(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、前記ベースに対して旋回可能に基端部が支持されたリンクと、前記リンクの両側に配置され、前記リンクの基端部に作用させる引っ張り力の差分により前記リンクを旋回駆動する一対の駆動部と、を備えたリンク機構において、
前記各駆動部は、
前記リンクの基端部及び前記ベースのうちの一方に一端部が固定された伸縮自在な紐状弾性部材と、
前記リンクの基端部及び前記ベースのうちの他方に設けられ、前記紐状弾性部材の他端部の引き込み量を調整する調整機構と、を有し、
前記紐状弾性部材は、他端部から一端部に向かって断面積が漸次大きくなるように形成されていることを特徴とするリンク機構。
【請求項２】
ベースと、前記ベースに対して旋回可能に基端部が支持されたリンクと、前記リンクの両側に配置され、前記リンクの基端部に作用させる引っ張り力の差分により前記リンクを旋回駆動する一対の駆動部と、を備えたリンク機構において、
前記各駆動部は、
前記リンクの基端部及び前記ベースのうちの一方に一端部が固定された伸縮自在な紐状弾性部材と、
前記リンクの基端部及び前記ベースのうちの他方に設けられ、前記紐状弾性部材の他端部の引き込み量を調整する調整機構と、を有し、
前記紐状弾性部材は、他端部から一端部に向かって断面積が漸次小さくなるように形成されていることを特徴とするリンク機構。
【請求項３】
前記調整機構は、
前記紐状弾性部材の他端部を巻き取る駆動プーリと、
前記駆動プーリを回転駆動する回転駆動源と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のリンク機構。
【請求項４】
前記調整機構は、
前記紐状弾性部材の他端部を挟持して回転する一対のローラと、
前記一対のローラの少なくとも一方を回転駆動する回転駆動源と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のリンク機構。
【請求項５】
ベースと、前記ベースに対して旋回可能に基端部が支持されたリンクと、前記リンクの両側に配置され、前記リンクの基端部に作用させる引っ張り力の差分により前記リンクを旋回駆動する一対の駆動部と、を備えたリンク機構において、
前記各駆動部は、
伸縮自在な紐状弾性部材と、
前記リンクの基端部に設けられ、前記紐状弾性部材の一端部の引き込み量を調整する第１の調整機構と、
前記ベースに設けられ、前記紐状弾性部材の他端部の引き込み量を調整する第２の調整機構と、を有することを特徴とするリンク機構。
【請求項６】
ベースと、前記ベースに対して旋回可能に基端部が支持されたリンクと、前記リンクの両側に配置され、前記リンクの基端部に作用させる引っ張り力の差分により前記リンクを旋回駆動する一対の駆動部と、を備えたリンク機構において、
前記各駆動部は、
前記リンクの基端部に回転可能に設けられた従動プーリと、
前記従動プーリに架け回された伸縮自在な紐状弾性部材と、
前記ベースに設けられ、前記紐状弾性部材の一端部の引き込み量を調整する第１の調整機構と、
前記ベースに設けられ、前記紐状弾性部材の他端部の引き込み量を調整する第２の調整機構と、を有することを特徴とするリンク機構。
【請求項７】
前記第１の調整機構は、
前記紐状弾性部材の一端部を巻き取る第１の駆動プーリと、
前記第１の駆動プーリを回転駆動する第１の回転駆動源と、を有し、
前記第２の調整機構は、
前記紐状弾性部材の他端部を巻き取る第２の駆動プーリと、
前記第２の駆動プーリを回転駆動する第２の回転駆動源と、を有することを特徴とする請求項５又は６に記載のリンク機構。
【請求項８】
前記第１の調整機構は、
前記紐状弾性部材の一端部を挟持して回転する一対の第１のローラと、
前記一対の第１のローラの少なくとも一方を回転駆動する第１の回転駆動源と、を有し、
前記第２の調整機構は、
前記紐状弾性部材の他端部を挟持して回転する一対の第２のローラと、
前記一対の第２のローラの少なくとも一方を回転駆動する第２の回転駆動源と、を有することを特徴とする請求項５又は６に記載のリンク機構。
【請求項９】
前記第１の回転駆動源及び前記第２の回転駆動源のうちの一方の回転駆動源は、他方の回転駆動源よりも出力トルクが高いことを特徴とする請求項７又は８に記載のリンク機構。
【請求項１０】
前記紐状弾性部材は、引っ張り剛性の低い低剛性弾性部と引っ張り剛性の高い高剛性弾性部とが接続されて形成されていることを特徴とする請求項５乃至９のいずれか１項に記載のリンク機構。
【請求項１１】
前記紐状弾性部材は、他端部から一端部に向かって断面積が漸次大きくなる、または、漸次小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項５乃至９のいずれか１項に記載のリンク機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手先が対象物に柔軟に接触できるマニピュレータの駆動に適したリンク機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マニピュレータの制御方法において、手先が対象物に柔軟に接触できることが重要になってきている。これを産業ロボットに応用すれば、人間との共同作業が実現でき、また、手先の柔軟性の方向を制御することにより部品の嵌め合い作業等が容易になる。また、これを脚式移動ロボットに応用すれば、地面に柔らかく接地することで胴体に対する衝撃が和らげられ、段差を吸収することで不整地を安定に歩行することが可能となる。また、ペットロボットに応用すれば、生きた本物の動物に近い動作や感触が得られるので心を癒す効果が大きくなると期待できる。
