CN107107334A - 机械臂机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在可动范围内能够从构造上消除或减少奇点姿势的机械臂机构。机械臂机构具有多个关节部J1‑J6。多个关节部中，第1关节部J1是以第1轴RA1为中心的旋转关节，第2关节部J2是以第2轴RA2为中心的旋转关节，第3关节部J3是以第3轴RA3为中心的直动关节。第2轴RA2相对于第1轴RA1垂直设置，且配置在与第1轴RA1隔开第1距离L1的位置。第3轴RA3相对于第2轴RA2垂直设置，且配置在与第2轴RA2隔开第2距离L2的位置。

Description

机械臂机构

技术领域

本发明的实施方式涉及一种机械臂机构。

背景技术

图14中表示以往的垂直多关节部臂机构。垂直多关节部臂机构针对位置要求3自由度(x、y、z)、针对姿势要求3自由度(φ、θ、ψ)，通常是利用被称为根部3轴的旋转关节部J1、J2、J3及被称为腕部3轴的旋转关节部J4、J5、J6而实现。例如关节部J1、J4、J6应用扭转关节部，关节部J2、J3、J5应用弯曲关节部。

这种多关节臂机构中，即便在可动范围内也存在无数奇点姿势，失去某个特定方向的自由度。奇点姿势下，正交坐标与关节部角度的组之间的坐标转换运算存在无数个解(满足某个坐标位置的关节部角度的组)而无法控制，且关节部要求无限大的角速度，奇点附近关节部的活动急速加快而产生「失控」。因此，现状的应对方法为避开奇点使用、或者牺牲末端移动速度等。作为奇点，例如如图15(a)所示，通过将弯曲关节部J2、J3、J5全部设为零度而扭转关节部J1、J4、J6的旋转轴RA1、RA4、RA6变得同轴，在该被称为腕部奇点的状况下，无法明确地决定这些扭转关节部J1、J4、J6的旋转角。这种情形在至少2个扭转关节部变得同轴的状况下同样会发生。作为其他奇点姿势，已知有：如图15(b)所示，腕部3轴的关节部J4、J5、J6的旋转轴RA4、RA5、RA6的交点位于形成臂基部的扭转关节部J1的旋转轴RA1上的所谓肩奇点；如图15(c)所示，腕部3轴的关节部J4、J5、J6的旋转轴RA4、RA5、RA6的交点位于包含根部3轴的弯曲关节部J2、J3的旋转轴RA2、RA3的平面上的所谓肘奇点等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在可动范围内能够从构造上消除或减少奇点姿势的机械臂机构。

本实施方式所涉及的机械臂机构具有多个关节部。多个关节部中，第1关节部是以第1轴为中心的旋转关节，多个关节部中，第2关节部是以第2轴为中心的旋转关节，多个关节部中，第3关节部是以第3轴为中心的直动关节。第2轴设在与第1轴垂直的方向，且配置在与第1轴隔开第1距离的位置。第3轴设在与第2轴垂直的朝向，且配置在与第2轴隔开第2距离的位置。

附图说明

图1是本实施方式所涉及的机械臂机构的外观立体图；

图2是表示图1的机械臂机构的内部构造的立体图；

图3是从剖面方向观察图1的机械臂机构的内部构造的图；

图4是通过图中符号表现来表示图1的机械臂机构的图；

图5是表示图4的偏移距离L1、L2的一个例子的图；

图6是表示图4的偏移距离L1、L2的另一个例子的图；

图7是表示通过本实施方式使特定的姿势不变成奇点姿势的图；

图8是表示图4的偏移距离L1、L2、L3的一个例子的图；

图9是表示图8的偏移距离L1、L2、L3的另一个例子的图；

图10是表示图8的偏移距离L1、L2、L3的又一个例子的图；

图11是表示本实施方式的不产生奇点的构造的图；

图12是表示基于本实施方式的机械臂机构的链路长的图；

图13是表示通过本实施方式消除奇点姿势的图；

图14是通过图中符号表现来表示以往的典型的垂直多关节部机械臂机构的图；

图15是表示以往的典型的奇点姿势的图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本实施方式所涉及的机械臂机构进行说明。在以下的说明中，对具有大致相同功能及构成的构成要素标注相同的标号，只在必要情形时进行重复说明。

