(57)【要約】【課題】  曲線的な動きを実現することで適用環境の制約を緩和すること。【解決手段】  本実施形態に係る曲動伸縮機構は、屈曲可能に連結された板形状の複数の第１連結コマ２３と、屈曲可能に連結された横断面コ字形状の複数の第２連結コマ２４と、第１、第２連結コマ２３，２４が接合されることにより屈曲が拘束されて柱状体が構成される、第１、第２連結コマ２３，２４の分離により柱状体が解除される、第１連結コマを２３第２連結コマ２４に接合し柱状体を構成するとともに柱状体を支持する射出部３０とを具備し、柱状体は円弧状に湾曲した角柱形状を有し、射出部３０は、柱状体を第１連結コマ２３の側から押さえるために柱状体に沿って配列される複数の上部ローラ３１と、柱状体を第２連結コマ２４の側から押さえるために柱状体に沿って配列される複数の下部ローラ３２とを有し、上部、下部ローラ３１，３２は位置が固定されている。【選択図】      図１
2016160963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈曲可能に連結された板形状の複数の第１連結コマと、
屈曲可能に連結された横断面コ字短溝形状の複数の第２連結コマと、前記第１、第２連結コマが接合されることにより屈曲が拘束されて柱状体が構成される、前記第１、第２連結コマの分離により前記柱状体が解除される、
前記第１連結コマを前記第２連結コマに接合し前記柱状体を構成するとともに前記柱状体を支持する支持部とを具備し、
前記柱状体は円弧状に湾曲した柱形状を有し、
前記支持部は、前記柱状体を前記第１連結コマの側から押さえるために前記柱状体に沿って配列される複数の第１ローラと、前記柱状体を前記第２連結コマの側から押さえるために前記柱状体に沿って配列される複数の第２ローラとを有し、
前記第１、第２ローラは位置が固定されていることを特徴とする曲動伸縮機構。
【請求項２】
前記第１ローラ各々は対をなす前記第２ローラと前記柱状体の同一の円弧半径上に位置することを特徴とする請求項１記載の曲動伸縮機構。
【請求項３】
屈曲可能に連結された複数の第１連結コマと、
屈曲可能に連結された複数の第２連結コマと、前記第１、第２連結コマが接合されることにより屈曲が拘束されて柱状体が構成される、前記第１、第２連結コマの分離により前記柱状体が解除される、
前記第１連結コマを前記第２連結コマに接合し前記柱状体を構成するとともに前記柱状体を支持する支持部とを具備し、
前記第１連結コマの少なくとも二つは円弧状に湾曲した板形状を有し、他の第１連結コマは平板形状を有し、
前記第２連結コマの少なくとも一は円弧状に湾曲した横断面コ字の短溝形状の形状を有し、他の第２連結コマは直線状の横断面コ字短溝形状の形状を有し、
前記支持部は、前記柱状体を前記第１連結コマの側から押さえるために前記柱状体に沿って配列される複数の第１ローラと、前記柱状体を前記第２連結コマの側から押さえるために前記柱状体に沿って配列される複数の第２ローラとを有し、
前記複数の第１ローラのうち最後尾の第１ローラは固定され、
前記複数の第２ローラのうち最前の第２ローラは固定されることを特徴とする曲動伸縮機構。
【請求項４】
前記複数の第１ローラのうち前記最後尾の第１ローラ以外の他の第１ローラは前記柱状体に接近離反する方向に移動可能に支持され、前記柱状体に接近する方向に付勢され、
前記複数の第２ローラのうち前記最前の第２ローラ以外の他の第２ローラは前記柱状体に接近離反する方向に移動可能に支持され、前記柱状体に接近する方向に付勢されることを特徴とする請求項３記載の曲動伸縮機構。
【請求項５】
前記第１ローラ各々は対をなす前記第２ローラと前記柱状体の同一の円弧半径上に位置することを特徴とする請求項３記載の曲動伸縮機構。
【請求項６】
前記他の第１ローラ及び前記他の第２ローラは前記柱状体の同一の円弧半径上を移動可能に支持されることを特徴とする請求項４記載の曲動伸縮機構。
【請求項７】
屈曲可能に連結された板形状の複数の第１連結コマと、
屈曲可能に連結された複数の第２連結コマと、前記第１、第２連結コマが接合されることにより屈曲が拘束されて柱状体が構成される、前記第１、第２連結コマの分離により前記柱状体が解除される、
前記第１連結コマを前記第２連結コマに接合し前記柱状体を構成するとともに前記柱状体を支持する支持部とを具備し、
前記第１連結コマは縦断面く字形状を有し、
前記第２連結コマは横断面コ字形状、側面台形の短溝形状を有し、
前記支持部は、前記柱状体を前記第１連結コマの側から押さえるために前記柱状体に沿って配列される複数の第１ローラと、前記柱状体を前記第２連結コマの側から押さえるために前記柱状体に沿って配列される複数の第２ローラとを有し、
前記複数の第１ローラのうち最後尾の第１ローラは固定され、
前記複数の第２ローラのうち最前の第２ローラは固定されることを特徴とする曲動伸縮機構。
【請求項８】
前記複数の第１ローラのうち前記最後尾の第１ローラ以外の他の第１ローラは前記柱状体に接近離反する方向に移動可能に支持され、前記柱状体に接近する方向に付勢され、
前記複数の第２ローラのうち前記最前の第２ローラ以外の他の第２ローラは前記柱状体に接近離反する方向に移動可能に支持され、前記柱状体に接近する方向に付勢されることを特徴とする請求項７記載の曲動伸縮機構。
【請求項９】
前記第１ローラ各々は対をなす前記第２ローラと前記柱状体の同一の円弧半径上に位置することを特徴とする請求項７記載の曲動伸縮機構。
【請求項１０】
