(57)【要約】【課題】  ワイヤ駆動方式の多関節型マニピュレータにおいて、各関節の連結部の軸回転運動と折れ回動運動を、各連結部に対応する駆動手段によりそれぞれ独立に、かつ定量的に制御できるようにする。【解決手段】  多関節型マニピュレータ(A)の回転体(20,30)と回動アーム体(21,31)の運動は、ワイヤ(W1,W2,W3,W4)の往路と復路がモータ(M1,M2,M3,M4)により同量づつ正逆方向へ進退動することにより行われる。ワイヤは、それぞれが駆動する連結部(jb,jc,jd)に対して基側の連結部(ja,jb,jc)が動いたとき、回転体(30)または回動アーム体(21,31)側のワイヤ固定部と、モータ側のワイヤ固定部間の往路と復路がそれぞれ同方向へ同量ずつ変化する。ワイヤの進退動により、回転体(20,30)または回動アーム体(21)が動いたときは、それより先側の連結部(jb,jc,jd)を駆動するモータがワイヤの掛け渡し方向へ進退動する。【選択図】        図３
2005288590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアーム構成部材が関節部(J1,J2)で連結されており、
関節部(J1,J2)は、
軸回転運動自在に連結された回転体(20,30)の連結部である回転連結部(ja,jc)と、
回転体(20,30)に折れ回動運動自在に連結された回動アーム体(21,31)の連結部である折れ回動連結部(jb,jd)により構成されており、
回転体(20,30)の軸回転運動と回動アーム体(21,31)の折れ回動運動は、ワイヤ(W1,W2,W3,W4)の往路と復路が、駆動手段(M1,M2,M3,M4)により同量づつ正逆方向へ進退動することにより行われるようにしてあり、
ワイヤ(W2,W3,W4)は、それぞれが駆動する連結部(jb,jc,jd)に対して基側となる連結部(ja,jb,jc)が回転または回動した場合は、回転体(30)側または回動アーム体(21,31)側のワイヤ固定部(210,308,314)と、駆動手段(M2,M3,M4)側のワイヤ固定部(430,440,450)間のワイヤの往路と復路の距離が、それぞれ同方向へ同量ずつ変化するように基側となる回転体(20,30)または回動アーム体(21)に通してあり、
ワイヤ(W2,W3,W4)の往路と復路の距離が同方向へ同量ずつ変化しようとする場合には、それぞれの駆動手段(M2,M3,M4)がワイヤの掛け渡し方向へ進退動できるようにして、ワイヤ(W2,W3,W4)の往路と復路へ均等にテンションがかかるようにすることにより、回転または回動する連結部(ja,jb,jc)より先側の回転体(30)または回動アーム体(21,31)の連結部における回転角度は変化しないようにしてあり、
回転体(20,30)および回動アーム体(21,31)は、それぞれを駆動する駆動手段(M1,M2,M3,M4)により、連結部(ja,jb,jc,jd)において回転または回動する角度を定量的に、かつ独立して制御できるようにしてあることを特徴とする、
多関節型マニピュレータ。
【請求項２】
ワイヤ(W2,W3,W4)は、それぞれが駆動する連結部(jb,jc,jd)に対して基側となる連結部(ja,jc)が回転した場合は、回転体(30)側または回動アーム体(21,31)側のワイヤ固定部(210,308,314)と、駆動手段(M2,M3,M4)側のワイヤ固定部(430,440,450)間のワイヤの往路と復路の距離が、それぞれ同方向へ同量ずつ変化するようにする構造は、
基側となる回転体(20,30)より先側に設けてある回転体(30)または回動アーム体(21,31)を駆動するワイヤ(W2,W3,W4)の往路と復路を、回転体(20,30)の回転中心軸線に対し対称の位置を通るよう案内する構造を含むことを特徴とする、
請求項１記載の多関節型マニピュレータ。
【請求項３】
ワイヤ(W3,W4)は、それぞれが駆動する連結部(jc,jd)に対して基側となる連結部(jb)が回動した場合は、回転体(30)側または回動アーム体(31)側のワイヤ固定部(308,314)と、駆動手段(M3,M4)側のワイヤ固定部(440,450)間のワイヤの往路と復路の距離が、それぞれ同方向へ同量ずつ変化するようにする構造は、
回動アーム体(21)より先側に設けてある回転体(30)または回動アーム体(31)を駆動するワイヤ(W3,W4)は、基側となる回動アーム体(21)の回動中心軸(209)の外周または回動中心軸(209)を中心とする円周上に、それぞれに同じ屈曲半径となるように回し掛けて誘導される構造を含むことを特徴とする、
請求項１記載の多関節型マニピュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多関節型マニピュレータに関するものである。更に詳しくは、ワイヤにより駆動する方式の多関節型マニピュレータであって、各関節の連結部の軸回転運動と折れ回動運動を、各連結部に対応する駆動手段によりそれぞれ独立に、かつ定量的に制御でき、各連結部の動きを組み合わせた複雑な動きでも、各駆動手段を定量的に駆動するだけで制御できる多関節型マニピュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、医療の分野あるいは高レベルの放射性物質等の危険物を取り扱う各分野、更には工業製品の製造の分野等において、多関節型マニピュレータ(manipulator［minipjileitir］)が使用されている。
多関節型マニピュレータは、複数の可動アーム体と各可動アーム体を結合する複数の関節部を有しており、一般的にはモータ等のアクチュエータによって駆動されるものである。このような多関節型マニピュレータには、動きを手動で制御するもの（例えば医療分野、危険物を取り扱う分野等）やプログラムで制御するもの（例えば工業製品の製造分野等）がある。
【０００３】