图1是本实施方式所涉及的机械臂机构的外观立体图。图2、图3表示图1的机械臂机构的内部构造。图4通过图中符号表现来表示图1的机械臂机构。机械臂机构具有大致圆筒形状的基部1及与基部1连接的臂部2。在机械臂部2的前端安装有被称为末端执行器的末端效应器3。图1图示把可把持住对象物的手部作为末端效应器3。末端效应器3并不限定于手部，也可以是其他工具、或相机、显示器。也可以在机械臂部2的前端设置可更换为任意种类的末端效应器3的转接器。

机械臂部2具有多个、此处为6个关节部J1、J2、J3、J4、J5、J6。多个关节部J1、J2、J3、J4、J5、J6从基部1依序配置。一般而言，第1、第2、第3轴RA1、RA2、RA3被称为根部3轴，第4、第5、第6轴RA4、RA5、RA6被称为改变手部3的姿势的腕部3轴。构成根部3轴的关节部J1、J2、J3的至少一个为直动关节。这里，第3关节部J3构成为直动关节、尤其是伸缩距离相对较长的关节部。第1关节部J1是以例如被基座面垂直支撑的第1旋转轴RA1为中心的扭转关节。第2关节部J2是以与第1旋转轴RA1垂直配置的第2旋转轴RA2为中心的弯曲关节。第3关节部J3是以与第2旋转轴RA2垂直配置的第3轴(移动轴)RA3为中心的直线伸缩的关节。第4关节部J4是以与第3移动轴RA3一致的第4旋转轴RA4为中心的扭转关节，第5关节部J5是以与第4旋转轴RA4正交的第5旋转轴RA5为中心的弯曲关节。第6关节部J6是以与第4旋转轴RA4正交、且与第5旋转轴RA5垂直配置的第6旋转轴RA6为中心的弯曲关节。

通过第1关节部J1的扭动旋转，臂部2与手部3一起旋转。通过第2关节部J2的弯曲旋转，臂部2与手部3一起以第2关节部J2的第2旋转轴RA2为中心进行起伏移动。形成基部1的臂支撑体(第1支撑体)11a具有以第1关节部J1的旋转轴RA1为中心形成的圆筒形状的中空构造。第1关节部J1安装在未图示的固定台。当第1关节部J1旋转时，第1支撑体11a与臂部2的旋转一起进行轴旋转。另外，第1支撑体11a也可固定在接地层。在此情形时，设为与第1支撑体11a分开而臂部2独立旋转的构造。在第1支撑体11a的上部连接有第2支撑体11b。

第2支撑体11b具有与第1支撑体11a连续的中空构造。第2支撑体11b的一端是安装在第1关节部J1的旋转部。第2支撑体11b的另一端开放，第3支撑体11c在第2关节部J2的旋转轴RA2上自由旋转地嵌入。第3支撑体11c具有与第1支撑体11a及第2支撑体连通的鳞片状的中空构造。第3支撑体11c伴随第2关节部J2的弯曲旋转而其后部收纳或送出至第2支撑体11b。构成臂部2的直动关节部的第3关节部J3的后部是通过其收缩而被收纳在第1支撑体11a与第2支撑体11b连续的中空构造的内部。

第1关节部J1包含圆环形状的固定部及旋转部，固定部固定在基座。在旋转部安装有第1支撑体11a及第2支撑体11b。当第1关节部J1旋转时，第1、第2、第3支撑体11a、11b、11c以第1旋转轴RA1为中心而与臂部2及手部3一起旋转。

