(57)【要約】【課題】装置の姿勢が制限されることを抑制しつつ、装置をより効果的に小型化することが可能な、新規かつ改良された支持装置を提案する。【解決手段】駆動モータと、前記駆動モータから出力される動力を伝達することによって、前記動力に応じて伸縮可能なリンク機構と、前記動力を、前記リンク機構の姿勢に応じた減速比で、前記リンク機構へ出力する変速機構としての一対の回動体と、を備え、前記リンク機構の少なくとも一部は、台形リンク機構を形成する、支持装置を提供する。【選択図】図１４
2017214953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動モータと、
前記駆動モータから出力される動力を伝達することによって、前記動力に応じて伸縮可能なリンク機構と、
前記動力を、前記リンク機構の姿勢に応じた減速比で、前記リンク機構へ出力する変速機構としての一対の回動体と、
を備え、
前記リンク機構の少なくとも一部は、台形リンク機構を形成する、
支持装置。
【請求項２】
前記減速比は、前記リンク機構の伸縮方向の長さが短いほど、大きくなるように設定される、請求項１に記載の支持装置。
【請求項３】
前記リンク機構の伸縮方向の長さは、前記駆動モータの回動角に対して線形性を有する、請求項１に記載の支持装置。
【請求項４】
前記台形リンク機構は、前記一対の回動体を介して入力される前記動力によって回動可能な入力側の第１のリンクと、前記第１のリンクと対向配置され前記第１のリンクの回動に応じて回動可能な出力側の第２のリンクと、前記第１のリンクと前記第２のリンクとを回動自在に連結し互いに対向する第３のリンク及び第４のリンクと、によって構成される、請求項１に記載の支持装置。
【請求項５】
前記第２のリンクの回動可能な角度は、前記第１のリンクの回動可能な角度と比較して、大きくなるように設定される、請求項４に記載の支持装置。
【請求項６】
前記一対の回動体の各々の回転軸の、前記第３のリンクに対する相対的な位置は、固定され、
前記第１のリンクは、前記一対の回動体における出力側の回動体と一体として回動可能である、
請求項４に記載の支持装置。
【請求項７】
前記一対の回動体において、出力側の回動体の回動角は、前記動力が入力される入力側の回動体の回動角に対して、非線形性を有する、請求項１に記載の支持装置。
【請求項８】
前記一対の回動体は、一対の平歯車である、請求項１に記載の支持装置。
【請求項９】
前記一対の回動体は、一対のプーリである、請求項１に記載の支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、支持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、駆動モータ等の動力源から出力される回転動力を伝達することにより動作する駆動系において、動力源側から入力される動力の回転数及びトルクを変換して出力側へ出力する変速機構が利用されている。また、このような変速機構として、可変の減速比を有する一対の回動体を含む機構に関する技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、変速機本体にかかるトルクを抑制するために、入力部材と出力部材との間に、それぞれ固定の減速比を有する複数の歯車対を、クラッチを介して連結可能に設け、さらに、当該入力部材と当該出力部材との間に、可変の減速比を有する非円形歯車対を、クラッチを介して連結可能に設ける技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１６３１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、駆動モータから出力される動力を伝達することによって、当該動力に応じて伸縮可能なリンク機構を備える種々の支持装置が提案されている。このような支持装置に関する分野では、装置のさらなる小型化が望まれている。具体的には、支持装置において、当該リンク機構へ伝達される動力の回転数及びトルクの要求値は、装置の姿勢に応じて異なり得る。ゆえに、支持装置に、上記回転数及びトルクの要求値の特性に応じた可変の減速比を有する変速機構を設けることにより、駆動モータの出力の増大に伴う駆動モータの大型化を防止することによって、装置を小型化することができる。
【０００６】
ここで、上述した可変の減速比を有する一対の回動体では、他の変速機構と比較して、構成部品点数が少ない。ゆえに、可変の減速比を有する一対の回動体を、支持装置の変速機構として、適用することによって、装置をより効果的に小型化することが期待される。ところで、可変の減速比を有する一対の回動体において、各回動体の回動可能な角度が比較的小さくなる場合がある。それにより、当該一対の回動体の出力側に設けられるリンク機構の可動域が制限されることによって、支持装置の姿勢が制限され得る。
【０００７】
そこで、本開示では、装置の姿勢が制限されることを抑制しつつ、装置をより効果的に小型化することが可能な、新規かつ改良された支持装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示によれば、駆動モータと、前記駆動モータから出力される動力を伝達することによって、前記動力に応じて伸縮可能なリンク機構と、前記動力を、前記リンク機構の姿勢に応じた減速比で、前記リンク機構へ出力する変速機構としての一対の回動体と、を備え、前記リンク機構の少なくとも一部は、台形リンク機構を形成する、支持装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように本開示によれば、装置の姿勢が制限されることを抑制しつつ、装置をより効果的に小型化することが可能である。
【００１０】
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、又は上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果又は本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】支持装置の概略構成の一例を示す模式図である。
【図２】図１に示した例と異なる支持装置の概略構成の一例を示す模式図である。
【図３】図２に示した支持装置における動力の伝達経路について説明するための説明図である。
【図４】一対の非円形ギヤのピッチ曲線の一例を示す模式図である。
【図５】出力側ギヤの歯部の形状の一例を示す説明図である。
【図６】入力側ギヤの歯部の形状の一例を示す説明図である。
【図７】出力側ギヤの取付け部を含む形状の一例を示す説明図である。
【図８】入力側ギヤの取付け部を含む形状の一例を示す説明図である。
【図９】一対の非円形ギヤの外観の概略図である。
【図１０】駆動モータの回転数と支持装置の鉛直方向についての伸縮速度との関係性について説明するための説明図である。
【図１１】非円形ギヤを変速機構として利用した支持装置における、駆動モータの出力特性の一例を示す説明図である。
【図１２】円形ギヤを変速機構として利用した支持装置における、駆動モータの出力特性の一例を示す説明図である。
【図１３】円形ギヤを変速機構として利用した支持装置における、駆動モータの出力特性の一例を示す説明図である。
【図１４】本開示の実施形態に係る支持装置の全体構成の一例を示す模式図である。
【図１５】本実施形態に係る支持装置の概略構成の一例を示す模式図である。
【図１６】本実施形態に係る台形リンク機構の一例を示す模式図である。
【図１７】本実施形態に係るリンク機構の開き角と出力側ギヤの回動角との関係性の一例を示す説明図である。
【図１８】本実施形態に係る出力側ギヤの取付け部を含む形状の一例を示す説明図である。
【図１９】本実施形態に係る入力側ギヤの取付け部を含む形状の一例を示す説明図である。
【図２０】本実施形態に係る入力側ギヤの回動角とリンク機構の伸縮方向の長さとの関係性の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１３】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．導入
２．本技術の概要
２−１．支持装置の概略構成
