(57)【要約】【課題】リンクの自重によって関節にかかるトルクを補償する機械的な自重補償機構を簡易な構成で実現する。【解決手段】第一関節２に支持部１５に対し回転自在に設けられた原動プーリ１０と、第二関節４に前腕リンク５の回転に応じて同じ回転角度で回転可能に設けられた従動プーリ８を設け、これら原動プーリ１０と従動プーリ８とはタイミングベルト９によって同期回転する。第一関節２には、前腕リンク５の自重によって第二関節４にかかる負荷を打ち消す向きに前腕リンク５にトルクを付与するための、前腕補償用カム１１及び前腕補償用ばね１２が設けられる。前腕補償用カム１１及び前腕補償用ばね１２は、原動プーリ１０及び従動プーリ８並びにタイミングベルト９を介して、前腕リンク５の回転角度に応じたトルクを前腕リンク５に付与する。このような機械的な自重補償機構は、従来と異なりリンク機構を用いておらず、簡易な構成で実現することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
前記基台に設けられた支持部と、
前記支持部に第一関節を介して回転可能に接続された第一リンクと、
前記第一リンクに第二関節を介して回転可能に接続された第二リンクと、
前記支持部に対し前記第一リンクを回転駆動する第一駆動手段と、
前記第一リンクに対し前記第二リンクを回転駆動する第二駆動手段と、
前記第一関節に、前記支持部に対し回転自在に設けられた第一回転体と、
前記第二関節に、前記第一リンクに対して回転自在に且つ前記第二リンクに対して回転不能に設けられた第二回転体と、
前記第一回転体と前記第二回転体とに巻き回されて、前記第二回転体と前記第一回転体とを駆動連結する巻回部材と、
前記第一関節に設けられ、前記第一リンクの自重によって前記第一関節にかかる負荷を打ち消す向きに、前記第一リンクにトルクを付与する第一トルク付与手段と、
前記第一関節に設けられ、前記第二リンクの自重によって前記第二関節にかかる負荷を打ち消す向きに、前記第一回転体、前記巻回部材、及び前記第二回転体を介して前記第二リンクにトルクを付与する第二トルク付与手段と、
を備えるロボットマニピュレータ。
【請求項２】
前記第一駆動手段は前記第一関節に設けられ、前記第二駆動手段は前記第二関節に設けられることを特徴とする請求項１に記載のロボットマニピュレータ。
【請求項３】
前記第一トルク付与手段は、前記基台に一端が接続された第一弾性部材と、前記第一関節に設けられて前記第一弾性部材の他端が接続された第一カム部材とを有し、
前記第一トルク付与手段は、前記第一リンクの回転角度に応じて伸縮する前記第一弾性部材によって前記第一リンクにトルクを付与することを特徴とする請求項１又は２に記載のロボットマニピュレータ。
【請求項４】
前記第二トルク付与手段は、前記基台に一端が接続された第二弾性部材と、前記第一関節に設けられて前記第二弾性部材の他端が接続された第二カム部材とを有し、
前記第二トルク付与手段は、前記第二リンクの回転角度に応じて伸縮する前記第二弾性部材によって前記第二リンクにトルクを付与することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロボットマニピュレータ。
【請求項５】
前記巻回部材はベルト部材からなり、前記第一回転体及び前記第二回転体はプーリからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のロボットマニピュレータ。
【請求項６】
前記巻回部材はチェーンからなり、前記第一回転体及び前記第二回転体はスプロケットからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のロボットマニピュレータ。
【請求項７】
前記支持部は、前記第一関節を介して前記第一リンクと接続される第三リンクと、前記基台に設けられる第四リンクと、水平平面上で前記第三リンクと前記第四リンクとを回動自在にする第三関節とを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のロボットマニピュレータ。
