(57)【要約】【課題】直動伸縮関節を有するロボットアーム機構の剛性を向上させること。【解決手段】直動伸縮関節を有するロボットアーム機構において、直動伸縮関節はアーム部２と射出部３０とを有し、アーム部２は複数の第１連結コマ２３からなる第１連結コマ列２１と複数の第２連結コマ２２からなる第２連結コマ列２０とを有し、第２連結コマ列２０は第１連結コマ列２１と接合されることにより一定の剛性を有する柱状体を構成する。射出部３０は第１、第２連結コマ列２１，２０を接合し且つ柱状体を支持するための下部ローラ３１１と上部ローラ３１２とを有する。下部ローラ３１１と上部ローラ３１２とは柱状体を挟んで配置される。【選択図】      図３
2016117126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直動伸縮関節を有するロボットアーム機構において、
前記直動伸縮関節はアーム部と前記アーム部を支持する射出部とを有し、
前記アーム部は第１連結コマ列と第２連結コマ列とを有し、前記第１連結コマ列は、断面コ字またはロ字形状を有する複数の第１連結コマから構成され、前記第２連結コマ列は、略平板形状を有する複数の第２連結コマから構成され、前記第２連結コマ列は前記第１連結コマ列と接合されることにより一定の剛性を有する柱状体を構成し、
前記射出部は前記第１、第２連結コマ列を接合し且つ前記第１、第２連結コマ列の接合による前記柱状体を支持するための第１ローラと第２ローラとを有し、前記第１ローラと前記第２ローラとは前記柱状体を挟んで配置される、ロボットアーム機構。
【請求項２】
前記第１ローラは前記柱状体を前記第１連結コマ側で支持し、前記第２ローラは前記柱状体を前記第２連結コマ側で支持する、請求項１記載のロボットアーム機構。
【請求項３】
前記第１、第２ローラは柱状体との間で予圧がかかるように設けられている、請求項１記載のロボットアーム機構。
【請求項４】
前記アーム部の厚み方向に関する、前記第１ローラと前記第２ローラとの距離は前記アーム部の厚みよりも短い、請求項３記載のロボットアーム機構。
【請求項５】
前記第２ローラは回転軸間距離が前記第２連結コマの長さ以下となるよう配列されている、請求項２記載のロボットアーム機構。
【請求項６】
前記第２ローラは前記アーム部の中心軸に関して前記第１ローラと同位置または第１ローラよりも後方に設けられる、請求項２記載のロボットアーム機構。
【請求項７】
前記第１ローラは前記第２ローラと同数で設けられる、請求項５記載のロボットアーム機構。
【請求項８】
前記第１ローラは前記アーム部の中心軸に関して前記第２ローラと同位置に配置される、請求項７記載のロボットアーム機構。
【請求項９】
前記第１ローラは前記アーム部の中心軸に関して前記第２ローラと異なる位置に設けられる、請求項５記載のロボットアーム機構。
【請求項１０】
前記第１ローラは前記第２ローラより少ない数で設けられる、請求項５記載のロボットアーム機構。
【請求項１１】
前記射出部は前記柱状体を挟んで配置される第３ローラと第４ローラとを有し、前記第３ローラは前記柱状体の幅方向に関して前記第４ローラと異なる位置に配置される、請求項１記載のロボットアーム機構。
【請求項１２】
前記射出部は前記柱状体を支持するために、前記アーム部を挟んで配置されたボールベアリングを有し、
前記第１連結コマの両側面には前記ボールベアリングを受ける受け溝が形成されている、請求項１記載のロボットアーム機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態はロボットアーム機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、多関節ロボットアーム機構が産業用ロボットなどさまざまな分野で用いられている。このような多関節ロボットアーム機構には、例えば、直動伸縮関節が組み合わされて装備されている。直動伸縮関節を構成するアーム部は、例えば、同一形状を有する複数のコマを列状に連結した連結コマ列で構成される。連結コマ列が接合されることで一定の剛性を有する柱状体が構成される。直動伸縮関節が駆動されると、柱状体となったアーム部が送り出される。したがって、柱状体を保持する力が小さいとロボットアーム機構の剛性が低下してしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
目的は、直動伸縮関節を有するロボットアーム機構の剛性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本実施形態に係るロボットアーム機構は直動伸縮関節を有し、前記直動伸縮関節はアーム部と前記アーム部を支持する射出部とを有し、前記アーム部は第１連結コマ列と第２連結コマ列とを有し、前記第１連結コマ列は、断面コ字またはロ字形状を有する複数の第１連結コマから構成され、前記第２連結コマ列は、略平板形状を有する複数の第２連結コマから構成され、前記第２連結コマ列は前記第１連結コマ列と接合されることにより一定の剛性を有する柱状体を構成し、前記射出部は前記第１、第２連結コマ列を接合し且つ前記第１、第２連結コマ列の接合による前記柱状体を支持するための第１ローラと第２ローラとを有し、前記第１ローラと前記第２ローラとは前記柱状体を挟んで配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【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斜視図である。
【図３】図３は、図１のロボットアーム機構の内部構造を断面方向から見た図である。
