(57)【要約】  本発明のロボットの関節構造体は、関節部（４０）を介して、回動自在に連結されている、第１リンク（１０）及び第２リンク（２０）を備え、関節部（４０）は、第１方向にその軸心が向くように配置され、第１リンク（１０）と接続されている第１回動部材（４１）と、第２方向にその軸心が向くように配置されている、一対の第２回動部材（４２Ａ）、（４２Ｂ）と、を有し、第１直動アクチュエータ（３０Ａ）は、その基端部が第２リンク（２０）に接続され、その先端部が第２回動部材（４２Ａ）に接続され、第２直動アクチュエータ（３０Ｂ）は、その基端部が第２リンク（２０）に接続され、その先端部が第２回動部材（４２Ｂ）に接続され、第１回動部材（４１）は、第２回動部材（４２Ａ）、（４２Ｂ）が揺動することにより、相対的に揺動するように構成されている。
2018097251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節部を介して、回動自在に連結されている、第１リンク及び第２リンクと、
本体と前記本体に対して軸心方向に相対的に直線運動する軸部材と、を有する、第１直動アクチュエータ及び第２直動アクチュエータと、を備え、
前記関節部は、第１方向にその軸心が向くように配置され、前記第１リンクと接続されている第１回動部材と、前記第１方向に対して垂直な方向である第２方向にその軸心が向くように、かつ、前記第１回動部材と係合するように配置されている、一対の第２回動部材と、を有し、
前記第１直動アクチュエータは、その基端部が前記第２リンクに接続され、その先端部が一方の前記第２回動部材に接続され、前記軸部が直線運動することにより、前記第２回動部材を揺動するように構成されていて、
前記第２直動アクチュエータは、その基端部が前記第２リンクに接続され、その先端部が他方の前記第２回動部材に接続され、前記軸部が直線運動することにより、前記第２回動部材を揺動するように構成されていて、
前記第１回動部材は、前記第２回動部材が揺動することにより、相対的に揺動するように構成されている、ロボットの関節構造体。
【請求項２】
前記第１直動アクチュエータ及び前記第２直動アクチュエータのうち、一方の直動アクチュエータが伸長運動し、他方の直動アクチュエータが退縮運動することにより、前記第１リンクが前記第２リンクに対して、相対的に前記第１方向回りに揺動するように構成されている、請求項１のロボットの関節構造体。
【請求項３】
前記第１直動アクチュエータ及び前記第２直動アクチュエータの双方の直動アクチュエータが伸長運動する、又は双方の直動アクチュエータが退縮運動することにより、前記第２リンクが前記第１リンクに対して、相対的に前記第２方向回りに揺動するように構成されている、請求項１又は２に記載のロボットの関節構造体。
【請求項４】
前記第１回動部材及び前記第２回動部材が、かさ歯車で構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボットの関節構造体。
【請求項５】
前記第１回動部材と前記第２回動部材の歯数が同じである、請求項４に記載のロボットの関節構造体。
【請求項６】
前記第１回動部材の歯数の方が、前記第２回動部材の歯数よりも多い、請求項４に記載のロボットの関節構造体。
【請求項７】
前記第２回動部材の歯数の方が、前記第１回動部材の歯数よりも多い、請求項４に記載のロボットの関節構造体。
【請求項８】
前記第１直動アクチュエータは、その基端部が前記第２方向回りに回動自在に前記第２リンクに接続され、その先端部が前記第２方向回りに回動自在に一方の前記第２回動部材に接続され、
前記第２直動アクチュエータは、その基端部が前記第２方向回りに回動自在に前記第２リンクに接続され、その先端部が前記第２方向回りに回動自在に他方の前記第２回動部材に接続されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のロボットの関節構造体。
【請求項９】
前記ロボットの関節構造体は、配線用差込接続器が配置されている接続部材をさらに備え、
前記第２リンクは、その主面が、互いに対向するように配置されている、一対の板部材を有し、
前記第１直動アクチュエータ及び／又は前記第２直動アクチュエータは、その配線の先端部に設けられているプラグが前記配線用差込接続器に接続される電動モータを有し、
前記接続部材は、前記プラグが一対の前記板部材の主面の間に位置するように配設されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のロボットの関節構造体。
【請求項１０】
前記接続部材は、一対の前記板部材を跨ぐように配設されている、請求項９に記載のロボットの関節構造体。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットの関節構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
第１部材に対して第２部材を直角な二軸の回りに相対的に回転させるロボットの関節構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、人型ロボットの胴体の下半部に対しその胴体の上半部を相対的に左右に回動させる腰ヨー軸駆動装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許５８７２８４６号
【特許文献２】特開２００５−１６１４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者は、上記特許文献１等に開示されているロボットの関節構造とは異なる、新たな構造のロボットの関節構造を想到した。本発明は、新規な構造を備えるロボットの関節構造体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】