【０００３】
人間あるいは動物の筋肉はアクチュエータであると同時に、粘弾性可変の制御機構であることが知られている。一方、ＭｃＫｉｂｂｅｎ型人工筋肉に代表される空気圧ゴム人工筋肉は、粘弾性特性が筋に類似しているので、マニピュレータに配置して人工筋肉アクチュエータの柔らかさを制御することで、任意の手先の柔軟性で対象物に接触させる技術開発が進められている。
【０００４】
この種のリンク機構において、２つのリンクの間に張られたワイヤを用いて圧縮流体が供給される空気圧ゴム人工筋肉アクチュエータで関節を駆動するものが提案されている（特許文献１参照）。このタイプの空気圧ゴム人工筋肉アクチュエータは内部に供給される空気圧が高いほど剛性が高くなることが知られている。
【０００５】
また、空気圧ゴム人工筋の特性評価について、空気圧によって剛性が制御されるデータが開示されている（非特許文献１参照）。この非特許文献には、内部圧力が２５０ｋＰａの時は２２ｍｍから５１ｍｍまで２９ｍｍ伸ばすのに約１０Ｎの力を要している。即ち、約０．３４Ｎ／ｍｍの剛性である。一方、内部圧力が１００ｋＰａの時は２２ｍｍから５１ｍｍまで２９ｍｍ伸ばすのに約５Ｎの力を要している。即ち、約０．１７Ｎ／ｍｍの剛性である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１０３２７０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】日本機械学会論文集（Ｃ）７３巻７３２号、ｐ１４６−Ｐ１５２、「低圧駆動型空気圧アクチュエータの開発と制御性能」、（論文Ｎｏ．０７−０１２０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、空気圧ゴム人工筋肉アクチュエータの管状膨張体は高い内部空気圧に耐えるよう所定の剛性を有するゴムでできている。さらに、その外周を包み込む被覆体は膨張体の膨張を抑制できる強度を有する硬い繊維でできている。このように、空気圧ゴム人工筋肉アクチュエータは、膨張体と被覆体による管状構造であるため、内部圧力を最低圧力（大気圧と同等）まで下げても、引っ張り剛性に下限がある。
【０００９】
従って、関節剛性の調整できる幅が狭く、マニピュレータが人などに接触したときに、接触に追従して関節を柔らかくする程度の関節剛性に設定することはできるが、ペットロボット等に適用した場合などは体が硬く、優しく癒される柔らかさは得られなかった。また、パワースーツのようなパワーアシスト装置に適用した場合は、筋力補助を必要としないときも人工筋肉アクチュエータの剛性が下がらないため、装着者はこの剛性力に抗して動かなければならず、自由な動作が妨げられていた。
【００１０】
そこで、本発明は、ベースに対するリンクの剛性を、低剛性から高剛性まで幅広く調整できるリンク機構を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ベースと、前記ベースに対して旋回可能に基端部が支持されたリンクと、前記リンクの両側に配置され、前記リンクの基端部に作用させる引っ張り力の差分により前記リンクを旋回駆動する一対の駆動部と、を備えたリンク機構において、前記各駆動部は、前記リンクの基端部及び前記ベースのうちの一方に一端部が固定された伸縮自在な紐状弾性部材と、前記リンクの基端部及び前記ベースのうちの他方に設けられ、前記紐状弾性部材の他端部の引き込み量を調整する調整機構と、を有し、前記紐状弾性部材は、他端部から一端部に向かって断面積が漸次大きくなるように形成されていることを特徴とする。
また、本発明は、ベースと、前記ベースに対して旋回可能に基端部が支持されたリンクと、前記リンクの両側に配置され、前記リンクの基端部に作用させる引っ張り力の差分により前記リンクを旋回駆動する一対の駆動部と、を備えたリンク機構において、前記各駆動部は、前記リンクの基端部及び前記ベースのうちの一方に一端部が固定された伸縮自在な紐状弾性部材と、前記リンクの基端部及び前記ベースのうちの他方に設けられ、前記紐状弾性部材の他端部の引き込み量を調整する調整機構と、を有し、前記紐状弾性部材は、他端部から一端部に向かって断面積が漸次小さくなるように形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、ベースと、前記ベースに対して旋回可能に基端部が支持されたリンクと、前記リンクの両側に配置され、前記リンクの基端部に作用させる引っ張り力の差分により前記リンクを旋回駆動する一対の駆動部と、を備えたリンク機構において、前記各駆動部は、伸縮自在な紐状弾性部材と、前記リンクの基端部に設けられ、前記紐状弾性部材の一端部の引き込み量