(57)【要約】【課題】各アームの動作に支障を来たさない様に、各アームをグリッパとしても利用することが可能なマニプレータ及び多関節駆動機構を提供する。【解決手段】第１フレーム１の関節角度が回転角度−９０°のときに、第１突起爪Ｃ１の先端と第２突起爪Ｃ２の先端とが重なり合い、第１フレーム１の関節角度が回転角度−９０°よりも負回転方向になると、第１突起爪Ｃ１の先端と第２突起爪Ｃ２の先端とが離間して、グリッパＡＧの機能が果たされる。従って、第１フレーム１の関節角度が回転角度−９０°になるまでは、多関節駆動機構Ｒが通常運動に使用され、また第１フレーム１の関節角度が回転角度−９０°よりも負回転方向になると、グリッパモードとなって、グリッパＡＧの機能が果たされる。【選択図】図４
2007015029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端効果器が装着される第１フレームと、
前記第１フレームに回転軸を介して回転自在に連結された第２フレームとを有し、
前記第１フレームに第１突起部を設けると共に、前記第２フレームに第２突起部を設け、
前記第２フレームに対する前記第１フレームの回転角度が規定の回転角度範囲にあるときには、前記第１突起部と前記第２突起部がグリッパを構成することを特徴とするマニプレータ。
【請求項２】
前記第１及び第２突起部の一方は、他方を格納し囲い込む形状であることを特徴とする請求項１に記載のマニプレータ。
【請求項３】
前記第１及び第２突起部の一方は、他方に格納され囲い込まれる形状であることを特徴とする請求項１に記載のマニプレータ。
【請求項４】
前記第２フレームに対する前記第１フレームの回転角度が前記規定の回転角度範囲以外の回転角度範囲にあるときには、前記第1突起部が前記第２突起部の囲い込む形状に格納されることを特徴とする請求項２に記載のマニプレータ。
【請求項５】
前記第２フレームに対する前記第１フレームの回転角度が前記規定の回転角度範囲以外の回転角度範囲にあるときには、前記第２突起部が前記第１突起部の囲い込む形状に格納されることを特徴とする請求項２に記載のマニプレータ。
【請求項６】
前記第１又は第２突起部の囲い込む形状は、前記第1フレームの回転軸を中心とする略扇形の範囲を含むことを特徴とする請求項２に記載のマニプレータ。
【請求項７】
前記第１又は第２突起部の囲い込まれる形状は、前記第１フレームの回転軸を中心とする略扇形の範囲を含むことを特徴とする請求項３に記載のマニプレータ。
【請求項８】
前記第２フレームに前記第１フレームの回転軸と平行な他の回転軸を設け、前記第２突起部を前記他の回転軸により回転自在に支持したことを特徴とする請求項１に記載のマニプレータ。
【請求項９】
前記第１及び第２突起部の先端が前記各回転軸からそれぞれ等距離に存在し、前記各回転軸から等距離にある中間の平面を対称面として、前記第１及び第２突起部が対称に駆動されることを特徴とする請求項８に記載のマニプレータ。
【請求項１０】
前記第２フレームに対する前記第１フレームの回転角度が前記規定の回転角度範囲以外の回転角度範囲にあるときには、前記第２突起部が前記第２フレームおよび前記第１突起部と重なり合うようにして、前記第２突起部が突出しない構造としたことを特徴とする請求項８に記載のマニプレータ。
【請求項１１】
前記第２突起部は、前記第２フレームに対する前記第１フレームの回転を動力伝達機構を介して伝達されて連動することを特徴とする請求項８に記載のマニプレータ。
【請求項１２】
動力伝達機構は、ワイヤ及びプーリを組み合わせたものであることを特徴とする請求項１１に記載のマニプレータ。
【請求項１３】
動力伝達機構は、ベルト及びプーリを組み合わせたものであることを特徴とする請求項１１に記載のマニプレータ。
【請求項１４】
動力伝達機構は、ギヤを含むことを特徴とする請求項１１に記載のマニプレータ。
【請求項１５】
前記第２フレームに対する前記第１フレームの回転角度が前記規定の回転角度範囲にあるときには、前記第１フレームの先端効果器が第２フレーム内に収納されることを特徴とする請求項１に記載のマニプレータ。
【請求項１６】
