(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１構造体と、
第２構造体と、
上記第１構造体と上記第２構造体を相対的に回転可能に接続する第１回転関節と、
上記第１回転関節の回転軸と同軸かつ上記回転軸回りに回転可能なように配設されたガイド溝付き第３回転ガイドプーリーと、
上記第３回転ガイドプーリーに隣接して上記第２構造体に回転自在に配設されたガイド溝付き第４回転ガイドプーリーと、
上記第２構造体に相対的に可動なように配設されたガイド溝付き可動回転ガイドプーリーと、
上記第３回転ガイドプーリーと上記可動回転ガイドプーリーとの間の距離を変更する機構と、
一端が上記第１構造体に固定されるとともに、他端が上記第２構造体に接続されて、上記第２構造体を上記第１回転関節回りに回転駆動可能な第１駆動装置と、
一端側から他端側に向けて、上記第３回転ガイドプーリー、上記可動回転ガイドプーリー、上記第４回転ガイドプーリーの順番で掛け渡されかつ上記他端が上記第４回転ガイドプーリーにそれぞれ固定されたワイヤと、
一端が上記第１構造体に固定されるとともに、上記ワイヤの上記一端が固定されて上記ワイヤを介して上記機構を駆動して上記可動回転ガイドプーリーを上記第２構造体に対して相対的に移動可能な第２駆動装置と、
一端部が上記第１構造体に回転自在に支持された第１平行リンクと、
一端部が上記第１平行リンクの他端部に回転自在に連結され他端部が上記第４回転ガイドプーリーに固定された第２平行リンクとを備えて、
上記第１平行リンクの上記一端部が上記第１構造体に対して支持された部分と、上記第１平行リンクの上記他端部と上記第２平行リンクの上記一端部との連結された部分と、上記第２平行リンクの上記他端部と上記第４回転ガイドプーリーとの固定された部分と、上記第４回転ガイドプーリーの上記第２構造体に回転自在に配設された部分とを４支点とする４節の平行リンク構造を構成するとともに、
上記第１駆動装置の駆動により、上記第２構造体を上記第１回転関節の上記回転軸回りに回転運動させ、上記第３回転ガイドプーリーに対する、上記可動回転プーリー及び上記第４回転ガイドプーリーの、上記第１回転関節の上記回転軸回りの相対的な回転運動を発生させて、上記ワイヤが上記第３回転ガイドプーリーの円周部にかかる量が増加する一方、上記第４回転ガイドプーリーが上記平行リンク構造により上記第１構造体と接続されているため回転運動が発生せず、上記第２構造体の上記第１回転関節の上記回転軸回りの回転運動により、上記ワイヤが上記第４回転ガイドプーリーの円周部にかかる量が減少し、かつ、上記円周部にかかる量の増加分と減少分が相殺されて、上記第３回転ガイドプーリーと上記可動回転プーリーとの距離が変更されないようにしているロボットアーム。
【請求項２】
第１構造体と、
第２構造体と、
上記第１構造体と上記第２構造体を相対的に回転可能に接続する第１回転関節と、
上記第１回転関節の回転軸と同軸かつ上記回転軸回りに回転可能なように配設されたガイド溝付き回転ガイドプーリーと、
上記第２構造体に相対的に可動なように配設されたガイド溝付き可動回転ガイドプーリーと、
上記回転ガイドプーリーと上記可動回転ガイドプーリーとの間の距離を変更する機構と、
一端が上記第１構造体に固定されるとともに、他端が上記第２構造体に接続されて、上記第２構造体を上記第１回転関節回りに回転駆動可能な第１駆動装置と、
一端側から他端側に向けて、上記回転ガイドプーリーのガイド溝、上記可動回転ガイドプーリーの上記ガイド溝の順番で掛け渡されかつ上記他端が上記可動回転ガイドプーリーに固定されたワイヤと、
一端が上記第１構造体に固定されるとともに、上記ワイヤの上記一端が固定されて上記ワイヤを介して上記機構を駆動して上記可動回転ガイドプーリーを上記第２構造体に対して相対的に移動させる第２駆動装置と、
一端部が上記第１構造体に回転自在に支持された第１平行リンクと、
一端部が上記第１平行リンクの他端部に回転自在かつ摺動自在に連結され他端部が上記可動回転ガイドプーリーに固定された第２平行リンクとを備えて、
上記第１平行リンクの上記一端部が上記第１構造体に対して支持された部分と、上記第１平行リンクの上記他端部と上記第２平行リンクの上記一端部との連結された部分と、上記第２平行リンクの上記他端部と上記可動回転ガイドプーリーとの固定された部分と、上記回転ガイドプーリーの上記第２構造体に回転自在に配設された部分とを４支点とする４節の平行リンク構造を構成して、
上記第１駆動装置の駆動により、上記第２構造体を上記第１回転関節の上記回転軸回りに回転運動させ、上記回転ガイドプーリーに対する、上記可動回転プーリーの、上記第１回転関節の上記回転軸回りの相対的な回転運動を発生させて、上記ワイヤが上記回転ガイドプーリーの円周部にかかる量が増加する一方、上記可動回転ガイドプーリーが上記平行リンク構造により上記第１構造体と接続されているため回転運動が発生せず、上記第２構造体の上記第１回転関節の上記回転軸回りの回転運動により、上記ワイヤが上記可動回転ガイドプーリーの円周部にかかる量が減少し、かつ、上記円周部にかかる量の増加分と減少分が相殺されて、上記回転ガイドプーリーと上記可動回転プーリーとの距離が変更されないようにしているロボットアーム。
【請求項３】
上記第２構造体の上記第１回転関節側とは反対側の先端に第２回転関節を介して配置されたハンドと、
上記可動回転ガイドプーリーと上記ハンドとを連結して、上記第２駆動装置の駆動により上記可動回転ガイドプーリーを上記第２構造体に対して相対的に移動させることにより、上記第２回転関節回りに上記ハンドを上記第２構造体に対して相対的に回動可能とするハンド駆動用ワイヤとを備える、請求項１又は２に記載のロボットアーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットアーム等の機械装置の関節機構に応用可能な関節構造体及び該関節構造体を備えるロボットアームに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多関節のロボットアームでは関節を駆動するアクチュエータを関節部やその近傍に配設する構造が通常であるが、このような構造では人間型アームの手首等の手先に近い部分に重量の大きいモータ等が配設されることになることから手先の慣性が大きくなり、手先の位置制御性能向上の障害となったり、衝突時に大きな衝撃を与えることになり、安全面で考慮しなければならない。
【０００３】
このような問題に対し、駆動する関節から根元に近い部分にアクチュエータを離して配設し、ワイヤにより駆動力を伝達するワイヤ駆動方式のロボットアームが開発されている。ワイヤ駆動方式のロボットアームは、手先を軽量に構成できるため、高速駆動が可能である等、優れた特徴を有している。
【０００４】
しかし、ワイヤ駆動方式のロボットアームでは、より手先側の慣性を小さくするために、アームが取り付けられた基盤部である胴体部にアクチュエータを配設し、手首部を駆動する場合など、ワイヤの取り回し距離を長くする場合、人間型アームの肘等、途中で関節を越えてワイヤを配設する必要が生じる。この場合、途中にある関節の運動が駆動されると、ワイヤの経路長が変化する等し、ワイヤにより駆動される手首などの先の部分の関節の運動が影響を受けてしまうという問題が生じる。
【０００５】
この問題に対しては、特許文献１において、関節の回転中心と偏位するように配設された一対のガイドプーリーを有する構成が開示されている。また、特許文献２において、関節の運動に伴い回転中心が回転運動するワイヤガイドプーリーを有する構成が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特許第３２９０７０９号公報
【特許文献２】特公平６−７７９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１の構成では、関節の運動によるワイヤの経路長の変化を完全に除去することはできず、途中の関節の回転角度が大きくなるほど経路長の変化が大きくなる。また、上記特許文献２の構成では、関節の回転に伴いワイヤガイドプーリーの回転運動が発生すると、関節を曲げた状態では、先端側アーム部材の方向にワイヤが曲げられる前に、ワイヤガイドプーリーによって、先端側アーム部材とは逆の方向にワイヤの経路が曲げられるため、関節の動きにかかわらずワイヤの経路を完全に一定とすることはできない。
【０００８】
本発明の目的は、上記従来の関節機構の課題を解決し、関節の動きに完全に影響を受けず駆動力を伝達することが可能な関節構造体及び該関節構造体を備えるロボットアームを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１０】
本発明の第１態様によれば、第１構造体と、
第２構造体と、
上記第１構造体と上記第２構造体を相対的に回転可能に接続する第１回転関節と、
上記第１回転関節の回転軸と同軸かつ上記回転軸回りに回転可能なように配設されたガイド溝付き第３回転ガイドプーリーと、
上記第３回転ガイドプーリーに隣接して上記第２構造体に回転自在に配設されたガイド溝付き第４回転ガイドプーリーと、
上記第２構造体に相対的に可動なように配設されたガイド溝付き可動回転ガイドプーリーと、
上記第３回転ガイドプーリーと上記可動回転ガイドプーリーとの間の距離を変更する機構と、
一端が上記第１構造体に固定されるとともに、他端が上記第２構造体に接続されて、上記第２構造体を上記第１回転関節回りに回転駆動可能な第１駆動装置と、
一端側から他端側に向けて、上記第３回転ガイドプーリー、上記可動回転ガイドプーリー、上記第４回転ガイドプーリーの順番で掛け渡されかつ上記他端が上記第４回転ガイドプーリーにそれぞれ固定されたワイヤと、
一端が上記第１構造体に固定されるとともに、上記ワイヤの上記一端が固定されて上記ワイヤを介して上記機構を駆動して上記可動回転ガイドプーリーを上記第２構造体に対して相対的に移動可能な第２駆動装置と、
一端部が上記第１構造体に回転自在に支持された第１平行リンクと、
一端部が上記第１平行リンクの他端部に回転自在に連結され他端部が上記第４回転ガイドプーリーに固定された第２平行リンクとを備えて、
上記第１平行リンクの上記一端部が上記第１構造体に対して支持された部分と、上記第１平行リンクの上記他端部と上記第２平行リンクの上記一端部との連結された部分と、上記第２平行リンクの上記他端部と上記第４回転ガイドプーリーとの固定された部分と、上記第４回転ガイドプーリーの上記第２構造体に回転自在に配設された部分とを４支点とする４節の平行リンク構造を構成するとともに、
