端側ワイヤと前記第３先端側ワイヤと前記第４ワイヤの巻回方向の組み合わせが異なり、かつ、共役ではない、
請求項１に記載のワイヤ駆動型３自由度関節機構。
【請求項３】
前記第４ワイヤが、前記第４基部プーリにそれぞれ固定された第４基端側ワイヤと第４先端側ワイヤに分割された、
請求項１または２に記載のワイヤ駆動型３自由度関節機構。
【請求項４】
前記第１基部プーリと前記第１巻取手段の間に配置された第１固定部補助プーリと、
前記第２基部プーリと前記第２巻取手段の間に配置された第２固定部補助プーリと、
前記第３基部プーリと前記第３巻取手段の間に配置された第３固定部補助プーリと、
前記第４基部プーリと前記第４巻取手段の間に配置された第４固定部補助プーリと、を備えている、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のワイヤ駆動型３自由度関節機構。
【請求項５】
前記第１先端側ワイヤの先端側が、前記第１先端プーリ部の第１方向の回転によって、前記第１先端プーリ部に巻き取られるように、前記第１先端プーリ部に接続され、
前記第２先端側ワイヤの先端側が、前記第２先端プーリ部の前記第１方向とは反対の第２方向の回転によって、前記第２先端プーリ部に巻き取られるように、前記第２先端プーリ部に接続され
前記第３先端側ワイヤの先端側が、前記第３先端プーリ部の第１方向の回転によって、前記第３先端プーリ部に巻き取られるように、前記第３先端プーリ部に接続され、
前記第４ワイヤの先端側が、前記第４先端プーリ部の前記第２方向の回転によって、前記第４先端プーリ部に巻き取られるように、前記第４先端プーリ部に接続されている、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のワイヤ駆動型３自由度関節。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的には、ワイヤ駆動型３自由度関節機構に関し、詳細には、４本のワイヤによって作動するワイヤ駆動型３自由度関節機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットアーム等に使用される３自由度の関節機構として、４本のワイヤで３自由度を実現した３自由度関節機構が知られている。（非特許文献１）
【０００３】
この３自由度関節機構１００では、図１に示されているように、固定部に取付けられたボールジョイント１０２を介してハンド部１０４を支持し、ハンド部１０４の基部が取付けられた支持板１０６に、４本のワイヤ、即ち、第１ワイヤ１０８、第２ワイヤ１１０、第３ワイヤ１１２、および第４ワイヤ１１４の先端（一端）が接続されている。
【０００４】
また、この３自由度関節機構１００は、第１ないし第４ワイヤ１０８、１１０、１１２、１１４の基端（他端）が、それぞれ、個別のモータ（図示せず）に接続され、それぞれのモータによって、第１ないし第４ワイヤ１０８、１１０、１１２、１１４の独立した引込み或いは送出しが可能に構成されている。
【０００５】
このような構成によれば、第１ないし第４ワイヤ１０８、１１０、１１２、１１４を各モータによって、所定量ずつ、図２の概念図におけるＺ軸方向下方に引き込み、あるいはＺ軸方向上方に送出すことによって、図２の面１０６’に相当する支持板１０６およびこの支持板１０６に取付けられたハンド部１０４を、互いに一点で交わるＸＹＺ３軸のそれぞれの軸を中心に回転させる、所謂３自由度関節機構が実現される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Yuichi Tsumaki, Fumiaki Ono, Taisuke Tsukuda, The 20-DOF Miniature Humanoid MH-2 for a Wearable Communication System, Proc. of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, St. Paul, Minnesota, pp. 3930-3935, May, 2012.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような３自由度関節機構は、ボールジョイントを介して支持されたハンドの支持板に、４本のワイヤを直接、接続している構造上、可動範囲を大きくとることができないという問題があった。
【０００８】