前記第１フレームの先端効果器は、前記第１フレームの回転軸と直交する向きの別の回転軸を介して前記第１フレームに連結されることを特徴とする請求項１に記載のマニプレータ。
【請求項１７】
請求項１に記載のマニプレータと、
前記マニプレータにおける第１フレームの回転軸を第２回転軸とすると、前記マニプレータにおける第２フレームに、前記第２回転軸と直交する向きの第３回転軸を介して回転自在に連結された第３フレームとを備えることを特徴とする多関節駆動機構。
【請求項１８】
前記マニプレータにおける第１フレームの先端効果器が前記第２回転軸と直交する向きの第１回転軸を介して前記第１フレームに連結されており、
前記第１回転軸、前記第２回転軸、及び前記第３回転軸は相互に直交する向きで配置され、第２回転軸は該各回転軸のうちの前記マニプレータ先端側から２番目に配置されることを特徴とする請求項１７に記載の多関節駆動機構。
【請求項１９】
前記マニプレータにおける規定の回転角度範囲は、前記第１フレームの関節原点周りで、多関節駆動機構が特異姿勢となる特異点角度外側に割り当てられ、
前記規定の回転角度範囲以外の回転角度範囲は、多関節駆動機構が特異姿勢とはならない前記特異点角度内側に割り当てられることを特徴とする請求項１７に記載の多関節駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、関節を有するマニプレータ及び多関節駆動機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のマニプレータとしては、特許文献１に記載のものがある。ここでは、複数のアームをそれぞれの関節を介して連結しており、各アームの駆動に際し、相互に連結された各アーム間の角度を所定の狭角以上に維持して、該各アーム間に作業者の腕等が挟み込まれない様にしている。
【０００３】
また、非特許文献１には、４脚作業移動ロボットの動作として、各脚を使って物体の把持を行うという研究が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１２３６９０号公報
【非特許文献１】小俣  透、塚越  一夫、森  治著、「４脚作業移動ロボットによる体全体を用いた物体操作：自由度増加特異姿勢の回避」、日本ロボット学会誌、Vol.20,No.7,734-741.(2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１のマニプレータにグリッパを設けるとするならば、最も先端側のアームにグリッパを格別に装着することになる。また、非特許文献１の４脚作業移動ロボットは、グリッパそのものであると言えるがグリッパ機能は複数の脚を使用するためグリッパ機能の使用中は歩行移動ができず、グリッパ機能と本来の歩行機能とを同時利用できない制約があった。
【０００５】
従って、アームとグリッパが共に必要であるならば、アームの機構とグリッパの機構を併設し、これらの機構の制御を別々に行う必要があった。
【０００６】
一方、本願発明の発明者等は、見方を変えて、特許文献１の様な各アーム間の角度を充分に狭くすれば、物を挟み込むグリッパの機能に近くなることに気付いた。そして、この様に各アームをグリッパとしても利用することができるならば、アームの機構だけでグリッパをも実現し得ると推考した。
【０００７】
しかしながら、この様に各アームをグリッパとしても利用するという技術思想は、これまでになかった。また、各アームの動作に支障を来たさない様に、各アームをグリッパとしても利用し得る構成が必要であった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、各アームの動作に支障を来たさない様に、各アームをグリッパとしても利用することが可能なマニプレータ及び多関節駆動機構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、本発明のマニプレータは、先端効果器が装着される第１フレームと、前記第１フレームに回転軸を介して回転自在に連結された第２フレームとを有し、前記第１フレームに第１突起部を設けると共に、前記第２フレームに第２突起部を設け、前記第２フレームに対する前記第１フレームの回転角度が規定の回転角度範囲にあるときには、前記第１突起部と前記第２突起部がグリッパを構成している。