多関節型マニピュレータとしては、従来より、各関節に独立して駆動用モータを設けたものがある。これは比較的大型のマニピュレータに採用される構造である。比較的小型のものとしては、マニピュレータの本体とは別に設けた駆動用モータの駆動力をワイヤ（ワイヤ等）によって各関節に伝えて動かすようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載されたロボットアームは、駆動する多関節型マニピュレータの関節の数ｎ＋１（正確には、ｎ＋１を超える最小の偶数本）のワイヤと駆動系により、各関節を制御駆動できるものである。
【０００５】
【特許文献１】特開平４−３００１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した特許文献１記載のロボットアームには次のような課題があった。
すなわち、ロボットアームは、各関節をワイヤで駆動する際、個々の関節と駆動手段を１対１で独立して制御するようにはなっていない。
例えば、基側となる関節を駆動させる場合には、その関節より先側に構成される関節と駆動手段までの距離も変化するため、先側にあるすべての関節に対応する駆動手段を同時に制御する必要があった。
【０００７】
つまり、例えばすべての関節を同時に駆動する場合には、ワイヤを引っ張り、または送り出す速度に速度差を設け、同期をとって制御したり、更には各関節を確実に動かすために、各関節におけるワイヤのトルクをトルクセンサで測定して、ワイヤの駆動トルクの制御系にフィードバックする等、複雑な制御を行わなければならなかった。
【０００８】
（本発明の目的）
本発明は、ワイヤにより駆動する方式の多関節型マニピュレータにおいて、各関節の連結部の軸回転運動と折れ回動運動を、各連結部に対応する駆動手段によりそれぞれ独立に、かつ定量的に制御でき、各連結部の動きを組み合わせた複雑な動きでも、各駆動手段を定量的に駆動するだけで制御できる多関節型マニピュレータ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】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明が講じた手段は次のとおりである。
【００１０】
第１の発明にあっては、
複数のアーム構成部材が関節部で連結されており、
関節部は、
軸回転運動自在に連結された回転体の連結部である回転連結部と、
回転体に折れ回動運動自在に連結された回動アーム体の連結部である折れ回動連結部により構成されており、
回転体の軸回転運動と回動アーム体の折れ回動運動は、ワイヤの往路と復路が、駆動手段により同量づつ正逆方向へ進退動することにより行われるようにしてあり、
ワイヤは、それぞれが駆動する連結部に対して基側となる連結部が回転または回動した場合は、回転体側または回動アーム体側のワイヤ固定部と、駆動手段側のワイヤ固定部間のワイヤの往路と復路の距離が、それぞれ同方向へ同量ずつ変化するように基側となる回転体または回動アーム体に通してあり、
ワイヤの往路と復路の距離が同方向へ同量ずつ変化しようとする場合には、それぞれの駆動手段がワイヤの掛け渡し方向へ進退動できるようにして、ワイヤの往路と復路へ均等にテンションがかかるようにすることにより、回転または回動する連結部より先側の回転体または回動アーム体の連結部における回転角度は変化しないようにしてあり、
回転体および回動アーム体は、それぞれを駆動する駆動手段により、連結部において回転または回動する角度を定量的に、かつ独立して制御できるようにしてあることを特徴とする、
多関節型マニピュレータである。
【００１１】
第２の発明にあっては、
ワイヤは、それぞれが駆動する連結部に対して基側となる連結部が回転した場合は、回転体側または回動アーム体側のワイヤ固定部と、駆動手段側のワイヤ固定部間のワイヤの往路と復路の距離が、それぞれ同方向へ同量ずつ変化するようにする構造は、
基側となる回転体より先側に設けてある回転体または回動アーム体を駆動するワイヤの往路と復路を、回転体の回転中心軸線に対し対称の位置を通るよう案内する構造を含むことを特徴とする、
第１の発明に係る多関節型マニピュレータである。
【００１２】
第３の発明にあっては、
ワイヤは、それぞれが駆動する連結部に対して基側となる連結部が回動した場合は、回転体側または回動アーム体側のワイヤ固定部と、駆動手段側のワイヤ固定部間のワイヤの往路と復路の距離が、それぞれ同方向へ同量ずつ変化するようにする構造は、
回動アーム体より先側に設けてある回転体または回動アーム体を駆動するワイヤは、基側となる回動アーム体の回動中心軸の外周または回動中心軸を中心とする円周上に、それぞれに同じ屈曲半径となるように回し掛けて誘導される構造を含むことを特徴とする、
第１の発明に係る多関節型マニピュレータである。
【００１３】
特許請求の範囲及び明細書にいうワイヤの用語は、例えば金属製のワイヤ、ワイヤロープ、合成樹脂製の紐、糸、ロープ、各種紐状体（釣り糸、撚り糸等）等の意味を含むものである。ワイヤは、本質的に伸縮しないものが好ましいが、これに限定せず、多少伸縮するものを採用することもできる。
ワイヤを回転体または回動アーム体につなぐ構造は、例えばワイヤを閉ループ状（無端状）にして、回転体または回動アーム体の外周部や回転軸等に回し掛ける構造の他、その構造に更にワイヤの一部を回転体または回動アーム体の所要箇所に固定する構造、あるいはワイヤの両端部を回転体または回動アーム体の外周部や回転軸等に固定する構造等であるが、これらに限定はされない。
【００１４】
また、ワイヤの固定方法としては、例えば固定ピン等による固定、接着剤による接着、引っ掛け、係止等が採用できる。
ワイヤを回転体の回転中心に通す構造は特に限定しないが、回転体の回転中心部に管体を設けてもよいし、回転体そのものをほぼ管体構造にすることもできる。
