(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できる曲動伸縮機構及びロボットアーム機構を提供すること。【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２３を第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、柱状体を射出部３０から送り出し、柱状体を射出部３０に引き戻すドライブギア５０とを具備し、柱状体は円弧状に湾曲した柱形状を有する。【選択図】      図１
2016160962.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、
前記柱状体を前記支持部から送り出し、前記柱状体を前記支持部に引き戻す伸縮部とを具備し、
前記柱状体は円弧状に湾曲した柱形状を有することを特徴とする曲動伸縮機構。
【請求項２】
前記第１連結コマは円弧状に湾曲した矩形板形状を有し、
前記第２連結コマは円弧状に湾曲した溝形状を有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、
前記柱状体を前記支持部から送り出し、前記柱状体を前記支持部に引き戻す伸縮部とを具備し、
前記第１連結コマの少なくとも一は円弧状に湾曲した矩形板形状を有し、
前記第２連結コマの少なくとも一は円弧状に湾曲した溝形状を有することを特徴とする曲動伸縮機構。
【請求項４】
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射出部とを具備し、
前記柱状体は多角状に湾曲した柱形状を有することを特徴とする曲動伸縮機構。
【請求項５】
前記第２連結コマの側板は台形状を有す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６】
前記第２連結コマの側面は前記第１連結コマと接合する側の上辺が底辺よりも長い台形状を有す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】
前記第２連結コマの少なくとも一の側板は前記第１連結コマと接合する側の上辺の一端の内角が９０度の台形状を有することを特徴とする請求項６記載の曲動伸縮機構。
【請求項８】
前記第２連結コマの少なくとも一の側板は前記第１連結コマと接合する側の上辺の一端の内角が８５−８８度のいずれかの角度である台形状を有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９】
前記第２連結コマの側板は等脚台形状を有す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１０】
前記第２連結コマは全て同一の台形状の側板で構成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１１】
前記第２連結コマの少なくとも一は台形状の側板で構成され、前記第２連結コマの他は正方形又は長方形の側板で構成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１２】
前記第１連結コマは縦断面がくの字の形状を有することを特徴とする請求項４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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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及びロボットアーム機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
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、前記柱状体を前記支持部から送り出し、前記柱状体を前記支持部に引き戻す伸縮部とを具備し、前記柱状体は円弧状に湾曲した柱形状を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】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。
【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１連結コマを後下方から見た斜視図である。
【図６】図６は、図１の第２連結コマの側面図である。
【図７】図７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８】図８は、図１の第２連結コマを後上方から見た斜視図である。
【図９】図９は、図１の第１、第２連結コマの接合部分の側面図である。
【図１０】図１０は、第１実施形態の変形例１に係るアーム部の側面図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態に係り、第１連結コマの側面図である。
【図１２】図１２は、図１１の第１連結コマを前下方から見た斜視図である。
【図１３】図１３は、図１１の第１連結コマを後下方から見た斜視図である。
【図１４】図１４は、第２実施形態に係り、第２連結コマの側面図である。
【図１５】図１５は、図１４の第２連結コマを前上方から見た斜視図である。
【図１６】図１６は、図１４の第２連結コマを後上方から見た斜視図である。
【図１７】図１７は、第２実施形態に係り、第１、第２連結コマの接合部分の側面図である。
【図１８】図１８は、第２実施形態に係り、アーム部の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
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。
【０００７】
（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と図２と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。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。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のアダプタには、用途に応じたロボットハンドが取り付けられる。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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、アーム部２を構成する第１、第２連結コマ２３，２４の形状により実現される。第１、第２連結コマ２３，２４の構造については後述する。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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。曲動伸縮機構はアーム部２と射出部３０とを有する。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。
