(57)【要約】【課題】小型軽量で製作が容易な関節機構を実現する。【解決手段】関節機構（１）は、転がり面（３ｂ）を転がり面（３ａ）に押し付けるために側平面（４ａ）と側平面（４ｂ）とを跨ぐように配置された一対の側面ワイヤ（５・６）と、転がり面（３ａ）と転がり面（３ｂ）との間の滑りを防止するために、転がり面（３ａ）と転がり面（３ｂ）とに沿って互いに交差するように配置された一対の交差ワイヤ（７・８）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行に配置されて一端の少なくとも一部が曲線状に形成された一対の第１側平面と、前記一対の第１側平面の間に形成された第１転がり面とを有する第１部材と、
前記一対の第１側平面に対応する一対の第２側平面と、前記第１転がり面の上を転がるために前記一対の第２側平面の間に形成された第２転がり面とを有する第２部材と、
前記第２転がり面を前記第１転がり面に押し付けるために前記第１側平面と前記第２側平面とを跨ぐように配置された一対の側面ワイヤと、
前記第１転がり面と前記第２転がり面との間の滑りを防止するために、前記第１転がり面と前記第２転がり面とに沿って互いに交差するように配置された一対の交差ワイヤとを備えたことを特徴とする関節機構。
【請求項２】
前記一対の第１側平面の前記一端が円弧状に形成される請求項１に記載の関節機構。
【請求項３】
前記一対の第１側平面を貫通する第１貫通孔が前記第１部材に形成され、
前記一対の第２側平面を貫通する第２貫通孔が前記第２部材に形成され、
前記一対の側面ワイヤの一方が、前記第１貫通孔を通って前記一対の側面ワイヤの他方と連結され、前記第２貫通孔を通って前記一対の側面ワイヤの他方と連結される請求項１に記載の関節機構。
【請求項４】
前記一対の第１側平面の一端の一部が円弧形状であり、前記一端の他の一部が、前記第２部材の前記第１部材の周りの回動範囲を限定する回動範囲限定形状を有する請求項１に記載の関節機構。
【請求項５】
前記回動範囲限定形状が、前記円弧形状に接する第１直線形状と前記第１直線形状に直交する第２直線形状とを含む請求項４に記載の関節機構。
【請求項６】
前記一対の第１側平面の一端の一部が円弧形状であり、前記一端の他の一部は、前記第２部材が第１状態から第２状態に飛び移るための飛び移り形状を有する請求項１に記載の関節機構。
【請求項７】
前記飛び移り形状が、前記円弧形状に繋がる第１直線形状と前記第１直線形状に斜交する第２直線形状とを含む請求項６に記載の関節機構。
【請求項８】
前記側面ワイヤの張力を調整する張力調整器が前記第１側平面と前記第２側平面との少なくとも一方に設けられる請求項１に記載の関節機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転対偶を備えた関節機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸と軸受とからなる従来の回転対偶は、リンク機構などの機械構造に広く用いられてきた。このような軸と軸受との回転対偶は、外力に起因する曲げ応力、捻り応力が軸に一点集中するため破壊されやすく、錆び、歪みに起因する拘束の劣化により可動性が著しく損なわれるという問題があった。従来の回転対偶において、外力による破壊を避けるためには、軸受（ベアリング）を基礎とした高精度な加工を要し、軸と軸受とに関する構造材が増加する。このため、軸と軸受とからなる回転対偶が、重くなり、高剛性になるという課題が存在した。この課題に対して、特許文献１は、球体関節を用いた柔軟な筋骨格アームを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2011-121163号公報（2011年06月23日公開）
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】AC Etoundi, R Vaidyanathan, and SC Burgess. “A bio-inspired condylar hinge joint for mobile robots.” Inteligent Robots and Systems (IROS), 2011 IEEE/RSJ International Conference on. IEEE, 2011.
