JP2004223688A - 多関節型マニピュレータ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複雑な機構や高価な部品を用いることなしに、複数の関節部を独立に制御可能に構成することにより、軽量又は安価な多関節型マニピュレータ装置を提供する。
【解決手段】本発明の多関節型マニピュレータ装置は、複数のリンク１１〜１３を複数の関節部１０Ａ，１０Ｂにおいて回動自在に連結して構成され、複数の関節部において当該関節部の軸線とそれぞれ同軸に設けられた複数のプーリ１６，１７と、当該複数のプーリ間に架設されたワイヤ１０Ｗ，１０Ｖ、１０Ｘ，１０Ｙとを備えたリンク連設体１０を具備する多関節型マニピュレータ装置であって、複数の関節部毎にそれぞれ対応するワイヤを設け、ワイヤは、対応する一の関節部の末端側に接続された一のリンクに固定されるとともに、一の関節部のプーリ及びこれよりも基端側に配置された全ての関節部のプーリに架設されてリンク連設体の基端側に引き出されている。
【選択図】 図３
【解決手段】本発明の多関節型マニピュレータ装置は、複数のリンク１１〜１３を複数の関節部１０Ａ，１０Ｂにおいて回動自在に連結して構成され、複数の関節部において当該関節部の軸線とそれぞれ同軸に設けられた複数のプーリ１６，１７と、当該複数のプーリ間に架設されたワイヤ１０Ｗ，１０Ｖ、１０Ｘ，１０Ｙとを備えたリンク連設体１０を具備する多関節型マニピュレータ装置であって、複数の関節部毎にそれぞれ対応するワイヤを設け、ワイヤは、対応する一の関節部の末端側に接続された一のリンクに固定されるとともに、一の関節部のプーリ及びこれよりも基端側に配置された全ての関節部のプーリに架設されてリンク連設体の基端側に引き出されている。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多関節型マニピュレータ装置に係り、特に、ロボットハンド或いはその指構造として好適な多関節型のマニピュレータ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、多関節型マニピュレータは、複数のリンク部材を関節部にて回転自在に連結してなるリンク連設体を有するものであり、ロボットハンドの指構造やロボットアームなどとして用いられている。この多関節型マニピュレータとしては、従来から関節毎にモータ等の駆動手段を設けるものが知られているが、小型のロボットハンドの指構造のように関節構造そのものが小型化されている場合や、ロボットアームであってもロボットの軽量化が要求される場合には、関節毎に駆動手段を設けることが不可能であるため、関節毎に設けた複数のプーリと、これらのプーリ間に架設された駆動ワイヤとを設け、この駆動ワイヤにより多数の関節を動作可能に構成したワイヤ駆動タイプの多関節型マニピュレータが種々提案されている。
【０００３】
たとえば、プーリとシャフトとの間に所定トルクを閾値としてロック状態とフリー状態とを切り換えるクラッチ機構を関節毎に設け、隣接する関節のプーリ間をベルトによって連結した多関節ロボットハンドが知られている（たとえば、以下の特許文献１参照）。
【０００４】
また、関節毎に電磁クラッチ／ブレーキを介した一対のプーリを同軸に設け、これらの一対のプーリのうちの一方のプーリに、駆動モータに連結された駆動ワイヤＷ１を架設し、他方のプーリにはリターンスプリングに接続された復帰ワイヤＷ２を架設してなる多関節マニピュレータが知られている（たとえば、以下の特許文献２参照）。これによれば、各関節に設けられた電磁クラッチ／ブレーキによるロック状態と解除状態の切換えに応じた関節毎の駆動制御を実現することができる。
【０００５】
さらに、関節毎にピエゾ素子を設けて、ピエゾ素子のオンオフによってプーリとリンクとの間のロック状態とフリー状態とを切換え可能に構成したり、或いは、プーリとリンクとの間のトルク制御を行ったりすることによって各関節の動作態様を制御可能に構成したロボットアームが知られている（たとえば、以下の特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−３０１１９１号公報
【特許文献２】
特開平７−９６４８５号公報
【特許文献３】
特開平９−２３９６８６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のワイヤ駆動タイプの多関節型マニピュレータにおいては、一つの駆動機構によって複数の関節をそれぞれ独立に制御するために、クラッチ機構、電磁クラッチ／ブレーキ、ピエゾ素子或いはトルク制御器などを関節毎に設けていることから、構造が複雑になり、重量も増加し、しかも、高価になるという問題点がある。
【０００８】
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、複雑な機構や高価な部品を用いることなしに、複数のリンク連設体を独立に動作可能に構成することにより、軽量又は安価な多関節型マニピュレータ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の多関節型マニピュレータ装置は、複数のリンクを複数の関節部において回動自在に連結して構成され、前記複数の関節部において当該関節部の軸線とそれぞれ同軸に設けられた複数のプーリと、当該複数のプーリ間に架設されたワイヤとを備えたリンク連設体を具備する多関節型マニピュレータ装置であって、前記複数の関節部毎にそれぞれ対応する前記ワイヤを設け、前記ワイヤは、対応する一の前記関節部の末端側に接続された一の前記リンクに固定されるとともに、前記一の関節部の前記プーリ及びこれよりも基端側に配置された前記関節部の前記プーリに架設されて前記リンク連設体の基端側に引き出され、前記リンク連設体の基端側において複数の前記ワイヤをそれぞれ制御駆動するように構成したことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、各ワイヤは、対応する一の関節部の末端側に接続されたリンクに固定されるとともに、当該一の関節部のプーリ及びそれよりも基端側に配置された関節部のプーリに架設されていることにより、当該ワイヤによって上記対応する一の関節部を駆動することができる。そして、このようなワイヤをリンク連設体の関節部毎にそれぞれ対応して設けてあるので、これらの複数のワイヤを協調して駆動すれば、複数の関節部を独立に制御駆動できる。例えば、或る一の関節部のみを屈曲させるためには、当該関節部に対応するワイヤを所定量駆動するとともに、それよりも末端側の関節部に対応するワイヤを同じ量だけ駆動し、さらに、それよりも基端側の関節部に対応するワイヤを駆動しないようにすればよい。
【００１１】
本発明において、前記複数のワイヤを制御駆動する制御駆動手段を有し、当該制御駆動手段において、前記一の関節部の前記プーリ及びこれよりも基端側に配置された前記関節部の前記プーリに架設された一の前記ワイヤに対する駆動量は、前記一の関節部よりも基端側に配置された他の前記関節部について、当該他の関節部の前記プーリ及びこれよりも基端側に配置された前記関節部の前記プーリに架設された他の前記ワイヤの駆動量の総和を基準として与えられることが好ましい。これによれば、或る関節部を駆動するときには、制御駆動手段は、当該関節部よりも基端側にある関節部の駆動量の総和（すなわち、或る関節部よりも基端側に一つの関節部だけが存在する場合にはその関節部のワイヤの駆動量、また、或る関節部よりも基端側に複数の関節部が存在する場合にはそれらの関節部のワイヤの駆動量の和）を基準として上記の関節部に対応するワイヤの駆動量を与えるようにしているため、基端側の他の関節部の屈曲状態が変化したことによるワイヤへの影響を補償することができることから、各関節部を完全に独立して駆動することができる。
【００１２】
本発明において、前記制御駆動手段には、前記複数の関節部に対応する複数の制御側関節部を具備して前記リンク連設体と対応するリンク節構造を有する制御側リンク連設体が設けられ、当該制御側リンク連設体には、前記複数のワイヤが、直接若しくは間接的に、前記複数の制御側関節部に対して前記リンク連設体と対応する態様で架設されていることが好ましい。これによれば、制御側リンク連設体を操作駆動することにより、複数の制御側関節部の屈折角が適宜に変化されるため、これに応じて複数のワイヤが動作し、これらの複数のワイヤの動作によってリンク連設体が動作する。
【００１３】
本発明において、前記制御駆動手段には、前記複数の関節部に対応する複数の制御側関節部を具備して前記リンク連設体と対応するリンク節構造を有する制御側リンク連設体が設けられ、当該制御側リンク連設体には、前記複数のワイヤと対応する複数の制御側ワイヤが前記複数の制御側関節部に対して前記リンク連設体と対応する態様で架設され、前記制御側ワイヤの動作を検出する検出手段と、当該検出手段の検出データに基づいて前記複数のワイヤを駆動する駆動手段とをさらに有することが好ましい。これによれば、リンク連設体と対応するリンク節構造を有する制御側リンク連設体が設けられ、この制御側リンク連設体には、上記複数のワイヤと対応する複数の制御側ワイヤがリンク連設体と同態様若しくは逆態様となるように架設されていることにより、制御側リンク連設体を適宜に動作させたときの複数の制御側ワイヤの動きが検出手段によって検出され、この検出データに基づいて駆動手段によって複数のワイヤが駆動されるため、制御側リンク連設体の駆動態様と対応する動作態様でリンク連設体を動作させることができる。この場合、リンク連設体と対応する構成を有する制御側リンク連設体を駆動することによって制御側ワイヤを動作させて上記検出データを得るようにしているため、複数のワイヤの駆動態様とリンク連設体の動作態様との間に複雑な関係が存在しても、リンク連設体を駆動するためのワイヤの駆動態様をきわめて容易に導出することができる。
【００１４】
本発明において、前記検出手段において得られた前記検出データを送信する送信手段と、当該送信手段により送信された前記検出データを受信して前記駆動手段に送出する受信手段とをさらに有することが好ましい。上記の検出データが送信手段及び受信手段を介して伝達されるように構成されていることにより、遠隔位置においてもリンク連設体を容易に制御駆動できる。
【００１５】
本発明において、前記関節部毎に、前記ワイヤとして、同一方向に牽引したときに前記関節部を相互に逆方向に回動させることのできる一対のワイヤが設けられていることが好ましい。これらの一対のワイヤは、一方のワイヤをリンク連設体の基端側に牽引すると、他方のワイヤがリンク連設体の末端側に向けて引き出され、これに応じて上記関節部が回動するように構成される。より具体的には、一対のワイヤそれぞれは、リンク連設体の複数の関節部にそれぞれ設けられた複数のプーリの間にそれぞれ中間プーリが設けられ、関節部に設けられた前記プーリと、中間プーリに交互にジグザグ（波線）状に架設される。このとき、一方のワイヤが関節部に設けられた前記プーリの一側を周回するように架設されているとすれば、他方のワイヤは関節部に設けられた前記プーリの他側を周回するように架設される。