駆動手段は、ワイヤの進退操作ができるものであれば特に限定しないが、例えば動力源となるモータやエアシリンダ等のアクチュエータを含む構造である。
【００１５】
（作用）
本発明に係る多関節型マニピュレータの作用を説明する。なお、ここでは、本発明の各構成要件のそれぞれに、後述する実施の形態において各部に付与した符号を対応させて付与し説明する。この符号の付与は、あくまで説明の理解を助けるためであって各構成要件の上記各部への限定を意味するものではない。
【００１６】
本発明に係る多関節型マニピュレータは次のように作用する。
多関節型マニピュレータのワイヤ(W1,W2,W3,W4)を駆動手段(M1,M2,M3,M4)により同量づつ正逆方向へ進退動させる。
【００１７】
回転体(20,30)または回動アーム体(21)に通してあるワイヤ(W2,W3,W4)は、それぞれが駆動する連結部(jb,jc,jd)に対して基側となる連結部(ja,jb,jc)が回転または回動した場合には、回転体(30)側または回動アーム体(21,31)側のワイヤ固定部(210,308,314)と、駆動手段(M2,M3,M4)側のワイヤ固定部(430,440,450)のワイヤ経路の往路と復路の距離が、それぞれ同方向へ同量ずつ変化しようとする。
【００１８】
更に、ワイヤ(W2,W3,W4)への引っ張り方向の付勢により、回転体(20,30)または回動アーム体(21)が回転または回動した場合は、ワイヤの往路と復路の距離が、それぞれ同方向へ同量ずつ変化しようとするため、それらより先側に設けてある連結部(jb,jc,jd)を駆動する駆動手段(M2,M3,M4)がワイヤの掛け渡し方向へ進退動する。
このとき、ワイヤ(W2,W3,W4)の往路と復路には均等にテンションがかかり、回転または回動する連結部(ja,jb,jc)より先側の回転体(30)または回動アーム体(21,31)の連結部における回転角度は変化しない。
【００１９】
これにより、回転体(20,30)は、関節部(J1,J2)の回転連結部(ja,jc)において、それぞれを駆動する駆動手段(M1,M3)により、連結部(ja,jc,)において回転する角度が定量的に、かつ独立して制御されて軸回転運動をする。
また、回動アーム体(21,31)は関節部(J1,J2)の回動連結部(jb,jd)において、それぞれを駆動する駆動手段(M2,M4)により、連結部(jb,jd)において回動する角度が定量的に、かつ独立して制御されて折れ回動運動をする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る多関節型マニピュレータによれば、基側の連結部を回転または回動させたときに、それより先側の他の連結部の回転角または回動角は変化しないので、各連結部の軸回転運動と折れ回動運動を、対応する駆動手段によりそれぞれ独立に、かつ定量的に制御することができる。
従って、各連結部の動きを組み合わせた複雑な動きでも、各連結部に対応する各駆動手段を定量的に駆動するだけで制御できる。また、これにより制御が容易になるので、制御機器を省略できる分だけコストを安価に抑えることができ、玩具等への利用も図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明を図に示した実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例】
【００２２】
本発明を図面に示した実施の形態に基づき更に詳細に説明する。
図１は本発明に係る多関節型マニピュレータの一実施の形態を示す平面視説明図、
図２は多関節型マニピュレータの一部を省略した側面視説明図、
図３はアーム部を拡大した平面視概略説明図、
図４はアーム部を拡大した正面視概略説明図、
図５はアーム部の断面説明図である。
【００２３】
多関節型マニピュレータＭは、アーム部Ａと、それを駆動する駆動部Ｂにより構成されている。
アーム部Ａは、取付部１、基部アーム２、先部アーム３を備えている。
基部アーム２は、回転体２０と回動アーム体２１を有し、先部アーム３は、回転体３０と回動アーム体３１、ハンド体３２を有している。
関節部Ｊ１は、取付部１と回転体２０の連結部である軸回転ジョイントｊａと、回転体２０と回動アーム体２１の連結部である折れ回動ジョイントｊｂにより構成される。
また、関節部Ｊ２は、回動アーム体２１と回転体３０の連結部である軸回転ジョイントｊｃと、回転体３０と回動アーム体３１の連結部である折れ回動ジョイントｊｄにより構成される。
【００２４】
アーム部Ａの構造を詳細に説明する。
アーム部Ａは、後述する駆動部Ｂを構成する台板４０に取り付けてある。アーム部Ａは、アーム部Ａを後述する台板４０に取り付けるための固着具となる取付部１を有している。
取付部１は、ほぼ直方体のブロック状で、二箇所に収容空間部１０、１１を有している。収容空間部１０、１１は、それぞれ上面側から後面側にかけて設けられている。また、収容空間部１０、１１間には、連通路１８が設けてある。連通路１８は、後述する回転体２０に設けてある誘導通路２００と連通する位置に設けてある。
【００２５】
収容空間部１０（図１において右側）について説明する。
収容空間部１０は、モータＭ２、Ｍ３、Ｍ４の回転体４３、４４、４５からアーム部Ａの連結部jb、jc、jdにつながれるワイヤＷ２、Ｗ３、Ｗ４（各ワイヤＷ２、Ｗ３、Ｗ４はそれぞれ閉ループを構成しているので、各ワイヤ当たりで往復二本ある）を通して方向を変える各ピンを配置するためのものである。
収容空間部１０は、上記したように取付部１の上面側から後面側にかけて設けてあり、前端面から後方へ及び底面から上方へ所要の間隔をおいて受部材１２が設けてある。受部材１２の前方には、上下に所定の間隔をおいて二本のガイドピン１３、１４が横方向へ平行に固着してある。
【００２６】