前記他の第１ローラ及び前記他の第２ローラは前記柱状体の同一の円弧半径上を移動可能に支持されることを特徴とする請求項８記載の曲動伸縮機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、曲動伸縮機構及びロボットアーム機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボット装置は製造ライン、医療や介護などさまざまな現場での適用がなされており、今後更なる分野での適用が期待されている。実際の製造ラインではワークの種類も作業内容も多岐にわたっている。また介護の現場においてもその作業内容は様々である。さらに周辺環境の制約も様々である。例えば従来の多関節アーム機構では肘関節の動きが非常に大きく且つその動きは予測性が低いことから、比較的大きな空間を確保できる環境での使用に限定される。また従来の多関節アーム機構であっても直動関節アーム機構であっても直線的な動きの組み合わせであり、障害物が散在しているような曲線的な動きを要求する環境には適用する事ができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１５２２６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
目的は、曲線的な動きを実現することで適用環境の制約を緩和できる曲動伸縮機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態に係る曲動伸縮機構は、屈曲可能に連結された板形状の複数の第１連結コマと、屈曲可能に連結された横断面コ字短溝形状の複数の第２連結コマと、前記第１、第２連結コマが接合されることにより屈曲が拘束されて柱状体が構成される、前記第１、第２連結コマの分離により前記柱状体が解除される、前記第１連結コマを前記第２連結コマに接合し前記柱状体を構成するとともに前記柱状体を支持する支持部とを具備し、前記柱状体は円弧状に湾曲した角柱形状を有し、前記支持部は、前記柱状体を前記第１連結コマの側から押さえるために前記柱状体に沿って配列される複数の第１ローラと、前記柱状体を前記第２連結コマの側から押さえるために前記柱状体に沿って配列される複数の第２ローラとを有し、前記第１、第２ローラは位置が固定されていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本実施形態に係るロボットアーム機構の外観斜視図である。
【図２】図２は、図１のロボットアーム機構の内部構造を示す断面図である。
【図３】図３は、図１の第１連結コマの側面図である。
【図４】図４は、図１の第１連結コマを前下方から見た斜視図である。
【図５】図５は、図１の第２連結コマの側面図である。
【図６】図６は、図１の第２連結コマを前上方から見た斜視図である。
【図７】図７は、図１の射出部及びドライブギアを示す側面図である。
【図８】図８は、図１の射出部及びドライブギアの他の構造を示す側面図である。
【図９】図９は、図１の射出部及びドライブギアの他の構造を示す側面図である。
【図１０】図１０は、図１の射出部及びドライブギアの他の構造を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しながら第１、第２実施形態に係るロボットアーム機構を説明する。第１、第２実施形態に係るロボットアーム機構は曲動伸縮機構を備える。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【０００８】
（第１実施形態）  
第１実施形態に係るロボットアーム機構について図１を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係るロボットアーム機構の外観斜視図である。ロボットアーム機構は、略円筒形状の基部１と基部１に接続されるアーム部（柱状体ともいう）２とアーム部２の先端に取り付けられる手首部４とを有する。手首部４には図示しないアダプタが設けられている。第１実施形態において、アダプタは後述の第６回転軸ＲＡ６の回転部に設けられる。手首部４のアダプタを介して、用途に応じたロボットハンドが取り付けられる。
【０００９】
ロボットアーム機構は、複数、ここでは６つの関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６を有する。複数の関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６は基部１から順番に配設される。一般的に、第１、第２、第３関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３は根元３軸と呼ばれ、第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６はロボットハンド３の姿勢を変化させる手首３軸と呼ばれる。手首部４は第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６を有する。根元３軸を構成する関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３の少なくとも一つは曲動伸縮関節である。ここでは第３関節部Ｊ３が曲動伸縮関節部、特に伸縮距離の比較的長い関節部として構成される。アーム部２は曲動伸縮関節部Ｊ３（第３関節部Ｊ３）の伸縮部分を表している。
【００１０】
第１関節部Ｊ１は基台面に対して例えば垂直に支持される第１回転軸ＲＡ１を中心としたねじり関節である。第２関節部Ｊ２は第１回転軸ＲＡ１に対して垂直に配置される第２回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節である。
【００１１】
第１関節部Ｊ１は基台面に対して例えば垂直に支持される第１回転軸ＲＡ１を中心としたねじり関節である。第２関節部Ｊ２は第１回転軸ＲＡ１に対して垂直に配置される第２回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節である。第１回転軸ＲＡ１に平行にＺ軸を規定する。Ｚ軸を中心とした直交３軸のロボット座標系（Ｘ,Ｙ,Ｚ）を規定する。
【００１２】
第３関節部Ｊ３は、第３軸（曲動軸）ＲＡ３に沿ってアーム部２が伸縮する関節である。第３曲動軸ＲＡ３は中心位置Ｃ０、半径ｒ０の円弧形状を有する。円の中心位置Ｃ０は第１回転軸ＲＡ１と第２回転軸ＲＡ２との回転とともに移動する移動座標系上の固定点である。半径ｒ０は、中心位置Ｃ０から柱状体の厚み方向の中心までの距離で規定される。すなわち、第３関節部Ｊ３のアーム部２は、第３曲動軸ＲＡ３に沿って円弧状に伸縮する。第３曲動軸ＲＡ３は第２回転軸ＲＡ２に対して直交して配置される。伸長したときのアーム部２の全体が湾曲することから、曲動伸縮関節部Ｊ３は湾曲伸縮関節部Ｊ３ともいう。