【００１６】
本発明において、前記リンク連設体の基端側に駆動プーリを有し、前記一対のワイヤは、実質的に一体化された状態で前記駆動プーリに相互に反対回りに架設されていることが好ましい。このようにすると、駆動プーリを回転させることによって一方のワイヤを牽引するとともに他方のワイヤを解放することができるため、リンク連設体を容易に駆動することができる。
【００１７】
本発明において、前記一方のワイヤを解放したときに他方のワイヤを牽引する復帰ばねを有することが好ましい。復帰ばねを用いることにより、一方のワイヤのみを駆動すればリンク連設体を制御することができるため、全体をより簡易な構成とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明に係る多関節型マニピュレータ装置の実施形態について詳細に説明する。
【００１９】
［第１実施形態］
最初に、図１乃至図４を参照して本実施形態の多関節マニピュレータ装置に用いるリンク連設体の第１実施形態について説明する。図１及び図２は、本実施形態の多関節マニピュレータ装置におけるリンク連設体の基本構成について示す概略構成図である。このリンク連設体１０は、図１に示すように、リンク部材１１，１２，１３が基端側（図示左側）から末端側（図示右側）に向けて順次関節部１０Ａ及び１０Ｂにおいて回動自在に連結されてなる。関節部１０Ａ及び１０Ｂには、これらの関節部の軸線と同軸に関節プーリ１６，１７が設けられている。また、関節プーリ１６と１７との間にはリンク部材１２に軸支された中間プーリ１０ｓが設けられ、また、リンク部材１３においては関節プーリ１７の末端側に中間プーリ１０ｓが設けられている。
【００２０】
ここで、関節プーリ１６，１７は、接続される両側のリンク部材のいずれか一方に対して固定されていてもよく、或いは、両側のリンク部材のいずれに対しても回転自在に軸支されていてもよく、或いはまた、両側のリンク部材の少なくとも一方に対して回動可能に取り付けられていてもよい。これは、関節プーリ１６，１７が自由に回転しなくても、結果的にワイヤがプーリに対して摺動することによって関節部に対して移動可能に構成されていればよいからである。
【００２１】
上記構成において、図１（ａ）に示すように、リンク部材１３に対して固定位置１３ａにて固定されたワイヤ１０Ｗが基端側に向けて順次に上記関節プーリ１６，１７及び中間プーリ１０ｓに架設されている。このワイヤ１０Ｗは、末端側から基端側に向けて配列されるプーリ列に対して内側（図示下側）と外側（図示上側）に交互に架設される。より具体的には、ワイヤ１０Ｗは、関節プーリ１６，１７の内側を周回する態様で架設されている。
【００２２】
また、上記構成において、図１（ｂ）に示すように、リンク部材１３に対して固定位置１３ｂにて固定されたワイヤ１０Ｖが上記関節プーリ１６，１７及び中間プーリ１０ｓに架設されている。このワイヤ１０Ｖは、末端側から基端側に向けて配列されるプーリ列に対して内側と外側に交互に架設される。より具体的には、ワイヤ１０Ｖは、関節プーリ１６，１７の外側を周回する態様で架設されている。
【００２３】
図１（ｃ）は、リンク連設体１０にワイヤ１０Ｗ及び１０Ｖを共に装着した状態を示すものである。ワイヤ１０Ｗと１０Ｖは、リンク部材１１〜１３を関節部１０Ａ及び１０Ｂにおいて相互に逆方向に回動させるように駆動するものである。すなわち、ワイヤ１０Ｗを基端側に牽引したとき、ワイヤ１０Ｖは末端側に引き出され、関節部１０Ａ及び１０Ｂが図示の伸長状態から内側（図示下側）に屈曲した状態となる。逆に、ワイヤ１０Ｖを基端側に牽引したとき、ワイヤ１０Ｗは末端側に引き出され、関節部１０Ａ及び１０Ｂの屈曲状態は図示の伸長状態に復帰する。これは、関節部１０Ａ及び１０Ｂが内側に屈曲すると、ワイヤ１０Ｗの架設経路の長さは短くなり、ワイヤ１０Ｖの架設経路の長さは長くなるからである。
【００２４】
図２は、上記リンク連設体１０にワイヤ１０Ｘを架設した状態（ａ）、ワイヤ１０Ｙを架設した状態（ｂ）及びワイヤ１０Ｘ及び１０Ｙの双方を架設した状態（ｃ）を示すものである。ワイヤ１０Ｘは、リンク部材１２に対して固定位置１２ａにて固定され、基端方向に中間プーリ１０ｓ及び関節プーリ１６に順次架設されている。ここで、ワイヤ１０Ｘは関節プーリ１６の内側（図示下側）を周回する態様で架設されている。また、ワイヤ１０Ｙは、リンク部材１２に対して固定位置１２ｂにて固定され、基端方向に中間プーリ１０ｓ及び関節プーリ１６に順次架設されている。ここで、ワイヤ１０Ｙは関節プーリ１６の外側（図示上側）を周回する態様で架設されている。
【００２５】
ワイヤ１０Ｘと１０Ｙもまた、リンク部材１１，１２を関節部１０Ａにおいて相互に逆方向に回動させるように駆動するものである。すなわち、ワイヤ１０Ｘを基端側に牽引したとき、ワイヤ１０Ｙは末端側に引き出され、関節部１０Ａが図示の伸長状態から内側（図示下側）に屈曲した状態となる。逆に、ワイヤ１０Ｙを基端側に牽引したとき、ワイヤ１０Ｘは末端側へ引き出され、関節部１０Ａの屈曲状態は図示の伸長状態に復帰する。これは、関節部１０Ａが内側に屈曲すると、ワイヤ１０Ｘの架設経路の長さは短くなり、ワイヤ１０Ｙの架設経路の長さは長くなるからである。
【００２６】
図３には、完成状態のリンク連設体１０の構造を示す側面透視図（ａ）及び横断面図（ｂ）を示す。リンク連設体１０には、上記のワイヤ１０Ｗ、１０Ｖ、１０Ｘ、１０Ｙが上述のようにそれぞれ架設されている。このリンク連設体１０では、ワイヤ１０Ｘを基端側に牽引し、ワイヤ１０Ｙを解放して同量末端側に引き出されるようにすることにより、図４（ａ）に示すように関節部１０Ａを屈曲させることができる。また、このとき、ワイヤ１０Ｗをワイヤ１０Ｘと同じ基端側に同量牽引し、ワイヤ１０Ｖを解放してワイヤＹと同様に末端側へ同量引き出されるようにすることによって、図４（ｂ）に示すように関節部１０Ｂを伸長状態に維持することができる。また、ワイヤ１０Ｘ及び１０Ｙ（図示せず）を固定した状態で、ワイヤ１０Ｗを基端側に牽引し、ワイヤ１０Ｙを解放して末端側に同量引き出されるようにすることにより、図４（ｃ）に示すように関節部１０Ｂを屈曲させることができる。
【００２７】
ここで、リンク連設体１０においては、関節部１０Ａに対応するワイヤ１０Ｘ及び１０Ｙは、当該関節部１０Ａの末端側に接続されたリンク部材１２に固定され、そこから基端側に架設された状態となっている。また、関節部１０Ｂに対応するワイヤ１０Ｗ及び１０Ｖは、当該関節部１０Ｂの末端側に接続されたリンク部材１３に固定され、そこから基端側に架設された状態となっている。そして、関節部１０Ａに対応するワイヤ１０Ｘ及び１０Ｙを動作させることによって関節部１０Ａを回動させることができるが、関節部１０Ｂに対応するワイヤ１０Ｗ及び１０Ｖは、ワイヤ１０Ｘ及び１０Ｙの動作量を基準として動作させることによって関節部１０Ｂを回動させることができる。すなわち、関節部１０Ｂにおいてリンク部材１２と１３を相対的に回動させようとしたとき、その回動量に対応する動作量でワイヤ１０Ｗ及び１０Ｖを動作させるだけでなく、そのときのワイヤ１０Ｘ及び１０Ｙの動作量を加えた量だけワイヤ１０Ｗ及び１０Ｖを動作させる必要がある。これは、関節部１０Ｂよりも基端側にある関節部１０Ａの屈曲状態によってワイヤ１０Ｗ及び１０Ｖの架設経路が影響を受けるからである。
【００２８】
この実施形態では、ワイヤ１０Ｗ，１０Ｖと、ワイヤ１０Ｘ，１０Ｙとをそれぞれ駆動することによってリンク連設体１０の２つの関節部１０Ａ、１０Ｂを独立に回動動作させることができる。ワイヤの駆動は、図示しない駆動源（電動モータや圧電素子など）を用いることもできるし、また、各ワイヤを手動で操作することも可能である。ここで、ワイヤ１０Ｗと１０Ｖとは常に相互に同量だけ逆方向に動作させればよく、また、ワイヤ１０Ｘと１０Ｙもまた相互に同量だけ逆方向に動作させればよい。また、上記のように、ワイヤ１０Ｗ，１０Ｖの動作量は、ワイヤ１０Ｘ，１０Ｙの動作量を基準として設定すればよい。すなわち、ワイヤ１０Ｘ，１０Ｙの動作量が０であれば、ワイヤ１０Ｘ，１０Ｙの動作量はそのまま関節部１０Ｂの所望の回動量に対応したものとすればよく、ワイヤ１０Ｘ，１０Ｙの動作量が０でなければ、ワイヤ１０Ｗ，１０Ｖの動作量は、ワイヤ１０Ｘ，１０Ｙの動作量に関節部１０Ｂの所望の回動量に対応した動作量を加えたものとすればよい。
【００２９】
本実施形態によれば、リンク連設体１０の複数の関節部１０Ａ，１０Ｂについてそれぞれ独立にその屈曲状態を制御駆動することができるため、正確かつ確実な動作を行うことができる。また、関節部に関節プーリを同軸に設け、中間プーリと関節プーリとにワイヤを架設するだけでよいため、従来のように関節部にクラッチ機構、ロック機構、ブレーキ機構などを設ける必要がなくなるため、関節部の軽量化及び小型化を容易に達成することができ、また、製造コストを低減できる。
【００３０】
［第２実施形態］
次に、図５（ａ）を参照して、本発明に係る第２実施形態の多関節型マニピュレータ装置について説明する。上記第１実施形態では、リンク連設体の構造のみについて説明したが、本実施形態は、上記リンク連設体を駆動する駆動手段について説明する。図５（ａ）に示すように、本実施形態のリンク連設体１０′においては、リンク部材１１′〜１４′までが関節部１０Ａ′〜１０Ｃ′において回動自在に連結されている。関節部１０Ａ′〜１０Ｃ′には、関節プーリ１６′〜１８′がそれぞれの関節部の軸線と同軸に取り付けられている。関節プーリの間には中間プーリ１０ｓ′が取り付けられている。
【００３１】
ワイヤ１０Ｗ′は、リンク部材１４′に対して固定位置１４ａ′に固定され、配列された各プーリに対して内側及び外側に交互に架設されて、基端側に向けて伸び、やがて、リンク連設体１０′の基端側において駆動プーリ１５Ｄ′に架設される。ここで、ワイヤ１０Ｗ′は、上記架設経路において、関節プーリ１６′〜１８′の外側（図示上側）を周回し、また、中間プーリ１０ｓ′の内側（図示下側）を周回する態様で、配列されたプーリの列に対して内側と外側に交互に架設される。
【００３２】
駆動プーリ１５Ｄ′は、電動モータ等の駆動源１５′に接続されて正逆両方向に回転駆動されるように構成されている。駆動プーリ１５Ｄ′を半周周回したワイヤ１０Ｗ′は、今度は末端側に向けて順次プーリ列に対して内側と外側に交互に架設され、やがてリンク部材１４′の固定位置１４ａ′において固定される。この架設経路においては、上記とは逆に、関節プーリ１６′〜１８′の内側（図示下側）を周回し、また、中間プーリ１０ｓ′の外側（図示上側）を周回する態様で、配列されたプーリの列に対して内側と外側に交互に架設される。