ガイドピン１３、１４の間には、それぞれ上下二本一組のガイドピン１５、１６、１７が収容空間部１０の前端面と受部材１２間に架け渡すようにして前後方向へ、かつガイドピン１３、１４と直角方向へ平行に固着してある。ガイドピン１５、１６、１７は、それぞれの上下の間隔がガイドピン１５、１５より１６、１６が、更に１６、１６より１７、１７が狭くなるように、また、回転体２０の回転軸からの距離がそれぞれ対称となるように設定されている（図４、図５参照）。
【００２７】
収容空間部１１（図１において左側）は、回転体２０の一端側のプーリ２２部分を収容し、回転体２０を軸支するためのものである。
収容空間部１１には、基部アーム２を構成する回転体２０が軸受２３を介し回転可能に軸支してある。軸受２３は玉軸受であり、後述する他の軸受も同様であるが、玉軸受以外の各種転がり軸受あるいは滑り軸受等、他の構造の軸受を採用することもできる。
【００２８】
回転体２０は、長さ方向に貫通した誘導通路２００を有する構造である。回転体２０の基側（図５において右側）は円管状に形成してあり、回転体２０はこの円管部２０１を軸受２３に固着して取り付けてある。
上記プーリ２２の長さは収容空間部１１の幅よりやや短く形成され、円管部２０１に固着してある。プーリ２２は、収容空間部１１内部で回転可能である。
【００２９】
プーリ２２の一方寄りの外周部には、後述する閉ループ状のワイヤＷ１を一点で止める止めピン２２１が設けてある。止めピン２２１は、プーリ２２の外周部に設けてある凹部（符号省略）にワイヤＷ１を挟み込むようにして圧入することによりワイヤＷ１を止めることができる。ワイヤＷ１の経路については、後述する。
【００３０】
回転体２０の先側、すなわち円管部２０１の端部には取付部２０２が設けてある。取付部２０２には、基側の直径方向の二箇所に誘導通路２００と外部を連通させる連通口２０３が設けてある。そして、各連通口２０３を挟むようにして、それぞれ二本一組のガイドピン２０４、２０５が図３で縦方向となる方向に並設してある。また、ガイドピン２０４、２０５の先側には、ガイドピン２０６、２０７が図４で縦方向（ガイドピン２０４、２０５とは直角方向）となる方向に、それぞれ両端部を外面より突出させて並設してある。
【００３１】
取付部２０２の先部には誘導通路２００に通じる開口部２０８が設けてある。開口部２０８の近傍には、回転体２０の軸線方向と直角方向かつ軸線と交わるように軸ピン２０９が設けてある。軸ピン２０９は、取付部２０２を貫通し両端部を外側に所要長さ突出させて固着してある（図５参照）。
【００３２】
回転体２０の取付部２０２には、回動アーム体２１が回動可能に取り付けてある。回動アーム体２１の内部には、長さ方向に貫通する誘導通路２１１が設けてある。回動アーム体２１の基端部両側には、ほぼ円板状の軸受部材２１２、２１３が設けてある。
【００３３】
軸受部材２１２、２１３の外周部には、後述するワイヤＷ２を止める止めピン２１０が設けてある。止めピン２１０は、軸受部材２１２、２１３の外周部に設けてある凹部（符号省略）にワイヤＷ２を挟み込むようにして圧入することによりワイヤＷ２を止めることができる。ワイヤＷ２の経路については、後述する。
【００３４】
軸受部材２１２、２１３の内面側には、相対向して軸受２１４が設けてある。回動アーム体２１は、軸受２１４に軸ピン２０９の両端部を固着することにより回転体２０の取付部２０２に取り付けてある。
【００３５】
回動アーム体２１の長さ方向中央部には、直径方向に貫通してガイドピン２１５が固着して設けてある。ガイドピン２１５より先側には、ガイドピン２１８、２１９が所定の間隔でガイドピン２１５と平行に設けてある（図３ないし図５参照）。
ガイドピン２１５より基側の誘導通路２１１内部には、それぞれ二本一組のガイドピン２１６、２１７が図５において奥行き方向となる方向に並設してある。
回動アーム体２１の先部には、回転体３０が回転可能に軸支してある。
【００３６】
先部アーム３を構成する回転体３０は、ほぼ円管状の回転軸部材３０１とその先側に設けてある取付部３０２で構成してある。回転軸部材３０１は、長さ方向に貫通した誘導通路３０９を有する構造である。回転体３０は、回転軸部材３０１を軸受３３に固着して、回動アーム体２１の先側内部に回転可能に取り付けてある。
【００３７】
回転軸部材３０１の中間部はやや径大に形成され、その外周部には、後述するワイヤＷ３を止める止めピン３０８が設けてある。止めピン３０８は、径大部（符号省略）の外周部に設けてある凹部（符号省略）にワイヤＷ３を挟み込むようにして圧入することによりワイヤＷ３を止めることができる。ワイヤＷ３の経路については、後述する。
【００３８】
回転体３０の先側に設けてある取付部３０２は、先部両側に軸受部材３０３、３０４を有している。取付部３０２には、回転軸部材３０１の誘導通路３０９と連通し、先部方向に開口する開口部３０５が設けてある。取付部３０２には、開口部３０５を貫通して二本のガイドピン３０７が図５において上下方向に並設してある。また、軸受部材３０３、３０４間には、軸ピン３０６が回転体３０の軸線方向と直角方向かつ軸線と交わるよう各ガイドピン３０７と平行に固着してある。
【００３９】
回転体３０の取付部３０２の先部には、回動アーム体３１が回動可能に取り付けてある。回動アーム体３１の先端部には、ハンド体３２が取り付けてある。本実施の形態では玩具に利用することを前提としているためハンド体３２を設けている。本発明を他の分野（医療、危険物を取り扱う各分野、工業製品の製造の分野等）に利用する場合は、ハンド体３２に代えて使用目的に合った工具や装置が取り付けられる。
【００４０】
回動アーム体３１の基側には、長さ方向に切り欠かれた切欠部３１１が設けてあり、切欠部３１１の基端部には、ほぼ円板状の軸受部材３１２が固着してある。軸受部材３１２には軸受３１３が設けてあり、回動アーム体３１は軸受３１３に軸ピン３０６を固着して取り付けてある。
【００４１】