２−２．非円形ギヤの減速比
２−３．駆動モータの出力特性
３．実施形態に係る支持装置
３−１．支持装置の全体構成
３−２．台形リンク機構
３−３．非円形ギヤの減速比
４．まとめ
【００１４】
＜１．導入＞
上述したように、近年において、駆動モータから出力される動力を伝達することによって、当該動力に応じて伸縮可能なリンク機構を備える種々の支持装置が提案されている。図１は、リンク機構９５０を備える支持装置９０の概略構成の一例を示す模式図である。図１では、質量体９０２を支持する支持装置９０の概略構成が示されている。支持装置９０は、リンク機構９５０と、図示しない駆動モータと、を備える。リンク機構９５０は、駆動モータから出力される動力を伝達することによって、当該動力に応じて伸縮可能に構成される。
【００１５】
具体的には、リンク機構９５０は、図１に示したように、リンク９４２と、リンク９４４と、を含む。リンク９４２は、一端側において、質量体９０２と軸部９２２を介して接続され、質量体９０２に対して相対的に軸部９２２まわりに回動自在である。また、リンク９４２は、他端側において、リンク９４４の一端側と軸部９２４を介して接続され、リンク９４４に対して相対的に軸部９２４まわりに回動自在である。リンク９４４の他端部Ｐ９は、床に当接する。
【００１６】
図１に示した支持装置９０によれば、駆動モータから出力されるトルクがリンク機構９５０に伝達されることによって、床反力Ｆが発生する。具体的には、リンク９４４の他端部Ｐ９に質量体９０２の質量によって発生する重力と等しい大きさの床反力Ｆが作用する。それにより、質量体９０２の質量を支持することができる。また、リンク機構９５０の姿勢は、各リンクにおいて、付与されるモーメントの釣り合いが保たれる姿勢に維持される。
【００１７】
ここで、リンク９４２及びリンク９４４は、互いに等しい長さのリンク長Ｌを有する。具体的には、軸部９２２と軸部９２４との間の距離及び軸部９２４とリンク９４４の他端部Ｐ９との間の距離が、それぞれリンク長Ｌとなっている。また、リンク機構９５０は、軸部９２２がリンク９４４の他端部Ｐ９に対して鉛直方向上方に位置するように、伸縮可能に構成される。ゆえに、図１に示したように、リンク９４２及びリンク９４４の鉛直方向に対する傾き角θ９は、互いに等しい。この場合、各リンクについて生じる各軸部まわりのトルクτは、下記式（１）により表される。なお、傾き角θ９は、０°から９０°までの値を取り得る。
【００１８】
【数１】
2017214953.tif 000003
【００１９】
式（１）によれば、トルクτは、傾き角θ９が０°に近づくほど、小さくなり、傾き角θ９が９０°に近づくほど、大きくなる。換言すると、リンク機構９５０へ伝達される動力のトルクの要求値は、リンク機構９５０が伸びるほど、小さくなり、リンク機構９５０が縮むほど、大きくなる。このように、支持装置９０において、リンク機構９５０へ伝達される動力のトルクの要求値は、支持装置９０の姿勢に応じて異なり得る。また、リンク機構９５０を備える支持装置９０において、リンク機構９５０へ伝達される動力の回転数の要求値もまた、支持装置９０の姿勢に応じて異なり得る。具体的には、リンク機構９５０へ伝達される動力の回転数の要求値は、リンク機構９５０が伸びるほど、大きくなるように設定され得る。
【００２０】
ここで、支持装置９０の各姿勢において、回転数及びトルクの双方について、要求値を満たす動力をリンク機構９５０へ出力可能な駆動モータを利用した場合、駆動モータが大型化し得る。ゆえに、支持装置９０に、上記回転数及びトルクの要求値の特性に応じた可変の減速比を有する変速機構を設けることにより、駆動モータの出力の増大に伴う駆動モータの大型化を防止することによって、装置を小型化することができる。しかしながら、このような変速機構では、減速比の切り替えを実行するための機構を収容する空間が必要となる場合がある。
【００２１】
ここで、可変の減速比を有する一対の回動体では、他の変速機構と比較して、構成部品点数が少ない。ゆえに、可変の減速比を有する一対の回動体を、支持装置の変速機構として、適用することによって、装置をより効果的に小型化することが期待される。以下では、可変の減速比を有する一対の回動体を利用することによって、支持装置をより効果的に小型化するための仕組みについて説明する。
【００２２】
＜２．本技術の概要＞
続いて、図２〜図１３を参照して、本開示の実施形態に係る支持装置の詳細についての説明に先立って、本技術の概要について説明する。
【００２３】
［２−１．支持装置の概略構成］
まず、図２〜図４を参照して、支持装置１０の概略構成について説明する。図２は、図１に示した例に係る支持装置９０と異なる支持装置１０の概略構成の一例を示す模式図である。図２では、質量体１０２を支持する支持装置１０の概略構成が示されている。図３は、図２に示した支持装置１０における動力の伝達経路について説明するための説明図である。
【００２４】
支持装置１０は、リンク機構１５０と、接続部１０４と、図３に示す駆動モータ１７０と、を備える。リンク機構１５０は、駆動モータ１７０から出力される動力を伝達することによって、当該動力に応じて伸縮可能に構成される。支持装置１０には、図示しない制御装置が備えられ、例えば、当該制御装置から出力される動作指示に基づいて、駆動モータ１７０の駆動が制御されるように構成され得る。
【００２５】
接続部１０４は、図２に示すように、一端側において質量体１０２と接続され、他端側においてリンク機構１５０のリンク１４２の一端側と軸部１２２を介して接続される。接続部１０４は、質量体１０２に対して固定されており、質量体１０２と一体として、鉛直方向に移動可能である。
【００２６】
リンク機構１５０は、図２に示したように、リンク１４２と、リンク１４４と、を含む。リンク１４２は、一端側において、接続部１０４と軸部１２２を介して接続され、接続部１０４に対して相対的に軸部１２２まわりに回動自在である。また、リンク１４２は、他端側において、リンク１４４の一端側と軸部１２４を介して接続され、リンク１４４に対して相対的に軸部１２４まわりに回動自在である。リンク１４４の他端部Ｐ１０は、床に当接する。
【００２７】
図２に示した支持装置１０によれば、駆動モータ１７０から出力されるトルクがリンク機構１５０に伝達されることによって、床反力Ｆが発生する。具体的には、リンク１４４の他端部Ｐ１０に質量体１０２の質量によって発生する重力と等しい大きさの床反力Ｆが作用する。それにより、質量体１０２の質量を支持することができる。また、リンク機構１５０の姿勢は、各リンクにおいて、付与されるモーメントの釣り合いが保たれる姿勢に維持される。
【００２８】
ここで、リンク１４２及びリンク１４４は、互いに等しい長さのリンク長Ｌを有する。具体的には、軸部１２２と軸部１２４との間の距離及び軸部１２４とリンク１４４の他端部Ｐ１０との間の距離が、それぞれリンク長Ｌとなっている。また、リンク機構１５０は、軸部１２２がリンク１４４の他端部Ｐ１０に対して鉛直方向上方に位置するように、伸縮可能に構成される。ゆえに、図２に示したように、リンク１４２及びリンク１４４の鉛直方向に対する傾き角θ１０は、互いに等しい。
【００２９】
支持装置１０は、さらに、変速機構としての一対の非円形ギヤ１８０を備える。支持装置１０では、図３に示したように、駆動モータ１７０から出力される動力は、一対の非円形ギヤ１８０を介して、リンク機構１５０へ出力される。一対の非円形ギヤ１８０は、駆動モータ１７０から出力される動力を、リンク機構１５０の姿勢に応じた減速比で、リンク機構１５０へ出力する変速機構としての一対の回動体の一例である。一対の非円形ギヤ１８０は、具体的には、非円形のピッチ曲線をそれぞれ有する一対の平歯車である。
【００３０】
図４は、一対の非円形ギヤ１８０のピッチ曲線の一例を示す模式図である。一対の非円形ギヤ１８０は、駆動モータ１７０側から動力が入力される入力側の回動体である入力側ギヤ１８２と、出力側の回動体である出力側ギヤ１８１と、を備える。入力側ギヤ１８２及び出力側ギヤ１８１は、各々の回転中心Ｃ１２，Ｃ１１の間の距離ｄを一定に保ちながら噛み合う。なお、以下では、一対の非円形ギヤ１８０を、単に非円形ギヤ１８０とも称する。
【００３１】