【００３３】
このリンク連設体１０′は、駆動プーリ１５Ｄ′を図示時計回りに回転させると、ワイヤ１０Ｗ′によって関節部１０Ａ′〜１０Ｃ′が図示の伸長状態から内側（図示下側）に屈曲した屈曲状態となり、駆動プーリ１５Ｄ′を図示反時計回りに回転させると、屈曲状態から図示の伸長状態に復帰するように構成されている。ここで、図５（ａ）には、関節部１０Ｃ′に対応するワイヤ１０Ｗ′のみを示してあるが、関節部１０Ａ′，１０Ｂ′にそれぞれ対応する図示しないワイヤも同様に架設され、図示しない別の駆動プーリに架設される。すなわち、関節部１０Ａ′に対応するワイヤは、リンク部材１２′に固定されて関節プーリ１６′に架設された後に図示しない駆動プーリを経て再び関節プーリ１６′に架設された後に再びリンク部材１２′に固定される。ここで、このワイヤはリンク部材１２′に取り付けられた中間プーリ１０ｓ′に架設されてもよい。また、関節部１０Ｂ′に対応するワイヤは、リンク部材１３′に固定され、関節プーリ１７′、中間プーリ１０ｓ′及び関節プーリ１６′に順次架設された後に、図示しない駆動プーリに架設されて再び関節プーリ１６′、中間プーリ１０ｓ′及び関節プーリ１７′に架設された後に、リンク部材１３′に固定される。ここで、このワイヤはリンク部材１３′に取り付けられた中間プーリ１０ｓ′に架設されてもよい。
【００３４】
第１実施形態においては、各関節部に対応する一対のワイヤが設けられていたのに対して、本実施形態では、これらの一対のワイヤが一体化されて駆動プーリ１５Ｄ′に架設され、駆動されるように構成されている。しかしながら、一対のワイヤを一体化せずに、駆動プーリにそれぞれ固定するとともに、この駆動プーリに対して反対回りに架設することによって、本実施形態と同様の機能を有するように構成することができる。この場合においても、駆動プーリ１５Ｄ′を介して一対のワイヤが実質的に一体化されたものとなるため、本実施形態の上記構成と同様に、一対のワイヤが実質的に一体化された状態で、駆動プーリに対して相互に反対回りに架設されたものとなっている。
【００３５】
本実施形態においても、第１実施形態と同様に、各関節部１０Ａ′〜１０Ｃ′にそれぞれ対応するワイヤ間において、末端側の関節部に対応するワイヤの動作量は、基端側の関節部に対応するワイヤの動作量を基準として設定される。本実施形態では３つの関節部１０Ａ′〜１０Ｃ′が存在しているため、例えば、最も末端側の関節部１０Ｃ′に対応するワイヤ１０Ｗ′の動作量は、関節部１０Ａ′に対応する図示しないワイヤの動作量と、関節部１０Ｂ′に対応する図示しないワイヤの動作量との和を基準として設定される。
【００３６】
［第３実施形態］
次に、図５（ｂ）を参照して、本発明に係る第３実施形態の多関節型マニピュレータ装置について説明する。この実施形態のリンク連設体１０″では、上記第２実施形態のリンク連設体１０′と同様に構成された、リンク部材１１″、１２″、１３″，１４″と、関節部１０Ａ″、１０Ｂ″、１０Ｃ″と、関節プーリ１６″、１７″、１８″と、各関節プーリ間に配置された中間プーリ１０ｓ″とを有する。ただし、このリンク連設体１０″では、その一端がリンク部材１４″の固定位置１４ａ″に固定され、関節プーリ１６″〜１８″の内側（図示下側）を周回し、中間プーリ１０ｓ″の外側（図示上側）を周回する態様で、配列されたプーリ列に対して内側と外側に交互に架設された屈曲動作用のワイヤ１０Ｗ″と、その一端がリンク部材１４″の固定位置１４ａ″に固定され、関節プーリ１６″〜１８″の外側（図示上側）を周回し、中間プーリ１０ｓ″の内側（図示下側）を周回する態様で、配列されたプーリ列に対して内側と外側に交互に架設された伸長動作用のワイヤ１０Ｖ″とを別々に有している。そして、ワイヤ１０Ｗ″の他端は、駆動源１５″によって回転駆動される駆動プーリ１５Ｄ″に固定され、ワイヤ１０Ｖ″の他端は、復帰ばね１９″を介して保持されている。
【００３７】
この第３実施形態においては、駆動プーリ１５Ｄ″を（図示時計回りに）回転させることによってワイヤ１０Ｗ″を牽引すると、リンク連設体１０″は内側（図示下側）に屈曲した状態になる。このとき、ワイヤ１０Ｖ″は復帰ばね１９″の弾性力に抗して末端側に引き出される。次に、駆動プーリ１５Ｄ″を（図示反時計周りに）戻すことによってワイヤ１０Ｗ″に対する牽引力を解放すると、復帰ばね１９″の弾性力によってワイヤ１０Ｖ″が牽引されるとともにこれに対応してワイヤ１０Ｗ″が引き出されることによって、リンク連設体１０″は図示の伸長状態に復帰する。
【００３８】
この第３実施形態においては、上記のようにワイヤ１０Ｖ″の他端が復帰ばね１９″を介して固定されることによって、ワイヤ１０Ｗ″を戻すことにより、リンク連設体１０″が伸長状態に復帰するように構成されているが、上記ワイヤ１０Ｖ″及び復帰ばね１９″の代わりに、ワイヤ１０Ｖ″をゴムのような弾性部材で構成し、その基端を保持（固定）してもよく、また、個々の関節プーリ１６″〜１８″に復帰ばねを設けて、関節プーリ１６″〜１８″のそれぞれを元の回動角度に復帰させるように構成してもよい。ここで、個々の関節プーリに設けられる復帰ばねとしては、関節部の軸に挿通されて両側のリンク部材に係合したトーションスプリングなどが挙げられる。
【００３９】
なお、この第３実施形態においても、第２実施形態と同様に、図５（ｂ）には関節部１０Ｃ″に対応するワイヤ１０Ｗ″及び１０Ｖ″のみを図示してある。したがって、関節部１０Ａ″に対応する図示しない一対のワイヤは図示しない駆動プーリと復帰ばねに接続され、また、関節部１０Ｂ″に対応する図示しない一対のワイヤは図示しない別の駆動プーリと復帰ばねに接続される。また、末端側の関節部に対応する一対のワイヤと、基端側の関節部に対応する一対のワイヤとの動作量の関係も第２実施形態と同様である。
【００４０】
［第４実施形態］
図６は、本発明に係る第４実施形態の多関節型マニピュレータ装置の構成を模式的に示す概略構成図である。この多関節型マニピュレータ装置２００では、リンク連設体２０と、これに対応するリンク節構造を有する制御側リンク連設体２０′とが接続体２０１を介して連結されている。
【００４１】
リンク連設体２０は、上記各実施形態と基本的に同様の構造を有し、接続体２０１に対してリンク部材２１，２２，２３が順次関節部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを介して回動自在に連結されてなる。また、各関節部２０Ａ〜２０Ｃの軸線と同軸に取り付けられた関節プーリ２６，２７，２８と、これらの関節プーリ間に配置された中間プーリ２０ｓとが設けられている。ここで、関節部２０Ａに対応するワイヤ２１１Ａ，２１１Ｂは、その先端がリンク部材２１に固定され、中間プーリ２０ｓ及び関節プーリ２６に架設されて接続体２０１の内部を伸びるように架設されている。また、関節部２０Ｂに対応するワイヤ２１２Ａ，２１２Ｂは、その先端がリンク部材２２に固定され、中間プーリ２０ｓ、関節プーリ２７、中間プーリ２０ｓ、関節プーリ２６に順次架設され、接続体２０１の内部に伸びるように架設されている。さらに、関節部２０Ｃに対応するワイヤ２１３Ａ，２１３Ｂは、その先端がリンク部材２３に固定され、中間プーリ２０ｓ、関節プーリ２８、中間プーリ２０ｓ、関節プーリ２７、中間プーリ２０ｓ、関節プーリ２６に順次架設され、接続体２０１の内部を伸びるように架設されている。なお、上記ワイヤは、その固定位置よりも基端側の範囲内において最も末端側にある中間プーリ２０ｓに架設されることなく、上記範囲内で最も末端側にある関節プーリを最初の架設場所として基端側に向けて伸びるように架設されていても構わない。
【００４２】
制御側リンク連設体２０′は、上記リンク連設体２０と同様の構成を有する。すなわち、接続体２０１に対して制御側リンク部材２１′，２２′，２３′が順次制御側関節部２０Ａ′，２０Ｂ′，２０Ｃ′を介して回動自在に連結されてなる。また、各制御側関節部２０Ａ′〜２０Ｃ′の軸線と同軸に取り付けられた制御側関節プーリ２６′，２７′，２８′と、これらの制御側関節プーリ間に配置された制御側中間プーリ２０ｓ′とが設けられている。ここで、制御側関節部２０Ａ′には上記のワイヤ２１１Ａ，２１１Ｂが対応し、その先端が制御側リンク部材２１′に固定され、制御側中間プーリ２０ｓ′及び制御側関節プーリ２６′に架設されている。また、制御側関節部２０Ｂ′には上記のワイヤ２１２Ａ，２１２Ｂが対応し、その先端が制御側リンク部材２２′に固定され、制御側中間プーリ２０ｓ′、制御側関節プーリ２７′、制御側中間プーリ２０ｓ′、制御側関節プーリ２６′に順次架設されている。さらに、制御側関節部２０Ｃ′には上記のワイヤ２１３Ａ，２１３Ｂが対応し、その先端が制御側リンク部材２３′に固定され、制御側中間プーリ２０ｓ′、制御側関節プーリ２８′、制御側中間プーリ２０ｓ′、制御側関節プーリ２７′、制御側中間プーリ２０ｓ′、制御側関節プーリ２６′に順次架設されている。なお、上記ワイヤは、その固定位置よりも基端側（すなわち接続体２０１側）の範囲内において最も末端側にある制御側中間プーリ２０ｓ′に架設されることなく、上記範囲内で最も末端側にある制御側関節プーリを最初の架設場所として基端側（すなわち接続体２０１側）に向けて伸びるように架設されていても構わない。
【００４３】
本実施形態の多関節型マニピュレータ２００では、制御側リンク連設体２０′を適宜に駆動することによって、ワイヤ２１１Ａ，２１１Ｂ，２１２Ａ，２１２Ｂ，２１３Ａ，２１３Ｂを介して、リンク連設体２０を略回転対称様に動作させることができる。なお、図示例では、動作だけでなく、リンク連設体２０と制御側リンク連設体２０′とが接続体２０１を中心として略回転対称の構成となっている。
【００４４】
この実施形態では、リンク連設体２０の各構成要素と、制御側リンク連設体２０′の各構成要素とがそれぞれ対応している。すなわち、リンク部材２１と制御側リンク部材２１′とが対応し、リンク部材２２と制御側リンク部材２２′とが対応し、リンク部材２３と制御側リンク部材２３′とが対応する。また同様に、関節部２０Ａと制御側関節部２０Ａ′とが対応し、関節部２０Ｂと制御側関節部２０Ｂ′とが対応し、関節部２０Ｃと制御側関節部２０Ｃ′とが対応する。
【００４５】
そして、制御側リンク連設体２０′の上記構成要素が駆動されることによってリンク連設体２０の対応する構成要素が回転対称様の態様で動作する。たとえば、制御側関節部２０Ａ′が図示下方へ屈曲するように駆動されたときには、ワイヤ２１１Ａが制御側リンク連設体２０′側に移動し、これに対応してワイヤ２１１Ｂがリンク連設体２０側に移動するため、関節部２０Ａは図示上方に屈曲動作する。この関係は、制御側関節部２０Ｂ′と関節部２０Ｂ及び制御側関節部２０Ｃ′と関節部２０Ｃについてもそれぞれ同様である。