を調整する第１の調整機構と、前記ベースに設けられ、前記紐状弾性部材の他端部の引き込み量を調整する第２の調整機構と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、ベースと、前記ベースに対して旋回可能に基端部が支持されたリンクと、前記リンクの両側に配置され、前記リンクの基端部に作用させる引っ張り力の差分により前記リンクを旋回駆動する一対の駆動部と、を備えたリンク機構において、前記各駆動部は、前記リンクの基端部に回転可能に設けられた従動プーリと、前記従動プーリに架け回された伸縮自在な紐状弾性部材と、前記ベースに設けられ、前記紐状弾性部材の一端部の引き込み量を調整する第１の調整機構と、前記ベースに設けられ、前記紐状弾性部材の他端部の引き込み量を調整する第２の調整機構と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、調整機構による紐状弾性部材の引き込み量を調整することで、各紐状弾性部材の有効長さを変えることができ、ベースに対するリンクの剛性を、低剛性から高剛性まで幅広く自由に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るリンク機構の概略構成を示す説明図である。
【図２】調整機構の模式図であり、（ａ）は回転駆動源と駆動プーリとの連結状態を示す図、（ｂ）は駆動プーリにより被駆動物体を引っ張っている状態を示す図である。
【図３】紐状弾性部材の巻き取り量との引っ張り剛性との関係の説明するための図であり、（ａ）は紐状弾性部材の有効長さを説明するための図、（ｂ）は紐状弾性部材の有効長さと紐状弾性部材の先端に作用させた外力との関係を示す図である。
【図４】紐状弾性部材の斜視図であり、（ａ）は他端部から一端部に向かって断面積が漸次大きくなる紐状弾性部材を示す図、（ｂ）は他端部から一端部に向かって断面積が漸次小さくなる紐状弾性部材を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るリンク機構の概略構成を示す説明図である。
【図６】駆動プーリの動作を説明するための図であり、（ａ）は紐状弾性部材が低剛性弾性部と高剛性弾性部との中間で駆動プーリに巻き付いている状態を示す図、（ｂ），（ｃ）は駆動プーリを回転させると共に移動させた状態を示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るリンク機構の概略構成を示す説明図である。
【図８】駆動部を示す説明図である。
【図９】第１の駆動プーリと第２の駆動プーリとの間の紐状弾性部材の有効長さと、両者の間に働く力の関係を示した図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係るリンク機構の概略構成を示す説明図である。
【図１１】駆動部を示す説明図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係るリンク機構の概略構成を示す説明図である。
【図１３】駆動部を示す説明図である。
【図１４】本発明の第６実施形態に係るリンク機構の概略構成を示す説明図である。
【図１５】本発明の第７実施形態に係るリンク機構の調整機構の概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るリンク機構の概略構成を示す説明図である。本第１実施形態のリンク機構１００は、作業ロボットや脚式移動ロボットに適用される。また、パワースーツのような人の筋力を補助するパワーアシスト装置にも適用可能である。
【００１８】
リンク機構１００は、ベース６と、基端部５ａ及び基端部５ａから延びるアーム部５ｂからなるリンク５とを備えている。リンク５の基端部５ａは、ベース６に軸受け７を介して支持されている。これによりリンク５は、ベース６に対して軸受け７で旋回可能となっている。
【００１９】
また、リンク機構１００は、リンク５の両側に（軸受け７の軸中心を含む平面Ｐを挟んで）対称配置され、リンク５の基端部５ａに作用させる引っ張り力の差分によりリンク５を旋回駆動する一対の駆動部２１，２１を備えている。
【００２０】
各駆動部２１は、伸縮自在な紐状弾性部材１と調整機構３１とを有している。調整機構３１は、駆動プーリ２と、駆動プーリ２を回転駆動する回転駆動源３とを有している。
【００２１】
紐状弾性部材１は、一端部１ａがリンク５の基端部５ａに固定され、他端部１ｂが駆動プーリ２に巻き取られる。紐状弾性部材１は、一端部１ａが、リンク５の基端部５ａ及びベース６のうちの一方、本第１実施形態ではリンク５の基端部５ａに固定され、他端部１ｂが駆動プーリ２に巻き取られる。調整機構３１は、リンク５の基端部５ａ及びベース６のうちの他方、本第１実施形態ではベース６に設けられている。紐状弾性部材１は、例えばゴムベルトやゴムチューブが好適であるが、求められる性能を満たせれば他の材質でも良く、金属のコイルばね、つづら折りになった金属ばねでもよい。
【００２２】