【００１０】
この様な構成においては、第２フレームに対する第１フレームの回転角度変化に伴って、第１突起部と第２突起部間の回転角度が変化する。そして、第２フレームに対する第１フレームの回転角度が規定の回転角度範囲にあるときには、第１突起部と第２突起部間に隙間ができて、第１突起部と第２突起部が物を挟むグリッパとなる。
【００１１】
また、本発明においては、前記第１及び第２突起部の一方は、他方を格納し囲い込む形状である。あるいは、前記第１及び第２突起部の一方は、他方に格納され囲い込まれる形状である。
【００１２】
これにより、第１及び第２突起部の少なくとも一方が無駄にはみ出すことがないため、グリッパを構成する隙間が無くなり、他の物を誤って挟み込むことが無くなる。
【００１３】
好ましくは、前記第２フレームに対する前記第１フレームの回転角度が前記規定の回転角度範囲以外の回転角度範囲にあるときには、前記第1突起部が前記第２突起部の囲い込む形状に格納されるのが良い。あるいは、前記第２フレームに対する前記第１フレームの回転角度が前記規定の回転角度範囲以外の回転角度範囲にあるときには、前記第２突起部が前記第１突起部の囲い込む形状に格納されるのが良い。
【００１４】
これにより、第１突起部と第２突起部が物を挟むグリッパとなるとき以外は、第１及び第２突起部の少なくとも一方が無駄にはみ出すことがないため、グリッパを構成する隙間が無くなり、他の物を誤って挟み込むことが無くなる。
【００１５】
具体的には、前記第１又は第２突起部の囲い込む形状は、前記第１フレームの回転軸を中心とする略扇形の範囲を含む。あるいは。前記第１又は第２突起部の囲い込まれる形状は、前記第1フレームの回転軸を中心とする略扇形の範囲を含む。
【００１６】
この場合は、扇形の範囲で、第１及び第２突起部の少なくとも一方が囲い込むもしくは囲い込まれることになる。
【００１７】
また、本発明においては、前記第２フレームに前記第１フレームの回転軸と平行な他の回転軸を設け、前記第２突起部を前記他の回転軸により回転自在に支持している。
【００１８】
この場合は、第２フレームに対する第１フレームの回転角度変化に伴って、第１突起部と第２突起部間の回転角度が変化するだけではなく、第２突起部をも回転させて、第１突起部と第２突起部間に物を挟むことができる。
【００１９】
更に、前記第１及び第２突起部の先端が前記各回転軸からそれぞれ等距離に存在し、前記各回転軸から等距離にある中間の平面を対称面として、前記第１及び第２突起部が対称に駆動される様にしても良い。
【００２０】
これにより、第１突起と第２突起部が対称的に動作し、第１突起と第２突起部がグリッパの役目を良好に果たす。
【００２１】
更に、前記第２フレームに対する前記第１フレームの回転角度が前記規定の回転角度範囲以外の回転角度範囲にあるときには、前記第２突起部が前記第２フレームおよび前記第１突起部と重なり合うようにして、前記第２突起部が突出しない構造とすることが望ましい。これにより、第１突起部と第２突起部が物を挟むグリッパとなるとき以外は、第２突起部が無駄にはみ出すことがないため、他の物を誤って挟み込むことが無くなる。
【００２２】
前記第２突起部は、前記第２フレームに対する前記第１フレームの回転を動力伝達機構を介して伝達されて連動する。動力伝達機構は、ワイヤ及びプーリを組み合わせたものである。また、動力伝達機構は、ベルト及びプーリを組み合わせたものである。あるいは、動力伝達機構は、ギヤを含んでいる。
【００２３】
また、本発明においては、前記第２フレームに対する前記第１フレームの回転角度が前記規定の回転角度範囲にあるときには、前記第１フレームの先端効果器が第２フレーム内に収納される。
【００２４】
この場合は、第１突起部と第２突起部が物を挟むグリッパとなるときには、第１フレームの先端効果器が第２フレーム内に収納されることになり、先端効果器が無駄にはみ出して他の物に引っ掛かる様なことがない。
【００２５】
また、本発明においては、前記第１フレームの先端効果器は、前記第１フレームの回転軸と直交する向きの別の回転軸を介して前記第１フレームに連結されている。