【００４６】
本実施形態においても、リンク連設体２０の複数の関節部を動作させようとする場合には、リンク連設体２０の末端側の関節部に対応するワイヤの動作量は、リンク連設体２０の基端側の全ての関節部に対応するワイヤの動作量の総和を基準として設定されなければならない。しかしながら、本実施形態では、リンク連設体２０に対応するリンク節構造を有する制御側リンク連設体２０′を駆動することによって各ワイヤを動作させるようにしているので、上記の異なる関節部に対応するワイヤ間の動作量の上記の関係が自動的に調整され、その結果、制御側リンク連設体２０′を駆動することによって、ワイヤ間の動作量を殊更に調整しなくても、リンク連設体２０を対応する態様（すなわち回転対称様の態様）で動作させることができる。
【００４７】
［第５実施形態］
次に、図７を参照して、本発明に係る第５実施形態について説明する。この多関節型マニピュレータ装置２００′は、上記第４実施形態と同様に構成された、リンク連設体２０と、これに対応するリンク節構造を有する制御側リンク連設体２０′とが接続体２０１′を介して連結されたものである。なお、リンク連設体２０及び制御側リンク連設体２０′は基本的に第４実施形態と同様であるので、これらの内部構造については同一部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【００４８】
本実施形態の多関節型マニピュレータ２００′では、リンク連設体２０と制御用リンク連設体２０′とが接続体２０１′を介して線対称（ミラー対称）となるように配置されている。そして、接続体２０１′には、反転プーリ２９Ａ及び２９Ｂがリンク連設体２０と制御用リンク連設体２０′との間に順次配置された状態で取り付けられている。ワイヤ２１１Ａ，２１２Ａ，２１３Ａは、反転プーリ２９Ａに架設されることによって、リンク連設体２０においては関節プーリ２６〜２８の一側（図示上側）を周回するように架設されている一方で、制御側リンク連設体２０′においては制御側関節プーリ２６′〜２８′の他側（図示下側）を周回するように架設される。また、ワイヤ２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂは、反転プーリ２９Ｂに架設されることによって、リンク連設体２０においては関節プーリ２６〜２８の他側（図示下側）を周回するように架設されている一方で、制御側リンク連設体２０′においては制御側関節プーリ２６′〜２８′の一側（図示上側）を周回するように架設される。
【００４９】
上記のように構成することにより、御側リンク連設体２０′を適宜に駆動することによって、ワイヤ２１１Ａ，２１１Ｂ，２１２Ａ，２１２Ｂ，２１３Ａ，２１３Ｂを介して、リンク連設体２０を略線対称（面対称或いはミラー対称）様に動作させることができる。なお、図示例では、動作だけでなく、リンク連設体２０と制御側リンク連設体２０′とが接続体２０１′を中心として略線対称（面対称或いはミラー対称）に構成されている。
【００５０】
この実施形態でも、リンク連設体２０の各構成要素と、制御側リンク連設体２０′の各構成要素とがそれぞれ対応している。すなわち、リンク部材２１と制御側リンク部材２１′とが対応し、リンク部材２２と制御側リンク部材２２′とが対応し、リンク部材２３と制御側リンク部材２３′とが対応する。また同様に、関節部２０Ａと制御側関節部２０Ａ′とが対応し、関節部２０Ｂと制御側関節部２０Ｂ′とが対応し、関節部２０Ｃと制御側関節部２０Ｃ′とが対応する。
【００５１】
そして、制御側リンク連設体２０′の上記構成要素が駆動されることによってリンク連設体２０の対応する構成要素が線対称（面対称或いはミラー対称）様の態様で動作する。たとえば、制御側関節部２０Ａ′が図示下方へ屈曲するように駆動されたときには、ワイヤ２１１Ｂが制御側リンク連設体２０′側に移動し、これに対応してワイヤ２１１Ａがリンク連設体２０側に移動するため、関節部２０Ａは図示下方に屈曲動作する。この関係は、制御側関節部２０Ｂ′と関節部２０Ｂ及び制御側関節部２０Ｃ′と関節部２０Ｃについても同様である。
【００５２】
本実施形態においても、リンク連設体２０の複数の関節部を動作させようとする場合には、リンク連設体２０の末端側の関節部に対応するワイヤの動作量は、リンク連設体２０の基端側の全ての関節部に対応するワイヤの動作量の総和を基準として設定されなければならない。しかしながら、本実施形態では、リンク連設体２０に対応するリンク節構造を有する制御側リンク連設体２０′を駆動することによって各ワイヤを動作させるようにしているので、上記の異なる関節部に対応するワイヤ間の動作量の上記の関係が自動的に調整され、その結果、制御側リンク連設体２０′を駆動することによって、ワイヤ間の動作量を殊更に調整しなくても、リンク連設体２０を対応する態様（すなわち線対称（面対称或いはミラー対称）様の態様）で動作させることができる。
【００５３】
［第６実施形態］
次に、図８を参照して、本発明に係る第６実施形態の多関節型マニピュレータ装置３００について説明する。この実施形態では、基本的に上記第４実施形態や第５実施形態と同様に構成されたリンク連設体３０と制御側リンク連設体３０′とを有し、さらに、制御側リンク連設体３０′の動作態様を検出する検出部３０１と、この検出部３０１から出力される信号に基づいて検出データを生成する検出データ生成手段３０２と、検出データ生成手段３０２によって形成された検出データを送信する送信手段３０３と、送信手段３０３によって送信された検出データを受信する受信手段３０４と、受信手段３０４によって受信された検出データに基づいてリンク連設体３０を駆動するための駆動データを生成する駆動データ生成手段３０５と、駆動データ生成手段３０５によって生成された駆動データに基づいてリンク連設体３０を駆動する駆動部３０６とを有する。ここで、検出部３０１及び検出データ生成手段３０２は検出手段を構成する。また、駆動データ生成手段３０５及び駆動部３０６は駆動手段を構成する。
【００５４】
検出部３０１には、制御側リンク連設体３０′の複数の制御側ワイヤを、それぞれ弾性部材を介して保持する保持構造と、各ワイヤの基端の位置を検出する検出器（光センサなど）とが設けられている。検出データ生成手段３０２は、検出部３０１の検出器の出力信号を受け取り、上記各ワイヤの基端の位置変化をそれぞれ求める演算を行うことにより検出データを生成する。ここで、検出データとしては、各ワイヤ基端の位置座標、位置の変化速度（単位時間当たりの位置の変化量）、加速度などのいずれであってもよい。
【００５５】
検出データ生成手段３０２によって生成された検出データは、送信手段３０３により所定のプロトコルに従って送信され、受信手段３０４によって受信される。ここで、送信手段３０３と受信手段３０４の伝送態様は無線でも有線でもよく、また、電波でも光でもよい。
【００５６】
また、受信手段３０４によって受信された上記検出データは、駆動データ生成手段３０５に導入され、ここで検出データに基づいて駆動データが生成される。駆動データは、上記検出データをそのままの形で反映するものであってもよく、或いは、上記検出データに何らかの演算を施して求めたものであってもよい。たとえば、検出データの符号を反転させて駆動データとしたり、リンク連設体３０と制御側リンク連設体３０′の寸法上の比率を検出データに乗算したりするなどである。
【００５７】
駆動部３０６には、リンク連設体３０に架設された複数のワイヤを、弾性部材を介して保持する保持構造と、各ワイヤの基端の位置を駆動する駆動器（モータと歯車など）とが設けられている。
【００５８】
本実施形態では、制御用リンク連設体３０′を駆動することによって、その検出データに基づいてリンク連設体３０が動作する。このとき、送信手段３０３及び受信手段３０４が設けられていることによって、空間的な制約なしに、遠隔地でもリンク連設体３０を適宜の場所で動作させることができる。また、リアルタイム制御ではなく、予め制御用リンク連設体３０′を駆動して所定の動作態様について検出データを求めておき、リンク連設体３０を制御駆動したい時点で、検出データを送信して駆動手段によりリンク連設体３０を駆動してもよい。この場合、制御用リンク連設体３０′と、検出部３０１及び検出データ生成手段３０２（検出手段）とは、リンク連設体３０の駆動データを求めるための検出データを生成する装置として用いられる。
【００５９】
また、上記のように送信手段３０３及び受信手段３０４を設けることなく、検出手段から直接に駆動手段にデータを受け渡し、これに基づいてリンク連設体３０を動作させるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の基本構成を示す概略構成図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）。
【図２】第１実施形態の基本構成を示す概略構成図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）。
【図３】第１実施形態の完成状態を示す側面透視図（ａ）及び横断面図（ｂ）。
【図４】第１実施形態の動作態様を示す概略構成図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）。
【図５】第２実施形態の概略構成図（ａ）及び第３実施形態の概略構成図（ｂ）。
【図６】第４実施形態の概略構成図。
【図７】第５実施形態の概略構成図。
【図８】第６実施形態の概略構成図。
【符号の説明】
１０…リンク連設体、１０Ａ，１０Ｂ…関節部、１１〜１３…リンク部材、１６，１７…関節プーリ、１０ｓ…中間プーリ、１０Ｗ…ワイヤ（駆動ワイヤ）、１０Ｖ…ワイヤ（復帰ワイヤ）、１５′…駆動源、１５Ｄ′…駆動プーリ、２９Ａ，２９Ｂ…反転プーリ、２００，３００…多関節マニピュレータ装置、２０１…接続体、２１１Ａ〜２１３Ａ，２１１Ｂ〜２１３Ｂ…ワイヤ、３０１…検出部、３０２…検出データ生成手段、３０３…送信手段、３０４…受信手段、３０５…駆動データ生成手段、３０６…駆動部
【発明の属する技術分野】
本発明は多関節型マニピュレータ装置に係り、特に、ロボットハンド或いはその指構造として好適な多関節型のマニピュレータ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、多関節型マニピュレータは、複数のリンク部材を関節部にて回転自在に連結してなるリンク連設体を有するものであり、ロボットハンドの指構造やロボットアームなどとして用いられている。この多関節型マニピュレータとしては、従来から関節毎にモータ等の駆動手段を設けるものが知られているが、小型のロボットハンドの指構造のように関節構造そのものが小型化されている場合や、ロボットアームであってもロボットの軽量化が要求される場合には、関節毎に駆動手段を設けることが不可能であるため、関節毎に設けた複数のプーリと、これらのプーリ間に架設された駆動ワイヤとを設け、この駆動ワイヤにより多数の関節を動作可能に構成したワイヤ駆動タイプの多関節型マニピュレータが種々提案されている。