さらに、このような３自由度関節機構は、各ワイヤがワイヤ経路上に配置された板１１６の孔部１１６ａを通過する構造をとっているため、ハンドの方向によりワイヤ経路長が異なることになる。この結果、ワイヤ経路長を算出することが容易ではなく、ハンドの正確な動作を実現することが難しいという問題もあった。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、可動範囲を大きくとることができ、さらに、ワイヤ経路長の算出が容易なワイヤ駆動型３自由度関節機構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】
【００１０】
本発明によれば、
ワイヤ駆動型３自由度関節機構であって、
第１回転軸を中心に回転可能に固定部に連結された基部部材と、
前記第１回転軸と交差する第２回転軸を中心に回転可能に前記基部部材に連結された中間部材と、
前記第１回転軸と第２回転軸の交差点を通過する第３回転軸を中心に回転可能に前記中間部材に連結された先端部材と、
前記第１回転軸を中心に回転可能に前記固定部および基部部材に取付けられ、それぞれが独立して前記第１回転軸を中心に回転可能な第１基部プーリと第２基部プーリと第３基部プーリと第４基部プーリとを有する基部プーリ組立体と、
前記第２回転軸を中心に回転可能に前記基部部材に取付けられた中間プーリであって、それぞれが独立して前記第２回転軸を中心に回転可能に前記基部部材に取付けられた第１中間プーリと第２中間プーリと第３中間プーリと第４中間プーリとを有している中間プーリと、
前記先端部材に設けられた先端プーリ組立体であって、互いに相対回転不能に一体化された第１先端プーリ部と第２先端プーリ部と第３先端プーリ部と第４先端プーリ部とを有している先端プーリ組立体と、
前記基部部材に回転可能に取付けられた第１基部補助プーリと、
前記基部部材に回転可能に取付けられた第２基部補助プーリと、
前記基部部材に回転可能に取付けられた第３基部補助プーリと、
前記基部部材に回転可能に取付けられた第４基部補助プーリと、
前記中間部材に回転可能に取付けられた第１中間補助プーリと、
前記中間部材に回転可能に取付けられた第２中間補助プーリと、
前記中間部材に回転可能に取付けられた第３中間補助プーリと、
前記中間部材に回転可能に取付けられた第４中間補助プーリと、備え、
前記第１基部プーリが、前記第１回転軸に沿って延びる第１基部ステム部と、該第１基部ステム部の基端側に取付けられた第１基部基端側プーリ部と、前記第１基部ステム部の先端側に取付けられた第１基部先端側プーリ部と、を有し、
前記第２基部プーリが、前記第１基部ステム部の径方向外方側を前記第１回転軸に沿って延びる第２基部ステム部と、前記第１基部基端側プーリ部の先端側で前記第２基部ステム部に取付けられた第２基部基端側プーリ部と、前記第１基部先端側プーリ部の基端側で前記第２基部ステム部に取付けられた第２基部先端側プーリ部と、を有し、
前記第３基部プーリが、前記第２基部ステム部の径方向外方側を前記第１回転軸に沿って延びる第３基部ステム部と、前記第２基部基端側プーリ部の先端側で前記第３基部ステム部に取付けられた第３基部基端側プーリ部と、前記第２基部先端側プーリ部の基端側で前記第３基部ステム部に取付けられた第３基部先端側プーリ部と、を有し、
前記第４基部プーリが、前記第３基部ステム部の径方向外方側で、前記第３基部基端側プーリ部と第３基部先端側プーリ部の間に配置された第４基部プーリ部と、を有し、
前記関節機構が更に、
基端が第１巻取手段に接続され、先端が前記第１基部基端側プーリ部に接続された第１基端側ワイヤと、
基端が前記第１基部先端側プーリ部に接続され、前記第１基部補助プーリ、第１中間プーリ、第１中間補助プーリを介して、先端が前記第１先端プーリ部に接続されている第１先端側ワイヤと、
基端が第２巻取手段に接続され、先端が前記第２基部基端側プーリ部に接続された第２基端側ワイヤと、
基端が前記第２基部先端側プーリ部に接続され、前記第２基部補助プーリ、第２中間プーリ、第２中間補助プーリを介して、先端が前記第２先端プーリ部に接続されている第２先端側ワイヤと、
基端が第３巻取手段に接続され、先端が前記第３基部基端側プーリ部に接続された第３基端側ワイヤと、
基端が前記第３基部先端側プーリ部に接続され、前記第３基部補助プーリ、第３中間プーリ、第３中間補助プーリを介して、先端が前記第３先端プーリ部に接続されている第３先端側ワイヤと、
基端が第４巻取手段に接続され、前記第４基部プーリ部、前記第４基部補助プーリ、第４中間プーリ、第４先端補助プーリを介して、先端が前記第４先端プーリ部に接続されている第４ワイヤと、を備え、
前記第１先端側ワイヤの先端側の部分と前記第２先端側ワイヤの先端側の部分と前記第３先端側ワイヤの先端側の部分と前記第４ワイヤの先端側の部分が、それぞれ、前記第１先端プーリ部と前記第２先端プーリ部と前記第３先端プーリ部と前記第４先端プーリ部に、巻回され、
