(57)【要約】【課題】より簡易な構成で、より高い強度及びより高い伸縮率を実現する。【解決手段】複数のリンク部材の端同士が互いに回動可能に順次連結されて構成され、互いに連結された前記リンク部材同士がなす角が調整されることにより所定の伸縮方向への伸縮動作が可能な、少なくとも３つの伸縮部材と、前記伸縮方向が略同一の方向を向いた状態で配置された少なくとも３つの前記伸縮部材によって取り囲まれる空間に、前記伸縮方向に沿って複数並べられて設けられ、少なくとも３つの前記伸縮部材を互いに接続する接続部材と、を備え、複数の前記接続部材の各々は、自身から見て前記伸縮方向と直交する方向に位置する少なくとも３つの前記伸縮部材の前記リンク部材のそれぞれを、自身に対して回動可能に軸支する、伸縮機構を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のリンク部材の端同士が互いに回動可能に順次連結されて構成され、互いに連結された前記リンク部材同士がなす角が調整されることにより所定の伸縮方向への伸縮動作が可能な、少なくとも３つの伸縮部材と、
前記伸縮方向が略同一の方向を向いた状態で配置された少なくとも３つの前記伸縮部材によって取り囲まれる空間に、前記伸縮方向に沿って複数並べられて設けられ、少なくとも３つの前記伸縮部材を互いに接続する接続部材と、
を備え、
複数の前記接続部材の各々は、自身から見て前記伸縮方向と直交する方向に位置する少なくとも３つの前記伸縮部材の前記リンク部材のそれぞれを、自身に対して回動可能に軸支する、
伸縮機構。
【請求項２】
前記伸縮部材は３つであり、
３つの前記伸縮部材における前記伸縮部材が伸縮動作を行う平面である伸縮動作平面が、前記伸縮方向と直交する平面において三角形を構成するように、３つの前記伸縮部材が配置される、
請求項１に記載の伸縮機構。
【請求項３】
前記伸縮動作平面によって構成される前記三角形は、略正三角形である、
請求項２に記載の伸縮機構。
【請求項４】
前記伸縮部材は４つであり、
４つの前記伸縮部材における前記伸縮部材が伸縮動作を行う平面である伸縮動作平面が、前記伸縮方向と直交する平面において四角形を構成するように、４つの前記伸縮部材が配置される、
請求項１に記載の伸縮機構。
【請求項５】
前記接続部材は、１つの前記伸縮部材を構成する前記リンク部材の数だけ設けられ、
複数の前記接続部材は、１つの前記伸縮部材を構成する前記リンク部材に対応する位置にそれぞれ配置される、
請求項１に記載の伸縮機構。
【請求項６】
１つの前記伸縮部材を構成する前記リンク部材の数は３つ以上である、
請求項１に記載の伸縮機構。
【請求項７】
少なくとも３つの前記伸縮部材のそれぞれを構成する複数の前記リンク部材の長さは、略同一である、
請求項１に記載の伸縮機構。
【請求項８】
少なくとも３つの前記伸縮部材のそれぞれを構成する複数の前記リンク部材の長さは、前記伸縮方向の一端から他端に向かうにつれて徐々に短くなる、
請求項１に記載の伸縮機構。
【請求項９】
前記接続部材は、前記伸縮方向に貫通する開口部を有するリング形状である、
請求項１に記載の伸縮機構。
【請求項１０】
外周が蛇腹状のカバーで覆われる、
請求項１に記載の伸縮機構。
【請求項１１】
少なくとも３つの前記伸縮部材のそれぞれを構成する複数の前記リンク部材は略同一の形状を有し、
複数の前記接続部材は略同一の形状を有する、
請求項１に記載の伸縮機構。
【請求項１２】
前記接続部材と前記リンク部材との接続部のうちの少なくとも１つにアクチュエータが設けられ、
前記アクチュエータにより前記接続部材と前記リンク部材との接続部まわりに前記リンク部材が回動させられることにより、伸縮動作が行われる、
請求項１に記載の伸縮機構。
【請求項１３】
前記伸縮機構の伸縮方向の一端にベース部材が接続されることにより、パラレルリンク機構が構成される、
請求項１に記載の伸縮機構。
【請求項１４】
前記ベース部材と前記伸縮機構の伸縮方向の一端に位置する前記接続部材とが２軸回転可能なジョイント機構を介して接続されることにより、１自由度の伸縮動作及び２自由度の回転動作が可能な前記パラレルリンク機構が構成される、
請求項１３に記載の伸縮機構。
【請求項１５】
前記ベース部材と、少なくとも３つの前記伸縮部材の各々の端部とが、少なくとも３つの前記伸縮部材の各々が、前記伸縮部材が伸縮動作を行う平面である伸縮動作平面と直交する回転軸まわりに前記ベース部材に対して回動可能に接続され、
前記ベース部材には、前記ベース部材に対して少なくとも３つの前記伸縮部材の各々を回動させるための駆動力をそれぞれ付与する前記伸縮部材の数に応じたアクチュエータが設けられ、
複数の前記アクチュエータにより、前記ベース部材に対して少なくとも３つの前記伸縮部材の各々を回動させることにより、前記伸縮機構の伸縮動作及び回転動作の少なくともいずれかが実行される、
請求項１４に記載の伸縮機構。
【請求項１６】
伸縮機構によって構成される４つの脚部を備え、
前記伸縮機構は、
複数のリンク部材の端同士が互いに回動可能に順次連結されて構成され、互いに連結された前記リンク部材同士がなす角が調整されることにより所定の伸縮方向への伸縮動作が可能な、少なくとも３つの伸縮部材と、
前記伸縮方向が略同一の方向を向いた状態で配置された少なくとも３つの前記伸縮部材によって取り囲まれる空間に、前記伸縮方向に沿って複数並べられて設けられ、少なくとも３つの前記伸縮部材を互いに接続する接続部材と、
を備え、
複数の前記接続部材の各々は、自身から見て前記伸縮方向と直交する方向に位置する少なくとも３つの前記伸縮部材の前記リンク部材のそれぞれを、自身に対して回動可能に軸支する、
４足ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、伸縮機構及び４足ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットの腕部や脚部の伸縮動作を実現するために、回転機構や直動機構が用いられている。例えば、腕部や脚部をヒトを模した構造とする場合には、その関節部を回転機構によって構成することが有利である。自然な見た目が得られ、また部品点数も少なくすることができるからである。一方で、かかる構成では、手先や足先の目標動作を実現する上では、関節部が周囲に干渉してしまい、円滑な動作が阻害されることが懸念される。例えば、脚部の関節部が回転機構によって構成されたヒト型ロボットが階段や梯子を昇降する場合を想定すると、その膝関節に当たる部位は屈曲動作することとなり、屈曲された当該部位が前に突き出される形になり、階段や梯子と干渉し得る。
【０００３】
かかる懸念に対しては、腕部や脚部を直動機構によって構成し、当該直動機構によって腕部や脚部を伸縮動作させることが有効である。直動機構としては、例えばスライダ構造やパンタグラフ構造を利用したものが知られている。また、複数のブロック体を直列に連結してアーム部を構成し、そのブロック体群を巻き取るようにして当該アーム部の伸縮動作を実現する直動機構が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５３１７３６２号公報
【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、スライダ構造では、高い伸縮率を得ることは難しく、またその重量も比較的大きなものとなる傾向がある。また、パンタグラフ構造では、高い伸縮率を得ることができるものの、高い強度を得ることが困難である。更には、特許文献１に記載の直動機構では、巻き取ったブロック体を格納するためのスペースが必要となるため、空間効率が悪く、例えば移動ロボットに適用することが困難である等、その用途が限定的なものとなる。
【０００６】
そこで、本開示では、より簡易な構成で、より高い強度及びより高い伸縮率を実現することが可能な、新規かつ改良された伸縮機構、及び当該伸縮機構を脚部に有する４足ロボットを提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示によれば、複数のリンク部材の端同士が互いに回動可能に順次連結されて構成され、互いに連結された前記リンク部材同士がなす角が調整されることにより所定の伸縮方向への伸縮動作が可能な、少なくとも３つの伸縮部材と、前記伸縮方向が略同一の方向を向いた状態で配置された少なくとも３つの前記伸縮部材によって取り囲まれる空間に、前記伸縮方向に沿って複数並べられて設けられ、少なくとも３つの前記伸縮部材を互いに接続する接続部材と、を備え、複数の前記接続部材の各々は、自身から見て前記伸縮方向と直交する方向に位置する少なくとも３つの前記伸縮部材の前記リンク部材のそれぞれを、自身に対して回動可能に軸支する、伸縮機構が提供される。
【０００８】