【０００３】
たとえば、プーリとシャフトとの間に所定トルクを閾値としてロック状態とフリー状態とを切り換えるクラッチ機構を関節毎に設け、隣接する関節のプーリ間をベルトによって連結した多関節ロボットハンドが知られている（たとえば、以下の特許文献１参照）。
【０００４】
また、関節毎に電磁クラッチ／ブレーキを介した一対のプーリを同軸に設け、これらの一対のプーリのうちの一方のプーリに、駆動モータに連結された駆動ワイヤＷ１を架設し、他方のプーリにはリターンスプリングに接続された復帰ワイヤＷ２を架設してなる多関節マニピュレータが知られている（たとえば、以下の特許文献２参照）。これによれば、各関節に設けられた電磁クラッチ／ブレーキによるロック状態と解除状態の切換えに応じた関節毎の駆動制御を実現することができる。
【０００５】
さらに、関節毎にピエゾ素子を設けて、ピエゾ素子のオンオフによってプーリとリンクとの間のロック状態とフリー状態とを切換え可能に構成したり、或いは、プーリとリンクとの間のトルク制御を行ったりすることによって各関節の動作態様を制御可能に構成したロボットアームが知られている（たとえば、以下の特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−３０１１９１号公報
【特許文献２】
特開平７−９６４８５号公報
【特許文献３】
特開平９−２３９６８６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のワイヤ駆動タイプの多関節型マニピュレータにおいては、一つの駆動機構によって複数の関節をそれぞれ独立に制御するために、クラッチ機構、電磁クラッチ／ブレーキ、ピエゾ素子或いはトルク制御器などを関節毎に設けていることから、構造が複雑になり、重量も増加し、しかも、高価になるという問題点がある。
【０００８】
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、複雑な機構や高価な部品を用いることなしに、複数のリンク連設体を独立に動作可能に構成することにより、軽量又は安価な多関節型マニピュレータ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の多関節型マニピュレータ装置は、複数のリンクを複数の関節部において回動自在に連結して構成され、前記複数の関節部において当該関節部の軸線とそれぞれ同軸に設けられた複数のプーリと、当該複数のプーリ間に架設されたワイヤとを備えたリンク連設体を具備する多関節型マニピュレータ装置であって、前記複数の関節部毎にそれぞれ対応する前記ワイヤを設け、前記ワイヤは、対応する一の前記関節部の末端側に接続された一の前記リンクに固定されるとともに、前記一の関節部の前記プーリ及びこれよりも基端側に配置された前記関節部の前記プーリに架設されて前記リンク連設体の基端側に引き出され、前記リンク連設体の基端側において複数の前記ワイヤをそれぞれ制御駆動するように構成したことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、各ワイヤは、対応する一の関節部の末端側に接続されたリンクに固定されるとともに、当該一の関節部のプーリ及びそれよりも基端側に配置された関節部のプーリに架設されていることにより、当該ワイヤによって上記対応する一の関節部を駆動することができる。そして、このようなワイヤをリンク連設体の関節部毎にそれぞれ対応して設けてあるので、これらの複数のワイヤを協調して駆動すれば、複数の関節部を独立に制御駆動できる。例えば、或る一の関節部のみを屈曲させるためには、当該関節部に対応するワイヤを所定量駆動するとともに、それよりも末端側の関節部に対応するワイヤを同じ量だけ駆動し、さらに、それよりも基端側の関節部に対応するワイヤを駆動しないようにすればよい。
【００１１】
本発明において、前記複数のワイヤを制御駆動する制御駆動手段を有し、当該制御駆動手段において、前記一の関節部の前記プーリ及びこれよりも基端側に配置された前記関節部の前記プーリに架設された一の前記ワイヤに対する駆動量は、前記一の関節部よりも基端側に配置された他の前記関節部について、当該他の関節部の前記プーリ及びこれよりも基端側に配置された前記関節部の前記プーリに架設された他の前記ワイヤの駆動量の総和を基準として与えられることが好ましい。これによれば、或る関節部を駆動するときには、制御駆動手段は、当該関節部よりも基端側にある関節部の駆動量の総和（すなわち、或る関節部よりも基端側に一つの関節部だけが存在する場合にはその関節部のワイヤの駆動量、また、或る関節部よりも基端側に複数の関節部が存在する場合にはそれらの関節部のワイヤの駆動量の和）を基準として上記の関節部に対応するワイヤの駆動量を与えるようにしているため、基端側の他の関節部の屈曲状態が変化したことによるワイヤへの影響を補償することができることから、各関節部を完全に独立して駆動することができる。
【００１２】
本発明において、前記制御駆動手段には、前記複数の関節部に対応する複数の制御側関節部を具備して前記リンク連設体と対応するリンク節構造を有する制御側リンク連設体が設けられ、当該制御側リンク連設体には、前記複数のワイヤが、直接若しくは間接的に、前記複数の制御側関節部に対して前記リンク連設体と対応する態様で架設されていることが好ましい。これによれば、制御側リンク連設体を操作駆動することにより、複数の制御側関節部の屈折角が適宜に変化されるため、これに応じて複数のワイヤが動作し、これらの複数のワイヤの動作によってリンク連設体が動作する。
【００１３】
本発明において、前記制御駆動手段には、前記複数の関節部に対応する複数の制御側関節部を具備して前記リンク連設体と対応するリンク節構造を有する制御側リンク連設体が設けられ、当該制御側リンク連設体には、前記複数のワイヤと対応する複数の制御側ワイヤが前記複数の制御側関節部に対して前記リンク連設体と対応する態様で架設され、前記制御側ワイヤの動作を検出する検出手段と、当該検出手段の検出データに基づいて前記複数のワイヤを駆動する駆動手段とをさらに有することが好ましい。これによれば、リンク連設体と対応するリンク節構造を有する制御側リンク連設体が設けられ、この制御側リンク連設体には、上記複数のワイヤと対応する複数の制御側ワイヤがリンク連設体と同態様若しくは逆態様となるように架設されていることにより、制御側リンク連設体を適宜に動作させたときの複数の制御側ワイヤの動きが検出手段によって検出され、この検出データに基づいて駆動手段によって複数のワイヤが駆動されるため、制御側リンク連設体の駆動態様と対応する動作態様でリンク連設体を動作させることができる。この場合、リンク連設体と対応する構成を有する制御側リンク連設体を駆動することによって制御側ワイヤを動作させて上記検出データを得るようにしているため、複数のワイヤの駆動態様とリンク連設体の動作態様との間に複雑な関係が存在しても、リンク連設体を駆動するためのワイヤの駆動態様をきわめて容易に導出することができる。
【００１４】
本発明において、前記検出手段において得られた前記検出データを送信する送信手段と、当該送信手段により送信された前記検出データを受信して前記駆動手段に送出する受信手段とをさらに有することが好ましい。上記の検出データが送信手段及び受信手段を介して伝達されるように構成されていることにより、遠隔位置においてもリンク連設体を容易に制御駆動できる。
【００１５】
本発明において、前記関節部毎に、前記ワイヤとして、同一方向に牽引したときに前記関節部を相互に逆方向に回動させることのできる一対のワイヤが設けられていることが好ましい。これらの一対のワイヤは、一方のワイヤをリンク連設体の基端側に牽引すると、他方のワイヤがリンク連設体の末端側に向けて引き出され、これに応じて上記関節部が回動するように構成される。より具体的には、一対のワイヤそれぞれは、リンク連設体の複数の関節部にそれぞれ設けられた複数のプーリの間にそれぞれ中間プーリが設けられ、関節部に設けられた前記プーリと、中間プーリに交互にジグザグ（波線）状に架設される。このとき、一方のワイヤが関節部に設けられた前記プーリの一側を周回するように架設されているとすれば、他方のワイヤは関節部に設けられた前記プーリの他側を周回するように架設される。
【００１６】
本発明において、前記リンク連設体の基端側に駆動プーリを有し、前記一対のワイヤは、実質的に一体化された状態で前記駆動プーリに相互に反対回りに架設されていることが好ましい。このようにすると、駆動プーリを回転させることによって一方のワイヤを牽引するとともに他方のワイヤを解放することができるため、リンク連設体を容易に駆動することができる。
【００１７】
本発明において、前記一方のワイヤを解放したときに他方のワイヤを牽引する復帰ばねを有することが好ましい。復帰ばねを用いることにより、一方のワイヤのみを駆動すればリンク連設体を制御することができるため、全体をより簡易な構成とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明に係る多関節型マニピュレータ装置の実施形態について詳細に説明する。
【００１９】
［第１実施形態］
最初に、図１乃至図４を参照して本実施形態の多関節マニピュレータ装置に用いるリンク連設体の第１実施形態について説明する。図１及び図２は、本実施形態の多関節マニピュレータ装置におけるリンク連設体の基本構成について示す概略構成図である。このリンク連設体１０は、図１に示すように、リンク部材１１，１２，１３が基端側（図示左側）から末端側（図示右側）に向けて順次関節部１０Ａ及び１０Ｂにおいて回動自在に連結されてなる。関節部１０Ａ及び１０Ｂには、これらの関節部の軸線と同軸に関節プーリ１６，１７が設けられている。また、関節プーリ１６と１７との間にはリンク部材１２に軸支された中間プーリ１０ｓが設けられ、また、リンク部材１３においては関節プーリ１７の末端側に中間プーリ１０ｓが設けられている。
【００２０】
ここで、関節プーリ１６，１７は、接続される両側のリンク部材のいずれか一方に対して固定されていてもよく、或いは、両側のリンク部材のいずれに対しても回転自在に軸支されていてもよく、或いはまた、両側のリンク部材の少なくとも一方に対して回動可能に取り付けられていてもよい。これは、関節プーリ１６，１７が自由に回転しなくても、結果的にワイヤがプーリに対して摺動することによって関節部に対して移動可能に構成されていればよいからである。
【００２１】
