(57)【要約】      （修正有）【課題】リンクを多段式とすることにより、最短リンク長が短く、しかもリンクのストロークを長くして可動範囲を大きくすることができる汎用性に優れた直動リンク装置の提供。【解決手段】（ａ）第１のボールねじ軸２１ａと、第１のボールねじ軸２１ａに回動自在に螺合された第１のボールねじナット２１ｂと、第１のボールねじナット２１ｂの外周に形成又は固設された従動歯車２２と、を有する第１節２１と、（ｂ）駆動モータ２９と、駆動モータ２９により回動する第２のボールねじ軸２５ａと、第２のボールねじ軸２５ａに貫設され第１節２１の従動歯車２２に歯合した主動歯車２６と、を有する第２節２５と、（ｃ）第２節２５の第２のボールねじ軸２５ａに回動自在に螺合された第２のボールねじナット３４ａと、第２のボールねじナット３４ａに連設され第２節２５の第２のボールねじ軸２５ａに外挿された筒状体３４ｂと、を有する第３節３４と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１のボールねじ軸と、第１のボールねじ軸に回動自在に螺合された第１のボールねじナットと、第１のボールねじナットの外周に形成又は固設された従動歯車と、を有する第１節と、（ｂ）駆動モータと、駆動モータにより回動する第２のボールねじ軸と、第２のボールねじ軸に貫設され前記第１節の従動歯車に歯合した主動歯車と、を有する第２節と、（ｃ）前記第２節の前記第２のボールねじ軸に回動自在に螺合された第２のボールねじナットと、前記第２のボールねじナットに連設され前記第２節の前記第２のボールねじ軸に外挿された筒状体と、を有する第３節と、を備えたことを特徴とする直動リンク装置。
【請求項２】
前記第１節に前記第１のボールねじ軸と平行に配設されたガイドレールと、前記第２節に配設され前記ガイドレールを摺動自在に案内する案内部と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の直動リンク装置。
【請求項３】
前記第２節に前記第２のボールねじ軸と平行に配設されたガイドレールと、前記第３節に配設され前記ガイドレールに案内される摺動部と、を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の直動リンク装置。
【請求項４】
前記第３節に前記筒状体と平行に配設され前記第１のボールねじ軸が内挿される補強筒状体を備えたことを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の直動リンク装置。
【請求項５】
（ａ）駆動モータと、前記駆動モータに連設された筒状体と、を有する第１節と、（ｂ）筒状体に内挿され前記第１節の前記駆動モータで回動されることにより前記筒状体に沿って摺動する中空ボールねじを有するスプライン付きボールねじと、前記中空ボールねじの下端部に連設され前記中空ボールねじの外周面に形成されたねじ溝の巻き方向と逆の巻き方向にねじ溝が形成されたボールねじナットと、を有する第２節と、（ｃ）前記第２節の前記ボールねじナットに回動自在に螺合され前記中空ボールねじに内挿されたボールねじ軸を有する第３節と、を備えたことを特徴とする直動リンク装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の内いずれか１項の直動リンク装置と、前記直動リンク装置の一端部に連結された固定ベース部と、前記直動リンク装置の他端側に連結された稼動ベース部と、を備えたことを特徴とするロボット。
【請求項７】
請求項１乃至５の内いずれか１項の直動リンク装置が２本１組としてＶ字形状に配設され、それが３組配設されたスチュワートプラットフォームにより形成されたパラレルリンク機構部と、前記直動リンク装置の上端側に連結されたベース部と、前記直動リンク装置の下端側に連結された左右の足部と、を備えたことを特徴とする２足歩行ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段式で可動範囲の大きな直動リンク装置及びそれを用いたロボット並びにパラレルリンク機構部に直動リンク装置を用いた２足歩行ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、人間の生活環境で活動する人間形ロボット、いわゆるヒューマノイドロボット の研究、開発がさかんに行われている。ヒューマノイドロボット は、工業生産用設備としてだけでなく、家事、高齢者介護等、人間の生活を快適にする目的で使用される場合が多く、人間のために作られた環境において不特定の使用者と密着して作業するため、それに適した形態と機能を持つ必要がある。また、特別な使用訓練を必要とせず安全で柔軟なインターフェースを備えることも要求され、極めて多くの研究課題がある。特に、移動手段として人間と同様に２足を有し、２足歩行を行う２足歩行ロボットは、多くの研究機関や企業で鋭意研究され開発されている。
本出願人が出願した（特許文献１）には「ベース部と、右足部及び左足部と、ベース部と右足部及び左足部の各々に配設された複数の受動ジョイントと、ベース部に配設された受動ジョイントと右足部に配設された受動ジョイントとの間、及び、ベース部に配設された受動ジョイントと左足部に配設された受動ジョイントとの間に各々配設されたパラレルリンク機構部と、を備えた２足歩行ロボットの下半身モジュール」が開示されている。
また、同じく本出願人が出願した（特許文献２）や（特許文献３）には「パラレルリンク機構の２足歩行ロボット装置に安定した２足歩行を行わせることができる歩行パターンを作成する歩行パターン作成装置」が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２９１０８０号公報
【特許文献２】特開２００４−８２２２３号公報
【特許文献３】特開２００６−８２１５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
（特許文献１）に記載の２足歩行ロボットの下半身モジュールは、脚部をパラレルリンク機構で構成することにより、脚部が大きな負荷に耐えることができ、人間の搭乗や重量物の搬送が可能で実用性に優れると共に、重量の大きい上半身を搭載又は組み込むことができ設計の自由度に優れるものであり、（特許文献２）に記載の歩行パターン作成装置を備えることにより、安定した２足歩行を行わせる歩行パターンを作成することができ、特に平坦な接地面においては歩行動作の安定性に優れるという作用、効果を有していたが、直動リンクを用いたパラレルリンク機構の可動範囲が狭く、さらなる動作の安定性の向上、様々な地形における活動の実現のために可動範囲の拡大が望まれていた。
具体的には、
（１）階段などの段差を昇降したり、大きな歩幅で歩行したりする際に、たとえば（特許文献３）を利用して歩行動作を安定させて制御するためには、脚部の可動範囲を広げる必要があり、パラレルリンク機構部の直動リンクのストロークを長くしなければならないという課題を有していた。
（２）また、逆に、高齢者や歩行障害者が簡単に乗り降りするためや、人間を搭乗させて天井高さに限界のある人間の住環境において稼動するためには、直動リンクの最短リンク長を短くして座面の路面からの最低高さを低くしなければならないという課題を有していた。