調整機構３１の回転駆動源３は正逆回転する出力軸を有し、駆動プーリ２が出力軸に固定されている。回転駆動源３は、駆動プーリ２を回転駆動することにより、紐状弾性部材１の他端部１ｂの巻き取り量、即ち紐状弾性部材１の引き込み量が調整される。これにより、紐状弾性部材１における駆動プーリ２とリンク５の基端部５ａとの間の有効長さが調整され、リンク５の基端部５ａに作用させる紐状弾性部材１による引っ張り力が調整される。なお、回転駆動源３は、出力軸が回転するものであればよく、電磁力を利用した回転モータや、減速器を介して出力軸が回転するものであってもよい。また、超音波モータ、静電モータなど電磁力を利用するタイプでなくともよい。
【００２３】
以上の構成で、一方の調整機構３１の駆動プーリ２を矢印α方向に回転させると、紐状弾性部材１の他端部１ｂが駆動プーリ２に巻き取られ、基端部５ａに作用する引っ張り力が大きくなる。逆に、駆動プーリ２を矢印α方向とは逆方向に回転させると、紐状弾性部材１の他端部１ｂが駆動プーリ２から繰り出され、基端部５ａに作用する引っ張り力が小さくなる。
【００２４】
これに対し、他方の調整機構３１の駆動プーリ２を矢印β方向に回転させると、紐状弾性部材１の他端部１ｂが駆動プーリ２に巻き取られ、基端部５ａに作用する引っ張り力が大きくなる。逆に、駆動プーリ２を矢印β方向とは逆方向に回転させると、紐状弾性部材１の他端部１ｂが駆動プーリ２から繰り出され、基端部５ａに作用する引っ張り力が小さくなる。
【００２５】
したがって、一方の調整機構３１による引っ張り力が他方の調整機構３１による引っ張り力よりも大きくなると、リンク５は、引っ張り力の差分に応じたトルクで矢印Ａ方向に旋回する。
【００２６】
更に、紐状弾性部材１における駆動プーリ２と基端部５ａとの間の有効長さが短くなると、紐状弾性部材１の引っ張り剛性が高まり、関節剛性（つまり、ベース６に対するリンク５の剛性）が高まる。逆に、紐状弾性部材１における駆動プーリ２と基端部５ａとの間の有効長さが長くなると、紐状弾性部材１の引っ張り剛性が低くなり、関節剛性（つまり、ベース６に対するリンク５の剛性）が低くなる。
【００２７】
図２は、調整機構３１の模式図である。図２（ａ）に示すように、回転駆動源３と駆動プーリ２とが連結されている。ここで、図２（ｂ）で示すような紐状弾性部材１を駆動プーリ２に巻き取ることにより、その先端に結合された被駆動物体４を矢印方向に駆動する場合を考える。
【００２８】
回転駆動源３が駆動プーリ２を回転駆動し、紐状弾性部材１を巻き取ると、紐状弾性部材１の有効長さが変化し、図２（ｂ）に示す矢印方向に被駆動物体４に巻き取り量（引き込む量）に応じた引っ張り力が作用する。具体的には、紐状弾性部材１の巻き取り量が増加するに連れて、紐状弾性部材１の有効長さが短くなり、引っ張り力が増加する。
【００２９】
単位長さ当たりの引っ張り剛性がＫｕである紐状弾性部材１の有効長さ（引っ張り力＝０の時の長さ、即ち自然長）が図３（ａ）で示すようにＬｎであるとする（ｎ＝１，２，３）。この紐状弾性部材１の一端部１ａに外力Ｆが掛かり引き伸ばされると、その外力Ｆと紐状弾性部材１の先端位置Ｘとの関係は図３（ｂ）に示すような特性となる。これは次式のように表され、引っ張り剛性Ｋ（Ｕ）はその発生力Ｕによって変えることができることがわかる。
【００３０】
【数１】
0005734043.tif 000002
【００３１】
従って、一方の駆動プーリ２を矢印α方向に、他方の駆動プーリ２を矢印β方向に回転駆動することにより、両方の紐状弾性部材１がそれぞれの駆動プーリ２に巻き取られ、紐状弾性部材１の引っ張り剛性が高まり、関節の剛性が高くなる。これにより、ベース６とリンク５との関節を動かさずに剛性のみを変えることができる。例えば、各紐状弾性部材１を少し弛むほどにすれば、ベース６に対するリンク５の剛性を殆んどゼロにまで小さくでき、短く巻き取れば非常に高い剛性にもすることができる。
【００３２】
以上、本第１実施形態によれば、調整機構３１により紐状弾性部材１の駆動プーリ２と基端部５ａとの間の有効長さを変えることで低剛性から高剛性まで幅広く関節剛性を調整することができる。したがって、ペットロボットにリンク機構１００を適用すれば、ペットロボット本体が柔軟となり、ペットロボットによる癒しの効果が向上する。また、パワースーツなどのパワーアシスト装置に適用すれば、筋力補助を必要としない時には有効長さを充分長くして引っ張り剛性をほぼゼロにしておくことができ（例えば少し弛むくらい長くしておくことができ）るので、装着者は自由に動作できる。なお、本実施形態では、両側の調整機構３１は同じものを使っているが、ペットロボットやパワーアシスト装置などでは重力に抗する力を発生する側の調整機構に大出力の回転駆動源を使うこともできる。
【００３３】
なお、図４に示すように、紐状弾性部材１の厚さを不均一にして、単位長さあたりの引っ張り剛性を部分的に異なるものとしてもよい。図４（ａ）は、紐状弾性部材１が、他端部１ｂから一端部１ａに向かって断面積が漸次大きくなるように形成されている場合を示している。この場合、一端部１ａに向かうほど断面積（厚さ）が大きいので、引っ張り剛性の制御範囲をより広くすることができる。
【００３４】
図４（ｂ）は、紐状弾性部材１が、他端部１ｂから一端部１ａに向かって断面積が漸次小さくなるように形成されている場合を示している。この場合、引っ張り剛性の制御範囲は狭くなるが、剛性変化がゆるやかになり、制御分解能が向上する。