上記構成において、図１（ａ）に示すように、リンク部材１３に対して固定位置１３ａにて固定されたワイヤ１０Ｗが基端側に向けて順次に上記関節プーリ１６，１７及び中間プーリ１０ｓに架設されている。このワイヤ１０Ｗは、末端側から基端側に向けて配列されるプーリ列に対して内側（図示下側）と外側（図示上側）に交互に架設される。より具体的には、ワイヤ１０Ｗは、関節プーリ１６，１７の内側を周回する態様で架設されている。
【００２２】
また、上記構成において、図１（ｂ）に示すように、リンク部材１３に対して固定位置１３ｂにて固定されたワイヤ１０Ｖが上記関節プーリ１６，１７及び中間プーリ１０ｓに架設されている。このワイヤ１０Ｖは、末端側から基端側に向けて配列されるプーリ列に対して内側と外側に交互に架設される。より具体的には、ワイヤ１０Ｖは、関節プーリ１６，１７の外側を周回する態様で架設されている。
【００２３】
図１（ｃ）は、リンク連設体１０にワイヤ１０Ｗ及び１０Ｖを共に装着した状態を示すものである。ワイヤ１０Ｗと１０Ｖは、リンク部材１１〜１３を関節部１０Ａ及び１０Ｂにおいて相互に逆方向に回動させるように駆動するものである。すなわち、ワイヤ１０Ｗを基端側に牽引したとき、ワイヤ１０Ｖは末端側に引き出され、関節部１０Ａ及び１０Ｂが図示の伸長状態から内側（図示下側）に屈曲した状態となる。逆に、ワイヤ１０Ｖを基端側に牽引したとき、ワイヤ１０Ｗは末端側に引き出され、関節部１０Ａ及び１０Ｂの屈曲状態は図示の伸長状態に復帰する。これは、関節部１０Ａ及び１０Ｂが内側に屈曲すると、ワイヤ１０Ｗの架設経路の長さは短くなり、ワイヤ１０Ｖの架設経路の長さは長くなるからである。
【００２４】
図２は、上記リンク連設体１０にワイヤ１０Ｘを架設した状態（ａ）、ワイヤ１０Ｙを架設した状態（ｂ）及びワイヤ１０Ｘ及び１０Ｙの双方を架設した状態（ｃ）を示すものである。ワイヤ１０Ｘは、リンク部材１２に対して固定位置１２ａにて固定され、基端方向に中間プーリ１０ｓ及び関節プーリ１６に順次架設されている。ここで、ワイヤ１０Ｘは関節プーリ１６の内側（図示下側）を周回する態様で架設されている。また、ワイヤ１０Ｙは、リンク部材１２に対して固定位置１２ｂにて固定され、基端方向に中間プーリ１０ｓ及び関節プーリ１６に順次架設されている。ここで、ワイヤ１０Ｙは関節プーリ１６の外側（図示上側）を周回する態様で架設されている。
【００２５】
ワイヤ１０Ｘと１０Ｙもまた、リンク部材１１，１２を関節部１０Ａにおいて相互に逆方向に回動させるように駆動するものである。すなわち、ワイヤ１０Ｘを基端側に牽引したとき、ワイヤ１０Ｙは末端側に引き出され、関節部１０Ａが図示の伸長状態から内側（図示下側）に屈曲した状態となる。逆に、ワイヤ１０Ｙを基端側に牽引したとき、ワイヤ１０Ｘは末端側へ引き出され、関節部１０Ａの屈曲状態は図示の伸長状態に復帰する。これは、関節部１０Ａが内側に屈曲すると、ワイヤ１０Ｘの架設経路の長さは短くなり、ワイヤ１０Ｙの架設経路の長さは長くなるからである。
【００２６】
図３には、完成状態のリンク連設体１０の構造を示す側面透視図（ａ）及び横断面図（ｂ）を示す。リンク連設体１０には、上記のワイヤ１０Ｗ、１０Ｖ、１０Ｘ、１０Ｙが上述のようにそれぞれ架設されている。このリンク連設体１０では、ワイヤ１０Ｘを基端側に牽引し、ワイヤ１０Ｙを解放して同量末端側に引き出されるようにすることにより、図４（ａ）に示すように関節部１０Ａを屈曲させることができる。また、このとき、ワイヤ１０Ｗをワイヤ１０Ｘと同じ基端側に同量牽引し、ワイヤ１０Ｖを解放してワイヤＹと同様に末端側へ同量引き出されるようにすることによって、図４（ｂ）に示すように関節部１０Ｂを伸長状態に維持することができる。また、ワイヤ１０Ｘ及び１０Ｙ（図示せず）を固定した状態で、ワイヤ１０Ｗを基端側に牽引し、ワイヤ１０Ｙを解放して末端側に同量引き出されるようにすることにより、図４（ｃ）に示すように関節部１０Ｂを屈曲させることができる。
【００２７】
ここで、リンク連設体１０においては、関節部１０Ａに対応するワイヤ１０Ｘ及び１０Ｙは、当該関節部１０Ａの末端側に接続されたリンク部材１２に固定され、そこから基端側に架設された状態となっている。また、関節部１０Ｂに対応するワイヤ１０Ｗ及び１０Ｖは、当該関節部１０Ｂの末端側に接続されたリンク部材１３に固定され、そこから基端側に架設された状態となっている。そして、関節部１０Ａに対応するワイヤ１０Ｘ及び１０Ｙを動作させることによって関節部１０Ａを回動させることができるが、関節部１０Ｂに対応するワイヤ１０Ｗ及び１０Ｖは、ワイヤ１０Ｘ及び１０Ｙの動作量を基準として動作させることによって関節部１０Ｂを回動させることができる。すなわち、関節部１０Ｂにおいてリンク部材１２と１３を相対的に回動させようとしたとき、その回動量に対応する動作量でワイヤ１０Ｗ及び１０Ｖを動作させるだけでなく、そのときのワイヤ１０Ｘ及び１０Ｙの動作量を加えた量だけワイヤ１０Ｗ及び１０Ｖを動作させる必要がある。これは、関節部１０Ｂよりも基端側にある関節部１０Ａの屈曲状態によってワイヤ１０Ｗ及び１０Ｖの架設経路が影響を受けるからである。
【００２８】
この実施形態では、ワイヤ１０Ｗ，１０Ｖと、ワイヤ１０Ｘ，１０Ｙとをそれぞれ駆動することによってリンク連設体１０の２つの関節部１０Ａ、１０Ｂを独立に回動動作させることができる。ワイヤの駆動は、図示しない駆動源（電動モータや圧電素子など）を用いることもできるし、また、各ワイヤを手動で操作することも可能である。ここで、ワイヤ１０Ｗと１０Ｖとは常に相互に同量だけ逆方向に動作させればよく、また、ワイヤ１０Ｘと１０Ｙもまた相互に同量だけ逆方向に動作させればよい。また、上記のように、ワイヤ１０Ｗ，１０Ｖの動作量は、ワイヤ１０Ｘ，１０Ｙの動作量を基準として設定すればよい。すなわち、ワイヤ１０Ｘ，１０Ｙの動作量が０であれば、ワイヤ１０Ｘ，１０Ｙの動作量はそのまま関節部１０Ｂの所望の回動量に対応したものとすればよく、ワイヤ１０Ｘ，１０Ｙの動作量が０でなければ、ワイヤ１０Ｗ，１０Ｖの動作量は、ワイヤ１０Ｘ，１０Ｙの動作量に関節部１０Ｂの所望の回動量に対応した動作量を加えたものとすればよい。
【００２９】
本実施形態によれば、リンク連設体１０の複数の関節部１０Ａ，１０Ｂについてそれぞれ独立にその屈曲状態を制御駆動することができるため、正確かつ確実な動作を行うことができる。また、関節部に関節プーリを同軸に設け、中間プーリと関節プーリとにワイヤを架設するだけでよいため、従来のように関節部にクラッチ機構、ロック機構、ブレーキ機構などを設ける必要がなくなるため、関節部の軽量化及び小型化を容易に達成することができ、また、製造コストを低減できる。
【００３０】
［第２実施形態］
次に、図５（ａ）を参照して、本発明に係る第２実施形態の多関節型マニピュレータ装置について説明する。上記第１実施形態では、リンク連設体の構造のみについて説明したが、本実施形態は、上記リンク連設体を駆動する駆動手段について説明する。図５（ａ）に示すように、本実施形態のリンク連設体１０′においては、リンク部材１１′〜１４′までが関節部１０Ａ′〜１０Ｃ′において回動自在に連結されている。関節部１０Ａ′〜１０Ｃ′には、関節プーリ１６′〜１８′がそれぞれの関節部の軸線と同軸に取り付けられている。関節プーリの間には中間プーリ１０ｓ′が取り付けられている。
【００３１】
ワイヤ１０Ｗ′は、リンク部材１４′に対して固定位置１４ａ′に固定され、配列された各プーリに対して内側及び外側に交互に架設されて、基端側に向けて伸び、やがて、リンク連設体１０′の基端側において駆動プーリ１５Ｄ′に架設される。ここで、ワイヤ１０Ｗ′は、上記架設経路において、関節プーリ１６′〜１８′の外側（図示上側）を周回し、また、中間プーリ１０ｓ′の内側（図示下側）を周回する態様で、配列されたプーリの列に対して内側と外側に交互に架設される。
【００３２】
駆動プーリ１５Ｄ′は、電動モータ等の駆動源１５′に接続されて正逆両方向に回転駆動されるように構成されている。駆動プーリ１５Ｄ′を半周周回したワイヤ１０Ｗ′は、今度は末端側に向けて順次プーリ列に対して内側と外側に交互に架設され、やがてリンク部材１４′の固定位置１４ａ′において固定される。この架設経路においては、上記とは逆に、関節プーリ１６′〜１８′の内側（図示下側）を周回し、また、中間プーリ１０ｓ′の外側（図示上側）を周回する態様で、配列されたプーリの列に対して内側と外側に交互に架設される。
【００３３】
このリンク連設体１０′は、駆動プーリ１５Ｄ′を図示時計回りに回転させると、ワイヤ１０Ｗ′によって関節部１０Ａ′〜１０Ｃ′が図示の伸長状態から内側（図示下側）に屈曲した屈曲状態となり、駆動プーリ１５Ｄ′を図示反時計回りに回転させると、屈曲状態から図示の伸長状態に復帰するように構成されている。ここで、図５（ａ）には、関節部１０Ｃ′に対応するワイヤ１０Ｗ′のみを示してあるが、関節部１０Ａ′，１０Ｂ′にそれぞれ対応する図示しないワイヤも同様に架設され、図示しない別の駆動プーリに架設される。すなわち、関節部１０Ａ′に対応するワイヤは、リンク部材１２′に固定されて関節プーリ１６′に架設された後に図示しない駆動プーリを経て再び関節プーリ１６′に架設された後に再びリンク部材１２′に固定される。ここで、このワイヤはリンク部材１２′に取り付けられた中間プーリ１０ｓ′に架設されてもよい。また、関節部１０Ｂ′に対応するワイヤは、リンク部材１３′に固定され、関節プーリ１７′、中間プーリ１０ｓ′及び関節プーリ１６′に順次架設された後に、図示しない駆動プーリに架設されて再び関節プーリ１６′、中間プーリ１０ｓ′及び関節プーリ１７′に架設された後に、リンク部材１３′に固定される。ここで、このワイヤはリンク部材１３′に取り付けられた中間プーリ１０ｓ′に架設されてもよい。
【００３４】
第１実施形態においては、各関節部に対応する一対のワイヤが設けられていたのに対して、本実施形態では、これらの一対のワイヤが一体化されて駆動プーリ１５Ｄ′に架設され、駆動されるように構成されている。しかしながら、一対のワイヤを一体化せずに、駆動プーリにそれぞれ固定するとともに、この駆動プーリに対して反対回りに架設することによって、本実施形態と同様の機能を有するように構成することができる。この場合においても、駆動プーリ１５Ｄ′を介して一対のワイヤが実質的に一体化されたものとなるため、本実施形態の上記構成と同様に、一対のワイヤが実質的に一体化された状態で、駆動プーリに対して相互に反対回りに架設されたものとなっている。
【００３５】
本実施形態においても、第１実施形態と同様に、各関節部１０Ａ′〜１０Ｃ′にそれぞれ対応するワイヤ間において、末端側の関節部に対応するワイヤの動作量は、基端側の関節部に対応するワイヤの動作量を基準として設定される。本実施形態では３つの関節部１０Ａ′〜１０Ｃ′が存在しているため、例えば、最も末端側の関節部１０Ｃ′に対応するワイヤ１０Ｗ′の動作量は、関節部１０Ａ′に対応する図示しないワイヤの動作量と、関節部１０Ｂ′に対応する図示しないワイヤの動作量との和を基準として設定される。