【図４】図４は、図３の射出部の内部構造を示した図である。
【図５】図５は、図３の射出部を上方、側方及び下方から見た図である。
【図６】図６は、本実施形態に係るロボットアーム機構の射出部の接合機能を説明するための補足説明図である。
【図７】図７は、変形例に係る射出部をアーム中心軸に直交する断面で切断した断面図である。
【図８】図８は、図７の射出部を上方、側方及び下方から見た図である。
【図９】図９は、本実施形態に係る射出部を構成する複数の上部ローラと複数の下部ローラとの配置条件を説明するための補足説明図である。
【図１０】図１０は、図９の射出部の変形例を示す図である。
【図１１】図１１は、単一の上部ローラと単一の下部ローラを用いた場合の射出部３０の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係るロボットアーム機構を説明する。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】
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３は図１のロボットアーム機構の内部構造を示している。ロボットアーム機構は、略円筒形状の基部１と基部１に接続するアーム部２とを有する。アーム部２の先端にはエンドエフェクタと呼ばれる手先効果器３が取り付けられる。図１では手先効果器３として対象物を把持可能なハンド部を図示している。手先効果器３としてはハンド部に限定されず、他のツール、またはカメラ、ディスプレイであってもよい。アーム部２の先端には任意の種類の手先効果器３に交換することができるアダプタが設けられていてもよい。
【０００８】
アーム部２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軸ＲＡ１，ＲＡ２，ＲＡ３は根元３軸と呼ばれ、第４、第５、第６軸ＲＡ４，ＲＡ５，ＲＡ６はハンド部３の姿勢を変化させる手首３軸と呼ばれる。根元３軸を構成する関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３の少なくとも一つは直動関節である。ここでは第３関節部Ｊ３が直動関節、特に伸縮距離の比較的長い関節部として構成される。第１関節部Ｊ１は台座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３関節部Ｊ３は、第２回転軸ＲＡ２に対して垂直に配置される第３軸（移動軸）ＲＡ３を中心として直線的に伸縮する関節である。第４関節部Ｊ４は、第３移動軸ＲＡ３に一致する第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。
【０００９】
第１関節部Ｊ１のねじり回転によりアーム部２がハンド部３とともに旋回する。第２関節部Ｊ２の曲げ回転によりアーム部２がハンド部３とともに第２関節部Ｊ２の第２回転軸ＲＡ２を中心に起伏動をする。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、第１支持体１１ａはアーム部２の旋回とともに軸回転する。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。
【００１０】
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。アーム部２の直動関節部を構成する第３関節部Ｊ３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。
【００１１】
第１関節部Ｊ１は円環形状の固定部と回転部とからなり、固定部において台座に固定される。回転部には第１支持部１１ａと第２支持部１１ｂとが取り付けられる。第１関節部Ｊ１が回転するとき、第１、第２、第３支持体１１ａ、１１ｂ、１１ｃが第１回転軸ＲＡ１を中心としてアーム部２とハンド部３と共に旋回する。
【００１２】
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、アーム部２がハンド部３とともに第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２を中心に垂直方向に回動、つまり起伏動作をする。第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２は、ねじり関節部としての第１関節部Ｊ１の第１回転軸ＲＡ１に垂直に設けられる。
【００１３】
上記の通り関節部としての第３関節部Ｊ３はアーム部２の主要構成物を構成する。アーム部２の先端に上述のハンド部３が設けられる。ハンド部３は、図１に示すようにアーム部２の先に装備されている。ハンド部３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。ハンド部３は、開閉される２つの指部１６ａ、１６ｂを有している。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の移動軸ＲＡ３に典型的には一致する回転軸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、第４関節部Ｊ４から先端にかけてハンド部３が回転軸ＲＡ４を中心に回転する。
【００１４】
第５関節部Ｊ５は、第４関節部Ｊ４の移動軸ＲＡ４に対して直交する回転軸ＲＡ５を有する曲げ関節部である。第５関節部が回転すると、第５関節部Ｊ５から先端にかけてハンド部１６とともに上下に回動する。第６関節部Ｊ６は、第４関節部Ｊ４の回転軸ＲＡ４に直交し、第５関節部Ｊ５の回転軸ＲＡ５に垂直な回転軸ＲＡ６を有する曲げ関節である。第６関節部Ｊ６が回転するとハンド１６が左右に旋回する。