前記各ワイヤのワイヤ経路が、前記第１先端側ワイヤと前記第２先端側ワイヤと前記第３先端側ワイヤと前記第４ワイヤの張力により、前記基部部材と前記中間部材と前記先端部材を、前記第１回転軸と前記第２回転軸と前記第３回転軸のそれぞれを中心に、独立して回転させることができるように設定されている、
ことを特徴とするワイヤ駆動型３自由度関節機構が提供される。
【００１１】
このような構成によれば、各ワイヤがプーリに巻回される構成であるので、ワイヤのプーリへの巻回長さを適宜、設定することにより、各回転軸を中心とした回転範囲（可動範囲）を大きくとることが可能となる。
【００１２】
さらに、ワイヤがワイヤ経路で孔部を通過しない構成であるので、ワイヤ経路長の正確な算出が容易となり、各回転軸を中心とした回転量を正確に制御することができる。この結果、関節機構に取付けられたハンド等の作動対象物の正確な回転位置制御が実現される。
【００１３】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記第１先端側ワイヤと前記第２先端側ワイヤと前記第３先端側ワイヤと前記第４ワイヤは、２本が、前記各基部先端側プーリと前記各中間プーリと前記各先端プーリ部のそれぞれに対して第１方向に巻回され、他の２本が前記第１方向と反対方向の第２方向に巻回され、
前記各基部先端側プーリと前記各中間プーリと前記各先端プーリ部において、前記第１先端側ワイヤと前記第２先端側ワイヤと前記第３先端側ワイヤと前記第４ワイヤの巻回方向の組み合わせが異なり、かつ、共役ではない。
【００１４】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記第４ワイヤが、前記第４基部プーリにそれぞれ固定された第４基端側ワイヤと第４先端側ワイヤに分割されている。
【００１５】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記第１基部プーリと前記第１巻取手段の間に配置された第１固定補助プーリと、
前記第２基部プーリと前記第２巻取手段の間に配置された第２固定補助プーリと、
前記第３基部プーリと前記第３巻取手段の間に配置された第３固定補助プーリと、
前記第４基部プーリと前記第４巻取手段の間に配置された第４固定補助プーリと、を備えている。
【００１６】
前記第１先端側ワイヤの先端側が、前記第１先端プーリ部の第１方向の回転によって、前記第１先端プーリ部に巻き取られるように、前記第１先端プーリ部に接続され、
前記第２先端側ワイヤの先端側が、前記第２先端プーリ部の前記第１方向とは反対の第２方向の回転によって、前記第２先端プーリ部に巻き取られるように、前記第２先端プーリ部に接続され
前記第３先端側ワイヤの先端側が、前記第３先端プーリ部の第１方向の回転によって、前記第３先端プーリ部に巻き取られるように、前記第３先端プーリ部に接続され、
前記第４ワイヤの先端側が、前記第４先端プーリ部の前記第２方向の回転によって、前記第４先端プーリ部に巻き取られるように、前記第４先端プーリ部に接続されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、可動範囲を大きくとることができ、さらに、ワイヤ経路長の算出が容易なワイヤ駆動型３自由度関節機構が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来技術のワイヤ駆動型３自由度関節機構の構成を示す概略的な斜視図である。
【図２】図１のワイヤ駆動型３自由度関節機構の作動原理を説明するための概念図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態のワイヤ駆動型３自由度関節機構１の斜視図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態のワイヤ駆動型３自由度関節機構１の図３と逆方向からの斜視図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に沿って説明する。図３は、本発明の好ましい実施形態のワイヤ駆動型３自由度関節機構１の斜視図であり、図４は図３とは逆方向からの斜視図である。図５は、図３のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【００２０】
本実施形態のワイヤ駆動型３自由度関節機構１は、果樹収穫用のロボットアームの手首関節に適用されるものである。しかしながら、本発明は、この用途に限定されるものではなく、他の目的のロボットアームの手首関節、あるいは肩関節、その他の関節等も適用することが可能ある。
【００２１】