また、本開示によれば、伸縮機構によって構成される４つの脚部を備え、前記伸縮機構は、複数のリンク部材の端同士が互いに回動可能に順次連結されて構成され、互いに連結された前記リンク部材同士がなす角が調整されることにより所定の伸縮方向への伸縮動作が可能な、少なくとも３つの伸縮部材と、前記伸縮方向が略同一の方向を向いた状態で配置された少なくとも３つの前記伸縮部材によって取り囲まれる空間に、前記伸縮方向に沿って複数並べられて設けられ、少なくとも３つの前記伸縮部材を互いに接続する接続部材と、を備え、複数の前記接続部材の各々は、自身から見て前記伸縮方向と直交する方向に位置する少なくとも３つの前記伸縮部材の前記リンク部材のそれぞれを、自身に対して回動可能に軸支する、４足ロボットが提供される。
【０００９】
本開示によれば、複数のリンク部材の端同士が互いに回動可能に順次連結されて構成され、互いに連結された前記リンク部材同士がなす角が調整されることにより所定の伸縮方向への伸縮動作が可能な、少なくとも３つの伸縮部材が設けられる。そして、これら少なくとも３つの伸縮部材が、その伸縮方向に延伸する所定の空間を取り囲むように配置され、互いに接続されることにより、伸縮機構が構成される。各伸縮部材の構成は非常に単純であるため、伸縮機構全体としても、より簡易な構成が実現され得る。また、各伸縮部材においては、パンタグラフ構造と同様の伸縮動作が行われ得るため、伸縮機構全体としても高い伸縮率が実現され得る。更に、上記のように伸縮部材を配置することにより、伸縮機構全体としてより高い強度が実現され得る。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように本開示によれば、より簡易な構成で、より高い強度及びより高い伸縮率を実現することが可能になる。なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、又は上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、又は本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る伸縮機構の構成を示すとともに、その伸縮動作について説明するための図である。
【図２】本実施形態に係る伸縮機構の構成を示すとともに、その伸縮動作について説明するための図である。
【図３】本実施形態に係る伸縮機構の構成を示すとともに、その伸縮動作について説明するための図である。
【図４】本実施形態に係る伸縮機構の構成を示すとともに、その伸縮動作について説明するための図である。
【図５】本実施形態の一変形例である、リング形状を有する接続部材が用いられた伸縮機構の構成を示す図である。
【図６】本実施形態に係るパラレルリンク機構の構成を示す図である。
【図７】本実施形態に係るパラレルリンク機構１の動作の一例を示す図である。
【図８】本実施形態に係るパラレルリンク機構１の動作の一例を示す図である。
【図９】本実施形態に係るパラレルリンク機構１の動作の一例を示す図である。
【図１０】本実施形態に係る４足ロボットの構成を示す図である。
【図１１】本実施形態の一変形例である、４つの伸縮部材からなる伸縮機構が適用されたパラレルリンク機構の構成を示すとともに、その伸縮動作について説明するための図である。
【図１２】本実施形態の一変形例である、４つの伸縮部材からなる伸縮機構が適用されたパラレルリンク機構の構成を示すとともに、その伸縮動作について説明するための図である。
【図１３】本実施形態の一変形例である、４つの伸縮部材からなる伸縮機構が適用されたパラレルリンク機構の構成を示すとともに、その伸縮動作について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１３】
なお、本開示に示す各図面では、説明のため、一部の構成部材の大きさを誇張して表現している場合がある。各図面において図示される各部材の相対的な大きさは、必ずしも実際の部材間における大小関係を正確に表現するものではない。
【００１４】
説明は以下の順序で行うものとする。
１．伸縮機構の構成
２．適用例
２−１．パラレルリンク機構
２−２．４足ロボット
２−３．その他の適用例
３．変形例
４．補足
【００１５】
（１．伸縮機構の構成）
図１−図４を参照して、本開示の好適な一実施形態に係る伸縮機構の構成について説明するとともに、その伸縮動作について説明する。図１−図４は、本実施形態に係る伸縮機構の構成を示すとともに、その伸縮動作について説明するための図である。
【００１６】
図１−図４では、本実施形態に係る伸縮機構１０が伸縮している様子を示している。図１−図４に示すように、本実施形態に係る伸縮機構１０は、一の方向に対して伸縮可能な１自由度の伸縮機構（すなわち、直動伸縮機構）である。なお、以下では、伸縮機構１０の伸縮方向をｚ軸方向とも呼称する。また、ｚ軸方向と垂直な平面内における互いに直交する２方向を、それぞれ、ｘ軸方向及びｙ軸方向とも呼称する。
【００１７】
図１−図４を参照すると、本実施形態に係る伸縮機構１０は、ｚ軸方向に伸縮可能な３つの伸縮部材１１０と、これら３つの伸縮部材１１０の間に介設され、これら３つの伸縮部材１１０を互いに接続する複数の接続部材１２０と、から構成される。３つの伸縮部材１１０は、全て同様の構成を有するため、ここでは、１つの伸縮部材１１０を取り上げて、その構成について説明する。
【００１８】
伸縮部材１１０は、複数のリンク部材１１１の端同士がピン１１２によって回動可能に順次連結されて構成される。図示する例では、伸縮部材１１０は、４つのリンク部材１１１から構成されている。
【００１９】
複数のリンク部材１１１は、全て略同一の長尺な板状形状を有する。隣り合う２つのリンク部材１１１（説明の便宜のため、伸縮部材１１０の構成についての説明において、それぞれ、第１のリンク部材１１１及び第２のリンク部材１１１ともいう）の板面の端同士が重ね合わされた状態で、その重ね合わされた部位がピン１１２で留められることにより、第１のリンク部材１１１及び第２のリンク部材１１１が互いに回動可能に連結される。連結されたこれら第１のリンク部材１１１及び第２のリンク部材１１１のうちの一方（例えば第２のリンク部材１１１）の、他方のリンク部材１１１（すなわち第１のリンク部材１１１）が連結されていない方の端の板面に、更に他のリンク部材１１１（説明の便宜のため、伸縮部材１１０の構成についての説明において、第３のリンク部材１１１ともいう）の端の板面が重ね合わされ、その重ね合わされた部位がピン１１２で留められる。このようにして、リンク部材１１１が順次連結されることにより、伸縮部材１１０が構成される。
【００２０】
この際、第３のリンク部材１１１が第２のリンク部材１１１に対して重ね合わされる面は、第１のリンク部材１１１が第２のリンク部材１１１に対して重ね合わされる面と同じ面になるように、リンク部材１１１の連結がなされる。つまり、第２のリンク部材１１１の同一の板面に対して、第１のリンク部材１１１及び第３のリンク部材１１１が重ね合わされて、連結される。このような連結方法とすることにより、伸縮部材１１０における、リンク部材１１１同士が重ね合わされる方向の厚みは、リンク部材１１１が２つ重なり合った分の厚みと同じになるため、伸縮部材１１０を薄く形成することが可能になる。すなわち、これら伸縮部材１１０が組み合わされて構成される伸縮機構１０も小型化することができる。ただし、本実施形態はかかる例に限定されず、伸縮部材１１０の厚みをより薄くすることを考慮しなくてもよい場合には、第２のリンク部材１１１に対して第１のリンク部材１１１及び第３のリンク部材１１１が重ね合わされる板面は互いに異なっていてもよい。
【００２１】
このリンク部材１１１が順次連結された構成により、伸縮部材１１０は、あたかもパンタグラフ構造（マジックハンド構造とも呼ばれる）のように、伸縮動作を行うことができる。具体的には、複数のリンク部材１１１の延伸方向がｚ軸方向と略垂直な方向に近付くように（すなわち、互いに連結されたリンク部材１１１同士がなす角θ（以下、リンク部材連結角θともいう）が０度に近付くように）、伸縮部材１１０を折り畳むように動作させることにより、当該伸縮部材１１０が縮むこととなる。一方、複数のリンク部材１１１の延伸方向がｚ軸方向と略平行な方向に近付くように（すなわち、リンク部材連結角θが１８０度に近付くように）、伸縮部材１１０を広げるように動作させることにより、当該伸縮部材１１０が伸びることとなる。
【００２２】
ここで、上記の伸縮動作において、伸縮部材１１０を構成する複数のリンク部材１１１は、略１つの平面上で動作することとなる。以下では、説明のため、便宜的に、この平面のことを、伸縮動作平面と呼称する。伸縮動作平面は、伸縮部材１１０において、一のリンク部材１１１に対して他のリンク部材１１１をピン１１２を介して回動させる際の回転軸方向（すなわち、ピン１１２の挿通方向）と直交する平面に対応する。また、伸縮動作平面は、リンク部材１１１の延伸方向及び伸縮部材１１０の伸縮方向（ｚ軸方向）と、ともに平行な平面である。
【００２３】