【請求項８】
前記第二リンクの葉先側に、１つ以上の関節及び１つ以上のリンクを備えていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のロボットマニピュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リンクの自重によって関節に作用する負荷を補償する機械的な自重補償機構を備えた多関節のロボットマニピュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
多関節のロボットマニピュレータは複数のリンク（又はアームとも呼ぶ）を有し、これらのリンクは関節を介して相互に接続されている。各リンクは、各関節を回転軸としてモータ等によって回転駆動される。一般的に、モータはリンク駆動のために用いられるだけでなく、姿勢維持のためにも用いられている。その場合、モータがリンクの自重によって関節に作用する負荷（関節トルク）を打ち消す向きにトルクを発生させることから、これによりリンクは支えられる。
【０００３】
ところで、リンクの自重を支えるのにモータトルクの大半が使われると、モータによってリンクを高速且つ高精度に駆動することが難しくなる。そこで、姿勢維持のためにモータにかかる負担を減らすため、リンクの自重を補償する機械的な自重補償機構を備えたマニピュレータが従来から知られている（特許文献１）。従来のマニピュレータでは、機械的な自重補償機構として四節リンク機構などのリンク機構が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９‐２９１８４３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、従来のマニピュレータには以下に示すような問題がある。すなわち、リンク機構による自重補償機構はリンク同士が構造的に干渉するので、可動領域を大きく確保することが難しい。また、リンク機構そのものはマニピュレータを小型化するのに適していない。さらに、リンク機構はリンクを駆動する動力伝達機構としても機能するが、リンク機構自体は剛性が低下しやすくまた遊び（ガタ）も発生しやすいことから、精度の高い位置決め制御を行うことが難しい。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、リンクの自重によって関節にかかる負荷を補償する機械的な自重補償機構を簡易な構成で実現したロボットマニピュレータの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るロボットマニピュレータは、基台と、前記基台に設けられた支持部と、前記支持部に第一関節を介して回転可能に接続された第一リンクと、前記第一リンクに第二関節を介して回転可能に接続された第二リンクと、前記支持部に対し前記第一リンクを回転駆動する第一駆動手段と、前記第一リンクに対し前記第二リンクを回転駆動する第二駆動手段と、前記第一関節に、前記支持部に対し回転自在に設けられた第一回転体と、前記第二関節に、前記第一リンクに対して回転自在に且つ前記第二リンクに対して回転不能に設けられた第二回転体と、前記第一回転体と前記第二回転体とに巻き回されて、前記第二回転体と前記第一回転体とを駆動連結する巻回部材と、前記第一関節に設けられ、前記第一リンクの自重によって前記第一関節にかかる負荷を打ち消す向きに、前記第一リンクにトルクを付与する第一トルク付与手段と、前記第一関節に設けられ、前記第二リンクの自重によって前記第二関節にかかる負荷を打ち消す向きに、前記第一回転体、前記巻回部材、及び前記第二回転体を介して前記第二リンクにトルクを付与する第二トルク付与手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、リンク機構を用いずに機械的な自重補償機構を簡易な構成で実現したので、従来と異なりリンク同士の機構的干渉が生じない。