【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、特許文献１に記載の球体関節は、軸と軸受とからなる従来の関節と同様に、錆びや歪みに起因する劣化に弱く、重量も増加するという問題がある。
【０００６】
人間の膝関節をリンク機構に近似した関節（非特許文献１）は、歩行ロボットに適した特性と耐久性とを有するが、寸法が大きく、重量が重い上、設計・製作の手順が複雑で困難を伴うという問題がある。また、その関節の構造上、転がり関節に滑りが発生することで関節の回転動作に乱れが生じる可能性が有るという問題がある。
【０００７】
本発明の一態様は、軸と軸受が不要であり、小型軽量で製作が容易な関節機構を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る関節機構は、互いに平行に配置されて一端の少なくとも一部が曲線状に形成された一対の第１側平面と、前記一対の第１側平面の間に形成された第１転がり面とを有する第１部材と、前記一対の第１側平面に対応する一対の第２側平面と、前記第１転がり面の上を転がるために前記一対の第２側平面の間に形成された第２転がり面とを有する第２部材と、前記第２転がり面を前記第１転がり面に押し付けるために前記第１側平面と前記第２側平面とを跨ぐように配置された一対の側面ワイヤと、前記第１転がり面と前記第２転がり面との間の滑りを防止するために、前記第１転がり面と前記第２転がり面とに沿って互いに交差するように配置された一対の交差ワイヤとを備えたことを特徴とする。
【０００９】
この特徴によれば、一対の側面ワイヤにより第２転がり面が第１転がり面に押し付けられ、一対の交差ワイヤにより第１転がり面と第２転がり面との間の滑りが防止される。このため、軸と軸受の無い回転対偶が転がり運動により回動し、小型軽量で製作が容易な関節機構を実現することができる。
【００１０】
本発明の一態様に係る関節機構では、前記一対の第１側平面の前記一端が円弧状に形成されることが好ましい。
【００１１】
上記の構成によれば、第２転がり面が第１転がり面の上を転がることにより、第２部材が第１部材の周りを３６０度回動することができる。
【００１２】
本発明の一態様に係る関節機構では、前記一対の第１側平面を貫通する第１貫通孔が前記第１部材に形成され、前記一対の第２側平面を貫通する第２貫通孔が前記第２部材に形成され、前記一対の側面ワイヤの一方が、前記第１貫通孔を通って前記一対の側面ワイヤの他方と連結され、前記第２貫通孔を通って前記一対の側面ワイヤの他方と連結されることが好ましい。
【００１３】
上記の構成によれば、一対の側面ワイヤを１本のワイヤで簡素に構成することができる。
【００１４】
本発明の一態様に係る関節機構では、前記一対の第１側平面の一端の一部が円弧形状であり、前記一端の他の一部が、前記第２部材の前記第１部材の周りの回動範囲を限定する回動範囲限定形状を有することが好ましい。
【００１５】
上記の構成によれば、回動範囲限定形状が、第１部材の回動に対するストッパとして作用し、関節機構の可動範囲を制限することができる。
【００１６】
本発明の一態様に係る関節機構では、前記回動範囲限定形状が、前記円弧形状に接する第１直線形状と前記第１直線形状に直交する第２直線形状とを含むことが好ましい。
【００１７】
上記の構成によれば、回動範囲限定形状を簡易な構成により実現することができる。
【００１８】
本発明の一態様に係る関節機構では、前記一対の第１側平面の一端の一部が円弧状であり、前記一端の他の一部は、前記第２部材が第１状態から第２状態に飛び移るための飛び移り形状を有することが好ましい。
【００１９】
上記の構成によれば、エネルギ蓄積状態からエネルギ解放状態に飛び移る過程でエネルギを一気に解放する特性が得られる。
【００２０】
本発明の一態様に係る関節機構では、前記飛び移り形状が、前記円弧形状に繋がる第１直線形状と前記第１直線形状に斜交する第２直線形状とを含むことが好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、飛び移り形状を簡易な構成により実現することができる。
【００２２】