【００１８】
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の横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と第２連結コマ２４との第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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。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、長いリニアギアを構成する。ドライブギア５０は、直線状のリニアギアにかみ合わされる。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。
【００２１】
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、上部ローラ３１と下部ローラ３２との間に誘導される。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の上部ローラ３１と下部ローラ３２との間に誘導される。射出部３０は、上部ローラ３１と下部ローラ３２とにより第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。
【００２２】
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の後方で第１連結コマ列２１と第２連結コマ列とに離反される。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。
【００２３】
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。
【００２４】
（第１連結コマ２３）  
第１連結コマ列２１を構成する第１連結コマ２３の構造について図３−５を参照して説明する。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１連結コマ２３を後下方から見た斜視図である。
【００２５】
第１連結コマ列２１は、列状に連結された複数の第１連結コマ２３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。第１連結コマ２３は、その前端部から後端部にかけて円弧状に湾曲した矩形板に構成される。第１連結コマ２３は横断面が略矩形状を有し、縦断面が略円弧形状を有する。第１連結コマ２３の両縁部分の底辺は、第２連結コマ２４の側板に嵌合するための形状を有する。具体的には、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。第１連結コマ２３の両縁部分は厚みｔ１を有する。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。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る。したがって、第１連結コマ２３の両縁部分の底辺は、半径（ｒ１−ｔ１／２）、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。
【００２６】
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。
【００２７】
（第２連結コマ２４）  
第２連結コマ列２２を構成する第２連結コマ２４の構造について図６−８を参照して説明する。図６は、図１の第２連結コマ２４の側面図である。図７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。図８は、図１の第２連結コマ２４を後上方から見た斜視図である。
【００２８】
第２連結コマ列２２は、列状に連結された複数の第２連結コマ２４からなる。複数の第２連結コマ２４は、同一の形状、サイズを有する。第２連結コマ２４は円弧状に湾曲した角溝状体に構成される。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の側板は、前端部から後端部にかけて湾曲した形状を有する。第２連結コマ２４の側板の形状は、半径の異なる２つの同心円と中心角とで規定される。図６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（＜ｒ２）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。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（＜ｒ２）、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。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。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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、第２連結コマ列２１，２２は互いに接合され、その接合状態が保持される。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。
【００３２】
図９は、図１の第１、第２連結コマ列２１，２２の接合部分の側面図である。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。第２連結コマ２４の側板の上辺は、半径ｒ２（＞ｒ３）、中心角θ２の円弧に対応する。第２連結コマ２４の側板の底辺は、半径ｒ３（＜ｒ２）、中心角θ２の円弧に対応する。第１連結コマ２３の両縁部分の厚みｔ１は、第１連結コマ２３の両縁部分の底辺が第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。例えば、図９に示すように、厚みｔ１は２×（ｒ１−ｒ２）の厚みに設計されている。また、第１、第２連結コマ２３，２４は、半径ｒ１、ｒ２、ｒ３（ｒ１＞ｒ２＞ｒ３）の円が、中心位置Ｃ０を中心とした同心円となるように構成されている。また、第１連結コマ２３の両縁部分を規定する中心角θ１は、好適には、第２連結コマ２４の側板の形状を規定する中心角θ２と等価である。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を、中心位置Ｃ０，半径ｒ０の円弧状に湾曲した柱形状に構成することができる。