３つの伸縮部材１１０は、全て同一の構成を有する。そして、３つの伸縮部材１１０は、ｚ軸方向において略同一の位置に、その伸縮方向がいずれもｚ軸方向を向いた状態で、互いに接しないように、かつ、ｚ軸方向に延伸する所定の空間を取り囲むように、配置される。また、このとき、その３つの伸縮動作平面がｘ−ｙ平面内において略正三角形を構成するように、３つの伸縮部材１１０が配置される。
【００２４】
ただし、図示する構成はあくまで一例であって、伸縮部材１１０の配置はかかる例に限定されない。本実施形態では、３つの伸縮部材１１０は、その伸縮方向が略同一な方向を向いた状態で、互いに接しないように、かつ、その伸縮方向に延伸する所定の空間を取り囲むように（すなわち、３つの伸縮動作平面がｘ−ｙ平面内において三角形を構成するように）、配置されればよい。本実施形態では、このように配置されれば、３つの伸縮部材１１０の配置位置は任意であってよい。例えば、３つの伸縮部材１１０は、そのｚ軸方向における位置が互いにずれた状態で配置されてもよい。また、例えば、３つの伸縮部材１１０は、その３つの伸縮動作平面がｘ−ｙ平面内において略正三角形を構成するように（すなわち、ｚ軸方向から見て１２０度ずつ均等に回転した位置に）配置されなくてもよく、二等辺三角形等他の形状の三角形を構成するように（すなわち、ｚ軸方向から見て任意の角度ずつ回転した位置に）配置されてもよい。
【００２５】
しかしながら、３つの伸縮部材１１０のｚ軸方向における位置が互いにずれていると、伸縮機構１０の端部においていずれかの伸縮部材１１０が突出したような形状となるため、伸縮機構１０の小型化の観点からは、これら３つの伸縮部材１１０は、そのｚ軸方向における位置が略同一になるように配置されることが好適である。また、伸縮機構１０の小型化の観点からは、３つの伸縮部材１１０は、接触しない範囲においてできるだけ近接して配置されることが好ましい。そして、３つの伸縮部材１１０を接触しない範囲においてできるだけ近接して配置しようとすると、その３つの伸縮動作平面がｘ−ｙ平面内において略正三角形を構成するように、これら３つの伸縮部材１１０が配置されることとなる。つまり、図１−図４では、このような、伸縮機構１０をより小型化し得る構成例を図示している。
【００２６】
また、このとき、３つの伸縮部材１１０は、図示するように、各伸縮部材１１０を構成する各リンク部材１１１の延伸方向が、これら３つの伸縮部材１１０間において同じ方向となるように、配置されることが好ましい。つまり、図示するように３つの伸縮動作平面がｘ−ｙ平面内において略正三角形を構成するように配置される場合であれば、ｚ軸を中心として回転対称となるように、３つの伸縮部材１１０が配置されることが好ましい。例えば、図示する構成において、１つの伸縮部材１１０をその伸縮動作平面について裏返して配置した場合には、伸縮動作により、リンク部材１１１が隣り合う他の伸縮部材１１０のリンク部材１１１と干渉しやすくなってしまう。従って、隣り合う他の伸縮部材１１０間でのリンク部材１１１同士の干渉を避けつつ、伸縮部材１１０同士をより近接して配置するためには、上記のように、３つの伸縮部材１１０を、各伸縮部材１１０を構成する各リンク部材１１１の延伸方向がこれら３つの伸縮部材１１０間において同じ方向となるように配置することが好ましい。
【００２７】
上記のように配置された３つの伸縮部材１１０によって囲まれた空間に、複数の接続部材１２０が設けられる。接続部材１２０は、１つの伸縮部材１１０を構成するリンク部材１１１の数（図示する例では４つ）だけ設けられ、また、複数の接続部材１２０が、ｚ軸方向に沿って、各リンク部材１１１に対応する位置に、略等間隔で並べられて配置される。複数の接続部材１２０によって３つの伸縮部材１１０が互いに接続されることにより、伸縮機構１０が構成される。
【００２８】
複数の接続部材１２０は、略同一の形状を有し、３つの伸縮部材１１０に対して略同様の向きで配置される。具体的には、各接続部材１２０はｘ−ｙ平面内において略Ｙ字形状を有し、その３つの突出部１２１の各々がそれぞれ３つの伸縮部材１１０に向かって突出するように配置される。各リンク部材１１１には、その板面の略中央に開口部１１３が設けられており、各接続部材１２０の各突出部１２１が、自身を含むｘ−ｙ平面内に位置する各リンク部材１１１の当該開口部１１３に挿通される。開口部１１３にはベアリングが設けられており、各リンク部材１１１は、接続部材１２０の突出部１２１によって、当該開口部１１３まわりに回動可能に軸支される。
【００２９】
以上、伸縮機構１０の構成について説明した。以上説明した構成によれば、伸縮機構１０においては、いずれかの伸縮部材１１０のいずれかのリンク部材１１１に当該リンク部材１１１をｚ軸方向に移動させようとする力を与えることにより、伸縮部材１１０における各リンク部材１１１が連動してｚ軸方向に移動するようにして（すなわち、複数のリンク部材連結角θが全て同期するように変化して）、当該伸縮機構１０全体のｚ軸方向への伸縮動作が行われ得る。この伸縮機構１０の構造は、既存のパンタグラフ構造を改良したものと言え、当該パンタグラフ構造と同様に高い伸縮率を実現することができる。すなわち、縮めた形態では小型でありつつ、伸縮した際の最大長さ（伸縮長さ）をより長くすることができる。
【００３０】
本実施形態において、この伸縮機構１０を伸縮させようとする力（以下、伸縮力ともいう）を与える方法、及び与える位置は、任意であってよい。例えば、当該伸縮力は、ヒトによって外部から与えられてよい。この場合、例えば、伸縮機構１０の一端にリンク部材１１１に対して伸縮力を与えるための機構を備える操作部が設けられた、いわゆる玩具のマジックハンドのような使用態様が想定され得る。
【００３１】
あるいは、リンク部材１１１の開口部１１３に挿通される接続部材１２０の突出部１２１にアクチュエータを設け、当該開口部１１３まわりのリンク部材１１１の回動が当該アクチュエータによって行われるように、伸縮機構１０を構成してもよい。この場合、当該アクチュエータの駆動を制御する制御装置が別途設けられ、当該制御装置からの制御により、アクチュエータを介して開口部１１３まわりにリンク部材１１１が回動させられることにより、伸縮力が与えられ得る。このアクチュエータの制御量は、当該制御装置によって所定のプログラムに従って自動的に設定されてもよいし、操作者が外部から与えた指令に従って所望の動作を実現し得るように当該制御装置によって適宜演算されて求められてもよい。なお、上記のように伸縮機構１０では１つのリンク部材１１１に対する伸縮力の付与により全てのリンク部材１１１が連動して動作するから、当該アクチュエータは、伸縮機構１０に存在する複数のリンク部材１１１の開口部１１３のうちの少なくとも１つに設けられればよく、その設置位置や設置数は任意であってよい。
【００３２】
あるいは、伸縮部材１１０を構成するリンク部材１１１間にボールねじが設けられてもよい。当該ボールねじが、アクチュエータによって、あるいは人手によって、リンク部材１１１間の距離を調整するように駆動されることにより、伸縮機構１０に伸縮力が与えられ得る。この場合も、上述したアクチュエータと同様に、伸縮機構１０に伸縮力を与えるためには、少なくとも１つの伸縮部材１１０の、リンク部材１１１間の少なくとも１ヶ所にボールねじが設けられればよく、その設置位置や設置数は任意であってよい。
【００３３】
ここで、伸縮機構１０では、既存のパンタグラフ構造と類似した伸縮動作が実現され得る。しかしながら、伸縮機構１０は、以下の点で既存のパンタグラフ構造と異なる特徴を有する。
【００３４】
１つ目の特徴として、伸縮機構１０は、既存のパンタグラフ構造よりも高い強度を有し得る。既存のパンタグラフ構造では、リンク部材が順次連結された構造（すなわち、伸縮機構１０における伸縮部材１１０に対応する構造）が、１つだけ、あるいは互いに伸縮動作平面が対向するように２つ設けられて構成されることが一般的である。従って、既存のパンタグラフ構造には、当該パンタグラフ構造を折り曲げようとするような伸縮方向と直交する方向の力や、伸縮方向を軸とするねじりには比較的弱いという欠点がある。一方、伸縮機構１０では、３つの伸縮部材１１０が、その伸縮方向に延伸する所定の空間を取り囲むように配置されて構成される。従って、上記のような、伸縮方向と直交する方向の力や、伸縮方向を軸とするねじりに対して、より強い剛性を有することができる。
【００３５】
２つ目の特徴として、伸縮機構１０は、直動伸縮動作を行わせるためにスライダ機構を必要としない。既存のパンタグラフ構造では、伸縮動作を行わせる際に、その伸縮方向を一方向に固定するためには、リンク部材連結角θが変化する際にリンク部材自体が移動してしまう動きを制限する必要がある。従って、直動伸縮動作を行わせるために、一般的に、最も端に配置されるリンク部材の端部を伸縮動作平面内で伸縮方向と直交する方向に移動させるようなスライダ機構が設けられる。一方、伸縮機構１０では、１つの伸縮部材１１０に注目すると、同様に、その伸縮方向を一方向に固定するためにはリンク部材連結角θが変化する際にリンク部材１１１自体が移動してしまうことを制限する必要があるものの、３つの伸縮部材１１０の相対位置が接続部材１２０によって固定されているから、スライダ機構を別途設けなくても、このリンク部材１１１自体が移動してしまう動きが制限され得ることとなる。このように、伸縮機構１０は、スライダ機構を設けなくても直動伸縮動作が可能となるため、パンタグラフ構造よりも部品点数を削減しつつ直動伸縮動作を実現することができる。