【００１３】
第４関節部Ｊ４は、第３曲動軸ＲＡ３に接する第４回転軸ＲＡ４を中心としたねじり関節であり、第５関節部Ｊ５は第４回転軸ＲＡ４に対して直交する第５回転軸ＲＡ５を中心とした曲げ関節である。第６関節部Ｊ６は第４回転軸ＲＡ４に対して直交し、第５回転軸ＲＡ５に対して垂直に配置される第６回転軸ＲＡ６を中心とした曲げ関節である。
【００１４】
基部１を成すアーム支持体（第１支持体）１１ａは、第１関節部Ｊ１の第１回転軸ＲＡ１を中心に形成される円筒形状の中空構造を有する。第１関節部Ｊ１は図示しない固定台に取り付けられる。第１関節部Ｊ１が回転するとき、アーム部２は第１支持体１１ａの軸回転とともに左右に旋回する。なお、第１支持体１１ａが接地面に固定されていてもよい。その場合、第１支持体１１ａとは独立してアーム部２が旋回する構造に設けられる。第１支持体１１ａの上部には第２支持部１１ｂが接続される。
【００１５】
第２支持部１１ｂは第１支持部１１ａに連続する中空構造を有する。第２支持部１１ｂの一端は第１関節部Ｊ１の回転部に取り付けられる。第２支持部１１ｂの他端は開放され、第３支持部１１ｃが第２関節部Ｊ２の第２回転軸ＲＡ２において回動自在に嵌め込まれる。第３支持部１１ｃは第１支持部１１ａ及び第２支持部に連通する鱗状の外装からなる中空構造を有する。第３支持部１１ｃは、第２関節部Ｊ２の曲げ回転に伴ってその後部が第２支持部１１ｂに収容され、また送出される。ロボットアーム機構の曲動伸縮関節部Ｊ３（第３関節部Ｊ３）を構成するアーム部２の後部はその収縮により第１支持部１１ａと第２支持部１１ｂの連続する中空構造の内部に収納される。
【００１６】
第３支持部１１ｃはその後端下部において第２支持部１１ｂの開放端下部に対して第２回転軸ＲＡ２を中心として回動自在に嵌め込まれる。それにより第２回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節部としての第２関節部Ｊ２が構成される。第２関節部Ｊ２が回動するとき、アーム部２は第２回転軸ＲＡ２を中心に垂直方向に回動、つまり起伏動作をする。
【００１７】
第４関節部Ｊ４は、アーム部２の伸縮方向に沿ったアーム中心軸、つまり第３関節部Ｊ３の第３移動軸ＲＡ３に典型的には接する第４回転軸ＲＡ４を有するねじり関節である。第４関節部Ｊ４が回転すると、手首部４及び手首部４に取り付けられたロボットハンドは第４回転軸ＲＡ４を中心に回転する。第５関節部Ｊ５は、第４関節部Ｊ４の第４回転軸ＲＡ４に対して直交する第５回転軸ＲＡ５を有する曲げ関節部である。第５関節部Ｊ５が回転すると、第５関節部Ｊ５から先端にかけてロボットハンドとともに上下（第５回転軸ＲＡ５を中心に垂直方向）に回動する。第６関節部Ｊ６は、第４関節部Ｊ４の第４回転軸ＲＡ４に直交し、第５関節部Ｊ５の第５回転軸ＲＡ５に垂直な第６回転軸ＲＡ６を有する曲げ関節である。第６関節部Ｊ６が回転すると、ロボットハンドは左右に旋回する。
【００１８】
上記の通り手首部４のアダプタに取り付けられたロボットハンドは、第１、第２、第３関節部Ｊ１．Ｊ２．Ｊ３により任意位置に移動され、第４、第５、第６関節部Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６により任意姿勢に配置される。特に第３関節部Ｊ３のアーム部２の伸縮距離の長さは、基部１の近接位置から遠隔位置までの広範囲の対象にロボットハンドを到達させることを可能にする。また、第３関節部Ｊ３のアーム部２の曲線的な伸縮動作は、適用環境の制約を緩和させることを可能にする。第３関節部Ｊ３はそれを構成する曲動伸縮機構により実現される曲線的な伸縮動作とその伸縮距離の長さとが特徴的である。
【００１９】
図２は、図１のロボットアーム機構の内部構造を示す断面図である。図２に示すように、アーム部２は第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２２とで構成される。第１連結コマ列２１は複数の第１連結コマ２３からなる。前後の第１連結コマ２３は、互いの端部箇所においてピンにより屈曲自在に列状に連結される。第１連結コマ列２１は内側や外側に自在に屈曲できる。
【００２０】
第２連結コマ列２２は複数の第２連結コマ２４からなる。前後の第２連結コマ２４は、互いの底面端部箇所においてピンにより屈曲自在に列状に連結される。第２連結コマ列２２は内側に屈曲できる。第２連結コマ２４の断面はコ字形状であるので、第２連結コマ列２２は、隣り合う第２連結コマ２４の側板同士が衝突して、外側には屈曲しない。なお、第１連結コマ２３（第２連結コマ２４）の第２回転軸ＲＡ２に向いた面を内面、その反対側の面を外面というものとする。第１連結コマ列２１のうち先頭の第１連結コマ２３と、第２連結コマ列２２のうち先頭の第２連結コマ２４とは結合コマ２６により接続される。例えば、結合コマ２６は第１連結コマ２３と第２連結コマ２４とを合成した形状を有している。
【００２１】
第３支持体１１ｃの開口付近には射出部３０が設けられる。射出部３０の後方には、ガイドローラ４０とドライブギア５０とが第１連結コマ列２１を挟んで対向するように設けられる。ドライブギア５０は図示しない減速器を介してモータ５５に接続される。第１連結コマ２３の内面には連結方向に沿ってリニアギア２３９が形成されている。複数の第１連結コマ２３が直線状に整列されたときに互いのリニアギア２３９は直線状につながって、長いリニアギア２３９を構成する。ドライブギア５０は、直線状のリニアギア２３９にかみ合わされる。直線状につながったリニアギア２３９はドライブギア５０とともにラックアンドピニオン機構を構成する。
【００２２】