【００３３】
以上説明した曲動伸縮機構によれば、射出部３０の下方の位置Ｃ０を中心とした半径ｒ０の円弧形状を有する第３曲動軸ＲＡ３に沿って下方に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、障害物を避けてロボットハンドを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。
【００３４】
なお、第１実施形態において、第１連結コマ２３は前後に上向きに円弧状（一定曲率）に湾曲した矩形板に構成されてもよい。例えば、第１連結コマ２３は、射出部３０の上方の位置Ｃ０を中心とした半径ｒ０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。このとき、第２連結コマ２４は上向きに円弧状（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。第２連結コマ２４の側板の上辺は、半径ｒ２（＞ｒ１）、中心角θ２の円弧に対応する。第２連結コマ２４の側板の底辺は、半径ｒ３（＞ｒ２＞ｒ１）、中心角θ２の円弧に対応する。これにより、射出部３０の上方の位置Ｃ０を中心とした円弧形状を有する第３曲動軸ＲＡ３に沿って上方に曲線的に伸縮するアーム部２を提供することができる。
【００３５】
また、第３曲動軸ＲＡ３は、主に第１連結コマ２３の外面形状と第２連結コマ２４の内面形状とにより実現される。したがって、第１、第２連結コマ２３，２４の互いの嵌合面の形状、第２連結コマ２４の側板同士の互いの嵌合面の形状は、直線形状、円弧形状、及び階段形状等いずれの形状であってもよい。
【００３６】
（変形例）  
第１実施形態において、第２連結コマ列２２を構成する複数の第２連結コマ２４は同一の形状、同一のサイズと説明したが、第１実施形態はそれに限定されることはない。例えば、第２連結コマ列２２を構成する複数の第２連結コマ２４のうち少なくとも一の側板が半径の異なる２つの同心円と中心角とで規定される形状で構成されてもよい。
【００３７】
図１０は、第１実施形態の変形例に係るアーム部２の側面図である。図１０に示すように、第２連結コマ列２２は、列状に連結された第２連結コマ２４と複数の第４連結コマ２６とからなる。第２連結コマ２４と第４連結コマ２６とは横断面がコ字形状を有する。第２連結コマ２４は、前端部から後端部にかけて円弧状に湾曲した溝状体である。第２連結コマ２４の側板は、互いに同心円である半径ｒ５の円と半径ｒ６（＜ｒ５）の円とで規定される円環を中心角θ６で区切った形状を有する。半径ｒ５、中心角θ６の円弧は側板の上辺に対応し、半径ｒ６（＜ｒ５）、中心角θ６の円弧は側板の底辺に対応する。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。第４連結コマ２６は角溝状体に構成される。第４連結コマ２６の側板は長方形状又は正方形状を有する。
【００３８】
第１連結コマ列２１は、第１連結コマ２３と、第３連結コマ２５と、複数の第５連結コマ２７とからなる。第１、第３、第５連結コマ２３，２５，２７は厚みｔ１を有する。第１連結コマ２３は、前端部から中央部にかけて直線状であって、中央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３連結コマ２５は、前端部から中央部にかけて円弧状に湾曲し、中央部から後端部にかけて直線状の矩形板である。第１連結コマ２３の後半分と第３連結コマ２５の前半分とは、半径ｒ４、中心角θ６／２の円弧形状を有する。第１連結コマ２３の後方に第３連結コマ２５が連結されたとき、第１連結コマ２３の後半分と第３連結コマ２５の前半分とは、半径ｒ４、中心角θ６の連続した円弧を形成する。第５連結コマ２７は、直線状の矩形板である。厚みｔ１は、第２連結コマ２４の側板の上辺が第１連結コマ２３の後半分と第３連結コマ２５の前半分とに跨って嵌合するために必要な厚みに設計されている。
【００３９】
上記第１、第３連結コマ２３，２５の形状により、第２連結コマ２４の側板に対して、第１連結コマ２３の後半分と第３連結コマ２５の前半分とが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、一定の曲率で円弧状に伸縮するのではなく、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態で伸縮することができる。
【００４０】
以上説明した曲動伸縮機構によれば、部分的に下方に湾曲したアーム部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直線軌道以外の軌道に沿って目標位置に到達させることができる。したがって、第１実施形態の変形例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）  
アーム部２が直線軌道以外の軌道に沿って伸縮できるのであれば、柱状体の形状は円弧状に湾曲した形状だけに限定されない。第２実施形態に係るロボットアーム機構の曲動伸縮機構は、多角状に湾曲したアーム部２を有する。以下、第２実施形態に係る曲動伸縮機構のアーム部２を構成する第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２２との構造について図１２−１８を参照して説明する。
【００４２】
（第１連結コマ２３）  
第１連結コマ列２１を構成する第１連結コマ２３の構造について図１１−１３を参照して説明する。図１１は、第２実施形態に係り、第１連結コマ２３の側面図である。図１２は、図１１の第１連結コマ２３を前下方から見た斜視図である。図１３は、図１１の第１連結コマ２３を後下方から見た斜視図である。  
第１連結コマ列２１は、列状に連結された複数の第１連結コマ２３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。両縁部分は、第２連結コマ２４の長手方向の略中央の位置で屈曲した縦断面がく字形状を有する。屈曲角θ３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。屈曲角θ３は第１連結コマ２３の後方部分と前方部分とが交差する角度、換言すると第１連結コマ２３の前方部分に対して後方部分が傾斜する角度をいう。第１連結コマ２３の内面に関して、前方のピンホールのホール中心から頂点までの長さＷ１３は、頂点から後方のピンホールのホール中心までの長さＷ１４と同一の長さを有する。第１連結コマ２３は、その両縁部分の縦断面形状に合わせて、例えば、その前後が内側に屈曲した板形に構成される。