【０００４】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、リンクを多段式とすることにより、最短リンク長が短く、しかもリンクのストロークが長く可動範囲が大きい汎用性に優れた直動リンク装置の提供、及び脚部や腕部などの最短リンク長が短いと共に、リンクのストロークが長く可動範囲が広い汎用性に優れた直動リンク装置を用いたロボットの提供、並びに脚部の最短リンク長を短くして路面から座面までの最低高さを低くすることができ、高齢者や歩行障害者が簡単に乗り降りすることや、人間を搭乗させて天井高さに限界のある人間の住環境において稼動することができると共に、リンクのストロークを長くして脚部の可動範囲を広げることができ、実時間でリンクの長さを修正するような安定化制御を用いて凹凸や段差、障害物等がある複雑な地形における歩行動作を安定化させることができる直動リンク装置を用いた２足歩行ロボットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明の直動リンク装置及びそれを用いたロボット並びに２足歩行ロボットは、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の直動リンク装置は、（ａ）第１のボールねじ軸と、第１のボールねじ軸に回動自在に螺合された第１のボールねじナットと、第１のボールねじナットの外周に形成又は固設された従動歯車と、を有する第１節と、（ｂ）駆動モータと、駆動モータにより回動する第２のボールねじ軸と、第２のボールねじ軸に貫設され前記第１節の従動歯車に歯合した主動歯車と、を有する第２節と、（ｃ）前記第２節の前記第２のボールねじ軸に回動自在に螺合された第２のボールねじナットと、前記第２のボールねじナットに連設され前記第２節の前記第２のボールねじ軸に外挿された筒状体と、を有する第３節と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）第１節が、第１のボールねじ軸と、第１のボールねじ軸に回動自在に螺合された第１のボールねじナットと、第１のボールねじナットの外周に形成又は固設された従動歯車と、を有し、第２節が、駆動モータと、駆動モータにより回動する第２のボールねじ軸と、第２のボールねじ軸に貫設され第１節の従動歯車に歯合した主動歯車と、を有するので、駆動モータで第２のボールねじ軸を回動させることにより主動歯車が回動し、それに従動して従動歯車と共に第１のボールねじナットが回動するが、第１節（第１のボールねじ軸）の回動を拘束することにより、第１のボールねじ軸は回動することなく、第２節の長手方向に摺動し、リンク長を変化させることができる。
（２）第３節が、第２節の第２のボールねじ軸に回動自在に螺合された第２のボールねじナットと、第２のボールねじナットに連設され第２節の第２のボールねじ軸に外挿された筒状体と、を有するので、第３節（筒状体）の第２のボールねじナットの回動を拘束することにより、駆動モータで第２のボールねじ軸を回動させた際に、第３節の第２のボールねじナット及び筒状体が回動することなく、第２節の長手方向に摺動し、リンク長を変化させることができる。
（３）第２節の第２のボールねじ軸に対して、第１節の第１のボールねじ軸及び第３節の第２のボールねじナットがそれぞれ摺動自在に連設されているので、１つの駆動モータで第２のボールねじ軸を回動させるだけで、第１節及び第３節を同時に摺動させることができ、駆動モータが２つ必要なく、伸縮動作の制御が容易である。
（４）第１節と、第２節及び第３節が、異なる軸線上に並べて配置されることにより、第１節及び第３節の合計のストロークが、最短リンク長よりも長くなり、可動範囲を広げることができる。
（５）第３節が、第２節の第２のボールねじ軸に回動自在に螺合された第２のボールねじナットと、第２のボールねじナットに連設された筒状体と、を有するので、第２節と第３節を同軸上に配置して、簡単な構造で第２節と第３節を摺動自在に保持することができる。
【０００６】
ここで、駆動モータとして正逆回転可能なモータを用いることにより、リンクを伸縮させることができる。駆動モータは第２節の第２のボールねじ軸の軸線上に配置して直接、第２のボールねじ軸を回動させてもよいし、駆動モータのモータ軸に配設した駆動プーリと第２のボールねじ軸に配設した従動プーリをタイミングベルトで連結し、駆動モータの動力を第２のボールねじ軸に伝達するようにしてもよい。特に、タイミングベルトを介して連結した場合は、直動リンク装置の最短長さをさらに小さくすることができ好ましい。
第１節の従動歯車は第１のボールねじナットと共に回動するものであればよく、第１のボールねじナットの外周に形成してもよいし、第１のボールねじナットの端部に固設してもよい。
第２のボールねじ軸の下端側に筒状体の内径と略同等の外径を有するウレタンワッシャを配設することにより、設定されたストローク以上に直動リンク装置が伸びようとしても、ウレタンワッシャが第２のボールねじナットで止まり、第２のボールねじ軸が筒状体から抜け落ちるのを防ぐことができる。
【０００７】
直動リンク装置の上端側及び下端側にジョイントを設けることにより、伸縮させたい２つの部材の間を連結することができる。このジョイントは、その目的や用途によって適宜、選択することができる。
直動リンク装置を２足歩行ロボットの脚部のパラレルリンク機構部に用いる場合は、腰部側受動ジョイントは回転２自由度を有する受動ジョイントとし、足部側受動ジョイントは回転３自由度を有する受動ジョイントとするのが好適である。左右のパラレルリンク機構部が６自由度を有することにより、左右の足部が多様な動作を行うことができ、例えば特開２００６−８２１５５号を利用して歩行動作を安定させて制御することができる。
回転２自由度を有する受動ジョイントとしては、ユニバーサルジョイントが好適に用いられ、回転３自由度を有する受動ジョイントとしては、ユニバーサルジョイントと回転ジョイントを直列に結合したものやボールジョイント等が好適に用いられる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の直動リンク装置であって、前記第１節に前記第１のボールねじ軸と平行に配設されたガイドレールと、前記第２節に配設され前記ガイドレールを摺動自在に案内する案内部と、を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）第１節に第１のボールねじ軸と平行にガイドレールが配設され、第２節にガイドレールを摺動自在に案内する案内部が配設されていることにより、第１節と第２節の回転を拘束し、第２節に対して第１節の第１のボールねじ軸を摺動させる際に、第１節のガイドレールを第２節の案内部で案内して第１のボールねじ軸を第２節と平行に移動させることができる。
【０００９】