本発明の一態様に係る関節機構では、前記側面ワイヤの張力を調整する張力調整器が前記第１側平面と前記第２側平面との少なくとも一方に設けられることが好ましい。
【００２３】
上記の構成によれば、張力調整器で側面ワイヤの初期張力を調整することにより、関節機構の関節剛性などの力学的特性を微調整することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の一態様によれば、小型軽量で製作が容易な関節機構を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）は実施形態１に係る関節機構に設けられたリンク部材の転がり面を説明するための斜視図であり、（ｂ）は上記関節機構に設けられた側面ワイヤを説明するための斜視図であり、（ｃ）は上記関節機構に設けられた他の側面ワイヤを説明するための斜視図であり、（ｄ）は上記関節機構に設けられた交差ワイヤを説明するための斜視図であり、（ｅ）は上記関節機構に設けられた他の交差ワイヤを説明するための斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は上記関節機構の動作を示す側面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は上記関節機構の可動域を説明するための側面図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は実施形態２に係る関節機構の斜視図である。
【図５】（ａ）は実施形態１に係る関節機構の側面図であり、（ｂ）〜（ｄ）は実施形態３に係る関節機構の動作を示す側面図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は実施形態４に係る関節機構の動作を示す側面図である。
【図７】実施形態５に係る関節機構の応用例を示す図である。
【図８】実施形態５に係る関節機構の他の応用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２７】
（実施形態１）
図１（ａ）は実施形態１に係る関節機構１に設けられたリンク部材２ａの転がり面３ａを説明するための斜視図であり、（ｂ）は関節機構１に設けられた側面ワイヤ５を説明するための斜視図であり、（ｃ）は関節機構１に設けられた側面ワイヤ６を説明するための斜視図であり、（ｄ）は関節機構１に設けられた交差ワイヤ７を説明するための斜視図であり、（ｅ）は関節機構１に設けられた交差ワイヤ８を説明するための斜視図である。図２（ａ）〜（ｃ）は関節機構１の動作を示す側面図である。
【００２８】
関節機構１はリンク部材２ａ（第１部材）を備える。リンク部材２ａは、互いに平行に配置されて一端が半円状に形成された一対の側平面４ａ（第１側平面）と、一対の側平面４ａの間に形成された転がり面３ａ（第１転がり面）とを有する。リンク部材２ａの一端には、一対の側平面４ａを貫通する貫通孔９ａ（第１貫通孔）が形成される。
【００２９】
関節機構１にはリンク部材２ｂ（第２部材）が設けられる。リンク部材２ｂはリンク部材２ａと同様に構成される。即ち、リンク部材２ｂは、互いに平行に配置されて一端が半円状に形成された一対の側平面４ｂ（第２側平面）と、一対の側平面４ｂの間に形成された転がり面３ｂ（第２転がり面）とを有する。リンク部材２ｂの一端には、一対の側平面４ｂを貫通する貫通孔９ｂ（第２貫通孔）が形成される。
【００３０】
リンク部材２ａは、転がり面３ａがリンク部材２ｂの転がり面３ｂと対向して、転がり面３ａが転がり面３ｂの上を転がるように配置される。
【００３１】
関節機構１は一対の側面ワイヤ５・６を備える。側面ワイヤ５は、転がり面３ｂを転がり面３ａに押し付けるために、一対の側平面４ａの一方と一対の側平面４ｂの一方とを跨ぐように配置される。側面ワイヤ６は、転がり面３ｂを転がり面３ａに押し付けるために、一対の側平面４ａの他方と一対の側平面４ｂの他方とを跨ぐように配置される。
【００３２】