アーム伸長時、モータ５５が駆動し、ドライブギア５０が順回転すると、第１連結コマ列２１はガイドローラ４０により、射出部３０に誘導される。第１連結コマ列２１の移動に伴い、第２連結コマ列２２は射出部３０の後方に配置された図示しないガイドレールにより射出部３０に誘導される。射出部３０は第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２２とを互いに押圧し、柱状体を構成するとともに、その柱状体を上下左右に支持する。第１、第２連結コマ列２１、２２の接合状態が維持されているとき、第１、第２連結コマ列２１，２２の屈曲は互いに拘束される。これにより第１、第２連結コマ列２１、２２は、一定の剛性を備えた柱状体を構成する。柱状体とは、第２連結コマ列２２に第１連結コマ列２１が接合されてなる柱状の棒体を言う。この柱状体は第２連結コマ２４が第１連結コマ２３とともに全体として様々な横断面形状の筒状体に構成される。筒状体とは上下左右が天板、底板及び両側板で囲まれ、前端部と後端部とが開放された形状として定義される。第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２２との接合による柱状体は、結合コマ２６が始端となって第３支持部１１ｃの開口から外に向かって送り出される。
【００２３】
アーム収縮時、モータ５５が駆動し、ドライブギア５０が逆回転されると、ドライブギア５０と係合している第１連結コマ列２１が第１支持体１１ａ内に引き戻される。第１連結コマ列の移動に伴って、柱状体が第３支持体１１ｃ内に引き戻される。引き戻された柱状体は射出部３０後方で第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２２とに離反される。例えば、柱状体を構成する第１連結コマ列２１はガイドローラ４０とドライブギア５０とに挟まれ、柱状体を構成する第２連結コマ列２２は重力により下方に引かれ、それにより第２連結コマ列２２と第１連結コマ列２１とは互いに離反される。離反された第２連結コマ列２２と第１連結コマ列２１とは、それぞれ屈曲可能な状態に復帰し、個々に屈曲され、第１支持体１１ａに格納される。射出部３０の詳細は後述する。
【００２４】
第１、第２連結コマ列２１，２２の接合による柱状体（アーム部２）は、中心位置Ｃ０，半径ｒ０の円弧状に湾曲した柱形状を有する。第１、第２連結コマ列２１，２２は、接合による柱状体が上記形状となるよう構成される。以下、第１連結コマ列２１，２２をそれぞれ構成する第１、第２連結コマ２３，２４の構造の一例について図３−９を参照して説明する。なお、以下の説明では、円弧形状を有する柱状体の中心位置Ｃ０を基準に第１連結コマ２３と第２連結コマ２４との構造を説明する。
【００２５】
第１連結コマ２３は前後に下向きに円弧状（一定曲率）に湾曲した厚みｔ１の矩形板に構成される。第１連結コマ２３は、射出部３０の下方であって基台１の近傍付近に既定されたロボット座標系上の所定座標位置を中心Ｃ0とした所定の半径ｒ１の円における中心角θ１分の円弧形状をその外形として有する。第２連結コマ２４は下向きに円弧状（一定曲率）に湾曲した角溝状体に構成される。第２連結コマ２４は中心Ｃ0とした半径ｒ１の円における中心角θ２（＝θ１）分の円環形状をその外形として有する。
【００２６】
図３は、図１の第１連結コマ２３の側面図である。図４は、図１の第１連結コマ２３を前下方から見た斜視図である。図５は、図１の第２連結コマ２４の側面図である。図６は、図１の第２連結コマ２４を前上方から見た斜視図である。
【００２７】
（第１、第２連結コマ２３，２４の嵌合構造）  
第１連結コマ列２１は、列状に連結された同一形状を有する複数の第１連結コマ２３からなる。第１連結コマ２３は前端部から後端部にかけて円弧状に湾曲した矩形板である。第１連結コマ２３は横断面が矩形状を有し、縦断面が略円弧形状を有する。第１連結コマ２３の両縁部分の縦断面は、半径ｒ１（＞ｒ０）、中心角θ１の円弧形状を有する。ロボットアーム機構において、第１連結コマ列２１が第２連結コマ列２２とともに柱状体を構成したとき、第１連結コマ２３の両縁部分の形状を規定する半径ｒ１の円は、柱状体の形状を規定する半径ｒ０の円と同心円（中心位置Ｃ０）である。半径ｒ１は、中心位置Ｃ０から第１連結コマ２３の厚み方向の中心までの距離で規定される。好適には、中心角θ１は、１度以上、１０度以下の範囲、好適には、２度以上、５度以下の範囲から選択され、好適には、後述の中心角θ２と等価である。第１連結コマ２３の両縁部分は厚みｔ１を有する。厚みｔ１は、第１連結コマ２３の両縁部分が第２連結コマ２４の側板の上辺と嵌合するために必要な厚みに設計されている。図３に示すように、厚みｔ１は２×（ｒ１−ｒ２）の厚みに設計されている。
【００２８】
第２連結コマ列２２は、列状に連結された同一形状を有する複数の第２連結コマ２４からなる。第２連結コマ２４は横断面がコ字形状を有する。第２連結コマ２４は円弧状に湾曲した角溝形状に構成される。第２連結コマ２４の側板は、第２連結コマ２４の前端部から後端部にかけて湾曲した形状を有する。具体的には、第２連結コマ２４の側板は、半径の異なる２つの同心円と中心角とで規定される形状を有する。図５に示すように、第２連結コマ２４の側板は、半径ｒ２の円と半径ｒ３の円とで規定される円環を中心角θ２で区切った形状を有する。半径ｒ２の円は半径ｒ３の円の同心円である。言い換えると、第２連結コマ２４の側板は、半径ｒ２、中心角θ２の扇形から半径ｒ３、中心角θ２の扇形を差し引いた形状を有する。半径ｒ２、中心角θ２の円弧は側板の上辺に対応し、半径ｒ３（＜ｒ２）、中心角θ２の円弧は側板の底辺に対応する。中心角θ２は１度以上、１０度以下の範囲、好適には、２度以上、５度以下の範囲から選択される。ロボットアーム機構において、第２連結コマ列２２が第１連結コマ列２１とともに柱状体を構成したとき、第２連結コマ２４の形状を規定する半径ｒ２、ｒ３の円は、柱状体の形状を規定する半径ｒ０の円と同心円（中心位置Ｃ０）である。第２連結コマ２４の底板は、第２連結コマ２４の側板の底辺の形状に合わせて、前端部から後端部にかけて外側に湾曲した矩形板に構成されている。