図３ないし図５に示されているように、本実施形態のワイヤ駆動型３自由度関節機構１は、第１回転軸Ｚを中心に回転可能に固定部２に連結された基部部材４と、第１回転軸Ｚと交差する第２回転軸Ｙを中心に回転可能に基部部材４に連結された中間部材６と、第１回転軸Ｚと第２回転軸Ｙの交差点を通過する第３回転軸Ｘを中心に回転可能に中間部材６に連結された先端部材８とを備えている。
【００２２】
固定部２は、第１回転軸Ｚに沿って延びるシャフト状部分であり、先端に固定軸部２ａと、板状の固定基板２ｂとが固定されている。固定部２は、基端側が、例えば、肘関節に連結されることになる。
【００２３】
基部部材４は、略矩形の基板４ａと、基板４ａの中央部から下方に延びる軸部４ｂと、基板４ａの両端からそれぞれ上方に延びる側壁４ｃ、４ｄと、側壁４ｃ、４ｄの上部を連結するように延びる横軸部４ｅとを有している。（ここで、上下、左右の方向は、図５の配置における方向である。）横軸部４ｅの長手方向の中心軸線が、第２回転軸Ｙとなる。
【００２４】
また、中間部材６は、板状部６ａと板状部６ａの左右両端から下方に垂下する垂下部６ｂ、６ｃと、板状部６ａの略中央から上方に延びる中間軸部６ｄとを有している。中間軸部６ｄの長手方向の中心軸線が、第３回転軸Ｘとなる。
中間部材６の垂下部６ｂ、６ｃには貫通孔６e、６ｆが形成されている。この貫通孔６e、６ｆに、基部部材４の横軸部４ｅがベアリングを介して挿通されている。このような構成により、中間部材６は、基部部材４の横軸部４ｅを中心に、即ち、第２回転軸Ｙを中心に回転可能に基部部材４に連結されることになる。
【００２５】
さらに、先端部材８は、中心に開口８ａを備えた円柱状部材であり、開口８ａに、中間部材６の中間軸部６ｄがベアリングを介して挿通されている。このような構成により、先端部材８は、中間部材４の中間軸部６ｄを中心に、即ち、第３回転軸Ｘを中心に、回転可能に中間部材６に連結されることになる。
【００２６】
本実施形態のワイヤ駆動型３自由度関節機構１は、第１回転軸Ｚを中心に回転可能に固定部２および基部部材４に取付けられた基部プーリ組立体１０を備えている。基部プーリ組立体１０は、それぞれが独立して第１回転軸Ｚを中心に回転可能な第１基部プーリ１２と第２基部プーリ１４と第３基部プーリ１６と第４基部プーリ１８とを有している。
【００２７】
第１基部プーリ１２は、第１回転軸Ｚに沿って延びる円筒状の第１基部ステム部１２ａと、第１基部ステム部１２ａの基端側（図５の下方側）に取付けられた第１基部基端側プーリ部１２ｂと、第１基部ステム部１２ａの先端側（図５の上方側）に取付けられた第１基部先端側プーリ部１２ｃとを有している。
【００２８】
第１基部ステム部１２ａは、第１回転軸Ｚに沿って直列に整列して配置された固定部２の固定軸部２ａおよび基部部材４の軸部４ｂに対して、ベアリングを介して回転可能に連結さている。
【００２９】
第２基部プーリ１４は、第１基部ステム部１２ａの径方向外方側を第１回転軸Ｚに沿って延びる円筒状の第２基部ステム部１４ａと、第１基部基端側プーリ部１２ｂの先端側（図５の上方側）で第２基部ステム部１４ａに取付けられた第２基部基端側プーリ部１４ｂと、第１基部先端側プーリ部１２ｃの基端側（図５の下方側）で第２基部ステム部１４ａに取付けられた第２基部先端側プーリ部１４ｃとを有している。
【００３０】
第１基部ステム部１２ａと第２基部ステム部１４ａとの間には、ベアリングが配置され、第２基部ステム部１４ａは、第１基部ステム部１２ａに対して第１回転軸Ｚを中心に回転可能とされている。
【００３１】
第３基部プーリ１６は、第２基部ステム部１４ａの径方向外方側を第１回転軸Ｚに沿って延びる円筒状の第３基部ステム部１６ａと、第２基部基端側プーリ部１４ｂの先端側（図５の上方側）で第３基部ステム部１６ａに取付けられた第３基部基端側プーリ部１６ｂと、第２基部先端側プーリ部１４ｃの基端側（図５の下方側）で第３基部ステム部１６ａに取付けられた第３基部先端側プーリ部１６ｃとを有している。
【００３２】
第２基部ステム部１４ａと第３基部ステム部１６ａとの間には、ベアリングが配置され、第３基部ステム部１６ａは、第２基部ステム部１４ａに対して第１回転軸Ｚを中心に回転可能とされている。
【００３３】
第４基部プーリ１８は、第３基部ステム部１６ａの径方向外方側で、第３基部基端側プーリ部１６ｂと第３基部先端側プーリ部１６ｃの間に配置された第４基部プーリ部１８ａを有している。
【００３４】
第３基部ステム部１６ａと第４基部プーリ部１８ａとの間には、ベアリングが配置され、第４基部プーリ部１８ａは、第３基部ステム部１６ａに対して第１回転軸Ｚを中心に回転可能とされている。
【００３５】