【００２６】
これにより、先端効果器の自由度が増し、マニプレータ全体の自由度も増す。
【００２７】
次に、本発明の多関節駆動機構は、上記本発明のマニプレータと、前記マニプレータにおける第１フレームの回転軸を第２回転軸とすると、前記マニプレータにおける第２フレームに、前記第２回転軸と直交する向きの第３回転軸を介して回転自在に連結された第３フレームとを備えている。
【００２８】
この様な構成においては、上記本発明のマニプレータの第２フレームに第３フレームを回転自在に連結した構成となり、自由度が増す。
【００２９】
例えば、前記マニプレータにおける第１フレームの先端効果器が前記第２回転軸と直交する向きの第１回転軸を介して前記第１フレームに連結されており、前記第１回転軸、前記第２回転軸、及び前記第３回転軸は相互に直交する向きで配置され、第２回転軸は該各回転軸のうちの前記マニプレータ先端側から２番目に配置される。
【００３０】
この様な多関節駆動機構には、特異姿勢が生じる。この特異姿勢では、多関節機構の先端位置から関節角度を求めるという逆運動学計算の解が不定となるため、一般的には、特異姿勢を多関節機構の可動範囲として用いることがない。
【００３１】
そこで、前記マニプレータにおける規定の回転角度範囲は、前記第１フレームの関節原点周りで、多関節駆動機構が特異姿勢となる特異点角度外側に割り当てられ、前記規定の回転角度範囲以外の回転角度範囲は、多関節駆動機構が特異姿勢とはならない前記特異点角度内側に割り当てられる様にしている。
【発明の効果】
【００３２】
この様な本発明によれば、第１フレームの第１突起部と第２フレームの第２突起部が物を挟むグリッパとなるので、アクチュエータ等の格別な機構や制御を追加せずに、グリッパを付加することができる。従って、アクチュエータ等の格別な機構を追加した場合と比較すると、アクチュエータ等の機構及び制御回路の分だけ、軽量化と構造の簡単化を実現することができる。また、マニプレータもしくは多関節駆動機構の性能向上につながる。更に、第１及び第２突起部の収納の工夫により、第１及び第２突起部が第１フレームと第２フレーム間の回転動作の邪魔になることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の多関節駆動機構の第１実施形態を示す斜視図である。また、図２は、本実施形態の多関節駆動機構を示す側面図である。
【００３４】
本実施形態の多関節駆動機構Ｒでは、先端効果器Ｔ、第１フレーム１、及び第２フレーム２をマニプレータＭとする。多関節駆動機構Ｒは、マニプレータＭ及び第３フレーム３等からなる。
【００３５】
先端効果器Ｔは、グリッパ、溶接ガン、検査用カメラ等のいずれであっても構わない。この先端効果器Ｔは、第１フレーム１に第１回転軸１１を介して回転自在に連結されている。また、第１フレーム１は、第２フレーム２に第２回転軸１２を介して回転自在に連結されている。更に、第２フレーム２は、第３フレーム３に第３回転軸１３を介して回転自在に連結されている。従って、多関節駆動機構Ｒは、直交３自由度を少なくとも有する。
【００３６】
先端効果器Ｔは、第１フレーム１に内蔵の駆動機構により第１回転軸１１周りで回転駆動される。第１フレーム１は、第２フレーム２に内蔵の駆動機構により第２回転軸１２周りで回転駆動される。第２フレーム２は、第３フレーム３に内蔵の駆動機構により第３回転軸１３周りで回転駆動される。
【００３７】
尚、本実施形態では、先端効果器Ｔ、第１及び第２フレーム１、２の駆動機構の詳細を示していないが、モータ、ギヤ、プーリ、及びリンク等やそれらを組み合わせてなる駆動機構を適用することができ、また如何なる駆動機構であっても構わない。
【００３８】
図１、図２に示す様に先端効果器Ｔ、第１フレーム１、及び第２フレーム２が直線状に並んで、第１回転軸１１、第２回転軸１２、及び第３回転軸１３の向きが相互に直交するときに、第２フレーム２に対する第１フレーム１の第２回転軸１２周りの回転角度（以下、第１フレーム１の関節角度と称す）を基本角度０°とする。また、第１フレーム１の回転方向は、図３（ｂ）に示す様に先端効果器Ｔが下方を向く方向を正回転方向とし、図３（ａ）に示す様に先端効果器Ｔが上方を向く方向を負回転方向とする。