【００３５】
以上、紐状弾性部材１の厚さを不均一にすることにより、紐状弾性部材１を部分的に単位長さあたりの引っ張り剛性が異なるものにすることができる。即ち、単位長さあたりの引っ張り剛性分布を適度に設計することにより、さらに広い範囲で引っ張り剛性を制御できる。そうすることにより、例えば、布、紙、スポンジ、豆腐、など柔らかいものを扱うマニピュレータに適した柔らかい関節剛性を実現でき、重いものを支えるマニピュレータに適した硬い関節剛性も実現できる。
【００３６】
また、第１実施形態では、紐状弾性部材１の一端部１ａがリンク５の基端部５ａに固定され、調整機構３１がベース６に設けられた場合について説明したが、これに限定するものではない。紐状弾性部材１の一端部１ａがベース６に固定され、調整機構３１がリンク５の基端部５ａに設けられた場合であってもよく、この場合も同様の作用効果を奏するものである。
【００３７】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るリンク機構について説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係るリンク機構の概略構成を示す説明図である。
【００３８】
本第２実施形態では、リンク機構１００Ａの紐状弾性部材１Ａは、引っ張り剛性の低い紐状の低剛性弾性部１−１（例えばゴムベルト）と引っ張り剛性の高い紐状の高剛性弾性部１−２（例えばスチールベルト）とが接続されて形成されている。そして、本第２実施形態では低剛性弾性部１−１と高剛性弾性部１−２との接続部分に剛性制御用の駆動プーリ２−１（回転モータは不図示）を配置し、低剛性弾性部１−１と高剛性弾性部１−２との有効長を変えて剛性を制御する。駆動プーリ２−１は、矢印γ１方向に回転するのに伴って矢印γ２方向に移動するように構成されている。具体的には、ベース６には、駆動プーリ２−１に固定された出力軸２−１ａを案内する長孔６ａが形成されており、出力軸２−１ａが長孔６ａに沿って移動することにより、駆動プーリ２−１が移動する。
【００３９】
剛性制御用の駆動プーリ２−１だけでもリンク５を駆動することはできるが、本第２実施形態では、さらに力発生用の駆動プーリ２−２をベース６上に配置して、リンク５の駆動範囲が広くとれるようにしている。
【００４０】
図６は、駆動プーリ２−１の動作を説明するための図である。図６（ａ）は、繋ぎ合わされた紐状弾性部材１が低剛性弾性部１−１と高剛性弾性部１−２との中間で駆動プーリ２−１に巻き付いている状態を示している。
【００４１】
駆動プーリ２−１が回転すると、図６（ｂ）あるいは図６（ｃ）に示すように駆動プーリ２−１が移動し、低剛性弾性部１−１と高剛性弾性部１−２の有効長さが変わり、紐状弾性部材１の全体の引っ張り剛性が変化する。
【００４２】
図６（ｂ）では低剛性弾性部１−１の有効長さが長くなり、高剛性弾性部１−２の有効長さが短くなるので、全体としては図６（ａ）の状態よりも低剛性になる。逆に、図６（ｃ）では低剛性弾性部１−１の有効長さが短くなり、高剛性弾性部１−２の有効長さが長くなるので、全体としては図６（ａ）の状態よりも高剛性になる。紐状弾性部材１の全体の長さは変わらないので、引っ張り力の増減はなく、剛性だけを制御できる。
【００４３】
なお、低剛性弾性部１−１をゴムベルトとし、高剛性弾性部１−２をスチールベルトとしたが、他の材質のものでもかまわない。また、材質は同じで高剛性弾性部１−２の断面積を低剛性弾性部１−１の断面積よりも大きくしてもよい。
【００４４】
［第３実施形態］
次に、本第３実施形態に係るリンク機構について説明する。図７は、本発明の第３実施形態に係るリンク機構の概略構成を示す説明図である。図８は、駆動部を示す説明図である。上記第１実施形態では、紐状弾性部材の一端部をリンクの基端部に固定したが、本第３実施形態では、紐状弾性部材の一端部も、上記第１実施形態と同様の調整機構により引き込み量が調整されるように構成されている。
【００４５】
具体的に説明すると、リンク機構１００Ｂの各駆動部２１Ｂは、伸縮自在な紐状弾性部材１Ｂを有している。また、各駆動部２１Ｂは、リンク５の基端部５ａに設けられ、紐状弾性部材１Ｂの一端部１ａの引き込み量を調整する第１の調整機構３１Ａと、ベース６に設けられ、紐状弾性部材１Ｂの他端部１ｂの引き込み量を調整する第２の調整機構３１Ｂとを有している。
【００４６】
第１の調整機構３１Ａは、紐状弾性部材１Ｂの一端部１ａを巻き取る第１の駆動プーリ２Ａと、第１の駆動プーリ２Ａを回転駆動する第１の回転駆動源３Ａとを有する。第２の調整機構３１Ｂは、紐状弾性部材１Ｂの他端部１ｂを巻き取る第２の駆動プーリ２Ｂと、第２の駆動プーリ２Ｂを回転駆動する第２の回転駆動源３Ｂとを有する。
【００４７】
各回転駆動源３Ａ，３Ｂは、出力軸が回転するものであればよく、電磁力を利用した回転モータや、減速器を介して出力軸が回転するものであってもよい。また、超音波モータ、静電モータなど電磁力を利用するタイプでなくともよい。
【００４８】