【００１５】
第１乃至第６関節部Ｊ１−Ｊ６の回転、曲げ、伸縮によりハンド部３の２指ハンド１６を任意の位置・姿勢に配置することが可能である。特に第３関節部Ｊ３の直動伸縮距離の長さは、基部１の近接位置から遠隔位置までの広範囲の対象にハンド部３で作用することを可能にする。
【００１６】
第３関節部Ｊ３はそれを構成する直動伸縮アーム機構により実現される直動伸縮距離の長さが特徴的である。直動伸縮距離の長さは、図２、図３に示す構造により達成される。直動伸縮アーム機構は第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とを有する。アーム部２が水平に配置される基準姿勢では、第１連結コマ列２１は第２連結コマ列２０の下部に位置し、第２連結コマ列２０は第１連結コマ列２１の上部に位置する。なお、第１連結コマ２３の背面側は、第２連結コマ２２の背面側と対向する。
【００１７】
第１連結コマ列２１は、同一の断面コ字形状を有し、ピンにより表面箇所において列状に連結される複数の第１連結コマ２３からなる。第１連結コマ２３の断面形状及びピンによる連結位置により第１連結コマ列２１はその背面方向に屈曲可能であるが逆に表面方向には屈曲不可な性質を備える。なお、第１連結コマ２３の断面形状は、コ字形状だけでなく、断面ロ字形状等であってもよい。
【００１８】
第２連結コマ列２０は、第１連結コマ２３と略等価な幅を有する略平板形状を有し、背面方向と表面方向とともに屈曲可能な状態でピンにより列状に連結される複数の第２連結コマ２２からなる。第１連結コマ列２１は第２連結コマ列２０と先端部おいて結合コマ２６により結合される。結合コマ２６は、第１連結コマ２３と第２連結コマ２２とが一体的になった形状を有している。図２に示すように第２連結コマ２２の背面には個々にリニアギア２２ａが形成されている。リニアギア２２ａは第２連結コマ２２が直線状になったときに連結され、連続的なリニアギア（ラック）を構成する。
【００１９】
図３に示すように、第２連結コマ２２は第３支持体１１ｃ内でローラＲ１とドライブギア２４ａとの間に挟まれる。それによりリニアギア２２ａはドライブギア２４ａに噛み合わされる。アーム伸長時、モータＭ１が駆動し、ドライブギア２４ａが順回転することにより第２連結コマ列２０は第１連結コマ列２１とともに柱状体となって射出部３０から前方に向かって送り出される。このとき、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とは背面同士が接合される。アーム収縮時、モータＭ１が駆動し、ドライブギア２４ａが逆回転することにより柱状体は射出部３０の後方で接合状態が解除され、互いに離反される。離反された第２連結コマ列２０と第１連結コマ列２１とはそれぞれ屈曲可能な状態になり、第１回転軸ＲＡ１に沿う方向に屈曲され、第１支持体１１ａの内部に格納される。
【００２０】
以下、射出部３０の構造について図４、５を参照して説明する。図４は、図３の射出部の内部構造を示した図である。図４（ａ）は射出部３０を断面方向から見た図である。図４（ｂ）は射出部３０を射出中心軸に直交する断面で切断した断面図である。図５は、射出部３０を上方、側方及び下方から見た図である。図５（ａ）は射出部３０を上方から見た図である。図５（ｂ）は射出部３０を側方から見た図である。図５（ｃ）は射出部３０を下方から見た図である。
【００２１】
射出部３０は第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とを接合し且つアーム部２を支持するための構造を備える。以下、射出部３０の典型的な構造について説明する。射出部３０は射出口３３の後方近傍に配置される。射出部３０は略角筒形状の外観を有する。以下、略角筒形状の射出部３０の中心軸を射出中心軸と称す。射出中心軸はアーム中心軸と一致する。アーム中心軸は射出部３０により支持されている柱状体の中心軸である。
【００２２】
射出部３０は一対の側壁板３２１，３２２、下壁板３２３及び上壁板３２４を備える。側壁板３２１，３２２は平面が長方形状の平板である。一対の側壁板３２１，３２２は射出中心軸から左右方向（図中＋Ｙ方向と−Ｙ方向と）に等距離を隔ててそれぞれ配置される。一対の側壁板３２１，３２２は柱状体の幅よりも長い距離を隔てられる。一対の側壁板３２１，３２２の下端部の間は下壁板３２３により固定され、上端部の間は上壁板３２４により固定される。下壁板３２３と上壁板３２４とにより、一対の側壁板３２１，３２２の間隔は一定に保持される。一対の側壁板３２１，３２２は第１支持体１１ａまたは第２支持体１１ｂに対して固定される。
【００２３】
一対の側壁板３２１，３２２には、それぞれ複数の側部ローラ３１３，３１４が設けられる。以下、側壁板３２１に設けられる複数の側部ローラ３１３について説明する。  
側壁板３２１の外側面の所定位置には、一対の軸受け部３２５，３２６が固定される。軸受け部３２５は細長い角柱であり、射出中心軸に平行な中心軸を有する。軸受け部３２６は軸受け部３２５と同一の形状を有する。一対の軸受け部３２５，３２６が固定される位置は、射出中心軸から上下方向（図中＋Ｚ方向と−Ｚ方向と）に等距離を隔てた位置にそれぞれ対応する。
【００２４】