【００３６】
このように、伸縮機構１０では、パンタグラフ構造と同様に高い伸縮率を得ることができるとともに、パンタグラフ構造にはなかったより高い強度を実現することができる。
【００３７】
また、伸縮機構１０は、ピン１１２やベアリング等の部材を除けば、主に伸縮部材１１０及び接続部材１２０のみから構成されており、これら伸縮部材１１０及び接続部材１２０の構造も極めて単純である。つまり、伸縮機構１０は、より簡易な構造を有するため、より軽量に、より小型に構成することが可能である。このように、伸縮機構１０は、より簡易な構成で、高い伸縮率を実現しつつ、高い強度も実現し得るものである。
【００３８】
ここで、上記のように、伸縮機構１０は、複数の伸縮部材１１０及び複数の接続部材１２０から構成されるが、伸縮部材１１０は、略同一形状を有する複数のリンク部材１１１からなり、複数の接続部材１２０はいずれも略同一の形状であり得る。つまり、ピン１１２やベアリング等の部材を除けば、伸縮機構１０は、主に２つの部材（リンク部材１１１及び接続部材１２０）によって作製することができ、また、これら２つの部材はそれぞれ同様の形状であるから、その複数個の作製も容易である。このように、伸縮機構１０は、より安価なコストで製造することができるという利点も有する。
【００３９】
ここで、伸縮機構１０の構成は、図１−図４に示す例に限定されない。例えば、図１−図４に示す構成例では、伸縮部材１１０が４つのリンク部材１１１から構成され、これに伴い、接続部材１２０も４つ設けられていたが、伸縮機構１０の構成はかかる例に限定されない。伸縮機構１０において、伸縮部材１１０を構成するリンク部材１１１の数、及びそれに伴い決定される接続部材１２０の数は、任意に設定されてよい。また、リンク部材１１１の長さも、任意に設定されてよい。伸縮部材１１０を構成するリンク部材１１１の数や長さによって、伸縮部材１１０の伸縮率や伸縮長さ（すなわち、伸縮機構１０の伸縮率や伸縮長さ）が決定されるため、この伸縮部材１１０を構成するリンク部材１１１の数及び長さ、並びに接続部材１２０の数は、伸縮機構１０の用途に応じて、所望の伸縮率及び伸縮長さを実現し得るように、適宜設定され得る。換言すれば、伸縮機構１０は、伸縮部材１１０を構成するリンク部材１１１の数及び長さを変更することにより、伸縮率及び伸縮長さを容易に変更可能であるという優れた構成を有する。ただし、伸縮部材１１０を構成するリンク部材１１１の数が２つ以下の場合には、当該伸縮部材１１０は伸縮動作をほぼ行い得ないので、伸縮部材１１０を構成するリンク部材１１１の数は、少なくとも３つ以上であることが好ましい。
【００４０】
また、例えば、図１−図４に示す構成例では、リンク部材１１１は長尺な平板形状を有していたが、リンク部材１１１の形状はかかる例に限定されない。リンク部材１１１は長尺な部材であればよく、その形状は任意であってよい。ただし、製造コストの低減の観点からは、その形状は、図示する平板形状のような、単純な形状であるほうが好ましい。
【００４１】
なお、各リンク部材１１１の長さを短くすれば、伸縮機構１０をより細く構成することができ、より一層の小型化が可能になる。しかし、伸縮長さは相対的に短くなるため、各リンク部材１１１の長さを短くしつつ所定の伸縮長さを確保しようと思えば、伸縮部材１１０をより多くの数のリンク部材１１１によって構成する必要が生じる。このように、リンク部材１１１の長さは、伸縮機構１０のサイズ及び伸縮性能（伸縮率及び伸縮長さ等）に大きな影響を及ぼすため、これらの要素を勘案して決定されることが好ましい。
【００４２】
また、例えば、図１−図４に示す構成例では、複数のリンク部材１１１は全て略同一の形状を有していたが、リンク部材１１１の形状はかかる例に限定されない。複数のリンク部材１１１はその一部又は全てが互いに異なる形状を有していてもよい。例えば、段階的に長さの異なる複数の種類のリンク部材１１１を用いて、一端から他端に向かうにつれてこのリンク部材１１１の長さが徐々に短くなるように、伸縮部材１１０を構成してもよい。かかる構成によれば、当該他端に向かうにつれて徐々に細くなるような形状を有する伸縮機構１０を構成することができる。しかしながら、上述した製造コストの低減の観点からは、複数のリンク部材１１１は全て略同一の形状であることが好ましい。
【００４３】
また、例えば、図１−図４では図示されていないが、伸縮機構１０の外周を覆うようにカバーが設けられてもよい。当該カバーは、例えば蛇腹状のカバーであり得る。図示するように伸縮機構１０の外周がむき出しになっていると、伸縮動作に伴う伸縮部材１１０の動きによって、リンク部材１１１間にヒトの指やケーブル等が挟まれてしまう危険性がある。当該カバーを設けることにより、このような危険性を避けることができる。
【００４４】
また、例えば、図１−図４に示す構成例では、接続部材１２０は、略Ｙ字形状を有していたが、接続部材１２０の形状はかかる例に限定されない。接続部材１２０は、３つの伸縮部材１１０に囲まれた空間に配置され、これら３つの伸縮部材１１０を互いに接続すればよく、その形状は任意であってよい。例えば、接続部材１２０の３つの突出部１２１の突出方向は、同一平面内でなくてもよい。また、例えば、接続部材１２０は、リング形状であってもよい。図５は、本実施形態の一変形例である、かかるリング形状を有する接続部材が用いられた伸縮機構の構成を示す図である。
【００４５】
図５を参照すると、本変形例に係る伸縮機構１０ａは、ｚ軸方向に伸縮可能な３つの伸縮部材１１０と、これら３つの伸縮部材１１０の間に介設される複数の接続部材１２０ａと、から構成される。なお、伸縮機構１０ａの構成は、接続部材１２０ａの構成が異なること以外は、上述した伸縮機構１０と同様である。従って、ここでは、伸縮機構１０と重複する事項についてはその詳細な説明を省略する。
【００４６】
接続部材１２０ａは、リング形状を有し、その外周面には、３つの伸縮部材１１０に向かってそれぞれ突出する突出部１２１ａが形成される。これらの突出部１２１ａが、３つの伸縮部材１１０のリンク部材１１１の開口部１１３にそれぞれ挿通されることにより、接続部材１２０ａによって、これら３つの伸縮部材１１０が互いに接続される。
【００４７】
かかる構成を有する伸縮機構１０ａであっても、上述した伸縮機構１０と同様の伸縮動作を実現することが可能である。ここで、かかる構成によれば、接続部材１２０ａがリング形状を有することにより、伸縮機構１０ａの一端から他端までケーブル等を延設しなくてはならない場合（例えば、伸縮機構１０ａの一端にエンドエフェクタ等の可動機構が設けられ、その操作のために当該伸縮機構１０ａの他端から当該エンドエフェクタ等までケーブル等を延設しなくてはならない場合等）に、当該ケーブルを、複数の接続部材１２０ａの内部の空間内に延設することが可能となる。これにより、伸縮機構１０ａが伸縮する際に、当該ケーブルがリンク部材１１１間に挟まれる事態を回避することができ、その伸縮動作を円滑に行うことが可能になる。
【００４８】
（２．適用例）
（２−１．パラレルリンク機構）
以上説明した本実施形態に係る伸縮機構１０、１０ａの一適用例として、かかる伸縮機構１０、１０ａを適用したパラレルリンク機構の構成について説明する。図６は、本実施形態に係るパラレルリンク機構の構成を示す図である。なお、図６では、一例として、図１−図４を参照して説明した伸縮機構１０が適用されたパラレルリンク機構の構成例を示しているが、当該伸縮機構１０に代えて、図５を参照して説明した変形例に係る伸縮機構１０ａを適用することももちろん可能である。
【００４９】
図６を参照すると、本実施形態に係るパラレルリンク機構１は、ベース部材１３０に対して、伸縮機構１０が取り付けられて構成される。図６に示す伸縮機構１０の構成は、図１−図４を参照して説明したものと同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００５０】
ベース部材１３０は、略平板状の部材である。図示する例では、伸縮機構１０における３つの伸縮動作平面がｘ−ｙ平面内において略正三角形を構成するように配置されていることに対応して、ベース部材１３０も、その板面が略正三角形の形状を有するように構成されている（なお、頂点に当たる部位は除去されている）。ただし、ベース部材１３０の形状は図示する例に限定されず、後述する第１の支持部材１４１、第２の支持部材１４３及び第３の支持部材１４４を介して伸縮機構１０を支持することができれば、その形状は任意であってよい。