上記第１駆動装置の駆動により、上記第２構造体を上記第１回転関節の上記回転軸回りに回転運動させ、上記第３回転ガイドプーリーに対する、上記可動回転プーリー及び上記第４回転ガイドプーリーの、上記第１回転関節の上記回転軸回りの相対的な回転運動を発生させて、上記ワイヤが上記第３回転ガイドプーリーの円周部にかかる量が増加する一方、上記第４回転ガイドプーリーが上記平行リンク構造により上記第１構造体と接続されているため回転運動が発生せず、上記第２構造体の上記第１回転関節の上記回転軸回りの回転運動により、上記ワイヤが上記第４回転ガイドプーリーの円周部にかかる量が減少し、かつ、上記円周部にかかる量の増加分と減少分が相殺されて、上記第３回転ガイドプーリーと上記可動回転プーリーとの距離が変更されないようにしているロボットアームを提供する。
また、本発明の第２態様によれば、第１構造体と、
第２構造体と、
上記第１構造体と上記第２構造体を相対的に回転可能に接続する第１回転関節と、
上記第１回転関節の回転軸と同軸かつ上記回転軸回りに回転可能なように配設されたガイド溝付き回転ガイドプーリーと、
上記第２構造体に相対的に可動なように配設されたガイド溝付き可動回転ガイドプーリーと、
上記回転ガイドプーリーと上記可動回転ガイドプーリーとの間の距離を変更する機構と、
一端が上記第１構造体に固定されるとともに、他端が上記第２構造体に接続されて、上記第２構造体を上記第１回転関節回りに回転駆動可能な第１駆動装置と、
一端側から他端側に向けて、上記回転ガイドプーリーのガイド溝、上記可動回転ガイドプーリーの上記ガイド溝の順番で掛け渡されかつ上記他端が上記可動回転ガイドプーリーに固定されたワイヤと、
一端が上記第１構造体に固定されるとともに、上記ワイヤの上記一端が固定されて上記ワイヤを介して上記機構を駆動して上記可動回転ガイドプーリーを上記第２構造体に対して相対的に移動させる第２駆動装置と、
一端部が上記第１構造体に回転自在に支持された第１平行リンクと、
一端部が上記第１平行リンクの他端部に回転自在かつ摺動自在に連結され他端部が上記可動回転ガイドプーリーに固定された第２平行リンクとを備えて、
上記第１平行リンクの上記一端部が上記第１構造体に対して支持された部分と、上記第１平行リンクの上記他端部と上記第２平行リンクの上記一端部との連結された部分と、上記第２平行リンクの上記他端部と上記可動回転ガイドプーリーとの固定された部分と、上記回転ガイドプーリーの上記第２構造体に回転自在に配設された部分とを４支点とする４節の平行リンク構造を構成して、
上記第１駆動装置の駆動により、上記第２構造体を上記第１回転関節の上記回転軸回りに回転運動させ、上記回転ガイドプーリーに対する、上記可動回転プーリーの、上記第１回転関節の上記回転軸回りの相対的な回転運動を発生させて、上記ワイヤが上記回転ガイドプーリーの円周部にかかる量が増加する一方、上記可動回転ガイドプーリーが上記平行リンク構造により上記第１構造体と接続されているため回転運動が発生せず、上記第２構造体の上記第１回転関節の上記回転軸回りの回転運動により、上記ワイヤが上記可動回転ガイドプーリーの円周部にかかる量が減少し、かつ、上記円周部にかかる量の増加分と減少分が相殺されて、上記回転ガイドプーリーと上記可動回転プーリーとの距離が変更されないようにしているロボットアームを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、上記回転関節での回転運動に影響を受けることなく、第１構造体に配設された第２駆動装置（例えば直動アクチュエータ）の駆動力を、回転関節を越えて手首などの先の部分（例えばハンド）に伝達することが可能となる。
【００１２】
したがって、ロボットアームの手首等の運動を駆動するアクチュエータのような第２駆動装置を、ロボットアームの根元側に配設することができ、ロボットアームの先端側の慣性が小さくなり、位置制御や力制御に関する制御性能が向上するとともに、高速に動作させることも可能となる。また、慣性が小さいことから運動エネルギーも小さくなり、衝突時の安全性も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。
【００１４】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
【００１５】
本発明の第１態様によれば、第１構造体と、第２構造体と、上記第１構造体と上記第２構造体を接続する回転関節と、上記回転関節の回転軸と同軸かつ上記回転軸回りに回転可能なように配設された回転ガイドプーリーと、上記第１構造体に配設され、かつ円弧部分を有する固定ガイドと、上記第２構造体に相対的に可動なように配設された可動回転ガイドプーリーと、上記回転ガイドプーリー、上記可動回転ガイドプーリー、上記固定ガイドの順番で掛け渡されたワイヤと、上記第１構造体に備えられて、上記回転ガイドプーリーに対する上記可動回転ガイドプーリーの距離を変更することなく、上記第２構造体を上記回転関節回りに回転駆動可能な第１駆動装置と、上記第１構造体に備えられて上記ワイヤを駆動可能で、かつ、上記ワイヤを駆動することにより、上記回転ガイドプーリーに対する距離を変更するように上記可動回転ガイドプーリーを移動させる第２駆動装置とを備えて、上記回転ガイドプーリーに対する上記可動回転ガイドプーリーの距離を変更することなく、上記第１駆動装置の駆動により上記第２構造体を上記回転関節回りに回転駆動させることを特徴とする関節構造体を提供する。
【００１６】
本発明の第２態様によれば、上記固定ガイドは上記第１構造体に固定された部材の一部として構成されたことを特徴とする第１の態様に記載の関節構造体を提供する。
【００１７】
本発明の第３態様によれば、上記可動回転ガイドプーリーは、上記回転ガイドプーリーのガイド溝を含む平面と同一面内にガイド溝が位置する第１可動回転ガイドプーリーと、上記固定ガイドのガイド溝を含む平面と同一面内にガイド溝が位置する第２可動回転ガイドプーリーとが一体として構成された構造であることを特徴とする第１の態様に記載の関節構造体を提供する。
【００１８】
本発明の第４態様によれば、上記可動回転ガイドプーリーは、上記回転ガイドプーリーのガイド溝を含む平面と同一面内に位置する第１ガイド溝と、上記固定ガイドのガイド溝を含む平面と同一面内に位置する第２ガイド溝を有することを特徴とする第１の態様に記載の関節構造体を提供する。
【００１９】
本発明の第５態様によれば、第１構造体と、第２構造体と、上記第１構造体と上記第２構造体を接続する回転関節と、上記回転関節の回転軸と同軸かつ上記回転軸回りに回転可能なように上記第１構造体又は第２構造体にそれぞれ配設されかつ互いに相対的に回転可能な第１回転ガイドプーリーと第２回転ガイドプーリーと、上記第２構造体に相対的に可動なように配設された可動回転ガイドプーリーと、上記第１構造体に回転自在に配設される補助回転ガイドプーリーと、上記第１回転ガイドプーリー、上記可動回転ガイドプーリー、上記第２回転ガイドプーリー、上記補助回転ガイドプーリーの順番で掛け渡され、かつ、両端部が上記第２駆動装置に固定されるワイヤと、上記第１構造体に備えられて、上記第１及び第２回転ガイドプーリーに対する上記可動回転ガイドプーリーの距離を変更することなく、上記第２構造体を上記回転関節回りに回転駆動可能な第１駆動装置と、上記第１構造体に備えられて上記ワイヤを駆動可能で、かつ、上記ワイヤを駆動することにより、上記第１及び第２回転ガイドプーリーに対する距離を変更するように上記可動回転ガイドプーリーを移動させる第２駆動装置とを備えて、上記第１及び第２回転ガイドプーリーに対する上記可動回転ガイドプーリーの距離を変更することなく、上記第１駆動装置の駆動により上記第２構造体を上記回転関節回りに回転駆動させることを特徴とする関節構造体を提供する。
【００２０】
本発明の第６態様によれば、第１構造体と、第２構造体と、上記第１構造体と上記第２構造体を接続する回転関節と、上記回転関節の回転軸と同軸かつ上記回転軸回りに回転可能なように配設された第３回転ガイドプーリーと、上記第２構造体に回転自在に配設された第４回転ガイドプーリーと、上記第２構造体に相対的に可動なように配設された可動回転ガイドプーリーと、上記第１構造体に備えられて、上記回転ガイドプーリーに対する上記可動回転ガイドプーリーの距離を変更することなく、上記第２構造体を上記回転関節回りに回転駆動可能な第１駆動装置と、上記第１構造体に備えられて上記ワイヤを駆動可能で、かつ、上記ワイヤを駆動することにより、上記回転ガイドプーリーに対する距離を変更するように上記可動回転ガイドプーリーを移動させる第２駆動装置と、上記第３回転ガイドプーリー、上記可動回転ガイドプーリー、上記第４回転ガイドプーリーの順番で掛け渡されかつ一端部が上記第２駆動装置に固定され他端部が上記第４回転ガイドプーリーに固定されたワイヤとを備えるとともに、一端部が上記第１構造体に回転自在に支持された第１平行リンクと、一端部が上記第１平行リンクの他端部に回転自在に連結され他端部が上記第４回転ガイドプーリーに固定された第２平行リンクとを備えて、上記第１平行リンクの上記一端部が上記第１構造体に対して支持された部分と、上記第１平行リンクの上記他端部と上記第２平行リンクの上記一端部との連結された部分と、上記第２平行リンクの上記他端部と上記第４回転ガイドプーリーとの固定された部分と、上記第４回転ガイドプーリーの上記第２構造体に回転自在に配設された部分とを４支点とする４節の平行リンク構造を構成して、上記第３回転ガイドプーリーに対する上記可動回転ガイドプーリーの距離を変更することなく、上記第１駆動装置の駆動により上記第２構造体を上記回転関節回りに回転駆動させることを特徴とする関節構造体を提供する。
【００２１】