第3支撑体11c是其后端下部以旋转轴RA2为中心自由旋转地嵌入至第2支撑体11b的开放端下部。由此，构成作为以旋转轴RA2为中心的弯曲关节部的第2关节部J2。当第2关节部J2转动时，臂部2与手部3一起以第2关节部J2的旋转轴RA2为中心朝垂直方向转动、即起伏动作。第2关节部J2的旋转轴RA2设为与作为扭转关节部的第1关节部J1的第1旋转轴RA1垂直。

如上所述，作为关节部的第3关节部J3是构成臂部2的主要构成部分。在臂部2的前端设有所述手部3。通过第1至第6关节部J1-J6的旋转、弯曲、伸缩，可将手部3的2指手16配置为任意的位置·姿势。特别是，第3关节部J3的直动伸缩距离的长度可实现手部3对基部1的附近位置至远距离位置的大范围的对象的作用。

第3关节部J3的特征为通过构成的直动伸缩臂机构而实现直动伸缩距离的长度。直动伸缩距离的长度通过图2、图3所示的构造达成。直动伸缩臂机构具有第1连结链节排21及第2连结链节排20。在臂部2水平配置的标准姿势下，第1连结链节排21位于第2连结链节排20的下部，第2连结链节排20位于第1连结链节排21的上部。

第1连结链节排21具有相同的剖面コ字形状，包含通过销而在背面部位排状连结的多个第1连结链节23。具备如下性质：因利用第1连结链节23的剖面形状及销实现的链接位置，而第1连结链节排21可向其背面方向BD弯曲但无法反过来朝表面方向FD弯曲。第2连结链节排20具有宽度与第1连结链节23大致相等的大致平板形状，包含以在背面方向及表面方向均可弯曲的状态利用销排状连结的多个第2连结链节22。第1连结链节排21是通过结合链节26而与第2连结链节排20在前端部结合。结合链节26具有第1连结链节23与第2连结链节22成为一体的形状。结合链节26为始端，第2连结链节排20与第1连结链节排21同时从第3支撑体11c送出时，第1连结链节排21与第2连结链节排20相互接合。第1连结链节排21与第2连结链节排20是通过结合链节26而在前端部结合，各自的后部被保持在第3支撑体11c的内部防止脱出，由此保持接合状态。当第1连结链节排21与第2连结链节排20保持接合状态时，第1连结链节排21与第2连结链节排20的弯曲被限制，由此由第1连结链节排21与第2连结链节排20构成具备一定刚性的柱状体。当第1连结链节排21与第2连结链节排20相互分离时，弯曲限制被解除，分别恢复成可弯曲的状态。第1连结链节排21与第2连结链节排20在第3支撑体11c的开口附近接合并被送出。第1连结链节排21与第2连结链节排20在第3支撑体11c的内部分离，分别变成可弯曲的状态。第1连结链节排21与第2连结链节排20单独地弯曲，且在第1支持体11a的内部单独地收纳。

如图2所示，在第2连结链节22的内侧分别形成线性齿轮22a。线性齿轮22a在第2连结链节22成直线状时链接，而构成连续的线性齿轮。如图3所示，第2连结链节22在第3支撑体11c内被夹持在辊R1与驱动齿轮24a之间。线性齿轮22a啮合在驱动齿轮24a。驱动齿轮24a通过马达M1而正向旋转，由此第2连结链节排20与第1连结链节排21同时从第3支撑体11c被送出。这时，第1连结链节排21与第2连结链节排20被设在第3支持体11c的开口附近的一对上下辊R2、R4夹持，相互挤压而接合，在该状态下沿着第3移动轴RA3直线地被送出。驱动齿轮24a通过马达M1而逆向旋转，由此第2连结链节排20与第1连结链节排21在第3支持体11c的内部在上下辊R2、R4的后方解除接合状态而相互分离。分离后的第2连结链节排20与第1连结链节排21分别恢复为可弯曲的状态，被设在第2、第3支撑体11b、11c的内部的导轨引导，朝沿着第1旋转轴RA1的方向弯曲，并收纳至第1支撑体11a的内部。