軸受け部３２５，３２６の間には複数の側部ローラ３１３が回転可能に固定される。複数の側部ローラ３１３は互いに平行に且つ射出中心軸に沿って配列される。複数の側部ローラ３１３は、上下方向（図中Ｚ方向）の回転軸を有する。側部ローラ３１３は軸受け部３２５，３２６に固定された側部ローラ３１３の回転軸から側壁板３２１の内側面までの距離よりも長い半径を有する。側壁板３２１の所定位置には、側部ローラ３１３を側壁板３２１の内側面から突出させるための突出穴３２９が形成されている。側壁板３２１において突出穴３２９が形成される位置は、軸受け部３２３と３２４との間に固定される側部ローラ３１３の位置に対応する。側壁板３２１に突出穴３２９が形成されていることで、軸受け部３２５，３２６に固定された側部ローラ３１３が側壁板３２１の内側面から突出する。側壁板３２１の内側面から突出した複数の側部ローラ３１３の突出端により柱状体を支持する支持面が規定される。
【００２５】
側壁板３２１と同様に、側壁板３２２には一対の軸受け部３２７，３２８が固定される。一対の軸受け部３２５，３２６と同様に、一対の軸受け部３２７，３２８の間には複数の側部ローラ３１４が回転可能に固定される。側部ローラ３１４は、側部ローラ３１３と同一の形状を有する。複数の側部ローラ３１４は、複数の側部ローラ３１３と同様に、側壁板３２２の内側面から突出する。側壁板３２２の内側面から突出した複数の側部ローラ３１４の突出端により柱状体を支持する支持面が規定される。
【００２６】
複数の側部ローラ３１３により規定される支持面から複数の側部ローラ３１４により規定される支持面までの距離は、射出部３０の筒状部分の幅に対応する。複数の側部ローラ３１３により規定される支持面と複数の側部ローラ３１４により規定される支持面とは、射出部３０の筒状部分の幅が柱状体の幅以下の長さになるように設計される。具体的には、側部ローラ３１３，３１４の側壁板３２１，３２２の内側面からの突出長が、複数の側部ローラ３１３により規定される支持面から複数の側部ローラ３１４により規定される支持面までの距離が柱状体の幅以下の長さになるように調整される。複数の側部ローラ３１３により規定された支持面から複数の側部ローラ３１４により規定された支持面までの距離が柱状体の幅よりも短いとき、複数の側部ローラ３１３，３１４は、柱状体との間で予圧がかけられた状態で柱状体を支持する。
【００２７】
側壁板３２１、３２２の上部間には複数の上部ローラ３１２が回転可能に固定される。複数の上部ローラ３１２は互いに平行に且つ射出中心軸に沿って配列される。したがって、複数の上部ローラ３１２は、左右方向（図中Ｙ方向）の回転軸を有する。複数の上部ローラ３１２の下部により柱状体を支持する支持面が規定される。側壁板３２１、３２２の下部間には複数の下部ローラ３１１が回転可能に固定される。複数の下部ローラ３１１は互いに平行に且つ射出中心軸に沿って配列される。したがって、複数の下部ローラ３１１は、左右方向（図中Ｙ方向）の回転軸を有する。複数の下部ローラ３１１の上部により柱状体を支持する支持面が規定される。
【００２８】
複数の上部ローラ３１２により規定される支持面から複数の下部ローラ３１１により規定される支持面までの距離は射出部３０の筒状部分の厚みに対応する。複数の上部ローラ３１２により規定される支持面と複数の下部ローラ３１１により規定される支持面とは、射出部３０の筒状部分の厚みが柱状体の厚み以下の長さになるように設計される。具体的には、複数の上部ローラ３１２と複数の下部ローラ３１１との固定位置が、複数の上部ローラ３１２により規定される支持面から複数の下部ローラ３１１により規定される支持面までの距離が柱状体の厚み以下の長さになるように決定される。複数の上部ローラ３１２により規定される支持面から複数の下部ローラ３１１により規定される支持面までの距離が柱状体の厚みよりも短いとき、複数の上部ローラ３１２と複数の下部ローラとは、柱状体との間に予圧がかけられた状態で柱状体を支持する。
【００２９】
以上説明したように、射出部３０は略角筒形状を有する。柱状体は射出部３０の筒状部分で支持される。射出部３０の筒状部分の幅及び厚みは、それぞれ柱状体の幅及び厚みよりも短くなるように設計される。それにより、射出部３０と柱状体との間に予圧がかけられた状態となる。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、射出部３０が柱状体を支持する力を向上させることができる。したがって、射出部３０の剛性を高めることができる。また、アーム収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。すなわち、アーム部２及び手先効果器３の移動に伴ってかかる外力やアーム部２及び手先効果器３の重量に応じた外力に対して射出部３０の変形量を小さくすることができる。それにより、射出部３０によるアーム部２の位置を保持する精度を高くすることができる。なお、本実施形態では予圧をかける方法として定位置予圧を採用している。本実施形態において、定位置予圧はローラと柱状体との間の位置関係によって、柱状体と射出部３０との間に予圧をかける方法である。このとき、ローラの間隔は柱状体の幅（厚み）よりもわずかに短くすることで柱状体と射出部３０との間に予圧がかかる。しかしながら、柱状体と射出部３０との間に予圧をかける方法はこれに限定されない。コイルバネや皿バネなどを利用した定圧予圧により、柱状体と射出部３０との間に予圧をかけてもよい。本実施形態では、これらのバネを利用してローラを柱状体に向かって押し込むことにより柱状体と射出部３０との間に予圧をかけることができる。
【００３０】
なお、射出部３０にはアーム部２及び手先効果器３の重量に応じた外力（重力）が常に働く。したがって、柱状体との間に予圧がかけられる効果は、特に射出部３０の上部ローラ３１２と下部ローラ３１１に関して顕著である。一方、側部ローラ３１３、３１４には、上部ローラ３１２及び下部ローラ３１１に比べて大きな外力が働かない。したがって、側部ローラ３１３，３１４と柱状体との間には予圧がかけられなくても、射出部３０の剛性は大きく低下しない。つまり、射出部３０の筒状部分の幅は柱状体の幅に等価であればよい。また、柱状体と線で接触する側部ローラ３１３，３１４に代わって、柱状体と点で接触するボールベアリングが用いられてもよい。側部ローラ３１３，３１４に代わってボールベアリングが用いられたときの射出部３０の構成については、図７，８を参照して後述する。