【０００５】
本発明に係るロボットの関節構造体は、関節部を介して、回動自在に連結されている、第１リンク及び第２リンクと、本体と前記本体に対して軸心方向に相対的に直線運動する軸部材と、を有する、第１直動アクチュエータ及び第２直動アクチュエータと、を備え、前記関節部は、第１方向にその軸心が向くように配置され、前記第１リンクと接続されている第１回動部材と、前記第１方向に対して垂直な方向である第２方向にその軸心が向くように、かつ、前記第１回動部材と係合するように配置されている、一対の第２回動部材と、を有し、前記第１直動アクチュエータは、その基端部が前記第２リンクに接続され、その先端部が一方の前記第２回動部材に接続され、前記軸部が直線運動することにより、前記第２回動部材を揺動するように構成されていて、前記第２直動アクチュエータは、その基端部が前記第２リンクに接続され、その先端部が他方の前記第２回動部材に接続され、前記軸部が直線運動することにより、前記第２回動部材を揺動するように構成されていて、前記第１回動部材は、前記第２回動部材が揺動することにより、相対的に揺動するように構成されている。【０００６】
これにより、第１リンクと第２リンクの接続方向（第１リンクと第２リンクが配置される方向）と第１直動アクチュエータ及び第２直動アクチュエータの軸部材の軸心方向とが略一致させることができるため、第１直動アクチュエータと第２直動アクチュエータの並び方向に対して、垂直な方向（具体的には、ロボットの厚み方向）の長さを小さくすることができる。このため、ロボットの小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のロボットの関節構造体によれば、ロボットの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体の概略構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体の概略構成を示す斜視図である。
【図４】図４は、図１に示すロボットの関節構造体の概略構成を示す正面図である。
【図５】図５は、図１に示すロボットの関節構造体の左側面図である。
【図６】図６は、図１に示すロボットの関節構造体の左側面図である。
【図７】図７は、図５に示すＡ−Ａ線断面図である。
【図８】図８は、図１に示すロボットの関節構造体における制御装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。
【図９】図９は、本実施の形態２に係るロボットの関節構造体の概略構成を示す背面図である。
【図１０】図１０は、図９に示すロボットの関節構造体の左側面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示すロボットの関節構造体をＢ−Ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するための構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している場合がある。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
【００１０】
（実施の形態１）
本実施の形態１に係るロボットの関節構造体は、関節部を介して、回動自在に連結されている、第１リンク及び第２リンクと、本体と本体に対して軸心方向に相対的に直線運動する軸部材と、を有する、第１直動アクチュエータ及び第２直動アクチュエータと、を備え、関節部は、第１方向にその軸心が向くように配置され、第１リンクと接続されている第１回動部材と、第１方向に対して垂直な方向である第２方向にその軸心が向くように、かつ、第１回動部材と係合するように配置されている、一対の第２回動部材と、を有し、第１直動アクチュエータは、その基端部が第２リンクに接続され、その先端部が一方の第２回動部材に接続され、軸部が直線運動することにより、第２回動部材を揺動するように構成されていて、第２直動アクチュエータは、その基端部が第２リンクに接続され、その先端部が他方の第２回動部材に接続され、軸部が直線運動することにより、第２回動部材を揺動するように構成されていて、第１回動部材は、第２回動部材が揺動することにより、相対的に揺動するように構成されている。
【００１１】
また、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体では、第１直動アクチュエータ及び第２直動アクチュエータのうち、一方の直動アクチュエータが伸長運動し、他方の直動アクチュエータが退縮運動することにより、第１リンクが第２リンクに対して、相対的に第１方向回りに揺動するように構成されていてもよい。
【００１２】
また、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体では、第１直動アクチュエータ及び第２直動アクチュエータの双方の直動アクチュエータが伸長運動する、又は双方の直動アクチュエータが退縮運動することにより、第２リンクが第１リンクに対して、相対的に第２方向回りに揺動するように構成されていてもよい。
【００１３】
また、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体では、第１回動部材及び第２回動部材が、かさ歯車で構成されていてもよい。
【００１４】
また、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体では、第１回動部材と第２回動部材の歯数が同じであってもよい。
【００１５】
また、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体では、第１回動部材の歯数の方が、第２回動部材の歯数よりも多くてもよい。