本発明の第７態様によれば、第１構造体と、第２構造体と、上記回転関節の回転軸と同軸かつ上記回転軸回りに回転可能なように配設された回転ガイドプーリーと、上記第２構造体に相対的に可動なように配設された可動回転ガイドプーリーと、上記第１構造体に備えられて、上記回転ガイドプーリーに対する上記可動回転ガイドプーリーの距離を変更することなく、上記第２構造体を上記回転関節回りに回転駆動可能な第１駆動装置と、上記第１構造体に備えられて上記ワイヤを駆動可能で、かつ、上記ワイヤを駆動することにより、上記回転ガイドプーリーに対する距離を変更するように上記可動回転ガイドプーリーを移動させる第２駆動装置と、上記回転ガイドプーリー、上記可動回転ガイドプーリーの順番で掛け渡されかつ一端部が上記第２駆動装置に固定され他端部が上記可動回転ガイドプーリーに固定されたワイヤとを備えるとともに、一端部が上記第１構造体に回転自在に支持された第１平行リンクと、一端部が上記第１平行リンクの他端部に回転自在かつ摺動自在に連結され他端部が上記可動回転ガイドプーリーに固定された第２平行リンクとを備えて、上記第１平行リンクの上記一端部が上記第１構造体に対して支持された部分と、上記第１平行リンクの上記他端部と上記第２平行リンクの上記一端部との連結された部分と、上記第２平行リンクの上記他端部と上記可動回転ガイドプーリーとの固定された部分と、上記回転ガイドプーリーの上記第２構造体に回転自在に配設された部分とを４支点とする４節の平行リンク構造を構成して、上記回転ガイドプーリーに対する上記可動回転ガイドプーリーの距離を変更することなく、上記第１駆動装置の駆動により上記第２構造体を上記回転関節回りに回転駆動させることを特徴とする関節構造体を提供する。
【００２２】
本発明の第８態様によれば、第１〜７のいずれか１つの態様に記載の関節構造体と、
上記第２構造体の上記回転関節側とは反対側の先端に配置されたハンドと、上記可動回転ガイドプーリーと上記ハンドとを連結するハンド駆動用ワイヤとを備えて、上記可動回転ガイドプーリーが上記第２構造体に相対的に可動することにより、上記ハンド駆動用ワイヤにより上記ハンドを上記第２構造体に対して回転駆動するようにしたことを特徴とするロボットアームを提供する。
【００２３】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
（第１実施形態）
図１Ａ及び図１Ｂは本発明の第１実施形態にかかる関節構造体を示す全体図である。図１Ａ及び図１Ｂでは、第１実施形態にかかる関節構造体をロボットアーム１００に応用した場合を例に構造を示している。
【００２５】
図１Ａ及び図１Ｂにおいては、１はロッド状の第１構造体であり、ロボットアーム１００の上腕部を形成している。２はロッド状の第２構造体であり、ロボットアーム１００の前腕部を形成している。第１構造体１と第２構造体２は第１回転関節３により接続されており、第１回転関節３の関節軸３ａを中心として第１構造体１と第２構造体２は相対的に正逆回転可能である。一例として、図１Ｂに示すように、第２構造体２の第１回転関節側端部が二股に分岐した分岐部２ａに形成されており、この分岐部２ａ内に第１構造体１の下端部が挟み込まれて、関節軸３ａに対して相対回転自在に接続されるようにしている。
【００２６】
４−１、４−２は、それぞれ第１駆動装置の一例として第１直動アクチュエータを構成可能な、例えば空気圧人工筋等の２本の第１直動アクチュエータであり、第１構造体１の上端部に固定された支持板１ａに２本の第１直動アクチュエータ４−１、４−２の上端部がそれぞれ固定されている。２本の第１直動アクチュエータ４−１、４−２の下端部が、第２構造体２にそれぞれの基端部が固定された回転ジョイント５−１、５−２の回動端にそれぞれ回転自在に連結されることにより、２本の第１直動アクチュエータ４−１、４−２が第１構造体１と第２構造体２に接続され、第１構造体１と第２構造体２の第１回転関節３における正逆回転運動を駆動する。すなわち、第２構造体２にロッド状の回転ジョイント５−１、５−２の基端部が固定され、当該ジョイント５−１、５−２の先端部に第１直動アクチュエータ４−１、４−２の下端部が回転自在に連結されている。回転ジョイント５−１とジョイント５−２とは、第１回転関節３の回転軸３ａに対して対称に配置されている結果、第１直動アクチュエータ４−１の下端部が上昇しかつ第１直動アクチュエータ４−２の下端部が下降すると、第２構造体２は第１回転関節３の回転軸３ａ回りに時計回りに回動する。一方、逆に、第１直動アクチュエータ４−１の下端部が下降しかつ第１直動アクチュエータ４−２の下端部が上昇すると、第２構造体２は第１回転関節３の回転軸３ａ回りに反時計回りに回動する。
【００２７】
６−１、６−２（図１Ａでは重なって図示されているが、手前側の第２直動アクチュエータを６−１、奥側の第２直動アクチュエータを６−２とする。）は、それぞれ第２駆動装置の一例として第２直動アクチュエータを構成可能な、例えば空気圧人工筋やモータやシリンダ等の２本の第２直動アクチュエータであり、２本の第２直動アクチュエータ６−１、６−２により、第２直動アクチュエータ６−１、６−２の下端にそれぞれの端部が固定されたアーム屈曲用ワイヤ７−１、７−２を引張り駆動する。
【００２８】
上記直動アクチュエータ４−１、４−２、６−１、６−２を構成するそれぞれの空気圧人工筋は、図３に示すように、ゴム材料で構成された管状弾性体１５の外表面に繊維コードで構成された拘束部材１６が配設され、管状弾性体１５の両端部を封止部材１７でそれぞれ気密封止する構造となっている。管状弾性体１５の一方の端部の封止部材１７に設けられた流体注入出部材１８を通じて空気等の圧縮性流体を管状弾性体１５内に供給することにより内圧を管状弾性体１５の内部空間に与えると、管状弾性体１５が主に半径方向に膨張しようとするが、拘束部材１６の作用により、管状弾性体１５の中心軸方向の運動に変換され、管状弾性体１５の全長が収縮する。逆に、流体注入出部材１８を通じて空気等の圧縮性流体を管状弾性体１５内から排出することにより管状弾性体１５の内部空間の圧力を下げると、管状弾性体１５が主に半径方向に収縮しようとするが、拘束部材１６の作用により、管状弾性体１５の中心軸方向の運動に変換され、管状弾性体１５の全長が伸張する。この空気圧人工筋は主に弾性体で構成されるため、柔軟性があり、安全で軽量なアクチュエータであるという特徴を有する。
【００２９】
８−１、８−２はガイド溝８ａ付き回転ガイドプーリーであり、第２構造体２を挟んで対向するそれぞれの位置において、第１回転関節３の回転軸３ａと同軸となりかつ、回転軸３ａに対して、軸受けなどを介在させて回転自在に第２構造体２に配設されており、第２構造体２に対して回転軸３ａ回りに自在に回転運動可能である。図１Ａにおいては、奥側の回転ガイドプーリー８−２は手前側の回転ガイドプーリー８−１の影となるため図示されていないが、図１Ｂには図示されている。
【００３０】
９−１、９−２は固定ガイドの一例であるガイド溝９ａ付き固定ガイドプーリーであり、回転ガイドプーリー８−１、８−２と半径が等しく、第２構造体２を挟んで対向するそれぞれの位置において、第１回転関節３の回転軸３ａと同軸となるように、かつ、回転ガイドプーリー８−１、８−２のそれぞれ外側に配設されている。この固定ガイドプーリー９−１、９−２は第１構造体１に回転軸３ａで固定されており、固定ガイドプーリー９−１、９−２と第１構造体１の間に相対的な回転運動は生じない。図１Ａにおいては、奥側の固定ガイドプーリー９−２は手前側の固定ガイドプーリー９−１の影となるため図示されていないが、図１Ｂには図示されている。なお、回転軸３ａはそれぞれ第２構造体２に固定されている。
【００３１】
１０−１、１０−２は第２構造体２の中間部分に配置されたガイド溝１０ａ付き可動回転プーリーであり、レバー１１−１の上端部とレバーの下端部１１−２に配設され、回転軸１０−１ａ、１０−２ａ回りに回転可能である。レバー１１−１の下端部及びレバー１１−２の上端部は、第２構造体２を挟んで対向するそれぞれの位置に配設されており、レバー１１−１の下端部及びレバー１１−２の上端部が支点１１−１ａ、１１−２ａを中心として揺動運動可能である。
【００３２】
１２は物品等を把持するためのハンドであり、第２回転関節１３により第２構造体２と接続されており、第２構造体２に対して関節軸１３ａまわりに相対的に揺動運動可能である。
【００３３】
１４−１、１４−２はハンド駆動用ワイヤであり、端部が、それぞれ可動回転プーリー１０−１、１０−２の回転軸１０−１ａ、１０−２ａに固定されており、もう一方の端部がハンド１２の関節軸１３ａを中心として対称的な位置に固定されている。
【００３４】
次に、図２を使用して回転ガイドプーリー８−１、固定ガイドプーリー９−１、可動回転プーリー１０−１に対するアーム屈曲用ワイヤ７−１の経路について説明する。なお、それぞれのプーリーに対しては、それぞれのガイド溝内にワイヤが収納されるように掛け回されているが（図１Ｂ参照）、以下の説明では、ガイド溝については説明を省略する。
【００３５】
第１直動アクチュエータ６−１の下端に一端を固定されたアーム屈曲用ワイヤ７−１は回転ガイドプーリー８−１へと導かれ、回転ガイドプーリー８−１により経路を曲げられた後（矢印（１）参照）、図２の紙面上で第１回転関節３の関節軸３ａより下方から可動回転プーリー１０−１へと可動回転プーリー１０−１の図２の紙面上で下方側へと導かれる（矢印（２）参照）。その後、アーム屈曲用ワイヤ７−１は可動回転プーリー１０−１により方向を転換するように曲げられ（矢印（３）参照）、可動回転プーリー１０−１の図２の紙面上で上方側より固定ガイドプーリー９−１の図２の紙面上で上方側へと導かれる（矢印（４）参照）。その後、アーム屈曲用ワイヤ７−１は固定ガイドプーリー９−１の外周に沿った後（矢印（５）参照）、ワイヤ固定ピン７ｐによりアーム屈曲用ワイヤ７−１の端部が固定ガイドプーリー９−１に固定される。
【００３６】
回転ガイドプーリー８−２、固定ガイドプーリー９−２、可動回転プーリー１０−２に対するアーム屈曲用ワイヤ７−２の経路も上記のアーム屈曲用ワイヤ７−１の経路と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００３７】
図４は空気圧人工筋を駆動するための空気圧供給駆動系の構成を示す図である。図４において、１９は例えばコンプレッサー等の空気圧源、２０は空気圧フィルタ２０ａ、空気圧減圧弁２０ｂ、及び空気圧用ルブリケータ２０ｃが１組になった空気圧調整ユニットである。２１は例えば電磁石の力でスプール弁などを駆動することで流量を制御する５ポート流量制御電磁弁である。２２は例えば一般的なパーソナルコンピュータにより構成された制御コンピュータであり、Ｄ／Ａボード２２ａが搭載されており、５ポート流量制御電磁弁２１に電圧指令値を出力することにより、それぞれの流体注入出部材１８を流れるそれぞれの空気の流量を制御可能とする。
【００３８】