【００３６】
［第３実施形態］
次に、図５（ｂ）を参照して、本発明に係る第３実施形態の多関節型マニピュレータ装置について説明する。この実施形態のリンク連設体１０″では、上記第２実施形態のリンク連設体１０′と同様に構成された、リンク部材１１″、１２″、１３″，１４″と、関節部１０Ａ″、１０Ｂ″、１０Ｃ″と、関節プーリ１６″、１７″、１８″と、各関節プーリ間に配置された中間プーリ１０ｓ″とを有する。ただし、このリンク連設体１０″では、その一端がリンク部材１４″の固定位置１４ａ″に固定され、関節プーリ１６″〜１８″の内側（図示下側）を周回し、中間プーリ１０ｓ″の外側（図示上側）を周回する態様で、配列されたプーリ列に対して内側と外側に交互に架設された屈曲動作用のワイヤ１０Ｗ″と、その一端がリンク部材１４″の固定位置１４ａ″に固定され、関節プーリ１６″〜１８″の外側（図示上側）を周回し、中間プーリ１０ｓ″の内側（図示下側）を周回する態様で、配列されたプーリ列に対して内側と外側に交互に架設された伸長動作用のワイヤ１０Ｖ″とを別々に有している。そして、ワイヤ１０Ｗ″の他端は、駆動源１５″によって回転駆動される駆動プーリ１５Ｄ″に固定され、ワイヤ１０Ｖ″の他端は、復帰ばね１９″を介して保持されている。
【００３７】
この第３実施形態においては、駆動プーリ１５Ｄ″を（図示時計回りに）回転させることによってワイヤ１０Ｗ″を牽引すると、リンク連設体１０″は内側（図示下側）に屈曲した状態になる。このとき、ワイヤ１０Ｖ″は復帰ばね１９″の弾性力に抗して末端側に引き出される。次に、駆動プーリ１５Ｄ″を（図示反時計周りに）戻すことによってワイヤ１０Ｗ″に対する牽引力を解放すると、復帰ばね１９″の弾性力によってワイヤ１０Ｖ″が牽引されるとともにこれに対応してワイヤ１０Ｗ″が引き出されることによって、リンク連設体１０″は図示の伸長状態に復帰する。
【００３８】
この第３実施形態においては、上記のようにワイヤ１０Ｖ″の他端が復帰ばね１９″を介して固定されることによって、ワイヤ１０Ｗ″を戻すことにより、リンク連設体１０″が伸長状態に復帰するように構成されているが、上記ワイヤ１０Ｖ″及び復帰ばね１９″の代わりに、ワイヤ１０Ｖ″をゴムのような弾性部材で構成し、その基端を保持（固定）してもよく、また、個々の関節プーリ１６″〜１８″に復帰ばねを設けて、関節プーリ１６″〜１８″のそれぞれを元の回動角度に復帰させるように構成してもよい。ここで、個々の関節プーリに設けられる復帰ばねとしては、関節部の軸に挿通されて両側のリンク部材に係合したトーションスプリングなどが挙げられる。
【００３９】
なお、この第３実施形態においても、第２実施形態と同様に、図５（ｂ）には関節部１０Ｃ″に対応するワイヤ１０Ｗ″及び１０Ｖ″のみを図示してある。したがって、関節部１０Ａ″に対応する図示しない一対のワイヤは図示しない駆動プーリと復帰ばねに接続され、また、関節部１０Ｂ″に対応する図示しない一対のワイヤは図示しない別の駆動プーリと復帰ばねに接続される。また、末端側の関節部に対応する一対のワイヤと、基端側の関節部に対応する一対のワイヤとの動作量の関係も第２実施形態と同様である。
【００４０】
［第４実施形態］
図６は、本発明に係る第４実施形態の多関節型マニピュレータ装置の構成を模式的に示す概略構成図である。この多関節型マニピュレータ装置２００では、リンク連設体２０と、これに対応するリンク節構造を有する制御側リンク連設体２０′とが接続体２０１を介して連結されている。
【００４１】
リンク連設体２０は、上記各実施形態と基本的に同様の構造を有し、接続体２０１に対してリンク部材２１，２２，２３が順次関節部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを介して回動自在に連結されてなる。また、各関節部２０Ａ〜２０Ｃの軸線と同軸に取り付けられた関節プーリ２６，２７，２８と、これらの関節プーリ間に配置された中間プーリ２０ｓとが設けられている。ここで、関節部２０Ａに対応するワイヤ２１１Ａ，２１１Ｂは、その先端がリンク部材２１に固定され、中間プーリ２０ｓ及び関節プーリ２６に架設されて接続体２０１の内部を伸びるように架設されている。また、関節部２０Ｂに対応するワイヤ２１２Ａ，２１２Ｂは、その先端がリンク部材２２に固定され、中間プーリ２０ｓ、関節プーリ２７、中間プーリ２０ｓ、関節プーリ２６に順次架設され、接続体２０１の内部に伸びるように架設されている。さらに、関節部２０Ｃに対応するワイヤ２１３Ａ，２１３Ｂは、その先端がリンク部材２３に固定され、中間プーリ２０ｓ、関節プーリ２８、中間プーリ２０ｓ、関節プーリ２７、中間プーリ２０ｓ、関節プーリ２６に順次架設され、接続体２０１の内部を伸びるように架設されている。なお、上記ワイヤは、その固定位置よりも基端側の範囲内において最も末端側にある中間プーリ２０ｓに架設されることなく、上記範囲内で最も末端側にある関節プーリを最初の架設場所として基端側に向けて伸びるように架設されていても構わない。
【００４２】
制御側リンク連設体２０′は、上記リンク連設体２０と同様の構成を有する。すなわち、接続体２０１に対して制御側リンク部材２１′，２２′，２３′が順次制御側関節部２０Ａ′，２０Ｂ′，２０Ｃ′を介して回動自在に連結されてなる。また、各制御側関節部２０Ａ′〜２０Ｃ′の軸線と同軸に取り付けられた制御側関節プーリ２６′，２７′，２８′と、これらの制御側関節プーリ間に配置された制御側中間プーリ２０ｓ′とが設けられている。ここで、制御側関節部２０Ａ′には上記のワイヤ２１１Ａ，２１１Ｂが対応し、その先端が制御側リンク部材２１′に固定され、制御側中間プーリ２０ｓ′及び制御側関節プーリ２６′に架設されている。また、制御側関節部２０Ｂ′には上記のワイヤ２１２Ａ，２１２Ｂが対応し、その先端が制御側リンク部材２２′に固定され、制御側中間プーリ２０ｓ′、制御側関節プーリ２７′、制御側中間プーリ２０ｓ′、制御側関節プーリ２６′に順次架設されている。さらに、制御側関節部２０Ｃ′には上記のワイヤ２１３Ａ，２１３Ｂが対応し、その先端が制御側リンク部材２３′に固定され、制御側中間プーリ２０ｓ′、制御側関節プーリ２８′、制御側中間プーリ２０ｓ′、制御側関節プーリ２７′、制御側中間プーリ２０ｓ′、制御側関節プーリ２６′に順次架設されている。なお、上記ワイヤは、その固定位置よりも基端側（すなわち接続体２０１側）の範囲内において最も末端側にある制御側中間プーリ２０ｓ′に架設されることなく、上記範囲内で最も末端側にある制御側関節プーリを最初の架設場所として基端側（すなわち接続体２０１側）に向けて伸びるように架設されていても構わない。
【００４３】
本実施形態の多関節型マニピュレータ２００では、制御側リンク連設体２０′を適宜に駆動することによって、ワイヤ２１１Ａ，２１１Ｂ，２１２Ａ，２１２Ｂ，２１３Ａ，２１３Ｂを介して、リンク連設体２０を略回転対称様に動作させることができる。なお、図示例では、動作だけでなく、リンク連設体２０と制御側リンク連設体２０′とが接続体２０１を中心として略回転対称の構成となっている。
【００４４】
この実施形態では、リンク連設体２０の各構成要素と、制御側リンク連設体２０′の各構成要素とがそれぞれ対応している。すなわち、リンク部材２１と制御側リンク部材２１′とが対応し、リンク部材２２と制御側リンク部材２２′とが対応し、リンク部材２３と制御側リンク部材２３′とが対応する。また同様に、関節部２０Ａと制御側関節部２０Ａ′とが対応し、関節部２０Ｂと制御側関節部２０Ｂ′とが対応し、関節部２０Ｃと制御側関節部２０Ｃ′とが対応する。
【００４５】
そして、制御側リンク連設体２０′の上記構成要素が駆動されることによってリンク連設体２０の対応する構成要素が回転対称様の態様で動作する。たとえば、制御側関節部２０Ａ′が図示下方へ屈曲するように駆動されたときには、ワイヤ２１１Ａが制御側リンク連設体２０′側に移動し、これに対応してワイヤ２１１Ｂがリンク連設体２０側に移動するため、関節部２０Ａは図示上方に屈曲動作する。この関係は、制御側関節部２０Ｂ′と関節部２０Ｂ及び制御側関節部２０Ｃ′と関節部２０Ｃについてもそれぞれ同様である。
【００４６】
本実施形態においても、リンク連設体２０の複数の関節部を動作させようとする場合には、リンク連設体２０の末端側の関節部に対応するワイヤの動作量は、リンク連設体２０の基端側の全ての関節部に対応するワイヤの動作量の総和を基準として設定されなければならない。しかしながら、本実施形態では、リンク連設体２０に対応するリンク節構造を有する制御側リンク連設体２０′を駆動することによって各ワイヤを動作させるようにしているので、上記の異なる関節部に対応するワイヤ間の動作量の上記の関係が自動的に調整され、その結果、制御側リンク連設体２０′を駆動することによって、ワイヤ間の動作量を殊更に調整しなくても、リンク連設体２０を対応する態様（すなわち回転対称様の態様）で動作させることができる。
【００４７】
［第５実施形態］
次に、図７を参照して、本発明に係る第５実施形態について説明する。この多関節型マニピュレータ装置２００′は、上記第４実施形態と同様に構成された、リンク連設体２０と、これに対応するリンク節構造を有する制御側リンク連設体２０′とが接続体２０１′を介して連結されたものである。なお、リンク連設体２０及び制御側リンク連設体２０′は基本的に第４実施形態と同様であるので、これらの内部構造については同一部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【００４８】
本実施形態の多関節型マニピュレータ２００′では、リンク連設体２０と制御用リンク連設体２０′とが接続体２０１′を介して線対称（ミラー対称）となるように配置されている。そして、接続体２０１′には、反転プーリ２９Ａ及び２９Ｂがリンク連設体２０と制御用リンク連設体２０′との間に順次配置された状態で取り付けられている。ワイヤ２１１Ａ，２１２Ａ，２１３Ａは、反転プーリ２９Ａに架設されることによって、リンク連設体２０においては関節プーリ２６〜２８の一側（図示上側）を周回するように架設されている一方で、制御側リンク連設体２０′においては制御側関節プーリ２６′〜２８′の他側（図示下側）を周回するように架設される。また、ワイヤ２１１Ｂ，２１２Ｂ，２１３Ｂは、反転プーリ２９Ｂに架設されることによって、リンク連設体２０においては関節プーリ２６〜２８の他側（図示下側）を周回するように架設されている一方で、制御側リンク連設体２０′においては制御側関節プーリ２６′〜２８′の一側（図示上側）を周回するように架設される。
【００４９】