【００３９】
第１フレーム１の関節角度が図２の基本角度０°から図３（ｂ）の正回転方向の回転角度＋９０°までの範囲にあるときには、先端効果器Ｔが用いられる。同様に、第１フレーム１の関節角度が図２の基本角度０°から図３（ａ）の負回転方向の回転角度−９０°までの範囲にあるときにも、先端効果器Ｔが用いられる。例えば、先端効果器Ｔがグリッパである場合にはハンドリング作業が行われ、また先端効果器Ｔが溶接ガンである場合には溶接作業が行われる。
【００４０】
一方、第１フレーム１には、第１突起爪Ｃ１が設けられている。また、第２フレーム２には、第２突起爪Ｃ２が設けられている。
【００４１】
第２フレーム２は、第２回転軸１２を中心として略扇形を描く２つの側板２ａを有しており、各側板２ａの下側部分が突出して第２突起爪Ｃ２となっている。第１フレーム１の関節角度が基本角度０°から回転角度−９０°までの範囲にあるときには、第１フレーム１の第１突起爪Ｃ１が第２フレーム２に干渉することなく該第２フレーム２の各側板２ａ間に収納される。また、第１フレーム１の関節角度が基本角度０°から回転角度＋９０°まで変化して行く工程の途中までは、第１フレーム１の第１突起爪Ｃ１が第２フレーム２の各側板２ａ間に収納される。更に、先端効果器Ｔと第２突起爪Ｃ２の向きが常に正反対である。このため、第１フレーム１の回転角度が回転角度−９０°から＋９０°までの範囲にあり、先端効果器Ｔが使用されるときには、第１フレーム１の第１突起爪Ｃ１が先端効果器Ｔの作業の邪魔になることはなく、第１フレーム１の第１突起爪Ｃ１が先端効果器Ｔ付近の他の物に引っ掛かることもない。
【００４２】
また、図４に示す様に第１フレーム１の関節角度が回転角度−９０°よりも更に負回転方向にあるときには、第１フレーム１の第１突起爪Ｃ１が第２フレーム２の各側板２ａから出て来て、第１フレーム１の第１突起爪Ｃ１と第２フレーム２の第２突起爪Ｃ２とによりグリッパＡＧが構成される。この第１フレーム１が回転角度−９０°よりも更に負回転方向に回転したときの状態を、グリッパモードと称する。
【００４３】
このグリッパモードでは、第１フレーム１の関節角度を変更することにより、グリッパＡＧの開閉角度が制御される。従って、このグリッパＡＧは、第１フレーム１と同様に、第２フレーム２に内蔵の駆動機構により駆動される。また、このグリッパＡＧそのものは、第３フレーム３の第３回転軸１３という少なくとも１自由度の関節機構により移動制御される。
【００４４】
ところで、多関節駆動機構Ｒでは、相互に直交する向きの第１乃至第３回転軸１１〜１３からなる直交３自由度を有することから、第１フレーム１の関節角度が回転角度−９０°（特異点角度）になると、特異姿勢となる。この特異姿勢では、多関節駆動機構Ｒの先端位置から関節角度（第１乃至第３回転軸１１〜１３の回転角度）を求める逆運動学計算の解が不定となる。このため、この特異姿勢は、一般に関節の可動範囲外とされて、多関節駆動機構Ｒの通常運動モードに使用されることがない。
【００４５】
本実施形態の多関節駆動機構Ｒでは、図２の基本角度０°から見て特異姿勢となる−９０°より向こう側の第１フレーム１の関節角度範囲をグリッパモードでの可動範囲として用いており、第１フレーム１の関節角度が回転角度−９０°のときに、第１突起爪Ｃ１の先端と第２突起爪Ｃ２の先端とが重なり合い、第１フレーム１の関節角度が回転角度−９０°よりも負回転方向になると、第１突起爪Ｃ１の先端と第２突起爪Ｃ２の先端とが離間して、グリッパＡＧの機能が果たされる。
【００４６】
従って、第１フレーム１の関節角度が回転角度−９０°になるまでは、つまり多関節駆動機構Ｒの特異姿勢直前までは、多関節駆動機構Ｒが通常運動に使用され、また第１フレーム１の関節角度が回転角度−９０°よりも負回転方向になると、つまり多関節駆動機構Ｒが特異姿勢を越えた姿勢になると、グリッパモードとなって、グリッパＡＧの機能が果たされる。このため、通常運動モードでの多関節駆動機構Ｒの可動範囲を狭めることなく、グリッパモードでのグリッパＡＧの可動範囲を得ることができる。
【００４７】
本実施形態の多関節駆動機構ＲのグリッパＡＧについては、次の様な使用法が考えられる。