側面ワイヤ５の一端は側平面４ａの一方にネジ等の公知の方法により固定することができ、側面ワイヤ５の他端は側平面４ｂの一方にネジ等の公知の方法により固定することができる。側面ワイヤ６の一端は側平面４ａの他方に公知の方法により固定することができ、側面ワイヤ６の他端は側平面４ｂの他方に公知の方法により固定することができる。
【００３３】
側面ワイヤ５が、貫通孔９ａを通って側面ワイヤ６の他方と連結され、貫通孔９ｂを通って側面ワイヤ６と連結されるように側面ワイヤ５と側面ワイヤ６とを１本のワイヤで構成しても良い。
【００３４】
関節機構１には一対の交差ワイヤ７・８が設けられる。交差ワイヤ７・８は、図１（ｄ）（ｅ）に示すように、転がり面３ａと転がり面３ｂとに沿って互いに交差するように配置される。交差ワイヤ７・８により、関節機構１の動作時において、転がり面３ａと転がり面３ｂとの間の滑りが防止される。
【００３５】
側面ワイヤ５・６、交差ワイヤ７・８の材質は、高い強度と伸びにくい性質を有する材質が好ましく、例えば、ＵＨＰＥ（Ultra High Molecular Weight Polyethylene、超高分子量ポリエチレン）繊維などが一例として挙げられる。
【００３６】
このように構成された関節機構１は以下のように動作する。
【００３７】
まず、図２（ａ）に示すように、リンク部材２ａ・２ｂが一直線上に配置された状態から、転がり面３ａが転がり面３ｂの上を滑らずに転がることにより、リンク部材２ａが時計回りに回動してリンク部材２ｂに対して斜め方向に屈曲した図２（ｂ）に示す状態を経て、リンク部材２ａがリンク部材２ｂに対して垂直に屈曲する図２（ｃ）に示す状態となる。
【００３８】
このとき、側面ワイヤ５・６は、転がり面３ａ・３ｂ同士の接触を保ち、屈曲方向以外の方向のリンク部材２ａ・２ｂの運動を拘束するように機能する。また、交差ワイヤ７・８は、転がり面３ａ・３ｂ同士の滑りを防止するように機能する。
【００３９】
本実施形態は、人間の膝関節における軟骨に対応した転がり面３ａ・３ｂと、膝関節における靱帯に対応した側面ワイヤ５・６及び交差ワイヤ７・８とにより構成される回転機構である。本実施形態の新規な点は、関節を拘束するために軸を使用せず、軸の代わりに、人間の膝関節における靱帯を模した複数本のワイヤ（側面ワイヤ５・６、交差ワイヤ７・８）を使用する点にある。
【００４０】
図３（ａ）〜（ｃ）は関節機構１の可動域を説明するための側面図である。リンク部材２ａは、転がり面３ａが転がり面３ｂの上を転がることにより、図３（ｂ）に示す状態から、図３(ｃ)に示す状態まで時計回りに１８０度回動することができ、そして、図３（ｂ）に示す状態から、図３(ａ)に示す状態まで反時計回りに１８０度回動することができる。関節機構１は、リンク部材２ａの屈曲動作の回動中心が転がり面３ｂに沿って移動するため、３６０度にわたる広い可動域を有する。
【００４１】
軸と軸受とからなる従来の関節機構は、精密に構成されているため、軸の曲げ方向に外力が作用して軸が曲がってしまって軸受に対して僅かでもずれると、機能しなくなるという問題がある。
【００４２】
これに対して、本実施形態の関節機構１は、ある程度曖昧に構成されているため、曲げ方向に外力が作用しても、ワイヤ（側面ワイヤ５・６、交差ワイヤ７・８）が引っ張られることに基づく伸びにより、リンク部材２ａ・２ｂの屈曲動作の方向以外の方向への変位が許容される。このため、関節機構１は、軸と軸受とからなる従来の関節機構よりも外力に対して強靭である。そして、関節機構１は、従来の関節機構に比べてその動作に柔らかさがあり、同質量を有する従来の関節機構よりも特に衝撃力に対して強靭である。
【００４３】
本実施形態によれば、軸や軸受を使用しないため、精密な機械加工が不要になり、製作コストを削減することができる。そして、軸や軸受を使用しないため、関節に係る構造材の削減による関節機構の軽量化が可能となる。
【００４４】
また、ワイヤは座屈を考慮する必要がないため荷重に強く、ワイヤの微小な伸びにより本実施形態の関節機構１に適度な柔軟性を持たせることで、関節機構１に作用する衝撃力を吸収することができる。
【００４５】
さらに、従来の関節機構と比較して、図３に示すように、可動範囲が広くなり、ほぼ１８０度回動する折り畳み動作が可能となる。
【００４６】