【００２９】
上記第１、第２連結コマ２３、２４の形状により、第１連結コマ２３の両縁部分は、前後の第２連結コマ２４の側板の上辺に跨って嵌合することができる。これにより、第１、第２連結コマ列２１，２２の接合による柱状体は、中心位置Ｃ０，半径ｒ０の円弧状に湾曲した柱形状を構成する。
【００３０】
（第１、第２連結コマ２３，２４の接合構造）  
第１連結コマ２３の後方中央にはピンホールケース２３１が設けられる。第１連結コマ２３の前方両端にはそれぞれピンホールケース２３２，２３３が設けられる。ピンホールケース２３１，２３２，２３３各々のピンホールは第１連結コマ２３の幅方向に平行に空けられている。ピンホールケース２３２，２３３は後方のピンホールケース２３１の幅に略等価な距離を隔てて幅方向の両端に分散される。前方のピンホールケース２３２，２３３の間に後方のピンホールケース２３１が差し込まれる。この状態で前方のピンホールケース２３２，２３３のピンホールと後方のピンホールケース２３１のピンホールとは連続的につながる。連続的につながったピンホールには単一のピンが挿入される。このようにして、複数の第１連結コマ２３は列状に連結され、第１連結コマ列２１を構成する。前後の第１連結コマ２３は、ピンホールを中心に互いに回転することができる。これにより、第１連結コマ列２１は屈曲することができる。第１連結コマ列２１の屈曲角度は、第１連結コマ２３の断面形状、ピンホールの位置、ピンホールケース２３１，２３２，２３３の形状等により制限することができる。例えば、第１連結コマ列２１は内側に屈曲可能であるが、外側に屈曲不可になるように構成することが可能である。第１連結コマ２３の内面の両側中央それぞれには、断面台形状のピンホールブロック２３４，２３５が設けられる。ピンホールブロック２３４，２３５にはロックピンホールが空けられている。
【００３１】
第２連結コマ２４には、ピンホールケース２４１，２４２，２４３、チャックブロック２４４，２４５、及びロックピンブロック２４６，２４７が一体成型されている。第２連結コマ２４の後方中央にはピンホールケース２４１が設けられる。第２連結コマ２４の前方両端にはそれぞれピンホールケース２４２，２４３が設けられる。ピンホールケース２４１，２４２，２４３各々のピンホールは第２連結コマ２４の幅方向に平行に空けられている。ピンホールケース２４２，２４３は後方のピンホールケース２４１の幅に略等価な距離を隔てて幅方向の両端に分散される。前方のピンホールケース２４２，２４３の間に後方のピンホールケース２４１が差し込まれる。この状態で前方のピンホールケース２４２，２４３のピンホールと後方のピンホールケース２４１のピンホールとは連続的につながる。連続的につながったピンホールには単一のピンが挿入される。このようにして、複数の第２連結コマ２４は列状に連結され、第２連結コマ列２２を構成する。前後の第２連結コマ２４は、ピンホールを中心に互いに回転することができる。第２連結コマ列２２の屈曲角度は、横断面形状、ピンホールの位置、ピンホールケース２４１，２４２，２４３の形状等により制限することができる。第１実施形態において、連結コマ２４は横断面略コ字形状を有するため、第２連結コマ列２２は外側に屈曲可能であるが、内側に屈曲不可な性質を有する。
【００３２】
第２連結コマ２４の両側板の後上方の内側には、チャックブロック２４４，２４５がそれぞれ一体成型されている。第２連結コマ２４の両側板の前上方の内側には、ロックピンブロック２４６，２４７がそれぞれ一体成型されている。ロックピンブロック２４６，２４７は、既述のピンホールブロック２３４，２３５のピンホールにそれぞれ挿入されるロックピンを有する。ロックピンは、第２連結コマ２４の長さ方向に平行な中心軸を有する。ロックピンの形状と軸長とは、ピンホールに合わせて設計されている。第２連結コマ列２２が直線状に整列されたとき、前の第２連結コマ２４のチャックブロック２４４，２４５と後の第２連結コマ２４のロックピンブロック２４６，２４７とは嵌合受け部を形成する。チャックブロック２４４，２４５とロックピンブロック２４６，２４７とは、嵌合受け部が第１連結コマ２３のピンホールブロック２３４，２３５に略一致する形状となるように、その形状と位置とがそれぞれ設計されている。
【００３３】
ピンホールブロック２３４，２３５は、チャックブロック２４４，２４５とロックピンブロック２４６，２４７とともにロック機構を構成する。ロック機構により、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２２とは互いに接合される。具体的には、ピンホールブロック２３４，２３５のピンホールにロックピンブロック２４６，２４７のロックピンがそれぞれ差し込まれることにより、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２２とは互いに接合される。第１、第２連結コマ列２１，２２の接合状態は、ピンホールブロック２３４，２３５が嵌合受け部に嵌め込まれることにより維持される。
【００３４】
（射出部３０）  
以下、曲動伸縮機構の射出部３０の構造について図７を参照して説明する。図７は、図１の射出部３０及びドライブギア５０を示す側面図である。柱状体は中心位置Ｃ０，半径ｒ０の円弧状に湾曲した柱形状を有する。  
射出部３０は、複数の上部ローラ３１と複数の下部ローラ３２とを有する。複数の上部ローラ３１は、湾曲した柱状体を第１連結コマ２３の側から押さえるために柱状体（第３曲動軸ＲＡ３）に沿って配列されている。同様に、複数の下部ローラ３２は、湾曲した柱状体を第２連結コマ２４の側から押さえるために第３曲動軸ＲＡ３に沿って配列されている。複数の上部ローラ３１の軸と複数の下部ローラ３２の軸とは、図示しない湾曲した角筒形状のフレームにより固定されている。
【００３５】