本実施形態のワイヤ駆動型３自由度関節機構１は、さらに、第２回転軸Ｙを中心に回転可能に基部部材４の横軸部４ｅに連結された中間プーリ２０を備えている。中間プーリは、それぞれが、独立して第２回転軸Ｙを中心に回転可能になるように、ベアリングを介して基部部材４の横軸部４ｅに取付けられた第１中間プーリ２０ａと第２中間プーリ２０ｂと第３中間プーリ２０ｃと第４中間プーリ２０ｄとを有している。
【００３６】
図３ないし図５に示されているように、第１中間プーリ２０ａと第３中間プーリ２０ｃとは、基部部材４の一方の側壁４ｄと中間部材６の一方の垂下部６ｂの間に、第３中間プーリ２０ｃが基部部材４の一方の側壁４ｄ側に位置するように並列配置されている。
【００３７】
また、第２中間プーリ２０ｂと第４中間プーリ２０ｄとは、基部部材４の他方の側壁４ｃと中間部材６の他方の垂下部６ｃの間に、第４中間プーリ２０ｄが基部部材４の他方の側壁４ｃ側に位置するように並列配置されている。
【００３８】
先端部材８は、互いに相対回転不能に一体化された第１先端プーリ部２２ａと第２先端プーリ部２２ｂと第３先端プーリ部２２ｃと第４先端プーリ部２２ｄとを有している先端プーリ組立体２２として構成されている。
【００３９】
本実施形態のワイヤ駆動型３自由度関節機構１は、さらに、それぞれが、基部部材４に回転可能に取付けられた第１基部補助プーリ２４ａと、第２基部補助プーリ２４ｂと、第３基部補助プーリ２４ｃと、第４基部補助プーリ２４ｄと、を備えている。
【００４０】
図３および図４に示されているように、第１基部補助プーリ２４ａは第１中間プーリ２０ａの下方に位置するように配置されている。また、第３部補助プーリ２４ｃは第３中間プーリ２０ｃの下方に位置するように配置されている。そして、第１基部補助プーリ２４ａおよび第３部補助プーリ２４ｃは、それぞれ、基部部材４の一方の側壁４ｄの下部の反対側位置（前後方向に対向する位置）に取付けられている。
【００４１】
図３および図４に示されているように、第２基部補助プーリ２４ｂは第２中間プーリ２０ｂの下方に位置するように配置されている。また、第４部補助プーリ２４ｄは第４中間プーリ２０ｄの下方に位置するように配置されている。そして、第２基部補助プーリ２４ｂおよび第４部補助プーリ２４ｄは、それぞれ、基部部材４の他方の側壁４ｃの下部の反対側位置（前後方向に対向する位置）に取付けられている。
【００４２】
本実施形態のワイヤ駆動型３自由度関節機構１は、さらに、それぞれが、中間部材６に回転可能に取付けられた第１中間補助プーリ２６ａと、第２中間補助プーリ２６ｂと、第３中間補助プーリ２６ｃと、第４中間補助プーリ２６ｄと、備えている。
【００４３】
図３および図４に示されているように、第１中間補助プーリ２６ａは第１中間プーリ２０ａの上方に位置するように配置されている。また、第３部中間プーリ２６ｃは第３中間プーリ２０ｃの上方に位置するように配置されている。そして、第１中間補助プーリ２６ａおよび第３部中間プーリ２６ｃは、それぞれ、中間部材６の板状部６ａの一方の側で前後方向反対側の位置に取付けられている。
【００４４】
また、図３および図４に示されているように、第２中間補助プーリ２６ｂは第２中間プーリ２０ｂの上方に位置するように配置されている。また、第４中間補助プーリ２６ｄは第４中間プーリ２０ｄの上方に位置するように配置されている。そして、第２中間補助プーリ２６ｂおよび第４部中間プーリ２６ｄは、それぞれ、中間部材６の板状部６ａの他方の側で前後方向反対側の位置に取付けられている。
【００４５】
本実施形態のワイヤ駆動型３自由度関節機構１は、基端がモータ等の第１巻取手段（図示せず）に接続され、先端部が第１基部基端側プーリ部１２ｂに所定量（所定長さ）、巻回され接続された第１基端側ワイヤ２８ａを備えている。（尚、本願各図では、図面の明確化のため、各ワイヤが所定量（所定長さ）、巻回された状態では示されていない。）
【００４６】
さらに、基端が第１基部先端側プーリ部１２ｃに所定量（所定長さ）、巻回され接続された第１先端側ワイヤ３０ａを備えている。第１先端側ワイヤ３０ａは、先端側が、第１基部補助プーリ２４ａ、第１中間プーリ２０ａ、第１中間補助プーリ２６ａを介して、第１先端プーリ部２２ａに所定量（所定長さ）、巻回され接続されている。
【００４７】
本実施形態のワイヤ駆動型３自由度関節機構１は、基端がモータ等の第２巻取手段（図示せず）に接続され、先端部が第２基部基端側プーリ部１４ｂに所定量（所定長さ）、巻回され接続された第２基端側ワイヤ２８ｂを備えている。
【００４８】
さらに、基端が第２基部先端側プーリ部１４ｃに所定量（所定長さ）、巻回され接続された第２先端側ワイヤ３０ｂを備えている。第２先端側ワイヤ３０ｂは、先端側が、第２基部補助プーリ２４ｂ、第２中間プーリ２０ｂ、第２中間補助プーリ２６ｂを介して、第２先端プーリ部２２ｂに所定量（所定長さ）、巻回され接続されている。
【００４９】