【００４８】
まず、先端効果器Ｔがグリッパではなく、溶接ガンや検査用カメラ等である場合は、グリッパＡＧを利用して、把持対象物を移動することができる。
【００４９】
また、先端効果器Ｔがグリッパである場合は、以下の手順で２つの把持対象物を一度に運ぶことができる。まず、先端効果器Ｔにより一つ目の把持対象物を把持し、この状態で第１フレーム１の関節角度を回転角度−９０°よりも負回転方向へと回転させて、グリッパモードへと移行し、更に第１フレーム１の関節角度を制御して、第１突起爪Ｃ１と第２突起爪Ｃ２からなるグリッパＡＧを開閉し、グリッパＡＧにより２つ目の把持対象物を把持する。そして、先端効果器Ｔ及びグリッパＡＧにより２つの把持対象物を把持した状態で、第２フレーム２の第３回転軸１３の関節及び該関節よりも後段の他の関節を回転制御して、グリッパＡＧを移動させ、グリッパＡＧを開いて、２つ目の把持対象物を目標位置に置く。この後、第１フレーム１の関節角度を回転角度−９０°よりも正回転方向側に回転させて、多関節駆動機構Ｒを通常運動モードへ移行させ、第１フレーム１の第１回転軸１１の関節及び第２フレーム２の第３回転軸１３の関節等を回転制御して、一つ目の把持対象物を目標位置に置く。従って、２つの把持対象物を同時に運ぶことができ、作業効率が向上する
グリッパＡＧは、先端効果器Ｔよりも少ない自由度数で移動制御される。そこで、特に冗長自由度を持つ多関節駆動機構に適用すると、自由度が減るグリッパモードでも、グリッパＡＧの移動に十分な自由度を持たせることができ、有効性が高くなる。
【００５０】
この様に本実施形態の多関節駆動機構Ｒでは、第１フレーム１の第１突起部Ｃ１と第２フレーム２の第２突起部Ｃ２が物を挟むグリッパＡＧとなるので、アクチュエータ等の格別な機構や制御を追加せずに、グリッパＡＧを付加することができる。従って、アクチュエータ等の格別な機構を追加した場合と比較すると、アクチュエータ等の機構及び制御回路の分だけ、軽量化と構造の簡単化を実現することができる。また、多関節駆動機構Ｒの性能向上につながる。
【００５１】
尚、先端効果器Ｔがグリッパである場合は、先端効果器ＴのグリッパとグリッパＡＧとにそれぞれ異なる役割を持たせて使い分けるのが好ましい。例えば、先端効果器Ｔのグリッパは、多くの自由度を持ち、器用な動きをするものとし、これに対してグリッパＡＧは、先端効果器Ｔのグリッパよりも大きな力を出せるものとする。これにより、先端効果器ＴのグリッパとグリッパＡＧとを把持対象物に合わせて使い分けることができる。重力下で動く多関節駆動機構Ｒでは、荷重位置が先端に行く程、付け根側の関節に対する重力トルクが大きくなる。このため、先端効果器Ｔのグリッパよりも多関節駆動機構Ｒ途中の関節を併用したグリッパＡＧの方が、大荷重を支えた時の付け根側の関節に対する負荷が少なく、無理のない運用ができる。
【００５２】
また、第１フレーム１の第１突起爪Ｃ１が第２フレーム２の各側板２ａ間に収納される様にしているが、これとは逆に、第１フレーム１が両側の各側板からなるものとし、第２フレーム２の第２突起爪が第１フレーム１の各側板間に収納される様にしても良い。
【００５３】
更に、第１フレーム１の関節角度が回転角度−９０°よりも更に負回転方向にあって、グリッパモードとなったときには、先端効果器Ｔが第２フレーム２の各側板２ａ間に収納される様に該各側板２ａを変形しても良い。
＜第２実施形態＞
図５は、本発明の多関節駆動機構の第２実施形態を示す側面図である。本実施例の多関節駆動機構ＲＡでは、図１の多関節駆動機構Ｒにおける第２フレーム２の第２突起爪Ｃ２の代わりに、第２突起爪ＣＣを第２フレーム２に回転自在に軸支し、第１フレーム１の第２回転軸１２の一端に駆動プーリＰ１を固定し、第２突起爪ＣＣの回転軸１４の一端に従動プーリＰ２を固定し、駆動プーリＰ１と従動プーリＰ２間にワイヤＷを８の字に交差させて架け渡している。
【００５４】
尚、第２突起爪ＣＣ、駆動プーリＰ１、従動プーリＰ２、及びワイヤＷは、第２フレーム２の両側の各側板２ａにそれぞれ設けられている。
【００５５】
本実施形態の多関節駆動機構ＲＡは、図１の多関節駆動機構Ｒと同様に、先端効果器Ｔ、第１フレーム１、及び第２フレーム２をマニプレータＭとすると、マニプレータＭ及び第３フレーム３等からなる。