本第３実施形態の紐状弾性部材１Ｂは、引っ張り剛性の低い紐状の低剛性弾性部１−１（例えばゴムベルト）と、引っ張り剛性の高い紐状の高剛性弾性部１−２（例えばスチールベルト）とが接続されて形成されている。この繋ぎ合わされた紐状弾性部材１Ｂの両端部１ａ，１ｂが駆動プーリ２Ａ，２Ｂに巻き取られる構造になっている。本第３実施形態では、低剛性弾性部１−１が第１の駆動プーリ２Ａに巻き取られ、高剛性弾性部１−２が第２の駆動プーリ２Ｂに巻き取られる構造となっている。
【００４９】
したがって、第２の駆動プーリ２Ｂのみを回転させたときは紐状弾性部材１Ｂの長さが変化するが、剛性は変化しない。また、第１の駆動プーリ２Ａのみを回転させたときは紐状弾性部材１Ｂの長さ及び剛性が変化する。第２の駆動プーリ２Ｂを巻き取る方向に回転させると同時に第１の駆動プーリ２Ａを同じだけ解く方向に回転させると、紐状弾性部材１Ｂの長さは変わらず剛性だけを変化させることができる。
【００５０】
図９は、第１の駆動プーリ２Ａと第２の駆動プーリ２Ｂとの間の紐状弾性部材１Ｂの有効長さＸと、両者の間に働く力Ｆの関係を示した図である。両駆動プーリ２Ａ，２Ｂ間の自然長（Ｆ＝０のときの長さ）が同じであっても、２種類の弾性部１−１，１−２の長さの割合によってｄＦ／ｄＸが異なる。具体的には、低剛性弾性部１−１の長さに対する高剛性弾性部１−２の長さの割合が大きくなるに連れて、ｄＦ／ｄＸが大きくなる。即ち、上記第１実施形態において説明した図３（ｂ）の特性に比べて多様な剛性に制御できる。
【００５１】
以上、本第３実施形態によれば、上記第１実施形態と同様に、紐状弾性部材１Ｂが少し弛むほどにすればリンク機構１００Ｂの剛性を殆んどゼロにまで小さくできる。また、剛性の高い高剛性弾性部１−２のみが張られている状態にすると、短く巻き取らなくても非常に高い剛性を実現することができる。
【００５２】
また、第１の駆動プーリ２Ａと第２の駆動プーリ２Ｂとを同時に巻き取る方向に回転させると、ベース６に対してリンク５を関節で屈曲させる速度が２倍になり、同様に、同時に解く方向に回転させれば伸張速度が２倍になる、という効果もある。
【００５３】
なお、本第３実施形態では、紐状弾性部材１Ｂが、低剛性弾性部１−１と高剛性弾性部１−２とを接続して形成したが、上記第１実施形態と同様の紐状弾性部材１であってもよい。
【００５４】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係るリンク機構について説明する。図１０は、本発明の第４実施形態に係るリンク機構の概略構成を示す説明図である。図１１は、駆動部を示す説明図である。
【００５５】
図１０に示すリンク機構１００Ｃの各駆動部２１Ｃ−Ａ，２１Ｃ−Ｂは、同様の構成であり、図１１を参照しながら説明する。各駆動部２１Ｃ（２１Ｃ−Ａ，２１Ｃ−Ｂ）は、上記第１実施形態と同様の伸縮自在な紐状弾性部材１（例えばゴムベルト）を有している。また、各駆動部２１Ｃは、リンク５の基端部５ａに設けられ、紐状弾性部材１の一端部１ａの引き込み量を調整する第１の調整機構３１Ａと、ベース６に設けられ、紐状弾性部材１の他端部１ｂの引き込み量を調整する第２の調整機構３１Ｃとを有している。
【００５６】
第１の調整機構３１Ａは、紐状弾性部材１の一端部１ａを巻き取る第１の駆動プーリ２Ａと、第１の駆動プーリ２Ａを回転駆動する第１の回転駆動源３Ａとを有する。第２の調整機構３１Ｃは、紐状弾性部材１の他端部１ｂを巻き取る第２の駆動プーリ２Ｃと、第２の駆動プーリ２Ｃを回転駆動する第２の回転駆動源３Ｃとを有する。
【００５７】
ここで、第１の回転駆動源３Ａ及び第２の回転駆動源３Ｃのうちの一方の回転駆動源（例えば第２の回転駆動源３Ｃ）は、他方の回転駆動源（例えば第１の回転駆動源３Ａ）よりも出力トルクが高く設定されている。例えば、第２の回転駆動源３Ｃは、第１の回転駆動源３Ａよりも比較的に高トルクが出力できる回転モータ（例えば、超音波モータ）や、回転モータ（例えば、電磁式回転モータ）と減速比の大きい減速器とを組み合わせたものである。回転駆動源３Ｃは、駆動プーリ２Ｃを高速で回転させる必要はなく出力パワーはそれほど大きくないので小型なモータが使用できる。
【００５８】
一方、第１の駆動プーリ２Ａには、回転駆動源３Ｃよりも比較的に高回転数が出力できる回転駆動源３Ａが接続されている。この回転駆動源３Ａは、回転モータ、あるいは回転モータと減速器とを組み合わせたものである。例えば、回転駆動源３Ａは、電磁式回転モータと減速比の小さい減速器とを組み合わせたものである。ただし、減速器の出力側、すなわち第１の駆動プーリ２Ａ側から入力されるトルクで回転モータを回転させることができない、即ち逆可動性のない機構となっている。こちらは高トルクを出力する必要はないので出力パワーはそれほど大きくないので小型なモータが使用できる。駆動プーリ２Ａ，２Ｃのいずれも大きな出力パワーを必要としないのでリンク機構１００Ｃ全体を小型にすることができる。
【００５９】
次に、リンク機構１００Ｃの動作について図１０を参照しながら説明する。この例では紐状弾性部材１−Ａ，１−Ｂに蓄積した弾性エネルギを利用した瞬発動作について説明する。
【００６０】