【００１６】
また、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体では、第２回動部材の歯数の方が、第１回動部材の歯数よりも多くてもよい。
【００１７】
さらに、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体では、第１直動アクチュエータは、その基端部が第２方向回りに回動自在に第２リンクに接続され、その先端部が第２方向回りに回動自在に一方の第２回動部材に接続され、第２直動アクチュエータは、その基端部が第２方向回りに回動自在に第２リンクに接続され、その先端部が第２方向回りに回動自在に他方の第２回動部材に接続されていてもよい。
【００１８】
以下、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体の一例について、図１〜図８を参照しながら説明する。
【００１９】
［ロボットの構成］
図１〜図３は、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体の概略構成を示す斜視図であり、図１は、第２リンクが直立した状態を示し、図２は、第２リンクが第２方向回り（前方）に揺動した状態を示し、図３は、第２リンクが第１方向回り（右方向）に搖動した状態を示す。
【００２０】
図４は、図１に示すロボットの関節構造体の概略構成を示す正面図である。図５及び図６は、図１に示すロボットの関節構造体の左側面図であり、図５は、第２リンクが直立した状態を示し、図６は、第２リンクが第２方向回り（前方）に揺動した状態を示す。図７は、図５に示すＡ−Ａ線断面図である。
【００２１】
なお、図１〜図３においては、ロボットの関節構造体における上下方向、前後方向、及び左右方向を図における上下方向、前後方向、及び左右方向として表している。図４においては、ロボットの関節構造体における上下方向及び左右方向を図における上下方向及び左右方向として表している。また、図５及び図６においては、ロボットの関節構造体における上下方向及び前後方向を図における上下方向及び前後方向として表している。さらに、図７においては、ロボットの関節構造体における上下方向及び左右方向を図における上下方向及び左右方向として表している。
【００２２】
図１〜図７示すように、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体１００は、第１リンク１０、第２リンク２０、第１直動アクチュエータ３０Ａ、第２直動アクチュエータ３０Ｂ、関節部４０、及び制御装置１０１を備えていて、第１リンク１０と第２リンク２０は、関節部４０を介して、回動自在に連結されている。そして、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体１００では、第１直動アクチュエータ３０Ａ及び第２直動アクチュエータ３０Ｂが進退動作をすることで、第２リンク２０が第１リンク１０に対して、相対的に揺動するように構成されている。
【００２３】
なお、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体１００は、例えば、第１リンク１０がロボットの胴体の下半身部分を構成し、第２リンク２０がロボットの胴体の上半身部分を構成し、関節部４０がロボットの腰関節を構成する形態であってもよい。また、関節構造体１００は、例えば、第１リンク１０がロボットの手の部分を構成し、第２リンク２０がロボットの前腕部分を構成し、関節部４０が手首の関節を構成する形態であってもよい。さらに、関節構造体１００は、例えば、第１リンク１０がロボットの足の部分を構成し、第２リンク２０がロボットの下腿部分を構成し、関節部４０が足首の関節を構成する形態であってもよい。
【００２４】
また、制御装置１０１は、第１リンク１０に配置されていてもよく、第２リンク２０に配置されていてもよく、後述する第１直動アクチュエータ３０Ａの第３筐体３３Ａ又は第２直動アクチュエータ３０Ｂの第３筐体３３Ｂ内に配置されていてもよい。
【００２５】
第１リンク１０は、箱状に形成されていて、上端面に設けられている突起部１０ａを介して、関節部４０に連結されている。より詳細には、第１リンク１０の突起部１０ａが、関節部４０の第１回動部材４１の下端部にネジ５１により固定されている（図７参照）。これにより、第１リンク１０は、第１回動部材４１の回動に伴って、第２リンク２０に対して、相対的に第１軸部１１回りに回動することができる。なお、第１軸部１１は、その軸心１Ａが第１方向（ここでは、上下方向）に向くように配置されている。
【００２６】
第２リンク２０は、一対の第２回動部材４２Ａ、４２Ｂを介して、第２軸部１２回りに回動自在に関節部４０と連結されている（図７参照）。また、第２リンク２０は、箱状の第１部材２１と、一対の第２部材２２Ａ、２２Ｂと、第３部材２３と、を有している。第２部材２２Ａ、２２Ｂは、第１部材２１の下端面から下方に延びるように、かつ、関節部４０を挟み込むように、配置されている。また、第２部材２２Ａ、２２Ｂの下端部には、それぞれ、貫通孔が設けられている。第３部材２３は、第２部材２２Ａ、２２Ｂを架橋するように配置されていて、ネジ２４により、第２部材２２Ａ、２２Ｂに固定されている。
【００２７】
また、第２リンク２０の第１部材２１の右側面には、第１直動アクチュエータ３０Ａの基端部が、第１軸部材６１Ａ回りに回動自在に接続されている。同様に、第２リンク２０の第１部材２１の左側面には、第２直動アクチュエータ３０Ｂの基端部が、第１軸部材６１Ｂ回りに回動自在に接続されている。なお、第１軸部材６１Ａ、６１Ｂは、それぞれの軸心が、第１方向に対して垂直な方向である第２方向（ここでは、左右方向）に向くように配置されている。
【００２８】