【００５６】
先端効果器Ｔは、グリッパ、溶接ガン、検査用カメラ等のいずれであっても構わない。先端効果器Ｔ、第１フレーム１、第２フレーム２、及び第３フレーム３は、第１回転軸１１、第２回転軸１２、及び第３回転軸１３を介して連結されている。従って、多関節駆動機構Ｒは、直交３自由度を少なくとも有する。
【００５７】
本実施形態でも、図１の多関節駆動機構Ｒと同様に、先端効果器Ｔ、第１フレーム１、及び第２フレーム２が直線状に並んで、第１回転軸１１、第２回転軸１２、及び第３回転軸１３の向きが相互に直交するときに、第１フレーム１の関節角度を基本角度０°とする。第１フレーム１の関節角度が基本角度０°から図６（ｂ）の正回転方向の回転角度＋９０°までの範囲にあるときと基本角度０°から図６（ａ）の負回転方向の回転角度−９０°までの範囲にあるときに、先端効果器Ｔが用いられる。
【００５８】
一方、第１フレーム１が第２回転軸１２周りで回転するに際し、第２回転軸１２も回転し、駆動プーリＰ１が回転する。この駆動プーリＰ１の回転は、８の字に交差したワイヤＷを介して従動プーリＰ２に伝達され、従動プーリＰ２、回転軸１４、及び第２突起爪ＣＣが逆回転する。
【００５９】
また、第２突起爪ＣＣの回転軸１４が第１フレーム１の第２回転軸１２と平行に設けられ、第１突起爪Ｃ１の先端及び第２突起爪ＣＣの先端が第２回転軸１２及び回転軸１４からそれぞれ等距離に存在する。このため、第２回転軸１２及び回転軸１４から等距離にある中間の平面を対称面（図５において紙面に垂直な平面）とすると、第１突起爪Ｃ１及び第２突起爪ＣＣが該対称面に対して対称に駆動される。
【００６０】
第２フレーム２の第２突起爪ＣＣの回転軸１４は、グリッパモード時のグリッパ側にオフセットした位置にある。また、第２フレーム２は、グリッパモード時の非グリッパ側（図５の上側）に張り出し部Ｈを有する。グリッパによる把持を確実なものとするために、先に述べた様に第２突起爪ＣＣ、駆動プーリＰ１、従動プーリＰ２、及びワイヤＷは、第２フレーム２の両側の各側板２ａにそれぞれ設けられている。
【００６１】
この様な構成において、第１フレーム１の関節角度が基本角度０°から図６（ａ）の回転角度−９０°までの範囲にあるときには、第１フレーム１の第１突起爪Ｃ１と第２フレーム２の第２突起爪ＣＣが対称移動し、図６（ａ）に示す様に第１突起爪Ｃ１と第２突起爪ＣＣが重なり合った状態を維持しつつ回転する。これのため、第１突起爪Ｃ１と第２突起爪ＣＣのいずれの先端も突き出ることがない。
【００６２】
また、第１フレーム１の関節角度が基本角度０°から図６（ｂ）の回転角度＋９０°までの範囲で変化して行くときには、第２突起爪ＣＣの回転軸１４がグリッパモード時のグリッパ側にオフセットしていることと、第２フレーム２がグリッパモード時の非グリッパ側（図５の上側）に張り出し部Ｈを有することにより、図５に示す様に第２突起爪ＣＣの先端がグリッパモード時の非グリッパ側に飛び出さずに回転する。そして、図６(ｂ)の様に関節角度を通常運動モードの可動範囲限界まで動かしても、第２突起爪ＣＣの先端が飛び出すことはない。
【００６３】
従って、第１フレーム１の回転角度が回転角度−９０°から＋９０°までの範囲にあり、先端効果器Ｔが使用されるときには、第２フレーム２の第２突起爪ＣＣが先端効果器Ｔの作業の邪魔になることはなく、第２フレーム２の第２突起爪ＣＣが先端効果器Ｔ付近の他の物に引っ掛かることもない。
【００６４】
尚、図６（ａ）、（ｂ）においては、駆動プーリＰ１、従動プーリＰ２、及びワイヤＷを省略している。
【００６５】
本実施形態のグリッパＡＧ１は、図７の様に第１突起爪Ｃ１と第２突起爪ＣＣが対称に開閉され、開き角も大きくし易い。これにより、使い勝手の優れたグリッパを提供することができる。
【００６６】
通常運動モードでは、マニプレータＭは先端効果器Ｔを用いた作業を行う。例えば、先端効果器Ｔがグリッパである場合にはハンドリング作業、先端効果器Ｔが溶接ガンである場合には溶接作業を行う。
【００６７】