ここで、非円形ギヤ１８０の減速比は、入力側ギヤ１８２及び出力側ギヤ１８１が噛み合う部分における入力側ギヤ１８２のピッチ曲線半径ｒ１２に対する出力側ギヤ１８１のピッチ曲線半径ｒ１１の割合によって表される。非円形ギヤ１８０では、円形ギヤと異なり、各ギヤのピッチ曲線の形状は非円形である。ゆえに、各ギヤが噛み合う部分におけるピッチ曲線半径ｒ１２，ｒ１１は、各ギヤが回動することに伴い、変化し得る。例えば、図４における実線で示した状態において、各ギヤが噛み合う部分におけるピッチ曲線半径ｒ１２は、二点鎖線で示した状態と比較して、短い。一方、図４における実線で示した状態において、各ギヤが噛み合う部分におけるピッチ曲線半径ｒ１１は、二点鎖線で示した状態と比較して、長い。ゆえに、図４における実線で示した状態において、非円形ギヤ１８０の減速比は、二点鎖線で示した状態と比較して、大きい。
【００３２】
このように、非円形ギヤ１８０は、可変の減速比を有する。支持装置１０において、非円形ギヤ１８０の各ギヤは、リンク機構１５０の姿勢と対応する回動角を有する。以下では、非円形ギヤ１８０の各ギヤの回動角とリンク機構１５０の姿勢との対応関係の一例として、図２に示したように、出力側ギヤ１８１の回動角θ１１とリンク１４２及びリンク１４４の傾き角θ１０との和が９０°となるように構成される例について説明する。
【００３３】
［２−２．非円形ギヤの減速比］
続いて、図５〜図９を参照して、非円形ギヤ１８０の減速比について、詳細に説明する。本件発明者は、入力側ギヤ１８２の回動角に対する非円形ギヤ１８０の減速比の特性について創意工夫を重ね、結果、支持装置１０をより効果的に小型化することを可能とした。
【００３４】
出力側ギヤ１８１は、入力側ギヤ１８２の回動角θ１２と対応する回動角θ１１を有する。ゆえに、出力側ギヤ１８１の回動角θ１１と入力側ギヤ１８２の回動角θ１２との関係性は、関数ｆを用いて、下記式（２）によって表される。
【００３５】
【数２】
2017214953.tif 000004
【００３６】
式（２）における関数ｆは、出力側ギヤ１８１の回動角θ１１と入力側ギヤ１８２の回動角θ１２との関係性を規定する。ここで、非円形ギヤ１８０の減速比Ｎの特性は、回動角θ１１と回動角θ１２との関係性に依存する。ゆえに、回動角θ１と回動角θ２との関係性を規定することによって、減速比Ｎの特性を設定することができる。具体的には、関数ｆを適宜設定することによって、減速比Ｎが所望の特性を有するように、回動角θ１１と回動角θ１２との関係性を規定することができる。以下、式（２）における関数ｆとして、以下の式（３）によって表される関数ｆが適用される例について説明する。
【００３７】
【数３】
2017214953.tif 000005
【００３８】
式（３）によって表される関数ｆを適用することにより、式（２）は、以下の式（４）に変換される。
【００３９】
【数４】
2017214953.tif 000006
【００４０】
また、式（４）を変形すると、以下の式（５）が導出される。なお、式（５）におけるＫは、定数である。
【００４１】
【数５】
2017214953.tif 000007
【００４２】
式（５）における定数Ｋは、例えば、回動角θ１２に対応する回動角θ１１の取り得る範囲が所望の範囲となるように、設定され得る。一例として、以下において、回動角θ１２の取り得る範囲が０〜２πであり、このような回動角θ１２に対する回動角θ１１の取り得る範囲が０〜π／２となるように、定数Ｋが設定される場合について、説明する。
【００４３】
例えば、入力側ギヤ１８２の回動角θ１２が０のときにおける出力側ギヤ１８１の回動角θ１１を０とし、入力側ギヤ１８２の回動角θ１２が２πのときにおける出力側ギヤ１８１の回動角θ１１をπ／２とする。式（５）において、回動角θ１２及び回動角θ１１にそれぞれ２π及びπ／２を代入することにより、以下の式（６）が導出される。
【００４４】
【数６】
2017214953.tif 000008
【００４５】
また、式（６）を変形すると、以下の式（７）が導出される。
【００４６】
【数７】
2017214953.tif 000009
【００４７】
このように、定数Ｋは、例えば、１／２πに設定される。
【００４８】
ここで、図４において模式的に示した入力側ギヤ１８２及び出力側ギヤ１８１が噛み合う部分において、接線方向の速度は各ギヤについて互いに等しいので、以下の式（８）が成立する。
【００４９】
【数８】
2017214953.tif 000010
【００５０】
また、上述したように、入力側ギヤ１８２の回転中心Ｃ１２と、出力側ギヤ１８１の回転中心Ｃ１１との間の距離ｄは、一定の値をとり、以下の式（９）によって表される。
【００５１】
【数９】
2017214953.tif 000011
【００５２】
ここで、式（５）の両辺を時間微分することにより、以下の式（１０）が導出される。
【００５３】
【数１０】
2017214953.tif 000012
【００５４】
また、式（８）及び式（９）を連立して解き、ｒ１２を消去することにより、以下の式（１１）が導出される。
【００５５】
【数１１】
2017214953.tif 000013
【００５６】
2017214953.tif 000014
【００５７】
【数１２】
2017214953.tif 000015
【００５８】
また、式（９）に式（１２）を代入して解くことにより、以下の式（１３）が導出される。
【００５９】
【数１３】
2017214953.tif 000016
【００６０】
ゆえに、非円形ギヤ１８０の減速比Ｎは、以下の式（１４）によって表される。
【００６１】
【数１４】
2017214953.tif 000017
【００６２】
上述したように、ピッチ曲線半径ｒ１１及びピッチ曲線半径ｒ１２をそれぞれ表す式（１２）及び式（１３）は、出力側ギヤ１８１の回動角θ１１と入力側ギヤ１８２の回動角θ１２との関係性を表す式（５）に基づいて導出される。式（５）により表される出力側ギヤ１８１の回動角θ１１と入力側ギヤ１８２の回動角θ１２との関係性は、式（２）における関数ｆに依存する。ゆえに、非円形ギヤ１８０における減速比Ｎの特性は、式（２）における関数ｆに依存する。
【００６３】
ここで、式（１２）及び式（１３）によってそれぞれ表されるピッチ曲線半径ｒ１１及びピッチ曲線半径ｒ１２に対応する出力側ギヤ１８１及び入力側ギヤ１８２の具体的な形状について説明する。図５及び図６は、それぞれ出力側ギヤ１８１及び入力側ギヤ１８２の歯部の形状の一例を示す説明図である。図５及び図６では、距離ｄを７０［ｍｍ］とした場合におけるピッチ曲線半径ｒ１１及びピッチ曲線半径ｒ１２に対応するピッチ曲線がそれぞれ示されている。
【００６４】
非円形ギヤ１８０において、各ギヤは、回転中心まわりに回動可能に設けられる。各ギヤは、具体的には、回転軸を介して装置の他の部材に対して取り付けられる。ゆえに、各ギヤには、当該他の部材に対して取り付けるための取付け部が形成される。また、各ギヤの形状は、製造の容易化や、歯部の噛み合いの安定化の観点から、適宜設計され得る。このように適宜設計された各ギヤの形状を図７〜図９に示す。具体的には、図７及び図８は、それぞれ出力側ギヤ１８１及び入力側ギヤ１８２の取付け部を含む形状の一例を示す説明図である。なお、図７及び図８において、各ギヤの歯部は、ピッチ曲線によって表されている。また、図９は、一対の非円形ギヤ１８０の外観の概略図である。
【００６５】
［２−３．駆動モータの出力特性］
続いて、本技術における支持装置１０の駆動モータ１７０の出力特性について、詳細に説明する。
【００６６】
まず、駆動モータ１７０の出力トルクτｍの特性について、説明する。
【００６７】
支持装置１０において、各リンクについて生じる各軸部まわりのトルクτは、以下の式（１５）により表される。なお、傾き角θ１０は、０°から９０°までの値を取り得る。
【００６８】
【数１５】
2017214953.tif 000018
【００６９】
支持装置１０では、可変の減速比Ｎを有する一対の非円形ギヤ１８０が、変速機構として用いられているので、式（１５）により表されるトルクτを発生させるために必要な駆動モータ１７０の出力トルクτｍは、以下の式（１６）により表される。
【００７０】
【数１６】
2017214953.tif 000019