【００５１】
なお、以下では、便宜的に、パラレルリンク機構１においてベース部材１３０が設けられる方向を上とも呼称し、ベース部材１３０に対して伸縮機構１０が設けられる方向を下とも呼称する。
【００５２】
伸縮機構１０は、ベース部材１３０の下方に、その伸縮方向が当該ベース部材１３０の板面と略直交するように配置される。つまり、伸縮方向が上下方向となるように配置される。そして、ベース部材１３０と、伸縮機構１０の上端とが、第１の支持部材１４１、第２の支持部材１４３及び第３の支持部材１４４を介して接続されることにより、パラレルリンク機構１が構成される。
【００５３】
第１の支持部材１４１は、棒状の部材であり、その一端がベース部材１３０の下面の略中央に接続され、その他端が伸縮機構１０の最も上方に位置する接続部材１２０の上面の略中央に接続される。つまり、ベース部材１３０の下面と、伸縮機構１０の最も上方に位置する接続部材１２０とが、第１の支持部材１４１によって接続される。このとき、第１の支持部材１４１の上端とベース部材１３０とは、当該第１の支持部材１４１が伸縮機構１０の伸縮方向と略平行になるように、固定的に接続される。一方、第１の支持部材１４１の下端と接続部材１２０とは、例えばユニバーサルジョイント等の２軸回転可能なジョイント機構１４２を介して接続される。
【００５４】
第２の支持部材１４３及び第３の支持部材１４４は、いずれも棒状の部材である。第２の支持部材１４３及び第３の支持部材１４４は、全部で３組設けられるが、その構成は同様であるため、ここでは、１組の第２の支持部材１４３及び第３の支持部材１４４を取り上げて、その構成について説明する。
【００５５】
第２の支持部材１４３の一端は、ベース部材１３０の側面に接続される。この際、第２の支持部材１４３は、その接続部１４５において、当該ベース部材１３０の側面と直交する方向を回転軸として回動可能に軸支される。一方、第２の支持部材１４３の他端には、例えばボールジョイント等の３軸回転可能なジョイント機構１４６によって第３の支持部材１４４の一端が接続される。更に、第３の支持部材１４４の他端が、例えばボールジョイント等の３軸回転可能なジョイント機構１４７によって、伸縮機構１０を構成する３つの伸縮部材１１０のうちの１つの伸縮部材１１０の上端（最も上方に位置するリンク部材１１１の端部）と、接続される。以上説明した構成を有する３組の第２の支持部材１４３及び第３の支持部材１４４が、ベース部材１３０と、伸縮機構１０を構成する３つの伸縮部材１１０のそれぞれの上端と、の間に介設される。
【００５６】
このように、ベース部材１３０と、３つの伸縮部材１１０の各々の端部とが、当該３つの伸縮部材１１０の各々が、伸縮動作平面と直交する回転軸まわりにベース部材１３０に対して回動可能に接続される。かかる構成によれば、ベース部材１３０に対して第２の支持部材１４３を接続部１４５まわりに回動させることにより、伸縮機構１０に、１方向の伸縮動作及び２自由度の回転動作を行わせることができる。つまり、３自由度のパラレルリンク機構１が構成され得る。
【００５７】
本実施形態では、この第２の支持部材１４３を回動させる駆動力を、アクチュエータによって与える。具体的には、ベース部材１３０の内部に、３つのアクチュエータが配設される（図示せず）。これら３つのアクチュエータは、３つの第２の支持部材１４３に対して、それぞれ独立に、ベース部材１３０に対して接続部１４５まわりに回動する駆動力を与え得るように構成される。
【００５８】
例えば、これら３つのアクチュエータによって、３つの第２の支持部材１４３の全てを同じ方向に同じ角度だけ回動させることにより、伸縮機構１０に伸縮動作を行わせることができる。また、これら３つのアクチュエータによって、３つの第２の支持部材１４３の回動方向及び回動角度をそれぞれ異ならせることにより、伸縮機構１０に回転動作のみを行わせる、又は、伸縮機構１０に伸縮動作及び回転動作をともに行わせることができる。
【００５９】
図７−図９は、パラレルリンク機構１の動作の一例を示す図である。図７−図９に示すように、アクチュエータを適宜駆動させ、第２の支持部材１４３のベース部材１３０に対する接続部１４５まわりの回動を適宜制御することにより、伸縮機構１０に伸縮動作及び／又は回転動作を行わせることが可能になる。
【００６０】
なお、このように、パラレルリンク機構１では、ベース部材１３０に設けられるアクチュエータによって、伸縮機構１０の伸縮動作及び／又は回転動作が実現され得るため、伸縮機構１０自体は大型化することがなく、小型、軽量であるという伸縮機構１０の特性は維持され得る。
【００６１】
これら３つのアクチュエータの駆動制御は、制御装置（図示せず）によって行われ得る。当該制御装置からの制御により、各アクチュエータが、各第２の支持部材１４３を適宜回動させることにより、伸縮機構１０の所望の動作が実現され得る。このとき、各アクチュエータの制御量は、当該制御装置によって所定のプログラムに従って自動的に設定されてもよいし、操作者が外部から与えた指令に従って所望の動作を実現し得るように当該制御装置によって適宜演算されて求められてもよい。
【００６２】
以上、本実施形態に係るパラレルリンク機構１の構成について説明した。以上説明したように、本実施形態によれば、より簡易な構成で、高い伸縮率、及び高い強度を実現し得るという伸縮機構１０の特性を維持しつつ、３自由度の動作（１方向の伸縮動作及び２自由度の回転動作）を実現可能なパラレルリンク機構１を構成することができる。
【００６３】
ここで、一般的に、パラレルリンク機構は、２つの部材を複数のリンク機構で並列的に連結した機械構造のことであるが、各リンク機構を動作させるアクチュエータを小型なものとした場合であっても、各アクチュエータの出力が並列的に作用するため、パラレルリンク機構全体として大きな出力を発生させることができるという利点があることが知られている。本実施形態に係るパラレルリンク機構１においても、同様に、伸縮機構１０に伸縮動作及び／又は回転動作を行わせる際の負荷が、３つのアクチュエータに分散され得るため、各アクチュエータの出力が小さくても、伸縮機構１０に所望の動作を行わせることが可能となる。従って、伸縮機構１０全体として大きな出力を維持しつつも、アクチュエータを小型化することができ、パラレルリンク機構１全体も小型化することができる。
【００６４】
また、本実施形態に係るパラレルリンク機構１では、上記のようにアクチュエータの駆動により伸縮機構１０に伸縮動作及び／又は回転動作が行われ、ワイヤー等の機械的な動力伝達機構は用いられていない。従って、動作時の伸縮機構１０の位置決めを、より高精度に行うことが可能である。
【００６５】
なお、本実施形態に係るパラレルリンク機構１の構成は、図示する例に限定されない。パラレルリンク機構１は、上記のように３自由度を有するパラレルリンク機構であるが、かかるパラレルリンク機構を実現するためには、ベース部材１３０と伸縮機構１０とが、２軸回転可能なジョイント機構によって接続されるとともに、当該ジョイント機構を介した伸縮機構１０の回転動作及び伸縮機構１０の伸縮動作を実現する機構（上述した構成例では、第２の支持部材１４３、第３の支持部材１４４、ジョイント機構１４６、１４７）が設けられて構成されればよく、その構成は任意であってよい。例えば、上記の構成例では、第１の支持部材１４１の下端と接続部材１２０とがユニバーサルジョイントによって接続され得るとしたが、これらの接続は、２自由度を有するジョイント機構１４２を介して行われればよく、当該ジョイント機構１４２はユニバーサルジョイントでなくてもよい。例えば、第１の支持部材１４１の下端と接続部材１２０との接続構造は、２軸が直交していない構造であってもよい。
【００６６】
また、ベース部材１３０と伸縮機構１０との接続方法を変更することにより、他の自由度を有するパラレルリンク機構が構成されてもよい。例えば、上記の構成例において２軸回転可能なジョイント機構によって接続されていた、ベース部材１３０と伸縮機構１０の接続部材１２０との接続を、ボールジョイント等の３軸回転可能なジョイント機構によって行ってもよい。かかる構成によれば、１方向の伸縮動作及び３自由度の回転動作の、４自由度を有するパラレルリンク機構が実現され得る。このように、本実施形態では、ベース部材１３０と伸縮機構１０とを接続することによりパラレルリンク機構が構成され得るが、その接続方法は任意であってよく、用途に応じて多様な自由度を有するパラレルリンク機構が構成されてよい。
【００６７】
（２−２．４足ロボット）
本実施形態に係る伸縮機構１０、１０ａの他の適用例として、かかる伸縮機構１０、１０ａを脚部に有する４足ロボットの構成について説明する。上述したように、階段や段差の昇降等の動作を考えると、ロボットの脚部の伸縮動作には、回転機構よりも直動機構が用いられることが好ましい。そして、移動型のロボットには、より小型で、軽量であることも求められる。本実施形態に係る伸縮機構１０、１０ａは、小型で、高い伸縮率、かつ高強度を実現し得るものであるから、伸縮機構１０、１０ａは、移動型のロボットの脚部に対して好適に適用され得るものであると言える。