図４に示す空気圧供給駆動系によれば、空気圧源１９により生成された高圧空気は、空気圧調整ユニット２０により減圧され、例えば６００ｋＰａといった一定圧力に調整され、５ポート流量制御電磁弁２３に供給される。５ポート流量制御電磁弁２１の開度は、制御コンピュータ２２よりＤ／Ａボード２２ａを介して出力される電圧指令値に比例して制御される。５ポート流量制御電磁弁２１には、一対の空気圧人工筋２０１−１，２０１−２の管状弾性体１５の流体注入出部材１８がそれぞれ接続されている。一対の空気圧人工筋２０１−１，２０１−２は支持棒２０３沿いに大略平行に配置され、それぞれの管状弾性体１５の流体注入出部材１８側の端部が、支持棒２０３の端部に固定された支持板２０２に固定されている。一対の空気圧人工筋２０１−１，２０１−２の管状弾性体１５の他方の端部側には、支持棒２０３に回転関節軸２００で回転自在に支持されたＴ字状の回動部材２０４が支持され、この回動部材２０４に一対の空気圧人工筋２０１−１，２０１−２のそれぞれの管状弾性体１５の他方の端部が回転自在に支持されている。したがって、以下に述べるように、一対の空気圧人工筋２０１−１，２０１−２のそれぞれの管状弾性体１５が伸縮することにより、回動部材２０４が回転関節軸２００回りに正逆回転駆動される。
【００３９】
制御コンピュータ２２より、正の電圧指令値がＤ／Ａボード２２ａから５ポート流量制御電磁弁２１に入力された場合には、図４に示すように空気圧回路記号のＡで示した状態になり、空気圧源２１側から空気圧人工筋２０１−１の管状弾性体１５の流体注入出部材１８側への流路が５ポート流量制御電磁弁２１を介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気が空気圧人工筋２０１−１側に供給される。また、空気圧人工筋２０１−２側は、管状弾性体１５の流体注入出部材１８から大気圧側への流路が５ポート流量制御電磁弁２１を介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気流が空気圧人工筋２０１−２側から大気中へ排気される。したがって、図４に示すように、空気圧人工筋２０１−１の全長が縮み、空気圧人工筋２０１−２の全長が伸びることにより、電圧指令値の絶対値に比例した速度で関節軸２００は矢印で示されるように右回転運動を行う。
【００４０】
一方、制御コンピュータ２２より、負の電圧指令値がＤ／Ａボード２２ａから５ポート流量制御電磁弁２１に入力された場合には、５ポート流量制御電磁弁２１が切り替えられて、空気圧回路記号のＢで示した状態になり、空気圧人工筋２０１−２の動作は逆となり、関節軸２００は左回転運動を行う。すなわち、空気圧源１９側から空気圧人工筋２０１−２の管状弾性体１５の流体注入出部材１８側への流路が５ポート流量制御電磁弁２１を介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気が空気圧人工筋２０１−２側に供給される。また、空気圧人工筋２０１−１側は、管状弾性体１５の流体注入出部材１８から大気圧側への流路が５ポート流量制御電磁弁２１を介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気流が空気圧人工筋２０１−１側から大気中へ排気される。したがって、空気圧人工筋２０１−２の全長が縮み、空気圧人工筋２０１−１の全長が伸びることにより、電圧指令値の絶対値に比例した速度で関節軸２００は矢印とは逆方向で示される左回転運動を行う。
【００４１】
以上の構成のワイヤ誘導機構を有する関節構造体の動作について説明する。
【００４２】
図５Ａ，図５Ｂは本発明の第１実施形態における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームの動作をそれぞれ示す図である。
【００４３】
上記したように、第１直動アクチュエータ４の２本の第１直動アクチュエータ４−１、４−２は、図１Ａの左側の第１直動アクチュエータ４−１と図１Ａの右側の別の第１直動アクチュエータ４−２が第１構造体１を挟んで第１回転関節３に関して対向するように回転ジョイント５−１、５−２により第２構造体２に接続されている。したがって、図１Ａの左側の第１直動アクチュエータ４−１が伸張し、図１Ａの右側の別の第１直動アクチュエータ４−２が収縮すれば、図５Ａに示されるように、第１回転関節３の回転軸３ａ回りの反時計方向の回転運動が発生する。逆に、図１Ａの左側の第１直動アクチュエータ４−１が収縮し、図１Ａの右側の別の第１直動アクチュエータ４−２が伸張すれば、第１回転関節３の回転軸３ａ回りの時計方向の回転運動が発生する。
【００４４】
ここで、本発明の第１実施形態の特徴は、回転ガイドプーリー８−１、８−２、固定ガイドプーリー９−１、９−２、可動回転プーリー１０−１、１０−２によりアーム屈曲用ワイヤ７−１、７−２が誘導されている点にある。その作用を図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。
【００４５】
上記したように、第１直動アクチュエータ４−１，４−２の動作により、図５Ａに示すように第２構造体２の第１回転関節３の回転軸３ａ回りの反時計方向の回転運動が発生した場合、図６Ａの矢印Ａで示すように、回転ガイドプーリー８−１、固定ガイドプーリー９−１に対する、可動回転プーリー１０−１の、第１回転関節３の回転軸３ａ回りの相対的な回転運動が発生する。この時、アーム屈曲用ワイヤ７−１が回転ガイドプーリー８−１の円周部にかかる量は角度αに相当する円周分だけ増加し、角度βに相当する円周分だけ減少するが、矢印Ｂで示す、可動回転プーリー１０−１の回転軸１０−１ａ回りの時計回りの回転運動によりアーム屈曲用ワイヤ７−１が誘導され、角度αに相当する円周分である増加分と角度βに相当する円周分である減少分はお互いに打ち消しあう。さらに、角度α＝角度βであることから、結局、回転ガイドプーリー８−１と可動回転プーリー１０−１の距離Ｌは変化しない。したがって、レバー１１−１の支点１１−１ａ回りの第２構造体２に対する相対的な回転運動は発生しない。
【００４６】
以上のワイヤ誘導動作は、回転ガイドプーリー８−２、固定ガイドプーリー９−２、可動回転プーリー１０−２によるアーム屈曲用ワイヤ７−２の誘導でも同様である。
【００４７】
従って、ハンド駆動用ワイヤ１４−１、ハンド駆動用ワイヤ１４−２によりレバー１１−１、１１−２に接続されたハンド１２の第２構造体２に対する第２回転関節１３回りの相対的な回転運動は、第１直動アクチュエータ４の動作による第２構造体２の第１回転関節３の回転軸３ａ回りの回転運動によって発生しない。
【００４８】
一方、第２直動アクチュエータ６−１を収縮させ、第２直動アクチュエータ６−２を伸張させた場合、アーム屈曲用ワイヤ７−１は、図６Ｂの矢印Ｃで示すように引っ張られ、回転ガイドプーリー８−１は、矢印Ｄで示すように、第１回転関節３の回転軸３ａ回りに時計方向の回転運動を行い、アーム屈曲用ワイヤ７−１を第２直動アクチュエータ６−１側へと送り出す。ところが、アーム屈曲用ワイヤ７−１は固定ガイドプーリー９−１に固定されているため（図２参照）、可動回転プーリー１０−１は、矢印Ｅで示すように、回転軸１０−１ａ回りに時計方向の回転運動を行いながら、矢印Ｆで示すように、回転ガイドプーリー８−１の方へと近づく運動を行い、回転ガイドプーリー８−１と可動回転プーリー１０−１の距離Ｌは、例えば、運動前の距離Ｌ１から距離Ｌ２（ただし、Ｌ１＞Ｌ２）というように短縮される。したがって、図５Ｂに示すように、レバー１１−１は、支点１１−１ａ回りの第２構造体２に対する反時計回りの相対的な回転運動を行う。逆に、回転ガイドプーリー８−２、固定ガイドプーリー９−２、可動回転プーリー１０−２によるアーム屈曲用ワイヤ７−２の誘導では、図５Ｂに示すように、レバー１１−２は、支点１１−２ａ回りの第２構造体２に対する時計回りの相対的な回転運動を行う。
【００４９】
したがって、図５Ｂに示すように、ハンド駆動用ワイヤ１４−１、ハンド駆動用ワイヤ１４−２によりレバー１１−１、１１−２に接続されたハンド１２は、第２構造体２に対する第２回転関節１３回りの反時計回りの相対的な回転運動を行う。
【００５０】
以上のように、本発明の第１実施形態の関節構造体によれば、回転ガイドプーリー８−１、８−２、固定ガイドプーリー９−１、９−２、可動回転プーリー１０−１、１０−２によりアーム屈曲用ワイヤ７−１、７−２が誘導される構成とすることにより、第１回転関節３の回転軸３ａ回りの回転運動に影響を受けることなく、第１構造体１に配設された第２直動アクチュエータ６の駆動力を、第１回転関節３を越えて、ロボットアーム１００の先端側に伝達することが可能となる。
【００５１】
したがって、第２回転関節１３回りの運動を駆動するアクチュエータを、第２直動アクチュエータ６のように、ロボットアーム１００の根元側に配設することができ、ロボットアーム１００の先端側の慣性が小さくなり、位置制御や力制御に関する制御性能が向上するとともに、高速に動作させることも可能となる。また、慣性が小さいことから運動エネルギーも小さくなり、衝突時の安全性も向上する。
【００５２】
なお、この第１実施形態では、一例として、第１構造体１に対して第２構造体２は、図１Ａの姿勢から、回転軸３ａまわりに時計方向及び反時計方向に６０度程度ずつ回転可能であり、第２構造体２に対してハンド１２も、図１Ａの姿勢から、回転軸３ａまわりに時計方向及び反時計方向に６０度程度ずつ回転可能となっている。
【００５３】
（第２実施形態）
図７は本発明の第２実施形態における関節構造体の構造を示す斜視図である。図７では主要な部分のみ記載し、その他の構成は図１Ａ及び図１Ｂの第１実施形態と同様であるので省略する。なお、それぞれのプーリーに対しては、それぞれのガイド溝内にワイヤが収納されるように（図１Ｂと同様に）掛け回されているが、以下の説明及び対応の図では、簡略化のため、ガイド溝については省略している。
【００５４】
図７において、２３−１は第１可動回転ガイドプーリーであり、２４−１は第２可動回転ガイドプーリーである。第１可動回転ガイドプーリー２３−１と第２可動回転ガイドプーリー２４−１は同一半径で、かつ、お互いに固定されており一体で回転軸１０−１ａまわりに回転運動するものであり、第１実施形態の可動回転プーリー１０−１に代わるものである。また、第１可動回転ガイドプーリー２３−１は回転ガイドプーリー８−１と同一平面上に配設され、第２可動回転ガイドプーリー２４−１は固定ガイドプーリー９−１と同一平面上に配設されている。