また、転がり面３ａ・３ｂの形状を後述するように改良することにより、関節機構１の柔軟性、剛性を調整することができる。
【００４７】
本実施形態の関節機構１は、単一の機械要素としてモジュール化されているため、従来の機械構造における回転対偶との置換も容易である。
【００４８】
上記の性質により、本実施形態は従来の機械構造への広い適用が可能であり、軸と軸受とを使用した従来の関節構造に比べて、耐衝撃性及び軽量性に優れる点で革新的である。
【００４９】
関節機構１は、リンク部材２ａ・２ｂの回動方向を拘束する２つの転がり面３ａ・３ｂと、転がり面３ａ・３ｂを拘束する４本のワイヤ（側面ワイヤ５・６、交差ワイヤ７・８）で構成される回転機構である。リンク部材２ａの一端の半円の中心、及び、リンク部材２ｂの一端の半円の中心から伸びる２本の側面ワイヤ５・６は、転がり面３ａを転がり面３ｂに押し付けつつ、リンク部材２ａ・２ｂの側平面４ａ・４ｂと垂直な面内での望まれない曲げ応力、リンク部材２ａ・２ｂの軸方向の望まれない捻り応力を支える役割を果たす。転がり面３ａ・３ｂに沿って交差して配置される交差ワイヤ７・８は、転がり面３ａ・３ｂの間の滑りを排除しつつ、望まない曲げ応力を支える役割を果たす。
【００５０】
転がり面３ａ・３ｂが歪の無い半円柱形状により形成されている場合、２つの転がり面３ａ・３ｂを形成する２つの半円の間の中心間距離と、半円の円周とは、幾何学的に変化しない。このため、図２（ａ）〜（ｃ）に示す関節機構１のリンク部材２ａがリンク部材２ｂに対して折れ曲がる方向の回動運動をしている間は、ワイヤ（側面ワイヤ５・６及び交差ワイヤ７・８）が伸びず、転がり面３ａの転がり面３ｂに対するスムーズな転がり回動が生じる。しかしながら、上記方向以外の方向に回動運動しようとすると、ワイヤに伸びが生じる。このため、ワイヤの剛性によって、上記方向以外の方向への望まれない回動運動を拘束することができる。
【００５１】
従来の回転対偶と異なり、本実施形態の関節機構１は、軸と軸受とを使用しない。このため、精密な機械加工が不要となるほか、軸と軸受とに係る構造材の削減による関節機構の軽量化が可能となる。また、ワイヤの柔軟性により本実施形態の関節機構１は優れた耐荷重性・耐衝撃性を有する。そして、本実施形態の関節機構１は、単一の機械要素としてモジュール化されている。このため、機械構造における従来の回転対偶との置換も可能である。
【００５２】
以上の性質より、本実施形態の関節機構１は、従来の機械構造への広い適用が可能であり、精密加工が不要で、且つ軽量の為、コスト削減が見込める。
【００５３】
そして、従来の機械構造では実現が難しかった超軽量構造物への適用が可能であり、従来は危険性などの観点から実現が困難であった、外界との予期せぬ衝突や接触を伴う機械に新たに適用することができる。
【００５４】
本実施形態の関節機構１は、その軽量性から、展開可能な宇宙構造物、ドローンに搭載するロボットアームなどの超軽量な機構を要する用途に適用することができる。また、抵慣性及び耐衝撃性から、外界、対人との予期せぬ衝突の危険を伴う不整地走行ロボット及び医療・介護ロボットなど、実世界環境下で動作する機械構造に適用することができる。
【００５５】
（実施形態２）
図４（ａ）（ｂ）は実施形態２に係る関節機構１Ａの斜視図である。前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。これらの構成要素の詳細な説明は繰り返さない。
【００５６】
関節機構１Ａは張力調整器１０を備える。張力調整器１０は、側面ワイヤ５の張力を調整するために、リンク部材２ａの側平面４ａの一方、及び、リンク部材２ｂの側平面４ｂの一方に配置される。そして、側面ワイヤ６の張力を調整する張力調整器１０が、リンク部材２ａの側平面４ａの他方、及び、リンク部材２ｂの側平面４ｂの他方に配置される。
【００５７】