【００６８】
図１０は、本実施形態に係る４足ロボットの構成を示す図である。なお、図１０では、一例として、脚部に、図５を参照して説明した変形例に係る伸縮機構１０ａが適用された構成例を示している。伸縮機構１０ａに代えて、伸縮機構１０を適用することももちろん可能である。
【００６９】
図１０を参照すると、本実施形態に係る４足ロボット２は、本体部１５０に対して、４つの脚部１６０が接続されて構成される。なお、以下では、便宜的に、４足ロボット２において本体部１５０が設けられる方向を上とも呼称し、本体部１５０に対して脚部１６０が設けられる方向を下とも呼称する。
【００７０】
本体部１５０は、略平板形状の基台１５１と、基台１５１の上面に載置される電装部１５２と、から構成される。電装部１５２には、例えば制御基板等からなる、脚部１６０の動作を統括的に制御する制御部が搭載される。
【００７１】
基台１５１の下面の４隅に、それぞれ、脚部１６０が取り付けられる。脚部１６０は、ベース部材１６１と、当該ベース部材１６１に対して下方に延伸するように接続される伸縮機構１０ａと、から構成される。ここで、ベース部材１６１は、図６に示すベース部材１３０に対応するものであり、かかる脚部１６０の構成は、図６を参照して説明したパラレルリンク機構１と略同様のものである。このように、４足ロボット２は、本実施形態に係るパラレルリンク機構１が脚部１６０として適用された４足ロボットであると言える。上述したように、パラレルリンク機構１は、より簡易な構成で、高い伸縮率、及び高い強度を実現し得るものであるため、当該パラレルリンク機構１を脚部１６０として用いることにより、小型で、伸縮率が高く、かつ高強度な脚部１６０が実現され得る。
【００７２】
ただし、脚部１６０では、図６に示すパラレルリンク機構１に対して、伸縮機構１０の代わりに伸縮機構１０ａを用いるとともに、その下端には接地のための半球状の接地部材１６２が設けられている。これらの相違点はあるものの、脚部１６０の機能は、パラレルリンク機構１と同様であり得る。すなわち、脚部１６０のベース部材１６１には、伸縮機構１０ａの３つの伸縮部材１１０にそれぞれ接続された３つのアクチュエータ（図示せず）が設けられており、これら３つのアクチュエータを適宜駆動させることによって、伸縮機構１０ａの伸縮動作及び／又は回転動作、すなわち脚部１６０の伸縮動作及び／又は回転動作が実現され得る。
【００７３】
これらのアクチュエータの駆動制御、すなわち脚部１６０の動作の制御は、電装部１５２に搭載される制御部によって行われ得る。当該制御部によって上記アクチュエータが適宜駆動され、脚部１６０の動作が適宜制御されることにより、歩行又は跳躍等の４足ロボット２における動作が実現される。このとき、各アクチュエータの制御量は、当該制御部によって所定のプログラムに従って自動的に設定されてもよいし、操作者が外部から与えた指令に従って所望の動作を実現し得るように当該制御部によって適宜演算されて求められてもよい。
【００７４】
以上、本実施形態に係る４足ロボット２の構成について説明した。なお、ここでは、本実施形態に係る伸縮機構１０、１０ａがロボットの脚部に適用される一例として、４足ロボット２の構成について説明したが、本実施形態に係る伸縮機構１０、１０ａが適用され得るロボットの形態はかかる例に限定されない。本実施形態に係る伸縮機構１０、１０ａは、例えば２足ロボット等、他の数の脚部を有するロボットに対して、当該脚部に適用されてよい。
【００７５】
（２−３．その他の適用例）
その他、本実施形態に係る伸縮機構１０、１０ａは、多様な用途に適用され得る。例えば、伸縮機構１０、１０ａは、医療や介護の分野においても好適に適用され得る。
【００７６】
例えば、近年、外科手術では、医療用器具を支持するためにアーム装置が用いられつつある。ここで、医療用器具とは、例えば、鉗子、攝子、レトラクタ等の処置具や、内視鏡、顕微鏡等の観察用器具である。これらをアーム装置によって支持することで、人手で支持する場合に比べて、長時間の手術であってもより安定的に位置を固定できるという利点がある。伸縮機構１０、１０ａは、かかるアーム装置のアーム部として好適に適用され得る。当該アーム装置は、例えば、伸縮機構１０、１０ａの一端に、医療用器具を支持するためのエンドエフェクタが設けられて構成され得る。
【００７７】
一般的に、手術室内には、医師や看護師等の医療スタッフや、手術に用いられる各種の装置といった、多くの物体が存在するため、限られたスペースを有効に活用するために、手術室内で用いられる装置にはより小型であることが求められる。本実施形態に係る伸縮機構１０、１０ａは、より簡易で、小型に構成され得るため、当該伸縮機構１０、１０ａを適用したアーム装置は、手術室内で用いられることに好適である。
【００７８】
また、安全の観点から、医療用のアーム装置には、高い位置決め精度が求められ得る。これに対して、上述したように、伸縮機構１０、１０ａによって構成されるパラレルリンク機構１によれば、位置決めを精度良く行うことができるため、かかるパラレルリンク機構１も、好適に医療用のアーム装置に適用され得る。
【００７９】
一方、介護用途においては、例えば介護用のパワーアシストスーツへの適用が期待できる。例えば、装着時に介護者の腕部及び／又は脚部の主要な筋肉に対応する部位に位置するように伸縮機構１０、１０ａが配置された、パワーアシストスーツが考案され得る。当該パワーアシストスーツによれば、センサ等によって検出された当該介護者の動きに応じて、当該筋肉の伸縮をサポートするように、アクチュエータによって伸縮機構１０、１０ａを伸縮させることにより、当該介護者の動作をサポートすることが可能になる。伸縮機構１０、１０ａは、簡易な構成で、軽量であるため、当該伸縮機構１０、１０ａによってパワーアシストスーツを構成することにより、当該パワーアシストスーツの軽量化を図ることができ、装着時の負担を軽減することができる。
【００８０】
あるいは、伸縮機構１０、１０ａを適用したアーム装置が、車いすに取り付けられてもよい。当該アーム装置は、例えば、伸縮機構１０、１０ａの一端に、各種の物体を把持するためのエンドエフェクタが設けられて構成され得る。伸縮機構１０、１０ａは高い伸縮率を有するため、縮められた形態では小型で場所を取らず、必要なときのみ伸ばしてより遠くまで到達させることができるため、車いす自体を移動させなくても遠くの物体を把持すること等が可能となり、使用者の利便性を大幅に向上させることができる。
【００８１】
また、伸縮機構１０、１０ａは、医療や介護の分野だけでなく、工場において製品の組み立てや検査等に用いられる産業用のアーム装置に適用されてもよい。伸縮機構１０、１０ａを適用したアーム装置では、より簡易な構成で、高い伸縮率、及び高い強度が実現され得るため、あらゆる用途において好適に用いられ得る。
【００８２】
（３．変形例）
上述した実施形態では、伸縮機構１０、１０ａは、３つの伸縮部材１１０から構成されていた。しかし、本実施形態はかかる例に限定されない。強度の観点から、伸縮機構１０、１０ａは、少なくとも３つの伸縮部材１１０から構成されることが好ましいが、その数は限定されず、伸縮部材１１０は、例えば４つ、５つ等、３つよりも多くてもよい。ここでは、本実施形態の一変形例として、４つの伸縮部材１１０から構成される伸縮機構が適用されたパラレルリンク機構の構成について説明する。
【００８３】
図１１−図１３は、本実施形態の一変形例である、４つの伸縮部材からなる伸縮機構が適用されたパラレルリンク機構の構成を示すとともに、その伸縮動作について説明するための図である。
【００８４】
図１１−図１３では、本変形例に係る伸縮機構１０ｂが適用されたパラレルリンク機構３が伸縮している様子を順次示している。図１１−図１３を参照すると、本変形例に係るパラレルリンク機構３は、ベース部材１３０ｂに対して、伸縮機構１０ｂが取り付けられて構成される。なお、以下では、便宜的に、パラレルリンク機構３においてベース部材１３０ｂが設けられる方向を上とも呼称し、ベース部材１３０ｂに対して伸縮機構１０ｂが設けられる方向を下とも呼称する。
【００８５】
まず、伸縮機構１０ｂの構成について説明する。本変形例に係る伸縮機構１０ｂは、ｚ軸方向に伸縮可能な４つの伸縮部材１１０と、これら４つの伸縮部材１１０の間に介設される複数の接続部材１２０ｂと、から構成される。なお、伸縮機構１０ｂの構成は、伸縮部材１１０の数が異なること、及び接続部材１２０ｂの構成が異なること以外は、上述した伸縮機構１０、１０ａと略同様である。従って、ここでは、伸縮機構１０、１０ａと重複する事項についてはその詳細な説明を省略する。
【００８６】