【００４３】
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。
【００４４】
（第２連結コマ２４）  
第２連結コマ列２２を構成する第２連結コマ２４の構造について図１４−１６を参照して説明する。図１４は、第２実施形態に係り、第２連結コマ２４の側面図である。図１５は、図１４の第２連結コマ２４を前上方から見た斜視図である。図１６は、図１４の第２連結コマ２４を後上方から見た斜視図である。
【００４５】
第２連結コマ列２２は、列状に連結された複数の第２連結コマ２４からなる。複数の第２連結コマ２４は同一の形状、サイズを有する。第２連結コマ２４は短溝状体に構成される。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の側板は台形状を有する。第２連結コマ２４の側板は、第１連結コマと接合する側の上辺の長さＷ２３が側板の底辺の長さＷ２４よりも長い。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）、上辺の後端の内角θ４は（９０度−θ５）に与えられる。θ５はゼロより大きく、θ３に等価である。θ５（＝θ３）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。θ４は、８０度以上、８９度以下の範囲、好適には、８５度以上、８８度以下の範囲から選択される。なお、第２連結コマ２４の側板は等脚台形状となるように構成されてもよい。また、第２連結コマ２４の側板は、上辺の後端の内角が９０度の台形状となるように構成されてもよい。
【００４６】
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２実施形態において、第２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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
図１７は、第２実施形態に係り、第１、第２連結コマ列２１，２２の接合部分の側面図である。第２連結コマ２４の側板は、底辺の前端の内角が９０度、底辺の後端の内角が（９０度＋θ５）、上辺の前端内角が９０度、上辺の後端の内角がθ４の直角台形状を有する。そのため、前後の第２連結コマ２４が列状に連結されたとき、前の第２連結コマ２４は後の第２連結コマ２４に対して角度θ５下方に傾く。
【００５０】
第１連結コマ２３は縦断面が略く字形状を有する。そのため、前後の第１連結コマ２３が列状に連結されたとき、前の第１連結コマ２３の前端部分は後の第１連結コマ２３の前端部分に対して角度θ３下方に傾く。図１７に示すように、第１連結コマ２３の屈曲角θ３は、第２連結コマ２４の底辺の後端の内角θ５と等価に設計されている。また、第１連結コマ２３の内面の前端から頂点までの長さＷ１３と頂点から後端までの長さＷ１４とは、第２連結コマ２４の側板の上辺の長さＷ２３の１／２の長さに設計されている。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の側板に跨って嵌合することができる。
【００５１】
図１８は、第２実施形態に係り、アーム部２の側面図である。図１８（ａ）は、第２連結コマ２４の内角９０度−θ４（＝θ５、以下、θ５を曲がり角という）が２度に設計されたときのアーム部２を示し、図１８（ｂ）は、第２連結コマ２４の曲がり角θ５が５度に設計されたときのアーム部２を示している。第３曲動軸ＲＡ３は、第２連結コマ２４の側板の台形状により実現される。第３曲動軸ＲＡ３の曲率半径は、曲がり角θ５と第２連結コマ２４の側板の底辺の長さＷ２３とにより規定される。図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、第２連結コマ２４の長さが同一のとき、曲がり角θ５が大きい角度に設計されほど、第３曲動軸ＲＡ３の曲率半径は短くなり、アーム部２はより湾曲する。同様に、曲がり角θ５が同一のとき、第２連結コマ２４の長さが長く設計されるほど、第３曲動軸ＲＡ３の曲率半径は短くなり、アーム部２はより湾曲する。ここでの曲率半径とは、多角形状を有する第３曲動軸ＲＡ３の外接円の半径をいう。
【００５２】
以上説明した曲動伸縮機構によれば、多角状に下方に湾曲したアーム部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直線軌道以外の軌道に沿って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。
【００５３】
なお、上述の説明では複数の第２連結コマ２４は同一の形状、サイズと説明したが、第２実施形態はそれに限定されることはない。第１実施形態の変形例と同様に、第２実施形態においても、複数の第２連結コマ２４の一部が側板が台形状であり、残りが側板が長方形又は正方形であってもよい。また複数の第２連結コマ２４が同じ台形状の側板でなくてもよく、台形状の異なる複数種類の第２連結コマ２４でアーム部２を構成するようにしてもよい。これにより、アーム部２は一定の曲率で伸縮するのではなく、多角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態で伸縮することができ、ひいては適用環境の制約を緩和できる。
【００５４】
なお、第２実施形態において、第１連結コマ２３は前後が外側に屈曲した板形状に構成されてもよい。このとき、第２連結コマ２４は、上辺が底辺よりも短い台形状の側板を有する溝状体に構成される。これにより、多角状に上方に湾曲したアーム部２を提供することができる。
【００５５】
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】
【００５６】
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…ガイドローラ、５０…ドライブギア、５５…モータ
【図１】
2016160962.tif 000003
【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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【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１８】
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