【００３１】
次に射出部３０の接合機能について図６を参照して説明する。  
射出部３０は第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とを接合する接合機能を有する。図６は、本実施形態に係るロボットアーム機構の射出部３０の接合機能を説明するための補足説明図である。図６はアーム部２の伸長時における、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とが射出部３０に誘導され、互いに接合される様子を単位時間経過毎に示した図である。図６（ａ）から図６（ｄ）の順で経過時間を表している。
【００３２】
ドライブギア２４ａが順回転すると、第２連結コマ列２０が第１連結コマ列２１とともに射出部３０に誘導される。射出部３０に誘導された第１連結コマ２３は、最後尾の下部ローラ３１１に沿って回転しながら射出中心軸に平行な直線上に整列される。同様に、射出部３０に誘導された第２連結コマ２２は、最後尾の上部ローラ３１２の回転軸に沿って射出中心軸に平行な直線上に整列される。既述のとおり、射出部３０の筒状部分の厚みはアーム部２の厚みよりもわずかに短い。そのため、第２連結コマ列２０は第１連結コマ列２１とともに、射出部３０の後方の上部ローラ３１２と下部ローラ３１１とにより挟まれる。それにより、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とは相互に押圧され、接合される。接合された第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とは射出部３０の複数のローラにより支持されることにより接合状態が保持される。第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０との接合状態が保持されたとき、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０の屈曲は制限され、それにより第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とにより一定の剛性を備えた柱状体が構成される。そして、接合されたアーム部２が射出部３０から前方に向かって送り出される。
【００３３】
以下、図７，８を参照して変形例に係る射出部３０について説明する。図７は、変形例に係る射出部３０を射出中心軸に直交する断面で切断した断面図である。図８は、図７の射出部３０を上下及び側方から見た図である。変形例に係る射出部３０では、側部ローラ３１３，３１４に代わってボールベアリング３４２，３４３が用いられる。
【００３４】
変形例に係る射出部３０では、第１連結コマ列２１の両側の側面に形成された直線状の受け溝３３１，３３２に側壁板３２１，３２２にそれぞれ１列に配列された複数のボールベアリング３４２，３２３が勘合することにより、柱状体の側面が支持される。
【００３５】
第１連結コマ２３の両側の側面の外側には互いに対向する一対の受け溝３３１，３３２が形成されている。受け溝３３１は円弧形状の断面を有する。当該円弧は後述のボール３１８、３１９と同一径を有する。一対の受け溝３３１，３３２は、それぞれの最深部を結んだ直線がアーム中心軸に垂直になるように形成される。一対の受け溝３３１，３３２は、第１連結コマ列２１が直線状に整列されたときに連続した直線状の受け溝を構成する。
【００３６】
側壁板３２１、３２２はそれぞれ複数のボールベアリング３４２、３４３を備える。ボールベアリング３４２はボール３１８と軸受け部３１６とにより構成される。ボール３１８は軸受け部３１６により回転可能に保持される。ボールベアリング３４３は、ボールベアリング３４２と同一の構造を有し、ボール３１９と軸受け部３１７とにより構成される。複数のボールベアリング３４２，３４３は側壁板３２１，３２２の内側面から突出する。
【００３７】
側壁板３２１には、複数のボールベアリング３４２が射出中心軸に沿って１列に配列される。側壁板３２２には、複数のボールベアリング３４３が柱状体を挟んで１列に配列されている。複数のボールベアリング３４３は射出中心軸に関して複数のボールベアリング３４２とそれぞれ同位置に配置される。複数のボールベアリング３４２，３４３が配置される位置は、第１連結コマ２３に形成された受け溝３３１，３３２の位置に対応する。複数のボールベアリング３４２と複数のボールベアリング３４３との間の間隔は、受け溝３３１，３３２の最深部の間の距離よりもわずかに短い。したがって、複数のボールベアリング３４２，３４３と柱状体との間に予圧がかけられる。それにより、ローラを用いた場合と同様の効果を得ることができる。なお、柱状体を側面で支持するボールベアリング３４２，３４３には、上部ローラ３１２及び下部ローラ３１１よりも大きな荷重が働かない。したがって、複数のボールベアリング３４２，３４３と柱状体との間に予圧がかけられなくても、複数のボールベアリング３４２，３４３で柱状体を支持することができる。したがって、複数のボールベアリング３４２と複数のボールベアリング３４３との間の間隔は、受け溝３３１，３３２の最深部の間の距離と等価であってもよい。
【００３８】