伸縮機構１０ｂでは、４つの伸縮部材１１０が、ｚ軸方向において略同一の位置に、その伸縮方向がいずれもｚ軸方向を向いた状態で、互いに接しないように、かつ、ｚ軸方向に延伸する所定の空間を取り囲むように（すなわち、４つの伸縮動作平面がｘ−ｙ平面内において四角形を構成するように）、配置される。また、このとき、その４つの伸縮動作平面がｘ−ｙ平面内において略正方形を構成するように、４つの伸縮部材１１０が配置される。ただし、図示する構成はあくまで一例であって、伸縮部材１１０の配置はかかる例に限定されない。本変形例では、４つの伸縮部材１１０は、その伸縮方向が略同一な方向を向いた状態で、互いに接しないように、かつ、その伸縮方向に延伸する所定の空間を取り囲むように、配置されればよい。例えば、４つの伸縮部材１１０は、そのｚ軸方向における位置が互いにずれた状態で配置されてもよいし、その４つの伸縮動作平面がｘ−ｙ平面内において長方形等他の四角形を構成するように配置されてもよい。
【００８７】
なお、図示する構成例では、４つの伸縮部材１１０は、いずれも、ｚ軸方向において接続部材１２０ｂが位置する部位がその上端及び下端となるように、その長さが調整されている（すなわち、上端及び下端に位置するリンク部材１１１の長さのみ、他のリンク部材１１１の長さの略半分になっている）。かかる相違点はあるものの、その他の構成は、図１−図４を参照して説明した伸縮部材１１０と同様である。
【００８８】
このように配置された４つの伸縮部材１１０によって囲まれた空間に、複数の接続部材１２０ｂが設けられる。接続部材１２０ｂは、上述した図５に示す変形例に係るリング状の接続部材１２０ａと略同様の構成を有する。すなわち、接続部材１２０ｂは、リング形状を有し、その外周面には、４つの伸縮部材１１０に向かってそれぞれ突出する突出部１２１ｂが形成される。ただし、接続部材１２０ｂでは、接続部材１２０ａとは異なり、そのリング形状の中空部が、ｘ−ｙ平面においてＸ字状に部分的に埋められている。
【００８９】
このように接続部材１２０ｂの中空部を部分的に埋めているのは、後述するように、ベース部材１３０ｂに対して伸縮機構１０ｂが接続される際に、ベース部材１３０ｂの下面と上端に位置する接続部材１２０ｂの上面とがジョイント機構を介して接続されるため、その接続部位を確保するためである。接続部材１２０ｂの中空部を全て埋めるのではなく、部分的に埋めることにより、かかる接続部位を確保しつつ、接続部材１２０ａと同様に、その中空部にケーブル等を延設することが可能になる。
【００９０】
ベース部材１３０ｂは、上述した図６に示すパラレルリンク機構１のベース部材１３０に対応するものであり、パラレルリンク機構３の基台となる略平板形状の部材である。ベース部材１３０ｂと伸縮機構１０ｂとの接続構造は、パラレルリンク機構１と略同様である。すなわち、棒状の第１の支持部材（図１１−図１３では図示せず）によって、ベース部材１３０ｂの下面と、伸縮機構１０ｂの最も上方に位置する接続部材１２０ｂとが、ジョイント機構（図１１−図１３では図示せず）によって接続される。ここで、パラレルリンク機構１では、当該ジョイント機構（すなわち、ジョイント機構１４２に対応する）として２軸回転可能なものが用いられていたが、パラレルリンク機構３では、当該ジョイント機構として、例えばユニバーサルジョイント又はボールジョイント等の３軸回転可能なものが用いられる。また、４組の第２の支持部材１４３及び第３の支持部材１４４によって、ベース部材１３０の側面と、４つの伸縮部材１１０の、最も上方に位置するリンク部材１１１とが接続される。この際、第２の支持部材１４３は、そのベース部材１３０ｂとの接続部１４５において、当該ベース部材１３０の板面と平行な方向を回転軸として回動可能に軸支される。また、第２の支持部材１４３と第３の支持部材１４４との接続部位、及び第３の支持部材１４４とリンク部材１１１との接続部位には、例えばボールジョイント等の３軸回転可能なジョイント機構１４６、１４７が設けられる。
【００９１】
かかる構成によれば、パラレルリンク機構１と略同様に、ベース部材１３０に対して第２の支持部材１４３を接続部１４５まわりに回動させることにより、伸縮機構１０ｂに、１方向の伸縮動作及び３自由度の回転動作を行わせることができる。つまり、４自由度のパラレルリンク機構３が構成され得る。
【００９２】
パラレルリンク機構３に伸縮動作及び／又は回転動作を行わせる方法は、パラレルリンク機構１と同様である。具体的には、４つの第２の支持部材１４３に対して、それぞれ独立に、ベース部材１３０に対して接続部１４５まわりに回動する駆動力を与え得るように構成される、４つのアクチュエータが、ベース部材１３０ｂの内部に配設される。これらのアクチュエータによって、ベース部材１３０ｂに対して各第２の支持部材１４３を各接続部１４５まわりに適宜回動させることにより、伸縮機構１０ｂに対して、１方向の伸縮動作、及び３自由度の回転動作を行わせることができる。
【００９３】
例えば、これら４つのアクチュエータによって、４つの第２の支持部材１４３の全てを同じ方向に同じ角度だけ回動させることにより、伸縮機構１０ｂに伸縮動作を行わせることができる（図１１−図１３を参照）。また、図示は省略しているが、これら４つのアクチュエータによって、４つの第２の支持部材１４３の回動方向及び回動角度をそれぞれ異ならせることにより、伸縮機構１０ｂに回転動作のみを行わせる、又は、伸縮機構１０ｂに伸縮動作及び回転動作をともに行わせることができる。このとき、パラレルリンク機構３は３自由度の回転動作が可能に構成されるため、４つのアクチュエータを適宜駆動させることにより、伸縮機構１０ｂをｚ軸まわりに捻じるような動作も可能になる。
【００９４】
これら４つのアクチュエータの駆動制御は、制御装置（図示せず）によって行われ得る。当該制御装置からの制御により、各アクチュエータが、各第２の支持部材１４３を適宜回動させることにより、伸縮機構１０ｂの所望の動作が実現され得る。このとき、各アクチュエータの制御量は、当該制御装置によって所定のプログラムに従って自動的に設定されてもよいし、操作者が外部から与えた指令に従って所望の動作を実現し得るように当該制御装置によって適宜演算されて求められてもよい。
【００９５】
以上、４つの伸縮部材１１０からなる伸縮機構１０ｂが適用されたパラレルリンク機構３の構成について説明した。本変形例のように、４つの伸縮部材１１０によって伸縮機構１０ｂを構成した場合であっても、伸縮部材１１０の数が増加することにより上述した伸縮機構１０、１０ａに比べて重量は増加することにはなるものの、既存の伸縮機構に比べて簡易で、伸縮率が高く、かつ高強度の伸縮機構１０ｂが実現され得る。
【００９６】
なお、上記の構成例では、ベース部材１３０ｂの下面と、伸縮機構１０ｂの最も上方に位置する接続部材１２０ｂとを接続するジョイント機構として、３軸回転可能なものを用いていたが、かかるジョイント機構としては、パラレルリンク機構１と同様に２軸回転可能なものが用いられてもよい。この場合には、伸縮機構１０ｂに、１方向の伸縮動作及び２自由度の回転動作を行わせることができる。つまり、パラレルリンク機構１と同様に、３自由度のパラレルリンク機構３が構成され得る。例えば、上述したｚ軸まわりの捻じり動作が不要な場合であれば、このように３自由度を有するようなパラレルリンク機構３が構成されてもよい。本変形例に係るパラレルリンク機構３では、ベース部材１３０ｂと接続部材１２０ｂとを接続するジョイント機構として、少なくとも２軸以上の回転が可能なものが用いられればよい。なお、同様にして、パラレルリンク機構１についても、ベース部材１３０と接続部材１２０とを接続するジョイント機構１４２として、３軸回転可能のものが用いられてもよい。かかる構成によれば、伸縮方向まわりの捩じり動作が更に可能な、４自由度のパラレルリンク機構１が構成され得る。
【００９７】
なお、ここでは、４つの伸縮部材１１０からなる伸縮機構１０ｂの構成について説明したが、より多くの伸縮部材１１０によって伸縮機構を構成してもよい。例えば、Ｎ個（Ｎ≧５）の伸縮部材１１０によって伸縮機構を構成する場合であれば、これらＮ個の伸縮部材１１０が、ｚ軸方向において略同一の位置に、その伸縮方向がいずれもｚ軸方向を向いた状態で、互いに接しないように、かつ、ｚ軸方向に延伸する所定の空間を取り囲むように（すなわち、Ｎ個の伸縮動作平面がｘ−ｙ平面内においてＮ角形を構成するように）、配置される。そして、このＮ個の伸縮部材１１０によって囲まれた空間に設けられる複数の接続部材１２０、１２０ａ、１２０ｂによって、当該Ｎ個の伸縮部材１１０が互いに接続されることにより、伸縮機構が構成され得る。
【００９８】
（４．補足）
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【００９９】