【００５５】
次に、第２実施形態における関節構造体のワイヤの経路について説明する。ここでは、第１実施形態のアーム屈曲用ワイヤ７−１が、アーム屈曲用第１ワイヤ２７Ａ−１とアーム屈曲用第２ワイヤ２７Ｂ−１とに分かれて構成されている。すなわち、アーム屈曲用第１ワイヤ２７Ａ−１は、回転ガイドプーリー８−１に掛けられ（矢印（１）参照）、方向を曲げられた後（矢印（２）参照）、第１可動回転ガイドプーリー２３−１に掛けられ（矢印（３Ａ）参照）、第１可動回転ガイドプーリー２３−１の円周上のワイヤ固定点２５−１で端部が固定されている。
【００５６】
また、第２可動回転ガイドプーリー２４−１の円周上のワイヤ固定点２６−１には、アーム屈曲用第２ワイヤ２７Ｂ−１の端部が固定され、アーム屈曲用第２ワイヤ２７Ｂ−１を第２可動回転ガイドプーリー２４−１に掛け回したのち（矢印（３Ｂ）参照）、固定ガイドプーリー９−１側に導かれたのち（矢印（４）参照）、固定ガイドプーリー９−１に掛け回されて（矢印（５）参照）、アーム屈曲用第２ワイヤ２７Ｂ−１のもう一方の端部は固定ガイドプーリー９−１のワイヤ固定点２８−１に固定されている。
【００５７】
以上の構成と同様な構成が、第２構造体２を挟んで反対側の位置に、第１可動回転ガイドプーリー２３−２と第２可動回転ガイドプーリー２４−２とアーム屈曲用第１ワイヤ２７Ａ−２とアーム屈曲用第２ワイヤ２７Ｂ−２とによって構成されており、第１実施形態の可動回転プーリー１０−２に代わるものである。
【００５８】
以上説明した本発明の第２実施形態の関節構造体によれば、第１可動回転ガイドプーリー２３−１、２３−２と第２可動回転ガイドプーリー２４−１、２４−２が配設されていることにより、アーム屈曲用第１ワイヤ２７Ａ−１、２７Ａ−２及びアーム屈曲用第２ワイヤ２７Ｂ−１、２７Ｂ−２の経路はそれぞれ１つの平面内に収まり、プーリー間でアーム屈曲用ワイヤが斜めに掛け渡される箇所が存在せず、アーム屈曲用ワイヤがプーリーより脱落する危険性を少なくすることができ、より確実にロボットアーム１００を動作させることが可能となる。
【００５９】
（第３実施形態）
図８は本発明の第３実施形態における関節構造体の構造を示す斜視図である。図８では主要な部分のみ記載し、その他の構成は図１Ａ及び図１Ｂの第１実施形態と同様であるので省略する。なお、それぞれのプーリーに対しては、それぞれのガイド溝内にワイヤが収納されるように（図１Ｂと同様に）掛け回されているが、以下の説明及び対応の図では、簡略化のため、ガイド溝については省略している。
【００６０】
第３実施形態における関節構造体は、第１実施形態における関節構造体と比べると固定ガイド２９−１の部分の構成が異なる。固定ガイド２９−１は第１実施形態における関節構造体の固定ガイドプーリー９−１，９−２のように円板形状ではなく、アーム屈曲用ワイヤ７−１が接触する部分付近のみを円弧状に形成し、アーム屈曲用ワイヤ７−１を誘導する溝を形成した構造となっている。この固定ガイド２９−１の円弧状の部分に対しては、図２と同様に、例えば矢印（１）〜（５）の順にアーム屈曲用ワイヤ７−１が掛け回されている。
【００６１】
以上のような構成によれば、例えば、第１構造体１の一部分や、第１構造体１に固定された他の部品の一部分を円弧状に形成することにより固定ガイド２９−１が構成できるので、固定ガイド２９−１のための専用の部品が不要となり、部品点数の削減や、小型化が可能となる。
【００６２】
（第４実施形態）
図９Ａ及び図９Ｂは本発明の第４実施形態にかかる関節機構における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームを示す全体図である。
【００６３】
図９Ａ及び図９Ｂにおいて、３０−１、３０−２は第１回転ガイドプーリーであり、第２構造体２を挟んで対向するそれぞれの位置において、第１回転関節３の回転軸３ａと同軸となるように回転自在に第１構造体１又は第２構造体２に配設されており、軸受けなどを介して回転軸３ａ回りに自在に回転運動可能である。図９Ａ及び図９Ｂにおいて、奥側の第１回転ガイドプーリー３０−２は手前側の第１回転ガイドプーリー３０−１の影となるため図示されていない。
【００６４】
３１−１、３１−２は第２回転ガイドプーリーであり、半径が第１回転ガイドプーリー３０−１、３０−２と等しく、第２構造体２を挟んで対向するそれぞれの位置において、第１回転関節３の回転軸３ａ及び第１回転ガイドプーリー３０−１、３０−２の回転軸と同軸となるように回転自在に配設されており、軸受けなどを介して回転軸３ａ回りに自在に回転運動可能であり、また、第１回転ガイドプーリー３０−１、３０−２に対しても相対的に回転運動可能である。図９Ａ及び図９Ｂにおいて、奥側の第２回転ガイドプーリー３１−１、３１−２は手前側の第２回転ガイドプーリー３１−１の影となるため図示されていない。
【００６５】
３２−１、３２−２は、回転軸３２−１ａ、３２−２ａに対して、軸受けなどを介在させて回転自在に第１構造体１に配設される補助回転ガイドプーリーであり、第２直動アクチュエータ６−１、６−２の下端と第２回転ガイドプーリー３１−１、３１−２との略中間部における、第２構造体２を挟んで対向するそれぞれの位置に、第１構造体１に対して、回転自在に配設されており、自在に回転運動可能である。図９Ａ及び図９Ｂにおいて、奥側の補助回転ガイドプーリー３２−２は手前側の補助回転ガイドプーリー３２−１の影となるため図示されていない。
【００６６】
次に、図１０を用いて第４実施形態における関節構造体のワイヤの経路について説明する。図１０は本発明の第４実施形態における関節構造体の構造の詳細を示す斜視図である。なお、それぞれのプーリーに対しては、それぞれのガイド溝内にワイヤが収納されるように（図１Ｂと同様に）掛け回されているが、以下の説明及び対応の図では、簡略化のため、ガイド溝については省略している。
【００６７】
第２直動アクチュエータ６−１の下端部に一端部が固定されたアーム屈曲用ワイヤ７−１は、第１回転ガイドプーリー３０−１へと導かれ、第１回転ガイドプーリー３０−１により経路を曲げられた後（矢印（１１）参照）、図１０の紙面上で第１回転関節３の関節軸３ａより下方から可動回転プーリー１０−１へと導かれ（矢印（１２）参照）、さらに、可動回転プーリー１０−１の図１０の紙面上で下方側へと導かれる。その後、アーム屈曲用ワイヤ７−１は、可動回転プーリー１０−１により、方向を転換するように曲げられ（矢印（１３）参照）、可動回転プーリー１０−１の図１０の紙面上で上方側より第２回転ガイドプーリー３１−１の図１０の紙面上で上方側へと導かれる（矢印（１４）参照）。その後、アーム屈曲用ワイヤ７−１は、第２回転ガイドプーリー３１−１の外周に沿って略一周し（矢印（１５）参照）、図１０の紙面上で上方側より補助回転ガイドプーリー３２−１の紙面上で下方側へと導かれる（矢印（１６）参照）。補助回転ガイドプーリー３２−１に導かれたアーム屈曲用ワイヤ７−１は、補助回転ガイドプーリー３２−１の外周に沿うことにより、向きを変えられ（矢印（１７）参照）、紙面上の上方へと導かれ、最後に、そのアーム屈曲用ワイヤ７−１の他端部が、アーム屈曲用ワイヤ７−１の上記一端部が固定された第２直動アクチュエータ６−１の下端部と略同一の箇所に固定されている。
【００６８】
以上の構成と同様な構成が、第２構造体２を挟んで反対側の位置に、第１回転ガイドプーリー３０−２と第２回転ガイドプーリー３１−２と補助回転ガイドプーリー３２−２とアーム屈曲用ワイヤ７−２とによって構成されている。
【００６９】
以上説明した本発明の第４実施形態の関節構造体の動作について、図１１を用いて説明する。
【００７０】
第１回転関節３の回転軸３ａ周りの第１構造体１と第２構造体２の相対的な揺動運動に関しては、図６Ａと同様の原理により、第１構造体１と第２構造体２の相対的な揺動運動によってレバー１１−１、１１−２の運動は影響を受けない。
【００７１】
一方、第２直動アクチュエータ６−１が収縮するとアーム屈曲用ワイヤ７−１は矢印Ａ、Ｂで示す方向に両端部が引っ張られる。これに対応するため、第１回転ガイドプーリー３０−１は矢印Ｃに示すように時計方向の回転を行い、アーム屈曲用ワイヤ７−１を上向きに送り出す。また、補助回転ガイドプーリー３２−１が矢印Ｄで示すように時計方向の回転を行い、第２回転ガイドプーリー３１−１が矢印Ｅで示すように反時計方向の回転を行い、それぞれ、アーム屈曲用ワイヤ７−１を送り出す。結局、可動回転プーリー１０−１は矢印Ｆで示すように引き寄せられ、第１回転関節３の回転軸３ａから可動回転プーリー１０−１の回転軸１０−１ａまでの距離Ｌは、運動前の距離Ｌ１から距離Ｌ３へと変化する。なお、図１１において、点線で示された可動回転プーリー１０−１は、第１実施形態の図６Ｂでの可動回転プーリー１０−１の位置を示しており、この位置での距離Ｌ２よりも、図１１での距離Ｌ３の方が小さくなり、その差（Ｌ２−Ｌ３）の分だけ、可動回転プーリー１０−１の移動距離が大きくなっている。
【００７２】
本発明の第４実施形態の関節構造体によれば、第２回転ガイドプーリー３１−１、３１−２と補助回転ガイドプーリー３２−１、３２−２が配設されていることにより、アーム屈曲用ワイヤ７−１、７−２が第２直動アクチュエータ６−１、６−２によって、それぞれ両端を引っ張られるため、可動回転プーリー１０−１、１０−２の移動量である（Ｌ１−Ｌ２）の値は、第１実施形態の場合と比べ、第２直動アクチュエータ６−１、６−２の同じ収縮量に対し、移動量である（Ｌ１−Ｌ２）の値は２倍となる。したがって、ロボットアームの関節の可動範囲を大きくすることが可能となる。
【００７３】
（第５実施形態）
図１２は本発明の第５実施形態にかかる関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームを示す全体図である。
【００７４】
図１２において、３３−１、３３−２は第３回転ガイドプーリーであり、第２構造体２を挟んで対向するそれぞれの位置において、第１回転関節３の回転軸３ａと同軸となるように回転自在に配設されており、軸受けなどを介して回転軸３ａ回りに自在に回転運動可能である。図１２において、奥側の第３回転ガイドプーリー３３−２は手前側の第３回転ガイドプーリー３３−１の影となるため図示されていない。
【００７５】