次に、複数の上部ローラ３１２と複数の下部ローラ３１１との配置条件について図９を参照して説明する。図９は、本実施形態に係る射出部３０を構成する複数の上部ローラ３１２と複数の下部ローラ３１１との配置条件を説明するための補足説明図である。図９（ａ）はロボットアーム機構の射出部３０を断面方向から見た図である。図９（ｂ）は第２連結コマ２２の長さを説明するための補足説明図である。第１連結コマ２３の長さをＬ１（以下、第１連結コマ長Ｌ１と称す），第２連結コマ２２の長さをＬ２（以下、第２連結コマ長Ｌ２と称す）とする。図９（ｂ）に示すように、第２連結コマ２２の長さとは、第２連結コマ２２が連なっている方向（長さ方向）において、第２連結コマ２２の先端から後端までの距離である。また、隣接する下部ローラ３１１の回転軸の間隔をＬ３（以下、ローラ間隔Ｌ３と称す）、隣接する上部ローラ３１２の回転軸の間隔をＬ４（以下、ローラ間隔Ｌ４と称す）、射出部３０の先頭の下部ローラ３１１の回転軸と最後尾の下部ローラ３１１の回転軸との間隔をＬ５（以下、下部ローラ占有長Ｌ５と称す）、射出部３０の先頭の上部ローラ３１２の回転軸と最後尾の上部ローラ３１２の回転軸との間隔をＬ６（以下、上部ローラ占有長Ｌ６と称す）とする。ここでは、典型例として第１連結コマ長Ｌ１は第２連結コマ長Ｌ２と一致しているものとする。
【００３９】
図９は、射出部３０を構成するローラの配置方法の典型例を示している。図９に示すように、射出部３０は、複数の下部ローラ３１１と複数の上部ローラ３１２、ここでは５つの上部ローラ３１２と５つの下部ローラ３１１とを備える。複数の下部ローラ３１１と複数の上部ローラ３１２とは、それぞれ所定位置に配置される。具体的には、先頭の上部ローラ３１２は、射出口３３の後方近傍に配置される。なお、射出口３３から接合されたアーム部２が送り出される方向を前方とする。他の上部ローラ３１２は先頭の上部ローラ３１２から順にローラ間隔Ｌ４を隔てて配置される。ローラ間隔Ｌ４は第２連結コマ長Ｌ２以下の長さになるように設計される。それにより第２連結コマ２２は少なくとも１つの上部ローラ３１２で支持される。例えば、ローラ間隔Ｌ４は第２連結コマ長Ｌ２の３／５の長さに設計される。
【００４０】
第２連結コマ列２０はその表面方向と背面方向とに屈曲可能である。したがって、第２連結コマ列２０はその表面方向と背面方向とにせり上がる可能性がある。しかしながら、第２連結コマ２２の表面が少なくとも１つの上部ローラ３１２で支持されるため、何らかの要因で第２連結コマ列２０に対してその表面方向にせり上がる力が作用した場合でも、第２連結コマ列２０の表面方向へのせり上がりを抑えることができる。また、第２連結コマ列２０の背面方向には第１連結コマ列２１が接合されている。第１連結コマ列２１はその表面方向に屈曲不可な性質を備える。したがって、何らかの要因で第２連結コマ列２０に対してその背面方向にせり上がる力が作用した場合でも、第１連結コマ列２１が表面方向に屈曲不可であるため、第２連結コマ列２０の背面方向へのせり上がりを抑えることができる。
【００４１】
複数の下部ローラ３１１は、射出中心軸に関して、柱状体を挟んで複数の上部ローラ３１２と同位置にそれぞれ配置される。つまり、射出中心軸に関して、複数の上部ローラ３１２の先頭の上部ローラ３１２は複数の下部ローラ３１１の先頭の下部ローラ３１１と同位置に配置される。また、射出中心軸に関して、複数の上部ローラ３１２の最後尾の上部ローラ３１２は複数の下部ローラ３１１の最後尾の下部ローラ３１１と同位置に配置される。上部ローラ占有長Ｌ６は下部ローラ占有長Ｌ５に一致する。
【００４２】
ここでは、第１連結コマ長Ｌ１は第２連結コマ長Ｌ２と一致している。したがって、第１連結コマ２３は少なくとも１つの下部ローラ３１１で支持される。第１連結コマ列２１はその背面方向に屈曲可能であるが逆に表面方向には屈曲不可な性質を備える。したがって、第１連結コマ列２１が表面方向にせり上がることはない。そのため、ローラ間隔Ｌ３は第１連結コマ長Ｌ１以下の長さでなくてもよい。また、第１連結コマ列２１の背面方向には第２連結コマ列２０が接合されている。第２連結コマ列２０は複数の上部ローラ３１２によりその表面方向へのせり上がりが抑えられている。したがって、何らかの要因で第１連結コマ列２１に対してその背面方向にせり上がる力が作用した場合でも、第２連結コマ列２０が表面方向にせり上がらないため、第１連結コマ列２１も背面方向にせり上がることはない。
【００４３】
以上まとめると、複数の上部ローラ３１２を、ローラ間隔Ｌ４が第２連結コマ長Ｌ２以下の長さになるように配置することで第２連結コマ２２が少なくとも１つの上部ローラ３１２により支持される。それにより第２連結コマ列２０の表面方向へのせり上がりを抑えることができる。また、第２連結コマ列２０の表面方向へのせり上がりが抑えられることで、第１連結コマ列２１の表面方向へのせり上がりを抑えることができる。さらに、第１連結コマ列２１が表面方向に屈曲不可な性質を備えることにより、第１連結コマ列２１及び第２連結コマ列２０の表面方向へのせり上がりを抑えることができる。なお、複数の側部ローラ３１３，３１４に対しても、複数の上部ローラ３１２と同様の条件が適用されるのが好適である。つまり複数の側部ローラ３１３、３１４は、隣接する側部ローラの回転軸間距離が第２連結コマ長Ｌ２以下の長さになるように配置されるのが好適である。それにより、アーム部２の旋回方向へのずれを防止することができる。ひいては、射出部３０の剛性を向上させることができる。
【００４４】