上記のように構成することにより、御側リンク連設体２０′を適宜に駆動することによって、ワイヤ２１１Ａ，２１１Ｂ，２１２Ａ，２１２Ｂ，２１３Ａ，２１３Ｂを介して、リンク連設体２０を略線対称（面対称或いはミラー対称）様に動作させることができる。なお、図示例では、動作だけでなく、リンク連設体２０と制御側リンク連設体２０′とが接続体２０１′を中心として略線対称（面対称或いはミラー対称）に構成されている。
【００５０】
この実施形態でも、リンク連設体２０の各構成要素と、制御側リンク連設体２０′の各構成要素とがそれぞれ対応している。すなわち、リンク部材２１と制御側リンク部材２１′とが対応し、リンク部材２２と制御側リンク部材２２′とが対応し、リンク部材２３と制御側リンク部材２３′とが対応する。また同様に、関節部２０Ａと制御側関節部２０Ａ′とが対応し、関節部２０Ｂと制御側関節部２０Ｂ′とが対応し、関節部２０Ｃと制御側関節部２０Ｃ′とが対応する。
【００５１】
そして、制御側リンク連設体２０′の上記構成要素が駆動されることによってリンク連設体２０の対応する構成要素が線対称（面対称或いはミラー対称）様の態様で動作する。たとえば、制御側関節部２０Ａ′が図示下方へ屈曲するように駆動されたときには、ワイヤ２１１Ｂが制御側リンク連設体２０′側に移動し、これに対応してワイヤ２１１Ａがリンク連設体２０側に移動するため、関節部２０Ａは図示下方に屈曲動作する。この関係は、制御側関節部２０Ｂ′と関節部２０Ｂ及び制御側関節部２０Ｃ′と関節部２０Ｃについても同様である。
【００５２】
本実施形態においても、リンク連設体２０の複数の関節部を動作させようとする場合には、リンク連設体２０の末端側の関節部に対応するワイヤの動作量は、リンク連設体２０の基端側の全ての関節部に対応するワイヤの動作量の総和を基準として設定されなければならない。しかしながら、本実施形態では、リンク連設体２０に対応するリンク節構造を有する制御側リンク連設体２０′を駆動することによって各ワイヤを動作させるようにしているので、上記の異なる関節部に対応するワイヤ間の動作量の上記の関係が自動的に調整され、その結果、制御側リンク連設体２０′を駆動することによって、ワイヤ間の動作量を殊更に調整しなくても、リンク連設体２０を対応する態様（すなわち線対称（面対称或いはミラー対称）様の態様）で動作させることができる。
【００５３】
［第６実施形態］
次に、図８を参照して、本発明に係る第６実施形態の多関節型マニピュレータ装置３００について説明する。この実施形態では、基本的に上記第４実施形態や第５実施形態と同様に構成されたリンク連設体３０と制御側リンク連設体３０′とを有し、さらに、制御側リンク連設体３０′の動作態様を検出する検出部３０１と、この検出部３０１から出力される信号に基づいて検出データを生成する検出データ生成手段３０２と、検出データ生成手段３０２によって形成された検出データを送信する送信手段３０３と、送信手段３０３によって送信された検出データを受信する受信手段３０４と、受信手段３０４によって受信された検出データに基づいてリンク連設体３０を駆動するための駆動データを生成する駆動データ生成手段３０５と、駆動データ生成手段３０５によって生成された駆動データに基づいてリンク連設体３０を駆動する駆動部３０６とを有する。ここで、検出部３０１及び検出データ生成手段３０２は検出手段を構成する。また、駆動データ生成手段３０５及び駆動部３０６は駆動手段を構成する。
【００５４】
検出部３０１には、制御側リンク連設体３０′の複数の制御側ワイヤを、それぞれ弾性部材を介して保持する保持構造と、各ワイヤの基端の位置を検出する検出器（光センサなど）とが設けられている。検出データ生成手段３０２は、検出部３０１の検出器の出力信号を受け取り、上記各ワイヤの基端の位置変化をそれぞれ求める演算を行うことにより検出データを生成する。ここで、検出データとしては、各ワイヤ基端の位置座標、位置の変化速度（単位時間当たりの位置の変化量）、加速度などのいずれであってもよい。
【００５５】
検出データ生成手段３０２によって生成された検出データは、送信手段３０３により所定のプロトコルに従って送信され、受信手段３０４によって受信される。ここで、送信手段３０３と受信手段３０４の伝送態様は無線でも有線でもよく、また、電波でも光でもよい。
【００５６】
また、受信手段３０４によって受信された上記検出データは、駆動データ生成手段３０５に導入され、ここで検出データに基づいて駆動データが生成される。駆動データは、上記検出データをそのままの形で反映するものであってもよく、或いは、上記検出データに何らかの演算を施して求めたものであってもよい。たとえば、検出データの符号を反転させて駆動データとしたり、リンク連設体３０と制御側リンク連設体３０′の寸法上の比率を検出データに乗算したりするなどである。
【００５７】
駆動部３０６には、リンク連設体３０に架設された複数のワイヤを、弾性部材を介して保持する保持構造と、各ワイヤの基端の位置を駆動する駆動器（モータと歯車など）とが設けられている。
【００５８】
本実施形態では、制御用リンク連設体３０′を駆動することによって、その検出データに基づいてリンク連設体３０が動作する。このとき、送信手段３０３及び受信手段３０４が設けられていることによって、空間的な制約なしに、遠隔地でもリンク連設体３０を適宜の場所で動作させることができる。また、リアルタイム制御ではなく、予め制御用リンク連設体３０′を駆動して所定の動作態様について検出データを求めておき、リンク連設体３０を制御駆動したい時点で、検出データを送信して駆動手段によりリンク連設体３０を駆動してもよい。この場合、制御用リンク連設体３０′と、検出部３０１及び検出データ生成手段３０２（検出手段）とは、リンク連設体３０の駆動データを求めるための検出データを生成する装置として用いられる。
【００５９】
また、上記のように送信手段３０３及び受信手段３０４を設けることなく、検出手段から直接に駆動手段にデータを受け渡し、これに基づいてリンク連設体３０を動作させるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の基本構成を示す概略構成図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）。
【図２】第１実施形態の基本構成を示す概略構成図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）。
【図３】第１実施形態の完成状態を示す側面透視図（ａ）及び横断面図（ｂ）。
【図４】第１実施形態の動作態様を示す概略構成図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）。
【図５】第２実施形態の概略構成図（ａ）及び第３実施形態の概略構成図（ｂ）。
【図６】第４実施形態の概略構成図。
【図７】第５実施形態の概略構成図。
【図８】第６実施形態の概略構成図。
【符号の説明】
１０…リンク連設体、１０Ａ，１０Ｂ…関節部、１１〜１３…リンク部材、１６，１７…関節プーリ、１０ｓ…中間プーリ、１０Ｗ…ワイヤ（駆動ワイヤ）、１０Ｖ…ワイヤ（復帰ワイヤ）、１５′…駆動源、１５Ｄ′…駆動プーリ、２９Ａ，２９Ｂ…反転プーリ、２００，３００…多関節マニピュレータ装置、２０１…接続体、２１１Ａ〜２１３Ａ，２１１Ｂ〜２１３Ｂ…ワイヤ、３０１…検出部、３０２…検出データ生成手段、３０３…送信手段、３０４…受信手段、３０５…駆動データ生成手段、３０６…駆動部
Claims (8)
- 複数のリンクを複数の関節部において回動自在に連結して構成され、前記複数の関節部において当該関節部の軸線とそれぞれ同軸に設けられた複数のプーリと、当該複数のプーリ間に架設されたワイヤとを備えたリンク連設体を具備する多関節型マニピュレータ装置であって、
前記複数の関節部毎にそれぞれ対応する前記ワイヤを設け、
前記ワイヤは、対応する一の前記関節部の末端側に接続された一の前記リンクに固定されるとともに、前記一の関節部の前記プーリ及びこれよりも基端側に配置された前記関節部の前記プーリに架設されて前記リンク連設体の基端側に引き出され、
前記リンク連設体の基端側において複数の前記ワイヤをそれぞれ制御駆動するように構成したことを特徴とする多関節型マニピュレータ装置。 - 前記複数のワイヤを制御駆動する制御駆動手段を有し、当該制御駆動手段において、前記一の関節部の前記プーリ及びこれよりも基端側に配置された全ての前記関節部の前記プーリに架設された一の前記ワイヤに対する駆動量は、前記一の関節部よりも基端側に配置された他の前記関節部について、当該他の関節部の前記プーリ及びこれよりも基端側に配置された前記関節部の前記プーリに架設された他の前記ワイヤの駆動量の総和を基準として与えられることを特徴とする請求項１に記載の多関節型マニピュレータ装置。
- 前記制御駆動手段には、前記複数の関節部に対応する複数の制御側関節部を具備して前記リンク連設体と対応するリンク節構造を有する制御側リンク連設体が設けられ、当該制御側リンク連設体には、前記複数のワイヤが、直接若しくは間接的に、前記複数の制御側関節部に対して前記リンク連設体と対応する態様で架設されていることを特徴とする請求項２に記載の多関節型マニピュレータ装置。
- 前記制御駆動手段には、前記複数の関節部に対応する複数の制御側関節部を具備して前記リンク連設体と対応するリンク節構造を有する制御側リンク連設体が設けられ、当該制御側リンク連設体には、前記複数のワイヤと対応する複数の制御側ワイヤが前記複数の制御側関節部に対して前記リンク連設体と対応する態様で架設され、
前記制御側ワイヤの動作を検出する検出手段と、当該検出手段の検出データに基づいて前記複数のワイヤを駆動する駆動手段とをさらに有することを特徴とする請求項２に記載の多関節型マニピュレータ装置。 - 前記検出手段において得られた前記検出データを送信する送信手段と、当該送信手段により送信された前記検出データを受信して前記駆動手段に送出する受信手段とをさらに有することを特徴とする請求項４に記載の多関節型マニピュレータ装置。
- 前記関節部毎に、前記ワイヤとして、同一方向に牽引したときに前記関節部を相互に逆方向に回動させることのできる一対のワイヤが設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の多関節型マニピュレータ装置。
- 前記制御駆動手段は前記リンク連設体の基端側に駆動プーリを有し、前記一対のワイヤは、実質的に一体化された状態で前記駆動プーリに相互に反対回りに架設されていることを特徴とする請求項６に記載の多関節マニピュレータ装置。
- 前記一方のワイヤを解放したときに他方のワイヤを前記リンク連設体の基端側に牽引する復帰ばねを有することを特徴とする請求項６に記載の多関節マニピュレータ装置。
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