３４−１、３４−２は第４回転ガイドプーリーであり、第３回転ガイドプーリー３３−１、３３−２と半径が等しく、第２構造体２の上側突出部２ｃに固定された回転軸３４−１ａ、３４−２ａに対して、軸受けなどを介して、第２構造体２を挟んで対向するそれぞれの位置において第２構造体２に回転自在に配設されており、回転軸３４−１ａ、３４−２ａを中心として第２構造体２に対して相対的に回転運動可能となっている。
【００７６】
また、３５−１、３５−２は第１平行リンクであり、それぞれの一端部が支点３５−１ａ、３５−２ａにおいて第１構造体１と接続されており、支点３５−１ａ、３５−２ａを中心として第１構造体１に対して相対的に揺動運動可能である。
【００７７】
３６−１、３６−２は第２平行リンクであり、それぞれの一端部が、支点３６−１ａ、３６−２ａにおいて第１平行リンク３５−１、３５−２の他端部と接続されており、支点３６−１ａ、３６−２ａを中心として第１平行リンク３５−１、３５−２に対して相対的に揺動運動可能である。また、第２平行リンク３５−１、３５−２の他端部は、それぞれ、第４回転ガイドプーリー３４−１、３４−２に固定されており、第２平行リンク３５−１、３５−２と第４回転ガイドプーリー３４−１、３４−２は、それぞれ、相対的に運動不可となっている。
【００７８】
第１平行リンク３５−１、３５−２、第２平行リンク３６−１、３６−２、第１構造体１、及び、第２構造体２は、支点３５−１ａ、３５−２ａ、支点３６−１ａ、３６−２ａ、第１回転関節３の回転軸３ａ、及び、第４回転ガイドプーリー３４−１、３４−２の回転軸３４−１ａ、３４−２ａを４支点とする４節リンク構造（平行リンク構造）を構成している。
【００７９】
次に、図１３を用いて第５実施形態における関節構造体のワイヤ誘導機構のワイヤの経路について説明する。図１３は本発明の第５実施形態における関節構造体の構造の詳細を示す斜視図である。なお、それぞれのプーリーに対しては、それぞれのガイド溝内にワイヤが収納されるように（図１Ｂと同様に）掛け回されているが、以下の説明及び対応の図では、簡略化のため、ガイド溝については省略している。
【００８０】
第２直動アクチュエータ６−１に一端を固定されたアーム屈曲用ワイヤ７−１は、第３回転ガイドプーリー３３−１へと導かれ、第３回転ガイドプーリー３３−１により経路を曲げられた後（矢印（２１）参照）、図１３の紙面上で第１回転関節３の関節軸３ａより下方から可動回転プーリー１０−１へと可動回転プーリー１０−１の図１３の紙面上で下方側へと導かれる（矢印（２２）参照）。その後、アーム屈曲用ワイヤ７−１は可動回転プーリー１０−１により方向を転換するように曲げられ（矢印（２３）参照）、可動回転プーリー１０−１の図１３の紙面上で上方側より第２回転ガイドプーリー３４−１の図１３の紙面上で上方側へと導かれる（矢印（２４）参照）。その後、アーム屈曲用ワイヤ７−１は第４回転ガイドプーリー３４−１の外周に沿った後（矢印（２５）参照）、ワイヤ固定ピン３４ｐにより端部が第２回転ガイドプーリー３４−１に固定される。
【００８１】
第３回転ガイドプーリー３３−２、第４回転ガイドプーリー３４−２、可動回転プーリー１０−２に対するアーム屈曲用ワイヤ７−２の経路も上記のアーム屈曲用ワイヤ７−１の経路と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００８２】
以上説明した本発明の第５実施形態の関節構造体の動作について、図１４を用いて説明する。
【００８３】
第１直動アクチュエータ４−１、４−２の動作により、第２構造体２の第１回転関節３の回転軸３ａ回りの反時計方向の回転運動が発生した場合、図１４の矢印Ａで示すように、第３回転ガイドプーリー３３−１に対する、可動回転プーリー１０−１及び第４回転ガイドプーリー３４−１の、第１回転関節３の回転軸３ａ回りの相対的な回転運動が発生する。この時、アーム屈曲用ワイヤ７−１が第３回転ガイドプーリー３３−１の円周部にかかる量は角度αに相当する円周分だけ増加する。
【００８４】
一方、可動回転プーリー１０−１がＰの位置にある場合の、可動回転プーリー１０−１と第４回転ガイドプーリー３４−１との間に掛け渡されたアーム屈曲用ワイヤ７−１の垂線Ｘと平行な補助線Ｙと、可動回転プーリー１０−１がＱの位置にある場合の、可動回転プーリー１０−１と第４回転ガイドプーリー３４−１との間に掛け渡されたアーム屈曲用ワイヤ７−１の垂線Ｚが為す角度をβとすると、第４回転ガイドプーリー３４−１は、上記平行リンク構造により第１構造体１と接続されているため、矢印Ｃで示す回転運動が発生しない（ただし、第４回転ガイドプーリー３４−１と第２構造体２の相対的な回転運動は発生する。）ことから、第２構造体２の第１回転関節３の回転軸３ａ回りの反時計方向の回転運動により、アーム屈曲用ワイヤ７−１が第４回転ガイドプーリー３４−１の円周部にかかる量は角度βに相当する円周分だけ減少する。
【００８５】
ここで、幾何学的な関係を考えれば、角度α＝角度βであることから、角度αに相当する円周分である増加分と角度βに相当する円周分である減少分はお互いに打ち消しあい、結局、第１回転ガイドプーリー３３−１と可動回転プーリー１０−１の距離Ｌは変化しない。したがって、レバー１１−１の支点１１−１ａ回りの第２構造体２に対する相対的な回転運動は発生しない。
【００８６】
また、第２直動アクチュエータ６−１が収縮すると、図６Ｂと同様の原理により、第１回転関節３の回転軸３ａから可動回転プーリー１０−１の回転軸１０−１ａまでの距離は変化する。
【００８７】
本発明の第５実施形態の関節構造体によれば、平行リンク構造が接続された第４回転ガイドプーリー３４−１、３４−２を、第３回転ガイドプーリー３３−１、３３−２と可動回転プーリー１０−１、１０−２と同一平面内に配設することが可能となるため、第１実施形態の場合と比べて、第１回転関節３の回転軸３ａの軸方向沿いの厚みを小さくすることが可能となる。したがって、コンパクトな関節構造のロボットアームとすることが可能となる。また、第４回転ガイドプーリー３４−１、３４−２を、第３回転ガイドプーリー３３−１、３３−２と可動回転プーリー１０−１、１０−２と同一平面内に配設することが可能であるため、アーム屈曲用ワイヤ７−１、７−２がそれぞれのプーリーのガイド溝から外れにくくなり、ロボットアームの高速移動に好適なものとなる。
【００８８】
（第６実施形態）
図１５は本発明の第６実施形態にかかる関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームを示す全体図である。
【００８９】
図１５において、３７−１、３７−２は回転ガイドプーリーであり、第２構造体２を挟んで対向するそれぞれの位置において、第１回転関節３の回転軸３ａと同軸となるように軸受けなどを介して回転軸３ａに対して回転自在に配設されており、回転軸３ａ回りに自在に回転運動可能である。図１５において、奥側の回転ガイドプーリー３７−２は手前側の回転ガイドプーリー３７−１の影となるため図示されていない。
【００９０】
３８−１、３８−２は可動ガイドプーリーであり、回転ガイドプーリー３７−１、３７−２と半径が等しく、レバー１１−１の上端部とレバーの下端部１１−２に回転自在に配設されており、回転軸３８−１ａ、３８−２ａを中心としてレバー１１−１、１１−２に対して相対的に回転運動可能となっている。
【００９１】
３９−１、３９−２は第１平行リンクであり、それぞれの一端部が支点３５−１ａ、３５−２ａにおいて第１構造体１と回転自在に接続されており、支点３５−１ａ、３５−２ａを中心として第１構造体１に対して相対的に揺動運動可能である。
【００９２】
４０−１、４０−２はそれぞれの一端が並進・回転ジョイント４１−１、４１−２に回転自在に連結され、それぞれの他端が可動ガイドプーリー３８−１、３８−２に固定された第２平行リンクであり、並進・回転ジョイント４１−１、４１−２によって第１平行リンク３９−１、３９−２と並進・回転可能に接続されている。並進・回転ジョイント４１−１は、図１５中に矢印Ａ及び矢印Ｂで示す方向に第１平行リンク３９−１に対して摺動自在でかつ相対的に回転自在に嵌合又は挟持されて並進自由度及び回転自由度を有し、並進・回転ジョイント４１−２も第１平行リンク３９−２に対して同様な構造となっている。したがって、第１平行リンク３９−１、３９−２と第２平行リンク４０−１、４０−２は、並進・回転ジョイント４１−１、４１−２により、相対的に並進運動可能であり、揺動運動可能である。また、第２平行リンク４０−１、４０−２のそれぞれの他端は、それぞれ、可動ガイドプーリー３８−１、３８−２に固定されており、第２平行リンク４０−１、４０−２と可動ガイドプーリー３８−１、３８−２は、それぞれ、相対的に運動不可となっているため、第２平行リンク４０−１と可動ガイドプーリー３８−１、第２平行リンク４０−２と可動ガイドプーリー３８−２は、それぞれ、一体的に回転するようになっている。
【００９３】
よって、第１平行リンク３９−１、３９−２、第２平行リンク４０−１、４０−２、第１構造体１、及び、第２構造体２は、支点３５−１ａ、３５−２ａ、並進・回転ジョイント４１−１、４１−２、第１回転関節３の回転軸３ａ、及び、可動ガイドプーリーの回転軸３８−１ａ、３８−２ａを４支点とする４節リンク構造（平行リンク構造）を構成している。
【００９４】
次に、図１６を用いて第６実施形態における関節構造体のワイヤの経路について説明する。図１６は本発明の第６実施形態における関節構造体の構造の詳細を示す斜視図である。なお、それぞれのプーリーに対しては、それぞれのガイド溝内にワイヤが収納されるように（図１Ｂと同様に）掛け回されているが、以下の説明及び対応の図では、簡略化のため、ガイド溝については省略している。
【００９５】
第２直動アクチュエータ６−１に一端を固定されたアーム屈曲用ワイヤ７−１は回転ガイドプーリー３７−１へと導かれ、回転ガイドプーリー３７−１により経路を曲げられた後、図１６の紙面上で第１回転関節３の関節軸３ａより下方から可動回転プーリー３８−１へと可動回転プーリー３８−１の図１３の紙面上で下方側へと導かれる。その後、アーム屈曲用ワイヤ７−１は回転プーリー３８−１の外周に沿った後、ワイヤ固定ピン３８ｐにより端部が可動プーリー３８−１に固定される。
【００９６】
回転ガイドプーリー３７−２、可動プーリー３８−２に対するアーム屈曲用ワイヤ７−２の経路も上記のアーム屈曲用ワイヤ７−１の経路と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００９７】