まず、最初の準備として、一方の駆動部２１Ｃ−Ａの第２の駆動プーリ２Ｃ−Ａを回転させて紐状弾性部材１−Ａを巻き取る。この時、第１の駆動プーリ２Ａ−Ａは停止したままにする。第２の駆動プーリ２Ｃ−Ａは高トルクを出力できるので紐状弾性部材１−Ａを高トルクで巻き取り、第１の駆動プーリ２Ａ−Ａは逆可動性がないので紐状弾性部材１−Ａを強く引き伸ばすことができる。
【００６１】
他方の駆動部２１Ｃ−Ｂの第１の駆動プーリ２Ａ−Ｂ及び第２の駆動プーリ２Ｃ−Ｂは静止したままであると紐状弾性部材１−Ｂは引き伸ばされて、リンク５は矢印Ａ方向に旋回する。紐状弾性部材１−Ａ，１−Ｂに弾性エネルギが蓄積された状態として準備完となる。
【００６２】
次に瞬発動作をする時は、第１の駆動プーリ２Ａ−Ａを解く方向に高速回転させると同時に第１の駆動プーリ２Ａ−Ｂを巻き取る方向に高速回転させる。リンク５は矢印Ｂ方向に高速に旋回するが、第１の駆動プーリ２Ａ−Ａと第１の駆動プーリ２Ａ−Ｂの回転だけでなく、紐状弾性部材１の力も出せるのでリンク５は大きな加速度で動くことができる。また外力がかかっていても高速で動くことができる。ロボットが走ったり、跳躍したりする動作に有効な方法である。
【００６３】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係るリンク機構について説明する。図１２は、本発明の第５実施形態に係るリンク機構の概略構成を示す説明図である。図１３は、駆動部を示す説明図である。本第５実施形態のリンク機構１００Ｄでは、上記第４実施形態のリンク機構１００Ｃにおいて紐状弾性部材１を上記第３実施形態の紐状弾性部材１Ｂに置き換えたものである。
【００６４】
なお、駆動部２１Ｄ−Ａと駆動部２１Ｄ−Ｂとは、同一構成であり、図１３を参照しながら説明する。各駆動部２１Ｄの紐状弾性部材１Ｂは、引っ張り剛性の低い紐状の低剛性弾性部１−１（例えばゴムベルト）と引っ張り剛性の高い紐状の高剛性弾性部１−２（例えばスチールベルト）とが繋ぎ合わされて形成されている。
【００６５】
そして、第１の駆動プーリ２Ａに紐状弾性部材１の一端部１ａである低剛性弾性部１−１が巻き取られ、第２の駆動プーリ２Ｃに紐状弾性部材１の他端部１ｂである高剛性弾性部１−２が巻き取られるように構成されている。
【００６６】
次に、リンク機構１００Ｄの動作について図１２を参照しながら説明する。この例では紐状弾性部材１Ｂ−Ａ，１Ｂ−Ｂに蓄積した弾性エネルギを利用した瞬発動作について説明する。
【００６７】
まず、最初の準備として、一方の駆動部２１Ｄ−Ａの第２の駆動プーリ２Ｃ−Ａを回転させて紐状弾性部材１Ｂ−Ａを巻き取る。この時、第１の駆動プーリ２Ａ−Ａは停止したままにする。第２の駆動プーリ２Ｃ−Ａは高トルクを出力できるので紐状弾性部材１Ｂ−Ａを高トルクで巻き取り、第１の駆動プーリ２Ａ−Ａは逆可動性がないので紐状弾性部材１Ｂ−Ａを強く引き伸ばすことができる。
【００６８】
他方の駆動部２１Ｄ−Ｂの第１の駆動プーリ２Ａ−Ｂ及び第２の駆動プーリ２Ｃ−Ｂは静止したままであると紐状弾性部材１Ｂ−Ｂは引き伸ばされて、リンク５は矢印Ａ方向に旋回する。紐状弾性部材１Ｂ−Ａ，１Ｂ−Ｂに弾性エネルギが蓄積された状態として準備完となる。
【００６９】
次に瞬発動作をする時は、第１の駆動プーリ２Ａ−Ａを解く方向に高速回転させると同時に第１の駆動プーリ２Ａ−Ｂを巻き取る方向に高速回転させる。リンク５は矢印Ｂ方向に高速に旋回するが、第１の駆動プーリ２Ａ−Ａと第１の駆動プーリ２Ａ−Ｂの回転だけでなく、紐状弾性部材１Ｂの力も出せるのでリンク５は大きな加速度で動くことができる。また外力がかかっていても高速で動くことができる。ロボットが走ったり、跳躍したりする動作に有効な方法である。
【００７０】
更に、本第５実施形態では、第１の駆動プーリ２Ａ−Ａが紐状弾性部材１Ｂ−Ａを解くと同時に紐状弾性部材１Ｂ−Ａが収縮することがないので、ベース６に対してリンク５を関節で伸張させる効率を低めることがなくなる。つまり、本第５実施形態では、上記第４実施形態よりもさらに効率良く瞬発動作を行うことができる。
【００７１】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態に係るリンク機構について説明する。図１４は、本発明の第６実施形態に係るリンク機構の概略構成を示す説明図である。本第６実施形態のリンク機構１００Ｅは、上記第４実施形態における駆動部の構成を変更したものである。
【００７２】
リンク機構１００Ｅの各駆動部２１Ｅは、リンク５の基端部５ａに回転可能に設けられた従動プーリ２Ｅと、従動プーリ２Ｅに架け回された伸縮自在な紐状弾性部材１と、を有する。また、各駆動部２１Ｅは、ベース６に設けられ、紐状弾性部材１の一端部１ａの引き込み量を調整する第１の調整機構３１Ａと、ベース６に設けられ、紐状弾性部材１の他端部１ｂの引き込み量を調整する第２の調整機構３１Ｃと、を有する。つまり、本第６実施形態では、第１の調整機構３１Ａの配置を、上記第４実施形態におけるリンク５の基端部５ａからベース６に変更したものであり、それに伴って従動プーリ２Ｅをリンク５の基端部５ａに設けたものである。
【００７３】
ここで、第１の調整機構３１Ａは、第１の駆動プーリ２Ａと第１の回転駆動源３Ａとからなり、第２の調整機構３１Ｃは、第２の駆動プーリ２Ｃと第２の回転駆動源３Ｃとからなる。そして、従動プーリ２Ｅには、回転駆動源は接続されていない。