本実施形態のワイヤ駆動型３自由度関節機構１は、基端がモータ等の第３巻取手段（図示せず）に接続され、先端部が第３基部基端側プーリ部１６ｂに所定量（所定長さ）、巻回され接続された第３基端側ワイヤ２８ｃを備えている。
【００５０】
さらに、基端が第３基部先端側プーリ部１６ｃに所定量（所定長さ）、巻回され接続された第３先端側ワイヤ３０ｃを備えている。第３先端側ワイヤ３０ｃは、先端側が、第３基部補助プーリ２４ｃ、第３中間プーリ２０ｃ、第３中間補助プーリ２６ｃを介して、第３先端プーリ部２２ｃに所定量（所定長さ）、巻回され接続されている。
【００５１】
本実施形態のワイヤ駆動型３自由度関節機構１は、さらに、基端がモータ等の第４巻取手段に接続され、第４基部プーリ部１８ａ、第４基部補助プーリ２４ｄ、第４中間プーリ２０ｄ、第４先端補助プーリ２６ｄを介して、先端が第４先端プーリ部２２ｄに所定量（所定長さ）、巻回され接続されている第４ワイヤ２８ｄを備えている。
【００５２】
本実施形態では、上記所定量（所定長さ）は、各回転軸を中心とした回転運動で必要とされる可動範囲に応じて、適宜、設定されるものであり、プーリに１回または複数回、巻回される場合の他、プーリを一周しない即ち１回未満の巻回量の場合もある。
【００５３】
本実施形態のワイヤ駆動型３自由度関節機構１は、さらに、固定部２の固定基板４ｂに回転可能に取付けられた第１ないし第４の固定部補助プーリ３２ａないし３２ｄを備えている。
【００５４】
第１固定部補助プーリ３２ａは、第１基部プーリ１２の第１基部基端側プーリ部１２ｂと第１巻取手段の間に配置され、第２固定部補助プーリ３２ｂは、第２基部プーリ１４の第２基部基端側プーリ部１４ｂと第２巻取手段の間に配置されている。
第３固定部補助プーリ３２ｃは、第３基部プーリ１６の第３基部基端側プーリ部１６ｂと第３巻取手段の間に配置され、第４固定部補助プーリ３２ｄは、第４基部プーリ１８の第４基部プーリ部１８ａと第４巻取手段の間に配置されている。
【００５５】
図３および図４に示されているように、本実施形態のワイヤ駆動型３自由度関節機構１では、第１先端側ワイヤ３０ａの先端側は、第１先端プーリ部２２ａ（即ち先端部材８）の第１方向（図３の矢印Ａ方向）の回転によって、第１先端プーリ部２２ａに巻き取られるように、第１先端プーリ部２２ａに巻回、接続されている。
【００５６】
また、第２先端側ワイヤ３０ｂの先端側は、第２先端プーリ部２２ｂの第１方向とは反対の第２方向（図３の矢印Ｂ方向）の回転によって、第２先端プーリ部２２ｂに巻き取られるように、第２先端プーリ部２２ｂに巻回、接続されている。
【００５７】
さらに、第３先端側ワイヤ３０ｃの先端側は、第３先端プーリ部２２ｃの第１方向（図３の矢印Ａ方向）の回転によって、第３先端プーリ部２２ｃに巻き取られるように、第３先端プーリ部２２ｃに巻回、接続されている。
【００５８】
さらにまた、第４ワイヤ２８ｄの先端側は、第４先端プーリ部２２ｄの第２方向（図３の矢印Ｂ方向）の回転によって、第４先端プーリ部２２ｄに巻き取られるように、第４先端プーリ部２２ｄに巻回、接続されている。
【００５９】
図３および図４に示されているように、本実施形態のワイヤ駆動型３自由度関節機構１では、第１先端側ワイヤ３０ａは、第１中間プーリ２０ａの第１方向（図３の矢印Ｃ方向）の回転によって、基端側から第１中間プーリ２０ａに巻き取られるように、第１中間プーリ２０ａに巻回、接続されている。
【００６０】
また、第２先端側ワイヤ３０ｂは、第２中間プーリ２０ｂの第１方向とは反対の第２方向（図３の矢印Ｄ方向）の回転によって、基端側から第２中間プーリ２０ｂに巻き取られるように、第２中間プーリ２０ｂに巻回、接続されている。
【００６１】
さらに、第３先端側ワイヤ３０ｃは、第３中間プーリ２０ｃの第２方向（図３の矢印Ｄ方向）の回転によって、基端側から第３中間プーリ２０ｃに巻き取られるように、第３中間プーリ２０ｃに巻回、接続されている。
【００６２】
さらにまた、第４ワイヤ２８ｄは、第４中間プーリ２０ｄの第１方向（図３の矢印Ｃ方向）の回転によって、基端側から第４中間プーリ２０ｄに巻き取られるように、第４中間プーリ２０ｄに巻回、接続されている。
【００６３】
図３および図４に示されているように、本実施形態のワイヤ駆動型３自由度関節機構１では、第１先端側ワイヤ３０ａの基端側は、第１基部先端側プーリ部１２ｃの第１方向（図３の矢印Ｅ方向）の回転によって、第１基部先端側プーリ部１２ｃに巻き取られるように、第１基部先端側プーリ部１２ｃに巻回、接続されている。
【００６４】
また、第２先端側ワイヤ３０ｂの基端側は、第２基部先端側プーリ部１４ｃの第１方向（図３の矢印Ｅ方向）の回転によって、第２基部先端側プーリ部１４ｃに巻き取られるように、第２基部先端側プーリ部１４ｃに巻回、接続されている。