以上説明した本発明の第６実施形態の関節構造体の動作について、図１７を用いて説明する。
【００９８】
第１直動アクチュエータ４−１、４−２の動作により、第２構造体２の第１回転関節３の回転軸３ａ回りの反時計方向の回転運動が発生した場合、図１７の矢印Ａで示すように、回転ガイドプーリー３７−１に対する、可動プーリー３８−１の、第１回転関節３の回転軸３ａ回りの相対的な回転運動が発生する。この時、アーム屈曲用ワイヤ７−１が第１回転ガイドプーリー３７−１の円周部にかかる量は角度αに相当する円周分だけ増加する。
【００９９】
一方、可動プーリー３８−１がＰの位置にある場合の、第１回転ガイドプーリー３７−１と可動プーリー３８−１との間に掛け渡されたアーム屈曲用ワイヤ７−１の垂線Ｘと平行な補助線Ｙと、可動プーリー３８−１がＱの位置にある場合の、第１回転ガイドプーリー３７−１と可動プーリー３８−１との間に掛け渡されたアーム屈曲用ワイヤ７−１の垂線Ｚが為す角度をβとすると、可動プーリー３８−１は、上記平行リンク構造により第１構造体１と接続されているため、矢印Ｂで示す回転運動が発生しない（ただし、可動プーリー３８−１とレバー１１−１の相対的な回転運動は発生する。）ことから、第２構造体２の第１回転関節３の回転軸３ａ回りの反時計方向の回転運動により、アーム屈曲用ワイヤ７−１が可動プーリー３８−１の円周部にかかる量は角度βに相当する円周分だけ減少する。
【０１００】
ここで、幾何学的な関係を考えれば、角度α＝角度βであることから、角度αに相当する円周分である増加分と角度βに相当する円周分である減少分はお互いに打ち消しあい、結局、回転ガイドプーリー３７−１と可動プーリー３８−１の距離Ｌは変化しない。したがって、レバー１１−１の支点１１−１ａ回りの第２構造体２に対する相対的な回転運動は発生しない。
【０１０１】
また、第２直動アクチュエータ６−１が収縮すると、アーム屈曲用ワイヤ７−１が引っ張られるが、ワイヤ７−１は可動プーリー３８−１に端部が固定されているため、可動プーリー３８−１は回転ガイドプーリー３７−１の方へ引き寄せられ、第１回転関節３の回転軸３ａから可動プーリー３８−１の回転軸３８−１ａまでの距離Ｌは変化する。その際に、並進・回転ジョイント４１−１は、第２直動アクチュエータ６−１の収縮により距離Ｌが短縮される場合には、第１平行リンク３９−１に沿って支点３５−１ａに近づく方向へ並進運動し、平行リンク構造を維持する。
【０１０２】
本発明の第６実施形態の関節構造体は、第５実施形態の第２回転ガイドプーリー３４−１、３４−２と可動ガイドプーリー１０−１、１０−２を一体にした場合の構造に相当する。
【０１０３】
本発明の第６実施形態の関節構造体によれば、ガイドプーリーとして回転ガイドプーリー３７−１、３７−２と可動プーリー３８−１、３８−２のみがあれば動作することができ、部品点数を少なくすることが可能となる。したがって、部品点数の少ない簡潔な関節構造のロボットアームとすることが可能となる。
【０１０４】
（第７実施形態）
図１９Ａ、図１９Ｂ、図１９Ｃは、本発明の第７実施形態にかかる関節機構におけるワイヤ誘導機構の構造を示す全体図である。図１９Ａ、図１９Ｂ、図１９Ｃに示す本発明の第７実施形態は、２つの可動回転プーリーを備えた場合の例である。
【０１０５】
図１９Ａ、図１９Ｂ、図１９Ｃにおいては、４０１はロッド状の第１構造体、４０２はロッド状の第２構造体であり、第１構造体４０１と第２構造体４０２は回転関節４０３により接続されており、第１構造体４０１と第２構造体４０２は、回転関節４０３の関節軸４０３ａを中心として相対的に回転可能である。
【０１０６】
４０４はガイド溝４０４ａ付き回転ガイドプーリーであり、回転関節４０３の回転軸４０３ａと同軸となりかつ、回転軸４０３ａに対して、軸受けなどを介在させて回転自在に第２構造体２に配設されており、回転軸４０３ａ回りに自在に回転運動可能である。
【０１０７】
４０５は固定ガイドの一例であるガイド溝４０５ａ付き固定ガイドプーリーであり、回転ガイドプーリー４０４と半径が等しく、回転関節４０３の回転軸４０３ａと同軸となるように配設されている。また、固定ガイドプーリー４０５は第１構造体４０１に固定されており、固定ガイドプーリー４０５と第１構造体４０１の間に相対的な回転運動は生じない。
【０１０８】
４０６はグリッパーであり、第１フィンガ４０６ａ、第２フィンガ４０６ｂ及びヒンジ４０６ｃから構成されている。第１フィンガ４０６ａ及び第２フィンガ４０６ｂはヒンジ４０６ｃにより開閉動作可能となっており、また、ヒンジ４０６ｃは第２構造体４０２の端部（第１構造体４０１と接続する端部とは異なる端部）に固定されている。
【０１０９】
４０７はガイド溝４０７ｂ付き第１可動回転プーリーであり、第１フィンガ４０６ａの基端部に配設され、回転軸４０７ａ回りに回転可能である。
【０１１０】
４０８はガイド溝４０８ｂ付き第２可動回転プーリーであり、第２フィンガ４０６ｂの基端部に配設され、回転軸４０８ａ回りに回転可能である。
【０１１１】
４０９はねじりコイルバネであり、コイル部分がヒンジ４０６ｃに掛けられ、両端部が第１可動回転プーリー４０７の回転軸４０７ａ及び第２可動回転プーリー４０８の回転軸４０８ａにそれぞれ掛けられ、コイルバネ４０９の反発力により、グリッパー４０６を図１９Ａに示すように開状態に保持しようとする。
【０１１２】
４１０はグリッパー駆動ワイヤであり、グリッパー駆動ワイヤ４１０の一方の端部が第１駆動アクチュエータ（例えば、図１Ａの空気圧人工筋等の２本の第１直動アクチュエータ４−１、４−２）に固定され、回転ガイドプーリー４０４のガイド溝４０４ａ、第２可動回転プーリー４０８のガイド溝４０８ｂ、第１可動回転プーリー４０７のガイド溝４０７ｂの順にグリッパー駆動ワイヤ４１０が掛けられ、グリッパー駆動ワイヤ４１０の他方の端部が固定ガイドプーリー４０５にワイヤ固定ピン４１０ｐにより固定されている。
【０１１３】
４１１はガイド溝４１１ａ付き回転関節駆動プーリーであり、回転関節４０３の回転軸４０３ａと同軸となるように配設されている。また、回転関節駆動プーリー４１１は第２構造体４０２に固定されており、回転関節駆動プーリー４１１と第２構造体４０２の間に相対的な回転運動は生じない。
【０１１４】
４１２は回転関節駆動ワイヤであり、回転関節駆動プーリー４１１のガイド溝４１１ａに掛け回され、両端部を第２駆動アクチュエータ及び第３駆動アクチュエータ（ともに図示しないが、アクチュエータを構成可能な、例えば空気圧人工筋やモータやシリンダ等）にそれぞれ固定されている。
【０１１５】
次に、図２０を使用して、回転ガイドプーリー４０４、固定ガイドプーリー４０５、第１可動回転プーリー４０７、第２可動回転プーリー４０８に対するグリッパー駆動ワイヤ４１０の経路について説明する。なお、上記したように、それぞれのプーリーに対しては、それぞれのガイド溝内にワイヤが収納されるように掛け回されているが、以下の説明では、ガイド溝については説明を省略する。
【０１１６】
第１駆動アクチュエータに一端を固定されたグリッパー駆動ワイヤ４１０は、回転ガイドプーリー４０４へと導かれ、回転ガイドプーリー４０４を略１周周回した後、図２０の紙面上で回転関節４０３の関節軸４０３ａより下方から第２可動回転プーリー４０８へと第２可動回転プーリー４０８の図２０の紙面上で下方側へと導かれる。その後、グリッパー駆動ワイヤ４１０は、第２可動回転プーリー４０８により方向を上向きに転換するように曲げられ、第１可動回転プーリー４０７へと図２０の紙面上で第１可動回転プーリー４０７の右側へと導かれる。その後、グリッパー駆動ワイヤ４１０は、第１可動回転プーリー４０７により方向を左向きに転換するように曲げられ、第１可動回転プーリー４０７の図２０の紙面上で上方側より固定ガイドプーリー４０５の図２０の紙面上で上方側へと導かれる。その後、グリッパー駆動ワイヤ４１０は、固定ガイドプーリー４０５の外周に沿った後、ワイヤ固定ピン４１０ｐにより、端部が固定ガイドプーリー４０５に固定される。
【０１１７】
以上の構成のワイヤ誘導機構の動作について説明する。
【０１１８】
図１９Ｂの矢印Ｘのようにグリッパー駆動ワイヤ４１０が駆動された場合、上記第１実施形態において図６Ｂで説明したのと同様の原理により、回転ガイドプーリー４０４と第１可動回転プーリー７、第２可動回転プーリー４０８の回転軸間の距離を縮めるような動作となり、図１９Ａの状態から図１９Ｂの状態へとグリッパー４０６が閉じる動作となる。一方、矢印Ｘと逆の方向にグリッパー駆動ワイヤ４１０を緩める方向に駆動されると、ねじりコイルバネ４０９の反発力により、図１９Ｂの状態から図１９Ａの状態へとグリッパー４０６が開かれる動作となる。
【０１１９】
次に、図１９Ｃの矢印Ｙのように回転関節駆動ワイヤ４１２が駆動されると、回転関節駆動ワイヤ４１２は回転関節駆動プーリー４１１に掛け回され、回転関節駆動プーリー４１１は第２構造体４０２に固定されているため、回転関節４０３の回転運動が発生し、グリッパー４０６は図１９Ａの状態から図１９Ｃの状態へと左回りの揺動運動を行う。一方、矢印Ｙと逆の方向に回転関節駆動ワイヤ４１２が駆動される場合、グリッパー４０６は右回りの揺動運動を行う。
【０１２０】
この揺動運動の際、上記第１実施形態において図６Ａで説明したのと同様の原理により、回転ガイドプーリー４０４と第１可動回転プーリー４０７、第２可動回転プーリー４０８の回転軸間の距離を保持するような動作となり、グリッパー４０６は動作しない。
【０１２１】
以上のように、本発明の第７実施形態のワイヤ誘導機構によれば、回転ガイドプーリー４０４、固定ガイドプーリー４０５、第１可動回転プーリー４０７、第２可動回転プーリー４０８によりグリッパー駆動ワイヤ４１０が誘導される構成とすることにより、回転関節４０３の回転軸４０３ａ回りの回転運動に影響を受けることなく、独立して、グリッパー駆動ワイヤ４１０によりグリッパー４０６の開閉動作を駆動することができる。
【０１２２】
以上のようなグリッパー駆動機構を応用すれば、腹腔鏡下手術や遠隔手術のためのロボット鉗子システム等を実現することが可能である。
【０１２３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。
【０１２４】