複数の上部ローラ３１は柱状体（アーム部）２の円弧形状の中心Ｃ０と同心の円に沿って円弧状に互いに平行に配列されている。複数の上部ローラ３１の回転軸は、中心位置Ｃ０を中心として、柱状体２の外周の半径ｒ７に上部ローラ３１のロール半径を加えた距離を半径とする円周に沿って円弧状に配列される。同様に、複数の下部ローラ３２は柱状体２の円弧形状の中心Ｃ０と同心の円に沿って円弧状に互いに平行に配列されている。複数の下部ローラ３２の回転軸は、中心位置Ｃ０を中心として、柱状体２の内周の半径ｒ８に下部ローラ３２のロール半径を加えた距離を半径とする円周に沿って円弧状に配列される。
【００３６】
複数の上部ローラ３１と複数の下部ローラ３２とは、複数の上部ローラ３１で規定される支持面と複数の下部ローラ３２で規定される支持面との間の間隔、つまり半径ｒ７と半径ｒ８との差が柱状体２の厚みと略等価になるよう配置されている。これにより、射出部３０の中心軸は第３曲動軸ＲＡ３に略一致し、複数の上部ローラ３１と複数の下部ローラ３２とにより、湾曲した柱状体を上下方向から支持することができる。
【００３７】
なお、以下のように複数の上部ローラ３１と複数の下部ローラ３２とを配置することにより、アーム部２の剛性を高めることができる。  
すなわち、複数の上部ローラ３１と複数の下部ローラ３２とは、複数の上部ローラ３１で規定される支持面と複数の下部ローラ３２で規定される支持面との間の間隔、つまり半径ｒ７と半径ｒ８との差が柱状体の厚みよりもわずかに短くなるよう配置されている。このとき、複数の上部ローラ３１と複数の下部ローラ３２とは、柱状体との間に予圧が加えられた状態で柱状体を支持することができる。射出部３０と柱状体との間に適切な予圧がかけられることで、アーム伸縮時のガタツキが減り、ガタツキが減ることにより異音を防止することができる。また、射出部３０によるアーム部２の保持精度を高くすることができる。さらに、アーム部２の剛性を向上させることができる。
【００３８】
また、半径ｒ７の円弧上に配列された複数の上部ローラ３１は、隣接する上部ローラ３１のうち、一方の上部ローラ３１が他方の上部ローラ３１から中心角θ７傾いて配列されている。半径ｒ８の円弧上に配列された複数の下部ローラ３２は、隣接する下部ローラ３２のうち、一方の下部ローラ３２が他方の下部ローラ３２から中心角θ８傾いて配列されている。好適には、隣接する上部ローラ３１は、中心角θ７が、第１連結コマ２３の形状を規定する中心角θ１と略等価又は中心角θ１よりも小さい角度になるように配置されている。同様に、好適には、隣接する下部ローラ３２は、中心角θ８が、第２連結コマ２４の形状を規定する中心角θ２と略等価又は中心角θ２よりも小さい角度になるように配置されている。このように配列されていることで、何らかの要因で第１、２連結コマ列２１、２２の連結部分が内側又は外側に向かってせり上がるのを防止することができる。
【００３９】
さらに、図７に示すように、複数の上部ローラ３１と複数の下部ローラ３２とは、中心角θ７と中心角θ８とが等価になるように配列されている。これにより、複数の上部ローラ３１と複数の下部ローラとは、互いに対をなすように配置される。つまり、一対の上部ローラ３１と下部ローラ３２とは、湾曲した柱状体を挟んで互いに対向して配置される。このように配置された一対の上部ローラ３１と下部ローラ３２とは、柱状体の形状を規定する円（中心位置Ｃ０、半径ｒ０）の同一半径上に位置する。これにより、一対の上部ローラ３１と下部ローラ３２とによる柱状体を支持する方向が一直線上で、且つ第３曲動軸ＲＡ３に直交するため、アーム部２の剛性を向上させることができる。
【００４０】
以上説明した曲動伸縮機構の射出部３０によれば、円弧上に湾曲した柱状体を支持することができる。これにより、第１実施形態に係るロボットアーム機構は、第３曲動軸ＲＡ３に沿って曲線的に伸縮するアーム部２を提供することができる。これにより、手首部４のアダプタに取り付けられたロボットハンドを曲線的に目標位置に到達させることができる。例えば、第３支持体１１ｃの開口と目標位置とを結ぶ直線上に障害物がある場合であっても、障害物を避けて目標位置に到達させることができる。したがって、第１実施形態に係るロボットアーム機構は、適用環境の制約を緩和できる。
【００４１】
（第２実施形態）  
第２実施形態に係るロボットアーム機構の射出部３０は、円弧形状ではないアーム部２、例えば、円弧形状部分と直線形状部分とが組み合わされた複合的な形状を有するアーム部２を支持することを想定している。以下、図８を参照して第２実施形態に係るロボットアーム機構の射出部３０の構造について説明する。  
図８は、図１の射出部３０及びドライブギア５０の他の構造を示す側面図である。図８（ａ）はアーム部２の直線形状部分を支持する射出部３０を示し、図８（ｂ）はアーム部２の円弧形状部分を支持する射出部３０を示している。アーム部２を構成する第１連結コマ列２１は、複数の第１連結コマ２３と第３連結コマ２５と第５連結コマ２７とからなる。複数の第１連結コマ２３は、同一の形状、サイズを有する直線状の平板である。第３連結コマ２５は、長さ方向の前半分が直線上の平板、後半部分が円弧上に湾曲した板で構成された板である。第５連結コマ２７は、長さ方向の前半分が円弧上に湾曲した板、後半分が直線上の平板で構成された板である。第３連結コマ２５の後に第５連結コマ２７が連結されている。また、アーム部２を構成する第２連結コマ列２２は、複数の第２連結コマ２４と第４連結コマ２６とからなる。第２連結コマ２４は、正方形状又は長方形状の側板を有する短溝状体である。第４連結コマ２６は前端部から後端部にかけて湾曲した短溝状体である。したがって、第４連結コマ２６は、前端部から後端部にかけて湾曲した側板と底板とを有する。第４連結コマ２６の側板の上辺に第３連結コマ２５の後半分と第５連結コマ２７の前半分とが嵌合することができる。これにより、アーム部２は円弧形状部分と直線形状部分とが組み合わされた複合的な形状を構成する。
【００４２】