したがって、リンクの可動域が制限されず、結果として従来よりも広範な動作範囲を持つロボットマニピュレータを提供できる。また、リンク機構に比べてコンパクトな構成であるので、ロボットマニピュレータを小型化するのに適している。さらに、ロボットマニピュレータの位置決め精度を向上させやすい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係るロボットマニピュレータの全体構成を示す斜視図である。
【図２】リンクの動作原理を説明する模式図である。
【図３】自重補償機構による力のつり合いを解析するための解析モデルを示す図である。
【図４】図３に示した解析モデルにおける位置ベクトルを示す図である。
【図５】図３に示した解析モデルにおいて、第二関節にかかる負荷を説明する図である。
【図６】図３に示した解析モデルにおいて、第一関節にかかる負荷を説明する図である
【図７】図３に示した解析モデルにおいて、タイミングベルトを介して第一関節にかかる負荷を説明する図である。
【図８】ダイレクトドライブ方式の駆動形態を採用したロボットマニピュレータを説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。まず、本発明の実施形態に係るロボットマニピュレータの概略構成について、図１を用いて説明する。説明を理解しやすくするために、ここではロボットマニュピュレータとして２自由度マニピュレータを示した。
【００１１】
［実施形態］
図１に示すように、ロボットマニュピュレータは、基台１と、支持部１５と、第一リンクとしての上腕リンク３と、第二リンクとしての前腕リンク５とを備える。基台１には、基台１の接地面に対して垂直方向に延びる支持部１５が突設されている。上腕リンク３は、支持部１５の先端部に第一関節２を介して回転可能に接続されている。前腕リンク５は、上腕リンク３の他端側つまり支持部１５に接続された側でない上腕リンク３の一端に第二関節４を介して回転可能に接続されている。
【００１２】
第一関節２及び第二関節４には、第一駆動手段としての上腕駆動アクチュエータ６、第二駆動手段としての前腕駆動アクチュエータ７がそれぞれ設けられている。すなわち、上腕駆動アクチュエータ６は上腕リンク３の第一関節２側に搭載されて、第一関節２を支点に支持部１５に対し上腕リンク３を回転駆動し得る。前腕駆動アクチュエータ７は上腕リンク３の第二関節４側に搭載されて、第二関節４を支点に上腕リンク３に対し前腕リンク５を回転駆動し得る。これら上腕駆動アクチュエータ６及び前腕駆動アクチュエータ７は、図示を省略したが例えば電動モータなどの駆動源や波動歯車などの減速機構等を含んで構成されている。
【００１３】
上腕リンク３には、第一関節２に上腕補償用カム１３が固定されている。すなわち、第一カム部材としての上腕補償用カム１３は、上腕リンク３の回転に従って支持部１５に対する上腕リンク３の回転角度と同じ角度で上腕リンク３と一緒に回転できるようになっている。上腕補償用カム１３には、一端が基台１に接続されている上腕補償用ばね１４の他端が接続されている。第一弾性部材としての上腕補償用ばね１４は、上腕補償用カム１３つまりは上腕リンク３の回転角度に応じて伸縮し、上腕リンク３の自重によって第一関節２にかかる負荷を打ち消す向きに、所定のトルク（反トルク）を上腕リンク３に対して付与する。このように、上腕補償用カム１３及び上腕補償用ばね１４により構成される機構は、上腕リンク３の自重を支える機械的な自重補償機構として機能する。
【００１４】