如图1所示，手部3配备在臂部2的前端。手部3通过第1、第2、第3关节部J1、J2、J3而移动至任意位置，通过第4、第5、第6关节部J4、J5、J6而配置成任意姿势。手部3具有开闭的2个指部16a、16b。第4关节部J4是具有与沿着臂部2的伸缩方向的臂部2的中心轴、即第3关节部J3的移动轴RA3典型一致的旋转轴RA4的扭转关节。如果第4关节部J4旋转，则手部3从第4关节部J4朝前端以旋转轴RA4为中心旋转。

第5关节部J5是具有与第4关节部J4的移动轴RA4正交的旋转轴RA5的弯曲关节部。如果第5关节部旋转，则手部16从第5关节部J5朝前端上下转动。第6关节部J6是具有与第4关节部J4的旋转轴RA4正交、与第5关节部J5的旋转轴RA5垂直的旋转轴RA6的弯曲关节。如果第6关节部J6旋转则手部16左右旋转。

图4利用图中符号表现来表示图1的机械臂机构。机械臂机构通过构成根部3轴的第1关节部J1、第2关节部J2及第3关节部J3、以及构成腕部3轴的第4关节部J4、第5关节部J5及第6关节部J6，实现3个位置自由度及3个姿势自由度。第1关节部J1配设在第1支撑体11a与第2支撑体11b之间，构成以旋转轴RA1为中心的扭转关节。旋转轴RA1与设置有第1关节部J1的固定部的基座的基准面BP垂直地配置。规定Z轴与旋转轴RA1平行。为了便于说明，规定与以Z轴为中心的第1关节部J1的旋转同时旋转的旋转坐标系(XYZ)。

第2关节部J2构成以旋转轴RA2为中心的弯曲关节。第2关节部J2的旋转轴RA2设为与旋转坐标系上的X轴平行。第2关节部J2的旋转轴RA2设为与第1关节部J1的旋转轴RA1垂直的朝向。再者，第2关节部J2的旋转轴RA2配置在相对于第1关节部J1的旋转轴RA1而与Y轴方向隔开的位置。即，第2关节部J2是其旋转轴RA2配置于在与第1关节部J1的旋转轴RA1及第2关节部J2的旋转轴RA2正交的方向上和第1关节部J1的旋转轴RA1隔开的位置。在此方向上第2关节部J2的旋转轴RA2与第1关节部J1的旋转轴RA1隔开既定距离(偏移距离)L1。由此，第2关节部J2设为其旋转轴RA2与第1关节部J1的旋转轴RA1不交叉(偏移)的状态。以第2关节部J2的旋转轴RA2在所述方向以偏移距离L1从第1关节部J1的旋转轴RA1偏移的方式，将第2支撑体11b安装在第1支撑体11a。在第1关节部J1连接第2关节部J2的虚设的臂杆部分(链接部分)具有前端弯成直角的2个钩形状体组合而成的曲柄形状。该虚设的臂杆部分是由具有中空构造的第1、第2支撑体11a、11b构成。

另外，以第2关节部J2的旋转轴RA2如上所述以从第1关节部J1的旋转轴RA1偏移的方式将第2关节部J2配置在第1关节部J1的构造，当然包括使第2关节部J2的构造的中心在Y轴方向仅以偏移距离L1从第1关节部J1的构造的中心偏移而配置，此外也包含在X轴方向、即沿着第2关节部J2的旋转轴RA2的方向也偏移任意距离而配置的构成。

第3关节部J3是构成为以移动轴RA3为中心的直动关节。第3关节部J3的移动轴RA3设为与第2关节部J2的旋转轴RA2垂直的朝向。在第2关节部J2的旋转角为零度、即臂部2的起伏角为零度且臂部2为水平的标准姿势下，第3关节部J3的移动轴RA3设在与第2关节部J2的旋转轴RA2及第1关节部J1的旋转轴RA1同时垂直的方向。在旋转坐标系上，第3关节部J3的移动轴RA3设为与和X轴及Z轴垂直的Y轴平行。再者，第3关节部J3的移动轴RA3从第2关节部J2的旋转轴RA2朝与此旋转轴RA2及移动轴RA3正交的方向隔开。第3关节部J3的移动轴RA3与第2关节部J2的旋转轴RA2之间的距离(偏移距离)为L2。移动轴RA3与旋转轴RA2不交叉(偏移)。