【００７４】
したがって、質量の大きいモータおよび減速器等の回転駆動源３Ａ，３Ｃがベース６側に配置され、リンク５が軽量になっているので、リンク５を俊敏に動作させるのに有利である。従動プーリ２Ｅは単に従動して回転するだけの滑車であればよい。
【００７５】
［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態に係るリンク機構について説明する。上記第１〜第６実施形態では、調整機構が、駆動プーリと、駆動プーリを回転駆動する回転駆動源とからなる場合について説明した。本第７実施形態では、上記第１実施形態のリンク機構において、調整機構の構成が異なるものである。図１５は、本発明の第７実施形態に係るリンク機構の調整機構の概略構成を示す説明図である。なお、リンク機構における調整機構以外の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００７６】
本第７実施形態の調整機構３１Ｆは、紐状弾性部材１の他端部１ｂを介して互いに圧接するように配置された一対のローラ２Ｆ，２Ｇと、一対のローラ２Ｆ，２Ｇのうち少なくとも一方（図１５ではローラ２Ｇ）を回転駆動する回転駆動源３Ｆと、を備えている。
【００７７】
一対のローラ２Ｆ，２Ｇは、紐状弾性部材１の他端部１ｂを挟持しており、各ローラ２Ｆ，２Ｇが回転することで、紐状弾性部材１をリンクが配置されている側とは反対側に引き込むことができる。これにより、紐状弾性部材１における一対のローラ２Ｆ，２Ｇとリンクの基端部との間の有効長さを調整することができる。
【００７８】
ここで、紐状弾性部材１は、図１５（ａ）に示すように、いずれのローラ２Ｆ，２Ｇにも沿わずに引き込まれるようにしてもよく、図１５（ｂ）に示すように、いずれかのローラ（例えばローラ２Ｇ）に沿わせてよい。図１５（ａ）に示す調整機構３１Ｆにおいては、ローラ２Ｆ，２Ｇは、紐状弾性部材で巻き太り（巻き細り）することがなく、実質的な径が一定であるので、制御誤差が生じることはない。また、図１５（ｂ）に示すように、紐状弾性部材１をローラ２Ｇに沿わせれば弛んだ紐状弾性部材１が大きなスペースを占有したり、絡まったりすることもない。
【００７９】
なお、上述した調整機構３１Ｆは、上記第１実施形態のリンク機構のみならず、上記第２〜第６実施形態のリンク機構においても適用可能である。具体的には、調整機構３１Ｆは、上記第２実施形態の図５に示すリンク機構１００Ａにおいては、駆動プーリ２−２及びその回転駆動源に代わって適用することができる。
【００８０】
また、調整機構３１Ｆは、上記第３〜第６実施形態のリンク機構においては、上記第３〜第６実施形態の第１の調整機構に代わって適用することができる。その際、第１の調整機構３１Ｆは、紐状弾性部材の一端部を挟持して引き込む一対の第１のローラ２Ｆ，２Ｇと、一対の第１のローラの少なくとも一方を回転駆動する第１の回転駆動源３Ｆと、を有することとなる。同様に、調整機構３１Ｆは、上記第３〜第６実施形態のリンク機構においては、上記第３〜第６実施形態の第２の調整機構に代わって適用することができる。その際、第２の調整機構３１Ｆは、紐状弾性部材の他端部を挟持して引き込む一対の第２のローラ２Ｆ，２Ｇと、一対の第２のローラ２Ｆ，２Ｇの少なくとも一方を回転駆動する第２の回転駆動源３Ｆと、を有することとなる。
【００８１】
以上、上記実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００８２】
１，１Ａ，１Ｂ…紐状弾性部材、１ａ…一端部、１ｂ…他端部、２…駆動プーリ、２Ａ…第１の駆動プーリ、２Ｂ，２Ｃ…第２の駆動プーリ、２Ｅ…従動プーリ、２Ｆ，２Ｇ…ローラ、３…回転駆動源、３Ａ…第１の回転駆動源、３Ｂ，３Ｃ…第２の回転駆動源、３Ｆ…回転駆動源、５…リンク、５ａ…基端部、６…ベース、２１，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ…駆動部、３１…調整機構、３１Ａ…第１の調整機構、３１Ｂ，３１Ｃ…第２の調整機構、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ…リンク機構
【図１】
0005734043.tif 000003
【図２】
0005734043.tif 000004
【図３】
0005734043.tif 000005
【図４】
0005734043.tif 000006
【図５】
0005734043.tif 000007
【図６】
0005734043.tif 000008
【図７】
0005734043.tif 000009
【図８】
0005734043.tif 000010
【図９】
0005734043.tif 000011
【図１０】
0005734043.tif 000012
【図１１】
0005734043.tif 000013
【図１２】
0005734043.tif 000014
【図１３】
0005734043.tif 000015
【図１４】
0005734043.tif 000016
【図１５】
0005734043.tif 000017