ここで、ガイドレールは第１節のストロークと略同等の長さに形成され、ガイドレールの上端部と第１節の上端部が上端固定部を介して連結された場合は、第１のボールねじ軸の回動を拘束すると共に、第１のボールねじ軸の摺動動作をガイドレールで最初から最後まで確実に案内することができる。ガイドレールの断面形状は、長手方向に一様であればよく、円形状、矩形状、多角形状などの任意の形状に形成することができる。案内部はガイドレールを摺動自在に案内できるものであればよい。ガイドレールの断面形状と同形状の挿通孔にガイドレールを挿通して案内するものが好適に用いられるが、ガイドレールの長手方向に少なくとも１以上の凸条或いは凹条を形成し、案内部に形成した凹条或いは凸条と係合させて案内してもよい。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の直動リンク装置であって、前記第２節に前記第２のボールねじ軸と平行に配設されたガイドレールと、前記第３節に配設され前記ガイドレールに案内される摺動部と、を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１又は２の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）第２節に第２のボールねじ軸と平行にガイドレールが配設され、第３節にガイドレールに案内される摺動部が配設されていることにより、第２節と第３節の回転を拘束し、第２節に対して第３節を摺動させる際に、第３節の摺動部を第２節のガイドレールで案内して第３節の筒状体を第２節と平行に移動させることができる。
【００１１】
ここで、ガイドレールは第３節のストロ−クと略同等の長さに形成され、ガイドレールの上端部と第２節の上端部が連結された場合は、第３節の摺動動作をガイドレールで最初から最後まで確実に案内することができる。ガイドレールの断面形状は、長手方向に一様であればよく、円形状、矩形状、多角形状などの任意の形状に形成することができる。摺動部はガイドレールに沿って摺動自在に移動できるものであればよい。ガイドレールの断面形状と同形状の挿通孔にガイドレールを挿通して移動させるものが好適に用いられるが、ガイドレールの長手方向に少なくとも１以上の凸条或いは凹条を形成し、摺動部に形成した凹条或いは凸条と係合させて移動させてもよい。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の直動リンク装置であって、前記第３節に前記筒状体と平行に配設され前記第１のボールねじ軸が内挿される補強筒状体を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１乃至３の内いずれか１項の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）第３節の筒状体と平行に補強筒状体を配設することにより、第３節の圧縮に対する剛性を向上させることができ、第３節に発生する曲げモーメントを低減することができる。
【００１３】
ここで、補強筒状体は第１節の第１のボールねじ軸と同軸上に配置される。補強筒状体を第１のボールねじ軸と略同等の長さに形成し、補強筒状体の上端部と筒状体の上端部を連結部を介して連結することにより、直動リンク装置を縮めた際に、確実に補強筒状体の内部に第１のボールねじ軸が収容され、第３節をコンパクト化することができる。
【００１４】
本発明の請求項５に記載の直動リンク装置は、（ａ）駆動モータと、前記駆動モータに連設された筒状体と、を有する第１節と、（ｂ）筒状体に内挿され前記第１節の前記駆動モータで回動されることにより前記筒状体に沿って摺動する中空ボールねじを有するスプライン付きボールねじと、前記中空ボールねじの下端部に連設され前記中空ボールねじの外周面に形成されたねじ溝の巻き方向と逆の巻き方向にねじ溝が形成されたボールねじナットと、を有する第２節と、（ｃ）前記第２節の前記ボールねじナットに回動自在に螺合され前記中空ボールねじに内挿されたボールねじ軸を有する第３節と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）第１節が、駆動モータと、駆動モータに連設された筒状体と、を有し、第２節が、筒状体に内挿され第１節の駆動モータで回動されることにより筒状体に沿って摺動する中空ボールねじを有するスプライン付きボールねじを備えているので、第１節の駆動モータを駆動することにより、第２節の中空ボールねじを回動させながら摺動（直動）させることができ、リンク長を変化させることができる。
（２）第２節の中空ボールねじの下端部に中空ボールねじの外周面に形成されたねじ溝の巻き方向と逆の巻き方向にねじ溝が形成されたボールねじナットが連設され、第３節が、第２節のボールねじナットに回動自在に螺合され中空ボールねじに内挿されたボールねじ軸を有し、第３節の下端部（ボールねじ軸）が左右の足部に連結されているので、駆動モータで第２節の中空ボールねじを回動させた際に、第３節のボールねじ軸が回動することなく、第２節の中空ボールねじと共に長手方向に摺動し、リンク長を変化させることができる。
（３）第１節の筒状体に第２節のスプライン付きボールねじが内挿され、スプライン付きボールねじの中空ボールねじに対して、第３節のボールねじ軸が摺動自在に保持されているので、１つの駆動モータでスプライン付きボールねじの中空ボールねじを回動させるだけで、第２節及び第３節を同時に摺動させることができ、駆動モータが２つ必要なく、リンクの伸縮動作の制御が容易である。
（４）第１節から第３節までが、同軸上に配置されることにより、機構を簡素化してコンパクト化することができ、中空ボールねじやボールねじ軸に曲げモーメントがかからず、同軸でない構成に比べ圧倒的に大きな剛性を確保することができ、第２節及び第３節の摺動動作の安定性、長寿命性に優れ、またその必要剛性の非常に高い人間搭乗型２足歩行ロボットの脚機構へと好適に用いることができると共に、第２節及び第３節の合計のストロークが、最短リンク長よりも長くなり、可動範囲を広げることができる。
（５）第２節の中空ボールねじと第３節のボールねじ軸を２本直列に配置した多段式とすることにより、ボールねじ１本の場合と比べて、全体の伸縮減速比を一定とするならば、同様の動作を行う際のボールねじの回転数が小さくなるため、危険速度に到達し難くなり、より高速な動作が可能となる。
【００１５】
ここで、スプライン付きボールねじの機構は従来公知のものであり、例えばボールねじナット及びボールスプライン外筒を軸方向に移動不能とした状態でボールスプライン外筒を回動させると、ボールねじ転動体及びボールスプライン転動体がボールねじ溝及びボールスプライン溝に沿って転動し、これに伴いボールねじ軸が周方向に回動しながら軸方向に直線運動するものである。このボールねじ軸を中空ボールねじとすることにより、ボールねじ軸を内挿することができ、第２節と第３節を同軸上に配置することができる。
中空ボールねじを回動させながら直動（螺旋運動）させることができるものとして、ＮＳＫ製のΣシリーズ（登録商標）やＴＨＫ製のＢＮＳシリーズ（登録商標）等がある。これらの中から、第３節のボールねじ軸の外径及びリードに応じて適当なものを選択することができる。
尚、第３節が第２節の同軸上に内挿され、第２節の中空ボールねじと第３節のボールねじ軸の回転数が等しく、同時に直動するので、第３節のストロ−クは最長で第２節のストロークと同一となる。この場合、第２節のストローク分の回転で第３節が同じストロ−クだけ進むように第３節のボールねじ軸のリードを設定する必要がある。
【００１６】
本発明の請求項６に記載のロボットは、請求項１乃至５の内いずれか１項の直動リンク装置と、前記直動リンク装置の一端部に連結された固定ベース部と、前記直動リンク装置の他端側に連結された可動ベース部と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）直動リンク装置の両端部にそれぞれ固定ベース部と可動ベース部が連結されることにより、直動リンク装置を伸縮させて容易に固定ベース部と可動ベース部との距離を変化させることができる。