射出部３０は、複数の上部ローラ３１と複数の下部ローラ３２とを有する。複数の上部ローラ３１は、部分的に湾曲した柱状体２を第１連結コマ２３の側から押さえるために柱状体に沿って配列されている。同様に、複数の下部ローラ３２は、部分的に湾曲した柱状体を第２連結コマ２４の側から押さえるために柱状体２に沿って配列されている。複数の上部ローラ３１と複数の下部ローラ３２とは、それぞれ上部フレーム３５と下部フレーム３６とにより回転可能に支持されている。上部フレーム３５と下部フレーム３６とは、例えば、第３支持体１１ｃに対して固定されている。
【００４３】
複数の上部ローラ３１は、柱状体２が送り出される方向（図中＋Ｘ軸方向）に関して、等間隔に配置されている。同様に、複数の下部ローラ３２は、柱状体２が送り出される方向に関して、等間隔に配置されている。隣接する上部ローラ３１の回転軸間距離Ｗ３１は、第１連結コマ２３の長さと等価又は第１連結コマ２３の長さよりも短く設計される。同様に、隣接する下部ローラ３２の回転軸間距離Ｗ３２は、第２連結コマ２４の長さと等価又は第２連結コマ２４の長さよりも短く設計されている。このように配列されていることで、第１、２連結コマ列２１、２２の連結部分が外側に向かってせり上がるのを防止することができる。
【００４４】
図８に示すように、隣接する上部ローラ３１の回転軸間距離Ｗ３１は、隣接する下部ローラ３２の回転軸間距離Ｗ３２と等価に設計されている。このとき、複数の上部ローラ３１と複数の下部ローラ３２とは、互いに対をなすように配置される。このように配置された一対の上部ローラ３１と下部ローラ３２とは、柱状体の直線形状部分を挟んで互いに対向する。これにより、射出部３０で柱状体の直線形状部分を支持する場合において、一対の上部ローラ３１と下部ローラ３２とによる柱状体を支持する方向が一直線上になる。そのため、アーム部２の剛性を向上させることができる。
【００４５】
複数の上部ローラ３１のうち最後尾の上部ローラ３１と、複数の下部ローラ３２のうち最前の下部ローラ３２とはそれぞれ上部フレーム３５と下部フレーム３６とに固定されている。最後尾の上部ローラ３１と最前の下部ローラ３２とは、図８（ａ）のように、射出部３０が柱状体の直線形状部分を支持しているときにおいて、柱状体の厚み方向に関して、最後尾の上部ローラ３１が柱状体２を支持する支持面と最前の下部ローラ３２が柱状体２を支持する支持面との間が、柱状体の厚みに略等価または柱状体の厚みよりも短くなるよう配置されている。最後尾の上部ローラ３１が柱状体２を支持する支持面と最前の下部ローラ３２が柱状体２を支持する支持面との間が柱状体の厚みよりもわずかに短いとき、最後尾の上部ローラ３１と最前の下部ローラ３２とは柱状体の直線形状部分との間に予圧が加えられた状態で柱状体２を支持することができる。これによりアーム部２の剛性を向上させることができる。
【００４６】
複数の上部ローラ３１のうち他の上部ローラ３１は、上部フレーム３５に対して柱状体に接近離反する方向に移動可能に支持されている。同様に、複数の下部ローラ３２のうち他の下部ローラ３２とは、下部フレーム３６に対して柱状体２に接近離反する方向に移動可能に支持されている。具体的には、他の上部ローラ３１と他の下部ローラ３２とは、コイルバネ３９を介してそれぞれ上部フレーム３５と下部フレーム３６とに支持される。他の上部ローラ３１と他の下部ローラ３２とは、コイルバネ３９により柱状体２に向かって付勢される。コイルバネ３９による付勢は、他の上部ローラ３１と他の下部ローラ３２とを柱状体の表面に常時押し付ける。コイルバネ３９の付勢力により、柱状体の厚みが部分的に異なる場合や柱状体の形状が部分的に異なる場合でも、他の上部ローラ３１と柱状体との間、および他の下部ローラ３２と柱状体との間に常時予圧をかけることができる。これにより、射出部３０は柱状体との間に予圧が加えられた状態で柱状体を支持することができる。これによりアーム部２の剛性を向上させることができる。
【００４７】
以上説明した曲動伸縮機構の射出部３０によれば、円弧形状部分と直線形状部分とが組み合わされた複合的な形状を有するアーム部２を支持することができる。これにより、手首部４のアダプタに取り付けられたロボットハンドを直線及び曲線以外の軌道で目標位置に到達させることができる。したがって、第２実施形態に係るロボットアーム機構は、適用環境の制約を緩和できる。
【００４８】
（変形例１）  
第２実施形態の変形例１に係るロボットアーム機構の射出部３０は、円弧形状ではないアーム部２、例えば、多角形状を有するアーム部２を支持することを想定している。以下、図９を参照して第２実施形態の変形例１に係るロボットアーム機構の射出部３０の構造について説明する。  
図９は、図１の射出部３０及びドライブギア５０の他の構造を示す側面図である。第２連結コマ２４は横断面がコ字形状、側面台形の短溝形状を有する。第２連結コマ２４の側板は、その底辺の前端の内角が９０度であり、底辺の後端の内角は（９０度＋θ５）、上辺の前端の内角が９０度、上辺の後端の内角が（９０度−θ５）に与えられる。第１連結コマ２３は、第２連結コマ２４の側板の上辺の形状に嵌合する形状を有し、例えば、第１連結コマ２３は縦断面がく字の板形状を有する。第１連結コマ２３の屈曲角度はθ５と等価である。これにより、第１、第２連結コマ列２１，２２の接合による柱状体（アーム部２）は、内角が１８０度−θ５の多角形状を有する。言い換えると、曲動伸縮関節部Ｊ３は内角が１８０度−θ５の多角形状の第３曲動軸ＲＡ３を有する。第３曲動軸ＲＡ３の外接円の中心位置をＣ０とする。
【００４９】
射出部３０は、複数の上部ローラ３１と複数の下部ローラ３２とを有する。複数の上部ローラ３１は、多角形状に湾曲した柱状体を第１連結コマ２３の側から押さえるために柱状体に沿って配列されている。同様に、複数の下部ローラ３２は、多角形状に湾曲した柱状体を第２連結コマ２４の側から押さえるために柱状体に沿って配列されている。複数の上部ローラ３１と複数の下部ローラ３２とは、それぞれ上部フレーム３５と下部フレーム３６とにより回転可能に支持されている。上部フレーム３５と下部フレーム３６とは、例えば、第３支持体１１ｃに対して固定されている。
【００５０】