【００７１】
式（１５）によれば、トルクτは、傾き角θ１０が９０°に近づくほど、大きくなる。換言すると、リンク機構１５０へ伝達される動力のトルクの要求値は、リンク機構１５０が縮むほど、大きくなる。ここで、式（１６）に示したように、駆動モータ１７０の出力トルクτｍは、非円形ギヤ１８０の減速比Ｎに対して反比例する。また、式（１４）によれば、減速比Ｎは、出力側ギヤ１８１の回動角θ１１が０°に近づくほど、大きくなる。換言すると、減速比Ｎは、リンク機構１５０が縮むほど、大きくなる。ゆえに、リンク機構１５０が比較的縮んだ姿勢をとった場合であっても、駆動モータ１７０の出力トルクτｍが増大することを防止することができる。
【００７２】
続いて、図１０を参照して、駆動モータ１７０の回転数ｎの特性について、説明する。図１０は、駆動モータ１７０の回転数ｎと支持装置１０の鉛直方向についての伸縮速度との関係性について説明するための説明図である。図１０では、具体的には、リンク１４４が軸部１２４まわりに微小角度Δθ１０回動する様子が示されている。
【００７３】
駆動モータ１７０の１分間あたりの回転数を回転数ｎ［ｒｐｍ］とし、リンク１４４が軸部１２４まわりに１秒間において微小角度Δθ１０だけ回動したとすると、微小角度Δθ１０は、以下の式（１７）によって表される。
【００７４】
【数１７】
2017214953.tif 000020
【００７５】
ゆえに、リンク１４４の他端部Ｐ１０の１秒間における移動距離Δｄは、以下の式（１８）によって表される。
【００７６】
【数１８】
2017214953.tif 000021
【００７７】
よって、リンク１４４の他端部Ｐ１０の１秒間における移動距離Δｄの鉛直方向成分ｙ’は、以下の式（１９）によって表される。
【００７８】
【数１９】
2017214953.tif 000022
【００７９】
また、式（１９）を整理すると、以下の式（２０）が導出される。
【００８０】
【数２０】
2017214953.tif 000023
【００８１】
リンク機構１５０の伸縮方向は鉛直方向と略一致する。ゆえに、式（２０）における移動距離Δｄの鉛直方向成分ｙ’は、リンク機構１５０の伸縮速度と相関を有する。また、リンク機構１５０の伸縮速度の要求値は、リンク機構１５０が伸びるほど、大きくなるように設定される場合がある。ここで、式（２０）に示したように、駆動モータ１７０の回転数ｎは、非円形ギヤ１８０の減速比Ｎに対して比例する。また、式（１４）によれば、減速比Ｎは、出力側ギヤ１８１の回動角θ１１が９０°に近づくほど、小さくなる。換言すると、減速比Ｎは、リンク機構１５０が伸びるほど、小さくなる。ゆえに、リンク機構１５０が比較的伸びた姿勢をとった場合であっても、駆動モータ１７０の回転数ｎが増大することを防止することができる。
【００８２】
ここで、上述した非円形ギヤ１８０を変速機構として利用した支持装置１０における、駆動モータ１７０の出力特性について概念的に説明する。図１１は、上述した非円形ギヤ１８０を変速機構として利用した支持装置１０における、駆動モータ１７０の出力特性の一例を示す説明図である。図１１において、横軸は出力トルクτｍを示し、縦軸は回転数ｎを示す。図１１では、リンク機構１５０の各姿勢についての駆動モータ１７０の出力トルクτｍ及び回転数ｎのペアがドットによって模式的に示されている。
【００８３】
具体的には、図１１では、傾き角θ１０の各々についての駆動モータ１７０の出力トルクτｍ及び回転数ｎを、式（１６）及び式（２０）を用いて、算出した結果がドットによって示されている。駆動モータ１７０の出力特性の算出において、より具体的には、床反力Ｆを８．０［ｋｇｆ］とし、各リンクの長さＬを０．１２［ｍ］として計算を行った。また、駆動モータ１７０とリンク機構１５０との間に、さらに減速比が４である円形ギヤを設けた例について上記計算を行った。また、非円形ギヤ１８０において、出力側ギヤ１８１の回動可能な角度を０°〜略８０°としたので、非円形ギヤ１８０の減速比は、１〜２πの間の値を取り得る。また、上記円形ギヤ及び非円形ギヤ１８０における動力伝達効率を９０％として上記計算を行った。ゆえに、上記円形ギヤ及び非円形ギヤ１８０を１つの変速機構とした場合の当該変速機構の減速比は、３．２４〜２０．３６の間の値を取り得る。
【００８４】
本技術において、支持装置１０では、上述したように、駆動モータ１７０から出力される動力を、リンク機構１５０の姿勢に応じた減速比Ｎで、リンク機構１５０へ出力する一対の非円形ギヤ１８０が設けられる。それにより、リンク機構１５０が比較的縮んだ姿勢をとった場合であっても、駆動モータ１７０の出力トルクτｍが増大することを防止することができる。また、リンク機構１５０が比較的伸びた姿勢をとった場合であっても、駆動モータ１７０の回転数ｎが増大することを防止することができる。ゆえに、図１１に示したように、非円形ギヤ１８０を変速機構として利用した支持装置１０では、リンク機構１５０の各姿勢において、駆動モータ１７０の出力トルクτｍ及び回転数ｎのペアは、継続して出力可能な領域を示す連続運転可能エリアＤ１０内に収まる。なお、図１１〜図１３では、所定の出力トルクτｍ以下、かつ、所定の回転数ｎ以下の範囲を示す連続運転可能エリアＤ１０が破線により示されている。
【００８５】
一方、図１２及び図１３は、円形ギヤを変速機構として利用した参考例に係る支持装置における、駆動モータの出力特性の一例を示す説明図である。図１２及び図１３に示す参考例に係る支持装置では、非円形ギヤは利用されず、駆動モータから固定の減速比を有する円形ギヤを介してリンク機構へ動力が伝達される。具体的には、図１２では、減速比が２３．８である円形ギヤを利用した例が示されている。また、図１３では、減速比が４である円形ギヤを利用した例が示されている。
【００８６】
図１２に対応する例では、比較的高い減速比を有する円形ギヤが変速機構として利用されているので、リンク機構が比較的縮んだ姿勢をとった場合であっても、駆動モータの出力トルクτｍが増大することを防止することができる。しかしながら、図１２に示したように、リンク機構が比較的伸びた姿勢をとった場合に駆動モータの回転数が増大することにより、駆動モータの出力トルクτｍ及び回転数ｎのペアの一部が連続運転可能エリアＤ１０より高回転数側に位置している。
【００８７】
図１３に対応する例では、比較的低い減速比を有する円形ギヤが変速機構として利用されているので、リンク機構が比較的伸びた姿勢をとった場合であっても、駆動モータの回転数ｎが増大することを防止することができる。しかしながら、図１３に示したように、リンク機構が比較的縮んだ姿勢をとった場合に駆動モータの出力トルクが増大することにより、駆動モータの出力トルクτｍ及び回転数ｎのペアの一部が連続運転可能エリアＤ１０より高出力トルク側に位置している。
【００８８】
このように、本技術では、一対の非円形ギヤ１８０は、駆動モータ１７０から出力される動力を、リンク機構１５０の姿勢に応じた減速比で、リンク機構１５０へ出力する。非円形ギヤ１８０の減速比Ｎは、具体的には、リンク機構１５０の伸縮方向の長さが短いほど、大きくなるように設定される。それにより、支持装置１０において、リンク機構１５０へ伝達される動力の回転数及びトルクの要求値の特性に応じた減速比の変更を、構成部品点数が比較的少ない変速機構によって、実現可能である。ゆえに、装置をより効果的に小型化することが可能である。
【００８９】
続いて、リンク機構１５０の伸縮方向の長さと、駆動モータ１７０の回動角との関係性について説明する。上述したように、支持装置１０において、接続部１０４及び質量体１０２は、一体として、鉛直方向に移動可能である。質量体１０２は、例えば、図２に示したように、一定の距離Ｌｓｆｉｘをあけて軸部１２２より鉛直上方に位置する。この場合、支持装置１０における床と当接する部分であるリンク１４４の他端部Ｐ１０から質量体１０２までの鉛直方向の距離ｈは、以下の式（２１）によって表される。
【００９０】
【数２１】
2017214953.tif 000024
【００９１】
上述したように、出力側ギヤ１８１の回動角θ１１とリンク１４２及びリンク１４４の傾き角θ１０との和は９０°となるので、式（５）及び式（２１）から以下の式（２２）が導出される。
【００９２】
【数２２】