这样，第3关节部J3的移动轴RA3设为与第2关节部J2的旋转轴RA2垂直，且配置在从第2关节部J2的旋转轴RA2仅以偏移距离L2隔开的位置，以第3关节部J 3的移动轴RA3相对于第2关节部J2的旋转轴RA2设置的方式，在构造上将第3关节部J3配置在第2关节部J2。在第2关节部J2连接第3关节部J3的虚设的臂杆部分(链接部分)具有前端垂直弯曲的钩形状体。该虚设的臂杆部分由第2、第3支撑体11b、11c构成。

另外，以第3关节部J3的移动轴RA3如上所述以从第2关节部J2的旋转轴RA2偏移的方式，将第3关节部J3配置在第2关节部J2的构造上，当然包含使第3关节部J3的中心线(移动轴RA3)仅以偏移距离L2从第2关节部J2的构造的中心偏移而配置，此外也包含在X轴方向、即沿着第2关节部J2的旋转轴RA2的方向也偏移任意距离而配置的构成。

第4关节部J4构成以旋转轴RA4为中心的扭转关节。第4关节部J4的旋转轴RA4以与第3关节部J3的移动轴RA3大致一致的方式配置。第5关节部J5构成以旋转轴RA5为中心的弯曲关节。第5关节部J5的旋转轴RA5以与第3关节部J3的移动轴RA3及第4关节部J4的旋转轴RA4大致正交的方式配置。第6关节部J6构成以旋转轴RA6为中心的扭转关节。第6关节部J6的旋转轴RA6以与第4关节部J4的旋转轴RA4及第5关节部J5的旋转轴RA5大致正交的方式配置。第6关节部J6用于使作为末端效应器的手部3旋转而设置，可作为其旋转轴RA6与第4关节部J4的旋转轴RA4及第5关节部J5的旋转轴RA5大致正交的弯曲关节而安装。

如图5所示，第2关节部J2的旋转轴RA2相对于第1关节部J1的旋转轴RA1的偏移距离L1与第3关节部J3的移动轴RA3相对于第2关节部J2的旋转轴RA2的偏移距离L2不同。如图5(a)所示，第2关节部J2的旋转轴RA2相对于第1关节部J1的旋转轴RA1的偏移距离L1设定为比第3关节部J3的移动轴RA3相对于第2关节部J2的旋转轴RA2的偏移距离L2长。如图5(b)所示，第2关节部J2的旋转轴RA2相对于第1关节部J1的旋转轴RA1的偏移距离L1，也可设定为比第3关节部J3的移动轴RA3相对于第2关节部J2的旋转轴RA2的偏移距离L2短。

另外，如图6(a)所示，也可将第2关节部J2的旋转轴RA2相对于第1关节部J1的旋转轴RA1的偏移距离L1保持为既定值，将第3关节部J3的移动轴RA3相对于第2关节部J2的旋转轴RA2的偏移距离L2设为零值。即，也可使第2关节部J2的旋转轴RA2相对于第1关节部J1的旋转轴RA1偏移，且不使第3关节部J3的移动轴RA3相对于第2关节部J2的旋转轴RA2偏移，而是使第3关节部J3的移动轴RA3相对于第2关节部J2的旋转轴RA2正交。另外，如图6(b)所示，也可将第3关节部J3的移动轴RA3相对于第2关节部J2的旋转轴RA2的偏移距离L2保持为既定值，将第2关节部J2的旋转轴RA2相对于第1关节部J1的旋转轴RA1的偏移距离L1设为零值。即，也可使第3关节部J3的移动轴RA3相对于第2关节部J2的旋转轴RA2偏移，且不使第2关节部J2的移动轴RA2相对于第1关节部J1的旋转轴RA1偏移，而是使第2关节部J2的旋转轴RA2相对于第1关节部J1的旋转轴RA1正交。