また、射出中心軸に関して、複数の下部ローラ３１１が柱状体を挟んで複数の上部ローラ３１２と同位置にそれぞれ配置されることにより、以下のような効果がある。つまり、柱状体を挟んで対向する上部ローラ３１２と下部ローラ３１１において、上部ローラ３１２から柱状体に与えられる荷重方向は下部ローラ３１１から柱状体に与えられる荷重方向と直線状になる。それにより、複数の上部ローラ３１２と複数の下部ローラ３１１とにより柱状体に対してモーメントが働かない。したがって、射出中心軸に関して、複数の下部ローラ３１１が柱状体を挟んで複数の上部ローラ３１２と異なる位置に配置される場合に比べて、柱状体の弾性変形を抑えられ、また、アーム部２の伸縮動作をスムーズにすることができる。ひいては、射出中心軸に関して、複数の下部ローラ３１１が柱状体を挟んで複数の上部ローラ３１２と異なる位置に配置される場合に比べて、射出部３０の剛性をさらに向上させることができる。なお、射出中心軸に関して、複数の下部ローラ３１１が柱状体を挟んで複数の上部ローラ３１２と異なる位置に配置されることを否定するものではない。
【００４５】
なお、ローラ間隔Ｌ４の下限はローラの径に基づいて決まる。つまり、ローラ間隔Ｌ４は上部ローラ３１２の直径よりも長い。ローラ間隔Ｌ４を短くすることで、第２連結コマ列２０がせり上がる可能性を低くすることができる。
【００４６】
また、例えば、上部ローラ３１２の数を維持したままローラ間隔Ｌ４を短くすると、上部ローラ占有長Ｌ６が短くなる。すると、射出部３０で柱状体を支持できる範囲が狭くなり、射出部３０によるアーム部２を保持する力が小さくなり、射出部３０の剛性が低下してしまう場合がある。このような場合、射出部３０の上部ローラ３１２及び下部ローラ３１１と柱状体との間に働く予圧を大きくする必要がある。しかしながら、１つのローラと柱状体との間にかけられる予圧の大きさには上限値がある。したがって、予圧を最大限までかけても、射出部３０の剛性が低い場合がある。つまり、ローラ間隔Ｌ４を短くしながらも、射出部３０のアーム部２を保持する力を維持するためには、上部ローラ３１２の数を増やす必要がある。すると、部品点数が多くなり、コストが増加してしまう。すなわち、射出部３０を構成するローラ数とローラ間隔とは、アーム部２を保持する力を一定以上にでき、第１連結コマ列２１及び第２連結コマ列２０のせり上がりを防止し、且つ第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とを接合できるように設計される。
【００４７】
また、最後尾の下部ローラ３１１は射出中心軸に関して最後尾の上部ローラ３１２と同位置に配置されなくてもよい。本実施形態に係るアーム部２において、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０との接合は、隣接する第１連結コマ２３の間で第２連結コマ２２が備えるロック部を挟み込むことで実現されている。
【００４８】
射出中心軸に関して、最後尾の下部ローラ３１１が最後尾の上部ローラ３１２よりも前方に配置された場合を想定する。このとき、第２連結コマ列２０が第１連結コマ列２１よりも先に直線上に整列される。直線上に整列された第２連結コマ列２０に対して第１連結コマ列２１が押圧された場合において、隣接する第１連結コマ２３は第２連結コマ２２が備えるロック部を挟み込むことができる。そのため、最後尾の下部ローラ３１１が最後尾の上部ローラ３１２よりも前方に配置されてもよい。
【００４９】
一方、射出中心軸に関して、最後尾の下部ローラ３１１が最後尾の上部ローラ３１２よりも後方に配置された場合を想定する。このとき、第１連結コマ列２１が第２連結コマ列２０よりも先に直線上に整列される。直線上に整列された第１連結コマ列２１に対して第２連結コマ列２０が押圧された場合において、隣接する第１連結コマ２３は第２連結コマ２２が備えるロック部を挟み込むことができない。そのため、最後尾の下部ローラ３１１が最後尾の上部ローラ３１２よりも後方に配置してはいけない。しかしながら、これは最後尾の下部ローラ３１１が最後尾の上部ローラ３１２よりも後方に配置することをすべて否定するものではない。最後尾の下部ローラ３１１を通過する隣接する第１連結コマ２３で第２連結コマ２２が備えるロック部を挟み込むことができるのであれば、最後尾の下部ローラ３１１が最後尾の上部ローラ３１２よりも後方に配置されてもよい。
【００５０】
なお、射出部３０が支持機能と接合機能とを保持できるのであれば、その構成は図９に限定されない。  
図１０は、図９の射出部３０の変形例を示す図である。  
例えば、図１０（ａ）に示すように、複数の下部ローラ３１１は柱状体を挟んで複数の上部ローラ３１２と、射出中心軸に関して異なる位置にそれぞれ配置されてもよい。このとき、最後尾の下部ローラ３１１は射出中心軸に関して最後部の上部ローラ３１２と同位置または最後尾の上部ローラ３１２よりも前方に配置される。図１０（ａ）のように複数の下部ローラ３１１と複数の上部ローラ３１２とが配置された場合でも、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とを接合し、且つ柱状体を支持することは十分できる。すなわち、射出部３０の剛性を向上させることができる。
【００５１】