軸受部材３１２の外周部には、後述するワイヤＷ４を止める止めピン３１４が設けてある。止めピン３１４は、軸受部材３１２の外周部に設けてある凹部（符号省略）にワイヤＷ４を挟み込むようにして圧入することによりワイヤＷ４を止めることができる。ワイヤＷ４の経路については、後述する。
【００４２】
駆動部Ｂは、駆動手段である四台のモータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４と、各モータの駆動力をアーム部Ａに伝えて動かすワイヤＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４により構成されている。各ワイヤは合成樹脂製の撚り糸である。
駆動部Ｂは、駆動部Ｂを構成する各モータの動き（回転軸の回転方向、回転角、タイミング等）を制御する制御部を含んでおり、制御部はマイコン等、公知手段が採用されている。なお、ここでは制御部についての詳細な説明は省略する。
【００４３】
駆動部Ｂの構造を詳細に説明する。
駆動部Ｂを構成する台部４は、長方形の金属製の台板４０を有している。台板４０の四隅には、下方へ向け脚棒４１がそれぞれ設けてある。なお、この台板４０と各脚棒４１は、アーム部Ａの用途によって適宜違うものに変えることができる。
【００４４】
台板４０の上面には、四箇所にモータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４が設けてある。モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４のうち、モータＭ１、Ｍ２は図１で台板４０の左側に、モータＭ３、Ｍ４は同じく台板４０の右側にそれぞれ並設してある。
【００４５】
各モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は、スライドレールであるレール部材４６を介在させて取付部１方向（図１において上下方向）へ進退移動可能に取り付けてある。そして、各モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４と、それらの後方に設けてある係止ネジ４７の間には、それぞれ引っ張りバネ４８が掛けてある。これにより、モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は、取付部１と離れる方向へ付勢されている。
【００４６】
また、モータＭ１、Ｍ２の回転軸４９とモータＭ３、Ｍ４の回転軸４９は、図１に示すように向かい合わせにしてあり、各回転軸４９にはワイヤＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４を掛けるためのプーリ４２、４３、４４、４５が取り付けてある。
【００４７】
プーリ４２、４３、４４、４５の外周部には、それぞれワイヤＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４を止める止めピン４２０、４３０、４４０、４５０が設けてある（図３参照）。各止めピンは、プーリ４２、４３、４４、４５の外周部に設けてある凹部（符号省略）に各ワイヤを挟み込むようにして圧入することによりワイヤを止めることができる。
【００４８】
ワイヤＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４を掛ける経路（掛け方）は次に説明するとおりである。なお、図３、図４では図面が複雑になるのを避けるために各ワイヤの全体を表さず、一部を省略し要部のみを示している。また、ワイヤＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４が回し掛けられる箇所には、溝部が設けてある箇所もあるが、溝部の図示は省略している。
（ワイヤＷ１の経路）
ワイヤＷ１は、モータＭ１の駆動により、往路と復路がそれぞれ正逆方向に進退動することによって、アーム部Ａを軸回転ジョイントｊａ（取付部１と回転体２０の連結部）で軸周方向に回転（回動）させるものである。
ワイヤＷ１は収容空間部１１の開口部を通り、閉ループ状（無端状）となるように、回転体２０のプーリ２２とモータＭ１のプーリ４２に回し掛けてある。ワイヤＷ１は止めピン２２１によってプーリ２２の外周部に一点で固定してあり、また、止めピン４２０によってプーリ４２の外周部に一点で固定してある。
ワイヤＷ１は、アーム部Ａが図３、図４に示すような状態のときに、引っ張りバネ４８によってワイヤＷ１に適当な張力が掛かるように長さを調整してある。
【００４９】
（ワイヤＷ２の経路）
ワイヤＷ２は、モータＭ２の駆動により、往路と復路のワイヤがそれぞれ正逆方向に進退動することによって、アーム部Ａを折れ回動ジョイントｊｂ（回転体２０と回動アーム体２１の連結部）で折れ回動させるものである。
ワイヤＷ２は、中間部をプーリ４３に回し掛けて止めピン４３０で一点で固定し、両側（往路と復路）を収容空間部１０の開口部を通ってガイドピン１３、１４に掛け、更にガイドピン１５、１５に掛けて連通路１８と誘導通路２００を通り、両側の各連通口２０３から外部へ誘導してガイドピン２０４、２０５にそれぞれ掛け、最後にガイドピン２０６、２０７に掛けて軸受部材２１２、２１３の外周部にそれぞれ逆方向に回し掛け、両先端部を止めピン２１０、２１０によって固定する。
ワイヤＷ２は、アーム部Ａが図３、図４に示すような状態のときに引っ張りバネ４８によってワイヤＷ２に適当な張力が掛かるように長さを調整してある。
【００５０】
（ワイヤＷ３の経路）
ワイヤＷ３は、モータＭ３の駆動により、往路と復路のワイヤがそれぞれ正逆方向に進退動することによって、アーム部Ａを軸回転ジョイントｊｃ（回動アーム体２１と回転体３０の連結部）で軸周方向に回転（回動）させるものである。