（２）直動リンク装置が、第１節から第３節までを有する多段式の直動アクチュエータであるので、最短リンク長を短くできると共に、リンクのストロークを長くして可動ベース部の可動範囲を広げることができ、汎用性に優れる。
【００１７】
ここで、直動リンク装置は、固定ベース部に対し、可動ベース部を伸縮させることができるので、種々のロボットの脚部や腕部等に配置してその可動範囲を広げることができる。
固定ベース部と可動ベース部の間に配設される直動リンク装置の数や配置などは、固定ベース部と可動ベース部の大きさや形状、ロボットの目的や用途などに応じて適宜、選択することができる。
【００１８】
本発明の請求項７に記載の２足歩行ロボットは、請求項１乃至５の内いずれか１項の直動リンク装置が２本１組としてＶ字形状に配設され、それが３組配設されたスチュワートプラットフォームにより形成されたパラレルリンク機構部と、前記直動リンク装置の上端側に連結された腰部と、前記直動リンク装置の下端側に連結された左右の足部と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）２足歩行ロボットの脚部を伸縮させるパラレルリンク機構部が、２本の直動リンク装置を１組としてＶ字形状に配設し、それを３組配設したスチュワートプラットフォームで構成されていることにより、脚部の安定性及び剛性に優れると共に、動作制御を簡便化することができる。
（２）パラレルリンク機構部の直動リンク装置が、第１節から第３節までを有する多段式の直動アクチュエータであるので、脚部の最短リンク長を短くして座面の路面からの最低高さを低くすることができ、高齢者や歩行障害者が簡単に乗り降りすることや、人間を搭乗させて天井高さに限界のある人間の住環境において稼動することができ、安全性に優れると共に、リンクのストロークを長くして脚部の可動範囲を広げ、大歩幅歩行や階段昇降など大きな可動範囲を必要とする歩行の実時間の安定化を可能にすることができ、凹凸や段差、障害物等がある複雑な地形においても活動することができ、汎用性に優れる。
【００１９】
ここで、請求項１で説明したように、２足歩行ロボットの腰部と左右の足部との間に、腰部側受動ジョイントと、足部側受動ジョイントを介して直動リンク装置が連結される。左右のパラレルリンク機構部が６自由度を有することにより、例えば特開２００６−８２１５５号を利用して２足歩行ロボットの歩行動作を安定させて制御することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明の直動リンク装置及びそれを用いたロボット並びに２足歩行ロボットによれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）１つの駆動モータで第２節の第２のボールねじ軸を回動させるだけで、第２のボールねじ軸に対して摺動自在に連設された第１節及び第３節を同時に摺動させることができ、駆動モータが２つ必要なく、伸縮動作の制御が容易な直動リンク装置を提供することができる。
（２）第１節と、第２節及び第３節を、異なる軸線上に並べて配置することにより、第１節と第３節の合計ストロークを最短リンク長よりも長くすることができ、歩行動作の安定性を向上させることができる汎用性に優れた直動リンク装置を提供することができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）第１のボールねじ軸と平行に配設された第１節のガイドレールを第２節の案内部で案内して、確実に第１節の第１のボールねじ軸を第２節と平行に移動させることができる直動リンク装置を提供することができる。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）第３節に配設された摺動部を第２のボールねじ軸と平行に配設された第２節のガイドレールで案内して、確実に第３節の筒状体を第２節と平行に移動させることができる直動リンク装置を提供することができる。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の内いずれか１項の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）第３節の筒状体と平行に補強筒状体を配設することにより、第３節の圧縮に対する剛性を向上させることができ、足部が地面に接地した際に、自重を支持することができ、第３節に発生する曲げモーメントを低減することができる耐久性に優れた直動リンク装置を提供することができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）１つの駆動モータで第２節のスプライン付きボールねじの中空ボールねじを回動させながら摺動させるだけで、中空ボールねじに対して摺動自在に保持された第３節のボールねじ軸を同時に摺動させることができ、駆動モータが２つ必要なく、伸縮動作の制御が容易な直動リンク装置を提供することができる。
（２）第１節から第３節を同軸上に配置することにより、機構を簡素化してコンパクト化することができ、中空ボールねじやボールねじ軸に曲げモーメントがかからず、同軸でない構成に比べ圧倒的に大きな剛性を確保することができ、第２節及び第３節の摺動動作の安定性、長寿命性に優れ、またその必要剛性の非常に高い人間搭乗型２足歩行ロボットの脚機構へと好適に用いることができると共に、第２節と第３節の合計ストロークを最短リンク長よりも長くして可動範囲を広げることができ、特に２足歩行ロボットの歩行動作の安定性を向上させることができる汎用性に優れた直動リンク装置を提供することができる。
【００２５】
請求項６に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）直動リンク装置が、第１節から第３節までを有する多段式の直動アクチュエータであるので、最短リンク長を短くできると共に、リンクのストロークが長く脚部や腕部などの可動範囲が広い汎用性に優れたロボットを提供することができる。
【００２６】
請求項７に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）パラレルリンク機構部の直動リンク装置が、最短リンク長が短く、ストロークが長い多段式の直動アクチュエータであるので、搭乗者の乗降時における座面を低くすることができ、高齢者や歩行障害者が簡単に乗り降りすることや、人間を搭乗させて天井高さに限界のある人間の住環境において稼動することができ安全性に優れると共に、脚部の可動範囲を広げることができ、大歩幅歩行や階段昇降など大きな可動範囲を必要とする歩行の実時間の安定化を可能とし、凹凸や段差、障害物等がある複雑な地形においても、歩行動作を安定させて活動することができる汎用性に優れた２足歩行ロボットを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における直動リンク装置について、以下図面を用いて説明する。
図１は本発明の実施の形態１における直動リンク装置を示す斜視図であり、図２は本発明の実施の形態１における直動リンク装置の伸張状態を示す斜視図である。