根据本实施方式，将多个关节部J1-J6的尤其是根部3轴中的至少一个弯曲关节部更换为直动关节部，进而如图5所示，使第2关节部J2的旋转轴RA2仅以偏移距离L1从第1关节部J1的旋转轴RA1隔开，使第3关节部J3的移动轴RA3以与偏移距离L1不同的偏移距离L2从第2关节部J2的旋转轴RA2隔开，且如图6所示，将偏移距离L1与偏移距离L2的一方设为零值，仅使旋转轴RA1与旋转轴RA2、旋转轴RA2与移动轴RA3的一方隔开，由此如图5、图6所示，即便以臂部2最大延伸的方式使弯曲关节部J2、J5旋转，也可以实现扭转关节部J1的旋转轴RA1从其它扭转关节部J4的旋转轴RA4仅以偏移距离L1与偏移距离L2的差偏移的配置，故而如图13(a)、图13(b)所示，扭转关节部J1的旋转轴RA1与扭转关节部J4的旋转轴RA4不会排成一直线，从而可从构造上消除该奇点姿势。

另外，如图7所示，弯曲关节部J2、J5的旋转轴RA2、RA5在垂直方向呈一直线状排列，看上去好像奇点姿势，但本实施方式中，通过将第3关节部J3设为直动关节而可以利用第3关节部J3的伸缩避免该排列，因此并不是奇点姿势，可以容易地理解从构造上能有效地消除奇点姿势。

再者，在本实施方式中，如图8所示，在第2关节部J2的旋转轴RA2相对于第1关节部J1的旋转轴RA1的偏移距离L1，比第2关节部J2的旋转轴RA2相对于第1关节部J1的旋转轴RA1的偏移距离L2长的情形时，以第5关节部J5的旋转轴RA5与第6关节部J6的旋转轴RA6之间的距离L3不同于偏移距离L1与偏移距离L2差(L1－L2)的方式，配设第5关节部J5及第6关节部J6。如图8(a)所示，第5关节部J5的旋转轴RA5与第6关节部J6的旋转轴RA6的距离L3设为比偏移距离L1与偏移距离L2的差(L1－L2)短，或者如图8(b)所示，第5关节部J5的旋转轴RA5与第6关节部J6的旋转轴RA6之间的距离L3，设为比偏移距离L1与偏移距离L2的差(L1－L2)长。

同样地，如图9所示，在第2关节部J2的旋转轴RA2相对于第1关节部J1的旋转轴RA1的偏移距离L1，比第2关节部J2的旋转轴RA2相对于第1关节部J1的旋转轴RA1的偏移距离L2短的情形时，以第5关节部J5的旋转轴RA5与第6关节部J6的旋转轴RA6之间的距离L3不同于偏移距离L1与偏移距离L2的差(L2－L1)的方式，配设第5关节部J5与第6关节部J6。如图9(a)所示，第5关节部J5的旋转轴RA5与第6关节部J6的旋转轴RA6之间的距离L3，设为比偏移距离L1与偏移距离L2的差(L2－L1)短，或者如图9(b)所示，第5关节部J5的旋转轴RA5与第6关节部J6的旋转轴RA6的距离L3，设为比偏移距离L1与偏移距离L2的差(L2－L1)长。