第１直動アクチュエータ３０Ａの先端部は、第１接続部材５１Ａを介して、関節部４０の第２回動部材４２Ａに接続されている。具体的には、第１直動アクチュエータ３０Ａの先端部は、第２軸部材６２Ａ回りに回動自在に第１接続部材５１Ａの先端部に接続されている。第１接続部材５１Ａの基端部は、適宜な手段により、第２回動部材４２Ａの外周面に固定されている。これにより、第１直動アクチュエータ３０Ａの先端部は、第２回動部材４２Ａと接続され、第１直動アクチュエータ３０Ａの軸部が直線運動（進退運動）することにより、第２回動部材４２Ａが揺動する。
【００２９】
また、第２リンク２０の第２部材２２Ａの下端部の適所には、ピン状の第１係止部材５５Ａとピン状の第２係止部材５６Ａが設けられている（図２及び図３参照）。第１係止部材５５Ａ及び第２係止部材５６Ａは、第１接続部材５１Ａの揺動範囲を規定するものである。
【００３０】
同様に、第２直動アクチュエータ３０Ｂの先端部は、第１接続部材５１Ｂを介して、関節部４０の第２回動部材４２Ｂに接続されている。具体的には、第２直動アクチュエータ３０Ｂの先端部は、第２軸部材６２Ｂ回りに回動自在に第１接続部材５１Ｂの先端部に接続されている。第１接続部材５１Ｂの基端部は、適宜な手段により、第２回動部材４２Ｂの外周面に固定されている。これにより、第２直動アクチュエータ３０Ｂの先端部は、第２回動部材４２Ｂと接続され、第２直動アクチュエータ３０Ｂの軸部が直線運動（進退運動）することにより、第２回動部材４２Ｂが揺動する。
【００３１】
また、第２リンク２０の第２部材２２Ｂの下端部の適所には、ピン状の第１係止部材５５Ｂとピン状の第２係止部材５６Ｂが設けられている。第１係止部材５５Ｂ及び第２係止部材５６Ｂは、第１接続部材５１Ｂの揺動範囲を規定するものである。
【００３２】
関節部４０は、軸部材１と、第１回動部材４１と、第２回動部材４２Ａ、４２Ｂと、これらを覆うカバー部材４３と、板部材４４と、を有していて、カバー部材４３は、ネジ４５により、板部材４４に固定されている。また、関節部４０は、第１リンク１０に対して、相対的に第２リンク２０を第２方向回りに揺動し、第２リンク２０に対して、相対的に第１リンク１０を第１方向回りに揺動するように構成されている。
【００３３】
図７に示すように、軸部材１は、略十字状に形成されていて、その上部には、略Ｕ字状に窪みが形成されている。また、上述したように、軸部材１は、第１方向に軸心１Ａが向くように配置されている第１軸部１１と、第２方向に軸心２が向くように配置されている第２軸部１２と、を有している。なお、以下においては、左側に配置されている第２軸部１２を便宜上、第２軸部１２Ａといい、右側に配置されている第２軸部１２を第２軸部１２Ｂという。
【００３４】
第１軸部１１には、軸受部材３を介して、第１回動部材４１が嵌挿されている。第１回動部材４１は、かさ歯車で構成されていて、第１回動部材４１の基端部（下端部；歯の裏側）には、軸受部材４が嵌挿されている。そして、第１軸部１１（軸部材１）と第１回動部材４１は、軸受部材４を介して、板部材４４に載置されている。なお、軸受部材３は、第１リンク１０の突起部１０ａの上端面に載置されている。軸受部材３としては、例えば、ボールベアリングであってもよく、軸受部材４としては、例えば、ボールベアリングであってもよい。
【００３５】
第２軸部１２Ａには、軸受部材５Ａを介して、第２回動部材４２Ａが嵌挿されている。第２回動部材４２Ａは、かさ歯車で構成されていて、第２回動部材４２Ａの基端部（右端部；歯の裏側）には、軸受部材６Ａが嵌挿されている。軸受部材６Ａの右周面には、蓋部材７Ａが配置されていて、蓋部材７Ａは、ネジ８Ａにより、第２部材２２Ａに固定されている。なお、軸受部材５Ａとしては、例えば、ボールベアリングであってもよい。また、軸受部材６Ａとしては、例えば、ボールベアリングであってもよい。
【００３６】
より詳細には、第２回動部材４２Ａの基端部は、第２部材２２Ａの下端部に設けられている貫通孔を挿通している。第２部材２２Ａの貫通孔には、当該貫通孔の外周面と軸受部材６Ａの外周面とが嵌合するように、軸受部材６Ａが配置されている。また、軸受部材６Ａには、第２回動部材４２Ａの基端部が嵌合するように配置されている。そして、蓋部材７Ａは、軸受部材６Ａの右周面と第２部材２２Ａの右側面とを跨ぐように、配置されていて、ネジ８Ａにより、第２部材２２Ａに固定されている。
【００３７】
同様に、第２軸部１２Ｂには、軸受部材５Ｂを介して、第２回動部材４２Ｂが嵌挿されている。第２回動部材４２Ｂは、かさ歯車で構成されていて、第２回動部材４２Ｂの基端部（左端部；歯の裏側）には、軸受部材６Ｂが嵌挿されている。軸受部材６Ｂの左周面には、蓋部材７Ｂが配置されていて、蓋部材７Ｂは、ネジ８Ｂにより、第２部材２２Ｂに固定されている。なお、軸受部材５Ｂとしては、例えば、ボールベアリングであってもよい。また、軸受部材６Ｂとしては、例えば、ボールベアリングであってもよい。
【００３８】
より詳細には、第２回動部材４２Ｂの基端部は、第２部材２２Ｂの下端部に設けられている貫通孔を挿通している。第２部材２２Ｂの貫通孔には、当該貫通孔の外周面と軸受部材６Ｂの外周面とが嵌合するように、軸受部材６Ｂが配置されている。また、軸受部材６Ｂには、第２回動部材４２Ｂの基端部が嵌合するように配置されている。そして、蓋部材７Ｂは、軸受部材６Ｂの左周面と第２部材２２Ｂの左側面とを跨ぐように、配置されていて、ネジ８Ｂにより、第２部材２２Ｂに固定されている。
【００３９】
そして、第１回動部材４１と第２回動部材４２Ａは、互いに歯合（係合）するように配置されていて、同様に、第１回動部材４１と第２回動部材４２Ｂは、互いに歯合（係合）するように配置されている。
【００４０】