【００６５】
さらに、第３先端側ワイヤ３０ｃの基端は、第３基部先端側プーリ部１６ｃの第１方向とは反対の第２方向（図３の矢印Ｆ方向）の回転によって、第３基部先端側プーリ部１６ｃに巻き取られるように、第３基部先端側プーリ部１６ｃに巻回、接続されている。
【００６６】
図３および図４に示されているように、本実施形態のワイヤ駆動型３自由度関節機構１では、第１基端側ワイヤ２８ａの先端側は、第１基部基端側プーリ部１２ｂの第２方向（図３の矢印Ｆ方向）の回転によって、第１基部基端側プーリ部１２ｂに巻き取られるように、第１基部基端側プーリ部１２ｂに巻回、接続されている。
【００６７】
また、第２基端側ワイヤ２８ｂの先端側は、第２基部基端側プーリ部１４ｂの第２方向（図３の矢印Ｆ方向）の回転によって、第２基部基端側プーリ部１４ｂに巻き取られるように、第２基部基端側プーリ部１４ｂに巻回、接続されている。
【００６８】
さらに、第３基端側ワイヤ２８ｃの先端側は、第３基部基端側プーリ部１６ｂの第１方向（図３の矢印Ｅ方向）の回転によって、第３基部基端側プーリ部１６ｂに巻き取られるように、第３基部基端側プーリ部１６ｂに巻回、接続されている。
【００６９】
さらにまた、第４ワイヤ２８ｄは、第３基端側ワイヤ２８ｃと同一方向に、第４基部プーリ部１８ａに基端側から巻回されている。
【００７０】
このような構成では、第１先端側ワイヤ３０ａと第２先端側ワイヤ３０ｂと第３先端側ワイヤ３０ｃと第４ワイヤ２８ｄは、２本が、基部先端側プーリ部１２ｃ、１４ｃ、１６ｃまたは第４基部プーリ部１８ａと、各中間プーリ（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ）と各先端プーリ部（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）のそれぞれに対して或る方向に巻回され、他の２本が或る方向と反対方向に巻回されていることになる。
【００７１】
さらに、このような構成では、基部先端側プーリ部１２ｃ、１４ｃ、１６ｃ、第４基部プーリ部１８ａと、各中間プーリ（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ）と各先端プーリ部（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）との３箇所のプーリ（即ち、第１ないし第３回転軸Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸を中心に回転可能に設けられた３箇所のプーリ）において、第１先端側ワイヤ３０ａと第２先端側ワイヤ３０ｂと第３先端側ワイヤ３０ｃと第４ワイヤ２８ｄの巻回方向の組み合わせが異なり、かつ、共役ではない状態となっている。
【００７２】
ここで、共役とは、第１ないし第３回転軸Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸の内の２つの軸のプーリにおいて、ワイヤの巻回方向が表裏の関係となっていることを意味する。
例えば、下記表１のように、第１回転軸のプーリである基部先端側プーリ部１２ｃ、１４ｃにワイヤが第１方向に巻回され、基部先端側プーリ部１６ｃ、第４基部プーリ１８ａにワイヤが第２方向に巻回され、第３回転軸のプーリである先端プーリ部（２２ａ、２２ｂ）にワイヤが第２方向に巻回され、先端プーリ部（２２ｃ、２２ｄ）にワイヤが第１方向に巻回されている状態は、第１回転軸の中間プーリと第３回転軸の先端プーリ部との間で、ワイヤの巻回方向の組み合わせが共役であることになる。
【００７３】
表１
2018065198.tif 000003
【００７４】
上記実施形態では、各ワイヤのワイヤ経路が、第１先端側ワイヤ３０ａと第２先端側ワイヤ３０ｂと第３先端側ワイヤ３０ｃと第４ワイヤ２８ｄの張力により、基部部材４と中間部材６と先端部材８を、第１回転軸Ｚと第２回転軸Ｙと第３回転軸Ｘのそれぞれを中心に、独立して回転させることができるように設定されていることになる。
【００７５】
このような構成によれば、各巻取手段により、第１基端側ワイヤ２８ａおよび第２基端側ワイヤ２８ｂを巻取り、第３基端側ワイヤ２８ｃおよび第４ワイヤ２８ｄを繰り出すことにより、第１回転軸Ｚを中心に基部部材４を第１方向（図３の矢印Ｅ方向）に回転させることができる。
【００７６】
また、一方、各巻取手段により、第３基端側ワイヤ２８ｃおよび第４ワイヤ２８ｄを巻取り、第１基端側ワイヤ２８ａおよび第２基端側ワイヤ２８ｂを繰り出すことにより、第１回転軸Ｚを中心に基部部材４を第２方向（図３の矢印Ｆ方向）に回転させることができる。
【００７７】