例えば、以上説明した実施形態及び変形例に係る伸縮機構１０、１０ａ、１０ｂ、パラレルリンク機構１、３、及び４足ロボット２が有し得る各構成は、可能な範囲で互いに組み合わせて適用することが可能である。例えば、４足ロボット２の脚部１６０は、パラレルリンク機構３によって構成されてもよい。また、例えば、パラレルリンク機構３において、接続部材１２０ｂに代えて接続部材１２０、１２０ａが用いられてもよい。また、例えば、伸縮機構１０、１０ａにおいて、接続部材１２０、１２０ａに代えて接続部材１２０ｂが用いられてもよい。その他、以上説明したあらゆる構成が、可能な範囲で適宜組み合わされてよい。
【０１００】
ここで、上述した実施形態において記載した、伸縮機構１０、１０ａを動作させるため、及びパラレルリンク機構１、３を動作させるための制御装置、並びに、４足ロボット２の脚部１６０を動作させるための制御部は、例えばＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等のプロセッサによって構成される。当該制御装置及び制御部のプロセッサが所定のプログラムに従って演算処理を行うことにより、これらを動作させるための各アクチュエータの駆動が適宜制御され得る。なお、当該制御装置及び制御部の具体的な装置構成は限定されない。例えば、当該制御装置は、プロセッサとメモリ等の記憶素子等が搭載された制御基板であってよい。この場合、パラレルリンク機構１、３においては、当該制御基板は、ベース部材１３０、１３０ｂに搭載されてよい。あるいは、当該制御装置は、伸縮機構１０、１０ａやパラレルリンク機構１、３の外部に設置される、ＰＣ（Personal  Computer）等の汎用的な情報処理装置であってもよい。また、当該制御部も、上記制御基板等の所定のプログラムに従った演算処理が可能な各種の装置によって構成されてよい。
【０１０１】
なお、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的又は例示的なものであって限定的なものではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏し得る。
【０１０２】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
複数のリンク部材の端同士が互いに回動可能に順次連結されて構成され、互いに連結された前記リンク部材同士がなす角が調整されることにより所定の伸縮方向への伸縮動作が可能な、少なくとも３つの伸縮部材と、
前記伸縮方向が略同一の方向を向いた状態で配置された少なくとも３つの前記伸縮部材によって取り囲まれる空間に、前記伸縮方向に沿って複数並べられて設けられ、少なくとも３つの前記伸縮部材を互いに接続する接続部材と、
を備え、
複数の前記接続部材の各々は、自身から見て前記伸縮方向と直交する方向に位置する少なくとも３つの前記伸縮部材の前記リンク部材のそれぞれを、自身に対して回動可能に軸支する、
伸縮機構。
（２）
前記伸縮部材は３つであり、
３つの前記伸縮部材における前記伸縮部材が伸縮動作を行う平面である伸縮動作平面が、前記伸縮方向と直交する平面において三角形を構成するように、３つの前記伸縮部材が配置される、
前記（１）に記載の伸縮機構。
（３）
前記伸縮動作平面によって構成される前記三角形は、略正三角形である、
前記（２）に記載の伸縮機構。
（４）
前記伸縮部材は４つであり、
４つの前記伸縮部材における前記伸縮部材が伸縮動作を行う平面である伸縮動作平面が、前記伸縮方向と直交する平面において四角形を構成するように、４つの前記伸縮部材が配置される、
前記（１）に記載の伸縮機構。
（５）
前記接続部材は、１つの前記伸縮部材を構成する前記リンク部材の数だけ設けられ、
複数の前記接続部材は、１つの前記伸縮部材を構成する前記リンク部材に対応する位置にそれぞれ配置される、
前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の伸縮機構。
（６）
１つの前記伸縮部材を構成する前記リンク部材の数は３つ以上である、
前記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の伸縮機構。
（７）
少なくとも３つの前記伸縮部材のそれぞれを構成する複数の前記リンク部材の長さは、略同一である、
前記（１）〜（６）のいずれか１項に記載の伸縮機構。
（８）
少なくとも３つの前記伸縮部材のそれぞれを構成する複数の前記リンク部材の長さは、前記伸縮方向の一端から他端に向かうにつれて徐々に短くなる、
前記（１）〜（６）のいずれか１項に記載の伸縮機構。
（９）
前記接続部材は、前記伸縮方向に貫通する開口部を有するリング形状である、
前記（１）〜（８）のいずれか１項に記載の伸縮機構。
（１０）
外周が蛇腹状のカバーで覆われる、
前記（１）〜（９）のいずれか１項に記載の伸縮機構。
（１１）
少なくとも３つの前記伸縮部材のそれぞれを構成する複数の前記リンク部材は略同一の形状を有し、
複数の前記接続部材は略同一の形状を有する、
前記（１）〜（１０）のいずれか１項に記載の伸縮機構。
（１２）
前記接続部材と前記リンク部材との接続部のうちの少なくとも１つにアクチュエータが設けられ、
前記アクチュエータにより前記接続部材と前記リンク部材との接続部まわりに前記リンク部材が回動させられることにより、伸縮動作が行われる、
前記（１）〜（１１）のいずれか１項に記載の伸縮機構。
（１３）
前記伸縮機構の伸縮方向の一端にベース部材が接続されることにより、パラレルリンク機構が構成される、
前記（１）〜（１２）のいずれか１項に記載の伸縮機構。
（１４）
前記ベース部材と前記伸縮機構の伸縮方向の一端に位置する前記接続部材とが２軸回転可能なジョイント機構を介して接続されることにより、１自由度の伸縮動作及び２自由度の回転動作が可能な前記パラレルリンク機構が構成される、
前記（１３）に記載の伸縮機構。
（１５）
前記ベース部材と、少なくとも３つの前記伸縮部材の各々の端部とが、少なくとも３つの前記伸縮部材の各々が、前記伸縮部材が伸縮動作を行う平面である伸縮動作平面と直交する回転軸まわりに前記ベース部材に対して回動可能に接続され、
前記ベース部材には、前記ベース部材に対して少なくとも３つの前記伸縮部材の各々を回動させるための駆動力をそれぞれ付与する前記伸縮部材の数に応じたアクチュエータが設けられ、
複数の前記アクチュエータにより、前記ベース部材に対して少なくとも３つの前記伸縮部材の各々を回動させることにより、前記伸縮機構の伸縮動作及び回転動作の少なくともいずれかが実行される、
前記（１３）又は（１４）に記載の伸縮機構。
（１６）
伸縮機構によって構成される４つの脚部を備え、
前記伸縮機構は、
複数のリンク部材の端同士が互いに回動可能に順次連結されて構成され、互いに連結された前記リンク部材同士がなす角が調整されることにより所定の伸縮方向への伸縮動作が可能な、少なくとも３つの伸縮部材と、
前記伸縮方向が略同一の方向を向いた状態で配置された少なくとも３つの前記伸縮部材によって取り囲まれる空間に、前記伸縮方向に沿って複数並べられて設けられ、少なくとも３つの前記伸縮部材を互いに接続する接続部材と、
を備え、
複数の前記接続部材の各々は、自身から見て前記伸縮方向と直交する方向に位置する少なくとも３つの前記伸縮部材の前記リンク部材のそれぞれを、自身に対して回動可能に軸支する、
４足ロボット。
【符号の説明】
【０１０３】
１、３    パラレルリンク機構
２    ４足ロボット
１０、１０ａ、１０ｂ    伸縮機構
１１０    伸縮部材
１１１    リンク部材
１１２    ピン
１１３    開口部
１２０、１２０ａ、１２０ｂ    接続部材
１２１、１２１ａ、１２１ｂ    突出部
１３０、１３０ｂ、１６１    ベース部材
１４１    第１の支持部材
１４２、１４６、１４７    ジョイント機構
１４３    第１の支持部材
１４４    第１の支持部材
１５０    本体部
１５１    基台
１５２    電装部
１６０    脚部
１６２    接地部材
【図１】
2018004005.tif 000003
【図２】
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【図３】
2018004005.tif 000005
【図４】
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【図５】
2018004005.tif 000007
【図６】
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【図７】
2018004005.tif 000009
【図８】
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【図９】
2018004005.tif 000011
【図１０】
2018004005.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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