なお、第１回動部材４１と、第２回動部材４２Ａ、４２Ｂと、は、その歯数が同じになるように構成されていてもよい。また、第１回動部材４１と、第２回動部材４２Ａ、４２Ｂと、は、第１回動部材４１の歯数の方が、第２回動部材４２Ａ、４２Ｂの歯数よりも多くなるように構成されていてもよい。さらに、第１回動部材４１と、第２回動部材４２Ａ、４２Ｂと、は、第２回動部材４２Ａ、４２Ｂの歯数の方が、第１回動部材４１の歯数よりも多くなるように構成されていてもよい。
【００４１】
また、本実施の形態１においては、第１回動部材４１、及び第２回動部材４２Ａ、４２Ｂをかさ歯車で構成する形態を採用したが、これに限定されない。第２回動部材４２Ａ、４２Ｂが揺動することにより、第１回動部材４１が揺動するように構成されていればよく、例えば、第１回動部材４１、及び第２回動部材４２Ａ、４２Ｂが、摩擦により揺動する、摩擦伝達機構で構成されていてもよい。
【００４２】
具体的には、例えば、第１回動部材４１、及び第２回動部材４２Ａ、４２Ｂが、円錐台状に形成されていて、第１回動部材４１の周面と、第２回動部材４２Ａ、４２Ｂの周面と、が、接触していて、第２回動部材４２Ａ、４２Ｂの揺動により、周面通しの摩擦で第１回動部材４１が揺動するように構成されていてもよい。
【００４３】
また、第１直動アクチュエータ３０Ａは、第１筐体（本体）３１Ａと、第２筐体３２Ａと、第３筐体と、第３筐体に収納されている駆動モータ（図示せず）と、回転伝達機構と、ネジ軸（軸部材）及びナット部材を有するボールネジ機構（図示せず）と、を備えていて、駆動モータの回転を、回転伝達機構を介して、ネジ軸に伝達し、ネジ軸の回転により、ナット部材が進退するように構成されている。
【００４４】
同様に、第２直動アクチュエータ３０Ｂは、第１筐体３１Ｂと、第２筐体３２Ｂと、第３筐体３３Ｂと、第３筐体３３Ｂに収納されている駆動モータ（図示せず）と、回転伝達機構３４Ｂと、ネジ軸（軸部材）３５Ｂ及びナット部材３６Ｂを有するボールネジ機構（図５参照）と、を備えていて、駆動モータの回転を、回転伝達機構３４Ｂを介して、ネジ軸３５Ｂに伝達し、ネジ軸３５Ｂの回転により、ナット部材３６Ｂが進退するように構成されている。
【００４５】
以下、図５を参照しながら第２直動アクチュエータ３０Ｂの構造について、詳細に説明する。なお、第１直動アクチュエータ３０Ａは、第２直動アクチュエータ３０Ｂと同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。
【００４６】
第１筐体３１Ｂ〜第３筐体３３Ｂは、本実施の形態１においては、直方体状に形成されている。第１筐体３１Ｂと第３筐体３３Ｂは、その延伸方向が平行となるように、並設されている。第２筐体３２Ｂは、その外周面が、第１筐体３１Ｂの内周面と摺動するように配設されている。
【００４７】
第１筐体３１Ｂにおける内周面の上端部には、固定部材３７Ｂ〜３９Ｂが固定されている。固定部材３７Ｂ〜３９Ｂは、それぞれ、軸心が一致する貫通孔が設けられていて、当該貫通孔には、ネジ軸３５Ｂの基端部が嵌挿されている。これにより、ネジ軸３５Ｂは、回動自在に第１筐体３１Ｂに固定される。
【００４８】
ネジ軸３５Ｂの先端部の外表面には、ネジ溝が設けられている（図示せず）。そして、当該ネジ溝に螺合するように、ナット部材３６Ｂが配設されている。なお、ナット部材３６Ｂは、公知のボールネジ機構のナット部材と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
ナット部材３６Ｂには、第２筐体３２Ｂの基端部が固定されている。第２筐体３２Ｂの基端は、開口されていて、ネジ軸３５Ｂの先端部が挿通されている。また、第２筐体３２Ｂの先端部は閉鎖されていて、左右方向に延びる貫通孔が設けられている。当該貫通孔には、上述したように、第２軸部材６２Ｂが嵌挿されている。
【００５０】
第３筐体３３Ｂの上端面には、貫通孔が設けられていて、当該貫通孔には、図示されない駆動モータの出力軸が挿通されている。駆動モータは、例えば、制御装置１０１によってサーボ制御されるサーボモータであってもよい。また、第３筐体３３Ｂには、駆動モータの回転位置を検出する回転センサ（図示せず）と、駆動モータの回転を制御する電流を検出する電流センサ（図示せず）と、が設けられている。回転センサは、例えば、エンコーダであってもよい。なお、駆動モータ（電動モータ）には、ロボット内に配置されているバッテリ、家屋に配置されているコンセント（いずれも図示せず）等と接続されている配線により、電力が供給される。
【００５１】
また、ネジ軸３５Ｂの基端部と駆動モータの出力軸は、回転伝達機構３４Ｂにより、接続されている。回転伝達機構３４Ｂは、駆動モータの回転をネジ軸３５Ｂに伝達することができれば、どのような形態を採ってもよい。
【００５２】
回転伝達機構３４Ｂとしては、例えば、ネジ軸３５Ｂの基端部と駆動モータの出力軸のそれぞれに、プーリを取り付けて、当該プーリにベルトを巻きかけることにより、駆動モータの回転をネジ軸３５Ｂに伝達させる形態を採用してもよい。また、回転伝達機構３４Ｂとしては、例えば、ネジ軸３５Ｂの基端部と駆動モータの出力軸のそれぞれに、歯車を取り付けて、これらの歯車を歯合させることにより、駆動モータの回転をネジ軸３５Ｂに伝達させる形態を採用してもよい。
【００５３】
次に、制御装置１０１の構成について、図８を参照しながら説明する。
【００５４】
図８は、図１に示すロボットの関節構造体における制御装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。
【００５５】
図９に示すように、制御装置１０１は、ＣＰＵ等の演算部１０１ａと、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部１０１ｂと、サーボ制御部１０１ｃと、を備える。制御装置１０１は、例えばマイクロコントローラ等のコンピュータを備えたロボットコントローラである。
【００５６】