2017214953.tif 000025
【００９３】
また、式（２２）に式（７）を代入することにより、以下の式（２３）が導出される。
【００９４】
【数２３】
2017214953.tif 000026
【００９５】
ここで、入力側ギヤ１８２と駆動モータ１７０の回転軸は、直接的に連結されてもよく、１以上の円形ギヤを介して接続されてもよい。換言すると、駆動モータ１７０の回動角は、入力側ギヤ１８２の回動角θ１２と相関を有してもよい。式（２３）によれば、支持装置１０における床と当接する部分であるリンク１４４の他端部Ｐ１０から質量体１０２までの鉛直方向の距離ｈは、入力側ギヤ１８２の回動角θ１２に対して線形性を有する。上述したように、リンク機構１５０は、軸部１２２がリンク１４４の他端部Ｐ１０に対して鉛直方向上方に位置するように、伸縮可能に構成される。ゆえに、式（２３）における距離ｈは、リンク機構１５０の伸縮方向の長さと相関を有する。
【００９６】
ここで、駆動モータから出力される動力を伝達することによって、当該動力に応じて伸縮可能なリンク機構を備える支持装置に関する分野では、支持装置の駆動制御における計算量を軽減することが望ましいと考えられる。具体的には、支持装置に関する分野では、駆動モータの制御において、リンク機構の伸縮方向の長さや当該長さと相関を有する値を駆動モータの回動角によって表現する場合がある。ゆえに、リンク機構の伸縮方向の長さが、駆動モータの回動角に対して非線形性を有する場合、駆動モータの制御において、計算量が増大し得る。
【００９７】
本技術によれば、上述したように、リンク機構１５０の伸縮方向の長さは、駆動モータ１７０の回動角に対して線形性を有してもよい。それにより、支持装置１０における駆動モータ１７０の制御に関する数式をより簡易化することができる。ゆえに、支持装置１０の駆動制御における計算量を軽減することができる。
【００９８】
＜３．実施形態に係る支持装置＞
続いて、図１４〜図２０を参照して、本開示の実施形態に係る支持装置１について説明する。
【００９９】
［３−１．支持装置の全体構成］
まず、図１４及び図１５を参照して、支持装置１の全体構成について説明する。図１４は、本実施形態に係る支持装置１の全体構成の一例を示す模式図である。図１５は、本実施形態に係る支持装置１の概略構成の一例を示す模式図である。
【０１００】
本実施形態に係る支持装置１は、例えば、脚式ロボットとして利用され得る。具体的には、図１４では、ロボット本体を支持する支持装置１が示されている。支持装置１と当該ロボット本体との関係性は、図２を参照して説明した支持装置１０と質量体１０２との関係性に相当する。図１４では、ロボット本体において、支持装置１が取り付けられる取付け部分１２が示されている。
【０１０１】
支持装置１は、リンク機構５０と、駆動モータ７０と、一対の非円形ギヤ８０と、を備える。リンク機構５０は、駆動モータ７０から出力される動力を伝達することによって、当該動力に応じて伸縮可能に構成される。支持装置１には、図示しない制御装置が備えられ、例えば、当該制御装置から出力される動作指示に基づいて、駆動モータ７０の駆動が制御されるように構成され得る。支持装置１では、図３を参照して説明した支持装置１０における動力の伝達経路と同様に、駆動モータ７０から出力される動力は、一対の非円形ギヤ８０を介して、リンク機構５０へ出力される。
【０１０２】
一対の非円形ギヤ８０は、駆動モータ７０から出力される動力を、リンク機構５０の姿勢に応じた減速比で、リンク機構５０へ出力する変速機構としての一対の回動体の一例である。一対の非円形ギヤ８０は、入力側ギヤ８２と、出力側ギヤ８１と、を備える。入力側ギヤ８２と駆動モータ７０の回転軸は、直接的に連結されてもよく、１以上の円形ギヤを介して接続されてもよい。一対の非円形ギヤ８０において、具体的には、出力側ギヤ８１の回動角θ１が入力側ギヤ８２の回動角θ２に対して非線形性を有することにより、リンク機構５０の姿勢に応じた減速比の変更を実現することができる。このような非円形ギヤ８０の減速比の特性の詳細については、後述する。なお、以下では、一対の非円形ギヤ８０を、単に非円形ギヤ８０とも称する。
【０１０３】
リンク機構５０は、複数のリンクによって構成される。具体的には、リンク機構５０は、図１４に示したように、リンク４１と、出力側ギヤ８１の一部であるリンク４２と、リンク４４と、リンク４６と、リンク４７と、リンク４８と、を含む。
【０１０４】
本実施形態に係るリンク機構５０の少なくとも一部は、台形リンク機構５２を形成する。例えば、支持装置１において、リンク４１と、リンク４２と、リンク４４と、リンク４６と、によって、台形リンク機構５２が構成される。台形リンク機構５２は、対向するリンクのリンク長を異ならせた４節リンク機構である。リンク４２は、本開示に係る第１のリンクに相当する。また、リンク４６は、本開示に係る第２のリンクに相当する。また、リンク４１及びリンク４４は、それぞれ本開示に係る第３のリンク及び第４のリンクに相当する。本実施形態に係る支持装置１によれば、リンク機構５０の少なくとも一部により台形リンク機構５２が形成されることによって、支持装置１の姿勢が制限されることを抑制することができる。なお、このような台形リンク機構５２の詳細については、後述する。
【０１０５】
リンク４１には、一対の非円形ギヤ８０及び駆動モータ７０が設けられる。具体的には、リンク４１の一端側に入力側ギヤ８２及び駆動モータ７０が設けられる。また、リンク４１の延在方向について入力側ギヤ８２より中央側に出力側ギヤ８１が設けられる。入力側ギヤ８２及び出力側ギヤ８１は、各々の回転軸を介してリンク４１と接続され、リンク４１に対して相対的に回動自在である。駆動モータ７０は、例えば、リンク４１に対して固定される。また、一対の非円形ギヤ８０の各々の回転軸の、リンク４１に対する相対的な位置は、固定される。具体的には、入力側ギヤ８２の回転軸２２及び出力側ギヤ８１の回転軸２１の、リンク４１に対する相対的な位置は、固定される。
【０１０６】
リンク４１は、一端側において、ロボット本体の取付け部分１２に対して相対的に回転自在に取り付けられる。具体的には、リンク４１は、ロボット本体の取付け部分１２に対して相対的に入力側ギヤ８２の回転軸２２まわりに回動自在である。また、リンク４１は、他端側において、リンク４６の中央側及びリンク４７の一端側とそれぞれ軸部２８及び軸部３０を介して接続され、リンク４６及びリンク４７に対して相対的にそれぞれ軸部２８まわり及び軸部３０まわりに回動自在である。軸部３０は、リンク４１の延在方向について軸部２８より中央側に位置する。
【０１０７】
リンク４２は、一対の非円形ギヤ８０を介して入力される動力によって回動可能な入力側の第１のリンクに相当する。例えば、本実施形態では、リンク４２は、出力側ギヤ８１の一部によって構成される。出力側ギヤ８１には、具体的には、入力側ギヤ８２の歯部と噛み合う歯部８１ａと、回転軸２１を介してリンク４１に対して接続される取付け部８１ｂと、径方向へ突出する突出部８１ｃが設けられる。突出部８１ｃは、出力側ギヤ８１の周方向について歯部８１ａが設けられる箇所と異なる箇所に設けられ、先端側において、リンク４４の一端側と軸部２４を介して接続される。リンク４２は、取付け部８１ｂと、突出部８１ｃとによって、構成され得る。このように、リンク４２は、出力側ギヤ８１と一体として回動可能であってもよい。また、リンク４２は、リンク４４に対して相対的に軸部２４まわりに回動可能である。なお、リンク４２は、出力側ギヤ８１の一部によって構成されなくともよい。また、リンク４２は、複数の部材によって構成されてもよい。
【０１０８】
リンク４６は、リンク４２と対向配置されリンク４２の回動に応じて回動可能な出力側の第２のリンクに相当する。リンク４６は、一端側において、リンク４４の他端側と軸部２６を介して接続され、リンク４４に対して相対的に軸部２６まわりに回動自在である。また、リンク４６は、他端側において、リンク４８の中央側と軸部３４を介して接続され、リンク４８に対して相対的に軸部３４まわりに回動自在である。
【０１０９】
以上説明したように、リンク４１及びリンク４４は、リンク４２とリンク４６とを回動自在に連結し互いに対向する第３のリンク及び第４のリンクにそれぞれ相当する。
【０１１０】