例えば、図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように、揺動するレバーに代えて、第２構造体２の長手方向沿いにリニアガイド３００−１、３００−２を設けて、これらのリニアガイド３００−１、３００−２に沿って可動回転プーリー１０−１、１０−２がアーム屈曲用ワイヤ７−１、７−２により第２構造体２の長手方向沿いに自在に移動するような構造としても、レバーと同様な作用効果を奏することができる。
【０１２５】
また、上記種々の実施形態では、ロボットアームを駆動するアクチュエータを直動アクチュエータとしたが、これに限られるわけではなく、回転型の電動モータであっても、例えば、モータの回転軸にプーリーを固定し、モータの回転によりワイヤを巻き取る構造等でも同様の効果を発揮する。
【０１２６】
また、上記種々の実施形態では、直動アクチュエータを空気圧人工筋としたが、これに限られるわけではなく、空圧シリンダ、油圧シリンダや電動リニアアクチュエータ等、その他の直動アクチュエータでも同様の効果を発揮する。
【０１２７】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明の関節構造体は、多関節ロボットアームの関節機構における関節構造体として有用である。また、ロボットアームに限らず、生産設備等における回転機構のための関節機構等、機械装置の関節機構における関節構造体、医療用遠隔手術装置の多関節ロボットアームの関節機構における関節構造体として適用が可能である。
【０１２９】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１実施形態における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームの大略全体を示す平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の第１実施形態における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームの大略全体を示す底面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態における関節構造体の構造の詳細を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態における関節構造体の駆動装置の一例として直動アクチュエータ群を構成可能な空気圧人工筋の構造を示す図である。
【図４】図４は、上記空気圧人工筋を駆動するための空気圧供給駆動系の構成を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の第１実施形態における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームの動作を示す側面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の第１実施形態における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームの動作を示す側面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、第１直動アクチュエータの動作時における、本発明の第１実施形態における関節構造体のワイヤ誘導動作を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、第２直動アクチュエータの動作時における、本発明の第１実施形態における関節構造体のワイヤ誘導動作を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態における関節構造体の構造の詳細を示す斜視図である。
【図８】図８は、本発明の第３実施形態における関節構造体の構造の詳細を示す斜視図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の第４実施形態における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームの大略全体を示す側面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の第４実施形態における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームの大略全体を示す側面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第４実施形態における関節構造体の構造の詳細を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明の第４実施形態における関節構造体の動作を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第５実施形態における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームの大略全体を示す平面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第５実施形態における関節構造体の構造の詳細を示す斜視図である。
【図１４】図１４は、本発明の第５実施形態における関節構造体の動作を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の第６実施形態における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームの大略全体を示す平面図である。
【図１６】図１６は、本発明の第６実施形態における関節構造体の構造の詳細を示す斜視図である。
【図１７】図１７は、本発明の第６実施形態における関節構造体の動作を示す図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、本発明の他の実施形態における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームの大略全体を示す側面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、本発明の他の実施形態における関節構造体をロボットアームに応用した場合のロボットアームの大略全体を示す底面図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、本発明の第７実施形態にかかる関節機構におけるワイヤ誘導機構の構造であってグリッパーが開状態を示す全体図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、本発明の第７実施形態にかかる関節機構におけるワイヤ誘導機構の構造であってグリッパーが閉状態を示す全体図である。
【図１９Ｃ】図１９Ｃは、本発明の第７実施形態にかかる関節機構におけるワイヤ誘導機構の構造であってグリッパーが揺動した状態を示す全体図である。
【図２０】図２０は、本発明の第７実施形態にかかる関節機構におけるワイヤ誘導機構の構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１３１】
１  第１構造体
１ａ  支持板
２  第２構造体
３  第１回転関節
３ａ  第１回転関節の回転軸
４  第１直動アクチュエータ
４−１、４−２  第１直動アクチュエータ
５−１、５−２  ジョイント
６  第２直動アクチュエータ
６−１、６−２  第２直動アクチュエータ
７−１、７−２  アーム屈曲用ワイヤー
８−１、８−２  回転ガイドプーリ
９−１、９−２  固定ガイドプーリ
１０−１、１０−２  可動回転ガイドプーリ
１０−１ａ、１０−２ａ  可動回転ガイドプーリの回転軸
１１−１、１１−２  レバー
１１−１ａ、１１−２ａ  レバーの支点
１２  ハンド
１３  第２回転関節
１３ａ  第２回転関節の回転軸
１４−１、１４−２  ハンド駆動用ワイヤ
１５  管状弾性体
１６  拘束部材
１７  封止部材
１８  流体注入出部材
１９  空気圧源
２０  空気圧調整ユニット
２０ａ  空気圧フィルタ
２０ｂ  空気圧減圧弁
２０ｃ  空気圧用ルブリケータ
２１  ５ポート流量制御電磁弁
２２  制御コンピュータ
２２ａ  Ｄ／Ａボード
２３−１、２３−２  第１可動回転ガイドプーリ
２４−１、２４−２  第２可動回転ガイドプーリ
２５−１、２５−２  第１可動回転ガイドプーリのワイヤ固定点
２６−１、２６−２  第２可動回転ガイドプーリのワイヤ固定点
２７Ａ−１、２７Ａ−２  アーム屈曲用第１ワイヤ
２７Ｂ−１、２７Ｂ−２  アーム屈曲用第２ワイヤ
２８−１、２８−２  固定ガイドプーリのワイヤ固定点
２９−１、２９−２  固定ガイド
３０−１、３０−２  第１回転ガイドプーリ
３１−１、３１−２  第２回転ガイドプーリ
３２−１、３２−２  補助回転ガイドプーリ
３３−１、３３−２  第１回転ガイドプーリ
３４−１、３４−２  第２回転ガイドプーリ
３５−１、３５−２  第１平行リンク
３６−１、３６−２  第２平行リンク
３７−１、３７−２  回転ガイドプーリ
３８−１、３８−２  可動ガイドプーリ
３９−１、３９−２  第１平行リンク
４０−１、４０−２  第２平行リンク
４１−１、４１−２  並進・回転ジョイント
１００  ロボットアーム
２００  関節軸
２０１−１、２０１−２  空気圧人工筋
２０２  支持板
２０３  支持棒
２０４  回動部材
【図１Ａ】
0004553918.tif 000002
【図１Ｂ】
0004553918.tif 000003
【図２】
0004553918.tif 000004
【図３】
0004553918.tif 000005
【図４】
0004553918.tif 000006
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
0004553918.tif 000009
【図６Ｂ】
0004553918.tif 000010
【図７】
0004553918.tif 000011
【図８】
0004553918.tif 000012
【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０】
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