なお、制御装置１０１は、集中制御する単独の制御装置１０１によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御装置１０１によって構成されていてもよい。また、本実施の形態１においては、記憶部１０１ｂが、制御装置１０１内に配置されている形態を採用したが、これに限定されず、記憶部１０１ｂが、制御装置１０１と別体に設けられている形態を採用してもよい。
【００５７】
記憶部１０１ｂには、基本プログラム、各種固定データ等の情報が記憶されている。演算部１０１ａは、記憶部１０１ｂに記憶された基本プログラム等のソフトウェアを読み出して実行することにより、ロボットの各種動作を制御する。すなわち、演算部１０１ａは、ロボットの制御指令を生成し、これをサーボ制御部１０１ｃに出力する。サーボ制御部１０１ｃは、演算部１０１ａにより生成された制御指令に基づいて、各関節に設けられているサーボモータの駆動を制御するように構成されている。
【００５８】
［ロボットの関節構造体の動作及び作用効果］
次に、本実施の形態１に係る関節構造体１００の動作及び作用効果について、説明する。なお、以下の動作は、制御装置１０１の演算部１０１ａが、記憶部１０１ｂに格納されている所定のプログラムを読み出すことにより、実行される。
【００５９】
まず、図１に示すように、第２リンク２０が起立（直立）した状態にあるとする。そして、制御装置１０１の演算部１０１ａが、第１直動アクチュエータ３０Ａのナット部材がネジ軸の先端部側に移動するように、第１直動アクチュエータ３０Ａの駆動モータを駆動させ、第２直動アクチュエータ３０Ｂのナット部材３６Ｂがネジ軸３５Ｂの先端部側に移動するように、第２直動アクチュエータ３０Ｂの駆動モータを駆動させたとする。
【００６０】
すると、第１直動アクチュエータ３０Ａの第２筐体３２Ａは、第１筐体３１Ａに向かって移動し、第１直動アクチュエータ３０Ａは縮退する。同様に、第２直動アクチュエータ３０Ｂの第２筐体３２Ｂは、第１筐体３１Ｂに向かって移動し、第２直動アクチュエータ３０Ｂは縮退する。
【００６１】
これにより、第１軸部材６１Ａと第２軸部材６２Ａとの距離、及び第１軸部材６１Ｂと第２軸部材６２Ｂとの距離が小さくなり、第２リンク２０は、第１リンク１０に対して、軸部材１の第２軸部１２回りに、前方に向かって揺動し、図２に示すように、第２リンク２０が傾斜した状態となる。
【００６２】
一方、図２に示すように、第２リンク２０が傾斜した状態にあるときに、制御装置１０１が、第１直動アクチュエータ３０Ａのナット部材がネジ軸の基端部側に移動するように、第１直動アクチュエータ３０Ａの駆動モータを駆動させ、第２直動アクチュエータ３０Ｂのナット部材３６Ｂがネジ軸３５Ｂの基端部側に移動するように、第２直動アクチュエータ３０Ｂの駆動モータを駆動させたとする。
【００６３】
すると、第１直動アクチュエータ３０Ａの第２筐体３２Ａは、第１筐体３１Ａから離間するように移動し、第１直動アクチュエータ３０Ａは伸長する。同様に、第２直動アクチュエータ３０Ｂの第２筐体３２Ｂは、第１筐体３１Ｂから離間するように移動し、第２直動アクチュエータ３０Ｂは伸長する。
【００６４】
これにより、第１軸部材６１Ａと第２軸部材６２Ａとの距離、及び第１軸部材６１Ｂと第２軸部材６２Ｂとの距離が大きくなり、第２リンク２０は、第１リンク１０に対して、軸部材１の第２軸部１２回りに、後方に向かって揺動し、図１に示すように、第２リンク２０が直立した状態となる。
【００６５】
また、図１に示すように、第２リンク２０が直立した状態にあるときに、制御装置１０１が、第１直動アクチュエータ３０Ａ及び第２直動アクチュエータ３０Ｂのうち、一方の直動アクチュエータは、ナット部材がネジ軸の基端部側に移動するように、駆動モータを駆動させ、他方の直動アクチュエータは、ナット部材がネジ軸の先端部側に移動するように、駆動モータを駆動させた場合には、２つの直動アクチュエータの長さが異なるようになる。すなわち、第１軸部材６１Ａと第２軸部材６２Ａとの距離と、第１軸部材６１Ｂと第２軸部材６２Ｂとの距離とが、異なるようになる。例えば、図３に示すように、第１軸部材６１Ａと第２軸部材６２Ａとの距離に比して、第１軸部材６１Ｂと第２軸部材６２Ｂとの距離の方が大きくなる。
【００６６】
これに伴って、第１接続部材５１Ａと第１接続部材５１Ｂは、互いに異なる方向に揺動する。例えば、図３に示すように、第１接続部材５１Ａは、基端部を軸にして、先端部が上方に向くように、揺動し、第１接続部材５１Ｂは、基端部を軸にして、先端部が下方に向くように揺動する。
【００６７】
また、第１接続部材５１Ａと第１接続部材５１Ｂの揺動に伴って、第２回動部材４２Ａと第２回動部材４２Ｂも互いに異なる方向に揺動する。具体的には、例えば、図３に示すように、第２回動部材４２Ａが、下方から上方に向かうように、揺動し、第２回動部材４２Ｂは、上方から下方に向かうように、揺動する。
【００６８】
そして、第２回動部材４２Ａと第２回動部材４２Ｂの揺動により、第１回動部材４１が軸部材１の第１軸部１１回りに揺動する。これにより、第１リンク１０は、第１回動部材４１の揺動に伴って、第１軸部１１回りに揺動する。具体的には、例えば、図３に示すように、第１リンク１０は、上方向から見て、第１軸部１１回りに反時計回りに揺動する。
【００６９】
なお、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体１００では、第１直動アクチュエータ３０Ａ及び第２直動アクチュエータ３０Ｂがともに、伸長運動する、又は退縮運動することにより、第２リンク２０が、第１リンク１０に対して、第２方向回りに揺動する形態を採用したが、これに限定されない。第１直動アクチュエータ３０Ａ及び第２直動アクチュエータ３０Ｂがともに、伸長運動する、又は退縮運動することにより、第１リンク１０が、第２リンク２０に対して、第２方向回りに揺動する形態を採用してもよい。