ワイヤＷ３は、プーリ４４に回し掛けて止めピン４４０で固定し、両側（往路と復路）を収容空間部１０の開口部を通ってガイドピン１３、１４に掛け、ガイドピン１６、１６に掛けて連通路１８と誘導通路２００を通り、ガイドピン２０７から軸ピン２０９に回し掛けて開口部２０８を通り、更に誘導通路２１１を通ってガイドピン２１６、２１７、２１５、２１８、２１９に掛け、回転軸部材３０１の径大部に回し掛け、止めピン３０８で固定し、閉ループ状（無端状）となるようにしてある。
ワイヤＷ３は、アーム部Ａが図３、図４に示すような状態のときに引っ張りバネ４８によってワイヤＷ３に適当な張力が掛かるように長さを調整してある。
【００５１】
（ワイヤＷ４の経路）
ワイヤＷ４は、モータＭ４の駆動により、往路と復路のワイヤがそれぞれ正逆方向に進退動することによって、アーム部Ａを折れ回動ジョイントｊｄ（回転体３０と回動アーム体３１の連結部）で折れ回動させるものである。
ワイヤＷ４は、プーリ４５に回し掛けて止めピン４５０で固定し、両側（往路と復路）を収容空間部１０の開口部を通ってガイドピン１３、１４に掛け、ガイドピン１７、１７に掛けて連通路１８と誘導通路２００を通り、ガイドピン２０７から軸ピン２０９に回し掛けて開口部２０８を通り、更に誘導通路２１１、３０９を通ってガイドピン３０７に掛け、軸受部材３１２にそれぞれ逆方向に回し掛けてあり、更に止めピン３１４で固定し、閉ループ状（無端状）となるようにしてある。
ワイヤＷ４は、アーム部Ａが図３、図４に示すような状態のときに引っ張りバネ４８によってワイヤＷ４に適当な張力が掛かるように長さを調整してある。
【００５２】
図６は多関節型マニピュレータのワイヤＷ２系に対するワイヤＷ３系の動きを示す説明図、
図７は多関節型マニピュレータのワイヤＷ１系に対するワイヤＷ２系の動きと、ワイヤＷ３系に対するワイヤＷ４系の動きを示す説明図である。
【００５３】
図６、図７においては、多関節型マニピュレータの本発明に係る要部を、より簡潔にわかりやすいように表している。なお、図６、図７において、図１ないし図５に示した多関節型マニピュレータＭの各部に対応する箇所には、同じ符号を付して示している。
【００５４】
ワイヤＷ２系に対するワイヤＷ３系の動きについて、図６を参照して説明する。
回動アーム体２１は軸ピン２０９を中心にして回動可能に設けてあり、軸ピン２０９には軸受部材２１２が固着されている。軸受部材２１２の外周部とモータＭ２のプーリ４３の外周部間には、ワイヤＷ２が、往路と復路のワイヤが進退動することにより軸受部材２１２を回転できるよう回し掛けてある。
回動アーム体２１の先端部には回転体３０が回転可能に設けてある。回転体３０の外周部とモータＭ３のプーリ４４の外周部間には、ワイヤＷ３が、往路と復路のワイヤが進退動することにより回転体３０を回転できるよう回し掛けてある。ワイヤＷ３は、プーリ４４からガイドピン２０７に掛けられ、更に軸ピン２０９、ガイドピン２１５、２１９に回し掛けられて、方向を変えて回転体３０の外周部に回し掛けられている。
【００５５】
この構造によると、モータＭ２の駆動によりワイヤＷ２を介し回動アーム体２１が回動しても、同時にモータＭ３の駆動力を支障なく回転体３０に伝えて回転（回動）させることができる。
図６（ａ）の状態から回動アーム体２１が９０°回動して（ｂ）の状態になったときには、ワイヤＷ３の往路と復路のワイヤが、どちらも同径の軸ピン２０９に回し掛けてあるので、往路と復路のワイヤが同量ずつモータＭ３を引っ張るため、モータＭ３は引っ張りバネ４８の付勢力に抗して矢印方向に移動する。このとき、回転体３０の回転位置は変化せず、回動アーム体２１が回動しても、同時にモータＭ３の駆動力を支障なく回転体３０に伝えて回転させることができるので、回動アーム体２１と回転体３０は、それぞれを駆動するモータＭ２、Ｍ３によって独立に制御できるとともに、同時に駆動することもできる。
ワイヤＷ２系に対しては、ワイヤＷ４系もワイヤＷ３系と同様に独立して制御でき、同時に駆動することもできる。
【００５６】
また、ワイヤＷ１系に対するワイヤＷ２系の動きと、ワイヤＷ３系に対するワイヤＷ４系の動きについて、図７を参照して説明する。
回転体２０（３０）は軸周方向に回転可能に設けてある。回転体２０（３０）の外周部と、モータＭ１（Ｍ３）のプーリ４２（４４）の外周部間には、ワイヤＷ１（Ｗ３）が、往路と復路のワイヤが進退動することにより回転体２０（３０）を回転できるよう回し掛けてある。
回転体２０（３０）には誘導通路２００（３０９）が設けてある。回転体２０（３０）には軸受部材２１２（３１２）が回動可能に設けてある。軸受部材２１２（３１２）の外周部とモータＭ２（Ｍ４）のプーリ４３（４５）の外周部間には、ワイヤＷ２（Ｗ４）が、往路と復路のワイヤが進退動することにより軸受部材２１２（３１２）を回転できるよう回し掛けてある。
ワイヤＷ２（Ｗ４）は、ガイドピン１５（１７）を通り、回転体２０（３０）の誘導通路２００（３０９）に通してあり、更にガイドピン２０６、２０７（３０７）に掛けてある。
【００５７】
この構造によると、モータＭ１（Ｍ３）の駆動によりワイヤＷ１（Ｗ３）を介し回転体２０（３０）が回転（回動）しても、同時にモータＭ２（Ｍ４）の駆動力を支障なく軸受部材２１２（３１２）に伝えて回動させることができる。
図７（ａ）の状態から回転体２０（３０）が９０°回動して（ｂ）の状態になったときには、平行であったワイヤＷ２（Ｗ４）が交差するために、ワイヤＷ２（Ｗ４）の架け渡し長さがやや長くなり、結果、モータＭ２（Ｍ４）はワイヤＷ２（Ｗ４）に引っ張られて引っ張りバネ４８の付勢力に抗して矢印方向に移動する。
【００５８】
なお、多関節型マニピュレータＭにおいては、ワイヤＷ４は、軸ピン２０９に回し掛けてワイヤＷ２の動きに関係なく駆動できるようにした後にガイドピン３０７に掛けてあり、回動アーム体２１がどの位置にあってもワイヤＷ４は回転体３０の軸線から対称位置を通るので、回動アーム体３１の回動位置は変化しない。
ワイヤＷ１系に対しては、ワイヤＷ３系及びＷ４系もワイヤＷ２系と同様に独立して制御でき、同時に駆動することもできる。