リンク４７は、他端側において、リンク４８の一端側と軸部３２を介して接続され、リンク４８に対して相対的に軸部３２まわりに回動自在である。また、リンク４８の他端部Ｐ１は、床に当接する。
【０１１１】
本実施形態では、リンク４１と、リンク４６と、リンク４７と、リンク４８と、によって、平行リンク機構が構成される。具体的には、当該平行リンク機構において、互いに対向するリンク４１及びリンク４８のリンク長さは略一致する。具体的には、軸部３０と軸部２８との間の距離及び軸部３２と軸部３４との間の距離は略一致する。また、当該平行リンク機構において、互いに対向するリンク４６及びリンク４７のリンク長さは略一致する。具体的には、軸部２８と軸部３４との間の距離及び軸部３０と軸部３２との間の距離は略一致する。
【０１１２】
図１５では、図１４に示した支持装置１の構成がより概略的に示されている。なお、図１５において、ロボット本体の取付け部分１２、入力側ギヤ８２、出力側ギヤ８１の一部、及びリンク４７について、図示は省略されている。図１４及び図１５に示した支持装置１によれば、駆動モータ７０から出力されるトルクがリンク機構５０に伝達されることによって、床反力Ｆが発生する。具体的には、リンク４８の他端部Ｐ１にロボット本体の質量によって発生する重力の少なくとも一部と等しい大きさの床反力Ｆが作用する。それにより、ロボット本体の質量の少なくとも一部を支持することができる。また、リンク機構５０の姿勢は、各リンクにおいて、付与されるモーメントの釣り合いが保たれる姿勢に維持される。
【０１１３】
ここで、リンク４１における回転軸２２と軸部２８との間の距離、リンク４６における軸部２８と軸部３４との間の距離、及びリンク４８における軸部３４と他端部Ｐ１との間の距離は、互いに等しいリンク長Ｌを有する。また、リンク機構５０は、回転軸２２がリンク４８の他端部Ｐ１に対して鉛直方向上方に位置するように、伸縮可能に構成される。また、支持装置１では、図１４を参照して説明したように、リンク４１と、リンク４６と、リンク４７と、リンク４８と、によって、平行リンク機構が構成される。ゆえに、図１５に示したように、リンク４１とリンク４６のなす角及びリンク４６とリンク４８のなす角の角度は、互いに等しい大きさの開き角θ０となる。また、支持装置１における床と当接する部分であるリンク４８の他端部Ｐ１から回転軸２２までの鉛直方向の距離ｈは、以下の式（２４）によって表される。なお、開き角θ０は、０°から１８０°までの値を取り得る。
【０１１４】
【数２４】
2017214953.tif 000027
【０１１５】
上述したように、リンク４１は、ロボット本体の取付け部分１２に対して相対的に回転自在に取り付けられ、かつ、回転軸２２まわりに回動自在である。また、リンク機構５０は、回転軸２２がリンク４８の他端部Ｐ１に対して鉛直方向上方に位置するように、伸縮可能に構成される。ゆえに、式（２４）により表される距離ｈは、リンク機構５０の伸縮方向の長さに相当する。
【０１１６】
［３−２．台形リンク機構］
続いて、図１６及び図１７を参照して、本実施形態に係る台形リンク機構５２の詳細について説明する。図１６は、本実施形態に係る台形リンク機構５２の一例を示す模式図である。図１６に示したように、台形リンク機構５２において、回転軸２１と軸部２４との間の距離がリンク４２に対応する第１のリンクのリンク長ａに相当し、軸部２４と軸部２６との間の距離がリンク４４に対応する第４のリンクのリンク長ｂに相当し、回転軸２１と軸部２８との間の距離がリンク４１に対応する第３のリンクのリンク長ｃに相当し、軸部２６と軸部２８との間の距離がリンク４６に対応する第２のリンクのリンク長ａに相当する。
【０１１７】
以下では、図１６に示すように、軸部２４と軸部２８との間の距離を長さｅとし、軸部２４と軸部２８とを結ぶ直線とリンク４１とのなす角の角度を角φ１とし、軸部２４と軸部２８とを結ぶ直線とリンク４６とのなす角の角度を角φ２として、説明する。ゆえに、図１５を参照して説明した開き角θ０は、図１６に示すように、１８０°から角φ１及び角φ２を減算して得られる角度となる。また、以下では、図１６に示すように、リンク４２とリンク４１のなす角の角度を出力側ギヤ８１の回動角θ１として、説明する。
【０１１８】
ここで、余弦定理によれば、長さｅ、角φ１、及び角φ２は、それぞれ以下の式（２５）〜式（２７）によって表される。
【０１１９】
【数２５】
2017214953.tif 000028
【０１２０】
また、開き角θ０は、以下の式（２８）によって表される。
【０１２１】
【数２６】
2017214953.tif 000029
【０１２２】
ゆえに、式（２８）に式（２５）〜式（２７）を代入することによって、以下の式（２９）が導出される。
【数２７】
2017214953.tif 000030
【０１２３】
式（２９）は、開き角θ０と出力側ギヤ８１の回動角θ１との関係性を表す。例えば、式（２９）によれば、長さａ，ｂ，ｃ，ｄとして、それぞれ９５［ｍｍ］，２００［ｍｍ］，６３［ｍｍ］，２００［ｍｍ］を適用した場合、開き角θ０と回動角θ１の関係性は、図１７に示したグラフによって表される。なお、図１７では、開き角θ０及び回動角θ１の値はラジアン単位により表現されている。以下、長さａ，ｂ，ｃ，ｄとして、それぞれ９５［ｍｍ］，２００［ｍｍ］，６３［ｍｍ］，２００［ｍｍ］を適用した例について説明する。
【０１２４】
図１７によれば、回動角θ１を所定の増減幅の角度分だけ増減させた場合における開き角θ０の増減幅は、回動角θ１についての当該所定の増減幅と比較して、大きい。換言すると、回動角θ１についての所定の角度範囲に対応する開き角θ０の角度範囲は、回動角θ１についての当該所定の角度範囲と比較して大きい。このように、開き角θ０の取り得る範囲は、回動角θ１の取り得る範囲と比較して大きくなるように設定されてもよい。開き角θ０の取り得る範囲と回動角θ１の取り得る範囲との関係性は、具体的には、長さａ，ｂ，ｃ，ｄの値を適宜設定することによって、規定され得る。
【０１２５】
このように、本実施形態では、リンク機構５０の少なくとも一部が台形リンク機構５２を形成することによって、リンク機構５０における開き角θ０の取り得る範囲を、出力側ギヤ８１の回動角θ１の取り得る範囲と比較して、大きくすることができる。それにより、リンク機構５０の可動域を拡大することができるので、支持装置１の姿勢が制限されることを抑制することができる。なお、開き角θ０及び回動角θ１のそれぞれの取り得る範囲の具体例については、後述する。
【０１２６】
ここで、開き角θ０の取り得る範囲はリンク４６の回動可能な角度に対応し、回動角θ１の取り得る範囲はリンク４２の回動可能な角度に対応する。また、リンク４６及びリンク４２は、それぞれ第２のリンク及び第１のリンクに相当する。ゆえに、第２のリンクの回動可能な角度は、第１のリンクの回動可能な角度と比較して、大きくなるように設定されてもよい。
【０１２７】
［３−３．非円形ギヤの減速比］
続いて、図１８〜図２０を参照して、非円形ギヤ８０の減速比について、詳細に説明する。
【０１２８】
ここで、数式の取り扱いを容易化するために、式（２９）の右辺を回動角θ１に関する３次式として近似すると、開き角θ０は、以下の式（３０）によって表される。なお、式（３０）において、ｔ、ｕ、ｖ、及びｗは、定数である。定数ｔ，ｕ，ｖ，ｗの値は、具体的には、上述した長さａ，ｂ，ｃ，ｄの値に応じて設定される。
【０１２９】
【数２８】
2017214953.tif 000031
【０１３０】
上述したように、非円形ギヤ８０の減速比Ｎの特性は、回動角θ１と回動角θ２との関係性に依存する。ゆえに、回動角θ１と回動角θ２との関係性を規定することによって、減速比Ｎの特性を設定することができる。具体的には、式（２４）及び式（３０）を適宜利用することによって、減速比Ｎが所望の特性を有するように、回動角θ１と回動角θ２との関係性を規定することができる。以下、減速比Ｎが所望の特性を有するように、式（２４）及び式（３０）を利用して、回動角θ１と回動角θ２との関係性を規定する例について説明する。
【０１３１】
ここで、ｈ／Ｌと回動角θ２との関係性として、例えば、以下の式（３１）で表される関係性を適用する。なお、式（３１）において、ｋ及びｂは、定数である。
【０１３２】
【数２９】