当旋转轴RA5与旋转轴RA6的距离L3同偏移距离L1与偏移距离L2的差实质上相同时，如图13(a)所示，从标准姿势将弯曲关节部J2旋转90度，将弯曲关节部J5反方向旋转90度的情形时，且如图13(b)所示，从标准姿势将弯曲关节部J2旋转90度，将弯曲关节部J5同方向旋转90度的情形时，产生扭转关节部J1的旋转轴RA1与扭转关节部J6的旋转轴RA6成一直线的奇点姿势。然而，如图8、图9所示，以旋转轴RA5与旋转轴RA6的距离L3不同于偏移距离L1与偏移距离L2的差的方式配设第5关节部J5及第6关节部J6，由此如图8(a)、图9(a)所示，可使扭转关节部J1的旋转轴RA1与扭转关节部J6的旋转轴RA6，以从偏移距离L1与偏移距离L2的差减去旋转轴RA5与旋转轴RA6的距离L3所得的距离偏移，从而可从构造上消除扭转关节部J1的旋转轴RA1与扭转关节部J6的旋转轴RA6成一直线的奇点姿势。同样地，如图8(b)、图9(b)所示，可使扭转关节部J1的旋转轴RA1与扭转关节部J6的旋转轴RA6，以从偏移距离L1与偏移距离L2的差减去旋转轴RA5与旋转轴RA6的距离L3所得的距离偏移，从而可从构造上消除扭转关节部J1的旋转轴RA1与扭转关节部J6的旋转轴RA6成一直线的奇点姿势。

另外，在图10例示的特定条件下，也可采用弯曲关节部J5的旋转轴RA5与弯曲关节部J6的旋转轴RA6之间的距离L3，同偏移距离L1与偏移距离L2的差(L1－L2)一致的构造。当然，弯曲关节部J2的起伏角(旋转角)θ1存在构造上的旋转极限。另外，弯曲关节部J2的起伏角(旋转角)θ1将臂部2为水平姿势、换言之直动关节部J3的移动轴RA3水平时的角度设为零度，将上方设为正角、下方设为负角而表示者。此外，弯曲关节部J5的旋转角θ2将弯曲关节部J5与扭转关节部J6的中心点间轴(链路轴)LA56和直动关节部J3的移动轴RA3一致时的角度设为零度，将上方设为正角、下方设为负角而表示者。在图10中将最大起伏角(最大旋转角)表述为θ1max。且弯曲关节部J5的旋转角θ2也存在构造上的旋转极限，将其最大旋转角表述为θ2max。在扭转关节部J4为基准角、即弯曲关节部J5的旋转轴RA5与弯曲关节部J2的旋转轴RA2平行的姿势下，即便具有该等弯曲关节部J2的最大旋转角θ1max及弯曲关节部J5的最大旋转角θ2max时弯曲关节部J5与扭转关节部J6的链路轴LA56也不会变得水平的条件下，扭转关节部J6的旋转轴RA6不会与扭转关节部J1的旋转轴RA1平行，因此可以说该姿势不会变成奇点姿势。典型而言，弯曲关节部J2的最大旋转角θ1max不到90°，弯曲关节部J5的最大旋转角θ2max不到(90°+(90°－θ1max))。在此条件下，本实施方式的机械臂机构中，弯曲关节部J5的旋转轴RA5与扭转关节部J6的旋转轴RA6之间的距离L3可能和偏移距离L1与偏移距离L2的差(L1－L2)一致。

另外，如图13(c)所示，在从基准姿势将弯曲关节部J2旋转90度以外的角度，且旋转弯曲关节部J5使得扭转关节部J6的旋转轴RA6变得垂直的情形时，有可能产生扭转关节部J1的旋转轴RA1与扭转关节部J6的旋转轴RA6成一直线的奇点姿势。

在本实施方式中，如图11所示，为了使构造上不产生该奇点姿势，以弯曲关节部J2至其构造上的最大起伏角θmax(该情形时超过90°)旋转后的状态下扭转关节部J6的旋转轴RA6在扭转关节部J1的旋转轴RA1近前停止的方式，调整链路长(关节中心点间距离)d0-d5的组合。如图12所示，d0是第1关节部J1与第2关节部J2之间的链路长，d1是第1关节部J1与第2关节部J2之间的链路长，d2是第2关节部J2与第3关节部J 3之间的链路长，d3+Δd(Δd为直动关节部J3的最大伸长距离)是第2关节部J2与第4关节部J4之间的链路长，d4是第4间接部J4与第5关节部J5之间的链路长距离，d5是第5间接部J5与第6关节部J6之间的链路长。