図４（ａ）に示すように、張力調整器１０により側面ワイヤ５・６の初期張力を小さく設定すると、関節機構１Ａの矢印２１に示す方向の捻り自由度が大きくなる。図４（ｂ）に示すように、張力調整器１０により側面ワイヤ５・６の初期張力を大きく設定すると、関節機構１Ａの矢印２２に示す方向の捻り自由度が小さくなる。このように、実施形態１の効果に加えて、実施形態２によれば、張力調整器１０で側面ワイヤ５・６の初期張力を調整することにより、関節機構１Ａの関節剛性などの力学的特性を微調整することができる。例えば、精密な回動動作が必要な場合は強い張力を張力調整器１０により印加し、衝撃力の吸収などのための柔軟性が必要な場合は弱い張力を張力調整器１０により印加すればよい。
【００５８】
（実施形態３）
図５（ａ）は実施形態１に係る関節機構１の側面図であり、（ｂ）〜（ｄ）は実施形態３に係る関節機構１Ｂの動作を示す側面図である。前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。これらの構成要素の詳細な説明は繰り返さない。
【００５９】
関節機構１Ｂはリンク部材１５ａ・１５ｂを備える。リンク部材１５ａの先端には、円弧面１１ａと、円弧面１１ａに繋がる飛び移り形状面１２ａとが形成される。飛び移り形状面１２ａは、円弧面１１ａに繋がる第１直線形状面１３ａと第１直線形状面１３ａに斜交する第２直線形状面１４ａとを含む。リンク部材１５ｂの先端には、円弧面１１ｂと、円弧面１１ｂに繋がる飛び移り形状面１２ｂとが形成される。飛び移り形状面１２ｂは、円弧面１１ｂに繋がる第１直線形状面１３ｂと第１直線形状面１３ｂに斜交する第２直線形状面１４ｂとを含む。
【００６０】
このように構成された関節機構１Ｂは以下のように動作する。
【００６１】
まず、図５（ｂ）に示すように、リンク部材１５ａ・１５ｂが一直線上に配置された状態から、リンク部材１５ａがリンク部材１５ｂに対して時計回りに回動して、図５（ｃ）に示すように、第１直線形状面１３ａが第１直線形状面１３ｂと接してエネルギを蓄積するエネルギ蓄積状態（第１状態）に移行する。そして、リンク部材１５ａがリンク部材１５ｂに対してさらに時計回りに回動して第１直線形状面１３ａが第１直線形状面１３ｂから離れ、図５（ｄ）に示すように、第２直線形状面１４ａが第２直線形状面１４ｂに近づいてエネルギが一気に解放されるエネルギ解放状態（第２状態）に移行する。この現象を飛び移り座屈現象と呼ぶ。
【００６２】
このように、本実施形態に係る関節機構１Ｂは、転がり面の形状を工夫することにより、所望の力学的特性を実現する。即ち、第１直線形状面１３ａと第２直線形状面１４ａとにより小さな山型形状を形成し、第１直線形状面１３ｂと第２直線形状面１４ｂとにより小さな山型形状を形成して、リンク部材２ａの転がり面及びリンク部材２ｂの転がり面の曲率を部分的に変化させる。これにより、図５（ｂ）に示す状態から図５（ｃ）に示すエネルギ蓄積状態まででエネルギを蓄積し、図５（ｃ）に示すエネルギ蓄積状態から図５（ｄ）に示すエネルギ解放状態に移行する過程でエネルギを一気に解放する特性が得られる。このような関節機構１Ｂは、例えば瞬間的な大出力を要する跳躍ロボットなどへの適用が可能である。このような転がり面（円弧面１１ａ・１１ｂ、飛び移り形状面１２ａ・１２ｂ）の製作及び微調整は、積層型の３Ｄプリンタを用いて容易に実現することができる。
【００６３】
（実施形態４）
図６（ａ）（ｂ）は実施形態４に係る関節機構１Ｃの動作を示す側面図である。前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。これらの構成要素の詳細な説明は繰り返さない。
【００６４】
関節機構１Ｃはリンク部材２０ａ・２０ｂを備える。リンク部材２０ａの先端には、円弧面１９ａと、円弧面１９ａに繋がる回動範囲限定形状面１６ａとが形成される。回動範囲限定形状面１６ａは、円弧面１９ａに繋がる第１直線形状面１７ａと第１直線形状面１７ａに直交する第２直線形状面１８ａとを含む。リンク部材２０ｂの先端には、円弧面１９ｂと、円弧面１９ｂに繋がる回動範囲限定形状面１６ｂとが形成される。回動範囲限定形状面１６ｂは、円弧面１９ｂに繋がる第１直線形状面１７ｂと第１直線形状面１７ｂに直交する第２直線形状面１８ｂとを含む。
【００６５】
このように構成された関節機構１Ｂは以下のように動作する。
【００６６】