図１及び図２中、１は実施の形態１における直動リンク装置、２０ａは直動リンク装置１の上端固定部、２０ｂは直動リンク装置１の下端固定部、２１は直動リンク装置１の第１節、２１ａは上端部で上端固定部２０ａに固定された第１節２１の第１のボールねじ軸、２１ｂは第１節２１と並設された後述する第２節２５を連結して固定する連結部２０ｃに配設され第１のボールねじ軸２１ａに回動自在に螺合された第１節２１の第１のボールねじナット、２２は第１のボールねじナット２１ｂの端部に固設され第１のボールねじナット２１ｂと共に回動する第１節２１の従動歯車、２３ａは第１のボールねじ軸２１ａの下端部に配設されたウレタンワッシャ、２３ｂは第１のボールねじ軸２１ａの下端部に配設されウレタンワッシャ２３ａを固定するベアリングナット、２４は上端部で上端固定部２０ａの両側に固定され第１のボールねじ軸２１ａと平行に配設された第１節２１のガイドレール、２５は連結部２０ｃで固定され第１節２１と平行に配置された直動リンク装置１の第２節、２５ａは連結部２０ｃで回動自在に保持された第２節２５の第２のボールねじ軸、２６は第２のボールねじ軸２５ａの上端側に貫設され第１節２１の従動歯車２２に歯合した主動歯車、２７は第２のボールねじ軸２５ａに配設された従動プーリ、２８ａは第２のボールねじ軸２５ａの下端部に配設されたウレタンワッシャ、２８ｂは第２のボールねじ軸２５ａの下端部に配設されウレタンワッシャ２８ａを固定するベアリングナット、２９は連結部２０ｃに固設された第２節２５の駆動モータ、３０は駆動モータ２９のモータ軸に配設された駆動プーリ、３１は駆動プーリ３０と従動プーリ２７を連結し駆動モータ２９の動力を第２のボールねじ軸２５ａに伝達するタイミングベルト、３２は連結部２０ｃの両側部に配設され案内溝３２ａでガイドレール２４を摺動自在に案内する第２節２５の案内部、３３は連結部２０ｃの第１節２１側の側部に第２のボールねじ軸２５ａと平行に配設された第２節２５のガイドレール、３４は第２節２５の下端部に配設された連結部２０ｄで第２節２５の第２のボールねじ軸２５ａと同軸上に連設された直動リンク装置１の第３節、３４ａは第２節２５の第２のボールねじ軸２５ａに回動自在に螺合され連結部２０ｄに固設された第３節３４の第２のボールねじナット、３４ｂは第２のボールねじナット３４ａに連設され第２節２５の第２のボールねじ軸２５ａに外挿された第３節３４の筒状体、３５は上端部及び下端部がそれぞれ連結部２０ｄ及び下端固定部２０ｂに固定され筒状体３４ｂと平行に配設され第１節２１の第１のボールねじ軸２１ａが内挿される第３節３４の補強筒状体、３６は連結部２０ｄの第１節２１側の側部に配設され案内溝（図示せず）で第２節２５のガイドレール３３に案内される第３節３４の摺動部である。
【００２８】
第１のボールねじ軸２１ａ及び第２のボールねじ軸２５ａの下端側に補強筒状体３５及び筒状体３４ｂの内径と略同等の外径を有するウレタンワッシャ２３ａ，２８ａを配設した。これにより、設定されたストローク以上に直動リンク装置１が伸びようとしても、ウレタンワッシャ２３ａ，２８ａが第１のボールねじナット２１ｂ，第２のボールねじナット３４ａで止まり、第１のボールねじ軸２１ａ及び第２のボールねじ軸２５ａが、連結部２０ｃ及び筒状体３４ｂから抜け落ちるのを防ぐことができる。
ガイドレール２４，３３はそれぞれ第１節２１のストローク及び第３節３４のストロークと略同等の長さに形成した。これにより、第１節２１，第３節３４の摺動動作をガイドレール２４，３３で最初から最後まで確実に案内することができる。
本実施の形態ではガイドレール２４，３３の断面形状は略矩形状に形成したが、これに限定されるものではなく、円形状、多角形状などの任意の形状に形成することができる。また、案内部３２及び摺動部３６はガイドレール２４，３３に対して摺動自在であればよく、案内溝３２ａを形成する代わりに、ガイドレール２４，３３の断面形状と同形状の挿通孔を形成してもよい。
第３節３４の補強筒状体３５は第１のボールねじ軸２１と略同等の長さに形成し、第１節２１の第１のボールねじ軸２１ａと同軸上に配置した。これにより、直動リンク装置１を縮めた際に、確実に補強筒状体３５の内部に第１のボールねじ軸２１ａが収容され、第３節３４をコンパクト化することができる。
【００２９】
以上のように構成された直動リンク装置の動作について説明する。
図１において、駆動モータ２９を回転させると、モータ軸に配設された駆動プーリ３０の回転がタイミングベルト３１を介して従動プーリ２７に伝達され、第２節２５の第２のボールねじ軸２５ａが回転する。これにより、第２のボールねじ軸２５ａと共に主動歯車２６が回転するので、主動歯車２６に歯合した第１節２１の従動歯車２２と従動歯車２２に固設された第１のボールねじナット２１ｂが回転する。このとき、第１のボールねじナット２１ｂに回動自在に螺合された第１のボールねじ軸２１ａの上端部は上端固定部２０ａに固定され、回転が拘束されているので、ねじ対偶により、第１節２１と第２節２５が相対的に直動（摺動）する。また、これと同時に、第２のボールねじ軸２５ａに回動自在に螺合された第３節３４の第２のボールねじナット３４ａとそれに連設された筒状体３４ｂは連結部２０ｄや下端固定部２０ｂに固定され、回転が拘束されているので、ねじ対偶により、第２節２５と第３節３４が相対的に直動（摺動）する。
駆動モータ２９の回転方向を選択することにより、これらの直動（摺動）方向を切り換えることができる。
【００３０】
次に、本発明の実施の形態１における直動リンク装置を２足歩行ロボットに適用した場合について説明する。
図３は本発明の実施の形態１における直動リンク装置を用いた２足歩行ロボットを示す模式斜視図であり、図４は本発明の実施の形態１における直動リンク装置を備えた２足歩行ロボットの模式平面透視図である。尚、図３においては、説明の便宜のために、パラレルリンク機構部の一部を省略して図示している。
図３及び図４中、１，１′，１ａ，１ａ′，１ｂ，１ｂ′，１ｃ，１ｃ′は実施の形態１における直動リンク装置、１００は本発明の実施の形態１における直動リンク装置１，１′，１ａ，１ａ′，１ｂ，１ｂ′，１ｃ，１ｃ′（以下、直動リンク装置１〜１ｃ′とする）を用いた２足歩行ロボット、１０１ａ，１０１ｂはそれぞれ右脚及び左脚のパラレルリンク機構部、１０２は２足歩行ロボット１００の腰部、１０３ａ，１０３ｂはそれぞれ２足歩行ロボット１００の右及び左の足部、１０４ａ，１０４ｂは右及び左の足部１０３ａ，１０３ｂの上面に配設された固定板、１０６，１０６′，１０６ａ，１０６ａ′，１０６ｂ，１０６ｂ′，１０６ｃ，１０６ｃ′は腰部側受動ジョイント、１０７，１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃは足部側受動ジョイントである。
なお、左脚のパラレルリンク機構部１０１ｂの各部は右脚のパラレルリンク機構部１０１ａと対称で同一構成なので説明を省略する。
【００３１】
ここで、腰部側受動ジョイント１０６ａ，１０６ａ′は腰部１０２の下面の右後部側に配設されている。足部側受動ジョイント１０７ａは右の足部１０３ａの右後部側に配設されている。直動リンク装置１ａは上端部が腰部側受動ジョイント１０６ａに連結され、下端部が足部側受動ジョイント１０７ａに連結されている。直動リンク装置１ａ′は上端部が腰部側受動ジョイント１０６ａ′に連結され、下端部が足部側受動ジョイント１０７ａに連結されている。