複数の上部ローラ３１と複数の下部ローラ３２とは、柱状体２の形状に合わせて配列されている。複数の上部ローラ３１のうち最後尾の上部ローラ３１は上部フレーム３５に固定されている。複数の下部ローラ３２のうち最前の下部ローラ３２は下部フレーム３６に固定されている。中心位置Ｃ０から最後尾の上部ローラ３１が柱状体を支持する支持面までの距離と中心位置Ｃ０から最前の下部ローラ３２が柱状体を支持する支持面までの距離との差は、柱状体の最も薄い部分に対応する長さ以上、柱状体の最も厚い部分に対応する長さ以下の距離を有する。
【００５１】
複数の上部ローラ３１のうち最後尾以外の他の上部ローラ３１は、上部フレーム３５に対して柱状体に接近離反する方向に移動可能に支持されている。同様に、複数の下部ローラ３２のうち最前以外の他の下部ローラ３２は、下部フレーム３６に対して柱状体に接近離反する方向に移動可能に支持されている。具体的には、他の上部ローラ３１と他の下部ローラ３２とは、コイルバネ３９を介してそれぞれ上部フレーム３５と下部フレーム３６とに固定される。他の上部ローラ３１と他の下部ローラ３２とは、コイルバネ３９により柱状体に向かって付勢される。他の上部ローラ３１と他の下部ローラ３２とは、中心位置Ｃ０を中心とした直線状の向きに付勢される。コイルバネ３９による付勢は、他の上部ローラ３１と他の下部ローラ３２とを柱状体の表面に常時押し付ける。コイルバネ３９の付勢力により、柱状体の厚みが部分的に異なる場合や柱状体の形状が部分的に異なる場合でも、他の上部ローラ３１と柱状体との間、および他の下部ローラ３２と柱状体との間に常時予圧をかけることができる。これにより、射出部３０は柱状体との間に予圧が加えられた状態で柱状体を支持することができる。これによりアーム部２の剛性を向上させることができる。
【００５２】
一対の上部ローラ３１と下部ローラ３２とは、中心位置Ｃ０を通る同一直線上に配置されている。一対の上部ローラ３１と下部ローラ３２とは、隣接する一対の上部ローラ３１と下部ローラ３２とから中心角θ９の角度傾いた位置に配置される。好適には、中心角θ９は角度θ５と等価または角度θ５よりも狭い。このように配列されていることで、何らかの要因で第１、２連結コマ列２１、２２の連結部分が外側に向かってせり上がるのを防止することができる。以上説明した曲動伸縮機構の射出部３０によれば、多角形状に湾曲した柱状体を支持することができる。
【００５３】
（変形例２）  
射出部３０において、整列後の第１連結コマ２３に対して第２連結コマ２４が整列しながら接合することにより柱状体が構成される。具体的には、前後の第２連結コマ２４のうち、前の第２連結コマ２４のチャックブロック２４４，２４５と後の第２連結コマ２４のロックピンブロック２４６，２４７とは、第１連結コマ２３のピンホールブロック２３４，２３５を挟む。このとき、ロックピンブロック２４６，２４７のロックピンがピンホールブロック２３４，２３５のピンホールに差し込まれる。これにより、第１、第２連結コマ列２１，２２は互いに接合し、柱状体を構成する。
【００５４】
図９に示すように、第２連結コマ２４が台形状の側板を有する場合、射出部３０で第１、第２連結コマ列２１，２２が互いに接合するときに、第２連結コマ２４の側板の前端部が第１連結コマ２４の内面に衝突する可能性がある。このような場合、図１０に示すようなロック機構で第１、第２連結コマ列２１，２２を互いに接合してもよい。図１０は、図１の射出部及びドライブギアの他の構造を示す側面図である。図１０に示すロック機構は、第１連結コマ２３に設けられたロックピン６１，６２が、第２連結コマ２４に設けられたピンホール６３，６４に差し込まれることにより、第１、第２連結コマ列２１，２２を互いに接合する。具体的には、ロックピン６１，６２は円柱形状を有する。ロックピン６１，６２は第１連結コマ２３の内面後方の第２連結コマ２４の側板に嵌合する両縁部分に前方に向かって斜めに固定されている。ピンホール６３，６４はロックピン６１，６２と略一致する形状を有する。ピンホール６３、６４は第２連結コマ２４の側板の前方に前端に向かって斜めに設けられている。
【００５５】
図１０に示すように、第１連結コマ２３が整列する前に第２連結コマ２４を整列させるために、射出部３０の後方にはガイドローラ４２が配置されている。ドライブギア５０とガイドローラ４０とは、整列後の第２連結コマ２４に対して、第１連結コマ２３が上方からかぶさるよう配置されている。射出部３０に第１連結コマ２３と第２連結コマ２４とが誘導されると、最後尾の上部ローラ３１と最後尾の下部ローラ３２とにより第１、第２連結コマ２３，２４は互いに押圧される。このとき、第２連結コマ２４に対して、その上方から第１連結コマ２３が覆いかぶされ、第１連結コマ２３のロックピン６１，６２が第２連結コマ２４のピンホール６３，６４に差し込まれる。これにより、第２連結コマ２４の側板の前端部が第１連結コマ２４の内面に衝突することなく、射出部３０で第１、第２連結コマ列２１，２２を互いに接合させることができる。
【００５６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５７】
１…基部、２…アーム部、４…手首部、Ｊ１，Ｊ２，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６…回転関節部、Ｊ３…曲動（湾曲）伸縮関節部、１１ａ…第１支持体、１１ｂ…第２支持体、１１ｃ…第３支持体、２１…第１連結コマ列、２２…第２連結コマ列、２３…第１連結コマ、２４…第２連結コマ、２６…結合コマ、３０…射出部、４０、４２…ガイドローラ、５０…ドライブギア、５５…モータ
【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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【図９】
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【図１０】
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