前腕リンク５には、第二関節４に前腕補償用従動プーリ８（以下、単に従動プーリと記す）が前腕リンク５の回転軸と同軸に固定されている。第二回転体としての従動プーリ８は、前腕リンク５の回転に伴って従動する。その際に、従動プーリ８は、上腕リンク３に対する前腕リンク５の回転角度と同じ角度で前腕リンク５と一緒に回転する。すなわち、従動プーリ８は、第二関節４に、上腕リンク３に対して回転自在に且つ前腕リンク５に対して回転不能に設けられている。支持部１５には、前腕補償用原動プーリ１０（以下、単に原動プーリと記す）が上腕リンク３の回転軸と同軸である第一関節２に回転自在に設けられている。従動プーリ８と原動プーリ１０にはベルト部材としてのタイミングベルト９が巻き回されており、該タイミングベルト９によって従動プーリ８と原動プーリ１０とは同期回転し得るように駆動連結されている。
【００１５】
ここで、図２（ａ）に上腕リンク３と前腕リンク５とがなす角度が深い（急な）状態を概略的に示し、図２（ｂ）に図２（ａ）に示した状態に比べて上腕リンク３と前腕リンク５とがなす角度が浅い状態を概略的に示す。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、上腕リンク３と前腕リンク５がどのような姿勢であっても、従動プーリ８と原動プーリ１０の相対角度は常に同じ角度であるように、従動プーリ８と原動プーリ１０とは同期回転することができる。これは、本発明の実施形態に係るロボットマニピュレータでは、従動プーリ８と原動プーリ１０とがタイミングベルト９によって同期回転するように設けられるからである。言い換えれば、同期回転するように従動プーリ８及び原動プーリ１０、タイミングベルト９は構成される。具体的には、従動プーリ８と原動プーリ１０は同一の半径を有する円形状に形成されている。また、従動プーリ８及び原動プーリ１０とタイミングベルト９との間には、すべりが生じないようになっている。勿論、この構成に限られない。
【００１６】
図１に戻って、第一回転体としての原動プーリ１０には、支持部１５と反対側の側面に前腕補償用カム１１が固定されている。すなわち、第二カム部材としての前腕補償用カム１１は、原動プーリ１０の回転に従って原動プーリ１０の回転角度と同じ角度で原動プーリ１０と一緒に回転する。前腕補償用カム１１には、一端が基台１に接続されている前腕補償用ばね１２の他端が接続されている。第二弾性部材としての前腕補償用ばね１２は、前腕補償用カム１１つまりは前腕リンク５の回転角度に応じて伸縮して、前腕リンク５の自重によって第二関節４にかかる負荷を打ち消す向きに、所定のトルク（反トルク）を前腕リンク５に対して付与する。このように、従動プーリ８、タイミングベルト９、原動プーリ１０、前腕補償用カム１１、前腕補償用ばね１２により構成される機構は、前腕リンク５の自重を支える機械的な自重補償機構（前腕自重補償機構と呼ぶ）として機能する。
【００１７】
なお、第一トルク付与手段としての前腕補償用カム１１及び前腕補償用ばね１２からなる機構、第二トルク付与手段としての上腕補償用カム１３及び上腕補償用ばね１４からなる機構を、ここでは反力生成機構と呼ぶ。反力生成機構では、例えば補償用カム（１１，１３）にワイヤなどの被巻取部材を巻き取り可能に接続し、被巻取部材の巻き取りに伴って補償用ばね（１２，１４）を伸縮させて、当該カムの回転角度に応じた大きさのトルクを発生させる様に構成してもよい。また、上腕リンク３や前腕リンク５の回転角度に応じて第一関節２や第二関節４に発生する負荷を相殺するように、補償用カム（１１，１３）の輪郭形状は非円形の形状に形成するとよい。さらに、補償用ばね（１２，１４）の代わりに重りやアクチュエータなどを被巻取部材に接続してもよい。
【００１８】
ところで、ロボットマニピュレータの姿勢を維持するには、上腕リンク３及び前腕リンク５の自重によって第一関節２及び第二関節４にかかる負荷を相殺できればよい。そのためには、上記した各々の反力生成機構で、第一関節２及び第二関節４にかかる負荷に等しいトルク（反トルク）を上腕リンク３や前腕リンク５に付与する必要がある。各々の反力生成機構で付与すべきトルク（反トルク）の大きさは、前腕リンク５と支持部１５との相対角度、上腕リンク３と支持部１５との相対角度によってそれぞれ決定される。そこで、ロボットマニピュレータの姿勢を維持するために、各々の反力生成機構で付与するトルクについて図３乃至図７を用いて説明する。