腰部側受動ジョイント１０６ｂ，１０６ｂ′は腰部１０２の下面の右前部側に配設されている。足部側受動ジョイント１０７ｂは右の足部１０３ａの右前部側に配設されている。直動リンク装置１ｂは上端部が腰部側受動ジョイント１０６ｂに連結され、下端部が足部側受動ジョイント１０７ｂに連結されている。直動リンク装置１ｂ′は上端部が腰部側受動ジョイント１０６ｂ′に連結され、下端部が足部側受動ジョイント１０７ｂに連結されている。
腰部側受動ジョイント１０６ｃ，１０６ｃ′は腰部１０２の下面の右中央部に配設されている。足部側受動ジョイント１０７ｃは右の足部１０３ａの右中央部に配設されている。直動リンク１ｃは上端部が腰部側受動ジョイント１０６ｃに連結され、下端部が足部側受動ジョイント１０７ｃに連結されている。直動リンク装置１ｃ′は上端部が腰部側受動ジョイント１０６ｃ′に連結され、下端部が足部側受動ジョイント１０７ｃに連結されている。
また、右脚のパラレルリンク機構部１０１ａと左脚のパラレルリンク機構部１０１ｂは腰部１０２の中央に対してその両側に対称に配設されている。
【００３２】
腰部側受動ジョイント１０６，１０６′，１０６ａ，１０６ａ′，１０６ｂ，１０６ｂ′，１０６ｃ，１０６ｃ′（以下、腰部側受動ジョイント１０６〜１０６ｃ′とする）は、直動リンク装置１〜１ｃ′の長手方向に直交し、且つ各々直交する２軸の軸周方向に回動する２自由度に形成されている。
足部側受動ジョイント１０７，１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ（以下、足部側受動ジョイント１０７〜１０７ｃとする）は、後述するように足底面に対する鉛直軸方向、及び直動リンク装置１〜１ｃ′の長手方向に直交し、且つ各々直交する２軸の軸周方向に回動する３自由度に形成されている。
【００３３】
次に、腰部側受動ジョイントの構造について図を用いて詳細に説明する。図５は腰部側受動ジョイントの要部斜視図である。尚、腰部側受動ジョイント１０６〜１０６ｃ′は同一の構造なので、腰部側受動ジョイント１０６を用いて説明する。
図５中、１１３は腰部１０２の下部に固定されたコ字形状の腰部側上部継手、１１３ａは腰部側上部継手１１３の立設された対向片間に軸支された上部継手軸、１１４は直動リンク装置１の上端固定部２０ａに固定されたコ字形状の腰部側下部継手、１１４ａは腰部側下部継手１１４の立設された対向片間に軸支され腰部側下部継手１１４を回動自在に軸支する下部継手軸、１１５は上部継手軸１１３ａと下部継手軸１１４ａを直交させて連結する連結回動部である。
図５に示すように、腰部側下部継手１１４は、腰部側上部継手１１３に対して、上部継手軸１１３ａと下部継手軸１１４ａの軸周方向に回動する。これにより、腰部側受動ジョイント１０６は、直動リンク装置１の長手方向に直交する上部継手軸１１３ａと下部継手軸１１４ａの軸周方向に２自由度を有するので、直動リンク装置１の伸縮に追従してこれを妨げることなく円滑に従動する。
【００３４】
次に、足部側受動ジョイントの構造について図を用いて詳細に説明する。図６は足部側受動ジョイントの要部斜視図である。尚、足部側受動ジョイント１０７〜１０７ｃはそれぞれ同一の構造なので、足部側受動ジョイント１０７を用いて説明する。
図６中、１１６は直動リンク装置１の下端固定部２０ｂに連結された第１の足部上部継手、１１６′は直動リンク装置１′の下端固定部２０ｂに連結された第２の足部上部継手、１１６ａ，１１６ｂは第１の足部上部継手１１６の両側部に互いに対向して配設された側部軸支板、１１６ａ′，１１６ｂ′は第２の足部上部継手１１６′の両側部に互いに対向して配設された側部軸支板、１１７は内部に内壁面が球面状のボール収容部１１７ａを有し両側部に突設された継手軸１１７ｂで側部軸支板１１６ａ，１１６ｂ，１１６ａ′，１１６ｂ′に回動自在に軸支され第１の足部上部継手１１６と第２の足部上部継手１１６′を連結したボール保持部、１１７ｃは継手軸１１７ｂの両端に螺着され各側部軸支板１１６ａ，１１６ｂ，１１６ａ′，１１６ｂ′を抜け止めするための止めナット、１１９は固定板１０４ｂ上に固定された足側基部１１８上に立設され上端部にボール収容部１１７ａに収容されるボール部１１９ａが形成されたボール継手軸である。
【００３５】
図６に示すように、第１の足部上部継手１１６及び第２の下端部材側下部継手１１６′は、ボール保持部１１７に対して、継手軸１１７ｂの軸周方向に回動する。また、ボール保持部１１７は、足側基部１１８に対して任意の方向に回動する。これにより、足部側受動ジョイント１０７は、継手軸１１７ｂの軸周方向およびボール継手軸１１９の軸周方向に１自由度ずつの２自由度を有すると共に、少なくとも継手軸１１７ｂとボール継手軸１１９とに直交する軸の軸周方向に１自由度を有するので、直動リンク装置１，１′の伸縮に追従してこれを妨げることなく円滑に従動する。
このように足部側受動ジョイント１０７をボールジョイントを用いた構造にすることにより、ユニバーサルジョイントと回転ジョイントを直列に結合するものよりも締結箇所が少なくなり、がたが低減し、動作の精度が向上し、制御の安定性および剛性を高めることができ、高速で安定した歩行動作を行うことができる。
【００３６】
このように、パラレルリンク機構部１０１ａ，１０１ｂが各々６自由度に形成されているため、右及び左の足部１０３ａ，１０３ｂは、前後、左右、上下、及び前後方向、左右方向、上下方向を軸とした軸周方向の動作が可能であり、多様な動作を行うことができ、歩行動作を円滑に行うことができる。
右脚のパラレルリンク機構部１０１ａと左脚のパラレルリンク機構部１０１ｂとが腰部１０２の中央に対してその両側に対称に配設され、且つ、各々のパラレルリンク機構部１０１ａ，１０１ｂが６自由度を有することにより、歩行動作時に２足歩行ロボット１００の腰軸、すなわち腰部１０２の中央を通り腰部１０２に直交する軸の軸周方向にモーメントがかからないよう歩行制御を行うことができる。これにより、歩行時に腰部１０２が腰軸の軸周方向の回動することなく、転倒することなく安定した歩行が可能である。
【００３７】
本実施の形態では、直動リンク装置１を２足歩行ロボット１００に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではない。
直動リンク装置１及び足部１０３ａ，１０３ｂの数や配置などは、腰部１０２の大きさや形状、歩行ロボットの目的や用途などに応じて適宜、選択することができ、４足或いはそれ以上の足部を有する多足ロボットにも適用することができる。
また、この直動リンク装置１の両端部にそれぞれ固定ベース部と可動ベース部を連結し、直動リンク装置１を伸縮させることにより、固定ベース部に対して可動ベース部を上下方向や左右方向などに摺動させることができるので、脚部以外にも種々のロボットの腕部等に配置してその可動範囲を広げることができ、歩行ロボット以外のロボットにも用いることができる。
【００３８】
以上のように実施の形態１における直動リンク装置によれば、以下の作用を有する。