また、図１０（ｂ），（ｃ）に示すように、下部ローラ３１１の数が上部ローラ３１２の数よりも少なくてもよい。それにより図９の構成に比べて、射出部３０を構成する部品の点数を削減することができる。このとき、図１０（ｂ）に示すように、下部ローラ占有長Ｌ５を上部ローラ占有長Ｌ６に一致させるために、複数の下部ローラ３１１は、ローラ間隔Ｌ３がローラ間隔Ｌ４よりも長くなるように配列される。言い換えると、複数の下部ローラ３１１は、先頭の下部ローラ３１１が柱状体を挟んで先頭の上部ローラ３１２と対向し、最後尾の下部ローラ３１１が柱状体を挟んで最後尾の上部ローラ３１２と対向するように配置される。それにより、射出部３０が柱状体を支持できる範囲を図９の射出部３０の構成と同等程度にすることができ、ひいては図９の構成と同等程度の力で柱状体を支持し、アーム部２を保持することができる。また、図１０（ｃ）に示すように、複数の下部ローラ３１１は、先頭の下部ローラ３１１から順にローラ間隔Ｌ３がローラ間隔Ｌ４と等価長になるように配列されてもよい。それにより、射出中心軸に関して、複数の下部ローラ３１１が柱状体を挟んで複数の上部ローラ３１２と同位置にそれぞれ配置されるため、図１０（ｂ）の構成に比べて、柱状体の弾性変形を抑え、アーム部２の伸縮動作をスムーズにすることができる。なお、図示しないが、上部ローラ３１２の数が下部ローラ３１１の数よりも少なくてもよい。
【００５２】
ここまで、射出部３０の典型例として、射出部３０が複数の上部ローラ３１２と複数の下部ローラ３１１とを備える場合を例に説明した。しかしながら、射出部３０が柱状体を支持し、且つ第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とを接合することができるのであれば、射出部３０は単一の上部ローラ３１２と単一の下部ローラ３１１とにより構成されてもよい。
【００５３】
図１１は、単一の上部ローラ３１２と単一の下部ローラ３１１を用いた場合の射出部３０の構成の一例を示す図である。図１１に示すように、射出部３０は単一の上部ローラ３１２と単一の下部ローラ３１１とを備える。単一の下部ローラ３１１は射出口３３の近傍に配置される。図１１（ａ）に示すように、単一の上部ローラ３１２は、射出中心軸に関して、柱状体を挟んで単一の下部ローラ３１１と同位置に配置される。下部ローラ３１１及び上部ローラ３１２と柱状体との間には予圧がかけられる。それにより単一の下部ローラ３１１と単一の上部ローラ３１２とでも、射出部３０の剛性を高めることができる。すなわち、アーム部２及び手先効果器３の移動に伴ってかかる外力やアーム部２及び手先効果器３の重量に応じて働く外力に対して射出部３０の変形量を小さくすることができる。それにより、射出部３０によるアーム部２の位置を保持する精度を高くすることができる。
【００５４】
また、重力方向が図中の−Ｚ方向の場合、図１１（ｂ）に示すように、単一の上部ローラ３１２は、射出中心軸に関して単一の下部ローラ３１１よりも後方に配置されてもよい。柱状体にはアーム部２及び手先効果器３の重量に応じて働く重力により力のモーメントが発生する。単一の上部ローラ３１２を単一の下部ローラ３１１よりも後方に配置することで、モーメントにより回転しようとする柱状体を抑えることができる。それにより、図１１（ａ）と同様に射出部３０によるアーム部２の位置を保持することができる。
【００５５】
以上説明した、本実施形態に係るロボットアーム機構の射出部３０によれば、以下の効果を得られる。射出部３０は上部ローラ３１２と下部ローラ３１１とを備える。上部ローラ３１２と下部ローラ３１１とは柱状体を挟んで配置される。このとき、上部ローラ３１２及び下部ローラ３１１と柱状体との間には予圧がかけられる。柱状体との間に予圧をかけるために、例えば、厚み方向に関する上部ローラ３１２と下部ローラ３１１との距離は柱状体の厚みよりも短い。柱状体と射出部３０との間に予圧がかけられることで、射出部３０と柱状体との間のガタツキを抑え、射出部３０の剛性を高めることができる。それにより、射出部３０でアーム部２の保持精度を高くすることができる。
【００５６】
また、射出部３０に誘導されてきた第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とは、最後尾の上部ローラ３１２と最後尾の下部ローラ３１１とにより挟まれ、相互に押圧され、接合される。射出部３０の接合機能により、柱状体を構成することができる。なお、射出部３０が単一の上部ローラ３１２及び単一の下部ローラ３１１で構成された場合にも、同様の効果を得ることができる。したがって、本実施形態に係るロボットアーム機構の射出部３０は、射出部３０に誘導されてきた第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とを接合する機能とアーム部２を支持する機能とを備える。
【００５７】
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】
【００５８】
１…基部、２…アーム部、３…手先効果器、Ｊ１，Ｊ２，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６…回転関節部、Ｊ３…直動関節部、１１ａ…第１支持体、１１ｂ…第２支持体、１１ｃ…第３支持体、２０…第２連結コマ列、２１…第１連結コマ列、２２…第２連結コマ、２３…第１連結コマ、２６…結合コマ、３０…射出部、３１１…下部ローラ、３１２…上部ローラ、３１３，３１４…側部ローラ、３２１，３２２…側壁板、３２３…下壁板、３２４…上壁板、３２５，３２６，３２７，３２８…軸受け部
【図１】
2016117126.tif 000003
【図２】
2016117126.tif 000004
【図３】
2016117126.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016117126.tif 000009
【図８】
2016117126.tif 000010
【図９】
2016117126.tif 000011
【図１０】
2016117126.tif 000012
【図１１】
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