【００１９】
各反力生成機構で付与するトルクは、上腕リンク３及び前腕リンク５の自重を保持するのに必要とされるトルクを解析的に計算して求められる。ここでは、図３及び図４に示す３自由度マニピュレータモデルを用いて求める。図３及び図４に示す３自由度マニピュレータモデルは、図１に示した２自由度のロボットマニピュレータに旋回軸として回転関節１０１を付加した構成のモデルである。３自由度マニピュレータは、製品の組立作業や部品搬送作業等に広く用いられている６軸ロボットの基本構成である。このような、３自由度マニピュレータモデルは、一般的なロボットマニピュレータの姿勢維持のために必要なトルクを求めるのに最適である。
【００２０】
図３及び図４に示す３自由度マニピュレータモデルは、重力方向（図中ｇで記す）と略平行な回転軸を有する回転関節１０１に対し、直列に二つの回転関節（１０２、１０３）が配置されている。これら回転関節１０１〜１０３は、リンク１１１（支持部１５のモデル）、リンク１１２（上腕リンク３のモデル）、リンク１１３（前腕リンク５のモデル）を接続する。関節１０２（第一関節２のモデル）及び関節１０３（第二関節４のモデル）は、互いの回転軸が略平行に且つ関節１０１の回転軸と略垂直になるように配置されている。すなわち、関節１０２及び関節１０３の各回転軸は、重力方向にも略垂直となっている。この場合、支持部１５は、関節１０２を介してリンク１１２と接続されるリンク１１１（第三リンク）と、基台１に設けられるリンク１１４（第四リンク）と、水平平面上でリンク１１１とリンク１１４とを回動自在にする関節１０１（第三関節）とを有する。
【００２１】
図３において、「ｒ２」は、リンク１１２のリンク長（関節１０２の回転中心から関節１０３の回転中心までの長さ）を表す。「ｒ３」は、リンク１１３のリンク長（関節１０３の回転中心からマニピュレータの出力点（前腕リンク５先端）までの長さ）を表す。「ｒ２，ｇ」は、関節１０２の回転中心からリンク１１２の重心位置までの距離を表す。「ｒ３，ｇ」は、関節１０３の回転中心からリンク１１３の重心位置までの距離を表す。
【００２２】
図４において、「Ｒ２」は、関節１０２の回転中心から関節１０３の回転中心までの相対位置を示す位置ベクトル（リンクベクトル）を表す。「Ｒ３」は、関節１０３の回転中心からマニピュレータの出力点（前腕リンク５先端）までの相対位置を示す位置ベクトルを表す。「Ｒ２，ｇ」は、関節１０２の回転中心からリンク１１２の重心位置までの相対位置を示す位置ベクトルを表す。「Ｒ３，ｇ」は、関節１０３の回転中心からリンク１１３の重心位置までの相対位置を示す位置ベクトルを表す。また、「ｍ２」はリンク１１２の質量を表し、「ｍ３」はリンク１１３の質量を表す。
【００２３】
ロボットマニピュレータの姿勢維持のために各関節１０１〜１０３で生成すべきトルクは、以下に示すようにして求められる。各トルクは各リンク１１１〜１１３における力とトルクとのつり合い関係を、葉先側つまり基台１に近い側とは反対側のリンク１１３から根本側のリンク１１１にむかって順に追っていくことで求められる。
【００２４】
まず、図５に示す自由体図を用いてリンク１１３における力の釣り合いを考える。リンク１１３の重心に作用する重力「ｆ３，ｇ」、関節１０３で支持すべき並進力「ｆ３」、プーリ１２３（従動プーリ８のモデル）で支持すべきトルク「Ｔ３」は、以下に示す式１〜式３によって求められる。ここで、重力加速度ベクトルをｇ＝ [０，０，−ｇ]Ｔ、関節１０３の回転中心方向を示す単位ベクトルを「ｓ３」、関節１０３の回転変位（リンク１１１とリンク１１３の間の相対角度）を「φ３」で表す。なお、以下では、正弦関数を「ＳＩＮ」で表す。
ｆ３，ｇ＝ｍ３ｇ    ＝  [０，０，−ｍｇ]Ｔ  ・・・  式１
ｆ３    ＝−ｆ３，ｇ  ＝  [０，０，−ｍｇ]Ｔ  ・・・  式２