（１）第１節２１が、第１のボールねじ軸２１ａと、第１のボールねじ軸２１ａに回動自在に螺合された第１のボールねじナット２１ｂと、第１のボールねじナット２１の端部に固設された従動歯車２２と、を有し、第２節２５が、駆動モータ２９と、駆動モータ２９により回動する第２のボールねじ軸２５ａと、第２のボールねじ軸２５ａに貫設され第１節２１の従動歯車２２に歯合した主動歯車２６と、を有するので、駆動モータ２９で第２のボールねじ軸２５ａを回動させることにより、主動歯車２６が回動し、それに従動して従動歯車２２と共に第１のボールねじナット２１ｂが回動するが、第１のボールねじ軸２１ａの上端部が上端固定部２０ａに固定されているため、第１のボールねじ軸２１ａは回動することなく、第２節２５の長手方向に摺動し、リンク長を変化させることができる。
（２）第３節３４が、第２節２５の第２のボールねじ軸２５ａに回動自在に螺合された第２のボールねじナット３４ａと、第２のボールねじナット３４ａに連設され第２節２５の第２のボールねじ軸２５ａに外挿された筒状体３４ｂと、を有し、第２のボールねじナット３４ａの回動が拘束され、筒状体３４ｂの上端部及び下端部がそれぞれ連結部２０ｄや下端固定部２０ｂで固定されているので、駆動モータ２９で第２のボールねじ軸２５ａを回動させた際に、第３節３４の第２のボールねじナット３４ａ及び筒状体３４ｂが回動することなく、第２節２５の長手方向に摺動し、リンク長を変化させることができる。
（３）第２節２５の第２のボールねじ軸２５ａに対して、第１節２１の第１のボールねじ軸２１ａ及び第３節３４の第２のボールねじナット３４ａがそれぞれ摺動自在に連設されているので、１つの駆動モータ２９で第２のボールねじ軸２５ａを回動させるだけで、第１節２１及び第３節３４を同時に摺動させることができ、伸縮動作の制御が容易で動作安定性に優れる。
（４）第１節２１と、第２節２５及び第３節３４が、異なる軸線上に並べて配置されることにより、第１節２１と第３節３４の合計のストロークが、最短リンク長よりも長くなり、可動範囲を広げることができる。
（５）第３節３４が、第２節２５の第２のボールねじ軸２５ａに回動自在に螺合された第２のボールねじナット３４ａと、第２のボールねじナット３４ａに連設された筒状体３４ｂと、を有するので、第２節２５と第３節３４を同軸上に配置して、簡単な構造で第２節２５と第３節３４を摺動自在に保持することができる。
（６）第１節２１に第１のボールねじ軸２１ａと平行にガイドレール２４が配設され、第２節２５にガイドレール２４を摺動自在に案内する案内部３２が配設されていることにより、第１節２１と第２節２５の回転を拘束し、第２節２５に対して第１節２１の第１のボールねじ軸２１ａを摺動させる際に、第１節２１のガイドレール２４を第２節２５の案内部３２で案内して第１のボールねじ軸２１ａを第２節２５と平行に移動させることができる。
（７）第２節２５に第２のボールねじ軸２５ａと平行にガイドレール３３が配設され、第３節３４にガイドレール３３に案内される摺動部３６が配設されていることにより、第２節２５と第３節３４の回転を拘束し、第２節２５に対して第３節３４を摺動させる際に、第３節３４の摺動部３６を第２節２５のガイドレール３３で案内して第３節３４の筒状体３４ｂを第２節２５と平行に移動させることができる。
（８）第３節３４の筒状体３４ｂと平行に補強筒状体３５を配設することにより、第３節３４の圧縮に対する剛性を向上させることができ、第３節３４に発生する曲げモーメントを低減することができる。
【００３９】
実施の形態１における直動リンク装置を用いた２足歩行ロボットによれば、以下の作用を有する。
（１）２足歩行ロボット１００の脚部を伸縮させるパラレルリンク機構部１０１ａ，１０１ｂが、２本の直動リンク装置１，１′（１ａ，１ａ′、１ｂ，１ｂ′、１ｃ，１ｃ′）を１組としてＶ字形状に配設し、それを３組配設したスチュワートプラットフォームで構成されていることにより、脚部の安定性及び剛性に優れると共に、動作制御を簡便化することができる。
（２）パラレルリンク機構部１０１ａ，１０１ｂの直動リンク装置１〜１ｃ′が、第１節２１から第３節３４までを有する多段式の直動アクチュエータであるので、脚部の最短リンク長を短くして座面を低くすることができ、搭乗者が容易に乗降を行うことができ、人間を搭乗させて天井高さに限界のある人間の住環境において稼動することができると共に、リンクのストロークを長くして脚部の可動範囲を広げ、歩行動作の安定性を向上させることができ、凹凸や段差、障害物等がある複雑な地形においても活動することができ、汎用性に優れる。
【００４０】
（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２における直動リンク装置を示す斜視図であり、図８は本発明の実施の形態２における直動リンク装置の伸張状態を示す斜視図である。
図７及び図８中、４０は本発明の実施の形態２における直動リンク装置、４０ａは直動リンク装置４０の上端部に腰部側受動ジョイント１０６などのジョイントを取付けるための上端固定部、４０ｂは直動リンク装置４０の下端部に足部側受動ジョイント１０７などのジョイントを取付けるための下端固定部、４１は上端部で上端固定部４０ａを介して腰部側受動ジョイント１０６などのジョイントに連結される直動リンク装置４０の第１節、４１ａは上端部で上端固定部４０ａに固定された第１節４１の筒状体、４２は連結部４０ｃを介して筒状体４１ａに連設された第１節４１の駆動モータ、４３は駆動モータ４２のモータ軸に配設された駆動プーリ、４４は第１節４１の筒状体４１ａと同軸上に配置された直動リンク装置４０の第２節、４５は筒状体４１ａに内挿されスプライン外筒４５ａが回動することにより中空ボールねじ４５ｂが回動しながら筒状体４１ａに沿って摺動する第２節４４のスプライン付きボールねじ、４６はスプライン外筒４５ａに固設されスプライン外筒４５ａと共に回動する第２節４４の従動プーリ、４７は駆動プーリ４３と従動プーリ４６を連結し駆動モータ４２の動力をスプライン付きボールねじ４５に伝達するタイミングベルト、４８は中空ボールねじ４５ｂの下端部に連設され中空ボールねじ４５ｂの外周面に形成されたねじ溝４５ｃの巻き方向と逆の巻き方向にねじ溝（図示せず）が形成されたボールねじナット、４９は第２節４４の中空ボールねじ４５ｂと同軸上に配置され中空ボールねじ４５ｂに内挿され下端部で下端固定部４０ｂを介して足部側受動ジョイント１０７などのジョイントに連結される直動リンク装置４０の第３節、４９ａは外周面に中空ボールねじ４５ｂの外周面に形成されたねじ溝４５ｃの巻き方向と逆の巻き方向にねじ溝４９ｂが形成され第２節４４のボールねじナット４８に回動自在に螺合された第３節４９のボールねじ軸である。
【００４１】
第２節４４のスプライン付きボールねじ４５の機構は従来公知のものであり、本実施の形態では、第３節４９のボールねじ軸４９ａの軸径などを考慮して、ＴＨＫ製のＢＮＳシリーズ（登録商標）の中から、ＢＮＳ１６１６Ａを選択して使用した。第３節４９が第２節４４の同軸上に内挿され、第２節４４の中空ボールねじ４５ｂと第３節４９のボールねじ軸４９ａの回転数が等しく、同時に直動する構成となっている。このとき、第２節４４のストローク分の回転で第３節４９が同じストロ−クだけ進むように第３節４９のボールねじ軸４９ａのリードを設定することにより、第３節４９のストロ−クは最長となり、第２節４４のストロークと同一となる。
【００４２】
以上のように構成された直動リンク装置の動作について説明する。