まず、円弧面１９ａ・１９ｂが互いに接触し、回動範囲限定形状面１６ａ・１６ｂが互いに離れた図６（ｂ）に示す状態から、円弧面１９ａが円弧面１９ｂの上を転がることにより、リンク部材２０ａがリンク部材２０ｂに対して反時計回りに回動し、リンク部材２０ａ・２０ｂが一直線上に位置する図６（ａ）に示す状態に移行する。そうすると、リンク部材２０ａのさらなる反時計回りの回動が、回動範囲限定形状面１６ａ・１６ｂの形状により阻止される。
【００６７】
このように、本実施形態４に係る関節機構１Ｃは、実施形態３と同様に、転がり面の形状を工夫することにより、所望の力学的特性を実現する。即ち、第１直線形状面１７ａと第２直線形状面１８ａとにより大きな山型形状を形成し、第１直線形状面１７ｂと第２直線形状面１８ｂとにより大きな山型形状を形成して、リンク部材２ａの転がり面及びリンク部材２ｂの転がり面の曲率を部分的に変化させる。これにより、回動範囲限定形状面１６ａ・１６ｂが、リンク部材２０ａの反時計回りの回動に対するストッパとして作用し、関節機構１Ｃの可動範囲を制限することができる。
【００６８】
（実施形態５）
図７は実施形態５に係る関節機構の応用例を示す図である。実施形態１〜４で前述した関節機構１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、例えば、人体に装着するパワーアシストスーツ２３の関節部Ａに搭載することができる。
【００６９】
図８は実施形態５に係る関節機構の他の応用例を示す図である。人体、環境との衝突を伴う四足歩行ロボット２４の関節部Ｂに関節機構１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃを搭載することができる。
【００７０】
また、関節機構１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、優れた超軽量性、耐衝撃性、安全性（耐衝撃性）を有しているので、例えば、テント、仮設住宅などの軽量且つ可搬な展開構造物、アンテナなどの宇宙構造物、ドローンに搭載する機構、及び、環境、人体への接触を伴うロボットに搭載することができる。
【００７１】
金属部品を使用することなく製造可能であることから、医療用ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging、核磁気共鳴画像法）に係る周辺機器、及び、化学的な浸食の危険がある機器などのように金属部品の利用が制限される機器に関節機構１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃを搭載することができる。
【００７２】
関節角により回動中心が変化する人体の関節構造と類似の幾何学的特性を有するため、人体に装着する装具に関節機構１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃを搭載することができる。
【００７３】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７４】
１  関節機構
２ａ  リンク部材（第１部材）
２ｂ  リンク部材（第２部材）
３ａ  転がり面（第１転がり面）
３ｂ  転がり面（第２転がり面）
４ａ  側平面（第１側平面）
４ｂ  側平面（第２側平面）
５、６  側面ワイヤ
７、８  交差ワイヤ
９ａ  貫通孔（第１貫通孔）
９ｂ  貫通孔（第２貫通孔）
１０  張力調整器
１１ａ、１１ｂ  円弧面
１２ａ、１２ｂ  飛び移り形状
１３ａ、１３ｂ  第１直線形状面（飛び移り形状、第１直線形状）
１４ａ、１４ｂ  第２直線形状面（飛び移り形状、第２直線形状）
１５ａ  リンク部材（第１部材）
１５ｂ  リンク部材（第２部材）
１６ａ、１６ｂ  回動範囲限定形状
１７ａ、１７ｂ  第１直線形状（回動範囲限定形状）
１８ａ、１８ｂ  第２直線形状（回動範囲限定形状）
１９ａ、１９ｂ  円弧面
２０ａ  リンク部材（第１部材）
２０ｂ  リンク部材（第２部材）
【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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