Ｔ３    ＝ｓ３・（Ｒ３，ｇ×ｆ３，ｇ）＝ｓ３・（Ｒ３，ｇ×ｍ３ｇ）
＝−ｍ３・ｒ３，ｇ・ｇＳＩＮ（φ３）・・・  式３
【００２５】
同様に、図６に示す自由体図を用いてリンク１１２における力の釣り合いを考える。関節１０２で支持すべきトルク「Ｔ２」は、式４によって求められる。ここで、関節１０２の回転中心方向を示す単位ベクトルを「ｓ２」、リンク１１２の重心に作用する重力を「ｆ２，ｇ」で表す。
Ｔ２    ＝ｓ２・（Ｒ２，ｇ×ｆ２，ｇ＋Ｒ×（−ｆ３））  ・・・  式４
【００２６】
ところで、リンク１１３の姿勢を維持するために必要な反力トルク（式３の「Ｔ３」と等しい）は、プーリ１２３、プーリ１２２（原動プーリ１０のモデル）、ベルト１２１（タイミングベルト９のモデル）によって支持される（図７参照）。つまり、トルク「Ｔ３」はリンク１１２に直接作用しない。そこで、関節１０２の回転変位（リンク１１１とリンク１１２の間の相対角度）を「φ２」で表したうえで式４を具体的に計算すると、式５に示すようになる。
Ｔ２＝−ｍ２・ｒ２，ｇ・ｇＳＩＮ（φ２）−ｍ３・ｒ２・ｇＳＩＮ（φ２）
＝−（ｍ２ｒ２，ｇ＋ｍ３ｒ２）ｇＳＩＮ（φ２）  ・・・  式５
【００２７】
最後に、関節１０１は基台１に対して回転軸が垂直方向（つまり重力の働く向き）に配置されているため、リンク１１１の姿勢を維持するためのトルクは必要でない。したがって、リンク１１１の姿勢を維持するために必要なトルク「Ｔ１」は、式６に示すように「０」である。
Ｔ１  ＝  ０  ・・・  式６
【００２８】
以上のようにして、求めた各リンク１１１〜１１３の姿勢を維持するのに必要なトルク「Ｔ１」、「Ｔ２」、「Ｔ３」を、式７にまとめて示す。
【００２９】
【数１】
2015213976.tif 000003
【００３０】
式７から理解できるように、姿勢維持に必要なトルク「Ｔ２」及び「Ｔ３」（重力に対抗してロボットマニピュレータの姿勢を維持するために各々の反力生成機構が出力すべき姿勢維持トルク）は、それぞれφ２とφ３のみの関数となっている。このことから、関節（１０２，１０３）の一方がどのような角度をとっても、他方の関節（１０２，１０３）へ作用させるべき姿勢維持トルクは変化しないことがわかる。
【００３１】
こうして、本発明の実施形態に係るロボットマニピュレータでは、上述した各々の反力生成機構によって生成されるトルク（反トルク）が上腕リンク３及び前腕リンク５それぞれの自重を補償するように自重補償機構を構成している。すなわち、上腕リンク３の自重を支えるために、上腕補償用カム１３及び上腕補償用ばね１４により機械的な自重補償機構を構成した。また、前腕リンク５の自重を支えるために、従動プーリ８、タイミングベルト９、原動プーリ１０、前腕補償用カム１１、前腕補償用ばね１２により機械的な自重補償機構を構成した。これによれば、ロボットマニピュレータの全可動域にわたって上腕リンク３及び前腕リンク５の自重によって第一関節２及び第二関節４それぞれにかかる負荷を補償できるので、どのような姿勢でもロボットマニピュレータの姿勢を維持することができる。
【００３２】
以上のように、第一関節２に支持部１５に対し回転自在に設けられた原動プーリ１０と、第二関節４に前腕リンク５の回転に応じて同じ回転角度で回転可能に設けられた従動プーリ８とをそれぞれ設ける。これら原動プーリ１０と従動プーリ８とは、タイミングベルト９によって同期回転する。そして、第一関節２には、前腕リンク５の自重によって第二関節４にかかる負荷を打ち消す向きに前腕リンク５にトルクを付与するための、前腕補償用カム１１及び前腕補償用ばね１２が設けられる。前腕補償用カム１１及び前腕補償用ばね１２は、原動プーリ１０及び従動プーリ８並びにタイミングベルト９を介して、前腕リンク５の回転角度に応じたトルクを前腕リンク５に付与する。このような機械的な自重補償機構は、従来と異なりリンク機構を用いておらず、簡易な構成である。したがって、従来と異なりリンクの機構的干渉によって可動域が制限されることがないので、広範な動作範囲を持つロボットマニピュレータを提供できる。