2017214953.tif 000032
【０１３３】
この場合、式（２４）及び式（３１）から以下の式（３２）が導出される。
【０１３４】
【数３０】
2017214953.tif 000033
【０１３５】
ここで、式（３２）に式（３０）を代入することにより、以下の式（３３）が導出される。
【０１３６】
【数３１】
2017214953.tif 000034
【０１３７】
式（３３）は、出力側ギヤ８１の回動角θ１と入力側ギヤ８２の回動角θ２との関係性を表す。式（３３）の両辺を時間微分すると、以下の式（３４）が導出される。
【０１３８】
【数３２】
2017214953.tif 000035
【０１３９】
ここで、以下の式（３５）及び式（３６）に示すように、α及びβを定義する。
【０１４０】
【数３３】
2017214953.tif 000036
【０１４１】
式（３５）及び式（３６）を式（３４）に代入することにより、以下の式（３７）が導出される。
【０１４２】
【数３４】
2017214953.tif 000037
【０１４３】
ここで、以下の式（３８）に示すように、εを定義する。
【０１４４】
【数３５】
2017214953.tif 000038
【０１４５】
式（３８）を式（３７）に代入することにより、以下の式（３９）が導出される。
【０１４６】
【数３６】
2017214953.tif 000039
【０１４７】
ところで、本実施形態に係る非円形ギヤ８０において、回動角θ１及び回動角θ２について、上述した式（１１）と同様に、以下の式（４０）が成立する。なお、以下では、ｒ１を出力側ギヤ８１のピッチ曲線半径とし、ｒ２を入力側ギヤ８２のピッチ曲線半径とし、ｄを入力側ギヤ８２及び出力側ギヤ８１の各々の回転中心の間の距離として、説明する。
【０１４８】
【数３７】
2017214953.tif 000040
【０１４９】
2017214953.tif 000041
【０１５０】
【数３８】
2017214953.tif 000042
【０１５１】
また、出力側ギヤ８１のピッチ曲線半径ｒ１と入力側ギヤ８２のピッチ曲線半径ｒ２との和は、入力側ギヤ８２及び出力側ギヤ８１の各々の回転中心の間の距離ｄと等しい。ゆえに、式（４１）から以下の式（４２）が導出される。
【０１５２】
【数３９】
2017214953.tif 000043
【０１５３】
ゆえに、非円形ギヤ８０の減速比Ｎは、以下の式（４３）によって表される。
【０１５４】
【数４０】
2017214953.tif 000044
【０１５５】
上述したように、出力側ギヤ８１の回動角θ１と入力側ギヤ８２の回動角θ２との関係性は、式（３３）によって表される。そして、回動角θ１と回動角θ２との関係性に応じた特性を有する減速比Ｎは、式（４３）によって表される。式（３３）によれば、回動角θ１と回動角θ２との関係性は、具体的には、定数ｋ及びｂの設定値に依存する。
【０１５６】
式（３３）における定数ｋ及びｂは、例えば、回動角θ２に対応する開き角θ０の取り得る範囲が所望の範囲となるように、設定され得る。一例として、以下において、回動角θ２の取り得る範囲が０°〜３６０°であり、このような回動角θ２に対する開き角θ０の取り得る範囲が２４．８°〜１６１．０°となるように、定数ｋ及びｂが設定される場合について、説明する。
【０１５７】
例えば、開き角θ０が２４．８°のときにおける回動角θ２を０°とする。それにより、開き角θ０及び回動角θ２のこのような関係及び式（３２）に基づいて、定数ｂは、１．１７１に設定される。一方、回動角θ０が１６１．０°のときにおける回動角θ２を３６０°とする。それにより、開き角θ０及び回動角θ２のこのような関係及び式（３２）に基づいて、定数ｋは、０．２８５に設定される。
【０１５８】
また、式（４１）及び式（４２）のそれぞれに定数ｋ及び距離ｄの値を代入して得られる式を利用することによって、回動角θ１及び回動角θ２に対するピッチ曲線半径ｒ１及びピッチ曲線半径ｒ２をそれぞれ算出することが可能となる。ここで、距離ｄを７０［ｍｍ］とした場合において、このように算出されたピッチ曲線半径ｒ１及びピッチ曲線半径ｒ２に対応する出力側ギヤ８１及び入力側ギヤ８２の形状の具体例を図１８及び図１９に示す。図１８及び図１９は、具体的には、それぞれ出力側ギヤ８１及び入力側ギヤ８２の取付け部を含む形状の一例を示す説明図である。なお、図１８及び図１９において、各ギヤの歯部は、ピッチ曲線によって表されている。
【０１５９】
上述したように、非円形ギヤ８０の各ギヤには、他の部材に対して取り付けるための取付け部が形成される。具体的には、出力側ギヤ８１及び入力側ギヤ８２には、図１４に示したリンク４１に取り付けるための取り付け部が形成される。また、各ギヤの形状は、製造の容易化や、歯部の噛み合いの安定化の観点から、適宜設計され得る。図１８及び図１９では、より具体的には、このように適宜設計された各ギヤの形状が示されている。
【０１６０】
また、開き角θ０の各々についての非円形ギヤ８０の減速比Ｎは、式（３０）、式（３５）、式（３６）、式（３８）、及び式（４３）に基づいて、算出可能である。具体的には、開き角θ０が２４．８°である場合において、上記の各式に基づいて算出される減速比Ｎは、６．１２となり、開き角θ０が１６１．０°である場合において、上記の各式に基づいて算出される減速比Ｎは、２．８となる。
【０１６１】
上記の各式によれば、本実施形態に係る非円形ギヤ８０の減速比Ｎは、具体的には、開き角θ０が１２．４°に近づくほど、大きくなる。換言すると、減速比Ｎは、リンク機構５０が縮むほど、大きくなる。ゆえに、リンク機構５０が比較的縮んだ姿勢をとった場合であっても、駆動モータ７０の出力トルクが増大することを防止することができる。また、非円形ギヤ８０の減速比Ｎは、開き角θ０が１６１．０°に近づくほど、小さくなる。換言すると、減速比Ｎは、リンク機構５０が伸びるほど、小さくなる。ゆえに、リンク機構５０が比較的伸びた姿勢をとった場合であっても、駆動モータ７０の回転数が増大することを防止することができる。
【０１６２】
このように、本実施形態に係る非円形ギヤ８０の減速比Ｎは、リンク機構５０の伸縮方向の長さが短いほど、大きくなるように設定される。それにより、支持装置１において、リンク機構５０へ伝達される動力の回転数及びトルクの要求値の特性に応じた減速比の変更を、構成部品点数が比較的少ない変速機構によって、実現可能である。ゆえに、装置をより効果的に小型化することが可能である。
【０１６３】
ここで、開き角θ０の各々についての回動角θ１の値は、式（３０）に基づいて、算出可能である。具体的には、開き角θ０が２４．８°である場合において、式（３０）に基づいて算出される回動角θ１は、４９°となり、開き角θ０が１６１．０°である場合において、式（３０）に基づいて算出される回動角θ１は、１２２°となる。このように、本実施形態では、リンク機構５０の少なくとも一部が台形リンク機構５２を形成することによって、リンク機構５０における開き角θ０の取り得る範囲を、出力側ギヤ８１の回動角θ１の取り得る範囲と比較して、大きくすることができる。それにより、リンク機構５０の可動域を拡大することができるので、支持装置１の姿勢が制限されることを抑制することができる。
【０１６４】
また、台形リンク機構５２では、図１６に示したように、一対の非円形ギヤ８０を介して入力される動力によって回動可能な入力側の第１のリンクに相当するリンク４２のリンク長ａは、リンク４２と対向配置されリンク４２の回動に応じて回動可能な出力側の第２のリンクに相当するリンク４６のリンク長ｃと比較して、長くてもよい。それにより、台形リンク機構５２は、入力される動力の回転数を減速して出力側へ出力する変速機構としての機能を有し得る。
【０１６５】
上記で説明したように、減速比Ｎは、具体的には、リンク機構５０が伸びるほど、小さくなる。ゆえに、図１９に示したように、入力側ギヤ８２の回動角θ２が大きいほど、入力側ギヤ８２のピッチ曲線半径ｒ２は大きくなり得る。それにより、回動角θ２が比較的小さい場合と大きい場合との、ピッチ曲線半径ｒ２の差が生じ得る。このようなピッチ曲線半径ｒ２の差が比較的大きい場合、入力側ギヤ８２の製造が困難となり得る。また、そのような場合には、非円形ギヤ８０における各ギヤの歯部の噛み合いが不安定になり得る。