第１フレーム１の関節角度が図６（ａ）の回転角度−９０°にあるときには、通常運動モードとグリッパモードとの境界にあり、第１フレーム１の関節角度が回転角度−９０°よりも負回転方向になると、グリッパモードの可動範囲となる。このとき、図７に示す様に第１突起爪Ｃ１の先端と第２突起爪ＣＣの先端との重なりが解消され、グリッパＡＧ１が構成される。このグリッパＡＧ１は、第３フレーム３の第３回転軸１３という少なくとも１自由度の関節機構により移動制御される。
【００６８】
多関節駆動機構Ｒでは、相互に直交する向きの第１乃至第３回転軸１１〜１３からなる直交３自由度を有することから、第１フレーム１の関節角度が回転角度−９０°になると、特異姿勢となる。この特異姿勢では、多関節駆動機構Ｒの先端位置から関節角度（第１乃至第３回転軸１１〜１３の回転角度）を求める逆運動学計算の解が不定となる。このため、この特異姿勢は、一般に関節の可動範囲外として、多関節駆動機構Ｒの通常運動モードに使用されることがない。
【００６９】
本実施形態の多関節駆動機構Ｒでは、基本角度０°から見て特異姿勢となる−９０°より向こう側の第１フレーム１の関節角度範囲をグリッパモードでの可動範囲として用いている。すなわち、第１フレーム１の関節角度が回転角度−９０°を超えると、第１突起爪Ｃ１の先端と第２突起爪ＣＣの先端との重なりが解消され、グリッパＡＧ１が現れる構造としている。従って、第１フレーム１の関節角度が回転角度−９０°になるまでは、つまり多関節駆動機構Ｒの特異姿勢直前までは、多関節駆動機構Ｒが通常運動に使用され、また第１フレーム１の関節角度が回転角度−９０°よりも負回転方向になると、つまり多関節駆動機構Ｒが特異姿勢を越えた姿勢になると、グリッパモードとなって、グリッパＡＧ１の機能が果たされる。このため、通常運動モードでの多関節駆動機構Ｒの可動体範囲を狭めることなく、グリッパモードでのグリッパＡＧ１の可動範囲を得ることができる。
【００７０】
尚、本実施形態の多関節駆動機構ＲＡにおいては、図１の多関節駆動機構Ｒと同様の手順で、先端効果器ＴとグリッパＡＧ１を使用する。
【００７１】
また、第２突起爪ＣＣを第１突起爪Ｃ１に連動させるために、プーリ及びワイヤを組み合わせた動力伝達機構を用いているが、ワイヤの代わりにベルトを用いたり、プーリ及びワイヤの代わりに、ギヤを組み合わせたり、リンク機構を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、一般的な多関節直列マニピュレータに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の多関節駆動機構の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の多関節駆動機構を示す側面図である。
【図３】（ａ）は図１の多関節駆動機構において通常運動モード時に先端効果器を上に回した状態を示す側面図であり、(ｂ)は図１の多関節駆動機構において通常関節モード時に先端効果器を下に回した状態を示す側面図である。
【図４】図１の多関節駆動機構においてグリッパモード時の状態を示す側面図である。
【図５】本発明の多関節駆動機構の第２実施形態を示す側面図である。
【図６】（ａ）は図５の多関節駆動機構において通常関節モード時に先端効果器を上に回した状態を示す側面図であり、(ｂ)は図５の多関節駆動機構において通常関節モード時に先端効果器を下に回した状態を示す側面図である。
【図７】図５の多関節駆動機構においてグリッパモード時の状態を示す側面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  第１フレーム
２  第２フレーム
３  第３フレーム
１１  第１回転軸
１２  第２回転軸
１３  第３回転軸
１４  回転軸
Ｒ、ＲＡ  多関節駆動機構
Ｍ  マニプレータ
Ｔ  先端効果器
Ｃ１  第１突起爪
Ｃ２、ＣＣ  第２突起爪
ＡＧ、ＡＧ１  グリッパ
Ｐ１  プーリ
Ｐ２  プ−リ
Ｗ  ワイヤ
Ｈ  張り出し部
【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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