また、このような構成によれば、各巻取手段により、第１基端側ワイヤ２８ａおよび第４ワイヤ２８ｄを巻取り、第２基端側ワイヤ２８ｂおよび第３基端側ワイヤ２８ｃを繰り出すことにより、第２回転軸Ｙを中心に中間部材６を第２方向（図３の矢印Ｄ方向）に回転させることができる。
【００７８】
一方、各巻取手段により、第２基端側ワイヤ２８ｂおよび第３基端側ワイヤ２８ｃを巻取り、第１基端側ワイヤ２８ａおよび第４ワイヤ２８ｄを繰り出すことにより、第２回転軸Ｙを中心に中間部材６を第１方向（図３の矢印Ｃ方向）に回転させることができる。
【００７９】
さらに、このような構成によれば、各巻取手段により、第１基端側ワイヤ２８ａおよび第３基端側ワイヤ２８ｃを巻取り、第２基端側ワイヤ２８ｂおよび第４ワイヤ２８ｄを繰り出すことにより、第３回転軸Ｘを中心に先端部材８を第２方向（図３の矢印Ｂ方向）に回転させることができる。
【００８０】
一方、各巻取手段により、第２基端側ワイヤ２８ｂおよび第４ワイヤ２８ｄを巻取り、第１基端側ワイヤ２８ａおよび第３基端側ワイヤ２８ｃを繰り出すことにより、第３回転軸Ｘを中心に先端部材８を第１方向（図３の矢印Ａ方向）に回転させることができる。
【００８１】
さらに、各巻取手段により、第１基端側ワイヤ２８ａ、第２基端側ワイヤ２８ｂ、第３基端側ワイヤ２８ｃ、および第４ワイヤ２８ｄの全てのワイヤを巻取ることにより、姿勢は維持されつつ剛性が向上することになる。
【００８２】
本発明の前記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。
【００８３】
上記実施形態では、第４ワイヤ２８ｄは、他のワイヤと異なり、基端側と先端側に分割されていない。しかしながら、第４ワイヤが、他のワイヤと同様に、基端が第４巻取手段に連結され先端が第４基部プーリに接続された第４基端側ワイヤと、基端が第４基部プーリに接続され先端が第４先端プーリ部に接続された第４先端側ワイヤを有している構成でもよい。
【００８４】
さらに、各ワイヤのプーリに対する巻回方向は、上記巻回方向に限定されない。
具体的には、第１先端側ワイヤ３０ａと第２先端側ワイヤ３０ｂと第３先端側ワイヤ３０ｃと第４ワイヤ２８ｄは、２本が、基部先端側プーリ部１２ｃ、１４ｃ、１６ｃまたは第４基部プーリ部１８ａと、各中間プーリ（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ）と各先端プーリ部（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）のそれぞれに対して或る方向に巻回され、他の２本が或る方向と反対方向に巻回され、さらに、基部先端側プーリ部１２ｃ、１４ｃ、１６ｃ、第４基部プーリ部１８ａと、各中間プーリ（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ）と各先端プーリ部（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）において、第１先端側ワイヤ３０ａと第２先端側ワイヤ３０ｂと第３先端側ワイヤ３０ｃと第４ワイヤ２８ｄの巻回方向の組み合わせが異なり、かつ、共役ではない状態となっている構成は、本願発明に含まれる。
【符号の説明】
【００８５】
１：ワイヤ駆動型３自由度関節機構
２：固定部
４：基部部材
４ｂ：軸部
４ｅ：横軸部
６：中間部材
６ｄ：中間軸部
８：先端部材
１０：基部プーリ組立体
１２：第１基部プーリ
１４：第２基部プーリ
１６：第３基部プーリ
１８：第４基部プーリ
２０：中間プーリ
２０ａ：第１中間プーリ
２０ｂ：第２中間プーリ
２０ｃ：第３中間プーリ
２０ｄ：第４中間プーリ
２２：先端プーリ組立体
２２ａ：第１先端プーリ部
２２ｂ：第２先端プーリ部
２２ｃ：第３先端プーリ部
２２ｄ：第４先端プーリ部
２４ａ：第１基部補助プーリ
２４ｂ：第２基部補助プーリ
２４ｃ：第３基部補助プーリ
２４ｄ：第４基部補助プーリ
２６ａ：第１中間補助プーリ
２６ｂ：第２中間補助プーリ
２６ｃ：第３中間補助プーリ
２６ｄ：第４中間補助プーリ
２８ａ：第１基端側ワイヤ
２８ｂ：第２基端側ワイヤ
２８ｃ：第３基端側ワイヤ
２８ｄ：第４ワイヤ
３０ａ：第１先端側ワイヤ
３０ｂ：第２先端側ワイヤ
３０ｃ：第３先端側ワイヤ
３２ａ：第１固定部補助プーリ
３２ｂ：第２固定部補助プーリ
３２ｃ：第３固定部補助プーリ
３２ｄ：第４固定部補助プーリ
Ｚ：第１回転軸
Ｙ：第２回転軸
Ｘ：第３回転軸
【図１】
2018065198.tif 000004
【図２】
2018065198.tif 000005
【図３】
2018065198.tif 000006
【図４】
2018065198.tif 000007
【図５】
2018065198.tif 000008