【０１６６】
本実施形態に係る台形リンク機構５２は、上述したように、入力される動力の回転数を減速して出力側へ出力する変速機構としての機能を有し得る。それにより、回動角θ２が比較的大きい場合におけるピッチ曲線半径ｒ２を小さくすることができる。ゆえに、回動角θ２が比較的小さい場合と大きい場合との、ピッチ曲線半径ｒ２の差を小さくすることができるので、入力側ギヤ８２の形状を真円に近づけることができる。よって、非円形ギヤ８０における、製造の容易化及び各ギヤの歯部の噛み合いの安定化を実現することができる。
【０１６７】
また、上述したように、入力側ギヤ８２と駆動モータ７０の回転軸は、直接的に連結されてもよく、１以上の円形ギヤを介して接続されてもよい。換言すると、駆動モータ７０の回動角は、入力側ギヤ８２の回動角θ２と相関を有してもよい。式（３１）によれば、支持装置１における床と当接する部分であるリンク４８の他端部Ｐ１から回転軸２２までの鉛直方向の距離ｈは、入力側ギヤ８２の回動角θ２に対して線形性を有する。また、距離ｈは、上述したように、リンク機構５０の伸縮方向の長さに相当する。図２０は、回動角θ２とリンク機構５０の伸縮方向の長さに相当する距離ｈとの関係性の一例を示す説明図である。
【０１６８】
このように、リンク機構５０の伸縮方向の長さは、駆動モータ７０の回動角に対して線形性を有してもよい。それにより、支持装置１における駆動モータ７０の制御に関する数式をより簡易化することができる。ゆえに、支持装置１の駆動制御における計算量を軽減することができる。
【０１６９】
＜４．まとめ＞
以上説明したように、本開示の実施形態によれば、一対の非円形ギヤ８０は、駆動モータ７０から出力される動力を、リンク機構５０の姿勢に応じた減速比で、リンク機構５０へ出力する。非円形ギヤ８０の減速比は、具体的には、リンク機構５０の伸縮方向の長さが短いほど、大きくなるように設定される。それにより、支持装置１において、リンク機構５０へ伝達される動力の回転数及びトルクの要求値の特性に応じた減速比の変更を、構成部品点数が比較的少ない変速機構によって、実現可能である。ゆえに、装置をより効果的に小型化することが可能である。
【０１７０】
また、本実施形態では、リンク機構５０の少なくとも一部が台形リンク機構５２を形成することによって、リンク機構５０における開き角θ０の取り得る範囲を、出力側ギヤ８１の回動角θ１の取り得る範囲と比較して、大きくすることができる。それにより、リンク機構５０の可動域を拡大することができるので、支持装置１の姿勢が制限されることを抑制することができる。
【０１７１】
なお、上述では、支持装置に設けられる一対の回動体として、一対の非円形ギヤが適用された例について説明したが、本開示の技術的範囲は係る例に限定されない。一対の回動体は、駆動モータから出力される動力を、リンク機構の姿勢に応じた減速比で、リンク機構へ出力する変速機構としての機能を有していればよく、例えば、一対のプーリであってもよい。その場合、一対のプーリの間には、当該一対のプーリの間で動力を伝達するベルト又はチェーン等の動力伝達部材が巻き掛けられる。また、当該一対のプーリの減速比は、駆動モータ側から動力が入力される入力側の回動体である入力側プーリの半径に対する出力側の回動体である出力側プーリの半径の割合によって表される。
【０１７２】
なお、上述では、図１４を参照して、本実施形態に係る支持装置１の構成の一例について説明したが、支持装置１の構成は、係る例に特に限定されない。例えば、リンク機構における台形リンク機構の数及び配置は、特に限定されない。また、リンク機構において、１以上の平行リンク機構が適宜形成されてもよい。その場合、リンク機構における平行リンクの数及び配置は、特に限定されない。
【０１７３】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲は係る例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１７４】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【０１７５】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
駆動モータと、
前記駆動モータから出力される動力を伝達することによって、前記動力に応じて伸縮可能なリンク機構と、
前記動力を、前記リンク機構の姿勢に応じた減速比で、前記リンク機構へ出力する変速機構としての一対の回動体と、
を備え、
前記リンク機構の少なくとも一部は、台形リンク機構を形成する、
支持装置。
（２）
前記減速比は、前記リンク機構の伸縮方向の長さが短いほど、大きくなるように設定される、前記（１）に記載の支持装置。
（３）
前記リンク機構の伸縮方向の長さは、前記駆動モータの回動角に対して線形性を有する、前記（１）又は（２）に記載の支持装置。
（４）
前記台形リンク機構は、前記一対の回動体を介して入力される前記動力によって回動可能な入力側の第１のリンクと、前記第１のリンクと対向配置され前記第１のリンクの回動に応じて回動可能な出力側の第２のリンクと、前記第１のリンクと前記第２のリンクとを回動自在に連結し互いに対向する第３のリンク及び第４のリンクと、によって構成される、前記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の支持装置。
（５）
前記第２のリンクの回動可能な角度は、前記第１のリンクの回動可能な角度と比較して、大きくなるように設定される、前記（４）に記載の支持装置。
（６）
前記一対の回動体の各々の回転軸の、前記第３のリンクに対する相対的な位置は、固定され、
前記第１のリンクは、前記一対の回動体における出力側の回動体と一体として回動可能である、
前記（４）又は（５）に記載の支持装置。
（７）
前記一対の回動体において、出力側の回動体の回動角は、前記動力が入力される入力側の回動体の回動角に対して、非線形性を有する、前記（１）〜（６）のいずれか一項に記載の支持装置。
（８）
前記一対の回動体は、一対の平歯車である、前記（１）〜（７）のいずれか一項に記載の支持装置。
（９）
前記一対の回動体は、一対のプーリである、前記（１）〜（７）のいずれか一項に記載の支持装置。
【符号の説明】
【０１７６】
１，１０，９０  支持装置
２１，２２  回転軸
２４，２６，２８，３０，３２，３４  軸部
４１，４２，４４，４６，４７，４８  リンク
５０  リンク機構
５２  台形リンク機構
７０  駆動モータ
８０  一対の非円形ギヤ
８１  出力側ギヤ
８２  入力側ギヤ
１０２  質量体
１０４  接続部
１２２，１２４  軸部
１４２，１４４  リンク
１５０  リンク機構
１７０  駆動モータ
１８０  一対の非円形ギヤ
１８１  出力側ギヤ
１８２  入力側ギヤ
９０２  質量体
９２２，９２４  軸部
９４２，９４４  リンク
９５０  リンク機構
【図１】
2017214953.tif 000045
【図２】
2017214953.tif 000046
【図３】
2017214953.tif 000047
【図４】
2017214953.tif 000048
【図５】
2017214953.tif 000049
【図６】
2017214953.tif 000050
【図７】
2017214953.tif 000051
【図８】
2017214953.tif 000052
【図９】
2017214953.tif 000053
【図１０】
2017214953.tif 000054
【図１１】
2017214953.tif 000055
【図１２】
2017214953.tif 000056
【図１３】
2017214953.tif 000057
【図１４】
2017214953.tif 000058
【図１５】
2017214953.tif 000059
【図１６】
2017214953.tif 000060
【図１７】
2017214953.tif 000061
【図１８】
2017214953.tif 000062
【図１９】
2017214953.tif 000063
【図２０】
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