【００７０】
このように構成された、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体１００では、第１直動アクチュエータ３０Ａが、ネジ軸が直線（伸縮）運動することにより、第２回動部材４２Ａを揺動するように構成され、第２直動アクチュエータ３０Ｂが、ネジ軸３５Ｂが直線（伸縮）運動することにより、第２回動部材４２Ｂを揺動するように構成されている。そして、第１回動部材４１は、第２回動部材４２Ａ、４２Ｂの揺動により、相対的に揺動するように構成されている。
【００７１】
これにより、第１回動部材４１に接続されている第１リンク１０が、第２リンク２０に対して、相対的に第１方向（第１軸部１１）回りに揺動することができ、第２リンク２０が、第１リンク１０に対して、相対的に第２方向（第２軸部１２）回りに揺動することができる。
【００７２】
また、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体１００では、第１リンク１０と第２リンク２０の接続方向（第１リンク１０と第２リンク２０が配置される方向；上下方向）と第１直動アクチュエータ３０Ａ及び第２直動アクチュエータ３０Ｂの軸部材の軸心方向とが略一致するように配置している。これにより、第１直動アクチュエータ３０Ａと第２直動アクチュエータ３０Ｂの並び方向に対して、垂直な方向（具体的には、ロボットの厚み方向；前後方向）の長さを小さくすることができる。このため、ロボットの小型化を図ることができる。
【００７３】
また、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体１００では、第１回動部材４１の歯数の方が、第２回動部材４２Ａ、４２Ｂの歯数よりも多くなるように、第１回動部材４１、及び第２回動部材４２Ａ、４２Ｂを構成した場合には、第２リンク２０に対して、第１リンク１０の揺動動作の速度を大きくすることができる。
【００７４】
また、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体１００では、第２回動部材４２Ａ、４２Ｂの歯数の方が、第１回動部材４１の歯数よりも多くなるように、第１回動部材４１、及び第２回動部材４２Ａ、４２Ｂを構成した場合には、第１直動アクチュエータ３０Ａ及び第２直動アクチュエータ３０Ｂの伸縮動作に対応して、揺動動作をする第１リンク１０の振れ幅を小さくすることができる。
【００７５】
このため、第３筐体内に、高価な高精度の回転センサ又は電流センサを配置する必要がなく、関節構造体１００の低コスト化、ひいては、ロボットの低コスト化が図れる。さらに、制御装置１０１による駆動モータの制御が容易となる。
【００７６】
さらに、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体１００では、第１直動アクチュエータ３０Ａは、その基端部が、第１軸部材６１Ａ回りに回動自在に第２リンク２０に接続され、その先端部は、第２軸部材６２Ａ回りに回動自在に第１接続部材５１Ａを介して、第２回動部材４２Ａに接続されている。
【００７７】
同様に、第２直動アクチュエータ３０Ｂは、その基端部が、第１軸部材６１Ｂ回りに回動自在に第２リンク２０に接続され、その先端部は、第２軸部材６２Ｂ回りに回動自在に第１接続部材５１Ｂを介して、第２回動部材４２Ｂに接続されている。
【００７８】
そして、第１直動アクチュエータ３０Ａ及び第２直動アクチュエータ３０Ｂが、進退運動することにより、第１リンク１０が、相対的に第２リンク２０に対して、第１方向又は第２方向回りに揺動することができる。
【００７９】
すなわち、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体１００では、１軸（自由度１）で接続された第１直動アクチュエータ３０Ａ及び第２直動アクチュエータ３０Ｂの進退運動により、第１リンク１０が、相対的に第２リンク２０に対して、２軸（２自由度）回りに揺動することができる。
【００８０】
このため、本実施の形態１に係るロボットの関節構造体１００では、簡易な構成で、第１リンク１０が、相対的に第２リンク２０に対して、２軸回りに揺動することができる。
【００８１】
（実施の形態２）
本実施の形態２に係るロボットの関節構造体は、実施の形態１に係るロボットの関節構造体において、配線用差込接続器が配置されている接続部材をさらに備え、第２リンクは、その主面が、互いに対向するように配置されている、一対の板部材を有し、第１直動アクチュエータ及び／又は第２直動アクチュエータは、その配線の先端部に設けられているプラグが配線用差込接続器に接続される電動モータを有し、接続部材は、プラグが一対の板部材の主面の間に位置するように配設されている。
【００８２】
また、本実施の形態２に係るロボットの関節構造体では、接続部材は、一対の板部材を跨ぐように配置されていてもよい。
【００８３】
以下、図９〜１１を参照しながら、本実施の形態２に係るロボットの関節構造体の一例について、説明する。
【００８４】
図９は、本実施の形態２に係るロボットの関節構造体の概略構成を示す背面図である。図１０は、図９に示すロボットの関節構造体の左側面図である。図１１は、図１０に示すロボットの関節構造体をＢ−Ｂ線で切断した断面図である。
【００８５】
図９〜図１１に示すように、本実施の形態２に係るロボットの関節構造体１００は、実施の形態１に係るロボットの関節構造体１００と基本的構成は同じであるが、コンセント（配線用差込接続器）７１Ａ〜７１Ｄが配置されている接続部材７０をさらに備える点が異なる。
【００８６】