根据本实施方式，可以通过构造上的处理消除或减少可动范围内的各种奇点姿势的产生。

虽然对本发明的几个实施方式进行了说明，但是这些实施方式只是作为例子提出的，并非用于限定本发明的范围。对于这些新的实施方式，能够以其他各种方式进行实施，在不脱离本发明的要旨的范围内，能够进行各种省略、置换、及变更。这些实施方式和其变形，包含于本发明的范围和要旨的同时，也包含于权利要求书中记载的发明及其均等范围内。

符号说明

1：基部

2：臂部

3：末端效应器

J1、J2、J4、J5、J6：旋转关节部

J3：直动关节部

11a：第1支撑体

11b：第2支撑体

11c：第3支撑体

20：第2连结链节排

21：第1连结链节排

22：第2连结链节

23：第1连结链节

26：结合链节

L1、L2、L3：偏移距离

Claims (13)

1.一种具有多个关节部的机械臂机构，其特征在于：

所述多个关节部中，第1关节部是以第1轴为中心的旋转关节，

所述多个关节部中，第2关节部是以第2轴为中心的旋转关节，

所述多个关节部中，第3关节部是以第3轴为中心的直动关节，

所述第2轴相对于所述第1轴垂直设置，且配置在与所述第1轴隔开第1距离的位置，

所述第3轴相对于所述第2轴垂直设置，且配置在与所述第2轴隔开第2距离的位置。

2.根据权利要求1所述的机械臂机构，其特征在于，

所述第1、第2、第3关节部从基座依序配置。

3.根据权利要求1所述的机械臂机构，其特征在于，

所述第1距离与所述第2距离不同。

4.根据权利要求3所述的机械臂机构，其特征在于，

所述第1距离比所述第2距离长。

5.根据权利要求3所述的机械臂机构，其特征在于，

所述第1距离比所述第2距离短。

6.根据权利要求1所述的机械臂机构，其特征在于，

所述第2轴相对于所述第1轴朝与所述第1轴及所述第2轴垂直的方向隔开。

7.根据权利要求1所述的机械臂机构，其特征在于，

所述第3轴相对于所述第2轴朝与所述第2轴及所述第3轴垂直的方向隔开。

8.根据权利要求2所述的机械臂机构，其特征在于，

所述多个关节部中，第4关节部是以与所述第3轴大致一致的第4轴为中心的旋转关节，

所述多个关节部中，第5关节部是以与所述第4轴垂直的第5轴为中心的旋转关节，

所述多个关节部中，第6关节部是以与所述第4轴及所述第5轴垂直的第6轴为中心的旋转关节，

所述第1至第6关节部从基座依序配置。

9.根据权利要求8所述的机械臂机构，其特征在于，

所述第5轴与所述第6轴之间的距离和所述第1距离与所述第2距离的差不同。

10.根据权利要求9所述的机械臂机构，其特征在于，

所述第5轴与所述第6轴之间的距离比所述第1距离与所述第2距离的差短。

11.根据权利要求9所述的机械臂机构，其特征在于，

所述第5轴与所述第6轴之间的距离比所述第1距离与所述第2距离的差长。

12.一种具有多个关节部的机械臂机构，其特征在于：

所述多个关节部中，第1关节部是以第1轴为中心的旋转关节，

所述多个关节部中，第2关节部是以与所述第1轴垂直的第2轴为中心的旋转关节，

所述多个关节部中，第3关节部是以与所述第2轴垂直的第3轴为中心的直动关节，

所述第2轴配置在与所述第1轴隔开的位置。

13.一种具有多个关节部的机械臂机构，其特征在于：

所述多个关节部中，第1关节部是以第1轴为中心的旋转关节，

所述多个关节部中，第2关节部是以与所述第1轴垂直的第2轴为中心的旋转关节，

所述多个关节部中，第3关节部是以与所述第2轴垂直的第3轴为中心的直动关节，

所述第3轴配置在与所述第2轴隔开的位置。