【００３３】
また、従動プーリ８、タイミングベルト９、原動プーリ１０、前腕補償用カム１１、前腕補償用ばね１２により構成される機械的な自重補償機構は、従来のリンク機構に比べてコンパクトな構成ですむので、ロボットマニピュレータを小型化するのに適している。
【００３４】
また、従来に比べてリンク数を減らせるのでロボットマニピュレータの軽量化を実現でき、これに伴いロボットマニピュレータの位置決め精度を向上させやすい。
【００３５】
さらに、ロボットマニピュレータの位置決め精度の向上に関連するが、第一関節２及び第二関節４に、上腕駆動アクチュエータ６、前腕駆動アクチュエータ７を直接接続することが容易である。すなわち、上腕リンク３や前腕リンク５を回転駆動するための駆動源として、減速機を介さずにアクチュエータを関節に直接接続するダイレクトドライブ方式の駆動形態を採用することが容易である。図８に、ダイレクトドライブ方式の駆動形態を採用したロボットマニピュレータを示す。
【００３６】
［実施例］
図８に示すロボットマニピュレータは、二つのアクチュエータ（上腕駆動アクチュエータ６と前腕駆動アクチュエータ７）が前腕リンク５、上腕リンク３それぞれに直接接続されている。この場合でも、上腕リンク３の自重を支える機械的な自重補償機構、前腕リンク５の自重を補償する前腕自重補償機構は、上述の構成であってよい。ただし、前腕自重補償機構は、アクチュエータ（６，７）とは別経路で第二関節４（図１参照）を支持する構成となる。
【００３７】
この実施例に示すロボットマニピュレータにおいて、前腕自重補償機構は第二関節４にかかる前腕リンク５の回転角度に応じた負荷を正確に伝達できればよい。そのため、前腕リンク５や上腕リンク３の剛性は高くなくてもよい。すなわち、ダイレクトドライブ方式のロボットマニピュレータの場合、各々の自重補償機構は関節駆動機能を有しない。つまり、関節駆動機能と自重補償機構とは分離されており、これらを並列化することが可能である。そのため、関節駆動機構によりリンクを直接駆動することができる。これによれば、従来のリンク機構で顕著であった遊び（ガタ）や剛性低下を防ぐことが可能である。また、精密な位置決め制御が可能である。
【００３８】
なお、前腕リンク５の自重を補償する前腕自重補償機構は、従動プーリ８、原動プーリ１０、タイミングベルト９により構成されていなくてもよい。例えば、巻回部材としてタイミングベルト９の代わりにスチールチェーンを用い、従動プーリ８、原動プーリ１０の代わりにスプロケットを用いてよい。この場合、姿勢維持のために大きなトルクが必要な場合であっても、スチールチェーンとスプロケットとの間にはすべりが生じ難いので、前腕自重補償機構は前腕リンク５の回転角度に応じた負荷を正確に伝達することができる。
【００３９】
上述した実施形態では、ロボットマニピュレータとして２自由度マニピュレータを示したがこれに限らず、前腕リンク５の葉先側に１つ以上の関節及び１つ以上のリンクを備えたより自由度の高いマニピュレータであってよい。例えば、図１のロボットマニピュレータにおいて、支持部１５が重力方向と略平行な回転軸（第三関節）を有した２つのリンクからなり、また前腕リンク５の葉先側にさらに３つのリンクを３つの関節により順に接続した６自由度マニピュレータであってよい。
【符号の説明】
【００４０】
１…基台、２…第一関節、３…上腕リンク、４…第二関節、５…前腕リンク、６…上腕駆動アクチュエータ、７…前腕駆動アクチュエータ、８…従動プーリ、９…タイミングベルト、１０…原動プーリ、１１…前腕補償用カム、１２…前腕補償用ばね、１３…上腕補償用カム、１４…上腕補償用ばね、１５…支持部
【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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