【００５９】
（作  用）
図８は多関節型マニピュレータの関節部の軸周方向回転による動きを示す説明図、
図９は多関節型マニピュレータの関節部の折れ回動による動きを示す説明図である。
図１ないし図９を参照して、本実施の形態に係る多関節型マニピュレータの作用を説明する。
【００６０】
図８を参照して多関節型マニピュレータの関節部の軸周方向回転による動きを説明する。ここでは、理解を容易にするために関節部の軸周方向回転による動きと、図９に示した折れ回動による動きを分けて説明する。
なお、多関節型マニピュレータの実際の制御では、後で説明する関節部の折れ回動による動きと組み合わせて、より複雑な動きの制御が行われる。
【００６１】
図８（ａ）は、図３に示す多関節型マニピュレータと同じ状態であり、本動作説明の初期状態を示す。
初期状態からモータＭ１を駆動してプーリ４２を所定の回転角度で正逆回転（正逆回動）させると、ワイヤＷ１が長さ方向（線方向）へ進退移動し、回転体２０が所定の回転角度（例えば９０°）で正逆回転（正逆回動）して、アーム部Ａ全体（基部アーム２と先部アーム３）が軸周方向に正逆回転する（図８（ｂ）参照）。
【００６２】
また、図８（ｂ）に表した状態からモータＭ３を駆動してプーリ４４を所定の回転角度で正逆回転（正逆回動）させると、ワイヤＷ３が長さ方向（線方向）へ進退移動することにより、回転体３０が所定の回転角度（例えば９０°）で正逆回転（正逆回動）し、アーム部Ａの先部アーム３が軸周方向に正逆回転する（図８（ｃ）参照）。
【００６３】
図９を参照して多関節型マニピュレータの関節部の折れ回動による動きを説明する。
図９（ａ）は、図８（ａ）と同様、図３に示す多関節型マニピュレータと同じ状態であり、本動作説明の初期状態を示す。
【００６４】
初期状態からモータＭ４を駆動してプーリ４５を所定の回転角度で正逆回転（正逆回動）させると、ワイヤＷ４が長さ方向（線方向）へ進退移動し、軸受部材３１２が所定の回転角度（例えば９０°）で正逆回転（正逆回動）して、アーム部Ａの先部アーム３が折れ回動方向に正逆回動する（図９（ｂ）参照）。
【００６５】
また、図９（ｂ）に表した状態からモータＭ２を駆動してプーリ４３を所定の回転角度で正逆回転（正逆回動）させると、ワイヤＷ２が長さ方向（線方向）へ進退移動することにより、軸受部材２１２が所定の回転角度（例えば９０°）で正逆回転（正逆回動）し、アーム部Ａ全体（基部アーム２と先部アーム３）が折れ回動方向に正逆回動する（図９（ｃ）参照）。
【００６６】
このように、本実施の形態に係る多関節型マニピュレータＭは、アーム部Ａを構成する基部アーム２と先部アーム３を作動させる際、それぞれ軸周方向への回転と折れ回動方向への回動を、各連結部ｊａ、ｊｂ、ｊｃ、ｊｄにワイヤＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４で繋がれた各モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４で独立に制御できる。
基側の連結部が回転しても、その先側の連結部を駆動するモータＭ２、Ｍ３、Ｍ４がワイヤＷ２、Ｗ３、Ｗ４の掛け渡し方向へ進退動するだけであり、かつワイヤＷ２、Ｗ３、Ｗ４の往路と復路へ均等にテンションがかかるために、回転または回動する連結部ｊａ、ｊｂ、ｊｃより先側の回転体３０または回動アーム体２１、３１の連結部における回転角度は変化しない。
【００６７】
これにより、各関節部Ｊ１、Ｊ２において、回転体２０，３０の軸周方向の回転運動と、回動アーム体２１、３１の軸方向の折れ回動運動を単独、または組み合わせて自由に動かすことができ、ワイヤ駆動方式の多関節マニピュレータＭの複雑な動きが可能になる。
また、従来のように基側の連活部を回転または回動させる場合でも、その先側に構成される連結部を駆動するワイヤを制御する必要がない。また、基側と先側の連結部を同時に動かす場合にも、引っ張り、または送り出すワイヤに速度差を設けて、同期をとって制御を行う必要もないので、簡単な制御によって、多関節マニピュレータＭの複雑な動きが可能になる。
【００６８】
図１０は多関節型マニピュレータのワイヤＷ２系とワイヤＷ３系の代替構造のモデルを示す説明図、
図１１は多関節型マニピュレータのワイヤＷ１系とワイヤＷ２系の代替構造のモデルを示す説明図である。
【００６９】
図１０、図１１においては、多関節型マニピュレータの本発明に係る要部の他の例を、簡潔にわかりやすいように表している。なお、図１０、図１１において、図１ないし図５に示した多関節型マニピュレータの各部に対応する箇所には、同じ符号を付して示している。
【００７０】
ワイヤＷ２系とワイヤＷ３系の構造の他の例について、図１０に示すモデルの説明図によって、その基本構造を説明する。
回動アーム体２１は基部二箇所を軸ピン２０９により回動可能に設けてある。軸ピン２０９には軸受部材２１２が固着されている。各軸ピン２０９の内側にはそれぞれガイドピン１０１が軸受部材２１２に固着して設けてある。各ガイドピン１０１の更に内側には、回転体２０（図１０では図示せず）に固着されてガイドピン１０２が設けてある。
【００７１】
軸受部材２１２と、モータＭ２のプーリ４３にはワイヤＷ２が回し掛けてある。
回動アーム体２１の先端部には回転体３０が回転可能に設けてある。回転体３０と、モータＭ３のプーリ４４にはワイヤＷ３が回し掛けてあり、回転体３０では一点を止めピン３１４で固定してある。
ワイヤＷ３は、プーリ４４から各ガイドピン１０２に掛けられ、更に各ガイドピン１０１からガイドピン２１５、２１９に掛けられて、方向を変えて回転体３０に掛けられている。なお、ワイヤＷ３のうち、ガイドピン１０２とガイドピン１０１の間のＰ１、Ｐ２部が回動アーム体２１の軸ピン２０９の回動中心を結ぶ線と重なる部分となっている。
【００７２】