具体的には、接続部材７０は、第１部材２１の一対の板部材２１Ａ、２１Ｂを跨いで、それぞれの主面の間に位置するように配設されている。より詳細には、接続部材７０は、略Ｕ字状に形成されていて、一対の脚部７０Ａ、７０Ｂと、底部７０Ｃと、から構成されている。脚部７０Ａ、７０Ｂの先端部には、それぞれ、フランジ７００Ａ、７００Ｂが形成されている。フランジ７００Ａ、７００Ｂは、それぞれ、板部材２１Ａ、２１Ｂの後面と当接していて、ネジ７２により、板部材２１Ａ、２１Ｂに固定されている。
【００８７】
接続部材７０の底部７０Ｃの後面には、コンセント７１Ａ、７１Ｂが配置されていて、底部７０Ｃの前面には、コンセント７１Ｃ、７１Ｄが配置されている。コンセント７１Ａには、プラグ３０２Ａが接続されていて、プラグ３０２Ａには、ケーブル３０１Ａを介して、駆動モータ（電動モータ）３００Ａに接続されている。同様に、コンセント７１Ｂには、プラグ３０２Ｂが接続されていて、プラグ３０２Ｂには、ケーブル３０１Ｂを介して、駆動モータ（電動モータ）３００Ｂに接続されている。
【００８８】
また、コンセント７１Ｃには、プラグ３０２Ｃが接続されていて、プラグ３０２Ｃには、ケーブル３０１Ｃが接続されている。同様に、コンセント７１Ｄには、プラグ３０２Ｄが接続されていて、プラグ３０２Ｄには、ケーブル３０１Ｄが接続されている。なお、ケーブル３０１Ｃ及びケーブル３０１Ｄは、それぞれ、例えば、ロボットの内部に配置されているバッテリ、駆動モータ３００Ａ、３００Ｂ以外の電動モータ、又は家屋に配置されているコンセント（いずれも図示せず）等と接続されていてもよい。また、ケーブル３０１Ｃ及びケーブル３０１Ｄは、それぞれ、例えば、制御装置１０１と接続されていてもよい。
【００８９】
このように構成された、本実施の形態２に係るロボットの関節構造体１００であっても、実施の形態１に係るロボットの関節構造体１００と同様の作用効果を奏する。
【００９０】
また、本実施の形態２に係るロボットの関節構造体１００では、接続部材７０は、第１部材２１の一対の板部材２１Ａ、２１Ｂを跨いで、それぞれの主面の間に位置するように配設されている。これにより、プラグ３０２Ａ〜３０２Ｄが、板部材２１Ａ、２１Ｂの間に位置することができる。このため、コンセント７１Ａ〜７１Ｄが、板部材２１Ａ、２１Ｂの外面（全面、又は後面）に配設され、プラグ３０２Ａ〜３０２Ｄが、外方に位置するロボットに比して、ロボットの小型化を図ることができる。
【００９１】
なお、本実施の形態２に係るロボットの関節構造体１００では、第２リンク２０の第１部材２１に接続部材７０が配設されている形態を採用したが、これに限定されない。例えば、第２リンク２０の第２部材２２Ａ、２２Ｂの主面の間に、接続部材７０が配設されている形態を採用してもよい。
【００９２】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良又は他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明のロボットの関節構造体は、ロボットの小型化を図ることができるため、産業ロボットの分野において有用である。
【符号の説明】
【００９４】
１  軸部材
１Ａ  軸心
２  軸心
３  軸受部材
４  軸受部材
５Ａ  軸受部材
５Ｂ  軸受部材
６Ａ  軸受部材
６Ｂ  軸受部材
７Ａ  蓋部材
７Ｂ  蓋部材
８Ａ  ネジ
８Ｂ  ネジ
１０  第１リンク
１０ａ  突起部
１１  第１軸部
１２  第２軸部
１２Ａ  第２軸部
１２Ｂ  第２軸部
２０  第２リンク
２１  第１部材
２１Ａ  板部材
２１Ｂ  板部材
２２Ａ  第２部材
２２Ｂ  第２部材
２３  第３部材
２４  ネジ
３０Ａ  第１直動アクチュエータ
３０Ｂ  第２直動アクチュエータ
３１Ａ  第１筐体
３１Ｂ  第１筐体
３２Ａ  第２筐体
３２Ｂ  第２筐体
３３Ａ  第３筐体
３３Ｂ  第３筐体
３４Ｂ  回転伝達機構
３５Ｂ  ネジ軸
３６Ｂ  ナット部材
３７Ｂ  固定部材
３８Ｂ  固定部材
３９Ｂ  固定部材
４０  関節部
４１  第１回動部材
４２Ａ  第２回動部材
４２Ｂ  第２回動部材
４３  カバー部材
４４  板部材
４５  ネジ
５１  ネジ
５１Ａ  第１接続部材
５１Ｂ  第１接続部材
５２Ａ  第２接続部材
５２Ｂ  第２接続部材
５３Ａ  ネジ
５３Ｂ  ネジ
５４Ａ  ネジ
５４Ｂ  ネジ
５５Ａ  第１係止部材
５５Ｂ  第１係止部材
５６Ａ  第２係止部材
５６Ｂ  第２係止部材
６１Ａ  第１軸部材
６１Ｂ  第１軸部材
６２Ａ  第２軸部材
６２Ｂ  第２軸部材
７０  接続部材
７０Ａ  脚部
７０Ｂ  脚部
７０Ｃ  底部
７１Ａ  コンセント
７１Ｂ  コンセント
７１Ｃ  コンセント
７１Ｄ  コンセント
７２  ネジ
１００  関節構造体
１０１  制御装置
１０１ａ  演算部
１０１ｂ  記憶部
１０１ｃ  サーボ制御部
３００Ａ  駆動モータ
３００Ｂ  駆動モータ
３０１Ａ  ケーブル
３０１Ｂ  ケーブル
３０１Ｃ  ケーブル
３０１Ｄ  ケーブル
３０２Ａ  プラグ
３０２Ｂ  プラグ
３０２Ｃ  プラグ
３０２Ｄ  プラグ
７００Ａ  フランジ
７００Ｂ  フランジ
【図１】
2018097251.tif 000003
【図２】
2018097251.tif 000004
【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】
2018097251.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2018097251.tif 000013
【国際調査報告】
2018097251.tif 000014
2018097251.tif 000015
2018097251.tif 000016
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