図７において、駆動モータ４２を回転させると、モータ軸に配設された駆動プーリ４３の回転がタイミングベルト４７を介して従動プーリ４６に伝達される。これにより、従動プーリ４６と共にスプライン外筒４５ａが回転する。このとき、スプライン外筒４５ａに螺合された中空ボールねじ４５ｂが回転しながら、その長手方向に直動（摺動）する。また、これと同時に、第２節４４のボールねじナット４８に回動自在に螺合された第３節４９のボールねじ軸４９ａは、下端固定部４０ｂに配設される足部側受動ジョイント１０７などのジョイントを介して連結される足部などに固定され、回転が拘束されるので、ねじ対偶により、その長手方向に直動（摺動）する。
駆動モータ４２の回転方向を選択することにより、これらの直動（摺動）方向を切り換えることができる。
【００４３】
以上のように実施の形態２における直動リンク装置によれば、以下の作用を有する。
（１）第１節４１が、駆動モータ４２と、駆動モータ４２に連設された筒状体４１ａと、を有し、第２節４４が、筒状体４１ａに内挿され第１節４１の駆動モータ４２で回動されることにより筒状体４１ａに沿って摺動する中空ボールねじ４５ｂを有するスプライン付きボールねじ４５を備えているので、第１節４１の駆動モータ４２を駆動することにより、第２節４４の中空ボールねじ４５ｂを回動させながら摺動（直動）させることができ、リンク長を変化させることができる。
（２）第２節４４の中空ボールねじ４５ｂの下端部に中空ボールねじ４５ｂの外周面に形成されたねじ溝４５ｃの巻き方向と逆の巻き方向にねじ溝が形成されたボールねじナット４８が連設され、第３節４９が、第２節４４のボールねじナット４８に回動自在に螺合され中空ボールねじ４５ｂに内挿されたボールねじ軸４９ａを有し、第３節４９（ボールねじ軸４９ａ）の下端部が下端固定部４０ｂに配設される足部側受動ジョイント１０７などのジョイントを介して足部などに連結されるので、駆動モータ４２で第２節４４の中空ボールねじ４５ｂを回動させた際に、第３節４９のボールねじ軸４９ａが回動することなく、第２節４４の中空ボールねじ４５ｂと共に長手方向に摺動し、リンク長を変化させることができる。
（３）第１節４１の筒状体４１ａに第２節４４のスプライン付きボールねじ４５が内挿され、スプライン付きボールねじ４５の中空ボールねじ４５ｂに対して、第３節４９のボールねじ軸４９ａが摺動自在に保持されているので、１つの駆動モータ４２でスプライン付きボールねじ４５の中空ボールねじ４５ｂを回動させるだけで、第２節４４及び第３節４９を同時に摺動させることができ、駆動モータが２つ必要なく、伸縮動作の制御が容易である。
（４）第１節４１から第３節４９までが、同軸上に配置されることにより、機構を簡素化してコンパクト化することができ、中空ボールねじ４５ｂやボールねじ軸４９に曲げモーメントがかからず、同軸でない構成に比べ圧倒的に大きな剛性を確保することができ、第２節４４及び第３節４９の摺動動作の安定性、長寿命性に優れ、またその必要剛性の非常に高い人間搭乗型２足歩行ロボットの脚機構へと好適に用いることができると共に、第２節４４及び第３節４９の合計のストロークが、最短リンク長よりも長くなり、脚部の可動範囲を広げることができる。
【００４４】
実施の形態２における直動リンク装置を用いた２足歩行ロボットによれば、実施の形態１で得られる作用と同様の作用を有する。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、リンクを多段式とすることにより、最短リンク長が短く、しかもリンクのストロークが長く可動範囲が大きい汎用性に優れた直動リンク装置の提供、及び脚部や腕部などの最短リンク長が短いと共に、リンクのストロークが長く可動範囲が広い汎用性に優れた直動リンク装置を用いたロボットの提供、並びに脚部の最短リンク長を短くして路面から座面までの最低高さを低くすることができ、高齢者や歩行障害者が簡単に乗り降りすることや、人間を搭乗させて天井高さに限界のある人間の住環境において稼動することができると共に、リンクのストロークを長くして脚部の可動範囲を広げることができ、実時間でリンクの長さを修正するような安定化制御を用いて凹凸や段差、障害物等がある複雑な地形における歩行動作を安定化させることができる直動リンク装置を用いた２足歩行ロボットの提供を行うことができ、人間の生活環境での活動に好適な２足歩行ロボット、特に人間搭乗型２足歩行ロボットや重量物積載用２足歩行ロボットの普及を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態１における直動リンク装置を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における直動リンク装置の伸張状態を示す斜視図
【図３】本発明の実施の形態１における直動リンク装置を用いた２足歩行ロボットを示す模式斜視図
【図４】本発明の実施の形態１における直動リンク装置を備えた２足歩行ロボットの模式平面透視図
【図５】腰部側受動ジョイントの要部斜視図
【図６】足部側受動ジョイントの要部斜視図
【図７】本発明の実施の形態２における直動リンク装置を示す斜視図
【図８】本発明の実施の形態２における直動リンク装置の伸張状態を示す斜視図
【符号の説明】
【００４７】
１，１′，１ａ，１ａ′，１ｂ，１ｂ′，１ｃ，１ｃ′，４０  直動リンク装置
２０ａ，４０ａ  上端固定部
２０ｂ，４０ｂ  下端固定部
２０ｃ，２０ｄ，４０ｃ  連結部
２１，４１  第１節
２１ａ  第１のボールねじ軸
２１ｂ  第１のボールねじナット
２２  従動歯車
２３ａ，２８ａ  ウレタンワッシャ
２３ｂ，２８ｂ  ベアリングナット
２４，３３  ガイドレール
２５，４４  第２節
２５ａ  第２のボールねじ軸
２６  主動歯車
２７，４６  従動プーリ
２９，４２  駆動モータ
３０，４３  駆動プーリ
３１，４７  タイミングベルト
３２  案内部
３２ａ  案内溝
３４，４９  第３節
３４ａ  第２のボールねじナット
３４ｂ  筒状体
３５  補強筒状体
３６  摺動部
４１ａ  筒状体
４５  スプライン付きボールねじ
４５ａ  スプライン外筒
４５ｂ  中空ボールねじ
４５ｃ，４９ｂ  ねじ溝
４８  ボールねじナット
４９ａ  ボールねじ軸
１００  ２足歩行ロボット
１０１ａ，１０１ｂ  パラレルリンク機構部
１０２  腰部
１０３ａ，１０３ｂ  足部
１０４ａ，１０４ｂ  固定板
１０６，１０６′，１０６ａ，１０６ａ′，１０６ｂ，１０６ｂ′，１０６ｃ，１０６ｃ′  腰部側受動ジョイント
１０７，１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ  足部側受動ジョイント
１１３  腰部側上部継手
１１３ａ  上部継手軸
１１４  腰部側下部継手
１１４ａ  下部継手軸
１１５  連結回動部
１１６  第１の足部上部継手
１１６′  第２の足部上部継手
１１６ａ，１１６ｂ，１１６ａ′，１１６ｂ′  側部軸支板
１１７  ボール保持部
１１７ａ  ボール収容部
１１７ｂ  継手軸
１１７ｃ  止めナット
１１８  足側基部
１１９  ボール継手軸
１１９ａ  ボール部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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