この構造によると、モータＭ２により回動アーム体２１が回動しても、同時にモータＭ３の駆動力を支障なく回転体３０に伝えて回転（回動）させることができる。
なお、図１０（ａ）の状態から回動アーム体２１が９０°回動して（ｂ）の状態になったときには、各ガイドピン１０１も回動するが、ワイヤＷ３のＰ１、Ｐ２部が動くことはなく、実質ワイヤＷ３の架け渡し長さが長くなることはない。
従って、図６に示す場合と相違して、（ｂ）のように回動したときにモータＭ３がワイヤＷ３に引っ張られることはなく、モータＭ３を進退動させるためのレール部材４６及び引っ張りバネ４８は不要であり、モータＭ２により回動アーム体２１が回動しても、ワイヤＷ３の張力はほぼ一定に保たれる。
【００７３】
また、ワイヤＷ１系とワイヤＷ２系の構造の他の例について、図１１に示すモデルの説明図によって、その基本構造を説明する。
回転体２０は軸周方向に回転可能に設けてある。回転体２０と、モータＭ１のプーリ４２にはワイヤＷ１が回し掛けてある。回転体２０には誘導通路２００が設けてある。回転体２０には軸受部材２１２が回動可能に設けてある。
【００７４】
モータＭ２のプーリ４３には、ワイヤＷ２の一端側が取り付けてある。ワイヤＷ２は、プーリ４３から回転体２０の誘導通路２００を通りガイドピン１０３に掛けられ、更に軸受部材２１２に回し掛けられて一点を止めピン２１０で固定されている。そして、ワイヤＷ２はガイドピン１０４に掛けられ、誘導通路２００に通してあり、ワイヤ他端側を、一端側が回転体２０に掛けられた引っ張りバネ１０５の他端側に接続してある。
なお、ガイドピン１０３、１０４は、回転体２０に固着してある。また、ワイヤＷ２のうちプーリ４３とガイドピン１０３の間のＰ３部は、回転体２０の回転中心軸と重なっている。
【００７５】
この構造によると、モータＭ１により回転体２０が回転（回動）しても、同時にモータＭ２の駆動力を支障なく軸受部材２１２に伝えて回動させることができる。このとき、ワイヤＷ２のうちＰ３部は、Ｐ３部自体がねじれるだけで、回転に伴って位置が変わることはなく、実質ワイヤＷ２の架け渡し長さが長くなることはない。
【００７６】
従って、図７に示す場合と相違して（ｂ）のように回動したときにモータＭ２がワイヤＷ２に引っ張られることはなく、ワイヤＷ２の張力を調整するための手段（引っ張りバネ４８等）は不要である。また、ワイヤＷ２の張力は引っ張りバネ１０５の作用により、駆動力の伝達に支障がないよう適度に保たれる。
【００７７】
なお、本明細書で使用している用語と表現は、あくまで説明上のものであって限定的なものではなく、上記用語、表現と等価の用語、表現を除外するものではない。また、本発明は図示されている実施の形態に限定されるものではなく、技術思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明に係る多関節型マニピュレータの一実施の形態を示す平面視説明図。
【図２】多関節型マニピュレータの一部を省略した側面視説明図。
【図３】アーム部を拡大した平面視概略説明図。
【図４】アーム部を拡大した正面視概略説明図。
【図５】アーム部の断面説明図。
【図６】多関節型マニピュレータのワイヤＷ２系の動きに対するワイヤＷ３系の動きを示す説明図。
【図７】多関節型マニピュレータのワイヤＷ１系に対するワイヤＷ２系の動きと、ワイヤＷ３系に対するワイヤＷ４系の動きを示す説明図。
【図８】多関節型マニピュレータの関節部の軸周方向回転による動きを示す説明図。
【図９】多関節型マニピュレータの関節部の折れ回動による動きを示す説明図。
【図１０】多関節型マニピュレータのワイヤＷ２系とワイヤＷ３系の代替構造のモデルを示す説明図。
【図１１】多関節型マニピュレータのワイヤＷ１系とワイヤＷ２系の代替構造のモデルを示す説明図。
【符号の説明】
【００７９】
Ｍ  多関節型マニピュレータ
Ａ  アーム部
Ｊ１  関節部
ｊａ  軸回転ジョイント
ｊｂ  折れ回動ジョイント
Ｊ２  関節部
ｊｃ  軸回転ジョイント
ｊｄ  折れ回動ジョイント
１  取付部
１０、１１  収容空間部
１２  受部材
１３、１４  ガイドピン
１５、１６、１７  ガイドピン
１８  連通路
２  基部アーム
２０  回転体
２００  誘導通路
２０１  円管部
２０２  取付部
２０３  連通口
２０４、２０５  ガイドピン
２０６、２０７  ガイドピン
２０８  開口部
２０９  軸ピン
２１  回動アーム体
２１０  止めピン
２１１  誘導通路
２１２、２１３  軸受部材
２１４  軸受
２１５  ガイドピン
２１６、２１７  ガイドピン
２１８、２１９  ガイドピン
２２  プーリ
２２１  止めピン
２３  軸受
３  先部アーム
３０  回転体
３０１  回転軸部材
３０２  取付部
３０９  誘導通路
３０８  止めピン
３０３、３０４  軸受部材
３０５  開口部
３０７  ガイドピン
３０３、３０４  軸受部材
３０６  軸ピン
３１  回動アーム体
３１１  切欠部
３１２  軸受部材
３１３  軸受
３１４  止めピン
３２  ハンド体
３３  軸受
Ｂ  駆動部
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４  モータ
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４  ワイヤ
４  台部
４０  台板
４１  脚棒
４２、４３、４４、４５  プーリ
４２０、４３０、４４０、４５０  止めピン
４６  レール部材
４７  係止ネジ
４８  引っ張りバネ
４９  回転軸
１０１、１０２  ガイドピン
１０３、１０４  ガイドピン
１０５  引っ張りバネ
【図１】
2005288590.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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